JPH08309536A - 溶接用ワイヤ送給装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 ＴＩＧ溶接においてスパッタの発生頻度をよ
り少なくして適正なワイヤ溶融状態に保つように、ワイ
ヤ加熱電流やワイヤ送給速度などの自動調整を行うこと
ができる溶接用ワイヤ送給装置を提供する。 【構成】 ワイヤ６をトーチ９へ案内するコンジット８
とトーチ９との間に、ワイヤ６の案内経路を伸縮する伸
縮器２１を配置し、その伸縮器２１の伸縮状態を検出す
る伸縮状態検出手段３２を設けたことを特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、溶接用ワイヤ送給装置
に係り、特にＴＩＧ溶接におけるコールドあるいはホッ
トワイヤの送給装置、およびＧＭＡ（ガスシールドメタ
ルアーク）溶接におけるワイヤの送給装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】図４に、ホットワイヤＴＩＧ溶接法とし
て従来から一般的に用いられている溶接装置の構成を示
す。

【０００３】ＴＩＧ溶接トーチ１の中のタングステン電
極２と母材３に直流溶接用のアーク電源４を接続し、ア
ルゴン・シールドガス中でタングステン電極２を負極と
してアーク５を形成する。溶接用の添加ワイヤ６はワイ
ヤ送給装置７からコンジット８、およびそれと連結され
たワイヤトーチ９を通ってアーク形成部に導かれて母材
３と接触させる。ワイヤトーチ９はＴＩＧ溶接トーチ１
と連結部材１０によって機械的に結合されて一体に動
く。

【０００４】ワイヤトーチ９の先端部に配置されたコン
タクトチップ１１と母材３間にワイヤ加熱電源１２を接
続し、直流または交流電流をワイヤ６に流してジュール
発熱させ、それによりワイヤ６の溶融速度を高めてい
る。なお、ワイヤ６に通電加熱しないコールドワイヤＴ
ＩＧ溶接の場合には、図４でワイヤ加熱電源１２を除外
した構成になる。

【０００５】このホットワイヤＴＩＧ溶接ではワイヤ送
給速度に応じて加熱電力を調整することが必要で、加熱
電力が不足気味の時には、ワイヤ６が溶融池から押し出
てきたり、母材３に突き当たってワイヤトーチ９および
それと連結されたＴＩＧ溶接トーチ１を持ち上げ、その
結果、アーク長を非常に長くしてしまうので溶接続行で
きなくなる。逆に加熱電力が過大の時にはワイヤ６が頻
繁に加熱溶断し、スパッタを発生してタングステン電極
２に付着したり、ワイヤ６の先端とタングステン電極２
との間にアークを形成したりして溶接状態を不安定にす
る。

【０００６】そこで通常はワイヤ６が適正な溶融状態、
即ちワイヤ先端が溶融ないし溶融直前の状態になってい
てかつ常に母材３と接触している状態になるよう、作業
者が溶接部を監視しながら加熱電流を手動で調整するこ
とによって結果的に加熱電力を調整している。

【０００７】加熱電力調整については、本発明者らは特
公平５−７５５１２号公報に記載されているように、ワ
イヤ電圧から溶断の発生を検知し、溶断発生時には多少
ワイヤ加熱電力を下げ、そこから徐々に加熱電力を増加
して再び溶断を発生させることを繰り返すことにより、
適正な溶融状態に近い状態に自動的にワイヤ加熱電力を
保つ制御方法を提案した。

【０００８】溶断の発生はなるべく少ないことが好まし
いが、この方法では２〜３秒に１回程度の頻度ではある
が溶断を発生させる必要があり、多少のスパッタ発生は
避けられなかった。

【０００９】一方、ＴＩＧ溶接でモータからチップに至
る添加ワイヤの送給経路を溶接中に伸縮する装置とし
て、特公昭５６−３４３８６号公報に記載されているよ
うな装置が知られている。この技術は、溶融池に送り込
むワイヤの先端を自動的に往復動させて、ワイヤを間欠
的に溶融することを目的としたものである。

【００１０】この装置を図５とともに説明する。同図に
おいて添加ワイヤ６は図示されていないワイヤリールか
ら送り出され、送給モータによって一定速度で駆動され
ている送給ローラ１３，１３′と撓みのある状態におか
れたコンジット１４とＴＩＧ溶接トーチ１の一部として
固定して設けられたワイヤガイドチップ１５を通って、
アーク発生部の溶融池１６に到達する。

【００１１】図示していない外部装置でコンジット１４
の端部１７に、バネ１８に抗して力を加えてコンジット
端部１７を矢印１９の方向に往復動させ、その結果、コ
ンジット１４の撓みを仮想線１４′で示すように変え、
これにより送給モータは添加ワイヤ６を順方向に一定速
度で送給しながら、添加ワイヤ先端２０は溶融池１６に
対して往復動するようにしている。

【００１２】このバネ１８を含めたワイヤ案内経路を変
化させる装置は、ワイヤ先端２０を積極的にアーク５発
生域や溶融池１６から出し入れする目的、即ち能動的に
伸縮させる目的で設置されている。

【００１３】一方、軟鋼などのＧＭＡ溶接においては、
防錆や通電性の点から、通常、銅メッキワイヤが使用さ
れている。ところが、このワイヤがワイヤリールから巻
き戻されてトーチ先端に至る間に銅メッキが擦れて剥が
れ、それらのメッキ屑がトーチ内、殊にチップ孔に溜ま
ってしばしばチップ詰まりを生じ、ワイヤ６の移動を止
めてアークのバーンバックを生じたりして溶接不能にな
り、製品に溶接不良となって現れる。

【００１４】チップの磨耗による寿命の場合と異なり、
このチップ詰まりは不規則的に発生するので予想がつき
難く、生産ラインの中に組み込まれたＧＭＡ溶接ロボッ
トの場合、チップ交換のためにラインを止めなければな
らないという問題がある。

【００１５】

【発明が解決しようとする課題】前述したＴＩＧ溶接の
従来技術は、ワイヤ突っ張りによるトーチの持ち上げや
過熱溶断によるスパッタ発生を防止するために、常時、
溶接作業者がワイヤの溶融状況を監視しながら、ワイヤ
送給速度や加熱電流を調整しなければならなかった。

【００１６】さらに、溶断状況を利用した自動制御方法
も開発されているが、その場合にはかなりの頻度でスパ
ッタが発生する問題があり、タングステン電極にスパッ
タが蓄積していくので、長時間の連続運転は難しいとい
う欠点があった。

【００１７】また従来のＧＭＡ溶接においては、チップ
詰まりの進行を検知し、チップ詰まりによるワイヤ送給
停止を予防する適当な手段がなかった。

【００１８】本発明の目的は、ＴＩＧ溶接においてスパ
ッタの発生頻度をより少なくして適正なワイヤ溶融状態
に保つように、ワイヤ加熱電流やワイヤ送給速度などの
自動調整を行うことができる溶接用ワイヤ送給装置を提
供することにある。

【００１９】また、他の目的は、ＧＭＡ溶接においてチ
ップ詰まり発生前にチップ交換が行える、チップ詰まり
の進行状態検出器付きの溶接用ワイヤ送給装置を提供す
ることにある。

【００２０】

【課題を解決するための手段】前記目的を達成するた
め、本発明は、ワイヤをトーチへ案内するコンジットと
トーチとの間に、ワイヤの案内経路を伸縮する伸縮器を
配置し、その伸縮器の伸縮状態を検出する伸縮状態検出
手段を設けたことを特徴とするものである。

【００２１】

【作用】本発明は前述のように、伸縮器をコンジットと
トーチとの間に設けており、伸縮器から母材に到達する
までの間にワイヤが受ける力の反力を、伸縮器から送給
モータ側にある柔らかい可撓性のコンジットが受けるの
で、このコンジットの端部に結合している伸縮器は、こ
の反力に応じた力を受けてバネ秤のように伸縮する。逆
の見方をすると、伸縮器に発生している力をトーチ側端
部からワイヤ先端側に加えていることになる。

【００２２】ＴＩＧ溶接においては、ワイヤ溶融が進ま
ず硬いワイヤが母材に当たっている場合には、強い押し
付け力を発生する。適正なワイヤ溶融状態の場合には、
ワイヤが軟化しているため、接触しても押し付け力の反
力を発生しない。従って、この母材からの反力が検知で
きると、ワイヤ送給速度、ワイヤ加熱電力、ワイヤ挿入
位置などを変化してワイヤ加熱状態を適正に制御でき
る。

【００２３】トーチ側端部にこの伸縮器を置く時、そこ
から母材に至る間にワイヤが外部から受ける力は、主に
通電したワイヤをガイドするチップを通過する際に受け
る摩擦力と、ワイヤ先端が母材に接触して母材から受け
る反力とからなる。ワイヤが母材に接触していない時
は、主にチップを通過する際の摩擦力だけとなる。

【００２４】この摩擦力は、通常は問題になるほど大き
くないが、銅メッキワイヤなどでメッキ屑がチップ孔に
次第に蓄積してきてワイヤ詰まりを起こしかかる時など
は大きな力となる。

【００２５】そこで、ワイヤが母材と接触しているかど
うかを電気的に検知し、ワイヤが接触している時の伸縮
器の伸縮量と接触していない時の伸縮器の伸縮量から、
ワイヤが母材に押し付けられる力やチップ詰まりの進行
状況を検知でき、ワイヤ溶融状態の制御やチップ詰まり
の未然検知に役立てることができる。

【００２６】

【実施例】

（第１実施例）図１は第１実施例に係るＴＩＧ溶接装置
の概略構成図である。ＴＩＧアーク電源４、ワイヤ加熱
電源１２、ＴＩＧ溶接トーチ１、それと連結されたワイ
ヤトーチ９、ワイヤトーチ９から離れた所に配置されて
ワイヤ送給用プッシュモータ３６を内蔵したワイヤ送給
装置７、ワイヤトーチ９側へワイヤ６を案内するコンジ
ット８のトーチ側端部とワイヤトーチ９との間に配置さ
れてワイヤ６の案内経路を伸縮する伸縮器２１などによ
ってホットワイヤＴＩＧ溶接を行う。

【００２７】なお、この実施例ではワイヤトーチ９側に
はワイヤ送給モータはなく、単なるプッシュ方式のワイ
ヤ送給としている。

【００２８】同図において３１は制御器、３２は伸縮状
態検出回路、３３はワイヤ電流制御回路、３４はワイヤ
速度制御回路、３５はワイヤ分離検出回路であり、これ
ら各ユニットの機能については後述する。

【００２９】図２は、本実施例で採用した伸縮器２１の
構造と原理を説明するものである。２２は一端がワイヤ
トーチ９に固定され、中心にワイヤ６が通過する孔を備
えたリニアシャフトで、その外面で軸方向にリニアプッ
シュ２３がスライドする。リニアシャフト２２の端部２
４とリニアプッシュ２３の反ワイヤトーチ側底面２５と
の間に圧縮バネ２６が置かれており、リニアプッシュ２
３の外面にはコンジット８と連結された外部円筒２７が
あり、リニアプッシュ２３と連結固定されている。

【００３０】さらにその外側にリニアシャフト２２側と
連結固定されたホトインタラプタ設定部材２８があり、
ホトインタラプタ２９は、外部円筒の端部３０がホトイ
ンタラプタ２９の直下に存在している場合にはオンし、
存在していない場合にはオフするように動作する。

【００３１】つまり伸縮器２１は、外力が加えられてい
ない場合にはバネ２６の作用で縮んでいてホトインタラ
プタ２９がオンしており、外力が加えられて一定量以上
伸びるとホトインタラプタ２９がオフするように動作す
る。

【００３２】図１の制御器３１は、伸縮器２１のホトイ
ンタラプタ２９からの信号を受けて、伸縮状態を検出す
る伸縮状態検出回路３２からの信号を受けてワイヤ加熱
電源１２にワイヤ加熱電流を増減する信号を送るワイヤ
電流制御回路３３、およびワイヤ送給速度を制御するワ
イヤ速度制御回路３４から構成されている。

【００３３】ワイヤ送給していない時には、伸縮器２１
内のバネ２６は伸びきっていて、伸縮器２１は短くなっ
ている。圧縮バネ２６はワイヤ６が母材３に接触しない
状態で送給中に伸縮器６１がほぼ中間の伸び状態になる
ように選択されており、ホトインタラプタ２９はほぼ中
間の伸び状態になっている時に出力が変化するような位
置に設置されている。

【００３４】次にこの装置の動作について説明する。Ｔ
ＩＧアーク５を発生して溶融池にワイヤ６を送給する
時、制御器３１は初めワイヤ送給速度に概略対応したワ
イヤ加熱電流をワイヤ加熱電源１２から供給するように
している。もし、そのワイヤ加熱電流が不足気味であれ
ば、ワイヤ溶融の進行よりワイヤ送給速度が速くなるの
で、ワイヤ先端は母材３に突き当たり、伸縮器２１内の
バネ２６を圧縮して溶融速度と送給速度の差だけワイヤ
送給経路を引き伸ばそうとする。

【００３５】その結果、伸縮器２１が伸びてホトインタ
ラプタ２９がオフする。制御器３１内の伸縮状態検出回
路３２はそのオフ信号を受けて、ワイヤ電流制御回路３
３にワイヤ電流を漸増させていくように指令する。する
とワイヤ加熱電流が次第に適正状態に近づく。

【００３６】逆に、ワイヤ加熱電流が大き過ぎた場合に
は、ワイヤ送給速度が不足しているので、伸縮器２１内
のバネ２６の力でワイヤ送給経路を短くしながら、ワイ
ヤ先端を母材３に押し付けようとする。この時、ホトイ
ンタラプタ２９はオンするので、その信号を受けて伸縮
状態検出回路３２はワイヤ電流制御回路３３にワイヤ加
熱電流を漸減するように指令し、適正加熱電流に近づけ
ていく。

【００３７】このようにしてワイヤ速度に対応した加熱
電流に調整していき、その結果、伸縮器２１内のバネ２
６でワイヤ６の先端は母材３に一定の力で押し付けられ
る状態に保たれる。

【００３８】なお、この母材３に押し付ける力は、バネ
２６の強さとホトインタラプタ２９の設定位置を選択、
調整することによって適正値にすることができる。

【００３９】このようにして伸縮器２１で設定した力で
制御している時に、もしチップ詰まりなどワイヤトーチ
９内のワイヤ送給経路の摩擦力が増してくると、それだ
けワイヤ電流を増加してワイヤ６が母材３側から受ける
力を低くするように機能するので、遂にはワイヤ６が過
熱溶断し、母材３から分離するようになる。

【００４０】制御器３１には、本発明者らの提案に係る
特公平５−７５５１１号公報に記載されているワイヤ分
離検出回路３５を備えており、ワイヤ加熱電源１２の出
力端子の、即ちワイヤ６と母材３間の電圧を検出するこ
とによって、ワイヤ６が母材３と接触しているか分離し
ているかが容易に検知できる。そして、ワイヤ送給中に
ワイヤ先端が母材３からの分離が頻繁に発生するように
なると、コンタクトチップ１１のワイヤ詰まりが進行し
たものと判断して、図示していない例えばＣＲＴディス
プレー、ブザー、チャイムなどの適当な報知手段によっ
てチップ詰まりが進行していることを作業者に報知し、
チップ交換や清掃などの対策を行うことができる。

【００４１】（第２実施例）次に、ワイヤ通電しないコ
ールドワイヤの場合の実施例について説明する。装置の
構成は、図１での加熱電源１２が省略された場合と殆ど
類似しているので、構成図は省略した。

【００４２】本実施例では、ワイヤ送給速度をホトイン
タラプタ２９の出力信号で制御することによって、ワイ
ヤ６によるＴＩＧトーチ１の突っ張りをなくしている。
即ち、設定したワイヤ送給速度がアーク５によるワイヤ
溶融速度より過大の時には、伸縮器２１が伸びてホトイ
ンタラプタ２９がオフになるので、制御器３１はその信
号を受けてワイヤ送給速度を漸減していき、適正送給速
度に近づける。

【００４３】ワイヤ送給速度が溶融速度より遅くなると
ホトインタラプタ２９はオンするので、その信号を受け
てワイヤ送給速度を漸増していく。このようにしてワイ
ヤ溶融速度にワイヤ送給速度を自動的に合わせることが
でき、伸縮器２１内のバネ２６でワイヤ６は母材３に一
定の力で押し付けられる状態に保たれる。

【００４４】なお、ワイヤ速度を漸増する場合、ワイヤ
速度は設定ワイヤ速度より速くならないように制御して
いる。従って、被溶接物の都合でワイヤ溶融速度よりワ
イヤ送給速度が低い場合には、ワイヤ６によるＴＩＧト
ーチ１の突っ張りが発生せず、ホトインタラプタ２９が
オンになったままで設定ワイヤ速度を保っている。

【００４５】前記第１実施例では加熱電流、第２実施例
では送給速度を制御したが、この他、ワイヤ先端位置が
アーク５に近づく程、アーク５による熱を受けてワイヤ
溶融速度は大きくなる性質があるので、定ワイヤ速度、
定ワイヤ加熱電流としておき、ワイヤ挿入位置をホトイ
ンタラプタ２９の信号に応じて変化させることによって
も、同様な制御を行うことができる。また、アーク長が
長くなったりアーク電流が高くなると、ワイヤ溶融速度
が速くなるので、同様にアーク電流やアーク長の制御で
代行することもできる。

【００４６】（第３実施例）図２の伸縮器２１では、１
個のホトインタラプタでオン−オフ的な制御を行った場
合について説明したが、図３はホトインタラプタが２個
の場合の実施例を示している。

【００４７】チップに近い側のホトインタラプタ２９ａ
は弱い力の状態を、遠い側のホトインタラプタ２９ｂは
力がより強い状態を検知する。ホットワイヤＴＩＧ溶接
に適用する場合、弱い力の状態のホトインタラプタ２９
ａの出力信号によってワイヤ加熱電力を増減して適正加
熱電力を保つようにし、強い力の状態のホトインタラプ
タ２９ｂの信号によってワイヤ送給速度を遅くするよう
に制御している。

【００４８】従って、加熱電力制御の応答が遅い場合に
も、ワイヤ６が母材３を突く力が強くなってＴＩＧトー
チ１を持ち上げる前にワイヤ速度を遅くするので、ＴＩ
Ｇトーチ１が持ち上がって溶接作業を中断するような事
態の発生を防止できる。

【００４９】このような伸縮状態の検出に、デジタル型
の検出器の数を増やしてあるいはアナログ型の検出器を
付けることもでき、そのようにするとさらにきめ細かい
制御を行うことができる。

【００５０】（第４実施例）プッシュ型ワイヤ送給装置
におけるコンジットの先端とＧＭＡ溶接トーチとの間
に、図２に示されているホトインタラプタ１個の伸縮器
２１を付けた。通常は、伸縮器２１が縮んでホトインタ
ラプタ２９がオンしている状態になるよう、また溶接中
にチップ詰まりが発生しかかってチップ通過に力を増さ
なければならなくなると、伸縮器２１が伸びてきて、ホ
トインタラプタ２９がオフするようにバネ２６を設定し
た。

【００５１】このようにすると、チップ詰まりが進行し
ている状況が伸縮器２１の出力信号から検出でき、その
溶接終了時にチップ交換することができ、チップ詰まり
による溶接中断やそれに伴う欠陥製品の発生を未然に防
止できる。

【００５２】

【発明の効果】本発明によれば、ＴＩＧ溶接において、
スパッタ発生が極めて少ない状態で、ワイヤの適正加熱
電力を自動的に保持できるので、溶接中に作業者が加熱
電力調整のために常時監視することは不要となり、よっ
て無人化，省人化溶接が可能となる。

【００５３】また本発明を半自動ＴＩＧ溶接に適用する
と、ワイヤが母材に突き当たってトーチを母材から引き
離して溶接できなくなる事態が発生せず、半自動ＴＩＧ
溶接が容易になる。すなわち、通常の半自動ＴＩＧ溶接
では、ワイヤ送給速度調整の難しさから生じるワイヤ突
っ張りをなるべく少なくする意味もあって、ワイヤはな
るべく母材の表面に沿うような形でアーク下の溶融池に
向けて送給されている。

【００５４】このため、アーク長が少し長くなったり、
短くなったりすると、ワイヤ先端が母材に接する位置が
大きくずれ、溶融池から外れたりして溶接が困難となる
ことから、ホットワイヤでもコールドワイヤでもＴＩＧ
溶接の半自動は実用化されていない。

【００５５】一方、本発明者らの提案に係る特開平３−
２９７５７４号公報に記載されているように、シールド
ガスノズルの内側からタングステン電極に沿ってほぼ平
行にワイヤを挿入する方法は、ロボット溶接では実用さ
れているが、半自動ＴＩＧ溶接では、アーク長が不安定
でワイヤ溶融速度が変化し易く、ますますワイヤが母材
に突き当たってトーチを持ち上げやすくなるので、採用
が不可能であった。

【００５６】しかし、本発明によってワイヤの突っ張り
がなくなったので、ワイヤをシールドガスノズルの内側
から送給でき、より小型のトーチで、半自動ＴＩＧ溶接
が可能となる。

【００５７】また、殊にＧＭＡ溶接ではチップ詰まり発
生前の適当な時期にチップ交換ができるので、溶接中に
チップ詰まりを発生して不良製品を生じることがなくな
り、そのためにロボット溶接ラインなどでの連続無人運
転が可能となるなど、諸種の利点を有している。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例に係るホットワイヤＴＩＧ溶接
装置の概略構成図である。

【図２】そのホットワイヤＴＩＧ溶接装置に使用する伸
縮器の断面図である。

【図３】他の実施例に係る伸縮器の断面図である。

【図４】従来のホットワイヤＴＩＧ溶接装置の概略構成
図である。

【図５】従来の伸縮装置の一例を示す構成図である。

【符号の説明】

１ ＴＩＧトーチ ２ タングステン電極 ３ 母材 ４ アーク電源 ５ アーク ６ ワイヤ ７ ワイヤ送給装置 ８ コンジット ９ ワイヤトーチ １１ コンタクトチップ １２ ワイヤ加熱電源 ２１ 伸縮器 ２６ 圧縮バネ ２９ ホトインタラプタ ３１ 制御器 ３２ 伸縮状態検出回路 ３３ ワイヤ電流制御回路 ３４ ワイヤ速度制御回路 ３５ ワイヤ分離検出回路 ３６ プッシュモータ

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ワイヤをトーチへ案内するコンジットと
   トーチとの間に、ワイヤの案内経路を伸縮する伸縮器を
   配置し、その伸縮器の伸縮状態を検出する伸縮状態検出
   手段を設けたことを特徴とする溶接用ワイヤ送給装置。
2. 【請求項２】 請求項１記載において、前記伸縮状態検
   出手段からの検出信号に基づいて、ワイヤ加熱電流、ワ
   イヤ送給速度、ワイヤ挿入位置、アーク電流、アーク長
   のうちの少なくともいずれか１つを調整するように構成
   されていることを特徴とする溶接用ワイヤ送給装置。
3. 【請求項３】 請求項１記載において、前記伸縮状態検
   出手段からの検出信号に基づいて、ワイヤ加熱電流ある
   いはワイヤ送給速度を調整して、ワイヤが母材に対して
   常に一定の力で接触するように動作するフィードバック
   制御手段を備えていることを特徴とする溶接用ワイヤ送
   給装置。
4. 【請求項４】 請求項２または３記載において、前記ワ
   イヤが母材と接触しているか分離しているかを検知する
   ワイヤ接触検知手段を設け、 ワイヤが母材と接触しているときの前記伸縮器の伸縮量
   が、ワイヤが母材と分離しているときの伸縮器の伸縮量
   に近づくように、ワイヤ加熱電流、ワイヤ送給速度、ワ
   イヤ挿入位置のうちの少なくともいずれか１つを調整す
   るように構成されていることを特徴とする溶接用ワイヤ
   送給装置。
5. 【請求項５】 請求項１記載において、前記伸縮状態検
   出手段からの検出信号に基づいて、チップ詰まり発生を
   報知する報知手段を設けたことを特徴とする溶接用ワイ
   ヤ送給装置。