WO1998034752A1

WO1998034752A1 - Plasma arc welding apparatus and method

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Publication number: WO1998034752A1
Application number: PCT/JP1998/000340
Authority: WO
Inventors: Toshiya Shintani; Yohsuke Imai; Yoshitaka Niigaki; Iwao Kurokawa; Kengo Kamiya; Hideto Uematsu
Original assignee: Komatsu Ltd; Toyota Auto Body Co Ltd
Current assignee: Komatsu Ltd; Toyota Auto Body Co Ltd
Priority date: 1997-02-05
Filing date: 1998-01-28
Publication date: 1998-08-13
Anticipated expiration: 1999-08-05
Also published as: DE19882096T1; US6255618B1; DE19882096B4; CA2279372A1; JP3379965B2

Description

明細書

ブラズマアーク溶接装置及び方法技術分野

本発明は、プラズマァ―ク溶接に関わり、特に、母材の ¾^、より低い沸点をもつ物質で表面がコーティングされている^ 1を溶接するのに適したプラズマアーク溶接技術に関する。技術背景

プラズマアーク溶接、例えばプラズマアークスポヅ卜溶接は、重ね合せた^ 1ヮ一クの片側から溶接できることから、複雑な形状のワークや大きなワーク (こ対応できるといった利点を有するため、種々の分野で利用されている。

しかし、従来のプラズマ溶接では、母材の融点より低い鬲 ί^、をもつ物質で表面がコ

—ティングされた^ 1、例えば SiSメツキ鋼板等を溶接すると、表面のコ一ティング材が蒸発し、その蒸気が溶 ¾ ^の溶融プ一ルを突き破って «を生じさせたり、溶接部に穴を残すなどするため、良質の溶接結果が得られないという問題がある。

この問題を解決するため、本件出願人は特願平 6— 0 6 1 1 3 8号において、ブラズマァ一クのパワーを調節することにより、蒸気抜きと本溶接の 2工程を連続的に行う溶接方法を ίΐ^している。すなわち、最初に、比較的に大きいパワーのプラズマァ —クを用いて溶接すべき鋼板の少なくとも一方に貫通穴を穿ち、この貫通穴を通じてコ一卜物質の蒸気を逃がす。続いて、プラズマアークのパワーを ¾gなレベルまで低下させて、両鋼板を溶接する。

特願平 6— 0 6 1 1 3 8号の溶接方法では、溶接すべき 2枚の鋼板間に隙間があると、隙間で溶鬲!^ 1が消費されるため、蒸気抜きの穴が後の溶接工程で平らに埋まらなかったり、高い溶接弓娘が得られなかったり、隙間が大きいには溶接自体ができなかったりすることがある。本発明者らの実験によれば、瞧間の隙間が 0 . 2 m m禾 ^を超えると実質的に溶接ができないことが判明した。

従って、本発明の目的は、プラズマァ一ク溶接において、溶接材間に隙間があっても良好な溶接ができるようにすることにある。

本発明の別の目的は、プラズマアーク溶接において、溶接材をコ一卜する ί 、弗点物質の蒸気を効果的に逃がすと共に、溶接材間に隙間があっても良好な溶接が «できるようにすることにある。

本発明の更に別の目的は、プラズマアーク溶接において、溶接材間の隙間を自動的に測定することにある。発明の開示

本発明の第 1の側画こ従うプラズマァ一ク溶接では、ワークに穴を穿っための穴開け工程を行ない、その後にヮ一クを溶接するための本溶接工程を行うように、プラズマアークを制御し、かつ、少なくとも本溶接工程を行うときに、プラズマアークにフイラ一を供給する。

このプラズマァ一ク溶接によれば、初めにヮ一クに穿った穴を通じてコ一卜物質の蒸気を効果的 Iこ逃がすことができると共に、その後の本溶接工程では溶融したフイラ

—が穴へ供給されるため、隙間や穴をフィラーで効果的に埋めて、良好な溶接結果を得ることができる。なお、蒸気抜き用の穴は、ワークの複数の溶接材のうちの一つだけに穿ってもよいし、全てに穿ってもよい。

ffi な難形態では、穴開け工程ではフイラ—供給を行わず、本溶接工程のときのみフイラ一を供給する。これは、穴開けを迅速に行うためである。

フィラ一供給は、予め定められた供給量又は供給時間に従って行うことができる。例えば、予想される最大の隙間量に適合したフィラ一供給量又は供給時間を予め設定しておき、これに従ってフイラ一を供給することができる。あるいは、各溶接回毎にワークの隙間量に応じて、フイラ一の供給量又は供給時間を決定し、これに従ってフイラ一を供給することもできる。

フィラー供給量又は供給時間だけでなく、他の溶接条件（例えば、ァ一ク電流、ァ —ク電圧、プラズマガス流量、プラズマガス種類、シールドガス流量、シールドガス種類、スタンドオフなど）も、 P 間量に応じて変えてもよい。その場合には、隙間量に応じて、調節すべき諸々の溶接条件をまとめて決定するようにすることができる (例えば、予め用意された種々の隙間量に対応した溶接条件のセッ卜の中から一つのセッ卜を選択する）。

隙間量に応じて溶接条件を決定する、隙間量を知るために、隙間量に関連した何等かの物を測定する必要がある。そのような物 ¾*として、例えば、穴開けェ程が終了したときのプラズマアーク電圧値、あるいは、穴開け工程の間のブラズマァ一ク電圧の上 ^を挙げることができる。後者の、穴開け工程と並行して上記測定及び条件決定の処理を行うことができる。

隙間量を知るためにァ一ク電圧の上 ^を測定するには、穴開け工程の間、複数のァ一ク電流ノルスを繰り返し流すようにすることができる。そして、一連の電流ノ、°ルスの個々の時点でァ一ク電圧を測定してそれらの上群を割出すと、この上 » は隙間量を良好に反映した値となるため、隙間量を知ることが比較的に容易である。この電流パルスを用いた方法を実施する場合、さらに、穴開け工程でのシールドガス流量を本溶接工程でのそれより若干少なく制御することができる。そうすると、隙間量に応じたァ一ク電圧上群の変化が大きくなるため、精度良く P隶間量を知ることが容易になる。

"^に、プラズマァ一ク溶接では 1回の溶接中の電極消耗によるァ一ク電圧の変ィ匕は、全く無視できる禾 MJtに小さく、溶接中は安定したァ一ク電圧が得られる。また、プラズマァ一ク溶接ではフイラ一は電極とは別に用意する必要があるから、フイラ一供給量の制御は熱源たるプラズマアークの制御から ¾ ^して行える。従って、プラズマアーク溶接では、アーク電圧に基づいて隙間量を ½5崔に把握し、その隙間量に応じてフィラー供給量を最適に制御し、もって良好な溶接結果を得ることが可能である。本発明の第 2の側面に従うプラズマアーク溶接では、ワークのもつ隙間量に応じてフイラ一の供給量又は供給時間を決定し、また、ヮ一クを溶接するためにプラズマァ一クをし、そして、決定した供給量又は供給時間に従って、プラズマァ一クにフイラ一を供給する。

このプラズマアーク溶接によれば、溶接中、ワークの隙間量 Iこ応じた量のフイラ一が溶接箇所に供給されるため、隙間をフイラ一で効果的に埋めて良好な溶接結果を達成することができる。

このプラズマアーク溶接を低、弗点物質でコー卜されたワークに行う^、溶接前又は溶接中にヮ一クの溶接箇所に（ブラズマアークを用し、て又はドリルなどの穿孔を用いて）蒸気抜き用の穴を穿つことが望ましい。この^、このプラズマアーク溶接によれば、隙間と穴をフイラ一で埋めて良好な溶接結果を得ることができる。また、低、弗点物質でコートされていないヮ一クを溶接する場合は、蒸気抜きの穴を開ける必要はないが、その場合でも、このプラズマアーク溶接によれば、溶接箇所の溶融プ一ルに隙間量に応じた量のフィラーを供給できるので、隙間を埋めて良好な溶接を完成することができるであろう。

このプラズマアーク溶接において、プラズマアークを用いて溶接前にワークに穴を開けておく場合、穴開けを迅速に行なうため、この穴開け工程ではフィラー供給をせず、その後のワークを溶接するときのみフイラ一を供給するようにすることができる。本発明の第 3の側面に従うプラズマアーク処理では、ワークに穴を穿っためのブラズマアークを生成し、また、その穴をフイラ一で埋めるための、ワークのもつ隙間量に応じたフイラ一の供給量又は供給時間を決定する。

このプラズマァ一ク処理は、溶接を行う前にヮ一クに施される前処理として利用することができる（溶接自体は、プラズマァ一ク溶接でも他のタイプの溶接でも良い）。

乎このプラズマァ一ク処理によれば、プラズマァ一クでヮ一クに穴を開けてコ一卜物質の蒸気を逃がすことができると共に、その穴及び隙間を埋めるためのフイラ一の供給量又は供給時間を決定することができる。従って、その ί轰にヮ一クを溶接するとき、その決定した供給量又は供給時間に従ってフィラ一供給することができる。このように後の溶接を行えば、隙間と穴をフィラーで埋めて良好な溶接結果を得ることができ隙間量を知る方法として、プラズマアークの状態を測定する方法、例えば、ワークに穴が穿たれた後のプラズマアークの電圧値を測定する方法、又はワークに穴を穿つている間のブラズマアークの電圧変化率を測定する方法を用いることができる。特に後者の方法を用いる^には、ァ一クで穴を穿つ工程と隙間量に応じたフイラ一供給量を決定する工程とを同時並行的に行えるので、穴を穿ち終えた後、速やかに溶接の工程に入ることが容易となる。

本発明の第 4の側面に従うプラズマァ―ク溶接の制御では、ヮ—クに穴を穿つよう作用しているプラズマアークの状態を測定し、この測定結果に基づいて、ヮ一クを溶接するための溶接条件を決定する。

この制御によれば、穴を穿っているプラズマアークの状態に応じて溶接条件を調節することができる。プラズマアークの状態には、例えばアーク電圧のようにヮ一クの隙間量に応じて変わるものがあるため、隙間量に応じて溶接条件を調節できる可倉生が得られる。例えば、隙間量に応じて、穴や隙間を埋めるためのフィラーの供給量又は供給時間を調節できる可能 f生が得られる。

本発明の第 5の側面に従えば、プラズマアークを用いてワークの隙間を精度良く検出する技術が樹共される。ワークに穴を穿つるようにプラズマアークが l己ワークへ供給され、このときプラズマアークのアーク電圧が測定される。そして、測定されたァ一ク電圧の変化、 ¾9Sには上 *、に基づいて、ヮ一クの持つ隙間量又は隙間量に対応した関連 '瞎（例えば、そのヮ一クを適切に溶接するための条件）決定される。プラズマアークは、望ましくは、所定の電流値をもった繰り返される複数個の電流 I レスの態様で供給することができる。それら複数個の電流ノ、'ルス (こ対応するァ一ク電圧の上から、ワークの隙間量を精度良く検出することができる。この測定を行うとき、シールドガスの流量がより少ぃ方が、アーク電圧の上昇率がより顕著になる。このような隙間検出はコンピュータを用いて行うことができる。そのためのコンピユー夕プログラムは、ディスク型ストレ一ジ、半導体メモリ又は通信ネッ卜ワークなどの各種の媒体を通じてコンビュ一夕にインス卜一ル又はロードすることができる。本発明のその他の目的は後の説明において明らかにする。図面の簡単な説明

図 1は、ロボッ卜に搭載した本発明のプラズマアーク溶接装置の一!^形態の本構成を示す耕見図。

図 2は、溶接電源 3の構成を、関連する要素と共に示したブロック図。

図 3は、本発明に従うプラズマアーク溶接方法の一形態の流れを示す模式図。図 4は、本発明に従うブラズマァ一ク溶接方法の別の実施形態の流れ示す模式図。図 5は、図 3又は図 4に示した溶接方法を行うときの、プラズマ電流、プラズマガス流量、シールドガス流量、フィラー送給の制御方法の一実施形態を示す夕イミングチヤ—卜。

図 6は、図 3又は図 4に示した溶接方法を行うときの、プラズマ電流、プラズマガス流量、シールドガス流量、フィラー送給の制御方法の別の実施形態を示すタィミングチャート。

図 7は、ガス流量切換えを行うための構成例を示す配管図。

図 8は、ガス流量切換えを行うための別の構成例を示す配管図。

図 9は、従来の溶接方法と本発明に従う 2種類の溶接方法とをテス卜して得られた溶接 S虽度を示す図。図 1 0は、従来の溶接方法と本発明に従う 2種類の溶接方法とをテス卜して得られた表面凹凸程度を示す図。

図 1 1は、溶接部の形状を示した図。

図 1 2は、図 5に示す制御方法を行ったときのプラズマァ一ク電流と電圧の変ィ匕を示した波形図。

図 1 3は、隙間量とアーク電圧との系を示した図。

図 1 4は、隙間量測定方法を実施するための隙間判定装置 1 3の構成を示すブロック図。

図 1 5は、図 1 4の隙間判定装置 1 3が行う動作を示すフローチャート。

図 1 6は、第 2の隙間量測定方法の原理を説明するためのァ一ク電流とァーク電圧との!^系を示した波形図。

図 1 7は、第 2の隙間量測定方法の原理を説明するためのァーク電流とアーク SE との関係を示した波形図。

図 1 8は、隙間量とアーク電圧上 ^との関係を示す図。

図 1 9は、第 2の隙間量測定方法を行うための制御方法を示すタィミングチヤ一卜。図 2 0は、第 2の隙間量測定方法を行う時の隙間判定装置 1 3の動作を示すフ口一チヤ一卜。

図 2 1は、フイラ一を供給する動作を示す説明図。

図 2 2は、図 2 1のフイラ一送給を行うための構成を示すブロック図。

図 2 3は、別の制御方法の例を示すタイミングチヤ一卜。発明を ¾6Sするための最良の形態

図 1は、ロボッ卜に搭載した本発明のプラズマアーク溶接装置の一 n ^形態の本ネ冓成を示す。

ロボヅト 1 0のアーム先端にプラズマトーチ 1が取り付けられている。ロボヅトコン卜ローラ 4によりロボッ卜 1 0の動きや姿勢が制御されて、ワーク 2のあらゆる方向の溶接が可能である。溶接電源 3は、プラズマアーク溶接を行うのに必要な電力、プラズマガス及びシールドガスをプラズマ卜一チ 1に供 $合し、かつプラズマガス流量、シ一ルドガス流量、溶接電流値、溶接時間等を含む溶接条件の制御も行う。高周波ュニッ卜 5はパイロッ卜アーク発生時、 life縁破壊を起こすための高周波電力を発生する c プラズマ卜一チ 1のガス入口にガス流量切換器 6が取付けれられている。ガス流量切換器 6は、溶接電源 3からの指令に応答してプラズマ及びシ一ルドガスの流量を大 / 小に切換える。プラズマトーチ 1の先端近傍にフイラ一ノズル 7が取付けられている。ワイヤ状のフイラ一（充 ¾才）が、フイラ一送給装置 8から送り出され、フイラ一ノズル 7を通じて、トーチ 1の先方に供給されるようになっている。フィラー送給装置 8は、溶接電源 3からの指令に応答して、フイラ一を送り出したり、停止したりする。図 2は、溶接電源 3の構成を、これに関連する要素と共に示す。

溶接電源 3は、制御された圧力のプラズマガス及びシールドガスをプラズマトーチ 1に供給するためのガス制御器 1 2を備える。プラズマガス及びシールドガスの流量はそれぞれ、ガス流量切換え器 6内での開閉弁の切換えによって大小 2段階に切換えることができる。ガス流量切換え器 6の切換え動作とトーチ 1からの噴出ガスの実際の流量変ィ匕との間に実質的な時間遅れがないよう、ガス流》b刀換え器 6はトーチ 1に可能な限り近接した位置（例えば、卜一チ 1のガス入口）に取付けられている。

溶接電源 3は、また、プラズマアーク 2 0の発生及び維持に必要な制御された電力 (電圧及び電流）をプラズマ卜一チ 1に供給するためのプラズマ電源 1 1と、ワーク 2の 2枚のま薩 2 1、 2 2間の隙間 2 3の大きさ（間隔）を測る隙間判定装置 1 3とを含む。プラズマ電源 1 1は、溶接中、供給電流（プラズマァ一ク 2 0の電流）を目標値に一致させるように定電流制御を行う（後述するように、電流目標値は工程に応じて変更される）。隙間判定装置 1 3は、溶接中のプラズマ電源 1 1の発生電圧（つまり、卜一チ 1とワーク 2間の電圧、つまり、プラズマアーク 2 0での電圧降下）を

S モニタし、後述する方法により鋼板 2 1、 2 3間の隙間 2 3の大きさを決定する。フイラ一ノズル 7の近傍に、フィラー 9を事前にカロ熱するためのフイラ一ヒータ 1 5が設けれらており、このフイラ一ヒ一タ 1 5用の電源 1 6も溶接電源 3に含まれている。フイラ一 9を事前にカロ熱することは、フイラ一 9がプラズマァ一ク 2 0内に入つてから溶融するまでの時間を短縮して溶接を高める利点がある。

溶接電源 3には、更に、上述した各種要素を制御するための溶接コン卜□—ラ 1 4 が備えられている。溶接コント口一ラ 1 4は後述するような手順で上記各種要素の制御を行うが、その制御動作には、ガス制御器 1 2を馬区動及び停止させること、ガス流量切換え器 6に流量切換えの指示を与えること、フィラー送給装置 8を駆動及び停止させること、フイラ一ヒータ用電源 1 6を駆動及び停止させること、ブラズマ電源 1 1を駆動及 m亭止させること、プラズマ電源 1 1に電流目票値を与えること、プラズマ電源 1 1の供給電圧をモニタして隙間判定装置 1 3から隙間 2 3の大きさに応じたフイラ一供給量や溶接時間のような溶接条件を取得すること、プラズマ電源 1 1の供給電圧をモニタして溶接工程の変更タイミングを決定すること、などが含まれる。図 3は、本発明に従うブラズマアーク溶妾方法の一実施形態の流れを示す。

まず、同図（A )に示すように、溶接を行う位置でプラズマアーク 2 0を着火し、続いて、同図（B )に示すように、比較的に大きいパワーのプラズマアーク 2 0を用いて、卜一チ 1に近い側の謹（以下、上板という） 2 1に蒸気抜き用の穴 3 0を穿つ。このとき、プラズマアーク 2 0のパワーを大きくするために、プラズマ電流びプラズマガス流量のうちの一方又は双方が高い値に制御される。上板 2 1にァ―ク 2 0が作用すると、そのスポッ卜部分が溶融して図示のように吹き飛ぶか又は穴 3 1の周囲に盛り上がり、そして穴 3 1が貫通する。大パワーのプラズマアーク 2 0を用いるので、短時間で穴 3 1を開けることができる。穴 3 1が貫通すると、卜一チ 1から遠い側の鋼板（以下、下板という） 2 2も直接プラズマアーク 2 0で加熱されるので、下板 2 2のカロ熱が早〈且つ溶融も確実に行われる。上板 2 1又は下板 2 2の表面に低沸点のコ一卜物質がある場合、コ一卜物質の蒸気は上板 2 1に開けられた穴 3 1を通じて外へ逃げる。

穴 3 1が貫通すると、直ちにプラズマアーク 2 0のパワーを溶接に適した値まで低減させて（つまり、プラズマ電流及びプラズマガス流量を溶接に適した値に制御して）、上板 2 1と下板 2 2を適正に溶融させて溶接する（この重乍を以下、「本溶接」という）。このとき、図 3 ( C ) に示すように、フイラ一 9をプラズマアーク 2 0内に送り込む。すると、ァ一ク熱で溶融したフイラ一 3 2が溶接スポッ卜へ供給されて、鋼板間の隙間 2 3及び穴 3 1を埋めていく。最終的に、図 3 ( D )に示すように穴 3 1が埋め戻され、かつ隙間 2 3も埋まって鋼板 2 1、 2 2間の溶接力崔立する。この段階で、フイラ一 9をプラズマアーク 2 0外へ引出しその送給をィ亭止させ、続いて、プラズマアーク 2 0を消す。これで、 1回の溶接が終了する。

穴 3 1を完全に埋めるために必要なフイラ一 9の供給量は、上板 2 1の厚み、穴 3 1のサイズ、隙間 2 3の大きさ等の要因によって決まるが、これらのうち、各溶接回毎に変動する要因は通常、隙間 2 3の大きさである。溶接終了後に穴 3 1が凹みとして残らないようにすることが望ましいから、これを¾ ^するために、一つの方法として、事前に予想される隙間 2 3の最大値に合せて、 1溶接回でのフィラ一供給量を設定しておくことができる（この方法を使用する溶接装置では、図 2に示した隙間判定装置 1 3は不要である）。この方法は簡単であって、かつ確実に穴 3 1を埋めることができるが、隙間 2 3が予想最大値より小さいときは、必然的!こ溶 ί Ιこ盛り上がりが残るので外観は良〈ない。そこで、別の方法として、各溶接回毎に、（例えば、図 2に示した隙間判定装置 1 3を用いて）隙間 2 3の大きさを測定して、測定値に応じた適量にフイラ一供給量を制御することもできる（この方法の詳細は後述する）。なお、フイラ一供給量を調節する方法としては、例えば、図 3 ( C )に示した本溶接工程において、フイラ一の送給は一定に維持しておき、その送給時間長を調節する方法がある。この調節方法を用いる場合、フイラ一送給時間長に応じて、本溶接工程の時間長も調節する必要がある場合がある。

図 4は、本発明の溶接方法の別の実施形態を示す。

図 4に示す方法では、最初の穴あけ段階でのブラズマアークパワーを図 3の溶接方法よりも高く設定して、図 4 ( B )に示すように、下板 2 2にも蒸気抜き用の穴 4 1 を貫通させる。よって、上下 2つ穴 3 1、 4 1からコ一卜物質の蒸気が効率良く逃げる。その後、プラズマアークパワーを適正値まで低減させて、図 4 ( C )に示すように、フイラ一 9を送給しつつ溶接を行う。最終的に、図 4 ( D )に示すように、溶融フイラ一 3 2で下の穴 4 1から上の穴 3 1までを完全に埋める。

図 4の方法でも、フイラ一供給量を設定するための上述した 2つの方法のし、ずれも使用することができる。

図 5は、図 3又は図 4に示した溶接方法を行うときの、プラズマ電流、プラズマガス流量、シールドガス巟量、フィラー送給の制御方法の形態を示す。

1回の溶接は、アーク点火前からガスを流して適正な雰囲気を調整しておくプリフ口一工程、大パワーのアークで蒸気抜き用穴を貫通させる穴開け工程、フィラーで隙間と穴を埋めつつ適正パワーのアークで溶接を行う本溶接工程、及びアーク消火後もガスを流して溶 ¾Sの酸ィ匕を防ぐアフターフ口一工程の 4工程から構成される。図 5に示す制御方法では、プラズマガス流量及びシ―ルドガス流量は、上記 4工程を通じて、それぞれ所定の一定値に維持される。プラズマ電流（ここの説明では、パイロッ卜ァ一クを除いた、 §瞧に実質的に作用するメインァ一クの電流を指す）は、穴開け工程では比較的高い値に制御され、その後の本溶接工程ではより低し、溶接適正値に制御される。フィラ—送給は、本溶接工程中にだけ、設定されたフイラ—供給量に応じた時間長だけ行われる。前述したように、穴開け工程でメィンァ一ク電流を高〈することにより、プラズマアークのパワーが大きくなり、高速に蒸気抜き用穴を開けることができる。

図 6は、プラズマ電流、プラズマガス流量、シ一ルドガス流量、フィラー送給の制御方法の別の実施形態を示す。

この制御方法では、メインアーク電流は一定値に維持しておき、代りにプラズマガス流量を大きくすることにより、穴開け工程で大きいブラズマアークパワーを得るようにしている。穴開け工程前のプリフロー工程からプラズマガス流量を大きくしておけば、穴開け工程の開始がスムーズである。穴開け工程でのアークパワーを大きくするために、図 5の方法のようにプラズマ電¾¾を高めることと、図 6の方法のようにプラズマガス流量を多くすることとを併用することも可能である。

図 5又は図 6に示した制御方法を図 2に示した溶接装置で実行する^、プラズマ電流の制御はプラズマ電源 1 1に対する目標電流値を調節することにより行え、ブラズマガス及びシールドガスの流量制御はガス制御器 1 2の圧力調節とガス流量切換え器 6の切換えにより行え、また、フイラ一送給の制御はフイラ一送給装置 8の駆動 /停止により行える。これらの動作は、溶接コントローラ 1 9内のコンピュータ（図示せず）がプログラムに従って、プラズマ電源 1 1、ガス制御器 1 2、ガス流量切換え器 6、及びフィラ一送給装置 8に指令を与えることによつてされる。

図 6の制御方法ではプラズマガス流量を大小に切換えた。図 7は、このようなガス流量切換えを行うための具体的な構成の一例を示す。

図 2に示したガス制御器 1 2が、規定の一定圧力のガスを、ガス管 7 2を通じてガス流 *t刀換え器 6に供給する。ガス制御器 1 2.は、ガス流量計 7 1を備えている。ガス流量切換え器 6は、図 1に示したように、卜一チ 1にできるだけ近づいた位置に配置され、それにより、卜一チ 1のノズルから噴出するガスの流量を実質的な時間遅れなしに素早く変化させることができる。ガス流量切換え器 6内で、ガス管 7 2は 2つの配管に分れ、一方の配管には電磁式の開閉弁 7 3と手動調節式の絞り弁 7 4が設けられ、他方の配管にも同様に電磁式の開閉弁 7 5と手動調節式の絞り弁 7 6が設けられている。一方の配管の絞り弁 7 4は図 6に示した穴開け工程時の大きしヽ流量が得られる開度に、また、他方の絞り弁 7 6は本溶接工程時の小さい流量が得られる開度に、それぞれガス流量計 7 1の示す流 ¾直に基づいて手動で予め設定される。そして、両開閉弁 7 3、 7 5が閉じた初期状態から、図 2に示した溶接コントローラ 1 4からの指令で、まず大流量の配管の開閉弁 7 3のみを開いてプリフロ一を開始し、穴開けェ程が終わった時点で開閉弁 7 3を閉じ同時に他方の開閉弁 7 5を開き、ァフタフ口一が $冬わったら開閉弁 7 5を閉じる。

この図 7の構成は、簡単であるという利点をもつ反面、次の様な短所がある。すなわち、絞り弁開度の経時変ィ匕ゃガス管内のゴミ堆積のために、絞り弁 7 4、 7 6の開度調節は時々行う必要があるが、この開度調節をするには人間がトーチ 1の位置まで行く必要がある。しかし、"^に図 1に示したように製造ラインのロボット 1 0にトーチ 1を取り付けている場合、安全上、製造ラインの稼働中は人間がロボッ卜 1 0に近づくことはできない。結局、絞り弁調節のために製造ラィン全体を時々停止せざるを ί寻ない。また、ガス流量計 7 1として一般に良く使用される面積式流量計はロボッ卜アームのような可動部に設けることができないから、図 7に示したように卜一チ 1 近傍の絞り弁 7 4、 7 6から離れた安定した場所にガス流量計 7 1を設置せざるを ί寻ない。そのため、絞り弁開度調節は少なくとも 2人の人間が行わないと難しい。図 8は、この問題を改善した別の構成例を示す。

ガス制御器 1 2において、ガス流量計 7 1の下流でガス管が 2系統 8 1、 8 2に分かれ、分れた各ガス管 8 1、 8 2に圧力調節器 8.3、 8 4が設けられる。分れたガス管 8 1、 8 2の先は、図 7と同様の卜一チ近傍のガス流量切換え器 6内の 2つのガス管に接続される。ライン稼働前に、ガス流量切換え器 6内の絞り弁 7 4、 7 6の開度が既に説明した方法で設定される。ライン稼働開始後は、絞り弁 7 4、 7 6の調節は行われず、卜一チ 1から離れたガス流量計 7 1の近くに置かれた圧力調節器 8 3、 8 4を時々調整することによって、所期のガス流量が維持される。

絞り弁 7 4、 7 6の開度は精密に調整されている必要はないから、適当な開度を持つた固定開度式の ¾1面で' J \型のものを絞り弁 7 4、7 6として用いることもできる。

/3 このようにしてガス流量切換え器 6を小型.車 IM化することは、ロボッ卜ァ一厶の機動性を高める観点から望ましい。

ところで、図 7、 8に示した ί冓成仞 Jは、プラズマガスガス流量の切換えだけでなく、シールドガス流量切換えにも利用できる。すなわち、図 5、 6に示した制御方法では、シールドガス流量は終始一定であるが、後述するように、鋼板間の隙間の測定を容易にするために、穴開け工程でのシールドガス流量を本溶接工程でのそれより若干少な <することが好ましい^がある。この il^のシールドガス流量の切換えにも、図 7、 8の冓成が利用できる。

また、本発明と直接関連することではないが、図 8に示した構成と同様の原理を応用することにより、複数のガス管に異なるガスを供給して、卜一チで 2種類以上のガスを切換えて使用できるようにすることもできる。

図 9及び図 1 0は、従来の溶接方法と本発明に従う 2種類の溶接方法とをテス卜して得られた溶接弓驢及び表面凹凸禾を示す。

ここで、従来の溶接方法とは、特願平 6— 0 6 1 1 3 8号の方法、つまり、穴開け工程の後にフイラ一を一切供給せずに本溶接工程を行なう方法であり、そのテス卜結果は図中「フイラ一無し」のグラフで示す。本発明に従う 2種類の溶接方法は、穴開け工程の後に一定量のフィラ一を供給して本溶接工程を行なう方法と、穴開け工程の後に鋼板間の隙間の大きさに応じて制御された量のフイラ一を供給して本溶接工程を行なう方法とであり、前者のテス卜結果は「フイラ一一定量」、後者の結果は「フイラ一最適制御」のグラフで示す。また、図 9、 1 0の横軸の「隙間」とは、図 1 1 に示すように上板 2 1と下板 2 2との間の隙間の大きさであり、図 9の縦軸の「溶接弓總」とは、スポッ卜溶接で 1個の溶 ¾Sを形成した上板 2 1と下板 2 2との間で引つ弓長り試験を行って得られた弓 iつ張り弓驢であり、図 1 0の縦軸の「表面凹凸」とは、図 1 1に示すように上板 2 1の上表面に対する溶キ 131 1の盛り上がり高さ（溶 ^SP

1 1が凹んでいる^は、上板 2 1の上表面からの凹み深さ）である。テストで用いた具体的な条件は以下の通りである。

表 1

上板は厚さ 0 . 8 m mの SISメツキ鋼板、下板は厚さ 1 . 8 m mの S P H C鋼板、溶接電流は 4 5 Aで一定、プラズマガス及びアシス卜ガスはアルゴン + 7 %7|素、プラズマガス流量は穴開け工程時が 6リットル/ m i n、本溶接工程時が 2リットル/ m i nであった。フイラ一径は 0 1 . 2 mmであり、フイラ一送給量は、「フイラ一一定量」では長さ 5 7 mmの一定量を送給し、「フィラー最適制御」では表 1に示すように隙間量に応じて変ィ匕させた。

図 9から分るように、従来の「フイラ一無し j方法では、 p 間が 0. 2 mmを越えると蒸気抜き用穴が埋まらず溶接自体ができず、隙間が 0. 2 mm以下の場合でも引つ張り ¾ ^は比較的に低かった。これに対し、本発.明の「フイラ—一定量」方法では、 P :間が 1 . 2 mmでも穴を埋めて溶接できており、弓 I張り ¾Jtも隙間が 0〜1 . 2 m mの広い範囲で比較的に高い値で安定している。本発明の「フイラ一最適制御」方法でも、「フイラ一一定量」に匹敵する高い安定した引っ張り ¾ ^が得られた。表面凹凸驗については、図 1 0から分るように、本発明の「フイラ一最適制御」方法によれば、他の 2方法に比較して、隙間の大小に関わらず溶接部表面を効果的に平坦にすることができた。

本発明の「フイラ一最適制御」方法では、隙間量を測定することが必要である。こ

/5~ の隙間測定のための 2種類の方法を以下に説明する。第 1の方法は、穴開け工程終了時点におけるブラズマアーク電圧 ί直から隙間量を決定する方法であり、第 2の方法は、穴開け工程中のブラズマアーク電圧の時間的な変化の傾きから隙間量を決定する方法である。まず、第 1の方法から説明する。

図 1 2は、図 5に示すような制御方法を行ったときのブラズマァ一ク電流と電圧の変化を示したものである（シールドガス流量が 6リットル/ m i nの条件下で測定）。図 5の制御方法では、既に説明したように、アーク電流は穴開け工程の間比較的高い値一定に制御され、穴開け工程が終わると比較的に低い値に落とされ、以後の本溶接工程ではその ί氏し直一定に制御される。図 1 2の電流波形はこのようなアーク電流の変ィ匕を示しており、電圧波形はそのときのアーク電圧の変化を示している。図示のように、穴開け工程が終わると、アーク電圧は低下して時点 t 1 (図 1 2の例では、穴開け工程開始から 0 . 8〜0 . 8 5秒）でほぼ一定値に静定するが、この静定したァ —ク電圧は隙間量に応じて異なる値 V 1、 V 2を示す。すなわち、 P隼間量が大きいほどより高い値を示す。その理由は、隙間量が大きいほど下板 2 2が卜一チ 1から遠くなるので、その分だけプラズマァ一ク柱が長くなり電圧降下が増すためと推測される。図 1 3は、この静定したアーク電圧と隙間量との概略的な闘系を示しており、ァ一ク電圧は、あるオフセヅ卜値 V 0をもって、隙間量にほぼ比例する。従って、図 1 3に示すような隙間量とアーク電圧との関係（実際上は、隙間量に対応したフイラ一送給量（送給時間）とアーク電圧との関係）を図 2に示した溶接コントローラ 1 4内に例えばルックアップテーブルの形式で記憶させておき、各溶接回において、穴開け工程終了後の時点 t 1でアーク電圧を測定して（例えば、穴開け工程開始から 0 . 8〜0 . 8 5秒の時間区間で 0 . 0 0 1秒毎にアーク電圧.をサンプリングして平^ H直を求める）、その測定値を用いてルックアップテープ'ルをァドレスすることにより、隙間量 (実際上は、隙間量に対応したフィラー送給量（送給時間） )を決定することができる。図 1 4は、この隙間量測定方法を実施するための隙間判定装置 1 3の構成を示す。 P 間判定装置 1 3は、測定部 1 3 2、フィルタ部 1 3 3、演算部 1 3 4、一時記憶部 1 3 5、基準値記憶部 1 3 6及び比較部 1 3 7を有し、これらの要素はイン夕フエ —ス部 1 3 8を介して相 Si信可能であり、かつ溶接コントローラ 1 4とも通信可能である。測定部 1 3 2は、穴開け工程開始から 0 . 8〜0 . 8 5秒の間、プラズマ電源 1 1の発生するアーク電圧をサンプリングする。フィルタ部 1 3 3は、サンプリングされたァ一ク電圧サンプル値にフィルタリング'処理を施して雑音成分を除去する。演算部 1 3 4は、測定区間で得られた一連のサンプル値から平：^直を演算する。一時記慮部 1 3 5は、一連のサンプル値や平： ^直を一 B寺的に記憶する。基準値記憶部 1 3 6は、上述したルックアップテーブルを記憶している。比較部 1 3 7は、平 i 直を用いてルックアップテ一プリレをァドレスすることにより、隙間量に対応したフイラ一送給時間を決定し、かつフイラ一送給時間に応じて本溶接工程の時間も決定し、これら決定した溶接条件を溶接コントローラ 1 4に激ロする。溶接コント口一ラ 1 4は、決定されたフィラー送給時間及び本溶接工程時間に従って、本溶接工程においてフィラ —送給装置 8やプラズマ電源 1 1を制御する。

図 1 5は、図 1 4の隙間判定装置 1 3が行う動作の流れを示す。

まず、溶接開始（S 1 ) と同時にタイマを起動し（S 2 ) 、タイマが測定区間（穴開け工程開始から 0 . 8〜0 . 8 5秒）を示している間（S 3 ) 、アーク電圧を 0 . 0 0 1秒間隔でサンプリングし（ S 4 )、フィルタリング処理を施し（ S 5 )、一時言己憶部 1 3 5に記憶する。測定区間が終了したら（S 6 ) 、全てのサンプル値の平均値を計算し（S 7 )、この平 ±爐を用いてルックアップテ一ブルからフイラ一送給量を読み出す（S 8 )。テーブル読み出しの際は、平^] f直に最も近いテーブル内のァーク電圧値に対応するァドレスからフイラ一送給量を読出す。そして、読み出したフィラ一送給量に応じて本溶接工程の溶接条件を選択し（ S 9 )、溶接コン卜口一ラ 1 4 に ®¾する。

/7 この第 1の隙間量測定方法は、図 5に示した制御方法のみに限らず、図 6に示した制御方法でも採用することができる。図 6の制御方法でも、穴開け工程が終わつてァ一ク電圧が静定したばかりの時間区間でァ一ク電圧を測定する。

この第 1の隙間量測定方法では、溶接回数が増えるにつれて図 1 4に示すト—チ 1 内の電極 1 3 1が消耗していくと、最初に設定したルックアップテ一フソレを修正しなければならならず、また、トーチ 1のスタンドオフ（ワークからの距離）がワーク毎にまちまちである il^には測定ができないという問題がある。何故なら、図 1 3に示したオフセッ卜電圧 V 0は、卜一チ 1内の電極 1 3 1の先端とワーク 2の表面との距離によって変ィ匕するからである。

第 2の隙間量測定方法は、この問題を解決したものである。図 1 6及び図 1 7は、この第 2の方法の原理を説明するためのァ一ク電流とアーク電圧との関係を示したものである。

図 1 6及び図 1 7に示すいずれの齢も、アーク電流を複数回にわたり大きい電流値と小さい電流値とに切換えている、つまり、大きい電流値をもったアーク電流の矩形パルスを複数個繰り返して流している。ここで、このアーク電流パルスのもつ大きし、電流値は、図 6に示した穴開け工程時のァ一ク電流値のように鋼板に確実に穴を穿つことができる電流値であり、一方、パルスとパルスの間のパルス休止時の小さいァーク電流値は、図 6の本溶接工程で使用した電流値よりも低い、鋼板に穴を穿つことはできないようなアーク電流 ί直である。

図 1 6及び図 1 7から分かるように、アーク電流パルスのときのアーク電圧は、パルス休止時のアーク電圧はより低い値を示すが、この低いァ一ク電圧はアーク電流パルスの回数が増えるにつれて直線状に上昇していく。そこで、隙間量が異なる（例えば、隙間量 O mmと隙間量 1 . 2 mmの）場合について、一連のアーク電流パルス時のアーク電圧の上昇直線を図中の点線のように求めてみると、上昇直線の傾き（つまり、アークの上脾）が隙間量に応じて異なることが分かる。 ~¾的には、隙間

/ 8 量とアーク電圧上昇率との間に図 1 8に示すような関係が認められる。すなわち、ァ —ク電流パルスを流したときのアーク電圧上 ^は、あるオフセヅ卜上 ^R 0をもつて、 P 間量に対してほぼ比例的に変化する。この図 1 8に示した特 ffiま、電極の消耗ゃトーチのスタンドオフの変化にほとんど影響されず、安定している。

また、図 1 6はシールドガス流量を 4リットル /m i nとした^を示し、図 1 7 はシールドガス流量を 1 0リツトル/ m i nとしたを示すが、両図を比較して分かるように、シールドガス流量がより小さい図 1 6の場合の方が、隙間量に応じたァーク電圧上 ^の相違が、より顕著に現れている。

以上の事実を利用して第 2の測定方法を行うために、図 1 9に示すような制御方法を採用する。

図 1 9の制御方法では、上述したようなアーク電流ノ \リレスを穴開け工程で流し、穴開け工程が終わると、隙間量（実際的には、隙間量に応じたフィラー供給量）を決定し溶接条件を選択する工程を行い、その間はァ一ク電流を溶接適正値より若〈し、その後にァ一ク電流を溶接適正値にして本溶接工程を行う。また、プラズマガス流量は、図 5の方法と同様に終始溶接適正値としてもよいが、図 1 9に示すように（つまり、図 6の制御方法と同様に）穴開け工程が終わるまでは大きい値に制御し、穴開け工程の後に溶接 ¾ΙΕ値に戻すようにした方が、高速に穴開けができると共に、 P :間量に応じたアーク電圧上^の相違も顕著になるため、望ましい。また、シールドガス流量は、穴開け工程が終わるまでは直より若干少ない値とし、穴開け工程の後に適正値に戻す。穴開け工程での少ないシールドガス流量は、溶接部の酸化の問題が生じる程までに少な過ぎないよう、適切に設定することが肝要である。フイラ一送給は、溶接条件選択工程で決定されたフィラ一送給量に応じた時間だけ、本溶接工程で行う。第 2の隙間量測定方法は、図 1 4に示した構成の隙間判定装置 1 3によって «することができる。この場合、測定部 1 3 2は、穴開け工程中のアーク電流パルスを流している時にァ一クをサンプリングする。例えば、図 1 6に示した波形のァ一ク電流パルスを用いるならば、穴開け工程開始から例えば 0 . 1秒、 0 . 3秒、 0 . 5 秒の 3時点をそれぞれ中心にした例えば 0 . 0 4秒幅の 3つの時間区間ァ、ィ、ゥに、例えば 0 . 0 0 1秒間隔でアーク電圧をサンプリングする。また、演算部 1 3 4は、サンプリングされた 1 2 0個のアーク電圧サンプリング値を用いて直線回帰計算を行ない、得られた回帰直線（つまり、図 1 6の点線）からその傾き、つまりアーク電圧上を求める。基準値記憶部 1 3 6には、アーク電圧上 ^と隙間量（実際上は、隙間量に対応するフイラ一供給量（供給時間） )との対応を示したルックアップテ一ブルが記憶されている。比較部は、計算されたアーク電圧上靜を用いてルックアツプテ一ブルをアドレスすることにより、隙間量に対応したフイラ一供給量（供給時間）を取得して、これを制御部 1 3 8へ送る。

図 2 0は、第 2の隙間量測定方法を行う時の隙間判定装置 1 3の動作を示す。

まず、溶接の開始（S 1 1 ) と同時にタイマを起動し（S 1 2 ) 、タイマが測定区間（穴開け工程開始から 0 . 1秒、 0 . 3秒、 0 . 5秒経過の時点をそれぞれ中心にした 0 . 0 4秒幅の時間区間）を示している間（S 1 3 )、アーク電圧を 0 . 0 0 1 秒間隔でサンプリングし（S 1 4 )、サンプル値にフィルタリング処理を施し（S 1 5 )、これを一時記憶部 1 3 5に記憶する。これを 3つの測定区間について繰り返し

( S 1 6 )、全ての測定区間が終了したら（S 1 7 )、全てのサンプル値を用いて直線回帰計算を行ってァ一ク電圧上を求める .（S 1 8 )。そして、このアーク電圧上 ^を用いてルックアップテーブルをァドレスすることにより J 間量に応じたフィラ一送給量を読み出し（ S 1 9 )、読み出したフイラ一送給量に応じて本溶接工程の溶接条件（例えば、フイラ一送給時間、本溶接工程の時間）を選択し（S 2 0 )、溶接コン卜ローラ 1 4に ϋ ^する。

以上説明した 2つの方法のいずれかによつて隙間量に応じた適正なフィラ一送給量（フイラ一送給時間）を決定することができる。図 1 0から分かるように隙間が 0 近傍のときはフイラ一無しで溶接を行う方が表面の凹凸を少なくすることができる。

ZD そこで、隙間判定結果が 0又は 0近傍のときはフイラ一を送給しないで溶接を行い、隙間がより大きいときにのみフィラーを送給するように条^^を設定することもできる。ところで、フイラ一を送給する動作は、図 2 1に示すように行うことができる。まず、フィラ一 9をプラズマアーク 2 0内へ一定で送給して本溶接工程を開始し（同図（A ) ) 、指定されたフイラ一送給時間が糸 Siした時点でフィラー送給を停止し（同図（B ) )、直ちに、プラズマアーク外へフイラ一 9を引き戻す（同図（C ) ) (この弓 Iき戻しを行わなし、と、フイラ一 9に先方部分がァ一ク熱で変形して垂れ下がりワークと融着してしまうことがある。）。指定された本溶接工程の時間が S した時点で、プラズマアークを停止して本溶接工程を終了する（同図（D ) ) 。次の溶接回では、穴開け工程が完了した時点で一定 ¾tのフィラ一送給を開始し（同図（ E ) )、フイラ一 9の先端がプラズマアーク 2 0に至 ϋ達するまでの間に、隙間量測定及び溶接条ィ択工程を行い、フイラ一先端がプラズマァ一ク 2 0に到達した時点から本溶接工程が開始する（同図（F ) ) 。

図 2 2は、このようなフイラ一送給動作を行うための構成を示す。

導通検出器 2 2 1がフイラ一 9とワーク 2とに接続されており、フイラ一 9とヮ一ク 2間が電気的に導通しているか否かを検出して、その結果を溶接コン卜ローラ 1 4 に邀口する。溶接コント口—ラ 1 4は、穴開け工程が終わると、プラズマ電源 1 1にプラズマ電流を低下させるよう指示し、同時にフイラ一送給装置 8にフイラ一送給を開始するよう指示し、その後、導通検出器 2 2の出力が導通に変わるのを待つ。また、導通検出器 2 2の出力が導通に変わまでに、隙間判定装置 1 3が、隙間量を測定して本溶接工程の溶接条件を溶接コントロ—ラ 1 4に慰口する。その後、導通検出器 2 2 の出力が導通に変わると（つまり、フィラー 9の先端がプラズマアーク 2 0に達すると）、溶接コントローラ 1 4は、プラズマ電源、 1 1にプラズマ電流を溶キ妾適正ィ直に制御するよう指示して、本溶接工程を開始する。本溶接工程の開始から所定のフイラ一供給時間がすると、溶接コン卜ロ一ラ 1 4は、フイラ一送給装置 8にフイラ一送給を停止してフイラ一 9を引き戻すよう指示する。フイラ一 9先端がプラズマアーク 2 0外へ引き出されると、導通検出器 2 2の出力が非導通に変わるので、その後、フイラ一 9先端がプラズマアーク 2 0から適当距離だけ離れるのに要する時間だけ遅れて、溶接コント□—ラ 1 4はフイラ一送給装置 8を停止させる。また、本溶接工程の開始から所定の本溶接工程時間がした時点で、溶接コン卜ローラ 1 4はプラズマ電源 1 1に指示してプラズマアーク 2 0を停止させる。

以上、本発明のな Hi 形態を説明したが、本発明はこれらの形態にのみ限定されるわけではな〈、他の種々の態様でもできることはいうまでもなし、。例えば、ァ一ク電流やガス流量ゃフィラ一供給の制御ノ夕一ンは図 5、 6、 1 9に例示したもの以外のものも採用できるし、また、隙間量に応じて、フィラーの供給量だけでなく、他の溶接条件（例えば、ァ一ク電流、ァ一ク ffi、プラズマガス流量、プラズマガス種類、シールドガス量、シールドガス種類、スタンドオフなど）も最適制御することができる。以下にその一ィ列を示す。

図 2 3に示すように、穴開け及び隙間検出工程は、 a、 b、 c、 dの 4区間からなり、そのうち b区間でメィンアーク電流は特に高い値に制御され、穴開けは主としてこの b区間で行われる。また、 P隼間検出（溶接条件選択を含む）は主として、穴開け完了後の c区間から d区間にかけて行う。本溶接工程は、実質的に d区間から開始され、この d区間と次の e区間でメインァ一ク電流が溶接に適した値に制御され、また、溶接条件選択後の e区間でフイラ一供給が行われる。 d、 e区間でのアーク電流 ίϋ¾ び区間 eでのフイラ一供給速度は、隙間量に応じた最適値に制御される。 ¾冬の f区間では、フイラ一供給は停止し、ァ一ク電流が比較的低い値に制御されて、フイラ一で埋められた溶融プールと周囲の板材とを良く馴染ませて表面を平滑に仕上げるための後»理が行われる。

図 2 3の各区間における隙間量に応じた溶接条件の具体例を表 2に示す。なお、下記の例は、上板が厚さ 0 . 8 mmの亜メツキ鋼板、下板が厚さ 1 . 8 m mの S P H

ZZ C鋼板を溶接するを想定している。

この表 2に示した例では、隙間量が大きくなるに従い、フイラ一供給を上げてフイラ一供給量を増やすとともに、 d、 e区間でのァ一ク電流値も増やしてプラズマアークのパワーを上げている。なお、表 2の例において、次の条件は隙間量に依らず、例えば次の通り一定とすることができる。すなわち、プラズマガスはアルゴン + 7 % 水素で流量が 2リットル/ m i n、シールドガスはアルゴン ++ 7 %7]素で流量が 6

+

リットル/ m i n、スタンドオフは 6 . m 5 mmである。

表 2

：あけフイラ一後讓理隙間量

溶接条件間検出工程供給工程

(mm)

a b c d e f

電流値 (Α) 32 120 32 42 32 時間（ sec) 0.2 0.2 1.5 0.7 1.3 1.0

0 フィラー供給量

8

(mm)

フイラ一供給時間

1.3

(sec)

電流値 (A) 隙間。と 46 隙間。と時間（ sec) 同じ条件 0.7 1.3 同じ条件

0. 5 フイラ一供給量

30

(mm)

フイラ一供給時間

(sec) 1.3 電流値 (A) 隙間。と 49 隙間。と時間（ sec) 同じ条件 0.7 1.3 同じ条件

1 . 2 フイラ一供給量

51

(mm)

フイラ一供給時間

1.3

(sec)

Claims

請求の範囲

1 . ワークに穴を穿っための穴開け工程を行ない、その後にワークを溶接するための本溶接工程を行うよう、プラズマアークを制御する制御手段と、

少なくとも ΐ ϊ己本溶接工程を行うときに、 Ι ΐ己プラズマアークにフイラ一を供給するフイラ一供給手段と

を備えたブラズマアーク溶接装置。

2. il己穴開け工程で穿たれる穴が、ワークの複数の溶接材のうちの少なくとも 1つを貫通する請求項 1記載のプラズマアーク溶接装置。

3 . till己穴開け工程で穿たれる穴が、ワークの複数の溶接材の全てを貫通する請求項 1記載のプラズマァ一ク溶接装置。

4. 己フィラ一供給手段が、 ΙϋΙ己本溶接工程を行うときのみに、 it己フイラ一を供給する請求項 1言己載のプラズマアーク溶接装置。

5. Ι Ι己フィラー供給手段が、予め定められた供給量又は供給時間 (こ従って、前記フィラーを供給する請求項 1及び 4のいずれか一項言己載のプラズマアーク溶接装

6. ¾|己ワークのもつ隙間量に応じて ΙϋΙΒ*溶接工程の溶接条件を決定する溶接条件決定手段を更に備えた請求項 1及び 4のいずれか一項記載のプラズマァ―ク溶

7. κιΐ己溶接条件決定手段が、 ΐ ΐ己穴開け工程と並行して ΐ ΐ己溶接条件を決定するための処理を ί亍ぅ言青求項、 6記載のブラズマアーク溶接装置。

8. fill己溶接条件決定手段が、 Ι Ι己穴開け工程が終了したときのプラズマアーク電圧値を測定し、測定したブラズマアーク電圧値に基づしヽて己隙間量に応じた溶接条件を決定する請求項 6記載のプラズマアーク溶接装置。

9. il己溶接条件決定手段が、 ΙϋΙ己穴開け工程の間のプラズマァ一ク電圧の上昇率を測定し、測定した上こ基づいて Ιϋϊ己隙間量に応じた溶接条件を決定する請求

4 項 6記載のプラズマアーク溶接装置。

1 0■ 前言己アーク制御手段が、前言己穴開け工程の間、複数のアーク電流パルスを繰り返し流す請求項 9記載のブラズマアーク溶接装置。

1 1 . til己アーク制御手段が、 ΐϋϊ己穴開け工程でのシ―ルドガス流量を、 ΐϋΐ己本溶接工程でのそれより少なく制御する請求項 9及び 1 0のいずれか一項記載のブラズマアーク溶接装置。

1 2. プラズマアークを用いてワークに穴を穿つ穴開けステップと、

it己穴開けステップの後に、ブラズマアークを用いてワークを溶接する本溶接ステップと、

少なくとも編己本溶接ステップを行うときに、 Ι ϊ己プラズマアークにフィラーを供給するフイラ一供給ステップと

を備えたプラズマアーク溶接方法。

1 3. 前 ΐ 溶接ステップを行うときのみに、前記フィラ一供給ステツプを行なう請求項 1 2記載のプラズマアーク溶接方法。

1 4. Ιίίϊ己ワークのもつ隙間量に応じて till己本溶接ステップの溶接条件を決定する溶接条件決定ステップを更に備えた請求項 1 2及び 1 3のいずれか一項記載のプラズマアーク溶接方法。

1 5. ワークのもつ隙間量に応じてフイラ一の供給量又は供給時間を決定する供給量決定手段と、

プラズマアークを 4i¾するアーク手段と、編己供給量決定手段が決定した供給量又は供給時間に従つて、媚己フイラ一を媚己プラズマアークに供給するフィラー供給手段とを備えたブラズマアーク溶接装置。

1 6. ワークのもつ隙間量に応じてフイラ一の供給量又は供給時間を決定する供給量決定ステップと、

■2Γ プラズマアークを生成するアーク生成ステップと、

媚己供給量決定手段が決定した供給量又は供給時間に従って、 Ι ΐ己フイラ一を編己ブラズマァ―クに供給するフイラ一供給ステップと

を備えたブラズマアーク溶接方法。

1 7 . ワークに穴を穿っためのプラズマアークを«するアーク; 手段と、 l己穴をフィラーで埋めるための、 Ιϋΐ己ワークのもつ隙間量に応じた ji己フイラ一の供給量又は供給時間を決定する供給量決定手段と、

を備えたプラズマアーク処理装置。

1 8 . ワークに穴を穿っためのプラズマアークを生成するアーク生成ステップと、編己穴をフイラ一で埋めるための、 ΐ ΐ己ヮ一クのもつ隙間量に応じた編己フイラ一の供給量又は供給時間を決定する供給量決定ステップと、

を備えたブラズマアーク処理方法。

1 9 . ワークに穴を穿つよう作用しているプラズマアークの状態を測定する測定手段と、

Ι ΐ己測定手段の出力に基づいて、前記ワークを溶接するための溶接条件を決定する溶接条件決定手段と、

を備えたブラズマアーク溶接のための制御装置。

2 0 . ワークに穴を穿つよう作用しているプラズマアークの状態を測定する測定ステップと、

編己測定ステツプの結果に基づいて、 till己ワークを溶妾するための溶接条件を決定する溶接条件決定ステップと、

を備えたブラズマアーク溶接の制御方法。

2 1 . ワークに穴を穿っための穴開け工程を行ない、その後にワークを溶接するための本溶接工程を行うよう、プラズマァ一クを制御する制御手段と、

少なくとも ίΙ己本溶接工程を行うときに Ιίίϊ己プラズマァ一クにフイラ一を供給するフイラ一供給手段と

を備えたプラズマアーク溶接装置を搭載したロボッ卜。

2 2 . 溶接中、ワークの隙間量に関連した物を測定する手段と、溶接中、 Ι ϊ己測定手段からの測定値に基づいて編己隙間量に応じたフイラ—供給条件を決定する手段と、

溶接中、フイラ一をプラズマアークに供給する手段と、

i己物 βの測定時、 Ι ΐ己フィラ一供給条件の決定時、及び ϋΐ己フィラーの供給時の各時ごとに溶接条件を変化させる手段と、

を備えたプラズマアーク溶接装置。

2 3 . 溶接中、ワークの隙間量 (こ関連した物 ¾*を測定するステップと、溶接中、 till己測定手段からの測定値に基づいて編己隙間量に応じたフィラ一供給条件を決定するステップと、

溶接中、フイラ一をプラズマァ一クに供給するステップと、

tjf己物 a*の測定、 I己フイラ一供給条件の決定、及び tii己フイラ一の供給の各ステツプごとに溶接条件を変ィ匕させるステツプと、

を備えたプラズマアーク溶接方法。

2 4 . プラズマアークがワークに穴を開けるように前 ΐ己ワークへ供給されているときに、 lift己ブラズマァ一クのアーク電圧を測定する測定部と、

l己測定部により測定された ΐ ΐ己アーク電圧の変化に基づいて、 Ι ΐ己ワークの持つ隙間量又は Ι ΐ己隙間量に対応した関連 tff^を決定する決定部と

を有する隙間検出装置。

2 5 . til己変化が上 ^である請求項 2 4記載の隙間量決定装置。

2 6 . 編己プラズマアークが、戸斤定の電流値をもつた繰り返される複数個の電流 i、リレスの態様で供給される請求項 2 4記載の隙間検出装置。

2 7 · ΐ ϊ己変化が、 Ι ΐ己複数個の電流パルスに対応する ΐ ΐ己ァ一ク電圧の変化である請求項 2 6記載の隙間検出装置。

2 8. |¾1己プラズマアークへ供給されるシールドガスの流量を制御するガス制御を更に ¾し、

Ιίιϊ己ガス制御器が、編己測定部が編己ァ一ク電圧を測定しているときに、 ΐ ΐ己シールドガスの流量を、 it己ワークを溶接するときのための所定のシールドガス流量よりも少ない値に制御する請求項 2 4記載の隙間検出装置。

2 9 . 編己関連 t¾fgが、 Ml己プラズマァ一ク溶接装置に対する ΙϋΙ己ヮ一クを溶接するための溶接条件である請求項 2 4記載の隙間検出装置。

3 0. プラズマアークがヮ一クに穴を開けるように前言己ワークへ供給されてし、るときに、 t¾l己プラズマァ一クのアーク電圧を測定する過程と、

iii己測定部により測定された Ι ΐ己ァ一ク電圧の変化に基づいて、編己ヮ一クの持つ隙間量又は編己隙間量に対応した関連 tt^を決定する過程と

を有する隙間検出方法。

3 1 . プラズマァ一クがワークに穴を開けるように ΙϋΙ己ワークへ供給されているときに、 it己ブラズマァ一クのアーク電圧を測定する過程と、

Ιίϋ己測定部により測定された Ι ϊ己ァ一ク電圧の変化に基づいて、編己ヮ一クの持つ隙間量又は編己隙間量に対応した関連 ff^を決定する過程と

を有する隙間検出方法をコンピュータに実行させるためのプログラムを担持したコンピュ一タ読み取り可能な記録媒体。

3 2 . ワークを溶接するためのプラズマアークを発生するアーク発生装置と、 tdl己ブラズマァ一クへフイラ一を供給するフイラ一供給装置と、

肯 ίίϊ己ワークの隙間量に関連した物理量を測定する隙間検出装置と

を有し、編己フィラ一供給装置は、編己隙間検出装置の出力が媚己隙間量が実質的にゼロであることを意味しているとき、 ]l己フィラ一の供給を停止するブラズマアーク

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