JP2011005535A - 複合溶接装置および複合溶接方法 - Google Patents

Abstract

【課題】レーザ溶接とアーク溶接との複合溶接において、溶接開始時に安定した溶接品質を得ると共に、溶接終了時にクレータの凹みと過大成長を防ぎ十分な溶込みを確保する。
【解決手段】ワイヤ送給手段７と、溶接電源装置１０と、レーザ装置１と、前記ワイヤ送給手段７と前記溶接電源装置１０と前記レーザ装置１とを制御する制御手段１２とを備え、前記制御手段１２は、溶接開始時には前記ワイヤ送給手段７と前記溶接電源装置１０とを制御することにより溶接アーク１１を発生させ、電流検知信号Ｓｄを受けると、直ちにレーザ光５を出力するよう前記レーザ装置１を制御するが、溶接終了時には前記溶接電源装置１０を制御することにより溶接ワイヤ９に供給する電力を停止すると共に、前記ワイヤ送給手段７を制御することにより前記溶接ワイヤ９を所定時間だけ送給した後、前記レーザ光５と前記溶接ワイヤ９とを停止させる。
【選択図】図１

Description

本発明は、溶接開始時には溶接ワイヤと被溶接物の溶接位置との間にアークを発生させ、溶接電流が流れたことを検知してから直ちにレーザ光を出力するが、溶接終了時には溶接ワイヤに供給する電力を止め、溶接ワイヤを所定時間送給した後、レーザ光と溶接ワイヤとを停止させる複合溶接装置とその溶接方法に関するものである。

レーザ溶接とアーク溶接との複合溶接方法は、レーザ溶接の高速性とアーク溶接のギャップ裕度とを同時に得ることのできる方法として使用されている。実際の溶接では、溶接開始時と溶接終了時との溶接品質を向上させねばならないことがしばしばある。複合溶接の溶接開始と溶接終了時の制御方法としては、特許文献１〜特許文献４により開示されたものがある。

特許文献１により開示された方法によれば、レーザ照射を開始した後または開始すると同時にアーク放電を行い、且つ、アーク放電を停止した後または停止すると同時にレーザ照射を停止することが有効である。この方法では、溶接終了時のレーザ照射がアーク放電より長くなりすぎると、溶接終了時のクレータサイズが大きくなりすぎる可能性があり、溶落ちが発生したり、材料によってはクレータ割れが発生したりする恐れがあった。

特許文献２により開示された方法によれば、レーザを予め定めた先行照射時間だけ照射した後に、溶接ワイヤの送給及び溶接電圧の出力を開始することが有効である。この方法では、アーク放電が開始する前にレーザによる先行照射を必要とするため、溶接点数の多い自動溶接ではタクトタイムが長くなってしまう恐れがあった。

特許文献３と特許文献４とにより開示された方法によれば、溶接終了位置ではレーザの出力を停止あるいは所定値に低下させた後、主にアーク溶接をもって溶接終了処理を行う、または、溶接終了位置の手前でレーザの出力を停止させた後、更に少し溶接を前進させてから主にアーク溶接をもって溶接終了処理を行う、ことが有効である。

これらの方法では、いずれもクレータ処理は主にアーク溶接で行われるため、クレータの凹みあるいはその過大成長を防ぐことが可能であるものの、レーザ出力の急停止によって溶接終了部の溶込みが十分に成長しない恐れがあった。

特開２００１−２７６９８８号公報 特開２００２−２４８５７１号公報 特開２００４−３２２１５９号公報 特開２００４−３３７９３４号公報

上記従来の技術の問題点に鑑み、本発明が解決しようとする課題は、溶接開始時には溶接ワイヤと被溶接物の溶接位置との間にアークを発生させ、アーク電流が流れたことを検知してから直ちにレーザ光を出力するが、溶接終了時には溶接ワイヤに供給する電力を止め、溶接ワイヤを所定時間だけ送給した後、レーザ光と溶接ワイヤとを停止させる複合溶接装置とその溶接方法を提供することにある。

上記目的を達成するために、本願第１の発明は、レーザ溶接とアーク溶接とを備え、被溶接物の溶接位置を同時に溶接する複合溶接装置において、溶接ワイヤを送給するワイヤ送給手段と、前記溶接ワイヤと前記溶接位置との間にアークを発生させる溶接電源装置と、レーザ光を発生し、前記溶接位置に照射するレーザ装置と、前記ワイヤ送給手段と前記溶接電源装置と前記レーザ装置とを制御する制御手段とを備え、前記制御手段は、溶接開始時には前記ワイヤ送給手段と前記溶接電源装置とを制御することによってアークを発生させ、溶接電流が流れたことを示す電流検知信号を前記溶接電源装置から受けると、直ちにレーザ光を出力するよう前記レーザ装置を制御するが、溶接終了時には前記溶接電源装置を制御することによって前記溶接ワイヤに供給する電力を停止すると共に、前記ワイヤ送給手段を制御することによって前記溶接ワイヤを所定時間送給した後、前記レーザ光と前記溶接ワイヤとを停止させる複合溶接装置である。

本願第２の発明は、レーザ溶接とアーク溶接とを備え、被溶接物の溶接位置を同時に溶接する複合溶接装置において、溶接ワイヤを送給するワイヤ送給手段を制御し、前記溶接ワイヤと前記溶接位置との間にアークを発生させる溶接電源装置と、レーザ光を発生し、前記溶接位置に照射するレーザ装置と、前記レーザ装置と前記溶接電源装置とを制御する制御手段とを備え、前記制御手段は、溶接開始時には前記溶接電源装置を制御することによりアークを発生させ、溶接電流が流れたことを示す電流検知信号を前記溶接電源装置から受けると、直ちにレーザ光を出力するよう前記レーザ装置を制御するが、溶接終了時には前記溶接電源装置を制御することによって前記溶接ワイヤに供給する電力を停止すると共に、前記溶接ワイヤを所定時間送給した後、前記レーザ光と前記溶接ワイヤとを停止させる複合溶接装置である。

本願第３の発明は、レーザ溶接とアーク溶接とを備え、被溶接物の溶接位置を同時に溶接する複合溶接装置において、溶接ワイヤを送給するワイヤ送給手段と、前記溶接ワイヤと前記溶接位置との間にアークを発生させる溶接電源装置と、レーザ光を発生し、前記溶接位置に照射するレーザ装置と、前記ワイヤ送給手段と前記溶接電源装置と前記レーザ装置とを制御する制御手段とを備え、前記制御手段は、溶接終了時には前記溶接電源装置を制御することによって前記溶接ワイヤに供給する電力を停止すると共に、前記ワイヤ送給手段を制御することによって前記溶接ワイヤを所定時間送給した後、前記レーザ光と前記溶接ワイヤとを停止させる複合溶接装置である。

本願第４の発明は、レーザ溶接とアーク溶接とを備え、被溶接物の溶接位置を同時に溶接する複合溶接装置において、溶接ワイヤを送給するワイヤ送給手段を制御し、前記溶接ワイヤと前記溶接位置との間にアークを発生させる溶接電源装置と、レーザ光を発生し、前記溶接位置に照射するレーザ装置と、前記レーザ装置と前記溶接電源装置とを制御する制御手段とを備え、前記制御手段は、溶接終了時には前記溶接電源装置を制御することによって前記溶接ワイヤに供給する電力を停止させ、前記溶接ワイヤを所定時間送給した後、前記レーザ光と前記溶接ワイヤとを停止させる複合溶接装置である。

本願第５の発明は、上記第１から第４の複合溶接装置において、制御手段として、溶接終了時には溶接ワイヤへの電力供給を停止した後、溶接ワイヤを送給する所定時間のワイヤ送給速度とレーザ出力との少なくとも一つを通電時と異なった値で制御する複合溶接装置である。

本願第６の発明は、上記第１から第５の複合溶接装置において、制御手段として、溶接終了時には溶接ワイヤに供給する電力を停止させると共に、前記溶接ワイヤを所定時間送給してから停止させ、更にレーザ光を所定時間照射した後、前記レーザ光を停止させる複合溶接装置である。

本願第７の発明は、上記第１から第６の複合溶接装置において、レーザ装置として、半導体レーザ装置、ＹＡＧレーザ装置、ファイバレーザ装置またはＣＯ２レーザ装置を使用する複合溶接装置である。

本願第８の発明は、上記第１から第７の複合溶接装置において、溶接電源装置として、ＭＡＧ溶接電源装置またはＭＩＧ溶接電源装置を使用する複合溶接装置である。

本願第９の発明は、上記第１から第８の複合溶接装置において、制御手段として、多関節マニピュレータを備えた溶接ロボット装置を使用する複合溶接装置である。

本願第１０の発明は、レーザ溶接とアーク溶接とを備え、被溶接物の溶接位置を同時に溶接する複合溶接方法において、溶接開始時にはアークが発生したことを検知してから直ちにレーザ光を出力するが、溶接終了時には溶接ワイヤに供給する電力を停止し、前記溶接ワイヤを所定時間送給した後、レーザ光と前記溶接ワイヤとを停止させる複合溶接方法である。

本願第１１の発明は、レーザ溶接とアーク溶接とを備え、被溶接物の溶接位置を同時に溶接する複合溶接方法において、溶接終了時には溶接ワイヤに供給する電力を停止し、前記溶接ワイヤを所定時間送給した後、レーザ光と前記溶接ワイヤとを停止させる複合溶接方法である。

本願第１２の発明は、上記第１０または第１１の複合溶接方法において、溶接終了時には、溶接ワイヤへの電力供給を停止した後、溶接ワイヤを送給する所定時間のワイヤ送給速度とレーザ出力との少なくとも一つを通電時と異なった値で制御することを特徴とする複合溶接方法である。

本願第１３の発明は、上記第１０から第１２の複合溶接方法において、溶接終了時には、溶接ワイヤに供給する電力を停止させると共に、前記溶接ワイヤを所定時間送給してから停止させ、更にレーザ光を所定時間照射した後、前記レーザ光を停止させる複合溶接方法である。

以上のように本発明は、溶接開始時には溶接ワイヤと被溶接物の溶接位置との間にアークを発生させ、溶接電流が流れたことを検知してから直ちにレーザ光を出力するが、溶接終了時には溶接ワイヤに供給する電力を止め、溶接ワイヤを所定時間だけ送給した後、レーザ光と溶接ワイヤとを停止させることによって、複合溶接の溶接開始時には安定した溶接品質を得ると共に、溶接終了時にはクレータの凹みと過大成長を防ぎ十分な溶込みを確保することができる。

本発明の実施の形態１における複合溶接装置を示すブロック図 同実施の形態１における動作を示すタイミング図 同実施の形態１における動作を示すタイミング図 溶接アークがレーザ照射の助けによって安定化される原理を示す説明図 同実施の形態１おける溶接電圧を示すタイミング図 本発明の実施の形態２における複合溶接装置を示すブロック図 本発明の実施の形態３における複合溶接装置を示すブロック図 同実施の形態３における動作を示すタイミング図 本発明の実施の形態４における複合溶接装置を示すブロック図 本発明の実施の形態５における複合溶接装置を示すブロック図 同実施の形態５における動作を示すタイミング図

上記した本発明の目的は、各請求項に記載した構成を実施の形態とすることによって達成できるので、以下、各請求項の構成にその構成による作用効果を併記し併せて請求項記載の構成のうち説明を必要とする特定用語については詳細な説明を加え、本発明における実施の形態の説明とする。

本発明は、レーザ溶接とアーク溶接とを備え、被溶接物の溶接位置を同時に溶接する複合溶接装置において、溶接ワイヤを送給するワイヤ送給手段と、前記溶接ワイヤと前記溶接位置との間にアークを発生させる溶接電源装置と、レーザ光を発生し、前記溶接位置に照射するレーザ装置と、前記ワイヤ送給手段と前記溶接電源装置と前記レーザ装置とを制御する制御手段とを備え、前記制御手段は、溶接開始時には前記ワイヤ送給手段と前記溶接電源装置とを制御することによってアークを発生させ、溶接電流が流れたことを示す電流検知信号を前記溶接電源装置から受けると、直ちにレーザ光を出力するよう前記レーザ装置を制御するが、溶接終了時には前記溶接電源装置を制御することによって前記溶接ワイヤに供給する電力を停止すると共に、前記ワイヤ送給手段を制御することによって前記溶接ワイヤを所定時間送給した後、前記レーザ光と前記溶接ワイヤとを停止させることによって溶接開始時には安定した溶接品質を得ると共に、溶接終了時にはクレータの凹みと過大成長を防ぎ十分な溶込みを確保することができる。

そして、本発明は、レーザ溶接とアーク溶接とを備え、被溶接物の溶接位置を同時に溶接する複合溶接装置において、溶接ワイヤを送給するワイヤ送給手段を制御し、前記溶接ワイヤと前記溶接位置との間にアークを発生させる溶接電源装置と、レーザ光を発生し、前記溶接位置に照射するレーザ装置と、前記レーザ装置と前記溶接電源装置とを制御する制御手段とを備え、前記制御手段は、溶接開始時には前記溶接電源装置を制御することによりアークを発生させ、溶接電流が流れたことを示す電流検知信号を前記溶接電源装置から受けると、直ちにレーザ光を出力するよう前記レーザ装置を制御するが、溶接終了時には前記溶接電源装置を制御することによって前記溶接ワイヤに供給する電力を停止すると共に、前記溶接ワイヤを所定時間送給した後、前記レーザ光と前記溶接ワイヤとを停止させることによって複合溶接の溶接開始時には安定した溶接品質を得ると共に、溶接終了時にはクレータの凹みと過大成長を防ぎ十分な溶込みを確保することができる。

また、本発明は、レーザ溶接とアーク溶接とを備え、被溶接物の溶接位置を同時に溶接する複合溶接装置において、溶接ワイヤを送給するワイヤ送給手段と、前記溶接ワイヤと前記溶接位置との間にアークを発生させる溶接電源装置と、レーザ光を発生し、前記溶接位置に照射するレーザ装置と、前記ワイヤ送給手段と前記溶接電源装置と前記レーザ装置とを制御する制御手段とを備え、前記制御手段は、溶接終了時には前記溶接電源装置を制御することによって前記溶接ワイヤに供給する電力を停止すると共に、前記ワイヤ送給手段を制御することによって前記溶接ワイヤを所定時間送給した後、前記レーザ光と前記溶接ワイヤとを停止させることによって溶接開始時には安定した溶接品質を得ると共に、溶接終了時にはクレータの凹みと過大成長を防ぎ十分な溶込みを確保することができる。

また、本発明は、レーザ溶接とアーク溶接とを備え、被溶接物の溶接位置を同時に溶接する複合溶接装置において、溶接ワイヤを送給するワイヤ送給手段を制御し、前記溶接ワイヤと前記溶接位置との間にアークを発生させる溶接電源装置と、レーザ光を発生し、前記溶接位置に照射するレーザ装置と、前記レーザ装置と前記溶接電源装置とを制御する制御手段とを備え、前記制御手段は、溶接終了時には前記溶接電源装置を制御することによって前記溶接ワイヤに供給する電力を停止させ、前記溶接ワイヤを所定時間送給した後、前記レーザ光と前記溶接ワイヤとを停止させることによって溶接開始時には安定した溶接品質を得ると共に、溶接終了時にはクレータの凹みと過大成長を防ぎ十分な溶込みを確保することができる。

また、本発明は、制御手段として、溶接終了時には溶接ワイヤへの電力供給を停止した後、溶接ワイヤを送給する所定時間のワイヤ送給速度とレーザ出力との少なくとも一つを通電時と異なった値で制御することができる。

また、本発明は、制御手段として、溶接終了時には溶接ワイヤに供給する電力を停止させると共に、前記溶接ワイヤを所定時間送給してから停止させ、更にレーザ光を所定時間照射した後、前記レーザ光を停止させることができる。

また、本発明は、レーザ装置として、半導体レーザ装置、ＹＡＧレーザ装置、ファイバレーザ装置またはＣＯ２レーザ装置を使用することができる。半導体レーザ、ＹＡＧレーザまたはＣＯ２レーザの出力は、パルス状の出力であってもよい。

また、本発明は、溶接電源装置として、ＭＡＧ溶接電源装置またはＭＩＧ溶接電源装置を使用することができる。ＭＡＧ溶接装置のシールドガスとしては、ＣＯ２あるいはＣＯ２とアルゴンの混合ガスを使用してもよい。ＭＩＧ溶接装置のシールドガスとしては、アルゴンガスあるいは少量のＣＯ２、Ｏ２を添加したアルゴン混合ガスを使用してもよい。ＭＡＧ溶接装置あるいはＭＩＧ溶接装置の出力は、パルス状の出力であってもよい。溶接アークに対するレーザの照射位置については、溶接ワイヤが被溶接物に当たる位置付近とすることができ、アーク発生手段で生じた溶融池の溶接方向の前方付近とすることができる。

また、本発明は、制御手段として、多関節マニピュレータを備えた溶接ロボット装置を使用することができる。

以下、本発明における複合溶接装置とその溶接方法につき、図面に従い説明する。

（実施の形態１）
図１は本発明の実施の形態１における複合溶接装置を示すブロック図である。１は、レーザ発振器２とレーザ伝送手段３と集光光学系４とからなり、レーザ光５を被溶接物６の溶接位置に照射するレーザ装置である。レーザ伝送手段３は、光ファイバーであってもよく、レンズより組み合わせた伝送系であってもよい。集光光学系４は、単数あるいは複数のレンズより構成されてもよい。７は、溶接用のトーチ８を通して前記被溶接物６の溶接位置に溶接ワイヤ９を送るワイヤ送給手段である。１０は、前記溶接ワイヤ９と前記被溶接物６の溶接位置との間に溶接アーク１１を発生させ、それを維持するための溶接電力（溶接電流と溶接電圧と）を供給する溶接電源装置である。１２は、溶接起動手段１３からの溶接起動信号Ｗｓと時間設定手段１４からの時間信号Ｔｃと前記溶接電源装置１０からの電流検知信号Ｓｄとを入力し、溶接出力信号Ｉａを前記溶接電源装置１０に、ワイヤ送給速度信号Ｗｆを前記ワイヤ送給手段７に、レーザ出力信号Ｐｗを前記レーザ装置１に出力しつつ、これらを制御する制御手段である。

上記実施の形態の動作について、図２と図３とを参照しつつ説明する。図２と図３は、溶接起動信号Ｗｓとワイヤ送給速度信号Ｗｆと溶接出力信号Ｉａと電流検知信号Ｓｄとレーザ出力信号Ｐｗとを示すタイミング図である。図２は、溶接開始時に溶接ワイヤ９と被溶接物６とが接触していない場合、図３は溶接開始時に溶接ワイヤ９と被溶接物６とが既に接触している場合、の動作を示すタイミング図である。

溶接開始時の動作について、図２を参照しつつ説明する。ｔ１時点において、制御手段１２は、溶接起動手段１３からの溶接起動信号ＷｓのＯＮタイミングをもって溶接出力信号Ｉａを溶接電源装置１０に出力し、溶接ワイヤ９への溶接電力の供給を開始させると共に、ワイヤ送給速度信号Ｗｆ０をワイヤ送給手段７に出力し、被溶接物６に向かって溶接ワイヤ９を送給するよう制御する。ｔ２時点において、前記溶接ワイヤ９が前記被溶接物６に接触すると、溶接電流が流れアークが発生するので、前記溶接電源装置１０は、前記溶接電流が流れたことを検知し、電流検知信号Ｓｄを前記制御手段１２に出力する。前記制御手段１２は、前記電流検知信号ＳｄのＯＮタイミングをもって直ちにレーザ出力信号Ｐｗをレーザ装置１に出力し、レーザ光５を出力するよう制御すると共に、前記溶接出力信号Ｉａに見合ったワイヤ送給速度信号Ｗｆ１をワイヤ送給手段７に出力し、複合溶接を行う。ｔ１時点からｔ２時点までの時間Ｔｓは、溶接ワイヤ９が被溶接物６に接触するまでの時間であり、溶接電流が流れないが、無負荷電圧と呼ばれる電圧が前記溶接ワイヤ９と前記被溶接物６との間に印加される無負荷電圧時間である。前記無負荷電圧時間Ｔｓは、ｔ１時点における溶接ワイヤ９と被溶接物６との間の距離とワイヤ送給速度信号Ｗｆ０とによって変わる。前記ワイヤ送給速度信号Ｗｆ０を溶接電流が流れてからのワイヤ送給速度信号Ｗｆ１より低くしているが、これは、溶接ワイヤ９が被溶接物６に急激に接触することに起因して、アークスタートが悪くならないようにするためである。ｔ２時点から溶接電流が流れ、複合溶接が始まるが、溶接出力Ｉａ相当の溶接電流が溶接アーク１１に流れ、前記溶接アーク１１を安定に維持するための溶接電圧が溶接ワイヤ９と被溶接物６との間に印加される。以上の複合溶接は、溶接起動手段１３が操作され、溶接終了が選択されるｔ３時点まで続けられる。

溶接開始時の動作について、図３を参照しつつ説明する。なお、図２に示す動作と同様の内容の説明を省略する。ｔ１時点において、溶接起動信号ＷｓのＯＮタイミングをもって制御手段１２は、溶接出力信号Ｉａを溶接電源装置１０に、ワイヤ送給速度信号Ｗｆをワイヤ送給手段７に出力し、被溶接物６に向かって溶接ワイヤ９を送給するよう制御する。前記溶接ワイヤ９と前記被溶接物６とが既に接触しているため、この動作が開始すると同時に制御手段１２は、溶接電源装置１０から電流検知信号Ｓｄを受け取るので、直ちにレーザ出力信号Ｐｗをレーザ装置１に出力し複合溶接に移ると共に、ワイヤ送給速度信号Ｗｆ１をもってワイヤ送給手段７を制御する。その後の動作は、図２に示すものと同様なので、その説明を省略する。

以上の構成と動作によれば、溶接開始時に発生した直後の溶接アーク１１がレーザ照射の助けによって安定化される。その原理について、図４を参照しつつ説明する。図４において、（ａ）は従来アーク溶接の安定したアーク形態、（ｂ）従来アーク溶接開始時の不安定したアーク形態、（ｃ）本実施の形態における溶接開始時の安定したアーク形態、を模式的に示したものである。

溶接が開始し、溶接ワイヤ９が被溶接物６に接触した瞬間、接触部に高い電流密度の電流が流れ、溶接ワイヤ９の先端が極短い時間に溶融し、溶接アーク１１に移行していく。安定した溶接アーク１１は、ほぼ溶接ワイヤ９の延長線上に広がった円錐状の形態を呈する（図４（ａ））。しかし、溶接が開始した直後に発生した溶接アーク１１は安定状態になるまでの過渡状態のものであり、必ずしも最初から図４（ａ）のような、安定したものとは限らない。図４（ｂ）に示すような、溶接ワイヤ９の延長線上から大きく外れた場合もある。この状態が更に続くと、アークが切れてしまう。本実施の形態では、溶接アーク１１はレーザ誘起プラズマ１５の作用によって安定化される。

その理由について、図４（ｃ）を参照しつつ説明する。レーザ照射によって被溶接物６の表面の局部の温度が急激に上昇し、金属の沸点に達すると、激しい蒸発が発生して金属蒸気が形成される。金属蒸気が更にエネルギーを吸収して電離すると、レーザ誘起プラズマ１５が形成される。前記レーザ誘起プラズマ１５付近の導電性が増加することによって、短絡から移行した直後の溶接アーク１１はその領域を通して放電しやすくなり、安定化される。

図１において、溶接電流が流れたことを検知するのに溶接電源装置１０では、溶接ワイヤ９に供給する溶接電流の有無を直接に検知してもよく、前記溶接ワイヤ９と被溶接物６との間に供給する溶接電圧をもって間接に検知してもよい。溶接電流を直接に検知する手段として、ＣＴ（カレント・トランス）あるいはホール素子などを使用して構成してよい。溶接電圧を検知することによって溶接電流を間接に検知する方法について、図５を参照しつつ説明する。図５は、溶接開始時の溶接ワイヤ９と被溶接物６との間に発生する電圧及びそのタイミング図を示したものである。（ａ）と（ｂ）とは、それぞれ図２と図３との状態に対応している。Ｖｎｏｌは無負荷電圧、Ｖａは溶接電圧、Ｖｓは溶接ワイヤ９が被溶接物６に接触した時の、極わずかな短絡電圧である。Ｖｔｈ１は無負荷電圧Ｖｎｏｌと溶接電圧Ｖａとの中間電圧であり、Ｖｔｈ２は溶接電圧Ｖａと短絡電圧Ｖｓとの中間電圧である。これらの電圧を使用して溶接電流の有無を検知する方法について説明する。溶接ワイヤ９と被溶接物６が接触して電流が流れると、（ａ）では電圧が無負荷電圧Ｖｎｏｌから中間電圧Ｖｔｈ１を経由して溶接電圧Ｖａに、（ｂ）では電圧が短絡電圧Ｖｓから中間電圧Ｖｔｈ２を経由して溶接電圧Ｖａに変わっていく。したがって、（ａ）では電圧が無負荷電圧Ｖｎｏｌから中間電圧Ｖｔｈ１を経過した時点、（ｂ）では短絡電圧Ｖｓから中間電圧Ｖｔｈ２を経過した時点を検知して、それを溶接電流が流れたタイミングと見なすことができる。

溶接起動手段１３が操作され、溶接終了が選択された時の動作について、図２を参照しつつ説明する。ｔ３時点において、制御手段１２は、溶接起動手段１３からの溶接起動信号ＷｓのＯＦＦタイミングをもって溶接ワイヤ９に供給する電力を停止するよう溶接電源装置１０を制御する。その後、時間設定手段１４で設定した所定時間Ｔｃが達するｔ４時点まで、溶接ワイヤ９を被溶接物６に供給し続けるようワイヤ送給手段７を制御すると共に、レーザ光５を被溶接物６の溶接位置に照射し続けるようレーザ装置１を制御する。ｔ４時点において、制御手段１２は、前記レーザ装置１を制御することによって前記レーザ光５を、前記ワイヤ制御手段７を制御することによって前記溶接ワイヤ９を停止するよう動作する。

本実施の形態では、図１に示すように、溶接開始時には溶接ワイヤと被溶接物の溶接位置との間にアークを発生させ、溶接電流が流れたことを検知してから直ちにレーザ光を出力するが、溶接終了時には溶接ワイヤに供給する電力を止め、溶接ワイヤを所定時間だけ送給した後、レーザ光と溶接ワイヤとを停止させることによって複合溶接の溶接開始時には安定した溶接品質を得ると共に、溶接終了時にはクレータの凹みと過大成長を防ぎ十分な溶込みを確保することができる。

（実施の形態２）
図６は本発明の実施の形態２における複合溶接装置を示すブロック図である。本実施の形態は、図１に示す実施の形態１において、溶接電源装置１０の代わりに溶接電源装置１６を、制御手段１２の代わりに制御手段１７を、使用したものである。図１に示す実施の形態と同様の構成及び、同様の動作タイミング（図２と図３）及び、同様の作用効果を奏するところには同一符号を付して詳細な説明を省略する。

前記構成の動作について、図２を参照しつつ説明する。ｔ１時点において、制御手段１７は、溶接起動信号ＷｓのＯＮタイミングをもって溶接出力信号Ｉａを溶接電源装置１６に出力する。前記溶接電源装置１６は、前記溶接出力信号Ｉａを受けると、溶接ワイヤ９への溶接電力を供給すると共に、ワイヤ送給速度信号Ｗｆ０をもってワイヤ送給手段７を制御し、被溶接物６に向かって溶接ワイヤ９を送給する。ｔ２時点において、溶接電源装置１６は、溶接電流が流れたことを示す電流検知信号Ｓｄを制御手段１７に出力すると共に、電流検知信号ＳｄのＯＮタイミングをもってワイヤ送給速度信号Ｗｆ１でワイヤ送給手段７を制御する。前記制御手段１７は、前記電流検知信号ＳｄのＯＮタイミングをもって直ちにレーザ出力信号Ｐｗをレーザ装置１に出力し、レーザ光５を被溶接物６に照射することによって複合溶接を行う。ｔ３時点において、制御手段１７は、溶接起動信号ＷｓのＯＦＦタイミングをもって溶接電源装置１６への溶接出力信号ＩａをＯＦＦにするが、溶接電源装置１６は前記溶接出力信号ＩａのＯＦＦタイミングをもって溶接ワイヤ９に供給する電力を停止し、時間設定手段１４で設定した所定時間Ｔｃが経過したｔ４時点まで、被溶接物６へ溶接ワイヤ９を送給し続ける。前記制御手段１７は、前記所定時間Ｔｃが経過したｔ４時点まで、レーザ光５を被溶接物６の溶接位置に照射し続けるようレーザ装置１を制御する。ｔ４時点において、制御手段１２は前記レーザ装置１を制御することによってレーザ光５を、溶接電源装置１６は前記ワイヤ制御手段７を制御することによって溶接ワイヤ９を停止するよう動作する。

本実施の形態では、図６に示す構成を使用することによって、前記実施の形態と同様の効果を得ることができる。

（実施の形態３）
図７は本発明の実施の形態３における複合溶接装置を示すブロック図である。本実施の形態は、図１に示す実施の形態１において、制御手段１２の代わりに制御手段１８を使用したものである。その動作タイミング図を図８に示す。図１に示す実施の形態と同様の構成及び、図２に示す動作と同様のもの及び、同様の作用効果を奏するところには同一符号を付して詳細な説明を省略する。

前記構成の動作について、図８を参照しつつ説明する。ｔ３時点において、制御手段１８は、溶接起動信号ＷｓのＯＦＦタイミングをもって溶接ワイヤ９に供給する電力を停止するよう溶接電源装置１０を制御する。その後、所定時間Ｔｃが達するｔ４時点まで、溶接ワイヤ９を被溶接物６に送給し続けるようワイヤ送給手段７を制御すると共に、レーザ光５を被溶接物６の溶接位置に照射し続けるようレーザ装置１を制御する。ｔ４時点において、制御手段１８は、前記レーザ装置１を制御することによって前記レーザ光５を、前記ワイヤ制御手段７を制御することによって前記溶接ワイヤ９を停止するよう動作する。

本実施の形態では、図７に示す構成を使用することによって、前記実施の形態と同様の効果を得ることができる。

（実施の形態４）
図９は本発明の実施の形態４における複合溶接装置を示すブロック図である。本実施の形態は、図６に示す実施の形態２において、制御手段１７の代わりに制御手段１９を使用したものである。図６に示す実施の形態と同様の構成及び、同様の動作タイミング（図８）及び、同様の作用効果を奏するところには同一符号を付して詳細な説明を省略する。

前記構成の動作について、図８を参照しつつ説明する。ｔ３時点において、制御手段１９は、溶接起動信号ＷｓのＯＦＦタイミングをもって溶接電源装置１６への溶接出力信号ＩａをＯＦＦにするが、溶接電源装置１６は前記溶接出力信号ＩａのＯＦＦタイミングをもって溶接ワイヤ９に供給する電力を停止し、所定時間Ｔｃが経過したｔ４時点まで、被溶接物６へ溶接ワイヤ９を送給し続ける。前記制御手段１９は、前記所定時間Ｔｃが経過したｔ４時点まで、レーザ光５を被溶接物６の溶接位置に照射し続けるようレーザ装置１を制御する。ｔ４時点において、制御手段１９は前記レーザ装置１を制御することによってレーザ光５を、溶接電源装置１６は前記ワイヤ制御手段７を制御することによって溶接ワイヤ９を停止するよう動作する。

本実施の形態では、図９に示す構成を使用することによって、前記実施の形態と同様の効果を得ることができる。

（実施の形態５）
図１０は本発明の実施の形態５における複合溶接装置を示すブロック図である。本実施の形態は、図７に示す実施の形態３において、制御手段１８の代わりに、溶接起動手段１３の溶接起動信号Ｗｓと時間設定手段１４の所定時間信号Ｔｃと時間設定手段２０の所定時間信号Ｔｂとを入力とする制御手段２１を使用したものである。図７に示す実施の形態と同様の構成及び、同様の動作タイミング（図８）及び、同様の作用効果を奏するところには同一符号を付して詳細な説明を省略する。

前記構成の動作について、図１１を参照しつつ説明する。図１１は、溶接起動信号Ｗｓとワイヤ送給速度信号Ｗｆと溶接ワイヤ９の実際のワイヤ先端速度Ｗｆｒと溶接出力信号Ｉａと電流検知信号Ｓｄとレーザ出力信号Ｐｗとを示すタイミング図である。ｔ３時点において、制御手段２１は、溶接起動信号ＷｓのＯＦＦタイミングをもって溶接電源装置１０への溶接出力信号ＩａをＯＦＦにするが、溶接電源装置１０は前記溶接出力信号ＩａのＯＦＦタイミングをもって溶接ワイヤ９に供給する電力を停止し、時間設定手段１４で設定した所定時間Ｔｃが経過したｔ４時点まで、被溶接物６へ溶接ワイヤ９を送給し続ける。前記制御手段２１は、前記所定時間Ｔｃが経過したｔ４時点まで、レーザ光５を被溶接物６の溶接位置に照射し続けるようレーザ装置１を制御する。ｔ４時点において、制御手段２１は、前記ワイヤ制御手段７を制御することによって溶接ワイヤ９を停止させる。実際の溶接では、ワイヤ送給手段７の慣性やトーチと溶接ワイヤ９との隙間などが存在するので、ワイヤ送給速度信号Ｗｆが０になっても、実施のワイヤ先端速度Ｗｆｒが０にまるまで、ワイヤ送給速度信号Ｗｆの大きさによって異なるが、ｔ４時点からｔ５時点までの空走時間Ｔｉが必要である。前記空走時間Ｔｉの間、被溶接物６に送給される溶接ワイヤ９を溶融させないと、前記溶接ワイヤ９が溶融池に突っ込んでしまうことがある。これを防止するために、ｔ４時点において、前記制御手段２１は、時間設定手段２０で設定した所定時間Ｔｂだけレーザ光５を被溶接物６の溶接位置に照射し続けるようレーザ装置１を制御する。溶接ワイヤ９の先端が完全に停止したｔ５時点を過ぎｔ６時点に達したところ、前記制御手段２１は、前記レーザ装置１を制御することによって前記レーザ光５を停止させる。前記所定時間Ｔｂは、前記空走時間Ｔｂと同等以上の時間であればよい。

本発明の実施の形態では、図７に示す実施の形態３の制御手段１８の代わりに制御手段２１を使用したが、図１に示す実施の形態１では制御手段１２、または図６に示す実施の形態２では制御手段１７、または図９に示す実施の形態４では制御手段１９、の代わりに制御手段２１を使用してもよい。

本実施の形態では、図１０に示す構成を使用することによって、前記実施の形態と同様の効果を得ると共に、溶接ワイヤが溶融池に突っ込むことを防止することができる。

以上のように、本発明に係る複合溶接装置とその溶接方法は、溶接開始時には溶接ワイヤと被溶接物との間にアークを発生させ、溶接電流が流れたことを検知してから直ちにレーザ光を出力するが、溶接終了時には溶接ワイヤへの供給電力を止め、溶接ワイヤを所定時間だけ送給した後、レーザ光と溶接ワイヤとを停止することによって複合溶接の溶接開始時には安定した溶接品質を得ると共に、溶接終了時にはクレータの凹みと過大成長を防ぎ十分な溶込みを確保することができ、複合溶接装置の制御に適用できる。

１ レーザ発生手段
２ レーザ発振器
３ レーザ伝送手段
４ 集光光学系
５ レーザ光
６ 被溶接物
７ ワイヤ送給手段
８ トーチ
９ 溶接ワイヤ
１０ 溶接電源装置
１１ 溶接アーク
１２ 制御手段
１３ 溶接起動手段
１４ 時間設定手段
１５ レーザ誘起プラズマ
１６ 溶接電源装置
１７ 制御手段
１８ 制御手段
１９ 制御手段
２０ 時間設定手段
２１ 制御手段
Ｗｓ 溶接起動信号
Ｗｆ ワイヤ送給速度信号
Ｗｆ０ ワイヤ送給速度信号
Ｗｆ１ ワイヤ送給速度信号
Ｗｆｒ ワイヤ先端速度
Ｉａ 溶接出力信号
Ｓｄ 電流検知信号
Ｐｗ レーザ出力信号
Ｔｓ 無負荷電圧時間
Ｔｃ 所定時間
Ｔｉ 空走時間
Ｔｂ 所定時間
Ｖｎｏｌ 無負荷電圧
Ｖａ 溶接電圧
Ｖｓ 短絡電圧
Ｖｔｈ１ 中間電圧
Ｖｔｈ２ 中間電圧

Claims (13)

1. レーザ溶接とアーク溶接とを備え、被溶接物の溶接位置を同時に溶接する複合溶接装置において、
   溶接ワイヤを送給するワイヤ送給手段と、前記溶接ワイヤと前記溶接位置との間にアークを発生させる溶接電源装置と、レーザ光を発生し、前記溶接位置に照射するレーザ装置と、前記ワイヤ送給手段と前記溶接電源装置と前記レーザ装置とを制御する制御手段とを備え、
   前記制御手段は、溶接開始時には前記ワイヤ送給手段と前記溶接電源装置とを制御することによってアークを発生させ、溶接電流が流れたことを示す電流検知信号を前記溶接電源装置から受けると、直ちにレーザ光を出力するよう前記レーザ装置を制御し、溶接終了時には出力前記溶接電源装置を制御することによって前記溶接ワイヤに供給する電力を停止すると共に、前記ワイヤ送給手段を制御することによって前記溶接ワイヤを所定時間送給した後、前記レーザ光と前記溶接ワイヤとを停止させる複合溶接装置。
2. レーザ溶接とアーク溶接とを備え、被溶接物の溶接位置を同時に溶接する複合溶接装置において、
   溶接ワイヤを送給するワイヤ送給手段を制御し、前記溶接ワイヤと前記溶接位置との間にアークを発生させる溶接電源装置と、レーザ光を発生し、前記溶接位置に照射するレーザ装置と、前記レーザ装置と前記溶接電源装置とを制御する制御手段とを備え、
   前記制御手段は、溶接開始時には前記溶接電源装置を制御することによりアークを発生させ、溶接電流が流れたことを示す電流検知信号を前記溶接電源装置から受けると、直ちにレーザ光を出力するよう前記レーザ装置を制御し、溶接終了時には前記溶接電源装置を制御することによって前記溶接ワイヤに供給する電力を停止すると共に、前記溶接ワイヤを所定時間送給した後、前記レーザ光と前記溶接ワイヤとを停止させる複合溶接装置。
3. レーザ溶接とアーク溶接とを備え、被溶接物の溶接位置を同時に溶接する複合溶接装置において、
   溶接ワイヤを送給するワイヤ送給手段と、前記溶接ワイヤと前記溶接位置との間にアークを発生させる溶接電源装置と、レーザ光を発生し、前記溶接位置に照射するレーザ装置と、前記ワイヤ送給手段と前記溶接電源装置と前記レーザ装置とを制御する制御手段とを備え、
   前記制御手段は、溶接終了時には前記溶接電源装置を制御することによって前記溶接ワイヤに供給する電力を停止すると共に、前記ワイヤ送給手段を制御することによって前記溶接ワイヤを所定時間送給した後、前記レーザ光と前記溶接ワイヤとを停止させる複合溶接装置。
4. レーザ溶接とアーク溶接とを備え、被溶接物の溶接位置を同時に溶接する複合溶接装置において、
   溶接ワイヤを送給するワイヤ送給手段を制御し、前記溶接ワイヤと前記溶接位置との間にアークを発生させる溶接電源装置と、レーザ光を発生し、前記溶接位置に照射するレーザ装置と、前記レーザ装置と前記溶接電源装置とを制御する制御手段とを備え、
   前記制御手段は、溶接終了時には前記溶接電源装置を制御することによって前記溶接ワイヤに供給する電力を停止させ、前記溶接ワイヤを所定時間送給した後、前記レーザ光と前記溶接ワイヤとを停止させる複合溶接装置。
5. 制御手段として、溶接終了時には溶接ワイヤへの電力供給を停止した後、溶接ワイヤを送給する所定時間のワイヤ送給速度とレーザ出力との少なくとも一つを通電時と異なった値で制御することを特徴とする請求項１から請求項４記載の複合溶接装置。
6. 制御手段として、溶接終了時には溶接ワイヤに供給する電力を停止させると共に、前記溶接ワイヤを所定時間送給してから停止させ、更にレーザ光を所定時間照射した後、前記レーザ光を停止させる請求項１から請求項５記載の複合溶接装置。
7. レーザ装置として、半導体レーザ装置、ＹＡＧレーザ装置、ファイバレーザ装置またはＣＯ２レーザ装置を使用する請求項１から請求項６記載の複合溶接装置。
8. 溶接電源装置として、ＭＡＧ溶接電源装置またはＭＩＧ溶接電源装置を使用する請求項１から請求項６記載の複合溶接装置。
9. 制御手段として、多関節マニピュレータを備えた溶接ロボット装置を使用する請求項１から請求項８記載の複合溶接装置。
10. レーザ溶接とアーク溶接とを備え、被溶接物の溶接位置を同時に溶接する複合溶接方法において、溶接開始時にはアークが発生したことを検知してから直ちにレーザ光を出力するが、溶接終了時には溶接ワイヤに供給する電力を停止し、前記溶接ワイヤを所定時間送給した後、レーザ光と前記溶接ワイヤとを停止させる複合溶接方法。
11. レーザ溶接とアーク溶接とを備え、被溶接物の溶接位置を同時に溶接する複合溶接方法において、溶接終了時には溶接ワイヤに供給する電力を停止し、前記溶接ワイヤを所定時間送給した後、レーザ光と前記溶接ワイヤとを停止させる複合溶接方法。
12. 溶接終了時には、溶接ワイヤへの電力供給を停止した後、溶接ワイヤを送給する所定時間のワイヤ送給速度とレーザ出力との少なくとも一つを通電時と異なった値で制御することを特徴とする請求項１０または請求項１１記載の複合溶接方法。
13. 溶接終了時には、溶接ワイヤに供給する電力を停止させると共に、前記溶接ワイヤを所定時間送給してから停止させ、更にレーザ光を所定時間照射した後、前記レーザ光を停止させる請求項１０から請求項１２記載の複合溶接方法。