(57)【要約】【課題】高速なワイヤ送給を維持しながら１本のトーチで複数本トーチと同等以上の大電流、高溶着を実現し、なおかつワイヤ先端の高速回転を抑え、スパッタの発生を激減させて安定した溶接を行えるアーク溶接方法を提供する。【解決手段】アルゴンガスを含む混合シールドガスを用い、溶接ワイヤ３とワーク７との間にアークを発生させてワーク７の溶接を行う消耗電極式のアーク溶接方法であって、板厚が８ｍｍ以上のワーク７に対し、溶接ワイヤ３に流れる電流密度を略３００Ａ／ｍｍ2以上として溶接を行う際に、最初溶接ワイヤ３がプラス極となる逆極性とし、その後、溶接ワイヤ３がマイナス極となる正極性とに少なくとも１回切り換えるようにした。【選択図】図１
2010264487.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
アルゴンガスを含む混合シールドガスを用い、板状のワークと溶接ワイヤとの間にアークを発生させて前記ワークの溶接を行う消耗電極式のアーク溶接方法において、溶接開始時には前記溶接ワイヤがプラス極となる逆極性とし、その後、前記溶接ワイヤがマイナス極となる正極性に少なくとも１回切り換えることを特徴とするアーク溶接方法。
【請求項２】
前記溶接ワイヤの送給速度が２５ｍ／分未満の場合には逆極性とし、前記溶接ワイヤの送給速度が２５ｍ／分以上の場合には逆極性から正極性へ切り換えることを特徴とする請求項１記載のアーク溶接方法。
【請求項３】
前記溶接ワイヤの送給開始から数秒経過したら逆極性から正極性へ切り換えることを特徴とする請求項１記載のアーク溶接方法。
【請求項４】
前記溶接ワイヤの送給速度が２５ｍ／分以上又は前記溶接ワイヤの送給開始から数秒経過して逆極性から正極性へ切り換えた後、再び正極性から逆極性へ切り換える切り換えを１０Ｈｚ以上の周波数で繰り返すことを特徴とする請求項３記載のアーク溶接方法。
【請求項５】
前記ワークの板厚が８ｍｍ以上、前記溶接ワイヤのワイヤ径が１．２〜１．６ｍｍ、前記溶接電流が６００Ａ以上であることを特徴とする請求項２〜４のいずれか１項記載のアーク溶接方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、消耗電極式アーク溶接方法に関し、特に大電流による厚板溶接を行うアーク溶接方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
〈厚板ワークのアーク溶接の大電流化・高溶着化〉
板厚が８ｍｍ以上のような厚板のワークに対するアーク溶接では、溶接作業の効率・生産性を向上させるために大電流化、高溶着化が要求されている。こうした要求を満たすには単位時間当たりの溶接ワイヤ投入量を出来るだけ多くすることが必要となる。
このため、溶接ワイヤ送給速度を増大させ、さらに溶接ワイヤに大きな電流を供給する方法が従来より検討されている。
【０００３】
〈従来の２方法〉
厚板の高溶着を行うことを目的としてトーチ数を複数に増やしたタンデム溶接が従来から開示されている（例えば特許文献１参照）。
特許文献１では、２本＋１本の３本トーチで溶着量を増す方策が開示されている。トーチの本数を増すと、１本当たりのトーチで発生する電流を減少することができ、強烈な磁界が発生せず、また溶け込みも深くなり過ぎないという利点がある。
また厚板の溶接について太径のフラックスコアードワイヤ又はメタルコアードワイヤを用い、ＡＣ６００〜１９００Ａの溶接電流によって先行極と後行極のタンデム溶接によるワンラン施工、または単極による多パス施工を行ってスパッタの少ない溶接を行うという方法も開示されている（例えば特許文献２参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００４−２４３３７２号公報
【特許文献２】特開平１１−１４７１７５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
〈従来の２方法の共通の欠点〉
しかしながら、こうした従来技術における溶接ワイヤ送給速度は、特許文献２では７．５ｍ／分、特許文献１でも１３ｍ／分に留まっており、溶接ワイヤ送給速度を増大させ高溶着を得るという要求に十分対応できるものではなかった。
また、大電流による消耗電極式アーク溶接において溶接ワイヤ送給速度を増大させると、溶接電流による強烈な磁界が発生しアークが回転し始め、このアーク回転に伴いワイヤの先端が急激に高速回転するという現象が確認されている。例えば径１．４ｍｍのワイヤを用いたＭＡＧ(Metal Active Gas)溶接の場合では、溶接電流が６００Ａを超えた状態で溶接ワイヤ送給速度２５ｍ／分以上で溶接を行うとアークが回転し始める。ワイヤ先端が高速回転すると回転による遠心力でワイヤ先端が吹き飛ばされスパッタとなってしまい、溶接自体も不安定となる。
一方、こうした大電流かつ溶接ワイヤ送給速度が大きい状態でのアーク回転の影響を軽減するためにアーク長を短くすると、アーク力が強くなり、アーク力によって形成されるワークの溶け込みが深くなり過ぎるという問題が発生する。
特許文献１および特許文献２に記載された従来技術は、いずれも大電流かつ溶接ワイヤ送給速度が大きい状態で発生するこうした問題に対応できるものではなかった。
【０００６】
〈特許文献１の方法の更なる欠点〉
また、特許文献１にあるようなタンデム溶接では、曲線を含む溶接部位に対して先行トーチと後行トーチの両方を最適な姿勢に保ちながら溶接を実施することが極めて難しいため、曲線の多いワークについては適用することが容易ではなかった。
さらに、各トーチによる溶接が互いに干渉するため、トーチ間の干渉を回避するための特別な制御が必要となる。各トーチの溶接条件を設定するのも容易ではない。このため、溶接の自動化ラインにおいて複数トーチを適用するには限界があった。
〈特許文献２の方法の更なる欠点〉
また、特許文献２では、溶接ワイヤにフラックスコアードワイヤやメタルコアワイヤといった複合ワイヤを用いているが、これらはソリッドワイヤに比べ高価であり、コスト面で問題があった。
【０００７】
〈本発明の目的〉
本発明は厚板に対する大電流・高溶着溶接に伴うこのような問題に鑑みてなされたものであり、高速なワイヤ送給を維持しながら１本のトーチで複数本トーチと同等以上の大電流、高溶着を実現し、なおかつワイヤ先端の高速回転を抑え、スパッタの発生を激減させて安定した溶接を行えるアーク溶接方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記問題を解決するため、本発明は、次のように構成したのである。
アーク溶接方法に関する本願第１発明は、アルゴンガスを含む混合シールドガスを用い、板状のワークと溶接ワイヤとの間にアークを発生させて前記ワークの溶接を行う消耗電極式のアーク溶接方法において、溶接開始時には前記溶接ワイヤがプラス極となる逆極性とし、その後、前記溶接ワイヤがマイナス極となる正極性に少なくとも１回切り換えることを特徴としている。
本願第２発明は、上記第１発明において、前記溶接ワイヤの送給速度が２５ｍ／分未満の場合には逆極性とし、前記溶接ワイヤの送給速度が２５ｍ／分以上の場合には逆極性から正極性へ切り換えることを特徴としている。
本願第３発明は、上記第１発明において、前記溶接ワイヤの送給開始から数秒経過したら逆極性から正極性へ切り換えることを特徴としている。
本願第４発明は、上記第２又は第３発明において、前記溶接ワイヤの送給速度が２５ｍ／分以上又は前記溶接ワイヤの送給開始から数秒経過して逆極性から正極性へ切り換えた後、再び正極性から逆極性へ切り換える切り換えを１０Ｈｚ以上の周波数で繰り返すことを特徴としている。
本願第５発明は、上記第２〜第４発明のいずれかにおいて、前記ワークの板厚が８ｍｍ以上、前記溶接ワイヤのワイヤ径が１．２〜１．６ｍｍ、前記溶接電流が６００Ａ以上であることを特徴としている。
【発明の効果】
【０００９】
前記第１〜第５の発明によると、厚板のワークに対し、１本のトーチで複数本トーチと同等以上の大電流、高溶着を実現しながらワイヤ先端の高速回転を抑え、スパッタの発生を激減させた安定した消耗電極式アーク溶接を実現できる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】図１は本発明のアーク溶接方法を実施する溶接装置の構成を示す模式図である。
【図２】図２はＥＰ極性（逆極性）にて直流アーク溶接を行った場合のワイヤ先端部のアーク状況を示す概略図である。
【図３】図３は溶接ワイヤ送給速度を増大させるとワイヤ先端溶滴およびアークが回転する様子を示す図である。
【図４】図４はＥＰ極性でのワイヤ先端部のアーク状況を示す概略図である。
【図５】図５はＥＮ極性（正極性）でのワイヤ先端部のアーク状況を示す概略図である。
【図６】図６は交流周波数を２０Ｈｚとした場合の（ａ）溶接電流波形、（ｂ）溶接電圧波形を示す図である。
【図７】図７は交流周波数を２０Ｈｚとした場合を含む溶接条件（ａ）と、溶接条件（ａ）の下で溶接された溶接ビードの外観を示す外観図である。
【図８】図８は交流周波数を４０Ｈｚとした場合の（ａ）溶接電流波形、（ｂ）溶接電圧波形を示す図である。
【図９】図９は交流周波数を４０Ｈｚとした場合を含む溶接条件（ａ）と、溶接条件（ａ）の下で溶接された溶接ビードの外観を示す外観図である。
【図１０】図１０はワイヤ送給速度に伴うＥＰ極性からＥＮ極性への切り換えの様子を示す線図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
このような高速なワイヤ送給を維持しながら１本のトーチで複数本トーチと同等以上の大電流、高溶着を実現し、なおかつワイヤ先端の高速回転を抑え、スパッタの発生を激減させて安定した溶接を行える本発明について、その実施の形態を図面を参照して以下に説明する。
【実施例１】
【００１２】
〈実施例１の溶接条件〉
本実施例では、板厚８ｍｍ以上のワークに対するアルゴンガスとＣＯ2ガスの混合シールドガスを用いた消耗電極式アーク溶接において、径１．２〜１．６ｍｍの溶接ワイヤを用い、溶接電流を６００Ａ以上とする。
【００１３】
〈実施例１の溶接条件下ではそのままだとワイヤ先端は高速回転を始める〉
上記のような条件でワイヤ送給速度を２５ｍ／分以上として溶接を行うと、ワイヤ先端は高速回転を始める。前述のようにワイヤ先端の高速回転はスパッタの発生源になるため、大電流による安定した溶接を行うためには、このワイヤ先端の高速回転を抑制することが必須条件である。
【００１４】
〈大電流領域になるとワイヤ先端が高速回を始めるメカニズム〉
本願発明者は、大電流領域になるとワイヤ先端が高速回を始めるメカニズムを究明した結果、高速回転のメカニズムに関して、以下の（Ａ）および（Ｂ）の現象があることに気がついた。
（Ａ）大電流状態では溶接ワイヤ周辺に大きな磁界が発生するため、この磁気の力でアークとワイヤ先端が回転を始める。
しかしながら、ワイヤ先端が吹き飛ぶような速い回転に至るまでには、ある程度の時間がかかる。
（Ｂ）大電流状態でワイヤ先端にアークが集中すると、ワイヤ先端の粒滴は常に「ワイヤ先端から離脱する／離脱しない」を繰り返す不安定状態になり、このような不安定な粒滴からアークが発生することがワイヤ先端の高速回転に繋がる。
【００１５】
〈実験の条件〉
こうした（Ａ）および（Ｂ）の現象に気づいた結果、ワイヤ径１．４ｍｍ、溶接電流６００Ａ以上、ワイヤ送給速度２５ｍ／分以上の条件下で、板厚１２ｍｍのワークに対してＭＡＧ溶接を行う実験を実施した。
以下、この実験結果に基づき本発明の内容を説明する。
【００１６】
〈本発明方法を実施するアーク溶接装置の全体構成〉
図１は、本発明のアーク溶接方法を実施する溶接装置の構成を示す模式図である。図１において、三相交流電源１から給電される溶接電源２は、ワイヤ送給装置４を制御してワイヤスプール５からワーク７へ向かって供給されるワイヤ３への供給速度を制御すると共に、給電装置６を介してワイヤ３へ高電力を給電してワイヤ３とワーク７との間にアーク放電を発生させる。
このとき、シールドガスを充填したボンベ１７からシールドガスがワイヤ３の先端からワーク７へ向かって吹くよう供給される。シールドガスはアルゴンガス８０％、ＣＯ2ガス２０％とする混合シールドガスを用いている。
【００１７】
〈溶接電源２の構成〉
溶接電源２は、コンバータ８〜制御部１６から成る。
三相交流を直流に変換するコンバータ８から直流がインバータ９に供給されると、インバータ９はその直流電流を高周波の交流電流に変換する。インバータ９から出力された高周波交流はトランス１０によって電流・電圧が変換された後、コンバータ１１によって再び直流電流に変換される。コンバータ１１から出力される直流電流は脈動しているのでリアクトル１２により平滑化される。
１３はＥＰ（逆極性）／ＥＮ（正極性）の切り換え部であり、ワイヤ側がプラス極でワーク側がマイナス極の逆（ＥＰ）極性、もしくはワイヤ側がマイナス極でワーク側がプラス極の正（ＥＮ）極性の設定や切り換えを行いつつ、ワイヤへの給電装置６とワーク７との間に電力を供給する。
１４はワイヤとワークとの間の溶接電圧を検出する電圧検出用センサであり、１５はワイヤとワークとの間に流れる溶接電流を検出する電流検出用センサである。
【００１８】
〈制御部１６の３つの機能〉
電圧検出用センサ１４、電流検出用センサ１５の各出力は制御部１６に入力される。制御部１６は両センサの各出力を基に溶接電源内のインバータ９を制御する。
また、ワイヤ送給装置４にはここに図示していないがエンコーダとモータが内蔵されており、制御部１６はこのモータを制御して指定のワイヤ送給速度でワイヤスプール５からワイヤ３をワーク７側へ送給する。
制御部１６は、そのほかＥＰ／ＥＮ切り換え部１３に対しても切り換えを指令する。
【００１９】
〈消耗電極式アーク溶接で、溶接電流とワイヤ送給速度が低い場合〉
図１のような構成において、ボンベ１７からアルゴンガスとＣＯ2ガスの混合シールドガスを供給し、径１．４ｍｍの溶接ワイヤを用い、ワイヤ３の側をプラス極としワーク７の側をマイナス極とする逆極性（ＥＰ極性）にて直流アーク溶接を行った。このような消耗電極式アーク溶接の場合のワイヤ先端部のアーク状況を図２の概略図で説明する。
ワイヤ３の先端はアークの熱で加熱され、ワイヤ先端球滴１８を形成する。ワイヤ先端球滴１８は溶けた金属玉である。ワイヤ先端球滴１８は表面張力と粘性によってワイヤ３の先端に付着しているが、金属玉が大きくなると溶接電流のピンチ力及び重力によってワーク７に向かって落下する。ワイヤ送給装置４から送給されるワイヤ量とワーク７に向かって落下するワイヤ先端溶滴１８のワイヤ量とが釣り合って、アーク１９のアーク長は一定となる。
【００２０】
〈消耗電極式アーク溶接で、溶接電流とワイヤ送給速度が高い場合〉
図２の状態において溶接電流を６００Ａ以上に設定し、ワイヤを２５ｍ／分以上の送給速度で送り出すと、ワイヤ先端溶滴１８およびアーク１９は図３（ａ）のようにワイヤ先端球滴１８がワイヤ３の先端から一方の横方向に偏倚した状態での放電から、（ｂ）のように逆方向に偏倚した状態での放電となるといった２状態の放電を繰り返し磁気力により回転を始める。
そして回転が速くなると、ワイヤ先端溶滴１８は直下のワーク７に落下せず、遠心力によってスパッタとして周囲に飛散するようになる。
【００２１】
〈本発明によるＥＰ／ＥＮ切り換え〉
図３のようなアークの回転を抑制するため、本発明では次のようにしている。
図１の溶接装置にて溶接条件が溶接電流６００Ａ以上、ワイヤ送給速度２５ｍ／分以上に設定された場合（溶接装置への溶接電流、溶接電圧、ワイヤ送給速度等の設定方法については周知であるため、ここではその詳細を割愛する）、制御部１６は、ＥＰ／ＥＮ切り換え部１３に対し、所定の周波数によってＥＰ極性とＥＮ極性を切り換えるよう指令を出す。
【００２２】
〈本発明によるＥＰ／ＥＮ切り換えの作用・効果〉
図４はＥＰ極性でのアーク状況の概略図であり、図５はＥＮ極性でのアーク状況の概略図である。
図４のようなＥＰ極性の場合はワイヤ先端球滴１８の形状は図２と同様であるが、ＥＮ極性の場合は、図５のように発生するアーク１９がワイヤ３の上部に這い上がるため、ワイヤ先端球滴１８は図４の場合と異なり下方に長く伸びた逆円錐滴１８’となる。
そこで所定の周波数によってＥＰ極性とＥＮ極性の切り換えを行うと、その切り換え毎にワイヤ先端部はこのような図４の球滴状態１８と図５の逆円錐滴状態１８’とを繰り返すこととなる。
このようにＥＰ極性とＥＮ極性の切り換えを行うと、溶接電流方向が反転するため、溶接電流に伴って発生する磁気力の方向も反転する。磁気力の方向が反転するとワイヤ先端溶滴１８、アーク１９を回転させる力の方向が反転することになり、この反転を周期的に行うことによりアークの回転が停止する。アークの回転が停止すると遠心力が作用せずスパッタの発生を大幅に抑制することができる。
本願発明者による実験では、ワイヤ送給速度２５ｍ／分以上の条件化において、ＥＰ極性とＥＮ極性の切り換え周波数すなわち交流周波数を１０Ｈｚ以上とするとアークの回転を停止する効果があることを確認した。
【００２３】
〈本発明によるＥＰ／ＥＮ切り換えを２０Ｈｚで行った溶接実験の場合〉
交流周波数を２０Ｈｚとした溶接実験時の電流波形を図６（ａ）で示し、電圧波形を図６（ｂ）で示している。また、そのときの他の詳しい溶接条件を図７（ａ）で示している。溶接条件は、（イ）使用するワイヤ径が１．４ｍｍで、（ロ）ワイヤ送給速度が３５ｍ／分で、（ハ）ワイヤび給電する交流の周波数が２０Ｈｚで、（ニ）交流比率が５０％で、（ホ）溶接電流が６７０Ａで、（ヘ）溶接電圧が４２Ｖで、（ト）溶接対象のワーク板厚が１２ｍｍである。なお、（ホ）の「溶接電流」とは、交流電流の平均値を意味している。すなわち図６（ａ）の電流波形のピークは７５０Ａ超であるが、電流値が正となる半周期分の平均をもって溶接電流としている。また、混合比率をアルゴンガス８０％、ＣＯ2ガス２０％とする混合シールドガスを用いた。
その結果、溶接実験で生じた溶接ビードの外観を図７（ｂ）の外観図で示している。図７の交流周波数２０Ｈｚでの溶接ビードは、スパッタとして周囲に飛散することなく、また、直下のワーク上にできたビードは従来のものと比べて幅が狭く、高さが高い形状となり、満足のいくものとなった。
【００２４】
〈本発明によるＥＰ／ＥＮ切り換えを４０Ｈｚで行った溶接実験の場合〉
交流周波数を４０Ｈｚとした溶接実験時の電流波形を図８（ａ）で示し、電圧波形を図８（ｂ）で示している。また、そのときの他の詳しい溶接条件を図９（ａ）で示している。溶接条件は、（イ）使用するワイヤ径が１．４ｍｍで、（ロ）ワイヤ送給速度が３５ｍ／分で、（ハ）ワイヤび給電する交流の周波数が４０Ｈｚで、（ニ）交流比率が５０％で、（ホ）溶接電流が６７０Ａで、（ヘ）溶接電圧が４２Ｖで、（ト）溶接対象のワーク板厚が１２ｍｍである。（ホ）の「溶接電流」の定義は図７の場合と同じである。
その結果、溶接実験で生じた溶接ビードの外観を図９（ｂ）の外観図で示している。図９の交流周波数４０Ｈｚでの溶接ビードは、スパッタとして周囲に飛散することなく、また、直下のワーク上にできたビードは従来のものと比べて幅が狭く、高さが高い凸型形状となり、満足のいくものとなった。
図９（ｂ）の交流周波数４０Ｈｚでの溶接ビードが図７（ｂ）の交流周波数２０Ｈｚでの溶接ビードと比べやや凸型形状なのは、交流周波数が高いと単位時間あたりで電流・電圧がゼロになる回数が多いため、ワークへの入熱量が減少することが原因と考えられる。
【００２５】
以上述べたように、本願発明では上記（Ａ）および（Ｂ）の現象に気づいた結果、（Ａ）の現象を利用して、磁気の力でアークとワイヤ先端が回転するような溶接条件であっても、遠心力によってワイヤ先端が吹き飛ぶような速い回転に至る前にワイヤに流れる電流の方向を所定周期で切り換えるようにしたのである。
この方法によって、ワイヤ先端の高速回転を停止させ、結果としてスパッタの発生を大幅に抑制して安定した溶接が行うことができるという効果が確認された。
【実施例２】
【００２６】
〈実施例２は最初ＥＰで開始し、途中でＥＮへ１回だけ切り換えるもの〉
《電流やワイヤ送給速度が低い時点でＥＮにすると不利な理由》
実施例１では、溶接電流６００Ａ以上、ワイヤ送給速度２５ｍ／分以上の条件下において所定の周波数（図６〜図７では２０Ｈｚ、図８〜図９では４０Ｈｚ）でＥＰ極性とＥＮ極性の切り換えを行った。しかしながら溶接開始当初においては、溶接電流値が６００Ａ以上に達するまでにはある程度の時間を要する。同様にワイヤ送給速度についても２５ｍ／分以上といった速度に達するまでにはある程度の時間を要する。電流やワイヤ送給速度が低い時点でＥＮ極性とすると、ワークの溶け込みが不十分となり、アーク１９の直下に十分に加熱された溶融プールを得ることができないという問題が発生する。またワイヤ送給速度が低い時点でＥＮ極性とすると、ＥＮ時のアークによってワイヤが燃え上がり、コンタクトチップへの溶着、ビード不整合、ブローホール発生等の不具合の原因となる。
【００２７】
《電流やワイヤ送給速度が高い時点でＥＮにすると有利な理由》
逆に、ワイヤ送給速度が十分に速く、かつ大電流の状態では、ＥＮ極性でもワーク７のアーク１９直下部分は十分に加熱され、ワーク７の溶け込み不足が発生しない。
また、ワイヤ送給速度が十分に速ければ、ＥＮ時のアークによる燃え上がりが防止され、前述の不具合は発生しない。
また、上記（Ｂ）の現象を逆に利用すれば、ＥＮ極性では図５に示すようにアークはワイヤの上部まで這い上がった位置からも発生するため、アークが先端に集中しない状態となると考えられる。
そこで、本願発明者は実際にワイヤ径１．４ｍｍの溶接ワイヤを用い、ＥＮ極性にてワイヤ送給速度３０ｍ／分の場合と３５ｍ／分の場合でワイヤ先端部を高速度カメラで観察したところ、ワイヤ先端は図５の形状を保ち、ワイヤ先端球滴の回転やアークの回転は観察されなかった。
ワイヤ先端全体からアークが発生するような状態では、アーク力が分散し、ワイヤ先端が針状になるため、ワイヤ先端球滴の回転、アークの回転が抑制されるものと推定される。
【００２８】
〈実施例２でＥＰからＥＮへ切り換えるタイミング〉
こうした結果に鑑み、ワイヤ送給速度によってＥＰ極性からＥＮ極性へと切り換えるようにしたのが実施例２である。
具体的には、ワイヤ送給速度が５ｍ／分未満の場合は、制御部１６はＥＰ／ＥＮ切り換え部１３に対し、ＥＰ極性を維持するように指令する。
時間の経過とともに電流値およびワイヤ送給速度が大きくなりワイヤ送給速度が５ｍ／分以上になると、ワイヤ送給速度が２５ｍ／分を超える前に制御部１６はＥＰ／ＥＮ切り換え部１３に対し、ＥＰ極性からＥＮ極性への切り換えを行うよう指令する。
【００２９】
〈実施例２の切り換えるタイミング幅は５ｍ／分〜２５ｍ／分〉
図１０はワイヤ送給速度の増加に伴ってＥＰ極性からＥＮ極性へと切り換えを行うタイミングを示した図である。
ワイヤ径１．４ｍｍの溶接ワイヤを用い、ワイヤ送給速度が５ｍ／分未満のように低い場合には、ＥＰ極性を維持してもワイヤ先端球滴の回転やアークの回転は発生しない。
また、ワイヤ送給速度が２５ｍ／分以上と高い場合には、ＥＮ極性の状態を維持することで、アークがワイヤの先端から上部まで這い上がった位置からも発生し、アークが先端に集中しないため同じくワイヤ先端球滴の回転やアークの回転は発生しない。
この方法によって、溶接開始時から定常状態を通して、ワイヤ先端の高速回転を停止させ、結果としてスパッタの発生を大幅に抑制して安定した溶接が行うことができるという効果が確認された。
【００３０】
〈切り換えの別のタイミング〉
以上の説明ではワイヤ送給速度によってＥＰ極性からＥＮ極性への切り換えを行ったが、ワイヤ送給開始からの経過時間によってＥＰ極性からＥＮ極性への切り換えを行ってもよい。具体的にはワイヤ送給開始当初はＥＰ極性を維持し、ワイヤ送給開始から所定の時間（数秒程度）が経過しワイヤ送給速度が上昇した時点でＥＮ極性への切り換えを行うようにするものである。
【００３１】
〈溶接ワイヤ径の数値範囲〉
なお実施例１および２ではワイヤ径１．４ｍｍの溶接ワイヤを用いた実験に基づき説明したが、ワイヤ径を１．４ｍｍ前後（１．２〜１．６ｍｍ）とした場合においても同様の効果を得ることができる。
すなわち、ワイヤに流れる電流密度によって本願発明による効果が得られる範囲を明らかにするならば、６００Ａ／（π・（０．８ｍｍ）2）≒３００Ａ／ｍｍ2以上となる。
【００３２】
〈混合シールドガスの組成〉
また、実施例１および２で用いたアルゴンガスとＣＯ2ガスの混合シールドガスは、その比率をアルゴンガス８０％、ＣＯ2ガス２０％としたが、ＣＯ2ガスに加えヘリウムガスや酸素を数％混合したシールドガスを用いてもよい。
【符号の説明】
【００３３】
１  三相交流電源
２  溶接電源
３  ワイヤ
４  ワイヤ送給装置
５  ワイヤスプール
６  ワイヤへの給電装置
７  ワーク
８  コンバータ
９  インバータ
１０  トランス
１１  コンバータ
１２  リアクトル
１３  ＥＰ／ＥＮ切り換え部
１４  電圧検出用センサ
１５  電流検出用センサ
１６  制御部
１７  ボンベ
１８  ワイヤ先端球滴
１８’  ワイヤ先端逆三角錐滴
１９  アーク
【図１】
2010264487.tif 000003
【図２】
2010264487.tif 000004
【図３】
2010264487.tif 000005
【図４】
2010264487.tif 000006
【図５】
2010264487.tif 000007
【図６】
2010264487.tif 000008
【図７】
2010264487.tif 000009
【図８】
2010264487.tif 000010
【図９】
2010264487.tif 000011
【図１０】
2010264487.tif 000012