(57)【要約】【課題】ティグ溶接において、本電流値及び溶接時間が変化してもアフターフロー期間を自動的に適正化することができるようにする。【解決手段】溶接部２にシールドガス５を放流しながら少なくとも本電流Ｉｍｒを含む溶接電流Ｉｗを通電して溶接を行い、溶接終了に際して前記溶接電流Ｉｗの通電を停止し、この通電停止後も予め定めたアフターフロ期間Ｔａｒだけ前記シールドガス５の放流を継続するアーク溶接のガス制御方法において、前記溶接電流Ｉｗの積分値Ｓｉを算出し、この積分値Ｓｉを入力として予め定めた期間設定関数ＴＡＲによって前記アフターフロー期間Ｔａｒを適正値に設定する。これにより、溶接時間が短いときは無駄なアフターフロー期間のシールドガスの放流を防止することができる。また、溶接時間が長い場合でも、電極及び溶融池の酸化を防止することができる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
溶接部にシールドガスを放流しながら少なくとも本電流を含む溶接電流を通電して溶接を行い、
溶接終了に際して前記溶接電流の通電を停止し、この通電停止後も予め定めたアフターフロ期間だけ前記シールドガスの放流を継続するアーク溶接のガス制御方法において、
前記本電流値及び前記溶接電流の通電時間を入力として予め定めた期間設定関数によって前記アフターフロー期間を設定する、
ことを特徴とするアーク溶接のガス制御方法。
【請求項２】
前記期間設定関数が、前記溶接電流の積分値を入力として前記アフターフロー期間を設定する関数である、
ことを特徴とする請求項１記載のアーク溶接のガス制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、アーク溶接におけるシールドガスのアフターフロー期間を適正化することができるアーク溶接のガス制御方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
ティグ溶接、プラズマアーク溶接等の非消耗電極式アーク溶接（以下、単にアーク溶接という）では、溶接中に溶接部をシールドガスによって大気から遮蔽する必要がある。この遮蔽状態が不完全であると、溶融池及び非消耗電極（以下、単に電極という）が酸化されるために、不良な溶接ビードになり、電極が損傷を受けることになる。このために、溶接電流を通電する所定期間（プリフロー期間）前からシールドガスの放流を開始し、溶接電流の通電停止後も所定期間（アフターフロー期間）だけシールドガスの放流を継続する。以下、このシーケンスについて説明する。
【０００３】
図６は、ティグ溶接の典型的な溶接電流波形図である。同図（Ａ）はシールドガスの放流／停止を制御するためのガス制御信号Ｇｃを示し、同図（Ｂ）は溶接電流Ｉｗを示す。以下、同図を参照して説明する。
【０００４】
トーチスイッチがオンされ溶接電源にトーチスイッチ信号（図示は省略）が入力されると、同図（Ａ）に示すように、溶接トーチ先端のノズルからのシールドガスの放流が開始される。同図（Ａ）に示すように、プリフロー期間Ｔｐが経過すると、同図（Ｂ）に示すように、初期電流Ｉｓが通電する。ここでトーチスイッチがオフされると、アップスロープ期間Ｔｕの間初期電流Ｉｓから本電流Ｉｍへと溶接電流Ｉｗが増加し、その後は本電流Ｉｍが通電する。ここで、再びトーチスイッチがオンされると、ダウンスロープ期間Ｔｄの間、本電流Ｉｍからクレータ電流Ｉｃへと溶接電流Ｉｗが減少し、その後はクレータ電流Ｉｃが通電する。ここで、再びトーチスイッチがオフされると、クレータ電流Ｉｃの通電が終了する。ただし、同図（Ａ）に示すように、シールドガスの放流はその後もアフターフロー期間Ｔａの間継続する。
【０００５】
上記はクレータ有モードの場合であるが、一般的なティグ溶接電源にはこれ以外にクレータ無モード及びクレータ反復モードが搭載されている。クレータ無モードでは、初期電流Ｉｓ及びクレータ電流Ｉｃがなく、本電流Ｉｍのみが通電する。また、クレータ反復モードでは、同図において、クレータ電流Ｉｃの通電時にトーチスイッチをオフにすると再び本電流Ｉｍの通電に戻る。そして、トーチスイッチをオンにすると、クレータ電流Ｉｃが通電し、これ以降はトーチスイッチのオフ／オンに連動して本電流Ｉｍとクレータ電流Ｉｃとを繰り返す。通電を終了するときは、トーチを母材から引き離して強制的にアークを消滅させることによって行う。
【０００６】
溶接を行う際には、溶接作業者は、継手条件、被溶接物の材質、板厚等の溶接条件に応じて、上記の本電流Ｉｍ、初期電流Ｉｓ、クレータ電流Ｉｃ、アップスロープ期間Ｔｕ、ダウンスロープ期間Ｔｄ、プリフロー期間Ｔｐ及びアフターフロー期間Ｔａ（以下、パラメータという）を適正値に設定する必要がある。これら多数のパラメータを種々の溶接条件に応じて適正値に設定するのは、長年の経験と煩雑な手間が必要である。この問題に対処するために、本電流Ｉｍを設定すれば他のパラメータは本電流Ｉｍとの間で予め定めた関係に従って自動的に設定される従来技術が提案されている（例えば、特許文献１、２参照）。
【０００７】
【特許文献１】特許第３００４８８９号公報
【特許文献２】特開２００６−２６６６３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
上述したように、本電流Ｉｍを設定すれば、、初期電流Ｉｓ、クレータ電流Ｉｃ、アップスロープ期間Ｔｕ、ダウンスロープ期間Ｔｄ、プリフロー期間Ｔｐ及びアフターフロー期間Ｔａ等のパラメータは予め定めた本電流Ｉｍとの関係によって適正値に自動設定することができる。したがって、上記のアフターフロー期間Ｔａは、電極及び溶融池が酸化しないように、本電流Ｉｍに基づいて自動設定することができる。
【０００９】
しかしながら、本電流Ｉｍが決まるとアフターフロー期間Ｔａが所定値に固定されるために、溶接時間が短いときは、電極及び溶融池が十分に冷却されて酸化するおそれがなくなった後も無駄にシールドガスを放流することになっていた。逆に、溶接時間が長いときは、電極及び溶融池が十分に冷却される前にシールドガスの放流が停止するために、電極及び溶融池が酸化するという不具合が発生していた。
【００１０】
そこで、本発明では、溶接時間が短い場合でも長い場合でもアフターフロー期間Ｔａを適正かすることができ、無駄なシールドガスの放流がなく、電極及び溶融池の酸化を防止することができるアーク溶接のガス制御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】
【００１１】
上述した課題を解決するために、第１の発明は、
溶接部にシールドガスを放流しながら少なくとも本電流を含む溶接電流を通電して溶接を行い、
溶接終了に際して前記溶接電流の通電を停止し、この通電停止後も予め定めたアフターフロ期間だけ前記シールドガスの放流を継続するアーク溶接のガス制御方法において、
前記本電流値及び前記溶接電流の通電時間を入力として予め定めた期間設定関数によって前記アフターフロー期間を設定する、
ことを特徴とするアーク溶接のガス制御方法である。
【００１２】
前記期間設定関数が、前記溶接電流の積分値を入力として前記アフターフロー期間を設定する関数である、
ことを特徴とする第１の発明記載のアーク溶接のガス制御方法である。
【発明の効果】
【００１３】
上記第１の発明によれば、本電流値及び通電時間を入力として予め定めた期間設定関数によってアフターフロー期間が適正値に設定される。このために、通電時間が短い溶接の場合は、アフターフロー期間が短くなり、無駄なシールドガスの放流を防止することができる。また、通電時間が長い溶接の場合は、アフターフロー期間が長くなり、電極及び溶融池の酸化を防止することができる。したがって、第１の発明では、省資源（シールドガス）と高品質とを共に実現することができる。
【００１４】
第２の発明によれば、第１の発明の効果に加えて、期間設定関数の入力を溶接電流の積分値に一元化することができるので、関数の構造をシンプルにすることができる。このために、期間設定関数を予め設定する工数を削減することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。
【００１６】
［実施の形態１］
図１は、本発明の実施の形態１に係るアーク溶接のガス制御方法を実施するための溶接電源のブロック図である。以下、同図を参照して各ブロックについて説明する。
【００１７】
電源主回路ＰＭは、３相２００Ｖ等の商用電源（図示は省略）を入力として、後述する駆動信号Ｄｖに従ってインバータ制御による出力制御を行い、溶接電流Ｉｗを出力する。溶接トーチ４に装着されたタングステン等の非消耗電極１と母材２との間にアーク３が発生し、アーク３中を溶接電流Ｉｗが通電する。アーク３を大気から遮蔽するようにアルゴンガス、ヘリウムガス等のシールドガス５が放流される。このシールドガス５の放流／停止の制御は、ガスボンベ６と上記の溶接トーチ４とをつなぐガス配管７の途中に設けられたガス電磁弁ＧＢの開閉によって行われる。
【００１８】
本電流設定回路ＩＭＲは、予め定めた本電流設定信号Ｉmrを出力する。初期電流設定回路ＩＳＲは、予め定めた初期電流設定信号Ｉsrを出力する。クレータ電流設定回路ＩＣＲは、予め定めたクレータ電流設定信号Ｉcrを出力する。アップスロープ期間設定回路ＴＵＲは、予め定めたアップスロープ期間設定信号Ｔurを出力する。ダウンスロープ期間設定回路ＴＤＲは、予め定めたダウンスロープ期間設定信号Ｔdrを出力する。プリフロー期間設定回路ＴＰＲは、予め定めたプリフロー期間設定信号Ｔprを出力する。
【００１９】
電流検出回路ＩＤは、上記の溶接電流Ｉｗを検出して、電流検出信号Ｉｄを出力する。通電時間計測回路ＴＷは、この電流検出信号Ｉｄを入力として、溶接電流Ｉｗが通電している時間を計測し、通電が終了した時点で通電時間計測信号Ｔｗを出力する。アフターフロー期間算出回路ＴＡＲは、上記の本電流設定信号Ｉmr及び上記の通電時間計測信号Ｔｗを入力として、予め定めた期間設定関数によってアフターフロー期間設定信号Ｔarを出力する。この期間設定関数については、図２で後述する。
【００２０】
トーチスイッチＴＳは、溶接トーチ４のハンド部に設けられており、オン／オフに対応したトーチスイッチ信号Ｔｓを出力する。シーケンス制御回路ＳＣは、上記の本電流設定信号Ｉmr、上記の初期電流設定信号Ｉsr、上記のクレータ電流設定信号Ｉcr、上記のアップスロープ期間設定信号Ｔur、上記のダウンスロープ期間設定信号Ｔdr、上記のプリフロー期間設定信号Ｔpr、上記のアフターフロー期間設定信号Ｔar及び上記のトーチスイッチ信号Ｔｓを入力として、トーチスイッチＴＳのオン／オフ操作に連動したトーチスイッチ信号Ｔｓの変化によって、図３で後述するシーケンス制御を行い、起動信号Ｏｎ及び電流設定信号Ｉｒを出力し、かつ、上記のガス電磁弁ＧＢを開閉制御するためのガス制御信号Ｇｃを出力する。
【００２１】
電流誤差増幅回路ＥＩは、上記の電流設定信号Ｉｒと上記の電流検出信号Ｉｄとの誤差を増幅して、電流誤差増幅信号Ｅｉを出力する。駆動回路ＤＶは、この電流誤差増幅信号Ｅｉ及び上記の起動信号Ｏｎを入力として、起動信号ＯｎがＨｉｇｈレベルのときは電流誤差増幅信号Ｅｉに基づいてパルス幅変調制御を行い、駆動信号Ｄｖを出力する。これらの回路ブロックによって図６で上述した溶接電流Ｉｗが通電し、シールドガスが放流される。このときに、アフターフロー期間Ｔａは、本電流設定信号Ｉmr及び通電時間計測信号Ｔｗを入力として予め定めた期間設定関数によって適正値に自動設定される。
【００２２】
図２は、上述したアフターフロー期間算出回路ＴＡＲに内蔵されている期間設定関数の一例を示す図である。同図の横軸は通電時間計測信号Ｔｗ（ｓ）を示し、縦軸はアフターフロー期間設定信号Ｔar（ｓ）を示す。関数Ｌ１は本電流設定信号Ｉmr＝＊１２５Ａのときであり、関数Ｌ２はＩmr＝＊１５０Ａのときであり、関数Ｌ３はＩmr＝＊１７５Ａのときである。例えば、本電流設定信号Ｉmr＝１５０Ａであり、通電時間計測信号Ｔｗ＝Ｔw1（ｓ）であったときは、まず関数Ｌ２が選択され、Ｔｗ＝Ｔw1のときのＴar＝Ｔar1が算出される。関数は、本電流の最少値から最大値の全範囲にわたり、所定の電流値間隔に設定される。また、例えば、本電流設定信号Ｉmrの値が関数Ｌ１とＬ２の中間値であるときは、関数Ｌ１とＬ２の値から比例配分して算出する。
【００２３】
図３は、上述したシーケンス制御回路ＳＣにおけるシーケンス制御を示すタイミングチャートである。同図（Ａ）はトーチスイッチ信号Ｔｓを示し、同図（Ｂ）はガス制御信号Ｇｃを示し、同図（Ｃ）は起動信号Ｏｎを示し、同図（Ｄ）は電流設定信号Ｉｒを示す。同図は上述した図６と同じ溶接電流Ｉｗを通電する場合である。以下、同図を参照して説明する。
【００２４】
時刻ｔ１において、同図（Ａ）に示すように、トーチスイッチ信号ＴｓがＨｉｇｈレベル（オン状態）になると、同図（Ｂ）に示すように、ガス制御信号ＧｃがＨｉｇｈレベルになり、ガス電磁弁ＧＢが開状態になるためにシールドガス５の放流が開始される。時刻ｔ２においてプリフロー期間設定信号Ｔprによって定まる期間が経過すると、同図（Ｄ）に示すように、電流設定信号Ｉｒは０から初期電流設定信号Ｉsrの値に変化し、同図（Ｃ）に示すように、起動信号ＯｎがＨｉｇｈレベルになるために、溶接電源の出力が開始され、初期電流が通電してアークが発生する。
【００２５】
時刻ｔ３において、同図（Ａ）に示すように、トーチスイッチ信号ＴｓがＬｏｗレベル（オフ状態）になると、同図（Ｄ）に示すように、アップスロープ期間設定信号Ｔurによって定まる期間（時刻ｔ３〜ｔ４）中は初期電流設定信号Ｉsrの値から本電流設定信号Ｉmrの値まで次第に大きくなり、これに対応した溶接電流が通電する。時刻ｔ４〜ｔ５の期間中は、同図（Ａ）に示すように、トーチスイッチ信号ＴｓはＬｏｗレベルのままであるので、同図（Ｄ）に示すように、電流設定信号Ｉｒは本電流設定信号Ｉmrの値のままであり、本電流が通電する。
【００２６】
時刻ｔ５において、同図（Ａ）に示すように、トーチスイッチ信号ＴｓがＨｉｇｈレベル（オン状態）になると、同図（Ｄ）に示すように、ダウンスロープ期間設定信号Ｔdrによって定まる期間（時刻ｔ５〜ｔ６）中の電流設定信号Ｉｒは、本電流設定信号Ｉmrの値からクレータ電流設定信号Ｉcrの値まで次第に小さくなり、これに対応した溶接電流が通電する。時刻ｔ６〜ｔ７の期間中は、同図（Ａ）に示すように、トーチスイッチ信号ＴｓはＨｉｇｈレベルのままであるので、同図（Ｄ）に示すように、電流設定信号Ｉｒはクレータ電流設定信号Ｉcrの値のままであり、クレータ電流が通電する。
【００２７】
時刻ｔ７において、同図（Ａ）に示すように、トーチスイッチ信号ＴｓがＬｏｗレベル（オフ状態）になると、同図（Ｄ）に示すように、電流設定信号Ｉｒは０になり、同図（Ｃ）に示すように、起動信号ＯｎがＬｏｗレベルになるために通電は停止する。時刻ｔ７〜ｔ８のアフターフロー期間設定信号Ｔarによって定まる期間中は、同図（Ｂ）に示すように、ガス制御信号ＧｃはＨｉｇｈレベルを維持するので、ガス電磁弁ＧＢは開状態を維持し、シールドガス５の放流が継続する。時刻ｔ８において、同図（Ｂ）に示すように、ガス制御信号ＧｃがＬｏｗレベルになるので、シールドガス５の放流は停止する。
【００２８】
上述した実施の形態１によれば、本電流設定信号Ｉmr及び通電時間計測信号Ｔｗを入力として予め定めた期間設定関数によってアフターフロー期間設定信号Ｔarの値が適正値に設定される。このために、通電時間が短い溶接の場合はアフターフロー期間が短くなり無駄なシールドガスの放流を防止することができる。また、通電時間が長い溶接の場合は、アフターフロー期間が長くなり、電極及び溶融池の酸化を防止することができる。したがって、実施の形態１では、省資源と高品質とを手間をかけることなく実現することができる。
【００２９】
［実施の形態２］
図４は、本発明の実施の形態２に係るアーク溶接のガス制御方法を実施するための溶接電源のブロック図である。同図において上述した図１と同一のブロックには同一符号を付してそれらの説明は省略する。同図においては、図１の通電時間計測回路ＴＷを破線で示す電流積分値算出回路ＳＩに置換し、図１のアフターフロー期間算出回路ＴＡＲを破線で示す第２アフターフロー期間算出回路ＴＡＲ２に置換している。以下、これらの回路について同図を参照して説明する。
【００３０】
電流積分値算出回路ＳＩは、電流検出信号Ｉｄを入力として、この電流検出信号Ｉｄを通電開始から通電終了まで積分して、電流積分値信号Ｓｉを出力する。第２アフターフロー期間算出回路ＴＡＲ２は、この電流積分値信号Ｓｉを入力として予め定めた電流積分値対応期間設定関数によってアフターフロー期間設定信号Ｔarを出力する。
【００３１】
図５は、上述した電流積分値対応期間設定関数の一例を示す図である。同図の横軸は電流積分値信号Ｓｉ（A・s）を示し、縦軸はアフターフロー期間設定信号Ｔar（ｓ）を示す。同図に示す関数Ｌ４によって、電流積分値信号Ｓｉの値に対応したアフターフロー期間設定信号Ｔarが算出される。
【００３２】
同図に示す電流積分値対応期間設定関数は、電流積分値信号Ｓｉを入力とすることによって、図２で上述した期間設定関数群のときのように複数の関数を設定する必要がなく１つの関数で良いために、関数の構造がシンプルになる。実施の形態２のシーケンス制御は、上述した図３と同一である。
【００３３】
上述した実施の形態２によれば、期間設定関数の入力を溶接電流の積分値にすることによって関数の構造をシンプルにすることができる。このために、期間設定関数を予め設定するのに必要な時間を削減することができる。
【００３４】
上述した実施の形態では、非消耗電極アーク溶接の場合について説明したが、本発明は消耗電極アーク溶接にも適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】本発明の実施の形態１に係るアーク溶接のガス制御方法を実施するための溶接電源のブロック図である。
【図２】図１のアフターフロー期間算出回路ＴＡＲに内蔵されている期間設定関数を例示する図である。
【図３】図１のシーケンス制御回路ＳＣにおけるシーケンス制御を示すタイミングチャートである。
【図４】本発明の実施の形態２に係るアーク溶接のガス制御方法を実施するための溶接電源のブロック図である。
【図５】図４の第２アフターフロー期間算出回路ＴＡＲ２に内蔵されている電流積分値対応期間設定関数を例示する図である。
【図６】従来技術のティグ溶接における溶接電流波形及びシールドガスの放流期間を示す図である。
【符号の説明】
【００３６】
１            非消耗電極
２            母材
３            アーク
４            溶接トーチ
５            シールドガス
６            ガスボンベ
７            ガス配管
ＤＶ            駆動回路
Ｄｖ            駆動信号
ＥＩ            電流誤差増幅回路
Ｅｉ            電流誤差増幅信号
ＧＢ            ガス電磁弁
Ｇｃ            ガス制御信号
Ｉｃ            クレータ電流
ＩＣＲ            クレータ電流設定回路
Ｉcr            クレータ電流設定信号
ＩＤ            電流検出回路
Ｉｄ            電流検出信号
Ｉｍ            本電流
ＩＭＲ            本電流設定回路
Ｉmr            本電流設定信号
Ｉｒ            電流設定信号
Ｉｓ            初期電流
ＩＳＲ            初期電流設定回路
Ｉsr            初期電流設定信号
Ｉｗ            溶接電流
Ｌ１〜Ｌ４        関数
Ｏｎ            起動信号
ＰＭ            電源主回路
ＳＣ            シーケンス制御回路
ＳＩ            電流積分値算出回路
Ｓｉ            電流積分値信号
Ｔａ            アフターフロー期間
ＴＡＲ            アフターフロー期間算出回路
Ｔar            アフターフロー期間設定信号
ＴＡＲ２          第２アフターフロー期間算出回路
Ｔｄ            ダウンスロープ期間
ＴＤＲ            ダウンスロープ期間設定回路
Ｔdr            ダウンスロープ期間設定信号
Ｔｐ            プリフロー期間
ＴＰＲ            プリフロー期間設定回路
Ｔpr            プリフロー期間設定信号
ＴＳ            トーチスイッチ
Ｔｓ            トーチスイッチ信号
Ｔｕ            アップスロープ期間
ＴＵＲ            アップスロープ期間設定回路
Ｔur            アップスロープ期間設定信号
ＴＷ            通電時間計測回路
Ｔｗ            通電時間計測信号
【図１】
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【図２】
2010052004.tif 000004
【図３】
2010052004.tif 000005
【図４】
2010052004.tif 000006
【図５】
2010052004.tif 000007
【図６】
2010052004.tif 000008