(57)【要約】【課題】消耗電極式の交流アーク溶接において、アークスタート直後にアーク切れが頻繁に発生する場合がある。【解決手段】ワイヤ送給速度がスローダウンワイヤ送給速度から定常溶接ワイヤ送給速度に到達するまでの期間または定常溶接ワイヤ送給到達して所定時間後まで直流アーク溶接制御で出力し、その後、ワイヤ送給速度が一定の定常溶接ワイヤ送給速度となった安定した状態で交流アーク溶接制御に切り替えることでアーク切れを抑制する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
消耗電極である溶接用のワイヤと被溶接物である母材との間にアークを発生させて溶接出力制御を行うアーク溶接制御方法であって、
アークスタート時からは直流アーク溶接制御を行い、その後前記直流アーク溶接制御から交流アーク溶接制御に切り替えるアーク溶接制御方法。
【請求項２】
アークスタート時からは直流アーク溶接制御を行い、ワイヤ送給速度が定常溶接ワイヤ送給速度に達した以降に前記直流アーク溶接制御から交流アーク溶接制御に切り替える請求項１記載のアーク溶接制御方法。
【請求項３】
ワイヤ送給速度が定常溶接ワイヤ送給速度に達した時点から所定時間後に、直流アーク溶接制御から交流アーク溶接制御に切り替える請求項１記載のアーク溶接制御方法。
【請求項４】
ワイヤ送給速度が定常溶接ワイヤ送給速度に達した後に直流アーク溶接制御から交流アーク溶接制御に切り替える時間を、調整可能とした請求項２記載のアーク溶接制御方法。
【請求項５】
直流アーク溶接制御から交流アーク溶接制御に切り替えるタイミングは、母材の材質、前記母材の板厚、設定ワイヤ送給速度、設定電流、設定電圧、シールドガスの種類、ワイヤの材質、ワイヤの径、溶接速度の少なくとも１つに基づいて設定される請求項１から４のいずれか１項に記載のアーク溶接制御方法。
【請求項６】
直流アーク溶接制御時にはピーク電流期間とベース電流期間を交互に繰り返して溶接を行い、交流アーク溶接制御時にはピーク電流とベース電流からなる逆極性電流を通電する逆極性期間と正極性電流を通電する正極性期間とを交互に繰り返して溶接を行い、前記直流アーク溶接制御時と前記交流アーク溶接制御時とでは周波数が異なるように制御する請求項１から５のいずれか１項に記載のアーク溶接制御方法。
【請求項７】
直流アーク溶接制御時よりも交流アーク溶接制御時の方が、周波数が低くなるように制御する請求項６記載のアーク溶接制御方法。
【請求項８】
消耗電極である溶接用のワイヤと被溶接物である母材との間にアークを発生させて溶接を行うアーク溶接装置であって、
前記ワイヤと前記母材との間に電力を供給する出力部と、
ワイヤ送給速度を制御するワイヤ送給制御部と、
前記出力部の出力を制御する出力制御部とを備え、
前記出力制御部は、前記ワイヤ送給制御部の制御信号に基づいて、アークスタート時からは直流アーク溶接出力を供給し、その後前記直流アーク溶接制御から交流アーク溶接出力を供給するアーク溶接装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、消耗電極である溶接用のワイヤと被溶接物である母材との間にアークを発生させて溶接出力の制御を行う際のアークスタート性能を向上させるためのアーク溶接制御方法およびアーク溶接装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
消耗電極式交流アーク溶接では、極性が反転する毎にアークが消弧し、そして再度アークが発生する形態をとるため、再アーク発生を安定に行わせる必要がある。特に、アークスタート時およびその直後は溶融状態が安定していないので、再アークの発生が失敗する確率が高い。また、アークスタート直後は母材の温度が十分に上昇していないため、ビード形状や溶けこみ深さが定常溶接部とは異なり、溶接欠陥となる恐れがある。
【０００３】
従来のアークスタート制御として、定常溶接時のＥＮ比率より低い状態から定常溶接時のＥＮ比率へと徐々に上昇させる方法が知られている（例えば、特許文献１参照）。
【特許文献１】特開平５−２６１５３５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
従来のアークスタート制御は、図４に示すようにアークスタート直後にＥＮ比率が数％と非常に短い状態が存在する。このために、非常に短い数％のＥＮ比率を実現させるためには電極マイナス期間が非常に短くなり、ＥＰ極性からＥＮ極性に切り替えた直後にＥＮ極性からＥＰ極性に切り替える必要がある。すなわち、極性切り替え直後の不安定な状態で再度極性切り替えを行う必要があり、アーク切れが発生しやすくなるという課題があった。
【０００５】
また、アークスタート部のビード形状や溶け込み深さを定常溶接部と同等にするには、ＥＮ比率の上昇率やワイヤ送給速度ＷＦの上昇率を適正な値にする必要があるが、母材の板厚や大きさによって適正値が異なり、溶け込み不足などの溶接欠陥が発生するという課題があった。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記課題を解決するために、本発明のアーク溶接制御方法は、消耗電極である溶接用のワイヤと被溶接物である母材との間にアークを発生させて溶接出力制御を行うアーク溶接制御方法であって、アークスタート時からは直流アーク溶接制御を行い、その後前記直流アーク溶接制御から交流アーク溶接制御に切り替えるものである。
【０００７】
また、本発明のアーク溶接制御方法は、上記に加えて、アークスタート時からは直流アーク溶接制御を行い、ワイヤ送給速度が定常溶接ワイヤ送給速度に達した以降に前記直流アーク溶接制御から交流アーク溶接制御に切り替えるものである。
【０００８】
また、本発明のアーク溶接制御方法は、上記に加えて、ワイヤ送給速度が定常溶接ワイヤ送給速度に達した時点から所定時間後に、直流アーク溶接制御から交流アーク溶接制御に切り替えるものである。
【０００９】
また、本発明のアーク溶接制御方法は、上記に加えて、ワイヤ送給速度が定常溶接ワイヤ送給速度に達した後に直流アーク溶接制御から交流アーク溶接制御に切り替える時間を、調整可能としたものである。
【００１０】
また、本発明のアーク溶接制御方法は、上記に加えて、直流アーク溶接制御から交流アーク溶接制御に切り替えるタイミングは、母材の材質、前記母材の板厚、設定ワイヤ送給速度、設定電流、設定電圧、シールドガスの種類、ワイヤの材質、ワイヤの径、溶接速度の少なくとも１つに基づいて設定されるものである。
【００１１】
また、本発明のアーク溶接制御方法は、上記に加えて、直流アーク溶接制御時にはピーク電流期間とベース電流期間を交互に繰り返して溶接を行い、交流アーク溶接制御時にはピーク電流とベース電流からなる逆極性電流を通電する逆極性期間と正極性電流を通電する正極性期間とを交互に繰り返して溶接を行い、前記直流アーク溶接制御時と前記交流アーク溶接制御時とでは周波数が異なるように制御するものである。
【００１２】
また、本発明のアーク溶接制御方法は、上記に加えて、直流アーク溶接制御時よりも交流アーク溶接制御時の方が、周波数が低くなるように制御するものである。
【００１３】
また、本発明のアーク溶接装置は、消耗電極である溶接用のワイヤと被溶接物である母材との間にアークを発生させて溶接を行うアーク溶接装置であって、前記ワイヤと前記母材との間に電力を供給する出力部と、ワイヤ送給速度を制御するワイヤ送給制御部と、前記出力部の出力を制御する出力制御部とを備え、前記出力制御部は、前記ワイヤ送給制御部の制御信号に基づいて、アークスタート時からは直流アーク溶接出力を供給し、その後前記直流アーク溶接制御から交流アーク溶接出力を供給するものである。
【発明の効果】
【００１４】
以上のように、本発明によれば、アークスタート時に直流アーク溶接を行い、ワイヤ送給速度が定常溶接ワイヤ送給速度に達した後に直流アーク溶接制御から交流アーク溶接制御に切り替えるため、アーク切れの発生を抑制できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
（実施の形態１）
以下、本発明の実施の形態について、図１と図２を用いて説明する。
【００１６】
図１はアーク溶接装置の概略構成を示す図であり、このアーク溶接装置は主に、消耗電極であるワイヤ１５と被溶接物である母材１８との間に電力を供給する溶接電源部１９と、溶接トーチ１６と、ワイヤ１５を送給するワイヤ送給部１４から構成される。
【００１７】
溶接電源部１９において、入力電源１からの入力した電力は一次整流部２で整流され、１次インバータ部３により交流に変換され、トランス４により降圧され、二次整流部５及びＤＣＬ（インダクタンス）６により整流され、二次インバータ部７により交流に変換されてワイヤ１５と母材１８との間に印加される。
【００１８】
また、溶接電源部１９は、１次インバータ部３を制御するための１次インバータ制御部１１と、２次インバータ制御部７を制御するための２次インバータ制御部１２と、ワイヤ送給部１４を制御するためのワイヤ送給制御部１３と、１次インバータ制御部１１と二次インバータ制御部１２とワイヤ送給制御部１３に制御信号を出力する制御部８を備えている。なお、２次インバータ制御部１２は、ワイヤ１５と母材１８との間に溶接出力である電力を供給する出力部としての役割もある。そして、一次インバータ制御部１１が制御部８からの信号に基づいて一次インバータ部３を制御することで溶接出力が制御される。また、二次インバータ制御部１２が制御部８からの信号に基づいて二次インバータ部７を制御することで、直流アーク溶接制御と交流アーク溶接制御を切り替えられ、また、交流アーク溶接制御のＥＮ比率が制御される。また、ワイヤ送給制御部１３は、制御部８からの信号に基づいてワイヤ送給部１４を制御することでワイヤ１５の送給速度が制御される。
【００１９】
図２は交流アーク溶接のアークスタート制御の例を示す図であり、溶接起動信号ＴＳがＯＮ状態になり、その後に直流アーク制御を行い、その後に交流アーク溶接制御を行う例を示している。図２（ａ）は溶接起動信号ＴＳの時間変化を示しており、図２（ｂ）は溶接電流の時間変化を示しおり、図２（ｃ）はＥＮ比率の時間変化を示しており、図２（ｄ）はワイヤ送給信号ＷＦの時間変化を示している。
【００２０】
図２において、時刻ｔ０で溶接起動信号ＴＳをＯＮすると、ワイヤ送給信号ＷＦとして定常溶接時の送給速度である定常溶接ワイヤ送給速度ＷＦ１よりも低いスローダウンワイヤ送給速度ＷＦ２が出力され、このワイヤ送給信号ＷＦに基づいてワイヤ送給部１４によりワイヤ１５が母材１８に向けて送給される。
【００２１】
時刻ｔ１において、ワイヤ１５の先端が母材１８に接触して溶接電流が流れると、溶接電源部１９は、溶接電流検出部９によりこれを検出し、ワイヤ送給信号ＷＦをスローダウン速度から定常溶接送給速度ＷＦ１となるように徐々に増加させる。同時に電極プラスのＥＰ極性での直流アーク溶接を行う。なお、直流アーク溶接制御の例として、ピーク電流とベース電流を交互に繰り返す場合を示している。
【００２２】
時刻ｔ２において、ワイヤ送給信号ＷＦが定常溶接送給速度ＷＦ１に到達すると、電極プラスのＥＮ極性での直流アーク溶接制御から、電極プラスのＥＰ極性と電極マイナスのＥＮ極性とを交互に出力する交流アーク溶接制御へと切り替えるように制御される。図２では、ワイヤ送給信号ＷＦが定常溶接送給速度ＷＦ１に到達した時点で交流アーク溶接制御に切り替える例を示している。なお、ワイヤ送給信号ＷＦが定常溶接送給速度ＷＦ１に到達したか否かは、ワイヤ送給速度の指令を出す制御部８が判定している。
【００２３】
上記のように、ワイヤ送給信号ＷＦが定常溶接送給速度ＷＦ１に到達した安定した状態で直流アーク溶接制御から交流アーク溶接制御に切り替えて交流アーク溶接を行うので、従来のようにアークスタート直後のＥＮ比率が数％と非常に低い状態での極性切り替えの必要が無く、従って、アーク切れの発生を抑制することができる。
【００２４】
（実施の形態２）
次に、実施の形態２について、図１と図３を用いて説明する。なお、実施の形態１と同様の箇所には同一の符号を付して詳細な説明は省略する。実施の形態１と異なるのは、直流アーク溶接制御から交流アーク溶接制御へと切り替える時刻に関する点である。
【００２５】
図３において、時刻ｔ０で溶接起動信号ＴＳをＯＮすると、ワイヤ送給信号ＷＦを定常溶接溶接時よりも低速度のスローダウンワイヤ送給速度ＷＦ２でワイヤ１５の送給が開始される。
【００２６】
時刻ｔ１においてワイヤ１５の先端が母材１８に接触して溶接電流が流れると、溶接電源部１９はこれを検出してワイヤ送給信号ＷＦをスローダウンワイヤ送給速度ＷＦ２から定常溶接送給速度ＷＦ１となるように徐々に増加させる。同時に電極プラスのＥＰ極性での直流アーク溶接制御を開始する。
【００２７】
時刻ｔ２において、ワイヤ送給信号ＷＦが定常溶接送給速度ＷＦ１に到達すると、ワイヤ送給速度ＷＦが定常溶接送給速度ＷＦ１に到達した時点から所定時間Ｔａの間直流アーク溶接制御による溶接を継続し、所定時間Ｔａが経過した時刻ｔ３になると交流アーク溶接制御に切り替えるように制御される。
【００２８】
なお、所定時間としては、例えば０より大きく４０００ｍｓ程度までの時間が設定される。なお、この所定時間は、溶接電源部１９に備えられた図示しない計時部により計時され、二次インバータ制御部１２に出力される。
【００２９】
また、直流アーク溶接制御から交流アーク溶接制御に切り替えるタイミングは、例えば、母材の材質、母材の板厚、設定ワイヤ送給速度、設定電流、設定電圧、シールドガスの種類、ワイヤの材質、ワイヤの径、溶接速度の少なくとも１つに基づいて制御しても良い。あるいは、図示しない時間設定部により、定常溶接ワイヤ送給速度に達してから交流溶接制御に切り替えるまでの時間を設定するようにしてもよい。
【００３０】
以上のように、ワイヤ送給速度が定常溶接ワイヤ速度ＷＦ１に到達した後、すなわちワイヤ送給速度がほぼ一定となった安定した状態で直流アーク溶接制御から交流アーク溶接制御に切り替えるため、アーク切れの発生を抑制することができる。
【００３１】
また、電極プラスのＥＰ極性の方が電極マイナスのＥＮ極性より溶け込みが深いので、母材温度が低い状態でのアークスタート部の溶け込みを早い時点で定常溶接部と均一にするためには、直流アーク溶接制御をいつの時点まで行うかを調整することが有効である。
【００３２】
故に、定常溶接ワイヤ送給速度に達した時点から交流アーク溶接に切り替える時間、すなわち、直流アーク溶接制御をやめる時間を適切に調整すれば、アークスタート部の溶け込みを早い時点で定常溶接部の溶け込みと同様にすることができる。例えば、定常溶接ワイヤ送給速度に達した時点で交流アーク溶接に切り替えるとすると、この時点で定常溶接部の溶け込み達していなければ、交流アーク溶接を行うので定常溶接部の溶け込みに達するまで時間を要するが、定常溶接ワイヤ送給速度に達した時点以降も直流アーク溶接制御を継続することで、定常溶接ワイヤ送給速度に達した時点から交流アーク溶接制御を行う場合に比べて早期に定常溶接部と同様の溶け込みを実現することができる。
【００３３】
なお、実施の形態１と実施の形態２において、直流アーク溶接制御時にはピーク電流期間とベース電流期間を交互に繰り返して溶接を行い、交流アーク溶接制御時にはピーク電流とベース電流からなる逆極性電流を通電する逆極性期間と正極性電流を通電する正極性期間とを交互に繰り返して溶接を行い、直流アーク溶接制御時と交流アーク溶接制御時とでは周波数が異なるように制御するようにしてよい。
【００３４】
より具体的には、直流アーク溶接制御時よりも交流アーク溶接制御時の方が、周波数が低くなるように制御することが望ましく、このようにすることにより直流アーク溶接制御時と交流アーク溶接制御時でアーク長を一定に保つことができ、安定して溶接を行うことができる。
【産業上の利用可能性】
【００３５】
本発明のアーク溶接制御方法およびアーク溶接装置は、消耗電極を用いる交流アーク溶接のアークスタート時のアーク安定性向上及び溶け込み不足などの溶接欠陥を低減することができるので、溶接分野等に有用である。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】実施の形態におけるアーク溶接装置の概略構成を示す図
【図２】（ａ）実施の形態１における溶接起動信号の時間変化を示す図、（ｂ）実施の形態１における溶接電流の時間変化を示す図、（ｃ）実施の形態１におけるＥＮ比率の時間変化を示す図、（ｄ）実施の形態１におけるワイヤ送給信号の時間変化を示す図
【図３】（ａ）実施の形態２における溶接起動信号の時間変化を示す図、（ｂ）実施の形態２における溶接電流の時間変化を示す図、（ｃ）実施の形態２におけるＥＮ比率の時間変化を示す図、（ｄ）実施の形態２におけるワイヤ送給信号の時間変化を示す図
【図４】（ａ）従来のアーク溶接装置における起動信号の時間変化を示す図、（ｂ）従来のアーク溶接装置における溶接電流の時間変化を示す図、（ｃ）従来のアーク溶接装置におけるＥＮ比率の時間変化を示す図、（ｄ）従来のアーク溶接装置におけるワイヤ送給信号の時間変化を示す図
【符号の説明】
【００３７】
ＷＦ    ワイヤ送給信号
ＴＳ    溶接起動信号
ＷＦ１  定常溶接ワイヤ送給速度
ＷＦ２  スローダウンワイヤ送給速度
Ｔａ    所定時間
１      入力電源
２      一次整流部
３      一次インバータ部
４      トランス
５      二次整流部
６      ＤＣＬ（インダクタンス）
７      二次インバータ部
８      制御部
９      溶接電流検出部
１０    溶接電圧検出部
１１    一次インバータ制御部
１２    二次インバータ制御部
１３    ワイヤ送給制御部
１４    ワイヤ送給部
１５    ワイヤ
１６    溶接トーチ
１７    アーク
１８    母材（被溶接物）
１９    溶接電源部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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