(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
アーク期間中は溶接ワイヤを母材へ前進送給し、短絡期間中は溶接ワイヤを母材から離れる方向に後退送給する短絡を伴うアーク溶接の送給制御方法において、
前記後退送給の送給速度は各短絡期間の開始時点における溶滴の大きさと相関する指標を入力して後退送給速度算出関数によって設定され、この後退送給速度算出関数は溶接電流平均値を複数の区間に分割した区間ごとに予め設定されている、
ことを特徴とする短絡を伴うアーク溶接の送給制御方法。
【請求項２】
前記指標が、直前の前記アーク期間の時間長さである、
ことを特徴とする請求項１記載の短絡を伴うアーク溶接の送給制御方法。
【請求項３】
前記指標が、直前の前記アーク期間における前記溶接電流の積分値である、
ことを特徴とする請求項１記載の短絡を伴うアーク溶接の送給制御方法。
【請求項４】
前記指標が、前記アーク期間の時間長さの移動平均値である、
ことを特徴とする請求項１記載の短絡を伴うアーク溶接の送給制御方法。
【請求項５】
前記指標が、前記アーク期間における溶接電流の積分値の移動平均値である、
ことを特徴とする請求項１記載の短絡を伴うアーク溶接の送給制御方法。
【請求項６】
前記短絡期間が開始した時点から予め定めた短絡初期期間が経過するまでは前記前進送給を継続する、
ことを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載する短絡を伴うアーク溶接の送給制御方法。
【請求項７】
前記アーク期間が開始した時点から予め定めたアーク初期期間が経過するまでは前記後退送給を継続する、
ことを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載する短絡を伴うアーク溶接の送給制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、アーク期間中は溶接ワイヤを母材へ前進送給し、短絡期間中は溶接ワイヤを母材から離れる方向に後退送給する短絡を伴うアーク溶接の送給制御方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
短絡を伴うアーク溶接方法としては、炭酸ガスアーク溶接方法、マグ溶接方法、ミグ溶接方法等がある。また、溶滴移行形態としては、短絡移行形態、短絡を伴うグロビュール移行形態、短絡を伴うスプレー移行形態等がある。これらの溶接方法では、溶接ワイヤは一定の送給速度で前進送給されると共に、アーク期間と短絡期間とを繰り返して溶接が行われる。アーク期間中に溶接ワイヤ先端に溶滴が形成され、短絡期間中に溶滴が移行する。短絡を伴うアーク溶接方法において、スパッタ発生量を減少させることは、良好な溶接品質を得るために重要である。一般的なアーク溶接方法では、短絡期間中に溶滴を移行させるために、大きな値の溶接電流を通電している。この結果、溶滴移行が終了してアークが再発生した時点における電流値が大きいために、多くのスパッタが発生することになる。これを改善するために、特許文献１、２等に開示された従来技術が使用されている。これらの従来技術では、アーク期間中は溶接ワイヤを前進送給し、短絡期間中は溶接ワイヤを後退送給している。以下、この従来技術について説明する。
【０００３】
図６は、従来技術における短絡を伴うアーク溶接の送給制御方法を示す出力波形図である。同図（Ａ）は溶接電圧Ｖｗを示し、同図（Ｂ）は溶接電流Ｉｗを示し、同図（Ｃ）は送給速度設定信号Ｆｒを示し、同図（Ｄ）は溶接ワイヤ先端の実際の送給速度Ｆｓを示す送給速度設定信号Ｆｒ及び送給速度Ｆｓは、正の値のときは前進送給を示し、負の値のときは後退送給を示す。以下、同図を参照して説明する。
【０００４】
同図において、時刻ｔ１〜ｔ２の期間が第ｎ−１回目のアーク期間Ｔａ(n-1)であり、時刻ｔ２〜ｔ３の期間が第ｎ−１回目の短絡期間Ｔｓ(n-1)であり、時刻ｔ３〜ｔ４の期間が第ｎ回目のアーク期間Ｔａ(n)であり、時刻ｔ４〜ｔ５の期間が第ｎ回目の短絡期間Ｔｓ(n)である。
【０００５】
時刻ｔ１〜ｔ２のアーク期間Ｔａ(n-1)中は、同図（Ｃ）に示すように、送給速度設定信号Ｆｒの値は予め定めた正の値の前進送給速度設定値Ｆfrとなり、同図（Ｄ）に示すように、送給速度Ｆｓは前進送給速度Ｆfsとなる。同図（Ａ）に示すように、溶接電圧Ｖｗは数十Ｖのアーク電圧値となる。同図（Ｂ）に示すように、溶接電流Ｉｗは、溶接電源が定電圧制御されているので、前進送給速度Ｆfsとアーク負荷とによって定まる電流値となる。したがって、この溶接電流Ｉｗはアーク負荷の変動に伴い変動する波形となる。このアーク期間Ｔａ(n-1)中において、溶接ワイヤの先端が溶融して溶滴が形成される。
【０００６】
時刻ｔ２において溶接ワイヤ先端に形成された溶滴が溶融池と接触すると、短絡状態となる。短絡状態になると、同図（Ａ）に示すように、溶接電圧Ｖｗは数Ｖの短絡電圧値に減少する。この溶接電圧Ｖｗがしきい値未満になったことを判別して短絡の発生を判別する。このしきい値は、１０〜１５Ｖ程度に設定される。短絡の発生を判別すると、溶接電源は定電流制御に切り換えられ、同図（Ｂ）に示すように、短絡電流Ｉｓは、時刻ｔ２〜ｔ２１の予め定めた短絡初期期間Ｔsi中は小電流値に維持され、時刻ｔ２１〜ｔ２３の予め定めた短絡電流増加期間Ｔsu中は曲線状に増加し、時刻ｔ２３からアークが発生する時刻ｔ３までの短絡電流減少期間Ｔsd中は傾斜を有して減少する。同時に時刻ｔ２において、同図（Ｃ）に示すように、送給速度設定信号Ｆｒは、予め定めた負の値の後退送給速度設定値Ｆrrに切り換えられる。これに応動して、同図（Ｄ）に示すように、送給速度Ｆｓは、時刻ｔ２〜ｔ２２の期間中に、正の値の前進送給速度Ｆfsから０を通って負の値の後退送給速度Ｆrsへと変化する。すなわち、溶接ワイヤ先端の送給速度Ｆｓは、時刻ｔ２において短絡が発生すると前進送給速度Ｆfsから減速して０となり、送給方向を反転させて加速し時刻ｔ２２において後退送給速度Ｆrsに達する。したがって、この時刻ｔ２〜ｔ２２の期間を送給反転期間と呼ぶことにする。この送給反転期間は、送給モータに応答性の良いサーボモータ等を使用し、溶接トーチの長さを数十cm程度に短くし、送給経路の摩擦を少なくすると、２ms程度となる。同図では、送給速度Ｆｓが後退送給速度Ｆrsになる時刻ｔ２２が、上記の短絡電流増加期間Ｔsu中となる場合である。時刻ｔ２２以降は、後退送給速度Ｆrsによる後退送給が継続される。これにより、溶接ワイヤ先端が溶融池から離れる方向に次第に移動する。そして、時刻ｔ３において溶融池との接触状態が解消されると、アークが再発生する。上記の短絡初期期間Ｔsiは、溶接条件に応じて実験によって０．５〜２ms程度に設定される。上記の短絡電流増加期間Ｔsuは、溶接条件に応じて実験によって２〜６ms程度に設定される。短絡初期期間Ｔsi中の短絡電流値Ｉｓは数十Ａ程度に設定される。短絡電流増加期間Ｔsu中の短絡電流Ｉｓの最大値は溶接電流平均値に近い値に設定される。短絡初期期間Ｔsiは、溶滴と溶融池との接触を安定した短絡状態へと導くために設けている。短絡電流Ｉｓを増加させているのは、一般的な消耗電極アーク溶接のように溶滴に電磁的ピンチ力を作用させてくびれを形成して離脱を促進するためではなく、短絡期間Ｔｓ中にもジュール熱による加熱を確保するためである。したがって、短絡電流Ｉｓの最大値は、一般的な消耗電極アーク溶接では４００〜５００Ａ程度であるが、同図では１５０〜２５０Ａ程度である。後退送給によってアークが再発生するので、各短絡期間は略一定値となる。したがって、Ｔsi＋Ｔsuの加算地が短絡期間の時間長さよりも１ms程度短くなるように両値を設定する。これは、短絡電流減少期間Ｔsdを１ms程度確保して、時刻ｔ３のアーク再発生時点までに短絡電流Ｉｓが小さな値まで減少できるようにするためである。短絡電流減少期間Ｔsd中の短絡電流Ｉｓの減少速度は、短絡負かの抵抗値、溶接電源からの通電路のイン��クタンス値及び抵抗値によって決まる。この減少速度は、１５０Ａ／ms程度である。したがって、時刻ｔ２３のときの短絡電流Ｉｓの最大値を２００Ａとし、短絡電流減少期間Ｔsdを上述したように１msとすると、時刻ｔ３時点での電流値は５０Ａと小さな値となる。アーク再発生時の電流値が小さな値になると、スパッタの発生が削減される。例えば、数値例を挙げると、Ｔsi＝１ms、Ｔsu＝３ms及びＴsd＝１msとなり、この場合には短絡期間Ｔｓ＝５msとなる。
【０００７】
時刻ｔ３において、アークが再発生すると、同図（Ａ）に示すように、溶接電圧Ｖｗは数十Ｖ程度のアーク電圧値に増加する。溶接電圧Ｖｗがしきい値以上になったことを判別してアークの再発生を判別すると、同図（Ｃ）に示すように、送給速度設定信号Ｆｒは上記の前進送給速度設定値Ｆfrに切り換えられる。これに応動して、同図（Ｄ）に示すように、送給速度Ｆｓは、時刻ｔ３〜ｔ３１の送給反転期間中に上記の後退送給速度Ｆrsから上記の前進送給速度Ｆfsへと変化する。また、時刻ｔ３において、同図（Ｂ）に示すように、溶接電源は定電圧制御に切り換えられるので、溶接電流Ｉｗは前進送給速度Ｆfsとアーク負荷とによって定まる電流値へと増加する。
【０００８】
第ｎ回目のアーク期間Ｔａ(n)及び短絡期間Ｔｓ(n)についても、上記と同様である。同図に示す送給制御方法では、時刻ｔ３のアーク再発生時の電流値が小さな値であるので、スパッタ発生量は削減される。また、短絡期間中に後退送給を行うことによって確実にアークを再発生させることができるので、溶接状態の安定性が向上する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開２００４−２９８９２４号公報
【特許文献２】特開２００７−２１６２６８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
上述した図６において、アーク期間Ｔａの溶接電流値及び時間長さは、溶融池の不規則な運動、溶接トーチの高さ（ワイヤ突出し長さ）の変動、アーク長の変動等によって変動している。両値が変動すると、アーク期間Ｔａ中に形成される溶滴の大きさが変動することになる。溶滴の大きさが変動すると、短絡期間Ｔｓにおいて溶滴を移行させるのに要する時間が変動するために、短絡期間Ｔｓの時間長さが変動することになる。短絡期間Ｔｓの時間長さが変動すると、それに影響を受けてアーク期間Ｔａの時間長さも変動することになる。したがって、上述した従来技術において、溶接品質をさらに向上させるためには、アーク期間に形成される溶滴の大きさの変動に対して短絡期間の変動を抑制する必要がある。
【００１１】
そこで、本発明では、アーク期間中に形成される溶滴の大きさが変動しても短絡期間の変動を抑制することができる短絡を伴うアーク溶接の送給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】
【００１２】
上述した課題を解決するために、請求項１の発明は、
アーク期間中は溶接ワイヤを母材へ前進送給し、短絡期間中は溶接ワイヤを母材から離れる方向に後退送給する短絡を伴うアーク溶接の送給制御方法において、
前記後退送給の送給速度は各短絡期間の開始時点における溶滴の大きさと相関する指標を入力して後退送給速度算出関数によって設定され、この後退送給速度算出関数は溶接電流平均値を複数の区間に分割した区間ごとに予め設定されている、
ことを特徴とする短絡を伴うアーク溶接の送給制御方法である。
【００１３】
請求項２の発明は、前記指標が、直前の前記アーク期間の時間長さである、
ことを特徴とする請求項１記載の短絡を伴うアーク溶接の送給制御方法である。
【００１４】
請求項３の発明は、前記指標が、直前の前記アーク期間における前記溶接電流の積分値である、
ことを特徴とする請求項１記載の短絡を伴うアーク溶接の送給制御方法である。
【００１５】
請求項４の発明は、前記指標が、前記アーク期間の時間長さの移動平均値である、
ことを特徴とする請求項１記載の短絡を伴うアーク溶接の送給制御方法である。
【００１６】
請求項５の発明は、前記指標が、前記アーク期間における溶接電流の積分値の移動平均値である、
ことを特徴とする請求項１記載の短絡を伴うアーク溶接の送給制御方法である。
【００１７】
請求項６の発明は、前記短絡期間が開始した時点から予め定めた短絡初期期間が経過するまでは前記前進送給を継続する、
ことを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載する短絡を伴うアーク溶接の送給制御方法である。
【００１８】
請求項７の発明は、前記アーク期間が開始した時点から予め定めたアーク初期期間が経過するまでは前記後退送給を継続する、
ことを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載する短絡を伴うアーク溶接の送給制御方法である。
【発明の効果】
【００１９】
本発明によれば、後退送給の送給速度を、各短絡期間の開始時点における溶滴の大きさと相関する指標に応じて変化させる。このために、溶滴の大きさが変動しても、短絡期間の変動を抑制することができるので、溶滴移行状態が安定化し、溶接品質が向上する。上記の指標としては、直前のアーク期間の時間長さ、直前のアーク期間における溶接電流の積分値、アーク期間の時間長さの移動平均値又はアーク期間における溶接電流の積分値の移動平均値から１つを選択して使用する。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明の実施の形態１において、指標値Ｈｄがアーク期間Ｔａの時間長さ又はその移動平均値であるときの後退送給速度Ｆrsの変化を例示する図である。
【図２】本発明の実施の形態１において、指標値Ｈｄがアーク期間Ｔａ中の電流積分値Ｓ又はその移動平均値であるときの後退送給速度Ｆrsの変化を例示する図である。
【図３】本発明の実施の形態１に係る溶接電源のブロック図である。
【図４】本発明の実施の形態２に係る短絡を伴うアーク溶接の送給制御方法を示す出力波形図である。
【図５】本発明の実施の形態２に係る溶接電源のブロック図である。
【図６】従来技術における短絡を伴うアーク溶接の送給制御方法を示す出力波形図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
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。
【００２２】
［実施の形態１］
実施の形態１に係る発明は、上述した図６において、後退送給速度Ｆrsを、各短絡期間の開始時点における溶滴の大きさと相関する指標に応じて変化させるものである。すなわち、各短絡期間の開始時点における溶滴の大きさと略比例する指標値を算出し、この指標値に基づいて後退送給速度Ｆrsを変化させるものである。指標値が大きいということは溶滴の大きさが大きい場合であるので、後退送給速度Ｆrsを速くして短絡期間Ｔｓが長くなるのを抑制する。逆に、指標値が小さいときは溶滴の大きさが小さい場合であるので、後退送給速度Ｆrsを遅くして短絡期間Ｔｓが短くなるのを抑制する。
【００２３】
第ｎ回目の短絡期間Ｔｓ(n)の開始時点における溶滴の大きさと相関する指標値Ｈｄとしては、以下の４つから１つを選択して使用する。
（１）Ｈｄ＝Ｔｓ(n)
第ｎ回目の短絡期間Ｔｓ(n)の直前のアーク期間の時間長さＴａ(n)を指標値Ｈｄとする。直前のアーク期間の時間長さが長いほど溶滴の大きさは大きくなる。
（２）Ｈｄ＝Ｓ(n)＝∫Ｉｗ・ｄｔ
第ｎ回目の電流積分値Ｓ(n)は、アーク期間Ｔａ(n)中における溶接電流Ｉｗを積分した値である。形成される溶滴の大きさは、溶接電流値Ｉｗ及びアーク期間の時間長さＴａ(n)と略比例関係にあるので、電流積分値Ｓ(n)は溶滴の大きさと略比例する。
（３）Ｈｄ＝（Ｔａ(n-m+1)＋…＋Ｔａ(n)）／ｍ
ｍは正の整数であり、移動平均回数を表す。この指標値Ｈｄは、上記（１）項のアーク期間を移動平均した値である。移動平均値を取ることによって、後退送給速度Ｆrsの変化を円滑化している。
（４）Ｈｄ＝（Ｓ(n-m+1)＋…＋Ｓ(n)）／ｍ
ｍは正の整数であり、移動平均回数を表す。この指標値Ｈｄは、上記（２）項の電流積分値を移動平均した値である。移動平均値を取ることによって、後退送給速度Ｆrsの変化を円滑化している。
【００２４】
図１は、指標値Ｈｄが上記（１）項及び（３）項のアーク期間Ｔａであるときの後退送給速度Ｆrsの変化を例示する図である。同図の横軸はアーク期間Ｔａ（ms）を示し、縦軸は後退送給速度Ｆrs（m/min）を示す。同図は、溶接法が炭酸ガスアーク溶接法であり、溶接ワイヤの直径が１．２mmであり、溶接電流の平均値が１８０Ａのときである。同図に示すように、０≦Ｔａ＜５のときはＦrs＝２０となり、５≦Ｔａ＜１５のときは後退送給速度Ｆrsは２０から６０へと右肩上がりに大きくなり、１５≦Ｔａのときは後退送給速度Ｆrsは６０となる。すなわち、アーク期間Ｔａが長くなるほど後退送給速度Ｆrsは大きくなる。同図に示す関係を第１後退送給速度算出関数と呼ぶことにする。同図において、変化パターンを曲線状、ステップ状等にしても良い。この第１後退送給速度算出関数は、溶接法、溶接ワイヤの直径、溶接電流平均値等に応じて、実験によって算出される。溶接法としては、炭酸ガスアーク溶接法、マグ溶接法、ミグ溶接法等がある。溶接ワイヤの直径としては、０．９mm、１．０mm、１．２mm、１．４mm、１．６mm等がある。溶接電流平均値としては、１００Ａ未満、１００〜１５０Ａ、１５０〜２００Ａ、２００〜２５０Ａ、２５０Ａ以上のように複数の区間に分けて関数を設定する。
【００２５】
図２は、指標値Ｈｄが上記（２）項及び（４）項の電流積分値Ｓであるときの後退送給速度Ｆrsの変化を例示する図である。同図の横軸は電流積分値Ｓ（ms・A）を示し、縦軸は後退送給速度Ｆrs（m/min）を示す。同図は、溶接法が炭酸ガスアーク溶接法であり、溶接ワイヤの直径が１．２mmであり、溶接電流の平均値が１８０Ａのときである。同図に示すように、０≦Ｓ＜１２５０のときはＦrs＝２０となり、１２５０≦Ｓ＜３７５０のときは後退送給速度Ｆrsは２０から６０へと右肩上がりに大きくなり、３７５０≦Ｓのときは後退送給速度Ｆrsは６０となる。すなわち、電流積分値Ｓが大きくなるほど後退送給速度Ｆrsは大きくなる。同図に示す関係を第２後退送給速度算出関数と呼ぶことにする。同図において、変化パターンを曲線状、ステップ状等にしても良い。この第２後退送給速度算出関数は、溶接法、溶接ワイヤの直径、溶接電流平均値等に応じて、実験によって算出される。溶接法としては、炭酸ガスアーク溶接法、マグ溶接法、ミグ溶接法等がある。溶接ワイヤの直径としては、０．９mm、１．０mm、１．２mm、１．４mm、１．６mm等がある。溶接電流平均値としては、１００Ａ未満、１００〜１５０Ａ、１５０〜２００Ａ、２００〜２５０Ａ、２５０Ａ以上のように複数の区間に分けて関数を設定する。
【００２６】
図３は、上述した本発明の実施の形態１に係る送給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、同図を参照して各回路について説明する。
【００２７】
電源主回路ＰＭは、３相２００Ｖ等の商用交流電源（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って出力制御を行い、溶接に適した溶接電圧Ｖｗ及び溶接電流Ｉｗを出力する。この電源主回路ＰＭは、図示は省略するが、商用交流電源を整流する１次整流回路、整流された直流を平滑するコンデンサ、平滑された直流を上記の駆動信号Ｄｖに従って高周波交流に変換するインバータ回路、高周波交流をアーク溶接に適した電圧値に降圧する高周波変圧器、降圧された高周波交流を整流する２次整流回路、整流された直流を平滑するリアクトルから構成される。溶接ワイヤ１は、送給モータＷＭに直結した送給ロール５の回転によって溶接トーチ４内を通って送給され、母材２との間にアーク３が発生する。
【００２８】
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。電圧検出回路ＶＤは、上記の溶接電圧Ｖｗを検出して、電圧検出信号Ｖｄを出力する。短絡判別回路ＳＤは、この電圧検出信号Ｖｄを入力として、その値によって短絡期間とアーク期間とを判別し、短絡期間中はＨｉｇｈレベルとなり、アーク期間中はＬｏｗレベルになる短絡判別信号Ｓｄを出力する。
【００２９】
指標値算出回路ＨＤは、上記の短絡判別信号Ｓｄ及び上記の電流検出信号Ｉｄを入力として、短絡判別信号ＳｄがＨｉｇｈレベルに変化するごとに上述した（１）〜（４）項に対応した指標値を算出して、指標値信号Ｈｄとして出力する。すなわち、指標値信号Ｈｄとしては、（１）直前のアーク期間Ｔａ(n)、（２）直前のアーク期間中の電流積分値Ｓ(n)、（３）アーク期間の移動平均値、（４）電流積分値の移動平均値から１つを選択して算出する。
【００３０】
後退送給速度設定回路ＦＲＲは、上記の指標値信号Ｈｄを入力として、指標値信号Ｈｄに対応した予め定めた第１後退送給速度算出関数又は第２後退送給速度算出関数に基づいて算出した後退送給速度設定信号Ｆrrを出力する。すなわち、指標値信号Ｈｄが上記（１）項又は（３）項の指標であるときは、図１で例示したような第１後退送給速度算出関数が選択されて、後退送給速度設定信号Ｆrrの値が算出される。また、指標値信号Ｈｄが上記（２）項又は（４）項の指標であるときは、図２で例示したような第２後退送給速度算出関数が選択されて、後退送給速度設定信号Ｆrrの値が算出される。前進送給速度設定回路ＦＦＲは、予め定めた前進送給速度設定信号Ｆfrを出力する。送給速度設定切換回路ＳＦは、上記の短絡判別信号Ｓｄを入力として、短絡判別信号ＳｄがＬｏｗレベル（アーク期間）のときはｂ側に切り換わり、上記の前進送給速度設定信号Ｆfrを送給速度設定信号Ｆｒとして出力し、Ｈｉｇｈレベル（短絡期間）のときはａ側に切り換わり、上記の後退送給速度設定信号Ｆrrを送給速度設定信号Ｆｒとして出力する。送給制御回路ＦＣは、この送給速度設定信号Ｆｒに従って溶接ワイヤを送給するための送給制御信号Ｆｃを送給モータＷＭへ出力する。したがって、上述した図６に示すように、時刻ｔ１〜ｔ２のアーク期間中は、送給速度設定信号Ｆｒの値は前進送給速度設定信号Ｆfrの値となり、送給速度Ｆｓは前進送給速度Ｆfsとなる。また、時刻ｔ２〜ｔ３の短絡期間中は、送給速度設定信号Ｆｒの値は後退送給速度設定信号Ｆrrの値となり、送給速度Ｆｓは後退送給速度Ｆrsとなる。
【００３１】
短絡電流設定回路ＩＳＲは、上記の短絡判別信号Ｓｄを入力として、短絡判別信号ＳｄがＨｉｇｈレベル（短絡期間）になった時点から予め定めた短絡初期期間Ｔsi中は小電流値となり、続く予め定めた短絡電流増加期間Ｔsu中は曲線状に増加し、短絡電流増加期間Ｔsu経過後は減少するパターンの短絡電流設定信号Ｉsrを出力する。アーク電圧設定回路ＶＡＲは、アーク期間中のアーク電圧を設定するための予め定めたアーク電圧設定信号Ｖarを出力する。電流誤差増幅回路ＥＩは、上記の短絡電流設定信号Ｉsr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。電圧誤差増幅回路ＥＶは、上記のアーク電圧設定信号Ｖarと上記の電圧検出信号Ｖｄとの誤差を増幅して、電圧誤差増幅信号Ｅｖを出力する。外部特性切換回路ＳＰは、上記の短絡判別信号ＳｄがＬｏｗレベル（アーク期間）のときはｂ側に切り換わり、上記の電圧誤差増幅信号Ｅｖを誤差増幅信号Ｅａとして出力し、Ｈｉｇｈレベル（短絡期間）のときはａ側に切り換わり、上記の電流誤差増幅信号Ｅｉを誤差増幅信号Ｅａとして出力する。したがって、アーク期間中は定電圧制御となり、短絡期間中は定電流制御となる。駆動回路ＤＶは、上記の誤差増幅信号Ｅａに従ってパルス幅変調制御を行い、インバータ回路を駆動する駆動信号Ｄｖを出力する。
【００３２】
上述した実施の形態１によれば、後退送給の送給速度を、各短絡期間の開始時点における溶滴の大きさと相関する指標に応じて変化させる。このために、溶滴の大きさが変動しても、短絡期間の変動を抑制することができるので、溶滴移行状態が安定化し、溶接品質が向上する。上記の指標としては、直前のアーク期間の時間長さ、直前のアーク期間における溶接電流の積分値、アーク期間の時間長さの移動平均値又はアーク期間における溶接電流の積分値の移動平均値から１つを選択して使用する。
【００３３】
［実施の形態２］
実施の形態２に係る発明は、上述した実施の形態１において、短絡期間Ｔｓが開始した時点から上記の短絡初期期間Ｔsiが経過するまでは前進送給を継続し、アーク期間Ｔａが開始した時点から予め定めたアーク初期期間Ｔaiが経過するまでは後退送給を継続するものである。以下、この実施の形態２について説明する。
【００３４】
図４は、本発明の実施の形態２に係る短絡を伴うアーク溶接の送給制御方法を示す出力波形図である。同図（Ａ）は溶接電圧Ｖｗを示し、同図（Ｂ）は溶接電流Ｉｗを示し、同図（Ｃ）は送給速度設定信号Ｆｒを示し、同図（Ｄ）は溶接ワイヤ先端の実際の送給速度Ｆｓを示す。同図は上述した図６と対応しており、同一の動作については説明を省略する。同図は、図６に、アーク初期期間Ｔaiを追加したものである。以下、同図を参照して説明する。
【００３５】
同図において、時刻ｔ１〜ｔ２の期間が第ｎ−１回目のアーク期間Ｔａ(n-1)であり、時刻ｔ２〜ｔ３の期間が第ｎ−１回目の短絡期間Ｔｓ(n-1)であり、時刻ｔ３〜ｔ４の期間が第ｎ回目のアーク期間Ｔａ(n)であり、時刻ｔ４〜ｔ５の期間が第ｎ回目の短絡期間Ｔｓ(n)である。
【００３６】
時刻ｔ１〜ｔ２のアーク初期期間Ｔaiを除くアーク期間Ｔａ(n-1)中は、同図（Ｃ）に示すように、送給速度設定信号Ｆｒの値は予め定めた正の値の前進送給速度設定値Ｆfrとなり、同図（Ｄ）に示すように、送給速度Ｆｓは前進送給速度Ｆfsとなる。同図（Ａ）に示すように、溶接電圧Ｖｗは数十Ｖのアーク電圧値となる。同図（Ｂ）に示すように、溶接電流Ｉｗは、溶接電源が定電圧制御されているので、前進送給速度Ｆfsとアーク負荷とによって定まる電流値となる。したがって、この溶接電流Ｉｗはアーク負荷の変動に伴い変動する波形となる。このアーク期間Ｔａ(n-1)中において、溶接ワイヤの先端が溶融して溶滴が形成される。
【００３７】
時刻ｔ２において溶接ワイヤ先端に形成された溶滴が溶融池と接触すると、短絡状態となる。短絡状態になると、同図（Ａ）に示すように、溶接電圧Ｖｗは数Ｖの短絡電圧値に減少する。この溶接電圧Ｖｗがしきい値未満になったことを判別して短絡の発生を判別する。短絡の発生を判別すると、溶接電源は定電流制御に切り換えられ、同図（Ｂ）に示すように、短絡電流Ｉｓは、時刻ｔ２〜ｔ２１の予め定めた短絡初期期間Ｔsi中は小電流値に維持され、時刻ｔ２１〜ｔ２３の予め定めた短絡電流増加期間Ｔsu中は曲線状に増加し、時刻ｔ２３からアークが発生する時刻ｔ３までの短絡電流減少期間Ｔsd中は傾斜を有して減少する。しかし、同図（Ｃ）に示すように、送給速度設定信号Ｆｒは、実施の形態１とは異なり、予め定めた短絡初期期間Ｔsiが経過する時刻ｔ２１までは、前進送給速度設定値Ｆfrのままであるので、同図（Ｄ）に示すように、送給速度Ｆｓは前進送給速度Ｆfsのままである。そして時刻ｔ２１において、同図（Ｃ）に示すように、送給速度設定信号Ｆｒは、予め定めた負の値の後退送給速度設定値Ｆrrに切り換えられる。これに応動して、同図（Ｄ）に示すように、送給速度Ｆｓは、時刻ｔ２１〜ｔ２２の期間中に、正の値の前進送給速度Ｆfsから０を通って負の値の後退送給速度Ｆrsへと変化する。すなわち、溶接ワイヤ先端の送給速度Ｆｓは、時刻ｔ２において短絡が発生した時点から短絡初期期間Ｔsiが経過するまでは前進送給速度Ｆfsのままであり、時刻ｔ２１において短絡初期期間Ｔsiが終了すると前進送給速度Ｆfsから減速して０となり、送給方向を反転させて加速し時刻ｔ２２において後退送給速度Ｆrsに達する。したがって、この時刻ｔ２１〜ｔ２２の期間が送給反転期間となる。時刻ｔ２２以降は、後退送給速度Ｆrsによる後退送給が継続される。これにより、溶接ワイヤ先端が溶融池から離れる方向に次第に移動する。そして、時刻ｔ３において溶融池との接触状態が解消されると、アークが再発生する。上記の短絡初期期間Ｔsi、上記の短絡電流増加期間Ｔsu及び上記の短絡電流Ｉｓの変化パターンの設定方法は、図６と同様である。但し、後退送給に入るタイミングが実施の形態１とは異なり短絡初期期間Ｔsiが終了した時点まで遅延され、その分だけ短絡期間が長くなるので、短絡電流増加期間Ｔsuをその分だけ長く設定する必要がある。上記の後退送給速度設定値Ｆrr（後退送給速度Ｆrs）は、実施の形態１と同様に、各短絡期間の開始時点における溶滴の大きさと相関する指標に応じて変化させる。短絡初期期間Ｔsi中に前進送給を継続する理由は、安定した短絡状態へとより確実に導くためである。上記の短絡初期期間Ｔsi中はアーク期間Ｔａ中と同一の前進送給速度Ｆfsで前進送給を継続しているが、アーク期間Ｔａとは異なる前進送給速度Ｆfsに独立して設定しても良い。さらに、短絡電流Ｉｓを小電流値に維持する短絡初期期間Ｔsiと、短絡に入っても前進送給を継続する短絡初期期間Ｔsiとを、独立して設定しても良い。
【００３８】
時刻ｔ３において、アークが再発生すると、同図（Ａ）に示すように、溶接電圧Ｖｗは数十Ｖ程度のアーク電圧値に増加する。溶接電圧Ｖｗがしきい値以上になったことを判別してアークの再発生を判別する。アークの再発生を判別すると、同図（Ｂ）に示すように、溶接電源は定電圧制御に切り換えられるので、溶接電流Ｉｗは増加する。他方、時刻ｔ３から予め定めたアーク初期期間Ｔaiが経過するまでは、同図（Ｃ）に示すように、送給速度設定信号Ｆｒは後退送給速度設定値Ｆrrのままであり、同図（Ｄ）に示すように、送給速度Ｆｓは後退送給速度Ｆrsでの後退送給を継続する。この後退送給の継続によってアーク長は次第に長くなる。そして時刻ｔ３１において、同図（Ｃ）に示すように、送給速度設定信号Ｆｒは上記の前進送給速度設定値Ｆfrに切り換えられる。これに応動して、同図（Ｄ）に示すように、送給速度Ｆｓは、時刻ｔ３１〜ｔ３２の送給反転期間中に上記の後退送給速度Ｆrsから上記の前進送給速度Ｆfsへと変化する。上記のアーク初期期間Ｔaiは、アーク再発生直後に再び短絡が発生するのを防止するために、アーク長を長くする目的で設けられている。このアーク初期期間Ｔaiは、０．５〜３ms程度に設定される。この設定値は、溶接法、溶接ワイヤの直径、溶接電流平均値等に応じて実験によって適正値に決定される。また、このアーク初期期間Ｔai中は定電流制御を継続して、溶接電流Ｉｗを増加させるようにしても良い。
【００３９】
図５は、上述した本発明の実施の形態２に係る送給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３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。同図は、図３に破線で示す後退送給期間回路ＴＲを追加し、図３の送給速度設定切換回路ＳＦを破線で示す第２送給速度設定切換回路ＳＦ２に置換したものである。以下、同図を参照してこれらの回路について説明する。
【００４０】
後退送給期間回路ＴＲは、短絡判別信号Ｓｄを入力として、この短絡判別信号ＳｄがＨｉｇｈレベルに変化するタイミングを予め定めた短絡初期期間Ｔsiだけオンディレイさせ、かつ、短絡判別信号ＳｄがＬｏｗレベルに変化するタイミングを予め定めたアーク初期期間Ｔaiだけオフディレイさせた後退送給期間信号Ｔｒを出力する。したがって、この後退送給期間信号Ｔｒは、図４において、時刻ｔ２１〜ｔ３１の後退送給を行う期間中Ｈｉｇｈレベルになる信号である。第２送給速度設定切換回路ＳＦ２は、上記の後退送給期間信号Ｔｒを入力として、後退送給期間信号ＴｒがＬｏｗレベル（前進送給期間）のときはｂ側に切り換わり、前進送給速度設定信号Ｆfrを送給速度設定信号Ｆｒとして出力し、Ｈｉｇｈレベル（後退送給期間）のときはａ側に切り換わり、後退送給速度設定信号Ｆrrを送給速度設定信号Ｆｒとして出力する。
【００４１】
上記においては、短絡初期期間Ｔsiとアーク初期期間Ｔaiとが両方設けられる場合について説明したが、どちらか一方だけ設けるようにしても良い。また、上述したように、定電流制御する期間を短絡期間Ｔｓ＋アーク初期期間Ｔaiの期間としても良い。さらには、後退送給を継続するアーク初期期間と定電流制御を継続するアーク初期期間とをそれぞれ異なる時間長さとして設定しても良い。
【００４２】
上述した実施の形態２によれば、短絡期間が開始した時点から予め定めた短絡初期期間が経過するまでは前進送給を継続し、アーク期間が開始した時点から予め定めたアーク初期期間が経過するまでは後退送給を継続する。これにより、実施の形態１の効果に加えて、短絡が発生したときに確実な短絡状態へと導くことができ、アークが再発生したときに再短絡を防止することができる。このために、溶接状態をより安定にすることができる。
【符号の説明】
【００４３】
１            溶接ワイヤ
２            母材
３            アーク
４            溶接トーチ
５            送給ロール
ＤＶ            駆動回路
Ｄｖ            駆動信号
Ｅａ            誤差増幅信号
ＥＩ            電流誤差増幅回路
Ｅｉ            電流誤差増幅信号
ＥＶ            電圧誤差増幅回路
Ｅｖ            電圧誤差増幅信号
ＦＣ            送給制御回路
Ｆｃ            送給制御信号
ＦＦＲ            前進送給速度設定回路
Ｆfr            前進送給速度設定（値／信号）
Ｆfs            前進送給速度
Ｆｒ            送給速度設定信号
ＦＲＲ            後退送給速度設定回路
Ｆrr            後退送給速度設定（値／信号）
Ｆrs            後退送給速度
Ｆｓ            送給速度
ＨＤ            指標値算出回路
Ｈｄ            指標値（信号）
ＩＤ            電流検出回路
Ｉｄ            電流検出信号
Ｉｓ            短絡電流値
ＩＳＲ            短絡電流設定回路
Ｉsr            短絡電流設定信号
Ｉｗ            溶接電流
ＰＭ            電源主回路
Ｓ            電流積分値
ＳＤ            短絡判別回路
Ｓｄ            短絡判別信号
ＳＦ            送給速度設定切換回路
ＳＦ２            第２送給速度設定切換回路
ＳＰ            外部特性切換回路
Ｔａ            アーク期間
Ｔai            アーク初期期間
ＴＲ            後退送給期間回路
Ｔｒ            後退送給期間信号
Ｔｓ            短絡期間
Ｔsd            短絡電流減少期間
Ｔsi            短絡初期期間
Ｔsu            短絡電流増加期間
ＶＡＲ            アーク電圧設定回路
Ｖar            アーク電圧設定信号
ＶＤ            電圧検出回路
Ｖｄ            電圧検出信号
Ｖｗ            溶接電圧
ＷＭ            送給モータ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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