(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
溶接ワイヤを送給すると共に、電極マイナス極性ベース期間中は絶対値が電極マイナス極性臨界値の絶対値未満である電極マイナス極性ベース電流を通電し、続けて電極マイナス極性ピーク期間中は絶対値が前記電極マイナス極性ベース電流の絶対値よりも大きな値である電極マイナス極性ピーク電流を通電し、続けて電極プラス極性ピーク期間中は絶対値が電極プラス極性臨界値の絶対値以上である電極プラス極性ピーク電流を通電し、続けて電極プラス極性ベース期間中は絶対値が前記電極プラス極性臨界値の絶対値未満である電極プラス極性ベース電流を通電し、これらの通電を１周期として繰り返して溶接を行う交流パルスアーク溶接制御方法において、
前記電極プラス極性ベース電流は、絶対値が時間経過に伴って小さくなる傾斜を有している、
ことを特徴とする交流パルスアーク溶接制御方法。
【請求項２】
前記電極マイナス極性ベース電流は、絶対値が時間経過に伴って大きくなる傾斜の後に定常値に収束する、
ことを特徴とする請求項１記載の交流パルスアーク溶接制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電極マイナス極性電流比率を大きな値に設定したときに、安定した溶接状態を得ることができる交流パルスアーク溶接制御方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
一般的な交流パルスアーク溶接では、溶接ワイヤを定速で送給すると共に、電極プラス極性期間中のピーク電流及びベース電流の通電と、電極マイナス極性期間中のベース電流の通電とを１周期として繰り返すことによって溶接が行われる。この交流パルスアーク溶接では、電極マイナス極性期間を調整して電極マイナス極性電流比率を変化させることによって、母材への入熱を調整することができる。このために、低入熱溶接が可能となり、高品質な薄板溶接を行うことができる。また、電極マイナス極性電流比率を変化させることによって、溶け込み深さ、余盛り高さ等のビード形状をワークに合わせて適正化することができる。電極マイナス極性電流比率は、交流である溶接電流の絶対値の平均値に占める電極マイナス極性ベース電流の絶対値の百分率として定義される。ところで、溶接ビードの断面は、溶け込み部と余盛り部から形成される。そして、ビード形状を示す一つの指標である希釈率（％）＝（（溶け込み部の面積）／（溶け込み部の面積＋余盛り部の面積））×１００として定義されている。すなわち、希釈率が小さくなるほど、溶け込み部の面積が占める割合が小さくなることを示している。交流パルスアーク溶接において、電極マイナス極性電流比率が大きくなるほど希釈率は小さくなる。一般的な交流パルスアーク溶接では、電極マイナス極性電流比率は０〜３０％の範囲で所望の希釈率のビード形状が得られるように設定されるのが通常である。ここで、電極マイナス極性電流比率＝０のときとは、直流のパルスアーク溶接であることを意味している。
【０００３】
しかし、ワークによっては、溶け込み部を小さくし、余盛り部を大きくした希釈率のかなり小さなビード形状を形成する必要がある場合がある。例えば、鉄鋼材の薄板溶接において、溶接継手部に大きなギャップがあるワークを高速溶接するような場合である。このような場合には、ギャップを溶融金属で埋め、かつ溶け込みを小さくするために、希釈率のかなり小さなビード形状が必要になる。このようなビード形状を形成するためには、電極マイナス極性電流比率を上記の通常範囲よりも大きな値である３０％以上に設定する必要がある。ときには５０％を超える値に設定する必要がある場合も生じる。このように電極マイナス極性電流比率を通常範囲よりも大きな値に設定する場合には、一般的な交流パルスアーク溶接では溶接状態が安定しないために、良好な溶接を行うことができない。この課題を解決するために、以下に示す従来技術（例えば、特許文献１参照）が提案されている。この従来技術では、ピーク電流を電極プラス極性と電極マイナス極性の両極性にわたって通電することによって、電極マイナス極性電流比率が大きな値に設定された場合でも安定した溶接状態を得ることができる。以下、この従来技術について説明する。
【０００４】
図４は、電極マイナス極性電流比率を通常範囲よりも大きな値に設定して使用する交流パルスアーク溶接方法における溶接電流Ｉｗの波形図である。同図において、０Ａから上側が電極プラス極性ＥＰを示し、下側が電極マイナス極性ＥＮを示す。同図は、電極マイナス極性電流比率が通常範囲（０〜３０％程度）よりも大きく設定された場合である。同図において、極性切換時のアーク切れを防止するために、極性切換時に短時間の間高電圧を溶接ワイヤと母材との間に印加している。以下、同図を参照して説明する。
【０００５】
以下の説明において用いる用語である臨界値とは、溶接ワイヤの溶滴移行状態がスプレー移行状態になる溶接電流値（絶対値）のことであり、その値は溶接ワイヤの材質、直径、シールドガスの種類等によって異なる。交流パルスアーク溶接によく使用される直径１．６mmのアルミニウムワイヤ（シールドガスはアルゴンガス）の場合では、臨界値は３５０Ａ程度である。また、直径１．２mmの鉄鋼ワイヤ（シールドガスはアルゴンガス８０％＋炭酸ガス２０％）の場合では、臨界値は４５０Ａ程度である。
【０００６】
時刻ｔ１〜ｔ２の電極マイナス極性ベース期間Ｔbn中は、臨界値未満の電極マイナス極性ベース電流Ｉbnを通電する。時刻ｔ２〜ｔ３の電極マイナス極性ピーク期間Ｔpn中は、上記の電極マイナス極性ベース電流Ｉbnよりも大きな値の電極マイナス極性ピーク電流Ｉpnを通電する。時刻ｔ３において極性を反転する。時刻ｔ３〜ｔ４の電極プラス極性ピーク期間Ｔｐ中は、臨界値以上の電極プラス極性ピーク電流Ｉｐを通電する。時刻ｔ４〜ｔ５の電極プラス極性ベース期間Ｔｂ中は、臨界値未満の電極プラス極性ベース電流Ｉｂを通電する。時刻ｔ５〜ｔ６は再び上記の電極マイナス極性ベース期間Ｔbnとなり、時刻ｔ６〜ｔ７は再び上記の電極マイナス極性ピーク期間Ｔpnとなり、時刻ｔ７〜ｔ８は再び上記の電極プラス極性ピーク期間Ｔｐとなる。時刻ｔ１〜ｔ５の期間が１パルス周期Ｔｆとなる。また、時刻ｔ１〜ｔ３の期間が、電極マイナス極性期間Ｔenとなる。
【０００７】
上記の電極マイナス極性ベース電流Ｉbn、上記の電極マイナス極性ピーク期間Ｔpn、上記の電極マイナス極性ピーク電流Ｉpn、上記の電極プラス極性ピーク期間Ｔｐ、上記の電極プラス極性ピーク電流Ｉｐ、上記の電極プラス極性ベース期間Ｔｂ及び上記の電極プラス極性ベース電流Ｉｂは、予め適正値に設定されている。また、図示は省略しているが交流である溶接電圧の絶対値の平均値が、予め定めた電圧設定値に等しくなるように上記の電極マイナス極性ベース期間Ｔbnをフィードバック制御することによってパルス周期Ｔｆを変化させている。これにより、アーク長が適正値に維持されるようにアーク長制御（溶接電源の出力制御）が行われる。この制御方式は、周波数変調制御と呼ばれる。
【０００８】
上記の電極マイナス極性ベース電流Ｉbnは、８０〜１５０Ａ程度の範囲で、送給速度に応じて、実験によって適正値に設定される。上記の電極マイナス極性ピーク期間Ｔpnは、１〜５msの範囲で、送給速度及び電極マイナス極性電流比率に応じて、実験によって適正値に設定される。上記の電極マイナス極性ピーク電流Ｉpnは、２００〜５００Ａの範囲で、送給速度及び電極マイナス極性電流比率に応じて、実験によって適正値に設定される。したがって、この電極マイナス極性ピーク電流Ｉpnは、臨界値未満の値から臨界値以上の値まで設定されることになる。上記の電極プラス極性ピーク期間Ｔｐ及び電極プラス極性ピーク電流Ｉｐは、１パルス周期１溶滴移行状態になるように、溶接ワイヤの材質、直径、シールドガスの種類等に応じて、実験によって適正値に設定される。したがって、電極プラス極性ピーク電流Ｉｐは、臨界値以上に設定される。例えば、直径１．２mmの鉄鋼ワイヤの場合には、Ｔｐ＝１．６ms及びＩｐ＝４６０Ａとなる。上記の電極プラス極性ベース期間Ｔｂは、２〜６msの範囲で、電極マイナス極性電流比率に応じて、実験によって適正値に設定される。上記の電極プラス極性ベース電流Ｉｂは、４０〜７０Ａの範囲で、送給速度に応じて、実験によって適正値に設定される。
【０００９】
同図において、電極マイナス極性電流比率Ｒenは下式として定義することができる。
Ｒen＝（（Ｔpn・｜Ｉpn｜＋Ｔbn・｜Ｉbn｜）／（Ｔｐ・Ｉｐ＋Ｔpn・｜Ｉpn｜＋Ｔbn・｜Ｉbn｜＋Ｔｂ・Ｉｂ））×100  …（１）式
【００１０】
次に、同図において、溶滴の形成及び移行について説明する。時刻ｔ４の電極プラス極性ピーク期間Ｔｐの終了時点において、溶滴のくびれが急速に進行し、時刻ｔ４〜ｔ５の電極プラス極性ベース期間Ｔｂ中において溶滴は溶融池へと移行する。また、この電極プラス極性ベース期間Ｔｂ中は、臨界値未満の小電流が通電し、かつ、電極プラス極性ＥＰであるので、移行後においても溶接ワイヤ先端の溶融は少ししか生じず、溶滴はほとんど形成されない。時刻ｔ５〜ｔ６の電極マイナス極性ベース期間Ｔbnにおいて、溶滴が形成される。電極マイナス極性電流比率が大きくなるように設定されているために、電極マイナス極性ベース期間Ｔbnが長くなり、電極マイナス極性ベース電流Ｉbnも電極プラス極性ベース電流Ｉｂよりも大きな値になっている。さらに、電極マイナス極性ＥＮでは、電極プラス極性ＥＰよりも同一電流値であっても溶接ワイヤ先端の溶融が促進されるので溶滴が形成されることになる。時刻ｔ６〜ｔ７の電極マイナス極性ピーク期間Ｔpn中は、電極マイナス極性ベース電流Ｉbn以上の大電流が通電するために溶滴はさらに大きくなる。この期間の終了近傍において溶滴にくびれが発生するが、溶滴のサイズが大きいために移行させるまでには至らない。時刻ｔ７〜ｔ８の電極プラス極性ピーク期間Ｔｐ中は、臨界値以上の第電流が通電するために、溶滴のくびれ部に強い電磁的ピンチ力が作用し、くびれが急速に進行し、次の電極プラス極性ベース期間Ｔｂ中に溶滴が移行する。この移行する溶滴サイズは直流パルスアーク溶接及び通常の電極マイナス電流比率での交流パルスアーク溶接の場合に比べて大きくなる。上述したように、電極マイナス極性電流比率が大きな値に設定されるときは、電極マイナス極性ベース期間Ｔbn中にも溶滴が形成されることになり、ピーク期間中に移行させるべき溶滴のサイズが大きくなる。このために、ピーク期間を２つ設け、かつ、一方を電極マイナス極性ピーク期間Ｔpnとし、他方を電極プラス極性ピーク期間Ｔｐとすることによって、大きなサイズの溶滴を確実に移行させるようにしている。さらに、この２つのピーク期間の極性を変えることによって、電極マイナス極性電流比率を大きな値に設定することができるようにしている。
【００１１】
同図において、電極マイナス極性電流比率を所望値に調整するときには、上記の電極マイナス極性ベース期間Ｔbn、上記の電極マイナス極性ベース電流Ｉbn、上記の電極マイナス極性ピーク期間Ｔpn及び上記の電極マイナス極性ピーク電流Ｉpnを変化させることによって行う。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１２】
【特許文献１】特開２０１０−７５９８３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
上述したように、従来技術の交流パルスアーク溶接では、溶滴は電極プラス極性ベース期間Ｔｂ中に移行するように各パラメータが設定されている。これは、電極プラス極性ベース期間Ｔｂ中に溶滴が移行するのが、スパッタが最も少なくなるためである。電極プラス極性ピーク期間Ｔｐ中に溶滴が移行すると、大電流値の電極プラス極性ピーク電流Ｉｐの通電によって溶滴に強いアーク力が作用するために、スパッタが発生しやすくなる。また、電極プラス極性ベース期間Ｔｂから電極マイナス極性ベース期間Ｔbnへの極性切換時にいまだ溶滴が移行していない場合には、極性切換時のアーク力の複雑な変化に起因してスパッタが発生することになる。したがって、スパッタの発生を少なくするためには、電極プラス極性ベース期間Ｔｂ中に溶滴が移行することが重要となる。
【００１４】
上述したように、電極マイナス極性電流比率の設定を大きくするのに伴い、電極プラス極性ベース期間Ｔｂも長くなるように設定される。これは、電極マイナス極性電流比率が大きくなるほど溶滴のサイズが大きくなり、移行タイミングが遅くなってくるためである。すなわち、電極プラス極性ピーク期間Ｔｐ中に溶滴にくびれが形成され、電極プラス極性ベース期間Ｔｂに入ってからこの溶滴が移行するまでに必要な時間が長くなるためである。このようにすることで、電極マイナス極性電流比率の設定が大きくなり、溶滴サイズが大きくなっても、確実に電極プラス極性ベース期間Ｔｂ中に移行を行わせることができる。
【００１５】
しかし、電極マイナス極性電流比率の設定が大きくなると、溶滴サイズが大きくなるために、電極プラス極性ベース期間Ｔｂ中に移行させてもスパッタは発生する。これは、電極プラス極性ベース期間Ｔｂ中でも５０Ａ程度の電極プラス極性ベース電流Ｉｂが通電しているために、その通電によるアーク力によって溶滴移行時にスパッタが発生するためである。このスパッタを削減するためには、電極プラス極性ベース電流Ｉｂを小さくすれば良い。しかし、電極プラス極性ベース電流Ｉｂを小さくすると、アーク切れが発生しやすくなり、溶接状態が不安定になりやすい。
【００１６】
そこで、本発明では、電極プラス極性ベース期間中の溶滴移行に伴うスパッタ発生を少なくし、かつ、電極プラス極性ベース期間中にアーク切れによる溶接不安定も生じない交流パルスアーク溶接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】
【００１７】
上述した課題を解決するために、請求項１の発明は、
溶接ワイヤを送給すると共に、電極マイナス極性ベース期間中は絶対値が電極マイナス極性臨界値の絶対値未満である電極マイナス極性ベース電流を通電し、続けて電極マイナス極性ピーク期間中は絶対値が前記電極マイナス極性ベース電流の絶対値よりも大きな値である電極マイナス極性ピーク電流を通電し、続けて電極プラス極性ピーク期間中は絶対値が電極プラス極性臨界値の絶対値以上である電極プラス極性ピーク電流を通電し、続けて電極プラス極性ベース期間中は絶対値が前記電極プラス極性臨界値の絶対値未満である電極プラス極性ベース電流を通電し、これらの通電を１周期として繰り返して溶接を行う交流パルスアーク溶接制御方法において、
前記電極プラス極性ベース電流は、絶対値が時間経過に伴って小さくなる傾斜を有している、
ことを特徴とする交流パルスアーク溶接制御方法である。
【００１８】
請求項２の発明は、前記電極マイナス極性ベース電流は、絶対値が時間経過に伴って大きくなる傾斜の後に定常値に収束する、
ことを特徴とする請求項１記載の交流パルスアーク溶接制御方法である。
【発明の効果】
【００１９】
請求項１の発明によれば、電極プラス極性ベース電流は、絶対値が時間経過に伴って小さくなる傾斜を有している。このために、アーク切れが発生しやすい前半部分の電流値が大きいのでアーク切れを抑制することができる。かつ、溶滴移行が行われる後半部分の電流値が小さいので、スパッタの発生を少なくすることができる。
【００２０】
請求項２の発明によれば、上記の効果に加えて、電極マイナス極性ベース電流は、絶対値が時間経過に伴って大きくなる傾斜の後に定常値に収束する。このために、極性切換直後の電流値を小さくすることができるので、スパッタの発生をより少なくすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本発明の実施の形態１に係る交流パルスアーク溶接制御方法を示す溶接電流波形図である。
【図２】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３】図２の溶接電源における各信号のタイミングチャートである。
【図４】従来技術の交流パルスアーク溶接における溶接電流波形図である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
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。
【００２３】
［実施の形態１］
図１は、本発明の実施の形態１に係る交流パルスアーク溶接制御方法を示す溶接電流Ｉｗの波形図である。同図において、０Ａから上側が電極プラス極性ＥＰを示し、下側が電極マイナス極性ＥＮを示す。同図は、電極マイナス極性電流比率が通常範囲（０〜３０％程度）よりも大きく設定された場合である。同図において、極性切換時のアーク切れを防止するために、極性切換時に短時間の間高電圧を溶接ワイヤと母材との間に印加している。同図は、上述した図４と対応しており、電極プラス極性ベース期間Ｔｂ及び電極マイナス極性ベース期間Ｔbnの動作以外は同一であるので説明は省略する。以下、同図を参照して説明する。
【００２４】
（１）電極プラス極性ベース期間Ｔｂの動作
時刻ｔ４〜ｔ５の電極プラス極性ベース期間Ｔｂ中は、開始ベース値Ｉbsから終端ベース値Ｉbeへと時間経過に伴い小さくなる傾斜を有する電極プラス極性ベース電流Ｉｂを通電する。開始ベース値Ｉbs及び終端ベース値Ｉbeは、予め設定される。例えば、開始ベース値Ｉbsは５０〜８０Ａ程度であり、終端ベース値Ｉbeは１０〜３０Ａ程度である。これらの値は、送給速度が速くなるのに比例して、上記の範囲内で大きな値に設定される。従来技術の項で説明したように、電極プラス極性ベース期間Ｔｂは、電極マイナス極性電流比率が大きくなるのに比例して、２〜６ms程度の範囲で長くなる。ここで、電極プラス極性ベース期間Ｔｂの開始時点（時刻ｔ４）を０msとしそれからの経過時間をｔ（ms）とすると、Ｔｂ＝２msの場合には、ｔ＝０msのときＩｂ＝Ｉbsとなり、ｔ＝２msのときＩｂ＝Ｉbeとなる。同様に、Ｔｂ＝６msの場合には、ｔ＝０msのときＩｂ＝Ｉbsとなり、ｔ＝６msのときＩｂ＝Ｉbeとなる。すなわち、
Ｉｂ＝（（Ｉbe−Ｉbs）／Ｔｂ）・ｔ＋Ｉbs  …（１）式
となる。ここで、Ｉbs＞Ｉbeである。したがって、右肩下がりの傾斜Ｓ（Ａ/ms）＝（Ｉbe−Ｉbs）／Ｔｂは、電極プラス極性ベース期間Ｔｂの長さによって異なる値となる。上述したように、電極プラス極性ベース電流Ｉｂに時間経過に伴って小さくなる傾斜を持たせる理由は、以下のとおりである。すなわち、アーク切れは、電極プラス極性ベース期間Ｔｂの前半部分で発生しやすくなる。特に、電極プラス極性ベース期間Ｔｂの開始部分で発生しやすい。これは、大電流値の電極プラス極性ピーク電流Ｉｐから小電流値の電極プラス極性ベース電流Ｉｂへと切り換えられたときに、アーク状態が過渡的な状態にあるために、アーク切れが発生しやすくなるためである。そこで、開始ベース値Ｉbsを大きな値にして電極プラス極性ベース電流Ｉｂの前半部分を後半部分よりも大きくすることによって、アーク切れを防止している。他方、溶滴移行は、電極プラス極性ベース期間Ｔｂの後半部分で行われることになる。特に、電極プラス極性ベース期間Ｔｂの終盤に行われることが多い。これは、電極マイナス極性電流比率を大きな値に設定するためには、この電極プラス極性ベース期間Ｔｂは短い方が望ましい。反面、電極プラス極性ベース期間Ｔｂは、この期間中に溶滴移行が行われるように設定する必要がある。これらの条件を満たすためには、電極プラス極性ベース期間Ｔｂは、溶滴移行がこの期間中に行われる最短時間に設定されることになる。この結果、溶滴移行のタイミングは、電極プラス極性ベース期間Ｔｂの後半部分となる。そこで、終端ベース値Ｉbeを小さな値にすることによって、電極プラス極性ベース電流Ｉｂの後半部分の値を小さくしている。このようにすると、溶滴移行時の電流値が小さくなるので、スパッタの発生を少なくすることができる。
【００２５】
また、電極プラス極性ベース電流Ｉｂを以下のように設定しても良い。傾斜Ｓ（A/ms）及び終端ベース値Ｉbeを設定すると、電極プラス極性ベース電流Ｉｂは下式のように設定することができる。
Ｉｂ＝Ｓ・ｔ＋（Ｉbe−Ｓ・Ｔｂ）  …（２）式
ここで、Ｓ＝−１０A/ms程度に設定し、Ｉbe＝１０〜３０Ａ程度に設定する。終端ベース値Ｉbeは、送給速度に比例して大きくなるように設定される。例えば、Ｓ＝−１０及びＩbe＝２０Ａに設定すると、Ｔｂ＝２msのときはＩbs＝４０Ａとなり、Ｔｂ＝６msのときはＩbs＝８０Ａとなる。
【００２６】
（２）電極マイナス極性ベース期間Ｔbnの動作
時刻ｔ１〜ｔ２及び時刻ｔ５〜ｔ６の電極マイナス極性ベース期間Ｔbn中は、極性切換後の本期間開始時は絶対値が上記の終端ベース値Ｉbeとなり、時間の経過に伴って絶対値が大きくなる傾斜を有して定常ベース値Ｉbcに収束する負の値の電極マイナス極性ベース電流Ｉbnを通電する。定常ベース値Ｉbcは、図４の電極マイナス極性ベース電流値Ｉbnに相当し、上述したように、８０〜１５０Ａ程度の範囲で設定される。この定常ベース値Ｉbcは、従来技術と同様に、送給速度に比例して大きくなるように設定される。傾斜の期間は、１〜３ms程度の範囲で設定される。このように極性切換後の電流値を小さくする理由は、以下のとおりである。上述したように、溶滴移行は電極プラス極性ベース期間Ｔｂ中に行われる。しかし、溶滴移行が行われた後でも、溶接ワイヤ先端には少量の残留溶滴が残った上体にある。このような状態で極性が切り換えられると、スパッタが発生することになる。このスパッタの発生量は、極性切換後の電極マイナス極性ベース電流値Ｉbnに比例することになる。このために、電極マイナス極性ベース電流Ｉbnの開始時に、絶対値の小さな値から傾斜を持たせて定常ベース値Ｉbcへと収束するようにすると、スパッタの発生量を削減することができる。
【００２７】
上記（１）項の電極プラス極性ベース電流Ｉｂの傾斜制御だけを実施するようにしても良い。さらに、上記（２）項の電極マイナス極性ベース電流Ｉbnの傾斜制御を付加するようにしても良い。
【００２８】
図２は、図１で上述した本発明の実施の形態１に係る交流パルスアーク溶接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、極性切換時にアーク切れを防止するために数百Ｖの高電圧を溶接ワイヤ１と母材２との間に印加しているが、この高電圧印加回路は省略している。以下、同図を参照して各ブロックについて説明する。
【００２９】
インバータ回路ＩＮＶは、３相２００Ｖ等の交流商用電源ＡＣを入力として、整流及び平滑した直流電圧を、後述する電流誤差増幅信号Ｅｉによるパルス幅変調制御によりインバータ制御を行い、高周波交流を出力する。インバータトランスＩＮＴは、高周波交流電圧をアーク溶接に適した電圧値に降圧する。２次整流器Ｄ２ａ〜Ｄ２ｄは、降圧された高周波交流を直流に整流する。電極プラス極性トランジスタＰＴＲは後述する電極プラス極性駆動信号Ｐｄによってオン状態になり、このときは溶接電源の出力は電極プラス極性ＥＰになる。電極マイナス極性トランジスタＮＴＲは後述する電極マイナス極性駆動信号Ｎｄによってオン状態になり、このときは溶接電源の出力は電極マイナス極性ＥＮになる。リアクトルＷＬは、リップルのある出力を平滑する。溶接ワイヤ１は、ワイヤ送給モータＷＭに結合された送給ロール５の回転によって溶接トーチ４内を送給されて、母材２との間にアーク３が発生する。
【００３０】
電圧検出回路ＶＤは、溶接電圧Ｖｗを検出して、電圧検出信号Ｖｄを出力する。電圧平均化回路ＶＡＶは、この電圧検出信号Ｖｄの絶対値を平均化（平滑化、ローパスフィルタを通す処理等）して、電圧平均値信号Ｖavを出力する。電圧設定回路ＶＲは、予め定めた電圧設定信号Ｖｒを出力する。電圧誤差増幅回路ＥＶは、上記の電圧設定信号Ｖｒと電圧平均値信号Ｖavとの誤差を増幅して、電圧誤差増幅信号Ｅｖを出力する。電圧・周波数変換回路ＶＦは、この電圧誤差増幅信号Ｅｖに比例した周波数の信号に変換して、この周波数ごとに短時間だけＨｉｇｈレベルになるパルス周期信号Ｔｆを出力する。
【００３１】
送給速度設定回路ＦＲは、予め定めた送給速度設定信号Ｆｒを出力する。送給制御回路ＦＣは、この送給速度設定信号Ｆｒを入力として、その値に対応した送給速度で溶接ワイヤ１を送給するための送給制御信号Ｆｃを上記のワイヤ送給モータＷＭに出力する。電極マイナス極性電流比率設定回路ＲＮＲは、予め定めた電極マイナス極性電流比率設定信号Ｒnrを出力する。電極プラス極性ピーク期間設定回路ＴＰＲは、予め定めた電極プラス極性ピーク期間設定信号Ｔprを出力する。電極プラス極性ベース期間設定回路ＴＢＲは、上記の電極マイナス極性電流比率設定信号Ｒnrを入力として、この値に応じた電極プラス極性ベース期間設定信号Ｔbrを出力する。例えば、Ｒnr＝３０〜８０％の設定に対して、Ｔbr＝２〜６msの範囲で比例関係として設定される。電極マイナス極性ピーク期間設定回路ＴＰＮＲは、上記の送給速度設定信号Ｆｒ及び上記の電極マイナス極性電流比率設定信号Ｒnrを入力として、後述する予め定めた電極マイナス極性ピーク期間設定関数によって電極マイナス極性ピーク期間設定信号Ｔpnrを出力する。タイマ回路ＴＭは、上記のパルス周期信号Ｔｆ、上記の電極プラス極性ピーク期間設定信号Ｔpr、上記の電極マイナス極性ピーク期間設定信号Ｔpnr及び上記の電極プラス極性ベース期間設定信号Ｔbrを入力として、パルス周期信号Ｔｆが短時間Ｈｉｇｈレベルに変化するごとに、電極マイナス極性ピーク期間設定信号Ｔpnrによって定まる期間中はその値が２となり、続いて電極プラス極性ピーク期間設定信号Ｔprによって定まる期間中はその値が３となり、続いて電極プラス極性ベース期間設定信号Ｔbrによって定まる期間中はその値が４となり、続いて次のパルス周期信号ＴｆがＨｉｇｈレベルになるまでの電極マイナス極性ベース期間中はその値が１となる、タイマ信号Ｔｍを出力する。
【００３２】
電極プラス極性ピーク電流設定回路ＩＰＲは、予め定めた電極プラス極性ピーク電流設定信号Ｉprを出力する。電極マイナス極性ピーク電流設定回路ＩＰＮＲは、上記の送給速度設定信号Ｆｒ及び上記の電極マイナス極性電流比率設定信号Ｒnrを入力として、後述する予め定めた電極マイナス極性ピーク電流設定関数によって電極マイナス極性ピーク電流設定信号Ｉpnrを出力する。開始ベース値設定回路ＩＢＳＲは、上記の送給速度設定信号Ｆｒを入力として、この値に応じた開始ベース値設定信号Ｉbsrを出力する。終端ベース値設定回路ＩＢＥＲは、上記の送給速度設定信号Ｆｒを入力として、この値に応じた終端ベース値設定信号Ｉberを出力する。電極プラス極性ベース電流設定回路ＩＢＲは、上記のタイマ信号Ｔｍ、上記の電極プラス極性ベース期間設定信号Ｔbr、上記の開始ベース値設定信号Ｉbsr及び上記の終端ベース値設定信号Ｉberを入力として、タイマ信号Ｔｍの値が４（電極プラス極性ベース期間）に変化した時点からの経過時間ｔを計測し、上述した（１）式に基づいて算出された電極プラス極性ベース電流設定信号Ｉbrを出力する。ここで、（１）式の代わりに上述した（２）式を使用するようにしても良い。定常ベース値設定回路ＩＢＣＲは、上記の送給速度設定信号Ｆｒを入力として、この値に応じた定常ベース値設定信号Ｉbcrを出力する。電極マイナス極性ベース電流設定回路ＩＢＮＲは、上記のタイマ信号Ｔｍ、上記の終端ベース値設定信号Ｉber及び上記の定常ベース値設定信号Ｉbcrを入力として、タイマ信号Ｔｍの値が１（電極マイナス極性ベース期間）に変化した時点で終端ベース値設定信号Ｉberの値となり、それから所定時間で定常ベース値設定信号Ｉbcrの値まで傾斜を有して大きくなり、それ以降は定常ベース値設定信号Ｉbcrの値となる電極マイナス極性ベース電流設定信号Ｉbnrを出力する。
【００３３】
切換回路ＳＷは、上記のタイマ信号Ｔｍ、上記の電極プラス極性ピーク電流設定信号Ｉpr、上記の電極マイナス極性ピーク電流設定信号Ｉpnr、上記の電極マイナス極性ベース電流設定信号Ｉbnr及び上記の電極プラス極性ベース電流設定信号Ｉbrを入力として、タイマ信号Ｔｍ＝１のとき電極マイナス極性ベース電流設定信号Ｉbnrを電流設定信号Ｉｒとして出力し、タイマ信号Ｔｍ＝２のとき電極マイナス極性ピーク電流設定信号Ｉpnrを電流設定信号Ｉｒとして出力し、タイマ信号Ｔｍ＝３のとき電極プラス極性ピーク電流設定信号Ｉprを電流設定信号Ｉｒとして出力し、タイマ信号Ｔｍ＝４のとき電極プラス極性ベース電流設定信号Ｉbrを電流設定信号Ｉｒとして出力する。電流検出回路ＩＤは、溶接電流Ｉｗの絶対値を検出して、電流検出信号Ｉｄを出力する。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。
【００３４】
駆動回路ＤＶは、上記のタイマ信号Ｔｍを入力として、タイマ信号Ｔｍ＝１又は２のとき上記の電極マイナス極性駆動信号Ｎｄを出力し、タイマ信号Ｔｍ＝３又は４のとき上記の電極プラス極性駆動信号Ｐｄを出力する。これによって、電極マイナス極性ベース期間及び電極マイナス極性ピーク期間は電極マイナス極性となり、電極プラス極性ピーク期間及び電極プラス極性ベース期間は電極プラス極性となる。
【００３５】
次に、上述した電極マイナス極性ピーク期間設定関数及び電極マイナス極性ピーク電流設定関数の求め方について説明する。上述したように、電極マイナス極性電流比率Ｒenは下式となる。
Ｒen＝（（Ｔpn・｜Ｉpn｜＋Ｔbn・｜Ｉbn｜）／（Ｔｐ・Ｉｐ＋Ｔpn・｜Ｉpn｜＋Ｔbn・｜Ｉbn｜＋Ｔｂ・Ｉｂ））×100
上式において、溶接ワイヤの材質、直径及びシールドガスの種類が決まれば、電極プラス極性ピーク期間Ｔｐ及び電極プラス極性ピーク電流Ｉｐは所定値となる。また、送給速度（送給速度設定信号Ｆｒ）が設定されると、電極プラス極性ベース電流Ｉｂ及び電極マイナス極性ベース電流Ｉbnは所定値となる。そして、電極マイナス極性電流比率Ｒenが設定されると、電極プラス極性ベース期間Ｔｂが所定値となる。この状態で、送給速度（送給速度設定信号Ｆｒの値）を設定して溶接を行い、アーク長が適正になるように電圧設定信号Ｖｒの値を調整する。電極マイナス極性ベース期間Ｔbnは、溶接電圧の平均値が電圧設定信号Ｖｒの値と等しくなるようにフィードバック制御される。したがって、上式において、電極マイナス極性電流比率Ｒenは、電極マイナス極性ピーク期間Ｔpn及び電極マイナス極性ピーク電流Ｉpnによって設定されることになる。
【００３６】
上記のことに基づいて、送給速度を設定して溶接を行いながら、電極マイナス極性電流比率Ｒenが例えば１０％、２０％、…、８０％、９０％になるように電極マイナス極性ピーク期間Ｔpn及び電極マイナス極性ピーク電流Ｉpnを調整して、それらの値を記録する。さらに、送給速度を、例えば３、５、…、１３、１５、１７m/minと変化させて、上記と同様に、各電極マイナス極性電流比率Ｒenに設定したときの電極マイナス極性ピーク期間Ｔpn及び電極マイナス極性ピーク電流Ｉpnを記録する。そして、これらの記録データから、送給速度設定信号Ｆｒ及び電極マイナス極性電流比率設定信号Ｒnrを入力とする電極マイナス極性ピーク期間設定関数及び電極マイナス極性ピーク電流設定関数を求める。
【００３７】
図３は、図２で上述した溶接電源における各信号のタイミングチャートである。同図（Ａ）は溶接電流Ｉｗを示し、同図（Ｂ）はパルス周期信号Ｔｆを示し、同図（Ｃ）はタイマ信号Ｔｍを示し、同図（Ｄ）は電流設定信号Ｉｒを示し、同図（Ｅ）は電極プラス極性駆動信号Ｐｄを示し、同図（Ｆ）は電極マイナス極性駆動信号Ｎｄを示す。以下、同図を参照して説明する。
【００３８】
同図（Ｂ）に示すように、パルス周期信号Ｔｆは、時刻ｔ２及びｔ６において短時間だけＨｉｇｈレベルになる。したがって、１パルス周期は、時刻ｔ２〜ｔ６の期間となる。このようになる理由は、電極マイナス極性ベース期間Ｔbnがフィードバック制御によって定まるので、１周期の最後の期間となるためである。時刻ｔ５〜ｔ６の電極マイナス極性ベース期間Ｔbnにおける各信号の動作は、時刻ｔ１〜ｔ２の動作と同一である。
【００３９】
同図（Ａ）に示すように、時刻ｔ１以前は電極プラス極性ベース期間Ｔｂとなり、時刻ｔ１〜ｔ２は電極マイナス極性ベース期間Ｔbnとなり、時刻ｔ２〜ｔ３は電極マイナス極性ピーク期間Ｔpnとなり、時刻ｔ３〜ｔ４は電極プラス極性ピーク期間Ｔｐとなり、時刻ｔ４〜ｔ５は電極プラス極性ベース期間Ｔｂとなり、時刻ｔ５〜ｔ６は電極マイナス極性ベース期間Ｔbnとなり、時刻ｔ６以後は電極マイナス極性ピーク期間Ｔpnとなる。同図（Ｂ）に示すように、パルス周期信号Ｔｆは、上述したように、時刻ｔ２及び時刻ｔ６において短時間Ｈｉｇｈレベルになるトリガ信号である。この時刻ｔ２〜ｔ６の周期がパルス周期となる。同図（Ｃ）に示すように、タイマ信号Ｔｍは、時刻ｔ２において上記のパルス周期信号ＴｆがＨｉｇｈレベルになった時点から図２の電極マイナス極性ピーク期間設定信号Ｔpnrによって定まる期間（時刻ｔ２〜ｔ３の期間）はその値が２となり、時刻ｔ３から図２の電極プラス極性ピーク期間設定信号Ｔprによって定まる期間（時刻ｔ３〜ｔ４の期間）はその値が３となり、時刻ｔ４から図２の電極プラス極性ベース期間設定信号Ｔbrによって定まる期間（時刻ｔ４〜ｔ５の期間）はその値が４となり、時刻ｔ５から上記のパルス周期信号ＴｆがＨｉｇｈレベルになる時刻ｔ６までの期間はその値が１となり、時刻ｔ６においてその値は２に戻る。したがって、時刻ｔ１〜ｔ２の電極マイナス極性ベース期間中はその値は１となり、時刻ｔ１以前の電極プラス極性ベース期間中はその値は４となる。同図では、タイマ信号Ｔｍの値の変化を階段状に示している。
【００４０】
同図（Ｄ）に示すように、電流設定信号Ｉｒは、上記のタイマ信号Ｔｍの値によって変化し、時刻ｔ１以前は電極プラス極性ベース電流設定信号Ｉbrの値となり、時刻ｔ１〜ｔ２の期間は電極マイナス極性ベース電流設定信号Ｉbnrの値となり、時刻ｔ２〜ｔ３の期間は電極マイナス極性ピーク電流設定信号Ｉpnrの値となり、時刻ｔ３〜ｔ４の期間は電極プラス極性ピーク電流設定信号Ｉprの値となり、時刻ｔ４〜ｔ５の期間は電極プラス極性ベース電流設定信号Ｉbrの値となり、時刻ｔ５〜ｔ６の期間は電極マイナス極性ベース電流設定信号Ｉbnrの値となり、時刻ｔ６以後の期間は電極マイナス極性ピーク電流設定信号Ｉpnrの値となる。電流設定信号Ｉｒの値は全て正の値である。時刻ｔ４〜ｔ５の電極プラス極性ベース電流設定信号Ｉbrは、図２の開始ベース値設定信号Ｉbsrの値から終端ベース値設定信号Ｉberの値へと時間経過に伴って小さくなる右肩下がりの直線波形となる。また、時刻ｔ５〜ｔ６の電極マイナス極性ベース電流Ｉbnrは、上記の終端ベース値設定信号Ｉberの値から定常ベース値設定信号Ｉbcrの値へと所定期間の間に傾斜を有する波形となる。ここで、Ｉbcr＞Ｉbsr＞Ｉberである。
【００４１】
同図（Ｅ）に示すように、電極プラス極性駆動信号Ｐｄは、時刻ｔ１以前の期間及び時刻ｔ３〜ｔ５の期間中出力されて、図２の電極プラス極性トランジスタＰＴＲをオン状態にする。同図（Ｆ）に示すように、電極マイナス極性駆動信号Ｎｄは、時刻ｔ１〜ｔ３の期間及び時刻ｔ５以後の期間中出力されて、図２の電極マイナス極性トランジスタＮＴＲをオン状態にする。
【００４２】
上述した実施の形態１において、電極プラス極性ベース電流は、絶対値が時間経過に伴って小さくなる傾斜を有している。このために、アーク切れが発生しやすい前半部分の電流値が大きいのでアーク切れを抑制することができる。かつ、溶滴移行が行われる後半部分の電流値が小さいので、スパッタの発生を少なくすることができる。
【００４３】
さらに、上述した実施の形態１において、電極マイナス極性ベース電流は、絶対値が時間経過に伴って大きくなる傾斜の後に定常値に収束する。このために、極性切換直後の電流値を小さくすることができるので、スパッタの発生をより少なくすることができる。
【符号の説明】
【００４４】
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
Ｄ２ａ〜Ｄ２ｄ        ２次整流器
ＤＶ            駆動回路
ＥＩ            電流誤差増幅回路
Ｅｉ            電流誤差増幅信号
ＥＮ            電極マイナス極性
ＥＰ            電極プラス極性
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
ＦＲ            送給速度設定回路
Ｆｒ            送給速度設定信号
Ｉｂ            電極プラス極性ベース電流
Ｉbc            定常ベース値
ＩＢＣＲ          定常ベース値設定回路
Ｉbcr          定常ベース値設定信号
Ｉbe            終端ベース値
ＩＢＥＲ          終端ベース値設定回路
Ｉber          終端ベース値設定信号
Ｉbn            電極マイナス極性ベース電流
ＩＢＮＲ          電極マイナス極性ベース電流設定回路
Ｉbnr          電極マイナス極性ベース電流設定信号
ＩＢＲ            電極プラス極性ベース電流設定回路
Ｉbr            電極プラス極性ベース電流設定信号
Ｉbs            開始ベース値
ＩＢＳＲ          開始ベース値設定回路
Ｉbsr          開始ベース値設定信号
ＩＤ            電流検出回路
Ｉｄ            電流検出信号
ＩＮＴ            インバータトランス
ＩＮＶ            インバータ回路
Ｉｐ            電極プラス極性ピーク電流
Ｉpn            電極マイナス極性ピーク電流
ＩＰＮＲ          電極マイナス極性ピーク電流設定回路
Ｉpnr          電極マイナス極性ピーク電流設定信号
ＩＰＲ            電極プラス極性ピーク電流設定回路
Ｉpr            電極プラス極性ピーク電流設定信号
Ｉｒ            電流設定信号
Ｉｗ            溶接電流
Ｎｄ            電極マイナス極性駆動信号
ＮＴＲ            電極マイナス極性トランジスタ
Ｐｄ            電極プラス極性駆動信号
ＰＴＲ            電極プラス極性トランジスタ
Ｒen            電極マイナス極性電流比率
ＲＮＲ            電極マイナス極性電流比率設定回路
Ｒnr            電極マイナス極性電流比率設定信号
Ｓ            傾斜
ＳＷ            切換回路
Ｔｂ            電極プラス極性ベース期間
Ｔbn            電極マイナス極性ベース期間
ＴＢＲ            電極プラス極性ベース期間設定回路
Ｔbr            電極プラス極性ベース期間設定信号
Ｔen            電極マイナス極性期間
Ｔｆ            パルス周期（信号）
ＴＭ            タイマ回路
Ｔｍ            タイマ信号
Ｔｐ            電極プラス極性ピーク期間
Ｔpn            電極マイナス極性ピーク期間
ＴＰＮＲ          電極マイナス極性ピーク期間設定回路
Ｔpnr          電極マイナス極性ピーク期間設定信号
ＴＰＲ            電極プラス極性ピーク期間設定回路
Ｔpr            電極プラス極性ピーク期間設定信号
ＶＡＶ            電圧平均化回路
Ｖav            電圧平均値信号
ＶＤ            電圧検出回路
Ｖｄ            電圧検出信号
ＶＦ            電圧・周波数変換回路
ＶＲ            電圧設定回路
Ｖｒ            電圧設定信号
Ｖｗ            溶接電圧
ＷＬ            リアクトル
ＷＭ            ワイヤ送給モータ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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