(57)【要約】【課題】ワイヤの先端が母材に接触したことを判別すると、ワイヤの前進送給を継続したままトーチの引き上げ動作を行い、ワイヤを母材から引き離して初期アークを発生させる制御では、アークスタート時のタクトタイムを短縮すると共にアークを安定させ、アークスタート不良を低減することで「チョコ停」を効果的に削減することができる。しかし、亜鉛メッキ鋼板を溶接した場合に気孔が残存してしまう。【解決手段】ワイヤと母材とを接触させた後にワイヤを母材から離してアークを発生させるアーク発生ステップと、ワイヤに形成された溶滴が離脱しない臨界電流未満の電流を所定時間通電させる電流通電ステップを備えた溶接制御方法であり、亜鉛メッキ鋼板の溶接において、溶滴の熱で鋼板の表面を炙って亜鉛を揮散させ、鋼板の表面の亜鉛が少ない状態で溶接することができ、アークスタート時の気孔の発生を抑制できる。【選択図】図２
2014069225.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
溶接ワイヤと母材とを接触させた後に前記溶接ワイヤを前記母材から離してアークを発生させるアーク発生ステップと、
前記アークが発生してから第１の所定期間の間に第１の電流を通電する第１の電流通電ステップと、
前記第１の所定期間後で前記第１の所定期間よりも長い第２の所定期間の間に前記第１の電流よりも大きい第２の電流を通電する第２の電流通電ステップを備えた、アーク溶接制御方法。
【請求項２】
第２の電流の大きさは、第１の電流よりも大きく溶接ワイヤに形成された溶滴が離脱しない大きさである請求項１記載のアーク溶接制御方法。
【請求項３】
アーク発生ステップにおいてアークを発生させるまでに第３の電流を通電する第３の電流通電ステップを備え、第１の電流は前記第３の電流以上の大きさである請求項１または２記載のアーク溶接制御方法。
【請求項４】
第１の電流から第２の電流に向けて、溶接電流を連続的に増加する、または、溶接電流を階段状に増加する請求項１から３のいずれか１項に記載のアーク溶接制御方法。
【請求項５】
アークスタート期間に、アーク発生ステップと、第１の電流通電ステップと、第２の電流通電ステップを行い、前記アークスタート期間の後の定常溶接期間にパルス溶接を行い、第２の電流は、前記定常溶接期間のピーク電流よりも大きさが小さく、第２の所定期間は、前記定常溶接期間のピーク電流期間よりも長い請求項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】
第２の所定期間の後に、定常溶接期間に行うパルス溶接のベース電流と同じ大きさまで電流を低減してから、前記定常溶接期間のパルス溶接を開始する請求項５記載のアーク溶接制御方法。
【請求項７】
アークスタート期間には、溶接ワイヤを送給するための溶接トーチの溶接線方向への移動は行わず、パルス溶接を行う定常溶接期間に少なくとも１回溶滴を離脱させた後に前記溶接トーチを前記溶接線方向へ移動させる請求項５または６記載のアーク溶接制御方法。
【請求項８】
母材は、表面処理が施された鋼板である請求項１から７のいずれか１項に記載のアーク溶接制御方法。
【請求項９】
母材は、亜鉛メッキ鋼板である請求項８記載の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、亜鉛メッキ鋼板等の表面処理が行われた部材を溶接する場合のアークスタート時において、スパッタの低減やブローホールの低減やピットの低減を実現するアーク溶接制御方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
亜鉛メッキ鋼板は、防錆や防食性に優れている。そのため、近年、自動車部品や建築用鉄骨部材等に用いられ、年々その需要は高まってきている。
【０００３】
しかしながら、亜鉛メッキ鋼板の使用には問題点もある。亜鉛メッキ鋼板の表面にメッキされている亜鉛は、鉄より融点が低い。そのため、亜鉛メッキ鋼板を溶接すると、その亜鉛が気化し、亜鉛蒸気が溶融池や溶融金属を通過して外部に拡散しようとする。溶融金属の凝固が速い場合、外部に亜鉛蒸気が拡散しきれず、溶接金属内や溶接金属表面にブローホールやピット（以下、気孔と呼ぶ）として残存する。これらは深刻な溶接欠陥につながる恐れもある。特にアークスタート時は、定常溶接に比べて気孔の発生確率が高いという問題がある。アークスタート時は、アークスタート後に行われる定常溶接と比べ、亜鉛メッキ鋼板に熱が入り難く、亜鉛メッキ鋼板の表面の亜鉛を揮散しきれないため、気孔の残存確率が高くなる。
【０００４】
従来のアークスタート制御として、溶接ワイヤの先端が被溶接物である母材に接触したことを判別すると、溶接ワイヤの前進送給を継続したままで産業用ロボットを構成しているマニピュレータにより溶接トーチを引き上げ動作させ、溶接ワイヤを母材から引き離して初期アークを発生させるものが知られている（例えば、特許文献１参照）。
【０００５】
図５は、上述した従来のアークスタート制御を行う溶接システムの概略構成を示す図である。消耗電極である溶接ワイヤ３１は、ワイヤースプール３２からワイヤ送給モータ３３により溶接トーチ３４の方向に繰り出されるようになっている。溶接電源装置３５は、溶接トーチ３４および溶接チップ３６を経由して溶接ワイヤ３１と被溶接物である母材３７との間に所定の溶接電流Ｉと溶接電圧Ｖを印加してアーク３８を発生させるとともに、ワイヤ送給モータ３３を制御して溶接施工を行う。ロボットマニピュレータ３９は、溶接トーチ３４を保持し、溶接開始位置（図示せず）に位置決めを行うと共に溶接線（図示せず）に沿って溶接トーチ３４を移動させる。なお、ロボットマニピュレータ３９は、ロボット制御装置４０により制御される。また、ロボット制御装置４０は、溶接電源装置３５との間で双方向通信Ｓを行い、溶接電流Ｉや溶接電圧Ｖなどの溶接諸条件や、溶接の開始指令や、溶接の終了指令等を送信する。
【０００６】
以上のように構成された溶接システムによって行われる消耗電極式の溶接方法について、図６のタイムチャートを用いて説明する。図６は、縦方向に溶接トーチ３４の移動速度ＴＶ、溶接ワイヤ３１の送給速度ＷＦ、短絡判定信号Ａ／Ｓ、溶接電流Ｉ、溶接電圧Ｖの各状況を示している。また、図６は、横軸に時間を示しており、タイミングとして、溶接開始信号がロボット制御装置４０から溶接電源装置３５に送信された時点を時点Ｔ０とし、以後時点Ｔ１から時点Ｔ５は、後述するそれぞれのタイミングを表している。
【０００７】
図６において、溶接開始信号がロボット制御装置４０から溶接電源装置３５に送信されると、溶接電源装置３５は、溶接ワイヤ３１と母材３７との間に無負荷電圧Ｖ０を印加すると共に、ワイヤ送給モータ３３を起動して溶接ワイヤ３１を母材３７に向かって加速する。溶接ワイヤ３１の送給速度が初期ワイヤ速度Ｗ０に達すると、ワイヤ送給モータ３３による溶接ワイヤ３１の送給の加速を停止し、一定速度で溶接ワイヤ３１の送給を継続する。やがて、時点Ｔ１において、溶接ワイヤ３１と母材３７とが接触すると、溶接電源装置３５の内部にある短絡判定手段（図示せず）により、短絡したことを示す短絡信号Ａ／Ｓが出力される。短絡判定信号Ａ／Ｓは、双方向通信Ｓによってロボット制御装置４０に伝達され、ロボット制御装置４０は、ロボットマニピュレータ３９を制御して、溶接トーチ３４が母材３７から概ね離れる方向への移動動作を開始させ、溶接トーチ３４の引き上げ動作を行う。
【０００８】
時点Ｔ１から時点Ｔ３の間は、初期短絡期間であり、この間は、溶接ワイヤ３１は、初期ワイヤ速度Ｗ０での送給が継続され、ロボットマニピュレータ３９は、溶接トーチ３４の引き上げ動作を継続する。従って、溶接ワイヤ３１の先端部の速度は、図中波線で示すように、ワイヤ速度ＷＦとトーチ速度ＴＶの合成された速度となる。よって、時点Ｔ１以降の溶接ワイヤ３１の先端は、図中波線が示す合成速度がゼロとなる時点Ｔ２までの間は、溶接ワイヤ３１を母材３７に押しつけることとなる。しかし、時点Ｔ２以降は、合成速度が負に転じるので、押しつけ量は減少して行き、やがて時点Ｔ３で短絡が解除される。時点Ｔ３は、溶接ワイヤ３１の押し付け量である三角形ｆｇｈの面積よりも引き上げ量である三角形ｈｊｉの面積が上回った時点である。
【０００９】
なお、溶接電源装置３５は、時点Ｔ１において初期短絡が発生すると、溶接電流Ｉを電流Ｉ１に制御し、所定の時間経過後に溶接電流を電流Ｉ２に増加して短絡開放を待つ。初期短絡期間の第１段階として、溶接電流を比較的低く設定された電流Ｉ１に制御する理由は、初期短絡によって溶接ワイヤ３１の先端部のジュール加熱により溶接ワイヤ３１が溶融し、アーク３８の発生と同時に溶融した溶接ワイヤ３１が飛散してスパッタとなるのを防止するためである。また、溶接電流を電流Ｉ１から電流Ｉ２に変化させる理由は、時点Ｔ３で短絡解放時にアーク３８を発生させるために十分なエネルギを与えるためである。ちなみに、アーク３８の発生時の電流Ｉ３の大きさは、４００〜６００Ａの大電流である。
【００１０】
以上のように、溶接ワイヤ３１の先端が被溶接物である母材３７に接触したことを判別すると、溶接ワイヤ３１の前進送給を継続したままでロボットマニピュレータ３９によって溶接トーチ３４を引き上げ動作させることにより、溶接ワイヤ３１を母材３７から引き離して初期アークを発生させる。このようにすることで、アークスタート時に溶接ワイヤ３１の送給の反転動作やロボットマニピュレータ３９の移動の反転動作を必要とせず、無駄時間を削減してタクトタイムを短縮すると共に、溶接始端部のアーク３８を安定させ「チョコ停」を効果的に削減することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１１】
【特許文献１】特開２００９−１２０７９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
上述した従来のアークスタート制御方法は、アークスタート時のタクトタイムを短縮すると共にアークを安定させ、アークスタート不良を低減することで「チョコ停」を効果的に削減することができ、さらにスパッタも低減することができる。しかしながら、亜鉛メッキ鋼板を溶接すると、亜鉛蒸気が溶融池や溶融金属を通過して外部に拡散しようとするが、アークスタート直後に溶融池が形成するまでの期間は、定常溶接に比べて溶融金属の凝固が速いため、外部に亜鉛蒸気が拡散しきれず、溶接金属内や溶接金属表面に気孔として残存してしまうという課題を有していた。
【００１３】
本発明は、亜鉛めっき鋼板等の表面処理が施された鋼板の溶接に広く適用でき、アークスタート時における気孔の低減を実現する亜鉛メッキ鋼板等の表面処理が施された鋼板に対する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】
【００１４】
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、溶接ワイヤと母材とを接触させた後に前記溶接ワイヤを前記母材から離してアークを発生させるアーク発生ステップと、前記アークが発生してから第１の所定期間の間に第１の電流を通電する第１の電流通電ステップと、前記第１の所定期間後で前記第１の所定期間よりも長い第２の所定期間の間に前記第１の電流よりも大きい第２の電流を通電する第２の電流通電ステップを備えたものである。
【００１５】
また、本発明のアーク溶接制御方法は、上記に加えて、第２の電流の大きさは、第１の電流よりも大きく溶接ワイヤに形成された溶滴が離脱しない大きさとしたものである。
【００１６】
また、本発明のアーク溶接制御方法は、上記に加えて、アーク発生ステップにおいてアークを発生させるまでに第３の電流を通電する第３の電流通電ステップを備え、第１の電流は前記第３の電流以上の大きさとしたものである。
【００１７】
また、本発明のアーク溶接制御方法は、上記に加えて、第１の電流から第２の電流に向けて、溶接電流を連続的に増加する、または、溶接電流を階段状に増加するものである。
【００１８】
また、本発明のアーク溶接制御方法は、上記に加えて、アークスタート期間に、アーク発生ステップと、第１の電流通電ステップと、第２の電流通電ステップを行い、前記アークスタート期間の後の定常溶接期間にパルス溶接を行い、第２の電流は、前記定常溶接期間のピーク電流よりも大きさが小さく、第２の所定期間は、前記定常溶接期間のピーク電流期間よりも長いものである。
【００１９】
また、本発明のアーク溶接制御方法は、上記に加えて、第２の所定期間の後に、定常溶接期間に行うパルス溶接のベース電流と同じ大きさまで電流を低減してから前記定常溶接期間のパルス溶接を開始するものである。
【００２０】
また、本発明のアーク溶接制御方法は、上記に加えて、アークスタート期間には、溶接ワイヤを送給するための溶接トーチの溶接線方向への移動は行わず、パルス溶接を行う定常溶接期間に少なくとも１回溶滴を離脱させた後に前記溶接トーチを前記溶接線方向へ移動させるものである。
【００２１】
また、本発明のアーク溶接制御方法は、上記に加えて、母材を、表面処理が施された鋼板としたものである。
【００２２】
また、本発明のアーク溶接制御方法は、上記に加えて、母材を、亜鉛メッキ鋼板としたものである。
【発明の効果】
【００２３】
以上のように、本発明によれば、亜鉛メッキ鋼板等の表面処理が施された鋼板の溶接において、アークスタート時にワイヤ先端の溶滴を離脱させることなく大きく形成させ、この溶滴から発するアーク熱で鋼板の表面を炙り、鋼板の表面処理部分を揮散させ、鋼板の表権面処理部分が少ない状態で溶接を行うことができ、アークスタート時の気孔（ブローホールやピット）の発生を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】本発明の実施の形態１における溶接システムの概略構成を示す図
【図２】本発明の実施の形態１における溶接電流波形と溶滴移行状態を示す図
【図３】本発明の実施の形態１における溶接電流波形と溶滴移行状態を示す図
【図４】（ａ）本発明の実施の形態１における溶接電流波形を示す図（ｂ）本発明の実施の形態１における溶接電流波形を示す図（ｃ）本発明の実施の形態１における溶接電流波形を示す図
【図５】従来のアーク溶接装置の概略構成を示す図
【図６】従来のアーク溶接装置におけるアークスタート時のタイミングチャート
【発明を実施するための形態】
【００２５】
以下、本発明の実施の形態について、図１から図４を用いて説明する。
【００２６】
（実施の形態１）
図１に、本実施の形態１における溶接システムの概略構成を示す。図１において、溶接電源装置１は、一次側整流部３と、スイッチング部４と、主変圧器５と、二次側整流部６と、リアクトル７と、溶接電流検出部８と、溶接電圧検出部９と、短絡／アーク検出部１０と、出力制御部１１と、ワイヤ送給速度制御部１２と、出力端子１３ａと、出力端子１３ｂと、計時部２１を備えている。
【００２７】
ロボット制御装置２３には、ロボットマニピュレータ２２と、ロボットマニピュレータ２２の教示を行うためのティーチングペンダント２４が接続されている。そして、ロボットマニピュレータ２２には、溶接用のトーチ１７が取り付けられている。なお、溶接電源装置１は、ロボット制御装置２３と信号線で接続されており、ロボット制御装置２３と双方向通信を行うことができる構成になっている。この構成により、ティーチングペンダント２４を用いて、溶接電流や溶接電圧等の溶接条件及び溶接開始時点を設定することができる。
【００２８】
溶接電源装置１において、一次側整流部３は、交流電力を出力する入力電源装置２の出力を整流して出力する。スイッチング部４は、一次側整流部３からの直流出力を交流に変換することにより溶接出力を制御する。主変圧器５は、スイッチング部４の交流出力を変換する。主変圧器５の出力は、主変圧器５の二次側出力を整流する二次側整流部６とリアクトル７を介して溶接出力として出力される。溶接電流検出部８は、溶接電流を検出する。溶接電圧検出部９は、溶接電圧を検出する。短絡／アーク検出部１０は、溶接電圧検出部９からの信号に基づいて、溶接状態が溶接用のワイヤ１５と母材１４とが接触している短絡状態であるのか、あるいは、短絡が開放してアーク１６が発生しているアーク状態であるのかを判定する。出力制御部１１は、スイッチング部４を制御して溶接出力を制御する。ワイヤ送給速度制御部１２は、ワイヤ送給部１９を制御してワイヤ１５の送給速度を制御する。計時部２１は、アークスタート開始からの所定時間等をカウントする。なお、アークスタートの開始とは、ティーチングペンダント２４により溶接の開始が指示され、ワイヤ１５が母材１４へ向けて送給され、また、ワイヤ１５と母材１４との間に電圧が印加され、ワイヤ１５と母材１４とが接触して電流が流れ、この電流を検出した時点をいう。
【００２９】
なお、溶接電源装置１は、出力端子１３ａと出力端子１３ｂの２つの出力端子を備えている。２つの出力端子のうち一方の出力端子１３ａは、トーチ１７内にあるワイヤ１５を保持するチップ１８に電気的に接続されており、チップ１８を介してワイヤ１５に電力が供給される。また、２つの出力端子のうちの他方の出力端子１３ｂは、母材１４に電気的に接続されており、母材１４に電力が供給される。そして、ワイヤ１５の先端部と母材１４との間でアーク１６が発生する。なお、ワイヤ送給部１９は、ワイヤ１５を保存するワイヤ保存部２０からワイヤ１５をチップ１８に向けて送給する。
【００３０】
以上のように構成された溶接システムについて、図２を用いて、アークスタート制御方法について説明する。図２は、消耗電極式アーク溶接における溶接時の溶接電流Ａｗの時間変化を波形で示しており、また、その時の溶滴移行状態を示している。なお、本実施の形態１で説明する消耗電極式のアーク溶接は、アーク発生ステップと、第１の電流通電ステップと、第２の通電ステップとを有するアークスタート期間の後に、定常溶接としてパルス溶接を行うものである。なお、各ステップの詳細については後述する。また、母材１４は、表面処理が施された鋼板であり、一例として亜鉛メッキ鋼板を使用している。
【００３１】
図２において、時点ｔａから時点ｔｄまでの期間は、アーク１６を発生させるまでに第３の電流Ｉ３を通電する第３の電流通電ステップである。先ず、時点ｔａにおいて、ティーチングペンダント２４により溶接開始信号が出力され、ワイヤ１５の送給が開始される。ワイヤ１５と母材１４とが接触すると、溶接電源装置１の内部にある短絡／アーク検出部１０により短絡が発生したと判定される。そして、初期短絡が発生したことにより、溶接電流Ａｗを初期短絡電流Ｉ０に制御する。時点ｔａを時間起点として計時部２１で所定時間をカウントし、所定時間ｔ０が経過した時点ｔｂまでの期間中、初期短絡電流Ｉ０を継続して出力する。その後、時点ｔｂから電流制御を行い、溶接電流Ａｗを所定の傾きで増加させる。この増加は、溶接電流Ａｗが第３の電流Ｉ３となる時点ｔｃまで行われる。溶接電流Ａｗが第３の電流Ｉ３に達すると、時点ｔｃを時間起点として、アークが発生する時点ｔｄまでの第３の所定時間ｔ３の期間中、第３の電流Ｉ３を継続して出力する。なお、第３の電流Ｉ３の大きさは、初期短絡電流Ｉ０以上であり、後述する第１の電流Ｉ１以下である。また、初期短絡電流Ｉ０の大きさは、１０〜３０Ａ程度の小電流である。アーク１６を発生させるまでの初期短絡期間に、１０〜３０Ａ程度の電流で制御する理由は、初期短絡によってワイヤ１５の先端部のジュール加熱によりワイヤ１５が溶融し、アーク１６の発生と同時に溶融したワイヤ１５が飛散してスパッタとなることを防止するためである。
【００３２】
また、アーク１６を発生させるまでに、初期短絡電流Ｉ０から第３の電流Ｉ３に変化させる理由は、時点ｔｄにおいてトーチ１７をリフトアップしてワイヤ１５と母材１４との接触（短絡）を離して（開放して）アーク１６を発生させる際のアーク切れの防止と、短絡開放時にアーク１６を発生させるのに十分なエネルギを与えるためである。アーク１６の発生前の電流通電ステップのパターンとしては、例えば図３に示すように、初期短絡電流Ｉ０と第３の電流Ｉ３が等しい場合もある。故に、必ずしもアーク１６の発生前の電流通電ステップが、図２に示すような２段階である必要はない。しかしながら、第３の電流Ｉ３を出力する時のエネルギが小さ過ぎると、アーク１６の発生直後にアーク切れを起こす可能性があり、一方、エネルギが大き過ぎると、アーク発生時に多量のスパッタが発生する可能性がある。従って、適度な値を実験等により求めておく必要がある。例えば、第３の電流Ｉ３は３０〜８０Ａの範囲であり、第３の所定時間ｔ３は１０〜３０ｍｓｅｃの範囲である。
【００３３】
時点ｔｄから時点ｔｇまでの期間は、アーク発生後の第１の電流Ｉ１を通電する第１の電流ステップと、第２の電流Ｉ２を通電する第２の電流ステップとを行う期間である。先ず、時点ｔｄにおいて、短絡が開放してアーク１６が発生し、溶接電流Ａｗを第１の電流Ｉ１に制御する。時点ｔｄを時間起点として計時部２１で所定時間をカウントし、第１の所定時間ｔ１が経過した時点ｔｅまでの期間中、第１の電流Ｉ１を継続して出力する。その後、時点ｔｅから電流制御を行って溶接電流Ａｗを所定の傾きで増加させる。この増加は、溶接電流Ａｗが第２の電流Ｉ２となる時点ｔｆまで行われる。溶接電流Ａｗが第２の電流Ｉ２に達すると、時点ｔｆを時間起点として計時部２１で所定時間をカウントし、第２の所定時間ｔ２が経過した時点ｔｇまでの期間中、第２の電流Ｉ２を継続して出力する。第２の所定時間ｔ２は、第１の所定時間ｔ１やアークスタート期間の後の定常溶接期間に行われるパルス溶接のピーク電流期間ｔ４よりも長い。なお、第２の所定時間ｔ２の長さが長い程、鋼板表面の亜鉛を炙る効果が高くなる。また、第２の電流Ｉ２は、第１の電流Ｉ１よりも大きく、ワイヤ１５に形成された溶滴が離脱する臨界電流（２８０Ａ程度）や定常溶接期間に行われるパルス溶接のピーク電流Ｉ４よりも小さい。第２の電流Ｉ２をこのような大きさとすることで、鋼板の表面を炙り、かつ、溶滴を離脱させないようにすることができる。
【００３４】
図２に示す溶滴移行状態によると、アークスタートしてから（時点ｔｄから）、第２の電流Ｉ２の通電が終わる時点ｔｇまでの間では、ワイヤ１５の先端の溶滴は離脱せず、溶滴を徐々に大きくすることができる。
【００３５】
これにより、ワイヤ１５の先端部分に形成された大きな溶滴から発するアーク熱により鋼板表面を炙ることができる。亜鉛メッキ鋼板の場合、表面の亜鉛を揮散することができ、アークスタート時の気孔の発生を抑制することができる。なお、ワイヤ１５に形成された溶滴は、大きい程、そして、母材１４からの距離がより短いほど、亜鉛を揮散する量は増え、気孔の抑制に効果的である。
【００３６】
また、アーク１６の発生後、第１の電流Ｉ１から第２の電流Ｉ２に変化させる２段階の電流通電ステップを行うことで、ワイヤ１５に急激に熱を与えることがなく、徐々に溶滴を形成することができ、時点ｔｇ以前に溶滴が離脱することを防いでいる。なお、時点ｔｇ以前に溶滴が離脱してしまうと、鋼板表面を炙る時間が減り、亜鉛を揮散する量が減ってしまうので、気孔発生の可能性が高くなる。
【００３７】
また、本実施の形態１において、時点ｔｄでトーチ１７全体を引き上げるリフトアップスタートを実行すると、アーク１６が発生する。ここで、リフトアップスタートとは、背景技術でも説明したように、ワイヤ１５の先端が被溶接物である母材１４に接触したことを判別すると、ワイヤ１５の前進送給を継続したままでロボットマニピュレータ２２によってトーチ１７を引き上げ動作させることにより、ワイヤ１５を母材１４から引き離して初期アークを発生させるものである。アークスタート時にこの制御を行うことで、アークスタート不良を低減し、タクトタイムを短縮することができる。また、短絡状態でワイヤ１５が溶融してスパッタとなることを防ぎ、アーク１６発生時のスパッタを低減することができる。
【００３８】
時点ｔｇ以降は、第２の電流Ｉ２から定常溶接期間に行うパルス溶接のベース電流Ｉ５と同じ大きさまで電流を低減し、それから定常溶接期間のパルス溶接を開始する。なお、第２の電流Ｉ２からベース電流Ｉ５に溶接電流を低減する理由は、一度熱量を下げることで、定常溶接期間のパルス溶接を行う前に溶滴が離脱することを抑制するためである。
【００３９】
定常溶接期間に行われるパルス溶接では、溶接電流Ａｗをピーク電流Ｉ４まで増加させ、所定時間ｔ４の期間中、ピーク電流Ｉ４を継続して出力し、その後、溶接電流Ａｗをピーク電流Ｉ４からベース電流Ｉ５まで下げる。そして、このパルス溶接を繰り返し行う。なお、溶接電流Ａｗがベース電流Ｉ５になった時に初めて、ワイヤ１５の先端部分に形成された溶滴は、ワイヤ１５から離脱する。
【００４０】
なお、本実施の形態１のアーク溶接制御方法では、アークスタート期間には、ワイヤ１５を送給するためのトーチ１７の溶接線方向への移動は行わず、パルス溶接を行う定常溶接期間に少なくとも１回溶滴を離脱させた後に、トーチ１７を溶接線方向へ移動させる。このように、溶滴を離脱させた後にトーチ１７を移動させることで、溶滴を離脱させずにトーチ１７を移動させる場合に比べ、スパッタの低減や溶接性の向上を実現することができる。
【００４１】
なお、アークスタート期間における第１の電流Ｉ１から第２の電流Ｉ２までの増加は、図２と同様な図４（ａ）のパターン１に限るものではない。図４（ｂ）のパターン２に示すように、第１の所定時間ｔ１の開始時点である時点ｔｄから第２の電流Ｉ２になる時点ｔｆまで連続的に増加させてもよい。あるいは、図４（ｃ）のパターン３に示すように、第１の所定時間ｔ１の開始時点である時点ｔｄから第２の電流Ｉ２になる時点ｔｆまで階段状に増加させてもよい。図４（ｂ）や図４（ｃ）に示すように、連続的や階段状に溶接電流を増加させることで、ワイヤ１５の先端の溶滴を離脱させることなく、時点ｔｄから時点ｔｆまでの期間にワイヤ１５に与える熱量を増やすことができる。総熱量を図４（ａ）のパターン１と同じにする場合、第２の所定時間ｔ２を短くすることができ、図４（ａ）のパターン１に比べ、タクトタイムを短くすることができる。あるいは、図４（ａ）のパターン１に比べ、単純に熱量が増えるので、亜鉛メッキ鋼板の表面の亜鉛を揮散する量が増え、アークスタート時の気孔発生をさらに抑制できる。但し、急峻に増加させ過ぎると、ワイヤ１５に形成された溶滴が時点ｔｇ以前に離脱してしまう可能性もある。従って、ワイヤ１５に形成された溶滴が離脱しない程度の増加量で増加させる必要がある。
【００４２】
なお、第１の電流Ｉ１や、第１の所定時間ｔ１や、第２の電流Ｉ２や、第２の所定時間ｔ２は、予め決められた値であり、実験等により溶接対象に適した値とすればよい。そして、これらの値は、例えば、ティーチングペンダント２４を用いて設定される。
【００４３】
ワイヤ１５の先端に形成する溶滴が小さい間は、溶滴の表面張力が低いため、高い電流を与えると離脱する場合がある。よって、第１の所定時間ｔ１の電流Ｉ１は、例えば５０Ａから１２０Ａの値に設定しており、第１の所定時間ｔ１は、溶滴がワイヤ径の２から３倍程度になることを目安に、例えば３０ｍｓｅｃから５０ｍｓｅｃの値に設定している。
【００４４】
第２の所定時間ｔ２の間は、ワイヤ１５の先端の溶滴を大きく形成するまでの時間を短くすること、および鋼板をアーク熱で炙り亜鉛を揮散させることを促進させるため、第２の電流Ｉ２を第１の電流よりも高くしている。第２の電流Ｉ２は、例えば１２０Ａから１８０Ａの値に設定している。第２の所定時間ｔ２は、溶滴がワイヤ径の４から５倍程度になることを目安に、例えば３０ｍｓｅｃから６０ｍｓｅｃの値に設定している。
【００４５】
また、時点ｔｅから時点ｔｆまでの溶接電流Ａｗを増加させる所定の傾きは、溶滴が離脱しないように緩やかな傾きとしており、５０Ａ／ｍｓｅｃから２００Ａ／ｍｓｅｃ程度を目安に設定している。これにより、ワイヤ１５に対して急激に熱を与えることがなく、徐々に溶滴を形成させることにより、時点ｔｆ以前に溶滴が離脱することを防いでいる。時点ｔｆ以前に溶滴が離脱してしまうと、鋼板の表面を炙る時間が減り、亜鉛を揮散する量が減ってしまう、または、鋼板の表面に溶滴が付着し、鋼板の表面を覆ってしまうので、気孔が発生する可能性が高くなる。
【００４６】
上記した電流の値や所定時間の値は、高速度カメラ等で実際にワイヤ１５に形成された溶滴がアークスタート期間中に離脱しないことを確認した上で決めた値である。これらの値が少しでも大きいと、ワイヤ１５から溶滴が離脱し、鋼板の表面を炙ることができないため、表面の亜鉛を十分に揮散することができず、アークスタート時に発生する気孔を抑制する効果が薄れてしまう。
【００４７】
以上のように、本実施の形態１のアーク溶接制御方法によれば、アークスタート期間におけるアーク発生後に、ワイヤ１５に形成された溶滴が離脱しない臨界電流未満の第１の電流Ｉ１及び第２の電流Ｉ２を、それぞれ第１の所定時間ｔ１及び第２の所定時間ｔ２の期間通電させる。これにより、ワイヤ１５の先端の溶滴から発するアーク熱で鋼板の表面の亜鉛を揮散させ、鋼板の表面の亜鉛が少ない状態で溶接を行うことができるので、アークスタート時の気孔の発生を抑制することができる。
【００４８】
さらに、トーチ１７全体を引き上げてアーク１６を発生させるリフトアップスタートを行うことで、短絡状態でワイヤ１５が溶融してスパッタとなることを防ぎ、アーク１６発生時のスパッタを低減することができる。
【産業上の利用可能性】
【００４９】
本発明のアーク溶接制御方法は、溶接ワイヤと母材とを接触させた後に溶接ワイヤを母材から離してアークを発生させるアーク発生ステップと、アーク発生後に、溶接ワイヤの先端に形成された溶滴が離脱しない臨界電流未満の第１の電流Ｉ１及び第２の電流Ｉ２を所定時間通電させる第１の電流通電ステップ及び第２の電流通電ステップを備え、亜鉛メッキ鋼板の溶接において、溶接ワイヤの先端に形成された溶滴から発するアーク熱で亜鉛メッキ鋼板表面を炙って亜鉛を揮散させ、亜鉛メッキ鋼板表面の亜鉛が少ない状態で溶接することができ、アークスタート時の気孔発生を抑制することができるので、表面処理が行われた部材を溶接するアーク溶接制御方法として産業上有用である。
【符号の説明】
【００５０】
１  溶接電源装置
２  入力電源装置
３  一次側整流部
４  スイッチング部
５  主変圧器
６  二次側整流部
７  リアクトル
８  溶接電流検出部
９  溶接電圧検出部
１０  短絡／アーク検出部
１１  出力制御部
１２  ワイヤ送給速度制御部
１３ａ、１３ｂ  出力端子
１４  母材
１５  ワイヤ
１６  アーク
１７  トーチ
１８  チップ
１９  ワイヤ送給部
２０  ワイヤ保存部
２１  計時部
２２  ロボットマニピュレータ
２３  ロボット制御装置
２４  ティーチングペンダント
【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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