(57)【要約】  溶接ワイヤ（１８）の一部を溶融させるようにアーク溶接装置（１００１）を制御する。溶接ワイヤ（１８）の溶滴（２３）が溶接ワイヤ（１８）から離脱した溶滴離脱時点（ｔ５）を検出する。溶滴離脱時点（ｔ５）の後直ちに溶接電流（Ｉ）を低下電流（Ｉｒ）まで低下させる。溶接電流（Ｉ）を低下電流（Ｉｒ）まで低下させるステップにおいて、所定の電流低下期間（Ｔ１）が経過した後に所定の電流（Ｉｆ）へ上昇させる。このアーク溶接制御方法により、スパッタが低減すると共に幅の均一なビードを得る事ができる。
2017029783.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
溶接ワイヤに溶接電流を出力するアーク溶接装置を用いた、スプレー移行状態のアーク溶接制御方法であって、      前記溶接ワイヤの一部を溶融させるように前記アーク溶接装置を制御するステップと、      前記溶接ワイヤの前記溶融した一部よりなる溶滴が前記溶接ワイヤから離脱したことを検出する動作を行うことにより前記溶滴が前記溶接ワイヤから離脱した溶滴離脱時点を検出するステップと、      前記溶滴離脱時点の後直ちに前記溶接電流を低下電流まで低下させるステップと、      前記溶接電流を前記低下電流まで低下させる前記ステップにおいて前記溶接電流を前記低下電流まで低下させてから所定の電流低下期間が経過した後に所定の電流へ上昇させるステップと、を含むアーク溶接制御方法。
【請求項２】
前記溶接ワイヤの前記一部を溶融させるように前記アーク溶接装置を制御する前記ステップは、      前記溶滴離脱時点から定電流制御を行うステップと、      前記定電流制御を定電圧制御に切替えるステップと、を含み、前記溶滴離脱時点を検出する前記ステップは、前記所定の電流低下期間が経過した前記時点から所定の検出無効期間には前記溶滴が前記溶接ワイヤから離脱したことを検出する前記動作を行わず、前記所定の検出無効期間が経過した後に前記溶滴が前記溶接ワイヤから離脱したことを検出する前記動作を行うステップを含む、請求項１に記載のアーク溶接制御方法。
【請求項３】
前記溶滴離脱時点を検出する前記ステップは、溶接抵抗または前記溶接抵抗の変化量、または溶接電圧または前記溶接電圧の変化量により前記溶滴が前記溶接ワイヤから離脱したことを検出するステップを含む、請求項１または２に記載のアーク溶接制御方法。
【請求項４】
前記溶接ワイヤの前記一部を溶融させるように前記アーク溶接装置を制御する前記ステップは、前記溶接ワイヤの前記一部を溶融させて前記溶滴が前記溶接ワイヤから離脱するまで前記溶接電流が一定電流となるように前記アーク溶接装置を制御するステップを含む、請求項１または２に記載のアーク溶接制御方法。
【請求項５】
前記溶接ワイヤの前記一部を溶融させるように前記アーク溶接装置を制御する前記ステップは、前記溶接電流が、前記溶滴が前記溶接ワイヤから離脱する際のピーク電流と、前記溶接ワイヤの溶融を開始して促進する際の凹状に極小値を有するように湾曲して連続的に変化する溶融電流とを交互に繰り返すように、前記アーク溶接装置を制御するステップを含む、請求項１または２に記載のアーク溶接制御方法。
【請求項６】
前記溶接電流を前記所定の電流へ上昇させる前記ステップは、前記所定の電流が前記ピーク電流と実質的に同じになるように、所定の傾きで所定の電流上昇期間だけ前記溶接電流を前記所定の電流に増加させるステップを含み、前記溶接ワイヤの前記一部を溶融させるように前記アーク溶接装置を制御する前記ステップは、前記ピーク電流と前記溶融電流の前記極小値との差分である電流変動幅を制御するステップをさらに含む、請求項５に記載のアーク溶接制御方法。
【請求項７】
前記電流変動幅を制御する前記ステップは、前記所定の傾きと前記所定の電流上昇期間を調整することにより前記電流変動幅を制御するステップを含む、請求項６に記載のアーク溶接制御方法。
【請求項８】
前記溶接ワイヤの前記一部を溶融させるように前記アーク溶接装置を制御する前記ステップは、溶接の出力に関連するインダクタンスの値を変更することにより設定電流を中心として前記電流変動幅を調整するステップを含む、請求項７に記載のアーク溶接制御方法。
【請求項９】
前記インダクタンスは、リアクトルと電子リアクトル制御による電子リアクトル値との加算値からなる、請求項７に記載のアーク溶接制御方法。
【請求項１０】
前記所定の電流低下期間は、前記所定の電流上昇期間より短い、請求項６から９のいずれか一項に記載のアーク溶接制御方法。
【請求項１１】
前記溶接ワイヤの前記一部を溶融させるように前記アーク溶接装置を制御する前記ステップは、溶接電圧の出力を設定する設定電圧に基づいて、前記溶接電流が前記ピーク電流と前記溶融電流とを繰り返すように前記アーク溶接装置を制御するステップを含む、請求項５に記載のアーク溶接制御方法。
【請求項１２】
前記低下電流は前記極小値より小さい、請求項５から１１のいずれか一項に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】  本発明は消耗電極である溶接ワイヤと被溶接物である母材との間でアークを発生させて溶接を行うアーク溶接制御方法に関する。
【背景技術】
【０００２】  溶接ワイヤと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において、臨界電流値を超えると溶滴の移行形態はスプレー移行となる。臨界電流値よりも高いピーク電流と、アークを維持するための臨界電流値より低いベース電流とを、交互に繰り返す事で行う溶接方法はパルスアーク溶接法と呼ばれ、直流のスプレー移行溶接よりも低い平均電流で、スプレー移行を行わせることができる。【０００３】  パルスアーク溶接法では、アークを維持するために、溶滴の移行がアーク力の影響を受けることの最も少ないベース電流期間中にて行われる。従って、スパッタを大幅に低減することが可能である。【０００４】  しかし、パルスアーク溶接法は、シールドガスの組成に制約を受ける。そして、シールドガス中の炭酸ガスの割合が３０％を超えると、スパッタの低減効果が薄弱になる。一方、主成分として、高価なアルゴンガスを大量に使用すると、シールドガスのコストが高くなる。そこで、炭酸ガスを主成分とするシールドガスを用いて安定したスプレー移行溶接が可能なアーク溶接法が求められている。【０００５】  なお、スパッタが発生すると、母材に付着し、また、動作を行う製品の可動部にスパッタが入り込むと、製品の可動範囲を制限し、製品価値を著しく低下させる。このため、スパッタを除去する後工程が必要となり、溶接生産性を著しく低下させる。【０００６】  図４は炭酸ガスを主成分とするシールドガスを用いたパルスアーク溶接制御方法を説明するための図であり、アーク部の工程と溶接電圧Ｖと溶接電流Ｉとを示す。【０００７】  図４に示すように、ピーク電流Ｉｐの出力が開始されてピーク時間Ｔｐが開始される。溶融開始時点ｔ３から溶接ワイヤの先端の溶融が開始され、溶滴の成長期間Ｔ４にて溶接ワイヤの先端で溶滴が成長し、くびれが生じて溶接が離脱し始める。溶滴離脱時点ｔ５で溶滴が離脱し、溶滴離脱が完了する。溶融開始時点ｔ３から溶滴離脱時点ｔ５を繰り返すパルスアーク溶接が行われる。溶滴が離脱する溶滴離脱時点ｔ５ではアーク長が短時間で長くなるので、溶接電圧Ｖが急峻に高くなる。【０００８】  このため、溶接電圧Ｖが所定の電圧しきい値を超えた場合に、あるいは、溶接電圧Ｖの単位時間当たりの変化量（ｄＶ／ｄｔ）が所定値を超えた場合に、溶滴の離脱を検出することができる。【０００９】  溶滴の離脱後は、溶滴にかかるアーク力が強いすなわちアーク密度が高いと、アーク力の反力でスパッタが増加する。従って、溶滴の離脱後は、溶接電流Ｉをピーク電流Ｉｐからピーク電流Ｉｐよりも低い所定の低下電流Ｉｒに低下し、スパッタの発生を防止している。【００１０】  その後、低下期間ＴＭでは溶接電流Ｉは低下電流Ｉｒに維持され、低下期間ＴＭの経過後は、溶接電流Ｉは元のピーク電流Ｉｐに高められてワイヤの先端部を溶融させる。ピーク時間Ｔｐが終了すると、ベース電流Ｉｂが出力され始め、ベース時間Ｔｂが開始される（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１１】
【特許文献１】特許第５０３６１９７号公報
【発明の概要】
【００１２】  溶接ワイヤの一部を溶融させるようにアーク溶接装置をアーク溶接制御方法で制御する。溶接ワイヤの溶滴が溶接ワイヤから離脱したことを検出する動作を行うことにより溶滴が溶接ワイヤから離脱した溶滴離脱時点を検出する。溶滴離脱時点の後直ちに溶接電流を低下電流まで低下させる。溶接電流を低下電流まで低下させるステップにおいて溶接電流を低下電流まで低下させてから所定の電流低下期間が経過した後に所定の電流へ上昇させる。
【００１３】  このアーク溶接制御方法により、スパッタが低減すると共に幅の均一なビードを得る事ができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】図１は実施の形態におけるアーク溶接装置の概略構成図である。
【図２】図２は実施の形態におけるアーク溶接制御方法を示す図である。
【図３】図３は実施の形態における他のアーク溶接制御方法を示す図である。
【図４】図４は従来のパルスアーク溶接制御方法を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】  図１は、実施の形態におけるアーク溶接装置１００１の概略構成図である。アーク溶接装置１００１は、入力電源１から入力した交流電力を整流する１次整流部２と、溶接出力を制御するスイッチング部３と、スイッチング部３の出力を入力して溶接に適した電力に変換するトランス４とを備える。
【００１６】  アーク溶接装置１００１は、トランス４の２次側出力を整流する２次整流部５と、２次整流部５の出力を平滑するリアクトル６と、スイッチング部３を駆動する駆動部７と、溶接電流を検出する溶接電流検出部８と、溶接電圧を検出する溶接電圧検出部９と、溶接電流検出部８と溶接電圧検出部９の出力に基づいて溶接ワイヤ１８の先端部分の溶滴の離脱を検出する溶滴離脱検出部１０と、をさらに備える。
【００１７】  アーク溶接装置１００１は溶接条件設定部１３と記憶部１２とをさらに備える。溶接条件設定部１３は、設定電流や設定電圧やワイヤ送給量やシールドガス種類やワイヤ種類やワイヤ径等の溶接条件等を設定する。記憶部１２は、溶接条件設定部１３により設定された情報やワイヤ送給速度毎の電子リアクトル制御のリアクトル値等の種々のパラメータを格納する。
【００１８】  アーク溶接装置１００１はアーク制御部１１をさらに備える、アーク制御部１１は、溶接電圧検出部９や溶滴離脱検出部１０や記憶部１２からの出力に基づいてアーク発生時の電流や電圧を制御する信号を出力する。駆動部７は、アーク制御部１１の出力に基づいてスイッチング部３を制御する。
【００１９】  溶接ワイヤ１８は、ワイヤ送給部１９により制御される送給モータによって送給される。溶接ワイヤ１８には、トーチ１４に備え付けられたチップ１５を介して溶接用の電力が供給され、溶接ワイヤ１８と母材１７との間でアーク２０を発生させて溶接が行われる。
【００２０】  なお、図１で示したアーク溶接装置１００１を構成する各構成部は、各々単独に構成してもよいし、複数の構成部を複合して構成してもよい。
【００２１】  アーク溶接装置１００１の動作を以下に説明する。図２はアーク溶接装置１００１におけるアーク溶接制御方法を示し、アーク溶接装置１００１の溶接ワイヤ１８と、溶接電流Ｉと、溶接電圧Ｖと、溶接電圧Ｖの溶接電流Ｉに対する比である溶接抵抗Ｒとを示す。検出無効期間Ｔ６は離脱検出の閾値を超えても検出を実施しない期間である。
【００２２】  溶接を行っている間には、溶接ワイヤ１８のトーチ１５から突き出す長さである突出し長さＬ１８の変動や母材１７の位置ずれ等の外乱が発生する。溶接は、作業者が設定する設定電流Ｉｓおよび設定電圧Ｖｓに基づいて、外乱に強い定電圧制御にて行われる。
【００２３】  記憶部１２は、溶接ワイヤ１８を送給する速度である送給量を記憶する。溶接ワイヤ１８の送給量は設定電流Ｉｓにて決定され、設定電流Ｉｓに対する予め実験的に導出されている。記憶部１２は、溶接ワイヤ１８の送給量を記憶する。記憶部１２は、ワイヤ１８の送給量の複数の値にそれぞれに対応する溶接制御パラメータの複数の値も記憶する。
【００２４】  実施の形態におけるアーク溶接制御方法では、スプレー移行状態の定電圧制御のアーク溶接において、溶接電圧Ｖの出力を設定する設定電圧Ｖｓ、および溶接電流Ｉの出力を設定する設定電流Ｉｓに基づいて、溶接電圧Ｖと溶接電流Ｉである溶接出力が制御される。図２に示す動作では、溶接電流Ｉは、溶滴２３が離脱する際の突起状のピーク電流Ｉｐと溶接ワイヤ１８の溶融を開始して促進して極小値ＩＬを有するように凹状に湾曲して連続的に変化する溶融電流Ｉｇとを交互に繰り返す。ピーク電流Ｉｐと溶融電流Ｉｇの極小値ＩＬとの差分である電流変動幅Ｉｔが所定の値になるように溶接出力が制御されて、溶接が行われる。溶接ワイヤ１８から溶滴２３が離脱してから、溶接ワイヤ１８が溶融して次に溶滴２３が溶接ワイヤ１８から離脱するまでの移行周期Ｔｔが所定の範囲に収まるように電流変動幅Ｉｔが調整される。言い換えると溶滴２３が溶接ワイヤ１８から移行周期Ｔｔあたりに１回だけ離脱するように電流変動幅Ｉｔが調整される。
【００２５】  電流変動幅Ｉｔが、溶接電流Ｉの所定期間の移動平均の平均値または設定電流Ｉｓである中心値を中心として、中心値の±２５％以上±４５％以下の幅に、より好ましくは中心値の±２５％以上±３０％以下となるように溶接出力が制御される。具体的には、ピーク電流Ｉｐが溶接電流Ｉの上記の中心値の２５％以上で４５％以下の値だけ溶接電流Ｉの中心値より大きく、かつ溶融電流Ｉｇの極小値ＩＬが溶接電流Ｉの中心値の２５％以上で４５％以下の値だけ溶接電流Ｉの中心値より小さくなるように電流変動幅Ｉｔを制御する。
【００２６】  具体的には、ピーク電流Ｉｐが溶接電流Ｉの平均値の２５％以上で３０％以下の値だけ溶接電流Ｉの平均値より大きく、かつ溶融電流Ｉｇの極小値ＩＬが溶接電流Ｉの平均値の２５％以上で３０％以下の値だけ溶接電流Ｉの平均値より小さくなるように電流変動幅Ｉｔを制御する。移動平均を算出する上記の所定期間は移行周期Ｔｔの整数倍である。電流変動幅Ｉｔで調整される移行周期Ｔｔは１５ｍｓｅｃ以上３５ｍｓｅｃ以下であり、より好ましくは１５ｍｓｅｃ以上２０ｍｓｅｃ以下である。これにより、移行周期Ｔｔが安定するのでアーク２０の長さであるアーク長Ｌ２０の変動が抑制され、溶接により生成されるビードの幅の均一化が図られる。
【００２７】  実施の形態では、十分にスプレー移行状態となる溶接ワイヤ１８の送給量が選択される。溶接ワイヤ１８のワイヤ送給量は設定電流Ｉｓにて決定される。
【００２８】  溶融開始時点ｔ３で溶接ワイヤ１８の先端１８Ｐの溶滴２３が溶融し始めて成長し始め、溶滴２３が成長する成長期間Ｔ４を経て溶滴離脱時点ｔ５で溶滴２３は溶接ワイヤ１８の先端１８Ｐから離脱する。溶滴２３が離脱する際の溶接電流Ｉが大きいとアーク反力が大きくなる。アーク反力により溶接ワイヤ１８に向かう方向に溶滴２３が押し戻されるので、溶滴２３が安定して離脱せず、スパッタとなり飛散する。そのため、溶滴２３が離脱した溶滴離脱時点ｔ５を検出し、溶滴離脱時点ｔ５を検出した後直ちに溶接電流Ｉを低下させ、アーク反力を抑制し、スパッタを低減する。
【００２９】  溶滴２３が離脱した溶滴離脱時点ｔ５では、アーク長Ｌ２０が急に長くなるため、溶滴離脱時点ｔ５で溶接電圧Ｖが急峻に高くなるまたは溶接抵抗Ｒが急峻に大きくなることを検知して溶滴２３が溶接ワイヤ１８の先端１８Ｐから離脱したことを検出する。溶滴離脱検出部１０は、溶接抵抗Ｒまたは溶接抵抗Ｒの単位時間当たりの変化量、あるいは、溶接電圧Ｖの絶対値または溶接電圧Ｖの単位時間当たりの変化量により溶滴２３が溶接ワイヤ１８の先端１８Ｐから離脱したことを検出して溶滴離脱時点ｔ５を検出する。
【００３０】  なお、実施の形態におけるアーク溶接制御方法では以下の理由から溶滴離脱検出部１０は溶接抵抗Ｒの単位時間当たりの変化量により溶滴２３が離脱したことを検出する。スプレー移行状態の溶接電圧Ｖはアーク長Ｌ２０の変動によって俊敏に変化する。したがって、溶接電圧Ｖの単位時間当たりの変化量または溶接電圧Ｖの絶対値を用いて溶滴２３の離脱を検出すると、溶接電圧Ｖの微細な変動である脈動による誤検出が頻発する。溶接抵抗Ｒは脈動により急峻には変化せず緩やかに変化するため、誤検出の発生を抑制する事が出来る。また、溶接抵抗Ｒは脈動（急峻な変動）が少ないため、溶滴２３の離脱による溶接抵抗Ｒの単位時間当たりの変化量の検出に用いる閾値を小さく設定する事が可能である。そのため、溶接電圧Ｖやその変化量に比べて、溶接抵抗Ｒの単位時間当たりの変化量に基づいて、溶滴２３の離脱を早期にかつ正確に検出する事が可能となる。
【００３１】  溶滴２３の離脱を検出した後に、アーク反力を低減させてスパッタを抑制するために、溶滴２３が離脱する前のピーク電流Ｉｐから急峻に溶接電流Ｉを低下電流Ｉｒまで低下させた後、電流低下期間Ｔ１だけ低下電流Ｉｒに維持する。低下電流Ｉｒの値は、電流変動幅Ｉｔの安定領域にかかわらず、低下電流Ｉｒの出力後の溶接ワイヤ１８の先端１８Ｐが円滑に溶融する値に予め実験的に定めても良い。低下電流Ｉｒが小さくなると溶接ワイヤ１８への入熱量が不足するため、溶滴２３が円滑に溶融し始めなくなり、アーク２０が不安定となる。また、低下電流Ｉｒが大きいとスパッタ低減の効果が弱まる。
【００３２】  図４に示す定電流制御のパルスアーク溶接方法は、アーク長が溶滴の直径より少しでも大きい場合には、溶接ワイヤの先端部と母材とが短絡しないので、スパッタを低減することが可能である。しかし、溶接中には、チップから溶接ワイヤが突き出ている突出し長さの変動や母材の位置ずれ等の外乱により、溶接ワイヤの先端と母材との距離が短くなる場合がある。定電流制御は、突出し長さの変動や母材の位置ずれ等の外乱に影響されやすい。特に溶接ワイヤの先端と母材間との距離が短くなると、溶滴が離脱する前に溶接ワイヤの先端と母材とが短絡する。そして、短絡が発生する時の電流が高電流の時、多量のスパッタが発生する。シールドガスに炭酸ガスを用いたパルスアーク溶接でのスプレー移行溶接は、特に、アーク反力が大きく、溶接ワイヤの先端で成長した溶滴が溶接ワイヤの方向に押し戻される。したがって、溶滴が安定に離脱しないため、母材との短絡の発生頻度が高く、多量のスパッタが飛散する。
【００３３】  つまり、炭酸ガスを用いたスプレー溶接には、溶滴離脱時および突出し長さの変動やワークの位置ずれ等の外乱発生時に多量のスパッタが発生する。
【００３４】  実施の形態におけるアーク溶接制御方法では、図２に示すように、低下電流Ｉｒを出力する際に発生する電流のアンダーシュートが電流低下期間Ｔ１内で収束する。電流低下期間Ｔ１が経過した後に所定の傾きαで電流上昇期間Ｔ２に溶接電流Ｉを所定の電流Ｉｆまで増加させる。
【００３５】  なお、電流低下期間Ｔ１は、電流上昇期間Ｔ２より短い。電流低下期間Ｔ１が長くなると電流が低い期間が長くなり、アークが不安定になる。また、電流上昇期間Ｔ２が短くなり、溶接電流Ｉの上昇の角度αが大きくなると溶接ワイヤ１８に電流が一気に流れて赤熱し、溶融プールを押す力が大きく成り過ぎてスパッタの発生が増加する「電流上昇期間Ｔ２は、溶滴２３の溶融離脱によるスパッタの飛散を抑えて溶接電流Ｉを所定の電流Ｉｆまで増加させる期間とすることが望ましい」。
【００３６】  溶滴２３が溶融し始める時の溶接ワイヤ１８の先端１８Ｐへの入熱を確保するために傾きαと電流上昇期間Ｔ２を設定し、溶滴２３の離脱の検出後の所定の電流Ｉｆを溶滴２３の離脱の検出前のピーク電流Ｉｐと実質的に同じにする。これにより、溶接電流Ｉが所定の電流Ｉｆまで上昇した時点から溶滴離脱時点ｔ５までの定電圧制御がされている期間Ｔ７で、所定の電流Ｉｆと溶融電流Ｉｇの極小値ＩＬとの差分である電流変動幅Ｉｔを調整して最適化することによって、溶接ワイヤ１８の溶融の開始から溶滴２３離脱までの移行周期Ｔｔが安定するため、アーク２０が安定する。
【００３７】  ここで、電流低下期間Ｔ１と電流上昇期間Ｔ２との和である所定の期間Ｔｆｔでは定電流制御が行われ、期間Ｔ７は定電圧制御が行われる。定電流制御から定電圧制御への切替は、スパッタを低減する期間である所定の期間Ｔｆｔの定電流制御と、溶滴２３を成長させアークを安定させる期間Ｔ７の定電圧制御とがそれぞれ安定して行われるように、溶接電流Ｉが所定の電流Ｉｆに上昇後直ちに、実施する。
【００３８】  以上のように、実施の形態におけるアーク溶接装置１００１を用いたアーク溶接制御方法では、溶接電流Ｉがピーク電流Ｉｐと凹状に湾曲している溶融電流Ｉｇとを交互に繰り返す。溶滴２３の離脱を検出した溶滴離脱時点ｔ５の後に溶接電流Ｉを急峻に下げた後に所定の傾きαで電流上昇期間Ｔ２に所定の電流Ｉｆまで増加する。所定の電流Ｉｆが溶滴２３の離脱の検出前のピーク電流Ｉｐと実質的に同じになるように、所定の傾きαで電流上昇期間Ｔ２に溶接電流Ｉを増加させ、少なくとも電流変動幅Ｉｔを制御する。これによりスパッタの発生と、入熱量不足を抑制して、安定なアーク２０で溶接を行う事ができる。
【００３９】  なお、電流上昇期間Ｔ２に所定の電流Ｉｆまで増加する所定の傾きαは、溶滴離脱時点ｔ５の後に、溶接電流Ｉを急峻に下げる傾きを傾きβとした場合、傾きαは傾きβより小さい。
【００４０】  図３はアーク溶接装置１００１における他のアーク溶接制御方法を示し、アーク溶接装置１００１の溶接ワイヤ１８と、溶接電流Ｉと、溶接電圧Ｖと、溶接電圧Ｖの溶接電流Ｉに対する比である溶接抵抗Ｒとを示す。図３において、図２と同じ部分には同じ参照番号を付す。本実施の形態では、十分にスプレー移行状態となる溶接ワイヤ１８の送給量を選択する。溶接電流Ｉは、所定の電流Ｉｆまで増加してから溶滴２３が離脱する溶滴離脱時点ｔ５まで一定に維持される。溶接ワイヤ１８の送給量は設定電流Ｉｓにより決定される。図３に示す動作でも、図２と同様に、溶滴２３の離脱を検出した溶滴離脱時点ｔ５の後に溶接電流Ｉを急峻に下げた後に所定の傾きαで電流上昇期間Ｔ２に所定の電流Ｉｆまで増加する。所定の電流Ｉｆが溶滴２３の離脱の検出前のピーク電流Ｉｐと実質的に同じになるように、所定の傾きαで電流上昇期間Ｔ２に溶接電流Ｉを増加させ制御する。これによりスパッタの発生と、入熱量不足を抑制して、安定なアーク２０で溶接を行う事ができる。
【００４１】  記憶部１２は溶接制御パラメータとして電子リアクトル制御のインダクタンス値を記憶してもよい。シールドガスとして炭酸ガスを用いたスプレー移行溶接の定電圧制御の電流は、例えばインダクタンス値を調整する事で調整できる。
【００４２】  また、電流変動幅Ｉｔは溶接の出力に関連するインダクタンス値を変更することで制御する。インダクタンス値はリアクトル６と、記憶部１２に記憶された電子リアクトル制御の電子リアクトル値との加算値からなり、このインダクタンス値による出力制御信号を駆動部７に出力する。
【００４３】  図３に示す一定の溶接電流Ｉを用いるよりも図２に示す電流変動幅Ｉｔを有する溶接電流Ｉの方がスプレー移行の溶滴２３の離脱を制御しやすい。これは、湾曲状の波形の電流変動幅Ｉｔを制御することにより、溶接ワイヤ１８の先端１８Ｐで溶滴２３が成長する時には溶接電流Ｉを小さくし、溶滴２３が離脱する時には溶接電流を大きくすることが可能なためである。
【００４４】  電流変動幅Ｉｔが大きすぎると、溶融電流Ｉｇが小さくなるので、溶滴２３が成長する時の溶接ワイヤ１８への入熱量が不足する。そのため、母材１７に向かって送給されている溶接ワイヤ１８の先端１８Ｐと母材１７との間の距離が溶滴２３が成長する時に短くなる。したがって、溶接ワイヤ１８の先端１８Ｐで溶滴２３が十分に成長せずにワイヤ１８の先端１８Ｐが十分に溶融せず、溶滴２３が離脱する前に溶接ワイヤ１８の先端１８Ｐと母材１７が短絡する。これにより、アーク２０が不安定となると共にスパッタが発生する。
【００４５】  また、電流変動幅Ｉｔが小さすぎると、溶融電流Ｉｇの極小値ＩＬが大きくなるので、溶滴２３が成長する時のアーク反力が大きくなる。そのため、溶融させたワイヤ１８の先端１８Ｐでの溶滴２３が溶接ワイヤ１８に向かって押し戻されるため、アーク２０が不安定となると共に、溶接ワイヤ１８の先端１８Ｐから飛散しスパッタとなる。よって、電流変動幅Ｉｔを最適化することによって、溶接ワイヤ１８が溶融し始めてから溶滴２３が離脱するまでの移行周期Ｔｔが安定するため、アーク２０が安定する。
【００４６】  このように、炭酸ガスを主成分とするガスを用いたスプレー移行溶接において、定電圧制御で電流変動幅Ｉｔを調整し、溶接電流Ｉを制御する。図２に示す湾曲した溶接電流Ｉを用いると、溶滴２３が安定に成長し、安定した周期で溶滴２３を溶接ワイヤ１８から離脱させることができる。また、溶滴２３が安定に成長し、安定した周期で溶滴２３が離脱するので、アーク２０が安定し、アーク長Ｌ２０が常に一定になるよう制御される。アーク長Ｌ２０が一定となるので、突出し長さＬ１８の変動や母材１７の位置ずれ等の外乱が発生した時においてもアーク長Ｌ２０の変動が抑制されるので、微小短絡が抑制され、スパッタが低減し、同時に幅の均一なビードが得られる。
【００４７】  炭酸ガスを主成分とするシールドガスを用いたスプレー移行溶接において溶滴２３の離脱を検出し、離脱を検出した後直ちに溶接電流Ｉを低下電流Ｉｒに低下させる。その後、電流低下期間Ｔ１と電流上昇期間Ｔ２を経て溶接電流Ｉが所定の電流Ｉｆに達した後は、凹状に湾曲する溶融電流Ｉｇを出力する。
【００４８】  溶滴２３が離脱する溶滴離脱時点ｔ５を検出することにより、溶滴離脱時点ｔ５の直後に溶接電流Ｉを急峻にピーク電流Ｉｐから低下電流Ｉｒに低下させることで、溶滴２３が離脱する時のアーク反力を抑制でき、溶滴２３が離脱する時に発生するスパッタも低減する事ができる。
【００４９】  所定の電流Ｉｆの前後の定電流制御から定電圧制御への溶接制御の切り替わり時に、言い換えると、溶滴２３の離脱を検出してから溶接電流Ｉが所定の電流Ｉｆに到達するまでの定電流制御が行われる所定の期間Ｔｆｔと定電圧制御が行われる期間Ｔ７とが切替わり時点では、溶接電流Ｉのハンチングが生じやすく、これに伴い溶接抵抗Ｒの値のハンチングが生じ易く、溶滴２３の離脱の誤検出が発生する可能性がある。
【００５０】  具体的には、溶滴２３の離脱を検出した後に、定電流制御を行い、溶接電流を、溶滴２３が離脱する前のピーク電流Ｉｐから低下電流Ｉｒに急峻に溶接電流Ｉを下げて電流低下期間Ｔ１の間維持し、その後所定の傾きαで電流上昇期間Ｔ２に溶接電流Ｉを増加させて所定の電流Ｉｆに達した後、定電流制御から定電圧制御に切替ると、電流上昇期間Ｔ２後の電流変動幅Ｉｔの電流の脈動が大きくなり安定し難くなるハンチングが生じ、溶滴２３の離脱の誤検出が発生する場合がある。
【００５１】  なお、溶接電流Ｉが所定の電流Ｉｆに到達した時点すなわち所定の期間Ｔｆｔが経過した時点で溶接制御は定電流制御から定電圧制御に切り替わり、溶接電流Ｉのハンチングが生じやすい。図２に示す湾曲状の電流変動幅Ｉｔを発生させる溶接装置ではインダクタンス値が小さく、図３に示す一定の溶接電流Ｉに比べて、さらにハンチングが助長され易く、溶接電流のハンチングが生じやすくなり、これに伴い溶接抵抗Ｒの値のハンチングが生じ易い傾向がある。
【００５２】  実施の形態におけるアーク溶接制御方法では、溶接電流Ｉが所定の電流Ｉｆに到達した電流上昇期間Ｔ２が経過した時点から所定の検出無効期間Ｔ６に溶滴２３を離脱したことを検出しない。
【００５３】  以上のように、本実施の形態のアーク溶接制御方法では、溶滴２３の離脱は、溶接抵抗Ｒまたは溶接抵抗Ｒの単位時間当たりの変化量、あるいは、溶接電圧Ｖまたは溶接電圧Ｖの単位時間当たりの変化量に基づいて検出される。溶滴２３の離脱を検出した溶滴離脱時点ｔ５から所定の期間Ｔｆｔには、定電流制御を行い所定の期間Ｔｆｔが経過した後は定電圧制御に切り替え、所定の期間Ｔｆｔが経過した時点すなわち溶接電流Ｉが所定の電流Ｉｆに到達した時点から検出無効期間Ｔ６は溶滴２３の離脱の検出を行わない。これにより、溶接抵抗Ｒにより安定に溶滴２３を検出することが出来、微小短絡が低減しスパッタを低減することが出来る。
【００５４】  これにより、アーク長Ｌ２０の変動に対して追従性が高く、従来のパルスアーク溶接法のように炭酸ガス主成分とするシールドガスの組成に制約を受けることもなく、アーク２０が不安定でスパッタが発生し易い、炭酸ガスを主成分とするガスを用いたスプレー移行溶接であっても、低スパッタで安定したアーク２０を得る事ができる。
【００５５】  上述のように、スプレー移行状態のアーク溶接制御方法は、溶接ワイヤ１８に溶接電流Ｉを出力するアーク溶接装置１００１を用いる。このアーク溶接制御方法では、溶接ワイヤ１８の一部を溶融させるようにアーク溶接装置１００１を制御する。溶接ワイヤ１８の溶融した一部よりなる溶滴２３が溶接ワイヤ１８から離脱したことを検出する動作を行うことにより溶滴２３が溶接ワイヤ１８から離脱した溶滴離脱時点ｔ５を検出する。溶滴離脱時点ｔ５の後直ちに溶接電流Ｉを低下電流Ｉｒまで低下させる。溶接電流Ｉを低下電流Ｉｒまで低下させてから所定の電流低下期間Ｔ１が経過した後に所定の電流Ｉｆへ上昇させる。
【００５６】  溶接ワイヤ１８の一部を溶融させるようにアーク溶接装置１００１を制御する際に、溶滴離脱時点ｔ５から定電流制御を行い、その後、定電流制御を定電圧制御に切替えてもよい。この場合に、所定の電流低下期間Ｔ１が経過した時点から所定の検出無効期間Ｔ６には溶滴２３が溶接ワイヤ１８から離脱したことを検出する動作を行わず、所定の検出無効期間Ｔ６が経過した後に溶滴２３が溶接ワイヤ１８から離脱したことを検出する動作を行う。
【００５７】  溶接抵抗Ｒまたは溶接抵抗Ｒの変化量、または溶接電圧Ｖまたは溶接電圧Ｖの変化量により溶滴２３が溶接ワイヤ１８から離脱したことを検出してもよい。
【００５８】  溶接ワイヤ１８の一部を溶融させて溶滴２３が溶接ワイヤ１８から離脱するまで溶接電流Ｉが一定電流となるようにアーク溶接装置１００１を制御してもよい。
【００５９】  溶接電流Ｉが、溶滴２３が溶接ワイヤ１８から離脱する際のピーク電流Ｉｐと、溶接ワイヤ１８の溶融を開始して促進する際の凹状に極小値ＩＬを有するように湾曲して連続的に変化する溶融電流Ｉｇとを交互に繰り返すように、アーク溶接装置１００１を制御してもよい。
【００６０】  上記の場合に、所定の電流Ｉｆがピーク電流Ｉｐと実質的に同じになるように、所定の傾きαで所定の電流上昇期間Ｔ２だけ溶接電流Ｉを所定の電流Ｉｆに増加させてもよい。この場合、ピーク電流Ｉｐと溶融電流Ｉｇの極小値ＩＬとの差分である電流変動幅Ｉｔを制御する。
【００６１】  所定の傾きαと所定の電流上昇期間Ｔ２を調整することにより電流変動幅Ｉｔを制御してもよい。
【００６２】  溶接の出力に関連するインダクタンスの値を変更することにより設定電流Ｉｓを中心として電流変動幅Ｉｔを調整してもよい。
【００６３】  インダクタンスは、リアクトルと電子リアクトル制御による電子リアクトル値との加算値からなっていてもよい。
【００６４】  溶接電圧Ｖの出力を設定する設定電圧Ｖｓに基づいて、溶接電流Ｉがピーク電流Ｉｐと溶融電流Ｉｇとを繰り返すようにアーク溶接装置１００１を制御してもよい。
【００６５】  低下電流Ｉｒは極小値ＩＬより小さくてもよい。
【００６６】  所定の電流低下期間Ｔ１は、所定の電流上昇期間Ｔ２より短くてもよい。
【００６７】  実施の形態におけるアーク溶接制御では、スプレー移行状態のアーク溶接を行う場合において、突出し長さＬ１８の変動や母材１７の位置ずれ等の外乱が発生した場合においてもアーク長Ｌ２０が安定する。したがって、作業者の作業性が向上すると共に、均一なビード幅で母材１７を溶接でき、溶滴２３の離脱や微小短絡時に発生するスパッタも抑制できる。
【産業上の利用可能性】
【００６８】  本発明によるアーク溶接制御方法ではアーク長を安定化することができるので、外乱が発生する状態でのアーク溶接に有用である。
【符号の説明】
【００６９】１    入力電源２    １次整流部３    スイッチング部４    トランス５    ２次整流部６    リアクトル７    駆動部８    溶接電流検出部９    溶接電圧検出部１０    溶滴離脱検出部１１    アーク制御部１２    記憶部１３    溶接条件設定部１４    トーチ１５    チップ１７    母材１８    溶接ワイヤ１９    ワイヤ送給部２０    アーク２３    溶滴Ｉｐ    ピーク電流Ｉｇ    溶融電流Ｉｔ    電流変動幅Ｉｒ    低下電流Ｔ１    電流低下期間Ｔ２    電流上昇期間ｔ３    溶融開始時点Ｔ４    溶滴の成長期間ｔ５    溶滴離脱時点Ｔ６    検出無効期間Ｔ７    定電圧制御期間Ｔｆｔ    所定の期間Ｉｂ    ベース電流α    傾き
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【国際調査報告】
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