(57)【要約】  アーク溶接装置は、溶接電力を供給する電力出力手段と、溶接ワイヤを正送方向および逆送方向に送給するワイヤ送給手段と、前記電力出力手段および前記ワイヤ送給手段を制御する制御手段とを備える。溶接時には、複数の単位溶接工程が繰り返し行われる。各単位溶接工程は、前記溶接ワイヤが母材と短絡する短絡工程および前記溶接ワイヤと前記母材との間にアークが発生するアーク工程を有する。前記アーク工程の始期から前記ワイヤの送給速度が最大正送速度に達するまでの期間を遷移期間とし、前記短絡工程および前記アーク工程における溶接電流の平均値を平均溶接電流とする。前記制御手段は、溶接電流が前記平均溶接電流よりも小さい値となる電流抑制期間を前記遷移期間内に設定する。前記遷移期間の長さをＴ０、前記電流抑制期間の長さをＴ１とすると、０＜Ｔ１／Ｔ０≦０．８である。
2017057683.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
溶接ワイヤおよび母材を含む経路に溶接電力を供給する電力出力手段と、
前記母材に向かう正送方向および前記母材から離間する逆送方向に前記溶接ワイヤを所定のワイヤ送給速度で送給するワイヤ送給手段と、
前記溶接ワイヤが前記母材と短絡する短絡工程および前記溶接ワイヤと前記母材との間にアークが発生するアーク工程を各々が有する複数の単位溶接工程が行われるように、前記電力出力手段および前記ワイヤ送給手段を制御する制御手段と、
を備えるアーク溶接装置であって、
前記アーク工程の始期から前記ワイヤ送給速度が前記正送方向における最大正送速度に達するまでの期間を第１遷移期間とし、前記短絡工程および前記アーク工程における溶接電流の平均値を平均溶接電流とするとき、
前記制御手段は、溶接電流を前記平均溶接電流よりも小さい値とする電流抑制第１期間を前記第１遷移期間内に設定するように構成されており、
前記第１遷移期間の長さをＴ０、前記電流抑制第１期間の長さをＴ１とした場合に、０＜Ｔ１／Ｔ０≦０．８である、アーク溶接装置。
【請求項２】
前記アーク工程の始期から前記ワイヤ送給速度が０になるまでの時間をＴ２とした場合、Ｔ１／Ｔ２≧０．８である、請求項１に記載のアーク溶接装置。
【請求項３】
前記電流抑制第１期間の始期と前記第１遷移期間の始期とは、互いに一致する、請求項１または２に記載のアーク溶接装置。
【請求項４】
前記電流抑制第１期間においては、前記溶接電流は、前記平均溶接電流の７０％以下である、請求項１ないし３のいずれか１つに記載のアーク溶接装置。
【請求項５】
前記制御手段は、前記ワイヤ送給速度が最大逆送速度に維持される最大逆送期間を前記第１遷移期間の直前に設定するとともに、前記溶接電流が前記平均溶接電流よりも小さい値となり且つ前記電流抑制第１期間に連続する電流抑制予備期間を設定するように構成されている、請求項１ないし４のいずれか１つに記載のアーク溶接装置。
【請求項６】
前記制御手段は、始期が前記アーク工程の前記始期以降であり且つ終期が前記アーク工程の終期に一致するとともに、前記溶接電流が前記平均溶接電流よりも小さい値となる電流抑制第２期間を設定するように構成されている、請求項１ないし５のいずれか１つに記載のアーク溶接装置。
【請求項７】
前記電流抑制第２期間の長さは、前記アーク工程の長さの１％以上かつ３０％以下である、請求項６に記載のアーク溶接装置。
【請求項８】
前記ワイヤ送給速度が、前記アーク工程において前記最大正送速度となった後から、前記短絡工程において最大逆送速度となるまでの期間を第２遷移期間とする場合において、
前記制御手段は、前記溶接ワイヤが負の第１平均加速度を有する前半領域、前記溶接ワイヤが負の第２平均加速度を有する後半領域、および、前記前半領域と前記後半領域の間にあり且つ前記溶接ワイヤが第３平均加速度を有する緩和領域を、前記第２遷移期間内に設定するように構成されており、前記第３平均加速度の絶対値が、前記第１平均加速度の絶対値および前記第２平均加速度の絶対値のいずれよりも小さくなるように設定されている、請求項１ないし７のいずれか１つに記載のアーク溶接装置。
【請求項９】
前記制御手段は、前記緩和領域における前記ワイヤ送給速度を正値とするように構成されている、請求項８に記載のアーク溶接装置。
【請求項１０】
前記制御手段は、前記緩和領域における前記ワイヤ送給速度を一定値とするように構成されている、請求項８または９に記載のアーク溶接装置。
【請求項１１】
溶接ワイヤが母材と短絡する短絡工程および前記溶接ワイヤと前記母材との間にアークが発生するアーク工程を各々が有する複数の単位溶接工程であって、各工程において、前記母材に向かう正送方向および前記母材から離間する逆送方向の双方向に前記溶接ワイヤが送給される、複数の単位溶接工程を備えており、
前記アーク工程の始期からワイヤ送給速度が前記正送方向における最大正送速度に達するまでの第１遷移期間内において、溶接電流を前記各単位溶接工程における溶接電流の平均値である平均溶接電流よりも小さい値とする電流抑制第１期間が設けられており、
前記第１遷移期間の長さをＴ０、前記電流抑制第１期間の長さをＴ１とした場合に、０＜Ｔ１／Ｔ０≦０．８である、アーク溶接方法。
【請求項１２】
前記アーク工程の始期から前記ワイヤ送給速度が０になるまでの時間をＴ２とした場合、Ｔ１／Ｔ２≧０．８である、請求項１１に記載のアーク溶接方法。
【請求項１３】
前記電流抑制第１期間の始期と前記第１遷移期間の始期とは、互いに一致する、請求項１１または１２に記載のアーク溶接方法。
【請求項１４】
前記電流抑制第１期間においては、前記溶接電流を、前記平均溶接電流の７０％以下とする、請求項１１ないし１３のいずれか１つに記載のアーク溶接方法。
【請求項１５】
前記第１遷移期間の直前に、前記ワイヤ送給速度が最大逆送速度に維持される最大逆送期間が設けられており、
前記溶接電流が前記平均溶接電流よりも小さい値に設定され且つ前記電流抑制第１期間に連続する電流抑制予備期間が設けられている、請求項１１ないし１４のいずれか１つに記載のアーク溶接方法。
【請求項１６】
始期が前記アーク工程の前記始期以降であり且つ終期が前記アーク工程の終期に一致するとともに、前記溶接電流が前記平均溶接電流よりも小さい値となる電流抑制第２期間が設定される、請求項１１ないし１５のいずれか１つに記載のアーク溶接方法。
【請求項１７】
前記電流抑制第２期間の長さは、前記アーク工程の長さの１％以上かつ３０％以下である、請求項１６に記載のアーク溶接方法。
【請求項１８】
前記ワイヤ送給速度が、前記アーク工程において前記最大正送速度となった後から、前記短絡工程において最大逆送速度となるまでの期間が第２遷移期間として設定され、かつ
前記溶接ワイヤが負の第１平均加速度を有する前半領域、前記溶接ワイヤが負の第２平均加速度を有する後半領域、および、前記前半領域と前記後半領域の間にあり且つ前記溶接ワイヤが第３平均加速度を有する緩和領域が、前記第２遷移期間内に設定され、かつ、前記第３平均加速度の絶対値が、前記第１平均加速度の絶対値および前記第２平均加速度の絶対値のいずれよりも小さくなるように設定される、請求項１１ないし１７のいずれか１つに記載のアーク溶接方法。
【請求項１９】
前記緩和領域における前記ワイヤ送給速度は、正値に設定される、請求項１８に記載のアーク溶接方法。
【請求項２０】
前記緩和領域における前記ワイヤ送給速度は、一定値に設定される、請求項１８または１９に記載のアーク溶接方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、アーク溶接装置およびアーク溶接方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、消耗電極式アーク溶接では、溶接ワイヤを一定速度で送給し、溶接ワイヤと母材との間でアークを発生させる。消耗電極式アーク溶接では、通常、溶接ワイヤと母材とが短絡期間とアーク期間とを交互に繰り返す溶接状態となる。【０００３】
溶接品質をさらに向上させるために、溶接ワイヤの正送と逆送とを周期的に繰り返して溶接する方法が提案されている（たとえば、特許文献１参照）。【０００４】
アーク期間の始期からその直後の一定期間においては、溶接ワイヤが逆送された状態でアークが生じている。この際、溶接ワイヤの先端に形成された溶滴には、溶接ワイヤの逆送による慣性力およびアーク力が負荷される。このため、溶滴が母材とは反対方向にせり上がってしまい、母材への溶滴移行が適切に行われないという問題がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特許第５２０１２６６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明は、上記した事情のもとで考え出されたものである。そこで本発明は、アーク期間において、より適切な溶滴移行を実現可能なアーク溶接装置およびアーク溶接方法を提供することをその一の課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の一実施形態に基づき提供されるアーク溶接装置は、溶接ワイヤおよび母材を含む経路に溶接電力を供給する電力出力手段と、前記母材に向かう正送方向および前記母材から離間する逆送方向に前記溶接ワイヤを所定のワイヤ送給速度で送給するワイヤ送給手段と、前記溶接ワイヤが前記母材と短絡する短絡工程および前記溶接ワイヤと前記母材との間にアークが発生するアーク工程を各々が有する複数の単位溶接工程が行われるように、前記電力出力手段および前記ワイヤ送給手段を制御する制御手段と、を備える。前記アーク工程の始期から前記ワイヤ送給速度が前記正送方向における最大正送速度に達するまでの期間を第１遷移期間とし、前記短絡工程および前記アーク工程における溶接電流の平均値を平均溶接電流とする。前記制御手段は、溶接電流を前記平均溶接電流よりも小さい値とする電流抑制第１期間を前記第１遷移期間内に設定するように構成されている。前記第１遷移期間の長さをＴ０、前記電流抑制第１期間の長さをＴ１とした場合に、０＜Ｔ１／Ｔ０≦０．８である。【０００８】
好ましくは、前記アーク工程の始期から前記ワイヤ送給速度が０になるまでの時間をＴ２とした場合、Ｔ１／Ｔ２≧０．８である。【０００９】
好ましくは、前記電流抑制第１期間の始期と前記第１遷移期間の始期とは、互いに一致する。【００１０】
好ましくは、前記電流抑制第１期間においては、前記溶接電流は、前記平均溶接電流の７０％以下である。【００１１】
好ましくは、前記制御手段は、前記ワイヤ送給速度が最大逆送速度に維持される最大逆送期間を前記第１遷移期間の直前に設定するとともに、前記溶接電流が前記平均溶接電流よりも小さい値となり且つ前記電流抑制第１期間に連続する電流抑制予備期間を設定するように構成されている。【００１２】
好ましくは、前記制御手段は、始期が前記アーク工程の前記始期以降であり且つ終期が前記アーク工程の終期に一致するとともに、前記溶接電流が前記平均溶接電流よりも小さい値となる電流抑制第２期間を設定するように構成されている。【００１３】
好ましくは、前記電流抑制第２期間の長さは、前記アーク工程の長さの１％以上かつ３０％以下である。【００１４】
好ましくは、前記ワイヤ送給速度が、前記アーク工程において前記最大正送速度となった後から、前記短絡工程において最大逆送速度となるまでの期間を第２遷移期間が設定される。この場合において、前記制御手段は、前記溶接ワイヤが負の第１平均加速度を有する前半領域、前記溶接ワイヤが負の第２平均加速度を有する後半領域、および、前記前半領域と前記後半領域の間にあり且つ前記溶接ワイヤが第３平均加速度を有する緩和領域を、前記第２遷移期間内に設定するように構成されている。前記第３平均加速度の絶対値は、前記第１平均加速度の絶対値および前記第２平均加速度の絶対値のいずれよりも小さくなるように設定される。【００１５】
好ましくは、前記制御手段は、前記緩和領域における前記ワイヤ送給速度を正値とするように構成されている。【００１６】
好ましくは、前記制御手段は、前記緩和領域における前記ワイヤ送給速度を一定値とするように構成されている。【００１７】
本発明の別の実施形態に基づき提供されるアーク溶接方法は、溶接ワイヤが母材と短絡する短絡工程および前記溶接ワイヤと前記母材との間にアークが発生するアーク工程を各々が有する複数の単位溶接工程であって、各工程において、前記母材に向かう正送方向および前記母材から離間する逆送方向の双方向に前記溶接ワイヤが送給される、複数の単位溶接工程を備えている。前記アーク工程の始期からワイヤ送給速度が前記正送方向における最大正送速度に達するまでの第１遷移期間内において、溶接電流を前記各単位溶接工程における溶接電流の平均値である平均溶接電流よりも小さい値とする電流抑制第１期間が設けられている。前記第１遷移期間の長さをＴ０、前記電流抑制第１期間の長さをＴ１とした場合に、０＜Ｔ１／Ｔ０≦０．８である。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、遷移期間において電流抑制期間が設定されている。この電流抑制期間においては、溶接電流が、平均溶接電流よりも小さい値に設定される。このため、遷移期間においてアークが生じた状態において、溶滴に作用するアーク力を意図的に弱めることが可能である。これにより、溶滴がせり上がってしまうことを抑制し、溶滴を母材へと適切に移行させることができる。また、電流抑制期間は、最大でも遷移期間の０．８倍である。これにより、アーク期間全体にわたってアーク力が不当に弱まってしまうことを回避することができる。【００１９】
本発明のその他の特徴および利点は、添付図面を参照して以下に行う詳細な説明によって、より明らかとなろう。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】第１の側面における第１実施形態に基づくアーク溶接装置を示すブロック図である。
【図２】第１の側面における第１実施形態に基づくアーク溶接方法を示すタイミングチャートである。
【図３】第１の側面における第１実施形態に基づくアーク溶接方法の変形例を示すタイミングチャートである。
【図４】第１の側面における第２実施形態に基づくアーク溶接装置を示すブロック図である。
【図５】第１の側面における第２実施形態に基づくアーク溶接方法を示すタイミングチャートである。
【図６】第２の側面における第１実施形態に基づくアーク溶接装置を示すブロック図である。
【図７】第２の側面における第１実施形態に基づくアーク溶接方法を示すタイミングチャートである。
【図８】第２の側面における第２実施形態に基づくアーク溶接装置を示すブロック図である。
【図９】第２の側面における第２実施形態に基づくアーク溶接方法を示すタイミングチャートである。
【図１０】第２の側面における第３実施形態に基づくアーク溶接装置を示すブロック図である。
【図１１】第２の側面における第３実施形態に基づくアーク溶接方法を示すタイミングチャートである。
【図１２】第３の側面における第１実施形態に基づくアーク溶接装置を示すブロック図である。
【図１３】第３の側面における第１実施形態に基づくアーク溶接方法を示すタイミングチャートである。
【図１４】第３の側面における第１実施形態に基づくアーク溶接方法の変形例を示すタイミングチャートである。
【図１５】第３の側面における第１実施形態に基づくアーク溶接方法の他の変形例を示すタイミングチャートである。
【図１６】第３の側面における第２実施形態に基づくアーク溶接装置を示すブロック図である。
【図１７】第３の側面における第２実施形態に基づくアーク溶接方法を示すタイミングチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
本発明によれば、アーク溶接装置および同装置を用いたアーク溶接方法が提供される。本発明のアーク溶接装置は、大略、母材（溶接対象物）に対して溶接ワイヤを送給するためのワイヤ送給手段と、溶接電力を供給するための電力出力手段と、前記電力出力手段および前記ワイヤ送給手段を制御するための制御手段と、を備えている。以下、本発明の実施の形態につき、図面を参照して具体的に説明する。
【００２２】
図１は、本発明の第１の側面における第１実施形態に基づくアーク溶接装置を示すブロック図である。図示されたアーク溶接装置Ａ１は、溶接ワイヤ１を母材２に対して送給するためのワイヤ送給手段を有している。同図に示すように、本実施形態のワイヤ送給手段は、第１モータＷＭおよび第２モータＷＭ２を含んでいる。各モータＷＭ，ＷＭ２は、少なくとも１つのローラ５に連結されており、当該ローラ５を回転駆動する。溶接ワイヤ１は、駆動されたローラ５によって溶接トーチ４内を送給される。溶接時には、溶接ワイヤ１と母材２との間においてアーク３の発生および消滅が繰り返される。溶接トーチ４内には給電チップが設けられており、この給電チップと母材２との間に溶接電圧Ｖｗが印加され、溶接電流Ｉｗが流れる。アーク溶接装置Ａ１は、溶接トーチ４を所望の経路に沿って移動させるロボットを備えていてもよい。
【００２３】
アーク溶接装置Ａ１は、溶接電力を供給するための電力出力手段を有している。図１に示すように、本実施形態の電力出力手段は、電源回路ＰＭを含んでいる。電源回路ＰＭは、たとえば３相２００Ｖの商用電源を入力として、出力電圧Ｅを出力する。この際、駆動信号Ｄｖ（後述）に基づき、たとえばインバータ制御による出力制御が行われる。一例として、電源回路ＰＭは、商用電源を直流に整流する１次整流器、この直流を平滑する平滑コンデンサ、平滑された直流を高周波交流に変換するインバータ回路、高周波交流を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直流に整流する２次整流器を備える。
【００２４】
アーク溶接装置Ａ１は、前記ワイヤ送給手段および前記電力出力手段を制御するための制御手段を有している。図１に示すように、本実施形態の制御手段は、たとえば、出力電圧設定回路ＥＲ、電圧誤差増幅回路ＥＶ、出力電流設定回路ＩＲ、電流誤差増幅回路ＥＩ、短絡判別回路ＳＤ、予備期間設定回路ＳＰＲ、第１期間設定回路ＳＲ１、電源特性切換回路ＳＷ、電源駆動回路ＤＶ、溶接開始回路ＳＴ、第１送給速度設定回路ＦＲ、第２送給速度設定回路ＦＲ２、最大正送速度設定回路ＦＨ、最大逆送速度設定回路ＦＬ、平均送給速度設定回路ＦＡＲ、第１送給制御回路ＦＣ、および第２送給制御回路ＦＣ２を含んでいる。以下の説明から理解されるように、本発明の制御手段は、ここで挙げた回路をすべて含んでいる必要はなく、１つ又は複数の回路を適宜省いた構成とすることも可能である。また、ここで挙げた回路以外の回路あるいは要素等を追加して、制御手段を構成することも可能である。
【００２５】
上述の電力出力手段および制御手段は、それぞれが１つのユニットとして構成されていてもよい。あるいは、各手段の機能をになう複数の構成要素が、互いに異なるユニットとして別々に設けられていてもよい。
【００２６】
アーク溶接装置Ａ１は、出力電圧検出回路ＥＤ、溶接電圧検出回路ＶＤ、電流検出回路ＩＤ、およびリアクトルＷＬを備えている。出力電圧検出回路ＥＤは、電源回路ＰＭの出力電圧Ｅを検出するとともに、検出した電圧を平滑して、出力電圧検出信号Ｅｄを電圧誤差増幅回路ＥＶに出力する。溶接電圧検出回路ＶＤは、溶接電圧Ｖｗを検出して、電圧検出信号Ｖｄを短絡判別回路ＳＤに出力する。電流検出回路ＩＤは、溶接電流Ｉｗを検出して、電流検出信号Ｉｄを電流誤差増幅回路ＥＩに出力する。リアクトルＷＬは、出力電圧Ｅを平滑する。リアクトルＷＬのインダクタンス値は、たとえば２００μＨである。
【００２７】
上述のワイヤ送給手段に関し、第１モータＷＭおよび第２モータＷＭ２は、それぞれ、第１送給制御信号Ｆｃおよび第２送給制御信号Ｆｃ２に基づいて駆動される。この際に、第１モータＷＭは正送と逆送とを繰り返し、第２モータＷＭ２は正送のみを行うように制御される。この２つのモータの組み合わせにより、溶接ワイヤ１は、正送と逆送とを周期的に繰り返して送給される。第１および第２モータＷＭ，ＷＭ２（特に第１モータＷＭ）は、応答性に優れていること（過渡応答期間が短いこと）が望ましい。本実施形態では、２つのモータを用いたプッシュ・プル方式のワイヤ送給手段が構築されている。第１モータＷＭは、プル側モータとして、第２モータＷＭ２よりも溶接トーチ４に近い位置に配置されている（溶接トーチ４に相対的に近いローラ５に連結されている）。一方、第２モータＷＭ２は、プッシュ側モータであり、第１モータＷＭよりも溶接トーチ４に遠い位置に配置されている。本実施形態とは異なり、ワイヤ送給手段は、正逆両回転が可能な単一のモータのみを用いて構成されていてもよい。
【００２８】
上述の制御手段に関し、出力電圧設定回路ＥＲは、出力電圧設定信号Ｅｒを電圧誤差増幅回路ＥＶに出力する。電圧誤差増幅回路ＥＶは、出力電圧設定信号Ｅｒと出力電圧検出信号Ｅｄとの差分を増幅し、電圧誤差増幅信号Ｅｖを電源特性切換回路ＳＷに出力する。電圧誤差増幅回路ＥＶは、電源回路ＰＭを定電圧制御するための回路である。
【００２９】
短絡判別回路ＳＤは、電圧検出信号Ｖｄを入力として、短絡判別信号Ｓｄを出力する。短絡判別回路ＳＤは、電圧検出信号Ｖｄの値が所定の判別値（たとえば１０Ｖ）未満のときは短絡期間（短絡工程）であると判別して、短絡判別信号ＳｄをＨｉｇｈレベルとし、前記短絡判別値以上のときはアーク期間（アーク工程）であると判別して、短絡判別信号ＳｄをＬｏｗレベルとする。
【００３０】
出力電流設定回路ＩＲは、電流抑制（後述）のための、予備期間設定信号Ｓｐｒおよび第１期間設定信号Ｓｒ１を入力として、出力電流設定信号Ｉｒを出力する。出力電流設定信号Ｉｒは、後述するように、短絡期間がアーク期間に切り替わる時点において、定電流制御を行うために用いられる。
【００３１】
電流誤差増幅回路ＥＩは、出力電流設定信号Ｉｒおよび電流検出信号Ｉｄを入力として、電流誤差増幅信号Ｅｉを出力する。電流誤差増幅信号Ｅｉは、出力電流設定信号Ｉｒと電流検出信号Ｉｄとの差分が増幅された信号である。電流誤差増幅回路ＥＩは、電源回路ＰＭを定電流制御するための回路である。
【００３２】
溶接開始回路ＳＴは、溶接開始信号Ｓｔを出力する。溶接開始回路ＳＴは、溶接電源を起動するときに溶接開始信号ＳｔをＨｉｇｈレベルとする。一例として、溶接トーチ４の起動スイッチが溶接開始回路ＳＴに該当するが、本発明がこれに限定されるわけではない。たとえば、溶接開始回路ＳＴは、上述の制御手段を構成する一要素であってもよいし、ロボット制御装置等を構成する一要素であってもよい。
【００３３】
予備期間設定回路ＳＰＲは、予備期間設定信号Ｓｐｒを出力する。予備期間設定信号Ｓｐｒは、たとえば、電流抑制予備期間Ｔｐ１（後述）における溶接電流Ｉｗの値を指定するとともに、当該期間Ｔｐ１の開始タイミングを指定するための信号である。電流抑制予備期間Ｔｐ１の開始タイミングは、たとえば、溶滴のくびれ現象の検出に基づいて決定することができる。
【００３４】
第１期間設定回路ＳＲ１は、第１期間設定信号Ｓｒ１を出力する。第１期間設定信号Ｓｒ１は、電流抑制第１期間Ｔ１（後述）における溶接電流Ｉｗの値を指定するとともに、当該期間Ｔ１の長さを指定するための信号である。
【００３５】
電源特性切換回路ＳＷは、電流誤差増幅信号Ｅｉ、電圧誤差増幅信号Ｅｖ、短絡判別信号Ｓｄ、期間設定信号Ｓｐｒ，Ｓｒ１を入力として、所定の判別を行うとともに、誤差増幅信号Ｅａを出力する。たとえば、電源特性切換回路ＳＷは、アーク期間と短絡期間とが切り替わる時点に先立つ期間を短絡判別信号Ｓｄ等に基づいて判別する。また、電源特性切換回路ＳＷは、上記各期間設定信号Ｓｐｒ，Ｓｒ１に基いて定電流制御を行うべく、誤差増幅信号Ｅａとして電流誤差増幅信号Ｅｉを出力する。これ以外のタイミングにおいては、電圧誤差増幅信号Ｅｖを誤差増幅信号Ｅａとして出力する。
【００３６】
電源駆動回路ＤＶは、誤差増幅信号Ｅａおよび溶接開始信号Ｓｔを入力として、駆動信号Ｄｖを出力する。電源駆動回路ＤＶは、溶接開始信号ＳｔがＨｉｇｈレベル（溶接開始）のときは、誤差増幅信号Ｅａに基づきＰＷＭ変調制御を行うための駆動信号Ｄｖを出力する。駆動信号Ｄｖにより、電源回路ＰＭ内のインバータ回路が駆動される。
【００３７】
平均送給速度設定回路ＦＡＲは、平均送給速度設定信号Ｆａｒを出力する。
【００３８】
最大正送速度設定回路ＦＨは、正送方向におけるワイヤの送給速度Ｆｗの最大値を規定する最大正送速度設定信号Ｆｈを出力する。たとえば、最大正送速度設定信号Ｆｈは、正送方向における送給速度Ｆｗの最大速度と平均送給速度設定信号Ｆａｒによる平均速度との差に相当する速度を指示する。
【００３９】
最大逆送速度設定回路ＦＬは、逆送方向におけるワイヤの送給速度Ｆｗの最大値を規定するための最大逆送速度設定信号Ｆｌを出力する。たとえば、最大逆送速度設定信号Ｆｌは、逆送方向における送給速度Ｆｗの最大速度と平均送給速度設定信号Ｆａｒによる平均速度との差に相当する速度を指示する。
【００４０】
第１送給速度設定回路ＦＲは、平均送給速度設定信号Ｆａｒ、最大正送速度設定信号Ｆｈ、最大逆送速度設定信号Ｆｌおよび短絡判別信号Ｓｄを入力として、短絡判別信号Ｓｄに基いて正送期間と逆送期間とを交互に切り替えるように第１送給速度設定信号Ｆｒを出力する。本実施形態では（図２を参照して後述）、第１送給速度設定信号Ｆｒは、第１モータＷＭを正逆交互に駆動させる台形波を基本とした波形の指令信号とされるが、本発明がこれに限定されるわけではない。
【００４１】
第２送給速度設定回路ＦＲ２は、平均送給速度設定信号Ｆａｒを入力として、第２送給速度設定信号Ｆｒ２を出力する。本実施形態では（図２を参照して後述）、第２送給速度設定信号Ｆｒ２は、第２モータＷＭ２を、平均送給速度設定信号Ｆａｒによって指示される平均速度に対応する回転数で駆動させる指令信号とされるが、本発明がこれに限定されるわけではない。
【００４２】
第１送給制御回路ＦＣは、第１送給速度設定信号Ｆｒを入力として、第１送給制御信号Ｆｃを第１モータＷＭに出力する。第１送給制御信号Ｆｃは、第１送給速度設定信号Ｆｒによって指示された速度で溶接ワイヤ１が送給されるように、第１モータＷＭを回転させる。
【００４３】
第２送給制御回路ＦＣ２は、第２送給速度設定信号Ｆｒ２を入力として、第２送給制御信号Ｆｃ２を第２モータＷＭ２に出力する。第２送給制御信号Ｆｃ２は、第２送給速度設定信号Ｆｒ２によって指示された速度で溶接ワイヤ１が送給されるように、第２モータＷＭ２を回転させる。
【００４４】
溶接ワイヤ１が溶接トーチ４から実際に送給される送給速度Ｆｗは、第１モータＷＭおよび第２モータＷＭ２それぞれによる駆動力が溶接ワイヤ１に加えられた結果として生じる速度となる。
【００４５】
図２は、本発明の第１の側面における第１実施形態に基づくアーク溶接方法を示すタイミングチャートである。本溶接方法には、たとえば、上述したアーク溶接装置Ａ１が用いられる。同図において、（ａ）は、溶接ワイヤの送給速度Ｆｗの時間変化を示し、（ｂ）は、溶接電流Ｉｗの時間変化を示し、（ｃ）は、溶接電圧Ｖｗの時間変化を示し、（ｄ）は、短絡判別信号Ｓｄの時間変化を示す。
【００４６】
図２（ａ）に示すワイヤの送給速度Ｆｗは、第１送給速度設定信号Ｆｒおよび第２送給速度設定信号Ｆｒ２によって定まる。本実施形態では、第１送給速度設定信号Ｆｒは、最大正送速度設定信号Ｆｈおよび最大逆送速度設定信号Ｆｌにしたがって、溶接ワイヤ１を台形波に類似の波形となる速度で送給するように、第１モータＷＭを駆動させる。一方、第２送給速度設定信号Ｆｒ２は、平均送給速度設定信号Ｆａｒにしたがって、溶接ワイヤ１を設定された平均速度に相当する一定速度で送給するように、第２モータＷＭ２を駆動させる。この結果、ワイヤの正味の送給速度（溶接トーチ内を移動するワイヤ部分の速度）Ｆｗは、平均送給速度設定信号Ｆａｒの値だけ正送側にシフトした台形波に類似の波形となる。本実施形態では、最大正送速度設定信号Ｆｈによる正送側の振幅と、最大逆送速度設定信号Ｆｌによる逆送側の振幅は、同じ大きさである。
【００４７】
図２（ａ）に示すように、送給速度Ｆｗの波形は、速度０を基準線として、正送期間と逆送期間とが交互に設定された波形である。時刻ｔ２から時刻ｔ７がワイヤの正送期間であり、時刻ｔ７〜時刻ｔ１２がワイヤの逆送期間である。また、後述するように、時刻ｔ１から時刻ｔ６がアーク期間であり、時刻ｔ６から時刻ｔ１１が短絡期間である。互いに連続する１つのアーク期間と１つの短絡期間とが、１つの単位溶接工程を構成している。本実施形態のアーク溶接方法においては、複数の単位溶接工程が繰り返し行われる。
【００４８】
図２のタイミングチャートは、定常の溶接期間に対応するものである。この定常溶接期間の前後に、非定常の溶接期間があってもよい。たとえば、定常溶接期間の前に、アークをスムーズに発生させるためのアークスタート期間を設けてもよい。あるいは、定常溶接期間の後に、溶接を適切に終了させるための溶接終了期間を設けてもよい。
【００４９】
時刻ｔ１の直前の期間は、最大逆送期間Ｔｍｂであり、送給速度Ｆｗが、逆送最大送給速度Ｆｗｌとなっている。このとき、溶接ワイヤ１は、母材２に短絡した状態である。最大逆送期間Ｔｍｂ中の時刻ｔ０において、溶接電力の制御態様が、定電流制御に切り替えられる。この切り替えは、電源特性切換回路ＳＷが行う。電源特性切換回路ＳＷが定電流制御に切替えるタイミングは、予備期間設定信号Ｓｐｒによって指定される。定電流制御が開始されると同時に、電流抑制予備期間Ｔｐ１が開始する。電流抑制予備期間Ｔｐ１は、時刻ｔ０に始まり、時刻ｔ１まで継続される。
【００５０】
電流抑制予備期間Ｔｐ１における溶接電流Ｉｗは、予備期間設定信号Ｓｐｒに基づき指定される。具体的には、まず、図１に示すように予備期間設定信号Ｓｐｒは、出力電流設定回路ＩＲに送られる。これに応じて、出力電流設定回路ＩＲは、出力電流設定信号Ｉｒを電流誤差増幅回路ＥＩに送る。電流誤差増幅回路ＥＩは、電流誤差増幅信号Ｅｉ（信号Ｉｒ，Ｉｄの増幅差分に対応する信号）を、電源特性切換回路ＳＷに送る。電源特性切換回路ＳＷは、電流誤差増幅信号Ｅｉを電源駆動回路ＤＶに送る。（すなわち、このタイミングでは、図１に示す誤差増幅信号Ｅａは、電流誤差増幅信号Ｅｉである。）そして、電流誤差増幅信号Ｅｉに基づき、電源駆動回路ＤＶが電源回路ＰＭを制御することにより、所望の溶接電流Ｉｗ（第１抑制溶接電流Ｉｗｒ１）が流れる。電流抑制予備期間Ｔｐ１における溶接電流Ｉｗは、平均溶接電流Ｉｗａ（単位溶接工程において溶接電流Ｉｗを時間平均したもの）よりも小さい値に設定されており、好ましくは、平均溶接電流Ｉｗａの７０％以下である。
【００５１】
時刻ｔ１において、短絡状態が解除され、アーク３（図１参照）が発生する。これに応じて、図２（ｃ）に示すように、溶接電圧Ｖｗは数十Ｖのアーク電圧値に急増し、（ｄ）に示すように、短絡判別信号ＳｄはＬｏｗレベルに変化する。短絡判別信号ＳｄがＬｏｗレベルになると、第１送給速度設定回路ＦＲは、最大正送速度設定信号Ｆｈによって設定される正送最大送給速度Ｆｗｈに向けて、送給速度Ｆｗを増大させるように、第１送給速度設定信号Ｆｒを出力する。本実施形態では、第２送給速度設定回路ＦＲ２は、平均送給速度設定信号Ｆａｒの指示により、溶接ワイヤ１を平均送給速度Ｆｗａで送給する一定の駆動力を生じさせるように、第２モータＷＭ２を制御する。
【００５２】
時刻ｔ１から電流抑制第１期間Ｔ１が開始される。電流抑制第１期間Ｔ１は、電流抑制予備期間Ｔｐ１に連続しており、その始期はアーク期間の始期と一致している。電流抑制第１期間Ｔ１における溶接電流Ｉｗは、上述した電流抑制予備期間Ｔｐ１の場合と実質的に同じ態様で指定される。具体的には、図１に示すように、第１期間設定回路ＳＲ１は、第１期間設定信号Ｓｒ１を出力電流設定回路ＩＲに送る。これに応じて、出力電流設定回路ＩＲは、出力電流設定信号Ｉｒを電流誤差増幅回路ＥＩに送る。電流誤差増幅回路ＥＩは、電流誤差増幅信号Ｅｉを電源特性切換回路ＳＷに送る。電源特性切換回路ＳＷは、（誤差増幅信号Ｅａとして）電流誤差増幅信号Ｅｉを電源駆動回路ＤＶに送る。そして電源駆動回路ＤＶが電源回路ＰＭを制御することにより、所望の溶接電流Ｉｗ（Ｉｗｒ１）が流れる。本実施形態では、電流抑制第１期間Ｔ１における溶接電流Ｉｗは、電流抑制予備期間Ｔｐ１における溶接電流Ｉｗと同じ値である。
【００５３】
時刻ｔ２において送給速度Ｆｗが０となり、正送期間が始まる。時刻ｔ２において第１期間設定信号Ｓｒ１に基づき、電源特性切換回路ＳＷが電流抑制第１期間Ｔ１を終了させる。これにより、定電流制御から定電圧制御へと移行する。時刻ｔ１（アーク期間の始期）から時刻ｔ２（送給速度Ｆｗが０となる）までの期間の長さを時間Ｔ２とすると、電流抑制第１期間Ｔ１の時間Ｔ２に対する比の値（Ｔ１／Ｔ２）は、１．０である。なお、Ｔ１／Ｔ２は、０．８以上であることが好ましい。
【００５４】
時刻ｔ３において送給速度Ｆｗが正送最大送給速度Ｆｗｈに達する。第１送給速度設定回路ＦＲは、正送最大送給速度Ｆｗｈを維持する。送給速度Ｆｗが逆送最大送給速度Ｆｗｌから正送最大送給速度Ｆｗｈへと遷移する期間を、遷移期間Ｔ０とする。電流抑制第１期間Ｔ１の遷移期間Ｔ０に対する比の値（Ｔ１／Ｔ０）は、０＜Ｔ１／Ｔ０≦０．８に設定される。すなわち、本実施形態において、電流抑制第１期間Ｔ１は、遷移期間Ｔ０よりも短い期間である。
【００５５】
溶接ワイヤ１の正送方向への送給により、時刻ｔ６において溶接ワイヤ１が母材２に接触し、アーク期間から短絡期間に移行する。これに応じて、図２（ｃ）に示すように、溶接電圧Ｖｗは数Ｖの短絡電圧値に急減し、（ｄ）に示すように、短絡判別信号ＳｄはＨｉｇｈレベルに変化する。（ｂ）に示すように、溶接電流Ｉｗはこれ以降次第に増加する。時刻ｔ６に短絡判別信号ＳｄがＨｉｇｈレベルになると、電源駆動回路ＤＶは、時刻ｔ７（送給速度Ｆｗが０となる）を経て、時刻ｔ８（送給速度Ｆｗが逆送最大送給速度Ｆｗｌとなる）まで、溶接電流Ｉｗを変化させる。
【００５６】
時刻ｔ８において、第１送給速度設定回路ＦＲは、最大逆送速度設定信号Ｆｌにより指定される逆送最大送給速度Ｆｗｌとなるように、第１送給速度設定信号Ｆｒを出力する。
【００５７】
時刻ｔ８以降は、短絡期間が継続している間、最大逆送期間Ｔｍｂが維持される。時刻ｔ１０において、予備期間設定信号Ｓｐｒに従い、電源特性切換回路ＳＷが定電圧制御から定電流制御に切り替え、次の電流抑制予備期間Ｔｐ１が開始される。電流抑制予備期間Ｔｐ１が開始されると、時刻ｔ１０から時刻ｔ１８までは、時刻ｔ０から時刻ｔ８までと同様の制御がなされる。このような制御が周期的に繰り返されることにより、短絡期間とアーク期間とが交互に生じるアーク溶接が行われる。
【００５８】
本実施形態のアーク溶接方法における数値例を以下に示す。１つの単位溶接工程の時間は、８ｍｓ〜２０ｍｓであり、本実施形態では、たとえば１０ｍｓ程度である。１つの短絡期間の時間は、２ｍｓ〜１０ｍｓであり、本実施形態では、たとえば４ｍｓ程度である。１つのアーク期間の時間は、３ｍｓ〜１５ｍｓであり、本実施形態では、たとえば６ｍｓ程度である。正送最大送給速度Ｆｗｈは、３０ｍ／ｍｉｎ〜１００ｍ／ｍｉｎであり、本実施形態では、たとえば８０ｍ／ｍｉｎ程度である。逆送最大送給速度Ｆｗｌは、−３０ｍ／ｍｉｎ〜−１００ｍ／ｍｉｎであり、本実施形態では、たとえば−７０ｍ／ｍｉｎ程度である。平均送給速度は、１ｍ／ｍｉｎ〜１５ｍ／ｍｉｎであり、本実施形態では、たとえば１０ｍ／ｍｉｎ程度である。平均溶接電流Ｉｗａは、３０Ａ〜３５０Ａであり、本実施形態では、たとえば２５０Ａ程度である。遷移期間Ｔ０は、１ｍｓ〜１０ｍｓであり、本実施形態では、たとえば３ｍｓ程度である。時間Ｔ２は、０．５ｍｓ〜５ｍｓであり、本実施形態では、たとえば３ｍｓ程度である。電流抑制予備期間Ｔｐ１は、０．１ｍｓ〜１．５ｍｓであり、本実施形態では、たとえば１ｍｓ程度である。電流抑制第１期間Ｔ１は、０．１ｍｓ〜２ｍｓであり、本実施形態では、たとえば１ｍｓ程度である。抑制溶接電流Ｉｗｒ１は、２０Ａ〜１５０Ａであり、本実施形態では、たとえば５０Ａ程度である。
【００５９】
次に、本実施形態に基づくアーク溶接装置Ａ１およびアーク溶接方法の作用について説明する。
【００６０】
本実施形態によれば、遷移期間Ｔ０において電流抑制第１期間Ｔ１が設定されている。電流抑制第１期間Ｔ１においては、溶接電流Ｉｗが、平均溶接電流Ｉｗａよりも小さい値である抑制溶接電流Ｉｗｒ１に設定される。このため、遷移期間Ｔ０にアークが生じた状態において、溶滴に作用するアーク力を意図的に弱めることが可能である。これにより、溶滴がせり上がってしまうことを抑制し、溶滴を母材２へとより適切に移行させることができる。また、電流抑制第１期間Ｔ１は、最大でも遷移期間Ｔ０の０．８倍である。これにより、アーク期間全域にわたってアーク力が不当に弱まってしまうことを回避することができる。
【００６１】
また、本実施形態では、電流抑制第１期間Ｔ１の時間Ｔ２に対する比の値（Ｔ１／Ｔ２）は、０．８以上である。これにより、溶接ワイヤ１の送給が逆送状態（時刻ｔ１）から停止状態（時刻ｔ２）となる直前まで、溶接電流Ｉｗが抑制溶接電流Ｉｗｒ１に抑制される。これは、溶滴移行を適切に行うのに好ましい。
【００６２】
また、本実施形態では、電流抑制第１期間Ｔ１の始期は、遷移期間Ｔ０の始期と一致している。これにより、遷移期間Ｔ０が始まった時点において、溶接電流Ｉｗが抑制溶接電流Ｉｗｒ１に設定された状態となる。これにより、アーク期間が始まると同時に、より適切な溶滴移行を実現することができる。
【００６３】
抑制溶接電流Ｉｗｒ１が平均溶接電流Ｉｗａの７０％以下であることにより、溶滴のせり上がりをより確実に抑制することができる。
【００６４】
また、本実施形態では、電流抑制第１期間Ｔ１に先立ち且つこれに連続する予備の電流抑制予備期間Ｔｐ１が設けられている。これにより、短絡期間からアーク期間に移行する直前において、溶接電流Ｉｗが平均溶接電流Ｉｗａよりも小さい値に設定された状態となる。したがって、より確実に溶滴移行を行うことができる。
【００６５】
図３〜図５は、上述した第１実施形態の変形例および他の実施形態を示している。なお、これらの図において、第１実施形態と同一または類似の要素には、同一の符号を付している。
【００６６】
図３は、第１実施形態に基づくアーク溶接方法の変形例を示すタイミングチャートである。本変形例においては、時刻ｔ１に開始された電流抑制第１期間Ｔ１が、時刻ｔ２と時刻ｔ３との間にある時刻ｔ２５まで継続されている。すなわち、本変形例においては、電流抑制第１期間Ｔ１の時間Ｔ２に対する比の値（Ｔ１／Ｔ２）が１．０より大きい。また、電流抑制第１期間Ｔ１の遷移期間Ｔ０に対する比の値（Ｔ１／Ｔ０）は、０．３程度である。
【００６７】
本変形例によっても、溶滴がせり上がってしまうことを抑制し、溶滴を母材２へと適切に移行させることができる。なお本変形例では、時刻ｔ２から時刻ｔ２５において、送給速度Ｆｗが正送速度である状況下において、溶接電流Ｉｗが抑制溶接電流Ｉｗｒ１（平均溶接電流Ｉｗａよりも小さい）に設定されている。しかしながら、時刻ｔ３（送給速度Ｆｗが正送最大送給速度Ｆｗｈとなる時刻）よりも前の時刻ｔ２５において電流抑制第１期間Ｔ１が終了するので、溶接の質が不当に悪化するなどの不具合は生じない。
【００６８】
図４は、本発明の第１の側面における第２実施形態に基づくアーク溶接装置を示している。本実施形態のアーク溶接装置Ａ２は、電力出力手段およびワイヤ送給手段を制御する制御手段の構成要素として、第２期間設定回路ＳＲ１１を備える点が、上述したアーク溶接装置Ａ１と異なっている。
【００６９】
第２期間設定回路ＳＲ１１は、第２期間設定信号Ｓｒ１１を出力する。第２期間設定信号Ｓｒ１１は、電流抑制第２期間Ｔ１１（後述）における溶接電流Ｉｗの値、および電流抑制第２期間Ｔ１１の開始タイミングを指定する信号である。このタイミングは、たとえば、アーク発生時点からの経過時間に基いて定められる。
【００７０】
第２期間設定信号Ｓｒ１１は、上述した他の期間設定信号Ｓｐｒ，Ｓｒ１と同様に、電源特性切換回路ＳＷおよび出力電流設定回路ＩＲに入力される。また、第２期間設定信号Ｓｒ１１に基づき関連回路（電源特性切換回路ＳＷ、出力電流設定回路ＩＲ、電流誤差増幅回路ＥＩ等）がどのように作動するかは、上述した他の期間設定信号Ｓｐｒ，Ｓｒ１の場合と実質的に同様であるので、その詳細な説明は省略する。
【００７１】
図５は、本第２実施形態に基づくアーク溶接方法を示すタイミングチャートである。このアーク溶接方法には、アーク溶接装置Ａ２が用いられる。
【００７２】
時刻ｔ０から時刻ｔ３においては、上述した第１実施形態のアーク溶接方法と同様の工程が実行される。本第２実施形態においては、時刻ｔ３５において、電源特性切換回路ＳＷが定電圧制御から定電流制御に切替える。この切替は、第２期間設定信号Ｓｒ１１に基づいて行われる。また、第２期間設定信号Ｓｒ１１に従い、電源駆動回路ＤＶによって電流抑制第２期間Ｔ１１が開始される。電流抑制第２期間Ｔ１１は、始期がアーク期間の始期以降であって、終期がアーク期間の終期に一致するように設定される。第２実施形態においては、電流抑制第２期間Ｔ１１の始期は、遷移期間Ｔ０の終期よりも後であり、送給速度が正送最大送給速度Ｆｗｈである期間に含まれている。電流抑制第２期間Ｔ１１においては、溶接電流Ｉｗが平均溶接電流Ｉｗａよりも小さい第２抑制溶接電流Ｉｗｒ１１に設定される。好ましくは、第２抑制溶接電流Ｉｗｒ１１は、平均溶接電流Ｉｗａの７０％以下である。
【００７３】
時刻ｔ６においてアーク期間が終了すると、第２期間設定信号Ｓｒ１１に従い、電源特性切換回路ＳＷは、定電流制御から定電圧制御に切替える。これにより、電流抑制第２期間Ｔ１１が終了する。電流抑制第２期間Ｔ１１の長さは、アーク期間の継続時間Ｔ１０の１％以上３０％以下であることが好ましい。この後は、第１実施形態のアーク溶接方法と同様に時刻ｔ６以降の制御がなされる。また、図示された時刻ｔ１３５から時刻ｔ１６においては、上述した時刻ｔ３５から時刻ｔ６と同様の制御がなされる。
【００７４】
第２実施形態のアーク溶接方法における数値例を以下に示す。１つの単位溶接工程の時間は、８ｍｓ〜２０ｍｓであり、本実施形態では、たとえば１０ｍｓ程度である。単位溶接工程が繰り返される平均周波数は、５０Ｈｚ以上が好ましい。１つのアーク期間の長さＴ１０は、３ｍｓ〜１５ｍｓであり、本実施形態では、たとえば６ｍｓ程度である。電流抑制第２期間Ｔ１１は、０．５ｍｓ〜１０ｍｓであり、本実施形態では、たとえば１ｍｓ程度である。第２抑制溶接電流Ｉｗｒ１１は、２０Ａ〜２００Ａであり、本実施形態では、たとえば５０Ａ程度である。平均溶接電流Ｉｗａは、３０Ａ〜３５０Ａであり、本実施形態では、たとえば２５０Ａ程度である。なお、平均溶接電流Ｉｗａは、溶接ワイヤ１の直径が１．２ｍｍの場合に２００Ａ以上であることが好ましい。また、平均溶接電流Ｉｗａは、溶滴移行の形態がグロビュール移行となる範囲にあってもよい。その他の値については、たとえば、第１実施形態のアーク溶接方法における値と同様である。
【００７５】
第２実施形態によっても、溶滴を母材へと適切に移行させることができる。また、第２実施形態によれば、始期がアーク期間の始期（時刻ｔ１）以降であって、終期がアーク期間の終期（時刻ｔ６）と一致する電流抑制第２期間Ｔ１１が設定されている。電流抑制第２期間Ｔ１１においては、溶接電流Ｉｗは、平均溶接電流Ｉｗａよりも小さい値に設定されている。これにより、アーク期間の終期、すなわち短絡期間の始期において、過大な溶接電流によってスパッタが生じることを抑制することができる。
【００７６】
電流抑制第２期間Ｔ１１の長さが、アーク期間の時間Ｔ１０の１％以上３０％以下であることにより、スパッタの発生を抑制しつつ、アーク期間における投入電力が不足することを回避することができる。
【００７７】
第２実施形態においては、各々がアーク期間と短絡期間とを含む複数の単位溶接工程が繰り返される平均周波数は、５０Ｈｚ以上である。スパッタの発生を適切に抑制することにより、このような比較的高周波数のアーク溶接を実現することができる。
【００７８】
第２実施形態においては、たとえば、平均溶接電流Ｉｗａは、溶滴移行の形態がグロビュール移行の範囲にある。スパッタの発生を適切に抑制することにより、このような比較的高電流のアーク溶接を実現することができる。
【００７９】
上述した各実施形態においては、ワイヤの送給速度Ｆｗを示す波形は、略台形波とされているが、本発明がこれに限定されるわけではなく、正送最大送給速度Ｆｗｈと逆送最大送給速度Ｆｗｌとが交互に切り替えられる波形であればよい。また、ワイヤ送給手段として、２つのモータＷＭおよびＷＭ２を用いるプッシュ・プル形式は、応答速度を高めるのに有利であるが、これに限定されない。上述したように、ワイヤ送給手段は、１つのみのモータを備える構成であってもよい。これは、以下の実施形態についても同様である。
【００８０】
図６は、本発明の第２の側面における第１実施形態に基づくアーク溶接装置を示すブロック図である。同図に示すアーク溶接装置Ａ１’は、上述した、第１の側面における第２実施形態に基づくアーク溶接装置Ａ２(図４参照）と比較して、予備期間設定回路ＳＰＲおよび第１期間設定回路ＳＲ１を有しておらず、第２期間設定回路ＳＲ１１のみを有している点で異なっている。その他の構成要素およびその機能等に関する説明は、アーク溶接装置Ａ２の場合と基本的に同じである。よって、以下においては、主として異なる点について説明する。なお、本実施形態では、期間設定回路は一つしか設けられていないが、引き続きこれを「第２」期間設定回路ＳＲ１１と称することにする。これは、以下で説明する信号Ｓｒ１１や期間Ｔ１１等についても同様である。
【００８１】
図６に示すように、第２期間設定回路ＳＲ１１は、第２期間設定信号Ｓｒ１１を出力電流設定回路ＩＲおよび電源特性切換回路ＳＷに出力する。第２期間設定信号Ｓｒ１１は、電流抑制第２期間Ｔ１１における溶接電流Ｉｗの値、および電流抑制第２期間Ｔ１１の開始タイミングを指定する信号である。このタイミングは、たとえば、アーク発生時点からの経過時間に基づいて定められる。
【００８２】
出力電流設定回路ＩＲは、第２期間設定信号Ｓｒ１１を入力として、出力電流設定信号Ｉｒを出力する。電流誤差増幅回路ＥＩは、出力電流設定信号Ｉｒおよび電流検出信号Ｉｄを入力として、電流誤差増幅信号Ｅｉを出力する。
【００８３】
電源特性切換回路ＳＷは、電流誤差増幅信号Ｅｉ、電圧誤差増幅信号Ｅｖ、短絡判別信号Ｓｄおよび第２期間設定信号Ｓｒ１１を入力として、誤差増幅信号Ｅａを出力する。電源特性切換回路ＳＷは、アーク期間と短絡期間とが切り替わる時点に先立つ期間を短絡判別信号Ｓｄ等に基づいて判別するとともに、第２期間設定信号Ｓｒ１１の指示に基いて定電流制御を行うために、電流誤差増幅信号Ｅｉを誤差増幅信号Ｅａとして出力する。これら以外のタイミングにおいては、電圧誤差増幅信号Ｅｖが電流誤差増幅信号Ｅｉとして出力される。
【００８４】
図７は、本発明の第２の側面における第１実施形態に基づくアーク溶接方法を示すタイミングチャートである。本溶接方法には、上述したアーク溶接装置Ａ１’が用いられる。同図において、（ａ）は、ワイヤの送給速度Ｆｗの時間変化を示し、（ｂ）は、溶接電流Ｉｗの時間変化を示し、（ｃ）は、溶接電圧Ｖｗの時間変化を示し、（ｄ）は、短絡判別信号Ｓｄの時間変化を示す。
【００８５】
図７（ａ）に示すワイヤの送給速度Ｆｗは、第１送給速度設定信号Ｆｒおよび第２送給速度設定信号Ｆｒ２によって定まる。第１送給速度設定信号Ｆｒは、最大正送速度設定信号Ｆｈおよび最大逆送速度設定信号Ｆｌにしたがって、溶接ワイヤ１を台形波に類似の波形となる速度で送給するように、第１モータＷＭを駆動させる。一方、第２送給速度設定信号Ｆｒ２は、平均送給速度設定信号Ｆａｒにしたがって、溶接ワイヤ１を設定された平均速度に相当する一定速度で送給するように、第２モータＷＭ２を駆動させる。この結果、上述した各実施形態と同様に、送給速度Ｆｗは、平均送給速度設定信号Ｆａｒの値だけ正送側にシフトした台形波に類似の波形となる。最大正送速度設定信号Ｆｈによる正送側の振幅と、最大逆送速度設定信号Ｆｌによる逆送側の振幅は、同じ大きさである。
【００８６】
図７（ａ）において、送給速度Ｆｗの波形は、速度０を基準線として、正送期間と逆送期間とが交互に設定されている。時刻ｔ２から時刻ｔ７が正送期間であり、時刻ｔ７〜時刻ｔ１２が逆送区間である。時刻ｔ１から時刻ｔ６がアーク期間であり、時刻ｔ６から時刻ｔ１１が短絡期間である。互いに連続する１つのアーク期間と１つの短絡期間とが、１つの単位溶接工程を構成している。本実施形態のアーク溶接方法においては、複数の単位溶接工程が繰り返し実施される。
【００８７】
図７のタイミングチャートは、定常の溶接期間に対応するものである。この定常溶接期間の前後に、非定常の溶接期間を設けてもよい。たとえば、定常溶接期間の前に、アークをスムーズに発生させるためのアークスタート期間を設けてもよい。あるいは、定常溶接期間の後に、溶接を適切に終了させるための溶接終了期間を設けてもよい。
【００８８】
時刻ｔ１の直前においては、送給速度Ｆｗは、逆送最大送給速度Ｆｗｌとなっており、最大逆送期間Ｔｍｂとなっている。このときは、溶接ワイヤ１が母材２に短絡した状態である。また、電源特性切換回路ＳＷによって定電流制御に切り替えられている。
【００８９】
時刻ｔ１において、短絡状態が解除され、アーク３が発生する。これに応じて、図７（ｃ）に示すように、溶接電圧Ｖｗは数十Ｖのアーク電圧値に急増し、（ｄ）に示すように、短絡判別信号ＳｄはＬｏｗレベル（アーク）に変化する。短絡判別信号ＳｄがＬｏｗレベルに設定されると、第１送給速度設定回路ＦＲは、最大正送速度設定信号Ｆｈによって設定される正送最大送給速度Ｆｗｈに向けて、ワイヤの送給速度Ｆｗを加速させるように、第１送給速度設定信号Ｆｒを出力する。第２送給速度設定回路ＦＲ２は、平均送給速度設定信号Ｆａｒの指示により、溶接ワイヤ１を平均送給速度Ｆｗａで送給する一定の駆動力を生じさせるように第２モータＷＭ２を制御する。
【００９０】
時刻ｔ２において送給速度Ｆｗが０となり、正送期間が始まる。時刻ｔ３において送給速度Ｆｗが正送最大送給速度Ｆｗｈに達する。第１送給速度設定回路ＦＲは、予め定められた時間の間、正送最大送給速度Ｆｗｈを維持する。
【００９１】
時刻ｔ３５において、電源特性切換回路ＳＷが定電圧制御から定電流制御に切替える。この切替は、第２期間設定信号Ｓｒ１１に基づいて行われる。そして、第２期間設定信号Ｓｒ１１に従い、電源駆動回路ＤＶによって電流抑制第２期間Ｔ１１が開始される。電流抑制第２期間Ｔ１１は、始期がアーク期間の始期以降であって、終期がアーク期間の終期に一致するように設定される。本実施形態では、電流抑制第２期間Ｔ１１の始期は、送給速度Ｆｗが正送最大送給速度Ｆｗｈである期間に含まれている。また、電流抑制第２期間Ｔ１１においては、溶接電流Ｉｗが平均溶接電流Ｉｗａよりも小さい第２抑制溶接電流Ｉｗｒ１１に設定される。好ましくは、第２抑制溶接電流Ｉｗｒ１１は、平均溶接電流Ｉｗａの７０％以下である。
【００９２】
時刻ｔ６において、溶接ワイヤ１の正送方向への送給により、溶接ワイヤ１が母材２に短絡し、アーク期間から短絡期間に移行する。これに応じて、（ｃ）に示すように、溶接電圧Ｖｗは数Ｖの短絡電圧値に急減し、（ｄ）に示すように、短絡判別信号ＳｄはＨｉｇｈレベル（短絡）に変化する。
【００９３】
時刻ｔ６においてアーク期間が終了すると、第２期間設定信号Ｓｒ１１に従い、電源特性切換回路ＳＷは、定電流制御から定電圧制御に切替える。これにより、電流抑制第２期間Ｔ１１が終了する。電流抑制第２期間Ｔ１１の長さは、アーク期間の継続時間である時間Ｔ１０（時刻ｔ１から時刻ｔ６）の１％以上３０％以下であることが好ましい。（ｂ）に示すように、溶接電流Ｉｗはこれ以降次第に増加する。時刻ｔ６に短絡判別信号ＳｄがＨｉｇｈレベルに設定されると、電源駆動回路ＤＶは、送給速度Ｆｗが０となる時刻ｔ７を経て、逆送最大送給速度Ｆｗｌとなる時刻ｔ８まで、溶接電流Ｉｗを変化させる。
【００９４】
時刻ｔ８において送給速度Ｆｗが逆送最大送給速度Ｆｗｌとなると、第１送給速度設定回路ＦＲは、最大逆送速度設定信号Ｆｌによる逆送最大送給速度Ｆｗｌとなるように、送給速度設定信号Ｆｒを出力する。
【００９５】
この後は、時刻ｔ６に開始した短絡期間が継続している間、時刻ｔ８以降は、送給速度Ｆｗが逆送最大送給速度Ｆｗｌに維持され、最大逆送期間Ｔｍｂが維持される。この後は、時刻１３５を含む時刻ｔ１１から時刻ｔ１８において、上述した時刻ｔ１から時刻８と同様の溶接制御がなされる。この制御が周期的に繰り返されることにより、短絡期間とアーク期間とが交互に生じるアーク溶接が実現される。
【００９６】
本実施形態のアーク溶接方法における数値例を以下に示す。１つの単位溶接工程の時間は、８ｍｓ〜２０ｍｓであり、本実施形態では、たとえば１０ｍｓ程度である。１つの短絡期間の時間は、２ｍｓ〜１０ｍｓであり、本実施形態では、たとえば４ｍｓ程度である。１つのアーク期間Ｔ１０の時間は、３ｍｓ〜１５ｍｓであり、本実施形態では、たとえば６ｍｓ程度である。正送最大送給速度Ｆｗｈは、３０ｍ／ｍｉｎ〜１００ｍ／ｍｉｎであり、本実施形態では、たとえば８０ｍ／ｍｉｎ程度である。逆送最大送給速度Ｆｗｌは、−３０ｍ／ｍｉｎ〜−１００ｍ／ｍｉｎであり、本実施形態では、たとえば−７０ｍ／ｍｉｎ程度である。平均送給速度は、１ｍ／ｍｉｎ〜１５ｍ／ｍｉｎであり、本実施形態では、たとえば１０ｍ／ｍｉｎ程度である。電流抑制第２期間Ｔ１１は、０．５ｍｓ〜１０ｍｓであり、本実施形態では、たとえば１ｍｓ程度である。第２抑制溶接電流Ｉｗｒ１１は、２０Ａ〜２００Ａであり、本実施形態では、たとえば５０Ａ程度である。平均溶接電流Ｉｗａは、３０Ａ〜３５０Ａであり、本実施形態では、たとえば２５０Ａ程度である。なお、平均溶接電流Ｉｗａは、溶接ワイヤ１の直径が１．２ｍｍの場合に２００Ａ以上であることが好ましい。また、平均溶接電流Ｉｗａは、溶滴移行の形態がグロビュール移行となる範囲にあってもよい。
【００９７】
次に、アーク溶接装置Ａ１’および本実施形態のアーク溶接方法の作用について説明する。
【００９８】
本実施形態によれば、始期がアーク期間の始期（時刻ｔ１）以降であって、終期がアーク期間の終期（時刻ｔ６）と一致する電流抑制第２期間Ｔ１１が設定されている。電流抑制第２期間Ｔ１１においては、溶接電流Ｉｗは、平均溶接電流Ｉｗａよりも小さい値に抑制されている。これにより、アーク期間の終期、すなわち短絡期間の始期において、過大な溶接電流Ｉｗによってスパッタが生じることを抑制することができる。
【００９９】
電流抑制第２期間Ｔ１１の長さが、アーク期間の時間である時間Ｔ１０の１％以上３０％以下であることにより、スパッタの発生を抑制しつつ、アーク期間における投入電力が不足することを回避することができる。
【０１００】
また、本実施形態では、各々がアーク期間と短絡期間とを含む複数の単位溶接工程が繰り返される平均周波数は、５０Ｈｚ以上である。スパッタの発生を適切に抑制することにより、このような比較的高周波数のアーク溶接を実現することができる。
【０１０１】
また、本実施形態では、平均溶接電流Ｉｗａは、溶滴移行の形態がグロビュール移行となる範囲にあってもよい。この場合、スパッタの発生を適切に抑制することにより、比較的高電流のアーク溶接を実現することができる。
【０１０２】
図８〜図１１は、本発明の第２の側面における他の実施形態を示している。
【０１０３】
図８は、本発明の第２の側面における第２実施形態に基づくアーク溶接装置を示している。本実施形態のアーク溶接装置Ａ２’は、上述したアーク溶接装置Ａ１’の構成要素に加えて、遷移前半加速度設定回路ＦＡ１、遷移緩和加速度設定回路ＦＡ２および遷移後半加速度設定回路ＦＡ３を備えている。
【０１０４】
遷移前半加速度設定回路ＦＡ１は、逆送方向遷移期間における遷移前半領域での送給速度Ｆｗの加速度を規定するための遷移前半加速度設定信号Ｆａ１を出力する。遷移緩和加速度設定回路ＦＡ２は、逆送方向遷移期間における遷移緩和領域での送給速度Ｆｗの加速度を規定するための遷移緩和加速度設定信号Ｆａ２を出力する。遷移後半加速度設定回路ＦＡ３は、逆送方向遷移期間における遷移後半領域での送給速度Ｆｗの加速度を規定するための遷移後半加速度設定信号Ｆａ３を出力する。
【０１０５】
本実施形態では、第１送給速度設定回路ＦＲには、短絡判別信号Ｓｄ、最大正送速度設定信号Ｆｈ、最大逆送速度設定信号Ｆｌ、遷移前半加速度設定信号Ｆａ１、遷移緩和加速度設定信号Ｆａ２、遷移後半加速度設定信号Ｆａ３および平均送給速度設定信号Ｆａｒが入力される。
【０１０６】
図９は、本発明の第２の側面における第２実施形態に基づくアーク溶接方法を示すタイミングチャートである。本アーク溶接方法には、アーク溶接装置Ａ２’が用いられる。
【０１０７】
時刻ｔ１から時刻ｔ３５においては、上述したアーク溶接装置Ａ１’を用いたアーク溶接方法における溶接制御と同様の溶接制御が行われる。このため、時刻ｔ３５において電流抑制第２期間Ｔ１１が開始されている。時刻ｔ４において、第１送給速度設定回路ＦＲは、逆送方向遷移期間を開始する。時刻ｔ４から時刻ｔ５にかけては、第１送給速度設定回路ＦＲは、遷移前半加速度設定信号Ｆａ１による加速度で、送給速度Ｆｗを減速させる。時刻ｔ４から時刻ｔ５は、遷移前半領域に相当する。この遷移前半領域においては、送給速度Ｆｗの加速度は、正送方向を正、逆送方向を負とした場合、負の値である。第１送給速度設定回路ＦＲは、送給速度Ｆｗが予め定めた速度となる時刻ｔ５まで、遷移前半領域を継続させる。
【０１０８】
時刻ｔ５から時刻ｔ６にかけては、第１送給速度設定回路ＦＲは、遷移緩和加速度設定信号Ｆａ２による加速度で、送給速度Ｆｗを制御する。この時刻ｔ５から時刻ｔ６は、遷移緩和領域に相当する。遷移緩和領域における送給速度Ｆｗの加速度は、その絶対値が遷移前半領域における加速度の絶対値よりも小である。本実施形態では、遷移緩和加速度設定信号Ｆａ２にしたがい、遷移緩和領域の加速度は、０に設定されており、送給速度Ｆｗが一定である。また、遷移緩和領域における送給速度Ｆｗは、正送方向であり、図示された例においては、平均送給速度Ｆｗａよりも大である。
【０１０９】
時刻ｔ６において、溶接ワイヤ１の正送方向への送給により、溶接ワイヤ１が母材２に短絡し、アーク期間から短絡期間に移行する。これに応じて、図９（ｃ）に示すように、溶接電圧Ｖｗは数Ｖの短絡電圧値に急減し、（ｄ）に示すように、短絡判別信号ＳｄはＨｉｇｈレベル（短絡）に変化する。時刻ｔ６に短絡判別信号ＳｄがＨｉｇｈレベルに設定されると、第１送給速度設定回路ＦＲは、遷移後半領域に移行する。遷移後半領域においては、第１送給速度設定回路ＦＲは、遷移後半加速度設定信号Ｆａ３による加速度で、送給速度Ｆｗを減速させる。この遷移後半領域においては、送給速度Ｆｗの加速度は、負の値であり、その絶対値は、上述した遷移緩和領域における加速度の絶対値よりも大である。また、時刻ｔ６において、（ｂ）に示すように、電流抑制第２期間Ｔ１１が終了し、電源特性切換回路ＳＷによって定電圧制御に切り替えられる。第１送給速度設定回路ＦＲは、送給速度Ｆｗが０となる時刻ｔ７を経て、逆送最大送給速度Ｆｗｌとなる時刻ｔ８まで、遷移後半領域を継続させる。
【０１１０】
時刻ｔ８以降は、時刻ｔ１１まで、上述したアーク溶接装置Ａ１’を用いたアーク溶接方法と同様の溶接制御を行う。そして、時刻ｔ１４および時刻ｔ１５を含む時刻ｔ１１から時刻ｔ１８までは、上述した時刻ｔ１から時刻ｔ８までの溶接制御が実行される。
【０１１１】
本実施形態のアーク溶接方法における数値例を以下に示す。正送最大送給速度Ｆｗｈは、３０ｍ／ｍｉｎ〜１００ｍ／ｍｉｎであり、本実施形態では、たとえば８０ｍ／ｍｉｎ程度である。逆送最大送給速度Ｆｗｌは、−３０ｍ／ｍｉｎ〜−１００ｍ／ｍｉｎであり、本実施形態では、たとえば−７０ｍ／ｍｉｎ程度である。平均送給速度Ｆｗａは、１ｍ／ｍｉｎ〜１５ｍ／ｍｉｎであり、本実施形態では、たとえば１０ｍ／ｍｉｎ程度である。遷移前半領域におけるワイヤ送給の加速度は、−２Ｘ１０6ｍ／ｍｉｎ2〜−１５Ｘ１０6ｍ／ｍｉｎ2であり、本実施形態では、たとえば−６Ｘ１０6ｍ／ｍｉｎ2程度であり、これは、１ｍｓの間に１００ｍ／ｍｉｎの速度変化が生じる加速度である。遷移後半領域におけるワイヤ送給の加速度は、−２Ｘ１０6ｍ／ｍｉｎ2〜−１５Ｘ１０6ｍ／ｍｉｎ2であり、本実施形態では、たとえば−６Ｘ１０6ｍ／ｍｉｎ2程度である。遷移緩和領域における送給速度は、０ｍ／ｍｉｎ〜５０ｍ／ｍｉｎであり、本実施形態では、たとえば３０ｍ／ｍｉｎ程度である。また、遷移緩和領域におけるワイヤ送給の加速度は、遷移前半領域または遷移後半領域におけるワイヤ送給の加速度の、−３０％〜３０％、好ましくは−１０％〜１０％であり、本実施形態では、たとえば５％程度である。その他の値については、上述したアーク溶接装置Ａ１’によるアーク溶接方法における例と同様である。
【０１１２】
本実施形態によっても、短絡期間の始期においてスパッタが生じることを抑制することができる。また、本実施形態によれば、アーク期間において正送最大送給速度Ｆｗｈをとった後に、短絡期間が始まるに先立ち、遷移前半領域を経て遷移緩和領域へと移行する。遷移前半領域を経ることにより、送給速度Ｆｗは、正送最大送給速度Ｆｗｈから減速される。ただし、遷移前半領域における遷移前半加速度設定信号Ｆａ１による加速度を維持してしまうと、短絡が生じる前に、送給速度Ｆｗが逆送最大送給速度Ｆｗｌに到達してしまうおそれがある。本実施形態では、遷移前半領域の後であって短絡期間の開始前に、遷移緩和領域に移行する。遷移緩和領域における遷移緩和加速度設定信号Ｆａ２による加速度は、遷移前半領域における加速度よりも絶対値が小である。すなわち、遷移前半領域を経て送給速度Ｆｗが正送最大送給速度Ｆｗｈよりも減速された状態が、より長い時間維持される。そして、短絡が生じると、送給速度設定回路ＦＲは、遷移後半領域に移行させる。すなわち、短絡が生じたことをトリガーとして、溶接ワイヤ１の送給速度を逆送最大送給速度Ｆｗｌへと速やかに向かわせる。
【０１１３】
これらの遷移前半領域、遷移緩和領域および遷移後半領域を設定することにより、正送最大送給速度Ｆｗｈをより速い速度としつつ、短絡が生じた時点（時刻ｔ６）から逆送最大送給速度Ｆｗｌとなる時点（時刻ｔ８）までに要する時間を短縮することが可能である。正送最大送給速度Ｆｗｈを速くするほど、平均送給速度Ｆｗａを高速化するのに有利である。平均送給速度Ｆｗａの高速化に伴い、溶接電流Ｉｗの平均値である平均溶接電流を高めることが可能である。また、平均送給速度Ｆｗａの高速化は、送給速度Ｆｗの加速度の絶対値が大きくなることを意味する。このような場合、第１及び第２モータＷＭ、ＷＭ２への負荷が高くなる。本実施形態では、遷移緩和領域を設けることにより、特に第１モータＷＭの加減速に起因する負荷を軽減することができる。
【０１１４】
遷移緩和領域における送給速度Ｆｗは、正の値である。このため、遷移緩和領域においては、溶接ワイヤ１は、正送最大送給速度Ｆｗｈよりも低い速度で正送方向に送給されている。したがって、短絡が発生する時点（時刻ｔ６）までの間に、溶接ワイヤ１が母材２から不当に離間してしまい、短絡が適切に生じなくなってしまうことを回避することができる。
【０１１５】
遷移緩和領域において、遷移緩和加速度設定信号Ｆａ２による加速度を０とすることにより、送給速度Ｆｗは、一定速度に保たれる。短絡の発生時は、溶接電圧Ｖｗおよび溶接電流Ｉｗに顕著な変化が生じる状態である。このような、比較的不安定となる状態を、一定速度の送給速度Ｆｗで迎える構成は、短絡をより安定した状態で、且つ意図したタイミングで生じさせるのに有利である。
【０１１６】
図１０は、本発明の第２の側面における第３実施形態に基づくアーク溶接装置を示している。本実施形態のアーク溶接装置Ａ３’は、予備期間設定回路ＳＰＲおよび第１期間設定回路ＳＲ１をさらに備える点が、上述したアーク溶接装置Ａ２’と異なっている。
【０１１７】
本実施形態における予備期間設定回路ＳＰＲ、第１期間設定回路ＳＲ１および第２期間設定回路ＳＲ１１は、既に説明した実施形態のものと同じである。たとえば、予備期間設定回路ＳＰＲは、予備期間設定信号Ｓｐｒを出力し、この信号に応じて、電流抑制予備期間Ｔｐ１における溶接電流Ｉｗの値、および、電流抑制予備期間Ｔｐ１の開始タイミングが定められる。第１期間設定回路ＳＲ１は、第１期間設定信号Ｓｒ１を出力し、この信号に応じて、電流抑制第１期間Ｔ１における溶接電流Ｉｗの値、および、電流抑制第１期間Ｔ１の長さが定められる。第２期間設定回路ＳＲ１１は、第２期間設定信号Ｓｒ１１を出力し、この信号に応じて、電流抑制第２期間Ｔ１１における溶接電流Ｉｗの値、および、電流抑制第２期間Ｔ１１の開始タイミングが定められる。
【０１１８】
図１１は、本発明の第２の側面における第３実施形態に基づくアーク溶接方法を示すタイミングチャートである。本アーク溶接方法には、アーク溶接装置Ａ３’が用いられる。
【０１１９】
本実施形態では、時刻ｔ１より前の時刻ｔ０において、電源特性切換回路ＳＷによって定電流制御に切り替えられている。また、定電流制御の開始と同時に、電流抑制予備期間Ｔｐ１が開始する。電流抑制予備期間Ｔｐ１は、時刻ｔ０に始まり、時刻ｔ１まで継続される。電流抑制予備期間Ｔｐ１における溶接電流Ｉｗ（抑制溶接電流Ｉｗｒ１）は、単位溶接工程において溶接電流Ｉｗを時間平均した平均溶接電流Ｉｗａよりも小さい値に設定され、好ましくは、平均溶接電流Ｉｗａの７０％以下である。
【０１２０】
時刻ｔ１から電流抑制第１期間Ｔ１が開始される。電流抑制第１期間Ｔ１は、電流抑制予備期間Ｔｐ１に連続しており、その始期がアーク期間の始期と一致している。電流抑制第１期間Ｔ１における溶接電流Ｉｗは、上述した抑制溶接電流Ｉｗｒ１と同じである。
【０１２１】
時刻ｔ２において送給速度Ｆｗが０となり、正送期間が始まる。時刻ｔ２において第１期間設定信号Ｓｒ１に基づき、電源特性切換回路ＳＷが電流抑制第１期間Ｔ１を終了させ、定電流制御から定電圧制御へと移行する。アーク期間の始期である時刻ｔ１から送給速度Ｆｗが０となる時刻ｔ２までの時間を時間Ｔ２とすると、電流抑制第１期間Ｔ１の時間Ｔ２に対する比の値（Ｔ１／Ｔ２）は、１．０である。なお、Ｔ１／Ｔ２は、Ｔ１／Ｔ２≧０．８であることが好ましい。
【０１２２】
時刻ｔ３において送給速度Ｆｗが正送最大送給速度Ｆｗｈに達する。第１送給速度設定回路ＦＲは、正送最大送給速度Ｆｗｈを維持する。送給速度Ｆｗが逆送最大送給速度Ｆｗｌから正送最大送給速度Ｆｗｈへと遷移する期間を、正送方向遷移期間Ｔ０とする。電流抑制期間Ｔ１の正送方向遷移期間Ｔ０に対する比の値（Ｔ１／Ｔ０）は、０＜Ｔ１／Ｔ０≦０．８に設定される。
【０１２３】
時刻ｔ６において、溶接ワイヤ１の正送方向への送給により、溶接ワイヤ１が母材２に短絡し、アーク期間から短絡期間に移行する。これに応じて、図１１（ｃ）に示すように、溶接電圧Ｖｗは数Ｖの短絡電圧値に急減し、（ｄ）に示すように、短絡判別信号ＳｄはＨｉｇｈレベル（短絡）に変化する。（ｂ）に示すように、溶接電流Ｉｗはこれ以降次第に増加する。時刻ｔ６に短絡判別信号ＳｄがＨｉｇｈレベルに設定されると、電源駆動回路ＤＶは、送給速度Ｆｗが０となる時刻ｔ７を経て、逆送最大送給速度Ｆｗｌとなる時刻ｔ８まで、溶接電流Ｉｗを変化させる。
【０１２４】
この後は、時刻ｔ６に開始した短絡期間が継続している間、時刻ｔ８以降は、送給速度Ｆｗが逆送最大送給速度Ｆｗｌに維持され、最大逆送期間Ｔｍｂが維持される。そして、時刻ｔ１０において予備期間設定信号Ｓｐｒに基づき、電源特性切換回路ＳＷが定電圧制御から定電流制御に切り替え、別の電流抑制予備期間Ｔｐ１が開始される。時刻ｔ１０において電流抑制予備期間Ｔｐ１が開始されると、時刻ｔ１０から時刻ｔ１８は、時刻ｔ０から時刻８までと同様の制御がなされる。この制御が周期的に繰り返されることにより、短絡期間とアーク期間とが交互に生じるアーク溶接が実現される。
【０１２５】
本実施形態のアーク溶接方法における数値例を以下に示す。１つの単位溶接工程の時間は、８ｍｓ〜２０ｍｓであり、本実施形態では、たとえば１０ｍｓ程度である。１つの短絡期間の時間は、２ｍｓ〜１０ｍｓであり、本実施形態では、たとえば４ｍｓ程度である。１つのアーク期間の時間は、３ｍｓ〜１５ｍｓであり、本実施形態では、たとえば６ｍｓ程度である。正送最大送給速度Ｆｗｈは、３０ｍ／ｍｉｎ〜１００ｍ／ｍｉｎであり、本実施形態では、たとえば８０ｍ／ｍｉｎ程度である。逆送最大送給速度Ｆｗｌは、−３０ｍ／ｍｉｎ〜−１００ｍ／ｍｉｎであり、本実施形態では、たとえば−７０ｍ／ｍｉｎ程度である。平均送給速度は、１ｍ／ｍｉｎ〜１５ｍ／ｍｉｎであり、本実施形態では、たとえば１０ｍ／ｍｉｎ程度である。平均溶接電流Ｉｗａは、３０Ａ〜３５０Ａであり、本実施形態では、たとえば２５０Ａ程度である。正送方向遷移期間Ｔ０は、１ｍｓ〜１０ｍｓであり、本実施形態では、たとえば３ｍｓ程度である。時間Ｔ２は、０．５ｍｓ〜５ｍｓであり、本実施形態では、たとえば３ｍｓ程度である。電流抑制予備期間Ｔｐ１は、０．１ｍｓ〜１．５ｍｓであり、本実施形態では、たとえば１ｍｓ程度である。電流抑制第１期間Ｔ１は、０．１ｍｓ〜２ｍｓであり、本実施形態では、たとえば１ｍｓ程度である。抑制溶接電流Ｉｗｒ１は、２０Ａ〜１５０Ａであり、たとえば５０Ａ程度である。その他の値については、上述したアーク溶接装置Ａ１’およびアーク溶接装置Ａ２’によるアーク溶接方法における例と同様である。
【０１２６】
本実施形態によっても、短絡期間の始期においてスパッタが生じることを抑制することができる。また、正送方向遷移期間Ｔ０において電流抑制第１期間Ｔ１が設定されている。電流抑制第１期間Ｔ１においては、溶接電流Ｉｗが平均溶接電流Ｉｗａよりも小さい値である抑制溶接電流Ｉｗｒ１に設定される。このため、正送方向遷移期間Ｔ０においてアークが生じた状態において、溶滴に作用するアーク力を意図的に弱めることが可能である。これにより、溶滴がせり上がってしまうことを抑制し、溶滴が母材へと適切に移行させることができる。また、電流抑制第１期間Ｔ１は、最大でも正送方向遷移期間Ｔ０の０．８倍である。これにより、アーク期間全体にわたってアーク力が不当に弱まってしまうことを回避することができる。
【０１２７】
また、本実施形態では、電流抑制第１期間Ｔ１の時間Ｔ２に対する比の値（Ｔ１／Ｔ２）は、０．８以上である。これにより、溶接ワイヤ１の送給が逆送状態（時刻ｔ１）から停止状態（時刻ｔ２）となる直前まで溶接電流Ｉｗが抑制溶接電流Ｉｗｒ１に抑えられる。これは、溶滴移行を適切に行うのに好ましい。
【０１２８】
また、本実施形態では、電流抑制第１期間Ｔ１の始期は、正送方向遷移期間Ｔ０の始期と一致している。これにより、正送方向遷移期間Ｔ０が始まった時点において、溶接電流Ｉｗが抑制溶接電流Ｉｗｒ１に設定された状態となる。これにより、アーク期間が始まると同時に、より適切な溶滴移行を実現することができる。
【０１２９】
抑制溶接電流Ｉｗｒ１が平均溶接電流Ｉｗａの７０％以下であることにより、溶滴のせり上がりを、より確実に抑制することができる。
【０１３０】
また、本実施形態では、電流抑制第１期間Ｔ１に先立ち且つこれに連続する電流抑制予備期間Ｔｐ１が設けられている。これにより、短絡期間からアーク期間に移行する直前において、溶接電流Ｉｗが平均溶接電流Ｉｗａよりも小さい値に設定された状態となる。したがって、溶滴移行がより適切に実現される。
【０１３１】
図１２は、本発明の第３の側面における第１実施形態に基づくアーク溶接装置を示すブロック図である。本実施形態のアーク溶接装置Ａ１”は、電源回路ＰＭ、出力電圧検出回路ＥＤ、溶接電圧検出回路ＶＤ、出力電圧設定回路ＥＲ、電圧誤差増幅回路ＥＶ、短絡判別回路ＳＤ、電源駆動回路ＤＶ、溶接開始回路ＳＴ、最大正送速度設定回路ＦＨ、最大逆送速度設定回路ＦＬ、遷移前半加速度設定回路ＦＡ１、遷移緩和加速度設定回路ＦＡ２、遷移後半加速度設定回路ＦＡ３、平均送給速度設定回路ＦＡＲ、第１送給速度設定回路ＦＲ、第２送給速度設定回路ＦＲ２、第１送給制御回路ＦＣ、第２送給制御回路ＦＣ２、溶接トーチ４およびローラ５を有する。アーク溶接装置Ａ１”は、たとえば溶接トーチ４を所望の経路に沿って移動させるためのロボットを備えてもよい。
【０１３２】
電源回路ＰＭは、３相２００Ｖ等の商用電源を入力として、駆動信号Ｄｖに基づきたとえばインバータ制御による出力制御を行い、出力電圧Ｅを出力する。この電源回路ＰＭは、商用電源を整流する１次整流器、この直流を平滑する平滑コンデンサ、平滑された直流を高周波交流に変換するインバータ回路、高周波交流を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直流に整流する２次整流器を備えている。アーク溶接装置Ａ１”は、リアクトルＷＬを有しており、出力電圧Ｅを平滑する。リアクトルＷＬのインダクタンス値は、例えば２００μＨである。
【０１３３】
第１モータＷＭおよび第２モータＷＭ２は、第１送給制御信号Ｆｃおよび第２送給制御信号Ｆｃ２を入力として、正送と逆送とを周期的に繰り返して溶接ワイヤ１を送給速度Ｆｗで送給する。このとき、第１モータＷＭは正送と逆送とを繰り返し、第２モータＷＭ２は正送のみを行うように制御される。第１モータＷＭおよび第２モータＷＭ２（特に第１モータＷＭ）は、応答性に優れていること（過渡応答期間が短いこと）が望ましい。本実施形態でも、上述の各実施形態と同様に、２つのモータによるプッシュ・プル方式のワイヤ送給手段が構築されている。
【０１３４】
出力電圧設定回路ＥＲは、予め定めた出力電圧設定信号Ｅｒを出力する。出力電圧検出回路ＥＤは、出力電圧Ｅを検出するとともにこれを平滑して、出力電圧検出信号Ｅｄを出力する。
【０１３５】
電圧誤差増幅回路ＥＶは、出力電圧設定信号Ｅｒおよび出力電圧検出信号Ｅｄが入力される。電圧誤差増幅回路ＥＶは、出力電圧設定信号Ｅｒと出力電圧検出信号Ｅｄとの差分を増幅して、電圧誤差増幅信号Ｅｖを出力する。この電圧誤差増幅回路ＥＶは、電源回路ＰＭを定電圧制御するための回路である。
【０１３６】
溶接電圧検出回路ＶＤは、溶接電圧Ｖｗを検出して、電圧検出信号Ｖｄを出力する。短絡判別回路ＳＤは、電圧検出信号Ｖｄを入力として、短絡判別信号Ｓｄを出力する。短絡判別回路ＳＤは、電圧検出信号Ｖｄの値が所定の判別値（たとえば１０Ｖ程度）未満のときは短絡期間（短絡工程）であると判別して、短絡判別信号ＳｄをＨｉｇｈレベルとし、前記短絡判別値以上のときはアーク期間（アーク工程）であると判別して、短絡判別信号ＳｄをＬｏｗレベルとする。
【０１３７】
溶接開始回路ＳＴは、溶接開始信号Ｓｔを出力する。溶接開始回路ＳＴは、溶接電源を起動するときに溶接開始信号ＳｔをＨｉｇｈレベルとする。
【０１３８】
電源駆動回路ＤＶは、電圧誤差増幅信号Ｅｖおよび溶接開始信号Ｓｔを入力として、駆動信号Ｄｖを出力する。電源駆動回路ＤＶは、溶接開始信号ＳｔがＨｉｇｈレベル（溶接開始）のときは、電圧誤差増幅信号Ｅｖに基づいてＰＷＭ変調制御を行うための駆動信号Ｄｖを出力する。この駆動信号Ｄｖにより、電源回路ＰＭ内のインバータ回路が駆動される。
【０１３９】
平均送給速度設定回路ＦＡＲは、平均送給速度設定信号Ｆａｒを出力する。
【０１４０】
最大正送速度設定回路ＦＨは、送給速度Ｆｗの正送方向における最大速度を規定するための最大正送速度設定信号Ｆｈを出力する。たとえば、最大正送速度設定信号Ｆｈは、送給速度Ｆｗの正送方向における最大速度と平均送給速度設定信号Ｆａｒによる平均速度との差に相当する速度を指示する。
【０１４１】
最大逆送速度設定回路ＦＬは、送給速度Ｆｗの逆送方向における最大速度を規定するための最大逆送速度設定信号Ｆｌを出力する。たとえば、最大逆送速度設定信号Ｆｌは、送給速度Ｆｗの逆送方向における最大速度と平均送給速度設定信号Ｆａｒによる平均速度との差に相当する速度を指示する。
【０１４２】
遷移前半加速度設定回路ＦＡ１は、遷移期間（後述）における遷移前半領域での送給速度Ｆｗの加速度を規定するための遷移前半加速度設定信号Ｆａ１を出力する。遷移緩和加速度設定回路ＦＡ２は、遷移期間における遷移緩和領域での送給速度Ｆｗの加速度を規定するための遷移緩和加速度設定信号Ｆａ２を出力する。遷移後半加速度設定回路ＦＡ３は、遷移期間における遷移後半領域での送給速度Ｆｗの加速度を規定するための遷移後半加速度設定信号Ｆａ３を出力する。
【０１４３】
第１送給速度設定回路ＦＲは、平均送給速度設定信号Ｆａｒ、最大正送速度設定信号Ｆｈ、最大逆送速度設定信号Ｆｌ、遷移前半加速度設定信号Ｆａ１、遷移緩和加速度設定信号Ｆａ２および遷移後半加速度設定信号Ｆａ３を入力として、第１送給速度設定信号Ｆｒを出力する。第２送給速度設定回路ＦＲ２は、平均送給速度設定信号Ｆａｒを入力として、第２送給速度設定信号Ｆｒ２を出力する。
【０１４４】
第１送給制御回路ＦＣは、第１送給速度設定信号Ｆｒを入力として、第１送給制御信号Ｆｃを第１モータＷＭに出力する。第１送給制御信号Ｆｃは、第１送給速度設定信号Ｆｒによって指示された速度で溶接ワイヤ１を送給しうるように、第１モータＷＭを回転させる。
【０１４５】
第２送給制御回路ＦＣ２は、第２送給速度設定信号Ｆｒ２を入力として、第２送給制御信号Ｆｃ２を第２モータＷＭ２に出力する。第２送給制御信号Ｆｃ２は、第２送給速度設定信号Ｆｒ２によって指示された速度で溶接ワイヤ１を送給しうるように、第２モータＷＭ２を回転させる。
【０１４６】
溶接ワイヤ１が溶接トーチ４から実際に送給される送給速度Ｆｗは、第１モータＷＭによる駆動力と第２モータＷＭ２による駆動力とが、溶接ワイヤ１に加えられた結果として生じる速度となる。
【０１４７】
図１３は、本発明の第３の側面における第１実施形態に基づくアーク溶接方法を示すタイミングチャートである。本溶接方法には、上述したアーク溶接装置Ａ１”が用いられる。同図において、（ａ）は、ワイヤの送給速度Ｆｗの時間変化を示し、（ｂ）は、溶接電流Ｉｗの時間変化を示し、（ｃ）は、溶接電圧Ｖｗの時間変化を示し、（ｄ）は、短絡判別信号Ｓｄの時間変化を示す。
【０１４８】
図１３（ａ）に示す送給速度Ｆｗは、第１送給速度設定信号Ｆｒおよび第２送給速度設定信号Ｆｒ２によって定まる。第１送給速度設定信号Ｆｒは、最大正送速度設定信号Ｆｈ、最大逆送速度設定信号Ｆｌ、遷移前半加速度設定信号Ｆａ１、遷移緩和加速度設定信号Ｆａ２および遷移後半加速度設定信号Ｆａ３にしたがって、溶接ワイヤ１を台形波に類似の波形となる速度で送給するように、第１モータＷＭを駆動させる。一方、第２送給速度設定信号Ｆｒ２は、平均送給速度設定信号Ｆａｒにしたがって、溶接ワイヤ１を設定された平均速度に相当する一定速度で送給するように、第２モータＷＭ２を駆動させる。この結果、ワイヤの送給速度Ｆｗは、平均送給速度設定信号Ｆａｒの値だけ正送側にシフトした台形波に類似の波形となる。最大正送速度設定信号Ｆｈによる正送側の振幅と、最大逆送速度設定信号Ｆｌによる逆送側の振幅は、同じ大きさである。
【０１４９】
図１３(ａ）に示すように、送給速度Ｆｗの波形は、速度０を基準線として、正送期間と逆送期間とが交互に設定されている。時刻ｔ２から時刻ｔ７が正送期間であり、時刻ｔ７〜時刻ｔ１２が逆送区間である。後述するように、時刻ｔ１から時刻ｔ６がアーク期間であり、時刻ｔ６から時刻ｔ１１が短絡期間である。互いに連続する１つのアーク期間と１つの短絡期間とが、１つの単位溶接工程を構成している。本実施形態のアーク溶接方法においては、複数の単位溶接工程が繰り返し実施される。
【０１５０】
図１３のタイミングチャートは、定常の溶接期間に対応するものである。この定常溶接期間の前後に、非定常の溶接期間を設けてもよい。たとえば、定常溶接期間の前に、アークをスムーズに発生させるためのアークスタート期間を設けてもよい。あるいは、定常溶接期間の後に、溶接を適切に終了させるための溶接終了期間を設けてもよい。
【０１５１】
時刻ｔ１の直前においては、送給速度Ｆｗは、逆送最大送給速度Ｆｗｌとなっており、短絡した状態である。時刻ｔ１において、短絡状態が解除され、アーク３が発生する。これに応じて、図１３（ｃ）に示すように、溶接電圧Ｖｗは数十Ｖのアーク電圧値に急増し、（ｄ）に示すように、短絡判別信号ＳｄはＬｏｗレベル（アーク）に変化する。（ｂ）に示すように、溶接電流Ｉｗはこれ以降次第に減少する。短絡判別信号ＳｄがＬｏｗレベルに設定されると、第１送給速度設定回路ＦＲは、最大正送速度設定信号Ｆｈによって設定される正送最大送給速度Ｆｗｈに向けて、送給速度Ｆｗを加速させるように、第１送給速度設定信号Ｆｒを出力する。第２送給速度設定回路ＦＲ２は、平均送給速度設定信号Ｆａｒの指示により、溶接ワイヤ１を平均送給速度Ｆｗａで送給する一定の駆動力を生じさせるように、第２モータＷＭ２を制御する。
【０１５２】
次いで、時刻ｔ２において送給速度Ｆｗが０となり、正送期間が始まる。そして、時刻ｔ３において送給速度Ｆｗが正送最大送給速度Ｆｗｈに達する。第１送給速度設定回路ＦＲは、予め定められた時間の間、正送最大送給速度Ｆｗｈを維持する。
【０１５３】
時刻ｔ４において、第１送給速度設定回路ＦＲは、遷移期間を開始する。時刻ｔ４から時刻ｔ５にかけては、第１送給速度設定回路ＦＲは、遷移前半加速度設定信号Ｆａ１による加速度で、送給速度Ｆｗを減速させる。時刻ｔ４から時刻ｔ５は、遷移前半領域に相当する。この遷移前半領域においては、送給速度Ｆｗの加速度は、正送方向を正、逆送方向を負とした場合、負の値である。第１送給速度設定回路ＦＲは、送給速度Ｆｗが予めさだめた速度となる時刻ｔ５まで、遷移前半領域を継続させる。
【０１５４】
時刻ｔ５から時刻ｔ６にかけては、第１送給速度設定回路ＦＲは、遷移緩和加速度設定信号Ｆａ２による加速度で、送給速度Ｆｗを制御する。この時刻ｔ５から時刻ｔ６は、遷移緩和領域に相当する。遷移緩和領域における送給速度Ｆｗの加速度は、その絶対値が遷移前半領域における加速度の絶対値よりも小である。遷移緩和加速度設定信号Ｆａ２にしたがい、遷移緩和領域の加速度は、０に設定されており、送給速度Ｆｗが一定である。また、遷移緩和領域における送給速度Ｆｗは、正送方向であり、平均送給速度Ｆｗａよりも大である。
【０１５５】
時刻ｔ６において、溶接ワイヤ１の正送方向への送給により、溶接ワイヤ１が母材２に短絡し、アーク期間から短絡期間に移行する。これに応じて、図１３（ｃ）に示すように、溶接電圧Ｖｗは数Ｖの短絡電圧値に急減し、（ｄ）に示すように、短絡判別信号ＳｄはＨｉｇｈレベル（短絡）に変化する。（ｂ）に示すように、溶接電流Ｉｗはこれ以降次第に増加する。時刻ｔ６に短絡判別信号ＳｄがＨｉｇｈレベルに設定されると、第１送給速度設定回路ＦＲは、遷移後半領域に移行する。遷移後半領域においては、第１送給速度設定回路ＦＲは、遷移後半加速度設定信号Ｆａ３による加速度で、送給速度Ｆｗを減速させる。この遷移後半領域においては、送給速度Ｆｗの加速度は、負の値であり、その絶対値は、上述した遷移緩和領域における加速度の絶対値よりも大である。送給速度設定回路ＦＲは、送給速度Ｆｗが０となる時刻ｔ７を経て、逆送最大送給速度Ｆｗｌとなる時刻ｔ８まで、遷移後半領域を継続させる。
【０１５６】
時刻ｔ８において送給速度Ｆｗが逆送最大送給速度Ｆｗｌとなると、第１送給速度設定回路ＦＲは、最大逆送速度設定信号Ｆｌによる逆送最大送給速度Ｆｗｌとなるように、第１送給速度設定信号Ｆｒを出力する。
【０１５７】
この後は、時刻ｔ６に開始した短絡期間が継続している間、時刻ｔ８以降は、送給速度Ｆｗが逆送最大送給速度Ｆｗｌに維持される。そして、時刻ｔ１１において短絡期間からアーク期間に移行すると、時刻ｔ１１から時刻ｔ１８は、時刻ｔ１から時刻ｔ８までと同様の制御がなされる。この制御が周期的に繰り返されることにより、短絡期間とアーク期間とが交互に生じるアーク溶接が実現される。
【０１５８】
本実施形態のアーク溶接方法における数値例を以下に示す。１つの単位溶接工程の時間は、８ｍｓ〜２０ｍｓであり、本実施形態では、たとえば１０ｍｓ程度である。１つの短絡期間の時間は、２ｍｓ〜１０ｍｓであり、本実施形態では、たとえば４ｍｓ程度である。１つのアーク期間の時間は、３ｍｓ〜１５ｍｓであり、本実施形態では、たとえば６ｍｓ程度である。正送最大送給速度Ｆｗｈは、３０ｍ／ｍｉｎ〜１００ｍ／ｍｉｎであり、本実施形態では、たとえば８０ｍ／ｍｉｎ程度である。逆送最大送給速度Ｆｗｌは、−３０ｍ／ｍｉｎ〜−１００ｍ／ｍｉｎであり、本実施形態では、たとえば−７０ｍ／ｍｉｎ程度である。平均送給速度Ｆｗａは、１ｍ／ｍｉｎ〜１５ｍ／ｍｉｎであり、本実施形態では、たとえば１０ｍ／ｍｉｎ程度である。遷移前半領域におけるワイヤ送給の加速度は、−２Ｘ１０6ｍ／ｍｉｎ2〜−１５Ｘ１０6ｍ／ｍｉｎ2であり、本実施形態では、たとえば−６Ｘ１０6ｍ／ｍｉｎ2程度である。遷移後半領域におけるワイヤ送給の加速度は、−２Ｘ１０6ｍ／ｍｉｎ2〜−１５Ｘ１０6ｍ／ｍｉｎ2であり、本実施形態では、たとえば−６Ｘ１０6ｍ／ｍｉｎ2程度である。遷移緩和領域における送給速度は、０ｍ／ｍｉｎ〜５０ｍ／ｍｉｎであり、本実施形態では、たとえば３０ｍ／ｍｉｎ程度である。また、遷移緩和領域におけるワイヤ送給の加速度は、遷移前半領域または遷移後半領域におけるワイヤ送給の加速度の、−３０％〜３０％、好ましくは−１０％〜１０％であり、本実施形態では、たとえば５％程度である。溶接電流Ｉｗの時間平均値である平均溶接電流は、３０Ａ〜３５０Ａであり、本実施形態では、たとえば２５０Ａ程度である。
【０１５９】
次に、アーク溶接装置Ａ１”および本実施形態のアーク溶接方法の作用について説明する。
【０１６０】
本実施形態によれば、アーク期間において正送最大送給速度Ｆｗｈをとった後に、短絡期間が始まるに先立ち、遷移前半領域を経て遷移緩和領域へと移行する。遷移前半領域を経ることにより、送給速度Ｆｗは、正送最大送給速度Ｆｗｈから減速される。ただし、遷移前半領域における遷移前半加速度設定信号Ｆａ１による加速度を維持してしまうと、短絡が生じる前に、送給速度Ｆｗが逆送最大送給速度Ｆｗｌに到達してしまうおそれがある。本実施形態では、遷移前半領域の後であって短絡期間の開始前に、遷移緩和領域に移行する。遷移緩和領域における遷移緩和加速度設定信号Ｆａ２による加速度は、遷移前半領域における加速度よりも絶対値が小である。すなわち、遷移前半領域を経て送給速度Ｆｗが正送最大送給速度Ｆｗｈよりも減速された状態が、より長い時間維持される。短絡が生じると、送給速度設定回路ＦＲは、遷移後半領域に移行させる。すなわち、短絡が生じたことをトリガーとして、溶接ワイヤ１の送給速度を逆送最大送給速度Ｆｗｌへと速やかに向かわせる。
【０１６１】
これらの遷移前半領域、遷移緩和領域および遷移後半領域を設定することにより、正送最大送給速度Ｆｗｈをより速い速度としつつ、短絡が生じた時点（時刻ｔ６）から逆送最大送給速度Ｆｗｌとなる時点（時刻ｔ８）までに要する時間を短縮することが可能である。正送最大送給速度Ｆｗｈを速くするほど、平均送給速度Ｆｗａを高速化するのに有利である。平均送給速度Ｆｗａの高速化に伴い、溶接電流Ｉｗの平均値である平均溶接電流を高めることが可能である。また、平均送給速度Ｆｗａの高速化は、送給速度Ｆｗの加速度の絶対値が大きくなることを意味する。このような場合、第１および第２モータＷＭ、ＷＭ２への負荷が高くなる。本実施形態では、遷移緩和領域を設けることにより、特に第１モータＷＭの加減速に起因する負荷を軽減することができる。
【０１６２】
遷移緩和領域における送給速度Ｆｗは、正の値である。このため、遷移緩和領域においては、溶接ワイヤ１は、正送最大送給速度Ｆｗｈよりも低い速度で正送方向に送給されている。したがって、短絡が発生する時点（時刻ｔ６）までの間に、溶接ワイヤ１が母材２から不当に離間してしまい、短絡が適切に生じなくなってしまうことを回避することができる。
【０１６３】
遷移緩和領域において、遷移緩和加速度設定信号Ｆａ２による加速度を０とすることにより、送給速度Ｆｗは、一定速度に保たれる。短絡の発生時は、溶接電圧Ｖｗおよび溶接電流Ｉｗに顕著な変化が生じる状態である。このような、比較的不安定となる状態を、一定速度の送給速度Ｆｗで迎える構成は、短絡をより安定した状態で、且つ意図したタイミングで生じさせるのに有利である。
【０１６４】
図１４〜図１７は、上述の実施形態の変形例および他の実施形態を示している。
【０１６５】
図１４は、本発明の第３の側面における第１実施形態に基づくアーク溶接方法の変形例を示すタイミングチャートである。本変形例においては、時刻ｔ５から時刻ｔ６の遷移緩和領域における送給速度Ｆｗの加速度が、０より小さい負の値とされている。ただし、遷移緩和領域における加速度の絶対値は、時刻ｔ４から時刻ｔ５の遷移前半領域における加速度および時刻ｔ６から時刻ｔ８の遷移後半期間における加速度のいずれの絶対値よりも小である。
【０１６６】
本変形例においては、遷移緩和領域においても、正送方向に送給されている溶接ワイヤ１の送給速度Ｆｗが、徐々に減速される。ただし、この遷移緩和領域における減速の度合い、すなわち送給速度Ｆｗが正送方向から逆送方向に向かう度合いは、遷移前半領域および遷移後半領域における度合いよりも緩やかである。
【０１６７】
本変形例から理解されるように、遷移緩和領域においては、送給速度Ｆｗの加速度が０のみに限らず、０より小さい負の値であってもよい。
【０１６８】
図１５は、アーク溶接方法の他の変形例を示すタイミングチャートである。本変形例においては、時刻ｔ４から時刻ｔ５の遷移前半領域、時刻ｔ５から時刻ｔ６の遷移緩和領域および時刻ｔ６から時刻ｔ７の遷移後半領域のいずれにおいても、送給速度Ｆｗの加速度が一定ではなく時間とともに変化している。
【０１６９】
このような変形例においても、遷移緩和領域の平均加速度の絶対値は、遷移前半領域における平均加速度の絶対値および遷移後半領域における平均加速度の絶対値よりも小である。なお、上述した例はいずれも、遷移前半領域、遷移緩和領域および遷移後半領域における送給速度Ｆｗの加速度が、いずれも一定であった。このため、それぞれの領域における加速度の関係を示す記述は、平均加速度の関係を示す記述ともなっている。
【０１７０】
上記の変形例から理解されるように、遷移前半領域、遷移緩和領域および遷移後半領域における送給速度Ｆｗの加速度は、一定でなくてもよい。またいずれかの領域における加速度が一定であり、他の領域における加速度が時間とともに変化する構成であってもよい。この点は、以下に述べる実施形態においても同様である。
【０１７１】
図１６は、本発明の第３の側面における第２実施形態に基づくアーク溶接装置を示している。本実施形態のアーク溶接装置Ａ２”は、電流検出回路ＩＤ、出力電流設定回路ＩＲ、電流誤差増幅回路ＥＩおよび電源特性切換回路ＳＷをさらに備える点が、上述したアーク溶接装置Ａ１”と異なっている。
【０１７２】
電流検出回路ＩＤは、溶接電流Ｉｗを検出して、電流検出信号Ｉｄを出力する。
【０１７３】
出力電流設定回路ＩＲは、出力電流設定信号Ｉｒを出力する。出力電流設定信号Ｉｒは、アーク期間と短絡期間とが切り替わる時点において、定電流制御を行うために用いられる。
【０１７４】
電流誤差増幅回路ＥＩは、出力電流設定信号Ｉｒおよび電流検出信号Ｉｄを入力として、電流誤差増幅信号Ｅｉを出力する。電流誤差増幅信号Ｅｉは、出力電流設定信号Ｉｒと電流検出信号Ｉｄとの差分が増幅された信号である。
【０１７５】
電源特性切換回路ＳＷは、電流誤差増幅信号Ｅｉ、電圧誤差増幅信号Ｅｖおよび短絡判別信号Ｓｄを入力として、誤差増幅信号Ｅａを出力する。電源特性切換回路ＳＷは、アーク期間と短絡期間とが切り替わる時点に先立つ期間を短絡判別信号Ｓｄ等に基づいて判別する。また電源特性切換回路ＳＷは、定電流制御を行うために電流誤差増幅信号Ｅｉを誤差増幅信号Ｅａとして出力する。これら以外のタイミングにおいては、電圧誤差増幅信号Ｅｖが電流誤差増幅信号Ｅｉとして出力される。
【０１７６】
図１７は、本発明の第３の側面における第２実施形態に基づくアーク溶接方法を示すタイミングチャートである。本アーク溶接方法には、アーク溶接装置Ａ２”が用いられる。
【０１７７】
時刻ｔ１より前の時刻ｔ０において、電源特性切換回路ＳＷによって定電流制御に切り替えられている。この際、溶接電流Ｉｗは、出力電流設定信号Ｉｒによって設定される値に減少される。この溶接電流Ｉｗは、単位溶接工程において溶接電流Ｉｗを時間平均した平均溶接電流よりも小さい値である。そして、溶接電流Ｉｗが定電流制御されている状態で、時刻ｔ１において短絡が解除され、アーク３が生じる。これに応じて、時刻ｔ１から時刻ｔ３にかけて、上述した第１実施形態と同様の送給速度Ｆｗの制御がなされる。また、本実施形態では、時刻ｔ２において、電源特性切換回路ＳＷが、定電流制御から定電圧制御に切り替えている。
【０１７８】
時刻ｔ３において送給速度Ｆｗが正送最大送給速度Ｆｗｈとされた後に、たとえばアーク発生（短絡判別信号ＳｄがＬｏｗレベル）時点から予め定められた時間が経過すると（時刻ｔ３５）、電源特性切換回路ＳＷが再び定電圧制御から定電流制御へと切り替える。この際の溶接電流Ｉｗの値は、たとえば平均溶接電流よりも小さい値である。この定電流制御は、たとえば短絡が生じる時刻ｔ６まで維持される。そして、たとえば短絡期間の開始とともに、時刻ｔ６において、電源特性切換回路ＳＷは、定電流制御から定電圧制御に切り替える。
【０１７９】
このような実施形態によっても、平均送給速度を適切に高めることにより溶接電流をより大きくすることができる。また、電源回路ＰＭからの電力供給は、定電圧制御と定電流制御とを適宜組み合わせて行ってもよい。
【０１８０】
本発明に係るアーク溶接装置およびアーク溶接方法は、上述した実施形態に限定されるものではない。本発明に係るアーク溶接装置およびアーク溶接方法の具体的な構成は、種々に設計変更自在である。
【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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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【国際調査報告】
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