(57)【要約】  溶接電流がピーク電流であるピーク電流期間と、溶接電流がピーク電流より小さいベース電流であるベース電流期間とを交互に繰り返して溶接電流を溶接ワイヤに流しながら溶接ワイヤを送給速度で被溶接物に向かって送給して溶接ワイヤと被溶接物との間でアークを発生させて被溶接物を溶接するようにパルスアーク溶接装置を制御する。アークのアーク長を一定に保つように、ベース電流期間では送給速度を第１送給速度に設定し、ピーク電流期間では送給速度を第１送給速度よりも大きくかつ第１送給速度に応じた第２送給速度に設定する。この方法により、スパッタを低減しかつアンダーカットを抑制した良好な溶接品質が得られる。
2017135080.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
溶接ワイヤを用いて被溶接物を溶接するパルスアーク溶接装置を準備するステップと、
溶接電流がピーク電流であるピーク電流期間と、前記溶接電流が前記ピーク電流より小さいベース電流であるベース電流期間とを交互に繰り返して前記溶接電流を前記溶接ワイヤに流しながら前記溶接ワイヤを送給速度で被溶接物に向かって送給して前記溶接ワイヤと前記被溶接物との間でアークを発生させて前記被溶接物を溶接するように前記パルスアーク溶接装置を制御するステップと、
前記アークのアーク長を一定に保つように前記送給速度を制御するステップと、
を含み、
前記送給速度を制御する前記ステップは、前記ベース電流期間では前記送給速度を第１送給速度に設定し、前記ピーク電流期間では前記送給速度を前記第１送給速度よりも大きくかつ前記第１送給速度に応じた第２送給速度に設定するステップを含む、パルスアーク溶接制御方法。
【請求項２】
前記第２送給速度は、前記溶接ワイヤの径と材質の少なくとも一つに応じた値だけ前記第１送給速度よりも大きい、請求項１に記載のパルスアーク溶接制御方法。
【請求項３】
前記パルスアーク溶接装置を制御する前記ステップは、前記ピーク電流期間と前記ベース電流期間とを交互に繰り返して前記溶接電流を前記溶接ワイヤに流しながら前記溶接ワイヤを前記送給速度で前記被溶接物に向かって送給して前記溶接ワイヤと前記被溶接物との間でアークを発生させてかつシールドガスを用いて前記被溶接物を溶接するように前記パルスアーク溶接装置を制御するステップを含み、
前記第２送給速度は、前記溶接ワイヤの径、材質および前記シールドガスの少なくとも一つに応じた値だけ前記第１送給速度よりも大きい、請求項１に記載のパルスアーク溶接制御方法。
【請求項４】
前記送給速度を制御するステップは、
前記ベース電流期間から前記ピーク電流期間に移行する際に前記溶接電流が前記ベース電流から前記ピーク電流へ立上り始めると同時に前記送給速度を前記第１送給速度から前記第２送給速度へ向かって増加させ始めるステップと、
前記ピーク電流期間から前記ベース電流期間に移行する際に前記溶接電流が前記ピーク電流から前記ベース電流へ立下り始めると同時に前記送給速度を前記第２送給速度から前記第１送給速度へ向かって減少させ始めるステップと、
をさらに含む、請求項１から３のいずれか一項に記載のパルスアーク溶接制御方法。
【請求項５】
前記送給速度を制御するステップは、前記第１送給速度から前記第２送給速度に達するまでの期間を、前記溶接電流が前記ベース電流から前記ピーク電流まで達するまでの期間と同じになるように前記送給速度を制御するステップをさらに含む、請求項１から４のいずれか一項に記載のパルスアーク溶接制御方法。
【請求項６】
前記送給速度を制御するステップは、前記送給速度が前記第２送給速度から前記第１送給速度まで達する期間を、前記溶接電流が前記ピーク電流から前記ベース電流まで達する期間と同じになるように前記送給速度を制御するステップをさらに含む、請求項１から５のいずれか一項に記載のパルスアーク溶接制御方法。
【請求項７】
前記パルスアーク溶接装置を制御するステップは、前記溶接電流を前記溶接ワイヤに流すことにより前記溶接ワイヤを溶融させて溶滴を発生させて、かつ前記溶滴が前記溶接ワイヤに繋がった状態で前記溶接ワイヤと前記溶滴との間にくびれが発生するように前記パルスアーク溶接装置を制御するステップを含み、
前記送給速度を制御するステップは、
前記ピーク電流期間から前記ベース電流期間に移行する際に、前記第１送給速度よりも小さく前記第１送給速度に応じた第３送給速度に前記送給速度を前記第２送給速度から減少させるステップと、
前記くびれが発生したことを検出した時に、前記送給速度を前記第３送給速度から前記第１送給速度に増加させるステップと、
を含む、請求項１から６のいずれか一項に記載のパルスアーク溶接制御方法。
【請求項８】
前記送給速度を制御するステップは、前記送給速度を前記第３送給速度から前記第１送給速度に増加させる前記ステップで前記送給速度を前記第１送給速度に増加させてから前記ベース期間が終わるまで前記第１送給速度に維持するステップをさらに含む、請求項７に記載のパルスアーク溶接制御方法。
【請求項９】
前記第３送給速度は、前記溶接ワイヤの材質およびシールドガスの少なくとも一つに応じた値だけ前記第１送給速度より小さい、請求項７または８に記載のパルスアーク溶接制御方法。
【請求項１０】
前記第２送給速度は前記第１送給速度より前記第１送給速度の１０％〜３０％の範囲の値だけ大きい、請求項１から９のいずれか一項に記載のパルスアーク溶接制御方法。
【請求項１１】
溶接ワイヤを用いて被溶接物を溶接するパルスアーク溶接装置であって、
前記溶接ワイヤを送給するワイヤ送給部と、
溶接電流を出力する溶接電源部と、
前記溶接電源部と前記ワイヤ送給部とを制御する溶接制御部と、
を備え、
前記溶接制御部は、
前記溶接電流がピーク電流であるピーク電流期間と、前記溶接電流が前記ピーク電流より小さいベース電流であるベース電流期間とを交互に繰り返して前記溶接電流を前記溶接ワイヤに流しながら前記溶接ワイヤを送給速度で被溶接物に向かって送給して前記溶接ワイヤと前記被溶接物との間でアークを発生させて前記被溶接物を溶接し、
前記アークのアーク長を一定に保つように、前記ピーク電流期間と前記ベース電流期間とで前記送給速度を変える、
ように構成されている、パルスアーク溶接装置。
【請求項１２】
前記溶接制御部は、前記アーク長を一定に保つように、前記ベース電流期間では前記送給速度を第１送給速度に設定し、前記ピーク電流期間では前記送給速度を前記第１送給速度よりも大きくかつ前記第１送給速度に応じた第２送給速度に設定するように構成されている、請求項１１に記載のパルスアーク溶接装置。
【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を送給しながらパルスアーク溶接を行うパルスアーク溶接制御方法およびパルスアーク溶接装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来のパルスアーク溶接において、軟鋼パルスＭＡＧ溶接による高速溶接する場合は、被溶接物が掘られて、掘られた部分に対して溶融した金属で十分充填されなく溝となって残るアンダーカットの抑制のため、溶接電圧を下げてアーク長を短くし、溶滴を短絡移行させながら溶接を行うのが一般的な施工パターンである。しかし、短絡時には短絡開始時から短絡電流を所定の傾きで短絡開放するまで上昇させる。これにより、短絡開放時には短絡電流が２００〜３００Ａまで高い値に到達することもあり、短絡開放時にはスパッタが発生する場合がある。【０００３】
スパッタの発生を抑えるために、短絡時には短絡開始時から短絡電流を所定の傾きで短絡開放するまで上昇させる過程で、短絡開放直前にくびれ（ネック）を検出すると急峻に短絡電流を低い値まで低減させるパルスアーク溶接法が知られている（例えば、特許文献１参照）。【０００４】
図９に従来のパルスアーク溶接での短絡発生時の溶接電流Ｉの波形を示す。この方法では、くびれ（ネック）制御を実施し、溶接電流Ｉを急峻に低減させる。【０００５】
パルス溶接中に短絡が発生した場合、この短絡を開放するためにパルス電流の立上り時の傾きよりも小さな傾きの電流を通電し、この通電により生じる短絡の解放の際にくびれを検知して溶接電流を急峻に低減させる。したがって、短絡開放時のスパッタ発生に関する溶接電流の影響を低減することができ、この結果、短絡開放時のスパッタ発生量を低減することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００６−３３４６０１号公報
【発明の概要】
【０００７】
溶接電流がピーク電流であるピーク電流期間と、溶接電流がピーク電流より小さいベース電流であるベース電流期間とを交互に繰り返して溶接電流を溶接ワイヤに流しながら溶接ワイヤを送給速度で被溶接物に向かって送給して溶接ワイヤと被溶接物との間でアークを発生させて被溶接物を溶接するようにパルスアーク溶接装置を制御する。アークのアーク長を一定に保つように、ベース電流期間では送給速度を第１送給速度に設定し、ピーク電流期間では送給速度を第１送給速度よりも大きくかつ第１送給速度に応じた第２送給速度に設定する。
【０００８】
この方法により、スパッタを低減しかつアンダーカットを抑制した良好な溶接品質が得られる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】図１は実施の形態１におけるパルス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１におけるパルスアーク溶接装置の動作での溶接電流と溶接電圧と溶接ワイヤの送給速度と溶滴移行の状態とを示す図である。
【図３】図３は比較例のパルスアーク溶接装置の動作での溶接電流と溶接電圧と送給速度と溶滴移行の状態とを示す図である。
【図４】図４は実施の形態１における他のパルスアーク溶接装置の他の動作での溶接電流と溶接電圧と送給速度と溶滴移行の状態とを示す図である。
【図５】図５は実施の形態１におけるパルスアーク溶接装置の溶接ワイヤの送給速度を示す図である。
【図６】図６は実施の形態２におけるパルスアーク溶接装置の概略構成を示す図である。
【図７Ａ】図７Ａは実施の形態２におけるパルスアーク溶接装置の動作での溶接電流と溶接電圧と溶接ワイヤの送給速度溶滴移行の状態とを示す図である。
【図７Ｂ】図７Ｂは図７Ａに示す送給速度の拡大図である。
【図８】図８は実施の形態２におけるパルスアーク溶接装置の溶接ワイヤの送給速度を示す図である。
【図９】図９は従来のパルスアーク溶接での溶接電流を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
（実施の形態１）
図１は実施の形態１におけるパルスアーク溶接装置１００１の概略構成図である。パルスアーク溶接装置１００１は主に溶接機と呼ばれる溶接電源装置１８と、マニュピレータとも呼ばれるロボット２１とを備える。
【００１１】
溶接電源装置１８は、溶接電流Ｉと溶接電圧Ｖよりなる溶接出力を出力する溶接電源部１８ａと、溶接電源部１８ａを制御する溶接制御部１８ｂとを備える。溶接電源装置１８は、入力電源１の出力を整流する１次整流部２と、１次整流部２の出力を制御することで溶接出力を制御するスイッチング素子３と、スイッチング素子３からの電力を絶縁して変換するトランス４と、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に直列に接続されたリアクタ６（ＤＣＬともいう）と、スイッチング素子３を駆動させるための出力制御部７とを備えている。溶接電源装置１８は、溶接電圧Ｖを検出する溶接電圧検出部８と、溶接電流Ｉを検出する溶接電流検出部９と、溶接電圧検出部８の出力および／または溶接電流検出部９の出力に基づいて溶接状態が短絡状態であるのかアーク状態であるのかを判定する短絡／アーク検出部１０と、短絡期間中に出力制御部７を制御する短絡制御部１１と、アーク期間中に出力制御部７を制御するアーク制御部１２とをさらに備えている。溶接電源装置１８は、ワイヤ送給制御部１７と出力端子２９ａおよび出力端子２９ｂをさらに備えている。
【００１２】
アーク制御部１２は、パルス立上り制御部１４とピーク電流制御部１５とパルス立下り制御部１６を備えたパルス波形制御部１３を備えている。
【００１３】
ロボット２１の動作を制御するロボット制御部１９は、溶接条件を設定するための溶接条件設定部２０を備えている。そして、ロボット制御部１９は、溶接電源装置１８と通信可能に接続されている。なお、ロボット２１には、トーチ２６が取り付けられている。
【００１４】
溶接電源装置１８と接続されたロボット制御部１９の内部にある溶接条件設定部２０は、溶接電流や溶接電圧等を設定するためのものである。溶接電源装置１８の出力端子２９ａは、トーチ２６内にある溶接ワイヤ２３を保持するチップ２７に電気的に接続され、チップ２７を介して溶接ワイヤ２３に電力が供給される。溶接電源装置１８の出力端子２９ｂは、被溶接物２４に電気的に接続され、被溶接物２４に電力を供給する。溶接ワイヤ２３の先端部と被溶接物２４との間でアーク２８が発生する。送給ローラを備えたワイヤ送給部２５は、溶接ワイヤ２３を保存する溶接ワイヤ保存部２２からチップ２７に向けて、溶接ワイヤ２３を送給速度ＷＦで被溶接物２４に向かって送給する。
【００１５】
なお、図１で示したパルスアーク溶接装置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するようにしてもよい。
【００１６】
図２はパルスアーク溶接装置１００１の溶接電流Ｉと溶接電圧Ｖと送給速度ＷＦと溶滴移行の状態とを示す。溶接電源装置１８は、溶接ワイヤ２３に溶接電圧Ｖと溶接電流Ｉとを供給ことで溶接ワイヤ２３と被溶接物２４との間にアーク２８を発生させ、かつ溶接ワイヤ２３を溶融させて溶接ワイヤ２３の先端に溶滴２３ｄを形成する。溶滴２３ｄは溶接ワイヤ２３の先端から被溶接物２４に移って付着し、被溶接物２４を溶接する。パルスアーク溶接装置１００１は、溶滴移行（離脱）状態において、溶接ワイヤ２３と被溶接物２４とが短絡しない程度の短いアーク２８のアーク長Ｈを一定に保つように構成されている。溶接ワイヤ２３の先端に溶滴２３ｄが形成されて溶接ワイヤ２３に繋がっている場合には、アーク２８は溶接ワイヤ２３の先端に形成された溶滴２３ｄと被溶接物２４との間に発生する。したがって、溶接ワイヤ２３の先端に溶滴２３ｄが形成されて溶接ワイヤ２３に繋がっている場合には、アーク２８のアーク長Ｈは実質的には溶接ワイヤ２３の先端に形成された溶滴２３ｄと被溶接物２４との間の距離である。溶接ワイヤ２３の先端に溶滴２３ｄが形成されていないもしくは溶接ワイヤ２３の先端に溶滴２３ｄが繋がっていない場合には、アーク２８は溶接ワイヤ２３の先端と被溶接物２４との間に発生する。すなわち、溶接ワイヤ２３の先端に溶滴２３ｄが形成されていないもしくは溶接ワイヤ２３の先端に溶滴２３ｄが繋がっていない場合には、アーク２８のアーク長Ｈは実質的に溶接ワイヤ２３の先端と被溶接物２４との間の距離である。図２に示す溶接電流Ｉは、溶接電流Ｉがピーク電流ＩＰであるピーク電流期間ＩＰＴと、溶接電流Ｉがピーク電流ＩＰより小さいベース電流ＩＢであるベース電流期間ＩＢＴとを交互に繰り返す。
【００１７】
図２に示すパルスアーク溶接装置１００１での溶接電流Ｉと溶接電圧Ｖと溶滴移行の状態と送給速度ＷＦでは、溶滴２３ｄを成長させるピーク電流期間ＩＰＴで送給速度ＷＦを増加させ、ベース電流期間ＩＢＴで安定した溶滴移行（離脱）状態を実現することでアーク長Ｈの変化を抑制してアーク長Ｈを一定の値Ｈ１に保たれる。
【００１８】
図３は比較例のパルスアーク溶接装置の溶接電流Ｉと溶接電圧Ｖと溶滴移行の状態と送給速度ＷＦを示す。比較例のパルスアーク溶接装置では、溶接ワイヤ２３の送給速度ＷＦが一定であり、かつベース電流期間ＩＢＴで溶滴移行（離脱）させる。これによりアーク長Ｈは値Ｈ１から値Ｈ２までの範囲で変化する。
【００１９】
図３に示す溶接電流Ｉのパルス波形は、定常溶接期間で、周期的に繰り返される安定した溶滴移行（離脱）を実現する基本的なパルス波形である。溶接電流Ｉのパルス波形は、溶接電流Ｉがベース電流ＩＢからピーク電流ＩＰへ遷移するパルス立上り期間ＩＰＲＴと、溶接電流Ｉがピーク電流ＩＰであるピーク電流期間ＩＰＴと、溶接電流Ｉがピーク電流ＩＰからベース電流ＩＢへ遷移するパルス立下り期間ＩＰＦＴと、溶接電流Ｉがベース電流ＩＢであるベース電流期間ＩＢＴとを含む。パルス立上り期間ＩＰＲＴとピーク電流期間ＩＰＴとパルス立下り期間ＩＰＦＴとベース電流期間ＩＢＴとをパルス周波数ＰＨｚで周期的に繰り返すことにより周期的な溶滴移行状態が得られる。
【００２０】
図２と図３に示す溶滴移行では、溶接制御部１８ｂは、１パルスあたりで溶滴２３ｄが１回離脱する１パルス１ドロップを実現するようにピーク電流ＩＰとベース電流ＩＢとパルス立上り期間ＩＰＲＴとピーク電流期間ＩＰＴとパルス立下り期間ＩＰＦＴとベース電流期間ＩＢＴ等のパルス波形を決定するパルス波形パラメータを調整する。パルス波形パラメータは、被溶接物２４や使用する溶接ワイヤ２３等の溶接条件によって異なり、例えば、実験等の施工確認により予め求めておくことができる。
【００２１】
図３に示す比較例のパルスアーク溶接装置の溶接電流Ｉと溶接電圧Ｖと溶滴移行の状態と送給速度ＷＦを詳細に説明する。比較例のパルスアーク溶接装置の溶接制御部は、パルス立上り期間ＩＰＲＴが始まる時点ｔ１に溶接電流Ｉをベース電流ＩＢからピーク電流ＩＰへ遷移させ始め、パルス立上り期間ＩＰＲＴが終わる時点ｔ２に溶接電流Ｉをピーク電流ＩＰに到達させてピーク電流期間ＩＰＴを開始する。溶接制御部はピーク電流期間ＩＰＴにおいて溶接電流Ｉを実質的にピーク電流ＩＰに維持する。その後、溶接制御部は、ピーク電流期間ＩＰＴが終わる時点ｔ３に溶接電流Ｉをピーク電流ＩＰから減少させ始めてパルス立下り期間ＩＰＦＴを開始させ、パルス立下り期間ＩＰＦＴが終わる時点ｔ４に溶接電流Ｉをピーク電流ＩＰより小さいベース電流ＩＢに到達させてベース電流期間ＩＢＴを開始させる。溶接制御部はベース電流期間ＩＢＴにおいて溶接電流Ｉを実質的にベース電流ＩＢに維持する。溶接制御部は、ベース電流期間ＩＢＴが終わりパルス立上り期間ＩＰＲＴが始まる時点ｔ１に溶接電流Ｉをベース電流ＩＢからピーク電流ＩＰへ遷移させ始める。このように、溶接制御部は、パルス立上り期間ＩＰＲＴとピーク電流期間ＩＰＴとパルス立下り期間ＩＰＦＴとベース電流ＩＢとをパルス周波数ＰＨｚ（パルス周期（１／ＰＨｚ））で繰り返す。溶接電流Ｉがベース電流ＩＢからピーク電流ＩＰへ遷移するパルス立上り期間ＩＰＲＴで溶滴２３ｄが成長し始め（状態Ｓａ）、溶接電流Ｉがピーク電流ＩＰであるピーク電流期間ＩＰＴにて溶滴２３ｄは最適な大きさを有するまでに成長する（状態Ｓｂ）。その後、溶接電流Ｉがピーク電流ＩＰからベース電流ＩＢへ遷移するパルス立下り期間ＩＰＦＴで溶接ワイヤ２３の先端で溶滴２３ｄが溶接ワイヤ２３から離脱する直前で溶接ワイヤ２３に繋がっている溶滴２３ｄと溶接ワイヤ２３との間に形成されて局部的に小さい径を有する部分であるくびれを形成するくびれ状態にさせる（状態Ｓｃ）。その後、溶接電流Ｉがベース電流ＩＢであるベース電流期間ＩＢＴで、溶滴２３ｄが溶接ワイヤ２３から離脱する（状態Ｓｄ）。ここで、ベース電流期間ＩＢＴにおいて、溶滴２３ｄが離脱した（状態Ｓｄ）後に、溶接ワイヤ２３の先端の余熱により溶滴２３ｄがわずかに成長して大きくなる。
【００２２】
図３に示す比較例のパルスアーク溶接装置では、溶接ワイヤ２３の送給速度ＷＦは、溶接電流Ｉの設定電流に応じた一定の送給速度ＷＦ１である。
【００２３】
この溶滴移行（離脱）状態がパルス周波数ＰＨｚにて繰り返し行われることにより、安定した溶接状態を実現でき、スパッタの少ない美しい外観のビードを実現することができる。
【００２４】
図３に示す比較例のパルスアーク溶接装置では、ピーク電流期間ＩＰＴとベース電流期間ＩＢＴではアーク長Ｈが異なる値Ｈ１と値Ｈ２の間で変化する。ピーク電流期間ＩＰＴでは大きいピーク電流ＩＰが溶接ワイヤ２３に印加されて、送給速度ＷＦ１よりも溶接ワイヤ２３が溶融する溶融速度が大きくなり、溶滴２３ｄが形成されることでアーク長Ｈが長くなる（値Ｈ２）。ベース電流期間ＩＢＴでは小さいベース電流ＩＢが溶接ワイヤ２３に印加されて、送給速度ＷＦ１よりも溶接ワイヤ２３の溶融速度が小さくなり、アーク長Ｈは短くなる（値Ｈ１）。
【００２５】
このように、パルス波形の１周期にはアーク長Ｈが値Ｈ１と値Ｈ２とに変化し、その変化はパルス周波数ＰＨｚで繰り返される。溶滴２３ｄは被溶接物２４上に移動して凝固するまでは被溶接物２４上に溶融池を形成する。溶融池は被溶接物２４の溶融した部分を含む溶融金属よりなる。ピーク電流期間ＩＰＴで一時的にもアーク長Ｈが値Ｈ２と長くなることで溶融池が大きくなる。溶融池が凝固することで被溶接物２４にビードを形成する。ビードとなる溶融した金属は、温度の低いビードの縁から凝固し始め、温度の高いビードの中心が最終凝固点として最後に凝固する。被溶接物２４をトーチ２６に対して相対的に移動方向に移動させる場合には、ビードは移動方向に細長く形成され、最終凝固点はビードの移動方向と直角の幅方向の中心となる。したがって、ビードを形成する時の溶融金属は、最終凝固点に引っ張られるように凝固していく。よって、温度の低いビードの縁と温度の高いビードの中心との距離が大きい、すなわち溶融池が大きいほど、ビードの縁での溶融金属の量が不足しやすくアンダーカットが発生しやすい。
【００２６】
比較例のパルスアーク溶接装置では、溶接電圧Ｖを下げてアーク長Ｈを短くし、溶融池を小さくすることでアンダーカットを抑制することはできる。しかし、溶接電圧Ｖの低下により溶滴２３ｄがスプレー移行から短絡移行になることで、溶接ワイヤ２３と被溶接物２４との短絡に起因するスパッタが増加する場合がある。
【００２７】
実施の形態１におけるパルスアーク溶接装置１００１での図２に示す動作では、高速溶接時でも溶融池を小さく、かつ短絡を発生させ」ないように短いアーク長Ｈを一定に保ちながら被溶接物２４を溶接できる。この動作を以下に説明する。なお、短絡しない程度の短いアーク長Ｈとは例えば２ｍｍ〜３ｍｍ程度である。
【００２８】
図２に示す溶接電流Ｉのパルス波形では図３に示すパルス波形と同様に、溶接電流Ｉがベース電流ＩＢからピーク電流ＩＰへ遷移するパルス立上り期間ＩＰＲＴで溶滴２３ｄが成長し始める（状態Ｓａ点）。その後、溶接電流Ｉがピーク電流ＩＰであるピーク電流期間ＩＰＴにて溶滴２３ｄを最適な大きさを有するまでに成長させる（状態Ｓｂ）。その後、溶接電流Ｉがピーク電流ＩＰからベース電流ＩＢへ遷移するパルス立下り期間ＩＰＦＴで溶接ワイヤ２３の先端で溶滴２３ｄが溶接ワイヤ２３から離脱する直前の状態であるくびれが形成されるくびれ状態（状態Ｓｃ）を発生させる。その後、溶接電流Ｉがベース電流ＩＢであるベース電流期間ＩＢＴで溶滴２３ｄが溶接ワイヤ２３から離脱する（状態Ｓｄ）。
【００２９】
図２に示す動作は図３に示す比較例の動作に対して溶接ワイヤ２３を送給する送給速度ＷＦが異なる。溶接制御部１８ｂは、送給速度ＷＦを送給速度ＷＦ１に設定する。溶接制御部１８ｂは、パルス立上り期間ＩＰＲＴが始まる時点ｔ１に送給速度ＷＦを送給速度ＷＦ１よりも大きい送給速度ＷＦ２に向かって増加させ始めて、送給速度ＷＦ２に到達させる。図２に示す動作では、溶接電流Ｉは時点ｔ１に送給速度ＷＦ１から増加し始めた直後に送給速度ＷＦ２に到達する。その後、溶接制御部１８ｂは、パルス立下り期間ＩＰＦＴが始まる時点ｔ３に送給速度ＷＦをピーク電流期間ＩＰＴでの送給速度ＷＦ２からベース電流期間ＩＢＴでの送給速度ＷＦ１へ向かって減少させ始めて、送給速度ＷＦ１に到達させる。図２に示す動作では、溶接電流Ｉは時点ｔ３に送給速度ＷＦ２から減少し始めた直後に送給速度ＷＦ１に到達する。
【００３０】
溶接制御部１８ｂは、溶接電流Ｉのパルス波形に合せて送給速度ＷＦを送給速度ＷＦ１、ＷＦ２にパルス周波数ＰＨｚで周期的に変化させながら溶滴移行（離脱）状態を実現する。これにより、短いアーク長Ｈを一定に保ちながら安定した溶接状態を実現でき、アンダーカットのないスパッタの少ない美しい外観のビードを形成することができる。
【００３１】
図４はアーク長Ｈを一定にするためのパルスアーク溶接装置１００１の他の動作での溶接電流Ｉと溶接電圧Ｖと送給速度ＷＦと溶滴移行の状態とを示す。図４において、図２に示す動作と同じ部分には同じ参照番号を付す。図４に示す動作では、溶接制御部１８ｂは、パルス立上り期間ＩＰＲＴが始まる時点ｔ１に溶接ワイヤ２３の送給速度ＷＦを送給速度ＷＦ１から送給速度ＷＦ２に向かって所定の傾きで増加させ始め、時点ｔ１の後に送給速度ＷＦ２に到達させてから送給速度ＷＦ２に維持する。その後、溶接制御部１８ｂは、ピーク電流期間ＩＰＴが終わりパルス立下り期間ＩＰＦＴが始まる時点ｔ３に送給速度ＷＦを送給速度ＷＦ２から送給速度ＷＦ１へ向かって所定の傾きで減少させ始め、時点ｔ３の後に時点ｔ４で送給速度ＷＦ１に到達させてから送給速度ＷＦ１に維持する。
【００３２】
図４に示すように、溶接制御部１８ｂは、時点ｔ１に送給速度ＷＦを送給速度ＷＦ１から送給速度ＷＦ２に向かって所定の傾きで増加させ始め、時点ｔ２に送給速度ＷＦ２に到達させてから送給速度ＷＦ２に維持することが好ましい。すなわち、送給速度ＷＦが送給速度ＷＦ１から送給速度ＷＦ２に増加する期間はパルス立上り期間ＩＰＲＴに一致するように、送給速度ＷＦが送給速度ＷＦ１から送給速度ＷＦ２に増加する所定の傾きを調整することが好ましい。さらに溶接制御部１８ｂは、時点ｔ３に送給速度ＷＦを送給速度ＷＦ２から送給速度ＷＦ１へ向かって所定の傾きで減少させ始め、時点ｔ４に送給速度ＷＦ１に到達させてから送給速度ＷＦ１に維持することが好ましい。すなわち、送給速度ＷＦが送給速度ＷＦ２から送給速度ＷＦ１に減少する期間はパルス立下り期間ＩＰＦＴに一致するように送給速度ＷＦが送給速度ＷＦ２から送給速度ＷＦ１に減少する所定の傾きを調整することが好ましい。
【００３３】
図５は、送給速度ＷＦの送給速度ＷＦ２を示す。詳細には、図５は、溶接ワイヤ２３がφ１．２の径を有する軟鋼よりなり、ＡｒガスとＣＯ２ガスとが混合されたシールドガス２４Ｇ（図１参照）を用いたパルスＭＡＧ溶接（Ａｒ：ＣＯ２＝８０：２０）における、送給速度ＷＦ２から送給速度ＷＦ１を引いた差である増加量ＷＦＵと、送給速度ＷＦ１との関係を示す（ＷＦ２＝ＷＦ１＋ＷＦＵ）。
【００３４】
図５において、横軸は送給速度ＷＦ１を示し、縦軸は送給速度ＷＦ１から送給速度ＷＦ２への増加量ＷＦＵを示す。例えば、送給速度ＷＦ１が４ｍ／ｍｉｎである場合、増加量ＷＦＵは１ｍ／ｍｉｎとなる。送給速度ＷＦ１が８ｍ／ｍｉｎである場合、増加量ＷＦＵは２ｍ／ｍｉｎとなる。図５に示す関係では、送給速度ＷＦ２の送給速度ＷＦ１に対する増加率、すなわち増加量ＷＦＵの送給速度ＷＦ１に対する割合は２５％程度である。送給速度ＷＦが増加していくほど、溶接電流Ｉは大きいので、溶滴２３ｄも大きくなる。したがって、送給速度ＷＦ１が大きくなると、送給速度ＷＦ２の増加率は同じであるが、増加量ＷＦＵは大きくなる。
【００３５】
溶接ワイヤ２３の径、材質、シールドガス２４Ｇなどの溶接条件により送給速度ＷＦの適正な増加量ＷＦＵ（増加率）は異なり、例えば、実験等の施工確認により予め求めておくことができる。
【００３６】
例えば、材質が異なる例として、溶接ワイヤ２３の材質がステンレスである場合では、ステンレスは粘性が高く、溶滴２３ｄが離脱しにくいので、軟鋼よりも溶滴２３ｄが大きくなる傾向がある。したがって、溶接ワイヤ２３の材質がステンレスである場合は送給速度ＷＦ１から送給速度ＷＦ２への増加量ＷＦＵは、図５に示す軟鋼の場合よりも大きくなる。
【００３７】
また、シールドガス２４Ｇが異なる例として、Ａｒガス比率が多いシールドガス２４Ｇを用いたＭＡＧ溶接（Ａｒ：ＣＯ２＝９０：１０）の場合では、ＭＡＧ溶接（Ａｒ：ＣＯ２＝８０：２０）の場合より溶滴２３ｄが離脱しやすく、溶滴２３ｄが小さくなる傾向がある。したがって、Ａｒガス比率が多いＭＡＧ溶接（Ａｒ：ＣＯ２＝９０：１０）での増加量ＷＦＵは、図５に示すＭＡＧ溶接（Ａｒ：ＣＯ２＝８０：２０）の場合よりも小さくなる。
【００３８】
また、ワイヤの径が異なる例として、溶接ワイヤ２３の径がφ１．２よりも太くなると、溶滴２３ｄの大きさもφ１．２の径よりも大きくなる傾向がある。したがって、溶接ワイヤ２３の径がφ１．２よりも太い場合の増加量ＷＦＵは、図５に示すφ１．２の径の場合よりも大きくなる。逆に、溶接ワイヤ２３の径がφ１．２よりも細くなると、溶滴２３ｄは溶接ワイヤ２３の径がφ１．２である場合よりも小さくなる傾向がある。したがって、溶接ワイヤ２３の径がφ１．２よりも細い場合には、増加量ＷＦＵは図５に示す溶接ワイヤ２３の径がφ１．２である場合よりも小さくなる。
【００３９】
アーク長Ｈが短くても特にピーク電流期間ＩＰＴで溶接ワイヤ２３と被溶接物２４との短絡が発生せず、アーク長Ｈを一定とするために、送給速度ＷＦ１に対する増加量ＷＦＵの割合は、基本的には１０％〜３０％が好ましい。なお、送給速度ＷＦ１と増加量ＷＦＵとの相関関係は図５に示す１次関数だけでなく、２次関数であってもよく、送給速度ＷＦ１と増加量ＷＦＵとの離散的な値を保存するデータベースにより増加量ＷＦＵを決定してもよい。
【００４０】
通常のパルスアーク溶接は、ピーク電流期間では高い電流を印加し、ワイヤ溶融が早いために溶滴形成によりアーク長が長くなり、ベース電流期間は低い電流の印加によりワイヤ溶融が遅いためにアーク長は短くなる。
【００４１】
そのため、パルスの１周期の間にはアーク長が長短を繰り返していることになる。一時的にもアーク長が長いと、高速溶接時にはアンダーカットが発生しやすい。アンダーカットを抑制するために電圧を下げることでアーク長を短くしても短絡移行でのスパッタが増加することは避けられない。
【００４２】
スパッタの抑制のため、短絡時には短絡開始時から短絡電流を所定の傾きで短絡開放するまで上昇させてもよい。その後、短絡の開放の直前にくびれを検出することで急峻に短絡電流を低い値まで低減させてもよい。しかし、この方法でも大幅にスパッタを低減することはできない場合がある。
【００４３】
従って、従来のパルスアーク溶接においては、アンダーカットの抑制とスパッタの低減を両立することは困難である。
【００４４】
前述のように、実施の形態１におけるパルスアーク溶接装置１００１では、ピーク電流期間ＩＰＴでの溶接ワイヤ２３の送給速度ＷＦを送給速度ＷＦ２に設定し、送給速度ＷＦを、溶接電流Ｉのピーク電流ＩＰとベース電流ＩＢとの切替えに同期させて送給速度ＷＦ１、ＷＦ２に変化させることで、アンダーカットを抑制したスパッタの少ないパルスアーク溶接を実現できる。
【００４５】
実施の形態１におけるパルスアーク溶接装置１００１では、ピーク電流期間ＩＰＴとベース電流期間ＩＢＴに応じて溶接ワイヤ２３の送給速度ＷＦを変える。特に、ベース電流期間ＩＢＴでは送給速度ＷＦを送給速度ＷＦ１に設定し、ピーク電流期間ＩＰＴでは送給速度ＷＦを送給速度ＷＦ１よりも大きくかつ送給速度ＷＦ１に応じた送給速度ＷＦ２に設定する。これにより、アーク長Ｈを短く一定にでき、溶融池を安定して小さくできる。また、ビードの縁とビードの幅方向の中心との温度差が小さくなり、最終凝固点であるビードの幅方向の中心に溶融金属が引っ張られにくくなる。よって、ビードの縁の溶融金属の量が不足しにくくなることでアンダーカットを抑制することができる。実施の形態１におけるパルスアーク溶接装置１００１は、特に、高速溶接時でもアンダーカットを抑制した良好な溶接品質を実現できる。また、実施の形態１におけるパルスアーク溶接装置１００１は、アンダーカットを抑制しながら、ピーク電流期間ＩＰＴにおいて溶滴２３ｄを短絡移行の状態ではなくスプレー移行の状態にすることができるので、スパッタも抑制できる。
【００４６】
溶接ワイヤ２３と被溶接物２４との間に短絡が発生していると、溶接電流Ｉは短絡電流ＩＳとなる。図１に示す溶接電源装置１８において、短絡制御部１１は、短絡／アーク検出部１０から短絡が発生していることを示す信号を受けると、短絡を開放させることができるように短絡電流ＩＳを制御する。
【００４７】
アーク制御部１２は、短絡／アーク検出部１０からアーク２８が発生していることを示す信号を受けると、ワイヤ送給制御部１７に制御される送給速度ＷＦに基づいてパルス電流波形の信号を出力するパルス波形制御部１３は、ピーク電流ＩＰとベース電流ＩＢなどの溶接電流Ｉのパルス波形を決めるパルス波形パラメータを出力制御部７に送る。送給速度ＷＦは、アーク制御部１２の溶接条件設定部２０に設定された溶接電流Ｉの設定電流または設定電流と相関関係にある。パルス波形制御部１３のパルス立上り制御部１４は、パルス立上り期間ＩＰＲＴが始まる時点ｔ１に、送給速度ＷＦを送給速度ＷＦ１から送給速度ＷＦ２へ向かって増加させ始めるタイミング信号を出力する。パルス立下り制御部１６は、パルス立下りＩＰＦＴが始まる時点ｔ３に、送給速度ＷＦを送給速度ＷＦ２から送給速度ＷＦ１へ向かって減少させ始めるタイミング信号を出力する。パルス波形制御部１３は、ピーク電流ＩＰとベース電流ＩＢを制御する。
【００４８】
溶接電源装置１８のワイヤ送給制御部１７は、ロボット制御部１９内に設けられた溶接条件設定部２０に設定されている溶接電流Ｉの設定電流に基づいて、設定電流に対応した送給速度ＷＦを決定して送給速度ＷＦを出力する。アーク制御部１２のパルス波形制御部１３はそして、ワイヤ送給制御部１７から出力された送給速度ＷＦを受信して、受信した送給速度ＷＦに応じたピーク電流ＩＰとベース電流ＩＢ、パルス立上り期間ＩＰＲＴとピーク電流期間ＩＰＴとパルス立下り期間ＩＰＦＴなどの、溶接電流Ｉのパルス波形を決めるパルス波形パラメータを出力する。ワイヤ送給制御部１７の信号に基づいて、送給ローラを備えたワイヤ送給部２５は、溶接ワイヤ２３を送給する。
【００４９】
上述のように、パルスアーク溶接装置１００１は溶接ワイヤ２３を用いて被溶接物２４を溶接するように構成されている。溶接電流Ｉがピーク電流ＩＰであるピーク電流期間ＩＰＴと、溶接電流Ｉがピーク電流ＩＰより小さいベース電流ＩＢであるベース電流期間ＩＢＴとを交互に繰り返して溶接電流Ｉを溶接ワイヤ２３に流しながら溶接ワイヤ２３を送給速度ＷＦで被溶接物２４に向かって送給して溶接ワイヤ２３と被溶接物２４との間でアーク２８を発生させて被溶接物２４を溶接するようにパルスアーク溶接装置を制御する。溶接制御部１８ｂは、アーク２８のアーク長Ｈを一定に保つように送給速度ＷＦを制御する。溶接制御部１８ｂは、ベース電流期間ＩＢＴでは送給速度ＷＦを送給速度ＷＦ１に設定し、ピーク電流期間ＩＰＴでは送給速度ＷＦを送給速度ＷＦ１よりも大きくかつ送給速度ＷＦ１に応じた送給速度ＷＦ２に設定する。
【００５０】
送給速度ＷＦ２は、溶接ワイヤ２３の径と材質の少なくとも一つに応じた値だけ送給速度ＷＦ１よりも大きくてもよい。
【００５１】
溶接制御部１８ｂは、シールドガス２４Ｇを用いて被溶接物２４を溶接するようにパルスアーク溶接装置１００１を制御してもよい。この場合には、送給速度ＷＦ２は、溶接ワイヤ２３の径、材質およびシールドガス２４Ｇの少なくとも一つに応じた値だけ送給速度ＷＦ１よりも大きくてもよい。
【００５２】
溶接制御部１８ｂは、ピーク電流期間ＩＰＴからベース電流期間ＩＢＴに移行する際に溶接電流Ｉがピーク電流ＩＰからベース電流ＩＢへ立下り始めると同時に送給速度ＷＦを送給速度ＷＦ２から送給速度ＷＦ１へ向かって減少させ始めてもよい。
【００５３】
溶接制御部１８ｂは、送給速度ＷＦ１から送給速度ＷＦ２に達するまでの期間を、溶接電流Ｉがベース電流ＩＢからピーク電流ＩＰまで達するまでの期間と同じになるように送給速度ＷＦを制御してもよい。なお、同じ期間とは、長さのみならず、それらの始まる時点と終わる時点がそれぞれ同じである期間である。
【００５４】
溶接制御部１８ｂは、送給速度ＷＦが送給速度ＷＦ２から送給速度ＷＦ１まで達する期間を、溶接電流Ｉがピーク電流からベース電流ＩＢまで達する期間と同じになるように送給速度ＷＦを制御してもよい。
【００５５】
送給速度ＷＦ２は送給速度ＷＦ１より送給速度ＷＦ１の１０％〜３０％の範囲の値だけ大きくてもよい。
【００５６】
以上のように、本実施の形態におけるパルスアーク溶接制御方法およびパルスアーク溶接装置１００１では、アーク長Ｈが長くなるピーク電流期間ＩＰＴには、送給速度ＷＦを送給速度ＷＦ１よりも大きくかつ送給速度ＷＦ１に応じた送給速度ＷＦ２に増加させる。これにより、ピーク電流期間ＩＰＴのアーク長Ｈをベース電流期間ＩＢＴと同じにして、かつ短絡しない程度に短くすることができる。これにより、短絡移行状態とならずにスプレー移行状態で溶滴２３ｄが溶接ワイヤ２３から離脱し、短絡の発生に伴うスパッタが発生せず、スパッタをほぼ発生させなくすることができる。これにより、高速の溶接時でもアンダーカットを抑制した良好な溶接品質を実現できる。
【００５７】
（実施の形態２）
図６は実施の形態２におけるパルスアーク溶接装置１００２の概略構成図である。図６において、図１に示す実施の形態１におけるパルスアーク溶接装置１００１と同じ部分には同じ参照番号を付す。実施の形態２におけるパルスアーク溶接装置１００２の溶接制御部１８ｂは、溶滴２３ｄが溶接ワイヤ２３から離脱した時点を検出する溶滴離脱検出部３０を備える。溶滴離脱検出部３０は、溶接ワイヤ２３に繋がっている溶滴２３ｄと溶接ワイヤ２３との間に形成されて局部的に小さい径を有するくびれ２３ｐを検出することで溶滴２３ｄが離脱した時点を検出する。
【００５８】
図７Ａはパルスアーク溶接装置１００２の動作での溶接電流Ｉと溶接電圧Ｖと溶接ワイヤ２３の送給速度ＷＦと溶滴移行の状態とを示す。図７Ａにおいて、図４と図５に示す実施の形態１におけるパルスアーク溶接装置１００１の動作と同じ部分には同じ参照番号を付す。実施の形態２におけるパルスアーク溶接装置１００２では、溶接制御部１８ｂは、ベース電流期間ＩＢＴでは溶接ワイヤ２３の送給速度ＷＦを送給速度ＷＦ１にする。溶接制御部１８ｂは、ピーク電流期間ＩＰＴでは溶接ワイヤ２３の送給速度ＷＦを送給速度ＷＦ１よりも大きい送給速度ＷＦ２にする。その後、溶接制御部１８ｂは、パルス立下り期間ＩＰＦＴが始まる時点ｔ３に、送給速度ＷＦを送給速度ＷＦ１よりも小さい送給速度ＷＦ３に向かって減少させ始め、送給速度ＷＦ３に到達させる。その後、溶滴２３ｄの溶接ワイヤ２３からの離脱を検出するまで、溶接制御部１８ｂは送給速度ＷＦを送給速度ＷＦ３に維持してアーク長Ｈを一定に保つ。
【００５９】
図７Ａに示すパルスアーク溶接装置１００２の溶接電流Ｉと溶接電圧Ｖと溶滴移行の状態と送給速度ＷＦを詳細に説明する。溶接電流Ｉがベース電流ＩＢからピーク電流ＩＰへ遷移するパルス立上り期間ＩＰＲＴが始まる時点ｔ１で溶滴２３ｄが成長し始める（状態Ｓａ）。その後、溶接電流Ｉがピーク電流ＩＰであるピーク電流期間ＩＰＴで溶滴２３ｄを最適な大きさを有するまで成長させる（状態Ｓｂ）。その後、溶接電流Ｉがピーク電流ＩＰからベース電流ＩＢへ遷移するパルス立下り期間ＩＰＦＴで溶接ワイヤ２３の先端から溶滴２３ｄが離脱する直前の状態でくびれ２３ｐが形成されているくびれ状態を実現する（状態Ｓｃ）。その後、溶接電流Ｉがベース電流ＩＢであるベース電流期間ＩＢＴで溶滴２３ｄを溶接ワイヤ２３から離脱させる（状態Ｓｄ）。
【００６０】
溶接ワイヤ２３を送給する送給速度ＷＦの制御が図７Ａに示す動作と図４に示す実施の形態１における動作との主な違いである。図７Ａに示す動作では、溶接制御部１８ｂは、ベース電流期間ＩＢＴが終わりパルス立上り期間ＩＰＲＴが始まる時点ｔ１に送給速度ＷＦをベース電流期間ＩＢＴでの送給速度ＷＦ１から送給速度ＷＦ２に向かって所定の傾きで増加させて、送給速度ＷＦ２に到達させる。実施の形態２の動作では実施の形態１の動作と同様に、送給速度ＷＦは、パルス立上り期間ＩＰＲＴが終わりピーク電流期間ＩＰＴが始まる時点ｔ２に送給速度ＷＦ２に達する。その後、溶接制御部１８ｂは、ピーク電流期間ＩＰＴが終わりパルス立下り期間ＩＰＦＴが始まる時点ｔ３に送給速度ＷＦをピーク電流期間ＩＰＴの送給速度ＷＦ２からベース電流期間ＩＢＴの送給速度ＷＦ１よりも小さい送給速度ＷＦ３へ向かって所定の傾きで減少させ始め、送給速度ＷＦ３に到達させた後に送給速度ＷＦ３に維持する。その後、溶接制御部１８ｂは、溶滴離脱検出部３０が、溶滴２３ｄの溶接ワイヤ２３からの離脱を検出した離脱時点ｔｄに、送給速度ＷＦを送給速度ＷＦ３から送給速度ＷＦ１へ増加させ始め、送給速度ＷＦ１に到達させた後に送給速度ＷＦ１に維持する。
【００６１】
実施の形態２におけるパルスアーク溶接装置１００２の特にピーク電流期間ＩＰＴからベース電流期間ＩＢＴに遷移するときの動作について以下に詳細に説明する。図７Ｂは図７Ａに示す部分ＭＡの送給速度ＷＦの拡大図であり、溶滴２３ｄの離脱を検出した離脱時点ｔｄ前後の送給速度ＷＦを示す。溶接制御部１８ｂは、図７Ａに示すように、時点ｔ３に送給速度ＷＦをピーク電流期間ＩＰＴの送給速度ＷＦ２から送給速度ＷＦ３へ向かって所定の傾きで減少させ始め、図７Ｂに示すように、送給速度ＷＦ３に到達させた後に送給速度ＷＦ３に維持する。実施の形態２における動作では、送給速度ＷＦが送給速度ＷＦ２から送給速度ＷＦ３に減少している途中で、図４に示す実施の形態１における動作と同様に、時点ｔ４に送給速度ＷＦは送給速度ＷＦ１となる。その後、溶接制御部１８ｂは、送給速度ＷＦを同じ所定の傾きで送給速度ＷＦ３に向かってさらに減少させ続けて、時点ｔ４１で送給速度ＷＦ３に到達させ、その後、送給速度ＷＦ３に維持する。その後、溶滴離脱検出部３０が溶滴２３ｄの溶接ワイヤ２３からの離脱を検出した離脱時点ｔｄに、溶接制御部１８ｂは送給速度ＷＦを送給速度ＷＦ３から送給速度ＷＦ１へ増加させ始め、送給速度ＷＦ１に到達させた後に送給速度ＷＦ１に維持する。その後、溶接制御部１８ｂは、図７Ａに示すように、ベース電流期間ＩＢＴが終わる時点ｔ１まで送給速度ＷＦを送給速度ＷＦ１に維持する。
【００６２】
このように、実施の形態２におけるパルスアーク溶接制御方法では、上述の実施の形態１に加えて、送給速度ＷＦ１よりも大きい送給速度ＷＦ２から送給速度ＷＦ１よりも小さい送給速度ＷＦ３に減少させた送給速度ＷＦを、溶滴２３ｄの離脱を検出した離脱時点ｔｄに送給速度ＷＦ２より小さい送給速度ＷＦ１に増加させ始める。溶滴２３ｄが溶接ワイヤ２３の先端から離脱する直前に、溶接ワイヤ２３に繋がった溶滴２３ｄと溶接ワイヤとの間にくびれ２３ｐが形成される。実施の形態２における溶接制御部１８ｂの溶滴離脱検出部３０は、溶接電圧Ｖを監視し、くびれ２３ｐが形成されたことを検出した時点に基づき、溶滴２３ｄが離脱した離脱時点ｔｄを判定する。
【００６３】
図７Ａに示すこの溶滴移行（離脱）状態がパルス周波数ＰＨｚで繰り返されることにより、短いアーク長Ｈを一定に保ちながら安定した溶接状態を実現でき、アンダーカットのないスパッタの少ない美しい外観のビードが得られる。
【００６４】
送給速度ＷＦ３は、溶接ワイヤ２３の材質およびシールドガス２４Ｇからなる溶接条件の少なくとも一つに応じた値だけ送給速度ＷＦ１より小さい。
【００６５】
図８は送給速度ＷＦ１、ＷＦ３の関係を示す。詳細には、図８は、溶接ワイヤ２３がφ１．２の径を有する軟鋼よりなり、ＡｒガスとＣＯ２ガスとが混合されたシールドガス２４Ｇを用いたパルスＭＡＧ溶接（Ａｒ：ＣＯ２＝８０：２０）における、送給速度ＷＦ３から送給速度ＷＦ１を引いた差である減少量ＷＦＤと、送給速度ＷＦ１との関係を示す（ＷＦ１＋ＷＦＤ＝ＷＦ３）。
【００６６】
図８において、横軸は送給速度ＷＦ１を示し、縦軸は減少量ＷＦＤを示す。例えば、送給速度ＷＦ１が４ｍ／ｍｉｎである場合、減少量ＷＦＤは−０．５ｍ／ｍｉｎとなる。送給速度ＷＦ１が８ｍ／ｍｉｎである場合、減少量ＷＦＤは−０．７５ｍ／ｍｉｎとなる。
【００６７】
溶滴移行（離脱）時に溶接ワイヤ２３の材質によってはくびれ２３ｐが大きくなり溶滴２３ｄが伸びる場合がある。図８に示す関係に基づいて、溶滴２３ｄの伸びに応じて送給速度ＷＦを送給速度ＷＦ１よりも小さくすることでアーク長Ｈを一定に保つ。送給速度ＷＦが大きいほど溶接電流Ｉが大きくなるので、溶滴２３ｄやくびれ２３ｐが長くなる傾向にある。したがって、送給速度ＷＦ１からの送給速度ＷＦ３への減少量ＷＦＤも大きくなる。
【００６８】
溶接ワイヤ２３のワイヤ材質、シールドガスなどの溶接条件により適正な減少量ＷＦＤは変わり、例えば、実験等の施工確認により求めておくことができる。
【００６９】
例えば、材質が異なる例として、溶接ワイヤ２３の材質がステンレスの場合では、ステンレスは粘性が高く、溶滴２３ｄが離脱しにくいので、溶滴２３ｄやくびれ２３ｐが長くなる傾向がある。したがって、送給速度ＷＦ１に対する送給速度ＷＦ３への減少量ＷＦＤは、図８に示す溶接ワイヤ２３が軟鋼よりなる場合の減少量ＷＦＤよりも大きくなる傾向がある。
【００７０】
また、シールドガス２４Ｇが異なる例として、Ａｒガスの比率が多いシールドガス２４Ｇを用いたＭＡＧ溶接（Ａｒ：ＣＯ２＝９０：１０）の場合では、溶滴２３ｄが離脱しやくなり、図８に示すシールドガス２４Ｇ（Ａｒ：ＣＯ２＝８０：２０）を用いたＭＡＧ溶接での減少量ＷＦＤよりも溶滴２３ｄとくびれ２３ｐが短くなる傾向がある。したがって、送給速度ＷＦ１に対する送給速度ＷＦ３への減少量ＷＦＤは、図８に示すＭＡＧ溶接（Ａｒ：ＣＯ２＝８０：２０）の場合よりも小さくなる傾向がある。
【００７１】
なお、送給速度ＷＦ１と減少量ＷＦＤとの関係は、２次関数だけでなく、１次関数であってもよく、送給速度ＷＦ１と減少量ＷＦＤとの離散的な値を保存するデータベースにより減少量ＷＦＤを決定してもよい。
【００７２】
図６に示すパルスアーク溶接装置１００１において、溶滴離脱検出部３０は、溶接電圧検出部８で検出された溶接電圧Ｖをリアルタイムに監視し、溶接電圧Ｖを時間で微分した時間微分値を得る。溶滴離脱検出部３０は、溶接電圧Ｖの時間微分値が所定の値を超えた時点に、ワイヤ送給制御部１７に溶滴離脱信号Ｃｄを送信し、時間微分値が所定の値以下であるときには、ワイヤ送給制御部１７に溶滴離脱信号Ｃｄを送信しない。溶接電圧Ｖの時間微分値が所定の値を超えた時点を溶滴２３ｄが溶接ワイヤ２３から離脱した離脱時点ｔｄとして判定する。溶接制御部１８ｂは、パルス立下り期間ＩＰＦＴが始まる時点ｔ３から送給速度ＷＦを送給速度ＷＦ３へ向かって減少させている状態から、溶滴２３ｄのくびれ２３ｐが形成されている状態を示す所定の値を溶接電圧Ｖの時間微分値が超えたことを検出すると、送給速度ＷＦを送給速度ＷＦ３から送給速度ＷＦ１に向かって増加させ始める。
【００７３】
パルスアーク溶接装置１００２のパルス波形制御部１３は、溶接条件設定部２０に設定された設定電流またはワイヤ送給制御部１７に制御された送給速度ＷＦに基づいて溶接電流Ｉのパルス波形を出力する。パルス波形制御部１３のパルス立上り制御部１４は、ベース電流期間ＩＢＴからピーク電流期間ＩＰＴへ遷移するパルス立上り期間ＩＰＲＴが始まる時点ｔ１に、溶接ワイヤ２３の送給速度ＷＦをベース電流期間ＩＢＴの送給速度ＷＦ１よりも大きい送給速度ＷＦ２に向かって増加させ始める信号を送信する。パルス立下り制御部１６は、ピーク電流期間ＩＰＴからベース電流期間ＩＢＴへ遷移するパルス立下り期間ＩＰＦＴが始まる時点ｔ３に送給速度ＷＦを送給速度ＷＦ２から送給速度ＷＦ１よりも小さい送給速度ＷＦ３に向かって減少させ始める信号を送信する。
【００７４】
上述のように、溶接電流Ｉを溶接ワイヤ２３に流すことにより溶接ワイヤ２３を溶融させて溶滴２３ｄを形成させて、かつ溶滴２３ｄが溶接ワイヤ２３に繋がった状態で溶接ワイヤ２３と溶滴２３ｄとの間にくびれ２３ｐが発生するようにパルスアーク溶接装置１００２を制御する。溶接制御部１８ｂは、ピーク電流期間ＩＰＴからベース電流期間ＩＢＴに移行する際に、送給速度ＷＦ１よりも小さく送給速度ＷＦ１に応じた送給速度ＷＦ３に送給速度ＷＦを送給速度ＷＦ２から減少させる。溶接制御部１８ｂは、くびれ２３ｐが発生したことを検出した時に、送給速度ＷＦを送給速度ＷＦ３から送給速度ＷＦ１に増加させる。
【００７５】
送給速度ＷＦを送給速度ＷＦ３から送給速度ＷＦ１に増加させるステップで送給速度ＷＦを送給速度ＷＦ１に増加させてからベース期間が終わるまで送給速度ＷＦ１に維持してもよい。
【００７６】
送給速度ＷＦ３は、溶接ワイヤ２３の材質およびシールドガス２４Ｇの少なくとも一つに応じた値だけ送給速度ＷＦ１より小さくてもよい。
【００７７】
以上のように、実施の形態２におけるパルスアーク溶接制御方法およびパルスアーク溶接装置１００２により、アーク長Ｈが長くなるピーク電流期間ＩＰＴには、溶接ワイヤ２３の送給速度ＷＦをベース電流期間ＩＢＴでの送給速度ＷＦ１よりも大きい送給速度に増加させる。それに加え、溶接ワイヤ２３の材質によっては、溶滴移行（離脱）時にくびれ２３ｐが大きく溶滴２３ｄが伸びる場合に、その伸びる分に応じた値だけ送給速度ＷＦ１よりも小さい送給速度ＷＦ３に送給速度ＷＦを減少させ、溶滴移行（離脱検出）を検出した離脱時点ｔｄに送給速度ＷＦを送給速度ＷＦ１に増加させる。このように、溶接制御部１８ｂは溶接ワイヤ２３の材質やシールドガス２４Ｇなどの溶接条件に応じて溶接ワイヤ２３の送給速度ＷＦを調整する。これにより、ピーク電流期間ＩＰＴも含めてベース電流期間ＩＢＴと同様にアーク長Ｈを短絡しない程度に小さく維持でき、短絡移行ではなくスプレー移行状態で溶接を行うことができる。したがって、短絡の発生に伴うスパッタをほぼ発生させなくすることができる。このように、実施の形態２におけるパルスアーク溶接装置１００２では、ピーク電流期間ＩＰＴのアーク長Ｈを短くして、ピーク電流期間ＩＰＴとベース電流期間ＩＢＴとのアーク長Ｈを短くかつ一定にでき、大幅なスパッタ低減と高速溶接時でもアンダーカットを抑制した良好な溶接品質を実現することができる。
【産業上の利用可能性】
【００７８】
本発明におけるパルスアーク溶接制御方法により、スパッタの発生を低減させ、短いアーク長を保持でき、高速溶接でもアンダーカットを抑制した良好な外観を有するビードを実現でき、消耗電極である溶接ワイヤを連続的に送給しながらアーク溶接を行うパルスアーク溶接装置に有用である。
【符号の説明】
【００７９】
Ｉ    溶接電流
Ｖ    溶接電圧
ＷＦ    送給速度
Ｈ    アーク長
ＩＰ    ピーク電流
ＩＢ    ベース電流
ＩＢＴ    ベース電流期間
ＩＰＲＴ    パルス立上り期間
ＩＰＴ    ピーク電流期間
ＩＰＦＴ    パルス立下り期間
ＰＨｚ    パルス周波数
ＷＦ１    送給速度（第１送給速度）
ＷＦ２    送給速度（第２送給速度）
ＷＦ３    送給速度（第３送給速度）
１    入力電源
２    １次整流部
３    スイッチング素子
４    トランス
５    ２次整流部
６    リアクタ
７    出力制御部
８    溶接電圧検出部
９    溶接電流検出部
１０    短絡／アーク検出部
１１    短絡制御部
１２    アーク制御部
１３    パルス波形制御部
１４    パルス立上り制御部
１５    ピーク電流制御部
１６    パルス立下り制御部
１７    ワイヤ送給制御部
１８    溶接電源装置
１９    ロボット制御部
２０    溶接条件設定部
２１    ロボット
２２    溶接ワイヤ保存部
２３    溶接ワイヤ
２４    被溶接物
２５    ワイヤ送給部
２６    トーチ
２７    チップ
２８    アーク
２９ａ    出力端子
２９ｂ    出力端子
３０    溶滴離脱検出部
【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７Ａ】
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【図７Ｂ】
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【図８】
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【図９】
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【国際調査報告】
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