(57)【要約】ワイヤと母材との間でアークを発生させて溶接を行う溶接制御方法であって、溶接の開始を指示した時点（１００）から、または、溶接の開始を指示した後のある時点（１０１）から、所定の周波数と振幅で正送と逆送を周期的に繰り返すワイヤ送給速度（Ｗｆ）でワイヤの送給を行い、その後に一定速度に切り替えて溶接を行う構成により、アークスタートにおいて正送と逆送に周期的に繰り返してワイヤ送給速度を制御するので、電磁ピンチ力によらずに短絡を開放することができ、アークスタート初期において溶融プールがないために生じるスパッタを低減することができる。
2011004586.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
消耗電極である溶接ワイヤと被溶接物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であって、
前記溶接の開始を指示した時点から、または、前記溶接の開始を指示した後のある時点から、所定の周波数と振幅で正送と逆送を周期的に繰り返すワイヤ送給速度で前記溶接ワイヤの送給を行い、その後に前記ワイヤ送給速度を一定速度に切り替えて溶接を行うアーク溶接制御方法。
【請求項２】
前記溶接の開始を指示した後のある時点が、前記溶接の開始を指示して前記溶接ワイヤと前記被溶接物との接触を検出した時点である請求項１記載のアーク溶接制御方法。
【請求項３】
前記溶接の開始を指示した時点から、または、前記溶接の開始を指示して前記溶接ワイヤと前記被溶接物との接触を検出した時点から、所定時間が経過した後で、かつ、前記周期的なワイヤ送給速度が逆送から正送になり、前記周期的なワイヤ送給速度が溶接電流の設定値に応じて決定される前記一定速度の正送の前記ワイヤ送給速度に達した時点から前記一定速度で前記溶接ワイヤの送給を行う請求項２記載のアーク溶接制御方法。
【請求項４】
前記溶接の開始を指示した時点から、または、前記溶接の開始を指示して前記溶接ワイヤと前記被溶接物との接触を検出した時点から、所定時間が経過した後で、かつ、周期的なワイヤ送給速度が逆送から正送になった正送期間内でパルス溶接を開始する請求項２記載のアーク溶接制御方法。
【請求項５】
前記溶接の開始を指示して前記溶接ワイヤと前記被溶接物との接触後に発生したアークの後の１回目の短絡が発生した時点から、前記所定の周波数と振幅で正送と逆送を周期的に繰り返すワイヤ送給速度で前記溶接ワイヤの送給を行い、その後に前記ワイヤ送給速度を一定速度に切り替えて溶接を行う請求項２記載のアーク溶接制御方法。
【請求項６】
前記周期的に繰り返すワイヤ送給速度は、逆送から開始される請求項５記載のアーク溶接制御方法。
【請求項７】
前記溶接の開始を指示して前記溶接ワイヤと前記被溶接物との接触後に発生したアークの後の１回目の短絡が開放した時点から、前記所定の周波数と振幅で正送と逆送を周期的に繰り返すワイヤ送給速度で前記溶接ワイヤの送給を行い、その後に前記ワイヤ送給速度を一定速度に切り替えて溶接を行う請求項２記載のアーク溶接制御方法。
【請求項８】
前記周期的に繰り返すワイヤ送給速度は、正送から開始される請求項７記載のアーク溶接制御方法。
【請求項９】
前記所定の周波数と振幅で正送と逆送を周期的に繰り返すワイヤ送給速度の平均ワイヤ送給速度は、前記溶接電流の設定値に応じて決定される請求項１記載のアーク溶接制御方法。
【請求項１０】
消耗電極である溶接ワイヤと被溶接物との間でアークを発生させて溶接を行うアーク溶接装置であって、
溶接出力を制御するスイッチング素子と、
溶接電圧を検出する溶接電圧検出部と、
溶接電流を検出する溶接電流検出部と、
設定電流および設定電圧を設定するための溶接条件設定部と、
前記溶接電圧検出部の出力に基づいて前記溶接ワイヤと前記被溶接物との間が短絡状態であるのかアーク状態であるのかを検出する短絡／アーク検出部と、
前記溶接の開始を指示するための溶接開始指示部と、
前記溶接の開始以降に前記溶接ワイヤと前記被溶接物が接触することにより流れる電流を検出した時点を起点として所定時間をカウントする計時部と、
前記短絡／アーク検出部の出力と前記計時部の出力を入力として前記ワイヤ送給速度を制御するワイヤ送給速度制御部と、
前記短絡／アーク検出部の出力と前記溶接ワイヤ送給速度に応じて前記溶接電流または前記溶接電圧の出力制御を行う出力制御部とを備え、
前記溶接開始指示部により前記溶接の開始を指示した時点から、または、前記溶接の開始を指示した後のある時点から、所定の周波数と振幅で正送と逆送を周期的に繰り返す前記ワイヤ送給速度で前記溶接ワイヤの送給を行い、その後に前記ワイヤ送給速度を一定速度に切り替えて溶接を行うアーク溶接装置。
【請求項１１】
前記溶接の開始を指示した後のある時点が、前記溶接の開始を指示して前記溶接ワイヤと前記被溶接物との接触を検出した時点である請求項１０記載のアーク溶接装置。
【請求項１２】
前記溶接の開始を指示した時点から、または、前記溶接の開始を指示して溶接ワイヤと前記被溶接物との接触を検出した時点から、所定時間が経過した後で、かつ、前記周期的なワイヤ送給速度が逆送から正送になり、前記周期的なワイヤ送給速度が前記溶接電流の設定値に応じて決定される前記一定速度の正送の前記ワイヤ送給速度に達した時点から前記一定速度で前記溶接ワイヤの送給を行う請求項１１記載のアーク溶接装置。
【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短絡状態とアーク状態を交互に発生させて溶接を行う消耗電極式アーク溶接制御方法およびアーク溶接装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、溶接業界では、生産性向上のために、溶接の高品位化に対する要求が高まってきている。中でも、アークスタート時のスパッタの低減が求められている。アークスタート時は、母材に溶融プールが形成されるまでの時間がかかるため、アークが安定するまでに時間がかかり、スパッタの発生が増加して母材に付着する場合が多くなる。そのため、付着したスパッタを除去するための後処理が必要となり、溶接生産性が低下する場合がある。また、後処理が実施されずにスパッタが母材に付着した状態で製品として流出する場合があると製品価値を著しく損なう場合もある。【０００３】
従来のアークスタート制御は、アークスタート時にパルス制御により少なくとも１つのパルス波状の電流を供給して母材に最初に形成する溶融プールを離脱移行によって形成し、パルス波状の電流を供給した後にパルス溶接制御から短絡溶接制御に切り替えるものが知られている。このような従来のアークスタート制御は、アーク溶接ロボットのアーム先端に、電極であるワイヤを送給するトーチを搭載し、アークスタート時にアーム先端を引き上げるリフトアップスタート時にスタート制御を行うものであった。このアークスタート初期の母材上に溶融プールがない状態で、ワイヤ先端から溶滴を離脱移行させて溶融プールを形成することを目的として、パルス波状の電流を出力することによりスパッタの発生を低減していた（例えば、特許文献１参照）。【０００４】
図４に、従来のアーク溶接装置の概略構成を示す。図４において、一次側整流素子３は、入力電源１の出力を整流して出力する。スイッチング素子４は、一次整流素子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２は、スイッチング素子４からの交流出力を変換する。主変圧器２の出力は、主変圧器２の二次側出力を整流する二次側整流素子６とリアクトル５を介して溶接出力として出力される。【０００５】
設定部３５は、図示しない入力部等により入力される設定電流、設定電圧、ワイヤ送給量、シールドガスの種類、ワイヤの種類、ワイヤ径、溶接法等の設定条件に基づいて、例えばパルス電流の大きさやパルス時間等の種々のパラメータを設定して出力する。なお、設定部３５は、上記パラメータを求めるためのテーブルや式を記憶するための図示しない記憶部と、演算等を行うための図示しない演算部とを備えており、これらによりパラメータを設定する。【０００６】
溶接電圧検出部９は溶接電圧を検出し、溶接電流検出部８は溶接電流を検出する。パルス溶接制御部３７は、溶接電流検出部８の出力と溶接電圧検出部９の出力と設定部３５の出力を入力としてパルス溶接制御を行うための指令を出力する。パルス溶接制御部３７は、後述するように、アークを発生させるためのアークスタート電流が流れた後に、所定時間の間パルス状の電流を流すための制御を行う。短絡溶接制御部３６は、溶接電流検出部８の出力と溶接電圧検出部９の出力と設定部３５の出力を入力として短絡制御を行うための指令を出力する。なお、パルス溶接制御部３７や短絡溶接制御部３６は、一例として、設定部３５から入力されたパラメータ値（指令値）となるように、溶接電流検出部８及び溶接電圧検出部９のそれぞれの出力信号とパラメータ値（指令値）とを比較し、パラメータ値に一致するように溶接電流及び溶接電圧を制御する機能を有する。【０００７】
切り替え部３８は、設定部３５の出力を入力として、パルス溶接制御から短絡溶接制御に切り替えるタイミングを駆動部３４に出力する。切り替え部３８は計時機能を有しており、設定部３５の出力を入力した時点から所定の時間が経過するまでの時間の計時を行うことができる。駆動部３４は、短絡溶接制御部３６の出力とパルス溶接制御部３７の出力と切り替え部３８の出力とを入力とし、切り替え部３８の出力に応じて短絡溶接制御部３６の出力をスイッチング素子４に出力するのか、パルス溶接制御部３７の出力をスイッチング素子４に出力するのかを切り替える機能を有している。【０００８】
以上のように構成された従来のアーク溶接装置におけるアークスタートの制御方法について図面を用いて説明する。【０００９】
図５に、消耗電極アーク溶接の溶接時におけるワイヤ送給速度と溶接電圧と溶接電流の波形の一例を示す。図５では、時点２００で溶接起動開始が指示され、時点２０１でアーク発生電流が流れてアークが発生し、その後パルス溶接制御によりパルス波状の溶接電流Ａｗが２回流れ、さらにその後、時点２０２で短絡溶接制御に切り替わっている波形の例を示している。【００１０】
アーク発生時点である時点２０１では、切り替え部３８からの入力に基づいて、駆動部３４はパルス溶接制御部３７の出力をスイッチング素子４に出力するようになっている。また、切り替え部３８では溶接電流Ａｗが検出された時点２０１からの経過時間をカウントする。その後、予め設定された時間が経過する時点２０２において、パルス溶接制御から短絡溶接制御に切り替えるため、駆動部３４が短絡溶接制御３６の出力をスイッチング素子４に出力するように制御する。【００１１】
この制御により、アークが発生する時点である時点２０１を時間起点として、切り替え時点である時点２０２となるまでの区間２０３はパルス溶接制御部３７の出力に基づいてパルス制御を行い、溶接ワイヤ（図示せず）の先端の溶滴を母材（図示せず）に離脱移行させる。その後、アーク発生時点である時点２０１から所定の時間が経過して切り替え時点である時点２０２となった時には、切り替え部３８が駆動部３４に対して切り替え指示を行うことで短絡制御部３６の出力がスイッチング素子４に出力され、溶接出力制御はパルス溶接制御から短絡溶接制御に切り替えられる。その後、切り替え時点２０２以降の区間２０４は短絡溶接制御部３６により短絡制御を行う。【００１２】
以上のように、従来のアークスタート制御方法及びアーク溶接装置は、アークスタート電流が流れた後にパルス制御により少なくとも１つのパルス波状の電流を供給して、母材に最初に形成する溶融プールを、離脱移行によって形成できる。これにより、ワイヤ先端の溶滴は円滑に短絡移行でき、アークが発生してからアークが安定するまでのスパッタの発生及びスパッタの付着を低減できる。【００１３】
また、上記アーク溶接機とアーク溶接ロボットを組み合わせ、アーク溶接ロボットのアーム先端に電極である溶接ワイヤを搭載し、アークスタート時にアーム先端を引き上げるリフトアップスタート実行時に、上記で示したアークスタート制御を行うこともある。アーク発生時点である時点２０１でリフトアップすることにより、短絡状態で溶接ワイヤが溶融してスパッタとなることを防いでアーク発生時点である時点２０１でのスパッタを低減すると共に、リフトアップすることでワイヤ先端と母材との間の距離を瞬時に得ることができる。すなわち、パルス制御時の溶滴の大きさよりも広い距離を瞬時に得ることができるので、短絡移行とならず、離脱移行を円滑に実施することができ、よりスパッタの発生及び付着を低減することができる。【００１４】
このように、従来のアーク溶接機における出力制御は、パルス溶接制御によりワイヤ先端から溶滴を離脱移行させて母材に溶融プールを形成させ、これによりアークスタート時のスパッタ発生量の低減に効果を有していた。【００１５】
溶融プールが形成された場合の溶滴移行について図面を用いて説明する。溶融プールが形成された場合の溶滴移行は、例えば図６（上段は溶滴移行の状態を示し、下段は溶接電流（Ａ）を示す）に示すように、母材５０上の溶融プール５１全体からアーク５２が発生するため広がったアーク５２となり、ワイヤ５３先端部の溶滴５３ａ下部の広い範囲を覆う。そのため、電流密度が低くパルス電流５４のピーク電流５５による電磁ピンチ力の方が大きいので溶滴を押し上げる力の影響が少なくなり、ワイヤ５３先端から溶融プール５１に溶滴は円滑に離脱移行する。なお、ワイヤ５３はチップ５６で保持されて送給される。【００１６】
しかし、例えば図７（上段は溶滴移行の状態を示し、下段は溶接電流（Ａ）を示す）に示すように、アークスタート初期におけるアーク発生箇所は母材５０には溶融プールがないため、アーク５２は細く集中し、ワイヤ５３先端部の溶滴５３ａ下部の電流密度が高くなり、溶滴５３ａを押し上げる力が働く。この押上げ力は、電磁ピンチ力より大きくなる場合が多いので、大きな溶滴５３ａは母材５０の方向に移行するのではなく、母材５０の方向とは異なる方向へ押し上げられる。したがって、溶滴５３ａがワイヤ５３先端から離脱する場合には、図７に示すようにスパッタ５３ｂとなって飛散する場合もある。スパッタ５３ｂが飛散してしまうと、母材５０に付着してとれなくなる状態が発生する。つまり、スパッタ５３ｂの発生量は、従来の制御においても低減できたが、上記押し上げ力により発生する場合があるスパッタ５３ｂに対する対応としては十分ではなく、大きなスパッタ５３ｂが発生して母材５０に付着する場合があるといった課題が残っている。【００１７】
本発明は、アークが発生してからアークが安定するまでのスパッタ発生量を低減するアークスタート制御方法及びアーク溶接装置を提供する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１８】
【特許文献１】特開２００６−１１６５６１号公報
【発明の概要】
【００１９】
本発明のアーク溶接制御方法は、消耗電極である溶接ワイヤと被溶接物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であって、溶接の開始を指示した時点から、または、溶接の開始を指示した後のある時点から、所定の周波数と振幅で正送と逆送を周期的に繰り返すワイヤ送給速度で溶接ワイヤの送給を行い、その後にワイヤ送給速度を一定速度に切り替えて溶接を行う構成を備える。
【００２０】
また、本発明のアーク溶接装置は、消耗電極である溶接ワイヤと被溶接物との間でアークを発生させて溶接を行うアーク溶接装置であって、溶接出力を制御するスイッチング素子と、溶接電圧を検出する溶接電圧検出部と、溶接電流を検出する溶接電流検出部と、設定電流および設定電圧を設定するための溶接条件設定部と、溶接電圧検出部の出力に基づいて溶接ワイヤと被溶接物との間が短絡状態であるのかアーク状態であるのかを検出する短絡／アーク検出部とを備える。さらに本発明のアーク溶接装置は、溶接の開始を指示するための溶接開始指示部と、溶接の開始以降に溶接ワイヤと被溶接物が接触することにより流れる電流を検出した時点を起点として所定時間をカウントする計時部と、短絡／アーク検出部の出力と計時部の出力を入力としてワイヤ送給速度を制御するワイヤ送給速度制御部と、短絡／アーク検出部の出力と溶接ワイヤ送給速度に応じて溶接電流または溶接電圧の出力制御を行う出力制御部とを備える。さらに本発明のアーク溶接装置は、溶接開始指示部により溶接の開始を指示した時点から、または、溶接の開始を指示した後のある時点から、所定の周波数と振幅で正送と逆送を周期的に繰り返すワイヤ送給速度で溶接ワイヤの送給を行い、その後にワイヤ送給速度を一定速度に切り替えて溶接を行う構成を備える。
【００２１】
このような構成によれば、アークスタートにおいて、所定の周波数と振幅でワイヤ送給速度を正送と逆送に周期的に繰り返してワイヤ送給速度を制御することで、電磁ピンチ力によらずに強制的に短絡を開放することができ、大きなスパッタだけでなくスパッタの発生量も低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】図１は本発明の実施の形態１におけるアーク溶接装置の概略構成を示す図である。
【図２】図２は本発明の実施の形態１における溶接電流と溶接電圧とワイヤ送給速度の波形を示す図である。
【図３】図３は本発明の実施の形態２における溶接電流と溶接電圧とワイヤ送給速度の波形を示す図である。
【図４】図４は従来のアーク溶接装置の概略構成を示す図である。
【図５】図５は従来のアーク溶接における溶接電流と溶接電圧とワイヤ送給速度の波形を示す図である。
【図６】図６は従来のアーク溶接における母材に溶融プールが有る場合の溶滴の挙動を示す図である。
【図７】図７は従来のアーク溶接における母材に溶融プールが無い場合の溶滴の挙動を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
（実施の形態１）
図１に、本実施の形態におけるアーク溶接装置の概略構成を示す。図１において、溶接電源１４は、主変圧器２と、一次側整流素子３と、スイッチング素子４と、リアクトル５と、二次側整流素子６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１３と、計時部２０を備えている。
【００２４】
一次側整流素子３は、入力電源１の出力を整流して出力する。スイッチング素子４は、一次整流素子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２は、スイッチング素子４の交流出力を変換する。主変圧器２の出力は、主変圧器２の二次側出力を整流する二次側整流素子６とリアクトル５を介して溶接出力として出力される。溶接電圧検出部９は溶接電圧を検出し、溶接電流検出部８は溶接電流を検出する。
【００２５】
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ワイヤと母材が接触して短絡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、スイッチング素子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１３は、ワイヤ送給部１９を制御してワイヤ１６の送給速度を制御する。計時部２０は、アークスタート開始から所定時間ｔ１をカウントする。なお、アークスタートの開始とは、溶接開始指示部２１により溶接が開始され、ワイヤ１６が母材１５へ向けて送給され、また、ワイヤ１６と母材１５との間に電圧が印加され、ワイヤ１６と母材１５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。
【００２６】
なお、溶接装置が、溶接電源１４とワイヤ送給部１９と図示しない溶接用トーチ等から構成される場合には、溶接開始指示部２１は、溶接用トーチのトーチスイッチ等となる。また、溶接装置が、溶接電源１４とワイヤ送給部１９と図示しない溶接用トーチを保持する図示しない産業用ロボットと産業用ロボットに教示等を行うための図示しないティーチングペンダント等から構成される場合には、溶接開始指示部２１は、ティーチングペンダントに設けられたスイッチ等となる。
【００２７】
有線あるいは無線により溶接電源１４と通信可能に接続された溶接条件設定部１２は、溶接電流や溶接電圧等を設定するためのものである。なお、溶接電源１４の２つの出力端子１４ａ、１４ｂのうちの一方の出力端子１４ａは、ワイヤ１６を保持するチップ１８に接続され、チップ１８を介してワイヤ１６に電力が供給される。また、溶接電源１４の２つの出力端子１４ａ、１４ｂのうちの他方の出力端子１４ｂは母材１５に接続され、母材１５に電力が供給される。ワイヤ１６の先端部と母材１５との間でアーク１７が発生する。なお、ワイヤ送給部１９は、ワイヤ１６を保存するワイヤ保存部１６ａからワイヤ１６をチップ１８に向けて送給する。
【００２８】
次に、図２を用いて、本実施の形態のアーク溶接装置におけるワイヤ送給速度Ｗｆと溶接電圧Ｖｗと溶接電流Ａｗについて説明する。図２は、ワイヤ送給速度Ｗｆと溶接電圧Ｖｗと溶接電流Ａｗの波形を示しており、時間の経過に伴って変化する例を示している。
【００２９】
図２において、時点１００でアーク溶接装置の起動（溶接開始指示）が行われる。そして、ワイヤ送給速度制御部１３がワイヤ送給部１９を制御することで、ワイヤ１６は、ワイヤ送給速度Ｗｆに示すように、予め設定された周期と振幅で正送と逆送が行われる。
【００３０】
なお、図２におけるワイヤ送給速度Ｗｆの破線部は、平均ワイヤ送給速度Ｗｆａを示している。この平均ワイヤ送給速度Ｗｆａは、溶接条件設定部１２により設定される溶接電流に応じて決定される。図示しない記憶部に、平均ワイヤ送給速度Ｗｆａと設定溶接電流を対応付けたテーブルまたは式が記憶されており、この記憶部の内容と溶接条件設定部１２により設定される溶接電流とから平均ワイヤ送給速度Ｗｆａが決定される。
【００３１】
時点１０１はアークスタート開始の時点であり、ワイヤ１６と母材１５とが接触して溶接電流が流れると、溶接電流検出部８がこの電流を検出する。これにより、アークスタート開始の時点であることを検出することができる。
【００３２】
時点１０１を時間起点として所定時間ｔ１が経過するまでは、ワイヤ送給速度制御部１３は、予め設定された周期と振幅でワイヤ１６を送給するようにワイヤ送給部１９を制御する。そして、時点１０１からの経過時間を計時する計時部２０は、時点１０１から所定時間ｔ１が経過した時点１０２になったことをワイヤ送給速度制御部１３に出力する。ワイヤ送給速度制御部１３は、所定時間ｔ１が経過した後に、ワイヤ送給速度を周期的なものから一定のワイヤ送給速度Ｗｆ１（一定値）に切り替えてワイヤ送給を制御する。具体的には、所定時間ｔ１の経過後で、ワイヤ送給速度が逆送から正送になり、溶接条件設定部１２で設定された溶接電流に対応して決定される一定のワイヤ送給速度Ｗｆ１になった時点１０２ａから以降は、一定のワイヤ送給速度Ｗｆ１でワイヤ１６を送給する。
【００３３】
時点１０１から時点１０２までの所定期間ｔ１中は、ワイヤ送給として正送と逆送が周期的に変化する。従って、ワイヤ１６の正送により強制的にワイヤ１６と母材１５の短絡を発生させ、また、ワイヤ１６の逆送により強制的に短絡を開放してアークを再発生させる。これにより、溶接電流の電磁ピンチ力によらずに短絡を開放することが可能となり、スパッタの発生を低減することができる。
【００３４】
溶滴の移行形態としては、ワイヤ１６の周期的な送給により確実に短絡を発生させることができるので短絡移行となる。故に、従来のパルス制御による離脱移行ではないので、アーク反力の影響を受けることはなく、スパッタの飛散を抑制して溶融プールを形成できる。
【００３５】
なお、出力される溶接電流や溶接電圧は、溶接電圧検出部９の検出値により短絡／アーク検出部１０で短絡状態かアーク状態かを検出し、それぞれの状態に適した溶接電流の波形制御あるいは溶接電圧の波形制御を出力制御部１１により行い、スイッチング素子４を駆動させて溶接出力を制御する。
【００３６】
また、図２では、ワイヤ送給速度の周期的な変化を正弦波状とした例を示しているが、これに限るものではなく、台形波状としてもよいし、周期的に正送と逆送を繰り返す波形であれば、どのような波形でも構わない。
【００３７】
また、所定期間ｔ１の時間は、概ね０．１秒〜２．０秒程度であり、アークスタート初期の段階で溶融プールを形成できる時間があれば問題ない。この所定期間ｔ１は溶接対象毎に予め実験等を行って決定することができる。この所定期間ｔ１は図示しない記憶部に記憶され、溶接条件設定部１２により設定することができる。
【００３８】
ここで、時点１０２以降（本実施の形態では時点１０２ａ）でワイヤ送給速度を周期的な速度から一定速度に切り替える理由について説明する。ワイヤ送給速度を周期的に変化させて溶接した場合のビード形状は、ワイヤ送給速度を一定にして溶接した場合に比べて溶け込み深さが浅くビード幅も狭い。そのため、定常溶接条件（本溶接条件）として使用できない母材や溶接箇所が存在する場合が多い。従って、このような母材や溶接箇所を溶接する場合には、ワイヤ送給速度Ｗｆの形態を切り替える必要がある。
【００３９】
なお、出力する溶接電流や溶接電圧は、ワイヤ送給速度Ｗｆを周期的に変化させた場合の波形制御とは別に、ワイヤ送給速度を一定とした場合に適した波形制御が、短絡状態あるいはアーク状態に応じて行われる。
【００４０】
なお、図２では、周期的なワイヤ送給速度の場合も、一定のワイヤ送給速度の場合も、短絡溶接を行う例を示している。
【００４１】
なお、図２では、溶接開始を指示した時点１００から周期的なワイヤ送給速度とする例を示したが、溶接開始が指示されてワイヤ１６と母材１５が接触した時点１０１（すなわち、ワイヤ１６と被溶接物である母材１５との接触を検出した時点１０１）から周期的なワイヤ送給速度とするようにしても良い。そして、周期的なワイヤ送給速度とするまでは、周期的なワイヤ送給速度よりも小さく１０２ａ以降のワイヤ送給速度よりも低い例えば時点１００から時点１０１までの或る一定のワイヤ送給速度Ｗｆ２としても良い。
【００４２】
または、時点１０１で溶接開始が指示されて時点１０１でワイヤ１６と母材１５が接触してアークが発生した後の１回目の短絡が発生した時点１０４から周期的なワイヤ送給速度とするようにしても良い。この場合、周期的なワイヤ送給速度は、逆送から開始することが望ましい。その理由は、短絡時に逆送とすることで短絡開放を早期に実現することができるからである。
【００４３】
あるいは、時点１０１で溶接開始が指示されて時点１０１でワイヤ１６と母材１５が接触してアークが発生した後の１回目の短絡開放が発生した時点１０４ａから周期的なワイヤ送給速度とするようにしても良い。この場合、周期的なワイヤ送給速度は、正送から開始することが望ましい。その理由は、短絡開放時に正送とすることで短絡を早期に実現することができるからである。
【００４４】
（実施の形態２）
本実施の形態において、実施の形態１と同様の箇所については同一の符号を付して詳細な説明を省略する。実施の形態１と異なる主な点は、所定時間ｔ１が経過した後にパルス溶接を行うようにした点である。
【００４５】
本実施の形態について、図１と図３を用いて説明する。計時部２０が時点１０１から所定期間ｔ１が経過したことを計時すると、時点１０２で、計時部２０から所定期間ｔ１が経過したことを示す信号を受信したワイヤ送給速度制御部１３は、周期的な正送及び逆送のワイヤ送給制御から一定のワイヤ送給速度Ｗｆ１（一定値）のワイヤ制御に切り替える制御を行う。具体的には、所定時間ｔ１の経過後で、ワイヤ送給速度が逆送から正送になり、溶接条件設定部１２で設定された溶接電流に対応して決定される一定のワイヤ送給速度Ｗｆ１になった時点１０２aから以降は、一定のワイヤ送給速度Ｗｆ１でワイヤ１６を送給する。
【００４６】
なお、所定時間ｔ１が経過した時点１０２で周期的なワイヤ送給速度が正送であった場合、周期的なワイヤ送給を継続し、正送から逆送になりさらに正送になってから（すなわち、例えば、時点１０２から１周期分周期的にワイヤを送給してから）一定のワイヤ送給速度Ｗｆ１とする。
【００４７】
次に、溶接出力の切り替えについて説明する。図３に示すように、ワイヤ送給状態が時点１０３の正送開始点に到達すると、出力制御部１１は、溶接出力を短絡制御からパルス制御に切り替え、以後はパルス出力制御を行う。このように、ワイヤ送給状態が正送の状態でパルス溶接に切り替えることにより、パルス溶接に切り替える際にもスパッタの発生及び付着を防止することが可能となる。その理由は、逆送でパルス溶接を行って溶滴を離脱移行させると、ワイヤ１６の先端に形成される溶滴が逆送方向へ移動され易くなる。すなわち、溶滴が母材１５から離れる方向へ移動され易くなり、スパッタと成り易くなる。従って、溶滴がスパッタとならないように、正送でパルス溶接を行って溶接を離脱移行させることが望ましい。
【００４８】
なお、逆送から正送になる時点１０３でワイヤ送給を一旦停止させて１パルス出力し、溶滴を離脱させてアーク長を確保してから正送を開始するようにしても良い。
【００４９】
以上のように構成されたアーク溶接装置のアークスタートの制御方法について説明する。母材１５の板厚が例えば３ｍｍを超えるような場合、良好な溶接を行うには溶け込み及びビード幅が必要となるため、時点１０２以降でパルス溶接に切り替えることが必要となる。この場合、図３に示すように、時点１０２の切り替えタイミングに到達してワイヤ送給速度が逆送から加速して正送になる時点１０３の正送開始点からパルスを印加することで、スパッタを低減することが可能となる。逆送中にパルスを出力するとワイヤを引き上げる方向に力が作用しているのでワイヤを引き上げる方向に溶滴が離脱してしまい溶融プールに離脱せずに外部に飛散するからである。
【００５０】
また、図２及び図３では時点１００の溶接開始指示（溶接起動）からワイヤ送給速度を周期的に正送及び逆送している。しかし、周期的なワイヤ送給速度よりも小さく時点１０２ａ以降のワイヤ送給速度Ｗｆ１よりも低い、例えば時点１００から時点１０１までの低い所定の低い一定値Ｗｆ２に制御して時点１０１で電流検出した後、アーク溶接ロボットのアーム先端を引き上げるリフトアップスタートを実行し、その後、所定の周期でワイヤ送給速度を正送及び逆送制御するようにしてもよい。
【産業上の利用可能性】
【００５１】
本発明は、アークスタート時のスパッタ発生及びスパッタ付着を低減して溶接作業の生産性を向上することができるので、特に、消耗電極を用いたアークスタート制御を行うアーク溶接制御方法およびアーク溶接装置として有用である。
【符号の説明】
【００５２】
１    入力電源
２    主変圧器
３    一次側整流素子
４    スイッチング素子
５    リアクトル
６    二次側整流素子
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    溶接条件設定部
１３    ワイヤ送給速度制御部
１４    溶接電源
１４ａ，１４ｂ    出力端子
１５    母材
１６    ワイヤ
１６ａ    ワイヤ保存部
１７    アーク
１８    チップ
１９    ワイヤ送給部
２０    時計部
２１    溶接開始指示部
【図１】
2011004586.tif 000003
【図２】
2011004586.tif 000004
【図３】
2011004586.tif 000005
【図４】
2011004586.tif 000006
【図５】
2011004586.tif 000007
【図６】
2011004586.tif 000008
【図７】
2011004586.tif 000009
【手続補正書】
【提出日】平成23年3月17日(2011.3.17)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【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短絡状態とアーク状態を交互に発生させて溶接を行う消耗電極式アーク溶接制御方法およびアーク溶接装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、溶接業界では、生産性向上のために、溶接の高品位化に対する要求が高まってきている。中でも、アークスタート時のスパッタの低減が求められている。アークスタート時は、母材に溶融プールが形成されるまでの時間がかかるため、アークが安定するまでに時間がかかり、スパッタの発生が増加して母材に付着する場合が多くなる。そのため、付着したスパッタを除去するための後処理が必要となり、溶接生産性が低下する場合がある。また、後処理が実施されずにスパッタが母材に付着した状態で製品として流出する場合があると製品価値を著しく損なう場合もある。
【０００３】
従来のアークスタート制御は、アークスタート時にパルス制御により少なくとも１つのパルス波状の電流を供給して母材に最初に形成する溶融プールを離脱移行によって形成し、パルス波状の電流を供給した後にパルス溶接制御から短絡溶接制御に切り替えるものが知られている。このような従来のアークスタート制御は、アーク溶接ロボットのアーム先端に、電極であるワイヤを送給するトーチを搭載し、アークスタート時にアーム先端を引き上げるリフトアップスタート時にスタート制御を行うものであった。このアークスタート初期の母材上に溶融プールがない状態で、ワイヤ先端から溶滴を離脱移行させて溶融プールを形成することを目的として、パルス波状の電流を出力することによりスパッタの発生を低減していた（例えば、特許文献１参照）。
【０００４】
図４に、従来のアーク溶接装置の概略構成を示す。図４において、一次側整流素子３は、入力電源１の出力を整流して出力する。スイッチング素子４は、一次整流素子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２は、スイッチング素子４からの交流出力を変換する。主変圧器２の出力は、主変圧器２の二次側出力を整流する二次側整流素子６とリアクトル５を介して溶接出力として出力される。
【０００５】
設定部３５は、図示しない入力部等により入力される設定電流、設定電圧、ワイヤ送給量、シールドガスの種類、ワイヤの種類、ワイヤ径、溶接法等の設定条件に基づいて、例えばパルス電流の大きさやパルス時間等の種々のパラメータを設定して出力する。なお、設定部３５は、上記パラメータを求めるためのテーブルや式を記憶するための図示しない記憶部と、演算等を行うための図示しない演算部とを備えており、これらによりパラメータを設定する。
【０００６】
溶接電圧検出部９は溶接電圧を検出し、溶接電流検出部８は溶接電流を検出する。パルス溶接制御部３７は、溶接電流検出部８の出力と溶接電圧検出部９の出力と設定部３５の出力を入力としてパルス溶接制御を行うための指令を出力する。パルス溶接制御部３７は、後述するように、アークを発生させるためのアークスタート電流が流れた後に、所定時間の間パルス状の電流を流すための制御を行う。短絡溶接制御部３６は、溶接電流検出部８の出力と溶接電圧検出部９の出力と設定部３５の出力を入力として短絡制御を行うための指令を出力する。なお、パルス溶接制御部３７や短絡溶接制御部３６は、一例として、設定部３５から入力されたパラメータ値（指令値）となるように、溶接電流検出部８及び溶接電圧検出部９のそれぞれの出力信号とパラメータ値（指令値）とを比較し、パラメータ値に一致するように溶接電流及び溶接電圧を制御する機能を有する。
【０００７】
切り替え部３８は、設定部３５の出力を入力として、パルス溶接制御から短絡溶接制御に切り替えるタイミングを駆動部３４に出力する。切り替え部３８は計時機能を有しており、設定部３５の出力を入力した時点から所定の時間が経過するまでの時間の計時を行うことができる。駆動部３４は、短絡溶接制御部３６の出力とパルス溶接制御部３７の出力と切り替え部３８の出力とを入力とし、切り替え部３８の出力に応じて短絡溶接制御部３６の出力をスイッチング素子４に出力するのか、パルス溶接制御部３７の出力をスイッチング素子４に出力するのかを切り替える機能を有している。
【０００８】
以上のように構成された従来のアーク溶接装置におけるアークスタートの制御方法について図面を用いて説明する。
【０００９】
図５に、消耗電極アーク溶接の溶接時におけるワイヤ送給速度と溶接電圧と溶接電流の波形の一例を示す。図５では、時点２００で溶接起動開始が指示され、時点２０１でアーク発生電流が流れてアークが発生し、その後パルス溶接制御によりパルス波状の溶接電流Ａｗが２回流れ、さらにその後、時点２０２で短絡溶接制御に切り替わっている波形の例を示している。
【００１０】
アーク発生時点である時点２０１では、切り替え部３８からの入力に基づいて、駆動部３４はパルス溶接制御部３７の出力をスイッチング素子４に出力するようになっている。また、切り替え部３８では溶接電流Ａｗが検出された時点２０１からの経過時間をカウントする。その後、予め設定された時間が経過する時点２０２において、パルス溶接制御から短絡溶接制御に切り替えるため、駆動部３４が短絡溶接制御３６の出力をスイッチング素子４に出力するように制御する。
【００１１】
この制御により、アークが発生する時点である時点２０１を時間起点として、切り替え時点である時点２０２となるまでの区間２０３はパルス溶接制御部３７の出力に基づいてパルス制御を行い、溶接ワイヤ（図示せず）の先端の溶滴を母材（図示せず）に離脱移行させる。その後、アーク発生時点である時点２０１から所定の時間が経過して切り替え時点である時点２０２となった時には、切り替え部３８が駆動部３４に対して切り替え指示を行うことで短絡制御部３６の出力がスイッチング素子４に出力され、溶接出力制御はパルス溶接制御から短絡溶接制御に切り替えられる。その後、切り替え時点２０２以降の区間２０４は短絡溶接制御部３６により短絡制御を行う。
【００１２】
以上のように、従来のアークスタート制御方法及びアーク溶接装置は、アークスタート電流が流れた後にパルス制御により少なくとも１つのパルス波状の電流を供給して、母材に最初に形成する溶融プールを、離脱移行によって形成できる。これにより、ワイヤ先端の溶滴は円滑に短絡移行でき、アークが発生してからアークが安定するまでのスパッタの発生及びスパッタの付着を低減できる。
【００１３】
また、上記アーク溶接機とアーク溶接ロボットを組み合わせ、アーク溶接ロボットのアーム先端に電極である溶接ワイヤを搭載し、アークスタート時にアーム先端を引き上げるリフトアップスタート実行時に、上記で示したアークスタート制御を行うこともある。アーク発生時点である時点２０１でリフトアップすることにより、短絡状態で溶接ワイヤが溶融してスパッタとなることを防いでアーク発生時点である時点２０１でのスパッタを低減すると共に、リフトアップすることでワイヤ先端と母材との間の距離を瞬時に得ることができる。すなわち、パルス制御時の溶滴の大きさよりも広い距離を瞬時に得ることができるので、短絡移行とならず、離脱移行を円滑に実施することができ、よりスパッタの発生及び付着を低減することができる。
【００１４】
このように、従来のアーク溶接機における出力制御は、パルス溶接制御によりワイヤ先端から溶滴を離脱移行させて母材に溶融プールを形成させ、これによりアークスタート時のスパッタ発生量の低減に効果を有していた。
【００１５】
溶融プールが形成された場合の溶滴移行について図面を用いて説明する。溶融プールが形成された場合の溶滴移行は、例えば図６（上段は溶滴移行の状態を示し、下段は溶接電流（Ａ）を示す）に示すように、母材５０上の溶融プール５１全体からアーク５２が発生するため広がったアーク５２となり、ワイヤ５３先端部の溶滴５３ａ下部の広い範囲を覆う。そのため、電流密度が低くパルス電流５４のピーク電流５５による電磁ピンチ力の方が大きいので溶滴を押し上げる力の影響が少なくなり、ワイヤ５３先端から溶融プール５１に溶滴は円滑に離脱移行する。なお、ワイヤ５３はチップ５６で保持されて送給される。
【００１６】
しかし、例えば図７（上段は溶滴移行の状態を示し、下段は溶接電流（Ａ）を示す）に示すように、アークスタート初期におけるアーク発生箇所は母材５０には溶融プールがないため、アーク５２は細く集中し、ワイヤ５３先端部の溶滴５３ａ下部の電流密度が高くなり、溶滴５３ａを押し上げる力が働く。この押上げ力は、電磁ピンチ力より大きくなる場合が多いので、大きな溶滴５３ａは母材５０の方向に移行するのではなく、母材５０の方向とは異なる方向へ押し上げられる。したがって、溶滴５３ａがワイヤ５３先端から離脱する場合には、図７に示すようにスパッタ５３ｂとなって飛散する場合もある。スパッタ５３ｂが飛散してしまうと、母材５０に付着してとれなくなる状態が発生する。つまり、スパッタ５３ｂの発生量は、従来の制御においても低減できたが、上記押し上げ力により発生する場合があるスパッタ５３ｂに対する対応としては十分ではなく、大きなスパッタ５３ｂが発生して母材５０に付着する場合があるといった課題が残っている。
【００１７】
本発明は、アークが発生してからアークが安定するまでのスパッタ発生量を低減するアークスタート制御方法及びアーク溶接装置を提供する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１８】
【特許文献１】特開２００６−１１６５６１号公報
【発明の概要】
【００１９】
本発明のアーク溶接制御方法は、消耗電極である溶接ワイヤと被溶接物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であって、溶接の開始を指示した時点から、または、溶接の開始を指示した後のある時点から、所定の周波数と振幅で正送と逆送を周期的に繰り返すワイヤ送給速度で溶接ワイヤの送給を行い、その後にワイヤ送給速度を一定速度に切り替えて溶接を行う構成を備える。
【００２０】
また、本発明のアーク溶接装置は、消耗電極である溶接ワイヤと被溶接物との間でアークを発生させて溶接を行うアーク溶接装置であって、溶接出力を制御するスイッチング素子と、溶接電圧を検出する溶接電圧検出部と、溶接電流を検出する溶接電流検出部と、設定電流および設定電圧を設定するための溶接条件設定部と、溶接電圧検出部の出力に基づいて溶接ワイヤと被溶接物との間が短絡状態であるのかアーク状態であるのかを検出する短絡／アーク検出部とを備える。さらに本発明のアーク溶接装置は、溶接の開始を指示するための溶接開始指示部と、溶接の開始以降に溶接ワイヤと被溶接物が接触することにより流れる電流を検出した時点を起点として所定時間をカウントする計時部と、短絡／アーク検出部の出力と計時部の出力を入力としてワイヤ送給速度を制御するワイヤ送給速度制御部と、短絡／アーク検出部の出力と溶接ワイヤ送給速度に応じて溶接電流または溶接電圧の出力制御を行う出力制御部とを備える。さらに本発明のアーク溶接装置は、溶接開始指示部により溶接の開始を指示した時点から、または、溶接の開始を指示した後のある時点から、所定の周波数と振幅で正送と逆送を周期的に繰り返すワイヤ送給速度で溶接ワイヤの送給を行い、その後にワイヤ送給速度を一定速度に切り替えて溶接を行う構成を備える。
【００２１】
このような構成によれば、アークスタートにおいて、所定の周波数と振幅でワイヤ送給速度を正送と逆送に周期的に繰り返してワイヤ送給速度を制御することで、電磁ピンチ力によらずに強制的に短絡を開放することができ、大きなスパッタだけでなくスパッタの発生量も低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明の実施の形態１におけるアーク溶接装置の概略構成を示す図
【図２】本発明の実施の形態１における溶接電流と溶接電圧とワイヤ送給速度の波形を示す図
【図３】本発明の実施の形態２における溶接電流と溶接電圧とワイヤ送給速度の波形を示す図
【図４】従来のアーク溶接装置の概略構成を示す図
【図５】従来のアーク溶接における溶接電流と溶接電圧とワイヤ送給速度の波形を示す図
【図６】従来のアーク溶接における母材に溶融プールが有る場合の溶滴の挙動を示す図
【図７】従来のアーク溶接における母材に溶融プールが無い場合の溶滴の挙動を示す図
【発明を実施するための形態】
【００２３】
（実施の形態１）
図１に、本実施の形態におけるアーク溶接装置の概略構成を示す。図１において、溶接電源１４は、主変圧器２と、一次側整流素子３と、スイッチング素子４と、リアクトル５と、二次側整流素子６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１３と、計時部２０を備えている。
【００２４】
一次側整流素子３は、入力電源１の出力を整流して出力する。スイッチング素子４は、一次整流素子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２は、スイッチング素子４の交流出力を変換する。主変圧器２の出力は、主変圧器２の二次側出力を整流する二次側整流素子６とリアクトル５を介して溶接出力として出力される。溶接電圧検出部９は溶接電圧を検出し、溶接電流検出部８は溶接電流を検出する。
【００２５】
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ワイヤと母材が接触して短絡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、スイッチング素子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１３は、ワイヤ送給部１９を制御してワイヤ１６の送給速度を制御する。計時部２０は、アークスタート開始から所定時間ｔ１をカウントする。なお、アークスタートの開始とは、溶接開始指示部２１により溶接が開始され、ワイヤ１６が母材１５へ向けて送給され、また、ワイヤ１６と母材１５との間に電圧が印加され、ワイヤ１６と母材１５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。
【００２６】
なお、溶接装置が、溶接電源１４とワイヤ送給部１９と図示しない溶接用トーチ等から構成される場合には、溶接開始指示部２１は、溶接用トーチのトーチスイッチ等となる。また、溶接装置が、溶接電源１４とワイヤ送給部１９と図示しない溶接用トーチを保持する図示しない産業用ロボットと産業用ロボットに教示等を行うための図示しないティーチングペンダント等から構成される場合には、溶接開始指示部２１は、ティーチングペンダントに設けられたスイッチ等となる。
【００２７】
有線あるいは無線により溶接電源１４と通信可能に接続された溶接条件設定部１２は、溶接電流や溶接電圧等を設定するためのものである。なお、溶接電源１４の２つの出力端子１４ａ、１４ｂのうちの一方の出力端子１４ａは、ワイヤ１６を保持するチップ１８に接続され、チップ１８を介してワイヤ１６に電力が供給される。また、溶接電源１４の２つの出力端子１４ａ、１４ｂのうちの他方の出力端子１４ｂは母材１５に接続され、母材１５に電力が供給される。ワイヤ１６の先端部と母材１５との間でアーク１７が発生する。なお、ワイヤ送給部１９は、ワイヤ１６を保存するワイヤ保存部１６ａからワイヤ１６をチップ１８に向けて送給する。
【００２８】
次に、図２を用いて、本実施の形態のアーク溶接装置におけるワイヤ送給速度Ｗｆと溶接電圧Ｖｗと溶接電流Ａｗについて説明する。図２は、ワイヤ送給速度Ｗｆと溶接電圧Ｖｗと溶接電流Ａｗの波形を示しており、時間の経過に伴って変化する例を示している。
【００２９】
図２において、時点１００でアーク溶接装置の起動（溶接開始指示）が行われる。そして、ワイヤ送給速度制御部１３がワイヤ送給部１９を制御することで、ワイヤ１６は、ワイヤ送給速度Ｗｆに示すように、予め設定された周期と振幅で正送と逆送が行われる。
【００３０】
なお、図２におけるワイヤ送給速度Ｗｆの破線部は、平均ワイヤ送給速度Ｗｆａを示している。この平均ワイヤ送給速度Ｗｆａは、溶接条件設定部１２により設定される溶接電流に応じて決定される。図示しない記憶部に、平均ワイヤ送給速度Ｗｆａと設定溶接電流を対応付けたテーブルまたは式が記憶されており、この記憶部の内容と溶接条件設定部１２により設定される溶接電流とから平均ワイヤ送給速度Ｗｆａが決定される。
【００３１】
時点１０１はアークスタート開始の時点であり、ワイヤ１６と母材１５とが接触して溶接電流が流れると、溶接電流検出部８がこの電流を検出する。これにより、アークスタート開始の時点であることを検出することができる。
【００３２】
時点１０１を時間起点として所定時間ｔ１が経過するまでは、ワイヤ送給速度制御部１３は、予め設定された周期と振幅でワイヤ１６を送給するようにワイヤ送給部１９を制御する。そして、時点１０１からの経過時間を計時する計時部２０は、時点１０１から所定時間ｔ１が経過した時点１０２になったことをワイヤ送給速度制御部１３に出力する。ワイヤ送給速度制御部１３は、所定時間ｔ１が経過した後に、ワイヤ送給速度を周期的なものから一定のワイヤ送給速度Ｗｆ１（一定値）に切り替えてワイヤ送給を制御する。具体的には、所定時間ｔ１の経過後で、ワイヤ送給速度が逆送から正送になり、溶接条件設定部１２で設定された溶接電流に対応して決定される一定のワイヤ送給速度Ｗｆ１になった時点１０２ａから以降は、前記一定のワイヤ送給速度Ｗｆ１でワイヤ１６を送給する。
【００３３】
時点１０１から時点１０２までの所定期間ｔ１中は、ワイヤ送給として正送と逆送が周期的に変化する。従って、ワイヤ１６の正送により強制的にワイヤ１６と母材１５の短絡を発生させ、また、ワイヤ１６の逆送により強制的に短絡を開放してアークを再発生させる。これにより、溶接電流の電磁ピンチ力によらずに短絡を開放することが可能となり、スパッタの発生を低減することができる。
【００３４】
溶滴の移行形態としては、ワイヤ１６の周期的な送給により確実に短絡を発生させることができるので短絡移行となる。故に、従来のパルス制御による離脱移行ではないので、アーク反力の影響を受けることはなく、スパッタの飛散を抑制して溶融プールを形成できる。
【００３５】
なお、出力される溶接電流や溶接電圧は、溶接電圧検出部９の検出値により短絡／アーク検出部１０で短絡状態かアーク状態かを検出し、それぞれの状態に適した溶接電流の波形制御あるいは溶接電圧の波形制御を出力制御部１１により行い、スイッチング素子４を駆動させて溶接出力を制御する。
【００３６】
また、図２では、ワイヤ送給速度の周期的な変化を正弦波状とした例を示しているが、これに限るものではなく、台形波状としてもよいし、周期的に正送と逆送を繰り返す波形であれば、どのような波形でも構わない。
【００３７】
また、所定期間ｔ１の時間は、概ね０．１秒〜２．０秒程度であり、アークスタート初期の段階で溶融プールを形成できる時間があれば問題ない。この所定期間ｔ１は溶接対象毎に予め実験等を行って決定することができる。この所定期間ｔ１は図示しない記憶部に記憶され、溶接条件設定部１２により設定することができる。
【００３８】
ここで、時点１０２以降（本実施の形態では時点１０２ａ）でワイヤ送給速度を周期的な速度から一定速度に切り替える理由について説明する。ワイヤ送給速度を周期的に変化させて溶接した場合のビード形状は、ワイヤ送給速度を一定にして溶接した場合に比べて溶け込み深さが浅くビード幅も狭い。そのため、定常溶接条件（本溶接条件）として使用できない母材や溶接箇所が存在する場合が多い。従って、このような母材や溶接箇所を溶接する場合には、ワイヤ送給速度Ｗｆの形態を切り替える必要がある。
【００３９】
なお、出力する溶接電流や溶接電圧は、ワイヤ送給速度Ｗｆを周期的に変化させた場合の波形制御とは別に、ワイヤ送給速度を一定とした場合に適した波形制御が、短絡状態あるいはアーク状態に応じて行われる。
【００４０】
なお、図２では、周期的なワイヤ送給速度の場合も、一定のワイヤ送給速度の場合も、短絡溶接を行う例を示している。
【００４１】
なお、図２では、溶接開始を指示した時点１００から周期的なワイヤ送給速度とする例を示したが、溶接開始が指示されてワイヤ１６と母材１５が接触した時点１０１（すなわち、ワイヤ１６と被溶接物である母材１５との接触を検出した時点１０１）から周期的なワイヤ送給速度とするようにしても良い。そして、周期的なワイヤ送給速度とするまでは、周期的なワイヤ送給速度よりも小さく１０２ａ以降のワイヤ送給速度よりも低い例えば時点１００から時点１０１までの或る一定のワイヤ送給速度Ｗｆ２としても良い。
【００４２】
または、時点１０１で溶接開始が指示されて時点１０１でワイヤ１６と母材１５が接触してアークが発生した後の１回目の短絡が発生した時点１０４から周期的なワイヤ送給速度とするようにしても良い。この場合、周期的なワイヤ送給速度は、逆送から開始することが望ましい。その理由は、短絡時に逆送とすることで短絡開放を早期に実現することができるからである。
【００４３】
あるいは、時点１０１で溶接開始が指示されて時点１０１でワイヤ１６と母材１５が接触してアークが発生した後の１回目の短絡開放が発生した時点１０４ａから周期的なワイヤ送給速度とするようにしても良い。この場合、周期的なワイヤ送給速度は、正送から開始することが望ましい。その理由は、短絡開放時に正送とすることで短絡を早期に実現することができるからである。
【００４４】
（実施の形態２）
本実施の形態において、実施の形態１と同様の箇所については同一の符号を付して詳細な説明を省略する。実施の形態１と異なる主な点は、所定時間ｔ１が経過した後にパルス溶接を行うようにした点である。
【００４５】
本実施の形態について、図１と図３を用いて説明する。計時部２０が時点１０１から所定期間ｔ１が経過したことを計時すると、時点１０２で、計時部２０から所定期間ｔ１が経過したことを示す信号を受信したワイヤ送給速度制御部１３は、周期的な正送及び逆送のワイヤ送給制御から一定のワイヤ送給速度Ｗｆ１（一定値）のワイヤ制御に切り替える制御を行う。具体的には、所定時間ｔ１の経過後で、ワイヤ送給速度が逆送から正送になり、溶接条件設定部１２で設定された溶接電流に対応して決定される一定のワイヤ送給速度Ｗｆ１になった時点１０２aから以降は、一定のワイヤ送給速度Ｗｆ１でワイヤ１６を送給する。
【００４６】
なお、所定時間ｔ１が経過した時点１０２で周期的なワイヤ送給速度が正送であった場合、周期的なワイヤ送給を継続し、正送から逆送になりさらに正送になってから（すなわち、例えば、時点１０２から１周期分周期的にワイヤを送給してから）一定のワイヤ送給速度Ｗｆ１とする。
【００４７】
次に、溶接出力の切り替えについて説明する。図３に示すように、ワイヤ送給状態が時点１０３の正送開始点に到達すると、出力制御部１１は、溶接出力を短絡制御からパルス制御に切り替え、以後はパルス出力制御を行う。このように、ワイヤ送給状態が正送の状態でパルス溶接に切り替えることにより、パルス溶接に切り替える際にもスパッタの発生及び付着を防止することが可能となる。その理由は、逆送でパルス溶接を行って溶滴を離脱移行させると、ワイヤ１６の先端に形成される溶滴が逆送方向へ移動され易くなる。すなわち、溶滴が母材１５から離れる方向へ移動され易くなり、スパッタと成り易くなる。従って、溶滴がスパッタとならないように、正送でパルス溶接を行って溶接を離脱移行させることが望ましい。
【００４８】
なお、逆送から正送になる時点１０３でワイヤ送給を一旦停止させて１パルス出力し、溶滴を離脱させてアーク長を確保してから正送を開始するようにしても良い。
【００４９】
以上のように構成されたアーク溶接装置のアークスタートの制御方法について説明する。母材１５の板厚が例えば３ｍｍを超えるような場合、良好な溶接を行うには溶け込み及びビード幅が必要となるため、時点１０２以降でパルス溶接に切り替えることが必要となる。この場合、図３に示すように、時点１０２の切り替えタイミングに到達してワイヤ送給速度が逆送から加速して正送になる時点１０３の正送開始点からパルスを印加することで、スパッタを低減することが可能となる。逆送中にパルスを出力するとワイヤを引き上げる方向に力が作用しているのでワイヤを引き上げる方向に溶滴が離脱してしまい溶融プールに離脱せずに外部に飛散するからである。
【００５０】
また、図２及び図３では時点１００の溶接開始指示（溶接起動）からワイヤ送給速度を周期的に正送及び逆送している。しかし、周期的なワイヤ送給速度よりも小さく時点１０２ａ以降のワイヤ送給速度Ｗｆ１よりも低い、例えば時点１００から時点１０１までの低い所定の低い一定値Ｗｆ２に制御して時点１０１で電流検出した後、アーク溶接ロボットのアーム先端を引き上げるリフトアップスタートを実行し、その後、所定の周期でワイヤ送給速度を正送及び逆送制御するようにしてもよい。
【産業上の利用可能性】
【００５１】
本発明は、アークスタート時のスパッタ発生及びスパッタ付着を低減して溶接作業の生産性を向上することができるので、特に、消耗電極を用いたアークスタート制御を行うアーク溶接制御方法およびアーク溶接装置として有用である。
【符号の説明】
【００５２】
１    入力電源
２    主変圧器
３    一次側整流素子
４    スイッチング素子
５    リアクトル
６    二次側整流素子
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    溶接条件設定部
１３    ワイヤ送給速度制御部
１４    溶接電源
１４ａ，１４ｂ    出力端子
１５    母材
１６    ワイヤ
１６ａ    ワイヤ保存部
１７    アーク
１８    チップ
１９    ワイヤ送給部
２０    時計部
２１    溶接開始指示部
【手続補正２】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
消耗電極である溶接ワイヤと被溶接物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であって、
前記溶接の開始を指示した時点から、または、前記溶接の開始を指示した後のある時点から、所定の周波数と振幅で正送と逆送を周期的に繰り返すワイヤ送給速度で前記溶接ワイヤの送給を行い、その後に前記ワイヤ送給速度を一定速度に切り替えて溶接を行うアーク溶接制御方法。
【請求項２】
前記溶接の開始を指示した後のある時点が、前記溶接の開始を指示して前記溶接ワイヤと前記被溶接物との接触を検出した時点である請求項１記載のアーク溶接制御方法。
【請求項３】
前記溶接の開始を指示した時点から、または、前記溶接の開始を指示して前記溶接ワイヤと前記被溶接物との接触を検出した時点から、所定時間が経過した後で、かつ、前記周期的なワイヤ送給速度が逆送から正送になり、前記周期的なワイヤ送給速度が溶接電流の設定値に応じて決定される前記一定速度の正送の前記ワイヤ送給速度に達した時点から前記一定速度で前記溶接ワイヤの送給を行う請求項２記載のアーク溶接制御方法。
【請求項４】
前記溶接の開始を指示した時点から、または、前記溶接の開始を指示して前記溶接ワイヤと前記被溶接物との接触を検出した時点から、所定時間が経過した後で、かつ、周期的なワイヤ送給速度が逆送から正送になった正送期間内でパルス溶接を開始する請求項２記載のアーク溶接制御方法。
【請求項５】
前記溶接の開始を指示して前記溶接ワイヤと前記被溶接物との接触後に発生したアークの後の１回目の短絡が発生した時点から、前記所定の周波数と振幅で正送と逆送を周期的に繰り返すワイヤ送給速度で前記溶接ワイヤの送給を行い、その後に前記ワイヤ送給速度を一定速度に切り替えて溶接を行う請求項２記載のアーク溶接制御方法。
【請求項６】
前記周期的に繰り返すワイヤ送給速度は、逆送から開始される請求項５記載のアーク溶接制御方法。
【請求項７】
前記溶接の開始を指示して前記溶接ワイヤと前記被溶接物との接触後に発生したアークの後の１回目の短絡が開放した時点から、前記所定の周波数と振幅で正送と逆送を周期的に繰り返すワイヤ送給速度で前記溶接ワイヤの送給を行い、その後に前記ワイヤ送給速度を一定速度に切り替えて溶接を行う請求項２記載のアーク溶接制御方法。
【請求項８】
前記周期的に繰り返すワイヤ送給速度は、正送から開始される請求項７記載のアーク溶接制御方法。
【請求項９】
前記所定の周波数と振幅で正送と逆送を周期的に繰り返すワイヤ送給速度の平均ワイヤ送給速度は、前記溶接電流の設定値に応じて決定される請求項１記載のアーク溶接制御方法。
【請求項１０】
消耗電極である溶接ワイヤと被溶接物との間でアークを発生させて溶接を行うアーク溶接装置であって、
溶接出力を制御するスイッチング素子と、
溶接電圧を検出する溶接電圧検出部と、
溶接電流を検出する溶接電流検出部と、
設定電流および設定電圧を設定するための溶接条件設定部と、
前記溶接電圧検出部の出力に基づいて前記溶接ワイヤと前記被溶接物との間が短絡状態であるのかアーク状態であるのかを検出する短絡／アーク検出部と、
前記溶接の開始を指示するための溶接開始指示部と、
前記溶接の開始以降に前記溶接ワイヤと前記被溶接物が接触することにより流れる電流を検出した時点を起点として所定時間をカウントする計時部と、
前記短絡／アーク検出部の出力と前記計時部の出力を入力として前記ワイヤ送給速度を制御するワイヤ送給速度制御部と、
前記短絡／アーク検出部の出力と前記溶接ワイヤ送給速度に応じて前記溶接電流または前記溶接電圧の出力制御を行う出力制御部とを備え、
前記溶接開始指示部により前記溶接の開始を指示した時点から、または、前記溶接の開始を指示した後のある時点から、所定の周波数と振幅で正送と逆送を周期的に繰り返す前記ワイヤ送給速度で前記溶接ワイヤの送給を行い、その後に前記ワイヤ送給速度を一定速度に切り替えて溶接を行うアーク溶接装置。
【請求項１１】
前記溶接の開始を指示した後のある時点が、前記溶接の開始を指示して前記溶接ワイヤと前記被溶接物との接触を検出した時点である請求項１０記載のアーク溶接装置。
【請求項１２】
前記溶接の開始を指示した時点から、または、前記溶接の開始を指示して溶接ワイヤと前記被溶接物との接触を検出した時点から、所定時間が経過した後で、かつ、前記周期的なワイヤ送給速度が逆送から正送になり、前記周期的なワイヤ送給速度が前記溶接電流の設定値に応じて決定される前記一定速度の正送の前記ワイヤ送給速度に達した時点から前記一定速度で前記溶接ワイヤの送給を行う請求項１１記載のアーク溶接装置。
【手続補正３】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】全図
【補正方法】変更
【補正の内容】
【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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【国際調査報告】
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