(57)【要約】溶接出力電圧と溶接出力電流の関係を示す所定の傾きの出力特性を有する溶接装置の溶接制御方法であって、初期溶接設定電圧と溶接出力電圧との差に応じて、初期溶接設定電圧よりも高い目標溶接設定電圧を設定することで、溶接出力電圧が目標溶接設定電圧となるように制御する。これにより、溶接作業者の手振れ等によるアーク長の変化を修正し早期に適正なアーク長を実現する。
2010109759.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
溶接出力電圧と溶接出力電流の関係を示す所定の傾きの出力特性を有する溶接装置の溶接制御方法であって、
初期溶接設定電圧と前記溶接出力電圧との差に応じて、前記初期溶接設定電圧よりも高い目標溶接設定電圧を設定し、または、前記初期溶接設定電圧よりも低い前記目標溶接設定電圧を設定することで、前記溶接出力電圧が前記目標溶接設定電圧となるように制御する溶接制御方法。
【請求項２】
前記溶接出力電圧が前記初期溶接設定電圧より高い場合には、前記目標溶接設定電圧を低くする方向へ変更し、前記溶接出力電圧が前記初期溶接設定電圧より低い場合には、前記目標溶接設定電圧を高くする方向へ変更する請求項１記載の溶接制御方法。
【請求項３】
前記目標溶接設定電圧は、前記初期溶接設定電圧と前記溶接出力電圧との差よりも小さい量だけ前記初期溶接設定電圧から大きくした、または、小さくした値である請求項１記載の溶接制御方法。
【請求項４】
溶接出力電圧と溶接出力電流の関係を示す所定の傾きの出力特性を有する溶接装置の溶接制御方法であって、
溶接中のある時点のパルスの直前のパルス溶接出力電圧と前記直前のパルスの前に出力した複数のパルス溶接出力電圧との差に応じて、初期溶接設定電圧よりも高い目標溶接設定電圧を設定し、または、前記初期溶接設定電圧よりも低い前記目標溶接設定電圧を設定することで、前記溶接出力電圧が前記目標溶接設定電圧となるように制御する溶接制御方法。
【請求項５】
前記溶接中のある時点のパルスの直前のパルス溶接出力電圧の平均値と前記直前のパルスの前に出力した複数のパルス溶接出力電圧の平均値との差に応じて、前記目標溶接設定電圧を設定する請求項４記載の溶接制御方法。
【請求項６】
前記溶接中のある時点のパルスの直前のパルス溶接出力電圧の平均値が、前記直前のパルスの前に出力した複数のパルス溶接出力電圧の平均値より高い場合には前記目標溶接設定電圧を前記初期溶接設定電圧より低くし設定し、低い場合には目標溶接設定電圧を前記初期溶接設定電圧より高く設定する請求項４記載の溶接制御方法。
【請求項７】
前記目標溶接設定電圧の変更とともにパルス溶接ベース電流とピーク電流の少なくとも一方の大きさを変更する請求項１から６のいずれか１項に記載の溶接制御方法。
【請求項８】
前記目標溶接設定電圧に対して前記溶接出力電圧が低い場合には、前記パルス溶接ピーク電流のピーク電流値を増加させる、および、前記パルス溶接ベース電流のベース電流値を増加させる、のうち少なくとも一方を行なう請求項７記載の溶接制御方法。
【請求項９】
溶接出力電圧と溶接出力電流の関係を示す所定の傾きの出力特性を有する溶接装置の溶接制御方法であって、
初期溶接設定電流と溶接出力電流との差に応じて、前記初期溶接設定電圧よりも高い目標溶接設定電流を設定し、または、前記初期溶接設定電流よりも低い目標溶接設定電流を設定することで、前記溶接出力電流が前記目標溶接設定電流となるように制御する溶接制御方法。
【請求項１０】
前記溶接出力電流が前記初期溶接設定電流より高い場合には、前記目標溶接設定電流を前記初期溶接設定電流よりも低くする方向へ変更し、前記溶接出力電流が前記初期溶接設定電流より低い場合には、前記目標溶接設定電流を高くする方向へ変更する請求項９記載の溶接制御方法。
【請求項１１】
前記目標溶接設定電流は、前記初期溶接設定電流と前記溶接出力電流との差よりも小さい量だけ前記初期溶接設定電流から大きくした、または、小さくした値である請求項９記載の溶接制御方法。
【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にアークを発生させて溶接を行うアーク溶接の溶接制御方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、溶接業界では溶接作業の生産性向上や溶接品質向上の要求が高まってきている。特に自動車や自動二輪業界では、短時間にこれまでよりも多くの被溶接物（以下、ワークという）を生産することで生産効率を高め、１ワーク当たりの生産コストを低減し、また、溶接ビードの欠落や穴あき等の不良品の発生を低減させ、良品率を向上するという要求が高まっている。これに対応するためには、溶接中のアーク長を安定化することが極めて重要である。【０００３】
しかし、ワークの位置ズレの発生やワークの精度が良くないと、ワーク間に介在するギャップ等により、ワイヤの突出し長さが変化してアーク長が変化する。また、溶接作業者の手振れ等によってもアーク長が変化する。これらのような外乱によってアーク長が変化するため、溶接品質を向上することができなくなっている。【０００４】
消耗電極式アーク溶接において、上述した内容を含む種々の外乱によって発生するアーク長の変化に対応するための、溶接電源装置の出力特性が従来から複数知られている。【０００５】
その１つが、図５の実線に示すように、出力電流が高くなるに伴い出力電圧が低下する右下がりの特性である。この特性によって、アーク長の自己制御作用が働き、アーク長が一定になるというものである。低下傾度は１Ｖ〜３Ｖ／１００Ａ程度が一般的であるが、溶接法や溶接ワイヤ等によっては、０Ｖ／１００Ａの場合もあれば、１０Ｖ／１００Ａ程度の傾度で低下する場合もある。【０００６】
図５において、出力電流がＡ１であり出力電圧がＶ１である溶接条件で溶接している状態（Ｐ１）から、例えば外乱によってアーク長が短くなった場合、出力電流はＡ１からＡ２に高くなり、出力電圧はＶ１からＶ２へと低くなり、出力特性上のＰ１からＰ２に移動する。しかし、出力電流が高くなることでワイヤの溶融量が増加し、アーク長が徐々に長くなってＰ１に戻っていくというのが自己制御作用である。【０００７】
詳細には、定電圧特性の溶接電源装置を用いてワイヤを定速送給し、ミグ溶接またはマグ溶接を行うとき、アークの長さが自動的に一定値になる現象があり、これを自己制御作用という。ところが、前述のさまざまな外乱によって発生するアーク長の変化に対して、この自己制御作用では、元のアーク長に戻るまでには時間がかかるという課題があった。【０００８】
また、パルスアーク溶接において、従来の出力制御方法では、外乱によりアーク長の変化が大きい場合、溶接出力電圧と溶接設定電圧の差を用いてベース電流あるいはピーク電流の少なくともいずれか一方を増減するものがある（例えば、特許文献１参照）。この制御方法によりアークが不安定となる場合、つまり外乱によって溶接出力電圧が大きく変動する場合は、その大きな変動量を補正するために、ベース電流あるいはピーク電流を増減することでパルス周波数の変化を抑制することができる。これにより、アーク長を安定化させ、不規則な短絡発生を抑制しスパッタを抑制できる。しかし、この出力制御方法においても元のアーク長に戻すには時間がかかるというという課題があった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開２００４−２３７３４２号公報
【発明の概要】
【００１０】
本発明の溶接制御方法は、溶接出力電圧と溶接出力電流の関係を示す所定の傾きの出力特性を有する溶接装置の溶接制御方法であって、初期溶接設定電圧と溶接出力電圧との差に応じて、初期溶接設定電圧よりも高い目標溶接設定電圧を設定し、または、初期溶接設定電圧よりも低い目標溶接設定電圧を設定することで、溶接出力電圧が目標溶接設定電圧となるように制御する構成を備える。
【００１１】
また、本発明の溶接制御方法は、溶接出力電圧と溶接出力電流の関係を示す所定の傾きの出力特性を有する溶接装置の溶接制御方法であって、溶接中のある時点のパルスの直前のパルス溶接出力電圧と直前のパルスの前に出力した複数のパルス溶接出力電圧との差に応じて、初期溶接設定電圧よりも高い目標溶接設定電圧を設定し、または、初期溶接設定電圧よりも低い目標溶接設定電圧を設定することで、溶接出力電圧が目標溶接設定電圧となるように制御する構成を備える。
【００１２】
また、本発明の溶接制御方法は、溶接出力電圧と溶接出力電流の関係を示す所定の傾きの出力特性を有する溶接装置の溶接制御方法であって、初期溶接設定電流と溶接出力電流との差に応じて、初期溶接設定電流よりも高い目標溶接設定電流を設定し、または、初期溶接設定電流よりも低い目標溶接設定電流を設定することで、溶接出力電流が目標溶接設定電流となるように制御する構成を備える。
【００１３】
かかる構成によれば、外乱によって発生するアーク長の変化に対して、早期にアーク長を安定化させ、安定した溶滴移行を可能とする。これにより、不規則な短絡発生を抑制しスパッタを抑制できるため、生産性向上及び溶接品質向上を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】図１は、本発明の一実施の形態における溶接制御方法が適用される溶接装置を示す概略構成図である。
【図２】図２は、本発明の一実施の形態における溶接電流と溶接電圧の出力特性を示す図である。
【図３】図３は、本発明の一実施の形態における溶接電流と溶接電圧の他の出力特性を示す図である。
【図４】図４は、本発明の一実施の形態における溶接電流波形を示す図である。
【図５】図５は、従来の溶接電流と溶接電圧の出力特性を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
（実施の形態）
以下、本発明の溶接制御方法を実施の形態に基づいて、図面を参照しながら説明する。しかし、本発明は、実施の形態に限定されるものではない。図１は、本発明の一実施の形態における溶接制御方法が適用される溶接装置の一例を示す概略構成図である。
【００１６】
図１に示す溶接装置１は、出力特性を数式として記憶した記憶部７と、初期の溶接条件などを設定する初期条件設定部８と、記憶部７に記憶された出力特性と溶接電圧検出部３からの出力と溶接電流検出部４からの出力と初期条件設定部８からの出力に基づき出力特性を設定する出力特性設定部６と、出力特性設定部６の出力に基づいて出力制御部２を駆動する駆動司令部５とを備えている。
【００１７】
このような構成からなる溶接装置１にて、駆動司令部５からの信号を受けて出力制御部２がインバータ制御またはサイリスタ制御などの出力制御を行うことで、トーチ１１と母材１２との間に電圧・電流を供給し、ワイヤ送給装置１０からトーチ１１に送給された溶接用ワイヤ９と母材１２との間にアーク１３を発生させ、母材１２の溶接を行う。
【００１８】
図２は、本実施の形態における溶接制御方法で溶接した場合の溶接電流と溶接電圧の出力特性を示す図である。図３は、本実施の形態における溶接電流と溶接電圧の他の出力特性を示す図である。なお、図２、図３において、初期溶接設定電流をＡ１、初期溶接設定電圧をＶ１とする。初期溶接設定電流や初期溶接設定電圧は、溶接装置を操作する操作者が、溶接装置に設けられた初期条件設定部８により設定するものである。
【００１９】
また、図２の出力特性Ａと出力特性Ｂと出力特性Ｃ、および図３の出力特性Ｄと出力特性Ｅは、溶接装置１の出力特性を示すものである。そして、出力特性Ａは、初期溶接設定電流Ａ１と初期溶接設定電圧Ｖ１を通る直線状の出力特性であり、基本となる出力特性である。また、出力特性Ｂと出力特性Ｃ、および出力特性Ｄと出力特性Ｅは、後述するように、基本となる出力特性Ａを平行移動した状態の出力特性を示すものである。そして、出力特性は、溶接装置に備えられた記憶部７に数式として記憶されており、出力特性設定部６により切片が変更されることで、傾きを変更せずに平行移動されるものである。
【００２０】
また、図２において、アーク特性Ｋ１とアーク特性Ｋ２とアーク特性Ｋ３とアーク特性Ｋ４は、各々、アーク長Ｌ１とアーク長Ｌ２とアーク長Ｌ３とアーク長Ｌ４となる場合の電流と電圧の関係を示すものである。そして、アーク長Ｌ１は、操作者により設定された初期溶接設定電流や初期溶接設定電圧の場合のアーク長であり、これを適正なアーク長とする。
【００２１】
アーク長Ｌ２は、アーク長Ｌ１より短い。また、アーク長Ｌ３は、アーク長Ｌ２より長くアーク長Ｌ１より短い。また、アーク長Ｌ４は、アーク長Ｌ２およびアーク長Ｌ３より長くアーク長Ｌ１より短い。
【００２２】
また、図３において、アーク特性Ｋ１とアーク特性Ｋ５とアーク特性Ｋ６とアーク特性Ｋ７は、各々、アーク長Ｌ１とアーク長Ｌ５とアーク長Ｌ６とアーク長Ｌ７となる場合の電流と電圧の関係を示すものである。そして、アーク長Ｌ１は、図２と同様に、操作者により設定された初期溶接設定電流や初期溶接設定電圧の場合のアーク長であり、これを適切なアーク長とする。
【００２３】
アーク長Ｌ５は、アーク長Ｌ１より長い。また、アーク長Ｌ６は、アーク長Ｌ５より短くアーク長Ｌ１より長い。また、アーク長Ｌ７は、アーク長Ｌ５及びアーク長Ｌ６より短くアーク長Ｌ１より長い。
【００２４】
以下、本実施の形態の溶接制御方法について説明する。なお、本来は、初期溶接設定電流と初期溶接設定電圧となるように溶接出力を制御して適正なアーク長で溶接を行うことが基本である。しかし、何らかの影響でアーク長が適正な長さでなくなった場合には、後述するような制御を行って、アーク長を早期に適正なアーク長にするものである。
【００２５】
まず、何らかの影響でアーク長が適正な長さから短くなった場合を図２を用いて説明する。
【００２６】
図２に示すように、溶接出力電流が初期溶接設定電流Ａ１と略同一値であり、溶接出力電圧が初期溶接設定電圧Ｖ１と略同一値で溶接している状態Ｐ１（適正なアーク長Ｌ１とする）から、例えば手振れなどの外乱によってアーク長が短くなった（短いアーク長Ｌ２とする）場合、出力特性Ａとアーク特性Ｋ１との交点である状態Ｐ１から出力特性Ａとアーク特性Ｋ２との交点である状態Ｐ２へと移動する。これにより、溶接出力電流はＡ１からＡ２へと高くなり、溶接出力電圧はＶ１からＶ２へと低くなる。この場合、アーク長は、アーク特性Ｋ１に基づく適正なアーク長Ｌ１から、アーク長Ｌ１よりも短いアーク特性Ｋ２に基づくアーク長Ｌ２になっている。この短いアーク長Ｌ２の状態から適正なアーク長Ｌ１に戻す場合、背景技術で説明したような自己制御作用におけるアーク長の復帰、すなわち、出力特性Ａ上を状態が移動する復帰では、復帰までに時間がかかる。
【００２７】
そのため、本実施の形態の溶接制御方法では、初期溶接設定電圧Ｖ１と、それより低くなった溶接出力電圧Ｖ２との差に応じて目標溶接設定電圧を高くする。すなわち、出力特性を平行移動している。そして、目標溶接設定電圧になるように溶接出力を制御する。このように、溶接出力電圧と溶接出力電流を高くすることで積極的にワイヤ６を含む溶接部に入熱を与えてワイヤ６の溶融を増加させて早期に適正なアーク長Ｌ１となるようにする。
【００２８】
なお、目標溶接設定電圧は、初期溶接設定電圧Ｖ１と溶接出力電圧との差だけ初期溶接設定電圧Ｖ１から大きくした値としてもよい。また、初期溶接設定電圧Ｖ１と溶接出力電圧との差よりも小さい量だけ初期溶接設定電圧Ｖ１から大きくした値としてもよい。あるいは、初期溶接設定電圧Ｖ１と溶接出力電圧との差よりも大きい量だけ初期溶接設定電圧Ｖ１から大きくした値としてもよい。
【００２９】
例えば、初期溶接設定電圧Ｖ１と溶接出力電圧との差に応じて目標溶接設定電圧を初期溶接設定電圧Ｖ１より高いＶ３へと変更し（Ｖ３＝Ｖ１＋△Ｖ３）、これに伴い出力特性を出力特性Ａから出力特性Ｂに変化させる。これにより、出力特性Ａ上の状態Ｐ２から出力特性Ｂ上の状態Ｐ３’を経由して状態Ｐ３に移動する。したがって、溶接出力電流はＡ２からＡ３に増加し、溶接出力電圧はＶ２からＶ３’に増加する。アーク長は、Ｌ２からＬ２よりも長いＬ３へ短い時間で長くなり、適正な状態Ｐ１におけるアーク長Ｌ１に近づく。
【００３０】
次に、初期溶接設定電圧Ｖ１と溶接出力電圧との差に応じて目標溶接設定電圧をＶ３からＶ４に変更し（Ｖ４＝Ｖ１＋△Ｖ４）、出力特性を出力特性Ｂから出力特性Ｃに変化させる。これにより、出力特性Ｂ上の状態Ｐ３から出力特性Ｃ上の状態Ｐ４’を経由して状態Ｐ４に移動する。したがって、溶接出力電流はＡ３からＡ４に低下し、溶接出力電圧はＶ３’からＶ４’に増加する。アーク長は、Ｌ３からＬ３よりも長いＬ４へ短い時間で長くなり、適正な状態Ｐ１のアーク長Ｌ１へさらに近づく。
【００３１】
上記一連の動作において、出力特性を出力特性Ａのまま変化させない場合と比較して、出力特性を出力特性Ｂへさらに出力特性Ｃへと変化させた場合、溶接出力電圧と溶接出力電流を高めて入熱を高めているのでアーク長がＬ２からＬ３へ、さらにＬ４へと短い時間で長くなる。このようにして、出力特性が出力特性Ａに近づくように出力特性の平行移動を複数回繰り返してアーク長を適正なアーク長Ｌ１に近づけていく。すなわち、出力特性Ｃから図示していない別の複数の出力特性への平行移動を複数回繰り返す。しかし、1回の平行移動で適正なアーク長に近づけてもよい。
【００３２】
このように、出力特性の変化を繰り返すことで、出力特性を出力特性Ａから変化させない図５の場合と比較して、出力特性を出力特性Ａから出力特性Ｂさらに出力特性Ｃのように複数回変化させた場合の方が、より早く適正な状態Ｐ１のアーク長Ｌ１に復帰することができる。
【００３３】
次に、何らかの影響でアーク長が適正な長さから長くなった場合を図３を用いて説明する。
【００３４】
この場合の制御は前述の逆に制御すれば良い。すなわち、図３に示すように、溶接出力電流が初期溶接設定電流Ａ１と略同一値であり、溶接出力電圧が初期溶接設定電圧Ｖ１と略同一値で溶接している状態Ｐ１（適正なアーク長Ｌ１とする）から、例えば手振れなどの外乱によってアーク長が長くなった（長いアーク長Ｌ５とする）場合、出力特性Ａとアーク特性Ｋ１との交点である状態Ｐ１から出力特性Ａとアーク特性Ｋ５との交点である状態Ｐ７へと移動する。これにより、溶接出力電流はＡ１からＡ５へと低くなり、溶接出力電圧はＶ１からＶ５へと高くなる。この場合、アーク長は、アーク特性Ｋ１に基づく適正なアーク長Ｌ１から、アーク長Ｌ１よりも長いアーク特性Ｋ５に基づくアーク長Ｌ５になっている。この長いアーク長Ｌ５の状態から適正なアーク長Ｌ１に戻す場合、背景技術で説明したような自己制御作用におけるアーク長の復帰、すなわち、出力特性Ａ上を状態が移動する復帰では、復帰までに時間がかかる。
【００３５】
そのため、本実施の形態の溶接制御方法では、初期溶接設定電圧Ｖ１と、それより高くなった溶接出力電圧Ｖ５との差に応じて目標溶接設定電圧を低くする。すなわち、出力特性を平行移動している。そして、目標溶接設定電圧になるように溶接出力を制御する。このように、溶接出力電圧と溶接出力電流を低くすることで積極的にワイヤ６を含む溶接部に与える入熱を抑えてワイヤ６の溶融を減少させ、早期に適正なアーク長Ｌ１となるようにする。
【００３６】
なお、目標溶接設定電圧は、初期溶接設定電圧Ｖ１と溶接出力電圧との差だけ初期溶接設定電圧Ｖ１から小さくした値としてもよい。また、初期溶接設定電圧Ｖ１と溶接出力電圧との差よりも小さい量だけ初期溶接設定電圧Ｖ１から小さくした値としてもよい。あるいは、初期溶接設定電圧Ｖ１と溶接出力電圧との差よりも大きい量だけ初期溶接設定電圧Ｖ１から小さくした値としてもよい。
【００３７】
例えば、初期溶接設定電圧Ｖ１と溶接出力電圧との差に応じて目標溶接設定電圧を初期溶接設定電圧Ｖ１より低いＶ６へと変更し（Ｖ６＝Ｖ１−ΔＶ６）、これに伴い出力特性を出力特性Ａから出力特性Ｄに変化させる。これにより、出力特性Ａ上の状態Ｐ７から出力特性Ｄ上の状態Ｐ８’を経由して状態Ｐ８に移動する。したがって、溶接出力電流はＡ５からＡ６に減少し、溶接出力電圧はＶ５からＶ６´に減少する。アーク長は、Ｌ５からＬ５よりも短いＬ６へ短い時間で短くなり、適正な状態Ｐ１におけるアーク長Ｌ１に近づく。
【００３８】
次に、初期溶接設定電圧Ｖ１と溶接出力電圧との差に応じて目標溶接設定電圧をＶ６からＶ７に変更し（Ｖ７＝Ｖ１+ΔＶ７）、出力特性を出力特性Ｄから出力特性Ｅに変化させる。これにより、出力特性Ｄ上の状態Ｐ８から出力特性Ｅ上の状態Ｐ９’を経由して状態Ｐ９に移動する。したがって、溶接出力電流はＡ６からＡ７に増加し、溶接出力電圧はＶ６´からＶ７´に減少する。アーク長は、Ｌ６からＬ６よりも短いＬ７へ短い時間で短くなり、適正な状態Ｐ１のアーク長Ｌ１へさらに近づく。
【００３９】
上記一連の動作において、出力特性を出力特性Ａから変化させない場合と比較して、出力特性を出力特性Ｄへさらに出力特性Ｅへと変化させた場合、溶接出力電圧値と溶接出力電流を低めて入熱を低めているのでアーク長がＬ５からＬ６へ、さらにＬ７へと短い時間で短くなる。このようにして、出力特性が出力特性Ａに近づくように出力特性の平行移動を複数回繰り返してアーク長を適正なアーク長Ｌ１に近づけていく。すなわち、出力特性Ｅから図示していない別の複数の出力特性への平行移動を複数回繰り返す。しかし、１回の平行移動で適正なアーク長に近づけてもよい。
【００４０】
このように、出力特性の変化を繰り返すことで、出力特性を出力特性Ａから変化させない図５の場合と比較して、出力特性を出力特性Ａから出力特性Ｄさらに出力特性Ｅのように複数回変化させた場合の方が、より早く適正な状態Ｐ１のアーク長Ｌ１に復帰することができる。
【００４１】
このように、本実施の形態の溶接制御方法は、前述したように、溶接出力電圧が初期溶接設定電圧より高い場合には、目標溶接設定電圧を低くする方向へ変更し、溶接出力電圧が初期溶接設定電圧より低い場合には目標溶接設定電圧を高くする方向へ変更する。
【００４２】
次に、パルスアーク溶接においてアーク長を調整する場合の例について説明する。この場合も、溶接装置は、溶接出力電圧と溶接出力電流の関係を示す所定の傾きの出力特性を有する。
【００４３】
上記制御をパルスアーク溶接に適用し、ある時点のパルスの直前のパルス溶接電圧出力とこの直前のパルスの前に出力した複数のパルスの溶接電圧出力との差に応じて溶接設定電圧を高くする方向あるいは溶接設定電圧を低くする方向へ変更するようにしても良い。
【００４４】
なお、パルスアーク溶接では、溶接中に複数の溶接パルスを出力するが、あるパルスを出力するに際して、溶接中に前記あるパルスの波形を決定し、その波形を出力するように溶接出力を制御している。
【００４５】
例えば、パルスアーク溶接中におけるある時点を起点として、直前の１パルスの平均電圧とさらにその１パルスの直前の１０パルスの平均電圧を比較し、直前の１パルスの平均電圧が低い場合には、図２の状態Ｐ１から状態Ｐ２に変化した場合と同様であるので、前述したように設定電圧を増加させることで状態Ｐ３に移動させる。そして、これにより、短くなったアーク長Ｌ２からアーク長Ｌ３にアーク長を積極的に長くし、さらに上述したように出力特性の平行移動を繰り返すことで、早期に適正なアーク長Ｌ１に復帰させるようにしてもよい。なお、直前の１パルスの平均電圧が高い場合には、低い場合と逆の制御を行えばよい。
【００４６】
さらに、パルスアーク溶接において、溶接設定電圧の変更とともに、ベース電流とピーク電流の少なくとも一方の大きさを変更するように制御してもよい。
【００４７】
ここで、溶接設定電圧を高くする方法としては、パルス周波数を高くする方法やパルス幅を広くする方法がある。しかし、いずれも、パルス周期中に占める時間の割合が少ないので、溶接出力電圧が変化するのに時間がかかる。特に、パルス周波数を変える場合は電流が低くなることに伴いパルス周期が長くなるので、さらに時間がかかり、アーク長が変化するのに時間がかかる。
【００４８】
例えば、溶接出力電流が１００Ａの場合、パルス周期は約１０ｍｓｅｃ（パルス周波数が概ね１００Ｈｚ）、パルス幅は約２．０ｍｓｅｃ程度である。それぞれが大きく変化しても、パルス周期は±２ｍｓｅｃ、パルス幅は±０．４ｍｓｅｃであり±２０％しか変化しない。一方、ベース電流が流れる時間は８ｍｓｅｃであるため、ベース電流の大きさを調整すると８０％変化する。そして、ピーク電流が流れる時間を合わせると１００％変化させることができ、溶接電圧を大きく変更することが可能となり、アーク長の早期の調整に有効である。
【００４９】
なお、同様の結果をパルス周波数あるいはパルス幅の調整で得るには、±２０％よりもさらに大きくする必要があるが、パルス周波数あるいはパルス幅を大きく変更すると、適正な溶滴移行の状態が乱れる。つまり、スラグや金属粒などのスパッタが増加しアーク不安定の要因となる。このため、溶滴移行を安定したまま、アーク長を元の適正な状態に早期に復帰させる必要がある。これを実現するための制御について図４を用いて説明する。
【００５０】
例えば、あるタイミングＴ１で目標溶接設定電圧に対して溶接出力電圧が低い場合に、次のパルスで目標溶接設定電圧を高くする場合で、次のパルスピーク電流を△ＩＰ増加させる、あるいは、次のベース電流を△ＩＢ増加させる、あるいは、次のパルスピーク電流と次のベース電流の両方を増加させる。これにより、パルス周波数やパルス幅を大きく変化させることはないので、溶滴移行を乱すことがなく、溶接電圧を高めてアーク長を長くできる。これにより、スパッタの増加を抑制し、アーク長を元の適正な状態に早期に復帰させることができる。
【００５１】
次に、電圧に代えて、電流に基づいてアーク長を調整する例について説明する。上記実施の形態では、初期溶接設定電圧と溶接出力電圧との差に応じて目標溶接設定電圧を変更する例を示したが、初期溶接設定電流と溶接出力電流との差に応じて目標溶接設定電流を高くする方向あるいは溶接設定電流を低くする方向へ出力特性を変更するようにしてもよい。
【００５２】
これは、前述した溶接出力電圧の変化に応じて制御するパラメータの対象を初期溶接設定電圧から初期溶接設定電流に置き換えたものである。なお、溶接電圧と溶接電流の関係は１対１で対応しているため、置き換えることは容易であり、電圧の場合と同様の効果を得ることができる。
【００５３】
そして、溶接出力電流が初期溶接設定電流より低い場合には、目標溶接設定電流を高くする方向へ出力特性を変更するように制御し、溶接出力電流が初期溶接設定電流より高い場合には、目標溶接設定電流を低くする方向へ出力特性を変更するように制御する。
【００５４】
以上説明してきたように、本発明は、ワークの位置ズレの発生やワーク精度が良くない場合にワーク間に介在するギャップ等によりアーク長が一定でなくなり変化すること、また、溶接作業者の手振れ等の外乱によって発生するアーク長の変化に対して、早期にアーク長を安定化させ、安定した溶滴移行を可能とする。すなわち、外乱によってアーク長が不安定になっても溶滴移行を安定させた状態で、早期にアーク長を元の適正なアーク長に復帰することができるので、良好なビードを得ることができる。これにより、不規則な短絡発生を抑制しスパッタを抑制できるため、生産性向上及び溶接品質向上を実現することができる。
【産業上の利用可能性】
【００５５】
本発明の溶接制御方法は、安定した溶滴移行の状態で早期にアーク長を安定化させることが可能となるので、不規則な短絡発生を抑制しスパッタを抑制できる。したがって、生産性向上及び溶接品質向上を実現することができるので、アーク溶接を行う溶接制御方法として有用である。
【符号の説明】
【００５６】
１    溶接装置
２    出力制御部
３    溶接電圧検出部
４    溶接電流検出部
５    駆動司令部
６    出力特性設定部
７    記憶部
８    初期条件設定部
９    溶接用ワイヤ
１０    ワイヤ送給装置
１１    トーチ
１２    母材
１３    アーク
【図１】
2010109759.tif 000003
【図２】
2010109759.tif 000004
【図３】
2010109759.tif 000005
【図４】
2010109759.tif 000006
【図５】
2010109759.tif 000007
【手続補正書】
【提出日】平成22年7月16日(2010.7.16)
【手続補正１】
【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】
溶接出力電圧と溶接出力電流の関係を示す所定の傾きの出力特性を有する溶接装置の溶接制御方法であって、
初期溶接設定電圧と前記溶接出力電圧との差に応じて、前記初期溶接設定電圧よりも高い目標溶接設定電圧を設定し、または、前記初期溶接設定電圧よりも低い前記目標溶接設定電圧を設定することで、前記溶接出力電圧が前記目標溶接設定電圧となるように制御し、前記制御を繰り返して前記初期溶接設定電圧になるように制御する溶接制御方法。
【請求項２】
前記溶接出力電圧が前記初期溶接設定電圧より高い場合には、前記目標溶接設定電圧を低くする方向へ変更し、前記溶接出力電圧が前記初期溶接設定電圧より低い場合には、前記目標溶接設定電圧を高くする方向へ変更する請求項１記載の溶接制御方法。
【請求項３】
前記目標溶接設定電圧は、前記初期溶接設定電圧と前記溶接出力電圧との差よりも小さい量だけ前記初期溶接設定電圧から大きくした、または、小さくした値である請求項１記載の溶接制御方法。
【請求項４】
溶接出力電圧と溶接出力電流の関係を示す所定の傾きの出力特性を有する溶接装置の溶接制御方法であって、
溶接中のある時点のパルスの直前のパルス溶接出力電圧と前記直前のパルスの前に出力した複数のパルス溶接出力電圧との差に応じて、初期溶接設定電圧よりも高い目標溶接設定電圧を設定し、または、前記初期溶接設定電圧よりも低い前記目標溶接設定電圧を設定することで、前記溶接出力電圧が前記目標溶接設定電圧となるように制御し、前記制御を繰り返して前記初期溶接設定電圧になるように制御する溶接制御方法。
【請求項５】
前記溶接中のある時点のパルスの直前のパルス溶接出力電圧の平均値と前記直前のパルスの前に出力した複数のパルス溶接出力電圧の平均値との差に応じて、前記目標溶接設定電圧を設定する請求項４記載の溶接制御方法。
【請求項６】
前記溶接中のある時点のパルスの直前のパルス溶接出力電圧の平均値が、前記直前のパルスの前に出力した複数のパルス溶接出力電圧の平均値より高い場合には前記目標溶接設定電圧を前記初期溶接設定電圧より低くし設定し、低い場合には目標溶接設定電圧を前記初期溶接設定電圧より高く設定する請求項４記載の溶接制御方法。
【請求項７】
前記目標溶接設定電圧の変更とともにパルス溶接ベース電流とピーク電流の少なくとも一方の大きさを変更する請求項１から６のいずれか１項に記載の溶接制御方法。
【請求項８】
前記目標溶接設定電圧に対して前記溶接出力電圧が低い場合には、前記パルス溶接ピーク電流のピーク電流値を増加させる、および、前記パルス溶接ベース電流のベース電流値を増加させる、のうち少なくとも一方を行なう請求項７記載の溶接制御方法。
【請求項９】
溶接出力電圧と溶接出力電流の関係を示す所定の傾きの出力特性を有する溶接装置の溶接制御方法であって、
初期溶接設定電流と溶接出力電流との差に応じて、前記初期溶接設定電流よりも高い目標溶接設定電流を設定し、または、前記初期溶接設定電流よりも低い目標溶接設定電流を設定することで、前記溶接出力電流が前記目標溶接設定電流となるように制御し、前記制御を繰り返して前記初期溶接設定電流になるように制御する溶接制御方法。
【請求項１０】
前記溶接出力電流が前記初期溶接設定電流より高い場合には、前記目標溶接設定電流を前記初期溶接設定電流よりも低くする方向へ変更し、前記溶接出力電流が前記初期溶接設定電流より低い場合には、前記目標溶接設定電流を高くする方向へ変更する請求項９記載の溶接制御方法。
【請求項１１】
前記目標溶接設定電流は、前記初期溶接設定電流と前記溶接出力電流との差よりも小さい量だけ前記初期溶接設定電流から大きくした、または、小さくした値である請求項９記載の溶接制御方法。
【手続補正書】
【提出日】平成23年3月16日(2011.3.16)
【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と被溶接物である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の溶接制御方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、溶接業界では溶接作業の生産性向上や溶接品質向上の要求が高まってきている。特に自動車や自動二輪業界では、短時間にこれまでよりも多くの被溶接物（以下、ワークという）を生産することで生産効率を高め、１ワーク当たりの生産コストを低減し、また、溶接ビードの欠落や穴あき等の不良品の発生を低減させ、良品率を向上するという要求が高まっている。これに対応するためには、溶接中のアーク長を安定化することが極めて重要である。
【０００３】
しかし、ワークの位置ズレの発生やワークの精度が良くないと、ワーク間に介在するギャップ等により、ワイヤの突出し長さが変化してアーク長が変化する。また、溶接作業者の手振れ等によってもアーク長が変化する。これらのような外乱によってアーク長が変化するため、溶接品質を向上することができなくなっている。
【０００４】
消耗電極式アーク溶接において、上述した内容を含む種々の外乱によって発生するアーク長の変化に対応するための、溶接電源装置の出力特性が従来から複数知られている。
【０００５】
その１つが、図５の実線に示すように、出力電流が高くなるに伴い出力電圧が低下する右下がりの特性である。この特性によって、アーク長の自己制御作用が働き、アーク長が一定になるというものである。低下傾度は１Ｖ〜３Ｖ／１００Ａ程度が一般的であるが、溶接法や溶接ワイヤ等によっては、０Ｖ／１００Ａの場合もあれば、１０Ｖ／１００Ａ程度の傾度で低下する場合もある。
【０００６】
図５において、出力電流がＡ１であり出力電圧がＶ１である溶接条件で溶接している状態（Ｐ１）から、例えば外乱によってアーク長が短くなった場合、出力電流はＡ１からＡ２に高くなり、出力電圧はＶ１からＶ２へと低くなり、出力特性上のＰ１からＰ２に移動する。しかし、出力電流が高くなることでワイヤの溶融量が増加し、アーク長が徐々に長くなってＰ１に戻っていくというのが自己制御作用である。
【０００７】
詳細には、定電圧特性の溶接電源装置を用いてワイヤを定速送給し、ミグ溶接またはマグ溶接を行うとき、アークの長さが自動的に一定値になる現象があり、これを自己制御作用という。ところが、前述のさまざまな外乱によって発生するアーク長の変化に対して、この自己制御作用では、元のアーク長に戻るまでには時間がかかるという課題があった。
【０００８】
また、パルスアーク溶接において、従来の出力制御方法では、外乱によりアーク長の変化が大きい場合、溶接出力電圧と溶接設定電圧の差を用いてベース電流あるいはピーク電流の少なくともいずれか一方を増減するものがある（例えば、特許文献１参照）。この制御方法によりアークが不安定となる場合、つまり外乱によって溶接出力電圧が大きく変動する場合は、その大きな変動量を補正するために、ベース電流あるいはピーク電流を増減することでパルス周波数の変化を抑制することができる。これにより、アーク長を安定化させ、不規則な短絡発生を抑制しスパッタを抑制できる。しかし、この出力制御方法においても元のアーク長に戻すには時間がかかるというという課題があった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開２００４−２３７３４２号公報
【発明の概要】
【００１０】
本発明の溶接制御方法は、溶接出力電圧と溶接出力電流の関係を示す所定の傾きの出力特性を有する溶接装置の溶接制御方法であって、初期溶接設定電圧と溶接出力電圧との差に応じて、初期溶接設定電圧よりも高い目標溶接設定電圧を設定し、または、初期溶接設定電圧よりも低い目標溶接設定電圧を設定することで、溶接出力電圧が目標溶接設定電圧となるように制御し、この制御を繰り返して初期溶接設定電圧になるように制御する構成を備える。
【００１１】
また、本発明の溶接制御方法は、溶接出力電圧と溶接出力電流の関係を示す所定の傾きの出力特性を有する溶接装置の溶接制御方法であって、溶接中のある時点のパルスの直前のパルス溶接出力電圧と直前のパルスの前に出力した複数のパルス溶接出力電圧との差に応じて、初期溶接設定電圧よりも高い目標溶接設定電圧を設定し、または、初期溶接設定電圧よりも低い目標溶接設定電圧を設定することで、溶接出力電圧が目標溶接設定電圧となるように制御し、この制御を繰り返して初期溶接設定電圧になるように制御する構成を備える。
【００１２】
また、本発明の溶接制御方法は、溶接出力電圧と溶接出力電流の関係を示す所定の傾きの出力特性を有する溶接装置の溶接制御方法であって、初期溶接設定電流と溶接出力電流との差に応じて、初期溶接設定電流よりも高い目標溶接設定電流を設定し、または、初期溶接設定電流よりも低い目標溶接設定電流を設定することで、溶接出力電流が目標溶接設定電流となるように制御し、この制御を繰り返して初期溶接設定電流になるように制御する構成を備える。
【００１３】
かかる構成によれば、外乱によって発生するアーク長の変化に対して、早期にアーク長を安定化させ、安定した溶滴移行を可能とする。これにより、不規則な短絡発生を抑制しスパッタを抑制できるため、生産性向上及び溶接品質向上を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の一実施の形態における溶接制御方法が適用される溶接装置を示す概略構成図
【図２】本発明の一実施の形態における溶接電流と溶接電圧の出力特性を示す図
【図３】本発明の一実施の形態における溶接電流と溶接電圧の他の出力特性を示す図
【図４】本発明の一実施の形態における溶接電流波形を示す図
【図５】従来の溶接電流と溶接電圧の出力特性を示す図
【発明を実施するための形態】
【００１５】
（実施の形態）
以下、本発明の溶接制御方法を実施の形態に基づいて、図面を参照しながら説明する。しかし、本発明は、実施の形態に限定されるものではない。図１は、本発明の一実施の形態における溶接制御方法が適用される溶接装置の一例を示す概略構成図である。
【００１６】
図１に示す溶接装置１は、出力特性を数式として記憶した記憶部７と、初期の溶接条件などを設定する初期条件設定部８と、記憶部７に記憶された出力特性と溶接電圧検出部３からの出力と溶接電流検出部４からの出力と初期条件設定部８からの出力に基づき出力特性を設定する出力特性設定部６と、出力特性設定部６の出力に基づいて出力制御部２を駆動する駆動司令部５とを備えている。
【００１７】
このような構成からなる溶接装置１にて、駆動司令部５からの信号を受けて出力制御部２がインバータ制御またはサイリスタ制御などの出力制御を行うことで、トーチ１１と母材１２との間に電圧・電流を供給し、ワイヤ送給装置１０からトーチ１１に送給された溶接用ワイヤ９と母材１２との間にアーク１３を発生させ、母材１２の溶接を行う。
【００１８】
図２は、本実施の形態における溶接制御方法で溶接した場合の溶接電流と溶接電圧の出力特性を示す図である。図３は、本実施の形態における溶接電流と溶接電圧の他の出力特性を示す図である。なお、図２、図３において、初期溶接設定電流をＡ１、初期溶接設定電圧をＶ１とする。初期溶接設定電流や初期溶接設定電圧は、溶接装置を操作する操作者が、溶接装置に設けられた初期条件設定部８により設定するものである。
【００１９】
また、図２の出力特性Ａと出力特性Ｂと出力特性Ｃ、および図３の出力特性Ｄと出力特性Ｅは、溶接装置１の出力特性を示すものである。そして、出力特性Ａは、初期溶接設定電流Ａ１と初期溶接設定電圧Ｖ１を通る直線状の出力特性であり、基本となる出力特性である。また、出力特性Ｂと出力特性Ｃ、および出力特性Ｄと出力特性Ｅは、後述するように、基本となる出力特性Ａを平行移動した状態の出力特性を示すものである。そして、出力特性は、溶接装置に備えられた記憶部７に数式として記憶されており、出力特性設定部６により切片が変更されることで、傾きを変更せずに平行移動されるものである。
【００２０】
また、図２において、アーク特性Ｋ１とアーク特性Ｋ２とアーク特性Ｋ３とアーク特性Ｋ４は、各々、アーク長Ｌ１とアーク長Ｌ２とアーク長Ｌ３とアーク長Ｌ４となる場合の電流と電圧の関係を示すものである。そして、アーク長Ｌ１は、操作者により設定された初期溶接設定電流や初期溶接設定電圧の場合のアーク長であり、これを適正なアーク長とする。
【００２１】
アーク長Ｌ２は、アーク長Ｌ１より短い。また、アーク長Ｌ３は、アーク長Ｌ２より長くアーク長Ｌ１より短い。また、アーク長Ｌ４は、アーク長Ｌ２およびアーク長Ｌ３より長くアーク長Ｌ１より短い。
【００２２】
また、図３において、アーク特性Ｋ１とアーク特性Ｋ５とアーク特性Ｋ６とアーク特性Ｋ７は、各々、アーク長Ｌ１とアーク長Ｌ５とアーク長Ｌ６とアーク長Ｌ７となる場合の電流と電圧の関係を示すものである。そして、アーク長Ｌ１は、図２と同様に、操作者により設定された初期溶接設定電流や初期溶接設定電圧の場合のアーク長であり、これを適切なアーク長とする。
【００２３】
アーク長Ｌ５は、アーク長Ｌ１より長い。また、アーク長Ｌ６は、アーク長Ｌ５より短くアーク長Ｌ１より長い。また、アーク長Ｌ７は、アーク長Ｌ５及びアーク長Ｌ６より短くアーク長Ｌ１より長い。
【００２４】
以下、本実施の形態の溶接制御方法について説明する。なお、本来は、初期溶接設定電流と初期溶接設定電圧となるように溶接出力を制御して適正なアーク長で溶接を行うことが基本である。しかし、何らかの影響でアーク長が適正な長さでなくなった場合には、後述するような制御を行って、アーク長を早期に適正なアーク長にするものである。
【００２５】
まず、何らかの影響でアーク長が適正な長さから短くなった場合を図２を用いて説明する。
【００２６】
図２に示すように、溶接出力電流が初期溶接設定電流Ａ１と略同一値であり、溶接出力電圧が初期溶接設定電圧Ｖ１と略同一値で溶接している状態Ｐ１（適正なアーク長Ｌ１とする）から、例えば手振れなどの外乱によってアーク長が短くなった（短いアーク長Ｌ２とする）場合、出力特性Ａとアーク特性Ｋ１との交点である状態Ｐ１から出力特性Ａとアーク特性Ｋ２との交点である状態Ｐ２へと移動する。これにより、溶接出力電流はＡ１からＡ２へと高くなり、溶接出力電圧はＶ１からＶ２へと低くなる。この場合、アーク長は、アーク特性Ｋ１に基づく適正なアーク長Ｌ１から、アーク長Ｌ１よりも短いアーク特性Ｋ２に基づくアーク長Ｌ２になっている。この短いアーク長Ｌ２の状態から適正なアーク長Ｌ１に戻す場合、背景技術で説明したような自己制御作用におけるアーク長の復帰、すなわち、出力特性Ａ上を状態が移動する復帰では、復帰までに時間がかかる。
【００２７】
そのため、本実施の形態の溶接制御方法では、初期溶接設定電圧Ｖ１と、それより低くなった溶接出力電圧Ｖ２との差に応じて目標溶接設定電圧を高くする。すなわち、出力特性を平行移動している。そして、目標溶接設定電圧になるように溶接出力を制御する。このように、溶接出力電圧と溶接出力電流を高くすることで積極的にワイヤ６を含む溶接部に入熱を与えてワイヤ６の溶融を増加させて早期に適正なアーク長Ｌ１となるようにする。
【００２８】
なお、目標溶接設定電圧は、初期溶接設定電圧Ｖ１と溶接出力電圧との差だけ初期溶接設定電圧Ｖ１から大きくした値としてもよい。また、初期溶接設定電圧Ｖ１と溶接出力電圧との差よりも小さい量だけ初期溶接設定電圧Ｖ１から大きくした値としてもよい。あるいは、初期溶接設定電圧Ｖ１と溶接出力電圧との差よりも大きい量だけ初期溶接設定電圧Ｖ１から大きくした値としてもよい。
【００２９】
例えば、初期溶接設定電圧Ｖ１と溶接出力電圧との差に応じて目標溶接設定電圧を初期溶接設定電圧Ｖ１より高いＶ３へと変更し（Ｖ３＝Ｖ１＋△Ｖ３）、これに伴い出力特性を出力特性Ａから出力特性Ｂに変化させる。これにより、出力特性Ａ上の状態Ｐ２から出力特性Ｂ上の状態Ｐ３’を経由して状態Ｐ３に移動する。したがって、溶接出力電流はＡ２からＡ３に増加し、溶接出力電圧はＶ２からＶ３’に増加する。アーク長は、Ｌ２からＬ２よりも長いＬ３へ短い時間で長くなり、適正な状態Ｐ１におけるアーク長Ｌ１に近づく。
【００３０】
次に、初期溶接設定電圧Ｖ１と溶接出力電圧との差に応じて目標溶接設定電圧をＶ３からＶ４に変更し（Ｖ４＝Ｖ１＋△Ｖ４）、出力特性を出力特性Ｂから出力特性Ｃに変化させる。これにより、出力特性Ｂ上の状態Ｐ３から出力特性Ｃ上の状態Ｐ４’を経由して状態Ｐ４に移動する。したがって、溶接出力電流はＡ３からＡ４に低下し、溶接出力電圧はＶ３’からＶ４’に増加する。アーク長は、Ｌ３からＬ３よりも長いＬ４へ短い時間で長くなり、適正な状態Ｐ１のアーク長Ｌ１へさらに近づく。
【００３１】
上記一連の動作において、出力特性を出力特性Ａのまま変化させない場合と比較して、出力特性を出力特性Ｂへさらに出力特性Ｃへと変化させた場合、溶接出力電圧と溶接出力電流を高めて入熱を高めているのでアーク長がＬ２からＬ３へ、さらにＬ４へと短い時間で長くなる。このようにして、出力特性が出力特性Ａに近づくように出力特性の平行移動を複数回繰り返してアーク長を適正なアーク長Ｌ１に近づけていく。すなわち、出力特性Ｃから図示していない別の複数の出力特性への平行移動を複数回繰り返す。しかし、1回の平行移動で適正なアーク長に近づけてもよい。
【００３２】
このように、出力特性の変化を繰り返すことで、出力特性を出力特性Ａから変化させない図５の場合と比較して、出力特性を出力特性Ａから出力特性Ｂさらに出力特性Ｃのように複数回変化させた場合の方が、より早く適正な状態Ｐ１のアーク長Ｌ１に復帰することができる。
【００３３】
次に、何らかの影響でアーク長が適正な長さから長くなった場合を図３を用いて説明する。
【００３４】
この場合の制御は前述の逆に制御すれば良い。すなわち、図３に示すように、溶接出力電流が初期溶接設定電流Ａ１と略同一値であり、溶接出力電圧が初期溶接設定電圧Ｖ１と略同一値で溶接している状態Ｐ１（適正なアーク長Ｌ１とする）から、例えば手振れなどの外乱によってアーク長が長くなった（長いアーク長Ｌ５とする）場合、出力特性Ａとアーク特性Ｋ１との交点である状態Ｐ１から出力特性Ａとアーク特性Ｋ５との交点である状態Ｐ７へと移動する。これにより、溶接出力電流はＡ１からＡ５へと低くなり、溶接出力電圧はＶ１からＶ５へと高くなる。この場合、アーク長は、アーク特性Ｋ１に基づく適正なアーク長Ｌ１から、アーク長Ｌ１よりも長いアーク特性Ｋ５に基づくアーク長Ｌ５になっている。この長いアーク長Ｌ５の状態から適正なアーク長Ｌ１に戻す場合、背景技術で説明したような自己制御作用におけるアーク長の復帰、すなわち、出力特性Ａ上を状態が移動する復帰では、復帰までに時間がかかる。
【００３５】
そのため、本実施の形態の溶接制御方法では、初期溶接設定電圧Ｖ１と、それより高くなった溶接出力電圧Ｖ５との差に応じて目標溶接設定電圧を低くする。すなわち、出力特性を平行移動している。そして、目標溶接設定電圧になるように溶接出力を制御する。このように、溶接出力電圧と溶接出力電流を低くすることで積極的にワイヤ６を含む溶接部に与える入熱を抑えてワイヤ６の溶融を減少させ、早期に適正なアーク長Ｌ１となるようにする。
【００３６】
なお、目標溶接設定電圧は、初期溶接設定電圧Ｖ１と溶接出力電圧との差だけ初期溶接設定電圧Ｖ１から小さくした値としてもよい。また、初期溶接設定電圧Ｖ１と溶接出力電圧との差よりも小さい量だけ初期溶接設定電圧Ｖ１から小さくした値としてもよい。あるいは、初期溶接設定電圧Ｖ１と溶接出力電圧との差よりも大きい量だけ初期溶接設定電圧Ｖ１から小さくした値としてもよい。
【００３７】
例えば、初期溶接設定電圧Ｖ１と溶接出力電圧との差に応じて目標溶接設定電圧を初期溶接設定電圧Ｖ１より低いＶ６へと変更し（Ｖ６＝Ｖ１−ΔＶ６）、これに伴い出力特性を出力特性Ａから出力特性Ｄに変化させる。これにより、出力特性Ａ上の状態Ｐ７から出力特性Ｄ上の状態Ｐ８’を経由して状態Ｐ８に移動する。したがって、溶接出力電流はＡ５からＡ６に減少し、溶接出力電圧はＶ５からＶ６´に減少する。アーク長は、Ｌ５からＬ５よりも短いＬ６へ短い時間で短くなり、適正な状態Ｐ１におけるアーク長Ｌ１に近づく。
【００３８】
次に、初期溶接設定電圧Ｖ１と溶接出力電圧との差に応じて目標溶接設定電圧をＶ６からＶ７に変更し（Ｖ７＝Ｖ１+ΔＶ７）、出力特性を出力特性Ｄから出力特性Ｅに変化させる。これにより、出力特性Ｄ上の状態Ｐ８から出力特性Ｅ上の状態Ｐ９’を経由して状態Ｐ９に移動する。したがって、溶接出力電流はＡ６からＡ７に増加し、溶接出力電圧はＶ６´からＶ７´に減少する。アーク長は、Ｌ６からＬ６よりも短いＬ７へ短い時間で短くなり、適正な状態Ｐ１のアーク長Ｌ１へさらに近づく。
【００３９】
上記一連の動作において、出力特性を出力特性Ａから変化させない場合と比較して、出力特性を出力特性Ｄへさらに出力特性Ｅへと変化させた場合、溶接出力電圧値と溶接出力電流を低めて入熱を低めているのでアーク長がＬ５からＬ６へ、さらにＬ７へと短い時間で短くなる。このようにして、出力特性が出力特性Ａに近づくように出力特性の平行移動を複数回繰り返してアーク長を適正なアーク長Ｌ１に近づけていく。すなわち、出力特性Ｅから図示していない別の複数の出力特性への平行移動を複数回繰り返す。しかし、１回の平行移動で適正なアーク長に近づけてもよい。
【００４０】
このように、出力特性の変化を繰り返すことで、出力特性を出力特性Ａから変化させない図５の場合と比較して、出力特性を出力特性Ａから出力特性Ｄさらに出力特性Ｅのように複数回変化させた場合の方が、より早く適正な状態Ｐ１のアーク長Ｌ１に復帰することができる。
【００４１】
このように、本実施の形態の溶接制御方法は、前述したように、溶接出力電圧が初期溶接設定電圧より高い場合には、目標溶接設定電圧を低くする方向へ変更し、溶接出力電圧が初期溶接設定電圧より低い場合には目標溶接設定電圧を高くする方向へ変更する。
【００４２】
次に、パルスアーク溶接においてアーク長を調整する場合の例について説明する。この場合も、溶接装置は、溶接出力電圧と溶接出力電流の関係を示す所定の傾きの出力特性を有する。
【００４３】
上記制御をパルスアーク溶接に適用し、ある時点のパルスの直前のパルス溶接電圧出力とこの直前のパルスの前に出力した複数のパルスの溶接電圧出力との差に応じて溶接設定電圧を高くする方向あるいは溶接設定電圧を低くする方向へ変更するようにしても良い。
【００４４】
なお、パルスアーク溶接では、溶接中に複数の溶接パルスを出力するが、あるパルスを出力するに際して、溶接中に前記あるパルスの波形を決定し、その波形を出力するように溶接出力を制御している。
【００４５】
例えば、パルスアーク溶接中におけるある時点を起点として、直前の１パルスの平均電圧とさらにその１パルスの直前の１０パルスの平均電圧を比較し、直前の１パルスの平均電圧が低い場合には、図２の状態Ｐ１から状態Ｐ２に変化した場合と同様であるので、前述したように設定電圧を増加させることで状態Ｐ３に移動させる。そして、これにより、短くなったアーク長Ｌ２からアーク長Ｌ３にアーク長を積極的に長くし、さらに上述したように出力特性の平行移動を繰り返すことで、早期に適正なアーク長Ｌ１に復帰させるようにしてもよい。なお、直前の１パルスの平均電圧が高い場合には、低い場合と逆の制御を行えばよい。
【００４６】
さらに、パルスアーク溶接において、溶接設定電圧の変更とともに、ベース電流とピーク電流の少なくとも一方の大きさを変更するように制御してもよい。
【００４７】
ここで、溶接設定電圧を高くする方法としては、パルス周波数を高くする方法やパルス幅を広くする方法がある。しかし、いずれも、パルス周期中に占める時間の割合が少ないので、溶接出力電圧が変化するのに時間がかかる。特に、パルス周波数を変える場合は電流が低くなることに伴いパルス周期が長くなるので、さらに時間がかかり、アーク長が変化するのに時間がかかる。
【００４８】
例えば、溶接出力電流が１００Ａの場合、パルス周期は約１０ｍｓｅｃ（パルス周波数が概ね１００Ｈｚ）、パルス幅は約２．０ｍｓｅｃ程度である。それぞれが大きく変化しても、パルス周期は±２ｍｓｅｃ、パルス幅は±０．４ｍｓｅｃであり±２０％しか変化しない。一方、ベース電流が流れる時間は８ｍｓｅｃであるため、ベース電流の大きさを調整すると８０％変化する。そして、ピーク電流が流れる時間を合わせると１００％変化させることができ、溶接電圧を大きく変更することが可能となり、アーク長の早期の調整に有効である。
【００４９】
なお、同様の結果をパルス周波数あるいはパルス幅の調整で得るには、±２０％よりもさらに大きくする必要があるが、パルス周波数あるいはパルス幅を大きく変更すると、適正な溶滴移行の状態が乱れる。つまり、スラグや金属粒などのスパッタが増加しアーク不安定の要因となる。このため、溶滴移行を安定したまま、アーク長を元の適正な状態に早期に復帰させる必要がある。これを実現するための制御について図４を用いて説明する。
【００５０】
例えば、あるタイミングＴ１で目標溶接設定電圧に対して溶接出力電圧が低い場合に、次のパルスで目標溶接設定電圧を高くする場合で、次のパルスピーク電流を△ＩＰ増加させる、あるいは、次のベース電流を△ＩＢ増加させる、あるいは、次のパルスピーク電流と次のベース電流の両方を増加させる。これにより、パルス周波数やパルス幅を大きく変化させることはないので、溶滴移行を乱すことがなく、溶接電圧を高めてアーク長を長くできる。これにより、スパッタの増加を抑制し、アーク長を元の適正な状態に早期に復帰させることができる。
【００５１】
次に、電圧に代えて、電流に基づいてアーク長を調整する例について説明する。上記実施の形態では、初期溶接設定電圧と溶接出力電圧との差に応じて目標溶接設定電圧を変更する例を示したが、初期溶接設定電流と溶接出力電流との差に応じて目標溶接設定電流を高くする方向あるいは溶接設定電流を低くする方向へ出力特性を変更するようにしてもよい。
【００５２】
これは、前述した溶接出力電圧の変化に応じて制御するパラメータの対象を初期溶接設定電圧から初期溶接設定電流に置き換えたものである。なお、溶接電圧と溶接電流の関係は１対１で対応しているため、置き換えることは容易であり、電圧の場合と同様の効果を得ることができる。
【００５３】
そして、溶接出力電流が初期溶接設定電流より低い場合には、目標溶接設定電流を高くする方向へ出力特性を変更するように制御し、溶接出力電流が初期溶接設定電流より高い場合には、目標溶接設定電流を低くする方向へ出力特性を変更するように制御する。
【００５４】
以上説明してきたように、本発明は、ワークの位置ズレの発生やワーク精度が良くない場合にワーク間に介在するギャップ等によりアーク長が一定でなくなり変化すること、また、溶接作業者の手振れ等の外乱によって発生するアーク長の変化に対して、早期にアーク長を安定化させ、安定した溶滴移行を可能とする。すなわち、外乱によってアーク長が不安定になっても溶滴移行を安定させた状態で、早期にアーク長を元の適正なアーク長に復帰することができるので、良好なビードを得ることができる。これにより、不規則な短絡発生を抑制しスパッタを抑制できるため、生産性向上及び溶接品質向上を実現することができる。
【産業上の利用可能性】
【００５５】
本発明の溶接制御方法は、安定した溶滴移行の状態で早期にアーク長を安定化させることが可能となるので、不規則な短絡発生を抑制しスパッタを抑制できる。したがって、生産性向上及び溶接品質向上を実現することができるので、アーク溶接を行う溶接制御方法として有用である。
【符号の説明】
【００５６】
１    溶接装置
２    出力制御部
３    溶接電圧検出部
４    溶接電流検出部
５    駆動司令部
６    出力特性設定部
７    記憶部
８    初期条件設定部
９    溶接用ワイヤ
１０    ワイヤ送給装置
１１    トーチ
１２    母材
１３    アーク
【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】
溶接出力電圧と溶接出力電流の関係を示す所定の傾きの出力特性を有する溶接装置の溶接制御方法であって、
初期溶接設定電圧と前記溶接出力電圧との差に応じて、前記初期溶接設定電圧よりも高い目標溶接設定電圧を設定し、または、前記初期溶接設定電圧よりも低い前記目標溶接設定電圧を設定することで、前記溶接出力電圧が前記目標溶接設定電圧となるように制御し、前記制御を繰り返して前記初期溶接設定電圧になるように制御する溶接制御方法。
【請求項２】
前記溶接出力電圧が前記初期溶接設定電圧より高い場合には、前記目標溶接設定電圧を低くする方向へ変更し、前記溶接出力電圧が前記初期溶接設定電圧より低い場合には、前記目標溶接設定電圧を高くする方向へ変更する請求項１記載の溶接制御方法。
【請求項３】
前記目標溶接設定電圧は、前記初期溶接設定電圧と前記溶接出力電圧との差よりも小さい量だけ前記初期溶接設定電圧から大きくした、または、小さくした値である請求項１記載の溶接制御方法。
【請求項４】
溶接出力電圧と溶接出力電流の関係を示す所定の傾きの出力特性を有する溶接装置の溶接制御方法であって、
溶接中のある時点のパルスの直前のパルス溶接出力電圧と前記直前のパルスの前に出力した複数のパルス溶接出力電圧との差に応じて、初期溶接設定電圧よりも高い目標溶接設定電圧を設定し、または、前記初期溶接設定電圧よりも低い前記目標溶接設定電圧を設定することで、前記溶接出力電圧が前記目標溶接設定電圧となるように制御し、前記制御を繰り返して前記初期溶接設定電圧になるように制御する溶接制御方法。
【請求項５】
前記溶接中のある時点のパルスの直前のパルス溶接出力電圧の平均値と前記直前のパルスの前に出力した複数のパルス溶接出力電圧の平均値との差に応じて、前記目標溶接設定電圧を設定する請求項４記載の溶接制御方法。
【請求項６】
前記溶接中のある時点のパルスの直前のパルス溶接出力電圧の平均値が、前記直前のパルスの前に出力した複数のパルス溶接出力電圧の平均値より高い場合には前記目標溶接設定電圧を前記初期溶接設定電圧より低くし設定し、低い場合には目標溶接設定電圧を前記初期溶接設定電圧より高く設定する請求項４記載の溶接制御方法。
【請求項７】
前記目標溶接設定電圧の変更とともにパルス溶接ベース電流とピーク電流の少なくとも一方の大きさを変更する請求項１から６のいずれか１項に記載の溶接制御方法。
【請求項８】
前記目標溶接設定電圧に対して前記溶接出力電圧が低い場合には、前記パルス溶接ピーク電流のピーク電流値を増加させる、および、前記パルス溶接ベース電流のベース電流値を増加させる、のうち少なくとも一方を行なう請求項７記載の溶接制御方法。
【請求項９】
溶接出力電圧と溶接出力電流の関係を示す所定の傾きの出力特性を有する溶接装置の溶接制御方法であって、
初期溶接設定電流と溶接出力電流との差に応じて、前記初期溶接設定電流よりも高い目標溶接設定電流を設定し、または、前記初期溶接設定電流よりも低い目標溶接設定電流を設定することで、前記溶接出力電流が前記目標溶接設定電流となるように制御し、前記制御を繰り返して前記初期溶接設定電流になるように制御する溶接制御方法。
【請求項１０】
前記溶接出力電流が前記初期溶接設定電流より高い場合には、前記目
標溶接設定電流を前記初期溶接設定電流よりも低くする方向へ変更し、前記溶接出力電流が前記初期溶接設定電流より低い場合には、前記目標溶接設定電流を高くする方向へ変更する請求項９記載の溶接制御方法。
【請求項１１】
前記目標溶接設定電流は、前記初期溶接設定電流と前記溶接出力電流
との差よりも小さい量だけ前記初期溶接設定電流から大きくした、または、小さくした値である請求項９記載の溶接制御方法。
【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】
2010109759.tif 000008
【図２】
2010109759.tif 000009
【図３】
2010109759.tif 000010
【図４】
2010109759.tif 000011
【図５】
2010109759.tif 000012
【手続補正書】
【提出日】平成24年6月7日(2012.6.7)
【手続補正１】
【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】
溶接出力電圧と溶接出力電流の関係を示す所定の傾きの出力特性を有する溶接装置の溶接制御方法であって、
初期溶接設定電圧と前記溶接出力電圧との差に応じて、前記初期溶接設定電圧よりも高い目標溶接設定電圧を設定し、または、前記初期溶接設定電圧よりも低い前記目標溶接設定電圧を設定することで、前記溶接出力電圧が前記目標溶接設定電圧となるように制御し、前記制御を繰り返し、前記目標溶接設定電圧の最終の値を前記初期溶接設定電圧とすることで、前記初期溶接設定電圧になるように制御する溶接制御方法。
【請求項２】
前記溶接出力電圧が前記初期溶接設定電圧より高い場合には、前記目標溶接設定電圧を低くする方向へ変更し、前記溶接出力電圧が前記初期溶接設定電圧より低い場合には、前記目標溶接設定電圧を高くする方向へ変更する請求項１記載の溶接制御方法。
【請求項３】
前記目標溶接設定電圧は、前記初期溶接設定電圧と前記溶接出力電圧との差よりも小さい量だけ前記初期溶接設定電圧から大きくした、または、小さくした値である請求項１記載の溶接制御方法。
【請求項４】
溶接出力電圧と溶接出力電流の関係を示す所定の傾きの出力特性を有する溶接装置の溶接制御方法であって、
溶接中のある時点のパルスの直前のパルス溶接出力電圧と前記直前のパルスの前に出力した複数のパルス溶接出力電圧との差に応じて、初期溶接設定電圧よりも高い目標溶接設定電圧を設定し、または、前記初期溶接設定電圧よりも低い前記目標溶接設定電圧を設定することで、前記溶接出力電圧が前記目標溶接設定電圧となるように制御し、前記制御を繰り返し、前記目標溶接設定電圧の最終の値を前記初期溶接設定電圧とすることで、前記初期溶接設定電圧になるように制御する溶接制御方法。
【請求項５】
前記溶接中のある時点のパルスの直前のパルス溶接出力電圧の平均値と前記直前のパルスの前に出力した複数のパルス溶接出力電圧の平均値との差に応じて、前記目標溶接設定電圧を設定する請求項４記載の溶接制御方法。
【請求項６】
前記溶接中のある時点のパルスの直前のパルス溶接出力電圧の平均値が、前記直前のパルスの前に出力した複数のパルス溶接出力電圧の平均値より高い場合には前記目標溶接設定電圧を前記初期溶接設定電圧より低くし設定し、低い場合には目標溶接設定電圧を前記初期溶接設定電圧より高く設定する請求項４記載の溶接制御方法。
【請求項７】
前記目標溶接設定電圧の変更とともにパルス溶接ベース電流とピーク電流の少なくとも一方の大きさを変更する請求項１から６のいずれか１項に記載の溶接制御方法。
【請求項８】
前記目標溶接設定電圧に対して前記溶接出力電圧が低い場合には、前記パルス溶接ピーク電流のピーク電流値を増加させる、および、前記パルス溶接ベース電流のベース電流値を増加させる、のうち少なくとも一方を行なう請求項７記載の溶接制御方法。
【請求項９】
溶接出力電圧と溶接出力電流の関係を示す所定の傾きの出力特性を有する溶接装置の溶接制御方法であって、
初期溶接設定電流と溶接出力電流との差に応じて、前記初期溶接設定電流よりも高い目標溶接設定電流を設定し、または、前記初期溶接設定電流よりも低い目標溶接設定電流を設定することで、前記溶接出力電流が前記目標溶接設定電流となるように制御し、前記制御を繰り返し、前記目標溶接設定電流の最終の値を前記初期溶接設定電流とすることで、前記初期溶接設定電流になるように制御する溶接制御方法。
【請求項１０】
前記溶接出力電流が前記初期溶接設定電流より高い場合には、前記目標溶接設定電流を前記初期溶接設定電流よりも低くする方向へ変更し、前記溶接出力電流が前記初期溶接設定電流より低い場合には、前記目標溶接設定電流を高くする方向へ変更する請求項９記載の溶接制御方法。
【請求項１１】
前記目標溶接設定電流は、前記初期溶接設定電流と前記溶接出力電流との差よりも小さい量だけ前記初期溶接設定電流から大きくした、または、小さくした値である請求項９記載の溶接制御方法。
【国際調査報告】
2010109759.tif 000013
2010109759.tif 000014