(57)【要約】設定電流に対応した適正電圧と短絡電流の増加傾きとを設定し、消耗電極ワイヤを送給して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方法であって、設定電圧が前記適正電圧と異なる場合、設定電圧と適正電圧との差に応じて短絡電流の増加傾きを変更して短絡電流の制御を行うことにより、自動的に短絡電流の増加傾きと短絡電流の屈曲点である電流値を変動させる。
2010116695.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
設定電流に対応した適正電圧と短絡電流の増加傾きとを設定し、消耗電極ワイヤを送給して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方法であって、設定電圧が前記適正電圧と異なる場合、前記設定電圧と前記適正電圧との差に応じて前記短絡電流の増加傾きを変更して前記短絡電流の制御を行う消耗電極式アーク溶接方法。
【請求項２】
前記設定電圧が前記適正電圧より小さい場合は、前記短絡電流の増加傾きを前記設定電圧が前記適正電圧と同じ場合の前記短絡電流の増加傾きより急になるように変更し、前記設定電圧が前記適正電圧より大きい場合は、前記短絡電流の増加傾きを前記設定電圧が前記適正電圧と同じ場合の前記短絡電流の増加傾きより緩やかになるように変更して前記短絡電流の制御を行う請求項１記載の消耗電極式アーク溶接方法。
【請求項３】
前記短絡電流の増加傾きが、短絡電流の第１段目の増加傾きおよび前記短絡電流の第１段目の増加傾きに続く短絡電流の第２段目の増加傾きからなり、前記設定電圧が前記適正電圧と異なる場合、前記設定電圧と前記適正電圧との差に応じて前記短絡電流の第１段目の増加傾きと前記短絡電流の第２段目の増加傾きとを変更して前記短絡電流の制御を行う請求項１記載の消耗電極式アーク溶接方法。
【請求項４】
前記短絡電流の第１段目の増加傾きと前記短絡電流の第２段目の増加傾きとは異なる傾きである請求項３記載の消耗電極式アーク溶接方法。
【請求項５】
前記短絡電流の第１段目の増加傾きは、前記短絡電流の第２段目の増加傾きより急である請求項４記載の消耗電極式アーク溶接方法。
【請求項６】
前記短絡電流の増加傾きを、前記適正電圧と前記設定電圧の差に対応した絶対量により変更する、または、前記適正電圧と前記設定電圧の差に応じた変化率に基づく量により変更する請求項１記載の消耗電極式アーク溶接方法。
【請求項７】
前記設定電圧が前記適正電圧と異なる場合、前記設定電圧と前記適正電圧との差に応じて、前記短絡電流の第１段目の増加傾きから前記短絡電流の第２段目の増加傾きに傾きが変わる屈曲点となる電流値を変更して前記短絡電流の制御を行う請求項３記載の消耗電極式アーク溶接方法。
【請求項８】
前記設定電圧が前記適正電圧より小さい場合は、前記屈曲点となる電流値を前記設定電圧が前記適正電圧と同じ場合の前記屈曲点となる電流値より大きくなるように変更し、前記設定電圧が前記適正電圧より大きい場合は、前記屈曲点となる電流値を前記設定電圧が前記適正電圧と同じ場合の前記屈曲点となる電流値より小さくなるように変更して短絡電流の制御を行う請求項７記載の消耗電極式アーク溶接方法。
【請求項９】
前記屈曲点となる電流値を、前記適正電圧と前記設定電圧の差に対応した絶対量により変更する、または、前記適正電圧と前記設定電圧の差に応じた変化率に基づく量により変更する請求項７記載の消耗電極式アーク溶接方法。
【請求項１０】
設定電流に対応した適正電圧と短絡開始時から所定期間である短絡初期時間と前記短絡初期時間の間に流す電流である短絡初期電流値とを設定し、消耗電極ワイヤを送給して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方法であって、設定電圧が前記適正電圧と異なる場合、前記設定電圧と前記適正電圧との差に応じて前記短絡初期電流値と前記短絡初期時間とを変更して前記短絡電流の制御を行う消耗電極式アーク溶接方法。
【請求項１１】
前記設定電圧が前記適正電圧より小さい場合は、前記短絡初期電流値を前記設定電圧が前記適正電圧と同じ場合の前記短絡初期電流値より大きくなるように変更し、前記設定電圧が前記適正電圧より大きい場合は、前記短絡初期電流値を前記設定電圧が前記適正電圧と同じ場合の前記短絡初期電流値より小さくなるように変更して、前記短絡電流の制御を行う請求項１０記載の消耗電極式アーク溶接方法。
【請求項１２】
前記設定電圧が前記適正電圧より小さい場合は、前記短絡初期時間を前記設定電圧が前記適正電圧と同じ場合の前記短絡初期時間より短くなるように変更し、前記設定電圧が前記適正電圧より大きい場合は、前記短絡初期時間を前記設定電圧が前記適正電圧と同じ場合の前記短絡初期時間より長くなるように変更して、前記短絡電流の制御を行う請求項１０記載の消耗電極式アーク溶接方法。
【請求項１３】
前記短絡初期電流値と前記短絡初期時間を、前記適正電圧と前記設定電圧の差に対応した絶対量により変更する、または、前記適正電圧と前記設定電圧の差に応じた変化率に基づく量により変更する請求項１０記載の消耗電極式アーク溶接方法。
【請求項１４】
消耗電極である溶接ワイヤと被溶接物との間でアーク状態と短絡状態とを繰り返し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、
前記溶接電圧検出部の出力に基づいて前記短絡状態であるのか前記アーク状態であるのかを検出する短絡／アーク検出部と、
前記短絡／アーク検出部からの短絡の信号を受けて前記短絡状態の期間に短絡電流の制御を行う短絡制御部と、
前記短絡／アーク検出部からのアークの信号を受けて前記アーク状態の期間にアーク電圧の制御を行うアーク制御部と、
前記短絡制御部および前記アーク制御部の出力に基づいて前記スイッチング素子を駆動する駆動部と、
設定電流を設定するための設定電流設定部と、
前記設定電流設定部で設定した前記設定電流に基づいた適正電圧を設定する適正電圧設定部と、
設定電圧を設定するための設定電圧設定部と、
前記適正電圧と前記設定電圧との差を算出する適正／設定電圧差分計算部とを備え、
前記短絡制御部は、
前記設定電流設定部で設定した前記設定電流に基づいて前記短絡電流の増加傾きを設定する増加傾き基本設定部と、
前記適正／設定電圧差分計算部の算出結果に基づいて前記増加傾き基本設定部で設定した前記短絡電流の増加傾きを変更する増加傾き制御部とを備えたアーク溶接装置。
【請求項１５】
前記短絡電流の増加傾きが、短絡電流の第１段目の増加傾きおよび前記短絡電流の第１段目の増加傾きに続く短絡電流の第２段目の増加傾きからなり、
前記増加傾き基本設定部は、前記短絡電流の第１段目の増加傾きおよび前記短絡電流の第２段目の増加傾きを設定し、
前記増加傾き制御部は、前記適正／設定電圧差分計算部の算出結果に基づいて前記増加傾き基本設定部で設定した前記短絡電流の第１段目の増加傾きまたは前記短絡電流の第２段目の増加傾きのうち少なくとも一方を変更し、
前記短絡電流の第１段目の増加傾きから前記短絡電流の第２段目の増加傾きに傾きが変わる屈曲点を前記設定電流に基づいて設定する屈曲点基本設定部と、
前記屈曲点基本設定部で設定された前記屈曲点を前記適正／設定電圧差分計算部の算出結果に基づいて変更する屈曲点制御部とをさらに備え、
前記短絡制御部は、前記適正／設定電圧差分計算部の算出結果に基づいて前記短絡電流の第１段目の増加傾きまたは前記短絡電流の第２段目の増加傾きのうち少なくとも一方と前記屈曲点とを変更する請求項１４記載のアーク溶接装置。
【請求項１６】
消耗電極である溶接ワイヤと被溶接物との間でアーク状態と短絡状態とを繰り返し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、
前記溶接電圧検出部の出力に基づいて前記短絡状態であるのか前記アーク状態であるのかを検出する短絡／アーク検出部と、
前記短絡／アーク検出部からの短絡の信号を受けて前記短絡状態の期間に短絡電流の制御を行う短絡制御部と、
前記短絡／アーク検出部からのアークの信号を受けて前記アーク状態の期間にアーク電圧の制御を行うアーク制御部と、
前記短絡制御部および前記アーク制御部の出力に基づいて前記スイッチング素子を駆動する駆動部と、
設定電流を設定するための設定電流設定部と、
前記設定電流設定部で設定した前記設定電流に基づいた適正電圧を設定する適正電圧設定部と、
設定電圧を設定するための設定電圧設定部と、
前記適正電圧と前記設定電圧との差を算出する適正／設定電圧差分計算部とを備え、
前記短絡制御部は、
前記設定電流設定部で設定した前記設定電流に基づいて短絡開始時から所定期間である短絡初期時間の間に流す電流である短絡初期電流値を設定する短絡初期電流基本設定部と、
前記適正／設定電圧差分計算部の算出結果に基づいて前記短絡初期電流基本設定部で設定した前記短絡初期電流値を変更する短絡初期電流制御部と、
前記設定電流設定部で設定した前記設定電流に基づいて前記短絡初期時間を設定する短絡初期時間基本設定部と、
前記適正／設定電圧差分計算部の算出結果に基づいて前記短絡初期時間基本設定部で設定した前記短絡初期時間を変更する短絡初期時間制御部とを備え、
前記短絡制御部は、前記適正／設定電圧差分計算部の算出結果に基づいて前記短絡初期電流値と前記短絡初期時間とを変更するアーク溶接装置。
【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アーク溶接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】
従来から、溶接速度や突出し長さの変化などの外乱に対する対応として、適正な溶接波形の基本波形における短絡電流の傾きや短絡電流の屈曲点を変更することにより、短絡期間において短絡電流を制御するものが知られている。【０００３】
例えば、図９に示すように、溶接ワイヤが被溶接物と短絡する短絡期間とアークが再発生しアーク放電するアーク期間とを交互に繰り返して被溶接物を溶接するアーク溶接制御方法において、短絡電流の基本波形の傾きを２段階制御するものが特許文献１で知られている。図９において、短絡電流Ｉｔは、第１段目の傾きＪ１と第２段目の傾きＪ２とを有している。従来は、傾き調整用つまみの可変抵抗を調整することにより、第２段目の増加傾きＪ２を、中間の増加傾きＪ２から「ハード」Ｋ方向または「ソフト」Ｌ方向に調整していた。また、電流設定器や屈曲点調整用つまみを調整することにより、第１段目と第２段目の屈曲点の短絡電流のＩｔを、中間点のＩｂから、図示しない、それより大きいＩａまたは小さいＩｃに調整を行っていた。さらに、これらを組み合わせることにより溶接電流を自在に制御していた。なお、「ソフト」と「ハード」とは、基本波形の短絡電流Ｉｔの傾きが小さい場合を「ソフト」、傾きが大きい場合を「ハード」と呼ぶ。【０００４】
短絡電流の傾き調整用のつまみを「ソフト」とし、屈曲点調整用のつまみを「大」に調節すれば、アークが安定しスパッタ発生量が比較的少なくなるため、亜鉛メッキ鋼板等に対して安定した溶接を行うことができる。また、短絡電流の傾き調整用のつまみを「ソフト」とし、屈曲点調整用のつまみを「小」に調節すれば、突き出し変動には弱いが、スパッタの発生量が最も少なくなり、高速溶接に適する。また、短絡電流の傾き調整用のつまみを「ハード」とし、屈曲点調整用のつまみを「大」に調節すれば、スパッタの発生量が多く、山高ビードとなるが、アークは外乱に対しては最も安定となる。【０００５】
以上のように、従来の技術では、短絡電流の傾き第２段目調整用のつまみ及び短絡電流の屈曲点調整用のつまみの操作を、作業者が行うことにより、この様な調整を行っていた。【０００６】
近年、溶接業界では、生産性向上のため、溶接速度の高速化及び突出し長さの変化や被溶接物間のギャップなどの外乱に対応する要求が高まってきている。溶接速度を高速化することは、時間当たりの生産数を増加させ、突出し長さの変化やギャップが生じている場合にも溶接ワイヤをはじくことなく、アーク不安定によるビード欠陥、スパッタ増加、溶け落ち無く溶接できる。このことにより、被溶接物の歩留まりを高め、手直し工数を削減できるという利点がある。【０００７】
一般的には、溶接速度を速める時には、短絡回数を増やすため、設定電圧を通常の適正電圧（以下、一元電圧と呼ぶ）より数Ｖ小さくなる方向に設定することが多い。なお、一元電圧とは、作業者により設定された設定電流に対応した溶接に適した電圧のことである。そして、溶接速度が速い場合は、溶接速度が遅い場合に比べてアーク直下に溶融プールが形成され難い。そのため、溶融プールの追従性を良くするために短絡回数を増やすのである。しかし、逆にアーク期間が短くなるため、溶接ワイヤ先端の溶滴が小さくなり、次の短絡時には溶接ワイヤが溶融し難くなり、短絡開放が難しくなる。【０００８】
その結果、最悪の場合は、溶接ワイヤが溶融しきれずにワイヤがはじくなどのアークが不安定な状態となり、ビード欠陥、スパッタ増加、溶け込み不良等の問題を発生させるといった課題を有していた。そこで、上記した従来の技術では、短絡電流の傾きや短絡電流の屈曲点の調整を行うことで対応していた。【０００９】
しかしながら、従来の技術では、設定電圧の調整と同時に短絡電流の増加傾き調整及び短絡電流の屈曲点調整を、溶接作業者がつまみを操作して調整しなければならず、この調整を作業者が行うことは困難であるという課題を有していた。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】特開平９−３８７７３号公報
【発明の概要】
【００１１】
本発明は、設定電圧の調整と同時に短絡電流の増加傾きの調整または短絡電流の屈曲点調整を、溶接作業者がつまみを操作せずに、自動的に、短絡電流の増加傾きまたは短絡電流の屈曲点を調整することのできるアーク溶接方法およびアーク溶接装置を提供するものである。また、本発明は、溶接作業者がつまみを操作せずに、自動的に、短絡初期電流値と短絡初期時間とを変更して短絡電流の制御を行うアーク溶接方法およびアーク溶接装置を提供するものである。
【００１２】
本発明のアーク溶接方法は、設定電流に対応した適正電圧と短絡電流の増加傾きとを設定し、消耗電極ワイヤを送給して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方法であって、設定電圧が前記適正電圧と異なる場合、設定電圧と適正電圧との差に応じて短絡電流の増加傾きを変更して短絡電流の制御を行う構成を有する。
【００１３】
また、本発明のアーク溶接方法は、設定電流に対応した適正電圧と短絡開始時から所定期間である短絡初期時間と短絡初期時間の間に流す電流である短絡初期電流値とを設定し、消耗電極ワイヤを送給して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方法であって、設定電圧が適正電圧と異なる場合、設定電圧と適正電圧との差に応じて短絡初期電流値と短絡初期時間とを変更して短絡電流の制御を行う構成を有する。
【００１４】
かかる構成によれば、溶接速度の高速化及び突出し長さの変化や被溶接物間のギャップなどの外乱に対して、設定電圧を通常の適正電圧より数Ｖ小さくなる方向に設定された場合でも、溶接作業者の手を借りずに自動的に短絡電流の増加傾きや短絡電流の屈曲点となる電流値や短絡初期電流や短絡初期時間の調整を行うことができる。
【００１５】
これにより、溶接ワイヤの溶融を促進させることで溶接ワイヤをはじくことがなく、アーク不安定によるビード欠陥、スパッタ増加、溶け込み不良等の問題を最小限に押さえることができる。したがって、被溶接物の歩留まりを高めて手直し工数を削減でき、高速溶接での溶接品質を向上させることができる。また、生産効率や作業環境への悪影響を抑えることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】図１は、本発明の実施の形態１におけるアーク溶接方法の溶接電流波形を示す図である。
【図２】図２は、同実施の形態におけるアーク溶接方法の設定電圧と短絡電流の増加傾きの関係を示す図である。
【図３】図３は、同実施の形態におけるアーク溶接方法の設定電圧と短絡電流の屈曲点との関係を示す図である。
【図４】図４は、同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である。
【図５】図５は、本発明の実施の形態２におけるアーク溶接方法の溶接電流波形を示す図である。
【図６】図６は、同実施の形態におけるアーク溶接方法の設定電圧と短絡初期電流との関係を示す図である。
【図７】図７は、同実施の形態におけるアーク溶接方法の設定電圧と短絡初期時間との関係を示す図である。
【図８】図８は、同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である。
【図９】図９は、従来のアーク溶接における溶接電流波形の一例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、本発明の実施の形態における消耗電極式のアーク溶接方法及びアーク溶接装置について、図面を用いて説明する。なお、以下の実施の形態では、上述したように、作業者により設定された設定電流に対応した溶接に適した適正電圧を、一元電圧と記して説明する。
【００１８】
（実施の形態１）
本実施の形態では、先ず、アーク溶接方法について説明し、その後、アーク溶接装置について説明する。
【００１９】
図１は、短絡状態とアーク状態とを交互に繰り返す消耗電極式アーク溶接における溶接電流の波形を示している。図１では短絡状態の時間を短絡期間Ｓで示し、アーク状態の時間をアーク期間Ａで示した。
【００２０】
図１において、時刻Ｐ１は、短絡を開始した時点を示し、また、短絡初期時間の開始の時点でもある。時刻Ｐ２は、短絡初期時間の終了時点を示し、また、短絡電流の増加傾きｄｉ／ｄｔの出力を開始した時点でもある。また、時刻Ｐ３は、短絡電流の第１段目の増加傾きｄｉ／ｄｔと第２段目の増加傾きｄｉ／ｄｔの屈曲点Ｂ（黒丸点）となる時点である。また、時刻Ｐ４は、短絡電流の第２段目の増加傾きｄｉ／ｄｔの出力を終了した時点を示し、また、短絡期間Ｓが終了してアークが発生した時点でもある。また、時刻Ｐ５は、次の短絡が発生した時点を示している。
【００２１】
さらに、図１は、設定電圧が一元電圧から大きくまたは小さく設定された場合の短絡電流の増加傾きｄｉ／ｄｔ、および、短絡電流の第１段目の増加傾きｄｉ／ｄｔと短絡電流の第２段目の増加傾きｄｉ／ｄｔとの屈曲点Ｂの変更例を示したものである。
【００２２】
なお、図１において、設定電圧が一元電圧に対応する電流波形を実線Ｍ１で示している。一元電圧から電圧を小さくした場合、すなわち、設定電圧が一元電圧よりも小さい場合の電流波形を点線Ｍ２で示している。一元電圧から電圧を大きくした場合、すなわち、設定電圧が一元電圧よりも大きい場合の電流波形を一点鎖線Ｍ３で示している。なお、短絡電流の増加傾きｄｉ／ｄｔとは、単位時間あたりの短絡電流値の変化量を示すものである。
【００２３】
先ず、図１に示す時刻Ｐ１から時刻Ｐ５までの期間である短絡１周期分について、以下に説明する。時刻Ｐ１の時点において、溶接ワイヤが被溶接物に接触して短絡が発生する。時刻Ｐ１から時刻Ｐ２までの短絡初期時間は、短絡発生時の電流よりも低い短絡初期電流が出力される。
【００２４】
ここで、時刻Ｐ１から時刻Ｐ２までの短絡初期時間を低電流とする目的について説明する。短絡発生直後に高電流に向けて短絡電流を増加すると、短絡が直ちに開放し、その後すぐに再度短絡が発生することがあり、短絡の周期性が崩れてしまうことがある。そこで、短絡発生直後に低電流を出力させる期間を設けることで、しっかりと短絡した状態を確保してから高電流に向けて短絡電流を増加する制御を行うことができる。なお、短絡初期時間や短絡初期電流値は、実験検証等により導き出して採用している。これら短絡初期時間や短絡初期電流値は、図示しない記憶部にテーブル（例えば、短絡初期時間や短絡初期電流値などの各パラメータを電流値などと関係付けているデータ構成表）等として記憶されている。
【００２５】
次に、時刻Ｐ２の時点では、しっかりと溶接ワイヤが被溶接物に短絡している状態から、短絡電流の第１段目の増加傾きｄｉ／ｄｔを設定する。この短絡電流の第１段目の増加傾きｄｉ／ｄｔに沿って実際の短絡電流が上昇する。上昇した短絡電流が、時刻Ｐ３の時点における短絡電流の屈曲点Ｂである電流値に到達すると、設定された短絡電流の２段階目の増加傾きｄｉ／ｄｔに沿って実際の短絡電流が増加する。
【００２６】
ここで、時刻Ｐ２から時刻Ｐ３までの短絡電流の第１段目の増加傾きｄｉ／ｄｔと、時刻Ｐ３から時刻Ｐ４までの短絡電流の第２段目の増加傾きｄｉ／ｄｔと、時刻Ｐ３における短絡電流の屈曲点Ｂとなる電流値の基本設定値は、ある溶接速度（この実施例では１ｍ／ｍｉｎとする）で溶接した時に多少の電圧を変化させても安定した溶接が可能な適正な値を実験検証により導き出して採用している。これら短絡初期時間や短絡初期電流値は、図示しない記憶部にテーブルや数式（例えば、短絡初期時間や短絡初期電流値などの各パラメータを電流値などと関係付けているデータを数式化したもの）等として記憶されている。
【００２７】
次に、時刻Ｐ４にて短絡が開放してアークが発生すると、定電圧制御で演算された溶接電流を出力し、次の短絡が発生する時点である時刻Ｐ５まで継続される。以上のように、時刻Ｐ１から時刻Ｐ５までの制御を１周期とし、これを繰り返して溶接を行う。
【００２８】
ここで、上記のように、１ｍ／ｍｉｎの溶接速度で導き出した時刻Ｐ２から時刻Ｐ３までの短絡電流の第１段目の増加傾きｄｉ／ｄｔと、時刻Ｐ３から時刻Ｐ４までの短絡電流の第２段目の増加傾きｄｉ／ｄｔと、時刻Ｐ３の時点における短絡電流の屈曲点Ｂとなる電流値に対して、従来は、例えば溶接作業者により溶接速度が１．５ｍ／ｍｉｎ、設定電圧が一元電圧より−５Ｖと設定された場合、溶接速度１ｍ／ｍｉｎの適正値では溶融プールの追従性が悪く、溶接ワイヤが溶融し難いことから、溶接ワイヤが被溶接物から短絡開放し難い状態が発生し易く、ワイヤはじきといったアークが不安定な状態を発生させてしまうことがある。
【００２９】
そこで、本実施の形態では、設定電圧が一元電圧より小さくなる方向に設定された場合には、時刻Ｐ２から時刻Ｐ３までの短絡電流の第１段目の増加傾きｄｉ／ｄｔと、時刻Ｐ３から時刻Ｐ４までの短絡電流の第２段目の増加傾きｄｉ／ｄｔと、時刻Ｐ３の時点における短絡電流の屈曲点Ｂとなる電流値を、設定電圧と一元電圧との差である電圧差分値に応じて、大きくなるように自動的に変更するものである。
【００３０】
なお、自動的に変更する例としては、電圧差分値と、第１段目および第２段目の増加傾きｄｉ／ｄｔおよび屈曲点Ｂとを対応付けて図示しない記憶部に記憶しておき、電圧差分値に応じて増加傾きｄｉ／ｄｔや屈曲点Ｂを決定するようにしても良い。また、電圧差分値と、増加傾きｄｉ／ｄｔおよび屈曲点Ｂとを対応付けた数式を図示しない記憶部に記憶しておき、電圧差分値に応じて増加傾きｄｉ／ｄｔや屈曲点Ｂを決定するようにしても良い。
【００３１】
本実施の形態では、図１からもわかるように、設定電圧が一元電圧より小さい場合は、短絡電流の増加傾きｄｉ／ｄｔを設定電圧が一元電圧と同じ場合の短絡電流の増加傾きｄｉ／ｄｔより急になるように変更し、設定電圧が一元電圧より大きい場合は、短絡電流の増加傾きｄｉ／ｄｔを設定電圧が一元電圧と同じ場合の短絡電流の増加傾きｄｉ／ｄｔより緩やかになるように変更して短絡電流の制御を行っている。
【００３２】
また、本実施の形態では、図１からもわかるように、短絡電流の第１段目の増加傾きｄｉ／ｄｔと短絡電流の第２段目の増加傾きｄｉ／ｄｔとは異なる傾きである制御を行っている。さらに、本実施の形態では、短絡電流の第１段目の増加傾きｄｉ／ｄｔは、短絡電流の第２段目の増加傾きｄｉ／ｄｔより急である制御を行っている。
【００３３】
次に、短絡電流の増加傾きｄｉ／ｄｔを変更する例について図２を用いて説明する。なお、図２は、設定電圧と短絡電流の第１段目の増加傾きｄｉ／ｄｔの関係の一例を示す図である。なお、設定電圧と短絡電流の第２段目の増加傾きｄｉ／ｄｔの関係も類似の図で示される。各パラメータにより、第１段目の増加傾きｄｉ／ｄｔと第２段目の増加傾きｄｉ／ｄｔも種々あり、第１段目の増加傾きｄｉ／ｄｔと第２段目の増加傾きｄｉ／ｄｔが同じ場合もあれば、異なる場合もある。但し、通常は、第１段目より第２段目の方が緩やかな傾きである。図１は、第１段目より第２段目の傾きを緩やかに変更した場合を示している。
【００３４】
例えば、溶接作業者により設定される設定電圧が一元電圧と同じ場合、図２の線Ｍ４示すように、短絡電流の第１段目の増加傾きｄｉ／ｄｔは、１５０Ａ／ｍｓである。このときの短絡電流の増加傾きｄｉ／ｄｔ、すなわち一元電圧に対応する短絡電流の増加傾きｄｉ／ｄｔを、以降、一元値と言う。短絡電流の第１段目の増加傾きｄｉ／ｄｔが１５０Ａ／ｍｓのときの溶接電流波形が図１に示す実線Ｍ１１である。しかし、設定電圧が一元電圧より−５Ｖと設定された場合、すなわち、設定電圧が一元電圧より５Ｖ小さいと設定された場合、短絡電流の第１段目の増加傾きｄｉ／ｄｔは、一元値である１５０Ａ／ｍｓに５０Ａ／ｍｓを増加し、２００Ａ／ｍｓとなる。短絡電流の第１段目の増加傾きｄｉ／ｄｔが２００Ａ／ｍｓのときの溶接電流波形が図１に示す点線Ｍ２１である。また、設定電圧が一元電圧より+５Ｖと設定された場合、すなわち、設定電圧が一元電圧より５Ｖ大きいと設定された場合、短絡電流の第１段目の増加傾きｄｉ／ｄｔは、一元値である１５０Ａ／ｍｓから５０Ａ／ｍｓを減少し、１００Ａ／ｍｓとなる。短絡電流の第１段目の増加傾きｄｉ／ｄｔが１００Ａ／ｍｓのときの溶接電流波形が図１に示す一点鎖線Ｍ３１である。
【００３５】
なお、短絡電流の増加傾きｄｉ／ｄｔの変更に関し、第１段目と第２段目とで同じ値だけ大きくまたは小さくして変更するようにしても良いし、個別に変更するようにしても良い。例えば、第１段目のみ大きくまたは小さくし、第２段目は変更なしとするようにしても良い。点線Ｍ２は、第１段目と第２段目の増加傾きｄｉ／ｄｔが両方とも大きく変更した図であり、第１段目より第２段目の増加傾きｄｉ／ｄｔの方が緩やかな場合の例である。
【００３６】
また、図２では、設定電圧と一元電圧の差±１Ｖあたりに短絡電流の増加傾きを±１０Ａ／ｍｓとする絶対値方式としての例を挙げた。すなわち、設定電圧と一元電圧の差に対応した絶対量により変更する例を挙げた。しかし、設定電圧と一元電圧の差に応じた変化率に基づく量により変更しても良い。例えば、設定電圧と一元電圧の差±１Ｖあたり±５％／ｍｓのように変動率方式としても良い。
【００３７】
また、図２には、設定電圧と短絡電流の増加傾きｄｉ／ｄｔの関係が一次曲線である例を示しているが、これに限らず、例えば２次曲線など１次曲線以外でも良い。
【００３８】
ここで、設定電圧が一元電圧より小さくなる方向に設定されたことにより短絡回数が増えるため、アーク期間Ａが短くなり、その結果、溶接ワイヤ先端の溶滴が小さくなる。したがって、次の短絡時には溶接ワイヤが溶融し難くなり、短絡開放が難しくなる。しかし、本実施の形態の制御を行うことにより、設定電圧が一元電圧より小さくなる方向に設定された場合、短絡電流の増加傾きｄｉ／ｄｔを大きくする方向に変更する。そのため、溶接ワイヤの溶融を促進することができ、短絡開放を比較的スムーズに行うことができる。
【００３９】
次に、第１段目の短絡電流の増加傾きｄｉ／ｄｔと第２段目の短絡電流の増加傾きｄｉ／ｄｔとの屈曲点Ｂの変更について、図３を用いて説明する。なお、図３は、設定電圧と短絡電流の屈曲点Ｂ（短絡電流屈曲電流値）との関係の一例を示す図である。
【００４０】
例えば、作業者により設定される設定電圧が一元電圧と同じ場合、図３の線Ｍ５に示すように、短絡電流の屈曲点Ｂである電流値は一元値である２００Ａである。しかし、設定電圧が一元電圧より−５Ｖと設定された場合、すなわち、設定電圧が一元電圧より５Ｖ小さいと設定された場合、短絡電流の屈曲点Ｂである電流値は一元値である２００Ａに５０Ａを増加した２５０Ａとなる。
【００４１】
なお、図３では、±１Ｖあたりに±１０Ａとする絶対値方式としての例を挙げたが、±１Ｖあたり±５％とする変動率方式としても良い。すなわち、短絡電流の増加傾きｄｉ／ｄｔの変更で説明したのと同様に、屈曲点Ｂの変更も、設定電圧と一元電圧の差に対応した絶対量により変更しても良いし、設定電圧と一元電圧の差に応じた変化率に基づく量により変更しても良い。
【００４２】
また、図３では、設定電圧と短絡電流屈曲点との関係が一次曲線であるが、例えば２次曲線など１次曲線以外でも良い。
【００４３】
ここで、設定電圧が一元電圧より小さくなる方向に設定されたことにより短絡回数が増えるため、アーク期間が短くなる。その結果、溶接ワイヤ先端の溶滴が小さくなる。したがって、次の短絡時には溶接ワイヤが溶融し難くなり、短絡開放が難しくなる。しかし、本実施の形態の制御を行うことにより、設定電圧が一元電圧より小さくなる方向に設定された場合、短絡電流の屈曲点Ｂである電流値を大きくなる方向に変更する。そのため、溶接ワイヤの溶融を促進することができ、短絡開放を比較的スムーズにすることができる。
【００４４】
なお、本実施の形態では、図２と図３に示すように、設定電圧が一元電圧に対して大きくまたは小さくなる値として設定された場合、この設定に応じて時刻Ｐ２から時刻Ｐ３までの短絡電流の増加傾きｄｉ／ｄｔと、時刻Ｐ３から時刻Ｐ４までの短絡電流の増加傾きｄｉ／ｄｔと、時刻Ｐ３時点の短絡電流の屈曲点Ｂとなる電流値を変化させた。すなわち、本実施の形態では、短絡電流の増加傾きが、短絡電流の第１段目の増加傾きｄｉ／ｄｔ、および短絡電流の第１段目の増加傾きｄｉ／ｄｔに続く短絡電流の第２段目の増加傾きｄｉ／ｄｔからなる場合について説明した。
【００４５】
しかし、本発明は、短絡電流の増加傾きが、短絡電流の第１段目の増加傾きｄｉ／ｄｔのみ有し、設定電流に対応した一元電圧および短絡電流の増加傾きを設定し、消耗電極ワイヤを送給して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方法にも適用できる。
【００４６】
また、本実施の形態では、図２や図３に示すように、短絡電流の増加傾きｄｉ／ｄｔや屈曲点Ｂとなる電流値に上下限値も設けた。これにより過剰な調整を防止することができる。すなわち、上下限値を設けることにより、短絡電流の増加傾きｄｉ／ｄｔや短絡電流の屈曲点Ｂが大きくなる方向に変動し過ぎることを防止し、スパッタが大幅に増加することや、アークが不安定になることを防ぐことができる。
【００４７】
なお、時刻Ｐ２から時刻Ｐ３までの短絡電流の第１段目の増加傾きｄｉ／ｄｔと、時刻Ｐ３から時刻Ｐ４までの短絡電流の第２段目の増加傾きｄｉ／ｄｔと、時刻Ｐ３となる短絡電流の屈曲点Ｂとなる電流値は、設定電圧と一元電圧との差分値に加え、送給する消耗電極ワイヤのワイヤ径、ワイヤ種類、ワイヤ突出長、供給するシールドガス、および溶接電流の設定電流域のうちの少なくとも１つに基づいて設定される。
【００４８】
以上のように、本実施の形態に示す自動調整を行って短絡電流を制御することにより、短絡が発生してから素早く溶接ワイヤを溶融させることができる。したがって、溶接速度が速く、設定電圧が一元電圧より小さくなる方向に設定された場合でも、ワイヤをはじくことなく、アークが不安定となることを防ぐことができる。
【００４９】
なお、溶接速度が１ｍ／ｍｉｎ以下と遅く、設定電圧が一元電圧より大きくなる方向に設定された場合には、時刻Ｐ２から時刻Ｐ３までの短絡電流の増加傾きｄｉ／ｄｔと、時刻Ｐ３から時刻Ｐ４までの短絡電流の増加傾きｄｉ／ｄｔと、時刻Ｐ３となる短絡電流の屈曲点となる電流値は、小さくなる方向に自動的に調整されるので、短絡開放電流を低くすることができ、スパッタ低減の効果を得ることができる。
【００５０】
次に、本実施の形態の制御を行うアーク溶接装置について説明する。図４は、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であり、以下のように構成される。
【００５１】
本実施の形態のアーク溶接装置では、入力電源１からの電力は１次整流部２で整流され、スイッチング素子３により交流に変換され、トランス４により降圧され、２次整流部５およびインダクタ６により整流され、溶接ワイヤ２５と被溶接物２８との間に印加される。また、本実施の形態のアーク溶接装置は、スイッチング素子３を制御するための駆動部７と、溶接用電源出力端子８ａ、８ｂ間に接続されている溶接電圧検出部８と、溶接出力電流を検出する溶接電流検出部９と、溶接電圧検出部８からの信号に基づいて短絡またはアークを発生しているかを判定する短絡／アーク検出部１０とを備えている。さらに、本実施の形態のアーク溶接装置は、短絡／アーク検出部１０からのアークの信号を受けてアーク期間Ａにアーク電圧の制御を行うアーク制御部１１と、短絡／アーク検出部１０から短絡の信号を受けて短絡期間Ｓに短絡電流の制御を行う短絡制御部１２と、溶接作業者が設定電流を設定するための設定電流設定部２９とを備えている。さらに、本実施の形態のアーク溶接装置は、作業者により設定電流設定部２９に設定された設定電流に基づいて一元電圧を設定するための一元電圧設定部２１と、設定電圧を設定するための設定電圧設定部２２と、一元電圧設定部２１で設定された一元設定電圧と設定電圧設定部２２に設定された設定電圧との差を求める一元／設定電圧差分計算部２３とを備えている。
【００５２】
短絡制御部１２は、作業者が設定電流設定部２９で設定した設定電流に基づいて、短絡電流の第１段目の増加傾きｄｉ／ｄｔと短絡電流の第２段目の増加傾きｄｉ／ｄｔとを設定する短絡電流の増加傾きｄｉ／ｄｔ基本設定部１３を備えている。また、一元／設定電圧差分計算部２３の算出結果に基づいて、短絡電流の増加傾きｄｉ／ｄｔ基本設定部１３で設定した短絡電流の増加傾きｄｉ／ｄｔを変更する短絡電流の増加傾きｄｉ／ｄｔ制御部１４を備えている。さらに、短絡制御部１２は、作業者が設定電流設定部２９で設定した設定電流に基づいて、短絡電流の第１段目の増加傾きｄｉ／ｄｔから短絡電流の第２段目の増加傾きｄｉ／ｄｔに傾きが変わる屈曲点Ｂを設定する短絡電流の屈曲点基本設定部１５を備えている。また、一元／設定電圧差分計算部２３の算出結果に基づいて、屈曲点Ｂである電流値を変更する短絡電流の屈曲点制御部１６を備えている。なお、設定電流に対する一元電圧と、短絡電流の第１段目の増加傾きｄｉ／ｄｔ、短絡電流の第２段目の増加傾きｄｉ／ｄｔ、および屈曲点Ｂとの関係は、例えば、図示しない記憶部に、テーブルあるいは数式として記憶されており、設定電流に基づいて決定される。
【００５３】
溶接電圧検出部８は溶接用電源出力端子８ａ、８ｂ間に接続され、検出した電圧に対応した信号を短絡／アーク検出部１０に出力する。短絡／アーク検出部１０は、溶接電圧検出部８からの信号に基づいて、溶接出力電圧が一定値以上か未満かを判定し、この判定結果により溶接ワイヤ２５が被溶接物２８に接触短絡しているか、それとも非接触状態で溶接アークを発生しているかを判定して判定信号を出力する。
【００５４】
次に、短絡／アーク検出部１０の判定後の短絡制御について説明する。短絡制御部１２は、上記のように、短絡電流の増加傾きｄｉ／ｄｔ基本設定部１３と、短絡電流の増加傾きｄｉ／ｄｔ制御部１４と、短絡電流の屈曲点基本設定部１５と、短絡電流の屈曲点制御部１６とから構成されている。一元電圧設定部２１と設定電圧設定部２２との差を一元／設定電圧差分計算部２３で監視しており、短絡制御部１２は、一元／設定電圧差分計算部２３からの電圧差分値を受ける。短絡電流の増加傾きｄｉ／ｄｔ制御部１４と短絡電流の屈曲点制御部１６は、短絡電流の増加傾きｄｉ／ｄｔ基本設定部１３と短絡電流の屈曲点基本設定部１５からの値に対して変更した値を駆動部７に出力する。これにより、図１〜図３で説明したように、短絡電流の増加傾きｄｉ／ｄｔおよび短絡電流の屈曲点Ｂが制御され、短絡電流が制御される。
【００５５】
以上のようなアーク溶接装置により、短絡電流の増加傾きｄｉ／ｄｔおよび短絡電流の屈曲点Ｂとなる電流値を自動調整することで、溶接速度が速く、かつ設定電圧が一元電圧と異なった場合に、アークが不安定になることによるビード欠陥、スパッタ増加、溶け込み不良等の問題を最小限に押さえることができる。したがって、生産効率や作業環境への悪影響を抑えることができる。
【００５６】
なお、図４で示したアーク溶接装置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。
【００５７】
（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、設定電圧が一元電圧と異なっていた場合に、短絡初期電流値と短絡初期時間を変動させる点である。しかし、本発明は、短絡初期電流値と短絡初期時間の両者を変動させる必要はない。すなわち、短絡初期電流値と短絡初期時間の少なくともいずれか一方を変動させればよい。本実施の形態では、短絡初期電流値と短絡初期時間を変動させる場合について説明する。
【００５８】
図５は、実施の形態１と同じく、短絡状態とアーク状態を交互に繰り返す消耗電極式アーク溶接における溶接電流波形を示している。図５において、設定電圧が一元電圧である場合に対応する電流波形を実線Ｎ１で示している。一元電圧から電圧を小さくした場合、すなわち、設定電圧が一元電圧よりも小さい場合の電流波形を点線Ｎ２で示している。一元電圧から電圧を大きくした場合、すなわち、設定電圧が一元電圧よりも大きい場合の電流波形を一点鎖線Ｎ３で示している。
【００５９】
実施の形態１と同じく、溶接速度が１ｍ／ｍｉｎの場合の時刻Ｐ１から時刻Ｐ２までの短絡初期電流値と短絡初期時間に対して、従来は、例えば溶接作業者により溶接速度が１．５ｍ／ｍｉｎ、設定電圧が一元電圧より−５Ｖと（５Ｖ小さく）設定された場合、溶接速度１ｍ／ｍｉｎの適正値では溶融プールの追従性が悪く、溶接ワイヤが溶融しにくいことから溶接ワイヤが母材から短絡開放しにくい状態が発生しやすく、ワイヤはじきといったアークが不安定な状態を発生させてしまうことがある。
【００６０】
そこで、本実施の形態では、設定電圧が一元電圧より小さくなる方向に設定された場合、すなわち、設定電圧が一元電圧より低く設定された場合には、時刻Ｐ１から時刻Ｐ２までの短絡初期電流値を大きくする方向に、すなわち、設定電圧が一元電圧と同じ場合の短絡初期電流値よりも短絡初期電流値を大きくする方向へ変更する。さらに、時刻Ｐ１から時刻Ｐ２までの短絡初期時間を短くする方向に、すなわち、設定電圧が一元電圧と同じ場合の短絡初期時間よりも短絡初期時間を短くする方向へ変更する。
【００６１】
次に、短絡初期電流値を変更する一例について図６を用いて以下に説明する。なお、図６は、設定電圧と短絡初期電流値との関係の一例を示す図である。例えば、作業者により設定される設定電圧が一元電圧と同じ場合、図６の線Ｎ４に示すように、短絡初期電流値は一元値である１００Ａである。このときの溶接電流波形が図５の実線Ｎ１である。しかし、設定電圧が一元電圧より−５Ｖと設定された場合、すなわち、設定電圧が一元電圧より５Ｖ小さいと設定された場合、短絡初期電流値は一元値である１００Ａに２５Ａを増加し、１２５Ａとなる。このときの溶接電流波形が図５の点線Ｎ２である。逆に、設定電圧が一元電圧より＋５Ｖと設定された場合、すなわち、設定電圧が一元電圧より５Ｖ大きいと設定された場合、一点鎖線Ｎ３に示すように、短絡初期電流値は一元値である１００Ａから２５Ａを減少し、７５Ａとなる。このときの溶接電流波形が図５の一点鎖線Ｎ３である。
【００６２】
なお、図６では、±１Ｖあたりに±５Ａ変化させる絶対値方式としての例を挙げたが、±１Ｖあたり±５％とする変動率方式としても良い。すなわち、短絡初期電流値は、適正電圧と設定電圧の差に対応した絶対量により変更しても良いし、適正電圧と設定電圧の差に応じた変化率に基づく量により変更しても良い。
【００６３】
また、図６では、設定電圧と短絡初期電流値の関係が一次曲線であるが、例えば２次曲線など１次曲線以外でも良い。
【００６４】
ここで、設定電圧が一元電圧より小さくなる方向に設定されたことにより短絡回数が増えるためにアーク期間が短くなり、溶接ワイヤ先端の溶滴が小さくなる。その結果、次の短絡時には溶接ワイヤが溶融しにくくなり、短絡開放が難しくなる。しかし、本実施の形態の制御を行うことにより、短絡初期電流値を大きくする方向に変更することで溶接ワイヤと被溶接物のしっかり短絡している状態を若干和らげることができる。これにより、溶接ワイヤの溶融を促進することができ、短絡開放を比較的スムーズにすることができる。
【００６５】
次に、短絡初期時間の制御について図７を用いて説明する。なお、図７は、設定電圧と短絡初期時間値との関係の一例を示す図である。例えば、作業者により設定される設定電圧が一元電圧と同じ場合、図７の線Ｎ５に示すように、短絡初期時間値は一元値である５００μｓである（図５の溶接電流波形の実線Ｎ１参照）。しかし、設定電圧が一元電圧より−５Ｖと設定された場合、すなわち、設定電圧が一元電圧より５Ｖ小さいと設定された場合、短絡初期時間値は一元値である５００μｓに２５０μｓを減少し、２５０μｓとなる（図５の溶接電流波形の点線Ｎ２参照）。逆に、設定電圧が一元電圧より＋５Ｖと設定された場合、すなわち、設定電圧が一元電圧より５Ｖ大きいと設定された場合、短絡初期時間値は一元値である５００μｓに２５０μｓを増加し、７５０μｓとなる（図５の溶接電流波形の一点鎖線Ｎ３参照）。
【００６６】
なお、図７では、±１Ｖあたりに±５０μｓの絶対値方式としての例を挙げたが、±１Ｖあたり±１０％とする変動率方式としても良い。すなわち、短絡初期時間も、適正電圧と設定電圧の差に対応した絶対量により変更しても良いし、適正電圧と設定電圧の差に応じた変化率に基づく量により変更しても良い。
【００６７】
また、図７では、設定電圧と短絡初期時間値の関係が一次曲線であるが、例えば２次曲線など１次曲線以外でも良い。
【００６８】
ここで、設定電圧を一元電圧より小さくなる方向に設定されたことにより短絡回数が増えるためにアーク期間が短くなり、その結果溶接ワイヤ先端の溶滴が小さくなる。したがって、次の短絡時には溶接ワイヤが溶融し難くなり、短絡開放が難しくなる。しかし、本実施の形態の制御を行うことにより、短絡初期時間を短くなる方向にすることで溶接ワイヤと被溶接物のしっかり短絡している状態を若干和らげることができる。このことにより溶接ワイヤの溶融を促進することができ、短絡開放を比較的スムーズにすることができる。
【００６９】
なお、図６と図７に示すように、設定電圧が一元電圧より大きくまたは小さくなる値として設定された場合、この設定に応じて時刻Ｐ１から時刻Ｐ２までの短絡初期電流値と短絡初期時間を変化させる。このとき、図６や図７に示すように、短絡初期電流値と短絡初期時間に上下限値を設けてもよく、これにより過剰な調整を防止することができる。すなわち、上下限を設けることにより、短絡初期電流を大きくする方向に、また短絡初期時間を短くする方向に変動し過ぎて、短絡直後に短絡開放するなどの状態が発生することを防止できる。したがって、短絡周期性が崩れることを防止できる。
【００７０】
なお、時刻Ｐ１から時刻Ｐ２までの短絡初期電流値と短絡初期時間は、設定電圧と一元電圧との差分値に加え、送給する消耗電極ワイヤのワイヤ径、ワイヤ種類、ワイヤ突出長、供給するシールドガス、および溶接電流の設定電流域のうち少なくとも１つに基づいて設定される。
【００７１】
以上のように、本実施の形態の制御方法により自動調整を行って短絡初期電流値や短絡初期時間を制御することにより、短絡が発生してから素早く溶接ワイヤを溶融させることができる。そのため、溶接速度が速く設定され、設定電圧も一元電圧より小さくなる方向に設定された場合でも、ワイヤをはじくことなく、アークが不安定となることも抑制することができる。
【００７２】
なお、溶接速度が１ｍ／ｍｉｎ以下と遅く、設定電圧が一元電圧より大きくなる方向に設定された場合には、時刻Ｐ１から時刻Ｐ２までの短絡初期電流値は小さくなる方向に、短絡初期時間は長くなる方向に自動的に調整される。そのため、よりしっかりした短絡状態を確保することができる。したがって、短絡直後に発生する再短絡を防止することができ、短絡周期を安定させることができる。
【００７３】
次に、本実施の形態の制御を行う溶接装置について図８を用いて説明する。なお、本実施の形態のアーク溶接装置において、実施の形態１で説明したアーク装置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のアーク溶接装置の構成と異なる主な点は、短絡制御部１２の構成である。
【００７４】
図８に示すように、短絡制御部１２は、短絡電流を出力する短絡初期電流基本設定部１７と、短絡初期電流制御部１８と、短絡初期時間基本設定部１９と、短絡初期時間制御部２０とで構成されている。
【００７５】
溶接電圧検出部８は溶接用電源出力端子８ａ、８ｂ間に接続され、検出した電圧に対応した信号を短絡／アーク検出部１０に出力する。短絡／アーク検出部１０は、溶接電圧検出部８からの信号に基づいて、溶接出力電圧が一定値以上か未満かを判定し、この判定結果により溶接ワイヤ２５が被溶接物２８に接触短絡しているか、それとも非接触状態で溶接アークを発生しているかを判定して判定信号を出力する。
【００７６】
次に、短絡／アーク検出部１０の判定後の短絡制御について説明する。短絡制御部１２は、作業者が設定した設定電流に基づいて短絡開始時から所定期間の間に流す電流である短絡初期電流値を設定する短絡初期電流基本設定部１７と、一元／設定電圧差分計算部２３の算出結果に基づいて短絡初期電流基本設定部１７で設定した短絡初期電流を変更する短絡初期電流制御部１８とから構成される。さらに、短絡制御部１２は、作業者が設定した設定電流に基づいて短絡初期電流値を流す期間である短絡初期時間を設定する短絡初期時間基本設定部１９と、一元／設定電圧差分計算部２３の算出結果に基づいて短絡初期時間基本設定部で設定した短絡初期時間を変更する短絡初期時間制御部２０から構成されている。
【００７７】
なお、設定電流に対する一元電圧と、短絡初期電流および短絡初期時間との関係は、例えば、図示しない記憶部に、テーブルあるいは数式として記憶されており、設定電流に基づいて決定される。そして、一元電圧設定部２１の一元電圧と設定電圧設定部２２の設定電圧との差を一元／設定電圧差分計算部２３で監視している。
【００７８】
短絡制御部１２は、一元／設定電圧差分計算部２３からの電圧差分値を受け、図５〜図７で説明したように短絡電流を制御する。すなわち、短絡初期電流制御部１８と短絡初期時間制御部２０のそれぞれは、短絡初期電流基本設定部１７と短絡初期時間基本設定部１９からの値をそれぞれ変更して、変更した値を駆動部７に出力して短絡電流を制御する。
【００７９】
以上のようなアーク溶接装置により、短絡初期電流値と短絡初期時間を自動調整することで、実施の形態１と同様に、溶接速度が速く、かつ設定電圧が一元電圧と異なった場合のアーク不安定によるビード欠陥、スパッタ増加、溶け込み不良等の問題を最小限に押さえることができる。したがって、生産効率や作業環境への悪影響を抑えることが可能である。
【００８０】
（実施の形態３）
本実施の形態は、実施の形態１の制御と実施の形態２の制御とを併せて行うものである。すなわち、実施の形態１における、図１に示す、時刻Ｐ２から時刻Ｐ３までの短絡電流の第１段目の増加傾きｄｉ／ｄｔと、時刻Ｐ３から時刻Ｐ４までの短絡電流の第２段目の増加傾きｄｉ／ｄｔと、時刻Ｐ３での短絡電流の屈曲点Ｂとなる電流値とを変動させる制御と、実施の形態２における、図５に示す、時刻Ｐ１から時刻Ｐ２までの短絡初期電流と短絡初期時間とを変動させる制御とを組合せる。このことにより、溶接速度がより速く、設定電圧が一元電圧より小さくなる方向に設定された場合でもワイヤはじくことなく、安定した溶接することが可能であり、溶接速度及び電圧下限裕度を更に向上させることができる。
【００８１】
なお、本実施の形態のアーク溶接装置の構成は、実施の形態１と実施の形態２の、図４および図８に示す短絡制御部１２内の構成を組み合わせて実現することができる。
【００８２】
以上のように、本実施の形態は、実施の形態１や実施の形態２を単独で制御する場合よりも、溶接速度がより速く、かつ設定電圧が一元電圧より小さくなる方向に設定された場合に発生するアーク不安定によるビード欠陥、スパッタ増加、溶け込み不良等の問題を最小限に押さえることができ、生産効率や作業環境への悪影響を抑えることができる。
【００８３】
以上説明してきたように、本発明の消耗電極式アーク溶接方法は、設定電流に対応した適正電圧と短絡電流の増加傾きとを設定し、消耗電極ワイヤを送給して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方法であって、設定電圧が適正電圧と異なる場合、設定電圧と適正電圧との差に応じて短絡電流の増加傾きを変更して短絡電流の制御を行う構成を有する。
【００８４】
また、本発明の消耗電極式アーク溶接方法は、設定電流に対応した適正電圧と短絡開始時から所定期間である短絡初期時間と短絡初期時間の間に流す電流である短絡初期電流値とを設定し、消耗電極ワイヤを送給して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方法であって、設定電圧が適正電圧と異なる場合、設定電圧と適正電圧との差に応じて短絡初期電流値と短絡初期時間とを変更して短絡電流の制御を行う構成を有する。
【００８５】
さらに、本発明の消耗電極式アーク溶接装置は、消耗電極である溶接ワイヤと被溶接物との間でアーク状態と短絡状態とを繰り返して溶接を行うアーク溶接装置であって、以下の構成からなる。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、溶接電圧検出部の出力に基づいて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、短絡／アーク検出部からの短絡の信号を受けて短絡状態の期間に短絡電流の制御を行う短絡制御部と、短絡／アーク検出部からのアークの信号を受けてアーク状態の期間にアーク電圧の制御を行うアーク制御部と、短絡制御部およびアーク制御部の出力に基づいてスイッチング素子を駆動する駆動部と、設定電流を設定するための設定電流設定部と、設定電流設定部で設定した設定電流に基づいた適正電圧を設定する適正電圧設定部と、設定電圧を設定するための設定電圧設定部と、適正電圧と設定電圧との差を算出する適正／設定電圧差分計算部とを備えている。短絡制御部は、設定電流設定部で設定した設定電流に基づいて短絡電流の増加傾きを設定する増加傾き基本設定部と、適正／設定電圧差分計算部の算出結果に基づいて増加傾き基本設定部で設定した短絡電流の増加傾きを変更する増加傾き制御部とを備えた構成を有する。
【００８６】
さらに、本発明の消耗電極式アーク溶接装置は、消耗電極である溶接ワイヤと被溶接物との間でアーク状態と短絡状態とを繰り返して溶接を行うアーク溶接装置であって、以下の構成からなる。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、溶接電圧検出部の出力に基づいて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、短絡／アーク検出部からの短絡の信号を受けて短絡状態の期間に短絡電流の制御を行う短絡制御部と、短絡／アーク検出部からのアークの信号を受けてアーク状態の期間にアーク電圧の制御を行うアーク制御部と、短絡制御部およびアーク制御部の出力に基づいてスイッチング素子を駆動する駆動部と、設定電流を設定するための設定電流設定部と、設定電流設定部で設定した設定電流に基づいた適正電圧を設定する適正電圧設定部と、設定電圧を設定するための設定電圧設定部と、適正電圧と設定電圧との差を算出する適正／設定電圧差分計算部とを備えている。短絡制御部は、設定電流設定部で設定した設定電流に基づいて短絡開始時から所定期間である短絡初期時間の間に流す電流である短絡初期電流値を設定する短絡初期電流基本設定部と、適正／設定電圧差分計算部の算出結果に基づいて短絡初期電流基本設定部で設定した短絡初期電流値を変更する短絡初期電流制御部と、設定電流設定部で設定した設定電流に基づいて短絡初期時間を設定する短絡初期時間基本設定部と、適正／設定電圧差分計算部の算出結果に基づいて短絡初期時間基本設定部で設定した短絡初期時間を変更する短絡初期時間制御部とを備えている。短絡制御部は、適正／設定電圧差分計算部の算出結果に基づいて短絡初期電流値と短絡初期時間とを変更する構成を有する。
【００８７】
かかる構成によれば、溶接速度の高速化及び突出し長さの変化や被溶接物間のギャップなどの外乱に対して、設定電圧を通常の適正電圧より数Ｖ小さくなる方向に設定された場合でも、溶接作業者の手を借りずに自動的に短絡電流の増加傾きや短絡電流の屈曲点となる電流値や短絡初期電流や短絡初期時間の調整を行うことができる。
【００８８】
これにより、溶接ワイヤの溶融を促進させることで溶接ワイヤをはじくことがなく、アーク不安定によるビード欠陥、スパッタ増加、溶け込み不良等の問題を最小限に押さえることができる。したがって、被溶接物の歩留まりを高めて手直し工数を削減でき、高速溶接での溶接品質を向上させることができる。また、生産効率や作業環境への悪影響を抑えることが可能となる。
【産業上の利用可能性】
【００８９】
本発明は、アークの不安定によるビード欠陥、スパッタ増加、溶け込み不良等の問題を最小限に留めることができ、生産効率や作業環境への悪影響を抑えることが可能である。したがって、例えば消耗電極式アーク溶接施工を行う自動車などの薄板での高速溶接を主としている業界で広く利用可能性があり、産業上有用である。
【符号の説明】
【００９０】
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    インダクタ
７    駆動部
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    アーク制御部
１２    短絡制御部
１３    短絡電流の増加傾きｄｉ／ｄｔ基本設定部
１４    短絡電流の増加傾きｄｉ／ｄｔ制御部
１５    短絡電流の屈曲点基本設定部
１６    短絡電流の屈曲点制御部
１７    短絡初期電流基本設定部
１８    短絡初期電流制御部
１９    短絡初期時間基本設定部
２０    短絡初期時間制御部
２１    一元電圧設定部（適正電圧設定部）
２２    設定電圧設定部
２３    一元／設定電圧差分計算部（適正／設定電圧差分計算部）
２４    ワイヤ送給モータ
２５    溶接ワイヤ
２６    チップ
２７    溶接アーク
２８    被溶接物
２９    設定電流設定部
【図１】
2010116695.tif 000003
【図２】
2010116695.tif 000004
【図３】
2010116695.tif 000005
【図４】
2010116695.tif 000006
【図５】
2010116695.tif 000007
【図６】
2010116695.tif 000008
【図７】
2010116695.tif 000009
【図８】
2010116695.tif 000010
【図９】
2010116695.tif 000011
【手続補正書】
【提出日】平成22年8月18日(2010.8.18)
【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】
設定電流に対応した適正電圧と短絡電流の増加傾きとを設定し、消耗電極ワイヤを送給して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方法であって、作業者が設定した設定電圧が前記適正電圧と異なる場合、前記設定電圧と前記適正電圧との差に応じて前記短絡電流の増加傾きを変更して前記短絡電流の制御を行う消耗電極式アーク溶接方法。
【請求項２】
前記設定電圧が前記適正電圧より小さい場合は、前記短絡電流の増加傾きを前記設定電圧が前記適正電圧と同じ場合の前記短絡電流の増加傾きより急になるように変更し、前記設定電圧が前記適正電圧より大きい場合は、前記短絡電流の増加傾きを前記設定電圧が前記適正電圧と同じ場合の前記短絡電流の増加傾きより緩やかになるように変更して前記短絡電流の制御を行う請求項１記載の消耗電極式アーク溶接方法。
【請求項３】
前記短絡電流の増加傾きが、短絡電流の第１段目の増加傾きおよび前記短絡電流の第１段目の増加傾きに続く短絡電流の第２段目の増加傾きからなり、前記設定電圧が前記適正電圧と異なる場合、前記設定電圧と前記適正電圧との差に応じて前記短絡電流の第１段目の増加傾きと前記短絡電流の第２段目の増加傾きとを変更して前記短絡電流の制御を行う請求項１記載の消耗電極式アーク溶接方法。
【請求項４】
前記短絡電流の第１段目の増加傾きと前記短絡電流の第２段目の増加傾きとは異なる傾きである請求項３記載の消耗電極式アーク溶接方法。
【請求項５】
前記短絡電流の第１段目の増加傾きは、前記短絡電流の第２段目の増加傾きより急である請求項４記載の消耗電極式アーク溶接方法。
【請求項６】
前記短絡電流の増加傾きを、前記適正電圧と前記設定電圧の差に対応した絶対量により変更する、または、前記適正電圧と前記設定電圧の差に応じた変化率に基づく量により変更する請求項１記載の消耗電極式アーク溶接方法。
【請求項７】
前記設定電圧が前記適正電圧と異なる場合、前記設定電圧と前記適正電圧との差に応じて、前記短絡電流の第１段目の増加傾きから前記短絡電流の第２段目の増加傾きに傾きが変わる屈曲点となる電流値を変更して前記短絡電流の制御を行う請求項３記載の消耗電極式アーク溶接方法。
【請求項８】
前記設定電圧が前記適正電圧より小さい場合は、前記屈曲点となる電流値を前記設定電圧が前記適正電圧と同じ場合の前記屈曲点となる電流値より大きくなるように変更し、前記設定電圧が前記適正電圧より大きい場合は、前記屈曲点となる電流値を前記設定電圧が前記適正電圧と同じ場合の前記屈曲点となる電流値より小さくなるように変更して短絡電流の制御を行う請求項７記載の消耗電極式アーク溶接方法。
【請求項９】
前記屈曲点となる電流値を、前記適正電圧と前記設定電圧の差に対応した絶対量により変更する、または、前記適正電圧と前記設定電圧の差に応じた変化率に基づく量により変更する請求項７記載の消耗電極式アーク溶接方法。
【請求項１０】
設定電流に対応した適正電圧と短絡開始時から所定期間である短絡初期時間と前記短絡初期時間の間に流す電流である短絡初期電流値とを設定し、消耗電極ワイヤを送給して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方法であって、作業者が設定した設定電圧が前記適正電圧と異なる場合、前記設定電圧と前記適正電圧との差に応じて前記短絡初期電流値と前記短絡初期時間とを変更して前記短絡電流の制御を行う消耗電極式アーク溶接方法。
【請求項１１】
前記設定電圧が前記適正電圧より小さい場合は、前記短絡初期電流値を前記設定電圧が前記適正電圧と同じ場合の前記短絡初期電流値より大きくなるように変更し、前記設定電圧が前記適正電圧より大きい場合は、前記短絡初期電流値を前記設定電圧が前記適正電圧と同じ場合の前記短絡初期電流値より小さくなるように変更して、前記短絡電流の制御を行う請求項１０記載の消耗電極式アーク溶接方法。
【請求項１２】
前記設定電圧が前記適正電圧より小さい場合は、前記短絡初期時間を前記設定電圧が前記適正電圧と同じ場合の前記短絡初期時間より短くなるように変更し、前記設定電圧が前記適正電圧より大きい場合は、前記短絡初期時間を前記設定電圧が前記適正電圧と同じ場合の前記短絡初期時間より長くなるように変更して、前記短絡電流の制御を行う請求項１０記載の消耗電極式アーク溶接方法。
【請求項１３】
前記短絡初期電流値と前記短絡初期時間を、前記適正電圧と前記設定電圧の差に対応した絶対量により変更する、または、前記適正電圧と前記設定電圧の差に応じた変化率に基づく量により変更する請求項１０記載の消耗電極式アーク溶接方法。
【請求項１４】
消耗電極である溶接ワイヤと被溶接物との間でアーク状態と短絡状態とを繰り返し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、
前記溶接電圧検出部の出力に基づいて前記短絡状態であるのか前記アーク状態であるのかを検出する短絡／アーク検出部と、
前記短絡／アーク検出部からの短絡の信号を受けて前記短絡状態の期間に短絡電流の制御を行う短絡制御部と、
前記短絡／アーク検出部からのアークの信号を受けて前記アーク状態の期間にアーク電圧の制御を行うアーク制御部と、
前記短絡制御部および前記アーク制御部の出力に基づいて前記スイッチング素子を駆動する駆動部と、
設定電流を設定するための設定電流設定部と、
前記設定電流設定部で設定した前記設定電流に基づいた適正電圧を設定する適正電圧設定部と、
設定電圧を設定するための設定電圧設定部と、
前記適正電圧と前記設定電圧との差を算出する適正／設定電圧差分計算部とを備え、
前記短絡制御部は、
前記設定電流設定部で設定した前記設定電流に基づいて前記短絡電流の増加傾きを設定する増加傾き基本設定部と、
前記適正／設定電圧差分計算部の算出結果に基づいて前記増加傾き基本設定部で設定した前記短絡電流の増加傾きを変更する増加傾き制御部とを備えたアーク溶接装置。
【請求項１５】
前記短絡電流の増加傾きが、短絡電流の第１段目の増加傾きおよび前記短絡電流の第１段目の増加傾きに続く短絡電流の第２段目の増加傾きからなり、
前記増加傾き基本設定部は、前記短絡電流の第１段目の増加傾きおよび前記短絡電流の第２段目の増加傾きを設定し、
前記増加傾き制御部は、前記適正／設定電圧差分計算部の算出結果に基づいて前記増加傾き基本設定部で設定した前記短絡電流の第１段目の増加傾きまたは前記短絡電流の第２段目の増加傾きのうち少なくとも一方を変更し、
前記短絡電流の第１段目の増加傾きから前記短絡電流の第２段目の増加傾きに傾きが変わる屈曲点を前記設定電流に基づいて設定する屈曲点基本設定部と、
前記屈曲点基本設定部で設定された前記屈曲点を前記適正／設定電圧差分計算部の算出結果に基づいて変更する屈曲点制御部とをさらに備え、
前記短絡制御部は、前記適正／設定電圧差分計算部の算出結果に基づいて前記短絡電流の第１段目の増加傾きまたは前記短絡電流の第２段目の増加傾きのうち少なくとも一方と前記屈曲点とを変更する請求項１４記載のアーク溶接装置。
【請求項１６】
消耗電極である溶接ワイヤと被溶接物との間でアーク状態と短絡状態とを繰り返し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、
前記溶接電圧検出部の出力に基づいて前記短絡状態であるのか前記アーク状態であるのかを検出する短絡／アーク検出部と、
前記短絡／アーク検出部からの短絡の信号を受けて前記短絡状態の期間に短絡電流の制御を行う短絡制御部と、
前記短絡／アーク検出部からのアークの信号を受けて前記アーク状態の期間にアーク電圧の制御を行うアーク制御部と、
前記短絡制御部および前記アーク制御部の出力に基づいて前記スイッチング素子を駆動する駆動部と、
設定電流を設定するための設定電流設定部と、
前記設定電流設定部で設定した前記設定電流に基づいた適正電圧を設定する適正電圧設定部と、
設定電圧を設定するための設定電圧設定部と、
前記適正電圧と前記設定電圧との差を算出する適正／設定電圧差分計算部とを備え、
前記短絡制御部は、
前記設定電流設定部で設定した前記設定電流に基づいて短絡開始時から所定期間である短絡初期時間の間に流す電流である短絡初期電流値を設定する短絡初期電流基本設定部と、
前記適正／設定電圧差分計算部の算出結果に基づいて前記短絡初期電流基本設定部で設定した前記短絡初期電流値を変更する短絡初期電流制御部と、
前記設定電流設定部で設定した前記設定電流に基づいて前記短絡初期時間を設定する短絡初期時間基本設定部と、
前記適正／設定電圧差分計算部の算出結果に基づいて前記短絡初期時間基本設定部で設定した前記短絡初期時間を変更する短絡初期時間制御部とを備え、
前記短絡制御部は、前記適正／設定電圧差分計算部の算出結果に基づいて前記短絡初期電流値と前記短絡初期時間とを変更するアーク溶接装置。
【国際調査報告】
2010116695.tif 000012
2010116695.tif 000013
2010116695.tif 000014
2010116695.tif 000015