(57)【要約】  消耗電極アーク溶接を開始するに際し、溶接ワイヤを母材に接触させた後に後退させてから溶接ワイヤに初期電流を流す。これにより初期アークを発生させると共に、その初期アークを維持しつつ溶接ワイヤの後退を初期アーク引き上げ期間Ｔｉだけ継続した後、初期アークから定常アークへと移行する。初期アーク引き上げ期間Ｔｉの経過後には、予め設定した溶融池形成期間Ｔｐが設定されている。溶融池形成期間中は、初期アークを維持しながら初期電流よりも大きな値である溶融池形成電流を流すと共に、溶接ワイヤを前進させて母材に送給する。溶融池形成期間中は、初期アークにより、溶接ワイヤから溶滴を離脱させずに溶接ワイヤを母材に接触させない状態で、溶融池を形成する。この制御方法によれば、溶融池を形成した後に定常アーク状態に移行されるため、溶滴の母材への移行に伴うスパッタの発生が抑制される。
2009051107.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
消耗電極アーク溶接を開始するに際し、溶接ワイヤを母材に接触させた後に後退させてから前記溶接ワイヤに初期電流を流すことにより初期アークを発生させ、前記初期アークを維持しつつ前記溶接ワイヤの後退を初期アーク引き上げ期間だけ継続した後、前記溶接ワイヤを定常送給速度で前進させて前記溶接ワイヤに定常溶接電流を流すことにより定常アーク状態へと移行させるアークスタート制御方法において、
前記初期アーク引き上げ期間の経過後に溶融池形成期間を設定し、
前記溶融池形成期間中に、前記初期アークを維持しながら、前記初期電流よりも大きな値である予め定めた溶融池形成電流を流すと共に、前記溶接ワイヤを予め定めた溶融池形成送給速度で前進させて前記母材に送給することによって、前記溶接ワイヤから溶滴を離脱させずに、かつ前記溶接ワイヤを前記母材に接触させない状態で、前記初期アークにより溶融池を形成することを特徴とするアークスタート制御方法。
【請求項２】
前記溶接ワイヤの後退移動を、送給ロールによる前記溶接ワイヤの送給によって行うことを特徴とする請求項１記載のアークスタート制御方法。
【請求項３】
前記溶接ワイヤの後退移動を、前記溶接ワイヤが通される溶接トーチの移動によって行うことを特徴とする請求項１記載のアークスタート制御方法。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか１項に記載するアークスタート制御方法であって、前記制御方法は溶接条件を教示するティーチペンダントを備えたロボット溶接装置を使用して行われるアークスタート制御方法において、
前記溶融池形成期間、前記溶融池形成電流、及び前記溶融池形成送給速度のうちの少なくとも１つ以上を前記ティーチペンダントから設定することを特徴とするアークスタート制御方法。
【請求項５】
前記定常送給速度を前記定常溶接電流の設定値に応じて自動設定し、前記溶融池形成期間、前記溶融池形成電流、及び前記溶融池形成送給速度のうちの少なくとも１つ以上を前記定常送給速度又は前記定常溶接電流設定値に応じて変化させることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載のアークスタート制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、消耗電極アーク溶接を開始するに際し、溶接ワイヤを母材に一旦接触させた後に引き上げて初期アークを発生させ、初期アークを維持しつつ溶接ワイヤの引き上げを継続した後、初期アークから定常状態のアークへと移行させるリトラクトアークスタート制御方法の改良に関する。
【背景技術】
【０００２】
図６に示すように、溶接電源ＰＳの外部には、溶接開始回路ＳＴが設けられている。溶接開始回路ＳＴから溶接開始信号Ｓｔが入力されると、溶接電源ＰＳは、アークを発生させるための溶接電圧Ｖｗ及び溶接電流Ｉｗと、溶接ワイヤ１の送給を制御するための送給制御信号Ｆｃとをそれぞれ出力する。溶接開始回路ＳＴとしては、溶接工程を制御するプログラマブル・ロジック・コントローラ（ＰＬＣ）、ロボット制御装置等がある。ワイヤ送給モータＷＭには、送給ロール５が接続されている。溶接ワイヤ１は、送給ロール５の回転により溶接トーチ４内を通って母材２へと送給される。また、溶接ワイヤ１に対し給電チップを介して給電されることにより、シールドガス６中において溶接ワイヤ１と母材２との間にはアーク３が発生する。ワイヤ送給モータＷＭが正回転すると、溶接ワイヤ１は、母材２へ近づく方向に送給されて、前進させられる。一方、ワイヤ送給モータＷＭが逆回転すると、溶接ワイヤ１は、母材２から離れる方向に送給されて、後退させられる。【０００３】
溶接ワイヤ１と母材２とが接触（短絡）している状態、又はアークが発生している状態のときは、溶接ワイヤ１と母材２との間に溶接電流Ｉｗが流れている。他方、溶接ワイヤ１と母材２とが離れておりアーク３も発生していない無負荷状態のときは、溶接電圧Ｖｗが最大値（無負荷電圧）となり、溶接ワイヤ１と母材２との間に溶接電流Ｉｗが流れない。また、溶接ワイヤ１の先端と母材２との距離は、ワイヤ先端・母材間距離Ｌｗ［ｍｍ］である。従って、アーク発生中のワイヤ先端・母材間距離Ｌｗはアーク長と略等しくなる。【０００４】
図７は、図６の溶接装置によって従来のリトラクトアークスタート制御方法を行ったときのタイミングチャートである。図７（Ａ）は溶接開始信号Ｓｔを示し、図７（Ｂ）は送給制御信号Ｆｃを示し、図７（Ｃ）は溶接電圧Ｖｗを示し、図７（Ｄ）は溶接電流Ｉｗを示し、図７（Ｅ）はワイヤ先端・母材間距離Ｌｗを示す。以下、リトラクトアークスタート制御方法について図７（Ａ）〜図７（Ｅ）を参照して説明する。
（１）時刻ｔ１〜ｔ２のワイヤスローダウン期間
時刻ｔ１において、図７（Ａ）に示すように、溶接開始信号Ｓｔが入力されてＨｉｇｈレベルになると、図７（Ｂ）に示すように、送給制御信号Ｆｃの値はスローダウン送給速度設定値Ｆｉｒとなり、溶接ワイヤの前進が開始される。スローダウン送給速度設定値Ｆｉｒは、通常は、１〜２ｍ／ｍｉｎ程度の遅い速度に設定される。これは、スローダウン送給速度を速くするとアークスタート性が悪くなるためである。同時に、溶接電源ＰＳの出力が開始されて、図７（Ｃ）に示すように、溶接電圧Ｖｗが印加される。時刻ｔ１時点では無負荷状態であるため、溶接電圧Ｖｗは無負荷電圧Ｖｎ１に設定される。時刻ｔ１以降、溶接ワイヤは前進させられるため、図７（Ｅ）に示すように、ワイヤ先端・母材間距離Ｌｗは次第に短くなる。
（２）時刻ｔ２〜ｔ３の短絡期間
時刻ｔ２において、ワイヤ先端が母材に接触すると、図７（Ｅ）に示すように、ワイヤ先端・母材間距離Ｌｗは０となり、図７（Ｃ）に示すように、溶接電圧Ｖｗは数Ｖ程度の短絡電圧値を示し、図７（Ｄ）に示すように、溶接電流Ｉｗは初期電流設定値Ｉｉｒを示す。初期電流設定値Ｉｉｒは、１０〜１００Ａ程度の低電流値である。このときに、図７（Ｃ）に示すように、溶接電圧Ｖｗが予め定めた基準電圧値Ｖｔｈ以下なったことを検出して、溶接ワイヤと母材との接触が判別される。またこのとき、図７（Ｂ）に示すように、送給制御信号Ｆｃの値は負の値を示す後退送給速度設定値Ｆｂｒとなり、溶接ワイヤの後退が開始される。しかし、時刻ｔ２〜ｔ３の短絡期間中は、ワイヤ送給モータが正回転から逆回転へと反転するときに生じる遅れ時間や、溶接トーチ内において溶接ワイヤの遊びに相当する長さを後退させるのに要する遅れ時間等によって、図７（Ｅ）に示すように、ワイヤ先端と母材との接触が維持されている。この短絡期間は、ワイヤ送給モータの種類、溶接トーチの長さ等によって変化するものの、通常は、１０〜１００ｍｓ程度である。
（３）時刻ｔ３〜ｔ４の初期アーク引き上げ期間Ｔｉ
時刻ｔ３において、図７（Ｅ）に示すように、ワイヤ先端が母材から離れると、初期電流設定値Ｉｉｒに相当する電流が流れて初期アークが発生する。初期アークが発生すると、図７（Ｃ）に示すように、溶接電圧Ｖｗは、数十Ｖのアーク電圧値を示し、基準電圧値Ｖｔｈを超えた値となる。予め定めた初期アーク引き上げ期間Ｔｉ（時刻ｔ３〜ｔ４）では、図７（Ｂ）に示すように、溶接ワイヤの後退が継続される。これは、初期アーク発生直後に溶接ワイヤを後退から前進に切り換えると、アーク長が非常に短いために再び接触状態になる虞があるためである。これを防止すると共に定常アーク状態へと円滑に移行させるため、この期間中は、初期アークを維持しつつ溶接ワイヤの後退を継続して、アーク長を増大させる。そして、アーク長が定常アーク長と略等しくなるまで、溶接ワイヤの後退を継続させる。初期アークに低電流値の初期電流を流す目的は、初期アークによってワイヤ先端が溶融してアークが燃え上がるのを抑制するためである。溶接ワイヤの後退にアークの燃え上がりが付加されると、アークを所望値まで正確に引き上げることが困難になる。
（４）時刻ｔ４以降の定常アーク状態の期間
時刻ｔ４において、初期アーク引き上げ期間Ｔｉが経過すると、図７（Ｂ）に示すように、送給制御信号Ｆｃの値は定常送給速度設定値Ｆｃｒとなり、再び溶接ワイヤの前進が開始される。同時に、図７（Ｃ）に示すように、溶接電圧Ｖｗが予め定めた電圧設定値Ｖｒと等しくなるように制御されて、図７（Ｅ）に示すように、定常送給速度に応じた定常の溶接電流Ｉｃが流れるようになる。こうして、図７（Ｅ）に示すように、初期アーク発生状態から定常アーク状態へと円滑に移行する。定常アーク状態で、アークは定常アーク長Ｌｃを示す。【０００５】
上記の制御方法において、電流値を正確に制御するため、初期電流は、溶接電源ＰＳにより定電流制御される。図７（Ｄ）に示すように、初期電流は一定値を示すが、時刻ｔ２において溶接ワイヤが母材と接触した時点では、電流値を小さく抑えて、短絡期間中に増大させることもある。これは、接触時にアークが発生して溶着するのを防止するためである。上述した従来技術は、例えば、特許文献１、２に開示されている。【０００６】
図７に示す従来技術において、時刻ｔ３〜ｔ４の初期アーク引き上げ期間Ｔｉ中、定常時よりも低い電流値を示す初期電流が流れている。このため、母材への入熱が不足し、溶接ワイヤを定常送給速度で再び前進させて定常の溶接電流Ｉｃでの通電を開始する時刻ｔ４では、母材に十分な溶融池が形成されていない。従って、時刻ｔ４以降で溶接ワイヤが溶けて溶滴が生じたとき、その溶滴が完全に母材に移行しきれずにスパッタが発生する場合がある。このスパッタは少量であるため、リトラクトアークスタート方法以外の通常のアークスタート方法においては問題にならない。しかしながら、リトラクトアークスタート方法は高品質溶接に使用されるため、少量のスパッタの発生でも問題となる。
【特許文献１】特開２００６−２３１４１４号公報
【特許文献２】特開２００７−３００１８号公報
【発明の開示】
【０００７】
本発明の目的は、リトラクトアークスタート方法において、溶接ワイヤを定常送給速度で再び前進させて定常の溶接電流を通電したときに生じるスパッタを抑制することのできるアークスタート制御方法を提供することにある。
【０００８】
上述した課題を解決するため、本発明の第一の態様によれば、消耗電極アーク溶接を開始するに際し、溶接ワイヤを母材に接触させた後に後退させてから溶接ワイヤに初期電流を流すことにより初期アークを発生させ、初期アークを維持しつつ溶接ワイヤの後退を初期アーク引き上げ期間だけ継続した後、溶接ワイヤを定常送給速度で前進させて溶接ワイヤに定常溶接電流を流すことにより定常アーク状態へと移行させるアークスタート制御方法が提供される。その制御方法によれば、初期アーク引き上げ期間の経過後に池形成期間を設定する。また、溶融池形成期間中に、初期アークを維持しながら、初期電流よりも大きな値である予め定めた溶融池形成電流を流すと共に、溶接ワイヤを予め定めた溶融池形成送給速度で前進させて母材に送給することによって、溶接ワイヤから溶滴を離脱させずに、かつ溶接ワイヤを母材に接触させない状態で、初期アークにより溶融池を形成する。
【０００９】
上記のアークスタート制御方法において、溶接ワイヤの後退移動を、送給ロールによる溶接ワイヤの送給によって行うことが好ましい。
上記のアークスタート制御方法において、溶接ワイヤの後退移動を、溶接ワイヤが通される溶接トーチの移動によって行うことが好ましい。
【００１０】
これらの構成によれば、溶融池形成期間を新たに設けることによって、溶融池を十分に形成することができる。この期間中は、溶接ワイヤから溶滴が離脱せずに、溶接ワイヤが母材に短絡しない状態に維持されるため、スパッタの発生が抑止される。そして、溶融池を形成した後に定常アーク状態に移行されるため、溶滴の母材への移行に伴い生じるスパッタの発生を抑制でき、高品質な溶接ビードが得られる。
【００１１】
上記のアークスタート制御方法であって、その制御方法は溶接条件を教示するティーチペンダントを備えたロボット溶接装置を使用して行われるアークスタート制御方法が提供される。その制御方法によれば、溶融池形成期間、溶融池形成電流、及び溶融池形成送給速度のうちの少なくとも１つ以上をティーチペンダントから設定することが好ましい。
【００１２】
この構成によれば、溶接条件に応じて、溶融池形成期間、溶融池形成電流、及び溶融池形成送給速度の設定値を容易に変更できるため、より高品質な溶接を行うことができる。
上記のアークスタート制御方法において、定常送給速度を定常溶接電流の設定値に応じて自動設定し、溶融池形成期間、溶融池形成電流、及び溶融池形成送給速度のうちの少なくとも１つ以上を定常送給速度又は定常溶接電流設定値に応じて変化させることが好ましい。
【００１３】
この構成によれば、溶融池形成期間、溶融池形成電流、及び溶融池形成送給速度を容易に設定でき、操作性が向上する。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の第１実施形態に係るアークスタート制御方法を実施するための溶接電源のブロック図。
【図２】図１の溶接電源における各信号のタイミングチャート。
【図３】本発明の第２実施形態に係るアークスタート制御方法を実施するためのロボット溶接装置の構成図。
【図４】本発明の第３実施形態に係るアークスタート制御方法を実施するための溶接電源のブロック図。
【図５】図４における電流関数及び送給速度関数の一例を示す図。
【図６】従来の消耗電極アーク溶接装置の構成図。
【図７】従来のアークスタート制御方法を示すタイミングチャート。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
［第１実施形態］
以下、本発明の第１実施形態について図面を参照して説明する。なお、溶接電源ＰＳを含む溶接装置は図６に示すものと同じである。【００１６】
図１に示すように、電源主回路ＰＭの入力側には、３相２００Ｖ等の商用電源が接続されている。電源主回路ＰＭは、後述する駆動信号Ｄｖに従ってインバータ制御、サイリスタ位相制御等の出力制御を行い、溶接電圧Ｖｗ及び溶接電流Ｉｗを出力する。溶接ワイヤ１は、ワイヤ送給モータＷＭの送給ロール５によって、溶接トーチ４内を送給させられる。そして、溶接ワイヤ１と母材２との間にアーク３が発生し、溶接が行われる。【００１７】
電圧検出回路ＶＤは、溶接電圧Ｖｗを検出して、電圧検出信号Ｖｄを出力する。電流検出回路ＩＤは、溶接電流Ｉｗを検出して、電流検出信号Ｉｄを出力する。短絡判別回路ＳＤは、外部から溶接開始信号Ｓｔが入力されると、電圧検出信号Ｖｄの値によって溶接開始時の最初の短絡期間を判別し、Ｈｉｇｈレベルとなる短絡判別信号Ｓｄを出力する。第１遅延回路ＴＤ１は、短絡判別信号Ｓｄを予め定めた初期アーク引き上げ期間Ｔｉだけオフディレイした第１遅延信号Ｔｄ１を出力する。溶融池形成期間設定回路としての第１設定回路ＴＰＲは、予め定めた溶融池形成期間Ｔｐを設定するための溶融池形成期間設定信号としての第１設定信号Ｔｐｒを出力する。第２遅延回路ＴＤ２は、第１設定信号Ｔｐｒが入力されると、短絡判別信号Ｓｄを（Ｔｉ＋Ｔｐ）だけオフディレイした第２遅延信号Ｔｄ２を出力する。第２遅延信号Ｔｄ２と第１遅延信号Ｔｄ１との間の期間の差が、予め定めた溶融池形成期間Ｔｐとなる。【００１８】
送給制御回路ＦＣは、送給制御信号Ｆｃを出力する。送給制御回路ＦＣから出力される送給制御信号Ｆｃは、溶接開始信号Ｓｔが入力されてＨｉｇｈレベルになると予め定めたスローダウン送給速度設定値Ｆｉｒとなり、第１遅延信号Ｔｄ１がＨｉｇｈレベル（短絡）になると予め定めた後退送給速度設定値Ｆｂｒとなり、第１遅延信号Ｔｄ１がＬｏｗレベルになると送給速度設定信号Ｆｒの値となる。溶融池形成送給速度設定回路としての第３設定回路ＦＰＲは、予め定めた溶融池形成送給速度設定信号としての第３設定信号Ｆｐｒを出力する。定常送給速度設定回路ＦＣＲは、予め定めた定常送給速度設定信号Ｆｃｒを出力する。第２遅延信号Ｔｄ２がＨｉｇｈレベルであるとき、送給速度切換回路ＳＦは、第３設定信号Ｆｐｒを送給速度設定信号Ｆｒとして出力する。また、第２遅延信号Ｔｄ２がＬｏｗレベルであるとき、送給速度切換回路ＳＦは、定常送給速度設定信号Ｆｃｒを送給速度設定信号Ｆｒとして出力する。【００１９】
初期電流設定回路ＩＩＲは、予め定めた初期電流設定信号Ｉｉｒを出力する。溶融池形成電流設定回路としての第２設定回路ＩＰＲは、予め定めた溶融池形成電流設定信号としての第２設定信号Ｉｐｒを出力する。第１遅延信号Ｔｄ１がＨｉｇｈレベルであるとき、電流設定切換回路ＳＩは、初期電流設定信号Ｉｉｒを電流設定信号Ｉｒとして出力する。また、第１遅延信号Ｔｄ１がＬｏｗレベルであるとき、電流設定切換回路ＳＩは、第２設定信号Ｉｐｒを電流設定信号Ｉｒとして出力する。【００２０】
電流誤差増幅回路ＥＩは、電流設定信号Ｉｒと上記の電流検出信号Ｉｄとの誤差を増幅して、電流誤差増幅信号Ｅｉを出力する。電圧設定回路ＶＲは、予め定めた電圧設定信号Ｖｒを出力する。電圧誤差増幅回路ＥＶは、電圧設定信号Ｖｒと電圧検出信号Ｖｄとの誤差を増幅して、電圧誤差増幅信号Ｅｖを出力する。第２遅延信号Ｔｄ２がＨｉｇｈレベルであるとき、制御切換回路ＳＰは、電流誤差増幅信号Ｅｉを誤差増幅信号Ｅａとして出力する。第２遅延信号Ｔｄ２がＬｏｗレベルであるとき、制御切換回路ＳＰは、電圧誤差増幅信号Ｅｖを誤差増幅信号Ｅａとして出力する。ここで、電流誤差増幅信号Ｅｉが選択された場合、溶接電源は定電流制御される。一方、電圧誤差増幅信号Ｅｖが選択された場合、溶接電源は定電圧制御される。溶接開始信号Ｓｔが入力されて誤差増幅信号Ｅａが入力されると、駆動回路ＤＶは、電源主回路ＰＭの出力制御を行うための駆動信号Ｄｖを出力する。【００２１】
図２は、図１の溶接電源ＰＳにおける各信号のタイミングチャートである。図２（Ａ）は溶接開始信号Ｓｔを示し、図２（Ｂ）は溶接ワイヤの送給制御信号Ｆｃを示し、図２（Ｃ）は溶接電圧Ｖｗを示し、図２（Ｄ）は溶接電流Ｉｗを示し、図２（Ｅ）はワイヤ先端・母材間距離Ｌｗを示し、図２（Ｆ）は短絡判別信号Ｓｄを示し、図２（Ｇ）は第１遅延信号Ｔｄ１を示し、図２（Ｈ）は第２遅延信号Ｔｄ２を示す。図２は図７と対応しており、時刻ｔ４〜ｔ５の溶融池形成期間Ｔｐ以外の期間の動作は、従来の動作と同一である。以下、図１及び図２（Ａ）〜（Ｈ）を参照して説明する。
（１）時刻ｔ１〜ｔ２のワイヤスローダウン期間
時刻ｔ１において、図２（Ａ）に示すように、溶接開始信号Ｓｔが入力されてＨｉｇｈレベルになると、図２（Ｂ）に示すように、送給制御信号Ｆｃの値はスローダウン送給速度設定値Ｆｉｒとなり、溶接ワイヤの前進が開始される。同時に、溶接電源ＰＳの出力が開始されるため、図２（Ｃ）に示すように、溶接電圧Ｖｗが印加される。時刻ｔ１時点では無負荷状態であるため、溶接電圧Ｖｗは無負荷電圧Ｖｎ１に設定される。時刻ｔ１以降、溶接ワイヤは前進させられるため、図２（Ｅ）に示すように、ワイヤ先端・母材間距離Ｌｗは次第に短くなる。
（２）時刻ｔ２〜ｔ３の短絡期間
時刻ｔ２において、ワイヤ先端が母材に接触すると、図２（Ｅ）に示すように、ワイヤ先端・母材間距離Ｌｗは０となり、図２（Ｃ）に示すように、溶接電圧Ｖｗは数Ｖ程度の短絡電圧値を示し、図２（Ｆ）に示すように、短絡判別信号ＳｄがＨｉｇｈレベル（短絡）になる。これに応じて、図２（Ｇ）に示すように、第１遅延信号Ｔｄ１がＨｉｇｈレベルになり、図２（Ｈ）に示すように、第２遅延信号Ｔｄ２がＨｉｇｈレベルになる。この結果、図１において、電流設定信号Ｉｒは初期電流設定信号Ｉｉｒになり、誤差増幅信号Ｅａは電流誤差増幅信号Ｅｉになるため、溶接電源ＰＳは定電流制御される。このために、図２（Ｄ）に示すように、溶接電流Ｉｗとして、初期電流設定信号Ｉｉｒによって定まる値の初期電流が流れる。また、図２（Ｂ）に示すように、送給制御信号Ｆｃは後退送給速度設定値Ｆｂｒに設定されるため、溶接ワイヤは後退させられる。しかし、時刻ｔ２〜ｔ３の短絡期間中は、ワイヤ送給モータが正回転から逆回転へと反転するときに生じる遅れ時間や、溶接トーチ内において溶接ワイヤの遊びに相当する長さを後退させるのに要する遅れ時間等によって、図２（Ｅ）に示すように、ワイヤ先端と母材との接触が維持される。
（３）時刻ｔ３〜ｔ４の初期アーク引き上げ期間Ｔｉ
時刻ｔ３において、図２（Ｅ）に示すように、ワイヤ先端が母材から離れると、初期アークが発生する。初期アークが発生すると、図２（Ｃ）に示すように、溶接電圧Ｖｗは、数十Ｖのアーク電圧値を示し、基準電圧値Ｖｔｈを超えた値となる。このため、図２（Ｆ）に示すように、短絡判別信号ＳｄはＬｏｗレベル（アーク期間）になる。これに応じて、図２（Ｇ）に示すように、第１遅延信号Ｔｄ１は、時刻ｔ４まで予め定めた初期アーク引き上げ期間Ｔｉだけ遅延されてＬｏｗレベルになる。また、図２（Ｈ）に示すように、第２遅延信号Ｔｄ２は、時刻ｔ５まで遅延されてＬｏｗレベルになる。第１遅延信号Ｔｄ１と第２遅延信号Ｔｄ２とのＬｏｗレベルになる時間差が予め定めた溶融池形成期間Ｔｐになる。この結果、図１において、電流設定信号Ｉｒは、依然として初期電流設定信号Ｉｉｒであり、誤差増幅信号Ｅａは、依然として電流誤差増幅信号Ｅｉである。このため、定電流制御を継続して、初期アークには、初期電流設定信号Ｉｉｒによって定まる初期電流が流れる。また、図２（Ｂ）に示すように、送給制御信号Ｆｃは、依然として後退送給速度設定値Ｆｂｒである。このため、溶接ワイヤの後退が初期アーク引き上げ期間Ｔｉだけ継続される。これは、初期アークの発生直後に溶接ワイヤを後退から前進に切り換えると、アーク長が非常に短いために再び接触状態になるおそれがあるからである。これを防止すると共に定常アーク状態へと円滑に移行させるため、この期間中は、初期アークを維持しつつ溶接ワイヤの後退を継続して、アーク長を増大させる。そして、アーク長が定常アーク長と略等しくなるまで、溶接ワイヤの後退を継続する。初期アークに低電流値の初期電流を流す目的は、初期アークによってワイヤ先端が溶融してアークが燃え上がるのを抑制するためである。溶接ワイヤの後退にアークの燃え上がりが付加されると、アークを所望の長さにまで正確に引き上げることが困難になる。
（４）時刻ｔ４〜ｔ５の溶融池形成期間Ｔｐ
この期間中は、図２（Ｆ）に示すように、短絡判別信号ＳｄはＬｏｗレベル（アーク期間）になり、図２（Ｇ）に示すように、第１遅延信号Ｔｄ１はＬｏｗレベルになり、図２（Ｈ）に示すように、第２遅延信号Ｔｄ２はＨｉｇｈレベルになる。この結果、送給速度設定信号Ｆｒは第３設定信号Ｆｐｒになり、図２（Ｂ）に示すように、送給制御信号Ｆｃは送給速度設定信号Ｆｒの値になるため、溶接ワイヤは、溶融池形成送給速度で再び前進させられる。また、電流設定信号Ｉｒは第２設定信号Ｉｐｒになり、誤差増幅信号Ｅａは依然として電流誤差増幅信号Ｅｉであるため、溶接電源ＰＳも依然として定電流制御である。このため、第２設定信号Ｉｐｒによって定まる溶融池形成電流が流れる。この期間中は、アークによって溶接ワイヤから溶滴を自由落させてはならない。これは、母材に溶融池が十分に形成される前に溶滴が落下すると、液滴がスパッタとなり飛散するためである。さらに、この期間中は、溶接ワイヤが母材と接触して両者を短絡させてはならない。溶融池が十分に形成される前にワイヤ先端が短絡すると、やはりスパッタが飛散するためである。従って、第２設定信号Ｉｐｒ、溶融池形成期間Ｔｐ及び第３設定信号Ｆｐｒに対し、上述した２つの状態にならない値に設定する必要がある。すなわち、溶融池を形成するため、溶融池形成電流は、低電流値（１０〜１００Ａ程度）の初期電流よりも大きな値（例えば、１００〜２００Ａ程度）に設定する必要がある。また、溶融池形成期間Ｔｐは、例えば、５０〜２００ｍｓ程度に設定する必要がある。更に、溶融池形成送給速度は、例えば、５〜１０ｍ／ｍｉｎ程度に設定する必要がある。溶融池形成電流の制御を定電流制御により行うのは、所定値の熱を母材に入力して、所望の溶融池を確実に形成するためである。この期間において定電圧制御を行うと、電流値がアーク負荷によって変化するため、所望の溶融池を形成できない虞がある。
（５）時刻ｔ５以降の定常アーク状態の期間
この期間中は、図２（Ｆ）に示すように、短絡判別信号ＳｄはＬｏｗレベル（アーク期間）になり、図２（Ｇ）に示すように、第１遅延信号Ｔｄ１はＬｏｗレベルになり、図２（Ｈ）に示すように、第２遅延信号Ｔｄ２もＬｏｗレベルになる。このため、送給速度設定信号Ｆｒは定常送給速度設定信号Ｆｃｒになり、図２（Ｂ）に示すように、送給制御信号Ｆｃは定常送給速度設定信号Ｆｃｒの値になるため、溶接ワイヤは定常送給速度により送給される。また、誤差増幅信号Ｅａは電圧誤差増幅信号Ｅｖになるため、溶接電源ＰＳは定電圧制御される。このために、図２（Ｃ）に示すように、溶接電圧Ｖｗは、電圧設定信号Ｖｒの値と等しくなるように制御される。また、図２（Ｄ）に示すように、溶接電流Ｉｗは、定常送給速度により定まる定常溶接電流Ｉｃとなる。このようにして、時刻ｔ５以降、円滑に定常のアーク状態に移行する。この時点では溶融池が十分に形成されているため、溶接ワイヤから溶滴が母材２に移行しても、スパッタはほとんど発生しない。【００２２】
３つのパラメータ（溶融池形成電流値、溶融池形成期間、溶融池形成送給速度）のうちの少なくとも１つ以上は、溶接ワイヤの種類、シールドガスの種類、定常送給速度（平均溶接電流値）、溶接継手形状等に応じて適正値に変化させた方がよい。溶接ロボットを使用する場合、３つのパラメータのうちから少なくとも１つ以上をティーチペンダントから設定してもよい。【００２３】
図２に示すように、時刻ｔ２〜ｔ４の期間（短絡期間及び初期アーク引き上げ期間）中は、溶接ワイヤを後退させることによって、ワイヤ先端を母材から引き上げている。溶接トーチを溶接ロボットに取り付けて溶接する場合、この期間は溶接ワイヤの送給を停止（又は遅い速度での前進送給）し、ロボットのアームの移動により溶接トーチを後退させることによって、溶接ワイヤ先端を母材から引き離すようにしてもよい。溶接トーチを上下方向に移動させる機構を備えた自動溶接装置を使用する場合も同様である。後退移動する方向は、溶接ワイヤの送給方向と逆方向である。従って、溶接ワイヤの後退には、溶接ワイヤの後退と、及びロボット等による溶接トーチの後退とが含まれている。【００２４】
上述した第１実施形態によれば、溶融池形成期間を新たに設けることによって、母材において溶融池を十分に形成することができる。この期間中は、溶接ワイヤから溶滴を離脱させずに、かつ溶接ワイヤが母材に短絡しない状態に維持されるため、スパッタが発生することはない。溶融池を形成した後、定常の送給速度に切り換えて定常の溶接電流を流すため、溶滴の母材への移行に際しスパッタを発生させずに、定常のアーク状態へと移行させることができる。この結果、アークスタート時におけるスパッタの発生が抑制されるため、高品質な溶接ビードが得られる。
［第２実施形態］
本発明の第２実施形態について図３を参照して説明する。【００２５】
溶接電源ＰＳは、図１に示す溶接電源と同じである。溶接電源ＰＳは、後述するインターフェース信号Ｉｆが入力されると、アーク３を発生させるための溶接電圧Ｖｗ及び溶接電流Ｉｗを出力すると共に、ワイヤ送給モータＷＭの回転を制御するための送給制御信号Ｆｃを出力する。ロボット制御装置ＲＣは、インターフェース信号Ｉｆを溶接電源ＰＳに出力すると共に、ロボット本体ＲＭの複数のサーボモータ（図示せず）を駆動するための動作制御信号Ｍｃを出力する。ティーチペンダントＰＤは、動作プログラムの教示、溶接条件の設定等を行うための教示信号Ｐｄを出力する。インターフェース信号Ｉｆには、少なくとも溶接開始信号Ｓｔ、溶融池形成期間設定信号としての第１設定信号Ｔｐｒ、溶融池形成電流設定信号としての第２設定信号Ｉｐｒ、及び溶融池形成送給速度設定信号としての第３設定信号Ｆｐｒが含まれている。第１設定信号Ｔｐｒ、第２設定信号Ｉｐｒ及び第３設定信号Ｆｐｒは、ティーチペンダントＰＤから設定することができる。各設定信号Ｔｐｒ、Ｉｐｒ、Ｆｐｒのうちから少なくとも１つ以上をティーチペンダントＰＤから選択して設定してもよい。【００２６】
ロボット本体ＲＭには、ワイヤ送給モータＷＭ及び溶接トーチ４が搭載されている。溶接ワイヤ１は、ワイヤ送給モータＷＭにより、溶接トーチ４内を通って母材２へと送給される。そして、溶接ワイヤ１と母材２との間にはアーク３が発生する。【００２７】
第２実施形態によれば、溶融池形成期間、溶融池形成電流、及び溶融池形成送給速度のうちの少なくとも１つ以上をティーチペンダントから設定することができる。このため、溶接条件に応じて、これら設定値を容易に最適値に変更することができる。よって、より高品質な溶接を行うことができる。
［第３実施形態］
本発明の第３実施形態について図４を参照して説明する。図４において、図１に示す構成要素と同じものには同一の符号を付してそれらの説明は省略する。以下、図１とは異なる点線で示す構成要素について図４を参照して説明する。【００２８】
図１は、定常送給速度設定信号Ｆｃｒの値を直接設定する場合を示す。これに対して、重要な溶接品質である溶接ビード外観及び溶け込み深さが定常溶接電流Ｉｃによって決まるとの理由から、定常溶接電流Ｉｃを設定しこれに応じて定常送給速度設定信号Ｆｃｒの値を自動設定する一元調整方法が慣用されている。図４は、一元調整方法による場合を示す。【００２９】
定常溶接電流設定回路ＩＣＲは、予め定めた定常溶接電流設定信号Ｉｃｒを出力する。定常送給速度設定回路ＦＣＲは、定常溶接電流設定信号Ｉｃｒが入力されると、予め定めた一元関数に従って定常送給速度設定信号Ｆｃｒを算出する。これは慣用技術である。【００３０】
第１設定回路ＴＰＲは、定常溶接電流設定信号Ｉｃｒが入力されると、予め定めた期間関数に従って第１設定信号Ｔｐｒを算出する。第２設定回路ＩＰＲは、定常溶接電流設定信号Ｉｃｒが入力されると、予め定めた電流関数に従って第２設定信号Ｉｐｒを出力する。第３設定回路ＦＰＲは、定常溶接電流設定信号Ｉｃｒが入力されると、予め定めた送給速度関数に従って第３設定信号Ｆｐｒを出力する。これによって、第１設定信号Ｔｐｒ、第２設定信号Ｉｐｒ及び第３設定信号Ｆｐｒは、定常溶接電流設定信号Ｉｃｒに応じて自動設定される。【００３１】
図５において、横軸は定常溶接電流設定信号Ｉｃｒを示し、左縦軸は第２設定信号Ｉｐｒを示し、右縦軸は第３設定信号Ｆｐｒを示す。図５は、直径１．０ｍｍのステンレス鋼ワイヤを用いたミグ溶接の場合を示す。【００３２】
図５に示すように、電流関数Ｉｐｒ＝ｆ（Ｉｃｒ）は、定常溶接電流設定信号Ｉｃｒの増大に応じて第２設定信号Ｉｐｒの値も大きくなる関数である。送給速度関数Ｆｐｒ＝ｇ（Ｉｃｒ）は、定常溶接電流設定信号Ｉｃｒの増大に応じて第３設定信号Ｆｐｒの値も大きくなる関数である。図５において、期間関数Ｔｐｒ＝ｈ（Ｉｃｒ）は、Ｔｐｒ＝１５０ｍｓと一定の場合である。第１設定信号Ｔｐｒ、第２設定信号Ｉｐｒ、及び第３設定信号Ｆｐｒのうちの少なくとも１つ以上を、定常溶接電流設定信号Ｉｃｒに応じて自動設定してもよい。また、定常溶接電流設定信号Ｉｃｒによって定常送給速度設定信号Ｆｃｒが自動設定されるため、各設定信号Ｔｐｒ、ｉｐｒ、Ｆｐｒを定常送給速度設定信号Ｆｃｒに応じて自動設定にしてもよい。【００３３】
上述した第３実施形態によれば、溶融池形成期間、溶融池形成電流、及び溶融池形成送給速度のうちの少なくとも１つ以上を定常送給速度又は定常溶接電流設定値に応じて適正値に変化させることができるので、３つのパラメータの設定が容易になり、操作性が向上する。【００３４】
上述した第１〜第３実施形態は、消耗電極アーク溶接方法以外にも、炭酸ガスアーク溶接、マグ溶接、ミグ溶接、パルスアーク溶接、交流パルスアーク溶接等のアークスタートに適用することができる。
【図１】
2009051107.tif 000003
【図２】
2009051107.tif 000004
【図３】
2009051107.tif 000005
【図４】
2009051107.tif 000006
【図５】
2009051107.tif 000007
【図６】
2009051107.tif 000008
【図７】
2009051107.tif 000009
【国際調査報告】
2009051107.tif 000010
2009051107.tif 000011