(57)【要約】【課題】  溶加ワイヤ４を使用して手動で行う非消耗電極アーク溶接において、溶接の進行に伴う母材温度の上昇に対応して溶接品質を均一にするために、溶接速度及び溶加ワイヤ４の送給速度を手動で調整しながら溶接電流Ｉｗを自動的に適正値に修正することができるようにすること。【解決手段】  本発明は、溶加ワイヤ４を手動で溶融池２に送給しながら行う非消耗電極アーク溶接の電流制御方法において、前記溶加ワイヤ４と母材２との間のワイヤ電圧Ｖｗを検出し、このワイヤ電圧Ｖｗによって前記溶加ワイヤ４の送給速度Ｆｗを算出し、この溶加ワイヤ４の送給速度Ｆｗに応じて溶接電流値Ｉｗを自動的に変化させる、ことを特徴とする非消耗電極アーク溶接の電流制御方法である。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
溶加ワイヤを手動で溶融池に送給しながら行う非消耗電極アーク溶接の電流制御方法において、
前記溶加ワイヤと母材との間のワイヤ電圧を検出し、このワイヤ電圧によって前記溶加ワイヤの送給速度を算出し、この溶加ワイヤの送給速度に応じて溶接電流値を自動的に変化させる、ことを特徴とする非消耗電極アーク溶接の電流制御方法。
【請求項２】
請求項１記載の溶加ワイヤの送給速度を前記ワイヤ電圧のリップル周波数によって算出する、ことを特徴とする非消耗電極アーク溶接の電流制御方法。
【請求項３】
溶接開始からの予め定めた初期期間中は前記溶接電流の変化を禁止する、ことを特徴とする請求項１又は請求項２記載の非消耗電極アーク溶接の電流制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、溶加ワイヤを手動で溶融池に送給しながら行う非消耗電極アーク溶接において、溶接中の母材温度の上昇に伴う溶接品質の変化を抑制することができる非消耗電極アーク溶接の電流制御方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
図６は、溶加ワイヤを使用する非消耗電極アーク溶接装置のブロック図である。非消耗電極アーク溶接には、ティグ溶接又はプラズマ溶接がある。溶接電源主回路ＭＣは、３相２００Ｖ等の商用電源を入力として、後述する誤差増幅信号Ｅａに従ってインバータ制御、チョッパ制御等の出力制御を行い、溶接電流Ｉｗを出力する。タングステン電極等の非消耗電極１は溶接トーチ５の先端部に取り付けられて、母材２との間でアーク３が発生する。溶加ワイヤ４は、溶接作業者によって手動で溶融池に送給される。溶接トーチ５の操作も溶接作業者が行う。溶加ワイヤ４の送給は手動であるので、送給時と停止時とを１周期として繰り返して行われる。したがって、平均の送給速度を速くするためには、この繰り返し周期を短く（周波数を高く）する必要がある。
【０００３】
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。電流設定回路ＩＲは、所望値の電流設定信号Ｉｒを出力する。誤差増幅回路ＥＡは、上記の電流設定信号Ｉｒと上記の電流検出信号Ｉｄとの誤差を増幅して、誤差増幅信号Ｅａを出力する。これにより、溶接装置は、非消耗電極アーク溶接に通常使用される定電流特性となる。
【０００４】
図７は、上述した溶接装置によって非消耗電極アーク溶接を行ったときの同図（Ａ）に示すビード外観、同図（Ｂ）に示す溶接電流Ｉｗ及び同図（Ｃ）に示す溶接速度Ｗｓの時間変化図である。時刻ｔ１から溶接を開始し、時刻ｔ２に溶接を終了する。同図（Ｂ）に示すように、溶接電流Ｉｗは予め定めた一定値である。同図（Ａ）に示すように、溶接開始初期は母材温度は低いが、溶接が進行するに伴い次第に上昇する。このとき溶接電流Ｉｗは一定値であるために、溶接進行に伴い入熱が過多になり、溶込み、ビード外観等の溶接品質が変動する。これを抑制するために、溶接作業者は長年の経験に基づき溶融池形状等から入熱超過を判断し、これを抑制するために溶接トーチの移動を速くする。すなわち、溶接作業者は、溶接進行に伴って、同図（Ｃ）に示すように、溶接速度Ｗｓを速くする。同時に、溶接作業者は、溶着量を略一定にするために溶加ワイヤの送給速度を速くする。この溶接速度Ｗｓの変化と溶加ワイヤの送給速度の変化とは略比例関係になる。
【０００５】
上述した溶接作業者の溶接速度及び送給速度の手動操作によって、溶込み、ビード外観の大きな変化は抑制することはできる。しかし、同図（Ａ）に示すように、母材２に形成されたビード２ａは、溶接速度が速くなると凝固速度が変化してビード表面の波目のピッチが変化する。したがって、溶接品質の変化をより一層抑制するためには、溶接進行に伴って入熱を直接変化させる必要がある。
【０００６】
溶接進行に伴う母材温度の変化に対応して溶接品質をより均一に保つためには、上述したように入熱量を直接変化させる必要がある。入熱は溶接電流Ｉｗに略比例するので、溶接進行に伴って溶接電流Ｉｗを変化させることで入熱を直接変化させて溶接品質をより均一にすることができる。溶接作業者が溶接中に溶接電流Ｉｗを調整できるようにした従来技術としては、以下の２つの方法等がある。第１の方法は、溶接トーチに電流調整ツマミを設けるものである。溶接作業者は、溶接を行いながら溶融池等の観察から溶接品質が均一になるようにこの電流調整ツマミを調整して溶接電流Ｉｗを変化させる。次に、第２の方法は、足踏み電流調整器を使用するものである。この足踏み電流調整器は、車のアクセルのように踏む角度に応じて溶接電流Ｉｗを調整できるものである。この場合も同様に、溶接作業者は、溶接を行いながら踏む角度を調整して溶接電流Ｉｗを変化させる。
【０００７】
【特許文献１】特開昭５６―１３１０７２号公報
【特許文献２】特許第３０３０９５３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
上述したように、溶加ワイヤを使用する非消耗電極アーク溶接において、溶接作業者は、溶接中に溶融池、アーク、母材等の様子を観察しながら、溶接品質が良好かつ均一になるように溶接速度（トーチ移動速さ）、溶加ワイヤの送給速度（手動による挿入ピッチ）及び溶接電流値を変化させる。溶接電流値の調整は、上述したように、電流調整ツマミ、足踏み電流調整器等で行う。しかし、溶接作業者が、上記の４つの行為（観察と３つの操作）を同時に行いながら溶接を進行させることは、溶接作業者へ大きな負担を強いることになっていた。さらに、３つの操作を同時に行うために、常にベストな操作を行うことは困難であった。このために、ある程度の溶接品質の変化は許容して、溶接電流値は一定値のままで行うことも多い。
【０００９】
そこで、本発明では、溶加ワイヤを使用する非消耗電極アーク溶接において、溶接作業者が溶接中に溶融池等を観察しながら溶接速度及び送給速度を手動で調整し、かつ、溶接電流の調整を自動化することができる非消耗電極アーク溶接の電流制御方法を提供する。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上述した課題を解決するために、第１の発明は、溶加ワイヤを手動で溶融池に送給しながら行う非消耗電極アーク溶接の電流制御方法において、
前記溶加ワイヤと母材との間のワイヤ電圧を検出し、このワイヤ電圧によって前記溶加ワイヤの送給速度を算出し、この溶加ワイヤの送給速度に応じて溶接電流値を自動的に変化させる、ことを特徴とする非消耗電極アーク溶接の電流制御方法である。
【００１１】
また、第２の発明は、第１の発明記載の溶加ワイヤの送給速度を前記ワイヤ電圧のリップル周波数によって算出する、ことを特徴とする非消耗電極アーク溶接の電流制御方法である。
【００１２】
また、第３の発明は、溶接開始からの予め定めた初期期間中は前記溶接電流の変化を禁止する、ことを特徴とする第１又は第２の発明記載の非消耗電極アーク溶接の電流制御方法である。
【発明の効果】
【００１３】
上記第１の発明によれば、ワイヤ電圧に基づいて溶加ワイヤの送給速度を算出し、この送給速度の変化に応じて溶接電流値を変化させることによって、溶接進行に伴う溶接品質の変動を抑制して均一にすることができる。さらに、溶接電流値の変化は自動的に行われるので、溶接作業者の負担にはならない。
【００１４】
上記第２の発明によれば、ワイヤ電圧のリップル周波数によって送給速度を算出することができ、上記の効果を奏する。
【００１５】
上記第３の発明によれば、溶接開始からの初期期間中は送給速度に応じた溶接電流の変化を禁止することによって、過渡状態での溶接電流の不要な変化を禁止することができる。このために、初期期間中の溶接状態が不安定になることなく、上記の効果を奏することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。
【００１７】
［実施の形態１］
図１は、本発明の実施の形態１に係る非消耗電極アーク溶接の電流制御方法を実施するための溶接装置のブロック図である。同図において上述した図６と同一のブロックには同一符号を付してそれらの説明は省略する。以下、図６とは異なる点線で示すブロックについて説明する。
【００１８】
電圧検出回路ＶＤは、溶加ワイヤ４と母材２との間のワイヤ電圧Ｖｗを検出して、電圧検出信号Ｖｄを出力する。溶加ワイヤ４が導電性材料であるので、このワイヤ電圧Ｖｗは、溶加ワイヤ４の先端と母材２との距離に略比例する値となる。したがって、溶接作業者が溶加ワイヤ４を挿入するごとに上記のワイヤ先端・母材間距離が周期的に変化して。ワイヤ電圧Ｖｗにはリップルが重畳する。すなわち、このワイヤ電圧Ｖｗのリップルの周波数Ｆｗ［Ｈｚ］は、溶加ワイヤ４の挿入ピッチと同期している。ここで、溶接作業者が行う溶加ワイヤ４の挿入１回当たりの挿入長さは略一定であると見なせるので、結果的にワイヤ電圧Ｖｗのリップル周波数Ｆｗは、溶加ワイヤ４の送給速度に略比例することになる。リップル周波数検出回路ＦＷは、上記の電圧検出信号Ｖｄを入力として、そのリップルの周波数を検出してリップル周波数信号Ｆｗを出力する。
【００１９】
電流増減値算出回路ＤＩＲは、上記のリップル周波数信号Ｆｗを入力として、予め定めた関係に従って電流増減値信号ΔＩｒを出力する。この予め定めた関係は、リップル周波数信号Ｆｗの値が大きくなると電流増減値信号ΔＩｒの値は負の値でその絶対値は大きくなる。この予め定めた関係については、図２〜３で後述する。加算回路ＡＤは、電流設定信号Ｉｒと上記の電流増減値信号ΔＩｒとの加算を行い、電流制御設定信号Ｉcrを出力する。これ以降は図６と同一である。
【００２０】
溶接作業者は、溶融池等を観察しながら溶接速度を変化させると共に、それに略比例して溶加ワイヤ４の送給速度を変化させる。そして、この送給速度の変化をワイヤ電圧Ｖｗのリップル周波数Ｆｗによって検出する。続いて、このリップル周波数Ｆｗに応じて電流増減値信号ΔＩｒを変化させて溶接電流Ｉｗを自動的に変化させる。これにより、溶接作業者は溶接中に電流調整をする必要がなくなり、負担が軽減する。さらに、溶接電流値Ｉｗが溶接進行状態（送給速度）に連動して自動調整されるために、良好でかつ均一な溶接品質を得ることができる。上記では、送給速度をリップル周波数Ｆｗによって検出したが、これ以外にも溶加ワイヤ４の送給経路にロールを設けてそのロールの回転速度を検出しても良い。
【００２１】
図２は、上記の電流増減値算出回路ＤＩＲにおけるリップル周波数Ｆｗと電流増減値ΔＩｒとの関係図の一例である。横軸のリップル周波数Ｆｗは０〜２Ｈｚの範囲で変化し、縦軸の電流増減値ΔＩｒは０〜−１５Ａの範囲で変化する。例えば、Ｐ１点に示すように、Ｆｗ＝１ＨｚのときはΔＩｒ＝−４Ａとなり、電流設定信号Ｉｒによって設定された電流値から−４Ａされる。また、Ｐ２点に示すように、Ｆｗ＝２ＨｚのときはΔＩｒ＝−１５Ａとなり、電流設定信号Ｉｒによって設定された電流値から−１５Ａされる。同図のＦｗとΔＩｒとの関係は、母材の材質、板厚、継手等によって異なるので、これらの溶接条件ごとに予め定めておく。
【００２２】
図３は、リップル周波数Ｆｗと電流増減値ΔＩｒとの上述した図２とは異なる関係図である。同図では、横軸にリップル周波数偏差ΔＦｗを示し、縦軸に電流増減値ΔＩｒを示す。このリップル周波数偏差ΔＦｗは、予め定めた基準リップル周波数ＦwtによってΔＦｗ＝Ｆｗ−Ｆwtで定義される。但し、ΔＦｗ＜０のときはΔＦｗ＝０とする。この基準リップル周波数Ｆwtは、ワークの種類ごとに予め定めた値とする。これにより、溶接中のリップル周波数Ｆｗが基準リップル周波数Ｆwt以上になったときに母材への入熱が超過していると判別して、溶接電流値Ｉｗを減少させる。
【００２３】
上記の基準リップル周波数Ｆwtを、溶接開始から所定時間経過した時点でのリップル周波数Ｆｗに自動設定する方法もある。この基準リップル周波数Ｆwtが設定されるまでの上記所定時間中は溶接電流の増減を禁止する。このようにすれば、基準リップル周波数Ｆwtを予め実験等によって設定しておく必要がなくなる。
【００２４】
図４は、上述した実施の形態１に係る非消耗電極アーク溶接の電流制御方法によって非消耗電極アーク溶接を行ったときの同図（Ａ）に示すビード外観、同図（Ｂ）に示す溶接電流Ｉｗ、同図（Ｃ）に示す溶接速度Ｗｓ及び同図（Ｄ）に示すリップル周波数Ｆｗの時間変化図である。同図は上述した図７と対応している。時刻ｔ１から溶接を開始し、溶接が進行するのに伴い母材温度が上昇して入熱超過になる。溶接作業者は溶融池等の観察から入熱超過を判断して、同図（Ｃ）に示すように、溶接速度及び送給速度を速くする。送給速度が速くなると、同図（Ｄ）に示すように、ワイヤ電圧のリップル周波数Ｆｗが高くなる。これに応動して、電流増減値ΔＩｒの負値が大きくなり、同図（Ｂ）に示すように、溶接電流値Ｉｗは次第に減少する。このために、溶接速度及び送給速度の上昇度合いは、図７に比較して小さく抑制される。この結果、同図（Ａ）に示すように、ビード表面の波目のピッチ、溶込み、ビード外観等の溶接品質は略均一で良好になる。
【００２５】
［実施懈怠２］
図５は、本発明の実施の形態２に係る非消耗電極アーク溶接の電流制御方法を示す溶接速度Ｗｓ及びリップル周波数Ｆｗの時間変化図である。同図は、上述した図４において、（Ｃ）に示す溶接速度Ｗｓ及び（Ｄ）に示すリップル周波数Ｆｗを抽出したものである。溶接開始後の初期期間Ｔｓ中は溶接状態は過渡的な状態にあるために、この初期期間Ｔｓ中のリップル周波数Ｆｗに応じて溶接電流Ｉｗを変化させる必要はあまりない。これは、この初期期間Ｔｓ中溶接作業者は入熱超過を判断して溶接速度及び送給速度を変化させているのではなく、過渡状態を迅速に定常状態にするために操作しているからである。したがって、予め定めた初期期間Ｔｓ中は、リップル周波数Ｆｗによる溶接電流の変化を禁止して不要に溶接電流が変化するのを防止する。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】本発明の実施の形態１に係る非消耗電極アーク溶接の電流制御方法を実施するための溶接装置のブロック図である。
【図２】実施の形態１に係るリップル周波数Ｆｗと電流増減値ΔＩｒとの関係図である。
【図３】実施の形態１に係るリップル周波数偏差ΔＦｗと電流増減値ΔＩｒとの関係図である。
【図４】実施の形態１によって溶接を行ったときのビード外観、溶接電流Ｉｗ、溶接速度Ｗｓ及びリップル周波数Ｆｗの時間変化図である。
【図５】実施の形態２に係る非消耗電極アーク溶接の電流制御方法を示す溶接速度Ｗｓ及びリップル周波数Ｆｗの時間変化図である。
【図６】従来技術の非消耗電極アーク溶接装置のブロック図である。
【図７】従来技術によって溶接を行ったときのビード外観、溶接電流Ｉｗ及び溶接速度Ｗｓの時間変化図である。
【符号の説明】
【００２７】
１            非消耗電極
２            母材
２ａ            ビード
３            アーク
４            溶加ワイヤ
５            溶接トーチ
ＤＩＲ            電流増減値算出回路
ＥＡ            誤差増幅回路
Ｅａ            誤差増幅信号
ＦＷ            リップル周波数検出回路
Ｆｗ            リップル周波数（信号）
Ｉcr            電流制御設定信号
ＩＤ            電流検出回路
Ｉｄ            電流検出信号
ＩＲ            電流設定回路
Ｉｒ            電流設定信号
Ｉｗ            溶接電流
ＭＣ            溶接電源主回路
Ｔｓ            初期期間
ＶＤ            電圧検出回路
Ｖｄ            電圧検出信号
Ｖｗ            ワイヤ電圧
Ｗｓ            溶接速度
ΔＦｗ            リップル周波数偏差
ΔＩｒ            電流増減値（信号）
【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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