(57)【要約】【課題】定電流特性の溶接電源を使用した消耗電極ガスシールドアーク溶接において、アーク長を高く設定したときのアーク長制御性を良好にして良好な溶接品質を得ること。【解決手段】本発明は、母材・溶接ワイヤ間の溶接電圧Ｖｗを溶接電圧設定値Ｖｓによって設定し、溶接中の溶接電圧Ｖｗを検出し、この溶接電圧検出値Ｖｄを移動平均して溶接電圧移動平均値Ｖraを算出し、前記溶接電圧設定値Ｖｓが予め定めた高アーク長基準値未満のときは前記溶接電圧移動平均値Ｖraを溶接電圧制御設定値Ｖscとし、前記溶接電圧設定値Ｖｓが前記高アーク長基準値以上のときは前記溶接電圧設定値Ｖｓを前記溶接電圧制御設定値Ｖscとし、前記溶接電圧検出値Ｖｄが前記溶接電圧制御設定値Ｖscと略等しくなるように定電流特性による溶接電流値Ｉsc、Ｉｗを変化させる消耗電極ガスシールドアーク溶接方法である。【選択図】図１
2006043736.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
溶接ワイヤを予め定めた速度で送給すると共に、溶接電源の定電流特性によって予め定めた溶接電流をアークに通電して溶接する消耗電極ガスシールドアーク溶接方法において、
母材・溶接ワイヤ間の溶接電圧を溶接電圧設定値によって設定し、溶接中の溶接電圧を検出し、この溶接電圧検出値を移動平均して溶接電圧移動平均値を算出し、前記溶接電圧設定値が予め定めた高アーク長基準値未満のときは前記溶接電圧移動平均値を溶接電圧制御設定値とし、前記溶接電圧設定値が前記高アーク長基準値以上のときは前記溶接電圧設定値を前記溶接電圧制御設定値とし、前記溶接電圧検出値が前記溶接電圧制御設定値と略等しくなるように前記定電流特性による前記溶接電流値を変化させることを特徴とする消耗電極ガスシールドアーク溶接方法。
【請求項２】
前記溶接電圧設定値が前記高アーク長基準値よりも小さな値に予め定めた中間アーク長基準値未満のときは前記溶接電圧移動平均値を前記溶接電圧制御設定値とし、前記溶接電圧設定値が前記中間アーク長基準値以上でかつ前記高アーク長基準値未満のときは前記溶接電圧移動平均値と前記溶接電圧設定値とを予め定めた混合関数によって混合して前記溶接電圧制御設定値とし、前記溶接電圧設定値が前記高アーク長基準値以上のときは前記溶接電圧設定値を前記溶接電圧制御設定値とすることを特徴とする請求項１記載の消耗電極ガスシールドアーク溶接方法。
【請求項３】
前記消耗電極ガスシールドアーク溶接がピーク期間中のピーク電流の通電及びベース期間中のベース電流の通電をパルス周期として繰り返す消耗電極パルスアーク溶接であり、前記溶接電流値が前記パルス周期ごとの溶接電流平均値であり、前記溶接電圧値が前記パルス周期ごとの溶接電圧平均値であり、前記ピーク期間又は前記ピーク電流又は前記ベース期間又は前記ベース電流の少なくとも１つ以上を変化させて前記パルス周期ごとの溶接電流平均値を変化させることを特徴とする請求項１又は請求項２記載の消耗電極ガスシールドアーク溶接方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、定電流特性の溶接電源を使用してアーク制御性を向上させるための消耗電極ガスシールドアーク溶接方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
以下の従来技術については、特許文献１及び特願２００４−０８８６３１に記載されている。
図１０は、アルミニウムＭＩＧ溶接における溶接ワイヤの溶融特性Ｌ１と溶接電源の外部特性ＣＣ１、ＣＣ２との関係を示す図である。同図の横軸はアークに通電する溶接電流Ｉｗを示し、縦軸はアーク長Ｌａを示す。溶融特性Ｌ１は、溶接ワイヤの送給速度を予め定めた一定値に設定し、溶接ワイヤ・母材間の溶接電圧Ｖｗを変化させたときの溶接電流Ｉｗとアーク長Ｌａとの関係を測定したものである。Ｑ１点においてアーク長Ｌａ＝２mm程度となり、これよりも下の溶融特性Ｌ１上の各点では溶滴移行形態が短絡移行形態になる。Ｑ２点においてアーク長Ｌａ＝６mm程度となり、これよりも上の溶融特性Ｌ１上の各点では溶滴移行形態がスプレー移行形態になる。Ｑ１〜Ｑ２点の間の各点では溶滴移行形態はメソスプレー移行形態になる。このメソスプレー移行形態では、１ms以下の微小時間の短絡が発生しつつ溶滴はスプレー移行する。スパッタ、ビード外観、ブローホール等の溶接品質を考慮して実用上多く使用されるアーク長Ｌａの範囲は、２〜５mm程度である。したがって実用上多く使用されるアーク長Ｌａの範囲では、溶滴移行形態はメソスプレー移行形態となる。ただし、メソスプレー移行形態よりも高いアーク長で使用される場合もある。
【０００３】
ところで、アーク長Ｌａは溶接ワイヤの送給速度と溶融速度とのバランスによって定まる。溶融速度は溶接電流Ｉｗの値に略比例する。溶融特性Ｌ１は送給速度が一定の場合であるので、各アーク長において溶融速度と送給速度とが等しくなるように溶接電流Ｉｗの値が定まる。溶融特性Ｌ１において、アーク長Ｌａ＝６mmのＱ２点の溶接電流値がアーク長Ｌａ＝２mmのＱ１点の溶接電流値よりも大きいので、Ｑ２点の方が単位溶接電流値当りの溶融量（以下，比溶融量という）は小さくなる。すなわち、メソスプレー移行形態においては、アーク長Ｌａに反比例して比溶融量が小さくなる。このために、溶接電流Ｉｗが一定値である場合（定電流特性の溶接電源を使用した場合）、送給速度の変動、給電チップ・母材間距離の変動等の外乱（以下、単に外乱という）によってアーク長Ｌａが過渡的に長くなると比溶融量が小さくなり溶融速度が遅くなるために、アーク長Ｌａは短くなる方向に制御される。逆にアーク長Ｌａが外乱によって短くなった場合は、比溶融量が大きくなり溶融速度が速くなるために、アーク長Ｌａは長くなる方向に制御される。このようにアーク長の変動を復元する作用を「アーク固有の自己制御作用」と呼んでいる。
【０００４】
一般的に、アルミニウムＭＩＧ溶接を含む消耗電極ガスシールドアーク溶接には定電圧特性の溶接電源が使用される。これは、アーク長Ｌａが溶接電圧Ｖｗと比例関係にあることを利用してアーク長Ｌａを溶接電圧Ｖｗで検出し、その検出値が目標値（溶接電圧設定値）と一致するように定電圧制御することによってアーク長を制御するものである。アルミニウムワイヤの材質、直径、シールドガスの種類等の溶接条件が決まり、送給速度が設定されると溶融特性Ｌ１が定まる。このために所望のアーク長になるように定電圧特性を設定すればよい。しかし、アルミニウムＭＩＧ溶接においては、母材の酸化皮膜の状態によって溶融特性Ｌ１が変化するという性質がある。ＭＩＧ溶接では、母材の酸化皮膜をアークによって除去（クリーニング作用）しながら溶接が行われる。この酸化皮膜のクリーニング状態は、母材表面の汚れ具合、母材の温度、シールドガスのシールド状態等の変動によって大きく影響される。しかもクリーニング状態は溶接中にも刻々と変化する。
【０００５】
クリーニング状態が変化すると、溶融特性Ｌ１が変化する。これはクリーニング状態の変化によってアーク形状が変化しアークから溶接ワイヤへの入熱が変化し溶融速度が変化するためである。溶融特性Ｌ１のときにアーク長Ｌａ＝４mmの所望値に設定するために定電圧特性を設定する。この状態で溶融特性Ｌ１が変化したときに、アーク長Ｌａを４mmに維持するためには定電圧特性の設定を変更する必要がある。すなわち、アルミニウムＭＩＧ溶接においては、クリーニング状態が変化するごとにアーク長を所望値に維持するためには定電圧特性の設定を修正しなければならなかった。上述したように、クリーニング状態は溶接中にも変化するために、定電圧特性も溶接中に設定変更する必要があった。このために、溶接作業者がクリーニング状態の変動によるアーク長の変動を目視で確認しながら手動で定電圧特性を調整することが現場では行われてきた。しかし、この方法では自動化が困難であり、かつ、アーク長を正確に所望値に維持することができないという問題があった。
【０００６】
上述した問題を解決するために、同図に示す定電流特性によるアルミニウムＭＩＧ溶接が従来から実施されている。上述したように、横軸を溶接電流Ｉｗ、縦軸を溶接電圧Ｖｗとして溶融特性を表わすと、クリーニング状態に影響されて溶融特性は変化する。しかし、同図に示すように、横軸を溶接電流Ｉｗ、縦軸をアーク長Ｌａとして溶融特性を表わした場合には、クリーニング状態が変化しても溶融特性はＬ１のままでほとんど変化しない。したがって、アーク長Ｌａが所望値４mmになるように定電流特性ＣＣ１を設定すれば、動作点はＰ１となり所望値のアーク長Ｌａに制御することができる。この場合、クリーニング状態が変化しても溶融特性はＬ１のままであるので、動作点Ｐ１もそのままであり、アーク長Ｌａ＝４mmに維持される。この定電流特性によるアーク長制御を基本として、外乱によるアーク長の変動を抑制する制御を加味したのが、以下に説明する従来技術である。
【０００７】
動作点Ｐ１の定常アーク状態において外乱が発生してアーク長Ｌａが過渡的に長くなると、動作点はＰ１からＰ２へ移動する。従来技術では、溶接電圧Ｖｗ及び溶接電圧移動平均値Ｖraを検出し、これらの電圧誤差増幅値ΔＶ＝Ｇ・（Ｖra−Ｖｗ）に応じて定電流特性による溶接電流値Ｉｗを変化させる。ここでＧは予め定めた増幅率である。すなわち、Ｉw2＝Ｉw1＋ΔＶとなる。溶接電流Ｉw1は定電流特性ＣＣ１の電流値である。外乱によってアーク長Ｌａが長くなると、溶接電圧Ｖｗが溶接電圧移動平均値Ｖraよりも大きくなり、上記の電圧誤差増幅値ΔＶ＜０となる。この結果、Ｉw2＜Ｉw1となり定電流特性はＣＣ２に変化する。これに応動して動作点はＰ２からＰ３へと移動する。動作点がＰ３になると溶接電流は減少するので、溶融速度が遅くなり、アーク長Ｌａは短くなる方向へ制御される。すなわち、外乱によるアーク長Ｌａの変動を上記の電圧誤差増幅値ΔＶによって検出し、定電流特性を変化させて外部特性による自己制御作用を働かせている。上述したように、アーク固有の自己制御作用に比べて外部特性による自己制御作用の方がアーク長制御の過渡応答性が良くアーク長変動幅も小さくなる。
【０００８】
次に、動作点Ｐ１の定常アーク状態においてクリーニング状態が変動すると、溶接電圧Ｖｗが変化する。しかし、クリーニング状態の変動速度は上記の外乱による変動速度よりも緩やかである。例えば、外乱による変動速度は数ms〜十数ms程度であり、他方クリーニング状態の変動速度は数十ms〜数百ms程度である。そこで、溶接電圧移動平均値Ｖraを算出するための移動平均期間を、外乱の変動速度よりも長く、かつ、クリーニング状態の変動速度よりも短く設定する。これによって、クリーニング状態の緩やかな変動が発生した場合には、Ｖｗ≒Ｖraとなり定電流特性はＣＣ１のままで変化しない。このために、クリーニング状態が変動してもアーク長Ｌａは所望値のままである。他方、外乱が発生したときは上述したようにＶａ≠Ｖraとなり定電流特性がＣＣ１からＣＣ２等に過渡的に変化して外部特性による自己制御作用が働く。定常アーク状態に戻ると定電流特性はＣＣ１に戻る。
【０００９】
【特許文献１】特許第２９９３１７４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
図１１は、上述した図１０においてアーク長Ｌａを６mm超に設定する場合の溶融特性Ｌ１と定電流特性ＣＣ３との関係を示す図である。同図において、上述したように、アーク長Ｌａが２〜６mm程度の範囲がメソスプレー移行形態の領域であり、この範囲内ではアーク固有の自己制御作用が働き、クリーニング状態の変動に対してアーク長Ｌａを適正値に維持することができる。しかし、Ｑ２点の６mm超では、溶融特性Ｌ１が略垂直になるために、定電流特性ＣＣ３を調整しても、アーク長Ｌａを例えば６．５mmに設定することは困難であった。通常はメソスプレー移行領域で使用することが多いが、溶接継手、溶接姿勢、溶接速度等によってはメソスプレー移行領域外で使用する場合もある。このような場合に従来技術ではアーク長をメソスプレー移行領域外に設定することは困難であった。
【００１１】
さらに、メソスプレー移行領域であっても、Ｑ２点を境界値としてアーク固有の自己制御作用が働かなくなるのではない。上記の境界値よりも少し短いアーク長のときから少しずつアーク固有の自己制御作用の効果が小さくなり、境界値でほとんど働かなくなるのである。この領域を遷移領域ということにする。この遷移領域では、アーク固有の自己制御作用が弱くなるので、境界値Ｑ２に近いアーク長に設定するほど、クリーニング状態の変化に伴ってアーク長の変動が少しずつ大きくなるという課題があった。
【００１２】
ぞこで、本発明では、アーク長をメソスプレー移行領域を越える範囲又は遷移領域の所望値に正確に設定することができ、かつ、クリーニング状態及び外乱によるアーク長の変動を抑制することができる消耗電極ガスシールドアーク溶接方法を提供する。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
上述した課題を解決するために、第１の発明は、溶接ワイヤを予め定めた速度で送給すると共に、溶接電源の定電流特性によって予め定めた溶接電流をアークに通電して溶接する消耗電極ガスシールドアーク溶接方法において、
母材・溶接ワイヤ間の溶接電圧を溶接電圧設定値によって設定し、溶接中の溶接電圧を検出し、この溶接電圧検出値を移動平均して溶接電圧移動平均値を算出し、前記溶接電圧設定値が予め定めた高アーク長基準値未満のときは前記溶接電圧移動平均値を溶接電圧制御設定値とし、前記溶接電圧設定値が前記高アーク長基準値以上のときは前記溶接電圧設定値を前記溶接電圧制御設定値とし、前記溶接電圧検出値が前記溶接電圧制御設定値と略等しくなるように前記定電流特性による前記溶接電流値を変化させることを特徴とする消耗電極ガスシールドアーク溶接方法である。
【００１４】
また、第２の発明は、前記溶接電圧設定値が前記高アーク長基準値よりも小さな値に予め定めた中間アーク長基準値未満のときは前記溶接電圧移動平均値を前記溶接電圧制御設定値とし、前記溶接電圧設定値が前記中間アーク長基準値以上でかつ前記高アーク長基準値未満のときは前記溶接電圧移動平均値と前記溶接電圧設定値とを予め定めた混合関数によって混合して前記溶接電圧制御設定値とし、前記溶接電圧設定値が前記高アーク長基準値以上のときは前記溶接電圧設定値を前記溶接電圧制御設定値とすることを特徴とする第１の発明記載の消耗電極ガスシールドアーク溶接方法である。
【００１５】
また、第３の発明は、前記消耗電極ガスシールドアーク溶接がピーク期間中のピーク電流の通電及びベース期間中のベース電流の通電をパルス周期として繰り返す消耗電極パルスアーク溶接であり、前記溶接電流値が前記パルス周期ごとの溶接電流平均値であり、前記溶接電圧値が前記パルス周期ごとの溶接電圧平均値であり、前記ピーク期間又は前記ピーク電流又は前記ベース期間又は前記ベース電流の少なくとも１つ以上を変化させて前記パルス周期ごとの溶接電流平均値を変化させることを特徴とする第１又は第２の発明記載の消耗電極ガスシールドアーク溶接方法である。
【発明の効果】
【００１６】
上記第１の発明によれば、高アーク長基準値Ｖth未満のアーク長では溶接電圧移動平均値Ｖraによって溶接電流を変化させ、高アーク長基準値Ｖth以上のアーク長では溶接電圧設定値Ｖｓによって溶接電流を変化させることによって、アーク長を低い値にも高い値にも所望値に正確に設定することができる。さらに、外乱及びクリーニング状態の変動に対してもアーク長変動を抑制することができる。特に、アーク長がメソスプレー移行領域を超える高い範囲であっても、アーク長を所望値に正確に設定することができる。
【００１７】
上記第２の発明によれば、上記第１の発明の効果に加えて、中間アーク長基準値Ｖtm以上で高アーク長基準値Ｖth未満の遷移領域の中間アーク長範囲において、溶接電圧移動平均値Ｖraと溶接電圧設定値Ｖｓとを適切に混合した溶接電圧制御設定値Ｖscによって溶接電流を変化させる。このために、中間アーク長範囲でのアーク長制御性がさらに良好になる。
【００１８】
上記第３の発明によれば、上記第１及び第２の発明の効果をパルスアーク溶接において奏することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
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。
【００２０】
［実施の形態１］
図１は、実施の形態１に係る消耗電極ガスシールドアーク溶接方法を実施するための溶接電源のブロック図である。以下、同図を参照して各ブロックについて説明する。
【００２１】
電源主回路ＭＣは、商用交流電源（３相２００Ｖ等）を入力として後述する電流誤差増幅信号Ｅｉに従ってインバータ制御、チョッパ制御等によって出力制御を行い、溶接電流Ｉｗ及び溶接電圧Ｖｗを出力する。溶接ワイヤ１は、ワイヤ送給装置の送給ロール５の回転によって溶接トーチ４内を通って送給され、母材２との間にアーク３が発生する。
【００２２】
溶接電圧検出回路ＶＤは、上記の溶接電圧Ｖｗを検出して溶接電圧検出信号Ｖｄを出力する。溶接電圧移動平均値算出回路ＶＲＡは、上記の溶接電圧検出信号Ｖｄを移動平均して溶接電圧移動平均値信号Ｖraを出力する。溶接電圧設定回路ＶＳは、所望値の溶接電圧設定信号Ｖｓを出力する。溶接電圧設定切換回路ＳＷＶは、上記の溶接電圧設定信号Ｖｓの値が予め定めた高アーク長基準値Ｖth未満のときはａ側に切り換わり上記の溶接電圧移動平均値信号Ｖraを溶接電圧制御設定信号Ｖscとして出力し、上記の高アーク長基準値Ｖth以上のときはｂ側に切り換わり上記の溶接電圧設定信号Ｖｓを上記の溶接電圧制御設定信号Ｖscとして出力する。この回路の作用については後述する。電圧誤差増幅回路ＥＶは、上記の溶接電圧制御設定信号Ｖscと上記の溶接電圧検出信号Ｖｄとの誤差を増幅して電圧誤差増幅信号ΔＶ＝Ｇ・（Ｖsc−Ｖｄ）を出力する。ここでＧは予め定めた増幅率である。
【００２３】
電流設定回路ＩＳは、予め定めた電流設定信号Ｉｓを出力する。加算回路ＡＤは、上記の電流設定信号Ｉｓと上記の電圧誤差増幅信号ΔＶとの加算を行い、電流制御設定信号Ｉsc＝Ｉｓ＋ΔＶを出力する。電流検出回路ＩＤは、上記の溶接電流Ｉｗを検出して溶接電流検出信号Ｉｄを出力する。電流誤差増幅回路ＥＩは、上記の電流制御設定信号Ｉscと上記の溶接電流検出信号Ｉｄとの誤差を増幅して、電流誤差増幅信号Ｅｉを出力する。この回路によって、電流制御設定信号Ｉscにより定まる定電流特性が形成される。上記の電圧誤差増幅信号ΔＶ＝０の定常アーク状態においては、Ｉsc＝Ｉｓとなるので、電流設定信号Ｉｓにより定まる定電流特性が形成される。
【００２４】
また、溶接電圧制御設定信号Ｖscが溶接電圧移動平均値信号Ｖraであるとき（Ｖｓ＜Ｖthのとき）は、図１０で上述した従来技術の消耗電極ガスシールドアーク溶接方法を実施することになる。すなわち、外乱による急速なアーク長変動に対しては電圧誤差増幅信号ΔＶによって定電流特性を変化させてアーク長の変動を抑制する。クリーニング状態のような緩やかなアーク長変動に対しては、Ｖra≒Ｖｄとなり電圧誤差増幅信号ΔＶ≒０となるので、溶接電流設定信号Ｉｓによる定電流特性は変化せず、アーク固有の自己制御作用によってアーク長の変動は抑制される。
【００２５】
他方、溶接電圧制御設定信号Ｖscが溶接電圧設定信号Ｖｓであるとき（Ｖｓ≧Ｖthのとき）は、定電圧特性による消耗電極ガスシールドアーク溶接を実施することになる。すなわち、アーク長がメソスプレー移行領域よりも長くなるとクリーニング状態の変動によるアーク長の変動幅は小さくなる。したがって、クリーニング状態の変動によるアーク長の変動は考慮する必要性が小さくなる。このために、アーク長は溶接電圧Ｖｗと略比例になるために、溶接電圧設定信号Ｖｓによって所望値のアーク長に設定し、電圧誤差増幅信号ΔＶによって定電圧特性を形成してアーク長を制御することができる。
【００２６】
図２は、本発明の実施の形態１に係る消耗電極ガスシールドアーク溶接方法の動作原理を説明するための特性図である。アルミニウムＭＩＧ溶接において、同図は、送給速度を所定値に固定したときの横軸に示すアーク長Ｌａと縦軸に示す溶接電流Ｉｗ及び溶接電圧Ｖｗとの関係を示す。以下、同図を参照して説明する。
【００２７】
上述したように、アーク長が２〜６mm程度のメソスプレー移行領域では、溶接電流Ｉｗ（定電流特性）を変化させることによってアーク長Ｌａを設定することができる。特に、アーク長４mm程度未満では溶接電流Ｉｗの特性の傾きが急であるために、アーク長の制御性に優れている。アーク長が６mmに近づくにつれて傾きは緩やかになり、アーク長の制御性は弱くなる。アーク長が６mmを超えると傾きは略水平になり、アーク長の制御性はほとんどなくなる。
【００２８】
他方、溶接電圧Ｖｗは、アーク長Ｌａが６mmを超えると、上述したように、アーク長Ｌａと略比例関係の特性となる。これは、クリーニング状態の変化によってアーク長Ｌａがあまり影響されなくなるからである。アーク長が６mmよりも短くなるにつれ、同一アーク長Ｌａとなる溶接電圧Ｖｗの幅が大きくなる。これは、アーク長Ｌａが短いとクリーニング状態の少しの変化でアーク長Ｌａが大きく影響されて、その結果溶接電圧Ｖｗが変化するからである。すなわち、アーク長Ｌａが短い場合には、アーク長Ｌａに対する溶接電圧Ｖｗの変化幅は大きくなり、アーク長の制御性は弱い。アーク長Ｌａが長くなると溶接電圧Ｖｗとアーク長Ｌａとは比例関係を示し、アーク長の制御性は良好になる。
【００２９】
そこで、実施の形態１では、５mm、６mm等の高アーク長を予め設定し、溶接電圧設定値Ｖｓをこの高アーク長に相当する値（高アーク長基準値Ｖth）と比較して、Ｖｓ＜Ｖthのときは溶接電流Ｉｗによるアーク長制御性を利用し、Ｖｓ≧Ｖthのときは溶接電圧Ｖｗによるアーク長制御性を利用する。これは、アーク長Ｌａの長さによって制御性を有するパラメータが異なることを利用したものである。
【００３０】
［実施の形態２］
本発明の実施の形態２では、溶接電圧移動平均値Ｖraと溶接電圧設定値Ｖｓとを予め定めた混合関数Ｖsc＝ｆm(Ｖra,Ｖｓ)によって混合して溶接電圧制御設定値Ｖscを算出する。以下，詳細を説明する。
【００３１】
図３は、実施の形態２に係る消耗電極ガスシールドアーク溶接方法を実施するための溶接電源のブロック図である。同図において、上述した図１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１とは異なる点線で示すブロックについて説明する。
【００３２】
混合関数回路ＦＭは、上記の高アーク長基準値Ｖthに加えてこれよりも小さな値の中間アーク長基準値Ｖtmを予め設定し、
(1)溶接電圧設定信号Ｖｓが上記の中間アーク長基準値Ｖtm未満のときは溶接電圧移動平均値信号Ｖraを溶接電圧制御設定信号Ｖscとして出力し、
(2)上記の溶接電圧設定信号Ｖｓが上記の中間アーク長基準値Ｖtm以上でかつ上記の高アーク長基準値Ｖth未満のときは溶接電圧移動平均値信号Ｖraと溶接電圧設定信号Ｖｓとを予め定めた混合関数ｆmによって混合して上記の溶接電圧制御設定信号Ｖscとして出力し、
(3)上記の溶接電圧設定信号Ｖｓが上記の高アーク長基準値Ｖth以上のときは溶接電圧設定信号Ｖｓを上記の溶接電圧制御設定信号Ｖscとして出力する。上記の混合関数ｆmについては、図４〜５で後述する。
【００３３】
上述した図２において、アーク長Ｌａが２〜６mm程度の範囲はメソスプレー移行領域となり、例えばＬａ＝６mmに対応する溶接電圧設定信号Ｖｓの値を高アーク長基準値Ｖthとし、Ｌａ＝３mmに対応する溶接電圧設定信号Ｖｓの値を中間アーク長基準値Ｖtmとして予め設定する。上記の中間アーク長基準値Ｖtm未満のアーク長では、溶接電流Ｉｗがアーク長と強い相関関係を有するので溶接電圧移動平均値信号Ｖra及び溶接電流設定信号Ｉｓを使用する従来技術の制御を行う。上記の高アーク長基準値Ｖth以上のアーク長では、溶接電圧Ｖｗとアーク長とは強い相関関係を有するために、溶接電圧設定信号Ｖｓを使用する定電圧制御を行う。そして、中間アーク長基準値Ｖtm〜高アーク長基準値Ｖthの間のアーク長では、溶接電圧移動平均値信号Ｖra及び溶接電圧設定信号Ｖｓとを混合して上記両制御を併用する。
【００３４】
混合関数ｆmの例を下式に示す。
Ｖsc＝Ｖra・(100-α)/100＋Ｖｓ・α/100    （１）式
ここでαは混合率［％］である。また、図４及び図５は、この混合率αと溶接電圧設定信号Ｖｓとの関係の一例である。両図は、アルミニウムＭＩＧ溶接において、直径１．２mmのアルミニウム合金ワイヤを使用した場合であり、図４は平均溶接電流が５０Ａのときであり、図５は平均溶接電流が１５０Ａのときである。溶接電流設定信号Ｉｓ（平均溶接電流）及び溶接電圧設定信号Ｖｓの値によって混合率αが定まる。そして、上記（１）式によって溶接電圧制御設定信号Ｖscが算出される。
【００３５】
［実施の形態３］
本発明の実施の形態３は、実施の形態１における消耗電極ガスシールドアーク溶接として消耗電極パルスアーク溶接を使用する場合である。図６は、パルスアーク溶接の電流・電圧波形を示す。同図（Ａ）は溶接電流瞬時値ｉｗの時間変化を示し、同図（Ｂ）は溶接電圧瞬時値ｖｗの時間変化を示す。時刻ｔ１〜ｔ２のピーク期間Ｔｐ中は、同図（Ａ）に示すように、溶滴を移行させるために大電流値のピーク電流Ｉｐを通電し、同図（Ｂ）に示すように、溶接ワイヤと母材との間にピーク電圧Ｖｐが印加する。時刻ｔ２〜ｔ３のベース期間Ｔｂ中は、同図（Ａ）に示すように、溶接ワイヤを溶融させないために小電流値のベース電流Ｉｂを通電し、同図（Ｂ）に示すように、溶接ワイヤと母材との間にベース電圧Ｖｂが印加する。ピーク期間Ｔｐ及びベース期間Ｔｂからパルス周期Ｔｆが形成される。パルスアーク溶接においては、パルス周期Ｔｆごとに１溶滴が母材に移行するいわゆる１パルス１溶滴移行となるのが通常である。したがって、アーク長Ｌａは１パルス周期Ｔｆごとに大きく変化する。このため、上述した実施の形態１における溶接電流Ｉｗ及び溶接電圧Ｖｗとして、実施の形態３ではパルス周期Ｔｆごとの溶接電流平均値Ｉwa及びパルス周期Ｔｆごとの溶接電圧平均値Ｖwaを使用する必要がある。すなわち、実施の形態３では、上記のパルス周期溶接電流平均値Ｉwaが一定値になるように定電流特性が形成される。また、溶接電圧移動平均値Ｖraは、上記のパルス周期溶接電圧平均値Ｖwaを移動平均して算出する。したがって、電圧誤差増幅値ΔＶ＝Ｇ・（Ｖra−Ｖwa）となる。同図（Ａ）において、ピーク期間Ｔｐ、ピーク電流Ｉｐ、ベース期間Ｔｂ及びベース電流Ｉｂを設定すると、パルス周期溶接電流平均値Ｉwaが所定値に定まる．したがって、パルス周期溶接電流平均値Ｉwaを変化させるためには、これらピーク期間Ｔｐ、ピーク電流Ｉｐ、ベース期間Ｔｂ又はベース電流Ｉｂの少なくとも１つ以上を変化させれば良い。上記以外は実施の形態１と同様である。
【００３６】
図７は、実施の形態３に係る消耗電極ガスシールドアーク溶接方法を実施するための溶接電源のブロック図である。同図において、上述した図１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１とは異なる点線で示すブロックについて説明する。
【００３７】
パルス周期溶接電圧平均値算出回路ＶＷＡは、溶接電圧瞬時値ｖｗを検出した溶接電圧検出信号Ｖｄをパルス周期Ｔｆごとに平均値を算出し、パルス周期溶接電圧平均値信号Ｖwaを出力する。溶接電圧移動平均値算出回路ＶＲＡは、上記のパルス周期溶接電圧平均値信号Ｖwaを移動平均して溶接電圧移動平均値信号Ｖraを出力する。電圧誤差増幅回路ＥＶは、溶接電圧制御設定信号Ｖscと上記のパルス周期溶接電圧平均値信号Ｖwaとの誤差を増幅して、電圧誤差増幅信号ΔＶ＝Ｇ・（Ｖra−Ｖwa）を出力する。ここでＧは予め定めた増幅率である。
【００３８】
ベース期間設定回路ＴＢＳは、予め定めたベース期間設定信号Ｔbsを出力する。減算回路ＳＢは、上記のベース期間設定信号Ｔbsから上記の電圧誤差増幅信号ΔＶを減算して、ベース期間制御設定信号Ｔbsc＝Ｔbs−ΔＶを出力する。ピーク期間設定回路ＴＰＳは、予め定めたピーク期間設定信号Ｔpsを出力する。タイマ回路ＴＭは、上記のピーク期間設定信号Ｔpsによって定まる期間中はＨｉｇｈレベルになり、続く上記のベース期間制御設定信号Ｔbscによって定まる期間中はＬｏｗレベルになり、以後この動作を繰り返すタイマ信号Ｔｍを出力する。すなわち、このタイマ信号ＴｍがＨｉｇｈレベルのときはピーク期間となり、Ｌｏｗレベルのときはベース期間となる。ピーク電流設定回路ＩＰＳは、予め定めたピーク電流設定信号Ｉpsを出力する。ベース電流設定回路ＩＢＳは、予め定めたベース電流設定信号Ｉbsを出力する。切換回路ＳＷは、上記のタイマ信号ＴｍがＨｉｇｈレベルのときはａ側に切り換わり上記のピーク電流設定信号Ｉpsを溶接電流制御設定信号Ｉscとして出力し、Ｌｏｗレベルのときはｂ側に切り換わり上記のベース電流設定信号Ｉbsを溶接電流制御設定信号Ｉscとして出力する。この溶接電流制御設定信号Ｉscに相当する図６で上述した溶接電流瞬時値ｉｗが通電する。
【００３９】
同図において定常アーク状態にあるときは電圧誤差増幅信号ΔＶ＝０となるので、Ｔbsc＝Ｔbsとなる。したがって、ピーク期間設定信号Ｔpsによって定まる期間中はピーク電流設定信号Ｉpsによって定まる電流が通電し、ベース期間設定信号Ｔbsによって定まる期間中はベース電流設定信号Ｉbsによって定まる電流が通電する。したがって、同図のベース期間設定信号Ｔbsが図１の溶接電流設定信号Ｉｓに対応する。
【００４０】
定常アーク状態において外乱が発生してアーク長Ｌａが過渡的に長くなると、電圧誤差増幅信号ΔＶ＞０となる。したがって、Ｔbsc＜Ｔbsとなり、ベース期間は定常アーク状態よりも短くなる。この結果、パルス周期溶接電流平均値Ｉwaは小さくなり、外部特性による自己制御作用を働かせてアーク長Ｌａの変動を抑制する。
【００４１】
上記においてはベース期間Ｔｂを可変してパルス周期溶接電流平均値Ｉwaを変化させる場合を説明した。これ以外にもピーク期間Ｔｐを可変する場合はＴｐ＝Ｔps＋ΔＶとすれば良い。同様に、ベース電流Ｉｂを可変する場合はＩｂ＝Ｉbs＋ΔＶとすれば良い。さらにピーク電流Ｉｐを可変する場合はＩｐ＝Ｉps＋ΔＶとすれば良い。
【００４２】
溶接電圧設定信号Ｖｓの値が高アーク長基準値Ｖth以上になると、溶接電圧制御設定信号Ｖsc＝Ｖｓとなる。このため、パルス周期溶接電圧平均値信号Ｖwa＝Ｖｓとなるように定電圧制御される。この結果、メソスプレー移行領域を超える範囲のアーク長の制御を行うことができる。
【００４３】
［実施の形態４］
本発明の実施の形態４は、実施の形態２における消耗電極ガスシールドアーク溶接として実施の形態３で上述した消耗電極パルスアーク溶接を使用するものである。図８は、実施の形態４に係る消耗電極ガスシールドアーク溶接方法を実施するための溶接電源のブロック図である。同図は、図７で上述したブロック図に図３で上述した混合関数回路ＦＭを組み込んだものである。したがって、各ブロックの説明は図７及び図３の各ブロックと同一である。
【００４４】
上記はアルミニウムＭＩＧ溶接について説明したが、母材に酸化皮膜が形成されるマグネシウム等のＭＩＧ溶接にも適用することができる。
【００４５】
［効果］
図９は、本発明の効果の一例を示す上限電圧比較図である。同図は、直径１．２mmのアルミニウムワイヤを使用したＭＩＧ溶接において、横軸に示す平均溶接電流に対して安定した溶接が可能な溶接電圧の最大値（上限電圧）を測定したものである。上限電圧はアーク長と略比例するので、結局、同図は安定した溶接が可能なアーク長の最大値を測定していることになる。同図から明らかなように、本発明の上限電圧は従来技術よりも約２Ｖ大きくなっている。この結果から、本発明の方がより高いアーク長の範囲まで安定に制御することができることが分かる。これは、アーク長の高い範囲では定電流制御から定電圧制御に徐々に切り換えてアーク長の制御性を確保しているためである。
【図面の簡単な説明】
【００４６】
【図１】本発明の実施の形態１に係る溶接電源のブロック図である。
【図２】本発明の消耗電極ガスシールドアーク溶接方法の動作原理を説明するためのアーク長Ｌａと溶接電流Ｉｗ及び溶接電圧Ｖｗとの関係図である。
【図３】本発明の実施の形態２に係る溶接電源のブロック図である。
【図４】実施の形態２における溶接電圧設定信号Ｖｓと混合率αとの関係図の一例である。
【図５】実施の形態２における溶接電圧設定信号Ｖｓと混合率αとの関係図の一例である。
【図６】パルスアーク溶接の電流・電圧波形図である。
【図７】本発明の実施の形態３に係る溶接電源のブロック図である。
【図８】本発明の実施の形態４に係る溶接電源のブロック図である。
【図９】効果の一例を示す平均溶接電流に対する上限電圧の比較図である。
【図１０】従来技術の定電流特性による消耗電極ガスシールドアーク溶接方法を示すワイヤ溶融特性図である。
【図１１】従来技術の課題を示すワイヤ溶融特性図である。
【符号の説明】
【００４７】
１            溶接ワイヤ
２            母材
３            アーク
４            溶接トーチ
５            送給ロール
ＡＤ            加算回路
ＣＣ１〜ＣＣ３        定電流特性
ＥＩ            電流誤差増幅回路
Ｅｉ            電流誤差増幅信号
ＥＶ            電圧誤差増幅回路
ＦＭ            混合関数回路
ｆm            混合関数
Ｉｂ            ベース電流
ＩＢＳ            ベース電流設定回路
Ｉbs            ベース電流設定信号
ＩＤ            電流検出回路
Ｉｄ            溶接電流検出信号
Ｉｐ            ピーク電流
ＩＰＳ            ピーク電流設定回路
Ｉps            ピーク電流設定信号
ＩＳ            溶接電流設定回路
Ｉｓ            溶接電流設定信号
Ｉsc            溶接電流制御設定信号
Ｉｗ            溶接電流
ｉｗ            溶接電流瞬時値
Ｉwa            パルス周期溶接電流平均値（信号）
Ｌ１            溶融特性
Ｌａ            アーク長
ＭＣ            電源主回路
ＳＢ            減算回路
ＳＷ            切換回路
ＳＷＶ            溶接電圧設定切換回路
Ｔｂ            ベース期間
ＴＢＳ            ベース期間設定回路
Ｔbs            ベース期間設定信号
Ｔbsc          ベース期間制御設定信号
Ｔｆ            パルス周期
ＴＭ            タイマ回路
Ｔｍ            タイマ信号
Ｔｐ            ピーク期間
ＴＰＳ            ピーク期間設定回路
Ｔps            ピーク期間設定信号
Ｖｂ            ベース電圧
ＶＤ            溶接電圧検出回路
Ｖｄ            溶接電圧検出信号
Ｖｐ            ピーク電圧
ＶＲＡ            溶接電圧移動平均値算出回路
Ｖra            溶接電圧移動平均値（信号）
ＶＳ            溶接電圧設定回路
Ｖｓ            溶接電圧設定（値／信号）
Ｖsc            溶接電圧制御設定（値／信号）
Ｖth            高アーク長基準値
Ｖtm            中間アーク長基準値
Ｖｗ            溶接電圧
ｖｗ            溶接電圧瞬時値
ＶＷＡ            パルス周期溶接電圧平均値算出回路
Ｖwa            パルス周期溶接電圧平均値（値／信号）
α            混合率
ΔＶ            電圧誤差増幅（値／信号）
【図１】
2006043736.tif 000003
【図２】
2006043736.tif 000004
【図３】
2006043736.tif 000005
【図４】
2006043736.tif 000006
【図５】
2006043736.tif 000007
【図６】
2006043736.tif 000008
【図７】
2006043736.tif 000009
【図８】
2006043736.tif 000010
【図９】
2006043736.tif 000011
【図１０】
2006043736.tif 000012
【図１１】
2006043736.tif 000013