(57)【要約】【課題】ワイヤ挿通穴に沿って内側の一部分に開口部を形成し、開口部には溶接ワイヤをワイヤ挿通穴に押圧させるためのバネを備えた溶接用チップにて、溶接ワイヤに押圧するバネに電流が通電することで、溶接ワイヤへ給電するバネの給電点での消耗が進行しやすく、また発熱することで押圧力が低下するため、チップ寿命が短くなる懸念がある。【解決手段】溶接ワイヤに給電する溶接用チップであって、溶接ワイヤを挿通し給電させるためのワイヤ挿通穴のチップ先端側に、溶接ワイヤをワイヤ挿通穴の給電点に押圧させる押圧部に溶接ワイヤと電気的に絶縁する絶縁体を設けた絶縁構造とした溶接用チップにより、溶接ワイヤへ押圧部からは給電しないため、押圧部の消耗の進行が遅く、また発熱しにくいため、押圧部の押圧力が低下することを抑制し、チップ寿命を向上させることができる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
消耗電極である溶接ワイヤを用いて被溶接物に対して、第１の入熱量からなる第１の入熱期間と第２の入熱量からなる第２の入熱期間とを周期的に繰り返すアーク溶接を行うアーク溶接制御方法であって、
アーク溶接時のアーク長は、予め設定されるアーク長調整値に基づき制御されるアーク溶接制御方法。
【請求項２】
消耗電極である溶接ワイヤを用いて被溶接物に対して、第１の入熱量からなる第１の入熱期間と前記第１の入熱量より低い第２の入熱量からなる第２の入熱期間とを周期的に繰り返すアーク溶接を行うアーク溶接制御方法であって、
前記第１の入熱期間および前記第２の入熱期間は、それぞれ短絡期間とアーク期間を有し、アーク溶接時のアーク長は、予め設定されるアーク長調整値に基づき制御されるアーク溶接制御方法。
【請求項３】
前記アーク長調整値は第１のアーク長調整値から成り、前記第１のアーク長調整値は、前記第２の入熱期間のアーク期間におけるピーク電流及びベース電流、または溶接電流の平均値である請求項１記載のアーク溶接制御方法。
【請求項４】
前記アーク長調整値は第１のアーク長調整値から成り、前記第１のアーク長調整値は、前記第２の入熱期間のアーク期間におけるピーク電流及びベース電流、または溶接電流の平均値である請求項２記載のアーク溶接制御方法。
【請求項５】
前記第２の入熱期間のアーク期間の溶接電流の平均値からなる前記第１のアーク長調整値を、前記第１の入熱期間のアーク期間Ｔａの溶接電流よりも２０％以上４０％以下、好ましくは３０％に低減するようにして、前記第２の入熱期間のアーク期間の溶接電流の平均値を３０Ａ以上１５０Ａ以下、好ましくは４０Ａ以上１２０Ａ以下の範囲に設定する請求項３または４に記載のアーク溶接制御方法。
【請求項６】
前記第１のアーク長調整値としての前記第２の入熱期間のアーク期間のベース電流は２５Ａ以上である請求項５記載のアーク溶接制御方法。
【請求項７】
前記第１の入熱期間および前記第２の入熱期間は、それぞれ短絡期間とアーク期間を有し、
前記第１の入熱期間または前記第２の入熱期間における、短絡期間の電流増加傾きと第２の電流増加傾きとの切替点である屈曲点は、２００Ａ以上４００Ａ以下の範囲とし、より好ましくは３００Ａとする請求項３記載のアーク溶接制御方法。
【請求項８】
前記アーク長調整値は、さらに第２のアーク長調整値を含み、前記第２のアーク長調整値としての設定平均溶接電圧を設定し、前記設定平均溶接電圧に対応する平均溶接電圧が出力されるように、定電圧制御を行うものであって、
アーク溶接中に、少なくとも前記第１の入熱期間における、短絡期間の屈曲点、アーク期間における、ピーク電流、ベース電流、ピーク電流の継続時間、およびベース電流の継続時間のうちいずれか一つ以上を変更する請求項４または７に記載のアーク溶接制御方法。
【請求項９】
前記第１の入熱期間と前記第２の入熱期間のそれぞれに個別に前記第２のアーク長調整値を有し、前記第２のアーク長調整値は、前記第１の入熱期間に対応する第１の設定平均溶接電圧と前記第２の入熱期間に対応する第２の設定平均溶接電圧であり、前記第１の入熱期間と前記第２の入熱期間のそれぞれの入熱期間でアーク長がそれぞれ一定となるように定電圧制御を行う請求項８記載のアーク溶接制御方法。
【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、短絡アーク溶接の溶接出力制御を行うアーク溶接制御方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、地球環境保護の観点から、自動車業界では、燃費向上を目的とした軽量化のために年々、車両鋼板等の薄板化が進められている。また、生産性向上のために溶接工程の生産タクトの向上が進められている。このため、ロボットを用いて行う薄板のアーク溶接においては、溶接品質の向上が期待されている。溶接される母材間にギャップが生じている場合、母材の溶け落ちを抑制することで、被溶接物の歩留まりを高めて手直し工数の削減が期待できる。そのため、市場からこれらの課題解決の要求は年々高まってきている。これらの要求に対し、従来から薄板溶接やギャップ溶接に関しては種々提案されている。例えば、パルスＭＡＧアーク溶接において、パルス電流やベース電流といったパルス条件を２つのパルス電流群に切り替えることでアーク長を調整することできる（例えば、特許文献１参照）。これにより突合せ溶接や重ね溶接において、ギャップがある場合においてもアーク長を短くすることで、溶け落ちを抑制することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平４−３３３３６８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、軽量化による薄板化が進む近年では、入熱量の大きいパルスアーク溶接では、短絡アーク溶接よりも被溶接物の裏側に裏波が発生しやすく、溶け落ちの恐れが高いうえ、被溶接物にひずみが発生しやすい。このひずみの発生は、溶接長が長いほど影響が大きく、被溶接物に対する溶接ワイヤの狙いずれの発生を引き起こす恐れがある。また、溶接電流を全体的に低減することで低入熱化が図れるが、アークが不安定になるといった課題がある。本願は、薄板溶接時の溶落ちを防止するとともに、入熱量の制御を行い、アーク長を安定させる制御を行うものである。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記課題を解決するために、本発明のアーク溶接制御方法は、消耗電極である溶接ワイヤを用いて被溶接物に対して、第１の入熱量からなる第１の入熱期間と第２の入熱量からなる第２の入熱期間とを周期的に繰り返すアーク溶接を行うアーク溶接制御方法であって、
アーク溶接時のアーク長は、予め設定されるアーク長調整値に基づき制御されるアーク溶接制御方法である。
また、本発明のアーク溶接制御方法は、前期消耗電極である溶接ワイヤを用いて被溶接物に対して、第１の入熱量からなる第１の入熱期間と前記第１の入熱量より低い第２の入熱量からなる第２の入熱期間とを周期的に繰り返すアーク溶接を行うアーク溶接制御方法であって、
前記第１の入熱期間および前記第２の入熱期間は、それぞれ短絡期間とアーク期間を有し、アーク溶接時のアーク長は、予め設定されるアーク長調整値に基づき制御されるアーク溶接制御方法である。
【０００６】
また、本発明のアーク溶接制御方法は、前記アーク長調整値は第１のアーク長調整値から成り、前記第１のアーク長調整値は、前記第２の入熱期間のアーク期間におけるピーク電流及びベース電流、または溶接電流の平均値である。
【０００７】
また、本発明のアーク溶接制御方法は、前記第２の入熱期間のアーク期間の溶接電流の平均値からなる前記第１のアーク長調整値を、前記第１の入熱期間のアーク期間Ｔａの溶接電流よりも２０％以上４０％以下、好ましくは３０％に低減するようにして、前記第２の入熱期間のアーク期間の溶接電流の平均値を３０Ａ以上１５０Ａ以下、好ましくは４０Ａ以上１２０Ａ以下の範囲に設定するアーク溶接制御方法である。
【０００８】
また、本発明のアーク溶接制御方法は、前記第１のアーク長調整値としての前記第２の入熱期間のアーク期間のベース電流は２５Ａ以上である。
【０００９】
また、本発明のアーク溶接制御方法は、前記第１の入熱期間および前記第２の入熱期間は、それぞれ短絡期間とアーク期間を有し、
前記第１の入熱期間または前記第２の入熱期間における、短絡期間の電流増加傾きと第２の電流増加傾きとの切替点である屈曲点は、２００Ａ以上４００Ａ以下の範囲とし、より好ましくは３００Ａとする。
【００１０】
また、本発明のアーク溶接制御方法は、前記アーク長調整値は、さらに第２のアーク長調整値を含み、前記第２のアーク長調整値としての設定平均溶接電圧を設定し、前記設定平均溶接電圧に対応する平均溶接電圧が出力されるように、定電圧制御を行うものである。また、アーク溶接中に、少なくとも前記第１の入熱期間における、短絡期間の屈曲点、アーク期間における、ピーク電流、ベース電流、ピーク電流の継続時間、およびベース電流の継続期間、のうちいずれか一つ以上を変更するアーク溶接制御方法である。
【００１１】
また、本発明のアーク溶接制御方法は、前記第１の入熱期間と前記第２の入熱期間のそれぞれに個別に前記第２のアーク長調整値を有し、前記第２のアーク長調整値は、前記第１の入熱期間に対応する第１の設定平均溶接電圧と前記第２の入熱期間に対応する第２の設定平均溶接電圧であり、前記第１の入熱期間と前記第２の入熱期間のそれぞれの入熱期間でアーク長がそれぞれ一定となるように定電圧制御を行うアーク溶接制御方法である。
【発明の効果】
【００１２】
本発明は、短絡溶接により、短絡開放後の溶接電流を低減する第２の入熱期間である低入熱期間と第２の入熱期間より入熱量が大きい第１の入熱期間とを周期的に繰り返すことで、安定したアークを維持しつつ低入熱化を図り、薄板溶接の被溶接物の溶け落ちの抑制およびギャップ裕度の向上ができ、ひずみの低減が可能で溶接品質の向上が出来る。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の実施の形態１におけるアーク溶接制御方法による出力波形と溶接ワイヤの送給波形、溶接ワイヤ先端の溶滴移行状態の図
【図２】本発明におけるアーク溶接装置の概略構成を示す図
【図３】本発明の実施の形態２，３におけるアーク溶接制御方法による出力波形と溶接ワイヤの送給波形、溶接ワイヤ先端の溶滴移行状態の図
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、本発明の実施の形態について、図１から図３を用いて説明する。
（実施の形態１）
まず、本実施の形態のアーク溶接制御方法を行うアーク溶接装置について、図２を用いて説明する。図２は、アーク溶接装置の概略構成を示す図である。アーク溶接装置２０は、消耗電極である溶接ワイヤ２２と被溶接物２１との間で、アーク状態のアーク期間Ｔａと短絡状態の短絡期間Ｔｓとを繰り返して溶接を行う。
【００１５】
アーク溶接装置２０は、主変圧器２と、一次側整流部３と、スイッチング部４と、ＤＣＬ（リアクトル）５と、二次側整流部６と、溶接電流検出部７と、溶接電圧検出部８と、短絡検出部９と、短絡／アーク検出部１０と、短絡開放検出部１１と、ワイヤ送給速度制御部１６を有している。
【００１６】
出力制御部１２は、短絡制御部１３とアーク制御部１４を有している。ワイヤ送給速度制御部１６は、ワイヤ送給速度検出部１７と、演算部１８と、正送／逆送切替タイミング制御部１９を有している。一次側整流部３は、アーク溶接装置２０の外部にある入力電源１から入力した入力電圧を整流する。スイッチング部４は、一次側整流部３の出力を溶接に適した出力に制御する。主変圧器２は、スイッチング部４の出力を溶接に適した出力に変換する。二次側整流部６は、主変圧器２の出力を整流する。ＤＣＬ（リアクトル）５は、二次側整流部６の出力を溶接に適した電流に平滑する。
【００１７】
溶接電流検出部７は、溶接電流を検出する。溶接電圧検出部８は、溶接電圧を検出する。短絡／アーク検出部１０は、溶接電圧検出部８の出力に基づいて、溶接状態が、溶接ワイヤ２２と被溶接物２１とが短絡している短絡状態であるのか、溶接ワイヤ２２と被溶接物２１との間でアーク２３が発生しているアーク状態であるのか、を判定する。短絡開放検出部１１は、短絡状態が開放され、アーク状態であると判定した回数を検出する。
【００１８】
出力制御部１２は、スイッチング部４に制御信号を出力して溶接出力を制御する。短絡制御部１３は、短絡／アーク検出部１０が短絡状態であると判定した場合に、短絡期間の溶接電流である短絡電流の制御を行う。アーク制御部１４は、短絡／アーク検出部１０がアーク状態であると判定した場合に、アーク期間の溶接電流であるアーク電流の制御を行う。アーク制御部１４は、溶接条件設定部１５により設定された短絡開放の回数を、短絡開放検出部１１が検出した際に、第２の入熱期間の溶接電流を低減する制御を行う。
【００１９】
ワイヤ送給速度制御部１６は、ワイヤ送給部２５を制御して溶接ワイヤ２２の送給速度を制御する。ワイヤ送給速度検出部１７は、ワイヤ送給速度を検出する。演算部１８は、ワイヤ送給速度検出部１７からの信号に基づいて、所定時間や溶接ワイヤ２２の送給量の積算量を演算する。正送／逆送切替タイミング制御部１９は、演算部１８からの信号に基づいて、溶接ワイヤ２２の送給の、正送から逆送への切り替えタイミングを遅らせる制御信号や、逆送から正送への切り替えタイミングを遅らせる制御信号を出力する。
【００２０】
アーク溶接装置２０には、溶接条件設定部１５と、ワイヤ送給部２５が接続されている。溶接条件設定部１５は、アーク溶接装置２０に溶接条件を設定するために用いられる。ワイヤ送給部２５は、ワイヤ送給速度制御部１６からの信号に基づいて、溶接ワイヤ２２の送給の制御を行う。
アーク溶接装置２０の溶接出力は、溶接チップ２４を介して溶接ワイヤ２２に供給される。そして、アーク溶接装置２０の溶接出力により、溶接ワイヤ２２と被溶接物２１との間にアーク２３を発生させて溶接を行う。
【００２１】
次に、以上のように構成されたアーク溶接装置２０の動作について、図１を用いて説明する。
【００２２】
図１は、本実施の形態における消耗電極式のアーク溶接制御方法による出力波形を示す図である。短絡期間Ｔｓとアーク期間Ｔａとを交互に繰り返すアーク溶接における、溶接電流Ａｗと、溶接電圧Ｖｗの時間変化、溶接ワイヤ２２の送給速度Ｗｆの時間変化、溶接ワイヤ２２の溶滴移行状態Ｗｗの模式図（ａ〜ｈ）を示している。
【００２３】
まず図１において、溶滴移行状態Ｗｗにおける（ａ）では、溶接ワイヤ２２と被溶接物２１との短絡が発生してから溶接ワイヤ２２の溶滴を被溶接物２１上の図示しない溶融プールに移行させている。また（ａ）における溶接電流Ａｗは、短絡期間Ｔｓの短絡状態を開放させるために時間の経過に伴って溶接電流を増加するように制御される。
【００２４】
そして、この増加形態としては、例えば、図１に示すように、まず短絡期間Ｔｓにおいて、第１の電流増加傾きＡｗｓ１で増加し、その後、第１の電流増加傾きＡｗｓ１よりも傾きが緩やかな第２の電流増加傾きＡｗｓ２で増加させる。そして、第１の電流増加傾きＡｗｓ１から第２の電流増加傾きＡｗｓ２に切り替わる時の電流値を屈曲点と呼ぶ。
【００２５】
また、溶接ワイヤの送給は、溶接ワイヤ送給速度Ｗｆで送給され、正送と逆方向を繰り返すように制御される。被溶接物２１へ向かう方向に行う送給は正送であり、また、正送と逆方向に行う送給は逆送である。これらを交互に、所定の周期Ｗｔと所定の振幅Ｗａでワイヤ送給速度を変化させ、周期的に溶接ワイヤ２２を送給する。Ｗａｐは正送の振幅、Ｗｔｐは正送の周期であり、Ｗａｎは逆送の振幅、Ｗｔｎは逆送の周期である。（ａ）における溶接ワイヤ送給速度Ｗｆは、短絡期間Ｔｓの短絡状態を開放させるために逆送となる。
【００２６】
次に（ｂ）における溶接電圧Ｖｗが上昇することにより短絡開放が判定される。この時の（ｂ）における溶滴移行状態Ｗｗは、ピンチ効果により溶接ワイヤ２２の先端側のくびれ現象が生じて溶滴を移行させ、短絡状態から開放される。そして（ｃ）から（ｄ）における溶接電流Ａｗの制御は、アーク期間Ｔａにおいて所定のピーク電流値Ａｗａ１まで溶接電流を増加する。これにより、（ｃ）から（ｄ）の溶滴移行状態Ｗｗは、溶接ワイヤ２２の先端の溶融速度が高められ、溶滴を形成し成長させるこの成長した溶滴が再び短絡することで、溶接ビードを形成する。
【００２７】
（ｂ）時に短絡開放を判定した後、（ｃ）、（ｄ）において溶接ワイヤ送給速度Ｗｆの制御は短絡を促進するために正送である。通常は（ａ）、（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）を経由する、短絡期間Ｔｓとアーク期間Ｔａとを含む第１の入熱期間Ｔｈのみを複数回繰り返すことで溶接を行っている。
【００２８】
しかし、本実施の形態では、図１における（ａ）、（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）を経由する第１の入熱期間Ｔｈと、第１の入熱期間Ｔｈより入熱量が低い（ｅ）（ｆ）、（ｇ）、（ｈ）を経由する第２の入熱期間Ｔｃとを周期的に繰り返して溶接を行うことで被溶接物２１に対する入熱量を低減する。例えば図１のように、第１の入熱期間Ｔｈにおいて、（ａ）、（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）を経て溶接ワイヤ２２の先端の溶滴を成長させたのち、図１の溶接電圧Ｖｗにより溶接ワイヤ２２と被溶接物２１との間の次の短絡発生を検出すると、（ｅ）において溶滴移行状態Ｗｗは、（ａ）の溶滴移行状態Ｗｗと同様に、溶接ワイヤ２２の溶滴を溶融プールに移行させる。
【００２９】
（ｅ）における溶接電流Ａｗは、（ａ）における溶接電流Ａｗの増加形態と同様に、短絡状態を開放させるために時間の経過に伴って溶接電流を増加するように制御される。また、短絡開放を促すために溶接ワイヤ送給速度Ｗｆを逆送にて制御する。
【００３０】
さらに（ｆ）における溶接電圧Ｖｗが短絡開放を判定したときの溶滴移行状態Ｗｗは、（ｂ）における溶滴移行状態Ｗｗと同様に、ピンチ効果により溶接ワイヤ２２の先端にくびれ現象が生じて溶滴を溶融プールへ移行させ、短絡状態から開放される。そして、（ｇ）から（ｈ）における溶接電流Ａｗを、溶接ワイヤ２２と被溶接物２１との間の次の短絡が発生するまで、第１の入熱期間Ｔｈのアーク期間Ｔａのピーク電流Ａｗａ１よりも低い電流に制御する。
【００３１】
これにより第２の入熱期間Ｔｃの入熱量を低減することができる。第２の入熱期間Ｔｃにおけるアーク期間Ｔａはピーク電流Ａｗｃ１を出力した後、ベース電流Ａｗｃ２を出力する。本実施の形態１では、アーク長は電流波形Ａｗに依存する。アーク溶接時のアーク長は、予め設定されるアーク長調整値に基づき制御される。アーク長調整値は、第１のアーク長調整値から成り、第２の入熱量が設定される第２の入熱期間Ｔｃにおけるピーク電流Ａｗｃ１及びベース電流Ａｗｃ２等の溶接パラメータ、または第２の入熱期間Ｔｃのアーク期間Ｔａの溶接電流Ａｗの平均値を第１のアーク長調整値と呼ぶ。
この第１のアーク長調整値は、例えば予め実験的に求める。なお、第１のアーク長調整値は、溶接継ぎ手や板厚に対応するように、求めても良い。
【００３２】
この第１のアーク長調整値により、第２の入熱期間のアーク期間の溶接電流Ａｗを第１の入熱期間Ｔｈのアーク期間Ｔａの溶接電流Ａｗよりも低減することにより、第２の入熱期間Ｔｃのアーク期間Ｔａの入熱量を第１の入熱期間Ｔｈの第１の入熱量に対して低い第２の入熱量とするものである。
【００３３】
被溶接物２１が薄板（例えば板厚が０．６ｍｍ以上、１．０ｍｍ以下）の施工のように入熱量過多やギャップによる溶け落ちが課題となる場合は、第２の入熱期間Ｔｃのアーク期間Ｔａの溶接電流Ａｗの平均値からなる第１のアーク長調整値を第１の入熱期間Ｔｈのアーク期間Ｔａの溶接電流Ａｗよりも２０％以上４０％以下、好ましくは３０％程度に低減する。このようにして、第２の入熱期間Ｔｃのアーク期間Ｔａでの溶接電流Ａｗ（Ａｗｃ１、Ａｗｃ２）の平均値を３０Ａ以上１５０Ａ以下、好ましくは４０Ａ以上１２０Ａ以下の範囲に設定し、低入熱化させるのが好ましい。
【００３４】
なお、第２の入熱期間Ｔｃのアーク期間Ｔａのベース電流Ａｗｃ２としての第１のアーク長調整値は２５Ａ以上である。この範囲よりベース電流Ａｗｃ２が低いとアーク切れが頻発しアーク不安定となる。また、ピーク電流Ａｗｃ１よりベース電流Ａｗｃ２が高いと被溶接物２１の溶け落ちの抑制効果が薄くなる。また、第２の入熱期間Ｔｃのアーク期間Ｔａの溶接電流Ａｗの平均値が１５０Ａを超えると入熱過多による溶接ワイヤ２２の燃え上がりによりアーク長が長くなると共に被溶接物２１の溶け落ちが発生し易くなる。
【００３５】
したがって、適切な範囲にて制御することで溶け落ちの抑制でき、また入熱が低減されることによりひずみの発生が抑制され、またギャップに対する裕度であるギャップ裕度の拡大の効果が得られる。
【００３６】
また、周期的なアークを安定させるために第１の入熱期間Ｔｈの短絡期間Ｔｓの電流増加傾きＡｗｓ１、第２の電流増加傾きＡｗｓ２、屈曲点および第２の入熱期間Ｔｃの短絡期間Ｔｓの電流増加傾きＡｗｓ１、第２の電流増加傾きＡｗｓ２、屈曲点のうちどれか一つ以上を変化させて短絡開放を促進する事でアーク期間Ｔａのアークを安定させる。例えば、短絡期間Ｔｓの屈曲点を２００Ａ以上４００Ａ以下の範囲に設定し、制御する事が好ましい。より好ましくは３００Ａである。
【００３７】
この屈曲点が２００Ａより低いと、例えば第２の入熱期間Ｔｃにおける溶接ワイヤに与える入熱量が低下し、アーク長が短くなった時、円滑に短絡が開放されず、アークが不安定となる。反対に、この４００Ａより高く設定すると、溶滴を移行させる瞬間の入熱量が大きくなるため、スパッタが増加する。なお被溶接物２１や溶接ワイヤ２２としての溶接対象の材料は、軟鋼、ステンレス、ハイテン材、アルミ材などに適用可能で、ハイテン（高張力鋼板）材は熱がこもり易く、被溶接物２１の溶け落ち等が顕著に生じやすいため特に有効である。
【００３８】
なお、第１の入熱期間Ｔｈと、第１の入熱期間Ｔｈより入熱量が低い第２の入熱期間Ｔｃとを周期的に繰り返すとは、一つ以上の第１の入熱期間Ｔｈと、一つ以上の第２の入熱期間Ｔｃが含まれて繰り返すものであれば良い。
例えば、複数の第１の入熱期間Ｔｈと、複数の連続する第１の入熱期間Ｔｈの回数よりも少ない複数の第２の入熱期間Ｔｃを繰り返すもの、複数の第１の入熱期間Ｔｈと、一つの第２の入熱期間Ｔｃを繰り返すもの、一つの第１の入熱期間Ｔｈと、一つの第２の入熱期間Ｔｃを繰り返すものであっても良い。
（実施の形態２）
本実施の形態２は、外乱の影響を抑制したアーク長を制御する方法に関する。
本実施の形態２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、アーク長調整値は、さらに第２のアーク長調整値を含み、第２のアーク長調整値として電圧を設定して制御する事である。図３を用いて動作について説明する。
【００３９】
実施の形態２では、定電圧制御を行う設定平均溶接電圧Ｖｓを設け、アーク長調整値の第２のアーク長調整値として溶接条件設定部１５に設定平均溶接電圧Ｖｓを設定し、溶接電圧検出部８にてアーク溶接中の溶接電圧Ｖｗを検出する。なお、第１の入熱期間Ｔｈおよび第２の入熱期間Ｔｃにおける第２のアーク長調整値としての設定平均溶接電圧Ｖｓは、例えば実験的に予め求める。
【００４０】
設定された設定平均溶接電圧Ｖｓに対応する平均溶接電圧が出力されるように、定電圧制御を行う。設定平均溶接電圧Ｖｓと出力される平均溶接電圧とに差が生じる場合は、第２の入熱期間Ｔｃで入熱量の低減を実施しているため、出力される平均溶接電圧は、主に第１の入熱期間Ｔｈの溶接電流Ａｗ等の溶接パラメータが支配的である。そのため、出力される平均溶接電圧に対して支配的となる第１の入熱期間Ｔｈの溶接パラメータを主として調整し制御することが好ましい。
【００４１】
設定平均溶接電圧Ｖｓと出力される平均溶接電圧とに差が生じる場合は、アーク溶接中に、第１の入熱期間Ｔｈにおける、第１の入熱期間Ｔｈの短絡期間Ｔｓの屈曲点の変更を行う。さらに、第１の入熱期間Ｔｈにおける、アーク期間Ｔａの所定のピーク電流Ａｗａ１、ピーク電流Ａｗａ１の継続時間Ａｗｔ１、ベース電流Ａｗａ２、およびベース電流Ａｗａ２の継続時間Ａｗｔ２のいずれかの変更を行う。さらに、第２の溶接入熱期間Ｔｃにおける短絡期間Ｔｓの屈曲点、の変更を行う。さらに、第２の溶接入熱期間Ｔｃにおけるアーク期間Ｔａの所定のピーク電流Ａｗｃ１、ベース電流Ａｗｃ２、ピーク電流Ａｗｃ１の継続時間Ａｗｔ２、ベース電流Ａｗｃ２の継続時間Ａｗｔ３のいずれかの変更を行う。さらに溶接ワイヤ送給速度Ｗｆの正送の振幅Ｗａｐ、逆送の振幅Ｗａｎ、正送の周期Ｗｔｐ、および逆送の周期Ｗｔｎのいずれかの変更を行う。
【００４２】
例えば、短絡開放に影響する第１の入熱期間Ｔｈの短絡期間Ｔｓの屈曲点を、溶接条件設定部１５に設定された値に対して、２０Ａ以上５０Ａ以下の範囲で変化させ、設定平均溶接電圧Ｖｓに対応する平均溶接電圧の出力が低い場合は、屈曲点を上げて、設定平均溶接電圧Ｖｓに対応する平均溶接電圧の出力が高い場合は、屈曲点を下げる。これにより、短絡状態が開放されやすく成り、短絡の開放がされアーク長が長くなった時でも溶滴移行時の入熱量を低減できるため、スパッタ発生を抑制できる。
【００４３】
さらに、アーク期間Ｔａにおけるアークの広がりの変動が大きい場合は、第１の入熱期間Ｔｈのアーク期間Ｔａにおけるピーク電流Ａｗａ１およびベース電流Ａｗａ２を、溶接条件設定部１５に設定された値に対して、１０Ａ以上５０Ａ以下の範囲で変化させる。また設定平均溶接電圧Ｖｓに対応する平均溶接電圧の出力が低い場合は、第１の入熱期間Ｔｈにおける、ピーク電流Ａｗａ１およびベース電流Ａｗａ２を上げる。設定平均溶接電圧Ｖｓに対応する平均溶接電圧の出力が高い場合は、ピーク電流Ａｗａ１およびベース電流Ａｗａ２を下げる。
【００４４】
これにより、外乱の影響を抑え、アークの広がりの変動が抑制され、溶接ワイヤ２２の先端の溶融速度が安定し、アーク長が安定する。
また、第２の入熱期間Ｔｃによる低入熱効果を維持しつつ、外乱の影響を抑えて、アーク長が安定する。
【００４５】
またさらに、屈曲点、ピーク電流Ａｗａ１およびベース電流Ａｗａ２にて、設定平均溶接電圧Ｖｓに対応する平均溶接電圧の出力の調整がしきれない場合は、溶接ワイヤ送給速度Ｗｆにて、設定平均溶接電圧Ｖｓに対応する平均溶接電圧の出力の調整を行うことが好ましい。言い換えると溶接ワイヤ送給速度Ｗｆを屈曲点、ピーク電流Ａｗａ１およびベース電流Ａｗａ２に対して優先して、変更しない事が好ましい。
【００４６】
例えば、設定平均溶接電圧Ｖｓに対応する平均溶接電圧の出力が低い場合は、アーク長が短くなったと判断し、逆送の振幅Ｗａｎまたは逆送の周期Ｗｔｎを増加、もしくは正送の振幅Ｗａｐまたは正送の周期Ｗｔｐを減少させる。また、設定平均溶接電圧Ｖｓに対応する平均溶接電圧の出力が高い場合は、アークが長くなったと判断し、逆送の振幅Ｗａｎまたは逆送の周期Ｗｔｎを減少、もしくは正送の振幅Ｗａｐまたは正送の周期Ｗｔｐを増加させる。これにより、アーク長が安定する。
【００４７】
しかし、溶接ワイヤ送給速度Ｗｆを溶接電流Ａｗの屈曲点、ピーク電流Ａｗａ１およびベース電流Ａｗａ２等に対して優先して単独で変更してしまうと、設定平均溶接電圧Ｖｓに対応する平均溶接電圧の出力が低い場合は、アーク長が短くなったと判断し、相対的に、逆送の振幅Ｗａｎまたは逆送の周期Ｗｔｎを増加、もしくは正送の振幅Ｗａｐまたは正送の周期Ｗｔｐを減少させすぎてしまうことになる。これにより、溶着量が減少するため、ビードが形成され難くなる。
【００４８】
反対に、設定平均溶接電圧Ｖｓに対応する平均溶接電圧の出力が高い場合は、アークが長くなったと判断し、相対的に、逆送の振幅Ｗａｎまたは逆送の周期Ｗｔｎを減少、もしくは正送の振幅Ｗａｐまたは正送の周期Ｗｔｐを増加させすぎてしまうことになり、入熱量を低下させている第２の入熱期間Ｔｃにて、溶接ワイヤを溶融させるための入熱量が不足し、アーク長が安定しなくなる。
【００４９】
以上のように、第２のアーク長調整値としての設定平均溶接電圧を設定し、設定された設定平均溶接電圧Ｖｓに対応する平均溶接電圧が出力されるように、定電圧制御を行う。設定平均溶接電圧Ｖｓと出力される平均溶接電圧とに差が生じる場合は、アーク溶接中に、第１の入熱期間Ｔｈの短絡期間Ｔｓの屈曲点、さらに、第１の入熱期間Ｔｈのアーク期間Ｔａにおける、所定のピーク電流Ａｗａ１、ピーク電流Ａｗａ１の継続時間Ａｗｔ１、ベース電流Ａｗａ２、およびベース電流Ａｗａ２の継続時間Ａｗｔ２、のいずれか一つ以上の変更を行う。
【００５０】
このことにより、溶接ワイヤ２２の突出長さに対応した入熱を与え、設定平均溶接電圧Ｖｓに対応する平均溶接電圧が出力されるように、平均溶接電圧を上述の電流波形Ａｗの溶接パラメータを用いて調整することにより、例えば溶接継ぎ手や板厚に対応した設定平均電圧Ｖｗで定電圧制御を行うことが出来、板厚やギャップ等のバラツキが生じる場合であっても、外乱の影響を抑えアーク長が安定する。
【００５１】
例えば、被溶接物２１の溶接長が長く、板厚やギャップにバラつきがあり、溶接中にアーク長が大きく変化するような、被溶接物２１に対する狙いずれ等の外乱が生じる場合においても、上述の定電圧制御を行っているため、アークを安定させることができる。特に、ハイテン（高張力鋼）材のように熱がこもりやすく、溶け落ちが発生しやすい施工に有効であり、入熱が低減されるため、ひずみの発生が抑制され、溶接品質の向上に繋げる事ができる。
（実施の形態３）
本実施の形態３は外乱の影響を抑制したアーク長の制御方法に関する。
本実施の形態３において、実施の形態１、２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、２と異なる主な点は、第１の入熱期間Ｔｈおよび第２の入熱期間Ｔｃそれぞれに第２のアーク長調整値として設定平均溶接電圧を設定して制御する点である。
【００５２】
実施の形態３では、第２のアーク長調整値として、溶接条件設定部１５に第１の入熱期間Ｔｈ、第２の入熱期間Ｔｃそれぞれに対応した図示しない所定の設定平均溶接電圧を設定する。設定する設定平均溶接電圧は、例えば予め実験的に求める。
【００５３】
そして、溶接電圧検出部８にてアーク溶接中の溶接電圧の検出を第１の入熱期間Ｔｈ、第２の入熱期間Ｔｃそれぞれで行い、所望の平均溶接電圧となるようにアーク溶接中に電流波形Ａｗを変化させ制御する。なお、電流波形Ａｗの変化させる箇所は実施の形態２と同様である。
【００５４】
このように、第１の入熱期間Ｔｈと第２の入熱期間Ｔｃのそれぞれに個別に第２のアーク長調整値を有し、第１の入熱期間Ｔｈと第２の入熱期間Ｔｃのそれぞれの入熱期間でアーク長がそれぞれ一定となるように制御する。また、第２のアーク長調整値は、第１の入熱期間Ｔｈに対応する第１の設定平均溶接電圧と第２の入熱期間に対応する第２の設定平均溶接電圧であり定電圧制御を行うものである。
【００５５】
これにより、第１の入熱期間Ｔｈおよび第２の入熱期間Ｔｃそれぞれで溶接時の入熱量を管理できるため、ユーザが実施する第１の入熱期間Ｔｈおよび第２の入熱期間Ｔｃそれぞれの第２のアーク長調整値の調整裕度が向上する。
本実施の形態では、入熱量の異なる第１の入熱期間Ｔｈと第２の入熱期間Ｔｃを用いるため、定電圧制御に一つの平均移動電圧を用いるのは好ましくない。言い換えると、第１の入熱期間Ｔｈと第２の入熱期間Ｔｃそれぞれでの平均移動電圧を用いることが好ましい。
【００５６】
特に、第２の入熱期間Ｔｃのアーク期間Ｔａで入熱量の低減を実施しているため、溶接時のアーク長は、第１の入熱期間Ｔｈの入熱量が支配的である。
そのため、アーク溶接中の溶接電圧Ｖｗの検出を第１の入熱期間Ｔｈと第２の入熱期間Ｔｃそれぞれに実施し、アーク長を高精度に制御する事ができる。なお、入熱量に対して支配的となる第１の入熱期間Ｔｈおける第２のアーク長調整値を主として調整しても良い。
【００５７】
第２のアーク長調整値の調整裕度が向上することにより、溶接の条件出しの作業工数が削減されるため、生産性の向上に繋げる事ができる。また、アーク長の調整が細かく行うことが出来、入熱量の低減を高精度に実施可能なため、被溶接物２１の溶け落ちやひずみの発生の抑制が図られる。
【００５８】
以上のように、本発明によれば、短絡とアークを繰り返す短絡溶接において、第１の入熱期間Ｔｈと第１の入熱期間Ｔｈより入熱量の低い第２の入熱期間Ｔｃとを周期的に繰り返すことで、安定したアークを維持しつつ低入熱化を図ることができるため、薄板溶接の溶け落ち抑制及びギャップ裕度の向上が実現できる。
【００５９】
このように、一つ以上の第１の入熱期間Ｔｈと、第１の入熱期間Ｔｈより入熱量の低い一つ以上の第２の入熱期間Ｔｃとを設定し、繰り返すことにより、低入熱のための入熱量の切替えが細かく設定できる。また、低入熱化を行うとともに、ビード幅の変化を抑制して、良好なビード外観を得ることができる。また、本発明の短絡アーク溶接は、パルスアーク溶接に対して入熱量が小さく、アーク長の短縮、入熱量の低減が可能である。
【００６０】
これらにより周期的にアーク期間中の溶接電流を低減することで、アークの安定性を高め、入熱量を抑制しアーク長を短くすることで、薄板の溶接時においての、ひずみの低減や被溶接物間にギャップがある場合の溶接の際の溶け落ちを防止して溶接品質の向上をすることが可能であり、溶接品質の向上、生産性の向上に繋がる。
【産業上の利用可能性】
【００６１】
本発明によれば、短絡とアークを繰り返す短絡溶接において、第１の入熱期間Ｔｈと第１の入熱期間Ｔｈより入熱量の低い第２の入熱期間Ｔｃとを周期的に繰り返すことで、安定したアークを維持しつつ低入熱化を図り、薄板の溶接の溶け落ち抑制及びギャップ裕度の向上が実現でき、溶接品質の向上、生産性の向上に繋がる。消耗電極である溶接ワイヤを送給しながら短絡アーク溶接を行うアーク溶接制御方法として産業上有用である。
【符号の説明】
【００６２】
１  入力電源
２  主変圧器（トランス）
３  一次側整流部
４  スイッチング部
５  ＤＣＬ（リアクトル）
６  二次側整流部
７  溶接電流検出部
８  溶接電圧検出部
９  短絡検出部
１０  短絡／アーク検出部
１１  短絡開放検出部
１２  出力制御部
１３  短絡制御部
１４  アーク制御部
１５  溶接条件設定部
１６  ワイヤ送給速度制御部
１７  ワイヤ送給速度検出部
１８  演算部
１９  正送／逆送切替タイミング制御部
２０  アーク溶接装置
２１  被溶接物
２２  溶接ワイヤ
２３  アーク
２４  溶接チップ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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