(57)【要約】【課題】埋もれアーク溶接において、溶接電流を周期的に変動させることによって埋もれ空間を安定的に維持しつつ、溶接電流の変動による溶接状態の不安定化を抑制することができるアーク溶接方法及びアーク溶接装置を提供する。【解決手段】母材の被溶接部に溶接ワイヤを送給すると共に、溶接電源から溶接ワイヤに溶接電流を供給することによって、溶接ワイヤの先端部及び被溶接部間にアークを発生させ、先端部及び被溶接部間に発生したアークによって母材に形成された凹状の溶融部分によって囲まれる空間に先端部を進入させて母材を溶接する際、溶接電流を変動させることによって、溶接ワイヤの先端部が空間に深く進入した第１状態と、空間に浅く進入した第２状態とを周期的に変動させ、溶接電流の変動に同期して溶接電源の外部特性を変動させる。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
母材の被溶接部に溶接ワイヤを送給すると共に、溶接電源から該溶接ワイヤに溶接電流を供給することによって、前記溶接ワイヤの先端部及び被溶接部間にアークを発生させ、前記先端部及び被溶接部間に発生したアークによって前記母材に形成された凹状の溶融部分によって囲まれる空間に前記先端部を進入させて前記母材を溶接する消耗電極式のアーク溶接方法であって、
前記溶接電流を変動させることによって、前記溶接ワイヤの前記先端部が前記空間に深く進入した第１状態と、前記空間に浅く進入した第２状態とを周期的に変動させ、
前記溶接電流の変動に同期して前記溶接電源の溶接電流及び電圧に係る外部特性を変動させる
アーク溶接方法。
【請求項２】
前記溶接電流を増大させる場合、前記外部特性の傾きを増大させ、前記溶接電流を減少させる場合、前記外部特性の傾きを減少させる
請求項１に記載のアーク溶接方法。
【請求項３】
前記溶接ワイヤを送給する速度は一定であり、
前記溶接電源は定電圧特性を有し、前記溶接電源の設定電圧を周期的に変動させることによって、前記溶接電流を周期的に変動させ、
前記溶接電源の設定電圧を第１電圧に設定する場合、前記外部特性の傾きを第１所定値に設定し、前記溶接電源の設定電圧を第１電圧よりも高い第２電圧に設定する場合、前記外部特性の傾きを第１所定値より大きい第２所定値に設定する
請求項２に記載のアーク溶接方法。
【請求項４】
前記溶接電源が供給する前記溶接電流を制御することによって、前記外部特性を電子的に変動させる
請求項１〜請求項３までのいずれか一項に記載のアーク溶接方法。
【請求項５】
前記溶接電流の周波数が１０Ｈｚ以上１０００Ｈｚ以下、平均電流が３００Ａ以上になるように、該溶接電流を変動させる
請求項１〜請求項４までのいずれか一項に記載のアーク溶接方法。
【請求項６】
母材の被溶接部へ送給される溶接ワイヤに溶接電流を供給する電源部を備え、前記溶接ワイヤに溶接電流を供給することによって、前記溶接ワイヤの先端部及び被溶接部間にアークを発生させ、前記先端部及び被溶接部間に発生したアークによって前記母材に形成された凹状の溶融部分によって囲まれる空間に前記先端部を進入させて前記母材を溶接する消耗電極式のアーク溶接装置であって、
前記溶接電流を変動させることによって、前記溶接ワイヤの前記先端部が前記空間に深く進入した第１状態と、前記空間に浅く進入した第２状態とを周期的に変動させる状態変動部と、
前記溶接電流の変動に同期して前記電源部の溶接電流及び電圧に係る外部特性を変動させる外部特性変動部と
を備えるアーク溶接装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、消耗電極式のアーク溶接方法及びアーク溶接装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
溶接方法の一つに、消耗電極式のガスシールドアーク溶接法がある。ガスシールドアーク溶接法は、母材の被溶接部に送給された溶接ワイヤと、母材との間にアークを発生させ、アークの熱によって母材を溶接する手法であり、特に高温になった母材の酸化を防ぐために、不活性ガスを溶接部周辺に噴射しながら溶接を行うものである。５ｍｍ程度の薄板であれば、母材の突き合わせ継手を１パスで溶接することもできる。
【０００３】
また、一般的なガスシールドアーク溶接法に比して、高速で溶接ワイヤの送給を行い、大電流を供給することによって、９〜３０ｍｍの厚板の１パス溶接を実現する技術がある。具体的には、溶接ワイヤを約５〜１００ｍ／分で送給し、３００Ａ以上の大電流を供給することによって、厚板の１パス溶接を実現することができる。溶接ワイヤの高速送給及び大電流供給を行うと、アークの熱によって母材に凹状の溶融部分が形成され、溶接ワイヤの先端部が溶融部分によって囲まれた空間に進入する。溶接ワイヤの先端部が母材表面より深部に進入することによって、溶融部分が母材の厚み方向裏面側にまで貫通し、１パス溶接が可能になる。以下、凹状の溶融部分によって囲まれる空間を埋もれ空間と呼び、埋もれ空間に進入した溶接ワイヤの先端部と、母材又は溶融部分との間に発生するアークを、適宜、埋もれアークと呼ぶ。
【０００４】
更に、ガスシールドアーク溶接において、溶接電源のインダクタンス及び外部特性は、溶接状態の安定性を左右するものであり、溶接法等に応じて最適なインダクタンス及び外部特性を電子的な制御によって実現する技術がある（例えば、特許文献１）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特許第５１８６２２７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
一方、本願発明者等は、埋もれアーク溶接において、溶接電流を周期的に変動させることにより、埋もれ空間を安定的に維持することができることを見出した。溶接電流は、例えば定電圧特性電源の設定電圧を周期的に変動させることによって変動させることができる。通常、アークの熱によって溶融した母材及び溶接ワイヤの溶融金属は、埋もれ空間が閉口し、溶接ワイヤの先端部が埋没される方向へ流れる。溶接ワイヤの先端部が閉口した溶融部分に接触して短絡すると、溶接が著しく不安定化する。しかし、溶接電流を周期的に変動させると、埋もれ空間に進入した溶接ワイヤの先端部の位置が電流変動１周期の中で上下移動する。ワイヤ先端位置が高い状態においては、アークが溶融部分の側部に照射され、当該アークの力によって溶融部分の閉口が抑制される。このように、溶接電流を周期的に変動させることにより、埋もれ空間を安定的に維持することができる。
【０００７】
しかしながら上記方法においては、埋もれ空間におけるワイヤ先端位置が低い状態と、高い状態との間で状態遷移が繰り返されるが、各状態又は状態遷移を安定化させるのに適した外部特性も変動するため、一定の外部特性を用いた溶接制御では、埋もれ空間を維持することができても、溶接状態が必ずしも安定しないおそれがあった。
【０００８】
本発明は斯かる事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、埋もれアーク溶接において、溶接電流を周期的に変動させることによって埋もれ空間を安定的に維持しつつ、溶接電流の変動による溶接状態の不安定化を抑制することができるアーク溶接方法及びアーク溶接装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明に係るアーク溶接方法は、母材の被溶接部に溶接ワイヤを送給すると共に、溶接電源から該溶接ワイヤに溶接電流を供給することによって、前記溶接ワイヤの先端部及び被溶接部間にアークを発生させ、前記先端部及び被溶接部間に発生したアークによって前記母材に形成された凹状の溶融部分によって囲まれる空間に前記先端部を進入させて前記母材を溶接する消耗電極式のアーク溶接方法であって、前記溶接電流を変動させることによって、前記溶接ワイヤの前記先端部が前記空間に深く進入した第１状態と、前記空間に浅く進入した第２状態とを周期的に変動させ、前記溶接電流の変動に同期して前記溶接電源の溶接電流及び電圧に係る外部特性を変動させる。
【００１０】
本発明にあっては、溶接ワイヤの先端部は、凹状の溶融部分で囲まれる埋もれ空間に進入し、埋もれアークが発生する。具体的には、溶接ワイヤの先端部は溶融部分に囲まれた状態となり、溶接電流を周期的に変動させることにより、埋もれ空間におけるワイヤ先端位置を上下させることができ、先端部と、溶融部分の底部及び側部との間にアークが発生する。
第１状態においては、溶接ワイヤの先端部が埋もれ空間に深く進入し、溶融部分の底部に照射されるアークによって、深い溶け込みが得られる。
アークの熱によって溶融した母材及び溶接ワイヤの溶融金属は、埋もれ空間が閉口し、溶接ワイヤの先端部が埋没される方向へ流れようとするが、第２状態においては、溶接ワイヤの先端部が埋もれ空間に浅く進入し、溶融部分の側部に照射されるアークの力によって溶融部分が支えられるため、埋もれ空間は安定した状態で維持される。
また、溶接電流の変動に同期して溶接電源の外部特性を周期的に変動させる。外部特性は、定電圧特性の溶接電源が出力する溶接電流の単位変化量に対する溶接電圧の変化量として表すことができる。当該変化量を外部特性傾きと呼ぶ。一般的に、外部特性傾きが小さい程、アーク長の自己制御作用が強く働き、外乱によるアーク長の変化に対する溶接電流の変動が大きくなる。逆に、外部特性傾きが大きい程、外乱によるアーク長の変化に対する溶接電流の変動は小さくなり、アーク長の自己制御作用は小さくなる。
溶接電源の外部特性を、第１状態及び第２状態、又は各状態間の遷移状態に適した値とすることにより、溶接状態をより効果的に安定化させることができる。
【００１１】
本発明に係るアーク溶接方法は、前記溶接電流を増大させる場合、前記外部特性の傾きを増大させ、前記溶接電流を減少させる場合、前記外部特性の傾きを減少させる。
【００１２】
本発明にあっては、溶接電流が小さい第１状態においては、外部特性の傾きが小さく、アーク長の自己制御作用が強く働く。このため、溶接ワイヤの先端部の位置を精度良く制御することができる。従って、溶接ワイヤの先端部が溶融部分に接触する等して、溶接状態が不安定化することを回避することができる。
一方、溶接電流が大きい第２状態においては、外部特性の傾きが大きく、外乱による溶接電流の変動を抑えることができる。従って、外乱による溶接電流の乱れを抑えることによって、外乱による溶融池の波打ちを抑え、溶接状態が不安定化することを回避することができる。
このように溶接電流の変動による不安定化を効果的に抑えることができる。
【００１３】
本発明に係るアーク溶接方法は、前記溶接ワイヤを送給する速度は一定であり、前記溶接電源は定電圧特性を有し、前記溶接電源の設定電圧を周期的に変動させることによって、前記溶接電流を周期的に変動させ、前記溶接電源の設定電圧を第１電圧に設定する場合、前記外部特性の傾きを第１所定値に設定し、前記溶接電源の設定電圧を第１電圧よりも高い第２電圧に設定する場合、前記外部特性の傾きを第１所定値よりも大きい第２所定値に設定する。
【００１４】
本発明にあっては、溶接ワイヤを定速で送給し、定電圧特性を有する溶接電源の設定電圧を変動させることによって、溶接電流を変動させ、埋もれ空間におけるワイヤ先端位置を上下させることができる。
そして、溶接電源の設定電圧として低い第１電圧を設定する場合、外部特性の傾きを小さな第１所定値とし、溶接電源の設定電圧として高い第２電圧を設定する場合、外部特性の傾きを大きい第２所定値とする。このように溶接電源の設定電圧の切り替えと共に外部特性の傾きを切り替える簡単な制御で、第１状態におけるアーク長の自己制御作用を増大させ、第２状態における溶接電流の乱れを小さくすることができる。
【００１５】
本発明に係るアーク溶接方法は、前記溶接電源が供給する前記溶接電流を制御することによって、前記外部特性を電子的に変動させる。
【００１６】
本発明にあっては、溶接電流が大電流で、かつ高周波数で変動する場合であっても、溶接電流の変動に同期して、溶接電源の外部特性を電子的に変動させることができる。
【００１７】
本発明に係るアーク溶接方法は、前記溶接電流の周波数が１０Ｈｚ以上１０００Ｈｚ以下、平均電流が３００Ａ以上になるように、該溶接電流を変動させる。
【００１８】
本発明にあっては、平均電流３００Ａ以上の溶接電流が溶接ワイヤに供給され、埋もれアークが発生する。埋もれアークによって母材に形成された凹状の溶融金属は波打ち、溶接状態が不安定化するおそれがある。しかし、本発明では、溶接電流を１０Ｈｚ以上１０００Ｈｚ以下の周波数で変動させることにより、溶融金属の大きな波打ち周期よりも高周波数で溶融金属を微振動させ、当該波打ちを抑えることができる。従って、溶接状態をより効果的に安定化させることができる。
【００１９】
本発明に係るアーク溶接装置は、母材の被溶接部へ送給される溶接ワイヤに溶接電流を供給する電源部を備え、前記溶接ワイヤに溶接電流を供給することによって、前記溶接ワイヤの先端部及び被溶接部間にアークを発生させ、前記先端部及び被溶接部間に発生したアークによって前記母材に形成された凹状の溶融部分によって囲まれる空間に前記先端部を進入させて前記母材を溶接する消耗電極式のアーク溶接装置であって、前記溶接電流を変動させることによって、前記溶接ワイヤの前記先端部が前記空間に深く進入した第１状態と、前記空間に浅く進入した第２状態とを周期的に変動させる状態変動部と、前記溶接電流の変動に同期して前記電源部の溶接電流及び電圧に係る外部特性を変動させる外部特性変動部とを備える。
【００２０】
本発明にあっては、上記の通り、溶接電流を周期的に変動させることによって、埋もれ空間を安定した状態で維持しつつ、深い溶け込みが得られ、しかも溶接電流の変動による溶接状態の不安定化を抑制することができる。
【発明の効果】
【００２１】
本発明によれば、埋もれアーク溶接において、溶接電流を周期的に変動させることによって埋もれ空間を安定的に維持しつつ、溶接電流の変動による溶接状態の不安定化を抑制することができるアーク溶接方法及びアーク溶接装置を提供することにある。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本実施形態１に係るアーク溶接装置の一構成を示す模式図である。
【図２】本実施形態１に係るアーク溶接方法の手順を示すフローチャートである。
【図３】溶接対象の母材を示す側断面図である。
【図４】外部特性傾き設定信号及び溶接電流の変動を示すグラフである。
【図５】本実施形態に係るアーク溶接方法を示す模式図である。
【図６】設定電圧及び外部特性傾き設定値の変動を示すグラフである。
【図７】外部特性傾き設定値の変動による溶接電流の増減態様を示すグラフである。
【図８】埋もれアークを実現する溶接電流及び電圧の条件を示すグラフである。
【図９】ワイヤ径及びワイヤ突出し長さと、埋もれアークを実現する溶接電流及び電圧の条件との関係を示す概念図である。
【図１０】ワイヤ径１．６ｍｍ、溶接ワイヤの突出し長さ２５ｍｍの場合において埋もれアークを実現する溶接電流及び電圧の条件の一例を示すグラフである。
【図１１】埋もれアーク溶接の実験結果を写真で示す図表である。
【図１２】埋もれアーク溶接の実験結果を模式図で示す図表である。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
以下、本発明をその実施形態を示す図面に基づいて詳述する。
図１は、本実施形態に係るアーク溶接装置の一構成を示す模式図である。本実施形態に係るアーク溶接装置は、板厚が９〜３０ｍｍの母材４を１パスで突き合わせ溶接することが可能な消耗電極式のガスシールドアーク溶接機であり、溶接電源１、トーチ２及びワイヤ送給部３を備える。
【００２４】
トーチ２は、銅合金等の導電性材料からなり、母材４の被溶接部へ溶接ワイヤ５を案内すると共に、アーク７（図５参照）の発生に必要な溶接電流Ｉを供給する円筒形状のコンタクトチップを有する。コンタクトチップは、その内部を挿通する溶接ワイヤ５に接触し、溶接電流Ｉを溶接ワイヤ５に供給する。また、トーチ２は、コンタクトチップを囲繞する中空円筒形状をなし、被溶接部へシールドガスを噴射するノズルを有する。シールドガスは、アーク７によって溶融した母材４及び溶接ワイヤ５の酸化を防止するためのものである。シールドガスは、例えば炭酸ガス、炭酸ガス及びアルゴンガスの混合ガス、アルゴン等の不活性ガス等である。
【００２５】
溶接ワイヤ５は、例えばソリッドワイヤであり、その直径は０．９ｍｍ以上１．６ｍｍ以下であり、消耗電極として機能する。溶接ワイヤ５は、例えば、螺旋状に巻かれた状態でペールパックに収容されたパックワイヤ、あるいはワイヤリールに巻回されたリールワイヤである。
【００２６】
ワイヤ送給部３は、溶接ワイヤ５をトーチ２へ送給する送給ローラと、当該送給ローラを回転させるモータとを有する。ワイヤ送給部３は、送給ローラを回転させることによって、ペールパック又はワイヤリールから溶接ワイヤ５を引き出し、引き出された溶接ワイヤ５をトーチ２へ定速で供給する。溶接ワイヤ５の送給速度は、例えば、約５〜１００ｍ／分である。なお、かかる溶接ワイヤ５の送給方式は一例であり、特に限定されるものでは無い。
【００２７】
溶接電源１は、給電ケーブルを介して、トーチ２のコンタクトチップ及び母材４に接続され、溶接電流Ｉを供給する電源部１１と、溶接ワイヤ５の送給速度を制御する送給速度制御部１２とを備える。なお、電源部１１及び送給速度制御部１２を別体で構成しても良い。電源部１１は、定電圧特性の電源であり、ＰＷＭ制御された直流電流を出力する電源回路１１ａ、電流設定変化量算出回路１１ｂ、電流設定積分回路１１ｃ、差分増幅回路１１ｄ、出力電圧設定回路１１ｅ、インダクタンス設定回路１１ｆ、外部特性設定回路１１ｇ、周波数設定回路１１ｈ、電流振幅設定回路１１ｉ、平均電流設定回路１１ｊ、電流検出部１１ｋ及び電圧検出部１１ｌを備える。
【００２８】
電圧検出部１１ｌは、溶接電圧Ｖを検出し、検出した電圧値を示す電圧値信号Ｖｄを電流設定変化量算出回路１１ｂへ出力する。
【００２９】
電流検出部１１ｋは、例えば、溶接電源１からトーチ２を介して溶接ワイヤ５へ供給され、アーク７を流れる溶接電流Ｉを検出し、検出した電流値を示す電流値信号Ｉｄを電流設定変化量算出回路１１ｂ及び差分増幅回路１１ｄへ出力する。
【００３０】
周波数設定回路１１ｈは、母材４及び溶接ワイヤ５間の溶接電圧Ｖ及び溶接電流Ｉを周期的に変動させる周波数を設定するための周波数設定信号を出力電圧設定回路１１ｅへ出力する。本実施形態に係るアーク溶接方法を実施する場合、周波数設定回路１１ｈは、１０Ｈｚ以上１０００Ｈｚ以下の周波数、好ましくは５０Ｈｚ以上３００Ｈｚ以下の周波数、より好ましくは８０Ｈｚ以上２００Ｈｚ以下の周波数を示す周波数設定信号を出力する。
【００３１】
電流振幅設定回路１１ｉは、周期的に変動する溶接電流Ｉの振幅を設定するための振幅設定信号を出力電圧設定回路１１ｅへ出力する。本実施形態に係るアーク溶接方法を実施する場合、電流振幅設定回路１１ｉは、５０Ａ以上の電流振幅、好ましくは、１００Ａ以上５００Ａ以下の電流振幅、より好ましくは２００Ａ以上４００Ａ以下の電流振幅を示す振幅設定信号を出力する。
【００３２】
平均電流設定回路１１ｊは、周期的に変動する溶接電流Ｉの平均電流を設定するための平均電流設定信号を出力電圧設定回路１１ｅへ出力する。本実施形態に係るアーク溶接方法を実施する場合、平均電流設定回路１１ｊは、３００Ａ以上の平均電流、好ましくは平均電流を３００Ａ以上１０００Ａ以下の平均電流、より好ましくは５００Ａ以上８００Ａ以下の平均電流を示す平均電流設定信号を出力する。
【００３３】
出力電圧設定回路１１ｅは、定電圧特性を有する溶接電源１の設定電圧を示した出力電圧設定信号Ｅｒを電流設定変化量算出回路１１ｂへ出力する回路である。出力電圧設定回路１１ｅは、各部から出力された周波数設定信号、振幅設定信号、平均電流設定信号に基づいて、目標とする周波数、電流振幅及び平均電流で溶接電流Ｉを周期的に変動させるための任意波形の出力電圧設定信号Ｅｒを生成し、生成した出力電圧設定信号Ｅｒを電流設定変化量算出回路１１ｂへ出力する。出力電圧設定信号Ｅｒは、例えば矩形波状の信号である。
【００３４】
インダクタンス設定回路１１ｆは、溶接電源１のインダクタンスを示すインダクタンス設定信号Ｌｒを電流設定変化量算出回路１１ｂへ出力する。本実施形態では、インダクタンス設定信号Ｌｒは一定レベルの信号である。
【００３５】
外部特性設定回路１１ｇは、出力電圧設定信号Ｅｒの変動に同期して変動する外部特性傾きを示した外部特性傾き設定信号Ｒｒを電流設定変化量算出回路１１ｂへ出力する。外部特性傾き設定信号Ｒｒは、例えば、矩形波状の信号であり、出力電圧設定信号Ｅｒと同相の信号を出力する。つまり、出力電圧設定回路１１ｅから出力される矩形波の出力電圧設定信号Ｅｒがローレベルであるとき、外部特性設定回路１１ｇは、ローレベルの外部特性傾き設定信号Ｒｒを出力し、出力電圧設定信号Ｅｒがハイレベルであるとき、外部特性設定回路１１ｇは、ハイレベルの外部特性傾き設定信号Ｒｒを出力する（図４参照）。外部特性傾き設定信号Ｒｒは、信号レベルが大きい程、外部特性傾きが大きいことを意味する。
【００３６】
電流設定変化量算出回路１１ｂ、電流設定積分回路１１ｃ及び差分増幅回路１１ｄは、溶接電源１の外部特性傾きを電子的に変動させるための回路である。
【００３７】
外部特性傾きの電子制御について説明する。
溶接電源１の通電経路には、電気抵抗Ｒ及びリアクトルＬが存在する。電気抵抗Ｒの抵抗値Ｒｍは、溶接電源１の内部の配線及び外部の給電ケーブル等に起因する固定分の抵抗値を含めた電子的に形成される抵抗値である。リアクトルＬのインダクタンス値Ｌｍは、溶接電源１の内部に設けられたコイル及び給電ケーブルの引き回しに起因する固定分のインダクタンス値を含めた電子的に形成されるインダクタンス値である。通常、抵抗値Ｒｍは０．０１〜０．３Ω、インダクタンス値Ｌｍは２０〜５００μＨである。
【００３８】
図１に示す溶接電源１は、電源回路１１ａに電気抵抗Ｒ、リアクトルＬ、並びにトーチ２及び母材４が直列接続された回路と等価であり、トーチ２及び母材４における降下電圧を溶接電圧Ｖとすると、電源回路１１ａの出力電圧は、下記式を満たす。
Ｅ＝Ｒｍ・ｉ＋Ｌｍ・ｄｉ／ｄｔ＋ｖ・・・（１）
但し、
Ｅ：電源回路１１ａの出力電圧
Ｒｍ：電気抵抗Ｒの抵抗値
Ｌｍ：リアクトルＬのインダクタンス値
ｉ：溶接電流Ｉの値
ｖ：溶接電圧Ｖの値
ｔ：時間
【００３９】
上記式（１）を整理すると、下記式（２）となる。
ｄｉ／ｄｔ＝（Ｅ−ｖ−Ｒｍ・ｉ）／Ｌｍ・・・（２）
【００４０】
上記式（２）の両辺を積分すると、下記式（３）となる。
ｉ＝∫｛（Ｅ−ｖ−Ｒｍ・ｉ）／Ｌｍ｝・ｄｔ・・・（３）
【００４１】
ここで、上記式（３）の左辺の電流値ｉを、電源回路１１ａの出力を制御するための溶接電流制御設定値（Ｉｒｃ）に、出力電圧Ｅを、出力電圧設定値（Ｅｒ）に、右辺の電流値ｉを、検出された溶接電流Ｉの電流値（Ｉｄ）に、電圧値ｖを、検出された溶接電圧Ｖの電圧値（Ｖｄ）に、抵抗値（Ｒｍ）を外部特性傾き設定値（Ｒｒ）、インダクタンス値（Ｌｍ）を、インダクタンス設定値（Ｌｒ）にそれぞれ置換すると、上記式（３）は、下記式（４）で表される。
Ｉｒｃ＝∫｛（Ｅｒ−Ｖｄ−Ｒｒ・Ｉｄ）／Ｌｒ｝・ｄｔ・・・（４）
但し、
Ｉｒｃ：溶接電流制御設定値
Ｅｒ：出力電圧設定値
Ｒｒ：外部特性傾き設定値
Ｌｒ：インダクタンス設定値
Ｖｄ：溶接電圧Ｖの検出値
Ｉｄ：溶接電流Ｉの検出値
【００４２】
電流設定変化量算出回路１１ｂは、上記各回路から出力され、入力された電圧値信号Ｖｄ、電流値信号Ｉｄ、出力電圧設定信号Ｅｒ、外部特性傾き設定信号Ｒｒ及びインダクタンス設定信号Ｌｒに基づいて、電流設定値の単位時間当たりの変化量（Ｅｒ−Ｖｄ−Ｒｒ・Ｉｄ）／Ｌｒを算出し、当該変化量を示す電流設定変化量信号ΔＩｒを電流設定積分回路１１ｃへ出力する。
【００４３】
電流設定積分回路１１ｃは、電流設定変化量算出回路１１ｂから出力され、入力された電流設定変化量信号ΔＩｒを積分し、積分して得た溶接電流制御設定信号Ｉｒｃを差分増幅回路１１ｄへ出力する。溶接電流制御設定信号Ｉｒｃが示す溶接電流Ｉの設定値は、上記式（４）で表される。
以上の通り、電流設定変化量算出回路１１ｂ及び電流設定積分回路１１ｃは、上記式（４）を演算する回路に相当する。
【００４４】
差分増幅回路１１ｄは、電流検出部１１ｋから出力された電流値信号Ｉｄと、電流設定積分回路１１ｃから出力された溶接電流制御設定信号Ｉｒｃとの差分を増幅し、当該差分を示す増幅された差分信号Ｅｉを電源回路１１ａへ出力する。
【００４５】
電源回路１１ａは、商用交流を交直変換するＡＣ−ＤＣコンバータ、交直変換された直流をスイッチングにより所要の交流に変換するインバータ回路、変換された交流を整流する整流回路等を備える。電源回路１１ａは、差分増幅回路１１ｄから出力された差分信号Ｅｉに従って、差分信号Ｅｉが小さくなるようにインバータをＰＷＭ制御し、電圧を溶接ワイヤ５へ出力する。その結果、母材４及び溶接ワイヤ５間に、周期的に変動する溶接電圧Ｖが印加され、溶接電流Ｉが通電する。電源回路１１ａは、差分信号Ｅｉに従って、上記式（４）が満たされるように出力を制御するため、溶接電源１のインダクタンス設定値、外部特性傾き設定値を電子的に生成することができる。
なお、溶接電源１には、図示しない制御通信線を介して外部から出力指示信号が入力されるように構成されており、電源部１１は、出力指示信号をトリガにして、電源回路１１ａに溶接電流Ｉの供給を開始させる。出力指示信号は、例えば、溶接ロボットから溶接電源１へ出力される。また、手動の溶接機の場合、出力指示信号は、トーチ２側に設けられた手元操作スイッチが操作された際にトーチ２側から溶接電源１へ出力される。
【００４６】
図２は、本実施形態に係るアーク溶接方法の手順を示すフローチャート、図３は、溶接対象の母材４を示す側断面図である。まず、溶接により接合されるべき一対の母材４をアーク溶接装置に配置し、溶接電源１の各種設定を行う（ステップＳ１１）。具体的には、図３に示すように板状の第１母材４１及び第２母材４２を用意し、被溶接部である端面４１ａ、４２ａを突き合わせて、所定の溶接作業位置に配する。なお、必要に応じて、第１母材４１及び第２母材４２にＹ形、レ形等の任意形状の開先を設けても良い。第１及び第２母材４１、４２は、例えば軟鋼、機械構造用炭素鋼、機械構造用合金鋼等の鋼板であり、厚みは９ｍｍ以上３０ｍｍ以下である。
そして、溶接電源１は、周波数１０Ｈｚ以上１０００Ｈｚ以下、平均電流３００Ａ以上、電流振幅５０Ａ以上の範囲内で溶接電流Ｉの溶接条件を設定する。
【００４７】
なお、溶接電流Ｉの条件設定は、全て溶接作業者が行っても良いし、溶接電源１が、本実施形態に係る溶接方法の実施を操作部にて受け付け、全ての条件設定を自動的に行うように構成しても良い。また、溶接電源１が、平均電流等、一部の溶接条件を操作部にて受け付け、受け付けた一部の溶接条件に適合する残りの溶接条件を決定し、条件設定を半自動的に行うように構成しても良い。
【００４８】
各種設定が行われた後、溶接電源１は、溶接電流Ｉの出力開始条件を満たすか否かを判定する（ステップＳ１２）。具体的には、溶接電源１は、溶接の出力指示信号が入力されたか否かを判定する。出力指示信号が入力されておらず、溶接電流Ｉの出力開始条件を満たさないと判定した場合（ステップＳ１２：ＮＯ）、溶接電源１は、出力指示信号の入力待ち状態で待機する。
【００４９】
溶接電流Ｉの出力開始条件を満たすと判定した場合（ステップＳ１２：ＹＥＳ）、溶接電源１の送給速度制御部１２は、ワイヤの送給を指示する送給指示信号を、ワイヤ送給部３へ出力し、所定速度で溶接ワイヤ５を送給させる（ステップＳ１３）。溶接ワイヤ５の送給速度は、定速であり、例えば、約５〜１００ｍ／分の範囲内で設定される。平均電流設定回路１１ｊから出力される平均電流設定信号に応じて、送給速度制御部１２が送給速度を決定しても良いし、溶接作業者が、ワイヤの送給速度を直接設定するように構成しても良い。
【００５０】
次いで、溶接電源１の電源部１１は、電圧検出部１１ｌ及び電流検出部１１ｋにて溶接電圧Ｖ及び溶接電流Ｉを検出し（ステップＳ１４）、検出された溶接電流Ｉの周波数、電流振幅及び平均電流並びに溶接電源１の外部特性及びインダクタンスが設定された溶接条件に一致するように、出力電圧設定信号Ｅｒ及び外部特性傾き設定信号Ｒｒを周期的に変動させ、出力をＰＷＭ制御する（ステップＳ１５）。つまり、溶接電源１は、定電圧特性において、溶接電流Ｉが周波数１０Ｈｚ以上１０００Ｈｚ未満、平均電流３００Ａ以上、電流振幅５０Ａ以上で周期的に変動するように、出力電圧設定信号Ｅｒを周期的に変動させて出力を制御する。また、出力電圧設定信号Ｅｒの周期的変動に同相で同期するように、外部特性傾き設定信号Ｒｒを周期的に変動させ、溶接電源１の外部特性傾きを電子的に変動させる。
【００５１】
次いで、溶接電源１の電源部１１は、溶接電流Ｉの出力を停止するか否かを判定する（ステップＳ１６）。具体的には、溶接電源１は、出力指示信号の入力が継続しているか否かを判定する。出力指示信号の入力が継続しており、溶接電流Ｉの出力を停止しないと判定した場合（ステップＳ１６：ＮＯ）、電源部１１は、処理をステップＳ１３へ戻し、溶接電流Ｉの出力を続ける。
【００５２】
溶接電流Ｉの出力を停止すると判定した場合（ステップＳ１６：ＹＥＳ）、電源部１１は、処理をステップＳ１２へ戻す。
【００５３】
図４は、外部特性傾き設定信号Ｒｒ及び溶接電流Ｉの変動を示すグラフである。図４に示す各グラフの横軸は時間を示し、図４Ａ〜図４Ｄに示す各グラフの縦軸はそれぞれ、溶接電源１の出力電圧設定信号Ｅｒ、外部特性傾き設定信号Ｒｒ、母材４及び溶接ワイヤ５間の溶接電圧Ｖ、溶接電流Ｉである。
【００５４】
本実施形態に係るアーク溶接方法においては、定電圧特性の電源部１１は、図４Ａに示すように、出力電圧設定信号Ｅｒを周期的に変動させると共に、図４Ｂに示すように外部特性傾き設定信号Ｒｒを同相で周期的に変動させる。このように出力電圧設定信号Ｅｒを周期的に変動させると、図４Ｃ及び図４Ｄに示すように、溶接電圧Ｖ及び溶接電流Ｉが周期的に変動する。
【００５５】
図５は、本実施形態に係るアーク溶接方法を示す模式図である。かかる溶接条件で溶接電流Ｉを周期的に変動させると、溶接ワイヤ５の先端部５ａ及び被溶接部間に発生したアーク７の熱によって溶融した母材４及び溶接ワイヤ５の溶融金属からなる凹状の溶融部分６が母材４に形成され、溶接ワイヤ５の先端部５ａが埋もれ空間６ａに進入する。そして、アーク７の様子を高速度カメラで撮影したところ、図５左図に示すように、溶接ワイヤ５が埋もれ空間６ａに深く進入し、溶接ワイヤ５の先端部５ａ及び溶融部分６の底部６１間にアーク７が発生する第１状態と、溶接ワイヤ５が埋もれ空間６ａに浅く進入し、先端部５ａ及び溶融部分６の側部６２間にアーク７が発生する第２状態とを周期的に変動することが確認された。
【００５６】
このように、溶接ワイヤ５の先端部５ａは、埋もれ空間６ａに進入して溶融部分６に囲まれた状態となり、溶接電流Ｉを周期的に変動させることにより、埋もれ空間６ａにおける先端部５ａの位置を上下させることができる。
第１状態においては、溶接ワイヤ５の先端部５ａが埋もれ空間６ａに深く進入し、溶融部分６の底部６１に照射されるアーク７によって、深い溶け込みが得られる。
第２状態においては、溶接ワイヤ５の先端部５ａが埋もれ空間６ａに浅く進入し、溶融部分６の側部６２に照射されるアーク７の力によって溶融部分６が支えられるため、埋もれ空間６ａは安定した状態で維持される。
従って、溶接電流Ｉを周期的に変動させることによって埋もれ空間６ａを安定的に維持することができる。
【００５７】
図６は、設定電圧及び外部特性傾き設定値の変動を示すグラフである。図６中、横軸は溶接電流Ｉを示し、縦軸は溶接電圧Ｖを示す。図６Ａは、溶接電源１の設定電圧として、低い第１電圧ＥｒＬに設定された状態を示している。このとき、図５に示す第１状態となる。
図６Ａ中、実線の直線ＥＣ１は、設定電圧として第１電圧ＥｒＬが設定されたときの溶接電源１の外部特性、曲線Ｌ１はアーク特性を示しており、直線ＥＣ１及び曲線Ｌ１の交点Ａが安定動作点である。
図６Ｂ中、実線の直線ＥＣ２は、設定電圧として第２電圧ＥｒＨが設定されたときの溶接電源１の外部特性である。第２電圧ＥｒＨは、第１電圧ＥｒＬよりも高い電圧であり、当該外部特性の傾きは、設定電圧として第１電圧ＥｒＬが設定されたときよりも大きい。
【００５８】
設定電圧が第１電圧ＥｒＬから第２電圧ＥｒＨに変化した場合、直線ＥＣ２及び曲線Ｌ１の交点Ｂが高電流となり、溶接電流Ｉが増大する。溶接ワイヤ５の送給速度は一定であるため、溶接電流Ｉが大きくなると、溶接ワイヤ５の液滴移行が促進されてアーク長が長くなり、溶接ワイヤ５の先端部５ａは、埋もれ空間６ａの下部から上部へ移動する。つまり、図５左図の第１状態から、図５右図の第２状態へ遷移する。
設定電圧が第２電圧ＥｒＨから第１電圧ＥｒＬに変化した場合、直線ＥＣ１及び曲線Ｌ２の交点Ａが低電流となり、溶接電流Ｉが減少する。溶接ワイヤ５の送給速度は一定であるため、溶接電流Ｉが小さくなると、溶接ワイヤ５の液滴移行が抑制されてアーク長が短くなり、溶接ワイヤ５の先端部５ａは、埋もれ空間６ａの上部から下部へ移動する。つまり、図５右図の第２状態から、図５左図の第１状態へ遷移する。
【００５９】
図７は、外部特性傾き設定値の変動による溶接電流Ｉの増減態様を示すグラフである。設定電圧が第１電圧ＥｒＬから第２電圧ＥｒＨに切り替えられた場合、外部特性傾き設定値として大きな第２所定値ＲｒＨが設定されるため、図７に示すように、外乱による溶接電流Ｉの変動は抑えられる。
逆に、設定電圧が第２電圧ＥｒＨから第１電圧ＥｒＬに切り替えられた場合、外部特性傾き設定値として小さな第１所定値ＲｒＬが設定される。この場合、図７に示すように、外乱による溶接電流Ｉの変動が大きくなるが、アーク長の自己制御作用が強く働くようになり、溶接ワイヤ５の先端部５ａと、溶融部分６との位置関係は精度良く制御される。
【００６０】
このように、溶接電源１の外部特性を、出力電圧Ｅの設定電圧と同相で周期的に変動させることによって、アーク長の自己制御作用と、外乱による溶接電流Ｉの乱れを抑制する作用とを切り替えることができる。
従って、溶接電流Ｉが小さく、溶接ワイヤ５の先端部５ａが埋もれ空間６ａに深く進入している際は、溶接ワイヤ５の先端部５ａの位置を精度良く制御し、短絡等によって溶接状態が不安定にならないようにすることができる。
一方、溶接電流Ｉが大きく、外乱による溶接電流Ｉの乱れが溶融池の波打ちを引き起こすおそれがある場合、外乱による溶接電流Ｉの乱れを抑え、溶接状態が不安定にならないようにすることができる。
【００６１】
＜埋もれアークの溶接条件＞
以下、埋もれアークを実現する溶接条件について補足する。
アーク溶接では一般的に、溶接ワイヤ５の先端部５ａの位置は母材４より上側に位置し、その状態で溶接ワイヤ５の先端部５ａと母材４の間にアーク７が発生する。かかる状態で発生したアーク７を、非埋もれアークと呼ぶ。非埋もれアークにおいては、溶接ワイヤ５の先端部５ａと、母材４の表面に形成された溶融金属表面との間の距離をアーク長と呼ぶが、このアーク長は溶接電圧Ｖが低くなるに従って短くなることが知られている。通常のアーク溶接では、溶接電圧Ｖを下げてアーク長が短くなると、溶融金属と溶接ワイヤ５の先端部５ａの位置の距離が近くなり、最終的にはアーク長が０となって溶接ワイヤ５と母材４とが短絡を起こし、アーク７の維持が困難となる。
【００６２】
しかし、高電流溶接においては、アーク圧力によって溶融金属が押しのけられるため、電圧を下げても短絡が起きにくくなる。その結果、母材４又は溶融金属表面よりも深い位置に溶接ワイヤ５の先端部５ａが位置していても、アーク圧力によって溶融金属が押しのけられて形成された空間、即ち埋もれ空間６ａの存在により短絡が起きず、アーク７を維持することができる。これが埋もれアーク現象である。
【００６３】
つまり、アーク圧力が強くなる高電流領域において、低い電圧条件でアーク７を発生させることにより、埋もれアーク７を実現することができる。具体的には、溶接電流Ｉは３００Ａ以上必要である（例えば、浅井知、「工場溶接の高効率化−重電機器溶接の事例−」、一般社団法人日本溶接協会  溶接情報センター、ＷＥ−ＣＯＭマガジン第１６号、２０１５年４月）。埋もれアークを実現することが可能な電圧値は、溶接電流Ｉ、ワイヤ径、溶接ワイヤ５の突出し長さによって変動するが、前述のように溶接ワイヤ５の先端部５ａの位置を母材４又は溶融金属表面よりも低い位置まで下げられるだけの低い電圧とすることで、埋もれアークを実現することができる。
【００６４】
図８は、埋もれアークを実現する溶接電流Ｉ及び電圧の条件を示すグラフである。横軸は溶接電流Ｉを示し、縦軸は溶接電圧Ｖを示している。白抜き部分は、埋もれアークを実現することができる溶接電流Ｉ及び電圧を示している。図８に示すように、溶接電流Ｉに対して溶接電圧Ｖが高いと、通常のアーク溶接、即ち非埋もれアーク溶接となり、逆に溶接電圧Ｖが低すぎると出力が足りず、アーク７の維持が困難となる。その中間の領域に、埋もれ空間６ａでアーク７が発生する埋もれアークとなる範囲が存在する。
【００６５】
また、埋もれアークを実現する溶接条件の範囲は、前述のようにワイヤ径と、溶接ワイヤ５の突出し長さの影響を受ける。
【００６６】
図９は、ワイヤ径及びワイヤ突出し長さと、埋もれアークを実現する溶接電流Ｉ及び電圧の条件との関係を示す概念図である。図９に示すように、ワイヤ径が大きくなるほど、又は溶接ワイヤ５の突出し長さが短くなるほど、埋もれアークを実現できる溶接電流Ｉ及び電圧の範囲は、符号Ａｒｃ３、Ａｒｃ２、Ａｒｃ１に示すように、この順で同じ電流に対して低い電圧領域側へシフトする。
【００６７】
図１０は、ワイヤ径１．６ｍｍ、溶接ワイヤ５の突出し長さ２５ｍｍの場合において埋もれアークを実現する溶接電流Ｉ及び電圧の条件の一例を示すグラフである。図１０の横軸は溶接電流Ｉ、縦軸は溶接電圧Ｖを示している。黒丸プロットは、非埋もれアークと、埋もれアークとの境界を示している。図１０中、上側の折れ線上にある黒丸プロットは、当該黒丸プロットが示す溶接電流Ｉにおいて、溶接電圧Ｖを上昇させると、非埋もれアークとなり、溶接電圧Ｖを減少させると、埋もれアークになる。また、下側の折れ線上にある黒丸プロットは、当該黒丸プロットが示す溶接電流Ｉにおいて、溶接電圧Ｖを上昇させると、埋もれアークとなり、溶接電圧Ｖを減少させると、非埋もれアークになる。要するに、溶接電流Ｉに対して溶接電圧Ｖが高いと、通常のアーク溶接、即ち非埋もれアーク溶接となり、逆に溶接電圧Ｖが低すぎると出力が足りず、アーク７の維持が困難となる。その中間の領域に、埋もれ空間６ａでアーク７が発生する埋もれアークとなる範囲が存在する。
【００６８】
以上の通り、埋もれアークを実現する溶接電流Ｉは、３００Ａ以上であって、溶接ワイヤ５の先端部５ａが溶融金属に接近した場合に、当該溶融金属を押しのけるアーク圧力を生じさせることが可能な電流値である。また、埋もれアークを実現する溶接電圧Ｖは、溶接ワイヤ５の先端部５ａの位置を母材４又は溶融金属表面よりも低い位置まで下げることが可能な電圧値である。
具体的な溶接電流Ｉ及び電圧は、図１０に示す溶接電流Ｉ及び電圧の範囲を基準としつつ、図８及び図９に示す傾向を考慮して溶接電流Ｉ及び電圧を適宜決定すれば良い。
【００６９】
以上の通り、本実施形態に係るアーク溶接方法及びアーク溶接装置によれば、埋もれアーク溶接において、溶接電流Ｉを周期的に変動させることによって埋もれ空間６ａを安定的に維持しつつ、溶接電流Ｉの変動に合わせて溶接電源１の外部特性を変動させることにより、溶接電流Ｉの変動による溶接状態の不安定化を抑制することができる。
【００７０】
具体的には、溶接電源１の外部特性傾きを、出力電圧Ｅの設定電圧と同相で周期的に変動させることによって、溶接電流Ｉが小さいときは、アーク長の自己制御作用を増大させ、溶接電流Ｉが大きいときは、外乱による溶接電流Ｉの乱れを小さくする。このように外部特性傾き及び溶接電流Ｉを制御することによって、溶接電流Ｉが増減するときの溶接状態の不安定化を効果的に抑制することができる。
【００７１】
更に、定電圧特性を有する溶接電源１の設定電圧の切り替えと共に外部特性傾きの値を切り替える簡単な制御で、第１状態におけるアーク長の自己制御作用を増大させ、第２状態における溶接電流Ｉの乱れを小さくすることができる。
【００７２】
更に、溶接電源１の外部特性傾きを電子的に変動させる構成であるため、溶接電流Ｉが大電流で、かつ高周波数で変動する場合であっても、溶接電流Ｉに同期させて溶接電源１の外部特性傾きを電子的に変動させることができる。
【００７３】
更に、３００Ａ以上の大電流を用いてガスシールドアーク溶接を行う場合であっても、溶接電流Ｉを１０Ｈｚ以上の高周波数で変動させることによって、溶融金属の波打ちを抑えることができ、ビードの乱れ及び垂れの発生を防止することができる。
また、溶融金属の波打ちをより効果的に抑えるためには、アーク長を一定に保つ必要がある。一般的な定電流パルス溶接の場合はアーク長の自己制御作用が得られないため、一定のアーク長を保証するための何らかの制御を行う必要がある。本実施形態に係るアーク溶接装置は定電圧特性であり、アーク長の自己制御作用が得られるため、アーク長が一定に保たれ、溶融金属の波打ちをより効果的に抑えることができる。
【００７４】
図１１は、埋もれアーク溶接の実験結果を写真で示す図表、図１２は、埋もれアーク溶接の実験結果を模式図で示す図表である。ワイヤ径が１．４ｍｍ、溶接ワイヤ５の突き出し長さが１８ｍｍ、溶接ワイヤ５の送給速度が１７．５ｍ／分、平均溶接電流が５３０Ａの溶接条件のもと、溶接電流Ｉの周波数及び振幅を変更させて、厚板の埋もれアーク溶接を行った。
図１１及び図１２の上図は、溶接電流Ｉの周波数が０Ｈｚ、振幅が０Ａのときの実験結果、つまり溶接電流Ｉを振動させずに溶接を行ったときのビードの外観及び形状を示している。図１１及び図１２の中図は、溶接電流Ｉの周波数が１０Ｈｚ、振幅が５０Ａの条件で溶接を行ったときのビード形状を示し、図１１及び図１２下図は、溶接電流Ｉの周波数が５０Ｈｚ、振幅が１００Ａの条件で溶接を行ったときのビードの外観及び形状を示している。
【００７５】
図１１及び図１２に示す実験結果から分かるように、溶接電流Ｉを周波数１０Ｈｚ以上及び電流振幅５０Ａ以上の溶接条件で振動させることによって、周波数０Ｈｚの場合に比べて、良好なビード形状が得られることが分かる。このような良好なビード形状は、溶接電流Ｉを周波数１０Ｈｚで振動させることによって埋もれ空間６ａが安定化し、短絡の発生が抑えられていることを示している。
また、溶融金属を高周波で振動させることによって、溶融金属の波打ちを抑える動作原理より、溶接電流Ｉの周波数が１０Ｈｚ以上であっても、同様にして溶融金属の波打ちを抑え、埋もれ空間６ａを安定化させることができると予想される。また、５０Ａの電流振幅で溶融金属の波打ちを十分に抑えることができることから、５０Ａ以上の電流振幅であっても、溶融金属の波打を抑えることができることが予想される。実際、溶融電流の周波数５０Ｈｚ、溶接電流１００Ａ以上の溶接条件で溶接を行うと、図１１及び図１２に示すように、より良好なビード形状が得られた。なお、ワイヤ径、溶接ワイヤ５の突出し長さ、送給速度、平均電流は、以下に説明する埋もれアークを実現できる範囲であれば、特に限定されるものでは無く、溶接電流Ｉの周波数が１０Ｈｚ以上及び電流振幅が５０Ａの条件であれば、同様にして良好なビード形状が得られる。特に、周波数５０Ｈｚ及び電流振幅１００Ａ以上であれば、より良好なビード形状が得られる。
【００７６】
なお、実施形態で説明した上記の溶接条件は、一例であり、溶接ワイヤ５の材質、ワイヤ系、突出し長さ、溶接ワイヤ５の送給速度は、溶接電流Ｉの範囲は、上記の数値範囲に限定されるものでは無い。
【００７７】
また、溶接ワイヤ５の材質は、ＹＧＷ１２以外にも、ＹＧＷ１１、ＹＧＷ１５、ＹＧＷ１７、ＹＧＷ１８、ＹＧＷ１９等、ソリッドワイヤを用いることができる。ただし、フラックスコアードワイヤやメタルコアードワイヤ、その他の新規のワイヤを溶接ワイヤ５として適用しても良い。
【００７８】
更に、溶接ワイヤ５の突出し長さは、１０ｍｍ以上３５ｍｍ以下が好ましい。突出し長さが長くなるほど溶込みは浅くなるため、長くても３５ｍｍに留めておくのが良い。一方、突出し長さが短くなるとチップ先端が溶融池に近づき、チップ消耗が激しくなる。大電流溶接のため、特にその傾向が顕著であり、１０ｍｍを下回ると頻繁なチップ交換が必要となる。更に、溶接ワイヤ５の突出し長さは移行形態の遷移電流に影響する。そのバランスの観点からも、突出し長さには適正範囲が存在し、１０〜３５ｍｍ程度が適正である。
【００７９】
ワイヤ径は、例えば０．９ｍｍ以上１．６ｍｍ以下が好ましい。ワイヤ径は、溶接条件を適切に変更することにより、基本的にはどのようなワイヤ径にも対応することができ、特に限定されるものでは無いが、一般流通性を考慮すると、０．９ｍｍ〜１．６ｍｍ程度が現実的である。また、ワイヤ径は溶滴移行形態の遷移電流に影響を及ぼす。この観点からも、極端に太い溶接ワイヤ５や細い溶接ワイヤ５を使用すると、溶滴移行形態の遷移領域が大きく広がり、任意の溶滴移行形態を利用することが困難となる。従って、０．９〜１．６ｍｍ程度が適正である。
【００８０】
溶接ワイヤ５の送給速度は、溶接電流Ｉと相関するため、溶接電流Ｉに応じて、埋もれ空間６ａが形成されるように適宜決定すれば良い。
【００８１】
更にまた、出力電圧設定信号Ｅｒ及び外部特性傾き設定信号Ｒｒとして、矩形波状の信号を例示したが、各設定信号の波形は特に限定されるものでは無く、三角波、その他の任意の波形でも良い。出力電圧設定信号Ｅｒが三角波である場合、出力電圧設定信号Ｅｒが閾値以上であるとき、外部特性傾き設定信号Ｒｒを増大させ、出力電圧設定信号Ｅｒが閾値未満であるとき、外部特性傾き設定信号Ｒｒを減少させるように、制御すれば良い。
【００８２】
今回開示された実施形態はすべての点で例示であって、制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した意味ではなく、特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味及び範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【符号の説明】
【００８３】
１  溶接電源
２  トーチ
３  ワイヤ送給部
４  母材
５  溶接ワイヤ
５ａ  先端部
６  溶融部分
６ａ  埋もれ空間
６１  底部
６２  側部
７  アーク
１１  電源部
１１ａ  電源回路
１１ｂ  電流設定変化量算出回路
１１ｃ  電流設定積分回路
１１ｄ  差分増幅回路
１１ｅ  出力電圧設定回路
１１ｆ  インダクタンス設定回路
１１ｇ  外部特性設定回路
１１ｈ  周波数設定回路
１１ｉ  電流振幅設定回路
１１ｊ  平均電流設定回路
１１ｋ  電流検出部
１１ｌ  電圧検出部
１２  送給速度制御部
４１  第１母材
４２  第２母材
Ｒ  電気抵抗
Ｌ  リアクトル
Ｖ  溶接電圧
Ｉ  溶接電流
Ｅｒ  出力電圧設定信号
Ｌｒ  インダクタンス設定信号
Ｒｒ  外部特性傾き設定信号
Ｖｄ  電圧値信号
Ｉｄ  電流値信号
ΔＩｒ  電流設定変化量信号
Ｉｒｃ  溶接電流制御設定信号
Ｅｉ  差分増幅信号
【図１】
2018069254.tif 000003
【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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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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