(57)【要約】【課題】消耗電極式炭酸ガスパルスアーク溶接において、溶滴の形成及び離脱状態を安定化して、スパッタの少ない高品質溶接を可能とすること。【解決手段】ピーク電流Ｉｐを通電するピーク期間Ｔｐとベース電流Ｉｂを通電するベース期間Ｔｂとを１パルス周期Ｔｐｂとして繰り返して溶接を行う炭酸ガスパルスアーク溶接方法において、ピーク期間Ｔｐ中はピーク電流Ｉｐを振幅Ｗｓ及び振動周期Ｔｓによって振動させることによって溶接ワイヤの先端に所望サイズの溶滴を形成し、ベース期間Ｔｂ中はこの形成された溶滴を短絡移行によって溶融池へと円滑に移行させる。これにより、ピーク期間Ｔｐ中に形成された溶滴が、ベース期間Ｔｂ中に短絡移行するので、１パルス周期１溶滴移行状態が実現できる。このために、スパッタの少ない溶接が可能となる。【選択図】  図１
2011088209.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
炭酸ガスを主成分とするシールドガスを使用し、溶接ワイヤを送給すると共に、ピーク電流を通電するピーク期間とベース電流を通電するベース期間とを１パルス周期として繰り返して溶接を行う炭酸ガスパルスアーク溶接方法において、
前記ピーク期間中は前記ピーク電流を予め定めた振幅及び予め定めた振動周期によって振動させることによって溶接ワイヤの先端に溶滴を形成し、
前記ベース期間中はこの形成された溶滴を短絡移行によって溶融池へと移行させる、
ことを特徴とする炭酸ガスパルスアーク溶接方法。
【請求項２】
前記振幅及び前記振動周期は、溶滴の過熱を抑制して形成中の溶滴からスパッタが飛散しない値に設定される、
ことを特徴とする請求項１記載の炭酸ガスパルスアーク溶接方法。
【請求項３】
前記振動するピーク電流の波形が、矩形波状である、
ことを特徴とする請求項１又は２記載の炭酸ガスパルスアーク溶接方法。
【請求項４】
前記ベース期間は、短絡移行が行われるまで継続される期間である、
ことを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の炭酸ガスパルスアーク溶接方法。
【請求項５】
前記ベース期間は、短絡が発生するまでの短絡待機期間と、それに続く溶滴が短絡移行する短絡期間と、から形成され、
前記短絡待機期間中は予め定めた第１ベース電流を通電し、前記短絡期間中は前記第１ベース電流の値から時間経過に伴って次第に増加する第２ベース電流を通電する、
ことを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の炭酸ガスパルスアーク溶接方法。
【請求項６】
前記ベース期間は、短絡が発生するまでの短絡待機期間と、それに続く溶滴が短絡移行する短絡期間と、それに続くアークが再発生した後に再び短絡が発生することを防止する予め定めた再短絡防止期間と、から形成され、
前記短絡待機期間中は予め定めた第１ベース電流を通電し、前記短絡期間中は前記第１ベース電流の値から時間経過に伴って次第に増加する第２ベース電流を通電し、前記再短絡防止期間中は前記第１ベース電流の値よりも大きな値の第３ベース電流を通電する、
ことを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の炭酸ガスパルスアーク溶接方法。
【請求項７】
前記ベース期間は、短絡が発生するまでの短絡待機期間と、それに続く溶滴が短絡移行する短絡期間と、それに続く予め定めた遅延期間と、から形成され、
前記短絡待機期間中は予め定めた第１ベース電流を通電し、前記短絡期間中は前記第１ベース電流の値から時間経過に伴って次第に増加する第２ベース電流を通電し、前記遅延期間中は前記第１ベース電流の値以下の予め定めた第４ベース電流を通電する、
ことを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の炭酸ガスパルスアーク溶接方法。
【請求項８】
前記ベース期間は、短絡が発生するまでの短絡待機期間と、それに続く溶滴が短絡移行する短絡期間と、それに続くアークが再発生した後に再び短絡が発生することを防止する予め定めた再短絡防止期間と、それに続く予め定めた遅延期間と、から形成され、
前記短絡待機期間中は予め定めた第１ベース電流を通電し、前記短絡期間中は前記第１ベース電流の値から時間経過に伴って次第に増加する第２ベース電流を通電し、前記再短絡防止期間中は前記第１ベース電流の値よりも大きな値の第３ベース電流を通電し、前記遅延期間中は前記第１ベース電流の値以下の予め定めた第４ベース電流を通電する、
ことを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の炭酸ガスパルスアーク溶接方法。
【請求項９】
前記ピーク期間の長さは、アーク長制御によって変化する、
ことを特徴とする請求項１〜８のいずれか１項に記載の炭酸ガスパルスアーク溶接方法。
【請求項１０】
前記アーク長制御は、溶接電圧の平均値が予め定めた溶接電圧設定値と等しくなるように行われる制御である、
ことを特徴とする請求項９記載の炭酸ガスパルスアーク溶接方法。
【請求項１１】
前記溶接電圧の平均値が、前記パルス周期ごとの溶接電圧の平均値である、
ことを特徴とする請求項１０記載の炭酸ガスパルスアーク溶接方法。
【請求項１２】
前記ピーク電流の各振動周期中の最大値が、前記ピーク期間の時間経過に伴って第１最大値から増加して第２最大値に達した後に減少して第３最大値へと変化する、
ことを特徴とする請求項１〜１１のいずれか１項に記載の炭酸ガスパルスアーク溶接方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、炭酸ガスを主成分とするシールドガスを使用する消耗電極式パルスアーク溶接において、安定した溶滴移行を行わせるための炭酸ガスパルスアーク溶接方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
アルゴンガスを主成分とするシールドガスを用いる消耗電極式パルスアーク溶接が、広く使用されている。このアルゴンガスを主成分とするシールドガスとしては、母材が鉄鋼材料であるときは２０体積％炭酸ガス＋８０体積％アルゴンガスが使用されており（マグパルス溶接）、母材がアルミニウム材料であるときは１００体積％アルゴンガスが使用されている（ミグパルス溶接）。このようなアルゴンガスを主成分とするシールドガスを用いるパルスアーク溶接では、溶滴移行は溶接ワイヤの直径ほどの細粒となって周期的に安定して行われるスプレー移行状態となるために、スパッタ発生が少ない良好な溶接を行うことができる。以下に、アルゴンガスを主成分とするシールドガスを用いるパルスアーク溶接について説明する。
【０００３】
図５は、アルゴンガスを主成分とするシールドガスを用いるパルスアーク溶接の一般的な電流・電圧波形図である。同図（Ａ）はアークを通電する溶接電流Ｉｗの時間変化を示し、同図（Ｂ）は溶接ワイヤと母材との間の溶接電圧Ｖｗの時間変化を示す。以下、同図を参照して説明する。
【０００４】
時刻ｔ１〜ｔ２のピーク期間Ｔｐ中は、同図（Ａ）に示すように、溶接ワイヤ先端に溶滴を形成し移行させるために臨界電流値以上のピーク電流Ｉｐが通電し、同図（Ｂ）に示すように、溶接ワイヤと母材との間にアーク長に比例したピーク電圧Ｖｐが印加する。
【０００５】
時刻ｔ２〜ｔ３のベース期間Ｔｂ中は、同図（Ａ）に示すように、溶滴を形成しないようにするために小電流値のベース電流Ｉｂが通電し、同図（Ｂ）に示すように、ベース電圧Ｖｂが印加する。時刻ｔ１〜ｔ３までの期間をパルス周期Ｔpbとして繰り返して溶接が行われる。
【０００６】
良好なパルスアーク溶接を行うためには、アーク長を適正値に維持することが重要である。アーク長を適正値に維持するために以下のような出力制御（アーク長制御）が行われる。アーク長は、同図（Ｂ）で破線で示す溶接電圧平均値Ｖavと略比例関係にある。このために、溶接電圧平均値Ｖavを検出し、この検出値が適正アーク長に相当する溶接電圧設定値と等しくなるように同図（Ａ）の破線で示す溶接電流平均値Ｉavを変化させる出力制御を行う。溶接電圧平均値Ｖavが溶接電圧設定値よりも大きいときはアーク長が適正値よりも長いときであるので、溶接電流平均値Ｉavを小さくしてワイヤ溶融速度を小さくしアーク長が短くなるようにする。逆に、溶接電圧平均値Ｖavが溶接電圧設定値よりも小さいときはアーク長が適正値よりも短いときであるので、溶接電流平均値Ｉavを大きくしてワイヤ溶融速度を大きくしアーク長が長くなるようにする。上記の溶接電圧平均値Ｖavとしては、一般的に溶接電圧Ｖｗを平滑した値が使用されることが多い。
【０００７】
上記において、溶接電流平均値Ｉavを変化させるための溶接電源の出力制御としては、周波数変調制御及びパルス幅変調制御が主に使用されている。周波数変調制御では、ピーク電流Ｉｐ、ベース電流Ｉｂ及びピーク期間Ｔｐを所定値に固定して、溶接電圧平均値Ｖavが溶接電圧設定値と等しくなるようにベース期間Ｔｂの長さが制御される。ベース期間Ｔｂが変化することはパルス周期Ｔpbが変化することになるので、この方式は周波数変調制御と呼ばれる。また、パルス幅変調制御では、ピーク電流Ｉｐ、ベース電流Ｉｂ及びパルス周期Ｔpbを所定値に固定し、溶接電圧平均値Ｖavが溶接電圧設定値と等しくなるようにピーク期間Ｔｐの長さが制御される。
【０００８】
次に、同図を参照して、溶滴移行について説明する。ピーク電流Ｉｐの通電によって溶接ワイヤ先端が溶融されて溶滴が形成される。このときに、アルゴンガスを主成分とするシールドガスを使用しているので、アークの陽極点は溶滴下部に集中することなく溶滴全体に広く分布して形成される。このために、溶滴には押し上げ力が作用しない。形成された溶滴にピーク電流Ｉｐが通電すると、溶滴上部に電磁的ピンチ力が作用してくびれが発生する。そして、ピーク期間Ｔｐの終了前後（終了直前、終了時又は終了直後）において、溶滴は離脱して溶融池へと移行する。上記のピーク電流Ｉｐ及びピーク期間Ｔｐの組み合わせはユニットパルス条件と呼ばれ、溶接ワイヤの直径ほどの溶滴が形成されて離脱する値に設定される。したがって、溶滴は溶接ワイヤの直径ほどの細粒としてピーク期間Ｔｐごとにスプレー移行することになる。この状態を１パルス１溶滴移行状態と呼ぶ。このようにして、スパッタ発生が非常に少ない溶接が可能となる。
【０００９】
上述したように、アルゴンガスを主成分とするシールドガスを用いるパルスアーク溶接では、１パルス１溶滴移行の安定したスプレー移行状態となる。ここで、アルゴンガスは炭酸ガスに比べてコスト高になるために、アルゴンガスの比率を少なくして炭酸ガスの比率を大きくすることによって、シールドガスのコストを削減する試みが従来からなされている。しかし、炭酸ガスとアルゴンガスとの混合ガスにおいて、炭酸ガスの比率が３０体積％を超えると、以下に説明する理由によって安定したスプレー移行が次第に困難になる。特に、炭酸ガスの比率が５０体積％を超える炭酸ガスを主成分とするシールドガスを使用する場合には、安定したスプレー移行状態にはならず、大粒のスパッタが発生することになる。これ以降の説明において、炭酸ガスを主成分とするシールドガスと記載したときは、炭酸ガスの比率が５０体積％を超える混合ガスを意味している。炭酸ガスを主成分とするシールドガスを使用した場合、ピーク電流Ｉｐの通電時にアークの陽極点は溶滴の最下部に集中して形成されることになる。これは、アルゴンガスに比べて炭酸ガスの電位傾度が大きいために、アーク長を最短にする作用が働くためである。この結果、陽極点の温度が著しく高い状態となり、金属蒸気が吹き出す状態となり、溶滴には押し上げ力として作用することになる。すなわち、ピーク電流Ｉｐの通電によって、溶滴が形成されると共に、この押し上げ力が作用することになり、溶滴は簡単には離脱しない状態となる。この状態で、溶滴を強引に離脱させるためには、ピーク期間Ｔｐを通常値よりも３〜５倍程度長くして、溶滴を大きく成長させて、重力によって離脱するようにする必要がある。しかし、このようにすると、溶滴は溶接ワイヤの直径の数倍程度の大きな塊になって離脱することになり、大粒のスパッタが発生することになる。さらに、この大きな溶滴は、ピーク電流Ｉｐの通電とは同期することなくランダムに移行することになり、溶接状態が不安定状態になり、溶接品質も悪くなる。炭酸ガスを主成分とするシールドガスを用いるパルスアーク溶接（以下、炭酸ガスパルスアーク溶接という）における上記のような問題を解決するために、以下のような従来技術が提案されている。
【００１０】
特許文献１の発明では、ピーク電流Ｉｐの前半期間を後半期間よりも大きな値とし、右肩下がりのステップ状にしている。このようにすることによって、ピーク電流Ｉｐの後半期間で溶滴を形成し、続くベース期間Ｔｂによって溶滴を整形し、続くピーク電流Ｉｐの前半期間によって溶滴を移行させるものである。また、特許文献２〜４の発明では、ピーク電流Ｉｐを複数のピーク電流群として通電し、溶滴の形成を安定化して移行しやすくするものである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１１】
【特許文献１】特開昭６０−５６４８６号公報
【特許文献２】特開昭６１−１７３６９号公報
【特許文献３】特開平１−２５４３８５号公報
【特許文献４】特開２００７−２３７２７０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
上述したように、炭酸ガスパルスアーク溶接において、溶滴の形成及び離脱を改善するために、特許文献１〜４で示すような様々な提案がなされてきた。しかしながら、現時点においても、炭酸ガスパルスアーク溶接は実用化されているとは言えず、炭酸ガスパルスアーク溶接用の溶接装置も販売されていない。このことは、特許文献１〜４で提案されている改善を実施しても、なお課題が存在することを示している。
【００１３】
特許文献１の発明によれば、前半期間のピーク電流によって溶滴の移行確率は高くはなるが、依然として溶滴の移行はピーク電流と同期することなくランダムに発生することが多い。これは、前半期間のピーク電流の値を大きくすることによって、溶滴上部にくびれを形成して離脱を促進するが、他方、押し上げ力も大きくなるために溶滴が確実に離脱することにはならないためである。また、特許文献２〜４の発明によれば、ピーク電流を複数のピーク電流群として通電することによって、溶滴の形成を円滑にすることができる。これは、連続したピーク電流を通電するよりも、複数のピーク電流群にして通電する方が、溶滴に作用する押し上げ力を分散することができるために、溶滴の形成は円滑になる。しかしながら、この形成された溶滴をピーク電流によって離脱させるためには、溶滴の上部にくびれを形成する必要があり、このときに同時に押し上げ力も作用することになる。この結果、複数のピーク電流群の通電によっても溶滴を確実に離脱させることは困難である。したがって、特許文献２〜４の発明では、溶滴の形成は改善されるが、確実な溶滴の離脱に課題を残している。
【００１４】
ここで、鉄鋼材料の直流炭酸ガスアーク溶接について考えると、平均溶接電流値が約２００Ａ未満の電流域では、溶滴は短絡移行となる。すなわち、周期的にアーク期間と短絡期間とが繰り返されることになり、アーク期間中に形成された溶滴が短絡期間中に移行することになる。この短絡期間中の溶接電流を精密に制御することによって、スパッタの発生を少ない状態にすることができる。但し、アルゴンガスを主成分とするシールドガスを用いるパルスアーク溶接（マグパルス溶接又はミグパルス溶接）の方が、さらにスパッタの発生を少なくすることができる。しかしながら、この電流域においては、炭酸ガスアーク溶接のスパッタの発生量は実用上問題とはならないレベルであると言える。平均溶接電流値が約２００Ａ以上の電流域になると、アーク長が長いときはグロビュール移行となり、溶滴は重力によって短絡を伴うことなく自由落下によって移行する。このために、スパッタの発生は少ない。この電流域において、溶接速度が８０cm/min以上の高速溶接を行うためには、アンダーカット等の溶接欠陥を防ぐために、アーク長を短く設定して溶接を行う必要がある。アーク長を短くすると、溶滴が短絡を伴って移行する状態となる。しかも、短絡が生じるタイミングがランダムであるために、溶滴のサイズも大小様々な大きさになり、不規則な溶滴移行状態になるために大粒のスパッタが多く発生することになる。したがって、２００Ａ以上の電流域において、高速溶接を行う場合には、アルゴンガスを主成分とするシールドガスを用いるパルスアーク溶接を行うことによって、スパッタの発生を少なくすることができる。
【００１５】
上記のことから、炭酸ガスを主成分とするシールドガスを用いて溶接を行い、スパッタの発生を少なくしたい溶接条件とは、特に、２００Ａ以上の電流域において高速溶接を行う場合であることになる。そこで、本発明の目的は、２００Ａ以上の電流域での高速溶接において、炭酸ガスパルスアーク溶接の溶滴移行状態を改善することによって、炭酸ガスアーク溶接時よりもスパッタ発生量を少なくすることである。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
上述した課題を解決するために、請求項１の発明は、炭酸ガスを主成分とするシールドガスを使用し、溶接ワイヤを送給すると共に、ピーク電流を通電するピーク期間とベース電流を通電するベース期間とを１パルス周期として繰り返して溶接を行う炭酸ガスパルスアーク溶接方法において、
前記ピーク期間中は前記ピーク電流を振動させることによって溶接ワイヤの先端に溶滴を形成し、
前記ベース期間中はこの形成された溶滴を短絡移行によって溶融池へと移行させる、
ことを特徴とする炭酸ガスパルスアーク溶接方法である。
【００１７】
請求項２の発明は、前記振動するピーク電流の振幅及び振動周期は、溶滴の過熱を抑制して形成中の溶滴からスパッタが飛散しない値に設定される、
ことを特徴とする請求項１記載の炭酸ガスパルスアーク溶接方法である。
【００１８】
請求項３の発明は、前記振動するピーク電流の波形が、矩形波状である、
ことを特徴とする請求項１又は２記載の炭酸ガスパルスアーク溶接方法である。
【００１９】
請求項４の発明は、前記ベース期間は、短絡移行が行われるまで継続される期間である、
ことを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の炭酸ガスパルスアーク溶接方法である。
【００２０】
請求項５の発明は、前記ベース期間は、短絡が発生するまでの短絡待機期間と、それに続く溶滴が短絡移行する短絡期間と、から形成され、
前記短絡待機期間中は予め定めた第１ベース電流を通電し、前記短絡期間中は前記第１ベース電流の値から時間経過に伴って次第に増加する第２ベース電流を通電する、
ことを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の炭酸ガスパルスアーク溶接方法である。
【００２１】
請求項６の発明は、前記ベース期間は、短絡が発生するまでの短絡待機期間と、それに続く溶滴が短絡移行する短絡期間と、それに続くアークが再発生した後に再び短絡が発生することを防止する予め定めた再短絡防止期間と、から形成され、
前記短絡待機期間中は予め定めた第１ベース電流を通電し、前記短絡期間中は前記第１ベース電流の値から時間経過に伴って次第に増加する第２ベース電流を通電し、前記再短絡防止期間中は前記第１ベース電流の値よりも大きな値の第３ベース電流を通電する、
ことを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の炭酸ガスパルスアーク溶接方法である。
【００２２】
請求項７の発明は、前記ベース期間は、短絡が発生するまでの短絡待機期間と、それに続く溶滴が短絡移行する短絡期間と、それに続く予め定めた遅延期間と、から形成され、
前記短絡待機期間中は予め定めた第１ベース電流を通電し、前記短絡期間中は前記第１ベース電流の値から時間経過に伴って次第に増加する第２ベース電流を通電し、前記遅延期間中は前記第１ベース電流の値以下の予め定めた第４ベース電流を通電する、
ことを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の炭酸ガスパルスアーク溶接方法である。
【００２３】
請求項８の発明は、前記ベース期間は、短絡が発生するまでの短絡待機期間と、それに続く溶滴が短絡移行する短絡期間と、それに続くアークが再発生した後に再び短絡が発生することを防止する予め定めた再短絡防止期間と、それに続く予め定めた遅延期間と、から形成され、
前記短絡待機期間中は予め定めた第１ベース電流を通電し、前記短絡期間中は前記第１ベース電流の値から時間経過に伴って次第に増加する第２ベース電流を通電し、前記再短絡防止期間中は前記第１ベース電流の値よりも大きな値の第３ベース電流を通電し、前記遅延期間中は前記第１ベース電流の値以下の予め定めた第４ベース電流を通電する、
ことを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の炭酸ガスパルスアーク溶接方法である。
【００２４】
請求項９の発明は、前記ピーク期間の長さは、アーク長制御によって変化する、
ことを特徴とする請求項１〜８のいずれか１項に記載の炭酸ガスパルスアーク溶接方法である。
【００２５】
請求項１０の発明は、前記アーク長制御は、溶接電圧の平均値が予め定めた溶接電圧設定値と等しくなるように行われる制御である、
ことを特徴とする請求項９記載の炭酸ガスパルスアーク溶接方法である。
【００２６】
請求項１１の発明は、前記溶接電圧の平均値が、前記パルス周期ごとの溶接電圧の平均値である、
ことを特徴とする請求項１０記載の炭酸ガスパルスアーク溶接方法である。
【００２７】
請求項１２の発明は、前記ピーク電流の各振動周期中の最大値が、前記ピーク期間の時間経過に伴って第１最大値から増加して第２最大値に達した後に減少して第３最大値へと変化する、
ことを特徴とする請求項１〜１１のいずれか１項に記載の炭酸ガスパルスアーク溶接方法である。
【発明の効果】
【００２８】
本発明によれば、炭酸ガスを主成分とするシールドガスを用いる炭酸ガスパルスアーク溶接方法において、ピーク期間とベース期間とを設け、ピーク期間中のピーク電流を振動させることによって溶滴を略所望サイズに形成し、この形成された溶滴をベース期間において短絡移行させることができる。このために、１パルス周期１溶滴移行状態を実現することができるので、スパッタの発生の少ない高品質な溶接が可能となる。特に、２００Ａ以上の電流域での高速溶接時において、直流の炭酸ガスアーク溶接方法よりもスパッタの発生を抑制することができ、ビード外観も改善することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】本発明の実施の形態１に係る炭酸ガスパルスアーク溶接方法を示す電流・電圧波形図である。
【図２】図１で示す実施の形態１に係る炭酸ガスパルス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。
【図３】本発明の実施の形態２に係る炭酸ガスパルスアーク溶接方法を示す電流・電圧波形図である。
【図４】図３で示す実施の形態２に係る炭酸ガスパルス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。
【図５】従来のパルスアーク溶接方法の電流・電圧波形図である。
【発明を実施するための形態】
【００３０】
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。
【００３１】
［実施の形態１］
図１は、本発明の実施の形態１に係る炭酸ガスパルスアーク溶接方法を示す電流・電圧波形図である。同図（Ａ）は溶接電流Ｉｗの時間変化を示し、同図（Ｂ）は溶接電圧Ｖｗの時間変化を示す。同図は、炭酸ガスを主成分とするシールドガスを用いる炭酸ガスパルスアーク溶接方法の場合である。以下、同図を参照して説明する。
【００３２】
本発明の実施の形態１に係る炭酸ガスパルスアーク溶接方法では、時刻ｔ１〜ｔ３のパルス周期Ｔpbが２つの期間から形成されている。１つ目は時刻ｔ１〜ｔ２のベース期間Ｔｂであり、２つ目は時刻ｔ２〜ｔ３のピーク期間Ｔｐである。したがって、ベース期間Ｔｂとピーク期間Ｔｐとを１パルス周期Ｔpbとして、繰り返して溶接が行われる。ベース期間Ｔｂにおいて溶滴は短絡移行し、ピーク期間Ｔｐにおいて溶滴が形成される。以下、各期間について詳細に説明する。
【００３３】
（１）ベース期間Ｔｂ（短絡移行期間）
前の期間のピーク期間Ｔｐ中に溶滴が形成された状態にある。そして、同図（Ａ）に示すように、時刻ｔ１から溶滴を成長させない小電流値（５０〜１５０Ａ程度）の予め定めた第１ベース電流Ｉb1を通電する。溶接電圧Ｖｗは、同図（Ｂ）に示すように、ベース電圧値Ｖｂとなる。この状態で、溶接ワイヤは所定の一定速度で溶融池へと送給されており、上記の第１ベース電流Ｉb1が小電流値であるので、送給速度が溶融速度よりも速くなり、ワイヤ先端は次第に溶融池へと近づくことになる。そして、時刻ｔ１１において、ワイヤ先端の溶滴が溶融池と接触して短絡状態になると、同図（Ｂ）に示すように、溶接電圧Ｖｗは数Ｖ程度の短絡電圧値に急降下する。この短絡状態を溶接電圧Ｖｗの変化によって判別すると、同図（Ａ）に示すように、上記の第１ベース電流Ｉb1の値から時間経過に伴って次第に増加する第２ベース電流（短絡電流）Ｉb2を通電して短絡状態が解除されるようにする。時刻ｔ１１〜ｔ１２の短絡期間において、溶滴は短絡移行し、時刻ｔ１２において、アークが再発生する。アークが再発生すると、同図（Ｂ）に示すように、溶接電圧Ｖｗは数十Ｖ程度のアーク電圧値に急上昇する。アークの再発生を溶接電圧Ｖｗの変化によって判別すると、同図（Ａ）に示すように、時刻ｔ１２〜ｔ１３の予め定めた再短絡期間Ｔｈ中は上記の第１ベース電流Ｉb1の値よりも大きな値の第３ベース電流Ｉb3を通電する。この第３ベース電流Ｉb3の通電によって、アーク再発生直後に再び短絡が発生することを防止している。すなわち、アーク再発生時点では、ワイヤ先端と溶融池とは接近した距離にあるために、溶接条件（溶接ワイヤの種類、送給速度、開先形状、溶接速度等）によっては溶融池の少しの振動によって、再短絡が発生しやすい状態にある。再短絡が発生すると、スパッタが発生し、かつ、溶接状態も不安定になる。この再短絡の発生を防止するために、アークが再発生すると大きな値の第３ベース電流Ｉb3を通電することによって、溶融池へのアーク力を強くして溶融池を押し下げて、ワイヤ先端と溶融池との距離を長くすることで再短絡を防止している。第３ベース電流Ｉb3の値としては、アーク再発生時点（時刻ｔ１２）での上記の第２ベース電流Ｉb2の値を保持するようにしても良い。また、溶接条件に応じて再短絡が発生しない第３ベース電流Ｉb3の値を実験によって求めて、その値に設定するようにしても良い。第３ベース電流Ｉb3の設定範囲は、例えば、１５０〜３００Ａ程度である。上記の再短絡防止期間Ｔｈは、０．５〜３ms程度の範囲に設定される。溶接条件に応じてこの再短絡防止期間Ｔｈは、適正化することが望ましい。
【００３４】
そして、同図（Ａ）に示すように、上記の再短絡防止期間Ｔｈが終了する時刻ｔ１３から予め定めた遅延期間Ｔｄが経過した時刻ｔ２においてピーク期間Ｔｐへと遷移する。この時刻ｔ１３〜ｔ２の遅延期間Ｔｄ中は、同図（Ａ）に示すように、上記の第１ベース電流Ｉb1の値以下に予め定めた第４ベース電流Ｉb4が通電し、同図（Ｂ）に示すように、溶接電圧Ｖｗはベース電圧Ｖｂとなる。この遅延期間Ｔｄは、０．５〜３ms程度の範囲で設定される。この遅延期間Ｔｄを設ける理由は、アーク再発生後に小電流値の第４ベース電流Ｉb4を通電することによって、溶融池へのアーク力を弱くして溶融池表面を平坦にするためである。これにより、大電流値のピーク電流Ｉｐが通電を開始したときの溶融池からのスパッタを減少させることができる。
【００３５】
このベース期間Ｔｂ中の溶滴移行について説明すると、以下のようになる。前のピーク期間Ｔｐ中において、溶滴は後述するように略一定サイズに形成される。そして、時刻ｔ１〜ｔ１１の短絡待機期間中は小電流値の第１ベース電流Ｉb1を通電するので、溶滴には持ち上げ力はあまり作用せず重力及び表面張力が作用してその形状が球形状に整形される。また、小電流値の第１ベース電流Ｉb1が通電した状態で、時刻１１において短絡が発生するために、短絡発生時のスパッタの発生は少なくなる。同時に、溶滴は整形された状態で溶融池に接触するので、円滑に溶融池と一体となる。したがって、溶滴は短絡移行状態になるために、短絡期間中の第２ベース電流Ｉb2の値をそれほど大きくするまでもなく、円滑に移行してアークが再発生する。このアーク再発生時に少しのスパッタが発生するが、円滑な短絡移行であるために、その量は多くなく、実用的に問題になるレベルではない。
【００３６】
上記の短絡待機期間は溶滴が溶融池に短絡するまでの期間であるので、一定値ではなく溶接状態によって刻々と変化する値である。同様に、上記の短絡期間は溶滴が溶融池と短絡してから移行を完了してアークが再発生するまでの期間であるので、一定値ではなく溶滴移行状態によって変化する値である。但し、安定した溶接状態にある場合には、この短絡期間のバラツキは小さい。上記の再短絡防止期間Ｔｈ及び上記の遅延期間Ｔｄは、予め定められた一定値である。したがって、これらの期間の合算期間であるベース期間Ｔｂは、一定値ではなく溶接状態によって変化する値である。但し、安定した溶接状態においては、ベース期間Ｔｂは略一定値と見なすことができる。ベース期間Ｔｂ中のベース電流Ｉｂは、上記の第１ベース電流Ｉb1〜第４ベース電流Ｉb4から形成されることになる。上記の再短絡防止期間Ｔｈ及び遅延期間Ｔｄは、溶接条件に応じて設けるか否かを設定することができる。これは、溶接条件によっては、それぞれの期間を設けた方がスパッタの減少等の効果を奏する場合があるためである。逆に、これらの期間を設けてもスパッタの減少等の効果を奏しない溶接条件も存在する。したがって、溶接条件に応じて、以下のような４つのパターンから１つのパターンを選択して、ベース期間Ｔｂを形成するようにすれば良い。
（ａ）短絡待機期間＋短絡期間
（ｂ）短絡待機期間＋短絡期間＋再短絡防止期間Ｔｈ
（ｃ）短絡待機期間＋短絡期間＋遅延期間Ｔｄ
（ｄ）短絡待機期間＋短絡期間＋再短絡防止期間Ｔｈ＋遅延期間Ｔｄ
【００３７】
（２）時刻ｔ２〜ｔ３のピーク期間Ｔｐ（溶滴形成期間）
時刻ｔ２〜ｔ３のピーク期間Ｔｐ中は、同図（Ａ）に示すように、振動するピーク電流Ｉｐを通電し、同図（Ｂ）に示すように、溶接電圧Ｖｗはそれに対応した振動するピーク電圧Ｖｐとなる。ピーク電流Ｉｐの振動波形は、同図（Ａ）に示すように、時刻ｔ２〜ｔ２１に示す高ピーク期間ＨＴｐ中は高ピーク電流ＨＩｐとなり、続く時刻ｔ２１〜ｔ２２の低ピーク期間ＬＴｐ中は低ピーク電流ＬＩｐとなる。高ピーク期間ＨＴｐと低ピーク期間ＬＴｐとの合算期間が振動周期Ｔｓとなる。また、高ピーク電流ＨＩｐと低ピーク電流ＬＩｐとの差（ＨＩｐ−ＬＩｐ）が振幅Ｗｓとなる。さらに、デューティＤｓ＝ＨＴｐ／Ｔｓとなる。したがって、ピーク電流Ｉｐは、振幅Ｗｓ及び振動周期Ｔｓで振動していることになる。溶接ワイヤが直径１．２mmの鉄鋼ワイヤであるときの各値の範囲の例は、以下のとおりである。高ピーク電流ＨＩｐ：３５０〜５００Ａ、振幅Ｗｓ：２００〜４００Ａ、振動周期Ｔｓ：１．５〜３．０ms、デューティＤｓ：０．５〜０．７５である。同図においては、ピーク電流Ｉｐは矩形波状に振動している場合を例示したが、台形波状、三角波状、正弦波状、ノコギリ波状等に振動しても良い。ピーク電流Ｉｐを振動させる理由は、以下のとおりである。すなわち、ピーク電流Ｉｐを振動させずに連続して通電すると、溶滴の形成と共に溶滴の温度が過熱されることになり、溶滴に含まれるガスが膨張して溶滴が破裂する現象が生じるようになる。この破裂現象が生じると、溶滴からスパッタが飛散するようになり、かつ、溶滴の形成も阻害されることになる。ピーク電流Ｉｐを適正な振幅Ｗｓ及び振動周期Ｔｓで振動させると、溶滴の過熱を抑制することができ、所望サイズの溶滴を形成することができる。所望サイズの溶滴とは、溶接ワイヤの直径の１．５〜２．５倍程度のサイズである。したがって、振幅Ｗｓ及び振動周期Ｔｓは、溶滴が過熱されずに、溶滴からスパッタが飛散しない値に設定される。両値は、溶接ワイヤの材質、直径、シールドガスの種類、送給速度等に応じて適正値に設定される。このピーク期間Ｔｐによって、略所望サイズの溶滴が形成されることになる。ピーク期間Ｔｐの長さは、以下のようにして決定される。上記のベース期間Ｔｂを定電圧制御し、このピーク期間Ｔｐを定電流制御する場合には、ピーク期間Ｔｐは予め定めた値として設定される。但し、このピーク期間Ｔｐの値は、溶接ワイヤの材質、直径、シールドガスの種類、送給速度等によって適正値に設定される。他方、ベース期間Ｔｂ及びピーク期間Ｔｐ共に定電流制御されるときは、パルス周期Ｔpb中の溶接電圧の平均値が予め定めた溶接電圧設定値と等しくなるようにフィードバック制御によってピーク期間Ｔｐが決まることになる。前者の場合には、ベース期間Ｔｂが定電圧制御されることによって、アーク長制御が行われることになるために、ピーク期間Ｔｐは所定値に設定される。他方、後者の場合には、パルス周期Ｔpbの溶接電圧平均値が溶接電圧設定値と等しくなるようにすることによって、アーク長制御を行っている。
【００３８】
上述した本発明の実施の形態１に係る炭酸ガスパルスアーク溶接方法の溶滴移行について整理すると、以下のようになる。
（１）ピーク期間Ｔｐ中は、ピーク電流Ｉｐを振動させることによって、溶滴への過熱を抑制して溶滴からのスパッタの発生を防止することができる。このために、所望サイズの溶滴を安定して形成することができる。
（２）ベース期間Ｔｂ中は、小電流値の第１ベース電流Ｉb1を通電することによって、溶接ワイヤ先端の溶滴を溶融池との短絡に導く。そして、溶滴は短絡移行することになる。小電流値の第１ベース電流Ｉb1で短絡が発生するために、短絡発生時のスパッタの発生は少ない。また、略一定サイズの溶滴が短絡移行するので、円滑に移行が行われることになり、アーク再発生時のスパッタの発生も実用上問題になるほどの量ではない。
（３）上記（１）及び（２）の動作によって、パルス周期Ｔpbごとに同期して１つの溶滴が移行することになる。すなわち、１パルス周期１溶滴移行状態が実現していることになり、安定した溶接状態になる。このために、溶接状態が不安定になりやすい２００Ａ以上の電流域での高速溶接時においても、スパッタの発生が少ない高品質な溶接を行うことが可能となる。
【００３９】
図１の波形における各パラメータの数値例を示す。溶接ワイヤ：直径１．２mmの鉄鋼ワイヤ、平均溶接電流値：２２０Ａ、送給速度：７m/min、短絡待機期間の第１ベース電流Ｉb1：１００Ａ、再短絡防止期間Ｔｈ：１ms、第３ベース電流Ｉb3：２００Ａ、遅延期間Ｔｄ：１ms、第４ベース電流Ｉb4：５０Ａ、高ピーク電流値ＨＩｐ：４５０Ａ、振幅Ｗｓ：３５０Ａ、振動周期Ｔｓ：２．０ms、デューティＤｓ：１．５／２．０＝０．７５、ピーク期間Ｔｐ：７．５msとなる。ピーク期間Ｔｐが上述したようにフィードバック制御されるときは、この溶接条件では略７．５msとなることを示している。
【００４０】
図２は、図１で上述した本発明の実施の形態１に係る炭酸ガスパルス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。
【００４１】
電源主回路ＰＭは、３相２００Ｖ等の商用電源（図示は省略）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による出力制御を行い、アーク溶接に適した溶接電流Ｉｗ及び溶接電圧Ｖｗを出力する。この電源主回路ＰＭは、図示は省略するが、例えば、商用電源を整流する１次整流器、整流された直流を平滑するコンデンサ、平滑された直流を高周波交流に変換するインバータ回路、高周波交流をアーク溶接に適した電圧値に降圧する高周波変圧器、降圧された高周波交流を整流する２次整流器、整流された直流を平滑するリアクトル、上記の電流誤差増幅信号Ｅｉを入力としてパルス幅変調制御を行いこの結果に基づいて上記のインバータ回路を駆動する駆動回路から成る。溶接ワイヤ１はワイヤ送給装置（図示は省略）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。
【００４２】
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。短絡判別回路ＳＤは、この溶接電圧検出信号Ｖｄを入力として、その値によって短絡状態を判別してＨｉｇｈレベルになる短絡判別信号Ｓｄを出力する。溶接電圧平均値算出回路ＶＡＶは、上記の溶接電圧検出信号Ｖｄを入力として、ベース期間が開始された時点（図１の時刻ｔ１）からの経過時間をｔとして溶接電圧平均値信号Ｖav＝（１／ｔ）・∫Ｖｄ・ｄｔを刻々と算出して出力する。溶接電圧設定回路ＶＲは、予め定めた溶接電圧設定信号Ｖｒを出力する。比較回路ＣＭは、上記の溶接電圧平均値信号Ｖav及び上記の溶接電圧設定信号Ｖｒを入力として、溶接電圧平均値信号Ｖavの値が溶接電圧設定信号Ｖｒの値以上（Ｖav≧Ｖｒ）になった時点で短時間Ｈｉｇｈレベルになるパルス周期信号Ｓpbを出力する。ここで、図１（Ｂ）に示すように、時刻ｔ１〜ｔ２のベース期間Ｔｂ中のベース電圧Ｖｂは、ベース電流Ｉｂが小電流値であるために比較的小さな値となる。溶接電圧設定信号Ｖｒの値は、このベース電圧Ｖｂよりも大きな値に設定される。この結果、ベース期間Ｔｂ中の溶接電圧平均値信号Ｖavの値は、溶接電圧設定信号Ｖｒの値よりも小さくなる。ベース期間Ｔｂ中に短絡が発生してアークが再発生するとピーク期間Ｔｐに遷移する。ピーク期間Ｔｐ中のピーク電圧Ｖｐは、ピーク電流Ｉｐが平均的に大きな値であるために、溶接電圧設定信号Ｖｒの値よりも大きくなる。この結果、ピーク期間Ｔｐになると、溶接電圧平均値信号Ｖavの値は次第に大きくなる。そして、Ｖav≧Ｖｒに達した時点でピーク期間Ｔｐを終了させるために、パルス周期信号Ｓpbを短時間Ｈｉｇｈレベルに変化させる。したがって、パルス周期信号Ｓpbは、図１において、時刻ｔ１に短時間Ｈｉｇｈレベルになり、次に時刻ｔ３に短時間Ｈｉｇｈレベルになる信号である。すなわち、パルス周期信号Ｓpbが短時間Ｈｉｇｈレベルになるとベース期間Ｔｂを開始し、次に短時間Ｈｉｇｈレベルになるとピーク期間Ｔｐを終了して次のベース期間Ｔｂを開始することになる。これにより、パルス周期Ｔpbごとの溶接電圧平均値信号Ｖavの値は、常に溶接電圧設定値Ｖｒの値と等しくなることになり、適正なアーク長制御が行われる。
【００４３】
再短絡防止期間設定回路ＴＨＲは、予め定めた再短絡防止期間設定信号Ｔhrを出力する。遅延期間設定回路ＴＤＲは、予め定めた遅延期間設定信号Ｔdrを出力する。期間切換制御回路ＳＴは、上記の再短絡防止期間設定信号Ｔhr、上記の遅延期間設定信号Ｔdr、上記のパルス周期信号Ｓpb及び上記の短絡判別信号Ｓｄを入力として、パルス周期信号ＳpbがＨｉｇｈレベルに変化するとその値が１（短絡待機期間）に変化し、この期間中に短絡判別信号ＳｄがＨｉｇｈレベル（短絡状態）になるとその値が２（短絡期間）になり、その後に短絡判別信号ＳｄがＬｏｗレベル（アーク発生状態）になるとその時点から再短絡防止期間設定信号Ｔhrによって定まる期間中はその値が３（再短絡防止期間Ｔｈ）となり、続いて遅延期間設定信号Ｔdrによって定まる期間中はその値が４（遅延期間Ｔｄ）となり、それから遅延期間が経過した時点でその値が５（ピーク期間Ｔｐ）に変化する、期間切換制御信号Ｓｔを出力する。この期間切換制御信号Ｓｔは、図１において、時刻ｔ１〜ｔ２の短絡待機期間中は１となり、時刻ｔ１１〜ｔ１２の短絡期間中は２となり、時刻ｔ１２〜ｔ１３の再短絡防止期間Ｔｈ中は３となり、時刻ｔ１３〜ｔ２の遅延期間Ｔｄ中は４となり、時刻ｔ２〜ｔ３のピーク期間Ｔｐ中は５となる。
【００４４】
ベース電流設定回路ＩＢＲは、上記の期間切換制御信号Ｓｔを入力として、期間切換制御信号Ｓｔ＝１（短絡待機期間）のときは予め定めた第１ベース電流値Ｉb1となり、期間切換制御信号Ｓｔ＝２（短絡期間）のときは上記の第１ベース電流値Ｉb1から時間の経過に伴い次第に増加する第２ベース電流値Ｉb2となり、期間切換制御信号Ｓｔ＝３（再短絡防止期間Ｔｈ）のときは予め定めた第３ベース電流値Ｉb3となり、期間切換制御信号Ｓｔ＝４（遅延期間Ｔｄ）のときは予め定めた第４ベース電流値Ｉb4となるベース電流設定信号Ｉbrを出力する。ここで、上記の第３ベース電流値Ｉb3を、短絡期間が終了した時点（Ｓｔが２から３に変化した時点）での上記の第２ベース電流値Ｉb2に設定するようにしても良い。このようにすれば、再短絡防止期間Ｔｈ中の第３ベース電流値Ｉb3は、アーク再発生時の電流値を保持することになる。高ピーク電流設定回路ＨＩＰＲは、予め定めた高ピーク電流設定信号ＨＩprを出力する。振幅設定回路ＷＳＲは、予め定めた振幅設定信号Ｗｓrを出力する。振動周期設定回路ＴＳＲは、予め定めた振動周期設定信号Ｔsrを出力する。デューティ設定回路ＤＳＲは、予め定めたデューティ設定信号Ｄsrを出力する。ピーク電流設定回路ＩＰＲは、上記の高ピーク電流設定信号ＨＩpr、上記の振幅設定信号Ｗsr、上記の振動周期設定信号Ｔsr、上記のデューティ設定信号Ｄsr及び上記の期間切換制御信号Ｓｔを入力として、期間切換制御信号Ｓｔ＝５（ピーク期間Ｔｐ）に変化した時点から同期して振動を開始する図１に示すような矩形波状のピーク電流設定信号Ｉprを出力する。切換回路ＳＷは、上記の期間切換制御信号Ｓｔ、上記のベース電流設定信号Ｉbr及び上記のピーク電流設定信号Ｉprを入力として、期間切換制御信号Ｓｔが１〜４のときはａ側に切り換わり上記のベース電流設定信号Ｉbrを電流制御設定信号Ｉcrとして出力し、Ｓｔ＝５のときはｂ側に切り換わり上記のピーク電流設定信号Ｉprを電流制御設定信号Ｉcrとして出力する。
【００４５】
電流誤差増幅回路ＥＩは、上記の電流制御設定信号Ｉcr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。これらのブロックによって、図１で上述したような溶接電流Ｉｗが通電する。
【００４６】
上述した実施の形態１によれば、炭酸ガスを主成分とするシールドガスを用いる炭酸ガスパルスアーク溶接方法において、ピーク期間とベース期間とを設け、ピーク期間中のピーク電流を振動させることによって溶滴を略所望サイズに形成し、この形成された溶滴をベース期間において短絡移行させることができる。このために、１パルス周期１溶滴移行状態を実現することができるので、スパッタの発生の少ない高品質な溶接が可能となる。特に、２００Ａ以上の電流域での高速溶接時において、直流の炭酸ガスアーク溶接方法よりもスパッタの発生を抑制することができ、ビード外観も改善することができる。
【００４７】
［実施の形態２］
本発明の実施の形態２は、上述した実施の形態１とは、ピーク電流の各振動周期中の最大値が、ピーク期間の時間経過に伴って第１最大値から増加して第２最大値に達した後に減少して第３最大値へと変化する点が異なっている。すなわち、実施の形態２では、各振動周期中のピーク電流の最大値が凸状に変化する。これに対して、実施の形態１では、各振動周期中のピーク電流の最大値は一定値である。以下、ピーク電流の振動波形が上述した図１と同様に矩形波である場合について、図面を参照して説明する。
【００４８】
図３は、本発明の実施の形態２に係る炭酸ガスパルスアーク溶接方法を示す電流・電圧波形図である。同図（Ａ）は溶接電流Ｉｗの時間変化を示し、同図（Ｂ）は溶接電圧Ｖｗの時間変化を示す。同図は、上述した図１と対応しており、ピーク期間Ｔｐ以外の期間については図１と同様であるので説明は省略する。以下、同図を参照して、ピーク期間Ｔｐの動作について説明する。
【００４９】
本発明の実施の形態２に係る炭酸ガスパルスアーク溶接方法では、実施の形態１と同様に、時刻ｔ１〜ｔ３のパルス周期Ｔpbが２つの期間から形成されている。１つ目は時刻ｔ１〜ｔ２のベース期間Ｔｂであり、２つ目は時刻ｔ２〜ｔ３のピーク期間Ｔｐである。したがって、ベース期間Ｔｂとピーク期間Ｔｐとを１パルス周期Ｔpbとして、繰り返して溶接が行われる。ベース期間Ｔｂにおいて溶滴は短絡移行し、ピーク期間Ｔｐにおいて溶滴が形成される。以下、ベース期間Ｔｂの動作は同一であるので、ピーク期間Ｔｐの動作について詳細に説明する。
【００５０】
（２１）時刻ｔ２〜ｔ３のピーク期間Ｔｐ（溶滴形成期間）
時刻ｔ２〜ｔ３のピーク期間Ｔｐ中は、同図（Ａ）に示すように、振動し、かつ、各振動周期中の最大値が凸状に変化するピーク電流Ｉｐを通電し、同図（Ｂ）に示すように、溶接電圧Ｖｗはそれに対応した振動するピーク電圧Ｖｐとなる。同図（Ａ）に示すように、ピーク電流Ｉｐは、振幅Ｗｓ及び振動周期Ｔｓで矩形波状に振動している。同図では、ピーク期間Ｔｐは約３．７５周期から形成されている。同図では、上述した図１と同様に振動周期Ｔｓは一定値であるが、図１とは異なり振幅Ｗｓは一定値ではなく変化している。同図（Ａ）に示すように、第１回目の振動周期Ｔｓ(1)は、高ピーク電流ＨＩｐ(1)が通電する時刻ｔ２〜ｔ２１の高ピーク期間ＨＴｐ(1)と、低ピーク電流ＬＩｐ(1)が通電する時刻ｔ２１〜ｔ２２の低ピーク期間ＬＴｐ(1)とから形成される。この第１回目の振動周期Ｔｓ(1)中の最大値は、高ピーク電流ＨＩｐ(1)となる。第２回目の振動周期Ｔｓ(2)は、高ピーク電流ＨＩｐ(2)が通電する時刻ｔ２２〜ｔ２３の高ピーク期間ＨＴｐ(2)と、低ピーク電流ＬＩｐ(2)が通電する時刻ｔ２３〜ｔ２４の低ピーク期間ＬＴｐ(2)とから形成される。この第２回目の振動周期Ｔｓ(2)中の最大値は、高ピーク電流ＨＩｐ(2)となる。第３回目の振動周期Ｔｓ(3)は、高ピーク電流ＨＩｐ(3)が通電する時刻ｔ２４〜ｔ２５の高ピーク期間ＨＴｐ(3)と、低ピーク電流ＬＩｐ(3)が通電する時刻ｔ２５〜ｔ２６の低ピーク期間ＬＴｐ(3)とから形成される。この第３回目の振動周期Ｔｓ(3)中の最大値は、高ピーク電流ＨＩｐ(3)となる。第４回目の振動周期Ｔｓ(4)は周期の半ばで終了しており、高ピーク電流ＨＩｐ(4)が通電する時刻ｔ２６〜ｔ３の高ピーク期間ＨＴｐ(4)から形成される。この第４回目の振動周期Ｔｓ(4)中の最大値は、高ピーク電流ＨＩｐ(4)となる。
【００５１】
実施の形態２では、同図（Ａ）に示すように、各振動周期中の最大値（高ピーク電流値）は以下のような大小によって設定される。
ＨＩｐ(1)＜ＨＩｐ(2)かつＨＩｐ(2)＝ＨＩｐ(3)かつＨＩｐ(3)＞ＨＩｐ(4)
ここで、ＨＩｐ(1)を第１最大値とし、ＨＩｐ(2)＝ＨＩｐ(3)を第２最大値とし、ＨＩｐ(４)を第３最大値とすると、ピーク電流Ｉｐの各振動周期中の最大値は、ピーク期間Ｔｐの時間経過に伴って第１最大値から増加して第２最大値に達した後に減少して第３最大値へと変化する。これら第１最大値〜第３最大値は、以下のようにして設定される。まず、実施の形態１と同様に、各振動周期中の最大値を同一値に設定して溶滴の形成が円滑に行なわれる値を実験によって求める。この求められた値を基準値として、第１最大値は基準値から所定値だけ小さな値に設定する。第２最大値は、この基準値から所定値だけ大きな値に設定する。そして、第３最大値は、この基準値から所定値だけ小さな値に設定する。所定値は、実験によって適正値に設定する。第１最大値〜第３最大値の数値例を挙げると、ＨＩｐ(1)＝４００Ａ、ＨＩｐ(2)＝ＨＩｐ(3)＝５００Ａ、ＨＩｐ(4)＝４００Ａである。低ピーク電流値は変化しないので、以下のようになる。
ＬＩｐ(1)＝ＬＩｐ(2)＝ＬＩｐ(3)＝ＬＩｐ(4)
したがって、振幅Ｗｓは、以下のように変化することになる。
Ｗｓ(1)＜Ｗｓ(2)かつＷｓ(2)＝Ｗｓ(3)かつＷｓ(3)＞Ｗｓ(4)
【００５２】
上述したように、ピーク期間Ｔｐ中は定電流制御され、ベース期間Ｔｂ中は定電圧制御される場合には、溶接ワイヤの材質、直径及びシールドガスの種類が決まればピーク期間Ｔｐは送給速度に応じて所定値に設定される。他方、ピーク期間Ｔｐ及びベース期間Ｔｂが共に定電流制御されておりピーク期間Ｔｐの長さがフィードバック制御される場合でも、溶接ワイヤの材質、直径及びシールドガスの種類が決まれば定常溶接状態でのピーク期間Ｔｐは送給速度に応じたほぼ所定値になる。したがって、上記のどちらの場合でも、ピーク期間Ｔｐは３〜６振動周期の範囲内で、送給速度に応じてその値が決まると考えて良い。
【００５３】
以下に、ピーク期間Ｔｐの長さによる高ピーク電流値ＨＩｐの設定方法を説明する。
ケース（ａ）：Ｔｐ＝３振動周期
ＨＩｐ(1)＜ＨＩｐ(2)かつＨＩｐ(2)＞ＨＩｐ(3)
この場合、第１最大値＝ＨＩｐ(1)、第２最大値＝ＨＩｐ(2)、第３最大値＝ＨＩｐ(3)となる。
ケース（ｂ）：３振動周期＜Ｔｐ≦４振動周期（図３の場合）
ＨＩｐ(1)＜ＨＩｐ(2)かつＨＩｐ(2)＝ＨＩｐ(3)かつＨＩｐ(3)＞ＨＩｐ(4)
この場合、第１最大値＝ＨＩｐ(1)、第２最大値＝ＨＩｐ(2)＝ＨＩｐ(3)、第３最大値＝ＨＩｐ(4)となる。
ケース（ｃ）：４振動周期＜Ｔｐ≦５振動周期
ＨＩｐ(1)＜ＨＩｐ(2)かつＨＩｐ(2)＜ＨＩｐ(3)かつＨＩｐ(3)＞ＨＩｐ(4)かつＨＩｐ(4)＞ＨＩｐ(5)
この場合、第１最大値＝ＨＩｐ(1)、第２最大値＝ＨＩｐ(3)、第３最大値＝ＨＩｐ(5)となる。
ケース（ｄ）：５振動周期＜Ｔｐ≦６振動周期
ＨＩｐ(1)＜ＨＩｐ(2)かつＨＩｐ(2)＜ＨＩｐ(3)かつＨＩｐ(3)＝ＨＩｐ(4)かつＨＩｐ(4)＞ＨＩｐ(5)かつＨＩｐ(5)＞ＨＩｐ(6)
この場合、第１最大値＝ＨＩｐ(1)、第２最大値＝ＨＩｐ(3)＝ＨＩｐ(4)、第３最大値＝ＨＩｐ(6)となる。
【００５４】
ここで、高ピーク電流ＨＩｐの設定方法をまとめると、以下のようになる。
１）溶接ワイヤの材質、直径及びシールドガスの種類が決まり、送給速度が設定されると、実験によって予め求めた関係式から定常溶接状態でのピーク期間Ｔｐの長さを算出する。この算出されたピーク期間Ｔｐは、高ピーク電流ＨＩｐの設定のみに使用され、実際にピーク期間Ｔｐの長さを制御するためには使用されない。
２）算出されたピーク期間Ｔｐの長さに応じて、上記（ａ）〜（ｄ）のいずれかが選択されて、各周期における高ピーク電流値が予め定めた値に設定される。
【００５５】
上述したように、各振動周期中のピーク電流の最大値を凸状に変化させる理由は、以下のとおりである。すなわち、ピーク期間Ｔｐの序盤では溶滴はまだ小さいので、振動周期中のピーク電流の最大値を小さくすると溶滴に作用する持ち上げ力が弱くなり、溶滴の形成がより円滑になる。そして、ピーク期間Ｔｐの中盤では、振動周期中のピーク電流の最大値を大きくして溶滴の成長を促進する。この中盤では、溶滴は大きくなっているので、持ち上げ力の影響は小さくなる。さらに、ピーク期間Ｔｐの終盤では、振動周期中のピーク電流の最大値を小さくすることで、溶滴の離脱を促進すると共に、溶融池へのアーク力を弱くして溶融池の窪みを小さくして、次のベース期間Ｔｂにおける短絡の発生をより早く生じるようにしている。このようにピーク電流Ｉｐを振動させると共に、各振動周期中の最大値を凸状に変化させることによって、溶滴の形成をより一層円滑にしている。さらに、ベース期間Ｔｂの早期に短絡を発生させることができるので、ベース期間Ｔｂを短くすることができる。これにより、ピーク期間Ｔｐも短くすることができるので、パルス周期を短くすることができる。溶滴は１パルス周期で１溶滴移行するので、パルス周期が短くなることは溶滴サイズが小さくなることを意味している。この結果、高速溶接性をより向上させることができる。
【００５６】
図４は、図３で上述した本発明の実施の形態２に係る炭酸ガスパルス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、図２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。同図は、図２の高ピーク電流設定回路ＨＩＰＲを破線で示す第２高ピーク電流設定回路ＨＩＰＲ２に置換し、図２の振幅設定回路ＷＳＲを破線で示す第２振幅設定回路ＷＳＲ２に置換し、図２のピーク電流設定回路ＩＰＲを破線で示す第２ピーク電流設定回路ＩＰＲ２に置換したものである。以下、同図を参照して、これらのブロックについて説明する。
【００５７】
第２高ピーク電流設定回路ＨＩＰＲ２は、溶接ワイヤの材質、直径、シールドガスの種類及び送給速度に対応して、上述したケース（ａ）〜（ｄ）の中から１つを選択して、複数の設定値から形成される高ピーク電流設定信号ＨＩprを出力する。例えば、図３の場合には、ケース（ｂ）が選択されるので、予め定めた高ピーク電流設定値ＨＩp(1)〜ＨＩp(4)から形成される高ピーク電流設定信号ＨＩprが出力される。ここで、各設定値の関係は以下のようになる。
ＨＩｐ(1)＜ＨＩｐ(2)かつＨＩｐ(2)＝ＨＩｐ(3)かつＨＩｐ(3)＞ＨＩｐ(4)
【００５８】
第２振幅設定回路ＷＳＲ２は、上記の高ピーク電流設定信号ＨＩprを入力として、この高ピーク電流設定信号ＨＩprを形成する複数の設定値に対応した複数の振幅設定値から形成される振幅設定信号Ｗsrを出力する。例えば、図３の場合には、各振動周期中の低ピーク電流値ＬＩｐが等しくなるように予め定めた振幅設定値Ｗｓ(1)〜Ｗｓ(4)から形成される振幅設定信号Ｗsrが出力される。ここで、各設定値の関係は以下のようになる。
Ｗｓ(1)＜Ｗｓ(2)かつＷｓ(2)＝Ｗｓ(3)かつＷｓ(3)＞Ｗｓ(4)
【００５９】
第２ピーク電流設定回路ＩＰＲ２は、上記の高ピーク電流設定信号ＨＩpr、上記の振幅設定信号Ｗsr、振動周期設定信号Ｔsr、デューティ設定信号Ｄsr及び期間切換制御信号Ｓｔを入力として、期間切換制御信号Ｓｔ＝５（ピーク期間Ｔｐ）に変化した時点から同期して振動を開始する図３に示すような各振動周期中の最大値（高ピーク電流値）が凸状に変化する矩形波状のピーク電流設定信号Ｉprを出力する。
【００６０】
上述した実施の形態２によれば、実施の形態１の効果に加えて、ピーク電流の各振動周期中の最大値がピーク期間の時間経過に伴って第１最大値から増加して第２最大値に達した後に減少して第３最大値へと変化するように設定することによって、溶滴の形成状態をより円滑にすることができる。さらには、ベース期間において短絡を早期に発生させることができるので、ベース期間の長さを短くすることができ、より高速溶接性を向上させることができる。
【００６１】
上述した実施の形態２では、高ピーク電流値と振幅が同時に変化する場合を例示したが、高ピーク電流値だけが変化するようにしても良い。また、実施の形態２では、ピーク電流の振動波形が矩形波である場合を例示したが、台形波状、三角波状、正弦波状、ノコギリ波状等に振動しても良い。
【符号の説明】
【００６２】
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
ＥＩ            電流誤差増幅回路
Ｅｉ            電流誤差増幅信号
ＨＩｐ            高ピーク電流
ＨＩＰＲ          高ピーク電流設定回路
ＨＩpr          高ピーク電流設定信号
ＨＩＰＲ２        第２高ピーク電流設定回路
ＨＴｐ            高ピーク期間
Ｉav            溶接電流平均値
Ｉｂ            ベース電流
Ｉb1            第１ベース電流
Ｉb2            第２ベース電流
Ｉb3            第３ベース電流
Ｉb4            第４ベース電流
ＩＢＲ            ベース電流設定回路
Ｉbr            ベース電流設定信号
Ｉcr            電流制御設定信号
ＩＤ            電流検出回路
Ｉｄ            溶接電流検出信号
Ｉｐ            ピーク電流
ＩＰＲ            ピーク電流設定回路
Ｉpr            ピーク電流設定信号
ＩＰＲ２          第２ピーク電流設定回路
Ｉｗ            溶接電流
ＬＩｐ            低ピーク電流
ＬＴｐ            低ピーク期間
ＰＭ            電源主回路
Ｓｄ            短絡判別回路
Ｓｄ            短絡判別信号
Ｓpb            パルス周期信号
ＳＴ            期間切換制御回路
Ｓｔ            期間切換制御信号
ＳＷ            切換回路
Ｔｂ            ベース期間
Ｔｄ            遅延期間
ＴＤＲ            遅延期間設定回路
Ｔdr            遅延期間設定信号
Ｔｈ            再短絡防止期間
ＴＨＲ            再短絡防止期間設定回路
Ｔhr            再短絡防止期間設定信号
Ｔｐ            ピーク期間
Ｔpb            パルス周期
Ｔｓ            振動周期
ＴＳＲ            振動周期設定回路
Ｔsr            振動周期設定信号
ＶＡｖ            溶接電圧平均値算出回路
Ｖav            溶接電圧平均値（信号）
Ｖｂ            ベース電圧
ＶＤ            電圧検出回路
ｖｄ            溶接電圧検出信号
Ｖｐ            ピーク電圧
ＶＲ            溶接電圧設定回路
Ｖｒ            溶接電圧設定（値／信号）
Ｖｗ            溶接電圧
Ｗｓ            振幅
ＷＳＲ            振幅設定回路
Ｗsr            振幅設定信号
ＷＳＲ２          第２振幅設定回路
【図１】
2011088209.tif 000003
【図２】
2011088209.tif 000004
【図３】
2011088209.tif 000005
【図４】
2011088209.tif 000006
【図５】
2011088209.tif 000007