(57)【要約】【課題】  チタン等の特殊な部材で溶接を行うとき、プリフロー時間を１０秒〜２０秒も必要とし、プリフローが終了し溶接が何時開始されるのか判断するのが難しい。【解決手段】  溶接電源装置に溶接開始信号が入力されるとシールドガスの噴出を開始し、予め定めたプリフロー時間が経過すると溶接ワイヤの被加工物への前進送給を開始すると共に前記溶接電源装置の出力を開始し、この前進送給によって溶接ワイヤが被加工物に接触してアークが発生すると、前記溶接ワイヤの送給速度を定常の送給速度に移行させる消耗電極アーク溶接のアークスタート制御方法において、前記プリフロー時間が経過すると前記溶接ワイヤを後退送給し、前記後退送給が終了すると前記溶接ワイヤを被加工物へ前進送給させることを、特徴とする消耗電極アーク溶接のアークスタート制御方法である。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
溶接電源装置に溶接開始信号が入力されるとシールドガスの噴出を開始し、予め定めたプリフロー時間が経過すると溶接ワイヤの被加工物への前進送給を開始すると共に前記溶接電源装置の出力を開始し、この前進送給によって前記溶接ワイヤが被加工物に接触してアークが発生すると、前記溶接ワイヤの送給速度を定常の送給速度に移行させる消耗電極アーク溶接のアークスタート制御方法において、
前記プリフロー時間が経過すると前記溶接ワイヤを後退送給し、前記後退送給が終了すると前記前進送給を開始する、ことを特徴とする消耗電極アーク溶接のアークスタート制御方法。
【請求項２】
前記後退送給を、予め定めた時間だけ行う、ことを特徴とする請求項１記載の消耗電極アーク溶接のアークスタート制御方法。
【請求項３】
前記後退送給を、予め定めた距離だけ行う、ことを特徴とする請求項１記載の消耗電極アーク溶接のアークスタート制御方法。
【請求項４】
前記後退送給を、前記プリフロー時間が予め定めたプリフロー基準時間以上のときに行う、ことを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の消耗電極アーク溶接のアークスタート制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、消耗電極アーク溶接のアークスタート制御方法の技術に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
図４は、従来技術の溶接電源装置の電気接続図である。同図において、電源主回路ＩＮＶは、商用交流電源を入力し、後述する主制御信号Ｓｃに応じて図示省略のインバータ回路の出力制御を行い、溶接に適した溶接電圧Ｖｗ及び溶接電流Ｉｗを出力する。溶接ワイヤ１は、ワイヤ送給モータＷＭに直結された送給ロール５の回転によってトーチ４を通って送給され、被加工物２との間にアーク３が発生する。
【０００３】
出力電圧検出回路ＶＤは、溶接電圧Ｖｗを検出して出力電圧検出信号Ｖｄを出力する。出力電流検出回路ＩＤは、溶接電流Ｉｗを検出して出力電流検出信号Ｉｄを出力する。短絡判別回路ＳＡは、溶接ワイヤ１と被加工物２とが短絡状態に有るか否かを出力電流検出信号Ｉｄの値によって判別し、短絡状態のとき短絡判別信号Ｓａを出力する。
【０００４】
ガス制御回路ＧＣは、溶接開始信号Ｓｔが入力されると、ガス制御信号Ｇｃを出力する。このガス制御信号Ｇｃが出力されるとガス電磁弁ＧＢが開状態になり、シールドガスが噴出される。プリフロー時間タイマ回路ＴＰは、溶接開始信号Ｓｔが入力されると、予め定めた時間のプリフロー時間タイマＴｐを出力する。
【０００５】
初期電流設定回路ＩＳは、予め定めた初期電流設定信号Ｉｓを出力する。電流設定回路ＩＩは、予め定めた電流設定信号Ｉｉを出力する。電圧設定回路ＶＳは、予め定めた電圧設定信号Ｖｓを出力する。
【０００６】
主制御回路ＳＣは、溶接開始信号Ｓｔが入力されると動作を開始し、プリフロー時間が終了すると初期送給速度設定信号Ｆｓを出力し、アークが発生すると定常送給速度設定信号Ｆｉを出力すると共に電圧設定信号Ｖｓと出力電圧検出信号Ｖｄとを比較演算して主制御信号Ｓｃを出力する。
【０００７】
送給制御回路ＦＣは、初期送給速度設定信号Ｆｓ及び定常送給速度設定信号Ｆｉに基づいて送給制御信号Ｆｃを出力する。
【０００８】
図５は、従来技術のタイミング図である。図５において、同図（Ａ）は溶接開始信号Ｓｔを示し、同図（Ｂ）は、ガス制御信号Ｇｃを示し、同図（Ｃ）はプリフロー時間タイマ信号Ｔｐを示し、同図（Ｄ）は初期送給速度設定信号Ｆｓを示し、同図（Ｅ）は定常送給速度設定信号Ｆｉを示し、同図（Ｆ）は送給制御信号Ｆｃを示し、同図（Ｇ）は出力電圧検出信号Ｖｄを示し、同図（Ｈ）は出力電流検出信号Ｉｄを示し、同図（Ｉ）はワイヤ先端・被加工物間距離Ｌｗを示す。
【０００９】
次に、図４及び図５を参照して動作について説明する。
図５（Ａ）に示す時刻ｔ＝ｔ１において、溶接開始信号Ｓｔが外部から入力されると、同図（Ｂ）に示すガス制御信号Ｇｃが出力されてガス電磁弁ＧＢが開状態となりシールドガスの噴出が開始される。そして、時刻ｔ＝ｔ１〜ｔ２のプリフロー時間中（例えば、０．５秒）は、送給制御信号Ｆｃの出力が停止状態になり図５（Ｉ）に示す、ワイヤ先端・被加工物間距離Ｌｗは現状の距離を維持する。
【００１０】
時刻ｔ＝ｔ２において、プリフロー時間が経過すると、図５（Ｆ）に示す送給制御信号Ｆｃの値は初期送給速度設定信号Ｆｓの値になり、溶接ワイヤ１の前進送給が開始される。この初期送給速度設定信号Ｆｓの値は、通常１〜２ｍ／ｍｉｎ程度の遅い速度に設定される。同時に、電源主回路ＩＮＶの出力が開始されると共に出力電圧検出回路ＶＤに溶接電圧が検出され同図（Ｇ）に示す出力電圧検出信号Ｖｄとして出力する。このとき無負荷状態であるので、出力電圧検出回路ＶＤは無負荷電圧を検出する。
【００１１】
時刻ｔ＝ｔ２以後は、初期送給速度設定信号Ｆｓの値に応じて、溶接ワイヤ１は前進送給されので、時刻ｔ＝ｔ２〜ｔ３で図５（Ｉ）に示すワイヤ先端・被加工物間距離Ｌｗは徐々に短くなる。
【００１２】
時刻ｔ＝ｔ３において、溶接ワイヤ１が被加工物に接触すると、図示省略の短絡検出信号ＳａがＬｏｗレベルからＨｉｇｈレベルになる。この短絡検出信号ＳａがＨｉｇｈレベルになると予め定めた初期電流が通電する。
【００１３】
時刻ｔ＝ｔ４において、溶接ワイヤ１の先端部が初期電流の通電によって溶融して初期アークが発生する。このとき燃え上がりが生じて図５（Ｉ）に示すワイヤ先端・被加工物間距離Ｌｗは長くなると共に溶接電圧Ｖｗも高くなる。つぎに、アークが発生した時点で短絡検出信号ＳａがＬｏｗレベルになり、この短絡検出信号ＳａのＬｏｗレベルに応じて溶接ワイヤ１は初期送給速度から定常の送給速度に切り換る。
【００１４】
時刻ｔ＝ｔ４において、溶接ワイヤ１は定常の送給速度で送給され、初期アークから安定した定常アークへと移行する。
【００１５】
上述より、プリフロー時間が長い溶接を行うとき、プリフローが何時終了するのか確認しにくい。よって、作業者がアークスタートのタイミングが計れなくなり、アーク発生まで遮光面を顔面に構え続ける必要があり、この姿勢を維持するのは作業者にとって非常に苦痛である。
この対策として、溶接開始信号Ｓｔが入力されるとプリフロー時間を開始し、再度溶接開始信号Ｓｔを入力してプリフロー時間を終了させることで、作業者がアークスタートのタイミングを計っていた。（例えば、特許文献１）
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１６】
【特許文献１】特開平１１−２１６５６７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１７】
通常の溶接では、プリフロー時間が、例えば、０．５秒程度であり作業者が溶接開始直前に遮光面を容易に構えることができる。しかし、被加工物が、例えば、チタンで大気との遮断が重要としプリフロー時間を１０秒〜２０秒も必要とする溶接を行うとき、作業者はプリフロー時間が何時終了し、アークが何時発生するのか判断するのがむずかしい。そこで、作業者がアーク発生直前まで遮光面を顔面に構え続ける必要があり、この姿勢を維持するのは作業者にとって苦痛である。そして、アーク発生直前に遮光面を顔面に構えるタイミングを間違えると、アーク発生時の強烈なアーク光が作業者の目に入ってしまうという不具合が発生する。
【００１８】
上述の課題を解決するために、溶接開始信号を入力してプリフローを開始し、再度溶接開始信号を入力してプリフロー時間を終了させ、作業者がアークスタートのタイミングを計ることが特許文献１に記載されている。
しかし、この方法では、プリフロー時間の精度を必要とする溶接では、プリフロー時間にバラツキが生じるために溶接品質が悪くなる。
【００１９】
そこで、本発明では、プリフロー時間が長くても、作業者がアーク発生直前を認識することができ、この認識によってアーク発生直前に遮光面を顔面に構える溶接姿勢が取れる消耗電極アーク溶接を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００２０】
上述した課題を解決するために、第１の発明は、溶接電源装置に溶接開始信号が入力されるとシールドガスの噴出を開始し、予め定めたプリフロー時間が経過すると溶接ワイヤの被加工物への前進送給を開始すると共に前記溶接電源装置の出力を開始し、この前進送給によって前記溶接ワイヤが被加工物に接触してアークが発生すると、前記溶接ワイヤの送給速度を定常の送給速度に移行させる消耗電極アーク溶接のアークスタート制御方法において、前記プリフロー時間が経過すると前記溶接ワイヤを後退送給し、前記後退送給が終了すると前記溶接ワイヤを被加工物へ前進送給させる、ことを特徴とする消耗電極アーク溶接のアークスタート制御方法である。
【００２１】
第２の発明は、前記溶接ワイヤの後退送給を、予め定めた時間後退させる、ことを特徴とする請求項１記載の消耗電極アーク溶接のアークスタート制御方法である。
【００２２】
第３の発明は、前記溶接ワイヤの後退送給を、予め定めた距離後退させる、ことを特徴とする請求項１記載の消耗電極アーク溶接のアークスタート制御方法である。
【００２３】
第４の発明は、前記溶接ワイヤの後退送給を、前記プリフロー時間が予め定めたプリフロー基準時間以上のときに行う、ことを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の消耗電極アーク溶接のアークスタート制御方法である。
【発明の効果】
【００２４】
本発明の請求項１〜３によれば、溶接品質を維持するために大気との遮断が重要でプリフロー時間を１０秒〜２０秒も必要とする溶接において、プリフローの終了とアーク発生直前の状態を溶接ワイヤの後退送給によって目視で容易に認識できる。さらに、この認識によってアーク発生直前に遮光面を顔面に構える溶接姿勢が取れるので、アーク発生時の強烈なアーク光から作業者の目を保護できる。
【００２５】
本発明の請求項４によれば、プリフロー時間が短いタック溶接を行うとき、溶接ワイヤの後退送給を行わないので、この後退送給によって作業性が落ちることはない。さらに、プリフロー時間を１０秒〜２０秒も必要とするチタンの溶接では、溶接ワイヤの後退送給によってアーク発生直前を認識できるのでアーク発生時の強烈なアーク光から作業者の目を保護できる。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】本発明の実施の形態１の溶接電源装置の電気接続図である。
【図２】実施の形態１に係るタイミング図である。
【図３】実施の形態２の溶接電源装置の電気接続図である。
【図４】従来技術の溶接電源装置の電気接続図である。
【図５】従来技術のタイミング図である。
【発明を実施するための形態】
【００２７】
図１は、本発明の実施の形態１の溶接電源装置の電気接続図である。同図において、図４に示す従来技術の電源装置装置の電気接続図と同一符号は、同一動作を行なうので説明は省略して相違する動作について説明する。
【００２８】
図１に示す後退時間タイマ回路ＴＲは、プリフロー時間タイマ信号Ｔｐが終了すると予め定めた時間の後退時間タイマ信号Ｔｒを出力する。
【００２９】
主制御回路ＳＣは、溶接開始信号Ｓｔが入力されると動作を開始し、プリフロー時間が終了すると後退時間タイマ信号Ｔｒの間、予め定めた値の後退速度設定信号Ｆｒを出力し、後退時間タイマ信号Ｔｒの出力が終了すると初期送給速度設定信号Ｆｓを出力し、続いて、アークが発生すると初期送給速度設定信号Ｆｓから定常送給速度設定信号Ｆｉに切り換えて出力すると、共に電圧設定信号Ｖｓと出力電圧検出信号Ｖｄとを比較演算して主制御信号Ｓｃを出力する。
【００３０】
送給制御回路ＦＣＳは、後退速度設定信号Ｆｒ、初期送給速度設定信号Ｆｓ及び定常送給速度設定信号Ｆｉに基づいて送給制御信号Ｆｃｓを生成して出力する。
【００３１】
図２は、実施の形態１に係るタイミング図である。図２において、同図（Ａ）は溶接開始信号Ｓｔを示し、同図（Ｂ）は、ガス制御信号Ｇｃを示し、同図（Ｃ）はプリフロー時間タイマ信号Ｔｐを示し、同図（Ｄ）は後退時間タイマ信号Ｔｒを示し、同図（Ｅ）は後退速度設定信号Ｆｒを示し、同図（Ｆ）は初期送給速度設定信号Ｆｓを示し、同図（Ｇ）は定常送給速度設定信号Ｆｉを示し、同図（Ｈ）は送給制御信号Ｆｃｓを示し、同図（Ｉ）は出力電圧検出信号Ｖｄを示し、同図（Ｊ）は出力電流検出信号Ｉｄを示し、同図（Ｋ）はワイヤ先端・被加工物間距離Ｌｗを示す。
【００３２】
次に、図１及び図２を参照して本発明の実施の形態１に係る動作について説明する。        図２（Ａ）に示す時刻ｔ＝ｔ１において、溶接開始信号Ｓｔが外部から入力されると、同図（Ｂ）に示すガス制御信号Ｇｃが出力されガス電磁弁ＧＢが開状態となりシールドガスの噴出が開始される。そして、時刻ｔ＝ｔ１〜ｔ２のプリフロー時間中（例えば、２０秒）は、送給制御信号Ｆｃの出力が停止状態になり、同図（Ｋ）に示すように、ワイヤ先端・被加工物間距離Ｌｗは所定の距離を維持する。
【００３３】
時刻ｔ＝ｔ２において、プリフロー時間が経過すると、図２（Ｈ）に示す送給制御信号Ｆｃｓは、後退送給速度設定信号Ｆｒの値になり、ワイヤ送給モータＶＭにより溶接ワイヤ１の後退送給が開始され後退時間タイマ信号Ｔｒの間、溶接ワイヤ１は後退送給速度設定信号Ｆｒの値の応じて後退する。時刻ｔ＝ｔ２〜ｔ３は、後退送給速度設定信号Ｆｓの値に応じて、溶接ワイヤ１は後退送給されるので、図２（Ｋ）に示すワイヤ先端・被加工物間距離Ｌｗは徐々に長くなる。このとき作業者は溶接ワイヤ１が後退することでプリフロー時間が終了したことを目視で確認できる。
【００３４】
時刻ｔ＝ｔ３おいて、後退時間タイマ信号Ｔｒが終了すると図２（Ｈ）に示す送給制御信号Ｆｃｓは、後退送給速度設定信号Ｆｓの値から初期送給速度設定信号Ｆｓの値になり、溶接ワイヤ１は後退送給から前進送給に切り換る。同時に、電源主回路ＩＮＶの出力が開始されると共に出力電圧検出回路ＶＤに溶接電圧が検出され同図（Ｇ）に示す出力電圧検出信号Ｖｄとして出力する。このとき無負荷状態であるので、出力電圧検出回路ＶＤは無負荷電圧を検出する。
【００３５】
時刻ｔ＝ｔ３以後は、初期送給速度設定信号Ｆｓの値に応じて、溶接ワイヤ１は前進送給されるので、図２（Ｋ）に示すワイヤ先端・被加工物間距離Ｌｗは徐々に短くなる。
【００３６】
時刻ｔ＝ｔ４において、溶接ワイヤ１が被加工物（チタン）に接触すると、図示省略の短絡検出信号ＳａがＬｏｗレベルからＨｉｇｈレベルになる。この短絡検出信号ＳａがＨｉｇｈレベルになると、電源主回路ＩＮＶから初期電流を通電する。
【００３７】
時刻ｔ＝ｔ５において、溶接ワイヤ１の先端部が初期電流の通電によって溶融して初期アークが発生する。このとき燃え上がりが生じて、図２（Ｋ）に示すワイヤ先端・被加工物間距離Ｌｗは長くなると共に溶接電圧Ｖｗも高くなる。そして、アークが発生した時点で短絡検出信号ＳａがＬｏｗレベルになり、この短絡検出信号ＳａがＬｏｗレベルに応じて図２（Ｈ）に示す送給制御信号Ｆｃｓは、初期送給速度設定信号Ｆｓの値から定常送給速度信号Ｆｉの値に切り換る。
【００３８】
時刻ｔ＝ｔ５において、溶接ワイヤ１は定常送給速度信号Ｆｉの値に応じた速度で送給され、初期アークから定常アークへと移行する。
【００３９】
上述において、溶接ワイヤ１の後退送給を予め定めた時間後退させているが、溶接ワイヤ１の後退送給を予め定めた距離後退させてもよい。
【００４０】
本発明の実施の形態２について、図３に示す溶接電源装置の電気接続図を用いて説明し、実施の形態１と同一動作は説明を省略し相違する動作について説明する。
【００４１】
プリフロー時間タイマ回路ＴＰは、溶接開始信号Ｓｔが入力されると、予め定めた時間のプリフロー時間タイマ信号Ｔｐを出力する。主制御回路ＳＣは、溶接開始信号Ｓｔが入力されると動作を開始し、プリフロー時間タイマ信号Ｔｐの時間と図示省略の予め定めたプリフロー基準時間と比較し、プリフロー時間タイマ信号Ｔｐの時間がプリフロー基準時間未満のとき後退停止信号Ｒｓを出力して後退時間タイマ回路ＴＲの駆動を停止させる。
【００４２】
つぎに、主制御回路ＳＣは、プリフロー時間が終了すると初期送給速度設定信号Ｆｓを出力し、続いて、アークが発生すると初期送給速度設定信号Ｆｓから定常送給速度設定信号Ｆｉに切り換えて出力する。
【００４３】
送給制御回路ＦＣＳは、プリフロー時間タイマ信号Ｔｐがプリフロー基準時間以下のとき、初期送給速度設定信号Ｆｓ及び定常送給速度設定信号Ｆｉに基づいて送給制御信号Ｆｃｓを出力する。
以後の動作は、図５に示すタイミング図と同一動作を行うので説明は省略する。
【００４４】
主制御回路ＳＣは、プリフロー時間タイマ信号Ｔｐの時間とプリフロー基準時間と比較し、プリフロー時間タイマ信号Ｔｐの時間がプリフロー基準時間以上のとき後退停止信号Ｓｔの出力を停止して後退時間タイマ回路ＴＲを駆動させる。
【００４５】
後退時間タイマ回路ＴＲは、プリフロー時間タイマ信号Ｔｐが終了すると後退時間タイマ信号Ｔｒを出力する。
【００４６】
主制御回路ＳＣは、溶接開始信号Ｓｔが入力されると動作を開始し、後退時間タイマ信号Ｔｒの間、後退送給速度設定信号Ｆｒを出力し、後退時間タイマ信号Ｔｒが終了すると初期送給速度設定信号Ｆｓを出力し、続いて、アークが発生すると初期送給速度設定信号Ｆｓから定常送給速度設定信号Ｆｉに切り換えて出力すると、共に電圧設定信号Ｖｓと出力電圧検出信号Ｖｄとを比較演算して主制御信号Ｓｃを出力する。
【００４７】
送給制御回路ＦＣＳは、後退送給速度設定信号Ｆｒ、初期送給速度設定信号Ｆｓ及び定常送給速度設定信号Ｆｉに基づいて送給制御信号Ｆｃを生成して出力する。
以後の動作は、図２のタイミング図と同一動作であるので説明は省略する。
【００４８】
上述より、被加工物がチタンのように大気との遮断が重要としプリフロー時間を１０秒〜２０秒も必要とする溶接において、アーク発生のタイミングが作業者の目で溶接ワイヤの後退送給によって認識し、このとき遮光面を顔面に構えることで不意をつかれて発生する強烈なアーク光から作業者の目を保護できる。
【００４９】
更に、アーク発生直前まで、被加工物の溶接箇所を目視で確認することが可能となるので精度の良い溶接が可能となる。
【符号の説明】
【００５０】
１                溶接ワイヤ
２                被加工物
３                アーク
４                トーチ
５                送給ロール
Ｆｒ              後退送給速度設定信号
Ｆｉ              定常送給速度設定信号
Ｆｓ              初期送給速度設定信号
ＦＣ              送給制御回路
ＦＣＳ            送給制御回路（後退送給対応送給制御回路）
Ｆｃ              送給制御信号
Ｆｃｓ            送給制御信号
ＧＣ              ガス制御回路
Ｇｃ              ガス制御信号
ＩＤ              出力電流検出回路
Ｉｄ              出力電流検出信号
Ｉｗ              溶接電流
ＩＩ              電流設定回路
Ｉｉ              電流設定信号
ＩＳ              初期電流設定回路
Ｉｓ              初期電流設定信号
ＩＮＶ            電源主回路
ＰＳＣ            溶接電源
Ｒｓ              後退停止信号
ＳＡ              短絡検出回路
Ｓａ              短絡検出信号
ＳＣ              主制御回路
Ｓｃ              主制御信号
Ｓｔ              溶接開始信号
ＴＰ              プリフロー時間タイマ回路
Ｔｐ              プリフロー時間タイマ信号
ＴＲ              後退時間タイマ回路
Ｔｒ              後退時間タイマ信号
ＶＤ              出力電圧検出回路
Ｖｄ              出力電圧検出信号
Ｖｗ              溶接電圧
ＶＳ              電圧設定回路
Ｖｓ              電圧設定信号
ＷＭ              ワイヤ送給モータ
【図１】
2011194462.tif 000003
【図２】
2011194462.tif 000004
【図３】
2011194462.tif 000005
【図４】
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【図５】
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