(57)【要約】【課題】アーク発生開始時の立ち上がりを安定させて、溶接箇所の外観を良好にする。【解決手段】溶接電流オン期間Ｔｏｎと溶接電流オフ期間Ｔｏｆｆとの和を溶接周期Ｔｃとしてアーク溶接を行う。溶接電流オン期間Ｔｏｎの終了直前に、溶接ワイヤ１８を母材１７と短絡させる第１短絡ステップと、第１短絡ステップの後に、溶接ワイヤ１８に対して第１の電流Ｉｃ１を第１の時間Ｔ１で供給することで、溶接ワイヤ１８の先端形状を変化させ、溶接ワイヤ１８の先端と母材１７との距離が第１の距離ＷＤ１になるように調整するワイヤ先端位置制御ステップと、を備えている。ワイヤ先端位置制御ステップの終了後に溶接電流オフ期間Ｔｏｆｆが開始される。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
溶接ワイヤに所定の溶接電流が流れる溶接電流オン期間と、該溶接電流オン期間の後に設けられ、前記溶接ワイヤに前記溶接電流が流れない溶接電流オフ期間との和を溶接周期としてアーク溶接を行うアーク溶接制御方法であって、
前記溶接電流オン期間の終了直前に、前記溶接ワイヤを母材と短絡させる第１短絡ステップと、
前記第１短絡ステップの後に、前記溶接ワイヤに対して第１の電流を第１の時間で供給することで、前記溶接ワイヤの先端形状を変化させ、前記溶接ワイヤの先端と前記母材との距離が第１の距離になるように調整するワイヤ先端位置制御ステップと、を備え、
前記ワイヤ先端位置制御ステップの終了後に前記溶接電流オフ期間が開始されることを特徴とするアーク溶接制御方法。
【請求項２】
請求項１に記載のアーク溶接制御方法において、
前記第１短絡ステップの後に、前記溶接ワイヤと前記母材との短絡を開放させる第１短絡開放ステップをさらに備え、
前記第１短絡開放ステップの終了後に前記ワイヤ先端位置制御ステップを行うことを特徴とするアーク溶接制御方法。
【請求項３】
請求項１または２に記載のアーク溶接制御方法において、
アーク溶接終了時に、前記溶接ワイヤを前記母材と短絡させる第２短絡ステップと、
前記第２短絡ステップの後に、前記溶接ワイヤと前記母材との短絡を開放させる第２短絡開放ステップをさらに備え、
【請求項４】
請求項１または２に記載のアーク溶接制御方法において、
アーク溶接終了時に、前記溶接ワイヤを前記母材と短絡させる第２短絡ステップと、
前記第２短絡ステップの後に、前記溶接ワイヤに対して第２の電流を第２の時間で供給することで、前記溶接ワイヤの先端を玉状に成形するとともに、前記溶接ワイヤの先端と前記母材との距離が第２の距離になるように調整するバーンバック制御ステップと、をさらに備え、
前記第１の距離は前記第２の距離よりも短いことを特徴とするアーク溶接制御方法。
【請求項５】
請求項４に記載のアーク溶接制御方法において、
前記ワイヤ先端位置制御ステップにおいて前記溶接ワイヤに加えられる電力よりも前記バーンバック制御ステップにおいて前記溶接ワイヤに加えられる電力の方が大きいことを特徴とするアーク溶接制御方法。
【請求項６】
請求項５に記載のアーク溶接制御方法において、
前記第１の電流は前記第２の電流と同じ値で、かつ前記第１の時間は前記第２の時間よりも短いか、または前記第２の電流は前記第１の電流よりも大きく、かつ前記第１の時間は前記第２の時間と同じ値か、あるいは前記第２の電流は前記第１の電流よりも大きく、かつ前記第１の時間は前記第２の時間よりも短いことを特徴とするアーク溶接制御方法。
【請求項７】
請求項１ないし６のいずれか１項に記載のアーク溶接制御方法において、
前記溶接電流オン期間では、前記母材に対する入熱が低い第１低入熱溶接と、該第１低入熱溶接よりも前記母材に対する入熱が高い高入熱溶接と、がこの順で行われることを特徴とするアーク溶接制御方法。
【請求項８】
請求項７に記載のアーク溶接制御方法において、
前記第１低入熱溶接は短絡溶接であり、前記高入熱溶接はパルス溶接であることを特徴とするアーク溶接制御方法。
【請求項９】
請求項７に記載のアーク溶接制御方法において、
前記高入熱溶接の後に、前記高入熱溶接より前記母材に対する入熱が低い第２低入熱溶接がさらに行われることを特徴とするアーク溶接制御方法。
【請求項１０】
請求項９に記載のアーク溶接制御方法において、
前記第１及び第２低入熱溶接は短絡溶接であり、前記高入熱溶接はパルス溶接であることを特徴とするアーク溶接制御方法。
【請求項１１】
請求項８または１０に記載のアーク溶接制御方法において、
前記短絡溶接は、前記母材に対して前記溶接ワイヤの正送と逆送とを交互に繰り返すことで、前記母材と前記溶接ワイヤとの間でアークが発生した状態と前記母材と前記溶接ワイヤとが短絡した状態とを交互に繰り返して行い、
前記パルス溶接は、前記母材に対して前記溶接ワイヤを一定のワイヤ送給速度で送るとともに、前記溶接ワイヤにピーク電流とベース電流とを交互に流すことで、前記母材と前記溶接ワイヤとの間でアークを発生させて行うことを特徴とするアーク溶接制御方法。
【請求項１２】
請求項１ないし１１のいずれか１項に記載のアーク溶接制御方法において、
前記母材に連続的に配列された複数の鱗状ビードを形成することを特徴とする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溶接対象物である母材との間にアークを発生させてアーク溶接を行うアーク溶接制御方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
自転車や自動二輪などの溶接において、美しい波目状の溶接ビード（以下、鱗状ビード、とする）を実現するために、非消耗電極式のティグ溶接が広く使われている。近年、生産性向上の観点から、非消耗電極式のティグ溶接を、消耗電極式のミグ溶接やマグ溶接に置き換える要望が多い。非消耗電極式のティグ溶接では、電極が溶けないため、ビードの余盛りを高くする必要がある強度部品の溶接では、電極とは別に溶加材を供給する必要がある。
【０００３】
一方、消耗電極式のミグ溶接やマグ溶接では、電極である溶接ワイヤに電流を流し、溶接ワイヤと母材間に発生するアーク熱を利用して、溶接ワイヤを溶かしながら溶接するため、溶着効率が高く、溶接速度を速くすることが出来る。
【０００４】
消耗電極式のミグ溶接やマグ溶接で鱗状ビードを形成するための溶接方法として、特許文献１では、アークＯＮ期間ではトーチを止めた状態で溶接を行い、その後のアークＯＦＦ期間ではトーチを止めた後に、アークＯＦＦのままトーチを移動して次の溶接点へ移動し母材を凝固させるという一連の動作を繰り返す間欠溶接により、鱗状ビードを形成する方法が記載されている。
【０００５】
また、鱗状ビードの外観意匠性を高めるためには、母材への入熱量を制御する必要がある。そのために、例えば、特許文献２には、短絡移行期間とパルス移行期間を交互に繰り返すように制御するアーク溶接方法が提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開平０６−０５５２６８号公報
【特許文献２】特開昭６２−２７９０８７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかし、特許文献１に開示される溶接方法では、アークＯＮ期間での母材に対する入熱量が大きく、母材の溶け落ち等が発生するおそれがある。また、特許文献２に開示される溶接方法では低入熱の短絡溶接と高入熱のパルス溶接とを交互に繰り返すことで、溶け落ち等の問題は生じにくくなるが、一方で、溶接ワイヤと母材との距離を所定以上にあけてしまうと、短絡移行期間からパルス移行期間への遷移時にアークが安定せず、溶接箇所の外観が悪化してしまう。特に鱗状ビードにおいて外観意匠性が低下するという課題があった。
【０００８】
本発明はかかる点に鑑みなされたもので、その目的は、周期的に入熱量を変えてアーク溶接を行うにあたって、溶接箇所の外観を良好にするアーク溶接制御方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記目的を達成するために、本発明に係るアーク溶接制御方法は、溶接ワイヤに所定の溶接電流が流れる溶接電流オン期間と、該溶接電流オン期間の後に設けられ、前記溶接ワイヤに前記溶接電流が流れない溶接電流オフ期間との和を溶接周期としてアーク溶接を行うアーク溶接制御方法であって、前記溶接電流オン期間の終了直前に、前記溶接ワイヤを母材と短絡させる第１短絡ステップと、前記第１短絡ステップの後に、前記溶接ワイヤに対して第１の電流を第１の時間で供給することで、前記溶接ワイヤの先端形状を変化させ、前記溶接ワイヤの先端と前記母材との距離が第１の距離になるように調整するワイヤ先端位置制御ステップと、を備え、前記ワイヤ先端位置制御ステップの終了後に前記溶接電流オフ期間が開始されることを特徴とする。
【００１０】
この方法によれば、溶接電流オン期間から溶接電流オフ期間への移行時に、溶接ワイヤに対して第１の電流を第１の時間で供給することで、溶接ワイヤの先端と母材との距離を所定の第１の距離に調整することが容易となる。また、溶接ワイヤの先端と母材との距離を第１の距離に調整することで、次の溶接周期でのアーク発生開始時の立ち上がりを安定させることができる。また、溶接箇所での入熱差を大きくして、溶接箇所の外観を良好にすることができる。
【発明の効果】
【００１１】
以上説明したように、本発明によれば、アーク発生開始時の立ち上がりを安定させて、溶接箇所の外観を良好にすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の実施形態１に係るアーク溶接装置の概略構成を示す図である。
【図２】本発明の実施形態１に係るアーク溶接時の各種出力波形を示す図である。
【図３】鱗状ビードの形状を示す模式図である。
【図４】一つの溶接周期における溶接電流オン時間と溶接電流オフ時間との間での各種出力波形を示す図である。
【図５】アーク溶接終了時の各種出力波形を示す図である。
【図６】本発明の実施形態１に係る、連続した溶接周期の間での各種出力波形を示す図である。
【図７】比較のための、連続した溶接周期の間での各種出力波形を示す図である。
【図８】本発明の実施形態２に係るアーク溶接時の各種出力波形を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、本実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。以下の好ましい実施形態の説明は、本質的に例示に過ぎず、本発明、その適用物或いはその用途を制限することを意図するものでは全くない。
【００１４】
（実施形態１）
［アーク溶接装置の構成及び基本動作］
図１は、本実施形態に係る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１６は、消耗電極である溶接ワイヤ１８と溶接対象物である母材１７との間で、アーク状態と短絡状態とを繰り返して溶接を行う。なお、母材１７に対して送給される溶接ワイヤ１８は、図示しないトーチに保持されており、トーチが所定の速度で移動することで、溶接ワイヤ１８の先端も同様に、同じ速度で所定の溶接区間に沿って移動する。
【００１５】
アーク溶接装置１６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、制御切替部９と、出力制御部１０と、ワイヤ送給速度制御部１３を有している。また、アーク溶接装置１６は、トーチ（図示せず）を保持するロボット（図示せず）の動作を制御するロボット制御部（図示せず）を有している。
【００１６】
出力制御部１０は、短絡溶接制御部１１とパルス溶接制御部１２を有している。ワイヤ送給速度制御部１３は、ワイヤ送給速度検出部１４と、演算部１５とを有している。一次側整流部３は、アーク溶接装置１６の外部にある入力電源（三相交流電源）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。
【００１７】
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。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。
【００１８】
制御切替部９は、短絡溶接の制御からパルス溶接の制御、パルス溶接から冷却期間、に切り替えるタイミングを出力制御部１０に出力する切替部である。この制御切替部９は計時機能を有しており、溶接条件設定部２２により設定された所定時間を計時して、制御を切り替えるタイミングを出力制御部１０とワイヤ送給速度制御部１３に出力する。なお、「冷却期間」とは、溶接電流Ｉを０にする期間であり、この期間ではアークからの入熱量は０となる（図２参照）。
【００１９】
出力制御部１０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。短絡溶接制御部１１は、制御切替部９が短絡溶接を指令した場合に短絡溶接の制御を行う。パルス溶接制御部１２は、制御切替部９がパルス溶接を指令した場合に、パルス溶接の制御を行う。
【００２０】
ワイヤ送給速度制御部１３は、ワイヤ送給部２１を制御して母材１７に対して送給される。溶接ワイヤ１８の送給速度を制御する。ワイヤ送給速度検出部１４は、ワイヤ送給速度を検出する。演算部１５は、ワイヤ送給速度検出部１４からの信号に基づいて、溶接ワイヤ１８の送給量の積算量を演算し、ワイヤ送給速度を制御する。具体的には、ワイヤ送給速度の指令値と検出値とを比較して差分を求め、当該差分の積算量に基づいて、実際のワイヤ送給速度を指令値にあわせるようにフィードバック制御を行う。
【００２１】
アーク溶接装置１６には、ワイヤ送給部２１と、溶接条件設定部２２が接続されている。溶接条件設定部２２は、アーク溶接装置１６に溶接条件を設定するために用いられる。また、溶接条件設定部２２は、短絡溶接設定部２３とパルス溶接設定部２４と冷却期間設定部２５を有する。ワイヤ送給部２１は、ワイヤ送給速度制御部１３からの信号に基づいて、溶接ワイヤ１８の送給の制御を行う。
【００２２】
アーク溶接装置１６の溶接出力は、図示しないトーチＳＷ（スイッチ）がＯＮになると溶接チップ２０を介して溶接ワイヤ１８に供給される。そして、アーク溶接装置１６の溶接出力により、溶接ワイヤ１８と溶接対象物である母材１７との間にアーク１９を発生させて溶接を行う。
【００２３】
次に、以上のように構成されたアーク溶接装置１６の動作について、図２を用いて説明する。本実施形態では、アーク溶接時に、第１短絡溶接とパルス溶接と第２短絡溶接とをこの順に行い、その後に溶接電流を０にする冷却期間を設けるようにアーク溶接装置１６を動作させる。なお、溶接ワイヤ１８を保持するトーチ（図示せず）は、溶接が行われる所定の区間を一定の速度で移動するように制御される。つまり、一般のステッチ溶接のように、トーチが停止している時間に溶接を行い、溶接を停止してから次の教示点にトーチを移動させるのではなく、所定の区間で溶接速度が一定に保たれるようにトーチが連続的に移動する。なお、母材１７の溶接箇所全体にわたって、溶接速度が一定でなくてもよい。例えば、母材１７の板厚が変化する部分等では、溶接速度を変化させるようにしてもよい。
【００２４】
図２は、本実施形態に係るアーク溶接時の各種出力波形を示す図であり、第１短絡溶接期間Ｔｓｓとパルス溶接期間Ｔｐと第２短絡溶接期間Ｔｓｅ１と冷却期間Ｔｎとを繰り返すアーク溶接における、送給速度Ｗ、溶接電圧Ｖ、溶接電流Ｉ、溶接ワイヤ１８の先端の溶滴移行状態Ｄの時間変化を示している。
【００２５】
まず、溶接開始を指示した時点Ｗｓｔから送給速度Ｗ１で溶接ワイヤ１８の送給が開始される。そして溶接開始を指示した時点Ｗｓｔから、または、溶接開始を指示し溶接ワイヤ１８と溶接対象物である母材１７との短絡発生を検出した時点Ｅｄから、短絡溶接設定部２３により設定された条件で短絡溶接制御部１１により溶接出力が制御され、溶接ワイヤ１８と母材１７との間で、短絡状態とアーク状態を交互に繰り返す第１短絡溶接を行う。
【００２６】
次に、予め短絡溶接設定部２３により設定された所定の時間Ｔｓｓを経過すると、制御切替部９が第１短絡溶接から、ピーク電流とベース電流とを交互に繰り返すパルス溶接に切り替える。その後、パルス溶接設定部２４により設定された条件でパルス溶接制御部１２により溶接出力が制御され、ピーク電流とベース電流を繰り返しながらパルス溶接開始時点Ｐｓｔ（Ｐｓｔ１、Ｐｓｔ２）よりパルス溶接を行う。
【００２７】
そして、予めパルス溶接設定部２４により設定された所定の時間Ｔｐを経過すると、制御切替部９がパルス溶接から、溶接ワイヤ１８と母材１７との間で、短絡状態とアーク状態を交互に繰り返す第２短絡溶接に切り替える。短絡溶接設定部２３により設定された条件で短絡溶接制御部１１により溶接出力が制御され、第２短絡溶接を行う。
【００２８】
そして、予め短絡溶接設定部２３により設定された所定の時間Ｔｓｅ１を経過すると、制御切替部９が第２短絡溶接から冷却期間に切り替える。但し、図３には示していないが、後述するように、第２短絡溶接から冷却期間への移行時に溶接ワイヤ１８の先端位置を制御するための期間が設けられる（図４参照）。冷却期間設定部２５により設定された所定の時間Ｔｎの間、出力制御部１０からの出力を遮断する。これによりアークによる入熱量を０にすることができる。上述の第１短絡溶接期間Ｔｓｓとパルス溶接期間Ｔｐと第２短絡溶接期間Ｔｓｅ１と、後述する準備期間Ｔａと溶接ワイヤ１８の先端位置制御期間Ｔｂとを溶接ワイヤ１８に溶接電流Ｉが流れる溶接電流オン期間Ｔｏｎとし、冷却期間Ｔｎを溶接ワイヤ１８に溶接電流が流れない溶接電流オフ期間Ｔｏｆｆとして、溶接電流オン期間Ｔｏｎと溶接電流オフ期間Ｔｏｆｆの和を１つの溶接周期Ｔｃとして、これらを順に繰り返すことで鱗状ビードを形成する。
【００２９】
このとき、図２に示すように、第１短絡溶接期間Ｔｓｓの後に、入熱量の高いパルス溶接期間Ｔｐを設け、さらにその後に、溶接ワイヤ１８の正送と逆送を繰り返しながら平均送給速度を減衰させ、溶接電流Ｉと溶接電圧Ｖのそれぞれの平均値を低下させるようにしながらアーク状態と短絡状態を交互に行う第２短絡溶接期間Ｔｓｅ１を設ける。そして、その後に、入熱量が０である冷却期間Ｔｎを設ける。つまり、アーク溶接の溶接周期Ｔｃは以下の式（１）で表わされる。
Ｔｃ＝Ｔｓｓ＋Ｔｐ＋Ｔｓｅ１＋Ｔａ＋Ｔｂ＋Ｔｎ  ・・・（１）
【００３０】
また、溶接電流オン期間Ｔｏｎ、溶接電流オフ期間Ｔｏｆｆは以下の式（２）、（３）でそれぞれ表わされる。
Ｔｏｎ＝Ｔｓｓ＋Ｔｐ＋Ｔｓｅ１＋Ｔａ＋Ｔｂ  ・・・（２）
Ｔｏｆｆ＝Ｔｎ  ・・・（３）
【００３１】
このようにすることで、溶接箇所での冷却効果を高め、入熱量の差を最も大きくすることができ、波目状が明瞭な鱗状ビードを実現できる。なお、冷却期間Ｔｎでは、溶接電流Ｉおよび溶接電圧Ｖの出力を０にすると、入熱量を０にすることができ最も冷却性が良い。溶接電流Ｉのみ０にし、溶接電圧Ｖを印加したままにすると、無負荷電圧Ｖ１を発生した状態を維持することができ、次のアークスタートを円滑に行うことができる。
【００３２】
パルス溶接期間Ｔｐのパルス溶接開始時点Ｐｓｔ１から、次のサイクルのパルス溶接期間Ｔｐのパルス溶接開始時点Ｐｓｔ２までの周期を、パルス溶接期間の周期Ｐｃとし、このパルス溶接期間の周期Ｐｃは、長いほど波目は粗い形状となり、短いほど波目は密な形状となる。なお、この周期Ｐｃの時間長は、上述の溶接周期Ｔｃの時間長と一致する。また、後述するように、溶接電流オン期間Ｔｏｎの終了直前に、溶接ワイヤ１８に電流が流れる期間Ｔａ，Ｔｂが設けられる。
【００３３】
また、短絡溶接は、パルス溶接に比べてアーク長が短く、溶接終了時の溶接ワイヤ１８の先端と母材１７までの距離ＷＤ１（第１の距離ＷＤ１）を短くすることができ、冷却期間Ｔｎの変動を小さくすることができる。そのため、溶接ワイヤ１８の送給開始時点Ｗｓｔから電流検出時点Ｅｄまでの時間を小さくすることで冷却期間Ｔｎのばらつきを小さくすることができ、パルス溶接期間の周期Ｐｃを一定にして均一な鱗状ビードを形成できる。なお、第２短絡溶接期間Ｔｓｅ１が大きすぎると、溶接箇所での入熱量が増加してしまい、鱗状ビードの波目が明瞭でなくなる。
【００３４】
また、パルス溶接期間Ｔｐにおいてアーク発生時にアーク直下に溶融池が形成されていないと、パルスのピーク電流Ｉｐ出力時に溶接ワイヤ１８の溶滴が吹き飛ばされスパッタが発生してしまう。そのため、第１短絡溶接期間Ｔｓｓをパルス溶接期間Ｔｐの前に設ける。このことで、パルス溶接期間Ｔｐ切り替え時にアーク直下に溶融地が形成され、パルス電流によるスパッタの発生を抑制できる。
【００３５】
なお、第１短絡溶接期間Ｔｓｓのアークスタート時には、図２に示すように、パルス溶接期間Ｔｐ中の溶接電圧よりも高い無負荷電圧Ｖ１が出力され、一定送給速度Ｗ１で、溶接ワイヤ１８が母材１７と短絡し電流検出するまで送給される。電流検出後の溶接電流Ｉ１は、本溶接の短絡開放時の溶接電流よりも大きい。溶接電流Ｉ１は所定期間出力される。この期間中、溶接ワイヤ１８の送給は予め決められた振幅で逆送される。短絡開放後、溶接ワイヤ１８の送給は、予め決められた振幅及び周波数をもって正送及び逆送を繰り返しながら行われる。図２は送給波形が正弦波の場合を示すが、周期的な波形であれば、例えば台形波（図示しない）など、どのような送給波形でも良い。また周波数（周期）は、一定でもよいし、変動してもよい。また、予め決められた振幅及び周波数などをもたない、一定送給速度で送給を行うと管理が容易であるが、短絡開放時に電磁的ピンチ力によるスパッタが発生しやすい。そのため、予め決められた振幅及び周波数で溶接ワイヤ１８を機械的に正送及び逆送することで、第１短絡溶接期間Ｔｓｓにおける短絡開放時のスパッタ発生を抑制できる。
【００３６】
このときの溶滴移行状態Ｄを図２の最下段に示す。状態（ａ）は第１短絡溶接期間Ｔｓｓ中における短絡アーク溶接のアーク期間の溶滴移行状態を示し、アークを発生させながら溶接ワイヤ１８を正送している。状態（ｂ）は第１短絡溶接期間Ｔｓｓ中における短絡アーク溶接の短絡期間の溶滴移行状態を示し、溶接ワイヤ１８の先端の溶滴を母材１７に移行させたのちにワイヤを逆送させ、機械的に短絡開放を促している。次に、パルス溶接期間Ｔｐにおける溶接ワイヤ１８の送給は、パルス溶接設定部２４により設定された溶接電流に最適な一定送給速度で行われ、ピーク電流とベース電流を繰り返しながら、状態（ｃ）に示すように溶接ワイヤ１８の先端の溶滴を離脱させている。そして、パルス溶接期間Ｔｐが終了した時点では、状態（ｄ）に示すように溶接ワイヤ１８の送給速度は停止されており、この時点での溶接ワイヤ１８の先端から母材１７までの距離はＷＤである。さらに第２短絡溶接期間Ｔｓｅ１において、上述の状態（ａ）、（ｂ）が繰り返され、冷却期間Ｔｎの開始時点で、状態（ｅ）に示すように、溶接ワイヤ１８の先端から母材１７までの距離が第１の距離ＷＤ１になるように調整される。このことについては後で詳述する。
【００３７】
冷却期間Ｔｎ経過後に再び次のサイクルが実行され、状態(ｆ)に示すように溶接ワイヤ１８が母材１７と接触して電流検出したのちに次の第１短絡溶接期間Ｔｓｓが再び開始される。このように、第１及び第２短絡溶接期間Ｔｓｓ，Ｔｓｅ１及びパルス溶接期間Ｔｐで維持していたアークが、冷却期間Ｔｎでは消滅し、次の第１短絡溶接期間Ｔｓｓに切り替わる際にアークを再発生させる必要があるため、アークスタート初期の短絡開放時に電磁的ピンチ力によるスパッタが発生しやすい。しかし、本実施形態において、第１短絡溶接期間Ｔｓｓでは、溶接ワイヤ１８を機械的に正送及び逆送するため、アークスタート初期の短絡開放時のスパッタ発生を抑制することができる。すなわち、第１短絡溶接期間Ｔｓｓにおいて溶接ワイヤ１８を正送及び逆送し、機械的に短絡状態を開放させることで、電磁的ピンチ力によるスパッタの発生を低減できる。
【００３８】
図２に示すように、第１短絡溶接期間Ｔｓｓにおける溶接電流Ｉと送給速度Ｗは刻々と変化させている。特に、送給速度の平均送給速度は、パルス溶接期間Ｔｐの溶接条件の設定送給量に近づくよう次第に増加させている。
【００３９】
上述の第１短絡溶接期間Ｔｓｓとパルス溶接期間Ｔｐと第２短絡溶接期間Ｔｓｅ１と冷却期間Ｔｎとを順に繰り返すサイクルにて溶接を行うことにより、低入熱の第１及び第２短絡溶接、高入熱のパルス溶接、入熱量が０である冷却期間をそれぞれ調整することで、母材１７への入熱量を幅広く制御することができ、溶接ビード形状をより精密に制御することが可能である。
【００４０】
図３は、本実施形態における鱗状ビードの形状を示す模式図を示す。図３に示す溶接点において、上述したアーク溶接を１サイクルまたは複数サイクル行った後、次の溶接点に溶接ワイヤ１８及びトーチを移動して、次のアーク溶接を行う。これを所定の軌跡に沿って順次繰り返すことで、連続的に配列された複数の鱗状ビードが形成される。なお、所定の溶接軌跡の最終点までアーク溶接を終えた場合、そのままアーク溶接を終えるか、一旦、アーク溶接を終えて別の溶接軌跡の開始点まで溶接ワイヤ１８及びトーチを移動させる。よって、アーク溶接終了時点で、溶接ワイヤ１８が移動可能となるように、溶接ワイヤ１８は母材１７から所定の距離ＷＤ２だけ離れている必要がある。このことについては後で詳述する。
【００４１】
なお、第１短絡溶接期間Ｔｓｓ中、溶接ワイヤ１８は、予め決められた振幅および周波数で送給されるが、これに限らない。上述のように、管理を容易にするため、第１短絡溶接期間Ｔｓｓ中、溶接ワイヤ１８を一定送給速度で送給してもよい。
【００４２】
また、第２短絡溶接期間Ｔｓｅ１において、溶接ワイヤ１８の平均送給速度は、傾きＫｅで次第に減少させる。第２短絡溶接期間Ｔｓｅ１において、短絡とアーク発生を１周期とした場合、第１周期から第５周期程度で第２短絡溶接期間Ｔｓｅ１が終了するように、傾きＫｅで溶接ワイヤ１８の平均送給速度を減少させる。このようにすることで、母材１７への入熱量を徐々に低減することができる。なお、溶接ワイヤ１８の送給を正送と逆送で交互に繰り返しながら、ワイヤ送給速度の平均値を一定にして第２短絡溶接を実施し、第２短絡溶接終了後にワイヤ送給速度を減衰してもよい。
【００４３】
また、パルス溶接期間Ｔｐ中、溶接ワイヤ１８は、一定送給速度で送給されるが、これに限られない。パルス溶接期間Ｔｐ中、溶接ワイヤ１８の送給速度を変動させてもよい。
【００４４】
また、第１短絡溶接期間Ｔｓｓ中に平均送給速度Ｗｓをパルス溶接期間Ｔｐ中の一定送給速度まで増加させているが、これに限らない。第１短絡溶接期間Ｔｓｓの終了時の平均送給速度Ｗｓがパルス溶接期間Ｔｐ中の一定送給速度と異なっていてもよい。
【００４５】
［溶接ワイヤの先端位置制御について］
図４は、本実施形態に係る、一つの溶接周期における溶接電流オン時間と溶接電流オフ時間との間での各種出力波形を示す。なお、図４において、図２と同様に、溶接電圧Ｖ及び溶接電流Ｉの時間変化波形を示している。なお、図４では、図２に示す溶接ワイヤ１８の正送と逆送を繰り返しながら平均送給速度を減衰させる、溶接ワイヤの送給を行う第２短絡溶接期間Ｔｓｅ１と準備期間Ｔａと先端位置制御期間Ｔｂとについては、説明を容易にするため、ワイヤ送給速度Ｗａは、平均速度で示している。また、これらの期間では、溶接ワイヤ１８の正送と逆送を繰り返しながら平均送給速度を減衰させ、溶接ワイヤの送給を行うことが好ましいが、正送時に溶接ワイヤ１８の送給速度を低下させるようにしてもよい。
【００４６】
図４に示すように、トーチＳＷ（スイッチ）がＯＦＦになると、言い換えると低入熱移行信号がＯＮされると（時点Ａ）、パルス溶接期間Ｔｐから冷却期間Ｔｎに向かって移行が開始され、パルス溶接期間Ｔｐから第２短絡溶接期間Ｔｓｅ１に切り替わり、前述したように溶接ワイヤ１８の平均送給速度Ｗａは単調に低下する。
【００４７】
平均送給速度Ｗａが所定の閾値以下になると（時点Ｂ）、溶接ワイヤ１８の先端位置を制御する準備期間Ｔａが開始される。準備期間Ｔａにおいて、溶接ワイヤ１８が正送することにより母材１７と溶接ワイヤ１８とが短絡し（第１短絡ステップ）、母材１７と溶接ワイヤ１８とが最初に短絡する時点（時点Ｃ）を検出する。また、短絡後に、溶接ワイヤ１８に短絡開放のための短絡開放電流が印加されることにより、母材１７と溶接ワイヤ１８との間でアークが発生し、母材１７と溶接ワイヤ１８との短絡が開放される（第１短絡開放ステップ）。この短絡が開放される時点を検出するか、または、短絡開放が安定した時点として、短絡開放がされて短絡開放後の電流が所定値に達した時点（時点Ｄ）を検出する。なお、先端位置制御期間Ｔｂでの溶接ワイヤ１８の先端と母材１７との間の第１の距離ＷＤ１に、短絡等の悪影響がなければ、短絡する時点（時点Ｃ）を検出した後に、平均送給速度Ｗａが０になるまで継続して溶接ワイヤ１８の送給を続けても良い。または短絡する時点（時点Ｃ）を検出したら、溶接ワイヤ１８の送給を停止しても良い。
【００４８】
短絡開放検出直後の時点Ｄ以降に、溶接ワイヤ１８の先端位置制御期間Ｔｂが開始される。具体的には、先端位置制御期間Ｔｂは、時点Ｄの直前に短絡開放がされて短絡開放後の電流が所定値に達した後に開始される。なお、意図しない短絡等の問題がなければ短絡開放後すぐに先端位置制御期間Ｔｂを開始しても良い。先端位置制御期間Ｔｂでは、溶接ワイヤ１８に所定の電流Ｉｃ１（第１の電流）を流すことで、アークが発生している溶接ワイヤ１８は加熱されて先端がさらに溶け始める。第１の電流Ｉｃ１を流す時間を所定の時間Ｔ１（第１の時間）に調整することで、溶接ワイヤ１８の先端の溶融量が決まり、その結果、溶接ワイヤ１８の先端が玉状に成形されるとともに、溶接ワイヤ１８の先端と母材１７との間の距離が、離間した状態での所望の値の第１の距離ＷＤ１に調整される（ワイヤ先端位置制御ステップ）。
【００４９】
先端位置制御期間Ｔｂの終了後に、溶接電流Ｉは０となり、冷却期間Ｔｎが開始される。冷却期間Ｔｎでは、溶接ワイヤ１８の先端と母材１７との距離は第１の距離ＷＤ１に維持され、冷却期間Ｔｎ中に溶接ワイヤ１８と母材１７との固着や溶接ワイヤ１８から母材１７への入熱が防止され、この状態で、冷却期間Ｔｎ終了後に、同一の溶接ビード上において、引き続き次の溶接周期が開始される。つまり、溶接ワイヤ１８が正送され、溶接ワイヤ１８と、母材１７との短絡発生を検出した時点Ｅｄから、短絡溶接設定部２３により設定された条件で短絡溶接制御部１１により溶接出力が制御され、第１短絡溶接が行われる。これにより、冷却期間Ｔｎの前に、溶接ワイヤ１８と、母材１７との間をなるべく小さくなるように所定の第１の距離ＷＤ１で離間させることにより、同一の溶接ビード上での次の溶接周期の開始において、第１短絡溶接の溶接ワイヤ１８と、母材１７との短絡までの距離を短くして安定させ、短絡発生の開始のロスを抑制して、溶接周期Ｐｃをより安定させることができ、波目が明瞭な美しい外観の安定した鱗状ビードが実現できる。
【００５０】
なお、本実施形態において、第１の距離ＷＤ１は１．５ｍｍ〜３ｍｍ程度、好ましくは２ｍｍ程度になるように調整されており、第１の電流Ｉｃ１は３０Ａ程度、第１の時間Ｔ１は４ｍｓｅｃ程度である。
【００５１】
また、本実施形態において、第２短絡溶接期間Ｔｓｅ１から先端位置制御期間Ｔｂにかけて、溶接ワイヤ１８の平均送給速度Ｗａは平均加速度α１で減速されており、この平均減速加速度α１は、８．３ｍ／ｓ２〜３３．３ｍ／ｓ２の範囲で設定される。好ましくは、１３．３ｍ／ｓ２〜３３．３ｍ／ｓ２の範囲で設定され代表的には、１６．７ｍ／ｓ２で設定される。
【００５２】
平均減速加速度α１を上記の範囲で設定することにより、高入熱のパルス溶接期間Ｔｐから溶接電流Ｉがオフされる冷却期間Ｔｎへの移行が迅速に行われ、溶接箇所での入熱バランスをより明瞭に調整でき、また、アーク発生開始時の立ち上がりを安定させることができる。また、溶接箇所での入熱差を大きくして、溶接箇所の外観を良好にすることができる。特に、母材１７に複数の鱗状ビードを連続的に形成して配列する場合は、波目が明瞭な美しい外観の鱗状ビードが実現できる。また、溶接タクトをより高めることができる。
【００５３】
なお、平均減速加速度α１が大きくなりすぎると、図４に示す時点Ｃの短絡検出の際、溶接ワイヤ１８が母材１７に突っ込みすぎるおそれがあり、溶接ワイヤ１８と母材１７とを一旦短絡させた後に、先端位置制御期間Ｔｂで調整される、溶接ワイヤ１８の先端と母材１７との間の距離である第１の距離ＷＤ１が不安定になる。また、平均減速加速度α１が小さくなりすぎると、入熱のパルス溶接期間Ｔｐから溶接電流がオフされる冷却期間Ｔｎへの移行が遅くなりすぎて、溶接箇所での入熱バランスが緩やかになりすぎて鱗ビードが不明瞭になるおそれがある。以上のことを考慮して、上記の平均減速加速度α１の範囲が設定される。
【００５４】
［バーンバック制御について］
所定の溶接点または溶接軌跡での溶接が完了した場合には、溶接終了信号（図示せず）によりアーク溶接を終了させる。また、必要に応じて、アーク溶接終了後に、次の溶接点に溶接ワイヤ１８及びトーチを移動させる。このように、アーク溶接が終了した時点では、溶接ワイヤ１８と母材１７とが固着しないように両者の間で予め所定の距離をあけておく必要がある。このために、アーク溶接終了時において、アーク溶接終了後に、溶接終了時の溶接ビード上とは異なる位置の溶接開始点である次の溶接点に、溶接ワイヤ１８及びトーチを安定して移動可能なように、溶接ワイヤ１８と母材１７との間を所定の距離に離間させるバーンバック制御を行う。バーンバック制御では、前述のワイヤ先端位置制御と同様に、溶接ワイヤ１８に所定の電流を所定時間流すことで、溶接ワイヤ１８の先端を溶融させ、その形状を玉状に変化させ溶滴を形成するとともに、溶接ワイヤ１８と母材１７との距離を調整している。
【００５５】
図５は、アーク溶接終了時の各種出力波形を示す。なお、図５において、図２，４と同様に、溶接電圧Ｖ及び溶接電流Ｉの時間変化波形を示している。なお、溶接終了信号が出力されるアーク溶接終了時は、図２，４に示す、入熱量の高いパルス溶接期間Ｔｐの後に続く第２短絡溶接期間Ｔｓｅ１に替えて、溶接ワイヤ１８の正送と逆送を繰り返しながら平均送給速度を徐々に減衰させ、溶接電流Ｉと溶接電圧Ｖのそれぞれの平均値を低下させるようにしながらアーク状態と短絡状態を交互に行う第３短絡溶接期間Ｔｓｅ２を設ける。
【００５６】
第３短絡溶接期間Ｔｓｅ２と準備期間Ｔａと先端位置制御期間Ｔｂとについては、図４と同様に説明を容易にするため、ワイヤ送給速度Ｗａを、平均速度で示している。また、この期間では、溶接ワイヤ１８の正送と逆送を繰り返しながら平均送給速度を徐々に減衰させ、溶接ワイヤの送給を行うことが好ましいが、溶接ワイヤ１８の正送時に送給速度を徐々に低下させるようにしてもよい。
【００５７】
制御切替部９から出力制御部１０に溶接終了信号が出力されると（時点Ｅ）、図５に示すように、前述したように溶接ワイヤ１８の平均送給速度Ｗａは単調に低下する。
【００５８】
平均送給速度Ｗａが所定の閾値以下になると（時点Ｆ）、溶接ワイヤ１８の先端を玉状に成形する準備期間Ｔｄが開始される。準備期間Ｔｄにおいて、溶接ワイヤ１８が正送することにより母材１７と溶接ワイヤ１８とが短絡し（第２短絡ステップ）、母材１７と溶接ワイヤ１８とが最初に短絡する時点（時点Ｇ）を検出する。また、短絡後に、溶接ワイヤ１８に短絡開放のための短絡開放電流が印加されることにより、母材１７と溶接ワイヤ１８との間でアークが発生し、母材１７と溶接ワイヤ１８との短絡が開放される（第２短絡開放ステップ）。この短絡が開放される時点を検出するか、または、短絡開放が安定した時点として、短絡開放がされて短絡開放後の電流が所定値に達した時点（時点Ｈ）を検出する。
【００５９】
短絡開放検出直後の時点Ｈ以降に、バーンバック制御期間Ｔｅが開始される。具体的には、バーンバック制御期間Ｔｅは、時点Ｈの直前で短絡開放がされて短絡開放後の電流が所定値に達した後に開始される。なお、意図しない短絡等の問題がなければ短絡が開放される時点の後すぐにバーンバック制御期間Ｔｅを開始しても良い。バーンバック制御期間Ｔｅでは、溶接ワイヤ１８に所定の電流Ｉｃ２を流すことで、アークが発生している溶接ワイヤ１８は加熱されて先端がさらに溶け始める。電流Ｉｃ２を流す時間を所定の時間Ｔ２（第２の時間）に調整することで、溶接ワイヤ１８の先端の溶融量が決まり、その結果、溶接ワイヤ１８の先端が玉状に成形されるとともに、溶接ワイヤ１８の先端と母材１７との距離が所望の値である第２の距離ＷＤ２に調整される（バーンバック制御ステップ）。
【００６０】
バーンバック制御期間Ｔｅの終了後に、溶接電流Ｉは０となり、溶接終了時の溶接ビード上とは異なる位置の溶接開始点である次の溶接点に、溶接ワイヤ１８及びトーチを安定して移動可能なようにして、アーク溶接が完全に終了する。アーク溶接終了後に、次の溶接がスタートする際には、トーチの位置は所定の値に設定されるため、溶接ワイヤ１８の先端と母材１７との距離は第２の距離ＷＤ２に維持され、この状態で、次のアーク溶接が開始される。
【００６１】
なお、本実施形態において、第２の距離ＷＤ２は５ｍｍ程度になるように調整されており、第２の電流Ｉｃ２は５０Ａ程度、第２の時間Ｔ２は５０ｍｓｅｃ程度である。つまり、先端位置制御ステップにおける第１の距離ＷＤよりもバーンバック制御ステップにおける第２の距離ＷＤ２が長くなるように調整されている。なお、図４，図５に示す例では、第２の電流Ｉｃ２は第１の電流Ｉｃ１よりも大きくなるように、また、第２の時間Ｔ２は第１の時間Ｔ１よりも長くなるように調整されているが、第１及び第２の電流ＩＣ１，ＩＣ２や第１及び第２の時間Ｔ１，Ｔ２の設定は特にこれに限定されない。要するに、第１の距離ＷＤ１よりも第２の距離ＷＤ２が長くなるようにすればよく、具体的には、先端位置制御ステップにおいて溶接ワイヤ１８に加えられる電力よりもバーンバック制御ステップにおいて溶接ワイヤ１８に加えられる電力が大きくなるようにすればよい。これらの電力は各ステップにおける溶接電流Ｉと溶接電圧Ｖと時間との積で決定される。よって、この積がバーンバック制御ステップにおいて、先端位置制御ステップよりも大きくなるようにすればよい。前述した以外に、例えば、第１の電流ＩＣ１と第２の電流ＩＣ２とを同じ値にして、第２の時間Ｔ２を第１の時間Ｔ１よりも長くなるように調整してもよいし、第１の時間Ｔ１と第２の時間Ｔ２とを同じ値にして、第２の電流ＩＣ２を第１の電流ＩＣ１よりも大きくなるように調整してもよい。なお、溶接ワイヤ１８と母材１７との短絡が開放された状態で、溶接電流Ｉを大きくしすぎると、スパッタが発生し、溶接箇所の外観を損ねたり、溶接不良が発生したりするため、第２の電流Ｉｃ２が大きくなりすぎるのは好ましくない。よって、このような不具合を回避するために、第２の電流Ｉｃ２を第１の電流Ｉｃ１に近づけるようにしてもよい。
【００６２】
また、本実施形態において、第３短絡溶接期間Ｔｓｅ２から図５に示す時点にかけて、溶接ワイヤ１８の平均送給速度Ｗａは平均加速度α２で減速されており、この平均減速加速度α２は、０．８ｍ／ｓ２〜５ｍ／ｓ２の範囲で設定される。代表的には、１．７ｍ／ｓ２で設定される。
【００６３】
平均減速加速度α２を上記の範囲で設定することにより、急減速による溶接の乱れなどを発生しにくくし、次の溶接開始点からの溶接がスムーズに行われるように確実にバーンバック処理を実行することができる。また、溶接終了点である、溶接ビードの終端部での冷却度合いは相対的に大きくなるため、母材１７への入熱量を徐々に低減させて入熱量を調整することで、溶接ビードの終端部での凹み（クレータ）を抑制させてビードの外観意匠性を向上させることができる。
【００６４】
なお、本実施形態において、先端位置制御開始前の溶接ワイヤ１８の平均減速加速度α１は溶接終了前の溶接ワイヤ１８の平均減速加速度α２よりも、絶対値が大きくなるように設定しているが、特にこれに限定されない。例えば、溶接速度や鱗形状のビード外観よりも、溶接ワイヤ１８の先端に確実に玉状の溶滴を形成してアークスタートをスムーズに行いたい場合は、平均減速加速度α１の絶対値を平均減速加速度α２の値に近づけるようにしてもよい。例えば、α１＝α２としてもよい。ビード外観を重視する場合は、平均減速加速度α１を前述の範囲に設定し、また、平均減速加速度α１の絶対値を平均減速加速度α２の絶対値よりも大きくするのが好ましい。
【００６５】
［効果等］
以上説明したように、本実施形態に係るアーク溶接制御方法は、溶接ワイヤ１８に所定の溶接電流Ｉが流れる溶接電流オン期間Ｔｏｎと、溶接電流オン期間Ｔｏｎの後に設けられ、溶接ワイヤ１８に溶接電流Ｉが流れない溶接電流オフ期間Ｔｏｆｆとの和を溶接周期Ｔｃとして、溶接電流オン期間Ｔｏｎと溶接電流オフ期間Ｔｏｆｆとを周期的に繰り返してアーク溶接を行う。溶接電流オン期間Ｔｏｎの終了直前にあたる準備期間Ｔａにおいて、溶接ワイヤ１８を母材１７と短絡させる（第１短絡ステップ）。また、溶接ワイヤ１８と母材１７との短絡を開放させる（第１短絡開放ステップ）。
【００６６】
第１短絡ステップ及び第１短絡開放ステップに続く溶接ワイヤ１８の先端位置制御期間Ｔｂにおいて、溶接ワイヤ１８に対して第１の電流Ｉｃ１を第１の時間Ｔ１で供給することで、溶接ワイヤ１８の先端を溶融させてその形状を変化させ、溶接ワイヤ１８の先端と母材１７との距離が第１の距離ＷＤ１になるように調整する（ワイヤ先端位置制御ステップ）。さらに、ワイヤ先端位置制御ステップの終了後に溶接電流オフ期間Ｔｏｆｆとしての冷却期間Ｔｎが開始される。
【００６７】
本実施形態によれば、溶接電流オン期間Ｔｏｎから冷却期間Ｔｎ（溶接電流オフ期間Ｔｏｆｆ）への移行時に、溶接ワイヤ１８に対して第１の電流Ｉｃ１を第１の時間Ｔ１で供給することで、溶接ワイヤ１８の先端の溶融量を容易にコントロールできる。このことにより、溶接ワイヤ１８と母材１７との距離である第１の距離ＷＤ１を調整することが容易となる。また、溶接ワイヤ１８の先端と母材１７との距離を所望の値である第１の距離ＷＤ１に調整し、溶接ワイヤ１８と母材１７との距離をなるべく近づけることにより、冷却期間Ｔｎ終了後に同一の溶接ビード上において、引き続き、次の溶接周期でのアーク発生開始時の立ち上がりを安定させることができる。また、溶接電流オン期間Ｔｏｎと溶接電流オフ期間Ｔｏｆｆとを一つの溶接周期Ｔｃとしてアーク溶接を行うため、溶接箇所での入熱差を大きくして、溶接箇所の外観を良好にすることができる。特に、母材１７に複数の鱗状ビードを連続的に配列して形成する場合は、波目が明瞭な美しい外観の鱗状ビードが実現できる。
【００６８】
また、第１短絡ステップの後に、第１短絡開放ステップを備え、短絡開放時点Ｄから、先端位置制御期間Ｔｂを開始することにより、溶接ワイヤ１８の先端が溶融して後退した長さを、直接的に、溶接ワイヤ１８と母材１７との距離である第１のＷＤ１とすることができ、第１の距離ＷＤ１の調整精度を向上させることができる。
【００６９】
また、本実施形態に係るアーク溶接制御方法は、アーク溶接終了時に、溶接ワイヤ１８を母材１７と短絡させる（第２短絡ステップ）。また、溶接ワイヤ１８と母材１７との短絡を開放させる（第２短絡開放ステップ）。第２短絡ステップ及び第２短絡開放ステップに続くバーンバック制御期間Ｔｅにおいて、溶接ワイヤ１８に対して第２の電流Ｉｃ２を第２の時間Ｔ２で供給することで、溶接ワイヤ１８の先端を玉状に成形するとともに、溶接ワイヤ１８の先端と母材１７との距離が第２の距離ＷＤ２になるように調整する（バーンバック制御ステップ）。また、ワイヤ先端位置制御ステップにおいて溶接ワイヤ１８に加えられる電力よりもバーンバック制御ステップにおいて溶接ワイヤ１８に加えられる電力の方が大きく、かつ第１の距離ＷＤ１は第２の距離ＷＤ２よりも短い。
【００７０】
本実施形態によれば、ワイヤ先端位置制御ステップにおいて溶接ワイヤ１８に加えられる電力よりもバーンバック制御ステップにおいて溶接ワイヤ１８に加えられる電力の方が大きくなるようにすることで、溶接ワイヤ１８の先端の溶融量をワイヤ先端位置制御ステップでの溶融量よりも多くすることができる。このことにより、溶接ワイヤ１８と母材１７との第２の距離ＷＤ２を第１の距離ＷＤ１よりも長くなるように調整することが容易となる。また、溶接ワイヤ１８の先端と母材１７との距離が第２の距離ＷＤ２になるように調整することで、アーク溶接が終了した時点で、溶接ワイヤ１８と母材１７とが固着するのを防止できる。また、アーク溶接終了直後に、母材１７に形成された溶融池の表面が振動している場合、溶接ワイヤ１８が溶融池に意図せず接触してスパッタが発生したり、溶接終了時の溶接ビード上とは異なる位置の溶接開始点である次の溶接点に溶接ワイヤ１８が移動する際、母材１７や溶融池に接触して溶接箇所の外観を損ねたりするのを防止できる。
【００７１】
さらに、溶接ワイヤ１８の先端と母材１７との距離を所望の値である第２の距離ＷＤ２に調整することで、溶接ワイヤ１８の先端が母材１７に接触した状態で次のアーク溶接が開始される（タッチスタート）のを確実に回避して、アークスタートを円滑に行うことができる。
【００７２】
また、第２短絡ステップの後に、第２短絡開放ステップを備え、短絡開放時点Ｈから、バーンバック制御期間Ｔｅを開始することにより、溶接ワイヤ１８の先端が溶融して後退した長さを、直接的に、溶接ワイヤ１８と母材１７との距離である第２の距離ＷＤ２とすることができ、第２の距離ＷＤ２の調整精度を向上させることができる。
【００７３】
また、ワイヤ先端位置制御ステップにおける第１の時間Ｔ１をバーンバック制御ステップにおける第２の時間Ｔ２よりも短くなるようにすることで、溶接速度を高めることができる。また、溶接箇所の外観を良好にすることができる。このことについて、図６，７を用いてさらに説明する。
【００７４】
図６は、本実施形態に係る、連続した溶接周期の間での各種出力波形を、図７は、比較のための、連続した溶接周期の間での各種出力波形をそれぞれ示す。なお、図６，７において、図２，４と同様に、溶接電圧Ｖ及び溶接電流Ｉの時間変化波形を示している。なお、ワイヤ送給速度Ｗは、図４と同様に説明を容易にするため、平均速度で示している。なお、パルス溶接期間Ｔｐより先端位置制御期間Ｔｂに向かって減衰するワイヤ送給速度Ｗａは、溶接ワイヤ１８の正送と逆送を繰り返しながら平均送給速度を減衰させ、溶接ワイヤの送給を行うことが好ましいが、正送時で溶接ワイヤ１８の送給速度を低下させるようにしてもよい。また、パルス溶接期間Ｔｐより先端位置制御期間Ｔｂに向かって減衰するワイヤ送給速度Ｗａの平均送給速度は、急峻な方が好ましい。急峻にすることで、準備期間Ｔａの開始する閾値（図４に示す時点Ｂ）に素早く到達ことができ、先端位置制御期間Ｔｂを確保しながら、溶接周期Ｔｃをコンパクトにすることができ、溶接タクトを抑制することが出来る。また、図７に示すアーク溶接では、ワイヤ先端位置制御ステップにおいて、第１の距離ＷＤ１、第１の電流Ｉｃ１、第１の時間Ｔ１が、バーンバック制御ステップにおける第２の距離ＷＤ２、第２の電流Ｉｃ２、第２の時間Ｔ２とそれぞれ同程度になるように調整されている。すなわち、第１の距離ＷＤ１は５ｍｍ程度になるように調整されており、第１の電流Ｉｃ１は５０Ａ程度、第１の時間Ｔ１は５０ｍｓｅｃ程度に調整されている。
【００７５】
図６に示す本実施形態のアーク溶接によれば、無負荷検出期間Ｔｆを３０ｍｓｅｃ程度にできるのに対して、図７に示すアーク溶接によれば、無負荷検出期間Ｔｆは６０ｍｓｅｃ程度と約２倍の長さになっている。ここで、無負荷検出期間Ｔｆは、図２に示すように、溶接開始指示時点Ｗｓｔから溶接ワイヤ１８と母材１７との短絡を検出した時点Ｅｄまでの期間であり、溶接ワイヤ１８に対して、無負荷電圧Ｖ１が発生している期間である。このように、図７に示す例において、無負荷検出期間Ｔｆが長くなるのは、第１短絡溶接期間Ｔｓｓにおける溶接開始時のワイヤ送給速度がＷ１と一定であるのに対し、冷却期間Ｔｎにおける溶接ワイヤ１８の先端と母材１７との第１の距離ＷＤ１が図７の場合は５ｍｍで、図６に示す場合の２ｍｍに比べて長くなっているためである。
【００７６】
また、本実施形態におけるアーク溶接制御において、無負荷検出期間Ｔｆは、第１短絡溶接期間Ｔｓｓに含まれ、冷却期間Ｔｎには含まれない。よって、図７に示すように、無負荷検出期間Ｔｆが長くなると、冷却期間Ｔｎに続いてアークが発生していない期間が長くなり、溶接ワイヤ１８の実質的な冷却期間が長くなってしまう。このことにより、溶接箇所への入熱差が設計した値と異なってしまい、所望の外観を得ることができなくなる。また、無負荷検出期間Ｔｆが長くなると、溶接電流オン期間Ｔｏｎが設定値よりも長くなってしまい、溶接周期Ｔｃが長くなる。このため、一つの溶接点における溶接時間が長くなり、全体の溶接速度が低下してしまう。
【００７７】
一方、本実施形態によれば、ワイヤ先端位置制御ステップにおける第１の時間Ｔ１をバーンバック制御ステップにおける第２の時間Ｔ２よりも短くなるようにすることで、図６に示すように、無負荷検出期間Ｔｆが長くなるのを防止し、溶接速度を高めることができる。また、溶接箇所の外観を良好にすることができる。さらに、ワイヤ先端位置制御ステップとバーンバック制御ステップとで、溶接ワイヤ１８に流れる電流や電流を流す時間、また、溶接ワイヤ１８と母材１７との距離をそれぞれ個別に制御することで、溶接速度を高めて、溶接箇所の外観を良好にするとともに、アーク溶接終了時に、溶接ワイヤ１８と母材１７とが固着するのを防止できる。このことにより、所定の溶接軌跡全体に亘って、高品質かつ安定したアーク溶接を行うことができる。
【００７８】
なお、本実施形態において、溶接ワイヤ１８のワイヤ径を１．１ｍｍ〜１．３ｍｍ程度としたが特にこれに限定されない。また、ワイヤ先端位置制御ステップにおける第１の距離ＷＤ１や、バーンバック制御ステップにおける第２の距離ＷＤ２は、母材１７の材質や表面形状、あるいは、要求される溶接時間等により適宜変更されうる。
【００７９】
（実施形態２）
図８は、本実施形態に係るアーク溶接時の各種出力波形を示す図であり、第１短絡溶接期間Ｔｓｓとパルス溶接期間Ｔｐと冷却期間Ｔｎとを繰り返すアーク溶接における、送給速度Ｗ、溶接電圧Ｖ、溶接電流Ｉ、溶接ワイヤ１８の先端の溶滴移行状態Ｄの時間変化を示している。なお、パルス溶接期間Ｔｐと冷却期間Ｔｎとの間で溶接ワイヤ１８の先端位置を制御するための準備期間Ｔａ及び溶接ワイヤ１８の先端位置制御期間Ｔｂは図示を省略している。
【００８０】
本実施形態に示す方法では、第２短絡溶接期間Ｔｓｅ１が省略されている点で、実施形態１に示す方法と異なる。なお、本実施形態において、パルス溶接期間Ｔｐの終了後に、図４に示すように、準備期間Ｔａ及び溶接ワイヤ１８の先端位置制御期間Ｔｂが設けられ、先端位置制御期間Ｔｂにおいて、溶接ワイヤ１８に対して第１の電流Ｉｃ１を第１の時間Ｔ１で供給することで、溶接ワイヤ１８の先端を溶融させてその形状を変化させ、溶接ワイヤ１８の先端と母材１７との距離が第１の距離ＷＤ１になるように調整する。また、溶接終了信号（図示せず）によりアーク溶接を終了させるアーク溶接終了時に、図５に示すように、準備期間Ｔｄ及びバーンバック制御期間Ｔｅが設けられ、バーンバック制御期間Ｔｅにおいて、溶接ワイヤ１８に対して第２の電流Ｉｃ２を第２の時間Ｔ２で供給することで、溶接ワイヤ１８の先端を玉状に成形するとともに、溶接ワイヤ１８の先端と母材１７との距離が第２の距離ＷＤ２になるように調整する。
【００８１】
実施形態１に示す方法では、第２短絡溶接期間Ｔｓｅ１を所定の値に設定することで、母材１７への入熱量を低減して、溶接箇所での入熱バランスを調整でき、鱗状ビードに発生するピット数を減少させて、鱗状ビードの外観意匠性を向上させることができる。
【００８２】
しかし、本実施形態に示す方法によっても、実施形態１に示す方法と同様に、アーク発生開始時の立ち上がりを安定させることができる。また、溶接箇所での入熱差を大きくして、溶接箇所の外観を良好にすることができる。特に、母材１７に複数の鱗状ビードを連続的に配列して形成する場合は、波目が明瞭な美しい外観の鱗状ビードが実現できる。さらに、溶接速度を高めることができる。
【００８３】
（その他の実施形態）
上記の実施形態１，２において、バーンバック制御期間Ｔｅを設けて、溶接ワイヤ１８に対して所定の電力を供給することで、溶接ワイヤ１８の先端と母材１７との距離が第２の距離ＷＤ２となるように調整したが、これ以外の方法で溶接ワイヤ１８の先端と母材１７との距離を調整してもよい。例えば、アーク溶接終了時に、前述した第２短絡ステップ及び第２短絡開放ステップに続けて、言い換えると、第２短絡開放ステップの後または第２短絡開放ステップ中に、前記母材に対して溶接ワイヤ１８を逆送させることで、溶接ワイヤ１８の先端と母材１７との距離が第２の距離ＷＤ２となるように調整してもよい。なお、短絡開放ステップ中に溶接ワイヤ１８を逆送させることで、短絡開放を促進させることが出来る。
【００８４】
この方法であれば、短時間で溶接ワイヤ１８の先端と母材１７との距離を調整することができる。ただし、溶接ワイヤ１８を逆送させて第２の距離ＷＤ２を調整する場合、ワイヤ送給の摩擦抵抗や滑り等により送給誤差が生じる場合がある。バーンバック制御ステップにおいて、バーンバック制御期間Ｔｅを設けて、溶接ワイヤ１８に加えられる電力によって第２の距離ＷＤ２を調整する方が、距離の調整精度は向上する。なお、アーク溶接終了時に溶接ワイヤ１８を逆送させることと、バーンバック制御期間Ｔｅにおいて、溶接ワイヤ１８に所定の電力を加えて先端を溶融させることとの両方を併用して第２の距離ＷＤ２を調整してもよい。また、これに限らず、上記の各実施形態で説明した各構成要素やステップを組み合わせて、新たな実施形態とすることも可能である。
【産業上の利用可能性】
【００８５】
本発明に係るアーク溶接制御方法は、アーク発生開始時の立ち上がりを安定させて、溶接箇所の外観を良好にできるため、鱗状ビードを形成するアーク溶接、例えば、自転車や自動二輪、自動車等のフレーム等へのアーク溶接に適用する上で有用である。
【符号の説明】
【００８６】
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   制御切替部
１０ 出力制御部
１１ 短絡溶接制御部
１２ パルス溶接制御部
１３ ワイヤ送給速度制御部
１４ ワイヤ送給速度検出部
１５ 演算部
１６ アーク溶接装置
１７ 母材
１８ 溶接ワイヤ
１９ アーク
２０ 溶接チップ
２１ ワイヤ送給部
２２ 溶接条件設定部
２３ 短絡溶接設定部
２４ パルス溶接設定部
２５ 冷却期間設定部
【図１】
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【図２】
2019155418.tif 000004
【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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【手続補正書】
【提出日】平成30年6月5日(2018.6.5)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
溶接ワイヤに所定の溶接電流が流れる溶接電流オン期間と、該溶接電流オン期間の後に設けられ、前記溶接ワイヤに前記溶接電流が流れない溶接電流オフ期間との和を溶接周期としてアーク溶接を行うアーク溶接制御方法であって、
前記溶接電流オン期間の終了直前に、前記溶接ワイヤを母材と短絡させる第１短絡ステップと、
前記第１短絡ステップの後に、前記溶接ワイヤに対して第１の電流を第１の時間で供給することで、前記溶接ワイヤの先端形状を変化させ、前記溶接ワイヤの先端と前記母材との距離が第１の距離になるように調整するワイヤ先端位置制御ステップと、を備え、
前記ワイヤ先端位置制御ステップの終了後に前記溶接電流オフ期間が開始されることを特徴とするアーク溶接制御方法。
【請求項２】
請求項１に記載のアーク溶接制御方法において、
前記第１短絡ステップの後に、前記溶接ワイヤと前記母材との短絡を開放させる第１短絡開放ステップをさらに備え、
前記第１短絡開放ステップの終了後に前記ワイヤ先端位置制御ステップを行うことを特徴とするアーク溶接制御方法。
【請求項３】
請求項１または２に記載のアーク溶接制御方法において、
アーク溶接終了時に、前記溶接ワイヤを前記母材と短絡させる第２短絡ステップと、
前記第２短絡ステップの後に、前記溶接ワイヤと前記母材との短絡を開放させる第２短絡開放ステップをさらに備え、
前記第２短絡開放ステップの後、または前記第２短絡開放ステップ中に、前記母材に対して前記溶接ワイヤの逆送を行うことで、前記溶接ワイヤの先端と前記母材との距離が前記第１の距離よりも長い第２の距離になるように調整することを特徴とするアーク溶接制御方法。
【請求項４】
請求項１または２に記載のアーク溶接制御方法において、
アーク溶接終了時に、前記溶接ワイヤを前記母材と短絡させる第２短絡ステップと、
前記第２短絡ステップの後に、前記溶接ワイヤに対して第２の電流を第２の時間で供給することで、前記溶接ワイヤの先端を玉状に成形するとともに、前記溶接ワイヤの先端と前記母材との距離が第２の距離になるように調整するバーンバック制御ステップと、をさらに備え、
前記第１の距離は前記第２の距離よりも短いことを特徴とするアーク溶接制御方法。
【請求項５】
請求項４に記載のアーク溶接制御方法において、
前記ワイヤ先端位置制御ステップにおいて前記溶接ワイヤに加えられる電力よりも前記バーンバック制御ステップにおいて前記溶接ワイヤに加えられる電力の方が大きいことを特徴とするアーク溶接制御方法。
【請求項６】
請求項５に記載のアーク溶接制御方法において、
前記第１の電流は前記第２の電流と同じ値で、かつ前記第１の時間は前記第２の時間よりも短いか、または前記第２の電流は前記第１の電流よりも大きく、かつ前記第１の時間は前記第２の時間と同じ値か、あるいは前記第２の電流は前記第１の電流よりも大きく、かつ前記第１の時間は前記第２の時間よりも短いことを特徴とするアーク溶接制御方法。
【請求項７】
請求項１ないし６のいずれか１項に記載のアーク溶接制御方法において、
前記溶接電流オン期間では、前記母材に対する入熱が低い第１低入熱溶接と、該第１低入熱溶接よりも前記母材に対する入熱が高い高入熱溶接と、がこの順で行われることを特徴とするアーク溶接制御方法。
【請求項８】
請求項７に記載のアーク溶接制御方法において、
前記第１低入熱溶接は短絡溶接であり、前記高入熱溶接はパルス溶接であることを特徴とするアーク溶接制御方法。
【請求項９】
請求項７に記載のアーク溶接制御方法において、
前記高入熱溶接の後に、前記高入熱溶接より前記母材に対する入熱が低い第２低入熱溶接がさらに行われることを特徴とするアーク溶接制御方法。
【請求項１０】
請求項９に記載のアーク溶接制御方法において、
前記第１及び第２低入熱溶接は短絡溶接であり、前記高入熱溶接はパルス溶接であることを特徴とするアーク溶接制御方法。
【請求項１１】
請求項８または１０に記載のアーク溶接制御方法において、
前記短絡溶接は、前記母材に対して前記溶接ワイヤの正送と逆送とを交互に繰り返すことで、前記母材と前記溶接ワイヤとの間でアークが発生した状態と前記母材と前記溶接ワイヤとが短絡した状態とを交互に繰り返して行い、
前記パルス溶接は、前記母材に対して前記溶接ワイヤを一定のワイヤ送給速度で送るとともに、前記溶接ワイヤにピーク電流とベース電流とを交互に流すことで、前記母材と前記溶接ワイヤとの間でアークを発生させて行うことを特徴とするアーク溶接制御方法。
【請求項１２】
請求項１ないし１１のいずれか１項に記載のアーク溶接制御方法において、
前記母材に連続的に配列された複数の鱗状ビードを形成することを特徴とするアーク溶接制御方法。