(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
消耗電極と母材との間にアークを発生させて溶融池を形成し、フィラーワイヤを前記溶融池の後半部に挿入しながら溶接する２ワイヤ溶接制御方法において、
前記フィラーワイヤの挿入位置を溶接方向の前後方向にウィービングし、前記フィラーワイヤの送給速度を前記ウィービングに同期して変化させる、
ことを特徴とする２ワイヤ溶接制御方法。
【請求項２】
前記挿入位置が前記ウィービングの中心位置よりも前側方向に変位しているときの変位量を正の値とし、後側方向に変位しているときの前記変位量を負の値とし、前記フィラーワイヤの送給速度を前記変位量に比例して変化させる、
ことを特徴とする請求項１記載の２ワイヤ溶接制御方法。
【請求項３】
前記フィラーワイヤの送給速度を前記変位量に比例して変化させるときに、両信号間に所定の遅延時間を設ける、
ことを特徴とする請求項２記載の２ワイヤ溶接制御方法。
【請求項４】
前記挿入位置がウィービング中心位置よりも前側方向に変位しているときの前記フィラーワイヤの送給速度を後側方向に変位しているときの前記フィラーワイヤの送給速度よりも早くする、
ことを特徴とする請求項１記載の２ワイヤ溶接制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、消耗電極と母材との間にアークを発生させて溶融池を形成し、フィラーワイヤを溶融池の後半部に挿入しながら溶接する２ワイヤ溶接制御方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
消耗電極（以下、溶接ワイヤという）と母材との間にアークを発生させて溶融池を形成すると共に、その溶融池にフィラーワイヤを挿入して溶接する２ワイヤ溶接方法（特許文献１参照）が従来から知られている。この２ワイヤ溶接方法では、溶接ワイヤの溶融金属にフィラーワイヤの溶融金属が加わるために、溶融金属量が増加し、高溶着で高速な溶接が可能となる。特に、２ワイヤ溶接方法によって高速溶接を行うときには、ハンピングビードになるのを防止するために、フィラーワイヤを消耗電極アークよりも後方から溶融池に短絡させて送給することが重要である。これは、フィラーワイヤを消耗電極アーク中に送給して溶融すると、溶融池はほとんど冷却されず、かつ、フィラーワイヤによって溶融池後半部の盛り上がりを押さえることもできないためにハンピングビードを抑制する効果はないからである。これに対して、フィラーワイヤをアーク周縁部の溶融池の後半部に短絡させて送給し、溶融池の熱によって溶融するようにすれば溶融池が冷却され、かつ、フィラーワイヤによって溶融池後半部が抑えられてハンピングビードの形成を抑制することができる。したがって、従来技術の２ワイヤ溶接方法では、フィラーワイヤには電流を通電せずに冷たい状態で溶融池と短絡させることによって、溶融池を冷却するようにしている。
【０００３】
２ワイヤ溶接方法では、溶接ワイヤと母材との間にアークを発生させる方法として、炭酸ガスアーク溶接法、マグ溶接法、ミグ溶接法、パルスアーク溶接法、交流アーク溶接法等の種々な消耗電極式アーク溶接法を使用することができる。また、フィラーワイヤは基本的にワイヤ先端が溶融池と短絡しており、溶融池からの熱によって溶融する。したがって、フィラーワイヤと溶融池との間にはアークは発生していない。本発明では、上記の消耗電極式アーク溶接法としてパルスアーク溶接法を使用する場合について説明するが、他の溶接法であっても良い。また、以下の説明において、母材と溶融池とは略同じ意味で使用している。
【０００４】
図６は、パルスアーク溶接を使用した２ワイヤ溶接方法における電流・電圧波形図である。同図（Ａ）は溶接ワイヤ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（溶融池）との間に印加する溶接電圧Ｖｗの時間変化を示し、同図（Ｃ）はフィラーワイヤの送給速度Ｆｗの時間変化を示す。溶接ワイヤの送給速度は、図示しないが、所定値で定速送給されている。フィラーワイヤと溶融池との間には電圧は印加されておらず、電流も通電していない。フィラーワイヤは、上述したように、溶融池と短絡した状態で送給されている。フィラーワイヤが溶融池と離反しても、電圧が印加されていないので、フィラーワイヤと溶融池との間にはアークは発生しない。以下、同図を参照して説明する。
【０００５】
時刻ｔ１〜ｔ２のピーク期間Ｔｐ中は、同図（Ａ）に示すように、溶接ワイヤから溶滴を移行させるために臨界値以上の大電流値のピーク電流Ｉｐが通電し、同図（Ｂ）に示すように、溶接ワイヤと溶融池との間にアーク長に比例したピーク電圧Ｖｐが印加する。
【０００６】
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臨界値未満の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１周期（パルス周期Ｔｆ）として繰り返して溶接が行われる。上記のピーク電流Ｉｐは４５０〜５５０Ａ程度であり、上記のベース電流Ｉｂは３０〜６０Ａ程度である。時刻ｔ３〜ｔ４のピーク期間Ｔｐ及び時刻ｔ４〜ｔ５のベース期間Ｔｂ中は、再び上記と同様の動作を繰り返す。
【０００７】
他方、同図（Ｃ）に示すように、フィラーワイヤの送給速度Ｆｗは、一定値の定常フィラーワイヤ送給速度Ｆｃで溶融池と短絡した状態で送給される。定常フィラーワイヤ送給速度Ｆｃは、安定して溶融するために溶接ワイヤの送給速度の１０〜３０％程度の範囲に設定されることが多い。
【０００８】
ところで、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溶接装置の出力制御（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。他方、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をローパスフィルタ（カットオフ周波数１〜１０Ｈｚ程度）に通した値が使用される。また、溶接電流平均値Ｉavを変化させる操作量として、ピーク期間Ｔｐ、パルス周期Ｔｆ、ピーク電流Ｉｐ又はベース電流Ｉｂの少なくとも１つを変化させることが行われている。例えば、パルス周期Ｔｆを操作量としてフィードバック制御するときには、ピーク期間Ｔｐ、ピーク電流Ｉｐ及びベース電流Ｉｂは所定値に設定される（周波数変調制御方式と呼ばれる）。また、ピーク期間（パルス幅）Ｔｐを操作量としてフィードバック制御するときには、ピーク電流Ｉｐ、ベース電流Ｉｂ及びパルス周期Ｔｆが所定値に設定される（パルス幅変調制御方式と呼ばれる）。
【０００９】
特許文献２の発明は、亜鉛系めっき鋼板のガスシールドメタルアーク溶接において、複数のワイヤを用い、先行ワイヤのみにアークを発生させて溶融池を形成し、該溶融池に後行ワイヤを先行ワイヤとの距離２ｍｍ以上で挿入し、振動数０．５回／秒以上、振幅０．３ｍｍ以上の条件で振動させて攪拌し、かつシールドガスとして７Ｖｏｌ％未満の酸素を含んでいるアルゴンガスを使用することを特徴とするガスシールドメタルアーク溶接方法である。そして、後行ワイヤの振動方向は、溶接線方向でも、溶接線と直角方向でも、また、弧を描くようにしてもよい。この発明方法によれば、溶接時に多くのガスを発生する亜鉛系めっき鋼板のガスシールドメタルアーク溶接において、ピットおよびブローホールの発生を防止して健全な溶接金属を得ることができる。すなわち、特許文献２の発明では、２つの溶接ワイヤを使用した２ワイヤ溶接方法であって、先行ワイヤ（消耗電極）にはアークを発生させて溶融池を形成し、後行ワイヤ（フィラーワイヤ）にはアークを発生させずに溶接線方向に振動（ウィービング）させて溶融池を撹拌させるものである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】特開２０１０−１６７４８９号公報
【特許文献２】特開平６−３９５５４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
上述した従来技術の２ワイヤ溶接方法では、フィラーワイヤを溶融池と短絡させた状態で挿入し、フィラーワイヤは溶融池の熱によって溶融している。このために、フィラーワイヤの送給速度は、溶融池の熱によってフィラーワイヤが溶融する速度（溶融速度）とバランスするように設定される。したがって、フィラーワイヤの送給速度の最大値は、溶融池からの熱によってフィラーワイヤを溶融させることができる値となる。フィラーワイヤの送給速度がこの最大値よりも大きくなると、フィラーワイヤが溶け残り、不良なビードとなる。他方、２ワイヤ溶接方法において、高溶着化及び高速溶接化をさらに向上させるためには、フィラーワイヤの送給速度をさらに大きくする必要がある。
【００１２】
そこで、本発明では、溶融池の後半部を冷却し盛り上がりを押さえることによってハンピングビードの形成を抑制し、かつ、良好な溶融状態の下でフィラーワイヤの送給速度を高速化して高溶着化を図ることができる２ワイヤ溶接制御方法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】
【００１３】
上述した課題を解決するために、請求項１の発明は、消耗電極と母材との間にアークを発生させて溶融池を形成し、フィラーワイヤを前記溶融池の後半部に挿入しながら溶接する２ワイヤ溶接制御方法において、
前記フィラーワイヤの挿入位置を溶接方向の前後方向にウィービングし、前記フィラーワイヤの送給速度を前記ウィービングに同期して変化させる、
ことを特徴とする２ワイヤ溶接制御方法である。
【００１４】
請求項２の発明は、前記挿入位置が前記ウィービングの中心位置よりも前側方向に変位しているときの変位量を正の値とし、後側方向に変位しているときの前記変位量を負の値とし、前記フィラーワイヤの送給速度を前記変位量に比例して変化させる、
ことを特徴とする請求項１記載の２ワイヤ溶接制御方法である。
【００１５】
請求項３の発明は、前記フィラーワイヤの送給速度を前記変位量に比例して変化させるときに、両信号間に所定の遅延時間を設ける、
ことを特徴とする請求項２記載の２ワイヤ溶接制御方法である。
【００１６】
請求項４の発明は、前記挿入位置がウィービング中心位置よりも前側方向に変位しているときの前記フィラーワイヤの送給速度を後側方向に変位しているときの前記フィラーワイヤの送給速度よりも早くする、
ことを特徴とする請求項１記載の２ワイヤ溶接制御方法である。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、フィラーワイヤの挿入位置を溶接方向の前後方向にウィービングし、フィラーワイヤの送給速度をウィービングに同期して変化させる。これにより、フィラーワイヤの挿入位置が前側方向にあるときはフィラーワイヤの溶融を促進してフィラーワイヤの送給速度の平均値を高速化し、後側方向にあるときは溶融池の冷却及び盛り上がりを押さえてハンピングビードの形成を抑制している。この結果、本発明では、従来技術よりも高溶着溶接及び高速溶接を行うことが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明の実施の形態に係る２ワイヤ溶接制御方法を示す溶接部の概要図である。
【図２】本発明の実施の形態に係る２ワイヤ溶接制御方法を示す第１パターンの波形図である。
【図３】本発明の実施の形態に係る２ワイヤ溶接制御方法を示す第２パターンの波形図である。
【図４】本発明の実施の形態に係る２ワイヤ溶接制御方法を示す第３パターンの波形図である。
【図５】図１〜図４で上述した本発明の実施の形態に係る２ワイヤ溶接制御方法を実施するための溶接装置のブロック図である。
【図６】従来技術において、パルスアーク溶接を使用した２ワイヤ溶接方法における電流・電圧波形図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
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。
【００２０】
図１は、本発明の実施の形態に係る２ワイヤ溶接制御方法を示す溶接部の概要図である。同図は、溶接部を横から見た図であり、矢印で示すように左方向に溶接は進行している。以下、同図を参照して説明する。
【００２１】
溶接トーチ４から溶接ワイヤ１が送給されており、溶接ワイヤの先端と母材２との間にはアーク３が発生している。ここでは、溶接トーチ４の前進角は０°の場合であり、溶接ワイヤ１は母材２に垂直に送給されている。このアーク３によって、母材２に溶融池２ａが形成されている。溶接ワイヤ１の送給方向を示す中心線を一点鎖線で示しており、この中心線が母材２表面と交わる点が、溶接狙い位置ａとなる。
【００２２】
フィラーワイヤ６は、フィラーワイヤガイド７内を送給されて、溶融池２ａの後半部の挿入基準位置ｂ０に短絡状態で挿入される。溶接狙い位置ａと挿入基準位置ｂ０との距離がワイヤ間距離Ｌｗ（mm）となる。さらに、フィラーワイヤ６は、溶接方向の前後方向に所定の振幅Ｓｗ（mm）及び所定のウィービング周波数ｆ（Ｈｚ）でウィービングされている。したがって、フィラーワイヤ６の挿入位置は、左方向矢印及び右方向矢印で示すように、挿入基準位置ｂ０をウィービング中心位置として振幅Ｓｗでウィービングされており、最も前方位置がｂ１点となり、最も後方位置がｂ２点となる。ｂ１点とｂ２点との距離が振幅Ｓｗとなる。最前方位置ｂ１は、溶接狙い位置ａよりも後方で、かつ、アークの発生部よりも前方となる範囲に設定される。また、最後方位置ｂ２は、溶融池２ａの後方端部よりも前方に設定される。例えば、ワイヤ間距離Ｌｗは３〜６mm程度に設定され、振幅Ｓｗは３〜６mm程度に設定され、ウィービング周波数ｆは５〜５０Ｈｚ程度に設定される。これらの値は、溶接ワイヤの送給速度、直径、材質、溶接速度、継手形状等に応じて実験によって適正値に設定される。
【００２３】
ウィービングによって変位するフィラーワイヤ６の挿入位置と挿入基準位置（ウィービング中心位置）ｂ０との距離を、変位量Ｌｈ（mm）として定義する。この変位量Ｌｈの符号は、挿入基準位置ｂ０よりも前方を正の値とし、後方を負の値とする。このように定義すると、最前方位置ｂ１はＬｈ＝Ｓｗ／２となり、挿入基準位置（ウィービング中心位置）ｂ０はＬｈ＝０となり、最後方位置ｂ２はＬｈ＝−Ｓｗ／２となる。ここで、変位量Ｌｈは、下式のように正弦波状に変化するものとする。
Ｌｈ＝（Ｓｗ／２）・ｓｉｎ（２・π・ｆ・ｔ）  …（１）式
ｔは経過時間（秒）である。
そして、この変位量Ｌｈに同期して、フィラーワイヤ６の送給速度Ｆｗが変化する。以下、フィラーワイヤ６の送給速度Ｆｗの変化パターンについて、図２〜図４を参照して説明する。
【００２４】
図２は、本発明の実施の形態に係る２ワイヤ溶接制御方法を示す第１パターンの波形図である。同図（Ａ）は溶接ワイヤ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（溶融池）との間に印加する溶接電圧Ｖｗの時間変化を示し、同図（Ｃ）はフィラーワイヤの挿入位置の変位量Ｌｈの時間変化を示し、同図（Ｄ）はフィラーワイヤの送給速度Ｆｗの時間変化を示す。溶接ワイヤの送給速度は、図示しないが、所定値で定速送給されている。フィラーワイヤと溶融池との間には電圧は印加されておらず、電流も通電していない。同図は、上述した図６よりも時間軸（横軸）が１０倍以上長い場合の波形図である。したがって、同図（Ａ）に示す溶接電流Ｉｗは、本来図６と同様のパルス波形であるが、その平均値を表示しているので、略直線となっている。同様に、同図（Ｂ）に示す溶接電圧Ｖｗも、本来はパルス波形であるが、平均値を表示しているので、略直線となっている。以下、同図を参照して説明する。
【００２５】
同図（Ａ）に示すように、溶接ワイヤには溶接電流Ｉｗ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は溶接電圧Ｖｗが印加して、アークが発生している。同図（Ｃ）に示すように、変位量Ｌｈは上記（１）式で示すように、正弦波状に変化する。したがって、時刻ｔ０においてｔ＝０秒となり、Ｌｈ＝０となる。時刻ｔ１においてｔ＝１／（４・ｆ）となり、変位量Ｌｈ＝Ｓｗ／２となる。時刻ｔ２においてｔ＝１／（２・ｆ）となり、変位量Ｌｈ＝０となる。時刻ｔ３においてｔ＝３／（４・ｆ）となり、変位量Ｌｈ＝−Ｓｗ／２となる。時刻ｔ４においてｔ＝１／ｆとなり、変位量Ｌｈ＝０となる。これ以降は、繰り返しとなる。例えば、ｆ＝１０Ｈｚとすると、時刻ｔ１＝２５msとなり、時刻ｔ２＝５０msとなり、時刻ｔ３＝７５msとなり、時刻ｔ４＝１００msとなる。
【００２６】
同図（Ｄ）に示すように、フィラーワイヤの送給速度Ｆｗは、変位量Ｌｈに比例して、下式のように正弦波状に変化する。
Ｆｗ＝（Ｓｆ／２）・ｓｉｎ（２・π・ｆ・ｔ）＋Ｆwc  …（２）式
ここで、Ｓｆ（cm/min）は送給速度振幅であり、ｆ（Ｈｚ）はウィービング周波数であり、ｔ（秒）は経過時間であり、Ｆwc（cm/min）は振幅中心送給速度である。
時刻ｔ０においてｔ＝０秒となり、フィラーワイヤの送給速度Ｆｗ＝Ｆwcとなる。時刻ｔ１においてｔ＝１／（４・ｆ）となり、フィラーワイヤの送給速度Ｆｗ＝（Ｓｆ／２）＋Ｆwcとなる。時刻ｔ２においてｔ＝１／（２・ｆ）となり、フィラーワイヤの送給速度Ｆｗ＝Ｆwcとなる。時刻ｔ３においてｔ＝３／（４・ｆ）となり、フィラーワイヤの送給速度Ｆｗ＝（−Ｓｆ／２）＋Ｆwcとなる。時刻ｔ４においてｔ＝１／ｆとなり、フィラーワイヤの送給速度Ｆｗ＝Ｆwcとなる。これ以降は、繰り返しとなる。
【００２７】
同図（Ｃ）及び（Ｄ）に示すように、フィラーワイヤの送給速度Ｆｗの変化は、フィラーワイヤの挿入位置の変位量Ｌｈに比例している。ここで、振幅中心送給速度Ｆwcは、図６で上述した従来技術における定常フィラーワイヤ送給速度Ｆｃよりも大きな値に設定することができる。振幅中心送給速度Ｆwcは、送給速度の平均値となるので、本実施の形態は、従来技術よりもフィラーワイヤの送給速度を大きく設定することができる。この理由は、以下のとおりである。時刻ｔ０〜ｔ２の期間中は、変位量Ｌｈ≧０となり、フィラーワイヤの挿入位置がアーク発生部の内部に入るか又はアーク発生部に近づくために、フィラーワイヤへの入熱が大きくなり、溶融速度が大きくなる。したがって、この期間中は、フィラーワイヤの送給速度を大きくしても溶融することができる。時刻ｔ２〜ｔ４の期間中は、変位量Ｌｈ＜０となり、フィラーワイヤの挿入位置がアーク発生部から遠ざかるために、フィラーワイヤの溶融速度は小さくなるので、フィラーワイヤの送給速度も比例して小さくしている。そして、フィラーワイヤは溶融池から熱を受けて溶融することになる。このために、上述したように、溶融池の冷却と盛り上がりを押さえる作用が働き、ハンピングビードの形成を抑制することができる。すなわち、挿入位置が前側方向（Ｌｈ≧０）にあるときはフィラーワイヤの溶融を促進してフィラーワイヤの送給速度の平均値を高速化し、後側方向（Ｌｈ＜０）にあるときは溶融池の冷却及び盛り上がりを押さえてハンピングビードの形成を抑制している。この結果、本実施の形態では、従来技術よりも高溶着溶接及び高速溶接を行うことが可能となる。また、フィラーワイヤは、前側方向にあるときは溶融を促進させれば良いので溶融池と短絡状態にある必要はない。それよりも、フィラーワイヤの挿入位置がアーク発生の内部にあるときは、安定して溶融するために非短絡状態である方が望ましい。他方、フィラーワイヤの挿入位置が後側方向にあるときは、溶融池から熱を受けるために、かつ、盛り上がりを押さえるために、短絡状態であることが必須の条件となる。
【００２８】
図３は、本発明の実施の形態に係る２ワイヤ溶接制御方法を示す第２パターンの波形図である。同図（Ａ）は溶接ワイヤ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（溶融池）との間に印加する溶接電圧Ｖｗの時間変化を示し、同図（Ｃ）はフィラーワイヤの挿入位置の変位量Ｌｈの時間変化を示し、同図（Ｄ）はフィラーワイヤの送給速度Ｆｗの時間変化を示す。同図は、上述した図２と対応しており、同図（Ｄ）に示すフィラーワイヤの送給速度Ｆｗ以外は全て同一であるので、それらの説明は省略する。以下、同図を参照して、フィラーワイヤの送給速度Ｆｗの変化パターンについて説明する。
【００２９】
同図（Ｄ）に示すように、フィラーワイヤの送給速度Ｆｗは、同図（Ｃ）に示すフィラーワイヤの挿入位置の変位量Ｌｈの変化に対応して、下式のように正弦波状に変化する。
Ｆｗ＝（Ｓｆ／２）・ｓｉｎ（２・π・ｆ・ｔ−α）＋Ｆwc  …（３）式
但し、α（秒）は予め定めた遅延時間である。すなわち、フィラーワイヤの送給速度Ｆｗは、変位量Ｌｈよりも遅延時間αだけ遅延した正弦波となる。０＜α≦（１／８・ｆ）程度に設定される。ｆ＝１０Ｈｚの場合、αの上限値は１／８・１０＝１２．５msとなる。同図（Ｄ）の波形は、α＝（１／８・ｆ）の場合である。したがって、同図（Ｄ）に示すように、時刻ｔ０と時刻ｔ１との中間においてｔ＝（１／８・ｆ）秒となり、フィラーワイヤの送給速度Ｆｗ＝Ｆwcとなる。時刻ｔ１と時刻ｔ２との中間においてｔ＝（３／８・ｆ）となり、フィラーワイヤの送給速度Ｆｗ＝（Ｓｆ／２）＋Ｆwcとなる。時刻ｔ２と時刻ｔ３との中間においてｔ＝（５／８・ｆ）となり、フィラーワイヤの送給速度Ｆｗ＝Ｆwcとなる。時刻ｔ３と時刻ｔ４との中間においてｔ＝（７／８・ｆ）となり、フィラーワイヤの送給速度Ｆｗ＝（−Ｓｆ／２）＋Ｆwcとなる。時刻ｔ４から（１／８・ｆ）だけ経過した時刻においてｔ＝（９／８・ｆ）となり、フィラーワイヤの送給速度Ｆｗ＝Ｆwcとなる。これ以降は、繰り返しとなる。
【００３０】
同図（Ｃ）及び（Ｄ）に示すように、フィラーワイヤの送給速度Ｆｗの変化は、フィラーワイヤの挿入位置の変位量Ｌｈに同期して変化し、かつ、遅延時間αだけ遅延した波形となる。同期させていることの効果については、図２と同様である。さらに、遅延させていることによって、振幅中心送給速度Ｆwcをより大きくすることができ、フィラーワイヤの送給速度の平均値を高速化することができる。これにより、高溶着化及び高速溶接化をより向上させることができる。この理由は、アーク及び溶融池からフィラーワイヤが熱を受けてから、フィラーワイヤの溶融に寄与するまでには時間遅れがある。したがって、この時間遅れに相当する遅延時間αを持たせてフィラーワイヤの送給速度を変化させれば、溶融効率が向上し、フィラーワイヤの送給速度を高速化することができる。したがって、遅延時間Αは、入熱と溶融との時間遅れに相当して設定され、溶接ワイヤの送給速度、直径、材質、溶接速度等に応じて実験によって適正値に設定される。
【００３１】
図４は、本発明の実施の形態に係る２ワイヤ溶接制御方法を示す第３パターンの波形図である。同図（Ａ）は溶接ワイヤ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（溶融池）との間に印加する溶接電圧Ｖｗの時間変化を示し、同図（Ｃ）はフィラーワイヤの挿入位置の変位量Ｌｈの時間変化を示し、同図（Ｄ）はフィラーワイヤの送給速度Ｆｗの時間変化を示す。同図は、上述した図２と対応しており、同図（Ｄ）に示すフィラーワイヤの送給速度Ｆｗ以外は全て同一であるので、それらの説明は省略する。以下、同図を参照して、フィラーワイヤの送給速度Ｆｗの変化パターンについて説明する。
【００３２】
同図（Ｄ）に示すように、フィラーワイヤの送給速度Ｆｗは、同図（Ｃ）に示すフィラーワイヤの挿入位置の変位量Ｌｈの変化に対応して、下式のように矩形波状に変化する。
Ｌｈ≧０のときＦｗ＝（Ｓｆ／２）＋Ｆwc  …（４１）式
Ｌｈ＜０のときＦｗ＝（−Ｓｆ／２）＋Ｆwc  …（４２）式
すなわち、ウィービングによってフィラーワイヤの挿入位置が前側方向（Ｌｈ≧０）にあるときは、アークに近づき入熱が大きくなるので、フィラーワイヤの送給速度Ｆｗを大きくしている。他方、フィラーワイヤの挿入位置が後側方向（Ｌｈ＜０）にあるときは、アークから遠ざかり入熱が小さくなるので、フィラーワイヤの送給速度Ｆｗを小さくしている。同図（Ｄ）に示すように、時刻ｔ０〜ｔ２の期間中は、変位量Ｌｈ≧０となるので、フィラーワイヤの送給速度Ｆｗ＝（Ｓｆ／２）＋Ｆwcとなる。時刻ｔ２〜ｔ４の期間中は、変位量Ｌｈ＜０となるので、フィラーワイヤの送給速度Ｆｗ＝（−Ｓｆ／２）＋Ｆwcとなる。これ以降は、繰り返しとなる。
【００３３】
同図（Ｃ）及び（Ｄ）に示すように、フィラーワイヤの送給速度Ｆｗは、フィラーワイヤの挿入位置の変位量Ｌｈの変化に同期して、矩形波状に変化する。このようにしたときの効果については、図２と同様である。但し、フィラーワイヤの送給速度Ｆｗを矩形波状に変化させるので、図２のときのように正弦波状に変化させるときに比べて、フィラーワイヤの送給制御回路が簡素化される。
【００３４】
上述した図２〜図４においては、ウィービングによるフィラーワイヤの挿入位置の変位量Ｌｈが、正弦波状に変化する場合について説明した。しかし、この変位量Ｌｈが、三角波、台形波、矩形波状に変化するようにしても良い。これに対応して、フィラーワイヤの送給速度Ｆｗも、三角波、台形波状に変化するようにしても良い。
【００３５】
図５は、図１〜図４で上述した本発明の実施の形態に係る２ワイヤ溶接制御方法を実施するための溶接装置のブロック図である。同図は、消耗電極アーク溶接が、上述したパルスアーク溶接の場合である。以下、同図を参照して各ブロックについて説明する。
【００３６】
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、後述する駆動信号Ｄｖに従ってインバータ制御によって出力制御を行い、アーク３を発生させるための溶接電圧Ｖｗ及び溶接電流Ｉｗを出力する。この電源主回路ＰＭは、図示は省略するが、商用電源を整流する１次整流回路、整流された直流を平滑するコンデンサ、平滑された直流を上記の駆動信号Ｄｖに従って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３を発生させるために適正な電圧値に降圧する高周波トランス、降圧された高周波交流を整流する２次整流回路、整流された直流を平滑するリアクトルから構成される。
【００３７】
溶接ワイヤ１は、溶接ワイヤ送給モータＷＭに結合された溶接ワイヤ送給ロール５の回転によって溶接トーチ４内を送給され、上記の電源主回路ＰＭから給電チップ（図示は省略）を介して給電されて、母材２との間にアーク３が発生する。フィラーワイヤ６は、フィラーワイヤ送給モータＦＭに結合されたフィラーワイヤ送給ロール８の回転によってフィラーワイヤガイド７内を送給され、アーク３によって形成された溶融池に挿入される。ウィービング信号生成回路ＷＳは、正弦波となるウィービング信号Ｗｓを出力する。ここで、Ｗｓ＝ｓｉｎ（２・π・ｆ・ｔ）であり、ｆは予め定めたウィービング周波数、ｔは経過時間である。ウィービング駆動機構９は、このウィービング信号Ｗｓを入力として、フィラーワイヤ６を溶接方向の前後方向にウィービングさせるためのモータを含む機構である。この機構としては、従来から、モータの回転運動を滑子クランク機構により直線運動に変換する機構、モータの回転運動をクランクと揺動梃により揺動運動に変換する機構等が用いられている。このウィービング駆動機構９によって、フィラーワイヤ６の挿入位置の変位量Ｌｈが、上述した（１）式のように変化することになる。振幅Ｓｗは、このウィービング駆動機構９によって設定される。
【００３８】
電圧検出回路ＶＤは、上記の溶接電圧Ｖｗを検出して、電圧検出信号Ｖｄを出力する。電圧平滑回路ＶＡＶは、この電圧検出信号Ｖｄを入力として、平均化（カットオフ周波数１〜１０Ｈｚ程度のローパスフィルタを通す）して、溶接電圧平均値信号Ｖavを出力する。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。電圧誤差増幅回路ＥＶは、この溶接電圧設定信号Ｖｒと上記の溶接電圧平均値信号Ｖavとの誤差を増幅して、電圧誤差増幅信号Ｅｖを出力する。
【００３９】
電圧／周波数変換回路ＶＦは、上記の電圧誤差増幅信号Ｅｖの値に比例した周波数の信号に変換して、この周波数（パルス周期）ごとに短時間Ｈｉｇｈレベルになるパルス周期信号Ｔｆを出力する。この電圧／周波数変換回路ＶＦによって上述した周波数変調制御を行っている。ピーク期間設定回路ＴＰＲは、予め定めたピーク期間設定信号Ｔprを出力する。ピーク期間タイマ回路ＴＰは、上記のパルス周期信号Ｔｆ及び上記のピーク期間設定信号Ｔprを入力として、パルス周期信号ＴｆがＨｉｇｈレベルに変化した時点からピーク期間設定信号Ｔprによって定まる期間だけＨｉｇｈレベルになるピーク期間信号Ｔｐを出力する。したがって、このピーク期間信号Ｔｐは、その周期がパルス周期となり、ピーク期間の間はＨｉｇｈレベルになり、ベース期間の間はＬｏｗレベルになる信号である。
【００４０】
ピーク電流設定回路ＩＰＲは、予め定めたピーク電流設定信号Ｉprを出力する。ベース電流設定回路ＩＢＲは、予め定めたベース電流設定信号Ｉbrを出力する。電流制御設定回路ＩＣＲは、上記のピーク期間信号Ｔｐ、上記のピーク電流設定信号Ｉpr及び上記のベース電流設定信号Ｉbrを入力として、ピーク期間信号ＴｐがＨｉｇｈレベル（ピーク期間）のときはピーク電流設定信号Ｉprを電流制御設定信号Ｉcrとして出力し、Ｌｏｗレベル（ベース期間）のときはベース電流設定信号Ｉbrを電流制御設定信号Ｉcrとして出力する。電流検出回路ＩＤは、上記の溶接電流Ｉｗを検出して、電流検出信号Ｉｄを出力する。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。駆動回路ＤＶは、この電流誤差増幅信号Ｅｉを入力として、この信号に基づいてＰＷＭ変調制御を行い、その結果に基づいて上記の電源主回路ＰＭ内のインバータ回路を駆動するための駆動信号Ｄｖを出力する。
【００４１】
溶接ワイヤ送給速度設定回路ＷＲは、予め定めた溶接ワイヤ送給速度設定信号Ｗｒを出力する。溶接ワイヤ送給制御回路ＷＣは、この溶接ワイヤ送給速度設定信号Ｗｒの値に相当する送給速度で溶接ワイヤ１を送給するための溶接ワイヤ送給制御信号Ｗｃを上記の溶接ワイヤ送給モータＷＭに出力する。振幅中心送給速度設定回路ＦＷＣＲは、予め定めた振幅中心送給速度設定信号Ｆwcrを出力する。送給速度振幅設定回路ＳＦＲは、予め定めた送給速度振幅設定信号Ｓfrを出力する。フィラーワイヤ送給速度設定回路ＦＲは、上記の振幅中心送給速度設定信号Ｆwcr及びこの送給速度振幅設定信号Ｓfrを入力として、上述した（２）式に基づいて制限波状に変化するフィラーワイヤ送給速度設定信号Ｆｒを出力する。上述したウィービング信号Ｗｓを生成するときの経過時間ｔと、このフィラーワイヤ送給速度設定信号Ｆｒを生成するときの経過時間ｔとは同一値であるので、これら２つの信号は同期していることになる。上述したように、（２）式の代わりに、（３）式を使用しても良い。さらに、（２）式の代わりに、（４１）式及び（４２）式を使用しても良い。ィラーワイヤ送給制御回路ＦＣＴは、このフィラーワイヤ送給速度設定信号Ｆｒの値に相当する送給速度でフィラーワイヤ６を送給するためのフィラーワイヤ送給制御信号Ｆctを上記のフィラーワイヤ送給モータＦＭに出力する。
【００４２】
上述した実施の形態によれば、フィラーワイヤの挿入位置を溶接方向の前後方向にウィービングし、フィラーワイヤの送給速度をウィービングに同期して変化させる。これにより、フィラーワイヤの挿入位置が前側方向にあるときはフィラーワイヤの溶融を促進してフィラーワイヤの送給速度の平均値を高速化し、後側方向にあるときは溶融池の冷却及び盛り上がりを押さえてハンピングビードの形成を抑制している。この結果、本実施の形態では、従来技術よりも高溶着溶接及び高速溶接を行うことが可能となる。
【符号の説明】
【００４３】
１            溶接ワイヤ
２            母材
２ａ            溶融池
３            アーク
４            溶接トーチ
５            溶接ワイヤ送給ロール
６            フィラーワイヤ
７            フィラーワイヤガイド
８            フィラーワイヤ送給ロール
９            ウィービング駆動機構
ａ            溶接狙い位置
ｂ０            挿入基準位置（ウィービング中心位置）
ｂ１            最前方位置
ｂ２            最後方位置
ＤＶ            駆動回路
Ｄｖ            駆動信号
ＥＩ            電流誤差増幅回路
Ｅｉ            電流誤差増幅信号
ＥＶ            電圧誤差増幅回路
Ｅｖ            電圧誤差増幅信号
ｆ            ウィービング周波数
Ｆｃ            定常フィラーワイヤ送給速度
ＦＣＴ            ィラーワイヤ送給制御回路
Ｆct            フィラーワイヤ送給制御信号
ＦＭ            フィラーワイヤ送給モータ
ＦＲ            フィラーワイヤ送給速度設定回路
Ｆｒ            フィラーワイヤ送給速度設定信号
Ｆｗ            フィラーワイヤの送給速度
Ｆwc            振幅中心送給速度
ＦＷＣＲ          振幅中心送給速度設定回路
Ｆwcr          振幅中心送給速度設定信号
Ｉav            溶接電流平均値
Ｉｂ            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            電流制御設定回路
Ｉcr            電流制御設定信号
ＩＤ            電流検出回路
Ｉｄ            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
Ｉｗ            溶接電流
Ｌｈ            フィラーワイヤの挿入位置の変位量
Ｌｗ            ワイヤ間距離
ＰＭ            電源主回路
ＳＦＲ            送給速度振幅設定回路
Ｓfr            送給速度振幅設定信号
Ｓｗ            振幅
ｔ            経過時間
Ｔｂ            ベース期間
Ｔｆ            パルス周期（信号）
ＴＰ            ピーク期間タイマ回路
Ｔｐ            ピーク期間（信号）
ＴＰＲ            ピーク期間設定回路
Ｔpr            ピーク期間設定信号
ＶＡＶ            電圧平滑回路
Ｖav            溶接電圧平均値（信号）
Ｖｂ            ベース電圧
ＶＤ            電圧検出回路
Ｖｄ            電圧検出信号
ＶＦ            電圧／周波数変換回路
Ｖｐ            ピーク電圧
ＶＲ            電圧設定回路
Ｖｒ            溶接電圧設定信号
Ｖｗ            溶接電圧
ＷＣ            溶接ワイヤ送給制御回路
Ｗｃ            溶接ワイヤ送給制御信号
ＷＭ            溶接ワイヤ送給モータ
ＷＲ            溶接ワイヤ送給速度設定回路
Ｗｒ            溶接ワイヤ送給速度設定信号
ＷＳ            ウィービング信号生成回路
Ｗｓ            ウィービング信号
Α            遅延時間
【図１】
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【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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