(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
溶接ワイヤの正送と逆送とを周期的に繰り返して短絡期間とアーク期間とを発生させ、前記短絡期間中の前記逆送時に溶接電流を減少させて前記アーク期間に移行させるアーク溶接制御方法において、
前記溶接電流の減少を、前記逆送の状態が予め定めた基準状態に達した時点から開始する、
ことを特徴とするアーク溶接制御方法。
【請求項２】
前記逆送の状態が前記逆送の開始からの時間であり、前記基準状態が基準時間である、
ことを特徴とする請求項１記載のアーク溶接制御方法。
【請求項３】
前記逆送の状態が前記逆送の速度であり、前記基準状態が基準速度である、
ことを特徴とする請求項１記載のアーク溶接制御方法。
【請求項４】
前記逆送の状態が前記逆送の位相であり、前記基準状態が基準位相である、
ことを特徴とする請求項１記載のアーク溶接制御方法。
【請求項５】
前記逆送の状態が前記逆送の送給量であり、前記基準状態が基準送給量である、
ことを特徴とする請求項１記載のアーク溶接制御方法。
【請求項６】
前記溶接電流の減少時点から前記アーク期間に移行した時点までの時間を計測し、この計測した時間に応じて前記基準状態を変化させる、
ことを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の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、溶接ワイヤの正送と逆送とを周期的に繰り返して短絡期間とアーク期間とを発生させ、短絡期間中の逆送時に溶接電流を減少させてアーク期間に移行させるアーク溶接制御方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
一般的な消耗電極式アーク溶接では、消耗電極である溶接ワイヤを一定速度で送給し、溶接ワイヤと母材との間にアークを発生させて溶接が行なわれる。消耗電極式アーク溶接では、溶接ワイヤと母材とが短絡状態とアーク発生状態とを交互に繰り返す溶接状態になることが多い。【０００３】
ところで、溶接品質をさらに向上させるために、溶接ワイヤの正送と逆送とを周期的に繰り返して溶接する方法が提案されている（例えば、特許文献１参照）。また、アークが再発生する前兆現象である溶滴のくびれを検出して溶接電流を急減させ、小電流値の状態でアークを再発生させることによって、スパッタの発生量を削減させる溶接方法が提案されている（例えば、特許文献２参照）。以下、これらの溶接方法について説明する。【０００４】
図４は、送給速度の正送と逆送とを周期的に繰り返し、かつ、くびれ検出制御を行う溶接方法における波形図である。同図（Ａ）は送給速度Ｆｗの波形を示し、同図（Ｂ）は溶接電流Ｉｗの波形を示し、同図（Ｃ）は溶接電圧Ｖｗの波形を示す。以下、同図を参照して説明する。【０００５】
同図（Ａ）に示すように、送給速度Ｆｗは、０よりも上側が正送期間となり、下側が逆送期間となる。正送とは溶接ワイヤを母材に近づける方向に送給することであり、逆送とは母材から離反する方向に送給することである。送給速度Ｆｗは、正弦波状に変化しており、正送側にシフトした波形となっている。このために、送給速度Ｆｗの平均値は正の値となり、溶接ワイヤは平均的には正送されている。【０００６】
同図（Ａ）に示すように、送給速度Ｆｗは、時刻ｔ１時点では０であり、時刻ｔ１〜ｔ２の期間は正送加速期間となり、時刻ｔ２で正送の最大値となり、時刻ｔ２〜ｔ３の期間は正送減速期間となり、時刻ｔ３で０となり、時刻ｔ３〜ｔ４の期間は逆送加速期間となり、時刻ｔ４で逆送の最大値となり、時刻ｔ４〜ｔ５の期間は逆送減速期間となる。【０００７】
溶接ワイヤと母材との短絡は、時刻ｔ２の正送最大値の前後で発生することが多い。同図では、正送最大値の後の正送減速期間中の時刻ｔ２１で発生した場合である。時刻ｔ２１において短絡が発生すると、同図（Ｃ）に示すように、溶接電圧Ｖｗは数Ｖの短絡電圧値に急減し、同図（Ｂ）に示すように、溶接電流Ｉｗも小電流値の初期電流値に減少する。その後、溶接電流Ｉｗは、所定の傾斜で増加し、予め定めたピーク値に達するとその値を維持する。【０００８】
同図（Ａ）に示すように、送給速度Ｆｗは、時刻ｔ３からは逆送期間になるので、溶接ワイヤは逆送される。この逆送によって短絡が解除されて、時刻ｔ３１においてアークが再発生する。アークの再発生は、時刻ｔ４の逆送最大値の前後で発生することが多い。同図では、逆送ピーク値の前の逆送加速期間中の時刻ｔ３１で発生した場合である。【０００９】
時刻ｔ３１においてアークが再発生すると、同図（Ｃ）に示すように、溶接電圧Ｖｗは数十Ｖのアーク電圧値に急増する。同図（Ｂ）に示すように、溶接電流Ｉｗは、アーク再発生の前兆現象である溶滴のくびれを検出する制御によって、時刻ｔ３１よりも数百μｓ程度前の時点から急減し、時刻ｔ３１のアーク再発生時点では小電流値となっている。このくびれの検出は、溶滴にくびれが形成されると通電路が狭くなり溶接ワイヤと母材との間の抵抗値又は溶接電圧値が上昇することを検出することによって行われる。【００１０】
同図（Ａ）に示すように、送給速度Ｆｗは、時刻ｔ３１から時刻ｔ５まで逆送される。この期間中は、アーク長が長くなる期間となる。時刻ｔ３１〜ｔ５の期間中は、同図（Ｂ）に示すように、溶接電流Ｉｗは、所定の傾斜で増加し予め定めた高アーク電流値に達するとその値を所定期間維持し、その後は減少を開始する。【００１１】
同図（Ａ）に示すように、送給速度Ｆｗは、時刻ｔ５から正送期間となり、時刻ｔ６で正送ピーク値となる。そして、時刻ｔ６１において、短絡が発生する。この時刻ｔ５〜ｔ６１の期間中は、同図（Ｃ）に示すように、溶接電圧Ｖｗは次第に減少し、同図（Ｂ）に示すように、溶接電流Ｉｗも次第に減少する。【００１２】
上述したように、短絡とアークとの周期は、送給速度の正送と逆送との周期と略一致することになる。すなわち、この溶接方法では、送給速度の正送と逆送との周期を設定することによって短絡とアークとの周期を所望値にすることができる。このために、特に、大電流域において、この溶接方法を実施すれば、短絡とアークとの周期のばらつきを抑制して略一定にすることが可能となり、くびれ検出制御と組み合わせることによって、スパッタ発生量の少ない、かつ、ビード外観の良好な溶接を行なうことができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１３】
【特許文献１】日本国特許第５２０１２６６号公報
【特許文献２】日本国特開２０１２−７１３１０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
しかし、くびれ検出制御では、溶接ワイヤと母材との間の抵抗値又は溶接電圧値の微小な変化を検出することによってくびれの検出を行うために、溶接トーチの先端とアーク発生近傍の母材との間の電圧（アーク発生近傍の溶接電圧）を検出する必要がある。アーク発生近傍の溶接電圧を検出するためには、溶接トーチの先端及びアーク発生近傍の母材に電圧検出線を設ける必要がある。この電圧検出線を設けることは煩雑な作業であり、かつ、溶接トーチは頻繁に移動するので、電圧検出線の断線が生じやすい。さらに、くびれを正確に検出するためには、溶接現場ごとに、かつ、溶接条件ごとにくびれの検出感度を微妙に調整する必要があり、調整に時間がかかるという問題もある。【００１５】
そこで、本発明では、溶接ワイヤの正送と逆送とを周期的に繰り返す溶接方法において、くびれの検出を行うことなくスパッタの発生量を削減することができるアーク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】
【００１６】
上述した課題を解決するために、本発明は、
溶接ワイヤの正送と逆送とを周期的に繰り返して短絡期間とアーク期間とを発生させ、前記短絡期間中の前記逆送時に溶接電流を減少させて前記アーク期間に移行させるアーク溶接制御方法において、
前記溶接電流の減少を、前記逆送の状態が予め定めた基準状態に達した時点から開始する、
ことを特徴とするアーク溶接制御方法である。【００１７】
本発明は、前記逆送の状態が前記逆送の開始からの時間であり、前記基準状態が基準時間である、
ことを特徴とするアーク溶接制御方法である。【００１８】
本発明は、前記逆送の状態が前記逆送の速度であり、前記基準状態が基準速度である、
ことを特徴とするアーク溶接制御方法である。【００１９】
本発明は、前記逆送の状態が前記逆送の位相であり、前記基準状態が基準位相である、
ことを特徴とするアーク溶接制御方法である。【００２０】
本発明は、前記逆送の状態が前記逆送の送給量であり、前記基準状態が基準送給量である、
ことを特徴とするアーク溶接制御方法である。【００２１】
本発明は、前記溶接電流の減少時点から前記アーク期間に移行した時点までの時間を計測し、この計測した時間に応じて前記基準状態を変化させる、
ことを特徴とするアーク溶接制御方法である。
【発明の効果】
【００２２】
本発明によれば、逆送状態を判別することによって、くびれを検出することなく、アークが再発生する時点よりも適正な時間だけ前に溶接電流を減少させて小電流値の状態にすることができる。このために、くびれの検出を行うことなく、スパッタの発生量を削減することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】本発明の実施の形態１に係るアーク溶接制御方法を実施するための溶接電源のブロック図である。
【図２】本発明の実施の形態１に係るアーク溶接制御方法を説明するための、図１の溶接電源における各信号のタイミングチャートである。
【図３】本発明の実施の形態２に係るアーク溶接制御方法を実施するための溶接電源のブロック図である。
【図４】従来技術において、送給速度の正送と逆送とを周期的に繰り返し、かつ、くびれ検出制御を行う溶接方法における波形図である。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
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。
【００２５】
［実施の形態１］
図１は、本発明の実施の形態１に係るアーク溶接制御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。
【００２６】
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、後述する誤差増幅信号Ｅａに従ってインバータ制御等の出力制御を行い、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次整流器、整流された直流を平滑する平滑コンデンサ、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直流に整流する２次整流器、整流された直流を平滑するリアクトル、上記の誤差増幅信号Ｅａを入力としてパルス幅変調制御を行う変調回路、パルス幅変調制御信号を入力としてインバータ回路のスイッチング素子を駆動するインバータ駆動回路を備えている。
【００２７】
減流抵抗器Ｒは、上記の電源主回路ＰＭと溶接トーチ４との間に挿入される。この減流抵抗器Ｒの値は、短絡負荷（０．０１〜０．０３Ω程度）の１０倍以上大きな値（０．５〜３Ω程度）に設定される。この減流抵抗器Ｒが通電路に挿入されると、溶接電源内の直流リアクトル及び外部ケーブルのリアクトルに蓄積されたエネルギーが急放電される。トランジスタＴＲは、減流抵抗器Ｒと並列に接続されて、後述する駆動信号Ｄｒに従ってオン又はオフ制御される。
【００２８】
送給モータＷＭは、後述する送給制御信号Ｆｃを入力として、正送と逆送とを周期的に繰り返して溶接ワイヤ１を送給速度Ｆｗで送給する。この送給モータＷＭには、過渡応答性の速いモータが使用される。溶接ワイヤ１の送給速度Ｆｗの変化率及び送給方向の反転を速くするために、送給モータＷＭは溶接トーチ４の先端の近くに設置される場合がある。また、送給モータＷＭを２個使用して、プッシュプル方式の送給系とする場合もある。
【００２９】
溶接ワイヤ１は、上記の送給モータＷＭに結合された送給ロール５の回転によって溶接トーチ４内を送給されて、母材２との間にアーク３が発生する。溶接トーチ４内の給電チップ（図示は省略）と母材２との間には溶接電圧Ｖｗが印加し、溶接電流Ｉｗが通電する。
【００３０】
溶接電流検出回路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。溶接電圧検出回路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。
【００３１】
短絡判別回路ＳＤは、上記の溶接電圧検出信号Ｖｄを入力として、この値が予め定めた短絡／アーク判別値（１０Ｖ程度に設定）未満であるときは短絡期間にあると判別してＨｉｇｈレベルとなり、以上のときはアーク期間にあると判別してＬｏｗレベルになる短絡判別信号Ｓｄを出力する。
【００３２】
送給速度設定回路ＦＲは、図２（Ａ）で詳述するように、正送と逆送とが周期的に繰り返される予め定めたパターンの送給速度設定信号Ｆｒを出力する。
【００３３】
送給制御回路ＦＣは、この送給速度設定信号Ｆｒを入力として、この設定値に相当する送給速度Ｆｗで溶接ワイヤ１を送給するための送給制御信号Ｆｃを上記の送給モータＷＭに出力する。
【００３４】
基準状態設定回路ＢＴは、予め定めた基準状態設定信号Ｂｔを出力する。逆送状態判別回路ＢＤは、この基準状態設定信号Ｂｔ、上記の送給速度設定信号Ｆｒ及び上記の短絡判別信号Ｓｄを入力として、短絡判別信号ＳｄがＨｉｇｈレベル（短絡期間）であるときに、送給速度設定信号Ｆｒから算出された逆送状態が基準状態設定信号Ｂｔによって設定された基準状態に達するとＨｉｇｈレベルとなり、短絡判別信号ＳｄがＬｏｗレベル（アーク期間）に変化した時点でＬｏｗレベルになる逆送状態判別信号Ｂｄを出力する。逆送状態としては、以下の４つから１つを選択して使用する。
１）逆送状態が逆送の開始からの時間である場合
送給速度設定信号Ｆｒが正の値（正送）から負の値（逆送）に変化した時点（逆送の開始時点）からの時間を計時し、この時間が基準状態設定信号Ｂｔによって設定された基準時間に達した時点でＨｉｇｈレベルとなる逆送状態判別信号Ｂｄを出力する。
２）逆送状態が逆送速度である場合
送給速度設定信号Ｆｒが正の値（正送）から負の値（逆送）に変化した時点（逆送の開始時点）からの送給速度設定信号Ｆｒの値（逆送速度）が、基準状態設定信号Ｂｔによって設定された基準速度に達した時点でＨｉｇｈレベルとなる逆送状態判別信号Ｂｄを出力する。
３）逆送状態が逆送の位相である場合
送給速度設定信号Ｆｒの逆送期間（負の値の期間）の位相が、基準状態設定信号Ｂｔによって設定された基準位相に達した時点でＨｉｇｈレベルとなる逆送状態判別信号Ｂｄを出力する。
４）逆送状態が逆送の送給量である場合
送給速度設定信号Ｆｒが正の値（正送）から負の値（逆送）に変化した時点（逆送の開始時点）からの送給速度設定信号Ｆｒの絶対値の積分値（逆送の送給量）を演算し、この積分値が基準状態設定信号Ｂｔによって設定された基準送給量に達した時点でＨｉｇｈレベルとなる逆送状態判別信号Ｂｄを出力する。
【００３５】
低レベル電流設定回路ＩＬＲは、予め定めた低レベル電流設定信号Ｉｌｒを出力する。電流比較回路ＣＭは、この低レベル電流設定信号Ｉｌｒ及び上記の溶接電流検出信号Ｉｄを入力として、Ｉｄ＜ＩｌｒのときはＨｉｇｈレベルになり、Ｉｄ≧ＩｌｒのときはＬｏｗレベルになる電流比較信号Ｃｍを出力する。駆動回路ＤＲは、この電流比較信号Ｃｍ及び上記の逆送状態判別信号Ｂｄを入力として、逆送状態判別信号ＢｄがＨｉｇｈレベルに変化するとＬｏｗレベルに変化し、その後に電流比較信号ＣｍがＨｉｇｈレベルに変化するとＨｉｇｈレベルに変化する駆動信号Ｄｒを上記のトランジスタＴＲのベース端子に出力する。したがって、この駆動信号Ｄｒは逆送状態が基準状態に達するとＬｏｗレベルになり、トランジスタＴＲがオフ状態になり通電路に減流抵抗器Ｒが挿入されるので、短絡負荷を通電する溶接電流Ｉｗは急減する。そして、急減した溶接電流Ｉｗの値が低レベル電流設定信号Ｉｌｒの値まで減少すると、駆動信号ＤｒはＨｉｇｈレベルになり、トランジスタＴＲがオン状態になるので、減流抵抗器Ｒは短絡されて通常の状態に戻る。
【００３６】
電流制御設定回路ＩＣＲは、上記の短絡判別信号Ｓｄ、上記の低レベル電流設定信号Ｉｌｒ及び上記の逆送状態判別信号Ｂｄを入力として、以下の処理を行い、電流制御設定信号Ｉｃｒを出力する。
１）短絡判別信号ＳｄがＨｉｇｈレベル（短絡）に変化した時点から予め定めた初期期間中は、予め定めた初期電流設定値を電流制御設定信号Ｉｃｒとして出力する。
２）その後は、電流制御設定信号Ｉｃｒの値を、上記の初期電流設定値から予め定めた短絡時傾斜で予め定めたピーク設定値まで上昇させ、その値を維持する。
３）逆送状態判別信号ＢｄがＨｉｇｈレベルに変化すると、電流制御設定信号Ｉｃｒの値を低レベル電流設定信号Ｉｌｒの値に切り換えて維持する。
４）短絡判別信号ＳｄがＬｏｗレベル（アーク）に変化すると、電流制御設定信号Ｉｃｒを、予め定めたアーク時傾斜で予め定めた高レベル電流設定値まで上昇させ、その値を維持する。
【００３７】
オフディレイ回路ＴＤＳは、上記の短絡判別信号Ｓｄを入力として、この信号がＨｉｇｈレベルからＬｏｗレベルに変化する時点を予め定めた遅延時間だけオフディレイさせて遅延信号Ｔｄｓを出力する。したがって、この遅延信号Ｔｄｓは、短絡期間になるとＨｉｇｈレベルとなり、アークが再発生してから遅延時間だけオフディレイしてＬｏｗレベルになる信号である。
【００３８】
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。
【００３９】
電圧設定回路ＶＲは、アーク期間中の溶接電圧を設定するための予め定めた電圧設定信号Ｖｒを出力する。電圧誤差増幅回路ＥＶは、この電圧設定信号Ｖｒ（＋）と上記の溶接電圧検出信号Ｖｄ（−）との誤差を増幅して、電圧誤差増幅信号Ｅｖを出力する。
【００４０】
制御切換回路ＳＷは、上記の電流誤差増幅信号Ｅｉ、上記の電圧誤差増幅信号Ｅｖ及び上記の遅延信号Ｔｄｓを入力として、遅延信号ＴｄｓがＨｉｇｈレベル（短絡開始からアークが再発生して遅延時間が経過するまでの期間）のときは電流誤差増幅信号Ｅｉを誤差増幅信号Ｅａとして出力し、Ｌｏｗレベル（アーク）のときは電圧誤差増幅信号Ｅｖを誤差増幅信号Ｅａとして出力する。この回路により、短絡期間＋遅延期間中は定電流制御となり、それ以外のアーク期間中は定電圧制御となる。
【００４１】
図２は、本発明の実施の形態１に係るアーク溶接制御方法を説明するための、図１の溶接電源における各信号のタイミングチャートである。同図（Ａ）は溶接ワイヤ１の送給速度Ｆｗの時間変化を示し、同図（Ｂ）は溶接電流Ｉｗの時間変化を示し、同図（Ｃ）は溶接電圧Ｖｗの時間変化を示し、同図（Ｄ）は逆送状態判別信号Ｂｄの時間変化を示し、同図（Ｅ）は駆動信号Ｄｒの時間変化を示し、同図（Ｆ）は遅延信号Ｔｄｓの時間変化を示し、同図（Ｇ）は電流制御設定信号Ｉｃｒの時間変化を示す。以下、同図を参照して説明する。
【００４２】
同図（Ａ）に示すように、送給速度Ｆｗは、０よりも上側の正の値のときは溶接ワイヤが正送されていることを示し、０よりも下側の負の値のときは逆送されていることを示す。同図（Ａ）に示す送給速度Ｆｗは送給速度設定信号Ｆｒ（図示は省略）によって設定されるので、両波形は相似波形となる。また、同図（Ａ）に示す送給速度Ｆｗは、図４（Ａ）の送給速度Ｆｗと同一波形である。
【００４３】
同図（Ａ）に示すように、送給速度Ｆｗは、時刻ｔ１時点では０であり、時刻ｔ１〜ｔ２の期間は正送加速期間となり、時刻ｔ２で正送の最大値となり、時刻ｔ２〜ｔ３の期間は正送減速期間となり、時刻ｔ３で０となり、時刻ｔ３〜ｔ４の期間は逆送加速期間となり、時刻ｔ４で逆送の最大値となり、時刻ｔ４〜ｔ５の期間は逆送減速期間となる。同図では正弦波状に変化しているが、三角波状又は台形波状に変化するようにしても良い。例えば、時刻ｔ１〜ｔ３の正送期間は５．４ｍｓであり、時刻ｔ３〜ｔ５の逆送期間は４．６ｍｓであり、１周期は１０ｍｓとなる。また、正送の最大値は５０ｍ／ｍｉｎであり、逆送の最大値は−４０ｍ／ｍｉｎである。このときの送給速度Ｆｗの平均値は約＋４ｍ／ｍｉｎとなり、平均溶接電流値は約１５０Ａとなる。
【００４４】
溶接ワイヤと母材との短絡は、時刻ｔ２の正送最大値の前後で発生することが多い。同図では、正送最大値の後の正送減速期間中の時刻ｔ２１で発生した場合である。時刻ｔ２１において短絡が発生すると、同図（Ｃ）に示すように、溶接電圧Ｖｗは数Ｖの短絡電圧値に急減する。この溶接電圧Ｖｗが短絡／アーク判別値Ｖｔａ未満になったことを判別して、同図（Ｆ）に示すように、遅延信号ＴｄｓはＬｏｗレベルからＨｉｇｈレベルに変化する。これに応動して、同図（Ｇ）に示すように、電流制御設定信号Ｉｃｒは時刻ｔ２１において予め定めた高レベル電流設定値から小さな値である予め定めた初期電流設定値に変化する。
【００４５】
時刻ｔ３からは逆送加速期間となるので、送給速度Ｆｗは逆送方向に切り換わる。同図（Ｇ）に示すように、電流制御設定信号Ｉｃｒは、時刻ｔ２１〜ｔ２２の予め定めた初期期間中は上記の初期電流設定値となり、時刻ｔ２２〜ｔ２３の期間中は予め定めた短絡時傾斜で上昇し、時刻ｔ２３〜ｔ３１の期間中は予め定めたピーク設定値となる。短絡期間中は上述したように定電流制御されているので、溶接電流Ｉｗは電流制御設定信号Ｉｃｒに相当する値に制御される。このために、同図（Ｂ）に示すように、溶接電流Ｉｗは、時刻ｔ２１においてアーク期間の溶接電流から急減し、時刻ｔ２１〜ｔ２２の初期期間中は初期電流値となり、時刻ｔ２２〜ｔ２３の期間中は短絡時傾斜で上昇し、時刻２３〜ｔ３１の期間中はピーク値となる。例えば、初期期間は１ｍｓに、初期電流は５０Ａに、短絡時傾斜は４００Ａ／ｍｓに、ピーク値は４５０Ａに設定される。同図（Ｄ）に示すように、逆送状態判別信号Ｂｄは、後述する時刻ｔ３１〜ｔ３３の期間はＨｉｇｈレベルとなり、それ以外の期間はＬｏｗレベルとなる。同図（Ｅ）に示すように、駆動信号Ｄｒは、後述する時刻ｔ３１〜ｔ３２の期間はＬｏｗレベルとなり、それ以外の期間はＨｉｇｈレベルとなる。したがって、同図において時刻ｔ３１以前の期間中は、駆動信号ＤｒはＨｉｇｈレベルとなり、図１のトランジスタＴＲがオン状態となるので、減流抵抗器Ｒは短絡されて通常の消耗電極アーク溶接電源と同一の状態となる。
【００４６】
同図（Ｃ）に示すように、溶接電圧Ｖｗは、溶接電流Ｉｗがピーク値となる時刻ｔ２３あたりから上昇する。これは、溶接ワイヤの逆送及び溶接電流Ｉｗによるピンチ力の作用により、溶滴にくびれが次第に形成されるためである。
【００４７】
時刻ｔ３１において逆送状態が基準状態に達すると、同図（Ｄ）に示すように、逆送状態判別信号ＢｄはＨｉｇｈレベルに変化する。これに応動して、同図（Ｅ）に示すように、駆動信号ＤｒはＬｏｗレベルになるので、図１のトランジスタＴＲはオフ状態となり減流抵抗器Ｒが通電路に挿入される。同時に、同図（Ｇ）に示すように、電流制御設定信号Ｉｃｒは低レベル電流設定信号Ｉｌｒの値へと小さくなる。このために、同図（Ｂ）に示すように、溶接電流Ｉｗはピーク値から低レベル電流値Ｉｌへと急減する。そして、時刻ｔ３２において溶接電流Ｉｗが低レベル電流値Ｉｌまで減少すると、同図（Ｅ）に示すように、駆動信号ＤｒはＨｉｇｈレベルに戻るので、図１のトランジスタＴＲはオン状態となり減流抵抗器Ｒは短絡される。同図（Ｂ）に示すように、溶接電流Ｉｗは、電流制御設定信号Ｉｃｒが低レベル電流設定信号Ｉｌｒのままであるので、時刻ｔ３３のアーク再発生までは低レベル電流値Ｉｌを維持する。したがって、トランジスタＴＲは、時刻ｔ３１に逆送状態が基準状態に達した時点から時刻ｔ３２に溶接電流Ｉｗが低レベル電流値Ｉｌに減少するまでの期間のみオフ状態となる。同図（Ｃ）に示すように、溶接電圧Ｖｗは、溶接電流Ｉｗが小さくなるので時刻ｔ３１から一旦減少した後に急上昇する。低レベル電流値Ｉｌは、例えば５０Ａに設定される。
【００４８】
時刻ｔ３３において、溶接ワイヤの逆送及び溶接電流Ｉｗの通電によるピンチ力によってくびれが進行してアークが再発生すると、同図（Ｃ）に示すように、溶接電圧Ｖｗの値は短絡／アーク判別値Ｖｔａ以上となる。くびれが形成される時刻ｔ３１からアークが再発生する時刻ｔ３３までの時間を、くびれ時間Ｔｎと呼ぶことにする。
【００４９】
アークが再発生した直後の時刻ｔ４からは逆送減速期間になるので、同図（Ａ）に示すように、送給速度Ｆｗは逆送状態を維持しつつ減速する。時刻ｔ３３にアークが再発生すると、同図（Ｇ）に示すように、電流制御設定信号Ｉｃｒの値は、低レベル電流設定信号Ｉｌｒの値から予め定めたアーク時傾斜で上昇し、上記の高レベル電流設定値に達するとその値を維持する。同図（Ｆ）に示すように、遅延信号Ｔｄｓは、時刻ｔ３３にアークが再発生してから予め定めた遅延期間Ｔｄが経過する時刻ｔ４１までＨｉｇｈレベルのままである。したがって、溶接電源は時刻ｔ４１まで定電流制御されているので、同図（Ｂ）に示すように、溶接電流Ｉｗは、時刻ｔ３３からアーク時傾斜で上昇し、高レベル電流値に達するとその値を時刻ｔ４１まで維持する。同図（Ｃ）に示すように、溶接電圧Ｖｗは、時刻ｔ３３〜ｔ４１の遅延期間Ｔｄ中は高レベル電圧値の状態にある。同図（Ｄ）に示すように、逆送状態判別信号Ｂｄは、時刻ｔ３３にアークが再発生するので、Ｌｏｗレベルに変化する。例えば、アーク時傾斜は４００Ａ／ｍｓに、高レベル電流値は４５０Ａに、遅延期間Ｔｄは２ｍｓに設定される。
【００５０】
時刻ｔ４１において、同図（Ｆ）に示すように、遅延信号ＴｄｓがＬｏｗレベルに変化する。この結果、溶接電源は定電流制御から定電圧制御へと切り換えられる。時刻ｔ３３にアークが再発生してから時刻ｔ５までは、溶接ワイヤは逆送しているので、アーク長は次第に長くなる。時刻ｔ５からは正送加速期間になるので、同図（Ａ）に示すように、送給速度Ｆｗは正送に切り換えられる。時刻ｔ４１に定電圧制御に切り換えられると、同図（Ｂ）に示すように、溶接電流Ｉｗは高レベル電流値から次第に減少する。同様に、同図（Ｃ）に示すように、溶接電圧Ｖｗは高レベル電圧値から次第に減少する。
【００５１】
上述したように、時刻ｔ３１に逆送状態が基準状態に達すると通電路に減流抵抗器を挿入することによって溶接電流Ｉｗを急減させて、時刻ｔ３３にアークが再発生した時点における電流値を小さな値に制御することができる。このために、スパッタ発生量を大幅に削減することができる。
【００５２】
上述したように、同図（Ｄ）に示す逆送状態判別信号ＢｄがＨｉｇｈレベルに変化するときは、１）逆送の開始からの時間が基準時間に達したときであり、２）逆送の速度が基準速度に達したときであり、３）逆送の位相が基準位相に達したときであり、又は、４）逆送の送給量が基準送給量に達したときである。時刻ｔ１〜ｔ５の１周期の位相を０〜３６０°とすると、時刻ｔ３〜ｔ５の逆送期間の位相は１８０〜３６０°となり、逆送の位相とはこの角度となる。また、逆送の送給量とは、逆送の速度の絶対値の積分値であるので、逆送を開始してからの溶接ワイヤが逆送された距離となる。
【００５３】
逆送状態が基準状態に達したときとは、溶接ワイヤの先端が母材から離反してアークが再発生するまでの時間が０．１〜１．０ｍｓ程度の適正範囲となるタイミングである。このように、逆送状態を判別することによって、くびれを検出することなく、アークが再発生する時点よりも適正な時間だけ前に溶接電流を減少させて小電流値の状態にすることができる。このために、スパッタの発生量を削減することができる。
【００５４】
上述した実施の形態１によれば、溶接電流の減少を、逆送の状態が予め定めた基準状態に達した時点から開始する。これにより、逆送状態を判別することによって、くびれを検出することなく、アークが再発生する時点よりも適正な時間だけ前に溶接電流を減少させて小電流値の状態にすることができる。このために、くびれの検出を行うことなく、スパッタの発生量を削減することができる。
【００５５】
また、逆送状態を、逆送の速度、逆送の位相、又は逆送の送給量によって判別すると、溶接条件に応じて逆送の振幅が変化しても、溶接電流の減少タイミングは適正なままであり、再調整を必要としない。このために、作業効率を高めることができる。これは、逆送の速度が基準速度に達したときから、逆送の位相が基準位相に達したときから、及び逆送の送給量が基準送給量に達したときから適正範囲の後にアークが再発生する確率が高いためである。
【００５６】
［実施の形態２］
実施の形態２の発明は、短絡期間中に逆送の状態が基準状態に達して溶接電流を減少させた時点からアーク期間に移行した時点までの時間（くびれ時間Ｔｎ）を計測し、この計測した時間に応じて基準状態を変化させるものである。
【００５７】
図３は、本発明の実施の形態２に係るアーク溶接制御方法を実施するための溶接電源のブロック図である。同図は上述した図１と対応しており、同一のブロックには同一符号を付して、それらの説明は繰り返さない。同図は、図１にくびれ時間計測回路ＴＮＤを追加し、図１の基準状態設定回路ＢＴを第２基準状態設定回路ＢＴ２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。
【００５８】
くびれ時間計測回路ＴＮＤは、逆送状態判別信号Ｂｄを入力として、この逆送状態判別信号ＢｄがＨｉｇｈレベルである時間を計測し、くびれ時間計測信号Ｔｎｄとして出力する。逆送状態判別信号Ｂｄは、上述したように、短絡期間中に逆送の状態が基準状態に達した時点でＨｉｇｈレベルとなり、アーク期間に移行した時点でＬｏｗレベルとなる信号である。この逆送状態判別信号ＢｄがＨｉｇｈレベルになると、くびれが形成されたと判別して溶接電流Ｉｗを急減させる。
【００５９】
第２基準状態設定回路ＢＴ２は、このくびれ時間計測信号Ｔｎｄ及び短絡判別信号Ｓｄを入力として、短絡判別信号ＳｄがＨｉｇｈレベル（短絡期間）からＬｏｗレベル（アーク期間）に変化するごとに、くびれ時間計測信号Ｔｎｄが予め定めた適正範囲の上限値以上であるときは基準状態設定信号Ｂｔの現在値を所定値だけ小さくし、上記の適正範囲の下限値未満であるときは現在値を上記の所定値だけ大きくして、基準状態設定信号Ｂｔを出力する。基準状態設定信号Ｂｔの値は、溶接開始時には予め定めた初期値に設定されている。この回路によって、基準状態設定信号Ｂｔの値は、くびれ時間計測信号Ｔｎｄの値に応じて適正値に修正される。上記の適正範囲は、例えば０．１〜１．０ｍｓの範囲である。この場合、上限値は１．０ｍｓとなり、下限値は０．１ｍｓとなる。
【００６０】
図３の溶接電源における各信号のタイミングチャートは、上述した図２と同一であるので説明は繰り返さない。但し、図２の時刻ｔ３１〜ｔ３３のくびれ時間Ｔｎによって次の短絡期間における基準状態（基準状態設定信号Ｂｔ）が修正される点が異なる。これにより、次の短絡期間における時刻ｔ３１に相当するタイミングが適正になるように修正されることになる。
【００６１】
上述した実施の形態２によれば、溶接電流の減少時点からアーク期間に移行した時点までの時間（くびれ時間Ｔｎ）を計測し、この計測した時間に応じて基準状態（基準状態設定信号Ｂｔ）を変化させる。これにより、実施の形態２では、実施の形態１の効果に加えて、逆送状態を判別することによって、くびれを検出することなく、アークが再発生する時点よりも適正な時間だけ前に溶接電流を減少させて小電流値の状態にすることができ、かつ、溶接電流の減少タイミングを常に適正なタイミングになるように自動調整することができる。このために、くびれの検出を行うことなく、スパッタの発生量の削減効果を最大限にすることができる。
【産業上の利用可能性】
【００６２】
本発明によれば、溶接ワイヤの正送と逆送とを周期的に繰り返す溶接方法において、くびれの検出を行うことなくスパッタの発生量を削減することができるアーク溶接制御方法を提供することができる。【００６３】
以上、本発明を特定の実施形態によって説明したが、本発明はこの実施形態に限定されるものではなく、開示された発明の技術思想を逸脱しない範囲で種々の変更が可能である。
本出願は、２０１４年３月１０日出願の日本特許出願（特願２０１４−０４６０７８）に基づくものであり、その内容はここに取り込まれる。
【符号の説明】
【００６４】
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
ＢＤ   逆送状態判別回路
Ｂｄ   逆送状態判別信号
ＢＴ   基準状態設定回路
Ｂｔ   基準状態設定信号
ＢＴ２ 第２基準状態設定回路
ＣＭ   電流比較回路
Ｃｍ   電流比較信号
ＤＲ   駆動回路
Ｄｒ   駆動信号
Ｅａ   誤差増幅信号
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
ＦＣ   送給制御回路
Ｆｃ   送給制御信号
ＦＲ   送給速度設定回路
Ｆｒ   送給速度設定信号
Ｆｗ   送給速度
ＩＣＲ 電流制御設定回路
Ｉｃｒ 電流制御設定信号
ＩＤ   溶接電流検出回路
Ｉｄ   溶接電流検出信号
Ｉｌ   低レベル電流値
ＩＬＲ 低レベル電流設定回路
Ｉｌｒ 低レベル電流設定信号
Ｉｗ   溶接電流
ＰＭ   電源主回路
Ｒ     減流抵抗器
ＳＤ   短絡判別回路
Ｓｄ   短絡判別信号
ＳＷ   制御切換回路
Ｔｄ   遅延期間
ＴＤＳ オフディレイ回路
Ｔｄｓ 遅延信号
Ｔｎ   くびれ時間
ＴＮＤ くびれ時間計測回路
Ｔｎｄ くびれ時間計測信号
ＴＲ   トランジスタ
ＶＤ   溶接電圧検出回路
Ｖｄ   溶接電圧検出信号
ＶＲ   電圧設定回路
Ｖｒ   電圧設定信号
Ｖｔａ 短絡／アーク判別値
Ｖｗ   溶接電圧
ＷＭ   送給モータ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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