(57)【要約】【課題】溶接開始と停止とを短い間隔で繰り返す溶接において、アークスタート性を良好にするためにスローダウン速度が遅いため、溶接ワイヤの送給開始から実際にアークが発生するまでの無駄時間が長くかかり、溶接作業時間の効率が悪い。【解決手段】本発明は、前回の溶接終了時点から今回の溶接開始時点までの溶接休止時間Ｔａｃを計測し、この溶接休止時間Ｔａｃを入力して予め定めたスローダウン速度可変関数に従って今回の溶接におけるスローダウン速度Ｆｒｂを自動設定し、上記スローダウン速度可変関数は溶接休止時間Ｔａｃが短くなるほどスローダウン速度Ｆｒｂをアークスタート良好範囲内で速くするように定義された関数であるアークスタート時のワイヤ送給制御方法である。【選択図】  図１
2004276088.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
溶接ワイヤを予め定めたスローダウン速度で送給開始し、前記溶接ワイヤが母材に接触して溶接電流が通電すると、前記溶接ワイヤを予め定めた定常送給速度に切り換えてアークスタートさせるワイヤ送給制御方法において、
前回の溶接終了時点から今回の溶接開始時点までの溶接休止時間を計測し、この溶接休止時間を入力して予め定めたスローダウン速度可変関数に従って今回の溶接における前記スローダウン速度を自動設定し、前記スローダウン速度可変関数は前記溶接休止時間が短くなるほど前記スローダウン速度をアークスタート良好範囲内で速くするように定義された関数であることを特徴とするアークスタート時のワイヤ送給制御方法。
【請求項２】
前記スローダウン速度可変関数を、前記溶接ワイヤの材質又は直径の少なくとも１つによって変化させることを特徴とする請求項１記載のアークスタート時のワイヤ送給制御方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、消耗電極ガスシールドアーク溶接のアークスタート時のワイヤ送給制御方法に関し、特に、溶接ワイヤの送給を開始してから母材に接触するまでのスローダウン速度の制御方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
図６は、従来技術におけるアークスタート時のワイヤ送給制御方法を示すタイミングチャートである。同図（Ａ）は外部からの溶接開始信号Ｓｔの、同図（Ｂ）は溶接電流Ｉｗ［Ａ］の、同図（Ｃ）は溶接ワイヤの送給速度設定信号Ｆｒ［ｍ／ｍｉｎ］の時間変化を示す。以下、同図を参照して説明する。
【０００３】
▲１▼  時刻ｔ１〜ｔ２の期間（スローダウン期間Ｔｂ）
時刻ｔ１において、同図（Ａ）に示すように、溶接開始信号ＳｔがＨｉｇｈレベル（溶接開始）になると、同図（Ｃ）に示すように、送給速度設定信号Ｆｒは非常に遅い速度のスローダウン速度設定値Ｆｒｂ１となり、溶接ワイヤはこのスローダウン速度で母材へ送給開始される。通常、このスローダウン速度は１ｍ／ｍｉｎ程度の非常に遅い速度である。時刻ｔ２において溶接ワイヤが母材に接触するまでの期間がスローダウン期間Ｔｂ１となる。
【０００４】
▲２▼  時刻ｔ２〜ｔ３の期間
時刻ｔ２において、溶接ワイヤが母材に接触するとアークが発生し、同図（Ｂ）に示すように、溶接電流Ｉｗが通電する。同時に、同図（Ｃ）に示すように、送給速度設定信号Ｆｒは定常送給速度設定値Ｆｒｃに変化し、溶接ワイヤはこの定常送給速度で送給される。時刻ｔ３において、同図（Ａ）に示すように、溶接開始信号ＳｔがＬｏｗレベル（溶接停止）になると、同図（Ｃ）に示すように、送給速度設定信号Ｆｒは零に変化する。しかし、溶接ワイヤは送給モータの慣性によって、時刻ｔ３以後も５０〜１００ｍｓ程度送給が継続されるために、同図（Ｂ）に示すように、この慣性期間中溶接電流Ｉｗの通電が継続する。そして、溶接終了時に溶接ワイヤの先端が母材に溶着しないようにするために、ワイヤ先端と母材との距離（ワイヤ燃上り高さ）が３〜５ｍｍ程度になるように、上記慣性期間中にワイヤ先端部をアークによって燃え上らせるいわゆるアンチスティック制御が行われる。これにより、溶接終了時のワイヤ燃上り高さは略一定値となる。
【０００５】
▲３▼  時刻ｔ３〜ｔ４の期間（溶接休止期間Ｔａ）
時刻ｔ３〜ｔ４の期間は、前回の溶接終了時点ｔ３から次の溶接開始時点ｔ４までの溶接休止期間Ｔａとなる。一般的には、この溶接休止期間Ｔａの長さとは関係なく上記のスローダウン速度設定値Ｆｒｂは固定されている。この理由は以下のとおりである。すなわち、溶接ワイヤが母材と接触した瞬間にワイヤ先端と母材との間に局所的な種火アークが発生する。この種火アークがワイヤ先端部全体に広がり、ワイヤ先端部を溶融し、適正なアーク長の定常のアークへと移行する。このときにスローダウン速度が速いと、種火アークによってワイヤ先端部が溶融する前に溶接ワイヤは母材へどんどん押し込まれることになり、種火アークが消滅してアークスタート失敗となる。このために、スローダウン速度は上述したように非常に遅い速度に設定される。
【０００６】
ただし、上記の溶接休止期間Ｔａが数百ｍｓ程度と短い場合には、溶接ワイヤの先端部はまだ高温状態にあるために、種火アークによって溶融しやすい状態にある。このために、特許文献１の発明では、溶接休止期間Ｔａが予め定めた基準時間Ｔｔよりも短いときには、スローダウン速度を速くすることによってアークスタートを円滑にすることができると記載されている。図２は、溶接休止期間Ｔａとスローダウン速度設定値Ｆｒｂとの関係を示す図の一例である。同図は、直径１．０ｍｍΦの軟鋼ワイヤを使用し、平均溶接電流が１５０Ａの場合である。このときの定常送給速度設定値Ｆｒｃ＝５ｍ／ｍｉｎである。スローダウン速度設定値Ｆｒｂは、溶接休止期間Ｔａが基準時間Ｔｔ以下のときはＦｒｂ２＝３ｍ／ｍｉｎとなり、基準時間Ｔｔを超えているときはＦｒｂ１＝１．２ｍ／ｍｉｎとなる。基準時間Ｔｔは、良好なアークスタート性を確保するために、４００ｍｓに設定されている。
【０００７】
▲４▼  時刻ｔ４〜ｔ５の期間（スローダウン期間Ｔｂ２）
溶接休止期間Ｔａ１＜基準時間Ｔｔであるとすると、同図（Ｃ）に示すように、スローダウン期間Ｔｂ２中のスローダウン速度設定値はＦｒｂ２となる。上記のワイヤ燃上り高さは略一定値であるので、スローダウン期間Ｔｂ２は短くなる。例えば、ワイヤ燃上り高さが４ｍｍであるとすると、スローダウン速度設定値Ｆｒｂ２＝３ｍ／ｍｉｎであるので、スローダウン期間Ｔｂ２は８０ｍｓとなる。
【０００８】
▲５▼  時刻ｔ７〜ｔ８の期間（スローダウン期間Ｔｂ３）
時刻ｔ６〜ｔ７の溶接休止期間Ｔａ２＞基準時間Ｔｔであるとすると、同図（Ｃ）に示すように、スローダウン期間Ｔｂ３中のスローダウン速度設定値はＦｒｂ１となる。ワイヤ燃上り高さは略一定値であるので、スローダウン期間Ｔｂ３は長くなる。例えば、ワイヤ燃上り高さが４ｍｍであるとすると、スローダウン速度設定値Ｆｒｂ１＝１．２ｍ／ｍｉｎであるので、スローダウン期間Ｔｂ３は２００ｍｓとなる。
【０００９】
上述したように、スローダウン速度設定値Ｆｒｂは、図７で上述したように、溶接休止期間Ｔａに応じて２段階に切り換わることになる。
【００１０】
【特許文献１】
特開昭５９−７４７６号公報
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
短い間隔で溶接の開始と停止を繰り返すタック溶接のような溶接においては、上記のスローダウン期間が長くなると作業効率が悪くなる。例えば、燃上り高さが４ｍｍでスローダウン速度が常に１．２ｍ／ｍｉｎである場合には、１回の溶接当りのスローダウン期間は２００ｍｓとなる。例えば、１つのワークに１０箇所の溶接個所があり、１０００個のワークを溶接する場合を想定すると、トータルのスローダウン期間は約３３分となる。この期間中はアークは発生しておらず無駄な時間である。
【００１２】
上述した従来技術において、上記のスローダウン期間を計算すると以下のようになる。タック溶接のように短い間隔で溶接開始と停止を繰り返す場合であるので、溶接休止期間Ｔａが図７に示す基準時間Ｔｔ以下のときには、スローダウン速度は３ｍ／ｍｉｎとなりトータルのスローダウン期間は約１３分となる。したがって、約２０分の時間を効率化することになる。しかし、溶接休止期間Ｔａが基準時間Ｔｔを超えると、スローダウン速度は遅いままであるので、トータルのスローダウン期間は短縮されず作業効率は改善されない。
【００１３】
これを改善するために、図８に示すように、基準時間Ｔｔを長くすれば、トータルのスローダウン期間が短縮される溶接休止期間Ｔａの範囲が長くなる。一般的に、タック溶接においては、溶接休止期間Ｔａが０。５〜３秒程度の場合が多い。したがって、同図に示すように、基準時間Ｔｔ＝３秒に設定すれば、ほとんどのタック溶接において作業効率を向上させることができる。しかし、図７のようにスローダウン速度を速くすることができるのは、溶接休止期間Ｔａが数百ｍｓ以下と短い場合であり、溶接休止期間Ｔａがそれよりも長いときにスローダウン速度を速くするとアークスタート性が悪くなる。この結果、作業時間は効率化されるが、アークスタート性が悪くなり溶接品質が悪化することになる。
【００１４】
そこで、本発明では、溶接開始と停止とを短い間隔で繰り返す溶接において、トータルのスローダウン期間を短くして作業効率を高めることができ、かつ、アークスタート性も良好な状態を維持することができるアークスタート時のワイヤ送給制御方法を提供する。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
上記の課題を解決するために、請求項１の発明は、溶接ワイヤを予め定めたスローダウン速度で送給開始し、前記溶接ワイヤが母材に接触して溶接電流が通電すると、前記溶接ワイヤを予め定めた定常送給速度に切り換えてアークスタートさせるワイヤ送給制御方法において、
前回の溶接終了時点から今回の溶接開始時点までの溶接休止時間を計測し、この溶接休止時間を入力して予め定めたスローダウン速度可変関数に従って今回の溶接における前記スローダウン速度を自動設定し、前記スローダウン速度可変関数は前記溶接休止時間が短くなるほど前記スローダウン速度をアークスタート良好範囲内で速くするように定義された関数であることを特徴とするアークスタート時のワイヤ送給制御方法である。
【００１６】
さらに、請求項２の発明は、前記スローダウン速度可変関数を、前記溶接ワイヤの材質又は直径の少なくとも１つによって変化させることを特徴とする請求項１記載のアークスタート時のワイヤ送給制御方法である。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。
図１は、本発明の実施の形態に係る溶接電源装置のブロック図である。電源主回路ＭＣは、交流商用電源（３相２００Ｖ等）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、サイリスタ位相制御等によって出力制御して、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に直結した送給ロール５の回転によって溶接トーチ４を通って送給されて、母材２との間にアーク３が発生する。
【００１８】
溶接開始信号発生回路ＳＴは、溶接開始信号Ｓｔを出力する。この溶接開始信号発生回路ＳＴは、半自動溶接の場合には溶接トーチ４のトーチスイッチに対応し、ロボット溶接の場合にはロボット制御装置内に配設される。電圧設定回路ＶＲは、所望値の電圧設定信号Ｖｒを出力する。電圧検出回路ＶＤは、溶接電圧Ｖｗを検出して、電圧検出信号Ｖｄを出力する。誤差増幅回路ＥＡは、上記の電圧設定信号Ｖｒと上記の電圧検出信号Ｖｄとの誤差を増幅して、誤差増幅信号Ｅａを出力する。駆動回路ＤＶは、上記の溶接開始信号Ｓｔが出力されているとき（Ｈｉｇｈレベル）には上記の誤差増幅信号Ｅａに従って駆動信号Ｄｖを出力する。これによって、溶接電圧Ｖｗが電圧設定信号Ｖｒの値に制御される。
【００１９】
溶接休止期間計測回路ＴＡＣは、上記の溶接開始信号ＳｔがＨｉｇｈレベルからＬｏｗレベルに変化した時点から再びＨｉｇｈレベルに変化する時点までの時間を溶接休止期間Ｔａとして計測して、溶接休止期間計測信号Ｔａｃを出力する。これ以外にも、前回の溶接終了時に溶接電流Ｉｗの通電が終了した時点から溶接開始信号Ｓｔが再びＨｉｇｈレベルになるまでの時間を、溶接休止期間Ｔａとして計測しても良い。スローダウン速度設定回路ＦＲＢは、上記の溶接休止期間計測信号Ｔａｃを入力として、予め定めたスローダウン速度可変関数によって算出されるスローダウン速度設定信号Ｆｒｂを出力する。このスローダウン速度可変関数については、図２で後述する。
【００２０】
定常送給速度設定回路ＦＲＣは、所望値の定常送給速度設定信号Ｆｒｃを出力する。電流検出回路ＩＤは、溶接電流Ｉｗを検出して、電流検出信号Ｉｄを出力する。電流通電判別回路ＣＭは、溶接電流Ｉｗが通電している間はＨｉｇｈレベルとなる電流通電判別信号Ｃｍを出力する。切換回路ＳＷは、この電流通電判別信号ＣｍがＬｏｗレベル（非通電）のときにはａ側に切り換わり上記のスローダウン速度設定信号Ｆｒｂを送給速度設定信号Ｆｒとして出力し、上記の電流通電判別信号ＣｍがＨｉｇｈレベル（通電）のときには上記の定常送給速度設定信号Ｆｒｃを送給速度設定信号Ｆｒとして出力する。送給制御回路ＦＣは、上記の溶接開始信号Ｓｔが出力されているとき（Ｈｉｇｈレベル）には、上記の送給速度設定信号Ｆｒに相当する速度で溶接ワイヤを送給させるための送給制御信号Ｆｃを出力する。
【００２１】
図２は、上述したスローダウン速度可変関数の一例を示す図である。同図の横軸は溶接休止期間Ｔａを示し、縦軸はスローダウン速度設定値Ｆｒｂを示す。同図は、溶接ワイヤの材質が軟鋼であり、直径が１．０ｍｍΦの場合である。同図において、例えば、溶接休止期間Ｔａ＝０．２秒のときのスローダウン速度設定値はＦｒｂ３＝２．７ｍ／ｍｉｎとなり、溶接休止期間Ｔａ＝１秒のときのスローダウン速度設定値はＦｒｂ４＝２．４ｍ／ｍｉｎとなる。また、溶接休止期間Ｔａ＝６秒と長くなると、スローダウン速度設定値は略最小値Ｆｒｂ１＝１．２ｍ／ｍｉｎとなる。
【００２２】
上記のスローダウン速度可変関数は、各溶接休止期間Ｔａごとにアークスタート性を損なわない範囲内で最大速度を、予め試験等で算出することによって定義される。したがって、図３に示すように、溶接ワイヤの材質、直径等が異なれば、上記のスローダウン速度可変関数も変化させる必要がある。同図において、関数Ｌ１は直径１．０ｍｍΦの軟鋼ワイヤの場合であり、関数Ｌ２は直径１．２ｍｍΦの軟鋼ワイヤの場合であり、関数Ｌ３は直径１．０ｍｍΦのステンレス鋼ワイヤの場合である。溶接ワイヤの直径が１．０ｍｍΦのときよりも１．２ｍｍΦのときの方がアークスタート性が良いのでスローダウン速度を全般的に速くすることができる。逆に、ステンレス鋼ワイヤは軟鋼ワイヤに比べてアークスタート性が良くないのでスローダウン速度を全般的に遅くなる。
【００２３】
上述したように、スローダウン速度を溶接休止期間の長さに応じてアークスタート性を損なわない範囲で最大速度にすることによって、トータルの溶接休止期間の短縮化及び良好なアークスタート性の確保を両立させている。
【００２４】
図４は、図１で上述した溶接電源装置における各信号のタイミングチャートである。同図（Ａ）は溶接開始信号Ｓｔの、同図（Ｂ）は溶接電流Ｉｗの、同図（Ｃ）は送給速度設定信号Ｆｒの時間変化を示す。同図において、上述した図６と同じ動作については説明を省略する。以下、同図を参照して説明する。
【００２５】
▲１▼  時刻ｔ１〜ｔ２の期間（スローダウン期間Ｔｂ１）
第１回目の溶接であるので溶接休止期間Ｔａは計測されない。このために、上述した図２のスローダウン速度設定値Ｆｒｂ１が初期値として設定される。そして、この期間中のスローダウン速度はＦｒｂ１＝１．２ｍ／ｍｉｎとなる。
【００２６】
▲２▼  時刻ｔ４〜ｔ５の期間（スローダウン期間Ｔｂ２）
溶接休止期間Ｔａ１＝０．２秒であったとすると、上述した図２に示すように、この期間中のスローダウン速度設定値はＦｒｂ３＝２．７ｍ／ｍｉｎに設定される。
【００２７】
▲３▼  時刻ｔ７〜ｔ８の期間（スローダウン期間Ｔｂ３）
溶接休止期間Ｔａ２＝１秒であったとすると、上述した図２に示すように、この期間中のスローダウン速度設定値はＦｒｂ４＝２．４ｍ／ｍｉｎに設定される。
【００２８】
これ以後、溶接休止期間Ｔａの長さに応じてスローダウン速度がアークスタート性を損なわない範囲で最大速度に自動設定される。
【００２９】
図５は、本発
溶接時間短縮効果の一例を示す図である。同図において、横軸は溶接休止期間Ｔａを示し、縦軸は溶接時間の短縮時間を示す。同図は、１つのワークに１０箇所の溶接個所があり、１０００個のワークを一定の溶接休止期間Ｔａで溶接したときの、本発明による短縮時間を算出したものである。短縮時間は、スローダウン速度が１．２ｍ／ｍｉｎで固定されている場合を比較基準としている。同図から明らかなように、溶接休止期間Ｔａ＝０．２秒では約１９分の短縮効果がある。また、多く使用される溶接休止期間Ｔａ＝１秒では約１６分の短縮効果がある。
【００３０】
【発明の効果】
請求項１記載のアークスタート時のワイヤ送給制御方法によれば、溶接開始と停止とを短い間隔で繰り返す溶接において、溶接休止期間に応じてスローダウン速度をアークスタート性を損なわない範囲で最大速度に自動設定することができるので、良好なアークスタート性を確保したままで溶接時間を短縮することができる。さらに、半自動溶接時にスローダウン速度が遅いと、溶接作業者がトーチスイッチのオン／オフを行うタイミングが取りにくいために、作業性が悪くなる。本発明ではスローダウン速度が速くなるので、タイミングが取りやすく、作業性が改善される。
【００３１】
請求項２記載のアークスタート時のワイヤ送給制御方法によれば、溶接ワイヤの材質又は直径の少なくとも１つが変化しても、スローダウン速度可変関数が最適関数に変化するので、上記の効果を最大にすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態に係る溶接電源装置のブロック図である。
【図２】本発明におけるスローダウン速度可変関数の一例を示す図である。
【図３】本発明における溶接ワイヤの材質又は直径が変化したときのスローダウン速度可変関数の変化を示す図である。
【図４】図１に示す本発明の溶接電源装置における各信号のタイミングチャートである。
【図５】本発明の溶接時間短縮効果を示す図である。
【図６】従来技術のアークスタート時のワイヤ送給制御方法を示すタイミングチャートである。
【図７】従来技術において、溶接休止期間が非常に短いときにスローダウン速度を高速に切り換えることを示す図である。
【図８】課題を説明するために、溶接休止期間が長いときにスローダウン速度を高速に切り換えることを示す図である。
【符号の説明】
１            溶接ワイヤ
２            母材
３            アーク
４            溶接トーチ
ＣＭ            電流通電判別回路
Ｃｍ            電流通電判別信号
ＤＶ            駆動回路
Ｄｖ            駆動信号
ＥＡ            誤差増幅回路
Ｅａ            誤差増幅信号
ＦＣ            送給制御回路
Ｆｃ            送給制御信号
Ｆｒ            送給速度設定信号
ＦＲＢ            スローダウン速度設定回路
Ｆｒｂ            スローダウン速度設定（値／信号）
ＦＲＣ            定常送給速度設定回路
Ｆｒｃ            定常送給速度設定（値／信号）
ＩＤ            電流検出回路
Ｉｄ            電流検出信号
Ｉｗ            溶接電流
ＭＣ            電源主回路
ＳＴ            溶接開始信号発生回路
Ｓｔ            溶接開始信号
ＳＷ            切換回路
Ｔａ            溶接休止期間
ＴＡＣ            溶接休止期間計測回路
Ｔａｃ            溶接休止期間計測信号
Ｔｂ            スローダウン期間
Ｔｔ            基準時間
ＶＤ            電圧検出回路
Ｖｄ            電圧検出信号
ＶＲ            電圧設定回路
Ｖｒ            電圧設定信号
Ｖｗ            溶接電圧
ＷＭ            ワイヤ送給モータ
【図１】
2004276088.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
2004276088.tif 000007
【図６】
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【図７】
2004276088.tif 000009
【図８】
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