(57)【要約】【課題】溶接電流設定値Ｉｒに応じてシールドガスの流量を自動調整する消耗電極ガスシールドアーク溶接のガス流量調整方法において、溶接中にチップ・母材間距離が変動した場合でもこれに応じてガス流量を適正化することによって、スパッタの大量発生、ブローホールの発生、不良ビード外観の発生等を防止して良好な溶接品質を得る。【解決手段】本発明は、ガス流量の初期値Ｇｒｉを予め設定し、溶接中の溶接電流平均値Ｉｄを検出し、前記溶接電流設定値Ｉｒから前記溶接電流平均値Ｉｄを減算して電流偏差ΔＩを算出し、この電流偏差ΔＩに応じてガス流量を前記ガス流量初期値Ｇｒｉから増減させる消耗電極ガスシールドアーク溶接のガス流量調整方法である。【選択図】  図１
2004351463.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
溶接電流設定値に応じてシールドガスの流量を自動調整する消耗電極ガスシールドアーク溶接のガス流量調整方法において、
ガス流量の初期値を予め設定し、溶接中の溶接電流平均値を検出し、前記溶接電流設定値から前記溶接電流平均値を減算して電流偏差を算出し、この電流偏差に応じてガス流量を前記ガス流量初期値から増減させることを特徴とする消耗電極ガスシールドアーク溶接のガス流量調整方法。
【請求項２】
請求項１に記載するガス流量の初期値を、溶接電流設定値に応じて自動設定する消耗電極ガスシールドアーク溶接のガス流量調整方法。
【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ガス流量調整方法に関し、特に、溶接電流に応じてガス流量を自動調整する方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
消耗電極ガスシールドアーク溶接では、炭酸ガス、アルゴンガス等のシールドガスによってアーク及び溶融池を大気からシールドする必要がある。このシールドが不十分になると、アーク発生状態が不安定になり、ブローホールの発生、スパッタの大量発生、ビード外観の悪化等が生じて溶接欠陥になることが多い。図６は、アーク発生部の模式図である。同図（Ａ）は溶接電流平均値が小電流値のときであり、同図（Ｂ）は大電流値のときである。同図（Ａ）に示すように、溶接トーチの先端に取り付けられた給電チップ５ａの外周をノズル５ｂが取り囲んでいる。このノズル５ｂ内からシールドガス４が噴出される。溶接ワイヤ１は、給電チップ５ａから給電されて、母材２との間にアーク３が発生する。給電チップ５ａ先端と母材２との距離がチップ・母材間距離Ｌｗとなる。シールドガス４は、アーク３及び溶融池を完全にシールドする必要がある。同図（Ｂ）に示すように、溶接電流平均値が大きくなると、アーク発生状態を安定化するためにチップ・母材間距離Ｌｗは長く設定される。また、溶接電流平均値が大きいので、アーク３の広がりも大きくなる。このために、シールド範囲が広くなり、このシールド範囲を完全にシールドするためには、シールドガスの流量を多くする必要がある。このガス流量の調整は、通常、ガスボンベに取り付けられたガス流量調整器によって手動で行われる。すなわち、溶接電流平均値が決まると、それに適した標準のチップ・母材間距離が決まり、それに適したガス流量に手動で調整する。このガス流量調整を自動化するための方法が提案されている。以下、従来技術のガス流量調整方法について説明する。
【０００３】
図７は、従来技術のガス流量調整方法を実施するための溶接電源装置８のブロック図である。電源主回路ＭＣは、商用電源（３相２００Ｖ等）を入力として、インバータ制御、サイリスタ位相制御等の出力制御を行い、アーク３を維持するための溶接電圧Ｖｗ及び溶接電流Ｉｗを出力する。
【０００４】
溶接電流設定回路ＩＲは、所望値の溶接電流設定信号Ｉｒを出力する。送給制御回路ＦＣは、この溶接電流設定信号Ｉｒに対応した送給制御信号Ｆｃを出力する。消耗電極ガスシールドアーク溶接では、溶接電流平均値は送給速度Ｆｓによって定まる。したがって、上記の溶接電流設定信号Ｉｒは、送給速度Ｆｓを設定する信号である。溶接ワイヤ１は、ワイヤ送給モータに直結された送給ロール６の回転によって溶接トーチ５内を通って送給される。また、溶接ワイヤ１は、給電チップ５ａから給電されて、母材２との間にアーク３が発生する。
【０００５】
ガス流量設定回路ＧＲは、上記の溶接電流設定信号Ｉｒに応じたガス流量設定信号Ｇｒを出力する。上述したように、溶接電流設定信号Ｉｒが大きくなると、ガス流量も多くする必要があるので、ガス流量設定信号Ｇｒも大きくなるように自動設定される。ガス流量調整器ＧＣは、このガス流量設定信号Ｇｒによって定まるガス流量になるように、ガスボンベ７からの配管７ａ、７ｂの開口面積を調整する。このガス流量調整器ＧＣとしては、開口面積を調整する機構を有するもの、又は複数のガス電磁弁を並列に組み合わせたものを使用することができる。シールドガス４は、ガスボンベ７から配管７ａ、７ｂを通って溶接トーチ５に挿入されて、ノズル５ｂから噴出される。
【０００６】
上記の構成によって、溶接電流設定信号Ｉｒに応じたガス流量に自動調整することができる（例えば、特許文献１参照）。
【０００７】
【特許文献１】
特開昭５７−１３９４７２号公報
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
溶接中に、溶接姿勢上の制約、母材板厚の変化、溶接作業者の手振れ等によってチップ・母材間距離が変動することがよくある。この場合、チップ・母材間距離の変動してもシールド状態を常に良好に保つためには、チップ・母材間距離に応じてガス流量を適正値に増減する必要がある。すなわち、チップ・母材間距離が長くなるとガス流量を多くし、短くなると少なくする。しかし、溶接中にチップ・母材間距離が変動しても溶接電流設定値（送給速度）は一定値のままであるためにガス流量は変化しない。したがって、上述した従来技術では、溶接中にチップ・母材間距離が変動しても、ガス流量は適正化されないので、十分なシールド状態を維持することができない場合がある。
【０００９】
また、従来技術において、溶接電流設定値に代えて溶接電流平均値に応じてガス流量を調整することもできる。この場合には以下のようになる。溶接電流設定値が大きくなると、送給速度が速くなり、溶接電流平均値も大きくなる。したがって、チップ・母材間距離が溶接中に変動しない場合には、溶接電流設定値又は溶接電流平均値のどちらを使用してガス流量を変化させても略同じ動作となる。しかし、溶接中にチップ・母材間距離が変動して長くなった場合、溶接電流平均値は小さくなるために、ガス流量は少なくなるように調整される。チップ・母材間距離が長くなるとシールド性を確保するためにガス流量は多くしなければならず、逆方向への調整となる。溶接中にチップ・母材間距離が短くなった場合、溶接電流平均値は大きくなるために、ガス流量は多くなるように調整される。しかし、チップ・母材間距離が短いときにガス流量が多くなると、シールド性は問題ないが、ガス流量の影響でアーク発生状態が不安定になることがある。
【００１０】
上述したように、溶接電流設定値又は溶接電流平均値に応じてガス流量を変化させる従来技術では、溶接中にチップ・母材間距離が変動したときにシールド性及びアークの安定性を確保することはできなかった。
【００１１】
そこで、本発明では、チップ・母材間距離が変動してもガス流量を適正化することができ、シールド性及びアーク安定性を確保することができる消耗電極ガスシールドアーク溶接のガス流量調整方法を提供する。
【００１２】
【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、溶接電流設定値に応じてシールドガスの流量を自動調整する消耗電極ガスシールドアーク溶接のガス流量調整方法において、
ガス流量の初期値を予め設定し、溶接中の溶接電流平均値を検出し、前記溶接電流設定値から前記溶接電流平均値を減算して電流偏差を算出し、この電流偏差に応じてガス流量を前記ガス流量初期値から増減させることを特徴とする消耗電極ガスシールドアーク溶接のガス流量調整方法である。
【００１３】
また、請求項２の発明は、請求項１に記載するガス流量の初期値を、溶接電流設定値に応じて自動設定する消耗電極ガスシールドアーク溶接のガス流量調整方法である。
【００１４】
【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。
【００１５】
［実施の形態１］
図１は、本発明の実施の形態１に係る消耗電極ガスシールドアーク溶接のガス流量調整方法を実施するための溶接電源装置のブロック図である。同図において、上述した図７と同一のブロックには同一符号を付してそれらの説明は省略する。以下、図７とは異なる点線で示すブロックについて説明する。
【００１６】
ガス流量初期値設定回路ＧＲＩは、所望値のガス流量初期値設定信号Ｇｒｉを出力する。電流検出回路ＩＤは、溶接電流Ｉｗの平均値を検出して溶接電流平均値検出信号Ｉｄを出力する。電流偏差算出回路ＥＡは、溶接電流設定信号Ｉｒから上記の溶接電流平均値検出信号Ｉｄを減算して、電流偏差算出信号ΔＩ＝Ｉｒ−Ｉｄを出力する。加算回路ＡＤは、上記のガス流量初期値設定信号Ｇｒｉ及び上記の電流偏差算出信号ΔＩを入力として、予め定めた演算式によってガス流量制御設定信号Ｇｒｃ＝Ｇｒｉ＋Ｋ・ΔＩ（Ｋは正の比例係数）を出力する。そして、ガス流量調整器ＧＣは、このガス流量制御設定信号Ｇｒｃに対応したガス流量を流すように動作する。
【００１７】
以下、上記の追加されたブロックの動作について、図２及び図３を参照して具体例によって説明する。シールドガスに炭酸ガスを使用し、溶接ワイヤに直径１．２ｍｍの軟鋼ワイヤを使用して、溶接電流設定信号Ｉｒ＝２５０Ａ（送給速度Ｆｓ＝７ｍ／ｍｉｎ）に設定し、ガス流量初期値設定信号Ｇｒｉ＝２０ｌ／ｍｉｎに設定した場合である。図２に示すように、チップ・母材間距離Ｌｗが標準値２０ｍｍの場合（Ａ０点）、溶接電流平均値検出信号Ｉｄは２５０Ａとなり、溶接電流設定信号Ｉｒ＝２５０Ａと等しくなるので、電流偏差ΔＩ＝Ｉｒ−Ｉｄ＝０Ａとなる。チップ・母材間距離Ｌｗが３０ｍｍに長くなると（Ａ１点）、溶接電流平均値検出信号Ｉｄは２００Ａになり、電流偏差算出信号ΔＩ＝Ｉｒ−Ｉｄ＝５０Ａとなる。また、チップ・母材間距離Ｌｗが１５ｍｍに短くなると（Ａ２点）、溶接電流平均値検出信号Ｉｄは２７５Ａとなり、電流偏差算出信号ΔＩ＝Ｉｒ−Ｉｄ＝−２５Ａとなる。
【００１８】
次に、上述した加算回路ＡＤの演算式を、ガス流量制御設定信号Ｇｒｃ＝Ｇｒｉ＋０．２×ΔＩとする。図３に示すように、電流偏差算出信号ΔＩ＝０のときは、ガス流量制御設定信号Ｇｒｃ＝Ｇｒｉ＋０．２×ΔＩ＝２０ｌ／ｍｉｎとなる。チップ・母材間距離Ｌｗが３０ｍｍに長くなると、電流偏差算出信号ΔＩは５０Ａとなり（Ａ１点）、ガス流量制御設定信号Ｇｒｃ＝Ｇｒｉ＋０．２×ΔＩ＝３０ｌ／ｍｉｎとなる。したがって、溶接中にチップ・母材間距離Ｌｗが２０ｍｍから３０ｍｍへと変動した場合、ガス流量は２０ｌ／ｍｉｎから３０ｌ／ｍｉｎへと多くなる。この結果、良好なシールド状態を維持することができる。
【００１９】
溶接中にチップ・母材間距離Ｌｗが１５ｍｍに短くなり、電流偏差算出信号ΔＩがー２５Ａになると（Ａ２点）、ガス流量制御設定信号Ｇｒｃ＝Ｇｒｉ＋０．２×ΔＩ＝１５ｌ／ｍｉｎとなる。したがって、チップ・母材間距離Ｌｗが変動して、２０ｍｍから１５ｍｍへと短くなると、ガス流量は２０ｌ／ｍｉｎから１５ｌ／ｍｉｎへと少なくなる。この結果、シールド性を確保しながらガス流量が多いために生じるアーク不安定も防止することができる。また、不必要にガス流量を多くすることもなくなり、シールドガスの節約にもなる。上述した加算回路ＡＤの演算式は一例であり、シールドガスの種類、溶接継手、溶接ワイヤの材質等に応じて適正化すればよい。
【００２０】
［実施の形態２］
図４は、本発明の実施の形態２に係る消耗電極ガスシールドアーク溶接のガス流量調整方法を実施するための溶接電源装置８のブロック図である。同図において、上述した図１及び図７と同一のブロックには同一符号を付してそれらの説明は省略する。以下、図１とは異なる点線で示す第２ガス流量初期値設定回路ＧＲＩ２について説明する。
【００２１】
第２ガス流量初期値設定回路ＧＲＩ２は、溶接電流設定信号Ｉｒを入力として、これに応じたガス流量初期値設定信号Ｇｒｉを出力する。これによって、溶接電流設定信号Ｉｒに応じてガス流量初期値を適正化できる。上記の例では、溶接電流設定信号Ｉｒ＝２５０Ａのときにガス流量初期値は２０ｌ／ｍｉｎとなるが、溶接電流設定信号Ｉｒ＝１００Ａのときにはガス流量初期値を１５ｌ／ｍｉｎに自動設定することができる。
【００２２】
上記において、加算回路ＡＤの演算式を、ΔＩ＞０と限定してもよい。これによって、チップ・母材間距離が標準値よりも長いときにのみガス流量を増加させ、短いときにはガス流量を変化させないようにすることができる。このようにする理由は、チップ・母材間距離が長いときにシールド性の問題が発生するからである。ただし、上述したように、チップ・母材間距離が短くなったときにガス流量初期値のガス流量でもアークが不安定にならないことが前提である。
【００２３】
図５は、本発明の効果の一例を示すビード外観図である。同図（Ａ）はチップ・母材間距離の変化を示すアーク発生部の模式図であり、同図（Ｂ）は従来技術によるビード外観図であり、同図（Ｃ）は本発明によるビード外観図である。同図は、上述した図２及び図３と同様に、シールドガスに炭酸ガスを使用し、溶接ワイヤに直径１．２ｍｍの軟鋼ワイヤを使用し、送給速度を７ｍ／ｍｉｎ（２５０Ａ相当）に設定した場合である。同図は、まずチップ・母材間距離Ｌｗ＝１５ｍｍで溶接を開始し、溶接中に２０ｍｍ、３０ｍｍと長くしたときのビード外観である。
【００２４】
同図（Ｂ）に示すように、従来技術では、送給速度（溶接電流設定値）が一定であるので、チップ・母材間距離が変化してもガス流量は初期値２０ｌ／ｍｉｎのままである。このために、チップ・母材間距離が３０ｍｍに近づくと、シールド性が不完全になるために、スパッタの大量発生、ブローホールの発生、ビード不良等の不具合が生じる。これに対して、同図（Ｃ）に示すように、本発明では、図３で上述したように、ガス流量はチップ・母材間距離に応じて１５、２０、３０ｌ／ｍｉｎへと変化する。したがって、良好なシールド性を確保することができる。この結果、同図（Ｃ）に示すように、チップ・母材間距離が溶接中に変化しても良好なビード外観を得ることができる。
【００２５】
【発明の効果】
請求項１記載の消耗電極ガスシールドアーク溶接のガス流量調整方法によれば、溶接中にチップ・母材間距離が変動してもそれに応じてガス流量が初期値から増減されて良好なシールド性を保つので、常に良好な溶接品質を得ることができる。
【００２６】
請求項２記載の消耗電極ガスシールドアーク溶接のガス流量調整方法によれば、溶接電流設定値に応じてガス流量初期値を自動設定し、溶接中にチップ・母材間距離が変動したときはガス流量をこの初期値から増減させるので、初期値を予め設定する手間が省ける。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態１に係る消耗電極ガスシールドアーク溶接のガス流量調整方法を実施するための溶接電源装置のブロック図である。
【図２】実施の形態１において、チップ・母材間距離Ｌｗと溶接電流平均値検出信号Ｉｄとの関係図である。
【図３】実施の形態１において、電流偏差算出信号ΔＩとガス流量制御設定信号Ｇｒｃとの関係図である。
【図４】本発明の実施の形態２に係る消耗電極ガスシールドアーク溶接のガス流量調整方法を実施するための溶接電源装置のブロック図である。
【図５】本発明の効果の一例を示すチップ・母材間距離を変化させたときのビード外観図である。
【図６】従来技術において、溶接電流設定値が小電流値の場合及び大電流値の場合のアーク発生部の模式図である。
【図７】従来技術の消耗電極ガスシールドアーク溶接のガス流量調整方法を実施するための溶接電源装置のブロック図である。
【符号の説明】
１            溶接ワイヤ
２            母材
３            アーク
４            シールドガス
５            溶接トーチ
５ａ            給電チップ
５ｂ            ノズル
６            送給ロール
７            ガスボンベ
７ａ、７ｂ        配管
８            溶接電源装置
ＥＡ            電流偏差算出回路
ＦＣ            送給制御回路
Ｆｃ            送給制御信号
Ｆｓ            送給速度
ＧＣ            ガス流量調整器
ＧＲ            ガス流量設定回路
Ｇｒ            ガス流量設定信号
Ｇｒｃ            ガス流量制御設定信号
ＧＲＩ            ガス流量初期値設定回路
Ｇｒｉ            ガス流量初期値設定信号
ＧＲＩ２          第２ガス流量初期値設定回路
ＩＤ            電流検出回路
Ｉｄ            溶接電流平均値検出信号
ＩＲ            溶接電流設定回路
Ｉｒ            溶接電流設定信号
Ｉｗ            溶接電流
Ｌｗ            チップ・母材間距離
ＭＣ            電源主回路
Ｖｗ            溶接電圧
ΔＩ            電流偏差（算出信号）
【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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【図７】
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