(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
電極と母材との間にアークを発生させ、そのアークにより母材の開先にビードを形成する溶接方法において、
アーク電圧が設定値より高く、かつ電極の前方位置，後方位置に配置された前方ワイヤ，後方ワイヤのワイヤ電圧がその設定電圧から外れたときにアークの偏向方向を判定し、当該判定に基づいて、前記前方ワイヤに供給するワイヤ電圧の極性と前記後方ワイヤに供給するワイヤ電圧の極性とを反転させることにより、アークの偏向方向を制御することを特徴とする溶接アークの制御方法。
【請求項２】
電極と母材との間にアークを発生させ、そのアークにより母材の開先にビードを形成する溶接装置において、
アークの偏向方向を制御するために、アーク電圧と、電極の前方位置，後方位置に配置された前方ワイヤ，後方ワイヤのワイヤ電圧と、をそれぞれ制御するアーク方向調整制御部を有し、
前記アーク方向調整制御部は、
前方ワイヤと後方ワイヤとに供給するワイヤ電圧の極性を反転させる切替手段を有し、
アーク電圧が設定値より高く、かつワイヤ電圧がその設定電圧から外れたとき、アークの偏向方向を判定する比較判定手段を有し、
前記アークの偏向方向の判定に基づいて、前記前方ワイヤに供給するワイヤ電圧の極性と前記後方ワイヤに供給するワイヤ電圧の極性とを反転させることにより、アークの偏向方向を制御する
ことを特徴とする溶接アークの制御装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、溶接アークの制御方法と、その方法を実施するための溶接アークの制御装置とに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来の溶接装置は、図６及び図７に示すように、溶接電源１から電力が供給される電極２と、溶接ワイヤ３とを備えて構成され、電極２と母材４との間にアーク５を発生させ、そのアークにより溶接ワイヤ３を溶融して母材４の開先４ａにビードを形成することにより、開先４ａに倣って溶接を行うようになっている。なお、電極２は開先４ａに沿って移動するトーチ本体（図示せず）に取付けられている。
また溶接時には、電極２と母材４との間に発生するアーク長さ調整のため、検出されるアーク電圧に基づいてトーチ本体を上下動させることにより、母材４に対する電極２の距離を自動調整する、いわゆるアーク長制御（ＡＶＣ）を行っている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、従来の溶接装置では、図７に示すように、母材４の開先４ａが狭い場合、電極２（例えばタングステン製）に通電すると、電極２及び母材４間に磁場が形成され、その磁場によってアーク５が図８（ａ）に示す如く溶接方向Ｗの前方に偏向したり、同図（ｂ）に示す如く溶接方向Ｗの後方に偏向したりする、いわゆる磁気吹きが発生することがある。
【０００４】
このように磁気吹きが発生すると、通常、アーク電圧が高くなる。そのため、従来の溶接装置では、電圧を降下させようと、アーク長制御によって電極２を母材４に近づける結果、電極２と母材４との間の短絡を招きやすいという問題があった。
【０００５】
このような問題は、特に肉厚が大きく、狭開先４ａを設けた母材４の端部で起こりやすい。磁気吹きが発生した場合、従来、アースの取付位置を変更したりして対処しているが、その効果は低い場合が多い。
【０００６】
本発明の目的は、上記事情に鑑み、磁気吹きに拘わることなく溶接を確実に行うことができる溶接アークの制御方法を提供するとともに、その方法を的確に実施することができる溶接アークの制御装置を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために本発明においては、以下の手段を採用した。
本発明は、電極と母材との間にアークを発生させ、そのアークにより母材の開先にビードを形成する溶接方法において、アーク電圧と、電極の前方位置，後方位置に配置された前方ワイヤ，後方ワイヤのワイヤ電圧とをそれぞれ制御して、アークの偏向方向を制御することを特徴とする。
【０００８】
このように、溶接時、アーク電圧（極性を含む）と、電極の前方位置，後方位置に配置された前方ワイヤ，後方ワイヤのワイヤ電圧（極性を含む）とをそれぞれ制御して、アークの偏向方向を制御することにより、磁気吹きに拘わることなく溶接を確実に行うことが可能となる。
【０００９】
本発明は、電極と母材との間にアークを発生させ、そのアークにより母材の開先にビードを形成する溶接装置において、アークの偏向方向を制御するために、アーク電圧と、電極の前方位置，後方位置に配置された前方ワイヤ，後方ワイヤのワイヤ電圧とをそれぞれ制御するアーク方向調整制御部を有することを特徴とする。
【００１０】
このようにアーク方向調整制御部によって、アーク電圧と、電極の前方位置，後方位置に配置された前方ワイヤ，後方ワイヤのワイヤ電圧とをそれぞれ制御することにより、アークの偏向方向を制御し、上記請求項１の方法を的確に実施することができる。
【００１１】
本発明は、前記アーク方向調整制御部は、アーク電圧が設定値より高く、かつワイヤ電圧がその設定電圧から外れたとき、アークの偏向方向を判定する比較判定手段を有することを特徴とする。
【００１２】
このように、比較判定手段によってアーク電圧が設定値より高く、かつワイヤ電圧がその設定電圧から外れたとき、磁気吹きによるアークの偏向方向を判定するので、アークの偏向方向を確実に特定することができる。
【００１３】
本発明は、前記アーク方向調整制御部は、前方ワイヤと後方ワイヤとに供給するワイヤ電圧の極性を反転させる切替手段を有することを特徴とする。
【００１４】
このように切替手段によって、前方ワイヤと後方ワイヤとに供給するワイヤ電圧の極性を反転させるので、アークの方向を強制的に戻すことができる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を、図１〜図５に基づいて説明する。図１〜図４は本発明方法を適用した溶接装置の一実施形態を示している。
本発明方法を適用する溶接装置は、図１に示すように、電極１１と、溶接方向Ｗに沿い電極１１の前方位置に配置された前方ワイヤ１２と、その電極１１の後方位置に配置された後方ワイヤ１３とを備えている。なお、電極１１は詳細に図示していないが、先端が尖った丸棒形状もしくは帯板形状に形成されており、母材２０の開先に沿い移動するトーチ本体に装着されている。そのトーチ本体は図１では省略している。
【００１６】
また、電極１１及び母材２０には溶接電力を供給する溶接電源１４が接続され、また前方ワイヤ１２と後方ワイヤ１３とに、これらを過熱させるワイヤ過熱電源１５が接続されている。溶接電源１４の負極に電極１１が、かつ正極に母材２０がそれぞれ接続されている。ワイヤ過熱電源１５は、本例では負極に後方ワイヤ１３が、かつ正極に前方ワイヤ１２がそれぞれ接続されている。
【００１７】
さらに、ワイヤ過熱電源１５には、前方ワイヤ１２及び後方ワイヤ１３と接続すべき極性を切り替えるための切替器１６が接続され、その切替器１６と溶接電源１４とが溶接アークの制御装置１７に接続されている。
【００１８】
制御装置１７は、図２（ａ）に示すように、電極１１に供給する電流，前方ワイヤ１２及び後方ワイヤ１３に供給する電流をそれぞれ制御する他、それら各ワイヤ１２，１３の供給量を制御し、さらにトーチ本体を搭載している台車の走行等を図示しない駆動部を介し制御するようになっている。図２（ｂ）においては、制御装置１７による他の制御例を示したものであり、同図（ａ）の場合と同様に溶接電流として直流パルスを供給している。なお溶接電流は直流パルスに限らず、直流の一定電流であってもよい。
【００１９】
また、制御装置１７は、溶接時、母材２０及び電極１１間の距離が離れるとアーク電圧が高くなる特性を利用し、電極１１に供給する電圧の変化を検出すると共に、その電圧が設定の電圧となるように母材２０に対する電極１１の距離を一定に保つように制御（ＡＶＣ）するアーク長コントローラ１８を有している。
【００２０】
さらに、溶接中に電極１１に電流が流れることによって磁気吹きが発生したとき、その磁気吹きの影響によりアークが偏向するが、この制御装置１７は、アークの偏向方向を判定することにより、切替器１６を介し前方ワイヤ１２と後方ワイヤ１３とに対するワイヤ過熱電源１５の極性を切り替え接続するアーク方向調整制御部１９を有している。
【００２１】
即ち、アーク方向調整制御部１９は、ワイヤ過熱電源１５に対し前方ワイヤ１２が正極で接続され、かつ後方ワイヤ１３が負極で接続されている場合において、磁気吹きの影響でアーク２２が例えば図１と反対方向に偏位して、アーク電圧が設定電圧より高く、かつワイヤ電圧が設定電圧から外れると、切替器１６に指令して、該切替器１６により前方ワイヤ１２と後方ワイヤ１３とを図１に示すように逆極性に切り替えさせ、正極の母材２０上において、電極１１及び前方ワイヤ１２の双方を負極とし、これにより、アーク２２を前方に引張り、結果的にアーク２２を強制的に元の正常位置に戻すようになっている。
【００２２】
一方、例えば図３に示すように、ワイヤ過熱電源１５に対して前方ワイヤ１２，後方ワイヤ１３が逆極性で接続されている場合において、磁気吹きの影響によりアーク２２が溶接方向Ｗの前方に偏位したとき、アーク方向調整制御部１９は、切替器１６により同図に示す如き極性に切り替え、前方ワイヤ１２を正極にすると共に、後方ワイヤ１３を負極とし、アーク２２を後方に引張り、元の正常位置に戻す。
【００２３】
すなわち、アーク方向調整制御部１９は、アーク電圧及びワイヤ電圧の変化をそれぞれ検出すると共に、それぞれ検出の基づきアークが磁気吹きの影響で偏向していると判断する比較判定器１９ａと、前方ワイヤ１２と後方ワイヤ１３とに供給するワイヤ電圧（あるいはワイヤ電流）の極性を反転させる切替器１６とを有して構成されている。
【００２４】
次に、制御装置１７による制御内容を図４に従い説明する。
まず、溶接に際し、図１に示すように、溶接電源１４に対しその負極に電極１１、かつ正極に母材２０を接続すると共に、ワイヤ過熱電源１５に対しその負極に後方ワイヤ１３、かつ正極に前方ワイヤ１２を接続し、この状態でそれぞれに必要電力を供給することにより、溶接を開始する。
【００２５】
上記溶接時、制御装置１７においてアーク方向調整制御部１９が、図４において、アーク電圧を監視し（Ｓ４１）、該アーク電圧が予め設定されている電圧であるか、或いはそれより高いか低いかをチェックする（Ｓ４２）。
このチェック結果、設定電圧であると、溶接を継続し、設定電圧より低いと、図示しない駆動部を介しトーチ本体を上昇させることにより（Ｓ４３）、Ｓ４１以降の処理を実行する。
【００２６】
一方、アーク電圧が設定電圧よりも高い場合には、磁気吹きが発生している可能性があることから、前方ワイヤ１２のワイヤ電圧と、後方ワイヤ１３のワイヤ電圧とをそれぞれ検出し、予め設定されている電圧と比較してその差をチェックする（Ｓ４４）。そのチェック結果、例えば、前方ワイヤ１２の電圧が高いと（Ｓ４５）、アーク方向調整制御部１９はアーク２２が後方に偏向していると判定し（Ｓ４６）、切替器１６を作動してワイヤ過熱電源１５の極性を反転させる（Ｓ４７）。これにより、前方ワイヤ１２に対する極性が負極になると共に、後方ワイヤ１３に対する極性が正極になる（Ｓ４８）。このように、極性が反転されると、磁気吹きの影響で後方に偏向していたアーク２２が、図１に示す実線の如く強制的に前方に引張られ、結果的にアークは正常位置に戻される。
【００２７】
その後、前方ワイヤ１２，後方ワイヤ１３のワイヤ電圧が設定電圧であるか否かがチェックされ（Ｓ４９）、設定電圧であれば、そのまま溶接を継続し（Ｓ５６）、そうでなければ、設定電圧となるまでＳ４４以降の処理を繰り返し実行する。
【００２８】
一方、上記Ｓ４４において、後方ワイヤ１３の電圧が高い場合（Ｓ５０）には、アーク２２が前方に偏向していると判定する（Ｓ５１）。そして、切替器１６を介しワイヤ極性を反転させることにより（Ｓ５２）、前方ワイヤ１２が正極に、後方ワイヤ１３が負極になる（Ｓ５３）。これにより、アークは図３に示す如く後方に引張られる結果、正常の位置に戻されることとなる。その後、前述と同様に処理４９に進む。
【００２９】
また、上記Ｓ４４において、例えば前方ワイヤ１２のワイヤ電圧が低い場合（Ｓ５４）には、後方ワイヤ１３のワイヤ電圧が高い場合と同様にＳ５１以降の処理を繰り返し実行する。即ち、この場合もアーク２２が前方に偏向していると判定し、ワイヤ極性反転処理することにより、前方ワイヤ１２が正極に、かつ後方ワイヤ１３が負極となる。
【００３０】
さらに、上記Ｓ４４において、後方ワイヤ１３の電圧が低い場合（Ｓ５５）には、前方ワイヤ１２のワイヤ電圧が高い場合と同様にＳ４６以降の処理を実行する。
このように、アーク電圧が高く、かつ前方ワイヤ１２と後方ワイヤ１３とのワイヤ電圧が設定電圧から外れた場合、磁気吹きが発生していると判定し、それに基づいて前方ワイヤ１２，後方ワイヤ１３のワイヤ電圧の極性（ワイヤ電流の極性）を変え、磁気吹きによる影響に対処すべくアーク２２を逆方向に偏向させることにより、ワイヤ電圧が設定電圧に戻る。
そして、Ｓ４９において、前方ワイヤ１２，後方ワイヤ１３の双方のワイヤ電圧が設定電圧になると、溶接を継続して行うこととなる。
【００３１】
本発明方法においては、上述の如く、アーク電圧と前方ワイヤ１２，後方ワイヤ１３のワイヤ電圧とを検出し（検出工程という）、それらアーク電圧及びワイヤ電圧の変動に基づいてアークの偏向方向を判定し（判定工程という）、そのアークの偏向方向に応じアークを逆方向に偏向させ、該アーク２２を元の正常位置に戻す（戻し工程という）ようにしたので、磁気吹きが発生すると、アーク２２を逆方向に偏向させ、元の位置に戻すことができる。そのため、磁気吹きが発生しても、これに拘わることなく溶接を継続して行うことが可能となり、厚肉で狭開先を有する母材でも溶接することができる。
【００３２】
しかも、上記判定工程では、アーク電圧が設定電圧より高く、かつ前方ワイヤ１２と後方ワイヤ１３とのワイヤ電圧が設定電圧から外れたとき、比較判定器１９ａによって前方ワイヤ１２のワイヤ電圧と後方ワイヤ１３のワイヤ電圧と差に基づいてアークの偏向方向を確実に判定することができる。
また、上記戻し工程では、アーク方向調整制御部１９から指令された切替器１６により、前方ワイヤ１２と後方ワイヤ１３とに供給するワイヤ電力の極性を反転させるので、アーク２２の方向を強制的に戻すことができる。
【００３３】
また、アーク方向調整制御部１９は、アーク電圧が設定値より高く、かつワイヤ電圧がその設定電圧から外れたとき、磁気吹きによるアークの偏向方向を判定する比較判定器１９ａを有し、また切替器１６により前方ワイヤ１２と後方ワイヤ１３とに供給するワイヤ電圧の極性を反転させるように構成したので、上記判定工程，戻し工程を的確に実施することもできる。
【００３４】
図５は他の実施形態を示している。
図５に示す溶接アークの制御装置では、前方ワイヤ１２，後方ワイヤ１３のそれぞれに対して独立してワイヤ電力を供給する２台のワイヤ過熱電源１５Ａ，１５Ｂを有しており、それらと前方ワイヤ１２，後方ワイヤ１３とが図１に示す場合と同様の極性で接続されている。
【００３５】
そして、制御装置１７は、アーク電圧が設定電圧より高く、かつ前方ワイヤ１２と後方ワイヤ１３とのワイヤ電圧が設定電圧より大きかったり小さかったりした場合には、アーク方向調整制御部１９によって二台のワイヤ過熱電源１５Ａ，１４Ｂのそれぞれの極性を反転させるようになっている。なお、それ以外は、前述した実施形態と同様の構成であるので、説明を省略する。
従って、この実施形態によれば、制御装置１７によりワイヤ過熱電源１５Ａ，１５Ｂの極性をそれぞれ反転させるようにしたので、前述した実施形態と同様の作用効果を確実に得ることができる。
【００３６】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明によれば、溶接時、アーク電圧と、電極の前方位置，後方位置に配置された前方ワイヤ，後方ワイヤのワイヤ電圧とをそれぞれ制御して、アークの偏向方向を制御することにより、磁気吹きに拘わることなく溶接を確実に行うことができる。そのため、厚肉の狭開先を有する母材でも安定した品質の溶接を得ることができる効果がある。
【００３７】
本発明によれば、アーク方向調整制御部によって、アーク電圧と、電極の前方位置，後方位置に配置された前方ワイヤ，後方ワイヤのワイヤ電圧とをそれぞれ制御することにより、アークの偏向方向を制御し、本発明の溶接アークの制御方法を的確に実施することができる効果がある。
【００３８】
本発明によれば、比較判定手段によって、前方ワイヤのワイヤ電圧と後方ワイヤのワイヤ電圧と差に基づいてアークの偏向方向を判定するので、アークの偏向方向を確実に特定することができる効果がある。
【００３９】
本発明によれば、切替手段により、前方ワイヤと後方ワイヤとに供給するワイヤ電圧の極性を反転させるので、アークの方向を強制的に戻すことができる効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明方法を実施するための制御装置を適用した溶接装置を示す説明図である。
【図２】  制御装置における各々の制御内容を示す説明図である。
【図３】  図１の接続例と逆極性で接続した場合を示す説明図である。
【図４】  磁気吹きが発生したときの制御装置の制御内容を示すフローチャートである。
【図５】  本発明方法を実施するための制御装置を適用した他の溶接装置を示す説明図である。
【図６】  従来の溶接装置を示す説明図である。
【図７】  厚肉で狭開先の母材に溶接する場合の説明図である。
【図８】  アークが磁気吹きの影響により溶接方向に偏向したり、溶接方向と反対方向に偏向したりする説明図である。
【符号の説明】
１１…電極、１２…前方ワイヤ、１３…後方ワイヤ、１４…溶接電源、１５，１５Ａ，１５Ｂ…ワイヤ過熱電源、１６…切替器（切替手段）、１７…制御装置、１９…アーク方向調整制御部、１９ａ…比較判定部（比較判定手段）
【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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【図８】
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