(57)【要約】【課題】  予め定めた周期Ｔ及び予め定めた振幅（Ｉｐ−Ｉｂ）の正弦波状に変化する溶接電流Ｉｗを通電するＴＩＧ溶接において、電流波形を無段階に変化させることによって、アークの広がり、アークの柔らかさと言ったアーク硬直性を所望状態に設定することができるようにして溶接作業性を向上させること。【解決手段】  本発明は、アークの硬直性を所望値に設定するための電流急峻変化幅ΔＩを予め設定し、前記周期Ｔの開始時点ｔ１、前記周期の半周期Ｔ／２経過時点ｔ２及び前記周期Ｔの終了時点ｔ３では前記電流急峻変化幅ΔＩだけ急峻に変化し、それ以外の期間中は略正弦波状に変化する溶接電流Ｉｗを前記周期Ｔごとに繰り返し通電するＴＩＧ溶接の電流制御方法である。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
予め定めた周期及び予め定めた振幅の正弦波状に変化する溶接電流を通電するＴＩＧ溶接の電流制御方法において、
アークの硬直性を所望値に設定するための電流急峻変化幅を予め設定し、前記周期の開始時点、前記周期の半周期経過時点及び前記周期の終了時点では前記電流急峻変化幅だけ急峻に変化しそれ以外の期間中は略正弦波状に変化する溶接電流を前記周期ごとに繰り返し通電することを特徴とするＴＩＧ溶接の電流制御方法。
【請求項２】
請求項１記載の電流急峻変化幅を、前記振幅の百分率によって設定することを特徴とするＴＩＧ溶接の電流制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、溶接条件に応じてアークの硬直性を所望状態に設定するためのＴＩＧ溶接の電流制御方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
図５は、ＴＩＧ溶接において矩形波状の溶接電流Ｉｗを通電したときの電流波形図である。同図に示すように、予め定めたピーク期間Ｔｐ中は予め定めたピーク電流Ｉｐを通電し，予め定めたベース期間Ｔｂ中は予め定めたベース電流Ｉｂを通電し、両期間を１周期Ｔとして繰り返し通電する。この繰り返し周波数ｆ（＝１／Ｔ）は、一般的に０．１〜１０００Ｈｚ程度の範囲で溶接条件に応じて適正値に設定される。また、この周波数ｆが数百Ｈｚ以上になると、特定の溶接条件下（アルミニウム交流ＴＩＧ溶接、高速溶接等）においてアークの安定性が向上することも知られている。
【０００３】
また、図６に示すように、ピーク電流値Ｉｐ、ベース電流値Ｉｂ及び周期Ｔとする正弦波状の溶接電流Ｉｗを通電する場合もある。上述した矩形波電流又は正弦波電流のどちらを通電するかは溶接電源のスイッチで選択することができる。図７（Ａ）は矩形波電流を通電したときのアーク発生状態を示し，図７（Ｂ）は正弦波電流を通電したときのアーク発生状態を示す。同図（Ａ）に示すように、矩形波電流が通電すると、電極１と母材２との間のアーク３ａは、アークの広がりの狭い集中した硬い感触のアーク（いわゆるハードアーク）になる。他方同図（Ｂ）に示すように、正弦波電流が通電すると、アーク３ｂは、アークの広がりの広い柔らかな感触のアーク（いわゆるソフトアーク）になる。精密な溶接を行うことが多いＴＩＧ溶接においては、ハードアーク又はソフトアークと言ったアーク硬直性を選択することは溶接作業性に大きな影響を与える。したがって、溶接作業者は溶接継手、母材の板厚、溶接速度、作業者の好み等に応じて矩形波又は正弦波を選択する。（上述した従来技術としては例えば特許文献１参照）
【０００４】
図８は、矩形波又は正弦波の溶接電流を出力するＴＩＧ溶接電源のブロック図である。以下、同図を参照して各回路ブロックについて説明する。
【０００５】
電源主回路ＭＣは、商用交流電源（３相２００Ｖ等）を入力として、後述する電流誤差増幅信号Ｅａに従ってインバータ制御、チョッパ制御等の出力制御を行い、ＴＩＧ溶接に適した溶接電流Ｉｗを出力する。溶接トーチ４の先端の電極１と母材２との間にアーク３が発生する。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。電流設定回路ＩＲは、後述するように図５及び図６で上述した矩形波又は正弦波に対応した電流設定信号Ｉｒを出力する。電流誤差増幅回路ＥＡは、上記の電流設定信号Ｉｒ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Ｅａを出力する。
【０００６】
上記の電流設定回路ＩＲの動作について以下説明する。
（１）図５で上述した矩形波電流を出力する場合
溶接電流Ｉｗが通電を開始してからの経過時間をｔ［秒］とし、ピーク電流値Ｉｐに相当する設定値をピーク電流設定値Ｉprとし、ベース電流Ｉｂに相当する設定値をベース電流設定値Ｉbrとすると、電流設定信号Ｉｒは下式に従って出力される。
０≦ｔ＜ＴｐのときはＩｒ＝Ｉpr
Ｔｐ≦ｔ＜ＴのときはＩｒ＝Ｉbr
但し、ｔ＝Ｔになるとｔ＝０にリセットして継続する。
【０００７】
（２）図６で上述した正弦波電流を出力する場合
Ｉｒ＝((Ｉpr−Ｉbr)/2)×ｓｉｎ(２πｆｔ）＋((Ｉpr＋Ｉbr)/2))
この式に従って電流設定信号Ｉｒを出力する。
【０００８】
【特許文献１】特開平１０−７１４６８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
上述したように、従来技術では矩形波電流又は正弦波電流の選択によって、アーク硬直性をハードアーク又はソフトアークの中から２者選択することができる。しかし、種々の溶接条件に応じて溶接作業性を最適にするためには、アーク硬直性を２段階からしか選択することができないのでは設定が粗くなり過ぎる場合が生じる。すなわち、矩形波電流によるハードアークではアーク硬直性がハードすぎるし、正弦波電流によるソフトアークではアーク硬直性がソフトすぎる場合がある。このために、従来技術ではアーク硬直性を最適地に設定することができなかった。
【００１０】
そこで、本発明では、正弦波電流から矩形波電流までを無段階に変化させることができるようにすることによって、アーク硬直性を最適値に設定することができるＴＩＧ溶接の電流制御方法を提供する。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上述した課題を解決するために、第１の発明は、予め定めた周期及び予め定めた振幅の正弦波状に変化する溶接電流を通電するＴＩＧ溶接の電流制御方法において、
アークの硬直性を所望値に設定するための電流急峻変化幅を予め設定し、前記周期の開始時点、前記周期の半周期経過時点及び前記周期の終了時点では前記電流急峻変化幅だけ急峻に変化しそれ以外の期間中は略正弦波状に変化する溶接電流を前記周期ごとに繰り返し通電することを特徴とするＴＩＧ溶接の電流制御方法である。
【００１２】
また、第２の発明は、第１の発明記載の電流急峻変化幅を、前記振幅の百分率によって設定することを特徴とするＴＩＧ溶接の電流制御方法である。
【発明の効果】
【００１３】
上記第１の発明によれば、溶接条件に応じて電流急峻変化幅ΔＩを設定することによって最適なアーク硬直性に設定することができる。このために、溶接作業性を向上させることができ、高品質・高効率な溶接を行うことができる。
【００１４】
さらに、上記第２の発明によれば、上記効果に加えて、電流急峻変化幅ΔＩ［Ａ］を振幅の百分率である電流急峻変化率Ｋ［％］で設定することによって、溶接作業者はアーク硬直性を容易に直感的に設定することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
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。
【００１６】
図１は、本発明の実施の形態に係る溶接電流Ｉｗの波形図である。同図に示すように、本発明の電流波形は、周期Ｔの開始時点ｔ１、周期の半周期Ｔ／２経過時点ｔ２及び周期Ｔの終了時点ｔ３では予め定めた電流急峻変化幅ΔＩだけ急峻に変化し、それ以外の期間中は略正弦波状に変化する。この電流急峻変化幅ΔＩを変化させることによって正弦波から矩形波までを無段階に設定することができる。すなわち、電流急峻変化幅ΔＩ＝０［Ａ］のときは正弦波になり、電流急峻変化幅ΔＩが０よりも大きな値になると同図のような波形になり、電流急峻変化幅ΔＩがさらに大きくなると図２のような波形になり、電流急峻変化幅ΔＩ＝(Ｉｐ−Ｉｂ)になると矩形波になる。このように、本発明では正弦波から矩形波までを無段階に設定することによって、アーク硬直性を所望値に設定することができる。
【００１７】
本発明の電流波形を出力するためには、上述した図８と同様の溶接電源において電流設定回路ＩＲの動作を以下のようにすれば良い。ここで、溶接電流Ｉｗが通電を開始してからの経過時間をｔ［秒］とし、ピーク電流値Ｉｐに相当する設定値をピーク電流設定値Ｉprとし、ベース電流Ｉｂに相当する設定値をベース電流設定値Ｉbrとし、電流急峻変化幅ΔＩに相当する設定値を電流急峻変化幅設定値ΔＩｒとし、周期をＴ（周波数をｆ）とすると、電流設定信号Ｉｒは下式に従って出力すれば良い。。
０≦ｔ＜Ｔ／２のとき
Ｉｒ＝((Ｉpr−Ｉbr−ΔＩｒ)/2)×ｓｉｎ(２πｆｔ）＋((Ｉpr＋Ｉbr＋ΔＩｒ)/2))
Ｔ／２≦ｔ＜Ｔのとき
Ｉｒ＝((Ｉpr−Ｉbr−ΔＩｒ)/2)×ｓｉｎ(２πｆｔ）＋((Ｉpr＋Ｉbr−ΔＩｒ)/2))
但し、０≦ΔＩｒ≦(Ｉpr−Ｉbr)であり、ｔ＝Ｔになるとｔ＝０にリセットして継続する。上記の(Ｉpr−Ｉbr)は正弦波の振幅となる。
【００１８】
この式において、電流急峻変化幅設定値ΔＩｒ＝０の最小値のときは正弦波になり、電流急峻変化幅設定値ΔＩｒ＝(Ｉpr−Ｉbr)の最大値のときは矩形波になり、その間を無段階に設定することができる。
【００１９】
図３は、上述したように電流急峻変化幅設定値ΔＩｒを変化させてアーク硬直性を任意に設定したときのアーク発生状態図である。同図（Ａ）は電流急峻変化幅設定値ΔＩｒ＝(Ｉpr−Ｉbr)の最大値のときであり、溶接電流は矩形波となる。同図（Ｂ）は電流急峻変化幅設定値ΔＩｒ＝０の最小値のときであり、溶接電流は正弦波となる。同図（Ｃ）は電流急峻変化幅設定値ΔＩｒが中間値のときであり、溶接電流は上述した図１又は図２のような波形となる。同図（Ｃ）のアークは、アークの広がり、アークの感触（ソフト／ハード）等が同図（Ａ）及び（Ｂ）の中間的な状態となる。したがって、電流急峻変化幅設定値ΔＩｒを変化させることによってアーク硬直性を所望値に設定することができる。
【００２０】
ここで、電流急峻変化率Ｋ［％］を下式で定義する。
Ｋ＝(100×ΔＩｒ)／(Ｉpr−Ｉbr)
この式を整理すると下式が得られる。
ΔＩｒ＝(Ｉpr−Ｉbr)×(Ｋ/100)
ここで、アーク硬直性を電流急峻変化率Ｋによって設定する場合には、電流急峻変化幅設定値ΔＩｒをこの式に従って算出すれば良い。Ｋ＝０％のときは正弦波になり、Ｋ＝１００％のときは矩形波になる。電流急峻変化率Ｋは振幅(Ｉpr−Ｉbr)の百分率に相当する。
【００２１】
図４は、アーク硬直性ツマミの目盛りと電流急峻変化率Ｋとの関係を示す図である。溶接電源のフロントパネルに「アーク硬直性」の設定ツマミを設けて、０〜１０の等分目盛りを表示する。溶接作業者は、このアーク硬直性ツマミを設定することで、同図のように電流急峻変化率Ｋを設定することができる。アーク硬直性ツマミが０のときはＫ＝０となり正弦波となり、アーク硬直性ツマミが１０のときはＫ＝１００となり矩形波となる。したがって、アーク硬直性ツマミが大きくなるほどハードアークになる。このようにすることでアーク硬直性の設定が溶接作業者にとって容易かつ直感的になる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明に係る溶接電流Ｉｗの波形図である。
【図２】本発明に係る図１とは別の溶接電流Ｉｗの波形図である。
【図３】本発明に係るアーク硬直性を変化させたときのアーク発生状態図である。
【図４】本発明に係るアーク硬直性ツマミの目盛りと電流急峻変化率Ｋとの関係図である。
【図５】従来技術の矩形波電流の波形図である。
【図６】従来技術の正弦波電流の波形図である。
【図７】従来技術において矩形波電流及び正弦波電流を通電したときのアーク発生状態図である。
【図８】従来技術のＴＩＧ溶接電源のブロック図である。
【符号の説明】
【００２３】
１            電極
２            母材
３            アーク
３ａ            ハードなアーク
３ｂ            ソフトなアーク
３ｃ            中間的な硬さのアーク
４            溶接トーチ
ＥＡ            電流誤差増幅回路
Ｅａ            電流誤差増幅信号
ｆ            周波数
Ｉｂ            ベース電流
ＩＤ            電流検出回路
Ｉｄ            電流検出信号
Ｉｐ            ピーク電流
Ｉpr            ピーク電流設定値
ＩＲ            電流設定回路
Ｉｒ            電流設定信号
Ｉｗ            溶接電流
Ｋ            電流急峻変化率
ＭＣ            電源主回路
Ｔ            周期
ｔ            経過時間
Ｔｂ            ベース期間
Ｔｐ            ピーク期間
ΔＩ            電流急峻変化幅
ΔＩｒ            電流急峻変化幅設定値
【図１】
2005153000.tif 000003
【図２】
2005153000.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
2005153000.tif 000007
【図６】
2005153000.tif 000008
【図７】
2005153000.tif 000009
【図８】
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