(57)【要約】消耗電極交流パルスアーク溶接において、電極マイナス極性ピーク期間中の溶滴の成長状態を安定化させること。溶接ワイヤを送給し、電極マイナス極性ベース期間中は電極マイナス極性ベース電流を通電し、続けて電極マイナス極性ピーク期間中は電極マイナス極性ピーク電流を通電し、続けて電極プラス極性期間中は電極プラス極性電流を通電し、これらの溶接電流の通電を繰り返して溶接を行う交流パルスアーク溶接制御方法において、電極マイナス極性ピーク期間は立ち上り期間Ｔｕと、ピーク期間Ｔａと、立ち下り期間Ｔｄとから成り、ピーク期間Ｔａが電極マイナス極性ピーク期間に占める時間比率が２０％未満であり、立ち下り期間Ｔｄは立ち上り期間Ｔｕよりも２倍以上長い期間である。
2018079345.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
溶接ワイヤを送給し、電極マイナス極性ベース期間中は電極マイナス極性ベース電流を通電し、続けて電極マイナス極性ピーク期間中は電極マイナス極性ピーク電流を通電し、続けて電極プラス極性期間中は電極プラス極性電流を通電し、これらの溶接電流の通電を繰り返して溶接を行う交流パルスアーク溶接制御方法において、
前記電極マイナス極性ピーク期間は立ち上り期間と、ピーク期間と、立ち下り期間とから成り、
前記ピーク期間が前記電極マイナス極性ピーク期間に占める時間比率が２０％未満である、交流パルスアーク溶接制御方法。
【請求項２】
前記立ち下り期間は前記立ち上り期間よりも２倍以上長い期間である、
請求項１に記載の交流パルスアーク溶接制御方法。
【請求項３】
前記立ち下り期間中は前記溶接電流が連続的に減少する、
請求項１又は２に記載の交流パルスアーク溶接制御方法。
【請求項４】
前記立ち下り期間中は前記溶接電流の絶対値が前記ピーク期間中よりも小さい一定値となる、
請求項１又は２に記載の交流パルスアーク溶接制御方法。
【請求項５】
前記立ち下り期間中は前記溶接電流の変化率の絶対値が連続的に大きくなるように減少する、
請求項１又は２に記載の交流パルスアーク溶接制御方法。
【請求項６】
前記電極プラス極性期間が電極プラス極性ピーク電流を通電する電極プラス極性ピーク期間を含み、
前記電極プラス極性ピーク期間は電極プラス極性立ち上り期間と、電極プラス極性最大値期間と、電極プラス極性立ち下り期間とから成り、
前記電極プラス極性最大値期間が前記電極プラス極性ピーク期間に占める時間比率が２０％未満である、
請求項１〜５のいずれか１項に記載の交流パルスアーク溶接制御方法。
【請求項７】
前記電極プラス極性立ち上り期間中は前記溶接電流の変化率の絶対値が連続的に小さくなるように増加し、
前記電極プラス極性立ち下り期間中は前記溶接電流の変化率の絶対値が連続的に小さくなるように減少する、
請求項６に記載の交流パルスアーク溶接制御方法。
【請求項８】
前記電極プラス極性期間が電極プラス極性ピーク電流を通電する電極プラス極性ピーク期間を含み、
前記電極プラス極性ピーク期間は電極プラス極性立ち上り期間と、電極プラス極性最大値期間と、電極プラス極性立ち下り期間とから成り、
前記電極プラス極性最大値期間は第１最大値電流を通電する第１最大値期間と第２最大値電流を通電する第２最大値期間から成り、前記第１最大値電流は前記第２最大値電流よりも大である、
請求項１〜５のいずれか１項に記載の交流パルスアーク溶接制御方法。
【請求項９】
前記電極マイナス極性ベース期間中に短絡が発生したときは、前記電極マイナス極性ベース期間が終了するまで前記溶接ワイヤの送給速度を減速させる、
請求項１〜８のいずれか１項に記載の交流パルスアーク溶接制御方法。
【請求項１０】
前記電極マイナス極性ベース期間中に短絡が発生したときは、前記電極マイナス極性ピーク期間に移行させる、
請求項１〜８のいずれか１項に記載の交流パルス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、溶接ワイヤを送給し、電極マイナス極性ベース期間中は電極マイナス極性ベース電流を通電し、続けて電極マイナス極性ピーク期間中は電極マイナス極性ピーク電流を通電し、続けて電極プラス極性期間中は電極プラス極性電流を通電し、これらの溶接電流の通電を繰り返して溶接を行う交流パルスアーク溶接制御方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
交流パルスアーク溶接では、電極プラス極性期間中のピーク電流及びベース電流の通電と、電極マイナス極性期間中のベース電流の通電とを１周期として繰り返すことによって溶接が行われる。この交流パルスアーク溶接では、電極マイナス極性期間を調整することによって、溶接電流の平均値に占める電極マイナス極性期間の電流の比率である電極マイナス極性電流比率を変化させて、母材への入熱を制御することができる。このために、低入熱溶接が可能となり、高品質な薄板溶接を行うことができる。また、電極マイナス極性電流比率を変化させることによって、溶け込み深さ、余盛り高さ等のビード形状をワークに合わせて適正化することができる。通常、電極マイナス極性電流比率は０〜３０％程度の範囲で使用される。ここで、電極マイナス極性電流比率が０％とは、直流パルスアーク溶接のことである。【０００３】
ワークによっては、溶け込み部を小さくし、余盛り部を大きくした希釈率の小さなビード形状を形成する必要がある場合がある。例えば、鉄鋼材の薄板溶接において、溶接継手部に大きなギャップがあるワークを高速溶接するような場合である。このような場合には、ギャップを溶融金属で埋め、かつ溶け込みを小さくするために、希釈率の小さなビード形状が必要になる。このようなビード形状を形成するためには、電極マイナス極性電流比率を上記の通常範囲よりも大きな値である３０％以上に設定する必要がある。ときには５０％を超える値に設定する必要がある場合も生じる。このような場合には、電極プラス極性期間中のピーク電流及びベース電流の通電と、電極マイナス極性期間中のピーク電流及びベース電流の通電とを１周期として溶接を行う交流パルスアーク溶接方法が使用されている。以下、この従来技術（特許文献１参照）について説明する。以下の説明において、電極マイナス極性期間の溶接電流及び溶接電圧は負の値となるが、値の大小を記載したときはその絶対値の大小のことを意味している。また、立ち上り及び立ち下りという記載は、溶接電流又は溶接電圧の絶対値が増加又は減少することを意味している。【０００４】
図１４は、従来技術における交流パルスアーク溶接制御方法を示す溶接電流Ｉｗの波形図である。同図において、０Ａから上側が電極プラス極性ＥＰを示し、下側が電極マイナス極性ＥＮを示す。同図は、電極マイナス極性電流比率が通常範囲（０〜３０％程度）よりも大きく設定された場合である。極性切換時のアーク切れを防止するために、極性切換時に短時間の間高電圧を溶接ワイヤと母材との間に印加している。以下、同図を参照して説明する。【０００５】
時刻ｔ１〜ｔ２の電極マイナス極性ベース期間Ｔbn中は、臨界値未満の電極マイナス極性ベース電流Ｉbnを通電する。時刻ｔ２〜ｔ３の電極マイナス極性ピーク期間Ｔpn中は、電極マイナス極性ベース電流Ｉbnよりも大きな値の電極マイナス極性ピーク電流Ｉpnを通電する。時刻ｔ３において極性を反転する。時刻ｔ３〜ｔ４の電極プラス極性ピーク期間Ｔｐ中は、臨界値以上の電極プラス極性ピーク電流Ｉｐを通電する。時刻ｔ４〜ｔ５の電極プラス極性ベース期間Ｔｂ中は、臨界値未満の電極プラス極性ベース電流Ｉｂを通電する。時刻ｔ５〜ｔ６は再び上記の電極マイナス極性ベース期間Ｔbnとなり、時刻ｔ６〜ｔ７は再び上記の電極マイナス極性ピーク期間Ｔpnとなり、時刻ｔ７〜ｔ８は再び上記の電極プラス極性ピーク期間Ｔｐとなる。時刻ｔ１〜ｔ５の期間が１パルス周期Ｔｆとなる。また、時刻ｔ１〜ｔ３の期間が電極マイナス極性期間Ｔenとなり、時刻ｔ３〜ｔ５の期間が電極プラス極性期間Ｔepとなる。電極マイナス極性ベース電流Ｉbn及び電極マイナス極性ピーク電流Ｉpnが電極マイナス極性電流Ｉenとなり、電極プラス極性ピーク電流Ｉｐ及び電極プラス極性ベース電流Ｉｂが電極プラス極性電流Ｉepとなる。【０００６】
上記の電極プラス極性ベース期間Ｔｂを削除する場合もある。この場合には、電極マイナス極性ベース期間Ｔbn→電極マイナス極性ピーク期間Ｔpn→電極プラス極性ピーク期間Ｔｐ→電極マイナス極性ベース期間Ｔbnと繰り返される。【０００７】
上記の電極プラス極性ピーク期間Ｔｐ、上記の電極プラス極性ピーク電流Ｉｐ、上記の電極マイナス極性ピーク期間Ｔpn、上記の電極マイナス極性ピーク電流Ｉpn、上記の電極マイナス極性ベース電流Ｉbn及び上記の電極プラス極性ベース電流Ｉｂは、予め適正値に設定されている。また、溶接電圧の絶対値の平均値が予め定めた電圧設定値に等しくなるように上記のパルス周期Ｔｆの長さがフィードバック制御（アーク長制御）される。このパルス周期Ｔｆを変化させるために上記の電極プラス極性ベース期間Ｔｂ又は上記の電極マイナス極性ベース期間Ｔbnが上記のフィードバック制御によって変化する。上記の電極プラス極性ベース期間Ｔｂがフィードバック制御によって変化するときは、上記の電極マイナス極性ベース期間Ｔbnは予め適正値に設定される。逆に、上記の電極マイナス極性ベース期間Ｔbnがフィードバック制御によって変化するときは、上記の電極プラス極性ベース期間Ｔｂは予め適正値に設定される。同図においては、電極マイナス極性電流比率Ｒenは以下のようになる。
Ｒen(％)＝（（Ｔpn・｜Ｉpn｜＋Ｔbn・｜Ｉbn｜）／（Ｔｐ・Ｉｐ＋Ｔpn・｜Ｉpn｜＋Ｔbn・｜Ｉbn｜＋Ｔｂ・Ｉｂ））×100【０００８】
溶接ワイヤの材質が鉄であり、シールドガスの種類が８０体積％Ａｒ＋２０体積％ＣＯ2の混合ガスである場合の各パラメータの設定値は、例えば以下のようになる。Ｔｐ＝１．７ms、Ｉｐ＝５００Ａ、Ｔpn＝２．５ms、Ｉpn＝３００Ａ、Ｉｂ＝５０Ａ、Ｉbn＝７０Ａとなる。そして、Ｔbnをフィードバック制御している場合には、Ｔｂ＝０〜４．０msとなる。Ｔｂ＝０のときは、電極プラス極性ベース期間がない場合である。フィードバック制御されるＴbnの範囲は、１〜１０ms程度である。【０００９】
次に、同図において、溶滴の形成及び移行について説明する。時刻ｔ４の電極プラス極性ピーク期間Ｔｐの終了近傍において、溶滴が移行する。時刻ｔ４〜ｔ５の電極プラス極性ベース期間Ｔｂ中は、臨界値未満の小電流が通電し、かつ、極性が電極プラス極性ＥＰであるので、溶接ワイヤ先端の溶融は少ししか生じず、溶滴はほとんど形成されない。【００１０】
時刻ｔ５〜ｔ６の電極マイナス極性ベース期間Ｔbn中は、溶接ワイヤ先端が溶融されて、小さな溶滴が形成される。時刻ｔ６〜ｔ７の電極マイナス極性ピーク期間Ｔpn中は、大電流値の電極マイナス極性ピーク電流Ｉpnが通電するために、溶滴は急速に成長して大きくなる。この期間の後半部において溶滴にはくびれが次第に形成されるが、通常は溶滴のサイズが大きいために移行に至ることはない。時刻ｔ７〜ｔ８の電極プラス極性ピーク期間Ｔｐ中は、臨界値以上の大電流が通電するために、溶滴のくびれ部に強い電磁的ピンチ力が作用し、くびれが急速に進行して溶滴が溶融池へと移行する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１１】
【特許文献１】日本国特開２０１４−３４０４９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
上述したように、従来技術の交流パルスアーク溶接では、溶接ワイヤ先端の溶滴は、電極マイナス極性ベース期間Ｔbn中に少しづつ大きくなり、電極マイナス極性ピーク期間Ｔpnに入ると急速に成長して大きくなる。【００１３】
電極マイナス極性ピーク期間Ｔpn中は大電流値の電極マイナス極性ピーク電流Ｉpnが継続して通電するので、アーク圧力及び溶融池から噴出する金属蒸気による強い反発力が溶滴に作用する。このために、溶滴の成長が安定せず、形成される溶滴のサイズがばらつくことになる。この結果、電極プラス極性ピーク期間Ｔｐ中における溶滴移行が不安定になるという問題があった。【００１４】
そこで、本発明では、電極マイナス極性ピーク期間における溶滴の成長を安定化することができる交流パルス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】
【００１５】
上述した課題を解決するために、本開示の交流パルスアーク溶接制御方法は、
溶接ワイヤを送給し、電極マイナス極性ベース期間中は電極マイナス極性ベース電流を通電し、続けて電極マイナス極性ピーク期間中は電極マイナス極性ピーク電流を通電し、続けて電極プラス極性期間中は電極プラス極性電流を通電し、これらの溶接電流の通電を繰り返して溶接を行う交流パルスアーク溶接制御方法において、
前記電極マイナス極性ピーク期間は立ち上り期間と、ピーク期間と、立ち下り期間とから成り、
前記ピーク期間が前記電極マイナス極性ピーク期間に占める時間比率が２０％未満である、ことを特徴とするものである。【００１６】
本開示の交流パルスアーク溶接制御方法は、
前記立ち下り期間は前記立ち上り期間よりも２倍以上長い期間である、ことを特徴とするものである。【００１７】
本開示の交流パルスアーク溶接制御方法は、
前記立ち下り期間中は前記溶接電流が連続的に減少する、ことを特徴とするものである。【００１８】
本開示の交流パルスアーク溶接制御方法は、
前記立ち下り期間中は前記溶接電流の絶対値が前記ピーク期間中よりも小さい一定値となる、ことを特徴とするものである。【００１９】
本開示の交流パルスアーク溶接制御方法は、
前記立ち下り期間中は前記溶接電流の変化率の絶対値が連続的に大きくなるように減少する、ことを特徴とするものである。【００２０】
本開示の交流パルスアーク溶接制御方法は、
前記電極プラス極性期間が電極プラス極性ピーク電流を通電する電極プラス極性ピーク期間を含み、
前記電極プラス極性ピーク期間は電極プラス極性立ち上り期間と、電極プラス極性最大値期間と、電極プラス極性立ち下り期間とから成り、
前記電極プラス極性最大値期間が前記電極プラス極性ピーク期間に占める時間比率が２０％未満である、ことを特徴とするものである。【００２１】
本開示の交流パルスアーク溶接制御方法は、
前記電極プラス極性立ち上り期間中は前記溶接電流の変化率の絶対値が連続的に小さくなるように増加し、
前記電極プラス極性立ち下り期間中は前記溶接電流の変化率の絶対値が連続的に小さくなるように減少する、ことを特徴とするものである。【００２２】
本開示の交流パルスアーク溶接制御方法は、
前記電極プラス極性期間が電極プラス極性ピーク電流を通電する電極プラス極性ピーク期間を含み、
前記電極プラス極性ピーク期間は電極プラス極性立ち上り期間と、電極プラス極性最大値期間と、電極プラス極性立ち下り期間とから成り、
前記電極プラス極性最大値期間は第１最大値電流を通電する第１最大値期間と第２最大値電流を通電する第２最大値期間から成り、前記第１最大値電流は前記第２最大値電流よりも大である、
ことを特徴とするものである。【００２３】
本開示の交流パルスアーク溶接制御方法は、前記電極マイナス極性ベース期間中に短絡が発生したときは、前記電極マイナス極性ベース期間が終了するまで前記溶接ワイヤの送給速度を減速させる、
ことを特徴とするものである。【００２４】
本開示の交流パルスアーク溶接制御方法は、前記電極マイナス極性ベース期間中に短絡が発生したときは、前記電極マイナス極性ピーク期間に移行させる、
ことを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００２５】
本発明によれば、交流パルスアーク溶接において、電極マイナス極性ピーク期間における溶滴の成長を安定化することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】本発明の実施の形態１に係る交流パルスアーク溶接制御方法において、電極マイナス極性ピーク電流Ｉpnの波形を示す第１の溶接電流波形図である。
【図２】本発明の実施の形態１に係る交流パルスアーク溶接制御方法において、電極マイナス極性ピーク電流Ｉpnの波形を示す第２の溶接電流波形図である。
【図３】本発明の実施の形態１に係る交流パルスアーク溶接制御方法において、電極マイナス極性ピーク電流Ｉpnの波形を示す第３の溶接電流波形図である。
【図４】本発明の実施の形態１に係る交流パルスアーク溶接制御方法において、電極マイナス極性ピーク電流Ｉpnの波形を示す第４の溶接電流波形図である。
【図５】本発明の実施の形態１に係る交流パルス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６】本発明の実施の形態２に係る交流パルスアーク溶接制御方法において、電極プラス極性ピーク電流Ｉｐの波形を示す第１の溶接電流波形図である。
【図７】本発明の実施の形態２に係る交流パルスアーク溶接制御方法において、電極プラス極性ピーク電流Ｉｐの波形を示す第２の溶接電流波形図である。
【図８】本発明の実施の形態２に係る交流パルスアーク溶接制御方法において、電極プラス極性ピーク電流Ｉｐの波形を示す第３の溶接電流波形図である。
【図９】本発明の実施の形態２に係る交流パルス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１０】本発明の実施の形態３に係る交流パルスアーク溶接制御方法を示す電流、電圧、送給速度の波形図である。
【図１１】本発明の実施の形態３に係る交流パルス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１２】本発明の実施の形態４に係る交流パルスアーク溶接制御方法を示す電流、電圧、送給速度の波形図である。
【図１３】本発明の実施の形態４に係る交流パルス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１４】従来技術の交流パルスアーク溶接における電流波形図である。
【発明を実施するための形態】
【００２７】
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。
【００２８】
［実施の形態１］
本発明の実施の形態１に係る交流パルスアーク溶接制御方法の溶接電流波形は、上述した図１４とは電極マイナス極性ピーク電流Ｉpnの波形以外は同一である。すなわち、電極マイナス極性ベース期間Ｔbn→電極マイナス極性ピーク期間Ｔpn→電極プラス極性ピーク期間Ｔｐ→電極プラス極性ベース期間Ｔｂを１パルス周期Ｔｆとする場合と、電極マイナス極性ベース期間Ｔbn→電極マイナス極性ピーク期間Ｔpn→電極プラス極性ピーク期間Ｔｐを１パルス周期Ｔｆとする場合とがある。以下、この電極マイナス極性ピーク電流Ｉpnの波形について説明する。
【００２９】
図１は、本発明の実施の形態１に係る交流パルスアーク溶接制御方法において、電極マイナス極性ピーク電流Ｉpnの波形を示す第１の溶接電流波形図である。これ以外の期間の溶接電流波形は、上述した図１４と同一である。同図において、時刻ｔ２以前の期間は電極マイナス極性ベース期間Ｔbnとなり、時刻ｔ３以降の期間は極性が反転して電極プラス極性ピーク期間Ｔｐとなる。以下、同図を参照して説明する。
【００３０】
時刻ｔ２において、電極マイナス極性ベース期間Ｔbnから電極マイナス極性ピーク期間Ｔpnに切り換わり、電極マイナス極性ピーク電流Ｉpnが通電を開始する。
【００３１】
電極マイナス極性ピーク期間Ｔpnは、時刻ｔ２〜ｔ２１の立ち上り期間Ｔｕと、時刻ｔ２１〜ｔ２２のピーク期間Ｔａと、時刻ｔ２２〜ｔ３の立ち下り期間Ｔｄとから形成される。
【００３２】
時刻ｔ２〜ｔ２１の立ち上り期間Ｔｕ中は、電極マイナス極性ベース電流Ｉbnからピーク値まで直線状に増加する。時刻ｔ２１〜ｔ２２のピーク期間Ｔａ中は、ピーク値を維持する。時刻ｔ２２〜ｔ３の立ち下り期間Ｔｄ中は、ピーク値から予め定めた極性切換電流値(５０Ａ程度)まで直線状に減少する。時刻ｔ３において、電極マイナス極性ピーク電流Ｉpnが極性切換電流値の状態で、電極マイナス極性ＥＮから電極プラス極性ＥＰへと極性が切り換えられる。このときに、アーク切れを防止するために、数百Ｖの高電圧が溶接ワイヤと母材との間に印加される。
【００３３】
上記のピーク値は、図１４に示す従来技術のときの電極マイナス極性ピーク電流Ｉpnのピーク値とほぼ同一値に設定される。また、電極マイナス極性ピーク期間Ｔpn中の電極マイナス極性ピーク電流Ｉpnの積分値が図１４に示す従来技術の矩形波であるときの積分値とほぼ同一値に設定される。
【００３４】
本実施の形態１においては、ピーク期間Ｔａが電極マイナス極性ピーク期間Ｔpnに占める時間比率が２０％未満になるように設定される。すなわち、(Ｔａ／Ｔpn)×１００＜２０になるようにＴａが設定される。このようにすることによって、溶滴に作用するアーク圧力及び溶融池から噴出する金属蒸気による反発力を緩和することができる。この結果、電極マイナス極性ピーク期間Ｔpnにおける溶滴の成長を安定化することができ、常に所望サイズの溶滴を形成することができる。ピーク期間Ｔａの時間比率が２０％超となると、反発力が強くなり、溶滴の成長が不安定化する。ピーク期間Ｔａの時間比率は１０％未満であることがさらに望ましい。このようにすると、さらに反発力が弱くなり、溶滴の成長がさらに安定化する。
【００３５】
電極マイナス極性ピーク電流Ｉpnの積分値は従来技術の矩形波のときとほぼ同一値であるので、形成される溶滴のサイズは同等となる。
【００３６】
本実施の形態１において、立ち下り期間Ｔｄは立ち上り期間Ｔｕよりも２倍以上長い期間に設定されることが望ましい。このようにすると、溶滴への入熱の降下速度が緩やかになり、溶滴の成長がより安定化する。さらに、本実施の形態１において、立ち下り期間Ｔｄは立ち上り期間Ｔｕよりも３倍以上長い期間に設定されることがより望ましい。このようにすると、溶滴への入熱の降下速度がより一層緩やかになり、溶滴の成長が一段と安定化する。
【００３７】
図２は、本発明の実施の形態１に係る交流パルスアーク溶接制御方法において、電極マイナス極性ピーク電流Ｉpnの波形を示す第２の溶接電流波形図である。
【００３８】
同図において、立ち上り期間Ｔｕ及びピーク期間Ｔａは極短い時間に設定されている。このために、同図はほぼノコギリ波となっている。このような波形に設定しても、図１と同一の効果を奏することができる。
【００３９】
図３は、本発明の実施の形態１に係る交流パルスアーク溶接制御方法において、電極マイナス極性ピーク電流Ｉpnの波形を示す第３の溶接電流波形図である。
【００４０】
同図において、立ち上り期間Ｔｕは短い時間に設定されている。また、立ち下り期間Ｔｄ中の電流はピーク値よりも小さい一定値となっている。このために、同図はほぼ２段の階段状波形となっている。このような波形に設定しても、図１と同一の効果を奏することができる。
【００４１】
図４は、本発明の実施の形態１に係る交流パルスアーク溶接制御方法において、電極マイナス極性ピーク電流Ｉpnの波形を示す第４の溶接電流波形図である。
【００４２】
同図において、立ち上り期間Ｔｕ及びピーク期間Ｔａは図１と同様である。立ち下り期間Ｔｄ中の電流が直線状ではなく曲線状に減少している。曲線状とは、溶接電流の変化率の絶対値が連続的に大きくなるように減少する状態である。このような波形に設定すると、電流値の絶対値が大きいときの変化率が小さくなるので、図１のときよりもさらに溶滴の成長が安定化する。
【００４３】
図５は、図１〜図４で上述した本発明の実施の形態１に係る交流パルス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、上記の電極マイナス極性ベース期間Ｔbnがフィードバック制御によって変化し、電極プラス極性ベース期間Ｔｂが所定値の場合である。同図において、上述した極性切換時の高電圧印加回路については省略している。以下、同図を参照して各ブロックについて説明する。
【００４４】
インバータ回路ＩＮＶは、３相２００Ｖ等の交流商用電源（図示は省略）を入力として、整流及び平滑した直流電圧を、後述する電流誤差増幅信号Ｅｉによるパルス幅変調制御によりインバータ制御を行い、高周波交流を出力する。インバータトランスＩＮＴは、高周波交流電圧をアーク溶接に適した電圧値に降圧する。２次整流器Ｄ２ａ〜Ｄ２ｄは、降圧された高周波交流を直流に整流する。
【００４５】
電極プラス極性トランジスタＰＴＲは後述する電極プラス極性駆動信号Ｐｄによってオン状態になり、このときは溶接電源の出力は電極プラス極性ＥＰになる。電極マイナス極性トランジスタＮＴＲは後述する電極マイナス極性駆動信号Ｎｄによってオン状態になり、このときは溶接電源の出力は電極マイナス極性ＥＮになる。
【００４６】
リアクトルＷＬは、リップルのある出力を平滑する。
【００４７】
溶接ワイヤ１は、ワイヤ送給モータ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。溶接ワイヤ１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。
【００４８】
電圧検出回路ＶＤは、上記の溶接電圧Ｖｗを検出して、電圧検出信号Ｖｄを出力する。電圧平均化回路ＶＡＶは、この電圧検出信号Ｖｄの絶対値を平均化して、電圧平均値信号Ｖavを出力する。電圧設定回路ＶＲは、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と上記の電圧平均値信号Ｖavとの誤差を増幅して、電圧誤差増幅信号Ｅｖを出力する。
【００４９】
電圧・周波数変換回路ＶＦは、上記の電圧誤差増幅信号Ｅｖを、上記の電圧誤差増幅信号Ｅｖに比例した周波数の信号に変換して、この周波数ごとに短時間だけＨｉｇｈレベルになるパルス周期信号Ｔｆを出力する。このパルス周期信号Ｔｆは、パルス周期ごとに短時間Ｈｉｇｈレベルとなるトリガ信号である。
【００５０】
電極マイナス極性ピーク期間設定回路ＴＰＮＲは、予め定めた電極マイナス極性ピーク期間設定信号Ｔpnrを出力する。
【００５１】
電極プラス極性ピーク期間設定回路ＴＰＲは、予め定めた電極プラス極性ピーク期間設定信号Ｔprを出力する。電極プラス極性ベース期間設定回路ＴＢＲは、予め定めた電極プラス極性ベース期間設定信号Ｔbrを出力する。
【００５２】
タイマ回路ＴＭは、上記のパルス周期信号Ｔｆ、上記の電極マイナス極性ピーク期間設定信号Ｔpnr、上記の電極プラス極性ピーク期間設定信号Ｔpr及び上記の電極プラス極性ベース期間設定信号Ｔbrを入力として、パルス周期信号Ｔｆが短時間Ｈｉｇｈレベルに変化するごとに、電極マイナス極性ピーク期間設定信号Ｔpnrによって定まる期間中はその値が１となり、続いて電極プラス極性ピーク期間設定信号Ｔprによって定まる期間中はその値が２となり、続いて電極プラス極性ベース期間設定信号Ｔbrによって定まる期間中はその値が３となり、それ以後の電極マイナス極性ベース期間中はその値が４となる、タイマ信号Ｔｍを出力する。
【００５３】
電極マイナス極性ピーク電流設定回路ＩＰＮＲは、上述した図１〜図４の波形を記憶しており、これらの波形から１つが選択されて、電極マイナス極性ピーク電流設定信号Ｉpnrを出力する。
【００５４】
電極プラス極性ピーク電流設定回路ＩＰＲは、予め定めた電極プラス極性ピーク電流設定信号Ｉprを出力する。電極プラス極性ベース電流設定回路ＩＢＲは、予め定めた電極プラス極性ベース電流設定信号Ｉbrを出力する。
【００５５】
電極マイナス極性ベース電流設定回路ＩＢＮＲは、予め定めた電極マイナス極性ベース電流設定信号Ｉbnrを出力する。
【００５６】
切換回路ＳＷは、上記のタイマ信号Ｔｍ、上記の電極マイナス極性ピーク電流設定信号Ｉpnr、上記の電極プラス極性ピーク電流設定信号Ｉpr、上記の電極プラス極性ベース電流設定信号Ｉbr及び上記の電極マイナス極性ベース電流設定信号Ｉbnrを入力として、タイマ信号Ｔｍ＝１のとき電極マイナス極性ピーク電流設定信号Ｉpnrを電流設定信号Ｉｒとして出力し、タイマ信号Ｔｍ＝２のとき電極プラス極性ピーク電流設定信号Ｉprを電流設定信号Ｉｒとして出力し、タイマ信号Ｔｍ＝３のとき電極プラス極性ベース電流設定信号Ｉbrを電流設定信号Ｉｒとして出力し、タイマ信号Ｔｍ＝４のとき電極マイナス極性ベース電流設定信号Ｉbnrを電流設定信号Ｉｒとして出力する。
【００５７】
電流検出回路ＩＤは、上記の溶接電流Ｉｗの絶対値を検出して、電流検出信号Ｉｄを出力する。電流誤差増幅回路ＥＩ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Ｅｉを出力する。
【００５８】
駆動回路ＤＶは、上記のタイマ信号Ｔｍを入力として、タイマ信号Ｔｍ＝１又は４のとき電極マイナス極性駆動信号Ｎｄを出力し、タイマ信号Ｔｍ＝２又は３のとき電極プラス極性駆動信号Ｐｄを出力する。これによって、電極マイナス極性ベース期間及び電極マイナス極性ピーク期間は電極マイナス極性となり、電極プラス極性ピーク期間及び電極プラス極性ベース期間は電極プラス極性となる。
【００５９】
送給速度設定回路ＦＲは、予め定めた送給速度設定信号Ｆｒを出力する。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、その値に対応した送給速度Ｆｗで溶接ワイヤ１を送給するための送給制御信号Ｆｃを上記のワイヤ送給モータＷＭに出力する。
【００６０】
同図において、電極プラス極性ベース期間Ｔｂを削除するときには、上記の電極プラス極性ベース期間設定信号Ｔbr＝０に設定すれば良い。
【００６１】
［実施の形態２］
本発明の実施の形態２に係る交流パルスアーク溶接制御方法の溶接電流波形は、上述した図１４とは、図１〜図４の電極マイナス極性ピーク電流Ｉpn及び後述する電極プラス極性ピーク電流Ｉｐの波形以外は同一である。すなわち、電極マイナス極性ベース期間Ｔbn→電極マイナス極性ピーク期間Ｔpn→電極プラス極性ピーク期間Ｔｐ→電極プラス極性ベース期間Ｔｂを１パルス周期Ｔｆとする場合と、電極マイナス極性ベース期間Ｔbn→電極マイナス極性ピーク期間Ｔpn→電極プラス極性ピーク期間Ｔｐを１パルス周期Ｔｆとする場合とがある。以下、この電極プラス極性ピーク電流Ｉｐの波形について説明する。
【００６２】
図６は、本発明の実施の形態２に係る交流パルスアーク溶接制御方法において、電極プラス極性ピーク電流Ｉｐの波形を示す第１の溶接電流波形図である。これ以外の期間の溶接電流波形は、上述した実施の形態１と同一である。同図において、時刻ｔ３以前の期間は電極マイナス極性ピーク期間Ｔpnとなり、時刻ｔ４以降の期間は電極プラス極性ベース期間Ｔｂとなる。以下、同図を参照して説明する。
【００６３】
時刻ｔ３において、電極マイナス極性ピーク期間Ｔpnから電極プラス極性ピーク期間Ｔｐに極性が反転して切り換わり、電極プラス極性ピーク電流Ｉｐが通電を開始する。
【００６４】
電極プラス極性ピーク期間Ｔｐは、時刻ｔ３〜ｔ３１の電極プラス極性立ち上り期間Ｔpuと、時刻ｔ３１〜ｔ３２の電極プラス極性最大値期間Ｔpaと、時刻ｔ３２〜ｔ４の電極プラス極性立ち下り期間Ｔpdとから形成される。
【００６５】
時刻ｔ３〜ｔ３１の電極プラス極性立ち上り期間Ｔpu中は、上記の極性切換電流値から最大値まで直線状に増加する。時刻ｔ３１〜ｔ３２の電極プラス極性最大値期間Ｔpa中は、最大値を維持する。時刻ｔ３２〜ｔ４の電極プラス極性立ち下り期間Ｔpd中は、最大値から電極プラス極性ベース電流Ｉｂまで直線状に減少する。
【００６６】
上記の最大値は、図１４に示す従来技術のときの電極プラス極性ピーク電流Ｉｐの最大値よりも１００Ａ程度小さな値に設定される。また、電極プラス極性ピーク期間Ｔｐ中の電極プラス極性ピーク電流Ｉｐの積分値が図１４に示す従来技術の矩形波であるときの積分値とほぼ同一値に設定される。
【００６７】
本実施の形態２においては、電極プラス極性最大値期間Ｔpaが電極プラス極性ピーク期間Ｔｐに占める時間比率が２０％未満になるように設定される。すなわち、(Ｔpa／Ｔｐ)×１００＜２０になるようにＴpaが設定される。このようにすることによって、溶滴に作用するアーク圧力を緩和することができる。この結果、母材が薄板であるときの溶け落ちを防止することができるので、高品質な薄板溶接が可能となる。特に、母材の材質がステンレス鋼であるときは、この作用効果が顕著となる。したがって、ステンレス鋼溶接を行うときは、この波形にすることが望ましい。
【００６８】
電極プラス極性最大値期間Ｔpaの時間比率が２０％超となると、アーク圧力が強くなり、溶け落ちが発生するおそれが高くなる。電極プラス極性最大値期間Ｔpaの時間比率は１０％未満であることがさらに望ましい。このようにすると、さらにアーク圧力が弱くなり、溶け落ちの発生確立が低くなる。
【００６９】
電極プラス極性ピーク電流Ｉｐの積分値は従来技術の矩形波のときとほぼ同一値であるので、形成される溶滴のサイズは同等となる。
【００７０】
母材の材質がステンレス鋼であるときの、波形パラメータの数値例を以下に示す。Ｔpu＝１．５〜２．０ms、Ｔpa＝０．２ms、Ｔpd＝１．５〜２．０ms、Ｉｐの最大値＝３００〜４００Ａである。
【００７１】
図７は、本発明の実施の形態２に係る交流パルスアーク溶接制御方法において、電極プラス極性ピーク電流Ｉｐの波形を示す第２の溶接電流波形図である。同図は上述した図６と対応しており、時刻ｔ３〜ｔ３１の電極プラス極性立ち上り期間Ｔpu及び時刻ｔ３２〜ｔ４の電極プラス極性立ち下り期間Ｔpdの波形が異なっている。時刻ｔ３１〜ｔ３２の電極プラス極性最大値期間Ｔpaについては同一である。以下、同図を参照して図６とは異なる点を中心にして説明する。
【００７２】
時刻ｔ３〜ｔ３１の電極プラス極性立ち上り期間Ｔpu中は、上記の極性切換電流値から最大値まで溶接電流Ｉｗの変化率の絶対値が連続的に小さくなるように増加する。時刻ｔ３１〜ｔ３２の電極プラス極性最大値期間Ｔpa中は、最大値を維持する。時刻ｔ３２〜ｔ４の電極プラス極性立ち下り期間Ｔpd中は、最大値から電極プラス極性ベース電流Ｉｂまで溶接電流Ｉｗの変化率の絶対値が連続的に小さくなるように減少する。
【００７３】
上記の最大値は、図１４に示す従来技術のときの電極プラス極性ピーク電流Ｉｐの最大値よりも１００Ａ程度小さな値に設定される。また、電極プラス極性ピーク期間Ｔｐ中の電極プラス極性ピーク電流Ｉｐの積分値が図１４に示す従来技術の矩形波であるときの積分値とほぼ同一値に設定される。
【００７４】
本実施の形態２においては、電極プラス極性最大値期間Ｔpaが電極プラス極性ピーク期間Ｔｐに占める時間比率が２０％未満になるように設定される。すなわち、(Ｔpa／Ｔｐ)×１００＜２０になるようにＴpaが設定される。このようにすることによって、溶滴に作用するアーク圧力を緩和することができる。この結果、母材が薄板であるときの溶け落ちを防止することができるので、高品質な薄板溶接が可能となる。特に、母材の材質がステンレス鋼であるときは、この作用効果が顕著となる。したがって、ステンレス鋼溶接を行うときは、この波形にすることが望ましい。
【００７５】
電極プラス極性最大値期間Ｔpaの時間比率が２０％超となると、アーク圧力が強くなり、溶け落ちが発生するおそれが高くなる。電極プラス極性最大値期間Ｔpaの時間比率は１０％未満であることがさらに望ましい。このようにすると、さらにアーク圧力が弱くなり、溶け落ちの発生確立が低くなる。
【００７６】
同図においては、図６のときとは異なり、電極プラス極性立ち上り期間Ｔpu中の溶接電流Ｉｗは、電流値が大きいほど変化率の絶対値が小さくなるように変化する。このために、アーク圧力の変化がより緩和される。さらに、電極プラス極性立ち下り期間Ｔpd中の溶接電流Ｉｗは、電流値が大きいときは変化率の絶対値が大きくなる。このために、アークの指向性が強くなり、磁気吹き等によるアーク不安定を抑制することができる。かつ、電流値が小さくなると変化率の絶対値は小さくなる。このために、アンダーシュートによるアーク切れを抑制することができる。この結果、ステンレス鋼をより高品質に溶接することができる。
【００７７】
図８は、本発明の実施の形態２に係る交流パルスアーク溶接制御方法において、電極プラス極性ピーク電流Ｉｐの波形を示す第３の溶接電流波形図である。これ以外の期間の溶接電流波形は、上述した実施の形態１と同一である。同図において、時刻ｔ３以前の期間は電極マイナス極性ピーク期間Ｔpnとなり、時刻ｔ４以降の期間は電極プラス極性ベース期間Ｔｂとなる。以下、同図を参照して説明する。
【００７８】
時刻ｔ３において、電極マイナス極性ピーク期間Ｔpnから電極プラス極性ピーク期間Ｔｐに極性が反転して切り換わり、電極プラス極性ピーク電流Ｉｐが通電を開始する。
【００７９】
電極プラス極性ピーク期間Ｔｐは、時刻ｔ３〜ｔ３１の電極プラス極性立ち上り期間Ｔpuと、時刻ｔ３１〜ｔ３２の電極プラス極性最大値期間Ｔpaと、時刻ｔ３２〜ｔ４の電極プラス極性立ち下り期間Ｔpdとから形成される。
【００８０】
時刻ｔ３〜ｔ３１の電極プラス極性立ち上り期間Ｔpu中は、上記の極性切換電流値から第１最大値まで直線状に増加する。時刻ｔ３１〜ｔ３２の電極プラス極性最大値期間Ｔpaは、第１最大値電流を通電する第１最大値期間と、第２最大値電流を通電する第２最大値期間とから形成される。第１最大値電流＞第２最大値電流である。時刻ｔ３２〜ｔ４の電極プラス極性立ち下り期間Ｔpd中は、第２最大値から電極プラス極性ベース電流Ｉｂまで直線状に減少する。例えば、Ｔpu＝０．５ms、Ｔpa＝１．５ms、Ｔpd＝０．５msに設定される。
【００８１】
上記の第１最大値と第２最大値との差分は５０〜１００Ａ程度に設定される。また、第１最大値と第２最大値との平均値は、図１４に示す従来技術のときと略同一値に設定される。また、電極プラス極性ピーク期間Ｔｐ中の電極プラス極性ピーク電流Ｉｐの積分値が図１４に示す従来技術の矩形波であるときの積分値とほぼ同一値に設定される。
【００８２】
上述したように、電極プラス極性最大値期間Ｔpa中の溶接電流Ｉｗを階段状の波形にすることによって、溶滴移行状態を安定化させることができる。特に、母材の材質が鉄鋼である場合には、この作用効果がより顕著となる。したがって、鉄鋼溶接をより高品質に行うことができる。
【００８３】
図９は、図６〜図８で上述した本発明の実施の形態２に係る交流パルス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５と対応しており、同一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５の電極プラス極性ピーク電流設定回路ＩＰＲを第２電極プラス極性ピーク電流設定回路ＩＰＲ２に置換したものである。以下、同図を参照してこのブロックについて説明する。
【００８４】
第２電極プラス極性ピーク電流設定回路ＩＰＲ２は、上述した図６〜図８の波形を記憶しており、これらの波形から１つが選択されて、電極プラス極性ピーク電流設定信号Ｉprを出力する。
【００８５】
［実施の形態３］
本発明の実施の形態３に係る交流パルスアーク溶接制御方法では、電極マイナス極性ベース期間中に短絡が発生したときは、電極マイナス極性ベース期間が終了するまで溶接ワイヤの送給速度を減速させるものである。
【００８６】
図１０は、本発明の実施の形態３に係る交流パルスアーク溶接制御方法を示す電流、電圧、送給速度の波形図である。同図(Ａ)は溶接電流Ｉｗの時間変化を示し、同図(Ｂ)は溶接電圧Ｖｗの時間変化を示し、同図(Ｃ)は溶接ワイヤの送給速度Ｆｗの時間変化を示す。以下、同図を参照して説明する。
【００８７】
同図において、時刻ｔ１〜ｔ２の期間が電極マイナス極性ベース期間Ｔbnとなり、時刻ｔ２〜ｔ３の期間が電極マイナス極性ピーク期間Ｔpnとなり、時刻ｔ３〜ｔ４の期間が電極プラス極性ピーク期間Ｔｐとなり、時刻ｔ４〜ｔ５の期間が電極プラス極性ベース期間Ｔｂとなり、時刻ｔ５〜ｔ６の期間が再び電極マイナス極性ベース期間Ｔbnとなる。
【００８８】
時刻ｔ２〜ｔ３の電極マイナス極性ピーク期間Ｔpn中の電極マイナス極性ピーク電流Ｉpnの波形は、上述した図１〜図４のいずれか一つと同一である。同図(Ａ)は図１の波形を描画している。同図(Ｂ)に示すように、溶接電圧Ｖｗは、アーク長と略比例した電流波形と相似した波形となる。同図(Ｃ)に示すように、送給速度Ｆｗは予め定めた一定値の定常送給速度となる。
【００８９】
時刻ｔ３〜ｔ４の電極プラス極性ピーク期間Ｔｐ中の電極プラス極性ピーク電流Ｉｐの波形は、上述した図６〜図８のいずれか一つと同一である。同図(Ａ)は図６の波形を描画している。同図(Ｂ)に示すように、溶接電圧Ｖｗは、アーク長と略比例した電流波形と相似した波形となる。同図(Ｃ)に示すように、送給速度Ｆｗは上記の定常送給速度となる。
【００９０】
時刻ｔ４〜ｔ５の電極プラス極性ベース期間Ｔｂ中は、予め定めた電極プラス極性ベース電流Ｉｂが通電する。同図(Ｂ)に示すように、溶接電圧Ｖｗはアーク長に略比例したアーク電圧値となる。同図(Ｃ)に示すように、送給速度Ｆｗは上記の定常送給速度となる。
【００９１】
時刻ｔ５〜ｔ６の電極マイナス極性ベース期間Ｔbn中の動作は以下のようになる。時刻ｔ５〜ｔ５１の期間中は、予め定めた電極マイナス極性ベース電流Ｉbnが通電する。同図(Ｂ)に示すように、溶接電圧Ｖｗは、アーク長に略比例したアーク電圧値となる。同図(Ｃ)に示すように、送給速度Ｆｗは上記の定常送給速度となる。
【００９２】
同図では、時刻ｔ５１において、溶接ワイヤと母材との短絡が発生した場合である。時刻ｔ５１〜ｔ５２の短絡期間中は、同図(Ａ)に示すように、溶接電流Ｉｗは次第に増加して、短絡を早期に解除してアークが再発生するようにしている。同図(Ｂ)に示すように、溶接電圧Ｖｗは数Ｖの短絡電圧値となる。同図(Ｃ)に示すように、送給速度Ｆｗは、時刻ｔ５１の短絡発生から定常送給速度よりも小さな値の低速送給速度に減速し、時刻ｔ６に電極マイナス極性ベース期間Ｔbnが終了するまでこの値を維持する。送給速度Ｆｗは、電極マイナス極性ピーク期間Ｔpnに入ると、定常送給速度に戻る。時刻ｔ５２にアークが再発生すると、同図(Ａ)に示すように、溶接電流Ｉｗは上記の電極マイナス極性ベース電流Ｉbnの値に戻り、同図(Ｂ)に示すように、溶接電圧Ｖｗはアーク電圧値となる。
【００９３】
電極マイナス極性ベース期間Ｔbn中に短絡が一旦発生すると、短絡が解除してアークが再発生しても、その直後に再び短絡が発生する状態に陥りやすい。すなわち、電極マイナス極性ベース期間Ｔbn中に一旦短絡が発生すると、複数回短絡の発生を繰り返すことが多い。これは、電極マイナス極性ＥＮでは、電極プラス極性ＥＰよりも溶接ワイヤの溶融が促進されるために、小電流値であっても溶滴が形成されやすい。このために、一旦短絡が発生すると、アークが再発生してもアーク長が適正値よりも短い状態となり、溶滴及び溶融池の少しの振動で短絡が発生するからである。短絡が多発すると、溶滴の形成状態が不安定になり、かつ、短絡に伴いスパッタの発生も多くなる。
【００９４】
そこで、上述した実施の形態３によれば、電極マイナス極性ベース期間中に短絡が発生したときは、電極マイナス極性ベース期間が終了するまで溶接ワイヤの送給速度を減速させる。これにより、短絡が発生すると、送給速度が減速するので、アーク再発生後にアーク長が迅速に長くなる。この結果、再短絡を防止することができる。このために、溶滴の形成状態を安定化することができ、かつ、スパッタの発生も抑制することができる。
【００９５】
実施の形態３には、短絡が解除されてアークが再発生してから送給速度Ｆｗを減速するようにすることも含まれる。
【００９６】
図１１は、図１０で上述した本発明の実施の形態３に係る交流パルス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５及び図９と対応しており、同一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９に短絡判別回路ＳＤを追加し、図９の電極マイナス極性ベース電流設定回路ＩＢＮＲを第２電極マイナス極性ベース電流設定回路ＩＢＮＲ２に置換し、図９に低速送給速度設定回路ＦＴＲを追加し、図９の送給速度設定回路ＦＲを第２送給速度設定回路ＦＲ２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。
【００９７】
短絡判別回路ＳＤは、上記の電圧検出信号Ｖｄを入力として、この値に基づいて短絡又はアークを判別し、短絡期間中はＨｉｇｈレベルとなり、アーク期間中はＬｏｗレベルとなる短絡判別信号Ｓｄを出力する。
【００９８】
第２電極マイナス極性ベース電流設定回路ＩＢＮＲ２は、上記の短絡判別信号Ｓｄを入力として、短絡判別信号ＳｄがＬｏｗレベル(アーク期間)のときは予め定めた電極マイナス極性ベース電流値となり、短絡判別信号ＳｄがＨｉｇｈレベル(短絡期間)のときは電極マイナス極性ベース電流値から経時的に増加する電極マイナス極性ベース電流設定信号Ｉbnrを出力する。
【００９９】
低速送給速度設定回路ＦＴＲは、予め定めた低速送給速度設定信号Ｆtrを出力する。この低速送給速度設定信号Ｆtrの値は、定常送給速度の７０〜９０％程度に設定される。
【０１００】
第２送給速度設定回路ＦＲ２は、上記の短絡判別信号Ｓｄ、上記のタイマ信号Ｔｍ及び上記の低速送給速度設定信号Ｆtrを入力として、タイマ信号Ｔｍ＝４(電極マイナス極性ベース期間Ｔbn)中に短絡判別信号ＳｄがＨｉｇｈレベル(短絡)に変化した時点からタイマ信号Ｔｍ＝１(電極マイナス極性ピーク期間Ｔpn)に変化するまでの期間中は低速送給速度設定信号Ｆtrの値となり、その他の期間中は予め定めた定常送給速度となる送給速度設定信号Ｆｒを出力する。
【０１０１】
［実施の形態４］
本発明の実施の形態４に係る交流パルスアーク溶接制御方法では、電極マイナス極性ベース期間中に短絡が発生したときは、電極マイナス極性ピーク期間に移行させるものである。
【０１０２】
図１２は、本発明の実施の形態４に係る交流パルスアーク溶接制御方法を示す電流、電圧、送給速度の波形図である。同図(Ａ)は溶接電流Ｉｗの時間変化を示し、同図(Ｂ)は溶接電圧Ｖｗの時間変化を示し、同図(Ｃ)は溶接ワイヤの送給速度Ｆｗの時間変化を示す。同図は上述した図１０と対応しており、同一動作の説明は繰り返さない。以下、同図を参照して説明する。
【０１０３】
同図において、時刻ｔ１〜ｔ２の期間が電極マイナス極性ベース期間Ｔbnとなり、時刻ｔ２〜ｔ３の期間が電極マイナス極性ピーク期間Ｔpnとなり、時刻ｔ３〜ｔ４の期間が電極プラス極性ピーク期間Ｔｐとなり、時刻ｔ４〜ｔ５の期間が電極プラス極性ベース期間Ｔｂとなり、時刻ｔ５〜ｔ６の期間が再び電極マイナス極性ベース期間Ｔbnとなり、時刻ｔ６〜ｔ７の期間が再び電極マイナス極性ピーク期間Ｔpnとなる。電極マイナス極性ピーク期間Ｔpn、電極プラス極性ピーク期間Ｔｐ及び電極プラス極性ベース期間Ｔｂの動作は図１０と同一であるので、説明は繰り返さない。
【０１０４】
時刻ｔ５〜ｔ６の電極マイナス極性ベース期間Ｔbn中の動作は以下のようになる。時刻ｔ５からの短絡が発生するまでの期間中は、予め定めた電極マイナス極性ベース電流Ｉbnが通電する。同図(Ｂ)に示すように、溶接電圧Ｖｗは、アーク長に略比例したアーク電圧値となる。同図(Ｃ)に示すように、送給速度Ｆｗは予め定めた一定値の定常送給速度となる。
【０１０５】
電極マイナス極性ベース期間Ｔbnはタイマ信号Ｔｍが４から１に変化した時点で電極マイナス極性ピーク期間Ｔpnへと移行する。タイマ信号Ｔｍ＝４の状態である、時刻ｔ６において短絡が発生すると、強制的にタイマ信号Ｔｍを１に変化させる。このようにすると、短絡が発生した時点で、電極マイナス極性ベース期間Ｔbnを中断して、電極マイナス極性ピーク期間Ｔpnに移行する。
【０１０６】
上述した実施の形態４によれば、電極マイナス極性ベース期間中に短絡が発生したときは、電極マイナス極性ピーク期間に移行させる。これにより、短絡が発生すると、電極マイナス極性ピーク期間に移行して溶接電流が大きくなるので、短絡は早期に解除され、アーク再発生後にアーク長が迅速に長くなる。この結果、再短絡を防止することができる。このために、溶滴の形成状態を安定化することができ、かつ、スパッタの発生も抑制することができる。
【０１０７】
実施の形態４には、短絡が解除されてアークが再発生した後に電極マイナス極性ピーク期間Ｔpnに移行するようにすることも含まれる。
【０１０８】
図１３は、図１２で上述した本発明の実施の形態３に係る交流パルス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５及び図９と対応しており、同一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９に短絡判別回路ＳＤを追加し、図９のタイマ回路ＴＭを第２タイマ回路ＴＭ２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。
【０１０９】
短絡判別回路ＳＤは、上記の電圧検出信号Ｖｄを入力として、この値に基づいて短絡又はアークを判別し、短絡期間中はＨｉｇｈレベルとなり、アーク期間中はＬｏｗレベルとなる短絡判別信号Ｓｄを出力する。
【０１１０】
第２タイマ回路ＴＭ２は、上記の短絡判別信号Ｓｄ、上記のパルス周期信号Ｔｆ、上記の電極マイナス極性ピーク期間設定信号Ｔpnr、上記の電極プラス極性ピーク期間設定信号Ｔpr及び上記の電極プラス極性ベース期間設定信号Ｔbrを入力として、パルス周期信号Ｔｆが短時間Ｈｉｇｈレベルに変化した時点、又はタイマ信号Ｔｍ＝４かつ短絡判別信号ＳｄがＨｉｇｈレベルに変化した時点から、電極マイナス極性ピーク期間設定信号Ｔpnrによって定まる期間中はその値が１となり、続いて電極プラス極性ピーク期間設定信号Ｔprによって定まる期間中はその値が２となり、続いて電極プラス極性ベース期間設定信号Ｔbrによって定まる期間中はその値が３となり、それ以後の電極マイナス極性ベース期間中はその値が４となる、タイマ信号Ｔｍを出力する。
【産業上の利用可能性】
【０１１１】
本発明によれば、消耗電極交流パルスアーク溶接において、電極マイナス極性ピーク期間中の溶滴の成長状態を安定化させることができる。【０１１２】
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。【０１１３】
本出願は、２０１６年１０月２４日出願の日本特許出願（特願２０１６−２０７９５８）と、２０１６年１１月３０日出願の日本特許出願（特願２０１６−２３２０１４）と、２０１６年１２月２８日出願の日本特許出願（特願２０１６−２５４８９４）と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】
【０１１４】
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
ＤＶ   駆動回路
ＥＩ   電流誤差増幅回路
Ｅｉ   電流誤差増幅信号
ＥＮ   電極マイナス極性
ＥＰ   電極プラス極性
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
ＦＲ２ 第２送給速度設定回路
ＦＴＲ 低速送給速度設定回路
Ｆtr   低速送給速度設定信号
Ｆｗ   送給速度
Ｉｂ   電極プラス極性ベース電流
Ｉbn   電極マイナス極性ベース電流
ＩＢＮＲ      電極マイナス極性ベース電流設定回路
Ｉbnr  電極マイナス極性ベース電流設定信号
ＩＢＮＲ２    第２電極マイナス極性ベース電流設定回路
ＩＢＲ 電極プラス極性ベース電流設定回路
Ｉbr   電極プラス極性ベース電流設定信号
ＩＤ   電流検出回路
Ｉｄ   電流検出信号
Ｉen   電極マイナス極性電流
Ｉep   電極プラス極性電流
ＩＮＴ インバータトランス
ＩＮＶ インバータ回路
Ｉｐ   電極プラス極性ピーク電流
Ｉpn   電極マイナス極性ピーク電流
ＩＰＮＲ      電極マイナス極性ピーク電流設定回路
Ｉpnr  電極マイナス極性ピーク電流設定信号
ＩＰＲ 電極プラス極性ピーク電流設定回路
Ｉpr   電極プラス極性ピーク電流設定信号
ＩＰＲ２      第２電極プラス極性ピーク電流設定回路
Ｉｒ   電流設定信号
Ｉｗ   溶接電流
Ｎｄ   電極マイナス極性駆動信号
ＮＴＲ 電極マイナス極性トランジスタ
Ｐｄ   電極プラス極性駆動信号
ＰＴＲ 電極プラス極性トランジスタ
Ｒen   電極マイナス極性電流比率
ＳＤ   短絡判別回路
Ｓｄ   短絡判別信号
ＳＷ   切換回路
Ｔａ   ピーク期間
Ｔｂ   電極プラス極性ベース期間
Ｔbn   電極マイナス極性ベース期間
ＴＢＲ 電極プラス極性ベース期間設定回路
Ｔbr   電極プラス極性ベース期間設定信号
Ｔｄ   立ち下り期間
Ｔen   電極マイナス極性期間
Ｔep   電極プラス極性期間
Ｔｆ   パルス周期(信号)
ＴＭ   タイマ回路
Ｔｍ   タイマ信号
ＴＭ２ 第２タイマ回路
Ｔｐ   電極プラス極性ピーク期間
Ｔpa   電極プラス極性最大値期間
Ｔpd   電極プラス極性立ち下り期間
Ｔpn   電極マイナス極性ピーク期間
ＴＰＮＲ      電極マイナス極性ピーク期間設定回路
Ｔpnr  電極マイナス極性ピーク期間設定信号
ＴＰＲ 電極プラス極性ピーク期間設定回路
Ｔpr   電極プラス極性ピーク期間設定信号
Ｔpu   電極プラス極性立ち上り期間
Ｔｕ   立ち上り期間
ＶＡＶ 電圧平均化回路
Ｖav   電圧平均値信号
ＶＤ   電圧検出回路
Ｖｄ   電圧検出信号
ＶＦ   電圧・周波数変換回路
ＶＲ   電圧設定回路
Ｖｒ   電圧設定信号
Ｖｗ   溶接電圧
ＷＬ   リアクトル
ＷＭ   ワイヤ送給モータ
【図１】
2018079345.tif 000003
【図２】
2018079345.tif 000004
【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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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【国際調査報告】
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