(57)【要約】【課題】短絡発生時から予め定めた長期短絡判別時間が経過した場合には溶接電流を減少させ、後退送給によってワイヤ先端が母材から離れてアークが再発生するようなアーク状態の場合には短絡期間が非常に長くなる。長期短絡判別時間が経過しない通常の場合の短い短絡期間とは、異なる短絡期間が２つ存在することになる規則的な安定したアーク状態を確保することが難しい。【解決手段】短絡発生時からアーク発生時までの短絡期間は基本ワイヤ送給速度より低いワイヤ送給速度に減速し、アーク発生時から次の短絡発生時までのアーク期間はワイヤ送給を加速させて前記基本ワイヤ送給速度に戻し、アーク発生時から第１の所定時間は定電流制御で所定ピーク電流を出力するし、アーク発生時から第２の所定時間で定電圧制御による溶接電流を出力した後に定電流制御で所定のベース電流を出力させるものである。【選択図】図１
2007216268.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
溶接ワイヤを自動送給しながら短絡とアークを交互に繰り返して短絡溶接を行うアーク溶接制御方法であって、
短絡発生時からアーク発生時までの短絡期間は、ワイヤ送給速度を基本ワイヤ送給速度より低いワイヤ送給速度に減速し、
アーク発生時から次の短絡発生時までのアーク期間は、ワイヤ送給速度を加速させて前記基本ワイヤ送給速度に戻し、
アーク期間においてアーク発生時から第１の所定時間までは電流制御を行って所定ピーク電流となるまで溶接電流を増加し、または、所定ピーク電流となるまで溶接電流を増加してその後前記所定ピーク電流を所定期間維持し、
前記第１の所定時間から第２の所定時間までは定電圧制御を行ってこれに基づく溶接電流を出力し、
前記第２の所定時間後は電流制御を行って溶接電流が前記所定ピーク電流よりも低い所定のベース電流となるように減少してその後アーク期間終了まで前記所定のベース電流を維持するアーク溶接制御方法。
【請求項２】
短絡発生時からアーク発生時までの短絡期間はワイヤ送給を停止させ、アーク発生時から次の短絡発生時までのアーク期間はワイヤ送給を加速させて基本ワイヤ送給速度に戻す請求項１に記載のアーク溶接制御方法。
【請求項３】
短絡発生時からアーク発生時までの短絡期間はワイヤ送給を後退送給させ、アーク発生時から次の短絡発生時までのアーク期間はワイヤ送給を前進送給させて基本ワイヤ送給速度に戻す請求項１に記載のアーク溶接制御方法。
【請求項４】
短絡発生時からアーク発生時までの短絡期間において、ワイヤ送給速度を所定の傾きをもって基本ワイヤ送給速度よりも低い所定の速度に減速することを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載のアーク溶接制御方法。
【請求項５】
アーク発生時から次の短絡発生時までのアーク期間において、ワイヤ送給速度を基本ワイヤ送給速度になるようにアーク発生時から所定の傾きをもって加速及び前進送給する請求項１から３のいずれか１項に記載のアーク溶接制御方法。
【請求項６】
アーク発生時から次の短絡発生時までのアーク期間において、ワイヤ送給速度を基本ワイヤ送給速度になるようにアーク発生時から所定の遅延時間後に加速及び前進送給を開始する請求項１から３のいずれか１項に記載のアーク溶接制御方法。
【請求項７】
アーク発生時から次の短絡発生時までのアーク期間において、アーク発生時から所定時間後に溶接電流が所定のベース電流になるように所定の傾きをもって溶接電流を減少する請求項１から３のいずれか１項に記載のアーク溶接制御方法。
【請求項８】
短絡発生時からアーク発生時までの短絡期間には、ワイヤ送給速度を基本ワイヤ送給速度よりも低い速度にし、アーク発生後のアーク期間には、前記短絡期間に前記基本ワイヤ送給速度よりも低いワイヤ送給速度としたことによる前記短絡期間に前記基本ワイヤ送給速度で送給したとした場合のワイヤ送給量に対して不足したワイヤ送給量を補う送給量となるように、前記アーク期間のワイヤ送給速度を加速および前進送給する請求項１から３のいずれか１項に記載のアーク溶接制御方法。
【請求項９】
短絡期間においてワイヤ送給速度を基本ワイヤ送給速度よりも低い速度としたことによる前記基本ワイヤ送給速度で送給した場合に比べて不足したワイヤ送給量を積算し、アーク発生後のアーク期間においてアーク発生時に加速及び前進送給するワイヤ送給速度を基本ワイヤ送給速度よりも所定速度高いワイヤ送給速度とし、この送給速度の期間のワイヤ送給量の積算を行い、前記短絡期間において不足したワイヤ送給量と同量の送給量となった時点で前記基本ワイヤ送給速度となるようにワイヤ送給速度を減速する請求項８記載のアーク溶接制御方法。
【請求項１０】
短絡期間においてワイヤ送給速度を基本ワイヤ送給速度よりも低い速度としたことによる前記基本ワイヤ送給速度で送給した場合に比べて不足したワイヤ送給量と、一つ前のアーク期間または数短絡周期中のアーク期間の平均時間とから、前記短絡期間に不足したワイヤ送給量を補うためのアーク期間中の前記基本ワイヤ送給速度に対して増加させるワイヤ送給速度を算出し、この算出したワイヤ送給速度と前記基本ワイヤ送給速度とを加えたワイヤ送給速度にてアーク期間の溶接を行う請求項８記載のアーク溶接制御方法。
【請求項１１】
消耗電極である溶接ワイヤと被溶接物との間でアークの発生と短絡とを繰り返して溶接を行うアーク溶接装置であって、
前記溶接ワイヤを送給するためのワイヤ送給モータと、
溶接出力を制御するスイッチング素子と、
溶接電圧を検出する溶接電圧検出部と、
前記溶接電圧検出部の出力に基づいて短絡状態であるのかアーク状態であるのかを検出する短絡／アーク検出部と、
短絡状態であるときの溶接出力制御信号を出力する短絡制御部と、
アーク状態であるときの溶接出力制御信号を出力するアーク制御部と、
前記短絡制御部または前記アーク制御部からの信号に基づいて前記スイッチング素子を制御する駆動部と、
前記短絡／アーク検出部からの信号に基づいて前記ワイヤ送給モータを制御するワイヤ送給モータ制御部とを備え、
前記アーク制御部は、時間を計時する第１の計時部と、前記第１の計時部からの信号に基づいてアーク状態時に所定期間定電流制御を行う制御信号を出力するアーク定電流制御部と、前記第１の計時部からの信号に基づいてアーク状態時に所定期間定電圧制御を行う制御信号を出力するアーク定電圧制御部とを有し、
前記ワイヤ送給モータ制御部は、ワイヤ送給速度を制御する信号を出力するワイヤ送給速度制御部と、時間を計時する第２の計時部と、前記ワイヤ送給モータのＯＮ／ＯＦＦを指示する信号を出力するモータＯＮ／ＯＦＦ切換え制御部と、前記ワイヤ送給モータの回転方向を指示する信号を出力するモータ極性切換制御部とを有し、
短絡発生時からアーク発生時までの短絡期間では、ワイヤ送給速度を基本ワイヤ送給速度より低いあるいは停止するあるいは後退送給するワイヤ送給速度とし、
アーク発生時から次の短絡発生時までのアーク期間は、ワイヤ送給速度を加速させて前記基本ワイヤ送給速度に戻し、
アーク発生時から第１の所定時間までは電流制御を行って所定ピーク電流となるまで溶接電流を増加し、または、所定ピーク電流となるまで溶接電流を増加してその後前記所定ピーク電流を所定期間維持し、
前記第１の所定時間から第２の所定時間までは定電圧制御を行ってこれに基づく溶接電流を出力し、
前記第２の所定時間後は電流制御を行って溶接電流が前記所定ピーク電流よりも低い所定のベース電流となるように減少してその後アーク期間終了まで前記所定のベース電流を維持するアーク溶接装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、消耗電極である溶接ワイヤを連続的に送給しながら短絡溶接を行うアーク溶接制御方法およびアーク溶接装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
図９は、従来技術の、短絡を伴うアーク溶接の溶接ワイヤ送給制御方法を示す出力波形図である。同図（Ａ）は溶接電圧Ｖｗ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、同図（Ｄ）はワイヤ先端の送給速度Ｆｓの時間変化を示す。以下、同図を参照して説明する。
【０００３】
時刻ｔ１〜ｔ２の短絡期間Ｔｓ中は、短絡期間が予め定めた長期短絡判別時間Ｔｔ以下であるので、同図（Ｃ）に示すように、送給速度設定信号Ｆｒは前進送給速度設定値Ｆｆｒのままであり、同図（Ｄ）に示すように、送給速度Ｆｓは前進送給速度Ｆｆｓで送給される。続く時刻ｔ２〜ｔ３のアーク期間Ｔａ中は、同図（Ｃ）に示すように、上記の前進送給速度設定値Ｆｆｒのままであり、同図（Ｄ）に示すように、送給速度Ｆｓは上記の前進送給速度Ｆｆｓで送給される。すなわち、通常短絡時は一定値の前進送給を維持する。
【０００４】
時刻ｔ３において短絡が発生し長期短絡判別時間Ｔｔを経過する時刻ｔ４までは、同図（Ｃ）に示すように、送給速度設定信号Ｆｒは前進送給速度設定値Ｆｆｒのままであり、同図（Ｄ）に示すように、送給速度Ｆｓは前進送給速度Ｆｆｓのままである。時刻ｔ４において上記の長期短絡判別時間Ｔｔを経過すると、同図（Ｃ）に示すように、送給速度設定信号Ｆｒは後退送給速度設定値Ｆｒｒに切り換わり、同図（Ｄ）に示すように、送給速度Ｆｓは慣性によるスロープで減速する。同時に、同図（Ｂ）に示すように、時刻ｔ４から溶接電流Ｉｗを低い値に減少させる。
【０００５】
同図（Ｄ）に示すように、送給速度Ｆｓは、減速して一旦０となり、その後に後退送給されて、時刻ｔ５においてワイヤ先端が母材から離れて短絡が解除されてアークが再発生する。このアーク再発生時の電流値は、同図（Ｂ）に示すように、低い値であるのでスパッタはほとんど発生せず、アーク力も弱いので再短絡も発生しない。したがって、良好な長期短絡の解除を行うことができる。時刻ｔ５においてアークが再発生すると、同図（Ｃ）に示すように、送給速度設定信号Ｆｆｒは前進送給速度設定値Ｆｆｒに切り換わり、同図（Ｄ）に示すように、送給速度Ｆｓは後退送給から減速、停止及び反転を経て前進送給速度Ｆｆｓで送給される。同時に、同図（Ｂ）に示すように、溶接電流Ｉｗは、溶接電源装置の定電圧特性とアーク負荷とによって定まる前進送給速度Ｆｆｓに応じた値へと増加する。
【０００６】
上述したように、短絡を伴うアーク溶接において、通常短絡時及び長期短絡時に良好な溶滴移行を行うことができ、かつ、アーク切れ、スパッタ及び再短絡の発生しない良好な短絡解除を行うことができる送給制御を目的としており、短絡が発生した時点から予め定めた長期短絡判別時間が経過するまでは前記前進送給を継続すると共に溶接電流を増加させ、前記長期短絡判別時間が経過した後は前記後退送給に切り換えると共に前記溶接電流を減少させ、前記後退送給によってワイヤ先端が母材から離れてアークが再発生すると前記前進送給に再び切り換えると共に前記溶接電流を前記前進送給の送給速度に応じた値に増加させることを特徴とする短絡を伴うアーク溶接の送給制御方法であった（例えば、特許文献１参照）。
【特許文献１】特開２００４−２９８９２４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
上述した従来の送給制御方法においては、図９に示すように、短絡発生時ｔ３から予め定めた長期短絡判別時間Ｔｔが経過した場合には溶接電流Ｉｗを減少させ、後退送給によってワイヤ先端が母材から離れてアークが再発生（ｔ５）するようなアーク状態の場合には、短絡期間が非常に長くなる。そして、長期短絡判別時間Ｔｔが経過しない通常の場合の短い短絡期間とは異なる短絡期間が２つ存在することになる。そして、ワイヤ送給の前進送給によるアーク発生時と、後退送給によるアーク発生時とのアーク発生状態が異なるため、規則的な安定したアーク状態を確保することが難しいと考えられる。
【０００８】
また、ＣＯ２溶接では、特にアーク期間のアーク発生時直後と短絡発生時直前に再短絡（以降、微小短絡と表現する）によるスパッタが発生しやすい傾向がある。上述した従来の溶接ワイヤ送給制御方法では、アーク発生時直後については考慮されているが、短絡発生時直前については考慮されていない。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記課題を解決するために、本発明のアーク溶接制御方法は、溶接ワイヤを自動送給しながら短絡とアークを交互に繰り返して短絡溶接を行うアーク溶接制御方法であって、短絡発生時からアーク発生時までの短絡期間は、ワイヤ送給速度を基本ワイヤ送給速度より低いワイヤ送給速度に減速し、アーク発生時から次の短絡発生時までのアーク期間は、ワイヤ送給速度を加速させて前記基本ワイヤ送給速度に戻し、アーク期間においてアーク発生時から第１の所定時間までは電流制御を行って所定ピーク電流となるまで溶接電流を増加し、または、所定ピーク電流となるまで溶接電流を増加してその後前記所定ピーク電流を所定期間維持し、前記第１の所定時間から第２の所定時間までは定電圧制御を行ってこれに基づく溶接電流を出力し、前記第２の所定時間後は電流制御を行って溶接電流が前記所定ピーク電流よりも低い所定のベース電流となるように減少してその後アーク期間終了まで前記所定のベース電流を維持するものである。
【００１０】
また、本発明のアーク溶接制御方法は、短絡発生時からアーク発生時までの短絡期間はワイヤ送給を停止させ、アーク発生時から次の短絡発生時までのアーク期間はワイヤ送給を加速させて基本ワイヤ送給速度に戻すものである。
【００１１】
また、本発明のアーク溶接制御方法は、短絡発生時からアーク発生時までの短絡期間はワイヤ送給を後退送給させ、アーク発生時から次の短絡発生時までのアーク期間はワイヤ送給を前進送給させて基本ワイヤ送給速度に戻すものである。
【００１２】
また、本発明のアーク溶接制御方法は、短絡発生時からアーク発生時までの短絡期間において、ワイヤ送給速度を所定の傾きをもって基本ワイヤ送給速度よりも低い所定の速度に減速することを特徴とするものである。
【００１３】
また、本発明のアーク溶接制御方法は、アーク発生時から次の短絡発生時までのアーク期間において、ワイヤ送給速度を基本ワイヤ送給速度になるようにアーク発生時から所定の傾きをもって加速及び前進送給するものである。
【００１４】
また、本発明のアーク溶接制御方法は、アーク発生時から次の短絡発生時までのアーク期間において、ワイヤ送給速度を基本ワイヤ送給速度になるようにアーク発生時から所定の遅延時間後に加速及び前進送給を開始するものである。
【００１５】
また、本発明のアーク溶接制御方法は、アーク発生時から次の短絡発生時までのアーク期間において、アーク発生時から所定時間後に溶接電流が所定のベース電流になるように所定の傾きをもって溶接電流を減少するものである。
【００１６】
また、本発明のアーク溶接制御方法は、短絡発生時からアーク発生時までの短絡期間には、ワイヤ送給速度を基本ワイヤ送給速度よりも低い速度にし、アーク発生後のアーク期間には、前記短絡期間に前記基本ワイヤ送給速度よりも低いワイヤ送給速度としたことによる前記短絡期間に前記基本ワイヤ送給速度で送給したとした場合のワイヤ送給量に対して不足したワイヤ送給量を補う送給量となるように、前記アーク期間のワイヤ送給速度を加速および前進送給するものである。
【００１７】
また、本発明のアーク溶接制御方法は、短絡期間においてワイヤ送給速度を基本ワイヤ送給速度よりも低い速度としたことによる前記基本ワイヤ送給速度で送給した場合に比べて不足したワイヤ送給量を積算し、アーク発生後のアーク期間においてアーク発生時に加速及び前進送給するワイヤ送給速度を基本ワイヤ送給速度よりも所定速度高いワイヤ送給速度とし、この送給速度の期間のワイヤ送給量の積算を行い、前記短絡期間において不足したワイヤ送給量と同量の送給量となった時点で前記基本ワイヤ送給速度となるようにワイヤ送給速度を減速するものである。
【００１８】
また、本発明のアーク溶接制御方法は、短絡期間においてワイヤ送給速度を基本ワイヤ送給速度よりも低い速度としたことによる前記基本ワイヤ送給速度で送給した場合に比べて不足したワイヤ送給量と、一つ前のアーク期間または数短絡周期中のアーク期間の平均時間とから、前記短絡期間に不足したワイヤ送給量を補うためのアーク期間中の前記基本ワイヤ送給速度に対して増加させるワイヤ送給速度を算出し、この算出したワイヤ送給速度と前記基本ワイヤ送給速度とを加えたワイヤ送給速度にてアーク期間の溶接を行うものである。
【００１９】
また、本発明のアーク溶接装置は、消耗電極である溶接ワイヤと被溶接物との間でアークの発生と短絡とを繰り返して溶接を行うアーク溶接装置であって、前記溶接ワイヤを送給するためのワイヤ送給モータと、溶接出力を制御するスイッチング素子と、溶接電圧を検出する溶接電圧検出部と、前記溶接電圧検出部の出力に基づいて短絡状態であるのかアーク状態であるのかを検出する短絡／アーク検出部と、短絡状態であるときの溶接出力制御信号を出力する短絡制御部と、アーク状態であるときの溶接出力制御信号を出力するアーク制御部と、前記短絡制御部または前記アーク制御部からの信号に基づいて前記スイッチング素子を制御する駆動部と、前記短絡／アーク検出部からの信号に基づいて前記ワイヤ送給モータを制御するワイヤ送給モータ制御部とを備え、前記アーク制御部は、時間を計時する第１の計時部と、前記第１の計時部からの信号に基づいてアーク状態時に所定期間定電流制御を行う制御信号を出力するアーク定電流制御部と、前記第１の計時部からの信号に基づいてアーク状態時に所定期間定電圧制御を行う制御信号を出力するアーク定電圧制御部とを有し、前記ワイヤ送給モータ制御部は、ワイヤ送給速度を制御する信号を出力するワイヤ送給速度制御部と、時間を計時する第２の計時部と、前記ワイヤ送給モータのＯＮ／ＯＦＦを指示する信号を出力するモータＯＮ／ＯＦＦ切換え制御部と、前記ワイヤ送給モータの回転方向を指示する信号を出力するモータ極性切換制御部とを有し、短絡発生時からアーク発生時までの短絡期間では、ワイヤ送給速度を基本ワイヤ送給速度より低いあるいは停止するあるいは後退送給するワイヤ送給速度とし、アーク発生時から次の短絡発生時までのアーク期間は、ワイヤ送給速度を加速させて前記基本ワイヤ送給速度に戻し、アーク発生時から第１の所定時間までは電流制御を行って所定ピーク電流となるまで溶接電流を増加し、または、所定ピーク電流となるまで溶接電流を増加してその後前記所定ピーク電流を所定期間維持し、前記第１の所定時間から第２の所定時間までは定電圧制御を行ってこれに基づく溶接電流を出力し、前記第２の所定時間後は電流制御を行って溶接電流が前記所定ピーク電流よりも低い所定のベース電流となるように減少してその後アーク期間終了まで前記所定のベース電流を維持するものである。
【発明の効果】
【００２０】
以上のように、本発明によれば、短絡期間はワイヤ送給速度を減速あるいは停止あるいは後退送給させることにより短絡期間に送給される溶接ワイヤの送給量を減少させることができるので、ワイヤ送給速度を減速あるいは停止あるいは後退送給させない場合と比べて短い時間でワイヤを十分溶融させて短絡状態を開放してアークを発生させることができる。また、アーク発生後にワイヤ送給の減速あるいは停止あるいは後退送給状態から、溶接電流を所定ピーク電流とすることにより、安定してワイヤを燃え上がらせて溶滴を形成することができる。これらにより、アーク発生時直後の微小短絡が起こり難く、スパッタを少なくすることができる。
【００２１】
また、短絡が生じる前でありアーク発生時から所定時間後に溶接電流を所定のベース電流に減少させるので、短絡発生時直前に微小短絡が生じてもそのときの溶接電流が低いので大粒のスパッタが発生し難い。また、短絡発生をさせ易い短絡誘発効果もある。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
以下、本発明の実施の形態について、図１から図８を用いて説明する。
【００２３】
（実施の形態１）
図１は、本実施の形態における短絡を伴うアーク溶接装置のアーク溶接制御方法を示す出力波形図である。
【００２４】
同図は、溶接電流Ｉ、溶接電圧Ｖ、ワイヤ送給速度ＷＳ、モータＯＮ／ＯＦＦ切換信号Ｎ、モータ極性切換信号Ｋの時間変化を示す。以下に同図を用いて説明する。
【００２５】
図１に示す、時刻ｔ１〜ｔ２の短絡期間においては、短絡発生初期ｔ１から電流制御にて溶接電流Ｉを所定の傾きで上昇させる。また、ワイヤ送給速度ＷＳを基本ワイヤ送給速度ＷＳ１より低いワイヤ送給速度ＷＳ２に減速する。なお、短絡期間の終端直前、すなわち、時刻ｔ２の直前においては、従来から知られているように、溶融した溶接ワイヤのくびれを検知して溶接電流Ｉを急峻に低減させるよう制御している。
【００２６】
時刻ｔ２〜ｔ３のアーク期間においては、アーク発生初期ｔ２から電流制御により溶接電流Ｉを所定の傾きで上昇させ、溶接電流Ｉのピーク電流ＩＰが２００Ａ以上となるまで上昇させる。また、ワイヤ送給速度ＷＳをワイヤ送給速度ＷＳ２から基本ワイヤ送給速度ＷＳ１に加速する。ここで、例えば、ＣＯ２溶接時には、アーク集中性が良いために、溶接電流Ｉのピーク電流ＩＰが高いほど溶融プールを押付けて掘れ込んでしまう傾向が高くなる。そして、最悪の場合には母材の溶け落ちが発生することもある。一方、ピーク電流ＩＰが低すぎると微小短絡を生じてしまうこともありうる。従って、微小短絡を生じ難く、また、溶融プールを掘れ込まないように、ピーク電流ＩＰを必要最低限の溶接電流Ｉにする必要がある。なお、ピーク電流ＩＰの値は、実験等により溶接対象に適するような値とすればよい。また、溶接電流Ｉがピーク電流ＩＰとなった後に所定時間このピーク電流ＩＰを維持し、この維持する末端の時間を時刻ｔ３とするようにしてもよい。
【００２７】
そして、アーク発生時直後は、ワイヤ送給速度ＷＳがワイヤ送給速度ＷＳ２から基本ワイヤ送給速度ＷＳ１に加速し始めた低速状態にあるため、ピーク電流ＩＰを必要以上に高くしなくてもアークを燃え上がらせてアーク長を確保することができるので、微小短絡を抑制することができる。
【００２８】
また、必要最低限のピーク電流ＩＰを出力する必要があるため、電流制御とすることが重要である。その理由としては、定電圧制御とすると、基本溶接電圧ＶＰを出力できるように電圧が制御され、その電圧に基づいて溶接電流Ｉが出力されるため、適正なピーク電流ＩＰを出力できるとは限らないからである。そして、ピーク電流ＩＰが低すぎると微小短絡を発生しやすくなり、また、ピーク電流ＩＰが高いと溶融プールを掘ってしまうことになるので、適正なピーク電流ＩＰを安定して出力するように電流制御とする必要がある。
【００２９】
時刻ｔ３〜ｔ４のアーク期間は、定電圧制御を行い、基本溶接電圧ＶＰを出力できるように溶接電流Ｉが出力される。そして、定電圧制御を行うことによりアーク長を維持できるので、微小短絡が発生し難いアーク状態を維持することができる。  なお、定電圧制御を行わず、電流制御を行って所定の溶接電流Ｉを出力するようにすると、溶滴を成長させると共に適正なアーク長を安定して維持することが難しくなるので、定電圧制御にする必要がある。
【００３０】
時刻ｔ４〜ｔ５のアーク期間は、電流制御を行い、溶接電流Ｉを微小短絡しても大粒スパッタが発生しにくい電流値である１００Ａ以下のベース電流ＩＢに低減させる。なお、時刻ｔ４から時刻ｔ５にかけて所定の傾きで移行する。このように、アーク開始時から所定時間後に溶接電流Ｉがベース電流ＩＢとなるように所定の傾きをもって減少させることにより、アーク状態の急激な変化を緩和することができる。なお、ベース電流ＩＢの値は、実験等により溶接対象に適するような値とすればよい。
【００３１】
時刻ｔ５〜ｔ６のアーク期間は、定電流制御にてベース電流ＩＢの状態を保ち、次の短絡発生ｔ６を待つ状態とする。このように溶接電流Ｉをベース電流ＩＢの状態に保つことで、短絡が発生しやすい状態を確保することと、微小短絡が発生したとしても溶接電流Ｉが低いため大粒スパッタが発生しにくいという効果がある。
【００３２】
本実施の形態のアーク溶接制御方法は、上記した短絡期間とアーク期間のサイクルを繰り返すものである。
【００３３】
ちなみに、溶接ワイヤを送給するためのモータのＯＮ／ＯＦＦを切り換えるためのモータＯＮ／ＯＦＦ切換信号Ｎは、図１に示すように随時ＯＮであり、また、モータの極性を切り換えるためのモータ極性切換信号Ｋは、図１に示すように随時前進を示す信号である。
【００３４】
なお、図２に示すように、時刻ｔ１〜ｔ２の短絡期間のワイヤ送給速度ＷＳを基本ワイヤ送給速度ＷＳ１よりも減速したワイヤ送給速度ＷＳ２に減速する際に、所定の傾きをもって移行させることも可能である。このように、ワイヤ送給速度ＷＳの変化に所定の傾きをもたせることにより、ワイヤ送給速度ＷＳの急激な変化を緩和することができる。
【００３５】
また、ワイヤ送給速度ＷＳをワイヤ送給速度ＷＳ２から基本ワイヤ送給速度ＷＳ１まで加速する際にも、図３に示すように、所定の傾きをもって移行させることも可能である。このように、ワイヤ送給速度ＷＳを定常溶接期間の基本ワイヤ送給速度ＷＳ１になるように所定の傾きをもって加速させることにより、アーク状態の急激な変化を緩和することができ、また、アーク発生時直後の微小短絡をさらに少なくすることができる。
【００３６】
さらに、ワイヤ送給速度ＷＳをワイヤ送給速度ＷＳ２から基本ワイヤ送給速度ＷＳ１に加速する際に、図２に示すように、ｔ２から所定の遅延時間ｔ７に移行してから、すなわち、ｔ２から所定の時間が経過した後に加速を開始することも可能である。このように、アーク発生時から所定の遅延時間が経過した後にワイア送給速度ＷＳの加速を開始させることにより、アーク発生時直後の微小短絡をさらに少なくすることができる。その理由としては、アーク発生時直後はワイヤ送給速度ＷＳがワイヤ送給速度ＷＳ２から基本ワイヤ送給速度ＷＳ１に加速し始めた低速状態にあり、さらにアーク発生時から所定の遅延時間を設けてワイヤ送給速度を低いレベルに保つことにより、短絡期間に送給される溶接ワイヤの送給量をアーク期間においても遅延時間の間維持することでこの間の溶接ワイヤの送給量を基本ワイヤ送給速度ＷＳ１で送給する場合と比べて減少させることができるので、ワイヤ送給速度ＷＳが基本ワイヤ送給速度ＷＳ１である場合と比べて、ピーク電流ＩＰを必要以上に高くしなくてもアークを燃え上がらせてアーク長を確保することができるので、微小短絡の発生を抑制することができる。
【００３７】
なお、以上のような溶接ワイヤの送給速度を加減速させる送給制御においては、図４や図５に示すのように、短絡期間にワイヤ送給速度ＷＳを基本ワイヤ送給速度ＷＳ１からワイヤ送給速度ＷＳ２に減速させたことに関連し、アーク期間におけるワイヤ送給速度ＷＳを基本ワイヤ送給速度ＷＳ１に対して増加方向にオフセットさせることが重要である。その理由としては、短絡回数の増減によってワイヤ送給量のバラツキが発生することを防止し、安定したワイヤ送給量を得るためである。
【００３８】
例えば、溶接電圧Ｖを下げることにより定電圧制御期間での溶接電流Ｉが下がり、これにより送給される溶接ワイヤの溶融量が減少するので短絡が早く起き易くなり、短絡回数が増えた場合、ワイヤ送給速度ＷＳの加減速の頻度が増えることによりワイヤ送給量が不足する傾向となる。なお、この場合、溶接電圧Ｖを下げない場合と比べると、短絡期間はあまり変化がなくアーク期間が短くなる。そして、ワイヤ送給量が不足する傾向となることに伴い、溶接品質に悪影響を与えてしまう。そこで、このような状態を防止するための制御が必要となる。以下にその制御について説明する。
【００３９】
１つ目の制御方法としては、図４に示すように、時刻ｔ１〜ｔ２までの短絡期間に、ワイヤ送給速度ＷＳを基本ワイヤ送給速度ＷＳ１からワイヤ送給速度ＷＳ２に減速してから、アーク発生と共にワイヤ送給速度をＷＳ２から基本ワイヤ送給速度ＷＳ１に加速するまでに不足したワイヤ送給量（図におけるワイヤ送給量不足分）を、基本ワイヤ送給速度ＷＳ１とワイヤ送給速度ＷＳ２との差と、ワイヤ送給速度ＷＳ２とした時間と、溶接ワイヤ径とから算出しておく。そして、時刻ｔ２〜ｔ６までのアーク期間に基本ワイヤ送給速度ＷＳ１に対して上方（高速側）にオフセットしたワイヤ送給速度ＷＳ４により送給を行う。そして、ワイヤ送給速度ＷＳ４と基本ワイヤ送給速度ＷＳ１との差と、ワイヤ送給速度ＷＳをワイヤ送給速度ＷＳ４としている時間と、溶接ワイヤ径とから、ワイヤ送給速度ＷＳをワイヤ送給速度ＷＳ４としている期間の追加したワイヤ送給量をリアルタイムに算出する（図におけるワイヤ送給量補充分）。そして、短絡期間に不足したワイヤ送給量（ワイヤ送給量不足分）と、ワイヤ送給速度ＷＳ４の期間で追加したワイヤ送給量とが同値になった時点（ｔ８）で、ワイヤ送給速度ＷＳをワイヤ送給速度ＷＳ４から基本ワイヤ送給速度ＷＳ１に減速する方法がある。なお、ワイヤ送給速度ＷＳ４については、実験等により決定すればよい。また、例えば、基本ワイヤ送給速度ＷＳ１と減速時のワイヤ送給速度ＷＳ２との差以上の速度を基本ワイヤ送給速度ＷＳ１に加えたものをワイヤ送給速度ＷＳ４とするようにしても良い。
【００４０】
２つ目の制御方法としては、図５に示すように、一つ前の短絡周期のアーク期間ｔ２〜ｔ６、または、数短絡周期分のアーク期間ｔ２〜ｔ６の平均時間を算出しておき、このアーク期間（時間）と、短絡期間にワイヤ送給速度ＷＳをワイヤ送給速度ＷＳ１からワイヤ送給速度ＷＳ２に減速してからアーク発生と共にワイヤ送給速度ＷＳをワイヤ送給速度ＷＳ１に加速するまでに不足したワイヤ送給量の積算値（ワイヤ送給量不足分）と、溶接ワイヤ径とから、基本ワイヤ送給速度ＷＳ１へのオフセットに必要なワイヤ送給速度を算出し、この算出したワイヤ送給速度と基本ワイヤ送給速度ＷＳ１とからワイヤ送給速度ＷＳ５を求め、ワイヤ送給速度ＷＳをワイヤ送給速度ＷＳ５に設定する方法がある。なお、短絡周期とは、短絡から次の短絡までの期間を意味する。
【００４１】
そして、上記した２つの制御方法により、短絡周期ごとのワイヤ送給量のバラツキを抑制することができる。
【００４２】
ここで、以上のようなアーク溶接制御を行うためのアーク溶接装置について、図６を用いて説明する。
【００４３】
図６において、１は入力電源、２は１次整流部、３はスイッチング素子、４はトランス、５は２次整流部、６はＤＣＬ、７は駆動部、８は溶接電圧検出部、９は溶接電流検出部、１０は短絡／アーク検出部、１１は短絡制御部、１２はアーク制御部である。そして、このアーク制御部１２は、アーク計時制御部１３と、アーク定電流制御部１４と、アーク定電圧制御部１５とから構成される。また、１６はワイヤ送給モータ制御部であり、ワイヤ送給速度制御部１７、モータ計時制御部１８、モータＯＮ／ＯＦＦ切換え制御部１９、モータ極性切換え制御部２０と、演算部２６とから構成される。また、２１はワイヤ送給モータ、２２はワイヤ、２３はチップ、２４は溶接アーク、２５は被溶接物である。
【００４４】
溶接電圧検出部８は溶接用電源出力端子間に接続され、検出した電圧に対応した信号を出力する。短絡／アーク検出部１０は、溶接電圧検出部８からの信号に基づいて、溶接出力電圧が一定値以上か未満かを判定し、この判定結果によりワイヤ２２が被溶接物２５に接触短絡しているか、それとも非接触状態で溶接アークを発生しているかを判定して判定信号を出力する。
【００４５】
次に、短絡／アーク検出部１０の判定後の送給制御について説明する。
【００４６】
ワイヤ送給モータ制御部１６は、ワイヤ送給速度制御部１７とモータ計時制御部１８とモータＯＮ／ＯＦＦ切換え制御部１９とモータ極性切換え制御部２０から構成されており、短絡／アーク検出部１０からの信号が短絡判定を示すものである場合には、ワイヤ送給速度制御部１７はワイヤ送給速度をＷＳ２とすることを示す信号を出力し、モータＯＮ／ＯＦＦ切換え制御部１９はモータＯＮを示す信号を出力し、モータ極性切換え制御部２０は前進送給を示す信号を出力する。そして、ワイヤ送給モータ制御部１６からの信号を受信したワイヤ送給モータ２１は、ワイヤ送給速度をＷＳ２となるように減速する。
【００４７】
一方、短絡／アーク検出部１０からの信号がアーク判定を示すアーク期間の場合には、ワイヤ送給モータ制御部１６において、ワイヤ送給速度制御部１７はワイヤ送給速度をＷＳ１とすることを示す信号を出力し、モータＯＮ／ＯＦＦ切換え制御部１９はＯＮを示す信号を出力し、モータ極性切換え制御部２０は前進送給を示す信号を出力する。そして、ワイヤ送給モータ制御部１６からの信号を受信したワイヤ送給モータ２１は、ワイヤ送給速度が基本ワイヤ送給速度ＷＳ１となるようにワイヤ送給を加速する。
【００４８】
なお、アーク発生時から所定時間経過後にワイヤ送給速度をＷＳ１へ加速させる場合には、モータ計時制御部１８が所定時間を計時し、所定時間経過後にワイヤ送給モータ制御部１６からワイヤ送給モータ２１に制御信号を出力するようにすればよい。
【００４９】
次に、短絡／アーク検出部１０の判定後の溶接出力制御について以下に説明する。
【００５０】
短絡期間の制御は短絡制御部１１に基づいて行われる。アーク期間の制御は、アーク制御部１２に基づいて行われ、このアーク制御部１２は、アーク計時制御部１３と、アーク定電流制御部１４と、アーク定電圧制御部１５とから構成される。なお、アーク計時制御部１３は、図１に示す各時刻を計時するものである。また、アーク定電流制御部１４は、図１における時刻ｔ２から時刻ｔ３および時刻ｔ４から時刻ｔ６までの電流波形となるように制御信号を出力するものである。また、アーク定電圧制御部１５は、図１における時刻ｔ３から時刻ｔ４までの電圧波形となるように制御信号を出力するものである。
【００５１】
短絡／アーク検出部１０から短絡期間を示す信号を受信した場合には、短絡制御部１１は駆動部７に制御信号を出力し、この制御信号に基づいて駆動部７がスイッチン素子３を動作させることにより溶接出力が制御される。
【００５２】
また、短絡／アーク検出部１０からアーク期間を示す信号を受信した場合には、ワイヤ送給モータ制御部１６において、アーク計時制御部１３から定電流制御部１４や定電圧制御部１５に計時信号を出力し、定電流制御部１４や定電圧制御部１５から駆動部７に制御信号を出力し、この制御信号に基づいて駆動部７がスイッチン素子３を動作させることにより溶接出力が制御される。
【００５３】
また、短絡期間にワイヤ送給速度を基本ワイヤ速度ＷＳ１よりも減速したことによりワイヤ送給量が不足したことに対して、アーク期間のワイヤ送給速度を基本ワイヤ速度ＷＳ１よりも増加させて不足分を補う上述した１つ目の制御方法に関しては、演算部２６が、短絡期間においては、ワイヤ送給速度制御部１７から、基本ワイヤ送給速度ＷＳ１と減速したときのワイヤ送給速度ＷＳ２の情報を得て、モータ計時制御部１８から短絡期間の情報を得て、さらに図示しない溶接ワイヤ設定部からワイヤ径情報を得て、短絡期間の溶接ワイヤ不足量を演算する。さらに、演算部２６は、アーク期間においては、ワイヤ送給速度制御部１７から基本ワイヤ送給速度ＷＳ１よりも増加させたワイヤ送給速度であるワイヤ送給速度ＷＳ４の情報を得て、モータ計時制御部１８からアーク開始からの経過時間情報を得て、さらに図示しない溶接ワイヤ設定部からワイヤ径情報を得て、アーク開始からの増加分のワイヤ送給量を演算し、不足分と増加分とが同値となった時点でワイヤ送給速度制御部１７に対してワイヤ送給速度を基本ワイヤ送給速度ＷＳ１とすることを指示する信号を出力する。そして、ワイヤ送給速度が基本ワイヤ送給速度ＷＳ１となる。このようにして、短絡期間におけるワイヤ送給量の不足をアーク期間に補うものである。
【００５４】
また、短絡期間におけるワイヤ送給量の不足を補う上述した２つ目の制御方法に関しては、１つ目の制御方法と同様に、短絡期間の溶接ワイヤ不足量を演算する。そして、演算部２６は、モータ計時制御部１８から計時情報に基づいて予め算出しておいた一つ前の短絡周期のアーク期間、あるいは、数短絡周期分のアーク期間平均時間と、短絡期間の演算した溶接ワイヤ不足量と、図示しない溶接ワイヤ設定部から得たワイヤ径情報に基づいて、基本ワイヤ送給速度ＷＳ１に対する増加分であるワイヤ送給速度を算出する。そして、この算出したワイヤ送給速度と基本ワイヤ送給速度ＷＳ１とからアーク期間中のワイヤ送給速度ＷＳ５を求め、ワイヤ送給速度制御部１７に対してこのワイヤ送給速度ＷＳ５を指示する。そして、ワイヤ送給速度制御部１７がワイヤ送給モータ２１に対してワイヤ送給速度ＷＳ５を指示することによりアーク期間のワイヤ送給速度はワイヤ送給速度ＷＳ５となり、短絡期間におけるワイヤ送給量の不足をアーク期間に補うものである。
【００５５】
なお、アーク溶接装置を構成する各構成部は、各々単独に構成してもよいし、複数の構成部を複合して構成するようにしてもよい。
【００５６】
以上のように、本実施の形態のアーク溶接装置およびアーク溶接制御方法によれば、アーク発生後および短絡発生前の所定の期間中に所定の電流となるように電流制御することで、アーク発生時直後と短絡発生時直前での微小短絡を少なくしてスパッタの発生を抑制することができる。
【００５７】
また、短絡期間ではワイヤ送給速度を減速させることにより、中高電流域のワイヤ送給速度（基本ワイヤ送給速度ＷＳ１）が８ｍ／ｍｉｎ前後であっても、短い短絡期間で十分ワイヤ溶融させることができ、ワイヤはじきを生じることなくアークを発生させることができる。
【００５８】
また、上記アーク溶接装置およびアーク溶接制御方法により、中高電流域であっても、グロビュール状態でもスプレー状態でもない低電流域同様の短絡溶接を実現することができる。
【００５９】
また、アーク発生時直後に適正なピーク電流を出力させて溶融プールを適度に押し付けながらワイヤ先端に溶滴を成長させ、所定時間後に所定ベース電流に移行させて溶融プールの押し付けられた反動（溶融プールが平坦に戻ろうとする状態）を利用してワイヤ先端の溶滴をスムーズに溶融プールに吸い込まれるように短絡させることができるので、規則的な安定したアーク状態を確保することができる。
【００６０】
（実施の形態２）
本実施の形態において、実施の形態１と同様の箇所については同一の符号を付して詳細な説明を省略する。実施の形態１と異なる主な点は、短絡発生時からアーク発生時までの短絡期間に、溶接ワイヤの送給を停止するようにした点である。
【００６１】
図７は、本実施の形態における短絡を伴うアーク溶接のアーク溶接制御方法を説明するための出力波形図である。図７では、溶接電流Ｉ、溶接電圧Ｖ、ワイヤ送給速度ＷＳ、モータＯＮ／ＯＦＦ切換信号Ｎ、モータ極性切換信号Ｋの時間変化を示す。以下に図７を用いて説明する。
【００６２】
図７において、時刻ｔ１〜ｔ２の短絡期間は、短絡発生初期ｔ１に電流制御にて溶接電流Ｉを所定の傾きで上昇させると共にモータＯＮ／ＯＦＦ切換信号をＯＦＦし、ワイヤ送給速度ＷＳをワイヤ送給速度停止、すなわち速度０とする。
【００６３】
時刻ｔ２〜ｔ３のアーク期間においては、アーク発生初期ｔ２から定電流制御により溶接電流Ｉのピーク電流ＩＰを２００Ａ以上に上昇させると共に、モータＯＮ／ＯＦＦ切換信号をＯＮとし、ワイヤ送給速度ＷＳをワイヤ送給速度停止状態から基本ワイヤ送給速度ＷＳ１まで加速する。
【００６４】
ここで、溶接電流Ｉのピーク電流ＩＰに関する大きさや必要性や効果等については、実施の形態１と同様なので、詳細な説明を省略する。
【００６５】
また、図７における時刻ｔ３〜ｔ４のアーク期間、時刻ｔ４〜ｔ５のアーク期間、時刻ｔ５〜ｔ６のアーク期間における制御や効果等に関しても、実施の形態１と同様なので、詳細な説明を省略する。
【００６６】
また、図７におけるモータ極性切換信号Ｋは、実施の形態１と同様に、随時前進を示す信号となっている。
【００６７】
なお、本実施の形態において、実施の形態１の図２と同様に、時刻ｔ１〜ｔ２の短絡期間のワイヤ送給速度ＷＳを基本ワイヤ送給速度ＷＳ１からワイヤ送給速度停止（速度０）に移行する際に、所定の傾きをもって移行させることも可能である。このように、ワイヤ送給速度ＷＳの移行に所定の傾きをもたせることにより、ワイヤ送給速度ＷＳの急激な変化を緩和することができる。
【００６８】
また、ワイヤ送給速度ＷＳをワイヤ送給速度停止（速度０）から基本ワイヤ送給速度ＷＳ１に加速する際にも所定の傾きをもって移行させることも可能である。このように、ワイヤ送給速度ＷＳをワイヤ送給速度停止（速度０）から定常溶接期間の基本ワイヤ送給速度ＷＳ１になるように所定の傾きをもって加速させることにより、アーク状態の急激な変化を緩和することができると共に、アーク発生時直後の微小短絡をさらに少なくすることができる。
【００６９】
さらに、ワイヤ送給速度ＷＳをワイヤ送給速度停止（速度０）から基本ワイヤ送給速度ＷＳ１に加速する際に、実施の形態１で説明した図２と同様に、ｔ２から所定の遅延時間ｔ７に移行してから加速を開始することも可能である。このように、アーク発生時から所定の遅延時間後に加速を開始して前進送給させることにより、アーク発生時直後の微小短絡をさらに少なくすることができる。なぜなら、アーク発生時直後はワイヤ送給速度ＷＳをワイヤ送給速度停止（速度０）から基本ワイヤ送給速度ＷＳ１に加速し始めたワイヤ送給速度ＷＳが低速状態にあり、さらにアーク発生時より所定の遅延時間を設けてワイヤ送給速度を低いレベルに保つことにより、ピーク電流ＩＰを必要以上に高くしなくてもアークを燃え上がらせてアーク長を確保することができるので、微小短絡の発生を抑制することができる。
【００７０】
ここで、以上のような溶接ワイヤを加減速させる送給制御においては、実施の形態１の図４と図５を用いて説明したのと同様に、短絡期間にワイヤ送給速度ＷＳを停止させたことに関連し、アーク期間のワイヤ送給速度ＷＳを基本ワイヤ送給速度ＷＳ１に対して増加方向にオフセットさせることが重要である。その理由としては、短絡回数の増減によってワイヤ送給量のバラツキが発生することを防止し、安定したワイヤ送給量を得るためである。
【００７１】
実施の形態１と同様に、例えば、溶接電圧Ｖを下げることにより短絡回数が増えた場合、ワイヤ送給速度ＷＳの加減速の頻度が増えることにより、ワイヤ送給量がより不足する傾向となり、その結果、溶接品質に悪影響を与えてしまうこととなる。そこで、このような状態を防止するための制御について以下に説明する。
【００７２】
１つ目の制御方法としては、実施の形態１で説明した図４と同様に、時刻ｔ１〜ｔ２の短絡期間に、ワイヤ送給速度を基本ワイヤ送給速度ＷＳ１から停止（速度０）してからアーク発生と共にワイヤ送給速度を停止からワイヤ送給速度ＷＳ１に加速するまでに不足したワイヤ送給量を、基本ワイヤ送給速度ＷＳ１と、ワイヤ送給停止期間と、溶接ワイヤ径とから算出しておく。そして、時刻ｔ２〜ｔ６までのアーク期間に基本ワイヤ送給速度ＷＳ１に対して上方（高速側）にオフセットしたワイヤ送給速度ＷＳ４で送給を行う。そして、ワイヤ送給速度ＷＳ４と基本ワイヤ送給速度ＷＳ１との差と、ワイヤ送給速度ＷＳをワイヤ送給速度ＷＳ４としている期間と、溶接ワイヤ径とから、ワイヤ送給速度ＷＳをワイヤ送給速度ＷＳ４としている期間の追加したワイヤ送給量をリアルタイムに算出し、短絡期間に不足したワイヤ送給量とワイヤ送給速度ＷＳ４の期間で追加したワイヤ送給量とが同値になった時点（ｔ８）で、ワイヤ送給速度ＷＳを基本ワイヤ送給速度ＷＳ１に減速する方法がある。
【００７３】
２つ目の制御方法としては、実施の形態１で説明した図５と同様に、一つ前の短絡周期のアーク期間ｔ２〜ｔ６、または、数短絡周期前のアーク期間ｔ２〜ｔ６の平均時間を算出しておく。そして、このアーク期間（時間）と、短絡期間に基本ワイヤ送給速度ＷＳ１からワイヤ送給速度ＷＳを停止してからアーク発生と共に基本ワイヤ送給速度ＷＳ１に加速するまでに不足したワイヤ送給量の積算値と、溶接ワイヤ径とから、基本ワイヤ送給速度ＷＳ１に対するオフセットに必要なワイヤ送給速度を算出する。そして、この算出したワイヤ送給速度と基本ワイヤ送給速度ＷＳ１とからワイヤ送給速度ＷＳ５を求め、アーク期間のワイヤ送給速度ＷＳをワイヤ送給速度ＷＳ５に設定する。
【００７４】
上記した２つの制御方法により、短絡周期ごとのワイヤ送給量のバラツキを抑制することができる。
【００７５】
なお、本実施の形態の制御方法を行うアーク溶接装置の構成は、実施の形態１で説明した図１の構成と同様であるが、実施の形態１と異なるのは、短絡／アーク検出部１０からワイヤ送給モータ制御部１６に出力される信号が短絡を示すものである場合に、ワイヤ送給モータ制御部１６を構成するモータＯＮ／ＯＦＦ切換え制御部１９はモータＯＦＦを示す信号を出力し、この信号に基づいてワイヤ送給モータ２１がワイヤ送給速度を停止（速度０）するようにした点である。
【００７６】
以上のように、本実施の形態のアーク溶接装置およびアーク溶接制御方法によれば、短絡期間のワイヤ送給速度を、減速だけではなく停止としたので、実施の形態１に記載の制御方法よりもさらにアーク発生時直後での微小短絡を少なくすることができ、また、短絡期間にワイヤ送給速度を停止させることにより中高電流域のワイヤ送給速度（基本ワイヤ送給速度ＷＳ１）が１０ｍ／ｍｉｎ以上であっても、短い短絡期間で十分ワイヤを溶融させることができ、ワイヤはじきもなくアークを発生させることができる。
【００７７】
そして、本実施の形態のアーク溶接装置およびアーク溶接制御方法により、中高電流域であっても、グロビュール状態でもスプレー状態でもない低電流域同様の短絡溶接を実現することができる。
【００７８】
（実施の形態３）
本実施の形態において、実施の形態１と同様の箇所については同一の符号を付して詳細な説明を省略する。実施の形態１と異なる主な点は、短絡発生時からアーク発生時までの短絡期間に、溶接ワイヤを後退送給するようにした点である。
【００７９】
図８は、本実施の形態における短絡を伴うアーク溶接のアーク溶接制御方法を説明するための出力波形図である。図８では、溶接電流Ｉ、溶接電圧Ｖ、ワイヤ送給速度ＷＳ、モータＯＮ／ＯＦＦ切換信号Ｎ、モータ極性切換信号Ｋの時間変化を示す。以下に図８を用いて説明する。
【００８０】
図８において、時刻ｔ１〜ｔ２の短絡期間は、短絡発生初期ｔ１に電流制御にて溶接電流Ｉを上昇させると共にモータ極性切換信号Ｋを後退信号とし、基本ワイヤ送給速度ＷＳ１からワイヤ送給速度ＷＳ３として後退送給する。
【００８１】
時刻ｔ２〜ｔ３のアーク期間においては、アーク発生初期ｔ２から定電流制御により溶接電流Ｉのピーク電流ＩＰを２００Ａ以上に上昇させると共に、モータ極性切換信号Ｋを前進信号とし、ワイヤ送給速度をワイヤ送給速度ＷＳ３から基本ワイヤ送給速度ＷＳ１まで加速して溶接ワイヤを前進送給する。
【００８２】
ここで、溶接電流Ｉのピーク電流ＩＰに関する大きさや必要性や効果等については、実施の形態１と同様なので、詳細な説明を省略する。
【００８３】
また、図８における時刻ｔ３〜ｔ４のアーク期間、時刻ｔ４〜ｔ５のアーク期間、時刻ｔ５〜ｔ６のアーク期間における制御や効果等に関しても実施の形態１と同様なので、詳細な説明を省略する。
【００８４】
また、図８におけるモータＯＮ／ＯＦＦ切換信号Ｎは、実施の形態１と同様に随時ＯＮを示す信号である。
【００８５】
なお、本実施の形態において、実施の形態１で説明した図２と同様に、時刻ｔ１〜ｔ２の短絡期間のワイヤ送給速度ＷＳを、基本ワイヤ送給速度ＷＳ１からワイヤ送給速度ＷＳ３に移行する際に、所定の傾きをもって移行させることも可能である。このように、ワイヤ送給速度ＷＳを所定の傾きをもって移行させることにより、ワイヤ送給速度ＷＳの急激な変化を緩和することができる。
【００８６】
また、ワイヤ送給速度ＷＳを後退送給であるワイヤ送給速度ＷＳ３から前進送給である基本ワイヤ送給速度ＷＳ１に移行する際にも、所定の傾きをもって移行させることも可能である。このように、定常溶接期間の基本ワイヤ送給速度ＷＳ１となるように所定の傾きをもって前進送給させることにより、アーク状態の急激な変化を緩和することができると共に、アーク発生時直後の微小短絡をさらに少なくすることができる。
【００８７】
さらに、ワイヤ送給速度ＷＳをワイヤ送給速度ＷＳ３から基本ワイヤ送給速度ＷＳ１である前進送給とする際に、実施の形態１で説明した図２と同様に、時刻ｔ２から所定の遅延時間ｔ７に移行してから前進送給するようにすることも可能である。このように、アーク発生時から所定の遅延時間後に前進送給させることにより、アーク発生時直後の微小短絡をさらに少なくすることができる。なぜなら、アーク発生時直後は後退送給時の速度であるワイヤ送給速度ＷＳ３から基本ワイヤ送給速度ＷＳ１に前進送給し始めたワイヤ送給速度ＷＳが後退送給状態にあり、さらにアーク発生時より所定の遅延時間を設けてワイヤ送給速度を後退送給の状態に保つことにより、ピーク電流ＩＰを必要以上に高くしなくてもアークを燃え上がらせてアーク長を確保することができるので、微小短絡の発生を抑制することができる。
【００８８】
ここで、以上のような溶接ワイヤを加減速させる送給制御においては、実施の形態１の図４と図５を用いて説明したのと同様に、短絡期間にワイヤ送給速度を後退送給であるワイヤ送給速度ＷＳ３としたことに関連し、アーク期間のワイヤ送給速度ＷＳを基本ワイヤ送給速度ＷＳ１に対して増加方向にオフセットさせることが重要である。その理由としては、短絡回数の増減によってワイヤ送給量のバラツキが発生することを防止し、安定したワイヤ送給量を得るためである。
【００８９】
実施の形態１と同様に、例えば、溶接電圧Ｖを下げることにより短絡回数が増えた場合、ワイヤ送給速度ＷＳの加減速の頻度が増えることにより、ワイヤ送給量がより不足する傾向となり、その結果、溶接品質に悪影響を与えてしまうこととなる。そこで、このような状態を防止するための制御について以下に説明する。
【００９０】
１つ目の制御方法としては、実施の形態１で説明した図４と同様に、時刻ｔ１〜時刻ｔ２の短絡期間に、ワイヤ送給速度ＷＳを前進送給である基本ワイヤ送給速度ＷＳ１から後退送給であるワイヤ送給速度ＷＳ３としてからアーク発生と共に後退送給であるワイヤ送給速度ＷＳ３から前進送給である基本ワイヤ送給速度ＷＳ１とするまでに不足したワイヤ送給量を、基本ワイヤ送給速度ＷＳ１と、ワイヤ後退送給期間と、溶接ワイヤ径とから算出しておく。そして、時刻ｔ２〜ｔ６までのアーク期間に基本ワイヤ送給速度ＷＳ１に対して上方（高速側）にオフセットしたワイヤ送給速度ＷＳ４で送給を行う。そして、ワイヤ送給速度ＷＳ４と基本ワイヤ送給速度ＷＳ１との差と、ワイヤ送給速度ＷＳをワイヤ送給速度ＷＳ４としている期間と、溶接ワイヤ径とから、ワイヤ送給速度ＷＳをワイヤ送給速度ＷＳ４としている期間における追加したワイヤ送給量をリアルタイムに算出し、短絡期間に不足したワイヤ送給量とワイヤ送給速度ＷＳ４の期間で追加したワイヤ送給量とが同値になった時点（ｔ８）で、ワイヤ送給速度ＷＳを基本ワイヤ送給速度ＷＳ１に減速する方法がある。
【００９１】
２つ目の制御方法としては、実施の形態１で説明した図５と同様に、一つ前の短絡周期中のアーク期間ｔ２〜ｔ６、あるいは、数短絡周期中のアーク期間ｔ２〜ｔ６の平均時間を算出しておく。そして、このアーク期間（時間）と、短絡期間にワイヤ送給速度ＷＳを基本ワイヤ送給速度ＷＳ１からワイヤ送給速度ＷＳ３にして後退送給してからアーク発生と共に前進送給して基本ワイヤ送給速度ＷＳ１とするまでに不足したワイヤ送給量の積算値と、溶接ワイヤ径とから、基本ワイヤ送給速度ＷＳ１に対する高速側へのオフセットに必要なワイヤ送給速度を算出する。そして、この算出したワイヤ送給速度と基本ワイヤ送給速度ＷＳ１とからワイヤ送給速度ＷＳ５を求め、アーク期間のワイヤ送給速度ＷＳをワイヤ送給速度ＷＳ５に設定する。
【００９２】
上記した２つの制御方法により、短絡周期ごとのワイヤ送給量のバラツキを抑制することができる。
【００９３】
なお、本実施の形態の制御方法を行うアーク溶接装置の構成は、実施の形態１で説明した図１の構成と同様であるが、実施の形態１と異なるのは、短絡／アーク検出部１０からワイヤ送給モータ制御部１６に出力される信号が短絡を示すものである場合に、ワイヤ送給モータ制御部１６を構成するワイヤ送給速度制御部１７はワイヤ送給速度をＷＳ３とすることを示す信号を出力し、ワイヤ送給モータ制御部１６を構成するモータ極性切換え制御部２０は後退送給を示す信号を出力し、ワイヤ送給モータ制御部１６からの信号を受信したワイヤ送給モータ２１がワイヤを後退送給するようにした点である。
【００９４】
以上のように、本実施の形態のアーク溶接装置およびアーク溶接制御方法によれば、短絡期間のワイヤ送給速度を減速だけでもなく、停止でもなく、後退送給としたので、実施の形態１および実施の形態２よりもさらにアーク発生時直後と短絡発生時直前での微小短絡を少なくすることができる。また、短絡期間にワイヤ送給速度を後退送給させることにより中高電流域のワイヤ送給速度（基本ワイヤ送給速度ＷＳ１）が１０ｍ／ｍｉｎ以上でも短い短絡期間で十分ワイヤ溶融させることができ、ワイヤはじきもなくアーク発生させることができる。
【００９５】
そして、本実施の形態のアーク溶接装置およびアーク溶接制御方法により、中高電流域であっても、グロビュール状態でもスプレー状態でもない低電流域同様の短絡溶接を実現することができる。
【産業上の利用可能性】
【００９６】
本発明のアーク溶接制御方法によれば、アーク期間に電流制御を行うことや、短絡期間にワイヤ送給速度を変更することでスパッタを低減することができ、消耗電極である溶接ワイヤを連続的に送給しながらアーク溶接を行う溶接装置やその制御方法等として産業上有用である。
【図面の簡単な説明】
【００９７】
【図１】本発明の実施の形態１における短絡期間中に基本ワイヤ送給速度より低いワイヤ送給速度に減速させた場合の波形図
【図２】本発明の実施の形態１におけるワイヤ送給速度を短絡及びアーク期間で所定の傾きで加減速、アーク発生時から遅延時間を持たせた場合の波形図
【図３】本発明の実施の形態１におけるワイヤ送給速度をアーク期間で所定の傾きで加速させた場合の波形図
【図４】本発明の実施の形態１における短絡期間に不足したワイヤ送給量をアーク期間にワイヤ送給速度を増加方向にオフセットして不足分を補うようにした場合の制御波形を示す図
【図５】本発明の実施の形態１における短絡期間に不足したワイヤ送給量をアーク期間にワイヤ送給速度を増加方向にオフセットして不足分を補うようにした場合の制御波形を示す図
【図６】本発明の実施の形態１から３におけるアーク溶接装置の概略構成図
【図７】本発明の実施の形態２における短絡期間中にワイヤ送給速度を送給停止させた場合の波形図
【図８】本発明の実施の形態３における短絡期間中にワイヤ送給速度を後退送給させた場合の波形図
【図９】従来のワイヤ送給制御方法における波形図
【符号の説明】
【００９８】
Ｉ      溶接電流
Ｖ      溶接電圧
ＷＳ    ワイヤ送給速度
Ｎ      モータＯＮ／ＯＦＦ切換信号
Ｋ      モータ極性切換信号
ＩＰ    ピーク電流
ＩＢ    ベース電流
ＶＰ    基本溶接電圧
ＷＳ１  基本ワイヤ送給速度
ＷＳ２  基本ワイヤ送給速度を減速させた時の低いワイヤ送給速度
ＷＳ３  基本ワイヤ送給速度を後退送給させた時のワイヤ送給速度
ＷＳ４  基本ワイヤ送給速度を増加させた時のワイヤ送給速度
ＷＳ５  基本ワイヤ送給速度を増加させた時のワイヤ送給速度
１      入力電源
２      １次整流部
３      スイッチング素子
４      トランス
５      ２次整流部
６      ＤＣＬ
７      駆動部
８      溶接電圧検出部
９      溶接電流検出部
１０    短絡／アーク検出部
１１    短絡制御部
１２    アーク制御部
１３    アーク計時制御部
１４    アーク定電流制御部
１５    アーク定電圧制御部
１６    ワイヤ送給モータ制御部
１７    ワイヤ送給速度制御部
１８    モータ計時制御部
１９    モータＯＮ／ＯＦＦ切換え制御部
２０    モータ極性切換え制御部
２１    ワイヤ送給モータ
２２    ワイヤ
２３    チップ
２４    溶接アーク
２５    被溶接物
２６    演算部
Ｖｗ    溶接電圧
Ｉｗ    溶接電流
Ｆｒ    送給速度設定信号
Ｆｓ    送給速度
Ｔａ    アーク期間
Ｔｓ    短絡期間
Ｔｔ    長期短絡判別（時間／信号）
Ｉｍ    減少電流値
Ｆｆｒ  前進送給速度設定値
Ｆｒｒ  後退送給速度設定値
Ｆｆｓ  前進送給速度
【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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【図９】
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