(57)【要約】【課題】アーク期間Ｔａが長くなり過ぎて溶滴の過熱及び巨大化が進行し、スパッタが多く発生するのを抑制する。【解決手段】溶接ワイヤを送給すると共に、アーク期間Ｔａと短絡期間Ｔｓとを繰り返して溶接するアーク溶接制御方法において、アーク期間Ｔａが予め定めた基準期間未満である第１アーク期間Ｔａ１中は溶接ワイヤを予め定めた第１前進送給速度Ｆｆｓ１で前進送給し、アーク期間Ｔａが前記基準期間以上である第２アーク期間Ｔａ２中は溶接ワイヤを予め定めた第２前進送給速度Ｆｆｓ２で前進送給し、前記第２前進送給速度Ｆｆｓ２を前記第１前進送給速度Ｆｆｓ１よりも大きな値に設定する。このように前進送給速度を加速することにより短絡を速やかに発生させ、アーク期間Ｔａが長くなるのを抑制している。【選択図】  図１
2012006020.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
溶接ワイヤを送給すると共に、アーク期間と短絡期間とを繰り返して溶接するアーク溶接制御方法において、
前記アーク期間が予め定めた基準期間未満である第１アーク期間中は溶接ワイヤを予め定めた第１前進送給速度で前進送給し、
前記アーク期間が前記基準期間以上である第２アーク期間中は溶接ワイヤを予め定めた第２前進送給速度で前進送給し、
前記第２前進送給速度を前記第１前進送給速度よりも大きな値に設定する、
ことを特徴とするアーク溶接制御方法。
【請求項２】
前記第２前進送給速度は、時間経過に伴って大きくなるように変化する、
ことを特徴とする請求項１記載のアーク溶接制御方法。
【請求項３】
前記第２アーク期間中の溶接電流値を、前記第１アーク期間中の溶接電流値よりも小さな値に減少させる、
ことを特徴とする請求項１〜２のいずれか１項に記載するアーク溶接制御方法。
【請求項４】
前記短絡期間中は、溶接ワイヤを後退送給する、
ことを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載する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、溶接ワイヤを送給すると共に、アーク期間と短絡期間とを繰り返して溶接するアーク溶接制御方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
アーク期間と短絡期間とを繰り返すアーク溶接方法としては、炭酸ガスアーク溶接方法、マグ溶接方法、ミグ溶接方法等がある。また、溶滴移行形態としては、短絡移行形態、短絡を伴うブロビュール移行形態、短絡を伴うスプレー移行形態等がある。これらの溶接方法では、溶接ワイヤは一定の送給速度で前進送給されると共に、アーク期間と短絡期間とを繰り返して溶接が行われる。また、アーク期間中は溶接ワイヤを前進送給し、短絡期間中は溶接ワイヤを後退送給して溶接を行う方法（例えば、特許文献１参照）もある。以下、短絡期間中に溶接ワイヤを後退送給するこの従来技術について説明する。
【０００３】
図４は、従来技術のアーク溶接制御方法を示す出力波形図である。同図（Ａ）は溶接電圧Ｖｗを示し、同図（Ｂ）は溶接電流Ｉｗを示し、同図（Ｃ）は送給速度設定信号Ｆｒを示し、同図（Ｄ）は溶接ワイヤ先端の実際の送給速度Ｆｓを示す。送給速度設定信号Ｆｒ及び送給速度Ｆｓは、正の値のときは前進送給を示し、負の値のときは後退送給を示す。以下、同図を参照して説明する。
【０００４】
同図において、時刻ｔ１〜ｔ２の期間が第ｎ−１回目のアーク期間Ｔａ(n-1)であり、時刻ｔ２〜ｔ３の期間が第ｎ−１回目の短絡期間Ｔｓ(n-1)であり、時刻ｔ３〜ｔ４の期間が第ｎ回目のアーク期間Ｔａ(n)であり、時刻ｔ４〜ｔ５の期間が第ｎ回目の短絡期間Ｔｓ(n)である。ここで、基準期間Ｔｔを予め定めた値とすると、Ｔａ(n-1)＜Ｔｔの場合であり、Ｔａ(n)＞Ｔｔの場合である。アーク期間が基準期間Ｔｔ未満である期間を第１アーク期間Ｔa1と呼び、基準期間Ｔｔ以上の期間を第２アーク期間Ｔa2と呼ぶことにする。このようにすると、時刻ｔ１〜ｔ２の第ｎ−１回目のアーク期間Ｔａ(n-1)は第１アーク期間Ｔa1中に短絡が発生したことになる。そして、時刻ｔ３〜ｔ４の第ｎ回目のアーク期間Ｔａ(n)は、時刻ｔ３〜ｔ３２の第１アーク期間Ｔa1と、時刻ｔ３２〜ｔ４の第２アーク期間Ｔa2とから形成されている。
【０００５】
時刻ｔ１〜ｔ２のアーク期間Ｔａ(n-1)中は、同図（Ｃ）に示すように、送給速度設定信号Ｆｒの値は予め定めた正の値の第１前進送給速度設定値Ｆfr1となり、同図（Ｄ）に示すように、送給速度Ｆｓは第１前進送給速度Ｆfs1となる。同図（Ａ）に示すように、溶接電圧Ｖｗは数十Ｖのアーク電圧値となる。同図（Ｂ）に示すように、溶接電流Ｉｗは、溶接電源が定電圧制御されているので、第１前進送給速度Ｆfs1とアーク負荷とによって定まる電流値となる。したがって、この溶接電流Ｉｗはアーク負荷の変動に伴い変動する波形となる。このアーク期間Ｔａ(n-1)中において、溶接ワイヤの先端が溶融して溶滴が形成される。
【０００６】
時刻ｔ２において溶接ワイヤ先端に形成された溶滴が溶融池と接触すると、短絡状態となる。短絡状態になると、同図（Ａ）に示すように、溶接電圧Ｖｗは数Ｖの短絡電圧値に減少する。この溶接電圧Ｖｗがしきい値未満になったことを判別して短絡の発生を判別する。このしきい値は、１０〜１５Ｖ程度に設定される。短絡の発生を判別すると、溶接電源は定電流制御に切り換えられ、同図（Ｂ）に示すように、短絡電流Ｉｓは、時刻ｔ２〜ｔ２１の予め定めた短絡初期期間Ｔsi中は予め定めた小電流値に維持され、時刻ｔ２１〜ｔ２３の予め定めた短絡電流増加期間Ｔsu中は曲線状に増加し、時刻ｔ２３からアークが発生する時刻ｔ３までの短絡電流減少期間Ｔsd中は傾斜を有して減少する。同時に時刻ｔ２において、同図（Ｃ）に示すように、送給速度設定信号Ｆｒは、予め定めた負の値の後退送給速度設定値Ｆrrに切り換えられる。これに応動して、同図（Ｄ）に示すように、送給速度Ｆｓは、時刻ｔ２〜ｔ２２の期間中に、正の値の第１前進送給速度Ｆfs1から０を通って負の値の後退送給速度Ｆrsへと変化する。すなわち、溶接ワイヤ先端の送給速度Ｆｓは、時刻ｔ２において短絡が発生すると第１前進送給速度Ｆfs1から減速して０となり、送給方向を反転させて加速し時刻ｔ２２において後退送給速度Ｆrsに達する。したがって、この時刻ｔ２〜ｔ２２の期間を送給反転期間と呼ぶことにする。この送給反転期間は、送給モータに応答性の良いサーボモータ等を使用し、溶接トーチの長さを数十cm程度に短くし、送給経路の摩擦を少なくすると、２ms程度となる。同図では、送給速度Ｆｓが後退送給速度Ｆrsになる時刻ｔ２２が、上記の短絡電流増加期間Ｔsu中となる場合である。時刻ｔ２２以降は、後退送給速度Ｆrsによる後退送給が継続される。これにより、溶接ワイヤ先端が溶融池から離れる方向に次第に移動する。そして、時刻ｔ３において溶融池との接触状態が解消されると、アークが再発生する。上記の短絡初期期間Ｔsiは、溶接条件に応じて実験によって０．５〜２ms程度に設定される。上記の短絡電流増加期間Ｔsuは、溶接条件に応じて実験によって２〜６ms程度に設定される。短絡初期期間Ｔsi中の短絡電流値Ｉｓは数十Ａ程度に設定される。短絡電流増加期間Ｔsu中の短絡電流Ｉｓの最大値は溶接電流平均値に近い値に設定される。短絡初期期間Ｔsiは、溶滴と溶融池との接触を安定した短絡状態へと導くために設けている。短絡電流Ｉｓを増加させているのは、一般的な消耗電極アーク溶接のように溶滴に電磁的ピンチ力を作用させてくびれを形成して離脱を促進するためではなく、短絡期間Ｔｓ中にもジュール熱による加熱を確保するためである。したがって、短絡電流Ｉｓの最大値は、一般的な消耗電極アーク溶接では４００〜５００Ａ程度であるが、同図では１５０〜２５０Ａ程度である。後退送給によってアークが再発生するので、各短絡期間は略一定値となる。したがって、Ｔsi＋Ｔsuの加算地が短絡期間の時間長さよりも１ms程度短くなるように両値を設定する。これは、短絡電流減少期間Ｔsdを１ms程度確保して、時刻ｔ３のアーク再発生時点までに短絡電流Ｉｓが小さな値まで減少できるようにするためである。短絡電流減少期間Ｔsd中の短絡電流Ｉｓの減少速度は、短絡負荷の抵抗値、溶接電源からの通電路のインダクタンス値及び抵抗値によって決まる。この減少速度は、１５０Ａ／ms程度である。したがって、時刻ｔ２３のときの短絡電流Ｉｓの最大値を２００Ａとし、短絡電流減少期間Ｔsdを上述したように１msとすると、時刻ｔ３時点での電流値は５０Ａと小さな値となる。アーク再発生時の電流値が小さな値になると、スパッタの発生が削減される。例えば、数値例を挙げると、Ｔsi＝１ms、Ｔsu＝３ms及びＴsd＝１msとなり、この場合には短絡期間Ｔｓ＝５msとなる。
【０００７】
時刻ｔ３において、アークが再発生すると、同図（Ａ）に示すように、溶接電圧Ｖｗは数十Ｖ程度のアーク電圧値に増加する。溶接電圧Ｖｗがしきい値以上になったことを判別してアークの再発生を判別すると、同図（Ｃ）に示すように、送給速度設定信号Ｆｒは上記の第１前進送給速度設定値Ｆfr1に切り換えられる。これに応動して、同図（Ｄ）に示すように、送給速度Ｆｓは、時刻ｔ３〜ｔ３１の送給反転期間中に上記の後退送給速度Ｆrsから上記の第１前進送給速度Ｆfs1へと変化する。また、時刻ｔ３において、溶接電源は定電圧制御に切り換えられるので、同図（Ｂ）に示すように、溶接電流Ｉｗは第１前進送給速度Ｆfs1とアーク負荷とによって定まる電流値へと増加する。そして、時刻ｔ３２において、アーク期間が基準期間Ｔｔに達すると、溶接電源は定電流制御に切り換えられて、同図（Ｂ）に示すように、溶接電流Ｉｗは予め定めた小電流値の低アーク電流値Ｉａに減少する。その後、しばらくの間、この第２アーク期間Ｔa2が続いた後に、時刻ｔ４において、短絡が発生する。基準期間Ｔｔは、１０〜３０ms程度の範囲に設定される。低アーク電流値Ｉａは、数十Ａ程度に設定される。
【０００８】
第ｎ回目の  短絡期間Ｔｓ(n)についても、上記と同様である。同ずに示す送給制御方法では、時刻ｔ３のアーク再発生時の電流値が小さな値であるので、スパッタ発生量は削減される。また、短絡期間中に後退送給を行うことによって確実にアークを再発生させることができるので、溶接状態の安定性が向上する。アーク期間が基準期間Ｔｔに達したときは溶接電流Ｉｗを減少させて小電流値に維持する理由は、以下のとおりである。すなわち、アーク期間の分布はほとんど一定の範囲に集中する。しかし、ときたま、溶融池の不規則な運動、陰極点形成位置の移動に伴うアーク長の変動等の外乱によってアーク期間が長くなる状態が生じる。アーク期間が通常時よりも長くなると、溶滴の大きさが大きくなると共に、溶滴が過熱されることになる。この結果、溶滴内部のガスが過熱によって膨張して溶滴が破裂する現象が生じることになり、破裂に伴い多くのスパッタが飛散することになる。さらには、大きな溶滴が短絡すると、その瞬間に溶融池から多くのスパッタが飛散することになる。これらを防止するために、アーク期間が基準期間Ｔｔ以上になると溶接電流Ｉｗを小電流値にすることで、アーク力を弱くして、短絡が早期に発生するようにしている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開２００７−２１６２６８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
上述したように、従来技術では、外乱によってアーク期間が基準期間よりも長くなると、溶接電流値を減少させて小電流値に維持するようにしている。溶接電流が小電流値になると、アーク力が弱くなるために、溶融池の窪みが小さくなり、溶滴を上側に持ち上げている力も弱くなり、短絡が早期に生じるようになる。この結果、溶滴の過熱及び巨大化を防止して、スパッタの発生を抑制することができる。
【００１１】
しかし、溶接電流を減少させても、それから５ms程度以下の時間で短絡が生じることは稀である。溶融池の窪み及び溶滴の持ち上がりが小さくなるのには、溶接電流値にもよるが７〜１０ms程度以上は必要であるために、短絡もそれ以上の時間が経過した後でなければ発生しないことが多い。もちろん、溶接電流を減少させた方が短絡は早期に生じるが、その効果は限定的であった。溶滴の過熱及び巨大化をより確実に防止するためには、基準期間経過後にできるだけ速やかに短絡が発生することが望ましい。さらには、溶接電流を小電流値に維持する期間が長く続くと、ビード外観が悪くなる問題も新たに生じることになる。
【００１２】
そこで、本発明では、アーク期間が基準期間以上になったときは速やかに短絡を発生させることができる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】
【００１３】
上述した課題を解決するために、請求項１の発明は、溶接ワイヤを送給すると共に、アーク期間と短絡期間とを繰り返して溶接するアーク溶接制御方法において、
前記アーク期間が予め定めた基準期間未満である第１アーク期間中は溶接ワイヤを予め定めた第１前進送給速度で前進送給し、
前記アーク期間が前記基準期間以上である第２アーク期間中は溶接ワイヤを予め定めた第２前進送給速度で前進送給し、
前記第２前進送給速度を前記第１前進送給速度よりも大きな値に設定する、
ことを特徴とするアーク溶接制御方法である。
【００１４】
請求項２の発明は、前記第２前進送給速度は、時間経過に伴って大きくなるように変化する、
ことを特徴とする請求項１記載のアーク溶接制御方法である。
【００１５】
請求項３の発明は、前記第２アーク期間中の溶接電流値を、前記第１アーク期間中の溶接電流値よりも小さな値に減少させる、
ことを特徴とする請求項１〜２のいずれか１項に記載するアーク溶接制御方法である。
【００１６】
請求項４の発明は、前記短絡期間中は、溶接ワイヤを後退送給する、
ことを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載するアーク溶接制御方法である。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、アーク期間が予め定めた基準期間未満である第１アーク期間中は溶接ワイヤを予め定めた第１前進送給速度で前進送給し、アーク期間が前記基準期間以上である第２アーク期間中は溶接ワイヤを予め定めた第２前進送給速度で前進送給し、第２前進送給速度を第１前進送給速度よりも大きな値に設定する。これにより、アーク期間が基準期間よりも長くなると、前進送給の速度が加速されて早期に短絡状態へと導くことができる。この結果、溶滴の過熱及び巨大化を従来技術よりもより確実に防止することができるので、溶接品質がさらに向上する。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明の実施の形態１に係るアーク溶接制御方法を示す出力波形図である。
【図２】第２前進送給速度Ｆfs2の時間経過に伴う変化パターンを示す図である。
【図３】本発明の実施の形態１に係る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４】従来技術のアーク溶接制御方法を示す出力波形図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
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。
【００２０】
［実施の形態１］
実施の形態１に係る発明は、アーク期間Ｔａが予め定めた基準期間Ｔｔ未満である第１アーク期間Ｔa1中は溶接ワイヤを予め定めた第１前進送給速度Ｆfs1で前進送給し、基準期間Ｔｔ以上である第２アーク期間Ｔa2中は溶接ワイヤを予め定めた第２前進送給速度Ｆfs2で前進送給し、第２前進送給速度Ｆfs2を第１前進送給速度Ｆfs1よりも大きな値に設定するものである。すなわち、アーク期間Ｔａが基準期間Ｔｔ以上になると溶接ワイヤの前進送給速度を速くして、迅速に短絡へと導くものである。以下、この実施の形態について説明する。
【００２１】
図１は、本発明の実施の形態１に係るアーク溶接制御方法を示す出力波形図である。同図（Ａ）は溶接電圧Ｖｗを示し、同図（Ｂ）は溶接電流Ｉｗを示し、同図（Ｃ）は送給速度設定信号Ｆｒを示し、同図（Ｄ）は溶接ワイヤ先端の実際の送給速度Ｆｓを示す。同図において、上述した図４と同一動作の期間（時刻ｔ１〜ｔ３２及び時刻ｔ４〜ｔ５の期間）についての説明は省略する。同図では、時刻ｔ３２〜ｔ４の期間の動作が図４と異なっている。以下、この期間について同図を参照して説明する。
【００２２】
同図において、時刻ｔ１〜ｔ２の期間が第ｎ−１回目のアーク期間Ｔａ(n-1)であり、時刻ｔ２〜ｔ３の期間が第ｎ−１回目の短絡期間Ｔｓ(n-1)であり、時刻ｔ３〜ｔ４の期間が第ｎ回目のアーク期間Ｔａ(n)であり、時刻ｔ４〜ｔ５の期間が第ｎ回目の短絡期間Ｔｓ(n)である。Ｔａ(n-1)＜Ｔｔの場合であり、Ｔａ(n)＞Ｔｔの場合である。時刻ｔ１〜ｔ２の第ｎ−１回目のアーク期間Ｔａ(n-1)は第１アーク期間Ｔa1中に短絡が発生したことになる。そして、時刻ｔ３〜ｔ４の第ｎ回目のアーク期間Ｔａ(n)は、時刻ｔ３〜ｔ３２の第１アーク期間Ｔa1と、時刻ｔ３２〜ｔ４の第２アーク期間Ｔa2とから形成されている。但し、時刻ｔ３２〜ｔ４の第２アーク期間Ｔa2の時間長さは、図４の場合に比べて半分以下の短い期間となっている。この理由については、後述する。
【００２３】
時刻ｔ３において、アークが再発生すると、同図（Ａ）に示すように、溶接電圧Ｖｗは数十Ｖ程度のアーク電圧値に増加する。溶接電圧Ｖｗがしきい値以上になったことを判別してアークの再発生を判別すると、同図（Ｃ）に示すように、送給速度設定信号Ｆｒは予め定めた第１前進送給速度設定値Ｆfr1に切り換えられる。これに応動して、同図（Ｄ）に示すように、送給速度Ｆｓは、時刻ｔ３〜ｔ３１の送給反転期間中に上記の後退送給速度Ｆrsから上記の第１前進送給速度Ｆfs1へと変化する。また、時刻ｔ３において、溶接電源は定電圧制御に切り換えられるので、同図（Ｂ）に示すように、溶接電流Ｉｗは第１前進送給速度Ｆfs1とアーク負荷とによって定まる電流値へと増加する。
【００２４】
そして、時刻ｔ３２において、アーク期間が予め定めた基準期間Ｔｔに達すると、溶接電源は定電流制御に切り換えられて、同図（Ｂ）に示すように、溶接電流Ｉｗは予め定めた小電流値の低アーク電流値Ｉａに減少する。同時に、時刻ｔ３２において、同図（Ｃ）に示すように、送給速度設定信号Ｆｒは予め定めた第２前進送給速度設定値Ｆfr2に切り換えられ、同図（Ｄ）に示すように、送給速度Ｆｓは第２前進送給速度Ｆfs2へと加速する。ここで、Ｆfr2＞Ｆfr1であるので、Ｆfs2＞Ｆfs1である。すなわち、前進送給速度は時刻ｔ３２において加速されて速くなるように制御される。この前進送給速度の加速によって、溶滴が溶融池と速やかに短絡することになる。この結果、時刻ｔ３２から 短時間後の時刻ｔ４において短絡が発生する。前進送給速度の加速が開始されてから短絡が発生するまでの時間は、２〜５ms程度未満である。上記の低アーク電流値Ｉａは、３０〜１００Ａ程度に設定される。この低アーク電流値Ｉａは、実験によって溶接条件（溶接法、溶接電流平均値、溶接ワイヤの材質、直径等）に応じて適正値になるように設定される。
【００２５】
この前進送給速度加速制御においては、基準期間Ｔｔ及び第２前進送給速度Ｆfs2をどのように設定するかは重要である。以下、これらのパラメータの設定方法について説明する。
【００２６】
（１）基準期間Ｔｔの設定方法
実験によってアーク期間の分布を測定し、基準期間Ｔｔ以上となるアーク期間の比率が５〜１０％になるように基準期間Ｔｔを設定する。すなわち、ほとんどのアーク期間は基準期間Ｔｔ未満となる。これは、ときたま外乱によってアーク期間が長くなることがあり、この長くなったアーク期間を基準期間Ｔｔによって判別しているためである。基準期間Ｔｔは、溶接法、溶接電流平均値、溶接ワイヤの材質、直径等の溶接条件に応じて適正値に設定される。溶接法としては、炭酸ガスアーク溶接法、マグ溶接法、ミグ溶接法等がある。溶接電流平均値は、第１前進送給速度Ｆfs1によってほぼ定まる。また、基準期間Ｔｔの別の設定方法としては、基準期間Ｔｔを設定せずに、電流の減少及び送給速度の加速を行わないようにして溶接を行ない、そのときのアーク期間の平均値を算出する。そして、基準期間Ｔｔを、この平均値の１．５〜２．０倍に設定するようにしても良い。
【００２７】
（２）第２前進送給速度Ｆfs2の設定方法
一定の前進送給速度で溶接ワイヤを送給して溶接を行う一般的なアーク溶接においては、母材の板厚、継手形状、溶接速度等に応じて送給速度は決定される。そして、この送給速度によって溶接電流の平均値が決まることになる。本実施の形態においても、第１前進送給速度Ｆfs1は、上述した一般的な溶接の場合と同様に、母材の板厚、継手形状、溶接速度等に応じて適正なビードが形成されるように設定される。そして、この第１前進送給速度Ｆfs1によって溶接電流の平均値がほぼ決まることになる。ほぼ決まるとしているのは、本実施の形態では、短絡期間中は溶接ワイヤが後退送給されるために、短絡回数の影響を受けて溶接電流の平均値が変化するからである。但し、安定した溶接状態においては、単位時間当たりの短絡回数はほぼ一定値と見なすことができるので、この場合には、第１前進送給速度Ｆfs1によって溶接電流の平均値が決まることになる。第２前進送給速度Ｆfs2は、この第１前進送給速度Ｆfs1の１．５〜２．０倍に設定される。上記の溶接条件に応じて第１前進送給速度Ｆfs1が変化すると、それに伴い、第２前進送給速度Ｆfs2も変化させれば良い。同図においては、第２前進送給速度Ｆfs2は、基準期間Ｔｔにおいて第１前進送給速度Ｆfs1から階段状に変化しており、基準期間Ｔｔ経過後は一定値となっている。第２前進送給速度Ｆfs2を、基準期間Ｔｔ経過後の時間経過に伴い階段状、直線状、曲線状等に大きくなるようにしても良い。図２は、第２前進送給速度Ｆfs2の時間経過に伴う変化パターンを示す図である。同図の横軸は基準期間Ｔｔ経過後の時間経過ｔ（ms）を示し、縦軸は第２前進送給速度Ｆfs2（m/min）を示す。したがって、同図において、ｔ＝０のときとは、アーク期間が基準期間Ｔｔに達した時点である。同図において、実践で示すパターンＰ１は、第２前進送給速度Ｆfs2が時間経過によらず一定値である場合である。すなわち、パターンＰ１は、図１の場合である。次に、破線で示すパターンＰ２は、第２前進送給速度Ｆfs2が時間経過に伴い右肩上がりの直線状に予め定めたピーク値まで大きくなる場合である。さらに、一点鎖線で示すパターンＰ３は、第２前進送給速度Ｆfs2が階段状に大きくなる場合である。この場合は、アーク期間が基準期間Ｔｔになると送給速度が第２前進送給速度Ｆfs2に加速され、それから所定期間が経過すると、さらに予め定めた速度だけ加速されることになる。パターンＰ２及びＰ３のように、第２前進送給速度Ｆfs2を時間経過に伴って大きくする理由は、短絡が発生したときの前進送給速度をあまり大きくしたくないためである。すなわち、短絡が発生したときの前進送給速度が大きいと、溶接ワイヤ先端が溶融池に押し込まれ過ぎて短絡状態が不安定になるおそれがあるからである。しかし、基準期間Ｔｔにおいて前進送給速度を加速してから短絡が発生するまでの時間が長い場合には、さらに加速して短絡を早期に発生させる方がより重要になるからである。
【００２８】
図３は、上述した本発明の実施の形態１に係る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。以下、同図を参照して各回路について説明する。
【００２９】
電源主回路ＰＭは、３相２００Ｖ等の商用交流電源（図示は省略）を入力として、後述する駆動信号Ｄｖに従ってインバータ制御によって出力制御を行い、溶接に適した溶接電圧Ｖｗ及び溶接電流Ｉｗを出力する。この電源主回路ＰＭは、図示は省略するが、商用交流電源を整流する１次整流回路、整流された直流を平滑するコンデンサ、平滑された直流を上記の駆動信号Ｄｖに従って高周波交流に変換するインバータ回路、高周波交流をアーク溶接に適した電圧値に降圧する高周波変圧器、降圧された高周波交流を整流する２次整流回路、整流された直流を平滑するリアクトルから構成される。溶接ワイヤ１は、送給モータＷＭに直結した送給ロール５の回転によって溶接トーチ４内を通って送給され、母材２との間にアーク３が発生する。
【００３０】
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。短絡判別回路ＳＤは、この電圧検出信号Ｖｄを入力として、その値によって短絡期間とアーク期間とを判別し、短絡期間中はＨｉｇｈレベルとなり、アーク期間中はＬｏｗレベルになる短絡判別信号Ｓｄを出力する。第２アーク期間判別回路ＡＤは、この短絡判別信号Ｓｄを入力として、短絡判別信号ＳｄがＬｏｗレベル（アーク期間）に変化した時点から予め定めた基準期間Ｔｔが経過した時点でＨｉｇｈレベルになり、短絡判別信号ＳｄがＨｉｇｈレベル（短絡期間）に変化した時点でＬｏｗレベルになる第２アーク期間信号Ａｄを出力する。すなわち、第２アーク期間信号Ａｄは、第２アーク期間中Ｈｉｇｈレベルになる信号である。
【００３１】
第１前進送給速度設定回路ＦＦＲ１は、予め定めた第１前進送給速度設定信号Ｆfr1を出力する。第２前進送給速度設定回路ＦＦＲ２は、上記の第２アーク期間信号Ａｄを入力として、第２アーク期間信号ＡｄがＨｉｇｈレベルになった時点からの経過時間を測定し、図２で例示したように予め定めた変化パターンから経過時間に対応した第２前進送給速度設定信号Ｆfr2を出力する。後退送給速度設定回路ＦＲＲは、予め定めた後退送給速度設定信号Ｆrrを出力する。前進送給速度切換回路ＳＦＦは、上記の第２アーク期間信号Ａｄ、上記の第１前進送給速度設定信号Ｆfr1及び上記の第２前進送給速度設定信号Ｆfr2を入力として、第２アーク期間信号ＡｄがＬｏｗレベルのときはｂ側に切り換わり第１前進送給速度設定信号Ｆfr1を前進送給速度設定信号Ｆfrとして出力し、Ｈｉｇｈレベルのときはａ側に切り換わり第２前進送給速度設定信号Ｆfr2を前進送給速度設定信号Ｆfrとして出力する。送給速度設定切換回路ＳＦは、上記の短絡判別信号Ｓｄ、上記の前進送給速度設定信号Ｆfr及び上記の後退送給速度設定信号Ｆrr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ｂ側に切り換わり前進送給速度設定信号Ｆfrを送給速度設定信号Ｆｒとして出力し、Ｈｉｇｈレベル（短絡期間）のときはａ側に切り換わり後退送給速度設定信号Ｆrrを送給速度設定信号Ｆｒとして出力する。送給制御回路ＦＣは、この送給速度設定信号Ｆｒに従って溶接ワイヤを送給するための送給制御信号Ｆｃを送給モータＷＭへ出力する。したがって、上述した図１に示すように、時刻ｔ３〜ｔ３２の第１アーク期間中は、送給速度設定信号Ｆｒの値は第１前進送給速度設定信号Ｆfr1の値となり、送給速度Ｆｓは第１前進送給速度Ｆfs1となる。時刻ｔ３２〜ｔ４の第２アーク期間中は、送給速度設定信号Ｆｒの値は第２前進送給速度設定信号Ｆfr2の値となり、送給速度Ｆｓは第２前進送給速度Ｆfs2となる。そして、時刻ｔ４〜ｔ５の短絡期間中は、送給速度設定信号Ｆｒの値は後退送給速度設定信号Ｆrrの値となり、送給速度Ｆｓは後退送給速度Ｆrsとなる。
【００３２】
短絡電流設定回路ＩＳＲ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Ｈｉｇｈレベル（短絡期間）になった時点から予め定めた短絡初期期間Ｔsi中は小電流値となり、続く予め定めた短絡電流増加期間Ｔsu中は曲線状に増加し、短絡電流増加期間Ｔsu経過後は減少するパターンの短絡電流設定信号Ｉsrを出力する。低アーク電流設定回路ＩＡＲは、予め定めた低アーク電流設定信号Ｉarを出力する。アーク電圧設定回路ＶＡＲは、アーク期間中のアーク電圧を設定するための予め定めたアーク電圧設定信号Ｖarを出力する。電流設定切換回路ＳＩ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ｂ側に切り換わり低アーク電流設定信号Ｉarを電流設定信号Ｉｒとして出力し、Ｈｉｇｈレベル（短絡期間）のときはａ側に切り換わり短絡電流設定信号Ｉsrを電流設定信号Ｉｒとして出力する。電流誤差増幅回路ＥＩは、この電流設定信号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。電圧誤差増幅回路ＥＶは、上記のアーク電圧設定信号Ｖarと上記の電圧検出信号Ｖｄとの誤差を増幅して、電圧誤差増幅信号Ｅｖを出力する。論理和回路ＯＲは、上記の短絡判別信号Ｓｄと上記の第２アーク期間信号Ａｄとの論理和演算を行い、論理和信号Ｏｒを出力する。この論理和信号Ｏｒは、短絡期間及び第２アーク期間中はＨｉｇｈレベルになり、第１アーク期間中はＬｏｗレベルになる信号である。外部特性切換回路ＳＰは、この論理和信号Ｏｒ、上記の電流誤差増幅信号Ｅｉ及び上記の電圧誤差増幅信号Ｅｖを入力として、論理和信号ＯｒがＬｏｗレベル（第１アーク期間）のときはｂ側に切り換わり電圧誤差増幅信号Ｅｖを誤差増幅信号Ｅａとして出力し、Ｈｉｇｈレベル（短絡期間及び第２アーク期間）のときはａ側に切り換わり、上記の電流誤差増幅信号Ｅｉを誤差増幅信号Ｅａとして出力する。したがって、第１アーク期間中は定電圧制御となり、短絡期間及び第２アーク期間中は定電流制御となる。駆動回路ＤＶは、上記の誤差増幅信号Ｅａに従ってパルス幅変調制御を行い、インバータ回路を駆動する駆動信号Ｄｖを出力する。
【００３３】
本実施の形態においては、第２アーク期間になると溶接電流を小電流値に減少させる場合を説明したが、この電流の減少を行わないようにしても良い。これは、第２アーク期間に入ると前進送給速度を加速する制御によって短絡を迅速に導くことができるので、溶接電流平均値が２００Ａ程度以下の場合には電流の減少を行う必要がないためである。本実施の形態においては、短絡期間中は溶接ワイヤを後退送給する場合を説明したが、一般的なアーク溶接のように、短絡期間中も第１前進送給速度で前進送給するようにしても良い。この場合には、短絡電流Ｉｓは、予め定めた短絡初期期間Ｔsi中は予め定めた小電流値に減少させて維持し、それ以降は曲線状に増加させて予め定めたピーク値にアークが再発生するまで維持する。すなわち、短絡電流減少期間Ｔsdを設けないようにしている。本実施の形態においては、第２アーク期間中の低アーク電流値を定電流制御によって通電する場合を説明したが、アーク電圧設定値Ｖarを第２アーク期間中は小さくなるように減少させて定電圧制御によって通電するようにしても良い。この場合には、アーク期間中は全ての期間中定電圧制御されることになる。本発明は、短絡移行溶接、短絡を伴うグロビュール移行溶接、短絡を伴うスプレー移行溶接等に適用することができる。また、本発明は、炭酸ガスアーク溶接、マグ溶接、ミグ溶接、パルスアーク溶接、交流パルスアーク溶接等にも適用することができる。
【００３４】
上述した実施の形態１によれば、アーク期間が予め定めた基準期間未満である第１アーク期間中は溶接ワイヤを予め定めた第１前進送給速度で前進送給し、アーク期間が前記基準期間以上である第２アーク期間中は溶接ワイヤを予め定めた第２前進送給速度で前進送給し、第２前進送給速度を第１前進送給速度よりも大きな値に設定する。これにより、アーク期間が基準期間よりも長くなると、前進送給の速度が加速されて早期に短絡状態へと導くことができる。この結果、溶滴の過熱及び巨大化を従来技術よりもより確実に防止することができるので、溶接品質がさらに向上する。
【符号の説明】
【００３５】
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
ＡＤ            第２アーク期間判別回路
Ａｄ            第２アーク期間信号
ＤＶ            駆動回路
Ｄｖ            駆動信号
Ｅａ            誤差増幅信号
ＥＩ            電流誤差増幅回路
Ｅｉ            電流誤差増幅信号
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
Ｆfr            前進送給速度設定信号
ＦＦＲ１          第１前進送給速度設定回路
Ｆfr1          第１前進送給速度設定（値／信号）
ＦＦＲ２          第２前進送給速度設定回路
Ｆfr2          第２前進送給速度設定（値／信号）
Ｆfs1          第１前進送給速度
Ｆfs2          第２前進送給速度
Ｆｒ            送給速度設定信号
ＦＲＲ            後退送給速度設定回路
Ｆrr            後退送給速度設定（値／信号）
Ｆrs            後退送給速度
Ｆｓ            送給速度
Ｉａ            低アーク電流値
ＩＡＲ            低アーク電流設定回路
Ｉar            低アーク電流設定信号
ＩＤ            電流検出回路
Ｉｄ            電流検出信号
Ｉｒ            電流設定信号
Ｉｓ            短絡電流
ＩＳＲ            短絡電流設定回路
Ｉsr            短絡電流設定信号
Ｉｗ            溶接電流
ＯＲ            論理和回路
Ｏｒ            論理和信号
ＰＭ            電源主回路
ＳＤ            短絡判別回路
Ｓｄ            短絡判別信号
ＳＦ            送給速度設定切換回路
ＳＦＦ            前進送給速度切換回路
ＳＩ            電流設定切換回路
ＳＰ            外部特性切換回路
Ｔａ            アーク期間
Ｔa1            第１アーク期間
Ｔa2            第２アーク期間
Ｔｓ            短絡期間
Ｔsd            短絡電流減少期間
Ｔsi            短絡初期期間
Ｔsu            短絡電流増加期間
Ｔｔ            基準期間
ＶＡＲ            アーク電圧設定回路
Ｖar            アーク電圧設定（値／信号）
ＶＤ            電圧検出回路
Ｖｄ            電圧検出信号
Ｖｗ            溶接電圧
ＷＭ            送給モータ
【図１】
2012006020.tif 000003
【図２】
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【図３】
2012006020.tif 000005
【図４】
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