(57)【要約】      （修正有）【課題】溶接を行う期間の全体にわたってスパッタの発生を抑制することができ且つ溶接を行う期間の全体にわたって迅速にアークを発生させることのできるアーク溶接方法およびアーク溶接システムを提供すること。【解決手段】各アークスタート期間Ｔ１中に、消耗電極１５から母材Ｗへ溶接電流Ｉｗを流すことにより消耗電極１５と母材Ｗとの間にアークａ１を発生させ、各溶滴移行期間Ｔ２中に、消耗電極１５から母材Ｗへと溶滴を移行させ、各アーク停止期間Ｔ３中に、消耗電極１５と母材Ｗとの間のアークａ１を停止させた状態を継続し、各アーク停止期間Ｔ３中に、消耗電極１５を保持する溶接トーチを、母材Ｗに沿って溶接方向に母材Ｗに対し相対移動させる、各工程を備え、溶接開始時から一定期間のあいだ、各アークスタート期間Ｔ１における溶接電流Ｉｗの絶対値の最大値を段階的に減少させる。【選択図】図３
2012061475.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
アークスタート期間と、上記アークスタート期間の後の溶滴移行期間と、上記溶滴移行期間の後のアーク停止期間とを含む単位溶接期間を繰り返すアーク溶接方法であって、
上記各アークスタート期間中に、消耗電極から母材へ溶接電流を流すことにより上記消耗電極と上記母材との間にアークを発生させ、
上記各溶滴移行期間中に、上記消耗電極から上記母材へと溶滴を移行させ、
上記各アーク停止期間中に、上記消耗電極と上記母材との間のアークを停止させた状態を継続し、
上記各アーク停止期間中に、上記消耗電極を保持する溶接トーチを、上記母材に沿って溶接方向に上記母材に対し相対移動させる、各工程を備え、
溶接開始時から一定期間のあいだ、上記各アークスタート期間における溶接電流の絶対値の最大値を段階的に減少させる、アーク溶接方法。
【請求項２】
上記各単位溶接期間は、０．３〜１．２秒である、請求項１に記載のアーク溶接方法。
【請求項３】
溶接開始時から上記一定期間のあいだ、上記各単位溶接期間を連続して５回以上繰り返す、請求項１または２に記載のアーク溶接方法。
【請求項４】
上記各アークスタート期間における溶接電流の絶対値の最大値を、複数回のアークスタート期間ごとに減少させる、請求項１ないし３のいずれかに記載のアーク溶接方法。
【請求項５】
アークスタート期間と上記アークスタート期間の後の溶滴移行期間と上記溶滴移行期間の後のアーク停止期間とを含む単位溶接期間を繰り返し、上記各溶滴移行期間中に、消耗電極から母材へと溶接電流を流し、上記各アーク停止期間中に、上記消耗電極から上記母材へ溶接電流を流すことを停止している状態を継続する電源回路と、
スタート電流値を指示するスタート電流設定信号を生成する電流制御回路と、を備え、
上記電流制御回路は、溶接開始時から一定期間のあいだ、上記スタート電流設定信号として上記各アークスタート期間におけるスタート電流値が段階的に減少するものを生成し、
上記電源回路は、上記スタート電流設定信号に基づいて、上記各アークスタート期間において、上記スタート電流値を絶対値の最大値とする溶接電流の通電を開始する、溶接電源装置。
【請求項６】
上記各単位溶接期間は、０．３〜１．２秒である、請求項５に記載の溶接電源装置。
【請求項７】
溶接開始時から上記一定期間のあいだ、上記各単位溶接期間を連続して５回以上繰り返す、請求項５または６に記載の溶接電源装置。
【請求項８】
上記電流制御回路は、上記スタート電流設定信号として上記各アークスタート期間におけるスタート電流値が、複数回のアークスタート期間ごとに段階的に減少するものを生成する、請求項５ないし７のいずれかに記載の溶接電源装置。
【請求項９】
請求項５ないし８のいずれかに記載の溶接電源装置と、
上記各アーク停止期間中に、上記消耗電極を保持する溶接トーチを、上記母材に沿って溶接方向に上記母材に対し相対移動させる溶接ロボットと、を備える、アーク溶接システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、アーク溶接方法、溶接電源装置、およびアーク溶接システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、アークスタート期間と溶滴移行期間とアーク停止期間とを含む単位溶接期間を繰り返す溶接方法が知られている（たとえば特許文献１参照）。このような溶接方法は、ステッチパルス溶接法と称されている。この溶接方法におけるアークスタート期間中は、消耗電極がスローダウン送給速度で母材と接触すると、消耗電極と母材との間に比較的大きな溶接電流を流す。これにより、消耗電極の先端を急激に溶融させ、消耗電極と母材との間にアークを発生させる。そして、溶滴移行期間においては、消耗電極と母材との間にアークを発生させた状態で消耗電極から母材へと溶滴を移行させる。これらのアークスタート期間および溶滴移行期間においては、消耗電極を保持する溶接トーチを母材に対し停止させておく。そして、アーク停止期間中は、消耗電極と母材との間のアークを停止させた状態を維持しつつ、溶接トーチを母材に対し相対移動させる。そして、溶接トーチが所定のアーク再スタート開始地点に位置すると、再び上記のアークスタート期間を開始する。このような単位溶接期間を繰り返すことにより、うろこ状のビードを形成する。
【０００３】
当該溶接方法においては、各アークスタート期間中に流す溶接電流は比較的大きいため、溶接電流の通電を開始する際にスパッタが発生するおそれがあった。スパッタの発生はビードの外観を損ねることとなるため好ましくない。また、スパッタの発生を抑制するために各アークスタート期間中に流す溶接電流を比較的小さくすることも考えられる。しかしながら、各アークスタート期間中に流す溶接電流を比較的小さくすると、アークスタートに失敗する確率が高くなるために、好ましくない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平０６−５５２６８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明は、上記した事情のもとで考え出されたものであって、溶接を行う期間の全体にわたってスパッタの発生を抑制することができ且つ溶接を行う期間の全体にわたって迅速にアークを発生させることのできるアーク溶接方法、溶接電源装置、およびアーク溶接システムを提供することをその課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の第１の側面によって提供されるアーク溶接方法は、アークスタート期間と、上記アークスタート期間の後の溶滴移行期間と、上記溶滴移行期間の後のアーク停止期間とを含む単位溶接期間を繰り返すアーク溶接方法であって、上記各アークスタート期間中に、消耗電極から母材へ溶接電流を流すことにより上記消耗電極と上記母材との間にアークを発生させ、上記各溶滴移行期間中に、上記消耗電極から上記母材へと溶滴を移行させ、上記各アーク停止期間中に、上記消耗電極と上記母材との間のアークを停止させた状態を継続し、上記各アーク停止期間中に、上記消耗電極を保持する溶接トーチを、上記母材に沿って溶接方向に上記母材に対し相対移動させる、各工程を備え、溶接開始時から一定期間のあいだ、上記各アークスタート期間における溶接電流の絶対値の最大値を段階的に減少させる。
【０００７】
本発明の好ましい実施の形態においては、上記各単位溶接期間は、０．３〜１．２秒である。
【０００８】
本発明の好ましい実施の形態においては、溶接開始時から上記一定期間のあいだ、上記各単位溶接期間を連続して５回以上繰り返す。
【０００９】
本発明の好ましい実施の形態においては、上記各アークスタート期間における溶接電流の絶対値の最大値を、複数回のアークスタート期間ごとに減少させる。
【００１０】
本発明の第２の側面によって提供される溶接電源装置は、アークスタート期間と上記アークスタート期間の後の溶滴移行期間と上記溶滴移行期間の後のアーク停止期間とを含む単位溶接期間を繰り返し、上記各溶滴移行期間中に、消耗電極から母材へと溶接電流を流し、上記各アーク停止期間中に、上記消耗電極から上記母材へ溶接電流を流すことを停止している状態を継続する電源回路と、スタート電流値を指示するスタート電流設定信号を生成する電流制御回路と、を備え、上記電流制御回路は、溶接開始時から一定期間のあいだ、上記スタート電流設定信号として上記各アークスタート期間におけるスタート電流値が段階的に減少するものを生成し、上記電源回路は、上記スタート電流設定信号に基づいて、上記各アークスタート期間において、上記スタート電流値を絶対値の最大値とする溶接電流の通電を開始する。
【００１１】
本発明の好ましい実施の形態においては、上記各単位溶接期間は、０．３〜１．２秒である。
【００１２】
本発明の好ましい実施の形態においては、溶接開始時から上記一定期間のあいだ、上記各単位溶接期間を連続して５回以上繰り返す。
【００１３】
本発明の好ましい実施の形態においては、上記電流制御回路は、上記スタート電流設定信号として上記各アークスタート期間におけるスタート電流値が、複数回のアークスタート期間ごとに段階的に減少するものを生成する。
【００１４】
本発明の第３の側面によって提供されるアーク溶接システムは、本発明の第２の側面にかかる溶接電源装置と、上記各アーク停止期間中に、上記消耗電極を保持する溶接トーチを、上記母材に沿って溶接方向に上記母材に対し相対移動させる溶接ロボットと、を備える。
【００１５】
本発明のその他の特徴および利点は、添付図面を参照して以下に行う詳細な説明によって、より明らかとなろう。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の第１実施形態にかかる溶接システムの一例の構成を示す図である。
【図２】図１に示す溶接システムの内部構成を示す図である。
【図３】本発明の第１実施形態にかかる溶接方法における信号等のタイミングチャートである。
【図４】図３に示すタイミングチャートを詳細に示す図である。
【図５】本発明の第１実施形態にかかる溶接方法において、溶接開始時から経過した時間に対するスタート電流設定信号の変化を示す図である。
【図６】本発明の第１実施形態にかかる溶接方法における各アークスタート期間ごとのスタート電流値の推移を示すグラフである。
【図７】溶接開始時からの経過時間に対する、消耗電極の先端の温度の関係を概略的に示すグラフである。
【図８】消耗電極の先端の温度、および、スタート電流値に対するスパッタ発生量の関係について概略的に示す図である。
【図９】本発明の第２実施形態にかかる溶接方法において、溶接開始時から経過した時間に対するスタート電流設定信号の変化を示す図である。
【図１０】本発明の第２実施形態にかかる溶接方法における各アークスタート期間ごとのスタート電流値の推移を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、本発明の実施の形態につき、図面を参照して具体的に説明する。
【００１８】
図１は、本発明の実施形態にかかる溶接システムの一例の構成を示す図である。
【００１９】
本実施形態にかかるアーク溶接システムＡ１は、溶接ロボット１と、ロボット制御装置２と、溶接電源装置３とを備える。溶接ロボット１は、母材Ｗに対してたとえばアーク溶接を自動で行うものである。溶接ロボット１は、ベース部材１１と、複数のアーム１２と、複数のモータ１３と、溶接トーチ１４と、ワイヤ送給装置１６と、コイルライナ１９とを含む。
【００２０】
ベース部材１１は、フロア等の適当な箇所に固定される。各アーム１２は、ベース部材１１に軸を介して連結されている。溶接トーチ１４は、消耗電極１５（溶接ワイヤ）を母材Ｗの近傍の所定の位置に導くものである。溶接トーチ１４には、シールドガスノズル（図示略）が設けられている。シールドガスノズルは、アルゴンなどのシールドガスを供給するためのものである。モータ１３は、移動機構であり、ロボット制御装置２により回転駆動する。この回転駆動により、各アーム１２の移動が制御され、溶接トーチ１４が上下前後左右に自在に移動できる。
【００２１】
モータ１３には、エンコーダ（図示略）が設けられている。エンコーダの出力は、ロボット制御装置２に送られる。ワイヤ送給装置１６は、溶接ロボット１における上部に設けられている。ワイヤ送給装置１６は、溶接トーチ１４に消耗電極１５を送り出すためのものである。ワイヤ送給装置１６は、送給機構１６１（モータ）と、ワイヤリール（図示略）と、ワイヤプッシュ装置（図示略）とを含む。送給機構１６１を駆動源として、上記ワイヤプッシュ装置が、上記ワイヤリールに巻かれた消耗電極１５を溶接トーチ１４へと送り出す。
【００２２】
コイルライナ１９は、その一端がワイヤ送給装置１６に、その他端が溶接トーチ１４に、それぞれ接続されている。コイルライナ１９は、チューブ状を呈し、その内部には消耗電極１５が挿通されている。コイルライナ１９は、ワイヤ送給装置１６から送り出された消耗電極１５を、溶接トーチ１４に導くものである。送り出された消耗電極１５は、溶接トーチ１４から突出する。
【００２３】
図２は、図１に示した溶接システムＡ１の内部構成を示す図である。
【００２４】
ロボット制御装置２は、動作制御回路２１と、ティーチペンダント２３とを含む。ロボット制御装置２は、溶接ロボット１の動作を制御するためのものである。
【００２５】
動作制御回路２１は、図示しないマイクロコンピュータおよびメモリを有している。このメモリには、溶接ロボット１の各種の動作が設定された作業プログラムが記憶されている。また、動作制御回路２１は、後述のロボット移動速度ＶＲを設定する。動作制御回路２１は、上記作業プログラム、上記エンコーダからの座標情報、およびロボット移動速度ＶＲ等に基づき、溶接ロボット１に対して動作制御信号Ｍｓを送る。溶接ロボット１は動作制御信号Ｍｓを受け、各モータ１３を回転駆動させる。これにより、溶接トーチ１４が、母材Ｗにおける所定の溶接開始位置に移動したり、母材Ｗの面内方向に沿って移動したりする。
【００２６】
ティーチペンダント２３は、動作制御回路２１に接続されている。ティーチペンダント２３は、溶接を実行する際のパラメータをアーク溶接システムＡ１のユーザが設定するためのものである。
【００２７】
溶接電源装置３は、電源回路３１と、電流制御回路３２と、電圧制御回路３４と、送給制御回路３８とを含む。溶接電源装置３は、消耗電極１５と母材Ｗとの間に、溶接電圧Ｖｗを印加し、溶接電流Ｉｗを流すための装置であるとともに、消耗電極１５の送給を行うための装置である。
【００２８】
電源回路３１は、電力発生回路ＭＣと、電源特性切替回路ＳＷと、電流誤差計算回路ＥＩと、電圧誤差計算回路ＥＶと、電流検出回路ＩＤと、電圧検出回路ＶＤとを有する。電源回路３１は、消耗電極１５と母材Ｗとの間に指示された値で溶接電圧Ｖｗを印加し、もしくは、消耗電極１５から母材Ｗに指示された値で溶接電流Ｉｗを流すためのものである。
【００２９】
電力発生回路ＭＣは、たとえば３相２００Ｖ等の商用電源を入力として、後述の誤差信号Ｅａに従ってインバータ制御、サイリスタ位相制御等の出力制御を行い、溶接電圧Ｖｗおよび溶接電流Ｉｗを出力する。
【００３０】
電流検出回路ＩＤは、消耗電極１５と母材Ｗとの間に流れる溶接電流Ｉｗの値を検出するためのものである。電流検出回路ＩＤは、溶接電流Ｉｗに対応する電流検出信号Ｉｄを送る。電流誤差計算回路ＥＩは、実際に流れている溶接電流Ｉｗの値と、設定された溶接電流の値との差ΔＩｗを計算するためのものである。具体的には、電流誤差計算回路ＥＩは、電流検出信号Ｉｄと、設定された溶接電流の値に対応する後述のスタート電流設定信号Ｉｒとを受け、差ΔＩｗに対応する電流誤差信号Ｅｉを送る。なお、電流誤差計算回路ＥＩは、電流誤差信号Ｅｉとして、差ΔＩｗを増幅した値に対応するものを送ってもよい。
【００３１】
電圧検出回路ＶＤは、消耗電極１５と母材Ｗとの間に印加される溶接電圧Ｖｗの値を検出するためのものである。電圧検出回路ＶＤは、溶接電圧Ｖｗに対応する電圧検出信号Ｖｄを送る。電圧誤差計算回路ＥＶは、実際に印加されている溶接電圧Ｖｗの値と、設定された溶接電圧の値との差ΔＶｗを計算するためのものである。具体的には、電圧誤差計算回路ＥＶは、電圧検出信号Ｖｄと、設定された溶接電圧の値に対応する後述の電圧設定信号Ｖｒとを受け、差ΔＶｗに対応する電圧誤差信号Ｅｖを送る。なお、電圧誤差計算回路ＥＶは、電圧誤差信号Ｅｖとして、差ΔＶｗを増幅した値に対応するものを送ってもよい。
【００３２】
電源特性切替回路ＳＷは、電源回路３１の電源特性（定電流特性もしくは定電圧特性）を切り替えるものである。電源回路３１の電源特性が定電流特性である場合には、溶接電流Ｉｗの値が設定された値となるように、電源回路３１において出力が制御される。一方、電源回路３１の電源特性が定電圧特性である場合には、電源回路３１は溶接電圧Ｖｗの値が設定された値となるように、電源回路３１において出力が制御される。より具体的には、電源特性切替回路ＳＷは、後述の電源特性切替信号Ｓｗと、電流誤差信号Ｅｉと、電圧誤差信号Ｅｖとを受ける。電源特性切替回路ＳＷの受ける電源特性切替信号ＳｗがＨｉｇｈレベルである場合には、電源特性切替回路ＳＷにおけるスイッチは、図２のａ側に接続される。この場合、電源回路３１の電源特性は定電圧特性であり、電源特性切替回路ＳＷは、電圧誤差信号Ｅｖを誤差信号Ｅａとして電力発生回路ＭＣに送る。このとき、電力発生回路ＭＣは、溶接電圧Ｖｗの値が設定された値となる（すなわち上述の差ΔＶｗがゼロとなる）ような制御を行う。一方、電源特性切替回路ＳＷの受けた電源特性切替信号ＳｗがＬｏｗレベルである場合には、電源特性切替回路ＳＷにおけるスイッチは、図２のｂ側に接続される。この場合、電源回路３１の電源特性は定電流特性であり、電源特性切替回路ＳＷは、電流誤差信号Ｅｉを誤差信号Ｅａとして電力発生回路ＭＣに送る。このとき、電力発生回路ＭＣは、溶接電流Ｉｗの値が設定された値となる（すなわち上述の差ΔＩｗがゼロとなる）ような制御を行う。
【００３３】
電流制御回路３２は、消耗電極１５と母材Ｗとの間に流れる溶接電流Ｉｗの値を設定するためのものである。電流制御回路３２は、スタート電流設定信号Ｉｒを生成し電源回路３１に送る。スタート電流設定信号Ｉｒは、後述のアークスタート期間Ｔ１における溶接電流Ｉｗの絶対値の最大値であるスタート電流値Ｉｗ１を指示するためのものである。電流制御回路３２は、電源特性切替回路ＳＷに電源特性切替信号Ｓｗを送る。電流制御回路３２は、たとえば、動作制御回路２１から図示しない信号を受け、電源特性切替信号ＳｗのＨｉｇｈレベルおよびＬｏｗレベルを切り替える。
【００３４】
電圧制御回路３４は、消耗電極１５と母材Ｗと間に印加する溶接電圧Ｖｗの値を設定するためのものである。電圧制御回路３４は、図示しない記憶部に記憶された設定電圧値に基づき、溶接電圧Ｖｗの値を指示するための電圧設定信号Ｖｒを電源回路３１に送る。
【００３５】
送給制御回路３８は、溶接トーチ１４から消耗電極１５を送り出す速度（送給速度Ｆｗ）を制御するためのものである。送給制御回路３８は、送給速度Ｆｗを指示するための送給速度制御信号Ｆｃを送給機構１６１に送る。
【００３６】
次に、図３〜図６をさらに用いて、アーク溶接システムＡ１を用いたアーク溶接方法について説明する。図３は、アーク溶接システムＡ１を用いたアーク溶接方法における各信号等のタイミングチャートを示す。同図（ａ）はロボット移動速度ＶＲの変化状態を示し、（ｂ）は電源特性切替信号Ｓｗの変化状態を示し、（ｃ）は溶接電圧Ｖｗの変化状態を示し、（ｄ）は溶接電流Ｉｗの変化状態を示し、（ｅ）は送給速度Ｆｗの変化状態を示し、（ｆ）はスタート電流設定信号Ｉｒの変化状態を示す。
【００３７】
本実施形態にかかる方法においては、（１）アークスタート期間Ｔ１と、（２）溶滴移行期間Ｔ２と、（３）アーク停止期間Ｔ３と、を含む単位溶接期間Ｔαを繰り返す。アークスタート期間Ｔ１は、たとえば０．１〜０．２秒である。溶滴移行期間Ｔ２は、たとえば０．１〜０．５秒である。アーク停止期間Ｔ３は、たとえば０．１〜０．５秒である。単位溶接期間Ｔαは、たとえば０．３〜１．２秒である。そして、一度の溶接において、溶接開始時から一定期間（後述のスタート電流値変化期間Ｔｃ）のあいだ、単位溶接期間Ｔαは、少なくとも５回繰り返される。図４は、図３のアークスタート期間Ｔ１における各信号等の変化状態を詳細に示すタイミングチャートである。
【００３８】
（１）アークスタート期間Ｔ１（時刻ｔ１〜時刻ｔ５）
＜時刻ｔ１〜時刻ｔ２＞
時刻ｔ１において、たとえば、ティーチペンダント２３からの溶接開始信号Ｓｔ（図２参照）が動作制御回路２１に送られ、溶接が開始される。図４（ｂ）に示すように、時刻ｔ１においては、電源特性切替信号ＳｗがＬｏｗレベルのままである。そのため、時刻ｔ１からは、電源回路３１の電源特性は定電流特性となる。同図（ｅ）に示すように、時刻ｔ１において、送給制御回路３８は、送給速度制御信号Ｆｃとして送給速度Ｆｗを値ｆｗ１（スローダウン送給速度）とするものを、溶接ロボット１のワイヤ送給装置１６に送る。これにより、送給速度Ｆｗを値ｆｗ１として消耗電極１５が溶接トーチ１４から送給される。なお、値ｆｗ１は、たとえば、１００〜３００ｃｍ／ｍｉｎである。また、同図（ｆ）に示すように、電流制御回路３２は、スタート電流設定信号Ｉｒとして溶接電流Ｉｗを電流値ｉｗ（１）で流すものを、電源回路３１（より具体的には電流誤差計算回路ＥＩ）に送る。時刻ｔ１においては、消耗電極１５と母材Ｗとが離間しているため、同図（ｄ）に示すように、時刻ｔ１からある程度の期間（本実施形態では時刻ｔ１〜時刻ｔ２）のあいだは消耗電極１５と母材Ｗとの間に溶接電流Ｉｗが流れない。一方、同図（ｃ）に示すように、時刻ｔ１から時刻ｔ２において、消耗電極１５と母材Ｗとの間には溶接電圧Ｖｗとして、たとえば、８０Ｖ程度の無負荷電圧が印加される。
【００３９】
なお、同図（ａ）に示すように、アークスタート期間Ｔ１においては、ロボット移動速度ＶＲは０である。すなわち、溶接トーチ１４は母材Ｗに沿って移動していない。
【００４０】
＜時刻ｔ２〜時刻ｔ３＞
消耗電極１５が溶接トーチ１４から送給され母材Ｗに接近してゆき、図４の（ｓ−２）に示すように、時刻ｔ２において、消耗電極１５と母材Ｗとが接触する。すると、同図（ｃ）に示すように、消耗電極１５と母材Ｗとの間に印加される溶接電圧Ｖｗが急激に減少する。また、同図（ｄ）に示すように、消耗電極１５から母材Ｗへの溶接電流Ｉｗの通電が開始する。そして、電源回路３１の電源特性は定電流特性となっているため、溶接電流Ｉｗの値は電流値ｉｗ（１）になるように、急激に増加する。
【００４１】
＜時刻ｔ３〜時刻ｔ４＞
図４（ｄ）に示すように、時刻ｔ３において、溶接電流Ｉｗの値が電流値ｉｗ（１）に至る。そして、時刻ｔ３からしばらくの間は溶接電流Ｉｗは電流値ｉｗ（１）で流れる。電流値ｉｗ（１）は、アークスタート期間Ｔ１における溶接電流Ｉｗの絶対値の最大値となる。このようなアークスタート期間Ｔ１における溶接電流Ｉｗの絶対値の最大値を、アークスタート期間Ｔ１におけるスタート電流値Ｉｗ１と呼ぶ。たとえば、第１回目のアークスタート期間Ｔ１におけるスタート電流値Ｉｗ１は、電流値ｉｗ（１）である。時刻ｔ３からわずかな期間（本実施形態では時刻ｔ３〜時刻ｔ４）の間は、消耗電極１５と母材Ｗとが接触した状態が継続される。時刻ｔ３〜時刻ｔ４においては、消耗電極１５のうち母材Ｗに近接する部分は、ジュール熱により溶融する。
【００４２】
＜時刻ｔ４〜時刻ｔ５＞
図４（ｓ−３）に示すように、時刻ｔ４において、消耗電極１５のうち母材Ｗに近接する部分が溶融して、消耗電極１５と母材Ｗとの間にアークａ１が発生する。すると、同図（ｃ）に示すように、消耗電極１５と母材Ｗとの間に印加される溶接電圧Ｖｗが、急激に増加する。時刻ｔ４〜時刻ｔ５においては、溶接電流Ｉｗを電流値ｉｗ(１)のまま流し続ける。消耗電極１５と母材Ｗとの離間距離を適切な長さとするためである。なお、時刻ｔ５は、たとえば、溶接電流Ｉｗの通電が開始された時刻ｔ２から一定期間（たとえば１０〜５０ｍｓｅｃ）が経過した時刻とするとよい。もしくは、時刻ｔ５は、たとえば、アークａ１が発生した時刻ｔ４から一定期間が経過した時刻としてもよい。
【００４３】
（２）溶滴移行期間Ｔ２（時刻ｔ５〜時刻ｔ６）
図３（ｂ）、図４（ｂ）に示すように、時刻ｔ５において、電流制御回路３２は、電源特性切替回路ＳＷに送っている電源特性切替信号ＳｗをＬｏｗレベルからＨｉｇｈレベルに切り替える。そのため、時刻ｔ５において、電源回路３１の電源特性は、定電圧特性に変化する。また、図３（ｅ）、図４（ｅ）に示すように、時刻ｔ５において、送給制御回路３８は、送給速度制御信号Ｆｃとして送給速度Ｆｗを値ｆｗ２とするものを、溶接ロボット１のワイヤ送給装置１６に送る。これにより、送給速度Ｆｗを値ｆｗ２として消耗電極１５が溶接トーチ１４から送給される。そして、図３（ｄ）、図４（ｄ）に示すように、絶対値の時間平均値が溶滴移行電流値Ｉｗ２である溶接電流Ｉｗが流れ始める。溶滴移行期間Ｔ２における溶接電流Ｉｗは、たとえば、交流のパルス電流である。もしくは、溶接電流Ｉｗは、直流のパルス電流であってもよい。なお、溶滴移行期間Ｔ２中の、図３（ｃ），（ｄ）、図４（ｃ），（ｄ）に示す値は絶対値の時間平均値を示している。このように、溶滴移行期間Ｔ２において消耗電極１５から母材Ｗへの溶滴移行が行われる。
【００４４】
なお、同図（ａ）に示すように、溶滴移行期間Ｔ２においては、ロボット移動速度ＶＲは値ｖ１であり、本実施形態では値ｖ１は０である。すなわち、本実施形態では、溶接トーチ１４の母材Ｗに沿う相対移動速度は０である。
【００４５】
（３）アーク停止期間Ｔ３（時刻ｔ６〜時刻ｔ７）
図３（ｃ）、（ｄ）に示すように、時刻ｔ６において、電源回路３１は出力を停止し、溶接電圧Ｖｗおよび溶接電流Ｉｗを０にする。これにより、消耗電極１５と母材Ｗとに発生していたアークａ１が消滅する。また、同図（ｅ）に示すように、時刻ｔ６において、送給制御回路３８は、送給速度Ｆｗを０とする送給速度制御信号Ｆｃを溶接ロボット１のワイヤ送給装置１６に送る。これにより、溶接トーチ１４からの消耗電極１５の送給が停止される。同図（ａ）に示すように、時刻ｔ６から、溶接ロボット１は、溶接トーチ１４を、母材Ｗに沿って溶接方向Ｄ１に母材Ｗに対し相対移動させる。この相対移動の速度は、上述の値ｖ１より大きい値ｖ２であり、値ｖ２はたとえば、５０〜１５０ｃｍ／ｍｉｎである。
【００４６】
そして、時刻ｔ７に至ると、上述のようにアークスタート期間Ｔ１を再び開始し、単位溶接期間Ｔαを繰り返す。時刻ｔ７以降の単位溶接期間Ｔα中は、上記で説明した単位溶接期間Ｔαにおける動作と略同様の動作がなされるが、アークスタート期間Ｔ１にて流れる溶接電流Ｉｗの絶対値の最大値であるスタート電流値Ｉｗ１の値が段階的に小さくなる。以下、詳述する。なお、時刻ｔ７以後の各アーク停止期間Ｔ３においても、溶接ロボット１は、溶接トーチ１４を、母材Ｗに沿って溶接方向Ｄ１に母材Ｗに対し相対移動させる。
【００４７】
図５は、溶接開始時から経過した時間に対するスタート電流設定信号Ｉｒの変化を示す図である。図６は、各アークスタート期間Ｔ１ごとのスタート電流値Ｉｗ１の推移を示すグラフである。
【００４８】
図５に示すように、電流制御回路３２は、溶接開始時から一定期間（スタート電流値変化期間Ｔｃ）のあいだ、スタート電流設定信号Ｉｒとしてスタート電流値Ｉｗ１を段階的に変化させるものを生成する。より具体的には、スタート電流値変化期間Ｔｃのあいだ、単位溶接期間Ｔαごとに、スタート電流値Ｉｗ１が電流値ｉｗ（１），ｉｗ（２），ｉｗ（３），・・・ｉｗ（ｎ）に変化するようなスタート電流設定信号Ｉｒを生成する。電流値ｉｗ（ｋ）（ｋ＝１，２，・・・ｎ）については、ｉｗ（ｋ）≧ｉｗ（ｋ＋１）（ｋ＝１，２，・・・ｎ−１）の関係が成立する。電流値ｉｗ（１）と電流値ｉｗ（ｎ）の差は、たとえば、１００〜２００Ａである。また、電流値ｉｗ（ｋ）と電流値ｉｗ（ｋ＋１）（ｋ＝１，２，・・・ｎ−１）の差は、たとえば、１０〜５０Ａである。スタート電流値変化期間Ｔｃの経過後の定常溶接期間Ｔｓにおいては、電流制御回路３２は、スタート電流設定信号Ｉｒとしてスタート電流値Ｉｗ１がｉｗ（ｎ）となるものを生成する。なお、各電流値ｉｗ（ｋ）は、たとえば、溶接開始前に上述のティーチペンダント２３から入力され、動作制御回路２１を経由して、図示しない記憶部に記憶されている。なお、スタート電流値変化期間Ｔｃはたとえば０．９〜１０秒である。
【００４９】
このようなスタート電流設定信号Ｉｒが生成されるため、図６に示すように、溶接開始時から一定期間（スタート電流値変化期間Ｔｃ）のあいだ実際に流れる各アークスタート期間Ｔ１ごとのスタート電流値Ｉｗ１は、電流値ｉｗ（１），ｉｗ（２），・・・ｉｗ（ｎ）と段階的に減少している。そして、定常溶接期間Ｔｓにおいては、実際に流れる溶接電流Ｉｗのスタート電流値Ｉｗ１は電流値ｉｗ（ｎ）のまま維持される。
【００５０】
次に、本実施形態の作用効果について説明する。
【００５１】
本実施形態の方法においては、各アーク停止期間Ｔ３中に、消耗電極１５を保持する溶接トーチ１４を、母材Ｗに沿って溶接方向Ｄ１に母材Ｗに対し相対移動させている。このような溶接トーチ１４の移動は、極めて短い単位溶接期間Ｔαを繰り返すステッチパルス溶接法に特有の動作である。また、本実施形態にかかる方法においては、各単位溶接期間Ｔα中に一度、消耗電極１５と母材Ｗとの間にアークａ１を発生させる。よって、アークａ１を発生させる周期は、単位溶接時間Ｔαに一致するため、極めて短い。さらに、ステッチパルス溶接においては、上述のように単位溶接期間Ｔαが極めて短いため、単位溶接期間Ｔαに含まれるアーク停止期間Ｔ３も同様に極めて短い。そのため、溶滴移行期間Ｔ２中に蓄えられた消耗電極１５の熱は、ほとんどアーク停止期間Ｔ３中に消耗電極１５の外部に放出されない。
【００５２】
図７は、溶接開始時からの経過時間に対する、消耗電極１５の先端の温度（以下、消耗電極１５の温度と言う）の関係を概略的に示すグラフである。本実施形態では、上述のようにアークａ１を発生させる周期、および、アーク停止期間Ｔ３のいずれもが極めて短いため、同図に示すように、溶接開始時からある程度の期間は、溶接開始時から時間が経過するほど、溶接電流Ｉｗの通電を開始する時における消耗電極１５の温度が高くなる。
【００５３】
図８は、消耗電極１５の温度、および、スタート電流値Ｉｗ１に対するスパッタ発生量の関係について概略的に示す図である。同図に示すように、スパッタの発生量は、消耗電極１５の温度が高いときに、スタート電流値Ｉｗ１が大きいほど入熱が過剰になるために、多くなることが知られている。
【００５４】
そして、本実施形態にかかる方法においては、溶接開始時から一定期間（スタート電流値変化期間Ｔｃ）のあいだ、スタート電流値Ｉｗ１を段階的に減少させている。そのため、溶接開始直後は、比較的大きなスタート電流値Ｉｗ１の溶接電流Ｉｗを流すこととなる。溶接開始直後は、消耗電極１５の温度は常温からほとんど上昇していない。したがって、図８に示したように、スタート電流値Ｉｗ１が比較的大きくても、スパッタの発生量が多くならない。また、本実施形態にかかる方法においては、図７に示したように消耗電極１５の温度が徐々に上昇するのに伴い、スタート電流値Ｉｗ１を段階的に減少させることとなる。このようにすると、図８からわかるように、スタート電流値変化期間Ｔｃの期間中も、スパッタの発生を抑制することができる。さらに、定常溶接期間Ｔｓにおいては、消耗電極１５の温度が比較的高いまま維持される。そのため、定常溶接期間Ｔｓにおいてスタート電流値Ｉｗ１は小さいまま維持することにより、スパッタの発生を抑制することができる。以上より、溶接を行う期間全体にわたってスパッタの発生を抑制することができる。
【００５５】
一方、溶接開始直後などの、消耗電極１５の温度が常温からほとんど上昇していない時には、比較的大きなスタート電流値Ｉｗ１の溶接電流Ｉｗを流すことにより、速やかに多くの熱を消耗電極１５に与えることができる。これにより、迅速にアークａ１を発生させることができる。また図７に示したように消耗電極１５の温度が徐々に上昇するのに伴い、アークａ１を発生させるために要する熱量は少なくなる。そのため、スタート電流値Ｉｗ１を段階的に減少させても、アークａ１を発生させるのに要する時間を長くする必要が無い。以上より、溶接を行う期間全体にわたって迅速にアークａ１を発生させることができる。
【００５６】
以上のように、本実施形態にかかる方法によれば、溶接を行う期間全体にわたってスパッタの発生を抑制することができ、且つ、溶接を行う期間全体にわたって迅速にアークａ１を発生させることができる。
【００５７】
次に、図９、図１０を用いて、本発明の第２実施形態について説明する。図９は、本実施形態にかかる溶接方法において、溶接開始時から経過した時間に対するスタート電流設定信号Ｉｒの変化を示す図である。図１０は、本実施形態にかかる溶接方法における各アークスタート期間Ｔ１ごとのスタート電流値Ｉｗ１の推移を示すグラフである。
【００５８】
本実施形態にかかる溶接方法は、スタート電流値変化期間Ｔｃにおいてスタート電流値Ｉｗ１の値を段階的に減少させるものの、各アークスタート期間Ｔ１ごとにスタート電流値Ｉｗ１の値を減少させず、複数回のアークスタート期間Ｔ１ごとにスタート電流値Ｉｗ１の値を減少させている点において、上述の実施形態と異なる。このような構成によっても、第１実施形態にて述べた理由と同様の理由により、溶接を行う期間全体にわたってスパッタの発生を抑制することができ、且つ、迅速にアークａ１を発生させることができる。
【００５９】
本発明の範囲は上述の実施形態には限定されない。本発明の具体的な構成は種々に設計変更自在である。たとえば、上述の説明では、溶接開始直後の第１回目のアークスタート期間Ｔ１から徐々にスタート電流値Ｉｗ１を減少させる例を示したが、たとえば、第２回目、もしくは、第３回目のアークスタート期間Ｔ１から徐々にスタート電流値Ｉｗ１を減少させてもよい。また、溶滴移行期間Ｔ２においては、消耗電極１５と母材Ｗとを短絡させることにより溶滴を移行させる短絡溶接を行ってもよい。
【符号の説明】
【００６０】
Ａ１  アーク溶接システム
１  溶接ロボット
１１  ベース部材
１２  アーム
１３  モータ
１４  溶接トーチ
１５  消耗電極
１５１  溶滴
１６  ワイヤ送給装置
１６１  送給機構
１９  コイルライナ
２  ロボット制御装置
２１  動作制御回路
２３  ティーチペンダント
３  溶接電源装置
３１  電源回路
３２  電流制御回路
３４  電圧制御回路
３８  送給制御回路
Ｅａ  誤差信号
ＥＩ  電流誤差計算回路
Ｅｉ  電流誤差信号
ＥＶ  電圧誤差計算回路
Ｅｖ  電圧誤差信号
Ｆｃ  送給速度制御信号
Ｆｗ  送給速度
ＩＤ  電流検出回路
Ｉｄ  電流検出信号
Ｉｒ  スタート電流設定信号
Ｉｗ  溶接電流
Ｉｗ１  スタート電流値
Ｉｗ２  溶滴移行電流値
ＭＣ  電力発生回路
Ｍｓ  動作制御信号
ＳＷ  電源特性切替回路
Ｓｗ  電源特性切替信号
Ｔ１  アークスタート期間
Ｔ２  溶滴移行期間
Ｔ３  アーク停止期間
Ｔｃ  スタート電流値変化期間
Ｔｓ  定常溶接期間
Ｔα  単位溶接期間
ＶＤ  電圧検出回路
Ｖｄ  電圧検出信号
Ｖｒ  電圧設定信号
ＶＲ  ロボット移動速度
Ｖｗ  溶接電圧
Ｗ  母材
【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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【図１０】
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