(57)【要約】【課題】  パルスアーク溶接において、磁気吹きによるビード外観の悪化を抑制する。【解決手段】溶接ワイヤを送給すると共に、ピーク期間中のピーク電流及びベース期間中のベース電流の通電を１パルス周期として繰り返して溶接するパルスアーク溶接制御方法において、ベース期間中の溶接電圧の上昇によって、溶接線Ｐｓ−Ｐｅ上の磁気吹き発生区間Ａ１−Ａ２を判別して記憶するテスト溶接を行い、実施工時に、溶接線Ｐｓ−Ｐｅ上の記憶された磁気吹き発生区間Ａ１−Ａ２を溶接するときは溶接電流波形パラメータを自動的に変化させて磁気吹きの発生を抑制する。溶接電流波形パラメータの変化は、ベース電流を大きくすることである。これにより、磁気吹き発生区間Ａ１−Ａ２中はベース電流が増加されるので、アークの硬直性が強くなり、磁気吹きによるアークの偏向は抑制される。この結果、ビード外観が悪化することを防止することができる。【選択図】  図１
2012110951.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、ピーク期間中のピーク電流及びベース期間中のベース電流の通電を１パルス周期として繰り返して溶接するパルスアーク溶接制御方法において、
前記ベース期間中の溶接電圧の上昇によって、溶接線上の磁気吹き発生区間を判別して記憶するテスト溶接を行い、
実施工時に、溶接線上の前記記憶された磁気吹き発生区間を溶接するときは溶接電流波形パラメータを自動的に変化させて磁気吹きの発生を抑制する、
ことを特徴とするパルスアーク溶接制御方法。
【請求項２】
前記溶接電流波形パラメータの変化が、前記ベース電流を大きくすることである、
ことを特徴とする請求項１記載のパルスアーク溶接制御方法。
【請求項３】
前記溶接電流波形パラメータの変化が、前記ピーク電流及び／又は前記ピーク期間を小さくすることである、
ことを特徴とする請求項１記載の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、磁気吹きによる溶接状態の不安定を抑制することができる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】
消耗電極式パルスアーク溶接は、鉄鋼等の溶接に広く使用されている。このパルスアーク溶接では、ピーク期間中は臨界値以上の大電流値のピーク電流を通電し、ベース期間中は臨界値未満の小電流値のベース電流を通電し、これらの通電を１パルス周期として繰り返して溶接が行われる。パルスアーク溶接では、１パルス周期１溶滴移行状態となるので、溶滴移行状態が安定しているために、スパッタの発生が少なく、美しいビード外観を得ることができる。以下、このパルスアーク溶接について図面を参照して説明する。
【０００３】
図５は、パルスアーク溶接における一般的な電流・電圧波形図である。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の時間変化を示す。以下、同図を参照して説明する。
【０００４】
時刻ｔ１〜ｔ２のピーク期間Ｔｐ中は、同図（Ａ）に示すように、溶接ワイヤから溶滴を移行させるために臨界値以上の大電流値のピーク電流Ｉｐが通電し、同図（Ｂ）に示すように、溶接ワイヤと母材との間にアーク長に比例したピーク電圧Ｖｐが印加する。直径１．２mmの鉄鋼ワイヤの臨界値は、２８０Ａ程度である。
【０００５】
時刻ｔ２〜ｔ３のベース期間Ｔｂ中は、同図（Ａ）に示すように、溶滴を形成しないようにするために臨界値未満の小電流値のベース電流Ｉｂが通電し、同図（Ｂ）に示すように、ベース電圧Ｖｂが印加する。時刻ｔ１〜ｔ３までの期間を１周期（パルス周期Ｔｆ）として繰り返して溶接が行われる。
【０００６】
ところで、良好なパルスアーク溶接を行うためには、アーク長を適正値に維持することが重要である。アーク長を適正値に維持するために以下のようなアーク長制御（溶接電源の出力制御）が行われる。アーク長は、同図（Ｂ）で破線で示す溶接電圧平均値Ｖavと略比例関係にある。このために、溶接電圧平均値Ｖavを検出し、この検出値が適正アーク長に相当する溶接電圧設定値と等しくなるように同図（Ａ）の破線で示す溶接電流平均値Ｉavを変化させる出力制御を行う。溶接電圧平均値Ｖavが溶接電圧設定値よりも大きいときはアーク長が適正値よりも長いときであるので、溶接電流平均値Ｉavを小さくしてワイヤ溶融速度を小さくしアーク長が短くなるようにする。他方、溶接電圧平均値Ｖavが溶接電圧設定値よりも小さいときはアーク長が適正値よりも短いときであるので、溶接電流平均値Ｉavを大きくしてワイヤ溶融速度を大きくしアーク長が長くなるようにする。上記の溶接電圧平均値Ｖavとしては、一般的に溶接電圧Ｖｗをローパスフィルタを通した値（平均値、平滑値）が使用される。また、溶接電流平均値Ｉavを変化させる手段として、パルス周期Ｔｆを変化させることが行われている。すなわち、溶接電圧平均値Ｖavが溶接電圧設定値と等しくなるようにパルス周期Ｔｆをフィードバック制御（アーク長制御）している。このときに、ピーク期間Ｔｐ、ピーク電流Ｉｐ及びベース電流Ｉｂは所定値に設定される。ピーク期間Ｔｐは１．０〜１．５ms程度に設定され、ピーク電流Ｉｐは５００〜６００Ａ程度に設定され、ベース電流Ｉｂは２０〜６０Ａ程度に設定される。ピーク期間Ｔｐとピーク電流Ｉｐとの組合せはユニットパルス条件と呼ばれており、１パルス周期１溶滴移行状態になるように設定される。このアーク長制御の方式は、周波数変調制御と呼ばれる。
【０００７】
パルスアーク溶接を含む消耗電極式アーク溶接においては、アーク及び母材を通電する溶接電流によってアーク周辺部に磁界が形成されて、この磁界からアークは力を受けて偏向する場合がある。このような状態を、一般的に磁気吹き又はアークブローと呼んでいる。磁気吹きが発生するかは、母材に通電する溶接電流によって形成される磁界の形態によって決まる。溶接している部分が母材の端部から離れているときには、磁界は対称形状に形成されることが多いために、アークは磁界から偏った力を受けることがないので、磁気吹きは発生しにくい。他方、溶接している部分が母材の端部に近いときは、磁界は非対称形状に形成されるために、アークは磁界から偏った力を受けることになり、磁気吹きが発生しやすくなる。したがって、母材の端部の近くとなることが多い溶接開始部分及び溶接終了部分では、磁気吹きが発生しやすい。消耗電極アークの中でも、短絡移行溶接では磁気吹きは発生しにくく、パルスアーク溶接では発生しやすい。これは、短絡移行溶接では、アーク長がパルスアーク溶接に比べて短いために、磁界からの影響を受けにくいためである。他方、パルスアーク溶接では、大電流値のピーク電流Ｉｐが通電しているときは強い磁界が形成され、小電流値のベース電流Ｉｂが通電しているときは弱い磁界が形成されている。パルスアーク溶接では、この磁界の強さの変化が大きいこと、かつ、ベース電流Ｉｂが小さいので磁界から偏った力を受けると直ぐにアークが偏向すること、が原因となって磁気吹きが発生しやすい。したがって、パルスアーク溶接では、磁気吹きによるアークの偏向は、ベース期間Ｔｂ中に発生しやすい。
【０００８】
図６は、磁気吹きが発生したときのアーク状態を示す図である。同図（Ａ）に示すように、溶接ワイヤ１と母材２との間に通常のアーク３が発生している。この状態で磁気吹きが発生すると、同図（Ｂ）に示すように、アーク３は磁界からの力によって大きく偏向し、アーク長が長くなる。さらに偏向が大きくなると、同図（Ｃ）に示すように、アークを維持することができなくなりアーク切れが発生する。パルスアーク溶接では、ピーク期間中は大電流が通電するのでアークの硬直性が強く、磁界からの力が作用してもアークはほとんど偏向しない。他方、ベース期間中は小電流が通電するのでアークの硬直性が弱く、磁界からの力によって大きく偏向する。したがって、磁気吹きが発生してアーク切れが生じるのは、ほとんどベース期間中である。磁気吹きによるアーク切れが多数回発生すると、アーク発生状態が不安定となり、スパッタの大量発生、ビード外観の悪化等が生じる。したがって、パルスアーク溶接においては、磁気吹きによるアーク切れを抑制することは良好な溶接品質を得るために重要である。
【０００９】
図７は、パルスアーク溶接において磁気吹きが発生したときの電流・電圧波形図である。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の時間変化を示す。以下、同図を参照して説明する。
【００１０】
時刻ｔ１〜ｔ２のピーク期間Ｔｐ中は、同図（Ａ）に示すように、臨界値以上のピーク電流Ｉｐが通電し、同図（Ｂ）に示すように、アーク長に略比例したピーク電圧Ｖｐが印加する。時刻ｔ２以降のベース期間Ｔｂ中は、同図（Ａ）に示すように、臨界値未満のベース電流Ｉｂが通電し、同図（Ｂ）に示すように、アーク長に略比例したベース電圧Ｖｂが印加する。
【００１１】
時刻ｔ２１において、磁気吹きが発生してアークが偏向すると、同図（Ｂ）に示すように、アークの偏向に伴ってアーク長が長くなり、ベース電圧Ｖｂが次第に上昇して大きくなる。一方、同図（Ａ）に示すように、ベース電流Ｉｂは定電流制御されているので一定値のままである。時刻ｔ３において、磁気吹きによるアークの偏向がさらに大きくなると、アーク長が非常に長くなるためにアークを維持することができなくなり、アーク切れが発生する。アーク切れが発生すると、同図（Ａ）に示すように、溶接電流Ｉｗは通電しなくなり、同図（Ｂ）に示すように、溶接電圧Ｖｗは出力最大電圧の無負荷電圧となる。
【００１２】
図８は、特許文献１に開示された磁気吹きによるアーク切れを防止するための磁気吹き対策制御を示す電流・電圧波形図である。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の時間変化を示す。同図において時刻ｔ１〜ｔ３のパルス周期中は磁気吹きが発生していない安定した溶接状態のときを示しており、続く時刻ｔ３〜ｔ５のパルス周期中は磁気吹きが発生した溶接状態のときを示している。
【００１３】
時刻ｔ１〜ｔ３のパルス周期中は、磁気吹きが発生していないために、安定した溶接状態にある。この期間中の動作については、上述した図５と同一であるので、説明は省略する。
【００１４】
時刻ｔ３〜ｔ４のピーク期間Ｔｐ中は、同図（Ａ）に示すように、ピーク電流Ｉｐが通電し、同図（Ｂ）に示すように、ピーク電圧Ｖｐが印加する。時刻ｔ４からベース期間Ｔｂが開始し、同図（Ａ）に示すように、ベース電流Ｉｂが通電し、同図（Ｂ）に示すように、通常値のベース電圧Ｖｂが印加する。このベース期間Ｔｂ中の時刻ｔ４１において、磁気吹きが発生してアークが偏向したためにアーク長が長くなり、同図（Ｂ）に示すように、ベース電圧Ｖｂが上昇して高くなる。そして、時刻ｔ４２において、ベース電圧Ｖｂの値が、破線で示す予め定めた基準電圧値Ｖｔ以上になる。ベース電圧値Ｖｂが上記の基準電圧値Ｖｔ以上になったことを判別すると、同図（Ａ）に示すように、ベース電流Ｉｂの値を通常値よりも増加させて２００Ａ以上にする。時刻ｔ４２〜ｔ４３の期間中は、ベース電圧値Ｖｂが上記の基準電圧値Ｖｔ以上になっている。この期間中は、同図（Ａ）に示すように、２００Ａ以上に増加されたベース電流が通電する。
【００１５】
時刻ｔ４２〜ｔ４３の期間中は、ベース電流Ｉｂの値が２００Ａ以上に増加するので、アークがワイヤ送給方向に発生する性質である硬直性が強くなるために、アークの偏向が正常な状態に戻されることになる。このために、同図（Ｂ）に示すように、時刻ｔ４３において、ベース電圧値Ｖｂは上記の基準電圧値Ｖｔ未満になり、その後は急速に減少して通常値に戻る。したがって、磁気吹きは、時刻ｔ４１に発生して、時刻ｔ４３の直後に解消される。時刻ｔ４３において、同図（Ａ）に示すように、ベース電流Ｉｂの値は通常値に戻る。時刻ｔ４３〜ｔ５の残りのベース期間Ｔｂ中は、同図（Ａ）に示すように、ベース電流Ｉｂの値は通常値のままであり、同図（Ｂ）に示すように、通常値のベース電圧値Ｖｂが印加する。この期間のアークは、磁気吹きが発生していないので、安定した状態にある。
【００１６】
上記において、基準電圧値Ｖｔは、磁気吹きが発生していない状態でのベース電圧値Ｖｂの変動を考慮して、溶接条件に応じて適正値に設定する。例えば、ベース電圧Ｖｂの変動は、ピーク電圧値Ｖｐまで及ぶことはないので、基準電圧値Ｖｔをピーク電圧値Ｖｐに近い値に設定する。また、ベース電圧Ｖｂと基準電圧値Ｖｔとの比較にあたって、ヒステリシスを持たせるようにしても良い。すなわち、ベース電圧Ｖｂが通常値から上昇していくときの基準値を第１基準電圧値Ｖt1とし、ベース電圧Ｖｂが一旦Ｖt1以上になりその後に下降するときの基準値を第２基準電圧値Ｖt2とするものである。このときに、Ｖt1＞Ｖt2である。また、ベース電圧Ｖｂの上昇率（微分値＝ｄＶｗ／ｄｔ）が基準値に達したことによって磁気吹きの発生を判別し、その後にベース電圧Ｖｂの下降率が基準値に達したことによって磁気吹きの解消を判別するようにしても良い。ベース電圧Ｖｂの上昇による従来から行われている種々の磁気吹きの発生の判別方法を使用することができる。上記の増加したベース電流値は、２００〜５００Ａ程度の範囲で、アークの偏向を修正することができる値に実験によって設定される。
【００１７】
このような磁気吹き対策制御を行うことによって、磁気吹きによるアーク切れを防止することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１８】
【特許文献１】特開２００４−２６８０８１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１９】
上述した従来技術では、磁気吹きによるアークの偏向を判別してベース電流を２００Ａ以上に増加させることによって、アーク切れの発生を防止することができる。しかし、このような方法では、磁気吹きによってアークがある程度まで偏向してアーク長が長くなった状態を判別していることになる。このために、磁気吹きによってアークがある程度まで偏向した状態で溶接を行うことになるために、ビード外観が悪くなる場合が生じる。すなわち、従来技術では、磁気吹きによるアーク切れに伴うビード外観の著しい悪化を防止することができるが、ビード外観がある程度悪くなることは避けられなかった。
【００２０】
そこで、本発明では、磁気吹きによるビード外観の悪化を防止することができる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】
【００２１】
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、ピーク期間中のピーク電流及びベース期間中のベース電流の通電を１パルス周期として繰り返して溶接するパルスアーク溶接制御方法において、
前記ベース期間中の溶接電圧の上昇によって、溶接線上の磁気吹き発生区間を判別して記憶するテスト溶接を行い、
実施工時に、溶接線上の前記記憶された磁気吹き発生区間を溶接するときは溶接電流波形パラメータを自動的に変化させて磁気吹きの発生を抑制する、
ことを特徴とするパルスアーク溶接制御方法である。
【００２２】
請求項２の発明は、前記溶接電流波形パラメータの変化が、前記ベース電流を大きくすることである、
ことを特徴とする請求項１記載のパルスアーク溶接制御方法である。
【００２３】
請求項３の発明は、前記溶接電流波形パラメータの変化が、前記ピーク電流及び／又は前記ピーク期間を小さくすることである、
ことを特徴とする請求項１記載のパルスアーク溶接制御方法である。
【発明の効果】
【００２４】
本発明によれば、ベース期間中の溶接電圧の上昇によって、溶接線上の磁気吹き発生区間を判別して記憶するテスト溶接を行い、実施工時に、溶接線上の前記記憶された磁気吹き発生区間を溶接するときは溶接電流波形パラメータを自動的に変化させて磁気吹きの発生を抑制している。このために、磁気吹きによるアークの偏向を抑制することができるので、ビード外観を良好に保つことができる。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】本発明の実施の形態に係るパルスアーク溶接制御方法を説明するために、溶接対象となる溶接線Ｐｓ−Ｐｅを直線として示した図である。
【図２】本発明の実施の形態に係るパルスアーク溶接制御方法を示す電流・電圧波形図である。
【図３】本発明の実施の形態に係るパルスアーク溶接制御方法を示す図２とは異なる電流・電圧波形図である。
【図４】本発明の実施の形態に係るパルスアーク溶接制御方法を実施するための溶接装置のブロック図である。
【図５】従来技術におけるパルスアーク溶接の電流・電圧波形図である。
【図６】従来技術において磁気吹きが発生したときのアーク状態を示す図である。
【図７】従来技術の、パルスアーク溶接において磁気吹きが発生したときの電流・電圧波形図である。
【図８】従来技術における磁気吹きによるアーク切れを防止するための磁気吹き対策制御を示す電流・電圧波形図である。
【発明を実施するための形態】
【００２６】
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。
【００２７】
図１は、本発明の実施の形態に係るパルスアーク溶接制御方法を説明するために、溶接対象となる溶接線Ｐｓ−Ｐｅを直線として示した図である。同図において、左端Ｐｓは溶接開始位置を示し、右端Ｐｅは溶接終了位置を示す。この溶接線Ｐｓ−Ｐｅを、ロボットを使用して、図８で上述した磁気吹き対策制御を付加したパルスアーク溶接を行う。パルスアーク溶接は、テスト溶接と実施工溶接とに分けて行われる。
【００２８】
（１）テスト溶接
図８で上述した磁気吹きによるアークの偏向を判別しながら溶接開始位置Ｐｓから溶接線に沿って溶接を開始する。溶接中に磁気吹きの発生を判別した場合は、溶接線上の位置を記憶する。同図においては、溶接線上のＡ１からＡ２の間の区間において磁気吹きの発生が判別されたとする。このＡ１−Ａ２の区間を、磁気吹き発生区間と呼ぶことにする。したがって、同図においては、溶接線は３つの区間に分けられることになる。第１区間Ｐｓ−Ａ１は磁気吹きが発生しなかった区間であり、第２区間Ａ１−Ａ２は磁気吹き発生区間であり、第３区間Ａ２−Ｐｅは磁気吹きが発生しなかった区間である。すなわち、テスト溶接では、溶接線上の磁気吹き発生区間を判別して記憶する動作を行っている。磁気吹き発生の判別は、上述したように、ベース電圧が基準電圧値以上に上昇したことによって行うことができる。また、ベース電圧の上昇率が基準上昇率以上になったことによって行うこともできる。磁気吹きを判別したときは、上述したように、ベース電流を増加させてアーク切れを防止するようにしている。テスト溶接であるので、ベース電流の増加を行わないようにしても良い。。磁気吹き発生区間Ａ１−Ａ２は、磁気吹き発生を判別したパルス周期が連続している区間として判別することができる。同図では、磁気吹き発生区間が１つの場合であるが、複数の区間が存在する場合がある。また、磁気吹き発生区間の判別に裕度を持たせるために、磁気吹き発生区間の開始位置を、溶接中に最初に磁気吹きの発生が判別された位置よりも所定距離だけ前の位置（溶接開始位置Ｐｓを前方の限界とする）にしても良い。同様に、磁気吹き発生区間の終了位置を、溶接中に最後に磁気吹きの発生が判別された位置よりも所定距離だけ後の位置（溶接終了位置Ｐｅを後方の限界とする）にしても良い。上記の所定距離は、３〜１０mm程度の範囲で実験によって適正値に設定される。また、磁気吹き発生区間を、単位パルス周期当たり基準周期以上に磁気吹きの発生が判別された区間としても良い。例えば、１０パルス周期当たり５パルス周期において磁気吹き発生が判別された区間を磁気吹き発生区間とする。単位パルス周期は、１０〜１００程度の範囲で実験によって適正値に設定され、基準パルス回数は百分率で３０〜１００％程度の範囲で実験によって適正値に設定される。
【００２９】
（２）実施工溶接
実施工に際しては、第１区間Ｐｓ−Ａ１を溶接するときは溶接電流波形パラメータは通常値のままであり、第２区間である磁気吹き発生区間Ａ１−Ａ２を溶接するときは溶接電流波形パラメータは磁気吹きによってアークが偏向しない値に自動的に変化させ、第３区間Ａ２−Ｐｅを溶接するときは溶接電流波形パラメータを通常値に戻す。溶接電流波形パラメータの変化は、以下の場合がある。
【００３０】
ａ）溶接電流波形パラメータの変化が、ベース電流Ｉｂを増加させることである。ベース電流Ｉｂの通常値は、上述したように、２０〜６０Ａ程度である。これを、磁気吹き発生区間では、１．５〜２．０倍程度増加させる。この増加したベース電流を磁気吹き対策ベース電流Ｉbaと呼ぶことにする。ベース電流Ｉｂが増加すると、アークの硬直性が強くなるので、磁気吹きによるアークの偏向が生じにくくなる。この結果、アークが偏向しないので、ビード外観が悪くなることを抑制することができる。但し、ベース電流Ｉｂを増加させると、溶滴移行状態がやや不安定になる場合が生じて、スパッタの発生がやや多くなる。しかし、従来技術のようにビード外観が悪くなるよりも、ややスパッタが増える方が溶接品質に与える影響は少ない。磁気吹き発生区間でない第１区間Ｐｓ−Ａ１及び第３区間Ａ２−Ｐｅでは、ベース電流Ｉｂを通常値としているのは、このスパッタの増加を避けるためである。従来技術とは異なり磁気吹きによるアークの偏向がある程度進行してからベース電流Ｉｂを増加させるのではなく、アークの偏向が生じる前にベース電流Ｉｂを増加させているので、アークの偏向を前もって抑制することができる。したがって、ベース電流の増加値も、従来技術に比べて本実施の形態の方が相当に少なくて良い。このことも、ビード外観に与える影響を少なくしている。
【００３１】
ｂ）溶接電流波形パラメータの変化が、ピーク電流Ｉｐ及び／又はピーク期間Ｔｐを小さくすることである。ピーク電流Ｉｐの通常値は、上述したように、５００〜６００Ａ程度であり、ピーク期間Ｔｐの通常値は、上述したように、１．０〜１．５ms程度である。これを、磁気吹き発生区間では、１０〜２０％程度小さくする。この小さくしたピーク電流を磁気吹き対策ピーク電流Ｉpaと呼び、小さくしたピーク期間を磁気吹き対策ピーク期間Ｔpaと呼ぶことにする。このようにすると、上述した周波数変調制御によってベース期間Ｔｂが短くなる。ベース期間Ｔｂが短くなると、磁気吹きによってアークが少し偏向したときに次のピーク電流Ｉｐの通電が開始されることになり、アークの偏向は修正される。この結果、アークの偏向が少なくなるので、ビード外観が悪くなることを抑制することができる。但し、ピーク電流Ｉｐ及び／又はピーク期間Ｔｐを小さくすると、溶滴移行状態がやや不安定になる場合が生じて、スパッタの発生がやや多くなる。しかし、従来技術のようにビード外観が悪くなるよりも、ややスパッタが増える方が溶接品質に与える影響は少ない。磁気吹き発生区間でない第１区間Ｐｓ−Ａ１及び第３区間Ａ２−Ｐｅでは、ピーク電流Ｉｐ及びピーク期間Ｔｐを通常値としているのは、このスパッタの増加を避けるためである。従来技術とは異なり磁気吹きによるアークの偏向がある程度進行してからベース電流Ｉｂを増加させるのではなく、アークの偏向が生じる前にピーク電流Ｉｐ及び／又はピーク期間Ｔｐを小さくしているので、アークの偏向を前もって抑制することができる。
【００３２】
図２は、上述した本発明の実施の形態に係るパルスアーク溶接制御方法を示す電流・電圧波形図である。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の時間変化を示す。同図において、時刻ｔ３以前の期間は図１の第１区間Ｐｓ−Ａ１に対応しており、時刻ｔ３以降の期間は図１の第２区間（磁気吹き発生区間）Ａ１−Ａ２に対応している。したがって、時刻ｔ３時点は、図１の位置Ａ１に対応している。同図は、磁気吹き発生区間中は、上記ａ）に示すように、ベース電流Ｉｂを通常値から増加させて、磁気吹き対策ベース電流Ｉbaを通電する場合である。また、同図は、上述した図８と対応しており、時刻ｔ３以前の期間の動作は同一であるので説明は簡略化する。
【００３３】
時刻ｔ１〜ｔ３のパルス周期中は、磁気吹きが発生していない区間にあるために、安定した溶接状態にある。時刻ｔ１〜ｔ２の通常値のピーク期間Ｔｐ中は、同図（Ａ）に示すように、通常値のピーク電流Ｉｐが通電し、同図（Ｂ）に示すように、ピーク電圧Ｖｐが印加する。時刻ｔ２〜ｔ３のベース期間Ｔｂ中は、同図（Ａ）に示すように、通常値のベース電流Ｉｂが通電し、同図（Ｂ）に示すように、通常値のベース電圧Ｖｂが印加する。
【００３４】
時刻ｔ３以降の期間は、テスト溶接によって磁気吹き発生区間として判別されている。時刻ｔ３〜ｔ４の通常値のピーク期間Ｔｐ中は、同図（Ａ）に示すように、通常値のピーク電流Ｉｐが通電し、同図（Ｂ）に示すように、ピーク電圧Ｖｐが印加する。時刻ｔ４からベース期間Ｔｂが開始し、同図（Ａ）に示すように、通常値よりも大きな磁気吹き対策ベース電流Ｉbaが通電する。また、時刻ｔ４〜ｔ４１までの期間中は、同図（Ｂ）に示すように、通常値のベース電圧Ｖｂが印加する。このベース期間Ｔｂ中の時刻ｔ４１において、磁気吹きが発生してアークに偏った力が作用するが、磁気吹き対策ベース電流Ｉbaが通電しているので、アークの偏向は溶接品質に影響を与えない程度の非常に小さいものである。この磁気吹きのために、時刻ｔ４１〜ｔ５の期間中は、同図（Ｂ）に示すように、ベース電圧Ｖｂが通常値よりも少しだけ大きくなる。このベース電圧Ｖｂの上昇はわずかであるので、破線で示す基準電圧値Ｖｔよりもかなり小さな値である。したがって、磁気吹きの発生が、判別されることはない。時刻ｔ３〜ｔ５の期間の動作が、磁気吹き発生区間Ａ１−Ａ２の間繰り返されることになる。そして、溶接位置が第３区間Ａ２−Ｐｅに入ると、時刻ｔ１〜ｔ３の期間の動作に戻ることになる。
【００３５】
図３は、上述した本発明の実施の形態に係るパルスアーク溶接制御方法を示す図２とは異なる電流・電圧波形図である。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の時間変化を示す。同図において、時刻ｔ３以前の期間は図１の第１区間Ｐｓ−Ａ１に対応しており、時刻ｔ３以降の期間は図１の第２区間（磁気吹き発生区間）Ａ１−Ａ２に対応している。したがって、時刻ｔ３時点は、図１の位置Ａ１に対応している。同図は、図２とは異なり、磁気吹き発生区間中は、上記ｂ）に示すように、ピーク電流Ｉｐを通常値から小さくして磁気吹き対策ピーク電流Ｉpaに変化させ、ピーク期間Ｔｐを通常値から小さくして磁気吹き対策ピーク期間Ｔpaに変化させる場合である。また、同図は、上述した図８と対応しており、時刻ｔ３以前の期間の動作は同一であるので説明は簡略化する。
【００３６】
時刻ｔ１〜ｔ３のパルス周期中は、磁気吹きが発生していない区間にあるために、安定した溶接状態にある。時刻ｔ１〜ｔ２の通常値のピーク期間Ｔｐ中は、同図（Ａ）に示すように、通常値のピーク電流Ｉｐが通電し、同図（Ｂ）に示すように、ピーク電圧Ｖｐが印加する。時刻ｔ２〜ｔ３のベース期間Ｔｂ中は、同図（Ａ）に示すように、通常値のベース電流Ｉｂが通電し、同図（Ｂ）に示すように、通常値のベース電圧Ｖｂが印加する。
【００３７】
時刻ｔ３以降の期間は、テスト溶接によって磁気吹き発生区間として判別されている。時刻ｔ３〜ｔ４の磁気吹き対策ピーク期間Ｔpa中は、同図（Ａ）に示すように、磁気吹き対策ピーク電流Ｉpaが通電し、同図（Ｂ）に示すように、ピーク電圧Ｖｐが印加する。時刻ｔ４からベース期間Ｔｂが開始し、同図（Ａ）に示すように、通常値のベース電流Ｉｂが通電する。また、時刻ｔ４〜ｔ４１の期間中は、同図（Ｂ）に示すように、通常値のベース電圧Ｖｂが印加する。時刻ｔ４〜ｔ５のベース期間の時間長さは、時刻ｔ２〜ｔ３のベース期間の時間長さよりも短くなっている。これは、ピーク電流及びピーク期間が小さくなっているために、上述した周波数変調制御によってベース期間が短くなるためである。このベース期間Ｔｂ中の時刻ｔ４１において、磁気吹きが発生してアークに偏った力が作用するが、ベース期間が短いためにその後直ぐに次の磁気吹き対策ピーク電流Ｉpaの通電が開始されて、アークの偏向はすこしだけ進行した状態で修正されることになる。この磁気吹きのために、時刻ｔ４１〜ｔ５の期間中は、同図（Ｂ）に示すように、ベース電圧Ｖｂが通常値よりも少しだけ大きくなる。このベース電圧Ｖｂの上昇はわずかであるので、破線で示す基準電圧値Ｖｔよりもかなり小さな値である。したがって、磁気吹きの発生が、判別されることはない。時刻ｔ３〜ｔ５の期間の動作が、磁気吹き発生区間Ａ１−Ａ２の間繰り返されることになる。そして、溶接位置が第３区間Ａ２−Ｐｅに入ると、時刻ｔ１〜ｔ３の期間の動作に戻ることになる。ピーク電流及び／又はピーク期間を小さくすると、周波数変調制御によってベース期間が短くなるために、磁気吹きによるアークの偏向は初期状態ですぐに修正されることになり、溶接品質への影響を防止することができる。
【００３８】
図４は、上述した本発明の実施の形態に係るパルスアーク溶接制御方法を実施するための溶接装置のブロック図である。溶接装置は、主に破線で囲まれた溶接電源ＰＳ、ロボット制御装置ＲＣ、ロボット（図示は省略）等から構成されている。以下、同図を参照して各ブロックについて説明する。
【００３９】
溶接電源ＰＳは、以下の各ブロックから構成されている。但し、溶接ワイヤ１を送給制御するための回路については、省略している。電源主回路ＭＣは、３相２００Ｖ等の交流商用電源（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等の出力制御を行い、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ＭＣは、図示は省略するが、交流商用電源を整流する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、高周波交流を溶接に適した電圧値に降圧するインバータトランス、降圧された高周波交流を整流する２次整流回路から構成されている。リアクトルＷＬは、上記の電源主回路ＭＣの＋側出力と溶接トーチ４との間に挿入されており、電源主回路ＭＣの出力を平滑する。溶接ワイヤ１は、ワイヤ送給機（図示は省略）の送給ロール５の回転によって溶接トーチ４内を通って送給されて、母材２との間にアーク３が発生する。ワイヤ送給機及び溶接トーチ４は、ロボットに搭載されている。
【００４０】
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を平均化（ローパスフィルタを通す）して、電圧平均信号Ｖavを出力する。電圧設定回路ＶＲは、所望値の電圧設定信号Ｖｒを出力する。電圧誤差増幅回路ＥＶは、上記の電圧設定信号Ｖｒと上記の電圧平均信号Ｖavとの誤差を増幅して、電圧誤差増幅信号Ｅｖを出力する。Ｖ／ＦコンバータＶＦは、この電圧誤差増幅信号Ｅｖに応じた周波数で短時間Ｈｉｇｈレベルになるトリガ信号であるパルス周期信号Ｔｆを出力する。このパルス周期信号Ｔｆは、ピーク期間とベース期間とを１周期とする周波数を決定する信号である。ピーク期間設定回路ＴＰＲは、予め定めたピーク期間設定信号Ｔprを出力する。ピーク期間タイマ回路ＴＴＰは、このピーク期間設定信号Ｔpr及び上記のパルス周期信号Ｔｆ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ピーク期間設定信号Ｔprによって定まる期間だけＨｉｇｈレベルとなり、その後は次にパルス周期信号ＴｆがＨｉｇｈレベルになるまでＬｏｗレベルとなるピーク期間信号Ｔtpを出力する。したがって、このピーク期間信号Ｔtpは、ピーク期間中はＨｉｇｈレベルとなり、ベース期間中はＬｏｗレベルとなる信号である。
【００４１】
磁気吹き発生判別回路ＡＤは、上記の電圧検出信号Ｖｄ及び上記のピーク期間信号Ｔtpを入力として、ピーク期間信号ＴtpがＬｏｗレベル（ベース期間）のときの電圧検出信号Ｖｄの値が予め定めた基準電圧値以上であるときのみＨｉｇｈレベルになる磁気吹き発生判別信号Ａｄを出力する。すなわち、この磁気吹き発生判別信号Ａｄは、ベース電圧が磁気吹きによるアークの偏向によって上昇したことを判別してＨｉｇｈレベルになる信号である。磁気吹きの発生を、上述したように、ベース電圧の上昇率が基準上昇率以上になってから、下降率が基準下降率以上になった期間として判別しても良い。
【００４２】
ピーク電流設定回路ＩＰＲは、予め定めたピーク電流設定信号Ｉprを出力する。ベース電流設定回路ＩＢＲは、上記の磁気吹き発生判別信号Ａｄ及び後述するロボット制御装置ＲＣからの磁気吹き発生区間信号Ｐｄを入力として、磁気吹き発生判別信号ＡｄがＨｉｇｈレベルのときは予め定めた増加値のベース電流設定信号Ｉbrを出力し、磁気吹き発生判別信号ＡｄがＬｏｗレベルでありかつ磁気吹き発生区間信号ＰｄがＬｏｗレベル（非磁気吹き発生区間）のときは予め定めた通常値のベース電流設定信号Ｉbrを出力し、磁気吹き発生判別信号ＡｄがＬｏｗレベルでありかつ磁気吹き発生区間信号ＰｄがＨｉｇｈレベル（磁気吹き発生区間）のときは予め定めた磁気吹き対策ベース電流値のベース電流設定信号Ｉbrを出力する。切換回路ＳＷは、上記のピーク期間信号ＴtpがＨｉｇｈレベルのときは上記のピーク電流設定信号Ｉprを電流切換設定信号Ｉswとして出力し、Ｌｏｗレベルのときは上記のベース電流設定信号Ｉbrを電流切換設定信号Ｉswとして出力する。
【００４３】
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。電流誤差増幅回路ＥＩは、上記の電流切換設定信号Ｉsw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。駆動回路ＤＶは、この電流誤差増幅信号Ｅｉ及び後述するロボット制御装置ＲＣからの起動信号Ｏｎを入力として、起動信号ＯｎがＨｉｇｈレベルのときは電流誤差増幅信号Ｅｉに基いてＰＷＭ変調制御を行ない上記のインバータ回路を駆動するための駆動信号Ｄｖを出力し、起動信号ＯｎがＬｏｗレベルのときは駆動信号Ｄｖを出力しない。
【００４４】
ロボット制御装置ＲＣは、上記の磁気吹き発生判別信号Ａｄを入力として、テスト溶接モード又は実施工溶接モードが選択されて、各モードのときに以下のような動作を行い、起動信号Ｏｎ及び磁気吹き発生区間信号Ｐｄを出力する。
１）テスト溶接モードでは、図１で上述したように、溶接開始位置Ｐｓに溶接トーチを移動させた時点で起動信号ＯｎをＨｉｇｈレベルにして出力する。その後は、作業プログラムに従って溶接線に沿って溶接を行う。この溶接中に、磁気吹き発生判別信号Ａｄが１パルス周期中にＨｉｇｈレベルとなった区間を磁気吹き発生区間として記憶する。溶接トーチを溶接終了位置Ｐｅまで移動させた時点で、起動信号ＯｎをＬｏｗレベルにして溶接を終了する。
２）実施工溶接モードでは、図１で上述したように、溶接開始位置Ｐｓに溶接トーチを移動させた時点で起動信号ＯｎをＨｉｇｈレベルにして出力する。その後は、作業プログラムに従って溶接線に沿って溶接を行う。この溶接中に、溶接トーチの位置が記憶した磁気吹き発生区間にあるときは、磁気吹き発生区間信号ＰｄをＨｉｇｈレベルにして出力する。溶接トーチを溶接終了位置Ｐｅまで移動させた時点で、起動信号ＯｎをＬｏｗレベルにして溶接を終了する。
【００４５】
テスト溶接及び実施工溶接のどちらの場合でも、磁気吹き発生判別信号ＡｄがＨｉｇｈレベルになると、ベース電流を増加させて磁気吹きによるアークの偏向を修正するようにしている。しかし、実施工溶接では、磁気吹き発生区間にあるときには磁気吹き対策ベース電流が通電するので、磁気吹き発生判別信号ＡｄがＨｉｇｈレベルになることはごく稀なケースである。
【００４６】
同図は、磁気吹き発生区間信号ＰｄがＨｉｇｈレベルのときに、ベース電流Ｉｂを磁気吹き対策ベース電流Ｉbaに変化させる場合である。これ以外にも、上述したように、磁気吹き発生区間信号ＰｄがＨｉｇｈレベルのときに、ピーク電流Ｉｐを磁気吹き対策ピーク電流Ｉpaに変化させ、ピーク期間Ｔｐを磁気吹き対策ピーク期間Ｔpaに変化させるようにしても良い。このようにする場合には、ロボット制御装置ＲＣからの磁気吹き発生区間信号Ｐｄを、ピーク電流設定回路ＩＰＲ及びピーク期間設定回路ＴＰＲに入力して、その値を切り換えるようにすれば良い。
【００４７】
上述した実施の形態によれば、ベース期間中の溶接電圧の上昇によって、溶接線上の磁気吹き発生区間を判別して記憶するテスト溶接を行い、実施工時に、溶接線上の前記記憶された磁気吹き発生区間を溶接するときは溶接電流波形パラメータを自動的に変化させて磁気吹きの発生を抑制している。このために、磁気吹きによるアークの偏向を抑制することができるので、ビード外観を良好に保つことができる。
【符号の説明】
【００４８】
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
Ａ１−Ａ２        磁気吹き発生区間
ＡＤ            磁気吹き発生判別回路
Ａｄ            磁気吹き発生判別信号
ＤＶ            駆動回路
Ｄｖ            駆動信号
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
Ｉav            溶接電流平均値
Ｉｂ            ベース電流
Ｉba            磁気吹き対策ベース電流
ＩＢＲ            ベース電流設定回路
Ｉbr            ベース電流設定信号
ＩＤ            電流検出回路
Ｉｄ            電流検出信号
Ｉｐ            ピーク電流
Ｉpa            磁気吹き対策ピーク電流
ＩＰＲ            ピーク電流設定回路
Ｉpr            ピーク電流設定信号
Ｉsw            電流切換設定信号
Ｉｗ            溶接電流
ＭＣ            電源主回路
Ｏｎ            起動信号
Ｐｄ            磁気吹き発生区間信号
Ｐｅ            溶接終了位置
Ｐｓ            溶接開始位置
ＲＣ            ロボット制御装置
ＳＷ            切換回路
Ｔｂ            ベース期間
Ｔｆ            パルス周期（信号）
Ｔｐ            ピーク期間
Ｔpa            磁気吹き対策ピーク期間
ＴＰＲ            ピーク期間設定回路
Ｔpr            ピーク期間設定信号
ＴＴＰ            ピーク期間タイマ回路
Ｔtp            ピーク期間信号
ＶＡＶ            電圧平均化回路
Ｖav            電圧平均信号／溶接電圧平均値
Ｖｂ            ベース電圧
ＶＤ            電圧検出回路
Ｖｄ            電圧検出信号
ＶＦ            Ｖ／Ｆコンバータ
Ｖｐ            ピーク電圧
ＶＲ            電圧設定回路
Ｖｒ            電圧設定信号
Ｖｔ            基準電圧値
Ｖt1            第１基準電圧値
Ｖt2            第２基準電圧値
Ｖｗ            溶接電圧
ＷＬ            リアクトル
【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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