(57)【要約】【課題】生産性の高いアーク溶接方法、及びステータコイルの製造方法を提供する。【解決手段】本実施形態にかかるアーク溶接方法は、溶接対象物であるコイル１１、１２の近傍にタングステン電極２１を配置するステップと、ピーク電流期間において、タングステン電極２１にピーク電流を供給するステップと、ピーク電流期間の後、タングステン電極２１に供給する電流をピーク電流から徐々に減少させていくステップと、を備えたものである。【選択図】図１０
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
溶接対象物の近傍に電極を配置するステップと、
ピーク電流期間において、前記電極にピーク電流を供給するステップと、
前記ピーク電流期間の後、前記電極に供給する電流を前記ピーク電流から徐々に減少させていくステップと、を備えたアーク溶接方法。
【請求項２】
前記ピーク電流よりも低いベース電流を供給するため、ベース電流パルスが複数回供給されている請求項１に記載のアーク溶接方法。
【請求項３】
前記ピーク電流期間において、前記ベース電流パルスが複数回供給されている請求項２に記載のアーク溶接方法。
【請求項４】
前記電流を前記ピーク電流から減少させ始めるタイミングの近傍の前記ベース電流パルスを第２のベース電流パルスとし、前記第２のベース電流パルスの直前の前記ベース電流パルスを第１のベース電流パルスとし、
アーク開始から、前記第１のベース電流パルスまでの時間をＴ１とし、前記第２のベース電流パルスまでの時間をＴ２とした場合に、前記Ｔ１が（Ｔ２−Ｔ１）以上となっている請求項２、又は３に記載のアーク溶接方法。
【請求項５】
前記電流を前記ピーク電流から０まで徐々に減少させていくダウンスロープ期間が、前記ピーク電流期間よりも長くなっている請求項１〜４のいずれか１項に記載のアーク溶接方法。
【請求項６】
前記溶接対象物が、並んで配置された平角線である請求項１〜５のいずれか１項に記載のアーク溶接方法。
【請求項７】
請求項１〜６のいずれか１項に記載のアーク溶接方法によって、前記溶接対象物となるセグメントコイルを溶接するステータコイルの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、アーク溶接方法、及びステータコイルの製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１には、ステータコイルの製造方法において、平角線の端部先端部ペアをアーク溶接して、接合する技術が開示されている。特許文献１では、平角線の端部先端部ペアの近傍にトーチを配置し、トーチと根元電極との間に電圧を印加する。これにより、トーチと端部先端部ペアとの間にアークが発生して、端部先端部ペアの先端部が溶融する。こうすることで、２本の平角線をアーク溶接することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００４−３２８９７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
平角線のアスペクト比が大きい場合、アーク溶接時において、継手の四隅角部が溶融されない問題がある。四隅角部が溶融されない場合、１継手を複数回溶接して、角部を溶融させる必要がある。すなわち、継手部分の中央部を溶融した後、角部を溶融する必要がある。したがって、設備投資増大を招いてしまい、生産性が低下してしまうという問題点がある。
【０００５】
本発明は、上記の問題点を鑑みてなされたものであり、生産性の高いアーク溶接方法、及びステータコイルの製造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】
【０００６】
本発明の一態様に係るアーク溶接方法は、溶接対象物の近傍に電極を配置するステップと、ピーク電流期間において、前記電極にピーク電流を供給するステップと、前記ピーク電流期間の後、前記電極に供給する電流を前記ピーク電流から徐々に減少させていくステップと、を備えるものである。
上記のアーク溶接方法において、前記ピーク電流よりも低いベース電流を供給するため、ベース電流パルスが複数回供給されていてもよい。
上記のアーク溶接方法では、前記ピーク電流期間において、前記ベース電流パルスが複数回供給されていてもよい。
上記のアーク溶接方法において、前記電流を前記ピーク電流から減少させ始めるタイミングの近傍の前記ベース電流パルスを第２のベース電流パルスとし、前記第２のベース電流パルスの直前の前記ベース電流パルスを第１のベース電流パルスとし、アーク開始から、前記第１のベース電流パルスまでの時間をＴ１とし、前記第２のベース電流パルスまでの時間をＴ２とした場合に、前記Ｔ１が（Ｔ２−Ｔ１）以上となっていてもよい。
上記のアーク溶接方法において、前記電流を前記ピーク電流から０まで徐々に減少させていくダウンスロープ期間が、前記ピーク電流期間よりも長くなっていてもよい。
上記のアーク溶接方法において、前記溶接対象物が、並んで配置された平角線であってもよい。
【０００７】
本発明の一態様に係るステータコイルの製造方法は、上記のアーク溶接方法によって、前記溶接対象物となるセグメントコイルを溶接するものである。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、生産性の高いアーク溶接方法、及びステータコイルの製造方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】アーク溶接により接合される平角線と角部の被覆性を説明するための図である。
【図２】アーク溶接で電極に供給される電流波形を示すグラフである。
【図３】２本のセグメントコイルがアーク溶接される様子を示す断面図である。
【図４】電極からの突出量を説明するための図である。
【図５】ダウンスロープ期間を変えた場合の、電流波形を示す図である。
【図６】ダウンスロープ期間を０ｓｅｃとした場合において、２本のコイルがアーク溶接される様子を示す側面図である。
【図７】ダウンスロープ期間を０．３ｓｅｃとした場合において、２本のコイルがアーク溶接される様子を示す側面図である。
【図８】ダウンスロープ期間による角残り寸法を示すグラフである。
【図９】接合部分の角残り寸法を説明するための図である。
【図１０】ベース電流パルスを追加した電流波形を示すグラフである。
【図１１】電流波形の一例を示すグラフである。
【図１２】電流波形の一例を示すグラフである。
【図１３】電流波形の一例を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、本発明に係るアーク溶接方法、及びステータコイルの製造方法の実施形態を、図面に基づいて詳細に説明する。但し、本発明が以下の実施形態に限定される訳ではない。また、説明を明確にするため、以下の記載及び図面は、適宜、簡略化されている。
【００１１】
本実施の形態にかかるアーク溶接方法は、少なくとも２つの溶接対象物を接合するものである。例えば、溶接対象物としては、コイル配線が挙げられる。平角線をコイル配線として用いた平角セグメントコイルの先端部がアーク溶接により接合される。そして、複数の平角セグメントコイルを順次アーク溶接していくことで、ステータコイルを製造することができる。本実施の形態では、例えば、ＴＩＧ（Ｔｕｎｇｓｔｅｎ  ＩｎｅｒｔＧａｓ）溶接によって平角線を溶接して、結線している。アーク溶接により結線した継手部分を粉体塗装工程によって被覆している。
【００１２】
アーク溶接によって接合される２つのコイルについて、図１を用いて説明する。図１は、ペアとなるセグメントコイルの継手部を模式的に示す図である。コイル１１、１２は、溶接対象物である平角線である。すなわち、コイル１１とコイル１２とがアーク溶接によって接合される。図１の配線断面における縦横の比をアスペクト比とする。図１では、アスペクト比が異なる平角線を並設した場合のコイル継手部分が示されている。
【００１３】
例えば、コイル１１、１２の断面がそれぞれ、縦２．０ｍｍ×横３．５ｍｍの矩形とすると、接合後の継手部におけるアスペクト比は、４．０：３．５＝１．１倍となる（図１の上側）。一方、コイル１１、１２の断面がそれぞれ、縦３．０ｍｍ、横３．５ｍｍの矩形とすると、接合後の継手部のアスペクト比は、６．０：３．５＝１．８倍となる（図１の下側）。アスペクト比が大きい場合、溶接結線時に継手四隅角部が溶融されないことがある（以下、角残りと称する）。角残りが生じた場合、後工程の粉体塗装工程において、非溶融部位における粉体膜厚が薄くなってしまう。
【００１４】
例えば、図１の点線枠内に示された側面断面図のように、コイル１１の角部において、粉体絶縁膜１９が薄くなってしまう。すなわち、継手部の四隅角部での粉体絶縁膜１９の被覆性が低下してしまう。これにより、継手部が十分に被覆されず、電気絶縁性を悪化してしまう。粉体絶縁膜１９の電気絶縁性を高くするためには、アーク溶接によって結線した後、再度アーク溶接を行って角部を溶融する必要が生じてしまう。
【００１５】
従って、１つの継手部において、複数回アーク溶接を行うことになり、生産性が低下してしまう。そこで、本実施の形態では、以下に説明するように、１回のアーク溶接で２本の平角線を接合している。すなわち、本実施の形態に係るアーク溶接方法を用いることで、１回のアーク溶接で継手部の角部を溶融することができる。これにより、粉体絶縁膜の被覆性を高くすることができ、電気絶縁性の低下を防ぐことができる。よって、生産性を向上することができる。
【００１６】
角残りの原因を調べるため、本出願の発明者により実施された試験について説明する。なお、以下の内容は、本出願の発明者により実施された試験を説明するものであり、公知の内容ではない。図２は、試験に用いたアーク溶接の電流波形を示す図である。図２において、横軸がアーク開始からの時間（溶接時間）、縦軸がアーク電流値を示している。そして、接合部の挙動をハイスピードカメラで撮像しながら、図２に示す電流波形でアーク溶接を行っている。図３は、図２のＡ〜Ｅのタイミングでの構成を模式的に示す側面図である。
【００１７】
図２に示すように、電流波形にはピーク電流期間と、ダウンスロープ期間とが設けられている。ピーク電流期間は、予め定められたピーク電流が一定期間供給される。さらに、ピーク電流期間の途中で、ピーク電流よりも低いベース電流を供給している（図２のＣ）。ピーク電流値は２００Ａであり、ベース電流値は５０Ａである。
【００１８】
ベース電流は、所定のパルス幅を有している。すなわち、ベース電流パルスによって、電極にベース電流が流れる。ピーク電流期間の後のダウンスロープ期間では、アーク電流が徐々に減少している。ここでは、ダウンスロープ期間において、アーク電流がピーク電流から０までリニアに減少している。ピーク電流期間は、０．２５ｓｅｃ、ダウンスロープ期間は０．０８ｓｅｃ（＝０．３３−０．２５）となっている。
【００１９】
アーク溶接を行うため、まず、図３Ａに示すように、ペアとなるコイル１１、１２を並べて配置する。トーチ２０の直下において、コイル１１の先端とコイル１２の先端が揃うように配置される。なお、コイル１１とコイル１２とが接合される部分を接合部１８とする。並設されたコイル１１、１２の先端、すなわち、接合部１８は、アース電極２２とトーチ２０との間に配置される。接合部１８がアース電極２２よりも上方に突出するように配置される。そして、トーチ２０は、アース電極２２の真上に配置されている。したがって、トーチ２０の直下に接合部１８が配置される。トーチ２０からは、ＴＩＧ溶接を行うためのシールドガスが噴出される。シールドガスは、ヘリウムガスやアルゴンガスなどの不活性ガスである。
【００２０】
トーチ２０には、アーク電極となるタングステン電極２１が設けられている。タングステン電極２１は、下方、すなわち、接合部１８に向けて突出している。タングステン電極２１とアース電極２２とは所定の距離を隔てて配置される。タングステン電極２１とアース電極２２には、図示しない溶接電源が接続されている。溶接電源は、図２のような電流波形にしたがってアーク電流を供給する。タングステン電極２１とアース電極２２との間に、接合部１８が配置される。そして、トーチ２０からシールドガスをタングステン電極２１の周りに噴出しながら、タングステン電極２１に電流を供給することでアーク溶接が行われる。タングステン電極２１を接合部１８の近傍に配置した状態で、溶接電源がアーク電流を供給する。
【００２１】
シールドガスを供給するとともに、溶接電源からタングステン電極２１にピーク電流を供給して、アークスタートする（図２のＡ）。すると、図３Ａに示すように、タングステン電極２１の直下にはアーク３０が発生する。アーク３０によって、コイル１１、１２の先端が溶融して、溶融玉１３、１４が形成される。すなわち、コイル１１の先端には溶融玉１３が形成され、コイル１２の先端には溶融玉１４が形成される。ここでは、接合部１８において、２つの分離した溶融玉１３、１４が形成される。
【００２２】
ピーク電流を供給し続けていくと（図２のＢ）、コイル１１、１２がさらに溶融されていき、溶融玉１３、１４が大きくなる（図３Ｂ）。ここでは、ピーク電流が供給されているため、アーク３０のアーク圧力が大きくなっている。このため、アーク３０がコイル１１の先端の溶融玉１３とコイル１２の先端の溶融玉１４とを離している。溶融玉１３と溶融玉１４とが結合していない状態となっている。このように、図２Ｂのタイミングでは、溶融玉１３と溶融玉１４が、アーク圧力により押し退けられて、分離している。
【００２３】
次に、タングステン電極２１にベース電流パルスを印加すると（図２のＣ）、アーク圧力が弱くなる。アーク圧力が弱くなることで、図３Ｃに示すように、溶融玉１３と溶融玉１４の結合が促進する。すなわち、ピーク電流よりも低いベース電流を供給することで、溶融玉１３と溶融玉１４とを押し退ける力が弱くなる。よって、溶融玉１３と溶融玉１４とが近づいて、接触する。そして、再度、タングステン電極２１に供給する電流をベース電流からピーク電流に戻すと、溶融玉１３と溶融玉１４とが結合した状態で、溶融が進んでいく。
【００２４】
そして、ピーク電流期間が終了してダウンスロープ期間が開始すると、タングステン電極２１に供給する電流をピーク電流から徐々に下げていく（図２のＤ）。すると、アーク圧力が弱くなっていき、溶融金属が凝固していく。このとき、図３Ｄのように、２つの溶融玉１３、１４がくっ付いて１つの溶融玉１５が形成されている。１つの大きな溶融玉１５がアース電極２２側から徐々に凝固していく。そして、アーク電流が０Ａとなって（図２のＥ）、凝固が完了する（図３Ｅ）。すなわち、コイル１１、１２の先端にあった溶融玉１５が完全に凝固して、溶接玉１６となる。溶接玉１６によって、コイル１１とコイル１２とが固着される。このように、ダウンスロープ期間では、アーク圧力が徐々に弱くなり、アークが失火する。
【００２５】
ピーク電流期間において、ベース電流パルスを印加して、ピーク電流よりも低いベース電流を供給する。こうすることで、ピーク電流期間中において、アーク圧力を弱くすることができる。これにより、溶融玉１３、１４の結合を促進することができる。すなわち、ピーク電流期間において、適切な大きさで溶融玉１３、１４を結合させることができる。
【００２６】
ところで、ステータコイルの製造工程においては、複数の接合部１８に対して、上記のアーク溶接を連続して行うことになる。すなわち、異なる接合部１８を順番にアーク溶接していく。この場合、コイル１１、１２に製造上の誤差等が生じて、アース電極２２からのコイル１１、１２の突出量にばらつきが生じてしまうおそれがある。コイル１１、１２の突出量のばらつきについて、図４を用いて説明する。図４は、コイル１１、１２の接合部１８を示す側面図である。
【００２７】
図４の上段に示すように、アース電極２２の上からコイル１１、１２が突出している。ここで、アース電極２２からコイル１１、１２がそれぞれ４．５ｍｍ突出するように設計されており、その公差が±１．０ｍｍとなっている。すなわち、突出量には±１．０ｍｍのばらつきがあり、アース電極２２からのコイル１１、１２の突出量は３．５〜５．５ｍｍの範囲となる。したがって、突出量の最大値が５．５ｍｍ、突出量の最小値が３．５ｍｍとなる。ここで、コイル１１、１２の突出量が最大（両方とも５．５ｍｍ）の場合、コイル１１、１２の突出量の差が最大の場合（一方が５．５ｍｍで他方が３．５ｍｍ）、及びコイルの突出量が最小（両方とも３，５ｍｍ）の場合について考える（図４の中段）。
【００２８】
突出量が最大の場合と、突出量の差が最大の場合では、図２のＣで示したベース電流パルスのタイミングで、溶融玉１３、１４がくっ付く（図４の下段）。一方、突出量が最小の場合、図２のＣで示したベース電流パルスのタイミングで、溶融玉１３、１４がくっ付かない場合がある（図４の下段）。これは、ベース電流パルスのタイミングまでの溶融量が少なくなっているためであると考えられる。すなわち、ベース電流パルスのタイミングでの溶融玉１３、１４が小さいため、アーク圧力が弱くなっても溶融玉１３と溶融玉１４が接触せずに、溶融が進んでしまう。このように、製造上の誤差により、アーク時の挙動にばらつきが生じてしまう。
【００２９】
また、図２のＤ〜Ｅのダウンスロープ期間において、溶融玉１５が凝固していく。このとき、アース電極２２が冷やし金となり、溶融玉１５が下側から凝固していく。ピーク電流期間において、溶融玉１３、１４が接触しないで、溶融が進んでいくと、溶融玉１３、１４が大きくなる。溶融玉１３、１４が大きい場合、アーク圧力低下時に溶融玉１３、１４が接触すると、溶融玉１５の揺れが大きくなる。特に、アーク圧力が急激に小さくなると、凝固中の溶融玉１５が大きく揺れてしまう。この場合、溶融玉１５の挙動が不安定になり、溶融玉１５がコイル１１、１２の先端からこぼれ落ちてしまう。すなわち、溶融金属がコイル１１、１２の側面に垂れてしまい、角残りが生じてしまう。
【００３０】
以上から、以下の２点に着目すれば、角残りを低減することができると考えられる。
（１）ダウンスロープ期間において、凝固中の溶融玉１５の挙動を如何に抑制させるか。
（２）溶融完了までに、溶融玉１５を如何に形成させるか。
【００３１】
まず、（１）ダウンスロープ期間において、凝固中の溶融玉１５の挙動を抑制するための試験について説明する。ここでは、ダウンスロープ期間の長さを変えて試験を行っている。図５に示すように、ダウンスロープ期間を、０．０ｓｅｃ、０．０８ｓｅｃ、０．１５ｓｅｃ、０．３０ｓｅｃとして試験を行った。なお、ピーク電流期間は、０．２５ｓｅｃで一定とした。ピーク電流値は２００Ａであり、ベース電流値は５０Ａである。
【００３２】
ダウンスロープ期間が０．０ｓｅｃの場合、接合部１８は、図６に示すような挙動を示す。図６は、接合部１８の側面図であり、溶融終盤、アークＯＦＦ、凝固完了での挙動を示している。溶融終盤（図６の左側）では、接合部１８、すなわちコイル１１、１２の先端に溶融玉１５が形成されている。アークＯＦＦ（図６の中央）、すなわちピーク電流の供給が停止すると、アーク圧力が一気に低下する。このため、溶融終盤において形成されていた溶融玉１５は、表面張力によって上方に引っ張られる。そして、溶融玉１５が上方に引っ張られた状態で、凝固していく。凝固完了時（図６の右側）において、接合部１８では、溶接玉１６が滑らかな曲面とならない。よって、角残りが生じてしまう。
【００３３】
ダウンスロープ期間が０．３ｓｅｃの場合の、接合部１８の挙動を図７に示す。図７は、接合部１８の側面図であり、ピーク電流期間終盤、ダウンスロープ期間中、凝固完了での挙動を示している。ピーク電流期間終盤（図７に左側）では、図６の左側と同様に溶融玉１５が形成されている。ダウンスロープ期間が０．３０ｓｅｃの場合、ピーク電流から電流が徐々に減少していく。すなわち、電流がピーク電流からなだらかに０Ａに変化していく。ダウンスロープ期間において、アーク圧力が徐々に減衰していく。これにより、溶融玉１５の表面張力をアークで制御することができる。すなわち、アーク圧力によって表面張力を抑制しながら、溶融玉１５を凝固させていくことができる。よって、溶融玉１５が上方に引っ張られるのを防ぐことができる（図７の中央）。従って、半球状のまま溶融玉１５が凝固していく。こうすることで、凝固完了時（図７の右側）において、接合部には、半球状の溶接玉１６が形成される。これにより、角残りを低減することができる。
【００３４】
ダウンスロープ期間を０．０ｓｅｃ、０．０８ｓｅｃ、０．１５ｓｅｃ、０．３０ｓｅｃとした場合の角残り寸法を図８に示す。図８において、横軸がダウンスロープ期間、縦軸が角残り寸法を示している。なお、角残り寸法は、四隅の角からの寸法の総和で定義することができる。例えば、図９の斜視図に示すように四隅の角から溶接玉１６までの距離をａ、ｂ、ｃ、ｄとすると、角残り寸法＝（ａ＋ｂ＋ｃ＋ｄ）となる。
【００３５】
図８に示すように、ダウンスロープ期間が長くなるほど、角残り寸法が小さくなる。すなわち、ダウンスロープ期間を長くすることで、角残り寸法を低減することができる。種々の実験の結果、ダウンスロープ期間をピーク電流期間以上と長くすることで角残り寸法を小さくできることが分かった。例えば、図５に示す電流波形では、ピーク電流期間が０．２５ｓｅｃであるため、ダウンスロープ期間を０．２５ｓｅｃ以上とすることが好ましい。すなわち、ダウンスロープ期間では、ピーク電流期間以上の時間をかけて、ピーク電流から０Ａまで電流を下げていく。こうすることで、角残り寸法を低減することができる。よって、接合部１８の角部での粉体絶縁膜１９の被覆性を向上することができ、絶縁性の低下を防ぐことができる。
【００３６】
次に、（２）溶融完了までに、溶融玉１５を如何に形成させるかを検討するための試験について、説明する。ここでは、図１０に示す電流波形によって、アーク溶接を行っている。図１０では、ピーク電流期間を０．２５ｓｅｃ、ダウンスロープ期間を０．３０ｓｅｃとし、かつ、ベース電流パルスを一定の周波数で供給している。ここでは、ベース電流パルスの周波数を１２Ｈｚとしている。ここでは、ベース電流パルスを先頭から順にＰ０、Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３、Ｐ４とする。
【００３７】
本実施の形態では、ピーク電流期間において、ベース電流パルスが複数回供給される。換言すると、ピーク電流期間において、タングステン電極２１にベース電流がパルス状に複数回流れる。こうすることで、ダウンスロープ期間の開始直前に、ベース電流パルスＰ２が供給されることになる。
【００３８】
このように、アーク開始からアーク失火までの間に、複数回ベース電流パルスを供給している。図１０のように、ピーク電流期間の中盤だけでなく、ピーク電流期間の終盤にもベース電流パルスＰ２が供給される。ダウンスロープ期間の直前にベース電流パルスＰ２をすることができる。
【００３９】
ピーク電流期間の中盤において、ベース電流を供給することで、溶融玉１３、１４が非接触の状態のまま大きくなるのを防ぐことができる。例えば、突出量が最大の場合でも、溶融玉１３、１４が大きくなる前に、ベース電流パルスＰ１が供給される。したがって、ベース電流パルスＰ１のタイミングにおいて、適切な大きさの溶融玉１３、１４を接触させて、溶融玉１５を形成することができる。
【００４０】
一方、ピーク電流期間の最後のベース電流パルスＰ２は、ダウンスロープ期間の直前に与えられる。したがって、突出量が最小の場合でも、ダウンスロープ期間の前には、溶融玉１３、１４がくっ付いて、溶融玉１５が形成される。すなわち、アーク圧力が弱くなる前に、溶融玉１５が適切な大きさで形成される。ダウンスロープ期間において、溶融玉１５の挙動を安定させることができる。
【００４１】
一方、ダウンスロープ期間の直前に、ベース電流パルスが１回のみ与えられている場合について説明する。すなわち、ベース電流パルスＰ２のみしか与えられていないと仮定する。この場合、溶融量が多い状態で、溶融玉１３、１４が接触するおそれがある。例えば、突出量が最大の場合において、ダウンスロープ期間の直前のベース電流パルスＰ２で、溶融玉１３、１４がくっ付いてしまう。大きな溶融玉１３、１４が表面張力でくっ付くと、溶融玉１５が激しく揺れながら、凝固してしまう。よって、溶融玉１５の挙動が不安定のまま、凝固してしまう。この場合、角残りの発生を助長してしまう恐れがある。したがって、本実施形態では、少なくとも２回、ベース電流パルスを与えている。例えば、ピーク電流期間の中盤に１回、ピーク電流期間の終盤に１回、ベース電流パルスを与えることができる。
【００４２】
なお、図１０では、溶接電源の設定の都合上、一定周期でベース電流パルスを供給している。図１０のように、ベース電流パルスの周波数を１２Ｈｚで設定した場合、０．０７ｓｅｃに最初のベース電流パルスＰ０が入ることになる。最初のベース電流パルスＰ０のタイミングでは、コイル１１、１２の溶融が進んでおらず、溶融玉１３、１４が形成されない。よって、最初のベース電流パルスＰ０はなくてもよい。また、ダウンスロープ期間のベース電流パルスＰ３、Ｐ４はなくてもよい。
【００４３】
ここで、ベース電流パルスの周波数を変えていった結果について説明する。周波数が６Ｈｚの場合、溶融玉の挙動が乱れてしまい、突出量のばらつき等により、溶融玉１３、１４がくっ付かない場合がある。また、周波数を１５Ｈｚにすると、溶融玉１５の形成後のパルス印加が溶融玉１５の挙動を乱すおそれがある。すなわち、ピーク電流期間においてベース電流パルスの数が多すぎると、溶融玉１５の挙動が乱れるおそれがある。また、周波数が１５Ｈｚの場合、入熱効率が悪くなり、また、被膜へ熱ダメージが発生してしまう恐れがある。よって、本実施形態では、周波数を１２Ｈｚとしている。こうすることで、溶融玉の挙動を安定させることができ、かつ良好な入熱効率を保つことができる。
【００４４】
次に、本実施の形態にかかるアーク電源の電流波形例を図１１に示す。図１１において、実線は、ベース電流値を大きくし、かつＤＵＴＹ比を小さくした例を示すグラフであり、破線は、ベース電流値を小さくし、かつＤＵＴＹ比を大きくした例を示すグラフである。なお、図１１では、図１０と同様に、ピーク電流期間及びダウンスロープ期間において、ベース電流パルスが一定周期で設けられている。ここでは、ベース電流パルスを先頭から順にＰ０、Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３、Ｐ４とする。図１１では、ピーク電流期間が０〜０．２５ｓｅｃであり、ダウンスロープ期間が０．３ｓｅｃ（０．２５ｓｅｃ〜０．５５ｓｅｃ）となっている。また、ベース電流パルスの周波数が１２Ｈｚとなっている。
【００４５】
実線のグラフでは、ベース電流が１００Ａ、ピーク電流が２２０Ａとなっている。破線のグラフでは、ベース電流が５０Ａ、ピーク電流が２００Ａとあっている。また、実線のグラフではＤＵＴＹ比が７０％、破線のグラフではＤＵＴＹ比が９０％となっている。
【００４６】
まず、ベース電流の役割について説明する。ピーク電流期間において、電流を弱めて、アーク圧力を落とすためにベース電流が供給される。アーク圧力を落とすことで、表面張力によって溶融玉１３、１４が結合されるのを促すことができる。ここで、破線のように、ピーク電流が２００Ａ、ベース電流値が５０Ａとすると、アークの強弱が激しくなる。すなわち、ベース電流供給時とピーク電流供給時とでアーク圧力差が大きくなる。よって溶融玉形成後にベース電流パルスが入ると、溶融玉の揺れを助長してしまうおそれがある。
【００４７】
一方、アーク圧力をある程度落とさないと溶融玉１３、１４を結合して、溶融玉１５を形成することができない。そこで、実線のように、ピーク電流を２２０Ａ、ベース電流を１００Ａとすることで、アークの強弱を激しくなるのを防ぐことができ、挙動の乱れを小さくすることができる。
【００４８】
次に、ＤＵＴＹ比について説明する。なお、ＤＵＴＹ比は、ベース電流の１周期におけるベース電流が供給されている時間の割合である。したがって、電流パルス周期を一定とした場合、ＤＵＴＹ比が大きくなるほど、ベース電流のパルス幅が短くなる。
【００４９】
破線のように、ＤＵＴＹ比を９０％にした場合、アーク圧力が弱くなる割合が少ない（電流パルス１周期の１０％）。すなわち、アーク圧力が弱くなる時間が短くなる。よって、溶融玉１５の形成後にベース電流パルスが入ると溶融玉１５の揺れを加速させてしまう。一方、ＤＵＴＹ比が小さすぎると、入熱効率が悪くなるため、溶融量が少なくなってしまう。よって、本実施の形態では、例えば、ＤＵＴＹ比を７０％に設定することで、溶融玉１５の挙動の乱れを抑制している。なお、ＤＵＴＹ比を低くして、入熱効率が落ちた場合、溶融量が少なくなる。溶融量が少なくなる場合、ピーク電流を上げることで、対応することができる。すなわち、ＤＵＴＹ比を小さく設定した場合、必要な溶融量を確保できるよう、ピーク電流を高くすることが好ましい。
【００５０】
本件出願の発明者は、ＤＵＴＹ比と、電流値を変えて種々の試験を行った。発明者は、ＤＵＴＹ比と電流値を調整して、アーク溶接を行い、その挙動をハイスピードカメラによって撮影した。この結果、例えば、ベース電流を５０Ａ〜１００Ａとすると、ベース電流パルスのタイミングで溶融玉１３、１４が結合することが確認できた。一方、１５０Ａとするとアーク圧力の低下が小さく、溶融玉１３、１４が結合しない場合がある。溶融玉１５の挙動を安定させるためには、ピーク電流に対するベース電流の割合は、例えば、７０％以下とすることが好ましく、６０％以下とすることがより好ましい。
【００５１】
ＤＵＴＹ比については、十分な溶融量を確保するためには、５０％以上とすることが好ましく、６０％以上とすることがより好ましい、また、溶融玉１５の挙動を安定させるためには、ＤＵＴＹ比を８０％以下とすることが好ましく、７０％以下とすることがより好ましい。上記のように、ＤＵＴＹ比とベース電流値を最適化することで、角残りを低減することができる。
【００５２】
ここで、図１１に示すように、アーク開始から、ダウンスロープ期間の開始時間に最も近いベース電流パルスＰ２までの時間をＴ２とし、その直前のベース電流パルスＰ１までの時間をＴ１とする。この場合、（Ｔ２−Ｔ１）がＴ１以下となることが好ましい。こうすることで、適切なタイミングでベース電流パルスを与えることができる。すなわち、溶融玉１３、１４が適切な大きさとなっているタイミングで、ベース電流パルスが与えられる。こうすることで、溶融玉１５の揺れを低減することができ、角残り寸法を低減することができる。
【００５３】
上記のように、図１０、図１１では、溶接電源の設定上、一定周期でベース電流パルスを供給したが、ベース電流パルスを任意のタイミングで供給してもよい。例えば、ダウンスロープ期間においては、ベース電流パルスＰ３、Ｐ４を与えなくてもよい。さらには、ベース電流パルスの周期を一定としなくてもよい。すなわち、アーク開始から、ダウンスロープ期間の最後までの間に、２回のベース電流パルスが供給されていればよい。そして、ピーク電流期間においてベース電流パルスが１回供給される。
【００５４】
図１２に示すように、ピーク電流期間中において、少なくとも２回ベース電流パルスＰ１、Ｐ２が供給されていてもよい。あるいは、図１３に示すように、１回目のベース電流パルスＰ１がピーク電流期間に供給され、２回目のベース電流パルスＰ２がダウンスロープ期間に供給されていてもよい。
【００５５】
図１２、図１３では、１回目のベース電流パルスＰ１が、ピーク電流期間の中盤に供給され、２回目のベース電流パルスＰ２がダウンスロープ期間の開始タイミング近傍に供給されている。２つのベース電流パルスが供給される場合において、アーク開始から１回目のベース電流パルスＰ１までの時間をＴ１とし、アーク開始から２回目のベース電流パルスＰ２までの時間をＴ２とすると、Ｔ１が（Ｔ２−Ｔ１）以上となることが好ましい。
【００５６】
電流をピーク電流から減少させ始めるタイミングの近傍のベース電流パルスよりも１つ前のベース電流パルスを第１のベース電流パルスＰ１とし、電流をピーク電流から減少させ始めるタイミングの近傍のベース電流パルスを第２のベース電流パルスＰ２とする。アーク開始から第１のベース電流パルスＰ１までの時間Ｔ１が、第１のベース電流パルスと第２のベース電流パルスとの間隔（Ｔ２−Ｔ１）以上となることが好ましい。
【００５７】
このようにすることで、適切なタイミングにベース電流パルスを供給することができる。すなわち、コイル１１、１２の先端の溶融玉１３、１４が適切な大きさの状態でくっ付いて、溶融玉１５となる。これにより、アーク時、及び凝固時における溶融玉１５の挙動を安定させることができる。よって、角残りを低減することができ、被覆性を向上することができる。
【００５８】
なお、上記の説明において、同じベース電流値のベース電流パルスを複数回供給したがベース電流パルスは異なる電流値となっていてもよい。すなわち、複数のベース電流パルスの一部または全部が異なるベース電流値となっていてもよい。
【００５９】
上記説明では、ステータコイルのセグメントコイルを溶接対象物としたが、溶接対象物は、セグメントコイルに限られるものではない。種々の配線やその他の金属部材をアーク溶接することができる。特に、アーク溶接後、接合部を絶縁膜で被覆するものであれば、絶縁性を向上することができる。上記したように、セグメントコイルの場合、接合部１８を覆う粉体絶縁膜１９の被覆性を向上することができる。さらに、接合部１８のアスペクト比が大きいものであれば、角残りを効果的に低減することができる。したがって、溶接対象物は、平角線に限られるものでない。
【００６０】
なお、本発明は上記実施の形態に限られたものではなく、趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更することが可能である。
【符号の説明】
【００６１】
１１  コイル
１２  コイル
１３  溶融玉
１４  溶融玉
１５  溶融玉
１６  溶接玉
１８  接合部
２０  トーチ
２１  タングステン電極
２２  電極
３０  アーク
【図１】
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【図２】
2016000410.tif 000004
【図３】
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【図４】
2016000410.tif 000006
【図５】
2016000410.tif 000007
【図６】
2016000410.tif 000008
【図７】
2016000410.tif 000009
【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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