(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
溶接電流平均値に対応したパルス周波数を設定して消耗電極を略一定速度で送給して溶接するパルス溶接のアーク長制御方法において、短絡回数カウント期間を設定すると共に、検出した短絡回数が、前記パルス周波数に対応させた目標の短絡回数となるように出力電圧値を制御することによって見かけのアーク長を一定にする消耗電極パルス溶接のアーク長制御方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、見かけのアーク長を一定に制御するパルス溶接におけるアーク長制御方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
消耗電極式アーク溶接において安定な高品質溶接を得るためには、溶接ワイヤ先端と被溶接材との平均的な最短距離（以下、見かけのアーク長という）Ｌａを一定に維持しなければならない。
又、アルミ、Ｓｔｅｅｌ等の被溶接材を溶接する場合、微小な短絡も発生しないようなアーク長でスプレー溶滴移行溶接をすると、アンダーカット、ブローホール等が発生して溶接不良となる。
そこで、従来技術では、上記のような溶接不良を防止するために、適正なアーク電圧でパルス電流と同期した短絡であって溶滴を移行させない微小な短絡（以下、微小短絡という）を発生させて溶接する方法が行われている。
【０００３】
図１は、見かけのアーク長を適正値にした場合の微小短絡の発生を説明する微小短絡発生状況模式図である。
通常のパルス溶接では、パルス周波数ｆに対応した溶滴移行に同期して微小短絡が発生するために、一定時間内に発生する短絡回数は、同図（Ａ）に示すパルス周波数ｆが高い大電流領域では多くなり、逆に、同図（Ｂ）に示すパルス周波数ｆが低い小電流領域では少なくなる。
このように、溶接電流平均値Ｉａが変化すれば、パルス周期が変化し、そのパルス周期に同期して微小短絡の周期も変化する。
【０００４】
そこで、従来から見かけのアーク長Ｌａを一定にする方法として、一定時間内にカウントされた短絡回数が、目標の短絡回数となるように出力電圧値Ｖｔを制御する方法が採用されている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来の制御方法では以下の問題点がある。
図２は、小電流域、中電流域及び大電流域において、目標短絡回数Ｎｒ及び短絡回数カウント期間Ｔｒを同一の値に設定して溶接した場合の見かけのアーク長Ｌａとアーク電圧変化及び溶接電流変化の周期との比較図である。
同図の小電流域、中電流域及び大電流域において、短絡回数カウント期間Ｔｒは同じ１［秒］で、目標短絡回数Ｎｒも同じ５回に設定している。
【０００６】
以下、図６を参照して図２を説明する。図６は、従来技術及び後述する本発明のアーク長制御方法で溶接したときの溶接電流平均値Ｉａと見かけのアーク長Ｌａとの関係を示す溶接電流・アーク長関係図である。
目標短絡回数及び短絡回数カウント期間を一定値にしておいて、溶接電流値Ｉを５０［Ａ］から３００［Ａ］まで変化させると、図６に記載した「従来技術」に示すように、電流値によって見かけのアーク長Ｌａは１．５［mm］から５．５［mm］まで大きく変化してしまう。
【０００７】
前述した図２に示すように、短絡回数カウント期間Ｔｒ内のピーク電流Ｉｐの回数と微小短絡Ｐshの回数との関係は次のとおりである。
▲１▼小電流域では、微小短絡回数５回＞ピーク電流回数３回
小電流域では、微小短絡回数がピーク電流回数よりも多くなる。このことは、見かけのアーク長Ｌｓが短くなっていることを示す。
▲２▼中電流域では、微小短絡回数５回＝ピーク電流回数５回
中電流域では、ピーク電流に同期して微小短絡Ｐshが発生している。このことは、見かけのアーク長Ｌｒが適正値であることを示す。
▲３▼大電流域では、微小短絡回数５回＜ピーク電流回数８回
大電流域では、微小短絡回数がピーク電流回数よりも少なくなる。このことは、見かけのアーク長Ｌｔが長くなっていることを示す。
【０００８】
そのために、図６の従来技術に示すように、５０［Ａ］から１００［Ａ］の小電流域ではＬｓ＜Ｌｒとなり、２５０［Ａ］から３００［Ａ］の大電流域ではＬｒ＜Ｌｔとなり、小電流域、中電流域及び大電流域によって、見かけのアーク長はＬｓ＜Ｌｒ＜Ｌｔとなって変化する。
【０００９】
従来のアーク長制御方法は、一定期間の短絡回数カウント期間Ｔｒにカウントされた短絡回数Ｎｋが、目標の短絡回数Ｎｒになるように出力電圧値Ｖｔを制御している。しかし、上記のように、パルス周波数ｆを増減させることにより溶接電流平均値Ｉａを増減させると、見かけのアーク長も変化してしまうために、小電流域から大電流域までの全電流域において、見かけのアーク長Ｌａを適正値にすることができなかった。
【００１０】
図７は、従来技術及び後述する本発明のアーク長制御方法を使用して溶接したときのビード断面図である。同図に示すように、従来技術の制御方法では、大電流域において溶け込み形状不均一、アンダーカット、ブローホール等の溶接不良が発生する。
【００１１】
したがって、本発明の目的は、小電流域から大電流域までの各々の電流域において最適となる短絡回数を設定して、検出した短絡回数Ｎｋが設定した目標短絡回数Ｎｒとなるように出力電圧値Ｖｔを制御することによって、見かけのアーク長Ｌａを一定に制御する方法を提供することにある。
【００１３】
本発明の制御方法は、溶接電流平均値Ｉａに対応したパルス周波数ｆを設定して消耗電極を略一定速度で送給して溶接するパルス溶接のアーク長制御方法において、短絡回数カウント期間Ｔｒを設定すると共に、検出した短絡回数Ｎｋが、上記パルス周波数ｆに対応させた目標の短絡回数Ｎｒとなるように出力電圧値Ｖｔを制御することによって見かけのアーク長を一定にする消耗電極パルス溶接のアーク長制御方法である。
【００１４】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態は、後述する図５に示すように、短絡回数カウント期間Ｔｒ及び各電流域において見かけのアーク長Ｌａが最適となるように目標の短絡回数Ｎｒを設定して溶接を行い、小電流域から大電流域までの各電流域においても、検出した実際の短絡回数Ｎｋが目標の短絡回数Ｎｒとなるように出力電圧値Ｖｔを調整し、見かけのアーク長Ｌａが適正値となるように制御する消耗電極パルス溶接のアーク長制御方法である。
【００１５】
【実施例】
図３は、溶接電流平均値Ｉａと見かけのアーク長Ｌａが適正値となる短絡回数Ｎｍとの関係を示す溶接電流・短絡回数関係図である。
同図は、短絡回数のカウント期間Ｔｒを１［秒］に設定したときに、適正な見かけのアーク長Ｌａを維持することができる短絡回数Ｎｍを調査した結果を示す。
同図に示すように、適正な見かけのアーク長Ｌａを維持することができる短絡回数Ｎｍは、Ｎａ，Ｎｂ，Ｎｃ，Ｎｄの範囲にあり、溶接電流平均値Ｉａの増加に伴って増加している。
【００１６】
図４は短絡回数のカウント期間Ｔｒと見かけのアーク長Ｌａとの関係を示すカウント期間・アーク長関係図である。
同図に示すように、短絡回数のカウント期間Ｔｒが０．５［秒］未満になると、同図の符号Ａｔｓの範囲に示すように、カウント期間が短かすぎて必要とする情報が得られないために、見かけのアーク長が不安定となって、一定値に制御することが不可能となってしまう。逆にカウント期間Ｔｒが２．０［秒］を越えると、サンプリング周期が長すぎて制御の追従が遅くなる。同図において、目標短絡回数Ｎｒを１０回に設定しているので適正な見かけのアーク長Ｌａは、３［mm］乃至５［mm］となる。したがって、同図に示す短絡回数のカウント期間Ｔｒと見かけのアーク長Ｌａとを同時に満足する適正範囲は、Ｔａ，Ｔｂ，Ｔｃ，Ｔｄの範囲となる。
【００１７】
以上、図３及び図４から適正な見かけのアーク長Ｌａを得るためには、目標短絡回数Ｎｒ及び短絡回数カウント期間Ｔｒの適正な範囲を設定する必要がある。
【００１８】
図５は、小電流域、中電流域及び大電流域において、短絡回数カウント期間Ｔｒを同一の１［秒］に設定すると共に、溶接電流平均値Ｉａ又は溶接電流平均値Ｉａを定めるパルス周波数ｆに対応した目標短絡回数Ｎｒになるように出力電圧値Ｖｔを制御した場合の見かけのアーク長Ｌａとアーク電圧変化及び溶接電流変化の周期との比較図である。
【００１９】
同図の５Ａに示す周波数を低く設定した小電流領域では、前述した図３及び図４に示す範囲内で、目標の短絡回数Ｎｒが４回に設定されているので、短絡回数が４回となるように出力電圧Ｖｔを制御して、短絡回数とピーク電流回数とが同じ４回になって同期している。
このことは、同図の５Ｂに示すように、見かけのアーク長Ｌａが適正な見かけのアーク長Ｌｒになっていることを示す。
【００２０】
同様に、同図の５Ｃに示す中電流域では、前述した図３及び図４に示す範囲内で、目標の短絡回数Ｎｒが６回に設定されているので、短絡回数が６回となるように出力電圧値Ｖｔを制御して、短絡回数とピーク電流回数とが同じ６回になって同期している。
このことは、同図の５Ｄに示すように、見かけのアーク長Ｌａが適正な見かけのアーク長Ｌｒになっていることを示す。
【００２１】
同様に、同図の５Ｅに示す周波数を高く設定した大電流領域では、前述した図３及び図４に示す範囲内で、目標の短絡回数Ｎｒが８回に設定されているので、短絡回数が８回となるように出力電圧値Ｖｔを制御して、短絡回数とピーク電流回数とが同じ８回になって同期している。
このことは、同図の５Ｆに示すように、見かけのアーク長Ｌａが適正な見かけのアーク長Ｌｒになっていることを示す。
【００２２】
前述した図６は、従来技術の他に、本発明のアーク長制御方法で溶接したときの溶接電流平均値Ｉａと見かけのアーク長Ｌａとの関係をも示す溶接電流・アーク長関係図である。
同図に示すように、従来技術においては、小電流域又は大電流域において、適正な見かけのアーク長Ｌａに制御することが難しかったが、本発明の制御方法を使用することによって、全電流域において、適正な見かけのアーク長Ｌａ＝Ｌｒになるように制御することが可能である。
【００２３】
前述した図７は、従来技術の他に、本発明のアーク長制御方法を使用して溶接したときのビード断面図である。
同図に示すように、本発明では、最適な見かけのアーク長を大電流領域においても確実に再現することができるので、溶け込み状態も常に一定であって、溶け込み形状不均一、アンダーカット、ブローホール等の欠陥を防ぐことができる。
【００２４】
図８は、従来技術及び本発明のアーク長制御を使用して溶接を行なったときの、スパッタの発生量を比較したスパッタ発生量比較図である。
従来技術及び本発明のアーク長制御を使用して溶接電流平均値７０［Ａ］の小電流領域で、溶接速度５０［cm/m］で溶接すると、従来技術では見かけのアーク長が短くなるために、グラフ８Ａに示すようにスパッタの発生量が９０［mg］と多かったが、本発明のアーク長制御方法を使用することによって、グラフ８Ｂに示すようにスパッタの発生量を６０［mg］に低減させることができる。
また、短絡回数カウント期間Ｔｒを設定すると共に、溶接電流平均値Ｉａ又はパルス周波数ｆに対応した目標短絡回数Ｎｒになるように出力電圧値Ｖｔを制御することによって溶接ワイヤの直径、材質等（例えば、直径１．０［mm］〜２．４［mm］のアルミニウム合金、直径０．８［mm］〜１．６［mm］のＳｔｅｅｌ、ニッケル基合金、銅）に関係なく常に最適な見かけのアーク長Ｌａを維持することができる。
【００２５】
図９は、Ａｌ−Ｍｇ合金でワイヤ直径１．２［mm］と１．６［mm］との溶接ワイヤを使用して溶接を行なった場合のパルス周波数と短絡回数との関係を示したパルス周波数・短絡回数関係図である。
同図に示すように、グラフ９Ａとグラフ９Ｂとは、溶接電流平均値Ｉａはそれぞれ８０［Ａ］及び１２０［Ａ］で異なっているが、周波数を１００［Ｈｚ］で同じ値に設定すると、適正な短絡回数Ｎｍは５回から１０回で同一になる。
また、グラフ９Ｃとグラフ９Ｄとは、溶接電流平均値Ｉａはそれぞれ１２０［Ａ］及び１８０［Ａ］で異なっているが、周波数を１５０［Ｈｚ］で同じ値に設定すると、適正な短絡回数Ｎｍは７回から１３回で同一になる。
さらに、グラフ９Ｅとグラフ９Ｆとは、溶接電流平均値Ｉａはそれぞれ１７０［Ａ］及び２５０［Ａ］で異なっているが、周波数を２００［Ｈｚ］で同じ値に設定すると、適正な短絡回数Ｎｍは８回から１４回で同一になる。
またグラフ９Ｇとグラフ９Ｈとは、溶接電流平均値Ｉａはそれぞれ２２０［Ａ］及び３００［Ａ］で異なっているが、周波数を２５０［Ｈｚ］で同じ値に設定すると、適正な短絡回数Ｎｍは９回から１６回で同一になり、いずれも適正な短絡回数Ｎｍの範囲は同一になる。
上記のとおり、溶接電流平均値Ｉａを定める周波数ｆを適正値に設定すると、適正な短絡回数Ｎｍの範囲は同一になるので、同図は、本発明のアーク長制御方法を実施することができることを示している。
【００２６】
図１０は、Ｓｔｅｅｌでワイヤ直径１．２［mm］と１．６［mm］との溶接ワイヤを使用して溶接を行なった場合のパルス周波数と短絡回数との関係を示したパルス周波数・短絡回数関係図である。
同図に示すように、グラフ１０Ａとグラフ１０Ｂとは、溶接電流平均値Ｉａはそれぞれ１２０［Ａ］及び１５０［Ａ］で異なっているが、周波数を１００［Ｈｚ］で同じ値に設定すると、適正な短絡回数Ｎｍは５回から１０回で同一になる。
また、グラフ１０Ｃとグラフ１０Ｄとは、溶接電流平均値Ｉａはそれぞれ１７０［Ａ］及び２００［Ａ］で異なっているが、周波数を１５０［Ｈｚ］で同じ値に設定すると、適正な短絡回数Ｎｍは６回から１２回で同一になる。
さらに、グラフ１０Ｅとグラフ１０Ｆとは、溶接電流平均値Ｉａはそれぞれ２３０［Ａ］及び２８０［Ａ］で異なっているが、周波数を２００［Ｈｚ］で同じ値に設定すると、適正な短絡回数Ｎｍは７回から１４回で同一になる。
またグラフ１０Ｇとグラフ１０Ｈとは、溶接電流平均値Ｉａはそれぞれ２８０［Ａ］及び３３０［Ａ］で異なっているが、周波数を２５０［Ｈｚ］で同じ値に設定すると、適正な短絡回数Ｎｍは９回から１６回で同一になり、いずれも適正な短絡回数Ｎｍの範囲は同一になる。
上記のとおり、Ｓｔｅｅｌワイヤを使用した場合でもＡｌ−Ｍｇ合金ワイヤと同様に、溶接電流平均値Ｉａを定める周波数ｆを適正値に設定すると、適正な短絡回数Ｎｍの範囲は同一になるので、本発明のアーク長制御方法を実施することができる。
【００２７】
【発明の効果】
本発明の第１のアーク長制御方法は、短絡回数カウント期間を予め設定すると共に、各電流域で適正な短絡回数（目標短絡回数）を予め設定してアーク溶接を行う制御方法であって、小電流領域から大電流領域まで変化する場合でも、実際の短絡回数Ｎｋを検出して、上記の目標の短絡回数Ｎｒと比較して目標の短絡回数Ｎｒとなるように出力電圧値Ｖｔを調整して、見かけのアーク長Ｌａを最適な見かけのアーク長Ｌｒに制御することができる。そのため、溶け込み状態が常に一定となり、溶け込み不良等のない良好な溶接ビードを得ることができる。
【００２８】
本発明の第２のアーク長制御方法は、第１の制御方法に加えて次の効果がある。
まず第１に、パルス周波数ｆに対応して目標の短絡回数Ｎｒが定まるので、周波数が同一であれば、溶接電流平均値Ｉａが異なっていても、適正な短絡回数Ｎｍが得られるので、溶接ワイヤの直径、材質等に関係なく、常に適正な見かけのアーク長Ｌａを維持することができる。
次に、第２に、パルス周波数ｆに対応させて適正な目標の短絡回数Ｎｒを自動的に定めることができるので、作業者が誤設定をすることがなく、また作業者の判断、設定の労力等を必要としない。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は、見かけのアーク長を適正値にした場合の微小短絡の発生を説明する微小短絡発生状況模式図である。
【図２】図２は、小電流域、中電流域及び大電流域において、目標短絡回数及び短絡回数カウント期間を同一の値に設定して溶接した場合の見かけのアーク長とアーク電圧変化及び溶接電流変化の周期との比較図である。
【図３】図３は、溶接電流平均値と見かけのアーク長が適正値となる短絡回数との関係を示す溶接電流・短絡回数関係図である。
【図４】図４は短絡回数のカウント期間と見かけのアーク長との関係を示すカウント期間・アーク長関係図である。
【図５】図５は、パルス周波数ｆに対応した目標短絡回数になるように出力電圧値を制御した場合の見かけのアーク長とアーク電圧変化及び溶接電流変化の周期との比較図である。
【図６】図６は、従来技術及び本発明のアーク長制御方法で溶接したときの溶接電流平均値と見かけのアーク長との関係を示す溶接電流・アーク長関係図である。
【図７】図７は、従来技術及び本発明のアーク長制御方法を使用して溶接したときのビード断面図である。
【図８】図８は従来技術及び本発明のアーク長制御を使用して溶接を行なったときの、スパッタの発生量を比較したスパッタ発生量比較図である。
【図９】図９はＡｌ−Ｍｇ合金でワイヤ直径1.2［mm］と1.6［mm］の溶接ワイヤを使用して溶接を行なった場合のパルス周波数と短絡回数との関係を示したパルス周波数・短絡回数関係図である。
【図１０】図１０はＳｔｅｅｌでワイヤ直径1.2［mm］と1.6［mm］の溶接ワイヤを使用して溶接を行なった場合のパルス周波数と短絡回数との関係を示したパルス周波数・短絡回数関係図である。
【符号の説明】
ｆ    パルス周波数
Ｉａ  溶接電流平均値
Ｉｐ  ピーク電流
Ｌａ  見かけのアーク長
Ｎｒ  目標短絡回数
Ｐsh  微小短絡
Ｔｒ  短絡回数カウント期間
Ｖｔ  出力電圧値
【図１】
0004036960.tif 000002
【図２】
0004036960.tif 000003
【図３】
0004036960.tif 000004
【図４】
0004036960.tif 000005
【図５】
0004036960.tif 000006
【図６】
0004036960.tif 000007
【図７】
0004036960.tif 000008
【図８】
0004036960.tif 000009
【図９】
0004036960.tif 000010
【図１０】
0004036960.tif 000011