(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
アークスタート期間の後に定常溶接期間があり消耗電極である溶接ワイヤを母材に送給して短絡期間とアーク期間を交互に発生させるアーク溶接において、
前記短絡期間の終期に生じる前記溶接ワイヤのくびれを検出し、
前記くびれを検出してから所定期間内にアークが発生しない場合にはくびれを誤検出したと判定するアーク溶接方法であって、
第１の短絡期間において第１のくびれ検出閾値に基づいてくびれの検出を行い、
前記第１の短絡期間においてくびれを誤検出した場合にはくびれ検出閾値を前記第１のくびれ検出閾値よりも大きい第２のくびれ検出閾値に上げ、
前記第１の短絡期間の後の第２の短絡期間において前記第２のくびれ検出閾値に基づいてくびれの検出を行い、
前記第２の短絡期間においてくびれを誤検出した場合にはくびれ検出閾値を前記第２のくびれ検出閾値よりも大きい第３のくびれ検出閾値に上げ、前記第２の短絡期間においてくびれを誤検出しない場合には前記第２の検出閾値を維持し、くびれ検出閾値を上げる上げ幅は、前記定常溶接期間の短絡期間における上げ幅よりも、前記アークスタート期間の上げ幅の方が大きいアーク溶接方法。
【請求項２】
アークスタート期間の後に定常溶接期間があり消耗電極である溶接ワイヤを母材に送給して短絡期間とアーク期間を交互に発生させるアーク溶接において、
前記短絡期間の終期に生じる前記溶接ワイヤのくびれを検出し、
前記くびれを検出してから所定期間内にアークが発生しない場合にはくびれを誤検出したと判定するアーク溶接方法であって、
短絡期間において第１のくびれ検出閾値に基づいてくびれの検出を行い、
くびれを誤検出した短絡期間の数が所定数となった場合にはくびれ検出閾値を前記第１のくびれ検出閾値よりも大きい第２のくびれ検出閾値に上げ、
くびれ検出閾値を前記第２の検出閾値に上げた短絡期間の後の短絡期間において前記第２のくびれ検出閾値に基づいてくびれの検出を行い、
くびれ検出閾値を前記第２の検出閾値に上げた短絡期間の後の短絡期間においてくびれを誤検出した短絡期間の数が所定数となった場合にはくびれ検出閾値を前記第２のくびれ検出閾値よりも大きい第３のくびれ検出閾値に上げ、くびれを誤検出した短絡期間の数が前記所定回になるまでは前記第２のくびれ検出閾値を維持し、くびれ検出閾値を上げる上げ幅は、前記定常溶接期間の短絡期間における上げ幅よりも、前記アークスタート期間の上げ幅の方が大きいアーク溶接方法。
【請求項３】
短絡期間においてくびれ検出閾値を上げる際に、くびれを誤検出した時点でくびれ検出閾値を上げる請求項１または２に記載のアーク溶接方法。
【請求項４】
くびれ検出閾値は、溶接電圧の単位時間当たりの変化量、あるいは、溶接電圧を溶接電流で除した値の単位時間当たりの変化量である請求項１から３のいずれか１項に記載のアーク溶接方法。
【請求項５】
くびれ誤検出と判定した短絡期間中において、くびれ誤検出と判定してからアークが発生するまでくびれの検出を禁止する請求項１から４のいずれか１項に記載のアーク溶接方法。
【請求項６】
消耗電極である溶接ワイヤと母材との間でアークの発生と短絡とを繰り返して溶接を行うアーク溶接装置であって、
溶接出力を制御するスイッチング部と、
前記スイッチング部を制御する駆動部と、
溶接電流を検出する溶接電流検出部と、
溶接電圧を検出する溶接電圧検出部と、
前記溶接電圧検出部の出力に基づいて短絡状態であるのかアーク状態であるのかを検出する短絡／アーク検出部と、
前記短絡／アーク検出部から短絡状態であることを示す信号を受けて短絡時の溶接出力制御信号を前記駆動部に出力する短絡制御部と、
短絡期間中のくびれ検出のためのくびれ検出基準閾値を出力するくびれ検出基準閾値設定部と、
定常溶接期間の前のアークスタート期間中であるという信号を出力するアークスタート期間出力部を備え、
前記短絡制御部には、
前記溶接電圧検出部および／または前記溶接電流検出部と前記くびれ検出基準閾値設定部の出力に基づいて短絡期間の終期に生じる前記溶接ワイヤのくびれを検出するくびれ検出部と、
前記くびれ検出部でくびれを検出してから所定期間内にアークが発生しない場合にはくびれを誤検出したと判定するくびれ誤検出検出部と、
前記くびれを誤検出した場合にくびれ検出閾値を前記くびれ検出基準閾値よりも大きくし、前記アークスタート期間出力部からアークスタート期間中であるという信号を受けた場合、前記アークスタート期間においては、くびれ検出閾値の増加量を定常溶接期間中のくびれ検出閾値の増加量よりも大きくすることを前記くびれ検出部に出力するくびれ検出閾値制御部とを設け、
第１の短絡期間において前記くびれ検出基準閾値である第１のくびれ検出閾値に基づいてくびれの検出を行い、
前記第１の短絡期間においてくびれを誤検出した場合にはくびれ検出閾値を前記第１のくびれ検出閾値よりも大きい第２のくびれ検出閾値に上げ、
前記第１の短絡期間の後の第２の短絡期間において前記第２のくびれ検出閾値に基づいてくびれの検出を行い、
前記第２の短絡期間においてくびれを誤検出した場合にはくびれ検出閾値を前記第２のくびれ検出閾値よりも大きい第３のくびれ検出閾値に上げ、前記第２の短絡期間においてくびれを誤検出しない場合には前記第２の検出閾値を維持し、
くびれ検出閾値を上げる上げ幅は、前記定常溶接期間の短絡期間における上げ幅よりも、前記アークスタート期間の上げ幅の方が大きいアーク溶接装置。
【請求項７】
消耗電極である溶接ワイヤと母材との間でアークの発生と短絡とを繰り返して溶接を行うアーク溶接装置であって、
溶接出力を制御するスイッチング部と、
前記スイッチング部を制御する駆動部と、
溶接電流を検出する溶接電流検出部と、
溶接電圧を検出する溶接電圧検出部と、
前記溶接電圧検出部の出力に基づいて短絡状態であるのかアーク状態であるのかを検出する短絡／アーク検出部と、
前記短絡／アーク検出部から短絡状態であることを示す信号を受けて短絡時の溶接出力制御信号を前記駆動部に出力する短絡制御部と、
短絡期間中のくびれ検出のためのくびれ検出基準閾値を出力するくびれ検出基準閾値設定部と、
定常溶接期間の前のアークスタート期間中であるという信号を出力するアークスタート期間出力部を備え、
前記短絡制御部には、
前記溶接電圧検出部および／または前記溶接電流検出部と前記くびれ検出基準閾値設定部の出力に基づいて短絡期間の終期に生じる前記溶接ワイヤのくびれを検出するくびれ検出部と、
前記くびれ検出部でくびれを検出してから所定期間内にアークが発生しない場合にはくびれを誤検出したと判定するくびれ誤検出検出部と、
前記くびれ誤検出検出部の出力に基づきくびれを誤検出した短絡期間の数をカウントするカウント部と、
くびれ誤検出の数を設定するくびれ誤検出数設定部と、
前記カウント部がカウントした短絡回数の数がくびれ誤検出数設定部に設定された数となった場合にくびれ検出閾値を前記くびれ検出基準閾値よりも大きくし、前記アークスタート期間出力部からアークスタート期間中であるという信号を受けた場合、前記アークスタート期間においては、くびれ検出閾値の増加量を定常溶接期間中のくびれ検出閾値の増加量よりも大きくすることを前記くびれ検出部に出力するくびれ検出閾値制御部とを設け、くびれを誤検出した短絡期間の数が所定数となった場合にはくびれ検出閾値を前記くびれ検出基準閾値である前記第１のくびれ検出閾値よりも大きい第２のくびれ検出閾値に上げ、
くびれ検出閾値を前記第２の検出閾値に上げた短絡期間の後の短絡期間において前記第２のくびれ検出閾値に基づいてくびれの検出を行い、
くびれ検出閾値を前記第２の検出閾値に上げた短絡期間の後の短絡期間においてくびれを誤検出した短絡期間の数が所定数となった場合にはくびれ検出閾値を前記第２のくびれ検出閾値よりも大きい第３のくびれ検出閾値に上げ、くびれを誤検出した短絡期間の数が前記所定回になるまでは前記第２のくびれ検出閾値を維持し、
くびれ検出閾値を上げる上げ幅は、前記定常溶接期間の短絡期間における上げ幅よりも、前記アークスタート期間の上げ幅の方が大きいアーク溶接装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、消耗電極である溶接ワイヤを送給しながら短絡とアークを交互に発生させて溶接を行うアーク溶接方法およびアーク溶接装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、スパッタの発生量やビード外観や溶け込み状態といった溶接品質のさらなる高品位化が求められている。中でもスパッタの発生を低減することは溶接品質を向上すると共に治具へのスパッタ付着を防ぐことにもなり、保守性が向上する等作業環境を改善できる。
【０００３】
従来のスパッタの低減方法としては、短絡終期に消耗電極である溶接ワイヤの先端のくびれを検出すると短絡電流を所定の電流まで下げ、これによりアーク再発生時に発生するスパッタを低減するものが知られている。
【０００４】
従来の消耗電極式アーク溶接方法としては、図７に示すように、短絡終期に生じる溶接ワイヤのくびれを検出し、くびれを検出した際に電流を所定の期間低減し、電流の低減後で第１の所定期間内にアークが再生しない場合にくびれ誤検出と判定し、くびれ誤検出と判定してから溶接ワイヤに供給する電流を所定の電流値まで増加させ、同一短絡期間中に所定回数くびれ誤検出と判定したらくびれ検出を禁止するものが知られている（例えば、特許文献１参照）。
【０００５】
そして、前回または過去所定回数の短絡期間中にくびれ誤検出と判定した場合、今回の短絡期間中にくびれ検出手段によるくびれ検出を禁止するものである。
【０００６】
また、前回または過去所定回数の短絡期間中にくびれ誤検出と判定した場合、今回の短絡期間中のくびれ検出感度を下げるものである。
【特許文献１】特開２００６−１１６５８５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
上記従来のアーク溶接方法は、前回または過去所定回数の短絡期間中にくびれ誤検出と判定した場合、今回の短絡期間中のくびれ検出を禁止する、あるいは、くびれ検出感度を下げるものである。しかし、くびれ検出を禁止、あるいは、くびれ検出感度を下げたことにより、今回の次の短絡以降の短絡期間中にくびれ誤検出がなくなった場合には、短絡期間中のくびれ検出感度は基本の感度に戻すものである。そのあと、前回または過去所定回数の短絡期間中に再度くびれ誤検出と判定すると、再度くびれ検出を禁止する、あるいは、くびれ検出感度を下げることになる。このように、くびれ検出感度を戻すとくびれ誤検出を繰り返し易い状態となってしまい、アーク不安定を生じさせるおそれがある。
【０００８】
なお、このアーク溶接方法は、溶融プールの不規則な振動やワイヤ送給のバラツキなどの突発的な現象にしか対応できず、ワイヤ先端と母材との間のアーク電圧が下がるような状況（例えば、トーチケーブルまたはアースケーブルが非常に長い時や、電圧を下げすぎた時など）では、短絡状態が強くなり短絡開放電流が高くなると単位時間当たりの電流の変化ｄｉ／ｄｔも高くなり、同時に単位時間当たりの電圧の変化ｄｖ／ｄｔも高くなるので、絶えずくびれ誤検出しやすい傾向がある。
【０００９】
また、アークスタート期間では、定常溶接期間のアーク状態とは異なり母材に溶融プールが完全に形成されていないため、短絡状態が安定し難く、短絡周期も不規則になり易いため、くびれを誤検出し易い傾向がある。
【００１０】
従って、従来のアーク溶接方法においては、短絡期間中にくびれ誤検出を繰り返し易い状態にあり、また、アーク不安定が発生しやすいアークスタート期間での配慮もないため、スパッタ発生の低減を維持できない。更にアーク不安定によりビード外観、溶け込みといった溶接品質を確保できないおそれがある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記課題を解決するために、本発明のアーク溶接方法およびアーク溶接装置は、アークスタート期間の後に定常溶接期間があり消耗電極である溶接ワイヤを母材に送給して短絡期間とアーク期間を交互に発生させるアーク溶接において、前記短絡期間の終期に生じる前記溶接ワイヤのくびれを検出し、前記くびれを検出してから所定期間内にアークが発生しない場合にはくびれを誤検出したと判定するアーク溶接方法であって、第１の短絡期間において第１のくびれ検出閾値に基づいてくびれの検出を行い、前記第１の短絡期間においてくびれを誤検出した場合にはくびれ検出閾値を前記第１のくびれ検出閾値よりも大きい第２のくびれ検出閾値に上げ、前記第１の短絡期間の後の第２の短絡期間において前記第２のくびれ検出閾値に基づいてくびれの検出を行い、前記第２の短絡期間においてくびれを誤検出した場合にはくびれ検出閾値を前記第２のくびれ検出閾値よりも大きい第３のくびれ検出閾値に上げ、前記第２の短絡期間においてくびれを誤検出しない場合には前記第２の検出閾値を維持し、くびれ検出閾値を上げる上げ幅は、前記定常溶接期間の短絡期間における上げ幅よりも、前記アークスタート期間の上げ幅の方が大きいものである。
【００１２】
また、本発明のアーク溶接方法およびアーク溶接装置は、アークスタート期間の後に定常溶接期間があり消耗電極である溶接ワイヤを母材に送給して短絡期間とアーク期間を交互に発生させるアーク溶接において、前記短絡期間の終期に生じる前記溶接ワイヤのくびれを検出し、前記くびれを検出してから所定期間内にアークが発生しない場合にはくびれを誤検出したと判定するアーク溶接方法であって、短絡期間において第１のくびれ検出閾値に基づいてくびれの検出を行い、くびれを誤検出した短絡期間の数が所定数となった場合にはくびれ検出閾値を前記第１のくびれ検出閾値よりも大きい第２のくびれ検出閾値に上げ、くびれ検出閾値を前記第２の検出閾値に上げた短絡期間の後の短絡期間において前記第２のくびれ検出閾値に基づいてくびれの検出を行い、くびれ検出閾値を前記第２の検出閾値に上げた短絡期間の後の短絡期間においてくびれを誤検出した短絡期間の数が所定数となった場合にはくびれ検出閾値を前記第２のくびれ検出閾値よりも大きい第３のくびれ検出閾値に上げ、くびれを誤検出した短絡期間の数が前記所定回になるまでは前記第２のくびれ検出閾値を維持し、くびれ検出閾値を上げる上げ幅は、前記定常溶接期間の短絡期間における上げ幅よりも、前記アークスタート期間の上げ幅の方が大きいものである。
【００１４】
また、本発明のアーク溶接方法は、上記アーク溶接方法に加えて、短絡期間においてくびれ検出閾値を上げる際に、くびれを誤検出した時点でくびれ検出閾値を上げるものである。
【００１５】
また、本発明のアーク溶接方法は、上記アーク溶接方法に加えて、くびれ検出閾値を、溶接電圧の単位時間当たりの変化量、あるいは、溶接電圧を溶接電流で除した値の単位時間当たりの変化量としたものである。
【００１６】
また、本発明のアーク溶接方法は、上記アーク溶接方法に加えて、くびれ誤検出と判定した短絡期間中において、くびれ誤検出と判定してからアークが発生するまでくびれの検出を禁止するものである。
【発明の効果】
【００１７】
以上のように、本発明によれば、短絡期間中のくびれ誤検出を早い段階で防ぐことができ、くびれ誤検出が発生した際のアーク不安定、ビード欠陥、スパッタ増加、溶け込み不良等の問題を最小限に押さえることで溶接品質を向上することができる。また、生産効率や作業環境への悪影響を抑えることが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下、本実施の形態における消耗電極式アーク溶接方法及びアーク溶接装置について、図面を用いて説明する。
【００１９】
（実施の形態１）
図１はアーク溶接装置の概略構成を示す図である。
【００２０】
入力電源１からアーク溶接装置に供給された電力は１次整流部２で整流され、スイッチング素子３により交流に変換され、トランス４により降圧され、２次整流部５およびＤＣＬ（インダクタ）６により整流され、溶接ワイヤ１８と母材２１との間に印加される。
【００２１】
また、スイッチング素子３を制御するための駆動部７と、溶接用電源出力端子間に接続され検出した電圧に対応した信号を短絡／アーク検出部１０に出力する溶接電圧検出部８と、溶接電流を検出する溶接電流検出部９と、溶接電圧検出部８からの信号に基づいて溶接出力電圧が一定値以上か未満かを判定し、この判定結果によりワイヤ１８が母材２１に接触短絡しているか、それとも非接触状態で溶接アークを発生しているかを判定して判定信号を出力する短絡／アーク検出部１０を備えている。
【００２２】
アーク制御部１１は短絡／アーク検出部１０からアーク期間であることを示す信号を入力している場合に、駆動部７を制御してアーク期間における出力制御を行わせるものである。
【００２３】
短絡制御部１２は短絡／アーク検出部１０から短絡期間であることを示す信号を入力している場合に、駆動部７を制御して短絡期間における溶接出力制御を行わせるものである。
【００２４】
くびれ検出部１３は、短絡／アーク検出部１０から短絡期間であることを示す信号を入力している場合に、溶接電圧検出部８からの信号に基づいて溶接電圧微分値を算出し、くびれ検出基準閾値を設定するためのくびれ検出基準閾値設定部１６からの基準電圧微分値であるくびれ検出基準閾値と比較して溶接ワイヤ１８がくびれているか否かを検出するものである。
【００２５】
くびれ誤検出検出部１４は、くびれ検出部１３からのくびれを検出したことを示す信号と、短絡／アーク検出部１０からの信号に基づいて、くびれを検出した時点から所定時間経過した際にアーク期間となっていない場合にくびれ誤検出と判定するものである。
【００２６】
くびれ検出閾値制御部１５は、くびれ誤検出検出部１４からの信号を受け、くびれ誤検出であればくびれ検出閾値の大きさをそれまでより大きくすることをくびれ検出部１３に出力するとともに、くびれ検出部１３に対してくびれ誤検出を生じたこの短絡期間においてはくびれ検出をさせない信号を出力し、さらに、駆動部７を制御して短絡期間における溶接出力の制御を行わせるものである。
【００２７】
なお、くびれ検出部１３とくびれ誤検出検出部１４とくびれ検出閾値制御部１５は、短絡制御部１２内に構成されている。また、図１で示したアーク溶接装置を構成する各構成部は、各々単独に構成してもよいし、複数の構成部を複合して構成するようにしてもよい。
【００２８】
溶接ワイヤ１８は溶接ワイヤ送給装置１７により母材２１へ送給され、また、チップ１９を介して電力が供給され、母材２１との間で溶接アーク２０を発生するものである。
【００２９】
ここで、短絡／アーク検出部１０の判定後の短絡期間における制御について説明する。
【００３０】
短絡制御部１２は、くびれ検出部１３、くびれ誤検出検出部１４、くびれ検出閾値制御部１５から構成されており、くびれ検出部１３は溶接電圧検出部８から出力される溶接電圧を監視して、溶接電圧の時間的変化の割合である溶接電圧微分値がくびれ検出基準閾値（第１の閾値）より大きくなった時に溶接ワイヤ１８のくびれを検出し、所定の低電流値ＩＮまで電流を低減し、所定時間Ｔ１が経過してもアーク発生していなければ、所定の復帰電流値ＩＳ２まで上昇する。その後、この短絡期間において、くびれ検出部１３によるくびれ検出を禁止し、アーク発生を待つことなる。また、くびれ検出閾値制御部１５からの指示により、くびれ検出基準閾値設定部１６によるくびれ検出基準閾値を所定値だけ大きくしたものを新たなくびれ検出閾値（第２の閾値）とする。
【００３１】
そして、この短絡期間の次の短絡期間中においては、前回くびれ誤検出しているため、くびれ検出部１３は、前回の短絡期間中に大きくしたくびれ検出閾値（第２の閾値）に基づいてくびれ検出を行う。そして、この次の短絡期間においてもくびれ誤検出を検出した場合には、さらにくびれ検出閾値（第２の閾値）を所定値だけ大きくして新たなくびれ検出閾値（第３の閾値）とする。そして、このような制御をくびれ誤検出しなくなるまで繰り返し行う。このように、短絡期間にくびれ誤検出する場合には所定値ずつくびれ検出閾値を大きくしていき、短絡期間にくびれ誤検出しなければ、くびれ検出閾値を大きくすることなく維持する。
【００３２】
図２は、短絡とアークを交互に繰り返す消耗電極式アーク溶接における溶接電流波形と溶接電圧波形とくびれ検出閾値の時間変化を示している。
【００３３】
なお、図２のＰ１は短絡が発生した時点、Ｐ２はくびれ検出が発生した時点、Ｐ３はＰ２発生から後述する所定時間Ｔ１が経過した時点、Ｐ４はアークが発生した時点を示し、以降のＰ５またはＰ９またはＰ１３は次の短絡発生した時点、Ｐ６またはＰ１０またはＰ１４はくびれ検出が発生した時点、Ｐ７またはＰ１１はＰ６またはＰ１０の発生から後述する所定時間Ｔ１が経過した時点、Ｐ８またはＰ１２またはＰ１５はアーク発生した時点を示し、ＩＳ１は短絡電流値、ＩＳ２はＰ２発生からの所定時間Ｔ１が経過した時点の短絡電流への復帰電流値、ＩＮはくびれ検出により低減される所定の低電流値を示すものである。
【００３４】
図２において、まずＰ１時点からＰ４時点までの短絡期間（短絡１周期分）について、以下に説明する。
【００３５】
Ｐ１時点で短絡が発生し、くびれ検出部１３により消耗電極である溶接ワイヤ１８のくびれ検出を行っており、Ｐ２時点でくびれが発生した場合、くびれ検出部１３はくびれ検出処理として溶接ワイヤ１８に供給する電流を、くびれ検出した時点の短絡電流値ＩＳ１からそれよりも低い所定の低電流値ＩＮに低減する。なお、この所定の低電流値ＩＮは、固定値（例えば５０Ａ）でもよいし、あるいは、送給する溶接ワイヤ１８のワイヤ径、ワイヤ種類、ワイヤ突出長、供給するシールドガス、設定溶接電流の少なくとも１つから求められる関数でもよく、また、くびれを検出した時点の溶接電流の関数、例えば、くびれを検出した時の溶接電流ＩＳ１から５０Ａを減算した値等としてもよい。なお、これら固定値や関数等は実験等で求めるものである。
【００３６】
上述したくびれ検出部１３は、溶接ワイヤ１８と母材２１との間に印加された溶接電圧の微分値である溶接電圧微分値（単位時間当たりの溶接電圧の変化量）を検出する。そして、検出した溶接電圧微分値とくびれ検出の閾値である所定の基準電圧微分値であるくびれ検出閾値と比較し、検出した溶接電圧微分値が基準電圧微分値以上である場合にくびれを検出するようにしたものである。なお、溶接電圧微分値ではなく、溶接電圧を溶接電流で除すことにより算出した抵抗値の微分値（抵抗値微分値）を検出し、検出した抵抗値微分値とくびれ検出の閾値である所定の基準抵抗微分値とを比較し、検出した抵抗値微分値が基準抵抗値微分値以上である場合にくびれを検出するようにしてもよい。なお、基準電圧微分値と基準抵抗値微分値は、例えは実験等により予め求めておくものである。
【００３７】
そして、くびれを検出したＰ２時点から所定期間Ｔ１が経過したＰ３時点までアーク再発生しない場合には、くびれ誤検出検出部１４によりくびれ誤検出と判定し、短絡制御部１２を用いて溶接電流（短絡電流）を後述する所定の復帰電流値ＩＳ２まで増加させる。この短絡制御部１２は、駆動部７に対して出力電流を増加するように指令してもよく、電力を増加するように指令してもよい。
【００３８】
なお、くびれ誤検出の時間の判断基準となる上述した所定期間Ｔ１は、実験でもとめた固定値（例えば０．５ｍｓ）でもよく、くびれ検出部１３においてくびれを検出した時点における溶接電流の関数（例えば、３００Ａで検出した場合は、１ｍｓに設定する）でもよく、あるいは、送給する溶接ワイヤ１８のワイヤ径、ワイヤ種類、ワイヤ突出長、供給するシールドガス、および溶接電流の設定電流域の少なくとも１つから求められる関数でもよく、溶接電圧の時間的変化の割合の大きさ（例えば、くびれを検出した時点の溶接電圧微分値ｄｖ／ｄｔ値が１Ｖ／ｍｓの場合は、１ｍｓに設定する）から求めてもよく、あるいは、今回の短絡の溶接電流の積算値（例えば、くびれを検出した時点までの溶接電流積算値が、３００Ａ・ｓの場合は、１ｍｓに設定）から求めてもよい。
【００３９】
また、上述した所定の復帰電流値ＩＳ２は、固定値（例えば３５０Ａ）でもよく、また、送給する溶接ワイヤ１８のワイヤ径、ワイヤ種類、ワイヤ突出長、供給するシールドガス、および設定溶接電流（平均溶接電流）の少なくとも１つから求められる関数でもよく、あるいは、くびれを検出した時の溶接電流の関数、例えば、くびれを検出した時の溶接電流に５０Ａを加算した値としてもよく、あるいは、くびれ検出処理が発生しなかった場合に到達していると推定される短絡電流値としてもよい。なお、これら固定値や関数等は、実験等により予め求めておくものである。
【００４０】
ここで、所定の復帰電流値ＩＳ２は、短絡を開放し易いように十分な値を設定する必要がある。これにより短絡からアークへの移行が正常に行われる。このように、Ｐ２時点でのくびれ検出が誤検出であった場合でも、所定期間Ｔ１後に正常な短絡時の電流制御に早期に復帰するため、溶接安定性やビード品質に与える悪影響を最小限に抑えることができる。
【００４１】
また、Ｐ３時点よりも前にくびれ誤検出があった場合には、Ｐ３時点からＰ４時点までの期間でくびれ検出されたとしても、くびれ検出処理を禁止する。なお、くびれ検出処理の禁止とは、くびれ検出手部１３でくびれが発生していると判断した場合でも、溶接電流の低減を行わないようにすることである。
【００４２】
上記のように、ある短絡期間でくびれ誤検出が発生し、くびれ誤検出が発生した短絡期間以降の短絡期間においてくびれ誤検出が連続して発生しないように、本実施の形態のアーク溶接方法は、短絡期間中にくびれ誤検出が発生した場合にはくびれ検出感度を下げるためにくびれ検出閾値（ｄｖ／ｄｔ）を所定値上げるようにし、さらにその後の短絡期間においてもくびれ誤検出が発生した場合には、さらにくびれ検出閾値を上げるようにしたものである。なお、くびれ検出閾値の上げ幅は、例えば実験等により予め求めておくものである。
【００４３】
図２は、Ｐ１時点からＰ４時点までの短絡期間と、Ｐ５時点からＰ８時点までの短絡期間と、Ｐ９時点からＰ１２時点までの短絡期間でくびれ誤検出が発生しており、Ｐ１３時点からＰ１５時点までの短絡期間ではくびれ誤検出が発生しなかった場合の溶接電流の波形と溶接電圧との波形を示しており、あわせて、各短絡期間におけるくびれ検出閾値の変化を示している。
【００４４】
まず、Ｐ１時点からＰ４時点までの短絡期間においてくびれ誤検出したことにより、くびれ検出閾値ｔｈ１（第１の閾値）から所定値大きくしてくびれ検出閾値ｔｈ２（第２の閾値）とする。
【００４５】
その後のＰ５時点からＰ８時点までの短絡期間において再度くびれ誤検出したことにより、くびれ検出閾値ｔｈ２（第２の閾値）から所定値大きくしてくびれ検出閾値ｔｈ３（第３の閾値）とする。
【００４６】
その後のＰ９時点からＰ１２時点までの短絡期間において再度くびれ誤検出したことにより、くびれ検出閾値ｔｈ３（第３の閾値）から所定値大きくしてくびれ検出閾値ｔｈ４（第４の閾値）とする。
【００４７】
その後のＰ１３時点からＰ１５時点までの短絡期間においては、くびれ誤検出しなかったことにより、くびれ検出閾値ｔｈ４（第４の閾値）を大きくせずにくびれ検出閾値ｔｈ４（第４の閾値）のままとして継続する。なお、図２には明記していないが、Ｐ１５以降の短絡期間で再度くびれを誤検出した場合には、くびれ検出閾値をくびれ検出閾値ｔｈ４（第４の閾値）よりも大きなものとする。
【００４８】
上記のように、くびれ検出閾値を上げることによりくびれ検出感度が下がりスパッタ発生量が多少増加し易くなるが、くびれ誤検出によるアーク不安定を引き起こすことはなくなり、アーク不安定を抑制する方がスパッタを低減でき、ビードの外観も良くすることができる。
【００４９】
以上のように、くびれ誤検出を早い段階で防ぎ、くびれ誤検出が発生した際のアーク不安定、ビード欠陥、スパッタ増加、溶け込み不良等の問題を最小限に押さえることができ、生産効率や作業環境への悪影響を抑えることが可能となる。
【００５０】
なお、ある溶接線における溶接開始位置から溶接終了位置まで溶接を行い、次の溶接線の溶接を行う場合には、くびれ検出閾値を基準くびれ検出閾値であるくびれ検出閾値ｔｈ１に戻してから溶接を開始するようにしても良い。
【００５１】
（実施の形態２）
本実施の形態において、実施の形態１と同様の箇所については同一の符号を付して詳細な説明を省略する。実施の形態１と異なる主な点は、くびれ誤検出した短絡期間が累積で所定回数となった場合にくびれ検出閾値を大きくするようにした点である。
【００５２】
図３も図２と同じく、短絡とアークを交互に繰り返す消耗電極式アーク溶接における溶接電流波形と溶接電圧波形とくびれ検出閾値の時間変化を示している。
【００５３】
図３は、くびれ誤検出した短絡期間が所定回数である２回となった場合に、くびれ検出感度を所定値上げるようにした例を示している。なお、この所定回数は、図示しないくびれ誤検出数設定部により設定されるものである。
【００５４】
図３は、Ｐ１時点からＰ４時点までの短絡期間と、Ｐ５時点からＰ８時点までの短絡期間と、Ｐ９時点からＰ１２時点までの短絡期間でくびれ誤検出が発生しており、Ｐ１３時点からＰ１５時点までの短絡期間ではくびれ誤検出が発生しなかった場合の溶接電流の波形と溶接電圧との波形を示しており、あわせて、各短絡期間におけるくびれ検出閾値の変化を示している。
【００５５】
まず、図示していないが、Ｐ１時点よりも前の短絡期間でくびれ誤検出しておりくびれ誤検出した短絡期間の回数が１回とカウントされており、その後、Ｐ１時点からＰ４時点までの短絡期間においてくびれ誤検出したことにより、くびれ誤検出した短絡期間がくびれ誤検出数設定部により設定された所定回数である２回となったことにより、くびれ検出閾値をくびれ検出閾値ｔｈ１からくびれ検出閾値ｔｈ３に上げる。
【００５６】
その後、Ｐ５時点からＰ８時点までの短絡期間において再度くびれ誤検出したため、くびれ誤検出回数を図示しないカウント部により１回とカウントするが、くびれ検出閾値は変更せず、くびれ検出閾値ｔｈ３を継続する。
【００５７】
その後、Ｐ９時点からＰ１２時点までの短絡期間においても同じくくびれ誤検出したため、くびれ誤検出回数を２回とカウントし、所定回数となったので、くびれ検出閾値をくびれ検出閾値ｔｈ３からくびれ検出閾値ｔｈ５に上げる。
【００５８】
その後、Ｐ１３時点からＰ１５時点までの短絡期間においてはくびれ誤検出しなかったため、くびれ検出閾値ｔｈ５を大きくせずにくびれ検出閾値ｔｈ５のままとして継続する。
【００５９】
そして、くびれ誤検出を検出し続ける場合において、上記のような制御を行ってくびれ検出閾値を上げてくびれの検出感度を下げていくものである。
【００６０】
なお、本実施の形態において、アーク溶接装置の構成は実施の形態１で説明したものと同様である。
【００６１】
以上のように、本実施の形態によれば、実施の形態１と同様に、くびれ誤検出を早い段階で防ぎ、くびれ誤検出が発生した際のアーク不安定、ビード欠陥、スパッタ増加、溶け込み不良等の問題を最小限に押さえることができ、生産効率や作業環境への悪影響を抑えることが可能である。
【００６２】
なお、図示しないくびれ誤検出数設定部と図示しないカウント部は、短絡制御部１２内に設けられている。また、このカウント部はレジスタを設けており、くびれ誤検出検出部１４からの出力に基づいてくびれを誤検出した短絡期間の数をカウントするものである。そして、カウント数がくびれ誤検出数設定部により設定された所定回数になった場合には、所定回数になったことをくびれ検出閾値制御部１５に出力し、レジスタの内容をリセットするものである。
【００６３】
なお、くびれ誤検出した短絡期間の回数は、くびれ検出閾値制御部１５でカウントするようにしても良い。
【００６４】
（実施の形態３）
本実施の形態において、実施の形態１と同様の箇所については同一の符号を付して詳細な説明を省略する。実施の形態１と異なる点は、アークスタート期間ＴＳの後の定常溶接期間ＴＮに対し、アークスタート期間ＴＳにおいてくびれ誤検出した時のくびれ検出閾値の上げ幅を、定常溶接期間ＴＮにおけるくびれ検出閾値の上げ幅より大きくした点である。
【００６５】
図４は、短絡とアークを交互に繰り返す消耗電極式アーク溶接における溶接電流波形の時間変化の例を示している。
【００６６】
溶接開始点ＰＳから溶接中の途中の点である溶接点ＰＮまでのアークスタート期間ＴＳにおいては、溶接点ＰＮ以降の定常溶接期間ＴＮに対し、くびれ誤検出によるくびれ検出感度の上げ幅を大きくしたものである。なお、このときのくびれ検出感度の上げ幅は、例えば実験等により予め求めておくものであり、例えば定常溶接時のくびれ検出感度の上げ幅の２倍等としてもよい。
【００６７】
アークスタート期間ＴＳは、定常溶接期間ＴＮのアーク状態とは異なり、母材２１上の溶融プールの形成が完全にできておらず、短絡状態が安定し難く短絡周期も不規則になり易い。
【００６８】
従って、くびれ誤検出が発生しやすい状態にあるため、くびれ誤検出した場合には早期にくびれ誤検出を発生させないようにするため、くびれ検出閾値の上げ幅を大きくしたものである。
【００６９】
図５は本実施の形態におけるアーク溶接装置の概略構成を示す図であり、以下のように構成される。
【００７０】
実施の形態１及び２におけるアーク溶接装置の概略構成を示す図２と異なる点は、くびれ検出閾値制御部１５にアークスタート期間ＴＳであるということを認識させる信号を出力するアークスタート期間出力部２２を設けた点である。
【００７１】
アークスタート期間出力部２２からアークスタート期間ＴＳ中であるという信号を受けたくびれ検出閾値制御部１５は、アークスタート期間ＴＳにおいては、くびれ検出閾値の増加量を定常溶接期間ＴＮ中のくびれ検出閾値の増加量よりも大きくする。例えば、アークスタート期間ＴＳは定常溶接期間ＴＮの時の増加量の２倍ほど上げるようにしてもよい。
【００７２】
図６は、本実施の形態における短絡とアークを交互に繰り返す消耗電極式アーク溶接における溶接電流波形と溶接電圧波形とくびれ検出閾値の時間変化を示している。
【００７３】
定常溶接期間ＴＮにおいては、くびれ検出閾値ｔｈを、くびれ検出閾値ｔｈ３からくびれ検出閾値ｔｈ４に、そしてくびれ検出閾値ｔｈ４からくびれ検出閾値ｔｈ５に増加しており、アークスタート期間ＴＳにおいては、増加量が定常溶接期間ＴＮの時の２倍であるくびれ検出閾値ｔｈ１からくびれ検出閾値ｔｈ３に増加している。
【００７４】
以上のように、本実施の形態によれば、実施の形態１よりもくびれ誤検出を早い段階で防ぎ、くびれ誤検出が発生した際のアーク不安定、ビード欠陥、スパッタ増加、溶け込み不良等の問題を最小限に押さえることができ、生産効率や作業環境への悪影響を抑えることが可能である。
【００７５】
なお、図６において、アークスタート期間ＴＳ中にくびれ検出閾値ｔｈはくびれ検出閾値ｔｈ３まで大きくなっているが、アークスタート期間ＴＳから定常溶接期間ＴＮになった時点でくびれ検出閾値ｔｈを基準くびれ検出閾値である検出閾値ｔｈ１に下げ、その後くびれ検出を生じるとくびれ検出閾値を上げていくようにしてもよい。
【産業上の利用可能性】
【００７６】
本発明の消耗電極式アーク溶接方法は、くびれ誤検出を防ぎ、くびれ誤検出が発生した際にも、アーク不安定、ビード欠陥、スパッタ増加、溶け込み不良等の問題を抑制するし、生産効率や作業環境への悪影響を抑えることができ、短絡を伴う溶接を行う溶接装置および溶接方法として産業上有用である。
【図面の簡単な説明】
【００７７】
【図１】本発明の実施の形態１におけるアーク溶接装置の概略構成を示す図
【図２】（ａ）実施の形態１における溶接電流波形を示す図、（ｂ）実施の形態１における溶接電圧波形を示す図、（ｃ）実施の形態１におけるくびれ検出閾値を示す図
【図３】（ａ）実施の形態２における溶接電流波形を示す図、（ｂ）実施の形態２における溶接電圧波形を示す図、（ｃ）実施の形態２におけるくびれ検出閾値を示す図
【図４】本発明の実施の形態３におけるアークスタート期間と定常溶接期間を示す図
【図５】本発明の実施の形態３におけるアーク溶接装置の概略構成を示す図
【図６】（ａ）実施の形態３における溶接電流波形を示す図、（ｂ）実施の形態３における溶接電圧波形を示す図、（ｃ）実施の形態３におけるくびれ検出閾値を示す図
【図７】従来のアーク溶接における溶接電流波形を示す図
【符号の説明】
【００７８】
１      入力電源
２      １次整流部
３      スイッチング素子
４      トランス
５      ２次整流部
６      ＤＣＬ（インダクタ）
７      駆動部
８      溶接電圧検出部
９      溶接電流検出部
１０    短絡／アーク検出部
１１    アーク制御部
１２    短絡制御部
１３    くびれ検出部
１４    くびれ誤検出検出部
１５    くびれ検出閾値制御部
１６    くびれ検出基準閾値設定部
１７    溶接ワイヤ送給装置
１８    溶接ワイヤ
１９    チップ
２０    溶接アーク
２１    母材
２２    アークスタート期間出力部
Ｐ１、Ｐ５、Ｐ９、Ｐ１３  短絡発生時点
Ｐ２、Ｐ６、Ｐ１０、Ｐ１４  くびれ検出時点
Ｐ３、Ｐ７、Ｐ１１  くびれ誤検出時点
Ｐ４、Ｐ８、Ｐ１２、Ｐ１５  アーク発生時点
Ｔ１    所定時間
ＩＳ１  短絡電流値
ＩＳ２  復帰電流値
ＩＮ    低電流値
ＴＮ    定常溶接期間
ＴＳ    アークスタート期間
ＰＳ    溶接開始点
ＰＮ    溶接点
【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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