(57)【要約】      （修正有）【課題】溶接アーク制御により安定した入熱制御が可能で、高い溶接品質が確保できる溶接アーク制御方法を提供する。【解決手段】溶接アークを制御する外部特性を外部からの指示で定電圧特性または定電流特性にパルス状に可変させ、変動するアーク電圧に応じて出力電流を変化させる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
溶接アークを制御する外部特性を外部からの指示でパルス状に可変させ、変動するアーク電圧に応じて出力電流を変化させることを特徴とする溶接アーク制御方法。
【請求項２】
前記出力電流を低周波パルスに設定し、ピーク電流及び／又はベース電流で外部特性の制御を行わしめることを特徴とする請求項１記載の溶接アーク制御方法。
【請求項３】
自己制御作用を利用したアーク長のパルス出力制御による溶接アーク制御方法であって、溶接方法、母材に応じて、外部特性の傾斜基準点と傾斜角度を設定することで前記パルス出力制御の発生基準点と応答性を制御することを特徴とする溶接アーク制御方法。
【請求項４】
開先内でウィビング動作を行うと開先内の両端開先部とセンター部とで高さが異なる部位において、前記開先内でウィビングに同期したパルス電流を印加し、前記開先を一定に溶融させることを特徴とする溶接アーク制御方法。
【請求項５】
アークスタート後、ワイヤを引き上げ、ワイヤの送給を開始して、定電圧下で出力電流を変化させる第１の制御、定電流下で出力電圧を変化させる第２の制御を交互に繰り返すことを特徴とする溶接アーク制御方法。
【請求項６】
トーチ高さが変化した場合に出力電流がパルス出力となり、所望のトーチ高さからずれたことを示す情報を、オペレータに提示することを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載の溶接アーク制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、溶接アーク制御方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
消耗電極を使用するガスシールドアーク溶接や、タングステンを電極に用い、アルゴンガス等の不活性ガスの雰囲気中で溶接するタングステンイナートガス溶接では、溶接アークの制御を溶接電流と溶接電圧による入熱を一定に維持することで溶融プールの形成を安定させることが必要である。
【０００３】
一般的に、ＴＩＧ溶接では、定電流制御が行われ、ＭＩＧ／ＭＡＧ溶接では定電圧制御が行われている。また、溶接アークの制御に関しては、手溶接の場合、オペレータの感覚に頼っているのが実情である。また、自動溶接においてはアーク電流制御Arc Current Contro1(以下ACC)による電流帰還やアーク電圧制御Arc Voltage Contro1(以下AVC)による電圧帰還でアーク長制御を行うものが知られている（例えば、特許文献１参照。）。
【特許文献１】特開2002-254172号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
溶接電源の制御による溶接アーク制御方法は、定電圧特性または垂下特性の外部特性（負荷電流と負荷電圧の関係）が用いられ、消耗電極を使用するガスシールドアーク溶接では、定電圧特性により制御される。これらの制御では溶接電流を増加させると溶接電圧が下がり、アーク長を抑制する作用(自己制御作用)が働くため、トーチと母材間の距離を調整するトーチ駆動装置が必要である。さらに上述の制御を行うため出力電流と出力電圧のサンプリング間隔と、トーチ駆動装置やワイヤ送給装置の駆動速度の制御感度設定を適切に設定しないと、トーチ駆動装置またはワイヤ送給装置の追従性が異なり溶接部の入熱量が安定しないことが課題であった。
【０００５】
また、溶接品質を向上させるため行われる従来のパルス溶接では、電流を時間同期、ウィビング同期でパルス状に電流出力させている。この方式は強制パルスであり母材、ワイヤの状態による変化には追従できない。この結果、ワイヤの送給が安定せず溶接部の状態は乱れることになり、品質上好ましくない。
【０００６】
本発明は上述した課題を解決するためになされたものであり、溶接アーク制御により安定した入熱制御を可能とし、高い溶接品質の溶接アーク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】
【０００７】
本願発明の一態様によれば、溶接アークを制御する外部特性を外部からの指示でパルス状に可変させ、変動するアーク電圧に応じて出力電流を変化させることを特徴とする溶接アーク制御方法が提供される。これにより、溶接入熱を一定に保ち、溶け込みを安定させることができる。
【０００８】
また、本願発明の一態様によれば、前記出力電流を低周波パルスに設定し、ピーク電流及び／又はベース電流で外部特性の制御を行わしめることを特徴とする請求項１記載の溶接アーク制御方法が提供される。
【０００９】
また、本願発明の一態様によれば、自己制御作用を利用したアーク長のパルス出力制御による溶接アーク制御方法であって、溶接方法、母材に応じて、外部特性の傾斜基準点と傾斜角度を設定することで前記パルス出力制御の発生基準点と応答性を制御することを特徴とする溶接アーク制御方法が提供される。
【００１０】
また、本願発明の一態様によれば、開先内でウィビング動作を行うと開先内の両端開先部とセンター部とで高さが異なる部位において、前記開先内でウィビングに同期したパルス電流を印加し、前記開先を一定に溶融させることを特徴とする溶接アーク制御方法が提供される。
【００１１】
また、本願発明の一態様によれば、アークスタート後、ワイヤを引き上げ、ワイヤの送給を開始して、定電圧下で出力電流を変化させる第１の制御、定電流下で出力電圧を変化させる第２の制御を交互に繰り返すことを特徴とする溶接アーク制御方法が提供される。
【００１２】
これにより、スタートミスの減少と入熱量を一定にするために、アーク長を維持することで適正な溶融を促すことができる。
【００１３】
また、本願発明の一態様によれば、トーチ高さが変化した場合に出力電流がパルス出力となり、所望のトーチ高さからずれたことを示す情報を、オペレータに提示することを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載の溶接アーク制御方法が提供される。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、安定した入熱制御が可能で、高い溶接品質が確保できる溶接アーク制御方法が提供される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下、本発明の実施の形態に係る溶接アーク制御方法について、図面を参照しながら説明する。
【００１６】
溶接作業においては、設計で指示された溶込み形状や，ビード幅，脚長を実現するためには，溶接電流を最初に決めて，これを溶接電源側で設定する。溶接機側では，この溶接電流にほぼ見合ったワイヤ送給速度で，安定アークと安定溶融が続行されるよう瞬時々の電流波形を制御している。
【００１７】
一般的に、マグ・ミグ溶接は、定電圧特性電源で行われ，細径ワイヤと組み合せての自己制御作用で，溶接アーク長が一定に保たれている。しかし、瞬時々のアーク電圧実測値（動特性）では、アーク電圧波形が一定電圧ではない。実際に起きているアーク現象では，アークの発生，溶滴の離脱促進，アークの停止が繰り返されるので、アーク長の一定化制御は、溶接電源からの出力波形制御（電流、電圧双方の制御）で行わせている。例えば、100Aあたり２〜３V垂下しているのが溶接電源でいう定電圧静特性となる。
【００１８】
ティグ溶接法では，定電流特性を含んだ垂下特性の溶接電源が使われる。多少アークの長さが変化しても溶接電流の変動が少ない。すなわち、アーク電流が一定になるようにトーチ高さを制御するアーク電圧制御が好適である。
【００１９】
溶接電流をピーク電流とベース電流とで周期的に変化させる、例えば数Ｈｚ以下の低周波パルス電流を用いると、ピーク電流で深く溶け込んだ溶融池がベース時間中に一部凝固するので、溶融金属の垂れが防止できる。
【００２０】
ミグ溶接、マグ溶接では、ピーク電流のピンチ効果により溶滴の規則的な強制移行が実現できるので、アークが安定する。
【００２１】
図1に示すように、本発明の実施の形態では、溶接アークを制御するため、定電流もしくは定電圧の外部特性を外部からの指示でパルス状に可変させる。外部からの指示は、溶接電源に備えたスイッチの切り替え、あるいは溶接機用の制御装置を介したパラメータ制御によって行える。
【００２２】
図1（ａ）において、横軸は溶接電流を、縦軸は溶接電圧を示している。図１（ｂ）は、指示電流値の変化に伴う、指示電圧値の状態およびアーク長の状態を示すものである。
【００２３】
外部特性のＯＮ／ＯＦＦを切り替え、溶接電流を指示電流値よりも低くする制御を行う。このとき、溶接電圧は、指示電圧値よりも高く維持される。このとき、アーク長は、指示電圧値よりも長くなっている。すなわち、かかる制御においては、トーチ１の高さが変化しても溶接電流は一定となっている。溶接電流、溶接電圧がそれぞれ指示電流値、指示電圧値であるときには、外部特性のＯＮ／ＯＦＦの切り替えが行われても、溶接電流、溶接電圧はパルス状に変化せず、したがって、トーチ１の高さ、すなわち、アーク長は変わらない。
【００２４】
次に、外部特性のＯＮ／ＯＦＦを切り替え、溶接電流を指示電流値よりも高くする制御を行う。このとき、溶接電圧は、指示電圧値よりも低く維持される。このとき、アーク長は、指示電圧値のときよりも短くなることがわかる。
【００２５】
外部特性のパルス状制御により、溶接アーク長により出力電流が可変するが、定電流特性時の出力電流は電圧が低い場合は高くなり、電圧が高い場合は低くなっている。
【００２６】
本実施の形態によれば、アーク電圧が変動した場合に出力電流が任意に変化するので溶接入熱を一定に保ち、溶け込みを安定させることができる。
【００２７】
また、トーチ１を手に持って溶接を行うとアーク現象でオペレータヘ高さの違いを教示することができる。
【００２８】
次に、本発明の実施形態に係る溶接アーク制御方法の実施例を図2、図3を用いて説明する。図2は外部特性の傾斜角度を変化させた場合のグラフである。図3は傾斜基準電圧を変化させた場合のグラフである。
【００２９】
上述した自己制御作用を利用したアーク長のパルス出力制御方法において、図２に示す傾斜角度と図３に示す電圧基準点を任意設定する。このことにより、パルスの発生基準点と応答性を制御することができ、溶接方法や溶接母材により適正な自己制御作用及びパルス出力を行える。
【００３０】
次に、本発明の実施形態に係る溶接アーク制御方法は、溶接開先を形成した突合せ溶接及び隅肉溶接へ適用することができる。
【００３１】
図４に示すものは、突合せ溶接の場合、図５に示すものは、隅肉溶接の場合である。
【００３２】
図４（ｂ）はアーク発生点が開先中心にある場合、図４（ａ）、図４（ｃ）はウィビングで開先側にアークが発生する場合である。トーチが開先中央にある時の電圧を基準電圧Vとするとトーチが開先の左右に位置する時の電圧V'はV>V'である。
【００３３】
したがって、トーチが開先の左右に位置する時の電流は、指示電流値よりも大きな値となる。このとき溶接速度が一定と仮定すると入熱は一定となる。
【００３４】
同様に、図５（ｂ）はアーク発生点が隅肉中心にある場合、図５（ａ）、図５（ｃ）はウィビングで隅肉のコーナー側にアークが発生する場合である。トーチが隅肉中央にある時の電圧を基準電圧Vとするとトーチが隅肉のコーナー側に位置する時の電圧V'はV>V'である。
【００３５】
したがって、トーチが隅肉のコーナー側に位置する時の電流は、指示電流値よりも大きな値となる。このとき溶接速度が一定と仮定すると入熱は一定となる。
【００３６】
次に、本発明の実施形態に係る溶接アーク制御方法は、溶接開始時に適用することもできる。
【００３７】
図６に示すように、短絡検出後に定電流の状態でワイヤヘ電流を印加し、引き上げることでワイヤと母材間でアークを発生させる。従来はここでワイヤ送給するが遅れるとワイヤが溶融しすぎ、過剰に送給すればワイヤが短絡してアークを維持できない。
【００３８】
本実施形態では、定電流と定電圧をパルス状に切り替えることで定電流制御のソフトなタッチスタートと定電圧のアーク長自己制御の利点を組み合わせることでスタートミスの減少と入熱を一定に、且つアークを維持することで適正な溶融を促すことができる。上述のように、本実施形態によれば、安定した入熱制御が図られる。
【００３９】
本発明は上記した実施の形態に限定されることなく、特許請求の範囲に記載した発明の範囲内で、種々の変形が可能であり、それらも本発明の範囲内に含まれるものであることはいうまでもない。
【図面の簡単な説明】
【００４０】
【図１】本発明の実施の形態に係る溶接アーク制御方法を説明するための図である。
【図２】外部特性の傾斜角度を変化させた場合のグラフである。
【図３】傾斜基準電圧を変化させた場合のグラフである。
【図４】突合せ溶接における制御を説明するための図である。
【図５】隅肉溶接における制御を説明するための図である。
【図６】溶接開始時の制御を説明するための図である。
【符号の説明】
【００４１】
１・・・トーチ、２・・・ワイヤ。
【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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