(57)【要約】【課題】アーク長を周期的に変化させるパルスアーク溶接方法において、ブローホール低減効果をより大きくすること。【解決手段】ピーク期間中のピーク電流の通電とベース期間中のベース電流の通電とをパルス周期として繰り返して通電し、溶接電圧値Ｖｗが電圧設定値Ｖｓと略等しくなるようにアーク長制御を行うパルスアーク溶接制御方法において、切換信号Ｓｔｃに同期して電圧設定値Ｖｓを周期的に変化させることによってアーク長Ｌａを周期的に変化させ、かつ、切換信号Ｓｔｃに同期してパルスパラメータＰｓを変化させ、かつ、切換信号Ｓｔｃが変化してからアーク長Ｌａの過渡変化が略収束した時点で送給速度Ｆｓを変化させる。これにより、アーク力が大きく変化して溶融池の揺動作用が激しくなるので、ブローホール低減効果が大きくなる。【選択図】  図３
2009072826.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の通電とベース期間中のベース電流の通電とをパルス周期として繰り返して通電し、溶接電圧値が電圧設定値と略等しくなるようにアーク長制御を行うパルスアーク溶接制御方法において、
切換信号に同期して前記電圧設定値を周期的に変化させることによってアーク長を周期的に変化させ、
かつ、前記切換信号に同期して前記ピーク期間、前記ピーク電流又は前記パルス周期の少なくとも１つ以上のパルスパラメータを変化させ、
かつ、前記切換信号に同期して溶接ワイヤの送給速度を変化させる、
ことを特徴とするパルスアーク溶接制御方法。
【請求項２】
前記送給速度は、前記切換信号が変化した時点から前記アーク長の過渡変化が略収束する期間だけ遅延させた後に変化させる、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】
前記電圧設定値及び前記パルスパラメータは、前記切換信号が変化した時点から前記送給速度の過渡変化が略収束する期間だけ遅延させた後に変化させる、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４】
前記切換信号に応じて変化する前記送給速度が遅い期間中のアーク長が、前記送給速度が速い期間のアーク長よりも長くなるように前記電圧設定値を設定して変化させる、ことを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載のパルスアーク溶接制御方法。
【請求項５】
前記送給速度の変化時に傾斜を持たせる、ことを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に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、アーク長を周期的に変化させて溶融池を揺動させることによってブローホールの発生を抑制する溶接方法において溶接性能を向上させるための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】
パルスアーク溶接において、パルスパラメータ、溶接電圧等を周期的に変化させてアーク長を周期的に変化させることによって、溶融範囲を変化させて図８に示すようなウロコ状の美麗なビード外観を得る溶接方法（以下、アーク長変化パルスアーク溶接方法という）が慣用されている。また、このアーク長変化パルスアーク溶接では、アーク長の変化によって溶融池を揺動させることができ、ブローホールの発生を抑制することができることが知られている。主に、このアーク長変化パルスアーク溶接方法は、アルミニウム又はアルミニウム合金の溶接に使用されることが多い。これは、アルミニウム材は熱伝導が良いためにメリハリのあるウロコ状ビードが形成されるが、鉄鋼材は熱伝導が劣るためにメリハリのあるウロコ状ビードが形成されにくいからである。以下、従来技術のアーク長変化パルスアーク溶接方法について説明する（例えば、特許文献１、２参照）。
【０００３】
図９は、従来技術におけるアーク長変化パルスアーク溶接方法を示す波形図である。同図（Ａ）は切換信号ｓTCを示し、同図（Ｂ）は溶接電流Ｉｗを示し、同図（Ｃ）は溶接電圧Ｖｗを示し、同図（Ｄ）はアーク長Ｌａを示す。以下、同図を参照して説明する。
【０００４】
同図（Ａ）に示すように、切換信号Ｓtcは、予め定めた高パルス期間ＨＴ中はＨｉｇｈレベルになり、予め定めた低パルス期間ＬＴ中はＬｏｗレベルになる。この高パルス期間ＨＴと低パルス期間ＬＴとを合わせた期間が、切換周期Ｔｃとなる。
【０００５】
高パルス期間ＨＴ中は、同図（Ｂ）に示すように、高ピーク期間ＨＴｐ中の高ピーク電流ＨＩｐ及び高ベース期間ＨＴｂ中の高ベース電流ＨＩｂから成る高パルス電流群が通電する。この高ピーク期間ＨＴｐと高ベース期間ＨＴｂとを合わせて高パルス周期ＨＴｆになる。そして、この高パルス電流群の通電に対応して、同図（Ｃ）に示すように、高ピーク期間ＨＴｐ中は高ピーク電圧ＨＶｐが溶接ワイヤ・母材間に印加し、高ベース期間ＨＴｂ中は高ベース電圧ＨＶｂが印加する。
【０００６】
低パルス期間ＬＴ中は、同図（Ｂ）に示すように、低ピーク期間ＬＴｐ中の低ピーク電流ＬＩｐ及び低ベース期間ＬＴｂ中の低ベース電流ＬＩｂから成る低パルス電流群が通電する。この低ピーク期間ＬＴｐと低ベース期間ＬＴｂとを合わせて低パルス周期ＬＴｆになる。そして、この低パルス電流群の通電に対応して、同図（Ｃ）に示すように、低ピーク期間ＬＴｐ中は低ピーク電圧ＬＶｐが溶接ワイヤ・母材間に印加し、低ベース期間ＬＴｂ中は低ベース電圧ＬＶｂが印加する。
【０００７】
パルスアーク溶接を含む消耗電極アーク溶接では、良好な溶接品質を得るためにアーク長を適正値に維持するアーク長制御が行われる。通常、このアーク長制御は、溶接電圧Ｖｗがアーク長と略比例関係にあることを利用して、溶接電圧Ｖｗが予め定めた電圧設定値に等しくなるように溶接電源の出力を制御する。同図に示すパルスアーク溶接においても同様に溶接電圧Ｖｗをフィードバック制御して溶接電源の出力を制御する。この場合、フィードバック制御の方法によって、下記の３種類に区別することができる。
（１）溶接電圧Ｖｗの平均値が電圧設定値と等しくなるようにパルス周期を変化させる。この場合、ピーク期間、ピーク電流値及びベース電流値がパルスパラメータとなり、予め適正値に設定される。
（２）溶接電圧Ｖｗの平均値が電圧設定値と等しくなるようにピーク期間が変化する。この場合、ピーク電流値、パルス周期及びベース電流値がパルスパラメータとなり、予め適正値に設定される。
（３）溶接電圧Ｖｗのピーク電圧値が電圧設定値と等しくなるようにピーク電流が変化する。この場合、ピーク期間、パルス周期及びベース電流値がパルスパラメータとなり、予め適正値に設定される。
【０００８】
上述したように、パルスアーク溶接のアーク長制御では、溶接電圧Ｖｗをフィードバック制御してパルスパラメータの１つを操作量として変化させて溶接電源の出力を制御し、他のパルスパラメータは所定値に設定する。同図においては、上記（１）に示すように、溶接電圧Ｖｗの平均値が電圧設定値と等しくなるようにパルス周期が変化する。したがって、この場合、ピーク期間、ピーク電流及びベース電流が所定値のパルスパラメータとなる。同図に示すアーク長変化パルスアーク溶接では、高パルス期間ＨＴと低パルス期間ＬＴとで、図示していないが電圧設定値を変化（高電圧設定値と低電圧設定値）させている。さらに、高パルス期間ＨＴ中は高ピーク期間ＨＴｐ、高ピーク電流ＨＩｐ及び高ベース電流ＨＩｂに設定し、低パルス期間ＬＴ中は低ピーク期間ＬＴｐ、低ピーク電流ＬＩｐ及び低ベース電流ＬＩｂに設定して、パルスパラメータを変化させている。この結果、同図（Ｄ）に示すように、アーク長Ｌａは、高アーク長ＨＬａと低アーク長ＬＬａとで周期的に変化する。
【０００９】
【特許文献１】特許第２９９３１７４号公報
【特許文献２】特開２００３−２６０５６５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
従来技術のアーク長変化パルスアーク溶接では、送給速度を一定値にした上で電圧設定値及びパルスパラメータを周期的に変化させてアーク長を周期的に変化させている。この従来技術をブローホール低減効果から見ると、より激しく溶融池を揺動することができればその低減効果はさらに向上する。しかし、従来技術において、電圧設定値及びパルスパラメータをこれ以上大きく変化させるとアーク安定性が悪くなるために、溶融池の揺動作用には限界があった。
【００１１】
そこで、本発明は、溶融池の揺動作用をより激しくすることによってブローホール低減効果をより大きく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】
【００１２】
上述した課題を解決するために、第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の通電とベース期間中のベース電流の通電とをパルス周期として繰り返して通電し、溶接電圧値が電圧設定値と略等しくなるようにアーク長制御を行うパルスアーク溶接制御方法において、
切換信号に同期して前記電圧設定値を周期的に変化させることによってアーク長を周期的に変化させ、
かつ、前記切換信号に同期して前記ピーク期間、前記ピーク電流又は前記パルス周期の少なくとも１つ以上のパルスパラメータを変化させ、
かつ、前記切換信号に同期して溶接ワイヤの送給速度を変化させる、
ことを特徴とするパルスアーク溶接制御方法である。
【００１３】
第２の発明は、前記送給速度は、前記切換信号が変化した時点から前記アーク長の過渡変化が略収束する期間だけ遅延させた後に変化させる、ことを特徴とする第１の発明記載のパルスアーク溶接制御方法である。
【００１４】
第３の発明は、前記電圧設定値及び前記パルスパラメータは、前記切換信号が変化した時点から前記送給速度の過渡変化が略収束する期間だけ遅延させた後に変化させる、ことを特徴とする第１の発明記載のパルスアーク溶接制御方法である。
【００１５】
第４の発明は、前記切換信号に応じて変化する前記送給速度が遅い期間中のアーク長が、前記送給速度が速い期間のアーク長よりも長くなるように前記電圧設定値を設定して変化させる、ことを特徴とする第１〜第３の発明のいずれか１項に記載のパルスアーク溶接制御方法である。
【００１６】
第５の発明は、前記送給速度の変化時に傾斜を持たせる、ことを特徴とする第１〜第４の発明のいずれか１項に記載のパルスアーク溶接制御方法である。
【発明の効果】
【００１７】
上記第１の発明によれば、切換信号に同期して、電圧設定値、パルスパラメータ及び送給速度を変化させることによって、溶融池へのアーク力を大きく変化させることができるので、溶融池を激しく揺動させることができる。このために、ブローホール低減効果を従来技術よりも大きくすることができ、高品質な溶接が可能となる。
【００１８】
上記第２の発明によれば、切換信号が変化した時点で電圧設定値及びパルスパラメータを先行して変化させ、アーク長の過渡変化が略収束した時点で遅れて送給速度を変化させる。このために、第１の発明の効果に加えて、切換時のアーク安定性を向上させることができる。
【００１９】
上記第３の発明によれば、切換信号が変化した時点で送給速度を先行して変化させ、送給速度の過渡変化が略収束した時点で遅れて電圧設定値及びパルスパラメータを変化させる。このために、第１の発明の効果に加えて、切換時のアーク安定性を向上させることができる。
【００２０】
上記第４の発明によれば、送給速度が速いときのアーク長が短くなり、送給速度が遅いときのアーク長が長くなるように電圧設定値を変化させることによって、アーク力をより大きく変化させることができる。このために、溶融池の揺動作用をより激しくすることができ、ブローホール低減効果をより大きくすることができる。
【００２１】
上記第５の発明によれば、第１〜第４の発明の効果に加えて、送給速度の変化時に傾斜を持たせることによって、送給速度のアンダーシュート及びオーバーシュートを抑制することができる。このために、アンダーシュート及びオーバーシュートに伴うアーク不安定を抑制することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
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。
【００２３】
［実施の形態１］
図１は、本発明の実施の形態１に係るパルスアーク溶接制御方法を示すタイミングチャートである。同図（Ａ）は切換信号Ｓtcを示し、同図（Ｂ）はパルスパラメータ設定信号Ｐｓを示し、同図（Ｃ）は電圧設定信号Ｖｓを示し、同図（Ｄ）は送給速度設定信号Ｆｓを示し、同図（Ｅ）は溶接電流Ｉｗを示し、同図（Ｆ）は溶接電圧Ｖｗを示し、同図（Ｇ）はアーク長Ｌａを示す。以下、同図を参照して説明する。
【００２４】
切換信号Ｓtcは、同図（Ａ）に示すように、予め定めた時刻ｔ１〜ｔ２の低パルス期間ＬＴ中はＬｏｗレベルになり、予め定めた時刻ｔ２〜ｔ３の高パルス期間ＨＴ中はＨｉｇｈレベルになる。
【００２５】
パルスパラメータ設定信号Ｐｓは、同図（Ｂ）に示すように、低パルス期間ＬＴ中は低パルスパラメータ設定値ＬＰｓになり、高パルス期間ＨＴ中は高パルスパラメータ設定値ＨＰｓになる。同図（Ｃ）に示すように、低パルスパラメータ設定値ＬＰｓは、図示していないが低ピーク期間ＬＴｐ、低ピーク電流ＬＩｐ及び低ベース電流ＬＩｂから形成される。同様に、高パルスパラメータ設定値ＨＰｓは、高ピーク期間ＨＴｐ、高ピーク電流ＨＩｐ及び高ベース電流ＨＩｂから形成される。上述したように、パルスパラメータが、ピーク電流、パルス周期及びベース電流の組合せ又はピーク期間、パルス周期及びベース電流の組合せになる場合もある。その場合、低パルス周期は周期が長くなり、高パルス周期は周期が短くなる。
【００２６】
電圧設定信号Ｖｓは、同図（Ｃ）に示すように、低パルス期間ＬＴ中は低電圧設定値ＬＶｓになり、高パルス期間ＨＴ中は高電圧設定値ＨＶｓになる。ここで、ＬＶｓ＜Ｈｖｓである。これらの値についてはさらに後述する。
【００２７】
送給速度設定信号Ｆｓは、同図（Ｄ）に示すように、低パルス期間ＬＴ中は低送給速度設定値ＬＦｓになり、高パルス期間ＨＴ中は高送給速度設定値ＨＦｓになる。送給速度が速いときは溶接電流Ｉｗの平均値が大きくなる。したがって、低パルス期間ＬＴと高パルス期間ＨＴとで溶接電流平均値が変化する。
【００２８】
溶接電流Ｉｗは、同図（Ｅ）に示すように、低パルス期間ＬＴと高パルス期間ＨＴとでパルスパラメータが変化するのでそれに対応して波形が変化する。また、溶接電圧Ｖｗは、同図（Ｆ）に示すように、溶接電流Ｉｗの変化に対応してその波形が変化する。さらに、電圧設定信号Ｖｓが変化するので、パルス周期も変化する。
【００２９】
上述したように、低パルス期間ＬＴ中は、低パルスパラメータ設定値ＬＰｓになるので、ピーク電流による溶融池へのアーク力は弱くなる。さらに、低送給速度設定値ＬＦｓになるので、溶接電流平均値が小さくなり溶融池へのアーク力は弱くなる。ここで、低送給速度設定値ＬＦｓに対する低電圧設定値ＬＶｓをアーク長Ｌａが長くなるように設定すれば、この低パルス期間ＬＴ中の溶融池へのアーク力は距離が長くなるのでさらに弱くなる。
【００３０】
他方、高パルス期間ＨＴ中は、高パルスパラメータ設定値ＨＰｓになるので、ピーク電流による溶融池へのアーク力は強くなる。さらに、高送給速度設定値ＨＦｓになるので、溶接電流平均値が大きくなり溶融池へのアーク力は強くなる。ここで、高送給速度設定値ＨＦｓに対する高電圧設定値ＨＶｓをアーク長Ｌａが短くなるように設定すれば、この高パルス期間ＨＴ中の溶融池へのアーク力は距離が短くなるのでさらに強くなる。
【００３１】
この結果、アーク長Ｌａは、同図（Ｇ）に示すように、低パルス期間ＬＴ中は高アーク長ＨＬａになり、高パルス期間ＨＴ中は低アーク長ＬＬａになる。アーク力を激しく変化させることによって、溶融池への揺動作用を大きくしてブローホール低減効果を大きくすることができる。但し、この場合には高アーク長ＨＬａのときのアークの広がりがそれほど大きくないので、メリハリのあるウロコ状ビードは形成されにくい。したがって、このブローホールの低減効果を特に大きくしたい場合には、上記の方法は有効である。従来技術に比べて、ブローホール低減効果を大きくした上で、かつ、ウロコ状ビードも形成したい場合には、同図において、低パルス期間ＬＴのアーク長よりも高パルス期間ＨＴ中のアーク長の方が長くなるように、電圧設定信号Ｖｓを設定すれば良い。したがって、本実施の形態では、低パルス期間ＬＴ中のアーク長が高パルス期間ＨＴ中のアーク長よりも長くなるように設定されても又は短くなるように設定されても、そのブローホール低減効果は従来技術よりも大きくなる。
【００３２】
図２は、本発明の実施の形態１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電源のブロック図である。以下、同図を参照して各ブロックについて説明する。
【００３３】
電源主回路ＰＭは、３相２００Ｖ等の賞用電源を入力として、後述する電流誤差増幅信号Ｅｉに従ってインバータ制御等の出力制御を行い、溶接電圧Ｖｗ及び溶接電流Ｉｗを出力する。溶接ワイヤ１は、送給モータＷＭに結合された送給ロール５によって溶接トーチ４内を通って送給され、母材２との間にアーク３が発生する。
【００３４】
電圧検出回路ＶＤは、溶接電圧Ｖｗを検出して、電圧検出信号Ｖｄを出力する。電圧平均値算出回路ＶＡＶは、この電圧検出信号Ｖｄの平均値を算出して、電圧平均値信号Ｖavを出力する。
【００３５】
切換信号生成回路ＳＴＣは、予め定めた低パルス期間設定値ＬＴｓによって定まる期間中はＬｏｗレベルになり、予め定めた高パルス期間設定値ＨＴｓによって定まる期間中はＨｉｇｈレベルになる切換信号Ｓtcを出力する。送給速度制御回路ＦＣは、上記の切換信号ＳtcがＬｏｗレベル（低パルス期間）のときは予め定めた低送給速度設定値ＬＦｓで溶接ワイヤ１を送給するための送給速度設定信号Ｆｓを出力し、Ｈｉｇｈレベル（高パルス期間）のときは予め定めた高送給速度設定値ＨＦｓで溶接ワイヤ１を送給するための送給速度設定信号Ｆｓを出力する。
【００３６】
電圧設定回路ＶＳは、上記の切換信号ＳtcがＬｏｗレベル（低パルス期間）のときは予め定めた低電圧設定値ＬＶｓを電圧設定信号Ｖｓとして出力し、Ｈｉｇｈレベル（高パルス期間）のときは予め定めた高電圧設定値ＨＶｓを電圧設定信号Ｖｓとして出力する。電圧誤差増幅回路ＥＶは、上記の電圧設定信号Ｖｓと電圧平均値信号Ｖavとの誤差を増幅して、電圧誤差増幅信号Ｅｖを出力する。電圧／周波数変換回路ＶＦは、この電圧誤差増幅信号Ｅｖの値に応じた周波数を有するパルス周期信号Ｔｆを出力する。このパルス周期信号Ｔｆは、パルス周期ごとに短時間だけＨｉｇｈレベルになるトリガ信号である。
【００３７】
ピーク期間設定回路ＴＰＳは、上記の切換信号ＳtcがＬｏｗレベル（低パルス期間）のときは予め定めた低ピーク期間設定値ＬＴpsをピーク期間設定信号Ｔpsとして出力し、Ｈｉｇｈレベル（高パルス期間）のときは予め定めた高ピーク期間設定値ＨＴpsをピーク期間設定信号Ｔpsとして出力する。ピーク期間タイマ回路ＴＰは、上記のパルス周期信号ＴｆがＨｉｇｈレベルになると上記のピーク期間設定信号Ｔpsの値によって定まる期間だけＨｉｇｈレベルになるピーク期間信号Ｔｐを出力する。このピーク期間信号ＴｐがＨｉｇｈレベルのときがピーク期間となり、Ｌｏｗレベルのときがベース期間となる。
【００３８】
ベース電流設定回路ＩＢＳは、予め定めたベース電流設定信号Ｉbsを出力する。上述した図１ではこのベース電流も変化させていたが、同図においては変化させずに一定値の場合を例示する。ピーク電流設定回路ＩＰＳは、上記切換信号ＳtcがＬｏｗレベル（低パルス期間）のときは予め定めた低ピーク電流設定値ＬＩpsをピーク電流設定信号Ｉpsとして出力し、Ｈｉｇｈレベル（高パルス期間）のときは予め定めた高ピーク電流設定値ＨＩpsをピーク電流設定信号Ｉpsとして出力する。電流設定制御回路ＩＳＣは、上記のピーク期間信号ＴｐがＬｏｗレベルのときは上記のベース電流設定信号Ｉbsを電流設定制御信号Ｉscとして出力し、Ｈｉｇｈレベルのときは上記のピーク電流設定信号Ｉpsを電流設定制御信号Ｉscとして出力する。
【００３９】
電流検出回路ＩＤは、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、上記の電流設定制御信号Ｉscと電流検出信号Ｉｄとの誤差を増幅して、電流誤差増幅信号Ｅｉを出力する。この電流誤差増幅信号Ｅｉに従って溶接電源の出力制御が行われることによって図１で上述した低パルス電流群及び高パルス電流群が通電する。
【００４０】
上述した実施の形態１によれば、切換信号に同期して、電圧設定値、パルスパラメータ及び送給速度を変化させることによって、溶融池へのアーク力を大きく変化させることができるので、溶融池を激しく揺動させることができる。このために、ブローホール低減効果を従来技術よりも大きくすることができ、高品質な溶接が可能となる。さらに、送給速度が速いときのアーク長が短くなり、送給速度が遅いときのアーク長が長くなるように電圧設定値を変化させることによって、アーク力をより大きく変化させることができる。このために、溶融池の揺動作用をより激しくすることができ、ブローホール低減効果をより大きくすることができる。
【００４１】
［実施の形態２］
図３は、本発明の実施の形態２に係るパルスアーク溶接制御方法を示すタイミングチャートである。同図は上述した図１と対応しており、同図（Ａ）〜（Ｇ）に示す信号は同一である。以下、図１とは異なる部分について同図を参照して説明する。
【００４２】
時刻ｔ１において、同図（Ａ）に示すように、切換信号ＳtcがＬｏｗレベル（低パルス期間）になると、実施の形態１と同様に、同図（Ｂ）に示すように、パルスパラメータ設定信号Ｐｓは低パルスパラメータ設定値ＬＰｓになり、同図（Ｃ）に示すように、電圧設定信号Ｖｓは低電圧設定値ＬＶｓになる。この結果、同図（Ｇ）に示すように、アーク長Ｌａは、低アーク長ＬＬａから高アーク長ＨＬａに変化し、時刻ｔ１１において過渡状態から定常状態に収束する。このアーク長Ｌａの過渡状態が略収束した時点ｔ１１において、同図（Ｄ）に示すように、送給速度設定信号Ｆｓは低送給速度設定値ＬＦｓに変化する。これによって、パルスパラメータ設定信号Ｐｓ、電圧設定信号Ｖｓ及び送給速度設定信号Ｆｓが全て低パルス期間の値へと変化することになり、溶融池へのアーク力は弱い状態になる。
【００４３】
時刻ｔ２において、切換信号ＳtcがＨｉｇｈレベル（高パルス期間）になる場合も上記と同様である。すなわち、アーク長Ｌａの過渡変化が略収束する時点ｔ２１において、パルスパラメータ設定信号Ｐｓ、電圧設定信号Ｖｓ及び送給速度設定信号Ｆｓが全て高パルス期間の値に変化する。このために、溶融池へのアーク力が大きくなる。
【００４４】
上記において、切換時に送給速度だけを遅延させて変化させる理由は、以下のとおりである。すなわち、時刻ｔ１及びｔ２の切換時において、パルスパラメータ設定信号Ｐｓ、電圧設定信号Ｖｓ及び送給速度設定信号Ｆｓを同時に変化させると、アーク長Ｌａの過渡変化期間のアーク安定性がやや悪くなる場合がある。これを改善するために、前者２つ（Ｐｓ及びＶｓ）を先行して変化させておき、アーク長Ｌａの過渡変化が略収束してから残り１つ（Ｆｓ）を変化させることによって、アーク安定性を改善することができる。ここで、送給速度設定信号Ｆｓを遅延させる期間は、アーク長Ｌａの過渡変化が略収束したことを判別して設定しても良い。この判別には、溶接電圧Ｖｗの平滑値、ピーク電圧値等の変化から行うことができる。また、予めアーク長Ｌａの過渡期間を測定しておき、所定値の遅延期間としても良い。
【００４５】
図４は、本発明の実施の形態２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電源のブロック図である。同図において上述した図２と同一のブロックには同一符号を付してそれらの説明は省略する。以下、図２とは異なる点線で示すブロックについて説明する。
【００４６】
送給速度遅延回路ＤＬｆは、溶接電圧Ｖｗの変化からアーク長の過渡変化が略収束した時点を判別し、切換信号Ｓtcの変化をその時点まで遅延して、第１遅延切換信号Ｓａを出力する。この第１遅延切換信号Ｓａによって、送給速度設定信号Ｆｓが変化する。
【００４７】
上述した実施の形態２によれば、切換信号が変化した時点で電圧設定値及びパルスパラメータを先行して変化させ、アーク長の過渡変化が略収束した時点で遅れて送給速度を変化させる。このために、実施の形態１の効果に加えて、切換時のアーク安定性を向上させることができる。
【００４８】
［実施の形態３］
図５は、本発明の実施の形態３に係るパルスアーク溶接制御方法を示すタイミングチャートである。同図は上述した図１と対応しており、同図（Ａ）〜（Ｇ）に示す信号は同一である。以下、図１とは異なる部分について同図を参照して説明する。
【００４９】
時刻ｔ１において、同図（Ａ）に示すように、切換信号ＳtcがＬｏｗレベル（低パルス期間）になると、実施の形態１と同様に、同図（Ｄ）に示すように、送給速度設定信号Ｆｓは低送給速度設定値ＬＦｓになる。この結果、送給速度は高送給速度設定値ＨＦｓに相当する速度から低送給速度設定値ＬＦｓに相当する速度に変化し、時刻ｔ１２において送給速度は過渡状態から定常状態に収束する。この送給速度の過渡状態が略収束した時点ｔ１２において、同図（Ｂ）に示すように、パルスパラメータ設定信号Ｐｓは低パルスパラメータ設定値ＬＰｓに変化し、同図（Ｃ）に示すように、電圧設定信号Ｖｓは低電圧設定値ＬＶｓに変化する。これによって、パルスパラメータ設定信号Ｐｓ、電圧設定信号Ｖｓ及び送給速度設定信号Ｆｓが全て低パルス期間の値へと変化することになり、溶融池へのアーク力は弱い状態になる。
【００５０】
時刻ｔ２において、切換信号ＳtcがＨｉｇｈレベル（高パルス期間）になる場合も上記と同様である。すなわち、送給速度の過渡変化が略収束する時点ｔ２２において、パルスパラメータ設定信号Ｐｓ、電圧設定信号Ｖｓ及び送給速度設定信号Ｆｓが全て高パルス期間の値に変化する。このために、溶融池へのアーク力が大きくなる。
【００５１】
上記において、切換時にパルスパラメータ及び電圧設定値を遅延させて変化させる理由は、以下のとおりである。すなわち、時刻ｔ１及びｔ２の切換時において、パルスパラメータ設定信号Ｐｓ、電圧設定信号Ｖｓ及び送給速度設定信号Ｆｓを同時に変化させると、アーク長Ｌａの過渡変化期間のアーク安定性がやや悪くなる場合がある。これを改善するために、前者１つ（Ｆｓ）を先行して変化させておき、送給速度の過渡変化が略収束してから残り２つ（Ｐｓ及びＶｓ）を変化させることによって、アーク安定性を改善することができる。ここで、遅延期間は、送給速度の過渡変化が略収束したことを判別して設定しても良い。この判別には、送給速度を検出して行うことができる。また、予め送給速度の過渡期間を測定しておき、所定値の遅延期間としても良い。
【００５２】
図６は、本発明の実施の形態３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電源のブロック図である。同図において上述した図２と同一のブロックには同一符号を付してそれらの説明は省略する。以下、図２とは異なる点線で示すブロックについて説明する。
【００５３】
パルスパラメータ・電圧設定遅延回路ＤＬＰＶは、送給速度検出信号Ｆｄの変化から送給速度の過渡変化が略収束した時点を判別し、切換信号Ｓtcの変化をその時点まで遅延して、第２遅延切換信号Ｓｂを出力する。この第２遅延切換信号Ｓｂによって、パルスパラメータ設定信号Ｐｓ及び電圧設定信号Ｖｓが変化する。送給速度設定信号Ｆｓは、実施の形態１と同様に、切換信号Ｓtcに同期して変化する。
【００５４】
上述した実施の形態３によれば、切換信号が変化した時点で送給速度を先行して変化させ、送給速度の過渡変化が略収束した時点で遅れて電圧設定値及びパルスパラメータを変化させる。このために、実施の形態１の効果に加えて、切換時のアーク安定性を向上させることができる。
【００５５】
［実施の形態４］
図７は、本発明の実施の形態４に係るパルスアーク溶接制御方法を示すタイミングチャートである。同図は上述した図１と対応しており、同図（Ａ）〜（Ｇ）に示す信号は同一である。以下、図１とは異なる部分について同図を参照して説明する。
【００５６】
時刻ｔ１において、同図（Ａ）に示すように、切換信号ＳtcがＬｏｗレベル（低パルス期間）になると、同図（Ｄ）に示すように、送給速度設定信号Ｆｓは高送給速度設定値ＨＦｓから傾斜を持って低送給速度設定値ＬＦｓに変化する。この結果、送給速度は高送給速度設定値ＨＦｓに相当する速度から傾斜を持って低送給速度設定値ＬＦｓに相当する速度に変化する。また、時刻ｔ１において、実施の形態１と同様に、同図（Ｂ）に示すように、パルスパラメータ設定信号Ｐｓは低パルスパラメータ設定値ＬＰｓに変化し、同図（Ｃ）に示すように、電圧設定信号Ｖｓは低電圧設定値ＬＶｓに変化する。すなわち、実施の形態１と異なる点は、送給速度設定信号Ｆｓが変化するときに傾斜を持たせたことである。
【００５７】
時刻ｔ２において、同図（Ａ）に示すように、切換信号ＳtcがＨｉｇｈレベル（高パルス期間）になると、同図（Ｄ）に示すように、送給速度設定信号Ｆｓは低送給速度設定値ＬＦｓから傾斜を持って高送給速度設定値ＨＦｓに変化する。この結果、送給速度は低送給速度設定値ＬＦｓに相当する速度から傾斜を持って高送給速度設定値ＨＦｓに相当する速度に変化する。また、時刻ｔ２において、実施の形態１と同様に、同図（Ｂ）に示すように、パルスパラメータ設定信号Ｐｓは高パルスパラメータ設定値ＨＰｓに変化し、同図（Ｃ）に示すように、電圧設定信号Ｖｓは高電圧設定値ＨＶｓに変化する。すなわち、実施の形態１と異なる点は、送給速度設定信号Ｆｓが変化するときに傾斜を持たせたことである。
【００５８】
上記において、送給速度設定信号Ｆｓの変化時に傾斜を持たせる理由は以下のとおりである。すなわち、送給速度設定信号Ｆｓの変化幅が大きいときにステップ状に急変させると、アンダーシュート又はオーバーシュートが大きくなりそのときにアーク状態が不安定になる場合がある。これを改善するために、送給速度設定信号Ｆｓの変化時に傾斜を持たせることによって、アンダーシュート及びオーバーシュートを抑制している。したがって、この傾斜期間は、アンダーシュート及びオーバーシュートを抑制することができる値に設定する。また、傾斜期間を設定する代わりに、傾斜値（変化率）を設定するようにしても良い。さらに、送給速度設定信号Ｆｓの傾斜期間に同期させて、同図（Ｃ）に示す電圧設定信号Ｖｓの変化時にも傾斜を持たせても良い。
【００５９】
上述した実施の形態４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電源のブロック図は、以下に述べる点を除き図２と同一である。すなわち、送給速度制御回路ＦＣは、切換信号ＳtcがＬｏｗレベル（低パルス期間）のときは予め定めた低送給速度設定値ＬＦｓで溶接ワイヤ１を送給するための送給速度設定信号Ｆｓを出力し、Ｈｉｇｈレベル（高パルス期間）のときは予め定めた高送給速度設定値ＨＦｓで溶接ワイヤ１を送給するための送給速度設定信号Ｆｓを出力する。かつ、この送給速度制御回路ＦＣは、低送給速度設定値ＬＦｓから高送給速度設定値ＨＦｓへの変化時及び高送給速度設定値ＨＦｓから低送給速度設定値ＬＦｓへの変化時に傾斜を持たせて変化させる。
【００６０】
上記においては、実施の形態１を基礎として送給速度設定信号Ｆｓの変化時に傾斜を持たせる場合を説明した。これに加えて、実施の形態２及び３を基礎として送給速度設定信号Ｆｓの変化時に傾斜を持たせるようにしても良い。
【００６１】
上述した実施の形態４によれば、実施の形態１〜３の効果に加えて、送給速度設定信号の変化時に傾斜を持たせることによって、送給速度のアンダーシュート及びオーバーシュートを抑制することができる。このために、アンダーシュート及びオーバーシュートに伴うアーク不安定を抑制することができる。
【００６２】
上述した実施の形態１〜４の発明は、アルミニウム材、ステンレス鋼材、鉄鋼材等の種々の金属のパルスアーク溶接に適用することができる。特に、鉄鋼材のパルスアーク溶接においては、従来技術のアーク長変化パルスアーク溶接方法では溶融池の揺動作用が十分でない場合があり、ブローホール低減効果のさらなる改善が求められていた。この鉄鋼材のパルスアーク溶接に本発明を適用することによって、溶融池の揺動作用を十分に大きくすることができ、ブローホール低減効果を大きくすることができる。さらに、本発明は、交流パルスアーク溶接にも適用することができる。また、実施の形態２及び３において遅延期間を所定値に設定する場合には、その値を母材材質、溶接電流平均値、溶接ワイヤの直径、シールドガスの種類、溶接継手等に応じて適正値に変化させることが望ましい。
【図面の簡単な説明】
【００６３】
【図１】本発明の実施の形態１に係るパルスアーク溶接制御方法を示すタイミングチャートである。
【図２】本発明の実施の形態１に係る溶接電源のブロック図である。
【図３】本発明の実施の形態２に係るパルスアーク溶接制御方法を示すタイミングチャートである。
【図４】本発明の実施の形態２に係る溶接電源のブロック図である。
【図５】本発明の実施の形態３に係るパルスアーク溶接制御方法を示すタイミングチャートである。
【図６】本発明の実施の形態３に係る溶接電源のブロック図である。
【図７】本発明の実施の形態４に係るパルスアーク溶接制御方法を示すタイミングチャートである。
【図８】従来技術によるウロコ状ビードを示す図である。
【図９】従来技術のアーク長変化パルスアーク溶接方法を示す波形図である。
【符号の説明】
【００６４】
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
ＤＬｆ            送給速度遅延回路            
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            
ＦＣ            送給速度制御回路            
Ｆｄ            送給速度検出信号            
Ｆｓ            送給速度設定信号
ＨＦｓ            高送給速度設定値
ＨＩｂ            高ベース電流
ＨＩｐ            高ピーク電流
ＨＩps          高ピーク電流設定値
ＨＬａ            高アーク長
ＨＰｓ            高パルスパラメータ設定値
ＨＴ            高パルス期間
ＨＴｂ            高ベース期間
ＨＴｆ            高パルス周期
ＨＴｐ            高ピーク期間
ＨＴps          高ピーク期間設定値
ＨＴｓ            高パルス期間設定値
ＨＶｂ            高ベース電圧
ＨＶｐ            高ピーク電圧
ＨＶｓ            高電圧設定値
ＩＢＳ            ベース電流設定回路
Ｉbs            ベース電流設定信号
ＩＤ            電流検出回路
Ｉｄ            電流検出信号
ＩＰＳ            ピーク電流設定回路
Ｉps            ピーク電流設定信号
ＩＳＣ            電流設定制御回路
Ｉsc            電流設定制御信号
Ｉｗ            溶接電流
Ｌａ            アーク長
ＬＦｓ            低送給速度設定値
ＬＩｂ            低ベース電流
ＬＩｐ            低ピーク電流
ＬＩps          低ピーク電流設定値
ＬＬａ            低アーク長
ＬＰｓ            低パルスパラメータ設定値
ＬＴ            低パルス期間
ＬＴｂ            低ベース期間
ＬＴｆ            低パルス周期
ＬＴｐ            低ピーク期間
ＬＴps          低ピーク期間設定値
ＬＴｓ            低パルス期間設定値
ＬＶｂ            低ベース電圧
ＬＶｐ            低ピーク電圧
ＬＶｓ            低電圧設定値
ＰＭ            電源主回路
Ｐｓ            パルスパラメータ設定信号
Ｓａ            第１遅延切換信号
Ｓｂ            第２遅延切換信号
ＳＴＣ            切換信号生成回路
ｓTC            切換信号
Ｔｃ            切換周期
Ｔｆ            パルス周期信号
ＴＰ            ピーク期間タイマ回路
Ｔｐ            ピーク期間信号
ＴＰＳ            ピーク期間設定回路
Ｔps            ピーク期間設定信号
ＶＡＶ            電圧平均値算出回路
Ｖav            電圧平均値信号
ＶＤ            電圧検出回路
Ｖｄ            電圧検出信号
ＶＦ            電圧／周波数変換回路
ＶＳ            電圧設定回路
Ｖｓ            電圧設定信号
Ｖｗ            溶接電圧
ＷＭ            送給モータ
【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】
2009072826.tif 000007
【図６】
2009072826.tif 000008
【図７】
2009072826.tif 000009
【図８】
2009072826.tif 000010
【図９】
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