(57)【要約】  パルス溶接期間Ｔｐは、第１ピーク電流Ｉｐ１を溶接ワイヤ１８に流す第１ピーク期間Ｔｐ１と、第１ピーク電流Ｉｐ１よりも小さいベース電流Ｉｂを溶接ワイヤ１８に流す第１ベース期間Ｔｂ１と、第１ピーク期間Ｔｐ１と第１ベース期間Ｔｂ１とを交互に（ｎ−１）回（ｎは２以上の整数）繰り返した後に、第２ピーク電流Ｉｐ２を溶接ワイヤ１８に流す第２ピーク期間Ｔｐ２と、ベース電流Ｉｂを溶接ワイヤ１８に流す第２ベース期間Ｔｂ２と、を含んでいる。第２ピーク電流Ｉｐ２を第１ピーク電流Ｉｐ１よりも大きい値とし、第２ピーク期間Ｔｐ２または第２ベース期間Ｔｂ２中に溶接ワイヤ１８から溶滴を移行させる。
2019203163.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
溶接ワイヤを母材に向けて一定の送給速度で送給するとともに、前記溶接ワイヤにピーク電流とベース電流とを交互に流すことで、前記母材と前記溶接ワイヤとの間でアークを発生させるパルス溶接期間を含む、アーク溶接制御方法であって、
前記パルス溶接期間は、
第１ピーク電流を前記溶接ワイヤに流す第１ピーク期間と、
前記第１ピーク期間の後に前記第１ピーク電流よりも小さいベース電流を前記溶接ワイヤに流す第１ベース期間と、
前記第１ピーク期間と前記第１ベース期間とを交互に（ｎ−１）回（ｎは２以上の整数）繰り返した後に、第２ピーク電流を前記溶接ワイヤに流す第２ピーク期間と、
前記第２ピーク期間の後に前記ベース電流を前記溶接ワイヤに流す第２ベース期間と、を含み、
前記第２ピーク電流を前記第１ピーク電流よりも大きい値とし、
前記第２ピーク期間または前記第２ベース期間中に前記溶接ワイヤから前記母材に向けて溶滴を移行させることを特徴とするアーク溶接制御方法。
【請求項２】
請求項１に記載のアーク溶接制御方法において、
前記第２ピーク期間で溶接電流が前記第２ピーク電流に到達した時点から前記第２ベース期間の間に溶滴を離脱させることを特徴とするアーク溶接制御方法。
【請求項３】
請求項１または２に記載のアーク溶接制御方法において、
溶接電流の設定平均値である設定電流または前記溶接ワイヤの送給速度が増加するにつれて、前記第１ピーク期間と前記第１ベース期間とを交互に繰り返す回数を少なくすることを特徴とするアーク溶接制御方法。
【請求項４】
請求項１ないし３のいずれか１項に記載のアーク溶接制御方法において、
前記第１ピーク期間と前記第１ベース期間とを交互に繰り返すことで、前記溶接ワイヤの先端に所定の大きさの溶滴を成長させることを特徴とするアーク溶接制御方法。
【請求項５】
請求項１ないし４のいずれか１項に記載のアーク溶接制御方法において、
前記ベース電流は、前記溶接ワイヤと前記母材との間に発生するアークのアーク長が所定の値に維持される電流であることを特徴とするアーク溶接制御方法。
【請求項６】
請求項５に記載のアーク溶接制御方法において、
前記第２ベース期間は前記第１ベース期間よりも長く、前記第２ベース期間中は、前記溶接ワイヤを溶融させないように、かつ前記アーク長が前記所定の値になるように前記ベース電流を前記溶接ワイヤに流すことを特徴とするアーク溶接制御方法。
【請求項７】
請求項１ないし６のいずれか１項に記載のアーク溶接制御方法において、
溶接電流の設定平均値である設定電流または前記溶接ワイヤの送給速度が増加するにつれて、前記第１ピーク電流と前記第２ピーク電流との差及び前記第１ピーク電流に対する前記第２ピーク電流の比を小さくすることを特徴とするアーク溶接制御方法。
【請求項８】
請求項１ないし７のいずれか１項に記載のアーク溶接制御方法において、
溶接電流の設定平均値である設定電流が５０Ａ以上、１１０Ａ以下の場合、第１ピーク電流に対する第２ピーク電流の比は１９０％以上、２６０％以下であることを特徴とするアーク溶接制御方法。
【請求項９】
請求項１ないし８のいずれか１項に記載のアーク溶接制御方法において、
溶接電流の設定平均値である設定電流または前記溶接ワイヤの送給速度が増加するにつれて、前記第１ピーク期間と前記第２ピーク期間との差を小さくすることを特徴とするアーク溶接制御方法。
【請求項１０】
請求項１ないし９のいずれか１項に記載のアーク溶接制御方法において、
前記第１ピーク期間及び前記第１ベース期間中に前記母材にアークが照射されることで、前記母材の表面に前記溶接ワイヤまたは前記母材を構成する金属の酸化物が付着するのを抑制することを特徴とするアーク溶接制御方法。
【請求項１１】
請求項１ないし１０のいずれか１項に記載のアーク溶接制御方法において、
前記パルス溶接期間の後に、前記母材に対して前記溶接ワイヤの正送と逆送とを交互に繰り返すことで、前記母材と前記溶接ワイヤとの間でアークが発生した状態と前記母材と前記溶接ワイヤとが短絡した状態とが交互に繰り返される第１短絡溶接期間を設けることを特徴とするアーク溶接制御方法。
【請求項１２】
請求項１１に記載のアーク溶接制御方法において、
前記パルス溶接期間と前記第１短絡溶接期間との間に、前記母材に対する入熱量を０にする冷却期間を設けることを特徴とするアーク溶接制御方法。
【請求項１３】
請求項１２に記載のアーク溶接制御方法において、
前記パルス溶接期間と前記冷却期間との間に、前記母材に対して前記溶接ワイヤの正送と逆送とを交互に繰り返すことで、前記母材と前記溶接ワイヤとの間でアークが発生した状態と前記母材と前記溶接ワイヤとが短絡した状態とが交互に繰り返される第２短絡溶接期間をさらに設けることを特徴とするアーク溶接制御方法。
【請求項１４】
請求項１ないし１３のいずれか１項に記載のアーク溶接制御方法において、
前記母材は、アルミニウムまたはアルミニウムを主体とする合金であることを特徴とするアーク溶接制御方法。
【請求項１５】
請求項１ないし１４のいずれか１項に記載のアーク溶接制御方法において、
前記母材に吹き付けられるシールドガスは、アルゴンガスを８０％以上の比率で含んでいることを特徴とするアーク溶接制御方法。
【請求項１６】
請求項１ないし１４のいずれか１項に記載のアーク溶接制御方法において、
前記母材に吹き付けられるシールドガスは、ヘリウムガスであることを特徴とする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、アーク溶接の制御方法に関し、特にパルス溶接の制御方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
自転車や自動二輪などの溶接において、美しい波目状の溶接ビードを実現するとともに、生産性を向上させる観点から、消耗電極式のミグ溶接やマグ溶接を用いることが多くなってきている。消耗電極式のミグ溶接やマグ溶接では、電極である溶接ワイヤに電流を流し、溶接ワイヤと母材間に発生するアーク熱を利用して、溶接ワイヤを溶かしながら溶接するため、溶着効率が高く、溶接速度を速くすることが出来る。【０００３】
ところで、消耗電極式のミグ溶接やマグ溶接において、ビード形状を制御するために、母材への入熱差を付けて入熱量を制御する方法が提案されており、代表的なものとして短絡溶接とパルス溶接とがある。このうち、パルス溶接は、溶接ワイヤから溶滴を離脱させる臨界電流値よりも高いピーク電流と、アークを維持させる臨界電流値よりも低いベース電流とを交互に溶接ワイヤに流すことで、平均電流値は臨界電流値以下としつつ、溶滴移行を行うことができるため、良く用いられる。また、１回のピーク電流を流す期間で１つの溶滴を移行させるため、１パルス１ドロップとも呼ばれる。【０００４】
一方、パルス溶接は、溶滴離脱時に電流値が高いため、スパッタが発生しやすく、また、ＣＯ２ガスをシールドガスとして用いた場合には、発生するアークの反力が大きく、１パルス１ドロップ制御が難しくなるという問題があった。【０００５】
そこで、ピーク電流の波形を変化させて、溶滴の離脱と成長とを連続的に行う制御方法（例えば、特許文献１参照）や、異なるピーク値及びパルス幅のパルスを溶接電流に流して、一方で溶滴を離脱させ、他方のパルスで溶滴を成長させる制御方法（例えば、特許文献２参照）が提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特公平０２−０３１６３０号公報
【特許文献１】特許第４８５７１６３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ところで、近年、溶接対象物である母材としてアルミニウムやアルミニウムを主体とする合金が多く使用されており、これらのアーク溶接においてもパルス溶接を行うことが増えてきている。【０００８】
しかし、特許文献１，２に開示された従来の方法は、ＣＯ２ガスを用いたアーク溶接に関するものであり、不活性ガスを主成分とするシールドガスを用いたアーク溶接にそのまま適用することは困難であり、溶滴の離脱が不安定になるおそれがあった。また、パルス溶接は短絡溶接に比べると母材への入熱量が大きく、溶接ビードの幅を狭くしにくいという問題があった。【０００９】
また、アルミ系材料をパルス溶接する場合、特に溶接ワイヤが硬質アルミ系材料である場合には、母材や溶接ワイヤが蒸発した金属蒸気と大気中の酸素等とが結合した金属酸化物（以下、スマットという）が母材に付着しやすく、溶接ビードの外観を損ねるという問題があった。【００１０】
本発明はかかる点に鑑みなされたもので、その目的は、所定の期間で溶滴を確実に移行させるとともに、低電流で安定してパルス溶接を行うことが可能なアーク溶接の制御方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記目的を達成するために、本発明に係るアーク溶接の制御方法は、溶接ワイヤを母材に向けて一定の送給速度で送給するとともに、前記溶接ワイヤにピーク電流とベース電流とを交互に流すことで、前記母材と前記溶接ワイヤとの間でアークを発生させるパルス溶接期間を含む、アーク溶接制御方法であって、前記パルス溶接期間は、第１ピーク電流を前記溶接ワイヤに流す第１ピーク期間と、前記第１ピーク期間の後に前記第１ピーク電流よりも小さいベース電流を前記溶接ワイヤに流す第１ベース期間と、前記第１ピーク期間と前記第１ベース期間とを交互に（ｎ−１）回（ｎは２以上の整数）繰り返した後に、第２ピーク電流を前記溶接ワイヤに流す第２ピーク期間と、前記第２ピーク期間の後に前記ベース電流を前記溶接ワイヤに流す第２ベース期間と、を含み、前記第２ピーク電流を前記第１ピーク電流よりも大きい値とし、前記第２ピーク期間または前記第２ベース期間中に前記溶接ワイヤから前記母材に向けて溶滴を移行させることを特徴とすることを特徴とする。【００１２】
この方法によれば、所定の期間中に確実に溶滴を母材に移行させることができる。また、低い溶接電流で安定したパルス溶接を行うことができる。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、所定の期間中に確実に溶滴を母材に移行させることができ、外観の美しい溶接ビードを形成することができる。また、低い溶接電流で安定したパルス溶接を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】図１は、本発明の実施形態１に係るアーク溶接装置の概略構成を示す図である。
【図２】図２は、パルス溶接時の溶接電流設定波形と溶滴移行状態を示す図である。
【図３】図３は、パルス溶接時の溶接電流及び溶接電圧の出力波形を示す図である。
【図４Ａ】図４Ａは、比較のための溶接ビードの形状を示す写真である。
【図４Ｂ】図４Ｂは、実施形態１に係る溶接ビードの形状を示す写真である。
【図５】図５は、パルス溶接時のワイヤ送給速度と各種出力との関係を示す図である。
【図６】図６は、設定電流と溶滴を１回移行させるのに要するパルス数との関係を示す図である。
【図７】図７は、設定電流と第２ピーク電流と第１ピーク電流との差分の関係を示す図である。
【図８】図８は、設定電流と第２ピーク電流と第１ピーク電流との比の関係を示す図である。
【図９】図９は、設定電流と第２ピーク期間と第１ピーク期間との差の関係を示す図である。
【図１０】図１０は、本発明の実施形態２に係るアーク溶接時の各種出力波形を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、本実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。以下の好ましい実施形態の説明は、本質的に例示に過ぎず、本発明、その適用物或いはその用途を制限することを意図するものでは全くない。
【００１６】
（実施形態１）
［アーク溶接装置の構成］
図１は、本実施形態に係るアーク溶接装置の概略構成を示す図である。アーク溶接装置１６は、消耗電極である溶接ワイヤ１８と溶接対象物である母材１７との間で、アーク状態と短絡状態とを繰り返して溶接を行う。なお、母材１７は、図示しないトーチに保持されており、トーチが所定の速度で移動することで、溶接ワイヤ１８の先端も同様に、同じ速度で所定の溶接区間に沿って移動する。また、本実施形態において、溶接ワイヤ１８の材質を硬質アルミ（Ａ５３５６）、ワイヤ径を１．２ｍｍとし、母材１７の材質をアルミニウムとしている。ただし、母材１７はアルミニウムを主体とする合金であってもよい。また、母材１７に吹き付けられるシールドガスは、Ａｒ（アルゴン）ガスを８０％以上の比率で含んでいる。
【００１７】
アーク溶接装置１６は、主変圧器２と、一次側整流部３と、スイッチング部４と、ＤＣＬ（リアクトル）５と、二次側整流部６と、溶接電流検出部７と、溶接電圧検出部８と、制御切替部９と、出力制御部１０と、ワイヤ送給速度制御部１３を有している。また、アーク溶接装置１６は、トーチ（図示せず）を保持するロボット（図示せず）の動作を制御するロボット制御部（図示せず）を有している。
【００１８】
出力制御部１０は、短絡溶接制御部１１とパルス溶接制御部１２を有している。ワイヤ送給速度制御部１３は、ワイヤ送給速度検出部１４と、演算部１５とを有している。一次側整流部３は、アーク溶接装置１６の外部にある入力電源（三相交流電源）１から入力した入力電圧を整流する。スイッチング部４は、一次側整流部３の出力を溶接に適した出力に制御する。主変圧器２は、スイッチング部４の出力を溶接に適した出力に変換する。
【００１９】
二次側整流部６は、主変圧器２の出力を整流する。ＤＣＬ（リアクトル）５は、二次側整流部６の出力を溶接に適した電流に平滑する。溶接電流検出部７は、溶接電流を検出する。溶接電圧検出部８は、溶接電圧を検出する。
【００２０】
制御切替部９は、短絡溶接の制御からパルス溶接の制御、パルス溶接から冷却期間、に切り替えるタイミングを出力制御部１０に出力する切替部である。この制御切替部９は計時機能を有しており、溶接条件設定部２２により設定された所定時間を計時して、制御を切り替えるタイミングを出力制御部１０とワイヤ送給速度制御部１３に出力する。なお、「冷却期間」とは、溶接電流Ｉを０にする期間であり、この期間ではアーク１９からの入熱量は０となる（図１０参照）。
【００２１】
出力制御部１０は、スイッチング部４に制御信号を出力して溶接出力を制御する。短絡溶接制御部１１は、制御切替部９が短絡溶接を指令した場合に短絡溶接の制御を行う。パルス溶接制御部１２は、制御切替部９がパルス溶接を指令した場合に、パルス溶接の制御を行う。
【００２２】
ワイヤ送給速度制御部１３は、ワイヤ送給部２１を制御して溶接ワイヤ１８の送給速度を制御する。ワイヤ送給速度検出部１４は、ワイヤ送給速度を検出する。演算部１５は、ワイヤ送給速度検出部１４からの信号に基づいて、溶接ワイヤ１８の送給量の積算量を演算し、ワイヤ送給速度を制御する。具体的には、ワイヤ送給速度の指令値と検出値とを比較して差分を求め、当該差分の積算量に基づいて、実際のワイヤ送給速度を指令値にあわせるようにフィードバック制御を行う。
【００２３】
アーク溶接装置１６には、ワイヤ送給部２１と、溶接条件設定部２２が接続されている。溶接条件設定部２２は、アーク溶接装置１６に溶接条件を設定するために用いられる。また、溶接条件設定部２２は、短絡溶接設定部２３とパルス溶接設定部２４と冷却期間設定部２５を有する。ワイヤ送給部２１は、ワイヤ送給速度制御部１３からの信号に基づいて、溶接ワイヤ１８の送給の制御を行う。
【００２４】
アーク溶接装置１６の溶接出力は、図示しないトーチＳＷ（スイッチ）がＯＮになると溶接チップ２０を介して溶接ワイヤ１８に供給される。そして、アーク溶接装置１６の溶接出力により、溶接ワイヤ１８と溶接対象物である母材１７との間にアーク１９を発生させて溶接を行う。
【００２５】
なお、実際にアーク溶接を行うにあたって、パルス溶接のみを行う場合には、制御切替部９と短絡溶接設定部２３と冷却期間設定部２５とを省略してもよい。
【００２６】
［パルス溶接の制御方法］
図２は、本実施形態に係るパルス溶接時の溶接電流の設定波形と溶滴移行状態との時間関係を示し、図３は、パルス溶接時の溶接電流及び溶接電圧の出力波形を示す。なお、図示しないが、パルス溶接期間Ｔｐにおいて、溶接ワイヤ１８の送給速度Ｗｐ（以下、ワイヤ送給速度Ｗｐという。図１０参照）は一定になるように保たれている。
【００２７】
なお、溶接電流Ｉの設定平均値（以下、設定電流Ｉｓと呼ぶことがある。）は、パルス溶接期間Ｔｐ中の溶接電流Ｉの移動平均に相当し、溶接電圧Ｖの設定平均値（以下、設定電圧Ｖｓと呼ぶことがある。）は、パルス溶接期間Ｔｐ中の溶接電圧Ｖの移動平均に相当する。また、設定電流Ｉｓとワイヤ送給速度Ｗｐとは比例関係にある。具体的には、設定電流Ｉｓに応じてワイヤ送給速度Ｗｐが決定され、溶接ワイヤ１８が正送と逆送を交互に繰り返す送給方式の場合は、設定電流Ｉｓに応じてワイヤ送給速度Ｗｐの平均送給速度Ｗｓが決定される。
【００２８】
図２に示すように、パルス溶接期間Ｔｐでは、基本単位期間Ｔｐｂが１回または複数回繰り返されて、母材１７のパルス溶接が行われる。溶接ワイヤ１８に第１ピーク電流Ｉｐ１が流れる期間を第１ピーク期間Ｔｐ１、溶接ワイヤ１８に第２ピーク電流Ｉｐ２が流れる期間を第２ピーク期間Ｔｐとし、第１ピーク期間Ｔｐ１の後にベース電流Ｉｂが流れる期間を第１ベース期間Ｔｂ１、第２ピーク期間Ｔｐ２の後にベース電流Ｉｂが流れる期間を第２ベース期間Ｔｂ２とするとき、基本単位期間Ｔｐｂは、式（１）で表わされる。
【００２９】
Ｔｐｂ＝（ｎ−１）×（Ｔｐ１＋Ｔｂ１）＋Ｔｐ２＋Ｔｂ２  ・・・（１）
【００３０】
ここで、ｎは２以上の整数である。
【００３１】
また、第２ピーク電流Ｉｐ２及び第１ピーク電流Ｉｐ１は、ベース電流Ｉｂよりも大きくなるように設定されている。また、第２ベース期間Ｔｂ２は、第１ベース期間Ｔｂ１よりも長くなるように設定されている。また、後で詳述するように、第２ピーク電流Ｉｐ２は第１ピーク電流Ｉｐ１よりも大きい値であり、第１及び第２ピーク電流Ｉｐ１，Ｉｐ２ともに設定電流Ｉｓに応じて決定される。また、第２ピーク期間Ｔｐ２または第２ベース期間Ｔｂ２中に、溶接ワイヤ１８から母材１７に向けて溶滴が移行するように設定されている。従って、ｎは、溶滴を母材１７に向けて１回移行させるのに要するパルス数に相当する。
【００３２】
なお、本実施形態では、設定電流Ｉｓを８０Ａ、設定電圧Ｖｓを１５．８Ｖとし、ｎ＝９で溶滴を１回母材に移行させるように設定している。ただし、特にこれに限定されず、設定電流Ｉｓやパルス数ｎ等はパルス溶接条件によって適宜変更されうる。
【００３３】
また、第１ピーク電流Ｉｐ１を１６５Ａ、第２ピーク電流Ｉｐ２を３８０Ａ、ベース電流Ｉｂを５０Ａとしている。なお、後で述べるように、溶接ワイヤ１８から母材１７に向けて溶滴を１回移行させるのに必要なパルス数ｎも設定電流Ｉｓに応じて変化する（図５，６参照）。
【００３４】
また、第１ピーク期間Ｔｐ１を２８５ｍｓ、第１ベース期間Ｔｂ１を１．８ｍｓとし、第２ピーク期間Ｔｐ２を３２０ｍｓ、第２ベース期間Ｔｂ２を７．５ｍｓとしているが、これらの値は設定電流Ｉｓに応じて変化するようになっている。
【００３５】
第１ピーク電流Ｉｐ１とベース電流Ｉｂとを交互に（ｎ−１）回繰り返して流す期間では、溶接ワイヤ１８と母材１７との間にアーク１９は発生しているが、溶滴は溶接ワイヤ１８から母材１７に移行しない。例えば、図２の状態（ａ）に示すように、１回目のパルスでは、溶接ワイヤ１８の先端に溶滴がわずかに形成される。また、第１ピーク期間Ｔｐ１と第１ベース期間Ｔｂ１とを繰り返すことで、溶滴はアーク力によって上下に振動している（図２の状態（ａ）、（ｂ）参照）。
【００３６】
また、母材１７に電極としての溶接ワイヤ１８よりアーク１９が照射されることによって、母材１７や溶接ワイヤ１８が一部蒸発するが、このことにより、スマットが生じることがある。
【００３７】
図４Ａは、比較のための溶接ビードの形状写真を、図４Ｂは、本実施形態に係る溶接ビードの形状写真をそれぞれ示す。なお、図４Ａでは、通常の１パルス１ドロップ制御を行った場合の形状を示している。母材１７がアルミニウム系材料である場合で、特に溶接ワイヤ１８が硬質アルミの場合には、図４Ａに示すように、スマットが大量に発生し、母材１７の表面に付着することがある。このようなスマットが付着すると、溶接ビードの外観が悪化し、また、極端な場合には溶接ビードの形成を阻害してしまう。
【００３８】
一方、本実施形態によれば、第１ピーク期間Ｔｐ１と第１ベース期間Ｔｂ１とが繰り返される期間では、溶接ワイヤ１８と母材１７との間で発生したアーク１９のアーク力が周期的に変動する。第１ピーク期間Ｔｐ１において、アーク力が強まった状態でアーク１９が母材１７の表面に照射されることにより、母材１７の表面の酸化膜が分解され清浄化され、母材１７の表面にスマットが付着するのを抑制することができる。つまり、一種のクリーニング作用がはたらいており、図４Ｂに示すように、ビードの外側に、スマットが付着していない領域（以下、クリーニング領域ＡＣという）が形成される。なお、第１ピーク期間Ｔｐ１と第１ベース期間Ｔｂ１とを繰り返す周期が短くなるほど、つまり、第１ピーク電流Ｉｐ１のパルス周波数が高くなるほど、上記のクリーニング作用は高められ、クリーニング領域ＡＣの幅を拡げることができる。このことにより、スマットの付着が確実に抑制される。
【００３９】
また、ベース電流Ｉｂよりも大きい第１ピーク電流Ｉｐ１を周期的に流すことで、溶接ワイヤ１８が加熱され、前述したように、溶接ワイヤ１８の先端に溶滴が形成され始める。この溶滴は母材１７に移行する所定の大きさになるまで成長する。例えば、図２の状態（ｃ）は、その途中の溶滴の状態を示しており、溶接ワイヤ１８のワイヤ径よりも大きな溶滴が形成される。また、溶滴は成長しつつ、アーク力の変動に伴い上下に振動する。
【００４０】
なお、溶接ワイヤ１８にベース電流Ｉｂが流れる第１ベース期間Ｔｂ１では、溶滴はほとんど成長しないが、溶接ワイヤ１８と母材１７との間に発生するアーク１９のアーク長が所定の値に維持される。言いかえると、ベース電流Ｉｂは、アーク長を所定の値に維持するために溶接ワイヤ１８に供給されている。また、アーク長を所定の値に維持して、次の第１ピーク期間Ｔｐ１で安定して第１ピーク電流Ｉｐ１を溶接ワイヤ１８に流すことができる。
【００４１】
次に、第２ピーク期間Ｔｐ２に第２ピーク電流Ｉｐ２を溶接ワイヤ１８に流すと、状態（ｄ）に示すように、溶接ワイヤ１８の先端に形成された溶滴が母材１７に向けて移行する。さらに、第２ピーク期間Ｔｐ２の後にベース電流Ｉｂを第２ベース期間Ｔｂ２に流すことで、溶接ワイヤ１９の先端が溶融するのを抑えつつ、アーク長が第１ベース期間Ｔｂ１と同じ値、つまり、所定の値になるようにアーク１９の発生状態を調整している（状態（ｅ）参照）。なお、この所定の値は、パルス溶接の溶接条件に応じて適宜変更されうる。
【００４２】
また、図３に示すように、実際の溶接出力では、溶接電流Ｉの周期的変動に応じて溶接電圧Ｖも周期的に変動し、溶接電流Ｉの大きさに応じて溶接電圧Ｖも変化する。また、溶滴の移行が完了した後、一時的にアーク長が長くなることで溶接電圧Ｖが上昇するが、第２ベース期間Ｔｂ２中に、徐々に低下して、所定の値に近づく。つまり、アーク長が上記の所定の値に収束していることを示している。
【００４３】
また、溶滴を離脱させ、溶滴を母材１７に向けて１回移行させるパルス溶接期間としての基本単位期間Ｔｐｂは、設定電流Ｉｓまたはワイヤ送給速度Ｗｐの変化に応じて変化する。具体的には、設定電流Ｉｓまたはワイヤ送給速度Ｗｐが大きくなると、基本単位期間Ｔｐｂは短くなる。
【００４４】
パルス溶接期間としての基本単位期間Ｔｐｂは、第１ピーク電流期間Ｔｐ１、第１ベース電流期間Ｔｂ１、第２ピーク電流期間Ｔｐ２、および第２ベース電流期間Ｔｂ２を含むものである。このパルス溶接期間としての基本単位期間Ｔｐｂにおいて、周期毎に、第２ピーク期間Ｔｐ２または第２ベース期間Ｔｂ２中に、溶接ワイヤ１８から母材１７に向けて溶滴が１回移行するように設定されている。言い換えると、第１ピーク電流期間Ｔｐ１および第１ベース電流期間Ｔｂ１中に溶接ワイヤ１８から母材１７に向けて溶滴は移行せずに、パルス溶接期間としての基本単位期間Ｔｐｂの周期毎に、第２ピーク期間Ｔｐ２または第２ベース期間Ｔｂ２中のみに、溶接ワイヤ１８から母材１７に向けて溶滴が移行するように設定されている。
【００４５】
図５は、パルス溶接時の設定電流と各種出力との関係を示す。図６は、設定電流と溶滴を１回移行させるのに要するパルス数との関係を、図７は、設定電流と第２ピーク電流と第１ピーク電流との差分の関係を、図８は、設定電流と第２ピーク電流と第１ピーク電流との比の関係を、図９は、設定電流と第２ピーク期間と第１ピーク期間との比の関係をそれぞれ示す。なお、本実施形態では、図５に示すように、第２ピーク電流Ｉｐ２を一定としている。
【００４６】
図５，６に示すように、設定電流Ｉｓまたはワイヤ送給速度Ｗｐに応じて、溶滴を１回移行させるのに要するパルス数ｎを単調に減少させている。つまり、一定の周期で溶滴を移行させるために、設定電流Ｉｓまたはワイヤ送給速度Ｗｐの増加に応じて、より小さいパルス数で溶滴を移行させている。このようにすることで、基本単位期間Ｔｐｂにおける溶接電流Ｉの平均値を低く保ちながら、溶接ワイヤ１８からの溶滴の離脱を安定して制御することができる。なお、設定電流Ｉｓまたはワイヤ送給速度Ｗｐに対して、パルス数ｎを小さくし過ぎると、基本単位期間Ｔｐｂにおいて第２ピーク期間Ｔｐ２の割合が相対的に増加するため、溶接電流Ｉの平均値を低く保つのが困難となるので、この点に留意して制御を行う必要がある。
【００４７】
また、第２ピーク電流Ｉｐ２に到達した後の第２ピーク期間Ｔｐ２と第２ベース期間Ｔｂ２との間で溶滴を離脱させ１ドロップ移行するようにして、スパッタの発生を抑制することができる。溶滴離脱のタイミングは、より好ましくは、第２ピーク期間Ｔｐ２での第２ピーク電流Ｉｐ２に到達した後から第２ベース期間Ｔｂ２のベース電流Ｉ２に到達するまで、または到達した時点の近傍までの間である。これらの期間中に溶滴の離脱を行うようにすることにより、溶滴の移行を安定して行うことができる。
【００４８】
図５，７に示すように、設定電流Ｉｓまたはワイヤ送給速度Ｗｐが増加するにつれて、第１ピーク電流Ｉｐ１と第２ピーク電流Ｉｐ２の差（以下、（Ｉｐ２−Ｉｐ１）と呼ぶことがある。）が小さくなるように制御している。また、図５，８に示すように、設定電流Ｉｓまたはワイヤ送給速度Ｗｐが増加するにつれて、第１ピーク電流Ｉｐ１に対する第２ピーク電流Ｉｐ２の比ＩＰ２／Ｉｐ１が小さくなるように制御している。図５に示すように、設定電流Ｉｓまたはワイヤ送給速度Ｗｐが増加するにつれて、第１ピーク電流Ｉｐ１を増加させており、第２ピーク電流Ｉｐ２を溶接ワイヤ１８に流す直前には、溶滴が十分に成長している。このため、（Ｉｐ２−Ｉｐ１）を小さくしても、溶滴を母材１７に向けて確実に移行させることができる。
【００４９】
なお、設定電流Ｉｓまたはワイヤ送給速度Ｗｐの変化に対して、（Ｉｐ２−Ｉｐ１）を適切な範囲に保つ必要がある。例えば、（Ｉｐ２−Ｉｐ１）を小さくしすぎると、溶接ワイヤ１８での溶滴成長や溶滴離脱が中途半端になり、不安定になるおそれがある。具体的には、第１ピーク電流Ｉｐ１に第２ピーク電流Ｉｐ２を近づけることで、（Ｉｐ２−Ｉｐ１）を小さくした場合は、第２ピーク期間Ｔｐ２で溶滴離脱がし難くなり、溶滴離脱が不安定になる。また、第１ピーク電流Ｉｐ１を第２ピーク電流Ｉｐ２に近づけることで、（Ｉｐ２−Ｉｐ１）を小さくした場合は、溶接ワイヤ１８で溶滴の成長が過大となり、第１ピーク期間Ｔｐ１と第１ベース期間Ｔｂ１とを交互に行う間で、意図せず溶滴離脱が発生して大量のスパッタが発生してしまうおそれがある。
【００５０】
つまり、（Ｉｐ２−Ｉｐ１）を小さくしすぎると、スパッタが発生したり、溶滴の離脱が不安定になったりする。
【００５１】
また、（Ｉｐ２−Ｉｐ１）を大きくしすぎると、種々の問題を生じるので、この点にも留意が必要である。具体的には、第１ピーク電流Ｉｐ１を低くすることで、（Ｉｐ２−Ｉｐ１）を大きくした場合は、クリーニング効果が十分に発揮されないおそれがある。
【００５２】
また、第２ピーク電流Ｉｐ２を大きくすることで、（Ｉｐ２−Ｉｐ１）を大きくした場合は、溶接ワイヤ１８が溶けすぎるため、大きな溶滴と小さな溶滴の粒が複数発生してスパッタが大量に生じてしまう。また、溶接ワイヤ１８が燃え上がりすぎて、アーク長が長くなり、これに伴いアークの照射範囲が狭くなるので、酸素を巻き込みやすくなり、スマットが多く発生するおそれがある。
【００５３】
また、設定電流Ｉｓが５０Ａ以上、１１０Ａ以下の場合、第１ピーク電流ＩＰ１に対する第２ピーク電流Ｉｐ２の比Ｉｐ２／Ｉｐ１は１９０％以上、２６０％以下であることが好ましい。
【００５４】
Ｉｐ２／Ｉｐ１が１９０％よりも小さいと、（Ｉｐ２−Ｉｐ１）を小さくしすぎる場合と同様に、溶滴の離脱が不安定となり、結果として、溶接が不安定になったり、スパッタが発生したりする。また、Ｉｐ２／Ｉｐ１が２６０％よりも大きいと、（Ｉｐ２−Ｉｐ１）を大きくしすぎる場合と同様に、クリーニング効果が十分に発揮されなかったり、大量のスパッタやスマットの発生が起こったりするおそれがある。
【００５５】
また、図５，９に示すように、設定電流Ｉｓまたはワイヤ送給速度Ｗｐが増加するにつれて、第１ピーク期間Ｔｐ１と第２ピーク期間Ｔｐ２との差（以下、（Ｔｐ２−Ｔｐ１）と呼ぶことがある。）が小さくなるように制御している。
【００５６】
このように制御することで、基本単位期間Ｔｐｂにおける溶接電流Ｉの平均値を低く保ちながら、溶接ワイヤ１８からの溶滴の離脱を安定して制御することができる。なお、第２ピーク期間Ｔｐ２を長くしすぎると、基本単位期間Ｔｐｂにおいて、クリーニング作用を奏する期間、つまり、第１ピーク期間Ｔｐ１と第１ベース期間Ｔｂ１とを交互に行う期間の割合が相対的に低くなる。このことにより、クリーニング効果が相対的に小さくなる点に留意して、Ｔｐ２−Ｔｐ１を設定する必要がある。
【００５７】
［効果等］
以上説明したように、本実施形態に係るアーク溶接の制御方法は、溶接ワイヤ１８を母材１７に向けて一定のワイヤ送給速度Ｗｐで送給するとともに、溶接ワイヤ１８にピーク電流とベース電流とを交互に流すことで、母材１７と溶接ワイヤ１８との間でアークを発生させるパルス溶接期間Ｔｐを含むアーク溶接の制御方法である。
【００５８】
パルス溶接期間Ｔｐは、第１ピーク電流Ｉｐ１を溶接ワイヤ１８に流す第１ピーク期間Ｔｐ１と、その後に第１ピーク電流Ｉｐ１よりも小さいベース電流Ｉｂを溶接ワイヤ１８に流す第１ベース期間Ｔｂ１と、を含んでいる。さらに、パルス溶接期間Ｔｐは、第１ピーク期間Ｔｐ１と第１ベース期間Ｔｐ２とを交互に（ｎ−１）回繰り返した後に、第２ピーク電流Ｉｐ２を溶接ワイヤ１８に流す第２ピーク期間Ｔｐ２と、第２ピーク期間Ｔｐ２の後にベース電流Ｉｂを溶接ワイヤ１８に流す第２ベース期間Ｔｂ２と、を含んでいる。
【００５９】
また、第２ピーク電流Ｉｐ２を第１ピーク電流Ｉｐ１よりも大きい値とし、第２ピーク期間Ｔｐ２または第２ベース期間Ｔｂ２中に溶接ワイヤ１８から母材１７に向けて溶滴を移行させる。
【００６０】
本実施形態によれば、第２ピーク期間Ｔｐ２で第１ピーク電流Ｉｐ１よりも大きい第２ピーク電流Ｉｐ２を溶接ワイヤ１８に流すことで、基本単位期間Ｔｐｂ中に確実に溶滴を母材１７に移行させることができる。
【００６１】
また、本実施形態のアーク溶接の制御方法は、第１ピーク期間Ｔｐ１と第１ベース期間Ｔｂ２とを交互に繰り返すことで、溶接ワイヤ１８の先端に所定の大きさの溶滴を成長させている。さらに、第１ピーク電流Ｉｐ１を適切に調整することで、溶接ワイヤ１８の溶融を抑制し、いわゆる１パルス１ドロップ制御の場合と比べて、低い溶接電流で安定したパルス溶接を行うことができる。
【００６２】
通常、パルス溶接は、短絡溶接等と比べて母材１７への入熱量が大きくなるため、溶接ワイヤ１８の先端に形成される溶滴のサイズを小さくすることは難しかった。また、ピーク電流を小さくすると、溶滴が十分に成長せず、溶滴を母材１７に移行させるタイミングがばらつくことが多かった。一般に、設定電流Ｉｓが６０Ａ程度になると、１回のピーク電流で溶滴が移行しないことが多くなるが、このような状態では、溶接ビードの外観を損ねたり、溶接不良を起こしたりするおそれがあった。
【００６３】
一方、本実施形態によれば、溶滴が小さい状態でも基本単位期間Ｔｐｂ中に確実に溶滴を離脱させ母材１７に移行させて、溶接ビードの幅を狭めたアーク溶接を行うことができる。また、溶接電流Ｉ自体を小さくすることができるため、溶滴離脱時のスパッタを低減することができる。
【００６４】
ベース電流Ｉｂは、溶接ワイヤ１８と母材１７との間に発生するアーク１９のアーク長が所定の値に維持される電流であることが好ましい。また、第２ベース期間Ｔｂ２は第１ベース期間Ｔｂ１よりも長くなるように設定されており、第２ベース期間Ｔｂ２中は、溶接ワイヤ１８を溶融させないように、かつアーク長が所定の値になるようにベース電流Ｉｂを溶接ワイヤ１８に流すことが好ましい。
【００６５】
アーク長が所定の値に維持されるようにベース電流Ｉｂを設定することで、第１ピーク電流Ｉｐ１とベース電流Ｉｂとを交互に（ｎ−１）回繰り返して流す期間において、アーク力の変動量を安定にすることができる。このことにより、母材１７の表面へのスマットの付着を抑制する性能が安定し、高品質のクリーニングを行うことができる。また、第２ベース期間Ｔｂ２において、溶接ワイヤ１８を溶融させないようにしつつ、アーク長を安定させることで、次の基本単位期間Ｔｐｂにおいて、最初の第１ピーク期間Ｔｐ１で安定して第１ピーク電流Ｉｐ１に溶接ワイヤ１８に流すことができる。このことにより、パルス溶接を連続的に安定して行うことができる。
【００６６】
また、第１ピーク期間Ｔｐ１及び第１ベース期間Ｔｂ１中に母材１７にアーク１９が照射されることで、母材１７の表面に溶接ワイヤ１８または母材１７を構成する金属の酸化物であるスマットが付着するのを抑制するようにしてもよい。
【００６７】
第１ピーク期間Ｔｐ１及び第１ベース期間Ｔｂ１を繰り返すことで周期的にアーク力が強まった状態でアークが母材１７の表面に照射されるため、母材１７の表面にスマットが付着するのを抑制し、また、スマットが付着していないクリーニング領域ＡＣの幅を拡げることができる。このことにより、外観の美しい溶接ビードを形成することができる。母材１７がアルミニウムまたはアルミニウムを主体とする合金である場合に、本実施形態の制御方法は、スマットが付着するのを抑制し、外観の美しい溶接ビードを得る点で有用である。溶接ワイヤ１８が硬質アルミ系材料である場合には、母材１７にスマットが付着しやすいため、本実施形態の制御方法は特に有用である。
【００６８】
（実施形態２）
図１０は、本実施形態に係るアーク溶接時の各種出力波形を示す。図１０を用いて、図１に示すアーク溶接装置１６の動作について説明する。なお、本実施形態では、アーク溶接時に、短絡溶接とパルス溶接とを順に行い、その後に溶接電流を０にする冷却期間を設けるようにアーク溶接装置１６を動作させる。なお、溶接ワイヤ１８を保持するトーチ（図示せず）は、溶接が行われる所定の区間を一定の速度で移動するように制御される。つまり、一般のステッチ溶接のように、トーチが停止している時間に溶接を行い、溶接を停止してから次の教示点にトーチを移動させるのではなく、所定の区間で溶接速度が一定に保たれるようにトーチが連続的に移動する。なお、母材１７の溶接箇所全体にわたって、溶接速度が一定でなくてもよい。例えば、母材１７の板厚が変化する部分等では、溶接速度を変化させるようにしてもよい。
【００６９】
また、図１０において、破線で囲まれた部分Ａでは、図２及び図３に示す基本単位期間Ｔｐｂを１回または複数回繰り返してパルス溶接を行っている。
【００７０】
まず、溶接開始を指示した時点Ｗｓｔから送給速度Ｗ１で溶接ワイヤ１８の送給が開始される。そして溶接開始を指示した時点Ｗｓｔから、または、溶接開始を指示し溶接ワイヤ１８と溶接対象物である母材１７との短絡発生を検出した時点Ｅｄから、短絡溶接設定部２３により設定された条件で短絡溶接制御部１１により溶接出力が制御され、短絡溶接を行う。次に、予め短絡溶接設定部２３により設定された所定の時間Ｔｓ（以下、第１短絡溶接期間Ｔｓという）を経過すると、制御切替部９が短絡溶接からパルス溶接に切り替える。その後、パルス溶接設定部２４により設定された条件でパルス溶接制御部１２により溶接出力が制御され、ピーク電流とベース電流を繰り返しながらパルス溶接開始時点Ｐｓｔ（Ｐｓｔ１、Ｐｓｔ２）よりパルス溶接を行う。このとき、溶接電流Ｉは、図２に示す波形となるようにパルス溶接制御部１２により制御される。
【００７１】
そして、予めパルス溶接設定部２４により設定された所定の時間Ｔｐを経過すると、制御切替部９がパルス溶接から冷却期間に切り替える。冷却期間設定部２５により設定された所定の時間Ｔｎの間、出力制御部１０からの出力を遮断する。これによりアークによる入熱量を０にすることができる。上述の第１短絡溶接期間Ｔｓとパルス溶接期間Ｔｐと冷却期間Ｔｎとを１つの溶接周期として、これらを順に繰り返すことで鱗状の溶接ビードを形成する。
【００７２】
図１０に示すように、第１短絡溶接期間Ｔｓの後に、入熱量の高いパルス溶接期間Ｔｐを設け、さらにその後に入熱量が０である冷却期間Ｔｎを設けることで、溶接箇所での冷却効果を高め、入熱量の差を最も大きくすることができ、波目状が明瞭な鱗状の溶接ビードを実現できる。冷却期間Ｔｎでは、溶接電流および溶接電圧の出力を０にすると、入熱量を０にすることができ最も冷却性が良い。溶接電流のみ０にし、溶接電圧を印加したままにすると、無負荷電圧を発生した状態を維持することができ、次のアークスタートを円滑に行うことができる。パルス溶接期間Ｔｐのパルス溶接開始時点Ｐｓｔ１から、次のサイクルのパルス溶接期間Ｔｐのパルス溶接開始時点Ｐｓｔ２までの周期を、パルス溶接期間の周期Ｐｃとし、このパルス溶接期間の周期Ｐｃは、長いほど波目は粗い形状となり、短いほど波目は密な形状となる。
【００７３】
また、パルス溶接期間Ｔｐにおいてアーク１９の発生時にアーク直下に溶融池が形成されていないと、第２ピーク電流Ｉｐ２の出力時に溶接ワイヤ１８の溶滴が吹き飛ばされスパッタが発生してしまう。そのため、短絡溶接期間Ｔｓをパルス溶接期間Ｔｐの前に設ける。このことで、パルス溶接期間Ｔｐへの切り替え時にアーク直下に溶融地が形成され、第２ピーク電流Ｉｐ２によるスパッタの発生を抑制できる。
【００７４】
第１短絡溶接期間Ｔｓのアークスタート時には、図１０に示すように、パルス溶接期間Ｔｐ中の溶接電圧よりも高い無負荷電圧Ｖ１が出力され、一定送給速度Ｗ１で、溶接ワイヤ１８が母材１７と短絡し電流検出するまで送給される。電流検出後の溶接電流Ｉ１は本溶接の短絡開放時の溶接電流よりも大きい。溶接電流Ｉ１は所定期間出力される。この期間中、溶接ワイヤ１８の送給は予め決められた振幅で逆送される。短絡開放後、溶接ワイヤ１８の送給は、予め決められた振幅及び周波数をもって正送及び逆送を繰り返しながら行われる。図１０は送給波形が正弦波の場合を示すが、周期的な波形であれば、例えば台形波（図示しない）など、どのような送給波形でも良い。また周波数（周期）は、一定でもよいし、変動してもよい。また、予め決められた振幅及び周波数などをもたない、一定送給速度で送給を行うと管理が容易であるが、短絡開放時に電磁的ピンチ力によるスパッタが発生しやすい。そのため、予め決められた振幅及び周波数で溶接ワイヤ１８を機械的に正送及び逆送することで、第１短絡溶接期間Ｔｓにおける短絡開放時のスパッタ発生を抑制できる。
【００７５】
このときの溶滴移行状態を図１０の最下段に示す。状態（ａ）は第１短絡溶接期間Ｔｓ中における短絡アーク溶接のアーク期間の溶滴移行状態を示し、アークを発生させながら溶接ワイヤ１８を正送している。状態（ｂ）は第１短絡溶接期間Ｔｓ中における短絡アーク溶接の短絡期間の溶滴移行状態を示し、溶接ワイヤ先端の溶滴を母材１７に移行させたのちにワイヤを逆送させ、機械的に短絡開放を促している。次に、パルス溶接期間Ｔｐにおける溶接ワイヤ１８の送給は、パルス溶接設定部２４により設定された溶接電流に最適な一定送給速度で行われ、図２に示す第２ピーク電流Ｉｐ２を溶接ワイヤ１８に流す第２ピーク期間Ｔｐ２中に、溶接ワイヤ１８の先端に形成された溶滴を離脱させ、第２ピーク期間Ｔｐ２または第２ベース期間Ｔｂ２中に溶滴を母材１７に向けて移行させている。そして、パルス溶接期間Ｔｐが終了した冷却期間Ｔｎでは、状態（ｄ）に示すように溶接ワイヤ１８の送給速度は停止されている。そのときの溶接ワイヤ１８の先端から母材１７までの距離がＷＤである。さらに冷却期間Ｔｎ経過後に再び次のサイクルが実行され、状態(ｅ)に示すように溶接ワイヤ１８が母材１７と接触して電流検出したのちに次の第１短絡溶接期間Ｔｓが再び開始される。このように、第１短絡溶接期間Ｔｓ及びパルス溶接期間Ｔｐで維持していたアークが、冷却期間Ｔｎでは消滅し、次の第１短絡溶接期間Ｔｓに切り替わる際にアークを再発生させる必要があるため、アークスタート初期の短絡開放時に電磁的ピンチ力によるスパッタが発生しやすい。しかし、本実施形態に示すように、第１短絡溶接期間Ｔｓでは、溶接ワイヤ１８を機械的に正送及び逆送するため、アークスタート初期の短絡開放時のスパッタ発生を抑制することができる。すなわち、第１短絡溶接期間Ｔｓにおいて溶接ワイヤ１８を正送及び逆送し、機械的に短絡状態を開放させることで、電磁的ピンチ力によるスパッタの発生を低減できる。
【００７６】
図１０に示すように、第１短絡溶接期間Ｔｓにおける溶接電流Ｉと送給速度Ｗは刻々と変化させている。特に、送給速度の平均送給速度は、パルス溶接期間Ｔｐの溶接条件の設定送給量に近づくよう次第に増加させている。
【００７７】
上述の第１短絡溶接期間Ｔｓとパルス溶接期間Ｔｐと冷却期間Ｔｎとを順に繰り返すサイクルにて溶接を行うことにより、低入熱の短絡溶接、高入熱のパルス溶接、入熱量が０である冷却期間をそれぞれ調整することで、母材１７への入熱量を幅広く制御することができ、溶接ビード形状をより精密に制御することが可能である。また、低電流でパルス溶接を行えるため、短絡溶接に近いビード幅を実現できる。このことにより、一定の狭いビード幅でアーク溶接を行うことができる。また、実施形態１に示すのと同様に、パルス溶接期間Ｔｐにおいて、第１ピーク期間Ｔｐ１と第１ベース期間Ｔｂ１とを繰り返す過程で母材１７の表面をクリーニングし、第２ピーク期間Ｔｐ２または第２ベース期間Ｔｂ２中に溶接ワイヤ１８から母材１７に向けて溶滴を移行させるため、低スパッタでかつスマットの付着が少ないアーク溶接が行えるとともに、外観が良好な溶接ビードを形成することができる。
【００７８】
なお、第１短絡溶接期間Ｔｓ中、溶接ワイヤ１８は、予め決められた振幅および周波数で送給されるが、これに限らない。上述のように、管理を容易にするため、第１短絡溶接期間Ｔｓ中、溶接ワイヤ１８を一定送給速度で送給してもよい。
【００７９】
また、パルス溶接期間Ｔｐ中、溶接ワイヤ１８は、一定送給速度で送給されるが、これに限られない。パルス溶接期間Ｔｐ中、溶接ワイヤ１８の送給速度を変動させてもよい。
【００８０】
また、第１短絡溶接期間Ｔｓ中に平均送給速度Ｗｓをパルス溶接期間Ｔｐ中の一定送給速度まで増加させているが、これに限らない。第１短絡溶接期間Ｔｓの終了時の平均送給速度Ｗｓがパルス溶接期間Ｔｐ中の一定送給速度と異なっていてもよい。
【００８１】
（その他の実施形態）
なお、図示しないが、図１０に示すパルス溶接期間Ｔｐと冷却期間Ｔｎとの間に、第２短絡溶接期間Ｔｓｅを設けるようにしてもよい。第２短絡溶接期間Ｔｓｅでは、平均送給速度Ｗｓは徐々に低下させるようにする。短絡溶接は、パルス溶接に比べてアーク長が短く、溶接終了時の溶接ワイヤ先端と母材までの距離ＷＤを短くすることができ、冷却期間Ｔｎの変動を小さくすることができ、パルス溶接期間の周期Ｐｃを一定にして均一な溶接ビードを形成できる。
【００８２】
また、シールドガスは、ＣＯ２ガスやＯ２ガスを含んでいてもよい。例えば、Ａｒガスが８０％、ＣＯ２ガスが２０％の混合ガスであっても、Ａｒガスが９８％、Ｏ２ガスが２％の混合ガスであってもよい。ただし、ＣＯ２ガスは、アーク溶接中に分解して酸素（Ｏ２）を生成する。この酸素と溶接ワイヤ１８または母材１７を構成する金属とが反応してスマットが形成される。従って、アーク溶接の仕様に適合した範囲で、ＣＯ２ガスやＯ２ガスの比率は低くする方が好ましい。この観点から言えば、シールドガスは１００％のＡｒガスであることがより好ましい。
【００８３】
また、シールドガスとして、１００％のＨｅ（ヘリウム）ガスを用いるようにしてもよい。この場合も、シールドガスに酸素やＣＯ２が含まれないので、スマットが母材１７に付着されにくくなる。
【００８４】
なお、実施形態１，２において、母材１７をアルミニウムまたはアルミニウムを主体とする合金とし、溶接ワイヤ１８を硬質アルミとしたが、特にこれに限定されず、他の材質であってもよい。
【産業上の利用可能性】
【００８５】
本発明のアーク溶接制御方法は、所定の期間中に確実に溶滴を母材に移行させることができ、パルス溶接に適用する上で特に有用である。
【符号の説明】
【００８６】
１   入力電源
２   主変圧器（トランス）
３   一次側整流部
４   スイッチング部
５   ＤＣＬ（リアクトル）
６   二次側整流部
７   溶接電流検出部
８   溶接電圧検出部
９   制御切替部
１０ 出力制御部
１１ 短絡溶接制御部
１２ パルス溶接制御部
１３ ワイヤ送給速度制御部
１４ ワイヤ送給速度検出部
１５ 演算部
１６ アーク溶接装置
１７ 母材
１８ 溶接ワイヤ
１９ アーク
２０ 溶接チップ
２１ ワイヤ送給部
２２ 溶接条件設定部
２３ 短絡溶接設定部
２４ パルス溶接設定部
２５ 冷却期間設定部
【図１】
2019203163.tif 000003
【図２】
2019203163.tif 000004
【図３】
2019203163.tif 000005
【図４Ａ】
2019203163.tif 000006
【図４Ｂ】
2019203163.tif 000007
【図５】
2019203163.tif 000008
【図６】
2019203163.tif 000009
【図７】
2019203163.tif 000010
【図８】
2019203163.tif 000011
【図９】
2019203163.tif 000012
【図１０】
2019203163.tif 000013
【手続補正書】
【提出日】令和2年10月14日(2020.10.14)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００６】
【特許文献１】特公平０２−０３１６３０号公報
【特許文献２】特許第４８５７１６３号公報
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２８】
図２に示すように、パルス溶接期間Ｔｐでは、基本単位期間Ｔｐｂが１回または複数回繰り返されて、母材１７のパルス溶接が行われる。溶接ワイヤ１８に第１ピーク電流Ｉｐ１が流れる期間を第１ピーク期間Ｔｐ１、溶接ワイヤ１８に第２ピーク電流Ｉｐ２が流れる期間を第２ピーク期間Ｔｐ２とし、第１ピーク期間Ｔｐ１の後にベース電流Ｉｂが流れる期間を第１ベース期間Ｔｂ１、第２ピーク期間Ｔｐ２の後にベース電流Ｉｂが流れる期間を第２ベース期間Ｔｂ２とするとき、基本単位期間Ｔｐｂは、式（１）で表わされる。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００４１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００４１】
次に、第２ピーク期間Ｔｐ２に第２ピーク電流Ｉｐ２を溶接ワイヤ１８に流すと、状態（ｄ）に示すように、溶接ワイヤ１８の先端に形成された溶滴が母材１７に向けて移行する。さらに、第２ピーク期間Ｔｐ２の後にベース電流Ｉｂを第２ベース期間Ｔｂ２に流すことで、溶接ワイヤ１８の先端が溶融するのを抑えつつ、アーク長が第１ベース期間Ｔｂ１と同じ値、つまり、所定の値になるようにアーク１９の発生状態を調整している（状態（ｅ）参照）。なお、この所定の値は、パルス溶接の溶接条件に応じて適宜変更されうる。
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００５３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００５３】
また、設定電流Ｉｓが５０Ａ以上、１１０Ａ以下の場合、第１ピーク電流Ｉｐ１に対する第２ピーク電流Ｉｐ２の比Ｉｐ２／Ｉｐ１は１９０％以上、２６０％以下であることが好ましい。
【手続補正５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００５８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００５８】
パルス溶接期間Ｔｐは、第１ピーク電流Ｉｐ１を溶接ワイヤ１８に流す第１ピーク期間Ｔｐ１と、その後に第１ピーク電流Ｉｐ１よりも小さいベース電流Ｉｂを溶接ワイヤ１８に流す第１ベース期間Ｔｂ１と、を含んでいる。さらに、パルス溶接期間Ｔｐは、第１ピーク期間Ｔｐ１と第１ベース期間Ｔｂ１とを交互に（ｎ−１）回繰り返した後に、第２ピーク電流Ｉｐ２を溶接ワイヤ１８に流す第２ピーク期間Ｔｐ２と、第２ピーク期間Ｔｐ２の後にベース電流Ｉｂを溶接ワイヤ１８に流す第２ベース期間Ｔｂ２と、を含んでいる。
【手続補正６】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００６１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００６１】
また、本実施形態のアーク溶接の制御方法は、第１ピーク期間Ｔｐ１と第１ベース期間Ｔｂ１とを交互に繰り返すことで、溶接ワイヤ１８の先端に所定の大きさの溶滴を成長させている。さらに、第１ピーク電流Ｉｐ１を適切に調整することで、溶接ワイヤ１８の溶融を抑制し、いわゆる１パルス１ドロップ制御の場合と比べて、低い溶接電流で安定したパルス溶接を行うことができる。
【手続補正７】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００７５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００７５】
このときの溶滴移行状態を図１０の最下段に示す。状態（ａ）は第１短絡溶接期間Ｔｓ中における短絡アーク溶接のアーク期間の溶滴移行状態を示し、アークを発生させながら溶接ワイヤ１８を正送している。状態（ｂ）は第１短絡溶接期間Ｔｓ中における短絡アーク溶接の短絡期間の溶滴移行状態を示し、溶接ワイヤ１８の先端の溶滴を母材１７に移行させたのちにワイヤを逆送させ、機械的に短絡開放を促している。次に、パルス溶接期間Ｔｐにおける溶接ワイヤ１８の送給は、パルス溶接設定部２４により設定された溶接電流に最適な一定送給速度で行われ、図２に示す第２ピーク電流Ｉｐ２を溶接ワイヤ１８に流す第２ピーク期間Ｔｐ２中に、溶接ワイヤ１８の先端に形成された溶滴を離脱させ、第２ピーク期間Ｔｐ２または第２ベース期間Ｔｂ２中に溶滴を母材１７に向けて移行させている。そして、パルス溶接期間Ｔｐが終了した冷却期間Ｔｎでは、状態（ｄ）に示すように溶接ワイヤ１８の送給速度は停止されている。そのときの溶接ワイヤ１８の先端から母材１７までの距離がＷＤである。さらに冷却期間Ｔｎ経過後に再び次のサイクルが実行され、状態(ｅ)に示すように溶接ワイヤ１８が母材１７と接触して電流検出したのちに次の第１短絡溶接期間Ｔｓが再び開始される。このように、第１短絡溶接期間Ｔｓ及びパルス溶接期間Ｔｐで維持していたアークが、冷却期間Ｔｎでは消滅し、次の第１短絡溶接期間Ｔｓに切り替わる際にアークを再発生させる必要があるため、アークスタート初期の短絡開放時に電磁的ピンチ力によるスパッタが発生しやすい。しかし、本実施形態に示すように、第１短絡溶接期間Ｔｓでは、溶接ワイヤ１８を機械的に正送及び逆送するため、アークスタート初期の短絡開放時のスパッタ発生を抑制することができる。すなわち、第１短絡溶接期間Ｔｓにおいて溶接ワイヤ１８を正送及び逆送し、機械的に短絡状態を開放させることで、電磁的ピンチ力によるスパッタの発生を低減できる。
【国際調査報告】
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