JP2014226708A - アーク溶接制御方法およびアーク溶接装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ワイヤ送給速度の正送と逆送とを周期的に繰り返すことで、短絡状態またはアーク状態を周期的に発生させて安定したアーク溶接を行うことができる。しかし、ワイヤ送給速度が逆送側のピーク値を越えた時点から正送側のピーク値に達するまでのアーク期間に、溶接ワイヤと被溶接物との短絡を検出しても、ワイヤ送給は加速したままなので、微小な短絡からより大きな短絡になり、スパッタ発生率を高めていた。
【解決手段】アーク期間中に溶接ワイヤと被溶接物との短絡を検出すると、周期的な変化を中止して、ワイヤ送給速度を、所定期間の間、周期的な変化によるワイヤ送給速度の場合よりも低いワイヤ送給速度となるように制御することで、溶接ワイヤが被溶接物に突っ込むことがなく、大きな短絡を誘発することがないため、スパッタの発生を抑制することができる。
【選択図】図１

Description

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状態とアーク状態とを交互に発生させて溶接を行うアーク溶接制御方法およびアーク溶接装置に関する。

溶接作業工程でのロス工程であるスパッタ除去工程を少なくするため、スパッタ低減を目的として、設定電流に応じた溶接ワイヤ送給速度を平均送給速度とし、所定の周波数と所定の速度振幅で溶接ワイヤの正送と逆送とを周期的に繰り返し、短絡状態とアーク状態とを発生させて溶接を行う消耗電極式のアーク溶接制御方法が従来から知られている（例えば、特許文献１参照）。

図７は、従来のアーク溶接制御方法における、ワイヤ送給速度と溶接電圧と溶接電流の時間的な変化である時間波形を示す図である。

例えば、消耗電極である溶接ワイヤを送給しながら短絡状態とアーク状態とを交互に発生させて溶接を行うアーク溶接制御方法に関し、下記の方法が知られている。

図７に示すように、従来のアーク溶接制御方法では、所定の周波数Ｆと所定の速度振幅ＡＶで基本波形である正弦波状に正送と逆送とを周期的に繰り返すワイヤ送給制御を行っている。所定の周波数Ｆの逆数である周期Ｔは、短絡期間Ｔｓとアーク期間Ｔａとの和で表される。正送側のピーク時ＰＰでは、Ｐ１周辺で短絡が発生し、逆送側のピーク時ＮＰでは、Ｐ２周辺でアークが発生することになる。また、Ｐ２の後の正送のピーク時ＰＰに、Ｐ３周辺で次の短絡が発生する。すなわち、短絡状態またはアーク状態の発生は、基本的に、ワイヤ送給速度の正送と逆送とを周期的に繰り返すワイヤ送給制御に依存するものである。

このように、ワイヤ送給速度の正送と逆送とを周期的に繰り返すことで、短絡状態またはアーク状態を周期的に発生させ、安定したアーク溶接を行うことができるものである。

また、図８に示すように、ワイヤ送給制御は、正弦波だけでなく、所定の周波数Ｆと所定の速度振幅ＡＶからなる台形波にて行ってもよい。

国際公開第２０１１／０１３３２１号

上述した特許文献１に示す従来のアーク溶接制御方法においては、ワイヤ送給速度が逆送側のピークから正送側のピークまで加速しているアーク期間中に微小な短絡が起きた場合でも、ワイヤ送給は加速したままである。そして、微小な短絡が起きた状態で所定のワイヤ送給を継続すると、さらに大きな短絡を引き起こすことがある。従って、微小な短絡からより大きな短絡になり、スパッタの発生率が高まるといった課題を有していた。

上記課題を解決するために、本発明のアーク溶接制御方法は、溶接用ワイヤの送給を、溶接対象物の方向に行う正送と前記正送とは逆方向に行う逆送とに、所定の周期と所定の振幅で周期的に変化させたワイヤ送給速度で溶接を行うアーク溶接制御方法であって、前記ワイヤ送給速度が逆送側のピーク値を越えた時点から正送側のピーク値に達するまでの間に、前記溶接用ワイヤと前記溶接対象物との短絡を検出すると、前記周期的な変化を中止して、前記ワイヤ送給速度を、所定期間の間、前記周期的な変化によるワイヤ送給速度の場合よりも低いワイヤ送給速度となるように制御するものである。

また、本発明のアーク溶接制御方法は、上記に加えて、ワイヤ送給速度が逆送側のピーク値を越えた時点から正送側のピーク値に達するまでの間に、溶接用ワイヤと溶接対象物との短絡を検出すると、周期的な変化を中止して、前記ワイヤ送給速度を、所定期間の間、前記短絡を検出した時点のワイヤ送給速度に一定制御するものである。

また、本発明のアーク溶接制御方法は、上記に加えて、ワイヤ送給速度が逆送側のピーク値を越えた時点から正送側のピーク値に達するまでの間に、溶接用ワイヤと溶接対象物との短絡を検出すると、周期的な変化を中止して、前記ワイヤ送給速度を、所定期間の間、前記周期的な変化によるワイヤ送給速度の場合よりもワイヤ送給速度の増加傾きが緩やかになるように制御するものである。

また、本発明のアーク溶接制御方法は、上記に加えて、周期的な変化を中止してから所定期間が経過すると、ワイヤ送給速度の周期的な変化を再開するものである。

また、本発明のアーク溶接制御方法は、上記に加えて、所定期間を、短絡を検出した時点から短絡の開放を検出した時点までの期間としたものである。

また、本発明のアーク溶接制御方法は、上記に加えて、ワイヤ送給速度の周期的な変化を、正弦波状または台形波状の変化としたものである。

また、本発明のアーク溶接装置は、溶接用ワイヤと被溶接物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、溶接電圧を検出する溶接電圧検出部と、設定電流を設定するための溶接条件設定部と、前記溶接電圧検出部の出力に基づいて前記短絡状態か前記アーク状態かを検出する短絡／アーク検出部と、前記設定電流とワイヤ送給速度の平均送給速度と前記ワイヤ送給速度の周波数と前記ワイヤ送給速度の振幅とを対応付けて記憶する記憶部と、前記溶接条件設定部で設定された前記設定電流に基づいて前記記憶部から前記ワイヤ送給速度の平均送給速度と前記ワイヤ送給速度の周期と前記ワイヤ送給速度の振幅とを決定するワイヤ送給速度決定部と、前記短絡／アーク検出部の出力と前記ワイヤ送給速度決定部の出力とを入力して前記ワイヤ送給速度を正送と逆送とに周期的に変化させて制御するワイヤ送給速度制御部とを備え、前記ワイヤ送給速度制御部は、前記ワイヤ送給速度が逆送側のピーク値を越えた時点から正送側のピーク値に達するまでの間に、前記溶接用ワイヤと前記溶接対象物との短絡を検出すると、前記周期的な変化を中止して、前記ワイヤ送給速度を、所定期間の間、前記周期的な変化によるワイヤ送給速度の場合よりも低いワイヤ送給速度となるように制御するものである。

以上のように、本発明によれば、ワイヤ送給速度が逆送側のピーク値を越えた時点から正送側のピーク値に達するまでの間のアーク期間中に、溶接用ワイヤと溶接対象物との短絡を検出すると、周期的な変化を中止して、前記ワイヤ送給速度を、所定期間の間、前記周期的な変化による送給速度の場合よりも低い送給速度となるように制御する。これにより、アーク期間中に発生する短絡によるスパッタの発生量を抑制することができる。

本発明の実施の形態１におけるワイヤ送給速度と溶接電圧の時間波形を示す図 本発明の実施の形態１におけるワイヤ送給速度と溶接電圧の時間波形を示す図 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 本発明の実施の形態２におけるワイヤ送給速度と溶接電圧の時間波形を示す図 本発明の実施の形態２におけるワイヤ送給速度と溶接電圧の時間波形を示す図 本発明の実施の形態２におけるアーク溶接装置の概略構成を示す図 従来のワイヤ送給速度と溶接電圧と溶接電流の時間波形を示す図 従来のワイヤ送給速度と溶接電圧と溶接電流の時間波形を示す図

以下、本発明の実施の形態について、図１から図６を用いて説明する。

（実施の形態１）
本実施の形態について、図１から図３を用いて説明する。図１は、本実施の形態１におけるワイヤ送給速度と溶接電圧の時間波形を示しており、アーク期間中に短絡を検出した際に、ワイヤ送給速度を、所定期間の間、周期的な変化による送給速度よりも低い送給速度となるように制御している状態を示す図である。図２は、本実施の形態におけるワイヤ送給速度と溶接電圧の時間波形を示しており、アーク期間中に短絡を検出した際に、ワイヤ送給速度を、所定期間の間、短絡を検出した時点のワイヤ送給速度に一定制御している状態を示す図である。図３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る。

図１及び図２では、所定の周波数Ｆと所定の速度振幅ＡＶで、基本波形である正弦波状に、正送と逆送とを周期的に繰り返すワイヤ送給制御を行っている。周波数Ｆの逆数である周期Ｔは、時刻ｔ１から時刻ｔ２までのアーク期間Ｔａと、時刻ｔ２から時刻ｔ３までの短絡期間Ｔｓとの和で表される。

逆送側のピーク時ＮＰでは、時刻ｔ１周辺でアークが発生し、正送側のピーク時ＰＰでは、時刻ｔ２周辺でワイヤ先端に形成された溶滴と母材とが接触する短絡が発生することになる。また、時刻ｔ３周辺でワイヤ先端の溶滴のくびれが離れ、短絡が開放し、アークが再発生する。

時刻ｔ１から時刻ｔ３までを一周期とし、これを繰り返して溶接を行うものであり、短絡状態及びアーク状態の発生は、基本的に、ワイヤ送給速度の正送と逆送とを周期的に繰り返すワイヤ送給制御に依存するものである。

次に、本実施の形態のアーク溶接制御を行うアーク溶接装置について、図３を用いて説明する。図３に示すように、本実施の形態のアーク溶接装置は、消耗電極である溶接ワイヤ１９と被溶接物１８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アーク溶接装置である。

アーク溶接装置１７は、アーク溶接装置１７の外部にある入力電源１から入力した入力電圧を整流する一次側整流部３と、溶接に適した出力に制御するスイッチング部４と、入力電圧を溶接に適した出力に絶縁して変換する主変圧器２と、主変圧器２の出力を整流する二次側整流部６と、二次側整流部６の出力を溶接に適した電流に平滑するリアクトル５と、溶接電流を検出する溶接電流検出部７と、溶接電圧を検出する溶接電圧検出部８と、溶接電圧検出部８の出力である溶接電圧検出信号により溶接状態が溶接ワイヤ１９と被溶接物１８とが接触して短絡している短絡状態であるのか短絡が開放して溶接アーク２０が発生しているアーク状態であるのかを判定する短絡／アーク検出部９と、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出力制御部１０と、溶接ワイヤ１９の送給速度を制御するワイヤ送給速度制御部１２と、設定電流とワイヤ送給速度の平均送給速度とワイヤ送給速度の周波数とワイヤ送給速度の振幅を対応付けた式あるいはテーブルを記憶する記憶部１３と、溶接条件を設定するための溶接条件設定部１１で設定された設定電流に基づいて記憶部１３からワイヤ送給速度の平均送給速度を決定するワイヤ送給速度決定部１４と、設定電流に基づいて溶接ワイヤ１９を正送と逆送の方向に周期的に繰り返し送給制御するための周波数Ｆを決定する周波数基本設定部１５と、設定電流に基づいて溶接ワイヤ１９を正送と逆送の方向に周期的に繰り返し送給制御するための速度振幅ＡＶを決定する速度振幅基本設定部１６と、ワイヤ送給速度制御部１２からの信号を受けて溶接ワイヤ１９を送給するワイヤ送給部２２を備えている。

以上のように構成された消耗電極式のアーク溶接装置１７について、図１から図３を用いてその動作を説明する。図３に示すように、入力電源１からの電力は、一次側整流部３で整流され、スイッチング部４により例えば交流電圧に変換される。この交流電圧は、主変圧器２により降圧され、二次側整流部６およびインダクタであるリアクトル５により整流される。そして、直流電圧は、溶接チップ２１を通る溶接ワイヤ１９と被溶接物１８との間に印加され、溶接ワイヤ１９と被溶接物１８との間で溶接アーク２０が発生する。

図１のワイヤ送給は、周波数基本設定部１５及び速度振幅基本設定部１６から決定される、設定電流に応じた周波数Ｆ及び速度振幅ＡＶからなる、周期的に正弦波状に正送と逆送とを繰り返すワイヤ送給制御である。

図１において、時刻ｔ１から時刻ｔ２までのアーク期間Ｔａ中の、時刻ｔ４から時刻ｔ５の期間に短絡が発生した場合について考える。なお、ワイヤ送給速度は、逆送側のピーク時ＮＰが最も遅く、正送側のピーク時ＰＰが最も速いものとして説明する。

アーク期間Ｔａでは、ワイヤ送給速度は、逆送側のピーク時ＮＰから正送側のピーク時ＰＰに向かうため、加速中である。なお、図１のワイヤ送給速度において、時刻ｔ４から時刻ｔ３までの点線で表された部分は、従来のワイヤ送給速度（ワイヤ送給波形）を示している。すなわち、短絡の発生の有無に関わらず、所定の周波数と所定の振幅である周波数Ｆと速度振幅ＡＶにより周期的に正弦波状に送給する場合のワイヤ送給速度である。なお、本実施の形態においても、後述するようなアーク期間Ｔａに短絡が発生しない場合には、従来のワイヤ送給速度と同様、周波数Ｆと速度振幅ＡＶによる周期的な正弦波状の送給を行う。

しかし、本実施の形態では、アーク期間Ｔａにおいて短絡が発生した場合には、図１のワイヤ送給速度の時刻ｔ４から時刻ｔ３までの実線で表された部分のように、ワイヤ送給速度（ワイヤ送給波形）を制御する。

以下に、従来のワイヤ送給速度（ワイヤ送給波形）と本実施の形態のワイヤ送給速度（ワイヤ送給波形）について説明する。

図１において、アーク期間Ｔａ中の時刻ｔ４で短絡が発生した場合、短絡／アーク検出部９は、溶接電圧検出部８の出力である溶接電圧検出信号に基づいて、溶接状態が短絡状態であると判定する。しかし、従来のワイヤ送給速度では、溶接状態に関わらず、周期的な送給が行われる。従って、従来のワイヤ送給速度では、ワイヤの送給は、ＮＰ時の送給速度からＰＰ時の送給速度に向けて、所定の周波数と所定の振幅である周波数Ｆと速度振幅ＡＶで加速し続けたままである。

ここで、アーク期間Ｔａ中に短絡が発生する原因としては、溶接ワイヤ１９を溶融するための熱量が足りず、溶融しきれなかった溶接ワイヤ１９が被溶接物１８に突っ込み、短絡が発生するということが考えられる。そのため、短絡が発生した際に、ワイヤ送給速度が、所定の周波数と所定の振幅である周波数Ｆと速度振幅ＡＶで加速したままであると、さらに溶接ワイヤ１９が被溶接物１８に突っ込み、より大きな短絡の発生につながる場合がある。

そこで、本実施の形態１では、アーク期間Ｔａ中の時刻ｔ４において短絡が発生した場合、ワイヤ送給速度の周波数Ｆと速度振幅ＡＶに基づく周期的な変化を中止し、ワイヤ送給速度を、所定期間の間、周波数Ｆと速度振幅ＡＶによる周期的な変化によるワイヤ送給速度よりも低いワイヤ送給速度となるように、ワイヤ送給速度を制御している。具体的には、ワイヤ送給速度の増加傾き（単位時間当たりの増加量）が、周期的なワイヤ送給速度の場合よりも緩やかになるように制御している。

このような制御を行うことで、時刻ｔ４で短絡が発生した場合、周波数Ｆと速度振幅ＡＶによる周期的な変化の場合と比べ、ワイヤ送給速度が低下する。従って、被溶接物１８への溶接ワイヤ１９の突っ込みが抑えられ、さらなる短絡の誘発を抑えることができる。

その後、時刻ｔ５で短絡が開放し、溶接電圧検出部８の出力である溶接電圧検出信号により溶接状態がアーク状態であると短絡／アーク検出部９で判定されると、予め設定されている周波数Ｆ及び速度振幅ＡＶからなるワイヤ送給速度の周期的な変化を再開する。

そして、時刻ｔ５以降は、アーク期間Ｔａ中に短絡が発生しない限りは、周期的な変化によるワイヤ送給速度で溶接ワイヤ１９の送給を制御する。

なお、図１では、アーク期間Ｔａ中に短絡が発生したことを検出すると、ワイヤ送給速度の増加傾き（単位時間当たりの増加量）が、周期的なワイヤ送給速度の場合よりも緩やかになるように制御する例を示している。しかし、図２に示すように、アーク期間Ｔａ中に短絡が発生したことを検出すると、短絡を検出した時点のワイヤ送給速度で一定に制御するようにしてもよい。なお、例えば１８０Ａ程度までの低電流の場合はワイヤ送給速度の増加傾きを制御する方が適しており、例えば１８０Ａを超える高電流の場合はワイヤ送給速度を一定に制御する方が適している。

また、上記では、短絡が発生してから短絡が開放するまでの期間の間、ワイヤ送給速度を、周期的なワイヤ送給速度よりも低くする例について説明した。しかし、短絡が発生してから予め決めた所定時間の間、ワイヤ送給速度を、周期的なワイヤ送給速度よりも低くするようにしてもよい。そして、この場合の所定時間は、例えば実験等に基づいて算出したものであり、アーク期間Ｔａで発生する短絡の時間を目安に、例えば１００〜３００μｓｅｃの値に設定すればよい。

以上のように、本実施の形態のアーク溶接制御方法およびアーク溶接装置１７によれば、アーク期間Ｔａにおいて短絡が発生しない場合には周期的なワイヤ送給速度で溶接ワイヤ１９の送給を行い、アーク期間Ｔａにおいて短絡を検出すると、ワイヤ送給速度の周期的な変化を中止して、ワイヤ送給速度を、所定期間の間、周期的な変化によるワイヤ送給速度よりも低いワイヤ送給速度となるように制御する。これにより、被溶接物１８への溶接ワイヤ１９の突っ込みが抑えられ、さらなる短絡の誘発を抑えることができ、基本として周期的なワイヤ送給速度で溶接ワイヤ１９を送給するアーク溶接制御方法やアーク溶接装置１７においても、スパッタの発生を低減することができる。

なお、本実施の形態において、正送側のピーク時ＰＰで起こる正規の短絡発生と、微小短絡とを区別するため、例えば、逆送側のピーク値を越えた時点から正送側のピーク値に達するまでの間で、ワイヤ送給速度が速度振幅ＡＶの８０％以上であれば、短絡が発生しても、ワイヤ送給速度を、所定期間の間、周期的な変化によるワイヤ送給速度の場合よりも低いワイヤ送給速度となるように制御することは行わないようにしても良い。

また、本実施の形態では、ワイヤ送給速度が逆送側のピーク値を越えた時点から正送側のピーク値に達するまでの間に、溶接用ワイヤと前記溶接対象物との短絡を検出すると、周期的な変化を中止して、ワイヤ送給速度を、所定期間の間、短絡を検出した時点のワイヤ送給速度に一定制御する、あるいは、周期的な変化によるワイヤ送給速度の場合よりもワイヤ送給速度の増加傾きが緩やかになるように制御する例について説明した。しかし、短絡を検出した時点のワイヤ送給速度よりも低いワイヤ送給速度になるように制御しても良い。

（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。本実施の形態について、図４から図６を用いて説明する。

図４は、本実施の形態におけるワイヤ送給速度と溶接電圧の時間波形を示しており、アーク期間中に短絡を検出した際に、ワイヤ送給速度を、所定期間の間、周期的な変化による送給速度の場合よりも低い送給速度となるように制御している状態を示す図である。図５は、本実施の形態におけるワイヤ送給速度と溶接電圧の時間波形を示しており、アーク期間中に短絡を検出した際に、ワイヤ送給速度を、所定期間の間、短絡を検出した時点のワイヤ送給速度に一定制御している状態を示す図である。図６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る。

実施の形態１と異なる主な点は、基本となる周期的なワイヤ送給速度の波形形状である。実施の形態１では、図１や図２に示すように、ワイヤ送給速度が、正弦波状に、正送と逆送とを周期的に繰り返すように制御される例を示した。しかし、本実施の形態では、図４や図５に示すように、ワイヤ送給速度が、台形波状に、正送と逆送とを周期的に繰り返すように制御される例を示している。

また、アーク溶接装置１７の構成も一部異なる。実施の形態１の図３に示すアーク溶接装置１７と異なる点は、図６に示すように、ピーク時間基本設定部２３とピーク立上り／立下り基本設定部２４を備えている点である。そして、設定電流に基づいて、ピーク時間基本設定部２３において、台形波状のワイヤ送給制御のピーク時間Ｔｐ、ピーク立上り／立下り基本設定部２４において、立ち上がり時間Ｔｒ及び立ち下がり時間Ｔｆを決定するようにしている。なお、ピーク時間Ｔｐは、正送側と逆送側とで同じ時間とする。

以上のように構成された本実施の形態のアーク溶接装置１７について、図４から図６を用いてその動作を説明する。

図４のワイヤ送給は、周波数基本設定部１５及び速度振幅基本設定部１６から決定される、設定電流に応じた周波数Ｆ及び速度振幅ＡＶからなる、周期的に台形波状に正送と逆送とを繰り返すワイヤ送給制御である。なお、ワイヤ送給が所定の周波数Ｆと所定の速度振幅ＡＶで正送と逆送を周期的に繰り返す制御であれば、このような台形波状であっても、正弦波状と同様の性能を実現することができる。

台形波状の送給制御が、正弦波状の送給制御と異なる点は、台形波状のピーク時間Ｔｐ、立ち上がり時間Ｔｒ及び立ち下がり時間Ｔｆを設定電流毎に適した値に設定できることである。設定電流毎に適したパラメータを調整できる数が増えることで、被溶接物１８と溶接ワイヤ１９の先端との距離を所定の距離に確保し易くなる。

図４のワイヤ送給速度において、時刻ｔ４から時刻ｔ３までの期間の点線で表された部分は、従来のワイヤ送給速度（ワイヤ送給波形）である。すなわち、短絡の発生の有無に関わらず、所定の周波数と所定の振幅である周波数Ｆと速度振幅ＡＶにより周期的に台形波状に送給する場合のワイヤ送給速度である。なお、本実施の形態においても、後述するようなアーク期間Ｔａ中に短絡が発生しない場合には、従来の制御と同様、周波数Ｆと速度振幅ＡＶによる周期的な台形波状の送給を行う。

しかし、本実施の形態では、アーク期間Ｔａ中に短絡が発生した場合には、図４のワイヤ送給速度の時刻ｔ４から時刻ｔ３までの期間に実線で示した部分のように、ワイヤ送給速度（ワイヤ送給波形）を制御する。

なお、図４において、アーク期間Ｔａ中に短絡が発生しない場合、すなわち、基本の周期的なワイヤ送給速度で溶接ワイヤ１９を送給する場合について見てみると、ワイヤ送給速度は、時刻ｔ６から時刻ｔ７までの期間では、定常的に加速しているが、時刻ｔ１から時刻ｔ６の期間は逆送側のピーク時ＮＰのワイヤ送給速度で一定送給しており、時刻ｔ７から時刻ｔ２の期間は、正送側のピーク時ＰＰのワイヤ送給速度で一定送給している。

図４において、ワイヤ送給が加速中であるアーク期間Ｔａ中の時刻ｔ６から時刻ｔ７までの期間に、短絡が発生した場合について考える。

図４のワイヤ送給速度において、時刻ｔ４から時刻ｔ３までの期間に点線で表されたものが、従来の、あるいは本実施の形態の基本のワイヤ送給波形である。しかし、時刻ｔ４で短絡が発生し、時刻ｔ４で溶接電圧検出部８の出力である溶接電圧検出信号により溶接状態が短絡状態であると短絡／アーク検出部９で判定されても、従来のアーク溶接制御方法では、ワイヤ送給は加速したままである。そして、アーク期間Ｔａで短絡が発生した際に、ワイヤ送給速度を加速したままでいると、さらに溶接ワイヤ１９が被溶接物１８に突っ込み、より大きな短絡の発生につながる場合がある。

そのため、本実施の形態２では、アーク期間Ｔａ中の時刻ｔ４において短絡が発生した場合、ワイヤ送給速度の周期的な変化を中止し、ワイヤ送給速度を、所定期間の間、周期的な変化によるワイヤ送給速度よりも低いワイヤ送給速度となるように、ワイヤ送給速度を制御している。具体的には、ワイヤ送給速度の増加傾き（単位時間当たりの増加量）が、周期的なワイヤ送給速度の場合よりも緩やかになるように制御している。

これにより、時刻ｔ４で短絡が発生した場合、通常時のワイヤ送給速度の周期的な変化の場合と比べ、ワイヤ送給速度が低下するので、被溶接物１８への溶接ワイヤ１９の突っ込みが抑えられ、さらなる短絡の誘発を抑えることができる。

その後、時刻ｔ５で短絡が開放し、短絡／アーク検出部９において、溶接電圧検出部８の出力である溶接電圧検出信号により溶接状態がアーク状態であると判定されると、予め設定されている周波数Ｆ及び速度振幅ＡＶ、ピーク時間Ｔｐ、立ち上がり時間Ｔｒ及び立ち下がり時間Ｔｆからなるワイヤ送給速度の周期的な変化を再開する。

そして、時刻ｔ５以降は、アーク期間Ｔａ中に短絡が発生しない限りは、周期的な変化によるワイヤ送給速度で溶接ワイヤ１９の送給を制御する。

なお、図４では、アーク期間Ｔａ中に短絡が発生したことを検出すると、ワイヤ送給速度の増加傾き（単位時間当たりの増加量）が、周期的なワイヤ送給速度の場合よりも緩やかになるように制御する例を示している。しかし、図５に示すように、アーク期間Ｔａ中に短絡が発生したことを検出すると、短絡を検出した時点のワイヤ送給速度で一定制御するようにしてもよい。

また、上記では、短絡が発生してから短絡が開放するまでの期間の間、ワイヤ送給速度を、周期的なワイヤ送給速度よりも低くする例について説明した。しかし、短絡が発生してから予め決めた所定時間の間、ワイヤ送給速度を、周期的なワイヤ送給速度よりも低くするようにしてもよい。そして、この場合の所定時間は、例えば実験等に基づいて算出したものであり、アーク期間Ｔａで発生する短絡の時間を目安に、例えば１００〜３００μｓｅｃの値に設定すればよい。

以上のように、本実施の形態のアーク溶接制御方法とアーク溶接装置１７によれば、アーク期間Ｔａにおいて短絡が発生しない場合には周期的なワイヤ送給速度で溶接ワイヤ１９の送給を行い、アーク期間Ｔａにおいて短絡を検出すると、ワイヤ送給速度の周期的な変化を中止して、ワイヤ送給速度を、所定期間の間、周期的な変化による送給速度よりも低い送給速度となるように制御する。これにより、被溶接物１８への溶接ワイヤ１９の突っ込みが抑えられ、さらなる短絡の誘発を抑えることができ、基本として周期的なワイヤ送給速度で溶接ワイヤ１９を送給するアーク溶接制御方法およびアーク溶接装置１７においても、スパッタの発生を低減することができる。

また、本実施の形態によれば、台形波状の周期的なワイヤ送給を行うので、正弦波状の周期的なワイヤ送給を行う場合よりも設定電流毎に適したパラメータを調整できる数が増え、これにより被溶接物１８と溶接ワイヤ１９の先端との距離を所定の距離に確保し易くなり、より安定した溶接を行うことができる。

なお、本実施の形態では、設定電流に基づいてピーク時間Ｔｐ、立ち上がり時間Ｔｒ及び立ち下がり時間Ｔｆを決定する例を示した。しかしながら、設定電流はワイヤ送給速度やワイヤ送給量と比例の関係にあるので、設定電流に替えて、ワイヤ送給速度やワイヤ送給量に基づいて、ピーク時間Ｔｐ、立ち上がり時間Ｔｒ及び立ち下がり時間Ｔｆ等を決定するようにしても、同様の効果を得ることができる。

本発明によれば、ワイヤ送給速度が逆送側のピークから正送側のピークまで加速しているアーク期間中に短絡が発生しても、ワイヤ送給速度を制御することでさらに大きな短絡を防いでスパッタを低減することができ、消耗電極である溶接用ワイヤを連続的に送給しながらアーク溶接を行うアーク溶接制御方法やアーク溶接装置として産業上有用である。

１ 入力電源
２ 主変圧器
３ 一次側整流部
４ スイッチング部
５ 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 短絡／アーク検出部
１０ 出力制御部
１１ 溶接条件設定部
１２ ワイヤ送給速度制御部
１３ 記憶部
１４ ワイヤ送給速度決定部
１５ 周波数基本設定部
１６ 速度振幅基本設定部
１７ アーク溶接装置
１８ 被溶接物
１９ 溶接ワイヤ
２０ 溶接アーク
２１ 溶接チップ
２２ ワイヤ送給部
２３ ピーク時間基本設定部
２４ ピーク立上り／立下り基本設定部

Claims (7)

1. 溶接用ワイヤの送給を、溶接対象物の方向に行う正送と前記正送とは逆方向に行う逆送とに、所定の周期と所定の振幅で周期的に変化させたワイヤ送給速度で溶接を行うアーク溶接制御方法であって、
   前記ワイヤ送給速度が逆送側のピーク値を越えた時点から正送側のピーク値に達するまでの間に、前記溶接用ワイヤと前記溶接対象物との短絡を検出すると、前記周期的な変化を中止して、前記ワイヤ送給速度を、所定期間の間、前記周期的な変化によるワイヤ送給速度の場合よりも低いワイヤ送給速度となるように制御するアーク溶接制御方法。
2. ワイヤ送給速度が逆送側のピーク値を越えた時点から正送側のピーク値に達するまでの間に、溶接用ワイヤと溶接対象物との短絡を検出すると、周期的な変化を中止して、前記ワイヤ送給速度を、所定期間の間、前記短絡を検出した時点のワイヤ送給速度に一定制御する請求項１記載のアーク溶接制御方法。
3. ワイヤ送給速度が逆送側のピーク値を越えた時点から正送側のピーク値に達するまでの間に、溶接用ワイヤと溶接対象物との短絡を検出すると、周期的な変化を中止して、前記ワイヤ送給速度を、所定期間の間、前記周期的な変化によるワイヤ送給速度の場合よりもワイヤ送給速度の増加傾きが緩やかになるように制御する請求項１記載のアーク溶接制御方法。
4. 周期的な変化を中止してから所定期間が経過すると、ワイヤ送給速度の周期的な変化を再開する請求項１から３のいずれか１項に記載のアーク溶接制御方法。
5. 所定期間は、短絡を検出した時点から短絡の開放を検出した時点までの期間である請求項１から４のいずれか１項に記載のアーク溶接制御方法。
6. ワイヤ送給速度の周期的な変化が、正弦波状または台形波状の変化である請求項１から５のいずれか１項に記載のアーク溶接制御方法。
7. 溶接用ワイヤと被溶接物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、
   溶接電圧を検出する溶接電圧検出部と、
   設定電流を設定するための溶接条件設定部と、
   前記溶接電圧検出部の出力に基づいて前記短絡状態か前記アーク状態かを検出する短絡／アーク検出部と、
   前記設定電流とワイヤ送給速度の平均送給速度と前記ワイヤ送給速度の周波数と前記ワイヤ送給速度の振幅とを対応付けて記憶する記憶部と、
   前記溶接条件設定部で設定された前記設定電流に基づいて前記記憶部から前記ワイヤ送給速度の平均送給速度と前記ワイヤ送給速度の周期と前記ワイヤ送給速度の振幅とを決定するワイヤ送給速度決定部と、
   前記短絡／アーク検出部の出力と前記ワイヤ送給速度決定部の出力とを入力して前記ワイヤ送給速度を正送と逆送とに周期的に変化させて制御するワイヤ送給速度制御部とを備え、
   前記ワイヤ送給速度制御部は、前記ワイヤ送給速度が逆送側のピーク値を越えた時点から正送側のピーク値に達するまでの間に、前記溶接用ワイヤと前記溶接対象物との短絡を検出すると、前記周期的な変化を中止して、前記ワイヤ送給速度を、所定期間の間、前記周期的な変化によるワイヤ送給速度の場合よりも低いワイヤ送給速度となるように制御するアーク溶接装置。

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