JP2014226709A - アーク溶接制御方法およびアーク溶接装置 - Google Patents

Abstract

【課題】亜鉛メッキ鋼板を溶接する場合、パルス波形のピーク電流からベース電流へ移行する立下り期間やベース電流期間に、ワイヤ先端の溶滴が溶融池と接触して短絡移行させる制御方法では、溶融池の振動が比較的小さいため、亜鉛蒸気が溶融池（溶融金属）を通過して外部に拡散し難く、溶接ビード内や溶接ビード表面に気孔が生じてしまう。
【解決手段】亜鉛メッキ鋼板等の表面処理が行われた鋼板の溶接において、パルス溶接のピーク電流期間に１パルス／１短絡移行を行うことにより、鋼板上の溶融池（溶融金属）を大きく振動させることができ、これにより鋼板から生じた亜鉛蒸気が溶融池（溶融金属）を通過して外部に揮散し易くなり、溶接ビード内や溶接ビード表面に生じる気孔を抑制する。
【選択図】図２

Description

本発明は、亜鉛メッキ鋼板等の表面処理が行われた部材をパルス溶接する場合に、ブローホールの低減やピットの低減に効果を発揮するアーク溶接制御方法およびアーク溶接装置に関する。

亜鉛メッキ鋼板は、防錆や防食性に優れている。そのため、近年、自動車部品や建築用鉄骨部材等に用いられ、年々その需要が高まっている。

しかしながら、亜鉛メッキ鋼板の使用には問題点もある。亜鉛メッキ鋼板の表面にメッキされている亜鉛は、鉄より融点が低い。そのため、亜鉛メッキ鋼板を溶接すると、その亜鉛が気化し、亜鉛蒸気が溶融池や溶融金属を通過して外部に拡散しようとする。しかし、溶融金属の凝固が速い場合、外部に亜鉛蒸気が拡散しきれず、溶接ビード内や溶接ビード表面にブローホールやピット（以下、気孔と呼ぶ）として残存する。このような気孔は、深刻な溶接欠陥につながる恐れもある。

従来のパルス溶接の制御方法として、以下のものが知られている（例えば、特許文献１参照）。図９に示す２つ目の基本パルス周期１０１内の時点１０８で短絡が発生している。短絡が発生すると、パルス電流の立ち上がり速度より小なる傾きの電流を出力する短絡制御を開始する。

図９に示すように、２つ目の基本パルス周期１０１の終点の時点である時点１０６においても短絡中である。そのため、短絡制御が継続される。そして、その後、溶接電圧値検出部の出力等に基づいて二次側制御部が短絡解放直前のくびれ現象を検知すると、二次側制御部は、駆動部に対してくびれを検知した場合の制御を行わせる旨の信号を出力する。この信号を入力した駆動部は、二次側スイッチング素子に信号を出力し、スイッチング素子をＯＦＦ（非導通）とする。そして、このスイッチング素子が非導通になると、溶接通電経路中のエネルギーは抵抗で消費されることになる。これにより、溶接電流は、図９における時点１０７で示すように、急峻に低減される。

なお、くびれ時に溶接電流を低減したとしても、溶融したワイヤはピンチ力により母材に移行される。従って、短絡の解放にはほとんど影響しない。

以上のように、パルス溶接中に短絡が発生した場合、この短絡を開放するために、パルス電流の電流波形の立ち上がり時の傾きよりも小なる傾きの溶接電流を通電し、この通電により生じる短絡解放の際にくびれを検知して溶接電流値を急峻に低減させる。従って、短絡開放時のスパッタの発生に関する溶接電流の影響を低減することができ、この結果、短絡開放時のスパッタの発生量を低減することができる。

特開２００６−３３４６０１号公報

これまで、パルス溶接では、高速溶接時には、溶接電圧を低く設定しなければならない。その理由は、アンダーカットやハンピングを抑制するために溶接電圧を低く設定し、パルス溶接でありながら短絡を発生させて溶接するためである。しかし、溶接電圧が低いと、短絡時間（短絡開始から短絡開放までの時間）が長くなると共に、短絡開放時の電流が高くなるので、短絡開放時のスパッタが増加してしまう。しかし、従来のパルス溶接制御では、短絡開放直前のくびれ現象を検出すると溶接電流を急峻に低減することにより、スパッタを低減することができる。

しかしながら、上述した従来のパルス溶接制御により亜鉛メッキ鋼板を溶接すると、亜鉛蒸気が溶融池（溶融金属）を通過して外部に拡散しきれず、ブローホールやピットといった溶接ビード内や溶接ビード表面に気孔として残存してしまうという課題を有していた。その理由を以下に説明する。

従来のパルス溶接制御は、パルス波形のピーク電流期間でワイヤ先端に溶滴を形成し、ピーク電流からベース電流へ移行する立下り期間やベース電流期間において、ワイヤ先端の溶滴が溶融池と接触して短絡移行させるものである。ピーク電流からベース電流へ移行する立下り期間やベース電流期間に短絡を発生させてはいるが、短絡発生前の電流が低いため溶融池の振動が比較的小さく、亜鉛蒸気が溶融池（溶融金属）を通過して外部に拡散し難く、そのため気孔が残存し易い。

本発明は、１パルス／１短絡移行の発生タイミングを、これまでのピーク電流からベース電流へ移行する立下り期間やベース電流期間ではなく、ピーク電流期間において１パルス／１短絡移行を発生させるように制御することで、短絡発生前の電流が高いため溶融池（溶融金属）の振動が大きく、亜鉛蒸気が溶融池（溶融金属）を通過して外部に拡散し易くなることで気孔の低減を実現でき、亜鉛メッキ鋼板等の表面処理が行われた鋼板を溶接するためのアーク溶接制御方法およびアーク溶接装置を提供することを目的とする。

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、溶接ワイヤと母材との間にピーク電流とベース電流を繰り返し供給するアーク溶接制御方法であって、前記ピーク電流を供給しているピーク電流期間において、前記溶接ワイヤと前記母材との短絡を検出すると溶接電流を低減し、前記溶接電流を低減した後に短絡の開放を検出すると、前記溶接電流を増加するものである。

また、本発明のアーク溶接制御方法は、上記に加えて、ピーク電流期間に溶接ワイヤと母材とが短絡するように、ピーク電流とベース電流を含む溶接電流波形の制御を行うものである。

また、本発明のアーク溶接制御方法は、上記に加えて、ピーク電流期間に、第１のピーク電流と、溶接電流を低減した後の電流である短絡電流と、第１のピーク電流よりも低い第２のピーク電流とを通電するものである。

また、本発明のアーク溶接制御方法は、上記に加えて、ピーク電流期間に溶接ワイヤと母材とが短絡するように、前記溶接ワイヤの送給速度の制御を行うものである。

また、本発明のアーク溶接制御方法は、上記に加えて、溶接ワイヤと母材との短絡を検出した際に低減する溶接電流の大きさを、ベース電流よりも大きい値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、母材を、表面処理が行われた鋼板としたものである。

また、本発明のアーク溶接装置は、溶接ワイヤと母材との間にピーク電流とベース電流を繰り返し供給するアーク溶接装置であって、溶接電流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値検出部と、前記溶接電圧値検出部の出力に基づいて溶接状態が短絡期間であるのかアーク期間であるのかを判定するアーク短絡判定部と、短絡期間用及びアーク期間用の溶接に関するパラメータを設定する設定部と、前記アーク期間中の溶接電流の制御を行うアーク制御部と、前記短絡期間中の溶接電流の制御を行う短絡制御部と、前記アーク制御部の出力または前記短絡制御部の出力に基づいて前記スイッチング部を制御する駆動部を備え、前記ピーク電流を供給しているピーク電流期間において、前記溶接ワイヤと前記母材との短絡を検出すると溶接電流を低減し、前記溶接電流を低減した後に短絡の開放を検出すると、前記溶接電流を増加するものである。

また、本発明のアーク溶接装置は、上記に加えて、アーク制御部は、ピーク電流期間に溶接ワイヤと母材とが短絡するように、ピーク電流とベース電流を含む溶接電流波形の制御を行うものである。

また、本発明のアーク溶接装置は、上記に加えて、ピーク電流期間に、アーク制御部は、第１のピーク電流と、前記第１のピーク電流よりも低い第２のピーク電流とを通電し、短絡制御部は、溶接電流を低減した後の電流である短絡電流を通電するものである。

また、本発明のアーク溶接装置は、上記に加えて、溶接ワイヤの送給速度の制御を行う送給速度制御部を備え、前記送給速度制御部は、ピーク電流期間に前記溶接ワイヤと母材とが短絡するように、前記溶接ワイヤの送給速度の制御を行うものである。

また、本発明のアーク溶接装置は、上記に加えて、短絡制御部は、溶接ワイヤと母材との短絡を検出した際に低減する溶接電流の大きさを、ベース電流よりも大きい値に制御するものである。

また、本発明のアーク溶接装置は、上記に加えて、母材を、表面処理が行われた鋼板としたものである。

以上のように、本発明によれば、亜鉛メッキ鋼板等の表面処理が行われた鋼板の溶接において、パルス溶接のピーク電流期間に１パルス／１短絡移行を行うことにより、鋼板上の溶融池（溶融金属）を大きく振動させることができ、これにより鋼板から生じた蒸気が溶融池（溶融金属）を通過して外部に揮散し易くなり、溶接ビード内や溶接ビード表面に生じる気孔を抑制することができ、溶接性を向上することができる。

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１における溶接電流と溶接電圧とワイヤ送給速度の波形を示す図 本発明の実施の形態１におけるピーク電流の効果を説明するための図 本発明の実施の形態１におけるくびれ電流の効果を示す図 （ａ）従来工法による短絡開放時の溶接状態を示す図（ｂ）本発明の実施の形態１における短絡開放時の溶接状態を示す図 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 本発明の実施の形態２における溶接電流と溶接電圧とワイヤ送給速度の波形を示す図 本発明の実施の形態２におけるワイヤ送給速度の効果を説明するための図 従来のアーク溶接制御における溶接電流波形を示す図

以下、本発明の実施の形態について、図１から図８を用いて説明する。

（実施の形態１）
図１に、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。アーク溶接装置は、溶接電源装置１９や、ロボット２２や、ロボット２２の動作を制御するロボット制御装置２０や、ワイヤ送給部２５等を備えている。

図１において、溶接電源装置１９は、入力電源１の出力を整流する一次側整流部２と、一次側整流部２の出力を制御することで溶接出力を制御するスイッチング部３と、スイッチング部３からの電力を絶縁して変換するトランス４と、トランス４の２次側出力を整流する二次側整流部５と、二次側整流部５に直列に接続されたリアクタ６（ＤＣＬともいう）と、スイッチング部３を駆動させるための駆動部７と、溶接電圧を検出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の出力および／または溶接電流検出部９の出力に基づいて溶接状態が短絡状態であるのかアーク状態であるのかを判定する短絡アーク判定部１０と、アーク期間中に駆動部７を制御するアーク制御部１１と、短絡期間中に駆動部７を制御する短絡制御部１５と、溶接条件に応じたワイヤ送給速度を制御するワイヤ送給速度制御部１８と、短絡期間用及びアーク期間用の波形パラメータを設定するパルス波形パラメータ設定部１７と、出力端子３０ａおよび出力端子３０ｂを備えている。

なお、パルス波形パラメータ設定部１７は、ワイヤ送給速度と波形パラメータとを対応付けたテーブルあるいは数式を有しており、ワイヤ送給速度制御部１８が出力したワイヤ送給速度に基づいて波形パラメータを決定する機能を有している。

また、アーク制御部１１は、アーク期間中にパルス出力を行う第１ピーク電流制御部１２と第２ピーク電流制御部１３とベース電流制御部１４を備えている。また、短絡制御部１５は、くびれ電流制御部１６を備えている。

溶接電源装置１９において、パルス波形パラメータ設定部１７の出力に基づいて、アーク制御部１１は、短絡アーク判定部１０からアークであることを示す信号を受けると、アーク制御部１１内にある第１ピーク電流制御部１２により第１ピーク電流ＩＰａを出力する。その後、短絡制御部１５は、短絡アーク判定部１０から短絡であることを示す信号を受けると、短絡制御部１５内にあるくびれ電流制御部１６によりくびれ電流ＩＮａを出力する。その後、くびれ電流ＩＮａを出力中にワイヤ先端の溶滴のくびれが始まり、その後くびれ状態から短絡開放状態（アーク状態）になり、アーク制御部１１は、短絡アーク判定部１０からアークであることを示す信号を受けると、アーク制御部１１内にある第２ピーク電流制御部１３は、第２ピーク電流ＩＰｂを所定時間出力する。その後、ベース電流制御部１４によりベース電流ＩＢを出力する。このように、ピーク電流やくびれ電流やベース電流の出力を繰り返すパルス出力制御を行う。

なお、短絡制御の期間が長くなり過ぎるとパルス周期が崩れ、アーク不安定によりビード外観への影響を避けられない。よって、短絡制御の期間が長くなり過ぎることを防ぐため、短絡が所定時間以上継続した場合にも、溶接電流を第２ピーク電流ＩＰｂに制御するようにしても良い。

また、ロボット２２の動作を制御するロボット制御装置２０は、例えば図示しないティーチングペンダト等により設定された設定溶接電流等の溶接条件を記憶するための溶接条件記憶部２１を備えている。そして、ロボット制御装置２０は、溶接電源装置１９と通信可能に接続されており、溶接条件記憶部２１に記憶されている情報の溶接電源装置１９への送信等を行う。なお、ロボット２２には、アーク溶接用のトーチ２９が取り付けられている。

溶接電源装置１９に設けられたワイヤ送給速度制御部１８は、ロボット制御装置２０内に設けられた溶接条件記憶部２１に記憶されている設定溶接電流に基づいて、設定溶接電流に対応したワイヤ送給速度を決定し、このワイヤ送給速度ＷＦを出力する。そして、パルス波形パラメータ設定部１７は、ワイヤ送給速度制御部１８の信号を受けて、アーク制御部１１内にある第１ピーク電流制御部１２や第２ピーク電流制御部１３やベース電流制御部１４へ、受信したワイヤ送給速度ＷＦに応じた第１ピーク電流ＩＰａおよび第２ピーク電流ＩＰｂやベース電流ＩＢを交互に出力する。また、送給ローラを備えたワイヤ送給部２５は、ワイヤ送給速度制御部１８からの信号に基づいて、溶接ワイヤ２４の送給を行う。

溶接電源装置１９と接続されたロボット制御装置２０の内部にある溶接条件記憶部２１は、設定された溶接電流や溶接電圧等を記憶するためのものである。

なお、溶接電源装置１９に設けられた２つの出力端子３０ａと出力端子３０ｂのうち、一方の出力端子３０ａは、トーチ２９内にある溶接ワイヤ２４を保持するチップ２６に電気的に接続され、チップ２６を介して溶接ワイヤ２４に電力が供給される。また、他方の出力端子３０ｂは、被溶接物２８に電気的に接続され、被溶接物２８に電力が供給される。そして、溶接ワイヤ２４の先端部と被溶接物２８との間でアーク２７が発生する。なお、ワイヤ送給部２５は、溶接ワイヤ２４を保存する溶接ワイヤ保存部２３からチップ２６に向けて、溶接ワイヤ２４を送給する。

以上のように構成された消耗電極式のアーク溶接装置の動作について説明する。なお、本実施の形態のアーク溶接装置は、亜鉛メッキ鋼板のように表面処理が行われた鋼板を溶接する際に生じる気孔を抑制するため、溶接ワイヤ２４と被溶接物２８とが、あえて短絡するように、溶接電流等の制御を行うものである。すなわち、パルス溶接のピーク電流期間に溶接ワイヤ２４と被溶接物２８とを短絡させ、そしてピーク電流期間にこの短絡を開放させることで溶融池を積極的に振動させ、表面処理が行われた鋼板を溶接する際に鋼板から生じた蒸気が溶融池（溶融金属）を通過して外部に揮散し易くすることで、気孔の発生を抑制するものである。

なお、本実施の形態において、被溶接物２８は、表面処理が施された鋼板であり、その一例として、亜鉛メッキ鋼板を使用した場合について説明する。

先ず、アーク制御部１１と短絡制御部１５による１パルス／１短絡移行の制御について、図２を用いて説明する。図２は、消耗電極式アーク溶接のパルス溶接時における溶接電流Ａと溶接電圧Ｖとワイヤ送給速度ＷＦの時間変化を示す図である。

図２において、時点Ｐ１は、パルス電流波形におけるベース電流ＩＢから第１ピーク電流ＩＰａへの立上りを開始した時点である。時点Ｐ２は、パルス電流波形の第１ピーク電流期間において、溶接ワイヤ２４の先端部分に形成された溶滴が、被溶接物２８に形成された溶融池に接触し、短絡を開始した時点である。この時点Ｐ１から時点Ｐ２までの期間を、第１ピーク電流期間ＴＰａとする。この第１ピーク電流期間ＴＰａは、予め設定されたものではなく、短絡状態となる溶接現象に応じて変化するものである。

また、時点Ｐ２は、第１ピーク電流ＩＰａを維持するピーク電流期間が終了した時点でもあり、第１ピーク電流ＩＰａを通電している状態で短絡が発生し、短絡制御によりくびれ電流ＩＮａまで急峻に電流が低下した時点である。時点Ｐ３は、短絡制御におけるくびれ電流ＩＮａの出力継続中に溶接ワイヤ２４の先端に形成された溶滴と被溶接物２８との短絡が開放した時点である。この時点Ｐ２から時点Ｐ３までの期間は、くびれ電流期間ＴＮａとする。このくびれ電流期間ＴＮａは、予め設定されたものではなく、短絡開放状態となる溶接現象に応じて変化するものである。

また、時点Ｐ３は、くびれ電流ＩＮａから第２ピーク電流ＩＰｂへ急峻に上昇し、第２ピーク電流ＩＰｂを開始した時点であり、溶接ワイヤ２４の先端部分に溶滴を形成し始めた時点である。時点Ｐ４は、第２ピーク電流ＩＰｂからベース電流ＩＢへの立下りを終了した時点である。この時点Ｐ３から時点Ｐ４までの期間を、第２ピーク電流期間ＴＰｂとする。なお、この第２ピーク電流期間ＴＰｂは、例えば実験等に基づいて決定された所定時間であり、ワイヤ送給速度に対応付けられてパルス波形パラメータ設定部１７に記憶されている。

また、この時点Ｐ４は、ベース電流ＩＢを開始した時点である。時点Ｐ５は、ベース電流ＩＢから次の第１ピーク電流ＩＰａへのパルス電流波形の立上りを開始した時点である。

なお、時点Ｐ４から時点Ｐ５までの期間は、ベース電流ＩＢとなるように制御するベース電流期間ＴＢである。このベース電流期間ＴＢは、例えば、予め決められた期間であってもよいし、パルス周期ＰＦに応じた値であっても良い。

なお、第１ピーク電流期間ＴＰａは、短絡状態となる溶接現象に応じて時間が変化するため、都度その時間は異なる。また、くびれ電流期間ＴＮａも、溶接現象に応じて時間が変化するため、都度その時間は異なる。そして、第２ピーク電流期間ＴＰｂは、所定時間である。従って、溶接作業者が設定した電圧に出力電圧を追従するように制御する定電圧制御としては、ベース電流期間ＴＢまたはパルス周期ＰＦが、第１ピーク電流期間ＴＰａやくびれ電流期間ＴＮａに同期するように変化することになる。すなわち、パルス周期ＰＦを一定制御と考えると、第１ピーク電流期間ＴＰａやくびれ電流期間ＴＮａに応じてベース電流期間ＴＢがリアルタイムに決まり、ベース電流期間ＴＢを一定制御と考えると、第１ピーク電流期間ＴＰａやくびれ電流期間ＴＮａに応じてパルス周期ＰＦがリアルタイムに決まり、定電圧制御を行うものである。あるいは、第１ピーク電流期間ＴＰａやくびれ電流期間ＴＮａに応じて、ベース電流期間ＴＢとパルス周期ＰＦの両方で変化するようにしても良い。

上記のように、時点Ｐ１から時点Ｐ５までの期間がパルス周期ＰＦ（一周期）である。なお、時点Ｐ５から時点Ｐ９においても、時点Ｐ１から時点Ｐ５と同様のパルス波形制御が繰り返される。時点Ｐ９以降も同様である。

なお、第１ピーク電流ＩＰａや、第２ピーク電流ＩＰｂや、第２ピーク電流期間ＴＰｂや、ベース電流ＩＢや、ベース電流期間ＴＢなどは、パルス波形パラメータ設定部１７に予め設定された値を用いる。この設定値は、実際に溶接を行い、ワイヤの材質等に適したパラメータを抽出したものを、ワイヤ送給速度に対応付けてパルス波形パラメータ設定部１７に記憶させている。なお、設定電流に対応付けてパルス波形パラメータ設定部１７に記憶させ、設定電流に基づいてパラメータを決定するようにしても良い。

このパルス波形制御では、１パルス／１短絡移行による溶滴移行のタイミングは、ピーク電流期間の短絡開放時である時点Ｐ３であり、ワイヤ先端の溶滴形成は時点Ｐ３から時点Ｐ６の期間で行われることになる。また、１パルス／１短絡移行とは、１周期のパルスの電流の印加により、短絡が１回生じることを意味している。

次に、図３を用いて、第１ピーク電流ＩＰａと第２ピーク電流ＩＰｂの効果について説明する。図３は、ピーク電流の効果を説明するための図であり、溶接電流波形と、評価結果を示している。

第１ピーク電流ＩＰａは、ピーク電流期間中に短絡が発生するまでのピーク電流であり、第２ピーク電流ＩＰｂは、短絡解放後のピーク電流である。なお、それぞれのピーク電流の役割は異なる。

従来の一定のピーク電流である通常のピーク電流ＩＰに対して、第１ピーク電流ＩＰａは高い値とし、第２ピーク電流ＩＰｂは低い値とする。このことが、ピーク電流期間における短絡をスムーズに発生させることにつながる。

通常のパルス波形制御では、パルス波形のピーク電流期間でワイヤ先端に溶滴を形成し、ピーク電流からベース電流へ移行する立下り期間やベース電流期間において離脱移行させるように、あるいは、ワイヤ先端の溶滴が溶融池と接触して短絡移行させるよう、１パルス／１溶滴移行を実現するピーク電流ＩＰやベース電流ＩＢを決定している。

この通常のピーク電流ＩＰに対して、第１ピーク電流ＩＰａを高くすることで、溶滴の形成を加速させると共に溶滴サイズも大きくすることができ、ピーク電流期間で溶滴をくびれ易く、かつ、離脱し易くすることで、短絡を発生させることを狙っている。

通常のピーク電流ＩＰに対して、第２ピーク電流ＩＰｂは、第１ピーク電流ＩＰａとは逆に、通常のピーク電流ＩＰよりも低くすることで、溶滴の形成を加速させないようにすることができ、第２ピーク電流期間ＴＰｂで溶滴を離脱させないことを狙っている。

第１ピーク電流ＩＰａの目安値としては、ワイヤの成分等によるが、通常のピーク電流ＩＰに対して２０Ａから１００Ａ程度高くすることで、ピーク電流期間での短絡発生を促進させることができる。

また、第２ピーク電流ＩＰｂの目安値としては、ワイヤの成分等によるが、ピーク電流ＩＰに対して２０Ａから６０Ａ程度低くすることで、ピーク電流期間での溶滴離脱を抑制することができる。

なお、図３に示す表は、設定電流が溶接電流２５０Ａ時の溶接の場合の一例の結果である。ピーク電流期間に短絡が生じた場合を「○」とし、ピーク電流期間に短絡が生じない場合を「×」としている。

なお、第１ピーク電流期間ＴＰａを長くすることで、溶滴の形成を加速させると共に溶滴サイズも大きくし、ピーク電流期間で溶滴を離脱し易くし、くびれ出すことで短絡を発生させることもできる。しかし、ピーク電流期間が長くなり過ぎると、パルス周期ＰＦがかなり長く（パルス周波数が低く）なることもある。従って、ピーク電流値の大きさによって短絡のし易さを調整する方が、パルス周期ＰＦも大きく変化させることがなく、ピーク電流期間で短絡発生を実現することができる。なお、本実施の形態では、第１ピーク電流期間ＴＰａと、くびれ電流期間ＴＮａと、第２ピーク電流期間ＴＰｂとを合わせた期間をピーク電流期間と呼んでいる。

次に、図４を用いて、くびれ電流ＩＮａの効果について説明する。図４は、くびれ電流ＩＮａによるスパッタの低減と溶融池の振動に対する効果を表したものである。図４は、くびれ電流ＩＮａを、５０Ａから３５０Ａまで、５０Ａ毎に電流値を変化させて効果を比較したものである。

図４より、くびれ電流ＩＮａが１５０Ａから２５０Ａの範囲が、スパッタの発生量と溶融池の振動に対する効果を両立することができる範囲である。なお、１００Ａ以下であると、スパッタの低減効果は大きいが、溶融池の振動に対する効果は得ることができない。逆に、３００Ａ以上であると、溶融池の振動に対する効果は大きいが、スパッタの発生量が増加してしまう。

なお、本実施の形態では、くびれ電流ＩＮａの大きさはベース電流ＩＢよりも高くしている。その理由は、くびれ電流ＩＮａをベース電流ＩＢよりも高くすることで、ベース電流ＩＢよりも低くする場合に比べ、溶融池（溶融金属）を大きく振動させることができるためである。

くびれ電流ＩＮａの適正範囲は１５０Ａから２５０Ａであるが、この範囲の電流値であっても、スパッタの発生量は決して少ないわけではない。しかし、ブローホールやピットといった気孔欠陥の溶接問題を解消するには、スパッタの低減を多少は犠牲にするしかない。その理由は、気孔はスパッタより重要な項目であり、そのため、多少のスパッタの抑制は犠牲にしてでも、気孔を抑制することが重要である。しかし、従来の一定のピーク電流ＩＰで使われる４５０Ａから５００Ａ以上の電流の場合よりは、はるかにスパッタの発生量を少なくすることができる。

次に、図５を用いて、本実施の形態のパルス溶接制御による溶融池の振動に対する効果について説明する。図５（ａ）は、従来工法による短絡開放時の溶接状態を示す図である。図５（ｂ）は、本実施の形態における短絡開放時の溶接状態を示す図である。図５は、溶接電流波形の短絡開放時（時点Ｂ）における従来のパルス溶接制御と本実施の形態のパルス溶接制御による溶融池の振動に対する効果を、高速度カメラで撮影した写真の一例である。

従来のパルス溶接制御では、パルス波形のピーク電流期間でワイヤ先端に溶滴を形成し、ピーク電流からベース電流へ移行する立下り期間やベース電流期間においてワイヤ先端の溶滴が溶融池と接触して短絡移行させるものである。従って、図５（ａ）の写真のように溶融池の振動が比較的小さいため、亜鉛蒸気が溶融池（溶融金属）を通過して外部に拡散し難い。

本実施の形態のパルス溶接制御では、１パルス／１短絡移行の発生タイミングを、従来のようなピーク電流からベース電流へ移行する立下り期間やベース電流期間とするのではなく、ピーク電流期間で１パルス／１短絡移行を発生させるように制御する。これにより、短絡開放時の溶融池（溶融金属）の振動を大きくし、溶融池の溶融金属を溶融池の外周部分へ押しのけるようにすることで、亜鉛蒸気が溶融池（溶融金属）を通過して外部に拡散し易くなる。

このように、パルス溶接のピーク電流期間に１パルス／１短絡移行を行うことが、亜鉛メッキ鋼板の溶接に適した溶接法である。

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によれば、亜鉛メッキ鋼板の溶接において、１パルス／１短絡移行を行うように制御することで、亜鉛メッキ鋼板上の溶融池（溶融金属）を大きく振動させることができ、亜鉛蒸気が溶融池（溶融金属）を通過して外部に揮散し易くなり、溶接ビード内や溶接ビード表面に気孔が少ない状態で溶接を行うことができ、気孔発生を抑制することができる。特に、アークスタート期間ではピットが多発し易いので、アークスタート期間では非常に有効である。

なお、本実施の形態では、溶接電流波形を制御することで、ピーク電流期間に短絡が発生するようにしている。

（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は省略する。本実施の形態について、図６から図８を用いて説明する。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。図７は、本実施の形態における溶接電流と溶接電圧とワイヤ送給速度の波形を示す図である。図８は、本実施の形態におけるワイヤ送給速度の効果を説明するための図である。

実施の形態１と異なる主な点は、ピーク電流期間に１パルス／１短絡移行を確実に発生させるために、大きさが異なる第１ピーク電流ＩＰａと第２ピーク電流ＩＰｂとを使い分けるパルス波形制御だけではなく、更なる有効な方法として、ワイヤ送給速度ＷＦを変化させるようにした点である。

実施の形態１で説明した一定送給であるワイヤ送給速度ＷＦのアーク溶接装置及びアーク制御方法との違いは以下である。第１ピーク電流制御部１２から第１ピーク電流期間ＴＰａを開始する時点Ｐ１の信号を受信したワイヤ送給速度制御部１８は、平均ワイヤ送給速度ＷＦ１に対して平均ワイヤ送給速度ＷＦ１よりも高いワイヤ送給速度ＷＦ２に増加させる。その後、ワイヤ送給速度制御部１８は、短絡アーク判定部１０からアークを示す信号を受信すると、第２ピーク電流期間ＴＰｂからベース電流期間ＴＢにかけては、平均ワイヤ送給速度ＷＦ１よりも低いワイヤ送給速度ＷＦ３に減速させる。

なお、平均ワイヤ送給速度ＷＦ１よりも高いワイヤ送給速度ＷＦ２と平均ワイヤ送給速度ＷＦ１よりも低いワイヤ送給速度ＷＦ３を平均した値が、平均ワイヤ送給速度ＷＦ１になる。

第１ピーク電流期間ＴＰａの時点Ｐ１において、第１ピーク電流制御部１２は、平均ワイヤ送給速度ＷＦ１に対して平均ワイヤ送給速度ＷＦ１よりも高いワイヤ送給速度ＷＦ２に増加させ、第１ピーク電流期間ＴＰａの間はワイヤ送給速度ＷＦ２を維持するように、ワイヤ送給速度制御部１８に指示を与える。

第２ピーク電流期間ＴＰｂの時点Ｐ３において、第２ピーク電流制御部１３は、平均ワイヤ送給速度ＷＦ１よりも低いワイヤ送給速度ＷＦ３に減速させ、第２ピーク電流期間ＴＰｂの間は、ワイヤ送給速度ＷＦ３を維持するように、ワイヤ送給速度制御部１８に指示を与える。

ベース電流制御部１４は、ベース電流期間ＴＢの間は、ワイヤ送給速度ＷＦ３を維持するように、ワイヤ送給速度制御部１８に指示を与える。

このように、第２ピーク電流期間ＴＰｂとベース電流期間ＴＢでは、平均ワイヤ送給速度ＷＦ１よりも低いワイヤ送給速度ＷＦ３に減速させることで、ピーク電流期間に短絡を規則的に誘発させ、第２ピーク電流期間ＴＰｂやベース電流期間ＴＢで短絡を発生させないようにすることができる。

この方法であれば、パルス波形だけで制御するよりも、確実で規則的にピーク電流期間で短絡を発生させることができる。従って、溶融池の振動を大きくでき、亜鉛蒸気を円滑に排出することができるものである。

ここで、図８を用いて、本実施の形態におけるワイヤ送給速度の効果について説明する。図８は、平均ワイヤ送給速度ＷＦ１よりも高いワイヤ送給速度ＷＦ２を変化させて適正なワイヤ送給速度の増加量を評価したときの表である。

平均ワイヤ送給速度ＷＦ１に対して５％毎に増加させていった場合の、ピーク電流期間の短絡発生の有無を表したものである。ピーク電流期間に短絡が発生した場合を「○」で示し、ピーク電流期間に短絡が発生しなかった場合を「×」で示している。

平均ワイヤ送給速度ＷＦ１に対して５％以下の増加では、ピーク電流期間で短絡を発生させることができない。また、３０％以上では、ピーク電流期間で短絡を発生させることができるが、短絡が強く入り過ぎるため、アーク安定性を維持することができなくなる。

よって、１０％から２５％までの領域が適正である。この結果は、溶接電流２５０Ａで溶接した場合の一例である。

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によれば、亜鉛メッキ鋼板の溶接において、１パルス／１短絡移行を行うように制御することで、亜鉛メッキ鋼板上の溶融池（溶融金属）を大きく振動させることができ、亜鉛蒸気が溶融池（溶融金属）を通過して外部に揮散し易くなり、溶接ビード内や溶接ビード表面に気孔が少ない状態で溶接を行うことができ、気孔発生を抑制することができる。特に、アークスタート期間ではピットが多発し易いので、アークスタート期間では非常に有効である。

以上のように、本発明によれば、パルス溶接による亜鉛メッキ鋼板の溶接において、亜鉛蒸気が溶融池（溶融金属）を通過して外部に揮散し易くなり、気孔発生を抑制することができるので、表面処理が行われた部材を溶接するアーク溶接制御方法およびアーク溶接装置として産業上有用である。

１ 入力電源
２ 一次側整流部
３ スイッチング部
４ トランス
５ 二次側整流部
６ リアクタ
７ 駆動部
８ 溶接電圧検出部
９ 溶接電流検出部
１０ 短絡アーク判定部
１１ アーク制御部
１２ 第１ピーク電流制御部
１３ 第２ピーク電流制御部
１４ ベース電流制御部
１５ 短絡制御部
１６ くびれ電流制御部
１７ パルス波形パラメータ設定部
１８ ワイヤ送給速度制御部
１９ 溶接電源装置
２０ ロボット制御装置
２１ 溶接条件記憶部
２２ ロボット
２３ 溶接ワイヤ保存部
２４ 溶接ワイヤ
２５ ワイヤ送給部
２６ チップ
２７ アーク
２８ 被溶接物
２９ トーチ
３０ａ、３０ｂ 出力端子

Claims (12)

1. 溶接ワイヤと母材との間にピーク電流とベース電流を繰り返し供給するアーク溶接制御方法であって、
   前記ピーク電流を供給しているピーク電流期間において、前記溶接ワイヤと前記母材との短絡を検出すると溶接電流を低減し、前記溶接電流を低減した後に短絡の開放を検出すると、前記溶接電流を増加するアーク溶接制御方法。
2. ピーク電流期間に溶接ワイヤと母材とが短絡するように、ピーク電流とベース電流を含む溶接電流波形の制御を行う請求項１記載のアーク溶接制御方法。
3. ピーク電流期間に、第１のピーク電流と、溶接電流を低減した後の電流である短絡電流と、第１のピーク電流よりも低い第２のピーク電流とを通電する請求項１または２記載のアーク溶接制御方法。
4. ピーク電流期間に溶接ワイヤと母材とが短絡するように、前記溶接ワイヤの送給速度の制御を行う請求項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. 溶接ワイヤと母材との短絡を検出した際に低減する溶接電流の大きさを、ベース電流よりも大きい値に制御する請求項１から４のいずれか１項に記載のアーク溶接制御方法。
6. 母材は、表面処理が行われた鋼板である請求項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. 溶接ワイヤと母材との間にピーク電流とベース電流を繰り返し供給するアーク溶接装置であって、
   溶接電流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値検出部と、
   前記溶接電圧値検出部の出力に基づいて溶接状態が短絡期間であるのかアーク期間であるのかを判定するアーク短絡判定部と、
   短絡期間用及びアーク期間用の溶接に関するパラメータを設定する設定部と、
   前記アーク期間中の溶接電流の制御を行うアーク制御部と、
   前記短絡期間中の溶接電流の制御を行う短絡制御部と、
   前記アーク制御部の出力または前記短絡制御部の出力に基づいて前記スイッチング部を制御する駆動部を備え、
   前記ピーク電流を供給しているピーク電流期間において、前記溶接ワイヤと前記母材との短絡を検出すると溶接電流を低減し、前記溶接電流を低減した後に短絡の開放を検出すると、前記溶接電流を増加するアーク溶接装置。
8. アーク制御部は、ピーク電流期間に溶接ワイヤと母材とが短絡するように、ピーク電流とベース電流を含む溶接電流波形の制御を行う請求項７記載のアーク溶接装置。
9. ピーク電流期間に、アーク制御部は、第１のピーク電流と、前記第１のピーク電流よりも低い第２のピーク電流とを通電し、短絡制御部は、溶接電流を低減した後の電流である短絡電流を通電する請求項７または８記載のアーク溶接装置。
10. 溶接ワイヤの送給速度の制御を行う送給速度制御部を備え、前記送給速度制御部は、ピーク電流期間に前記溶接ワイヤと母材とが短絡するように、前記溶接ワイヤの送給速度の制御を行う請求項７から９のいずれか１項に記載のアーク溶接装置。
11. 短絡制御部は、溶接ワイヤと母材との短絡を検出した際に低減する溶接電流の大きさを、ベース電流よりも大きい値に制御する請求項７から１０のいずれか１項に記載のアーク溶接装置。
12. 母材は、表面処理が行われた鋼板である請求項７から１１のいずれか１項に記載のアーク溶接装置。

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