JP2016013573A - パルスアーク溶接制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 パルスアーク溶接において、磁気吹きによるビード外観の悪化を抑制する。【解決手段】立上り期間中はベース電流からピーク電流へと上昇する上昇遷移電流を通電し、ピーク期間中はピーク電流を通電し、立下り期間中はピーク電流からベース電流へと下降する下降遷移電流を通電し、ベース期間中はベース電流を通電し、これらの溶接電流の通電を１パルス周期として繰り返す。ベース期間Ｔｂ中の溶接電圧Ｖｗの上昇によって磁気吹きの発生を判別したときは、下降遷移電流Ｉｋｓの下降速度を遅くすることによって立下り期間Ｔｋｓを長くする。これにより、アークの硬直性が弱くなるベース期間Ｔｂに入る時点でのアーク長を短い状態にすることができるので、磁気吹きが発生してもアークが大きく偏向することを抑制することができ、アーク切れの発生を防止することができる。【選択図】 図１

Description

本発明は、磁気吹きによる溶接状態の不安定を抑制することができるパルスアーク溶接制御方法に関するものである。

消耗電極式パルスアーク溶接は、鉄鋼等の溶接に広く使用されている。このパルスアーク溶接では、立上り期間中はベース電流からピーク電流へと上昇する上昇遷移電流を通電し、ピーク期間中はピーク電流を通電し、立下り期間中はピーク電流からベース電流へと下降する下降遷移電流を通電し、ベース期間中はベース電流を通電し、これらの溶接電流の通電を１パルス周期として繰り返して溶接が行われる。パルスアーク溶接では、１パルス周期１溶滴移行状態となるので、溶滴移行状態が安定しているために、スパッタの発生が少なく、美しいビード外観を得ることができる。以下、このパルスアーク溶接について図面を参照して説明する。

図７は、パルスアーク溶接における一般的な電流・電圧波形図である。同図（Ａ）は溶接電流Ｉｗの時間変化を示し、同図（Ｂ）は溶接電圧Ｖｗの時間変化を示す。以下、同図を参照して説明する。

時刻ｔ１〜ｔ２の立上り期間Ｔｕ中は、同図（Ａ）に示すように、ベース電流Ｉｂからピーク電流Ｉｐへと上昇する上昇遷移電流Ｉｕが通電し、同図（Ｂ）に示すように、ベース電圧Ｖｂからピーク電圧Ｖｐへと上昇する上昇遷移電圧が溶接ワイヤと母材との間に印加する。時刻ｔ２〜ｔ３のピーク期間Ｔｐ中は、同図（Ａ）に示すように、溶接ワイヤから溶滴を移行させるために臨界値以上の大電流値のピーク電流Ｉｐが通電し、同図（Ｂ）に示すように、アーク長に比例したピーク電圧Ｖｐが印加する。直径１．２mmの鉄鋼ワイヤの臨界値は、２８０Ａ程度である。

時刻ｔ３〜ｔ４の立下り期間Ｔｋ中は、同図（Ａ）に示すように、ピーク電流Ｉｐからベース電流Ｉｂへと下降する下降遷移電流Ｉｋが通電し、同図（Ｂ）に示すように、ピーク電圧Ｖｐからベース電圧Ｖｂへと下降する下降遷移電圧が印加する。時刻ｔ４〜ｔ５のベース期間Ｔｂ中は、同図（Ａ）に示すように、溶滴を形成しないようにするために臨界値未満の小電流値のベース電流Ｉｂが通電し、同図（Ｂ）に示すように、アーク長に比例したベース電圧Ｖｂが印加する。時刻ｔ１〜ｔ５までの期間を１パルス周期Ｔｆとして繰り返して溶接が行われる。アーク長は、ピーク期間Ｔｐ中は長くなり、ベース期間Ｔｂ中は短くなる。

ところで、良好なパルスアーク溶接を行うためには、平均アーク長を適正値に維持することが重要である。平均アーク長を適正値に維持するために以下のようなアーク長制御（溶接電源の出力制御）が行われる。平均アーク長は、同図（Ｂ）で破線で示す溶接電圧平均値Ｖavと略比例関係にある。このために、溶接電圧平均値Ｖavを検出し、この検出値が適正な平均アーク長に相当する溶接電圧設定値と等しくなるように同図（Ａ）の破線で示す溶接電流平均値Ｉavを変化させる出力制御を行う。溶接電圧平均値Ｖavが溶接電圧設定値よりも大きいときは平均アーク長が適正値よりも長いときであるので、溶接電流平均値Ｉavを小さくしてワイヤ溶融速度を小さくし平均アーク長が短くなるようにする。他方、溶接電圧平均値Ｖavが溶接電圧設定値よりも小さいときは平均アーク長が適正値よりも短いときであるので、溶接電流平均値Ｉavを大きくしてワイヤ溶融速度を大きくし平均アーク長が長くなるようにする。上記の溶接電圧平均値Ｖavとしては、一般的に溶接電圧Ｖｗをローパスフィルタを通した値（平均値、平滑値）が使用される。また、溶接電流平均値Ｉavを変化させる手段として、パルス周期Ｔｆを変化させる周波数変調制御が行われている。周波数変調制御では、溶接電圧平均値Ｖavが溶接電圧設定値と等しくなるようにパルス周期Ｔｆをフィードバック制御（アーク長制御）している。このときに、立上り期間Ｔｕ、ピーク期間Ｔｐ、立下り期間Ｔｋ、ピーク電流Ｉｐ及びベース電流Ｉｂは所定値に設定され、ベース期間Ｔｂがフィードバック制御されることでパルス周期Ｔｆが可変される。ピーク期間Ｔｐとピーク電流Ｉｐとの組合せはユニットパルス条件と呼ばれており、１パルス周期１溶滴移行状態になるように設定される。

その他のアーク長制御の方式としては、パルス幅変調制御がある。パルス幅変調制御では、ピーク期間（パルス幅）Ｔｐがフィードバック制御される。このときは、立上り期間Ｔｕ、立下り期間Ｔｋ、パルス周期Ｔｆ、ピーク電流Ｉｐ及びベース電流Ｉｂが所定値に設定され、ピーク期間Ｔｐが可変される。

パルスアーク溶接を含む消耗電極式アーク溶接においては、アーク及び母材を通電する溶接電流によってアーク周辺部に磁界が形成されて、この磁界からアークは力を受けて偏向する場合がある。このような状態を、一般的に磁気吹き又はアークブローと呼んでいる。磁気吹きが発生するかは、母材に通電する溶接電流によって形成される磁界の形態によって決まる。溶接している部分が母材の端部から離れているときには、磁界は対称形状に形成されることが多いために、アークは磁界から偏った力を受けることがないので、磁気吹きは発生しにくい。他方、溶接している部分が母材の端部に近いときは、磁界は非対称形状に形成されるために、アークは磁界から偏った力を受けることになり、磁気吹きが発生しやすくなる。したがって、母材の端部の近くとなることが多い溶接開始部分及び溶接終了部分では、磁気吹きが発生しやすい。消耗電極アークの中でも、短絡移行溶接では磁気吹きは発生しにくく、パルスアーク溶接では発生しやすい。これは、短絡移行溶接では、アーク長がパルスアーク溶接に比べて短いために、磁界からの影響を受けにくいためである。他方、パルスアーク溶接では、大電流値のピーク電流Ｉｐが通電しているときは強い磁界が形成され、小電流値のベース電流Ｉｂが通電しているときは弱い磁界が形成されている。パルスアーク溶接では、この磁界の強さの変化が大きいこと、かつ、ベース電流Ｉｂが小さいので磁界から偏った力を受けると直ぐにアークが偏向すること、が原因となって磁気吹きが発生しやすい。したがって、パルスアーク溶接では、磁気吹きによるアークの偏向は、ベース期間Ｔｂ中に発生しやすい。

図８は、磁気吹きが発生したときのアーク状態を示す図である。同図（Ａ）に示すように、溶接ワイヤ１と母材２との間に通常のアーク３が発生している。この状態で磁気吹きが発生すると、同図（Ｂ）に示すように、アーク３は磁界からの力によって大きく偏向し、アーク長が長くなる。さらに偏向が大きくなると、同図（Ｃ）に示すように、アークを維持することができなくなりアーク切れが発生する。パルスアーク溶接では、ピーク期間中は大電流が通電するのでアークの硬直性が強く、磁界からの力が作用してもアークはほとんど偏向しない。他方、ベース期間中は小電流が通電するのでアークの硬直性が弱く、磁界からの力によって大きく偏向する。したがって、磁気吹きが発生してアーク切れが生じるのは、ほとんどベース期間中である。アーク切れが発生しない程度の磁気吹きが稀に発生する場合には、溶接状態への影響はほとんどない。しかし、アーク切れを伴う磁気吹きが多数回発生するときは、アーク発生状態が不安定となり、スパッタの大量発生、ビード不良等が生じる。したがって、パルスアーク溶接においては、磁気吹きによるアーク切れを抑制することは良好な溶接品質を得るために重要である。

図９は、パルスアーク溶接において磁気吹きが発生したときの電流・電圧波形図である。同図（Ａ）は溶接電流Ｉｗの時間変化を示し、同図（Ｂ）は溶接電圧Ｖｗの時間変化を示す。以下、同図を参照して説明する。

ベース期間Ｔｂ中の時刻ｔ１において、磁気吹きが発生してアークが偏向すると、同図（Ｂ）に示すように、アークの偏向に伴ってアーク長が長くなり、ベース電圧Ｖｂが次第に上昇して大きくなる。一方、同図（Ａ）に示すように、ベース電流Ｉｂは定電流制御されているので一定値のままである。時刻ｔ２において、磁気吹きによるアークの偏向がさらに大きくなると、アーク長が非常に長くなるためにアークを維持することができなくなり、アーク切れが発生する。アーク切れが発生すると、同図（Ａ）に示すように、溶接電流Ｉｗは通電しなくなり、同図（Ｂ）に示すように、溶接電圧Ｖｗは出力最大電圧の無負荷電圧となる。

図１０は、特許文献１に開示された磁気吹きによるアーク切れを防止するための磁気吹き対策制御を示す電流・電圧波形図である。同図（Ａ）は溶接電流Ｉｗの時間変化を示し、同図（Ｂ）は溶接電圧Ｖｗの時間変化を示す。同図において時刻ｔ１〜ｔ２のパルス周期中は磁気吹きが発生していない安定した溶接状態のときを示しており、続く時刻ｔ２〜ｔ３のパルス周期中は磁気吹きが発生した溶接状態のときを示している。

ベース期間Ｔｂ中の時刻ｔ２１において、磁気吹きが発生してアークが偏向したためにアーク長が長くなり、同図（Ｂ）に示すように、ベース電圧Ｖｂが通常値から上昇して大きくなる。そして、時刻ｔ２２において、ベース電圧Ｖｂの値が、破線で示す予め定めた基準電圧値Ｖｔ以上になる。ベース電圧値Ｖｂが上記の基準電圧値Ｖｔ以上になったことを判別すると、同図（Ａ）に示すように、ベース電流Ｉｂの値を通常値よりも増加させて２００Ａ以上にする。時刻ｔ２２〜ｔ２３の期間中は、ベース電圧値Ｖｂが上記の基準電圧値Ｖｔ以上になっている。この期間中は、同図（Ａ）に示すように、２００Ａ以上に増加されたベース電流が通電する。

時刻ｔ２２〜ｔ２３の期間中は、ベース電流Ｉｂの値が２００Ａ以上に増加するので、アークがワイヤ送給方向に発生する性質である硬直性が強くなるために、アークの偏向が正常な状態に戻されることになる。このために、同図（Ｂ）に示すように、時刻ｔ２３において、ベース電圧値Ｖｂは上記の基準電圧値Ｖｔ未満になり、その後は急速に減少して通常値に戻る。したがって、磁気吹きは、時刻ｔ２１に発生して、時刻ｔ２３の直後に解消される。時刻ｔ２３において、同図（Ａ）に示すように、ベース電流Ｉｂの値は通常値に戻る。時刻ｔ２３〜ｔ３の残りのベース期間Ｔｂ中は、同図（Ａ）に示すように、ベース電流Ｉｂの値は通常値のままであり、同図（Ｂ）に示すように、通常値のベース電圧値Ｖｂが印加する。この期間のアークは、磁気吹きが発生していないので、安定した状態にある。

上記において、基準電圧値Ｖｔは、磁気吹きが発生していない状態でのベース電圧値Ｖｂの変動を考慮して、溶接条件に応じて適正値に設定する。例えば、ベース電圧Ｖｂの変動は、ピーク電圧値Ｖｐまで及ぶことはないので、基準電圧値Ｖｔをピーク電圧値Ｖｐに近い値に設定する。また、ベース電圧Ｖｂと基準電圧値Ｖｔとの比較にあたって、ヒステリシスを持たせるようにしても良い。すなわち、ベース電圧Ｖｂが通常値から上昇していくときの基準値を第１基準電圧値Ｖt1とし、ベース電圧Ｖｂが一旦Ｖt1以上になりその後に下降するときの基準値を第２基準電圧値Ｖt2とするものである。このときに、Ｖt1＞Ｖt2である。また、ベース電圧Ｖｂの上昇率（微分値＝ｄＶｗ／ｄｔ）が基準値に達したことによって磁気吹きの発生を判別し、その後にベース電圧Ｖｂの下降率が基準値に達したことによって磁気吹きの解消を判別するようにしても良い。ベース電圧Ｖｂの上昇による従来から行われている種々の磁気吹きの発生の判別方法を使用することができる。上記の増加したベース電流値は、２００〜５００Ａ程度の範囲で、アークの偏向を修正することができる値に実験によって設定される。

このような磁気吹き対策制御を行うことによって、磁気吹きによるアーク切れを防止することができる。

特開２００４−２６８０８１号公報

上述した従来技術では、磁気吹きによるアークの偏向を判別してベース電流を２００Ａ以上に増加させることによって、アーク切れの発生を防止することができる。しかし、このような方法では、ベース電流を増加させたときに溶接ワイヤの溶融が促進されるために、１パルス周期１溶滴移行状態が崩れることになる。この結果、ビード不良にまで至ることはないが、ビード外観が悪くなるという問題があった。

そこで、本発明では、磁気吹きによるアーク切れの発生を防止し、かつ、ビード外観が悪くなることを抑制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。

上述した課題を解決するために、請求項１の発明は、
溶接ワイヤを送給すると共に、立上り期間中はベース電流からピーク電流へと上昇する上昇遷移電流を通電し、ピーク期間中は前記ピーク電流を通電し、立下り期間中は前記ピーク電流から前記ベース電流へと下降する下降遷移電流を通電し、ベース期間中は前記ベース電流を通電し、これらの溶接電流の通電を１パルス周期として繰り返して溶接するパルスアーク溶接制御方法において、
前記ベース期間中の溶接電圧の上昇によって磁気吹きの発生を判別したときは、前記立下り期間を長くする、
ことを特徴とするパルスアーク溶接制御方法である。

請求項２の発明は、前記下降遷移電流の下降速度を遅くすることによって、前記立下り期間を長くする、
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である。

請求項３の発明は、前記下降遷移電流が予め定めた基準電流値に達したときはその値を所定期間維持することによって、前記立下り期間を長くし、前記基準電流値を前記ピーク電流の値よりも小さく前記ベース電流の値よりも大きな値に設定する、
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である。

請求項４の発明は、前記立下り期間を長くしたときは、前記立下り期間中の前記溶接ワイヤの送給速度を加速する、
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である。

本発明によれば、アークの硬直性が弱くなるベース期間に入る時点でのアーク長を短い状態にすることができる。このために、磁気吹きが発生してもアークが大きく偏向することを抑制することができ、アーク切れの発生を防止することができる。かつ、立下り期間を長くしても、溶滴移行状態への影響は小さいために、ビード外観が悪くなることもない。

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。 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装置のブロック図である。 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。 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装置のブロック図である。 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。 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装置のブロック図である。 従来技術におけるパルスアーク溶接の電流・電圧波形図である。 従来技術において磁気吹きが発生したときのアーク状態を示す図である。 従来技術の、パルスアーク溶接において磁気吹きが発生したときの電流・電圧波形図である。 従来技術における磁気吹きによるアーク切れを防止するための磁気吹き対策制御を示す電流・電圧波形図である。

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。

［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各信号のタイミングチャートである。同図（Ａ）は溶接電流Ｉｗの時間変化を示し、同図（Ｂ）は溶接電圧Ｖｗの時間変化を示し、同図（Ｃ）は磁気吹き判別信号Ａｄの時間変化を示し、同図（Ｄ）は溶接ワイヤの送給速度Ｆｗの時間変化を示す。同図は、上述した図７及び図１０と対応しており、同一の動作についての説明は繰り返さない。同図において時刻ｔ１〜ｔ２のパルス周期中に磁気吹きが発生しており、続く時刻ｔ２〜ｔ３のパルス周期中は磁気吹きによるアーク切れを防止する制御を実施している。以下、同図を参照して、磁気吹きによるアーク切れを防止する制御について説明する。

同図（Ｄ）に示すように、送給速度Ｆｗは溶接中は予め定めた一定の速度で送給されている。時刻ｔ１〜ｔ２のパルス周期Ｔｆにおいて、立上り期間Ｔｕ中は、同図（Ａ）に示すように、ベース電流Ｉｂからピーク電流Ｉｐへと上昇する上昇遷移電流Ｉｕが通電し、同図（Ｂ）に示すように、ベース電圧Ｖｂからピーク電圧Ｖｐへと上昇する上昇遷移電圧が溶接ワイヤと母材との間に印加する。続くピーク期間Ｔｐ中は、同図（Ａ）に示すように、溶接ワイヤから溶滴を移行させるために臨界値以上の大電流値のピーク電流Ｉｐが通電し、同図（Ｂ）に示すように、アーク長に比例したピーク電圧Ｖｐが印加する。続く立下り期間Ｔｋ中は、同図（Ａ）に示すように、ピーク電流Ｉｐからベース電流Ｉｂへと下降する下降遷移電流Ｉｋが通電し、同図（Ｂ）に示すように、ピーク電圧Ｖｐからベース電圧Ｖｂへと下降する下降遷移電圧が印加する。続くベース期間Ｔｂ中は、同図（Ａ）に示すように、溶滴を形成しないようにするために臨界値未満の小電流値のベース電流Ｉｂが通電し、同図（Ｂ）に示すように、アーク長に比例したベース電圧Ｖｂが印加する。アーク長は、ピーク期間Ｔｐ中は長くなり、ベース期間Ｔｂ中は短くなる。

同図は、アーク長制御の方式が周波数変調制御の場合であるので、立上り期間Ｔｕ、ピーク期間Ｔｐ、立下り期間Ｔｋ、ピーク電流Ｉｐ及びベース電流Ｉｂは所定値に設定され、ベース期間Ｔｂ（パルス周期Ｔｆ）は溶接電圧Ｖｗの平均値が予め定めた電圧設定値と等しくなるようにフィードバック制御によって定まる。

ベース期間Ｔｂ中の時刻ｔ１１において、磁気吹きが発生してアークが偏向したためにアーク長が長くなり、同図（Ｂ）に示すように、ベース電圧Ｖｂが通常値から上昇して大きくなる。そして、時刻ｔ１２において、ベース電圧Ｖｂの値が、破線で示す予め定めた基準電圧値Ｖｔ以上になる。ベース電圧値Ｖｂが上記の基準電圧値Ｖｔ以上になったことを判別すると、同図（Ｃ）に示すように、磁気吹き判別信号ＡｄがＨｉｇｈレベルに変化する。この磁気吹き判別信号Ａｄは、１回の溶接が終了するまでＨｉｇｈレベルの状態を維持する。磁気吹き判別信号ＡｄがＨｉｇｈレベルに変化してもベース電流Ｉｂは増加させずに通常値を維持する。このために、磁気吹きによるアーク長の偏向が継続するので、ベース電圧Ｖｂは基準電圧値Ｖｔを超えた状態を次のパルス周期Ｔｆまで維持する。

時刻ｔ２〜ｔ３のパルス周期Ｔｆにおいて、立上り期間Ｔｕ中は、同図（Ａ）に示すように、ベース電流Ｉｂからピーク電流Ｉｐへと上昇する上昇遷移電流Ｉｕが通電し、同図（Ｂ）に示すように、磁気吹きのために通常値よりも大きくなっているベース電圧Ｖｂからピーク電圧Ｖｐへと上昇する上昇遷移電圧が印加する。続くピーク期間Ｔｐ中は、同図（Ａ）に示すように、ピーク電流Ｉｐが通電し、同図（Ｂ）に示すように、アーク長に比例したピーク電圧Ｖｐが印加する。続く修正立下り期間Ｔks中は、同図（Ａ）に示すように、ピーク電流Ｉｐからベース電流Ｉｂへと下降する修正下降遷移電流Ｉksが通電し、同図（Ｂ）に示すように、ピーク電圧Ｖｐからベース電圧Ｖｂへと下降する下降遷移電圧が印加する。続くベース期間Ｔｂ中は、同図（Ａ）に示すように、ベース電流Ｉｂが通電し、同図（Ｂ）に示すように、アーク長に比例したベース電圧Ｖｂが印加する。

立上り期間Ｔｕ、ピーク期間Ｔｐ、ピーク電流Ｉｐ及びベース電流Ｉｂは、時刻ｔ１〜ｔ２のパルス周期Ｔｆ中も時刻ｔ２〜ｔ３のパルス周期Ｔｆ中も同一値に設定されている。すなわち、これらのパラメータの値は、磁気吹き判別信号Ａｄの状態によらず一定値である。

これに対して、時刻ｔ２〜ｔ３のパルス周期Ｔｆ中の修正立下り期間Ｔksは、時刻ｔ１〜ｔ２のパルス周期Ｔｆ中の立下り期間Ｔｋよりも長い期間に設定される。このために、修正下降遷移電流Ｉksの下降速度は、下降遷移電流Ｉｋの下降速度よりも遅くなる。すなわち、磁気吹き判別信号ＡｄがＨｉｇｈレベルになると、下降遷移電流の下降速度が遅くなるように修正している。

時刻ｔ１〜ｔ２のパルス周期Ｔｆ中の立下り期間Ｔｋ中は、下降遷移電流Ｉｋがピーク電流Ｉｐからベース電流Ｉｂへと早い下降速度で変化する。しかし、アーク長の変化は溶接ワイヤを溶融させる必要があるので、下降遷移電流Ｉｋの下降速度よりも遅れて変化することになる。このために、ベース期間Ｔｂに入り溶接電流Ｉｗがベース電流Ｉｂに変化しても、アーク長は収束値よりも長い状態をしばらく維持することになる。ベース電流Ｉｂは小電流値であるので、アークの硬直性は弱い。この結果、アーク長が長い状態でアークの硬直性が弱くなるので、磁気吹きによるアークの偏向が生じやすい状態となる。

これに対して、時刻ｔ２〜ｔ３のパルス周期Ｔｆ中の修正立下り期間Ｔks中は、修正下降遷移電流Ｉksがピーク電流Ｉｐからベース電流Ｉｂへと遅い下降速度で変化する。遅い下降速度とは、修正下降遷移電流Ｉksの下降速度がアーク長の変化速度よりも遅くなる速度である。このようにすると、ベース期間Ｔｂに入り、アークの硬直性が弱くなるベース電流Ｉｂが通電しても、その時点では既にアーク長が収束値に近い短い状態になっている。このために、磁気吹きが発生しても、アーク長の偏向は小さい状態となり、アーク切れを生じるような状態にはならない。上述したように、時刻ｔ２１〜ｔ３の間、ベース電圧Ｖｂが基準電圧値Ｖｔよりも小さい範囲で増加しているのは、小さなアークの偏向が生じているためである。

このように、ベース電圧Ｖｂの上昇によって磁気吹きの発生を判別したときは、立下り期間中の下降遷移電流の下降速度を遅くすることによって、アークの硬直性が弱くなるベース期間Ｔｂに入る時点でのアーク長を短い状態にすることができる。このために、磁気吹きが発生してもアークが大きく偏向することを抑制することができ、アーク切れの発生を防止することができる。しかも、下降遷移電流の下降速度を遅くしても、溶滴移行状態への影響は小さいために、ビード外観が悪くなることもない。但し、下降速度が遅くなると、スパッタ発生量がやや増加する傾向にあるので、磁気吹きが発生しない状態では、下降速度を速くしておく方が良い。したがって、磁気吹きの発生を判別したときに、下降速度を遅くするようにしている。

磁気吹き判別信号Ａｄが一旦Ｈｉｇｈレベルになると、溶接が終了するまでＨｉｇｈレベルを維持する理由は、磁気吹きの発生しやすい期間はある程度継続するためである。したがって、磁気吹き判別信号ＡｄのＨｉｇｈレベルの状態を一定の期間維持するようにしても良い。

上述した各パラメータの数値例を以下に示す。Ｔｕ＝０．４ms、Ｔｐ＝１．２ms、Ｔｋ＝０．４ms、Ｔks＝１．６ms、Ｉｐ＝４５０Ａ、Ｉｂ＝５０Ａである。この場合、Ｉｋの下降速度は１０００A/msとなり、Ｉksの下降速度は２５０A/msとなり、４倍遅くなっている。

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装置のブロック図である。溶接装置は、主に破線で囲まれた溶接電源ＰＳ、ロボット制御装置ＲＣ、ロボット（図示は省略）等から構成されている。以下、同図を参照して各ブロックについて説明する。

溶接電源ＰＳは、以下の各ブロックから構成されている。電源主回路ＭＣは、３相２００Ｖ等の交流商用電源（図示は省略）を入力として、後述する駆動信号Ｄｖに従ってインバータ制御等の出力制御を行い、溶接に適した溶接電圧Ｖｗ及び溶接電流Ｉｗを出力する。この電源主回路ＭＣは、図示は省略するが、交流商用電源を整流する１次整流回路、整流された直流を平滑するコンデンサ、平滑された直流を駆動信号Ｄｖに従って高周波交流に変換するインバータ回路、高周波交流を溶接に適した電圧値に降圧するインバータトランス、降圧された高周波交流を整流する２次整流回路を備えている。リアクトルＷＬは、上記の電源主回路ＭＣの＋側出力と溶接トーチ４との間に挿入されており、電源主回路ＭＣの出力を平滑する。送給モータＷＭは、後述する送給制御信号Ｆｃによって回転駆動される。溶接ワイヤ１は、上記の送給モータＷＭに結合された送給ロール５の回転によって溶接トーチ４内を通って送給速度Ｆｗで送給されて、母材２との間にアーク３が発生する。送給モータＷＭ及び溶接トーチ４は、ロボットに搭載されている。溶接トーチ４内の給電チップ（図示は省略）と母材２との間に溶接電圧Ｖｗが印加し、溶接電流Ｉｗが通電する。

電圧検出回路ＶＤは、上記の溶接電圧Ｖｗを検出して、電圧検出信号Ｖｄを出力する。電圧平均化回路ＶＡＶは、この電圧検出信号Ｖｄを平均化（ローパスフィルタを通す）して、電圧平均信号Ｖavを出力する。電圧設定回路ＶＲは、所望値の電圧設定信号Ｖｒを出力する。電圧誤差増幅回路ＥＶは、上記の電圧設定信号Ｖｒ（＋）と上記の電圧平均信号Ｖav（−）との誤差を増幅して、電圧誤差増幅信号Ｅｖを出力する。

Ｖ／ＦコンバータＶＦは、上記の電圧誤差増幅信号Ｅｖに応じた周波数で短時間Ｈｉｇｈレベルになるトリガ信号であるパルス周期信号Ｔｆを出力する。このパルス周期信号Ｔｆが短時間Ｈｉｇｈレベルになる周期が１パルス周期となる。

立上り期間設定回路ＴＵＲは、予め定めた立上り期間設定信号Ｔurを出力する。ピーク期間設定回路ＴＰＲは、予め定めたピーク期間設定信号Ｔprを出力する。立下り期間設定回路ＴＫＲは、後述する磁気吹き判別信号Ａｄを入力として、磁気吹き判別信号ＡｄがＬｏｗレベルのときは予め定めた立下り期間Ｔｋを立下り期間設定信号Ｔkrとして出力し、Ｈｉｇｈレベルのときは予め定めた修正立下り期間Ｔksを立下り設定信号Ｔkrとして出力する。上述したように、Ｔｋ＜Ｔksである。

ピーク電流設定回路ＩＰＲは、予め定めたピーク電流設定信号Ｉprを出力する。ベース電流設定回路ＩＢＲは、予め定めたベース電流設定信号Ｉbrを出力する。

電流設定回路ＩＲは、上記のパルス周期信号Ｔｆ、上記の立上り期間設定信号Ｔur、上記のピーク期間設定信号Ｔpr、上記の立下り設定信号Ｔkr、上記のピーク電流設定信号Ｉpr及び上記のベース電流設定信号Ｉbrを入力として、パルス周期信号Ｔｆが短時間Ｈｉｇｈレベルに変化するごとに、以下の処理を行ない、電流設定信号Ｉｒを出力する。
１）立上り期間設定信号Ｔurによって定まる期間中は、ベース電流設定信号Ｉbrの値からピーク電流設定信号Ｉprの値へと直線状に上昇する電流設定信号Ｉｒを出力する。
２）続けて、ピーク期間設定信号Ｔprによって定まる期間中は、ピーク電流設定信号Ｉprを電流設定信号Ｉｒとして出力する。
３）続けて、立下り期間設定信号Ｔkrによって定まる期間中は、ピーク電流設定信号Ｉprの値からベース電流設定信号Ｉbrの値へと直線状に下降する電流設定信号Ｉｒを出力する。
４）続けて、パルス周期信号Ｔｆが再び短時間Ｈｉｇｈレベルになるまでの期間中は、ベース電流設定信号Ｉbrを電流設定信号Ｉｒとして出力する。

磁気吹き発生判別回路ＡＤは、上記の電流設定信号Ｉｒ、上記のベース電流設定信号Ｉbr、上記の電圧検出信号Ｖｄ及び後述するロボット制御装置ＲＣからの起動信号Ｏｎを入力として、電流設定信号Ｉｒの値がベース電流設定信号Ｉbrの値と等しい期間（ベース期間Ｔｂ）のときの電圧検出信号Ｖｄの値が予め定めた基準電圧値Ｖｔ以上になるとＨｉｇｈレベルにセットされ、その後に起動信号ＯｎがＬｏｗレベル（溶接停止）になるとＬｏｗレベルにリセットされる磁気吹き判別信号Ａｄを出力する。

電流検出回路ＩＤは、上記の溶接電流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、上記の電流設定信号Ｉｒ（＋）と上記の電流検出信号Ｉｄ（−）との誤差を増幅して、電流誤差増幅信号Ｅｉを出力する。駆動回路ＤＶは、この電流誤差増幅信号Ｅｉ及び後述するロボット制御装置ＲＣからの起動信号Ｏｎを入力として、起動信号ＯｎがＨｉｇｈレベル（溶接開始）のときは電流誤差増幅信号Ｅｉに基いてＰＷＭ変調制御を行ない上記の電源主回路ＭＣ内のインバータ回路を駆動するための駆動信号Ｄｖを出力し、起動信号ＯｎがＬｏｗレベル（溶接停止）のときは駆動信号Ｄｖを出力しない。

送給速度設定回路ＦＲは、所定値の送給速度設定信号Ｆｒを出力する。送給制御回路ＦＣは、この送給速度設定信号Ｆｒ及び後述するロボット制御装置ＲＣからの起動信号Ｏｎを入力として、起動信号ＯｎがＨｉｇｈレベル（溶接開始）のときは溶接ワイヤ１を送給速度設定信号Ｆｒの値で送給するための送給制御信号Ｆｃを上記の送給モータＷＭに出力し、起動信号ＯｎがＬｏｗレベルのときは送給を停止するための送給制御信号Ｆｃを上記の送給モータＷＭに出力する。

ロボット制御装置ＲＣは、予め教示された作業プログラムに従ってロボット（図示は省略）を移動させると共に、溶接開始又は溶接停止を指令する起動信号Ｏｎを出力する。

上述した実施の形態１によれば、ベース期間中の溶接電圧の上昇によって磁気吹きの発生を判別したときは、立下り期間を長くする。実施の形態１では、下降遷移電流の下降速度を遅くすることによって、立下り期間を長くしている。これにより、実施の形態１では、アークの硬直性が弱くなるベース期間Ｔｂに入る時点でのアーク長を短い状態にすることができる。このために、磁気吹きが発生してもアークが大きく偏向することを抑制することができ、アーク切れの発生を防止することができる。かつ、立下り期間を長くしても、溶滴移行状態への影響は小さいために、ビード外観が悪くなることもない。

［実施の形態２］
実施の形態２の発明は、下降遷移電流が基準電流値に達したときはその値を所定期間維持することによって、立下り期間を長くし、基準電流値をピーク電流の値よりも小さくベース電流の値よりも大きな値に設定する。

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各信号のタイミングチャートである。同図（Ａ）は溶接電流Ｉｗの時間変化を示し、同図（Ｂ）は溶接電圧Ｖｗの時間変化を示し、同図（Ｃ）は磁気吹き判別信号Ａｄの時間変化を示し、同図（Ｄ）は溶接ワイヤの送給速度Ｆｗの時間変化を示す。同図は、上述した図１と対応しており、同一の動作についての説明は繰り返さない。同図において時刻ｔ１〜ｔ２のパルス周期中に磁気吹きが発生しており、続く時刻ｔ２〜ｔ３のパルス周期中は磁気吹きによるアーク切れを防止する制御を実施している。同図は、時刻ｔ２〜ｔ３のパルス周期中の修正立下り期間Ｔksの動作のみが図１とは異なっている。以下、同図を参照して、この異なる動作について説明する。

時刻ｔ２〜ｔ３のパルス周期Ｔｆにおいて、修正立下り期間Ｔks中は、同図（Ａ）に示すように、ピーク電流Ｉｐから下降し予め定めた基準電流値Ｉｔに達するとその値を所定期間維持し、その後にベース電流Ｉｂに切り換わる修正下降遷移電流Ｉksが通電する。同図（Ｂ）に示すように、下降繊維電圧も電流波形と相似形となる。ここで、Ｔｋ＜Ｔksであり、Ｉｂ＜Ｉｔ＜Ｉｐである。

基準電流値Ｉｔは、ピーク期間Ｔｐ中の長いアーク長の状態でも、アークの硬直性によって磁気吹きによるアークの偏向を抑制することができる電流値に設定される。基準電流値Ｉｔは、ピーク電流Ｉｐの２０％〜４０％程度に設定される。所定期間は、磁気吹きによるアークの偏向の影響を受けにくくなるアーク長まで短くなるのに必要な時間に設定される。修正下降遷移電流Ｉksの前半部分の下降速度は、下降遷移電流Ｉｋの下降速度と同一値に設定される。

上述した各パラメータの数値例を以下に示す。Ｔｕ＝０．４ms、Ｔｐ＝１．２ms、Ｔｋ＝０．４ms、Ｔks＝１．６ms、所定期間＝１．３ms、Ｉｐ＝４５０Ａ、Ｉｂ＝５０Ａ、Ｉｔ＝１５０Ａである。この場合、Ｉｋの下降速度は１０００A/msとなり、Ｉksの前半部分の下降速度も同一値となる。

時刻ｔ２〜ｔ３のパルス周期Ｔｆ中の修正立下り期間Ｔks中は、ピーク電流Ｉｐから基準電流値Ｉｔの状態を所定期間維持した後にベース電流Ｉｂへと切り換わる修正下降遷移電流Ｉksが通電する。このようにすると、ベース期間Ｔｂに入り、アークの硬直性が弱くなるベース電流Ｉｂが通電しても、その時点では既にアーク長が収束値に近い短い状態になっている。このために、磁気吹きが発生しても、アーク長の偏向は小さい状態となり、アーク切れを生じるような状態にはならない。

このように、ベース電圧Ｖｂの上昇によって磁気吹きの発生を判別したときは、立下り期間中の下降遷移電流を所定期間基準電流値Ｉｔに保持することによって、アークの硬直性が弱くなるベース期間Ｔｂに入る時点でのアーク長を短い状態にすることができる。このために、磁気吹きが発生してもアークが大きく偏向することを抑制することができ、アーク切れの発生を防止することができる。しかも、このようにしても溶滴移行状態への影響は小さいために、ビード外観が悪くなることもない。

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装置のブロック図である。溶接装置は、主に破線で囲まれた溶接電源ＰＳ、ロボット制御装置ＲＣ、ロボット（図示は省略）等から構成されている。同図は、上述した図２と対応しており、同一ブロックには同一符号を付して、それらの説明は繰り返さない。同図は、図２の電流設定回路ＩＲを第２電流設定回路ＩＲ２に置換したものである。以下、同図を参照して、このブロックについて説明する。

第２電流設定回路ＩＲ２は、パルス周期信号Ｔｆ、立上り期間設定信号Ｔur、ピーク期間設定信号Ｔpr、立下り設定信号Ｔkr、ピーク電流設定信号Ｉpr、ベース電流設定信号Ｉbr及び磁気吹き判別信号Ａｄを入力として、パルス周期信号Ｔｆが短時間Ｈｉｇｈレベルに変化するごとに、以下の処理を行ない、電流設定信号Ｉｒを出力する。
１）立上り期間設定信号Ｔurによって定まる期間中は、ベース電流設定信号Ｉbrの値からピーク電流設定信号Ｉprの値へと直線状に上昇する電流設定信号Ｉｒを出力する。
２）続けて、ピーク期間設定信号Ｔprによって定まる期間中は、ピーク電流設定信号Ｉprを電流設定信号Ｉｒとして出力する。
３）続けて、立下り期間設定信号Ｔkrによって定まる期間中は、磁気吹き判別信号ＡｄがＬｏｗレベルのときはピーク電流設定信号Ｉprの値からベース電流設定信号Ｉbrの値へと直線状に下降する電流設定信号Ｉｒを出力し、磁気吹き判別信号ＡｄがＨｉｇｈレベルのときはピーク電流設定信号Ｉprの値から磁気吹き判別信号ＡｄがＬｏｗレベルのときと同一の下降速度で下降し予め定めた基準電流値Ｉｔに達するとその値を維持する電流設定信号Ｉｒを出力する。
４）続けて、パルス周期信号Ｔｆが再び短時間Ｈｉｇｈレベルになるまでの期間中は、ベース電流設定信号Ｉbrを電流設定信号Ｉｒとして出力する。

上述した実施の形態２によれば、ベース期間中の溶接電圧の上昇によって磁気吹きの発生を判別したときは、立下り期間を長くする。実施の形態２では、下降遷移電流が予め定めた基準電流値に達したときはその値を所定期間維持することによって、立下り期間を長くしている。これにより、実施の形態２では、アークの硬直性が弱くなるベース期間Ｔｂに入る時点でのアーク長を短い状態にすることができる。このために、磁気吹きが発生してもアークが大きく偏向することを抑制することができ、アーク切れの発生を防止することができる。かつ、立下り期間を長くしても、溶滴移行状態への影響は小さいために、ビード外観が悪くなることもない。また、実施の形態２では、磁気吹きの強さに応じて、基準電流値及び／又は所定期間を変化させることで対応することができ、実施の形態１よりも溶接状態への影響を小さくすることができる。

［実施の形態３］
実施の形態３の発明は、立下り期間を長くしたときは、立下り期間中の溶接ワイヤの送給速度を加速する。すなわち、修正立下り期間Ｔks中は、送給速度Ｆｗを加速してそれ以外の期間よりも速くする。

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各信号のタイミングチャートである。同図（Ａ）は溶接電流Ｉｗの時間変化を示し、同図（Ｂ）は溶接電圧Ｖｗの時間変化を示し、同図（Ｃ）は磁気吹き判別信号Ａｄの時間変化を示し、同図（Ｄ）は溶接ワイヤの送給速度Ｆｗの時間変化を示す。同図は、上述した図１と対応しており、同一の動作についての説明は繰り返さない。同図において時刻ｔ１〜ｔ２のパルス周期中に磁気吹きが発生しており、続く時刻ｔ２〜ｔ３のパルス周期中は磁気吹きによるアーク切れを防止する制御を実施している。同図は、時刻ｔ２〜ｔ３のパルス周期中の修正立下り期間Ｔks中における送給速度Ｆｗの動作のみが図１とは異なっている。以下、同図を参照して、この異なる動作について説明する。

時刻ｔ２〜ｔ３のパルス周期Ｔｆにおいて、修正立下り期間Ｔks中は、同図（Ｄ）に示すように、送給速度Ｆｗを加速してそれ以外の期間よりも速くしている。時刻ｔ１〜ｔ２のパルス周期Ｔｆ中の立下り期間Ｔｋ中は、送給速度Ｆｗは加速されずに一定値のままである。すなわち、同図（Ｃ）に示す磁気吹き判別信号ＡｄがＨｉｇｈレベルの期間中の立下り期間のみ送給速度Ｆｗを加速している。

上記の送給速度Ｆｗの加速は、それ以外の期間中よりも２０〜３０％程度速くなるように設定される。加速の値が大きすぎると短絡が発生して、スパッタの発生が多くなるので良くない。修正立下り期間Ｔks中の送給速度Ｆｗを加速することによって、アーク長を速やかに短くすることを支援している。同図（Ｄ）では、修正立下り期間Ｔks中の送給速度Ｆｗがステップ状に変化する場合を例示したが、ステップ状に加速した後に右肩下がりに減速するようにしても良い。

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装置のブロック図である。溶接装置は、主に破線で囲まれた溶接電源ＰＳ、ロボット制御装置ＲＣ、ロボット（図示は省略）等から構成されている。同図は、上述した図２と対応しており、同一ブロックには同一符号を付して、それらの説明は繰り返さない。同図は、修正立下り期間判別回路ＤＴＫＳを追加し、図２の送給速度設定回路ＦＲを第２送給速度設定回路ＦＲ２に置換したものである。以下、同図を参照して、これらのブロックについて説明する。

修正立下り期間判別回路ＤＴＫＳは、パルス周期信号Ｔｆ、立上り期間設定信号Ｔur、ピーク期間設定信号Ｔpr、立下り設定信号Ｔkr及び磁気吹き判別信号Ａｄを入力として、磁気吹き判別信号ＡｄがＨｉｇｈレベルであるときに、パルス周期信号Ｔｆが短時間Ｈｉｇｈレベルに変化し立上り期間設定信号Ｔur及びピーク期間設定信号Ｔprの合算値によって定まる期間が経過した時点でＨｉｇｈレベルにセットされ、それから立下り期間設定信号Ｔkrによって定まる期間が経過した時点でＬｏｗレベルにリセットされる修正立下り期間判別信号Ｄtksを出力する。すなわち、修正立下り期間判別信号Ｄtksは、修正立下り期間Ｔks中のみＨｉｇｈレベルとなる信号である。

第２送給速度設定回路ＦＲ２は、上記の修正立下り期間判別信号Ｄtksを入力として、Ｄtks＝Ｌｏｗレベルのときは所定値の送給速度設定信号Ｆｒを出力し、Ｄtks＝Ｈｉｇｈレベルのときは上記の所定値よりも大きな値に設定された加速値の送給速度設定信号Ｆｒを出力する。

上述した実施の形態３は、実施の形態１を基礎としているが、実施の形態２を基礎とした場合も同様である。

上述した実施の形態３によれば、実施の形態１又は２において立下り期間を長くしたときは、立下り期間中の溶接ワイヤの送給速度を加速する。これにより、実施の形態１及び２の効果に加えて、以下の効果を奏する。実施の形態３では、立下り期間中のアーク長を短くする作用を有するので、実施の形態１及び２における立下り期間を長くする割合を少なくすることができる。このために、溶接状態への影響を実施の形態１及び２よりも小さくすることができる。

上述した実施の形態１〜３に対して、磁気吹きの発生を判別して立下り期間を長くする以前と以後において、立上り期間の開始時点から立下り期間の終了時点までの溶接電流Ｉｗの積分値が一定になるように、ピーク期間Ｔｐ及び／又はピーク電流Ｉｐを変化させるようにしても良い。このようにすれば、溶滴移行状態がさらに良好になる。また、上述した実施の形態１〜３では、アーク長制御が周波数変調制御の場合について説明したが、パルス幅変調制御の場合も同様である。

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
ＡＤ 磁気吹き判別回路
Ａｄ 磁気吹き判別信号
ＤＴＫＳ 修正立下り期間判別回路
Ｄtks 修正立下り期間判別信号
ＤＶ 駆動回路
Ｄｖ 駆動信号
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 送給制御回路
Ｆｃ 送給制御信号
ＦＲ 送給速度設定回路
Ｆｒ 送給速度設定信号
ＦＲ２ 第２送給速度設定回路
Ｆｗ 送給速度
Ｉav 溶接電流平均値
Ｉｂ ベース電流
ＩＢＲ ベース電流設定回路
Ｉbr ベース電流設定信号
ＩＤ 電流検出回路
Ｉｄ 電流検出信号
Ｉｋ 下降遷移電流
Ｉks 修正下降遷移電流
Ｉｐ ピーク電流
ＩＰＲ ピーク電流設定回路
Ｉpr ピーク電流設定信号
ＩＲ 電流設定回路
Ｉｒ 電流設定信号
ＩＲ２ 第２電流設定回路
Ｉｔ 基準電流値
Ｉｕ 上昇遷移電流
Ｉｗ 溶接電流
ＭＣ 電源主回路
Ｏｎ 起動信号
ＰＳ 溶接電源
ＲＣ ロボット制御装置
Ｔｂ ベース期間
Ｔｆ パルス周期（信号）
ＴＫＲ 立下り期間設定回路
Ｔkr 立下り期間設定信号
Ｔks 修正立下り期間
Ｔｐ ピーク期間
ＴＰＲ ピーク期間設定回路
Ｔpr ピーク期間設定信号
Ｔｕ 立上り期間
ＴＵＲ 立上り期間設定回路
Ｔur 立上り期間設定信号
ＶＡＶ 電圧平均化回路
Ｖav 溶接電圧平均値／電圧平均信号
Ｖｂ ベース電圧
ＶＤ 電圧検出回路
Ｖｄ 電圧検出信号
ＶＦ Ｖ／Ｆコンバータ
Ｖｐ ピーク電圧
ＶＲ 電圧設定回路
Ｖｒ 電圧設定信号
Ｖｔ 基準電圧値
Ｖｗ 溶接電圧
ＷＬ リアクトル
ＷＭ 送給モータ

Claims (4)

1. 溶接ワイヤを送給すると共に、立上り期間中はベース電流からピーク電流へと上昇する上昇遷移電流を通電し、ピーク期間中は前記ピーク電流を通電し、立下り期間中は前記ピーク電流から前記ベース電流へと下降する下降遷移電流を通電し、ベース期間中は前記ベース電流を通電し、これらの溶接電流の通電を１パルス周期として繰り返して溶接するパルスアーク溶接制御方法において、
   前記ベース期間中の溶接電圧の上昇によって磁気吹きの発生を判別したときは、前記立下り期間を長くする、
   ことを特徴とするパルスアーク溶接制御方法。
2. 前記下降遷移電流の下降速度を遅くすることによって、前記立下り期間を長くする、
   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。
3. 前記下降遷移電流が予め定めた基準電流値に達したときはその値を所定期間維持することによって、前記立下り期間を長くし、前記基準電流値を前記ピーク電流の値よりも小さく前記ベース電流の値よりも大きな値に設定する、
   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。
4. 前記立下り期間を長くしたときは、前記立下り期間中の前記溶接ワイヤの送給速度を加速する、
   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。

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