JP2016159316A - アーク溶接方法、アーク溶接装置およびアーク溶接用制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】アーク溶接を終了させるときにスラグが生じた場合でも、アークスタートを行なう際のアークスタート不良を抑制するアーク溶接方法等を提供する。【解決手段】シールドガスとしてＣＯ２ガスを用い、溶接ワイヤ１００を被溶接物２００に向けて送給しつつ溶接ワイヤ１００と被溶接物２００との間に溶接電流を流し、溶接電流にてアークを発生させることにより溶接を行なうアーク溶接方法であって、溶接電流を調整する制御を行ない、被溶接物２００の溶接を行なう溶接工程と、被溶接物２００の溶接を終了するときに、溶接電流の波形が台形形状となるものを印加する制御を行なう溶接終了工程と、を含むことを特徴とするアーク溶接方法。【選択図】図１

Description

本発明は、アーク溶接方法、アーク溶接装置、アーク溶接用制御装置に関する。

例えば消耗電極式を採用したガスシールドアーク溶接では、溶接動作を開始する際に、溶接ワイヤと被溶接物との間に電圧を印加した状態で両者を接触させることによって短絡電流を流し、この短絡電流にて溶接ワイヤを溶断させて両者の間にアークを発生させることで、アークスタートを行う。

公報記載の従来技術として、電極送給モータの駆動によって送給される消耗性電極と被溶接母材とが形成する溶接負荷に、定電圧にフィードバック制御された溶接出力を供給し、母材と電極との間で短絡とアーク発生とを交互にくり返すとともに、発生したアークをガスシールドして母材を溶接するガスシールドアーク溶接方法において、溶接停止にもとづいてモータの駆動及び溶接出力の定電圧制御が停止されるときに、溶接停止から所定の凝固制御時間が経過するまで、溶接出力を定電流にフィードバック制御してスラグの付着位置を制御するようにしたものが存在する（特許文献１参照）。

また、他の公報記載の従来技術として、溶接ワイヤに臨界値以上のピーク電流と臨界値未満のベース電流とを繰り返し通電して溶接するパルスアーク溶接方法にあって、溶接を終了する際に最終ピーク電流の通電を判別すると臨界値未満の範囲で予め定めた最終ベース電流を予め定めた最終ベース期間だけ通電して溶接を終了するパルスアーク溶接の終了制御方法において、最終ベース電流は、最終ベース期間中の時間経過に伴ってその値が増加する電流であるパルスアーク溶接の終了制御方法が存在する（特許文献２参照）。

特開平２−４１７７６号公報 特開２０１１−１８９３９２号公報

アーク溶接を終了させるときには、溶接ワイヤの先端部に形成されている溶滴が冷却され、凝固する。その時に、溶滴中に含まれるスラグ成分や、溶液成分の一部が酸化されることにより絶縁物であるスラグ（金属酸化物）が形成される。そのスラグは比重差により溶滴下部に集まりやすく、多くの場合は溶接ワイヤ先端部に集まり、絶縁膜を形成する。再びアーク溶接を開始する際に、この絶縁膜が短絡電流の流れを阻害するため、アークスタート不良が引き起こされることがある。

本発明は、アーク溶接を終了させるときにスラグが生じた場合でも、アークスタートを行なう際のアークスタート不良を抑制することを目的とする。

本発明は、シールドガスとしてＣＯ_２ガスを用い、溶接ワイヤを被溶接物に向けて送給しつつ溶接ワイヤと被溶接物との間に溶接電流を流し、溶接電流にてアークを発生させることにより溶接を行なうアーク溶接方法であって、溶接電流を調整する制御を行ない、被溶接物の溶接を行なう溶接工程と、被溶接物の溶接を終了するときに、矩形のパルス電流を印加する制御を行なう溶接終了工程と、を含むことを特徴とするアーク溶接方法である。

ここで溶接終了工程では、被溶接物の溶接を終了するときに、短絡が生じた場合は更にパルス波形の電流を印加してもよい。
また溶接終了工程では、短絡が生じる短絡期間後のアークが発生するアーク期間に更にパルス電流を印加してもよい。
さらに溶接終了工程では、アーク期間の溶接電流を定電流とすることができる。
またさらにパルス波形は、溶接電流が線形的に増加する第１の期間と、溶接電流が定電流となる第２の期間と、溶接電流が線形的に減少する第３の期間とで構成され、第１の期間は、０．５ｍｓ以上かつ２．０ｍｓ以下となる範囲から選択され、第２の期間は、１．０ｍｓ以上かつ５．０ｍｓ以下となる範囲から選択され、第３の期間は、０．５ｍｓ以上かつ２．０ｍｓ以下となる範囲から選択されるようにすることができる。
またさらに第２の期間の溶接電流は、２５０Ａ以上かつ３００Ａ以下となる範囲から選択され、第１の期間前の溶接電流および第３の期間後の溶接電流は、０Ａより大きく５０Ａ以下となる範囲から選択されるようにすることができる。

また、本発明は、シールドガスとしてＣＯ_２ガスを用い、溶接ワイヤを被溶接物に向けて送給しつつ溶接ワイヤと被溶接物との間に溶接電流を流し、溶接電流にてアークを発生させることにより溶接を行なう溶接手段と、溶接ワイヤを介して被溶接物に溶接電流を供給する電源部と、被溶接物の溶接を行なうときは、溶接電流を調整する制御を行ない、被溶接物の溶接を終了するときに、矩形のパルス波形でなる溶接電流を印加する制御を行なう電流制御部と、を備えるアーク溶接装置である。

あるいは、本発明は、シールドガスとしてＣＯ_２ガスを用い、溶接ワイヤを被溶接物に向けて送給しつつ溶接ワイヤと被溶接物との間に溶接電流を流し、溶接電流にてアークを発生させることにより溶接を行なう溶接装置の溶接電流を制御するアーク溶接用制御装置であって、溶接ワイヤを介して被溶接物に溶接電流を供給する電源部と被溶接物の溶接を行なうときは、溶接電流を調整する制御を行ない、被溶接物の溶接を終了するときに、矩形のパルス波形でなる溶接電流を印加する制御を行なう電流制御部と、を備えるアーク溶接用制御装置である。

本発明によれば、アーク溶接を終了させるときに生じるスラグを原因とするアークスタート不良を抑制することができるアーク溶接方法等を提供できる。

本発明の実施の形態に係る溶接システムの概略構成を示す図である。 （ａ）は、アーク溶接を行なっている最中に、電源装置より出力される溶接電流の波形を示した図である。（ｂ）は、このときの溶接ワイヤの先端部の状態を示す図である。 （ａ）は、アーク溶接を終了する際の溶接電流の波形を示した図である。（ｂ）は、このときの溶接ワイヤの先端部の状態を示す図である。 （ａ）〜（ｂ）は、アーク溶接を終了する際に、アーク５期間を設けた場合と設けなかった場合とで、凝固した溶滴を比較した図である。 本実施の形態のアーク溶接方法について説明したフローチャートである。 （ａ）は、アーク溶接を行なっている最中に、電源装置より出力される溶接電流の波形の他の例を示した図である。（ｂ）は、このときの溶接ワイヤの先端部の状態を示す図である。 （ａ）は、アーク溶接を終了する際の溶接電流の波形を示した図である。（ｂ）は、このときの溶接ワイヤの先端部の状態を示す図である。 本実施の形態のパルス波形について説明した図である。 Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄ、Ｅについて検討した結果である。

＜溶接システムの全体構成の説明＞
以下、添付図面を参照して、本発明の実施の形態について詳細に説明する。
図１は、本発明の実施の形態に係る溶接システム１の概略構成を示す図である。
この溶接システム１は、消耗電極式（溶極式）のガスシールドアーク溶接法のうち、炭酸ガス（ＣＯ_２ガス）をシールドガスとして用いる炭酸ガスアーク溶接法によって、被溶接物２００の溶接を行うものである。

アーク溶接装置の一例としての溶接システム１は、溶接ワイヤ１００を用いて被溶接物２００を溶接する溶接トーチ１０と、溶接トーチ１０を保持するとともに溶接トーチ１０の位置や姿勢を設定するロボットアーム２０と、溶接トーチ１０に溶接ワイヤ１００を送給するワイヤ送給装置３０と、溶接トーチ１０にシールドガス（ここでは炭酸ガス）を供給するシールドガス供給装置４０と、溶接トーチ１０を介して溶接ワイヤ１００に溶接電流を供給するとともに、溶接電流、送給速度および溶接速度等の制御を行う電源装置５０とを備える。

また、この溶接システム１は、溶接トーチ１０およびロボットアーム２０による被溶接物２００に対する溶接作業を制御するロボット制御装置６０を備える。ロボット制御装置６０により、ロボットアーム２０を制御し、ロボットアーム２０に設けられた溶接トーチ１０（溶接ワイヤ１００）の移動およびその速度（溶接速度）が制御される。なお、ロボット制御装置６０と電源装置５０とは、データや制御信号の送受信が可能な構成とすることができる。
ここで溶接トーチ１０、ワイヤ送給装置３０、シールドガス供給装置４０は、溶接電流にてアークを発生させることにより溶接を行なう溶接手段と把握することができる。

＜電源装置の説明＞
作業者が溶接終了を指示すると、ワイヤ送給を停止する。ただし、慣性によりワイヤが即時停止することはないため、ワイヤが完全に停止するまでの間は、アーク期間中に図３に示すパルス電流波形を出力する。
そしてアークの発生が停止すると、溶接ワイヤ１００の先端部に形成ないし残留している溶滴が冷却し、凝固する。この際に溶滴の表面に絶縁物であるスラグが凝固し、溶滴表面に絶縁膜を形成する。そしてこの絶縁膜は溶滴の先端部、つまり溶接ワイヤ１００が被溶接物２００と最接近する場所に生じやすい。アーク溶接を再開するべく、作業者が溶接開始（アークスタート）を指示した際に、この絶縁膜は溶接ワイヤ１００と被溶接物２００との間の導通を阻害する。その結果、溶接ワイヤ１００と被溶接物２００との間に短絡電流が流れるのが阻害される。そして溶接再開を行えない事態、あるいはアークが瞬間的に発生した後にチップとワイヤが溶着する事態が生じる。これらを「アークスタート不良」と呼ぶ。このアークスタート不良は、アーク溶接の品質の低下や生産性の低下を引き起こす。

そこで本実施の形態では、電源装置５０より出力される電流波形を以下のように制御し、溶接終了時に溶接ワイヤ１００先端に生じる絶縁物の形成位置を制御することでアークスタート不良の発生を抑制する。

図２（ａ）は、アーク溶接を行なっている最中に、電源装置５０より出力される溶接電流の波形を示した図である。ここで横軸は時間を表し、縦軸は溶接電流値を表す。なお、この例では、定電圧下で溶接電流を増減させている。
また、図２（ｂ）は、このときの溶接ワイヤ１００の先端部の状態を示す図である。

アーク溶接では、溶接ワイヤ１００の先端部の溶滴と被溶接物２００とが接触して短絡状態となり、これにより短絡電流が流れる短絡期間と、溶滴が溶接ワイヤ１００から被溶接物上に形成された溶融池に移行し、溶接ワイヤ１００と被溶接物２００の短絡状態が解放されアークが発生するアーク期間を交互に繰り返す。図２（ａ）では、時間ｔ１〜時間ｔ３の間が短絡期間であり、時間ｔ３〜時間ｔ１０の間がアーク期間である。

短絡期間では、時間ｔ１において短絡状態が開始される。これは溶接ワイヤ１００の先端部に形成された溶滴Ｘが、被溶接物２００側に形成された溶融池Ｙに接した状態に対応する。
そして短絡が生じると溶接電流を、時間ｔ２にかけて低下させる。これにより短絡状態に移行する際のスパッタ発生を抑制する。

時間ｔ２の経過後、溶接電流を、時間ｔ３にかけて上昇させる。時間ｔ３におけるピーク電流値Ｐ３は、例えば、３５０Ａとすることができる。溶接電流が上昇することで、溶接ワイヤ１００の先端部に形成された溶滴ＸにくびれＫが生じる。そして時間ｔ３において、溶滴Ｘは溶接ワイヤ１００から溶融池Ｙに移行する。これにより短絡状態が解除され、短絡期間が終了する。

時間ｔ３で溶滴Ｘが溶接ワイヤ１００から溶融池Ｙに移行すると、溶接ワイヤ１００と溶融池Ｙとの間でアークＺが発生し、アーク期間が開始される。そして溶接電流を、時間ｔ４にかけて急減させる。これによりアークＺが発生したときの溶融池Ｙに作用する圧力を低減させ、スパッタ発生を抑制する。ここでは、時間ｔ４から時間ｔ５まで溶接電流を急減させた状態を維持する（アーク１期間）。

そして時間ｔ５から時間ｔ６まで、溶接電流を上昇させ、さらに時間ｔ６〜時間ｔ７の期間において溶接電流をほぼ維持する。これにより再び溶滴Ｘを成長させるとともに、安定したアークＺが発生するようにする（アーク２期間）。

時間ｔ７以降は、時間ｔ１０にかけて、溶接電流を、徐々に低下させる（アーク３期間、アーク４期間）。そして溶接ワイヤ１００に生じた溶滴Ｘが、溶融池Ｙに接し、再度短絡が生じるのを待つ。溶接電流を低下させる目的は再度短絡が生じたときのスパッタ発生を抑制することである。
そして短絡が再び生じたのち、時間ｔ１に戻り、同様の電流波形制御を繰り返す。

図３（ａ）は、アーク溶接を終了する際の溶接電流の波形を示した図である。ここでも横軸は時間を表し、縦軸は溶接電流値を表す。なお図３（ａ）では、説明をわかりやすくするため、図２（ａ）で示した溶接電流の波形についても点線で図示している。
また図３（ｂ）は、このときの溶接ワイヤ１００の先端部の状態を示す図である。

図３（ａ）に示した溶接電流の波形は、図２（ａ）に示した溶接電流の波形に比較して、短絡期間についての波形は、同様のものとなる。
ただしアーク期間では、時間ｔ１０〜時間ｔ１３において、アーク５期間を別途設けた点でまず異なっている。このアーク５期間では、溶接電流にパルス波形が入るように制御を行なう。
さらにアーク１期間からアーク４期間において、溶接電流を図２（ａ）に示した場合より低電流となるように制御する。アーク１期間からアーク４期間では、アークＺは発生するものの、その強度は、図２（ａ）に示した場合より低いものとなる。またアーク１期間からアーク４期間でほぼ一定の電流値（定電流）となる。この場合電流値は、例えば、３０Ａである。
つまり本実施の形態では、短絡期間後のアーク期間をなくし、アーク期間分の時間が経過した後にパルス波形を加えることを特徴とする。

本実施の形態では、アーク５期間で溶接電流にパルス波形となるものを設けることで、図３（ｂ）に示すように、溶接ワイヤ１００の先端部に形成された溶滴Ｘが持ち上がる。そしてこれに伴って溶滴表面に形成されていたスラグＳが、溶滴Ｘの側部に移動する。そしてアーク５期間後は、溶接電流は、０Ａとなり、溶滴Ｘはそのまま自然に凝固する。スラグＳが、溶滴Ｘの側部に移動したまま、溶滴Ｘの凝固にともない固定化されると、アークスタート時に溶接ワイヤ１００と被溶接物２００との間に位置しなくなり、短絡電流の通電を阻害することを防ぐことが可能となる。

図４（ａ）〜（ｂ）は、アーク溶接を終了する際に、アーク５期間を設けた場合と設けなかった場合とで、凝固した溶滴Ｘを比較した図である。このうち図４（ａ）は、アーク５期間を設けた場合の凝固した溶滴Ｘの状態であり、図４（ｂ）は、アーク５期間を設けなかった場合の凝固した溶滴Ｘの状態である。
アーク５期間を設けた場合は、図４（ａ）に示すように溶接ワイヤ１００の先端部に形成された溶滴Ｘは、持ち上がった状態で凝固し、ペンシル形状となる。そしてスラグＳは、溶滴Ｘの側部に形成される。
一方、アーク５期間を設けなかった場合は、図４（ｂ）に示すように溶接ワイヤ１００の先端部に形成された溶滴Ｘは、持ち上がらず、ほぼ球状の形状で凝固する。この場合、そしてスラグＳは、重力の作用により溶滴Ｘの下方に形成される。つまりスラグＳは、溶接ワイヤ１００と被溶接物２００との間に形成される。

本実施の形態では、絶縁物であるスラグＳが、アークスタート時に溶接ワイヤ１００と被溶接物２００との間となる位置に形成されにくいため、アークスタートを行なう際に、溶接ワイヤ１００と被溶接物２００との間に短絡電流がより流れにくくなる現象が抑制される。その結果、アークスタート不良が生じにくくなる。

なおワイヤ送給装置３０から溶接ワイヤ１００を供給する際には、慣性が存在するため、溶接終了を指示しても溶接ワイヤ１００の供給がすぐには停止せず、図３（ａ）に示したアーク５期間後に再度短絡状態となることがある。この場合、再度図３（ａ）に示した波形の溶接電流を再び印加する。すなわち、短絡期間後にアーク１期間〜アーク５期間を再度繰り返す。そして溶接ワイヤ１００の供給が停止し、短絡が生じない状態となった後に、アーク５期間の印加をもってアーク溶接を終了する。このように、溶接終了の指示後も短絡が生じた場合には再度パルス波を印加する制御を行ない、慣性力で送られていた溶接ワイヤ１００が止まるタイミングでアーク溶接を終了する。通常は溶接終了の指示後に溶接ワイヤ１００が停止するまでの間に２〜３波形分の溶接電流印加が生じている。

＜アーク溶接方法の説明＞
次に本実施の形態のアーク溶接方法について説明を行なう。
図５は、本実施の形態のアーク溶接方法について説明したフローチャートである。

このとき所定のシーケンスに従い、溶接ワイヤ１００がワイヤ送給装置３０により送給され、溶接ワイヤ１００に溶接電流が供給される。溶接ワイヤ１００および被溶接物２００が近接ないし接触するに伴いアーク溶接が行われる。

そしてアーク溶接の最中は、溶接ワイヤ１００に供給される溶接電流は、図２（ａ）で示したような電流波形となるように制御され、被溶接物２００の溶接を行なう（ステップ１０１：溶接工程）。

溶接終了の指示により被溶接物２００の溶接を終了する（ステップ１０２）。

ワイヤ送給装置３０からの溶接ワイヤ１００の供給が停止される（ステップ１０３）。
アーク終了直前(玉どり制御期間中)では、溶滴のサイズをコントロールしている。図３（ａ）で示したようなアーク１期間からアーク４期間が最低値となるような溶接電流が設定されており、アーク５期間が設定された溶接電流が供給される（ステップ１０４）。

電源装置５０は短絡検知によりアーク５期間後の所定時間内に再度短絡状態となったか否かを判断する（ステップ１０５）。
そして再度短絡状態とならなかった場合（ステップ１０５でＮｏ）、アーク溶接を終了する。

一方、短絡が検知された場合（ステップ１０５でＹｅｓ）、ステップ１０４に戻る。つまり再度図３（ａ）で示したような溶接電流が設定され、溶接トーチ１０および被溶接物２００に対して、アーク５期間が設定された溶接電流が再度供給される。
以上のステップ１０３〜ステップ１０５は、被溶接物２００の溶接を終了するときに、溶接電流の波形がパルス波形を印加する制御を行なう溶接終了工程と把握することができる。

＜変形例の説明＞
上述した例では、図２（ａ）および図３（ａ）に示したように、定電圧下で溶接電流を増減させていたが、これに限られるものではない。
図６（ａ）は、アーク溶接を行なっている最中に、電源装置５０より出力される溶接電流の波形の他の例を示した図である。
また図６（ｂ）は、このときの溶接ワイヤ１００の先端部の状態を示す図である。

ここで挙げた溶接電流によるアーク溶接では、短絡期間がない無短絡施工であることに特徴を有する。またスパッタ及びヒュームを低減することができる。ここで溶接電流は、２つのパルスの組み合わせからなる。この２つのパルスの波形は、矩形波形であり、互いにパルスピークおよびパルス幅が異なる。ここでは、２つのパルスのうち先のパルスを第１パルス、後のパルスを第２パルスと呼ぶ。

例えば、第１パルスは、ピーク電流Ｉｐ１が３００Ａ〜７００Ａであり、パルス幅としてのピーク期間Ｔｐ１が０．３ｍｓ〜０．５ｍｓである。また第１パルスと第２パルスとの間の期間であるベース期間におけるベース電流Ｉｂ１が３０Ａ〜２００Ａであり、ベース期間Ｔｂ１が０．３ｍｓ〜１０ｍｓである。さらに第２パルスは、ピーク電流Ｉｐ２が２００Ａ〜６００Ａであり、パルス幅としてのピーク期間Ｔｐ２が１．０ｍｓ〜１５ｍｓである。またさらに第２パルス後の期間であるベース期間におけるベース電流Ｉｂ２が３０Ａ〜２００Ａであり、ベース期間Ｔｂ２が３．０ｍｓ〜２０ｍｓである。なお図６（ａ）では、ベース電流Ｉｂ１とベース電流Ｉｂ２とを同一の電流値とした例を示している。

図６（ｂ）に示すように、時間ｔ２１では、溶接ワイヤ１００の先端には溶滴Ｘが形成されくびれＫが発生し始める。そして時間ｔ２２〜時間ｔ２３において第１パルスを印加することで溶滴ＸのくびれＫが成長する。
そして時間ｔ２３〜時間ｔ２４において溶滴Ｘは溶接ワイヤ１００から溶融池Ｙに移行する。
次に時間ｔ２４〜時間ｔ２５において第２パルスを印加することで、溶接ワイヤ１００と溶融池Ｙとの間でより大きなアークＺを発生させる。
さらに時間ｔ２５以降、ベース電流Ｉｂ２により再び溶滴Ｘを成長させる。
以後、再度ｔ２１に戻り、同様の動作を繰り返す。

図７（ａ）は、アーク溶接を終了する際の溶接電流の波形を示した図である。ここでも横軸は時間を表し、縦軸は溶接電流値を表す。
また図７（ｂ）は、このときの溶接ワイヤ１００の先端部の状態を示す図である。

図７（ａ）に示した溶接電流の波形は、図６（ａ）に示した波形に比較して、第２パルスとして異なる形状のパルス波形が入る。

この変形例においても、溶接電流の波形として上述したパルス波形を印加することで、溶接ワイヤ１００の先端部に形成された溶滴Ｘが持ち上がる。そしてこれによりスラグＳが、溶滴Ｘの側部に移動する。そして溶滴Ｘはそのまま自然冷却により凝固する。つまりこの例でもスラグＳは、溶滴Ｘの側部に移動し、溶滴Ｘの凝固にともない固定化される。それにより、アークスタート時に溶接ワイヤ１００と被溶接物２００との間に位置することが防がれる。

なおパルス波形が入る期間は、時間ｔ２３〜時間ｔ２４において溶接ワイヤ１００から離脱した直後であるため、溶滴Ｘはそれほど大きく成長していない。よって図７（ａ）に示したパルス波形のピーク電流Ｉｐ２は、図３（ａ）に示したパルス波形のピーク電流より大きく、また図７（ａ）に示したピーク期間Ｔｐ２は、図３（ａ）に示したパルス波形のピーク期間より長く設定することが好ましい。
なおここでは第２パルスとパルス波形とは、ピーク電流やピーク期間を同じとしたが異なるようにしてもよい。

＜アーク５期間におけるパルス波形の説明＞
次にパルス波形についてさらに詳しく説明を行なう。ここでは図３（ａ）に示したパルス波形を例に採り説明を行なう。
ここで溶接電流の波形がパルス波形であるとは、溶接電流の波形が、図８で示したような矩形（台形形状）となる場合を言う。つまりまずアーク５期間開始時の時間ｔ１０から時間ｔ１１にかけ、溶接電流をベースの電流値Ｅからピークの電流値Ｂまで、時間Ａの間（第１の期間：ｔ１１−ｔ１０）に線形的に増加する。そして時間ｔ１１から時間ｔ１２にかけピークの電流値Ｂを時間Ｃの間（第２の期間：ｔ１２−ｔ１１）、ほぼ定電流として維持する。さらに時間ｔ１２から時間ｔ１３にかけ、溶接電流をピークの電流値Ｂからベースの電流値Ｅまで、時間Ｄの間（第３の期間：ｔ１３−ｔ１２）に線形的に減少する。

本実施の形態では、時間Ａ、Ｃ、Ｄ、および電流値Ｂ、Ｅを以下に示すように変化させてそれぞれの好ましい範囲を定めた。なおこれらを以下、それぞれ単にＡ、Ｃ、Ｄ、Ｂ、Ｅと言うことがある。

図９は、Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄ、Ｅについて検討した結果である。図９では、Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄ、Ｅを図示するように変化させた場合にアークスタート不良の発生率がどのようになるかを実施例１〜２１として図示している。また図９では、アーク期間５を入れなかった場合を比較例として図示している。なお実施例１〜２１の中では、実施例７、１０、１１、１９については、Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄ、Ｅが同じ条件であるが、説明をわかりやすくするため重複して記載している。

ここで「◎」で示した場合は、アークスタート不良の発生率が、０％であり、「○」で示した場合は、アークスタート不良の発生率が、０％を超えかつ２％未満であったことを意味する。また「△」は、アークスタート不良の発生率が２％以上かつ５％未満であったことを意味する。さらに「×」は、比較例の場合であり、アークスタート不良の発生率が５％であったことを意味する。なおここでは実施例１〜２１、比較例のそれぞれについて、３００回のアークスタートを行ない、これによりアークスタート不良の発生率を算出した。

ここでは、まず時間Ａについて検討を行なった。
図示するように、実施例１〜３として、Ｂ〜Ｅを固定し、時間Ａを１．０ｍｓ、２．０ｍｓ、５．０ｍｓで変化させた。そしてアークスタート不良が生じるか否かを確認するとともに、凝固した溶滴ＸにおけるスラグＳの形成位置を観察した。

実施例１〜３の場合、何れもアークスタート不良の発生率は、５％未満となった。実施例１〜３の場合、溶接ワイヤ１００の先端部は、球状となって凝固し、スラグＳはその底部に形成された。なお実施例１〜３の場合、溶接ワイヤ１００の先端部の球状の凝固物の径は、例えば、２．０ｍｍとなり、比較例が１．５ｍｍであったのに対して大きくなった。このため溶接ワイヤ１００の先端部が球状となり、スラグＳはその底部に形成してもアークスタート不良の発生率が低下したものと考えられる。

実施例１〜３の結果より、時間Ａ（第１の期間）は、０．１ｍｓ以上であることが好ましく、０．５ｍｓ以上であることがさらに好ましいと判断した。また時間Ａは、５．０ｍｓ以下であることが好ましく、２．０ｍｓ以下であることがさらに好ましいと判断した。

次に電流値Ｂについて検討を行なった。
図示するように、実施例４〜７として、Ａ、Ｃ、Ｄ、Ｅを固定し、電流値Ｂを１５０Ａ、２００Ａ、２５０Ａ、３００Ａで変化させた。なお実施例１〜３の結果より、より好ましい範囲として、時間Ａについては２．０ｍｓを設定した。そしてアークスタート不良が生じるか否かを確認するとともに、凝固した溶滴ＸにおけるスラグＳの形成位置を顕微鏡により観察した。

実施例４〜７の場合、何れもアークスタート不良の発生率は、５％未満となった。ただし実施例４〜５より実施例６〜７の場合の方が、アークスタート不良の発生率が減少し、０％となった。
実施例４〜５の場合、溶接ワイヤ１００の先端部は、球状となって凝固し、スラグＳはその底部に形成された。対して実施例６〜７の場合、溶接ワイヤ１００の先端部は、上に持ち上がったペンシル形状となって凝固し、スラグＳはその側部に形成された。即ちこれにより実施例５〜７の場合、実施例４〜５よりもアークスタート不良がより生じにくくなったものと考えられる。

実施例４〜７の結果より、電流値Ｂ（第２の期間の溶接電流）は、２００Ａ以上であることが好ましく、２５０Ａ以上であることがさらに好ましいと判断した。また電流値Ｂは、５００Ａ以下であることが好ましく、３００Ａ以上であることがさらに好ましいと判断した。

また時間Ｃについて検討を行なった。
図示するように、実施例８〜１０として、Ａ、Ｂ、Ｄ、Ｅを固定し、時間Ｃを０．１ｍｓ、１．０ｍｓ、３．０ｍｓで変化させた。なお実施例１〜７の結果より、より好ましい範囲として、時間Ａについては２．０ｍｓを設定し、電流値Ｂについては３００Ａを設定した。そしてアークスタート不良が生じるか否かを確認するとともに、凝固した溶滴ＸにおけるスラグＳの形成位置を観察した。

実施例８〜１０の場合、何れもアークスタート不良の発生率は、５％未満となった。ただし実施例８より実施例９〜１０の場合の方が、アークスタート不良の発生率が減少した。
実施例８の場合、溶接ワイヤ１００の先端部は、球状となって凝固し、スラグＳはその底部に形成された。対して実施例９〜１０の場合、溶接ワイヤ１００の先端部は、上に持ち上がったペンシル形状となって凝固し、スラグＳはその側部に形成された。即ちこれにより実施例９〜１０の場合、実施例８よりもアークスタート不良がより生じにくくなったものと考えられる。

実施例８〜１０の結果より、時間Ｃ（第２の期間）は、１．０ｍｓ以上であることが好ましいと判断した。また時間Ｃは、５．０ｍｓ以下であることが好ましいと判断した。

さらに時間Ｄについて検討を行なった。
図示するように、実施例１１〜１８として、Ａ、Ｃ、Ｅを固定し、電流値Ｂを３００Ａおよび１２０Ａの２通りで変化させた。また時間Ｄを０．１ｍｓ、１．０ｍｓ、３．０ｍｓ、１０．０ｍｓで変化させた。なお実施例１〜１０の結果より、より好ましい範囲として、時間Ａについては２．０ｍｓを設定し、電流値Ｂについては３００Ａを設定し、時間Ｃについては、３．０ｍｓを設定した。そしてアークスタート不良が生じるか否かを確認するとともに、凝固した溶滴ＸにおけるスラグＳの形成位置を観察した。

実施例１１〜１８の場合、何れもアークスタート不良の発生率は、５％未満となった。ここで電流値Ｂが３００Ａの場合は、時間Ｄがより短い方がアークスタート不良が生じにくかった。一方、電流値Ｂが１２０Ａの場合は、時間Ｄが３．０Ａのときが最もアークスタート不良が生じにくかった。即ち、電流値Ｂの違いにより時間Ｄを変化させたときのアークスタート不良の生じにくさが変化した。なお溶接ワイヤ１００の先端部は、上に持ち上がったペンシル形状となって凝固し、スラグＳはその側部に形成された。

実施例１１〜１８の結果より、時間Ｄ（第３の期間）は、電流値Ｂにもよるが、０．１ｍｓ以上であることが好ましく、０．５ｍｓ以上であることがさらに好ましいと判断した。また時間Ｄは、５．０ｍｓ以下であることが好ましく、２．０ｍｓ以下であることがさらに好ましいと判断した。

またさらに電流値Ｅについて検討を行なった。
図示するように、実施例１９〜２１として、Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄを固定し、電流値Ｅを１．０Ａ、２０Ａ、５０Ａで変化させた。なお実施例１〜１８の結果より、より好ましい範囲として、時間Ａについては２．０ｍｓを設定し、電流値Ｂについては３００Ａを設定し、時間Ｃについては、３．０ｍｓを設定し、時間Ｄについては、０．１ｍｓを設定した。そしてアークスタート不良が生じるか否かを確認するとともに、凝固した溶滴ＸにおけるスラグＳの形成位置を観察した。

実施例１９〜２１の場合、何れもアークスタート不良の発生率は、５％未満となった。ここで電流値Ｅがより小さい方がアークスタート不良の発生率が低かった。溶接ワイヤ１００の先端部は、上に持ち上がったペンシル形状となって凝固し、スラグＳはその側部に形成された。

実施例１９〜２１の結果より、電流値Ｅ（第３の期間の溶接電流）は、０Ａ以上であることが好ましいと判断した。また電流値Ｅは、５０Ａ以下であることが好ましいと判断した。

このように本実施の形態では、パルス波形を入れない場合より入れた場合の方が、アークスタート不良の発生率は減少する。
そして溶接ワイヤ１００の先端部を上に持ち上がったペンシル形状となって凝固させた場合は、アークスタート不良の発生率はさらに減少する。そしてこのようにするためには、ピークの電流値Ｂを２５０Ａ以上とし、かつピークの電流値Ｂを維持する時間Ｃ（第２の期間）を１．０ｍｓ以上とする必要がある。つまりこのパルス波形を印加することで溶接ワイヤ１００の先端部に形成された溶滴Ｘが持ち上げる力が生じる。この力は、ピークの電流値Ｂとそれを維持する時間Ｃで定まるため、所定の電流値および時間以上である必要がある。そしてベースの電流値Ｅからピークの電流値Ｂまで電流値を増加させる立ち上がりの時間Ａ（第１の期間）を設け、この力が急激に生じることにより溶滴Ｘが飛び散ることを抑制する。さらにピークの電流値Ｂからベースの電流値Ｅにする立ち下がりの時間Ｄ（第３の期間）を設け、この力が急激に消失しないようにして持ち上げた溶滴Ｘの状態を変化しにくくする。これにより、溶滴Ｘは上に持ち上がったまま凝固されやすくなり、よりスラグＳが側面に形成されやすくなる。

そして本実施の形態では、凝固時間が経過するまで溶接電流を定電流にフィードバックする必要はない。そのため制御機構がより簡易となる。

１…溶接システム、１０…溶接トーチ、２０…ロボットアーム、３０…ワイヤ送給装置、４０…シールドガス供給装置、５０…電源装置、６０…ロボット制御装置、１００…溶接ワイヤ、２００…被溶接物

Claims (9)

1. シールドガスとしてＣＯ_２ガスを用い、溶接ワイヤを被溶接物に向けて送給しつつ当該溶接ワイヤと当該被溶接物との間に溶接電流を流し、当該溶接電流にてアークを発生させることにより溶接を行なうアーク溶接方法であって、
   前記溶接電流を調整する制御を行ない、前記被溶接物の溶接を行なう溶接工程と、
   前記被溶接物の溶接を終了するときに、前記溶接電流の波形が台形形状となるものを印加する制御を行なう溶接終了工程と、
   を含むことを特徴とするアーク溶接方法。
2. 前記溶接終了工程では、前記被溶接物の溶接を終了するときに、短絡が生じた場合に前記溶接電流の波形が台形形状となるものをさらに印加することを特徴とする請求項１に記載のアーク溶接方法。
3. 前記溶接終了工程では、短絡が生じる短絡期間後のアークが発生するアーク期間に前記溶接電流の波形が台形形状となるものを印加することを特徴とする請求項１または２に記載のアーク溶接方法。
4. 前記溶接終了工程では、前記アーク期間の前記溶接電流を定電流とすることを特徴とする請求項３に記載のアーク溶接方法。
5. 前記台形形状の波形は、前記溶接電流が線形的に増加する第１の期間と、当該溶接電流が定電流となる第２の期間と、当該溶接電流が線形的に減少する第３の期間とで構成され、
   前記第１の期間は、０．５ｍｓ以上かつ２．０ｍｓ以下となる範囲から選択され、
   前記第２の期間は、１．０ｍｓ以上かつ５．０ｍｓ以下となる範囲から選択され、
   前記第３の期間は、０．５ｍｓ以上かつ２．０ｍｓ以下となる範囲から選択されることを特徴とする請求項１乃至４の何れか１項に記載のアーク溶接方法。
6. 前記第２の期間の前記溶接電流は、２５０Ａ以上かつ３００Ａ以下となる範囲から選択され、
   前記第１の期間前の前記溶接電流および前記第３の期間後の前記溶接電流は、０Ａより大きくかつ５０Ａ以下となる範囲から選択されることを特徴とする請求項１乃至５の何れか１項に記載のアーク溶接方法。
7. 前記溶接終了工程では、前記溶接電流の波形が、矩形形状と前記台形形状とにより構成されることを特徴とする請求項１に記載のアーク溶接方法。
8. シールドガスとしてＣＯ_２ガスを用い、溶接ワイヤを被溶接物に向けて送給しつつ当該溶接ワイヤと当該被溶接物との間に溶接電流を流し、当該溶接電流にてアークを発生させることにより溶接を行なう溶接手段と、
   前記溶接ワイヤを介して前記被溶接物に前記溶接電流を供給する電源部と、
   前記被溶接物の溶接を行なうときは、前記溶接電流を調整する制御を行ない、当該被溶接物の溶接を終了するときに、前記溶接電流の波形が台形形状となるものを印加する制御を行なう電流制御部と、
   を備えるアーク溶接装置。
9. シールドガスとしてＣＯ_２ガスを用い、溶接ワイヤを被溶接物に向けて送給しつつ当該溶接ワイヤと当該被溶接物との間に溶接電流を流し、当該溶接電流にてアークを発生させることにより溶接を行なう溶接装置の当該溶接電流を制御するアーク溶接用制御装置であって、
   前記溶接ワイヤを介して前記被溶接物に前記溶接電流を供給する電源部と
   前記被溶接物の溶接を行なうときは、前記溶接電流を調整する制御を行ない、当該被溶接物の溶接を終了するときに、前記溶接電流の波形が台形形状となるものを印加する制御を行なう電流制御部と、
   を備えるアーク溶接用制御装置。

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