JP2017205794A - アーク溶接制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】消耗電極式アーク溶接において、ギャップ長の大きな薄板を高品質に溶接すること。
【解決手段】溶接ワイヤを送給しながら溶接を行うアーク溶接制御方法において、アーク発生状態で溶融池を形成する第１期間Ｔ１と、アークを消弧して溶接ワイヤと溶融池とを短絡状態にして溶接ワイヤが溶融池からの熱によって溶融する第２期間Ｔ２と、アークを再発生させる第３期間Ｔ３とを備え、一定の溶接速度Ｗｓで第１期間Ｔ１〜第３期間Ｔ３を繰り返す。第２期間Ｔ２中はアークが消弧しているので、母材への入熱を小さくすることができ、薄板における溶け落ちを抑制することができる。第２期間Ｔ２中も溶接ワイヤを送給Ｆｗしているので、大きなギャップを埋めることができる。このため、ギャップ長の大きな薄板を高品質に溶接することができる。
【選択図】 図２

Description

本発明は、ギャップ長の大きな薄板を溶接するための消耗電極式アーク溶接制御方法に関するものである。

一般的な消耗電極式アーク溶接では、消耗電極である溶接ワイヤを一定速度で送給し、溶接ワイヤと母材との間にアークを発生させて溶接が行なわれる。

消耗電極式アーク溶接によってギャップ長の大きな薄板を溶接する場合、溶接電流値を大きくし溶接ワイヤの溶着量を大きくしてギャップを埋めるようにする。その際、溶接電圧値を小さくし母材への入熱を小さくして、溶け落ちを防止する。しかし、この方法ではアーク長が極めて短くなり、短絡が多数回発生して、スパッタ発生量が多くなりビード外観が悪くなるという問題がある。

特許文献１の発明は、いわゆるステッチパルス溶接法に関するものである。ステッチパルス溶接法では、溶接トーチを停止させてアーク発生状態にして溶融池を形成する第１工程と、溶接ワイヤの送給を停止又は非常に低速にし、かつ、アークを消弧又は低入熱のアーク発生状態にして溶接トーチを所定ピッチだけ移動させる第２工程とを繰り返す。ステッチパルス溶接法では、溶接時の入熱(第１工程)と冷却(第２工程)とをコントロールすることができるので、薄板の溶接が可能となる。しかし、この溶接法では、第２工程中は、溶接ワイヤは溶融しないので溶着量には寄与しないために、ギャップ長が大きい場合には適用することが困難となる。さらに、この溶接法では、溶接トーチの移動と停止を繰り返すために、平均溶接速度が遅くなり、溶接作業の効率が低下するという問題がある。

特許文献２の発明では、パルスアーク溶接を行う第１工程と、ショートアーク溶接を行う第２工程とを繰り返すものである。このように溶接法の種類を所定比率で切り換えることによって母材への入熱量をコントロールすることができる。しかし、この溶接法では、一般的な消耗電極式アーク溶接法を切り換えて使用するために母材への入熱が大きくなり、ギャップ長の大きな薄板を高品質に溶接することができないという問題がある。

特開２０１１−７３０３９号公報 特開２０１５−２０５３４７号公報

そこで、本発明では、ギャップ長の大きな薄板を高効率に、かつ、高品質に溶接することができる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、溶接ワイヤを送給しながら溶接を行うアーク溶接制御方法において、
アーク発生状態で溶融池を形成する第１期間と、前記アークを消弧して前記溶接ワイヤと前記溶融池とを短絡状態にして前記溶接ワイヤが前記溶融池からの熱によって溶融する第２期間と、アークを再発生させる第３期間と、一定の溶接速度で前記第１期間〜前記第３期間を繰り返す、ことを特徴とするアーク溶接制御方法である。

請求項２の発明は、前記第１期間及び／又は前記第２期間を所定値に設定する、ことを特徴とする請求項１に記載のアーク溶接制御方法である。

請求項３の発明は、前記第２期間中は溶接装置からの出力を停止して前記アークを消弧し、前記第３期間中は前記溶接装置からの出力を再開して前記アークを再発生させる、ことを特徴とする請求項１〜２のいずれか１項に記載のアーク溶接制御方法である。

請求項４の発明は、前記第３期間中は、前記溶接ワイヤを逆送して前記アークを再発生させる、ことを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載のアーク溶接制御方法である。

請求項５の発明は、前記第３期間中は、前記アークを再発生させるときにくびれ検出制御を行う、ことを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載のアーク溶接制御方法である。

請求項６の発明は、前記第１期間中は、ピーク電流及びベース電流の通電を複数回繰り返すパルスアーク溶接によって前記溶融池を形成する、ことを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載のアーク溶接制御方法である。

本発明によれば、第１期間と第２期間との入熱を変化させ、かつ、第２期間中も溶接ワイヤを送給することによって、ギャップ長の大きな薄板を高効率に、かつ、高品質に溶接することができる。

本発明の実施の形態１に係る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１に係るアーク溶接制御方法を説明するための、図１の溶接装置における各信号のタイミングチャートである。

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。以下、同図を参照して、各ブロックについて説明する。

電源主回路ＰＭは、３相２００Ｖ等の商用電源（図示は省略）を入力として、後述するインバータ駆動信号Ｄｖに従ってインバータ制御等の出力制御を行い、溶接電圧Ｖｗ及び溶接電流Ｉｗを出力する。この電源主回路ＰＭは、図示は省略するが、商用電源を整流する１次整流器、整流された直流を平滑する平滑コンデンサ、平滑された直流を上記のインバータ駆動信号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高周波変圧器、降圧された高周波交流を直流に整流する２次整流器、整流された直流を平滑するリアクトルと、を備えている。

減流抵抗器Ｒは、上記の電源主回路ＰＭと溶接トーチ４との間に挿入される。この減流抵抗器Ｒの値は、短絡負荷（０．０１〜０．０３Ω程度）の１０倍以上大きな値（０．５〜３Ω程度）に設定される。この減流抵抗器Ｒが通電路に挿入されると、溶接電源内の直流リアクトル及び外部ケーブルのリアクトルに蓄積されたエネルギーが急放電される。トランジスタＴＲは、減流抵抗器Ｒと並列に接続されて、後述する駆動信号Ｄｒに従ってオン又はオフ制御される。

送給モータＷＭは、後述する送給制御信号Ｆｃを入力として、正送と逆送とを繰り返して溶接ワイヤ１を送給速度Ｆｗで送給する。この送給モータＷＭには、過渡応答性の速いモータが使用される。溶接ワイヤ１の送給速度Ｆｗの変化率及び送給方向の反転を速くするために、送給モータＷＭは溶接トーチ４の先端の近くに設置される場合がある。また、送給モータＷＭを２個使用して、プッシュプル方式の送給系とする場合もある。

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内を送給されて、母材２との間にアーク３が発生する。溶接トーチ４内の給電チップ（図示は省略）と母材２との間には溶接電圧Ｖｗが印加し、溶接電流Ｉｗが通電する。本発明において、母材２の材質は鋼材であり、薄板とは２mm以下の板厚であり、大きなギャップ長とは２mm以上のギャップ長である。

溶接ロボットＲＭは、上記の溶接トーチ４を把持し、教示プログラムに従って溶接トーチ４を溶接開始位置から溶接終了位置まで所定の溶接速度Ｗｓで移動させる。

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。

短絡判別回路ＳＤは、上記の電圧検出信号Ｖｄを入力として、この値が予め定めた短絡／アーク判別値（１０Ｖ程度に設定）未満であるときは短絡期間にあると判別してＨｉｇｈレベルとなり、以上のときはアーク期間にあると判別してＬｏｗレベルになる短絡判別信号Ｓｄを出力する。

第１期間設定回路Ｔ１Ｒは、予め定めた第１期間設定信号Ｔ1rを出力する。第２期間設定回路Ｔ２Ｒは、予め定めた第２期間設定信号Ｔ2rを出力する。

期間判別回路ＫＨは、上記の第１期間設定信号Ｔ1r、上記の第２期間設定信号Ｔ2r及び上記の短絡判別信号Ｓｄを入力として、以下の処理を行い、期間判別信号Ｋｈを出力する。
１）第１期間設定信号Ｔ1rによって定まる第１期間Ｔ１中は期間判別信号Ｋｈ＝１を出力する。
２）続けて、第２期間設定信号Ｔ2rによって定まる第２期間Ｔ２中は期間判別信号Ｋｈ＝２を出力する。
３）続けて、第３期間Ｔ３中は期間判別信号Ｋｈ＝３を出力する。
４）その後に、短絡判別信号ＳｄがＬｏｗレベル(アーク)に変化すると上記１）に戻る。

送給速度設定回路ＦＲは、上記の期間判別信号Ｋｈを入力として、Ｋｈ＝１又は２のときは予め定めた正の値の正送送給速度設定値となる送給速度設定信号Ｆｒを出力し、Ｋｈ＝３のときは予め定めた負の値の逆送送給速度設定値となる送給速度設定信号Ｆｒを出力する。これにより、溶接ワイヤ１は、第１期間Ｔ１及び第２期間Ｔ２中は正送され、第３期間Ｔ３中は逆送される。

送給制御回路ＦＣは、上記の送給速度設定信号Ｆｒを入力として、この設定値に相当する送給速度Ｆｗで溶接ワイヤ１を送給するための送給制御信号Ｆｃを上記の送給モータＷＭに出力する。

くびれ検出回路ＮＤは、上記の短絡判別信号Ｓｄ、上記の電圧検出信号Ｖｄ及び上記の電流検出信号Ｉｄを入力として、短絡判別信号ＳｄがＨｉｇｈレベル（短絡期間）であるときの電圧検出信号Ｖｄの電圧上昇値が基準値に達した時点でくびれの形成状態が基準状態になったと判別してＨｉｇｈレベルとなり、短絡判別信号ＳｄがＬｏｗレベル（アーク期間）に変化した時点でＬｏｗレベルになるくびれ検出信号Ｎｄを出力する。また、短絡期間中の電圧検出信号Ｖｄの微分値がそれに対応した基準値に達した時点でくびれ検出信号ＮｄをＨｉｇｈレベルに変化させるようにしても良い。さらに、電圧検出信号Ｖｄの値を電流検出信号Ｉｄの値で除算して溶滴の抵抗値を算出し、この抵抗値の微分値がそれに対応する基準値に達した時点でくびれ検出信号ＮｄをＨｉｇｈレベルに変化させるようにしても良い。

低レベル電流設定回路ＩＬＲは、予め定めた低レベル電流設定信号Ｉlrを出力する。電流比較回路ＣＭは、この低レベル電流設定信号Ｉlr及び上記の電流検出信号Ｉｄを入力として、Ｉｄ＜ＩlrのときはＨｉｇｈレベルになり、Ｉｄ≧ＩlrのときはＬｏｗレベルになる電流比較信号Ｃｍを出力する。

駆動回路ＤＲは、上記の電流比較信号Ｃｍ及び上記のくびれ検出信号Ｎｄを入力として、くびれ検出信号ＮｄがＨｉｇｈレベルに変化するとＬｏｗレベルに変化し、その後に電流比較信号ＣｍがＨｉｇｈレベルに変化するとＨｉｇｈレベルに変化する駆動信号Ｄｒを上記のトランジスタＴＲのベース端子に出力する。したがって、この駆動信号Ｄｒはくびれが検出されるとＬｏｗレベルになり、トランジスタＴＲがオフ状態になり通電路に減流抵抗器Ｒが挿入されるので、短絡負荷を通電する溶接電流Ｉｗは急減する。そして、急減した溶接電流Ｉｗの値が低レベル電流設定信号Ｉlrの値まで減少すると、駆動信号ＤｒはＨｉｇｈレベルになり、トランジスタＴＲがオン状態になるので、減流抵抗器Ｒは短絡されて通常の状態に戻る。

電流制御設定回路ＩＣＲは、上記の期間判別信号Ｋｈ、上記の低レベル電流設定信号Ｉlr及び上記のくびれ検出信号Ｎｄを入力として、以下の処理を行い、電流制御設定信号Ｉcrを出力する。
１）期間判別信号Ｋｈ＝１又は２のときは、低レベル電流設定信号Ｉlrの値を電流制御設定信号Ｉcrとして出力する。
２）期間判別信号Ｋｈ＝３に変化すると、電流制御設定信号Ｉcrの値を、予め定めた短絡時傾斜で予め定めた短絡時ピーク設定値まで上昇させ、その値を維持する。
３）その後に、くびれ検出信号ＮｄがＨｉｇｈレベルに変化すると、電流制御設定信号Ｉcrの値を低レベル電流設定信号Ｉlrの値に切り換えて維持する。

電圧平均化回路ＶＡＶは、上記の電圧検出信号Ｖｄを平均化して、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に応じた周波数を有するパルス周波数信号Ｔｆを出力する。このパルス周波数信号Ｔｆは、ピーク期間とベース期間とを１周期とする周波数を決定する信号である

ピーク期間タイマ回路ＴＴＰは、上記のパルス周波数信号Ｔｆの周波数ごとに予め定めたピーク期間ＴｐだけＨｉｇｈレベルとなるピーク期間信号Ｔtpを出力する。したがって、このピーク期間信号Ｔtpは、ピーク期間Ｔｐ中はＨｉｇｈレベルとなり、ベース期間中はＬｏｗレベルとなる信号である。

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。ベース電流設定信号Ｉbrの設定範囲は、２０〜５０Ａ程度である。

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。ピーク電流設定信号Ｉprは、溶接ワイヤの直径、材質、送給速度等に応じて、４００〜６００Ａ程度に設定される。

パルス電流設定回路ＩＰＢＲは、上記のベース電流設定信号Ｉbr、上記のピーク電流設定信号Ｉpr及び上記のピーク期間信号Ｔtpを入力として、ピーク期間信号ＴtpがＨｉｇｈレベルに変化すると予め定めた傾斜で上昇してピーク電流設定信号Ｉprの値を維持するパルス電流設定信号Ｉpbrを出力し、ピーク期間信号ＴtpがＬｏｗレベルに変化すると予め定めた傾斜で下降してベース電流設定信号Ｉbrの値を維持するパルス電流設定信号Ｉpbrを出力する。

電流設定回路ＩＲは、上記の電流制御設定信号Ｉcr、上記のパルス電流設定信号Ｉpbr及び上記の期間判別信号Ｋｈを入力として、Ｋｈ＝１のときはパルス電流設定信号Ｉpbrを電流設定信号Ｉｒとして出力し、Ｋｈ＝２又は３のときは電流制御設定信号Ｉcrを電流設定信号Ｉｒとして出力する。したがって、期間判別信号Ｋｈ＝１となる第１期間Ｔ１中は、通常のパルスアーク溶接となる。

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。

インバータ駆動回路ＤＶは、上記の電流誤差増幅信号Ｅｉ及び上記の期間判別信号Ｋｈを入力として、Ｋｈ＝１又は３のときは電流誤差増幅信号Ｅｉに従ってＰＷＭ変調制御を行い上記の電源主回路ＰＭのインバータ回路を駆動するためのＨｉｇｈレベルとなるインバータ駆動信号Ｄｖを出力し、Ｋｈ＝２のときはインバータ回路の出力を停止させるためのＬｏｗレベルとなるインバータ駆動信号Ｄｖを出力する。したがって、溶接装置は、第１期間Ｔ１及び第３期間Ｔ３中は電力を出力し、第２期間Ｔ２中は出力を停止する。

図２は、本発明の実施の形態１に係るアーク溶接制御方法を説明するための、図１の溶接装置における各信号のタイミングチャートである。同図(Ａ)は期間判別信号Ｋｈの時間変化を示し、同図(Ｂ)はインバータ駆動信号Ｄｖの時間変化を示し、同図（Ｃ）は溶接ワイヤ１の送給速度Ｆｗの時間変化を示し、同図（Ｄ）は溶接電流Ｉｗの時間変化を示し、同図（Ｅ）は溶接電圧Ｖｗの時間変化を示し、同図（Ｆ）はくびれ検出信号Ｎｄの時間変化を示し、同図（Ｇ）は駆動信号Ｄｒの時間変化を示し、同図(Ｈ)は短絡判別信号Ｓｄの時間変化を示し、同図(Ｉ)は溶接速度Ｗｓの時間変化を示す。以下、同図を参照して説明する。

同図(Ａ)に示すように、期間判別信号Ｋｈ＝１である時刻ｔ１〜ｔ２の期間が第１期間Ｔ１となる。期間判別信号Ｋｈ＝２である時刻ｔ２〜ｔ３の期間が第２期間Ｔ２となる。期間判別信号Ｋｈ＝３である時刻ｔ３〜ｔ４の期間が第３期間Ｔ３となる。期間判別信号Ｋｈは、階段状の波形として表示しており、一番低いときがＫｈ＝１のときであり、中間のときがＫｈ＝２のときであり、一番高いときがＫｈ＝３のときである。第１期間Ｔ１及び第２期間Ｔ２は各々所定値に設定されている。第３期間Ｔ３は、第２期間Ｔ２の終了時点で開始し、同図(Ｈに示す短絡判別信号ＳｄがＬｏｗレベル（アーク再発生）に変化した時点で終了する。同図(Ｉ)に示すように、溶接速度Ｗｓは全期間中所定値に設定されており、一定の速度である。第１期間Ｔ１は、例えば１００msであり、第２期間Ｔ２は、例えば２０msである。

(１)時刻ｔ１〜ｔ２の第１期間Ｔ１中の動作
第１期間Ｔ１中は、同図(Ｂ)に示すように、インバータ駆動信号ＤｖはＨｉｇｈレベルであるので溶接装置は電力を出力する。同図(Ｃ)に示すように、送給速度Ｆｗは、負の値の逆送送給速度値から傾斜を有して変化して正の値の正送送給速度値に達するとその値を維持する。同図(Ｄ)に示すように、溶接電流Ｉｗは、台形波のピーク電流Ｉｐ及びベース電流Ｉｂの通電を１周期として複数回繰り返す波形となる。同図(Ｅ)に示すように、溶接電圧Ｖｗは、溶接電流Ｉｗと相似形の波形となる。同図(Ｈ)に示すように、短絡判別信号Ｓｄは、アークが発生した状態であるのでＬｏｗレベルとなる。同図(Ｆ)に示すように、くびれ検出信号ＮｄはＬｏｗレベルのままであるので、同図(Ｇ)に示すように、駆動信号ＤｒはＨｉｇｈレベルとなり、図１のトランジスタＴＲはオン状態となる。このために、通電路の減流抵抗器Ｒはバイパスされる(挿入されない状態)。第１期間Ｔ１中は、通常のパルスアーク溶接が行われ、母材２に溶融池が形成される。

(２)時刻ｔ２〜ｔ３の第２期間Ｔ２中の動作
時刻ｔ２において、第１期間Ｔ１が所定値に達すると、同図(Ａ)に示すように、期間判別信号Ｋｈ＝２に変化する。これに応動して、同図(Ｂ)に示すように、インバータ駆動信号ＤｖはＬｏｗレベルに変化するので、溶接装置からの出力は停止する。但し、同図(Ｃ)に示すように、送給速度Ｆｗは正送送給速度値を維持する。同図(Ｅ)に示すように、溶接電圧Ｖｗは０Ｖとなる。同図(Ｄ)に示すように、溶接電流Ｉｗも０Ａとなる。同図(Ｈ)に示すように、短絡判別信号Ｓｄは、溶接電圧Ｖｗ＝０Ｖとなるので、時刻ｔ２にＨｉｇｈレベル(短絡状態)に変化する。しかし、溶接ワイヤ１と溶融池とが実際に短絡状態となるのは、溶接ワイヤ１が送給されて溶融池に到達するまでの数ms程度遅延した時点となる。溶接ワイヤ１と溶融池との短絡状態は、第２期間Ｔ２が終了するまで維持される。短絡状態において、溶接ワイヤ１は溶融池からの熱によって溶融する。換言すれば、第２期間Ｔ２の長さは、溶接ワイヤ１が溶融池からの熱によって溶融することができる時間長さの範囲内で設定される。

(３)時刻ｔ３〜ｔ４の第３期間Ｔ３中の動作
時刻ｔ３において、第２期間Ｔ２が所定値に達すると、同図(Ａ)に示すように、期間判別信号Ｋｈ＝３に変化する。これに応動して、同図(Ｂ)に示すように、インバータ駆動信号ＤｖはＨｉｇｈレベルに変化するので、溶接装置からの出力が再開する。同時に、同図(Ｃ)に示すように、送給速度Ｆｗは、正送送給速度値から傾斜を有して変化し、逆送送給速度値に達するとその値を維持する。すなわち、時刻ｔ３から溶接ワイヤ１は溶融池から離反する方向に送給される。時刻ｔ３において、同図(Ｄ)に示すように、溶接電流Ｉｗは、０Ａから短絡時傾斜で上昇し、短絡時ピーク値に達するとその値を維持する。同図(Ｅ)に示すように、溶接電圧Ｖｗは、短絡状態であるので、０Ｖから数Ｖの短絡電圧値に変化する。

同図（Ｅ）に示すように、溶接電圧Ｖｗは、溶接電流Ｉｗが短絡時ピーク値となる時刻ｔ３１あたりから上昇する。これは、溶接ワイヤ１の逆送及び溶接電流Ｉｗによるピンチ力の作用により、溶接ワイヤ１の先端の溶滴にくびれが次第に形成されるためである。

時刻ｔ３２において、短絡期間中の溶接電圧Ｖｗの電圧上昇値が基準値に達すると、くびれの形成状態が基準状態になったと判別して、同図（Ｆ）に示すように、くびれ検出信号ＮｄはＨｉｇｈレベルに変化する。くびれ検出信号Ｎｄは、時刻ｔ３２のくびれの検出時点でＨｉｇｈレベルとなり、時刻ｔ４のアーク再発生時点でＬｏｗレベルとなる。

時刻ｔ３２において、くびれ検出信号ＮｄがＨｉｇｈレベルになったことに応動して、同図（Ｇ）に示すように、駆動信号ＤｒはＬｏｗレベルになるので、図１のトランジスタＴＲはオフ状態となり減流抵抗器Ｒが通電路に挿入される。同時に、図１の電流設定信号Ｉｒが低レベル電流設定信号Ｉlrの値に小さくなる。このために、同図（Ｄ）に示すように、溶接電流Ｉｗは短絡時ピーク値から低レベル電流値へと急減する。そして、時刻ｔ３３において溶接電流Ｉｗが低レベル電流値まで減少すると、同図（Ｇ）に示すように、駆動信号ＤｒはＨｉｇｈレベルに戻るので、図１のトランジスタＴＲはオン状態となり減流抵抗器Ｒは短絡される。同図（Ｄ）に示すように、溶接電流Ｉｗは、電流設定信号Ｉｒが低レベル電流設定信号Ｉlrのままであるので、時刻ｔ４のアーク再発生までは低レベル電流値を維持する。したがって、トランジスタＴＲは、時刻ｔ３２にくびれ検出信号ＮｄがＨｉｇｈレベルに変化した時点から時刻ｔ３３に溶接電流Ｉｗが低レベル電流値に減少するまでの期間のみオフ状態となる。同図（Ｅ）に示すように、溶接電圧Ｖｗは、溶接電流Ｉｗが小さくなるので時刻ｔ３２から一旦減少した後に急上昇する。低レベル電流値は、例えば５０Ａに設定される。

時刻ｔ４において、溶接ワイヤの逆送及び溶接電流Ｉｗの通電によるピンチ力によってくびれが進行してアークが再発生すると、同図（Ｅ）に示すように、溶接電圧Ｖｗの値は短絡／アーク判別値以上となる。この結果、同図(Ｈ)に示すように、短絡判別信号ＳｄはＬｏｗレベル(アーク発生状態)に変化する。これに応動して、同図(Ａ)に示すように、期間判別信号Ｋｈ＝１に戻る。これ以降は、上述した第１期間Ｔ１の動作に戻る。このようにして、第１期間Ｔ１〜第３期間Ｔ３の動作を繰り返すことになる。

上述した実施の形態１においては、第１期間Ｔ１中の溶接法をパルスアーク溶接法としたが、消耗電極式アーク溶接法であれば良い。上述した実施の形態１においては、第１期間Ｔ１を所定値としたが、以下のようにしても良い。溶接法がパルスアーク溶接法である場合には、ピーク電流Ｉｐ及びベース電流Ｉｂの通電を１周期として、周期が所定回数繰り返す期間としても良い。また、第１期間Ｔ１中の溶接電流Ｉｗの積分地が所定値に達する期間としても良い。上述した実施の形態１においては、第２期間Ｔ２を所定値としたが、溶接ワイヤが溶融されているかを判別して、溶融している期間としても良い。溶接ワイヤが溶融しているかは、送給モータＷＭのトルクから判別する。

上述した実施の形態１においては、第２期間Ｔ２中の送給速度Ｆｗの値を第１期間Ｔ１中と同一としたが、ギャップを埋めることができれば異なる値に設定しても良い。上述した実施の形態１においては、第３期間Ｔ３中にアークを再発生させるときに溶接ワイヤを逆送しているが、スパッタ発生量の増加が許容できれば正送のままとしても良い。上述した実施の形態１においては、第３期間Ｔ３中にくびれ検出制御を行っているが、スパッタ発生量の増加が許容できるのであればくびれ検出制御を行わないようにしても良い。

上述した実施の形態１においては、第３期間Ｔ３中にアークが再発生した時点で第１期間Ｔ１に移行する場合であるが、０．１〜３ms程度遅延させて移行させるようにしても良い。

以下、上述した本発明の実施の形態１に係るアーク溶接制御方法の作用効果について説明する。本実施の形態では、アーク発生状態で溶融池を形成する第１期間と、アークを消弧して溶接ワイヤと溶融池とを短絡状態にして溶接ワイヤが溶融池からの熱によって溶融する第２期間と、アークを再発生させる第３期間と、を備え、一定の溶接速度で第１期間〜第３期間を繰り返して溶接を行う。第２期間中は、アークが消弧しているのでアークから母材への入熱がなくなるので、母材への入熱の平均値を小さくすることができる。このために、薄板溶接において溶け落ちを抑制することができる。また、第２期間中は、溶接ワイヤの送給を継続して、溶融池からの熱によって溶接ワイヤを溶融するので、ギャップ長が大きい場合でも、ギャップを埋めることができる。この結果、ギャップ長の大きな薄板に対して、高品質な溶接を行うことができる。さらに、本実施の形態では、第１期間〜第３期間中は、一定の溶接速度であるので、従来技術のように溶接の生産効率を低下させることもない。したがって、本実施の形態によれば、ギャップ長の大きな薄板を高効率に、かつ、高品質に溶接することができる。

さらに、本実施の形態において、第１期間及び／又は第２期間を所定値に設定しても良い。このようにすると、第１期間及び／又は第２期間の設定のための複雑な回路を必要としない。

さらに、本実施の形態において、第２期間中は溶接装置からの出力を停止してアークを消弧し、第３期間中は溶接装置からの出力を再開してアークを再発生させても良い。このようにすると、アークの消弧及びアークの再発生を簡便に行うことができる。

さらに、本実施の形態において、第３期間中は、溶接ワイヤを逆送してアークを再発生させても良い。このようにすると、アークの再発生を円滑に行うことができる。

さらに、本実施の形態において、第３期間中は、アークを再発生させるときにくびれ検出制御を行うようにしても良い。このようにすると、アーク再発生時のスパッタ発生量を減少させることができる。

さらに、本実施の形態において、第１期間中は、ピーク電流及びベース電流の通電を複数回繰り返すパルスアーク溶接によって溶融池を形成するようにしても良い。このようにすると、パルスアーク溶接に適用することができる。

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
ＣＭ 電流比較回路
Ｃｍ 電流比較信号
ＤＲ 駆動回路
Ｄｒ 駆動信号
ＤＶ インバータ駆動回路
Ｄｖ インバータ駆動信号
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
Ｆｗ 送給速度
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
ＩＣＲ 電流制御設定回路
Ｉcr 電流制御設定信号
ＩＤ 電流検出回路
Ｉｄ 電流検出信号
ＩＬＲ 低レベル電流設定回路
Ｉlr 低レベル電流設定信号
Ｉｐ ピーク電流
ＩＰＢＲ パルス電流設定回路
Ｉpbr パルス電流設定信号
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
Ｉｗ 溶接電流
ＫＨ 期間判別回路
Ｋｈ 期間判別信号
ＮＤ くびれ検出回路
Ｎｄ くびれ検出信号
ＰＭ 電源主回路
Ｒ 減流抵抗器
ＲＭ 溶接ロボット
ＳＤ 短絡判別回路
Ｓｄ 短絡判別信号
Ｔ１ 第１期間
Ｔ１Ｒ 第１期間設定回路
Ｔ1r 第１期間設定信号
Ｔ２ 第２期間
Ｔ２Ｒ 第２期間設定回路
Ｔ2r 第２期間設定信号
Ｔ３ 第３期間
Ｔｆ パルス周波数信号
Ｔｐ ピーク期間
ＴＲ トランジスタ
ＴＴＰ ピーク期間タイマ回路
Ｔtp ピーク期間信号
ＶＡＶ 電圧平均化回路
Ｖav 電圧平均信号
ＶＤ 電圧検出回路
Ｖｄ 電圧検出信号
ＶＦ Ｖ／Ｆコンバータ
ＶＲ 電圧設定回路
Ｖｒ 電圧設定信号
Ｖｗ 溶接電圧
ＷＭ 送給モータ
Ｗｓ 溶接速度

Claims (6)

1. 溶接ワイヤを送給しながら溶接を行うアーク溶接制御方法において、
   アーク発生状態で溶融池を形成する第１期間と、前記アークを消弧して前記溶接ワイヤと前記溶融池とを短絡状態にして前記溶接ワイヤが前記溶融池からの熱によって溶融する第２期間と、アークを再発生させる第３期間と、一定の溶接速度で前記第１期間〜前記第３期間を繰り返す、ことを特徴とするアーク溶接制御方法。
2. 前記第１期間及び／又は前記第２期間を所定値に設定する、ことを特徴とする請求項１に記載のアーク溶接制御方法。
3. 前記第２期間中は溶接装置からの出力を停止して前記アークを消弧し、前記第３期間中は前記溶接装置からの出力を再開して前記アークを再発生させる、ことを特徴とする請求項１〜２のいずれか１項に記載のアーク溶接制御方法。
4. 前記第３期間中は、前記溶接ワイヤを逆送して前記アークを再発生させる、ことを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載のアーク溶接制御方法。
5. 前記第３期間中は、前記アークを再発生させるときにくびれ検出制御を行う、ことを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載のアーク溶接制御方法。
6. 前記第１期間中は、ピーク電流及びベース電流の通電を複数回繰り返すパルスアーク溶接によって前記溶融池を形成する、ことを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載のアーク溶接制御方法。

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