JP2019177397A - アーク溶接制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】正逆送給アーク溶接方法において、磁気吹きの発生によって溶接状態が不安定になることを抑制すること。【解決手段】溶接ワイヤの送給速度Ｆｗを正送期間と逆送期間とに交互に切り換え、短絡期間とアーク期間とを繰り返し、アーク期間の後半に溶接電流Ｉｗを小電流値に切り換える小電流期間（時刻ｔ６１〜ｔ７）を設けて溶接するアーク溶接制御方法において、小電流期間中の時刻ｔ６２に磁気吹きを判別したときは、小電流値の増加を行う。小電流値を増加すると、アークの硬直性が高くなり、磁気吹きによるアーク形状の変形を抑制することができるので、溶接状態を安定に維持することができる。【選択図】 図２

Description

本発明は、溶接ワイヤの送給速度を正送期間と逆送期間とに交互に切り換え、短絡期間とアーク期間とを繰り返して溶接する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では、溶接ワイヤと母材とが短絡期間とアーク期間とを交互に繰り返す溶接状態になることが多い。

溶接品質をさらに向上させるために、溶接ワイヤの送給速度を正送期間と逆送期間とに交互に切り換えて溶接する正逆送給アーク溶接方法が提案されている。

消耗電極式アーク溶接において、スパッタは短絡が発生するときと短絡状態が解除されてアークが再発生するときに発生する。このアーク再発生時のスパッタは、正逆送給制御とくびれ検出制御とを行うことによって大幅に削減することができる。他方、短絡発生時のスパッタは、短絡が発生するときの溶接電流を小電流値にすることによって削減することができる。このために、アーク期間の後半に溶接電流を小電流値に切り換えることによって、短絡が発生する時点における溶接電流値が小電流値になるようにしている(例えば、特許文献１参照)。

国際公開ＷＯ２０１７／０５７６８３号公報

上述した正逆送給アーク溶接方法において、平均溶接電流が２００Ａ程度以上の大電流域になると、磁気吹きを発生しやすくなる。磁気吹きが発生すると、溶接状態が不安定になるために、スパッタ発生量が多くなり、ビード外観も悪くなる。特に、アーク期間の後半に設けられた小電流期間中は、溶接電流が小電流値になっているので、磁気吹きの影響を強く受けて、溶接状態が不安定になりやすいという問題があった。

そこで、本発明では、正逆送給アーク溶接方法において、磁気吹きが発生しても溶接状態を安定に保つ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、
溶接ワイヤの送給速度を正送期間と逆送期間とに交互に切り換え、短絡期間とアーク期間とを繰り返し、前記アーク期間の後半に溶接電流を小電流値に切り換える小電流期間を設けて溶接するアーク溶接制御方法において、
前記小電流期間中に磁気吹きを判別したときは、前記小電流値の増加を行う、
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、前記磁気吹きの判別を、前記小電流期間中の溶接電圧の値が予め定めた基準電圧値以上になったことによって行う、
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、前記磁気吹きの判別を、前記小電流期間中の溶接電圧の上昇率が予め定めた基準上昇率以上になったことによって行う、
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４の発明は、前記磁気吹きを判別したときは、前記小電流期間が短くなるように制御する、
ことを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載のアーク溶接制御方法である。

請求項５の発明は、前記磁気吹きを判別したときは、前記小電流期間中の前記送給速度が速くなるように制御する、
ことを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載のアーク溶接制御方法である。

本発明によれば、正逆送給アーク溶接方法において、磁気吹きが発生しても溶接状態を安定に保つことができる。

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電源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示す図１の溶接電源における各信号のタイミングチャートである。 本発明の実施の形態２に係るアーク溶接制御方法を実施するための溶接電源のブロック図である。 本発明の実施の形態３に係るアーク溶接制御方法を実施するための溶接電源のブロック図である。 本発明の実施の形態３に係るアーク溶接制御方法を示す図４の溶接電源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電源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、後述する誤差増幅信号Ｅａに従ってインバータ制御等による出力制御を行い、出力電圧Ｅ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、平滑された直流を高周波交流に変換する上記の誤差増幅信号Ｅａによって駆動されるインバータ回路、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次整流器を備えている。

リアクトルＷＬは、上記の出力電圧Ｅを平滑する。このリアクトルＷＬのインダクタンス値は、例えば１００μＨである。

送給モータＷＭは、後述する送給制御信号Ｆｃを入力として、正送と逆送とを交互に繰り返して溶接ワイヤ１を送給速度Ｆｗで送給する。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。

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判別値（１０Ｖ程度）未満のときは短絡期間にあると判別してＨｉｇｈレベルになり、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。

電圧設定回路ＶＲは、予め定めた電圧設定信号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及び上記の電圧検出信号Ｖｄを入力として、電圧設定信号Ｖｒ（＋）と電圧検出信号Ｖｄ（−）との誤差を増幅して、電圧誤差増幅信号Ｅｖを出力する。

平均送給速度設定回路ＦＡＲは、予め定めた平均送給速度設定信号Ｆarを出力する。

正送加速期間設定回路ＴＳＵＲは、予め定めた正送加速期間設定信号Ｔsurを出力する。

正送減速期間設定回路ＴＳＤＲは、予め定めた正送減速期間設定信号Ｔsdrを出力する。

逆送加速期間設定回路ＴＲＵＲは、予め定めた逆送加速期間設定信号Ｔrurを出力する。

逆送減速期間設定回路ＴＲＤＲは、予め定めた逆送減速期間設定信号Ｔrdrを出力する。

正送ピーク値設定回路ＷＳＲは、上記の平均送給速度設定信号Ｆarを入力として、平均送給速度設定信号Ｆarに対応して予め定めた正送ピーク値設定信号Ｗsrを出力する。正送ピーク値設定信号Ｗsrは、送給速度Ｆｗの平均値と平均送給速度設定信号Ｆarの値とが等しくなるように実験によって予め算出される。そして、平均送給速度設定信号Ｆarに応じた正送ピーク値設定信号Ｗsrの値が記憶される。

逆送ピーク値設定回路ＷＲＲは、上記の平均送給速度設定信号Ｆarを入力として、平均送給速度設定信号Ｆarに対応して予め定めた逆送ピーク値設定信号Ｗrrを出力する。逆送ピーク値設定信号Ｗrrは、送給速度Ｆｗの平均値と平均送給速度設定信号Ｆarの値とが等しくなるように実験によって予め算出される。そして、平均送給速度設定信号Ｆarに応じた逆送ピーク値設定信号Ｗrrの値が記憶される。

送給速度設定回路ＦＲは、上記の正送加速期間設定信号Ｔsur、上記の正送減速期間設定信号Ｔsdr、上記の逆送加速期間設定信号Ｔrur、上記の逆送減速期間設定信号Ｔrdr、上記の正送ピーク値設定信号Ｗsr、上記の逆送ピーク値設定信号Ｗrr及び上記の短絡判別信号Ｓｄを入力として、以下の処理によって生成された送給速度パターンを送給速度設定信号Ｆｒとして出力する。この送給速度設定信号Ｆｒが０以上のときは正送期間となり、０未満のときは逆送期間となる。
１）正送加速期間設定信号Ｔsurによって定まる正送加速期間Ｔsu中は０から正送ピーク値設定信号Ｗsrによって定まる正の値の正送ピーク値Ｗspまで直線状に加速する送給速度設定信号Ｆｒを出力する。
２）続いて、正送ピーク期間Ｔsp中は、上記の正送ピーク値Ｗspを維持する送給速度設定信号Ｆｒを出力する。
３）短絡判別信号ＳｄがＬｏｗレベル(アーク期間)からＨｉｇｈレベル(短絡期間)に変化すると、正送減速期間設定信号Ｔsdrによって定まる正送減速期間Ｔsdに移行し、上記の正送ピーク値Ｗspから０まで直線状に減速する送給速度設定信号Ｆｒを出力する。
４）続いて、逆送加速期間設定信号Ｔrurによって定まる逆送加速期間Ｔru中は０から逆送ピーク値設定信号Ｗrrによって定まる負の値の逆送ピーク値Ｗrpまで直線状に加速する送給速度設定信号Ｆｒを出力する。
５）続いて、逆送ピーク期間Ｔrp中は、上記の逆送ピーク値Ｗrpを維持する送給速度設定信号Ｆｒを出力する。
６）短絡判別信号ＳｄがＨｉｇｈレベル(短絡期間)からＬｏｗレベル(アーク期間)に変化すると、逆送減速期間設定信号Ｔrdrによって定まる逆送減速期間Ｔrdに移行し、上記の逆送ピーク値Ｗrpから０まで直線状に減速する送給速度設定信号Ｆｒを出力する。
７）上記の１）〜６）を繰り返すことによって正負の台形波状に変化する送給パターンの送給速度設定信号Ｆｒが生成される。

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、送給速度設定信号Ｆｒの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。

減流抵抗器Ｒは、上記のリアクトルＷＬ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、リアクトルＷＬ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、上記の減流抵抗器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。

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、後述する磁気吹き判別信号Ｂｄを入力として、磁気吹き判別信号ＢｄがＬｏｗレベル（磁気吹き非発生時）のときは予め定めた初期値となり、磁気吹き判別信号ＢｄがＨｉｇｈレベル（磁気吹き発生時）のときは上記の初期値に予め定めた増加値を加算した値となる低レベル電流設定信号Ｉlrを出力する。例えば、初期値は５０Ａに設定され、増加値は５０Ａに設定される。磁気吹き判別信号ＢｄがＨｉｇｈレベルのときは、磁気吹きが発生しているときであり、このときに溶接電流値を大きくすると、アークの硬直性が高くなり、磁気吹きによるアーク形状の変形に対抗することができるようになる。この結果、磁気吹きに伴う溶接状態の不安定を抑制することができる。

電流比較回路ＣＭは、上記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、上記の短絡判別信号Ｓｄ、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）短絡判別信号ＳｄがＬｏｗレベル(アーク期間)のときは、低レベル電流設定信号Ｉlrとなる電流制御設定信号Ｉcrを出力する。
２）短絡判別信号ＳｄがＨｉｇｈレベル(短絡期間)に変化すると、予め定めた初期期間中は予め定めた初期電流設定値となり、その後は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してその値を維持する電流制御設定信号Ｉcrを出力する。
３）その後に、くびれ検出信号ＮｄがＨｉｇｈレベルに変化すると、低レベル電流設定信号Ｉlrの値となる電流制御設定信号Ｉcrを出力する。

電流誤差増幅回路ＥＩは、上記の電流制御設定信号Ｉcr及び上記の電流検出信号Ｉｄを入力として、電流制御設定信号Ｉcr（＋）と電流検出信号Ｉｄ（−）との誤差を増幅して、電流誤差増幅信号Ｅｉを出力する。

電流降下時間設定回路ＴＤＲは、上記の平均送給速度設定信号Ｆarを入力とする予め定めた電流降下時間算出関数によって電流降下時間Ｔｄを算出して、電流降下時間設定信号Ｔdrを出力する。電流降下時間算出関数は、例えばＴｄ(ms)＝０．５×Ｆar(m/min)＋４である。Ｆar＝０〜１０m/minの範囲で設定される場合、Ｔｄ＝４〜９msの範囲で変化することになる。電流降下時間算出関数は、溶接ワイヤの直径及び材質に対応して、実験によって適正値に設定される。

小電流期間回路ＳＴＤは、上記の短絡判別信号Ｓｄ及び上記の電流降下時間設定信号Ｔdrを入力として、短絡判別信号ＳｄがＬｏｗレベル(アーク期間)に変化した時点から電流降下時間設定信号Ｔdrによって定まる電流降下時間Ｔｄが経過した時点でＨｉｇｈレベルになり、その後に短絡判別信号ＳｄがＨｉｇｈレベル(短絡期間)になるとＬｏｗレベルになる小電流期間信号Ｓtdを出力する。

磁気吹き判別回路ＢＤは、上記の小電流期間信号Ｓtd及び上記の電圧検出信号Ｖｄを入力として、小電流期間信号ＳtdがＨｉｇｈレベルのときに、電圧検出信号Ｖｄの値が予め定めた基準電圧値以上になるとＨｉｇｈレベルになり、その後に小電流期間信号ＳtdがＬｏｗレベル (短絡期間)になるとＬｏｗレベルになる磁気吹き判別信号Ｂｄを出力する。磁気吹きが発生するとアーク形状が変形されてアーク長が長くなる。この結果、電圧検出信号Ｖｄの値が大きくなる。したがって、電圧検出信号Ｖｄの値が予め定めた基準電圧値以上になると、磁気吹きが発生していると判別することができる。また、他の磁気吹き判別方法としては、磁気吹きが発生すると、電圧検出信号Ｖｄの値が急上昇して大きな値へと変化する。この急上昇を判別して、磁気吹きの発生を判別することができる。この場合は、小電流期間信号ＳtdがＨｉｇｈレベルのときに、電圧検出信号Ｖｄの上昇率が基準上昇率以上になったときは、磁気吹き判別信号ＢｄをＨｉｇｈレベルにすれば良い。

電源特性切換回路ＳＷは、上記の電流誤差増幅信号Ｅｉ、上記の電圧誤差増幅信号Ｅｖ、上記の短絡判別信号Ｓｄ及び上記の小電流期間信号Ｓtdを入力として、以下の処理を行い、誤差増幅信号Ｅａを出力する。
１）短絡判別信号ＳｄがＨｉｇｈレベル(短絡期間)に変化した時点から、短絡判別信号ＳｄがＬｏｗレベル(アーク期間)に変化して予め定めた遅延期間が経過した時点までの期間中は、電流誤差増幅信号Ｅｉを誤差増幅信号Ｅａとして出力する。
２）その後のアーク期間中は、電圧誤差増幅信号Ｅｖを誤差増幅信号Ｅａとして出力する。
３）その後のアーク期間中に小電流期間信号ＳtdがＨｉｇｈレベルとなる期間中は、電流誤差増幅信号Ｅｉを誤差増幅信号Ｅａとして出力する。
この回路によって、溶接電源の特性は、短絡期間、遅延期間及び小電流期間中は定電流特性となり、それ以外のアーク期間中は定電圧特性となる。

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示す図１の溶接電源における各信号のタイミングチャートである。同図（Ａ）は送給速度Ｆｗの時間変化を示し、同図（Ｂ）は溶接電流Ｉｗの時間変化を示し、同図（Ｃ）は溶接電圧Ｖｗの時間変化を示し、同図(Ｄ)は短絡判別信号Ｓｄの時間変化を示し、同図(Ｅ)は小電流期間信号Ｓtdの時間変化を示し、同図（Ｆ）は磁気吹き判別信号Ｂｄの時間変化を示す。以下、同図を参照して各信号の動作について説明する。

同図（Ａ）に示す送給速度Ｆｗは、図１の送給速度設定回路ＦＲから出力される送給速度設定信号Ｆｒの値に制御される。送給速度Ｆｗは、図１の正送加速期間設定信号Ｔsurによって定まる正送加速期間Ｔsu、短絡が発生するまで継続する正送ピーク期間Ｔsp、図１の正送減速期間設定信号Ｔsdrによって定まる正送減速期間Ｔsd、図１の逆送加速期間設定信号Ｔrurによって定まる逆送加速期間Ｔru、アークが発生するまで継続する逆送ピーク期間Ｔrp及び図１の逆送減速期間設定信号Ｔrdrによって定まる逆送減速期間Ｔrdから形成される。さらに、正送ピーク値Ｗspは図１の正送ピーク値設定信号Ｗsrによって平均送給速度設定信号Ｆarに応じた値として定まり、逆送ピーク値Ｗrpは図１の逆送ピーク値設定信号Ｗrrによって平均送給速度設定信号Ｆarに応じた値として定まる。この結果、送給速度設定信号Ｆｒは、正負の略台形波波状に変化する送給パターンとなる。

［時刻ｔ１〜ｔ４の短絡期間の動作］
正送ピーク期間Ｔsp中の時刻ｔ１において短絡が発生すると、同図(Ｃ)に示すように、溶接電圧Ｖｗは数Ｖの短絡電圧値に急減するので、同図(Ｄ)に示すように、短絡判別信号ＳｄがＨｉｇｈレベル(短絡期間)に変化する。これに応動して、時刻ｔ１〜ｔ２の予め定めた正送減速期間Ｔsdに移行し、同図(Ａ)に示すように、送給速度Ｆｗは上記の正送ピーク値Ｗspから０まで減速する。例えば、正送減速期間Ｔsd＝１msに設定される。

同図（Ａ）に示すように、送給速度Ｆｗは時刻ｔ２〜ｔ３の予め定めた逆送加速期間Ｔruに入り、０から上記の逆送ピーク値Ｗrpまで加速する。この期間中は短絡期間が継続している。例えば、逆送加速期間Ｔru＝１msに設定される。

時刻ｔ３において逆送加速期間Ｔruが終了すると、同図（Ａ）に示すように、送給速度Ｆｗは逆送ピーク期間Ｔrpに入り、上記の逆送ピーク値Ｗrpになる。逆送ピーク期間Ｔrpは、時刻ｔ４にアークが発生するまで継続する。したがって、時刻ｔ１〜ｔ４の期間が短絡期間となる。逆送ピーク期間Ｔrpは所定値ではないが、２ms程度となる。また、逆送ピーク値Ｗrpは平均送給速度設定信号Ｆarによって変化するが、−３０〜−５０m/min程度に設定される。

同図(Ｂ)に示すように、時刻ｔ１〜ｔ４の短絡期間中の溶接電流Ｉｗは、予め定めた初期期間中は予め定めた初期電流値となる。その後、溶接電流Ｉｗは、予め定めた短絡時傾斜で上昇し、予め定めた短絡時ピーク値に達するとその値を維持する。

同図（Ｃ）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。

その後に溶接電圧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、図１のくびれ検出信号ＮｄはＨｉｇｈレベルに変化する。

くびれ検出信号ＮｄがＨｉｇｈレベルになったことに応動して、図１の駆動信号ＤｒはＬｏｗレベルになるので、図１のトランジスタＴＲはオフ状態となり図１の減流抵抗器Ｒが通電路に挿入される。同時に、図１の電流制御設定信号Ｉcr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（Ｂ）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、溶接電流Ｉｗが低レベル電流値まで減少すると、駆動信号ＤｒはＨｉｇｈレベルに戻るので、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（Ｂ）に示すように、溶接電流Ｉｗは、電流制御設定信号Ｉcrが低レベル電流設定信号Ｉlrのままであるので、アーク再発生から予め定めた遅延期間が経過する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、くびれ検出信号ＮｄがＨｉｇｈレベルに変化した時点から溶接電流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（Ｃ）に示すように、溶接電圧Ｖｗは、溶接電流Ｉｗが小さくなるので一旦減少した後に急上昇する。上述した各パラメータは、例えば以下の値に設定される。初期電流＝４０Ａ、初期期間＝０．５ms、短絡時傾斜＝２ms、短絡時ピーク値＝４００Ａ、低レベル電流値＝５０Ａ、遅延期間＝１ms。

［時刻ｔ４〜ｔ７のアーク期間の動作］
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発生すると、同図(Ｃ)に示すように、溶接電圧Ｖｗは数十Ｖのアーク電圧値に急増するので、図(Ｄ)に示すように、短絡判別信号ＳｄがＬｏｗレベル(アーク期間)に変化する。これに応動して、時刻ｔ４〜ｔ５の予め定めた逆送減速期間Ｔrdに移行し、同図(Ａ)に示すように、送給速度Ｆｗは上記の逆送ピーク値Ｗrpから０まで減速する。例えば、逆送減速期間Ｔrd＝１msに設定される。

時刻ｔ５において逆送減速期間Ｔrdが終了すると、時刻ｔ５〜ｔ６の予め定めた正送加速期間Ｔsuに移行する。この正送加速期間Ｔsu中は、同図（Ａ）に示すように、送給速度Ｆｗは０から上記の正送ピーク値Ｗspまで加速する。この期間中はアーク期間が継続している。例えば、正送加速期間Ｔsu＝１msに設定される。

時刻ｔ６において正送加速期間Ｔsuが終了すると、同図（Ａ）に示すように、送給速度Ｆｗは正送ピーク期間Ｔspに入り、上記の正送ピーク値Ｗspになる。この期間中もアーク期間が継続している。正送ピーク期間Ｔspは、時刻ｔ７に短絡が発生するまで継続する。したがって、時刻ｔ４〜ｔ７の期間がアーク期間となる。そして、短絡が発生すると、時刻ｔ１の動作に戻る。正送ピーク期間Ｔspは所定値ではないが、４ms程度となる。また、正送ピーク値Ｗspは平均送給速度設定信号Ｆarによって変化するが、３０〜５０m/min程度に設定される。

時刻ｔ４においてアークが発生すると、同図(Ｃ)に示すように、溶接電圧Ｖｗは数十Ｖのアーク電圧値に急増する。他方、同図(Ｂ)に示すように、溶接電流Ｉｗは、時刻ｔ４から遅延期間の間は低レベル電流値を継続する。その後、溶接電流Ｉｗは増加して高電流値となる。この高電流値となるアーク期間中は、図１の電圧誤差増幅信号Ｅｖによって溶接電源のフィードバック制御が行われるので、定電圧特性となる。

時刻ｔ４にアークが発生してから、図１の電流降下時間設定信号Ｔdrによって定まる電流降下時間Ｔｄが経過する時刻ｔ６１において、同図(Ｅ)に示すように、小電流期間信号ＳtdがＨｉｇｈレベルに変化する。これに応動して、溶接電源は定電圧特性から定電流特性に切り換えられる。このために、同図(Ｂ)に示すように、溶接電流Ｉｗは低レベル電流の初期値に低下する。同様に、同図(Ｃ)に示すように、溶接電圧Ｖｗも低下する。小電流期間信号Ｓtdは、時刻ｔ７に短絡が発生するまでＨｉｇｈレベルを維持する。

電流降下時間Ｔｄは平均送給速度設定信号Ｆarに応じた値となる。電流降下時間Ｔｄは、溶接電流Ｉｗが小電流値となるタイミング (小電流期間信号ＳtdがＨｉｇｈレベルとなる時刻ｔ６１)が短絡が発生する時刻ｔ７よりも１．５ms程度前のタイミングになることが望ましい。この結果、時刻ｔ６１のタイミングは正送ピーク期間Ｔsp中となる。

小電流期間中において、磁気吹きが発生すると、同図（Ｃ）に示すように、溶接電圧Ｖｗは急上昇して、時刻ｔ６２に基準電圧値以上となる。このために、同図（Ｆ）に示すように、磁気吹き判別信号ＢｄがＨｉｇｈレベルに変化する。これに応動して、同図（Ｂ）に示すように、溶接電流Ｉｗは、低レベル電流の初期値に増加値を加算した値へと増加する。この結果、アークの硬直性が高くなり、アーク形状の変形が抑制されるために、同図（Ｃ）に示すように、溶接電圧Ｖｗの上昇は停止する。磁気吹き判別信号Ｂｄは時刻ｔ７に短絡が発生するまでＨｉｇｈレベルを維持するので、溶接電流Ｉｗの増加も時刻ｔ７まで継続する。このために、磁気吹きの影響によって溶接状態が不安定になることを抑制することができる。

上述した実施の形態１によれば、アーク期間の後半に設けられた小電流期間中に磁気吹きを判別したときは、小電流期間中の溶接電流値（小電流値）の増加を行う。小電流期間中は、溶接電流が小電流値となっているために、磁気吹きの影響を強く受けて溶接状態が不安定になりやすい。そこで、溶接電圧に基づいて磁気吹きを判別し、溶接電流を増加させている。これにより、磁気吹きの影響を受けて小電流期間中の溶接状態が不安定になることを抑制することができる。

［実施の形態２］
実施の形態２の発明は、小電流期間中に磁気吹きを判別したときは、実施の形態１の小電流値を増加させることに加えて、小電流期間を短くする制御を行うものである。

図３は、本発明の実施の形態２に係るアーク溶接制御方法を実施するための溶接電源のブロック図である。同図は上述した図１と対応しており、同一の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１の電流降下時間設定回路ＴＤＲを第２電流降下時間設定回路ＴＤＲ２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電流降下時間設定回路ＴＤＲ２は、上記の平均送給速度設定信号Ｆar及び上記の磁気吹き判別信号Ｂｄを入力として、電流降下時間設定信号Ｔdrを出力する。第２電流降下時間設定回路ＴＤＲ２は、平均送給速度設定信号Ｆarを入力とする予め定めた電流降下時間算出関数によって電流降下時間Ｔｄの初期値を算出し、磁気吹き判別信号ＢｄがＬｏｗレベル（磁気吹き非発生時）のときは上記の初期値となる電流降下時間設定信号Ｔdrを出力し、磁気吹き判別信号Ｂｄが溶接中に一旦Ｈｉｇｈレベル（磁気吹き発生時）になると上記の初期値から予め定めた増加値を加算した値となる電流降下時間設定信号Ｔdrを出力する。例えば、増加値は０．５msに設定される。磁気吹き判別信号ＢｄがＨｉｇｈレベルのときは、磁気吹きが発生しているときであり、このときに次の周期から溶接が終了するまでの期間中は、小電流期間を短くすることによって、磁気吹きによるアーク形状の変形が進行する時間を短くすることができる。この結果、磁気吹きに伴う溶接状態が不安定になることを抑制することができる。

図３における各信号の動作は、上述した図２と同様である。但し、電流降下時間Ｔｄの設定方法が上述したように実施の形態１とは異なっている。実施の形態１では、電流降下時間Ｔｄは、平均送給速度設定信号Ｆarが決まれば所定値となる。これに対して、実施の形態２では、小電流期間中に磁気吹きを一旦判別すると、次の周期から小電流期間が短くなるように制御される。

上述した実施の形態２によれば、小電流期間中に磁気吹きを判別したときは、小電流期間中の溶接電流値（小電流値）の増加を行うと共に、次の周期から小電流期間が短くなるように制御する。これにより、実施の形態１の効果に加えて、小電流期間中に溶接状態が不安定になることをより抑制することができる。

［実施の形態３］
実施の形態３の発明は、小電流期間中に磁気吹きを判別したときは、実施の形態１の小電流値を増加させることに加えて、小電流期間中の送給速度を速くする制御を行うものである。

図４は、本発明の実施の形態３に係るアーク溶接制御方法を実施するための溶接電源のブロック図である。同図は上述した図１と対応しており、同一の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１の正送ピーク値設定回路ＷＳＲを第２正送ピーク値設定回路ＷＳＲ２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正送ピーク値設定回路ＷＳＲ２は、上記の平均送給速度設定信号Ｆar及び上記の磁気吹き判別信号Ｂｄを入力として、正送ピーク値設定信号Ｗsrを出力する。第２正送ピーク値設定回路ＷＳＲ２は、平均送給速度設定信号Ｆarに対応した正送ピーク値の初期値を算出し、磁気吹き判別信号ＢｄがＬｏｗレベル（磁気吹き非発生時）のときは上記の初期値となり、磁気吹き判別信号ＢｄがＨｉｇｈレベル（磁気吹き発生時）のときは上記の初期値から予め定めた増加値を加算した値となる正送ピーク値設定信号Ｗsrを出力する。例えば、増加値は５m/minに設定される。磁気吹き判別信号ＢｄがＨｉｇｈレベルのときは、磁気吹きが発生しているときであり、このときに送給速度を速くすることによって、アーク長を短くする。アーク長が短くなると、磁気吹きからの影響を小さくすることができる。この結果、磁気吹きに伴う溶接状態が不安定になることを抑制することができる。

図５は、本発明の実施の形態３に係るアーク溶接制御方法を示す図４の溶接電源における各信号のタイミングチャートである。同図（Ａ）は送給速度Ｆｗの時間変化を示し、同図（Ｂ）は溶接電流Ｉｗの時間変化を示し、同図（Ｃ）は溶接電圧Ｖｗの時間変化を示し、同図(Ｄ)は短絡判別信号Ｓｄの時間変化を示し、同図(Ｅ)は小電流期間信号Ｓtdの時間変化を示し、同図（Ｆ）は磁気吹き判別信号Ｂｄの時間変化を示す。同図は、上述した図２と対応しており、時刻ｔ６２〜ｔ７の送給速度Ｆｗの動作のみが異なっている。以下、同図を参照してこの異なる点を中心として説明する。

小電流期間中において、磁気吹きが発生すると、同図（Ｃ）に示すように、溶接電圧Ｖｗは急上昇して、時刻ｔ６２に基準電圧値以上となる。このために、、同図（Ｆ）に示すように、磁気吹き判別信号ＢｄがＨｉｇｈレベルに変化する。これに応動して、同図（Ａ）に示すように、送給速度Ｆｗは、正送ピーク値の初期値に増加値を加算した値へと速くなる。この結果、アーク長が急速に短くなり、アーク形状の変形が抑制される。このために、磁気吹きの影響によって溶接状態が不安定になることを抑制することができる。

上述した実施の形態３によれば、小電流期間中に磁気吹きを判別したときは、小電流期間中の溶接電流値（小電流値）の増加を行うと共に、小電流期間中の送給速度が速くなるように制御する。これにより、実施の形態１の効果に加えて、小電流期間中に溶接状態が不安定になることをより抑制することができる。

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
ＢＤ 磁気吹き判別回路
Ｂｄ 磁気吹き判別信号
ＣＭ 電流比較回路
Ｃｍ 電流比較信号
ＤＲ 駆動回路
Ｄｒ 駆動信号
Ｅ 出力電圧
Ｅａ 誤差増幅信号
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
ＦＡＲ 平均送給速度設定回路
Ｆar 平均送給速度設定信号
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
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
Ｉｗ 溶接電流
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
ＳＤ 短絡判別回路
Ｓｄ 短絡判別信号
ＳＴＤ 小電流期間回路
Ｓtd 小電流期間信号
ＳＷ 電源特性切換回路
Ｔｄ 電流降下時間
ＴＤＲ 電流降下時間設定回路
Ｔdr 電流降下時間設定信号
ＴＤＲ２ 第２電流降下時間設定回路
ＴＲ トランジスタ
Ｔrd 逆送減速期間
ＴＲＤＲ 逆送減速期間設定回路
Ｔrdr 逆送減速期間設定信号
Ｔrp 逆送ピーク期間
Ｔru 逆送加速期間
ＴＲＵＲ 逆送加速期間設定回路
Ｔrur 逆送加速期間設定信号
Ｔsd 正送減速期間
ＴＳＤＲ 正送減速期間設定回路
Ｔsdr 正送減速期間設定信号
Ｔsp 正送ピーク期間
Ｔsu 正送加速期間
ＴＳＵＲ 正送加速期間設定回路
Ｔsur 正送加速期間設定信号
ＶＤ 電圧検出回路
Ｖｄ 電圧検出信号
ＶＲ 電圧設定回路
Ｖｒ 電圧設定信号
Ｖｗ 溶接電圧
ＷＬ リアクトル
ＷＭ 送給モータ
Ｗrp 逆送ピーク値
ＷＲＲ 逆送ピーク値設定回路
Ｗrr 逆送ピーク値設定信号
Ｗsp 正送ピーク値
ＷＳＲ 正送ピーク値設定回路
Ｗsr 正送ピーク値設定信号
ＷＳＲ２ 第２正送ピーク値設定回路

Claims (5)

1. 溶接ワイヤの送給速度を正送期間と逆送期間とに交互に切り換え、短絡期間とアーク期間とを繰り返し、前記アーク期間の後半に溶接電流を小電流値に切り換える小電流期間を設けて溶接するアーク溶接制御方法において、
   前記小電流期間中に磁気吹きを判別したときは、前記小電流値の増加を行う、
   ことを特徴とするアーク溶接制御方法。
2. 前記磁気吹きの判別を、前記小電流期間中の溶接電圧の値が予め定めた基準電圧値以上になったことによって行う、
   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. 前記磁気吹きの判別を、前記小電流期間中の溶接電圧の上昇率が予め定めた基準上昇率以上になったことによって行う、
   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。
4. 前記磁気吹きを判別したときは、前記小電流期間が短くなるように制御する、
   ことを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載のアーク溶接制御方法。
5. 前記磁気吹きを判別したときは、前記小電流期間中の前記送給速度が速くなるように制御する、
   ことを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載のアーク溶接制御方法。

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