JP2023015629A - アーク溶接制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】正逆送給アーク溶接において、スラグの付着状態がひどい場合にも良好なアークスタートを行うこと。【解決手段】溶接を開始する際に、溶接ワイヤの送給開始時点から溶接電流の通電開始時点までの初期期間Ｔｉ中は、送給速度Ｆｗを正送期間と逆送期間とに交互に切り換える正逆送給制御を行うアーク溶接制御方法において、初期期間Ｔｉ中に、スラグが除去されていない状態が継続していると判別して時刻ｔ５に判別信号ＨｄがＨｉｇｈレベルに変化したときは、それ以降の初期期間Ｔｉ中は、送給速度Ｆｗの振幅及び／又は平均値を増加させて、溶接ワイヤと母材との衝突の衝撃を強くする。これにより、スラグの除去効果を増大させる。判別は、初期期間Ｔｉの経過時間が基準時間以上になったこと、又は、送給モータのトルクが基準トルク以上になったことに基づいて行う。【選択図】 図２

Description

本発明は、溶接を開始する際に、溶接ワイヤの送給開始時点から溶接電流の通電開始時点までの初期期間中は、送給速度を正送期間と逆送期間とに交互に切り換える正逆送給制御を行う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る正逆送給制御を行い、短絡期間とアーク期間とを発生させて溶接するアーク溶接制御方法が使用されている。ここで、正送とは、溶接ワイヤを母材に近づく方向に送給することであり、逆送とは正送とは逆方向（溶接ワイヤが母材から遠ざかる方向）に送給することである。

ところで、消耗電極式アーク溶接においては、溶接終了時に溶接ワイヤの先端部にスラグと呼ばれる絶縁物が付着した状態になる場合がある。スラグは溶接ワイヤに含まれている成分が化学反応して生成される。スラグの付着状態は、溶接ワイヤの種類、平均溶接電流値、溶接姿勢等の溶接条件によって異なる。溶接ワイヤの先端部にスラグが付着した状態で、次のアークスタートを行うと、溶接ワイヤが母材と接触しても、スラグが絶縁物であるので、アークが発生しない状態となり、アークスタート不良となる。正逆送給制御によるアーク溶接の場合も同様である。

正逆送給制御アーク溶接において、スラグによるアークスタート不良を改善する方法が特許文献１に開示されている。特許文献１の発明では、溶接開始時に溶接ワイヤの送給を開始してから溶接電流が通電するまでの初期期間中も、正逆送給制御を行っている。これにより、溶接ワイヤ先端にスラグが付着しているために溶接ワイヤ先端が母材と接触しても溶接電流が通電しないときには、溶接ワイヤ先端と母材との衝突が反復されることになる。特許文献１の発明では、この衝突の反復によって溶接ワイヤ先端のスラグを除去して、アークを発生させている。

特許第６５９３９２３号公報

上述した従来技術においては、初期期間中に正逆送給制御を行うことによって、溶接ワイヤ先端にスラグが付着していても、溶接ワイヤ先端と母材とが何度か衝突を繰り返す間にスラグが除去されてアークが発生する。しかし、スラグの付着状態がひどい場合には、溶接ワイヤ先端と母材との複数回の衝突にも関わらず、アークが発生しない場合がある。

そこで、本発明では、スラグの付着状態がひどい場合にも、確実にアークスタートさせ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、
溶接を開始する際に、溶接ワイヤの送給開始時点から溶接電流の通電開始時点までの初期期間中は、送給速度を正送期間と逆送期間とに交互に切り換える正逆送給制御を行うアーク溶接制御方法において、
前記初期期間中に、スラグが除去されていない状態が継続していると判別したときは、それ以降の前記初期期間中は前記送給速度の振幅及び／又は平均値を増加させる、
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、
前記判別を、前記初期期間の経過時間が基準時間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、
前記判別を、前記初期期間中に送給モータのトルクが基準トルク以上になったことに基づいて行う、
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。

本発明に係るアーク溶接制御方法によれば、スラグの付着状態がひどい場合にも、確実にアークスタートさせることができる。

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溶接開始時の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。

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、後述する駆動信号Ｄｖ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駆動信号Ｄｖ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、正送期間と逆送期間とを交互に切り換えて溶接ワイヤ１を送給速度Ｆｗで送給する。送給モータＷＭには、過渡特性の良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。

出力電圧設定回路ＥＲは、予め定めた出力電圧設定信号Ｅｒを出力する。出力電圧検出回路ＥＤは、上記の出力電圧Ｅを検出し平滑して、出力電圧検出信号Ｅｄを出力する。

電圧誤差増幅回路ＥＶは、上記の出力電圧設定信号Ｅｒ及び上記の出力電圧検出信号Ｅｄを入力として、出力電圧設定信号Ｅｒ（＋）と出力電圧検出信号Ｅｄ（－）との誤差を増幅して、電圧誤差増幅信号Ｅｖを出力する。この回路によって、溶接電源は定電圧制御される。

ホットスタート電流設定回路ＩＨＲは、予め定めたホットスタート電流設定信号Ｉhr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、上記のホットスタート電流設定信号Ｉhr及び上記の電流検出信号Ｉｄを入力として、ホットスタート電流設定信号Ｉhr（＋）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。この回路によって、ホットスタート電流が通電する期間（ホットスタート期間）中は溶接電源は定電流制御される。

電流通電判別回路ＣＤは、上記の電流検出信号Ｉｄを入力として、この値がしきい値（１０Ａ程度）以上のときは溶接電流Ｉｗが通電していると判別してＨｉｇｈレベルとなる電流通電判別信号Ｃｄを出力する。

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及び上記の電流通電判別信号Ｃｄを入力として、電流通電判別信号ＣｄがＨｉｇｈレベル（通電）に変化した時点から予め定めたホットスタート期間中は電流誤差増幅信号Ｅｉを誤差増幅信号Ｅａとして出力し、それ以外の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。

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、この値が短絡判別値（１０Ｖ程度）未満のときは短絡期間であると判別してＨｉｇｈレベルとなり、以上のときはアーク期間であると判別してＬｏｗレベルとなる短絡判別信号Ｓｄを出力する。

溶接開始回路ＳＴは、溶接電源を起動するときにＨｉｇｈレベルとなる溶接開始信号Ｓｔを出力する。この溶接開始回路ＳＴは、溶接トーチ４の起動スイッチ、溶接工程の制御装置、溶接ロボットを使用する場合のロボット制御装置等が相当する。

駆動回路ＤＶは、上記の誤差増幅信号Ｅａ及び上記の溶接開始信号Ｓｔを入力として、溶接開始信号ＳｔがＨｉｇｈレベル（溶接開始）のときは誤差増幅信号Ｅａに基づいてＰＷＭ変調制御を行い、上記の電源主回路ＰＭ内のインバータ回路を駆動するための駆動信号Ｄｖを出力する。

初期期間タイマ回路ＳＴＩは、上記の溶接開始信号Ｓｔ及び上記の電流通電判別信号Ｃｄを入力として、溶接開始信号ＳｔがＨｉｇｈレベル(溶接開始)に変化した時点でＨｉｇｈレベルとなり、電流通電判別信号ＣｄがＨｉｇｈレベル(通電)に変化した時点でＬｏｗレベルとなる初期期間タイマ信号Ｓtiを出力する。

判別回路ＨＤは、上記の初期期間タイマ信号Ｓtiを入力として、初期期間タイマ信号ＳtiがＨｉｇｈレベル(初期期間)に変化した時点からの経過時間が基準時間以上になるとＨｉｇｈレベルとなり、初期期間タイマ信号ＳtiがＬｏｗレベルに変化するとＬｏｗレベルになる判別信号Ｈｄを出力する。上記の基準時間は、溶接ワイヤ１の送給が開始された時点(初期期間の開始時点)から溶接ワイヤ１の先端が母材２と複数回の衝突を繰り返すまでの時間として設定される。したがって、判別信号ＨｄがＨｉｇｈレベルに変化した時点とは、溶接ワイヤ１の先端と母材２とが複数回の衝突を繰り返しても、まだスラグが除去されていない状態が継続している場合である。溶接ワイヤ１が母材２と最初に衝突するまでの時間は、例えば０．５秒程度である。そして、衝突を５０回繰り返す時間は、例えば０．５秒程度である。この場合には、基準時間は０．５＋０．５＝１．０秒に設定される。実際には、初期時間は、０．５から２．０秒程度に設定される。

定常正送ピーク値設定回路ＦＳＣＲは、予め定めた定常正送ピーク値設定信号Ｆscrを出力する。定常逆送ピーク値設定回路ＦＲＣＲは、予め定めた定常逆送ピーク値設定信号Ｆrcrを出力する。

定常溶接期間送給速度設定回路ＦＣＲは、上記の短絡判別信号Ｓｄ、上記の定常正送ピーク値設定信号Ｆscr及び上記の定常逆送ピーク値設定信号Ｆrcrを入力として、短絡判別信号Ｓｄに基づいて正送期間と逆送期間とが切り換えられ、定常正送ピーク値設定信号Ｆscrによって定まる定常正送ピーク値Ｆsc及び定常逆送ピーク値設定信号Ｆrcrによって定まる定常逆送ピーク値Ｆrcから形成される台形波の定常溶接期間送給速度設定信号Ｆcrを出力する。定常溶接期間送給速度設定信号Ｆcrについては、図２で詳述する。

初期正送ピーク値設定回路ＦＳＩＲは、上記の判別信号Ｈｄを入力として、判別信号ＨｄがＬｏｗレベルのときは予め定めた標準値となり、判別信号ＨｄがＨｉｇｈレベルのときは予め定めた増加値となる初期正送ピーク値設定信号Ｆsirを出力する。標準値＜増加値である。したがって、増加値に切り換えられると、初期正送ピーク値設定信号Ｆsirの値が大きくなり、送給速度Ｆｗの振幅が増加する。

初期逆送ピーク値設定回路ＦＲＩＲは、上記の判別信号Ｈｄを入力として、判別信号ＨｄがＬｏｗレベルのときは予め定めた標準値となり、判別信号ＨｄがＨｉｇｈレベルのときは予め定めた増加値となる初期逆送ピーク値設定信号Ｆrirを出力する。標準値＜増加値である。したがって、増加値に切り換えられると、初期逆送ピーク値設定信号Ｆrirの絶対値が大きくなり、送給速度Ｆｗの振幅が増加する。

初期周波数設定回路ＳＩＲは、上記の判別信号Ｈｄを入力として、判別信号ＨｄがＬｏｗレベルのときは予め定めた標準値となり、判別信号ＨｄがＨｉｇｈレベルのときは予め定めた増加値となる初期周波数設定信号Ｓirを出力する。初期周波数設定信号Ｓirは、初期期間中の正送期間と逆送期間とを切り換える周波数を設定する信号である。標準値＜増加値である。したがって、増加値に切り換えられると、初期周波数設定信号Ｓirの値は増加する。

初期時間比率設定回路ＤＩＲは、上記の判別信号Ｈｄを入力として、判別信号ＨｄがＬｏｗレベルのときは予め定めた標準値となり、判別信号ＨｄがＨｉｇｈレベルのときは予め定めた増加値となる初期時間比率設定信号Ｄirを出力する。初期時間比率設定信号Ｄirは、初期期間中の正送期間と逆送期間との時間比率を設定する。時間比率＝（正送期間の時間長さ）／(正送期間＋逆送期間の時間長さ)である。すなわち、初期周波数設定信号Ｓirの逆数１／Ｓirによって定まる１周期に占める正送期間の時間比率となる。したがって、正送期間の時間長さ＝Ｄir／Ｓirであり、逆送期間の時間長さ＝(１－Ｄir）／Ｓirである。上記において、標準値＜増加値である。この結果、増加値に切り換えられると、正送期間の比率が大きくなるので、送給速度Ｆｗの平均値が増加することになる。

初期期間送給速度設定回路ＦＩＲは、上記の初期正送ピーク値設定信号Ｆsir、上記の初期逆送ピーク値設定信号Ｆrir、上記の初期周波数設定信号Ｓir及び上記の初期時間比率設定信号Ｄirを入力として、初期周波数設定信号Ｓir及び初期時間比率設定信号Ｄirに基づいて正送期間及び逆送期間が定まり、初期正送ピーク値設定信号Ｆsirによって初期正送ピーク値Ｆsiが定まり、初期逆送ピーク値設定信号Ｆrirによって初期逆送ピーク値Ｆriが定まる台形波の初期期間送給速度設定信号Ｆirを出力する。初期期間送給速度設定信号Ｆirについては、図２で詳述する。

送給速度設定回路ＦＲは、上記の定常溶接期間送給速度設定信号Ｆcr、上記の初期期間送給速度設定信号Ｆir及び上記の初期期間タイマ信号Ｓtiを入力として、初期期間タイマ信号ＳtiがＨｉｇｈレベルである初期期間中は初期期間送給速度設定信号Ｆirを送給速度設定信号Ｆｒとして出力し、初期期間タイマ信号ＳtiがＬｏｗレベルである定常溶接期間中は定常溶接期間送給速度設定信号Ｆcrを送給速度設定信号Ｆｒとして出力する。

送給制御回路ＦＣは、上記の溶接開始信号Ｓｔ及び上記の送給速度設定信号Ｆｒを入力として、溶接開始信号ＳｔがＨｉｇｈレベル(溶接開始)のときは送給速度設定信号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。

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溶接開始時の各信号のタイミングチャートである。同図（Ａ）は溶接開始信号Ｓｔの時間変化を示し、同図（Ｂ）は送給速度Ｆｗの時間変化を示し、同図（Ｃ）は溶接電流Ｉｗの時間変化を示し、同図（Ｄ）は溶接電圧Ｖｗの時間変化を示し、同図（Ｅ）は電流通電判別信号Ｃｄの時間変化を示し、同図（Ｆ）は短絡判別信号Ｓｄの時間変化を示し、同図（Ｇ）は初期期間タイマ信号Ｓtiの時間変化を示し、同図(Ｈ)は溶接ワイヤ先端と母材表面との距離である溶接ワイヤ先端・母材間距離Ｌｗの時間変化を示し、同図（Ｉ）は判別信号Ｈｄの時間変化を示す。以下、同図を参照して溶接開始時における各信号の動作について説明する。

同図（Ｂ）に示すように、送給速度Ｆｗは、０よりも上側が正送期間となり、下側が逆送期間となる。送給速度Ｆｗは、初期期間Ｔｉ中は図１の初期期間送給速度設定信号Ｆirによって制御され、所定の周波数で正送期間と逆送期間とが切り換えられる。他方、送給速度Ｆｗは、定常溶接期間Ｔｃ中は図１の定常溶接期間送給速度設定信号Ｆcrによって制御され、短絡期間とアーク期間とに同期して正送期間と逆送期間とが切り換えられる。送給速度Ｆｗは、台形波状に変化している。送給速度Ｆｗの平均値は正の値となり、溶接ワイヤ１は平均的には正送されている。

溶接開始時の時刻ｔ１においては、溶接ワイヤ１の先端と母材２の表面とは離れているので、同図(Ｈ)に示すように、溶接ワイヤ先端・母材間距離Ｌｗは正の値となる。時刻ｔ１時点におけるＬｗの値は２～２０mm程度である。同図(Ａ)に示す溶接開始信号ＳｔがＨｉｇｈレベルとなる時刻ｔ１から同図(Ｅ)に示す電流通電判別信号ＣｄがＨｉｇｈレベルとなる時刻ｔ７までの期間が初期期間Ｔｉとなり、それ以降の期間が定常溶接期間Ｔｃとなる。

［時刻ｔ１～ｔ７の初期期間Ｔｉの動作］
時刻ｔ１において、同図(Ａ)に示すように、溶接開始信号ＳｔがＨｉｇｈレベル（溶接開始）に変化すると、同図(Ｇ)に示すように、初期期間タイマ信号ＳtiがＨｉｇｈレベルに変化して初期期間Ｔｉが開始する。同時に、溶接電源が起動されるので、同図（Ｄ）に示すように、溶接電圧Ｖｗは最大出力電圧値(７０Ｖ程度)の無負荷電圧値になる。溶接ワイヤ１の先端と母材２の表面とは離れているので、同図（Ｃ）に示すように、溶接電流Ｉｗは通電しない。同時に、同図(Ｂ)に示すように、溶接ワイヤ１の送給が開始される。

同図(Ｂ)に示すように、初期期間Ｔｉ中の送給速度Ｆｗに対しては、所定の初期周波数Ｓｉ［Ｈｚ］で正送期間と逆送期間とを交互に繰り返す正逆送給制御が行われる。初期周波数Ｓｉは、図１の初期周波数設定信号Ｓirの標準値(１００Ｈｚ程度)によって設定される。初期期間中の正送期間及び逆送期間は、図１の初期周波数設定信号Ｓirの標準値及び初期時間比率設定信号Ｄirの標準値(５５％程度)によって設定される。

時刻ｔ１～ｔ２の正送期間中の送給速度Ｆｗは、０から所定の変化率で加速し、所定の初期正送ピーク値Ｆsiに到達するとその値を維持し、所定の期間が経過すると所定の変化率で０まで減速する。初期正送ピーク値Ｆsiは、図１の初期正送ピーク値設定信号Ｆsirの標準値(２５m/min程度)によって設定される。時刻ｔ２～ｔ３の逆送期間中の送給速度Ｆｗは、０から所定の変化率で加速し、所定の負の値である初期逆送ピーク値Ｆriに到達するとその値を維持し、所定の期間が経過すると所定の変化率で０まで減速する。初期逆送ピーク値Ｆriは、図１の初期逆送ピーク値設定信号Ｆrirの標準値(－２１m/min程度)によって設定される。時刻ｔ１～ｔ３の期間が１周期となり、初期周波数Ｓｉの逆数１／Ｓｉとなる。

同図(Ｈ)に示すように、溶接ワイヤ先端・母材間距離Ｌｗは、時刻ｔ１～ｔ２の正送期間中は次第に短くなり、時刻ｔ２～ｔ３の逆送期間中は次第に長くなる。但し、時刻ｔ３時のＬｗの値は、時刻ｔ１時点のＬｗの値よりも短くなっている。これは、１周期あたりの送給速度Ｆｗの平均値が正の値になるように波形パラメータが調整されているからである。時刻ｔ３～ｔ４の周期においても、上記と同様の動作を繰り返す。同図においては、時刻ｔ１～ｔ４の２周期分だけ描画しているが、実際には、この期間は最初に衝突が発生するまでの数十周期となる。

同図(Ｂ)に示すように、時刻ｔ４～ｔ４２の正送期間中の時刻４１において、溶接ワイヤ１の先端が母材２の表面と接触（衝突）すると、同図(Ｈ)に示すように、溶接ワイヤ先端・母材間距離Ｌｗ＝０となる。しかし、溶接ワイヤ１の先端にスラグが付着しているために、非導通接触状態となる。このために、同図(Ｃ)に示すように、溶接電流Ｉｗは通電せず、同図(Ｄ)に示すように、溶接電圧Ｖｗは無負荷電圧値のままである。時刻ｔ４１～ｔ４２の正送期間中の溶接ワイヤ先端・母材間距離Ｌｗは０のままである。続く時刻ｔ４２～ｔ５の逆送期間中は、溶接ワイヤ先端・母材間距離Ｌｗは０から次第に長くなる。同図においては、時刻ｔ４～ｔ５の１周期分だけ描画しているが、実際には、この期間は数十周期となる。また、この期間中の送給速度Ｆｗの波形は、溶接ワイヤ１と母材２との短絡期間中も送給経路にあそびがあるために台形波のままとなる。スラグがほとんど付着していない場合又はそれほど付着していない場合は、溶接ワイヤ１と母材２との初回又は数回の衝突でアークが発生することが多い。

時刻ｔ５において、時刻ｔ１の初期期間Ｔｉの開始時点からの経過時間が予め定めた基準時間以上になると、同図（Ｉ）に示すように、スラグが除去されていない状態が継続していると判別して判別信号Ｈｄ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、送給速度Ｆｗの波形パラメータは以下のように変化し、振幅及び／又は平均値が１．２～１．５倍程度増加する。初期正送ピーク値Ｆsiは図１の初期正送ピーク値設定信号Ｆsirの増加値に増加し、初期逆送ピーク値Ｆriは図１の初期逆送ピーク値設定信号Ｆrirの増加値に増加し、初期周波数Ｓｉは図１の初期周波数設定信号Ｓirの増加値に増加し、初期時間比率Ｄｉは図１の初期時間比率設定信号Ｄirの増加値に増加する。これらの波形パラメータは、全てが増加値に変化する必要はなく、少なくとも一つが増加値に変化して、送給速度Ｆｗの振幅及び／又は平均値が増加すれば良い。そして、同図(Ｂ)に示すように、時刻ｔ５～ｔ５２の正送期間中の時刻５１において、溶接ワイヤ１の先端が母材２の表面と接触（衝突）すると、同図(Ｈ)に示すように、溶接ワイヤ先端・母材間距離Ｌｗ＝０となる。しかし、溶接ワイヤ１の先端にスラグが付着しているために、非導通接触状態が継続している。このために、同図(Ｃ)に示すように、溶接電流Ｉｗは通電せず、同図(Ｄ)に示すように、溶接電圧Ｖｗは無負荷電圧値のままである。時刻ｔ５１～ｔ５２の正送期間中の溶接ワイヤ先端・母材間距離Ｌｗは０のままである。続く時刻ｔ５２～ｔ６の逆送期間中は、溶接ワイヤ先端・母材間距離Ｌｗは０から次第に長くなる。同図においては、時刻ｔ５～ｔ６の１周期分だけ描画しているが、実際には、この期間はアークが発生するまでの数周期～数十周期となる。この期間中は、送給速度Ｆｗの振幅及び／又は平均値が増加するために、溶接ワイヤ１の先端と母材２との衝突時の衝撃が強くなり、スラグの除去作用が増大する。この結果、スラグの付着状態がひどい場合でも、有効にスラグを除去することができる。しかし、このようにすると、図１の送給モータＷＭへのストレスが大きくなり寿命が短くなるおそれがある。このために、最初から送給速度Ｆｗの振幅及び／平均値を大きくすることを避けて、基準時間が経過したときにのみ大きくするようにしている。スラグの付着状態がひどくない場合は、基準時間が経過するまでの複数回の衝突によってアークが発生することが多い。

同図(Ｂ)に示すように、時刻ｔ６からの正送期間中の時刻ｔ７において、溶接ワイヤ１の先端が母材２の表面と再び接触（衝突）すると、同図(Ｈ)に示すように、溶接ワイヤ先端・母材間距離Ｌｗ＝０となる。溶接ワイヤ１の先端に付着したスラグは前周期までの衝突によって削り取られて除去されたために、今回の接触では導通接触状態(短絡状態)となる。このために、同図(Ｃ)に示すように、溶接電流Ｉｗが通電を開始し、同図(Ｄ)に示すように、溶接電圧Ｖｗは、無負荷電圧値から低下して数Ｖの短絡電圧値となる。これに応動して、時刻ｔ７において、同図(Ｅ)に示すように、電流通電判別信号ＣｄがＨｉｇｈレベル(通電)となるので、同図(Ｇ)に示すように、初期期間タイマ信号ＳtiがＬｏｗレベルに変化して初期期間Ｔｉが終了する。同時に、同図（Ｉ）に示すように、判別信号ＨｄもＬｏｗレベルに変化する。時刻ｔ７において、同図(Ｆ)に示すように、短絡判別信号ＳｄはＨｉｇｈレベル(短絡）となる。

［時刻ｔ７以降の定常溶接期間Ｔｃの動作］
時刻ｔ７において短絡状態となると、同図（Ｃ）に示すように、予め定めたホットスタート電流値（２００～５００Ａ程度）の溶接電流Ｉｗが通電する。ホットスタート電流は、時刻ｔ７～ｔ９１の予め定めたホットスタート期間中通電する。

時刻ｔ７に電流通電判別信号ＣｄがＨｉｇｈレベルに変化してから予め定めた遅延期間が経過した時刻ｔ８において、同図（Ｂ）に示すように、送給速度Ｆｗは正送から逆送に切り換えられて、所定の定常逆送ピーク値Ｆrcまで急加速し、その値を維持する。上記の遅延期間は１～１０ms程度に設定される。遅延期間を０にして、遅延しないようにしても良い。この遅延は、溶接ワイヤ１が母材２に接触したときに、初期アークを円滑に発生させるために設けている。

時刻ｔ９において上記のホットスタート電流の通電によって、アーク３が発生すると、同図（Ｄ）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し、これに応動して、同図（Ｆ）に示すように、短絡判別信号ＳｄはＬｏｗレベル（アーク）に変化する。逆送ピーク期間中に短絡判別信号ＳｄがＬｏｗレベル（アーク）に変化すると、同図（Ｂ）に示すように、送給速度Ｆｗは正送期間への移行を開始する。送給速度Ｆｗは、時刻ｔ９から所定の変化率で減速されて、時刻ｔ１０において０となる。逆送減速期間中の時刻ｔ９１において、同図（Ｃ）に示すように、溶接電流Ｉｗはホットスタート電流値からアーク負荷に応じて変化するアーク電流値に減少する。上述したように、時刻ｔ７～ｔ９１のホットスタート期間は所定値であるので、ホットスタート期間が終了する時点において、送給速度Ｆｗがどの期間になっているかは不確定である。時刻ｔ９～ｔ１１の期間がアーク期間となる。

時刻ｔ１０から正送期間に入り、所定の変化率で０から加速され、所定の定常正送ピーク値Ｆscに達するとその値を維持する。正送ピーク期間中の時刻ｔ１１において、短絡が発生すると、同図(Ｄ)に示すように、溶接電圧Ｖｗは数Ｖの短絡電圧値に急減し、同図(Ｆ)に示すように、短絡判別信号ＳｄはＨｉｇｈレベル(短絡)に変化する。これに応動して、同図(Ｂ)に示すように、送給速度Ｆｗは逆送期間への移行を開始する。送給速度Ｆｗは、時刻ｔ１１～ｔ１２の期間中に所定の変化率で減速して０となる。同図（Ｃ）に示すように、溶接電流Ｉｗは時刻ｔ１１～１３の短絡期間中に次第に増加する。

時刻ｔ１２から逆送期間に入り、所定の変化率で０から加速され、所定の定常逆送ピーク値Ｆrcに達するとその値を維持する。時刻ｔ１３において、逆送によってアークが発生すると、同図(Ｄ)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し、同図(Ｆ)に示すように、短絡判別信号ＳｄはＬｏｗレベル(アーク)に変化する。これに応動して、同図(Ｂ)に示すように、送給速度Ｆｗは正送期間への移行を開始する。送給速度Ｆｗは、時刻ｔ１３～ｔ１４の期間中に所定の変化率で減速して０となる。同図（Ｃ）に示すように、溶接電流Ｉｗはアーク期間中に次第に減少する。

溶接ワイヤ先端・母材間距離Ｌｗの変化は以下のようになる。初めて導通状態(短絡状態)になる時刻ｔ７からアークが発生する時刻ｔ９までは、Ｌｗ＝０となる。時刻ｔ９～ｔ１０の逆送減速期間中は、Ｌｗの値は０から次第に長くなる。時刻ｔ１０～ｔ１１までの正送期間中は、Ｌｗの値は次第に短くなり０となる。時刻ｔ１１～ｔ１３の期間中は、Ｌｗの値は０のままである。時刻ｔ１３～ｔ１４の逆送減速期間中は、Ｌｗの値は次第に長くなる。

実施の形態１によれば、初期期間中に、スラグが除去されていない状態が継続していると判別したときは、それ以降の初期期間中は前記送給速度の振幅及び／又は平均値を増加させる。判別は、初期期間の経過時間が基準時間以上になったことによって行う。スラグの付着状態がひどいために、溶接ワイヤと母材との衝突を複数回繰り返してもアークが発生しない場合が生じる。本実施の形態では、このような状態を判別したときは、送給速度の振幅及び／又は平均値を増加させることによって、衝突の衝撃を強くして、スラグの除去作用を大きくしている。この結果、本実施の形態では、スラグの付着状態がひどい場合にも、確実にアークスタートさせることができる。

［実施の形態２］
実施の形態２の発明は、初期期間中に送給速度の振幅及び／又は平均値を増加させるタイミングを、送給モータのトルクが基準トルク以上になったことに基づいて行うものである。

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にモータ電流検出回路ＩＭＤを追加し、図１の判別回路ＨＤを第２判別回路ＨＤ２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。

モータ電流検出回路ＩＭＤは、送給モータＷＭのモータ電流を検出して、モータ電流検出信号Ｉmdを出力する。このモータ電流検出信号Ｉmdは、送給モータＷＭのトルクと比例関係にあるので、トルクを検出していることになる。

第２判別回路ＨＤ２は、上記の初期期間タイマ信号Ｓti及び上記のモータ電流検出信号Ｉmdを入力として、以下の１）又は２）のいずれかの処理を行い、判別信号Ｈｄを出力する。
１）初期期間タイマ信号ＳtiがＨｉｇｈレベルであるときに、モータ電流検出信号Ｉmdの値が基準電流値(基準トルク)以上に変化したことによって溶接ワイヤ１と母材２との衝突を判別する。そして、初回の衝突の判別から所定時間(０．５～１．５秒程度)が経過するとＨｉｇｈレベルとなり、初期期間タイマ信号ＳtiがＬｏｗレベルに変化するとＬｏｗレベルになる判別信号Ｈｄを出力する。
２）初期期間タイマ信号ＳtiがＨｉｇｈレベルであるときに、モータ電流検出信号Ｉmdの値が基準電流値(基準トルク)以上に変化したことによって溶接ワイヤ１と母材２との衝突を判別する。そして、衝突の判別回数が所定回数(５０～１５０回程度)に達するとＨｉｇｈレベルとなり、初期期間タイマ信号ＳtiがＬｏｗレベルに変化するとＬｏｗレベルになる判別信号Ｈｄを出力する。

図３における各信号のタイミングチャートは上述した図２と同一であるので、省略する。但し、時刻ｔ５において判別信号ＨｄがＨｉｇｈレベルとなるタイミングが、第２判別回路ＨＤ２によって行われる点が異なっている。

上述した実施の形態２によれば、送給速度の振幅及び／平均値を増大させるタイミングの判別を、初期期間中に送給モータのトルクが基準トルク以上になったことに基づいて行う。このようにすると、溶接ワイヤと母材との衝突が所定回数行われてもアークが発生しない場合に送給速度の振幅及び／平均値を増加させるので、送給モータへのストレスを必要最少減に留めることができる。さらに、送給開始時の溶接ワイヤ先端・母材間距離のばらつきによる最初の衝突までの時間のばらつきに影響されることがないので、アークスタートに要する時間を短くすることができ、生産性を向上させることができる。

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
ＣＤ 電流通電判別回路
Ｃｄ 電流通電判別信号
ＤＩＲ 初期時間比率設定回路
Ｄir 初期時間比率設定信号
ＤＶ 駆動回路
Ｄｖ 駆動信号
Ｅ 出力電圧
Ｅａ 誤差増幅信号
ＥＤ 出力電圧検出回路
Ｅｄ 出力電圧検出信号
ＥＩ 電流誤差増幅回路
Ｅｉ 電流誤差増幅信号
ＥＲ 出力電圧設定回路
Ｅｒ 出力電圧設定信号
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
ＦＣＲ 定常溶接期間送給速度設定回路
Ｆcr 定常溶接期間送給速度設定信号
ＦＩＲ 初期期間送給速度設定回路
Ｆir 初期期間送給速度設定信号
ＦＲ 送給速度設定回路
Ｆｒ 送給速度設定信号
Ｆrc 定常逆送ピーク値
ＦＲＣＲ 定常逆送ピーク値設定回路
Ｆrcr 定常逆送ピーク値設定信号
Ｆri 初期逆送ピーク値
ＦＲＩＲ 初期逆送ピーク値設定回路
Ｆrir 初期逆送ピーク値設定信号
Ｆsc 定常正送ピーク値
ＦＳＣＲ 定常正送ピーク値設定回路
Ｆscr 定常正送ピーク値設定信号
Ｆsi 初期正送ピーク値
ＦＳＩＲ 初期正送ピーク値設定回路
Ｆsir 初期正送ピーク値設定信号
ＦＷ 送給速度
ＨＤ 判別回路
Ｈｄ 判別信号
ＨＤ２ 第２判別回路
ＩＤ 電流検出回路
Ｉｄ 電流検出信号
ＩＨＲ ホットスタート電流設定回路
Ｉhr ホットスタート電流設定信号
ＩＭＤ モータ電流検出回路
Ｉmd モータ電流検出信号
Ｉｗ 溶接電流
Ｌｗ 溶接ワイヤ先端・母材間距離
ＰＭ 電源主回路
ＳＤ 短絡判別回路
Ｓｄ 短絡判別信号
Ｓｉ 初期周波数
ＳＩＲ 初期周波数設定回路
Ｓir 初期周波数設定信号
ＳＴ 溶接開始回路
Ｓｔ 溶接開始信号
ＳＴＩ 初期期間タイマ回路
Ｓti 初期期間タイマ信号
ＳＷ 電源特性切換回路
Ｔｃ 定常溶接期間
Ｔｉ 初期期間
ＶＤ 電圧検出回路
Ｖｄ 電圧検出信号
Ｖｗ 溶接電圧
ＷＬ リアクトル
ＷＭ 送給モータ

Claims (3)

1. 溶接を開始する際に、溶接ワイヤの送給開始時点から溶接電流の通電開始時点までの初期期間中は、送給速度を正送期間と逆送期間とに交互に切り換える正逆送給制御を行うアーク溶接制御方法において、
   前記初期期間中に、スラグが除去されていない状態が継続していると判別したときは、それ以降の前記初期期間中は前記送給速度の振幅及び／又は平均値を増加させる、
   ことを特徴とするアーク溶接制御方法。
2. 前記判別を、前記初期期間の経過時間が基準時間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. 前記判別を、前記初期期間中に送給モータのトルクが基準トルク以上になったことに基づいて行う、
   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。

Images