JP3762476B2 - パルスアーク溶接終了方法及び溶接装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、消耗電極（以下、ワイヤという）に、パルス電流を通電して溶接し、溶接終了時の溶接電流を制御するパルスアーク溶接終了方法及び装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
消耗電極式パルスアーク溶接において、溶接終了後のワイヤ先端の溶融球の大きさ、形状、溶融球表面に付着したスラグの程度等の状態（以下、ワイヤ先端の状態という。）が、次回のアークスタートが瞬時に行われるかどうか（以下、アークスタート性能という）に大きく影響する。したがって、アークスタート性能を向上させるために、溶接終了時のワイヤ先端の状態を制御する必要がある。
そこで、後述するように、ワイヤ送給モータの電機子電圧が所定値以下になったことを検出して、強制的に電流パルスを通電してワイヤ先端の溶融球を離脱させる従来技術がある。
【０００３】
一般に、消耗電極式パルスアーク溶接の溶接終了時に、溶接開始・終了回路から溶接終了信号を出力して、ワイヤ送給モータに供給している送給電圧を停止する。モータ及び送給機構に慣性があるので、送給電圧の停止後も、ワイヤが過渡的に若干量送給され、徐々にワイヤ送給速度が小さくなり、停止する。この過渡的なワイヤ送給量は、ワイヤ送給モータ及び送給機構の慣性、溶接時のワイヤ送給速度の大小、ワイヤの材質、ワイヤの直径等によって変化する。
また、ワイヤ送給モータ及び送給機構の慣性によって、溶接終了時にワイヤ先端が溶融池表面に突っ込む現象（以下、スティックという）が発生する。
そこで、従来から、ワイヤ送給モータに供給する電圧を停止した後も、溶接電流を通電してスティックを防止するアンチスティック方式が採用されている。
また、ワイヤ送給モータに供給する電圧を停止した後も、適正な溶接電流を通電することによって、スティック及びワイヤ先端と給電チップとの溶着（バーンバック）現象の発生を防いでいる。
【０００４】
図１は、パルス電流を通電して溶接し、溶接終了時の溶接電流を制御する従来のパルスアーク溶接装置のブロック図である。
以下、図１を参照して、従来のパルス溶接終了方法について説明する。
同図において、パルス溶接電源ＰＳは、商用電源ＡＣを入力して溶接用電力をワイヤ１と被溶接物２に出力する。
ワイヤ送給速度設定回路ＷＳは、設定したワイヤ送給速度のワイヤ送給速度設定信号Ｗs をワイヤ送給速度制御回路ＷＣに出力し、ワイヤ送給速度制御回路ＷＣはワイヤ送給速度制御信号Ｗc をワイヤ送給・停止回路ＮＴ２を通じて、ワイヤ送給モータＷＭに出力する。
溶接開始・終了指令回路ＴＳ、例えば、溶接を開始するためにトーチスイッチを一度押すと、溶接開始信号Ｔs を出力し、溶接を終了するためにトーチスイッチを再度押すと、溶接終了信号Ｔf を出力して、ワイヤ送給・停止回路ＮＴ２を開閉し、ワイヤ送給モータに送給電圧を通電又は停止する。
【０００６】
溶接電圧検出回路ＶＤは、溶接電圧を検出して溶接電圧検出信号Ｖd を出力する。溶接電圧設定回路ＶＳは、溶接電圧設定信号Ｖs を出力する。設定・検出電圧比較回路ＣＭ２は、溶接電圧検出信号Ｖd と溶接電圧設定信号Ｖs とを入力として、設定・検出電圧比較信号Ｃm2を出力する。
【０００８】
電圧・周波数変換回路ＶＦは、設定・検出電圧比較信号Ｃm2を入力して、パルス周波数に対応した周波数制御信号Ｖf を出力する。
パルス幅設定回路ＴＰ（例えば、モノマルチ発振回路）は、入力された周波数制御信号Ｖf のパルス周波数に同期して予め設定したパルス幅のパルス周波数・幅信号Ｔp を出力する。
【００１０】
電機子電圧比較回路ＣＭ３は、電機子検出電圧Ｗｄと電機子基準電圧Ｗｅとを比較し、Ｗd がＷe よりも低くなると、モータ停止信号Ｃm3を出力する。
最終パルス出力指令回路（例えば、モノマルチ発振回路）ＭＭ１は、モータ停止信号Ｃm3の立ち上がりによって、最終パルス出力指令信号Ｍm1を出力する。
定常・最終パルス通電指令回路（ＯＲ回路）ＯＲは、パルス幅設定回路ＴＰが出力するパルス周波数・幅信号Ｔp 又は最終パルス出力指令回路ＭＭ１が出力する最終パルス出力指令信号Ｍm1のいずれかが入力されたとき、定常・最終パルス通電指令信号Ｏr を出力する。
【００１２】
ベース電流値設定回路ＩＢＳは、ベース電流値設定信号Ｉbsを出力し、ピーク電流値設定回路ＩＰＳは、ピーク電流値設定信号Ｉpsを出力する。
ピーク・ベース電流値切換回路ＳＷ１は、定常・最終パルス通電指令信号Ｏr によって通常の周期のピーク・ベース電流又は最終パルス電流を通電する。
ピーク・ベース電流値切換回路ＳＷ１に、定常・最終パルス通電指令回路ＯＲからパルス周波数・幅信号Ｔp 及び最終パルス出力指令信号Ｍm1が入力されている間は、ピーク電流値設定信号Ｉpsとベース電流値設定信号Ｉbsとを切換えて、ピーク・ベース電流値切換信号Ｓw1を出力する。したがって、このピーク・ベース電流値切換信号Ｓw1は、後述する図２の経過時間ｔに示すように、ピーク・ベース電流値切換回路ＳＷ１に、パルス周波数・幅信号Ｔp が入力されている間は、入力されたパルス周波数・幅信号Ｔp の周波数に同期して、ピーク期間Ｔp のときはピーク電流値設定信号Ｉpsとなり、ベース期間Ｔb のときはベース電流値設定信号Ｉbsとなり、また最終パルス出力指令信号Ｍm1が入力されると、ピーク電流値設定信号Ｉpsとなる。
【００１４】
設定・検出電流比較回路ＣＭ１は、溶接電流検出信号Ｉd とピーク・ベース電流切換信号Ｓw1とを入力して、その差の設定・検出電流比較信号Ｃm1を出力する。溶接電流制御回路ＤＶは、設定・検出電流比較信号Ｃm1を入力して溶接電流制御信号Ｄv を出力し、溶接電流通電・停止回路ＮＴ１は、後述する通電・パルス停止指令信号Ｆf1が入力されている間、溶接電流制御信号Ｄv を、例えばＰＷＭ制御のインバータ回路を含むパルス溶接電源ＰＳに出力して溶接電流値を出力する。
【００１５】
通電・パルス停止指令回路（例えば、フリップフロップ回路）ＦＦ１は、セット端子Ｓに溶接開始信号Ｔs が入力されたときに、出力端子Ｑに通電・パルス停止指令信号Ｆf1を出力する。また、最終パルス出力指令信号Ｍm1の立ち下りを最終パルス通電停止指令信号としてリセット端子Ｒに入力し、出力端子Ｑから出力されている通電・パルス停止指令信号Ｆf1を停止する。
【００１６】
溶接条件は、次の回路で設定する。溶接電圧設定回路ＶＳは溶接（アーク）電圧を設定し、パルス幅設定回路ＴＰはパルス幅を設定し、ピーク電流値設定回路ＩＰＳはピーク電流値を設定し、ベース電流値設定回路ＩＢＳはベース電流値を設定する。
【００１７】
図２は、図１に示す従来の溶接装置の各動作信号と経過時間ｔとの関係を示す図である。
同図（Ａ）は、信号の立ち上がり時点の溶接開始信号Ｔs から信号の立ち下がり時点の溶接終了信号Ｔf まで継続する通電指令信号を示し、例えば、トーチスイッチＴＳを押したとき、通電指令信号を出力してその立ち上がりの信号が溶接開始信号Ｔs となり、トーチスイッチＴＳを再度押したとき、通電指令信号を停止してその立ち下がり信号が溶接終了信号Ｔf となる。
同図（Ｂ）は、電機子検出電圧Ｗd と電機子基準電圧Ｗe とを比較した信号を示す。
同図（Ｃ）は、同図（Ｂ）に示す電機子検出電圧値Ｗｄが電機子基準電圧値Ｗｅよりも低下した経過時間ｔ１において出力されるモータ停止信号Ｃm3を示す。
同図（Ｄ）は、モータ停止信号Ｃm3が立ち上がる経過時間ｔ１に同期して立ち上がり、予め設定した経過時間ｔ２において立ち下がる最終パルス出力指令信号Ｍm1を示す。
同図（Ｅ）は、最終パルス出力指令信号Ｍm1及びパルス周波数・幅信号Ｔp を入力した定常・最終パルス通電指令回路ＯＲから出力される定常・最終パルス通電指令信号Ｏr を示す。
【００１８】
同図（Ｆ）は、定常・最終パルス通電指令信号Ｏr を入力したピーク・ベース電流値切換回路ＳＷ１から出力されるピーク・ベース電流値切換信号Ｓw1を示す。
このピーク・ベース電流値切換信号Ｓw1を出力するピーク・ベース電流値切換回路ＳＷ１は、定常・最終パルス通電指令信号Ｏr が、パルス周波数・幅信号Ｔp を出力している間は、ピーク電流値設定信号Ｉpsとベース電流値設定信号Ｉbsとを繰り返す通電信号を出力し、また、定常・最終パルス通電指令信号Ｏr が、最終パルス出力指令信号Ｍm1を出力したときに、ピーク電流値設定信号Ｉpsを出力する。
【００１９】
同図（Ｇ）は、トーチスイッチＴＳを押したときから同図（Ｄ）示す最終パルス出力指令信号Ｍm1の立ち下がる経過時間ｔ２まで出力する通電・パルス停止指令信号Ｆf1を示す。
この通電・パルス停止指令信号Ｆf1の出力及び停止の順序は、次のとおりである。トーチスイッチＴＳを押したときに、通電開始信号Ｔs が、通電・パルス停止指令回路ＦＦ１のセット端子Ｓに入力され、その出力端子Ｑから通電・パルス停止指令信号Ｆf1を出力し、またトーチスイッチＴＳを再度押してモータ送給電圧を停止した後、同図（Ｄ）示す最終パルス出力指令信号Ｍm1の立ち下がる信号が、通電・パルス停止指令回路ＦＦ１のリセット端子Ｒに入力され、その出力端子Ｑから出力されていた通電・パルス停止指令信号Ｆf1が、経過時間ｔ２に停止する。
【００２０】
同図（Ｈ）は、定常・最終パルス通電指令信号Ｏr に対応して、パルス電流及びベース電流を繰り返す定常パルス電流及び最終パルス電流から成る溶接電流を示す。
定常・最終パルス通電指令信号Ｏr に対応して出力される溶接電流は、次のとおりである。
定常・最終パルス通電指令信号Ｏr がパルス周波数・幅信号Ｔp を出力している間、パルス電流及びベース電流を繰り返し、定常・最終パルス通電指令信号Ｏr が最終パルス出力指令信号Ｍm1を出力したときに、最終パルス溶接電流を出力して溶接電流通電・停止回路ＮＴ１に供給されている通電・パルス停止指令信号Ｆf1が停止したときに、最終パルス電流を停止する。
【００２１】
従来のパルスアーク溶接終了方法及び溶接装置は、上述したように、溶接終了信号Ｔf を発生した後、ワイヤ送給モータの電機子検出電圧Ｗd が所定値（電機子基準電圧Ｗe ）以下になったときに、ワイヤ送給速度がほぼ零になったと仮定して、最終パルス電流を通電してスティックを防止するアンチスティック方式が採用されている。また、最終パルス出力指令信号Ｍm1によって最終パルス電流を通電した後で溶接電源の出力を停止することによって、スティック及びバーンバック現象の発生を防いでいる。
【００３０】
【発明が解決しようとする課題】
従来の消耗電極式パルスアーク溶接のアンチスティック制御方式は、最終パルス電流を通電する時点を、ワイヤ送給速度がほぼ零になる状態だけによって決めているので、ピーク期間及びベース期間のどの時点で、最終パルス電流を通電するかを考慮していない。したがって、最終パルス電流の通電時点は、ベース期間中か、パルスの直後か、ピーク期間中か、パルス直前か、ベース期間中かは、溶接終了ごとに異なり、不定（ランダム）である。以下に、最終パルス電流の通電時点と最終パルス電流通電後のワイヤ先端溶融球の大きさとの関係について説明する。
【００３１】
図３は、定常パルス電流の波形と、その波形に対応するワイヤ先端の溶融球の大きさと、通電時点が異なる最終パルス電流通電後のワイヤ先端の溶融球の大きさとの関係を説明する図である。
同図（Ａ）は、定常状態でのパルス電流とベース電流とを繰り返す定常パルス電流の波形であり、同図（Ｂ）は、同図（Ａ）の定常パルス電流を通電しているときの電流の波形に対応した溶滴移行現象を示す図であり、同図（Ｃ）は、時刻ｔ１乃至ｔ５のいずれかの時点で最終パルス電流を通電して溶接を終了したとき、各時点でのワイヤ先端の溶融球の大きさを示す図である。
【００３２】
（１）時刻ｔ１に最終パルス電流を通電する場合の説明
パルス電流の直前の時刻ｔ１に、ワイヤ送給速度がほぼ零になると判断して、最終パルス電流を通電したとき、ワイヤ先端の溶融金属がほとんど移行され、溶接終了後ワイヤ先端の溶融球の大きさは、同図（Ｃ）の時刻ｔ１に示すように最も小さい。
【００３３】
（２）時刻ｔ２に最終パルス電流を通電する場合の説明
パルス電流中の時刻ｔ２に最終パルス電流を通電したとき、パルス幅が溶滴を移行させるために必要なパルス幅よりも広くなる。したがって、最終パルス電流を通電して溶滴移行をさせた後に残った時刻ｔ２から時刻ｔ３までのパルス電流が、続けてワイヤを溶融させるため、溶接終了後ワイヤ先端の溶融球のサイズは、上述の時刻ｔ１の場合よりも少し大きくなる。
【００３４】
（３）時刻ｔ３〜ｔ６に最終パルス電流を通電する場合の説明
ベース電流期間中の時刻ｔ３〜ｔ６では、ワイヤ先端の溶融金属量が多くないために、最終パルス電流を通電しても、溶滴移行をさせることができない。しかし、最終パルス電流を通電すると、ワイヤ先端の溶融金属量が多くなるために、溶接終了後ワイヤ先端の溶融球の大きさは、上述の時刻ｔ２の場合よりも大きくなる。
【００３５】
上述のように、従来のアンチスティック制御方式では、最終パルス電流の通電する時刻（タイミング）を、ワイヤ先端の金属溶融量又は溶融球の大きさと対応させていないために、溶接終了後のワイヤ先端に残留した溶融球の大きさが一定していない。
他方、消耗電極パルスアーク溶接において、溶接終了後のワイヤ先端の溶融球の大きさは、次回のアークスタート性能、特に瞬時アークスタート性能に影響する。パルスミグ溶接では、溶接終了後のワイヤ先端の溶融球の大きさが大きいほど、瞬時アークスタート性能が悪い。逆に、パルスマグ溶接では、溶接終了後のワイヤ先端の溶融球の大きさが小さいと、溶融球表面のスラグが溶融球の真下に集中して凝固するために、瞬時アークスタート性能を悪くしている。
従来のアンチスティック制御方式では、溶接終了後のワイヤ先端の溶融球の大きさが不定（バラツキ）であるために、アークスタート性能、特に瞬時アークスタート性能を低下させている。
【００４０】
【課題を解決するための手段】
本発明のパルスアーク溶接終了方法及び装置は、アークスタート性能、特に瞬時アークスタート性能の向上を図るために、パルスマグ溶接では、溶接終了後のワイヤ先端の状態を均一かつ中粒（溶融球の直径がワイヤの直径の約１. １倍乃至１. ４倍、特に１. ２５倍）に制御することによって、溶融球表面のスラグが溶融球の真下で凝固することを防止して、瞬時アークスタート性能を向上させることができる。
【００４２】
請求項１の溶接終了方法は、最終パルス電流の通電を判別することによって、最終の溶滴が離脱した直後のワイヤ先端の状態をワイヤ先端の溶融金属量又は溶融球の大きさの制御の基点にして、ワイヤ先端の溶融金属量又は溶融球の大きさを次回の瞬時アークスタートに最適な状態にする時間だけ、ベース電流を通電した後に溶接を終了するパルスアーク溶接終了方法である。
【００４５】
請求項２の溶接装置は、パルス電流の周波数及びパルス幅を定めるパルス周波数・幅信号Ｔp を入力し、ワイヤ送給モータが略停止したときに、最終溶滴離脱判別信号Ａd1を出力する最終溶滴離脱判別回路ＡＤ１と、
ワイヤ先端の溶融球の直径を次回の瞬時アークスタートに最適な状態にする時間を予め設定して、最終溶滴離脱判別信号Ａd1が入力されたときに動作を開始して最終ベース電流通電時間設定信号Ｔr を出力し、予め設定した時間に達したときに停止する最終ベース電流通電時間設定回路ＴＲと、
溶接開始後に定常のパルス電流と最終ベース電流との溶接電流を通電し、最終ベース電流通電時間設定信号Ｔr が出力されたとき、最終ベース電流の通電を開始して、最終ベース電流通電時間設定信号Ｔr が停止すると最終ベース電流の通電も停止して、溶接を終了するパルス溶接電源とから成るパルスアーク溶接装置である。
【００４６】
請求項３の溶接装置は、パルス電流の周波数及びパルス幅を定めるパルス周波数・幅信号Ｔp を入力し、ワイヤ送給モータの電機子検出電圧Ｗｄが予め設定した電機子基準電圧Ｗｅよりも低くなったときに、最終溶滴離脱判別信号Ａd1を出力する最終溶滴離脱判別回路ＡＤ１と、
ワイヤ先端の溶融球の直径を次回の瞬時アークスタートに最適な状態にする時間を予め設定して、最終溶滴離脱判別信号Ａd1が入力されたときに動作を開始して最終ベース電流通電時間設定信号Ｔr を出力し、予め設定した時間に達したときに停止する最終ベース電流通電時間設定回路ＴＲと、
溶接開始後に定常のパルス電流と最終ベース電流との溶接電流を通電し、最終ベース電流通電時間設定信号Ｔr が出力されたとき、最終ベース電流の通電を開始して、最終ベース電流通電時間設定信号Ｔr が停止すると最終ベース電流の通電も停止して、溶接を終了するパルス溶接電源とから成るパルスアーク溶接装置である。
【００５０】
【発明の実施の形態】
図４は、本発明のパルスアーク溶接終了方法を実施する溶接装置の実施例のブロック図である。破線の枠に囲まれる回路は、図１に示した従来の溶接装置に、本発明を実施するために、最終溶滴離脱判別回路（ＡＮＤ回路）ＡＤ１と、最終ベース電流通電時間設定回路（タイマー）ＴＲと、パルス禁止指令回路（例えば、ＡＮＤ回路）ＡＤ２と、通電・パルス停止指令回路ＦＦ１を変更した通電・ベース停止指令回路ＦＦ２とを付加又は変更した回路である。
破線の枠に囲まれた回路以外の構成は、図１の従来のパルスアーク溶接終了方法に使用する溶接装置のブロック図と同じであるので説明を省略し、以下、図１と異なる回路について説明する。
【００５１】
最終溶滴離脱判別回路（例えば、ＡＮＤ回路）ＡＤ１は、パルス周波数・幅信号Ｔp と最終パルス出力指令信号Ｍm1とが同時に入力されたときに、最終の溶滴が離脱した時点を判別して、最終溶滴離脱判別信号Ａd1を出力する。最終の溶滴の離脱直後のワイヤ先端は、溶融金属が最も少なく、ワイヤ先端の溶融金属量又は溶融球の大きさを制御する基点となる。
【００５２】
最終ベース電流通電時間設定回路（例えば、タイマー）ＴＲに、次回の瞬時アークスタートに最適な状態にする時間を予め設定する。この最適な状態とは、例えば、パルスミグ溶接では、溶接終了後のワイヤ先端の溶融球を均一かつ小粒（溶融球の直径がワイヤの直径とほぼ同等）に制御する時間であり、パルスマグ溶接では、溶接終了後のワイヤ先端の状態を均一かつ中粒（溶融球の直径がワイヤの直径の約１. １倍乃至１. ４倍、特に１. ２５倍）に制御する時間である。この制御する溶融球の直径とワイヤの直径との比は、ワイヤの成分、ワイヤの直径、溶接電源の特性、溶接条件の設定値等によって多少変化して、適正値は、約１. １倍乃至１. ４倍の範囲内にあり、特に１. ２５倍付近の場合が多い。
【００５４】
この最終ベース電流通電時間設定回路ＴＲは、最終溶滴離脱判別信号Ａd1の立ち下りの時点から動作を開始して、最終ベース電流通電時間設定信号Ｔr を出力する。予め設定した時間に達すると、最終ベース電流通電時間設定信号Ｔr が停止し、通電・ベース停止信号Ｆf2が停止して溶接電流が停止する。
【００５６】
パルス禁止指令回路（例えば、ＡＮＤ回路）ＡＤ２は、最終ベース電流通電時間設定信号Ｔr が出力されると、即ち、最終ベース電流通電時間設定信号Ｔr を入力とするＮＯＴ回路が接続された一方の入力端子の入力信号が零となり、パルス禁止指令信号Ａd2がパルス通電を禁止する。したがって、パルス禁止指令回路ＡＤ２の他方の入力信号のパルス周波数・幅信号Ｔp が、ピーク・ベース電流値切換回路ＳＷ１に供給されないので、ピーク・ベース電流値切換回路ＳＷ１は、ベース電流値設定信号Ｉbsを継続して通電することによって、ベース電流を持続させる。最終ベース電流通電時間設定信号Ｔr が出力されて、ベース電流を持続している間に、ワイヤ先端の状態を均一かつ中粒又は小粒に制御することができる。
【００５８】
通電・ベース停止指令回路（例えば、フリップフロップ回路）ＦＦ２は、セット端子Ｓに溶接開始信号Ｔs が入力されたときに、出力端子Ｑに通電・ベース停止指令信号Ｆf2を出力する。また、最終ベース電流通電時間設定信号Ｔr の立ち下りを通電停止指令信号としてリセット端子Ｒに入力し、出力端子Ｑに通電・ベース停止指令信号Ｆf2を出力する。
【００５９】
この通電・ベース停止指令信号Ｆf2が、溶接電流通電・停止回路ＮＴ１に出力されている間は、定常のパルス電流とベース電流との溶接電流が通電する。最終ベース電流は、次回の瞬時アークスタートに最適な状態にするために予め設定した時間だけ継続して、通電・ベース停止指令信号Ｆf2が停止すると、最終ベース電流も停止して溶接を終了する。
【００６０】
【実施例】
図５は、図４に示す本発明の溶接装置の各動作信号と経過時間ｔとの関係を示す図である。
同図（Ａ）乃至同図（Ｄ）は、図２の従来技術の溶接装置の各動作信号と経過時間ｔとの関係を示す図と同じであるので、説明を省略する。
【００６２】
同図（Ｅ）は、従来技術の溶接装置と同じ「パルス周波数・幅信号Ｔp 」 を示す。
同図（Ｆ）は、パルス周波数・幅信号Ｔp と最終パルス出力指令信号Ｍm1とが同時に入力されたときに、最終の溶滴が離脱した時点を判別して出力する「最終溶滴離脱判別信号Ａd1」を示す。
この信号は、前述したように、最終溶滴の離脱直後のワイヤ先端は、溶融金属が最も少なく、ワイヤ先端の溶融金属量又は溶融球の大きさを制御する基点となる信号である。
【００６３】
同図（Ｇ）は、最終溶滴離脱判別信号Ａd1の立ち下りの時点から動作を開始して出力し、予め設定した時間に達すると出力を停止する「最終ベース電流通電時間設定信号Ｔr 」を示す。
この信号は、前述したように、次回の瞬時アークスタートに最適な状態にするために予め設定した時間継続する信号である。
【００６４】
同図（Ｈ）は、最終ベース電流通電時間設定信号Ｔr が出力していない間は、パルス周波数・幅信号Ｔp を出力し、最終ベース電流通電時間設定信号Ｔr が出力されたときに、パルス周波数・幅信号Ｔp を停止させる「パルス禁止指令信号Ａd2」を示す。
同図（Ｉ）は、パルス周波数・幅信号Ｔp がピーク・ベース電流値切換回路ＳＷ１に入力されている間、その信号に同期してピーク電流値設定信号Ｉpsとベース電流値設定信号Ｉbsとを切り換え、最終ベース電流通電時間設定信号Ｔr が入力されたとき、ベース電流値設定信号Ｉbsに切り換える「ピーク・ベース電流値切換信号Ｓw1」を示す。
同図（Ｊ）は、溶接開始信号Ｔs が通電・ベース停止指令回路ＦＦ２のセット端子Ｓに入力されたときに通電・ベース停止指令信号Ｆf2を出力し、最終ベース電流通電時間設定信号Ｔr が出力されてリセット端子に入力されたときに停止する「通電・ベース停止指令信号Ｆf2」を示す。
この通電・ベース停止指令信号Ｆf2が、溶接電流通電・停止回路ＮＴ１に出力されている間は、パルス電流及びベース電流を繰り返して通電した後、最終ベース電流を通電し、この通電・ベース停止指令信号Ｆf2が停止したときに、最終ベース電流を停止する。
【００６６】
同図（Ｋ）は、最終ベース電流通電時間設定信号Ｔr が出力されていない間は、パルス周波数・幅信号Ｔp が最終溶滴離脱判別回路ＡＤ１を通じてピーク・ベース電流値切換回路ＳＷ１に供給されて、パルス周波数・幅信号Ｔp に同期して、パルス電流及びベース電流を繰り返して通電した後、最終ベース電流を通電し、溶接電流通電・停止回路ＮＴ１に供給されている通電・ベース停止指令信号Ｆf2が停止したときに、最終ベース電流を停止する「溶接電流」を示す。
【００６８】
上述したとおり、最終パルス電流の通電を判別することによって、最終の溶滴が離脱した直後の溶融金属の少ないワイヤ先端の状態をワイヤ先端の溶融金属量又は溶融球の大きさの制御の基点にしている。
【００７０】
図６は、最終ベース電流通電時間設定信号Ｔr の出力時間を短く設定した場合に、ピーク・ベース電流の波形の時間的経過とベース電流通電停止時のワイヤ先端の溶融球の大きさとの関係を説明する図である。
同図（Ａ）に示すように、最終ベース電流通電時間設定信号Ｔｒの出力時間を短く設定して最終パルス電流通電後のベース電流通電時間を短くした場合に、同図（Ｂ）に示すように、ベース電流通電停止時のワイヤ先端の溶融金属量は少ないので、パルスミグ溶接における瞬時アークスタート性能を向上させることができる。
一般に、溶融球の離脱は、パルス電流の立ち下り時又はその直後の短い期間内に発生するために、最終ベース電流通電時間設定信号Ｔr の下限の設定値は、最終溶融球が離脱できる時間となる。
【００７２】
図７は、最終ベース電流通電時間設定信号Ｔr の出力時間を長く設定した場合に、ピーク・ベース電流の波形の時間的経過とベース電流通電停止時のワイヤ先端の溶融球の大きさとの関係を示す図である。
同図（Ａ）に示すように、最終ベース電流通電時間設定信号Ｔr の出力時間を長く設定して最終パルス電流通電後のベース電流通電時間を長くした場合に、同図（Ｂ）に示すように、ベース電流通電停止時のワイヤ先端の溶融球の大きさは、均一な中位の直径（溶融球の直径がワイヤの直径の約１. １倍乃至１. ４倍、特に１. ２５倍）になる。したがって、スラグが溶融球の真下表面に集中して凝固しなくなるので、パルスマグ溶接における瞬時アークスタート性能を向上させることができる。
【０１００】
【本発明の効果】
図８は、直径１. ２［mm］のワイヤを使用し軟鋼のマグ溶接をしたときに、ワイヤ先端の溶融球の直径の分布を示す図である。同図において、黒の四角印を結ぶ曲線は、従来技術の溶接終了方法での溶融球の直径の分布を示しバラツキが大きい。それに対して、白丸印を結ぶ曲線は、本発明の溶接終了方法での溶融球の直径の分布であり、約１. ５［mm］であって均一である。
【０１０２】
図９は、直径１. ２［mm］のワイヤを使用し軟鋼のマグ溶接をしたときに、瞬時アークスタートの成功率を示す図である。同図において、従来技術の溶接終了方法での瞬時アークスタートの成功率は、８１％である。それに対して、本発明の溶接終了方法での瞬時アークスタートの成功率は、９６％であって、従来技術の溶接終了方法と比較して本発明の溶接終了方法及び装置では、スティック及びバーンバックを防止するだけでなく、ワイヤ先端の溶融金属量又は溶融球の直径を制御することによって、瞬時アークスタートの成功率を大幅に向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は、パルス電流を通電して溶接し、溶接終了時の溶接電流を制御するパルスアーク溶接装置のブロック図である。
【図２】図２は、図１に示す従来の溶接装置の各動作信号と経過時間ｔとの関係を示す図である。
【図３】図３は、定常パルス電流の波形と、その波形に対応するワイヤ先端の溶融球の大きさと、通電時点が異なる最終パルス電流通電後のワイヤ先端の溶融球の大きさとの関係を説明する図である。
【図４】図４は、本発明のパルスアーク溶接終了方法を実施する溶接装置の実施例のブロック図である。
【図５】図５は、図４に示す本発明の溶接装置の各動作信号と経過時間ｔとの関係を示す図である。
【図６】図６は、最終ベース電流通電時間設定信号Ｔr の出力時間を短く設定した場合に、ピーク・ベース電流の波形の時間的経過とベース電流通電停止時のワイヤ先端の溶融球の大きさとの関係を説明する図である。
【図７】図７は、最終ベース電流通電時間設定信号Ｔr の出力時間を長く設定した場合に、ピーク・ベース電流の波形の時間的経過とベース電流通電停止時のワイヤ先端の溶融球の大きさとの関係を示す図である。
【図８】図８は、直径１. ２［mm］のワイヤを使用し軟鋼のマグ溶接をしたときに、ワイヤ先端の溶融球の直径の分布を示す図である。
【図９】図９は、直径１. ２［mm］のワイヤを使用し軟鋼のマグ溶接をしたときに、瞬時アークスタートの成功率を示す図である。
【符号の説明】
ＡＣ…商用電源
ＡＤ１…最終溶滴離脱判別回路
ＡＤ２…パルス禁止指令回路
ＣＭ１…設定・検出電流比較回路
ＣＭ２…設定・検出電圧比較回路
ＣＭ３…電機子電圧比較回路
ＤＶ…溶接電流制御回路
ＦＦ１…通電・パルス停止指令回路
ＦＦ２…通電・ベース停止指令回路
ＩＢＳ…ベース電流値設定回路
ＩＤ…溶接電流検出回路
ＩＰＳ…ピーク電流値設定回路
ＭＭ１…最終パルス出力指令回路
ＮＴ１…溶接電流通電・停止回路
ＮＴ２…ワイヤ送給・停止回路
ＯＲ…定常・最終パルス通電指令回路
ＰＳ…パルス溶接電源
ＳＷ１…ピーク・ベース電流値切換回路
ＴＰ…パルス幅設定回路
ＴＲ…最終ベース電流通電時間設定回路
ＴＳ…溶接開始・終了指令回路
ＶＤ…溶接電圧検出回路
ＶＦ…電圧・周波数変換回路
ＶＳ…溶接電圧設定回路
ＷＣ…ワイヤ送給速度制御回路
ＷＭ…ワイヤ送給モータ
ＷＳ…ワイヤ送給速度設定回路
Ａd1…最終溶滴離脱判別信号
Ａd2…パルス禁止指令信号
Ｃm1…設定・検出電流比較信号
Ｃm2…設定・検出電圧比較信号
Ｃm3…モータ停止信号
Ｄv …溶接電流制御信号
Ｆf1…通電・パルス停止指令信号
Ｆf2…通電・ベース停止指令信号
Ｉbs…ベース電流値設定信号
Ｉd …溶接電流検出信号
Ｉps…ピーク電流値設定信号
Ｍm1…最終パルス出力指令信号
Ｏr …定常・最終パルス通電指令信号
Ｓw1…ピーク・ベース電流値切換信号
ｔ…経過時間
Ｔf …溶接終了信号
Ｔp …パルス周波数・幅信号
Ｔr …最終ベース電流通電時間設定信号
Ｔs …溶接開始信号
Ｖd …溶接電圧検出信号
Ｖf …周波数制御信号
Ｖs …溶接電圧設定信号
Ｗc …ワイヤ送給速度制御信号
Ｗｄ…電機子検出電圧
Ｗｅ…電機子基準電圧
Ｗs …ワイヤ送給速度設定信号
【発明の属する技術分野】
本発明は、消耗電極（以下、ワイヤという）に、パルス電流を通電して溶接し、溶接終了時の溶接電流を制御するパルスアーク溶接終了方法及び装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
消耗電極式パルスアーク溶接において、溶接終了後のワイヤ先端の溶融球の大きさ、形状、溶融球表面に付着したスラグの程度等の状態（以下、ワイヤ先端の状態という。）が、次回のアークスタートが瞬時に行われるかどうか（以下、アークスタート性能という）に大きく影響する。したがって、アークスタート性能を向上させるために、溶接終了時のワイヤ先端の状態を制御する必要がある。
そこで、後述するように、ワイヤ送給モータの電機子電圧が所定値以下になったことを検出して、強制的に電流パルスを通電してワイヤ先端の溶融球を離脱させる従来技術がある。
【０００３】
一般に、消耗電極式パルスアーク溶接の溶接終了時に、溶接開始・終了回路から溶接終了信号を出力して、ワイヤ送給モータに供給している送給電圧を停止する。モータ及び送給機構に慣性があるので、送給電圧の停止後も、ワイヤが過渡的に若干量送給され、徐々にワイヤ送給速度が小さくなり、停止する。この過渡的なワイヤ送給量は、ワイヤ送給モータ及び送給機構の慣性、溶接時のワイヤ送給速度の大小、ワイヤの材質、ワイヤの直径等によって変化する。
また、ワイヤ送給モータ及び送給機構の慣性によって、溶接終了時にワイヤ先端が溶融池表面に突っ込む現象（以下、スティックという）が発生する。
そこで、従来から、ワイヤ送給モータに供給する電圧を停止した後も、溶接電流を通電してスティックを防止するアンチスティック方式が採用されている。
また、ワイヤ送給モータに供給する電圧を停止した後も、適正な溶接電流を通電することによって、スティック及びワイヤ先端と給電チップとの溶着（バーンバック）現象の発生を防いでいる。
【０００４】
図１は、パルス電流を通電して溶接し、溶接終了時の溶接電流を制御する従来のパルスアーク溶接装置のブロック図である。
以下、図１を参照して、従来のパルス溶接終了方法について説明する。
同図において、パルス溶接電源ＰＳは、商用電源ＡＣを入力して溶接用電力をワイヤ１と被溶接物２に出力する。
ワイヤ送給速度設定回路ＷＳは、設定したワイヤ送給速度のワイヤ送給速度設定信号Ｗs をワイヤ送給速度制御回路ＷＣに出力し、ワイヤ送給速度制御回路ＷＣはワイヤ送給速度制御信号Ｗc をワイヤ送給・停止回路ＮＴ２を通じて、ワイヤ送給モータＷＭに出力する。
溶接開始・終了指令回路ＴＳ、例えば、溶接を開始するためにトーチスイッチを一度押すと、溶接開始信号Ｔs を出力し、溶接を終了するためにトーチスイッチを再度押すと、溶接終了信号Ｔf を出力して、ワイヤ送給・停止回路ＮＴ２を開閉し、ワイヤ送給モータに送給電圧を通電又は停止する。
【０００６】
溶接電圧検出回路ＶＤは、溶接電圧を検出して溶接電圧検出信号Ｖd を出力する。溶接電圧設定回路ＶＳは、溶接電圧設定信号Ｖs を出力する。設定・検出電圧比較回路ＣＭ２は、溶接電圧検出信号Ｖd と溶接電圧設定信号Ｖs とを入力として、設定・検出電圧比較信号Ｃm2を出力する。
【０００８】
電圧・周波数変換回路ＶＦは、設定・検出電圧比較信号Ｃm2を入力して、パルス周波数に対応した周波数制御信号Ｖf を出力する。
パルス幅設定回路ＴＰ（例えば、モノマルチ発振回路）は、入力された周波数制御信号Ｖf のパルス周波数に同期して予め設定したパルス幅のパルス周波数・幅信号Ｔp を出力する。
【００１０】
電機子電圧比較回路ＣＭ３は、電機子検出電圧Ｗｄと電機子基準電圧Ｗｅとを比較し、Ｗd がＷe よりも低くなると、モータ停止信号Ｃm3を出力する。
最終パルス出力指令回路（例えば、モノマルチ発振回路）ＭＭ１は、モータ停止信号Ｃm3の立ち上がりによって、最終パルス出力指令信号Ｍm1を出力する。
定常・最終パルス通電指令回路（ＯＲ回路）ＯＲは、パルス幅設定回路ＴＰが出力するパルス周波数・幅信号Ｔp 又は最終パルス出力指令回路ＭＭ１が出力する最終パルス出力指令信号Ｍm1のいずれかが入力されたとき、定常・最終パルス通電指令信号Ｏr を出力する。
【００１２】
ベース電流値設定回路ＩＢＳは、ベース電流値設定信号Ｉbsを出力し、ピーク電流値設定回路ＩＰＳは、ピーク電流値設定信号Ｉpsを出力する。
ピーク・ベース電流値切換回路ＳＷ１は、定常・最終パルス通電指令信号Ｏr によって通常の周期のピーク・ベース電流又は最終パルス電流を通電する。
ピーク・ベース電流値切換回路ＳＷ１に、定常・最終パルス通電指令回路ＯＲからパルス周波数・幅信号Ｔp 及び最終パルス出力指令信号Ｍm1が入力されている間は、ピーク電流値設定信号Ｉpsとベース電流値設定信号Ｉbsとを切換えて、ピーク・ベース電流値切換信号Ｓw1を出力する。したがって、このピーク・ベース電流値切換信号Ｓw1は、後述する図２の経過時間ｔに示すように、ピーク・ベース電流値切換回路ＳＷ１に、パルス周波数・幅信号Ｔp が入力されている間は、入力されたパルス周波数・幅信号Ｔp の周波数に同期して、ピーク期間Ｔp のときはピーク電流値設定信号Ｉpsとなり、ベース期間Ｔb のときはベース電流値設定信号Ｉbsとなり、また最終パルス出力指令信号Ｍm1が入力されると、ピーク電流値設定信号Ｉpsとなる。
【００１４】
設定・検出電流比較回路ＣＭ１は、溶接電流検出信号Ｉd とピーク・ベース電流切換信号Ｓw1とを入力して、その差の設定・検出電流比較信号Ｃm1を出力する。溶接電流制御回路ＤＶは、設定・検出電流比較信号Ｃm1を入力して溶接電流制御信号Ｄv を出力し、溶接電流通電・停止回路ＮＴ１は、後述する通電・パルス停止指令信号Ｆf1が入力されている間、溶接電流制御信号Ｄv を、例えばＰＷＭ制御のインバータ回路を含むパルス溶接電源ＰＳに出力して溶接電流値を出力する。
【００１５】
通電・パルス停止指令回路（例えば、フリップフロップ回路）ＦＦ１は、セット端子Ｓに溶接開始信号Ｔs が入力されたときに、出力端子Ｑに通電・パルス停止指令信号Ｆf1を出力する。また、最終パルス出力指令信号Ｍm1の立ち下りを最終パルス通電停止指令信号としてリセット端子Ｒに入力し、出力端子Ｑから出力されている通電・パルス停止指令信号Ｆf1を停止する。
【００１６】
溶接条件は、次の回路で設定する。溶接電圧設定回路ＶＳは溶接（アーク）電圧を設定し、パルス幅設定回路ＴＰはパルス幅を設定し、ピーク電流値設定回路ＩＰＳはピーク電流値を設定し、ベース電流値設定回路ＩＢＳはベース電流値を設定する。
【００１７】
図２は、図１に示す従来の溶接装置の各動作信号と経過時間ｔとの関係を示す図である。
同図（Ａ）は、信号の立ち上がり時点の溶接開始信号Ｔs から信号の立ち下がり時点の溶接終了信号Ｔf まで継続する通電指令信号を示し、例えば、トーチスイッチＴＳを押したとき、通電指令信号を出力してその立ち上がりの信号が溶接開始信号Ｔs となり、トーチスイッチＴＳを再度押したとき、通電指令信号を停止してその立ち下がり信号が溶接終了信号Ｔf となる。
同図（Ｂ）は、電機子検出電圧Ｗd と電機子基準電圧Ｗe とを比較した信号を示す。
同図（Ｃ）は、同図（Ｂ）に示す電機子検出電圧値Ｗｄが電機子基準電圧値Ｗｅよりも低下した経過時間ｔ１において出力されるモータ停止信号Ｃm3を示す。
同図（Ｄ）は、モータ停止信号Ｃm3が立ち上がる経過時間ｔ１に同期して立ち上がり、予め設定した経過時間ｔ２において立ち下がる最終パルス出力指令信号Ｍm1を示す。
同図（Ｅ）は、最終パルス出力指令信号Ｍm1及びパルス周波数・幅信号Ｔp を入力した定常・最終パルス通電指令回路ＯＲから出力される定常・最終パルス通電指令信号Ｏr を示す。
【００１８】
同図（Ｆ）は、定常・最終パルス通電指令信号Ｏr を入力したピーク・ベース電流値切換回路ＳＷ１から出力されるピーク・ベース電流値切換信号Ｓw1を示す。
このピーク・ベース電流値切換信号Ｓw1を出力するピーク・ベース電流値切換回路ＳＷ１は、定常・最終パルス通電指令信号Ｏr が、パルス周波数・幅信号Ｔp を出力している間は、ピーク電流値設定信号Ｉpsとベース電流値設定信号Ｉbsとを繰り返す通電信号を出力し、また、定常・最終パルス通電指令信号Ｏr が、最終パルス出力指令信号Ｍm1を出力したときに、ピーク電流値設定信号Ｉpsを出力する。
【００１９】
同図（Ｇ）は、トーチスイッチＴＳを押したときから同図（Ｄ）示す最終パルス出力指令信号Ｍm1の立ち下がる経過時間ｔ２まで出力する通電・パルス停止指令信号Ｆf1を示す。
この通電・パルス停止指令信号Ｆf1の出力及び停止の順序は、次のとおりである。トーチスイッチＴＳを押したときに、通電開始信号Ｔs が、通電・パルス停止指令回路ＦＦ１のセット端子Ｓに入力され、その出力端子Ｑから通電・パルス停止指令信号Ｆf1を出力し、またトーチスイッチＴＳを再度押してモータ送給電圧を停止した後、同図（Ｄ）示す最終パルス出力指令信号Ｍm1の立ち下がる信号が、通電・パルス停止指令回路ＦＦ１のリセット端子Ｒに入力され、その出力端子Ｑから出力されていた通電・パルス停止指令信号Ｆf1が、経過時間ｔ２に停止する。
【００２０】
同図（Ｈ）は、定常・最終パルス通電指令信号Ｏr に対応して、パルス電流及びベース電流を繰り返す定常パルス電流及び最終パルス電流から成る溶接電流を示す。
定常・最終パルス通電指令信号Ｏr に対応して出力される溶接電流は、次のとおりである。
定常・最終パルス通電指令信号Ｏr がパルス周波数・幅信号Ｔp を出力している間、パルス電流及びベース電流を繰り返し、定常・最終パルス通電指令信号Ｏr が最終パルス出力指令信号Ｍm1を出力したときに、最終パルス溶接電流を出力して溶接電流通電・停止回路ＮＴ１に供給されている通電・パルス停止指令信号Ｆf1が停止したときに、最終パルス電流を停止する。
【００２１】
従来のパルスアーク溶接終了方法及び溶接装置は、上述したように、溶接終了信号Ｔf を発生した後、ワイヤ送給モータの電機子検出電圧Ｗd が所定値（電機子基準電圧Ｗe ）以下になったときに、ワイヤ送給速度がほぼ零になったと仮定して、最終パルス電流を通電してスティックを防止するアンチスティック方式が採用されている。また、最終パルス出力指令信号Ｍm1によって最終パルス電流を通電した後で溶接電源の出力を停止することによって、スティック及びバーンバック現象の発生を防いでいる。
【００３０】
【発明が解決しようとする課題】
従来の消耗電極式パルスアーク溶接のアンチスティック制御方式は、最終パルス電流を通電する時点を、ワイヤ送給速度がほぼ零になる状態だけによって決めているので、ピーク期間及びベース期間のどの時点で、最終パルス電流を通電するかを考慮していない。したがって、最終パルス電流の通電時点は、ベース期間中か、パルスの直後か、ピーク期間中か、パルス直前か、ベース期間中かは、溶接終了ごとに異なり、不定（ランダム）である。以下に、最終パルス電流の通電時点と最終パルス電流通電後のワイヤ先端溶融球の大きさとの関係について説明する。
【００３１】
図３は、定常パルス電流の波形と、その波形に対応するワイヤ先端の溶融球の大きさと、通電時点が異なる最終パルス電流通電後のワイヤ先端の溶融球の大きさとの関係を説明する図である。
同図（Ａ）は、定常状態でのパルス電流とベース電流とを繰り返す定常パルス電流の波形であり、同図（Ｂ）は、同図（Ａ）の定常パルス電流を通電しているときの電流の波形に対応した溶滴移行現象を示す図であり、同図（Ｃ）は、時刻ｔ１乃至ｔ５のいずれかの時点で最終パルス電流を通電して溶接を終了したとき、各時点でのワイヤ先端の溶融球の大きさを示す図である。
【００３２】
（１）時刻ｔ１に最終パルス電流を通電する場合の説明
パルス電流の直前の時刻ｔ１に、ワイヤ送給速度がほぼ零になると判断して、最終パルス電流を通電したとき、ワイヤ先端の溶融金属がほとんど移行され、溶接終了後ワイヤ先端の溶融球の大きさは、同図（Ｃ）の時刻ｔ１に示すように最も小さい。
【００３３】
（２）時刻ｔ２に最終パルス電流を通電する場合の説明
パルス電流中の時刻ｔ２に最終パルス電流を通電したとき、パルス幅が溶滴を移行させるために必要なパルス幅よりも広くなる。したがって、最終パルス電流を通電して溶滴移行をさせた後に残った時刻ｔ２から時刻ｔ３までのパルス電流が、続けてワイヤを溶融させるため、溶接終了後ワイヤ先端の溶融球のサイズは、上述の時刻ｔ１の場合よりも少し大きくなる。
【００３４】
（３）時刻ｔ３〜ｔ６に最終パルス電流を通電する場合の説明
ベース電流期間中の時刻ｔ３〜ｔ６では、ワイヤ先端の溶融金属量が多くないために、最終パルス電流を通電しても、溶滴移行をさせることができない。しかし、最終パルス電流を通電すると、ワイヤ先端の溶融金属量が多くなるために、溶接終了後ワイヤ先端の溶融球の大きさは、上述の時刻ｔ２の場合よりも大きくなる。
【００３５】
上述のように、従来のアンチスティック制御方式では、最終パルス電流の通電する時刻（タイミング）を、ワイヤ先端の金属溶融量又は溶融球の大きさと対応させていないために、溶接終了後のワイヤ先端に残留した溶融球の大きさが一定していない。
他方、消耗電極パルスアーク溶接において、溶接終了後のワイヤ先端の溶融球の大きさは、次回のアークスタート性能、特に瞬時アークスタート性能に影響する。パルスミグ溶接では、溶接終了後のワイヤ先端の溶融球の大きさが大きいほど、瞬時アークスタート性能が悪い。逆に、パルスマグ溶接では、溶接終了後のワイヤ先端の溶融球の大きさが小さいと、溶融球表面のスラグが溶融球の真下に集中して凝固するために、瞬時アークスタート性能を悪くしている。
従来のアンチスティック制御方式では、溶接終了後のワイヤ先端の溶融球の大きさが不定（バラツキ）であるために、アークスタート性能、特に瞬時アークスタート性能を低下させている。
【００４０】
【課題を解決するための手段】
本発明のパルスアーク溶接終了方法及び装置は、アークスタート性能、特に瞬時アークスタート性能の向上を図るために、パルスマグ溶接では、溶接終了後のワイヤ先端の状態を均一かつ中粒（溶融球の直径がワイヤの直径の約１. １倍乃至１. ４倍、特に１. ２５倍）に制御することによって、溶融球表面のスラグが溶融球の真下で凝固することを防止して、瞬時アークスタート性能を向上させることができる。
【００４２】
請求項１の溶接終了方法は、最終パルス電流の通電を判別することによって、最終の溶滴が離脱した直後のワイヤ先端の状態をワイヤ先端の溶融金属量又は溶融球の大きさの制御の基点にして、ワイヤ先端の溶融金属量又は溶融球の大きさを次回の瞬時アークスタートに最適な状態にする時間だけ、ベース電流を通電した後に溶接を終了するパルスアーク溶接終了方法である。
【００４５】
請求項２の溶接装置は、パルス電流の周波数及びパルス幅を定めるパルス周波数・幅信号Ｔp を入力し、ワイヤ送給モータが略停止したときに、最終溶滴離脱判別信号Ａd1を出力する最終溶滴離脱判別回路ＡＤ１と、
ワイヤ先端の溶融球の直径を次回の瞬時アークスタートに最適な状態にする時間を予め設定して、最終溶滴離脱判別信号Ａd1が入力されたときに動作を開始して最終ベース電流通電時間設定信号Ｔr を出力し、予め設定した時間に達したときに停止する最終ベース電流通電時間設定回路ＴＲと、
溶接開始後に定常のパルス電流と最終ベース電流との溶接電流を通電し、最終ベース電流通電時間設定信号Ｔr が出力されたとき、最終ベース電流の通電を開始して、最終ベース電流通電時間設定信号Ｔr が停止すると最終ベース電流の通電も停止して、溶接を終了するパルス溶接電源とから成るパルスアーク溶接装置である。
【００４６】
請求項３の溶接装置は、パルス電流の周波数及びパルス幅を定めるパルス周波数・幅信号Ｔp を入力し、ワイヤ送給モータの電機子検出電圧Ｗｄが予め設定した電機子基準電圧Ｗｅよりも低くなったときに、最終溶滴離脱判別信号Ａd1を出力する最終溶滴離脱判別回路ＡＤ１と、
ワイヤ先端の溶融球の直径を次回の瞬時アークスタートに最適な状態にする時間を予め設定して、最終溶滴離脱判別信号Ａd1が入力されたときに動作を開始して最終ベース電流通電時間設定信号Ｔr を出力し、予め設定した時間に達したときに停止する最終ベース電流通電時間設定回路ＴＲと、
溶接開始後に定常のパルス電流と最終ベース電流との溶接電流を通電し、最終ベース電流通電時間設定信号Ｔr が出力されたとき、最終ベース電流の通電を開始して、最終ベース電流通電時間設定信号Ｔr が停止すると最終ベース電流の通電も停止して、溶接を終了するパルス溶接電源とから成るパルスアーク溶接装置である。
【００５０】
【発明の実施の形態】
図４は、本発明のパルスアーク溶接終了方法を実施する溶接装置の実施例のブロック図である。破線の枠に囲まれる回路は、図１に示した従来の溶接装置に、本発明を実施するために、最終溶滴離脱判別回路（ＡＮＤ回路）ＡＤ１と、最終ベース電流通電時間設定回路（タイマー）ＴＲと、パルス禁止指令回路（例えば、ＡＮＤ回路）ＡＤ２と、通電・パルス停止指令回路ＦＦ１を変更した通電・ベース停止指令回路ＦＦ２とを付加又は変更した回路である。
破線の枠に囲まれた回路以外の構成は、図１の従来のパルスアーク溶接終了方法に使用する溶接装置のブロック図と同じであるので説明を省略し、以下、図１と異なる回路について説明する。
【００５１】
最終溶滴離脱判別回路（例えば、ＡＮＤ回路）ＡＤ１は、パルス周波数・幅信号Ｔp と最終パルス出力指令信号Ｍm1とが同時に入力されたときに、最終の溶滴が離脱した時点を判別して、最終溶滴離脱判別信号Ａd1を出力する。最終の溶滴の離脱直後のワイヤ先端は、溶融金属が最も少なく、ワイヤ先端の溶融金属量又は溶融球の大きさを制御する基点となる。
【００５２】
最終ベース電流通電時間設定回路（例えば、タイマー）ＴＲに、次回の瞬時アークスタートに最適な状態にする時間を予め設定する。この最適な状態とは、例えば、パルスミグ溶接では、溶接終了後のワイヤ先端の溶融球を均一かつ小粒（溶融球の直径がワイヤの直径とほぼ同等）に制御する時間であり、パルスマグ溶接では、溶接終了後のワイヤ先端の状態を均一かつ中粒（溶融球の直径がワイヤの直径の約１. １倍乃至１. ４倍、特に１. ２５倍）に制御する時間である。この制御する溶融球の直径とワイヤの直径との比は、ワイヤの成分、ワイヤの直径、溶接電源の特性、溶接条件の設定値等によって多少変化して、適正値は、約１. １倍乃至１. ４倍の範囲内にあり、特に１. ２５倍付近の場合が多い。
【００５４】
この最終ベース電流通電時間設定回路ＴＲは、最終溶滴離脱判別信号Ａd1の立ち下りの時点から動作を開始して、最終ベース電流通電時間設定信号Ｔr を出力する。予め設定した時間に達すると、最終ベース電流通電時間設定信号Ｔr が停止し、通電・ベース停止信号Ｆf2が停止して溶接電流が停止する。
【００５６】
パルス禁止指令回路（例えば、ＡＮＤ回路）ＡＤ２は、最終ベース電流通電時間設定信号Ｔr が出力されると、即ち、最終ベース電流通電時間設定信号Ｔr を入力とするＮＯＴ回路が接続された一方の入力端子の入力信号が零となり、パルス禁止指令信号Ａd2がパルス通電を禁止する。したがって、パルス禁止指令回路ＡＤ２の他方の入力信号のパルス周波数・幅信号Ｔp が、ピーク・ベース電流値切換回路ＳＷ１に供給されないので、ピーク・ベース電流値切換回路ＳＷ１は、ベース電流値設定信号Ｉbsを継続して通電することによって、ベース電流を持続させる。最終ベース電流通電時間設定信号Ｔr が出力されて、ベース電流を持続している間に、ワイヤ先端の状態を均一かつ中粒又は小粒に制御することができる。
【００５８】
通電・ベース停止指令回路（例えば、フリップフロップ回路）ＦＦ２は、セット端子Ｓに溶接開始信号Ｔs が入力されたときに、出力端子Ｑに通電・ベース停止指令信号Ｆf2を出力する。また、最終ベース電流通電時間設定信号Ｔr の立ち下りを通電停止指令信号としてリセット端子Ｒに入力し、出力端子Ｑに通電・ベース停止指令信号Ｆf2を出力する。
【００５９】
この通電・ベース停止指令信号Ｆf2が、溶接電流通電・停止回路ＮＴ１に出力されている間は、定常のパルス電流とベース電流との溶接電流が通電する。最終ベース電流は、次回の瞬時アークスタートに最適な状態にするために予め設定した時間だけ継続して、通電・ベース停止指令信号Ｆf2が停止すると、最終ベース電流も停止して溶接を終了する。
【００６０】
【実施例】
図５は、図４に示す本発明の溶接装置の各動作信号と経過時間ｔとの関係を示す図である。
同図（Ａ）乃至同図（Ｄ）は、図２の従来技術の溶接装置の各動作信号と経過時間ｔとの関係を示す図と同じであるので、説明を省略する。
【００６２】
同図（Ｅ）は、従来技術の溶接装置と同じ「パルス周波数・幅信号Ｔp 」 を示す。
同図（Ｆ）は、パルス周波数・幅信号Ｔp と最終パルス出力指令信号Ｍm1とが同時に入力されたときに、最終の溶滴が離脱した時点を判別して出力する「最終溶滴離脱判別信号Ａd1」を示す。
この信号は、前述したように、最終溶滴の離脱直後のワイヤ先端は、溶融金属が最も少なく、ワイヤ先端の溶融金属量又は溶融球の大きさを制御する基点となる信号である。
【００６３】
同図（Ｇ）は、最終溶滴離脱判別信号Ａd1の立ち下りの時点から動作を開始して出力し、予め設定した時間に達すると出力を停止する「最終ベース電流通電時間設定信号Ｔr 」を示す。
この信号は、前述したように、次回の瞬時アークスタートに最適な状態にするために予め設定した時間継続する信号である。
【００６４】
同図（Ｈ）は、最終ベース電流通電時間設定信号Ｔr が出力していない間は、パルス周波数・幅信号Ｔp を出力し、最終ベース電流通電時間設定信号Ｔr が出力されたときに、パルス周波数・幅信号Ｔp を停止させる「パルス禁止指令信号Ａd2」を示す。
同図（Ｉ）は、パルス周波数・幅信号Ｔp がピーク・ベース電流値切換回路ＳＷ１に入力されている間、その信号に同期してピーク電流値設定信号Ｉpsとベース電流値設定信号Ｉbsとを切り換え、最終ベース電流通電時間設定信号Ｔr が入力されたとき、ベース電流値設定信号Ｉbsに切り換える「ピーク・ベース電流値切換信号Ｓw1」を示す。
同図（Ｊ）は、溶接開始信号Ｔs が通電・ベース停止指令回路ＦＦ２のセット端子Ｓに入力されたときに通電・ベース停止指令信号Ｆf2を出力し、最終ベース電流通電時間設定信号Ｔr が出力されてリセット端子に入力されたときに停止する「通電・ベース停止指令信号Ｆf2」を示す。
この通電・ベース停止指令信号Ｆf2が、溶接電流通電・停止回路ＮＴ１に出力されている間は、パルス電流及びベース電流を繰り返して通電した後、最終ベース電流を通電し、この通電・ベース停止指令信号Ｆf2が停止したときに、最終ベース電流を停止する。
【００６６】
同図（Ｋ）は、最終ベース電流通電時間設定信号Ｔr が出力されていない間は、パルス周波数・幅信号Ｔp が最終溶滴離脱判別回路ＡＤ１を通じてピーク・ベース電流値切換回路ＳＷ１に供給されて、パルス周波数・幅信号Ｔp に同期して、パルス電流及びベース電流を繰り返して通電した後、最終ベース電流を通電し、溶接電流通電・停止回路ＮＴ１に供給されている通電・ベース停止指令信号Ｆf2が停止したときに、最終ベース電流を停止する「溶接電流」を示す。
【００６８】
上述したとおり、最終パルス電流の通電を判別することによって、最終の溶滴が離脱した直後の溶融金属の少ないワイヤ先端の状態をワイヤ先端の溶融金属量又は溶融球の大きさの制御の基点にしている。
【００７０】
図６は、最終ベース電流通電時間設定信号Ｔr の出力時間を短く設定した場合に、ピーク・ベース電流の波形の時間的経過とベース電流通電停止時のワイヤ先端の溶融球の大きさとの関係を説明する図である。
同図（Ａ）に示すように、最終ベース電流通電時間設定信号Ｔｒの出力時間を短く設定して最終パルス電流通電後のベース電流通電時間を短くした場合に、同図（Ｂ）に示すように、ベース電流通電停止時のワイヤ先端の溶融金属量は少ないので、パルスミグ溶接における瞬時アークスタート性能を向上させることができる。
一般に、溶融球の離脱は、パルス電流の立ち下り時又はその直後の短い期間内に発生するために、最終ベース電流通電時間設定信号Ｔr の下限の設定値は、最終溶融球が離脱できる時間となる。
【００７２】
図７は、最終ベース電流通電時間設定信号Ｔr の出力時間を長く設定した場合に、ピーク・ベース電流の波形の時間的経過とベース電流通電停止時のワイヤ先端の溶融球の大きさとの関係を示す図である。
同図（Ａ）に示すように、最終ベース電流通電時間設定信号Ｔr の出力時間を長く設定して最終パルス電流通電後のベース電流通電時間を長くした場合に、同図（Ｂ）に示すように、ベース電流通電停止時のワイヤ先端の溶融球の大きさは、均一な中位の直径（溶融球の直径がワイヤの直径の約１. １倍乃至１. ４倍、特に１. ２５倍）になる。したがって、スラグが溶融球の真下表面に集中して凝固しなくなるので、パルスマグ溶接における瞬時アークスタート性能を向上させることができる。
【０１００】
【本発明の効果】
図８は、直径１. ２［mm］のワイヤを使用し軟鋼のマグ溶接をしたときに、ワイヤ先端の溶融球の直径の分布を示す図である。同図において、黒の四角印を結ぶ曲線は、従来技術の溶接終了方法での溶融球の直径の分布を示しバラツキが大きい。それに対して、白丸印を結ぶ曲線は、本発明の溶接終了方法での溶融球の直径の分布であり、約１. ５［mm］であって均一である。
【０１０２】
図９は、直径１. ２［mm］のワイヤを使用し軟鋼のマグ溶接をしたときに、瞬時アークスタートの成功率を示す図である。同図において、従来技術の溶接終了方法での瞬時アークスタートの成功率は、８１％である。それに対して、本発明の溶接終了方法での瞬時アークスタートの成功率は、９６％であって、従来技術の溶接終了方法と比較して本発明の溶接終了方法及び装置では、スティック及びバーンバックを防止するだけでなく、ワイヤ先端の溶融金属量又は溶融球の直径を制御することによって、瞬時アークスタートの成功率を大幅に向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は、パルス電流を通電して溶接し、溶接終了時の溶接電流を制御するパルスアーク溶接装置のブロック図である。
【図２】図２は、図１に示す従来の溶接装置の各動作信号と経過時間ｔとの関係を示す図である。
【図３】図３は、定常パルス電流の波形と、その波形に対応するワイヤ先端の溶融球の大きさと、通電時点が異なる最終パルス電流通電後のワイヤ先端の溶融球の大きさとの関係を説明する図である。
【図４】図４は、本発明のパルスアーク溶接終了方法を実施する溶接装置の実施例のブロック図である。
【図５】図５は、図４に示す本発明の溶接装置の各動作信号と経過時間ｔとの関係を示す図である。
【図６】図６は、最終ベース電流通電時間設定信号Ｔr の出力時間を短く設定した場合に、ピーク・ベース電流の波形の時間的経過とベース電流通電停止時のワイヤ先端の溶融球の大きさとの関係を説明する図である。
【図７】図７は、最終ベース電流通電時間設定信号Ｔr の出力時間を長く設定した場合に、ピーク・ベース電流の波形の時間的経過とベース電流通電停止時のワイヤ先端の溶融球の大きさとの関係を示す図である。
【図８】図８は、直径１. ２［mm］のワイヤを使用し軟鋼のマグ溶接をしたときに、ワイヤ先端の溶融球の直径の分布を示す図である。
【図９】図９は、直径１. ２［mm］のワイヤを使用し軟鋼のマグ溶接をしたときに、瞬時アークスタートの成功率を示す図である。
【符号の説明】
ＡＣ…商用電源
ＡＤ１…最終溶滴離脱判別回路
ＡＤ２…パルス禁止指令回路
ＣＭ１…設定・検出電流比較回路
ＣＭ２…設定・検出電圧比較回路
ＣＭ３…電機子電圧比較回路
ＤＶ…溶接電流制御回路
ＦＦ１…通電・パルス停止指令回路
ＦＦ２…通電・ベース停止指令回路
ＩＢＳ…ベース電流値設定回路
ＩＤ…溶接電流検出回路
ＩＰＳ…ピーク電流値設定回路
ＭＭ１…最終パルス出力指令回路
ＮＴ１…溶接電流通電・停止回路
ＮＴ２…ワイヤ送給・停止回路
ＯＲ…定常・最終パルス通電指令回路
ＰＳ…パルス溶接電源
ＳＷ１…ピーク・ベース電流値切換回路
ＴＰ…パルス幅設定回路
ＴＲ…最終ベース電流通電時間設定回路
ＴＳ…溶接開始・終了指令回路
ＶＤ…溶接電圧検出回路
ＶＦ…電圧・周波数変換回路
ＶＳ…溶接電圧設定回路
ＷＣ…ワイヤ送給速度制御回路
ＷＭ…ワイヤ送給モータ
ＷＳ…ワイヤ送給速度設定回路
Ａd1…最終溶滴離脱判別信号
Ａd2…パルス禁止指令信号
Ｃm1…設定・検出電流比較信号
Ｃm2…設定・検出電圧比較信号
Ｃm3…モータ停止信号
Ｄv …溶接電流制御信号
Ｆf1…通電・パルス停止指令信号
Ｆf2…通電・ベース停止指令信号
Ｉbs…ベース電流値設定信号
Ｉd …溶接電流検出信号
Ｉps…ピーク電流値設定信号
Ｍm1…最終パルス出力指令信号
Ｏr …定常・最終パルス通電指令信号
Ｓw1…ピーク・ベース電流値切換信号
ｔ…経過時間
Ｔf …溶接終了信号
Ｔp …パルス周波数・幅信号
Ｔr …最終ベース電流通電時間設定信号
Ｔs …溶接開始信号
Ｖd …溶接電圧検出信号
Ｖf …周波数制御信号
Ｖs …溶接電圧設定信号
Ｗc …ワイヤ送給速度制御信号
Ｗｄ…電機子検出電圧
Ｗｅ…電機子基準電圧
Ｗs …ワイヤ送給速度設定信号
Claims (3)
- 消耗電極にパルス電流と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終了方法において、最終パルス電流の通電を判別することによって、最終の溶滴が離脱した直後のワイヤ先端の状態をワイヤ先端の溶融金属量又は溶融球の大きさの制御の基点にして、ワイヤ先端の溶融金属量又は溶融球の大きさを次回の瞬時アークスタートに最適な状態にする時間だけ、ベース電流を通電した後に溶接を終了するパルスアーク溶接終了方法。
- 消耗電極にパルス電流と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装置において、パルス電流の周波数及びパルス幅を定めるパルス周波数・幅信号Ｔ p を入力し、ワイヤ送給モータが略停止したときに、最終溶滴離脱判別信号Ａ d1 を出力する最終溶滴離脱判別回路ＡＤ１と、
ワイヤ先端の溶融球の直径を次回の瞬時アークスタートに最適な状態にする時間を予め設定して、最終溶滴離脱判別信号Ａ d1 が入力されたときに動作を開始して最終ベース電流通電時間設定信号Ｔ r を出力し、予め設定した時間に達したときに停止する最終ベース電流通電時間設定回路ＴＲと、
溶接開始後に定常のパルス電流と最終ベース電流との溶接電流を通電し、最終ベース電流通電時間設定信号Ｔ r が出力されたとき、最終ベース電流の通電を開始して、最終ベース電流通電時間設定信号Ｔ r が停止すると最終ベース電流の通電も停止して、溶接を終了するパルス溶接電源とから成るパルスアーク溶接装置。 - 消耗電極にパルス電流と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装置において、パルス電流の周波数及びパルス幅を定めるパルス周波数・幅信号Ｔ p を入力し、ワイヤ送給モータの電機子検出電圧Ｗｄが予め設定した電機子基準電圧Ｗｅよりも低くなったときに、最終溶滴離脱判別信号Ａ d1 を出力する最終溶滴離脱判別回路ＡＤ１と、
ワイヤ先端の溶融球の直径を次回の瞬時アークスタートに最適な状態にする時間を予め設定して、最終溶滴離脱判別信号Ａ d1 が入力されたときに動作を開始して最終ベース電流通電時間設定信号Ｔ r を出力し、予め設定した時間に達したときに停止する最終ベース電流通電時間設定回路ＴＲと、
溶接開始後に定常のパルス電流と最終ベース電流との溶接電流を通電し、最終ベース電流通電時間設定信号Ｔ r が出力されたとき、最終ベース電流の通電を開始して、最終ベース電流通電時間設定信号Ｔ r が停止すると最終ベース電流の通電も停止して、溶接を終了するパルス溶接電源とから成るパルスアーク溶接装置。
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