JP4773044B2 - 短絡を伴うアーク溶接の送給制御方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、短絡を伴うアーク溶接において、短絡期間中の送給制御方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
図７は、従来技術の短絡を伴うアーク溶接の送給制御方法を示す出力波形図である。同図（Ａ）は溶接電圧Ｖｗの、同図（Ｂ）は溶接電流Ｉｗの、同図（Ｃ）は送給速度設定信号Ｆｒの、同図（Ｄ）はワイヤ先端の送給速度Ｆｓの時間変化を示す。上記の短絡を伴うアーク溶接には、短絡移行溶接、短絡を伴うグロビュール移行溶接、短絡を伴うパルスアーク溶接等が含まれる。以後、同図に示すように、短絡を伴うアーク溶接の典型である短絡移行溶接を例として説明する。
【０００３】
短絡移行溶接では、時刻ｔ１〜ｔ２の短絡期間Ｔｓと、時刻ｔ２〜ｔ３のアーク期間Ｔａとを交互に繰り返す。同図（Ａ）に示すように、溶接電圧Ｖｗは、短絡期間Ｔｓ中は数Ｖ程度の低い短絡電圧値となり、アーク期間Ｔａ中は１５〜４０Ｖ程度のアーク電圧値となる。また、同図（Ｂ）に示すように、溶接電流Ｉｗは、短絡期間Ｔｓ中は次第に増加して短絡解除を促進され、アーク期間Ｔａ中はアーク負荷によって定まる電流波形となる。通常、短絡期間Ｔｓ中の電流波形を制御することによって、溶滴を円滑に移行させると共に適正な時間で短絡を解除させてアークを再発生させる。他方、アーク期間Ｔａ中は、アーク長を適正値に維持するために、定電圧制御されるので、溶接電流Ｉｗはアーク負荷によって変化する。同図（Ｃ）に示すように、送給速度設定信号Ｆｒは、予め定めた一定値に設定され、同図（Ｄ）に示すように、送給速度Ｆｓも一定値となる。
【０００４】
上述した短絡電流制御とアーク長制御とによって、時刻ｔ１〜ｔ５のように、短絡期間Ｔｓは、３〜７msの範囲にほぼ分布することになる。しかし、時刻ｔ５〜ｔ６に示すように、１０ms程度を超える長期短絡が発生することがときたまある。この原因は、送給速度の変動、溶融池及び溶滴の不規則運動、トーチ高さ（チップ・母材間距離）の変動等の種々の外乱によって、アーク長が変動し、ワイヤ先端が十分に溶融していない状態で短絡が発生するためである。この状態になると、大電流を長時間通電してワイヤ先端部をジュール熱によって強制的に溶断する必要がある。このような長期短絡が発生すると、溶断によりアークが再発生しても溶断に伴って大粒のスパッタが発生し、かつ、アーク状態も不安定になる。また、溶断時にワイヤ先端と母材との距離が長くなる場合もあり、このような場合には、時刻ｔ６に示すように、アーク切れが発生する。
【０００５】
上述したように、短絡期間Ｔｓは、通常短絡で終了するときがほとんどであるが、外乱によってときたま長期短絡に至るときがある。長期短絡が発生しても電流制御によってできるだけ早期に短絡を解除するように制御しているが、スパッタの発生及びアーク切れを完全に防止することはできない。
【０００６】
上述した問題点を解決するために、短絡期間中は溶接ワイヤの送給方向を逆転させて母材から離れる方向に後退送給する方法が提案されている（例えば、特許文献１参照）。以下、この別の従来技術について説明する。
【０００７】
図８は、短絡期間中に後退送給する従来技術の出力波形図である。同図（Ａ）は溶接電圧Ｖｗの、同図（Ｂ）は溶接電流Ｉｗの、同図（Ｃ）は送給速度設定信号Ｆｒの、同図（Ｄ）はワイヤ先端の送給速度Ｆｓの時間変化を示す。以下、同図を参照して説明する。
【０００８】
時刻ｔ１〜ｔ２の短絡期間Ｔｓ中は、同図（Ｃ）に示すように、送給速度設定信号Ｆｒは負の値の後退送給速度設定値Ｆrrとなり、同図（Ｄ）に示すように、送給速度Ｆｓは時刻ｔ１から慣性によるスロープを伴って減速する。ただし、上述したように、通常短絡の時間は３〜７ms程度であるために、過渡特性に優れたパルスモータ、サーボモータ等を使用しても、この時間では送給方向が反転して後退送給にまで至ることはない。続いて、時刻ｔ２〜ｔ３のアーク期間Ｔａ中は、同図（Ｃ）に示すように、送給速度設定信号Ｆｒは正の値の前進送給速度設定値Ｆfrになり、同図（Ｄ）に示すように、時刻ｔ２から慣性によるスロープを伴って加速して前進送給速度Ｆfsに達する。このように、通常短絡では、送給速度Ｆｓの減速と加速が行われるだけであり、これによる有益なことは何もない。すなわち、図７で上述したように、送給速度を一定値で前進送給している状態で短絡電流制御によって安定した溶滴移行及び短絡解除を行うことができるので、送給速度を変化させる必要はない。それどころか、送給速度が不必要に減速及び加速されることによって、外乱による送給速度の変動と同じ状態になり、かえって溶接状態が不安定になる不利益がある。
【０００９】
他方、時刻ｔ５〜ｔ８の長期短絡については以下のとおりである。同図（Ｃ）に示すように、時刻ｔ５において送給速度設定信号Ｆｒは後退送給速度設定値Ｆrrに切り換わり、同図（Ｄ）に示すように、送給速度Ｆｓは慣性によるスロープで減速する。そして、時刻ｔ６において、送給モータは逆回転を開始するが、送給モータから母材までの送給経路中の溶接ワイヤの曲がりによる遊び分を後退送給するまでの時刻ｔ７まではワイヤ先端は後退送給されず停止したままである。時刻ｔ７において、遊び分の後退送給が終了するとワイヤ先端が後退送給し、時刻ｔ８においてワイヤ先端が母材から離れてアークが再発生する。アークが再発生すると、同図（Ｃ）に示すように、時刻ｔ８において送給速度設定信号Ｆｒは前進送給速度設定値Ｆfrに切り換わり、同図（Ｄ）に示すように、送給速度Ｆｓは後退送給から前進送給へと上記と同様の遅れ時間の後に切り換わる。
【００１０】
このように、長期短絡では短絡期間が長いので、溶接ワイヤは短絡期間中に後退送給に切り換わることができる。このために、長期短絡を確実に解除してアークを再発生させることができる。しかし、同図（Ｂ）に示すように、、時刻ｔ８においてアークが再発生するときの電流値が非常に大きいために、アーク再発生時に大粒のスパッタが発生する。さらに、時刻ｔ８直後のアーク長は当然に非常に短いために、この状態で大電流が通電すると大きなアーク力によって溶融池及び溶滴が変形して再び短絡状態に戻る場合も生じる。このように、長期短絡を解除することができる有益な点はあるが、他方問題も残っている。
【００１１】
【特許文献１】
特公昭４８−２０６８８号公報
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】
上述したように、送給速度が一定値である一般的な従来技術では、通常短絡時は短絡電流制御によって良好な溶滴移行及び短絡解除を行うことができるが、長期短絡時はアーク切れ、スパッタの発生等の問題がある。他方、短絡期間に後退送給するもう１つの従来技術では、通常短絡時に不必要に送給速度が減速及び加速されるために溶接状態が不安定になりやすい。さらに、長期短絡時は後退送給によって短絡を確実に解除してアークを再発生させることはできるが、スパッタ及び再短絡の発生の問題がある。したがって、どちらの従来技術でも課題が存在する。
【００１３】
そこで、本発明では、短絡を伴うアーク溶接において、通常短絡時及び長期短絡時に良好な溶滴移行を行うことができ、かつ、アーク切れ、スパッタ及び再短絡の発生しない良好な短絡解除を行うことができる送給制御方法を提供する。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
上述した課題を解決するために、請求項１の発明は、アーク期間中は溶接ワイヤを母材へ前進送給し、短絡期間中は溶接ワイヤを母材から離れる方向に後退送給する短絡を伴うアーク溶接の送給制御方法において、
短絡が発生すると前記前進送給を継続したままで溶接電流を増加させ、
（１）短絡期間が予め定めた長期短絡判別時間に達する前にアークが再発生したときは前記前進送給の送給速度に応じた値の前記溶接電流を通電し、
（２）前記短絡期間が前記長期短絡判別時間に達した後は前記後退送給に切り換え、前記長期短絡判別時間が経過した時点から送給モータが逆回転を開始するまでの時間に相当する予め定めた電流減少遅延時間が経過した後に前記溶接電流を減少させ、前記後退送給によってワイヤ先端が母材から離れてアークが再発生すると前記前進送給に再び切り換えると共に前記溶接電流を前記前進送給の送給速度に応じた値に増加させる、
ことを特徴とする短絡を伴うアーク溶接の送給制御方法。
【００１５】
また、請求項２の発明は、前記後退送給によってアークが再発生した時点から予め定めた後退送給継続時間が経過するまでは前記後退送給を継続すると共に前記溶接電流を減少させたままで維持し、前記後退送給継続時間が経過した後は前記前進送給に再び切り換えると共に前記溶接電流を前記前進送給の送給速度に応じた値に増加させる請求項１記載の短絡を伴うアーク溶接の送給制御方法。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。
【００１８】
［実施の形態１］
図１は、本発明の実施の形態１に係る短絡を伴うアーク溶接の送給制御方法を示す出力波形図である。同図（Ａ）は溶接電圧Ｖｗの、同図（Ｂ）は溶接電流Ｉｗの、同図（Ｃ）は送給速度設定信号Ｆｒの、同図（Ｄ）はワイヤ先端の送給速度Ｆｓの時間変化を示す。以下、同図を参照して説明する。
【００１９】
時刻ｔ１〜ｔ２の短絡期間Ｔｓ中は、短絡期間が予め定めた長期短絡判別時間Ｔｔ以下であるので、同図（Ｃ）に示すように、送給速度設定信号Ｆｒは前進送給速度設定値Ｆfrのままであり、同図（Ｄ）に示すように、送給速度Ｆｓは前進送給速度Ｆfsで送給される。続く時刻ｔ２〜ｔ３のアーク期間Ｔａ中は、同図（Ｃ）に示すように、上記の前進送給速度設定値Ｆfrのままであり、同図（Ｄ）に示すように、送給速度Ｆｓは上記の前進送給速度Ｆfsで送給される。すなわち、通常短絡時は一定値の前進送給を維持する。
【００２０】
時刻ｔ３において短絡が発生し長期短絡判別時間Ｔｔを経過する時刻ｔ４までは、同図（Ｃ）に示すように、送給速度設定信号Ｆｒは前進送給速度設定値Ｆfrのままであり、同図（Ｄ）に示すように、送給速度Ｆｓは前進送給速度Ｆfsのままである。時刻ｔ４において上記の長期短絡判別時間Ｔｔを経過すると、同図（Ｃ）に示すように、送給速度設定信号Ｆｒは後退送給速度設定値Ｆrrに切り換わり、同図（Ｄ）に示すように、送給速度Ｆｓは慣性によるスロープで減速する。同時に、同図（Ｂ）に示すように、時刻ｔ４から溶接電流Ｉｗを低い値に減少させる。
【００２１】
同図（Ｄ）に示すように、送給速度Ｆｓは、減速して一旦０となり、その後遊び分を後退送給するまではワイヤ先端の送給速度であるので０のままであり、その後に後退送給されて、時刻ｔ５においてワイヤ先端が母材から離れて短絡が解除されてアークが再発生する。このアーク再発生時の電流値は、同図（Ｂ）に示すように、低い値であるのでスパッタはほとんど発生せず、アーク力も弱いので再短絡も発生しない。したがって、良好な長期短絡の解除を行うことができる。
【００２２】
時刻ｔ５においてアークが再発生すると、同図（Ｃ）に示すように、送給速度設定信号Ｆfrは前進送給速度設定値Ｆfrに切り換わり、同図（Ｄ）に示すように、送給速度Ｆｓは後退送給から減速、停止及び反転を経て前進送給速度Ｆfsで送給される。同時に、同図（Ｂ）に示すように、溶接電流Ｉｗは、溶接電源装置の定電圧特性とアーク負荷とによって定まる前進送給速度Ｆfsに応じた値へと増加する。
【００２３】
上述したように、実施の形態１では、通常短絡時は一定値の前進送給を継続し、短絡電流制御によって良好な溶滴移行及び短絡解除を行う。他方、長期短絡時は、予め定めた長期短絡判別時間Ｔｔ経過後から後退送給を開始すると共に、溶接電流を減少させて、アーク切れ、スパッタ及び再短絡の発生しない良好な長期短絡の解除を行うことができる。
【００２４】
図２は、上述した実施の形態１に係る溶接電源装置のブロック図である。以下、同図を参照して各回路について説明する。
【００２５】
電源主回路ＭＣは、商用交流電源（３相２００Ｖ等）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、サイリスタ位相制御等の出力制御を行い、溶接に適した溶接電圧Ｖｗ及び溶接電流Ｉｗを出力する。溶接ワイヤ１は、ワイヤ送給モータＷＭに直結した送給ロール５の回転によって溶接トーチ４を通って送給され、母材２との間にアーク３が発生する。
【００２６】
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を入力して短絡又はアークを判別し、短絡期間中はＨｉｇｈレベルとなる短絡判別信号Ｓｄを出力する。長期短絡判別回路ＴＴは、上記の短絡判別信号Ｓｄを予め定めた長期短絡判別時間だけオンディレイさせた長期短絡判別信号Ｔｔを出力する。したがって、この長期短絡判別信号Ｔｔは、上述した図１の時刻ｔ４〜ｔ５の期間だけＨｉｇｈレベルとなる信号である。後退送給速度設定回路ＦＲＲは、所望値の後退送給速度設定信号Ｆrrを出力する。前進送給速度設定回路ＦＦＲは、所望値の前進送給速度設定信号Ｆfrを出力する。送給速度設定切換回路ＳＦは、上記の長期短絡判別信号ＴｔがＬｏｗレベルのときはｂ側に切り換わり、上記の前進送給速度設定信号Ｆfrを送給制御設定信号Ｆcrとして出力し、Ｈｉｇｈレベルのときは上記の後退送給速度設定信号Ｆrrを送給制御設定信号Ｆｒとして出力する。送給制御回路ＦＣは、上記の送給速度設定信号Ｆｒに従って溶接ワイヤを送給するための送給制御信号Ｆｃをワイヤ送給モータＷＭへ出力する。したがって、上述した図１の時刻ｔ４〜ｔ５の期間中は、上記の送給速度設定信号Ｆｒは後退送給速度設定信号Ｆrrとなり、溶接ワイヤ１は後退送給される。
【００２７】
短絡電流設定回路ＩＳＲは、短絡期間中の電流変化を設定するための予め定めた短絡電流設定信号Ｉsrを出力する。減少電流設定回路ＩＭＲは、予め定めた減少電流設定信号Ｉmrを出力する。ここで、上記の短絡電流設定信号Ｉsrは、図１（Ｂ）で上述したように、時刻ｔ１〜ｔ２及び時刻ｔ３〜ｔ４の各期間の短絡電流の変化を設定する信号となる。他方、上記の減少電流設定信号Ｉmrは、図１（Ｂ）で上述したように、時刻ｔ４〜ｔ５の期間の減少させた電流Ｉｍを設定する信号である。電流設定切換回路ＳＩは、上記の長期短絡判別信号ＴｔがＬｏｗレベルのときはｂ側に切り換わり、上記の短絡電流設定信号Ｉsrを電流制御設定信号Ｉcrとして出力し、Ｈｉｇｈレベルのときはａ側に切り換わり、上記の減少電流設定信号Ｉmrを電流制御設定信号Ｉcrとして出力する。したがって、上述した図１の時刻ｔ４〜ｔ５の期間中は、電流制御設定信号Ｉcrは減少電流設定信号Ｉmrとなり、溶接電流Ｉｗは減少する。アーク電圧設定回路ＶＡＲは、アーク期間中のアーク電圧を設定するための所望値のアーク電圧設定信号Ｖarを出力する。
【００２８】
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、上記の電流制御設定信号Ｉcr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。電圧誤差増幅回路ＥＶは、上記のアーク電圧設定信号Ｖarと上記の電圧検出信号Ｖｄとの誤差を増幅して、電圧誤差増幅信号Ｅｖを出力する。外部特性切換回路ＳＰは、上記の短絡判別信号ＳｄがＬｏｗレベル（アーク期間）のときはｂ側に切り換わり、上記の電圧誤差増幅信号Ｅｖを誤差増幅信号Ｅａとして出力し、Ｈｉｇｈレベル（短絡期間）のときはａ側に切り換わり、上記の電流誤差増幅信号Ｅｉを誤差増幅信号Ｅａとして出力する。したがって、アーク期間中は定電圧制御となり、短絡期間中は定電流制御となる。駆動回路ＤＶは、上記の誤差増幅信号Ｅａに従ってインバータ回路等を駆動する駆動信号Ｄｖを出力する。
【００２９】
［実施の形態２］
図３は、本発明の実施の形態２に係る短絡を伴うアーク溶接の送給制御方法を示す出力波形図である。同図（Ａ）は溶接電圧Ｖｗの、同図（Ｂ）は溶接電流Ｉｗの、同図（Ｃ）は送給速度設定信号Ｆｒの、同図（Ｄ）はワイヤ先端の送給速度Ｆｓの時間変化を示す。同図において、時刻ｔ４〜ｔ４１の電流減少遅延期間Ｔid以外は上述した図１と同一の動作であるので説明は省略する。以下、同図を参照して電流減少遅延期間Ｔidの動作について説明する。
【００３０】
時刻ｔ４において長期短絡判別時間Ｔｔが経過すると、同図（Ｃ）に示すように、送給速度設定信号Ｆｒを後退送給速度設定値Ｆrrに切り換えて、同図（Ｄ）に示すように、後退送給を開始する。この動作は上述した図１と同一である。しかし、同図（Ｂ）に示すように、溶接電流Ｉｗは時刻ｔ４から減少させないで、時刻ｔ４１から減少させる。この点が上述した図１とは異なる。この時刻ｔ４１は、時刻ｔ４から予め定めた電流減少遅延時間Ｔidが経過した時点である。そして、この電流減少遅延時間Ｔidは、同図（Ｄ）に示すように、後退送給を開始してからほぼ慣性によるスロープが終了して送給モータが逆回転を開始する時間に相当するように設定する。このように電流減少のタイミングを遅延させる理由は、以下のとおりである。すなわち、電流を減少させる理由は、時刻ｔ５のアーク再発生時点での電流値を低くして、スパッタ及び再短絡の発生を抑制するためである。したがって、時刻ｔ４１に送給モータが後退送給に対応する逆回転を開始しても上述したように送給経路の溶接ワイヤの曲がりによる遊び分を後退送給するまではワイヤ先端は停止したままで後退送給されない。すなわち、時刻ｔ４１から少ししてからワイヤ先端が母材から離れてアークが再発生するので、時刻ｔ４１において電流を減少させてもアーク再発生時の電流値を低くすることができ、上述した効果を損ねることはない。それに加えて、電流を減少させている時間を上述した図１のときに比べて短くすることができるので、溶融池の温度を下げることになる時間が短くなり、ビード外観への影響を最小限にすることができる。
【００３１】
図４は、上述した実施の形態２に係る溶接電源装置のブロック図である。同図において、上述した図２と同一の回路には同一符号を付してそれらの説明は省略する。以下、図２とは異なる点線で示す回路について説明する。
【００３２】
電流減少遅延回路ＴＩＤは、長期短絡判別信号Ｔｔを入力して予め定めた電流減少遅延時間だけオンディレイさせた電流減少遅延信号Ｔidを出力する。したがって、この電流減少遅延信号Ｔidは、上述した図３の時刻ｔ４〜ｔ４１の期間だけＨｉｇｈレベルとなる信号である。そして、この期間中は、電流制御設定信号Ｉcrが減少電流設定信号Ｉmrになり、溶接電流Ｉｗは減少する。
【００３３】
［実施の形態３］
図５は、本発明の実施の形態３に係る短絡を伴うアーク溶接の送給制御方法を示す出力波形図である。同図（Ａ）は溶接電圧Ｖｗの、同図（Ｂ）は溶接電流Ｉｗの、同図（Ｃ）は送給速度設定信号Ｆｒの、同図（Ｄ）はワイヤ先端の送給速度Ｆｓの時間変化を示す。同図において、時刻ｔ５〜ｔ５１の後退送給継続時間Ｔrcの動作以外は上述した図３と同一であるのでそれらの説明は省略する。以下、同図を参照してこの後退送給継続時間Ｔrc中の動作について説明する。
【００３４】
時刻ｔ５において、後退送給によってワイヤ先端が母材から離れてアークが再発生すると、時刻ｔ５から予め定めた後退送給継続時間Ｔrcが経過する時刻ｔ５１までの期間中は、同図（Ｃ）に示すように、送給速度設定信号Ｆｒを後退送給速度設定値Ｆrrのままとし、同図（Ｄ）に示すように、後退送給を継続する。同様に、同図（Ｂ）に示すように、溶接電流Ｉｗを減少させた状態で維持する。
【００３５】
このように、アーク再発生後も少しの間は後退送給を継続し、電流を減少させたままで維持する理由は、以下のとおりである。すなわち、上記の後退送給継続時間Ｔrcは、後退送給によってアーク長（ワイヤ先端・母材間距離）を定常のアーク長まで引き上げるためである。これによって、時刻ｔ５１において、前進送給に切り換わった後、速やかに定常アーク長に収束し安定したアーク状態になる。したがって、後退送給継続時間Ｔrcは、アーク長を定常アーク長まで引き上げる時間として設定する。この引き上げ中に電流を減少させた状態であるのは、この期間でのワイヤ先端の溶融を小さくして溶融による引き上げ距離の誤差を小さくし、定常アーク長への引き上げを正確に行うためである。
【００３６】
図６は、上述した実施の形態３に係る溶接電源装置のブロック図である。同図において、上述した図４と同一の回路には同一符号を付してそれらの説明は省略する。以下、図４とは異なる点線で示す回路について説明する。
【００３７】
後退送給継続回路ＴＲＣは、長期短絡判別信号Ｔｔを入力して予め定めた後退送給継続時間だけオフディレイさせて後退送給継続信号Ｔrcを出力する。この信号は、上述した図５の時刻ｔ４〜ｔ５１の期間Ｈｉｇｈレベルとなる。電流減少遅延回路ＴＩＤは、上記の後退送給継続信号Ｔrcを入力して予め定めた電流減少遅延時間だけオンディレイさせて電流減少遅延信号Ｔidを出力する。この信号は、上述した図５の時刻ｔ４１〜ｔ５１の期間Ｈｉｇｈレベルとなる。論理和回路ＯＲは、短絡判別信号Ｓｄと上記の後退送給継続信号Ｔrcとの論理和を取り、論理和信号Ｏｒを出力する。この信号は、上述した図５の時刻ｔ３〜ｔ５１の期間Ｈｉｇｈレベルとなる。
【００３８】
上述した実施の形態３は、実施の形態２に後退送給継続時間を追加した場合について説明したが、実施の形態１に後退送給継続時間を追加する場合も同様である。すなわち、上述した図５において時刻ｔ４〜ｔ４１の電流減少遅延時間を削除すれば良い。また、上述した図６において電流減少遅延回路ＴＩＤを削除すれば良い。
【００３９】
上述した実施の形態１〜３は、短絡移行溶接の場合について説明したが、短絡を伴うグロビュール移行溶接及び短絡を伴うパルスアーク溶接の場合も、短絡期間に関する本発明は同様に適用することができる。すなわち、本発明には、短絡を伴うアーク溶接が全て含まれる。
【００４０】
【発明の効果】
請求項１記載の短絡を伴うアーク溶接の送給制御方法によれば、長期短絡時にのみ後退送給を行い、かつ、再アーク発生時の電流値を低くすることができるので、以下の効果を奏する。まず、通常短絡時は後退送給されないので送給速度に不必要に減速及び加速を加えることがなく、良好な溶滴移行及び短絡解除を行うことができる。さらに、長期短絡時は、アーク切れ、スパッタ及び再短絡の発生しない良好な長期短絡の解除を行うことができる。
【００４１】
請求項２記載の短絡を伴うアーク溶接の送給制御方法によれば、電流を減少させるタイミングを遅延させることによって、上記の効果に加えて、溶融池の温度を下げる時間が短くなるのでビード外観への影響を最小限にすることができる。
【００４２】
請求項３記載の短絡を伴うアーク溶接の送給制御方法によれば、再アーク発生後に後退送給継続時間を追加することによって、上記の効果に加えて、再アーク発生後、速やかにアーク長を定常アーク長に引き上げつことができるので、定常アーク状態に速やかに収束させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態１に係る短絡を伴うアーク溶接の送給制御方法を示す出力波形図である。
【図２】本発明の実施の形態１に係る溶接電源装置のブロック図である。
【図３】本発明の実施の形態２に係る短絡を伴うアーク溶接の送給制御方法を示す出力波形図である。
【図４】本発明の実施の形態２に係る溶接電源装置のブロック図である。
【図５】本発明の実施の形態３に係る短絡を伴うアーク溶接の送給制御方法を示す出力波形図である。
【図６】本発明の実施の形態３に係る溶接電源装置のブロック図である。
【図７】従来技術１における短絡を伴うアーク溶接の送給制御方法を示す出力波形図である。
【図８】従来技術２における短絡を伴うアーク溶接の送給制御方法を示す出力波形図である。
【符号の説明】
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
ＤＶ 駆動回路
Ｄｖ 駆動信号
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
ＦＣ 送給制御回路
Ｆｃ 送給制御信号
ＦＦＲ 前進送給速度設定回路
Ｆfr 前進送給速度設定（値／信号）
Ｆfs 前進送給速度
Ｆｒ 送給速度設定信号
ＦＲＲ 後退送給速度設定回路
Ｆrr 後退送給速度設定（値／信号）
Ｆｓ 送給速度
Ｉcr 電流制御設定信号
ＩＤ 電流検出回路
Ｉｄ 電流検出信号
Ｉｍ 減少電流値
ＩＭＲ 減少電流設定回路
Ｉmr 減少電流設定信号
ＩＳＲ 短絡電流設定回路
Ｉsr 短絡電流設定信号
Ｉｗ 溶接電流
ＭＣ 電源主回路
ＯＲ 論理和回路
Ｏｒ 論理和信号
ＳＤ 短絡判別回路
Ｓｄ 短絡判別信号
ＳＦ 送給速度設定切換回路
ＳＩ 電流設定切換回路
ＳＰ 外部特性切換回路
Ｔａ アーク期間
ＴＩＤ 電流減少遅延回路
Ｔid 電流減少遅延（時間／信号）
ＴＲＣ 後退送給継続回路
Ｔrc 後退送給継続（時間／信号）
Ｔｓ 短絡期間
ＴＴ 長期短絡判別回路
Ｔｔ 長期短絡判別（時間／信号）
ＶＡＲ アーク電圧設定回路
Ｖar アーク電圧設定信号
ＶＤ 電圧検出回路
Ｖｄ 電圧検出信号
Ｖｗ 溶接電圧
ＷＭ ワイヤ送給モータ
【発明の属する技術分野】
本発明は、短絡を伴うアーク溶接において、短絡期間中の送給制御方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
図７は、従来技術の短絡を伴うアーク溶接の送給制御方法を示す出力波形図である。同図（Ａ）は溶接電圧Ｖｗの、同図（Ｂ）は溶接電流Ｉｗの、同図（Ｃ）は送給速度設定信号Ｆｒの、同図（Ｄ）はワイヤ先端の送給速度Ｆｓの時間変化を示す。上記の短絡を伴うアーク溶接には、短絡移行溶接、短絡を伴うグロビュール移行溶接、短絡を伴うパルスアーク溶接等が含まれる。以後、同図に示すように、短絡を伴うアーク溶接の典型である短絡移行溶接を例として説明する。
【０００３】
短絡移行溶接では、時刻ｔ１〜ｔ２の短絡期間Ｔｓと、時刻ｔ２〜ｔ３のアーク期間Ｔａとを交互に繰り返す。同図（Ａ）に示すように、溶接電圧Ｖｗは、短絡期間Ｔｓ中は数Ｖ程度の低い短絡電圧値となり、アーク期間Ｔａ中は１５〜４０Ｖ程度のアーク電圧値となる。また、同図（Ｂ）に示すように、溶接電流Ｉｗは、短絡期間Ｔｓ中は次第に増加して短絡解除を促進され、アーク期間Ｔａ中はアーク負荷によって定まる電流波形となる。通常、短絡期間Ｔｓ中の電流波形を制御することによって、溶滴を円滑に移行させると共に適正な時間で短絡を解除させてアークを再発生させる。他方、アーク期間Ｔａ中は、アーク長を適正値に維持するために、定電圧制御されるので、溶接電流Ｉｗはアーク負荷によって変化する。同図（Ｃ）に示すように、送給速度設定信号Ｆｒは、予め定めた一定値に設定され、同図（Ｄ）に示すように、送給速度Ｆｓも一定値となる。
【０００４】
上述した短絡電流制御とアーク長制御とによって、時刻ｔ１〜ｔ５のように、短絡期間Ｔｓは、３〜７msの範囲にほぼ分布することになる。しかし、時刻ｔ５〜ｔ６に示すように、１０ms程度を超える長期短絡が発生することがときたまある。この原因は、送給速度の変動、溶融池及び溶滴の不規則運動、トーチ高さ（チップ・母材間距離）の変動等の種々の外乱によって、アーク長が変動し、ワイヤ先端が十分に溶融していない状態で短絡が発生するためである。この状態になると、大電流を長時間通電してワイヤ先端部をジュール熱によって強制的に溶断する必要がある。このような長期短絡が発生すると、溶断によりアークが再発生しても溶断に伴って大粒のスパッタが発生し、かつ、アーク状態も不安定になる。また、溶断時にワイヤ先端と母材との距離が長くなる場合もあり、このような場合には、時刻ｔ６に示すように、アーク切れが発生する。
【０００５】
上述したように、短絡期間Ｔｓは、通常短絡で終了するときがほとんどであるが、外乱によってときたま長期短絡に至るときがある。長期短絡が発生しても電流制御によってできるだけ早期に短絡を解除するように制御しているが、スパッタの発生及びアーク切れを完全に防止することはできない。
【０００６】
上述した問題点を解決するために、短絡期間中は溶接ワイヤの送給方向を逆転させて母材から離れる方向に後退送給する方法が提案されている（例えば、特許文献１参照）。以下、この別の従来技術について説明する。
【０００７】
図８は、短絡期間中に後退送給する従来技術の出力波形図である。同図（Ａ）は溶接電圧Ｖｗの、同図（Ｂ）は溶接電流Ｉｗの、同図（Ｃ）は送給速度設定信号Ｆｒの、同図（Ｄ）はワイヤ先端の送給速度Ｆｓの時間変化を示す。以下、同図を参照して説明する。
【０００８】
時刻ｔ１〜ｔ２の短絡期間Ｔｓ中は、同図（Ｃ）に示すように、送給速度設定信号Ｆｒは負の値の後退送給速度設定値Ｆrrとなり、同図（Ｄ）に示すように、送給速度Ｆｓは時刻ｔ１から慣性によるスロープを伴って減速する。ただし、上述したように、通常短絡の時間は３〜７ms程度であるために、過渡特性に優れたパルスモータ、サーボモータ等を使用しても、この時間では送給方向が反転して後退送給にまで至ることはない。続いて、時刻ｔ２〜ｔ３のアーク期間Ｔａ中は、同図（Ｃ）に示すように、送給速度設定信号Ｆｒは正の値の前進送給速度設定値Ｆfrになり、同図（Ｄ）に示すように、時刻ｔ２から慣性によるスロープを伴って加速して前進送給速度Ｆfsに達する。このように、通常短絡では、送給速度Ｆｓの減速と加速が行われるだけであり、これによる有益なことは何もない。すなわち、図７で上述したように、送給速度を一定値で前進送給している状態で短絡電流制御によって安定した溶滴移行及び短絡解除を行うことができるので、送給速度を変化させる必要はない。それどころか、送給速度が不必要に減速及び加速されることによって、外乱による送給速度の変動と同じ状態になり、かえって溶接状態が不安定になる不利益がある。
【０００９】
他方、時刻ｔ５〜ｔ８の長期短絡については以下のとおりである。同図（Ｃ）に示すように、時刻ｔ５において送給速度設定信号Ｆｒは後退送給速度設定値Ｆrrに切り換わり、同図（Ｄ）に示すように、送給速度Ｆｓは慣性によるスロープで減速する。そして、時刻ｔ６において、送給モータは逆回転を開始するが、送給モータから母材までの送給経路中の溶接ワイヤの曲がりによる遊び分を後退送給するまでの時刻ｔ７まではワイヤ先端は後退送給されず停止したままである。時刻ｔ７において、遊び分の後退送給が終了するとワイヤ先端が後退送給し、時刻ｔ８においてワイヤ先端が母材から離れてアークが再発生する。アークが再発生すると、同図（Ｃ）に示すように、時刻ｔ８において送給速度設定信号Ｆｒは前進送給速度設定値Ｆfrに切り換わり、同図（Ｄ）に示すように、送給速度Ｆｓは後退送給から前進送給へと上記と同様の遅れ時間の後に切り換わる。
【００１０】
このように、長期短絡では短絡期間が長いので、溶接ワイヤは短絡期間中に後退送給に切り換わることができる。このために、長期短絡を確実に解除してアークを再発生させることができる。しかし、同図（Ｂ）に示すように、、時刻ｔ８においてアークが再発生するときの電流値が非常に大きいために、アーク再発生時に大粒のスパッタが発生する。さらに、時刻ｔ８直後のアーク長は当然に非常に短いために、この状態で大電流が通電すると大きなアーク力によって溶融池及び溶滴が変形して再び短絡状態に戻る場合も生じる。このように、長期短絡を解除することができる有益な点はあるが、他方問題も残っている。
【００１１】
【特許文献１】
特公昭４８−２０６８８号公報
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】
上述したように、送給速度が一定値である一般的な従来技術では、通常短絡時は短絡電流制御によって良好な溶滴移行及び短絡解除を行うことができるが、長期短絡時はアーク切れ、スパッタの発生等の問題がある。他方、短絡期間に後退送給するもう１つの従来技術では、通常短絡時に不必要に送給速度が減速及び加速されるために溶接状態が不安定になりやすい。さらに、長期短絡時は後退送給によって短絡を確実に解除してアークを再発生させることはできるが、スパッタ及び再短絡の発生の問題がある。したがって、どちらの従来技術でも課題が存在する。
【００１３】
そこで、本発明では、短絡を伴うアーク溶接において、通常短絡時及び長期短絡時に良好な溶滴移行を行うことができ、かつ、アーク切れ、スパッタ及び再短絡の発生しない良好な短絡解除を行うことができる送給制御方法を提供する。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
上述した課題を解決するために、請求項１の発明は、アーク期間中は溶接ワイヤを母材へ前進送給し、短絡期間中は溶接ワイヤを母材から離れる方向に後退送給する短絡を伴うアーク溶接の送給制御方法において、
短絡が発生すると前記前進送給を継続したままで溶接電流を増加させ、
（１）短絡期間が予め定めた長期短絡判別時間に達する前にアークが再発生したときは前記前進送給の送給速度に応じた値の前記溶接電流を通電し、
（２）前記短絡期間が前記長期短絡判別時間に達した後は前記後退送給に切り換え、前記長期短絡判別時間が経過した時点から送給モータが逆回転を開始するまでの時間に相当する予め定めた電流減少遅延時間が経過した後に前記溶接電流を減少させ、前記後退送給によってワイヤ先端が母材から離れてアークが再発生すると前記前進送給に再び切り換えると共に前記溶接電流を前記前進送給の送給速度に応じた値に増加させる、
ことを特徴とする短絡を伴うアーク溶接の送給制御方法。
【００１５】
また、請求項２の発明は、前記後退送給によってアークが再発生した時点から予め定めた後退送給継続時間が経過するまでは前記後退送給を継続すると共に前記溶接電流を減少させたままで維持し、前記後退送給継続時間が経過した後は前記前進送給に再び切り換えると共に前記溶接電流を前記前進送給の送給速度に応じた値に増加させる請求項１記載の短絡を伴うアーク溶接の送給制御方法。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。
【００１８】
［実施の形態１］
図１は、本発明の実施の形態１に係る短絡を伴うアーク溶接の送給制御方法を示す出力波形図である。同図（Ａ）は溶接電圧Ｖｗの、同図（Ｂ）は溶接電流Ｉｗの、同図（Ｃ）は送給速度設定信号Ｆｒの、同図（Ｄ）はワイヤ先端の送給速度Ｆｓの時間変化を示す。以下、同図を参照して説明する。
【００１９】
時刻ｔ１〜ｔ２の短絡期間Ｔｓ中は、短絡期間が予め定めた長期短絡判別時間Ｔｔ以下であるので、同図（Ｃ）に示すように、送給速度設定信号Ｆｒは前進送給速度設定値Ｆfrのままであり、同図（Ｄ）に示すように、送給速度Ｆｓは前進送給速度Ｆfsで送給される。続く時刻ｔ２〜ｔ３のアーク期間Ｔａ中は、同図（Ｃ）に示すように、上記の前進送給速度設定値Ｆfrのままであり、同図（Ｄ）に示すように、送給速度Ｆｓは上記の前進送給速度Ｆfsで送給される。すなわち、通常短絡時は一定値の前進送給を維持する。
【００２０】
時刻ｔ３において短絡が発生し長期短絡判別時間Ｔｔを経過する時刻ｔ４までは、同図（Ｃ）に示すように、送給速度設定信号Ｆｒは前進送給速度設定値Ｆfrのままであり、同図（Ｄ）に示すように、送給速度Ｆｓは前進送給速度Ｆfsのままである。時刻ｔ４において上記の長期短絡判別時間Ｔｔを経過すると、同図（Ｃ）に示すように、送給速度設定信号Ｆｒは後退送給速度設定値Ｆrrに切り換わり、同図（Ｄ）に示すように、送給速度Ｆｓは慣性によるスロープで減速する。同時に、同図（Ｂ）に示すように、時刻ｔ４から溶接電流Ｉｗを低い値に減少させる。
【００２１】
同図（Ｄ）に示すように、送給速度Ｆｓは、減速して一旦０となり、その後遊び分を後退送給するまではワイヤ先端の送給速度であるので０のままであり、その後に後退送給されて、時刻ｔ５においてワイヤ先端が母材から離れて短絡が解除されてアークが再発生する。このアーク再発生時の電流値は、同図（Ｂ）に示すように、低い値であるのでスパッタはほとんど発生せず、アーク力も弱いので再短絡も発生しない。したがって、良好な長期短絡の解除を行うことができる。
【００２２】
時刻ｔ５においてアークが再発生すると、同図（Ｃ）に示すように、送給速度設定信号Ｆfrは前進送給速度設定値Ｆfrに切り換わり、同図（Ｄ）に示すように、送給速度Ｆｓは後退送給から減速、停止及び反転を経て前進送給速度Ｆfsで送給される。同時に、同図（Ｂ）に示すように、溶接電流Ｉｗは、溶接電源装置の定電圧特性とアーク負荷とによって定まる前進送給速度Ｆfsに応じた値へと増加する。
【００２３】
上述したように、実施の形態１では、通常短絡時は一定値の前進送給を継続し、短絡電流制御によって良好な溶滴移行及び短絡解除を行う。他方、長期短絡時は、予め定めた長期短絡判別時間Ｔｔ経過後から後退送給を開始すると共に、溶接電流を減少させて、アーク切れ、スパッタ及び再短絡の発生しない良好な長期短絡の解除を行うことができる。
【００２４】
図２は、上述した実施の形態１に係る溶接電源装置のブロック図である。以下、同図を参照して各回路について説明する。
【００２５】
電源主回路ＭＣは、商用交流電源（３相２００Ｖ等）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、サイリスタ位相制御等の出力制御を行い、溶接に適した溶接電圧Ｖｗ及び溶接電流Ｉｗを出力する。溶接ワイヤ１は、ワイヤ送給モータＷＭに直結した送給ロール５の回転によって溶接トーチ４を通って送給され、母材２との間にアーク３が発生する。
【００２６】
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を入力して短絡又はアークを判別し、短絡期間中はＨｉｇｈレベルとなる短絡判別信号Ｓｄを出力する。長期短絡判別回路ＴＴは、上記の短絡判別信号Ｓｄを予め定めた長期短絡判別時間だけオンディレイさせた長期短絡判別信号Ｔｔを出力する。したがって、この長期短絡判別信号Ｔｔは、上述した図１の時刻ｔ４〜ｔ５の期間だけＨｉｇｈレベルとなる信号である。後退送給速度設定回路ＦＲＲは、所望値の後退送給速度設定信号Ｆrrを出力する。前進送給速度設定回路ＦＦＲは、所望値の前進送給速度設定信号Ｆfrを出力する。送給速度設定切換回路ＳＦは、上記の長期短絡判別信号ＴｔがＬｏｗレベルのときはｂ側に切り換わり、上記の前進送給速度設定信号Ｆfrを送給制御設定信号Ｆcrとして出力し、Ｈｉｇｈレベルのときは上記の後退送給速度設定信号Ｆrrを送給制御設定信号Ｆｒとして出力する。送給制御回路ＦＣは、上記の送給速度設定信号Ｆｒに従って溶接ワイヤを送給するための送給制御信号Ｆｃをワイヤ送給モータＷＭへ出力する。したがって、上述した図１の時刻ｔ４〜ｔ５の期間中は、上記の送給速度設定信号Ｆｒは後退送給速度設定信号Ｆrrとなり、溶接ワイヤ１は後退送給される。
【００２７】
短絡電流設定回路ＩＳＲは、短絡期間中の電流変化を設定するための予め定めた短絡電流設定信号Ｉsrを出力する。減少電流設定回路ＩＭＲは、予め定めた減少電流設定信号Ｉmrを出力する。ここで、上記の短絡電流設定信号Ｉsrは、図１（Ｂ）で上述したように、時刻ｔ１〜ｔ２及び時刻ｔ３〜ｔ４の各期間の短絡電流の変化を設定する信号となる。他方、上記の減少電流設定信号Ｉmrは、図１（Ｂ）で上述したように、時刻ｔ４〜ｔ５の期間の減少させた電流Ｉｍを設定する信号である。電流設定切換回路ＳＩは、上記の長期短絡判別信号ＴｔがＬｏｗレベルのときはｂ側に切り換わり、上記の短絡電流設定信号Ｉsrを電流制御設定信号Ｉcrとして出力し、Ｈｉｇｈレベルのときはａ側に切り換わり、上記の減少電流設定信号Ｉmrを電流制御設定信号Ｉcrとして出力する。したがって、上述した図１の時刻ｔ４〜ｔ５の期間中は、電流制御設定信号Ｉcrは減少電流設定信号Ｉmrとなり、溶接電流Ｉｗは減少する。アーク電圧設定回路ＶＡＲは、アーク期間中のアーク電圧を設定するための所望値のアーク電圧設定信号Ｖarを出力する。
【００２８】
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、上記の電流制御設定信号Ｉcr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。電圧誤差増幅回路ＥＶは、上記のアーク電圧設定信号Ｖarと上記の電圧検出信号Ｖｄとの誤差を増幅して、電圧誤差増幅信号Ｅｖを出力する。外部特性切換回路ＳＰは、上記の短絡判別信号ＳｄがＬｏｗレベル（アーク期間）のときはｂ側に切り換わり、上記の電圧誤差増幅信号Ｅｖを誤差増幅信号Ｅａとして出力し、Ｈｉｇｈレベル（短絡期間）のときはａ側に切り換わり、上記の電流誤差増幅信号Ｅｉを誤差増幅信号Ｅａとして出力する。したがって、アーク期間中は定電圧制御となり、短絡期間中は定電流制御となる。駆動回路ＤＶは、上記の誤差増幅信号Ｅａに従ってインバータ回路等を駆動する駆動信号Ｄｖを出力する。
【００２９】
［実施の形態２］
図３は、本発明の実施の形態２に係る短絡を伴うアーク溶接の送給制御方法を示す出力波形図である。同図（Ａ）は溶接電圧Ｖｗの、同図（Ｂ）は溶接電流Ｉｗの、同図（Ｃ）は送給速度設定信号Ｆｒの、同図（Ｄ）はワイヤ先端の送給速度Ｆｓの時間変化を示す。同図において、時刻ｔ４〜ｔ４１の電流減少遅延期間Ｔid以外は上述した図１と同一の動作であるので説明は省略する。以下、同図を参照して電流減少遅延期間Ｔidの動作について説明する。
【００３０】
時刻ｔ４において長期短絡判別時間Ｔｔが経過すると、同図（Ｃ）に示すように、送給速度設定信号Ｆｒを後退送給速度設定値Ｆrrに切り換えて、同図（Ｄ）に示すように、後退送給を開始する。この動作は上述した図１と同一である。しかし、同図（Ｂ）に示すように、溶接電流Ｉｗは時刻ｔ４から減少させないで、時刻ｔ４１から減少させる。この点が上述した図１とは異なる。この時刻ｔ４１は、時刻ｔ４から予め定めた電流減少遅延時間Ｔidが経過した時点である。そして、この電流減少遅延時間Ｔidは、同図（Ｄ）に示すように、後退送給を開始してからほぼ慣性によるスロープが終了して送給モータが逆回転を開始する時間に相当するように設定する。このように電流減少のタイミングを遅延させる理由は、以下のとおりである。すなわち、電流を減少させる理由は、時刻ｔ５のアーク再発生時点での電流値を低くして、スパッタ及び再短絡の発生を抑制するためである。したがって、時刻ｔ４１に送給モータが後退送給に対応する逆回転を開始しても上述したように送給経路の溶接ワイヤの曲がりによる遊び分を後退送給するまではワイヤ先端は停止したままで後退送給されない。すなわち、時刻ｔ４１から少ししてからワイヤ先端が母材から離れてアークが再発生するので、時刻ｔ４１において電流を減少させてもアーク再発生時の電流値を低くすることができ、上述した効果を損ねることはない。それに加えて、電流を減少させている時間を上述した図１のときに比べて短くすることができるので、溶融池の温度を下げることになる時間が短くなり、ビード外観への影響を最小限にすることができる。
【００３１】
図４は、上述した実施の形態２に係る溶接電源装置のブロック図である。同図において、上述した図２と同一の回路には同一符号を付してそれらの説明は省略する。以下、図２とは異なる点線で示す回路について説明する。
【００３２】
電流減少遅延回路ＴＩＤは、長期短絡判別信号Ｔｔを入力して予め定めた電流減少遅延時間だけオンディレイさせた電流減少遅延信号Ｔidを出力する。したがって、この電流減少遅延信号Ｔidは、上述した図３の時刻ｔ４〜ｔ４１の期間だけＨｉｇｈレベルとなる信号である。そして、この期間中は、電流制御設定信号Ｉcrが減少電流設定信号Ｉmrになり、溶接電流Ｉｗは減少する。
【００３３】
［実施の形態３］
図５は、本発明の実施の形態３に係る短絡を伴うアーク溶接の送給制御方法を示す出力波形図である。同図（Ａ）は溶接電圧Ｖｗの、同図（Ｂ）は溶接電流Ｉｗの、同図（Ｃ）は送給速度設定信号Ｆｒの、同図（Ｄ）はワイヤ先端の送給速度Ｆｓの時間変化を示す。同図において、時刻ｔ５〜ｔ５１の後退送給継続時間Ｔrcの動作以外は上述した図３と同一であるのでそれらの説明は省略する。以下、同図を参照してこの後退送給継続時間Ｔrc中の動作について説明する。
【００３４】
時刻ｔ５において、後退送給によってワイヤ先端が母材から離れてアークが再発生すると、時刻ｔ５から予め定めた後退送給継続時間Ｔrcが経過する時刻ｔ５１までの期間中は、同図（Ｃ）に示すように、送給速度設定信号Ｆｒを後退送給速度設定値Ｆrrのままとし、同図（Ｄ）に示すように、後退送給を継続する。同様に、同図（Ｂ）に示すように、溶接電流Ｉｗを減少させた状態で維持する。
【００３５】
このように、アーク再発生後も少しの間は後退送給を継続し、電流を減少させたままで維持する理由は、以下のとおりである。すなわち、上記の後退送給継続時間Ｔrcは、後退送給によってアーク長（ワイヤ先端・母材間距離）を定常のアーク長まで引き上げるためである。これによって、時刻ｔ５１において、前進送給に切り換わった後、速やかに定常アーク長に収束し安定したアーク状態になる。したがって、後退送給継続時間Ｔrcは、アーク長を定常アーク長まで引き上げる時間として設定する。この引き上げ中に電流を減少させた状態であるのは、この期間でのワイヤ先端の溶融を小さくして溶融による引き上げ距離の誤差を小さくし、定常アーク長への引き上げを正確に行うためである。
【００３６】
図６は、上述した実施の形態３に係る溶接電源装置のブロック図である。同図において、上述した図４と同一の回路には同一符号を付してそれらの説明は省略する。以下、図４とは異なる点線で示す回路について説明する。
【００３７】
後退送給継続回路ＴＲＣは、長期短絡判別信号Ｔｔを入力して予め定めた後退送給継続時間だけオフディレイさせて後退送給継続信号Ｔrcを出力する。この信号は、上述した図５の時刻ｔ４〜ｔ５１の期間Ｈｉｇｈレベルとなる。電流減少遅延回路ＴＩＤは、上記の後退送給継続信号Ｔrcを入力して予め定めた電流減少遅延時間だけオンディレイさせて電流減少遅延信号Ｔidを出力する。この信号は、上述した図５の時刻ｔ４１〜ｔ５１の期間Ｈｉｇｈレベルとなる。論理和回路ＯＲは、短絡判別信号Ｓｄと上記の後退送給継続信号Ｔrcとの論理和を取り、論理和信号Ｏｒを出力する。この信号は、上述した図５の時刻ｔ３〜ｔ５１の期間Ｈｉｇｈレベルとなる。
【００３８】
上述した実施の形態３は、実施の形態２に後退送給継続時間を追加した場合について説明したが、実施の形態１に後退送給継続時間を追加する場合も同様である。すなわち、上述した図５において時刻ｔ４〜ｔ４１の電流減少遅延時間を削除すれば良い。また、上述した図６において電流減少遅延回路ＴＩＤを削除すれば良い。
【００３９】
上述した実施の形態１〜３は、短絡移行溶接の場合について説明したが、短絡を伴うグロビュール移行溶接及び短絡を伴うパルスアーク溶接の場合も、短絡期間に関する本発明は同様に適用することができる。すなわち、本発明には、短絡を伴うアーク溶接が全て含まれる。
【００４０】
【発明の効果】
請求項１記載の短絡を伴うアーク溶接の送給制御方法によれば、長期短絡時にのみ後退送給を行い、かつ、再アーク発生時の電流値を低くすることができるので、以下の効果を奏する。まず、通常短絡時は後退送給されないので送給速度に不必要に減速及び加速を加えることがなく、良好な溶滴移行及び短絡解除を行うことができる。さらに、長期短絡時は、アーク切れ、スパッタ及び再短絡の発生しない良好な長期短絡の解除を行うことができる。
【００４１】
請求項２記載の短絡を伴うアーク溶接の送給制御方法によれば、電流を減少させるタイミングを遅延させることによって、上記の効果に加えて、溶融池の温度を下げる時間が短くなるのでビード外観への影響を最小限にすることができる。
【００４２】
請求項３記載の短絡を伴うアーク溶接の送給制御方法によれば、再アーク発生後に後退送給継続時間を追加することによって、上記の効果に加えて、再アーク発生後、速やかにアーク長を定常アーク長に引き上げつことができるので、定常アーク状態に速やかに収束させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態１に係る短絡を伴うアーク溶接の送給制御方法を示す出力波形図である。
【図２】本発明の実施の形態１に係る溶接電源装置のブロック図である。
【図３】本発明の実施の形態２に係る短絡を伴うアーク溶接の送給制御方法を示す出力波形図である。
【図４】本発明の実施の形態２に係る溶接電源装置のブロック図である。
【図５】本発明の実施の形態３に係る短絡を伴うアーク溶接の送給制御方法を示す出力波形図である。
【図６】本発明の実施の形態３に係る溶接電源装置のブロック図である。
【図７】従来技術１における短絡を伴うアーク溶接の送給制御方法を示す出力波形図である。
【図８】従来技術２における短絡を伴うアーク溶接の送給制御方法を示す出力波形図である。
【符号の説明】
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
ＤＶ 駆動回路
Ｄｖ 駆動信号
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
ＦＣ 送給制御回路
Ｆｃ 送給制御信号
ＦＦＲ 前進送給速度設定回路
Ｆfr 前進送給速度設定（値／信号）
Ｆfs 前進送給速度
Ｆｒ 送給速度設定信号
ＦＲＲ 後退送給速度設定回路
Ｆrr 後退送給速度設定（値／信号）
Ｆｓ 送給速度
Ｉcr 電流制御設定信号
ＩＤ 電流検出回路
Ｉｄ 電流検出信号
Ｉｍ 減少電流値
ＩＭＲ 減少電流設定回路
Ｉmr 減少電流設定信号
ＩＳＲ 短絡電流設定回路
Ｉsr 短絡電流設定信号
Ｉｗ 溶接電流
ＭＣ 電源主回路
ＯＲ 論理和回路
Ｏｒ 論理和信号
ＳＤ 短絡判別回路
Ｓｄ 短絡判別信号
ＳＦ 送給速度設定切換回路
ＳＩ 電流設定切換回路
ＳＰ 外部特性切換回路
Ｔａ アーク期間
ＴＩＤ 電流減少遅延回路
Ｔid 電流減少遅延（時間／信号）
ＴＲＣ 後退送給継続回路
Ｔrc 後退送給継続（時間／信号）
Ｔｓ 短絡期間
ＴＴ 長期短絡判別回路
Ｔｔ 長期短絡判別（時間／信号）
ＶＡＲ アーク電圧設定回路
Ｖar アーク電圧設定信号
ＶＤ 電圧検出回路
Ｖｄ 電圧検出信号
Ｖｗ 溶接電圧
ＷＭ ワイヤ送給モータ
Claims (2)
- アーク期間中は溶接ワイヤを母材へ前進送給し、短絡期間中は溶接ワイヤを母材から離れる方向に後退送給する短絡を伴うアーク溶接の送給制御方法において、
短絡が発生すると前記前進送給を継続したままで溶接電流を増加させ、
（１）短絡期間が予め定めた長期短絡判別時間に達する前にアークが再発生したときは前記前進送給の送給速度に応じた値の前記溶接電流を通電し、
（２）前記短絡期間が前記長期短絡判別時間に達した後は前記後退送給に切り換え、前記長期短絡判別時間が経過した時点から送給モータが逆回転を開始するまでの時間に相当する予め定めた電流減少遅延時間が経過した後に前記溶接電流を減少させ、前記後退送給によってワイヤ先端が母材から離れてアークが再発生すると前記前進送給に再び切り換えると共に前記溶接電流を前記前進送給の送給速度に応じた値に増加させる、
ことを特徴とする短絡を伴うアーク溶接の送給制御方法。 - 前記後退送給によってアークが再発生した時点から予め定めた後退送給継続時間が経過するまでは前記後退送給を継続すると共に前記溶接電流を減少させたままで維持し、前記後退送給継続時間が経過した後は前記前進送給に再び切り換えると共に前記溶接電流を前記前進送給の送給速度に応じた値に増加させる請求項１記載の短絡を伴うアーク溶接の送給制御方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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