JP5149750B2 - 交流パルスアーク溶接によるインコネルの肉盛り溶接方法 - Google Patents

Description

本発明は、交流パルスアーク溶接によるインコネルの肉盛り溶接において、ビード形状の希釈率を所望値に設定することができる溶接方法に関するものである。

インコネルの肉盛り溶接においては、ビード断面に占める溶け込み部の面積非である希釈率をワークに応じて適正化することが重要である。図１１は、インコネルの肉盛り溶接におけるビード断面図である。母材２に対して溶け込み部１１と余盛り部１２が形成されている。溶け込み部の面積をＳａとし、余盛り部の面積をＳｂとすると、希釈率Ｒｋ（％）は以下のように定義される。
Ｒｋ＝（Ｓａ／（Ｓａ＋Ｓｂ））×１００

肉盛り溶接では、溶け込み深さは浅くて良いが、強度を保証するために適正値である必要があり、このためには上記の希釈率が適正値であることが必要になる。この希釈率を調整するために、インコネルの肉盛り溶接に交流パルスアーク溶接が使用される場合がある。交流パルスアーク溶接では、電極マイナス極性期間と電極プラス極性期間とを交互に切り換えて溶接を行っており、後述する電極マイナス極性電流比率Ｒenを調整することによって、溶け込み部、余盛り部等のビード形状を調整することができる（例えば、特許文献１〜３を参照）。以下、この交流パルスアーク溶接について説明する。

図１２は、交流パルスアーク溶接における一般的な電流・電圧波形図である。同図（Ａ）は溶接電流Ｉｗを示し、同図（Ｂ）は溶接電圧Ｖｗを示す。同図において、０Ａ及び０Ｖから上側が電極プラス極性ＥＰ時であり、下側が電極マイナス極性ＥＮ時である。溶接ワイヤは予め定めた送給速度で送給されている。以下、同図を参照して説明する。

電極マイナス極性期間Ｔen中は、同図（Ａ）に示すように、予め定めた電極マイナス極性電流Ｉenが通電し、同図（Ｂ）に示すように、電極マイナス極性電圧Ｖenが印加する。

電極プラス極性期間Ｔepは、ピーク期間Ｔｐとベース期間Ｔｂとに分かれる。このピーク期間Ｔｐ中は、同図（Ａ）に示すように、溶滴移行をさせるために大電流値に予め定めたピーク電流Ｉｐが通電し、同図（Ｂ）に示すように、ピーク電圧Ｖｐが印加する。ベース期間Ｔｂ中は、同図（Ａ）に示すように、溶滴を形成しないために小電流値に予め定めたベース電流Ｉｂが通電し、同図（Ｂ）に示すように、ベース電圧Ｖｂが印加する。

上記の電極マイナス極性期間Ｔen、上記のピーク期間Ｔｐ及び上記のベース期間Ｔｂを１パルス周期Ｔｆとして繰り返して溶接が行われる。上記の電極マイナス極性期間Ｔen及び上記のピーク期間Ｔｐは予め定めた期間であり、上記のベース期間Ｔｂはアーク長が適正になるようにフィードバック制御によって定まる期間である。このアーク長制御は、同図（Ｂ）に示す溶接電圧Ｖｗの絶対値の平均値Ｖavが予め定めた電圧設定値Ｖｒ（図示は省略）と等しくなるようにベース期間Ｔｂの長さが制御されることによって行われる。電極マイナス極性電流比率Ｒen（％）は以下のように定義される。
Ｒen＝(Ｔen・｜Ｉen｜／(Ｔen・｜Ｉen｜＋Ｔｐ・Ｉｐ＋Ｔｂ・Ｉｂ))×100
すなわち、この電極マイナス極性電流比率Ｒenは、溶接電流の絶対値の平均値にしめる電極マイナス極性電流の比率を表している。

上式において、ピーク電流Ｉｐ、ベース電流Ｉｂは所定値であり、ピーク期間Ｔｐも所定値である。ベース期間Ｔｂもアーク長が適正値にある定常状態では略所定値と見なせる。したがって、電極マイナス極性期間Ｔen及び／又は電極マイナス極性電流Ｉenを調整することによって電極マイナス極性電流比率Ｒenを調整することができる。この電極マイナス極性電流比率Ｒenを変化させると、溶け込み部及び余盛り部が変化してビード断面形状が変化することになり、結果として上記の希釈率Ｒｋが変化することになる。すなわち、電極マイナス極性期間Ｔen及び／又は電極マイナス極性電流Ｉenを調整すると希釈率Ｒｋが変化する。

特開平１１−２２６７３０号公報 特開２００１−２５９８３８号公報 特開２００２−３６１４１６号公報

上述したように、交流パルスアーク溶接によるインコネルの肉盛り溶接では、電極マイナス極性期間Ｔen及び／又は電極マイナス極性電流Ｉenを調整することによって電極マイナス極性電流比率Ｒenを変化させ、ビード形状を変化させて希釈率Ｒｋを変化させることができる。しかし、所望の希釈率Ｒｋのビード形状を得るための電極マイナス極性期間Ｔen及び／又は電極マイナス極性電流Ｉenを設定するには、多くの予備試験を行う必要があり、生産準備に多大の工数がかかっていた。これは、電極マイナス極性期間Ｔen及び／又は電極マイナス極性電流Ｉenを調整して溶接を行い、ビード断面形状を計測して希釈率Ｒｋを算出するという繰り返しを、所望の希釈率Ｒｋが得られるまで行う必要があったためである。

そこで、本発明では、所望の希釈率のビード形状を簡単な操作によって形成することができる交流パルスアーク溶接によるインコネルの肉盛り溶接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、第１の発明は、
インコネル製の溶接ワイヤを予め定めた送給速度で送給すると共に、電極マイナス極性期間中の電極マイナス極性電流と、電極プラス極性期間中のピーク電流及びベース電流とから形成される溶接電流を通電して溶接する交流パルスアーク溶接によるインコネルの肉盛り溶接方法において、
希釈率を設定し、前記送給速度の設定値及び前記希釈率設定値を入力として予め定めた関数によって前記溶接電流の波形パラメータの値を算出して電極マイナス極性電流比率を変化させ、設定された希釈率のビード形状を形成する、
ことを特徴とする交流パルスアーク溶接によるインコネルの肉盛り溶接方法である。

第２の発明は、前記関数が、前記送給速度の設定値及び前記希釈率設定値を入力として前記波形パラメータとして前記電極マイナス極性期間を算出する関数である、
ことを特徴とする第１の発明記載の交流パルスアーク溶接によるインコネルの肉盛り溶接方法である。

第３の発明は、前記関数が、前記送給速度の設定値及び前記希釈率設定値を入力として前記波形パラメータとして前記電極マイナス極性電流値を算出する関数である、
ことを特徴とする第１の発明記載の交流パルスアーク溶接によるインコネルの肉盛り溶接方法である。

第４の発明は、前記関数が、前記送給速度の設定値及び前記希釈率設定値を入力として前記波形パラメータとして前記電極マイナス極性期間及び前記電極マイナス極性電流値を算出する関数である、
ことを特徴とする第１の発明記載の交流パルスアーク溶接によるインコネルの肉盛り溶接方法である。

本発明によれば、交流パルスアーク溶接によるインコネルの肉盛り溶接において、所望の希釈率を設定するだけでそれに対応した溶接電流の波形パラメータが自動設定されて電極マイナス極性電流比率が適正化されるので、所望の希釈率のビード形状を容易に形成することができる。

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に係る交流パルスアーク溶接によるインコネルの肉盛り溶接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。

インバータ回路ＩＮＶは、３相２００Ｖ等の交流商用電源（図示は省略）を入力として、整流及び平滑した直流電圧を、後述する電流誤差増幅信号Ｅｉによるパルス幅変調制御によってインバータ制御を行い、高周波交流を出力する。インバータトランスＩＮＴは、高周波交流電圧をアーク溶接に適した電圧値に降圧する。２次整流器Ｄ２ａ〜Ｄ２ｄは、降圧された高周波交流を直流に整流する。電極プラス極性トランジスタＰＴＲは後述する電極プラス極性駆動信号Ｐｄによってオン状態になり、溶接電源の出力は電極プラス極性ＥＰになる。電極マイナス極性トランジスタＮＴＲは後述する電極マイナス極性駆動信号Ｎｄによってオン状態になり、溶接電源の出力は電極マイナス極性ＥＮになる。リアクトルＷＬは、リップルのある出力を平滑する。溶接ワイヤ１はインコネル製の溶接ワイヤである。この溶接ワイヤ１は、ワイヤ送給モータ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。

電圧検出回路ＶＤは、溶接電圧Ｖｗを検出して、電圧検出信号Ｖｄを出力する。電圧平均化回路ＶＡＶは、この電圧検出信号Ｖｄの絶対値を平均化（平滑化）して、電圧平均値信号Ｖav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と電圧平均値信号Ｖavとの誤差を増幅して、電圧誤差増幅信号Ｅｖを出力する。電圧・周波数変換回路ＶＦは、この電圧誤差増幅信号Ｅｖに比例した周波数の信号に変換して、この周波数ごとに短時間だけＨｉｇｈレベルになるパルス周期信号Ｔｆを出力する。

希釈率設定回路ＲＫは、予め定めた希釈率設定信号Ｒｋを出力する。電極マイナス極性期間算出回路ＴＮＣは、この希釈率設定信号Ｒｋを入力として、予め定めた期間設定関数によって電極マイナス極性期間を算出して、電極マイナス極性期間設定信号Ｔnrを出力する。この期間設定関数については、図３で後述する。ピーク期間設定回路ＴＰＲは、予め定めたピーク期間設定信号Ｔprを出力する。タイマ回路ＴＭは、上記のパルス周期信号Ｔｆが短時間Ｈｉｇｈレベルに変化するごとに、上記の電極マイナス極性期間設定信号Ｔnrによって定まる電極マイナス極性期間中はその値が１となり、続いて上記のピーク期間設定信号Ｔprによって定まるピーク期間中はその値が２となり、それ以後のベース期間中はその値が３となる、タイマ信号Ｔｍを出力する。

電極マイナス極性電流設定回路ＩＮＲは、予め定めた電極マイナス極性電流設定信号Ｉnrを出力する。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。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。切換回路ＳＷは、上記のタイマ信号Ｔｍ＝１のとき上記の電極マイナス極性電流設定信号Ｉnrを電流設定信号Ｉｒとして出力し、タイマ信号Ｔｍ＝２のとき上記のピーク電流設定信号Ｉprを電流設定信号Ｉｒとして出力し、タイマ信号Ｔｍ＝３のとき上記のベース電流設定信号Ｉbrを電流設定信号Ｉｒとして出力する。電流検出回路ＩＤは、溶接電流Ｉｗの絶対値を検出して、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。

２次側駆動回路ＤＶは、上記のタイマ信号Ｔｍ＝１のとき上記の電極マイナス極性駆動信号Ｎｄを出力し、タイマ信号Ｔｍ＝２又は３のとき上記の電極プラス極性駆動信号Ｐｄを出力する。これによって、電極マイナス極性期間中は電極マイナス極性になり、ピーク期間中及びベース期間中は電極プラス極性になる。送給速度設定回路ＦＲは、予め定めた送給速度設定信号Ｆｒを出力する。送給制御回路ＦＣは、この送給速度設定信号Ｆｒを入力として、その値に対応した送給速度で溶接ワイヤ１を送給するための送給制御信号Ｆｃを上記のワイヤ送給モータＷＭに出力する。

図２は、図１で上述した溶接電源の各信号のタイミングチャートである。同図（Ａ）は溶接電流Ｉｗを示し、同図（Ｂ）はパルス周期信号Ｔｆを示し、同図（Ｃ）はタイマ信号Ｔｍを示し、同図（Ｄ）は電流設定信号Ｉｒを示し、同図（Ｅ）は電極マイナス極性駆動信号Ｎｄを示し、同図（Ｆ）は電極プラス極性駆動信号Ｐｄ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、時刻ｔ１〜ｔ２は電極マイナス極性期間Ｔenとなり、時刻ｔ２〜ｔ３は電極プラス極性のピーク期間Ｔｐとなり、時刻ｔ３〜ｔ４はベース期間Ｔｂとなる。同図（Ｂ）に示すように、パルス周期信号Ｔｆは、時刻ｔ１及び時刻ｔ４において短時間Ｈｉｇｈレベルになるトリガ信号である。この時刻ｔ１〜ｔ４の周期がパルス周期となる。同図（Ｃ）に示すように、タイマ信号Ｔｍは、時刻ｔ１において上記のパルス周期信号ＴｆがＨｉｇｈレベルになった時点から図１の電極マイナス極性期間設定信号Ｔnrによって定まる期間（時刻ｔ１〜ｔ２の期間）はその値が１となり、時刻ｔ２から図１のピーク期間設定信号Ｔprによって定まる期間（時刻ｔ２〜ｔ３の期間）はその値が２となり、時刻ｔ３から上記のパルス周期信号ＴｆがＨｉｇｈレベルになる時刻ｔ４までの期間はその値が３となり、時刻ｔ４においてその値は１に戻る。したがって、時刻ｔ１以前のベース期間中はその値は３となる。同図では、タイマ信号Ｔｍの値の変化を階段状に示している。

同図（Ｄ）に示すように、電流設定信号Ｉｒは、上記のタイマ信号Ｔｍの値によって変化し、時刻ｔ１以前はベース電流設定信号Ｉbrの値となり、時刻ｔ１〜ｔ２の期間は電極マイナス極性電流設定信号Ｉnrの値となり、時刻ｔ２〜ｔ３の期間はピーク電流設定信号Ｉprの値となり、時刻ｔ３〜ｔ４の期間はベース電流設定信号Ｉbrの値となり、時刻ｔ４以後の期間は電極マイナス極性電流設定信号Ｉnrの値となる。電流設定信号Ｉｒの値は全て正の値である。同図（Ｅ）に示すように、電極マイナス極性駆動信号Ｎｄは、時刻ｔ１〜ｔ２の期間及び時刻ｔ４以後の期間中出力されて、図１の電極マイナス極性トランジスタＮＴＲをオン状態にする。同図（Ｆ）に示すように、電極プラス極性駆動信号Ｐｄは、時刻ｔ１以前の期間及び時刻ｔ２〜ｔ４の期間中出力されて、図１の電極プラス極性トランジスタＰＴＲをオン状態にする。

図３は、上述した電極マイナス極性期間算出回路ＴＮＣに内蔵されている期間設定関数の一例を示す図である。同図の横軸は希釈率設定信号Ｒｋ（％）を示し、縦軸は電極マイナス極性期間設定信号Ｔnr（ms）を示す。また、特性上の（）内の数字は電極マイナス極性電流比率Ｒenを示す。同図の溶接条件は以下のとおりである。溶接ワイヤ：インコネル１．２mmφ、シールドガス：１００％アルゴンガス、送給速度：１０m/min、溶接速度：１０cm/min、ウィービング幅：１０mm、ウィービング周波数：１Hz、ピーク期間Ｔｐ：１．５ms、ピーク電流Ｉｐ：４００Ａ、ベース電流Ｉｂ：６５Ａ、電極マイナス極性電流Ｉen：１００Ａ。

同図に示すように、希釈率設定信号Ｒｋ＝８．０〜０．３％の変化に大して、電極マイナス極性電流比率Ｒen＝０〜４０％の範囲で変化し、その時の電極マイナス極性期間設定信号Ｔnr＝０〜６msの範囲で変化する。したがって、所望値の希釈率設定信号Ｒｋが入力されると、同図に示す期間設定関数によって対応する電極マイナス極性期間設定信号Ｔnrが出力される。

上述した実施の形態１によれば、交流パルスアーク溶接によるインコネルの肉盛り溶接において、所望の希釈率を設定するだけでそれに対応した電極マイナス極性期間が自動設定されて電極マイナス極性電流比率が適正化されるので、所望の希釈率のビード形状を容易に形成することができる。

［実施の形態２］
図４は、本発明の実施の形態２に係る交流パルスアーク溶接によるインコネルの肉盛り溶接方法を実施するための溶接電源のブロック図である。同図において上述した図１と同一のブロックには同一符号を付してそれらの説明は省略する。同図は、図１の電極マイナス極性期間算出回路ＴＮＣを破線で示す送給速度対応電極マイナス極性期間算出回路ＦＴＮに置換したものである。以下、このブロックについて説明する。

送給速度対応電極マイナス極性期間算出回路ＦＴＮは、希釈率設定信号Ｒｋに加えて送給速度設定信号Ｆｒを入力として、図５で後述する送給速度対応期間設定関数によって電極マイナス極性期間設定信号Ｔnrを出力する。同図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。

図５は、上述した送給速度対応電極マイナス極性期間算出回路ＦＴＮに内蔵されている送給速度対応期間設定関数の一例を示す図である。同図は、上述した図３と対応しており、横軸は希釈率設定信号Ｒｋ（％）を示し、縦軸は電極マイナス極性期間設定信号Ｔnr（ms）を示す。同図において、Ｌ１は送給速度設定信号Ｆｒ＝１０m/minのときであり、Ｌ２はＦｒ＝１２m/minのときであり、Ｌ３はＦｒ＝８m/minのときである。したがって、Ｌ１は上述した図３と同一である。その他の溶接条件は図３と同一である。

同図から、送給速度設定信号Ｆｒ及び希釈率設定信号Ｒｋを入力として、これらの値に対応する電極マイナス極性期間設定信号Ｔnrが算出される。送給速度設定信号Ｆｒの値が、特性Ｌ１とＬ２との中間値にあるときは、Ｌ１及びＬ２の値から算出する。この特性群は、最低送給速度から最高送給速度までの全範囲において所定間隔ごとに予め算出されている。

上述した実施の形態２によれば、期間設定関数が希釈率設定信号及び送給速度設定信号を入力として電極マイナス極性期間設定信号を算出するので、送給速度が変化しても、実施の形態１と同様の効果を奏することができる。

［実施の形態３］
従来技術の項で上述したように、電極マイナス極性電流比率Ｒen（％）は以下のように定義される。
Ｒen＝(Ｔen・｜Ｉen｜／(Ｔen・｜Ｉen｜＋Ｔｐ・Ｉｐ＋Ｔｂ・Ｉｂ))×100
上式において、ピーク電流Ｉｐ、ピーク期間Ｔｐ及びベース電流Ｉｂは所定値である。ベース期間Ｔｂもアーク長が適正値にある定常状態では略所定値と見なせる。したがって、実施の形態１〜２のときとは異なり電極マイナス極性期間Ｔenを所定値に固定すると、電極マイナス極性電流Ｉenを調整することによって電極マイナス極性電流比率Ｒenを調整することができる。本実施の形態３では、この電極マイナス極性電流比率Ｒenの設定を、電極マイナス極性電流Ｉenによって行う場合である。

図６は、本発明の実施の形態３に係る交流パルスアーク溶接によるインコネルの肉盛り溶接方法を実施するための溶接電源のブロック図である。同図において上述した図１と同一のブロックには同一符号を付してそれらの説明は省略する。同図は、図１の電極マイナス極性期間算出回路ＴＮＣを破線で示す電極マイナス極性期間設定回路ＴＮＲに置換し、図１の電極マイナス極性電流設定回路ＩＮＲを破線で示す送給速度対応電極マイナス極性電流算出回路ＦＩＮに置換したものである。以下、これらブロックについて説明する。

電極マイナス極性期間設定回路ＴＮＲは、予め定めた電極マイナス極性期間設定信号Ｔnrを出力する。したがって、この電極マイナス極性期間設定信号Ｔnrの値は、所定値となる。送給速度対応電極マイナス極性電流算出回路ＦＩＮは、希釈率設定信号Ｒｋに加えて送給速度設定信号Ｆｒを入力として、図７で後述する送給速度対応電流設定関数によって電極マイナス極性電流設定信号Ｉnrを出力する。同図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。

図７は、上述した送給速度対応電極マイナス極性電流算出回路ＦＩＮに内蔵されている送給速度対応電流設定関数の一例を示す図である。同図は、上述した図５と対応しており、横軸は希釈率設定信号Ｒｋ（％）を示し、縦軸は電極マイナス極性電流設定信号Ｉnr（Ａ）を示す。同図において、Ｌ４は送給速度設定信号Ｆｒ＝１０m/minのときであり、Ｌ５はＦｒ＝１２m/minのときであり、Ｌ６はＦｒ＝８m/minのときである。その他の溶接条件は図３と同一である。但し、実施の形態３では、電極マイナス極性期間Ｔenが所定値（３ms）となり、電極マイナス極性電流Ｉenが変化することになる。

同図から、送給速度設定信号Ｆｒ及び希釈率設定信号Ｒｋを入力として、これらの値に対応する電極マイナス極性電流設定信号Ｉnrが算出される。送給速度設定信号Ｆｒの値が、特性Ｌ４とＬ５との中間値にあるときは、Ｌ４及びＬ５の値から算出する。この特性群は、最低送給速度から最高送給速度までの全範囲において所定間隔ごとに予め算出されている。

上記においては、希釈率設定信号Ｒｋ及び送給速度設定信号Ｆｒの値を入力として予め定めた関数によって電極マイナス極性電流設定信号Ｉnrの値を算出する場合を説明した。ここで、、ワークが定まればそれに適した送給速度が決まるので、このように送給速度を固定して使用する場合には、希釈率設定信号Ｒｋのにを入力として予め定めた関数によって電極マイナス極性電流設定信号Ｉnrを算出するようにしても良い。すなわち、例えば送給速度設定信号Ｆｒの値が１０m/minで固定の場合には、同図に示すＬ４の関数のみを記憶しておくようにすれば良い。

上述した実施の形態３によれば、電極マイナス極性電流を変化させて電極マイナス極性電流比率を調整する場合でも、実施の形態１及び２と同様の効果を奏することができる。すなわち、実施の形態３によれば、交流パルスアーク溶接によるインコネルの肉盛り溶接において、所望の希釈率を設定するだけでそれに対応した電極マイナス極性電流が自動設定されて電極マイナス極性電流比率が適正化されるので、所望の希釈率のビード形状を容易に形成することができる。さらに、実施の形態３によれば、電流設定関数が希釈率設定値及び送給速度設定値を入力として電極マイナス極性電流設定値を算出するので、送給速度が変化しても、上記の効果を奏することができる。

［実施の形態４］
従来技術の項で上述したように、電極マイナス極性電流比率Ｒen（％）は以下のように定義される。
Ｒen＝(Ｔen・｜Ｉen｜／(Ｔen・｜Ｉen｜＋Ｔｐ・Ｉｐ＋Ｔｂ・Ｉｂ))×100
上式において、ピーク電流Ｉｐ、ピーク期間Ｔｐ及びベース電流Ｉｂは所定値である。ベース期間Ｔｂもアーク長が適正値にある定常状態では略所定値と見なせる。したがって、実施の形態１〜３のときとは異なり電極マイナス極性期間Ｔen及び電極マイナス極性電流Ｉenの両方を調整することによって電極マイナス極性電流比率Ｒenを調整することができる。本実施の形態３では、この電極マイナス極性電流比率Ｒenの設定を、電極マイナス極性期間Ｔen及び電極マイナス極性電流Ｉenの両方によって行う場合である。

図８は、本発明の実施の形態４に係る交流パルスアーク溶接によるインコネルの肉盛り溶接方法を実施するための溶接電源のブロック図である。同図において上述した図１及び図６と同一のブロックには同一符号を付してそれらの説明は省略する。同図は、図６を基本として、図６の電極マイナス極性期間設定回路ＴＮＲを破線で示す第２送給速度対応電極マイナス極性期間算出回路ＦＴＮ２に置換し、図６の送給速度対応電極マイナス極性電流算出回路ＦＩＮを第２送給速度対応電極マイナス極性電流算出回路ＦＩＮ２に置換したものである。以下、これらブロックについて説明する。

第２送給速度対応電極マイナス極性期間算出回路ＦＴＮ２は、希釈率設定信号Ｒｋ及び送給速度設定信号Ｆｒを入力として、図９で後述する第２送給速度対応期間設定関数によって電極マイナス極性期間設定信号Ｔnrを出力する。第２送給速度対応電極マイナス極性電流算出回路ＦＩＮ２は、希釈率設定信号Ｒｋ及び送給速度設定信号Ｆｒを入力として、図１０で後述する第２送給速度対応電流設定関数によって電極マイナス極性電流設定信号Ｉnrを出力する。同図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。

図９は、上述した第２送給速度対応電極マイナス極性期間算出回路ＦＴＮ２に内蔵されている第２送給速度対応期間設定関数の一例を示す図である。同図は、上述した図５と対応しており、横軸は希釈率設定信号Ｒｋ（％）を示し、縦軸は電極マイナス極性期間設定信号Ｔnr（ms）を示す。同図において、Ｌ７は送給速度設定信号Ｆｒ＝１０m/minのときであり、Ｌ８はＦｒ＝１２m/minのときであり、Ｌ９はＦｒ＝８m/minのときである。その他の溶接条件は図３と同一である。但し、実施の形態４では、電極マイナス極性期間Ｔen及び電極マイナス極性電流Ｉenも変化する。

同図から、送給速度設定信号Ｆｒ及び希釈率設定信号Ｒｋを入力として、これらの値に対応する電極マイナス極性期間設定信号Ｔnrが算出される。送給速度設定信号Ｆｒの値が、特性Ｌ７とＬ８との中間値にあるときは、Ｌ７及びＬ８の値から算出する。この特性群は、最低送給速度から最高送給速度までの全範囲において所定間隔ごとに予め算出されている。上述した図５に示す関数と同図の関数では、希釈率設定信号Ｒｋ及び送給速度設定信号Ｆｒの両値が同一値であっても、算出される電極マイナス極性期間設定信号Ｔnrの値は異なる。これは、電極マイナス極性電流比率を、電極マイナス極性期間Ｔen及び電極マイナス極性電流Ｉenの両方を変化させて調整しているためである。

図１０は、上述した第２送給速度対応電極マイナス極性電流算出回路ＦＩＮ２に内蔵されている第２送給速度対応電流設定関数の一例を示す図である。同図は、上述した図７と対応しており、横軸は希釈率設定信号Ｒｋ（％）を示し、縦軸は電極マイナス極性電流設定信号Ｉnr（Ａ）を示す。同図において、Ｌ１０は送給速度設定信号Ｆｒ＝１０m/minのときであり、Ｌ１１はＦｒ＝１２m/minのときであり、Ｌ１２はＦｒ＝８m/minのときである。その他の溶接条件は図３と同一である。但し、実施の形態４では、電極マイナス極性期間Ｔen及び電極マイナス極性電流Ｉenも変化する。

同図から、送給速度設定信号Ｆｒ及び希釈率設定信号Ｒｋを入力として、これらの値に対応する電極マイナス極性電流設定信号Ｉnrが算出される。送給速度設定信号Ｆｒの値が、特性Ｌ１０とＬ１１との中間値にあるときは、Ｌ１０及びＬ１１の値から算出する。この特性群は、最低送給速度から最高送給速度までの全範囲において所定間隔ごとに予め算出されている。上述した図７に示す関数と同図の関数では、希釈率設定信号Ｒｋ及び送給速度設定信号Ｆｒの両値が同一値であっても、算出される電極マイナス極性電流設定信号Ｉnrの値は異なる。これは、電極マイナス極性電流比率を、電極マイナス極性期間Ｔen及び電極マイナス極性電流Ｉenの両方を変化させて調整しているためである。

上述した図９及び図１０においては、希釈率設定信号Ｒｋ及び送給速度設定信号Ｆｒの値を入力として予め定めた関数によって電極マイナス極性期間設定信号Ｔnr及び電極マイナス極性電流設定信号Ｉnrの値を算出する場合を説明した。ここで、、ワークが定まればそれに適した送給速度が決まるので、このように送給速度を固定して使用する場合には、希釈率設定信号Ｒｋのにを入力として予め定めた関数によって電極マイナス極性期間設定信号Ｔnr及び電極マイナス極性電流設定信号Ｉnrを算出するようにしても良い。すなわち、例えば送給速度設定信号Ｆｒの値が１０m/minで固定の場合には、図９の関数はＬ７のみを記憶し、図１０の関数はＬ１０のみを記憶すれば良い。

上述した実施の形態４によれば、電極マイナス極性期間及び電極マイナス極性電流を変化させて電極マイナス極性電流比率を調整する場合でも、実施の形態１及び２と同様の効果を奏することができる。すなわち、実施の形態４によれば、交流パルスアーク溶接によるインコネルの肉盛り溶接において、所望の希釈率を設定するだけでそれに対応した電極マイナス極性期間及び電極マイナス極性電流が自動設定されて電極マイナス極性電流比率が適正化されるので、所望の希釈率のビード形状を容易に形成することができる。さらに、実施の形態４によれば、期間設定関数が希釈率設定値及び送給速度設定値を入力として電極マイナス極性期間設定値を算出し、かつ、電流設定関数が希釈率設定値及び送給速度設定値を入力として電極マイナス極性電流設定値を算出するので、送給速度が変化しても、上記の効果を奏することができる。

上述した実施の形態１〜４において、期間設定関数及び電流設定関数の入力信号として、さらに、溶接ワイヤの直径、溶接速度、ウィービング幅、ウィービング周波数等を加えても良い。

本発明の実施の形態１に係る交流パルスアーク溶接によるインコネルの肉盛り溶接方法を実施するための溶接電源のブロック図である。 図１の溶接電源の各信号のタイミングチャートである。 図１の期間設定関数を例示する図である。 本発明の実施の形態２に係る交流パルスアーク溶接によるインコネルの肉盛り溶接方法を実施するための溶接電源のブロック図である。 図４の送給速度対応期間設定関数を例示する図である。 本発明の実施の形態３に係る交流パルスアーク溶接によるインコネルの肉盛り溶接方法を実施するための溶接電源のブロック図である。 図６の送給速度対応電流設定関数を例示する図である。 本発明の実施の形態４に係る交流パルスアーク溶接によるインコネルの肉盛り溶接方法を実施するための溶接電源のブロック図である。 図８の送給速度対応第２期間設定関数を例示する図である。 図８の送給速度対応第２電流設定関数を例示する図である。 インコネルの肉盛り溶接におけるビード形状を示す図である。 従来技術における交流パルスアーク溶接の電流・電圧波形図である。

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
Ｄ２ａ〜Ｄ２ｄ ２次整流器
ＤＶ ２次側駆動回路
ＥＩ 電流誤差増幅回路
Ｅｉ 電流誤差増幅信号
ＥＮ 電極マイナス極性
ＥＰ 電極プラス極性
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
ＦＩＮ 送給速度対応電極マイナス極性電流算出回路
ＦＩＮ２ 第２送給速度対応電極マイナス極性電流算出回路
ＦＲ 送給速度設定回路
Ｆｒ 送給速度設定信号
ＦＴＮ 送給速度対応電極マイナス極性期間算出回路
ＦＴＮ２ 第２送給速度対応電極マイナス極性期間算出回路
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
ＩＤ 電流検出回路
Ｉｄ 電流検出信号
Ｉen 電極マイナス極性電流
ＩＮＲ 電極マイナス極性電流設定回路
Ｉnr 電極マイナス極性電流設定信号
ＩＮＴ インバータトランス
ＩＮＶ インバータ回路
Ｉｒ 電流設定信号
Ｉｐ ピーク電流
ＩＰＲ ピーク電流設定回路
Ｉpr ピーク電流設定信号
Ｉｗ 溶接電流
Ｌ１〜Ｌ１２ 特性
Ｎｄ 電極マイナス極性駆動信号
ＮＴＲ 電極マイナス極性トランジスタ
Ｐｄ 電極プラス極性駆動信号
ＰＴＲ 電極プラス極性トランジスタ
Ｒen 電極マイナス極性電流比率
ＲＫ 希釈率設定回路
Ｒｋ 希釈率設定信号
ＳＷ 切換回路
Ｔｂ ベース期間
Ｔen 電極マイナス極性期間
Ｔep 電極プラス極性期間
Ｔｆ パルス周期（信号）
ＴＭ タイマ回路
Ｔｍ タイマ信号
ＴＮＣ 電極マイナス極性期間算出回路
ＴＮＲ 電極マイナス極性期間設定回路
Ｔnr 電極マイナス極性期間設定信号
Ｔｐ ピーク期間
ＴＰＲ ピーク期間設定回路
Ｔpr ピーク期間設定信号
ＶＡＶ 電圧平均化回路
Ｖav 電圧平均値信号
Ｖｂ ベース電圧
ＶＤ 電圧検出回路
Ｖｄ 電圧検出信号
Ｖen 電極マイナス極性電圧
ＶＦ 電圧・周波数変換回路
Ｖｐ ピーク電圧
ＶＲ 電圧設定回路
Ｖｒ 電圧設定（値／信号）
Ｖｗ 溶接電圧
ＷＬ リアクトル
ＷＭ ワイヤ送給モータ

Claims (4)

1. インコネル製の溶接ワイヤを予め定めた送給速度で送給すると共に、電極マイナス極性期間中の電極マイナス極性電流と、電極プラス極性期間中のピーク電流及びベース電流とから形成される溶接電流を通電して溶接する交流パルスアーク溶接によるインコネルの肉盛り溶接方法において、
   希釈率を設定し、前記送給速度の設定値及び前記希釈率設定値を入力として予め定めた関数によって前記溶接電流の波形パラメータの値を算出して電極マイナス極性電流比率を設定変化させ、設定された希釈率のビード形状を形成する、
   ことを特徴とする交流パルスアーク溶接によるインコネルの肉盛り溶接方法。
2. 前記関数が、前記送給速度の設定値及び前記希釈率設定値を入力として前記波形パラメータとして前記電極マイナス極性期間を算出する関数である、
   ことを特徴とする請求項１記載の交流パルスアーク溶接によるインコネルの肉盛り溶接方法。
3. 前記関数が、前記送給速度の設定値及び前記希釈率設定値を入力として前記波形パラメータとして前記電極マイナス極性電流値を算出する関数である、
   ことを特徴とする請求項１記載の交流パルスアーク溶接によるインコネルの肉盛り溶接方法。
4. 前記関数が、前記送給速度の設定値及び前記希釈率設定値を入力として前記波形パラメータとして前記電極マイナス極性期間及び前記電極マイナス極性電流値を算出する関数である、
   ことを特徴とする請求項１記載の交流パルスアーク溶接によるインコネルの肉盛り溶接方法。

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