JP5459703B2 - プラズマミグ溶接方法 - Google Patents

Description

本発明は、１つの溶接トーチを用いてミグアークとプラズマアークとを同時に発生させて溶接を行うプラズマミグ溶接方法に関するものである。

従来から、プラズマ溶接方法とミグ溶接方法とを組み合わせたプラズマミグ溶接方法が提案されている（例えば、特許文献１参照）。このプラズマミグ溶接方法においては、溶接トーチを通して送給される溶接ワイヤと母材との間にミグ溶接電流を通電することによってミグアークを発生させる。これと同時に、溶接ワイヤを囲むようにアルゴンなどのガスを供給し、このガスを介して溶接トーチと母材との間にプラズマ溶接電流を通電することによってプラズマアークを発生させる。ミグアークは、溶接トーチの軸心を送給される溶接ワイヤと母材との間に発生し、このミグアークを囲むようにプラズマアークが発生している。したがって、ミグアークは、プラズマアークに包まれた状態になる。溶接ワイヤは、ミグアークを発生させる電極として機能すると共に、その先端が溶融することにより溶滴となって母材の接合を補助する。したがって、プラズマミグ溶接方法は、厚板の高効率溶接、薄板の高速溶接等に使用されることが多い。

上記のミグ溶接電流は、スパッタの発生を抑制し、かつ、溶滴を安定して供給するために、一般的に直流のパルス波形が使用される。したがって、ミグ溶接方法は、一般的なミグパルス溶接方法である。ミグパルス溶接方法を含む消耗電極式アーク溶接方法では、溶接中のアーク長を適正値に維持することが重要であるために、アーク長制御が行われる。上記のプラズマ溶接電流には、直流又は直流パルス波形が使用される。これ以降の説明において、単にアーク長と記載したときはミグアークのアーク長を意味している。以下、上述したプラズマミグ溶接方法について説明する。

図５は、プラズマミグ溶接方法を示す波形図である。同図（Ａ）はミグ溶接電流Ｉwmを示し、同図（Ｂ）はミグ溶接電圧Ｖwmを示し、同図（Ｃ）はプラズマ溶接電流Ｉwp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、ピーク期間Ｔｐ中のピーク電流Ｉｐ及びベース期間Ｔｂ中のベース電流Ｉｂから成るミグ溶接電流Ｉwmが通電する。このピーク期間Ｔｐとベース期間Ｔｂとを合わせてパルス周期Ｔｆになる。そして、このミグ溶接電流Ｉwmの通電に対応して、同図（Ｂ）に示すように、ピーク期間Ｔｐ中はピーク電圧Ｖｐが溶接ワイヤと母材との間に印加し、ベース期間Ｔｂ中はベース電圧Ｖｂが印加する。

ミグ溶接では、良好な溶接品質を得るためにアーク長を適正値に維持するアーク長制御が行われる。通常、このアーク長制御は、ミグ溶接電圧Ｖwmがアーク長と略比例関係にあることを利用して、ミグ溶接電圧Ｖwmの平均値が予め定めた電圧設定値と等しくなるようにパルス周期が制御される。ミグ溶接電圧Ｖwmの平均値は、ミグ溶接電圧Ｖwmをローパスフィルタに通すことによって生成される。このアーク長制御の方式は、周波数変調方式と呼ばれる。この場合、ピーク期間Ｔｐ、ピーク電流Ｉｐ及びベース電流Ｉｂは所定値に設定され、パルスパラメータとなる。ピーク電流Ｉｐは臨界値以上に設定され、ピーク期間Ｔｐと組み合わせてユニットパルス条件と呼ばれる。このユニットパルス条件は、１パルス周期１溶滴移行になるように設定される。ベース電流Ｉｂは、臨界値未満の数十Ａ程度の小電流値に設定される。ユニットパルス条件及びベース電流Ｉｂは、溶接ワイヤの材質、直径、送給速度等に応じて適正値に設定される。

他方、同図（Ｃ）に示すように、プラズマ溶接電流Ｉwpは、定電流制御されており、予め定めた一定値の直流波形となる。したがって、プラズマアークは、一定値のプラズマ溶接電流Ｉwpの通電によって発生している。

ミグパルス溶接を含む消耗電極式アーク溶接においては、母材を通電する溶接電流によってアーク周辺部に磁界が形成されて、この磁界からアークは力を受けて偏向する場合がある。このような状態を、一般的に磁気吹き又はアークブローと呼んでいる。磁気吹きが発生するかは、母材に通電する溶接電流によって形成される磁界の形態によって決まる。したがって、溶接継手形状、母材への溶接ケーブルの接続位置等によって磁界の形態が変化するために、これらの条件によって磁気吹きの発生状態は変化する。

図６は、磁気吹きが発生したときのミグアークの状態を示す図である。同図（Ａ）に示すように、溶接ワイヤ１ａと母材２との間に通常のミグアーク３ａが発生している。この状態で磁気吹きが発生すると、同図（Ｂ）に示すように、ミグアーク３ａは磁界からの力によって大きく偏向し、アーク長が長くなる。さらに偏向が大きくなると、同図（Ｃ）に示すように、アークを維持することができなくなりアーク切れが発生する。ミグパルス溶接では、ピーク期間中は大電流が通電するのでアークの硬直性が強く、磁界からの力が作用してもアークはほとんど偏向しない。他方、ベース期間中は小電流が通電するのでアークの硬直性が弱く、磁界からの力によって大きく偏向する。したがって、磁気吹きが発生してアーク切れが生じるのは、ほとんどベース期間中である。磁気吹きによるアーク切れが多数回発生すると、アーク発生状態が不安定となり、スパッタの大量発生、ビード外観の悪化等が生じる。したがって、ミグパルス溶接においては、磁気吹きによるアーク切れを抑制することは良好な溶接品質を得るために重要である。プラズマミグ溶接に対しても、同様のことが言える。

図７は、ミグパルス溶接において磁気吹きが発生したときの電流・電圧波形図である。同図（Ａ）はミグ溶接電流Ｉwmを示し、同図（Ｂ）はミグ溶接電圧Ｖwmを示し、同図（Ｃ）はプラズマ溶接電流Ｉwpを示す。同図は、上述した図５と対応している。以下、同図を参照して説明する。

時刻ｔ１〜ｔ２のピーク期間Ｔｐ中は、同図（Ａ）に示すように、２５０〜４００Ａ程度のピーク電流Ｉｐが通電し、同図（Ｂ）に示すように、ミグアークのアーク長に略比例したピーク電圧Ｖｐが印加する。時刻ｔ２以降のベース期間Ｔｂ中は、同図（Ａ）に示すように、数十Ａ程度のベース電流Ｉｂが通電し、同図（Ｂ）に示すように、ミグアークのアーク長に略比例したベース電圧Ｖｂが印加する。

時刻ｔ２１において、磁気吹きが発生してミグアークが偏向すると、同図（Ｂ）に示すように、ミグアークの偏向に伴ってアーク長が長くなり、ベース電圧Ｖｂが次第に上昇して大きくなる。一方、同図（Ａ）に示すように、ベース電流Ｉｂは定電流制御されているので一定値のままである。時刻ｔ３において、磁気吹きによるミグアークの偏向がさらに大きくなると、アーク長が非常に長くなるためにミグアークを維持することができなくなり、アーク切れが発生する。アーク切れが発生すると、同図（Ｂ）に示すように、ミグ溶接電圧Ｖwmは出力最大電圧の無負荷電圧となる。

特許文献２に記載された従来技術の磁気吹き対処制御方法は、ベース電圧Ｖｂの上昇率が予め定めた基準上昇率以上になったときは、磁気吹きが発生したと判別してベース電流を２００Ａ以上に急増させ、この磁気吹き期間中にベース電圧Ｖｂが減少したときは磁気吹きが解消したと判別してベース電流を通常値に戻し、磁気吹きによるアーク切れを抑制するものである。

また、特許文献３に記載された従来技術の磁気吹き対処制御方法は、電極と母材との間にアークを発生させ、そのアークにより母材の開先にビードを形成する溶接方法において、アーク電圧と、上記電極の前方位置に配置された前方ワイヤと上記電極の後方位置に配置された後方ワイヤとのワイヤ電圧と、をそれぞれ制御して、磁気吹きによるアークの偏向方向を制御するものである。すなわち、アーク電圧が高く、かつ前方ワイヤと後方ワイヤとのワイヤ電圧が設定電圧から外れた場合、磁気吹きが発生していると判別し、それに基づいて前方ワイヤ、後方ワイヤのワイヤ電圧の極性を変え、アークの偏向を修正するものである。上記の前方ワイヤ及び後方ワイヤは、磁気吹きを判別するための手段であり、かつ、電圧の極性を変化させることによってアークの偏向を修正するための手段である。したがって、前方ワイヤ及び後方ワイヤは、磁気吹きを検出し解消するために、溶接トーチに特別に設けたものである。

特開２００８−２２９６４１号公報 特開２００４−２６８０８１号公報 特開２００２−１５３１号公報

上述したプラズマミグ溶接方法において、ミグアークを発生させるためにミグパルス溶接を使用する場合には、上述したように磁気吹きが発生しやすい。このために、良好な溶接品質を確保するために、磁気吹き対策を行う必要がある。

この磁気吹き対策として、特許文献２で上述した従来技術の方法を適用する場合、以下のような問題がある。この従来技術の方法では、ベース期間中に磁気吹きが発生すると、これをベース電圧の上昇によって判別し、ベース電流の値を大幅に増加させることによって、磁気吹きによるアークの偏向を修正する。しかし、通常は数十Ａのベース電流値を、２００Ａ以上の大電流値に増加させて通電するために、溶滴移行状態が一時的に不安定になる。この結果、ビード外観の一部が悪くなる場合が生じる。

また、磁気吹き対策として、特許文献３で上述した従来技術の方法を適用する場合には、溶接トーチに溶接ワイヤ以外の前方ワイヤ及び後方ワイヤを特別に配置する必要があり、溶接トーチの構造が複雑になり、価格が高額になる。また、前方ワイヤ及び後方ワイヤに電圧を供給するための特別な電源も必要となり、さらに価格が高くなる。

そこで、本発明では、プラズマミグ溶接方法において、溶滴移行状態を不安定にすることがなく、溶接トーチに特別なワイヤを配置する必要もなく、磁気吹きを抑制して良好な溶接品質を得ることができるプラズマミグ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、請求項１の発明は、溶接トーチを通して送給される溶接ワイヤと母材との間にピーク期間中のピーク電圧及びベース期間中のベース電圧を１パルス周期とするミグ溶接電圧を印加することによってミグアークを発生させると共に、前記溶接ワイヤを囲むように供給されるガスを介して前記溶接トーチと前記母材との間にプラズマ溶接電流を通電することによってプラズマアークを発生させるプラズマミグ溶接方法において、
前記ベース電圧の上昇によって前記ミグアークに磁気吹きが発生していることを判別し、前記磁気吹きの発生を判別したときは前記プラズマ溶接電流を増加させることによって磁気吹きを解消させる、
ことを特徴とするプラズマミグ溶接方法である。

請求項２の発明は、前記プラズマ溶接電流の増加を、前記磁気吹きの発生が判別された時点から前記ベース電圧の下降によって磁気吹きの解消を判別するまでの期間行う、
ことを特徴とする請求項１記載のプラズマミグ溶接方法である。

請求項３の発明は、前記プラズマ溶接電流の増加を、前記磁気吹きの発生が判別された時点から所定期間行う、
ことを特徴とする請求項１記載のプラズマミグ溶接方法である。

請求項４の発明は、前記プラズマ溶接電流の増加を、前記磁気吹きの発生が判別された時点から次周期の前記ピーク期間が開始される時点までの期間行う、
ことを特徴とする請求項１記載のプラズマミグ溶接方法である。

本発明によれば、ベース電圧の上昇によってミグアークに磁気吹きが発生していることを判別し、磁気吹きの発生を判別したときはプラズマ溶接電流を増加させることによって磁気吹きを解消させることができる。このときに、ミグ溶接電流のベース電流は通常値のままで変化しないので、溶滴移行に影響を与えることがなく、安定した溶滴移行状態を維持することができる。他方、プラズマ溶接電流は一時的に増加するが、プラズマアークは非消耗電極式アークであるので、アーク発生状態への影響はほとんどない。さらに、本発明では、磁気吹きを検出しアークの偏向を修正するために、溶接トーチに溶接ワイヤ以外の前方ワイヤ及び後方ワイヤを特別に配置する必要がないので、溶接トーチの構造が複雑になることがなく、溶接トーチの価格が高くなることもない。

本発明の実施の形態に係るプラズマミグ溶接方法を示す電流・電圧波形図である。 本発明の実施の形態に係るプラズマミグ溶接方法を実施するための溶接装置の構成図である。 図２の溶接装置を構成するミグ溶接電源ＰＳＭのブロック図である。 図２の溶接装置を構成するプラズマ溶接電源ＰＳＰのブロック図である。 従来技術におけるプラズマミグ溶接方法を示す波形図である。 従来技術において、磁気吹きが発生したときのミグアークの状態を示す図である。 従来技術において、ミグアークに磁気吹きが発生したときの電流・電圧波形図である。

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。

図１は、本発明の実施の形態に係るプラズマミグ溶接方法を示す電流・電圧波形図である。同図（Ａ）はミグ溶接電流Ｉwmを示し、同図（Ｂ）はミグ溶接電圧Ｖwmを示し、同図（Ｃ）はプラズマ溶接電流Ｉwpを示し、同図（Ｄ）は磁気吹き判別信号Ａｄを示す。同図において時刻ｔ１〜ｔ３のパルス周期中は磁気吹きが発生していない安定した溶接状態のときを示しており、続く時刻ｔ３〜ｔ５のパルス周期中は磁気吹きが発生した溶接状態のときを示している。以下、同図を参照して本実施の形態における磁気吹き対策について説明する。

時刻ｔ１〜ｔ３のパルス周期中は、磁気吹きが発生していないために、安定した溶接状態にある。時刻ｔ１〜ｔ２のピーク期間Ｔｐ中は、同図（Ａ）に示すように、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。時刻ｔ２〜ｔ３のベース期間Ｔｂ中は、同図（Ａ）に示すように、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。この時刻ｔ１〜ｔ３の期間中は、同図（Ｃ）に示すように、プラズマ溶接電流Ｉwpは予め設定された定常プラズマ溶接電流値Ｉwpcとなる。同図（Ｄ）に示すように、時期吹き判別信号ＡｄはＬｏｗレベルのままである。このパルス周期中は磁気吹きが発生していないときであるので、上記のベース電圧Ｖｂは通常値のままである。

時刻ｔ３〜ｔ４のピーク期間Ｔｐ中は、同図（Ａ）に示すように、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。時刻ｔ４からベース期間Ｔｂが開始し、同図（Ａ）に示すように、ベース電流Ｉｂが通電し、同図（Ｂ）に示すように、通常値のベース電圧Ｖｂが印加する。このベース期間Ｔｂ中の時刻ｔ４１において、磁気吹きが発生してミグアークが偏向したためにアーク長が長くなり、同図（Ｂ）に示すように、ベース電圧Ｖｂが上昇して高くなる。そして、時刻ｔ４２において、ベース電圧Ｖｂの値が、破線で示す予め定めた基準電圧値Ｖｔ以上になる。ベース電圧値Ｖｂが上記の基準電圧値Ｖｔ以上になったことを判別すると、同図（Ｄ）に示すように、磁気吹き判別信号ＡｄがＨｉｇｈレベルに変化する。時刻ｔ４２〜ｔ４３の期間中は、ベース電圧値Ｖｂが上記の基準電圧値Ｖｔ以上になっている。この期間中は、同図（Ｄ）に示すように、磁気吹き判別信号ＡｄはＨｉｇｈレベルとなる。同図（Ｃ）に示すように、プラズマ溶接電流Ｉwpは、時刻ｔ３〜ｔ４２の期間中は上記の定常プラズマ溶接電流値Ｉwpcとなり、磁気吹き判別信号ＡｄがＨｉｇｈレベルである時刻ｔ４２〜ｔ４３の期間中は磁気吹き対処電流値Ｉadとなり、時刻ｔ４３〜ｔ５の期間中は再び定常プラズマ溶接電流値Ｉwpcとなる。他方、同図（Ａ）に示すように、上記のベース電流Ｉｂは、時刻ｔ４〜ｔ５のベース期間Ｔｂを通して通常値のままで変化しない。

プラズマミグ溶接においては、溶接トーチの軸心を通って送給される溶接ワイヤと母材との間にミグアークが発生する。プラズマアークは、このミグアークの外周を包むように発生する。このために、ミグアークはプラズマアークから収縮方向に拘束力を受けることになる。この拘束力は、磁気吹きによりミグアークを偏向させる力とは逆方向に作用し、拘束力の大きさはプラズマ溶接電流Ｉwpの値に比例する。したがって、磁気吹きによってミグアークが偏向したときには、プラズマ溶接電流Ｉwpを増加させて拘束力を増大させることによって、ミグアークの偏向を正常状態に引き戻すことができる。

時刻ｔ４２〜ｔ４３の期間中は、同図（Ｃ）に示すように、時期吹き対処電流Ｉadが通電する。磁気吹き対処電流Ｉadが通電すると、磁気吹きによって偏向したミグアークにプラズマアークからの拘束力が作用して偏向を修正することになる。このために、同図（Ｂ）に示すように、時刻ｔ４３において、ベース電圧値Ｖｂは上記の基準電圧値Ｖｔ未満になり、その後は急速に減少して通常値に戻る。したがって、磁気吹きは、時刻ｔ４１に発生して、時刻ｔ４３の直後に解消される。磁気吹き対処電流値Ｉadは、定常プラズマ溶接電流値Ｉwpcよりも大きな値である。ここで、上記の定常プラズマ溶接電流値Ｉwpcは５０〜１５０Ａ程度の範囲で使用されることが多い。他方、磁気吹き対処電流値Ｉadは２００Ａ以上に設定される。磁気吹きの発生状態は、母材表面の酸化被膜の状態、溶接ケーブルと母材との接続位置、溶接継手、溶接速度、溶接ワイヤの種類等の溶接条件によって変化する。したがって、上記の磁気吹き対処電流Ｉadの値は、これらの溶接条件に応じて、実験によって適正値に設定される。また、同図（Ｂ）において、時刻ｔ４２〜ｔ４３の期間中のベース電圧Ｖｂと基準電圧値Ｖｔとの差（Ｖｂ−Ｖｔ）はミグアークの偏向状態を表している。そこで、この差（Ｖｂ−Ｖｔ）に応じて、上記の磁気吹き対処電流値Ｉadを変化させるようにしても良い。

上記において、基準電圧値Ｖｔは、磁気吹きが発生していない状態でのベース電圧値Ｖｂの変動を考慮して、溶接条件に応じて実験によって適正値に設定する。例えば、ベース電圧Ｖｂの変動は、ピーク電圧値Ｖｐまで及ぶことはないので、基準電圧値Ｖｔをピーク電圧値Ｖｐに近い値に設定する。また、ベース電圧Ｖｂと基準電圧値Ｖｔとの比較にあたって、ヒステリシスを持たせるようにしても良い。すなわち、ベース電圧Ｖｂが通常値から上昇していくときの基準値を第１基準電圧値Ｖt1とし、ベース電圧Ｖｂが一旦Ｖt1以上になりその後に下降するときの基準値を第２基準電圧値Ｖt2とするものである。このときに、Ｖt1＞Ｖt2である。また、ベース電圧Ｖｂの上昇率が基準値に達したことによって磁気吹きの発生を判別し、その後にベース電圧Ｖｂの下降率が基準値に達したことによって磁気吹きの解消を判別するようにしても良い。ベース電圧Ｖｂによる従来から行われている種々の磁気吹きの発生の判別方法を使用することができる。

同図（Ｄ）に示す磁気吹き判別信号ＡｄがＨｉｇｈレベルになるタイミングについては、上述した方法も含めて以下のような複数の方法がある。
（ａ）上述したように、ベース電圧Ｖｂの値が基準電圧値Ｖｔ以上の期間（時刻ｔ４２〜ｔ４３の期間）中、磁気吹き判別信号ＡｄをＨｉｇｈレベルにする。この結果、磁気吹き対処電流Ｉadは、磁気吹きの発生が判別された時点からベース電圧Ｖｂの下降によって磁気吹きの解消を判別するまでの期間通電する。
（ｂ）ベース電圧Ｖｂの値が基準電圧値Ｖｔ以上になった時点から所定期間中、磁気吹き判別信号ＡｄをＨｉｇｈレベルにする。この結果、磁気吹き対処電流Ｉadは、磁気吹きの発生が判別された時点から所定期間通電する。磁気吹き対処電流Ｉadを通電すると、ほとんどの場合所定期間内に磁気吹きは解消する。この所定期間は、溶接条件に応じて実権によって適正値に設定される。
（ｃ）ベース電圧Ｖｂの値が基準電圧値Ｖｔ以上になった時点から次のピーク期間Ｔｐが開始されるまでの機関（時刻ｔ４２〜ｔ５の期間）中、磁気吹き判別信号ＡｄをＨｉｇｈレベルにする。この結果、磁気吹き対処電流Ｉadは、磁気吹きの発生が判別された時点から次周期のピーク期間Ｔｐが開始される時点まで通電する。磁気吹きが一度発生すると、同じベース期間Ｔｂ中に再び磁気吹きが発生する場合があるので、これを予防するために、次周期まで磁気吹き対処電流Ｉadの通電を継続する。

図２は、本発明の実施の形態に係るプラズマミグ溶接方法を実施するための溶接装置の構成図である。以下、同図を参照して、各構成物について説明する。

本溶接装置は、破線で囲まれた溶接トーチＷＴ、ミグ溶接電源ＰＳＭ及びプラズマ溶接電源ＰＳＰを備えている。溶接トーチＷＴは、シールドガスノズル５２内に、プラズマノズル５１、プラズマ電極１ｂ及び給電チップ４が同心軸上に配置された構造となっている。シールドガスノズル５２とプラズマノズル５１との隙間からは、たとえばアルゴンガス、アルゴンガスと炭酸ガスとの混合ガス等のシールドガス６３が供給される。プラズマノズル５１とプラズマ電極１ｂとの間には、たとえばアルゴンガス、アルゴンガスと炭酸ガスとの混合ガス等のプラズマガス６２が供給される。プラズマ電極１ｂと給電チップ４との間には、たとえばアルゴンガス、アルゴンガスと炭酸ガスとの混合ガス等のセンターガス６１が供給される。

給電チップ４に設けられた貫通孔からは、溶接ワイヤ１ａが送給される。給電チップ４は、溶接ワイヤ１ａに対して導通している。溶接ワイヤ１ａは、送給モータＷＭを駆動源とする送給ロール７の回転によって送給される。プラズマ電極１ｂは、たとえば銅又は銅合金からなり、図外の経路を通る冷却水によって間接的に水冷されている。プラズマノズル５１は、たとえば銅又は銅合金からなり、冷却水を通す流路が形成されていることにより、直接冷却されている。溶接トーチＷＴは、通常ロボット（図示は省略）によって保持された状態で、母材２に対して移動させられる。溶接ワイヤ１ａの先端と母材２との間には、ミグアーク３ａが発生する。プラズマ電極１ｂと母材２との間には、プラズマガス６２によって熱的に拘束されたプラズマアーク３ｂが発生する。したがって、ミグアーク３ａは、プラズマアーク３ｂに包まれた状態になっている。上述したように、プラズマアーク３ｂは、ミグアーク３ａの形状が広がるのを拘束する作用がある。

ミグ溶接電源ＰＳＭは、給電チップ４を介して溶接ワイヤ１ａと母材２との間に、ミグ溶接電圧Ｖwmを印加することにより、ミグ溶接電流Ｉwmを通電するための電源である。ミグ溶接電源ＰＳＭからは、送給モータＷＭに対して送給制御信号Ｆｃが送られ、溶接ワイヤ１ａの送給速度が制御される。ミグ溶接電源ＰＳＭからミグ溶接電圧Ｖwmが印加されるときは、溶接ワイヤ１ａが＋側とされる。ミグ溶接電源ＰＳＭは、定電圧特性の電源であり、ミグ溶接電圧Ｖwmが予め定めた電圧設定信号Ｖｒ（図示は省略）の値と等しくなるように制御される。また、ミグ溶接電流Ｉwmは、溶接ワイヤ１ａの送給速度によってその値が定まる。さらに、ミグ溶接電源ＰＳＭは、上述したように、ベース電圧の上昇から磁気吹きの発生を判別して磁気吹き判別信号Ａｄをプラズマ溶接電源ＰＳＰに出力する。

プラズマ溶接電源ＰＳＰは、プラズマ電極１ｂと母材２との間にプラズマ溶接電圧Ｖwpを印加することによりプラズマ溶接電流Ｉwpを通電するための電源である。プラズマ溶接電源ＰＳＰからプラズマ溶接電圧Ｖwpが印加されるときは、プラズマ電極１ｂが＋側とされる。プラズマ溶接電源ＰＳＰは、定電流特性の電源であり、プラズマ溶接電流Ｉwpが所定値になるように制御される。さらに、プラズマ溶接電源ＰＳＰは、上記の磁気吹き判別信号Ａｄを入力として、この磁気吹き判別信号ＡｄがＨｉｇｈレベルのときは予め定めた磁気吹き対処電流値Ｉadとなり、Ｌｏｗレベルのときは予め定めた定常プラズマ溶接電流値Ｉwpcとなるプラズマ溶接電流Ｉwpを通電する。

図３は、上述した図２を構成するミグ溶接電源ＰＳＭ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、後述する電流誤差増幅信号Ｅｉに従ってインバータ制御等の出力制御を行い、ミグ溶接電圧Ｖwm及びミグ溶接電流Ｉwm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次整流回路と、整流された直流を平滑するコンデンサと、平滑された直流を高周波交流に変換するインバータ回路と、高周波交流をアーク溶接に適した電圧値に降圧するインバータトランスと、降圧された高周波交流を整流する２次整流回路と、整流された直流を平滑するリアクトルと、後述する電流誤差増幅信号Ｅｉに従ってＰＷＭ変調制御を行ないその結果に基づいてインバータ回路を駆動する駆動回路と、から構成される。溶接ワイヤ１ａは、送給モータＷＭに結合された送給ロール７によって給電チップ４内を通って送給され、母材２との間にミグアーク３ａが発生する。溶接トーチの構造は図２のとおりであり、ここでは簡略化して図示している。

電圧検出回路ＶＤは、ミグ溶接電圧Ｖwmを検出して、電圧検出信号Ｖｄを出力する。電圧平均値算出回路ＶＡＶは、この電圧検出信号Ｖｄの平均値を算出して、電圧平均値信号Ｖavを出力する。

送給制御回路ＦＣは、予め定めた送給速度設定値で溶接ワイヤ１ａを送給するための送給制御信号Ｆｃを送給モータＷＭに出力する。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、この電圧設定信号Ｖｒと上記の電圧平均値信号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の値に応じた周波数を有するパルス周期信号Ｔｆを出力する。このパルス周期信号Ｔｆは、パルス周期ごとに短時間だけＨｉｇｈレベルになるトリガ信号である。

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。ピーク期間タイマ回路ＴＰは、上記のパルス周期信号ＴｆがＨｉｇｈレベルになると上記のピーク期間設定信号Ｔprの値によって定まる期間だけＨｉｇｈレベルになるピーク期間信号Ｔｐを出力する。このピーク期間信号ＴｐがＨｉｇｈレベルのときがピーク期間となり、Ｌｏｗレベルのときがベース期間となる。

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。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。電流設定制御回路ＩＲＣは、上記のピーク期間信号ＴｐがＬｏｗレベルのときは上記のベース電流設定信号Ｉbrを電流設定制御信号Ｉrcとして出力し、Ｈｉｇｈレベルのときは上記のピーク電流設定信号Ｉprを電流設定制御信号Ｉrcとして出力する。

電流検出回路ＩＤは、ミグ溶接電流Ｉwm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、上記の電流設定制御信号Ｉrc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。この電流誤差増幅信号Ｅｉに従って溶接電源の出力制御が行われることによって図１で上述したミグ溶接電流Ｉwmが通電する。上述したミグ溶接電源ＰＳＭは、ミグ溶接電圧Ｖwmの平均値が電圧設定信号Ｖｒの値と等しくなるようにパルス周期が変化して出力制御されるので、定電圧特性の電源となる。

磁気吹き判別回路ＡＤは、上記のピーク期間信号Ｔｐ及び上記の電圧検出信号Ｖｄを入力として、ピーク期間信号ＴｐがＬｏｗレベル（ベース期間）である期間中において、電圧検出信号Ｖｄの値が予め定めた基準電圧値Ｖｔ以上である期間のみＨｉｇｈレベルとなる磁気吹き判別信号Ａｄをプラズマ溶接電源ＰＳＰに出力する。

図１の説明の項で上述したように、上記の磁気吹き判別信号ＡｄがＨｉｇｈレベルになるタイミングとしては、（ａ）〜（ｃ）の方法がある。上述した磁気吹き判別回路ＡＤは、（ａ）に対応した回路である。上記（ｂ）に対応するときには、磁気吹き判別回路ＡＤは以下のようになる。磁気吹き判別回路ＡＤは、上記のピーク期間信号Ｔｐ及び上記の電圧検出信号Ｖｄを入力として、ピーク期間信号ＴｐがＬｏｗレベル（ベース期間）である期間中において、電圧検出信号Ｖｄの値が予め定めた基準電圧値Ｖｔ以上になった時点から所定期間だけＨｉｇｈレベルとなる磁気吹き判別信号Ａｄをプラズマ溶接電源ＰＳＰに出力する。さらに、上記（ｃ）に対応するときは、磁気吹き判別回路ＡＤは以下のようになる。磁気吹き判別回路ＡＤは、上記のピーク期間信号Ｔｐ及び上記の電圧検出信号Ｖｄを入力として、ピーク期間信号ＴｐがＬｏｗレベル（ベース期間）である期間中において、電圧検出信号Ｖｄの値が予め定めた基準電圧値Ｖｔ以上になった時点からピーク期間信号ＴｐがＨｉｇｈレベル（ピーク期間）になるまでの期間のみＨｉｇｈレベルとなる磁気吹き判別信号Ａｄをプラズマ溶接電源ＰＳＰに出力する。

図４は、上述した図２を構成するプラズマ溶接電源ＰＳＰ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、後述する電流誤差増幅信号Ｅｉに従ってインバータ制御等の出力制御を行いプラズマ溶接電流Ｉwpを出力する。このプラズマ溶接電流Ｉwpは、プラズマ電極１ｂ、プラズマアーク３ｂ、母材２を通って通電する。溶接トーチの構造は上述した図２のとおりであるが、ここでは簡略化して図示している。

プラズマ溶接電流設定回路ＩＷＰＲは、定常プラズマ溶接電流値を設定するためのプラズマ溶接電流設定信号Ｉwprを出力する。磁気吹き対処電流設定回路ＩＡＤＲは、予め定めた磁気吹き対処電流設定信号Ｉadrを出力する。電流設定制御回路ＩＲＣは、上述したミグ溶接電源ＰＳＭからの磁気吹き判別信号Ａｄ、上記のプラズマ溶接電流設定信号Ｉwpr及び上記の磁気吹き対処電流設定信号Ｉadrを入力として、磁気吹き判別信号ＡｄがＬｏｗレベル（磁気吹きが発生していない期間）のときはプラズマ溶接電流設定信号Ｉwprを電流設定制御信号Ｉrcとして出力し、Ｈｉｇｈレベル（磁気吹きが発生している期間）のときは磁気吹き対処電流設定信号Ｉadrを電流設定制御信号Ｉrcとして出力する。

電流検出回路ＩＤは、上記のプラズマ溶接電流Ｉwp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、上記の電流設定制御信号Ｉrc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。この電流誤差増幅信号Ｅｉに従って溶接電源の出力制御が行われることによって、図１（Ｃ）で上述したように、磁気吹きが発生していない期間中は定常プラズマ溶接電流値となり、磁気吹きが発生している期間中は磁気吹き対処電流値となるプラズマ溶接電流Ｉwpが通電する。上述したプラズマ溶接電源ＰＳＰは、プラズマ溶接電流Ｉwpが電流設定制御信号Ｉrcの値と等しくなるように出力制御されるので、定電流特性の電源となる。

上述した実施の形態においては、磁気吹き対処電流Ｉadが矩形波状に通電する場合を例示したが、時間経過に伴って傾斜を有して増加するように通電しても良い。また、磁気吹き判別信号ＡｄがＨｉｇｈレベルの期間中に、溶滴移行に影響を与えない範囲内においてミグ溶接電流Ｉwmのベース電流Ｉｂを増加させるようにしても良い。このようにすれば、磁気吹き対処電流Ｉadを少しでも低く設定することができるので、さらに溶接ビードへの影響を少なくすることができる。

上述した実施の形態によれば、ベース電圧の上昇によってミグアークに磁気吹きが発生していることを判別し、磁気吹きの発生を判別したときはプラズマ溶接電流を増加させることによって磁気吹きを解消させることができる。このときに、ミグ溶接電流のベース電流は通常値のままで変化しないので、溶滴移行に影響を与えることがなく、安定した溶滴移行状態を維持することができる。他方、プラズマ溶接電流は一時的に増加するが、プラズマアークは非消耗電極式アークであるので、アーク発生状態への影響はほとんどない。さらに、本実施の形態では、磁気吹きを検出しアークの偏向を修正するために、溶接トーチに溶接ワイヤ以外の前方ワイヤ及び後方ワイヤを特別に配置する必要がないので、溶接トーチの構造が複雑になることがなく、溶接トーチの価格が高くなることもない。

１ａ 溶接ワイヤ
１ｂ プラズマ電極
２ 母材
３ａ ミグアーク
３ｂ プラズマアーク
４ 給電チップ
５１ プラズマノズル
５２ シールドガスノズル
６１ センターガス
６２ プラズマガス
６３ シールドガス
７ 送給ロール
ＡＤ 磁気吹き判別回路
Ａｄ 磁気吹き判別信号
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
Ｉad 磁気吹き対処電流
ＩＡＤＲ 磁気吹き対処電流設定回路
Ｉadr 磁気吹き対処電流設定信号
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
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
ＩＲＣ 電流設定制御回路
Ｉrc 電流設定制御信号
Ｉwm ミグ溶接電流
Ｉwp プラズマ溶接電流
Ｉwpc 定常プラズマ溶接電流値
ＩＷＰＲ プラズマ溶接電流設定回路
Ｉwpr プラズマ溶接電流設定信号
ＰＭ 電源主回路
ＰＳＭ ミグ溶接電源
ＰＳＰ プラズマ溶接電源
Ｔｂ ベース期間
Ｔｆ パルス周期（信号）
ＴＰ ピーク期間タイマ回路
Ｔｐ ピーク期間（信号）
ＴＰＲ ピーク期間設定回路
Ｔpr ピーク期間設定信号
ＶＡＶ 電圧平均値算出回路
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
ＶＦ 電圧／周波数変換回路
Ｖｐ ピーク電圧
ＶＲ 電圧設定回路
Ｖｒ 電圧設定信号
Ｖｔ 基準電圧値
Ｖwm ミグ溶接電圧
Ｖwp プラズマ溶接電圧
ＷＭ 送給モータ
ＷＴ 溶接トーチ

Claims (4)

1. 溶接トーチを通して送給される溶接ワイヤと母材との間にピーク期間中のピーク電圧及びベース期間中のベース電圧を１パルス周期とするミグ溶接電圧を印加することによってミグアークを発生させると共に、前記溶接ワイヤを囲むように供給されるガスを介して前記溶接トーチと前記母材との間にプラズマ溶接電流を通電することによってプラズマアークを発生させるプラズマミグ溶接方法において、
   前記ベース電圧の上昇によって前記ミグアークに磁気吹きが発生していることを判別し、前記磁気吹きの発生を判別したときは前記プラズマ溶接電流を増加させることによって磁気吹きを解消させる、
   ことを特徴とするプラズマミグ溶接方法。
2. 前記プラズマ溶接電流の増加を、前記磁気吹きの発生が判別された時点から前記ベース電圧の下降によって磁気吹きの解消を判別するまでの期間行う、
   ことを特徴とする請求項１記載のプラズマミグ溶接方法。
3. 前記プラズマ溶接電流の増加を、前記磁気吹きの発生が判別された時点から所定期間行う、
   ことを特徴とする請求項１記載のプラズマミグ溶接方法。
4. 前記プラズマ溶接電流の増加を、前記磁気吹きの発生が判別された時点から次周期の前記ピーク期間が開始される時点までの期間行う、
   ことを特徴とする請求項１記載のプラズマミグ溶接方法。

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