JP6040419B2 - アーク溶接制御方法 - Google Patents

Description

本発明は、亜鉛メッキ鋼板等の表面処理が行われた部材をパルス溶接する際のアークスタート時において、ブローホールの低減やピットの低減に効果を発揮するアーク溶接制御方法に関するものである。

亜鉛メッキ鋼板は、防錆や防食性に優れている。そのため、近年、自動車部品や建築用鉄骨部材等に用いられ、年々その需要は高まっている。

しかしながら、亜鉛メッキ鋼板の使用には問題点もある。亜鉛メッキ鋼板の表面にメッキされている亜鉛は、鉄より融点が低い。そのため、亜鉛メッキ鋼板を溶接すると、その亜鉛が気化し、亜鉛蒸気が溶融池や溶融金属を通過して外部に拡散しようとする。溶融金属の凝固が速い場合、外部に亜鉛蒸気が拡散しきれず、溶接ビード内や溶接ビード表面にブローホールやピット（以下、気孔と呼ぶ）として残存する。このような気孔は、深刻な溶接欠陥につながる恐れもある。特に、アークスタート時は、定常溶接時に比べ、気孔の発生確率が高いという問題がある。アークスタート時は、アークスタート後に行われる定常溶接と比べ、亜鉛メッキ鋼板に熱が入り難く、表面の亜鉛を揮散しきれないため、気孔の残存確率が高くなる。

従来のパルス溶接のアークスタート制御として、以下のものが知られている（例えば、特許文献１参照）。アークスタート期間に通電する電流の平均値を、定常溶接期間の溶接中の電流の平均値と略同一の値にしておく。そして、スプレー移行を安定して実現するため、アークスタート期間に通電するパルス電流のピーク電流値を、定常溶接中のピーク電流値よりも大きくし、かつ、１パルスの継続時間を定常溶接中の１パルスの継続時間よりも短くする。そして、溶接電流を検出してから予め設定した時間、例えば０．１秒ないし１秒間パルス電流を通電することによりアークを安定化させ、その後、定常溶接を始めるものである。

図１１に示すように、溶接を開始し、溶接電流が通電を開始してから予め定めた０．１秒ないし１．０秒のアークスタート期間中は、符号Ａで示すように、ピーク電流値Ｉｐａが大であり継続時間Ｔｐａが短いパルス電流を通電する。その後、符号Ｂで示すように、ピーク電流値Ｉｐｂが小であり継続時間Ｔｐｂが長いパルス電流に切換える。なお、アークスタート期間中のパルス電流も、定常溶接中のパルス電流も、同一の平均値Ｉａである。しかし、符号Ａで示すパルス電流と、符号Ｂで示すパルス電流とは、ピーク電流値および継続時間の他に、パルス周波数も異なる。

以上のようなアークスタート制御を用い、１パルス／１ドロップのスプレー移行を安定して実現することで、アークスタート期間においてアークを安定化させた後、定常溶接に移行するものである。

特開昭６０−００６２７７号公報

上述した従来のアークスタート制御は、アークスタート時から１パルス／１ドロップのスプレー移行を安定して実現することでアークを安定化させた後、定常状態の溶接に移行することができ、アークスタート不良を低減することができる。さらに、スパッタも低減することができる。

しかしながら、上述した従来のアークスタート制御により亜鉛メッキ鋼板を溶接すると、亜鉛蒸気が溶融池（溶融金属）を通過して外部に拡散しようとするが、アークスタート直後に溶融池が形成するまでの期間は、定常溶接に比べ、溶融金属の凝固が速いため、外部に亜鉛蒸気が拡散しきれず、溶接ビード内や溶接ビード表面に気孔として残存してしまうという課題を有していた。その理由は、アークスタート時から１パルス／１ドロップのスプレー移行を安定して行うことができることから、溶融池（溶融金属）の振動が比較的小さく、亜鉛蒸気が溶融池（溶融金属）を通過して外部に拡散し難い状態となるためである。

本発明は、アークスタート時から定常溶接に移行するまでの所定期間であるスタート期間では、１パルス／１ドロップではなく、１パルス／１短絡移行を行うように制御することで、溶融池（溶融金属）の振動を大きくし、亜鉛蒸気が溶融池（溶融金属）を通過して外部に拡散し易くなることで、アークスタート時の気孔の低減を実現する、亜鉛メッキ鋼板等の表面処理が行われた鋼板を溶接するためのアーク溶接制御方法を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明のアーク溶接制御方法は、溶接ワイヤと被溶接物との間にピーク電流とベース電流をパルス状に繰り返し供給するアーク溶接制御方法であって、定常溶接を行う定常溶接期間の前のスタート期間において、前記スタート期間におけるピーク電流を供給する期間を、前記定常溶接期間のワイヤ送給速度よりも低いスローダウン送給速度から前記定常溶接期間のワイヤ送給速度に加速するまでの各ワイヤ送給速度に適したピーク電流を供給する期間よりも短くする、および／または、前記スタート期間におけるピーク電流の大きさを、前記定常溶接期間のワイヤ送給速度よりも低いスローダウン送給速度から前記定常溶接期間のワイヤ送給速度に加速するまでの各ワイヤ送給速度に適したピーク電流の大きさよりも小さくすることで、前記スタート期間のピーク電流からベース電流への立ち下がり期間または前記スタート期間の前記ベース電流を供給している期間に、溶接ワイヤと被溶接物とを短絡させるものである。

上記課題を解決するために、本発明のアーク溶接制御方法は、溶接ワイヤと被溶接物との間にピーク電流とベース電流をパルス状に繰り返し供給するアーク溶接制御方法であって、定常溶接を行う定常溶接期間の前のスタート期間において、前記スタート期間におけるパルス周波数を、前記定常溶接期間のワイヤ送給速度よりも低いスローダウン速度から前記定常溶接期間のワイヤ送給速度に加速する各ワイヤ送給速度に適したパルス周波数よりも低くすることで、前記スタート期間のピーク電流からベース電流への立下り期間または前記スタート期間のベース電流を供給している期間に、溶接ワイヤと被溶接物とを短絡させるものである。

また、本発明のアーク溶接制御方法は、上記に加えて、スタート期間におけるベース電流を供給している期間に、溶接ワイヤと被溶接物とが短絡したことを検出すると、溶接電流を増加して、前記ベース電流を供給している期間に短絡を開放するものである。

また、本発明のアーク溶接制御方法は、上記に加えて、スタート期間におけるピーク電流からベース電流への立下り期間に、溶接ワイヤと被溶接物とが短絡したことを検出すると、溶接電流を増加して、前記立下り期間に短絡を開放するものである。

また、本発明のアーク溶接制御方法は、上記に加えて、スタート期間において短絡を開放させるために溶接電流を増加している際に、短絡の開放の予兆を検出しても、溶接電流の低減を行わないものである。

また、本発明のアーク溶接制御方法は、上記に加えて、各ワイヤ送給速度に適したピーク電流を供給する期間とは、１パルス１ドロップが実現できる期間であり、各ワイヤ送給速度に適したピーク電流の大きさとは、１パルス１ドロップが実現できる大きさとしたものである。

また、本発明のアーク溶接制御方法は、上記に加えて、各ワイヤ送給速度に適したパルス周波数とは、１パルス１ドロップが実現できるパルス周波数としたものである。

また、本発明のアーク溶接制御方法は、上記に加えて、スタート期間の全てのパルス周期において、短絡を発生させるものである。

また、本発明のアーク溶接制御方法は、上記に加えて、短絡を開放するために増加する溶接電流の最大値を、１５０Ａから３００Ａの値としたものである。

また、本発明のアーク溶接制御方法は、上記に加えて、短絡を開放するために増加する溶接電流の最大値の上限リミットは３００Ａであり、前記溶接電流が３００Ａに達したときは、３００Ａを維持するものである。

また、本発明のアーク溶接制御方法は、上記に加えて、短絡を開放するために増加する溶接電流の増加傾きを、５０Ａ／ｍｓｅｃから２００Ａ／ｍｓｅｃとしたものである。

また、本発明のアーク溶接制御方法は、上記に加えて、被溶接物を、表面処理が行われた鋼板としたものである。

以上のように、本発明によれば、亜鉛メッキ鋼板等の表面処理が行われた鋼板の溶接において、パルス溶接のアークスタート期間に１パルス／１短絡移行を行うことにより、鋼板上の溶融池（溶融金属）を大きく振動させることができ、これにより鋼板から生じた蒸気が溶融池（溶融金属）を通過して外部に揮散し易くなり、溶接ビード内や溶接ビード表面に生じる気孔を抑制することができ、アークスタート部の溶接性を向上することができる。

本発明の実施の形態１におけるアーク溶接装置の概略構成を示す図 （ａ）本発明の実施の形態１における溶接電流波形を示す図（ｂ）本発明の実施の形態１における溶接電流波形を示す図（ｃ）本発明の実施の形態１におけるワイヤ送給速度波形を示す図 （ａ）本発明の実施の形態１における溶接電流波形を示す図（ｂ）本発明の実施の形態１における溶接電流波形を示す図 本発明の実施の形態１における溶接電流波形を示す図 本発明の実施の形態１における短絡開放時の最大電流の効果を示す図 本発明の実施の形態１における短絡時の電流増加傾きの効果を示す図 本発明の実施の形態１における溶接電流波形を示す図 本発明の実施の形態１における効果を表すＸ線透視写真 本発明の実施の形態１におけるアークスタート時の短絡開放直後の溶融池の状態を示す写真 本発明の実施の形態１における溶接電流波形を示す図 従来のアーク溶接制御における溶接電流波形を示す図

以下、本発明の実施の形態について、図１から図１０を用いて説明する。

（実施の形態１）
図１に、本実施の形態１におけるアーク溶接装置の概略構成を示す。図１において、溶接電源装置１４は、入力電源１の出力を整流する１次整流部２と、１次整流部２の出力を制御することで溶接出力を制御するスイッチング部３と、スイッチング部３からの電力を絶縁して変換するトランス４と、トランス４の２次側出力を整流する２次整流部５と、２次整流部５に直列に接続されたリアクタ６と（ＤＣＬともいう）、スイッチング部３を駆動させるための駆動部７と、溶接電圧を検出する溶接電圧検出部８と、溶接電流を検出する溶接電流検出部９と、溶接電圧検出部８の出力および／または溶接電流検出部９の出力に基づいて溶接状態が短絡状態であるのかアーク状態であるのかを判定する短絡／アーク検出部１０と、短絡期間中に駆動部７を制御する短絡制御部１１と、アーク期間中に駆動部７を制御するアーク制御部１２と、溶接条件に応じたワイヤ送給速度を制御するワイヤ送給速度制御部１３と、出力端子２６ａおよび出力端子２６ｂを備えている。なお、アーク制御部１２は、アーク期間中にパルス出力制御を行うパルス制御部２７を備えている。

溶接電源装置１４において、短絡制御部１１は、短絡／アーク検出部１０から短絡であることを示す信号を受けると、短絡を開放させることができるように、短絡電流を制御する。アーク制御部１２は、短絡／アーク検出部１０からアークであることを示す信号を受けると、アーク制御部１２内にあるパルス制御部２７により、ピーク電流とベース電流を交互に出力するパルス出力制御を行う。

また、ロボット１８の動作を制御するロボット制御部１７は、溶接条件を設定するための溶接条件設定部１５と、アークスタート期間を設定するためのアークスタート期間設定部１６を備えている。そして、ロボット制御部１７は、溶接電源装置１４と通信可能に接続されている。なお、ロボット１８には、トーチ２５が取り付けられている。

溶接電源装置１４に設けられたワイヤ送給速度制御部１３は、ロボット制御部１７内に設けられた溶接条件設定部１５に設定されている設定溶接電流に基づいて、設定溶接電流に対応したワイヤ送給速度を決定し、このワイヤ送給速度を出力する。そして、ワイヤ送給速度制御部１３の信号を受けて、アーク制御部１２内にあるパルス制御部２７は、受信したワイヤ送給速度に応じたピーク電流やベース電流を交互に出力するように制御する。また、ワイヤ送給速度制御部１３の信号に基づいて、送給ローラを備えたワイヤ送給部２１は、溶接ワイヤ２０の送給を行う。

ロボット制御部１７内にあるアークスタート期間設定部１６にアークスタート期間が記憶されており、溶接電源装置１４は、アークスタート期間設定部１６の信号をもとに、アークスタートの開始時からの所定時間を、アークスタート期間として制御する。なお、アークスタートの開始とは、溶接が開始され、溶接ワイヤ２０が被溶接物２４へ向けて送給され、また、溶接ワイヤ２０と被溶接物２４との間に電圧が印加され、溶接ワイヤ２０と被溶接物２４とが接触して電流が流れ、この電流を検出した時点をいう。

溶接電源装置１４と接続されたロボット制御部１７の内部にある溶接条件設定部１５は、溶接電流や溶接電圧等を設定するためのものである。なお、溶接電源装置１４に設けられた２つの出力端子２６ａと出力端子２６ｂのうち、一方の出力端子２６ａは、トーチ２５内にある溶接ワイヤ２０を保持するチップ２２に電気的に接続され、チップ２２を介して溶接ワイヤ２０に電力が供給される。また、他方の出力端子２６ｂは、被溶接物２４に電気的に接続され、被溶接物２４に電力が供給される。そして、溶接ワイヤ２０の先端部と被溶接物２４との間でアーク２３が発生する。なお、ワイヤ送給部２１は、溶接ワイヤ２０を保存する溶接ワイヤ保存部１９からチップ２２に向けて、溶接ワイヤ２０を送給する。

以上のように構成された消耗電極式のアーク溶接装置の動作について説明する。なお、本実施の形態１のアーク溶接装置は、亜鉛メッキ鋼板のように表面処理が行われた鋼板を溶接する際に生じる気孔を抑制するため、パルス溶接のアークスタート期間において、溶接ワイヤ２０と被溶接物２４とが、あえて短絡するように、溶接電流等の制御を行うものである。すなわち、アークスタート期間に溶接ワイヤ２０と被溶接物２４とを短絡させ、そしてこの短絡を開放させることで溶融池を積極的に振動させ、鋼板を溶接する際に鋼板から生じた蒸気が溶融池（溶融金属）を通過して外部に揮散し易くすることで、気孔の発生を抑制するものである。

なお、本実施の形態１において、被溶接物２４は、表面処理が施された鋼板であり、その一例として、亜鉛メッキ鋼板を使用した場合について説明する。

先ず、アーク制御部１２の内部に設けられたパルス制御部２７によるアークスタート制御について、図２を用いて説明する。

図２（ａ）は、消耗電極アーク溶接のパルス溶接時における溶接電流Ａｗの時間変化を示している。図２（ｂ）は、アークスタート時の溶接電流Ａｗの時間変化を示している。図２（ｃ）は、アークスタート時のワイヤ送給速度ＷＦの時間変化を示している。なお、図２（ａ）は、図２（ｂ）のアークスタート期間ＴＳにおける溶接電流の部分拡大図に相当する。

図２（ａ）において、時点Ｐ１は、パルス電流波形におけるベース電流ＩＢからピーク電流ＩＰへの立上りを開始した時点である。時点Ｐ２は、パルス電流波形の立上りが終了した時点である。この時点Ｐ１から時点Ｐ２までの期間を、パルス電流立上り期間ＴＲとする。

また、時点Ｐ２は、ピーク電流ＩＰを維持するピーク電流期間を開始した時点でもある。時点Ｐ３は、ピーク電流ＩＰを維持するピーク電流期間が終了した時点である。この時点Ｐ２から時点Ｐ３までの期間を、ピーク電流期間ＴＰとする。

また、時点Ｐ３は、パルス波形におけるピーク電流ＩＰからベース電流ＩＢへの立下りを開始した時点でもある。時点Ｐ４は、パルス電流波形の立下りが終了した時点である。この時点Ｐ３から時点Ｐ４までの期間を、パルス電流立下り期間ＴＦとする。

時点Ｐ５は、時点Ｐ１から時点Ｐ４までのパルス電流波形により溶接ワイヤ２０の先端部分に形成された溶滴が、被溶接物２４に形成された溶融池に接触し、短絡を開始した時点である。

時点Ｐ６は、溶接ワイヤ２０の先端に形成された溶滴と被溶接物２４との短絡が開放した時点である。なお、短絡開放時の電流値は、最大値ＩＳとなる。

なお、時点Ｐ５から時点Ｐ６までの期間、短絡を開放できるように、短絡制御部１１は、短絡電流ＩＳＬを増加している。

時点Ｐ６から時点Ｐ７までの期間は、短絡が開放した時点の溶接電流である電流値ＩＳからベース電流ＩＢに溶接電流が戻る期間であり、短絡制御部１１により制御されている。

時点Ｐ８は、次のベース電流ＩＢから次のピーク電流ＩＰへのパルス電流波形の立上りを開始した時点である。この時点Ｐ１から時点Ｐ８までの期間がパルス周期ＰＦ（一周期）である。なお、時点Ｐ７から時点Ｐ８までの期間は、ベース電流ＩＢとなるように制御する期間である。

図２（ｂ）と図２（ｃ）において、時点ｔａでは、ロボット制御部１７からの溶接開始の信号を受けたワイヤ送給速度制御部１３が、定常溶接時のワイヤ送給速度ＷＮよりも低いスローダウン速度ＷＳで溶接ワイヤ２０が送給されるように、ワイヤ送給部２１を制御する。

時点ｔｂは、溶接ワイヤ２０と被溶接物２４とが接触し、溶接を開始した時点である。溶接ワイヤ２０と被溶接物２４とが接触すると、溶接電源装置１４の内部にある短絡／アーク検出部１０により、短絡であると判定され、溶接を開始する。

時点ｔｃは、スローダウン速度ＷＳから溶接条件設定部１５で設定された設定電流値に応じた定常溶接時のワイヤ送給速度ＷＮまでワイヤ送給速度が加速され、ワイヤ送給速度がワイヤ送給速度ＷＮに到達した時点である。

時点ｔｄは、時点ｔｃから、所定時間ＴＡ後の時点であり、アークスタート期間ＴＳの終了時点である。そして、時点ｔｄ以降は、定常溶接期間ＴＮとなる。

所定時間ＴＡは、１パルス／１短絡移行するパルス電流波形を出力する期間である。従って、長ければ、より気孔抑制の効果が高くなる。実験検証の結果から、目安として０．５〜２ｓｅｃ程度であれば問題ない。なお、所定時間ＴＡや、所定時間ＴＡを含むアークスタート期間ＴＳは、ロボット制御部１７内にあるアークスタート期間設定部１６に、設定溶接電流に応じた適正なデータとして記憶されている。なお、アークスタート期間ＴＳの間は、図２（ａ）で説明したような１パルス／１短絡移行が生じるようにパルス電流波形が制御される。また、１パルス／１短絡移行とは、１周期のパルスの電流の印加により、短絡が１回生じることを意味している。

なお、アークスタート期間ＴＳの後の、溶融池が確実に形成された定常溶接期間ＴＮでは、ブローホールやピットといった気孔が発生しない溶接条件下であれば、１パルス／１ドロップまたは１パルス／１短絡移行のどちらの溶滴移行状態でも良い。

発明者らによるこれまでの実験や施工検証より、溶接速度が０．６ｍ／ｍｉｎ以下の遅い場合であれば、定常溶接期間ＴＮにおいて、１パルス／１ドロップとなるように制御しても良い。しかし、溶接速度が０．８ｍ／ｍｉｎ以上の速い場合には、アークスタート時と同様に溶融池（溶融金属）の凝固が速くなるため、外部に亜鉛蒸気が拡散しきれない可能性が高まる。そのため、溶接速度が速い場合には、１パルス／１短絡移行をアークスタート時から定常溶接期間ＴＮ中も引き続き常時継続することが望ましい。

ここで、アークスタート期間ＴＳにおいて、１パルス／１短絡移行を実現する方法として、図３（ａ）と図３（ｂ）を用いて説明する。すなわち、アークスタート期間ＴＳにおいて、あえて短絡を発生させる方法について説明する。

図３（ａ）は、ピーク電流ＩＰの期間であるピーク電流期間ＴＰを短くすることで短絡を発生させる方法を説明するための図である。図３（ａ）において、実線であるパルス電流波形では、時点ａにおいて１ドロップのスプレー移行になる。すなわち、ピーク電流期間ＴＰは、１パルス１ドロップが実現できるピーク電流の期間である。しかし、本実施の形態１の制御方法では、ピーク電流期間を、破線であるピーク電流期間ＴＰ１のように、ピーク電流期間ＴＰよりも短くするように制御する。このようにすることで、時点ａにおいて１ドロップすることなく、時点ｂにおいて短絡移行させることができる。

図３（ｂ）は、ピーク電流ＩＰを低くすることで短絡を発生させる方法を説明するための図である。図３（ｂ）において、実線であるパルス電流波形では、時点ａにおいて１ドロップのスプレー移行になる。すなわち、ピーク電流ＩＰは、１パルス１ドロップが実現できるピーク電流の値である。しかし、本実施の形態１の制御方法では、ピーク電流を、破線であるピーク電流ＩＰ１のように、ピーク電流ＩＰよりも低くなるように制御する。このようにすることで、時点ａにおいて１ドロップすることなく、時点ｂで短絡移行させることができる。

図３（ａ）を用いて説明した方法と、図３（ｂ）を用いて説明した方法のいずれの方法においても、パルス電流波形の面積を小さくすることで、アーク長を短くすることができ、溶接ワイヤ２０の溶融を抑制することで、１パルス／１ドロップするタイミングを遅らせることができる。これにより、図２（ａ）に示すようなベース電流ＩＢを通電しているベース電流期間ＴＢ中に、短絡を発生させることができる。なお、この両方の方法を組み合わせて制御するようにしてもよい。また、これらの方法以外にも、パルス電流波形の立下りを急峻にするなど、アークスタート期間ＴＳにおけるパルス電流波形の面積を、定常溶接期間ＴＮにおけるパルス電流波形の面積よりも小さくするように制御することで、アークスタート期間ＴＳにおいて短絡を発生させることが可能となる。

次に、アークスタート期間ＴＳにおいて、１パルス／１短絡移行を実現する別の方法について、図４を用いて説明する。

図４は、パルス周期ＰＦを長くすることでアーク長を短くして短絡を発生させる方法を説明するための図である。なお、パルス周期はパルス周波数の逆数である。そして、パルス周期ＰＦを長くすることは、パルス周波数を低くすることである。図４において、実線であるパルス周期ＰＦでは、時点ｃにおいて１ドロップのスプレー移行になる。すなわち、パルス周期ＰＦは、１パルス１ドロップが実現できるパルス周期である。しかし、本実施の形態１の制御方法では、パルス周期を、破線であるパルス周期ＰＦ１のように、パルス周期ＰＦよりも長くなるように制御する。すなわち、パルス周波数を低くする。このようにすることで、時点ｃにおいて１ドロップすることなく、時点ｃにおいて短絡移行させることができる。

なお、図３や図４を用いて説明したアーク溶接制御方法を実現する方法としては、予めアークスタート期間ＴＳのパルス電流波形パラメータを用意しておく方法と、電圧制御によりピーク電流期間ＴＰやピーク電流ＩＰ、パルス周期ＰＦをアークスタート期間ＴＳのみアーク長が短くなるように制御する方法の、どちらでも良い。

次に、ベース電流期間ＴＢにおいて１パルス／１短絡移行を実現するにあたり、短絡開放時の最大電流ＩＳおよび短絡電流の増加傾きＩＳＬの適正な領域について説明する。なお、適正な領域は、発明者らの実験等により導き出されたものである。

まず、図３と図４を用いて説明した制御方法により、アークスタート期間ＴＳにおいて１パルス／１短絡移行になるように制御した場合に、図２（ａ）に示す短絡開放時の最大電流ＩＳの値にも適正な領域があり、この最大電流ＩＳについて、図５を用いて説明する。

図５は、短絡開放時の最大電流ＩＳを、１００Ａから４００Ａまで変化させた場合の、ブローホールやピットといった気孔とスパッタ発生量を比較評価した結果を示す図である。

短絡開放時の最大電流ＩＳが低い場合、電流が低いことから、ヒューズ効果が小さいため、スパッタ発生量は少ない。しかし、溶融池（溶融金属）の振動も小さいことから、亜鉛蒸気が溶融池（溶融金属）を通過して外部に揮散し難く、溶接ビード内や溶接ビード表面の気孔が多い状態となる。

逆に、短絡開放時の最大電流ＩＳが高い場合、電流が高いことからヒューズ効果が大きく、スパッタ発生量は多くなる。しかし、溶融池（溶融金属）の振動も大きいことから、亜鉛蒸気が溶融池（溶融金属）を通過して外部に揮散し易く、溶接ビード内や溶接ビード表面の気孔が少ない状態となる。

このようなことから、気孔とスパッタ発生量の両者を満足する領域として、短絡開放時の最大電流ＩＳは、１５０Ａから３００Ａが適正と考えられる。

次に、図６は、図２（ａ）で示した短絡電流の増加傾きＩＳＬを、２５Ａ／ｍｓｅｃから２５０Ａ／ｍｓｅｃまで変化させた場合の、短絡開放の安定化とスパッタ発生量を比較評価した結果を示す図である。

短絡電流の増加傾きＩＳＬが緩やかであると、先程説明した図５の短絡開放時の最大電流ＩＳが１５０Ａ〜３００Ａの領域に到達せず、短絡開放そのものが安定して行われない可能性がある。また、短絡電流の増加傾きＩＳＬが急であると、先程説明した図５の短絡開放時の最大電流ＩＳが１５０Ａ〜３００Ａの領域をオーバーしてしまう場合がある。このようなことから、短絡開放の安定化とスパッタ発生量の両者を満足できる領域として、短絡電流の増加傾きＩＳＬは、５０Ａ／ｍｓｅｃから２００Ａ／ｍｓｅｃが適正であると考えられる。

なお、溶接ワイヤ２０の先端部分に形成された溶滴が被溶接物２４の溶融池（溶融金属）と短絡した状態から、短絡電流を増加させていき、短絡が開放する直前の予兆である溶滴のくびれを検出し、くびれを検出すると急峻に溶接電流を低下させる制御方法が広く知られている。この制御方法を用いると、短絡開放時のスパッタ発生量を低減することができる。しかし、本実施の形態１では、短絡開放時の最大電流によるヒューズ効果を利用して溶融池（溶融金属）の振動を大きくし、亜鉛蒸気が溶融池（溶融金属）を通過して外部に揮散し易くしている。従って、くびれを検出して溶接電流を急峻に低減してしまうと、本実施の形態１の効果が低減してしまう。従って、本実施の形態１のアーク溶接制御方法を実施する際には、くびれを検出して急峻に溶接電流を低減することは行わない。

本実施の形態１のアーク溶接制御方法を行う場合、上記のように、短絡開放時の最大電流ＩＳや短絡電流の増加傾きＩＳＬを適正な領域とする必要がある。しかし、実際に溶接を行うと、短絡開放時の最大電流ＩＳは、アーク現象に応じて値が異なる。そのため、この適正領域内に収まりきらない場合も多々ある。短絡開放時の最大電流ＩＳが適正な領域内に入るように、短絡電流の増加傾きＩＳＬの適正な領域を決めているが、最大電流ＩＳが適正な領域をオーバーすることも多い。従って、図７に示すように、本来時点Ｐ６が短絡開放すべき時点であるが、短絡開放できずに短絡電流をさらに増加する場合には、短絡開放時の最大電流ＩＳをオーバーしないように、最大電流ＩＳを上限としてリミットをかけることも可能である。すなわち、時点Ｐ６ではなく時点Ｐ６’で短絡が開放する場合、時点Ｐ６から時点Ｐ６’までの期間は最大電流ＩＳを維持する。最大電流ＩＳを、適正な領域の上限である３００Ａに制限することに関し、３００Ａという比較的高い電流値でもあるので、短絡開放に支障をきたすようなことはほとんどない。

従って、この最大電流ＩＳを制限する制御方法を行うことにより、短絡開放時の最大電流ＩＳが適正な領域内に保たれて短絡の開放を行うことが可能となり、かなり適正な領域内での短絡開放の確率を上げることができる。

次に、本実施の形態１のアークスタート制御方法を採用することによる効果について、図８と図９を用いて説明する。

図８は、従来の制御と本実施の形態１の制御との溶接状態の比較を示しており、具体的には、溶接後のＸ線透視結果を示している。なお、従来の制御は、アークスタート時から定常溶接に移行するまでの所定時間は、１パルス／１ドロップの溶滴移行状態とするものである。また、本実施の形態１の制御は、アークスタート時から定常溶接に移行するまでの所定時間は、１パルス／１ドロップの溶滴移行状態ではなく、あえて短絡を発生させ、１パルス／１短絡移行である溶滴移行状態とするものである。

従来の制御である１パルス／１ドロップの溶滴移行状態では、被溶接物の溶接スタート部にブローホールの気孔が存在し易い。しかし、本実施の形態１の制御方法による１パルス／１短絡移行の溶滴移行状態では、被溶接物の溶接スタート部に、ほとんどブローホールの気孔が存在しないことがわかる。

図９は、本実施の形態１の制御方法である１パルス／１短絡移行の溶滴移行状態の短絡開放時のアーク画像である。このように、本実施の形態１のアーク溶接制御方法を行うと、短絡の開放により溶融池が窪むくらいまで大きく振動し、亜鉛蒸気が溶融池（溶融金属）を通過して外部に揮散し易くなり、溶接ビード内や溶接ビード表面に気孔が少ない状態で溶接を行うことができ、アークスタート部の気孔発生を抑制することができる。但し、溶融池を大きく振動させるために、短絡開放時の最大電流ＩＳを１５０Ａ〜３００Ａと高くするため、スパッタはやはり増加傾向にある。しかしながら、溶接ビード内や溶接ビード表面に気孔が存在することは溶接欠陥になるため、溶接品質上好ましくはない。従って、気孔はスパッタより重要な項目であるため、多少のスパッタは犠牲にしてでも気孔を抑制することが重要である。

以上のように、本実施の形態１のアーク溶接制御方法によれば、亜鉛メッキ鋼板の溶接において、パルス溶接のアークスタート期間ＴＳに、１パルス／１短絡移行を行うように制御することで、亜鉛メッキ鋼板上の溶融池（溶融金属）を大きく振動させることができ、亜鉛蒸気が溶融池（溶融金属）を通過して外部に揮散し易くなり、溶接ビード内や溶接ビード表面に気孔が少ない状態で溶接を行うことができ、アークスタート部の気孔発生を抑制することができる。

なお、上記では、パルス溶接のアークスタート期間ＴＳにおいて１パルス／１短絡移行が実現するように制御を行い、ベース期間ＴＢにおいて短絡が発生し、このベース期間ＴＢにおいて短絡を開放する場合について説明した。しかし、パルス溶接のアークスタート期間ＴＳにおいて１パルス／１短絡移行が実現するように制御を行い、パルス電流立下り期間ＴＦ中に短絡が発生した場合、図１０に示すように、パルス電流立下り期間ＴＦ中から溶接電流を増加させて短絡を開放させるようにしてもよい。

以上のように、本発明によれば、パルス溶接による亜鉛メッキ鋼板の溶接において、前記亜鉛メッキ鋼板表面の亜鉛が少ない状態で溶接することができ、アークスタート時での気孔発生を抑制することができるので、表面処理が行われた部材を溶接するアーク溶接制御方法として産業上有用である。

１ 入力電源
２ １次整流部
３ スイッチング部
４ トランス
５ ２次整流部
６ リアクタ
７ 駆動部
８ 溶接電圧検出部
９ 溶接電流検出部
１０ 短絡／アーク検出部
１１ 短絡制御部
１２ アーク制御部
１３ ワイヤ送給速度制御部
１４ 溶接電源装置
１５ 溶接条件設定部
１６ アークスタート期間設定部
１７ ロボット制御部
１８ ロボット
１９ 溶接ワイヤ保存部
２０ 溶接ワイヤ
２１ ワイヤ送給部
２２ チップ
２３ アーク
２４ 被溶接物
２５ トーチ
２６ａ、２６ｂ 出力端子
２７ パルス制御部

Claims (12)

1. 溶接ワイヤと被溶接物との間にピーク電流とベース電流をパルス状に繰り返し供給するアーク溶接制御方法であって、
   定常溶接を行う定常溶接期間の前のスタート期間において、前記スタート期間におけるピーク電流を供給する期間を、前記定常溶接期間のワイヤ送給速度よりも低いスローダウン送給速度から前記定常溶接期間のワイヤ送給速度に加速するまでの各ワイヤ送給速度に適したピーク電流を供給する期間よりも短くする、および／または、前記スタート期間におけるピーク電流の大きさを、前記定常溶接期間のワイヤ送給速度よりも低いスローダウン送給速度から前記定常溶接期間のワイヤ送給速度に加速するまでの各ワイヤ送給速度に適したピーク電流の大きさよりも小さくすることで、前記スタート期間のピーク電流からベース電流への立ち下がり期間または前記スタート期間の前記ベース電流を供給している期間に、溶接ワイヤと被溶接物とを短絡させるアーク溶接制御方法。
2. 溶接ワイヤと被溶接物との間にピーク電流とベース電流をパルス状に繰り返し供給するアーク溶接制御方法であって、
   定常溶接を行う定常溶接期間の前のスタート期間において、前記スタート期間におけるパルス周波数を、前記定常溶接期間のワイヤ送給速度よりも低いスローダウン速度から前記定常溶接期間のワイヤ送給速度に加速する各ワイヤ送給速度に適したパルス周波数よりも低くすることで、前記スタート期間のピーク電流からベース電流への立下り期間または前記スタート期間のベース電流を供給している期間に、溶接ワイヤと被溶接物とを短絡させるアーク溶接制御方法。
3. スタート期間におけるベース電流を供給している期間に、溶接ワイヤと被溶接物とが短絡したことを検出すると、溶接電流を増加して、前記ベース電流を供給している期間に短絡を開放する請求項１または２に記載のアーク溶接制御方法。
4. スタート期間におけるピーク電流からベース電流への立下り期間に、溶接ワイヤと被溶接物とが短絡したことを検出すると、溶接電流を増加して、前記立下り期間に短絡を開放する請求項１から３のいずれか１項に記載のアーク溶接制御方法。
5. スタート期間において短絡を開放させるために溶接電流を増加している際に、短絡の開放の予兆を検出しても、溶接電流の低減を行わない請求項３または４に記載のアーク溶接制御方法。
6. 各ワイヤ送給速度に適したピーク電流を供給する期間とは、１パルス１ドロップが実現できる期間であり、各ワイヤ送給速度に適したピーク電流の大きさとは、１パルス１ドロップが実現できる大きさである請求項１記載のアーク溶接制御方法。
7. 各ワイヤ送給速度に適したパルス周波数とは、１パルス１ドロップが実現できるパルス周波数である請求項２記載のアーク溶接制御方法。
8. スタート期間の全てのパルス周期において、短絡を発生させる請求項１から７のいずれか１項に記載のアーク溶接制御方法。
9. 短絡を開放するために増加する溶接電流の最大値は、１５０Ａから３００Ａの値である請求項１から８のいずれか１項に記載のアーク溶接制御方法。
10. 短絡を開放するために増加する溶接電流の最大値の上限リミットは３００Ａであり、前記溶接電流が３００Ａに達したときは、３００Ａを維持する請求項１から９のいずれか１項に記載のアーク溶接制御方法。
11. 短絡を開放するために増加する溶接電流の増加傾きは、５０Ａ／ｍｓｅｃから２００Ａ／ｍｓｅｃである請求項１から１０のいずれか１項に記載のアーク溶接制御方法。
12. 被溶接物は、表面処理が行われた鋼板である請求項１から１１のいずれか１項に記載のアーク溶接制御方法。

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