JP6387513B2

JP6387513B2 - アーク溶接制御方法およびアーク溶接装置

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Publication number: JP6387513B2
Application number: JP2014033753A
Authority: JP
Inventors: 潤司藤原; 篤寛川本
Original assignee: Panasonic Intellectual Property Management Co Ltd
Current assignee: Panasonic Intellectual Property Management Co Ltd
Priority date: 2014-02-25
Filing date: 2014-02-25
Publication date: 2018-09-12
Anticipated expiration: 2034-02-25
Also published as: JP2015157304A

Description

本発明は、消耗電極（以下、ワイヤと称する）を自動送給し、ワイヤと溶接母材（以下、母材と称する）との間にピーク電流とベース電流を繰り返し供給して溶接出力の制御を行うアーク溶接制御方法およびアーク溶接装置に関する。

近年、溶接業界では、生産性向上のため、溶接の高速度化やスパッタの低減に対する要求が高まっている。溶接速度を高速化すると、単位時間当たりの生産数が増加する。スパッタを低減すると、ワーク（母材ともいう）に付着したスパッタを除去する後処理工程を削減できる。このように、溶接の高速度化やスパッタの低減により、溶接生産性を向上できる。

従来のパルス溶接出力制御について、図４を用いて説明する。図４において、基本パルス周期１０１は、パルス溶接の基本となる周期である。短絡期間１０２は、ワイヤと母材とが短絡している期間である。アーク初期期間１０３は、短絡開放後、次の溶滴移行のための溶融塊を形成するための期間である。

溶接電圧に基づいて短絡解放直前のくびれ現象を検知すると、時点１０７に示すように、溶接電流を急峻に低減する。なお、くびれの発生時に溶接電流を低減しても、溶融したワイヤは、ピンチ力によって母材に移行する。従って、溶接電流の急峻な低減は、短絡の解放にはほとんど影響しない。

以上のように、パルス溶接中に短絡が発生した場合、短絡を開放するため、パルス電流の電流波形の立ち上がり時の傾きよりも小なる傾きの溶接電流を通電する。そして、この溶接電流の通電により生じる短絡解放の際にくびれを検知し、溶接電流を急峻に低減させる。従って、短絡開放時のスパッタの発生に関連する溶接電流の影響を低減できる。この結果、短絡開放時のスパッタの発生量を低減できる（例えば、特許文献１参照）。

特開２００６−３３４６０１号公報

パルス溶接において、高速溶接を行う場合、溶接電圧を低く設定しなければならない。その理由は、アンダーカットやハンピングを抑制するため、溶接電圧を低く設定してパルス溶接でありながら短絡を発生させて溶接を行うためである。しかし、溶接電圧が低いと、短絡開始から短絡開放までの時間である短絡時間が長くなり、短絡開放時の溶接電流が高くなる。従って、短絡開放時のスパッタが増加する。そこで、従来のパルス溶接制御では、短絡開放直前のくびれ現象を検知すると溶接電流を急峻に低減し、これによりスパッタの発生を低減している。

しかしながら、上述した従来のパルス溶接制御では、溶接環境や外乱の影響等によりくびれ現象を誤検知すると、溶接状態が不安定になり、スパッタが増加する。そして、溶接作業者により溶接電圧が低く設定される程、くびれ現象を誤検知した場合、スパッタの発生量が増える傾向にある。

本発明は、１パルス／１短絡移行の制御における短絡の発生タイミングを、ベース電流期間とするものであるが、設定電流に応じたベース電流である通常のベース電流値よりも低くしたベース電流を出力するベース電流期間を設け、この低いベース電流値のベース電流期間で短絡が発生するように溶接電流を制御する。これにより、短絡発生時の短絡電流の増加の開始点を低い溶接電流とすることができ、短絡開放までの短絡時間が同様であっても、短絡解放時の電流値を下げることができる。

このように、本発明は、くびれ現象を検知して溶接電流を低減する制御を用いない場合であってもスパッタの発生量を低減するアーク溶接制御方法およびアーク溶接装置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、溶接ワイヤと母材との間に１つのピーク電流と２つのベース電流とを交互に繰り返し供給するアーク溶接制御方法であって、前記ベース電流は第１のベース電流と第２のベース電流からなり、１つのパルスの１つの前記ピーク電流を継続するように供給するピーク電流期間と、前記ピーク電流よりも低い前記第１のベース電流を供給する第１のベース電流期間と、前記ピーク電流よりも低く前記第１のベース電流よりも高い前記第２のベース電流を供給する第２のベース電流期間と、を有し、前記ピーク電流期間の後に前記第１のベース期間となり、前記第１のベース期間の後に前記第２のベース期間となり、前記第２のベース期間の直後に、前記第２のベース電流から前記ピーク電流に増加して前記ピーク電流期間となるように溶接電流を制御し、前記第２のベース電流よりも低い前記第１のベース電流を供給する前記第１のベース電流期間において前記溶接ワイヤと前記母材との短絡を検出すると、前記ピーク電流の電流波形の増加傾きである立ち上がりの傾きよりも小なる傾きの前記溶接電流を出力し、短絡開放時の前記溶接電流が前記第２のベース電流よりも高い場合には、短絡の開放後の前記溶接電流を前記第２のベース電流に制御し、短絡開放時の前記溶接電流が前記第２のベース電流よりも低い場合には、短絡の開放後の前記溶接電流として、短絡開放時の前記溶接電流を所定期間維持して、短絡開放直後の前記溶接電流は前記第２のベース電流以下に制御する。

また、本発明のアーク溶接制御方法は、上記に加えて、前記第１のベース電流期間で前記溶接ワイヤと前記母材との短絡が発生するように、前記ピーク電流と前記第２のベース電流を制御する。

また、本発明のアーク溶接制御方法は、上記に加えて、短絡開放直前のくびれ現象を検出すると、前記溶接電流を低減する。

また、本発明のアーク溶接装置は、溶接ワイヤと母材との間に１つピーク電流と２つのベース電流とを交互に繰り返し供給するアーク溶接装置であって、前記ベース電流は第１のベース電流と第２のベース電流からなり、溶接電流を制御するスイッチング部と、前記スイッチング部を制御する駆動部を備え、前記駆動部は、１つのパルスの１つの前記ピーク電流を継続するように供給し、その後、前記ピーク電流よりも低い前記第１のベース電流を供給し、その後、前記ピーク電流よりも低く前記第１のベース電流よりも高い前記第２のベース電流を供給するように、前記スイッチング部を制御し、溶接電圧を検出する溶接電圧検出部と、前記溶接電圧検出部の出力に基づいて前記溶接ワイヤと前記母材とが短絡状態であるかアーク状態であるのかを判定する判定部を備え、前記判定部が、前記第２のベース電流よりも低い前記第１のベース電流を供給する第１のベース電流期間において前記溶接ワイヤと前記母材との短絡を検出すると、前記駆動部は、前記ピーク電流の電流波形の増加傾きである立ち上がりの傾きよりも小なる傾きの前記溶接電流を出力するように前記スイッチング部を制御し、前記溶接電流を検出する溶接電流検出部を備え、前記判定部が短絡の開放を判定した時の前記溶接電流が前記第２のベース電流よりも高い場合には、前記駆動部は、短絡の開放後の前記溶接電流が前記第２のベース電流になるように前記スイッチング部を制御し、前記判定部が短絡の開放を判定した時の前記溶接電流が前記第２のベース電流よりも低い場合には、前記駆動部は、短絡の開放後の前記溶接電流として、短絡開放時の前記溶接電流を所定期間維持するように前記スイッチング部を制御して、短絡開放直後の前記溶接電流は前記第２のベース電流以下に制御する。

また、本発明のアーク溶接装置は、上記に加えて、前記駆動部は、前記第１のベース電流期間で前記溶接ワイヤと前記母材との短絡が発生するように、前記ピーク電流と前記第２のベース電流を制御する。

また、本発明のアーク溶接装置は、上記に加えて、前記判定部が短絡開放直前のくびれ現象を検出すると、前記駆動部は、前記溶接電流を低減するように前記スイッチング部を制御する。

以上のように、本発明によれば、短絡が生じるパルス溶接において、スパッタの発生を抑制することができる。

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本発明の実施の形態１における溶接電流と溶接電圧のパルス波形を示す図（ａ）本発明の実施の形態１における溶接電流と溶接電圧のパルス波形を示す図（ｂ）本発明の実施の形態１における溶接電流と溶接電圧のパルス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３を用いて説明する。

（実施の形態１）
本実施の形態について、図１から図３を用いて説明する。図１は、アーク溶接装置の概略構成を示す図である。図２は、基本的となる溶接電流と溶接電圧のパルス波形を示す図である。なお、図２は、第１のベース電流期間Ｔ４で短絡が発生していない場合のパルス波形を示す図である。図３は、溶接電流と溶接電圧のパルス波形を示す図である。なお、図３は、図２に示す短絡が発生していない基本的なパルス波形に対し、第１のベース電流期間Ｔ４で短絡が発生した場合のパルス波形を示す図である。図３（ａ）は、短絡電流が第２のベース電流ＩＢ２に達する前に短絡が開放した場合の波形を示す図である。図３（ｂ）は、短絡電流が第２のベース電流ＩＢ２を超えてから短絡が開放した場合の波形を示す図である。

図１において、アーク溶接装置は、溶接電源装置１９や、ロボット２２や、ロボット２２の動作を制御するロボット制御装置２０や、ワイヤ送給部２５等を備えている。

溶接電源装置１９は、電源装置１から入力した電力を整流する１次側整流部２と、１次側整流部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次側整流部５と、２次側整流部５に直列に接続されたリアクタ６（ＤＣＬともいう）と、スイッチング部３を駆動する駆動部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判定部１０と、アーク期間中に駆動部７を制御するアーク制御部１１と、短絡期間中に駆動部７を制御する短絡制御部１５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１８と、短絡期間用およびアーク期間用の波形パラメータを設定するパルス波形パラメータ設定部１７と、出力端子３０ａおよび出力端子３０ｂを備えている。

アーク制御部１１は、アーク期間中にパルス出力を行うピーク電流制御部１２と、第１のベース電流制御部１３と、第２のベース電流制御部１４を備えている。短絡制御部１５は、短絡電流制御部１６を備えている。

パルス波形パラメータ設定部１７は、ワイヤ送給速度と波形パラメータとを対応付けたテーブルあるいは数式を有しており、ワイヤ送給速度制御部１８が出力したワイヤ送給速度に基づいて波形パラメータを決定して出力する。なお、波形パラメータは、後述するような、ピーク電流へのパルス立上り期間や、ピーク電流からのパルス立下り期間や、ピーク電流値や、第１のベース電流値や、第２のベース電流値や、第１のベース電流値から第２のベース電流に増加する移行期間や、短絡電流の増加傾き等である。なお、各パラメータは、例えば実験等により予め決定しておく。

溶接電源装置１９において、アーク制御部１１は、短絡アーク判定部１０からアーク状態であることを示す信号を受けると、パルス波形パラメータ設定部１７の出力に基づいて、溶接電流を制御する。具体的には、アーク制御部１１内にあるピーク電流制御部１２と第１のベース電流制御部１３と第２のベース電流制御部１４が、溶接電流を制御する。ピーク電流制御部１２は、パルス立上り期間Ｔ１の時間をかけて第２のベース電流ＩＢ２からピーク電流ＩＰまで溶接電流を増加し、さらに、ピーク電流期間Ｔ２の時間をかけてピーク電流ＩＰが継続するように溶接電流を制御する。その後、第１のベース電流制御部１３は、パルス立下り期間Ｔ３の時間をかけてピーク電流ＩＰから第１のベース電流ＩＢ１まで溶接電流を減少し、さらに、第１のベース電流期間Ｔ４の時間をかけて第１のベース電流ＩＢ１が継続するように溶接電流を制御する。その後、第２のベース電流制御部１４は、第１／第２ベース電流移行期間Ｔ５の時間をかけて第１のベース電流ＩＢ１から第２のベース電流ＩＢ２まで溶接電流を増加し、さらに、第２のベース電流期間Ｔ６の時間をかけて第２のベース電流ＩＢ２が継続するように溶接電流を制御する。その後は、再度、ピーク電流制御部１２による溶接電流の制御が行われる。このように、パルス立上り期間Ｔ１の開始から第２のベース電流期間Ｔ６の終了までをパルス１周期とし、パルス波形が繰り返される。

ここで、パルス立下り期間Ｔ３の時間をかけてピーク電流ＩＰから第１のベース電流ＩＢ１まで溶接電流を低減し、第１のベース電流期間Ｔ４の時間をかけて第１のベース電流ＩＢ１を継続している際に短絡が発生した場合について説明する。短絡が発生すると、短絡電流制御部１６は、短絡期間ＴＳの間、パルス電流波形の立上りの傾きよりも小なる傾きの溶接電流である短絡電流ＩＳ１を出力する。なお、短絡開放電流が第２のベース電流ＩＢ２未満の場合は、第１／第２ベース電流移行期間Ｔ５の時間をかけて、第１のベース電流ＩＢ１から第２のベース電流ＩＢ２に増加する傾きに沿うところまで短絡開放時の溶接電流を維持する。一方、短絡開放電流が第２のベース電流ＩＢ２以上の場合は、直ちに第２のベース電流ＩＢ２になるように溶接電流を制御する。

ロボット２２の動作を制御するロボット制御装置２０は、溶接条件を記憶するための溶接条件設定部２１を備えている。この溶接条件は、例えば図示しないティーチングペンダト等により設定された設定溶接電流等である。ロボット制御装置２０は、溶接電源装置１９と通信可能に接続されており、溶接条件設定部２１に記憶されている情報の溶接電源装置１９への送信等を行う。なお、ロボット２２には、アーク溶接用のトーチ２９が取り付けられている。

溶接電源装置１９に設けられたワイヤ送給速度制御部１８は、ロボット制御装置２０内に設けられた溶接条件設定部２１に記憶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ＷＦを決定し、このワイヤ送給速度ＷＦを出力する。パルス波形パラメータ設定部１７は、ワイヤ送給速度制御部１８の信号を受けて、アーク制御部１１内にあるピーク電流制御部１２と第１のベース電流制御部１３と第２のベース電流制御部１４に、受信したワイヤ送給速度ＷＦに応じたピーク電流ＩＰと第１のベース電流ＩＢ１と第２のベース電流ＩＢ２を出力する。また、送給ローラを備えたワイヤ送給部２５は、ワイヤ送給速度制御部１８からの信号に基づいて、溶接ワイヤ２４の送給を行う。

溶接電源装置１９と接続されたロボット制御装置２０の内部にある溶接条件設定部２１は、溶接電流や溶接電圧等の設定や記憶等を行うものである。

なお、溶接電源装置１９に設けられた２つの出力端子３０ａと出力端子３０ｂのうち、一方の出力端子３０ａは、トーチ２９内にある溶接ワイヤ２４を保持するチップ２６に電気的に接続されており、チップ２６を介して溶接ワイヤ２４に電力が供給される。また、他方の出力端子３０ｂは、被溶接物２８に電気的に接続されており、被溶接物２８に電力が供給される。そして、溶接ワイヤ２４の先端部と被溶接物２８との間でアーク２７が発生する。ワイヤ送給部２５は、溶接ワイヤ２４を保存する溶接ワイヤ保存部２３からチップ２６に向けて、溶接ワイヤ２４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、図２と図３を用いて説明する。図２は、ベース電流期間で短絡が発生していない場合の溶接電流と溶接電圧の基本となるパルス波形を示す図である。図３は、図２に示す短絡が発生していない基本的なパルス波形に対し、ベース電流期間で短絡が発生した場合のパルス波形を示す図である。図３（ａ）は、短絡開放時の溶接電流が第２のベース電流ＩＢ２未満の場合のパルス波形である。図３（ｂ）は、短絡開放時の溶接電流が第２のベース電流ＩＢ２以上の場合のパルス波形である。

なお、本実施の形態のアーク溶接装置は、溶接速度を高める場合に溶接作業者が設定電圧を下げる方向に調整した場合であっても、溶接環境や外乱等によりくびれ現象を誤検知してしまうくびれ現象を検知する制御を用いることなく、スパッタの発生を抑制する。具体的には、設定電流に応じた通常のベース電流である第２のベース電流ＩＢ２よりも低い第１のベース電流ＩＢ２を出力する第１のベース電流期間Ｔ４において、溶接ワイヤ２４と被溶接物２８とを短絡させる。また、この第１のベース電流期間Ｔ４において短絡を開放させる。これにより、短絡開放時の溶接電流を低く抑えることができ、スパッタの発生を抑制することができる。

先ず、図２を用いて、アーク制御部１１と短絡制御部１５による１パルス／１短絡移行の制御について説明する。なお、１パルス／１短絡移行とは、１周期のパルス状の溶接電流の印加により、１周期の間に短絡が１回生じることを意味している。

図２において、時点Ｐ１は、アーク制御部１１によりパルス電流波形における第２のベース電流ＩＢ２からピーク電流ＩＰへの溶接電流の増加の開始であるパルス立上りを開始した時点である。時点Ｐ２は、溶接電流がピーク電流ＩＰに達した時点であり、ピーク電流ＩＰの継続を開始する時点でもある。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Ｔ１とする。時点Ｐ３は、ピーク電流ＩＰの継続が終了した時点であり、ピーク電流ＩＰから第１のベース電流ＩＢ１への溶接電流の減少の開始であるパルス立下りを開始した時点でもある。時点Ｐ２から時点Ｐ３までの期間は、パルス電流波形のピーク電流期間Ｔ２であり、溶接ワイヤ２４の先端部分に溶滴を形成する期間である。時点Ｐ４は、パルス立下りが終了した時点であり、第１ベース電流ＩＢ１の継続を開始する時点でもある。時点Ｐ３から時点Ｐ４は、パルス立下り期間Ｔ３であり、ピーク電流期間Ｔ２で形成された溶接ワイヤ２４の先端部分に形成された溶滴をドロップさせる直前の期間である。

時点Ｐ５は、第１ベース電流ＩＢ１の継続が終了した時点である。時点Ｐ４から時点Ｐ５までの期間は、通常のベース電流である第２ベース電流ＩＢ２よりも低い第１のベース電流ＩＢ１に溶接電流を制御する第１ベース電流期間Ｔ４である。第１ベース電流期間Ｔ４は、溶滴を短絡させるための短絡を誘発させる期間である。時点Ｐ６は、第１のベース電流ＩＢ１から第２のベース電流ＩＢ２へ切り替わる時点である。時点Ｐ５から時点Ｐ６までの期間は、第１のベース電流ＩＢ１から第２のベース電流ＩＢ２へと移行する第１／第２ベース電流移行期間Ｔ５である。時点Ｐ７は、第２のベース電流ＩＢ２の継続を終了する時点であり、次のパルス立上りの開始の時点でもある。時点Ｐ６から時点Ｐ７までの期間は、第２のベース電流期間Ｔ６である。時点Ｐ１からＰ７までをパルス１周期とし、これを繰り返し出力すること基本としている。

なお、時点Ｐ４から時点Ｐ５までの第１ベース電流期間Ｔ４は、短絡を誘発させる期間である。しかし、短絡の発生は、短絡状態および短絡開放状態となる溶接現象に応じて変化するものである。

図２は、短絡が発生し易いようにしたパルス波形を示したものである。しかし、図２は、短絡が発生していない基本的なパルス波形の状態を示したものである。図２に示すパルス波形を基本とし、短絡が発生した場合の波形について、図３を用いて説明する。

なお、図３に関し、時点Ｐ１から時点Ｐ４までは、図２と同様の内容である。図３（ａ）において、時点Ｐ４から時点Ｐ５までは、通常のベース電流である第２のベース電流ＩＢ２よりも低い第１のベース電流ＩＢ１を出力する第１のベース電流期間Ｔ４であり、溶滴がディップ移行して短絡した場合の波形である。時点Ｐ１１は、短絡が発生した時点である。時点Ｐ１２は、短絡が開放した時点である。時点Ｐ１１から時点Ｐ１２までの期間は、短絡期間ＴＳである。短絡期間ＴＳでは、パルス電流波形の立上りの傾きよりも小なる傾きの溶接電流である短絡電流ＩＳ１を出力して溶接電流を増加する。なお、図３（ａ）は、第２のベース電流ＩＢ２に到達する前に短絡が開放した場合の波形である。そして、短絡が開放した時点Ｐ１２から時点Ｐ１３までは、再短絡を防ぐため、短絡開放時の溶接電流を維持するように制御する。なお、時点Ｐ１３は、図２に示す第１／第２ベース電流移行期間Ｔ５における第１のベース電流ＩＢ１から第２のベース電流ＩＢ２に移行する電流傾きと、図３に示す短絡開放時の大きさを維持している溶接電流とが交わる時点である。なお、図２に示す第１／第２ベース電流移行期間Ｔ５における第１のベース電流ＩＢ１から第２のベース電流ＩＢ２に移行する電流傾きを、図３（ａ）において、点線で示している。

図３（ｂ）において、時点Ｐ４から時点Ｐ５までは、通常のベース電流である第２のベース電流ＩＢ２よりも低い第１のベース電流ＩＢ１を出力する第１のベース電流期間Ｔ４であり、溶滴がディップ移行して短絡した場合の波形である。時点Ｐ１１は、短絡が発生した時点である。時点Ｐ１４は、短絡が開放した時点である。時点Ｐ１１からＰ１４までの期間は、短絡期間ＴＳである。短絡期間ＴＳでは、パルス電流波形の立上りの傾きよりも小なる傾きの溶接電流である短絡電流ＩＳ１を出力して溶接電流を増加する。なお、図３（ｂ）は、第２のベース電流ＩＢ２よりも高い溶接電流で短絡が開放した場合の波形である。なお、再短絡してもスパッタが増えないように、短絡が開放した時点Ｐ１４において、溶接電流を速やかに第２のベース電流ＩＢ２へと制御する。そして、時点Ｐ１４から時点Ｐ７までは、第２のベース電流ＩＢ２を維持する。

なお、ピーク電流ＩＰや第１のベース電流ＩＢ１や第２のベース電流期間Ｔ６などのパラメータは、パルス波形パラメータ設定部１７に予め設定された値を用いる。この設定値は、実際に溶接を行い、溶接ワイヤ２４に適したパラメータを抽出したものをパルス波形パラメータ設定部１７に記憶している。

以上のように、本実施の形態のパルス波形制御では、１パルス／１短絡移行による溶滴移行のタイミングは、第１のベース電流期間Ｔ４における短絡発生時である時点Ｐ１１である。溶接ワイヤ２４の先端の溶滴が形成される期間は、図３（ａ）では時点Ｐ１２から時点Ｐ１１までの期間であり、図３（ｂ）では時点Ｐ１４から時点Ｐ１１までの期間である。

次に、第１のベース電流ＩＢ１の効果について説明する。

通常のパルス波形制御では、パルス波形のピーク電流期間で溶接ワイヤ２４の先端に溶滴を形成する。そして、ピーク電流からベース電流へ移行する立下り期間やベース電流期間において、溶滴をドロップさせる、あるいは、溶滴を溶融池と接触させて短絡移行させる。そして、このような１パルス／１溶滴移行を実現できるように、ピーク電流やベース電流を決定している。

本実施の形態では、通常使用されるベース電流（ここでは第２のベース電流ＩＢ２）よりも低い第１のベース電流ＩＢ１を設定しており、これにより、短絡開放時の溶接電流を低くすることを狙っている。なお、通常使用されるベース電流（ここでは第２のベース電流ＩＢ２）の目安値としては、１００Ａ以上とすることが有効である。その理由は、１００Ａ以下では、第２のベース電流ＩＢ２よりも低い第１のベース電流ＩＢ１を設ける効果が少ないためである。

第１のベース電流ＩＢ１の目安値としては、溶接ワイヤ２４の成分にもよるが、通常使用されるベース電流（ここでは第２のベース電流ＩＢ２）よりも２０Ａ〜１００Ａ低い値とする。これにより、第１のベース電流ＩＢ１を通電する第１のベース電流期間Ｔ４における短絡の発生を促進する。合わせて、短絡発生時の溶接電流を低くすることから、短絡開放時の溶接電流も低くすることができる。その理由は次の通りである。例えば、通常使用されるベース電流が１２０Ａであり、この１２０Ａの時に短絡が発生し、１８０Ａの時に短絡が開放した場合、短絡の発生から開放までの溶接電流の上昇は６０Ａである。そして、本実施の形態のように第１のベース電流ＩＢ１を設け、第１のベース電流ＩＢ１を８０Ａとし、この８０Ａの時に短絡が発生した場合、短絡が開放するのは溶接電流が６０Ａ上昇したときなので１４０Ａとなる。ここで、短絡開放時の溶接電流を比較すると、通常の場合が１８０Ａであり、本実施の形態の場合は１４０Ａであり、本実施の形態の方が４０Ａ低い。従って、本実施の形態の方が、短絡開放時のスパッタの発生を抑制することができる。

ちなみに、通常使用されるベース電流（ここでは第２のベース電流ＩＢ２）よりも低い第１のベース電流ＩＢ１を設定しなくても、パルス電流波形の立上りの傾きよりも小なる傾きの溶接電流である短絡電流ＩＳ１を緩やかすることで、短絡開放時の溶接電流を低く抑える方法も考えられる。しかし、短絡時間が長くなり、短絡開放が難しい状態に陥った最悪の場合には、短絡を開放できない状態になることが十分考えられる。従って、本実施の形態の方法が望ましい。

なお、本実施の形態では、くびれ現象を検知しないことを前提で説明してきた。しかし、くびれ現象の検知を行う場合に適用しても有効である。その理由は、くびれ現象を誤検知した場合でも、短絡開放時の溶接電流を低くすることで、スパッタの発生を抑制することができるからである。そして、くびれの検知は、短絡アーク判定部１０で行うようにすれば良い。

以上のように、本発明によれば、パルス溶接による高速溶接において、溶接速度を高める場合に溶接作業者が設定電圧を下げる方向に調整されたとしても、溶接環境や外乱によりくびれ現象の誤検知をしてしまうくびれ現象を検知する制御を用いなくてもスパッタを少なくすることができ、短絡が生じるパルス溶接を行うアーク溶接制御方法およびアーク溶接装置として産業上有用である。

１電源装置
２１次側整流部
３スイッチング部
４トランス
５２次側整流部
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短絡アーク判定部
１１アーク制御部
１２ピーク電流制御部
１３第１のベース電流制御部
１４第２のベース電流制御部
１５短絡制御部
１６短絡電流制御部
１７パルス波形パラメータ設定部
１８ワイヤ送給速度制御部
１９溶接電源装置
２０ロボット制御装置
２１溶接条件設定部
２２ロボット
２３溶接ワイヤ保存部
２４溶接ワイヤ
２５ワイヤ送給部
２６チップ
２７アーク
２８被溶接物
２９トーチ
３０ａ、３０ｂ出力端子

Claims

溶接ワイヤと母材との間に１つのピーク電流と２つのベース電流とを交互に繰り返し供給するアーク溶接制御方法であって、
前記ベース電流は第１のベース電流と第２のベース電流からなり、
１つのパルスの１つの前記ピーク電流を継続するように供給するピーク電流期間と、
前記ピーク電流よりも低い前記第１のベース電流を供給する第１のベース電流期間と、
前記ピーク電流よりも低く前記第１のベース電流よりも高い前記第２のベース電流を供給する第２のベース電流期間と、を有し、
前記ピーク電流期間の後に前記第１のベース期間となり、前記第１のベース期間の後に前記第２のベース期間となり、前記第２のベース期間の直後に、前記第２のベース電流から前記ピーク電流に増加して前記ピーク電流期間となるように溶接電流を制御し、
前記第２のベース電流よりも低い前記第１のベース電流を供給する前記第１のベース電流期間において前記溶接ワイヤと前記母材との短絡を検出すると、前記ピーク電流の電流波形の増加傾きである立ち上がりの傾きよりも小なる傾きの前記溶接電流を出力し、
短絡開放時の前記溶接電流が前記第２のベース電流よりも高い場合には、短絡の開放後の前記溶接電流を前記第２のベース電流に制御し、
短絡開放時の前記溶接電流が前記第２のベース電流よりも低い場合には、短絡の開放後の前記溶接電流として、短絡開放時の前記溶接電流を所定期間維持して、短絡開放直後の前記溶接電流は前記第２のベース電流以下に制御するアーク溶接制御方法。
前記第１のベース電流期間で前記溶接ワイヤと前記母材との短絡が発生するように、前記ピーク電流と前記第２のベース電流を制御する請求項１記載のアーク溶接制御方法。
短絡開放直前のくびれ現象を検出すると、前記溶接電流を低減する請求項１記載のアーク溶接制御方法。
溶接ワイヤと母材との間に１つピーク電流と２つのベース電流とを交互に繰り返し供給するアーク溶接装置であって、
前記ベース電流は第１のベース電流と第２のベース電流からなり、
溶接電流を制御するスイッチング部と、
前記スイッチング部を制御する駆動部を備え、
前記駆動部は、１つのパルスの１つの前記ピーク電流を継続するように供給し、その後、前記ピーク電流よりも低い前記第１のベース電流を供給し、その後、前記ピーク電流よりも低く前記第１のベース電流よりも高い前記第２のベース電流を供給するように、前記スイッチング部を制御し、
溶接電圧を検出する溶接電圧検出部と、前記溶接電圧検出部の出力に基づいて前記溶接ワイヤと前記母材とが短絡状態であるかアーク状態であるのかを判定する判定部を備え、
前記判定部が、前記第２のベース電流よりも低い前記第１のベース電流を供給する第１のベース電流期間において前記溶接ワイヤと前記母材との短絡を検出すると、前記駆動部は、前記ピーク電流の電流波形の増加傾きである立ち上がりの傾きよりも小なる傾きの前記溶接電流を出力するように前記スイッチング部を制御し、
前記溶接電流を検出する溶接電流検出部を備え、
前記判定部が短絡の開放を判定した時の前記溶接電流が前記第２のベース電流よりも高い場合には、前記駆動部は、短絡の開放後の前記溶接電流が前記第２のベース電流になるように前記スイッチング部を制御し、
前記判定部が短絡の開放を判定した時の前記溶接電流が前記第２のベース電流よりも低い場合には、前記駆動部は、短絡の開放後の前記溶接電流として、短絡開放時の前記溶接電流を所定期間維持するように前記スイッチング部を制御して、短絡開放直後の前記溶接電流は前記第２のベース電流以下に制御するアーク溶接装置。
前記駆動部は、前記第１のベース電流期間で前記溶接ワイヤと前記母材との短絡が発生するように、前記ピーク電流と前記第２のベース電流を制御する請求項４記載のアーク溶接装置。
前記判定部が短絡開放直前のくびれ現象を検出すると、前記駆動部は、前記溶接電流を低減するように前記スイッチング部を制御する請求項４記載のアーク溶接装置。