JP6532140B2 - アーク溶接制御方法 - Google Patents

Description

本発明は、溶接ワイヤの送給速度を正送期間と逆送期間とに交互に切り換える正逆送給制御を行って、短絡期間とアーク期間とを発生させて溶接するアーク溶接制御方法に関するものである。

一般的な消耗電極式アーク溶接では、消耗電極である溶接ワイヤを一定速度で送給し、溶接ワイヤと母材との間にアークを発生させて溶接が行なわれる。消耗電極式アーク溶接では、溶接ワイヤと母材とが短絡期間とアーク期間とを交互に繰り返す溶接状態になることが多い。

溶接品質をさらに向上させるために、溶接ワイヤの正送と逆送とを周期的に繰り返して溶接する方法が提案されている（例えば、特許文献１、２参照）。

特許文献１の発明では、溶接電流設定値に応じた送給速度の平均値とし、溶接ワイヤの正送と逆送との周波数及び振幅を溶接電流設定値に応じた値とする。

特許文献２の発明は、溶接開始を指示して溶接電流が通電を開始した時点から所定の周波数と振幅で正送と逆送を周期的に繰り返すワイヤ送給速度で溶接ワイヤの送給を行い、その後にワイヤ送給速度を一定速度に切り替えて溶接を行うアーク溶接制御方法である。

日本国特許第５２０１２６６号公報 日本国特許第４８０７４７９号公報

上述したように、定常溶接期間中においては、送給速度を所定の正送期間と所定の逆送期間とで交互に切り換えて溶接することによって、安定した溶接を行うことができる。しかし、溶接開始時から定常溶接期間に収束するまでの過渡溶接期間中においては、定常溶接期間と同一の正逆送給制御を行うと、溶接状態が不安定になるという問題がある。

そこで、本発明では、送給速度の正送期間と逆送期間とを交互に切り換える溶接において、溶接開始時から定常溶接期間に収束するまでの過渡溶接期間中の溶接状態を安定化することができるアーク溶接制御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、本発明のアーク溶接制御方法は、
溶接ワイヤの送給速度を正送期間と逆送期間とに交互に切り換える正逆送給制御を行って、短絡期間とアーク期間とを発生させて溶接するアーク溶接制御方法において、
溶接開始時は溶接ワイヤを正送し、溶接ワイヤが母材と接触して溶接電流が通電を開始した時点から定常溶接期間に収束するまでの過渡溶接期間中は前記正送を継続し、前記過渡溶接期間は前記短絡期間で終了し、前記過渡溶接期間の終了後に前記逆送期間から前記正逆送給制御を開始する、
ことを特徴とする。

本発明のアーク溶接制御方法は、前記過渡溶接期間を、前記溶接電流が通電を開始した時点から所定期間が経過した後の最初の前記短絡期間中の時点までの期間とする、
ことを特徴とする。

本発明のアーク溶接制御方法は、前記過渡溶接期間を、前記溶接電流が通電を開始した時点から所定回数の前記短絡期間が終了した後の最初の前記短絡期間中の時点までの期間とする、
ことを特徴とする。

本発明のアーク溶接制御方法は、前記過渡溶接期間を、前記溶接電流が通電を開始した時点から溶接トーチが移動を開始した後の最初の前記短絡期間中の時点までの期間とする、
ことを特徴とする。

本発明によれば、過渡溶接期間中は溶接ワイヤを正送することによって安定した状態で溶融池を形成することができる。溶融池が形成されると、短絡期間中に逆送期間から正逆送給制御を開始するので、円滑に定常溶接期間へと移行することができる。

本発明の実施の形態１に係るアーク溶接制御方法を実施するための溶接電源のブロック図である。 本発明の実施の形態１に係るアーク溶接制御方法を示す、図１の溶接電源における溶接開始時の各信号のタイミングチャートである。

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。

［実施の形態１］
図１は、本発明の実施の形態１に係るアーク溶接制御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。

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、後述する駆動信号Ｄｖに従ってインバータ制御等による出力制御を行い、出力電圧Ｅ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次整流器、整流された直流を平滑する平滑コンデンサ、平滑された直流を高周波交流に変換する上記の駆動信号Ｄｖによって駆動されるインバータ回路、高周波交流を溶接に適した電圧値に降圧する高周波変圧器、降圧された高周波交流を直流に整流する２次整流器を備えている。

リアクトルＷＬは、上記の出力電圧Ｅを平滑する。このリアクトルＷＬのインダクタンス値は、例えば２００μＨである。

送給モータＷＭは、後述する送給制御信号Ｆｃを入力として、正送と逆送とを周期的に繰り返して溶接ワイヤ１を送給速度Ｆｗで送給する。送給モータＷＭには、過渡応答性の速いモータが使用される。溶接ワイヤ１の送給速度Ｆｗの変化率及び送給方向の反転を速くするために、送給モータＷＭは溶接トーチ４の先端の近くに設置される場合がある。また、送給モータＷＭを２個使用して、プッシュプル方式の送給系とする場合もある。

溶接ワイヤ１は、上記の送給モータ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。溶接トーチ４内の給電チップ（図示は省略）と母材２との間には溶接電圧Ｖｗが印加し、溶接電流Ｉｗが通電する。

溶接トーチ移動装置ＭＤは、溶接トーチ４を搭載して移動させ、移動中はＨｉｇｈレベルとなり、停止中はＬｏｗレベルとなる溶接トーチ移動信号Ｍｄを出力する。この溶接トーチ移動装置ＭＤは、ロボット装置、自動台車等である。

出力電圧設定回路ＥＲは、予め定めた出力電圧設定信号Ｅｒを出力する。出力電圧検出回路ＥＤは、上記の出力電圧Ｅを検出し平滑して、出力電圧検出信号Ｅｄを出力する。

電圧誤差増幅回路ＥＶは、上記の出力電圧設定信号Ｅｒ及び上記の出力電圧検出信号Ｅｄを入力として、出力電圧設定信号Ｅｒ（＋）と出力電圧検出信号Ｅｄ（−）との誤差を増幅して、電圧誤差増幅信号Ｅｖを出力する。この回路によって、溶接電源は定電圧制御される。

ホットスタート電流設定回路ＩＨＲは、予め定めたホットスタート電流設定信号Ｉｈｒを出力する。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、上記のホットスタート電流設定信号Ｉｈｒ及び上記の電流検出信号Ｉｄを入力として、ホットスタート電流設定信号Ｉｈｒ（＋）と電流検出信号Ｉｄ（−）との誤差を増幅して、電流誤差増幅信号Ｅｉを出力する。この回路によって、ホットスタート電流が通電する期間（ホットスタート期間）中は溶接電源は定電流制御される。

電流通電判別回路ＣＤは、上記の電流検出信号Ｉｄを入力として、この値がしきい値（１０Ａ程度）以上のときは溶接電流Ｉｗが通電していると判別してＨｉｇｈレベルとなる電流通電判別信号Ｃｄを出力する。

電源特性切換回路ＳＷは、上記の電流誤差増幅信号Ｅｉ、上記の電圧誤差増幅信号Ｅｖ及び上記の電流通電判別信号Ｃｄを入力として、電流通電判別信号ＣｄがＨｉｇｈレベル（通電）に変化した時点から予め定めたホットスタート期間中は電流誤差増幅信号Ｅｉを誤差増幅信号Ｅａとして出力し、それ以外の期間中は電圧誤差増幅信号Ｅｖを誤差増幅信号Ｅａとして出力する。

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を入力として、この値が短絡判別値（１０Ｖ程度）未満のときは短絡期間であると判別してＨｉｇｈレベルとなり、以上のときはアーク期間であると判別してＬｏｗレベルとなる短絡判別信号Ｓｄを出力する。

溶接開始回路ＳＴは、溶接電源を起動するときにＨｉｇｈレベルとなる溶接開始信号Ｓｔを出力する。この溶接開始回路ＳＴは、溶接トーチ４の起動スイッチ、溶接工程を制御するＰＬＣ、ロボット制御装置等が相当する。

駆動回路ＤＶは、上記の誤差増幅信号Ｅａ及び上記の溶接開始信号Ｓｔを入力として、溶接開始信号ＳｔがＨｉｇｈレベル（溶接開始）のときは誤差増幅信号Ｅａに基づいてＰＷＭ変調制御を行い、上記の電源主回路ＰＭ内のインバータ回路を駆動するための駆動信号Ｄｖを出力する。

過渡溶接期間タイマ回路ＳＴＫは、上記の電流通電判別信号Ｃｄ、上記の短絡判別信号Ｓｄ及び上記の溶接トーチ移動信号Ｍｄを入力として、以下の１）〜３）の中から１つを選択して処理を行い、過渡溶接期間タイマ信号Ｓｔｋを出力する。
１）電流通電判別信号ＣｄがＨｉｇｈレベル（通電）に変化した時点でＨｉｇｈレベルにセットされ、それから所定期間が経過した時点でＬｏｗレベルにリセットされる過渡溶接期間タイマ信号Ｓｔｋを出力する。
２）電流通電判別信号ＣｄがＨｉｇｈレベル（通電）に変化した時点でＨｉｇｈレベルにセットされ、それから短絡判別信号Ｓｄが所定回数のＨｉｇｈレベル（短絡）の期間が終了した時点でＬｏｗレベルにリセットされる過渡溶接期間タイマ信号Ｓｔｋを出力する。３）電流通電判別信号ＣｄがＨｉｇｈレベル（通電）に変化した時点でＨｉｇｈレベルにセットされ、それから溶接トーチ移動信号ＭｄがＨｉｇｈレベル（移動）に変化した時点でＬｏｗレベルにリセットされる過渡溶接期間タイマ信号Ｓｔｋを出力する。

平均送給速度設定回路ＦＡＲは、予め定めた平均送給速度設定信号Ｆａｒを出力する。周期設定回路ＴＦＲは、予め定めた周期設定信号Ｔｆｒを出力する。振幅設定回路ＷＦＲは、予め定めた振幅設定信号Ｗｆｒを出力する。

定常溶接期間送給速度設定回路ＦＣＲは、上記の平均送給速度設定信号Ｆａｒ、上記の周期設定信号Ｔｆｒ及び上記の振幅設定信号Ｗｆｒを入力として、振幅設定信号Ｗｆｒによって定まる振幅Ｗｆ及び周期設定信号Ｔｆｒによって定まる周期Ｔｆで正負対称形状に変化する予め定めた台形波を、平均送給速度設定信号Ｆａｒの値だけ正送側にシフトした波形となる定常溶接期間送給速度設定信号Ｆｃｒを出力する。この定常溶接期間送給速度設定信号Ｆｃｒの詳細については、図２で後述する。

送給速度設定回路ＦＲは、上記の平均送給速度設定信号Ｆａｒ、上記の定常溶接期間送給速度設定信号Ｆｃｒ、上記の溶接開始信号Ｓｔ、上記の電流通電判別信号Ｃｄ、上記の過渡溶接期間タイマ信号Ｓｔｋ及び上記の短絡判別信号Ｓｄを入力として、以下の処理を行い、送給速度設定信号Ｆｒを出力する。
１）溶接開始信号ＳｔがＨｉｇｈレベル（溶接開始）になると、０から予め定めたスローダウン速度に切り換えられた送給速度設定信号Ｆｒを出力する。Ｆｒ＝０のときは溶接ワイヤ１の送給は停止している。
２）電流通電判別信号ＣｄがＨｉｇｈレベル（通電）になると、上記のスローダウン速度から予め定めた加速期間中は加速し、平均送給速度設定信号Ｆａｒに達するとその値を維持する送給速度設定信号Ｆｒを出力する。
３）過渡溶接期間タイマ信号ＳｔｋがＬｏｗレベルに変化し、その後に短絡判別信号ＳｄがＨｉｇｈレベル（短絡）になると、逆送期間から始まる定常溶接期間送給速度設定信号Ｆｃｒを送給速度設定信号Ｆｒとして出力する。ここで、上記の加速期間は、過渡溶接期間タイマ信号ＳｔｋがＨｉｇｈレベルである期間以下の期間である。また、電流通電判別信号ＣｄがＨｉｇｈレベルに変化した時点から過渡溶接期間タイマ信号ＳｔｋがＬｏｗレベルに変化し、その後に短絡判別信号ＳｄがＨｉｇｈレベルに変化した時点までの期間が、過渡溶接期間Ｔｋとなる。

送給制御回路ＦＣは、上記の送給速度設定信号Ｆｒを入力として、送給速度設定信号Ｆｒの値に相当する送給速度Ｆｗで溶接ワイヤ１を送給するための送給制御信号Ｆｃを上記の送給モータＷＭに出力する。

図２は、本発明の実施の形態１に係るアーク溶接制御方法を示す、図１の溶接電源における溶接開始時の各信号のタイミングチャートである。同図（Ａ）は溶接開始信号Ｓｔの時間変化を示し、同図（Ｂ）は送給速度Ｆｗの時間変化を示し、同図（Ｃ）は溶接電流Ｉｗの時間変化を示し、同図（Ｄ）は溶接電圧Ｖｗの時間変化を示し、同図（Ｅ）は電流通電判別信号Ｃｄの時間変化を示し、同図（Ｆ）は短絡判別信号Ｓｄの時間変化を示し、同図（Ｇ）は過渡溶接期間タイマ信号Ｓｔｋの時間変化を示す。以下、同図を参照して溶接開始時における各信号の動作について説明する。

同図（Ｂ）に示すように、送給速度Ｆｗは、０よりも上側が正送期間となり、下側が逆送期間となる。正送とは溶接ワイヤ１を母材２に近づける方向に送給することであり、逆送とは母材２から離反する方向に送給することである。定常溶接期間中の送給速度Ｆｗは、台形波状に変化しており、正送側にシフトした波形となっている。このために、送給速度Ｆｗの平均値は正の値となり、溶接ワイヤ１は平均的には正送されている。

同図（Ｂ）に示す送給速度Ｆｗは、図１の送給速度設定回路ＦＲから出力される送給速度設定信号Ｆｒの値に制御される。定常溶接期間中の送給速度設定信号Ｆｒは、振幅設定信号Ｗｆｒによって定まる振幅Ｗｆ及び周期設定信号Ｔｆｒによって定まる周期Ｔｆで正負対称形状に変化する予め定めた台形波を、平均送給速度設定信号Ｆａｒの値だけ正送側にシフトした波形となる。このために、同図（Ｂ）に示すように、定常溶接期間中の送給速度Ｆｗは、平均送給速度設定信号Ｆａｒによって定まる破線で示す平均送給速度Ｆａを基準線として、上下に対称となる振幅Ｗｆ及び周期Ｔｆで予め定めた台形波状の送給速度パターンとなる。すなわち、基準線から上側の振幅と下側の振幅とは同一値であり、基準線より上側の期間と下側の期間とは同一値となっている。

ここで、０を基準線として定常溶接期間中の送給速度Ｆｗの台形波を見ると、同図（Ｂ）に示すように、時刻ｔ８〜ｔ１２の定常溶接期間逆送期間は、それぞれ所定の定常溶接期間逆送加速期間、定常溶接期間逆送ピーク期間、定常溶接期間逆送ピーク値及び定常溶接期間逆送減速期間から形成され、時刻ｔ１２〜ｔ１６の定常溶接期間正送期間は、それぞれ所定の定常溶接期間正送加速期間、定常溶接期間正送ピーク期間、定常溶接期間正送ピーク値及び定常溶接期間正送減速期間から形成される。

時刻ｔ１において、溶接開始信号ＳｔがＨｉｇｈレベル（溶接開始）に変化すると、同図（Ｂ）に示すように、送給速度Ｆｗは０から予め定めた正の値のスローダウン速度に変化し、溶接ワイヤ１は正送される。このスローダウン速度は、１ｍ／ｍｉｎ程度の小さな値に設定される。同時に、時刻ｔ１において、溶接電源が起動されるので、同図（Ｄ）に示すように、溶接電圧Ｖｗは最大出力電圧値の無負荷電圧値になる。

時刻ｔ２において、上記の正送によって溶接ワイヤ１が母材２と接触（短絡）すると、同図（Ｄ）に示すように、溶接電圧Ｖｗは、数Ｖの短絡電圧値に急減し、溶接電圧Ｖｗの値が予め定めた短絡判別値（１０Ｖ程度）未満になるので、同図（Ｆ）に示すように、短絡判別信号ＳｄがＨｉｇｈレベル（短絡）に変化する。同時に、時刻ｔ２において、同図（Ｃ）に示すように、予め定めたホットスタート電流値（２００〜５００Ａ程度）の溶接電流Ｉｗが通電を開始し、同図（Ｅ）に示すように、電流通電判別信号ＣｄがＨｉｇｈレベル（通電）に変化する。これに応動して、同図（Ｇ）に示すように、過渡溶接期間タイマ信号ＳｔｋがＨｉｇｈレベルに変化し、後述するように時刻ｔ７にＬｏｗレベルに戻る。そして、後述するように、過渡溶接期間タイマ信号ＳｔｋがＬｏｗレベルに変化した後に最初に短絡が発生するまでの時刻ｔ２〜ｔ８の期間が過渡溶接期間Ｔｋとなる。上記のホットスタート電流は、時刻ｔ２〜ｔ４の予め定めたホットスタート期間中通電する。

同図（Ｂ）に示すように、送給速度Ｆｗは、時刻ｔ２から予め定めた加速期間中は加速し、時刻ｔ６１に平均送給速度設定信号Ｆａｒの値に達すると、その値を過渡溶接期間Ｔｋが終了する時刻ｔ８まで維持する。

時刻ｔ３において上記のホットスタート電流の通電によって、アーク３が発生すると、同図（Ｄ）に示すように、溶接電圧Ｖｗは数十Ｖのアーク電圧値に急増し、これに応動して、同図（Ｆ）に示すように、短絡判別信号ＳｄはＬｏｗレベル（アーク）に変化する。時刻ｔ３からのアーク期間中の時刻ｔ４において上記のホットスタート期間が終了すると、同図（Ｃ）に示すように、溶接電流Ｉｗはホットスタート電流からアーク負荷に応じて定まる電流へと減少する。

時刻ｔ５において短絡が発生すると、同図（Ｄ）に示すように、溶接電圧Ｖｗは数Ｖの短絡電圧値に急減し、これに応動して、同図（Ｆ）に示すように、短絡判別信号ＳｄはＨｉｇｈレベル（短絡）に変化する。同図（Ｃ）に示すように、溶接電流Ｉｗは短絡期間中次第に増加する。

時刻ｔ６においてアークが発生すると、同図（Ｄ）に示すように、溶接電圧Ｖｗは数十Ｖのアーク電圧値に急増し、これに応動して、同図（Ｆ）に示すように、短絡判別信号ＳｄはＬｏｗレベル（アーク）に変化する。同図（Ｃ）に示すように、溶接電流Ｉｗは、時刻ｔ６〜ｔ８のアーク期間中次第に減少する。

時刻ｔ７において、同図（Ｇ）に示すように、過渡溶接期間タイマ信号Ｓｔｋが、Ｌｏｗレベルに変化する。過渡溶接期間タイマ信号ＳｔｋがＬｏｗレベルに変化するタイミングは、上述したように、時刻ｔ２に電流通電判別信号ＣｄがＨｉｇｈレベル（通電）に変化した時点から所定期間が経過した時点の時刻ｔ７である。また、過渡溶接期間タイマ信号ＳｔｋがＬｏｗレベルに変化するタイミングを、短絡判別信号Ｓｄが所定回数のＨｉｇｈレベル（短絡）の期間が終了した時点としても良い。さらに、過渡溶接期間タイマ信号ＳｔｋがＬｏｗレベルに変化するタイミングを、溶接トーチ移動信号ＭｄがＨｉｇｈレベル（移動）に変化した時点としても良い。

時刻ｔ７に過渡溶接期間タイマ信号ＳｔｋがＬｏｗレベルに変化した後の最初の短絡が時刻ｔ８において発生する。時刻ｔ２〜ｔ８の期間が過渡溶接期間Ｔｋとなる。過渡溶接期間Ｔｋの終了タイミングを、時刻ｔ８に短絡が発生してから予め定めた遅延期間が経過した短絡期間中の時点としても良い。この遅延期間は、短絡状態が安定した状態となるまでの期間であり、０．５〜３ｍｓ程度に設定される。

上記の過渡溶接期間Ｔｋは、定常溶接期間と同じ程度のサイズの溶融池が形成されるまでの期間として設定される。定常溶接期間と同じ程度のサイズの溶融池が形成されたことを、溶接電流Ｉｗの通電開始から所定期間が経過したこと、所定回数の短絡期間が終了したこと又は溶接トーチが移動を開始したことによって判別している。過渡溶接期間Ｔｋは、５０〜１０００ｍｓ程度の範囲となる。同図では、過渡溶接期間Ｔｋ中に２回の短絡が発生した場合を描画しているが、実際には５〜１００回の短絡が発生する。

時刻ｔ８において過渡溶接期間Ｔｋが終了して定常溶接期間に入ると、溶接ワイヤ１の正逆送給制御が開始される。

［時刻ｔ８〜ｔ１２の第１回目の定常溶接期間逆送期間の動作］
時刻ｔ８において、同図（Ｂ）に示すように、送給速度Ｆｗは、平均送給速度Ｆａによる正送状態から逆送状態へと切り換えられる。時刻ｔ８〜ｔ９の期間は、定常溶接期間逆送加速期間となり、０から定常溶接期間逆送ピーク値まで加速する。この期間中は短絡期間中であるので、同図（Ｆ）に示すように、短絡判別信号ＳｄはＨｉｇｈレベル（短絡）となっている。

時刻ｔ９において定常溶接期間逆送加速期間が終了すると、同図（Ｂ）に示すように、送給速度Ｆｗは時刻ｔ９〜ｔ１１の定常溶接期間逆送ピーク期間に入り、上記の定常溶接期間逆送ピーク値になる。この期間中の時刻ｔ１０において、逆送及び溶接電流Ｉｗの通電によるピンチ力によってアーク３が再発生する。これに応動して、同図（Ｄ）に示すように、溶接電圧Ｖｗは数十Ｖのアーク電圧値に急増し、同図（Ｆ）に示すように、短絡判別信号ＳｄはＬｏｗレベル（アーク）に変化する。同図（Ｃ）に示すように、溶接電流Ｉｗはこれ以降次第に減少する。

時刻ｔ１１において定常溶接期間逆送ピーク期間が終了すると、同図（Ｂ）に示すように、時刻ｔ１１〜ｔ１２の定常溶接期間逆送減速期間に入り、上記の定常溶接期間逆送ピーク値から０へと減速する。

［時刻ｔ１２〜ｔ１６の第１回目の定常溶接期間正送期間の動作］
同図（Ｂ）に示すように、送給速度Ｆｗは時刻ｔ１２〜ｔ１３の定常溶接期間正送加速期間に入り、０から定常溶接期間正送ピーク値まで加速する。この期間中は、アーク期間のままである。

時刻ｔ１３において定常溶接期間正送加速期間が終了すると、同図（Ｂ）に示すように、送給速度Ｆｗは時刻ｔ１３〜ｔ１５の定常溶接期間正送ピーク期間に入り、上記の定常溶接期間正送ピーク値になる。この期間中の時刻ｔ１４において、正送によって短絡が発生する。これに応動して、同図（Ｄ）に示すように、溶接電圧Ｖｗは数Ｖの短絡電圧値に急減し、同図（Ｆ）に示すように、短絡判別信号ＳｄはＨｉｇｈレベル（短絡）に変化する。同図（Ｃ）に示すように、溶接電流Ｉｗはこれ以降は次第に増加する。

時刻ｔ１５において定常溶接期間正送ピーク期間が終了すると、同図（Ｂ）に示すように、時刻ｔ１５〜ｔ１６の定常溶接期間正送減速期間に入り、上記の定常溶接期間正送ピーク値から０へと減速する。

これ以降の定常溶接期間中は、上記の定常溶接期間逆送期間及び上記の定常溶接期間正送期間の動作を繰り返すことになる。上述したように、定常溶接期間に入ると、短絡は定常溶接期間正送ピーク期間中に発生し、アークは定常溶接期間逆送ピーク期間中に発生する。この結果、短絡期間とアーク期間との周期と、送給速度Ｆｗの正送期間と逆送期間との周期が同期状態となる。すなわち、送給速度Ｆｗの周期Ｔｆを設定することによって、短絡期間とアーク期間との周期を所望値に制御することができ、安定した溶接を行うことができる。

定常溶接期間中の送給速度Ｆｗの台形波の数値例を以下に示す。
周期Ｔｆ＝１０ｍｓ、振幅Ｗｆ＝６０ｍ／ｍｉｎ、平均送給速度Ｆａ＝５ｍ／ｍｉｎ、半周期の各傾斜期間＝１．２ｍｓ、ピーク期間＝２．６ｍｓ、ピーク値＝３０ｍ／ｍｉｎの台形波に設定すると、この台形波を平均送給速度Ｆａ＝５ｍ／ｍｉｎだけ正送側にシフトした波形となる。平均溶接電流は約２５０Ａとなる。この場合の各波形パラメータは、以下のようになる。
定常溶接期間逆送期間＝４．６ｍｓ、定常溶接期間逆送加速期間＝１．０ｍｓ、定常溶接期間逆送ピーク期間＝２．６ｍｓ、定常溶接期間逆送ピーク値＝−２５ｍ／ｍｉｎ、定常溶接期間逆送減速期間＝１．０ｍｓ
定常溶接期間正送期間＝５．４ｍｓ、定常溶接期間正送加速期間＝１．４ｍｓ、定常溶接期間正送ピーク期間＝２．６ｍｓ、定常溶接期間正送ピーク値＝３５ｍ／ｍｉｎ、定常溶接期間正送減速期間＝１．４ｍｓ

上記においては、定常溶接期間中の送給速度Ｆｗの波形が台形波の場合について説明したが、正弦波、三角波等の周期的に繰り返す波形であれば良い。

上述した実施の形態１では、定常溶接期間に収束するまでの過渡溶接期間中は送給速度を通常溶接と同様に正送状態とし、定常溶接期間中は送給速度を所定の正送期間と所定の逆送期間とを交互に切り換える正逆送給制御を行う。溶融池が充分に形成されていない過渡溶接期間中に、定常溶接期間のように所定の正送期間と所定の逆送期間とを交互に切り換えると、溶接状態が不安定になりやすい。そこで、本実施の形態では、溶融池を形成するまでの過渡溶接期間中は送給速度を正送状態とし、溶融池が形成された後に正逆送給制御に切り換えることによって、溶接開始時の過渡溶接期間中の溶接状態を安定化することができる。

上述した実施の形態１では、過渡溶接期間から定常溶接期間への送給制御の切り換えを、短絡期間中に逆送期間からの正逆送給制御を開始することによって行う。アーク期間中に正逆送給制御を開始すると、溶接状態が不安定になりやすい。そこで、本実施の形態では、正逆送給制御を短絡期間中に逆送期間から開始することによって、切り換えを円滑に行うことができる。

上述した実施の形態１によれば、溶接開始時は溶接ワイヤを正送し、溶接ワイヤが母材と接触して溶接電流が通電を開始した時点から定常溶接期間に収束するまでの過渡溶接期間中は正送を継続し、過渡溶接期間は短絡期間で終了し、過渡溶接期間の終了後に逆送期間から前記正逆送給制御を開始する。これにより、本実施の形態では、過渡溶接期間中は溶接ワイヤを正送することによって安定した状態で溶融池を形成することができる。溶融池が形成されると、短絡期間中に逆送期間から正逆送給制御を開始するので、円滑に定常溶接期間へと移行することができる。

本発明によれば、送給速度の正送期間と逆送期間とを交互に切り換える溶接において、溶接開始時から定常溶接期間に収束するまでの過渡溶接期間中の溶接状態を安定化することができる

以上、本発明を特定の実施形態によって説明したが、本発明はこの実施形態に限定されるものではなく、開示された発明の技術思想を逸脱しない範囲で種々の変更が可能である。
本出願は、２０１４年１１月１８日出願の日本特許出願（特願２０１４−２３３２３４）に基づくものであり、その内容はここに取り込まれる。

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
ＣＤ 電流通電判別回路
Ｃｄ 電流通電判別信号
ＤＶ 駆動回路
Ｄｖ 駆動信号
Ｅ 出力電圧
Ｅａ 誤差増幅信号
ＥＤ 出力電圧検出回路
Ｅｄ 出力電圧検出信号
ＥＩ 電流誤差増幅回路
Ｅｉ 電流誤差増幅信号
ＥＲ 出力電圧設定回路
Ｅｒ 出力電圧設定信号
ＥＶ 電圧誤差増幅回路
Ｅｖ 電圧誤差増幅信号
Ｆａ 平均送給速度
ＦＡＲ 平均送給速度設定回路
Ｆａｒ 平均送給速度設定信号
ＦＣ 送給制御回路
Ｆｃ 送給制御信号
ＦＣＲ 定常溶接期間送給速度設定回路
Ｆｃｒ 定常溶接期間送給速度設定信号
ＦＲ 送給速度設定回路
Ｆｒ 送給速度設定信号
Ｆｗ 送給速度
ＩＤ 電流検出回路
Ｉｄ 電流検出信号
ＩＨＲ ホットスタート電流設定回路
Ｉｈｒ ホットスタート電流設定信号
Ｉｗ 溶接電流
ＭＤ 溶接トーチ移動装置
Ｍｄ 溶接トーチ移動信号
ＰＭ 電源主回路
ＳＤ 短絡判別回路
Ｓｄ 短絡判別信号
ＳＴ 溶接開始回路
Ｓｔ 溶接開始信号
ＳＴＫ 過渡溶接期間タイマ回路
Ｓｔｋ 過渡溶接期間タイマ信号
ＳＷ 電源特性切換回路
Ｔｆ 周期
ＴＦＲ 周期設定回路
Ｔｆｒ 周期設定信号
Ｔｋ 過渡溶接期間
ＶＤ 電圧検出回路
Ｖｄ 電圧検出信号
Ｖｗ 溶接電圧
Ｗｆ 振幅
ＷＦＲ 振幅設定回路
Ｗｆｒ 振幅設定信号
ＷＬ リアクトル
ＷＭ 送給モータ

Claims (4)

1. 溶接ワイヤの送給速度を正送期間と逆送期間とに交互に切り換える正逆送給制御を行って、短絡期間とアーク期間とを発生させて溶接するアーク溶接制御方法において、
   溶接開始時は溶接ワイヤを正送し、溶接ワイヤが母材と接触して溶接電流が通電を開始した時点から定常溶接期間に収束するまでの過渡溶接期間中は前記正送を継続し、前記過渡溶接期間は前記短絡期間で終了し、前記過渡溶接期間の終了後に前記逆送期間から前記正逆送給制御を開始する、
   ことを特徴とするアーク溶接制御方法。
2. 前記過渡溶接期間を、前記溶接電流が通電を開始した時点から所定期間が経過した後の最初の前記短絡期間中の時点までの期間とする、
   ことを特徴とする請求項１記載のアーク溶接制御方法。
3. 前記過渡溶接期間を、前記溶接電流が通電を開始した時点から所定回数の前記短絡期間が終了した後の最初の前記短絡期間中の時点までの期間とする、
   ことを特徴とする請求項１記載のアーク溶接制御方法。
4. 前記過渡溶接期間を、前記溶接電流が通電を開始した時点から溶接トーチが移動を開始した後の最初の前記短絡期間中の時点までの期間とする、
   ことを特徴とする請求項１記載のアーク溶接制御方法。

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