JP6618152B2 - 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等参照）。

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の発明では、定常溶接時はワイヤ送給速度を所定の一定速度とし、溶接の終了を指示した時点からは、ワイヤ送給速度を、所定の一定速度から正送と逆送とを繰り返す送給に切り替える。

日本国特許第５２０１２６６号公報 ＷＯ２０１３／１３６６４３号公報

上述したように、従来技術では、定常溶接期間中に、送給速度を所定の正送期間と所定の逆送期間とに交互に切り換える正逆送給制御を行うことによって、安定した溶接を行うことができる。しかし、従来技術では、溶接を終了する際に、正逆送給制御から送給を停止させるまでの過渡期間であるいわゆるアンチスティック期間中に溶接状態が不安定になるという問題があった。

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、アンチスティック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、請求項１の発明は、
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おいて、
溶接終了指令が入力されると、前記送給速度を前記正逆送給制御から逆送制御に切り換え、
前記逆送制御中に溶接電流が通電しなくなった時点で送給を停止して前記逆送制御を終了し溶接を終了する、
ことを特徴とするアーク溶接制御方法である。

請求項２の発明は、
前記逆送制御への切り換えを、前記溶接終了指令が入力された後に前記短絡期間から前記アーク期間へと移行した後に行う、
ことを特徴とする請求項１に記載のアーク溶接制御方法である。

本発明によれば、逆送制御に切り換えた以後のアンチスティック期間中は、溶接ワイヤが逆送制御されるので、アーク状態が継続することになり、安定した溶接状態となる。このために、本発明では、溶接終了時において、溶接ワイヤ先端とビードとの距離が適正距離となるので、溶接ワイヤがビードと溶着することを防止することができる。さらに、本発明では、溶接ワイヤ先端粒の大きさが適正化され、次回のアークスタート性を良好にすることができる。

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終了時の各信号のタイミングチャートである。 本発明の実施の形態２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３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４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、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、定常溶接期間中は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。

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、溶接開始指令のときはＨｉｇｈレベルとなり、溶接終了指令のときはＬｏｗ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。

逆送制御期間判別回路ＳＴＫは、上記の溶接開始信号Ｓｔ及び上記の短絡判別信号Ｓｄを入力として、溶接開始信号ＳｔがＨｉｇｈレベルからＬｏｗレベル（溶接終了指令）に変化した後に、短絡判別信号ＳｄがＨｉｇｈレベルからＬｏｗレベル（アーク）に変化した時点でＨｉｇｈレベルにセットされ、それから予め定めた逆送制御期間Ｔｋが経過した時点でＬｏｗレベルにリセットされる逆送制御期間信号Ｓｔｋを出力する。

アンチスティック電圧出力期間判別回路ＳＴＢは、上記の逆送制御期間信号Ｓｔｋを入力として、逆送制御期間信号ＳｔｋがＨｉｇｈレベルに変化した時点でＨｉｇｈレベルにセットされ、それから予め定めたアンチスティック電圧出力期間Ｔｂが経過した時点でＬｏｗレベルにリセットされるアンチスティック電圧出力期間信号Ｓｔｂ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については、図２で詳述する。

逆送送給速度設定回路ＦＫＲは、予め定めた逆送送給速度設定信号Ｆｋｒを出力する。Ｆｋｒは逆送であるので負の値となる。

送給速度設定回路ＦＲは、上記の定常溶接期間送給速度設定信号Ｆｃｒ、上記の逆送送給速度設定信号Ｆｋｒ及び上記の逆送制御期間信号Ｓｔｋを入力として、逆送制御期間信号ＳｔｋがＬｏｗレベルのときは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として出力し、Ｓｔｋ＝Ｈｉｇｈレベルのときは逆送送給速度設定信号Ｆｋｒを送給速度設定信号Ｆｒとして出力する。

送給制御回路ＦＣは、上記の溶接開始信号Ｓｔ、上記の逆送制御期間信号Ｓｔｋ及び上記の送給速度設定信号Ｆｒを入力として、溶接開始信号ＳｔがＨｉｇｈレベル（溶接開始指令）に変化すると送給速度設定信号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を出力し、逆送制御期間信号ＳｔｋがＬｏｗレベルに変化した時点で送給を停止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。

定常出力電圧設定回路ＥＣＲは、予め定めた定常出力電圧設定信号Ｅｃｒを出力する。アンチスティック出力電圧設定回路ＥＢＲは、予め定めたアンチスティック出力電圧設定信号Ｅｂｒを出力する。

出力電圧設定回路ＥＲは、上記の定常出力電圧設定信号Ｅｃｒ、上記のアンチスティック出力電圧設定信号Ｅｂｒ及びアンチスティック電圧出力期間信号Ｓｔｂを入力として、アンチスティック電圧出力期間信号ＳｔｂがＬｏｗレベルのときは定常出力電圧設定信号Ｅｃｒを出力電圧設定信号Ｅｒとして出力し、Ｓｔｂ＝Ｈｉｇｈレベルのときはアンチスティック出力電圧設定信号Ｅｂｒを出力電圧設定信号Ｅｒとして出力する。

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。

駆動回路ＤＶは、上記の電圧誤差増幅信号Ｅｖ、上記の溶接開始信号Ｓｔ及び上記のアンチスティック電圧出力期間信号Ｓｔｂを入力として、溶接開始信号ＳｔがＨｉｇｈレベル（溶接開始指令）に変化すると電圧誤差増幅信号Ｅｖ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を出力し、アンチスティック電圧出力期間信号ＳｔｂがＬｏｗレベルに変化すると駆動信号Ｄｖの出力を停止する。すなわち、溶接電源は、溶接開始信号がＨｉｇｈレベルに変化した時点からアンチスティック電圧出力期間信号ＳｔｂがＬｏｗレベルに変化した時点まで起動されて、溶接電圧Ｖｗが出力される。

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終了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）は短絡判別信号Ｓｄの時間変化を示し、同図（Ｆ）は逆送制御期間信号Ｓｔｋの時間変化を示し、同図（Ｇ）はアンチスティック電圧出力期間信号Ｓｔｂの時間変化を示す。以下、同図を参照して溶接終了時における各信号の動作について説明する。

同図に示すように、時刻ｔ１４までの期間が定常溶接期間となり、時刻ｔ１４〜ｔ１５の期間がアンチスティック期間となる。そして、時刻ｔ１４〜ｔ１５の期間が逆送制御期間Ｔｋとなり、時刻ｔ１４〜ｔ１５の期間がアンチスティック電圧出力期間Ｔｂとなる。後述するように、アンチスティック期間、逆送制御期間Ｔｋ及びアンチスティック電圧出力期間Ｔｂの各開始時点は同一時刻ｔ１４であり、溶接開始信号ＳｔがＬｏｗレベル（溶接終了指令）に変化した時点ｔ１１の後に、短絡期間からアーク期間へと移行した時点ｔ１４である。また、逆送制御期間Ｔｋ及びアンチスティック電圧出力期間Ｔｂの終了時点はそれぞれ独立して設定されるが、同図においては終了時点が同一時刻である場合を例示している。

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（定常溶接期間送給速度設定信号Ｆｃｒ）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ｔ１〜ｔ５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ｔ５〜ｔ９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〜ｔ５の定常溶接期間逆送期間の動作］
同図（Ａ）に示すように、溶接開始信号ＳｔはＨｉｇｈレベル（溶接開始指令）になっている。同図（Ｂ）に示すように、送給速度Ｆｗは時刻ｔ１〜ｔ２の定常溶接期間逆送加速期間に入り、０から上記の定常溶接期間逆送ピーク値まで加速する。この期間中は短絡状態が継続しているので、同図（Ｅ）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ｔ２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ｔ２〜ｔ４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ｔ３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（Ｅ）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はこれ以降のアーク期間中は次第に減少する。

時刻ｔ４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ｔ４〜ｔ５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ｔ５〜ｔ９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ｔ５〜ｔ６の定常溶接期間正送加速期間に入り、０から上記の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ｔ６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ｔ６〜ｔ８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ｔ７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（Ｅ）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はこれ以降の短絡期間中は次第に増加する。

時刻ｔ８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ｔ８〜ｔ９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。

時刻ｔ９〜ｔ１０の定常溶接期間逆送期間中は上記の動作を繰り返す。したがって、定常溶接期間逆送ピーク期間中にアークが発生する。

時刻ｔ１０から定常溶接期間正送期間に入り、時刻ｔ１０〜ｔ１２の定常溶接期間正送加速期間中の時刻ｔ１１において、同図（Ａ）に示すように、溶接開始信号ＳｔがＬｏｗレベル（溶接終了指令）に変化する。したがって、溶接開始信号Ｓｔはアーク期間中にＬｏｗレベルに変化したことになる。溶接開始信号ＳｔがＬｏｗレベルに変化した後に、最初に短絡期間からアーク期間へと変化した時点（同図では時刻ｔ１４）までは定常溶接期間となる。したがって、時刻ｔ１０〜ｔ１３の定常溶接期間正送期間中は、上記と同様の動作を繰り返す。このために、定常溶接期間正送ピーク期間中に短絡が発生する。溶接開始信号ＳｔがＬｏｗレベルになるタイミングは、送給速度Ｆｗの任意のタイミングとなり、アーク期間中であるか短絡期間中であるかも任意となる。

［時刻ｔ１４〜ｔ１５のアンチスティック期間中の動作］
時刻ｔ１３からは定常溶接期間逆送期間に入り、定常溶接期間逆送ピーク期間中の時刻ｔ１４にアークが発生する。この時刻ｔ１４からアンチスティック期間に入る。時刻ｔ１４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する。これに応動して、同図（Ｅ）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。これに応動して、同図（Ｆ）に示すように、逆送制御期間信号ＳｔｋがＨｉｇｈレベルに変化し、予め定めた逆送制御期間Ｔｋ経過後の時刻ｔ１５においてＬｏｗレベルに戻る。同時に、同図（Ｇ）に示すように、アンチスティック電圧出力期間信号ＳｔｂもＨｉｇｈレベルに変化し、予め定めたアンチスティック電圧出力期間Ｔｂ経過後にＬｏｗレベルに戻る。逆送制御期間信号ＳｔｋがＨｉｇｈレベルに変化すると、同図（Ｂ）に示すように、送給速度Ｆｗは、予め定めた逆送送給速度Ｆｋまでスロープを有して減速する。この逆送送給速度Ｆｋは、図１の逆送送給速度設定信号Ｆｋｒによって設定される。時刻ｔ１４〜ｔ１５の期間が、予め定めた逆送制御期間Ｔｋ及び予め定めたアンチスティック電圧出力期間Ｔｂとなる。上述したように、ＴｋとＴｂは独立して設定されるので、Ｔｋ≠Ｔｂでも良い。同図（Ｂ）に示すように、送給速度Ｆｗは、逆送制御期間Ｔｋ中は逆送送給速度Ｆｋとなり、時刻ｔ１５において送給が停止されるので０となる。同図（Ｄ）に示すように、溶接電圧Ｖｗの出力は、アンチスティック電圧出力期間Ｔｂ中継続されて、時刻ｔ１５において０となる。溶接電源は全期間中定電圧制御されており、定常溶接期間中は定常出力電圧設定信号Ｅｃｒに基づいて定電圧制御され、アンチスティック期間中はアンチスティック出力電圧設定信号Ｅｂｒに基づいて定電圧制御される。Ｅｂｒ＜Ｅｃｒに設定される。

同図（Ｃ）に示すように、溶接電流Ｉｗは、時刻ｔ１４から減少し、数十Ａの状態をアンチスティック電圧出力期間Ｔｂが終了する時刻ｔ１５まで継続する。溶接電流Ｉｗの値は、出力が定電圧制御されているので、アーク負荷によって変化する。

時刻ｔ１４〜ｔ１５のアンチスティック期間中は、アーク期間が継続し、溶接ワイヤは逆送されながら、アーク熱によって溶融される。そして、時刻ｔ１５に溶接が終了した時点において、溶接ワイヤの先端とビードとの距離及び溶接ワイヤ先端粒の大きさが適正になるように、上記の逆送送給速度Ｆｋ及び逆送制御期間Ｔｋが設定される。両値は、溶接ワイヤの直径、材質、継手形状、溶接姿勢等の溶接条件に応じて実験によって適正値に設定される。例えば、逆送送給速度Ｆｋは−３〜−１０ｍ／ｍｉｎ程度に設定され、逆送制御期間Ｔｋは１〜５０ｍｓ程度に設定される。逆送送給速度Ｆｋに切り換えるときのスロープは、０〜５ｍｓ程度に設定される。０のときはスロープを設けない場合である。

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。

上述した実施の形態１によれば、溶接終了指令が入力されると、送給速度を正逆送給制御から逆送制御に切り換えて溶接を終了する。アンチスティック期間中は、溶接ワイヤが逆送制御されるので、アーク状態が継続することになり、安定した溶接状態となる。このために、溶接終了時において、溶接ワイヤ先端とビードとの距離が適正距離となるので、溶接ワイヤがビードと溶着することを防止することができる。さらに、溶接ワイヤ先端粒の大きさが適正化され、次回のアークスタート性を良好にすることができる。

さらに、上述した実施の形態１によれば、逆送制御への切り換えを、溶接終了指令が入力された後に短絡期間からアーク期間へと移行した後に行う。これにより、定常溶接期間からアンチスティック期間への移行が円滑になり、アンチスティック期間中の溶接状態がより安定化する。

［実施の形態２］
実施の形態２の発明は、逆送制御に切り換えた後は溶接電源を定電流制御するものである。実施の形態１の発明では、定常溶接期間及び逆送制御に切り換えた後のアンチスティック期間中は、定電圧制御されている。これに対して、実施の形態２の発明では、定常溶接期間中は定電圧制御され、アンチスティック期間中は定電流制御される。

図３は、実施の形態２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。同図は、上述した図１と対応しており、同一のブロックには同一符号を付してそれらの説明は繰り返さない。同図は、図１にアンチスティック電流設定回路ＩＢＲ、電流検出回路ＩＤ、電流誤差増幅回路ＥＩ及び電源特性切換回路ＳＷを追加し、図１の駆動回路ＤＶを第２駆動回路ＤＶ２に置換したものである。以下、同図を参照してこれらのブロックについて説明する。

アンチスティック電流設定回路ＩＢＲは、予め定めたアンチスティック電流設定信号Ｉｂｒを出力する。アンチスティック電流設定信号Ｉｂｒは、例えば３０〜１００Ａ程度に設定される。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、上記のアンチスティック電流設定信号Ｉｂｒ及び上記の電流検出信号Ｉｄを入力として、アンチスティック電流設定信号Ｉｂｒ（＋）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、アンチスティック期間中は溶接電源は定電流制御される。

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及び上記のアンチスティック電圧出力期間信号Ｓｔｂを入力として、アンチスティック電圧出力期間信号ＳｔｂがＬｏｗレベル（定常溶接期間）のときは電圧誤差増幅信号Ｅｖを誤差増幅信号Ｅａとして出力し、Ｓｔｂ＝Ｈｉｇｈレベル（アンチスティック期間）のときは電流誤差増幅信号Ｅｉを誤差増幅信号Ｅａとして出力する。

第２駆動回路ＤＶ２は、上記の誤差増幅信号Ｅａ、上記の溶接開始信号Ｓｔ及び上記のアンチスティック電圧出力期間信号Ｓｔｂを入力として、溶接開始信号ＳｔがＨｉｇｈレベル（溶接開始指令）に変化すると誤差増幅信号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を出力し、アンチスティック電圧出力期間信号ＳｔｂがＬｏｗレベルに変化すると駆動信号Ｄｖの出力を停止する。すなわち、溶接電源は、溶接開始信号がＨｉｇｈレベルに変化した時点からアンチスティック電圧出力期間信号ＳｔｂがＬｏｗレベルに変化した時点まで起動されて、溶接電圧Ｖｗ及び溶接電流Ｉｗが出力される。

本発明の実施の形態２に係るアーク溶接制御方法を示す、図３の溶接電源における溶接終了時の各信号のタイミングチャートは、上述した図２と同一であるので説明は繰り返さない。但し、時刻ｔ１４以降のアンチスティック期間中は、定電流制御となるので、同図（Ｃ）に示す溶接電流Ｉｗは、アンチスティック電流設定信号Ｉｂｒによって定まる一定の電流値となる点は異なる。

上述した実施の形態２によれば、逆送制御に切り換えた後は溶接電源を定電流制御する。これにより、アンチスティック期間中の溶接電流Ｉｗの値が所定値となるので、アンチスティック期間中の溶接ワイヤへの入熱量を精密に制御することができる。このために、実施の形態１の効果に加えて、溶接終了時における溶接ワイヤ先端とビードとの距離及び溶接ワイヤ先端粒の大きさを適正値により精密に制御することができる。

［実施の形態３］
実施の形態３の発明は、逆送制御中に溶接電流が通電しなくなった時点で送給を停止して逆送制御を終了するものである。実施の形態１及び２の発明では、逆送制御期間は所定値である。これに対して、実施の形態３の発明では、溶接電流が通電しなくなった時点（アークが消滅した時点）で逆送制御期間を終了する。

図４は、実施の形態３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。同図は、上述した図１と対応しており、同一のブロックには同一符号を付してそれらの説明は繰り返さない。同図は、図１に電流検出回路ＩＤ及び電流通電判別回路ＣＤを追加し、図１の逆送制御期間判別回路ＳＴＫを第２逆送制御期間判別回路ＳＴＫ２に置換し、図１のアンチスティック電圧出力期間判別回路ＳＴＢを第２アンチスティック電圧出力期間判別回路ＳＴＢ２に置換したものである。以下、同図を参照してこれらのブロックについて説明する。

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。

第２逆送制御期間判別回路ＳＴＫ２は、上記の溶接開始信号Ｓｔ、上記の短絡判別信号Ｓｄ及び上記の電流通電判別信号Ｃｄを入力として、溶接開始信号ＳｔがＨｉｇｈレベルからＬｏｗレベル（溶接終了指令）に変化した後に、短絡判別信号ＳｄがＨｉｇｈレベルからＬｏｗレベル（アーク）に変化した時点でＨｉｇｈレベルにセットされ、その後に電流通電判別信号ＣｄがＬｏｗレベル（非通電）に変化した時点でＬｏｗレベルにリセットされる逆送制御期間信号Ｓｔｋを出力する。

第２アンチスティック電圧出力期間判別回路ＳＴＢ２は、上記の逆送制御期間信号Ｓｔｋを入力として、逆送制御期間信号ＳｔｋがＨｉｇｈレベルに変化した時点でＨｉｇｈレベルにセットされ、逆送制御期間信号ＳｔｋがＬｏｗレベルに変化した時点又はそれから遅延させた時点でＬｏｗレベルにリセットされるアンチスティック電圧出力期間信号Ｓｔｂを出力する。

本発明の実施の形態３に係るアーク溶接制御方法を示す、図４の溶接電源における溶接終了時の各信号のタイミングチャートは、上述した図２と同一であるので説明は繰り返さない。但し、以下の点は異なる。図２において、時刻ｔ１４からの逆送制御によってアーク長が次第に長くなり、時刻ｔ１５においてアークを維持することができなくなりアークが消滅する。アークが消滅すると、同図（Ｃ）に示す溶接電流Ｉｗが通電しなくなる。これに応動して、同図（Ｆ）に示す逆送制御期間信号ＳｔｋがＬｏｗレベルに変化するので、同図（Ｂ）に示す送給速度Ｆｗは０となり送給は停止する。同様に、時刻ｔ１５において溶接電流Ｉｗが通電しなくなると、同図（Ｇ）に示すアンチスティック電圧出力期間信号ＳｔｂもＬｏｗレベルに変化するので、同図（Ｄ）に示す溶接電圧Ｖｗは０となり出力は停止する。

実施の形態３は、実施の形態１を基礎とした場合であるが、実施の形態２を基礎とする場合も同様である。

上述した実施の形態３によれば、逆送制御中に溶接電流が通電しなくなった時点で送給を停止して逆送制御を終了する。これにより、実施の形態３では、実施の形態１及び２の効果に加えて、以下の効果を奏する。実施の形態１及び２では、逆送制御期間を溶接条件ごとに適正値になるように実験によって予め設定しておく必要があった。これに対して、実施の形態３では、アークが消滅して溶接電流が通電しなくなった時点で自動的に逆送制御期間が終了するので、設定する必要がなく、作業効率が向上する。

［実施の形態４］
実施の形態４の発明は、逆送制御中は送給速度を次第に減速するように設定するものである。実施の形態１〜３の発明では、逆送制御中は送給速度を一定速度に設定していた。

図５は、実施の形態４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。同図は、上述した図１と対応しており、同一のブロックには同一符号を付してそれらの説明は繰り返さない。同図は、図１の逆送送給速度設定回路ＦＫＲを第２逆送送給速度設定回路ＦＫＲ２に置換したものである。以下、同図を参照してこのブロックについて説明する。

第２逆送送給速度設定回路ＦＫＲ２は、上記の逆送制御期間信号Ｓｔｋを入力として、逆送制御期間信号ＳｔｋがＨｉｇｈレベル（逆送制御期間）に変化した時点で予め定めた初期値までスロープを有して減速し、その後は時間経過に伴って次第に減速するパターンの逆送送給速度設定信号Ｆｋｒを出力する。Ｆｋｒは逆送であるので負の値であり、減速するのでその絶対値が時間経過と共に小さくなる値である。

本発明の実施の形態４に係るアーク溶接制御方法を示す、図５の溶接電源における溶接終了時の各信号のタイミングチャートは、上述した図２と同一であるので説明は繰り返さない。但し、以下の点は異なる。図２において、時刻ｔ１４〜ｔ１５の逆送制御期間Ｔｋ中は、同図（Ｂ）に示すように、送給速度Ｆｗは、予め定めた逆送送給速度Ｆｋの初期値までスロープを有して減速し、その後は時間経過に伴って逆送制御期間Ｔｋが終了するまで次第に減速する。

実施の形態４は、実施の形態１を基礎とした場合であるが、実施の形態２及び３を基礎とする場合も同様である。

上述した実施の形態４によれば、逆送制御中は送給速度を次第に減速するように設定する。これにより、実施の形態４では、実施の形態１〜３の効果に加えて、以下の効果を奏する。実施の形態４では、逆送制御期間中に送給速度が次第に減速して０に近づくので、溶接終了後の溶滴サイズのバラツキが小さくなる。このために、次回のアークスタート性がより良好になる。

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、アンチスティック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、２０１５年１月１９日出願の日本特許出願（特願２０１５−００７９７２）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
ＤＶ２ 第２駆動回路
Ｅ 出力電圧
Ｅａ 誤差増幅信号
ＥＢＲ アンチスティック出力電圧設定回路
Ｅｂｒ アンチスティック出力電圧設定信号
ＥＣＲ 定常出力電圧設定回路
Ｅｃｒ 定常出力電圧設定信号
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
Ｆｋ 逆送送給速度
ＦＫＲ 逆送送給速度設定回路
Ｆｋｒ 逆送送給速度設定信号
ＦＫＲ２ 第２逆送送給速度設定回路
ＦＲ 送給速度設定回路
Ｆｒ 送給速度設定信号
Ｆｗ 送給速度
ＩＢＲ アンチスティック電流設定回路
Ｉｂｒ アンチスティック電流設定信号
ＩＤ 電流検出回路
Ｉｄ 電流検出信号
Ｉｗ 溶接電流
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
ＳＴＢ アンチスティック電圧出力期間判別回路
Ｓｔｂ アンチスティック電圧出力期間信号
ＳＴＢ２ 第２アンチスティック電圧出力期間判別回路
ＳＴＫ 逆送制御期間判別回路
Ｓｔｋ 逆送制御期間信号
ＳＴＫ２ 第２逆送制御期間判別回路
ＳＷ 電源特性切換回路
Ｔｂ アンチスティック電圧出力期間
Ｔｆ 周期
ＴＦＲ 周期設定回路
Ｔｆｒ 周期設定信号
Ｔｋ 逆送制御期間
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 (2)

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、
   溶接終了指令が入力されると、前記送給速度を前記正逆送給制御から逆送制御に切り換え、
   前記逆送制御中に溶接電流が通電しなくなった時点で送給を停止して前記逆送制御を終了し溶接を終了する、
   ことを特徴とするアーク溶接制御方法。
2. 前記逆送制御への切り換えを、前記溶接終了指令が入力された後に前記短絡期間から前記アーク期間へと移行した後に行う、
   ことを特徴とする請求項１に記載のアーク溶接制御方法。

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