JP6663617B2 - 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い、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い、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が使用されている。ここで、正送とは、溶接ワイヤを母材に近づく方向に送給することであり、逆送とは正送とは逆方向、溶接ワイヤが母材から遠ざかる方向に送給することである。

正逆送給制御アーク溶接においては、送給速度の正送期間と逆送期間とを１００Ｈｚ程度の周波数で高速に切り替える。送給速度の方向を高速に切り換えるためには、送給モータに過渡特性の良いものを使用する必要がある。一般的に、過渡特性の良いモータは、最大トルクが比較的小さくなる。

ところで、消耗電極式アーク溶接においては、溶接終了時に溶接ワイヤの先端部にスラグと呼ばれる絶縁物が付着した状態になる場合がある。スラグは溶接ワイヤに含まれている成分が化学反応して生成される。スラグの付着状態は、溶接ワイヤの種類、平均溶接電流値、溶接姿勢等の溶接条件によって異なる。溶接ワイヤの先端部にスラグが付着した状態で、次のアークスタートを行うと、溶接ワイヤが母材と接触しても、スラグが絶縁物であるので、アークが発生しない状態となり、アークスタート不良となる。正逆送給制御によるアーク溶接の場合も同様である。

正逆送給制御アーク溶接において、スラグによるアークスタート不良を改善する方法が特許文献１に開示されている。特許文献１の発明では、溶接開始時に溶接ワイヤの送給を開始してから溶接電流が通電するまでの初期期間中も、正逆送給制御を行っている。これにより、溶接ワイヤ先端にスラグが付着しているために溶接ワイヤ先端が母材と接触しても溶接電流が通電しないときには、溶接ワイヤ先端と母材との衝突が反復されることになる。特許文献１の発明では、この衝突の反復によって溶接ワイヤ先端のスラグを除去して、アークを発生させている。

特許第５２０１２６６号公報

しかしながら、従来技術においては、初期期間中に正逆送給制御を行っても、スラグの付着状態がひどい場合にはスラグの除去が不十分となり、アークスタート不良が発生するという問題があった。

そこで、本発明では、正逆送給アーク溶接において、溶接ワイヤ先端部のスラグ付着状態に関わらず、常に良好なアークスタートを行う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い、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、
溶接開始時に前記溶接ワイヤが送給を開始してから前記溶接ワイヤが母材と１回又は複数回接触した後に溶接電流が通電するまでの初期期間中は、前記正逆送給制御を行い、
前記初期期間中の前記送給速度の平均値の調整を、初期正送ピーク値と初期逆送ピーク値とを等しい値に設定し、かつ、前記正送期間と前記逆送期間との時間比率を変化させて行い、
前記初期期間終了後の定常溶接期間中は、前記短絡期間と前記アーク期間とに同期して前記正送期間と前記逆送期間とを切り換え、かつ、前記送給速度の平均値の調整を定常正送ピーク値及び定常逆送ピーク値とを変化させて行う、
ことを特徴とするアーク溶接制御方法である。

本発明によれば、溶接ワイヤ先端部のスラグ付着状態に関わらず、確実にスラグを除去することができる。このために、アークスタート不良を防止することができる。

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、正送期間と逆送期間とを交互に切り換えて溶接ワイヤ１を送給速度Ｆｗで送給する。送給モータＷＭには、過渡特性の良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。

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。

初期期間タイマ回路ＳＴＩは、上記の溶接開始信号Ｓｔ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(溶接開始)に変化した時点でＨｉｇｈレベルとなり、電流通電判別信号ＣｄがＨｉｇｈレベル(通電)に変化した時点でＬｏｗレベルとなる初期期間タイマ信号Ｓtiを出力する。

定常正送ピーク値設定回路ＦＳＣＲは、予め定めた定常正送ピーク値設定信号Ｆscrを出力する。定常逆送ピーク値設定回路ＦＲＣＲは、予め定めた定常逆送ピーク値設定信号Ｆrcrを出力する。

定常溶接期間送給速度設定回路ＦＣＲは、上記の短絡判別信号Ｓｄ、上記の定常正送ピーク値設定信号Ｆscr及び上記の定常逆送ピーク値設定信号Ｆrcrを入力として、短絡判別信号Ｓｄに基づいて正送期間と逆送期間とが切り換えられ、定常正送ピーク値設定信号Ｆscrによって定まる定常正送ピーク値Ｆsc及び定常逆送ピーク値設定信号Ｆrcrによって定まる定常逆送ピーク値Ｆrcから形成される台形波の定常溶接期間送給速度設定信号Ｆcrを出力する。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。

初期正送ピーク値設定回路ＦＳＩＲは、予め定めた初期正送ピーク値設定信号Ｆsirを出力する。初期逆送ピーク値設定回路ＦＲＩＲは、予め定めた初期逆送ピーク値設定信号Ｆrirを出力する。

初期周波数設定回路ＳＩＲは、初期期間中の正送期間と逆送期間とを切り換える周波数を設定するための予め定めた初期周波数設定信号Ｓirを出力する。初期時間比率設定回路ＤＩＲは、初期期間中の正送期間と逆送期間との時間比率を設定するための初期時間比率設定信号Ｄirを出力する。時間比率＝（正送期間の時間長さ）／(正送期間＋逆送期間の時間長さ)である。すなわち、初期周波数設定信号Ｓirの逆数１／Ｓirによって定まる１周期に占める正送期間の時間比率となる。したがって、正送期間の時間長さ＝Ｄir／Ｓirであり、逆送期間の時間長さ＝(１−Ｄir）／Ｓirである。

初期期間送給速度設定回路ＦＩＲは、上記の初期正送ピーク値設定信号Ｆsir、上記の初期逆送ピーク値設定信号Ｆrir、上記の初期周波数設定信号Ｓir及び上記の初期時間比率設定信号Ｄirを入力として、初期周波数設定信号Ｓir及び初期時間比率設定信号Ｄirに基づいて正送期間及び逆送期間が定まり、初期正送ピーク値設定信号Ｆsirによって初期正送ピーク値Ｆsiが定まり、初期逆送ピーク値設定信号Ｆrirによって初期逆送ピーク値Ｆriが定まる台形波の初期期間送給速度設定信号Ｆirを出力する。初期期間送給速度設定信号Ｆirについては、図２で詳述する。

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、上記の初期期間送給速度設定信号Ｆir及び上記の初期期間タイマ信号Ｓtiを入力として、初期期間タイマ信号ＳtiがＨｉｇｈレベルである初期期間中は初期期間送給速度設定信号Ｆirを送給速度設定信号Ｆｒとして出力し、初期期間タイマ信号ＳtiがＬｏｗレベルである定常溶接期間中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として出力する。

送給制御回路ＦＣは、上記の溶接開始信号Ｓｔ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)のときは送給速度設定信号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）は初期期間タイマ信号Ｓtiの時間変化を示し、同図(Ｈ)は溶接ワイヤ先端と母材表面との距離である溶接ワイヤ先端・母材間距離Ｌｗ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。送給速度Ｆｗは、初期期間Ｔｉ中は初期期間送給速度設定信号Ｆirによって制御され、所定の周波数で正送期間と逆送期間とが切り換えられる。他方、送給速度Ｆｗは、定常溶接期間中は定常溶接期間送給速度設定信号Ｆcrによって制御され、短絡期間とアーク期間とに同期して正送期間と逆送期間とが切り換えられる。送給速度Ｆｗは、台形波状に変化している。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。

溶接開始時の時刻ｔ１においては、溶接ワイヤ１の先端と母材２の表面とは離れているので、同図(Ｈ)に示すように、溶接ワイヤ先端・母材間距離Ｌｗは正の値となる。時刻ｔ１時点における溶接ワイヤ先端・母材間距離Ｌｗは２〜１５mm程度である。同図(Ａ)に示す溶接開始信号ＳｔがＨｉｇｈレベルとなる時刻ｔ１から同図(Ｅ)に示す電流通電判別信号ＣｄがＨｉｇｈレベルとなる時刻ｔ７までの期間が初期期間Ｔｉとなり、それ以降の期間が定常溶接期間Ｔｃとなる。

［時刻ｔ１〜ｔ７の初期期間Ｔｉの動作］
時刻ｔ１において、同図(Ａ)に示すように、溶接開始信号ＳｔがＨｉｇｈレベル（溶接開始）に変化すると、同図(Ｇ)に示すように、初期期間タイマ信号ＳtiがＨｉｇｈレベルに変化して初期期間Ｔｉが開始する。同時に、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。溶接ワイヤ１の先端と母材２の表面とは離れているので、同図（Ｃ）に示すように、溶接電流Ｉｗは通電しない。同時に、同図(Ｂ)に示すように、溶接ワイヤ１の送給が開始される。

同図(Ｂ)に示すように、初期期間Ｔｉ中の送給速度Ｆｗに対しては、所定の初期周波数Ｓｉ［Ｈｚ］で正送期間と逆送期間とを交互に繰り返す正逆送給制御が行われる。初期周波数Ｓｉは、初期周波数設定信号Ｓirによって設定される。初期期間中の正送期間及び逆送期間は、初期周波数設定信号Ｓir及び初期時間比率設定信号Ｄirによって設定される。時刻ｔ１〜ｔ２の正送期間中の送給速度Ｆｗは、０から所定の変化率で加速し、所定の初期正送ピーク値Ｆsiに到達するとその値を維持し、所定の期間が経過すると所定の変化率で０まで減速する。初期正送ピーク値Ｆsiは、初期正送ピーク値設定信号Ｆsirによって設定される。時刻ｔ２〜ｔ３の逆送期間中の送給速度Ｆｗは、０から所定の変化率で加速し、所定の負の値である初期逆送ピーク値Ｆriに到達するとその値を維持し、所定の期間が経過すると所定の変化率で０まで減速する。初期逆送ピーク値Ｆriは、初期逆送ピーク値設定信号Ｆrirによって設定される。時刻ｔ１〜ｔ３の期間が１周期となり、初期周波数Ｓｉの逆数１／Ｓｉとなる。

同図(Ｈ)に示すように、溶接ワイヤ先端・母材間距離Ｌｗは、時刻ｔ１〜ｔ２の正送期間中は次第に短くなり、時刻ｔ２〜ｔ３の逆送期間中は次第に長くなる。但し、時刻ｔ３時のＬｗの値は、時刻ｔ１時点のＬｗの値よりも短くなっている。これは、１周期あたりの送給速度Ｆｗの平均値が正の値になるように波形パラメータが調整されているからである。この初期期間Ｔｉ中の送給速度Ｆｗの平均値を平均初期送給速度Ｆｉと呼ぶことにする。時刻ｔ３〜ｔ４の周期についても、時刻ｔ１〜ｔ３の周期と同様である。

同図(Ｂ)に示すように、時刻ｔ４〜ｔ５の正送期間中の時刻４１において、溶接ワイヤ１の先端が母材２の表面と接触（衝突）すると、同図(Ｈ)に示すように、溶接ワイヤ先端・母材間距離Ｌｗ＝０となる。しかし、溶接ワイヤ１の先端にスラグが付着しているために、非導通接触状態となる。このために、同図(Ｃ)に示すように、溶接電流Ｉｗは通電せず、同図(Ｄ)に示すように、溶接電圧Ｖｗは無負荷電圧値のままである。時刻ｔ４１〜ｔ５の正送期間中の溶接ワイヤ先端・母材間距離Ｌｗは０のままである。続く時刻ｔ５〜ｔ６の逆送期間中は、溶接ワイヤ先端・母材間距離Ｌｗは０から次第に長くなる。

同図(Ｂ)に示すように、時刻ｔ６からの正送期間中の時刻ｔ７において、溶接ワイヤ１の先端が母材２の表面と再び接触（衝突）すると、同図(Ｈ)に示すように、溶接ワイヤ先端・母材間距離Ｌｗ＝０となる。溶接ワイヤ１の先端に付着したスラグは時刻ｔ４１〜ｔ５の１回目の接触(衝突)によって削り取られて除去されたために、今回の接触では導通接触状態(短絡状態)となる。このために、同図(Ｃ)に示すように、溶接電流Ｉｗが通電を開始し、同図(Ｄ)に示すように、溶接電圧Ｖｗは、無負荷電圧値から低下して数Ｖの短絡電圧値となる。これに応動して、時刻ｔ７において、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)となるので、同図(Ｇ)に示すように、初期期間タイマ信号ＳtiがＬｏｗレベルに変化して初期期間Ｔｉが終了する。時刻ｔ７において、同図(Ｆ)に示すように、短絡判別信号ＳｄはＨｉｇｈレベル(短絡）となる。

同図においては、時刻ｔ１に送給を開始してから時刻ｔ４１に１回目の接触(衝突)が発生するまでの期間を３回目の周期の途中として描画しているが、実際には数十周期が含まれることになる。また、同図においては、２回目の接触(衝突)によってスラグが削り取られて導通状態となった場合であるが、スラグ付着状態がひどいときには十数回の接触を繰り返す場合もある。溶接ワイヤ１の先端にスラグがほとんど付着していないときには、１回目の接触で導通状態となる場合もある。すなわち、後述する理由によって、本実施の形態では、スラグ付着状態がひどいとき又は少ないときに関わらず、必ず導通状態に導くことができる。

［時刻ｔ７以降の定常溶接期間Ｔｃの動作］
時刻ｔ７において短絡状態となると、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が通電する。ホットスタート電流は、時刻ｔ７〜ｔ９１の予め定めたホットスタート期間中通電する。

時刻ｔ７に電流通電判別信号ＣｄがＨｉｇｈレベルに変化してから予め定めた遅延期間が経過した時刻ｔ８において、同図（Ｂ）に示すように、送給速度Ｆｗは正送から逆送に切り換えられて、所定の定常逆送ピーク値Ｆrcまで急加速し、その値を維持する。上記の遅延期間は１〜１０ms程度に設定される。遅延期間を０にして、遅延しないようにしても良い。この遅延は、溶接ワイヤ１が母材２に接触したときに、初期アークを円滑に発生させるために設けている。

時刻ｔ９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。逆送ピーク期間中に短絡判別信号ＳｄがＬｏｗレベル（アーク）に変化すると、同図（Ｂ）に示すように、正送期間への移行を開始する。送給速度Ｆｗは、時刻ｔ９から所定の変化率で減速されて、時刻ｔ１０において０となる。逆送減速期間中の時刻ｔ９１において、同図（Ｃ）に示すように、溶接電流Ｉｗはホットスタート電流値からアーク負荷に応じて変化するアーク電流値に減少する。上述したように、時刻ｔ７〜ｔ９１のホットスタート期間は所定値であるので、ホットスタート期間が終了する時点において、送給速度Ｆｗがどの期間になっているかは不確定である。時刻ｔ９〜ｔ１１の期間がアーク期間となる。

時刻ｔ１０から正送期間に入り、所定の変化率で０から加速され、所定の定常正送ピーク値Ｆscに達するとその値を維持する。正送ピーク期間中の時刻ｔ１１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、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。これに応動して、同図(Ｂ)に示すように、送給速度Ｆｗは逆送期間への移行を開始する。送給速度Ｆｗは、時刻ｔ１１〜ｔ１２の期間中に所定の変化率で減速して０となる。同図（Ｃ）に示すように、溶接電流Ｉｗは時刻ｔ１１〜ｔ１３の短絡期間中に次第に増加する。

時刻ｔ１２から逆送期間に入り、所定の変化率で０から加速され、所定の定常逆送ピーク値Ｆrcに達するとその値を維持する。時刻ｔ１３において、逆送によっ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、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。これに応動して、同図(Ｂ)に示すように、送給速度Ｆｗは正送期間への移行を開始する。送給速度Ｆｗは、時刻ｔ１３〜ｔ１４の期間中に所定の変化率で減速して０となる。同図（Ｃ）に示すように、溶接電流Ｉｗはアーク期間中に次第に減少する。

これ以降は、時刻ｔ１０〜ｔ１４の動作を繰り返す。時刻ｔ７からの溶接ワイヤ先端・母材間距離Ｌｗの変化は以下のようになる。初めて導通状態(短絡状態)になる時刻ｔ７からアークが発生する時刻ｔ９までは、Ｌｗ＝０となる。時刻ｔ９〜ｔ１０の逆送減速期間中は、Ｌｗは０から次第に長くなる。時刻ｔ１０〜ｔ１１までの正送期間中は、Ｌｗは次第に短くなり０となる。時刻ｔ１１〜ｔ１３の期間中は、Ｌｗは０のままである。時刻ｔ１３〜ｔ１４の逆送減速期間中は、Ｌｗは次第に長くなる。

溶接ワイヤ先端部へのスラグ付着状態がひどい場合においても、複数回の接触によって、確実にスラグを削り取り、導通状態にするためには、以下の処置が必要である。正逆送給制御に用いる送給モータＷＭは、過渡特性の良いものを使用する必要があるために、反面最大トルクが小さくなる。このために、接触時点での送給速度Ｆｗが低速であると、トルクが小さいために、スラグの削り取り状態が不十分となる。これを防止するためには、接触時点での送給速度Ｆｗを高速にする必要がある。本実施の形態では、初期正送ピーク値Ｆsiを２０ｍ／分以上に設定する。これにより、スラグ付着状態がひどい場合でも、確実に導通状態にすることができ、アークスタート不良を防止することができる。さらに、初期正送ピーク値Ｆsiを３０ｍ／分以上に設定することが好ましい。これにより、導通状態になるまでの接触回数(衝突回数)を少なくすることができ、アークスタートに要する時間を短縮することができる。

平均初期送給速度Ｆｉは１〜３ｍ／分に設定することが好ましい。平均初期送給速度Ｆｉが３ｍ／分を超えると、導通状態に変化した後の短絡状態からアーク発生までの時間が長くなり、アークスタート性が悪くなる。平均初期送給速度Ｆｉが１ｍ／分未満になると溶接開始時点から１回目の接触状態となるまでの時間が長くなり、アークスタートに要する時間が長くなる。

初期正送ピーク値Ｆsi及び初期逆送ピーク値Ｆriが大きくなるほど、送給モータＷＭの過渡特性に制限されて、正送期間と逆送期間との切換に要する時間が長くなる。さらに、溶接姿勢、溶接累積時間等の影響によって送給経路の負荷状態が変動する。この変動に伴って正送期間と逆送期間との切換時間が変動し、平均初期送給速度Ｆｉが変動することになる。上述したように、平均初期送給速度Ｆｉが変動して適正範囲外になると、アークスタート性が悪くなる。これを防止するためには、初期正送ピーク値Ｆsiは５０ｍ／分以下である必要がある。平均初期送給速度Ｆｉの変動をさらに小さくしてアークスタート性を良好にするためには、初期正送ピーク値Ｆsiは４０ｍ／分以下であることが好ましい。

平均初期送給速度Ｆｉを適正値に調整するには、送給速度Ｆｗ(初期期間送給速度設定信号Ｆir)の波形パラメータを調整することになる。このときに、初期正送ピーク値Ｆsi及び初期逆送ピーク値Ｆriは平均初期送給速度Ｆｉに対して数十倍大きな値であり、これらの値を調整して平均初期送給速度Ｆｉを正確に調整することは難しい。このために、初期周波数Ｓｉを所定値に設定し、正送期間と逆送期間との時間比率を調整することによって、平均初期送給速度Ｆｉを正確に調整している。すなわち、初期周波数設定信号Ｓirによって初期周波数Ｓｉを設定し、初期時間比率設定信号Ｄirによって正送期間と逆送期間との時間比率を設定している。このときに、初期正送ピーク値Ｆsiと初期逆送ピーク値Ｆriとを等しい値に設定すれば、時間比率による平均初期送給速度Ｆｉの調整がさらに容易となる。

本実施形態における各数値の一例を以下に示す。
（初期期間ＴＩ）
初期周波数Ｓｉは通常５０〜１５０Ｈｚであり、本実施の形態においては、例えば１００Ｈｚ程度である。初期時間比率は、通常０．５０１７〜０．５０５であり、本実施の形態においては、例えば０．５０３３程度である。初期正送ピーク値Ｆsiは、３０〜５０ｍ／分であり、好ましくは３０〜４０ｍ／分である。初期逆送ピーク値Ｆriは、通常３０〜５０ｍ／分であり、好ましくは３０〜４０ｍ／分である。平均初期送給速度Ｆｉは、１〜３ｍ／分である。
（定常溶接期間Ｔｃ）
送給速度の１周期は、通常８〜２０msであり、本実施の形態においては、例えば１０ms程度である。短絡期間は、通常２〜１０msであり、本実施の形態においては、例えば４ms程度である。アーク期間は、通常３〜１５msであり、本実施の形態においては、例えば６ms程度である。定常正送ピーク値Ｆscは、通常３０〜１００ｍ／分であり、本実施の形態においては、例えば８０ｍ／分程度である。定常逆送ピーク値Ｆrcは、通常−３０〜−１００ｍ／分であり、本実施の形態においては、例えば−７０ｍ／ｍｉｎ程度である。平均送給速度は、通常３〜１５ｍ／分であり、本実施の形態においては、例えば１０ｍ／分程度である。正送期間と逆送期間との切換時の変化率は、通常１ms当たり３０〜２００ｍ／分の変化であり、本実施の形態においては、例えば１ms当たり１００ｍ／分程度の変化である。また、平均溶接電流は、通常５０〜３５０Ａであり、本実施の形態においては、例えば２５０Ａ程度である。

上述した実施の形態によれば、溶接開始時に溶接ワイヤが送給を開始してから溶接ワイヤが母材と１回又は複数回接触した後に溶接電流が通電するまでの初期期間中は、正逆送給制御を行うと共に、正送ピーク値を２０〜５０ｍ／分の範囲に設定する。これにより、本実施の形態では、溶接ワイヤ先端部のスラグ付着状態に関わらず、確実にスラグを除去することができる。このために、アークスタート不良を防止することができる。

さらに、本実施の形態では、初期期間中の送給速度の平均値(平均初期送給速度Ｆｉ)の調整を、正送期間と逆送期間との時間比率を変化させて行う。これにより、平均初期送給速度Ｆｉを適正範囲に正確に調整することができる。

さらに、本実施の形態では、初期期間中の送給速度の平均値(平均初期送給速度Ｆｉ)の調整を、正送ピーク値と逆送ピーク値とを等しい値に設定し、かつ、正送期間と逆送期間との時間比率を変化させて行う。これにより、平均初期送給速度Ｆｉの調整を、より正確かつ迅速に行うことができる。

さらに、本実施の形態では、初期期間中の送給速度の平均値(平均初期送給速度Ｆｉ)の調整を、１〜３ｍ／分の範囲とする。これにより、溶接ワイヤと母材とが短絡状態になってからアークが発生するまでの時間を短くすることができ、アークスタート性を向上させることができる。

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
ＤＩＲ 初期時間比率設定回路
Ｄir 初期時間比率設定信号
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
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
Ｆｉ 平均初期送給速度
ＦＩＲ 初期期間送給速度設定回路
Ｆir 初期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
Ｆrc 定常逆送ピーク値
ＦＲＣＲ 定常逆送ピーク値設定回路
Ｆrcr 定常逆送ピーク値設定信号
Ｆri 初期逆送ピーク値
ＦＲＩＲ 初期逆送ピーク値設定回路
Ｆrir 初期逆送ピーク値設定信号
Ｆsc 定常正送ピーク値
ＦＳＣＲ 定常正送ピーク値設定回路
Ｆscr 定常正送ピーク値設定信号
Ｆsi 初期正送ピーク値
ＦＳＩＲ 初期正送ピーク値設定回路
Ｆsir 初期正送ピーク値設定信号
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
Ｌｗ 溶接ワイヤ先端・母材間距離
ＰＭ 電源主回路
ＳＤ 短絡判別回路
Ｓｄ 短絡判別信号
Ｓｉ 初期周波数
ＳＩＲ 初期周波数設定回路
Ｓir 初期周波数設定信号
ＳＴ 溶接開始回路
Ｓｔ 溶接開始信号
ＳＴＩ 初期期間タイマ回路
Ｓti 初期期間タイマ信号
ＳＷ 電源特性切換回路
Ｔｃ 定常溶接期間
Ｔｉ 初期期間
ＶＤ 電圧検出回路
Ｖｄ 電圧検出信号
Ｖｗ 溶接電圧
ＷＬ リアクトル
ＷＭ 送給モータ

Claims (1)

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い、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、
   溶接開始時に前記溶接ワイヤが送給を開始してから前記溶接ワイヤが母材と１回又は複数回接触した後に溶接電流が通電するまでの初期期間中は、前記正逆送給制御を行い、
   前記初期期間中の前記送給速度の平均値の調整を、初期正送ピーク値と初期逆送ピーク値とを等しい値に設定し、かつ、前記正送期間と前記逆送期間との時間比率を変化させて行い、
   前記初期期間終了後の定常溶接期間中は、前記短絡期間と前記アーク期間とに同期して前記正送期間と前記逆送期間とを切り換え、かつ、前記送給速度の平均値の調整を定常正送ピーク値及び定常逆送ピーク値とを変化させて行う、
   ことを特徴とするアーク溶接制御方法。

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