JP6748555B2 - Arc welding method and arc welding apparatus - Google Patents

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Description

本発明は、消耗電極式のアーク溶接方法及びアーク溶接装置に関する。 The present invention relates to a consumable electrode type arc welding method and an arc welding apparatus.

溶接方法の一つに、消耗電極式のガスシールドアーク溶接法がある。ガスシールドアーク溶接法は、母材の被溶接部に送給された溶接ワイヤと、母材との間にアークを発生させ、アークの熱によって母材を溶接する手法であり、特に高温になった母材の酸化を防ぐために、不活性ガスを溶接部周辺に噴射しながら溶接を行うものである。5mm程度の薄板であれば、母材の突き合わせ継手を1パスで溶接することもできる。 One of welding methods is a consumable electrode type gas shield arc welding method. The gas shield arc welding method is a method in which an arc is generated between the welding wire fed to the welded part of the base material and the base material, and the base material is welded by the heat of the arc. In order to prevent the base metal from being oxidized, welding is performed while injecting an inert gas around the weld. If it is a thin plate of about 5 mm, the butt joint of the base materials can be welded in one pass.

また、一般的なガスシールドアーク溶接法に比して、高速で溶接ワイヤの送給を行い、大電流を供給することによって、9〜30mmの厚板の1パス溶接を実現する技術がある。具体的には、溶接ワイヤを約5〜100m/分で送給し、300A以上の大電流を供給することによって、厚板の1パス溶接を実現することができる。溶接ワイヤの高速送給及び大電流供給を行うと、アークの熱によって母材に凹状の溶融部分が形成され、溶接ワイヤの先端部が溶融部分によって囲まれた空間に進入する。溶接ワイヤの先端部が母材表面より深部に進入することによって、溶融部分が母材の厚み方向裏面側にまで貫通し、1パス溶接が可能になる。以下、凹状の溶融部分によって囲まれる空間を埋もれ空間と呼び、埋もれ空間に進入した溶接ワイヤの先端部と、母材又は溶融部分との間に発生するアークを、適宜、埋もれアークと呼ぶ。 In addition, there is a technique that realizes one-pass welding of a thick plate of 9 to 30 mm by feeding a welding wire at a higher speed and supplying a large current as compared with a general gas shield arc welding method. Specifically, by feeding the welding wire at about 5 to 100 m/min and supplying a large current of 300 A or more, one-pass welding of the thick plate can be realized. When the welding wire is fed at high speed and supplied with a large current, a concave molten portion is formed in the base material by the heat of the arc, and the tip of the welding wire enters the space surrounded by the molten portion. When the tip portion of the welding wire enters deeper than the surface of the base material, the molten portion penetrates to the back surface side in the thickness direction of the base material, enabling one-pass welding. Hereinafter, the space surrounded by the concave molten portion is referred to as a buried space, and the arc generated between the tip portion of the welding wire entering the buried space and the base material or the molten portion is appropriately referred to as a buried arc.

更に、ガスシールドアーク溶接において、溶接電源のインダクタンス及び外部特性は、溶接状態の安定性を左右するものであり、溶接法等に応じて最適なインダクタンス及び外部特性を電子的な制御によって実現する技術がある(例えば、特許文献1)。 Furthermore, in gas shielded arc welding, the inductance and external characteristics of the welding power source influence the stability of the welding state, and a technology that achieves the optimum inductance and external characteristics by electronic control according to the welding method etc. (For example, Patent Document 1).

特許第5186227号公報Japanese Patent No. 5186227

一方、本願発明者等は、埋もれアーク溶接において、溶接電流を周期的に変動させることにより、埋もれ空間を安定的に維持することができることを見出した。溶接電流は、例えば定電圧特性電源の設定電圧を周期的に変動させることによって変動させることができる。通常、アークの熱によって溶融した母材及び溶接ワイヤの溶融金属は、埋もれ空間が閉口し、溶接ワイヤの先端部が埋没される方向へ流れる。溶接ワイヤの先端部が閉口した溶融部分に接触して短絡すると、溶接が著しく不安定化する。しかし、溶接電流を周期的に変動させると、埋もれ空間に進入した溶接ワイヤの先端部の位置が電流変動1周期の中で上下移動する。ワイヤ先端位置が高い状態においては、アークが溶融部分の側部に照射され、当該アークの力によって溶融部分の閉口が抑制される。このように、溶接電流を周期的に変動させることにより、埋もれ空間を安定的に維持することができる。 On the other hand, the inventors of the present application have found that in the buried arc welding, the buried space can be stably maintained by periodically varying the welding current. The welding current can be changed, for example, by periodically changing the set voltage of the constant voltage characteristic power supply. Usually, the base material melted by the heat of the arc and the molten metal of the welding wire flow in the direction in which the buried space is closed and the tip of the welding wire is buried. When the tip of the welding wire comes into contact with the closed melted portion and short-circuits, the welding becomes significantly unstable. However, if the welding current is changed periodically, the position of the tip of the welding wire that has entered the buried space moves up and down within one cycle of current change. When the position of the wire tip is high, the arc is applied to the side portion of the melted portion, and the closing of the melted portion is suppressed by the force of the arc. As described above, the buried space can be stably maintained by periodically changing the welding current.

しかしながら上記方法においては、埋もれ空間におけるワイヤ先端位置が低い状態と、高い状態との間で状態遷移が繰り返されるが、各状態又は状態遷移を安定化させるのに適したインダクタンスも変動するため、一定のインダクタンスを用いた溶接制御では、埋もれ空間を維持することができても、溶接状態が必ずしも安定しないおそれがあった。 However, in the above method, the state transition is repeated between the state in which the wire tip position in the buried space is low and the state in which the wire tip position is high, but since each state or the inductance suitable for stabilizing the state transition also fluctuates, it is constant. In the welding control using the inductance of 1), even if the buried space can be maintained, the welding state may not always be stable.

本発明は斯かる事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、埋もれアーク溶接において、溶接電流を周期的に変動させることによって埋もれ空間を安定的に維持しつつ、溶接電流の変動による溶接状態の不安定化を抑制することができるアーク溶接方法及びアーク溶接装置を提供することにある。 The present invention has been made in view of the above circumstances, and an object thereof is to perform welding in a buried arc welding by varying the welding current while periodically maintaining the buried space by periodically varying the welding current. An object of the present invention is to provide an arc welding method and an arc welding apparatus capable of suppressing the destabilization of the state.

本発明に係るアーク溶接方法は、母材の被溶接部に溶接ワイヤを送給すると共に、溶接電源から該溶接ワイヤに溶接電流を供給することによって、前記溶接ワイヤの先端部及び被溶接部間にアークを発生させ、前記先端部及び被溶接部間に発生したアークによって前記母材に形成された凹状の溶融部分によって囲まれる空間に前記先端部を進入させて前記母材を溶接する消耗電極式のアーク溶接方法であって、前記溶接電流を変動させることによって、前記溶接ワイヤの前記先端部が前記空間に深く進入した第1状態と、前記空間に浅く進入した第2状態とを周期的に変動させ、前記溶接電流の変動に同期して前記溶接電源のインダクタンスを変動させる。 The arc welding method according to the present invention supplies a welding wire to a welded portion of a base material and supplies a welding current to the welding wire from a welding power source so that the tip portion of the welding wire and the welded portion are welded. A consumable electrode for welding the base material by causing an arc to occur and causing the tip to enter the space surrounded by the concave molten portion formed in the base material by the arc generated between the tip and the welded portion. In the arc welding method of the formula, by varying the welding current, a first state in which the tip portion of the welding wire deeply enters the space and a second state in which the tip part shallowly enters the space are periodically performed. And the inductance of the welding power source is varied in synchronization with the variation of the welding current.

本発明にあっては、溶接ワイヤの先端部は、凹状の溶融部分で囲まれる埋もれ空間に進入し、埋もれアークが発生する。具体的には、溶接ワイヤの先端部は溶融部分に囲まれた状態となり、溶接電流を周期的に変動させることにより、埋もれ空間におけるワイヤ先端位置を上下させることができ、先端部と、溶融部分の底部及び側部との間にアークが発生する。
第1状態においては、溶接ワイヤの先端部が埋もれ空間に深く進入し、溶融部分の底部に照射されるアークによって、深い溶け込みが得られる。
アークの熱によって溶融した母材及び溶接ワイヤの溶融金属は、埋もれ空間が閉口し、溶接ワイヤの先端部が埋没される方向へ流れようとするが、第2状態においては、溶接ワイヤの先端部が埋もれ空間に浅く進入し、溶融部分の側部に照射されるアークの力によって溶融部分が支えられるため、埋もれ空間は安定した状態で維持される。
また、溶接電流の変動に同期して溶接電源のインダクタンスを周期的に変動させる。一般的に、インダクタンスが小さい程、アーク長の自己制御作用が強く働き、外乱によるアーク長の変化に対する溶接電流の変動が大きくなる。逆に、インダクタンスが大きい程、外乱によるアーク長の変化に対する溶接電流の変動は小さくなり、アーク長の自己制御作用は小さくなる。
溶接電源のインダクタンスを、第1状態及び第2状態、又は各状態間の遷移状態に適した値とすることにより、溶接状態をより効果的に安定化させることができる。
In the present invention, the tip of the welding wire enters the buried space surrounded by the concave molten portion, and a buried arc is generated. Specifically, the tip of the welding wire is surrounded by the melted portion, and by periodically varying the welding current, the wire tip position in the buried space can be raised or lowered. An arc occurs between the bottom and the sides of the.
In the first state, the distal end of the welding wire deeply penetrates into the buried space, and a deep penetration is obtained by the arc radiated to the bottom of the molten portion.
The base metal melted by the heat of the arc and the molten metal of the welding wire tend to flow in the direction in which the buried space is closed and the tip of the welding wire is buried, but in the second state, the tip of the welding wire is closed. Enters the buried space shallowly, and the melted portion is supported by the force of the arc irradiated to the side of the melted portion, so that the buried space is maintained in a stable state.
Further, the inductance of the welding power source is periodically changed in synchronization with the change of the welding current. Generally, the smaller the inductance, the stronger the self-control effect of the arc length, and the larger the fluctuation of the welding current with respect to the change of the arc length due to the disturbance. On the contrary, the larger the inductance, the smaller the fluctuation of the welding current with respect to the change of the arc length due to the disturbance, and the smaller the self-control action of the arc length.
By setting the inductance of the welding power source to a value suitable for the first state and the second state, or the transition state between the states, the welding state can be more effectively stabilized.

本発明に係るアーク溶接方法は、前記溶接電流を増大させる場合、前記インダクタンスを増大させ、前記溶接電流を減少させる場合、前記インダクタンスを減少させる。 The arc welding method according to the present invention increases the inductance when increasing the welding current, and decreases the inductance when decreasing the welding current.

本発明にあっては、溶接電流が小さい第1状態においては、インダクタンスの値が小さく、アーク長の自己制御作用が強く働く。このため、溶接ワイヤの先端部の位置を精度良く制御することができる。従って、溶接ワイヤの先端部が溶融部分に接触する等して、溶接状態が不安定化することを回避することができる。
一方、溶接電流が大きい第2状態においては、インダクタンスの値が大きく、外乱による溶接電流の変動を抑えることができる。従って、外乱による溶接電流の乱れを抑えることによって、外乱による溶融池の波打ちを抑え、溶接状態が不安定化することを回避することができる。
このように溶接電流の変動による不安定化を効果的に抑えることができる。
In the present invention, in the first state where the welding current is small, the value of the inductance is small and the self-control action of the arc length is strong. Therefore, the position of the tip of the welding wire can be accurately controlled. Therefore, it is possible to prevent the welding state from becoming unstable due to the tip portion of the welding wire coming into contact with the molten portion.
On the other hand, in the second state in which the welding current is large, the value of the inductance is large, and the fluctuation of the welding current due to disturbance can be suppressed. Therefore, by suppressing the disturbance of the welding current due to the disturbance, it is possible to suppress the waving of the molten pool due to the disturbance and avoid the instability of the welding state.
In this way, it is possible to effectively suppress instability due to fluctuations in the welding current.

本発明に係るアーク溶接方法は、前記溶接ワイヤを送給する速度は一定であり、前記溶接電源は定電圧特性を有し、前記溶接電源の設定電圧を周期的に変動させることによって、前記溶接電流を周期的に変動させ、前記溶接電源の設定電圧を第1電圧に設定する場合、前記インダクタンスを第1所定値に設定し、前記溶接電源の設定電圧を第1電圧よりも高い第2電圧に設定する場合、前記インダクタンスを第1所定値よりも大きい第2所定値に設定する。 In the arc welding method according to the present invention, a speed at which the welding wire is fed is constant, the welding power source has a constant voltage characteristic, and the welding is performed by periodically changing a set voltage of the welding power source. When the current is periodically changed and the set voltage of the welding power source is set to a first voltage, the inductance is set to a first predetermined value and the set voltage of the welding power source is a second voltage higher than the first voltage. When set to, the inductance is set to a second predetermined value larger than the first predetermined value.

本発明にあっては、溶接ワイヤを定速で送給し、定電圧特性を有する溶接電源の設定電圧を変動させることによって、溶接電流を変動させ、埋もれ空間におけるワイヤ先端位置を上下させることができる。
そして、溶接電源の設定電圧として低い第1電圧を設定する場合、インダクタンスの値を小さな第1所定値とし、溶接電源の設定電圧として高い第2電圧を設定する場合、インダクタンスの値を大きな第2所定値とする。このように溶接電源の設定電圧の切り替えと共にインダクタンスの値を切り替える簡単な制御で、第1状態におけるアーク長の自己制御作用を増大させ、第2状態における溶接電流の乱れを小さくすることができる。
In the present invention, the welding wire is fed at a constant speed, and the setting voltage of the welding power source having a constant voltage characteristic is changed, thereby changing the welding current and raising or lowering the wire tip position in the buried space. it can.
Then, when a low first voltage is set as the setting voltage of the welding power source, the inductance value is set to a small first predetermined value, and when a high second voltage is set as the welding power source setting voltage, the inductance value is set to a large second value. Set to a predetermined value. As described above, the simple control of switching the setting value of the welding power source and switching the value of the inductance can increase the self-control action of the arc length in the first state and reduce the disturbance of the welding current in the second state.

本発明に係るアーク溶接方法は、前記溶接電源が供給する前記溶接電流を制御することによって、前記インダクタンスを電子的に変動させる。 The arc welding method according to the present invention electronically varies the inductance by controlling the welding current supplied by the welding power source.

本発明にあっては、溶接電流が大電流で、かつ高周波数で変動する場合であっても、溶接電流の変動に同期して、溶接電源のインダクタンスを電子的に変動させることができる。 According to the present invention, even if the welding current is a large current and fluctuates at a high frequency, the inductance of the welding power source can be electronically varied in synchronization with the variation of the welding current.

本発明に係るアーク溶接方法は、前記溶接電流の周波数が10Hz以上1000Hz以下、平均電流が300A以上になるように、該溶接電流を変動させる。 In the arc welding method according to the present invention, the welding current is changed so that the frequency of the welding current is 10 Hz or more and 1000 Hz or less and the average current is 300 A or more.

本発明にあっては、平均電流300A以上の溶接電流が溶接ワイヤに供給され、埋もれアークが発生する。埋もれアークによって母材に形成された凹状の溶融金属は波打ち、溶接状態が不安定化するおそれがある。しかし、本発明では、溶接電流を10Hz以上1000Hz以下の周波数で変動させることにより、溶融金属の大きな波打ち周期よりも高周波数で溶融金属を微振動させ、当該波打ちを抑えることができる。従って、溶接状態をより効果的に安定化させることができる。 In the present invention, a welding current having an average current of 300 A or more is supplied to the welding wire, and a buried arc is generated. The concave molten metal formed on the base material by the buried arc may be corrugated and the welding state may become unstable. However, in the present invention, by varying the welding current at a frequency of 10 Hz or more and 1000 Hz or less, the molten metal can be slightly vibrated at a frequency higher than the large undulation cycle of the molten metal, and the undulation can be suppressed. Therefore, the welding state can be stabilized more effectively.

本発明に係るアーク溶接装置は、母材の被溶接部に溶接ワイヤを送給するワイヤ送給部と、該溶接ワイヤに溶接電流を供給する電源部とを備え、前記溶接ワイヤに溶接電流を供給することによって、前記溶接ワイヤの先端部及び被溶接部間にアークを発生させ、前記先端部及び被溶接部間に発生したアークによって前記母材に形成された凹状の溶融部分によって囲まれる空間に前記先端部を進入させて前記母材を溶接する消耗電極式のアーク溶接装置であって、前記溶接電流を変動させることによって、前記溶接ワイヤの前記先端部が前記空間に深く進入した第1状態と、前記空間に浅く進入した第2状態とを周期的に変動させる状態変動部と、前記溶接電流の変動に同期して前記電源部のインダクタンスを変動させるインダクタンス変動部とを備える。 An arc welding apparatus according to the present invention includes a wire feeding unit that feeds a welding wire to a welded portion of a base material, and a power supply unit that supplies a welding current to the welding wire, and the welding current is supplied to the welding wire. An arc is generated between the tip portion of the welding wire and the welded portion by supplying, and a space surrounded by the concave molten portion formed in the base material by the arc generated between the tip portion and the welded portion. A consumable electrode type arc welding apparatus for welding the base material by injecting the tip portion into a space, wherein the tip portion of the welding wire deeply enters the space by varying the welding current. A state changing unit that periodically changes the state and a second state that has shallowly entered the space, and an inductance changing unit that changes the inductance of the power supply unit in synchronization with the change of the welding current.

本発明にあっては、上記の通り、溶接電流を周期的に変動させることによって、埋もれ空間を安定した状態で維持しつつ、深い溶け込みが得られ、しかも溶接電流の変動による溶接状態の不安定化を抑制することができる。 According to the present invention, as described above, by periodically varying the welding current, a deep penetration can be obtained while maintaining the buried space in a stable state, and the welding state becomes unstable due to the variation of the welding current. Can be suppressed.

本発明によれば、埋もれアーク溶接において、溶接電流を周期的に変動させることによって埋もれ空間を安定的に維持しつつ、溶接電流の変動による溶接状態の不安定化を抑制することができるアーク溶接方法及びアーク溶接装置を提供することにある。 According to the present invention, in buried arc welding, arc welding capable of suppressing the destabilization of the welding state due to the fluctuation of the welding current while stably maintaining the buried space by periodically changing the welding current. A method and an arc welding apparatus are provided.

本実施形態1に係るアーク溶接装置の一構成を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows one structure of the arc welding apparatus which concerns on this Embodiment 1. 本実施形態1に係るアーク溶接方法の手順を示すフローチャートである。3 is a flowchart showing the procedure of the arc welding method according to the first embodiment. 溶接対象の母材を示す側断面図である。It is a sectional side view which shows the base material of a welding target. インダクタンス設定信号及び溶接電流の変動を示すグラフである。It is a graph which shows the variation of an inductance setting signal and welding current. 本実施形態に係るアーク溶接方法を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the arc welding method which concerns on this embodiment. 設定電圧及びインダクタンス設定値の変動を示すグラフである。It is a graph which shows the variation of a set voltage and an inductance set value. インダクタンス設定値の変動による溶接電流の増減態様を示すグラフである。It is a graph which shows the increase/decrease aspect of welding current by variation of an inductance set value. 埋もれアークを実現する溶接電流及び電圧の条件を示すグラフである。It is a graph which shows the conditions of welding current and voltage which realize a buried arc. ワイヤ径及びワイヤ突出し長さと、埋もれアークを実現する溶接電流及び電圧の条件との関係を示す概念図である。It is a conceptual diagram which shows the relationship between the wire diameter and wire protrusion length, and the conditions of the welding current and voltage which implement|achieve a buried arc. ワイヤ径1.6mm、溶接ワイヤの突出し長さ25mmの場合において埋もれアークを実現する溶接電流及び電圧の条件の一例を示すグラフである。It is a graph which shows an example of the conditions of the welding current and voltage which implement|achieve a buried arc in the case where a wire diameter is 1.6 mm and the projection length of a welding wire is 25 mm. 埋もれアーク溶接の実験結果を写真で示す図表である。It is a chart which shows the experimental result of buried arc welding with a photograph. 埋もれアーク溶接の実験結果を模式図で示す図表である。It is a chart which shows the experimental result of buried arc welding by a schematic diagram.

以下、本発明をその実施形態を示す図面に基づいて詳述する。
図1は、本実施形態に係るアーク溶接装置の一構成を示す模式図である。本実施形態に係るアーク溶接装置は、板厚が9〜30mmの母材4を1パスで突き合わせ溶接することが可能な消耗電極式のガスシールドアーク溶接機であり、溶接電源1、トーチ2及びワイヤ送給部3を備える。
Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the drawings showing an embodiment thereof.
FIG. 1 is a schematic diagram showing a configuration of an arc welding device according to the present embodiment. The arc welding apparatus according to the present embodiment is a consumable electrode type gas shield arc welder capable of butt-welding a base material 4 having a plate thickness of 9 to 30 mm in one pass, and includes a welding power source 1, a torch 2, and a torch 2. The wire feeding unit 3 is provided.

トーチ2は、銅合金等の導電性材料からなり、母材4の被溶接部へ溶接ワイヤ5を案内すると共に、アーク7(図5参照)の発生に必要な溶接電流Iを供給する円筒形状のコンタクトチップを有する。コンタクトチップは、その内部を挿通する溶接ワイヤ5に接触し、溶接電流Iを溶接ワイヤ5に供給する。また、トーチ2は、コンタクトチップを囲繞する中空円筒形状をなし、被溶接部へシールドガスを噴射するノズルを有する。シールドガスは、アーク7によって溶融した母材4及び溶接ワイヤ5の酸化を防止するためのものである。シールドガスは、例えば炭酸ガス、炭酸ガス及びアルゴンガスの混合ガス、アルゴン等の不活性ガス等である。 The torch 2 is made of a conductive material such as a copper alloy and has a cylindrical shape that guides the welding wire 5 to the welded portion of the base material 4 and supplies the welding current I necessary for generating the arc 7 (see FIG. 5). It has a contact tip. The contact tip comes into contact with the welding wire 5 passing through the inside thereof and supplies the welding current I to the welding wire 5. Further, the torch 2 has a hollow cylindrical shape surrounding the contact tip and has a nozzle for injecting a shield gas to the welded portion. The shield gas is for preventing the base material 4 and the welding wire 5 melted by the arc 7 from being oxidized. The shield gas is, for example, carbon dioxide gas, a mixed gas of carbon dioxide gas and argon gas, an inert gas such as argon, or the like.

溶接ワイヤ5は、例えばソリッドワイヤであり、その直径は0.9mm以上1.6mm以下であり、消耗電極として機能する。溶接ワイヤ5は、例えば、螺旋状に巻かれた状態でペールパックに収容されたパックワイヤ、あるいはワイヤリールに巻回されたリールワイヤである。 The welding wire 5 is, for example, a solid wire, has a diameter of 0.9 mm or more and 1.6 mm or less, and functions as a consumable electrode. The welding wire 5 is, for example, a pack wire housed in a pail pack in a spirally wound state, or a reel wire wound on a wire reel.

ワイヤ送給部3は、溶接ワイヤ5をトーチ2へ送給する送給ローラと、当該送給ローラを回転させるモータとを有する。ワイヤ送給部3は、送給ローラを回転させることによって、ペールパック又はワイヤリールから溶接ワイヤ5を引き出し、引き出された溶接ワイヤ5をトーチ2へ定速で供給する。溶接ワイヤ5の送給速度は、例えば、約5〜100m/分である。なお、かかる溶接ワイヤ5の送給方式は一例であり、特に限定されるものでは無い。 The wire feeding unit 3 has a feeding roller that feeds the welding wire 5 to the torch 2, and a motor that rotates the feeding roller. The wire feeding unit 3 draws the welding wire 5 from the pail pack or the wire reel by rotating the feeding roller, and feeds the drawn welding wire 5 to the torch 2 at a constant speed. The feeding speed of the welding wire 5 is, for example, about 5 to 100 m/min. The method of feeding the welding wire 5 is an example and is not particularly limited.

溶接電源1は、給電ケーブルを介して、トーチ2のコンタクトチップ及び母材4に接続され、溶接電流Iを供給する電源部11と、溶接ワイヤ5の送給速度を制御する送給速度制御部12とを備える。なお、電源部11及び送給速度制御部12を別体で構成しても良い。電源部11は、定電圧特性の電源であり、PWM制御された直流電流を出力する電源回路11a、電流設定変化量算出回路11b、電流設定積分回路11c、差分増幅回路11d、出力電圧設定回路11e、インダクタンス設定回路11f、外部特性設定回路11g、周波数設定回路11h、電流振幅設定回路11i、平均電流設定回路11j、電圧検出部11l及び電流検出部11kを備える。 The welding power source 1 is connected to the contact tip of the torch 2 and the base material 4 via the power feeding cable, and the power source unit 11 for supplying the welding current I and the feeding speed control unit for controlling the feeding speed of the welding wire 5. 12 and. The power supply unit 11 and the feeding speed control unit 12 may be separately configured. The power supply unit 11 is a power supply having a constant voltage characteristic, and outputs a PWM-controlled DC current, a current setting change amount calculation circuit 11b, a current setting integration circuit 11c, a difference amplification circuit 11d, and an output voltage setting circuit 11e. An inductance setting circuit 11f, an external characteristic setting circuit 11g, a frequency setting circuit 11h, a current amplitude setting circuit 11i, an average current setting circuit 11j, a voltage detection unit 11l, and a current detection unit 11k.

電圧検出部11lは、溶接電圧Vを検出し、検出した電圧値を示す電圧値信号Vdを電流設定変化量算出回路11bへ出力する。 The voltage detection unit 11l detects the welding voltage V and outputs a voltage value signal Vd indicating the detected voltage value to the current setting change amount calculation circuit 11b.

電流検出部11kは、例えば、溶接電源1からトーチ2を介して溶接ワイヤ5へ供給され、アーク7を流れる溶接電流Iを検出し、検出した電流値を示す電流値信号Idを電流設定変化量算出回路11b及び差分増幅回路11dへ出力する。 The current detection unit 11k detects, for example, the welding current I supplied from the welding power source 1 to the welding wire 5 through the torch 2 and flowing through the arc 7, and outputs the current value signal Id indicating the detected current value as the current setting change amount. It outputs to the calculation circuit 11b and the difference amplifier circuit 11d.

周波数設定回路11hは、母材4及び溶接ワイヤ5間の溶接電圧V及び溶接電流Iを周期的に変動させる周波数を設定するための周波数設定信号を出力電圧設定回路11eへ出力する。本実施形態に係るアーク溶接方法を実施する場合、周波数設定回路11hは、10Hz以上1000Hz以下の周波数、好ましくは50Hz以上300Hz以下の周波数、より好ましくは80Hz以上200Hz以下の周波数を示す周波数設定信号を出力する。 The frequency setting circuit 11h outputs to the output voltage setting circuit 11e a frequency setting signal for setting a frequency for periodically varying the welding voltage V and the welding current I between the base material 4 and the welding wire 5. When carrying out the arc welding method according to the present embodiment, the frequency setting circuit 11h outputs a frequency setting signal indicating a frequency of 10 Hz or more and 1000 Hz or less, preferably a frequency of 50 Hz or more and 300 Hz or less, and more preferably a frequency of 80 Hz or more and 200 Hz or less. Output.

電流振幅設定回路11iは、周期的に変動する溶接電流Iの振幅を設定するための振幅設定信号を出力電圧設定回路11eへ出力する。本実施形態に係るアーク溶接方法を実施する場合、電流振幅設定回路11iは、50A以上の電流振幅、好ましくは、100A以上500A以下の電流振幅、より好ましくは200A以上400A以下の電流振幅を示す振幅設定信号を出力する。 The current amplitude setting circuit 11i outputs an amplitude setting signal for setting the amplitude of the welding current I that fluctuates periodically to the output voltage setting circuit 11e. When performing the arc welding method according to the present embodiment, the current amplitude setting circuit 11i has a current amplitude of 50 A or more, preferably 100 A or more and 500 A or less, and more preferably 200 A or more and 400 A or less. Output the setting signal.

平均電流設定回路11jは、周期的に変動する溶接電流Iの平均電流を設定するための平均電流設定信号を出力電圧設定回路11eへ出力する。本実施形態に係るアーク溶接方法を実施する場合、平均電流設定回路11jは、300A以上の平均電流、好ましくは平均電流を300A以上1000A以下の平均電流、より好ましくは500A以上800A以下の平均電流を示す平均電流設定信号を出力する。 The average current setting circuit 11j outputs to the output voltage setting circuit 11e an average current setting signal for setting the average current of the welding current I that fluctuates periodically. When performing the arc welding method according to the present embodiment, the average current setting circuit 11j, the average current of 300A or more, preferably the average current of 300A or more 1000A or less, more preferably the average current of 500A or more 800A or less. The indicated average current setting signal is output.

出力電圧設定回路11eは、定電圧特性を有する溶接電源1の設定電圧を示した出力電圧設定信号Erを電流設定変化量算出回路11bへ出力する回路である。出力電圧設定回路11eは、各部から出力された周波数設定信号、振幅設定信号、平均電流設定信号に基づいて、目標とする周波数、電流振幅及び平均電流で溶接電流Iを周期的に変動させるための任意波形の出力電圧設定信号Erを生成し、生成した出力電圧設定信号Erを電流設定変化量算出回路11bへ出力する。出力電圧設定信号Erは、例えば矩形波状の信号である。 The output voltage setting circuit 11e is a circuit that outputs an output voltage setting signal Er indicating the set voltage of the welding power source 1 having a constant voltage characteristic to the current setting change amount calculation circuit 11b. The output voltage setting circuit 11e is for periodically varying the welding current I with a target frequency, current amplitude, and average current based on the frequency setting signal, amplitude setting signal, and average current setting signal output from each unit. The output voltage setting signal Er having an arbitrary waveform is generated, and the generated output voltage setting signal Er is output to the current setting change amount calculation circuit 11b. The output voltage setting signal Er is, for example, a rectangular wave signal.

インダクタンス設定回路11fは、出力電圧設定信号Erの変動に同期して変動するインダクタンスを示したインダクタンス設定信号Lrを電流設定変化量算出回路11bへ出力する。インダクタンス設定信号Lrは、例えば、矩形波状の信号であり、出力電圧設定信号Erと同相の信号を出力する。つまり、出力電圧設定回路11eから出力される矩形波の出力電圧設定信号Erがローレベルであるとき、インダクタンス設定回路11fは、ローレベルのインダクタンス設定信号Lrを出力し、出力電圧設定信号Erがハイレベルであるとき、インダクタンス設定回路11fは、ハイレベルのインダクタンス設定信号Lrを出力する(図4参照)。 The inductance setting circuit 11f outputs to the current setting change amount calculation circuit 11b an inductance setting signal Lr indicating the inductance that changes in synchronization with the change in the output voltage setting signal Er. The inductance setting signal Lr is, for example, a rectangular wave signal and outputs a signal in phase with the output voltage setting signal Er. That is, when the rectangular wave output voltage setting signal Er output from the output voltage setting circuit 11e is at a low level, the inductance setting circuit 11f outputs a low level inductance setting signal Lr and the output voltage setting signal Er is high. When the level is set, the inductance setting circuit 11f outputs a high level inductance setting signal Lr (see FIG. 4).

外部特性設定回路11gは、外部特性の傾きを示す外部特性傾き設定信号Rrを電流設定変化量算出回路11bへ出力する。本実施形態では、外部特性傾き設定信号Rrは一定レベルの信号である。 The external characteristic setting circuit 11g outputs an external characteristic inclination setting signal Rr indicating the inclination of the external characteristic to the current setting change amount calculation circuit 11b. In the present embodiment, the external characteristic inclination setting signal Rr is a constant level signal.

電流設定変化量算出回路11b、電流設定積分回路11c及び差分増幅回路11dは、溶接電源1のインダクタンスを電子的に変動させるための回路である。 The current setting change amount calculation circuit 11b, the current setting integration circuit 11c, and the difference amplification circuit 11d are circuits for electronically varying the inductance of the welding power source 1.

インダクタンスの電子制御について説明する。
溶接電源1の通電経路には、電気抵抗R及びリアクトルLが存在する。電気抵抗Rの抵抗値Rmは、溶接電源1の内部の配線及び外部の給電ケーブル等に起因する固定分の抵抗値を含めた電子的に形成される抵抗値である。リアクトルLのインダクタンス値Lmは、溶接電源1の内部に設けられたコイル及び給電ケーブルの引き回しに起因する固定分のインダクタンス値を含めた電子的に形成されるインダクタンス値である。通常、抵抗値Rmは0.01〜0.3Ω、インダクタンス値Lmは20〜500μHである。
Electronic control of the inductance will be described.
An electric resistance R and a reactor L exist in the energization path of the welding power source 1. The resistance value Rm of the electric resistance R is a resistance value that is electronically formed, including a fixed resistance value due to the internal wiring of the welding power source 1, the external power supply cable, and the like. The inductance value Lm of the reactor L is an inductance value that is electronically formed including the fixed inductance value caused by the routing of the coil and the power supply cable provided inside the welding power source 1. Usually, the resistance value Rm is 0.01 to 0.3Ω and the inductance value Lm is 20 to 500 μH.

図1に示す溶接電源1は、電源回路11aに電気抵抗R、リアクトルL、並びにトーチ2及び母材4が直列接続された回路と等価であり、トーチ2及び母材4における降下電圧を溶接電圧Vとすると、電源回路11aの出力電圧は、下記式を満たす。
E=Rm・i+Lm・di/dt+v・・・(1)
但し、
E:電源回路11aの出力電圧
Rm:電気抵抗Rの抵抗値
Lm:リアクトルLのインダクタンス値
i:溶接電流Iの値
v:溶接電圧Vの値
t:時間
The welding power source 1 shown in FIG. 1 is equivalent to a circuit in which an electric resistance R, a reactor L, a torch 2 and a base material 4 are connected in series to a power source circuit 11a, and a drop voltage in the torch 2 and the base material 4 is a welding voltage. When V is set, the output voltage of the power supply circuit 11a satisfies the following formula.
E=Rm·i+Lm·di/dt+v... (1)
However,
E: Output voltage Rm of power supply circuit 11a: Resistance value Lm of electric resistance R: Inductance value of reactor L i: Value of welding current I v: Value of welding voltage V t: Time

上記式(1)を整理すると、下記式(2)となる。
di/dt=(E−v−Rm・i)/Lm・・・(2)
When the above equation (1) is arranged, the following equation (2) is obtained.
di/dt=(Ev-Rm·i)/Lm (2)

上記式(2)の両辺を積分すると、下記式(3)となる。
i=∫{(E−v−Rm・i)/Lm}・dt・・・(3)
Integrating both sides of the above equation (2) gives the following equation (3).
i=∫{(Ev-Rm·i)/Lm}·dt (3)

ここで、上記式(3)の左辺の電流値iを、電源回路11aの出力を制御するための溶接電流制御設定値(Irc)に、出力電圧Eを、出力電圧設定値(Er)に、右辺の電流値iを、検出された溶接電流Iの電流値(Id)に、電圧値vを、検出された溶接電圧Vの電圧値(Vd)に、抵抗値(Rm)を外部特性傾き設定値(Rr)、インダクタンス値(Lm)を、インダクタンス設定値(Lr)にそれぞれ置換すると、上記式(3)は、下記式(4)で表される。
Irc=∫{(Er−Vd−Rr・Id)/Lr}・dt・・・(4)
但し、
Irc:溶接電流制御設定値
Er:出力電圧設定値
Rr:外部特性傾き設定値
Lr:インダクタンス設定値
Vd:溶接電圧Vの検出値
Id:溶接電流Iの検出値
Here, the current value i on the left side of the above equation (3) is set to the welding current control set value (Irc) for controlling the output of the power supply circuit 11a, the output voltage E is set to the output voltage set value (Er), The current value i on the right side is set to the current value (Id) of the detected welding current I, the voltage value v is set to the voltage value (Vd) of the detected welding voltage V, and the resistance value (Rm) is set to the external characteristic slope. When the value (Rr) and the inductance value (Lm) are replaced with the inductance setting value (Lr), the above equation (3) is represented by the following equation (4).
Irc=∫{(Er−Vd−Rr·Id)/Lr}·dt (4)
However,
Irc: Welding current control set value Er: Output voltage set value Rr: External characteristic inclination set value Lr: Inductance set value Vd: Welding voltage V detection value Id: Welding current I detection value

電流設定変化量算出回路11bは、上記各回路から出力され、入力された電圧値信号Vd、電流値信号Id、出力電圧設定信号Er、外部特性傾き設定信号Rr及びインダクタンス設定信号Lrに基づいて、電流設定値の単位時間当たりの変化量(Er−Vd−Rr・Id)/Lrを算出し、当該変化量を示す電流設定変化量信号ΔIrを電流設定積分回路11cへ出力する。 The current setting change amount calculation circuit 11b outputs the voltage value signal Vd, the current value signal Id, the output voltage setting signal Er, the external characteristic inclination setting signal Rr, and the inductance setting signal Lr output from the above circuits, A change amount (Er-Vd-Rr·Id)/Lr of the current set value per unit time is calculated, and a current setting change amount signal ΔIr indicating the change amount is output to the current setting integration circuit 11c.

電流設定積分回路11cは、電流設定変化量算出回路11bから出力され、入力された電流設定変化量信号ΔIrを積分し、積分して得た溶接電流制御設定信号Ircを差分増幅回路11dへ出力する。溶接電流制御設定信号Ircが示す溶接電流Iの設定値は、上記式(4)で表される。
以上の通り、電流設定変化量算出回路11b及び電流設定積分回路11cは、上記式(4)を演算する回路に相当する。
The current setting integration circuit 11c integrates the current setting change amount signal ΔIr output from the current setting change amount calculation circuit 11b, and outputs a welding current control setting signal Irc obtained by integration to the difference amplification circuit 11d. .. The set value of the welding current I indicated by the welding current control setting signal Irc is represented by the above equation (4).
As described above, the current setting change amount calculation circuit 11b and the current setting integration circuit 11c correspond to the circuit that calculates the above equation (4).

差分増幅回路11dは、電流検出部11kから出力された電流値信号Idと、電流設定積分回路11cから出力された溶接電流制御設定信号Ircとの差分を増幅し、当該差分を示す増幅された差分信号Eiを電源回路11aへ出力する。 The difference amplifier circuit 11d amplifies the difference between the current value signal Id output from the current detection unit 11k and the welding current control setting signal Irc output from the current setting integration circuit 11c, and the amplified difference indicating the difference. The signal Ei is output to the power supply circuit 11a.

電源回路11aは、商用交流を交直変換するAC−DCコンバータ、交直変換された直流をスイッチングにより所要の交流に変換するインバータ回路、変換された交流を整流する整流回路等を備える。電源回路11aは、差分増幅回路11dから出力された差分信号Eiに従って、差分信号Eiが小さくなるようにインバータをPWM制御し、電圧を溶接ワイヤ5へ出力する。その結果、母材4及び溶接ワイヤ5間に、周期的に変動する溶接電圧Vが印加され、溶接電流Iが通電する。電源回路11aは、差分信号Eiに従って、上記式(4)が満たされるように出力を制御するため、溶接電源1のインダクタンス設定値、外部特性傾き設定値を電子的に生成することができる。
なお、溶接電源1には、図示しない制御通信線を介して外部から出力指示信号が入力されるように構成されており、電源部11は、出力指示信号をトリガにして、電源回路11aに溶接電流Iの供給を開始させる。出力指示信号は、例えば、溶接ロボットから溶接電源1へ出力される。また、手動の溶接機の場合、出力指示信号は、トーチ2側に設けられた手元操作スイッチが操作された際にトーチ2側から溶接電源1へ出力される。
The power supply circuit 11a includes an AC-DC converter that performs AC-DC conversion of commercial AC, an inverter circuit that converts the AC-DC converted DC into a desired AC by switching, a rectifier circuit that rectifies the converted AC, and the like. The power supply circuit 11a PWM-controls the inverter so that the difference signal Ei becomes smaller in accordance with the difference signal Ei output from the difference amplifier circuit 11d, and outputs a voltage to the welding wire 5. As a result, a welding voltage V that changes periodically is applied between the base material 4 and the welding wire 5, and a welding current I is applied. The power supply circuit 11a controls the output according to the difference signal Ei so that the above expression (4) is satisfied, and therefore the inductance setting value and the external characteristic inclination setting value of the welding power supply 1 can be electronically generated.
The welding power source 1 is configured such that an output instruction signal is input from the outside via a control communication line (not shown), and the power source unit 11 uses the output instruction signal as a trigger to weld the power source circuit 11a. The supply of the current I is started. The output instruction signal is output from the welding robot to the welding power source 1, for example. Further, in the case of a manual welding machine, the output instruction signal is output from the torch 2 side to the welding power source 1 when the hand operation switch provided on the torch 2 side is operated.

図2は、本実施形態に係るアーク溶接方法の手順を示すフローチャート、図3は、溶接対象の母材4を示す側断面図である。まず、溶接により接合されるべき一対の母材4をアーク溶接装置に配置し、溶接電源1の各種設定を行う(ステップS11)。具体的には、図3に示すように板状の第1母材41及び第2母材42を用意し、被溶接部である端面41a、42aを突き合わせて、所定の溶接作業位置に配する。なお、必要に応じて、第1母材41及び第2母材42にY形、レ形等の任意形状の開先を設けても良い。第1及び第2母材41、42は、例えば軟鋼、機械構造用炭素鋼、機械構造用合金鋼等の鋼板であり、厚みは9mm以上30mm以下である。
そして、溶接電源1は、周波数10Hz以上1000Hz以下、平均電流300A以上、電流振幅50A以上の範囲内で溶接電流Iの溶接条件を設定する。
FIG. 2 is a flowchart showing the procedure of the arc welding method according to this embodiment, and FIG. 3 is a side sectional view showing the base material 4 to be welded. First, the pair of base materials 4 to be joined by welding are arranged in the arc welding apparatus, and various settings of the welding power source 1 are performed (step S11). Specifically, as shown in FIG. 3, a plate-shaped first base material 41 and a second base material 42 are prepared, and end surfaces 41a, 42a which are welded portions are butted against each other and placed at a predetermined welding work position. .. It should be noted that the first base material 41 and the second base material 42 may be provided with a groove having an arbitrary shape such as a Y shape or a rectangular shape, if necessary. The first and second base materials 41, 42 are steel plates such as mild steel, carbon steel for machine structure, alloy steel for machine structure, etc., and have a thickness of 9 mm or more and 30 mm or less.
Then, the welding power source 1 sets the welding condition of the welding current I within a range of a frequency of 10 Hz or more and 1000 Hz or less, an average current of 300 A or more, and a current amplitude of 50 A or more.

なお、溶接電流Iの条件設定は、全て溶接作業者が行っても良いし、溶接電源1が、本実施形態に係る溶接方法の実施を操作部にて受け付け、全ての条件設定を自動的に行うように構成しても良い。また、溶接電源1が、平均電流等、一部の溶接条件を操作部にて受け付け、受け付けた一部の溶接条件に適合する残りの溶接条件を決定し、条件設定を半自動的に行うように構成しても良い。 The welding operator may set all the conditions of the welding current I, or the welding power source 1 receives the execution of the welding method according to the present embodiment at the operation unit and automatically sets all the conditions. It may be configured to do so. Further, the welding power source 1 accepts some welding conditions such as the average current at the operation unit, determines the remaining welding conditions that match the accepted some welding conditions, and sets the conditions semi-automatically. It may be configured.

各種設定が行われた後、溶接電源1は、溶接電流Iの出力開始条件を満たすか否かを判定する(ステップS12)。具体的には、溶接電源1は、溶接の出力指示信号が入力されたか否かを判定する。出力指示信号が入力されておらず、溶接電流Iの出力開始条件を満たさないと判定した場合(ステップS12:NO)、溶接電源1は、出力指示信号の入力待ち状態で待機する。 After various settings are made, the welding power source 1 determines whether or not the output start condition of the welding current I is satisfied (step S12). Specifically, the welding power source 1 determines whether or not a welding output instruction signal has been input. When it is determined that the output instruction signal has not been input and the output start condition of the welding current I is not satisfied (step S12: NO), the welding power source 1 waits in the input instruction signal waiting state.

溶接電流Iの出力開始条件を満たすと判定した場合(ステップS12:YES)、溶接電源1の送給速度制御部12は、ワイヤの送給を指示する送給指示信号を、ワイヤ送給部3へ出力し、所定速度で溶接ワイヤ5を送給させる(ステップS13)。溶接ワイヤ5の送給速度は、定速であり、例えば、約5〜100m/分の範囲内で設定される。平均電流設定回路11jから出力される平均電流設定信号に応じて、送給速度制御部12が送給速度を決定しても良いし、溶接作業者が、ワイヤの送給速度を直接設定するように構成しても良い。 When it is determined that the output start condition of the welding current I is satisfied (step S12: YES), the feeding speed control unit 12 of the welding power source 1 sends a feeding instruction signal instructing the feeding of the wire to the wire feeding unit 3 And the welding wire 5 is fed at a predetermined speed (step S13). The feeding speed of the welding wire 5 is a constant speed, and is set within a range of, for example, about 5 to 100 m/min. The feed rate control unit 12 may determine the feed rate in accordance with the average current setting signal output from the average current setting circuit 11j, or the welding operator may directly set the wire feed rate. It may be configured to.

次いで、溶接電源1の電源部11は、電圧検出部11l及び電流検出部11kにて溶接電圧V及び溶接電流Iを検出し(ステップS14)、検出された溶接電流Iの周波数、電流振幅及び平均電流並びに溶接電源1の外部特性及びインダクタンスが設定された溶接条件に一致するように、出力電圧設定信号Er及びインダクタンス設定信号Lrを周期的に変動させ、出力をPWM制御する(ステップS15)。つまり、溶接電源1は、定電圧特性において、溶接電流Iが周波数10Hz以上1000Hz未満、平均電流300A以上、電流振幅50A以上で周期的に変動するように、出力電圧設定信号Erを周期的に変動させて出力を制御する。また、出力電圧設定信号Erの周期的変動に同相で同期するように、インダクタンス設定信号Lrを周期的に変動させ、溶接電源1のリアクトルLのインダクタンスを電子的に変動させる。 Next, the power source unit 11 of the welding power source 1 detects the welding voltage V and the welding current I by the voltage detection unit 11l and the current detection unit 11k (step S14), and the frequency, current amplitude and average of the detected welding current I. The output voltage setting signal Er and the inductance setting signal Lr are periodically changed so that the current, the external characteristics of the welding power source 1 and the inductance match the set welding conditions, and the output is PWM-controlled (step S15). That is, the welding power source 1 periodically fluctuates the output voltage setting signal Er so that the welding current I in the constant voltage characteristic fluctuates periodically at a frequency of 10 Hz or more and less than 1000 Hz, an average current of 300 A or more, and a current amplitude of 50 A or more. To control the output. Further, the inductance setting signal Lr is periodically changed to electronically change the inductance of the reactor L of the welding power source 1 so as to be synchronized with the periodic change of the output voltage setting signal Er in the same phase.

次いで、溶接電源1の電源部11は、溶接電流Iの出力を停止するか否かを判定する(ステップS16)。具体的には、溶接電源1は、出力指示信号の入力が継続しているか否かを判定する。出力指示信号の入力が継続しており、溶接電流Iの出力を停止しないと判定した場合(ステップS16:NO)、電源部11は、処理をステップS13へ戻し、溶接電流Iの出力を続ける。 Next, the power supply unit 11 of the welding power supply 1 determines whether to stop the output of the welding current I (step S16). Specifically, the welding power source 1 determines whether the input of the output instruction signal is continuing. When the input of the output instruction signal is continued and it is determined that the output of the welding current I is not stopped (step S16: NO), the power supply unit 11 returns the process to step S13 and continues to output the welding current I.

溶接電流Iの出力を停止すると判定した場合(ステップS16:YES)、電源部11は、処理をステップS12へ戻す。 When it is determined that the output of the welding current I is stopped (step S16: YES), the power supply unit 11 returns the process to step S12.

図4は、インダクタンス設定信号Lr及び溶接電流Iの変動を示すグラフである。図4に示す各グラフの横軸は時間を示し、図4A〜図4Dに示す各グラフの縦軸はそれぞれ、溶接電源1の出力電圧設定信号Er、インダクタンス設定信号Lr、母材4及び溶接ワイヤ5間の溶接電圧V、溶接電流Iである。 FIG. 4 is a graph showing variations in the inductance setting signal Lr and the welding current I. The horizontal axis of each graph shown in FIG. 4 represents time, and the vertical axis of each graph shown in FIGS. 4A to 4D represents the output voltage setting signal Er of the welding power source 1, the inductance setting signal Lr, the base metal 4, and the welding wire. The welding voltage V and the welding current I are between 5 and 5.

本実施形態に係るアーク溶接方法においては、定電圧特性の電源部11は、図4Aに示すように、出力電圧設定信号Erを周期的に変動させると共に、図4Bに示すようにインダクタンス設定信号Lrを同相で周期的に変動させる。このように出力電圧設定信号Erを周期的に変動させると、図4C及び図4Dに示すように、溶接電圧V及び溶接電流Iが周期的に変動する。 In the arc welding method according to the present embodiment, the power supply unit 11 having the constant voltage characteristic periodically changes the output voltage setting signal Er as shown in FIG. 4A, and the inductance setting signal Lr as shown in FIG. 4B. Are periodically changed in the same phase. When the output voltage setting signal Er is thus periodically changed, the welding voltage V and the welding current I are periodically changed as shown in FIGS. 4C and 4D.

図5は、本実施形態に係るアーク溶接方法を示す模式図である。かかる溶接条件で溶接電流Iを周期的に変動させると、溶接ワイヤ5の先端部5a及び被溶接部間に発生したアーク7の熱によって溶融した母材4及び溶接ワイヤ5の溶融金属からなる凹状の溶融部分6が母材4に形成され、溶接ワイヤ5の先端部5aが埋もれ空間6aに進入する。そして、アーク7の様子を高速度カメラで撮影したところ、図5左図に示すように、溶接ワイヤ5が埋もれ空間6aに深く進入し、溶接ワイヤ5の先端部5a及び溶融部分6の底部61間にアーク7が発生する第1状態と、溶接ワイヤ5が埋もれ空間6aに浅く進入し、先端部5a及び溶融部分6の側部62間にアーク7が発生する第2状態とを周期的に変動することが確認された。 FIG. 5 is a schematic diagram showing the arc welding method according to the present embodiment. When the welding current I is periodically changed under such welding conditions, the concave shape formed by the molten metal of the base material 4 and the welding wire 5 melted by the heat of the arc 7 generated between the tip portion 5a of the welding wire 5 and the welded portion. The molten portion 6 of is welded to the base material 4, and the tip portion 5a of the welding wire 5 is buried and enters the space 6a. Then, when the state of the arc 7 was photographed by a high-speed camera, as shown in the left diagram of FIG. 5, the welding wire 5 deeply penetrated into the space 6a, and the tip portion 5a of the welding wire 5 and the bottom portion 61 of the fusion portion 6 were formed. Periodically, a first state in which an arc 7 is generated and a second state in which the welding wire 5 enters the buried space 6a shallowly and the arc 7 is generated between the tip portion 5a and the side portion 62 of the melting portion 6 are periodically performed. It was confirmed to fluctuate.

このように、溶接ワイヤ5の先端部5aは、埋もれ空間6aに進入して溶融部分6に囲まれた状態となり、溶接電流Iを周期的に変動させることにより、埋もれ空間6aにおける先端部5aの位置を上下させることができる。
第1状態においては、溶接ワイヤ5の先端部5aが埋もれ空間6aに深く進入し、溶融部分6の底部61に照射されるアーク7によって、深い溶け込みが得られる。
第2状態においては、溶接ワイヤ5の先端部5aが埋もれ空間6aに浅く進入し、溶融部分6の側部62に照射されるアーク7の力によって溶融部分6が支えられるため、埋もれ空間6aは安定した状態で維持される。
従って、溶接電流Iを周期的に変動させることによって埋もれ空間6aを安定的に維持することができる。
In this way, the tip portion 5a of the welding wire 5 enters the buried space 6a and is surrounded by the molten portion 6, and the welding current I is periodically changed to change the tip portion 5a of the buried space 6a. The position can be moved up and down.
In the first state, the distal end portion 5a of the welding wire 5 deeply penetrates into the buried space 6a, and the arc 7 with which the bottom portion 61 of the molten portion 6 is irradiated provides deep penetration.
In the second state, the tip portion 5a of the welding wire 5 shallowly enters the buried space 6a, and the melting portion 6 is supported by the force of the arc 7 with which the side portion 62 of the melting portion 6 is irradiated. Maintained in a stable condition.
Therefore, the buried space 6a can be stably maintained by periodically changing the welding current I.

図6は、設定電圧及びインダクタンス設定値の変動を示すグラフである。図6中、横軸は溶接電流Iを示し、縦軸は溶接電圧Vを示す。図6Aは、溶接電源1の設定電圧として、低い第1電圧ErLに設定された状態を示している。このとき、図5に示す第1状態となる。
図6A中、実線の直線EC1は、設定電圧として第1電圧ErLが設定されたときの溶接電源1の外部特性、曲線L1はアーク特性を示しており、直線EC1及び曲線L1の交点Aが安定動作点である。
図6A中、点線の直線EC2は、設定電圧として第2電圧ErHが設定されたときの溶接電源1の外部特性を示している。第2電圧ErHは、第1電圧ErLよりも高い電圧である。設定電圧が第1電圧ErLから第2電圧ErHに変化した場合、直線EC2及び曲線L1の交点αが高電流側となり、溶接電流Iが増大する。溶接ワイヤ5の送給速度は一定であるため、溶接電流Iが大きくなると、溶接ワイヤ5の液滴移行が促進されてアーク長が長くなり、溶接ワイヤ5の先端部5aは、埋もれ空間6aの下部から上部へ移動する。つまり、図5左図の第1状態から、図5右図の第2状態へ遷移する。そして、溶接電流I及び溶接電圧Vは新たな安定動作点へ移行する。
FIG. 6 is a graph showing changes in the set voltage and the inductance set value. In FIG. 6, the horizontal axis represents the welding current I and the vertical axis represents the welding voltage V. FIG. 6A shows a state in which the welding power source 1 is set to a low first voltage ErL. At this time, the first state shown in FIG. 5 is obtained.
In FIG. 6A, the solid straight line EC1 indicates the external characteristics of the welding power source 1 when the first voltage ErL is set as the set voltage, and the curve L1 indicates the arc characteristic, and the intersection A of the straight lines EC1 and L1 is stable. This is the operating point.
In FIG. 6A, a dotted straight line EC2 indicates the external characteristic of the welding power source 1 when the second voltage ErH is set as the set voltage. The second voltage ErH is higher than the first voltage ErL. When the set voltage changes from the first voltage ErL to the second voltage ErH, the intersection α of the straight line EC2 and the curve L1 is on the high current side, and the welding current I increases. Since the feeding speed of the welding wire 5 is constant, when the welding current I becomes large, the droplet transfer of the welding wire 5 is promoted and the arc length becomes long, and the tip portion 5a of the welding wire 5 becomes larger than the buried space 6a. Move from bottom to top. That is, the first state shown in the left diagram of FIG. 5 transits to the second state shown in the right diagram of FIG. Then, the welding current I and the welding voltage V shift to a new stable operation point.

図6Bは、溶接電源1の設定電圧として、高い第2電圧ErHに設定された状態を示している。このとき、図5に示す第2状態となる。
図6B中、曲線L2は第2状態におけるアーク特性を示しており、設定電圧として第2電圧ErHが設定されたときの溶接電源1の外部特性を示す直線EC2及び曲線L2の交点Bが安定動作点である。設定電圧が第2電圧ErHから第1電圧ErLに変化した場合、直線EC1及び曲線L2の交点βが低電流側となり、溶接電流Iが減少する。溶接ワイヤ5の送給速度は一定であるため、溶接電流Iが小さくなると、溶接ワイヤ5の液滴移行が抑制されてアーク長が短くなり、溶接ワイヤ5の先端部5aは、埋もれ空間6aの上部から下部へ移動する。つまり、図5右図の第2状態から、図5左図の第1状態へ遷移する。そして、溶接電流I及び溶接電圧Vは新たな安定動作点へ移行する。
FIG. 6B shows a state in which the welding power source 1 is set to a high second voltage ErH as the set voltage. At this time, the second state shown in FIG. 5 is obtained.
In FIG. 6B, the curve L2 shows the arc characteristics in the second state, and the intersection B of the straight line EC2 and the curve L2 showing the external characteristics of the welding power source 1 when the second voltage ErH is set as the set voltage is in stable operation. It is a point. When the set voltage changes from the second voltage ErH to the first voltage ErL, the intersection β of the straight line EC1 and the curve L2 becomes the low current side, and the welding current I decreases. Since the feeding speed of the welding wire 5 is constant, when the welding current I is small, the droplet transfer of the welding wire 5 is suppressed and the arc length is shortened, and the tip portion 5a of the welding wire 5 becomes less than the buried space 6a. Move from top to bottom. That is, the second state shown in the right diagram of FIG. 5 transits to the first state shown in the left diagram of FIG. Then, the welding current I and the welding voltage V shift to a new stable operation point.

一方、溶接電源1は、設定電圧として第1電圧ErLが設定された場合、インダクタンス設定値として、第1所定値LrLを設定し、第2電圧ErHが設定された場合、インダクタンス設定値として第2所定値LrHを設定する。第1所定値LrHは、第2所定値LrLよりも大きな値である。 On the other hand, the welding power source 1 sets the first predetermined value LrL as the inductance setting value when the first voltage ErL is set as the setting voltage, and sets the second predetermined inductance value as the inductance setting value when the second voltage ErH is set. A predetermined value LrH is set. The first predetermined value LrH is a value larger than the second predetermined value LrL.

図7は、インダクタンス設定値の変動による溶接電流Iの増減態様を示すグラフである。設定電圧が第1電圧ErLから第2電圧ErHに切り替えられた場合、インダクタンス設定値として大きな第2所定値LrHが設定されるため、図7に示すように、外乱による溶接電流Iの変動は抑えられる。
逆に、設定電圧が第2電圧ErHから第1電圧ErLに切り替えられた場合、インダクタンス設定値として小さな第1所定値LrLが設定されるため、図7に示すように、外乱による溶接電流Iの変動が大きくなるが、アーク長の自己制御作用が強く働くようになり、溶接ワイヤ5の先端部5aと、溶融部分6との位置関係は精度良く制御される。
FIG. 7 is a graph showing how the welding current I increases and decreases depending on the variation of the inductance setting value. When the set voltage is switched from the first voltage ErL to the second voltage ErH, a large second predetermined value LrH is set as the inductance set value, so that the fluctuation of the welding current I due to disturbance is suppressed as shown in FIG. To be
On the contrary, when the set voltage is switched from the second voltage ErH to the first voltage ErL, a small first predetermined value LrL is set as the inductance set value, so that the welding current I caused by the disturbance as shown in FIG. Although the fluctuation becomes large, the self-control action of the arc length becomes strong, and the positional relationship between the tip portion 5a of the welding wire 5 and the molten portion 6 is accurately controlled.

このように、溶接電源1のインダクタンスを、出力電圧Eの設定電圧と同相で周期的に変動させることによって、アーク長の自己制御作用と、外乱による溶接電流Iの乱れを抑制する作用とを切り替えることができる。
従って、溶接電流Iが小さく、溶接ワイヤ5の先端部5aが埋もれ空間6aに深く進入している際は、溶接ワイヤ5の先端部5aの位置を精度良く制御し、短絡等によって溶接状態が不安定にならないようにすることができる。
一方、溶接電流Iが大きく、外乱による溶接電流Iの乱れが溶融池の波打ちを引き起こすおそれがある場合、外乱による溶接電流Iの乱れを抑え、溶接状態が不安定にならないようにすることができる。
In this way, the inductance of the welding power source 1 is periodically changed in phase with the set voltage of the output voltage E, thereby switching between the self-control action of the arc length and the action of suppressing the disturbance of the welding current I due to disturbance. be able to.
Therefore, when the welding current I is small and the tip portion 5a of the welding wire 5 is deeply entering the buried space 6a, the position of the tip portion 5a of the welding wire 5 is accurately controlled, and the welding state becomes unclear due to a short circuit or the like. You can prevent it from becoming stable.
On the other hand, when the welding current I is large and the disturbance of the welding current I due to disturbance may cause the waving of the molten pool, the disturbance of the welding current I due to disturbance can be suppressed so that the welding state does not become unstable. ..

<埋もれアークの溶接条件>
以下、埋もれアークを実現する溶接条件について補足する。
アーク溶接では一般的に、溶接ワイヤ5の先端部5aの位置は母材4より上側に位置し、その状態で溶接ワイヤ5の先端部5aと母材4の間にアーク7が発生する。かかる状態で発生したアーク7を、非埋もれアークと呼ぶ。非埋もれアークにおいては、溶接ワイヤ5の先端部5aと、母材4の表面に形成された溶融金属表面との間の距離をアーク長と呼ぶが、このアーク長は溶接電圧Vが低くなるに従って短くなることが知られている。通常のアーク溶接では、溶接電圧Vを下げてアーク長が短くなると、溶融金属と溶接ワイヤ5の先端部5aの位置の距離が近くなり、最終的にはアーク長が0となって溶接ワイヤ5と母材4とが短絡を起こし、アーク7の維持が困難となる。
<Welding conditions for buried arc>
The welding conditions for realizing the buried arc will be supplemented below.
In arc welding, generally, the position of the tip portion 5a of the welding wire 5 is located above the base material 4, and in that state, an arc 7 is generated between the tip portion 5a of the welding wire 5 and the base material 4. The arc 7 generated in this state is called a non-buried arc. In the non-buried arc, the distance between the tip 5a of the welding wire 5 and the surface of the molten metal formed on the surface of the base material 4 is called the arc length. This arc length decreases as the welding voltage V decreases. It is known to shorten. In normal arc welding, when the welding voltage V is lowered and the arc length is shortened, the distance between the molten metal and the position of the tip 5a of the welding wire 5 becomes shorter, and finally the arc length becomes 0 and the welding wire 5 And the base material 4 are short-circuited, and it becomes difficult to maintain the arc 7.

しかし、高電流溶接においては、アーク圧力によって溶融金属が押しのけられるため、電圧を下げても短絡が起きにくくなる。その結果、母材4又は溶融金属表面よりも深い位置に溶接ワイヤ5の先端部5aが位置していても、アーク圧力によって溶融金属が押しのけられて形成された空間、即ち埋もれ空間6aの存在により短絡が起きず、アーク7を維持することができる。これが埋もれアーク現象である。 However, in high current welding, the molten metal is pushed away by the arc pressure, so that a short circuit is less likely to occur even if the voltage is lowered. As a result, even if the tip 5a of the welding wire 5 is located at a position deeper than the base material 4 or the surface of the molten metal, the presence of the buried space 6a, that is, the space formed by the molten metal being pushed away by the arc pressure. The short circuit does not occur and the arc 7 can be maintained. This is the buried arc phenomenon.

つまり、アーク圧力が強くなる高電流領域において、低い電圧条件でアーク7を発生させることにより、埋もれアーク7を実現することができる。具体的には、溶接電流Iは300A以上必要である(例えば、浅井知、「工場溶接の高効率化−重電機器溶接の事例−」、一般社団法人日本溶接協会 溶接情報センター、WE−COMマガジン第16号、2015年4月)。埋もれアークを実現することが可能な電圧値は、溶接電流I、ワイヤ径、溶接ワイヤ5の突出し長さによって変動するが、前述のように溶接ワイヤ5の先端部5aの位置を母材4又は溶融金属表面よりも低い位置まで下げられるだけの低い電圧とすることで、埋もれアークを実現することができる。 That is, the buried arc 7 can be realized by generating the arc 7 under a low voltage condition in the high current region where the arc pressure becomes strong. Specifically, the welding current I is required to be 300 A or more (for example, Satoshi Asai, "Higher efficiency of factory welding-case of heavy electric equipment welding"), Japan Welding Association Welding Information Center, WE-COM. Magazine No. 16, April 2015). The voltage value capable of realizing the buried arc varies depending on the welding current I, the wire diameter, and the protruding length of the welding wire 5, but as described above, the position of the tip portion 5a of the welding wire 5 is set to the base material 4 or A buried arc can be realized by setting the voltage so low that it can be lowered to a position lower than the surface of the molten metal.

図8は、埋もれアークを実現する溶接電流I及び電圧の条件を示すグラフである。横軸は溶接電流Iを示し、縦軸は溶接電圧Vを示している。白抜き部分は、埋もれアークを実現することができる溶接電流I及び電圧を示している。図8に示すように、溶接電流Iに対して溶接電圧Vが高いと、通常のアーク溶接、即ち非埋もれアーク溶接となり、逆に溶接電圧Vが低すぎると出力が足りず、アーク7の維持が困難となる。その中間の領域に、埋もれ空間6aでアーク7が発生する埋もれアークとなる範囲が存在する。 FIG. 8 is a graph showing the conditions of welding current I and voltage for realizing the buried arc. The horizontal axis represents the welding current I, and the vertical axis represents the welding voltage V. The white part shows the welding current I and voltage that can realize the buried arc. As shown in FIG. 8, when the welding voltage V is high with respect to the welding current I, normal arc welding, that is, non-buried arc welding is performed. Conversely, when the welding voltage V is too low, the output is insufficient and the arc 7 is maintained. Will be difficult. In the intermediate region, there is a range in which the arc 7 is generated in the buried space 6a and becomes a buried arc.

また、埋もれアークを実現する溶接条件の範囲は、前述のようにワイヤ径と、溶接ワイヤ5の突出し長さの影響を受ける。 Further, the range of welding conditions for realizing the buried arc is affected by the wire diameter and the protruding length of the welding wire 5 as described above.

図9は、ワイヤ径及びワイヤ突出し長さと、埋もれアークを実現する溶接電流I及び電圧の条件との関係を示す概念図である。図9に示すように、ワイヤ径が大きくなるほど、又は溶接ワイヤ5の突出し長さが短くなるほど、埋もれアークを実現できる溶接電流I及び電圧の範囲は、符号Arc3、Arc2、Arc1に示すように、この順で同じ電流に対して低い電圧領域側へシフトする。 FIG. 9 is a conceptual diagram showing the relationship between the wire diameter and the wire protrusion length, and the conditions of the welding current I and the voltage for realizing the buried arc. As shown in FIG. 9, the larger the wire diameter or the shorter the protruding length of the welding wire 5, the range of welding current I and voltage at which a buried arc can be realized is as shown by the symbols Arc3, Arc2, and Arc1, In this order, the same current shifts to the lower voltage region side.

図10は、ワイヤ径1.6mm、溶接ワイヤ5の突出し長さ25mmの場合において埋もれアークを実現する溶接電流I及び電圧の条件の一例を示すグラフである。図10の横軸は溶接電流I、縦軸は溶接電圧Vを示している。黒丸プロットは、非埋もれアークと、埋もれアークとの境界を示している。図10中、上側の折れ線上にある黒丸プロットは、当該黒丸プロットが示す溶接電流Iにおいて、溶接電圧Vを上昇させると、非埋もれアークとなり、溶接電圧Vを減少させると、埋もれアークになる。また、下側の折れ線上にある黒丸プロットは、当該黒丸プロットが示す溶接電流Iにおいて、溶接電圧Vを上昇させると、埋もれアークとなり、溶接電圧Vを減少させると、非埋もれアークになる。要するに、溶接電流Iに対して溶接電圧Vが高いと、通常のアーク溶接、即ち非埋もれアーク溶接となり、逆に溶接電圧Vが低すぎると出力が足りず、アーク7の維持が困難となる。その中間の領域に、埋もれ空間6aでアーク7が発生する埋もれアークとなる範囲が存在する。 FIG. 10 is a graph showing an example of conditions of welding current I and voltage for realizing a buried arc when the wire diameter is 1.6 mm and the protruding length of the welding wire 5 is 25 mm. In FIG. 10, the horizontal axis represents the welding current I and the vertical axis represents the welding voltage V. The black circle plot shows the boundary between the non-buried arc and the buried arc. In FIG. 10, the black circle plot on the upper polygonal line becomes a non-buried arc when the welding voltage V is increased at the welding current I indicated by the black circle plot, and becomes a buried arc when the welding voltage V is decreased. Further, the black circle plot on the lower polygonal line becomes a buried arc when the welding voltage V is increased at the welding current I indicated by the black circle plot, and becomes a non-buried arc when the welding voltage V is decreased. In short, when the welding voltage V is high with respect to the welding current I, normal arc welding, that is, non-buried arc welding is performed, and conversely, when the welding voltage V is too low, the output is insufficient and it becomes difficult to maintain the arc 7. In the intermediate region, there is a range in which the arc 7 is generated in the buried space 6a and becomes a buried arc.

以上の通り、埋もれアークを実現する溶接電流Iは、300A以上であって、溶接ワイヤ5の先端部5aが溶融金属に接近した場合に、当該溶融金属を押しのけるアーク圧力を生じさせることが可能な電流値である。また、埋もれアークを実現する溶接電圧Vは、溶接ワイヤ5の先端部5aの位置を母材4又は溶融金属表面よりも低い位置まで下げることが可能な電圧値である。
具体的な溶接電流I及び電圧は、図10に示す溶接電流I及び電圧の範囲を基準としつつ、図8及び図9に示す傾向を考慮して溶接電流I及び電圧を適宜決定すれば良い。
As described above, the welding current I for realizing the buried arc is 300 A or more, and when the tip 5a of the welding wire 5 approaches the molten metal, it is possible to generate the arc pressure that pushes away the molten metal. It is a current value. Further, the welding voltage V for realizing the buried arc is a voltage value capable of lowering the position of the tip 5a of the welding wire 5 to a position lower than the base material 4 or the surface of the molten metal.
Regarding the specific welding current I and voltage, the welding current I and voltage may be appropriately determined in consideration of the trends shown in FIGS. 8 and 9 while using the range of the welding current I and voltage shown in FIG. 10 as a reference.

以上の通り、本実施形態に係るアーク溶接方法及びアーク溶接装置によれば、埋もれアーク溶接において、溶接電流Iを周期的に変動させることによって埋もれ空間6aを安定的に維持しつつ、溶接電流Iの変動に合わせて溶接電源1のインダクタンスを変動させることにより、溶接電流Iの変動による溶接状態の不安定化を抑制することができる。 As described above, according to the arc welding method and the arc welding apparatus according to the present embodiment, in the buried arc welding, the welding current I is cyclically varied to stably maintain the buried space 6a and the welding current I. By changing the inductance of the welding power source 1 in accordance with the change of the welding current I, it is possible to suppress the instability of the welding state due to the change of the welding current I.

具体的には、溶接電源1のインダクタンスを、出力電圧Eの設定電圧と同相で周期的に変動させることによって、溶接電流Iが小さいときは、アーク長の自己制御作用を増大させ、溶接電流Iが大きいときは、外乱による溶接電流Iの乱れを小さくする。このようにインダクタンス及び溶接電流Iを制御することによって、溶接電流Iが増減するときの溶接状態の不安定化を効果的に抑制することができる。 Specifically, by periodically varying the inductance of the welding power source 1 in phase with the set voltage of the output voltage E, when the welding current I is small, the self-control action of the arc length is increased, and the welding current I Is large, the disturbance of the welding current I due to disturbance is reduced. By controlling the inductance and the welding current I in this way, it is possible to effectively suppress the instability of the welding state when the welding current I increases or decreases.

更に、定電圧特性を有する溶接電源1の設定電圧の切り替えと共にインダクタンスの値を切り替える簡単な制御で、第1状態におけるアーク長の自己制御作用を増大させ、第2状態における溶接電流Iの乱れを小さくすることができる。 Furthermore, the self-control action of the arc length in the first state is increased and the disturbance of the welding current I in the second state is increased by the simple control of switching the setting voltage of the welding power source 1 having a constant voltage characteristic and the value of the inductance. Can be made smaller.

更に、溶接電源1のインダクタンスを電子的に変動させる構成であるため、溶接電流Iが大電流で、かつ高周波数で変動する場合であっても、溶接電流Iに同期させて溶接電源1のインダクタンスを電子的に変動させることができる。 Further, since the inductance of the welding power source 1 is electronically changed, the inductance of the welding power source 1 is synchronized with the welding current I even when the welding current I changes with a large current and at a high frequency. Can be varied electronically.

更に、300A以上の大電流を用いてガスシールドアーク溶接を行う場合であっても、溶接電流Iを10Hz以上の高周波数で変動させることによって、溶融金属の波打ちを抑えることができ、ビードの乱れ及び垂れの発生を防止することができる。
また、溶融金属の波打ちをより効果的に抑えるためには、アーク長を一定に保つ必要がある。一般的な定電流パルス溶接の場合はアーク長の自己制御作用が得られないため、一定のアーク長を保証するための何らかの制御を行う必要がある。本実施形態に係るアーク溶接装置は定電圧特性であり、アーク長の自己制御作用が得られるため、アーク長が一定に保たれ、溶融金属の波打ちをより効果的に抑えることができる。
Furthermore, even when performing gas shielded arc welding using a large current of 300 A or more, it is possible to suppress waving of the molten metal by varying the welding current I at a high frequency of 10 Hz or more, and the bead is disturbed. It is possible to prevent the occurrence of dripping.
Further, in order to suppress the waviness of the molten metal more effectively, it is necessary to keep the arc length constant. In the case of general constant current pulse welding, since the self-control action of the arc length cannot be obtained, it is necessary to perform some control for ensuring a constant arc length. The arc welding device according to the present embodiment has a constant voltage characteristic and can obtain the self-control action of the arc length, so that the arc length is kept constant and the corrugation of the molten metal can be suppressed more effectively.

図11は、埋もれアーク溶接の実験結果を写真で示す図表、図12は、埋もれアーク溶接の実験結果を模式図で示す図表である。ワイヤ径が1.4mm、溶接ワイヤ5の突き出し長さが18mm、溶接ワイヤ5の送給速度が17.5m/分、平均溶接電流が530Aの溶接条件のもと、溶接電流Iの周波数及び振幅を変更させて、厚板の埋もれアーク溶接を行った。
図11及び図12の上図は、溶接電流Iの周波数が0Hz、振幅が0Aのときの実験結果、つまり溶接電流Iを振動させずに溶接を行ったときのビードの外観及び形状を示している。図11及び図12の中図は、溶接電流Iの周波数が10Hz、振幅が50Aの条件で溶接を行ったときのビード形状を示し、図11及び図12下図は、溶接電流Iの周波数が50Hz、振幅が100Aの条件で溶接を行ったときのビードの外観及び形状を示している。
FIG. 11 is a diagram showing the experimental results of the buried arc welding with a photograph, and FIG. 12 is a diagram showing the experimental results of the buried arc welding with a schematic diagram. The frequency and amplitude of the welding current I under the welding conditions of a wire diameter of 1.4 mm, a protruding length of the welding wire 5 of 18 mm, a feeding speed of the welding wire 5 of 17.5 m/min, and an average welding current of 530 A. Was changed and buried arc welding of thick plates was performed.
11 and 12 show the experimental results when the frequency of the welding current I is 0 Hz and the amplitude thereof is 0 A, that is, the appearance and shape of the bead when welding is performed without vibrating the welding current I. There is. The middle figure of FIG. 11 and FIG. 12 shows the bead shape when welding is performed under the condition that the frequency of the welding current I is 10 Hz and the amplitude thereof is 50 A. The lower diagrams of FIGS. 11 and 12 show the frequency of the welding current I of 50 Hz. , Shows the appearance and shape of the bead when welding is performed under the condition that the amplitude is 100A.

図11及び図12に示す実験結果から分かるように、溶接電流Iを周波数10Hz以上及び電流振幅50A以上の溶接条件で振動させることによって、周波数0Hzの場合に比べて、良好なビード形状が得られることが分かる。このような良好なビード形状は、溶接電流Iを周波数10Hzで振動させることによって埋もれ空間6aが安定化し、短絡の発生が抑えられていることを示している。
また、溶融金属を高周波で振動させることによって、溶融金属の波打ちを抑える動作原理より、溶接電流Iの周波数が10Hz以上であっても、同様にして溶融金属の波打ちを抑え、埋もれ空間6aを安定化させることができると予想される。また、50Aの電流振幅で溶融金属の波打ちを十分に抑えることができることから、50A以上の電流振幅であっても、溶融金属の波打を抑えることができることが予想される。実際、溶融電流の周波数50Hz、溶接電流100A以上の溶接条件で溶接を行うと、図11及び図12に示すように、より良好なビード形状が得られた。なお、ワイヤ径、溶接ワイヤ5の突出し長さ、送給速度、平均電流は、以下に説明する埋もれアークを実現できる範囲であれば、特に限定されるものでは無く、溶接電流Iの周波数が10Hz以上及び電流振幅が50Aの条件であれば、同様にして良好なビード形状が得られる。特に、周波数50Hz及び電流振幅100A以上であれば、より良好なビード形状が得られる。
As can be seen from the experimental results shown in FIGS. 11 and 12, by vibrating the welding current I under the welding conditions of the frequency of 10 Hz or more and the current amplitude of 50 A or more, a better bead shape can be obtained as compared with the case of the frequency of 0 Hz. I understand. Such a good bead shape indicates that the buried space 6a is stabilized by vibrating the welding current I at a frequency of 10 Hz, and the occurrence of a short circuit is suppressed.
Further, by vibrating the molten metal at a high frequency, the operation principle of suppressing the corrugation of the molten metal makes it possible to suppress the corrugation of the molten metal and stabilize the buried space 6a even if the frequency of the welding current I is 10 Hz or more. It is expected that it can be made into. Further, since the waving of the molten metal can be sufficiently suppressed with the current amplitude of 50 A, it is expected that the waving of the molten metal can be suppressed even with the current amplitude of 50 A or more. In fact, when welding was performed under the welding conditions of a melting current frequency of 50 Hz and a welding current of 100 A or more, a better bead shape was obtained as shown in FIGS. 11 and 12. The wire diameter, the protruding length of the welding wire 5, the feed rate, and the average current are not particularly limited as long as the buried arc described below can be realized, and the frequency of the welding current I is 10 Hz. Under the above conditions and the current amplitude of 50 A, a good bead shape is similarly obtained. Particularly, if the frequency is 50 Hz and the current amplitude is 100 A or more, a better bead shape can be obtained.

なお、実施形態で説明した上記の溶接条件は、一例であり、溶接ワイヤ5の材質、ワイヤ系、突出し長さ、溶接ワイヤ5の送給速度は、溶接電流Iの範囲は、上記の数値範囲に限定されるものでは無い。 The welding conditions described in the embodiment are examples, and the material of the welding wire 5, the wire system, the protruding length, the feeding speed of the welding wire 5, the range of the welding current I, and the numerical range described above. It is not limited to.

また、溶接ワイヤ5の材質は、YGW12以外にも、YGW11、YGW15、YGW17、YGW18、YGW19等、ソリッドワイヤを用いることができる。ただし、フラックスコアードワイヤやメタルコアードワイヤ、その他の新規のワイヤを溶接ワイヤ5として適用しても良い。 As the material of the welding wire 5, solid wires such as YGW11, YGW15, YGW17, YGW18, and YGW19 can be used in addition to YGW12. However, a flux cored wire, a metal cored wire, or another new wire may be applied as the welding wire 5.

更に、溶接ワイヤ5の突出し長さは、10mm以上35mm以下が好ましい。突出し長さが長くなるほど溶込みは浅くなるため、長くても35mmに留めておくのが良い。一方、突出し長さが短くなるとチップ先端が溶融池に近づき、チップ消耗が激しくなる。大電流溶接のため、特にその傾向が顕著であり、10mmを下回ると頻繁なチップ交換が必要となる。更に、溶接ワイヤ5の突出し長さは移行形態の遷移電流に影響する。そのバランスの観点からも、突出し長さには適正範囲が存在し、10〜35mm程度が適正である。 Furthermore, the protruding length of the welding wire 5 is preferably 10 mm or more and 35 mm or less. The longer the protrusion length, the shallower the penetration, so it is better to keep it at 35 mm at the longest. On the other hand, when the protruding length is shortened, the tip end approaches the molten pool, and chip consumption becomes severe. Since this is a large current welding, this tendency is particularly remarkable, and if it is less than 10 mm, frequent tip replacement is required. Furthermore, the protruding length of the welding wire 5 influences the transition current of the transition form. Also from the viewpoint of the balance, there is an appropriate range for the protruding length, and an appropriate range is about 10 to 35 mm.

ワイヤ径は、例えば0.9mm以上1.6mm以下が好ましい。ワイヤ径は、溶接条件を適切に変更することにより、基本的にはどのようなワイヤ径にも対応することができ、特に限定されるものでは無いが、一般流通性を考慮すると、0.9mm〜1.6mm程度が現実的である。また、ワイヤ径は溶滴移行形態の遷移電流に影響を及ぼす。この観点からも、極端に太い溶接ワイヤ5や細い溶接ワイヤ5を使用すると、溶滴移行形態の遷移領域が大きく広がり、任意の溶滴移行形態を利用することが困難となる。従って、0.9〜1.6mm程度が適正である。 The wire diameter is preferably 0.9 mm or more and 1.6 mm or less, for example. The wire diameter can be basically adapted to any wire diameter by appropriately changing the welding conditions and is not particularly limited, but in consideration of general distribution, it is 0.9 mm. About 1.6 mm is realistic. Also, the wire diameter affects the transition current in the droplet transfer form. Also from this viewpoint, when the extremely thick welding wire 5 or the thin welding wire 5 is used, the transition region of the droplet transfer form is greatly expanded, and it becomes difficult to use an arbitrary droplet transfer form. Therefore, about 0.9 to 1.6 mm is appropriate.

溶接ワイヤ5の送給速度は、溶接電流Iと相関するため、溶接電流Iに応じて、埋もれ空間6aが形成されるように適宜決定すれば良い。 Since the feeding speed of the welding wire 5 correlates with the welding current I, it may be appropriately determined according to the welding current I so that the buried space 6a is formed.

更にまた、出力電圧設定信号Er及びインダクタンス設定信号Lrとして、矩形波状の信号を例示したが、各設定信号の波形は特に限定されるものでは無く、三角波、その他の任意の波形でも良い。出力電圧設定信号Erが三角波である場合、出力電圧設定信号Erが上昇することき、インダクタンス設定信号Lrが増大し、出力電圧設定信号Erが減少するとき、インダクタンス設定信号Lrが減少するように、制御すれば良い。 Furthermore, as the output voltage setting signal Er and the inductance setting signal Lr, rectangular wave signals are exemplified, but the waveform of each setting signal is not particularly limited, and may be a triangular wave or any other waveform. When the output voltage setting signal Er is a triangular wave, when the output voltage setting signal Er rises, the inductance setting signal Lr increases, and when the output voltage setting signal Er decreases, the inductance setting signal Lr decreases, Just control it.

今回開示された実施形態はすべての点で例示であって、制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した意味ではなく、特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味及び範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。 The embodiments disclosed this time are to be considered as illustrative in all points and not restrictive. The scope of the present invention is shown not by the above meaning but by the scope of the claims, and is intended to include meanings equivalent to the scope of the claims and all modifications within the scope.

1 溶接電源
2 トーチ
3 ワイヤ送給部
4 母材
5 溶接ワイヤ
5a 先端部
6 溶融部分
6a 埋もれ空間
61 底部
62 側部
7 アーク
11 電源部
11a 電源回路
11b 電流設定変化量算出回路
11c 電流設定積分回路
11d 差分増幅回路
11e 出力電圧設定回路
11f インダクタンス設定回路
11g 外部特性設定回路
11h 周波数設定回路
11i 電流振幅設定回路
11j 平均電流設定回路
11k 電流検出部
11l 電圧検出部
12 送給速度制御部
41 第1母材
42 第2母材
R 電気抵抗
L リアクトル
V 溶接電圧
I 溶接電流
Er 出力電圧設定信号
Lr インダクタンス設定信号
Rr 外部特性傾き設定信号
Vd 電圧値信号
Id 電流値信号
ΔIr 電流設定変化量信号
Irc 溶接電流制御設定信号
Ei 差分増幅信号
1 Welding power source 2 Torch 3 Wire feeding part 4 Base material 5 Welding wire 5a Tip part 6 Melting part 6a Buried space 61 Bottom part 62 Side part 7 Arc 11 Power supply part 11a Power supply circuit 11b Current setting change calculation circuit 11c Current setting integration circuit 11d Differential amplifier circuit 11e Output voltage setting circuit 11f Inductance setting circuit 11g External characteristic setting circuit 11h Frequency setting circuit 11i Current amplitude setting circuit 11j Average current setting circuit 11k Current detection unit 11l Voltage detection unit 12 Feed rate control unit 41 First mother Material 42 Second base material R Electric resistance L Reactor V Welding voltage I Welding current Er Output voltage setting signal Lr Inductance setting signal Rr External characteristic inclination setting signal Vd Voltage value signal Id Current value signal ΔIr Current setting change signal Irc Welding current control Setting signal Ei Differential amplification signal

Claims (6)

母材の被溶接部に溶接ワイヤを送給すると共に、溶接電源から該溶接ワイヤに溶接電流を供給することによって、前記溶接ワイヤの先端部及び被溶接部間にアークを発生させ、前記先端部及び被溶接部間に発生したアークによって前記母材に形成された凹状の溶融部分によって囲まれる空間に前記先端部を進入させて前記母材を溶接する消耗電極式のアーク溶接方法であって、
前記溶接電流を変動させることによって、前記溶接ワイヤの前記先端部が前記空間に深く進入した第1状態と、前記空間に浅く進入した第2状態とを周期的に変動させ、
前記溶接電流の変動に同期して、前記溶接電流を増大させる場合、前記溶接電源のインダクタンスを増大させ、前記溶接電流を減少させる場合、前記インダクタンスを減少させ、
前記インダクタンスを増大及び減少させる場合、前記母材及び前記溶接ワイヤ間の溶接電圧及び前記溶接電源から供給される溶接電流を検出し、前記溶接電源の外部特性の傾きを一定とし、下記式に基づいて前記溶接電源が供給する前記溶接電流を制御することによって、前記インダクタンスを電子的に変動させる
Irc=∫{(Er−Vd−Rr・Id)/Lr}・dt
Irc:制御する前記溶接電流の設定値
Er:前記溶接電源の出力電圧の設定値
Vd:前記溶接電圧の検出値
Rr:前記溶接電源の外部特性の傾きの設定値
Id:前記溶接電流の検出値
Lr:インダクタンスの設定値
t:時間
アーク溶接方法。
The welding wire is fed to the welded portion of the base material, and a welding current is supplied from the welding power source to the welding wire to generate an arc between the tip portion and the welded portion of the welding wire. And a consumable electrode type arc welding method for welding the base metal by causing the tip to enter the space surrounded by the concave molten portion formed in the base metal by the arc generated between the welded parts,
By varying the welding current, the first state in which the tip portion of the welding wire deeply enters the space and the second state in which the distal end shallowly enters the space are periodically varied,
In synchronization with the fluctuation of the welding current, when the welding current is increased, the inductance of the welding power source is increased, and when the welding current is decreased, the inductance is reduced,
When increasing or decreasing the inductance, the welding voltage between the base metal and the welding wire and the welding current supplied from the welding power source are detected, the inclination of the external characteristics of the welding power source is made constant, and based on the following formula: To electronically vary the inductance by controlling the welding current supplied by the welding power source.
Irc=∫{(Er-Vd-Rr·Id)/Lr}·dt
Irc: Set value of the welding current to be controlled
Er: Set value of the output voltage of the welding power source
Vd: Detection value of the welding voltage
Rr: Set value of inclination of external characteristics of the welding power source
Id: detected value of the welding current
Lr: Set value of inductance
t: Time arc welding method.
母材の被溶接部に溶接ワイヤを送給すると共に、溶接電源から該溶接ワイヤに溶接電流を供給することによって、前記溶接ワイヤの先端部及び被溶接部間にアークを発生させ、前記先端部及び被溶接部間に発生したアークによって前記母材に形成された凹状の溶融部分によって囲まれる空間に前記先端部を進入させて前記母材を溶接する消耗電極式のアーク溶接方法であって、 The welding wire is fed to the welded portion of the base material, and a welding current is supplied from the welding power source to the welding wire to generate an arc between the tip portion and the welded portion of the welding wire. And a consumable electrode type arc welding method for welding the base metal by causing the tip to enter the space surrounded by the concave molten portion formed in the base metal by the arc generated between the welded parts,
周波数が10Hz以上1000Hz以下、平均電流が300A以上になるように、前記溶接電流を変動させることによって、前記溶接ワイヤの前記先端部が前記空間に深く進入した第1状態と、前記空間に浅く進入した第2状態とを周期的に変動させ、 By changing the welding current so that the frequency is 10 Hz or more and 1000 Hz or less and the average current is 300 A or more, the first state in which the distal end portion of the welding wire deeply enters the space and shallowly enters the space. Cyclically fluctuating the second state,
前記溶接電流の変動に同期して前記溶接電源のインダクタンスを変動させ、 Changing the inductance of the welding power source in synchronization with the fluctuation of the welding current,
前記インダクタンスを増大及び減少させる場合、前記母材及び前記溶接ワイヤ間の溶接電圧及び前記溶接電源から供給される溶接電流を検出し、前記溶接電源の外部特性の傾きを一定とし、下記式に基づいて前記溶接電源が供給する前記溶接電流を制御することによって、前記インダクタンスを電子的に変動させる When increasing or decreasing the inductance, the welding voltage between the base metal and the welding wire and the welding current supplied from the welding power source are detected, the inclination of the external characteristics of the welding power source is made constant, and based on the following formula: To electronically vary the inductance by controlling the welding current supplied by the welding power source.
Irc=∫{(Er−Vd−Rr・Id)/Lr}・dtIrc=∫{(Er-Vd-Rr·Id)/Lr}·dt
Irc:制御する前記溶接電流の設定値Irc: Set value of the welding current to be controlled
Er:前記溶接電源の出力電圧の設定値Er: Set value of the output voltage of the welding power source
Vd:前記溶接電圧の検出値Vd: Detection value of the welding voltage
Rr:前記溶接電源の外部特性の傾きの設定値Rr: Set value of inclination of external characteristics of the welding power source
Id:前記溶接電流の検出値Id: detected value of the welding current
Lr:インダクタンスの設定値Lr: Set value of inductance
t:時間t: time
アーク溶接方法。 Arc welding method.
前記溶接電流を増大させる場合、前記インダクタンスを増大させ、前記溶接電流を減少させる場合、前記インダクタンスを減少させる
請求項に記載のアーク溶接方法。
The arc welding method according to claim 2 , wherein, when increasing the welding current, the inductance is increased, and when decreasing the welding current, the inductance is decreased.
前記溶接ワイヤを送給する速度は一定であり、
前記溶接電源は定電圧特性を有し、前記溶接電源の設定電圧を周期的に変動させることによって、前記溶接電流を周期的に変動させ、
前記溶接電源の設定電圧を第1電圧に設定する場合、前記インダクタンスを第1所定値に設定し、前記溶接電源の設定電圧を第1電圧よりも高い第2電圧に設定する場合、前記インダクタンスを第1所定値よりも大きい第2所定値に設定する
請求項1又は請求項3に記載のアーク溶接方法。
The speed of feeding the welding wire is constant,
The welding power source has a constant voltage characteristic, by periodically varying the set voltage of the welding power source, to periodically vary the welding current,
When the set voltage of the welding power source is set to a first voltage, the inductance is set to a first predetermined value, and when the set voltage of the welding power source is set to a second voltage higher than the first voltage, the inductance is set to Set to a second predetermined value that is larger than the first predetermined value
The arc welding method according to claim 1 or claim 3 .
母材の被溶接部に溶接ワイヤを送給するワイヤ送給部と、該溶接ワイヤに溶接電流を供給する電源部を有する溶接電源とを備え、前記溶接ワイヤに溶接電流を供給することによって、前記溶接ワイヤの先端部及び被溶接部間にアークを発生させ、前記先端部及び被溶接部間に発生したアークによって前記母材に形成された凹状の溶融部分によって囲まれる空間に前記先端部を進入させて前記母材を溶接する消耗電極式のアーク溶接装置であって、
前記溶接電流を変動させることによって、前記溶接ワイヤの前記先端部が前記空間に深く進入した第1状態と、前記空間に浅く進入した第2状態とを周期的に変動させる状態変動部と、
前記溶接電流の変動に同期して、前記溶接電流を増大させる場合、前記溶接電源のインダクタンスを増大させ、前記溶接電流を減少させる場合、前記インダクタンスを減少させるインダクタンス変動部と、
前記母材及び前記溶接ワイヤ間の溶接電圧を検出する電圧検出部と、
前記溶接電源から供給される溶接電流を検出する電流検出部と
を備え、
前記インダクタンス変動部は、
前記溶接電源の外部特性の傾きを一定とし、下記式に基づいて前記溶接電源が供給する前記溶接電流を制御することによって、前記インダクタンスを電子的に変動させる
Irc=∫{(Er−Vd−Rr・Id)/Lr}・dt
Irc:制御する前記溶接電流の設定値
Er:前記溶接電源の出力電圧の設定値
Vd:前記溶接電圧の検出値
Rr:前記溶接電源の外部特性の傾きの設定値
Id:前記溶接電流の検出値
Lr:インダクタンスの設定値
t:時間
アーク溶接装置。
A wire feeding unit that feeds a welding wire to a welded portion of a base material, and a welding power source having a power source unit that supplies a welding current to the welding wire, and by supplying a welding current to the welding wire, An arc is generated between the tip of the welding wire and the portion to be welded, and the tip is placed in a space surrounded by a concave molten portion formed in the base metal by the arc generated between the tip and the portion to be welded. A consumable electrode type arc welding device for advancing and welding the base material,
A state changing unit that periodically changes the welding current by changing the first state in which the tip portion of the welding wire deeply enters the space and the second state in which the distal end of the welding wire shallowly enters the space;
In synchronization with the fluctuation of the welding current, when the welding current is increased, the inductance of the welding power source is increased, and when the welding current is decreased, an inductance variation unit that reduces the inductance,
A voltage detection unit for detecting a welding voltage between the base material and the welding wire,
A current detector for detecting a welding current supplied from the welding power source;
Equipped with
The inductance variation unit,
The inductance is electronically varied by controlling the welding current supplied by the welding power source based on the following equation while keeping the inclination of the external characteristics of the welding power source constant.
Irc=∫{(Er-Vd-Rr·Id)/Lr}·dt
Irc: Set value of the welding current to be controlled
Er: Set value of the output voltage of the welding power source
Vd: Detection value of the welding voltage
Rr: Set value of inclination of external characteristics of the welding power source
Id: detected value of the welding current
Lr: Set value of inductance
t: Time arc welding device.
母材の被溶接部に溶接ワイヤを送給するワイヤ送給部と、該溶接ワイヤに溶接電流を供給する電源部を有する溶接電源とを備え、前記溶接ワイヤに溶接電流を供給することによって、前記溶接ワイヤの先端部及び被溶接部間にアークを発生させ、前記先端部及び被溶接部間に発生したアークによって前記母材に形成された凹状の溶融部分によって囲まれる空間に前記先端部を進入させて前記母材を溶接する消耗電極式のアーク溶接装置であって、 A wire feeding unit that feeds a welding wire to a welded portion of a base material, and a welding power source having a power source unit that supplies a welding current to the welding wire, and by supplying a welding current to the welding wire, An arc is generated between the tip of the welding wire and the portion to be welded, and the tip is placed in a space surrounded by a concave molten portion formed in the base metal by the arc generated between the tip and the portion to be welded. A consumable electrode type arc welding device for advancing and welding the base material,
周波数が10Hz以上1000Hz以下、平均電流が300A以上になるように、前記溶接電流を変動させることによって、前記溶接ワイヤの前記先端部が前記空間に深く進入した第1状態と、前記空間に浅く進入した第2状態とを周期的に変動させる状態変動部と、 By changing the welding current so that the frequency is 10 Hz or more and 1000 Hz or less and the average current is 300 A or more, the first state in which the distal end portion of the welding wire deeply enters the space and shallowly enters the space. A state changing unit that periodically changes the second state,
前記溶接電流の変動に同期して前記電源部のインダクタンスを変動させるインダクタンス変動部と、 An inductance varying unit that varies the inductance of the power supply unit in synchronization with the variation of the welding current;
前記母材及び前記溶接ワイヤ間の溶接電圧を検出する電圧検出部と、 A voltage detection unit for detecting a welding voltage between the base material and the welding wire,
前記溶接電源から供給される溶接電流を検出する電流検出部と A current detector for detecting a welding current supplied from the welding power source;
を備え、 Equipped with
前記インダクタンス変動部は、 The inductance variation unit,
前記溶接電源の外部特性の傾きを一定とし、下記式に基づいて前記溶接電源が供給する前記溶接電流を制御することによって、前記インダクタンスを電子的に変動させる The inductance is electronically varied by controlling the welding current supplied by the welding power source based on the following equation while keeping the inclination of the external characteristics of the welding power source constant.
Irc=∫{(Er−Vd−Rr・Id)/Lr}・dtIrc=∫{(Er-Vd-Rr·Id)/Lr}·dt
Irc:制御する前記溶接電流の設定値Irc: Set value of the welding current to be controlled
Er:前記溶接電源の出力電圧の設定値Er: Set value of the output voltage of the welding power source
Vd:前記溶接電圧の検出値Vd: Detection value of the welding voltage
Rr:前記溶接電源の外部特性の傾きの設定値Rr: Set value of inclination of external characteristics of the welding power source
Id:前記溶接電流の検出値Id: detected value of the welding current
Lr:インダクタンスの設定値Lr: Set value of inductance
t:時間t: time
アーク溶接装置。 Arc welding equipment.
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