JP6778858B2 - アーク溶接制御方法 - Google Patents

Description

本開示は、消耗電極である溶接ワイヤと溶接対象物である母材との間にアークを発生させて、短絡アーク溶接の溶接出力制御を行うアーク溶接制御方法に関する。

近年、地球環境保護の観点から、自動車業界では、燃費向上を目的とした軽量化のために年々車両鋼板等の薄板化が進められている。また、生産性向上のために溶接工程の生産タクトの向上が進められている。このため、ロボットを用いて行う薄板のアーク溶接においては、溶接速度の高速化や溶接品質の向上が期待されている。しかし、溶接速度の高速化と、溶け落ちやアンダーカットなどの欠陥防止といった課題は相反するものであまた、母材間にギャップが生じている場合、溶け落ちを抑制することで、被溶接物の歩留まりを高めて手直し工数の削減が期待できる。そのため、市場からこれらの課題解決の要求は年々高まってきている。これらの要求に対し、従来から薄板溶接やギャップ溶接に関しては種々提案されている。例えば、パルスＭＡＧアーク溶接において、パルス電流やベース電流といったパルス条件を２つのパルス電流群に切り替えることでアーク長を調整することできる（例えば、特許文献１参照）。これにより突合せ溶接や重ね溶接において、ギャップがある場合においてもアーク長を短くすることで、溶け落ちを抑制することができる。

特開平４−３３３３６８号公報

しかしながら、軽量化による薄板化が進む近年では、入熱量の大きいパルスアーク溶接では、短絡アーク溶接よりも溶接対象物の裏側に裏波が発生しやすく、溶け落ちの恐れが高いうえ、溶接対象物にひずみが発生しやすい。このひずみの発生は、溶接長が長いほど影響が大きく、溶接対象物に対する溶接ワイヤの狙いずれの発生を引き起こす恐れがある。また、高速溶接した際にアンダーカットが発生しやすく、生産性の向上が難しい。また、溶接電流を全体的に低減することで低入熱化が図れるが、アークが不安定になるといった課題がある。

上記課題を解決するために、本開示のアーク溶接制御方法は、消耗電極である溶接ワイヤを用いて溶接対象物に対して、第１の入熱量からなる第１の入熱期間と第２の入熱量からなる第２の入熱期間とを周期的に繰り返すアーク溶接を行うアーク溶接制御方法であって、以下を特徴とする。すなわち、第１の入熱期間および第２の入熱期間は、それぞれ短絡期間とアーク期間とからなる。そして、第２の入熱期間の短絡期間において短絡開放を検出すると、第２の入熱期間の短絡開放後の溶接電流を短絡開放の直前電流よりも低くし、第２の入熱期間のアーク期間の溶接電流を第１の入熱期間のアーク期間の溶接電流よりも低くする。あるいは、第２の入熱期間のアーク期間における溶接電流と時間の積のエネルギーの総和を第１の入熱期間のアーク期間における溶接電流と時間の積であるエネルギーの総和よりも低くする。

また、本開示のアーク溶接制御方法は、消耗電極である溶接ワイヤを用いて溶接対象物に対して、第１の入熱量からなる第１の入熱期間と第２の入熱量からなる第２の入熱期間とを周期的に繰り返すアーク溶接を行うアーク溶接制御方法であって、以下を特徴とする。すなわち、第１の入熱期間および第２の入熱期間は、それぞれ短絡期間とアーク期間とからなる。そして、第２の入熱期間の短絡期間において短絡開放を検出すると、第２の入熱期間のアーク期間の溶接電流を短絡開放の直前電流よりも低く、第１の入熱期間のアーク期間の溶接電流よりも低くし、第１の入熱期間のアーク期間の溶接電流に対して相対的に所定の割合で低くなるようにする。

また、上記に加えて、第２の入熱期間のアーク期間の溶接電流を第１の入熱期間のアーク期間の溶接電流に対して低い一定電流とし、３０Ａ以上とするものである。

また、上記に加えて、第１の入熱期間と第２の入熱期間との周期的な繰り返しは、前記溶接対象物の板厚およびギャップ量の少なくとも１つに応じて、１回以上、５回以下で連続して行われる第１の入熱期間と、１回の第２の入熱期間とを周期的に交互に繰り返すことにより行うものである。

また、上記に加えて、溶接対象物の方向に行う正送と正送とは逆方向に行う逆送とに交互に、所定の周期と振幅で周期的に前記溶接ワイヤの送給を行うものである。

本開示は、短絡溶接により、短絡開放後の溶接電流を低減する第２の入熱期間である低入熱期間と第２の入熱期間より入熱量が大きい第１の入熱期間とを周期的に繰り返すことで、安定したアークを維持しつつ低入熱化を図り、薄板溶接の溶け落ちの抑制およびギャップ裕度の向上ができ、高速溶接時のアンダーカットの防止、ひずみの低減が可能で溶接品質の向上が可能となる。

本開示の実施の形態１、２におけるアーク溶接制御方法による出力波形と溶接ワイヤ先端の溶滴移行状態の図 本開示におけるアーク溶接装置の概略構成を示す図 本開示発明の実施の形態３におけるアーク溶接制御方法による出力波形と溶接ワイヤ先端の溶滴移行状態の図 本開示の実施の形態４におけるアーク溶接制御方法による出力波形の図 本開示の実施の形態４におけるアーク溶接制御方法による出力波形の図 本開示の実施の形態４における第１の入熱期間Ｔｈの連続繰り返し回数Ｔｈｎとギャップ量Ｇとの関係図

以下、本開示の実施の形態について、図１から図６を用いて説明する。

（実施の形態１）
まず、本実施の形態１のアーク溶接制御方法を行うアーク溶接装置について、図２を用いて説明する。図２は、アーク溶接装置の概略構成を示す図である。アーク溶接装置２０は、消耗電極である溶接ワイヤ２２と溶接対象物である被溶接物２１との間で、アーク状態のアーク期間Ｔａと短絡状態の短絡期間Ｔｓとを繰り返して溶接を行う。

アーク溶接装置２０は、主変圧器２と、一次側整流部３と、スイッチング部４と、ＤＣＬ（リアクトル）５と、二次側整流部６と、溶接電流検出部７と、溶接電圧検出部８と、短絡検出部９と、短絡開放検出部１０と、短絡／アーク検出部１１と、ワイヤ送給速度制御部１６を有している。

出力制御部１２は、短絡制御部１３とアーク制御部１４を有している。ワイヤ送給速度制御部１６は、ワイヤ送給速度検出部１７と、演算部１８と、正送／逆送切替タイミング制御部１９を有している。一次側整流部３は、アーク溶接装置２０の外部にある入力電源１から入力した入力電圧を整流する。スイッチング部４は、一次側整流部３の出力を溶接に適した出力に制御する。主変圧器２は、スイッチング部４の出力を溶接に適した出力に変換する。二次側整流部６は、主変圧器２の出力を整流する。ＤＣＬ（リアクトル）５は、二次側整流部６の出力を溶接に適した電流に平滑する。

溶接電流検出部７は、溶接電流を検出する。溶接電圧検出部８は、溶接電圧を検出する。短絡／アーク検出部１１は、溶接電圧検出部８の出力に基づいて、溶接状態が、溶接ワイヤ２２と被溶接物２１とが短絡している短絡状態であるのか、溶接ワイヤ２２と被溶接物２１との間でアーク２３が発生しているアーク状態であるのか、を判定する。短絡開放検出部１０は、短絡状態が開放され、アーク状態であると判定した回数を検出する。

出力制御部１２は、スイッチング部４に制御信号を出力して溶接出力を制御する。短絡制御部１３は、短絡／アーク検出部１１が短絡状態であると判定した場合に、短絡期間の溶接電流である短絡電流の制御を行う。アーク制御部１４は、短絡／アーク検出部１１がアーク状態であると判定した場合に、アーク期間の溶接電流であるアーク電流の制御を行う。アーク制御部１４は、溶接条件設定部１５により設定された短絡開放の回数を、短絡開放検出部１０が検出した際に、第２の入熱期間の溶接電流を低減する制御を行う。

ワイヤ送給速度制御部１６は、ワイヤ送給部２５を制御して溶接ワイヤ２２の送給速度を制御する。ワイヤ送給速度検出部１７は、ワイヤ送給速度を検出する。演算部１８は、ワイヤ送給速度検出部１７からの信号に基づいて、所定時間や溶接ワイヤ２２の送給量の積算量を演算する。正送／逆送切替タイミング制御部１９は、演算部１８からの信号に基づいて、溶接ワイヤ２２の送給の、正送から逆送への切り替えタイミングを遅らせる制御信号や、逆送から正送への切り替えタイミングを遅らせる制御信号を出力する。

アーク溶接装置２０には、溶接条件設定部１５と、ワイヤ送給部２５が接続されている。溶接条件設定部１５は、アーク溶接装置２０に溶接条件を設定するために用いられる。ワイヤ送給部２５は、ワイヤ送給速度制御部１６からの信号に基づいて、溶接ワイヤ２２の送給の制御を行う。

アーク溶接装置２０の溶接出力は、溶接チップ２４を介して溶接ワイヤ２２に供給される。そして、アーク溶接装置２０の溶接出力により、溶接ワイヤ２２と被溶接物２１との間にアーク２３を発生させて溶接を行う。

次に、以上のように構成されたアーク溶接装置２０の動作について、図１を用いて説明する。

図１は、本実施の形態における消耗電極式のアーク溶接制御方法による出力波形を示す図である。消耗電極である溶接ワイヤ２２を用いて被溶接物２１に対して、第１の入熱量からなる第１の入熱期間Ｔｈと第２の入熱量からなる第２の入熱期間Ｔｃとを周期的に繰り返すアーク溶接を行う出力波形である。

第１の入熱期間Ｔｈおよび第２の入熱期間Ｔｃは、それぞれ短絡期間Ｔｓとアーク期間Ｔａとからなる。第１の入熱期間Ｔｈ、第２の入熱期間Ｔｃのそれぞれにおいて、短絡期間Ｔｓとアーク期間Ｔａとを交互に繰り返すアーク溶接における、溶接電流Ａｗと、溶接電圧Ｖｗの時間変化、溶接ワイヤ２２の溶滴移行状態の模式図Ｗｗを示している。

本実施の形態におけるアーク溶接制御方法において、第１の入熱期間Ｔｈと第２の入熱期間Ｔｃとが交互に繰り返される。第１の入熱期間Ｔｈおよび第２の入熱期間Ｔｃのいずれも短絡期間Ｔｓとアーク期間Ｔａとを含む。

第１の入熱期間Ｔｈの短絡期間Ｔｓにおいて、溶融電流Ａｗは所定の電流値から第１の電流増加率Ａｗｓ１にて増加し、以下に述べる屈曲点での電流値Ａｗｐに達する。その後、溶融電流Ａｗは電流増加率Ａｗｓ１よりも増加率が小さい電流増加率Ａｗｓ２にて増加する。この短絡期間Ｔｓにおいて、溶接ワイヤ２２の送給速度を負とし、溶接ワイヤの送給の逆送をする。この短絡期間Ｔｓにおいては、溶接ワイヤ２２と被溶接物２１とが短絡されることにより溶接電圧Ｖｗを０（Ｖ）付近の値となっている。

第１の入熱期間Ｔｈの短絡期間Ｔｓとアーク期間Ｔａとの切替時に、溶接電流Ａｗを一旦下げ、短絡開放により溶接電圧Ｖｗが増加する。また、溶接ワイヤ２２の送給速度Ｗｆを負から正にして、溶接ワイヤの送給を逆送から正送に切り替える。

第１の入熱期間Ｔｈのアーク期間Ｔａにおいて、溶接電流Ａｗをピーク電流値Ａｗａ１まで上げ、所定の時間一定とする。

第１の入熱期間Ｔｈのアーク期間Ｔａの終了および第２の入熱期間Ｔｃの短絡期間Ｔａの開始のタイミングにて、溶接電流Ａｗを所定の値に下げておき、溶接ワイヤ２２と被溶接物２１とが短絡されることにより溶接電圧Ｖｗを０（Ｖ）付近の値となり、溶接ワイヤ２２の送給速度Ｗｆを正から負にして、溶接ワイヤの送給を正送から逆送に切り替える。

第２の入熱期間Ｔｃの短絡期間Ｔｓにおいて、溶融電流Ａｗは所定の値から所定の電流増加率にて増加する。その後、溶融電流Ａｗは電流増加率Ａｗｓ２にて増加する。この短絡期間Ｔｓにおいて、溶接ワイヤ２２の送給速度Ｗｆを負とし、溶接ワイヤの送給の逆送をする。

第２の入熱期間Ｔｃのアーク期間Ｔａにおいて、溶接ワイヤ２２は短絡状態となるが、そのときの溶融電流Ａｗを電流値Ａｗａ１ａとする。また、このアーク期間Ｔａの期間において溶接ワイヤ２２の送給速度Ｗｆを正とし溶接ワイヤの送給を正送する。

図１において、（ａ）〜（ｈ）は、消耗電極である溶接ワイヤ２２の先端から被溶接物２１の側へ溶融金属が移行する溶滴移行状態Ｗｗを表しており、第１の入熱期間Ｔｈから第２の入熱期間Ｔｃにかけての溶接ワイヤ２２の状態を示す。（ａ）〜（ｈ）の順に時間が経過する。（ａ）は、第１の入熱期間Ｔｈの短絡期間Ｔｓにおける溶接ワイヤ２２の状態を示す。（ｂ）は、第１の入熱期間Ｔｈにおいて、短絡期間Ｔｓとアーク期間Ｔａとの切替時での溶接ワイヤ２２の状態を示す。（ｃ）および（ｄ）は、第１の入熱期間Ｔｈのアーク期間Ｔａにおける溶接ワイヤ２２の状態を示す。（ｃ）は、溶接電流Ａｗの値がＡｗａ１となった直後の溶接ワイヤ２２の状態を示す。また、（ｄ）は、溶接電流Ａｗの値がＡｗａ１から降下する直前の溶接ワイヤ２２の状態を示す。（ｅ）は、第２の入熱期間Ｔｃの短絡期間Ｔｓにおける溶接ワイヤ２２の状態を示す。（ｆ）は、第２の入熱期間Ｔｃにおいて、短絡期間Ｔｓとアーク期間Ｔａとの切替時での溶接ワイヤ２２の状態を示す。（ｇ）および（ｈ）は、第２の入熱期間Ｔｃのアーク期間Ｔａにおける溶接ワイヤ２２の状態を示す。

なお、第１の入熱期間Ｔｈのアーク期間Ｔａからの第２の入熱期間Ｔｃの短絡期間Ｔｓへの移行は、第１の入熱期間Ｔｈのアーク期間Ｔａの溶接電流Ａｗを短絡期間Ｔｓへ移行する直前に低くし、短絡時のスパッタの発生を抑制している。短絡時のスパッタの発生の影響が少なければ短絡期間Ｔｓへ移行する直前における電流は必ずしも直前でさらに低くしなくても良い。

まず図１において、（ａ）における溶滴移行状態Ｗｗは、溶接ワイヤ２２と被溶接物２１との短絡が発生してから溶接ワイヤ２２の溶滴２６を被溶接物２１上の図示しない溶融プールに移行させている。このとき溶接ワイヤ２２の送給は、被溶接物２１の方向に行う正送とは逆方向に行う逆送を行うことで、短絡開放を機械的に促す。また、（ａ）における溶接電流Ａｗはこの短絡状態を開放させるために時間の経過に伴って溶接電流を増加するように制御する。

そして、この溶接電流Ａｗの増加の仕方は、例えば、図１に示すように、まず短絡期間Ｔｓにおいて、第１の電流増加率Ａｗｓ１で増加し、その後、第１の電流増加率Ａｗｓ１よりも傾きが緩やかな第２の電流増加率Ａｗｓ２で増加させる。そして、第１の電流増加率Ａｗｓ１から第２の電流増加傾きＡｗｓ２に切り替わる時の電流値Ａｗｐを屈曲点と呼ぶ。この屈曲点の値は予め実験的に求められた値に設定される。

次に（ｂ）において溶接電圧Ｖｗは、溶接ワイヤ２２と被溶接物２１との短絡が解放されることにより上昇し、短絡開放が判定される。このときの（ｂ）における溶滴移行状態Ｗｗは、ピンチ効果により溶接ワイヤ２２の先端側にくびれ現象が生じて溶滴２６を移行させ、短絡状態から開放される。そして（ｃ）から（ｄ）における溶接電流Ａｗの制御は、アーク期間Ｔａにおいて所定のピーク電流値Ａｗａ１まで溶接電流を増加する。このとき溶接ワイヤ２２の送給は、被溶接物２１の方向に溶接ワイヤ２２を送る正送を行う。これにより、（ｃ）から（ｄ）の溶滴移行状態Ｗｗは、溶接ワイヤ２２の先端の溶融速度が高められ、溶接ワイヤ２２の先端に、被溶接物２１に移行する溶けた金属である溶滴２６を形成し成長させる。この成長した溶滴２６が再び短絡することで、溶滴２６が被溶接物２１に移行する。通常は（ａ）、（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）の溶滴移行状態を経由する短絡期間Ｔｓとアーク期間Ｔａとを含む第１の入熱期間Ｔｈのみを繰り返すことで溶接を行っている。

しかし、本実施の形態では、図１における（ａ）、（ｂ）、（ｃ）および（ｄ）を経由する第１の入熱期間Ｔｈと、第１の入熱期間Ｔｈより入熱量が低い（ｅ）、（ｆ）、（ｇ）および（ｈ）を経由する第２の入熱期間Ｔｃとを周期的に繰り返して溶接を行うことで被溶接物２１に対する入熱量を低減する。例えば図１のように、第１の入熱期間Ｔｈにおいて、（ａ）、（ｂ）、（ｃ）および（ｄ）を経て溶接ワイヤ２２の先端の溶滴２６を成長させたのち、図１の溶接電圧Ｖｗにより溶接ワイヤ２２と被溶接物２１との間の次の短絡発生を検出すると、（ｅ）において溶滴移行状態Ｗｗは、（ａ）の溶滴移行状態Ｗｗと同様に、溶接ワイヤ２２の溶滴２６を溶融プールに移行させる。（ｅ）における溶接電流Ａｗは、（ａ）における溶接電流Ａｗの増加形態と同様に、短絡状態を開放させるために時間の経過に伴って溶接電流を増加するように制御する。

さらに第２の入熱期間Ｔｃの（ｆ）における溶接電圧Ｖｗにより短絡開放が判定されたときの溶滴移行状態Ｗｗは、（ｂ）における溶滴移行状態Ｗｗと同様に、ピンチ効果により溶接ワイヤ２２の先端にくびれ現象が生じて溶滴２６を溶融プールへ移行させ、短絡状態から開放される。第２の入熱期間Ｔｃにおいて短絡開放を検出すると、（ｇ）から（ｈ）における、第２の入熱期間Ｔｃのアーク期間Ｔａの溶接電流Ａｗを、短絡開放の直前の電流Ａｓｏよりも低くし、第２の入熱期間Ｔｃのアーク期間Ｔａの溶接電流Ａｗを第１の入熱期間Ｔｈのアーク期間Ｔａの溶接電流Ａｗよりも低い電流に制御する、あるいは、第２の入熱期間Ｔｃのアーク期間Ｔａにおける溶接電流Ａｗと時間の積のエネルギーの総和を第１の入熱期間Ｔｈのアーク期間Ｔａにおける溶接電流Ａｗと時間の積であるエネルギーの総和よりも低くなるように制御する。これにより第２の入熱期間Ｔｃの入熱量を低減することができる。

なお、第２の入熱期間Ｔｃのアーク期間Ｔａの溶接電流Ａｗを、第１の入熱期間Ｔｈのアーク期間Ｔａの溶接電流Ａｗよりも低い電流への制御は、第１の入熱期間Ｔｈのアーク期間Ｔａのピーク電流Ａｗａ１より低いものすることが好ましい。これにより第２の入熱期間Ｔｃの入熱量をより低減することができる。

また、第１の入熱期間Ｔｈのアーク期間Ｔａにおける溶接電流Ａｗに対して低減した第２の入熱期間Ｔｃのアーク期間Ｔａにおける溶接電流Ａｗは、３０Ａ以上の値が好ましい。第２の入熱期間Ｔｃのアーク期間Ｔａにおける溶接電流Ａｗが３０Ａ未満で、例えば２０ｍｓｅｃ以上と長く続くと、アークを維持できずにアーク切れしてしまう恐れがある。または溶接ワイヤ２２の先端の溶滴２６の大きさが成長せずに、短絡開放がしづらくなり次の短絡期間Ｔｓが長くなって短絡周期の乱れが発生することがあるため、第２の入熱期間Ｔｃのアーク期間Ｔａにおける低減した溶接電流Ａｗは３０Ａ以上の値とすることが望ましい。

なお、本開示のように溶接ワイヤ２２の送給を、被溶接物２１の方向に行う正送と、正送とは逆方向に行う逆送とに、所定の周期と振幅で変化させ周期的に溶接ワイヤ２２を送給するワイヤ送給速度Ｗｆで溶接を行うことで、機械的に短絡発生と短絡開放を促進させることができる。そして第１の入熱期間Ｔｈと第１の入熱期間Ｔｈより入熱量の低い第２の入熱期間Ｔｃとを周期的に繰り返すことで、安定したアークを維持しつつ低入熱化を図り、薄板溶接の溶け落ち抑制及び後に述べるギャップ裕度の向上が実現できる。

これにより、第１の入熱期間Ｔｈと第２の入熱期間Ｔｃとで入熱量が変動する場合でも、短絡周期の乱れを防ぐことができる。

（実施の形態２）
本実施の形態２は第２の入熱期間Ｔｃにおける短絡開放後の溶接電流Ａｗの低減に関する。

本実施の形態２において、実施の形態１と同様の箇所については、同一の符号を付して詳細な説明を省略する。実施の形態１と異なる主な点は、図１に示す、第１の入熱期間のアーク期間の溶接電流Ａｗよりも低くする第２の入熱期間Ｔｃにおけるアーク期間Ｔａの溶接電流Ａｗを、所定の一定の電流Ａｗａ１ａに制御する点である。なお、一定の電流Ａｗａ１ａは、第１の入熱期間Ｔｈのアーク期間Ｔａにおける溶接電流Ａｗのピーク電流Ａｗａ１よりも低い電流である。次の短絡が発生するまで一定電流で制御することにより、電流の低減の調整や管理が容易である。

（実施の形態３）
本実施の形態３は第２の入熱期間Ｔｃにおけるアーク期間Ｔａの溶接電流低減に関する。

本実施の形態３において、実施の形態１および２と同様の箇所については、同一の符号を付して詳細な説明を省略する。実施の形態１および２と異なる主な点は、図３の溶接電流Ａｗのように、第２の入熱期間Ｔｃにおけるアーク期間Ｔａの溶接電流Ａｗを、第１の入熱期間Ｔｈのアーク期間Ｔａの溶接電流Ａｗの電流波形と比較して相対的に低減する点である。第１の入熱期間Ｔｈのアーク期間Ｔａの溶接電流Ａｗの電流波形と比較して、第２の入熱期間Ｔｃにおける、アーク期間Ｔａの溶接電流Ａｗを相対的に低減させた、実質的に相似形の電流波形になる様に下げた電流波形とする。具体的には、第２の入熱期間Ｔｃにおけるアーク期間Ｔａの溶接電流Ａｗを第１の入熱期間Ｔｈのアーク期間Ｔａの溶接電流Ａｗに対して相対的に低減し、所定の割合とする。

このため、低減された溶接電流でありながらも第２の入熱期間Ｔｃのアーク期間Ｔａの溶接電流Ａｗにおいて、ピーク電流Ａｗａ１ｂを有しており、アーク期間Ｔａの溶接電流Ａｗのピーク電流をピーク電流Ａｗａ１に制御する第１の入熱期間Ｔｈの溶滴移行状態と類似しており、第１の入熱期間Ｔｈと第２の入熱期間Ｔｃの切り替わり時のアークの安定性を高めて低入熱化を図ることができる。

第１の入熱期間Ｔｈの溶接電流Ａｗに対して、第２の入熱期間Ｔｃの溶接電流Ａｗを相対的に低減される、所定の割合は、第１の入熱期間Ｔｈのアーク期間Ｔａの溶接電流Ａｗの１０％以上、５０％以下である。第１の入熱期間Ｔｈのアーク期間Ｔａの溶接電流Ａｗに対して低減される度合いをより大きくして、相対的な割合を１０％より低くすると図３の（ｇ）において第２の入熱期間のアーク期間Ｔａのピーク電流Ａｗａ１ｂを出力した後の（ｈ）において、アーク切れを引き起こす恐れが高まる。また、第１の入熱期間Ｔｈのアーク期間Ｔａの溶接電流Ａｗに対して低減される度合いをより小さくし、相対的な割合が５０％より大きいと、低入熱の効果が小さい。

（実施の形態４）
第１の入熱期間Ｔｈと第２の入熱期間Ｔｃを周期的に繰り返す方法に関する。

本実施の形態４において、実施の形態１〜３と同様の箇所については、同一の符号を付して詳細な説明を省略する。実施の形態１〜３と異なる主な点は、１回の第１の入熱期間Ｔｈと１回の第２の入熱期間Ｔｃを繰り返す実施の形態１、２、３に対して、本実施の形態では、薄板等の被溶接物２１の板厚に応じて、複数回の第１の入熱期間Ｔｈ（Ｔｈ１〜Ｔｈ５）と、１回の前記第２の入熱期間Ｔｃを繰り返すという点である。

図４の溶接電流Ａｗは、複数の第１の入熱期間Ｔｈ（Ｔｈ１〜Ｔｈ５）と、一つの第２の入熱期間Ｔｃを周期的に繰り返している。第１の入熱期間Ｔｈの連続繰り返し回数をＴｈｎ、第２の入熱期間Ｔｃの連続繰り返し回数をＴｃｎとし、Ｔｈｎを５、Ｔｃｎを１とすると、５回の第１の入熱期間Ｔｈと１回の第２入熱期間Ｔｃを交互に繰り返す。図５の第１の入熱期間Ｔｈの連続繰り返し回数はＴｈｎ＝１であり、第２の入熱期間Ｔｃの連続繰り返し回数はＴｃｎ＝１である。第１の入熱期間Ｔｈと第２の入熱期間Ｔｃをそれぞれ１回ずつ繰り返す。第１の入熱期間の連続繰り返し回数Ｔｈｎが少ないほど被溶接物２１への入熱量の低減効果は大きい。言い換えると、薄い板厚（例えば３．２ｍｍ以下）の被溶接物２１ほど、第１の入熱期間Ｔｈの連続繰り返し回数Ｔｈｎが少ないことが好ましく、被溶接物２１への入熱量の低減をより図ることが出来る。

しかし、第１の入熱期間Ｔｈの連続繰り返し回数Ｔｈｎ＝５を超える場合は、相対的に入熱量が増えるため入熱量の低減効果が小さい。また、第２の入熱期間Ｔｃの連続繰り返し回数Ｔｃｎが１を超える場合は、第２の入熱期間Ｔｃが連続することで、次の第１の入熱期間Ｔｈにおける短絡期間Ｔｓのばらつきが生じアークが不安定になる恐れがある。そのため、１回以上、５回以下の複数回の第１の入熱期間Ｔｈと、１回の第２の入熱期間Ｔｃとを交互に繰り返すことで安定したアークを維持しつつ入熱量を低減することができ、溶け落ち抑制およびギャップ裕度の向上に繋がる。

例えば、図４および図５に示すように、第２の入熱期間Ｔｃのアーク期間Ｔａの溶接電流Ａｗを一定の電流Ａｗａ１ａに制御したとき、第１の入熱期間Ｔｈの連続繰り返し回数Ｔｈｎとギャップ量Ｇとの関係を図６に示す。なお図６では、第２の入熱期間Ｔｃの連続繰り返し回数Ｔｃｎを１とし、溶接ワイヤ２２の材質と被溶接物２１の材質を軟鋼としている。例えば、重ね溶接の際の被溶接物２１のアークが照射される側の板の平均板厚に対する、重ねられる板の間の隙間であるギャップの割合をギャップ量Ｇ[％]とし、板厚と同厚のギャップの場合をギャップ量Ｇ＝１００％とする。ギャップ量Ｇの増加に伴い、第１の入熱期間Ｔｈの連続繰り返し回数Ｔｈｎを減らすことでギャップ裕度を向上できる。ギャップ量Ｇが１００％の場合は、第１の入熱期間Ｔｈの連続繰り返し回数Ｔｈｎは２回であり、ギャップ量Ｇが２０％の場合は、第１の入熱期間Ｔｈの連続繰り返し回数Ｔｈｎは５回である。

このように、短絡とアークを繰り返す短絡溶接において、被溶接物２１の板厚および／またはギャップ量Ｇに応じて、一つ以上の連続して繰り返される第１の入熱期間Ｔｈと第１の入熱期間Ｔｈより入熱量の低い一つの第２の入熱期間Ｔｃとを周期的に繰り返す溶接をすることで、安定したアークを維持しつつ低入熱化を図り、薄板溶接の溶け落ち抑制及びギャップ裕度の向上が実現でき、溶接品質の向上、生産性の向上に繋がる。

以上のように、本開示にかかる発明によれば、短絡とアークを繰り返す短絡溶接において、第１の入熱期間Ｔｈと第１の入熱期間Ｔｈより入熱量の低い第２の入熱期間Ｔｃとを周期的に繰り返すことで、安定したアークを維持しつつ低入熱化を図り、薄板溶接の溶け落ち抑制及びギャップ裕度の向上が実現できる。

このように、第１の入熱期間Ｔｈより入熱量の低い一つの第２の入熱期間Ｔｃと第１の入熱期間Ｔｈとの割合を設定することにより、低入熱のための入熱量の切替えが細かく設定できる。また、低入熱化を行うとともに、ビード幅の変化を抑制して、良好なビード外観を得ることができる。また、本開示の短絡アーク溶接は、パルスアーク溶接に対して入熱量が小さく、アーク長の短縮、入熱量の低減が可能である。

これらにより周期的にアーク期間中の溶接電流を低減することで、アークの安定性を高め、入熱量を抑制しアーク長を短くすることで高速溶接時のアンダーカットを防止し、また入熱量を抑制することで、特に薄板の溶接時おいての、ひずみの低減や被溶接物間にギャップがある場合の溶接の際の溶け落ちを防止して溶接品質の向上をすることが可能であり、溶接品質の向上、生産性の向上に繋がる。

本開示にかかる発明によれば、短絡とアークを繰り返す短絡溶接において、第１の入熱期間Ｔｈと第１の入熱期間Ｔｈより入熱量の低い第２の入熱期間Ｔｃとを周期的に繰り返すことで、安定したアークを維持しつつ低入熱化を図り、薄板溶接の溶け落ち抑制及びギャップ裕度の向上が実現でき、溶接品質の向上、生産性の向上に繋がる。消耗電極である溶接ワイヤを送給しながら短絡アーク溶接を行うアーク溶接制御方法として産業上有用である。

１ 入力電源
２ 主変圧器（トランス）
３ 一次側整流部
４ スイッチング部
５ ＤＣＬ（リアクトル）
６ 二次側整流部
７ 溶接電流検出部
８ 溶接電圧検出部
９ 短絡検出部
１０ 短絡開放検出部
１１ 短絡／アーク検出部
１２ 出力制御部
１３ 短絡制御部
１４ アーク制御部
１５ 溶接条件設定部
１６ ワイヤ送給速度制御部
１７ ワイヤ送給速度検出部
１８ 演算部
１９ 正送／逆送切替タイミング制御部
２０ アーク溶接装置
２１ 被溶接物
２２ 溶接ワイヤ
２３ アーク
２４ 溶接チップ
２５ ワイヤ送給部
２６ 溶滴

Claims (5)

1. 消耗電極である溶接ワイヤを用いて溶接対象物に対して、第１の入熱量からなる第１の入熱期間と第２の入熱量からなる第２の入熱期間とを周期的に繰り返すアーク溶接を行うアーク溶接制御方法であって、
   前記第１の入熱期間および前記第２の入熱期間は、それぞれ短絡期間とアーク期間とを有し、前記第２の入熱期間の前記短絡期間において短絡開放を検出した場合に、前記第２の入熱期間のアーク期間の溶接電流を前記短絡開放の直前における電流よりも低くし、
   前記第２の入熱期間におけるアーク期間の溶接電流を前記第１の入熱期間におけるアーク期間の溶接電流よりも低くする、または、前記第２の入熱期間のアーク期間における溶接電流と時間の積のエネルギーの総和を前記第１の入熱期間のアーク期間における溶接電流と時間の積であるエネルギー総和よりも低くすることを特徴とする、
   アーク溶接制御方法。
2. 消耗電極である溶接ワイヤを用いて溶接対象物に対して、第１の入熱量からなる第１の入熱期間と第２の入熱量からなる第２の入熱期間とを周期的に繰り返すアーク溶接を行うアーク溶接制御方法であって、
   前記第１の入熱期間および前記第２の入熱期間は、それぞれ短絡期間とアーク期間とからなり、前記第２の入熱期間の前記短絡期間において短絡開放を検出した場合に、前記第２の入熱期間におけるアーク期間の溶接電流を前記短絡開放の直前における電流よりも低く、前記第１の入熱期間におけるアーク期間の溶接電流よりも低くし、前記第１の入熱期間におけるアーク期間の溶接電流に対して相対的に所定の割合で低くなるようにすることを特徴とする、
   アーク溶接制御方法。
3. 前記第２の入熱期間におけるアーク期間の溶接電流を前記第１の入熱期間におけるアーク期間の溶接電流に対して低い一定電流とし、３０Ａ以上とすることを特徴とする、請求項１または２記載のアーク溶接制御方法。
4. 前記第１の入熱期間と前記第２の入熱期間との周期的な繰り返しは、前記溶接対象物の板厚およびギャップ量の少なくとも１つに応じて、１回以上５回以下で連続して行われる前記第１の入熱期間と、１回の前記第２の入熱期間とを周期的に交互に繰り返すことにより行うことを特徴とする、請求項１または２に記載のアーク溶接制御方法。
5. 溶接対象物の方向に行う正送と前記正送とは逆方向に行う逆送とに交互に、所定の周期と振幅で周期的に前記溶接ワイヤの送給を行う請求項１または２に記載のアーク溶接制御方法。