JP7075705B2

JP7075705B2 - アーク溶接制御方法

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Publication number: JP7075705B2
Application number: JP2018564475A
Authority: JP
Inventors: 貢平小野; 利昭中俣
Original assignee: Daihen Corp
Current assignee: Daihen Corp
Priority date: 2017-01-24
Filing date: 2018-01-12
Publication date: 2022-05-26
Anticipated expiration: 2038-01-12
Also published as: EP3575025A4; JPWO2018139222A1; CN110049844A; US11724329B2; US20190337080A1; CN110049844B; EP3575025A1; WO2018139222A1

Description

本発明は、溶接ワイヤの材質がアルミニウム又はアルミニウム合金であり、溶接ワイヤの送給速度を正送期間と逆送期間とに交互に切り換え、短絡期間とアーク期間とを繰り返して溶接するアーク溶接制御方法に関するものである。

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

溶接品質をさらに向上させるために、溶接ワイヤの正送と逆送とを周期的に繰り返して溶接する方法が提案されている。特許文献１の発明では、溶接電流設定値に応じた送給速度の平均値とし、溶接ワイヤの正送と逆送との周波数及び振幅を溶接電流設定値に応じた値としている。

また、溶接ワイヤの材質が鉄鋼又はステンレス鋼であるときには、スパッタ発生量を削減するために、短絡期間からアークが発生する予兆を検出して溶接電流を数十Ａまで急減させる電流制御が行われる。アーク発生の予兆は、溶滴にくびれが発生して溶滴の抵抗値が増大することを検出することによって行う。このために、この電流制御はくびれ検出制御と呼ばれる。

日本国特許第５２０１２６６号公報

溶接ワイヤの材質がアルミニウム又はアルミニウム合金(以下、アルミニウム材という)であるときには、その抵抗値が小さいために、抵抗値の増大によってくびれの発生を検出することが困難になる。このために、短絡期間中にアークが発生する予兆を検出して溶接電流を急減させるくびれ検出制御を行うことができない。この結果、スパッタ発生量が増加するという問題があった。

そこで、本発明では、溶接ワイヤの材質がアルミニウム又はアルミニウム合金であり、溶接ワイヤの送給速度を正送期間と逆送期間とに交互に切り換える溶接方法において、スパッタ発生量を削減することができるアーク溶接制御方法を提供することを目的とする。

上述した課題を解決するために、本開示のアーク溶接制御方法は、
溶接ワイヤの材質がアルミニウム又はアルミニウム合金であり、前記溶接ワイヤの送給速度を正送期間と逆送期間とに交互に切り換え、短絡期間とアーク期間とを繰り返して溶接するアーク溶接制御方法において、
前記短絡期間中の溶接電流の最大値の平均値が１５０Ａ以下となるように前記溶接電流を制御し、
前記逆送期間中の逆送ピーク値を、前記短絡期間の時間長さの平均値が７ms以下となるように設定し、
前記逆送ピーク値の絶対値を少なくとも４０ｍ／分以上に設定する、
ことを特徴とするものである。

本開示のアーク溶接制御方法は、
前記短絡期間の時間長さの平均値を検出し、前記短絡期間の時間長さの平均値が予め定めた短絡時間設定値と等しくなるように逆送減速期間をフィードバック制御する、
ことを特徴とするものである。

本開示のアーク溶接制御方法は、
前記短絡期間中の前記溶接電流を、予め定めた初期期間中は予め定めた初期電流値に制御し、その後は経時的に増加するように制御し、
前記初期期間を１．５ms以上に設定する、
ことを特徴とするものである。請求項１～２のいずれか１項に記載のアーク溶接制御方法。

本発明によれば、溶接ワイヤの材質がアルミニウム又はアルミニウム合金であり、溶接ワイヤの送給速度を正送期間と逆送期間とに交互に切り換える溶接方法において、スパッタ発生量を削減することができる。

本発明の実施の形態１に係るアーク溶接制御方法を実施するための溶接電源のブロック図である。本発明の実施の形態１に係るアーク溶接制御方法を示す図１の溶接電源における各信号のタイミングチャートである。本発明の実施の形態２に係るアーク溶接制御方法を実施するための溶接電源のブロック図である。本発明の実施の形態３に係るアーク溶接制御方法を実施するための溶接電源のブロック図である。

以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。

［実施の形態１］
図１は、本発明の実施の形態１に係るアーク溶接制御方法を実施するための溶接電源のブロック図である。以下、同図を参照して各ブロックについて説明する。

電源主回路ＰＭは、３相２００Ｖ等の商用電源（図示は省略）を入力として、後述する誤差増幅信号Ｅａに従ってインバータ制御等による出力制御を行い、出力電圧Ｅを出力する。この電源主回路ＰＭは、図示は省略するが、商用電源を整流する１次整流器、整流された直流を平滑する平滑コンデンサ、平滑された直流を高周波交流に変換する上記の誤差増幅信号Ｅａによって駆動されるインバータ回路、高周波交流を溶接に適した電圧値に降圧する高周波変圧器、降圧された高周波交流を直流に整流する２次整流器を備えている。

リアクトルＷＬは、上記の出力電圧Ｅを平滑する。このリアクトルＷＬのインダクタンス値は、例えば１００μＨである。

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

溶接ワイヤ１は、上記の送給モータＷＭに結合された送給ロール５の回転によって溶接トーチ４内を送給されて、母材２との間にアーク３が発生する。溶接トーチ４内の給電チップ（図示は省略）と母材２との間には溶接電圧Ｖｗが印加し、溶接電流Ｉｗが通電する。溶接ワイヤ１及び母材２の材質はアルミニウム又はアルミニウム合金である。

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

電圧誤差増幅回路ＥＶは、上記の出力電圧設定信号Ｅｒ及び上記の出力電圧検出信号Ｅｄを入力として、出力電圧設定信号Ｅｒ（＋）と出力電圧検出信号Ｅｄ（－）との誤差を増幅して、電圧誤差増幅信号Ｅｖを出力する。

電流検出回路ＩＤは、上記の溶接電流Ｉｗを検出して、電流検出信号Ｉｄを出力する。電圧検出回路ＶＤは、上記の溶接電圧Ｖｗを検出して、電圧検出信号Ｖｄを出力する。短絡判別回路ＳＤは、上記の電圧検出信号Ｖｄを入力として、この値が予め定めた短絡判別値（１０Ｖ程度）未満のときは短絡期間にあると判別してＨｉｇｈレベルになり、以上のときはアーク期間にあると判別してＬｏｗレベルになる短絡判別信号Ｓｄを出力する。

正送加速期間設定回路ＴＳＵＲは、予め定めた正送加速期間設定信号Ｔsurを出力する。

正送減速期間設定回路ＴＳＤＲは、予め定めた正送減速期間設定信号Ｔsdrを出力する。

逆送加速期間設定回路ＴＲＵＲは、予め定めた逆送加速期間設定信号Ｔrurを出力する。

逆送減速期間設定回路ＴＲＤＲは、予め定めた逆送減速期間設定信号Ｔrdrを出力する。

正送ピーク値設定回路ＷＳＲは、予め定めた正送ピーク値設定信号Ｗsrを出力する。

逆送ピーク値設定回路ＷＲＲは、予め定めた逆送ピーク値設定信号Ｗrrを出力する。

送給速度設定回路ＦＲは、上記の正送加速期間設定信号Ｔsur、上記の正送減速期間設定信号Ｔsdr、上記の逆送加速期間設定信号Ｔrur、上記の逆送減速期間設定信号Ｔrdr、上記の正送ピーク値設定信号Ｗsr、上記の逆送ピーク値設定信号Ｗrr及び上記の短絡判別信号Ｓｄを入力として、以下の処理によって生成された送給速度パターンを送給速度設定信号Ｆｒとして出力する。この送給速度設定信号Ｆｒが０以上のときは正送期間となり、０未満のときは逆送期間となる。
１）正送加速期間設定信号Ｔsurによって定まる正送加速期間Ｔsu中は０から正送ピーク値設定信号Ｗsrによって定まる正の値の正送ピーク値Ｗspまで直線状に加速する送給速度設定信号Ｆｒを出力する。
２）続いて、正送ピーク期間Ｔsp中は、上記の正送ピーク値Ｗspを維持する送給速度設定信号Ｆｒを出力する。
３）短絡判別信号ＳｄがＬｏｗレベル(アーク期間)からＨｉｇｈレベル(短絡期間)に変化すると、正送減速期間設定信号Ｔsdrによって定まる正送減速期間Ｔsdに移行し、上記の正送ピーク値Ｗspから０まで直線状に減速する送給速度設定信号Ｆｒを出力する。
４）続いて、逆送加速期間設定信号Ｔrurによって定まる逆送加速期間Ｔru中は０から逆送ピーク値設定信号Ｗrrによって定まる負の値の逆送ピーク値Ｗrpまで直線状に加速する送給速度設定信号Ｆｒを出力する。
５）続いて、逆送ピーク期間Ｔrp中は、上記の逆送ピーク値Ｗrpを維持する送給速度設定信号Ｆｒを出力する。
６）短絡判別信号ＳｄがＨｉｇｈレベル(短絡期間)からＬｏｗレベル(アーク期間)に変化すると、逆送減速期間設定信号Ｔrdrによって定まる逆送減速期間Ｔrdに移行し、上記の逆送ピーク値Ｗrpから０まで直線状に減速する送給速度設定信号Ｆｒを出力する。
７）上記の１）～６）を繰り返すことによって正負の台形波状に変化する送給パターンの送給速度設定信号Ｆｒが生成される。

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

初期期間設定回路ＴＩＲは、予め定めた初期期間設定信号Ｔirを出力する。初期電流設定回路ＩＩＲは、予め定めた初期電流設定信号Ｉirを出力する。

電流増加率設定回路ＤＩＲは、予め定めた電流増加率設定信号Ｄirを出力する。

電流制御設定回路ＩＣＲは、上記の短絡判別信号Ｓｄ、上記の初期期間設定信号Ｔir、上記の初期電流設定信号Ｉir及び上記の電流増加率設定信号Ｄirを入力として、以下の処理を行い、電流制御設定信号Ｉcrを出力する。
１）短絡判別信号ＳｄがＨｉｇｈレベル(短絡期間)に変化した時点から初期期間設定信号Ｔirによって定まる初期期間Ｔｉ中は、初期電流設定信号Ｉirを電流制御設定信号Ｉcrとして出力する。
２）その後の短絡期間中は、初期電流設定信号Ｉirの値から電流増加率設定信号Ｄirによって定まる増加率Ｄｉで経時的に増加する電流制御設定信号Ｉcrを出力する。
３）短絡判別信号ＳｄがＬｏｗレベル(アーク期間)に変化すると、予め定めた小電流値となる電流制御設定信号Ｉcrを出力する。

電流誤差増幅回路ＥＩは、上記の電流制御設定信号Ｉcr及び上記の電流検出信号Ｉｄを入力として、電流制御設定信号Ｉcr（＋）と電流検出信号Ｉｄ（－）との誤差を増幅して、電流誤差増幅信号Ｅｉを出力する。

小電流期間回路ＳＴＤは、上記の短絡判別信号Ｓｄを入力として、短絡判別信号ＳｄがＬｏｗレベル(アーク期間)に変化した時点から予め定めた電流降下時間が経過した時点でＨｉｇｈレベルになり、その後に短絡判別信号ＳｄがＨｉｇｈレベル(短絡期間)になるとＬｏｗレベルになる小電流期間信号Ｓtdを出力する。

電源特性切換回路ＳＷは、上記の電流誤差増幅信号Ｅｉ、上記の電圧誤差増幅信号Ｅｖ、上記の短絡判別信号Ｓｄ及び上記の小電流期間信号Ｓtdを入力として、以下の処理を行い、誤差増幅信号Ｅａを出力する。
１）短絡判別信号ＳｄがＨｉｇｈレベル(短絡期間)であるときは、電流誤差増幅信号Ｅｉを誤差増幅信号Ｅａとして出力する。
２）短絡判別信号ＳｄがＬｏｗレベル(アーク期間)に変化すると、電圧誤差増幅信号Ｅｖを誤差増幅信号Ｅａとして出力する。
３）その後のアーク期間中に小電流期間信号ＳtdがＨｉｇｈレベルとなる期間中は、電流誤差増幅信号Ｅｉを誤差増幅信号Ｅａとして出力する。
この回路によって、溶接電源の特性は、短絡期間及び小電流期間中は定電流特性となり、それ以外のアーク期間中は定電圧特性となる。

図２は、本発明の実施の形態１に係るアーク溶接制御方法を示す図１の溶接電源における各信号のタイミングチャートである。同図（Ａ）は送給速度Ｆｗの時間変化を示し、同図（Ｂ）は溶接電流Ｉｗの時間変化を示し、同図（Ｃ）は溶接電圧Ｖｗの時間変化を示し、同図(Ｄ)は短絡判別信号Ｓｄの時間変化を示し、同図(Ｅ)は小電流期間信号Ｓtdの時間変化を示す。以下、同図を参照して各信号の動作について説明する。

同図（Ａ）に示す送給速度Ｆｗは、図１の送給速度設定回路ＦＲから出力される送給速度設定信号Ｆｒの値に制御される。送給速度Ｆｗは、図１の正送加速期間設定信号Ｔsurによって定まる正送加速期間Ｔsu、短絡が発生するまで継続する正送ピーク期間Ｔsp、図１の正送減速期間設定信号Ｔsdrによって定まる正送減速期間Ｔsd、図１の逆送加速期間設定信号Ｔrurによって定まる逆送加速期間Ｔru、アークが発生するまで継続する逆送ピーク期間Ｔrp及び図１の逆送減速期間設定信号Ｔrdrによって定まる逆送減速期間Ｔrdから形成される。さらに、正送ピーク値Ｗspは図１の正送ピーク値設定信号Ｗsrによって定まり、逆送ピーク値Ｗrpは図１の逆送ピーク値設定信号Ｗrrによって定まる。この結果、送給速度設定信号Ｆｒは、正負の略台形波波状に変化する送給パターンとなる。

［時刻ｔ１～ｔ４の短絡期間の動作］
正送ピーク期間Ｔsp中の時刻ｔ１において短絡が発生すると、同図(Ｃ)に示すように、溶接電圧Ｖｗは数Ｖの短絡電圧値に急減するので、同図(Ｄ)に示すように、短絡判別信号ＳｄがＨｉｇｈレベル(短絡期間)に変化する。時刻ｔ１において短絡期間が開始すると、時刻ｔ１～ｔ２の予め定めた正送減速期間Ｔsdに移行し、同図(Ａ)に示すように、送給速度Ｆｗは上記の正送ピーク値Ｗspから０まで減速する。例えば、正送減速期間Ｔsd＝１msに設定される。

同図（Ａ）に示すように、送給速度Ｆｗは時刻ｔ２～ｔ３の予め定めた逆送加速期間Ｔruに入り、０から上記の逆送ピーク値Ｗrpまで加速する。この期間中は短絡期間が継続している。例えば、逆送加速期間Ｔru＝１msに設定される。

時刻ｔ３において逆送加速期間Ｔruが終了すると、同図（Ａ）に示すように、送給速度Ｆｗは逆送ピーク期間Ｔrpに入り、上記の逆送ピーク値Ｗrpになる。逆送ピーク期間Ｔrpは、時刻ｔ４にアークが発生するまで継続する。したがって、時刻ｔ１～ｔ４の期間が短絡期間となる。逆送ピーク期間Ｔrpは所定値ではないが、４ms程度となる。

同図(Ｂ)に示すように、時刻ｔ１～ｔ４の短絡期間中の溶接電流Ｉｗは、初期期間設定信号Ｔirによって定まる初期期間Ｔｉ中は初期電流設定信号Ｉirによって定まる初期電流Ｉｉとなる。その後、溶接電流Ｉｗは、電流増加率設定信号Ｄirによって定まる増加率Ｄｉで経時的に増加する。

［時刻ｔ４～ｔ７のアーク期間の動作］
時刻ｔ４において、溶接ワイヤの逆送及び溶接電流Ｉｗの通電によるピンチ力によって溶滴が移行してアークが発生すると、同図(Ｃ)に示すように、溶接電圧Ｖｗは数十Ｖのアーク電圧値に急増するので、同図(Ｄ)に示すように、短絡判別信号ＳｄがＬｏｗレベル(アーク期間)に変化する。時刻ｔ４において、アーク期間が開始すると、時刻ｔ４～ｔ５の予め定めた逆送減速期間Ｔrdに移行し、同図(Ａ)に示すように、送給速度Ｆｗは上記の逆送ピーク値Ｗrpから０まで減速する。例えば、逆送減速期間Ｔrd＝１msに設定される。

時刻ｔ５において逆送減速期間Ｔrdが終了すると、時刻ｔ５～ｔ６の予め定めた正送加速期間Ｔsuに移行する。この正送加速期間Ｔsu中は、同図（Ａ）に示すように、送給速度Ｆｗは０から上記の正送ピーク値Ｗspまで加速する。この期間中はアーク期間が継続している。例えば、正送加速期間Ｔsu＝１msに設定される。

時刻ｔ６において正送加速期間Ｔsuが終了すると、同図（Ａ）に示すように、送給速度Ｆｗは正送ピーク期間Ｔspに入り、上記の正送ピーク値Ｗspになる。この期間中もアーク期間が継続している。正送ピーク期間Ｔspは、時刻ｔ７に短絡が発生するまで継続する。したがって、時刻ｔ４～ｔ７の期間がアーク期間となる。そして、短絡が発生すると、時刻ｔ１の動作に戻る。正送ピーク期間Ｔspは所定値ではないが、４ms程度となる。正送ピーク値Ｗspは、例えば３０～５０ｍ／分に設定される。

時刻ｔ４においてアークが発生すると、同図(Ｃ)に示すように、溶接電圧Ｖｗは数十Ｖのアーク電圧値に急増する。他方、同図(Ｂ)に示すように、溶接電流Ｉｗは、溶接電源が定電圧特性となるので、アーク負荷に応じて変化する値となる。この期間中に、溶接ワイヤの溶融が促進されて溶滴が形成される。

時刻ｔ４にアークが発生してから予め定めた電流降下時間が経過する時刻ｔ６１において、同図(Ｅ)に示すように、小電流期間信号ＳtdがＨｉｇｈレベルに変化する。これに応動して、溶接電源は定電圧特性から定電流特性に切り換えられる。このために、同図(Ｂ)に示すように、溶接電流Ｉｗは予め定めた小電流値(６０Ａ程度)に低下し、短絡が発生する時刻ｔ７までその値を維持する。同様に、同図(Ｃ)に示すように、溶接電圧Ｖｗも低下する。小電流期間信号Ｓtdは、時刻ｔ７に短絡が発生するとＬｏｗレベルに戻る。電流降下時間は５ms程度に設定されるので、時刻ｔ６１のタイミングは正送ピーク期間Ｔsp中となる。小電流期間を設ける理由は、時刻ｔ７に短絡が発生したときの溶接電流Ｉｗの値を小さくすることで、スパッタ発生を少なくするためである。

上述した実施の形態１においては、溶接ワイヤ及び母材の材質はアルミニウム又はアルミニウム合金である。そして、実施の形態１によれば、短絡期間中の溶接電流Ｉｗの最大値の平均値が１５０Ａ以下となるように溶接電流Ｉｗを制御する。短絡は１秒間当たり８０回程度発生する。上記の平均値は、各短絡期間中の溶接電流Ｉｗの最大値を検出し、この最大値を溶接が行われている期間中又は単位時間ごとに最大値の平均値を算出した値である。溶接電流Ｉｗの制御は、初期期間Ｔｉ、初期電流Ｉｉ又は増加率Ｄｉを調整することによって行う。上述したように、溶接ワイヤの材質がアルミニウム材であるときは、くびれ検出制御ができないために、短絡期間からアーク期間に移行するときの電流値が大きくなると、スパッタ発生量が増加する。短絡期間からアーク期間に移行するときの電流値は、短絡期間中の溶接電流Ｉｗの最大値となる。したがって、短絡期間中の溶接電流Ｉｗの最大値の平均値を１５０Ａ以下にすることによってスパッタ発生量を少なくすることができる。溶接ワイヤの材質が鉄鋼又はステンレス鋼であるときは、この値は３５０Ａ以上になる。このように大きな値になるのは、溶接状態が不安定になることを抑制するためである。他方、溶接ワイヤの正送と逆送とを行っているので、アルミニウム材であるときは、上記の平均値を小さくしても溶接状態の安定性は維持される。さらに、上記の平均値を１００Ａ以下にすることが、スパッタをより少なくするためにはより好ましい。

さらに、実施の形態１において、逆送期間中の逆送ピーク値Ｗrpを、短絡期間の時間長さの平均値が７ms以下となるように設定することが好ましい。短絡期間中の溶接電流Ｉｗの最大値の平均値が小さくなるように溶接電流Ｉｗが制御されているので、溶滴の移行時間が長くなり、短絡期間が長くなる。短絡期間が長くなると、アーク期間の時間比率が小さくなり、母材への入熱量が小さくなる。この結果、ビード形状に影響を与える。逆送ピーク値Ｗrpの絶対値を大きくすると、溶接ワイヤが高速に引き上げられるために、短絡期間を短くすることができる。この短絡期間の平均値が７ms以下であれば、ビード形状への影響は小さくなる。一方、逆送ピーク値Ｗrpの絶対値が大きくなるほど、送給モータＷＭへの負荷が大きくなる。このために、逆送ピーク値Ｗrpは、短絡期間の平均値が所定値よりも少し小さくなるように設定するのが好ましい。さらに、ビード形状への影響を小さくするためには、短絡期間の平均値は５ms以下であることがより好ましい。上述した理由から、逆送ピーク値Ｗrpの絶対値は、少なくとも４０ｍ／分以上であることが好ましい。短絡期間の平均値が３ms以上となると溶接状態は安定化する。

さらに、実施の形態１において、短絡期間中の溶接電流Ｉｗを、予め定めた初期期間Ｔｉ中は予め定めた初期電流Ｉｉに制御し、その後は経時的に増加するように制御し、初期期間Ｔｉを１．５ms以上に設定することが好ましい。初期期間Ｔｉは、溶接ワイヤの材質が鉄鋼又はステンレス鋼であるときは１ms以下に設定される。これに対して、アルミニウム材のときは、初期期間Ｔｉを１．５ms以上に設定することによって、溶滴移行状態をより円滑にすることができ、溶接状態を安定化することができる。さらに、初期期間Ｔｉを２ms以上に設定することが、溶滴移行状態の円滑化のためにはより好ましい。初期電流Ｉｉは３０～７０Ａ程度に設定される。短絡期間中の溶接電流Ｉｗの増加波形は、図２では直線状である場合を例示している。溶接電流Ｉｗの増加波形は、２段の折れ線状、曲線状であっても良い。

［実施の形態２］
実施の形態２の発明は、短絡期間の時間長さの平均値を検出し、短絡期間の時間長さの平均値が予め定めた短絡時間設定値と等しくなるように逆送期間中の逆送ピーク値をフィードバック制御するものである。

図３は、本発明の実施の形態２に係るアーク溶接制御方法を実施するための溶接電源のブロック図である。同図は図１と対応しており、同一ブロックには同一符号を付して、それらの説明は繰り返さない。同図は、図１に短絡時間平均値検出回路ＤＴＳ、短絡時間設定回路ＤＴＲ及び時間誤差増幅回路ＥＴを追加し、図１の逆送ピーク値設定回路ＷＲＲを第２逆送ピーク値設定回路ＷＲＲ２に置換したものである。以下、同図を参照してこれらのブロックについて説明する。

短絡時間平均値検出回路ＤＴＳは、上記の短絡判別信号Ｓｄを入力として、短絡判別信号ＳｄがＨｉｇｈレベル(短絡期間)になっている短絡時間を測定し、単位時間ごとに短絡時間の平均値を演算して、短絡時間平均値検出信号Ｄtsを出力する。単位時間は、例えば０．１～１秒間程度である。

短絡時間設定回路ＤＴＲは、予め定めた短絡時間設定信号Ｄtrを出力する。短絡時間設定信号Ｄtrは、３～７msの範囲に設定されることが好ましい。

時間誤差増幅回路ＥＴは、上記の短絡時間設定信号Ｄtr及び上記の短絡時間平均値検出信号Ｄtsを入力として、短絡時間設定信号Ｄtr(－)と短絡時間平均値検出信号Ｄts(＋)との誤差を増幅して、時間誤差増幅信号Ｅｔを出力する。

第２逆送ピーク値設定回路ＷＲＲ２は、上記の時間誤差増幅信号Ｅｔを入力として、時間誤差増幅信号Ｅｔを溶接中積分して、逆送ピーク値設定信号Ｗrrを出力する。Ｗrr＝Ｗrr0＋∫Ｅｔ・ｄｔの積分を溶接中行う。Ｗrr0は予め定めた初期値である。初期値は、例えば－４０ｍ／分に設定される。時間誤差増幅回路ＥＴ及び第２逆送ピーク値設定回路ＷＲＲ２によって、短絡時間平均値検出信号Ｄtｓが短絡時間設定信号Ｄtrと等しくなるように逆送ピーク値設定信号Ｗrrがフィードバック制御される。

本発明の実施の形態２に係るアーク溶接制御方法を示す図３の溶接電源における各信号のタイミングチャートは、上述した図２と同一であるので説明は繰り返さない。但し、以下の点は異なっている。実施の形態１においては、逆送ピーク値Ｗrpは所定値である。これに対して、実施の形態２においては、逆送ピーク値Ｗrpは、短絡時間平均値検出信号Ｄtｓが短絡時間設定信号Ｄtrと等しくなるようにフィードバック制御される。このために、逆送ピーク値Ｗrpは溶接中は刻々と変化する値である。

実施の形態２によれば、実施の形態１の効果に加えて、以下の効果を奏する。実施の形態２では、逆送ピーク値Ｗrpは、短絡期間の時間長さの平均値(短絡時間平均値)が所望値になるように自動的に調整される。すなわち、逆送ピーク値Ｗrpは自動的に最適値に調整されるので、作業効率が向上する。さらに、逆送ピーク値Ｗrpが最適化されるので、ビード外観は常に良好になり、溶接状態の安定性もさらに向上する。

［実施の形態３］
実施の形態３の発明は、短絡期間の時間長さの平均値を検出し、短絡期間の時間長さの平均値が予め定めた短絡時間設定値と等しくなるように逆送減速期間をフィードバック制御するものである。

図４は、本発明の実施の形態３に係るアーク溶接制御方法を実施するための溶接電源のブロック図である。同図は図３と対応しており、同一ブロックには同一符号を付して、それらの説明は繰り返さない。同図は、図３の逆送減速期間設定回路ＴＲＤＲを第２逆送減速期間設定回路ＴＲＤＲ２に置換し、図３の第２逆送ピーク値設定回路ＷＲＲ２を逆送ピーク値設定回路ＷＲＲに置換したものである。以下、同図を参照してこれらのブロックについて説明する。

第２逆送減速期間設定回路ＴＲＤＲ２は、上記の時間誤差増幅信号Ｅｔを入力として、時間誤差増幅信号Ｅｔを溶接中積分して、逆送減速期間設定信号Ｔrdrを出力する。Ｔrdr＝Ｔrdr0－∫Ｅｔ・ｄｔの積分を溶接中行う。Ｔrdr0は予め定めた初期値である。初期値は、例えば１msに設定される。時間誤差増幅回路ＥＴ及び第２逆送減速期間設定回路ＴＲＤＲ２によって、短絡時間平均値検出信号Ｄtｓが短絡時間設定信号Ｄtrと等しくなるように逆送減速期間設定信号Ｔrdrがフィードバック制御される。逆送ピーク値設定回路ＷＲＲは、図１の回路と同一であるので、説明は繰り返さない。

本発明の実施の形態３に係るアーク溶接制御方法を示す図４の溶接電源における各信号のタイミングチャートは、上述した図２と同一であるので説明は繰り返さない。但し、以下の点は異なっている。実施の形態１においては、逆送減速期間Ｔrdは所定値である。これに対して、実施の形態３においては、逆送減速期間Ｔrdは、短絡時間平均値検出信号Ｄtｓが短絡時間設定信号Ｄtrと等しくなるようにフィードバック制御される。このために、逆送減速期間Ｔrdは溶接中は刻々と変化する値である。

実施の形態３によれば、実施の形態１の効果に加えて、以下の効果を奏する。実施の形態３では、逆送減速期間Ｔrdは、短絡期間の時間長さの平均値(短絡時間平均値)が所望値になるように自動的に調整される。この結果、短絡期間とアーク期間との繰り返し周期の変動が抑制されるために、ビード外観は常に良好になり、溶接状態の安定性もさらに向上する。

本発明によれば、スパッタ発生量を削減することができるアーク溶接制御方法を提供することができる。

以上、本発明を特定の実施形態によって説明したが、本発明はこの実施形態に限定されるものではなく、開示された発明の技術思想を逸脱しない範囲で種々の変更が可能である。本出願は、２０１７年１月２４日出願の日本特許出願（特願２０１７－０１０４６５）と２０１７年４月３日出願の日本特許出願（特願２０１７－０７３６９２）とに基づくものであり、その内容はここに取り込まれる。

１溶接ワイヤ
２母材
３アーク
４溶接トーチ
５送給ロール
Ｄｉ増加率
ＤＩＲ電流増加率設定回路
Ｄir 電流増加率設定信号
ＤＴＲ短絡時間設定回路
Ｄtr 短絡時間設定信号
ＤＴＳ短絡時間平均値検出回路
Ｄts 短絡時間平均値検出信号
Ｅ出力電圧
Ｅａ誤差増幅信号
ＥＤ出力電圧検出回路
Ｅｄ出力電圧検出信号
ＥＩ電流誤差増幅回路
Ｅｉ電流誤差増幅信号
ＥＴ時間誤差増幅回路
Ｅｔ時間誤差増幅信号
ＥＲ出力電圧設定回路
Ｅｒ出力電圧設定信号
ＥＶ電圧誤差増幅回路
Ｅｖ電圧誤差増幅信号
ＦＣ送給制御回路
Ｆｃ送給制御信号
ＦＲ送給速度設定回路
Ｆｒ送給速度設定信号
Ｆｗ送給速度
ＩＣＲ電流制御設定回路
Ｉcr 電流制御設定信号
ＩＤ電流検出回路
Ｉｄ電流検出信号
Ｉｉ初期電流
ＩＩＲ初期電流設定回路
Ｉir 初期電流設定信号
Ｉｗ溶接電流
ＰＭ電源主回路
ＳＤ短絡判別回路
Ｓｄ短絡判別信号
ＳＴＤ小電流期間回路
Ｓtd 小電流期間信号
ＳＷ電源特性切換回路
Ｔｉ初期期間
ＴＩＲ初期期間設定回路
Ｔir 初期期間設定信号
Ｔrd 逆送減速期間
ＴＲＤＲ逆送減速期間設定回路
Ｔrdr 逆送減速期間設定信号
ＴＲＤＲ２第２逆送減速期間設定回路
Ｔrp 逆送ピーク期間
Ｔru 逆送加速期間
ＴＲＵＲ逆送加速期間設定回路
Ｔrur 逆送加速期間設定信号
Ｔsd 正送減速期間
ＴＳＤＲ正送減速期間設定回路
Ｔsdr 正送減速期間設定信号
Ｔsp 正送ピーク期間
Ｔsu 正送加速期間
ＴＳＵＲ正送加速期間設定回路
Ｔsur 正送加速期間設定信号
ＶＤ電圧検出回路
Ｖｄ電圧検出信号
Ｖｗ溶接電圧
ＷＬリアクトル
ＷＭ送給モータ
Ｗrp 逆送ピーク値
ＷＲＲ逆送ピーク値設定回路
ＷＲＲ２第２逆送ピーク値設定回路
Ｗrr 逆送ピーク値設定信号
Ｗsp 正送ピーク値
ＷＳＲ正送ピーク値設定回路
Ｗsr 正送ピーク値設定信号

Claims

溶接ワイヤの材質がアルミニウム又はアルミニウム合金であり、前記溶接ワイヤの送給速度を正送期間と逆送期間とに交互に切り換え、短絡期間とアーク期間とを繰り返して溶接するアーク溶接制御方法において、
前記短絡期間中の溶接電流の最大値の平均値が１５０Ａ以下となるように前記溶接電流を制御し、
前記逆送期間中の逆送ピーク値を、前記短絡期間の時間長さの平均値が７ms以下となるように設定し、
前記逆送ピーク値の絶対値を少なくとも４０ｍ／分以上に設定する、
アーク溶接制御方法。
前記短絡期間の時間長さの平均値を検出し、前記短絡期間の時間長さの平均値が予め定めた短絡時間設定値と等しくなるように逆送減速期間をフィードバック制御する、
請求項１に記載のアーク溶接制御方法。
前記短絡期間中の前記溶接電流を、予め定めた初期期間中は予め定めた初期電流値に制御し、その後は経時的に増加するように制御し、
前記初期期間を１．５ms以上に設定する、
請求項１～２のいずれか１項に記載のアーク溶接制御方法。