JP7149467B2 - アーク溶接の制御方法 - 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発生するアークを利用して溶接を行うアーク溶接の制御方法に関する。

自転車や自動二輪などの製造過程において、美しい波目状の溶接ビード（以下、鱗状ビード、とする）を実現するために、非消耗電極式のティグ溶接が広く使われている。近年、生産性向上の観点から、非消耗電極式のティグ溶接を、消耗電極式のミグ溶接やマグ溶接に置き換える要望が多い。非消耗電極式のティグ溶接では、電極が溶けないため、ビードの余盛りを高くする必要がある強度部品の溶接では、電極とは別に溶加材を供給する必要がある。

一方、消耗電極式のミグ溶接やマグ溶接では、電極である溶接ワイヤに電流を流し、溶接ワイヤと母材間に発生するアークを利用して、溶接ワイヤを溶かしながら溶接するため、溶着効率が高く、溶接速度を速くすることが出来る。

消耗電極式のミグ溶接やマグ溶接で鱗状ビードを形成するための溶接方法として、特許文献１は、間欠溶接を開示している。この間欠溶接では、アークＯＮ期間にトーチを止めた状態で溶接を行い、その後、アークＯＦＦ期間にトーチを止めた後に、アークＯＦＦのままトーチを移動して次の溶接点へ移動し母材を凝固させるという一連の動作を繰り返す。

特開平６－０５５２６８号公報

特許文献１は、溶接条件の変更や調整を容易に行うための技術を開示していない。

本開示はかかる点に鑑みなされたもので、その目的は、溶接条件の変更や調整を簡便に行うことのできる、鱗状ビードを形成するためのアーク溶接の制御方法を提供することにある。

上記目的を達成するために、本開示に係るアーク溶接の制御方法は、溶接ワイヤに溶接電流が流れるアークＯＮ期間と、アークＯＮ期間の後に設けられ、溶接ワイヤに溶接電流が流れないアークＯＦＦ期間との和を溶接周期とし、母材に連続的に配列された複数の鱗状ビードを形成するアーク溶接の制御方法であって、母材をアーク溶接する溶接条件の初期値を設定する初期条件設定工程と、溶接ワイヤを母材における所定の溶接区間を所定の溶接速度で移動させつつ、母材の所定の溶接区間に複数の鱗状ビードを形成する鱗状ビード形成工程と、を備え、溶接条件は、アークＯＮ期間とアークＯＦＦ期間とを含み、さらに、溶接電流と溶接速度と鱗状ビードの各ビードのピッチの内少なくとも一つを含む複数の溶接パラメータで構成され、鱗状ビード形成工程の前に、鱗状ビードに関する所定の仕上げ条件に基づいて初期値の変更の要否を判断し、判断結果が肯定的であれば、所定の仕上げ条件を満たすように複数の溶接パラメータのうちの少なくとも１つを変更する溶接条件変更工程をさらに備えることを特徴とする。

本開示によれば、複数の溶接パラメータ間での複雑な調整を不要とし、鱗状ビードの外観を所望の仕上がり形状にすることができる。また、溶接箇所での溶接品質を良好に保つことができる。

本開示の実施形態１に係るアーク溶接装置の概略構成を示す図である。 本開示の実施形態１に係るアーク溶接時の各種出力波形を示す図である。 本開示の実施形態１に係るアーク溶接手順を示すフローチャートである。 鱗状ビードの形状を示す模式図である。 本開示の実施形態２に係るアーク溶接時の各種出力波形を示す図である。 本開示の実施形態３に係るアーク溶接時の各種出力波形を示す図である。 本開示の実施形態４に係る溶接区間における教示点位置を示す概念図である。 溶接開始点からの距離と溶接パラメータとの関係を示す図である。 教示点位置と溶接パラメータとの関係を示す図である。 鱗状ビード形成工程での経過時間と溶接パラメータとの関係を示す図である。 本開示の実施形態４に係る母材の形状の一例を示す模式図である。 母材の形状の別の一例を示す断面模式図である。 アークＯＦＦ時間とピット発生数との関係を示す図である。 エンドアクティブ時間とピット発生数との関係を示す図である。

以下、本実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。以下の好ましい実施形態の説明は、本質的に例示に過ぎず、本開示、その適用物或いはその用途を制限することを意図するものでは全くない。

（実施形態１）
［アーク溶接装置の構成及び動作］
図１は、本実施形態に係る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１６は、消耗電極である溶接ワイヤ１８を用いて溶接対象物である母材１７の溶接を行う。なお、溶接ワイヤ１８は、図示しないトーチに保持されており、トーチが所定の速度で移動することで、溶接ワイヤ１８の先端も同様に、トーチと同じ速度で所定の溶接区間に沿って移動する。

アーク溶接装置１６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、制御切替部９と、出力制御部１０と、ワイヤ送給速度制御部１３を有している。また、アーク溶接装置１６は、トーチ（図示せず）を保持するロボット（図示せず）の動作を制御するロボット制御部（図示せず）を有している。

出力制御部１０は、短絡溶接制御部１１とパルス溶接制御部１２を有している。ワイヤ送給速度制御部１３は、ワイヤ送給速度検出部１４と、演算部１５とを有している。一次側整流部３は、アーク溶接装置１６の外部にある入力電源（三相交流電源）１から受け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。

制御切替部９は、短絡溶接の制御からパルス溶接の制御、パルス溶接から冷却期間、に切り替えるタイミングを出力制御部１０に出力する切替部である。この制御切替部９は計時機能を有しており、溶接条件設定部２２により設定された所定時間に基づいて、制御を切り替えるタイミングを出力制御部１０とワイヤ送給速度制御部１３に出力する。なお、「冷却期間」とは、溶接電流Ｉを０にする期間であり、この期間ではアークからの入熱量は０となる（図２参照）。

出力制御部１０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。短絡溶接制御部１１は、制御切替部９が短絡溶接を指令した場合に短絡溶接の制御を行う。パルス溶接制御部１２は、制御切替部９がパルス溶接を指令した場合に、パルス溶接の制御を行う。

ワイヤ送給速度制御部１３は、ワイヤ送給部２１を制御して溶接ワイヤ１８の送給速度を制御する。ワイヤ送給速度検出部１４は、ワイヤ送給速度を検出する。演算部１５は、ワイヤ送給速度検出部１４からの信号に基づいて、溶接ワイヤ１８の送給量の積算量を演算し、ワイヤ送給速度を制御する。具体的には、演算部１５は、ワイヤ送給速度の指令値と検出値とを比較して差分を求め、当該差分の積算量に基づいて、実際のワイヤ送給速度を指令値にあわせるようにフィードバック制御を行う。

アーク溶接装置１６には、ワイヤ送給部２１と、溶接条件設定部２２が接続されている。溶接条件設定部２２は、アーク溶接装置１６に溶接条件を設定するために用いられる。また、溶接条件設定部２２は、短絡溶接設定部２３とパルス溶接設定部２４と冷却期間設定部２５を有する。ワイヤ送給部２１は、ワイヤ送給速度制御部１３からの信号に基づいて、溶接ワイヤ１８の送給の制御を行う。

アーク溶接装置１６の溶接出力は、図示しないトーチＳＷ（スイッチ）がＯＮになると溶接チップ２０を介して溶接ワイヤ１８に供給される。そして、アーク溶接装置１６の溶接出力は、溶接ワイヤ１８と溶接対象物である母材１７との間にアーク１９を発生させる。

次に、以上のように構成された、鱗状ビードを形成するためのアーク溶接の制御方法を提供するアーク溶接装置１６の動作について、図２を用いて説明する。本実施形態では、アーク溶接装置１６は、短絡溶接とパルス溶接とを順に行い、その後に、アークによる入熱量を０にするように、溶接電流を０にする冷却期間を設ける。なお、溶接ワイヤ１８を保持するトーチ（図示せず）は、溶接が行われる所定の区間を一定の速度で移動するように制御される。従来のステッチ溶接では、トーチを保持するロボットや、溶接対象物である母材１７の位置決め動作を行うポジショナ、位置決めテーブル等の位置決め冶具を用いて、あるいは手動でトーチの移動が停止している時間に溶接を行い、溶接を一旦停止してから次の教示点に相対的にトーチを移動させ、教示点にてトーチの移動を停止させている時間に溶接を行う動作を繰り返して鱗状ビードを形成する、言い換えると停止と移動を繰返す間欠移動により鱗状ビードを形成する間欠溶接である。これに対して、本実施形態では、例えば、所定の区間で溶接速度が一定に保たれるようにトーチが連続的に移動する、言い替えると連続移動により鱗状ビードを形成する連続溶接である。なお、母材１７の溶接箇所全体にわたって、溶接速度が一定でなくてもよい。例えば、母材１７の板厚が変化する部分等では、溶接速度を変化させるようにしてもよい。このように本開示の実施の形態では連続移動により鱗状ビードを形成することが出来るため、ロボット、ボジショナ、位置決めテーブル等の位置決め機構が停止と移動を繰返す際に発生させる振動や、その振動が整定するまでの安定時間である整定時間等の影響を受けずに、高品質で、安定した連続動作の溶接が可能である。

図２は、本実施形態に係るアーク溶接時の各種出力波形を示す図である。本実施形態では、アーク溶接は、短絡溶接期間Ｔｓとパルス溶接期間Ｔｐと冷却期間Ｔｎとを繰り返す。図２は、送給速度Ｗ、溶接電圧Ｖ、溶接電流Ｉ、溶接ワイヤ先端の溶滴移行状態Ｄの時間変化を示している。

まず、溶接開始を指示した時点Ｗｓｔから送給速度Ｗ１で溶接ワイヤ１８の送給が開始される。そして溶接開始を指示した時点Ｗｓｔから、または、溶接開始を指示し溶接ワイヤ１８と溶接対象物である母材１７との短絡発生を検出した時点Ｅｄから、短絡溶接設定部２３により設定された条件で短絡溶接制御部１１により溶接出力が制御される。アーク溶接装置１６は、予め短絡溶接設定部２３により設定された所定の時間Ｔｓが経過するまで、短絡溶接を行う。次に、所定の時間Ｔｓが経過すると、制御切替部９が短絡溶接からパルス溶接に切り替える。パルス溶接開始時点Ｐｓｔ（Ｐｓｔ１、Ｐｓｔ２）からパルス溶接設定部２４により設定された条件でパルス溶接制御部１２により溶接出力が制御される。アーク溶接装置１６は、予めパルス溶接設定部２４により設定された所定の時間Ｔｐが経過するまで、ピーク電流Ｉｐとベース電流を繰り返すパルス溶接を行う。そして、所定の時間Ｔｐが経過すると、制御切替部９がパルス溶接から冷却期間に切り替える。アーク溶接装置１６は、冷却期間設定部２５により設定された所定の時間Ｔｎが経過するまで、出力制御部１０からの出力を遮断する。これによりアークによる入熱量を０にすることができる。アーク溶接装置１６は、上述の短絡溶接期間Ｔｓとパルス溶接期間Ｔｐと冷却期間Ｔｎとを１つの溶接周期として、これらを順に繰り返すことで鱗状ビードを形成する。

図２に示すように、短絡溶接期間Ｔｓの後に、入熱量の高いパルス溶接期間Ｔｐが続く。パルス溶接期間Ｔｐの後に、入熱量が０である冷却期間Ｔｎが続く。このようにすることで、溶接箇所での冷却効果を高め、入熱量の差を最も大きくすることができ、波目状が明瞭な鱗状ビードを実現できる。冷却期間Ｔｎでは、溶接電流および溶接電圧を０にすると、入熱量を０にすることができ最も冷却性が良い。溶接電流のみ０にし、溶接電圧を印加したままにすると、無負荷電圧を発生した状態を維持することができ、次の短絡溶接期間Ｔｓでのアークスタートを円滑に行うことができる。パルス溶接期間Ｔｐのパルス溶接開始時点Ｐｓｔ１から、次のサイクルのパルス溶接期間Ｔｐのパルス溶接開始時点Ｐｓｔ２までの周期が、パルス溶接期間の周期Ｐｃである。パルス溶接期間の周期Ｐｃは、長いほど波目は粗い形状となり、短いほど波目は密な形状となる。

また、パルス溶接期間Ｔｐにおいてアーク発生時にアーク直下に溶融池が形成されていないと、パルスのピーク電流Ｉｐ出力時に溶接ワイヤ１８の溶滴が吹き飛ばされスパッタが発生してしまう。そのため、短絡溶接期間Ｔｓがパルス溶接期間Ｔｐの前に設けられる。このことで、短絡溶接期間Ｔｓからパルス溶接期間Ｔｐへの切り替え時にアーク直下に溶融池が形成され、パルス電流によるスパッタの発生を抑制できる。

短絡溶接期間Ｔｓのアークスタート時には、図２に示すように、溶接電圧は、パルス溶接期間Ｔｐ中の溶接電圧よりも高い無負荷電圧Ｖ１に調整される。送給速度は、溶接ワイヤ１８が母材１７と短絡して通電が検出されるまで、一定の送給速度Ｗ１に調整される。通電検出後の、溶接電流Ｉ１は本溶接の短絡開放時の溶接電流よりも大きい。溶接電流Ｉ１は所定期間出力される。この期間中、溶接ワイヤ１８の送給は予め決められた振幅で逆送される。短絡開放後、溶接ワイヤ１８の送給は、予め決められた振幅及び周波数をもって正送及び逆送を繰り返しながら行われる。図２は送給波形が正弦波の場合を示すが、周期的な波形であれば、例えば台形波（図示しない）など、どのような送給波形でも良い。また周波数（周期）は、一定でもよいし、変動してもよい。また、予め決められた振幅及び周波数などをもたない、一定送給速度で送給を行うと管理が容易であるが、短絡開放時に電磁的ピンチ力によるスパッタが発生しやすい。そのため、予め決められた振幅及び周波数で溶接ワイヤ１８を機械的に正送及び逆送する。このことで、短絡溶接期間Ｔｓにおける短絡開放時のスパッタ発生を抑制できる。

このときの溶滴移行状態Ｄを図２の最下段に示す。状態（ａ）は短絡溶接期間Ｔｓ中における短絡アーク溶接のアーク期間の溶滴移行状態を示し、アークを発生させながら溶接ワイヤ１８を正送している。状態（ｂ）は短絡溶接期間Ｔｓ中における短絡アーク溶接の短絡期間の溶滴移行状態を示し、溶接ワイヤ先端の溶滴を母材１７に移行させたのちにワイヤを逆送させ、機械的に短絡開放を促している。次に、パルス溶接期間Ｔｐにおける溶接ワイヤ１８の送給は、パルス溶接設定部２４により設定された溶接電流に最適な一定送給速度で行われる。溶接電流は、ピーク電流とベース電流を繰り返す。溶接ワイヤ先端の溶滴は、状態（ｃ）に示すように離脱する。冷却期間Ｔｎでは、状態（ｄ）に示すように溶接ワイヤ１８の送給速度は停止されている。そのときの溶接ワイヤ１８の先端から母材１７までの距離がＷＤである。さらに冷却期間Ｔｎ経過後に再び次のサイクルが実行される。状態(ｅ)に示すように溶接ワイヤ１８が母材１７と接触して通電が検出されたのちに次の短絡溶接期間Ｔｓが再び開始される。このように、短絡溶接期間Ｔｓ及びパルス溶接期間Ｔｐで維持していたアークが、冷却期間Ｔｎでは消滅する。次の短絡溶接期間Ｔｓに切り替わる際にアークを再発生させる必要があるため、アークスタート初期の短絡開放時に電磁的ピンチ力によるスパッタが発生しやすい。しかし、本実施形態の短絡溶接期間Ｔｓでは、溶接ワイヤ１８を機械的に正送及び逆送するため、アークスタート初期の短絡開放時のスパッタ発生を抑制することができる。すなわち、短絡溶接期間Ｔｓにおいて溶接ワイヤ１８を正送及び逆送し、機械的に短絡状態を開放させることで、電磁的ピンチ力によるスパッタの発生を低減できる。

図２に示すように、短絡溶接期間Ｔｓにおける溶接電流Ｉと送給速度Ｗは刻々と変化している。特に、送給速度の平均送給速度Ｗｓは、パルス溶接期間Ｔｐの送給速度Ｗｐと同じ送給速度Ｗｃに近づくよう次第に増加している。

上述の短絡溶接期間Ｔｓとパルス溶接期間Ｔｐと冷却期間Ｔｎとを順に繰り返すサイクルにて溶接を行い、低入熱の短絡溶接、高入熱のパルス溶接、入熱量が０である冷却期間をそれぞれ調整することで、母材１７への入熱量を幅広く制御することができ、溶接ビード形状をより精密に制御することが可能である。

なお、短絡溶接期間Ｔｓ中、溶接ワイヤ１８は、予め決められた振幅および周波数で送給されるが、これに限らない。上述のように、管理を容易にするため、短絡溶接期間Ｔｓ中、溶接ワイヤ１８を一定送給速度で送給してもよい。

また、パルス溶接期間Ｔｐ中、溶接ワイヤ１８は、一定送給速度で送給されるが、これに限られない。パルス溶接期間Ｔｐ中、溶接ワイヤ１８の送給速度を変動させてもよい。

また、短絡溶接期間Ｔｓ中に平均送給速度Ｗｓをパルス溶接期間Ｔｐ中の一定送給速度まで増加させているが、これに限らない。短絡溶接期間Ｔｓの終了時の平均送給速度Ｗｓがパルス溶接期間Ｔｐ中の一定送給速度と異なっていてもよい。

［アーク溶接手順］
図３は、本実施形態に係るアーク溶接手順を示すフローチャートを示し、図４は、鱗状ビードの形状の模式図を示す。なお、以降の説明において、特に断らない限り、「アークＯＮ期間Ａ」は、上記の短絡溶接期間Ｔｓとパルス溶接期間Ｔｐとの和に相当し、「アークＯＦＦ期間Ｂ」は、上記の冷却期間Ｔｎに相当する。つまり、アークＯＮ期間Ａは、溶接ワイヤ１８に溶接電流Ｉが流れる期間であり、アークＯＦＦ期間Ｂは、溶接ワイヤ１８に溶接電流Ｉが流れない期間である。また、「溶接周期Ｃ」は、アークＯＮ期間ＡとアークＯＦＦ期間Ｂとの和に相当する。また、アークＯＮ期間、アークＯＦＦ期間及び溶接周期において、時間長に着目する場合は、「アークＯＮ時間Ｔ１」、「アークＯＦＦ時間Ｔ３」、「溶接時間Ｔ４」とそれぞれ呼ぶことがある。なお、溶接周期Ｃは、上述したパルス溶接期間の周期Ｐｃに一致し、溶接時間Ｔ４は、アークＯＮ時間Ｔ１とアークＯＦＦ時間Ｔ３との和に相当する。

まず、アーク溶接手順について図３を用いて説明する。

母材１７をアーク溶接する前に、初期条件が設定される（ステップＳ１）。これは、所望の仕上がり条件を満たすように、予め、いくつかの溶接パラメータを振って最適な溶接条件を求めておく作業である。なお、以降の説明において、特に断らない限り、「溶接パラメータ」には、上記のアークＯＮ期間Ａ（アークＯＮ時間Ｔ１）、アークＯＦＦ期間Ｂ（アークＯＦＦ時間Ｔ３）、溶接周期Ｃ（溶接時間Ｔ４）が含まれる。また、溶接パラメータには、上記の溶接電流Ｉ、溶接時のトーチの移動速度（以下、溶接速度Ｖｗという）及び鱗状ビードのピッチＧ（図４参照）が少なくとも含まれる。また、溶接パラメータには、例えば、溶接電圧Ｖや、溶接ワイヤ１８の送給速度及びその時間変化が含まれていてもよい。

次に、上記の初期条件に従って実際にアーク溶接を行うか、あるいは別の条件でアーク溶接を行うかを判断する。つまり、溶接条件の変更の要否を判断する（ステップＳ２）。ステップＳ１で設定された初期条件は、例えば、板厚が３．０ｍｍの板材である母材１７同士を重ね合わせ溶接した場合や所定の形状の継手を溶接した場合に、鱗状ビードの波目が明瞭に表われる条件である。しかし、実際にユーザーがアーク溶接装置１６を用いてアーク溶接を行う場合には、溶接対象となる母材１７の形状や材質は様々であり、初期条件に従ってアーク溶接を実行した場合に、溶接箇所が所望の仕上がりにならない場合が生じうる。このような場合は、母材１７の形状や材質等に応じて溶接条件を変更する必要がある。

アーク溶接装置１６が判断処理を実行してもよい。例えば、アーク溶接装置１６は、記憶部とプロセッサを備える。記憶部は判断処理のための判断基準を保存している。判断基準は、例えば、初期条件に従ってアーク溶接をした場合に鱗状ビードの波目が明瞭に表れる母材の特性および溶接の態様を規定している。母材の特性は、例えば、母材の厚み、形状、材質を含む。溶接の態様は、例えば、重ね合わせ溶接、継手の溶接などの情報を含む。プロセッサは、これから溶接しようとする母材の特性および溶接の態様のデータセットを取得し、このデータセットが記憶部に記憶された判断基準を満たしているかを判断する。プロセッサは、判断結果を表示することによりユーザーに知らせてもよい。

ステップＳ２において、判断が肯定的、つまり、溶接条件の変更が必要と判断された場合には、初期条件とは異なる溶接条件に従ってアーク溶接を行い、母材１７に鱗状ビードを形成する（ステップＳ３）。一方、ステップＳ２において、判断が否定的、つまり、溶接条件を変更する必要が無いと判断された場合には、溶接条件を変更せず、初期条件に従ってアーク溶接を行い、母材１７に鱗状ビードを形成する（ステップＳ４）。

なお、ステップＳ１における初期条件設定及びステップＳ２における溶接条件変更の判断後に、ステップＳ３が実行される溶接条件の設定、またさらにアーク溶接装置１６がステップＳ２における溶接条件変更の判断の判断処理を行う場合のステップ２の溶接条件変更の判断基準の設定は、図示しない入力装置、例えば、キーボードやティーチングペンダント（図示せず）から入力された値が、溶接条件設定部２２を介して出力制御部１０または出力制御部１０に接続可能な記憶部（図示せず）に入力され、実行される。

このようにして形成された鱗状ビードは、図４に示すように、通常、溶接の進行方向に沿って、所定のピッチＧで連続的に配列されて母材１７に形成される。また、鱗状ビードの外観意匠性は、ピッチＧが一定であるか否か、個々のビードが離れすぎていないかどうか、あるいは鱗模様の波目の明瞭性等で判断される。

［溶接条件変更手法について］
実際に溶接条件を変更する手法について、まず、ビードのピッチＧを変更する場合を例にとって説明する。一般に、鱗状ビードの外観を統一するため、別の言い方をすれば、鱗状ビードの外観意匠性を向上させるために、ビードのピッチＧを一定に保つことが好ましい。

一方、溶接対象となる母材１７の形状やユーザーの仕様等によって、初期条件で設定したピッチとは異なるピッチに変更する場合がある。このような場合に、単にピッチＧを変更するだけでは、鱗状ビードを所望の仕上がり形状にできないことがある。例えば、ピッチＧを大きくするのに伴って、溶接速度Ｖｗを速くすると、波目同士が離れてしまい、ビードの外観意匠性を損ねてしまう。また、溶接速度Ｖｗを速くすると、溶接箇所への入熱も減少するため、溶け込み不足等の溶接欠陥を生じて、溶接箇所での溶接品質が低下するおそれがある。逆に、ピッチＧを小さくするのに伴って、溶接速度Ｖｗを遅くすると、波目同士が近づいて、入熱過多となり、波目が無くなり、ビードの外観意匠性を損ねてしまう。また、入熱が多くなるため、溶け落ち等の溶接欠陥を生じて、溶接箇所での溶接品質が低下するおそれがある。

以上のように、ピッチＧを変更するにあたって、溶接速度Ｖｗを変更するだけでは、ビードの外観意匠性を保ちつつ、良好な溶接品質を保ってアーク溶接を行うことは難しい。所望のピッチＧを得るためには、溶接速度Ｖｗを変更し、かつアークＯＮ時間Ｔ１及びアークＯＦＦ時間Ｔ３を変更する必要がある。例えば、溶接速度Ｖｗを速くした場合、アークＯＮ時間Ｔ１及びアークＯＦＦ時間Ｔ３のそれぞれを短くする必要がある。逆に、溶接速度Ｖｗを遅くした場合、アークＯＮ時間Ｔ１及びアークＯＦＦ時間Ｔ３のそれぞれを長くする必要がある。しかし、アークＯＮ時間Ｔ１及びアークＯＦＦ時間Ｔ３のそれぞれを任意に変更すると、溶接箇所への入熱量も変化するため、所望の溶接品質を確保するためには、溶接電流Ｉや溶接電圧Ｖを変更する必要がある。このように、ビードの外観意匠性を保ちつつ、良好な溶接品質を保ってアーク溶接を行い、かつピッチＧを変更するには、溶接電流Ｉ、溶接電圧Ｖ、溶接速度Ｖｗ、ピッチＧ、アークＯＮ時間Ｔ１、アークＯＦＦ時間Ｔ３という少なくとも６つの溶接パラメータを都度適切な値に調整する必要があり、非常に困難な作業となっていた。

そこで、本実施形態においては、溶接速度Ｖｗを初期条件のまま維持し、溶接時間Ｔ４に対するアークＯＮ時間Ｔ１の比及び溶接時間Ｔ４に対するアークＯＦＦ時間Ｔ３の比を初期条件のまま維持することで、ビードの外観意匠性を保ちつつ、良好な溶接品質を保ってアーク溶接を行い、かつピッチＧを所望の値に変更することができる。

まず、初期条件から溶接時間Ｔ４に対するアークＯＮ時間Ｔ１の比及び溶接時間Ｔ４に対するアークＯＦＦ時間Ｔ３の比を保持した上でピッチを変更する。上述したように、アークＯＮ時間Ｔ１、アークＯＦＦ時間Ｔ３及び溶接時間Ｔ４の間には式（１）に示す関係が成り立つ。

Ｔ４＝Ｔ１＋Ｔ３ ・・・（１）
一方、ピッチＧ（ｍｍ）と溶接速度Ｖｗ（ｍ／ｍｉｎ）及び溶接時間Ｔ４（ｍｓｅｃ）との間には式（２）に示す関係が成り立つ。

Ｇ＝Ｖｗ×Ｔ４／６０ ・・・（２）
また、溶接時間Ｔ４に対するアークＯＮ時間Ｔ１の比をアークＯＮ比率Ｒｏｎ（％）とし、及び溶接時間Ｔ４に対するアークＯＦＦ時間Ｔ３の比をアークＯＦＦ比率Ｒｏｆｆ（％）とすると、これらの間には、式（３）、（４）に示す関係がそれぞれ成り立つ。

Ｒｏｎ＝１００×Ｔ１／Ｔ４＝１００×Ｔ１／（Ｔ１＋Ｔ３） ・・・（３）
Ｒｏｆｆ＝１００×Ｔ３／Ｔ４＝１００×Ｔ３／（Ｔ１＋Ｔ３） ・・・（４）
ここで、ピッチＧをＧ１（＜Ｇ）に変更する場合を考えてみる。溶接速度Ｖｗを一定とするから、式（２）から明らかなように、溶接時間Ｔ４を比率Ｇ１／Ｇに応じて短くする必要がある。一方、アークＯＮ比率Ｒｏｎ及びアークＯＦＦ比率Ｒｏｆｆは初期条件のまま維持されるため、アークＯＮ時間Ｔ１及びアークＯＦＦ時間Ｔ３は、比率Ｇ１／Ｇに応じてそれぞれ短くなるように設定される。

表１は、ピッチＧを２．６５ｍｍから２．００ｍｍに変更したときの各溶接パラメータの値を示している。

表１から明らかなように、アークＯＮ時間Ｔ１は初期値３６０ｍｓｅｃにピッチＧの変更比率０．７５５（≒２／２．６５）を乗じた値である２７２ｍｓｅｃに変更される。また、アークＯＦＦ時間Ｔ３は初期値１７０ｍｓｅｃにピッチＧの変更比率０．７５５を乗じた値である１２８ｍｓｅｃに変更される。

次に、溶接条件を変更する手法について、ビードの外観意匠性を向上させる場合を例にとって説明する。上述したように、ビードの外観意匠性を向上させるには、鱗模様の波目を明瞭にすることが必要である。また、一方で、アーク溶接条件が適切でないと、鱗状ビードにピットが発生する場合がある。このピットは、アーク溶接中に同じ場所での温度変化が大きい場合に、溶接雰囲気中にある水素などのガスが取り込まれて気泡となったものであり、このようなピットが多数存在すると、ビードの外観を損ねてしまう。

鱗模様の波目を明瞭にしたり、鱗状ビードでのピットの発生を抑制したりするにあたっては、上記のアークＯＮ比率Ｒｏｎ及びアークＯＦＦ比率Ｒｏｆｆを必ずしも初期条件のまま保持しなくてもよい。個別にアークＯＮ時間Ｔ１やアークＯＦＦ時間Ｔ３を微調整することで、波目を明瞭にしたり、ピットの発生を抑制したりすることは十分に可能である。

ここでは、鱗模様の波目を明瞭にする場合を考えてみる。このような状態を実現するには、溶接箇所での入熱量を低く抑える必要がある。従って、アークＯＦＦ時間Ｔ３を長くするか、またはアークＯＮ時間Ｔ１を短くすればよい。なお、上述したのと同様に、溶接速度Ｖｗは初期条件を維持する。

表２は、アークＯＮ時間Ｔ１またはアークＯＦＦ時間Ｔ３を変更したときの各溶接パラメータの値を示している。

表２から明らかなように、アークＯＮ時間Ｔ１を初期値３６０ｍｓｅｃから３３０ｍｓｅｃに変更した場合に、アークＯＦＦ時間Ｔ３は変更されていない。よって、溶接時間Ｔ４がアークＯＮ時間Ｔ１の短縮に応じて短くなり、ピッチＧもまた小さくなる。また、アークＯＦＦ時間Ｔ３を初期値１７０ｍｓｅｃから２４０ｍｓｅｃに変更した場合に、アークＯＮ時間Ｔ１は変更されていない。よって、溶接時間Ｔ４がアークＯＦＦ時間Ｔ３の延長に応じて長くなり、ピッチＧもまた大きくなる。

一方、ピットの発生を抑制するためには、溶接箇所での入熱バランスを調整してやる必要がある。具体的には、アークＯＦＦ時間Ｔ３が長くなるとピットが増加する傾向にあるため、アークＯＦＦ時間Ｔ３が短くなるように調整する。

［効果等］
以上説明したように、本実施形態のアーク溶接の制御方法は、溶接ワイヤ１８に溶接電流Ｉが流れるアークＯＮ期間Ａ（アークＯＮ時間Ｔ１）と、アークＯＮ期間Ａの後に設けられ、溶接ワイヤ１８に溶接電流Ｉが流れないアークＯＦＦ期間Ｂ（アークＯＦＦ時間Ｔ３）との和を溶接周期Ｃ（溶接時間Ｔ４）とし、母材１７に所定のピッチＧで連続的に配列された複数の鱗状ビードを形成するアーク溶接の制御方法である。また、本実施形態のアーク溶接の制御方法は、母材１７をアーク溶接する溶接条件を設定する初期条件設定工程と、溶接ワイヤ１８が母材１７における所定の溶接区間を所定の溶接速度Ｖｗで移動しつつ、母材１７の所定の溶接区間に複数の鱗状ビードを形成する鱗状ビード形成工程と、を備えている。溶接条件は、複数の溶接パラメータで構成され、これらの溶接パラメータは、アークＯＮ期間ＡとアークＯＦＦ期間Ｂと溶接周期Ｃと溶接電流Ｉと溶接速度ＶｗとピッチＧとを少なくとも含んでいる。また、本実施形態のアーク溶接の制御方法は、鱗状ビード形成工程の前に、溶接速度Ｖｗを一定とし、かつ溶接周期Ｃに対するアークＯＮ期間Ａの比（＝アークＯＮ比率Ｒｏｎ）と、溶接周期Ｃに対するアークＯＦＦ期間Ｂの比（＝アークＯＦＦ比率Ｒｏｆｆ）とを維持するように、溶接周期Ｃ及びピッチＧを変更する溶接条件変更工程をさらに備えている。

本実施形態の制御方法によれば、ビードの外観意匠性を保ちつつ、良好な溶接品質でアーク溶接を行い、かつピッチＧを所望の値に変更することができる。特に、初期条件と一致させるように、溶接速度Ｖｗを保持し、アークＯＮ比率Ｒｏｎ及びアークＯＦＦ比率Ｒｏｆｆを一定に保持して、ピッチＧを変更するため、溶接箇所での入熱バランスを初期条件と一致させることができる。このことにより、ビードが極端な凸形状になったり、あるいは、溶け落ちが発生したりすることがなく、溶接品質を良好に保つことができる。

溶接条件変更工程では、アークＯＮ期間Ａ及びアークＯＦＦ期間Ｂの少なくとも一方を変更し、この変更に応じて、溶接周期Ｃ及びピッチＧの少なくとも一方が変更されるようにしてもよい。また、鱗状ビードの外観意匠性を向上させるようにアークＯＦＦ期間Ｂを長くすることが好ましく、アークＯＮ期間Ａを短くしてもよい。

溶接条件をこのように変更することで、複数の溶接パラメータ間での複雑な調整を不要とし、鱗状ビードの外観意匠性を向上させる、具体的には鱗模様の波目を明瞭にすることができる。

溶接条件変更工程では、鱗状ビードに発生するピット数を減少させるようにアークＯＦＦ期間Ｂを短くすることが好ましい。

溶接条件をこのように変更することで、複数の溶接パラメータ間での複雑な調整を不要とし、鱗状ビードに発生するピット数を減少させることができる。

以上を総合すると、本実施形態における溶接条件変更工程は、鱗状ビード形成工程の前に、鱗状ビードに関する所定の仕上げ条件に基づいて初期条件の変更の要否を判断し、判断結果が肯定的であれば、鱗状ビードが所定の仕上げ条件を満たすように複数の溶接パラメータのうちの少なくとも１つを変更する工程である。溶接条件変更工程をこのように規定することで、複数の溶接パラメータ間での複雑な調整を不要とし、鱗状ビードの外観を所望の仕上がり形状とすることができる。また、溶接箇所での溶接品質を良好に保つことができる。

（実施形態２）
図５は、本実施形態に係るアーク溶接時の各種出力波形を示し、各波形は図２の表示に対応している。また本実施形態において、実施形態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。

本実施形態に示す方法と、実施形態１に示す方法とは、鱗状ビードの波目を均一にするために、直前のトーチＳＷ信号がＯＮになってからの所定時間ｔｔ経過後に、短絡溶接期間Ｔｓからパルス溶接期間Ｔｐに切り替える点で異なる。

溶接ワイヤ１８の先端と母材１７までの距離ＷＤがばらつくと、不均一な鱗状ビードが形成されるため、図５に示すように、トーチＳＷ信号がＯＮになってからの時間を計時して、所定時間ｔｔ経過後に短絡溶接からパルス溶接に切り替え、パルス溶接期間Ｔｐ経過後にトーチＳＷ信号をＯＦＦにする。そしてトーチＳＷ信号がＯＦＦになってからの時間を計時して、所定時間Ｔｎ経過後にトーチＳＷ信号をＯＮにする。溶接ワイヤ１８の先端と母材１７の距離ＷＤがばらつくと、溶接ワイヤ１８の送給開始時点Ｗｓｔから母材１７との短絡発生を検出した電流検出時点Ｅｄまでの時間が変動する。しかし、溶接ワイヤ１８の送給開始時点Ｗｓｔからパルス溶接開始時点Ｐｓｔ１、Ｐｓｔ２までの短絡溶接期間Ｔｓは常に一定である。したがって、パルス溶接期間の周期Ｐｃ、言いかえると溶接周期Ｃを常に一定にできるため、均一な波目状の鱗状ビードを形成できる。また、トーチＳＷ信号のＯＮ／ＯＦＦの時間を計時して切り替えることで、冷却期間Ｔｎと短絡溶接期間Ｔｓを設定でき、管理が容易である。

また、本実施形態に示す溶接方法においても、実施形態１に示すのと同様の手法で、溶接条件を変更することで、複数の溶接パラメータ間での複雑な調整を不要とし、鱗状ビードの外観を所望の仕上がり形状とすることができる。また、溶接箇所での溶接品質を良好に保つことができる。

（実施形態３）
図６は、本実施形態に係るアーク溶接時の各種出力波形を示し、各波形は図２，５の表示に対応している。また本実施形態において、実施形態１，２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。

本実施形態に示す方法と、実施形態１，２に示す方法とは、パルス溶接期間Ｔｐと冷却期間Ｔｎの間に第２短絡溶接期間Ｔｓｅを設ける点で異なる。すなわち、第１短絡溶接期間Ｔｓｓとパルス溶接期間Ｔｐと第２短絡溶接期間Ｔｓｅと冷却期間Ｔｎを１つの溶接周期として順に繰り返して溶接を行う。

短絡溶接は、パルス溶接に比べてアーク長が短く、溶接終了時の溶接ワイヤ１８の先端と母材１７との距離ＷＤを短くすることができ、冷却期間Ｔｎの長さのばらつきを小さくすることができる。図６の溶滴移行状態Ｄにおける状態（ｄ）に示すように、パルス溶接期間Ｔｐ終了時の溶接ワイヤ１８の先端と母材１７との距離は距離ＷＤ１である。第２短絡溶接期間Ｔｓｅ終了後の溶接ワイヤ１８の先端と母材１７までの距離は距離ＷＤ２である。距離ＷＤ２は距離ＷＤ１よりも短い。そのため、溶接ワイヤ１８の送給開始時点Ｗｓｔから電流検出時点Ｅｄまでの時間を小さくすることができる。これにより冷却期間Ｔｎのばらつきを小さくすることができ、パルス溶接期間の周期Ｐｃを一定にして均一な鱗状ビードを形成できる。このとき、第２短絡溶接期間Ｔｓｅにおいて、溶接ワイヤ１８の平均送給速度は、傾きＫｅで次第に減少させる。溶接電流Ｉは、最後のアークを検出したのち出力を遮断する。第２短絡溶接期間Ｔｓｅにおいて、短絡とアーク発生を１周期とした場合、第１周期から第５周期程度で第２短絡溶接期間Ｔｓｅが終了するように、傾きＫｅで溶接ワイヤ１８の平均送給速度を減少させる。第２短絡溶接期間Ｔｓｅが大きすぎると、溶接箇所での入熱量が増加してしまい、鱗状ビードの波目が明瞭でなくなる。

上述のように、第１短絡溶接期間Ｔｓｓとパルス溶接期間Ｔｐと第２短絡溶接期間Ｔｓｅと冷却期間Ｔｎとを繰り返すことで、パルス溶接期間の周期Ｐｃを一定にすることができ、波目が明瞭で均一な鱗状ビードを形成することができる。

なお、第２短絡溶接期間Ｔｓｅの時間長（以下、エンドアクティブ時間Ｔ２という）は、パルス溶接期間の周期Ｐｃがより厳密に一定になるように、第１短絡溶接期間Ｔｓｓの時間長および／またはエンドアクティブ時間Ｔ２に応じて、調整されてもよい。エンドアクティブ時間Ｔ２に応じて、平均送給速度の傾きＫｅを変化させてもよい。なお、エンドアクティブ時間Ｔ２は、上記のアークＯＮ時間Ｔ１に含まれる。第１短絡溶接期間Ｔｓｓの時間長をＴ１１、パルス溶接期間Ｔｐの時間長をＴ１２とすると、これらの関係は、式（５）で表わされる。

Ｔ１＝Ｔ１１＋Ｔ１２＋Ｔ２ ・・・（５）
エンドアクティブ時間Ｔ２は、上述したように、第２短絡溶接期間Ｔｓｅの時間長である。第２短絡溶接期間Ｔｓｅは、パルス溶接期間Ｔｐから冷却期間Ｔｎへ移行する過程の期間である。ワイヤ１８の送給速度は、パルス溶接期間Ｔｐでは一定であり、冷却期間Ｔｎでは０である。第２短絡溶接期間Ｔｓｅは、溶接ワイヤ１８の送給を正送と逆送で交互に繰り返す。溶接ワイヤ１８の平均送給速度は、第２短絡溶接期間Ｔｓｅでは、減衰する。エンドアクティブ時間Ｔ２を所定の値に設定することで、母材１７への入熱量を徐々に低減することができる。

本実施形態では、エンドアクティブ期間において、ワイヤ送給速度を減衰させているが、溶接ワイヤの送給を正送と逆送で交互に繰り返しながら、ワイヤ送給速度の平均値を一定にしてエンドアクティブを実施し、エンドアクティブ終了後にワイヤ送給速度を減衰してもよい。

また、本実施形態に示す溶接方法においても、実施形態１に示すのと同様の手法で、溶接条件を変更することで、複数の溶接パラメータ間での複雑な調整を不要とし、鱗状ビードの外観を所望の仕上がり形状とすることができる。また、溶接箇所での溶接品質を良好に保つことができる。特に、エンドアクティブ時間Ｔ２を長くすることで、溶接箇所での入熱バランスを調整でき、鱗状ビードに発生するピット数を減少させて、鱗状ビードの外観意匠性を向上させることができる。

（実施形態４）
母材１７をアーク溶接する際に、母材１７に対する入熱量が母材１７の位置によって変化する場合がある。また、アーク溶接が進行する際に、所定位置での母材１７に対する入熱量が経時的に変化する場合がある。例えば、所定の溶接区間において、溶接開始点と、この点から所定の距離だけ離れた溶接箇所とでは、母材１７に対する入熱量が大きく異なる。溶接開始点では、アークが発生し始めたばかりで、十分に母材１７に入熱されないからである。また、母材１７の板厚が溶接区間内で変化するような場合にも、母材１７に対する入熱量が変化する。このような入熱量の変化は、溶接品質を不安定にするとともに、鱗状ビードの外観意匠性を大きく損ねる原因となり得る。一方、図４のステップＳ２において、溶接条件を単純に初期条件から変更するだけでは、このような入熱量の空間的変化あるいは時間的変化に対応できない。

そこで、本実施形態では、溶接条件を変更するにあたって、溶接パラメータの少なくとも１つが連続的に、または段階的に変化するように、言いかえると、溶接パラメータの例えば教示位置や経過時間に対する変更波形を傾斜、スロープさせるようにする（以降、このことを、溶接パラメータをスロープさせるとも言う）ことで、上記の課題を解決することが可能となる。

図７Ａは、本実施形態に係る溶接区間における教示点位置の概念図を、図７Ｂは、溶接開始点からの距離と溶接パラメータとの関係を、図７Ｃは、教示点位置と溶接パラメータとの関係を、図７Ｄは、鱗状ビード形成工程での経過時間と溶接パラメータとの関係をそれぞれ示す。

溶接パラメータを連続的に、または段階的に変化するように変更するにあたって、何に対して変更させるかは、実際のアーク溶接の条件等に応じて種々選択可能である。

図７Ａに示すように、所定の溶接区間において、溶接前に実施されるティーチング時に複数の教示点が設定されている。実際のアーク溶接時には、溶接開始点であるＰ１から、進行方向に沿って所定の溶接速度Ｖｗでトーチを移動させる。トーチの移動開始と同時にアーク溶接が開始され、溶接終了点であるＰｎまで母材１７が溶接される。

このような場合、例えば、図７Ｂに示すように、溶接区間における溶接開始点Ｐ１からの距離に応じて、溶接パラメータを連続的に、または段階的に変化させるようにしてもよい。図示しないが、溶接パラメータを段階的に変化させる場合に、その変化量は、溶接区間の途中で異なるようにしてもよいし、変化させる周期が溶接区間の途中で異なるようにしてもよい。また、図７Ｃに示すように、教示点位置に応じて溶接パラメータを連続的に、または段階的に変化させるようにしてもよい。溶接パラメータを段階的に変化させる場合は、図７Ｃの破線で示すように教示点位置が１つずつ進む毎に溶接パラメータを連続的に、または段階的に変化させるようにしてもよいし、一点鎖線で示すように、教示点位置が複数点進む毎に溶接パラメータを連続的に、または段階的に変化させるようにしてもよい。図示しないが、溶接パラメータを段階的に変化させる場合に、その変化量は、溶接区間の途中で異なるようにしてもよいし、変化させる周期が溶接区間の途中で異なるようにしてもよい。さらに、図７Ｄに示すように、鱗状ビード形成工程において、溶接開始時点からの経過時間に応じて、溶接パラメータを連続的に、または段階的に変化させるようにしてもよい。図示しないが、溶接パラメータを段階的に変化させる場合に、その変化量は、溶接区間の途中で異なるようにしてもよいし、変化させる周期が溶接区間の途中で異なるようにしてもよい。

このように、複数の溶接パラメータのうちの少なくとも１つを、鱗状ビード形成工程での経過時間または溶接区間における溶接開始点からの距離あるいは溶接教示点位置のいずれかに応じて、連続的または段階的に変化させるように変更することで、特に、母材１７に対する入熱量が変化する場合に、入熱の割合を変化させることができる。このことにより、母材１７に対する入熱量を適切に調整し、所定の溶接区間において、鱗状ビードを所望の仕上がり形状とすることができる。

また、入熱量を制御するための溶接パラメータとして、溶接電流Ｉ、溶接電圧Ｖ、アークＯＮ時間Ｔ１、エンドアクティブ時間Ｔ２、アークＯＦＦ時間Ｔ３のいずれか１つまたは複数を、母材１７の状態等に応じて選択することができる。以下に複数の具体例を例示する。なお、以降に示す例は、実施形態３に示す構成、つまり、第２短絡溶接期間Ｔｓｅを設ける場合を前提としている。また、本実施形態においても、溶接速度Ｖｗは溶接区間内で一定とする。

表３は、溶接パラメータの一つまたは複数をスロープさせた場合の各溶接パラメータの値を示している。

条件Ａは、溶接開始点Ｐ１近傍での入熱量の不足を解消するための溶接条件の一例である。この入熱不足が発生すると、ビードが極端な凸形状になったり、ビード間のオーバーラップを生じて、鱗模様の波目が不明瞭になったりする。この例では、鱗状ビード形成工程での経過時間に対してアークＯＮ時間Ｔ１及びアークＯＦＦ時間Ｔ３をスロープさせる。例えば、溶接開始時点からサンプリング時間１００ｍｓｅｃ毎に新しいスロープ条件を取り込むように溶接条件を変更する。

例えば、溶接開始点Ｐ１の近傍では、アークＯＮ時間Ｔ１を５００ｍｓｅｃ、アークＯＦＦ時間Ｔ３を３０ｍｓｅｃとして、母材１７への入熱量を大きくする。この時点から、１００ｍｓｅｃ毎にアークＯＮ時間Ｔ１及びアークＯＦＦ時間Ｔ３を段階的に変化させ、２秒後に、アークＯＮ時間Ｔ１が３００ｍｓｅｃ、アークＯＦＦ時間Ｔ３が２００ｍｓｅｃとなるようにする。

条件Ｂは、溶接開始点Ｐ１近傍での入熱量の不足を解消するための溶接条件の別の一例である。この例では、溶接開始点Ｐ１近傍では、アークＯＮ時間Ｔ１を長くするとともにアークＯＦＦ時間Ｔ３を短く設定している。溶接開始点Ｐ１から所定の距離（１２ｍｍ）まで溶接が進行するにつれて、アークＯＮ時間Ｔ１を短くし、かつアークＯＦＦ時間Ｔ３を長くして、それぞれを初期条件に近づけるように変更している。また、溶接開始点Ｐ１から所定の距離（１２ｍｍ）まで溶接が進行するにつれて、溶接電流Ｉを小さくして初期条件に近づけるように変更している。

溶接条件を条件Ａ，Ｂのように変更することで、溶接開始点Ｐ１近傍でのビードのなじみ不足を解消し、溶接開始点Ｐ１から母材１７の十分な溶け込みを得ることができる。

条件Ｃは、溶接区間において、母材１７の板厚が変化したり（図９参照）、形状が変化したりして、母材１７の熱容量が変化する場合の溶接条件の一例である。この例では、母材１７は、点Ｐ１で最も板厚が薄く、溶接の進行方向に沿って板厚が増加し、点Ｐ２で板厚が一定になるよう形状である。この母材１７を点Ｐ１から点Ｐ２まで溶接するにあたって、溶接電流Ｉを連続的に、または段階的に増加させるようにしている。

溶接条件をこのように変更することで、溶接区間内での母材１７の熱容量変化を補償して、溶接箇所で所望の仕上がり形状を得ることができる。また、溶接品質を良好に保つことができる。

次に、アーク溶接時の母材１７の温度変化について考える。アーク溶接中の入熱により、母材１７の温度は上昇するが、この温度上昇に伴って、ビード形状が変化してしまう場合がある。条件Ｄは、この問題を解消するための溶接条件の一例である。この例では、溶接開始点Ｐ１からの距離に応じて、溶接電流Ｉを連続的に、または段階的に減少させるようにしている。溶接条件をこのように変更することで、溶接の進行につれて母材１７の温度が上昇し、ビード形状が変化するのを抑制することができる。

また、溶接対象物である母材１７の形状が溶接区間内で変化する場合に、一定の条件で溶接を行うと、所望の仕上がり形状を得られなかったり、溶接品質が低下したりすることがある。

図８は、本実施形態に係る母材の形状の一例の模式図を示し、母材１７は、いわゆる鞍型溶接体である。また、溶接区間であるＴ字継手部分で、形状が連続的に変化している。条件Ｅは、図８に示す形状の母材１７の継手部分を溶接するための条件の一例であり、溶接開始点Ｐ１から所定の距離（１５ｍｍ）まで溶接が進行するにつれて、溶接電流Ｉを連続的に、または段階的に増加させるようにしている。溶接条件をこのように変更することで、溶接区間での形状が変化する母材１７において、所望の仕上がり形状を得ることができる。また、溶接品質を良好に保つことができる。なお、条件Ｅに示すように、溶接開始点Ｐ１から所定の距離までの区間で溶接パラメータをスロープさせるようにすると、当該区間内に複数の教示点が位置していても、スロープの変化率等が教示点の前後で急峻に変化することがない。

以上のように、形状が連続的に変化する場合、教示点の数が増加するが、教示点に関わらず連続的または段階的に溶接パラメータをスロープさせることで、教示点の影響を受けず、乱れがなく際が揃った美しいビード外観の溶接が実現できる。

次に、鱗状ビードでのピット発生対策について考える。図９は、本実施形態に係る別の母材の断面模式図を示し、溶接開始点Ｐ１から溶接区間の終了点Ｐ２まで母材１７の板厚が単調に増加している。このような形状の母材１７をアーク溶接する際、板厚の薄い点Ｐ１に対して初期条件を最適化しても、板厚の厚い点Ｐ２では入熱バランスが崩れてピットが発生しやすくなる。そこで、アークＯＮ時間Ｔ１やエンドアクティブ時間Ｔ２やアークＯＦＦ時間Ｔ３を適宜スロープさせることで、ピットの発生を抑制することができる。

表４は、上記３つの溶接パラメータのうちの複数をスロープさせた場合の各溶接パラメータの値を示している。

条件Ｆは、ピット発生を抑制するための溶接条件の一例である。上述したように、エンドアクティブ時間Ｔ２を長くすることで、鱗状ビードに発生するピット数を減少させることができる。ただし、このことにより、母材１７への入熱量が低減してしまうため、エンドアクティブ時間Ｔ２を長くするにつれて、アークＯＦＦ時間Ｔ３を短くするようにして、図９に示す溶接区間での入熱バランスを保つようにしている。なお、エンドアクティブ時間Ｔ２の間は母材１７に短絡溶接が行われているため、この期間での母材１７への入熱は零ではない。よって、エンドアクティブ時間Ｔ２の延長分と同等の時間だけアークＯＦＦ時間Ｔ３を短縮すると、母材１７への入熱が設定よりも過多となる。よって、この例では、エンドアクティブ時間Ｔ２の延長時間よりも短い分だけアークＯＦＦ時間Ｔ３を短縮するようにしている。ただし、溶接速度Ｖｗが一定であるため、ピッチＧは溶接区間内で徐々に長くなるように変化する。

条件Ｇは、ピット発生を抑制するための溶接条件の別の一例であり、条件Ｆにおいて、ピッチＧが変化するのを抑制するために、アークＯＮ時間Ｔ１もスロープさせるようにしている。

溶接条件を条件Ｆ，Ｇのように変更することで、鱗状ビードに発生するピット数を無くして、鱗状ビードの外観意匠性を向上させることができる。また、溶接条件を条件Ｇのように変更することで、溶接区間内のピッチＧを一定にすることができる。なお、本実施形態では、図９に示すように、溶接区間内で母材１７の板厚が単調に増加する例を示したが、母材１７の板を入れ替えるように設定し、変化率の符号も反転するようにすればよい。例えば、溶接開始点Ｐ１で板厚が最も厚く、終了点Ｐ２で板厚が最も薄い場合には、条件Ｆにおいて、エンドアクティブ時間Ｔ２の初期値を６０ｍｓｅｃ、終了値を２ｍｓｅｃとして、溶接区間内でエンドアクティブ時間Ｔ２が単調に減少するようにすればよい。

また、本実施形態に示すように、アーク溶接中に溶接パラメータの値がスロープするように溶接条件を変更することで、溶接箇所での仕上がり形状の微妙な調整を容易に行うことができる。

図１０は、アークＯＦＦ時間とピット発生数との関係を、図１１は、エンドアクティブ時間とピット発生数との関係をそれぞれ示す。なお、図１０に示す例において、アークＯＮ時間Ｔ１は一定であり、図１１に示す例において、アークＯＮ時間Ｔ１及びアークＯＦＦ時間Ｔ３は一定である。

図１０に示すように、アークＯＦＦ時間Ｔ３が所定の時間Ｔｂを超えると、鱗状ビードにピットが発生し始め、アークＯＦＦ時間Ｔ３が延長されるにつれて増加する。ただし、通常、ピットが発生していると、溶接箇所の外観検査で不良と判定されてしまう。一方、アークＯＦＦ時間Ｔ３が短すぎると、母材１７への入熱が過多となり、鱗模様の波目がぼやけてしまう。また、アークＯＦＦ時間Ｔ３が長すぎると、波目のピッチが離れすぎてしまい、外観意匠性が低下する。よって、鱗模様を明瞭に出すために、アークＯＦＦ時間Ｔ３には適切な範囲があり、下限がＴａ、上限がＴｂである。この時間範囲では、鱗状ビードにピットは発生しない。また、上記の時間Ｔａ～Ｔｃは、アークＯＮ時間Ｔ１に応じて適宜変更される。さらに、溶接箇所の形状や母材１７厚みあるいは材質等によっても適宜変更される。例えば、母材１７が、軟質アルミ（Ａ６０６１）からなる厚さ３．０ｍｍの板材で、この板材の表面をアーク溶接する場合に、上記の時間Ｔｂは、１２０ｍｓｅｃ～１７０ｍｓｅｃ、Ｔａは１２０ｍｓｅｃ、Ｔｃは２４０ｍｓｅｃ程度である。

以上から明らかなように、ピット発生の抑制と鱗模様の明瞭性とを両立させるために、アークＯＦＦ時間Ｔ３が取りうる範囲は狭いことが多い。よって、初期条件設定時にこの値を厳密に設定したとしても、母材１７の形状等によって、初期条件が最適値ではなくなる場合がある。このような場合において、本実施形態に示すように、アーク溶接中にアークＯＦＦ時間Ｔ３を含む溶接パラメータの値がスロープするようにすることで、また、溶接区間や教示点等の場所ごとに溶接条件を変更して最適化することで、ピット発生の抑制と鱗模様の明瞭性とを両立させることが可能となる。なお、本実施形態において、鱗状ビードにピットが発生しない時間の上限をＴｂとしているが、ピットが発生し、かつその発生量が溶接強度や外観上許容できる値であれば、許容範囲の時間上限Ｔｂ１（図１０参照）をアークＯＦＦ時間Ｔ３の変動許容上限としてもよい。

また、図１１に示すように、エンドアクティブ時間Ｔ２を長くすると、ある時間からピットは減少し始め、最終的にピットが無くなっていく。一方、エンドアクティブ時間Ｔ２が所定の時間Ｔｄを超えると、鱗状ビードにしわが発生し始める。このしわが発生する理由について説明する。まず、第２短絡溶接期間Ｔｓｅにおいて、溶接ワイヤ１８は所定の溶接区間内を一定の溶接速度Ｖｗで移動している。一方、第２短絡溶接期間Ｔｓｅでは、溶接ワイヤ１８と母材１７とが短絡して母材１７が冷却される過程と、溶接ワイヤ１８と母材１７との間にアークが発生して母材１７が加熱される過程とが交互に繰り返される。このため、溶接速度Ｖｗに応じて、母材１７が冷えて固まった跡が、所定の間隔で母材１７の表面に表われることがある。この跡が「しわ」と呼ばれる外観である。第２短絡溶接の前に行われるパルス溶接での入熱量が大きいため、エンドアクティブ時間Ｔ２が短ければ、このような跡は現れないが、エンドアクティブ時間Ｔ２が長くなると、母材１７への入熱量が低下し、母材１７の温度も低下するため、しわが現れ始めてくる。このようなしわの発生は、ピット等と同様に、鱗状ビードの外観を損ねるため、しわが出ないようにエンドアクティブ時間Ｔ２は、時間Ｔｄよりも短くする必要がある。

しかし、ピット発生の抑制と鱗模様の明瞭性とを両立させるために、エンドアクティブ時間Ｔ２が取りうる範囲は狭いことが多い。よって、初期条件設定時にこの値を厳密に設定したとしても、母材１７の形状等によって、初期条件が最適値ではなくなる場合がある。このような場合において、本実施形態に示すように、アーク溶接中にエンドアクティブ時間Ｔ２を含む溶接パラメータの値がスロープするようにすることで、また、溶接区間や教示点等の場所ごとに溶接条件を変更して最適化することで、ピット発生の抑制と鱗模様の明瞭性とを両立させることが可能となる。

上述のように、本開示の溶接方法は、アークＯＮ期間およびアークＯＦＦ期間にトーチの移動を止めない。これにより、溶接速度を速くすることができる。また、消耗電極式のアーク溶接に本開示の溶接方法を適用すると、溶融したワイヤの溶滴等の飛散によるスパッタの発生を抑制することができる。また、本開示の溶接方法は、母材がアルミニウムである場合でも、ブローホールやピットの発生を抑制できる。また、本開示の溶接方法は、板厚や、ワーク形状が途中で変わるような複雑な溶接対象物において、各部位毎に、鱗状ビードの外観を所望の仕上がり形状とし、かつ溶接不良を発生させないように、溶接条件を変更することができる。

本開示のアーク溶接の制御方法は、溶接条件の変更を簡便に行えるとともに，鱗状ビードを所望の仕上がり形状にすることができるため、自転車や自動二輪、自動車等のフレーム等にアーク溶接を適用する上で有用である。

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 制御切替部
１０ 出力制御部
１１ 短絡溶接制御部
１２ パルス溶接制御部
１３ ワイヤ送給速度制御部
１４ ワイヤ送給速度検出部
１５ 演算部
１６ アーク溶接装置
１７ 母材
１８ 溶接ワイヤ
１９ アーク
２０ 溶接チップ
２１ ワイヤ送給部
２２ 溶接条件設定部
２３ 短絡溶接設定部
２４ パルス溶接設定
２５ 冷却期間設定部

Claims (12)

1. 溶接ワイヤに溶接電流が流れるアークＯＮ期間と、前記アークＯＮ期間の後に設けられ、前記溶接ワイヤに前記溶接電流が流れないアークＯＦＦ期間との和を溶接周期とし、母材に連続的に配列された複数の鱗状ビードを形成するアーク溶接の制御方法であって、
   前記母材をアーク溶接する溶接条件の初期値を設定する初期条件設定工程と、
   前記溶接ワイヤを前記母材における所定の溶接区間を所定の溶接速度で移動させつつ、前記母材の前記所定の溶接区間に前記複数の鱗状ビードを形成する鱗状ビード形成工程と、を備え、
   前記溶接条件は、前記アークＯＮ期間と前記アークＯＦＦ期間とを含み、さらに、前記溶接電流と前記溶接速度と前記鱗状ビードの各ビードのピッチの内少なくとも一つを含む複数の溶接パラメータで構成され、
   前記鱗状ビード形成工程の前に、前記鱗状ビードに関する所定の仕上げ条件に基づいて前記初期値の変更の要否を判断し、判断結果が肯定的であれば、前記所定の仕上げ条件を満たすように前記複数の溶接パラメータのうちの少なくとも１つを変更する溶接条件変更工程をさらに備えることを特徴とするアーク溶接の制御方法。
2. 請求項１に記載のアーク溶接の制御方法において、
   前記溶接条件変更工程では、前記アークＯＮ期間及び前記アークＯＦＦ期間の少なくとも一方を変更することを特徴とするアーク溶接の制御方法。
3. 請求項２に記載のアーク溶接の制御方法において、
   前記溶接条件変更工程では、前記鱗状ビードの外観意匠性を向上させるように前記アークＯＦＦ期間を初期値よりも長くすることを特徴とするアーク溶接の制御方法。
4. 請求項２に記載のアーク溶接の制御方法において、
   前記溶接条件変更工程では、前記鱗状ビードの外観意匠性を向上させるように前記アークＯＮ期間を初期値よりも短くすることを特徴とするアーク溶接の制御方法。
5. 請求項２に記載のアーク溶接の制御方法において、
   前記溶接条件変更工程では、前記鱗状ビードに発生するピット数を減少させるように前記アークＯＦＦ期間を初期値よりも短くすることを特徴とするアーク溶接の制御方法。
6. 請求項１または２に記載のアーク溶接の制御方法において、
   前記溶接条件変更工程では、前記溶接速度を初期値と同じとし、かつ前記溶接周期に対する前記アークＯＮ期間の比と、前記溶接周期に対する前記アークＯＦＦ期間の比とを保持するように、前記溶接周期及び前記ピッチを変更することを特徴とするアーク溶接の制御方法。
7. 請求項１ないし６のいずれか１項に記載のアーク溶接の制御方法において、
   前記アークＯＮ期間は、前記溶接ワイヤの正送と逆送とを交互に繰り返すことで、前記母材と前記溶接ワイヤとの間でアークが発生した状態と前記母材と前記溶接ワイヤとが短絡した状態とが交互に繰り返される第１短絡溶接期間と、前記第１短絡溶接期間に続けて設けられ、前記溶接ワイヤを一定のワイヤ送給速度で送るとともに、前記溶接ワイヤにピーク電流とベース電流とを交互に流すことで、前記母材と前記溶接ワイヤとの間でアークを発生させるパルス溶接期間とで構成されていることを特徴とするアーク溶接の制御方法。
8. 請求項７に記載のアーク溶接の制御方法において、
   前記アークＯＮ期間は、前記パルス溶接期間に続けて設けられた第２短絡溶接期間をさらに含み、前記第２短絡溶接期間では、前記溶接ワイヤの正送と逆送とを交互に繰り返すことで、前記母材と前記溶接ワイヤとの間でアークが発生した状態と前記母材と前記溶接ワイヤとが短絡した状態とが交互に繰り返されていることを特徴とするアーク溶接の制御方法。
9. 請求項８に記載のアーク溶接の制御方法において、
   前記溶接条件変更工程では、前記鱗状ビードに発生するピット数を減少させるように前記第２短絡溶接期間を初期値よりも長くすることを特徴とするアーク溶接の制御方法。
10. 請求項７ないし９のいずれか１項に記載のアーク溶接の制御方法において、
    前記溶接条件変更工程では、前記複数の溶接パラメータのうちの少なくとも１つを、前記鱗状ビードの形成工程での経過時間または前記所定の溶接区間における溶接開始点からの距離あるいは溶接教示点位置のいずれかに応じて、連続的または段階的に変化させるように変更することを特徴とするアーク溶接の制御方法。
11. 請求項１０に記載のアーク溶接の制御方法において、
    前記溶接条件変更工程では、前記複数の溶接パラメータのうちの少なくとも１つを、前記母材の形状に応じて、連続的または段階的に変化させるように変更することを特徴とするアーク溶接の制御方法。
12. 請求項１０または１１に記載のアーク溶接の制御方法において、
    前記溶接条件変更工程では、前記複数の溶接パラメータのうちの少なくとも１つを、前記母材の温度変化に応じて、連続的または段階的に変化させるように変更することを特徴とするアーク溶接の制御方法。

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