JPH08318375A - 消耗電極式ガスシールドパルスアーク溶接用電源の出力制御方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【構成】 パルス電流とベース電流とを交互に繰り返し
供給する消耗電極式ガスシールドパルスアーク溶接用電
源の出力制御方法において、第１パルス電流を供給する
第１パルス期間と、この第１パルス期間中に溶接ワイヤ
先端から溶滴が離脱したことを検出したら第１パルス期
間に続いて、溶滴形成のための第２パルス電流を、この
第２パルス電流による溶滴形成エネルギが所定範囲で設
定された溶滴形成エネルギ設定値に達するまで供給する
第２パルス期間と、これに続いてベース電流を供給する
ベース期間と、を順に繰り返す制御を行う。 【効果】 炭酸ガスパルスアーク溶接を行うに際し、ワ
イヤ先端溶滴と溶融池との接触短絡によるスパッタの発
生の低減に加えて、溶滴離脱時のワイヤ先端くびれ部分
の吹き飛びによるスパッタの発生や、溶滴離脱後の溶接
ワイヤ先端での溶滴形成時の溶滴吹き飛びによるスパッ
タの発生、及び溶融池の振動による溶融池からのスパッ
タの発生をも少なくすることができ、これにより母材や
溶接トーチノズルに付着したスパッタを除去する手間が
少なくてすみ、また、溶着効率を高めることができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、溶接ワイヤ（消耗電
極）と母材間にパルス電流とベース電流とを交互に繰り
返し供給し、炭酸ガスまたは炭酸ガスを主成分として含
む混合ガスをシールドガスとして用いたアークを発生さ
せる消耗電極式ガスシールドパルスアーク溶接用電源の
出力制御方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】周知のように、シールドガスとして炭酸
ガス単体または炭酸ガスを主成分として含む混合ガスを
用い、溶接ワイヤとしてソリッドワイヤを用いた消耗電
極式ガスシールドアーク溶接では、最も普及した高能率
な溶接法でありながら、スパッタが多量に発生するとい
う欠点がある。

【０００３】そこで、パルスアーク溶接が検討され、特
公平２−３１６３０号公報に示されているように、炭酸
ガスまたは炭酸ガスを主成分として含む混合ガスをシー
ルドガスとして用いた消耗電極式ガスシールドパルスア
ーク溶接方法（以下、単に炭酸ガスパルスアーク溶接方
法という）が提案されている。

【０００４】この従来の炭酸ガスパルスアーク溶接方法
は、図８に示すように、溶接ワイヤＷと母材間に、定電
流特性で一定値のパルス電流（ピーク電流）と定電流特
性で一定値のベース電流とを交互に繰り返し通電してア
ークを発生し、前記パルス電流を流すパルス期間（パル
ス区間）の初期に溶接ワイヤ先端の溶滴をピンチ力によ
って離脱させ、続いて溶接ワイヤ先端を溶融して溶滴を
形成し、次に前記ベース電流を流すベース期間（ベース
区間）で溶接ワイヤ先端の溶滴の整形を行うようにした
ものである。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前記従
来の炭酸ガスパルスアーク溶接方法は、ワイヤ先端溶滴
と溶融池との接触短絡によるスパッタの発生は少なくで
きるものの、依然として、溶滴離脱後の溶接ワイヤ先端
での溶滴形成時の溶滴吹き飛びによるスパッタなどが発
生するものであった。以下、このことについて説明す
る。

【０００６】図９は通常の炭酸ガスアーク溶接と従来の
炭酸ガスパルスアーク溶接方法とにおけるスパッタ発生
形態を示す図であり、アーク現象を高速度カメラで撮影
し、その結果からスパッタの発生形態を分類して得たも
のである。スパッタの発生形態は、同図に示すように、
５つの形態に分けられる。タイプ１及び２は溶滴と溶融
池との接触短絡により発生するスパッタであり、タイプ
３、４及び５は接触短絡を伴うことなく発生するスパッ
タである。

【０００７】図１０は通常の炭酸ガスアーク溶接と従来
の炭酸ガスパルスアーク溶接方法とにおけるタイプ別の
スパッタ発生頻度を示す図である。同図から、従来の炭
酸ガスパルスアーク溶接方法によると、炭酸ガスアーク
溶接で多く発生する、溶滴と溶融池との接触短絡による
スパッタ、すなわち前記タイプ１及び２のスパッタの発
生を低減できることがわかる。

【０００８】しかしながら、従来の炭酸ガスパルスアー
ク溶接方法では、依然として、溶滴離脱時のワイヤ先端
くびれ部分の吹き飛びによるスパッタ（タイプ３のスパ
ッタ）、溶滴離脱後の溶接ワイヤ先端での溶滴形成時の
溶滴吹き飛びによるスパッタ（タイプ５のスパッタ）、
及び溶融池の振動による溶融池からのスパッタ（タイプ
４のスパッタ）が発生することがわかった。

【０００９】前記従来の炭酸ガスパルスアーク溶接方法
では、パルス電流として定電流特性の一定値の電流が採
用されており、またその電流値は、溶接ワイヤ先端に形
成された溶滴が通電による電磁的ピンチ力によって離脱
できる値とされている。そして、パルス期間の初期にて
ワイヤ先端の溶滴を離脱させる際には、ピンチ力が大き
い方が溶滴を離脱させやすくなるが、パルス電流が大き
すぎると、図１１に示すように、溶滴ＤがワイヤＷ先端
から離脱しようとして形成されるくびれ部分Ｋが、溶滴
離脱直後に流れる電流による強いアーク力のために吹き
飛ばされることにより、スパッタＳが発生する。これが
前記タイプ３のスパッタである。

【００１０】また、パルス電流を大きくしすぎると、パ
ルス電流とベース電流との差が大きくなり、アーク力に
よる溶融池の振動が激しく、これによって溶融池から溶
融金属が飛散してスパッタが発生する。これが前記タイ
プ４のスパッタである。そして、溶滴離脱前、あるいは
溶滴離脱後にワイヤ先端で形成されている溶滴がアーク
力により吹き飛ばされることがある。これが発生頻度は
少ないものの大粒でその除去に手間がかかる前記タイプ
５のスパッタである。

【００１１】タイプ５のスパッタのうちの大部分を占め
るものが、溶滴離脱後の溶接ワイヤ先端での溶滴形成時
の溶滴吹き飛びによるスパッタである。パルス電流が大
きすぎると、溶滴離脱後の溶滴形成時にも、その溶滴を
離脱させるに十分なパルス電流が供給されるので、図１
２に示すように、溶接ワイヤＷ先端に形成されている溶
滴が強いアーク力のために吹き飛ばされることにより、
大粒のスパッタＳが発生することになる。また、後述す
るように、パルス期間において、溶滴離脱時期にばらつ
きが生じても溶滴離脱後に形成される溶滴の大きさが一
定となるようにするための制御がなされていないことに
起因して、ワイヤ先端に極めて大きい溶滴が成長し、こ
れがアーク力により吹き飛ばされて大粒のスパッタＳが
発生することもある。

【００１２】すなわち、従来の炭酸ガスパルスアーク溶
接方法では、パルス電流供給時間が一定のため、溶滴離
脱時期にばらつきが生じると、パルス電流供給時間のう
ちの溶滴離脱後の残りの時間で形成される溶滴の大きさ
も一定でなくばらつきが生じる。その結果、溶滴移行形
態が１パルス周期ごとに１個の溶滴を離脱させる１パル
ス１溶滴移行からはずれ、形成される溶滴が極めて大き
くなり、２パルス周期、あるいは３パルス周期で１個の
溶滴が離脱するようになる。そして、このようにして極
めて大きく成長した溶滴は、変形し易くなってアーク力
により吹き飛ばされて大粒のスパッタとなる。

【００１３】このように、従来の炭酸ガスパルスアーク
溶接方法では、ワイヤ先端溶滴と溶融池との接触短絡に
よるスパッタの発生は少なくできるものの、一定値のパ
ルス電流を一定時間流して溶滴の離脱と離脱後の溶滴形
成との両方を行うようにしたものであるから、溶滴離脱
のための電流値が優先されて、溶滴離脱時の電流値や溶
滴形成時の電流値が大きすぎるため、依然として前記タ
イプ３、４及び５のスパッタが発生し、また、パルス期
間において溶滴離脱時期にばらつきが生じても溶滴離脱
後に形成される溶滴の大きさがほぼ一定となるようにす
るための制御がなされておらず、溶滴移行形態が１パル
ス１溶滴移行からはずれてｎパルス１溶滴移行（ｎは
２，３程度）となり、前記タイプ５のスパッタが発生し
た。

【００１４】そこで、この発明の目的は、炭酸ガスパル
スアーク溶接を行うに際し、ワイヤ先端溶滴と溶融池と
の接触短絡によるスパッタの発生の低減に加えて、溶滴
離脱時のワイヤ先端くびれ部分の吹き飛びによるスパッ
タの発生、溶滴離脱後の溶接ワイヤ先端での溶滴形成時
の溶滴吹き飛びによるスパッタの発生、及び溶融池の振
動による溶融池からのスパッタの発生をも少なくするこ
とができ、これにより母材や溶接トーチノズルに付着し
たスパッタを除去する手間が少なくてすみ、また、溶着
効率を高めることができるようにした、消耗電極式ガス
シールドパルスアーク溶接用電源の出力制御方法を提供
することにある。

【００１５】

【課題を解決するための手段】前記の目的を達成するた
めに、請求項１記載の発明は、溶接ワイヤと母材間にパ
ルス電流とベース電流とを交互に繰り返し供給し、炭酸
ガスまたは炭酸ガスを主成分として含む混合ガスをシー
ルドガスとして用いたアークを発生させる消耗電極式ガ
スシールドパルスアーク溶接用電源の出力制御方法にお
いて、溶接ワイヤ先端の溶滴を離脱させるための第１パ
ルス電流を供給する第１パルス期間と、この第１パルス
期間中に溶接ワイヤ先端から溶滴が離脱したことを検出
したら前記第１パルス期間に続いて、前記第１パルス電
流より小であって溶滴形成のための第２パルス電流を、
（第２パルス電流値）² ×第２パルス電流供給時間で表
されるこの第２パルス電流による溶滴形成エネルギが下
記範囲で設定された溶滴形成エネルギ設定値Ｅ_R に達す
るまで供給する第２パルス期間と、これに続いてベース
電流を供給するベース期間と、を順に繰り返す制御を行
うことを特徴とするものである。

【００１６】０．４・ｋ（IP₂ ）≦Ｅ_R ≦０．８・ｋ
（IP₂ ） ただし、ｋ（IP₂ ）は、（パルス電流値）²
×パルス電流供給時間で表され、溶滴を１パルス１溶滴
移行させる必要最小限のパルスエネルギにおいて、パル
ス電流値が第２パルス電流値である場合のパルスエネル
ギである。

【００１７】請求項２記載の発明は、請求項１記載の消
耗電極式ガスシールドパルスアーク溶接用電源の出力制
御方法において、前記溶滴形成エネルギ設定値Ｅ_R をワ
イヤ送給速度の増加につれて大きくなるようにワイヤ送
給速度の関数として設定することを特徴とするものであ
る。

【００１８】

【作用】図２はこの発明による方法における溶接電流波
形を模式的に示す図である。この発明による方法におい
ては、溶接ワイヤ先端の溶滴を離脱させるための第１パ
ルス電流IP₁ の供給中に、後述する手段により溶滴が離
脱したことを検出したら、第１パルス電流IP₁ に続い
て、これより小さく、溶滴離脱後のワイヤ先端に新たな
溶滴を形成でき、且つその溶滴を離脱させない値の第２
パルス電流IP₂ を供給するようにしたので、溶滴離脱時
のワイヤ先端くびれ部分の吹き飛びによるスパッタの発
生や、溶滴離脱後の溶接ワイヤ先端での溶滴形成時の溶
滴吹き飛びによるスパッタの発生を減らすことができ
る。また、第１パルス電流IP₁ よりも小さい第２パルス
電流IP₂ からベース電流IBへ移行させるようにしたの
で、第２パルス電流IP₂ からベース電流IBへの電流差も
小さく抑えられるため、溶融池の振動が抑制されて溶融
池からのスパッタの発生を減らすことができる。なお、
第２パルス電流IP₂ により形成された溶滴の整形を行う
ベース電流IBについては、溶滴径の均一化を図るため定
電流特性のベース電流を供給することがよい。

【００１９】そして、第２パルス電流IP₂ は、溶滴離脱
後に形成される溶滴の大きさが一定となるようにして、
前記タイプ５のスパッタが発生することを防ぐために、
（第２パルス電流IP₂ ）² ×第２パルス電流供給時間TP
₂ で表されるその溶滴形成エネルギが一定で且つ溶滴を
離脱させない値となるように、供給する必要がある。図
６は、矩形波パルスを用いた場合における溶滴を離脱さ
せるための、パルス電流とパルス電流供給時間との関係
の一例を示す図である。溶接ワイヤは、広範囲に使用さ
れるワイヤ径１．２ｍｍのソリッドワイヤ（ＪＩＳ Ｙ
ＧＷ−１１）の場合である。

【００２０】図６において、ハッチング部分が１パルス
１溶滴移行領域である。そして、ｎパルス１溶滴移行領
域は、パルスエネルギ（パルス電流の二乗とパルス時間
の積）が少なく、１パルス周期ごとには溶滴を離脱でき
ない領域を示している。

【００２１】第２パルス電流IP₂ による溶滴形成エネル
ギは、このｎパルス１溶滴移行領域となるパルスエネル
ギにおいて適正な範囲の値に設定すればよい。すなわ
ち、第２パルス電流IP₂ は、この第２パルス電流による
溶滴形成エネルギが下記範囲で設定された溶滴形成エネ
ルギ設定値Ｅ_R に達するまでの時間TP₂ 供給するように
すればよい。

【００２２】 ０．４・ｋ（IP₂ ）≦Ｅ_R ≦０．８・ｋ（IP₂ ）

【００２３】ここで、ｋ（IP₂ ）は、（パルス電流値）
² ×パルス電流供給時間で表され、溶滴を１パルス１溶
滴移行させる必要最小限のパルスエネルギｋ（IP）にお
いて、パルス電流値が第２パルス電流値IP₂ である場合
のパルスエネルギである。前記パルスエネルギｋ（IP）
は、溶接ワイヤ径、溶接ワイヤの材質などにより定まる
もので、例えば前記図６に示すデータに基づき求められ
るものである。

【００２４】溶滴形成エネルギ設定値Ｅ_R の値が０．４
・ｋ（IP₂ ）より小さいと、溶滴形成パルスエネルギが
不足し、次のパルス周期における第１パルス電流で離脱
移行させるのに十分な溶滴が形成されず、安定した溶滴
移行の持続が困難になり、スパッタ発生量が多くなる。
一方、前記設定値Ｅ_R の値が０．８・ｋ（IP₂ ）より大
きいと、溶滴形成中にアーク力によりワイヤ先端の溶滴
が変形されやすくなり、これにより不安定な溶滴移行に
なり、スパッタ発生量が多くなる。

【００２５】ここで、溶滴の離脱検出について説明す
る。パルス期間中に溶滴が離脱すると、その溶滴離脱に
よってアーク長が長くなり、溶接用電源のパルス期間で
の外部出力特性が定電圧特性であると、溶接用電源によ
るアークの自己制御作用により、前記アーク長変動をな
くしてアーク長を一定に維持しようとして、パルス電流
が急激に低下する。一方、パルス期間での外部出力特性
が定電流特性であると、溶滴が離脱すると、アークの持
つ電気抵抗のために電圧降下が生じて溶接電圧が急増す
る。

【００２６】図７は、パルス期間を定電圧特性とし、ベ
ース期間を定電流特性とする溶接用電源を用いて、炭酸
ガスパルスアーク溶接を行った場合における溶接電流・
溶接電圧の波形の一例を示す図である。この図７は、溶
接電流・電圧波形を波形記録計で記録し、それをトレー
スしたものである。同図に見られるように、パルス期間
中に溶接ワイヤ先端での溶滴の離脱が起こると、溶接電
流（パルス電流）に溶滴離脱にともなう急激な電流低下
が生じる。そこで、例えば、溶接電流検出器からの溶接
電流検出信号を微分回路に入力し、その微分回路から出
力される微分パルス信号を検知することにより、溶接ワ
イヤ先端から溶滴が離脱したことを検出できる。なお、
パルス期間を定電流特性とする場合には、溶滴離脱にと
もなって溶接電圧が急増する前記現象を利用すること
で、溶滴離脱を検出できる。

【００２７】さて、消耗電極式ガスシールドアーク溶接
では、広いワイヤ送給速度範囲にわたって安定した溶接
を行うためには、当然ながら、ワイヤ送給速度に応じた
ワイヤ溶融エネルギを供給する必要がある。パルスアー
ク溶接用の電源では、ワイヤ送給速度が大きくなるにつ
れてベース時間を短くすることでパルス周波数を高め、
これによりワイヤ送給速度に応じたワイヤ溶融エネルギ
（溶接電流）を供給するようになされている。そして、
炭酸ガスシールドのパルスアーク溶接用の電源では、パ
ルス周波数制御に加えて、ワイヤ送給速度に応じて前記
パルスエネルギをも制御することで、より安定した１パ
ルス１溶滴移行をなし得る。なお、パルス周波数ｆは、
パルス電流供給時間をTP、ベース電流供給時間をTBとす
ると、ｆ＝１／（TP＋TB）で表される。

【００２８】図３はワイヤ送給速度とこれに対応する最
適なパルスエネルギとの関係の例を示す図であり、ワイ
ヤ径１．２ｍｍのソリッドワイヤ（ＪＩＳ ＹＧＷ−１
１）を使用した矩形波パルスによる場合のものである。
同図に示される例のように、ワイヤ送給速度の増加につ
れてパルスエネルギも増加させる方がよいことがわか
る。

【００２９】そこで、前記溶滴形成エネルギ設定値Ｅ_R
をワイヤ送給速度の増加につれて大きくなるようにワイ
ヤ送給速度の関数として設定することで、ワイヤ送給速
度の増加につれて溶滴形成エネルギが増加してパルスエ
ネルギが大きくなり、溶滴移行がより安定した炭酸ガス
パルスアーク溶接を行うことができる。

【００３０】

【実施例】以下、この発明の実施例について説明する。
図１はこの発明による方法を実施するための消耗電極式
ガスシールドパルスアーク溶接用電源の一例を示すブロ
ック図である。

【００３１】図１において、１は３相交流電力供給部で
ある。この３相交流電力供給部１から供給される交流電
流は、第１整流回路２で直流に整流され、平滑用コンデ
ンサ３により平滑される。この直流電流はインバータ４
によって高周波交流電流に変換される。トランス５はイ
ンバータ４の出力を溶接用電圧に降圧する。トランス５
からの溶接用に降圧された高周波交流電流は第２整流回
路６により溶接用直流電流に整流される。この直流電流
が平滑用のリアクトル７を介して溶接ワイヤ８と母材９
間に供給されて、アーク溶接が行われるようなってい
る。

【００３２】１０は溶接電圧を検出するための溶接電圧
検出器、１１は溶接電流を検出するための溶接電流検出
器である。溶接電圧検出器１０及び溶接電流検出器１１
の出力は後述する制御部４０に与えられる。溶接ワイヤ
８はワイヤ送給モータ２７で駆動されるワイヤ送給ロー
ラ２６によって母材９に向けて送給され、溶接ワイヤ８
と母材９間にアークを発生させて溶接が行われる。ワイ
ヤ送給モータ制御回路２８は、ワイヤ送給速度設定器２
５からのワイヤ送給速度設定値に基づき送給モータ２７
の回転速度を制御するものである。

【００３３】制御部４０は、インバータ４を制御して、
定電圧特性の第１パルス電流IP₁ を供給する第１パルス
期間と、この第１パルス期間中に溶滴離脱検出器１５に
よって溶滴の離脱を検出したら第１パルス期間に続い
て、定電圧特性であって第１パルス電流IP₁ より小さく
溶滴形成のための第２パルス電流IP₂ を供給する第２パ
ルス期間と、これに続いて定電流特性のベース電流IBを
供給するベース期間と、を順に繰り返す制御などを行う
ためのものである。

【００３４】制御部４０の構成について説明する。第１
パルス電圧設定回路１２は、ワイヤ送給速度設定器２５
からのワイヤ送給速度設定値に応じて溶滴離脱に適正な
第１パルス電流IP₁ を供給するための第１パルス電圧VP
₁ が設定されており、この設定値VP₁ を第１パルス電流
制御回路２９Ａに出力する。この制御回路２９Ａは、設
定回路１２の出力と溶接電圧検出器１０の出力とが一致
するように第１パルス電流IP₁ の指令値をパルス波形選
択回路２２に出力する。

【００３５】同様に、第２パルス電圧設定回路１３は、
ワイヤ送給速度設定値に応じて溶滴形成に適正な第２パ
ルス電流IP₂ を供給するための第２パルス電圧VP₂ が設
定されており、この設定値VP₂ を第２パルス電流制御回
路２９Ｂに出力するように構成されている。そして、こ
の制御回路２９Ｂは、設定回路１３の出力と溶接電圧検
出器１０の出力とが一致するように第２パルス電流IP₂
の指令値をパルス波形選択回路２２に出力する。また、
ベース電流設定回路１４は、ワイヤ送給速度設定値に応
じてアークを維持し溶滴の整形に適正なベース電流IBが
設定されており、これをパルス波形選択回路２２に出力
するものである。

【００３６】溶滴離脱検出器１５は、溶接電流検出器１
１からの出力を微分することにより溶滴の離脱を検出
し、その溶滴離脱信号をパルス波形選択回路２２及び溶
滴形成エネルギ演算回路１６に出力するものである。溶
滴離脱時には定電圧特性の第１パルス電流IP₁ が急激に
低下するので、検出器１１からの出力を微分回路に入力
し、その微分回路から出力される微分パルス信号を検知
することにより、溶接ワイヤ先端から溶滴が離脱したこ
とを検出するように構成されている。

【００３７】溶滴形成エネルギ演算回路１６は、前記溶
滴離脱信号が与えられた時点から、溶接電流検出器１１
からの第２パルス電流信号の二乗の時間積分を開始し、
その値が溶滴形成エネルギ設定器３０から入力される溶
滴形成エネルギ設定値Ｅ_R （例えばＥ_R ＝０．６・ｋ
（IP₂ ））を示す信号の値となった時点で第２パルス時
間終了信号をパルス波形選択回路２２に出力するもので
ある。溶滴離脱信号が与えられた時点から前記終了信号
が出力されるまでの時間が第２パルス電流供給時間TP₂
となる。ここで、設定値Ｅ_R は、設定器３０によって手
動設定可能となされている一方、ワイヤ送給速度設定値
に応じてその関数として自動設定可能にもなっている。
そして、溶滴形成エネルギ演算回路１６では、予め入力
されている前述したパルスエネルギｋ（IP）と、前記第
２パルス電圧設定回路１３で定められる第２パルス電流
IP₂ とから、パルス電流値が第２パルス電流値IP₂ であ
る場合のパルスエネルギｋ（IP₂ ）が演算されるように
構成されている。

【００３８】１８は周波数設定器であり、ワイヤ送給速
度設定信号に応じてパルス周波数を設定し、そのパルス
周波数設定値を加算器２１に出力するものである。２０
は誤差増幅器であり、溶接電圧設定器１９の設定値と溶
接電圧検出器１０からの電圧検出値とが一致するように
周波数設定器１８で設定されたパルス周波数を調整すべ
く、加算器２１に電圧偏差を出力するものである。

【００３９】加算器２１は、周波数設定器１８によるパ
ルス周波数設定値に誤差増幅器２０の出力を加算して、
パルス周波数設定値を調整し、これをパルス周波数設定
回路１７に出力する。これにより、アーク長を一定に維
持するようにしている。そして、パルス周波数設定回路
１７は、加算器２１からのパルス周波数設定値に基づき
パルス周波数を決定し、そのパルス開始信号を１パルス
周期ごとにパルス波形選択回路２２に出力するものであ
る。

【００４０】そして、このパルス波形選択回路２２は、
前記パルス開始信号が入力されると、誤差増幅器２３に
第１パルス電流IP₁ の指令値を溶滴離脱信号が入力され
るまで出力する。次いで、選択回路２２は、溶滴離脱信
号が入力されると、誤差増幅器２３に第２パルス電流IP
₂ の指令値を前記溶滴形成エネルギ演算回路１６からの
第２パルス時間終了信号が入力されるまでの時間TP₂ だ
け出力し、この第２パルス時間終了信号が入力される
と、同じく誤差増幅器２３にベース電流IBの指令値をパ
ルス開始信号が入力されるまで出力する。

【００４１】誤差増幅器２３は、溶接電流検出器１１に
よる溶接電流検出値とパルス波形選択回路２２からの各
電流指令値とを比較し、その偏差を出力制御回路２４に
出力する。そして、出力制御回路２４は、誤差増幅器２
３からの偏差出力に基づいて、溶接電流検出器１１を流
れる電流値がパルス波形選択回路２２から出力される各
電流指令値に一致すべくインバータ４を制御するように
構成されている。

【００４２】以下、シールドガスとして炭酸ガスを用
い、前記構成になる溶接用電源による炭酸ガスパルスア
ーク溶接を行い、スパッタの発生量を測定・調査した。
図５はスパッタの捕集方法を説明するための斜視図であ
る。同図に示すように、幅２５ｍｍの長尺の試験板Ｍを
水平に置き、この試験板Ｍを両側から挟むようにして試
験板長手方向（溶接方向）に沿って断面がほぼコ字型の
スパッタ捕集板ＳＰをセットした。ＷＴは溶接トーチを
示す。そして、試験板Ｍをビードオンプレートで後述す
る溶接条件にて溶接し、そのとき発生したスパッタを捕
集し、秤量して１分間あたりのスパッタ発生量を求め評
価した。

【００４３】表１に発明例および比較例ごとの個別溶接
条件を示す。共通の溶接条件は、母材：ＳＭ４００、溶
接ワイヤ：ＪＩＳ ＹＧＷ−１１（銘柄ＭＧ−５０：神
戸製鋼所製）、ワイヤ直径：１．２ｍｍ、ワイヤ突出し
長さ：２０ｍｍ、溶接速度：３０ｃｍ／ｍｉｎ、であ
る。なお、発明例では、ワイヤ送給速度が１０ｍ／ｍｉ
ｎのとき、第１パルス電流値IP₁ ＝４８０Ａ，ベース電
流値IB＝１１０Ａであり、ワイヤ送給速度が１２ｍ／ｍ
ｉｎのとき、IP₁ ＝５００Ａ，IB＝１３０Ａであり、ワ
イヤ送給速度が１４ｍ／ｍｉｎのとき、IP₁ ＝５００
Ａ，IB＝１５０Ａである。また、Ｎｏ４〜６の比較例で
は、パルス電流４８０〜５００Ａ、ベース電流１１０〜
１５０Ａである。

【００４４】図４は、第２パルス電流IP₂ と溶滴形成エ
ネルギIP₂ ² ・TP₂ との関係を示す図である。同図にお
いて曲線で示される、溶滴を１パルス１溶滴移行させる
必要最小限のパルスエネルギｋ（IP）は、前記図６に示
すデータから求めたものである。図４に、前記IP₂ 及び
IP₂ ² ・TP₂ についての実施例の領域を示す。溶接結果
を表１に示す。

【００４５】

【表１】

【００４６】Ｎｏ１〜３の比較例では、非パルスの通常
の炭酸ガスアーク溶接によるものであり、スパッタ発生
量が多い。また、Ｎｏ４〜６の比較例では、矩形波パル
スを用いた従来の炭酸ガスパルスアーク溶接方法による
ものであり、ワイヤ先端溶滴と溶融池との接触短絡によ
るスパッタの発生は少なくできるものの、依然として、
前記通常の炭酸ガスアーク溶接でのスパッタ発生量の約
半分程度のスパッタが発生している。

【００４７】これ対して、Ｎｏ７〜９、Ｎｏ１０〜１
２、及びＮｏ１３〜１５の発明例は、この発明方法を用
いた炭酸ガスパルスアーク溶接を行ったものである。溶
滴形成エネルギ設定値、すなわち溶滴形成エネルギ（IP
₂ ² ・TP₂ ）を３水準に設定して溶接を行ったもので、
スパッタ発生量を従来方法に比べて半減することができ
た。

【００４８】Ｎｏ１６〜１８の比較例では、溶滴形成エ
ネルギを本発明範囲より大きくしたので、溶滴形成中に
アーク力によりワイヤ先端の溶滴が変形されやすくな
り、不安定な溶滴移行になってアーク力のために吹き飛
ばされることによるスパッタが発生し、スパッタ発生量
がＮｏ７〜１５の発明例に比べて多くなっている。一
方、Ｎｏ１９〜２１の比較例では、逆に、溶滴形成エネ
ルギを本発明範囲より小さくしたので、溶滴形成のため
のエネルギが不足し、次のパルス周期で移行させるのに
十分な溶滴が形成されず、安定した溶滴移行の持続が困
難になって、スパッタ発生量が多い。

【００４９】Ｎｏ２２〜２４の発明例は、溶滴形成エネ
ルギをワイヤ送給速度の増加につれて大きくせず一定と
した場合のものである。溶滴形成エネルギ値としてワイ
ヤ送給速度１０ｍ／ｍｉｎでの最適値を用いているの
で、Ｎｏ２３、２４では、溶滴形成エネルギ値がその各
ワイヤ送給速度における最適値から少しはずれているの
で、徐々にスパッタ発生量が増えている。

【００５０】これに対して、Ｎｏ２５〜２７の発明例で
は、溶滴形成エネルギをワイヤ送給速度の増加につれて
大きくなるように設定し、ワイヤ送給速度の増加につれ
てパルスエネルギを増加させるようにしたので、溶滴移
行がより安定した溶接を行うことができ、スパッタ発生
量を極めて少なくすることができた。

【００５１】なお、この実施例では、第１及び第２パル
ス期間での外部出力特性を定電圧特性としたが、定電流
特性としてもよい。

【００５２】

【発明の効果】以上述べたように、請求項１の発明によ
る消耗電極式ガスシールドパルスアーク溶接用電源の出
力制御方法によると、炭酸ガスパルスアーク溶接を行う
に際し、ワイヤ先端溶滴と溶融池との接触短絡によるス
パッタの発生の低減に加えて、溶滴離脱時のワイヤ先端
くびれ部分の吹き飛びによるスパッタの発生や、溶滴離
脱後の溶接ワイヤ先端での溶滴形成時の溶滴吹き飛びに
よるスパッタの発生、及び溶融池の振動による溶融池か
らのスパッタの発生をも少なくすることができ、これに
より母材や溶接トーチノズルに付着したスパッタを除去
する手間が少なくてすみ、また、溶着効率を高めること
ができる。請求項２の発明による方法によると、前記効
果に加え、溶滴移行がより安定し、スパッタの発生がよ
り少ない炭酸ガスパルスアーク溶接を行うことができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明による方法を実施するための消耗電極
式ガスシールドパルスアーク溶接用電源の一例を示すブ
ロック図である。

【図２】この発明による方法における溶接電流波形を模
式的に示す図である。

【図３】この発明に係る図であって、ワイヤ送給速度と
これに対応する最適なパルスエネルギとの関係の例を示
す図である。

【図４】この発明に係る図であって、第２パルス電流IP
₂ と溶滴形成エネルギIP₂ ² ・TP₂ との関係を示す図で
ある。

【図５】スパッタの捕集方法を説明するための斜視図で
ある。

【図６】矩形波パルスを用いた場合における溶滴を離脱
させるための、パルス電流とパルス電流供給時間との関
係の一例を示す図である。

【図７】パルス期間を定電圧特性とし、ベース期間を定
電流特性とする溶接用電源を用いて、炭酸ガスパルスア
ーク溶接を行った場合における溶接電流・溶接電圧の波
形の一例を示す図である。

【図８】従来の炭酸ガスパルスアーク溶接方法における
溶接電流波形と溶滴移行の様子とを示す図である。

【図９】炭酸ガスアーク溶接と従来の炭酸ガスパルスア
ーク溶接方法とにおけるスパッタ発生形態を示す図であ
る。

【図１０】炭酸ガスアーク溶接と従来の炭酸ガスパルス
アーク溶接方法とにおけるタイプ別のスパッタ発生頻度
を示す図である。

【図１１】くびれ部分が吹き飛ばされて、スパッタが発
生する様子を示す図である。

【図１２】溶接ワイヤ先端に形成されている溶滴が吹き
飛ばされて、スパッタが発生する様子を示す図である。

【符号の説明】

１…３相交流電力供給部 ２…第１整流回路 ４…イン
バータ ５…トランス６…第２整流回路 ８…溶接ワイ
ヤ ９…母材 １０…溶接電圧検出器 １１…溶接電流
検出器 １４…ベース電流設定回路 １５…溶滴離脱検
出器 １６…溶滴形成エネルギ演算回路 １８…周波数
設定器 １９…溶接電圧設定器 ２２…パルス波形選択
回路 ２３…誤差増幅器 ２４…出力制御回路 ２５…
ワイヤ送給速度設定器 ２８…ワイヤ送給モータ制御回
路 ２９Ａ…第１パルス電流制御回路 ２９Ｂ…第２パ
ルス電流制御回路 ３０…溶滴形成エネルギ設定器 ４
０…制御部 Ｗ…溶接ワイヤ Ｄ…溶滴 Ｋ…くびれ部
分 Ｓ…スパッタ ＷＴ…溶接トーチ Ｍ…試験板 Ｓ
Ｐ…スパッタ捕集板

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 溶接ワイヤと母材間にパルス電流とベー
   ス電流とを交互に繰り返し供給し、炭酸ガスまたは炭酸
   ガスを主成分として含む混合ガスをシールドガスとして
   用いたアークを発生させる消耗電極式ガスシールドパル
   スアーク溶接用電源の出力制御方法において、 溶接ワイヤ先端の溶滴を離脱させるための第１パルス電
   流を供給する第１パルス期間と、この第１パルス期間中
   に溶接ワイヤ先端から溶滴が離脱したことを検出したら
   前記第１パルス期間に続いて、前記第１パルス電流より
   小であって溶滴形成のための第２パルス電流を、（第２
   パルス電流値）² ×第２パルス電流供給時間で表される
   この第２パルス電流による溶滴形成エネルギが下記範囲
   で設定された溶滴形成エネルギ設定値Ｅ_R に達するまで
   供給する第２パルス期間と、これに続いてベース電流を
   供給するベース期間と、を順に繰り返す制御を行うこと
   を特徴とする消耗電極式ガスシールドパルスアーク溶接
   用電源の出力制御方法。 ０．４・ｋ（IP₂ ）≦Ｅ_R ≦０．８・ｋ（IP₂ ） ただし、ｋ（IP₂ ）は、（パルス電流値）² ×パルス電
   流供給時間で表され、溶滴を１パルス１溶滴移行させる
   必要最小限のパルスエネルギにおいて、パルス電流値が
   第２パルス電流値である場合のパルスエネルギである。
2. 【請求項２】 前記溶滴形成エネルギ設定値Ｅ_R をワイ
   ヤ送給速度の増加につれて大きくなるようにワイヤ送給
   速度の関数として設定することを特徴とする請求項１記
   載の消耗電極式ガスシールドパルスアーク溶接用電源の
   出力制御方法。