JPH09182961A - 炭酸ガスシールドパルスアーク溶接方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 ワイヤ突出し長さが従来より大きく変動する
ような場合にも、アーク長を略一定に維持し、かつ１パ
ルス１溶滴移行をその溶滴移行領域からはずれることな
く安定して行うことができ、これによってスパッタの発
生の少ない溶接物を得ること。 【解決手段】 パルス電流期間がワイヤ突出し長さに応
じて１パルス１溶滴移行をなしうる適正値になるよう
に、かつパルス周波数が従来のパルス周波数制御式アー
ク長制御に比べてその変化幅が小さくなるように、パル
ス電流期間とパルス周波数の両者を変化させる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、炭酸ガスシール
ドパルスアーク溶接方法に関し、ワイヤ突出し長さが従
来より大きく変動するような場合にも、アーク長を略一
定に維持し、かつ１パルス１溶滴移行を安定して行うこ
とができ、これによってスパッタの発生の少ない溶接物
を得られるようにした、炭酸ガスシールドパルスアーク
溶接方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】周知のように、炭酸ガスシールドパルス
アーク溶接方法（以下、炭酸ガスパルス溶接方法とい
う）は、炭酸ガス単体または炭酸ガスを主成分として含
む混合ガスをシールドガスとして用い、図１２に示すよ
うに、定速度送給される溶接ワイヤに溶接電流としてパ
ルス電流Ｉ_P とベース電流Ｉ_B とを交互に繰り返し供給
し、パルス電流を流すパルス電流期間の前半部にて溶接
ワイヤ先端の溶滴をピンチ力によって離脱させ、続いて
そのパルス電流期間の後半部にて溶接ワイヤ先端を溶融
して溶滴を形成し、ベース電流Ｉ_B を流すベース電流期
間で溶接ワイヤ先端の溶滴の整形を行い、前記パルス電
流期間後半部で形成された溶滴を次のパルス電流期間の
前半部で離脱し、移行させるようにしたものである。な
お、パルス電流期間をＴＰ、ベース電流期間をＴＢとす
ると、炭酸ガスパルス溶接方法でのパルス周波数ｆは、
ｆ＝１／（ＴＰ＋ＴＢ）で表され、溶接電流の平均値で
ある平均溶接電流Ｉ_AVは、Ｉ_AV＝（Ｉ_P ・ＴＰ＋Ｉ_B ・
ＴＢ）／（ＴＰ＋ＴＢ）で表される。

【０００３】炭酸ガスパルス溶接方法は、このようにし
て１パルスごとに１個の溶滴を溶接ワイヤ先端から離脱
し移行させる１パルス１溶滴移行を規則正しく行うこと
で、パルス電流を流さない通常の炭酸ガスシールドアー
ク溶接に比べてスパッタの発生量を減らすようにしたも
のである。

【０００４】このような炭酸ガスパルス溶接方法におい
ては、溶接母材が傾斜していることなどによってワイヤ
突出し長さ（通電チップと母材間の距離）がその標準値
より変動すると、ワイヤ突出し部分でのジュール発熱量
が変化してワイヤ溶融速度が変化し、これによってアー
ク長が変化するので、ワイヤ突出し長さの変動によるア
ーク長変動を防止して均一な溶接結果を得るためにアー
ク長制御が行われている。例えばワイヤ突出し長さが標
準値より長くなると、ジュール発熱量の増加によってワ
イヤ溶融速度が大きくなってワイヤが溶融しやすくなる
ので、平均溶接電流値を減少させることでアーク長を略
一定に維持するようにしている。

【０００５】そして従来、溶接ワイヤが定速度送給され
る炭酸ガスパルス溶接方法におけるアーク長制御には、
一般に三つのもの、すなわち、パルス周波数制御式に
よるもの、パルス幅制御式によるもの、及び、パル
ス電流期間での溶接電源の外部特性（出力電圧・電流の
関係）を定電圧特性とするものがある。

【０００６】パルス周波数制御式アーク長制御は、平均
溶接電圧の設定値と検出した溶接電圧値との電圧差に基
づいて、パルス電流期間は一定値に固定したままでベー
ス電流期間を変化させることによってパルス周波数を増
減し、これによって平均溶接電流値を制御することでワ
イヤ溶融速度とワイヤ送給速度とを一致させワイヤ突出
し長さが変動した場合にアーク長を略一定に維持するよ
うにしたものである。このアーク長制御では、溶接ワイ
ヤは定速度送給されること、ワイヤ突出し長さの変動に
伴いパルス周波数を変化させることから、ワイヤ突出し
長さが長くなってパルス周波数が低くなるにつれて１回
のパルスごとに移行させる溶滴が大きくなることにな
る。

【０００７】なお、このパルス周波数制御式アーク長制
御は、より詳しく説明すると、図１１に示すように、パ
ルス電流期間ＴＰは予め一定値に固定されており、平均
溶接電圧設定値Ｖｒとこのパルス電流期間ＴＰにおける
溶接電圧検出値との電圧差ΔＶＰと、平均溶接電圧設定
値Ｖｒとベース電流期間ＴＢにおける溶接電圧検出値と
の電圧差ΔＶＢとが等しくなるように前記ベース電流期
間ＴＢを定めるようにしたものである。したがって、図
１１の（ｂ）に示すように、ワイヤ突出し長さが標準値
より長くなった時点でアーク長が長くなり、ΔＶＰ′
（＝ΔＶＢ′）＞ΔＶＰ（＝ΔＶＢ）となってベース電
流期間が長くなり（ＴＢ′＞ＴＢ）、パルス周波数が減
少する。これにより溶接ワイヤに供給する溶接電流の平
均値を減少させることでアーク長を略一定に維持するよ
うにしている。

【０００８】一方、パルス幅制御式アーク長制御は、平
均溶接電圧の設定値と検出した溶接電圧値との電圧差に
基づいて、パルス周波数は一定値に固定したままでパル
ス電流期間を増減し、これによって平均溶接電流値を制
御することでワイヤ突出し長さが変動した場合にアーク
長を略一定に維持するようにしたものである。また、パ
ルス電流期間での溶接電源の外部出力特性を定電圧特性
とする方式によるアーク長制御は、溶接電源によるアー
クの自己制御作用によってパルス電流を変化させてアー
ク長を略一定に維持するようにしたものである。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】ところが前記〜の
いずれかにてアーク長制御を行う従来の炭酸ガスパルス
溶接方法では、溶接母材が傾斜していることなどによっ
てワイヤ突出し長さ（その標準値は、代表的ワイヤ径
１．２ｍｍの溶接ワイヤでは例えば２０ｍｍ）が１５〜
２５ｍｍの範囲より大きく増減変動する場合、スパッタ
の発生量が大幅に増加するという欠点があった。

【００１０】以下、このことについて説明する。図７〜
図９は、炭酸ガスパルス溶接においてワイヤ突出し長さ
を１５ｍｍ、２０ｍｍ、及び２５ｍｍにした場合におけ
る１パルス１溶滴移行の安定領域を示す図である。炭酸
ガスをシールドガスとし、ワイヤ径１．２ｍｍでＹＧＷ
−１１（ＪＩＳ）相当の溶接ワイヤを使用し、ワイヤ送
給速度は１０ｍ／ｍｉｎである。

【００１１】図７〜図９より、安定した炭酸ガスパルス
溶接が行え、スパッタの発生が少ない１パルス１溶滴移
行の安定領域は、ワイヤ突出し長さが長くなるに伴って
パルス電流期間が短くなる側にシフトすることがわか
る。ここでパルス電流期間を一定値に固定しパルス周波
数を変化させる従来のパルス周波数制御式アーク長制御
について検討した場合、図８に示すワイヤ突出し長さ標
準値２０ｍｍにおける１パルス１溶滴移行の安定領域か
ら、パルス電流を５００Ａ、パルス電流期間を１０ｍｓ
に設定すると、ワイヤ突出し長さが１５ｍｍのときは、
図７に示すように、安定領域内であってもｎパルス１溶
滴移行領域（ｎ≧２）に極めて近い条件であり、逆にワ
イヤ突出し長さが２５ｍｍのときは、図９に示すよう
に、安定領域内であっても１パルスｎ溶滴移行領域（ｎ
≧２）に近い条件となる。

【００１２】すなわち、従来のパルス周波数制御式アー
ク長制御では、アーク長を略一定に維持し、かつスパッ
タの発生が少ない１パルス１溶滴移行を安定して行うこ
とができるときのワイヤ突出し長さの範囲は、せいぜい
１５〜２５ｍｍ程度の範囲であり、狭いことがわかる。
そしてこのパルス周波数制御式アーク長制御を行う炭酸
ガスパルス溶接方法では、ワイヤ突出し長さの変動に伴
うパルス周波数の変化が大きいので、特にワイヤ突出し
長さが３０ｍｍ程度と長くなってパルス周波数が低下し
た場合、１回のパルスごとに移行させる溶滴が大粒化
し、この溶接ワイヤ先端に形成された大粒の溶滴と溶融
池との接触短絡が生じやすくなったり、溶接ワイヤ先端
に形成された大粒の溶滴がアークの力で変形して吹き飛
ばされやすくなったりして、スパッタの発生量が多くな
る。

【００１３】一方、前述したパルス幅制御式アーク長制
御を行う炭酸ガスパルス溶接方法では、パルス周波数を
一定値に固定しパルス電流期間を変化させて平均溶接電
流値を増減制御するようにしたものであるから、例えば
ワイヤ突出し長さが３０ｍｍ程度と長くなって平均溶接
電流値を減らすためにパルス電流期間が短くなり過ぎ、
その短いパルス電流期間では溶滴離脱後の溶滴形成が十
分にできなくなり、１パルス１溶滴移行の安定領域から
はずれて溶滴移行現象が不安定になり、これによりスパ
ッタ発生量が多くなる。

【００１４】また、前述したパルス電流期間を定電圧特
性とする方式によるアーク長制御を行う炭酸ガスパルス
溶接方法では、溶接電源によるアークの自己制御作用を
利用してパルス電流を変化させてアーク長を略一定に維
持するようにしたものであるから、ワイヤ突出し長さが
大きく増減変動する場合、パルス電流の値が溶滴の離脱
と溶滴離脱後の溶滴形成とに適した値からはずれてしま
い、その結果、１パルス１溶滴移行の安定領域からはず
れて溶滴移行現象が不安定になり、これによりスパッタ
発生量が多くなる。

【００１５】そこでこの発明は、ワイヤ突出し長さが従
来より大きく変動するような場合にも、アーク長を略一
定に維持し、かつ１パルス１溶滴移行をその溶滴移行領
域からはずれることなく安定して行うことができ、これ
によってスパッタの発生の少ない溶接物を得られるよう
にした、炭酸ガスシールドパルスアーク溶接方法を提供
することを課題とする。

【００１６】

【課題を解決するための手段】前記の課題を解決するた
めのこの発明による炭酸ガスシールドパルスアーク溶接
方法は、炭酸ガス単体または炭酸ガスを主成分として含
む混合ガスをシールドガスとして用い、定速度送給され
る溶接ワイヤに溶接電流としてパルス電流とベース電流
とを交互に繰り返し供給して溶接を行う炭酸ガスシール
ドパルスアーク溶接方法において、ワイヤ送給速度設定
値に対して標準ワイヤ突出し長さにおいて所定関数関係
を持つパルス電流期間基準値を設定するパルス電流期間
基準値設定手段と、前記ワイヤ送給速度設定値に対して
標準ワイヤ突出し長さにおいて所定関数関係を持つ平均
溶接電流基準値を設定する平均溶接電流基準値設定手段
とを設け、前記平均溶接電流基準値設定手段によって設
定された前記平均溶接電流基準値と検出した平均溶接電
流検出値とを比較し、その電流差に基づいて、前記パル
ス電流期間基準値設定手段によって設定された前記パル
ス電流期間基準値を修正してパルス電流期間を定め、こ
の修正設定したパルス電流期間にてパルス電流を通電す
るとともに、平均溶接電圧設定値と前記パルス電流期間
における溶接電圧検出値との電圧差と、前記平均溶接電
圧設定値とベース電流期間における溶接電圧検出値との
電圧差とが等しくなるように前記ベース電流期間を定め
ることによってパルス周波数を増減し、これによって平
均溶接電流値を制御してワイヤ突出し長さがその標準ワ
イヤ突出し長さより変動した場合にアーク長を略一定に
維持するアーク長制御を行うことを特徴とするものであ
る。

【００１７】前述したように、従来のパルス周波数制御
式アーク長制御を行う炭酸ガスパルス溶接方法では、パ
ルス電流期間が一定値に固定されているため、スパッタ
の発生が少ない１パルス１溶滴移行を安定して行うこと
ができるときのワイヤ突出し長さの範囲は、ワイヤ径
１．２ｍｍでは１５〜２５ｍｍ程度と狭い。そこでこの
範囲よりワイヤ突出し長さが大きく変動するような場合
にも、アーク長を略一定に維持し、かつ１パルス１溶滴
移行を安定して行うことができるようにするためには、
パルス電流期間がワイヤ突出し長さに応じて１パルス１
溶滴移行をなしうる適正値になるように、かつパルス周
波数が従来のパルス周波数制御式アーク長制御に比べて
その変化幅が小さくなるように、パルス電流期間とパル
ス周波数の両者を変化させるようにすればよい。

【００１８】図１０は、炭酸ガスパルス溶接において各
方式によるアーク長制御を行う場合におけるワイヤ突出
し長さとパルス周波数との関係を示す図である。炭酸ガ
スをシールドガスとし、ワイヤ径１．２ｍｍでＹＧＷ−
１１（ＪＩＳ）相当の溶接ワイヤを使用し、ワイヤ送給
速度は１０ｍ／ｍｉｎ、パルス電流は５００Ａである。
同図中、△印はパルス電流期間一定のパルス周波数制御
式アーク長制御を行う場合のものであり、□印はパルス
周波数一定のパルス幅制御式アーク長制御を行う場合の
ものである。○印は、本発明に係るものであって、ワイ
ヤ突出し長さ２０ｍｍのときのパルス周波数は、パルス
電流期間の値を、前記図８に示される１パルス１溶滴移
行の安定領域におけるパルス電流５００Ａに対応する線
上のほぼ中心（中央）における値としたときのものであ
る。ワイヤ突出し長さ１５ｍｍのときのパルス周波数
は、パルス電流期間の値を同様にして前記図７から得た
値としたときのものであり、またワイヤ突出し長さ２５
ｍｍのときのパルス周波数は、パルス電流期間の値を同
様にして前記図９から得た値としたときのものである。
なお、これら以外のワイヤ突出し長さが１０ｍｍ、３０
ｍｍ及び３５ｍｍについてのパルス電流期間の値は、前
記図７〜図９の場合と同様にして実験によって求めた。

【００１９】前記図１０から容易にわかるように、ワイ
ヤ突出し長さに応じて、１パルス１溶滴移行が行われる
ようにパルス電流期間の値を適正に設定し、この適正化
されたパルス電流期間に基づいてパルス周波数を増減す
るアーク長制御を行うことにより、従来のパルス周波数
制御式アーク長制御を行う場合に比べてワイヤ突出し長
さの変動によるパルス周波数の変化幅を小さくすること
ができる。これにより、ワイヤ突出し長さが３０ｍｍ程
度と長くなったとき、パルス周波数の低下を小さくで
き、スパッタ発生量を少なくできる。

【００２０】この発明による炭酸ガスパルス溶接方法に
おいては、ワイヤ送給速度設定値Ｗｒが与えられると、
パルス電流期間基準値設定手段は、予め入力されている
ワイヤ送給速度とパルス電流期間との関係を表す関数か
ら、ワイヤ送給速度設定値Ｗｒに対して、標準ワイヤ突
出し長さＬｒにおいて１パルス１溶滴移行を安定になし
うるときのパルス電流期間基準値ＴＰｒを設定する。ま
た、平均溶接電流基準値設定手段は、予め入力されてい
るワイヤ送給速度と平均溶接電流との関係を表す関数か
ら、ワイヤ送給速度設定値Ｗｒに対して、標準ワイヤ突
出し長さＬｒにおける平均溶接電流基準値Ｉｒを設定す
る。

【００２１】そして、前記ワイヤ送給速度設定値Ｗｒで
溶接中の現在のワイヤ突出し長さの値Ｌｄを推定するた
めに、ワイヤ送給速度設定値Ｗｒでの標準ワイヤ突出し
長さＬｒにおける前記平均溶接電流基準値Ｉｒと検出し
た平均溶接電流検出値Ｉｄとを比較してその電流差ΔＩ
（＝Ｉｄ−Ｉｒ）を求める。しかる後、この電流差ΔＩ
に基づいて、前記パルス電流期間基準値ＴＰｒを修正し
て現在のワイヤ突出し長さＬｄにおいて１パルス１溶滴
移行を安定になしうるパルス電流期間ＴＰを定める。

【００２２】このようにして修正設定したパルス電流期
間ＴＰにてパルス電流を通電し、このパルス電流期間Ｔ
Ｐに基づいてパルス周波数を増減するアーク長制御を行
うことにより、ワイヤ突出し長さが従来より大きく変動
するような場合にも、アーク長を略一定に維持し、かつ
１パルス１溶滴移行をその溶滴移行領域からはずれるこ
となく安定して行うことができ、これによってスパッタ
の発生の少ない溶接物が得られる。

【００２３】

【発明の実施の形態】図１はこの発明による溶接方法を
実施するための炭酸ガスシールドパルスアーク溶接電源
の一例を示すブロック図である。

【００２４】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、トランジス
タをスイッチング素子として用いたインバータ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になっている。

【００２５】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３０に与えられる。溶接ワイヤ
８はワイヤ送給モータ１２で駆動されるワイヤ送給ロー
ラ１３によって母材９に向けて定速度送給され、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１４は、ワイヤ送給速度
設定器１５から与えられるワイヤ送給速度設定値Ｗｒに
基づき送給モータ１２の回転速度を制御するものであ
る。

【００２６】制御部３０は、インバータ４をスイッチン
グ制御して、パルス電流を供給するパルス電流期間とベ
ース電流を供給するベース電流期間とを交互に繰り返し
て溶接を行うためのものである。なおこの例の溶接電源
の出力特性は、パルス電流期間を定電圧特性とし、ベー
ス電流期間は定電流特性としている。

【００２７】以下、前記制御部３０の構成について説明
する。パルス電流設定回路１６は、ワイヤ送給速度設定
器１５から入力されたワイヤ送給速度設定値Ｗｒに対し
て、その設定値Ｗｒの値に比例して予め定められたパル
ス電流を設定し、このパルス電流の信号をパルス波形選
択回路１８に出力する。同様にベース電流設定回路１７
は、ワイヤ送給速度設定器１５から入力されたワイヤ送
給速度設定値Ｗｒに対して、その設定値Ｗｒの値に比例
して予め定められたベース電流を設定し、このベース電
流の信号をパルス波形選択回路１８に出力する。

【００２８】周波数設定器１９は、ワイヤ送給速度設定
器１５から入力されたワイヤ送給速度設定値Ｗｒに対し
て、その設定値Ｗｒの値に比例して予め定められたパル
ス周波数基準値を設定し、これを加算器２０に出力す
る。アーク長制御を行うための誤差増幅器２１は、溶接
電圧設定器２２からの平均溶接電圧設定値Ｖｒと後述す
るパルス電流期間補正部４０によって修正設定されるパ
ルス電流期間ＴＰにおける溶接電圧検出値との電圧差
と、平均溶接電圧設定値Ｖｒとベース電流期間における
溶接電圧検出値との電圧差とが等しくなるように前記ベ
ース電流期間を定めることによって前記パルス周波数基
準値を増減調整すべく、加算器２０に信号を出力するも
のである。

【００２９】この加算器２０は、周波数設定器１９から
出力された前記パルス周波数基準値に誤差増幅器２１の
出力を加算して、パルス周波数基準値を増減調整する。
これにより、アーク長を略一定に維持するアーク長制御
がなされる。パルス周波数設定回路２３は、加算器２０
からの増減調整後のパルス周波数基準値に基づき１周期
ごとにパルス周波数を決定し、その１周期ごとのパルス
開始信号をパルス波形選択回路１８に出力する。

【００３０】パルス波形選択回路１８は、パルス周波数
設定回路２３からパルス開始信号が与えられると、パル
ス電流設定回路１６で設定されたパルス電流を誤差増幅
器２４に対して電流設定値として出力し、後述するパル
ス電流期間補正部４０によって設定されたパルス電流期
間ＴＰが経過すると、次のパルス開始信号が入力される
までの間、ベース電流設定回路１７で設定されたベース
電流を誤差増幅器２４に対して電流設定値として出力す
る。

【００３１】誤差増幅器２４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１８からの前
記電流設定値とを比較し、その偏差を出力制御回路２５
に出力する。そして、出力制御回路２５は、誤差増幅器
２４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１８から出力される
電流設定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。

【００３２】図２は図１に示すパルス電流期間補正部の
構成例を示すブロック図であり、以下、パルス電流期間
補正部４０について説明する。

【００３３】図２において、４１は関数発生器などで構
成されるパルス電流期間基準値設定回路で、ワイヤ送給
速度設定器１５からのワイヤ送給速度設定値Ｗｒに対し
て、標準ワイヤ突出し長さＬｒにおいて１パルス１溶滴
移行を安定になしうるときのパルス電流期間基準値ＴＰ
ｒを自動設定し、この基準値ＴＰｒを加算器４２に与え
るものである。

【００３４】より具体的に説明すると、図３は、標準ワ
イヤ突出し長さＬｒ（＝２０ｍｍ）での炭酸ガスパルス
溶接における、ワイヤ送給速度と１パルス１溶滴移行を
安定になしうるときのパルス電流期間との関係を実験に
より求めた一例である。炭酸ガスをシールドガスとし、
ワイヤ径１．２ｍｍでＹＧＷ−１１相当の溶接ワイヤを
使用し、パルス電流は５００Ａである。図３に示すよう
に、パルス電流期間はワイヤ送給速度の増加に伴い短く
なる傾向にある。パルス電流期間基準値設定回路４１で
は、入出力関係が図３に示す関係になるように、パルス
電流期間がワイヤ送給速度の関数として定められてお
り、図３から例えばワイヤ送給速度設定値Ｗｒ＝１２ｍ
／ｍｉｎのとき、パルス電流期間基準値ＴＰｒは１２ｍ
ｓに設定されるようになっている。

【００３５】４３は関数発生器などで構成される平均溶
接電流基準値設定回路で、ワイヤ送給速度設定器１５か
らのワイヤ送給速度設定値Ｗｒに対して、標準ワイヤ突
出し長さＬｒにおける平均溶接電流基準値Ｉｒを自動設
定し、これを比較器４４に与えるものである。

【００３６】より具体的に説明すると、図４は、標準ワ
イヤ突出し長さＬｒ（＝２０ｍｍ）での炭酸ガスパルス
溶接における、ワイヤ送給速度と平均溶接電流との関係
を実験により求めた一例である。炭酸ガスをシールドガ
スとし、ワイヤ径１．２ｍｍでＹＧＷ−１１相当の溶接
ワイヤを使用し、パルス電流は５００Ａである。図４に
示すように、平均溶接電流は当然ながらワイヤ送給速度
に比例して増加する。平均溶接電流基準値設定回路４３
では、入出力関係が図４に示す関係になるように、平均
溶接電流がワイヤ送給速度の関数として定められてお
り、図４から例えばワイヤ送給速度設定値Ｗｒ＝１２ｍ
／ｍｉｎのとき、平均溶接電流基準値Ｉｒは２９５Ａに
設定されるようになっている。

【００３７】そしてワイヤ送給速度設定値Ｗｒで溶接中
の現在のワイヤ突出し長さの値を推定するために、この
ようにして設定された平均溶接電流基準値Ｉｒと平均溶
接電流検出回路４５によって検出された平均溶接電流Ｉ
ｄとを比較器４４で比較し、比較器４４は、その電流差
ΔＩ（＝Ｉｄ−Ｉｒ）を後述する変換回路４７に与え
る。

【００３８】４６は関数発生器などで構成される変換係
数設定回路である。この変換係数設定回路４６は、現在
のワイヤ突出し長さが標準ワイヤ突出し長さＬｒより変
動している場合、前記電流差ΔＩに基づいて、前記パル
ス電流期間基準値ＴＰｒを修正して現在のワイヤ突出し
長さにおいて１パルス１溶滴移行を安定になしうるパル
ス電流期間ＴＰを定めるため、ワイヤ送給速度設定器１
５からのワイヤ送給速度設定値Ｗｒに対して、前記電流
差ΔＩをパルス電流期間修正量ΔＴＰに変換するための
変換係数ｋの値を自動設定し、これを変換回路４７に与
えるものである。

【００３９】より具体的に説明すると、図５は、炭酸ガ
スパルス溶接において、ワイヤ送給速度と、ワイヤ突出
し長さが標準値Ｌｒ（＝２０ｍｍ）より変動した場合の
平均溶接電流の変化量（Ａ）との関係、及び、ワイヤ送
給速度と、ワイヤ突出し長さが標準値Ｌｒ（＝２０ｍ
ｍ）より変動した場合のパルス電流期間を１パルス１溶
滴移行を安定になしうる適正値とするための修正量（ｍ
ｓ）との関係を実験により求めた一例である。縦軸の平
均溶接電流の変化量は、標準値Ｌｒでの平均溶接電流
（つまり前記平均溶接電流基準値Ｉｒ）との差の値であ
る。また縦軸のパルス電流期間の修正量は、標準値Ｌｒ
でのパルス電流期間（つまり前記パルス電流期間基準値
ＴＰｒ）からの差の値である。図５は、炭酸ガスをシー
ルドガスとし、ワイヤ径１．２ｍｍでＹＧＷ−１１相当
の溶接ワイヤを使用し、パルス電流は５００Ａでの溶接
結果から得たものである。

【００４０】図５によると、ワイヤ送給速度の増加に伴
いワイヤ突出し長さの変動による平均溶接電流の変化量
が大きくなり、一方、パルス電流期間の修正量は小さく
なっている。つまり、低ワイヤ送給速度側では、ワイヤ
突出し長さの変動による平均溶接電流の変化が小さいに
もかかわらず、パルス電流期間を１パルス１溶滴移行を
安定になしうる適正値とするための修正量は大きくなっ
ている。

【００４１】この図５から、図６に示すように、平均溶
接電流の単位変化量（１アンペア）に対するパルス電流
期間の単位修正量（１ｍｓ）を表す変換係数ｋを、ワイ
ヤ送給速度に応じて求めることができる。変換係数設定
回路４６では、入出力関係が図６に示す関係になるよう
に、変換係数ｋがワイヤ送給速度の関数として定められ
ており、図６から例えばワイヤ送給速度設定値Ｗｒ＝１
２ｍ／ｍｉｎのとき、変換係数ｋは０．０３ｍｓ／Ａに
設定されるようになっている。

【００４２】なお、設定される変換係数ｋの値がその適
正値より大きい場合、パルス電流期間を増減変化させす
ぎて従来のパルス幅制御式アーク長制御に近くなり、１
パルス１溶滴移行領域からはずれてしまうことになる。
逆に、変換係数ｋの値がその適正値より小さい場合、パ
ルス電流期間が変化が小さくて従来のパルス周波数制御
式アーク長制御に近くなり、パルス周波数が大きく変化
して前述したようにスパッタ発生量が多くなってしまう
ことになる。

【００４３】さて、前記設定された変換係数ｋと前記比
較器４４からの前記電流差ΔＩとが変換回路４７に与え
られ、変換回路４７はパルス電流期間修正量ΔＴＰをΔ
ＴＰ＝ｋ・ΔＩにより求め、この修正量ΔＴＰを前記加
算器４２に与える。加算器４２は、前記修正量ΔＴＰと
前記パルス電流期間基準値ＴＰｒとを受けて、この基準
値ＴＰｒを修正してパルス電流期間ＴＰ（＝ＴＰｒ＋Δ
ＴＰ）を求め、これを前述したパルス波形選択回路１８
に与える。これによってこのパルス電流期間ＴＰにてパ
ルス電流が通電されるとともに、前述したようにこの期
間ＴＰに基づいてパルス周波数を増減するアーク長制御
が行われる。

【００４４】なお、現在のワイヤ突出し長さ＞標準ワイ
ヤ突出し長さＬｒのときは、平均溶接電流検出値Ｉｄ＜
平均溶接電流基準値Ｉｒであるから、前記電流差ΔＩお
よび前記修正量ΔＴＰは負の値となり、パルス電流期間
ＴＰは、前記基準値ＴＰｒより小なる値に修正設定さ
れ、逆に、現在のワイヤ突出し長さ＜標準ワイヤ突出し
長さＬｒのときは、パルス電流期間ＴＰは基準値ＴＰｒ
より大なる値に修正設定される。また、現在のワイヤ突
出し長さ＝標準ワイヤ突出し長さＬｒのときは、当然な
がら電流差ΔＩ＝ゼロとなり、パルス電流期間ＴＰ＝基
準値ＴＰｒとなる。

【００４５】このようにして、パルス電流期間ＴＰがワ
イヤ突出し長さに応じて１パルス１溶滴移行をなしうる
適正値になるように、かつパルス周波数が従来のパルス
周波数制御方式による方法に比べてその変化が小さくな
るように、パルス電流期間ＴＰとパルス周波数の両者を
変化させるアーク長制御が行われるように構成されてい
る。

【００４６】

【実施例】以下、この発明の炭酸ガスパルス溶接方法に
よるビードオンプレート溶接を実施し、ワイヤ突出し長
さを１０〜３０ｍｍの範囲にわたって変化させた場合の
スパッタ発生量を調べて、スパッタ発生が少ないワイヤ
突出し長さの範囲を調べた。比較のため、従来のパルス
幅制御式アーク長制御を行う炭酸ガスパルス溶接方法、
及び、従来のパルス周波数制御式アーク長制御を行う炭
酸ガスパルス溶接方法についても調べた。結果を表１に
示す。

【００４７】なお、溶接条件は、シールドガス：炭酸ガ
ス単体、溶接ワイヤ：ＹＧＷ−１１（ＪＩＳ），ワイヤ
直径１．２ｍｍ、溶接母材：ＳＭ−４９０、ワイヤ送給
速度設定値Ｗｒ：１２ｍ／ｍｉｎ、ワイヤ突出し長さ標
準値Ｌｒ：２０ｍｍ、パルス電流期間基準値ＴＰｒ：１
２ｍｓ、パルス電流Ｉ_P ：５００Ａ、とした。変換係数
ｋは図６に示すものを用いた。表１に示すスパッタ発生
量以外の各値は、波形記録装置などを用いて測定した。

【００４８】

【表１】

【００４９】Ｎｏ．１〜Ｎｏ．５の従来のパルス幅制御
式アーク長制御を行う炭酸ガスパルス溶接方法では、ワ
イヤ突出し長さを１０〜３０ｍｍの範囲で変化させた場
合、パルス周波数が４５Ｈｚ一定のため、パルス電流期
間ＴＰが１８．５から６．６ｍｓと大きく変化する。こ
のため、標準ワイヤ突出し長さ２０ｍｍからの変動幅が
大きくなると１パルス１溶滴移行領域から外れてスパッ
タ発生量が多くなり、スパッタ発生が少ないワイヤ突出
し長さの範囲は、１５〜２０ｍｍであった。

【００５０】Ｎｏ．６〜Ｎｏ．１０の従来のパルス周波
数制御式アーク長制御を行う炭酸ガスパルス溶接方法で
は、ワイヤ突出し長さを１０〜３０ｍｍの範囲で変化さ
せた場合、パルス電流期間ＴＰが１２ｍｓ一定のため、
パルス周波数が７０．４から３１．７Ｈｚと大きく変化
する。このため、１パルス１溶滴移行を行うという点に
関してはパルス幅制御式アーク長制御によるものに比べ
てその範囲が広いものの、移行する溶滴の大きさが極端
に変わり、ワイヤ突出し長さが３０ｍｍ程度になると、
溶滴が大きくなって短絡によるスパッタ発生量が多い。
スパッタ発生が少ないワイヤ突出し長さの範囲は、１５
〜２５ｍｍであった。

【００５１】これに対してＮｏ．１１〜Ｎｏ．１５の本
発明による炭酸ガスパルス溶接方法では、ワイヤ突出し
長さを１０〜３０ｍｍの範囲で変化させた場合、パルス
電流期間ＴＰがワイヤ突出し長さに応じて１パルス１溶
滴移行をなしうる適正値に自動設定され（１３．６〜１
０．５ｍｓ）、かつパルス周波数の変化範囲は従来のパ
ルス周波数制御式アーク長制御による方法に比べて小さ
くなっており（６２．５〜３４．８Ｈｚ）、スパッタ発
生が少ないワイヤ突出し長さの範囲を、１０〜３０ｍｍ
と従来より拡大することができた。

【００５２】

【発明の効果】以上述べたように、この発明による炭酸
ガスシールドパルスアーク溶接方法によると、パルス電
流期間がワイヤ突出し長さに応じて１パルス１溶滴移行
をなしうる適正値になるように、かつパルス周波数が従
来のパルス周波数制御式アーク長制御に比べてその変化
幅が小さくなるように、パルス電流期間とパルス周波数
の両者を変化させるようにしたものであるから、ワイヤ
突出し長さが従来より大きく変動するような場合にも、
アーク長を略一定に維持し、かつ１パルス１溶滴移行を
その溶滴移行領域からはずれることなく安定して行うこ
とができ、これによってスパッタの発生の少ない溶接物
を得ることができ、溶接母材や溶接トーチに付着したス
パッタを除去する手間が少なくてすむ。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明による溶接方法を実施するための炭酸
ガスシールドパルスアーク溶接電源の一例を示すブロッ
ク図である。

【図２】図１に示すパルス電流期間補正部の構成例を示
すブロック図である。

【図３】標準ワイヤ突出し長さでの炭酸ガスパルス溶接
における、ワイヤ送給速度と１パルス１溶滴移行を安定
になしうるときのパルス電流期間との関係を示す図であ
る。

【図４】標準ワイヤ突出し長さでの炭酸ガスパルス溶接
における、ワイヤ送給速度と平均溶接電流との関係を示
す図である。

【図５】炭酸ガスパルス溶接において、ワイヤ送給速度
と、ワイヤ突出し長さが標準値より変動した場合の平均
溶接電流の変化量との関係、及び、ワイヤ送給速度と、
ワイヤ突出し長さが標準値より変動した場合のパルス電
流期間を１パルス１溶滴移行を安定になしうる適正値と
するための修正量との関係を示す図である。

【図６】ワイヤ送給速度と変換係数との関係を示す図で
ある。

【図７】炭酸ガスパルス溶接においてワイヤ突出し長さ
を１５ｍｍにした場合における１パルス１溶滴移行の安
定領域を示す図である。

【図８】炭酸ガスパルス溶接においてワイヤ突出し長さ
を２０ｍｍにした場合における１パルス１溶滴移行の安
定領域を示す図である。

【図９】炭酸ガスパルス溶接においてワイヤ突出し長さ
を２５ｍｍにした場合における１パルス１溶滴移行の安
定領域を示す図である。

【図１０】炭酸ガスパルス溶接において各方式によるア
ーク長制御を行う場合におけるワイヤ突出し長さとパル
ス周波数との関係を示す図である。

【図１１】パルス周波数制御式アーク長制御の説明図で
ある。

【図１２】炭酸ガスパルス溶接の説明図である。

【符号の説明】

１…３相交流電力供給部 ２…第１整流回路 ３…平滑
用コンデンサ ４…インバータ ５…トランス ６…第
２整流回路 ７…リアクトル 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 １２
…ワイヤ送給モータ １３…ワイヤ送給ローラ １４…
ワイヤ送給モータ制御回路 １５…ワイヤ送給速度設定
器 １６…パルス電流設定回路 １７…ベース電流設定
回路１８…パルス波形選択回路 １９…周波数設定器
２０…加算器 ２１…誤差増幅器 ２２…溶接電圧設定
器 ２３…パルス周波数設定回路 ２４…誤差増幅器２
５…出力制御回路 ３０…制御部 ４０…パルス電流期
間補正部 ４１…パルス電流期間基準値設定回路 ４２
…加算器 ４３…平均溶接電流基準値設定回路 ４４…
比較器 ４５…平均溶接電流検出回路 ４６…変換係数
設定回路 ４７…変換回路

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 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シールドガスとして用い、定速度送
   給される溶接ワイヤに溶接電流としてパルス電流とベー
   ス電流とを交互に繰り返し供給して溶接を行う炭酸ガス
   シールドパルスアーク溶接方法において、 ワイヤ送給速度設定値に対して標準ワイヤ突出し長さに
   おいて所定関数関係を持つパルス電流期間基準値を設定
   するパルス電流期間基準値設定手段と、前記ワイヤ送給
   速度設定値に対して標準ワイヤ突出し長さにおいて所定
   関数関係を持つ平均溶接電流基準値を設定する平均溶接
   電流基準値設定手段とを設け、前記平均溶接電流基準値
   設定手段によって設定された前記平均溶接電流基準値と
   検出した平均溶接電流検出値とを比較し、その電流差に
   基づいて、前記パルス電流期間基準値設定手段によって
   設定された前記パルス電流期間基準値を修正してパルス
   電流期間を定め、この修正設定したパルス電流期間にて
   パルス電流を通電するとともに、平均溶接電圧設定値と
   前記パルス電流期間における溶接電圧検出値との電圧差
   と、前記平均溶接電圧設定値とベース電流期間における
   溶接電圧検出値との電圧差とが等しくなるように前記ベ
   ース電流期間を定めることによってパルス周波数を増減
   し、これによって平均溶接電流値を制御してワイヤ突出
   し長さがその標準ワイヤ突出し長さより変動した場合に
   アーク長を略一定に維持するアーク長制御を行うことを
   特徴とする炭酸ガスシールドパルスアーク溶接方法。