JPWO2018043626A1 - アーク溶接制御方法 - Google Patents

Abstract

アーク溶接を行う短絡溶接期間（Ｔｓ）とパルス溶接を行うパルス溶接期間（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う消耗電極式のアーク溶接制御方法であって、冷却期間（Ｔｎ）における溶接電流（Ｉ）の出力を０にする。

Description

本発明は、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、溶接出力制御を行うアーク溶接制御方法に関する。

近年、自転車やバイク、自動車のフレーム溶接において、外観意匠性の高さから、美しい波目状の溶接ビード（以下、うろこビード、とする）が求められている。うろこビードを得るためには、母材への入熱量を制御し、ビード形状を制御する。この方法として、溶接電流や溶接電圧などの溶接条件を数Ｈｚ程度の周期でピーク条件とピーク条件よりも低いベース条件とを周期的に変化させながら溶接を行う、ローパルス溶接がある（例えば、特許文献１参照）。ピーク条件とベース条件の入熱差を利用し、異なる板厚の溶接における溶け落ちや融合不良を抑制できる。

しかし、ローパルスに用いる、消耗電極式のアーク溶接法においては、代表的なものに、短絡溶接とパルス溶接があり実用されているが、それぞれに欠点がある。

まず、短絡溶接は、溶接ワイヤが母材と短絡するため、アークによる母材への入熱が低く、凸形状の溶接ビードの生成、融合不良の発生を招きやすい。また、アーク長が短いため、溶接ワイヤ先端の溶滴がアーク期間中に成長することで、微小短絡などの不規則な短絡によるスパッタの発生が多い。次に、パルス溶接は、臨界電流を超える一定電流によるスプレー移行に比較すると低入熱であるが、安定なパルス移行を維持するために、長いアーク長が必要である。このため、アンダーカットの発生や、入熱を低減することができずに薄板溶接やギャップ溶接において溶け落ちの発生を招きやすい。

上記の欠点を抑制する手段として、短絡移行期間とパルス移行期間を交互に繰り返すように制御するアーク溶接方法が提案されている（例えば、特許文献１参照）。また、短絡溶接におけるスパッタ低減する方法として、溶接ワイヤの送給を制御し、正送と逆送とを繰り返す方法が提案されている（例えば、特許文献２参照）。

特開昭６２−２７９０８７号公報 特開２００７−２１６２６８号公報

短絡溶接期間とパルス溶接期間とを交互に繰り返すことを特徴とする消耗電極式アーク溶接方法において、消耗電極である溶接ワイヤを短絡溶接期間とパルス溶接期間で、各々一定送給するアーク溶接方法では、短絡溶接期間において短絡の開放時にスパッタが生じ易い。

特許文献２は、短絡溶接において、溶接ワイヤを正送、逆送する溶接制御方法である。短絡溶接期間にこの方法を用いることで、溶接ワイヤの短絡の検出に応じて溶接ワイヤを逆送、短絡を機械的に開放することが可能となり、短絡開放時の電流を低減でき、スパッタの発生を低減できる。

しかし、短絡溶接期間とパルス溶接期間の切替わり時に溶接ワイヤの送給制御および／または溶接電流の電流制御の不連続が生じてしまうため、溶接が不安定になりスパッタが生じる、うろこビードの外観が不均一になるといった課題がある。

また、波目が明瞭なうろこビード外観を得るために、高入熱の溶接条件と低入熱の溶接条件の入熱差を大きくする必要がある。しかし、高入熱の溶接条件において入熱量を大きくすると、溶け落ちが発生しやすくなり、低入熱の溶接条件において入熱量を小さくすると、アーク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、本発明の一態様のアーク溶接制御方法は、短絡アーク溶接を行う短絡溶接期間とパルス溶接を行うパルス溶接期間と冷却期間とを順に繰り返すサイクルにて溶接を行う消耗電極式のアーク溶接制御方法であって、冷却期間において溶接電流の出力を０にするアーク溶接制御方法である。

本発明の一態様のアーク溶接制御方法は、上記に加えて、冷却期間において、さらに、溶接電圧の出力を０にするアーク溶接制御方法であることとしてもよい。

本発明の一態様のアーク溶接制御方法は、上記に加えて、短絡溶接期間における消耗電極式の溶接ワイヤの送給を正送と逆送とを予め決められた周期で繰り返し、パルス溶接期間における溶接ワイヤの送給を一定の送給速度に制御するアーク溶接制御方法であることとしてもよい。

本発明の一態様のアーク溶接制御方法は、上記に加えて、短絡溶接期間における正送と逆送とを予め決められた周期で繰り返す溶接ワイヤの平均送給速度を、パルス溶接期間の一定送給速度まで次第に増加させるアーク溶接制御方法であることとしてもよい。

本発明の一態様のアーク溶接制御方法は、上記に加えて、短絡溶接期間における正送と逆送とを予め決められた周期で繰り返す溶接ワイヤの平均送給速度を、パルス溶接期間の一定送給速度まで増加させ保持するアーク溶接制御方法であることとしてもよい。

本発明の一態様のアーク溶接制御方法は、上記に加えて、短絡溶接期間における溶接ワイヤの送給開始から短絡検出までの時間に応じて、短絡開始溶接期間を調整してパルス溶接期間の周期を一定にするアーク溶接制御方法であることとしてもよい。

本発明の一態様のアーク溶接制御方法は、上記に加えて、短絡開始溶接期間の調整は、溶接ワイヤの平均送給速度の傾きを制御することにより行うアーク溶接制御方法であることとしてもよい。

本発明の一態様のアーク溶接制御方法は、上記に加えて、短絡開始溶接期間の調整は、溶接ワイヤの増加する平均送給速度から一定送給速度に切り替わる屈曲点を変更することにより行うアーク溶接制御方法であることとしてもよい。

本発明の一態様のアーク溶接制御方法は、上記に加えて、短絡溶接期間は、直前のトーチＳＷ信号がＯＮにされてから所定期間の経過後まで継続され、短絡溶接期間における正送と逆送とを予め決められた周期で繰り返す溶接ワイヤの平均送給速度を、パルス溶接期間の一定送給速度まで増加させて、サイクルにおけるパルス溶接期間とパルス溶接期間との周期であるパルス溶接期間の周期を一定にするアーク溶接制御方法であることとしてもよい。

本発明の一態様のアーク溶接制御方法は、上記に加えて、パルス溶接期間と冷却期間の間に第２の短絡溶接期間を設け、第２の短絡溶接期間の終了時に溶接ワイヤを被溶接物に短絡させる短絡溶接を行い、短絡溶接期間における溶接ワイヤの送給開始から短絡検出までの時間に応じて、パルス溶接期間の周期が一定になるように、第２の短絡溶接期間を調整するアーク溶接制御方法であることとしてもよい。

本発明の一態様のアーク溶接制御方法は、上記に加えて、第２の短絡溶接期間における溶接ワイヤの送給を正送と逆送とを予め決められた周期で繰り返し、正送と逆送とを予め決められた周期で繰り返す溶接ワイヤの平均送給速度を、次第に減少させるアーク溶接制御方法であることとしてもよい。

本発明の一態様のアーク溶接制御方法は、上記に加えて、冷却期間は、１０ｍｓｅｃ以上、２５０ｍｓｅｃ以下であるアーク溶接制御方法であることとしてもよい。

本発明の一態様のアーク溶接制御方法は、上記に加えて、サイクルを複数回繰り返す連続溶接における溶接区間の途中の冷却期間の時間長より、溶接開始時の冷却期間の時間長が小さいアーク溶接制御方法であることとしてもよい。

短絡溶接期間とパルス溶接期間と冷却期間とを順に繰り返して行う消耗電極式のアーク溶接制御方法であって、入熱量の低い短絡溶接と、入熱量の高いパルス溶接と、入熱量が０である冷却期間とを繰り返す。このことで、幅広い入熱制御が可能となり、精密なビード形状制御を行うことができ、波目が明瞭な美しい外観のうろこビードが実現できる。

本発明の実施の形態１における溶接ワイヤの送給速度Ｗと溶接電圧Ｖと溶接電流Ｉと溶滴移行状態Ｄを示す図 本発明の実施の形態１におけるアーク溶接装置の概略構成を示す図 本発明の実施の形態１における溶接ワイヤの送給速度Ｗと溶接電圧Ｖと溶接電流Ｉと溶滴移行状態Ｄを示す図 本発明の実施の形態２における溶接電流Ｉと溶滴移行状態Ｄを示す図 本発明の実施の形態２における溶接電流Ｉと溶滴移行状態Ｄを示す図 本発明の実施の形態２における溶接ワイヤの送給速度Ｗと溶接電圧Ｖと溶接電流Ｉを示す図 本発明の実施の形態２における溶接ビード外観を示す図 本発明の実施の形態２における溶接ビード外観を示す図 本発明の実施の形態３におけるトーチＳＷ信号と溶接電圧Ｖと溶接電流Ｉを示す図 本発明の実施の形態４における溶接ワイヤの送給速度Ｗと溶接電圧Ｖと溶接電流Ｉと溶滴移行状態Ｄを示す図 本発明の実施の形態５における冷却期間Ｔｎに応じたうろこビードの明瞭さ、および欠陥発生を示す図

以下、本発明の実施の形態について、図１から図１１を用いて説明する。

（実施の形態１）
まず、本実施の形態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１６は、消耗電極である溶接ワイヤ１８と被溶接物である母材１７との間で、アーク状態と短絡状態とを繰り返して溶接を行う。

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。

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。

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を計時して、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。

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する。

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の溶接出力により、溶接ワイヤ１８と被溶接物である母材１７との間にアーク１９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１６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。短絡溶接期間Ｔｓとパルス溶接期間Ｔｐと冷却期間Ｔｎを繰り返すアーク溶接における、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と被溶接物である母材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、短絡溶接を行う。次に、予め短絡溶接設定部２３により設定された所定の時間Ｔｓを経過すると、制御切替部９が短絡溶接からパルス溶接に切り替える。その後、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、ピーク電流とベース電流を繰り返しながらパルス溶接開始時点Ｐｓｔ（Ｐｓｔ１、Ｐｓｔ２）よりパルス溶接を行う。そして、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を経過すると、制御切替部９がパルス溶接から冷却期間に切り替える。冷却期間設定部２５により設定された所定の時間Ｔｎの間、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。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つのサイクルとして、順に繰り返すことでうろこビードを形成する。

このとき、短絡溶接期間Ｔｓとパルス溶接期間Ｔｐと冷却期間Ｔｎとを組み合わせて行う順番は、図１に図示するように、入熱量の高いパルス溶接期間Ｔｐの後に入熱量が０である冷却期間Ｔｎを設ける。このことで、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、波目状が明瞭なうろこ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の出力を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までの周期を、パルス溶接期間の周期Ｐｃとし、この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をパルス溶接期間Ｔｐの前に設ける。このことで、パルス溶接期間Ｔｐ切り替え時にアーク直下に溶融地が形成され、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１に図示するように、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が出力され、一定送給速度Ｗ１で、溶接ワイヤ１８が母材１７と短絡し電流検出するまで送給される。電流検出後の、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１は送給波形が正弦波の場合であるが、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１の（ａ）から（ｅ）に示す。（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。（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、ピーク電流とベース電流を繰り返しながら、溶滴移行状態は（ｃ）に示すように溶接ワイヤ先端の溶滴を離脱させている。そして、パルス溶接期間Ｔｐが終了した冷却期間Ｔｎでは、（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、(ｅ)に示すように溶接ワイヤ１８が母材１７と接触して電流検出し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では消滅し、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、本発明の短絡溶接期間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１に図示するように、短絡溶接期間Ｔｓにおける溶接電流Ｉと送給速度Ｗは刻々と変化させている。特に、送給速度の平均送給速度は、パルス溶接期間Ｔｐの溶接条件の設定送給量に近づくよう次第に増加させている。また、図３の送給速度Ｗに図示するように、短絡溶接期間Ｔｓ中に、短絡溶接期間Ｔｓの平均送給速度Ｗｓは、パルス送給速度Ｗｐと同じ一定送給速度に到達したのち保持しても良い。このときの平均送給速度Ｗｓが一定送給速度に到達する屈曲点をＷｃとする。パルス溶接に切り替わる前に予め平均送給速度Ｗｓがパルス送給速度Ｗｐに到達するよう屈曲点Ｗｃを短絡溶接期間中Ｔｓに制御することで、切り替え時の溶接ワイヤ１８の送給速度Ｗや溶接電流Ｉの不連続が起こることなく、円滑に切り替えることができ、スパッタ発生の低減、アークの安定化に繋がる。

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うことにより、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。

（実施の形態２）
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。以下、本発明の実施の形態２について、図４を用いて説明する。図４は、本発明の実施の形態２における溶接電流Ｉと溶滴移行状態Ｄを示す。本発明の実施の形態１と異なる点は、短絡溶接期間Ｔｓを直前の冷却期間Ｔｎの時間に応じて変化させる点である。

パルス溶接期間Ｔｐ終了時の溶接ワイヤ先端の溶滴移行状態Ｄは、図４の（１）に示す状態もあれば（２）に示す状態の場合もあり、溶接現象によってばらつく。そのため、溶接ワイヤ先端と母材１７までの距離はＷＤ１、ＷＤ２のように常に一定でない。そのため、次のサイクルの短絡溶接に切り替える指令を実行した時点であり、溶接ワイヤ１８の送給を開始して短絡溶接を開始する短絡溶接開始時点Ｗｓｔから、溶接ワイヤ先端と母材１７が接触して溶接電流を検出する時点であり短絡の電流が検出される電流検出時点Ｅｄまでの時間Ｔｎ１、Ｔｎ２のようにばらつきが生じる。これにより、短絡溶接を開始するタイミングが遅れ、その後のパルス溶接に切り替えるタイミングも遅れてしまい、パルス溶接開始時点Ｐｓｔ２ａがＰｓｔ２ｂとなり、パルス溶接開始時点Ｐｓｔ１から次のサイクルのパルス溶接開始時点Ｐｓｔ２（Ｐｓｔ２ａ、Ｐｓｔ２ｂ）までのパルス溶接期間の周期Ｐｃが一定でなくなる。図４の（１）と（２）の場合を比較すると、Δｔの時間だけパルス溶接期間の周期Ｐｃが変動してしまう。

図７、図８に図示するように、うろこビードは、高入熱であるパルス溶接期間Ｔｐに円状のビードを形成し、パルス溶接よりも入熱量の低い短絡溶接期間Ｔｓと入熱量０である冷却期間Ｔｎにより冷却され、これを繰り返すことで波目状のうろこが形成される。図４のようにパルス溶接期間の周期Ｐｃが変動すると、図７に図示するような粗密のある不均一な波目状のうろこビードとなり外観を損なう。

そこで、パルス溶接期間の周期Ｐｃを常に一定にするために、短絡溶接期間Ｔｓを直前の冷却期間の時間に応じて変化させることで均一なうろこビードを形成できる。例えば、図５に示すように、（１）の場合であれば、短絡溶接期間Ｔｓの短絡開始溶接期間Ｔｓａ１は、短絡溶接開始時点Ｗｓｔから電流検出時点Ｅｄまでの時間Ｔｎ１との和が短絡溶接期間Ｔｓとなるように制御する。また、（２）の場合であれば、短絡溶接期間Ｔｓの短絡開始溶接期間Ｔｓａ２は、短絡溶接開始時点Ｗｓｔから電流検出時点Ｅｄまでの時間Ｔｎ２との和が短絡溶接期間Ｔｓとなるように制御する。つまり、図５の（１）の場合と（２）の場合とで、短絡溶接期間Ｔｓの時間長は等しい。これにより、溶滴移行状態Ｄがパルス溶接期間Ｔｐ終了時の溶接ワイヤ先端と母材１７までの距離ＷＤ１やＷＤ２のように変動した場合でも、パルス溶接開始時点Ｐｓｔ１から次のサイクルのパルス溶接開始時点Ｐｓｔ２（Ｐｓｔ２ａ）までのパルス溶接期間の周期Ｐｃを常に一定に制御できる。

このとき、図５に図示するように短絡溶接開始時点Ｗｓｔから電流検出時点Ｅｄまでの時間Ｔｎ１の変動を、短絡溶接期間Ｔｓ中の短絡開始溶接期間Ｔｓａ１，Ｔｓａ２を調整する事で吸収するため、変動が大きい場合に短絡溶接期間中Ｔｓの溶接ワイヤ１８の送給速度が、パルス溶接期間Ｔｐ中の一定送給速度に到達しなくなるおそれがある。これを防止するために、図６に示すように、短絡溶接期間Ｔｓ中の溶接ワイヤ１８の平均送給速度の傾きＫｓを、パルス溶接開始時点Ｐｓｔ１までにパルス溶接期間Ｔｐ中の一定送給速度に到達させるように変化させることとしてもよい。これにより、切り替わり時の溶接ワイヤ１８の送給速度の不連続を起こすことなく、パルス溶接期間の周期Ｐｃを常に一定に制御することができる。または、図６の増加する平均送給速度から一定送給速度に切り替わる屈曲点をＷｃａ、Ｗｃｂのように変更することで、切り替わり時の溶接ワイヤ１８の送給速度の不連続を起こすことなく、図８に示すような均一な波目状のうろこビードを形成できる。

（実施の形態３）
本実施の形態３において、実施の形態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。以下、本発明の実施の形態３について、図９を用いて説明する。図９は、本発明の実施の形態３における、トーチＳＷ（スイッチ）信号と送給速度Ｗと溶接電圧Ｖと溶接電流Ｉを示す。本発明の実施の形態１、２と異なる点は、うろこ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に切り替える点である。

実施の形態２で記載したように、図４のように溶接ワイヤ先端と母材１７までの距離ＷＤがばらつくと、図７のような不均一なうろこビードが形成されるため、図９に図示するように、トーチＳＷ信号ＯＮ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ＯＦＦ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。これにより、溶接ワイヤ１８と母材１７の距離がばらつき、溶接ワイヤ１８の送給開始時点Ｗｓｔから電流検出時点Ｅｄまでの時間が変動しても、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が常に一定となるため、図８に示すような均一な波目状のうろこ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。

（実施の形態４）
本実施の形態４において、実施の形態１、２、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。以下、本発明の実施の形態４について、図１０を用いて説明する。図１０は、本発明の実施の形態４における、溶接ワイヤ１８の送給速度Ｗと溶接電圧Ｖと溶接電流Ｉと溶滴移行状態Ｄを示す。本発明の実施の形態１、２、３と異なる点は、パルス溶接期間Ｔｐと冷却期間Ｔｎの間にパルス溶接期間Ｔｐの後に続く短絡溶接期間である第２の短絡溶接期間Ｔｓｅを設ける点である。すなわち、パルス溶接期間Ｔｐ前の短絡溶接期間Ｔｓｓとパルス溶接期間Ｔｐとパルス溶接期間Ｔｐ後の第２の短絡溶接期間Ｔｓｅと冷却期間Ｔｎを１つのサイクルとして順に繰り返して溶接を行う。

第２の短絡溶接期間Ｔｓｅでは、短絡溶接期間Ｔｓｓと同様に、溶接ワイヤ１８は、予め決められた振幅および周波数をもって正送及び逆送を繰り返しながら送給されてもよい。

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先端と母材１７までの距離ＷＤを短くすることができ、冷却期間Ｔｎの変動を小さくすることができる。図１０の溶滴移行状態Ｄの（ｄ）に図示するように、パルス溶接期間Ｔｐ終了時の溶接ワイヤ先端と母材１７までの距離ＷＤ１と比較して、第２の短絡溶接期間Ｔｓｅ終了後の溶接ワイヤ先端と母材１７までの距離ＷＤ２は短い。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で冷却期間Ｔｎの時間長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うろこビードを形成できる。このとき、第２の短絡溶接期間Ｔｓｅの溶接ワイヤ１８の平均送給速度は、傾きＫｅで次第に減少させてもよい。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。この第２の短絡溶接期間Ｔｓｅにおいて、短絡とアークを交互に繰り返す周期を１周期とした場合、１から５周期程度で第２の短絡溶接期間Ｔｓｅが終了となるような、平均送給速度の傾きＫｅで減少させるように制御する。第２の短絡溶接期間Ｔｓｅが大きすぎると、入熱量が増加してしまい、うろこビードの波目が明瞭でなくなる。

上述のように、短絡溶接期間Ｔｓｓとパルス溶接期間Ｔｐと第２の短絡溶接期間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うろこビードを形成することができる。

なお、第２の短絡溶接期間Ｔｓｅの時間長は、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、短絡溶接期間Ｔｓｓおよび／または第２の短絡溶接期間Ｔｓｅの時間長に応じて、調整されてもよい。第２の短絡溶接期間Ｔｓｅの時間長に応じて、平均送給速度の傾きＫｅを変化させてもよい。

（実施の形態５）
本実施の形態５において、実施の形態１、２、３、４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。以下、本発明の実施の形態５について図１および図１１を用いて説明する。図１１は、図１における、冷却期間Ｔｎを変化させたときの、うろこビードの明瞭さと欠陥発生を示す。本発明の実施の形態１、２、３、４と異なる点は、冷却期間Ｔｎの時間を変化させてうろこビードの明瞭さを変化させる点である。

冷却期間Ｔｎは、図１１に示すように長いほど冷却効果が大きくなる。しかし、２５０ｍｓを超えると冷却期間が長すぎて、言い換えると溶接電流の停止期間が長すぎて、冷却度合いが大きくなり、冷却量が大きくなるため、相対的に溶融金属の凝固速度が大きくなることで、アルミ溶接において溶融金属中にある気孔の放出が妨げられ、溶接欠陥となるピットやブローホールが発生してしまう。

また、冷却期間Ｔｎが１０ｍｓ未満では冷却効果が小さく、うろこビードの波目が不明瞭になる。したがって、冷却期間Ｔｎは１０ｍｓ以上かつ２５０ｍｓ以下であるのが望ましい。この範囲の中で、例えば、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、または、短絡溶接期間Ｔｓとパルス溶接期間Ｔｐと第２の短絡期間Ｔｓｅと冷却期間Ｔｎとを順に繰り返すサイクルを複数回繰り返すなどの連続溶接における溶接区間の途中は冷却期間Ｔｎを大きくして冷却効果を高め、うろこビードを明瞭に調整し、溶接開始時は、母材１７に入熱が入り難いため、溶接区間の途中の冷却期間Ｔｎより冷却期間を小さくして冷却効果を低減することが望ましく、溶接開始時の入熱量を相対的に高めることが出来る。

例えば、連続溶接における溶接区間の途中の冷却時間に対して、溶接開始時の冷却時間は２０％以上、６０％以下と小さいのが好ましく、より好ましくは３０％以上、５０％以下である。溶接区間の途中の冷却時間に対して、溶接開始時の冷却時間が２０％より小さいと、溶接開始時における冷却効果が小さくなりすぎて入熱量が過剰になり、溶接開始時のうろこビードが不明瞭になる。

また、６０％を越えると溶接開始時における相対的に冷却性が高すぎて入熱量が不足してしまい、溶接開始時のビード馴染みが悪くなる。以上により、さらにビードの馴染みの良化、溶込みの増加を実現できる。

なお、実施の形態２，３，４に開示された仕組みを適用して、冷却期間Ｔｎの変動を短絡溶接期間の調整により吸収させて、パルス溶接の周期Ｐｃを一定に維持することとしてもよい。

本発明は、短絡溶接期間とパルス溶接期間と冷却期間とを繰り返して行う消耗電極式のアーク溶接制御方法であって、冷却期間において入熱量を０にすることにより、幅広い入熱制御を可能とする。また、短絡溶接期間における溶接ワイヤの送給速度を正送及び逆送させることで、短絡溶接期間及び短絡溶接期間からパルス溶接期間に切り替わる際のスパッタ発生を低減させ、アーク安定性を維持しながら、ビード形状を精密に制御することができ、消耗電極式の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 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 パルス溶接設定部
２５ 冷却期間設定部

Claims (13)

1. 短絡アーク溶接を行う短絡溶接期間とパルス溶接を行うパルス溶接期間と冷却期間とを順に繰り返すサイクルにて溶接を行う消耗電極式のアーク溶接制御方法であって、
   前記冷却期間において溶接電流の出力を０にするアーク溶接制御方法。
2. 前記冷却期間において、さらに、溶接電圧の出力を０にする請求項１記載のアーク溶接制御方法。
3. 前記短絡溶接期間における前記消耗電極式の溶接ワイヤの送給を正送と逆送とを予め決められた周期で繰り返し、
   前記パルス溶接期間における前記溶接ワイヤの送給を一定の送給速度に制御する請求項１または２記載のアーク溶接制御方法。
4. 前記短絡溶接期間における正送と逆送とを予め決められた周期で繰り返す前記溶接ワイヤの平均送給速度を、
   パルス溶接期間の一定送給速度まで次第に増加させる請求項３に記載のアーク溶接制御方法。
5. 前記短絡溶接期間における正送と逆送とを予め決められた周期で繰り返す前記溶接ワイヤの平均送給速度を、パルス溶接期間の一定送給速度まで増加させ保持する請求項３または４に記載のアーク溶接制御方法。
6. 前記短絡溶接期間における溶接ワイヤの送給開始から短絡検出までの時間に応じて、短絡開始溶接期間を調整してパルス溶接期間の周期を一定にする請求項１から５のいずれかに記載のアーク溶接制御方法。
7. 前記短絡開始溶接期間の調整は、溶接ワイヤの平均送給速度の傾きを制御することにより行う請求項６記載のアーク溶接制御方法。
8. 前記短絡開始溶接期間の調整は、溶接ワイヤの増加する平均送給速度から一定送給速度に切り替わる屈曲点を変更することにより行う請求項６記載のアーク溶接制御方法。
9. 前記短絡溶接期間は、
   直前のトーチＳＷ信号がＯＮにされてから所定期間の経過後まで継続され、前記短絡溶接期間における正送と逆送とを予め決められた周期で繰り返す溶接ワイヤの平均送給速度を、パルス溶接期間の一定送給速度まで増加させて、前記サイクルにおける前記パルス溶接期間と前記パルス溶接期間との周期であるパルス溶接期間の周期を一定にする請求項１から８のいずれか１項に記載のアーク溶接制御方法。
10. 前記パルス溶接期間と前記冷却期間の間に第２の短絡溶接期間を設け、前記第２の短絡溶接期間に溶接ワイヤを被溶接物に短絡させる短絡溶接を行い、前記短絡溶接期間における前記溶接ワイヤの送給開始から短絡検出までの時間に応じて、パルス溶接期間の周期が一定になるように、前記第２の短絡溶接期間を調整する請求項１記載のアーク溶接制御方法。
11. 前記第２の短絡溶接期間における前記溶接ワイヤの送給を正送と逆送とを予め決められた周期で繰り返し、正送と逆送とを予め決められた周期で繰り返す前記溶接ワイヤの平均送給速度を、次第に減少させる請求項１０記載のアーク溶接制御方法。
12. 前記冷却期間は、１０ｍｓｅｃ以上、２５０ｍｓｅｃ以下である請求項１から１１のいずれか１項に記載のアーク溶接制御方法。
13. 前記サイクルを複数回繰り返す連続溶接における溶接区間の途中の前記冷却期間の時間長より、溶接開始時の前記冷却期間の時間長が小さい請求項１から１２のいずれかに記載のアーク溶接制御方法。