WO2010109759A1 - 溶接制御方法 - Google Patents

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voltage
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current
setting
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佐藤公哉
向井康士
川本篤寛
中川晶
古和将
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パナソニック株式会社
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    • B23K9/00—Arc welding or cutting
    • B23K9/16—Arc welding or cutting making use of shielding gas
    • B23K9/173—Arc welding or cutting making use of shielding gas and of a consumable electrode
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
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    • B23K9/00—Arc welding or cutting
    • B23K9/06—Arrangements or circuits for starting the arc, e.g. by generating ignition voltage, or for stabilising the arc
    • B23K9/073—Stabilising the arc
    • B23K9/0735—Stabilising of the arc length
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
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    • B23K9/09—Arrangements or circuits for arc welding with pulsed current or voltage
    • B23K9/091—Arrangements or circuits for arc welding with pulsed current or voltage characterised by the circuits
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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    • B23K9/00—Arc welding or cutting
    • B23K9/095—Monitoring or automatic control of welding parameters

Definitions

  • the present invention relates to a welding control method of arc welding in which welding is performed by generating an arc between a welding wire which is a consumable electrode and a base material which is an object to be welded.
  • the protruding length of the wire changes and the arc length changes due to the gap between the workpieces.
  • the arc length also changes due to hand movement of the welding operator. Since the arc length changes due to such disturbances, the welding quality can not be improved.
  • the lowering inclination is generally about 1 V to 3 V / 100 A, but depending on the welding method or welding wire, it may be 0 V / 100 A or may be lowered at an inclination of about 10 V / 100 A.
  • the difference between the welding output voltage and the welding setting voltage is used to increase or decrease at least one of the base current and the peak current (See, for example, Patent Document 1). If the arc becomes unstable by this control method, that is, if the welding output voltage largely fluctuates due to disturbance, the pulse frequency is changed by increasing or decreasing the base current or peak current to correct the large fluctuation amount. It can be suppressed. Thereby, the arc length can be stabilized, irregular short circuit occurrence can be suppressed, and sputtering can be suppressed.
  • this output control method there is a problem that it takes time to restore the original arc length.
  • the welding control method of the present invention is a welding control method of a welding apparatus having an output characteristic of a predetermined inclination indicating a relationship between a welding output voltage and a welding output current, and according to a difference between an initial welding set voltage and a welding output voltage Control the welding output voltage to be the target welding setting voltage by setting the target welding setting voltage higher than the initial welding setting voltage or setting the target welding setting voltage lower than the initial welding setting voltage It has composition.
  • the welding control method of the present invention is a welding control method of a welding apparatus having an output characteristic of a predetermined inclination indicating a relationship between a welding output voltage and a welding output current, and a pulse immediately before a pulse at a certain point in time during welding.
  • Set a target welding setting voltage higher than the initial welding setting voltage or set a target lower than the initial welding setting voltage according to the difference between the welding output voltage and a plurality of pulse welding output voltages output before the immediately preceding pulse By setting the welding set voltage, the welding output voltage is controlled to be the target welding set voltage.
  • the welding control method of the present invention is a welding control method of a welding apparatus having an output characteristic with a predetermined inclination indicating a relationship between a welding output voltage and a welding output current, and a difference between an initial welding set current and a welding output current According to the target welding setting current higher than the initial welding setting current, or by setting the target welding setting current lower than the initial welding setting current, the welding output current becomes the target welding setting current. It has a configuration to control.
  • the arc length can be stabilized at an early stage with respect to the change of the arc length generated by the disturbance, and the stable droplet transfer can be performed.
  • irregular short circuit occurrence can be suppressed and spattering can be suppressed, whereby productivity improvement and welding quality improvement can be realized.
  • FIG. 1 is a schematic configuration view showing a welding apparatus to which a welding control method according to an embodiment of the present invention is applied.
  • FIG. 2 is a diagram showing output characteristics of a welding current and a welding voltage in the embodiment of the present invention.
  • FIG. 3 is a diagram showing other output characteristics of welding current and welding voltage in the embodiment of the present invention.
  • FIG. 4 is a diagram showing a welding current waveform according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 5 is a diagram showing output characteristics of the conventional welding current and welding voltage.
  • FIG. 1 is a schematic configuration view showing an example of a welding apparatus to which a welding control method according to an embodiment of the present invention is applied.
  • Welding apparatus 1 shown in FIG. 1 includes a storage unit 7 storing output characteristics as a mathematical expression, an initial condition setting unit 8 for setting an initial welding condition and the like, an output characteristic stored in storage unit 7 and a welding voltage detection unit An output characteristic setting unit 6 that sets an output characteristic based on the output from the welding current detection unit 4 and the output from the initial condition setting unit 8, and the output control unit 2 based on the output of the output characteristic setting unit 6 And a driving command unit 5 for driving the vehicle.
  • output control unit 2 performs output control such as inverter control or thyristor control in response to a signal from drive command unit 5, whereby a distance between torch 11 and base material 12 is obtained. Voltage and current are supplied to the welding wire 9, the arc 13 is generated between the welding wire 9 supplied from the wire feeding device 10 to the torch 11, and the base material 12, and the base material 12 is welded.
  • FIG. 2 is a diagram showing output characteristics of a welding current and a welding voltage when welding is performed by the welding control method in the present embodiment.
  • FIG. 3 is a diagram showing other output characteristics of welding current and welding voltage in the present embodiment. 2 and 3, the initial welding set current is A1, and the initial welding set voltage is V1. The initial welding set current and the initial welding set voltage are set by the operator operating the welding apparatus by the initial condition setting unit 8 provided in the welding apparatus.
  • the output characteristic A, the output characteristic B and the output characteristic C in FIG. 2 and the output characteristic D and the output characteristic E in FIG. 3 show the output characteristic of the welding device 1.
  • the output characteristic A is a linear output characteristic passing through the initial welding set current A1 and the initial welding set voltage V1, and is a basic output characteristic.
  • the output characteristic B and the output characteristic C, and the output characteristic D and the output characteristic E indicate output characteristics in a state in which the basic output characteristic A is translated, as described later.
  • the output characteristic is stored as a mathematical expression in the storage unit 7 provided in the welding apparatus, and the segment is changed by the output characteristic setting unit 6 to be translated without changing the inclination. .
  • the arc characteristic K1, the arc characteristic K2, the arc characteristic K3 and the arc characteristic K4 respectively indicate the relation between the current and the voltage in the case of arc length L1, arc length L2, arc length L3 and arc length L4. It is shown.
  • the arc length L1 is an arc length in the case of the initial welding set current and the initial welding set voltage set by the operator, and is taken as an appropriate arc length.
  • the arc length L2 is shorter than the arc length L1.
  • the arc length L3 is longer than the arc length L2 and shorter than the arc length L1.
  • the arc length L4 is longer than the arc length L2 and the arc length L3 and shorter than the arc length L1.
  • the arc characteristic K1, the arc characteristic K5, the arc characteristic K6 and the arc characteristic K7 respectively indicate the relation between the current and the voltage in the case of arc length L1, arc length L5, arc length L6 and arc length L7. It is shown.
  • the arc length L1 is an arc length in the case of the initial welding set current and the initial welding set voltage set by the operator, as in FIG. 2, and this is taken as an appropriate arc length.
  • the arc length L5 is longer than the arc length L1.
  • the arc length L6 is shorter than the arc length L5 and longer than the arc length L1.
  • the arc length L7 is shorter than the arc length L5 and the arc length L6 and longer than the arc length L1.
  • a welding control method of the present embodiment will be described. Basically, it is fundamental to perform welding with an appropriate arc length by controlling the welding output so as to obtain the initial welding set current and the initial welding set voltage. However, when the arc length is not appropriate due to some influence, control as described later is performed to make the arc length early an appropriate arc length.
  • the welding output current has substantially the same value as the initial welding set current A1, and the welding output voltage is welded at the substantially same value as the initial welding set voltage V1 (appropriate arc length L1 and From the state P1 which is the intersection of the output characteristic A and the arc characteristic K1 when the arc length is shortened (a short arc length L2) due to disturbance such as camera shake, for example. It moves to the state P2 which is an intersection point. As a result, the welding output current increases from A1 to A2, and the welding output voltage decreases from V1 to V2.
  • the arc length is from an appropriate arc length L1 based on the arc characteristic K1 to an arc length L2 based on the arc characteristic K2 shorter than the arc length L1.
  • the target welding set voltage is increased according to the difference between the initial welding set voltage V1 and the welding output voltage V2 which is lower than the initial welding set voltage V1. That is, the output characteristics are translated. And welding output is controlled so that it may become target welding set voltage.
  • the heat input is positively given to the welding portion including the wire 6 to increase the melting of the wire 6 so that the arc length L1 can be promptly set. Do.
  • the target welding set voltage may be a value obtained by increasing the difference between the initial welding set voltage V1 and the welding output voltage from the initial welding set voltage V1.
  • the value may be larger than the initial welding set voltage V1 by an amount smaller than the difference between the initial welding set voltage V1 and the welding output voltage.
  • the value may be larger than the initial welding set voltage V1 by an amount larger than the difference between the initial welding set voltage V1 and the welding output voltage.
  • the state P2 on the output characteristic A is transferred to the state P3 via the state P3 'on the output characteristic B.
  • the welding output current increases from A2 to A3 and the welding output voltage increases from V2 to V3 '.
  • the arc length increases in a short time from L2 to L3 which is longer than L2, and approaches the arc length L1 in the proper state P1.
  • V4 V1 + ⁇ V4
  • the state P3 on the output characteristic B is transferred to the state P4 via the state P4 'on the output characteristic C. Therefore, the welding output current decreases from A3 to A4, and the welding output voltage increases from V3 'to V4'.
  • the arc length increases in a short time from L3 to L4, which is longer than L3, and further approaches the arc length L1 of the proper state P1.
  • the output characteristic is compared with the output characteristic A to the output characteristic B and the output characteristic C a plurality of times as compared with the case of FIG.
  • the arc length L1 of the proper state P1 can be restored more quickly.
  • the welding output current has substantially the same value as the initial welding set current A1, and the welding output voltage is welded at the substantially same value as the initial welding set voltage V1 (appropriate arc length From L1), for example, when the arc length is increased due to disturbance such as camera shake (long arc length L5), state P1 which is the intersection of output characteristic A and arc characteristic K1 to output characteristic A and arc characteristic K5 To the state P7, which is the point of intersection with the As a result, the welding output current decreases from A1 to A5, and the welding output voltage increases from V1 to V5.
  • the arc length is from an appropriate arc length L1 based on the arc characteristic K1 to an arc length L5 based on the arc characteristic K5 longer than the arc length L1.
  • the target welding set voltage is lowered according to the difference between the initial welding set voltage V1 and the welding output voltage V5 higher than that. That is, the output characteristics are translated. And welding output is controlled so that it may become target welding set voltage.
  • the heat input to the welding portion including the wire 6 is positively suppressed to reduce the melting of the wire 6, and the arc length L1 can be set early.
  • the target welding set voltage may be a value reduced from the initial welding set voltage V1 by the difference between the initial welding set voltage V1 and the welding output voltage.
  • the value may be smaller than the initial welding set voltage V1 by an amount smaller than the difference between the initial welding set voltage V1 and the welding output voltage.
  • the value may be smaller than the initial welding set voltage V1 by an amount larger than the difference between the initial welding set voltage V1 and the welding output voltage.
  • Change from A to output characteristic D As a result, the state P7 on the output characteristic A is transferred to the state P8 via the state P8 'on the output characteristic D. Therefore, the welding output current decreases from A5 to A6, and the welding output voltage decreases from V5 to V6 '.
  • the arc length shortens in a short time from L5 to L6 which is shorter than L5, and approaches the arc length L1 in the proper state P1.
  • the state P8 on the output characteristic D is transferred to the state P9 via the state P9 'on the output characteristic E. Therefore, the welding output current increases from A6 to A7, and the welding output voltage decreases from V6 'to V7'.
  • the arc length shortens in a short time from L6 to L7 which is shorter than L6, and further approaches the arc length L1 of the proper state P1.
  • the output characteristic is compared with the output characteristic A to the output characteristic D and the output characteristic E a plurality of times as compared with the case of FIG.
  • the arc length L1 of the proper state P1 can be restored more quickly.
  • the target welding set voltage when the welding output voltage is higher than the initial welding set voltage, the target welding set voltage is changed to a lower direction, and the welding output voltage is initially If lower than the welding set voltage, the target welding set voltage is changed to a higher direction.
  • the welding device has an output characteristic with a predetermined slope indicating the relationship between the welding output voltage and the welding output current.
  • the above control is applied to pulse arc welding, and the welding setting voltage is increased according to the difference between the pulse welding voltage output immediately before the pulse at a certain point in time and the welding voltage output of the plurality of pulses output before the last pulse.
  • the direction or the welding set voltage may be changed to a lower direction.
  • a plurality of welding pulses are output during welding, but when a certain pulse is output, the waveform of the certain pulse is determined during welding, and the welding output is controlled to output the waveform. ing.
  • the average voltage of the immediately preceding pulse is compared with the average voltage of 10 pulses immediately before that pulse, and if the averaged voltage of the immediately preceding pulse is low, This is the same as the case of changing from the state P1 to the state P2 in FIG. 2, so as described above, the setting voltage is increased to move to the state P3. Then, thereby, the arc length is positively lengthened from the shortened arc length L2 to the arc length L3, and as described above, the parallel shift of the output characteristics is repeated, whereby the arc length L1 is promptly restored. You may do so.
  • the average voltage of the immediately preceding one pulse is high, the opposite control to the low voltage may be performed.
  • control may be performed to change the magnitude of at least one of the base current and the peak current along with the change of the welding set voltage.
  • the pulse period is about 10 msec (the pulse frequency is about 100 Hz), and the pulse width is about 2.0 msec. Even if each of them changes greatly, the pulse period is ⁇ 2 msec, the pulse width is ⁇ 0.4 msec, and only ⁇ 20% changes.
  • the time for which the base current flows is 8 msec, the magnitude of the base current changes by 80% when adjusted. And, it is possible to change 100% when the peak current flows time together, and it is possible to greatly change the welding voltage, which is effective for the early adjustment of the arc length.
  • the next pulse peak current is increased by ⁇ IP when the target welding setting voltage is increased by the next pulse, or
  • the base current is increased by ⁇ IB, or both the next pulse peak current and the next base current are increased.
  • the target welding set voltage is changed according to the difference between the initial welding set voltage and the welding output voltage.
  • the target welding set according to the difference between the initial welding set current and the welding output current The output characteristics may be changed in the direction of increasing the current or in the direction of decreasing the welding set current.
  • the arc length is not constant due to the occurrence of positional deviation of the work or when the precision of the work is not good, and the arc length is not constant and changes.
  • the arc length is stabilized early, and the stable droplet transfer is enabled. That is, even if the arc length becomes unstable due to the disturbance, the arc length can be returned to the original proper arc length at an early stage in a state where the droplet transfer is stabilized, so that a good bead can be obtained. .
  • irregular short circuit occurrence can be suppressed and spattering can be suppressed, whereby productivity improvement and welding quality improvement can be realized.
  • the welding control method of the present invention since the arc length can be stabilized at an early stage in the state of stable droplet transfer, irregular short circuit occurrence can be suppressed and spatter can be suppressed. Therefore, since productivity improvement and welding quality improvement can be realized, it is useful as a welding control method which performs arc welding.

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Abstract

溶接出力電圧と溶接出力電流の関係を示す所定の傾きの出力特性を有する溶接装置の溶接制御方法であって、初期溶接設定電圧と溶接出力電圧との差に応じて、初期溶接設定電圧よりも高い目標溶接設定電圧を設定することで、溶接出力電圧が目標溶接設定電圧となるように制御する。これにより、溶接作業者の手振れ等によるアーク長の変化を修正し早期に適正なアーク長を実現する。

Description

溶接制御方法
　本発明は、消耗電極である溶接ワイヤと被溶接物である母材との間にアークを発生させて溶接を行うアーク溶接の溶接制御方法に関するものである。
　近年、溶接業界では溶接作業の生産性向上や溶接品質向上の要求が高まってきている。特に自動車や自動二輪業界では、短時間にこれまでよりも多くの被溶接物（以下、ワークという）を生産することで生産効率を高め、１ワーク当たりの生産コストを低減し、また、溶接ビードの欠落や穴あき等の不良品の発生を低減させ、良品率を向上するという要求が高まっている。これに対応するためには、溶接中のアーク長を安定化することが極めて重要である。
　しかし、ワークの位置ズレの発生やワークの精度が良くないと、ワーク間に介在するギャップ等により、ワイヤの突出し長さが変化してアーク長が変化する。また、溶接作業者の手振れ等によってもアーク長が変化する。これらのような外乱によってアーク長が変化するため、溶接品質を向上することができなくなっている。
　消耗電極式アーク溶接において、上述した内容を含む種々の外乱によって発生するアーク長の変化に対応するための、溶接電源装置の出力特性が従来から複数知られている。
　その１つが、図５の実線に示すように、出力電流が高くなるに伴い出力電圧が低下する右下がりの特性である。この特性によって、アーク長の自己制御作用が働き、アーク長が一定になるというものである。低下傾度は１Ｖ～３Ｖ／１００Ａ程度が一般的であるが、溶接法や溶接ワイヤ等によっては、０Ｖ／１００Ａの場合もあれば、１０Ｖ／１００Ａ程度の傾度で低下する場合もある。
　図５において、出力電流がＡ１であり出力電圧がＶ１である溶接条件で溶接している状態（Ｐ１）から、例えば外乱によってアーク長が短くなった場合、出力電流はＡ１からＡ２に高くなり、出力電圧はＶ１からＶ２へと低くなり、出力特性上のＰ１からＰ２に移動する。しかし、出力電流が高くなることでワイヤの溶融量が増加し、アーク長が徐々に長くなってＰ１に戻っていくというのが自己制御作用である。
　詳細には、定電圧特性の溶接電源装置を用いてワイヤを定速送給し、ミグ溶接またはマグ溶接を行うとき、アークの長さが自動的に一定値になる現象があり、これを自己制御作用という。ところが、前述のさまざまな外乱によって発生するアーク長の変化に対して、この自己制御作用では、元のアーク長に戻るまでには時間がかかるという課題があった。
　また、パルスアーク溶接において、従来の出力制御方法では、外乱によりアーク長の変化が大きい場合、溶接出力電圧と溶接設定電圧の差を用いてベース電流あるいはピーク電流の少なくともいずれか一方を増減するものがある（例えば、特許文献１参照）。この制御方法によりアークが不安定となる場合、つまり外乱によって溶接出力電圧が大きく変動する場合は、その大きな変動量を補正するために、ベース電流あるいはピーク電流を増減することでパルス周波数の変化を抑制することができる。これにより、アーク長を安定化させ、不規則な短絡発生を抑制しスパッタを抑制できる。しかし、この出力制御方法においても元のアーク長に戻すには時間がかかるというという課題があった。
特開２００４－２３７３４２号公報
　本発明の溶接制御方法は、溶接出力電圧と溶接出力電流の関係を示す所定の傾きの出力特性を有する溶接装置の溶接制御方法であって、初期溶接設定電圧と溶接出力電圧との差に応じて、初期溶接設定電圧よりも高い目標溶接設定電圧を設定し、または、初期溶接設定電圧よりも低い目標溶接設定電圧を設定することで、溶接出力電圧が目標溶接設定電圧となるように制御する構成を備える。
　また、本発明の溶接制御方法は、溶接出力電圧と溶接出力電流の関係を示す所定の傾きの出力特性を有する溶接装置の溶接制御方法であって、溶接中のある時点のパルスの直前のパルス溶接出力電圧と直前のパルスの前に出力した複数のパルス溶接出力電圧との差に応じて、初期溶接設定電圧よりも高い目標溶接設定電圧を設定し、または、初期溶接設定電圧よりも低い目標溶接設定電圧を設定することで、溶接出力電圧が目標溶接設定電圧となるように制御する構成を備える。
　また、本発明の溶接制御方法は、溶接出力電圧と溶接出力電流の関係を示す所定の傾きの出力特性を有する溶接装置の溶接制御方法であって、初期溶接設定電流と溶接出力電流との差に応じて、初期溶接設定電流よりも高い目標溶接設定電流を設定し、または、初期溶接設定電流よりも低い目標溶接設定電流を設定することで、溶接出力電流が目標溶接設定電流となるように制御する構成を備える。
　かかる構成によれば、外乱によって発生するアーク長の変化に対して、早期にアーク長を安定化させ、安定した溶滴移行を可能とする。これにより、不規則な短絡発生を抑制しスパッタを抑制できるため、生産性向上及び溶接品質向上を実現することができる。
図１は、本発明の一実施の形態における溶接制御方法が適用される溶接装置を示す概略構成図である。 図２は、本発明の一実施の形態における溶接電流と溶接電圧の出力特性を示す図である。 図３は、本発明の一実施の形態における溶接電流と溶接電圧の他の出力特性を示す図である。 図４は、本発明の一実施の形態における溶接電流波形を示す図である。 図５は、従来の溶接電流と溶接電圧の出力特性を示す図である。
　（実施の形態）
　以下、本発明の溶接制御方法を実施の形態に基づいて、図面を参照しながら説明する。しかし、本発明は、実施の形態に限定されるものではない。図１は、本発明の一実施の形態における溶接制御方法が適用される溶接装置の一例を示す概略構成図である。
　図１に示す溶接装置１は、出力特性を数式として記憶した記憶部７と、初期の溶接条件などを設定する初期条件設定部８と、記憶部７に記憶された出力特性と溶接電圧検出部３からの出力と溶接電流検出部４からの出力と初期条件設定部８からの出力に基づき出力特性を設定する出力特性設定部６と、出力特性設定部６の出力に基づいて出力制御部２を駆動する駆動司令部５とを備えている。
　このような構成からなる溶接装置１にて、駆動司令部５からの信号を受けて出力制御部２がインバータ制御またはサイリスタ制御などの出力制御を行うことで、トーチ１１と母材１２との間に電圧・電流を供給し、ワイヤ送給装置１０からトーチ１１に送給された溶接用ワイヤ９と母材１２との間にアーク１３を発生させ、母材１２の溶接を行う。
　図２は、本実施の形態における溶接制御方法で溶接した場合の溶接電流と溶接電圧の出力特性を示す図である。図３は、本実施の形態における溶接電流と溶接電圧の他の出力特性を示す図である。なお、図２、図３において、初期溶接設定電流をＡ１、初期溶接設定電圧をＶ１とする。初期溶接設定電流や初期溶接設定電圧は、溶接装置を操作する操作者が、溶接装置に設けられた初期条件設定部８により設定するものである。
　また、図２の出力特性Ａと出力特性Ｂと出力特性Ｃ、および図３の出力特性Ｄと出力特性Ｅは、溶接装置１の出力特性を示すものである。そして、出力特性Ａは、初期溶接設定電流Ａ１と初期溶接設定電圧Ｖ１を通る直線状の出力特性であり、基本となる出力特性である。また、出力特性Ｂと出力特性Ｃ、および出力特性Ｄと出力特性Ｅは、後述するように、基本となる出力特性Ａを平行移動した状態の出力特性を示すものである。そして、出力特性は、溶接装置に備えられた記憶部７に数式として記憶されており、出力特性設定部６により切片が変更されることで、傾きを変更せずに平行移動されるものである。
　また、図２において、アーク特性Ｋ１とアーク特性Ｋ２とアーク特性Ｋ３とアーク特性Ｋ４は、各々、アーク長Ｌ１とアーク長Ｌ２とアーク長Ｌ３とアーク長Ｌ４となる場合の電流と電圧の関係を示すものである。そして、アーク長Ｌ１は、操作者により設定された初期溶接設定電流や初期溶接設定電圧の場合のアーク長であり、これを適正なアーク長とする。
　アーク長Ｌ２は、アーク長Ｌ１より短い。また、アーク長Ｌ３は、アーク長Ｌ２より長くアーク長Ｌ１より短い。また、アーク長Ｌ４は、アーク長Ｌ２およびアーク長Ｌ３より長くアーク長Ｌ１より短い。
　また、図３において、アーク特性Ｋ１とアーク特性Ｋ５とアーク特性Ｋ６とアーク特性Ｋ７は、各々、アーク長Ｌ１とアーク長Ｌ５とアーク長Ｌ６とアーク長Ｌ７となる場合の電流と電圧の関係を示すものである。そして、アーク長Ｌ１は、図２と同様に、操作者により設定された初期溶接設定電流や初期溶接設定電圧の場合のアーク長であり、これを適切なアーク長とする。
　アーク長Ｌ５は、アーク長Ｌ１より長い。また、アーク長Ｌ６は、アーク長Ｌ５より短くアーク長Ｌ１より長い。また、アーク長Ｌ７は、アーク長Ｌ５及びアーク長Ｌ６より短くアーク長Ｌ１より長い。
　以下、本実施の形態の溶接制御方法について説明する。なお、本来は、初期溶接設定電流と初期溶接設定電圧となるように溶接出力を制御して適正なアーク長で溶接を行うことが基本である。しかし、何らかの影響でアーク長が適正な長さでなくなった場合には、後述するような制御を行って、アーク長を早期に適正なアーク長にするものである。
　まず、何らかの影響でアーク長が適正な長さから短くなった場合を図２を用いて説明する。
　図２に示すように、溶接出力電流が初期溶接設定電流Ａ１と略同一値であり、溶接出力電圧が初期溶接設定電圧Ｖ１と略同一値で溶接している状態Ｐ１（適正なアーク長Ｌ１とする）から、例えば手振れなどの外乱によってアーク長が短くなった（短いアーク長Ｌ２とする）場合、出力特性Ａとアーク特性Ｋ１との交点である状態Ｐ１から出力特性Ａとアーク特性Ｋ２との交点である状態Ｐ２へと移動する。これにより、溶接出力電流はＡ１からＡ２へと高くなり、溶接出力電圧はＶ１からＶ２へと低くなる。この場合、アーク長は、アーク特性Ｋ１に基づく適正なアーク長Ｌ１から、アーク長Ｌ１よりも短いアーク特性Ｋ２に基づくアーク長Ｌ２になっている。この短いアーク長Ｌ２の状態から適正なアーク長Ｌ１に戻す場合、背景技術で説明したような自己制御作用におけるアーク長の復帰、すなわち、出力特性Ａ上を状態が移動する復帰では、復帰までに時間がかかる。
　そのため、本実施の形態の溶接制御方法では、初期溶接設定電圧Ｖ１と、それより低くなった溶接出力電圧Ｖ２との差に応じて目標溶接設定電圧を高くする。すなわち、出力特性を平行移動している。そして、目標溶接設定電圧になるように溶接出力を制御する。このように、溶接出力電圧と溶接出力電流を高くすることで積極的にワイヤ６を含む溶接部に入熱を与えてワイヤ６の溶融を増加させて早期に適正なアーク長Ｌ１となるようにする。
　なお、目標溶接設定電圧は、初期溶接設定電圧Ｖ１と溶接出力電圧との差だけ初期溶接設定電圧Ｖ１から大きくした値としてもよい。また、初期溶接設定電圧Ｖ１と溶接出力電圧との差よりも小さい量だけ初期溶接設定電圧Ｖ１から大きくした値としてもよい。あるいは、初期溶接設定電圧Ｖ１と溶接出力電圧との差よりも大きい量だけ初期溶接設定電圧Ｖ１から大きくした値としてもよい。
　例えば、初期溶接設定電圧Ｖ１と溶接出力電圧との差に応じて目標溶接設定電圧を初期溶接設定電圧Ｖ１より高いＶ３へと変更し（Ｖ３＝Ｖ１＋△Ｖ３）、これに伴い出力特性を出力特性Ａから出力特性Ｂに変化させる。これにより、出力特性Ａ上の状態Ｐ２から出力特性Ｂ上の状態Ｐ３’を経由して状態Ｐ３に移動する。したがって、溶接出力電流はＡ２からＡ３に増加し、溶接出力電圧はＶ２からＶ３’に増加する。アーク長は、Ｌ２からＬ２よりも長いＬ３へ短い時間で長くなり、適正な状態Ｐ１におけるアーク長Ｌ１に近づく。
　次に、初期溶接設定電圧Ｖ１と溶接出力電圧との差に応じて目標溶接設定電圧をＶ３からＶ４に変更し（Ｖ４＝Ｖ１＋△Ｖ４）、出力特性を出力特性Ｂから出力特性Ｃに変化させる。これにより、出力特性Ｂ上の状態Ｐ３から出力特性Ｃ上の状態Ｐ４’を経由して状態Ｐ４に移動する。したがって、溶接出力電流はＡ３からＡ４に低下し、溶接出力電圧はＶ３’からＶ４’に増加する。アーク長は、Ｌ３からＬ３よりも長いＬ４へ短い時間で長くなり、適正な状態Ｐ１のアーク長Ｌ１へさらに近づく。
　上記一連の動作において、出力特性を出力特性Ａのまま変化させない場合と比較して、出力特性を出力特性Ｂへさらに出力特性Ｃへと変化させた場合、溶接出力電圧と溶接出力電流を高めて入熱を高めているのでアーク長がＬ２からＬ３へ、さらにＬ４へと短い時間で長くなる。このようにして、出力特性が出力特性Ａに近づくように出力特性の平行移動を複数回繰り返してアーク長を適正なアーク長Ｌ１に近づけていく。すなわち、出力特性Ｃから図示していない別の複数の出力特性への平行移動を複数回繰り返す。しかし、1回の平行移動で適正なアーク長に近づけてもよい。
　このように、出力特性の変化を繰り返すことで、出力特性を出力特性Ａから変化させない図５の場合と比較して、出力特性を出力特性Ａから出力特性Ｂさらに出力特性Ｃのように複数回変化させた場合の方が、より早く適正な状態Ｐ１のアーク長Ｌ１に復帰することができる。
　次に、何らかの影響でアーク長が適正な長さから長くなった場合を図３を用いて説明する。
　この場合の制御は前述の逆に制御すれば良い。すなわち、図３に示すように、溶接出力電流が初期溶接設定電流Ａ１と略同一値であり、溶接出力電圧が初期溶接設定電圧Ｖ１と略同一値で溶接している状態Ｐ１（適正なアーク長Ｌ１とする）から、例えば手振れなどの外乱によってアーク長が長くなった（長いアーク長Ｌ５とする）場合、出力特性Ａとアーク特性Ｋ１との交点である状態Ｐ１から出力特性Ａとアーク特性Ｋ５との交点である状態Ｐ７へと移動する。これにより、溶接出力電流はＡ１からＡ５へと低くなり、溶接出力電圧はＶ１からＶ５へと高くなる。この場合、アーク長は、アーク特性Ｋ１に基づく適正なアーク長Ｌ１から、アーク長Ｌ１よりも長いアーク特性Ｋ５に基づくアーク長Ｌ５になっている。この長いアーク長Ｌ５の状態から適正なアーク長Ｌ１に戻す場合、背景技術で説明したような自己制御作用におけるアーク長の復帰、すなわち、出力特性Ａ上を状態が移動する復帰では、復帰までに時間がかかる。
　そのため、本実施の形態の溶接制御方法では、初期溶接設定電圧Ｖ１と、それより高くなった溶接出力電圧Ｖ５との差に応じて目標溶接設定電圧を低くする。すなわち、出力特性を平行移動している。そして、目標溶接設定電圧になるように溶接出力を制御する。このように、溶接出力電圧と溶接出力電流を低くすることで積極的にワイヤ６を含む溶接部に与える入熱を抑えてワイヤ６の溶融を減少させ、早期に適正なアーク長Ｌ１となるようにする。
　なお、目標溶接設定電圧は、初期溶接設定電圧Ｖ１と溶接出力電圧との差だけ初期溶接設定電圧Ｖ１から小さくした値としてもよい。また、初期溶接設定電圧Ｖ１と溶接出力電圧との差よりも小さい量だけ初期溶接設定電圧Ｖ１から小さくした値としてもよい。あるいは、初期溶接設定電圧Ｖ１と溶接出力電圧との差よりも大きい量だけ初期溶接設定電圧Ｖ１から小さくした値としてもよい。
　例えば、初期溶接設定電圧Ｖ１と溶接出力電圧との差に応じて目標溶接設定電圧を初期溶接設定電圧Ｖ１より低いＶ６へと変更し（Ｖ６＝Ｖ１－ΔＶ６）、これに伴い出力特性を出力特性Ａから出力特性Ｄに変化させる。これにより、出力特性Ａ上の状態Ｐ７から出力特性Ｄ上の状態Ｐ８’を経由して状態Ｐ８に移動する。したがって、溶接出力電流はＡ５からＡ６に減少し、溶接出力電圧はＶ５からＶ６´に減少する。アーク長は、Ｌ５からＬ５よりも短いＬ６へ短い時間で短くなり、適正な状態Ｐ１におけるアーク長Ｌ１に近づく。
　次に、初期溶接設定電圧Ｖ１と溶接出力電圧との差に応じて目標溶接設定電圧をＶ６からＶ７に変更し（Ｖ７＝Ｖ１+ΔＶ７）、出力特性を出力特性Ｄから出力特性Ｅに変化させる。これにより、出力特性Ｄ上の状態Ｐ８から出力特性Ｅ上の状態Ｐ９’を経由して状態Ｐ９に移動する。したがって、溶接出力電流はＡ６からＡ７に増加し、溶接出力電圧はＶ６´からＶ７´に減少する。アーク長は、Ｌ６からＬ６よりも短いＬ７へ短い時間で短くなり、適正な状態Ｐ１のアーク長Ｌ１へさらに近づく。
　上記一連の動作において、出力特性を出力特性Ａから変化させない場合と比較して、出力特性を出力特性Ｄへさらに出力特性Ｅへと変化させた場合、溶接出力電圧値と溶接出力電流を低めて入熱を低めているのでアーク長がＬ５からＬ６へ、さらにＬ７へと短い時間で短くなる。このようにして、出力特性が出力特性Ａに近づくように出力特性の平行移動を複数回繰り返してアーク長を適正なアーク長Ｌ１に近づけていく。すなわち、出力特性Ｅから図示していない別の複数の出力特性への平行移動を複数回繰り返す。しかし、１回の平行移動で適正なアーク長に近づけてもよい。
　このように、出力特性の変化を繰り返すことで、出力特性を出力特性Ａから変化させない図５の場合と比較して、出力特性を出力特性Ａから出力特性Ｄさらに出力特性Ｅのように複数回変化させた場合の方が、より早く適正な状態Ｐ１のアーク長Ｌ１に復帰することができる。
　このように、本実施の形態の溶接制御方法は、前述したように、溶接出力電圧が初期溶接設定電圧より高い場合には、目標溶接設定電圧を低くする方向へ変更し、溶接出力電圧が初期溶接設定電圧より低い場合には目標溶接設定電圧を高くする方向へ変更する。
　次に、パルスアーク溶接においてアーク長を調整する場合の例について説明する。この場合も、溶接装置は、溶接出力電圧と溶接出力電流の関係を示す所定の傾きの出力特性を有する。
　上記制御をパルスアーク溶接に適用し、ある時点のパルスの直前のパルス溶接電圧出力とこの直前のパルスの前に出力した複数のパルスの溶接電圧出力との差に応じて溶接設定電圧を高くする方向あるいは溶接設定電圧を低くする方向へ変更するようにしても良い。
　なお、パルスアーク溶接では、溶接中に複数の溶接パルスを出力するが、あるパルスを出力するに際して、溶接中に前記あるパルスの波形を決定し、その波形を出力するように溶接出力を制御している。
　例えば、パルスアーク溶接中におけるある時点を起点として、直前の１パルスの平均電圧とさらにその１パルスの直前の１０パルスの平均電圧を比較し、直前の１パルスの平均電圧が低い場合には、図２の状態Ｐ１から状態Ｐ２に変化した場合と同様であるので、前述したように設定電圧を増加させることで状態Ｐ３に移動させる。そして、これにより、短くなったアーク長Ｌ２からアーク長Ｌ３にアーク長を積極的に長くし、さらに上述したように出力特性の平行移動を繰り返すことで、早期に適正なアーク長Ｌ１に復帰させるようにしてもよい。なお、直前の１パルスの平均電圧が高い場合には、低い場合と逆の制御を行えばよい。
　さらに、パルスアーク溶接において、溶接設定電圧の変更とともに、ベース電流とピーク電流の少なくとも一方の大きさを変更するように制御してもよい。
　ここで、溶接設定電圧を高くする方法としては、パルス周波数を高くする方法やパルス幅を広くする方法がある。しかし、いずれも、パルス周期中に占める時間の割合が少ないので、溶接出力電圧が変化するのに時間がかかる。特に、パルス周波数を変える場合は電流が低くなることに伴いパルス周期が長くなるので、さらに時間がかかり、アーク長が変化するのに時間がかかる。
　例えば、溶接出力電流が１００Ａの場合、パルス周期は約１０ｍｓｅｃ（パルス周波数が概ね１００Ｈｚ）、パルス幅は約２．０ｍｓｅｃ程度である。それぞれが大きく変化しても、パルス周期は±２ｍｓｅｃ、パルス幅は±０．４ｍｓｅｃであり±２０％しか変化しない。一方、ベース電流が流れる時間は８ｍｓｅｃであるため、ベース電流の大きさを調整すると８０％変化する。そして、ピーク電流が流れる時間を合わせると１００％変化させることができ、溶接電圧を大きく変更することが可能となり、アーク長の早期の調整に有効である。
　なお、同様の結果をパルス周波数あるいはパルス幅の調整で得るには、±２０％よりもさらに大きくする必要があるが、パルス周波数あるいはパルス幅を大きく変更すると、適正な溶滴移行の状態が乱れる。つまり、スラグや金属粒などのスパッタが増加しアーク不安定の要因となる。このため、溶滴移行を安定したまま、アーク長を元の適正な状態に早期に復帰させる必要がある。これを実現するための制御について図４を用いて説明する。
　例えば、あるタイミングＴ１で目標溶接設定電圧に対して溶接出力電圧が低い場合に、次のパルスで目標溶接設定電圧を高くする場合で、次のパルスピーク電流を△ＩＰ増加させる、あるいは、次のベース電流を△ＩＢ増加させる、あるいは、次のパルスピーク電流と次のベース電流の両方を増加させる。これにより、パルス周波数やパルス幅を大きく変化させることはないので、溶滴移行を乱すことがなく、溶接電圧を高めてアーク長を長くできる。これにより、スパッタの増加を抑制し、アーク長を元の適正な状態に早期に復帰させることができる。
　次に、電圧に代えて、電流に基づいてアーク長を調整する例について説明する。上記実施の形態では、初期溶接設定電圧と溶接出力電圧との差に応じて目標溶接設定電圧を変更する例を示したが、初期溶接設定電流と溶接出力電流との差に応じて目標溶接設定電流を高くする方向あるいは溶接設定電流を低くする方向へ出力特性を変更するようにしてもよい。
　これは、前述した溶接出力電圧の変化に応じて制御するパラメータの対象を初期溶接設定電圧から初期溶接設定電流に置き換えたものである。なお、溶接電圧と溶接電流の関係は１対１で対応しているため、置き換えることは容易であり、電圧の場合と同様の効果を得ることができる。
　そして、溶接出力電流が初期溶接設定電流より低い場合には、目標溶接設定電流を高くする方向へ出力特性を変更するように制御し、溶接出力電流が初期溶接設定電流より高い場合には、目標溶接設定電流を低くする方向へ出力特性を変更するように制御する。
　以上説明してきたように、本発明は、ワークの位置ズレの発生やワーク精度が良くない場合にワーク間に介在するギャップ等によりアーク長が一定でなくなり変化すること、また、溶接作業者の手振れ等の外乱によって発生するアーク長の変化に対して、早期にアーク長を安定化させ、安定した溶滴移行を可能とする。すなわち、外乱によってアーク長が不安定になっても溶滴移行を安定させた状態で、早期にアーク長を元の適正なアーク長に復帰することができるので、良好なビードを得ることができる。これにより、不規則な短絡発生を抑制しスパッタを抑制できるため、生産性向上及び溶接品質向上を実現することができる。
　本発明の溶接制御方法は、安定した溶滴移行の状態で早期にアーク長を安定化させることが可能となるので、不規則な短絡発生を抑制しスパッタを抑制できる。したがって、生産性向上及び溶接品質向上を実現することができるので、アーク溶接を行う溶接制御方法として有用である。
　１　　溶接装置
　２　　出力制御部
　３　　溶接電圧検出部
　４　　溶接電流検出部
　５　　駆動司令部
　６　　出力特性設定部
　７　　記憶部
　８　　初期条件設定部
　９　　溶接用ワイヤ
　１０　　ワイヤ送給装置
　１１　　トーチ
　１２　　母材
　１３　　アーク

Claims (11)

  1. 溶接出力電圧と溶接出力電流の関係を示す所定の傾きの出力特性を有する溶接装置の溶接制御方法であって、
    初期溶接設定電圧と前記溶接出力電圧との差に応じて、前記初期溶接設定電圧よりも高い目標溶接設定電圧を設定し、または、前記初期溶接設定電圧よりも低い前記目標溶接設定電圧を設定することで、前記溶接出力電圧が前記目標溶接設定電圧となるように制御する溶接制御方法。
  2. 前記溶接出力電圧が前記初期溶接設定電圧より高い場合には、前記目標溶接設定電圧を低くする方向へ変更し、前記溶接出力電圧が前記初期溶接設定電圧より低い場合には、前記目標溶接設定電圧を高くする方向へ変更する請求項１記載の溶接制御方法。
  3. 前記目標溶接設定電圧は、前記初期溶接設定電圧と前記溶接出力電圧との差よりも小さい量だけ前記初期溶接設定電圧から大きくした、または、小さくした値である請求項１記載の溶接制御方法。
  4. 溶接出力電圧と溶接出力電流の関係を示す所定の傾きの出力特性を有する溶接装置の溶接制御方法であって、
    溶接中のある時点のパルスの直前のパルス溶接出力電圧と前記直前のパルスの前に出力した複数のパルス溶接出力電圧との差に応じて、初期溶接設定電圧よりも高い目標溶接設定電圧を設定し、または、前記初期溶接設定電圧よりも低い前記目標溶接設定電圧を設定することで、前記溶接出力電圧が前記目標溶接設定電圧となるように制御する溶接制御方法。
  5. 前記溶接中のある時点のパルスの直前のパルス溶接出力電圧の平均値と前記直前のパルスの前に出力した複数のパルス溶接出力電圧の平均値との差に応じて、前記目標溶接設定電圧を設定する請求項４記載の溶接制御方法。
  6. 前記溶接中のある時点のパルスの直前のパルス溶接出力電圧の平均値が、前記直前のパルスの前に出力した複数のパルス溶接出力電圧の平均値より高い場合には前記目標溶接設定電圧を前記初期溶接設定電圧より低くし設定し、低い場合には目標溶接設定電圧を前記初期溶接設定電圧より高く設定する請求項４記載の溶接制御方法。
  7. 前記目標溶接設定電圧の変更とともにパルス溶接ベース電流とピーク電流の少なくとも一方の大きさを変更する請求項１から６のいずれか１項に記載の溶接制御方法。
  8. 前記目標溶接設定電圧に対して前記溶接出力電圧が低い場合には、前記パルス溶接ピーク電流のピーク電流値を増加させる、および、前記パルス溶接ベース電流のベース電流値を増加させる、のうち少なくとも一方を行なう請求項７記載の溶接制御方法。
  9. 溶接出力電圧と溶接出力電流の関係を示す所定の傾きの出力特性を有する溶接装置の溶接制御方法であって、
    初期溶接設定電流と溶接出力電流との差に応じて、前記初期溶接設定電圧よりも高い目標溶接設定電流を設定し、または、前記初期溶接設定電流よりも低い目標溶接設定電流を設定することで、前記溶接出力電流が前記目標溶接設定電流となるように制御する溶接制御方法。
  10. 前記溶接出力電流が前記初期溶接設定電流より高い場合には、前記目標溶接設定電流を前記初期溶接設定電流よりも低くする方向へ変更し、前記溶接出力電流が前記初期溶接設定電流より低い場合には、前記目標溶接設定電流を高くする方向へ変更する請求項９記載の溶接制御方法。
  11. 前記目標溶接設定電流は、前記初期溶接設定電流と前記溶接出力電流との差よりも小さい量だけ前記初期溶接設定電流から大きくした、または、小さくした値である請求項９記載の溶接制御方法。
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