WO2011013321A1 - アーク溶接方法およびアーク溶接装置 - Google Patents

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arc
set current
speed
wire
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藤原潤司
向井康士
川本篤寛
古和将
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パナソニック株式会社
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K9/00—Arc welding or cutting
    • B23K9/12—Automatic feeding or moving of electrodes or work for spot or seam welding or cutting
    • B23K9/124—Circuits or methods for feeding welding wire
    • B23K9/125—Feeding of electrodes
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K9/00—Arc welding or cutting
    • B23K9/09—Arrangements or circuits for arc welding with pulsed current or voltage

Definitions

  • the present invention relates to an arc welding method and an arc welding apparatus for performing welding by alternately generating a short-circuit state and an arc state while repeating a welding wire, which is a consumable electrode, in forward feeding and reverse feeding.
  • FIG. 7 is a diagram showing time waveforms with respect to temporal changes in wire feed speed and welding output in the conventional arc welding control method.
  • FIG. 7 shows a feed speed controller for controlling the wire feed motor so as to periodically repeat the forward feed and the reverse feed for the wire feed speed, and an increase / decrease signal of the feed speed controller.
  • the output controller is configured to control so that the welding output is low when the wire supply amount is small and the welding output is high when the wire supply amount is large.
  • the short-circuit state between the workpiece and the welding wire is mainly mechanically controlled during reverse feed.
  • opening it is necessary to reversely feed the wire feed speed at a feed speed larger than the average feed speed of the wire feed speed, and it is necessary to set a speed amplitude for realizing it.
  • the set current and the wire feed speed are in a proportional relationship. Also in the control of the periodic wire feed speed, it can be considered that the average feed speed of the wire feed speed is synchronized (proportional) with the set current. The higher the set current, the faster the average feed speed. Therefore, it is necessary to increase the speed amplitude of the periodic wire feeding in synchronization (proportional) with the average feeding speed. If the load limit of the motor that performs wire feeding is reached when performing periodic wire feeding, the frequency of the periodic wire feeding is reduced, etc. It is necessary to reduce the load on motor peripheral parts such as gears.
  • the present invention solves the above-mentioned problem, in an arc welding control method in which welding is performed by periodically generating a short-circuit state and an arc state by periodically repeating the wire feeding speed between forward feeding and reverse feeding.
  • An arc welding method and an arc welding apparatus capable of performing welding according to a set current are provided.
  • the arc welding method of the present invention uses the welding wire feeding speed according to the set current as the average feeding speed, and periodically repeats the forward feeding and the reverse feeding of the welding wire at a predetermined frequency and a predetermined speed amplitude,
  • the arc welding apparatus of the present invention is an arc welding apparatus that performs welding by repeating an arc state and a short-circuit state between a welding wire that is a consumable electrode and an object to be welded, and is for setting a set current.
  • a set current setting unit, and an average feed speed setting unit that determines a welding wire feed speed that is an average feed speed that periodically and repeatedly feeds the welding wire in the forward and reverse feed directions based on the set current
  • a frequency basic setting unit that determines a frequency for periodically and repeatedly controlling the welding wire in the forward feed and reverse feed directions based on the set current, and the welding wire reverse to the forward feed based on the set current.
  • Speed amplitude basic setting section for determining a speed amplitude for periodically and repeatedly controlling the feeding in the feeding direction, a switching element for controlling the welding output, a welding voltage detecting section for detecting a welding voltage, and a welding voltage detecting section Detection results
  • a state detection unit that detects a short-circuit state or an arc state, a short-circuit control unit that receives a short-circuit signal from the state detection unit and controls a short-circuit current during a short-circuit period that is a short-circuit state, and a state
  • An arc control unit that receives an arc signal from the detection unit and controls an arc voltage during an arc period in an arc state, and feeds a welding wire at a frequency and a speed amplitude based on a set current to perform welding. It consists of the structure to perform.
  • each set current in welding in which the wire feeding is periodically repeated in the forward feeding and the reverse feeding to periodically generate the short circuit state and the arc state.
  • Set the frequency and speed amplitude thereby, welding according to a setting current can be performed in the range of a wide setting current. As a result, it is possible to reduce a load on motor peripheral parts such as a motor and a gear that perform wire feeding.
  • FIG. 1 is a diagram showing time waveforms of wire feed speed, welding voltage, and welding current in Embodiment 1 of the present invention.
  • FIG. 2 is a diagram showing an example of the relationship of the speed amplitude of the wire feeding speed with respect to the set current in the first embodiment of the present invention.
  • FIG. 3 is a diagram illustrating an example of a relationship between the wire feeding frequency and the set current in the first embodiment of the present invention.
  • FIG. 4 is a configuration diagram showing a schematic configuration of the arc welding apparatus in the first embodiment of the present invention.
  • FIG. 5 is a diagram showing time waveforms of the wire feed speed, the welding voltage, and the welding current in the second embodiment of the present invention.
  • FIG. 6 is a configuration diagram showing a schematic configuration of the arc welding apparatus in the second embodiment of the present invention.
  • FIG. 7 is a diagram showing a time waveform of a conventional wire feed speed and welding output.
  • FIG. 1 is a diagram showing time waveforms of a wire feed speed, a welding voltage, and a welding current in Embodiment 1 of the present invention.
  • FIG. 1 in the consumable electrode type arc welding in which a short circuit state and an arc state are alternately repeated, time waveforms of wire feed speed, welding current, and welding voltage are shown, and the temporal relationship between them is shown. Yes.
  • P1 indicates a point in time when the short circuit is started.
  • a short-circuit current having an increasing slope (di 1 / dt) (hereinafter referred to as “IS1” shown in FIG. 1) of the first stage of the short-circuit current is output and continuously
  • a short-circuit current having an increasing slope (di 2 / dt) (hereinafter referred to as “IS2” shown in FIG. 1) of the second stage of the short-circuit current is output.
  • the welding current instantaneously shifts to a low current.
  • P ⁇ b> 2 indicates a point in time after the welding current has shifted to a low current, the constriction of the droplets has been released, the short-circuit state has ended, and an arc has occurred.
  • a welding current having a peak current IP is output immediately after the arc is generated.
  • the transition from the peak current IP to the base current IB is a period in which either the current control or the voltage control can be performed, and the next short circuit is waited when the transition is made to the base current IB.
  • P3 indicates the time when the next short circuit occurs.
  • the next short-circuit period Ts starts from P3.
  • wire feed control is performed in which forward and reverse feeds are periodically repeated at a predetermined frequency F and a predetermined velocity amplitude AV in a sine wave shape as a basic waveform.
  • the period T which is the reciprocal of the frequency, is represented by the sum of the short circuit period Ts and the arc period Ta.
  • a short circuit occurs around P1
  • an arc occurs around P2.
  • the next short circuit occurs around P3 at the peak PP of the forward feed after P2.
  • P1 to P3 are set as one cycle of control, and this is repeated to perform welding.
  • the occurrence of a short circuit state or an arc state basically depends on wire feed control in which the forward and reverse feeds of the wire feed speed are periodically repeated.
  • FIG. 2 is a diagram showing an example of the relationship of the speed amplitude of the wire feed speed with respect to the set current in the first embodiment of the present invention.
  • the velocity amplitude AV is 15 m / min.
  • the speed amplitude AV also increases.
  • the speed amplitude needs to increase to 30 m / min. The reason is that even if the set current increases, it is necessary to secure a predetermined distance of, for example, about 1 mm to 5 mm for the distance between the workpiece to be welded and the wire tip in order to stably feed back. . This is because when the set current increases, the average feeding speed of the wire feeding speed also increases. For this reason, if the velocity amplitude AV is constant, the reverse feed period is shortened.
  • the characteristics shown in FIG. 2 can be obtained in advance by experiments or the like according to the welding object, welding conditions, and the like.
  • FIG. 3 is a diagram illustrating an example of a relationship between the wire feeding frequency and the set current in the first embodiment of the present invention.
  • the frequency is constant at 60 Hz until the set current is 180 A, but when the set current exceeds 180 A, the frequency becomes low contrary to the increase in the set current. Further, when the set current increases to 240 A, the frequency may need to be lowered to 40 Hz.
  • the frequency F can be maintained constant or the frequency F can be further increased. no problem.
  • the speed amplitude AV shown in FIG. 2 and the frequency F shown in FIG. 3 increase from 15 m / min to 25 m / min until the set current is 180 A, the frequency is 60 Hz.
  • the frequency may be lowered to 40 Hz, and it may be necessary to suppress the load on motor peripheral components such as a wire feed motor and a gear.
  • At least one of an upper limit value and a lower limit value may be provided for each of the velocity amplitude AV and the frequency F with respect to the set current.
  • the reason for setting the upper limit value is, for example, to use the wire feed motor safely without reaching the use limit of the wire feed motor.
  • the reason why the lower limit is provided is, for example, to maintain a suitable arc welding state and ensure weldability.
  • the velocity amplitude AV and frequency F corresponding to the set current shown in FIGS. 2 and 3 are the set current, the wire diameter of the consumable electrode wire to be fed, the type of wire, the protruding length of the wire, the shield gas to be supplied, Is set based on at least one of the above.
  • the welding wire feeding speed according to the set current is set as the average feeding speed, and the welding wire is fed forward and backward at a predetermined frequency F and a predetermined speed amplitude AV.
  • a consumable electrode-type arc welding method in which a short-circuit state and an arc state are generated periodically to perform welding, and at least one of a predetermined frequency F and a predetermined velocity amplitude AV is set. It consists of the method which made the value according to electric current.
  • a method of feeding the welding wire by changing the welding wire feeding speed in a sine wave shape may be used.
  • the temporal change in the load on the motor peripheral components such as the wire feeding motor and the gear is small, and the lifetime can be extended as compared with the rectangular wave shape.
  • the welding may be performed by at least one of the peak time, the rise time, and the fall time of the welding current corresponding to the set current.
  • it may be a method in which at least one of the upper limit value and the lower limit value is provided in at least one of the peak time, the rise time, and the fall time of the welding current according to the set current.
  • parts such as a wire feed motor can be used safely, or an appropriate arc welding state can be maintained to ensure weldability.
  • FIG. 4 is a configuration diagram showing a schematic configuration of the arc welding apparatus in the first embodiment.
  • the arc welding apparatus is an arc welding apparatus that performs welding by repeating an arc state and a short-circuit state between a welding wire 20 that is a consumable electrode and a workpiece 23. is there.
  • the arc welding apparatus includes a set current setting unit 13, an average feed speed setting unit 24, a frequency basic setting unit 14, a speed amplitude basic setting unit 15, a switching element 3, and a welding voltage detection unit 8.
  • the state detection unit 10, the short-circuit control unit 11, and the arc control unit 12 are configured to perform welding by feeding the welding wire 20 at the frequency F and the velocity amplitude AV based on the set current.
  • the set current setting unit 13 sets a set current.
  • the average feed speed setting unit 24 determines a welding wire feed speed that is an average feed speed for periodically and repeatedly feeding the welding wire 20 in the forward feed and reverse feed directions based on the set current.
  • the frequency basic setting unit 14 determines a frequency F for periodically and repeatedly feeding the welding wire 20 in the forward feed and reverse feed directions based on the set current.
  • the speed amplitude basic setting unit 15 determines a speed amplitude AV for periodically and repeatedly feeding the welding wire 20 in the forward feed and reverse feed directions based on the set current.
  • the switching element 3 controls the welding output, and the welding voltage detector 8 detects the welding voltage.
  • the state detection unit 10 detects a short-circuit state or an arc state based on the detection result of the welding voltage detection unit 8.
  • the short-circuit controller 11 receives a short-circuit signal from the state detector 10 and controls the short-circuit current during the short-circuit period Ts that is in a short-circuit state.
  • the arc control unit 12 receives the arc signal from the state detection unit 10 and controls the arc voltage during the arc period Ta in the arc state.
  • the electric power from the input power source 1 is rectified by the primary rectification unit 2 and converted to, for example, an alternating voltage by the switching element 3.
  • This AC voltage is stepped down by the transformer 4 and rectified by the secondary rectification unit 5 and the DCL 6 that is an inductor.
  • the DC voltage is applied between the welding wire 20 passing through the welding tip 21 and the workpiece 23, and a welding arc 22 is generated with respect to the workpiece 23.
  • the arc welding apparatus includes a drive unit 7 for controlling the switching element 3, a welding voltage detection unit 8 connected between welding power output terminals for applying a DC voltage to the welding wire 20, and a welding output current. And a welding current detection unit 9 for detecting. Then, the arc welding apparatus receives a short circuit signal from the state detection unit 10 that determines whether a short circuit or an arc is generated based on a signal from the welding voltage detection unit 8, and receives a short circuit signal from the state detection unit 10 during the short circuit period Ts. A short-circuit control unit 11 that controls the short-circuit current.
  • the arc welding apparatus includes an arc control unit 12 that receives an arc signal from the state detection unit 10 and controls the arc voltage during the arc period Ta, and a set current setting unit 13 for setting a current. Yes.
  • the wire feed frequency F suitable for each set current set by the set current setting unit 13 is determined by the frequency basic setting unit 14, and the wire feed speed amplitude AV is determined by the speed amplitude basic setting unit 15. Is done.
  • the average feeding speed of wire feeding is determined by the average feeding speed setting unit 24.
  • the output of the frequency basic setting part 14, the output of the speed amplitude basic setting part 15, and the output of the average feed speed setting part 24 are input into the wire feed motor 19, and feeding of the welding wire 20 is controlled.
  • the frequency basic setting unit 14 is provided with a table or a relational expression relating the set current and the frequency F, and the frequency F is determined from this table or the like based on the set current.
  • the speed amplitude basic setting unit 15 is provided with a table or a relational expression in which the set current and the speed amplitude are related, and the speed amplitude AV is determined from this table or the like based on the set current.
  • the average feed rate setting unit 24 is provided with a table or a relational expression relating the set current and the average feed rate. Based on the set current, the average feed rate is determined from this table or the like. Is done.
  • the wire feed frequency basic setting unit 14 and the wire feed speed amplitude basic setting unit 15 output a wire feed speed command to the wire feed motor 19 for each set current set by the set current setting unit 13.
  • the wire feed speed command is a command that repeats forward and reverse sinusoidal feeding with the frequency F and the speed amplitude AV in accordance with the average feed speed of the wire feed speed suitable for the current value of the set current.
  • the relationship between the frequency F and speed amplitude AV set for each set current is stored as a table or a mathematical expression in a storage unit (not shown), for example, and is determined using this table based on the set current.
  • the welding voltage detector 8 is connected between the output terminals of the arc welding apparatus, and outputs a signal corresponding to the detected voltage to the state detector 10.
  • the state detection unit 10 determines whether the welding output voltage is equal to or higher than a certain value based on the signal from the welding voltage detection unit 8. Based on the determination result, it is determined whether the welding wire 20 is in a short-circuit state in contact with the workpiece 23 and short-circuited or in an arc state in which a welding arc is generated in a non-contact state. Are output to the short-circuit control unit 11 and the arc control unit 12.
  • the short-circuit control unit 11 follows the short-circuit initial current IS0 based on the set current, and then the short-circuit current following the first-stage increase slope IS1 of the short-circuit current and the first-stage increase slope IS1 of the short-circuit current.
  • a command is output to the drive unit 7 so as to output the increase gradient IS2 in the second stage.
  • the arc control unit 12 outputs a command to the drive unit 7 so as to output the peak current IP and the base current IB for a predetermined time during the arc period Ta.
  • the control during the transition from the peak current IP to the base current IB may be either voltage control or current control.
  • each component which comprises the arc welding apparatus shown in FIG. 4 may each be comprised independently, and you may make it comprise combining a some component.
  • the wire feed speed is periodically repeated, for example, in a sine wave shape, for the forward feed and the reverse feed, and the short-circuit state and the arc state are periodically repeated. And then welding.
  • the frequency F and the speed amplitude AV are set to the average feed speed of the wire feed speed suitable for each set current. Thereby, stable arc welding can be performed corresponding to the set current from low current to high current.
  • the frequency F and the speed amplitude AV of the wire feeding periodically performed based on the set current are determined.
  • the set current is proportional to the wire feed speed and the wire feed amount, and the frequency F and the speed amplitude AV are determined based on the wire feed speed and the wire feed amount instead of the set current.
  • the same effect can be obtained.
  • FIG. 5 is a diagram showing time waveforms of the wire feed speed, the welding voltage, and the welding current in the second embodiment of the present invention.
  • the main point different from the first embodiment is that the wire feeding is not a sine wave but a trapezoidal wave. Then, at least one of the peak time Tp, the rising time Tr, and the falling time Tf of the trapezoidal wave-like wire feeding control is determined based on the set current.
  • the welding wire feeding speed corresponding to the set current is set as the average feeding speed, and the welding wire is fed forward and backward at a predetermined frequency F and a predetermined speed amplitude AV.
  • a consumable electrode type arc welding method in which welding is performed by periodically repeating the steps to generate a short circuit state and an arc state.
  • at least one of the predetermined frequency F and the predetermined speed amplitude AV is set to a value corresponding to the set current, and the welding wire feeding speed is changed to a trapezoidal wave shape to feed the welding wire. It is a method of paying.
  • the trapezoidal wave shape can perform the same performance as the sine wave shape.
  • trapezoidal peak time Tp, rise time Tr, and fall time Tf can be set to appropriate values for each set current.
  • the wire feed control shown in FIG. 5 is a wire feed control that periodically repeats forward feed and reverse feed in a trapezoidal waveform that is a basic waveform at a predetermined frequency F and velocity amplitude AV.
  • This wire feed control is provided by setting a peak time Tp at the peak of the forward feed side or the reverse feed side, and further adding a rise time Tr to the peak feed speed and a fall time Tf from the peak feed speed. A value suitable for each current can be determined.
  • the distance between the workpiece 23 and the tip of the welding wire 20 can be easily secured at a predetermined distance.
  • the relationship between the set current and the peak time Tp, the relationship between the set current and the rise time Tr, and the relationship between the set current and the fall time Tf are linear functions or quadratic functions such as 1 Other than the next function.
  • At least one of the upper limit value and the lower limit value may be provided in at least one of the peak time Tp, the rise time Tr, and the fall time Tf.
  • the peak time Tp, the rise time Tr, and the fall time Tf with respect to the set current are at least one of the set current, the wire diameter of the consumable electrode wire to be fed, the wire type, the wire protrusion length, and the shield gas to be supplied. It is set based on one.
  • FIG. 6 is a configuration diagram showing a schematic configuration of the arc welding apparatus in the second embodiment of the present invention.
  • the main points different from the arc welding apparatus described with reference to FIG. 4 in the first embodiment are that a peak time basic setting unit 16, a peak rise time basic setting unit 17, and a peak fall time basic setting unit 18 are provided. It is a point provided.
  • the average feed speed setting unit 24 periodically rotates the welding wire 20 in a trapezoidal wave shape for forward feeding and reverse feeding.
  • the speed amplitude basic setting unit 15 determines a speed amplitude for periodically controlling the feed of the welding wire 20 in a trapezoidal waveform in a trapezoidal waveform.
  • the arc welding apparatus according to the second embodiment includes a peak time basic setting unit 16, a peak rise time basic setting unit 17, and a peak fall time basic setting unit 18, and a peak time based on the set current.
  • the welding wire 20 is fed and welding is performed at least one of the rising time and the falling time.
  • the peak time basic setting unit 16 determines the trapezoidal peak time Tp based on the set current.
  • the peak rise time basic setting unit 17 determines a trapezoidal rise time Tr based on the set current.
  • the peak fall time basic setting unit 18 determines a trapezoidal fall time Tf based on the set current.
  • the peak time Tp suitable for each set current set by the set current setting unit 13 is determined by the peak time basic setting unit 16.
  • the rise time Tr is determined by the peak rise time basic setting unit 17, and the fall time Tf is determined by the peak fall time basic setting unit 18. Then, the output of the peak time basic setting unit 16, the output of the peak rise time basic setting unit 17, and the output of the peak fall time basic setting unit 18 are input to the wire feed motor 19 to control the feeding of the welding wire 20. Is done.
  • the peak time basic setting unit 16 is provided with a table or a relational expression relating the set current and the peak time Tp, and the peak time Tp is determined based on the set current using this table or the like.
  • the peak rise time basic setting unit 17 is provided with a table or a relational expression relating the set current and the rise time Tr.
  • the rise time Tr is determined based on the set current using this table or the like. Is done.
  • the peak fall time basic setting unit 18 is provided with a table or a relational expression that associates the set current with the fall time Tf. Based on the set current using this table or the like, the fall time is set. Tf is determined.
  • a peak time basic setting unit 16 for performing trapezoidal wire feed control output a wire feed speed command to the wire feed motor 19. .
  • This wire feed speed command repeats trapezoidal forward and reverse feeds with a peak time Tp, a rise time Tr, and a fall time Tf suitable for each set current set by the set current setting unit 13.
  • the wire feeding speed is periodically controlled to generate a short circuit state and an arc state by periodically repeating forward feeding and reverse feeding in a trapezoidal waveform, thereby performing welding.
  • the frequency F, the speed amplitude AV, the peak time Tp, the rise time Tr, and the fall time Tf are set to the average feed speed of the wire feed speed suitable for each set current.
  • the forward and reverse feeds of the wire feed speed are trapezoidal, the load on the motor peripheral parts such as the wire feed motor 19 and gears is small, unlike the rectangular wave, compared to the rectangular wave Thus, the lifetime can be extended.
  • the peak time Tp, the rise time Tr, and the fall time Tf are determined based on the set current.
  • the set current is proportional to the wire feed speed and the wire feed amount, and instead of the set current, the peak time Tp, the rise time Tr, and the fall time Tf are based on the wire feed speed and the wire feed amount. Even if it is determined, the same effect can be obtained.
  • each component which comprises the arc welding apparatus shown in FIG. 6 may each be comprised independently, and you may make it comprise combining a some component.
  • problems such as bead defects, increased spatter and poor penetration due to arc instability are minimized with respect to disturbances such as an increase in welding speed, changes in protruding length, and gaps between workpieces. Can be fastened. As a result, it is possible to suppress adverse effects on production efficiency and work environment.
  • arc welding methods and arcs used in industries mainly performing high-speed welding on thin plates such as automobiles, which perform construction of consumable electrode arc welding. Industrially useful as a welding device.

Abstract

　本発明のアーク溶接方法は、設定電流に応じた溶接ワイヤ送給速度を平均送給速度とし、所定の周波数と速度振幅で溶接ワイヤの正送と逆送を周期的に繰り返して、短絡状態とアーク状態とを発生させて溶接を行う消耗電極式のアーク溶接方法であって、周波数および速度振幅のうちの少なくともいずれかを、設定電流に応じた値とする。

Description

アーク溶接方法およびアーク溶接装置
　本発明は、消耗電極である溶接ワイヤを正送と逆送に繰り返しながら短絡状態とアーク状態とを交互に発生させて溶接を行うアーク溶接方法およびアーク溶接装置に関する。
　溶接作業工程でのロス工程であるスパッタ除去工程を少なくするために、スパッタ低減を目的として、溶接ワイヤ送給速度について正送と逆送とを繰り返して、短絡状態とアーク状態とを交互に発生させて行う消耗電極式アーク溶接が、従来から知られている（例えば、特許文献１参照）。
　図７は、従来のアーク溶接制御方法において、ワイヤ送給速度と溶接出力の時間的な変化に対する時間波形を示す図である。
　例えば、消耗電極である溶接ワイヤを送給しながら、短絡状態とアーク状態とを交互に発生させて溶接を行うアーク溶接制御方法に関し、下記の方法が知られている。すなわち、ワイヤ送給速度について正送と逆送とを周期的に繰り返すようワイヤ送給モータを制御する送給速度制御器と、この送給速度制御器の増減信号を受けて、図７に示すようにワイヤ供給量が少ない期間は溶接出力が低出力に、ワイヤ供給量が多い期間は溶接出力が高出力になるよう制御する出力制御器とを設けた構成としていた。これにより、短絡状態の時、ワイヤ溶融塊の移行力としてワイヤ送給速度を減じることによる離脱力を利用でき、スパッタ発生の主要な原因とする短絡電流を低減しても安定した短絡移行溶接が持続できるものである。
　ワイヤ送給速度を正送と逆送に周期的に繰り返して、短絡状態とアーク状態とを交互に発生させる制御方法において、逆送時に被溶接物と溶接ワイヤの短絡状態を主に機械的に開放させる場合を考える。そのためには、ワイヤ送給速度の平均送給速度よりも大きな送給速度で、ワイヤ送給速度を逆送させる必要があり、それを実現するための速度振幅を設定する必要がある。
　設定電流とワイヤ送給速度が比例の関係にあることは一般的に知られている。そして、周期的なワイヤ送給速度の制御においても、ワイヤ送給速度の平均送給速度を設定電流に同期（比例）させることが考えられる。そして、設定電流が高い程、平均送給速度は速くなる。そのため、周期的なワイヤ送給の速度振幅も平均送給速度に同期（比例）して大きくする必要がある。なお、周期的なワイヤ送給を行う際に、ワイヤ送給を行うモータの負荷限界に至るなどの場合は、周期的なワイヤ送給の周波数を下げるなどして、ワイヤ送給を行うモータやギヤなどのモータ周辺部品への負荷を軽減させる必要がある。
　しかし、設定電流に関係なく一定の周波数および速度振幅であるならば、特定の設定電流のみにしか対応できない、すなわち、特定の設定電流範囲でしか溶接を行うことができず、設定電流に応じた溶接を行えないといった課題がある。
特開昭６２－６７７５号公報
　本発明は、上記課題を解決するもので、ワイヤ送給速度を正送と逆送に周期的に繰り返して、短絡状態とアーク状態とを周期的に発生させて溶接を行うアーク溶接制御方法において、設定電流に応じた溶接を行うことができるアーク溶接方法およびアーク溶接装置を提供する。
　本発明のアーク溶接方法は、設定電流に応じた溶接ワイヤ送給速度を平均送給速度とし、所定の周波数と所定の速度振幅で溶接ワイヤの正送と逆送とを周期的に繰り返して、短絡状態とアーク状態とを発生させて溶接を行う消耗電極式のアーク溶接方法であって、上記所定の周波数および上記所定の速度振幅のうちの少なくともいずれかを、上記設定電流に応じた値とした方法からなる。
　この方法により、設定電流毎に適した周波数や速度振幅などを設定することにより、設定電流に応じた溶接を行うことができる。これにより、溶接速度の高速化および突出し長さの変化や被溶接物間のギャップなどの外乱に対して、アーク不安定によるビード欠陥、スパッタ増加、溶け込み不良等の問題を最小限に留めることができる。また、生産効率や作業環境への悪影響を抑えることができ、良好なアーク溶接方法を実現できる。
　また、本発明のアーク溶接装置は、消耗電極である溶接ワイヤと被溶接物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であって、設定電流を設定するための設定電流設定部と、設定電流に基づいて溶接ワイヤを正送と逆送の方向に周期的に繰り返し送給制御する平均送給速度となる溶接ワイヤ送給速度を決定する平均送給速度設定部と、設定電流に基づいて溶接ワイヤを正送と逆送の方向に周期的に繰り返し送給制御するための周波数を決定する周波数基本設定部と、設定電流に基づいて溶接ワイヤを正送と逆送の方向に周期的に繰り返し送給制御するための速度振幅を決定する速度振幅基本設定部と、溶接出力を制御するスイッチング素子と、溶接電圧を検出する溶接電圧検出部と、溶接電圧検出部の検出結果に基づいて、短絡状態またはアーク状態であることを検出する状態検出部と、状態検出部からの短絡の信号を受けて短絡状態である短絡期間に短絡電流の制御を行う短絡制御部と、状態検出部からのアークの信号を受けてアーク状態であるアーク期間にアーク電圧の制御を行うアーク制御部と、を備え、設定電流に基づいた周波数および速度振幅で溶接ワイヤを送給して溶接を行う構成からなる。
　この構成により、設定電流毎に適した周波数や速度振幅などを設定することにより、設定電流に応じた溶接を行うことができる。これにより、溶接速度の高速化および突出し長さの変化や被溶接物間のギャップなどの外乱に対して、アーク不安定によるビード欠陥、スパッタ増加、溶け込み不良等の問題を最小限に留めることができる。また、生産効率や作業環境への悪影響を抑えることができ、良好なアーク溶接装置を実現できる。
　以上のように、本発明によれば、ワイヤ送給を正送と逆送とに周期的に繰り返して、短絡状態とアーク状態とを周期的に発生させて行う溶接において、設定電流毎に適した周波数や速度振幅などを設定する。これにより、広い設定電流の範囲で、設定電流に応じた溶接を行うことができる。その結果、ワイヤ送給を行うモータやギヤなどのモータ周辺部品への負荷なども軽減できる。
図1は、本発明の実施の形態１におけるワイヤ送給速度、溶接電圧及び溶接電流の時間波形を示す図である。 図２は、本発明の実施の形態１における設定電流に対するワイヤ送給速度の速度振幅の関係の一例を示す図である。 図３は、本発明の実施の形態１における設定電流に対するワイヤ送給の周波数の関係の一例を示す図である。 図４は、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構成図である。 図５は、本発明の実施の形態２におけるワイヤ送給速度、溶接電圧及び溶接電流の時間波形を示す図である。 図６は、本発明の実施の形態２におけるアーク溶接装置の概略構成を示す構成図である。 図７は、従来のワイヤ送給速度と溶接出力の時間波形を示す図である。
　以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら説明する。以下の図面においては、同じ構成要素については同じ符号を付しているので説明を省略する場合がある。なお、この実施の形態によって本発明が限定されるものではない。
　（実施の形態１）
　本実施の形態では、先ず、アーク溶接方法について説明し、その後、アーク溶接装置について説明する。
　図１は、本発明の実施の形態１におけるワイヤ送給速度、溶接電圧及び溶接電流の時間波形を示す図である。図１に示すように、短絡状態とアーク状態とを交互に繰り返す消耗電極式のアーク溶接における、ワイヤ送給速度、溶接電流及び溶接電圧の時間波形を示し、これらの時間的な関係を示している。
　図１において、Ｐ１は、短絡を開始した時点を示している。短絡初期電流ＩＳ０が所定時間出力した後、短絡電流の第１段目の増加傾き（ｄｉ１／ｄｔ）（以下、図１に示す「ＩＳ１」とする。）を持つ短絡電流が出力され、続けて短絡電流の第２段目の増加傾き（ｄｉ２／ｄｔ）（以下、図１に示す「ＩＳ２」とする。）を持つ短絡電流が出力される。その後、溶融プールと溶接ワイヤ先端との間に出来上がった溶滴のくびれが検出されると、溶接電流は、低電流に瞬時に移行する。Ｐ２は、溶接電流が低電流に移行した後の、溶滴のくびれが離れ、短絡状態が終了して、アークが発生した時点を示している。Ｐ２からのアーク期間Ｔａにおいて、アーク発生直後にピーク電流ＩＰの溶接電流を出力する。その後、ピーク電流ＩＰからベース電流ＩＢへ移行するのは、電流制御でも電圧制御でもどちらの制御でも可能な期間であり、ベース電流ＩＢに移行した段階で次の短絡を待つことになる。Ｐ３は、次の短絡が発生した時点を示している。なお、Ｐ３から次の短絡期間Ｔｓが開始される。
　また、図１では、所定の周波数Ｆと所定の速度振幅ＡＶで基本波形である正弦波状に正送と逆送とを周期的に繰り返すワイヤ送給制御を行っている。周波数の逆数である周期Ｔは、短絡期間Ｔｓとアーク期間Ｔａとの和で表される。正送側のピーク時ＰＰではＰ１周辺で短絡が発生し、逆送側のピーク時ＮＰでは、Ｐ２周辺でアークが発生することになる。また、Ｐ２の後の正送のピーク時ＰＰにＰ３周辺で次の短絡が発生する。
　以上のように、Ｐ１からＰ３までを制御の１周期とし、これを繰り返して溶接を行う。このように短絡状態またはアーク状態の発生は、基本的にワイヤ送給速度の正送と逆送とを周期的に繰り返すワイヤ送給制御に依存するものである。
　次に、正送と逆送を繰り返し行う溶接における設定電流に適した速度振幅ＡＶの設定の方法について、図２を用いて説明する。図２は、本発明の実施の形態１における設定電流に対する、ワイヤ送給速度の速度振幅の関係の一例を示す図である。
　図２において、例えば、設定電流が６０Ａの場合は、速度振幅ＡＶは１５ｍ／分である。そして、設定電流の増加に応じて速度振幅ＡＶも増加し、設定電流が２４０Ａまで増加すると、速度振幅は３０ｍ／分まで増加する必要がある。その理由は、設定電流が大きくなっても、実際に被溶接物とワイヤ先端の距離を例えば１ｍｍ～５ｍｍ程度の所定の距離を確保して安定して逆送するために必要であるからである。なぜなら、設定電流が増加するとワイヤ送給速度の平均送給速度も増加する。このため、速度振幅ＡＶが一定であると逆送の送給期間が短くなってしまう。したがって、逆送の距離が短くなるために実際に被溶接物とワイヤ先端の距離とを所定の距離だけ確保し難くなる。そうすると、設定電流に同期して速度振幅ＡＶを大きくしないと、溶接ワイヤの逆送の期間、すなわち逆送の距離を所定の距離だけ確保できないためである。
　なお、図２に示す特性は、溶接対象物や溶接条件等に応じて実験等により予め求めておくことができるものである。
　次に、正送と逆送とを繰り返し行う溶接の設定電流に適した周波数Ｆの設定の方法について、図３を用いて以下に説明する。図３は、本発明の実施の形態１における設定電流に対するワイヤ送給の周波数の関係の一例を示す図である。
　図３において、例えば、設定電流が１８０Ａまでは周波数は６０Ｈｚで一定とするが、設定電流が１８０Ａを超えると設定電流の増加とは逆に周波数が低くなる。さらに設定電流が２４０Ａまで増加すると周波数は４０Ｈｚまで低くする必要がある場合がある。
　その理由は、設定電流が増加してくると、上述のように速度振幅ＡＶを上げる必要があるため、周波数Ｆを下げる必要が出てくる可能性がある。なぜなら、速度振幅を上げることによって、溶接ワイヤ速度の変化率（溶接ワイヤ送給の加速度）が大きくなりワイヤ送給モータやギヤなどが溶接ワイヤの送給に大きい力が必要となる。これにより、ワイヤ送給モータやギヤなどのモータ周辺部品の負荷が増えてしまう。そこで、この負荷を軽減するため、周波数Ｆを抑えて低くすることで、溶接ワイヤ速度の変化率を緩やかにして対応することができる。
　なお、ワイヤ送給モータやギヤなどのモータ周辺部品に対する大きい負荷が、モータ周辺部品に影響がない場合であれば、周波数Ｆを一定に維持することも、周波数Ｆをさらに上げていくことも何ら問題ない。
　例えば、図２に示す速度振幅ＡＶと図３に示す周波数Ｆは、設定電流が１８０Ａまでは速度振幅が１５ｍ／分から２５ｍ／分に増加するものの、周波数は６０Ｈｚで問題ない。しかし、設定電流が２４０Ａでは速度振幅が３０ｍ／分まで増加すると周波数は４０Ｈｚまで下げてワイヤ送給モータやギヤなどのモータ周辺部品への負荷を抑えることが必要な場合もある。
　また、図２や図３では、設定電流に対する速度振幅ＡＶの関係や設定電流に対する周波数の関係が１次関数である例を示しているが、これに限らず、例えば２次関数など１次関数以外でも良い。
　また、図２や図３に示すように、設定電流に対する速度振幅ＡＶや周波数Ｆには、各々に上限値または下限値のうち少なくともいずれかを設けるようにしても良い。上限値を設ける理由は、例えば、ワイヤ送給モータの使用限界にならないようにして、ワイヤ送給モータを安全に使用するためである。また、下限値を設ける理由は、例えば、適切なアーク溶接の状態を維持して溶接性を確保するためである。
　なお、図２や図３に示す設定電流に応じた速度振幅ＡＶや周波数Ｆは、設定電流と、送給する消耗電極ワイヤのワイヤ径、ワイヤの種類、ワイヤの突出長、供給するシールドガス、のうちの少なくとも１つとに基づいて設定される。
　上述したように、本発明のアーク溶接方法は、設定電流に応じた溶接ワイヤ送給速度を平均送給速度とし、所定の周波数Ｆと所定の速度振幅ＡＶで溶接ワイヤの正送と逆送とを周期的に繰り返して、短絡状態とアーク状態とを発生させて溶接を行う消耗電極式のアーク溶接方法であって、所定の周波数Ｆおよび所定の速度振幅ＡＶのうちの少なくともいずれかを、設定電流に応じた値とした方法からなる。
　この方法により、設定電流毎に適した周波数Ｆや速度振幅ＡＶなどを設定することにより、設定電流に応じた溶接を行うことができる。これにより、溶接速度の高速化および突出し長さの変化や被溶接物間のギャップなどの外乱に対して、アーク不安定によるビード欠陥、スパッタ増加、溶け込み不良等の問題を最小限に留めることができる。また、生産効率や作業環境への悪影響を抑えることができ、良好なアーク溶接方法を実現できる。
　また、溶接ワイヤ送給速度を正弦波状に変化させて溶接ワイヤの送給を行う方法としてもよい。この方法により、矩形波状とは異なりワイヤ送給モータやギヤなどのモータ周辺部品への負荷の時間的な変化が小さく、矩形波状の場合に比べてこれらの寿命を長くすることができる。
　また、設定電流に応じた溶接電流のピーク時間、立ち上がり時間および立ち下がり時間のうちの少なくともいずれかの時間により溶接を行う方法としてもよい。この方法により、さらに安定して制御できるアーク溶接方法が実現できる。すなわち、スパッタの大幅な増加や、アークが不安定になることを防止し、安定なアーク溶接方法が実現できる。
　また、設定電流に応じた溶接電流のピーク時間、立ち上がり時間および立ち下がり時間のうちの少なくともいずれかに上限値および下限値のうちの少なくともいずれかを設けた方法としてもよい。
　この方法により、ワイヤ送給モータなどの部品を安全に使用することができる、あるいは、適切なアーク溶接の状態を維持して溶接性を確保することができる。
　次に、本実施の形態１のアーク溶接制御を行うアーク溶接装置について、図４を用いて説明する。図４は、本実施の形態１におけるアーク溶接装置の概略構成を示す構成図である。
　図４に示すように、本実施の形態１のアーク溶接装置は、消耗電極である溶接ワイヤ２０と被溶接物２３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である。そして、このアーク溶接装置は、設定電流設定部１３と、平均送給速度設定部２４と、周波数基本設定部１４と、速度振幅基本設定部１５と、スイッチング素子３と、溶接電圧検出部８と、状態検出部１０と、短絡制御部１１と、アーク制御部１２と、を備え、設定電流に基づいた周波数Ｆおよび速度振幅ＡＶで溶接ワイヤ２０を送給して溶接を行う構成からなる。ここで、設定電流設定部１３は、設定電流を設定する。平均送給速度設定部２４は、設定電流に基づいて溶接ワイヤ２０を正送と逆送の方向に周期的に繰り返し送給制御する平均送給速度となる溶接ワイヤ送給速度を決定する。周波数基本設定部１４は、設定電流に基づいて溶接ワイヤ２０を正送と逆送の方向に周期的に繰り返し送給制御するための周波数Ｆを決定する。速度振幅基本設定部１５は、設定電流に基づいて溶接ワイヤ２０を正送と逆送の方向に周期的に繰り返し送給制御するための速度振幅ＡＶを決定する。スイッチング素子３は、溶接出力を制御し、溶接電圧検出部８は、溶接電圧を検出する。状態検出部１０は、溶接電圧検出部８の検出結果に基づいて、短絡状態またはアーク状態であることを検出する。短絡制御部１１は、状態検出部１０からの短絡の信号を受けて短絡状態である短絡期間Ｔｓに短絡電流の制御を行う。アーク制御部１２は、状態検出部１０からのアークの信号を受けてアーク状態であるアーク期間Ｔａにアーク電圧の制御を行う。
　この構成により、設定電流毎に適した周波数や速度振幅などを設定することにより、後述するように設定電流に応じた溶接を行うことができる。これにより、溶接速度の高速化および突出し長さの変化や被溶接物２３間のギャップなどの外乱に対して、アーク不安定によるビード欠陥、スパッタ増加、溶け込み不良等の問題を最小限に留めることができる。また、生産効率や作業環境への悪影響を抑えることができ、良好なアーク溶接装置を実現できる。
　次に本実施の形態１のアーク溶接装置の基本的な動作について説明する。図４に示すように、入力電源１からの電力は１次整流部２で整流され、スイッチング素子３により、例えば交流電圧に変換される。この交流電圧は、トランス４により降圧され、２次整流部５およびインダクタであるＤＣＬ６により整流される。そして、直流電圧は、溶接チップ２１を通る溶接ワイヤ２０と被溶接物２３との間に印加されて溶接アーク２２が被溶接物２３に対して発生する。
　また、アーク溶接装置は、スイッチング素子３を制御するための駆動部７と、溶接ワイヤ２０に直流電圧を印加する溶接用電源出力端子間に接続されている溶接電圧検出部８と、溶接出力電流を検出する溶接電流検出部９と、を備えている。そして、アーク溶接装置は、溶接電圧検出部８からの信号に基づいて短絡またはアークを発生しているかを判定する状態検出部１０と、状態検出部１０から短絡の信号を受けて短絡期間Ｔｓに短絡電流の制御を行う短絡制御部１１と、を備えている。そして、アーク溶接装置は、状態検出部１０からのアークの信号を受けてアーク期間Ｔａにアーク電圧の制御を行うアーク制御部１２と、電流を設定するための設定電流設定部１３とを備えている。
　また、設定電流設定部１３で設定した設定電流毎に適したワイヤ送給の周波数Ｆは、周波数基本設定部１４で決定し、ワイヤ送給の速度振幅ＡＶは、速度振幅基本設定部１５で決定される。ワイヤ送給の平均送給速度は、平均送給速度設定部２４で決定される。そして、周波数基本設定部１４の出力、速度振幅基本設定部１５の出力及び平均送給速度設定部２４の出力は、ワイヤ送給モータ１９に入力され、溶接ワイヤ２０の送給が制御される。なお、周波数基本設定部１４には、設定電流と周波数Ｆとを関係付けたテーブルあるいは関係式が設けられており、設定電流に基づいて、このテーブルなどから周波数Ｆが決定される。また、速度振幅基本設定部１５には、設定電流と速度振幅とを関係付けたテーブルあるいは関係式が設けられており、設定電流に基づいて、このテーブルなどから速度振幅ＡＶが決定される。また、平均送給速度設定部２４には、設定電流と平均送給速度とを関係付けたテーブルあるいは関係式が設けられており、設定電流に基づいて、このテーブルなどから平均送給速度が決定される。
　まず、アーク溶接装置のワイヤ送給制御について、以下に具体的に説明する。ワイヤ送給の周波数基本設定部１４とワイヤ送給の速度振幅基本設定部１５は、設定電流設定部１３で設定される設定電流毎に、ワイヤ送給速度指令をワイヤ送給モータ１９に出力する。ワイヤ送給速度指令は、この設定電流の電流値に適したワイヤ送給速度の平均送給速度に応じて、周波数Ｆと速度振幅ＡＶによる正弦波状の正送と逆送とを繰り返す指令である。なお、設定電流毎に設定される周波数Ｆおよび速度振幅ＡＶとの関係は、例えば、図示しない記憶部に、テーブルあるいは数式として記憶されており、設定電流に基づいてこのテーブルを利用して決定される。
　次に、アーク溶接装置の溶接制御について、以下に具体的に説明する。図４に示すように、溶接電圧検出部８は、アーク溶接装置の出力端子間に接続され、検出した電圧に対応した信号を状態検出部１０に出力する。状態検出部１０は、溶接電圧検出部８からの信号に基づいて、溶接出力電圧が一定値以上か未満かを判定する。この判定結果により、溶接ワイヤ２０が被溶接物２３に接触し短絡している短絡状態であるのか、それとも非接触状態で溶接アークを発生しているアーク状態であるのかを判定し、判定信号が、短絡制御部１１やアーク制御部１２に出力される。
　そして、短絡制御部１１は、設定した設定電流に基づいて短絡初期電流ＩＳ０に続き、短絡電流の第１段目の増加傾きＩＳ１と、短絡電流の第１段目の増加傾きＩＳ１に続く短絡電流の第２段目の増加傾きＩＳ２を出力するように駆動部７に指令を出力する。
　また、アーク制御部１２は、アーク期間Ｔａにピーク電流ＩＰ及びベース電流ＩＢを所定時間の間、出力するように駆動部７に指令を出力する。なお、アーク期間Ｔａにおいて、ピーク電流ＩＰからベース電流ＩＢへ移行する期間の制御は、電圧制御または電流制御のどちらの制御でもよい。
　以上のように、設定電流毎に正送と逆送とを周期的に繰り返す周波数Ｆおよび速度振幅ＡＶを設定することにより、低電流（例えば、３０Ａ）から高電流（例えば、３５０Ａ）まで対応して、設定電流を広い範囲の所望の電流値に設定して溶接を行うことができる。
　なお、図４で示したアーク溶接装置を構成する各構成部は、各々単独に構成してもよいし、複数の構成部を複合して構成するようにしてもよい。
　以上のように、本実施の形態１のアーク溶接装置によれば、ワイヤ送給速度を正送と逆送について、例えば正弦波状に、周期的に繰り返して、短絡状態とアーク状態とを周期的に発生させて溶接を行う。このような制御方法による溶接動作において、設定電流毎に適したワイヤ送給速度の平均送給速度に周波数Ｆおよび速度振幅ＡＶを設定する。これにより、低電流から高電流までの設定電流に対応して安定したアーク溶接を行うことができる。
　また、ワイヤ送給速度の正送と逆送を、例えば正弦波状とした場合には、矩形波状とは異なり、ワイヤ送給モータやギヤなどのモータ周辺部品への負荷の時間的な変化が連続で小さい。したがって、負荷の時間的な変化が不連続で大きくなることがある矩形波状の場合に比べて、ワイヤ送給モータやギヤなどのモータ周辺部品に過大な負荷が急激にかかることがなく、これらのモータ周辺部品の寿命を長くすることができる。
　なお、本実施の形態１では、設定電流に基づいて周期的に行うワイヤ送給の周波数Ｆや速度振幅ＡＶを決定する例を示した。しかしながらが、設定電流はワイヤ送給速度やワイヤ送給量と比例の関係にあり、設定電流に替えてワイヤ送給速度やワイヤ送給量に基づいて周波数Ｆや速度振幅ＡＶを決定するようにしても同様の効果を得ることができる。
　（実施の形態２）
　図５は、本発明の実施の形態２におけるワイヤ送給速度、溶接電圧及び溶接電流の時間波形を示す図である。
　本実施の形態２において、実施の形態１と異なる主な点は、ワイヤ送給が正弦波状ではなく、台形波状である点である。そして、設定電流に基づいて台形波状のワイヤ送給制御のピーク時間Ｔｐ、立ち上がり時間Ｔｒおよび立ち下がり時間Ｔｆのうちの少なくともいずれかを決定するようにした点である。
　すなわち、本実施の形態２のアーク溶接方法は、設定電流に応じた溶接ワイヤ送給速度を平均送給速度とし、所定の周波数Ｆと所定の速度振幅ＡＶで溶接ワイヤの正送と逆送とを周期的に繰り返して、短絡状態とアーク状態とを発生させて溶接を行う消耗電極式のアーク溶接方法である。そして、このアーク溶接方法は、所定の周波数Ｆおよび所定の速度振幅ＡＶのうちの少なくともいずれかを、設定電流に応じた値とし、溶接ワイヤ送給速度を台形波状に変化させて溶接ワイヤの送給を行う方法としている。
　この方法により、設定電流毎に適した周波数Ｆや速度振幅ＡＶなどを設定することにより、設定電流に応じた溶接を行うことができる。これにより、溶接速度の高速化および突出し長さの変化や被溶接物間のギャップなどの外乱に対して、アーク不安定によるビード欠陥、スパッタ増加、溶け込み不良等の問題を最小限に留めることができる。また、生産効率や作業環境への悪影響を抑えることができ、良好なアーク溶接方法を実現できる。
　なお、ワイヤ送給が所定の周波数Ｆと速度振幅ＡＶで正送と逆送を周期的に繰り返す制御であれば、このように台形波状でも正弦波状と同様の性能を出すことができる。
　正弦波状の制御と異なる点は、台形波状のピーク時間Ｔｐ、立ち上がり時間Ｔｒ及び立ち下がり時間Ｔｆを設定電流毎に適した値が設定できることである。
　図５に示すワイヤ送給制御は、所定の周波数Ｆと速度振幅ＡＶで基本波形である台形波状に正送と逆送を周期的に繰り返すワイヤ送給制御である。そして、このワイヤ送給制御は、正送側または逆送側のピーク時にピーク時間Ｔｐを設け、さらにピーク送給速度への立ち上がり時間Ｔｒとピーク送給速度から立ち下がり時間Ｔｆを追加し、設定電流毎に適した値を決定できるものである。
　設定電流毎に適したパラメータを調整できる数が増えることで、被溶接物２３と溶接ワイヤ２０の先端との距離を所定の距離に確保し易くなる。
　なお、図示していないが、設定電流とピーク時間Ｔｐとの関係、設定電流と立ち上がり時間Ｔｒとの関係、設定電流と立ち下がり時間Ｔｆとの関係は、１次関数でも、２次関数など１次関数以外でも良い。
　また、図示していないが、ピーク時間Ｔｐ、立ち上がり時間Ｔｒ及び立ち下がり時間Ｔｆのうちの少なくともいずれかには、上限値及び下限値のうちの少なくともいずれかを設けるようにしても良い。
　また、設定電流に対するピーク時間Ｔｐ、立ち上がり時間Ｔｒ及び立ち下がり時間Ｔｆは、設定電流と、送給する消耗電極ワイヤのワイヤ径、ワイヤの種類、ワイヤ突出長及び供給するシールドガスのうちの少なくとも１つとに基づいて設定される。
　次に、本実施の形態２のアーク溶接装置の制御について、図６を用いて具体的に説明する。図６は、本発明の実施の形態２におけるアーク溶接装置の概略構成を示す構成図である。なお、実施の形態１において図４を用いて説明したアーク溶接装置と異なる主な点は、ピーク時間基本設定部１６と、ピーク立ち上がり時間基本設定部１７と、ピーク立ち下がり時間基本設定部１８を設けた点である。
　すなわち、本発明のアーク溶接装置は、実施の形態1の図４に示すアーク溶接装置に加えて、平均送給速度設定部２４は、溶接ワイヤ２０を正送と逆送に台形波状に周期的に繰り返し送給制御するための周波数を決定し、速度振幅基本設定部１５は、溶接ワイヤ２０を正送と逆送に台形波状に周期的に繰り返し送給制御するための速度振幅を決定する。そして、本実施の形態２のアーク溶接装置は、ピーク時間基本設定部１６と、ピーク立ち上がり時間基本設定部１７と、ピーク立ち下がり時間基本設定部１８と、を備え、設定電流に基づいたピーク時間、立ち上がり時間および立ち下がり時間のうちの少なくともいずれかの時間で溶接ワイヤ２０を送給して溶接を行う構成としている。ここで、ピーク時間基本設定部１６は、設定電流に基づいて、台形波状のピーク時間Ｔｐを決定する。ピーク立ち上がり時間基本設定部１７は、設定電流に基づいて、台形波状の立ち上がり時間Ｔｒを決定する。ピーク立ち下がり時間基本設定部１８は、設定電流に基づいて台形波状の立ち下がり時間Ｔｆを決定する。
　この構成により、設定電流毎に適した周波数や速度振幅などを設定することにより、設定電流に応じた溶接を行うことができる。これにより、溶接速度の高速化および突出し長さの変化や被溶接物２３間のギャップなどの外乱に対して、アーク不安定によるビード欠陥、スパッタ増加、溶け込み不良等の問題を最小限に留めることができる。また、生産効率や作業環境への悪影響を抑えることができ、良好なアーク溶接装置を実現できる。
　なお、設定電流設定部１３で設定した設定電流毎に適したピーク時間Ｔｐは、ピーク時間基本設定部１６で決定される。立ち上がり時間Ｔｒは、ピーク立ち上がり時間基本設定部１７で決定され、立ち下がり時間Ｔｆは、ピーク立ち下がり時間基本設定部１８で決定される。そして、ピーク時間基本設定部１６の出力、ピーク立ち上がり時間基本設定部１７の出力及びピーク立ち下がり時間基本設定部１８の出力は、ワイヤ送給モータ１９に入力され、溶接ワイヤ２０の送給が制御される。
　また、ピーク時間基本設定部１６には、設定電流とピーク時間Ｔｐとを関係付けたテーブルあるいは関係式が設けられており、このテーブルなどを利用し設定電流に基づいて、ピーク時間Ｔｐは決定される。また、ピーク立ち上がり時間基本設定部１７には、設定電流と立ち上がり時間Ｔｒとを関係付けたテーブルあるいは関係式が設けられており、このテーブルなどを利用し設定電流に基づいて、立ち上がり時間Ｔｒは決定される。また、ピーク立ち下がり時間基本設定部１８には、設定電流と立ち下がり時間Ｔｆとを関係付けたテーブルあるいは関係式が設けられており、このテーブルなどを利用し設定電流に基づいて、立ち下がり時間Ｔｆは決定される。
　次に、アーク溶接装置のワイヤ送給制御について、以下に説明する。台形波状のワイヤ送給制御を行うためのピーク時間基本設定部１６、ピーク立ち上がり時間基本設定部１７及びピーク立ち下がり時間基本設定部１８は、ワイヤ送給速度指令をワイヤ送給モータ１９に出力する。このワイヤ送給速度指令は、設定電流設定部１３で設定された設定電流毎に適したピーク時間Ｔｐ、立ち上がり時間Ｔｒ及び立ち下がり時間Ｔｆによる台形波状の正送と逆送を繰り返すものである。
　なお、アーク溶接装置の溶接制御についての説明は、実施の形態１のアーク溶接装置と同様であるため割愛する。
　以上のように、本実施の形態２によれば、ワイヤ送給速度を正送と逆送を台形波状に周期的に繰り返して短絡状態とアーク状態を周期的に発生させて溶接を行う制御方法において、設定電流毎に適したワイヤ送給速度の平均送給速度に周波数Ｆおよび速度振幅ＡＶと、ピーク時間Ｔｐ、立ち上がり時間Ｔｒ及び立ち下がり時間Ｔｆを設定する。これにより、低電流（例えば、３０Ａ）から高電流（例えば、３５０Ａ）までの広い範囲の設定電流に対して対応することができる。
　また、ワイヤ送給速度の正送と逆送は台形波状であることから、矩形波状とは異なり、ワイヤ送給モータ１９やギヤなどのモータ周辺部品への負荷が小さく、矩形波状の場合に比べてこれらの寿命を長くすることができる。
　なお、本実施の形態では、設定電流に基づいてピーク時間Ｔｐ、立ち上がり時間Ｔｒ及び立ち下がり時間Ｔｆを決定する例を示した。しかしながら、設定電流はワイヤ送給速度やワイヤ送給量と比例の関係にあり、設定電流に替えてワイヤ送給速度やワイヤ送給量に基づいてピーク時間Ｔｐ、立ち上がり時間Ｔｒ及び立ち下がり時間Ｔｆを決定するようにしても同様の効果を得ることができる。
　なお、図６で示したアーク溶接装置を構成する各構成部は、各々単独に構成してもよいし、複数の構成部を複合して構成するようにしてもよい。
　本発明によれば、溶接速度の高速化および突出し長さの変化や被溶接物間のギャップなどの外乱に対して、アーク不安定によるビード欠陥、スパッタ増加、溶け込み不良等の問題を最小限に留めることができる。これにより、生産効率や作業環境への悪影響を抑えることが可能であり、例えば消耗電極式アーク溶接の施工を行う、自動車などの薄板での高速溶接を主としている業界で使用するアーク溶接方法およびアーク溶接装置として産業上有用である。
１　　入力電源
２　　１次整流部
３　　スイッチング素子
４　　トランス
５　　２次整流部
６　　ＤＣＬ
７　　駆動部
８　　溶接電圧検出部
９　　溶接電流検出部
１０　　状態検出部
１１　　短絡制御部
１２　　アーク制御部
１３　　設定電流設定部
１４　　周波数基本設定部
１５　　速度振幅基本設定部
１６　　ピーク時間基本設定部
１７　　ピーク立ち上がり時間基本設定部
１８　　ピーク立ち下がり時間基本設定部
１９　　ワイヤ送給モータ
２０　　溶接ワイヤ
２１　　溶接チップ
２２　　溶接アーク
２３　　被溶接物
２４　　平均送給速度設定部

Claims (8)

  1. 設定電流に応じた溶接ワイヤ送給速度を平均送給速度とし、所定の周波数と所定の速度振幅で溶接ワイヤの正送と逆送とを周期的に繰り返して、短絡状態とアーク状態とを発生させて溶接を行う消耗電極式のアーク溶接方法であって、
    前記所定の周波数および前記所定の速度振幅のうちの少なくともいずれかを、前記設定電流に応じた値としたアーク溶接方法。
  2. 前記設定電流に応じた値である前記所定の周波数および前記所定の速度振幅のうちの少なくともいずれかに、上限値および下限値のうちの少なくともいずれかを設けた請求項１に記載のアーク溶接方法。
  3. 前記溶接ワイヤ送給速度を正弦波状に変化させて前記溶接ワイヤの送給を行う請求項１または２に記載のアーク溶接方法。
  4. 前記溶接ワイヤ送給速度を台形波状に変化させて前記溶接ワイヤの送給を行う請求項１または２に記載のアーク溶接方法。
  5. 前記設定電流に応じた溶接電流のピーク時間、立ち上がり時間および立ち下がり時間のうちの少なくともいずれかの時間により溶接を行う請求項４に記載のアーク溶接方法。
  6. 前記設定電流に応じた溶接電流のピーク時間、立ち上がり時間および立ち下がり時間のうちの少なくともいずれかに上限値および下限値のうちの少なくともいずれかを設けた請求項５に記載のアーク溶接方法。
  7. 消耗電極である溶接ワイヤと被溶接物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であって、
    設定電流を設定するための設定電流設定部と、
    前記設定電流に基づいて前記溶接ワイヤを正送と逆送の方向に周期的に繰り返し送給制御する平均送給速度となる溶接ワイヤ送給速度を決定する平均送給速度設定部と、
    前記設定電流に基づいて前記溶接ワイヤを正送と逆送の方向に周期的に繰り返し送給制御するための周波数を決定する周波数基本設定部と、
    前記設定電流に基づいて前記溶接ワイヤを正送と逆送の方向に周期的に繰り返し送給制御するための速度振幅を決定する速度振幅基本設定部と、
    溶接出力を制御するスイッチング素子と、
    溶接電圧を検出する溶接電圧検出部と、
    前記溶接電圧検出部の検出結果に基づいて、短絡状態またはアーク状態であることを検出する状態検出部と、
    前記状態検出部からの短絡の信号を受けて短絡状態である短絡期間に短絡電流の制御を行う短絡制御部と、
    前記状態検出部からのアークの信号を受けてアーク状態であるアーク期間にアーク電圧の制御を行うアーク制御部と、を備え、
    前記設定電流に基づいた前記周波数および前記速度振幅で前記溶接ワイヤを送給して溶接を行うアーク溶接装置。
  8. 前記平均送給速度設定部は、前記溶接ワイヤを正送と逆送に台形波状に周期的に繰り返し送給制御するための周波数を決定し、
    前記速度振幅基本設定部は、前記溶接ワイヤを正送と逆送に台形波状に周期的に繰り返し送給制御するための速度振幅を決定し、
    前記設定電流に基づいて、台形波状のピーク時間を決定するピーク時間基本設定部と、
    前記設定電流に基づいて、台形波状の立ち上がり時間を決定するピーク立ち上がり時間基本設定部と、
    前記設定電流に基づいて台形波状の立ち下がり時間を決定するピーク立ち下がり時間基本設定部と、を備え、
    前記設定電流に基づいたピーク時間、立ち上がり時間および立ち下がり時間のうちの少なくともいずれかの時間で前記溶接ワイヤを送給して溶接を行う請求項７に記載のアーク溶接装置。
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