WO2011064952A1 - 溶接方法および溶接装置 - Google Patents

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WO2011064952A1
WO2011064952A1 PCT/JP2010/006583 JP2010006583W WO2011064952A1 WO 2011064952 A1 WO2011064952 A1 WO 2011064952A1 JP 2010006583 W JP2010006583 W JP 2010006583W WO 2011064952 A1 WO2011064952 A1 WO 2011064952A1
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WO
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welding
output
current
wire
short circuit
Prior art date
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PCT/JP2010/006583
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義朗 田中
一徳 松本
公哉 佐藤
晶 中川
大樹 湯澤
英樹 井原
Original Assignee
パナソニック株式会社
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Publication date
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Priority to US16/106,363 priority patent/US10850340B2/en

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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
    • B23K9/06—Arrangements or circuits for starting the arc, e.g. by generating ignition voltage, or for stabilising the arc
    • B23K9/073—Stabilising the arc
    • 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
    • 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

Definitions

  • the present invention relates to a welding method and a welding apparatus for feeding welding wire and repeating short circuit and arc to perform welding.
  • the short circuit current is increased with the passage of time to open the short circuit in order to promote the opening of the short circuit when the short circuit occurs. Then, a large current is supplied until the arc is regenerated.
  • the welding wire is buckled and the welding is interrupted, or the over current protection function is activated to protect the welding equipment and surrounding jigs from over current.
  • the welding may be interrupted.
  • Patent Document 1 As a method of preventing the buckling of the wire and avoiding the interruption of the welding described above, there is known a technique of monitoring the motor current of the wire feeding motor and stopping the feeding of the welding wire (for example, , Patent Document 1).
  • the overcurrent protection function is conventionally used conventionally to protect a welding apparatus and jigs in the periphery, etc., in the case of an abnormal state where the welding output side has a short circuit, such as a chip short circuit.
  • FIG. 7 is a view showing a schematic configuration of a conventional welding apparatus.
  • FIG. 8 is a diagram showing the time change of the welding current and the AS signal indicating an arc state or a short circuit state in the conventional welding device. The operation of the over-current protection function conventionally used conventionally will be described with reference to FIGS. 7 and 8.
  • FIG. 7 shows the entire configuration of a conventional welding apparatus having an overcurrent protection function
  • FIG. 8 shows the relationship between the welding output waveform of the conventional welding apparatus and each timing.
  • the welding output unit 2 performs welding output
  • the output control unit 3 controls the welding output unit 2.
  • the current detection unit 4 detects a welding current
  • the voltage detection unit 5 detects a welding voltage.
  • the feed motor 6 feeds the welding wire 9, and the feed roller 8 feeds the welding wire 9.
  • the base material 12 is an object to be welded
  • the arc 11 is generated between the welding wire 9 and the base material 12.
  • the wire feed control unit 13 controls the feed motor 6, and the AS determination unit 14 determines an arc state in which a work is generated between the welding wire 9 and the base material 12 based on the output of the voltage detection unit 5. It is determined whether the welding wire 9 and the base material 12 are short circuited or not.
  • the welding output unit 2 receives commercial power supplied from the outside of the welding apparatus 1 as an input, and outputs a welding voltage and a welding current suitable for welding conditions by an inverter operation.
  • a current detection unit 4 configured by CT (Current Transformer) or the like detects a welding current.
  • a voltage detection unit 5 that measures a voltage between output terminals of the welding device 1 detects a welding voltage.
  • the AS determination unit 14 configured by a CPU or the like receives the voltage detection signal from the voltage detection unit 5 and receives an AS signal when it reaches a detection level (for example, 15 V) set in advance during determination of a short circuit state. Is an arc judgment (High: high level). When the detection level (for example, 10 V) set in advance is determined during determination of the arc state, the AS signal is determined to be a short circuit (Low: low level).
  • the wire feed control unit 13 controls the rotation of the feed motor 6.
  • the welding wire 9 is pressurized and fed by the rotation of the feeding roller 8 connected to the feeding motor 6 and is fed at a basic feeding speed according to the welding conditions.
  • the output of the welding output portion 2 is supplied to the welding wire 9 by the welding torch 10, and an arc 11 is generated between the tip of the welding wire 9 and the base material 12 to perform welding.
  • E1 indicates the time when a short circuit occurs
  • E2 indicates the time when an arc occurs after time E1.
  • E3 indicates the time when the short circuit occurs after time E2
  • E7 indicates the time when the short circuit current reaches the preset overcurrent protection detection current value IOC in the short circuit state generated at time E3.
  • E8 indicates the point in time when the over current protection function has been activated since the over current protection detection period TOC has elapsed from time E7.
  • the short circuit current is controlled to increase with an appropriate increase slope in order to open the short circuit.
  • the short circuit current is clipped at the upper limit (fixed at the upper limit) at the maximum output current value IMAX (for example, 550 A) determined by the performance of the welding apparatus 1, and the maximum output current value IMAX continues until the short circuit opens and an arc occurs. It is output.
  • the short circuit does not open from time E7 when the welding current reaches the over current protection detection current value IOC (for example, 500 A) to time E8 when the over current protection detection period TOC (for example 300 msec) elapses.
  • IOC over current protection detection current value
  • TOC over current protection detection period
  • the overcurrent protection function is activated, and the welding apparatus 1 is forcibly stopped.
  • the interruption of welding accompanying the forced stop of the welding device 1 has the problem that welding defects such as damage to the base material 12 and welding defects occur and the production efficiency deteriorates.
  • the present invention promotes the opening of a short circuit when the short circuit does not open for a long time, reduces the frequency of occurrence of unnecessary welding interruption due to the operation of the overcurrent protection function, prevents the occurrence of welding defects, and improves productivity.
  • a welding method and a welding apparatus that can realize an improvement.
  • the welding method of the present invention is a welding method in which welding is performed by feeding welding wire and alternately repeating short circuit and arc to perform welding, in which the welding current is preset while the short circuit is occurring.
  • the method comprises stopping, decelerating or reversing the feed of the welding wire after reaching the first current value.
  • the welding apparatus is a welding apparatus which feeds welding wire and performs welding alternately by alternately shorting and arcing, and detects a feeding motor for feeding the welding wire and welding current.
  • a current detection unit and a voltage detection unit for detecting a welding voltage are provided.
  • an AS determination unit that detects a short circuit state or an arc state based on the output of the voltage detection unit, an output of the current detection unit, an output of the voltage detection unit, and the AS determination unit
  • An output control unit that controls welding output based on the output, a welding output unit that generates a welding output based on the output of the output control unit, and current setting that sets a first current value to be a threshold of the welding current
  • a wire feed control unit for controlling the feed of the welding wire based on the output of the current setting unit, the output of the AS determination unit, and the output of the current detection unit, After the welding current reaches the first current value, the feed of the welding wire is stopped, decelerated or reversely fed.
  • the welding apparatus is a welding apparatus that feeds a welding wire and performs welding alternately by alternately shorting and arcing, a feed motor that feeds the welding wire, and a current that detects the welding current.
  • AS determination unit for detecting a short circuit state or an arc state based on outputs of a detection unit, a voltage detection unit for detecting a welding voltage, and a voltage detection unit, an output of a current detection unit, an output of a voltage detection unit and AS determination And an output control unit that controls a welding output based on an output of the unit.
  • a welding output unit that generates a welding output based on the output of the output control unit, a current setting unit that sets a first current value to be a threshold of the welding current, and A timer for counting time after reaching the current value of 1, an elapsed time setting unit for setting a first predetermined time which becomes a threshold of elapsed time after reaching the first current value, and a current setting unit
  • the welding current is provided with a wire feeding control unit that controls the feeding of the welding wire based on the output of the time measuring unit, the output of the elapsed time setting unit, the output of the AS determination unit and the output of the current detection unit. After the first predetermined time has elapsed since reaching the first current value, the feed of the welding wire is stopped, decelerated or reversely fed.
  • FIG. 1 is a view showing a schematic configuration of a welding apparatus according to a first embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a diagram showing the time change of the welding current, the AS signal and the wire feeding state signal in the welding device in the first embodiment of the present invention.
  • FIG. 3 is a diagram showing the time change of the welding current, the AS signal and the wire feeding state signal in the welding device in the first embodiment of the present invention.
  • FIG. 4 is a view showing a schematic configuration of a welding apparatus in a second embodiment of the present invention.
  • FIG. 5 is a diagram showing the time change of the welding current, the AS signal and the wire feeding state signal in the welding device in the second embodiment of the present invention.
  • FIG. 6 is a diagram showing the time change of the welding current, the AS signal and the wire feeding state signal in the welding device in the second embodiment of the present invention.
  • FIG. 7 is a view showing a schematic configuration of a conventional welding apparatus.
  • FIG. 8 is a diagram showing a time change of welding current in the conventional welding apparatus and an AS signal indicating an arc state or a short circuit state.
  • FIG. 1 is a view showing a schematic configuration of a welding apparatus 21 according to a first embodiment of the present invention.
  • FIGS. 2 and 3 are diagrams showing time changes of a welding current, an AS signal indicating an arc state or a short circuit state, and a wire feeding state signal in the welding device in the first embodiment of the present invention.
  • the welding output unit 22 performs welding output, and the output control unit 23 controls the welding output unit 22.
  • the current detection unit 24 detects a welding current
  • the voltage detection unit 25 detects a welding voltage.
  • the feed motor 26 is provided to feed the welding wire 29, and the current setting unit 27 sets a threshold of the welding current.
  • the feed roller 28 is for feeding the welding wire 29 to the base material 32, which is the object to be welded, through the welding torch 30. At this time, the arc 31 is generated between the welding wire 29 and the base material 32, and the wire feed control unit 33 controls the feed motor.
  • the welding wire 29 and the base material 32 are in an arc state in which a work is generated between the welding wire 29 and the base material 32. Determine if there is a short circuit condition with a short circuit.
  • the welding output unit 22 of the welding device 21 receives commercial power (for example, three-phase 200 V etc.) supplied from the outside of the welding device 21 as an input, and welding voltage or welding suitable for welding conditions by inverter operation. Output current.
  • commercial power for example, three-phase 200 V etc.
  • the inverter unit included in the welding output unit 22 is usually configured by an IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor) driven by a PWM (Pulse Wide Modulation) operation or a phase shift operation, a MOSFET (Metal-Oxide Semiconductor Field Effect Transistor), etc. Ru.
  • IGBT Insulated Gate Bipolar Transistor
  • PWM Pulse Wide Modulation
  • MOSFET Metal-Oxide Semiconductor Field Effect Transistor
  • a current detection unit 24 configured by CT (Current Transformer) or the like detects a welding current.
  • the voltage detection unit 25 that measures the voltage between the output terminals of the welding device 21 detects the welding voltage.
  • the AS determination unit 34 configured of a CPU or the like receives the voltage detection signal from the voltage detection unit 25 and the welding voltage increased during the short circuit determination reaches a detection level (for example, 15 V) set in advance. It is determined that the AS signal is in an arc state (hereinafter, referred to as “arc determination”, which corresponds to "high level”). Also, when the welding voltage decreased during the arc determination reaches a preset detection level (for example, 10 V), it is determined that the AS signal is in the short circuit state (hereinafter referred to as “short circuit determination”. “Low level” It corresponds to).
  • the output control unit 23 configured of a CPU or the like controls the welding output unit 22 based on the output of the current detection unit 24, the output of the voltage detection unit 25, and the output of the AS determination unit 34.
  • the current setting unit 27 configured of a CPU or the like sets a first current value I1 that is a threshold of the welding current.
  • the wire feed control unit 33 controls the rotation of the feed motor 26 based on the output of the current setting unit 27, the output of the AS determination unit 34, and the output of the current detection unit 24.
  • the welding wire 29 is pressurized and fed, and fed at a basic feed speed according to the welding conditions.
  • welding current and welding voltage which welding output part 22 outputs by welding torch 30 are supplied to welding wire 29, arc 31 occurs between a tip of welding wire 29, and base material 32, and welding is performed.
  • E1 indicates a point at which a short circuit occurs
  • E2 indicates a point at which an arc occurs after point E1
  • E3 indicates a point at which a short circuit occurs after point E2.
  • E4 indicates a point in time when the short circuit current reaches a first current value I1 which is a threshold value of a preset welding current in the short circuit state generated at time point E3
  • E6 indicates a point in time when an arc occurs after time point E4 There is.
  • IMAX represents the maximum output current value of the welding device 21.
  • the AS signal output from the AS determination unit 34 is low level (short circuit determination) at the point E1 when a short circuit occurs, and the AS signal is high level (arc determination) at the point E2 when an arc occurs.
  • the normal short circuit time is 10 msec or less.
  • the short circuit current is increased with an appropriate increase slope to open the short circuit.
  • the increasing short circuit current has an upper limit of the maximum output current value IMAX (for example, 550 A) determined by the performance of the welding apparatus 21. After the welding current reaches the maximum output current value IMAX, the short circuit is opened and an arc is generated. The maximum output current value IMAX is continued until this time.
  • the maximum output current value IMAX is usually determined by the maximum absolute rating of semiconductor elements such as IGBTs and MOSFETs that constitute the inverter of the welding device 21.
  • the wire feeding control part 33 Turn on the signal (high level).
  • the wire feeding control unit 33 stops the driving of the feeding motor 26, thereby stopping the feeding of the welding wire 29.
  • the wire feed control unit 33 controls the drive of the feed motor 26 while the wire feed state signal is on, and the basic feed when the wire feed state signal is off is not the stop of the wire feed. You may make it decelerate rather than a feed rate.
  • the wire feeding speed may be, for example, 25% of the basic feeding speed, or the lowest possible wire feeding speed, or the wire feeding at the start of welding. It may be a velocity (generally referred to as a slow down velocity, which is lower than the velocity at steady welding).
  • the wire feeding control unit 33 may control the drive of the feeding motor 26 to reverse the wire feeding instead of stopping.
  • the wire feed speed may be 25% of the basic feed speed, or may be the lowest wire feed speed that can be fed. Alternatively, it may be wire feeding speed at the start of welding (generally referred to as slow-down speed), or wire feeding speed is set to 0 (stop state) after a predetermined time (for example, 200 msec) has elapsed from the start of reverse feeding. The welding wire 29 may not be returned too much.
  • the feeding roller pressurizing device constituted by a solenoid valve or the like capable of controlling the pressurization of the feeding roller 28 is fed.
  • the roller 28 is provided.
  • the pressure applied to the welding wire 29 by the feeding roller 28 is reduced by the feeding roller pressing device, and the feeding roller 28 is idled to feed the welding wire 29. You may make it stop supply.
  • a solenoid valve or the like may be provided between the feeding paths of the welding wire formed of a conduit cable or the like from the feeding roller 28 to the welding torch 30.
  • Providing a pressure clamp brake device composed of thus, while the wire feeding state signal is on, the pressure clamping force of the pressure clamping brake device adds frictional resistance to the feeding of the welding wire 29, clamps the welding wire 29, and feeds the welding wire 29. May be stopped.
  • the wire feeding state signal is turned on to stop the feeding of the welding wire 29, and in a state of decelerating or reverse feeding, the short circuit is opened and the arc is regenerated at time E6.
  • the feed control unit 33 turns the wire feed state signal off (low level). Then, the wire feed control unit 33 controls the feed motor 26 to return the wire feed rate to the original wire feed rate (basic feed rate) before turning on the wire feed state signal, and the welding wire Continue feeding 29
  • the overcurrent protection function of the first embodiment will be described with reference to FIG. Even if the wire feeding status signal is turned on to stop, decelerate or reverse feed the welding wire 29 to promote short circuit opening as described above, in some cases, the maximum output current value for a predetermined time IMAX may continue. In that case, the overcurrent protection function operates in the same manner as that described in the background art in FIG.
  • E7 indicates the point in time when the short circuit current reaches the preset overcurrent protection detection current value IOC.
  • E8 indicates a point in time when a preset overcurrent protection detection period TOC has elapsed from time E7 and the overcurrent protection function is activated and the welding output of the welding device 21 is stopped.
  • the short circuit current increases from time E3 when a short circuit occurs, and is clamped at the maximum output current value IMAX (for example, 550 A) at the upper limit (fixed).
  • the overcurrent protection detection current value IOC which is a reference current value for stopping the welding output to protect the welding apparatus 21 and the jig from the overcurrent, is a value (eg, 500 A) lower than the maximum output current value IMAX or It is set to the same value.
  • FIG. 3 shows an example of a value lower than the maximum output current value.
  • the feeding of the welding wire 29 is stopped, decelerated, or reversely fed, whereby the welding wire 29 in the short circuit is formed on the base material 32. It will not be pushed deeply into the molten pool. As a result, the opening of the short circuit is promoted, the frequency of occurrence of the welding interruption is reduced by activating the overcurrent protection function, the occurrence of welding defects can be prevented, and the deterioration of productivity can be prevented.
  • the first current value I1 in FIGS. 2 and 3 may be the same value as the overcurrent protection current value IOC. This makes it possible to reliably determine that the welding current is a short circuit for a long time, and prevents unnecessary stop of the feed motor 26 due to a false determination, and wear of mechanical parts such as the reduction gear of the feed motor 26 and the feed roller 28 You can prevent. Therefore, the reliability of the welding system can be improved.
  • FIG. 3 shows an example where the first current value I1 is smaller than the overcurrent protection current value IOC, unlike the overcurrent protection current value IOC.
  • the welding method of the present invention is a welding method in which welding is performed by feeding welding wire 29 and alternately repeating shorting and arcing, and the first current in which the welding current is preset while the shorting is occurring.
  • the method comprises stopping, decelerating or reversing the feed of the welding wire 29 after reaching the value I1.
  • the first current value I1 is equal to the preset overcurrent protection detection current value IOC, which is a reference current value for stopping the welding output to protect the welding apparatus 21 from an overcurrent. .
  • the welding apparatus 21 is a welding apparatus that feeds welding wire 29 and performs welding alternately by alternately shorting and arcing, and comprises a feed motor 26, a current detection unit 24, and a voltage detection unit.
  • An AS determination unit 34, an output control unit 23, a welding output unit 22, a current setting unit 27, and a wire feed control unit 33 are provided.
  • the feed motor 26 feeds the welding wire 29, and the current detection unit 24 detects the welding current.
  • the voltage detection unit 25 detects a welding voltage
  • the AS determination unit 34 detects a short circuit state or an arc state based on the output of the voltage detection unit 25.
  • the output control unit 23 controls the welding output based on the output of the current detection unit 24, the output of the voltage detection unit 25, and the output of the AS determination unit 34.
  • the welding output unit 22 generates a welding output based on the output of the output control unit 23, and the current setting unit 27 sets a first current value I1 as a threshold of the welding current.
  • the wire feed control unit 33 controls the feed of the welding wire 29 based on the output of the current setting unit 27, the output of the AS determination unit 34, and the output of the current detection unit 24.
  • the welding device 21 of the present invention is configured to stop, slow or reverse the feed of the welding wire 29 after the welding current reaches the first current value I1 during the occurrence of a short circuit.
  • the consumable electrode short circuit welding has been described, the same effect can be realized even when applied to the processing when a short circuit occurs in the consumable electrode pulse welding.
  • FIG. 4 is a view showing a schematic configuration of welding apparatus 41 in accordance with the second embodiment of the present invention.
  • FIGS. 5 and 6 are diagrams showing time changes of a welding current, an AS signal indicating an arc state or a short circuit state, and a wire feeding state signal in a welding apparatus according to a second embodiment of the present invention.
  • the main points which differ from the structure of the welding apparatus 21 shown in FIG. 1 are points which provided the elapsed time setting part 35 and the time measuring part 36 which are mentioned later.
  • an elapsed time setting unit 35 configured by a CPU or the like is for setting a first predetermined time T1 which is a threshold of the elapsed time after the welding current reaches the first current value I1. is there. Further, the timer unit 36 configured by a CPU or the like measures the time after the welding current reaches the first current value I1.
  • the wire feed control unit 33 is based on the output of the current setting unit 27, the output of the time counting unit 36, the output of the elapsed time setting unit 35, the output of the AS determination unit 34, and the output of the current detection unit 24. Control the rotation of
  • the welding wire 29 is pressurized and fed by the rotation of the feeding roller 28 connected to the feeding motor 26, and the welding wire 29 is fed at a basic feeding speed according to the welding conditions.
  • the welding current or welding voltage output from the welding output unit 22 is supplied to the welding wire 29 by the welding torch 30, and an arc 31 is generated between the tip of the welding wire 29 and the base material 32, and welding is performed.
  • E5 indicates a point in time when the first predetermined time T1 set by the elapsed time setting unit 35 has elapsed from the point of time E4.
  • the short circuit current increases with an appropriate increase slope from time E3 when the short circuit occurs.
  • the increasing short circuit current is limited at the upper limit by the maximum output current value IMAX (for example, 550 A) determined by the performance of the welding apparatus 41, and after reaching the maximum output current value IMAX, the short circuit opens and the maximum occurs until an arc occurs. Continue the output current value IMAX.
  • the wire feeding control unit 33 turns on (high level) the wire feeding state signal. While the wire feeding state signal is on, the wire feeding control unit 33 stops the driving of the feed motor 26 to stop the feeding of the welding wire 29. As in the first embodiment, instead of stopping the feed of the welding wire 29, the feed may be decelerated or reverse fed.
  • the wire feeding control unit 33 turns off the wire feeding state signal (low level).
  • the wire feed control unit 33 controls the feed motor 26 so that the wire feed speed before the wire feed state signal is turned on (hereinafter referred to as "basic feed speed").
  • the overcurrent protection function of the present embodiment will be described with reference to FIG. As described above, even if the wire feed status signal is turned on to stop, slow or reverse the feed of the welding wire 29 to promote short circuit, in some cases the maximum power for a predetermined time The current value IMAX may continue. In that case, the overcurrent protection function operates in the same manner as that described in the background art in FIG.
  • the short circuit current increases from time E3 when the short circuit occurs, and is clamped at the maximum output current value IMAX (for example, 550 A) at the upper limit (fixed).
  • the overcurrent protection detection current value IOC which is the reference current value for stopping the welding output to protect the welding apparatus 41 and jig etc. from the overcurrent, is a value (eg 500 A) lower than or equal to the maximum output current value. It is set.
  • FIG. 6 shows an example of a value lower than the maximum output current value.
  • the first predetermined time T1 in FIG. 5 may be set shorter than the overcurrent protection detection time TOC, for example, may be shorter than the overcurrent protection detection time TOC by 100 msec.
  • the first predetermined time T1 is about 200 msec.
  • the feeding of the welding wire 29 is stopped, reduced or reversed after the first predetermined time T1 has elapsed from the time when the welding current reaches the first current value I1. It is the method of sending it.
  • the welding wire 29 in the short circuit is not deeply pushed into the molten pool formed in the base material 32, the opening of the short circuit is promoted, and the frequency of the occurrence of the welding interruption due to the over current protection function being activated. Reduce. As a result, the occurrence of welding defects can be prevented, and the deterioration of productivity can be prevented.
  • the welding wire 29 is stopped, decelerated or reversely fed after a lapse of a first predetermined time T1 from the time when the welding current reaches the first current value I1.
  • the first predetermined time T1 is shorter than the preset overcurrent protection detection time TOC which is a reference time for stopping the welding output in order to protect the welding device 41 from the overcurrent. That is, by shortening the first predetermined time T1 by about 100 ms than the over current protection detection time TOC, the effect of stopping the welding wire 29 can be surely obtained earlier than the operation of the over current protection function. The open of the short circuit can be reliably promoted.
  • the welding device 41 is a welding device that feeds the welding wire 29 and performs welding alternately by alternately shorting and arcing, and comprises a feed motor 26, a current detection unit 24, and a voltage detection unit.
  • An AS determination unit 34, an output control unit 23, a welding output unit 22, a current setting unit 27, and a wire feed control unit 33 are provided.
  • the feed motor 26 feeds a welding wire
  • the current detection unit 24 detects a welding current.
  • the voltage detection unit 25 detects a welding voltage
  • the AS determination unit 34 detects a short circuit state or an arc state based on the output of the voltage detection unit 25.
  • the output control unit 23 controls the welding output based on the output of the current detection unit 24, the output of the voltage detection unit 25, and the output of the AS determination unit 34.
  • the welding output unit 22 generates a welding output based on the output of the output control unit 23, and the current setting unit 27 sets a first current value I1 which is a threshold of the welding current.
  • the time counting unit 36 counts the time after the welding current reaches the first current value I1, and the elapsed time setting unit 35 sets a first threshold value of the elapsed time after the first current value I1 is reached.
  • the predetermined time T1 of is set.
  • the wire feed control unit 33 sets the welding wire 29 on the basis of the output of the current setting unit 27, the output of the time counting unit 36, the output of the elapsed time setting unit 35, the output of the AS determination unit 34 and the output of the current detection unit 24. Control the feed.
  • the welding apparatus 41 of the present invention is configured to stop, decelerate or reverse the feed of the welding wire after the first predetermined time T1 has elapsed since the welding current reached the first current value I1. .
  • this invention can prevent generation

Abstract

　本発明の溶接方法および溶接装置は、短絡発生中に、溶接電流が第１の電流値に達した後に、溶接ワイヤの送給を停止、減速または逆送させることにより、短絡の開放を促し、過電流保護機能の作動による不要な溶接の中断の発生頻度を減少させて溶接不良の発生を防ぎ、溶接品質の向上および生産性の向上を実現する。

Description

溶接方法および溶接装置
　本発明は、溶接ワイヤを送給し、短絡とアークとを繰り返して溶接を行う溶接方法および溶接装置に関する。
　従来、溶接ワイヤを自動送給し、短絡とアークとを交互に繰り返す溶接を行う溶接装置では、短絡発生時に短絡の開放を促すため、時間の経過に伴って短絡電流を増加させ、短絡が開放してアークが再生するまで大電流を通電する。
　特に、アルミニウム等のように、固有抵抗率が小さいため溶融され難い溶接ワイヤを用いた施工においては、短絡が発生し、短絡を開放するために大電流が通電されても、溶接ワイヤの半溶融の状態が継続し、短絡を開放することができず、アークが発生しない状態となる場合がある。
　短絡の開放がスムーズに行われなかった場合、溶接ワイヤの座屈が発生して溶接が中断する、あるいは、過電流から溶接装置や周辺のジグ等を保護するための過電流保護機能が作動して溶接装置が停止することにより溶接が中断する、といったことが生じる。
　上述した、ワイヤの座屈を防止し、溶接が中断することを回避する方法としては、ワイヤ送給モータのモータ電流を監視し、溶接ワイヤの送給を停止する技術が知られている（例えば、特許文献１参照）。
　また、過電流保護機能は、例えばチップ短絡等の溶接出力側が短絡したような異常状態の場合、溶接装置や周辺のジグ等を保護するため、従来から慣用されている。
　図７は、従来の溶接装置の概略構成を示す図である。図８は、従来の溶接装置における溶接電流と、アーク状態または短絡状態を示すＡＳ信号との時間変化を示す図である。図７と図８とを用いて、従来から慣用されている過電流保護機能の動作について説明する。図７は、過電流保護機能を有する従来の溶接装置の全体構成を示し、図８は、従来の溶接装置の溶接出力波形と各タイミングの関係を示している。
　図７のように構成された溶接装置に関し、図８を用いてその動作について説明する。以下、短絡とアークとを繰り返して溶接を行う消耗電極式アーク溶接装置を用いた例について説明する。
　図７に示す溶接装置１において、溶接出力部２は溶接出力を行い、出力制御部３は溶接出力部２を制御する。また、電流検出部４は溶接電流を検出し、電圧検出部５は溶接電圧を検出する。送給モータ６は溶接ワイヤ９を送給し、送給ローラ８は溶接ワイヤ９を送給する。また、溶接トーチ１０において、母材１２は溶接対象物であり、アーク１１は溶接ワイヤ９と母材１２との間に発生している。ワイヤ送給制御部１３は送給モータ６を制御し、ＡＳ判定部１４は、電圧検出部５の出力に基づいて、溶接ワイヤ９と母材１２との間にワークが発生しているアーク状態であるのか、溶接ワイヤ９と母材１２とが短絡している短絡状態であるのかを判定するものである。
　図７において、溶接出力部２は、溶接装置１の外部から給電される商用電力を入力とし、インバータ動作により溶接条件に適した溶接電圧や溶接電流を出力する。
　ＣＴ（Ｃｕｒｒｅｎｔ　Ｔｒａｎｓｆｏｒｍｅｒ）等で構成される電流検出部４は、溶接電流を検出する。溶接装置１の出力端子間電圧を測定する電圧検出部５は、溶接電圧を検出する。
　ＣＰＵ等で構成されるＡＳ判定部１４は、電圧検出部５からの電圧検出信号を入力とし、短絡状態を判定中に予め設定される検出レベル（例えば、１５Ｖ）に達した場合は、ＡＳ信号をアーク判定（Ｈｉｇｈ：ハイレベル）とする。また、アーク状態を判定中に予め設定される検出レベル（例えば、１０Ｖ）に達した場合、ＡＳ信号を短絡判定（Ｌｏｗ：ローレベル）とする。
　ワイヤ送給制御部１３は、送給モータ６の回転を制御する。送給モータ６に接続する送給ローラ８の回転により溶接ワイヤ９は加圧送給され、溶接条件に応じた、基本送給速度で送給される。
　溶接トーチ１０により溶接出力部２の出力が溶接ワイヤ９に給電され、溶接ワイヤ９の先端と母材１２との間にアーク１１を発生させて溶接を行う。
　また、図８において、Ｅ１は短絡が発生した時点を示し、Ｅ２は時点Ｅ１の後にアークが発生した時点を示す。Ｅ３は時点Ｅ２の後に短絡が発生した時点を示し、Ｅ７は時点Ｅ３で発生した短絡状態において短絡電流が予め設定された過電流保護検出電流値ＩＯＣに達した時点を示している。Ｅ８は時点Ｅ７から過電流保護検出期間ＴＯＣが経過して過電流保護機能が作動した時点を示している。
　図８に示すように、短絡が発生した時点Ｅ３から、短絡を開放するため、短絡電流は適切な増加傾きをもって増大するように制御される。短絡を開放するためには、極力高い溶接電流を出力することが必要である。短絡電流は、溶接装置１の性能で決定する最大出力電流値ＩＭＡＸ（例えば５５０Ａ）で上限クリップ（上限固定）され、短絡が開放してアークが発生するまで、最大出力電流値ＩＭＡＸが継続して出力される。
　溶接電流が過電流保護検出電流値ＩＯＣ（例えば、５００Ａ）に達した時点Ｅ７から、過電流保護検出期間ＴＯＣ（例えば、３００ｍｓｅｃ）が経過する時点Ｅ８までの間に、短絡が開放せず、過電流保護検出電流値ＩＯＣ以上の溶接電流が継続した場合を想定する。この場合には、溶接装置１は、過電流から溶接装置１や周辺ジグ等を保護するため、溶接装置１の出力を強制停止する。
　過電流保護機能が動作して溶接装置１の出力および溶接ワイヤ９の送給を停止するまでは、過電流保護検出期間ＴＯＣに達するまで短絡が長時間開放できない場合であっても、溶接ワイヤ９の母材１２への送給は通常通り継続される。このため、溶接ワイヤ９が母材１２に形成された溶融プール中にさらに深く押し込まれ、より短絡開放が困難な状況となっていた。
　そして、所定の期間に短絡が開放しないことにより過電流保護機能が作動し、溶接装置１が強制停止する。この溶接装置１の強制停止に伴う溶接の中断により、母材１２が痛んだり溶接欠陥が生じるといった溶接不良が発生したり、生産効率が悪くなるという課題を有していた。
特開２００８－６８２８３号公報
　本発明は、短絡が長時間開放しなかった場合に、短絡の開放を促し、過電流保護機能の作動による不要な溶接の中断の発生頻度を減少させ、溶接不良の発生を防ぎ、生産性の向上を実現することができる溶接方法および溶接装置を提供する。
　上記課題を解決するために、本発明の溶接方法は、溶接ワイヤを送給し、短絡とアークとを交互に繰り返して溶接を行う溶接方法であって、短絡発生中で、溶接電流が予め設定した第１の電流値に達した後に、溶接ワイヤの送給を停止、減速または逆送させる方法からなる。
　この方法により、短絡の開放を促し、過電流保護機能の作動による不要な溶接の中断の発生頻度を減少させることができる。これにより、溶接不良の発生を防ぐなどの溶接品質の向上や溶接に要する時間の短縮などの生産性の向上を実現することができる。
　また、本発明の溶接装置は、溶接ワイヤを送給し、短絡とアークを交互に繰り返して溶接を行う溶接装置であって、上記溶接ワイヤを送給する送給モータと、溶接電流を検出する電流検出部と、溶接電圧を検出する電圧検出部と、を備えている。さらに、本発明の溶接装置は、上記電圧検出部の出力に基づいて短絡状態またはアーク状態を検出するＡＳ判定部と、上記電流検出部の出力、上記電圧検出部の出力および上記ＡＳ判定部の出力に基づいて、溶接出力を制御する出力制御部と、上記出力制御部の出力に基づいて溶接出力を発生する溶接出力部と、溶接電流の閾値となる第１の電流値を設定する電流設定部と、上記電流設定部の出力、上記ＡＳ判定部の出力および上記電流検出部の出力に基づいて、上記溶接ワイヤの送給を制御するワイヤ送給制御部とを備え、短絡発生中で、溶接電流が前記第１の電流値に達した後に、上記溶接ワイヤの送給を停止、減速または逆送とさせる構成からなる。
　この構成により、短絡の開放を促し、過電流保護機能の作動による不要な溶接の中断の発生頻度を減少させることができる。これにより、溶接不良の発生を防ぐなどの溶接品質の向上や溶接に要する時間の短縮などの生産性の向上を実現することができる。
　また、本発明の溶接装置は、溶接ワイヤを送給し、短絡とアークを交互に繰り返して溶接を行う溶接装置であって、溶接ワイヤを送給する送給モータと、溶接電流を検出する電流検出部と、溶接電圧を検出する電圧検出部と、電圧検出部の出力に基づいて、短絡状態またはアーク状態を検出するＡＳ判定部と、電流検出部の出力、電圧検出部の出力およびＡＳ判定部の出力に基づいて、溶接出力を制御する出力制御部と、を備えている。さらに、本発明の溶接装置は、出力制御部の出力に基づいて溶接出力を発生する溶接出力部と、溶接電流の閾値となる第１の電流値を設定する電流設定部と、溶接電流が第１の電流値に達してからの時間を計時する計時部と、第１の電流値に達してからの経過時間の閾値となる第１の所定時間を設定する経過時間設定部と、電流設定部の出力、計時部の出力、経過時間設定部の出力、ＡＳ判定部の出力および電流検出部の出力に基づいて、溶接ワイヤの送給を制御するワイヤ送給制御部とを備え、溶接電流が第１の電流値に達してから第１の所定時間が経過した後に、溶接ワイヤの送給を停止、減速または逆送させる構成からなる。
　この構成により、短絡の開放を促し、過電流保護機能の作動による不要な溶接の中断の発生頻度を減少させることができる。これにより、溶接不良の発生を防ぐなどの溶接品質の向上や溶接に要する時間の短縮などの生産性の向上を実現することができる。
図１は、本発明の実施の形態１における溶接装置の概略構成を示す図である。 図２は、本発明の実施の形態１における溶接装置において、溶接電流、ＡＳ信号およびワイヤ送給状態信号の時間変化を示す図である。 図３は、本発明の実施の形態１における溶接装置において、溶接電流、ＡＳ信号およびワイヤ送給状態信号の時間変化を示す図である。 図４は、本発明の実施の形態２における溶接装置の概略構成を示す図である。 図５は、本発明の実施の形態２における溶接装置において、溶接電流、ＡＳ信号およびワイヤ送給状態信号の時間変化を示す図である。 図６は、本発明の実施の形態２における溶接装置において、溶接電流、ＡＳ信号およびワイヤ送給状態信号の時間変化を示す図である。 図７は、従来の溶接装置の概略構成を示す図である。 図８は、従来の溶接装置における溶接電流と、アーク状態または短絡状態を示すＡＳ信号の時間変化を示す図である。
　以下、本発明の一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。
　（実施の形態１）
　図１は、本発明の実施の形態１における溶接装置２１の概略構成を示す図である。図２と図３は、本発明の実施の形態１における溶接装置において、溶接電流、アーク状態または短絡状態を示すＡＳ信号およびワイヤ送給状態信号の時間変化を示す図である。
　以下、溶接装置の一例として、短絡とアークを繰り返して溶接を行う消耗電極式アーク溶接装置を例にして説明する。そして、図１に示す溶接装置２１の動作について、図２と図３を用いて説明する。
　図１の溶接装置２１において、溶接出力部２２は溶接出力を行い、出力制御部２３は溶接出力部２２を制御する。電流検出部２４は溶接電流を検出し、電圧検出部２５は溶接電圧を検出する。送給モータ２６は溶接ワイヤ２９を送給するために備えられ、電流設定部２７は溶接電流の閾値を設定する。送給ローラ２８は溶接ワイヤ２９を溶接対象物である母材３２に溶接トーチ３０を介して送給するためのものである。この時に、アーク３１は溶接ワイヤ２９と母材３２との間に発生し、ワイヤ送給制御部３３は送給モータを制御する。また、ＡＳ判定部３４は、電圧検出部２５の出力に基づいて、溶接ワイヤ２９と母材３２との間にワークが発生しているアーク状態であるのか、溶接ワイヤ２９と母材３２とが短絡している短絡状態であるのかを判定する。
　図１において、溶接装置２１の溶接出力部２２は、溶接装置２１の外部から給電される商用電力（例えば、３相２００Ｖ等）を入力とし、インバータ動作にて溶接条件に適した溶接電圧や溶接電流を出力する。
　溶接出力部２２に含まれるインバータ部は、通常、ＰＷＭ（Ｐｕｌｓｅ　Ｗｉｄｅ　Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ）動作やフェーズシフト動作により駆動されるＩＧＢＴ（Ｉｎｓｕｌａｔｅｄ　Ｇａｔｅ　Ｂｉｐｏｌａｒ　Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）、ＭＯＳＦＥＴ（Ｍｅｔａｌ－Ｏｘｉｄｅ　Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ　Ｆｉｅｌｄ　Ｅｆｆｅｃｔ　Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）等で構成される。
　ＣＴ（Ｃｕｒｒｅｎｔ　Ｔｒａｎｓｆｏｒｍｅｒ）等で構成される電流検出部２４は、溶接電流を検出する。溶接装置２１の出力端子間の電圧を測定する電圧検出部２５は、溶接電圧を検出する。
　ＣＰＵ等で構成されるＡＳ判定部３４は、電圧検出部２５からの電圧検出信号を入力とし、短絡判定中に増加した溶接電圧が予め設定される検出レベル（例えば、１５Ｖ）に達した場合はＡＳ信号をアーク状態であると判定（以下、「アーク判定」とする。「ハイレベル」に該当する。）する。また、アーク判定中に減少した溶接電圧が予め設定される検出レベル（例えば、１０Ｖ）に達した場合、ＡＳ信号を短絡状態であると判定（以下、「短絡判定」とする。「ローレベル」に該当する。）する。
　ＣＰＵ等で構成される出力制御部２３は、電流検出部２４の出力、電圧検出部２５の出力およびＡＳ判定部３４の出力に基づいて、溶接出力部２２を制御する。ＣＰＵ等で構成される電流設定部２７は、溶接電流の閾値となる第１の電流値Ｉ１を設定する。
　ワイヤ送給制御部３３は、電流設定部２７の出力、ＡＳ判定部３４の出力および電流検出部２４の出力に基づいて、送給モータ２６の回転を制御する。送給モータ２６に接続する送給ローラ２８の回転により、溶接ワイヤ２９は加圧送給され、溶接条件に応じた基本送給速度で送給される。そして、溶接トーチ３０により溶接出力部２２が出力する溶接電流や溶接電圧が溶接ワイヤ２９に給電され、溶接ワイヤ２９の先端と母材３２との間にアーク３１が発生して溶接が行われる。
　次に、図２を用いて、短絡が長時間開放しなかった場合に、短絡の開放を促す制御について説明する。
　図２において、Ｅ１は短絡が発生した時点を示し、Ｅ２は時点Ｅ１の後にアークが発生した時点を示し、Ｅ３は時点Ｅ２の後に短絡が発生した時点を示す。Ｅ４は時点Ｅ３で発生した短絡状態において短絡電流が予め設定された溶接電流の閾値となる第１の電流値Ｉ１に達した時点を示し、Ｅ６は時点Ｅ４の後にアークが発生した時点を示している。また、ＩＭＡＸは溶接装置２１の最大出力電流値を示している。
　図２に示すように、短絡が発生した時点Ｅ１でＡＳ判定部３４が出力するＡＳ信号はローレベル（短絡判定）となり、アークが発生した時点Ｅ２でＡＳ信号はハイレベル（アーク判定）となる。なお、安定した短絡溶接であれば、例えば通常の短絡時間は１０ｍｓｅｃ以内である。
　短絡が発生した時点Ｅ３から、短絡を開放するため、短絡電流は適切な増加傾きをもって増大される。短絡を開放するためには、溶接ワイヤ２９に極力高い溶接電流を供給することが必要である。増大する短絡電流は、溶接装置２１の性能で決定する最大出力電流値ＩＭＡＸ（例えば５５０Ａ）を上限としており、溶接電流が最大出力電流値ＩＭＡＸに達した後は、短絡が開放してアークが発生するまで最大出力電流値ＩＭＡＸが継続される。
　なお、最大出力電流値ＩＭＡＸは、通常、溶接装置２１のインバータを構成するＩＧＢＴやＭＯＳＦＥＴ等の半導体素子の最大絶対定格により決定される。
　時点Ｅ３から発生した短絡中に、溶接電流が電流設定部２７で設定される第１の電流値Ｉ１（例えば４００Ａ）に達した時点Ｅ４の後に、ワイヤ送給制御部３３は、ワイヤ送給状態信号をオン（ハイレベル）とする。
　ワイヤ送給状態信号が、オンになる前のオフ（ローレベル）の間は、溶接ワイヤ２９が母材３２の方向へ所定の基本送給速度で送給されている。一方、ワイヤ送給状態信号がオンの間は、ワイヤ送給制御部３３は、送給モータ２６の駆動を停止し、これにより溶接ワイヤ２９の送給を停止する。
　なお、ワイヤ送給状態信号がオンの間、ワイヤ送給制御部３３は送給モータ２６の駆動を制御し、停止ではなく、ワイヤ送給速度をワイヤ送給状態信号がオフの場合の基本送給速度よりも減速するようにしてもよい。ワイヤ送給速度の減速時の速度は、例えば、基本送給速度の２５％の値でもよく、あるいは、送給可能な最低のワイヤ送給速度としてもよく、あるいは、溶接開始時のワイヤ送給速度（一般的にスローダウン速度と呼び、定常溶接時の速度よりも低い速度）としてもよい。
　あるいは、ワイヤ送給状態信号がオンの間、ワイヤ送給制御部３３は送給モータ２６の駆動を制御し、停止ではなく、ワイヤ送給を逆送するようにしてもよい。ワイヤ送給の逆送時の速度は、基本送給速度の２５％の値でもよく、あるいは、送給可能な最低ワイヤ送給速度としてもよい。あるいは、溶接開始時のワイヤ送給速度（一般的にスローダウン速度と呼ぶ）としてもよく、あるいは、逆送開始から一定時間（例えば、２００ｍｓｅｃ）経過後にワイヤ送給速度を０（停止状態）とし、溶接ワイヤ２９を戻し過ぎないようにしてもよい。
　また、図示しないが、溶接ワイヤ２９の送給を停止させるための手段として、送給ローラ２８の加圧を制御することが可能な電磁バルブ等で構成される送給ローラ加圧装置を送給ローラ２８に設ける。これにより、ワイヤ送給状態信号がオンの間は、送給ローラ加圧装置により送給ローラ２８による溶接ワイヤ２９への加圧を減圧し、送給ローラ２８を空転させて溶接ワイヤ２９の送給を停止するようにしてもよい。
　あるいは、図示しないが、溶接ワイヤ２９の送給を停止させるための手段として、送給ローラ２８から溶接トーチ３０までのコンジットケーブル等で構成される溶接ワイヤの送給経路の間に、電磁バルブ等で構成される加圧クランプブレーキ装置を設ける。これにより、ワイヤ送給状態信号がオンの間は、加圧クランプブレーキ装置の加圧クランプ力により溶接ワイヤ２９の送給に摩擦抵抗を加え、溶接ワイヤ２９をクランプし、溶接ワイヤ２９の送給を停止するようにしてもよい。
　そして、図２に示すように、ワイヤ送給状態信号をオンの状態にして溶接ワイヤ２９の送給を停止、減速または逆送した状態で短絡が開放してアークが再生した時点Ｅ６では、ワイヤ送給制御部３３は、ワイヤ送給状態信号をオフ（ローレベル）とする。そして、ワイヤ送給制御部３３は、送給モータ２６を制御してワイヤ送給状態信号をオンする前の元のワイヤ送給速度（基本送給速度）にワイヤ送給速度を戻し、溶接ワイヤ２９の送給を継続する。
　次に、図３を用いて、本実施の形態１の過電流保護機能について説明する。上記のようにワイヤ送給状態信号をオンの状態にして溶接ワイヤ２９の送給を停止、減速または逆送して短絡開放を促す状態であっても、場合によっては、所定時間最大出力電流値ＩＭＡＸが継続することもある。その場合には、背景技術において図８で説明したものと同様に、過電流保護機能が動作する。
　図３において、Ｅ７は短絡電流が予め設定された過電流保護検出電流値ＩＯＣに達した時点を示している。Ｅ８は時点Ｅ７から予め設定された過電流保護検出期間ＴＯＣが経過して過電流保護機能が作動し、溶接装置２１の溶接出力を停止した時点を示している。
　図３において、短絡が発生した時点Ｅ３から短絡電流が増大し、最大出力電流値ＩＭＡＸ（例えば５５０Ａ）にて上限クランプ（固定）される。そして、過電流から溶接装置２１やジグ等を保護するために溶接出力を停止するための基準電流値となる過電流保護検出電流値ＩＯＣは、最大出力電流値ＩＭＡＸより低い値（例えば５００Ａ）もしくは同じ値に設定される。図３では、最大出力電流値より低い値の例を示している。
　図３において、短絡電流が過電流保護検出電流値ＩＯＣを越えた時点Ｅ７から過電流保護検出時間ＴＯＣ（例えば３００ｍｓｅｃ）が経過する時点Ｅ８までの間に短絡が開放しない場合、溶接装置２１は過電流保護のため強制停止する。
　以上のように、溶接電流が第１の電流値Ｉ１に達した後に、溶接ワイヤ２９の送給を停止、減速または逆送とすることで、短絡中の溶接ワイヤ２９が母材３２に形成された溶融プールに深く押されることがなくなる。これにより、短絡の開放が促進され、過電流保護機能が作動して溶接中断が発生する頻度を減少させ、溶接不良の発生を防ぎ、生産性の悪化を防ぐことができる。
　なお、図２および図３における、第１の電流値Ｉ１は、過電流保護電流値ＩＯＣと同じ値としてもよい。これにより、溶接電流が長時間短絡であることを確実に判定でき、誤判定による不要な送給モータ２６の停止を防ぎ、送給モータ２６の減速ギアや送給ローラ２８等の機構部品の消耗を防ぐことができる。したがって、溶接システムの信頼性の向上を図ることができる。図３では、第１の電流値Ｉ１は過電流保護電流値ＩＯＣとは異なり、過電流保護電流値ＩＯＣより小さい場合の例を示している。
　すなわち、本発明の溶接方法は、溶接ワイヤ２９を送給し、短絡とアークとを交互に繰り返して溶接を行う溶接方法であって、短絡発生中で、溶接電流が予め設定した第１の電流値Ｉ１に達した後に、溶接ワイヤ２９の送給を停止、減速または逆送させる方法からなる。
　この方法により、短絡の開放を促し、過電流保護機能の作動による不要な溶接の中断の発生頻度を減少させることができる。これにより、溶接不良の発生を防ぐなどの溶接品質の向上や溶接に要する時間の短縮などの生産性の向上を実現することができる。
　また、第１の電流値Ｉ１は、過電流から溶接装置２１を保護するために溶接出力を停止するための基準電流値となる、予め設定された過電流保護検出電流値ＩＯＣと等しい方法としている。
　この方法により、溶接電流が長時間短絡であることを確実に判定でき、誤判定による不要な送給モータ２６の停止を防ぎ、送給モータ２６の減速ギアや送給ローラ２８等の機構部品の消耗を防ぐことができる。したがって、溶接システムの信頼性の向上を図ることができる。
　また、本発明の溶接装置２１は、溶接ワイヤ２９を送給し、短絡とアークを交互に繰り返して溶接を行う溶接装置であって、送給モータ２６と、電流検出部２４と、電圧検出部２５と、ＡＳ判定部３４と、出力制御部２３と、溶接出力部２２と、電流設定部２７と、ワイヤ送給制御部３３と、を備えている。ここで、送給モータ２６は溶接ワイヤ２９を送給し、電流検出部２４は溶接電流を検出する。電圧検出部２５は溶接電圧を検出し、ＡＳ判定部３４は電圧検出部２５の出力に基づいて短絡状態またはアーク状態を検出する。出力制御部２３は、電流検出部２４の出力、電圧検出部２５の出力およびＡＳ判定部３４の出力に基づいて、溶接出力を制御する。溶接出力部２２は出力制御部２３の出力に基づいて溶接出力を発生し、電流設定部２７は溶接電流の閾値となる第１の電流値Ｉ１を設定する。ワイヤ送給制御部３３は、電流設定部２７の出力、ＡＳ判定部３４の出力および電流検出部２４の出力に基づいて、溶接ワイヤ２９の送給を制御する。そして、本発明の溶接装置２１は、短絡発生中で、溶接電流が第１の電流値Ｉ１に達した後に、溶接ワイヤ２９の送給を停止、減速または逆送とさせる構成としている。
　この構成により、短絡の開放を促し、過電流保護機能の作動による不要な溶接の中断の発生頻度を減少させることができる。これにより、溶接不良の発生を防ぐなどの溶接品質の向上や溶接に要する時間の短縮などの生産性の向上を実現することができる。
　なお、本実施の形態１では、消耗電極式短絡溶接について説明したが、消耗電極式パルス溶接における短絡発生時の処理に適用しても同様の効果を実現することができる。
　（実施の形態２）
　図４から図６を用いて、本発明の実施の形態２の溶接装置４１とその動作について説明する。図４は、本発明の実施の形態２における溶接装置４１の概略構成を示す図である。図５と図６は、本発明の実施の形態２における溶接装置において、溶接電流、アーク状態または短絡状態を示すＡＳ信号およびワイヤ送給状態信号の時間変化を示す図である。
　図４の溶接装置４１において、図１に示す溶接装置２１の構成と異なる主な点は、後述する経過時間設定部３５と計時部３６を設けた点である。
　図４において、ＣＰＵ等で構成される経過時間設定部３５は、溶接電流が第１の電流値Ｉ１に達してからの経過時間の閾値となる第１の所定時間Ｔ１を設定するためのものである。また、ＣＰＵ等で構成される計時部３６は、溶接電流が第１の電流値Ｉ１に達してからの時間を計時するものである。
　ワイヤ送給制御部３３は、電流設定部２７の出力、計時部３６の出力、経過時間設定部３５の出力、ＡＳ判定部３４の出力および電流検出部２４の出力に基づいて、送給モータ２６の回転を制御する。
　送給モータ２６に接続する送給ローラ２８の回転により溶接ワイヤ２９は加圧送給され、溶接ワイヤ２９は溶接条件に応じた基本送給速度で送給される。溶接トーチ３０により溶接出力部２２が出力した溶接電流や溶接電圧が溶接ワイヤ２９に給電され、溶接ワイヤ２９の先端と母材３２の間にアーク３１が発生して溶接が行われる。
　次に、図５を用いて、短絡が長時間開放しなかった場合に、短絡の開放を促す制御について説明する。
　図５において、Ｅ５は、時点Ｅ４から経過時間設定部３５で設定された第１の所定時間Ｔ１が経過した時点を示している。
　図５において、短絡を開放するため、短絡が発生した時点Ｅ３から、短絡電流は適切な増加傾きをもって増大する。短絡を開放するためには、溶接ワイヤ２９に極力高い溶接電流を供給することが必要である。増大する短絡電流は、溶接装置４１の性能で決定する最大出力電流値ＩＭＡＸ（例えば５５０Ａ）で上限が制限され、最大出力電流値ＩＭＡＸに達した後は短絡が開放してアークが発生するまで最大出力電流値ＩＭＡＸを継続する。
　時点Ｅ３で発生した短絡中に、溶接電流が電流設定部２７で設定される第１の電流値Ｉ１（例えば４００Ａ）に達した時点Ｅ４から計時部３６により計時される第１の所定の時間Ｔ１が経過した時点Ｅ５において、ワイヤ送給制御部３３は、ワイヤ送給状態信号をオン（ハイレベル）とする。ワイヤ送給状態信号がオンの間、ワイヤ送給制御部３３は送給モータ２６の駆動を停止して溶接ワイヤ２９の送給を停止する。なお、実施の形態１と同様に、溶接ワイヤ２９の送給の停止ではなく、送給の減速や逆送を行うようにしてもよい。
　そして、短絡が開放してアークが再生した時点Ｅ６において、ワイヤ送給制御部３３は、ワイヤ送給状態信号をオフ（ローレベル）する。ワイヤ送給制御部３３は、送給モータ２６を制御してワイヤ送給状態信号がオンする前の元のワイヤ送給速度（以下、「基本送給速度」とする。）にワイヤ送給速度を戻す。
　次に、図６を用いて、本実施の形態の過電流保護機能について説明する。上述のようにワイヤ送給状態信号をオンの状態にして溶接ワイヤ２９の送給を停止、減速または逆送して短絡を促進する状態であっても、場合によっては所定時間の間、最大出力電流値ＩＭＡＸが継続することもある。その場合には、背景技術において図８で説明したものと同様に、過電流保護機能が動作する。
　図６において、短絡が発生した時点Ｅ３から短絡電流が増大し、最大出力電流値ＩＭＡＸ（例えば５５０Ａ）にて上限クランプ（固定）される。過電流から溶接装置４１やジグ等を保護するために溶接出力を停止するための基準電流値となる過電流保護検出電流値ＩＯＣは、最大出力電流値より低い値（例えば５００Ａ）もしくは同じ値に設定される。図６では、最大出力電流値より低い値の例を示している。
　図６において、短絡電流が過電流保護検出電流値ＩＯＣを越えた時点Ｅ７から過電流保護検出時間ＴＯＣ（例えば３００ｍｓｅｃ）が経過する時点Ｅ８までの間に短絡が開放しない場合、溶接装置４１は過電流保護のため強制停止する。
　なお、図５における、第１の所定時間Ｔ１は、過電流保護検出時間ＴＯＣよりも短く設定し、例えば過電流保護検出時間ＴＯＣよりも１００ｍｓｅｃ短くしてもよい。例えば、第１の所定時間Ｔ１は２００ｍｓｅｃ程度である。
　なお、溶接ワイヤ２９が送給される送給経路には遊びがあり、また、送給モータ２６や送給ローラ２８の停止には一定の時間を要する。そのため、図５に示す時点Ｅ５から送給される溶接ワイヤ２９の先端が停止、減速または逆送する状態に至るまでには、一定の時間を要する。通常では例えば１００ｍｓｅｃ程度を要するため、過電流保護検出時間ＴＯＣより、第１の所定時間Ｔ１を１００ｍｓｅｃ以上短く設定することで、より確実に短絡開放を促進する効果が期待できる。
　以上のように、本発明の溶接方法は、溶接電流が第１の電流値Ｉ１に達した時点から第１の所定の時間Ｔ１が経過した後に、溶接ワイヤ２９の送給を停止、減速または逆送させる方法としている。
　この方法により、短絡中の溶接ワイヤ２９が母材３２に形成される溶融プールに深く押されることがなくなり、短絡の開放が促進され、過電流保護機能が作動して溶接中断が発生する頻度を減少させる。その結果、溶接不良の発生を防ぎ、生産性の悪化を防ぐことができる。
　また、溶接電流が第１の電流値Ｉ１に達した時点から第１の所定時間Ｔ１の経過を待って溶接ワイヤ２９の停止、減速または逆送を行う方法としている。
　この方法により、不要な送給モータ２６の停止を防ぎ、送給モータ２６の減速ギアや送給ローラ２８等の機構部品の消耗を防ぐことができ、システムの信頼性の向上を図ることができる。
　また、第１の所定時間Ｔ１は、過電流から溶接装置４１を保護するために溶接出力を停止するための基準時間となる、予め設定された過電流保護検出時間ＴＯＣよりも短い方法としている。すなわち、第１の所定時間Ｔ１を、過電流保護検出時間ＴＯＣよりも１００ｍｓ程度短くすることで、過電流保護機能の作動よりも確実に早く溶接ワイヤ２９の停止の効果を得ることができ、より確実に短絡の開放を促進することができる。
　また、溶接ワイヤの送給を停止、減速または逆送させた後に、短絡が開放してアーク状態となった場合には、溶接ワイヤの送給を停止、減速または逆送させる前の送給状態とする方法としている。この方法により、継続して良好な溶接作業を行うことができる。
　また、本発明の溶接装置４１は、溶接ワイヤ２９を送給し、短絡とアークを交互に繰り返して溶接を行う溶接装置であって、送給モータ２６と、電流検出部２４と、電圧検出部２５と、ＡＳ判定部３４と、出力制御部２３と、溶接出力部２２と、電流設定部２７と、ワイヤ送給制御部３３と、を備えている。ここで、送給モータ２６は、溶接ワイヤを送給し、電流検出部２４は、溶接電流を検出する。電圧検出部２５は、溶接電圧を検出し、ＡＳ判定部３４は、電圧検出部２５の出力に基づいて、短絡状態またはアーク状態を検出する。出力制御部２３は、電流検出部２４の出力、電圧検出部２５の出力およびＡＳ判定部３４の出力に基づいて、溶接出力を制御する。溶接出力部２２は、出力制御部２３の出力に基づいて溶接出力を発生し、電流設定部２７は、溶接電流の閾値となる第１の電流値Ｉ１を設定する。計時部３６は、溶接電流が第１の電流値Ｉ１に達してからの時間を計時し、経過時間設定部３５は、第１の電流値Ｉ１に達してからの経過時間の閾値となる第１の所定時間Ｔ１を設定する。ワイヤ送給制御部３３は、電流設定部２７の出力、計時部３６の出力、経過時間設定部３５の出力、ＡＳ判定部３４の出力および電流検出部２４の出力に基づいて、溶接ワイヤ２９の送給を制御する。そして、本発明の溶接装置４１は、溶接電流が第１の電流値Ｉ１に達してから第１の所定時間Ｔ１が経過した後に、溶接ワイヤの送給を停止、減速または逆送させる構成からなる。
　この構成により、短絡の開放を促し、過電流保護機能の作動による不要な溶接の中断の発生頻度を減少させることができる。これにより、溶接不良の発生を防ぐなどの溶接品質の向上や溶接に要する時間の短縮などの生産性の向上を実現することができる。
　なお、本実施の形態では、消耗電極式短絡溶接について説明したが、消耗電極式パルス溶接における短絡発生時の処理に適用しても同様の効果を実現することができる。
　以上のように、本願発明は、短絡開放を促進することで、溶接不良の発生を防ぎ、生産性が向上することができる。したがって、消耗電極式アーク溶接施工を行う、例えばＬＮＧタンクや造船や橋梁といった、特に厚板での溶接性を重視している業界における溶接装置や溶接方法として産業上有用である。
　２１，４１　　溶接装置
　２２　　溶接出力部
　２３　　出力制御部
　２４　　電流検出部
　２５　　電圧検出部
　２６　　送給モータ
　２７　　電流設定部
　２８　　送給ローラ
　２９　　溶接ワイヤ
　３０　　溶接トーチ
　３１　　アーク
　３２　　母材
　３３　　ワイヤ送給制御部
　３４　　ＡＳ判定部
　３５　　経過時間設定部
　３６　　計時部

Claims (7)

  1. 溶接ワイヤを送給し、短絡とアークとを交互に繰り返して溶接を行う溶接方法であって、
    短絡発生中で、溶接電流が予め設定した第１の電流値に達した後に、前記溶接ワイヤの送給を停止、減速または逆送させる溶接方法。
  2. 前記溶接電流が前記第１の電流値に達してから第１の所定時間が経過した後に、前記溶接ワイヤの送給を停止、減速または逆送させる請求項１に記載の溶接方法。
  3. 前記第１の電流値は、過電流から溶接装置を保護するために溶接出力を停止するための基準電流値となる、予め設定された過電流保護検出電流値と等しい請求項１に記載の溶接方法。
  4. 前記第１の所定時間は、過電流から溶接装置を保護するために溶接出力を停止するための基準時間となる、予め設定された過電流保護検出時間よりも短い請求項２に記載の溶接方法。
  5. 前記溶接ワイヤの送給を停止、減速または逆送させた後に、短絡が開放してアーク状態となった場合には、前記溶接ワイヤの送給を停止、減速または逆送させる前の送給状態とする請求項１に記載の溶接方法。
  6. 溶接ワイヤを送給し、短絡とアークとを交互に繰り返して溶接を行う溶接装置であって、
    前記溶接ワイヤを送給する送給モータと、
    溶接電流を検出する電流検出部と、
    溶接電圧を検出する電圧検出部と、
    前記電圧検出部の出力に基づいて、短絡状態またはアーク状態を検出するＡＳ判定部と、
    前記電流検出部の出力、前記電圧検出部の出力および前記ＡＳ判定部の出力に基づいて、溶接出力を制御する出力制御部と、
    前記出力制御部の出力に基づいて、溶接出力を発生する溶接出力部と、
    溶接電流の閾値となる第１の電流値を設定する電流設定部と、
    前記電流設定部の出力、前記ＡＳ判定部の出力および前記電流検出部の出力に基づいて、前記溶接ワイヤの送給を制御するワイヤ送給制御部とを備え、
    短絡発生中で、溶接電流が前記第１の電流値に達した後に、前記溶接ワイヤの送給を停止、減速または逆送させる溶接装置。
  7. 溶接ワイヤを送給し、短絡とアークとを交互に繰り返して溶接を行う溶接装置であって、
    前記溶接ワイヤを送給する送給モータと、
    溶接電流を検出する電流検出部と、
    溶接電圧を検出する電圧検出部と、
    前記電圧検出部の出力に基づいて、短絡状態またはアーク状態を検出するＡＳ判定部と、
    前記電流検出部の出力、前記電圧検出部の出力および前記ＡＳ判定部の出力に基づいて、溶接出力を制御する出力制御部と、
    前記出力制御部の出力に基づいて、溶接出力を発生する溶接出力部と、
    溶接電流の閾値となる第１の電流値を設定する電流設定部と、
    溶接電流が前記第１の電流値に達してからの時間を計時する計時部と、
    前記第１の電流値に達してからの経過時間の閾値となる第１の所定時間を設定する経過時間設定部と、
    前記電流設定部の出力、前記計時部の出力、前記経過時間設定部の出力、前記ＡＳ判定部の出力および前記電流検出部の出力に基づいて、前記溶接ワイヤの送給を制御するワイヤ送給制御部とを備え、
    溶接電流が前記第１の電流値に達してから前記第１の所定時間が経過した後に、前記溶接ワイヤの送給を停止、減速または逆送させる溶接装置。
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