WO2012032703A1 - アーク溶接制御方法 - Google Patents

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晶 中川
篤寛 川本
潤司 藤原
将 古和
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パナソニック株式会社
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    • B23K9/173—Arc welding or cutting making use of shielding gas and of a consumable electrode

Definitions

  • the present invention relates to a pulse arc welding control method for performing pulse arc welding while feeding a welding wire which is a consumable electrode, and more particularly to arc start control.
  • Conventional arc start control is known as a control method for switching from short-circuit welding control to pulse welding control when a predetermined time elapses from short-circuit welding control at the time of arc start (for example, see Patent Document 1).
  • FIG. 4 shows a schematic configuration of a conventional arc welding apparatus.
  • the primary side rectifying element 103 rectifies and outputs the output of the input power supply 101.
  • the switching element 104 controls the welding output by converting the DC output from the primary rectifying element 103 into AC.
  • the main transformer 102 converts the AC output from the switching element 104.
  • the output of the main transformer 102 is output as a welding output via the secondary side rectifier 106 that rectifies the secondary side output of the main transformer 102 and the reactor 105.
  • the setting unit 135, for example, a pulse current based on setting conditions such as a setting current, a setting voltage, a wire feed amount, a shield gas type, a wire type, a wire diameter, and a welding method input by an input unit (not shown).
  • Various parameters such as the size and pulse time are set and output.
  • the setting unit 135 includes a storage unit (not shown) for storing the table and formula for obtaining the parameters, and a calculation unit (not shown) for performing calculations and the like. Is.
  • the welding voltage detector 109 detects the welding voltage
  • the welding current detector 108 detects the welding current.
  • the short-circuit welding control unit 136 outputs a command for performing short-circuit control using the output of the welding current detection unit 108, the output of the welding voltage detection unit 109, and the output of the setting unit 135 as inputs. Then, as will be described later, after the arc is started, the short-circuit welding control unit 136 performs short-circuit welding control for repeating the short-circuit arc for a predetermined time.
  • the pulse welding control unit 137 outputs a command for performing pulse welding control using the output of the welding current detection unit 108, the output of the welding voltage detection unit 109, and the output of the setting unit 135 as inputs.
  • the short-circuit welding control unit 136 and the pulse welding control unit 137 include the welding current detection unit 108 and the welding voltage detection unit 109 so that the parameter value (command value) input from the setting unit 135 is obtained. Compare the output signal with the parameter value. When the values of the output signals of the welding current detection unit 108 and the welding voltage detection unit 109 do not match the parameter values, the short circuit welding control unit 136 and the pulse welding control unit 137 have the output signal values of the parameter values ( The welding current and the welding voltage are controlled so as to match the command value.
  • the switching unit 138 is a switching unit that outputs the timing of switching from short-circuit welding control to pulse welding control to the driving unit 134 using the output of the setting unit 135 as an input.
  • the switching unit 138 has a time measuring function, and can measure the time from when the output of the setting unit 135 is input until a predetermined time elapses.
  • the drive unit 134 receives the output of the short-circuit welding control unit 136, the output of the pulse welding control unit 137, and the output of the switching unit 138 as inputs.
  • the drive unit 134 determines whether to output the output of the short-circuit welding control unit 136 to the switching element 104 or to output the output of the pulse welding control unit 137 to the switching element 104 according to the output of the switching unit 138. It has a function to switch.
  • FIG. 5 shows an example of time waveforms of the wire feed speed, welding voltage, and welding current during consumable electrode arc welding.
  • FIG. 6 shows the behavior of droplets generated in arc welding when the molten pool of the base material is small.
  • the start of welding is instructed at time T1, and arc generation current flows at time T2 to generate an arc.
  • arc generation current flows at time T2 to generate an arc.
  • T3 an example of a waveform in which short-circuit welding is performed by short-circuit welding control and then is switched to pulse welding control at T3 is shown.
  • the drive unit 134 outputs the output of the short-circuit welding control unit 136 to the switching element 104 based on the input from the switching unit 138.
  • the switching unit 138 counts the elapsed time from the time point T2 when the welding current is detected. Then, at time T3 when a preset time elapses, the drive unit 134 performs control so that the output of the pulse welding control 137 is output to the switching element 104 in order to switch from short-circuit welding control to pulse welding control.
  • the short-circuit control is performed based on the output of the short-circuit welding control unit 136 from the time T2 when the arc is generated until the time T3 as the switching time. Then, when a predetermined time elapses from the time point T2 when the arc is generated and the time point T3 is the switching time point, the switching unit 138 instructs the driving unit 134 to switch. Thereby, the output of pulse welding control part 137 is outputted to switching element 104, and welding output control is switched from short circuit welding control to pulse welding control. After the switching time T3, the pulse welding control unit 137 performs pulse welding control.
  • the conventional arc start control method and arc welding apparatus perform short-circuit welding control after the arc start current flows. Thereby, when the pulse welding control is started after the arc start current flows, arc breakage due to arc instability, generation of spatter, and adhesion of spatter are reduced.
  • the output control in the conventional arc welding machine is to perform welding by switching from the short-circuit welding control to the pulse welding control when a predetermined time has elapsed since the arc start for performing the short-circuit welding control. This reduces the amount of spatter generated at the time of arc start.
  • the melt pool during short-circuit welding at the beginning of the arc start does not form a sufficient melt pool as compared with pulse welding. For this reason, the droplet immediately after outputting the pulse welding does not move to the molten pool, but spatters as spatter, and a state in which the droplet cannot adhere to the base material occurs. That is, the amount of spatter generated immediately after the arc start can be reduced by the conventional control method. However, it is not sufficient as a countermeasure against spatter that may occur immediately after switching from short-circuit welding control to pulse welding control, and there remains a problem that large spatter may occur and adhere to the base material.
  • the present invention provides an arc start control method that reduces the amount of spatter generated from when an arc is generated until the arc is stabilized.
  • an arc welding control method of the present invention is a welding method in which an arc is generated between a welding wire that is a consumable electrode and a base material that is a workpiece, and welding is started. Short-circuit welding is performed from the time when the welding is instructed or the contact between the welding wire and the base material is detected by instructing the start of welding, and the welding method is switched from short-circuit welding to pulse welding after a predetermined time has elapsed.
  • An arc welding control method wherein the pulse welding includes a first pulse welding period and a second pulse welding period following the first pulse welding period, wherein the first pulse welding is performed. At least one of the rising slope and the falling slope of the pulse waveform in the period is determined based on whether the rising slope or the falling edge of the pulse waveform in the second pulse welding period is Than at least one of the tilt is a method of controlling so as to moderate.
  • FIG. 1 is a diagram showing a schematic configuration of an arc welding apparatus according to Embodiments 1 and 2 of the present invention.
  • FIG. 2 is a diagram showing time waveforms of the welding current, the welding voltage, and the wire feed speed in the first embodiment of the present invention.
  • FIG. 3 is a diagram showing time waveforms of the welding current, the welding voltage, and the wire feeding speed in the second embodiment of the present invention.
  • FIG. 4 is a diagram showing a schematic configuration of a conventional arc welding apparatus.
  • FIG. 5 is a diagram showing time waveforms of wire feed speed, welding voltage, and welding current in conventional arc welding.
  • FIG. 6 is a diagram showing the behavior of the droplet when the molten pool of the base material is small.
  • FIG. 1 shows a schematic configuration of the arc welding apparatus in the first embodiment.
  • a welding power source device 14 includes a main transformer 2, a primary side rectifying element 3, a switching element 4, a reactor 5 (also referred to as DCL), a secondary side rectifying element 6, and a welding current detection unit 8.
  • Primary rectifier 3 rectifies and outputs the output of input power supply 1.
  • the switching element 4 controls the welding output by converting the DC output from the primary side rectifying element 3 into AC.
  • the main transformer 2 converts the AC output from the switching element 4.
  • the output of the main transformer 2 is output as a welding output via the secondary side rectifier 6 that rectifies the secondary side output of the main transformer 2 and the reactor 5.
  • the welding voltage detector 9 detects the welding voltage
  • the welding current detector 8 detects the welding current.
  • the short-circuit / arc detection unit 10 is based on the signal from the welding voltage detection unit 9 whether the welding state is a short-circuit state in which the wire and the base material are in contact with each other, or the short-circuit is opened and an arc is generated. It is determined whether the arc state is in progress.
  • the output control unit 11 controls the switching element 4 to control the welding output.
  • the wire feed speed control unit 13 controls the wire feed unit 19 to control the feed speed of the wire 16.
  • the timer 20 counts a predetermined time t1 from the start of the arc start.
  • the start time of the arc start is the time when welding is started by a welding start instruction unit (not shown) and the wire 16 is fed toward the base material 15 or a voltage between the wire 16 and the base material 15. Is applied, the wire 16 and the base material 15 come into contact with each other, a current flows, and this current is detected.
  • the welding start instruction unit is a torch switch for the welding torch.
  • the arc welding apparatus of the first embodiment is not shown for teaching the welding power supply device 14, the wire feeding unit 19, and an unillustrated industrial robot holding an unillustrated welding torch and an industrial robot.
  • the welding start instruction unit is a switch or the like provided on the teaching pendant.
  • the welding condition setting unit 12 such as a remote controller, which is connected to the welding power supply device 14 by wire or wirelessly, is for setting a welding current, a welding voltage, and the like.
  • One of the two output terminals of the welding power supply device 14 is connected to the chip 18, and power is supplied to the wire 16 through the chip 18. Further, the other of the two output terminals of the welding power supply device 14 is connected to the base material 15, and power is supplied to the base material 15. An arc 17 is generated between the tip of the wire 16 and the base material 15.
  • FIG. 2 shows time waveforms of the wire feed speed Wf, the welding voltage Vw, and the welding current Aw, and shows an example that changes with the passage of time.
  • the arc welding apparatus is activated (welding start instruction) at time T1.
  • the wire feed speed control unit 13 controls the wire feed unit 19 so that the wire 16 is fed at a preset wire feed speed as indicated by the wire feed speed Wf.
  • the preset wire feed speed is determined according to the welding current set by the welding condition setting unit 12.
  • a storage unit (not shown) stores a table or expression in which the average wire feed speed and the set welding current are associated with each other. The wire feed speed is determined from the contents of the storage unit and the welding current set by the welding condition setting unit 12.
  • the time T2 is the time when the arc start is started, and when the welding current flows due to the contact between the wire 16 and the base material 15, the welding current detection unit 8 detects this current. As a result, it is possible to detect that it is the start time of the arc start.
  • the wire feeding speed control unit 13 controls the wire feeding unit 19 so as to feed the wire 16 at a preset wire feeding speed until the predetermined time t1 elapses from the time point T2. To do.
  • the output control unit 11 performs short-circuit welding control, and a welding output is output.
  • the time measuring unit 20 that measures the elapsed time from the time T2 outputs to the output control unit 11 that the time T3 has elapsed from the time T2 to the time T3.
  • the output control unit 11 switches the control of the welding output from the short-circuit welding control to the pulse welding control after the predetermined time t1 has elapsed.
  • the rising slope of the pulse waveform is PR1
  • the falling slope is PF1
  • the rising slope of the pulse waveform during steady welding is PR2
  • the falling slope Let the slope be PF2.
  • At least one of PR1 and PF1 performs pulse welding control so as to output a pulse waveform that is gentler than at least one of PR2 and PF2.
  • the arc welding control method of the present invention is a welding method in which an arc is generated between a welding wire that is a consumable electrode and a base material that is a workpiece to be welded. Then, the arc welding control method of the present invention performs short-circuit welding from the time when the start of welding is instructed or the time when the start of welding is instructed and the contact between the welding wire and the base material is detected, This is an arc welding control method that switches the welding method from short-circuit welding to pulse welding after the lapse of time. Then, the arc welding control method of the present invention has a first pulse welding period and a second pulse welding period following the first pulse welding period in the period in which the pulse welding is performed.
  • At least one of the rising slope and the falling slope of the pulse waveform in the pulse welding period of the second pulse is determined from at least one of the rising slope and the falling slope of the pulse waveform in the second pulse welding period. Is a method of controlling so as to be moderate.
  • the first pulse welding period may be a method of outputting a predetermined number of pulses. By this method, the period from when the arc is generated until the arc is stabilized can be clarified by the number of pulses, and the amount of spatter generated can be reduced.
  • the predetermined number of pulses may be 1 or more and 8 or less.
  • the second pulse welding period is a steady welding period in which steady welding is performed, and a pulse waveform at the time of steady welding that is at least one of a rising slope PR2 and a falling slope PF2 of the pulse waveform is output.
  • the pulse welding control is performed.
  • the second pulse welding period may be a steady welding period, and the pulse waveform in the second pulse welding period may be a pulse waveform during steady welding.
  • pulse welding control of steady welding can be performed after the molten pool is sufficiently formed, and spatter scattering can be suppressed.
  • Embodiment 2 will be described with reference to the schematic configuration of the arc welding apparatus shown in FIG. 1 and FIG.
  • FIG. 3 is a diagram showing time waveforms of the welding current, the welding voltage, and the wire feeding speed in the second embodiment of the present invention.
  • the wire feeding speed controller 13 feeds the wire 16 with a preset period and a preset amplitude. To control. Then, the time measuring unit 20 that measures the elapsed time from the time point T2 outputs to the wire feed speed control unit 13 that the time point T3 is reached, which is the time point when the predetermined time t1 has elapsed from the time point T2.
  • the wire feed speed control unit 13 controls the wire feed by switching the wire feed speed from a periodic value to a constant value after a predetermined time t1 has elapsed. Specifically, after the elapse of the predetermined time t1, the wire feed speed is changed from reverse feed to forward feed. From the point of time when a constant wire feed speed determined in accordance with the welding current set by the welding condition setting unit 12 is reached, the wire feed speed control unit 13 operates at a constant wire feed speed. The wire 16 is fed.
  • forward feeding and reverse feeding periodically change as wire feeding. Accordingly, the wire 16 and the base material 15 are forcibly short-circuited by the forward feeding of the wire 16, and the arc is regenerated by forcibly releasing the short-circuit by the reverse feeding of the wire 16.
  • the output control unit 11 switches the welding output from short-circuit welding control to pulse welding control, and thereafter performs pulse welding control.
  • the rising slope PR1 and falling slope PF1 of the pulse waveform are higher than either the rising slope PR2 or falling slope PF2 of the pulse waveform during steady welding.
  • Pulse welding control is performed so that one of them becomes gentle.
  • the second pulse welding period starts.
  • This second pulse welding period is a steady welding period, and pulse welding control is performed so as to output a pulse waveform during steady welding that is one of the rising slope PR2 and the falling slope PF2 of the pulse waveform.
  • the arc welding control method of the present invention has a predetermined short-circuit welding period from the time when the start of welding is instructed or the time when the start of welding is instructed and the contact between the welding wire and the base material is detected.
  • the welding wire is fed at a wire feeding speed that periodically repeats forward feeding and reverse feeding according to a frequency and a predetermined amplitude.
  • This method can reduce the occurrence of spatter, and can suppress spatter scattering in the entire region from short-circuit welding control immediately after arc start to pulse welding control of steady welding.
  • a method may be used in which pulse welding is performed by starting the first pulse welding period during a period in which the wire feed speed is changing from reverse feed to forward feed.
  • This method can reduce the occurrence of spatter, and can suppress spatter scattering in the entire region from short-circuit welding control immediately after arc start to pulse welding control of steady welding.
  • wire feeding control is performed to keep the wire feeding speed constant after performing wire feeding that periodically repeats forward feed and reverse feed at a predetermined frequency and a predetermined amplitude for a predetermined time.
  • a method of starting the first pulse welding period and performing pulse welding in a period until it changes toward feeding and reaches a constant speed may be adopted.
  • This method can reduce the occurrence of spatter, and can suppress spatter scattering in the entire region from short-circuit welding control immediately after arc start to pulse welding control of steady welding.
  • the arc start control method of the present invention is industrially useful as a welding method using a consumable electrode, because it can improve the productivity of welding work by reducing spatter generation and spatter adhesion at the time of arc start. .

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Abstract

　ワイヤと母材との間でアークを発生させて溶接を行うパルスアーク溶接制御方法において、アークスタート期間に短絡溶接制御から所定の時間（ｔ１）経過すると、パルス波形の立ち上がりの傾きおよび／または立ち下がりの傾きを定常溶接のパルス波形よりも緩やかとしたパルス波形を出力するパルス溶接に移行し、溶融プールが十分に形成された後に、定常溶接のパルス波形を出力するように制御することで、アークが発生してから、アークが安定するまでのスパッタ発生量を低減することができる。　また、短絡溶接制御として、所定の周波数と振幅で正送と逆送を周期的に繰り返すワイヤ送給を行い、ワイヤ送給速度が逆送から正送に向かって変化している期間にパルス溶接へ移行する。

Description

アーク溶接制御方法
　本発明は、消耗電極である溶接ワイヤを送給しながらパルスアーク溶接を行うパルスアーク溶接制御方法、特に、アークスタート制御に関する。
　近年、溶接業界では、生産性向上のため、溶接の高品位化に対する要求が高まっている。中でも、アークスタート時のスパッタの低減が求められている。アークスタート時は、母材に溶融プールが形成されるまでに時間がかかるため、アークが安定するまでに時間がかかり、スパッタの発生が増加し、母材にスパッタが付着する場合が多くなる。そして、付着したスパッタを除去するための後処理が必要となり、溶接生産性が低下する場合がある。また、後処理が実施されず、スパッタが母材に付着した状態で製品として流出する場合があると、製品価値を著しく損なう場合もある。
　従来のアークスタート制御は、アークスタート時に短絡溶接制御から所定の時間が経過すると、短絡溶接制御からパルス溶接制御に切り替える制御方法が知られている（例えば、特許文献１参照）。
　図４に、従来のアーク溶接装置の概略構成を示す。図４において、１次側整流素子１０３は、入力電源１０１の出力を整流して出力する。スイッチング素子１０４は、一次整流素子１０３からの直流出力を交流に変換することにより溶接出力を制御する。主変圧器１０２は、スイッチング素子１０４からの交流出力を変換する。主変圧器１０２の出力は、主変圧器１０２の二次側出力を整流する二次側整流素子１０６とリアクトル１０５を介して溶接出力として出力される。
　設定部１３５は、図示しない入力手段等により入力される設定電流、設定電圧、ワイヤ送給量、シールドガスの種類、ワイヤの種類、ワイヤ径、溶接法等の設定条件に基づいて、例えばパルス電流の大きさやパルス時間等の種々のパラメータを設定して出力するものである。なお、この設定部１３５は、前記パラメータを求めるためのテーブルや式を記憶するための図示しない記憶部と、演算等を行うための図示しない演算部とを備えており、これらによりパラメータを設定するものである。
　溶接電圧検出部１０９は溶接電圧を検出し、溶接電流検出部１０８は溶接電流を検出するものである。短絡溶接制御部１３６は、溶接電流検出部１０８の出力、溶接電圧検出部１０９の出力および設定部１３５の出力を入力として短絡制御を行うための指令を出力するものである。そして、後述するように、アークスタートした後に、短絡溶接制御部１３６は、所定時間の間短絡アークを繰り返す短絡溶接制御を行うものである。パルス溶接制御部１３７は、溶接電流検出部１０８の出力、溶接電圧検出部１０９の出力および設定部１３５の出力を入力としてパルス溶接制御を行うための指令を出力するものである。なお、これらの短絡溶接制御部１３６およびパルス溶接制御部１３７は、一例として、設定部１３５から入力されたパラメータ値（指令値）となるように、溶接電流検出部１０８及び溶接電圧検出部１０９の出力信号とパラメータ値とを比較する。そして、溶接電流検出部１０８及び溶接電圧検出部１０９の出力信号の値とパラメータ値とが一致しない場合には、短絡溶接制御部１３６およびパルス溶接制御部１３７は、出力信号の値がパラメータ値（指令値）に一致するように溶接電流及び溶接電圧を制御する機能を有する。
　切り替え部１３８は、設定部１３５の出力を入力として、短絡溶接制御からパルス溶接制御に切り替えるタイミングを駆動部１３４に出力する切り替え部である。この切り替え部１３８は計時機能を有しており、設定部１３５の出力を入力した時点から所定の時間が経過するまでの時間の計時を行うことができる。駆動部１３４は、短絡溶接制御部１３６の出力、パルス溶接制御部１３７の出力および切り替え部１３８の出力を入力とする。そして、駆動部１３４は、切り替え部１３８の出力に応じて、短絡溶接制御部１３６の出力をスイッチング素子１０４に出力するのか、あるいは、パルス溶接制御部１３７の出力をスイッチング素子１０４に出力するのかを切り替える機能を有している。
　以上のように構成されたアーク溶接装置におけるアークスタートの制御方法について、図４と図５を用いて説明する。
　図５に、消耗電極アーク溶接の溶接時におけるワイヤ送給速度、溶接電圧および溶接電流の時間波形の一例を示す。図６は、母材の溶融プールが小さい場合の、アーク溶接において発生する溶滴の挙動を示す。図５では、時点Ｔ１で溶接起動開始が指示され、時点Ｔ２でアーク発生電流が流れてアークが発生する。その後、短絡溶接制御により短絡溶接が行われ、さらにその後、Ｔ３でパルス溶接制御に切り替わっている波形の例が示されている。
　アーク発生時点である時点Ｔ１では、切り替え部１３８からの入力に基づいて、駆動部１３４は、短絡溶接制御部１３６の出力をスイッチング素子１０４に出力するようになっている。また、切り替え部１３８では、溶接電流が検出された時点Ｔ２からの経過時間をカウントする。そして、予め設定された時間が経過する時点Ｔ３において、短絡溶接制御からパルス溶接制御に切り替えるため、駆動部１３４がパルス溶接制御１３７の出力をスイッチング素子１０４に出力するように制御する。
　この制御により、アークが発生する時点である時点Ｔ２を時間起点として、切り替え時点である時点Ｔ３となるまでの間は、短絡溶接制御部１３６の出力に基づいて短絡制御を行う。そして、アーク発生時点である時点Ｔ２から所定の時間が経過して切り替え時点である時点Ｔ３となった時には、切り替え部１３８は駆動部１３４に対して切り替え指示を行う。これにより、パルス溶接制御部１３７の出力がスイッチング素子１０４に出力され、溶接出力制御は短絡溶接制御からパルス溶接制御に切り替えられる。そして、切り替え時点Ｔ３以降はパルス溶接制御部１３７によりパルス溶接制御を行う。
　以上のように、従来のアークスタート制御方法及びアーク溶接装置は、アークスタート電流が流れた後に短絡溶接制御を行う。これにより、アークスタート電流が流れた後にパルス溶接制御を始めたときの、アーク不安定によるアーク切れ、スパッタの発生及びスパッタの付着を低減するものである。
　従来のアーク溶接機における出力制御は、短絡溶接制御を行うアークスタート時から所定の時間が経過すると、短絡溶接制御からパルス溶接制御に切り替えて溶接を行うものである。これにより、アークスタート時のスパッタの発生量を低減していた。
　しかし、例えば図６に示すように、アークスタート初期の短絡溶接中の溶融プールは、パルス溶接に比べ十分な溶融プールが形成されていない。そのため、パルス溶接を出力した直後の溶滴が溶融プールに移行せず、スパッタとして飛散し、母材に付着してとれなくなる状態が発生する。つまり、アークスタート直後のスパッタの発生量は、従来の制御方法においても低減できた。しかしながら、短絡溶接制御からパルス溶接制御に切り替えた直後に発生する場合があるスパッタの対策としては十分ではなく、大きなスパッタが発生して母材に付着する場合があるといった課題が残っている。
特開平３－２９７５６４号公報
　本発明は、アークが発生してからアークが安定するまでのスパッタ発生量を低減するアークスタート制御方法を提供する。
　上記課題を解決するために、本発明のアーク溶接制御方法は、消耗電極である溶接ワイヤと被溶接物である母材との間でアークを発生させて溶接を行う溶接方法であり、溶接開始を指示した時点から、または、溶接の開始を指示して溶接ワイヤと母材との接触を検出した時点から、短絡溶接を行い、所定の時間経過後に上記短絡溶接からパルス溶接に溶接法を切り替えるアーク溶接制御方法であって、上記パルス溶接を行う期間において、第１のパルス溶接期間と、上記第１のパルス溶接期間に続く第２のパルス溶接期間とを有し、上記第１のパルス溶接期間におけるパルス波形の立ち上がりの傾きおよび立ち下がりの傾きのうちの少なくともいずれかを、上記第２のパルス溶接期間におけるパルス波形の立ち上がりの傾きおよび立ち下がりの傾きのうちの少なくともいずれかよりも緩やかとなるように制御する方法である。
　この方法により、アークスタートにおいて、短絡溶接制御から所定の時間経過すると、定常溶接とは異なるパルス波形を出力した結果、溶融プールが十分に形成された後に、定常溶接のパルス波形を出力する。これにより、パルス溶接に切り替えた直後に発生する溶滴が溶融プールに移行するのでスパッタとして飛散せず、アークが発生してからアークが安定するまでのスパッタ発生量を低減することができる。
図１は、本発明の実施の形態１および２におけるアーク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における溶接電流、溶接電圧およびワイヤ送給速度の時間波形を示す図である。 図３は、本発明の実施の形態２における溶接電流、溶接電圧およびワイヤ送給速度の時間波形を示す図である。 図４は、従来のアーク溶接装置の概略構成を示す図である。 図５は、従来のアーク溶接におけるワイヤ送給速度、溶接電圧および溶接電流の時間波形を示す図である。 図６は、母材の溶融プールが小さい場合の溶滴の挙動を示す図である。
　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。
　（実施の形態１）
　図１に、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。図１において、溶接電源装置１４は、主変圧器２と、一次側整流素子３と、スイッチング素子４と、リアクトル５（ＤＣＬともいう）と、二次側整流素子６と、溶接電流検出部８と、溶接電圧検出部９と、短絡／アーク検出部１０と、出力制御部１１と、ワイヤ送給速度制御部１３と、計時部２０とを備えている。
　一次側整流素子３は、入力電源１の出力を整流して出力する。スイッチング素子４は、一次側整流素子３からの直流出力を交流に変換することにより溶接出力を制御する。主変圧器２は、スイッチング素子４からの交流出力を変換する。主変圧器２の出力は、主変圧器２の二次側出力を整流する二次側整流素子６とリアクトル５を介して溶接出力として出力される。溶接電圧検出部９は溶接電圧を検出し、溶接電流検出部８は溶接電流を検出する。
　短絡／アーク検出部１０は、溶接電圧検出部９からの信号に基づいて溶接状態がワイヤと母材が接触して短絡している短絡状態であるのか、あるいは、短絡が開放してアークが発生しているアーク状態であるのかを判定する。出力制御部１１は、スイッチング素子４を制御して溶接出力を制御する。ワイヤ送給速度制御部１３は、ワイヤ送給部１９を制御してワイヤ１６の送給速度を制御する。計時部２０は、アークスタート開始から所定時間ｔ１をカウントする。なお、アークスタートの開始時点とは、図示しない溶接開始指示部により溶接が開始されてワイヤ１６が母材１５へ向けて送給される時点、または、ワイヤ１６と母材１５との間に電圧が印加されてワイヤ１６と母材１５とが接触して電流が流れ、この電流を検出した時点とする。
　なお、本実施の形態１のアーク溶接装置が、溶接電源装置１４とワイヤ送給部１９と図示しない溶接用トーチ等から構成される場合には、溶接開始指示部は、溶接用トーチのトーチスイッチ等となる。
　また、本実施の形態１のアーク溶接装置が、溶接電源装置１４とワイヤ送給部１９と図示しない溶接用トーチを保持する図示しない産業用ロボットと産業用ロボットに教示等を行うための図示しないティーチングペンダント等から構成される場合には、溶接開始指示部は、ティーチングペンダントに設けられたスイッチ等となる。
　有線あるいは無線により溶接電源装置１４と通信可能に接続された、例えばリモコン等の溶接条件設定部１２は、溶接電流や溶接電圧等を設定するためのものである。なお、溶接電源装置１４の２つの出力端子のうちの一方は、チップ１８に接続され、チップ１８を介してワイヤ１６に電力が供給される。また、溶接電源装置１４の２つの出力端子のうちの他方は母材１５に接続され、母材１５に電力が供給される。そして、ワイヤ１６の先端部と母材１５との間でアーク１７が発生する。
　次に、図２を用いて、本実施の形態１のアーク溶接装置におけるワイヤ送給速度Ｗｆ、溶接電圧Ｖｗおよび溶接電流Ａｗについて説明する。図２は、ワイヤ送給速度Ｗｆ、溶接電圧Ｖｗおよび溶接電流Ａｗの時間波形を示しており、時間の経過に伴って変化する例を示している。
　図２において、時点Ｔ１でアーク溶接装置の起動（溶接開始指示）が行われる。そして、ワイヤ送給速度制御部１３がワイヤ送給部１９を制御することで、ワイヤ１６は、ワイヤ送給速度Ｗｆに示すように、予め設定されたワイヤ送給速度で送給される。この予め設定されたワイヤ送給速度は、溶接条件設定部１２により設定される溶接電流に応じて決定される。図示しない記憶部に、平均ワイヤ送給速度と設定溶接電流を対応付けたテーブルまたは式が記憶されている。この記憶部の内容と溶接条件設定部１２により設定される溶接電流から、ワイヤ送給速度が決定される。
　時点Ｔ２はアークスタート開始の時点であり、ワイヤ１６と母材１５とが接触して溶接電流が流れると、溶接電流検出部８がこの電流を検出する。これにより、アークスタート開始の時点であることを検出することができる。
　そして、時点Ｔ２を時間起点として所定時間ｔ１が経過するまでは、ワイヤ送給速度制御部１３は、予め設定されたワイヤ送給速度でワイヤ１６を送給するようにワイヤ送給部１９を制御する。出力制御部１１は短絡溶接制御を行い、溶接出力が出力される。
　時点Ｔ２からの経過時間を計時する計時部２０は、時点Ｔ２から所定時間ｔ１が経過した時点Ｔ３になったことを出力制御部１１に出力する。出力制御部１１は所定時間ｔ１が経過した後に、溶接出力の制御を短絡溶接制御からパルス溶接制御に切り替える。パルス溶接となった最初の期間である第１のパルス溶接期間におけるパルス波形の立ち上がりの傾きをＰＲ１、立ち下がりの傾きをＰＦ１とし、定常溶接時のパルス波形の立ち上がりの傾きをＰＲ２、立ち下がりの傾きをＰＦ２とする。ＰＲ１およびＰＦ１のうちの少なくともいずれかは、ＰＲ２およびＰＦ２のうちの少なくともいずれかよりも緩やかとしたパルス波形を出力するようにパルス溶接制御を行う。
　すなわち、本発明のアーク溶接制御方法は、消耗電極である溶接ワイヤと被溶接物である母材との間でアークを発生させて溶接を行う溶接方法である。そして、本発明のアーク溶接制御方法は、溶接開始を指示した時点から、または、溶接の開始を指示して溶接ワイヤと母材との接触を検出した時点から、短絡溶接を行い、所定の時間経過後に上記短絡溶接からパルス溶接に溶接法を切り替えるアーク溶接制御方法である。そして、本発明のアーク溶接制御方法は、上記パルス溶接を行う期間において、第１のパルス溶接期間と、上記第１のパルス溶接期間に続く第２のパルス溶接期間とを有し、上記第１のパルス溶接期間におけるパルス波形の立ち上がりの傾きおよび立ち下がりの傾きのうちの少なくともいずれかを、上記第２のパルス溶接期間におけるパルス波形の立ち上がりの傾きおよび立ち下がりの傾きのうちの少なくともいずれかよりも緩やかとなるように制御する方法である。
　この方法により、アークスタートにおいて、短絡溶接制御から所定の時間経過すると、定常溶接とは異なるパルス波形を出力した結果、溶融プールが十分に形成された後に、定常溶接のパルス波形を出力する。これにより、パルス溶接に切り替えた直後に発生する溶滴が溶融プールに移行するのでスパッタとして飛散せず、アークが発生してからアークが安定するまでのスパッタ発生量を低減することができる。
　また、第１のパルス溶接期間は、所定のパルス数を出力する期間である方法としてもよい。この方法により、アークが発生してからアークが安定するまでの期間をパルス数により明確にし、スパッタ発生量を低減することができる。
　また、所定のパルス数は、１以上、８以下である方法としてもよい。この方法により、アークが発生してからアークが安定するまでの期間をさらに明確にし、スパッタ発生量を低減することができる。
　そして、図２に示すように第１のパルス溶接期間の終了後は、第２のパルス溶接期間となる。この第２のパルス溶接期間は、定常溶接を行う定常溶接期間であり、パルス波形の立ち上がりの傾きＰＲ２および立ち下がりの傾きＰＦ２のうちの少なくともいずれかである定常溶接時のパルス波形を出力するようにパルス溶接制御が行われる。
　これにより、第１のパルス溶接期間の電磁ピンチ力を弱めることが可能となり、短絡溶接制御による小さい溶融プールの状態からパルス溶接制御に切り替えても溶滴が溶融プールへ移行する。このように、溶融プールが十分に形成された後に定常溶接のパルス溶接制御を行うことで、スパッタの飛散を抑制することができる。
　すなわち、本発明のアーク溶接制御方法において、第２のパルス溶接期間は定常溶接期間であり、第２のパルス溶接期間におけるパルス波形は定常溶接時のパルス波形である方法としてもよい。
　この方法により、溶融プールが十分に形成された後に定常溶接のパルス溶接制御を行うことができ、スパッタの飛散を抑制することができる。
　（実施の形態２）
　本発明の実施の形態２におけるアーク溶接方法において、実施の形態１と異なる主な点は、所定時間ｔ１の短絡溶接中のワイヤ送給が、予め設定された周期と振幅で正送と逆送が行われる点である。
　本実施の形態２について、図１に示すアーク溶接装置の概略構成と図３を用いて説明する。図３は、本発明の実施の形態２における溶接電流、溶接電圧およびワイヤ送給速度の時間波形を示す図である。
　時点Ｔ２を時間起点として所定時間ｔ１が経過するまでは、ワイヤ送給速度制御部１３は、予め設定された周期と予め設定された振幅とでワイヤ１６を送給するようにワイヤ送給部１９を制御する。そして、時点Ｔ２からの経過時間を計時する計時部２０は、時点Ｔ２から所定時間ｔ１が経過した時点である時点Ｔ３になったことをワイヤ送給速度制御部１３に出力する。ワイヤ送給速度制御部１３は、所定時間ｔ１が経過した後に、ワイヤ送給速度を周期的なものから一定値に切り替えてワイヤ送給を制御する。具体的には、所定時間ｔ１の経過後で、ワイヤ送給速度が逆送から正送になる。そして、溶接条件設定部１２で設定された溶接電流に対応して決定される一定のワイヤ送給速度になった時点から以降は、ワイヤ送給速度制御部１３は、一定のワイヤ送給速度でワイヤ１６を送給する。
　なお、時点Ｔ２から時点Ｔ３までの所定期間ｔ１中は、ワイヤ送給として、正送と逆送が周期的に変化する。従って、ワイヤ１６の正送により強制的にワイヤ１６と母材１５との短絡を発生させ、また、ワイヤ１６の逆送により強制的に短絡を開放してアークを再発生させる。
　次に、溶接出力の切り替えについて説明する。
　図３に示すように、ワイヤ送給状態が時点Ｔ４の正送開始点に到達すると、出力制御部１１は、溶接出力を短絡溶接制御からパルス溶接制御に切り替え、以後はパルス溶接制御を行う。第１のパルス溶接期間においては、定常溶接時のパルス波形の立ち上がりの傾きＰＲ２および立ち下がりの傾きＰＦ２のうちのいずれかよりも、パルス波形の立ち上がりの傾きＰＲ１および立ち下がりの傾きＰＦ１のうちのいずれかが緩やかとなるようにパルス溶接制御を行う。そして、第１のパルス溶接期間の終了後は直ちに第２のパルス溶接期間となる。この第２のパルス溶接期間は定常溶接期間であり、パルス波形の立ち上がりの傾きＰＲ２および立ち下がりの傾きＰＦ２のうちのいずれかである定常溶接時のパルス波形を出力するようにパルス溶接制御を行う。
　これにより、短絡溶接制御中の短絡を溶接電流の電磁ピンチ力によらずに開放することができる。その結果、スパッタの発生を低減することができ、アークスタート直後の短絡溶接制御から定常溶接のパルス溶接制御までの全領域においてスパッタの飛散を抑制することができる。
　すなわち、本発明のアーク溶接制御方法は、溶接開始を指示した時点から、または、溶接の開始を指示して溶接ワイヤと母材との接触を検出した時点から行う短絡溶接の期間において、所定の周波数と所定の振幅により正送と逆送を周期的に繰り返すワイヤ送給速度で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、スパッタの発生を低減することができ、アークスタート直後の短絡溶接制御から定常溶接のパルス溶接制御までの全領域においてスパッタの飛散を抑制することができる。
　また、ワイヤ送給速度が逆送から正送に向かって変化している期間に第１のパルス溶接期間を開始してパルス溶接を行う方法としてもよい。
　この方法により、スパッタの発生を低減することができ、アークスタート直後の短絡溶接制御から定常溶接のパルス溶接制御までの全領域においてスパッタの飛散を抑制することができる。
　また、所定の周波数と所定の振幅で正送と逆送を周期的に繰り返すワイヤ送給を所定時間行った後にワイヤ送給速度を一定とするワイヤ送給制御を行い、ワイヤ送給速度が正送に向かって変化して一定速度になるまでの期間に、第１のパルス溶接期間を開始してパルス溶接を行う方法としてもよい。
　この方法により、スパッタの発生を低減することができ、アークスタート直後の短絡溶接制御から定常溶接のパルス溶接制御までの全領域においてスパッタの飛散を抑制することができる。
　本発明のアークスタート制御方法は、アークスタート時のスパッタ発生及びスパッタ付着を低減して溶接作業の生産性を向上することができるので、特に、消耗電極を用いた溶接方法として産業上有用である。
　１　　入力電源
　２　　主変圧器
　３　　一次側整流素子
　４　　スイッチング素子
　５　　リアクトル
　６　　二次側整流素子
　８　　溶接電流検出部
　９　　溶接電圧検出部
　１０　　短絡／アーク検出部
　１１　　出力制御部
　１２　　溶接条件設定部
　１３　　ワイヤ送給速度制御部
　１４　　溶接電源装置
　１５　　母材
　１６　　ワイヤ
　１７　　アーク
　１８　　チップ
　１９　　ワイヤ送給部
　２０　　計時部

Claims (7)

  1. 消耗電極である溶接ワイヤと被溶接物である母材との間でアークを発生させて溶接を行う溶接方法であり、溶接開始を指示した時点から、または、溶接の開始を指示して溶接ワイヤと母材との接触を検出した時点から、短絡溶接を行い、所定の時間経過後に前記短絡溶接からパルス溶接に溶接法を切り替えるアーク溶接制御方法であって、
    前記パルス溶接を行う期間において、第１のパルス溶接期間と、前記第１のパルス溶接期間に続く第２のパルス溶接期間とを有し、前記第１のパルス溶接期間におけるパルス波形の立ち上がりの傾きおよび立ち下がりの傾きのうちの少なくともいずれかを、前記第２のパルス溶接期間におけるパルス波形の立ち上がりの傾きおよび立ち下がりの傾きのうちの少なくともいずれかよりも緩やかとなるように制御するアーク溶接制御方法。
  2. 前記第１のパルス溶接期間は、所定のパルス数を出力する期間である請求項１記載のアーク溶接制御方法。
  3. 前記所定のパルス数は、１以上、８以下である請求項２記載のアーク溶接制御方法。
  4. 前記第２のパルス溶接期間は定常溶接期間であり、前記第２のパルス溶接期間におけるパルス波形は定常溶接時のパルス波形である請求項１から３のいずれか１項に記載のアーク溶接制御方法。
  5. 前記溶接開始を指示した時点から、または、前記溶接の開始を指示して溶接ワイヤと母材との接触を検出した時点から行う前記短絡溶接の期間において、所定の周波数と所定の振幅により正送と逆送を周期的に繰り返すワイヤ送給速度で溶接ワイヤの送給を行う請求項１から４のいずれか１項に記載のアーク溶接制御方法。
  6. 前記ワイヤ送給速度が逆送から正送に向かって変化している期間に前記第１のパルス溶接期間を開始してパルス溶接を行う請求項５記載のアーク溶接制御方法。
  7. 前記所定の周波数と前記所定の振幅で正送と逆送を周期的に繰り返すワイヤ送給を所定時間行った後にワイヤ送給速度を一定とするワイヤ送給制御を行い、前記ワイヤ送給速度が正送に向かって変化して一定速度になるまでの期間に、前記第１のパルス溶接期間を開始してパルス溶接を行う請求項５記載のアーク溶接制御方法。
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