WO2018079183A1 - アーク溶接制御方法 - Google Patents

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WO2018079183A1
WO2018079183A1 PCT/JP2017/035341 JP2017035341W WO2018079183A1 WO 2018079183 A1 WO2018079183 A1 WO 2018079183A1 JP 2017035341 W JP2017035341 W JP 2017035341W WO 2018079183 A1 WO2018079183 A1 WO 2018079183A1
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arc
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current
value
welding
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PCT/JP2017/035341
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貢平 小野
利昭 中俣
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株式会社ダイヘン
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Priority to US16/338,870 priority patent/US11305370B2/en
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    • B23K9/124—Circuits or methods for feeding welding wire
    • B23K9/125—Feeding of electrodes

Definitions

  • the present invention provides an arc welding control method in which the base material is a galvanized steel sheet, the welding wire feeding speed is alternately switched between a forward feeding period and a reverse feeding period, and a short circuit period and an arc period are repeatedly welded. It is about.
  • a welding wire as a consumable electrode is fed at a constant speed, and an arc is generated between the welding wire and the base material to perform welding.
  • the welding wire and the base material are often in a welding state in which a short circuit period and an arc period are alternately repeated.
  • the material of the base material is a galvanized steel plate, and in arc welding in which the welding wire feeding speed is alternately switched between the forward feeding period and the reverse feeding period, the welding state is stabilized, and the amount of spatter generated is reduced. It is an object to provide an arc welding control method that can be reduced.
  • An arc welding control method includes: In the arc welding control method in which the material of the base material is a galvanized steel sheet, the welding wire feeding speed is alternately switched between the forward feeding period and the reverse feeding period, and the short circuit period and the arc period are repeatedly welded. During the arc period, a first arc period in which the first arc current Ia1 is energized, a second arc period in which the second arc current Ia2 is energized, and a third arc period in which the third arc current Ia3 is energized. Switch to Control so that Ia1>Ia2> Ia3. It is characterized by this.
  • the arc welding control method of the present disclosure performs constant voltage control during the second arc period. It is characterized by this.
  • the arc welding control method of the present disclosure performs constant current control during the first arc period. It is characterized by this.
  • the value of the first arc period and / or the first arc current is set to a value at which zinc vapor is discharged from the molten pool and does not remain in the molten pool. It is characterized by this.
  • the value of the first arc period and / or the first arc current Ia1 is changed according to the zinc adhesion amount per unit area of the base material. It is characterized by this.
  • the waveform parameter of the feed speed is set so that the average value of the repetition frequency of the forward feed period and the reverse feed period is in a range of 70 Hz to 90 Hz. It is characterized by this.
  • the waveform parameters are at least a forward feed peak value and a reverse feed peak value. It is characterized by this.
  • the waveform parameter is set so that the average value of the frequency becomes lower as the zinc adhesion amount per unit area of the base material increases. It is characterized by this.
  • the material of the base material is a galvanized steel sheet, and in arc welding in which the feeding speed of the welding wire is alternately switched between the forward feed period and the reverse feed period, the welding state is stabilized, and the amount of spatter generated is reduced. Can be reduced.
  • FIG. 1 is a block diagram of a welding power source for carrying out an arc welding control method according to Embodiment 1 of the present invention. Hereinafter, each block will be described with reference to FIG.
  • the power supply main circuit PM receives a commercial power supply (not shown) such as a three-phase 200V, performs output control by inverter control or the like according to an error amplification signal Ea described later, and outputs an output voltage E.
  • a commercial power supply such as a three-phase 200V
  • the power main circuit PM is driven by a primary rectifier that rectifies commercial power, a smoothing capacitor that smoothes the rectified direct current, and the error amplification signal Ea that converts the smoothed direct current to a high-frequency alternating current.
  • An inverter circuit a high-frequency transformer that steps down the high-frequency alternating current to a voltage value suitable for welding, and a secondary rectifier that rectifies the stepped-down high-frequency alternating current into direct current.
  • the reactor WL smoothes the output voltage E described above.
  • the inductance value of the reactor WL is, for example, 100 ⁇ H.
  • the feed motor WM receives a feed control signal Fc, which will be described later, and feeds the welding wire 1 at a feed speed Fw by alternately repeating forward feed and reverse feed.
  • a motor with fast transient response is used as the feed motor WM.
  • the feeding motor WM may be installed near the tip of the welding torch 4. In some cases, two feed motors WM are used to form a push-pull feed system.
  • the welding wire 1 is fed through the welding torch 4 by the rotation of the feeding roll 5 coupled to the feeding motor WM, and an arc 3 is generated between the base metal 2 and the welding wire 1.
  • a welding voltage Vw is applied between the power feed tip (not shown) in the welding torch 4 and the base material 2, and a welding current Iw is conducted.
  • the material of the base material 2 is a galvanized steel plate.
  • the output voltage setting circuit ER outputs a predetermined output voltage setting signal Er.
  • the output voltage detection circuit ED detects and smoothes the output voltage E and outputs an output voltage detection signal Ed.
  • the voltage error amplification circuit EV receives the output voltage setting signal Er and the output voltage detection signal Ed, and amplifies an error between the output voltage setting signal Er (+) and the output voltage detection signal Ed ( ⁇ ).
  • the voltage error amplification signal Ev is output.
  • the current detection circuit ID detects the welding current Iw and outputs a current detection signal Id.
  • the voltage detection circuit VD detects the welding voltage Vw and outputs a voltage detection signal Vd.
  • the short-circuit determination circuit SD receives the voltage detection signal Vd as described above, and when this value is less than a predetermined short-circuit determination value (about 10 V), it determines that the short-circuit period is in effect and becomes a High level.
  • a short circuit determination signal Sd which is determined to be in the arc period and becomes Low level is output.
  • the forward feed acceleration period setting circuit TSUR outputs a predetermined forward feed acceleration period setting signal Tsur.
  • the forward feed deceleration period setting circuit TSDR outputs a predetermined forward feed deceleration period setting signal Tsdr.
  • the reverse acceleration period setting circuit TRUR outputs a predetermined reverse acceleration period setting signal Trur.
  • the reverse feed deceleration period setting circuit TRDR outputs a predetermined reverse feed deceleration period setting signal Trdr.
  • the forward feed peak value setting circuit WSR outputs a predetermined forward feed peak value setting signal Wsr.
  • the reverse peak value setting circuit WRR outputs a predetermined reverse peak value setting signal Wrr.
  • the feed speed setting circuit FR includes the forward feed acceleration period setting signal Tsur, the forward feed deceleration period setting signal Tsdr, the reverse feed acceleration period setting signal Trur, the reverse feed deceleration period setting signal Trdr, The forward feed peak value setting signal Wsr, the reverse feed peak value setting signal Wrr and the short circuit determination signal Sd are input, and the feed speed pattern generated by the following processing is output as the feed speed setting signal Fr.
  • the feed speed setting signal Fr is 0 or more, it is a forward feed period, and when it is less than 0, it is a reverse feed period.
  • Feed speed setting signal Fr that linearly accelerates from 0 to a positive feed peak value Wsp determined by a forward feed peak value setting signal Wsr during the forward feed acceleration period Tsu determined by the forward feed acceleration period setting signal Tsur. Is output.
  • the feed speed setting signal Fr for maintaining the forward feed peak value Wsp is output.
  • the short-circuit determination signal Sd changes from the Low level (arc period) to the High level (short-circuit period)
  • a feed speed setting signal Fr that linearly decelerates to 0 is output. 4) Subsequently, during the reverse feed acceleration period Tru determined by the reverse feed acceleration period setting signal Trur, the feed speed that linearly accelerates from 0 to the negative reverse feed peak value Wrp determined by the reverse feed peak value setting signal Wrr. A setting signal Fr is output. 5) Subsequently, during the reverse feed peak period Trp, the feed speed setting signal Fr that maintains the reverse feed peak value Wrp is output.
  • the feed control circuit FC receives the feed speed setting signal Fr and receives a feed control signal Fc for feeding the welding wire 1 at a feed speed Fw corresponding to the value of the feed speed setting signal Fr. It outputs to said feed motor WM.
  • the current reducing resistor R is inserted between the reactor WL and the welding torch 4.
  • the value of the current reducing resistor R is set to a value (about 0.5 to 3 ⁇ ) that is 10 times or more larger than the short-circuit load (about 0.01 to 0.03 ⁇ ).
  • the transistor TR is connected in parallel with the current reducing resistor R and is controlled to be turned on or off in accordance with a drive signal Dr described later.
  • the constriction detection circuit ND receives the short circuit determination signal Sd, the voltage detection signal Vd, and the current detection signal Id as inputs, and the voltage detection signal Vd when the short circuit determination signal Sd is at a high level (short circuit period).
  • the voltage rise value reaches the reference value, it is determined that the constriction formation state has become the reference state, and becomes a high level.
  • the short circuit determination signal Sd changes to the low level (arc period)
  • the constriction detection that becomes the low level is detected.
  • the signal Nd is output.
  • the squeezing detection signal Nd may be changed to a high level when the differential value of the voltage detection signal Vd during the short circuit period reaches a reference value corresponding thereto.
  • the resistance value of the droplet is calculated by dividing the value of the voltage detection signal Vd by the value of the current detection signal Id, and when the differential value of the resistance value reaches the corresponding reference value, the constriction detection signal Nd is calculated. You may make it change to a High level.
  • the low level current setting circuit ILR outputs a predetermined low level current setting signal Ilr.
  • the current comparison circuit CM receives the low-level current setting signal Ilr and the current detection signal Id as input, and outputs a current comparison signal Cm that is at a high level when Id ⁇ Ilr and is at a low level when Id ⁇ Ilr. Output.
  • the drive circuit DR receives the current comparison signal Cm and the squeezing detection signal Nd as input, and changes to a low level when the squeezing detection signal Nd changes to a high level, and then changes to a high level after the current comparison signal Cm changes to a high level.
  • the drive signal Dr that changes to High level is output to the base terminal of the transistor TR. Therefore, when the constriction is detected, the drive signal Dr becomes a low level, the transistor TR is turned off, and the current reducing resistor R is inserted into the energization path. Therefore, the welding current Iw for energizing the short-circuit load decreases rapidly. . When the sharply decreased welding current Iw value decreases to the low level current setting signal Ilr value, the drive signal Dr becomes a high level and the transistor TR is turned on. Return to the state.
  • the first arc period setting circuit TA1R outputs a predetermined first arc period setting signal Ta1r.
  • the first arc period circuit STA1 receives the short circuit determination signal Sd and the first arc period setting signal Ta1r, and the short circuit determination signal Sd changes to a low level (arc period) and a predetermined delay period Tc elapses.
  • the first arc period signal Sta1 that is at a high level is output during the first arc period Ta1 determined in advance by the first arc period setting signal Ta1r.
  • the first arc current setting circuit IA1R outputs a predetermined first arc current setting signal Ia1r.
  • the third arc period circuit STA3 receives the short-circuit determination signal Sd, and becomes High level when a predetermined current drop time Td has elapsed from when the short-circuit determination signal Sd has changed to Low level (arc period). Thereafter, when the short circuit determination signal Sd becomes High level (short circuit period), the third arc period signal Sta3 which becomes Low level is output.
  • the third arc current setting circuit IA3R outputs a predetermined third arc current setting signal Ia3r.
  • the current control setting circuit ICR includes the short circuit determination signal Sd, the low level current setting signal Ilr, the squeezing detection signal Nd, the first arc period signal Sta1, the third arc period signal Sta3, The first arc current setting signal Ia1r and the third arc current setting signal Ia3r are input, the following processing is performed, and the current control setting signal Icr is output. 1) Current control setting that is the value of the low-level current setting signal Ilr during the delay period from when the short-circuit determination signal Sd changes to the low level (arc period) until the first arc period signal Sta1 changes to the high level. The signal Icr is output.
  • the current control setting signal Icr that is the first arc current setting signal Ia1r is output.
  • the current control setting signal Icr that becomes the signal Ia3r is output.
  • the short circuit determination signal Sd changes to a high level (short circuit period)
  • a predetermined initial current setting value is obtained during a predetermined initial period, and thereafter, a predetermined short circuit peak setting value with a predetermined short circuit slope.
  • the current control setting signal Icr that rises to and maintains that value is output. 5) After that, when the squeezing detection signal Nd changes to the high level, the current control setting signal Icr that is the value of the low level current setting signal Ilr is output.
  • the current error amplifier circuit EI receives the current control setting signal Icr and the current detection signal Id as inputs, amplifies the error between the current control setting signal Icr (+) and the current detection signal Id ( ⁇ ), and An error amplification signal Ei is output.
  • the power supply characteristic switching circuit SW receives the current error amplification signal Ei, the voltage error amplification signal Ev, the first arc period signal Sta1, and the third arc period signal Sta3 as inputs, and performs the following processing.
  • An error amplification signal Ea is output. 1) During the second arc period Ta2 until the first arc period signal Sta1 changes to Low level and the third arc period signal Sta3 changes to High level, the voltage error amplification signal Ev is output as the error amplification signal Ea. . 2) During other periods, the current error amplification signal Ei is output as the error amplification signal Ea.
  • the characteristics of the welding power source are constant current characteristics during the short circuit period, delay period, first arc period Ta1, and third arc period Ta3, and constant voltage characteristics during the second arc period Ta2.
  • FIG. 2 is a timing chart of each signal in the welding power source of FIG. 1 showing the arc welding control method according to Embodiment 1 of the present invention.
  • FIG. 4A shows the time change of the feeding speed Fw
  • FIG. 4B shows the time change of the welding current Iw
  • FIG. 4C shows the time change of the welding voltage Vw
  • FIG. ) Shows the time change of the short circuit determination signal Sd
  • FIG. 5E shows the time change of the first arc period signal Sta1
  • FIG. 5F shows the time change of the third arc period signal Sta3.
  • the feed speed Fw shown in FIG. 6A is controlled to the value of the feed speed setting signal Fr output from the feed speed setting circuit FR of FIG.
  • the feed speed Fw is determined by the forward feed acceleration period Tsu determined by the forward feed acceleration period setting signal Tsur in FIG. 1, the forward feed peak period Tsp that continues until a short circuit occurs, and the forward feed deceleration period setting signal Tsdr in FIG.
  • the reverse transmission period Tsd, the reverse acceleration period Tru determined by the reverse acceleration period setting signal Trur in FIG. 1, the reverse peak period Trp that continues until the arc is generated, and the reverse transmission determined by the reverse deceleration period setting signal Trdr in FIG. It is formed from the deceleration period Trd.
  • the forward peak value Wsp is determined by the forward peak value setting signal Wsr in FIG. 1
  • the backward peak value Wrp is determined by the backward peak value setting signal Wrr in FIG.
  • the feed speed setting signal Fr has a feed pattern that changes in a substantially positive and negative trapezoidal waveform.
  • the feed speed Fw enters a predetermined reverse feed acceleration period Tru from time t2 to t3, and accelerates from 0 to the reverse feed peak value Wrp. During this period, the short circuit period continues.
  • the reverse feed acceleration period Tru 1 ms is set.
  • the feed speed Fw enters the reverse peak period Trp and becomes the reverse peak value Wrp as shown in FIG.
  • the reverse feed peak period Trp continues until an arc occurs at time t4. Therefore, the period from time t1 to t4 is a short circuit period.
  • the reverse transmission peak period Trp is not a predetermined value, but is about 4 ms. Also, for example, the reverse peak value Wrp is set to ⁇ 20 to ⁇ 50 m / min.
  • the welding current Iw during the short-circuit period from time t1 to t4 becomes a predetermined initial current value during a predetermined initial period. Thereafter, the welding current Iw rises with a predetermined slope at the time of short circuit, and maintains that value when it reaches a predetermined peak value at the time of short circuit.
  • the welding voltage Vw increases from the point where the welding current Iw reaches the peak value at the time of short circuit. This is because a constriction is gradually formed in the droplet at the tip of the welding wire 1 due to the reverse feed of the welding wire 1 and the action of the pinch force caused by the welding current Iw.
  • the drive signal Dr in FIG. 1 becomes low level, so that the transistor TR in FIG. 1 is turned off and the current reducing resistor R in FIG. Inserted.
  • the current control setting signal Icr in FIG. 1 is reduced to the value of the low level current setting signal Ilr.
  • the welding current Iw rapidly decreases from the short-circuit peak value to the low-level current value.
  • the drive signal Dr returns to the high level, so that the transistor TR is turned on and the current reducing resistor R is short-circuited. As shown in FIG.
  • the welding current Iw is at a low level until the predetermined delay period Tc elapses after the arc is regenerated because the current control setting signal Icr remains the low level current setting signal Ilr. Maintain the current value. Therefore, the transistor TR is turned off only during a period from when the squeezing detection signal Nd changes to the high level until the welding current Iw decreases to the low level current value. As shown in FIG. 5C, the welding voltage Vw rapidly increases after once decreasing because the welding current Iw becomes small.
  • Initial current 40 A
  • initial period 0.5 ms
  • short-circuit slope 2 ms
  • short-circuit peak value 400 A
  • low-level current value 50 A
  • delay period Tc 1 ms.
  • the routine proceeds to a predetermined forward feed acceleration period Tsu at times t5 to t6.
  • the feed speed Fw is accelerated from 0 to the normal feed peak value Wsp as shown in FIG.
  • the arc period continues.
  • the normal feed acceleration period Tsu 1 ms is set.
  • the feed speed Fw enters the normal feed peak period Tsp as shown in FIG.
  • the arc period continues during this period.
  • the forward feed peak period Tsp continues until a short circuit occurs at time t7. Therefore, the period from time t4 to t7 is the arc period.
  • the operation returns to the operation at time t1.
  • the forward feed peak period Tsp is not a predetermined value, but is about 5 ms. Further, for example, the forward feed peak value Wsp is set to 20 to 50 m / min.
  • the welding voltage Vw When an arc is generated at time t4, the welding voltage Vw rapidly increases to an arc voltage value of several tens of volts as shown in FIG.
  • the welding current Iw continues to have a low level current value during the delay period Tc from time t4. This is because if the current value is increased immediately after the arc is generated, the reverse feed of the welding wire and the melting of the welding wire due to the welding current are added, and the arc length rapidly increases and the welding state becomes unstable. This is because there are cases.
  • the first arc period signal Sta1 changes to the high level as shown in FIG. 5E, and the predetermined first times at the times t51 to t61 are obtained.
  • the process proceeds to one arc period Ta1.
  • constant current control is continued, and a predetermined first arc current Ia1 determined by the first arc current setting signal Ia1r in FIG.
  • the welding voltage Vw is a value determined by the current value and the arc load, and is a large value.
  • the first arc period Ta1 is set to about 1 to 2 ms
  • the first arc current Ia1 is set to about 300 to 500 A.
  • the third arc period signal Sta3 changes to the high level as shown in FIG.
  • the period from time t61 to t62 is the second arc period Ta2.
  • Constant voltage control is performed during the second arc period Ta2.
  • the second arc current Ia2 varies depending on the arc load, but is smaller than the first arc current Ia1 and larger than the third arc current Ia3. That is, output control is performed so that Ia1> Ia2> Ia3.
  • FIG. 5B the second arc current Ia2 varies depending on the arc load, but is smaller than the first arc current Ia1 and larger than the third arc current Ia3. That is, output control is performed so that Ia1> Ia2> Ia3.
  • the welding voltage Vw is controlled to a predetermined value by constant voltage control, and becomes an intermediate value between the voltage value of the first arc period Ta1 and the voltage value of the third arc period Ta3.
  • the second arc period Ta2 is not a predetermined value, but is about 3 to 6 ms.
  • the period from time t62 when the third arc period signal Sta3 changes to the high level to time t7 when the short circuit occurs is the third arc period Ta3.
  • Constant current control is performed during the third arc period Ta3.
  • a predetermined third arc current Ia3 determined by the third arc current setting signal Ia3r in FIG. 1 is energized.
  • the welding voltage Vw is a value determined by the current value and the arc load.
  • the third arc current Ia3 60A is set.
  • the third arc period Ta3 is not a predetermined value, but is about 1 to 2 ms.
  • the arc period mainly includes the first arc period Ta1 in which the first arc current Ia1 is energized, the second arc period Ta2 in which the second arc current Ia2 is energized, and the third arc current Ia3.
  • the output is controlled by dividing into three periods of the third arc period Ta3. Ia1>Ia2> Ia3.
  • each value of the first arc period Ta1 and / or the first arc current Ia1 is set so that zinc vapor is not discharged from the molten pool and remains in the molten pool.
  • the second arc current Ia2 is a current value that can mitigate the generation of zinc vapor.
  • the third arc current Ia3 is further reduced to suppress the melting of the welding wire, leading to the occurrence of a short circuit. Thereby, the repetition period of a short circuit period and an arc period is stabilized, and stabilization of a welding state is aimed at.
  • the third arc current Ia3 is set to a small current value that does not melt the welding wire.
  • the arc length can be maintained at an appropriate value, and the welding state can be stabilized.
  • the value of the first arc current Ia1 becomes a predetermined value regardless of the arc load. For this reason, the amount of heat input to the molten pool during this period can be controlled to a desired value. As a result, discharge of zinc vapor can be promoted by appropriate heat input. If the amount of heat input during this period becomes excessive, the average value of the second arc current Ia2 during the second arc period Ta2 becomes small, so that the bead appearance is deteriorated. Therefore, it is important to optimize the heat input during this period.
  • the value of the first arc period Ta1 and / or the first arc current Ia1 is changed according to the zinc adhesion amount per unit area of the base material.
  • FIG. 3 is a block diagram of a welding power source for carrying out the arc welding control method according to Embodiment 2 of the present invention.
  • This figure corresponds to FIG. 1 described above, and the same reference numerals are given to the same blocks, and description thereof will not be repeated.
  • a zinc adhesion amount setting circuit ZR is added to FIG. 1, the first arc period setting circuit TA1R in FIG. 1 is replaced with a modified first arc period setting circuit TA1R, and the first arc current setting circuit IA1R in FIG. Is replaced with a modified first arc current setting circuit IA1R.
  • these blocks will be described with reference to FIG.
  • the zinc adhesion amount setting circuit ZR outputs a zinc adhesion amount setting signal Zr correlated with the zinc adhesion amount per unit area of the base material.
  • the zinc adhesion amount setting signal Zr is a signal that outputs a positive value of 1 to 5 corresponding to the position of a knob provided on the front panel of the welding power source.
  • the standard value is 3.
  • the modified first arc period setting circuit TA1R receives the zinc adhesion amount setting signal Zr as described above, and increases the value of the first arc period setting signal Ta1r as the value of the zinc adhesion amount setting signal Zr increases.
  • the modified first arc current setting circuit IA1R receives the zinc adhesion amount setting signal Zr, and increases the value of the first arc current setting signal Ia1r as the value of the zinc adhesion amount setting signal Zr increases.
  • the timing chart showing the arc welding control method according to the second embodiment of the present invention is the same as FIG. 2 described above, the description will not be repeated. However, the difference is that the value of the first arc period Ta1 and / or the first arc current Ia1 changes according to the value of the zinc adhesion amount setting signal Zr.
  • the value of the first arc period and / or the first arc current Ia1 is changed in accordance with the amount of zinc adhered per unit area of the base material.
  • the waveform parameter of the feeding speed is set so that the average value of the repetition frequency during the forward feeding period and the backward feeding period is in the range of 70 Hz to 90 Hz.
  • FIG. 4 is a block diagram of a welding power source for carrying out the arc welding control method according to Embodiment 3 of the present invention. This figure corresponds to FIG. 3 described above, and the same reference numerals are given to the same blocks, and description thereof will not be repeated.
  • the forward feed peak value setting circuit WSR and the reverse feed peak value setting circuit WRR of FIG. 3 are deleted, and the forward feed reverse feed peak value setting circuit WR is added.
  • this block will be described with reference to FIG.
  • the forward feed reverse feed peak value setting circuit WR outputs a forward feed peak value setting signal Wsr and a reverse feed peak value setting signal Wrr calculated by a predetermined function having the zinc adhesion amount setting signal Zr as an input.
  • This function is a function in which the values of the forward feed peak value setting signal Wsr and the reverse feed peak value setting signal Wrr become smaller as the value of the zinc adhesion amount setting signal Zr becomes larger.
  • This function is set so that the average value of the repetition frequency of the forward feed period and the reverse feed period of the feed speed Fw is in the range of 70 Hz to 90 Hz. More preferably, this function is set so that the frequency is in the range of 75 Hz to 85 Hz.
  • the larger the value of the zinc adhesion amount setting signal Zr the smaller the values of the forward feed peak value setting signal Wsr and the reverse feed peak value setting signal Wrr. Therefore, the frequency changes so as to be lower within the above range.
  • the waveform parameter of the feeding speed is set so that the average value of the repetition frequency of the forward feeding period and the backward feeding period of the feeding speed is in the range of 70 Hz to 90 Hz.
  • the waveform parameter of the feeding speed is at least a forward feed peak value and a reverse feed peak value.
  • the frequency exceeds 90 Hz, the arc period becomes short, and it becomes difficult to secure the third arc period. As a result, the amount of spatter generated increases and the welded state also deteriorates.
  • the frequency is in the range of 75 Hz to 85 Hz, the welding state is further stabilized and the amount of spatter generated is reduced.
  • the waveform parameter is set so that the average value of the frequency becomes lower as the zinc adhesion amount per unit area of the galvanized steel sheet increases. As the zinc adhesion amount of the base material increases, the jet of zinc vapor becomes more intense. Therefore, the welding state is stabilized when the average value of the frequency is lowered within the above range.
  • the material of the base material is a galvanized steel sheet, and in arc welding in which the feeding speed of the welding wire is alternately switched between the forward feed period and the reverse feed period, the welding state is stabilized, and the amount of spatter generated is reduced.
  • An arc welding control method that can be reduced can be provided.

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Abstract

溶接ワイヤの送給速度を正送期間と逆送期間とに交互に切り換える溶接方法において、母材が亜鉛メッキ鋼板であるときの溶接状態を安定化すること。母材の材質が亜鉛メッキ鋼板であり、溶接ワイヤの送給速度を正送期間と逆送期間とに交互に切り換え、短絡期間とアーク期間とを繰り返して溶接するアーク溶接制御方法において、アーク期間中は、第１アーク電流Ｉａ１を通電する第１アーク期間Ｔａ１と、第２アーク電流Ｉａ２を通電する第２アーク期間Ｔａ２と、第３アーク電流Ｉａ３を通電する第３アーク期間Ｔａ３とを経時的に切り換え、Ｉａ１＞Ｉａ２＞Ｉａ３となるように制御する。第２アーク期間Ｔａ２中は定電圧制御し、第１アーク期間Ｔａ１中は定電流制御する。第１アーク期間Ｔａ１及び／又は第１アーク電流Ｉａ１の値を、母材の単位面積当たりの亜鉛付着量に応じて変化させる。

Description

アーク溶接制御方法
　本発明は、母材の材質が亜鉛メッキ鋼板であり、溶接ワイヤの送給速度を正送期間と逆送期間とに交互に切り換え、短絡期間とアーク期間とを繰り返して溶接するアーク溶接制御方法に関するものである。
　一般的な消耗電極式アーク溶接では、消耗電極である溶接ワイヤを一定速度で送給し、溶接ワイヤと母材との間にアークを発生させて溶接が行なわれる。消耗電極式アーク溶接では、溶接ワイヤと母材とが短絡期間とアーク期間とを交互に繰り返す溶接状態になることが多い。
　溶接品質をさらに向上させるために、溶接ワイヤの正送と逆送とを周期的に繰り返して溶接する方法が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
日本国特表２００８－５３１２８３号公報
　亜鉛メッキ鋼板のアーク溶接においては、溶接中に母材表面の亜鉛がアーク熱によって蒸気となり、溶融池からガスとして噴出し、溶接状態が不安定になる現象が生じる。また、溶接ワイヤの送給速度を正送期間と逆送期間とに交互に切り換えるアーク溶接では、送給速度が一定である通常のアーク溶接に比べて、このガス噴出現象が顕著となる。
　そこで、本発明では、母材の材質が亜鉛メッキ鋼板であり、溶接ワイヤの送給速度を正送期間と逆送期間とに交互に切り換えるアーク溶接において、溶接状態を安定化し、スパッタ発生量を削減することができるアーク溶接制御方法を提供することを目的とする。
　本開示のアーク溶接制御方法は、
母材の材質が亜鉛メッキ鋼板であり、溶接ワイヤの送給速度を正送期間と逆送期間とに交互に切り換え、短絡期間とアーク期間とを繰り返して溶接するアーク溶接制御方法において、
　前記アーク期間中は、第１アーク電流Ｉａ１を通電する第１アーク期間と、第２アーク電流Ｉａ２を通電する第２アーク期間と、第３アーク電流Ｉａ３を通電する第３アーク期間とを経時的に切り換え、
Ｉａ１＞Ｉａ２＞Ｉａ３となるように制御する、
ことを特徴とするものである。
　本開示のアーク溶接制御方法は、前記第２アーク期間中は定電圧制御する、
ことを特徴とするものである。
　本開示のアーク溶接制御方法は、前記第１アーク期間中は定電流制御する、
ことを特徴とするものである。
　本開示のアーク溶接制御方法は、前記第１アーク期間及び／又は前記第１アーク電流の値は、亜鉛蒸気が溶融池から排出されて溶融池内に残留しない値に設定される、
ことを特徴とするものである。
　本開示のアーク溶接制御方法は、前記第１アーク期間及び／又は前記第１アーク電流Ｉａ１の値を、前記母材の単位面積当たりの亜鉛付着量に応じて変化させる、
ことを特徴とするものである。
　本開示のアーク溶接制御方法は、前記正送期間と前記逆送期間との繰り返し周波数の平均値が７０Ｈｚ以上９０Ｈｚ以下の範囲になるように前記送給速度の波形パラメータを設定する、
ことを特徴とするものである。
　本開示のアーク溶接制御方法は、前記波形パラメータは、少なくとも正送ピーク値及び逆送ピーク値である、
ことを特徴とするものである。
　本開示のアーク溶接制御方法は、前記周波数の平均値を前記母材の単位面積当たりの亜鉛付着量が多くなるほど低くなるように前記波形パラメータを設定する、
ことを特徴とするものである。
　本発明によれば、母材の材質が亜鉛メッキ鋼板であり、溶接ワイヤの送給速度を正送期間と逆送期間とに交互に切り換えるアーク溶接において、溶接状態を安定化し、スパッタ発生量を削減することができる。
本発明の実施の形態１に係るアーク溶接制御方法を実施するための溶接電源のブロック図である。 本発明の実施の形態１に係るアーク溶接制御方法を示す図１の溶接電源における各信号のタイミングチャートである。 本発明の実施の形態２に係るアーク溶接制御方法を実施するための溶接電源のブロック図である。 本発明の実施の形態３に係るアーク溶接制御方法を実施するための溶接電源のブロック図である。
　以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。
［実施の形態１］
　図１は、本発明の実施の形態１に係るアーク溶接制御方法を実施するための溶接電源のブロック図である。以下、同図を参照して各ブロックについて説明する。
　電源主回路ＰＭは、３相２００Ｖ等の商用電源（図示は省略）を入力として、後述する誤差増幅信号Ｅａに従ってインバータ制御等による出力制御を行い、出力電圧Ｅを出力する。この電源主回路ＰＭは、図示は省略するが、商用電源を整流する１次整流器、整流された直流を平滑する平滑コンデンサ、平滑された直流を高周波交流に変換する上記の誤差増幅信号Ｅａによって駆動されるインバータ回路、高周波交流を溶接に適した電圧値に降圧する高周波変圧器、降圧された高周波交流を直流に整流する２次整流器を備えている。
　リアクトルＷＬは、上記の出力電圧Ｅを平滑する。このリアクトルＷＬのインダクタンス値は、例えば１００μＨである。
　送給モータＷＭは、後述する送給制御信号Ｆｃを入力として、正送と逆送とを交互に繰り返して溶接ワイヤ１を送給速度Ｆｗで送給する。送給モータＷＭには、過渡応答性の速いモータが使用される。溶接ワイヤ１の送給速度Ｆｗの変化率及び送給方向の反転を速くするために、送給モータＷＭは溶接トーチ４の先端の近くに設置される場合がある。また、送給モータＷＭを２個使用して、プッシュプル方式の送給系とする場合もある。
　溶接ワイヤ１は、上記の送給モータＷＭに結合された送給ロール５の回転によって溶接トーチ４内を送給されて、母材２との間にアーク３が発生する。溶接トーチ４内の給電チップ（図示は省略）と母材２との間には溶接電圧Ｖｗが印加し、溶接電流Ｉｗが通電する。母材２の材質は、亜鉛メッキ鋼板である。
　出力電圧設定回路ＥＲは、予め定めた出力電圧設定信号Ｅｒを出力する。出力電圧検出回路ＥＤは、上記の出力電圧Ｅを検出し平滑して、出力電圧検出信号Ｅｄを出力する。
　電圧誤差増幅回路ＥＶは、上記の出力電圧設定信号Ｅｒ及び上記の出力電圧検出信号Ｅｄを入力として、出力電圧設定信号Ｅｒ（＋）と出力電圧検出信号Ｅｄ（－）との誤差を増幅して、電圧誤差増幅信号Ｅｖを出力する。
　電流検出回路ＩＤは、上記の溶接電流Ｉｗを検出して、電流検出信号Ｉｄを出力する。電圧検出回路ＶＤは、上記の溶接電圧Ｖｗを検出して、電圧検出信号Ｖｄを出力する。短絡判別回路ＳＤは、上記の電圧検出信号Ｖｄを入力として、この値が予め定めた短絡判別値（１０Ｖ程度）未満のときは短絡期間にあると判別してＨｉｇｈレベルになり、以上のときはアーク期間にあると判別してＬｏｗレベルになる短絡判別信号Ｓｄを出力する。
　正送加速期間設定回路ＴＳＵＲは、予め定めた正送加速期間設定信号Ｔsurを出力する。
　正送減速期間設定回路ＴＳＤＲは、予め定めた正送減速期間設定信号Ｔsdrを出力する。
　逆送加速期間設定回路ＴＲＵＲは、予め定めた逆送加速期間設定信号Ｔrurを出力する。
　逆送減速期間設定回路ＴＲＤＲは、予め定めた逆送減速期間設定信号Ｔrdrを出力する。
　正送ピーク値設定回路ＷＳＲは、予め定めた正送ピーク値設定信号Ｗsrを出力する。
　逆送ピーク値設定回路ＷＲＲは、予め定めた逆送ピーク値設定信号Ｗrrを出力する。
　送給速度設定回路ＦＲは、上記の正送加速期間設定信号Ｔsur、上記の正送減速期間設定信号Ｔsdr、上記の逆送加速期間設定信号Ｔrur、上記の逆送減速期間設定信号Ｔrdr、上記の正送ピーク値設定信号Ｗsr、上記の逆送ピーク値設定信号Ｗrr及び上記の短絡判別信号Ｓｄを入力として、以下の処理によって生成された送給速度パターンを送給速度設定信号Ｆｒとして出力する。この送給速度設定信号Ｆｒが０以上のときは正送期間となり、０未満のときは逆送期間となる。
１）正送加速期間設定信号Ｔsurによって定まる正送加速期間Ｔsu中は０から正送ピーク値設定信号Ｗsrによって定まる正の値の正送ピーク値Ｗspまで直線状に加速する送給速度設定信号Ｆｒを出力する。
２）続いて、正送ピーク期間Ｔsp中は、上記の正送ピーク値Ｗspを維持する送給速度設定信号Ｆｒを出力する。
３）短絡判別信号ＳｄがＬｏｗレベル（アーク期間）からＨｉｇｈレベル（短絡期間）に変化すると、正送減速期間設定信号Ｔsdrによって定まる正送減速期間Ｔsdに移行し、上記の正送ピーク値Ｗspから０まで直線状に減速する送給速度設定信号Ｆｒを出力する。
４）続いて、逆送加速期間設定信号Ｔrurによって定まる逆送加速期間Ｔru中は０から逆送ピーク値設定信号Ｗrrによって定まる負の値の逆送ピーク値Ｗrpまで直線状に加速する送給速度設定信号Ｆｒを出力する。
５）続いて、逆送ピーク期間Ｔrp中は、上記の逆送ピーク値Ｗrpを維持する送給速度設定信号Ｆｒを出力する。
６）短絡判別信号ＳｄがＨｉｇｈレベル（短絡期間）からＬｏｗレベル（アーク期間）に変化すると、逆送減速期間設定信号Ｔrdrによって定まる逆送減速期間Ｔrdに移行し、上記の逆送ピーク値Ｗrpから０まで直線状に減速する送給速度設定信号Ｆｒを出力する。
７）上記の１）～６）を繰り返すことによって正負の台形波状に変化する送給パターンの送給速度設定信号Ｆｒが生成される。
　送給制御回路ＦＣは、上記の送給速度設定信号Ｆｒを入力として、送給速度設定信号Ｆｒの値に相当する送給速度Ｆｗで溶接ワイヤ１を送給するための送給制御信号Ｆｃを上記の送給モータＷＭに出力する。
　減流抵抗器Ｒは、上記のリアクトルＷＬと溶接トーチ４との間に挿入される。この減流抵抗器Ｒの値は、短絡負荷（０．０１～０．０３Ω程度）の１０倍以上大きな値（０．５～３Ω程度）に設定される。この減流抵抗器Ｒが通電路に挿入されると、リアクトルＷＬ及び外部ケーブルのリアクトルに蓄積されたエネルギーが急放電される。
　トランジスタＴＲは、上記の減流抵抗器Ｒと並列に接続されて、後述する駆動信号Ｄｒに従ってオン又はオフ制御される。
　くびれ検出回路ＮＤは、上記の短絡判別信号Ｓｄ、上記の電圧検出信号Ｖｄ及び上記の電流検出信号Ｉｄを入力として、短絡判別信号ＳｄがＨｉｇｈレベル（短絡期間）であるときの電圧検出信号Ｖｄの電圧上昇値が基準値に達した時点でくびれの形成状態が基準状態になったと判別してＨｉｇｈレベルとなり、短絡判別信号ＳｄがＬｏｗレベル（アーク期間）に変化した時点でＬｏｗレベルになるくびれ検出信号Ｎｄを出力する。また、短絡期間中の電圧検出信号Ｖｄの微分値がそれに対応した基準値に達した時点でくびれ検出信号ＮｄをＨｉｇｈレベルに変化させるようにしても良い。さらに、電圧検出信号Ｖｄの値を電流検出信号Ｉｄの値で除算して溶滴の抵抗値を算出し、この抵抗値の微分値がそれに対応する基準値に達した時点でくびれ検出信号ＮｄをＨｉｇｈレベルに変化させるようにしても良い。
　低レベル電流設定回路ＩＬＲは、予め定めた低レベル電流設定信号Ｉlrを出力する。電流比較回路ＣＭは、この低レベル電流設定信号Ｉlr及び上記の電流検出信号Ｉｄを入力として、Ｉｄ＜ＩlrのときはＨｉｇｈレベルになり、Ｉｄ≧ＩlrのときはＬｏｗレベルになる電流比較信号Ｃｍを出力する。
　駆動回路ＤＲは、上記の電流比較信号Ｃｍ及び上記のくびれ検出信号Ｎｄを入力として、くびれ検出信号ＮｄがＨｉｇｈレベルに変化するとＬｏｗレベルに変化し、その後に電流比較信号ＣｍがＨｉｇｈレベルに変化するとＨｉｇｈレベルに変化する駆動信号Ｄｒを上記のトランジスタＴＲのベース端子に出力する。したがって、この駆動信号Ｄｒはくびれが検出されるとＬｏｗレベルになり、トランジスタＴＲがオフ状態になり通電路に減流抵抗器Ｒが挿入されるので、短絡負荷を通電する溶接電流Ｉｗは急減する。そして、急減した溶接電流Ｉｗの値が低レベル電流設定信号Ｉlrの値まで減少すると、駆動信号ＤｒはＨｉｇｈレベルになり、トランジスタＴＲがオン状態になるので、減流抵抗器Ｒは短絡されて通常の状態に戻る。
　第１アーク期間設定回路ＴＡ１Ｒは、予め定めた第１アーク期間設定信号Ｔa1rを出力する。第１アーク期間回路ＳＴＡ１は、上記の短絡判別信号Ｓｄ及び上記の第１アーク期間設定信号Ｔa1rを入力として、短絡判別信号ＳｄがＬｏｗレベル（アーク期間）に変化し予め定めた遅延期間Ｔｃが経過した時点から第１アーク期間設定信号Ｔa1rによって予め定めた第１アーク期間Ｔa1中はＨｉｇｈレベルとなる第１アーク期間信号Ｓta1を出力する。
　第１アーク電流設定回路ＩＡ１Ｒは、予め定めた第１アーク電流設定信号Ｉa1rを出力する。
　第３アーク期間回路ＳＴＡ３は、上記の短絡判別信号Ｓｄを入力として、短絡判別信号ＳｄがＬｏｗレベル（アーク期間）に変化した時点から予め定めた電流降下時間Ｔｄが経過した時点でＨｉｇｈレベルになり、その後に短絡判別信号ＳｄがＨｉｇｈレベル（短絡期間）になるとＬｏｗレベルになる第３アーク期間信号Ｓta3を出力する。
　第３アーク電流設定回路ＩＡ３Ｒは、予め定めた第３アーク電流設定信号Ｉa3rを出力する。
　電流制御設定回路ＩＣＲは、上記の短絡判別信号Ｓｄ、上記の低レベル電流設定信号Ｉlr、上記のくびれ検出信号Ｎｄ、上記の第１アーク期間信号Ｓta1、上記の第３アーク期間信号Ｓta3、上記の第１アーク電流設定信号Ｉa1r及び上記の第３アーク電流設定信号Ｉa3rを入力として、以下の処理を行い、電流制御設定信号Ｉcrを出力する。
１）短絡判別信号ＳｄがＬｏｗレベル(アーク期間)に変化した時点から第１アーク期間信号Ｓta1がＨｉｇｈレベルに変化するまでの遅延期間中は、低レベル電流設定信号Ｉlrの値となる電流制御設定信号Ｉcrを出力する。
２）第１アーク期間信号Ｓta1がＨｉｇｈレベル（第１アーク期間）のときは、第１アーク電流設定信号Ｉa1rとなる電流制御設定信号Ｉcrを出力する。
３）第１アーク期間信号Ｓta1がＬｏｗレベルに変化した時点から第３アーク期間信号Ｓta3がＬｏｗレベルに変化するまでの期間（第２アーク期間及び第３アーク期間）中は、第３アーク電流設定信号Ｉa3rとなる電流制御設定信号Ｉcrを出力する。
４）短絡判別信号ＳｄがＨｉｇｈレベル（短絡期間）に変化すると、予め定めた初期期間中は予め定めた初期電流設定値となり、その後は予め定めた短絡時傾斜で予め定めた短絡時ピーク設定値まで上昇してその値を維持する電流制御設定信号Ｉcrを出力する。
５）その後に、くびれ検出信号ＮｄがＨｉｇｈレベルに変化すると、低レベル電流設定信号Ｉlrの値となる電流制御設定信号Ｉcrを出力する。
　電流誤差増幅回路ＥＩは、上記の電流制御設定信号Ｉcr及び上記の電流検出信号Ｉｄを入力として、電流制御設定信号Ｉcr（＋）と電流検出信号Ｉｄ（－）との誤差を増幅して、電流誤差増幅信号Ｅｉを出力する。
　電源特性切換回路ＳＷは、上記の電流誤差増幅信号Ｅｉ、上記の電圧誤差増幅信号Ｅｖ、上記の第１アーク期間信号Ｓta1及び上記の第３アーク期間信号Ｓta3を入力として、以下の処理を行い、誤差増幅信号Ｅａを出力する。
１）第１アーク期間信号Ｓta1がＬｏｗレベルに変化し、第３アーク期間信号Ｓta3がＨｉｇｈレベルに変化するまでの第２アーク期間Ｔa2中は、電圧誤差増幅信号Ｅｖを誤差増幅信号Ｅａとして出力する。
２）それ以外の期間中は、電流誤差増幅信号Ｅｉを誤差増幅信号Ｅａとして出力する。
この回路によって、溶接電源の特性は、短絡期間、遅延期間、第１アーク期間Ｔa1及び第３アーク期間Ｔa3中は定電流特性となり、第２アーク期間Ｔa2中は定電圧特性となる。
　図２は、本発明の実施の形態１に係るアーク溶接制御方法を示す図１の溶接電源における各信号のタイミングチャートである。同図（Ａ）は送給速度Ｆｗの時間変化を示し、同図（Ｂ）は溶接電流Ｉｗの時間変化を示し、同図（Ｃ）は溶接電圧Ｖｗの時間変化を示し、同図（Ｄ）は短絡判別信号Ｓｄの時間変化を示し、同図（Ｅ）は第１アーク期間信号Ｓta1の時間変化を示し、同図(Ｆ)は第３アーク期間信号Ｓta3の時間変化を示す。以下、同図を参照して各信号の動作について説明する。
　同図（Ａ）に示す送給速度Ｆｗは、図１の送給速度設定回路ＦＲから出力される送給速度設定信号Ｆｒの値に制御される。送給速度Ｆｗは、図１の正送加速期間設定信号Ｔsurによって定まる正送加速期間Ｔsu、短絡が発生するまで継続する正送ピーク期間Ｔsp、図１の正送減速期間設定信号Ｔsdrによって定まる正送減速期間Ｔsd、図１の逆送加速期間設定信号Ｔrurによって定まる逆送加速期間Ｔru、アークが発生するまで継続する逆送ピーク期間Ｔrp及び図１の逆送減速期間設定信号Ｔrdrによって定まる逆送減速期間Ｔrdから形成される。さらに、正送ピーク値Ｗspは図１の正送ピーク値設定信号Ｗsrによって定まり、逆送ピーク値Ｗrpは図１の逆送ピーク値設定信号Ｗrrによって定まる。この結果、送給速度設定信号Ｆｒは、正負の略台形波波状に変化する送給パターンとなる。
［時刻ｔ１～ｔ４の短絡期間の動作］
　正送ピーク期間Ｔsp中の時刻ｔ１において短絡が発生すると、同図（Ｃ）に示すように、溶接電圧Ｖｗは数Ｖの短絡電圧値に急減するので、同図（Ｄ）に示すように、短絡判別信号ＳｄがＨｉｇｈレベル（短絡期間）に変化する。これに応動して、時刻ｔ１～ｔ２の予め定めた正送減速期間Ｔsdに移行し、同図（Ａ）に示すように、送給速度Ｆｗは上記の正送ピーク値Ｗspから０まで減速する。例えば、正送減速期間Ｔsd＝１msに設定される。
　同図（Ａ）に示すように、送給速度Ｆｗは時刻ｔ２～ｔ３の予め定めた逆送加速期間Ｔruに入り、０から上記の逆送ピーク値Ｗrpまで加速する。この期間中は短絡期間が継続している。例えば、逆送加速期間Ｔru＝１msに設定される。
　時刻ｔ３において逆送加速期間Ｔruが終了すると、同図（Ａ）に示すように、送給速度Ｆｗは逆送ピーク期間Ｔrpに入り、上記の逆送ピーク値Ｗrpになる。逆送ピーク期間Ｔrpは、時刻ｔ４にアークが発生するまで継続する。したがって、時刻ｔ１～ｔ４の期間が短絡期間となる。逆送ピーク期間Ｔrpは所定値ではないが、４ms程度となる。また、例えば、逆送ピーク値Ｗrp＝－２０～－５０m/minに設定される。
　同図（Ｂ）に示すように、時刻ｔ１～ｔ４の短絡期間中の溶接電流Ｉｗは、予め定めた初期期間中は予め定めた初期電流値となる。その後、溶接電流Ｉｗは、予め定めた短絡時傾斜で上昇し、予め定めた短絡時ピーク値に達するとその値を維持する。
　同図（Ｃ）に示すように、溶接電圧Ｖｗは、溶接電流Ｉｗが短絡時ピーク値となるあたりから上昇する。これは、溶接ワイヤ１の逆送及び溶接電流Ｉｗによるピンチ力の作用により、溶接ワイヤ１の先端の溶滴にくびれが次第に形成されるためである。
　その後に溶接電圧Ｖｗの電圧上昇値が基準値に達すると、くびれの形成状態が基準状態になったと判別して、図１のくびれ検出信号ＮｄはＨｉｇｈレベルに変化する。
　くびれ検出信号ＮｄがＨｉｇｈレベルになったことに応動して、図１の駆動信号ＤｒはＬｏｗレベルになるので、図１のトランジスタＴＲはオフ状態となり図１の減流抵抗器Ｒが通電路に挿入される。同時に、図１の電流制御設定信号Ｉcrが低レベル電流設定信号Ｉlrの値に小さくなる。このために、同図（Ｂ）に示すように、溶接電流Ｉｗは短絡時ピーク値から低レベル電流値へと急減する。そして、溶接電流Ｉｗが低レベル電流値まで減少すると、駆動信号ＤｒはＨｉｇｈレベルに戻るので、トランジスタＴＲはオン状態となり減流抵抗器Ｒは短絡される。同図（Ｂ）に示すように、溶接電流Ｉｗは、電流制御設定信号Ｉcrが低レベル電流設定信号Ｉlrのままであるので、アーク再発生から予め定めた遅延期間Ｔｃが経過するまでは低レベル電流値を維持する。したがって、トランジスタＴＲは、くびれ検出信号ＮｄがＨｉｇｈレベルに変化した時点から溶接電流Ｉｗが低レベル電流値に減少するまでの期間のみオフ状態となる。同図（Ｃ）に示すように、溶接電圧Ｖｗは、溶接電流Ｉｗが小さくなるので一旦減少した後に急上昇する。上述した各パラメータは、例えば以下の値に設定される。初期電流＝４０Ａ、初期期間＝０．５ms、短絡時傾斜＝２ms、短絡時ピーク値＝４００Ａ、低レベル電流値＝５０Ａ、遅延期間Ｔｃ＝１ms。
［時刻ｔ４～ｔ７のアーク期間の動作］
　時刻ｔ４において、溶接ワイヤの逆送及び溶接電流Ｉｗの通電によるピンチ力によってくびれが進行してアークが発生すると、同図（Ｃ）に示すように、溶接電圧Ｖｗは数十Ｖのアーク電圧値に急増するので、同図（Ｄ）に示すように、短絡判別信号ＳｄがＬｏｗレベル（アーク期間）に変化する。これに応動して、時刻ｔ４～ｔ５の予め定めた逆送減速期間Ｔrdに移行し、同図（Ａ）に示すように、送給速度Ｆｗは上記の逆送ピーク値Ｗrpから０まで減速する。
　時刻ｔ５において逆送減速期間Ｔrdが終了すると、時刻ｔ５～ｔ６の予め定めた正送加速期間Ｔsuに移行する。この正送加速期間Ｔsu中は、同図（Ａ）に示すように、送給速度Ｆｗは０から上記の正送ピーク値Ｗspまで加速する。この期間中はアーク期間が継続している。例えば、正送加速期間Ｔsu＝１msに設定される。
　時刻ｔ６において正送加速期間Ｔsuが終了すると、同図（Ａ）に示すように、送給速度Ｆｗは正送ピーク期間Ｔspに入り、上記の正送ピーク値Ｗspになる。この期間中もアーク期間が継続している。正送ピーク期間Ｔspは、時刻ｔ７に短絡が発生するまで継続する。したがって、時刻ｔ４～ｔ７の期間がアーク期間となる。そして、短絡が発生すると、時刻ｔ１の動作に戻る。正送ピーク期間Ｔspは所定値ではないが、５ms程度となる。また、例えば、正送ピーク値Ｗsp＝２０～５０m/minに設定される。
　時刻ｔ４においてアークが発生すると、同図（Ｃ）に示すように、溶接電圧Ｖｗは数十Ｖのアーク電圧値に急増する。他方、同図（Ｂ）に示すように、溶接電流Ｉｗは、時刻ｔ４から遅延期間Ｔｃの間は低レベル電流値を継続する。これは、アークが発生した直後に電流値を上昇させると、溶接ワイヤの逆送と溶接電流による溶接ワイヤの溶融とが加算されて、アーク長が急速に長くなり、溶接状態が不安定になる場合があるためである。
　正送加速期間Ｔsu中の時刻ｔ５１において、遅延期間Ｔｃが終了すると、同図(Ｅ)に示すように、第１アーク期間信号Ｓta1がＨｉｇｈレベルに変化し、時刻ｔ５１～ｔ６１の予め定めた第１アーク期間Ｔa1に移行する。この第１アーク期間Ｔa1中は引き続き定電流制御され、同図(Ｂ)に示すように、図１の第１アーク電流設定信号Ｉa1rによって定まる所定の第１アーク電流Ｉa1が通電する。同図(Ｃ)に示すように、溶接電圧Ｖｗは電流値及びアーク負荷によって定まる値となり、大きな値となる。例えば、第１アーク期間Ｔa1＝１～２ms程度に設定され、第１アーク電流Ｉa1＝３００～５００Ａ程度に設定される。
　時刻ｔ６２において、アーク発生時点ｔ４から予め定めた電流降下時間Ｔｄが経過すると、同図(Ｆ)に示すように、第３アーク期間信号Ｓta3がＨｉｇｈレベルに変化する。時刻ｔ６１～ｔ６２の期間が第２アーク期間Ｔa2となる。この第２アーク期間Ｔa2中は、定電圧制御される。同図(Ｂ)に示すように、第２アーク電流Ｉa2はアーク負荷によって変化するが、第１アーク電流Ｉa1よりも小さい値であり、かつ、第３アーク電流Ｉa3よりも大きな値となる。すなわち、Ｉa1＞Ｉa2＞Ｉa3となるように出力制御される。同図(Ｃ)に示すように、溶接電圧Ｖｗは定電圧制御によって所定値に制御され、第１アーク期間Ｔa1の電圧値と第３アーク期間Ｔa3の電圧値との中間値となる。第２アーク期間Ｔa2は所定値ではないが、３～６ms程度となる。
　第３アーク期間信号Ｓta3がＨｉｇｈレベルに変化する時刻ｔ６２から短絡が発生する時刻ｔ７までの期間が、第３アーク期間Ｔa3となる。この第３アーク期間Ｔa3中は、定電流制御される。同図(Ｂ)に示すように、図１の第３アーク電流設定信号Ｉa3rによって定まる所定の第３アーク電流Ｉa3が通電する。同図(Ｃ)に示すように、溶接電圧Ｖｗは電流値及びアーク負荷によって定まる値となる。例えば、第３アーク電流Ｉa3＝６０Ａに設定される。第３アーク期間Ｔa3は所定値ではないが、１～２ms程度となる。
　以下、実施の形態１の作用効果について説明する。実施の形態１によれば、アーク期間を、主に第１アーク電流Ｉa1が通電する第１アーク期間Ｔa1、第２アーク電流Ｉa2が通電する第２アーク期間Ｔa2及び第３アーク電流Ｉa3が通電する第３アーク期間Ｔa3の３つの期間に区分して出力制御している。Ｉa1＞Ｉa2＞Ｉa3である。
(１)第１アーク電流Ｉa1を大電流値とすることによって溶融池への入熱を大きくし、亜鉛蒸気の溶融池からの排出を促進し、かつ、健全な溶け込みを確保している。したがって、第１アーク期間Ｔa1及び／又は第１アーク電流Ｉa1の各値は、亜鉛蒸気が溶融池から排出されて溶融池内に残留しないように設定される。
(２)第２アーク電流Ｉa2を第１アーク電流Ｉa1よりも小電流値とすることによって、亜鉛蒸気の溶融池からの爆発的噴出を抑制し、溶接状態を安定化している。第２アーク電流Ｉa2は、亜鉛蒸気の発生を緩和することができる電流値となる。
 (３)第３アーク電流Ｉa3をさらに小電流値とすることによって溶接ワイヤの溶融を抑制し、短絡発生へと導いている。これにより、短絡期間とアーク期間との繰り返し周期を安定化し、溶接状態の安定化を図っている。第３アーク電流Ｉa3は、溶接ワイヤが溶融しない程度の小電流値に設定される。
　さらに、第２アーク期間Ｔa2は、定電圧制御することが望ましい。この期間を定電圧制御することによってアーク長を適正値に維持することができ、溶接状態を安定化することができる。
　さらに、第１アーク期間Ｔa1は、定電流制御することが望ましい。定電流制御すると、第１アーク電流Ｉa1の値がアーク負荷によらず所定値となる。このために、この期間中における溶融池への入熱量を所望値に制御することができる。この結果、適正な入熱によって亜鉛蒸気の排出を促進することができる。この期間における入熱量が過大になると、第２アーク期間Ｔa2中の第２アーク電流Ｉa2の平均値が小さくなるので、ビード外観が悪くなる。したがって、この期間中の入熱量を適正化することは重要である。
［実施の形態２］
　実施の形態２の発明は、第１アーク期間Ｔa1及び／又は第１アーク電流Ｉａ１の値を母材の単位面積当たりの亜鉛付着量に応じて変化させる。
　図３は、本発明の実施の形態２に係るアーク溶接制御方法を実施するための溶接電源のブロック図である。同図は、上述した図１と対応しており、同一ブロックには同一符号を付して、それらの説明は繰り返さない。同図は、図１に亜鉛付着量設定回路ＺＲを追加し、図１の第１アーク期間設定回路ＴＡ１Ｒを修正第１アーク期間設定回路ＴＡ１Ｒに置換し、図１の第１アーク電流設定回路ＩＡ１Ｒを修正第１アーク電流設定回路ＩＡ１Ｒに置換したものである。以下、同図を参照して、これらのブロックについて説明する。
　亜鉛付着量設定回路ＺＲは、母材の単位面積当たりの亜鉛付着量に相関した亜鉛付着量設定信号Ｚｒを出力する。例えば、この亜鉛付着量設定信号Ｚｒは、溶接電源のフロントパネルに設けられたツマミの位置に対応して１～５の正数値を出力する信号である。標準値は３となっている。溶接作業者が母材の亜鉛付着量が多いと判断したときはツマミを調整して４又は５にする。逆に亜鉛付着量が少ないと判断したときは１又は２に調整する。　　　
　修正第１アーク期間設定回路ＴＡ１Ｒは、上記の亜鉛付着量設定信号Ｚｒを入力として、亜鉛付着量設定信号Ｚｒの値が大きくなるほど第１アーク期間設定信号Ｔa1rの値を長くして出力する。
　修正第１アーク電流設定回路ＩＡ１Ｒは、上記の亜鉛付着量設定信号Ｚｒを入力として、亜鉛付着量設定信号Ｚｒの値が大きくなるほど第１アーク電流設定信号Ｉa1rの値を大きくして出力する。
　本発明の実施の形態２に係るアーク溶接制御方法を示すタイミングチャートは、上述した図２と同様であるので、説明は繰り返さない。但し、第１アーク期間Ｔa1及び／又は第１アーク電流Ｉa1の値が、亜鉛付着量設定信号Ｚｒの値に応じて変化する点は異なっている。
　上述した実施の形態２によれば、第１アーク期間及び／又は第１アーク電流Ｉａ１の値を、母材の単位面積当たりの亜鉛付着量に応じて変化させる。これにより、第１アーク期間中の溶融池への入熱量を母材の亜鉛付着量に応じて適正化することができる。このために、亜鉛付着量に応じて亜鉛蒸気の排出効果を適正化することができる。
［実施の形態３］
　実施の形態３の発明は、正送期間と逆送期間との繰り返し周波数の平均値が７０Ｈｚ以上９０Ｈｚ以下の範囲になるように送給速度の波形パラメータを設定する。
　図４は、本発明の実施の形態３に係るアーク溶接制御方法を実施するための溶接電源のブロック図である。同図は、上述した図３と対応しており、同一ブロックには同一符号を付して、それらの説明は繰り返さない。同図は、図３の正送ピーク値設定回路ＷＳＲ及び逆送ピーク値設定回路ＷＲＲを削除し、正送逆送ピーク値設定回路ＷＲを追加したものである。以下、同図を参照して、このブロックについて説明する。
　正送逆送ピーク値設定回路ＷＲは、上記の亜鉛付着量設定信号Ｚｒを入力とする予め定めた関数によって算出された正送ピーク値設定信号Ｗsr及び逆送ピーク値設定信号Ｗrrを出力する。この関数は、亜鉛付着量設定信号Ｚｒの値が大きいほど正送ピーク値設定信号Ｗsr及び逆送ピーク値設定信号Ｗrrの値が小さくなる関数である。送給速度Ｆｗの正送期間と逆送期間との繰り返し周波数の平均値が７０Ｈｚ以上９０Ｈｚ以下の範囲になるようにこの関数は設定される。より好ましくは周波数が７５Ｈｚ以上８５Ｈｚ以下の範囲になるようにこの関数は設定される。亜鉛付着量設定信号Ｚｒの値が大きいほど正送ピーク値設定信号Ｗsr及び逆送ピーク値設定信号Ｗrrの値が小さくなるので、周波数は上記の範囲内で低くなるように変化する。
　本発明の実施の形態３に係るアーク溶接制御方法を示すタイミングチャートは、上述した図２と同様であるので、説明は繰り返さない。但し、以下の点は異なっている。実施の形態３によれば、送給速度の正送期間と逆送期間との繰り返し周波数の平均値が７０Ｈｚ以上９０Ｈｚ以下の範囲になるように送給速度の波形パラメータを設定する。送給速度の波形パラメータとしては、少なくとも正送ピーク値及び逆送ピーク値である。周波数が７０Ｈｚよりも小さくなると、アーク期間中の母材への入熱が過大となり、亜鉛蒸気の噴出が激しくなる。この結果、溶接状態が不安定になり、スパッタ発生量も多くなる。周波数が９０Ｈｚを超えると、アーク期間が短くなり、第３アーク期間を確保することが難しくなる。この結果、スパッタ発生量が多くなり、溶接状態も悪くなる。周波数が７５Ｈｚ以上８５Ｈｚ以下の範囲にあると、溶接状態はさらに安定化し、スパッタ発生量もより少なくなる。
　さらに、周波数の平均値を亜鉛メッキ鋼板の単位面積当たりの亜鉛付着量が多くなるほど低くなるように前記波形パラメータを設定する。母材の亜鉛付着量が多くなるほど亜鉛蒸気の噴出が激しくなるので、周波数の平均値が上記の範囲内において低くなるようにした方が、溶接状態は安定化する。
　本発明によれば、母材の材質が亜鉛メッキ鋼板であり、溶接ワイヤの送給速度を正送期間と逆送期間とに交互に切り換えるアーク溶接において、溶接状態を安定化し、スパッタ発生量を削減することができるアーク溶接制御方法を提供することができる。
　以上、本発明を特定の実施形態によって説明したが、本発明はこの実施形態に限定されるものではなく、開示された発明の技術思想を逸脱しない範囲で種々の変更が可能である。
　本出願は、２０１６年１０月３１日出願の日本特許出願（特願２０１６－２１３２６９）と、２０１６年１１月３０日出願の日本特許出願（特願２０１６－２３２０３９）と、に基づくものであり、その内容はここに取り込まれる。
１            溶接ワイヤ
２            母材
３            アーク
４            溶接トーチ
５            送給ロール
ＣＭ          電流比較回路
Ｃｍ          電流比較信号
ＤＲ          駆動回路
Ｄｒ          駆動信号
Ｅ            出力電圧
Ｅａ          誤差増幅信号
ＥＤ          出力電圧検出回路
Ｅｄ          出力電圧検出信号
ＥＩ          電流誤差増幅回路
Ｅｉ          電流誤差増幅信号
ＥＲ          出力電圧設定回路
Ｅｒ          出力電圧設定信号
ＥＶ          電圧誤差増幅回路
Ｅｖ          電圧誤差増幅信号
ＦＣ          送給制御回路
Ｆｃ          送給制御信号
ＦＲ          送給速度設定回路
Ｆｒ          送給速度設定信号
Ｆｗ          送給速度
Ｉa1          第１アーク電流
ＩＡ１Ｒ      (修正)第１アーク電流設定回路
Ｉa1r         第１アーク電流設定信号
Ｉa2          第２アーク電流
Ｉa3          第３アーク電流
ＩＡ３Ｒ      第３アーク電流設定回路
Ｉa3r         第３アーク電流設定信号
ＩＣＲ        電流制御設定回路
Ｉcr          電流制御設定信号
ＩＤ          電流検出回路
Ｉｄ          電流検出信号
ＩＬＲ        低レベル電流設定回路
Ｉlr          低レベル電流設定信号
Ｉｗ          溶接電流
ＮＤ          くびれ検出回路
Ｎｄ          くびれ検出信号
ＰＭ          電源主回路
Ｒ            減流抵抗器
ＳＤ          短絡判別回路
Ｓｄ          短絡判別信号
ＳＴＡ１      第１アーク期間回路
Ｓta1         第１アーク期間信号
ＳＴＡ３      第３アーク期間回路
Ｓta3         第３アーク期間信号
ＳＷ          電源特性切換回路
Ｔa1          第１アーク期間
ＴＡ１Ｒ      (修正)第１アーク期間設定回路
Ｔa1r         第１アーク期間設定信号
Ｔa2          第２アーク期間
Ｔa3          第３アーク期間
Ｔｃ          遅延期間
Ｔｄ          電流降下時間
ＴＲ          トランジスタ
Ｔrd          逆送減速期間
ＴＲＤＲ      逆送減速期間設定回路
Ｔrdr         逆送減速期間設定信号
Ｔrp          逆送ピーク期間
Ｔru          逆送加速期間
ＴＲＵＲ      逆送加速期間設定回路
Ｔrur         逆送加速期間設定信号
Ｔsd          正送減速期間
ＴＳＤＲ      正送減速期間設定回路
Ｔsdr         正送減速期間設定信号
Ｔsp          正送ピーク期間
Ｔsu          正送加速期間
ＴＳＵＲ      正送加速期間設定回路
Ｔsur         正送加速期間設定信号
ＶＤ          電圧検出回路
Ｖｄ          電圧検出信号
Ｖｗ          溶接電圧
ＷＬ          リアクトル
ＷＭ          送給モータ
ＷＲ          正送逆送ピーク値設定回路
Ｗrp          逆送ピーク値
ＷＲＲ        逆送ピーク値設定回路
Ｗrr          逆送ピーク値設定信号
Ｗsp          正送ピーク値
ＷＳＲ        正送ピーク値設定回路
Ｗsr          正送ピーク値設定信号
ＺＲ          亜鉛付着量設定回路
Ｚｒ          亜鉛付着量設定信号

Claims (8)

  1. 　母材の材質が亜鉛メッキ鋼板であり、溶接ワイヤの送給速度を正送期間と逆送期間とに交互に切り換え、短絡期間とアーク期間とを繰り返して溶接するアーク溶接制御方法において、
    　前記アーク期間中は、第１アーク電流Ｉａ１を通電する第１アーク期間と、第２アーク電流Ｉａ２を通電する第２アーク期間と、第３アーク電流Ｉａ３を通電する第３アーク期間とを経時的に切り換え、
    Ｉａ１＞Ｉａ２＞Ｉａ３となるように制御する、
    アーク溶接制御方法。
  2. 　前記第２アーク期間中は定電圧制御する、
    請求項１に記載のアーク溶接制御方法。
  3. 　前記第１アーク期間中は定電流制御する、
    請求項１又は２に記載のアーク溶接制御方法。
  4. 　前記第１アーク期間及び／又は前記第１アーク電流の値は、亜鉛蒸気が溶融池から排出されて溶融池内に残留しない値に設定される、
    請求項１～３のいずれか１項に記載のアーク溶接制御方法。
  5. 　前記第１アーク期間及び／又は前記第１アーク電流Ｉａ１の値を、前記母材の単位面積当たりの亜鉛付着量に応じて変化させる、
    請求項１～４のいずれか１項に記載のアーク溶接制御方法。
  6. 　前記正送期間と前記逆送期間との繰り返し周波数の平均値が７０Ｈｚ以上９０Ｈｚ以下の範囲になるように前記送給速度の波形パラメータを設定する、
    請求項１～５のいずれか１項に記載のアーク溶接制御方法。
  7. 　前記波形パラメータは、少なくとも正送ピーク値及び逆送ピーク値である、
    請求項６に記載のアーク溶接制御方法。
  8. 　前記周波数の平均値を前記母材の単位面積当たりの亜鉛付着量が多くなるほど低くなるように前記波形パラメータを設定する、
    請求項６又は７に記載のアーク溶接制御方法。
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