パルスアーク溶接方法
【課題】 パルスアーク溶接において、シールドガスの混合比率が変動しても安定したアーク状態を維持すること。
【解決手段】 ピーク期間Ｔｐ中のピーク電流の通電とベース期間中のベース電流の通電とを１パルス周期Ｔｆとして繰り返して溶接するパルスアーク溶接方法において、ピーク期間Ｔｐは、第１ピーク電流Ｉｐ１を通電する第１ピーク期間Ｔｐ１及び第１ピーク電流Ｉｐ１よりも小さな値の第２ピーク電流Ｉｐ２を通電する第２ピーク期間Ｔｐ２から形成され、第１ピーク期間Ｔｐ１及び第１ピーク電流Ｉｐ１を、シールドガスの混合比率が基準比率から所定範囲で変化してもアーク陽極点が溶滴の上部に形成される値に設定し、第２ピーク期間Ｔｐ２及び第２ピーク電流Ｉｐ２を、パルス周期Ｔｆごとに１つの溶滴が移行し、かつ、アンダーカットのないビード形状が形成される値に設定する。
【解決手段】 ピーク期間Ｔｐ中のピーク電流の通電とベース期間中のベース電流の通電とを１パルス周期Ｔｆとして繰り返して溶接するパルスアーク溶接方法において、ピーク期間Ｔｐは、第１ピーク電流Ｉｐ１を通電する第１ピーク期間Ｔｐ１及び第１ピーク電流Ｉｐ１よりも小さな値の第２ピーク電流Ｉｐ２を通電する第２ピーク期間Ｔｐ２から形成され、第１ピーク期間Ｔｐ１及び第１ピーク電流Ｉｐ１を、シールドガスの混合比率が基準比率から所定範囲で変化してもアーク陽極点が溶滴の上部に形成される値に設定し、第２ピーク期間Ｔｐ２及び第２ピーク電流Ｉｐ２を、パルス周期Ｔｆごとに１つの溶滴が移行し、かつ、アンダーカットのないビード形状が形成される値に設定する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、シールドガスの混合比率が変化しても安定した溶接を行うことができるパルスアーク溶接方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
図５は、消耗電極パルスアーク溶接の電流・電圧波形図の一例である。同図（Ａ）は溶接電流Ｉｗを示し、同図（Ｂ）は溶接電圧Ｖｗを示す。時刻ｔ１〜ｔ２のピーク立上り期間Ｔup中は、同図（Ａ）に示すように、ベース電流Ｉｂからピーク電流Ｉｐへと上昇する遷移電流が通電し、同図（Ｂ）に示すように、ベース電圧Ｖｂからピーク電圧Ｖｐへと上昇する遷移電圧が溶接ワイヤ・母材間に印加する。時刻ｔ２〜ｔ３のピーク期間Ｔｐ中は、同図（Ａ）に示すように、臨界電流値以上のピーク電流Ｉｐが通電し、同図（Ｂ）に示すように、ピーク電圧Ｖｐが印加する。時刻ｔ３〜ｔ４のピーク立下り期間Ｔdw中は、ピーク電流Ｉｐからベース電流Ｉｂへと下降する遷移電流が通電し、同図（Ｂ）に示すように、ピーク電圧Ｖｐからベース電圧Ｖｂへと下降する遷移電圧が印加する。時刻ｔ４〜ｔ５のベース期間Ｔｂ中は、同図（Ａ）に示すように、溶滴を成長させない小電流値のベース電流Ｉｂが通電し、同図（Ｂ）に示すように、ベース電圧Ｖｂが印加する。上記のｔ１〜ｔ５の期間がパルス周期Ｔｆとなる。
【０００３】
上記のピーク立上り期間Ｔup及びピーク立下り期間Ｔdwは、母材材質に応じて適正値に設定される。母材材質が鉄鋼材料であるパルスＭＡＧ溶接では、両値は小さな値に設定されるために、ピーク電流波形は略矩形波状になる。他方、母材材質がアルミニウム材料であるパルスＭＩＧ溶接では、両値は大きな値に設定されるために、ピーク電流波形は台形波状になる。また、上記の遷移電流は、溶接性を向上させるために直線状に上昇／下降させる場合だけでなく、曲線状に変化させる場合もある（例えば、特許文献１、３参照）。また、ピーク電流Ｉｐをステップ状に増加させる場合もある（例えば、特許文献２参照）。シールドガスとしては、パルスＭＡＧ溶接ではアルゴンガス８０％＋炭酸ガス２０％の混合ガスを使用し、パルスＭＩＧ溶接ではアルゴンガス１００％を使用することが多い。
【０００４】
消耗電極アーク溶接では、アーク長を適正値に制御することが良好な溶接品質を得るために重要である。このために、溶接電圧Ｖｗの平均値Ｖavがアーク長と略比例関係にあることを利用して、溶接電圧平均値Ｖavが予め定めた電圧設定値と等しくなるように溶接電源の出力を制御してアーク長制御を行っている。パルスアーク溶接においても同様に、溶接電圧平均値Ｖavが電圧設定値と等しくなるように上記のパルス周期Ｔｆが制御されて溶接電源の出力制御が行われる（周波数変調制御）。これ以外にも、パルス周期Ｔｆを所定値とし、ピーク期間Ｔｐを制御することで溶接電源の出力制御を行う場合もある（パルス幅変調制御）。
【０００５】
図６は、上記のピーク期間Ｔｐ及びピーク電流Ｉｐの値を設定する方法を示す１パルス１溶滴移行範囲図である。同図の横軸はピーク期間Ｔｐ（ms）を示し、縦軸はピーク電流Ｉｐ（Ａ）を示す。斜線部分がパルス周期Ｔｆに同期して１つの溶滴が移行する（いわゆる１パルス１溶滴移行）条件範囲である。ピーク期間Ｔｐとピーク電流Ｉｐとの組合せ条件（ユニットパルス条件と言われる）が斜線部分内にあるときは、１パルス１溶滴移行となる。ユニットパルス条件は、この１パルス１溶滴移行範囲内であって、良好なビード形状（アンダーカットの発生がなく美麗なビード外観であること）が形成される条件に設定される。ピーク電流Ｉｐが一定値でないときには、ピーク電流Ｉｐをピーク期間Ｔｐ中積分した電流積分値が、斜線部分に対応する範囲内になるように両値を設定する。上記のユニットパルス条件は、溶接ワイヤの種類、シールドガスの混合比率、ワイヤ送給速度等に応じて１パルス１溶滴移行範囲が変化するのでそれに対応して再設定する必要がある。
【０００６】
図７は、ユニットパルス条件が１パルス１溶滴移行範囲にあるときのアーク発生部の模式図である。溶接トーチ４の先端から送出された溶接ワイヤ１と母材２との間にアーク３が発生する。母材２上には溶融池２ａが形成される。アーク陽極点３ａは、ワイヤ先端部の溶滴１ａの上部に形成される。このために、溶滴１ａはアーク３によって包まれた状態になる。他方、アーク陰極点３ｂは、溶融池２ａ上に形成される。ピーク電流Ｉｐが通電を終了した直後に離脱溶滴１ｂが移行する。
【０００７】
【特許文献１】特開２００５−２８３８３号公報
【特許文献２】特開２００５−１１８８７２号公報
【特許文献３】特開２００６−７５８９０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
上記のユニットパルス条件は、シールドガスの混合比率が基準比率であることを前提条件として、上述したように、１パルス１溶滴移行範囲であって、かつ、良好なビード形状が得られるように設定される。例えば、鉄鋼材料のパルスＭＡＧ溶接では、シールドガスにはアルゴンガスと炭酸ガスとの混合ガスを使用する。この場合の基準比率はアルゴンガス８０％＋炭酸ガス２０％が日本では一般的である。
【０００９】
シールドガスの供給方法として、上記の基準比率に正確に調整されて充填されたガスボンベ等を使用する場合には、シールドガスの混合比率の変動はほとんどなく基準比率に維持されて溶接を行うことができる。しかし、大規模な工場では、アルゴンガスと炭酸ガスとを別々のタンクに蓄積しておき、それらを混合器によって基準比率に混合した上で、集中配管を通して各溶接装置に供給することが多い。このような場合には、朝一番の工場稼動開始時において、シールドガスの混合比率が安定するまで初期変動することが多い。この変動幅は、シールドガスの供給設備によって異なるが、±５〜±１０％と大きな場合もある。また、初期変動だけでなく、定常状態での変動もあり、その変動幅は初期変動幅よりは小さいが±５％程度になる場合もある。さらに、ワークの形状、要求品質等からシールドガスの混合比率をより適正値に調整して溶接する場合もある。このような高品質溶接では、シールドガスの基準比率をアルゴンガス比率を増加又は減少させて設定する。
【００１０】
ところで、シールドガスの混合比率はアルゴンガス比率が増加する方向に変化しても、アーク状態は安定した状態を略維持することができる場合が多い。これは、アルゴンガス比率が増加すると、溶滴の移行がしやすくなるためである。したがって、アルゴンガス比率が増加する方向への変化に対しては、ユニットパルス条件を再設定しなくても良い場合が多い。
【００１１】
他方、シールドガスのアルゴンガス比率が減少する方向に変化する場合には、図８で詳述するように、溶滴移行がしにくくなるために、アーク状態は不安定な状態になる。以下、この現象について説明する。
【００１２】
図８（Ａ）〜（Ｃ）は、シールドガスのアルゴンガス比率が基準比率よりも減少した場合のアーク発生部の模式図である。同図（Ａ）〜（Ｃ）は、時間経過に伴う溶滴移行を示している。同図（Ａ）に示すように、シールドガスのアルゴン比率が減少すると、アーク陽極点３ａは溶滴１ａの下部に形成される。アーク陽極点３ａが溶滴１ａの下部に形成された場合、同図（Ｂ）に示すように、アーク陽極点３ａ近傍は超高温になるために、溶滴１ａの下部から金属蒸気５が下方向へ噴出する。この結果、溶滴３ａは金属蒸気５によって押上げる方向へ力６を受けるので、溶滴移行が不安定になる。そして、同図（Ｃ）に示すように、押し上げ力６によって移行を阻止されて１パルス１溶滴移行することができなくなるために溶滴３ａが大きく成長し、ワイヤの延長線以外へも飛散してスパッタ７が大量に発生する。
【００１３】
上述した問題の対策として、溶滴１ａの下部に形成されたアーク陽極点３ａを上方に移動させるために、ピーク電流Ｉｐの値を大きくする方法がある。しかし、ピーク電流値Ｉｐを大きくするとアーク陽極点３ａは溶滴１ａ上部に形成されるが、アーク３が広がった形状になりアーク力も増大するために、アンダーカットが発生しやすくなる。このために、良好なビード形状を得ることができにくくなる。さらには、アーク力の増大に伴うスパッタも増加することになる。
【００１４】
そこで、本発明は、シールドガスの混合比率が変化しても安定したアーク状態を維持することができるパルスアーク溶接方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
上述した課題を解決するために、第１の発明は、
溶接ワイヤを予め定めた溶接電流平均設定値に対応したワイヤ送給速度で送給すると共に、ピーク期間中のピーク電流の通電とベース期間中のベース電流の通電とを１パルス周期として繰り返してアークを発生させ、このアークによって溶接ワイヤから溶滴を移行させて溶接するパルスアーク溶接方法において、
前記ピーク期間は、第１ピーク電流を通電する第１ピーク期間及び前記第１ピーク電流よりも小さな値の第２ピーク電流を通電する第２ピーク期間から形成され、
前記第１ピーク期間及び前記第１ピーク電流を、シールドガスの混合比率が基準比率から所定範囲で変化してもアーク陽極点が溶滴の上部に形成される値に設定し、
前記第２ピーク期間及び前記第２ピーク電流を、前記パルス周期ごとに１つの溶滴が移行し、かつ、アンダーカットのないビード形状が形成される値に設定する、
ことを特徴とするパルスアーク溶接方法である。
【００１６】
第２の発明は、前記基準比率の変化に応じて前記第１ピーク期間及び前記第１ピーク電流の値を変化させる、ことを特徴とする第１の発明記載のパルスアーク溶接方法である。
【００１７】
第３の発明は、前記溶接電流平均設定値が大きくなるのに応じて前記第１ピーク電流値と前記第２ピーク電流値との差が小さくなるように変化させる、ことを特徴とする第１又は第２の発明記載のパルスアーク溶接方法である。
【００１８】
第４の発明は、前記溶接電流平均設定値が臨界電流値以上であるときは、前記溶接電流平均設定値が大きくなるのに応じて前記第１ピーク電流値と前記第２ピーク電流値との差が小さくなるように変化させる、ことを特徴とする第１又は第２の発明記載のパルスアーク溶接方法である。
【発明の効果】
【００１９】
上記第１の発明によれば、シールドガスの混合比率が基準比率から所定範囲変化しても、アーク陽極点を溶滴上部に形成することができ、かつ、アーク形状の広がり及びアーク力の増大を抑制することができる。このために、１パルス１溶滴移行を行うことができ、かつ、アンダーカットの発生も抑制することができるので、安定したアーク状態を維持して良好な溶接品質を得ることができる。
【００２０】
さらに、上記第２の発明によれば、シールドガスの基準比率に応じて第１ピーク期間及び第１ピーク電流を適正化することによって、シールドガスの混合比率が大きく変化する場合にも、上記の効果を奏することができる。
【００２１】
さらに、上記第３及び第４の発明によれば、溶接電流平均設定値が大きくなるのに応じて第１ピーク電流値と第２ピーク電流値との差が小さくなるように変化させることによって、大電流域において溶融池に作用する過剰なアーク力を弱くすることができ、溶け落ち、ハンピング等の溶接不良の発生を抑制することができる。特に、溶接電流平均設定値が臨界電流値以上であるときは、この効果が顕著になる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
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。
【００２３】
図１は、本発明の実施の形態に係るパルスアーク溶接方法における溶接電流Ｉｗの波形図である。同図に示すように、ピーク期間Ｔｐは、第１ピーク期間Ｔp1及び第２ピーク期間Ｔp2から形成される。第１ピーク期間Ｔp1中は第１ピーク電流Ｉp1を通電し、第２ピーク期間Ｔp2中は第１ピーク電流Ｉp1よりも小さな値の第２ピーク電流Ｉp2を通電する。したがって、ピーク電流波形は、右下がりのステップ状になる。
【００２４】
同図において、点線で示すように、従来のピーク電流は一定値Ｉｐである。第１ピーク電流Ｉp1は、この一定値Ｉｐよりも大きな値に設定する。第１ピーク期間Ｔp1中の第１ピーク電流Ｉp1の通電の作用は、従来のピーク電流値Ｉｐよりも大きな電流を通電することによって、シールドガスの混合比率が変化してもアーク陽極点を溶滴上部に形成することである。この第１ピーク電流値Ｉp1が従来のピーク電流値Ｉｐよりもおおきいので、シールドガスのアルゴン比率が減少してもアーク陽極点を溶滴上部に形成することができる。このアーク陽極点の形成のためには、０．２〜１．０ms程度の第１ピーク期間Ｔp1が必要である。したがって、この第１ピーク期間Ｔp1中の第１ピーク電流Ｉp1は一定値である方が良く、スロープ状に下がる波形でない方が良い。
【００２５】
他方、第２ピーク期間Ｔp2中の第２ピーク電流Ｉp2の値は、従来のピーク電流値Ｉｐ及び第１ピーク電流値Ｉp1よりも小さな値に設定される。アーク陽極点の形成位置は、第２ピーク期間Ｔp2になっても溶滴上部のままで移動しない。これは、アーク陽極点が一度形成されるとその位置で安定するので、電流値が小さくなっても移動しないためである。また、第２ピーク電流値Ｉp2が小さな値に設定されるので、ピーク期間Ｔｐ全体としての平均値は従来と略同一になる。このために、アーク形状及びアーク力は従来と略同一になり、アンダーカットのない良好なビード形状を得ることができる。
【００２６】
各パラメータの設定方法を整理すると下記のようになる。
（１） 第１ピーク期間Ｔp1及び第１ピーク電流Ｉp1は、シールドガスの混合比率が所定範囲で変化してもアーク陽極点が溶滴上部に形成されるように設定する。
（２） 第２ピーク期間Ｔp2及び第２ピーク電流Ｉp2は、溶滴移行が１パルス１溶滴移行となり、かつ、アンダーカットのない良好なビード形状が得られる値に設定する。
【００２７】
図２は、図１で上述したステップ状のピーク電流を通電したときのアーク発生部の模式図である。同図に示すように、シールドガスの混合比率が変化しても、アーク陽極点３ａは、溶滴１ａの上部に形成される。このために、溶滴１ａには図８（Ｂ）で上述した押し挙げ力６が作用しないので、１溶滴移行は１パルス１溶滴移行となる。この結果、スパッタ発生量が少なく、かつ、良好なビード形状が得られる。
【００２８】
図３は、本発明の実施の形態に係る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。
【００２９】
電源主回路ＰＭは、３相２００Ｖ等の商用電源を入力として、後述する電流誤差増幅信号ΔＩに従ってインバータ制御等の出力制御を行い、溶接電圧Ｖｗ及び溶接電流Ｉｗを出力する。この電源主回路ＰＭは、例えば、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インバータ回路、高周波交流をアーク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整流する２次整流器、整流された直流を平滑するリアクトル、電流誤差増幅信号ΔＩを入力としてパルス幅変調制御を行う変調回路、パルス幅変調された信号に基づいて上記のインバータ回路を駆動する駆動回路から構成される。溶接電流平均設定回路ＩＡＲは、予め定めた溶接電流平均設定信号Ｉarを出力する。送給速度設定回路ＦＲは、この溶接電流平均設定信号Ｉarに対応したワイヤ送給速度設定信号Ｆｒを出力する。ワイヤ送給機ＷＦは、このワイヤ送給速度設定信号Ｆｒに想到するワイヤ送給速度で溶接ワイヤ１を送給する。溶接ワイヤ１は、このワイヤ送給機ＷＦ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が発生して溶接が行われる。
【００３０】
電圧検出回路ＶＤは、溶接電圧Ｖｗを検出しその平均値を算出して、電圧検出信号Ｖavを出力する。電圧設定回路ＶＲは、予め定めた電圧設定信号Ｖｒを出力する。電圧誤差増幅回路ＥＶは、上記の電圧設定信号Ｖｒと電圧検出信号Ｖavとの誤差を増幅して、電圧誤差増幅信号ΔＶを出力する。電圧／周波数変換回路ＶＦは、この電圧誤差増幅信号ΔＶに応じた周波数に変換し、図１で上述したパルス周期Ｔｆごとに短時間Ｈｉｇｈレベルに変化するパルス周期信号Ｔfsを出力する。
【００３１】
ピーク期間タイマ回路ＴＰは、上記のパルス周期信号ＴfsがＨｉｇｈレベルに変化した時点から予め定めたピーク期間Ｔｐの間だけＨｉｇｈレベルになるピーク期間信号Ｔpsを出力する。従って、このピーク期間信号Ｔpsは、図１において、ピーク期間Ｔｐの間Ｈｉｇｈレベルになる。ベース電流設定回路ＩＢＲは、予め定めたベース電流設定信号Ｉbrを出力する。第１切換回路ＳＷ１は、このピーク期間信号ＴpsがＨｉｇｈレベル（ピーク期間）のときはａ側に切り換わり後述するピーク電流設定信号Ｉprを電流設定信号Ｉｒとして出力し、Ｌｏｗレベル（ベース期間）のときはｂ側に切り換わり上記のベース電流設定信号Ｉbrを電流設定信号Ｉｒとして出力する。
【００３２】
第１ピーク期間タイマ回路ＴＰ１は、上記のピーク期間信号ＴpsがＨｉｇｈレベル（ピーク期間）に変化した時点から予め定めた第１ピーク期間Ｔp1の間だけＨｉｇｈレベルになる第１ピーク期間信号Ｔps1を出力する。第１ピーク電流設定回路ＩＰＲ１は、予め定めた第１ピーク電流設定信号Ｉpr1を出力する。第２ピーク電流設定回路ＩＰＲ２は、予め定めた第２ピーク電流設定信号Ｉpr2を出力する。第２切換回路ＳＷ２は、上記の第１ピーク期間信号Ｔps1がＨｉｇｈレベル（第１ピーク期間）はａ側に切り換わり上記の第１ピーク電流設定信号Ｉpr1をピーク電流設定信号Ｉprとして出力し、Ｌｏｗレベル（第２ピーク期間）のときは上記の第２ピーク電流設定信号Ｉpr2をピーク電流設定信号Ｉprとして出力する。
【００３３】
電流検出回路ＩＤは、溶接電流Ｉｗを検出して、電流検出信号Ｉｄを出力する。電流誤差増幅回路ＥＩは、上記の電流設定信号Ｉｒと上記の電流検出信号Ｉｄとの誤差を増幅して、電流誤差増幅信号ΔＩを出力する。これらの回路ブロックによって、図１で上述した溶接電流Ｉｗが通電する。
【００３４】
上述した実施の形態においては、図１に示すように、ピーク立上り期間Ｔup及びピーク立下り期間Ｔdwが小さな値である場合を例示したが、両値が大きな値であるときも同様である。また、上述したように鉄鋼材料のパルスＭＡＧ溶接では、シールドガスの基準比率は通常アルゴンガス８０％＋炭酸ガス２０％である。本実施の形態では、シールドガスの混合比率が基準比率から所定範囲で変化しても、アークの安定性は維持される。但し、シールドガスの基準比率が大きく変化するときは、上記の第１ピーク期間Ｔp1及び第１ピーク電流Ｉp1の値を変化させることが望ましい。これは、本実施の形態では、シールドガスの混合比率が基準比率を中心値として想定される所定範囲で変化してもアーク安定性を保証しているが、基準比率が変化する場合にはそれに適合するように第１ピーク期間Ｔp1及び第１ピーク電流Ｉp1を再設定することで、より大きな混合比率の変化に対応することができるからである。さらに、本実施の形態では、直流パルスアーク溶接を例示したが、交流パルスアーク溶接にも適用することができる。また、本実施の形態では、アーク長制御のためにパルス周期をフィードバック制御する周波数変調制御の場合を例示したが、パルス幅変調制御の場合にも適用することができる。
【００３５】
図４は、溶接電流平均設定値Ｉarとピーク電流の差ΔＩｐとの関係図である。上述したように、溶接電流平均設定値Ｉarは溶接電流Ｉｗの平均値を設定する信号であり、この値に対応したワイヤ送給速度で溶接ワイヤが送給される。ピーク電流の差ΔＩｐは第１ピーク電流値Ｉp1と第２ピーク電流値Ｉp2との差Ｉp1−Ｉp2を表している。以下、同図を参照して説明する。
【００３６】
同図に示すように、溶接電流平均設定値Ｉarが大きくなるのに応じてピーク電流の差ΔＩｐが小さくなっている。特に、溶滴移行形態がスプレー移行形態に変化する臨界電流値Ｉｔ以上では、ピーク電流の差ΔＩｐは急激に小さくなっている。同図のように、溶接電流平均設定値Ｉarに応じてピーク電流の差ΔＩｐが小さくなるように第１ピーク電流値Ｉp1及び第２ピーク電流値Ｉp2を設定することによって、以下のような溶接品質の向上を図ることができる。
【００３７】
大電流域においては、ピーク電流の差ΔＩｐが大きい場合、溶接電流平均値が大きくなるのに伴い溶融池に作用するアーク力が強くなり過ぎて溶け落ち、ハンピング等の溶接不良が発生しやすくなる。特に、溶接電流平均値が臨界電流値Ｉｔ以上になるとこの現象が顕著となる場合がある。他方、溶接電流平均値が大きくなるのに伴いピーク電流の差ΔＩｐが小さくなるように設定した場合、シールドガスの混合比率が変化しても陽極点は溶滴の上部に形成されるようになる。特に、溶接電流平均値が臨界電流値以上の場合には、ピーク電流の差ΔＩｐが相当に小さな値であっても陽極点は溶滴の上部に形成されることになる。したがって、溶接電流平均値が大きくなるのに応じてピーク電流の差ΔＩｐを小さくなるように設定することによって、溶滴上部に陽極点を形成する作用を保持しつつ、溶融池に作用する過剰なアーク力を弱くすることができ、溶け落ち、ハンピング等の溶接不良を抑制することができる。上述したように溶接不良が起こりやすくなるのは溶接電流平均値が臨界電流値以上になったときであるので、溶接ピーク電流の差ΔＩｐの設定を以下のようにしても良い。すなわち、溶接電流平均値が臨界電流値以上のときに、溶接電流平均値が大きくなるのに応じてピーク電流の差ΔＩｐを小さくなるように設定する。
【００３８】
上述した実施の形態によれば、シールドガスの混合比率が基準比率から所定範囲変化しても、アーク陽極点を溶滴上部に形成することができ、かつ、アーク形状の広がり及びアーク力の増大を抑制することができる。このために、１パルス１溶滴移行を行うことができ、かつ、アンダーカットの発生も抑制することができるので、安定したアーク状態を維持して良好な溶接品質を得ることができる。さらに、シールドガスの基準比率に応じて第１ピーク期間及び第１ピーク電流を適正化することによって、シールドガスの混合比率が大きく変化する場合にも、上記の効果を奏することができる。さらに、溶接電流平均値が大きくなるのに応じてピーク電流の差が小さくなるように設定することによって、溶融池に対して過剰に作用するアーク力を弱くすることができ、溶け落ち、ハンピング等の溶接不良の発生を抑制することができる。溶接電流平均値が臨界電流値以上であるときはこの効果が顕著となる。
【図面の簡単な説明】
【００３９】
【図１】本発明の実施の形態に係るパルスアーク溶接方法における溶接電流Ｉｗの波形図である。
【図２】図１の溶接電流Ｉｗを通電したときのアーク発生部の模式図である。
【図３】本発明の実施の形態に係る溶接電源のブロック図である。
【図４】本発明の実施の形態に係る溶接電流平均設定値Ｉarとピーク電流値の差ΔＩｐとの関係図である。
【図５】従来技術のパルスアーク溶接方法における電流・電圧波形図である。
【図６】１パルス１溶滴移行範囲を示すユニットパルス条件図である。
【図７】従来技術のパルスアーク溶接方法におけるアーク発生部の模式図である。
【図８】課題を説明するためのシールドガスの混合比率が変化したときのアーク発生部の模式図である。
【符号の説明】
【００４０】
１ 溶接ワイヤ
１ａ 溶滴
１ｂ 離脱溶滴
２ 母材
２ａ 溶融池
３ アーク
３ａ アーク陽極点
３ｂ アーク陰極点
４ 溶接トーチ
５ 金属蒸気
６ 押し上げ力
７ スパッタ
ＥＩ 電流誤差増幅回路
ＥＶ 電圧誤差増幅回路
ＦＲ 送給速度設定回路
Ｆｒ ワイヤ送給速度設定信号
ＩＡＲ 溶接電流平均設定回路
Ｉar 溶接電流平均設定（値／信号）
Ｉｂ ベース電流
ＩＢＲ ベース電流設定回路
Ｉbr ベース電流設定信号
ＩＤ 電流検出回路
Ｉｄ 電流検出信号
Ｉｐ ピーク電流
Ｉp1 第１ピーク電流
Ｉp2 第２ピーク電流
Ｉpr ピーク電流設定信号
ＩＰＲ１ 第１ピーク電流設定回路
Ｉpr1 第１ピーク電流設定信号
ＩＰＲ２ 第２ピーク電流設定回路
Ｉpr2 第２ピーク電流設定信号
Ｉｒ 電流設定信号
Ｉｗ 溶接電流
ＰＭ 電源主回路
ＳＷ１ 第１切換回路
ＳＷ２ 第２切換回路
Ｔｂ ベース期間
Ｔdw ピーク立下り期間
Ｔｆ パルス周期
Ｔfs パルス周期信号
ＴＰ ピーク期間タイマ回路
Ｔｐ ピーク期間
ＴＰ１ 第１ピーク期間タイマ回路
Ｔp1 第１ピーク期間
Ｔp2 第２ピーク期間
Ｔps ピーク期間信号
Ｔps1 第１ピーク期間信号
Ｔup ピーク立上り期間
Ｖav 電圧検出信号（溶接電圧平均値）
Ｖｂ ベース電圧
ＶＤ 電圧検出回路
ＶＦ 電圧／周波数変換回路
Ｖｐ ピーク電圧
ＶＲ 電圧設定回路
Ｖｒ 電圧設定信号
Ｖｗ 溶接電圧
ＷＦ ワイヤ送給機
ΔＩ 電流誤差増幅信号
ΔＩｐ ピーク電流の差（Ｉp1−Ｉp2）
ΔＶ 電圧誤差増幅信号
【技術分野】
【０００１】
本発明は、シールドガスの混合比率が変化しても安定した溶接を行うことができるパルスアーク溶接方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
図５は、消耗電極パルスアーク溶接の電流・電圧波形図の一例である。同図（Ａ）は溶接電流Ｉｗを示し、同図（Ｂ）は溶接電圧Ｖｗを示す。時刻ｔ１〜ｔ２のピーク立上り期間Ｔup中は、同図（Ａ）に示すように、ベース電流Ｉｂからピーク電流Ｉｐへと上昇する遷移電流が通電し、同図（Ｂ）に示すように、ベース電圧Ｖｂからピーク電圧Ｖｐへと上昇する遷移電圧が溶接ワイヤ・母材間に印加する。時刻ｔ２〜ｔ３のピーク期間Ｔｐ中は、同図（Ａ）に示すように、臨界電流値以上のピーク電流Ｉｐが通電し、同図（Ｂ）に示すように、ピーク電圧Ｖｐが印加する。時刻ｔ３〜ｔ４のピーク立下り期間Ｔdw中は、ピーク電流Ｉｐからベース電流Ｉｂへと下降する遷移電流が通電し、同図（Ｂ）に示すように、ピーク電圧Ｖｐからベース電圧Ｖｂへと下降する遷移電圧が印加する。時刻ｔ４〜ｔ５のベース期間Ｔｂ中は、同図（Ａ）に示すように、溶滴を成長させない小電流値のベース電流Ｉｂが通電し、同図（Ｂ）に示すように、ベース電圧Ｖｂが印加する。上記のｔ１〜ｔ５の期間がパルス周期Ｔｆとなる。
【０００３】
上記のピーク立上り期間Ｔup及びピーク立下り期間Ｔdwは、母材材質に応じて適正値に設定される。母材材質が鉄鋼材料であるパルスＭＡＧ溶接では、両値は小さな値に設定されるために、ピーク電流波形は略矩形波状になる。他方、母材材質がアルミニウム材料であるパルスＭＩＧ溶接では、両値は大きな値に設定されるために、ピーク電流波形は台形波状になる。また、上記の遷移電流は、溶接性を向上させるために直線状に上昇／下降させる場合だけでなく、曲線状に変化させる場合もある（例えば、特許文献１、３参照）。また、ピーク電流Ｉｐをステップ状に増加させる場合もある（例えば、特許文献２参照）。シールドガスとしては、パルスＭＡＧ溶接ではアルゴンガス８０％＋炭酸ガス２０％の混合ガスを使用し、パルスＭＩＧ溶接ではアルゴンガス１００％を使用することが多い。
【０００４】
消耗電極アーク溶接では、アーク長を適正値に制御することが良好な溶接品質を得るために重要である。このために、溶接電圧Ｖｗの平均値Ｖavがアーク長と略比例関係にあることを利用して、溶接電圧平均値Ｖavが予め定めた電圧設定値と等しくなるように溶接電源の出力を制御してアーク長制御を行っている。パルスアーク溶接においても同様に、溶接電圧平均値Ｖavが電圧設定値と等しくなるように上記のパルス周期Ｔｆが制御されて溶接電源の出力制御が行われる（周波数変調制御）。これ以外にも、パルス周期Ｔｆを所定値とし、ピーク期間Ｔｐを制御することで溶接電源の出力制御を行う場合もある（パルス幅変調制御）。
【０００５】
図６は、上記のピーク期間Ｔｐ及びピーク電流Ｉｐの値を設定する方法を示す１パルス１溶滴移行範囲図である。同図の横軸はピーク期間Ｔｐ（ms）を示し、縦軸はピーク電流Ｉｐ（Ａ）を示す。斜線部分がパルス周期Ｔｆに同期して１つの溶滴が移行する（いわゆる１パルス１溶滴移行）条件範囲である。ピーク期間Ｔｐとピーク電流Ｉｐとの組合せ条件（ユニットパルス条件と言われる）が斜線部分内にあるときは、１パルス１溶滴移行となる。ユニットパルス条件は、この１パルス１溶滴移行範囲内であって、良好なビード形状（アンダーカットの発生がなく美麗なビード外観であること）が形成される条件に設定される。ピーク電流Ｉｐが一定値でないときには、ピーク電流Ｉｐをピーク期間Ｔｐ中積分した電流積分値が、斜線部分に対応する範囲内になるように両値を設定する。上記のユニットパルス条件は、溶接ワイヤの種類、シールドガスの混合比率、ワイヤ送給速度等に応じて１パルス１溶滴移行範囲が変化するのでそれに対応して再設定する必要がある。
【０００６】
図７は、ユニットパルス条件が１パルス１溶滴移行範囲にあるときのアーク発生部の模式図である。溶接トーチ４の先端から送出された溶接ワイヤ１と母材２との間にアーク３が発生する。母材２上には溶融池２ａが形成される。アーク陽極点３ａは、ワイヤ先端部の溶滴１ａの上部に形成される。このために、溶滴１ａはアーク３によって包まれた状態になる。他方、アーク陰極点３ｂは、溶融池２ａ上に形成される。ピーク電流Ｉｐが通電を終了した直後に離脱溶滴１ｂが移行する。
【０００７】
【特許文献１】特開２００５−２８３８３号公報
【特許文献２】特開２００５−１１８８７２号公報
【特許文献３】特開２００６−７５８９０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
上記のユニットパルス条件は、シールドガスの混合比率が基準比率であることを前提条件として、上述したように、１パルス１溶滴移行範囲であって、かつ、良好なビード形状が得られるように設定される。例えば、鉄鋼材料のパルスＭＡＧ溶接では、シールドガスにはアルゴンガスと炭酸ガスとの混合ガスを使用する。この場合の基準比率はアルゴンガス８０％＋炭酸ガス２０％が日本では一般的である。
【０００９】
シールドガスの供給方法として、上記の基準比率に正確に調整されて充填されたガスボンベ等を使用する場合には、シールドガスの混合比率の変動はほとんどなく基準比率に維持されて溶接を行うことができる。しかし、大規模な工場では、アルゴンガスと炭酸ガスとを別々のタンクに蓄積しておき、それらを混合器によって基準比率に混合した上で、集中配管を通して各溶接装置に供給することが多い。このような場合には、朝一番の工場稼動開始時において、シールドガスの混合比率が安定するまで初期変動することが多い。この変動幅は、シールドガスの供給設備によって異なるが、±５〜±１０％と大きな場合もある。また、初期変動だけでなく、定常状態での変動もあり、その変動幅は初期変動幅よりは小さいが±５％程度になる場合もある。さらに、ワークの形状、要求品質等からシールドガスの混合比率をより適正値に調整して溶接する場合もある。このような高品質溶接では、シールドガスの基準比率をアルゴンガス比率を増加又は減少させて設定する。
【００１０】
ところで、シールドガスの混合比率はアルゴンガス比率が増加する方向に変化しても、アーク状態は安定した状態を略維持することができる場合が多い。これは、アルゴンガス比率が増加すると、溶滴の移行がしやすくなるためである。したがって、アルゴンガス比率が増加する方向への変化に対しては、ユニットパルス条件を再設定しなくても良い場合が多い。
【００１１】
他方、シールドガスのアルゴンガス比率が減少する方向に変化する場合には、図８で詳述するように、溶滴移行がしにくくなるために、アーク状態は不安定な状態になる。以下、この現象について説明する。
【００１２】
図８（Ａ）〜（Ｃ）は、シールドガスのアルゴンガス比率が基準比率よりも減少した場合のアーク発生部の模式図である。同図（Ａ）〜（Ｃ）は、時間経過に伴う溶滴移行を示している。同図（Ａ）に示すように、シールドガスのアルゴン比率が減少すると、アーク陽極点３ａは溶滴１ａの下部に形成される。アーク陽極点３ａが溶滴１ａの下部に形成された場合、同図（Ｂ）に示すように、アーク陽極点３ａ近傍は超高温になるために、溶滴１ａの下部から金属蒸気５が下方向へ噴出する。この結果、溶滴３ａは金属蒸気５によって押上げる方向へ力６を受けるので、溶滴移行が不安定になる。そして、同図（Ｃ）に示すように、押し上げ力６によって移行を阻止されて１パルス１溶滴移行することができなくなるために溶滴３ａが大きく成長し、ワイヤの延長線以外へも飛散してスパッタ７が大量に発生する。
【００１３】
上述した問題の対策として、溶滴１ａの下部に形成されたアーク陽極点３ａを上方に移動させるために、ピーク電流Ｉｐの値を大きくする方法がある。しかし、ピーク電流値Ｉｐを大きくするとアーク陽極点３ａは溶滴１ａ上部に形成されるが、アーク３が広がった形状になりアーク力も増大するために、アンダーカットが発生しやすくなる。このために、良好なビード形状を得ることができにくくなる。さらには、アーク力の増大に伴うスパッタも増加することになる。
【００１４】
そこで、本発明は、シールドガスの混合比率が変化しても安定したアーク状態を維持することができるパルスアーク溶接方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
上述した課題を解決するために、第１の発明は、
溶接ワイヤを予め定めた溶接電流平均設定値に対応したワイヤ送給速度で送給すると共に、ピーク期間中のピーク電流の通電とベース期間中のベース電流の通電とを１パルス周期として繰り返してアークを発生させ、このアークによって溶接ワイヤから溶滴を移行させて溶接するパルスアーク溶接方法において、
前記ピーク期間は、第１ピーク電流を通電する第１ピーク期間及び前記第１ピーク電流よりも小さな値の第２ピーク電流を通電する第２ピーク期間から形成され、
前記第１ピーク期間及び前記第１ピーク電流を、シールドガスの混合比率が基準比率から所定範囲で変化してもアーク陽極点が溶滴の上部に形成される値に設定し、
前記第２ピーク期間及び前記第２ピーク電流を、前記パルス周期ごとに１つの溶滴が移行し、かつ、アンダーカットのないビード形状が形成される値に設定する、
ことを特徴とするパルスアーク溶接方法である。
【００１６】
第２の発明は、前記基準比率の変化に応じて前記第１ピーク期間及び前記第１ピーク電流の値を変化させる、ことを特徴とする第１の発明記載のパルスアーク溶接方法である。
【００１７】
第３の発明は、前記溶接電流平均設定値が大きくなるのに応じて前記第１ピーク電流値と前記第２ピーク電流値との差が小さくなるように変化させる、ことを特徴とする第１又は第２の発明記載のパルスアーク溶接方法である。
【００１８】
第４の発明は、前記溶接電流平均設定値が臨界電流値以上であるときは、前記溶接電流平均設定値が大きくなるのに応じて前記第１ピーク電流値と前記第２ピーク電流値との差が小さくなるように変化させる、ことを特徴とする第１又は第２の発明記載のパルスアーク溶接方法である。
【発明の効果】
【００１９】
上記第１の発明によれば、シールドガスの混合比率が基準比率から所定範囲変化しても、アーク陽極点を溶滴上部に形成することができ、かつ、アーク形状の広がり及びアーク力の増大を抑制することができる。このために、１パルス１溶滴移行を行うことができ、かつ、アンダーカットの発生も抑制することができるので、安定したアーク状態を維持して良好な溶接品質を得ることができる。
【００２０】
さらに、上記第２の発明によれば、シールドガスの基準比率に応じて第１ピーク期間及び第１ピーク電流を適正化することによって、シールドガスの混合比率が大きく変化する場合にも、上記の効果を奏することができる。
【００２１】
さらに、上記第３及び第４の発明によれば、溶接電流平均設定値が大きくなるのに応じて第１ピーク電流値と第２ピーク電流値との差が小さくなるように変化させることによって、大電流域において溶融池に作用する過剰なアーク力を弱くすることができ、溶け落ち、ハンピング等の溶接不良の発生を抑制することができる。特に、溶接電流平均設定値が臨界電流値以上であるときは、この効果が顕著になる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
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。
【００２３】
図１は、本発明の実施の形態に係るパルスアーク溶接方法における溶接電流Ｉｗの波形図である。同図に示すように、ピーク期間Ｔｐは、第１ピーク期間Ｔp1及び第２ピーク期間Ｔp2から形成される。第１ピーク期間Ｔp1中は第１ピーク電流Ｉp1を通電し、第２ピーク期間Ｔp2中は第１ピーク電流Ｉp1よりも小さな値の第２ピーク電流Ｉp2を通電する。したがって、ピーク電流波形は、右下がりのステップ状になる。
【００２４】
同図において、点線で示すように、従来のピーク電流は一定値Ｉｐである。第１ピーク電流Ｉp1は、この一定値Ｉｐよりも大きな値に設定する。第１ピーク期間Ｔp1中の第１ピーク電流Ｉp1の通電の作用は、従来のピーク電流値Ｉｐよりも大きな電流を通電することによって、シールドガスの混合比率が変化してもアーク陽極点を溶滴上部に形成することである。この第１ピーク電流値Ｉp1が従来のピーク電流値Ｉｐよりもおおきいので、シールドガスのアルゴン比率が減少してもアーク陽極点を溶滴上部に形成することができる。このアーク陽極点の形成のためには、０．２〜１．０ms程度の第１ピーク期間Ｔp1が必要である。したがって、この第１ピーク期間Ｔp1中の第１ピーク電流Ｉp1は一定値である方が良く、スロープ状に下がる波形でない方が良い。
【００２５】
他方、第２ピーク期間Ｔp2中の第２ピーク電流Ｉp2の値は、従来のピーク電流値Ｉｐ及び第１ピーク電流値Ｉp1よりも小さな値に設定される。アーク陽極点の形成位置は、第２ピーク期間Ｔp2になっても溶滴上部のままで移動しない。これは、アーク陽極点が一度形成されるとその位置で安定するので、電流値が小さくなっても移動しないためである。また、第２ピーク電流値Ｉp2が小さな値に設定されるので、ピーク期間Ｔｐ全体としての平均値は従来と略同一になる。このために、アーク形状及びアーク力は従来と略同一になり、アンダーカットのない良好なビード形状を得ることができる。
【００２６】
各パラメータの設定方法を整理すると下記のようになる。
（１） 第１ピーク期間Ｔp1及び第１ピーク電流Ｉp1は、シールドガスの混合比率が所定範囲で変化してもアーク陽極点が溶滴上部に形成されるように設定する。
（２） 第２ピーク期間Ｔp2及び第２ピーク電流Ｉp2は、溶滴移行が１パルス１溶滴移行となり、かつ、アンダーカットのない良好なビード形状が得られる値に設定する。
【００２７】
図２は、図１で上述したステップ状のピーク電流を通電したときのアーク発生部の模式図である。同図に示すように、シールドガスの混合比率が変化しても、アーク陽極点３ａは、溶滴１ａの上部に形成される。このために、溶滴１ａには図８（Ｂ）で上述した押し挙げ力６が作用しないので、１溶滴移行は１パルス１溶滴移行となる。この結果、スパッタ発生量が少なく、かつ、良好なビード形状が得られる。
【００２８】
図３は、本発明の実施の形態に係る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。
【００２９】
電源主回路ＰＭは、３相２００Ｖ等の商用電源を入力として、後述する電流誤差増幅信号ΔＩに従ってインバータ制御等の出力制御を行い、溶接電圧Ｖｗ及び溶接電流Ｉｗを出力する。この電源主回路ＰＭは、例えば、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インバータ回路、高周波交流をアーク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整流する２次整流器、整流された直流を平滑するリアクトル、電流誤差増幅信号ΔＩを入力としてパルス幅変調制御を行う変調回路、パルス幅変調された信号に基づいて上記のインバータ回路を駆動する駆動回路から構成される。溶接電流平均設定回路ＩＡＲは、予め定めた溶接電流平均設定信号Ｉarを出力する。送給速度設定回路ＦＲは、この溶接電流平均設定信号Ｉarに対応したワイヤ送給速度設定信号Ｆｒを出力する。ワイヤ送給機ＷＦは、このワイヤ送給速度設定信号Ｆｒに想到するワイヤ送給速度で溶接ワイヤ１を送給する。溶接ワイヤ１は、このワイヤ送給機ＷＦ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が発生して溶接が行われる。
【００３０】
電圧検出回路ＶＤは、溶接電圧Ｖｗを検出しその平均値を算出して、電圧検出信号Ｖavを出力する。電圧設定回路ＶＲは、予め定めた電圧設定信号Ｖｒを出力する。電圧誤差増幅回路ＥＶは、上記の電圧設定信号Ｖｒと電圧検出信号Ｖavとの誤差を増幅して、電圧誤差増幅信号ΔＶを出力する。電圧／周波数変換回路ＶＦは、この電圧誤差増幅信号ΔＶに応じた周波数に変換し、図１で上述したパルス周期Ｔｆごとに短時間Ｈｉｇｈレベルに変化するパルス周期信号Ｔfsを出力する。
【００３１】
ピーク期間タイマ回路ＴＰは、上記のパルス周期信号ＴfsがＨｉｇｈレベルに変化した時点から予め定めたピーク期間Ｔｐの間だけＨｉｇｈレベルになるピーク期間信号Ｔpsを出力する。従って、このピーク期間信号Ｔpsは、図１において、ピーク期間Ｔｐの間Ｈｉｇｈレベルになる。ベース電流設定回路ＩＢＲは、予め定めたベース電流設定信号Ｉbrを出力する。第１切換回路ＳＷ１は、このピーク期間信号ＴpsがＨｉｇｈレベル（ピーク期間）のときはａ側に切り換わり後述するピーク電流設定信号Ｉprを電流設定信号Ｉｒとして出力し、Ｌｏｗレベル（ベース期間）のときはｂ側に切り換わり上記のベース電流設定信号Ｉbrを電流設定信号Ｉｒとして出力する。
【００３２】
第１ピーク期間タイマ回路ＴＰ１は、上記のピーク期間信号ＴpsがＨｉｇｈレベル（ピーク期間）に変化した時点から予め定めた第１ピーク期間Ｔp1の間だけＨｉｇｈレベルになる第１ピーク期間信号Ｔps1を出力する。第１ピーク電流設定回路ＩＰＲ１は、予め定めた第１ピーク電流設定信号Ｉpr1を出力する。第２ピーク電流設定回路ＩＰＲ２は、予め定めた第２ピーク電流設定信号Ｉpr2を出力する。第２切換回路ＳＷ２は、上記の第１ピーク期間信号Ｔps1がＨｉｇｈレベル（第１ピーク期間）はａ側に切り換わり上記の第１ピーク電流設定信号Ｉpr1をピーク電流設定信号Ｉprとして出力し、Ｌｏｗレベル（第２ピーク期間）のときは上記の第２ピーク電流設定信号Ｉpr2をピーク電流設定信号Ｉprとして出力する。
【００３３】
電流検出回路ＩＤは、溶接電流Ｉｗを検出して、電流検出信号Ｉｄを出力する。電流誤差増幅回路ＥＩは、上記の電流設定信号Ｉｒと上記の電流検出信号Ｉｄとの誤差を増幅して、電流誤差増幅信号ΔＩを出力する。これらの回路ブロックによって、図１で上述した溶接電流Ｉｗが通電する。
【００３４】
上述した実施の形態においては、図１に示すように、ピーク立上り期間Ｔup及びピーク立下り期間Ｔdwが小さな値である場合を例示したが、両値が大きな値であるときも同様である。また、上述したように鉄鋼材料のパルスＭＡＧ溶接では、シールドガスの基準比率は通常アルゴンガス８０％＋炭酸ガス２０％である。本実施の形態では、シールドガスの混合比率が基準比率から所定範囲で変化しても、アークの安定性は維持される。但し、シールドガスの基準比率が大きく変化するときは、上記の第１ピーク期間Ｔp1及び第１ピーク電流Ｉp1の値を変化させることが望ましい。これは、本実施の形態では、シールドガスの混合比率が基準比率を中心値として想定される所定範囲で変化してもアーク安定性を保証しているが、基準比率が変化する場合にはそれに適合するように第１ピーク期間Ｔp1及び第１ピーク電流Ｉp1を再設定することで、より大きな混合比率の変化に対応することができるからである。さらに、本実施の形態では、直流パルスアーク溶接を例示したが、交流パルスアーク溶接にも適用することができる。また、本実施の形態では、アーク長制御のためにパルス周期をフィードバック制御する周波数変調制御の場合を例示したが、パルス幅変調制御の場合にも適用することができる。
【００３５】
図４は、溶接電流平均設定値Ｉarとピーク電流の差ΔＩｐとの関係図である。上述したように、溶接電流平均設定値Ｉarは溶接電流Ｉｗの平均値を設定する信号であり、この値に対応したワイヤ送給速度で溶接ワイヤが送給される。ピーク電流の差ΔＩｐは第１ピーク電流値Ｉp1と第２ピーク電流値Ｉp2との差Ｉp1−Ｉp2を表している。以下、同図を参照して説明する。
【００３６】
同図に示すように、溶接電流平均設定値Ｉarが大きくなるのに応じてピーク電流の差ΔＩｐが小さくなっている。特に、溶滴移行形態がスプレー移行形態に変化する臨界電流値Ｉｔ以上では、ピーク電流の差ΔＩｐは急激に小さくなっている。同図のように、溶接電流平均設定値Ｉarに応じてピーク電流の差ΔＩｐが小さくなるように第１ピーク電流値Ｉp1及び第２ピーク電流値Ｉp2を設定することによって、以下のような溶接品質の向上を図ることができる。
【００３７】
大電流域においては、ピーク電流の差ΔＩｐが大きい場合、溶接電流平均値が大きくなるのに伴い溶融池に作用するアーク力が強くなり過ぎて溶け落ち、ハンピング等の溶接不良が発生しやすくなる。特に、溶接電流平均値が臨界電流値Ｉｔ以上になるとこの現象が顕著となる場合がある。他方、溶接電流平均値が大きくなるのに伴いピーク電流の差ΔＩｐが小さくなるように設定した場合、シールドガスの混合比率が変化しても陽極点は溶滴の上部に形成されるようになる。特に、溶接電流平均値が臨界電流値以上の場合には、ピーク電流の差ΔＩｐが相当に小さな値であっても陽極点は溶滴の上部に形成されることになる。したがって、溶接電流平均値が大きくなるのに応じてピーク電流の差ΔＩｐを小さくなるように設定することによって、溶滴上部に陽極点を形成する作用を保持しつつ、溶融池に作用する過剰なアーク力を弱くすることができ、溶け落ち、ハンピング等の溶接不良を抑制することができる。上述したように溶接不良が起こりやすくなるのは溶接電流平均値が臨界電流値以上になったときであるので、溶接ピーク電流の差ΔＩｐの設定を以下のようにしても良い。すなわち、溶接電流平均値が臨界電流値以上のときに、溶接電流平均値が大きくなるのに応じてピーク電流の差ΔＩｐを小さくなるように設定する。
【００３８】
上述した実施の形態によれば、シールドガスの混合比率が基準比率から所定範囲変化しても、アーク陽極点を溶滴上部に形成することができ、かつ、アーク形状の広がり及びアーク力の増大を抑制することができる。このために、１パルス１溶滴移行を行うことができ、かつ、アンダーカットの発生も抑制することができるので、安定したアーク状態を維持して良好な溶接品質を得ることができる。さらに、シールドガスの基準比率に応じて第１ピーク期間及び第１ピーク電流を適正化することによって、シールドガスの混合比率が大きく変化する場合にも、上記の効果を奏することができる。さらに、溶接電流平均値が大きくなるのに応じてピーク電流の差が小さくなるように設定することによって、溶融池に対して過剰に作用するアーク力を弱くすることができ、溶け落ち、ハンピング等の溶接不良の発生を抑制することができる。溶接電流平均値が臨界電流値以上であるときはこの効果が顕著となる。
【図面の簡単な説明】
【００３９】
【図１】本発明の実施の形態に係るパルスアーク溶接方法における溶接電流Ｉｗの波形図である。
【図２】図１の溶接電流Ｉｗを通電したときのアーク発生部の模式図である。
【図３】本発明の実施の形態に係る溶接電源のブロック図である。
【図４】本発明の実施の形態に係る溶接電流平均設定値Ｉarとピーク電流値の差ΔＩｐとの関係図である。
【図５】従来技術のパルスアーク溶接方法における電流・電圧波形図である。
【図６】１パルス１溶滴移行範囲を示すユニットパルス条件図である。
【図７】従来技術のパルスアーク溶接方法におけるアーク発生部の模式図である。
【図８】課題を説明するためのシールドガスの混合比率が変化したときのアーク発生部の模式図である。
【符号の説明】
【００４０】
１ 溶接ワイヤ
１ａ 溶滴
１ｂ 離脱溶滴
２ 母材
２ａ 溶融池
３ アーク
３ａ アーク陽極点
３ｂ アーク陰極点
４ 溶接トーチ
５ 金属蒸気
６ 押し上げ力
７ スパッタ
ＥＩ 電流誤差増幅回路
ＥＶ 電圧誤差増幅回路
ＦＲ 送給速度設定回路
Ｆｒ ワイヤ送給速度設定信号
ＩＡＲ 溶接電流平均設定回路
Ｉar 溶接電流平均設定（値／信号）
Ｉｂ ベース電流
ＩＢＲ ベース電流設定回路
Ｉbr ベース電流設定信号
ＩＤ 電流検出回路
Ｉｄ 電流検出信号
Ｉｐ ピーク電流
Ｉp1 第１ピーク電流
Ｉp2 第２ピーク電流
Ｉpr ピーク電流設定信号
ＩＰＲ１ 第１ピーク電流設定回路
Ｉpr1 第１ピーク電流設定信号
ＩＰＲ２ 第２ピーク電流設定回路
Ｉpr2 第２ピーク電流設定信号
Ｉｒ 電流設定信号
Ｉｗ 溶接電流
ＰＭ 電源主回路
ＳＷ１ 第１切換回路
ＳＷ２ 第２切換回路
Ｔｂ ベース期間
Ｔdw ピーク立下り期間
Ｔｆ パルス周期
Ｔfs パルス周期信号
ＴＰ ピーク期間タイマ回路
Ｔｐ ピーク期間
ＴＰ１ 第１ピーク期間タイマ回路
Ｔp1 第１ピーク期間
Ｔp2 第２ピーク期間
Ｔps ピーク期間信号
Ｔps1 第１ピーク期間信号
Ｔup ピーク立上り期間
Ｖav 電圧検出信号（溶接電圧平均値）
Ｖｂ ベース電圧
ＶＤ 電圧検出回路
ＶＦ 電圧／周波数変換回路
Ｖｐ ピーク電圧
ＶＲ 電圧設定回路
Ｖｒ 電圧設定信号
Ｖｗ 溶接電圧
ＷＦ ワイヤ送給機
ΔＩ 電流誤差増幅信号
ΔＩｐ ピーク電流の差（Ｉp1−Ｉp2）
ΔＶ 電圧誤差増幅信号
【特許請求の範囲】
【請求項１】
溶接ワイヤを予め定めた溶接電流平均設定値に対応したワイヤ送給速度で送給すると共に、ピーク期間中のピーク電流の通電とベース期間中のベース電流の通電とを１パルス周期として繰り返してアークを発生させ、このアークによって溶接ワイヤから溶滴を移行させて溶接するパルスアーク溶接方法において、
前記ピーク期間は、第１ピーク電流を通電する第１ピーク期間及び前記第１ピーク電流よりも小さな値の第２ピーク電流を通電する第２ピーク期間から形成され、
前記第１ピーク期間及び前記第１ピーク電流を、シールドガスの混合比率が基準比率から所定範囲で変化してもアーク陽極点が溶滴の上部に形成される値に設定し、
前記第２ピーク期間及び前記第２ピーク電流を、前記パルス周期ごとに１つの溶滴が移行し、かつ、アンダーカットのないビード形状が形成される値に設定する、
ことを特徴とするパルスアーク溶接方法。
【請求項２】
前記基準比率の変化に応じて前記第１ピーク期間及び前記第１ピーク電流の値を変化させる、ことを特徴とする請求項１記載のパルスアーク溶接方法。
【請求項３】
前記溶接電流平均設定値が大きくなるのに応じて前記第１ピーク電流値と前記第２ピーク電流値との差が小さくなるように変化させる、ことを特徴とする請求項１又は２記載のパルスアーク溶接方法。
【請求項４】
前記溶接電流平均設定値が臨界電流値以上であるときは、前記溶接電流平均設定値が大きくなるのに応じて前記第１ピーク電流値と前記第２ピーク電流値との差が小さくなるように変化させる、ことを特徴とする請求項１又は２記載のパルスアーク溶接方法。
【請求項１】
溶接ワイヤを予め定めた溶接電流平均設定値に対応したワイヤ送給速度で送給すると共に、ピーク期間中のピーク電流の通電とベース期間中のベース電流の通電とを１パルス周期として繰り返してアークを発生させ、このアークによって溶接ワイヤから溶滴を移行させて溶接するパルスアーク溶接方法において、
前記ピーク期間は、第１ピーク電流を通電する第１ピーク期間及び前記第１ピーク電流よりも小さな値の第２ピーク電流を通電する第２ピーク期間から形成され、
前記第１ピーク期間及び前記第１ピーク電流を、シールドガスの混合比率が基準比率から所定範囲で変化してもアーク陽極点が溶滴の上部に形成される値に設定し、
前記第２ピーク期間及び前記第２ピーク電流を、前記パルス周期ごとに１つの溶滴が移行し、かつ、アンダーカットのないビード形状が形成される値に設定する、
ことを特徴とするパルスアーク溶接方法。
【請求項２】
前記基準比率の変化に応じて前記第１ピーク期間及び前記第１ピーク電流の値を変化させる、ことを特徴とする請求項１記載のパルスアーク溶接方法。
【請求項３】
前記溶接電流平均設定値が大きくなるのに応じて前記第１ピーク電流値と前記第２ピーク電流値との差が小さくなるように変化させる、ことを特徴とする請求項１又は２記載のパルスアーク溶接方法。
【請求項４】
前記溶接電流平均設定値が臨界電流値以上であるときは、前記溶接電流平均設定値が大きくなるのに応じて前記第１ピーク電流値と前記第２ピーク電流値との差が小さくなるように変化させる、ことを特徴とする請求項１又は２記載のパルスアーク溶接方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【公開番号】特開２００９−４５６７０（Ｐ２００９−４５６７０Ａ）
【公開日】平成２１年３月５日（２００９．３．５）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−２２２５１（Ｐ２００８−２２２５１）
【出願日】平成２０年２月１日（２００８．２．１）
【出願人】（００００００２６２）株式会社ダイヘン (990)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２１年３月５日（２００９．３．５）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年２月１日（２００８．２．１）
【出願人】（００００００２６２）株式会社ダイヘン (990)
【Ｆターム（参考）】
[ Back to top ]