アーク溶接制御方法
【課題】 直流パルスアーク溶接において、磁気吹きによるビード外観の悪化を抑制する。
【解決手段】ピーク期間中のピーク電流及びベース期間中のベース電流から形成される溶接電流を通電して直流パルスアーク溶接するアーク溶接制御方法において、ベース期間中の溶接電圧の上昇によって、複数の溶接個所の中から磁気吹きが発生した溶接個所Ｐｓ２−Ｐｅ２を判別して記憶する直流パルスアーク溶接によるテスト溶接を行い、実施工時に、記憶された磁気吹き発生溶接個所以外の溶接個所Ｐｓ１−Ｐｅ１、Ｐｓ３−Ｐｅ３を溶接するときは前記直流パルスアーク溶接によって溶接し、記憶された磁気吹き発生溶接個所Ｐｓ２−Ｐｅ２を溶接するときは溶接法を直流パルスアーク溶接から交流パルスアーク溶接に自動的に切り換えて溶接を行う。交流パルスアーク溶接は磁気吹きによるアーク切れが発生しにくいので、ビード外観を良好に保つことができる。
【解決手段】ピーク期間中のピーク電流及びベース期間中のベース電流から形成される溶接電流を通電して直流パルスアーク溶接するアーク溶接制御方法において、ベース期間中の溶接電圧の上昇によって、複数の溶接個所の中から磁気吹きが発生した溶接個所Ｐｓ２−Ｐｅ２を判別して記憶する直流パルスアーク溶接によるテスト溶接を行い、実施工時に、記憶された磁気吹き発生溶接個所以外の溶接個所Ｐｓ１−Ｐｅ１、Ｐｓ３−Ｐｅ３を溶接するときは前記直流パルスアーク溶接によって溶接し、記憶された磁気吹き発生溶接個所Ｐｓ２−Ｐｅ２を溶接するときは溶接法を直流パルスアーク溶接から交流パルスアーク溶接に自動的に切り換えて溶接を行う。交流パルスアーク溶接は磁気吹きによるアーク切れが発生しにくいので、ビード外観を良好に保つことができる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、磁気吹きによる溶接状態の不安定を抑制することができるアーク溶接制御方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
消耗電極式直流パルスアーク溶接は、鉄鋼等の溶接に広く使用されている。この直流パルスアーク溶接では、ピーク期間中は臨界値以上の大電流値のピーク電流を通電し、ベース期間中は臨界値未満の小電流値のベース電流を通電し、これらの通電を１パルス周期として繰り返して溶接が行われる。直流パルスアーク溶接では、１パルス周期１溶滴移行状態となるので、溶滴移行状態が安定しているために、スパッタの発生が少なく、美しいビード外観を得ることができる。以下、この直流パルスアーク溶接について図面を参照して説明する。
【０００３】
図４は、直流パルスアーク溶接における一般的な電流・電圧波形図である。同図（Ａ）は溶接電流Ｉｗの時間変化を示し、同図（Ｂ）は溶接電圧Ｖｗの時間変化を示す。以下、同図を参照して説明する。
【０００４】
時刻ｔ１〜ｔ２のピーク期間Ｔｐ中は、同図（Ａ）に示すように、溶接ワイヤから溶滴を移行させるために臨界値以上の大電流値のピーク電流Ｉｐが通電し、同図（Ｂ）に示すように、溶接ワイヤと母材との間にアーク長に比例したピーク電圧Ｖｐが印加する。直径１．２mmの鉄鋼ワイヤの臨界値は、２８０Ａ程度である。
【０００５】
時刻ｔ２〜ｔ３のベース期間Ｔｂ中は、同図（Ａ）に示すように、溶滴を形成しないようにするために臨界値未満の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。時刻ｔ１〜ｔ３までの期間を１周期（パルス周期Ｔｆ）として繰り返して溶接が行われる。
【０００６】
ところで、良好な直流パルスアーク溶接を行うためには、アーク長を適正値に維持することが重要である。アーク長を適正値に維持するために以下のようなアーク長制御（溶接電源の出力制御）が行われる。アーク長は、同図（Ｂ）で破線で示す溶接電圧平均値Ｖavと略比例関係にある。このために、溶接電圧平均値Ｖavを検出し、この検出値が適正アーク長に相当する溶接電圧設定値と等しくなるように同図（Ａ）の破線で示す溶接電流平均値Ｉavを変化させる出力制御を行う。溶接電圧平均値Ｖavが溶接電圧設定値よりも大きいときはアーク長が適正値よりも長いときであるので、溶接電流平均値Ｉavを小さくしてワイヤ溶融速度を小さくしアーク長が短くなるようにする。他方、溶接電圧平均値Ｖavが溶接電圧設定値よりも小さいときはアーク長が適正値よりも短いときであるので、溶接電流平均値Ｉavを大きくしてワイヤ溶融速度を大きくしアーク長が長くなるようにする。上記の溶接電圧平均値Ｖavとしては、一般的に溶接電圧Ｖｗをローパスフィルタを通した値（平均値、平滑値）が使用される。また、溶接電流平均値Ｉavを変化させる手段として、パルス周期Ｔｆを変化させることが行われている。すなわち、溶接電圧平均値Ｖavが溶接電圧設定値と等しくなるようにパルス周期Ｔｆをフィードバック制御（アーク長制御）している。このときに、ピーク期間Ｔｐ、ピーク電流Ｉｐ及びベース電流Ｉｂは所定値に設定される。ピーク期間Ｔｐは１．０〜１．５ms程度に設定され、ピーク電流Ｉｐは５００〜６００Ａ程度に設定され、ベース電流Ｉｂは２０〜６０Ａ程度に設定される。ピーク期間Ｔｐとピーク電流Ｉｐとの組合せはユニットパルス条件と呼ばれており、１パルス周期１溶滴移行状態になるように設定される。このアーク長制御の方式は、周波数変調制御と呼ばれる。これ以外のアーク長制御の方式としては、パルス幅変調制御がある。パルス幅変調制御では、パルス周期Ｔｆ、ピーク電流Ｉｐ及びベース電流Ｉｂが所定値に設定され、溶接電圧平均値Ｖavが電圧設定値と等しくなるようにピーク期間Ｔｐ（パルス幅）がフィードバック制御される。
【０００７】
直流パルスアーク溶接を含む消耗電極式アーク溶接においては、アーク及び母材を通電する溶接電流によってアーク周辺部に磁界が形成されて、この磁界からアークは力を受けて偏向する場合がある。このような状態を、一般的に磁気吹き又はアークブローと呼んでいる。磁気吹きが発生するかは、母材に通電する溶接電流によって形成される磁界の形態によって決まる。溶接している部分が母材の端部から離れているときには、磁界は対称形状に形成されることが多いために、アークは磁界から偏った力を受けることがないので、磁気吹きは発生しにくい。他方、溶接している部分が母材の端部に近いときは、磁界は非対称形状に形成されるために、アークは磁界から偏った力を受けることになり、磁気吹きが発生しやすくなる。したがって、母材の端部の近くとなることが多い溶接開始部分及び溶接終了部分では、磁気吹きが発生しやすい。消耗電極アークの中でも、直流パルスアーク溶接は磁気吹きが発生しやすい。直流パルスアーク溶接では、大電流値のピーク電流Ｉｐが通電しているときは強い磁界が形成され、小電流値のベース電流Ｉｂが通電しているときは弱い磁界が形成されている。直流パルスアーク溶接では、この磁界の強さの変化が大きいこと、かつ、ベース電流Ｉｂが小さいので磁界から偏った力を受けると直ぐにアークが偏向すること、が原因となって磁気吹きが発生しやすい。したがって、直流パルスアーク溶接では、磁気吹きによるアークの偏向は、ベース期間Ｔｂ中に発生しやすい。
【０００８】
図５は、磁気吹きが発生したときのアーク状態を示す図である。同図（Ａ）に示すように、溶接ワイヤ１と母材２との間に通常のアーク３が発生している。この状態で磁気吹きが発生すると、同図（Ｂ）に示すように、アーク３は磁界からの力によって大きく偏向し、アーク長が長くなる。さらに偏向が大きくなると、同図（Ｃ）に示すように、アークを維持することができなくなりアーク切れが発生する。直流パルスアーク溶接では、ピーク期間中は大電流が通電するのでアークの硬直性が強く、磁界からの力が作用してもアークはほとんど偏向しない。他方、ベース期間中は小電流が通電するのでアークの硬直性が弱く、磁界からの力によって大きく偏向する。したがって、磁気吹きが発生してアーク切れが生じるのは、ほとんどベース期間中である。磁気吹きによるアーク切れが多数回発生すると、アーク発生状態が不安定となり、スパッタの大量発生、ビード外観の著しい悪化等が生じる。したがって、直流パルスアーク溶接においては、磁気吹きによるアーク切れを抑制することは良好な溶接品質を得るために重要である。
【０００９】
図６は、直流パルスアーク溶接において磁気吹きが発生したときの電流・電圧波形図である。同図（Ａ）は溶接電流Ｉｗの時間変化を示し、同図（Ｂ）は溶接電圧Ｖｗの時間変化を示す。以下、同図を参照して説明する。
【００１０】
時刻ｔ１〜ｔ２のピーク期間Ｔｐ中は、同図（Ａ）に示すように、臨界値以上のピーク電流Ｉｐが通電し、同図（Ｂ）に示すように、アーク長に略比例したピーク電圧Ｖｐが印加する。時刻ｔ２以降のベース期間Ｔｂ中は、同図（Ａ）に示すように、臨界値未満のベース電流Ｉｂが通電し、同図（Ｂ）に示すように、アーク長に略比例したベース電圧Ｖｂが印加する。
【００１１】
時刻ｔ２１において、磁気吹きが発生してアークが偏向すると、同図（Ｂ）に示すように、アークの偏向に伴ってアーク長が長くなり、ベース電圧Ｖｂが次第に上昇して大きくなる。一方、同図（Ａ）に示すように、ベース電流Ｉｂは定電流制御されているので一定値のままである。時刻ｔ３において、磁気吹きによるアークの偏向がさらに大きくなると、アーク長が非常に長くなるためにアークを維持することができなくなり、アーク切れが発生する。アーク切れが発生すると、同図（Ａ）に示すように、溶接電流Ｉｗは通電しなくなり、同図（Ｂ）に示すように、溶接電圧Ｖｗは出力最大電圧の無負荷電圧となる。
【００１２】
図７は、特許文献１に開示された磁気吹きによるアーク切れを防止するための磁気吹き対策制御を示す電流・電圧波形図である。同図（Ａ）は溶接電流Ｉｗの時間変化を示し、同図（Ｂ）は溶接電圧Ｖｗの時間変化を示す。同図において時刻ｔ１〜ｔ３のパルス周期中は磁気吹きが発生していない安定した溶接状態のときを示しており、続く時刻ｔ３〜ｔ５のパルス周期中は磁気吹きが発生した溶接状態のときを示している。
【００１３】
時刻ｔ１〜ｔ３のパルス周期中は、磁気吹きが発生していないために、安定した溶接状態にある。この期間中の動作については、上述した図４と同一であるので、説明は省略する。
【００１４】
時刻ｔ３〜ｔ４のピーク期間Ｔｐ中は、同図（Ａ）に示すように、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ｔ４からベース期間Ｔｂが開始し、同図（Ａ）に示すように、ベース電流Ｉｂが通電し、同図（Ｂ）に示すように、通常値のベース電圧Ｖｂが印加する。このベース期間Ｔｂ中の時刻ｔ４１において、磁気吹きが発生してアークが偏向したためにアーク長が長くなり、同図（Ｂ）に示すように、ベース電圧Ｖｂが上昇して高くなる。そして、時刻ｔ４２において、ベース電圧Ｖｂの値が、破線で示す予め定めた基準電圧値Ｖｔ以上になる。ベース電圧値Ｖｂが上記の基準電圧値Ｖｔ以上になったことを判別すると、同図（Ａ）に示すように、ベース電流Ｉｂの値を通常値よりも増加させて２００Ａ以上にする。時刻ｔ４２〜ｔ４３の期間中は、ベース電圧値Ｖｂが上記の基準電圧値Ｖｔ以上になっている。この期間中は、同図（Ａ）に示すように、２００Ａ以上に増加されたベース電流が通電する。
【００１５】
時刻ｔ４２〜ｔ４３の期間中は、ベース電流Ｉｂの値が２００Ａ以上に増加するので、アークがワイヤ送給方向に発生する性質である硬直性が強くなるために、アークの偏向が正常な状態に戻されることになる。このために、同図（Ｂ）に示すように、時刻ｔ４３において、ベース電圧値Ｖｂは上記の基準電圧値Ｖｔ未満になり、その後は急速に減少して通常値に戻る。したがって、磁気吹きは、時刻ｔ４１に発生して、時刻ｔ４３の直後に解消される。時刻ｔ４３において、同図（Ａ）に示すように、ベース電流Ｉｂの値は通常値に戻る。時刻ｔ４３〜ｔ５の残りのベース期間Ｔｂ中は、同図（Ａ）に示すように、ベース電流Ｉｂの値は通常値のままであり、同図（Ｂ）に示すように、通常値のベース電圧値Ｖｂが印加する。この期間のアークは、磁気吹きが発生していないので、安定した状態にある。
【００１６】
上記において、基準電圧値Ｖｔは、磁気吹きが発生していない状態でのベース電圧値Ｖｂの変動を考慮して、溶接条件に応じて適正値に設定する。例えば、ベース電圧Ｖｂの変動は、ピーク電圧値Ｖｐまで及ぶことはないので、基準電圧値Ｖｔをピーク電圧値Ｖｐに近い値に設定する。また、ベース電圧Ｖｂと基準電圧値Ｖｔとの比較にあたって、ヒステリシスを持たせるようにしても良い。すなわち、ベース電圧Ｖｂが通常値から上昇していくときの基準値を第１基準電圧値Ｖt1とし、ベース電圧Ｖｂが一旦Ｖt1以上になりその後に下降するときの基準値を第２基準電圧値Ｖt2とするものである。このときに、Ｖt1＞Ｖt2である。また、ベース電圧Ｖｂの上昇率（微分値＝ｄＶｗ／ｄｔ）が基準値に達したことによって磁気吹きの発生を判別し、その後にベース電圧Ｖｂの下降率が基準値に達したことによって磁気吹きの解消を判別するようにしても良い。ベース電圧Ｖｂの上昇による従来から行われている種々の磁気吹きの発生の判別方法を使用することができる。上記の増加したベース電流値は、２００〜５００Ａ程度の範囲で、アークの偏向を修正することができる値に実験によって設定される。
【００１７】
このような磁気吹き対策制御を行うことによって、磁気吹きによるアーク切れを防止することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１８】
【特許文献１】特開２００４−２６８０８１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１９】
上述した従来技術では、磁気吹きによるアークの偏向を判別してベース電流を２００Ａ以上に増加させることによって、アーク切れの発生を防止することができる。直流パルスアーク溶接では、上述したように、ベース期間中は小電流値のベース電流を通電して溶接ワイヤ先端に溶滴を形成しないようにしている。そして、ピーク期間中において、ワイヤ直径と同程度の溶滴を形成して離脱させるために大電流値のピーク電流を通電している。従来技術の磁気吹き対策制御のように、ベース電流を大幅に増加させると、そのときに溶滴が形成されることになり、安定した溶滴移行状態が乱されることになる。この結果、ベース電流が増加した部分のビード外観が影響を受けることになる。この磁気吹き対策のためにベース電流を増加させたパルス周期が短い期間続く場合には、ビード外観への影響は限定的である。しかし、磁気吹きが激しく発生する溶接個所を溶接するときには、ベース電流を増加させたパルス周期が長い期間連続して続くことになる。このようになると、磁気吹きによるアーク切れを抑制して溶接欠陥の発生を防止することはできるが、ビード外観は悪くなることになる。
【００２０】
そこで、本発明では、磁気吹きによるアーク切れを防止すると共に、ビード外観の悪化を抑制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。
【課題を解決するための手段】
【００２１】
上述した課題を解決するために、請求項１の発明は、溶接ワイヤを送給すると共に、ピーク期間中のピーク電流及びベース期間中のベース電流から形成される溶接電流を通電する直流パルスアーク溶接によって溶接するアーク溶接制御方法において、
前記ベース期間中の溶接電圧の上昇によって、複数の溶接個所の中から磁気吹きが発生した溶接個所を判別して記憶する前記直流パルスアーク溶接によるテスト溶接を行い、
実施工時に、前記記憶された磁気吹き発生溶接個所以外の溶接個所を溶接するときは前記直流パルスアーク溶接によって溶接し、前記記憶された磁気吹き発生溶接個所を溶接するときは溶接法を前記直流パルスアーク溶接から交流パルスアーク溶接に自動的に切り換えて溶接する、
ことを特徴とするアーク溶接制御方法である。
【００２２】
請求項２の発明は、前記交流パルスアーク溶接が短絡を伴う交流パルスアーク溶接である、
ことを特徴とする請求項１記載のアーク溶接制御方法である。
【発明の効果】
【００２３】
本発明によれば、ベース期間中の溶接電圧の上昇によって、複数の溶接個所の中から磁気吹きが発生した溶接個所を判別して記憶する直流パルスアーク溶接によるテスト溶接を行い、実施工時に、記憶された磁気吹き発生溶接個所以外の溶接個所を溶接するときは直流パルスアーク溶接によって溶接し、記憶された磁気吹き発生溶接個所を溶接するときは溶接法を直流パルスアーク溶接から交流パルスアーク溶接に切り換えて溶接を行う。このために、ベース電流を増加させることなく、磁気吹きによるアーク切れを抑制することができるので、ビード外観を良好に保つことができる。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】本発明の実施の形態に係るアーク溶接制御方法を説明するために、３つの溶接個所の溶接線を３本の直線として示した図である。
【図２】本発明の実施の形態において、磁気吹き発生溶接個所を交流パルスアーク溶接によって溶接しているときの電流・電圧波形図である。
【図３】本発明の実施の形態に係るアーク溶接制御方法を実施するための溶接装置のブロック図である。
【図４】従来技術における直流パルスアーク溶接の電流・電圧波形図である。
【図５】従来技術において磁気吹きが発生したときのアーク状態を示す図である。
【図６】従来技術の、直流パルスアーク溶接において磁気吹きが発生したときの電流・電圧波形図である。
【図７】従来技術における磁気吹きによるアーク切れを防止するための磁気吹き対策制御を示す電流・電圧波形図である。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
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。
【００２６】
図１は、本発明の実施の形態に係るアーク溶接制御方法を説明するために、３つの溶接個所の溶接線を３本の直線として示した図である。同図において、Ｐs1は第１溶接個所の第１溶接開始位置を示し、Ｐe1は第１溶接終了位置を示す。同様に、Ｐs2は第２溶接個所の第２溶接開始位置を示し、Ｐe2は第２溶接終了位置を示す。同様に、Ｐs3は第３溶接個所の第３溶接開始位置を示し、Ｐe3は第３溶接終了位置を示す。これら第１〜第３溶接個所を、ロボットを使用してアーク溶接を行う。アーク溶接は、テスト溶接と実施工溶接とに分けて行われる。
【００２７】
（１）テスト溶接
図７で上述した磁気吹き対策制御を付加した直流パルスアーク溶接によって、第１溶接個所から第３溶接個所まで３個所の溶接を順番に行う。溶接中に磁気吹きの発生を判別した場合は、その溶接個所を記憶する。同図においては、第２溶接個所を溶接しているときに、磁気吹きの発生が判別されたとする。この第２溶接個所を、磁気吹き発生溶接個所と呼ぶことにする。したがって、同図においては、第１溶接個所では磁気吹きは発生せず、第２溶接個所では磁気吹きが発生し、第３溶接個所では磁気吹きが発生しなかったことになる。すなわち、テスト溶接では、複数の溶接個所の中から磁気吹きが発生した溶接個所を判別して記憶する動作を行っている。磁気吹き発生の判別は、上述したように、ベース電圧が基準電圧値以上に上昇したことによって行うことができる。また、ベース電圧の上昇率が基準上昇率以上になったことによって行うこともできる。磁気吹きを判別したときは、上述したように、ベース電流を増加させてアーク切れを防止するようにしている。テスト溶接であるので、ベース電流の増加を行わないようにしても良い。磁気吹き発生溶接個所は、その溶接個所を溶接している期間中に、磁気吹き発生を判別したパルス周期が基準回数以上存在したことによって判別することができる。基準回数は１〜５０回程度の範囲で実験によって適正値に設定される。また、磁気吹き発生溶接個所を、その溶接個所を溶接している期間中のパルス周期の総回数に占める、磁気吹き発生を判別したパルス周期の回数の比率が、基準比率以上であることによって判別することもできる。基準比率は５〜２０％程度の範囲で実験によって適正値に設定される。また、同図では、磁気吹き発生溶接個所が１つの場合であるが、複数の磁気吹き発生溶接個所が存在する場合がある。
【００２８】
（２）実施工溶接
実施工に際して、第１溶接個所は、磁気吹き発生溶接個所ではないので、図７で上述した直流パルスアーク溶接によって溶接が行われる。第２溶接個所は、磁気吹き発生溶接個所であるので溶接法を直流パルスアーク溶接から交流パルスアーク溶接に自動的に切り換えて、溶接が行われる。ここで、交流パルスアーク溶接とは、電極プラス極性と電極マイナス極性とを交互に繰り返す溶接法である。溶接法を交流パルスアーク溶接にすると、磁気吹きによるアーク切れを防止することができる理由については、図２で後述する。第３溶接個所は、再び溶接法を直流パルスアーク溶接に切り換えて、溶接が行われる。したがって、溶接法は、第１溶接個所では直流パルスアーク溶接となり、第２溶接個所である磁気吹き発生溶接個所では交流パルスアーク溶接となり、第３溶接個所では直流パルスアーク溶接となる。交流パルスアーク溶接では、出力極性を切り換える必要があるために、直流パルスアーク溶接に比べてスパッタ発生量が多くなる。しかし、従来技術のようにベース電流を増加させてビード外観が悪くなるよりも、スパッタが少し増える方が溶接品質に与える影響は少ない。磁気吹き発生溶接個所でない第１溶接個所及び第３溶接個所を、直流パルスアーク溶接によって溶接しているのは、このスパッタの増加を避けるためである。本発明では、従来技術とは異なり磁気吹きによるアークの偏向がある程度進行してからベース電流Ｉｂを増加させるのではなく、溶接法を交流パルスアーク溶接に自動的に切り換えることによって磁気吹きによるアーク切れを防止している。このために、ビード外観が悪くなることを抑制することができる。
【００２９】
図２は、上述した磁気吹き発生溶接個所を交流パルスアーク溶接によって溶接しているときの電流・電圧波形図である。同図（Ａ）は溶接電流Ｉｗの時間変化を示し、同図（Ｂ）は溶接電圧Ｖｗの時間変化を示す。同図において、０Ａ及び０Ｖから上側が電極プラス極性ＥＰ時であり、下側が電極マイナス極性ＥＮ時である。溶接ワイヤは、上述した直流パルスアーク溶接と同様に、予め定めた一定の送給速度で送給されている。また、極性切換を円滑にするために、図示は省略するが、短時間の間、数百Ｖの高電圧を溶接電圧Ｖｗに頂上している。以下、同図を参照して説明する。
【００３０】
時刻ｔ１〜ｔ２の電極マイナス極性期間Ｔen中は、同図（Ａ）に示すように、溶滴を成長させないために臨界値未満の電極マイナス極性電流Ｉenが通電し、同図（Ｂ）に示すように、溶接ワイヤと母材との間にアーク長に比例した電極マイナス極性電圧Ｖenが印加する。
【００３１】
時刻ｔ２〜ｔ４の電極プラス極性期間Ｔepは、ピーク期間Ｔｐとベース期間Ｔｂとに分かれる。これらピーク期間Ｔｐ及びベース期間Ｔｂの動作は、図４で上述したように、直流パルスアーク溶接のときと同様である。時刻ｔ２〜ｔ３のピーク期間Ｔｐ中は、同図（Ａ）に示すように、溶接ワイヤから溶滴を移行させるために臨界値以上の大電流値のピーク電流Ｉｐが通電し、同図（Ｂ）に示すように、溶接ワイヤと母材との間にアーク長に比例したピーク電圧Ｖｐが印加する。時刻ｔ３〜ｔ４のベース期間Ｔｂ中は、同図（Ａ）に示すように、溶滴を形成しないようにするために臨界値未満の小電流値のベース電流Ｉｂが通電し、同図（Ｂ）に示すように、溶接ワイヤと母材との間にアーク長に比例したベース電圧Ｖｂが印加する。時刻ｔ１〜ｔ４までの期間を１周期（パルス周期Ｔｆ）として繰り返して溶接が行われる。
【００３２】
交流パルスアーク溶接におけるアーク長制御は、以下のようにして行われる。溶接電圧平均値は、交流の溶接電圧Ｖｗを検出し、その絶対値を算出してローパスフィルタ（カットオフ周波数１〜１０Ｈｚ程度）に通した値である。アーク長制御の方式が周波数変調制御であるときは、上記の電極マイナス極性期間Ｔen、上記の電極マイナス極性電流Ｉen、上記のピーク期間Ｔｐ、上記のピーク電流Ｉｐ及び上記のベース電流Ｉｂが所定値に設定される。その上で、上記の溶接電圧平均値が予め定めた溶接電圧設定値と等しくなるように上記のパルス周期Ｔｆがフィードバック制御される。例えば、電極マイナス極性期間Ｔenは１〜１０ms程度に設定され、電極マイナス極性電流Ｉenは２０〜２００Ａ程度に設定され、ピーク期間Ｔｐは１．０〜１．５ms程度に設定され、ピーク電流Ｉｐは５００〜６００Ａ程度に設定され、ベース電流Ｉｂは２０〜６０Ａ程度に設定される。アーク長制御の方式がパルス幅変調制御であるときは、上記の電極マイナス極性期間Ｔen、上記の電極マイナス極性電流Ｉen、上記のピーク電流Ｉｐ、上記のベース電流Ｉｂ及び上記のパルス周期Ｔｆが所定値に設定される。その上で、上記の溶接電圧平均値が上記の溶接電圧設定値と等しくなるように上記のピーク期間Ｔｐ（パルス幅）がフィードバック制御される。
【００３３】
交流パルスアーク溶接では、溶接電流Ｉｗが交流であるために通電方向が周期的に反転することになり、それに伴い形成される磁界の方向も反転することになる。このために、磁界からアークに作用する力は、直流パルスアーク溶接のときに比べて弱くなる。この結果、交流パルスアーク溶接では磁気吹きによるアーク切れは発生しにくくなる。交流パルスアーク溶接において、さらに磁気吹きによるアーク切れの発生を抑制するためには、アーク長を短くすれば良い。すなわち、上記の溶接電圧設定値を小さくして、短絡が発生するような短いアーク長に設定すれば良い。アーク長が短くなれば、スパッタの発生量は少し増加するが、磁界からの力を受けても偏向しにくくなり、アーク切れは発生しにくくなる。
【００３４】
磁気吹き発生溶接個所ではない溶接個所は、図７で上述した直流パルスアーク溶接によって溶接が行われる。このときの電流・電圧波形は、磁気吹きは発生しない安定した溶接状態にあるので、図７の時刻ｔ１〜ｔ３の期間の波形となる。但し、稀なケースとして、磁気吹きが発生した場合には、時刻ｔ３〜ｔ５の波形となる。
【００３５】
図３は、上述した本発明の実施の形態に係るアーク溶接制御方法を実施するための溶接装置のブロック図である。溶接装置は、主に破線で囲まれた溶接電源ＰＳ、ロボット制御装置ＲＣ、ロボット（図示は省略）等から構成されている。以下、同図を参照して各ブロックについて説明する。
【００３６】
溶接電源ＰＳは、以下の各ブロックから構成されている。但し、溶接ワイヤ１を送給制御するための回路及び極性切換時に高電圧を印加する回路については、図示は省略している。インバータ回路ＩＮＶは、３相２００Ｖ等の商用電源（図示は省略）を整流及び平滑した直流電圧を、後述する駆動信号Ｄｖに従ってインバータ制御等の出力制御を行い、高周波交流を出力する。インバータトランスＩＮＴは、この高周波交流電圧をアーク溶接に適した電圧値に降圧する。２次整流器Ｄ２ａ〜Ｄ２ｄは、この降圧された高周波交流を直流に整流する。電極プラス極性トランジスタＰＴＲは、後述する電極プラス極性駆動信号Ｐdvによってオン状態になり、そのときは溶接電源の出力は電極プラス極性になる。電極マイナス極性トランジスタＮＴＲは、後述する電極マイナス極性駆動信号Ｎdvによってオン状態になり、そのときは溶接電源の出力は電極マイナス極性になる。リアクトルＷＬは、リップルのある出力を平滑する。溶接ワイヤ１は、ワイヤ送給機（図示は省略）の送給ロール５の回転によって溶接トーチ４内を通って送給されて、母材２との間にアーク３が発生する。ワイヤ送給機及び溶接トーチ４は、ロボットに搭載されている。溶接電流Ｉｗがアーク３中を通電し、溶接ワイヤ１と母材２との間には溶接電圧Ｖｗが印加する。
【００３７】
電圧検出回路ＶＤは、直流又は交流の溶接電圧Ｖｗを検出し、その絶対値に変換して電圧検出信号Ｖｄを出力する。電圧平均化回路ＶＡＶは、この電圧検出信号Ｖｄを平均化（ローパスフィルタを通す）して、電圧平均信号Ｖavを出力する。電圧設定回路ＶＲは、所望値の溶接電圧設定信号Ｖｒを出力する。電圧誤差増幅回路ＥＶは、上記の溶接電圧設定信号Ｖｒと上記の電圧平均信号Ｖavとの誤差を増幅して、電圧誤差増幅信号Ｅｖを出力する。Ｖ／ＦコンバータＶＦは、この電圧誤差増幅信号Ｅｖに応じた周波数で短時間Ｈｉｇｈレベルになるトリガ信号であるパルス周期信号Ｔｆを出力する。このパルス周期信号Ｔｆは、図４及び図２で上述したパルス周期を決定する信号である。電極マイナス極性期間設定回路ＴＥＮＲは、予め定めた電極マイナス極性期間設定信号Ｔenrを出力する。ピーク期間設定回路ＴＰＲは、予め定めたピーク期間設定信号Ｔprを出力する。期間タイマ回路ＴＣは、上記の電極マイナス極性期間設定信号Ｔenr、上記のピーク期間設定信号Ｔpr、上記のパルス周期信号Ｔｆ及び後述するロボット制御装置ＲＣからの磁気吹き発生溶接個所信号Ｐｄを入力として、以下のような処理を行い、期間タイマ信号Ｔｃを出力する。
１）磁気吹き発生溶接個所信号ＰｄがＨｉｇｈレベルのときは、パルス周期信号Ｔｆが短時間Ｈｉｇｈレベルに変化した時点から電極マイナス極性期間設定信号Ｔenrによって定まる期間中はその値が１となり、その後ピーク期間設定信号Ｔprによって定まる期間中はその値が２となり、その後パルス周期信号Ｔｆが再びＨｉｇｈレベルになるまではその値が３となる期間タイマ信号Ｔｃを出力する。
２）磁気吹き発生溶接個所信号ＰｄがＬｏｗレベルのときは、パルス周期信号Ｔｆが短時間Ｈｉｇｈレベルに変化した時点からピーク期間設定信号Ｔprによって定まる期間中はその値が２となり、その後パルス周期信号Ｔｆが再びＨｉｇｈレベルになるまではその値が３となる期間タイマ信号Ｔｃを出力する。
すなわち、磁気吹き発生溶接個所信号ＰｄがＨｉｇｈレベルのときはその溶接個所が磁気吹き発生溶接個所であることを示しているので、磁気吹きによるアーク切れが発生しにくい交流パルスアーク溶接が選択される。この交流パルスアーク溶接を選択するために、期間タイマ信号Ｔｃは、その値が１→２→３→１と繰り返されることになり、これに対応して電極マイナス極性期間→ピーク期間→ベース期間→電極マイナス極性期間と繰り返されることになる。他方、磁気吹き発生溶接個所信号ＰｄがＬｏｗレベルのときはその溶接個所が非磁気吹き発生溶接個所であることを示しているので、直流パルスアーク溶接が選択される。この直流パルスアーク溶接を選択するために、期間タイマ信号Ｔｃは、その値が２→３→２と繰り返されることになり、これに対応してピーク期間→ベース期間→ピーク期間と繰り返されることになる。
【００３８】
電極マイナス極性駆動回路ＮＤＶは、上記の期間タイマ信号Ｔｃを入力として、Ｔｃ＝１（電極マイナス極性期間）のときは上記の電極マイナス極性トランジスタＮＴＲを駆動するための電極マイナス極性駆動信号Ｎdvを出力する。電極プラス極性駆動回路ＰＤＶは、上記の期間タイマ信号Ｔｃを入力として、Ｔｃ＝２（ピーク期間）又は３（ベース期間）のときは上記の電極プラス極性トランジスタＰＴＲを駆動するための電極プラス極性駆動信号Ｐdvを出力する。
【００３９】
磁気吹き発生判別回路ＡＤは、上記の電圧検出信号Ｖｄ及び上記の期間タイマ信号Ｔｃを入力として、期間タイマ信号Ｔｃ＝３（ベース期間）のときの電圧検出信号Ｖｄの値が予め定めた基準電圧値以上であるときのみＨｉｇｈレベルになる磁気吹き発生判別信号Ａｄを出力する。すなわち、この磁気吹き発生判別信号Ａｄは、ベース電圧が磁気吹きによるアークの偏向によって上昇したことを判別してＨｉｇｈレベルになる信号である。磁気吹きの発生を、上述したように、ベース電圧の上昇率が基準上昇率以上になってから、下降率が基準下降率以上になった期間として判別しても良い。
【００４０】
電極マイナス極性電流設定回路ＩＥＮＲは、予め定めた電極マイナス極性電流設定信号Ｉenrを出力する。ピーク電流設定回路ＩＰＲは、予め定めたピーク電流設定信号Ｉprを出力する。ベース電流設定回路ＩＢＲは、上記の磁気吹き発生判別信号Ａｄを入力として、磁気吹き発生判別信号ＡｄがＨｉｇｈレベルのときは予め定めた増加値のベース電流設定信号Ｉbrを出力し、Ｌｏｗレベルのときは予め定めた通常値のベース電流設定信号Ｉbrを出力する。切換回路ＳＷは、上記の電極マイナス極性電流設定信号Ｉenr、上記のピーク電流設定信号Ｉpr、上記のベース電流設定信号Ｉbr及び上記の期間タイマ信号Ｔｃを入力として、期間タイマ信号Ｔｃ＝１のときは電極マイナス極性電流設定信号Ｉenrを電流切換設定信号Ｉswとして出力し、期間タイマ信号Ｔｃ＝２のときはピーク電流設定信号Ｉprを電流切換設定信号Ｉswとして出力し、期間タイマ信号Ｔｃ＝３のときはベース電流設定信号Ｉbrを電流切換設定信号Ｉswとして出力する。
【００４１】
電流検出回路ＩＤは、直流又は交流の溶接電流Ｉｗを検出し、その絶対値に変換して電流検出信号Ｉｄを出力する。電流誤差増幅回路ＥＩは、上記の電流切換設定信号Ｉswとこの電流検出信号Ｉｄとの誤差を増幅して、電流誤差増幅信号Ｅｉを出力する。駆動回路ＤＶは、この電流誤差増幅信号Ｅｉ及び後述するロボット制御装置ＲＣからの起動信号Ｏｎを入力として、起動信号ＯｎがＨｉｇｈレベルのときは電流誤差増幅信号Ｅｉに基づいてＰＷＭ変調制御を行い上記のインバータ回路ＩＮＶを駆動するための駆動信号Ｄｖを出力し、起動信号ＯｎがＬｏｗレベルのときは駆動信号Ｄｖを出力しない。
【００４２】
ロボット制御装置ＲＣは、上記の磁気吹き発生判別信号Ａｄを入力として、テスト溶接モード又は実施工溶接モードが設定されて、各モードのときに以下のような動作を行い、起動信号Ｏｎ及び磁気吹き発生溶接個所信号Ｐｄを出力する。溶接モードは、ティーチペンダント（図示は省略）によって選択されて、ロボット制御装置ＲＣに対して設定される。
１）テスト溶接モードでは、磁気吹き溶接個所信号ＰｄをＬｏｗレベルにして出力すると共に、図１で上述したように、第１溶接開始位置Ｐs1に溶接トーチを移動させた時点で起動信号ＯｎをＨｉｇｈレベルにして出力する。その後は、作業プログラムに従って溶接線に沿って直流パルスアーク溶接を行う。この溶接中に、磁気吹き発生判別信号ＡｄがＨｉｇｈレベルとなった場合は、磁気吹き発生溶接個所として記憶する。この磁気吹き発生溶接個所の判別方法については、図１で上述したとおりである。溶接トーチを第１溶接終了位置Ｐe1まで移動させた時点で、起動信号ＯｎをＬｏｗレベルにして第１溶接個所の溶接を終了する。上記の動作を、第２及び第３溶接個所についても同様に行って溶接する。ここでは、図１で上述したように、第２溶接個所が磁気吹き発生溶接個所として判別された場合とする。
２）実施工溶接モードでは、図１で上述したように、第１溶接開始位置Ｐs1に溶接トーチを移動させた時点で、磁気吹き発生溶接個所信号ＰｄをＬｏｗレベルにして出力すると共に、起動信号ＯｎをＨｉｇｈレベルにして出力する。その後は、作業プログラムに従って溶接線に沿って直流パルスアーク溶接を行う。溶接トーチを第１溶接終了位置Ｐe1まで移動させた時点で、起動信号ＯｎをＬｏｗレベルにして第１溶接個所の溶接を終了する。次に、第２溶接開始位置Ｐs2に溶接トーチを移動させた時点で、磁気吹き発生溶接個所信号ＰｄをＨｉｇｈレベルにして出力すると共に、起動信号ＯｎをＨｉｇｈレベルにして出力する。その後は、作業プログラムに従って溶接線に沿って交流パルスアーク溶接を行う。溶接トーチを第２溶接終了位置Ｐe2まで移動させた時点で、起動信号ＯｎをＬｏｗレベルにして第２溶接個所の溶接を終了する。次に、第３溶接開始位置Ｐs3に溶接トーチを移動させた時点で、磁気吹き発生溶接個所信号ＰｄをＬｏｗレベルにして出力すると共に、起動信号ＯｎをＨｉｇｈレベルにして出力する。その後は、作業プログラムに従って溶接線に沿って直流パルスアーク溶接を行う。溶接トーチを第３溶接終了位置Ｐe3まで移動させた時点で、起動信号ＯｎをＬｏｗレベルにして第３溶接個所の溶接を終了する。
【００４３】
テスト溶接及び実施工溶接のどちらの場合でも、直流パルスアーク溶接のときは、磁気吹き発生判別信号ＡｄがＨｉｇｈレベルになると、ベース電流を増加させて磁気吹きによるアークの偏向を修正するようにしている。しかし、テスト溶接の場合には、このベース電流の増加を行わないようにしても良い。
【００４４】
上述した実施の形態によれば、ベース期間中の溶接電圧の上昇によって、複数の溶接個所の中から磁気吹きが発生した溶接個所を判別して記憶する直流パルスアーク溶接によるテスト溶接を行い、実施工時に、記憶された磁気吹き発生溶接個所以外の溶接個所を溶接するときは直流パルスアーク溶接によって溶接し、記憶された磁気吹き発生溶接個所を溶接するときは溶接法を直流パルスアーク溶接から交流パルスアーク溶接に切り換えて溶接を行う。このために、ベース電流を増加させることなく、磁気吹きによるアーク切れを抑制することができるので、ビード外観を良好に保つことができる。
【００４５】
また、テスト溶接で判別された磁気吹き発生溶接個所を交流パルスアーク溶接によって溶接する場合において、溶接電圧設定信号を小さくしてアーク長を短くなるように設定し、短絡が発生する状態で溶接するようにしても良い。このようにすれば、上述したように、磁界からの力が作用してもアークがさらに偏向しにくくなるために、磁気吹きによるアーク切れをより一層抑制することができる。
【符号の説明】
【００４６】
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
ＡＤ 磁気吹き発生判別回路
Ａｄ 磁気吹き発生判別信号
Ｄ２ａ〜Ｄ２ｄ ２次整流器
ＤＶ 駆動回路
Ｄｖ 駆動信号
ＥＩ 電流誤差増幅回路
Ｅｉ 電流誤差増幅信号
ＥＮ 電極マイナス極性
ＥＰ 電極プラス極性
ＥＶ 電圧誤差増幅回路
Ｅｖ 電圧誤差増幅信号
Ｉav 溶接電流平均値
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
Ｉen 電極マイナス極性電流
ＩＥＮＲ 電極マイナス極性電流設定回路
Ｉenr 電極マイナス極性電流設定信号
ＩＮＴ インバータトランス
ＩＮＶ インバータ回路
Ｉｐ ピーク電流
ＩＰＲ ピーク電流設定回路
Ｉpr ピーク電流設定信号
Ｉsw 電流切換設定信号
Ｉｗ 溶接電流
ＮＤＶ 電極マイナス極性駆動回路
Ｎdv 電極マイナス極性駆動信号
ＮＴＲ 電極マイナス極性トランジスタ
Ｏｎ 起動信号
ＰＤＶ 電極プラス極性駆動回路
Ｐdv 電極プラス極性駆動信号
Ｐｄ 磁気吹き発生溶接個所信号
Ｐe1〜Ｐe3 溶接終了位置
ＰＳ 溶接電源
Ｐs1〜Ｐs3 溶接開始位置
ＰＴＲ 電極プラス極性トランジスタ
ＲＣ ロボット制御装置
ＳＷ 切換回路
Ｔｂ ベース期間
ＴＣ 期間タイマ回路
Ｔｃ 期間タイマ信号
Ｔen 電極マイナス極性期間
ＴＥＮＲ 電極マイナス極性期間設定回路
Ｔenr 電極マイナス極性期間設定信号
Ｔep 電極プラス極性期間
Ｔｆ パルス周期（信号）
Ｔｐ ピーク期間
ＴＰＲ ピーク期間設定回路
Ｔpr ピーク期間設定信号
ＶＡＶ 電圧平均化回路
Ｖav 溶接電圧平均値／電圧平均信号
Ｖｂ ベース電圧
ＶＤ 電圧検出回路
Ｖｄ 電圧検出信号
Ｖen 電極マイナス極性電圧
ＶＦ Ｖ／Ｆコンバータ
Ｖｐ ピーク電圧
ＶＲ 電圧設定回路
Ｖｒ 溶接電圧設定信号
Ｖｔ 基準電圧値
Ｖｗ 溶接電圧
ＷＬ リアクトル
【技術分野】
【０００１】
本発明は、磁気吹きによる溶接状態の不安定を抑制することができるアーク溶接制御方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
消耗電極式直流パルスアーク溶接は、鉄鋼等の溶接に広く使用されている。この直流パルスアーク溶接では、ピーク期間中は臨界値以上の大電流値のピーク電流を通電し、ベース期間中は臨界値未満の小電流値のベース電流を通電し、これらの通電を１パルス周期として繰り返して溶接が行われる。直流パルスアーク溶接では、１パルス周期１溶滴移行状態となるので、溶滴移行状態が安定しているために、スパッタの発生が少なく、美しいビード外観を得ることができる。以下、この直流パルスアーク溶接について図面を参照して説明する。
【０００３】
図４は、直流パルスアーク溶接における一般的な電流・電圧波形図である。同図（Ａ）は溶接電流Ｉｗの時間変化を示し、同図（Ｂ）は溶接電圧Ｖｗの時間変化を示す。以下、同図を参照して説明する。
【０００４】
時刻ｔ１〜ｔ２のピーク期間Ｔｐ中は、同図（Ａ）に示すように、溶接ワイヤから溶滴を移行させるために臨界値以上の大電流値のピーク電流Ｉｐが通電し、同図（Ｂ）に示すように、溶接ワイヤと母材との間にアーク長に比例したピーク電圧Ｖｐが印加する。直径１．２mmの鉄鋼ワイヤの臨界値は、２８０Ａ程度である。
【０００５】
時刻ｔ２〜ｔ３のベース期間Ｔｂ中は、同図（Ａ）に示すように、溶滴を形成しないようにするために臨界値未満の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。時刻ｔ１〜ｔ３までの期間を１周期（パルス周期Ｔｆ）として繰り返して溶接が行われる。
【０００６】
ところで、良好な直流パルスアーク溶接を行うためには、アーク長を適正値に維持することが重要である。アーク長を適正値に維持するために以下のようなアーク長制御（溶接電源の出力制御）が行われる。アーク長は、同図（Ｂ）で破線で示す溶接電圧平均値Ｖavと略比例関係にある。このために、溶接電圧平均値Ｖavを検出し、この検出値が適正アーク長に相当する溶接電圧設定値と等しくなるように同図（Ａ）の破線で示す溶接電流平均値Ｉavを変化させる出力制御を行う。溶接電圧平均値Ｖavが溶接電圧設定値よりも大きいときはアーク長が適正値よりも長いときであるので、溶接電流平均値Ｉavを小さくしてワイヤ溶融速度を小さくしアーク長が短くなるようにする。他方、溶接電圧平均値Ｖavが溶接電圧設定値よりも小さいときはアーク長が適正値よりも短いときであるので、溶接電流平均値Ｉavを大きくしてワイヤ溶融速度を大きくしアーク長が長くなるようにする。上記の溶接電圧平均値Ｖavとしては、一般的に溶接電圧Ｖｗをローパスフィルタを通した値（平均値、平滑値）が使用される。また、溶接電流平均値Ｉavを変化させる手段として、パルス周期Ｔｆを変化させることが行われている。すなわち、溶接電圧平均値Ｖavが溶接電圧設定値と等しくなるようにパルス周期Ｔｆをフィードバック制御（アーク長制御）している。このときに、ピーク期間Ｔｐ、ピーク電流Ｉｐ及びベース電流Ｉｂは所定値に設定される。ピーク期間Ｔｐは１．０〜１．５ms程度に設定され、ピーク電流Ｉｐは５００〜６００Ａ程度に設定され、ベース電流Ｉｂは２０〜６０Ａ程度に設定される。ピーク期間Ｔｐとピーク電流Ｉｐとの組合せはユニットパルス条件と呼ばれており、１パルス周期１溶滴移行状態になるように設定される。このアーク長制御の方式は、周波数変調制御と呼ばれる。これ以外のアーク長制御の方式としては、パルス幅変調制御がある。パルス幅変調制御では、パルス周期Ｔｆ、ピーク電流Ｉｐ及びベース電流Ｉｂが所定値に設定され、溶接電圧平均値Ｖavが電圧設定値と等しくなるようにピーク期間Ｔｐ（パルス幅）がフィードバック制御される。
【０００７】
直流パルスアーク溶接を含む消耗電極式アーク溶接においては、アーク及び母材を通電する溶接電流によってアーク周辺部に磁界が形成されて、この磁界からアークは力を受けて偏向する場合がある。このような状態を、一般的に磁気吹き又はアークブローと呼んでいる。磁気吹きが発生するかは、母材に通電する溶接電流によって形成される磁界の形態によって決まる。溶接している部分が母材の端部から離れているときには、磁界は対称形状に形成されることが多いために、アークは磁界から偏った力を受けることがないので、磁気吹きは発生しにくい。他方、溶接している部分が母材の端部に近いときは、磁界は非対称形状に形成されるために、アークは磁界から偏った力を受けることになり、磁気吹きが発生しやすくなる。したがって、母材の端部の近くとなることが多い溶接開始部分及び溶接終了部分では、磁気吹きが発生しやすい。消耗電極アークの中でも、直流パルスアーク溶接は磁気吹きが発生しやすい。直流パルスアーク溶接では、大電流値のピーク電流Ｉｐが通電しているときは強い磁界が形成され、小電流値のベース電流Ｉｂが通電しているときは弱い磁界が形成されている。直流パルスアーク溶接では、この磁界の強さの変化が大きいこと、かつ、ベース電流Ｉｂが小さいので磁界から偏った力を受けると直ぐにアークが偏向すること、が原因となって磁気吹きが発生しやすい。したがって、直流パルスアーク溶接では、磁気吹きによるアークの偏向は、ベース期間Ｔｂ中に発生しやすい。
【０００８】
図５は、磁気吹きが発生したときのアーク状態を示す図である。同図（Ａ）に示すように、溶接ワイヤ１と母材２との間に通常のアーク３が発生している。この状態で磁気吹きが発生すると、同図（Ｂ）に示すように、アーク３は磁界からの力によって大きく偏向し、アーク長が長くなる。さらに偏向が大きくなると、同図（Ｃ）に示すように、アークを維持することができなくなりアーク切れが発生する。直流パルスアーク溶接では、ピーク期間中は大電流が通電するのでアークの硬直性が強く、磁界からの力が作用してもアークはほとんど偏向しない。他方、ベース期間中は小電流が通電するのでアークの硬直性が弱く、磁界からの力によって大きく偏向する。したがって、磁気吹きが発生してアーク切れが生じるのは、ほとんどベース期間中である。磁気吹きによるアーク切れが多数回発生すると、アーク発生状態が不安定となり、スパッタの大量発生、ビード外観の著しい悪化等が生じる。したがって、直流パルスアーク溶接においては、磁気吹きによるアーク切れを抑制することは良好な溶接品質を得るために重要である。
【０００９】
図６は、直流パルスアーク溶接において磁気吹きが発生したときの電流・電圧波形図である。同図（Ａ）は溶接電流Ｉｗの時間変化を示し、同図（Ｂ）は溶接電圧Ｖｗの時間変化を示す。以下、同図を参照して説明する。
【００１０】
時刻ｔ１〜ｔ２のピーク期間Ｔｐ中は、同図（Ａ）に示すように、臨界値以上のピーク電流Ｉｐが通電し、同図（Ｂ）に示すように、アーク長に略比例したピーク電圧Ｖｐが印加する。時刻ｔ２以降のベース期間Ｔｂ中は、同図（Ａ）に示すように、臨界値未満のベース電流Ｉｂが通電し、同図（Ｂ）に示すように、アーク長に略比例したベース電圧Ｖｂが印加する。
【００１１】
時刻ｔ２１において、磁気吹きが発生してアークが偏向すると、同図（Ｂ）に示すように、アークの偏向に伴ってアーク長が長くなり、ベース電圧Ｖｂが次第に上昇して大きくなる。一方、同図（Ａ）に示すように、ベース電流Ｉｂは定電流制御されているので一定値のままである。時刻ｔ３において、磁気吹きによるアークの偏向がさらに大きくなると、アーク長が非常に長くなるためにアークを維持することができなくなり、アーク切れが発生する。アーク切れが発生すると、同図（Ａ）に示すように、溶接電流Ｉｗは通電しなくなり、同図（Ｂ）に示すように、溶接電圧Ｖｗは出力最大電圧の無負荷電圧となる。
【００１２】
図７は、特許文献１に開示された磁気吹きによるアーク切れを防止するための磁気吹き対策制御を示す電流・電圧波形図である。同図（Ａ）は溶接電流Ｉｗの時間変化を示し、同図（Ｂ）は溶接電圧Ｖｗの時間変化を示す。同図において時刻ｔ１〜ｔ３のパルス周期中は磁気吹きが発生していない安定した溶接状態のときを示しており、続く時刻ｔ３〜ｔ５のパルス周期中は磁気吹きが発生した溶接状態のときを示している。
【００１３】
時刻ｔ１〜ｔ３のパルス周期中は、磁気吹きが発生していないために、安定した溶接状態にある。この期間中の動作については、上述した図４と同一であるので、説明は省略する。
【００１４】
時刻ｔ３〜ｔ４のピーク期間Ｔｐ中は、同図（Ａ）に示すように、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ｔ４からベース期間Ｔｂが開始し、同図（Ａ）に示すように、ベース電流Ｉｂが通電し、同図（Ｂ）に示すように、通常値のベース電圧Ｖｂが印加する。このベース期間Ｔｂ中の時刻ｔ４１において、磁気吹きが発生してアークが偏向したためにアーク長が長くなり、同図（Ｂ）に示すように、ベース電圧Ｖｂが上昇して高くなる。そして、時刻ｔ４２において、ベース電圧Ｖｂの値が、破線で示す予め定めた基準電圧値Ｖｔ以上になる。ベース電圧値Ｖｂが上記の基準電圧値Ｖｔ以上になったことを判別すると、同図（Ａ）に示すように、ベース電流Ｉｂの値を通常値よりも増加させて２００Ａ以上にする。時刻ｔ４２〜ｔ４３の期間中は、ベース電圧値Ｖｂが上記の基準電圧値Ｖｔ以上になっている。この期間中は、同図（Ａ）に示すように、２００Ａ以上に増加されたベース電流が通電する。
【００１５】
時刻ｔ４２〜ｔ４３の期間中は、ベース電流Ｉｂの値が２００Ａ以上に増加するので、アークがワイヤ送給方向に発生する性質である硬直性が強くなるために、アークの偏向が正常な状態に戻されることになる。このために、同図（Ｂ）に示すように、時刻ｔ４３において、ベース電圧値Ｖｂは上記の基準電圧値Ｖｔ未満になり、その後は急速に減少して通常値に戻る。したがって、磁気吹きは、時刻ｔ４１に発生して、時刻ｔ４３の直後に解消される。時刻ｔ４３において、同図（Ａ）に示すように、ベース電流Ｉｂの値は通常値に戻る。時刻ｔ４３〜ｔ５の残りのベース期間Ｔｂ中は、同図（Ａ）に示すように、ベース電流Ｉｂの値は通常値のままであり、同図（Ｂ）に示すように、通常値のベース電圧値Ｖｂが印加する。この期間のアークは、磁気吹きが発生していないので、安定した状態にある。
【００１６】
上記において、基準電圧値Ｖｔは、磁気吹きが発生していない状態でのベース電圧値Ｖｂの変動を考慮して、溶接条件に応じて適正値に設定する。例えば、ベース電圧Ｖｂの変動は、ピーク電圧値Ｖｐまで及ぶことはないので、基準電圧値Ｖｔをピーク電圧値Ｖｐに近い値に設定する。また、ベース電圧Ｖｂと基準電圧値Ｖｔとの比較にあたって、ヒステリシスを持たせるようにしても良い。すなわち、ベース電圧Ｖｂが通常値から上昇していくときの基準値を第１基準電圧値Ｖt1とし、ベース電圧Ｖｂが一旦Ｖt1以上になりその後に下降するときの基準値を第２基準電圧値Ｖt2とするものである。このときに、Ｖt1＞Ｖt2である。また、ベース電圧Ｖｂの上昇率（微分値＝ｄＶｗ／ｄｔ）が基準値に達したことによって磁気吹きの発生を判別し、その後にベース電圧Ｖｂの下降率が基準値に達したことによって磁気吹きの解消を判別するようにしても良い。ベース電圧Ｖｂの上昇による従来から行われている種々の磁気吹きの発生の判別方法を使用することができる。上記の増加したベース電流値は、２００〜５００Ａ程度の範囲で、アークの偏向を修正することができる値に実験によって設定される。
【００１７】
このような磁気吹き対策制御を行うことによって、磁気吹きによるアーク切れを防止することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１８】
【特許文献１】特開２００４−２６８０８１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１９】
上述した従来技術では、磁気吹きによるアークの偏向を判別してベース電流を２００Ａ以上に増加させることによって、アーク切れの発生を防止することができる。直流パルスアーク溶接では、上述したように、ベース期間中は小電流値のベース電流を通電して溶接ワイヤ先端に溶滴を形成しないようにしている。そして、ピーク期間中において、ワイヤ直径と同程度の溶滴を形成して離脱させるために大電流値のピーク電流を通電している。従来技術の磁気吹き対策制御のように、ベース電流を大幅に増加させると、そのときに溶滴が形成されることになり、安定した溶滴移行状態が乱されることになる。この結果、ベース電流が増加した部分のビード外観が影響を受けることになる。この磁気吹き対策のためにベース電流を増加させたパルス周期が短い期間続く場合には、ビード外観への影響は限定的である。しかし、磁気吹きが激しく発生する溶接個所を溶接するときには、ベース電流を増加させたパルス周期が長い期間連続して続くことになる。このようになると、磁気吹きによるアーク切れを抑制して溶接欠陥の発生を防止することはできるが、ビード外観は悪くなることになる。
【００２０】
そこで、本発明では、磁気吹きによるアーク切れを防止すると共に、ビード外観の悪化を抑制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。
【課題を解決するための手段】
【００２１】
上述した課題を解決するために、請求項１の発明は、溶接ワイヤを送給すると共に、ピーク期間中のピーク電流及びベース期間中のベース電流から形成される溶接電流を通電する直流パルスアーク溶接によって溶接するアーク溶接制御方法において、
前記ベース期間中の溶接電圧の上昇によって、複数の溶接個所の中から磁気吹きが発生した溶接個所を判別して記憶する前記直流パルスアーク溶接によるテスト溶接を行い、
実施工時に、前記記憶された磁気吹き発生溶接個所以外の溶接個所を溶接するときは前記直流パルスアーク溶接によって溶接し、前記記憶された磁気吹き発生溶接個所を溶接するときは溶接法を前記直流パルスアーク溶接から交流パルスアーク溶接に自動的に切り換えて溶接する、
ことを特徴とするアーク溶接制御方法である。
【００２２】
請求項２の発明は、前記交流パルスアーク溶接が短絡を伴う交流パルスアーク溶接である、
ことを特徴とする請求項１記載のアーク溶接制御方法である。
【発明の効果】
【００２３】
本発明によれば、ベース期間中の溶接電圧の上昇によって、複数の溶接個所の中から磁気吹きが発生した溶接個所を判別して記憶する直流パルスアーク溶接によるテスト溶接を行い、実施工時に、記憶された磁気吹き発生溶接個所以外の溶接個所を溶接するときは直流パルスアーク溶接によって溶接し、記憶された磁気吹き発生溶接個所を溶接するときは溶接法を直流パルスアーク溶接から交流パルスアーク溶接に切り換えて溶接を行う。このために、ベース電流を増加させることなく、磁気吹きによるアーク切れを抑制することができるので、ビード外観を良好に保つことができる。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】本発明の実施の形態に係るアーク溶接制御方法を説明するために、３つの溶接個所の溶接線を３本の直線として示した図である。
【図２】本発明の実施の形態において、磁気吹き発生溶接個所を交流パルスアーク溶接によって溶接しているときの電流・電圧波形図である。
【図３】本発明の実施の形態に係るアーク溶接制御方法を実施するための溶接装置のブロック図である。
【図４】従来技術における直流パルスアーク溶接の電流・電圧波形図である。
【図５】従来技術において磁気吹きが発生したときのアーク状態を示す図である。
【図６】従来技術の、直流パルスアーク溶接において磁気吹きが発生したときの電流・電圧波形図である。
【図７】従来技術における磁気吹きによるアーク切れを防止するための磁気吹き対策制御を示す電流・電圧波形図である。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
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。
【００２６】
図１は、本発明の実施の形態に係るアーク溶接制御方法を説明するために、３つの溶接個所の溶接線を３本の直線として示した図である。同図において、Ｐs1は第１溶接個所の第１溶接開始位置を示し、Ｐe1は第１溶接終了位置を示す。同様に、Ｐs2は第２溶接個所の第２溶接開始位置を示し、Ｐe2は第２溶接終了位置を示す。同様に、Ｐs3は第３溶接個所の第３溶接開始位置を示し、Ｐe3は第３溶接終了位置を示す。これら第１〜第３溶接個所を、ロボットを使用してアーク溶接を行う。アーク溶接は、テスト溶接と実施工溶接とに分けて行われる。
【００２７】
（１）テスト溶接
図７で上述した磁気吹き対策制御を付加した直流パルスアーク溶接によって、第１溶接個所から第３溶接個所まで３個所の溶接を順番に行う。溶接中に磁気吹きの発生を判別した場合は、その溶接個所を記憶する。同図においては、第２溶接個所を溶接しているときに、磁気吹きの発生が判別されたとする。この第２溶接個所を、磁気吹き発生溶接個所と呼ぶことにする。したがって、同図においては、第１溶接個所では磁気吹きは発生せず、第２溶接個所では磁気吹きが発生し、第３溶接個所では磁気吹きが発生しなかったことになる。すなわち、テスト溶接では、複数の溶接個所の中から磁気吹きが発生した溶接個所を判別して記憶する動作を行っている。磁気吹き発生の判別は、上述したように、ベース電圧が基準電圧値以上に上昇したことによって行うことができる。また、ベース電圧の上昇率が基準上昇率以上になったことによって行うこともできる。磁気吹きを判別したときは、上述したように、ベース電流を増加させてアーク切れを防止するようにしている。テスト溶接であるので、ベース電流の増加を行わないようにしても良い。磁気吹き発生溶接個所は、その溶接個所を溶接している期間中に、磁気吹き発生を判別したパルス周期が基準回数以上存在したことによって判別することができる。基準回数は１〜５０回程度の範囲で実験によって適正値に設定される。また、磁気吹き発生溶接個所を、その溶接個所を溶接している期間中のパルス周期の総回数に占める、磁気吹き発生を判別したパルス周期の回数の比率が、基準比率以上であることによって判別することもできる。基準比率は５〜２０％程度の範囲で実験によって適正値に設定される。また、同図では、磁気吹き発生溶接個所が１つの場合であるが、複数の磁気吹き発生溶接個所が存在する場合がある。
【００２８】
（２）実施工溶接
実施工に際して、第１溶接個所は、磁気吹き発生溶接個所ではないので、図７で上述した直流パルスアーク溶接によって溶接が行われる。第２溶接個所は、磁気吹き発生溶接個所であるので溶接法を直流パルスアーク溶接から交流パルスアーク溶接に自動的に切り換えて、溶接が行われる。ここで、交流パルスアーク溶接とは、電極プラス極性と電極マイナス極性とを交互に繰り返す溶接法である。溶接法を交流パルスアーク溶接にすると、磁気吹きによるアーク切れを防止することができる理由については、図２で後述する。第３溶接個所は、再び溶接法を直流パルスアーク溶接に切り換えて、溶接が行われる。したがって、溶接法は、第１溶接個所では直流パルスアーク溶接となり、第２溶接個所である磁気吹き発生溶接個所では交流パルスアーク溶接となり、第３溶接個所では直流パルスアーク溶接となる。交流パルスアーク溶接では、出力極性を切り換える必要があるために、直流パルスアーク溶接に比べてスパッタ発生量が多くなる。しかし、従来技術のようにベース電流を増加させてビード外観が悪くなるよりも、スパッタが少し増える方が溶接品質に与える影響は少ない。磁気吹き発生溶接個所でない第１溶接個所及び第３溶接個所を、直流パルスアーク溶接によって溶接しているのは、このスパッタの増加を避けるためである。本発明では、従来技術とは異なり磁気吹きによるアークの偏向がある程度進行してからベース電流Ｉｂを増加させるのではなく、溶接法を交流パルスアーク溶接に自動的に切り換えることによって磁気吹きによるアーク切れを防止している。このために、ビード外観が悪くなることを抑制することができる。
【００２９】
図２は、上述した磁気吹き発生溶接個所を交流パルスアーク溶接によって溶接しているときの電流・電圧波形図である。同図（Ａ）は溶接電流Ｉｗの時間変化を示し、同図（Ｂ）は溶接電圧Ｖｗの時間変化を示す。同図において、０Ａ及び０Ｖから上側が電極プラス極性ＥＰ時であり、下側が電極マイナス極性ＥＮ時である。溶接ワイヤは、上述した直流パルスアーク溶接と同様に、予め定めた一定の送給速度で送給されている。また、極性切換を円滑にするために、図示は省略するが、短時間の間、数百Ｖの高電圧を溶接電圧Ｖｗに頂上している。以下、同図を参照して説明する。
【００３０】
時刻ｔ１〜ｔ２の電極マイナス極性期間Ｔen中は、同図（Ａ）に示すように、溶滴を成長させないために臨界値未満の電極マイナス極性電流Ｉenが通電し、同図（Ｂ）に示すように、溶接ワイヤと母材との間にアーク長に比例した電極マイナス極性電圧Ｖenが印加する。
【００３１】
時刻ｔ２〜ｔ４の電極プラス極性期間Ｔepは、ピーク期間Ｔｐとベース期間Ｔｂとに分かれる。これらピーク期間Ｔｐ及びベース期間Ｔｂの動作は、図４で上述したように、直流パルスアーク溶接のときと同様である。時刻ｔ２〜ｔ３のピーク期間Ｔｐ中は、同図（Ａ）に示すように、溶接ワイヤから溶滴を移行させるために臨界値以上の大電流値のピーク電流Ｉｐが通電し、同図（Ｂ）に示すように、溶接ワイヤと母材との間にアーク長に比例したピーク電圧Ｖｐが印加する。時刻ｔ３〜ｔ４のベース期間Ｔｂ中は、同図（Ａ）に示すように、溶滴を形成しないようにするために臨界値未満の小電流値のベース電流Ｉｂが通電し、同図（Ｂ）に示すように、溶接ワイヤと母材との間にアーク長に比例したベース電圧Ｖｂが印加する。時刻ｔ１〜ｔ４までの期間を１周期（パルス周期Ｔｆ）として繰り返して溶接が行われる。
【００３２】
交流パルスアーク溶接におけるアーク長制御は、以下のようにして行われる。溶接電圧平均値は、交流の溶接電圧Ｖｗを検出し、その絶対値を算出してローパスフィルタ（カットオフ周波数１〜１０Ｈｚ程度）に通した値である。アーク長制御の方式が周波数変調制御であるときは、上記の電極マイナス極性期間Ｔen、上記の電極マイナス極性電流Ｉen、上記のピーク期間Ｔｐ、上記のピーク電流Ｉｐ及び上記のベース電流Ｉｂが所定値に設定される。その上で、上記の溶接電圧平均値が予め定めた溶接電圧設定値と等しくなるように上記のパルス周期Ｔｆがフィードバック制御される。例えば、電極マイナス極性期間Ｔenは１〜１０ms程度に設定され、電極マイナス極性電流Ｉenは２０〜２００Ａ程度に設定され、ピーク期間Ｔｐは１．０〜１．５ms程度に設定され、ピーク電流Ｉｐは５００〜６００Ａ程度に設定され、ベース電流Ｉｂは２０〜６０Ａ程度に設定される。アーク長制御の方式がパルス幅変調制御であるときは、上記の電極マイナス極性期間Ｔen、上記の電極マイナス極性電流Ｉen、上記のピーク電流Ｉｐ、上記のベース電流Ｉｂ及び上記のパルス周期Ｔｆが所定値に設定される。その上で、上記の溶接電圧平均値が上記の溶接電圧設定値と等しくなるように上記のピーク期間Ｔｐ（パルス幅）がフィードバック制御される。
【００３３】
交流パルスアーク溶接では、溶接電流Ｉｗが交流であるために通電方向が周期的に反転することになり、それに伴い形成される磁界の方向も反転することになる。このために、磁界からアークに作用する力は、直流パルスアーク溶接のときに比べて弱くなる。この結果、交流パルスアーク溶接では磁気吹きによるアーク切れは発生しにくくなる。交流パルスアーク溶接において、さらに磁気吹きによるアーク切れの発生を抑制するためには、アーク長を短くすれば良い。すなわち、上記の溶接電圧設定値を小さくして、短絡が発生するような短いアーク長に設定すれば良い。アーク長が短くなれば、スパッタの発生量は少し増加するが、磁界からの力を受けても偏向しにくくなり、アーク切れは発生しにくくなる。
【００３４】
磁気吹き発生溶接個所ではない溶接個所は、図７で上述した直流パルスアーク溶接によって溶接が行われる。このときの電流・電圧波形は、磁気吹きは発生しない安定した溶接状態にあるので、図７の時刻ｔ１〜ｔ３の期間の波形となる。但し、稀なケースとして、磁気吹きが発生した場合には、時刻ｔ３〜ｔ５の波形となる。
【００３５】
図３は、上述した本発明の実施の形態に係るアーク溶接制御方法を実施するための溶接装置のブロック図である。溶接装置は、主に破線で囲まれた溶接電源ＰＳ、ロボット制御装置ＲＣ、ロボット（図示は省略）等から構成されている。以下、同図を参照して各ブロックについて説明する。
【００３６】
溶接電源ＰＳは、以下の各ブロックから構成されている。但し、溶接ワイヤ１を送給制御するための回路及び極性切換時に高電圧を印加する回路については、図示は省略している。インバータ回路ＩＮＶは、３相２００Ｖ等の商用電源（図示は省略）を整流及び平滑した直流電圧を、後述する駆動信号Ｄｖに従ってインバータ制御等の出力制御を行い、高周波交流を出力する。インバータトランスＩＮＴは、この高周波交流電圧をアーク溶接に適した電圧値に降圧する。２次整流器Ｄ２ａ〜Ｄ２ｄは、この降圧された高周波交流を直流に整流する。電極プラス極性トランジスタＰＴＲは、後述する電極プラス極性駆動信号Ｐdvによってオン状態になり、そのときは溶接電源の出力は電極プラス極性になる。電極マイナス極性トランジスタＮＴＲは、後述する電極マイナス極性駆動信号Ｎdvによってオン状態になり、そのときは溶接電源の出力は電極マイナス極性になる。リアクトルＷＬは、リップルのある出力を平滑する。溶接ワイヤ１は、ワイヤ送給機（図示は省略）の送給ロール５の回転によって溶接トーチ４内を通って送給されて、母材２との間にアーク３が発生する。ワイヤ送給機及び溶接トーチ４は、ロボットに搭載されている。溶接電流Ｉｗがアーク３中を通電し、溶接ワイヤ１と母材２との間には溶接電圧Ｖｗが印加する。
【００３７】
電圧検出回路ＶＤは、直流又は交流の溶接電圧Ｖｗを検出し、その絶対値に変換して電圧検出信号Ｖｄを出力する。電圧平均化回路ＶＡＶは、この電圧検出信号Ｖｄを平均化（ローパスフィルタを通す）して、電圧平均信号Ｖavを出力する。電圧設定回路ＶＲは、所望値の溶接電圧設定信号Ｖｒを出力する。電圧誤差増幅回路ＥＶは、上記の溶接電圧設定信号Ｖｒと上記の電圧平均信号Ｖavとの誤差を増幅して、電圧誤差増幅信号Ｅｖを出力する。Ｖ／ＦコンバータＶＦは、この電圧誤差増幅信号Ｅｖに応じた周波数で短時間Ｈｉｇｈレベルになるトリガ信号であるパルス周期信号Ｔｆを出力する。このパルス周期信号Ｔｆは、図４及び図２で上述したパルス周期を決定する信号である。電極マイナス極性期間設定回路ＴＥＮＲは、予め定めた電極マイナス極性期間設定信号Ｔenrを出力する。ピーク期間設定回路ＴＰＲは、予め定めたピーク期間設定信号Ｔprを出力する。期間タイマ回路ＴＣは、上記の電極マイナス極性期間設定信号Ｔenr、上記のピーク期間設定信号Ｔpr、上記のパルス周期信号Ｔｆ及び後述するロボット制御装置ＲＣからの磁気吹き発生溶接個所信号Ｐｄを入力として、以下のような処理を行い、期間タイマ信号Ｔｃを出力する。
１）磁気吹き発生溶接個所信号ＰｄがＨｉｇｈレベルのときは、パルス周期信号Ｔｆが短時間Ｈｉｇｈレベルに変化した時点から電極マイナス極性期間設定信号Ｔenrによって定まる期間中はその値が１となり、その後ピーク期間設定信号Ｔprによって定まる期間中はその値が２となり、その後パルス周期信号Ｔｆが再びＨｉｇｈレベルになるまではその値が３となる期間タイマ信号Ｔｃを出力する。
２）磁気吹き発生溶接個所信号ＰｄがＬｏｗレベルのときは、パルス周期信号Ｔｆが短時間Ｈｉｇｈレベルに変化した時点からピーク期間設定信号Ｔprによって定まる期間中はその値が２となり、その後パルス周期信号Ｔｆが再びＨｉｇｈレベルになるまではその値が３となる期間タイマ信号Ｔｃを出力する。
すなわち、磁気吹き発生溶接個所信号ＰｄがＨｉｇｈレベルのときはその溶接個所が磁気吹き発生溶接個所であることを示しているので、磁気吹きによるアーク切れが発生しにくい交流パルスアーク溶接が選択される。この交流パルスアーク溶接を選択するために、期間タイマ信号Ｔｃは、その値が１→２→３→１と繰り返されることになり、これに対応して電極マイナス極性期間→ピーク期間→ベース期間→電極マイナス極性期間と繰り返されることになる。他方、磁気吹き発生溶接個所信号ＰｄがＬｏｗレベルのときはその溶接個所が非磁気吹き発生溶接個所であることを示しているので、直流パルスアーク溶接が選択される。この直流パルスアーク溶接を選択するために、期間タイマ信号Ｔｃは、その値が２→３→２と繰り返されることになり、これに対応してピーク期間→ベース期間→ピーク期間と繰り返されることになる。
【００３８】
電極マイナス極性駆動回路ＮＤＶは、上記の期間タイマ信号Ｔｃを入力として、Ｔｃ＝１（電極マイナス極性期間）のときは上記の電極マイナス極性トランジスタＮＴＲを駆動するための電極マイナス極性駆動信号Ｎdvを出力する。電極プラス極性駆動回路ＰＤＶは、上記の期間タイマ信号Ｔｃを入力として、Ｔｃ＝２（ピーク期間）又は３（ベース期間）のときは上記の電極プラス極性トランジスタＰＴＲを駆動するための電極プラス極性駆動信号Ｐdvを出力する。
【００３９】
磁気吹き発生判別回路ＡＤは、上記の電圧検出信号Ｖｄ及び上記の期間タイマ信号Ｔｃを入力として、期間タイマ信号Ｔｃ＝３（ベース期間）のときの電圧検出信号Ｖｄの値が予め定めた基準電圧値以上であるときのみＨｉｇｈレベルになる磁気吹き発生判別信号Ａｄを出力する。すなわち、この磁気吹き発生判別信号Ａｄは、ベース電圧が磁気吹きによるアークの偏向によって上昇したことを判別してＨｉｇｈレベルになる信号である。磁気吹きの発生を、上述したように、ベース電圧の上昇率が基準上昇率以上になってから、下降率が基準下降率以上になった期間として判別しても良い。
【００４０】
電極マイナス極性電流設定回路ＩＥＮＲは、予め定めた電極マイナス極性電流設定信号Ｉenrを出力する。ピーク電流設定回路ＩＰＲは、予め定めたピーク電流設定信号Ｉprを出力する。ベース電流設定回路ＩＢＲは、上記の磁気吹き発生判別信号Ａｄを入力として、磁気吹き発生判別信号ＡｄがＨｉｇｈレベルのときは予め定めた増加値のベース電流設定信号Ｉbrを出力し、Ｌｏｗレベルのときは予め定めた通常値のベース電流設定信号Ｉbrを出力する。切換回路ＳＷは、上記の電極マイナス極性電流設定信号Ｉenr、上記のピーク電流設定信号Ｉpr、上記のベース電流設定信号Ｉbr及び上記の期間タイマ信号Ｔｃを入力として、期間タイマ信号Ｔｃ＝１のときは電極マイナス極性電流設定信号Ｉenrを電流切換設定信号Ｉswとして出力し、期間タイマ信号Ｔｃ＝２のときはピーク電流設定信号Ｉprを電流切換設定信号Ｉswとして出力し、期間タイマ信号Ｔｃ＝３のときはベース電流設定信号Ｉbrを電流切換設定信号Ｉswとして出力する。
【００４１】
電流検出回路ＩＤは、直流又は交流の溶接電流Ｉｗを検出し、その絶対値に変換して電流検出信号Ｉｄを出力する。電流誤差増幅回路ＥＩは、上記の電流切換設定信号Ｉswとこの電流検出信号Ｉｄとの誤差を増幅して、電流誤差増幅信号Ｅｉを出力する。駆動回路ＤＶは、この電流誤差増幅信号Ｅｉ及び後述するロボット制御装置ＲＣからの起動信号Ｏｎを入力として、起動信号ＯｎがＨｉｇｈレベルのときは電流誤差増幅信号Ｅｉに基づいてＰＷＭ変調制御を行い上記のインバータ回路ＩＮＶを駆動するための駆動信号Ｄｖを出力し、起動信号ＯｎがＬｏｗレベルのときは駆動信号Ｄｖを出力しない。
【００４２】
ロボット制御装置ＲＣは、上記の磁気吹き発生判別信号Ａｄを入力として、テスト溶接モード又は実施工溶接モードが設定されて、各モードのときに以下のような動作を行い、起動信号Ｏｎ及び磁気吹き発生溶接個所信号Ｐｄを出力する。溶接モードは、ティーチペンダント（図示は省略）によって選択されて、ロボット制御装置ＲＣに対して設定される。
１）テスト溶接モードでは、磁気吹き溶接個所信号ＰｄをＬｏｗレベルにして出力すると共に、図１で上述したように、第１溶接開始位置Ｐs1に溶接トーチを移動させた時点で起動信号ＯｎをＨｉｇｈレベルにして出力する。その後は、作業プログラムに従って溶接線に沿って直流パルスアーク溶接を行う。この溶接中に、磁気吹き発生判別信号ＡｄがＨｉｇｈレベルとなった場合は、磁気吹き発生溶接個所として記憶する。この磁気吹き発生溶接個所の判別方法については、図１で上述したとおりである。溶接トーチを第１溶接終了位置Ｐe1まで移動させた時点で、起動信号ＯｎをＬｏｗレベルにして第１溶接個所の溶接を終了する。上記の動作を、第２及び第３溶接個所についても同様に行って溶接する。ここでは、図１で上述したように、第２溶接個所が磁気吹き発生溶接個所として判別された場合とする。
２）実施工溶接モードでは、図１で上述したように、第１溶接開始位置Ｐs1に溶接トーチを移動させた時点で、磁気吹き発生溶接個所信号ＰｄをＬｏｗレベルにして出力すると共に、起動信号ＯｎをＨｉｇｈレベルにして出力する。その後は、作業プログラムに従って溶接線に沿って直流パルスアーク溶接を行う。溶接トーチを第１溶接終了位置Ｐe1まで移動させた時点で、起動信号ＯｎをＬｏｗレベルにして第１溶接個所の溶接を終了する。次に、第２溶接開始位置Ｐs2に溶接トーチを移動させた時点で、磁気吹き発生溶接個所信号ＰｄをＨｉｇｈレベルにして出力すると共に、起動信号ＯｎをＨｉｇｈレベルにして出力する。その後は、作業プログラムに従って溶接線に沿って交流パルスアーク溶接を行う。溶接トーチを第２溶接終了位置Ｐe2まで移動させた時点で、起動信号ＯｎをＬｏｗレベルにして第２溶接個所の溶接を終了する。次に、第３溶接開始位置Ｐs3に溶接トーチを移動させた時点で、磁気吹き発生溶接個所信号ＰｄをＬｏｗレベルにして出力すると共に、起動信号ＯｎをＨｉｇｈレベルにして出力する。その後は、作業プログラムに従って溶接線に沿って直流パルスアーク溶接を行う。溶接トーチを第３溶接終了位置Ｐe3まで移動させた時点で、起動信号ＯｎをＬｏｗレベルにして第３溶接個所の溶接を終了する。
【００４３】
テスト溶接及び実施工溶接のどちらの場合でも、直流パルスアーク溶接のときは、磁気吹き発生判別信号ＡｄがＨｉｇｈレベルになると、ベース電流を増加させて磁気吹きによるアークの偏向を修正するようにしている。しかし、テスト溶接の場合には、このベース電流の増加を行わないようにしても良い。
【００４４】
上述した実施の形態によれば、ベース期間中の溶接電圧の上昇によって、複数の溶接個所の中から磁気吹きが発生した溶接個所を判別して記憶する直流パルスアーク溶接によるテスト溶接を行い、実施工時に、記憶された磁気吹き発生溶接個所以外の溶接個所を溶接するときは直流パルスアーク溶接によって溶接し、記憶された磁気吹き発生溶接個所を溶接するときは溶接法を直流パルスアーク溶接から交流パルスアーク溶接に切り換えて溶接を行う。このために、ベース電流を増加させることなく、磁気吹きによるアーク切れを抑制することができるので、ビード外観を良好に保つことができる。
【００４５】
また、テスト溶接で判別された磁気吹き発生溶接個所を交流パルスアーク溶接によって溶接する場合において、溶接電圧設定信号を小さくしてアーク長を短くなるように設定し、短絡が発生する状態で溶接するようにしても良い。このようにすれば、上述したように、磁界からの力が作用してもアークがさらに偏向しにくくなるために、磁気吹きによるアーク切れをより一層抑制することができる。
【符号の説明】
【００４６】
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
ＡＤ 磁気吹き発生判別回路
Ａｄ 磁気吹き発生判別信号
Ｄ２ａ〜Ｄ２ｄ ２次整流器
ＤＶ 駆動回路
Ｄｖ 駆動信号
ＥＩ 電流誤差増幅回路
Ｅｉ 電流誤差増幅信号
ＥＮ 電極マイナス極性
ＥＰ 電極プラス極性
ＥＶ 電圧誤差増幅回路
Ｅｖ 電圧誤差増幅信号
Ｉav 溶接電流平均値
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
Ｉen 電極マイナス極性電流
ＩＥＮＲ 電極マイナス極性電流設定回路
Ｉenr 電極マイナス極性電流設定信号
ＩＮＴ インバータトランス
ＩＮＶ インバータ回路
Ｉｐ ピーク電流
ＩＰＲ ピーク電流設定回路
Ｉpr ピーク電流設定信号
Ｉsw 電流切換設定信号
Ｉｗ 溶接電流
ＮＤＶ 電極マイナス極性駆動回路
Ｎdv 電極マイナス極性駆動信号
ＮＴＲ 電極マイナス極性トランジスタ
Ｏｎ 起動信号
ＰＤＶ 電極プラス極性駆動回路
Ｐdv 電極プラス極性駆動信号
Ｐｄ 磁気吹き発生溶接個所信号
Ｐe1〜Ｐe3 溶接終了位置
ＰＳ 溶接電源
Ｐs1〜Ｐs3 溶接開始位置
ＰＴＲ 電極プラス極性トランジスタ
ＲＣ ロボット制御装置
ＳＷ 切換回路
Ｔｂ ベース期間
ＴＣ 期間タイマ回路
Ｔｃ 期間タイマ信号
Ｔen 電極マイナス極性期間
ＴＥＮＲ 電極マイナス極性期間設定回路
Ｔenr 電極マイナス極性期間設定信号
Ｔep 電極プラス極性期間
Ｔｆ パルス周期（信号）
Ｔｐ ピーク期間
ＴＰＲ ピーク期間設定回路
Ｔpr ピーク期間設定信号
ＶＡＶ 電圧平均化回路
Ｖav 溶接電圧平均値／電圧平均信号
Ｖｂ ベース電圧
ＶＤ 電圧検出回路
Ｖｄ 電圧検出信号
Ｖen 電極マイナス極性電圧
ＶＦ Ｖ／Ｆコンバータ
Ｖｐ ピーク電圧
ＶＲ 電圧設定回路
Ｖｒ 溶接電圧設定信号
Ｖｔ 基準電圧値
Ｖｗ 溶接電圧
ＷＬ リアクトル
【特許請求の範囲】
【請求項１】
溶接ワイヤを送給すると共に、ピーク期間中のピーク電流及びベース期間中のベース電流から形成される溶接電流を通電する直流パルスアーク溶接によって溶接するアーク溶接制御方法において、
前記ベース期間中の溶接電圧の上昇によって、複数の溶接個所の中から磁気吹きが発生した溶接個所を判別して記憶する前記直流パルスアーク溶接によるテスト溶接を行い、
実施工時に、前記記憶された磁気吹き発生溶接個所以外の溶接個所を溶接するときは前記直流パルスアーク溶接によって溶接し、前記記憶された磁気吹き発生溶接個所を溶接するときは溶接法を前記直流パルスアーク溶接から交流パルスアーク溶接に自動的に切り換えて溶接する、
ことを特徴とするアーク溶接制御方法。
【請求項２】
前記交流アーク溶接が短絡を伴う交流パルスアーク溶接である、
ことを特徴とする請求項１記載のアーク溶接制御方法。
【請求項１】
溶接ワイヤを送給すると共に、ピーク期間中のピーク電流及びベース期間中のベース電流から形成される溶接電流を通電する直流パルスアーク溶接によって溶接するアーク溶接制御方法において、
前記ベース期間中の溶接電圧の上昇によって、複数の溶接個所の中から磁気吹きが発生した溶接個所を判別して記憶する前記直流パルスアーク溶接によるテスト溶接を行い、
実施工時に、前記記憶された磁気吹き発生溶接個所以外の溶接個所を溶接するときは前記直流パルスアーク溶接によって溶接し、前記記憶された磁気吹き発生溶接個所を溶接するときは溶接法を前記直流パルスアーク溶接から交流パルスアーク溶接に自動的に切り換えて溶接する、
ことを特徴とするアーク溶接制御方法。
【請求項２】
前記交流アーク溶接が短絡を伴う交流パルスアーク溶接である、
ことを特徴とする請求項１記載のアーク溶接制御方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【公開番号】特開２０１２−２００７３５（Ｐ２０１２−２００７３５Ａ）
【公開日】平成２４年１０月２２日（２０１２．１０．２２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−６５１４１（Ｐ２０１１−６５１４１）
【出願日】平成２３年３月２４日（２０１１．３．２４）
【出願人】（００００００２６２）株式会社ダイヘン (990)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年１０月２２日（２０１２．１０．２２）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年３月２４日（２０１１．３．２４）
【出願人】（００００００２６２）株式会社ダイヘン (990)
【Ｆターム（参考）】
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