パルスアーク溶接の終了制御方法
【課題】消耗電極式パルスアーク溶接において、溶接が終了したときに溶接ワイヤの先端に形成される溶融球の底部にスラグが付着しないように制御して、次のアークスタート性を良好にすること。
【解決手段】溶接ワイヤに臨界値以上のピーク電流Ｉｐと臨海地未満のベース電流Ｉｂとを繰り返し通電して溶接するパルスアーク溶接方法にあって、溶接を終了する際に最終ピーク電流ＬＩｐの通電を判別すると臨界値未満の範囲で予め定めた最終ベース電流ＬＩｂを予め定めた最終ベース期間ＬＴｂだけ通電して溶接を終了するパルスアーク溶接の終了制御方法において、前記最終ベース電流ＬＩｂは、前記最終ベース期間ＬＴｂ中の時間経過に伴ってその値が増加する電流である。電流値を増加させることによって、溶融球に持ち上げ力を作用させて、スラグを底部から側部へと移動させる。
【解決手段】溶接ワイヤに臨界値以上のピーク電流Ｉｐと臨海地未満のベース電流Ｉｂとを繰り返し通電して溶接するパルスアーク溶接方法にあって、溶接を終了する際に最終ピーク電流ＬＩｐの通電を判別すると臨界値未満の範囲で予め定めた最終ベース電流ＬＩｂを予め定めた最終ベース期間ＬＴｂだけ通電して溶接を終了するパルスアーク溶接の終了制御方法において、前記最終ベース電流ＬＩｂは、前記最終ベース期間ＬＴｂ中の時間経過に伴ってその値が増加する電流である。電流値を増加させることによって、溶融球に持ち上げ力を作用させて、スラグを底部から側部へと移動させる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、溶接終了後のワイヤ先端に形成される溶融球の形状を適正化することができるパルスアーク溶接の終了制御方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
消耗電極式アーク溶接においては、溶接を終了した後の溶接ワイヤ先端に形成された溶融球の大きさが、次のアークスタートの良否を決める主要因の１つである。消耗電極式パルスアーク溶接も消耗電極式アーク溶接の１つであるので、溶融球の大きさが次のアークスタート性に大きな影響を与えることは同様である。溶融球の大きさをどの程度にすれば、次のアークスタート性が良好になるかは、溶接ワイヤの材質によって異なっている。溶接ワイヤの材質がアルミミウム又はステンレスである場合には、溶融球は小さい方が次のアークスタート性が良好になるので、溶接ワイヤの直径と略同一になるように制御される。他方、溶接ワイヤの材質が鉄鋼である場合には、溶融球がワイヤ直径の１．２５倍程度になるように制御される。鉄鋼材の場合、溶融球をあまり小さくするとその底部にスラグが付着した状態になることが多い。スラグは絶縁物であるので、底部にスラグが付着していると、次のアークスタート時にワイヤ先端が母材と接触してもスラグのためにアークが点弧されない状態になる。溶融球が適度な大きさになるように制御されると、スラグは溶融球の底部からずれた側部に付着する確率が高くなる。このようになると、良好なアークスタート性を確保することができるようになる。また、溶融球があまり大きくなると、次のアークスタート性は悪くなる。以下に、鉄鋼材のパルスアーク溶接（パルスマグ溶接と呼ばれる）において、溶融球を適正な大きさに形成するための従来技術の終了制御方法について説明する（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
図５は、従来技術におけるパルスアーク溶接の終了制御方法を示すタイミングチャートである。同図（Ａ）は溶接開始信号Ｓｔを示し、同図（Ｂ）は起動信号Ｏｎを示し、同図（Ｃ）は溶接ワイヤの送給速度Ｆｗを示し、同図（Ｄ）は送給停止判別信号Ｓｄを示し、同図（Ｅ）は最終ピーク電流判別信号Ｐｄを示し、同図（Ｆ）は溶接電流Ｉｗを示し、同図（Ｇ）は溶接電圧Ｖｗを示す。上記の溶接開始信号Ｓｔは、溶接電源の外部から入力される信号であり、Ｈｉｇｈレベルになると溶接開始を指令する信号となり、Ｌｏｗレベルになると溶接終了を指令する信号となる。半自動溶接にあっては、溶接開始信号Ｓｔはトーチスイッチのオン／オフに対応する信号であり、ロボット溶接にあっては、ロボット制御装置から送信される信号である。以下、同図を参照して説明する。
【０００４】
時刻ｔ１以前の定常溶接期間中は、同図（Ａ）に示すように、溶接開始信号ＳｔはＨｉｇｈレベルになっているので、同図（Ｂ）に示すように、起動信号ＯｎはＨｉｇｈレベル（起動）になり、溶接電源から溶接電圧Ｖｗ及び溶接電流Ｉｗが出力されてアークが発生している。この期間中は、同図（Ｃ）に示すように、送給速度Ｆｗは予め定めた定常送給速度になっている。同図（Ｃ）に示すように、破線の送給停止判別基準値Ｆｔは、送給停止を判別するための基準値であり、０よりも少し大きな値（例えば０．５m/min）に設定される。同図（Ｄ）に示す送給停止判別信号Ｓｄは、送給速度Ｆｗと送給停止判別基準値Ｆｔとを比較して、Ｆｗ＜ＦｔのときにＨｉｇｈレベルになる信号である。すなわち、送給速度Ｆｗが略０となった時点で、送給停止判別信号ＳｄがＨｉｇｈレベルに変化する。時刻ｔ１以前の期間では、Ｆｗ＞Ｆｔであるので、同図（Ｄ）に示すように、送給停止判別信号ＳｄはＬｏｗレベルの状態にある。また、同図（Ｅ）に示すように、最終ピーク電流判別信号Ｐｄは、時刻ｔ１以前の期間中はＬｏｗレベルの状態にある。同図（Ｆ）に示すように、溶接電流Ｉｗは、ピーク期間Ｔｐ中のピーク電流Ｉｐとベース期間Ｔｂ中のベース電流Ｉｂとの通電を１パルス周期Ｔｆとして繰り返している。同図（Ｇ）に示すように、溶接電圧Ｖｗは、ピーク期間Ｔｐ中はピーク電圧となり、ベース期間Ｔｂ中はベース電圧となる。上記のピーク電流Ｉｐは臨界値以上の４５０Ａ程度に設定され、上記のベース電流Ｉｂは臨界値未満の２０〜１００Ａの範囲に設定される。ピーク電圧及びベース電圧は、アーク長に比例した値となる。上記のピーク期間Ｔｐ、ピーク電流Ｉｐ及びベース電流Ｉｂは、実験によって溶接ワイヤの材質、直径、定常送給速度等に応じて、いわゆる１パルス周期１溶滴移行となる適正値を算出し、この適正値に設定される。溶接電圧Ｖｗの平均値が予め定めた定常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て、アーク長制御が行われる。このアーク長制御の方式を周波数変調制御と呼ぶ。また、パルス周期Ｔｆを固定してピーク期間Ｔｐを変化させるパルス幅変調制御も使用される。
【０００５】
時刻ｔ１において、同図（Ａ）に示すように、溶接開始信号ＳｔがＬｏｗレベルに変化する。しかし、同図（Ｂ）に示すように、起動信号Ｏｎは、後述する最終ベース電流ＬＩｂの通電が終了する時刻ｔ４までＨｉｇｈレベルを継続する。時刻ｔ１〜ｔ４の期間がアンチスティック期間Ｔａとなる。溶接開始信号Ｓｔの変化に応動して送給モータへの電力の供給が遮断されるが、慣性によって回転速度はスロープ状に遅くなるので、完全に停止するまでには時間がかかる。したがって、同図（Ｃ）に示すように、送給速度Ｆｗは時刻ｔ１からスロープ状に遅くなり、時刻ｔ２において上記の送給停止判別基準値Ｆｔ未満となり、その直後に０となる。送給速度Ｆｗが慣性によって０となるまでの期間は、送給モータの種類、定常送給速度等によって変化するが、１００ms程度である。同図（Ｄ）に示すように、送給停止判別信号Ｓｄは、時刻ｔ２においてＦｗ＜ＦｔとなるのでＨｉｇｈレベルとなる。また、同図（Ｆ）に示すように、溶接電流Ｉｗは、時刻ｔ１以降もピーク電流Ｉｐ及びベース電流Ｉｂの通電を繰り返す。そして、同図（Ｄ）に示す送給停止判別信号ＳｄがＨｉｇｈレベルに変化した時点（時刻ｔ２）以降の最初のピーク電流の通電が終了する時刻ｔ３において、同図（Ｅ）に示すように、最終ピーク電流判別信号ＰｄがＨｉｇｈレベルに変化する。さらに、時刻ｔ３〜ｔ４の最終ベース期間ＬＴｂ中は最終ベース電流ＬＩｂを通電する。時刻ｔ４において最終ベース電流ＬＩｂの通電が終了すると、同図（Ｂ）に示す起動信号ＯｎがＬｏｗレベルになり、溶接電源の出力は停止されて溶接が終了する。同図（Ｇ）に示すように、溶接電圧Ｖｗは、上述したピーク電流Ｉｐ及びベース電流Ｉｂの通電に応じたピーク電圧及びベース電圧が繰り返される。アンチスティック期間Ｔａ中は、溶接電圧Ｖｗの平均値が予め定めたアンチスティック用溶接電圧設定値と等しくなるようにパルス周期Ｔｆが制御される。
【０００６】
以下、従来技術における溶融球の形成について説明する。時刻ｔ３において、同図（Ｆ）に示すように、最終ピーク電流ＬＩｐの通電が終了した時点で、最終ピーク電流ＬＩｐの通電によって形成された溶滴が溶融池に移行する。したがって、この時点においては、ワイヤ先端の溶融球は形成されていない状態である。最終ベース電流ＬＩｂの通電に伴って、ワイヤ先端が溶融されて溶融球が次第に大きくなる。そして、時刻ｔ４において、最終ベース電流ＬＩｂの通電が終了すると、それまでに形成された溶融球が冷却されて凝固する。この溶融球の形状の一例を図６に示す。溶接ワイヤ１の先端に形成された溶融球１ａは略球形となっており、ワイヤ直径の１．２５倍程度の大きさである。溶融球の大きさは、最終ベース電流ＬＩｂ及び最終ベース期間ＬＴｂの値によって定まることになる。最終ベース電流ＬＩｂの値が大きくなるとアーク力も大きくなり溶融池からスパッタが発生しやすくなる。逆に、最終ベース電流ＬＩｂの値が小さくなるとアーク切れが発生しやすくなる。したがって、最終ベース電流Ｌｉｂの値は、時刻ｔ１以前の定常溶接期間と同程度の２０〜１００Ａの範囲で設定される。直系１．２mmの鉄鋼ワイヤの場合、ＬＩｂ＝５０Ａ及び最終ベース期間ＬＴｂ＝５０ms程度に設定すると、溶融球は適正サイズである直径の１．２５倍程度に形成される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開平９−２６７１７１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
上述したように、鉄鋼ワイヤの場合、溶融球の大きさをワイヤ直径の１．２５倍程度に形成することによって、溶融球底部へのスラグの付着を抑制することができ、良好なアークスタート性を得ることができる。しかしながら、このように溶融球の形成を制御しても、ときたま溶融球の底部にスラグが付着することがあり、このような場合にはアークスタート性は悪くなる。短い間隔で断続溶接を繰り返すタック溶接の場合には、１日に数万回のアークスタートを繰り返すことになる。このような溶接では、ときたま生じる溶融球底部のスラグによるアークスタート失敗によって生産効率が低下することになる。
【０００９】
そこで、本発明では、溶接終了後の溶融球の大きさを適正化すると共に、溶融球底部へのスラグの付着を防止することができるパルスアーク溶接の終了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】
【００１０】
上述した課題を解決するために、請求項１の発明は、溶接ワイヤに臨界値以上のピーク電流と臨界地未満のベース電流とを繰り返し通電して溶接するパルスアーク溶接方法にあって、溶接を終了する際に最終ピーク電流の通電を判別すると臨界値未満の範囲で予め定めた最終ベース電流を予め定めた最終ベース期間だけ通電して溶接を終了するパルスアーク溶接の終了制御方法において、
前記最終ベース電流は、前記最終ベース期間中の時間経過に伴ってその値が増加する電流である、
ことを特徴とするパルスアーク溶接の終了制御方法である。
【００１１】
請求項２の発明は、前記最終ベース電流は、増加率が次第に大きくなるように曲線状に増加する電流である、
ことを特徴とする請求項１記載のパルスアーク溶接の終了制御方法である。
【００１２】
請求項３の発明は、前記最終ベース電流は、ステップ状に増加する電流である、
ことを特徴とする請求項１記載のパルスアーク溶接の終了制御方法である。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、最終ベース電流を時間経過に伴って増加するように通電することによって、溶融球の大きさを適正化すると共に、スラグの付着位置を溶融球底部から側部にすることができる。このために、次のアークスタートにおいて、スラグが原因になって失敗することがなくなり、良好なアークスタート性を得ることができる。この結果として、アークスタート失敗に伴うやり直しを行う必要がなくなるので、生産効率が向上する。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の実施の形態に係るパルスアーク溶接の終了制御方法を示すタイミングチャートである。
【図２】本発明の実施の形態に係る最終ベース電流ＬＩｂの種々の通電波形を示す図である。
【図３】本発明の実施の形態に係るパルスアーク溶接の終了制御方法によって形成される溶融球の形状を示す図である。
【図４】本発明の実施の形態に係るパルスアーク溶接の終了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。
【図５】従来技術におけるパルスアーク溶接の終了制御方法を示すタイミングチャートである。
【図６】従来技術におけるパルスアーク溶接の終了制御方法によって形成された溶融球の形状を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
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。
【００１６】
図１は、本発明の実施の形態に係るパルスアーク溶接の終了制御方法を示すタイミングチャートである。同図（Ａ）は溶接開始信号Ｓｔを示し、同図（Ｂ）は起動信号Ｏｎを示し、同図（Ｃ）は溶接ワイヤの送給速度Ｆｗを示し、同図（Ｄ）は送給停止判別信号Ｓｄを示し、同図（Ｅ）は最終ピーク電流判別信号Ｐｄを示し、同図（Ｆ）は溶接電流Ｉｗを示し、同図（Ｇ）は溶接電圧Ｖｗを示す。同図は上述した図５と対応しており、時刻ｔ３〜ｔ４の最終ベース電流ＬＩｂの波形のみが異なっている。以下、同図を参照して、同一動作の説明は省略して異なる動作について説明する。
【００１７】
時刻ｔ１において、同図（Ａ）に示すように、溶接開始信号ＳｔがＬｏｗレベル（溶接終了指令）になると、同図（Ｃ）に示すように、送給モータへの電力供給が遮断されるので送給速度Ｆｗは慣性によって次第に遅くなる。そして、時刻ｔ２において、送給速度Ｆｗが送給停止判別基準値Ｆｔ未満になると、同図（Ｄ）に示すように、送給停止判別信号ＳｄがＨｉｇｈレベルになる。同図（Ｆ）に示すように、時刻ｔ１以降の期間（アンチスティック期間Ｔａ）中の溶接電流Ｉｗは、ピーク電流Ｉｐ及びベース電流Ｉｂの通電を上述した周波数変調制御によって定まるパルス周期Ｔｆごとに繰り返す。そして、同図（Ｄ）に示す送給停止判別信号ＳｄがＨｉｇｈレベルに変化した時点（時刻ｔ２）移行の最初のピーク電流を最終ピーク電流ＬＩｐとして判別する。そして、時刻ｔ３において、この最終ピーク電流ＬＩｐの通電終了を判別すると、同図（Ｅ）に示すように、最終ピーク電流判別信号ＰｄがＨｉｇｈレベルに変化する。この最終ピーク電流判別信号ＰｄがＨｉｇｈレベルに変化すると、予め定めた最終ベース期間ＬＴｂの間予め定めた最終ベース電流ＬＩｂを通電する。時刻ｔ４において、最終ベース電流ＬＩｂの通電が終了すると、同図（Ｂ）に示すように、起動信号ＯｎがＬｏｗレベル（停止）に変化し、溶接電源の出力は停止されて溶接が終了する。
【００１８】
同図（Ｆ）に示すように、最終ベース電流ＬＩｂは、最終ベース期間ＬＴｂ中の時間経過に伴ってその値が増加する波形となる。同図では、直線状に増加する場合を例示している。これに対して、上述した従来技術の図５においては、最終ベース電流ＬＩｂは予め定めた一定値である。図２は、本発明の実施の形態における最終ベース電流ＬＩｂの種々の通電波形を示す図である。同図の横軸は、図１の時刻ｔ４を０msとした場合の時間経過ｔ（ms）を示す。すなわち、最終ベース期間ＬＴｂの時間経過を示す。縦軸は、最終ベース電流値ＬＩｂ（Ａ）を示す。したがって、同図は、最終ベース電流ＬＩｂの通電波形を示すことになる。同図には、３つのパターンの波形Ｌ１〜Ｌ３が同時に描かれている。まず、実践で示す波形Ｌ１は、時間経過に伴い直線状に増加する場合であり、０msのときが３０Ａとなり５０msのときが１００Ａとなっている。２つ目の波形Ｌ２は破線で描かれており、曲線状に増加する場合である。この曲線は、変化率（電流微分値ｄＬＩｂ／ｄｔ）が次第に大きくなる曲線である。すなわち、最終ベース期間ＬＴｂの後半期間（例えば同図では３０ms以降の期間）において電流値が急上昇する波形である。そして、３つ目の波形Ｌ３は、一点鎖線で描かれており、ステップ状の波形である。０〜４０msの期間中は電流値は３０Ａとなり、４０〜５０msの期間中は電流値は１００Ａとなっている。最終ベース電流ＬＩｂとして重要なことは、時間経過に伴い電流値が増加することである。最終ベース電流ＬＩｂは臨界値未満に設定され、２０〜１５０Ａ程度の範囲で設定される。
【００１９】
最終ベース電流ＬＩｂの通電を上記のようにする理由は、以下のとおりである。図１の時刻ｔ３において最終ピーク電流ＬＩｐの通電が終了した時点で溶滴が移行するので、ワイヤ先端には溶融球は形成されていない。最終ベース電流ＬＩｂの通電によって次第に溶融球は大きくなる。そして、最終ベース電流ＬＩｂは時間経過に伴いその値が大きくなるために、アーク力が比例して強くなる。このアーク力の反作用力によって、溶融球の底部から側部への持ち上げ力が強まることになる。この結果、スラグはこの持ち上げ力によって溶融球の底部ではなく側部に形成されるようになる。最終ベース電流ＬＩｂを期間の後半において増加させることによって、溶融球の形成の終盤にスラグを底部から側部へと異動させることができる。したがって、スラグが原因となってアークスタート性が悪くなることを改善することができる。従来技術のように一定値の最終ベース電流ＬＩｂを通電する場合には、スパッタの発生を抑制し、かつ、適度な大きさの溶融球を形成するためには、電流値を大きくすることができない。したがって、従来技術の場合には、持ち上げ力はあまり作用しないので、スラグが溶融球底部に形成されるケースも生じる。上記のことから、最終ベース電流ＬＩｂの波形及び最終ベース期間ＬＴｂは、以下のようにして設定される。溶融球の大きさが次のアークスタート性が良好になる適度な大きさになり、かつ、持ち上げ力によってスラグが側部に形成されるように、両値は実験によって設定される。両値は、溶接ワイヤの材質、直径等の溶接条件に応じて適正値になるように変化させることが望ましい。図３は、本実施の形態によって形成される溶融球の形状の一例を示す図である。溶接ワイヤ１の先端に形成される溶融球１ａは従来技術のように略球形ではなく先端が鋭角になり側部に変形した形状であり、スラグ１ｂは側部に付着している。
【００２０】
図４は、上述した本発明の実施の形態に係るパルスアーク溶接の終了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。
【００２１】
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、後述する駆動信号Ｄｖに従ってインバータ制御による出力制御を行い、溶接電流Ｉｗ及び溶接電圧Ｖｗ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コンデンサ、平滑された直流を上記の駆動信号Ｄｖに従って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から構成される。溶接ワイヤ１は、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が発生して溶接が行われる。
【００２２】
溶接電圧検出回路ＶＤは、上記の溶接電圧Ｖｗを検出して平滑し、溶接電圧検出信号Ｖｄを出力する。溶接電圧設定回路ＶＲは、定常溶接期間中は予め定めた定常溶接電圧設定値となり、アンチスティック期間中は予め定めたアンチスティック用溶接電圧設定値となる溶接電圧設定信号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と上記の溶接電圧検出信号Ｖｄ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コンバータ回路ＶＦは、この電圧誤差増幅信号Ｅｖに比例した周波数の信号に変換して、パルス周期信号Ｔfsを出力する。したがって、このパルス周期信号Ｔfsは、パルス周期ごとに短時間Ｈｉｇｈレベルになる信号である。送給速度検出回路ＦＤは、上記の送給モータＷＭからの回転速度信号を入力として、送給速度Ｆｗに換算し、送給速度検出信号Ｆｄとして出力する。回転速度の検出は、直流モータにあっては回転速度と比例関係にある電機子電圧を検出することによって行うことができる。また、回転速度に比例した電圧を発生するタコジェネレータを送給モータＷＭに取り付けることによっても、回転速度を検出することができる。さらに、エンコーダ付き送給モータＷＭの場合には、エンコーダからのパルス信号によって回転速度を検出することができる。送給停止判別回路ＳＤは、上記の送給速度検出信号Ｆｄを入力として、この送給速度検出信号Ｆｄの値が予め定めた送給停止判別基準値Ｆｔ未満になったときはＨｉｇｈレベルになる送給停止判別信号Ｓｄを出力する。ピーク期間回路ＴＰＳは、上記のパルス周期信号Ｔfsを入力として、この信号が短時間Ｈｉｇｈレベルに変化するごとに予め定めたピーク期間だけＨｉｇｈレベルになり、それ以降は次の短時間のＨｉｇｈレベルの信号が来るまではＬｏｗレベルになるピーク期間信号Ｔpsを出力する。このピーク期間信号Ｔpsは、ピーク期間中はＨｉｇｈレベルになり、ベース期間中はＬｏｗレベルになる信号である。最終ピーク電流判別回路ＰＤは、このピーク期間信号Ｔps及び上記の送給停止判別信号Ｓｄを入力として、送給停止判別信号ＳｄがＨｉｇｈレベル（送給停止）に変化した時点からピーク期間信号ＴpsがＬｏｗレベルに変化した時点でＨｉｇｈレベルに変化する最終ピーク電流判別信号Ｐｄを出力する。この最終ピーク電流判別信号Ｐｄは、図１において、時刻ｔ２に送給停止判別信号ＳｄがＨｉｇｈレベルになってから、時刻ｔ３において、ピーク期間信号ＴpsがＬｏｗレベルに変化した時点で、Ｈｉｇｈレベルに変化する信号である。すなわち、最終ピーク電流ＬＩｐの通電終了を判別してＨｉｇｈレベルになる信号である。期間設定回路ＭＳは、この最終ピーク電流判別信号Ｐｄ及び上記のピーク期間信号Ｔpsを入力として、以下のような処理を行い期間設定信号Ｍｓを出力する。
（１）最終ピーク電流判別信号ＰｄがＬｏｗレベル（最終ピーク電流の判別以前）のときは、ピーク期間信号ＴpsがＨｉｇｈレベルのときその値が１となり、Ｌｏｗレベルのときその値が２となる期間設定信号Ｍｓを出力する。
（２）最終ピーク電流判別信号ＰｄがＨｉｇｈレベル（最終ピーク電流の判別以降）のときは、その値が３となる期間設定信号Ｍｓを出力する。
したがって、図１において、この期間設定信号Ｍｓは、時刻ｔ３以前のピーク期間Ｔｐ中は１となり、ベース期間Ｔｂ中は２となり、時刻ｔ３以降は３となる。
【００２３】
溶接開始回路ＳＴは、溶接開始指令のときはＨｉｇｈレベルになり、溶接終了指令のときはＬｏｗレベルになる溶接開始信号Ｓｔを出力する。最終ベース期間設定回路ＬＴＢＲは、予め定めた最終ベース期間設定信号ＬＴbrを出力する。起動回路ＯＮは、上記の溶接開始信号Ｓｔ、上記の最終ピーク電流判別信号Ｐｄ及びこの最終ベース期間設定信号ＬＴbrを入力として、溶接開始信号ＳｔがＨｉｇｈレベルになるとＨｉｇｈレベルに変化し、最終ピーク電流判別信号ＰｄがＨｉｇｈレベルになった時点から最終ベース期間設定信号ＬＴbrによって定まる期間が経過した後にＬｏｗレベルに変化する起動信号Ｏｎを出力する。
【００２４】
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、予め定めたベース電流設定信号Ｉbrを出力する。最終ベース電流設定回路ＬＩＢＲは、上記の最終ピーク電流判別信号Ｐｄを入力として、最終ピーク電流判別信号ＰｄがＨｉｇｈレベルに変化した時点を経過時間の０秒として、図２で上述したような予め定めた波形関数に従って最終ベース電流設定信号ＬＩbrを出力する。電流設定回路ＩＲは、これらのピーク電流設定信号Ｉpr、ベース電流設定信号Ｉbr、最終ベース電流設定信号ＬＩbr及び上記の期間設定信号Ｍｓを入力として、期間設定信号Ｍｓ＝１のときはピーク電流設定信号Ｉprを電流設定信号Ｉｒとして出力し、Ｍｓ＝２のときはベース電流設定信号Ｉbrを電流設定信号Ｉｒとして出力し、Ｍｓ＝３のときは最終ベース電流設定信号ＬＩbrを電流設定信号Ｉｒとして出力する。溶接電流検出回路ＩＤは、上記の溶接電流Ｉｗを検出して、溶接電流検出信号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とこの溶接電流検出信号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及び上記の起動信号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に基づいてパルス幅変調制御を行い、上記のインバータ回路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の出力を停止する。
【００２５】
送給速度設定回路ＦＲは、定常送給速度を設定するための送給速度設定信号Ｆｒを出力する。送給制御回路ＦＣは、この送給速度設定信号Ｆｒ及び上記の溶接開始信号Ｓｔを入力として、溶接開始信号ＳｔがＨｉｇｈレベルのときは溶接ワイヤ１を送給速度設定信号Ｆｒによって定まる速度で送給するための送給制御信号Ｆｃを上記の送給モータＷＭに出力し、溶接開始信号ＳｔがＬｏｗレベルのときは送給を停止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。
【００２６】
上記においては、送給速度を検出し、送給が略停止した時点から最初のピーク電流を最終ピーク電流ＬＩｐとして判別している。これ以外の最終ピーク電流ＬＩｐの判別方法として、以下のような方法もある。図１において、同図（Ａ）に示す溶接開始信号ＳｔがＬｏｗレベルになった時点（時刻ｔ１）から、予め定めたｎ会目のピーク電流を最終ピーク電流ＬＩｐとして判別する。ｎは正の整数であり、例えば３〜２０の範囲で設定する。このｎの設定は、送給モータの種類、溶接ワイヤの材質、直径、定常送給速度等の溶接条件に応じて適正値に設定する。さらに、別の判別方法として、図１において、同図（Ａ）に示す溶接開始信号ＳｔがＬｏｗレベルになった時点（時刻ｔ１）から所定期間経過した後のピーク電流を最終ピーク電流ＬＩｐとして判別する方法もある。この所定期間とは、送給モータが完成によって停止するまでの期間に相当する。したがって、この所定期間は、送給モータの種類、溶接ワイヤの材質、直径、定常送給速度等の溶接条件に応じて適正値に設定する。また、図１においては、時刻ｔ２において送給が略停止した時点から最初のピーク電流を最終ピーク電流ＬＩｐとして判別しているが、最初のピーク電流ではなく所定数後のピーク電流を最終ピーク電流ＬＩｐとして判別しても良い。所定数としては、例えば、２〜５程度の範囲である。このようにすると、溶接終了時の母材とワイヤ先端との距離を所望値に制御することができる。ワークの形状、溶接姿勢等に応じてこの距離を適正化することによって、ロボットによって溶接トーチが移動したときにワイヤが突出して溶融池と溶着することを防止することができる。
【００２７】
上述した実施の形態によれば、最終ベース電流を時間経過に伴って増加するように通電することによって、溶融球の大きさを適正化すると共に、スラグの付着位置を溶融球底部から側部にすることができる。このために、次のアークスタートにおいて、スラグが原因になって失敗することがなくなり、良好なアークスタート性を得ることができる。この結果として、アークスタート失敗に伴うやり直しを行う必要がなくなるので、生産効率が向上する。
【符号の説明】
【００２８】
１ 溶接ワイヤ
１ａ 溶融球
１ｂ スラグ
２ 母材
３ アーク
４ 溶接トーチ
５ 送給ロール
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
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
ＦＤ 送給速度検出回路
Ｆｄ 送給速度検出信号
ＦＲ 送給速度設定回路
Ｆｒ 送給速度設定信号
Ｆｔ 送給停止判別基準値
Ｆｗ 送給速度
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 溶接電流検出回路
Ｉｄ 溶接電流検出信号
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
ＩＲ 電流設定回路
Ｉｒ 電流設定信号
Ｉｗ 溶接電流
Ｌ１〜Ｌ３ 波形
ＬＩｂ 最終ベース電流
ＬＩＢＲ 最終ベース電流設定回路
ＬＩbr 最終ベース電流設定信号
ＬＩｐ 最終ピーク電流
ＬＴｂ 最終ベース期間
ＬＴＢＲ 最終ベース期間設定回路
ＬＴbr 最終ベース期間設定信号
ＭＳ 期間設定回路
Ｍｓ 期間設定信号
ＯＮ 起動回路
Ｏｎ 起動信号
ＰＤ 最終ピーク電流判別回路
Ｐｄ 最終ピーク電流判別信号
ＰＭ 電源主回路
ＳＤ 送給停止判別回路
Ｓｄ 送給停止判別信号
ＳＴ 溶接開始回路
Ｓｔ 溶接開始信号
Ｔａ アンチスティック期間
Ｔｂ ベース期間
Ｔｆ パルス周期
Ｔfs パルス周期信号
Ｔｐ ピーク期間
ＴＰＳ ピーク期間回路
Ｔps ピーク期間信号
ＶＤ 溶接電圧検出回路
Ｖｄ 溶接電圧検出信号
ＶＦ Ｖ／Ｆコンバータ回路
ＶＲ 溶接電圧設定回路
Ｖｒ 溶接電圧設定信号
Ｖｗ 溶接電圧
ＷＭ 送給モータ
【技術分野】
【０００１】
本発明は、溶接終了後のワイヤ先端に形成される溶融球の形状を適正化することができるパルスアーク溶接の終了制御方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
消耗電極式アーク溶接においては、溶接を終了した後の溶接ワイヤ先端に形成された溶融球の大きさが、次のアークスタートの良否を決める主要因の１つである。消耗電極式パルスアーク溶接も消耗電極式アーク溶接の１つであるので、溶融球の大きさが次のアークスタート性に大きな影響を与えることは同様である。溶融球の大きさをどの程度にすれば、次のアークスタート性が良好になるかは、溶接ワイヤの材質によって異なっている。溶接ワイヤの材質がアルミミウム又はステンレスである場合には、溶融球は小さい方が次のアークスタート性が良好になるので、溶接ワイヤの直径と略同一になるように制御される。他方、溶接ワイヤの材質が鉄鋼である場合には、溶融球がワイヤ直径の１．２５倍程度になるように制御される。鉄鋼材の場合、溶融球をあまり小さくするとその底部にスラグが付着した状態になることが多い。スラグは絶縁物であるので、底部にスラグが付着していると、次のアークスタート時にワイヤ先端が母材と接触してもスラグのためにアークが点弧されない状態になる。溶融球が適度な大きさになるように制御されると、スラグは溶融球の底部からずれた側部に付着する確率が高くなる。このようになると、良好なアークスタート性を確保することができるようになる。また、溶融球があまり大きくなると、次のアークスタート性は悪くなる。以下に、鉄鋼材のパルスアーク溶接（パルスマグ溶接と呼ばれる）において、溶融球を適正な大きさに形成するための従来技術の終了制御方法について説明する（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
図５は、従来技術におけるパルスアーク溶接の終了制御方法を示すタイミングチャートである。同図（Ａ）は溶接開始信号Ｓｔを示し、同図（Ｂ）は起動信号Ｏｎを示し、同図（Ｃ）は溶接ワイヤの送給速度Ｆｗを示し、同図（Ｄ）は送給停止判別信号Ｓｄを示し、同図（Ｅ）は最終ピーク電流判別信号Ｐｄを示し、同図（Ｆ）は溶接電流Ｉｗを示し、同図（Ｇ）は溶接電圧Ｖｗを示す。上記の溶接開始信号Ｓｔは、溶接電源の外部から入力される信号であり、Ｈｉｇｈレベルになると溶接開始を指令する信号となり、Ｌｏｗレベルになると溶接終了を指令する信号となる。半自動溶接にあっては、溶接開始信号Ｓｔはトーチスイッチのオン／オフに対応する信号であり、ロボット溶接にあっては、ロボット制御装置から送信される信号である。以下、同図を参照して説明する。
【０００４】
時刻ｔ１以前の定常溶接期間中は、同図（Ａ）に示すように、溶接開始信号ＳｔはＨｉｇｈレベルになっているので、同図（Ｂ）に示すように、起動信号ＯｎはＨｉｇｈレベル（起動）になり、溶接電源から溶接電圧Ｖｗ及び溶接電流Ｉｗが出力されてアークが発生している。この期間中は、同図（Ｃ）に示すように、送給速度Ｆｗは予め定めた定常送給速度になっている。同図（Ｃ）に示すように、破線の送給停止判別基準値Ｆｔは、送給停止を判別するための基準値であり、０よりも少し大きな値（例えば０．５m/min）に設定される。同図（Ｄ）に示す送給停止判別信号Ｓｄは、送給速度Ｆｗと送給停止判別基準値Ｆｔとを比較して、Ｆｗ＜ＦｔのときにＨｉｇｈレベルになる信号である。すなわち、送給速度Ｆｗが略０となった時点で、送給停止判別信号ＳｄがＨｉｇｈレベルに変化する。時刻ｔ１以前の期間では、Ｆｗ＞Ｆｔであるので、同図（Ｄ）に示すように、送給停止判別信号ＳｄはＬｏｗレベルの状態にある。また、同図（Ｅ）に示すように、最終ピーク電流判別信号Ｐｄは、時刻ｔ１以前の期間中はＬｏｗレベルの状態にある。同図（Ｆ）に示すように、溶接電流Ｉｗは、ピーク期間Ｔｐ中のピーク電流Ｉｐとベース期間Ｔｂ中のベース電流Ｉｂとの通電を１パルス周期Ｔｆとして繰り返している。同図（Ｇ）に示すように、溶接電圧Ｖｗは、ピーク期間Ｔｐ中はピーク電圧となり、ベース期間Ｔｂ中はベース電圧となる。上記のピーク電流Ｉｐは臨界値以上の４５０Ａ程度に設定され、上記のベース電流Ｉｂは臨界値未満の２０〜１００Ａの範囲に設定される。ピーク電圧及びベース電圧は、アーク長に比例した値となる。上記のピーク期間Ｔｐ、ピーク電流Ｉｐ及びベース電流Ｉｂは、実験によって溶接ワイヤの材質、直径、定常送給速度等に応じて、いわゆる１パルス周期１溶滴移行となる適正値を算出し、この適正値に設定される。溶接電圧Ｖｗの平均値が予め定めた定常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て、アーク長制御が行われる。このアーク長制御の方式を周波数変調制御と呼ぶ。また、パルス周期Ｔｆを固定してピーク期間Ｔｐを変化させるパルス幅変調制御も使用される。
【０００５】
時刻ｔ１において、同図（Ａ）に示すように、溶接開始信号ＳｔがＬｏｗレベルに変化する。しかし、同図（Ｂ）に示すように、起動信号Ｏｎは、後述する最終ベース電流ＬＩｂの通電が終了する時刻ｔ４までＨｉｇｈレベルを継続する。時刻ｔ１〜ｔ４の期間がアンチスティック期間Ｔａとなる。溶接開始信号Ｓｔの変化に応動して送給モータへの電力の供給が遮断されるが、慣性によって回転速度はスロープ状に遅くなるので、完全に停止するまでには時間がかかる。したがって、同図（Ｃ）に示すように、送給速度Ｆｗは時刻ｔ１からスロープ状に遅くなり、時刻ｔ２において上記の送給停止判別基準値Ｆｔ未満となり、その直後に０となる。送給速度Ｆｗが慣性によって０となるまでの期間は、送給モータの種類、定常送給速度等によって変化するが、１００ms程度である。同図（Ｄ）に示すように、送給停止判別信号Ｓｄは、時刻ｔ２においてＦｗ＜ＦｔとなるのでＨｉｇｈレベルとなる。また、同図（Ｆ）に示すように、溶接電流Ｉｗは、時刻ｔ１以降もピーク電流Ｉｐ及びベース電流Ｉｂの通電を繰り返す。そして、同図（Ｄ）に示す送給停止判別信号ＳｄがＨｉｇｈレベルに変化した時点（時刻ｔ２）以降の最初のピーク電流の通電が終了する時刻ｔ３において、同図（Ｅ）に示すように、最終ピーク電流判別信号ＰｄがＨｉｇｈレベルに変化する。さらに、時刻ｔ３〜ｔ４の最終ベース期間ＬＴｂ中は最終ベース電流ＬＩｂを通電する。時刻ｔ４において最終ベース電流ＬＩｂの通電が終了すると、同図（Ｂ）に示す起動信号ＯｎがＬｏｗレベルになり、溶接電源の出力は停止されて溶接が終了する。同図（Ｇ）に示すように、溶接電圧Ｖｗは、上述したピーク電流Ｉｐ及びベース電流Ｉｂの通電に応じたピーク電圧及びベース電圧が繰り返される。アンチスティック期間Ｔａ中は、溶接電圧Ｖｗの平均値が予め定めたアンチスティック用溶接電圧設定値と等しくなるようにパルス周期Ｔｆが制御される。
【０００６】
以下、従来技術における溶融球の形成について説明する。時刻ｔ３において、同図（Ｆ）に示すように、最終ピーク電流ＬＩｐの通電が終了した時点で、最終ピーク電流ＬＩｐの通電によって形成された溶滴が溶融池に移行する。したがって、この時点においては、ワイヤ先端の溶融球は形成されていない状態である。最終ベース電流ＬＩｂの通電に伴って、ワイヤ先端が溶融されて溶融球が次第に大きくなる。そして、時刻ｔ４において、最終ベース電流ＬＩｂの通電が終了すると、それまでに形成された溶融球が冷却されて凝固する。この溶融球の形状の一例を図６に示す。溶接ワイヤ１の先端に形成された溶融球１ａは略球形となっており、ワイヤ直径の１．２５倍程度の大きさである。溶融球の大きさは、最終ベース電流ＬＩｂ及び最終ベース期間ＬＴｂの値によって定まることになる。最終ベース電流ＬＩｂの値が大きくなるとアーク力も大きくなり溶融池からスパッタが発生しやすくなる。逆に、最終ベース電流ＬＩｂの値が小さくなるとアーク切れが発生しやすくなる。したがって、最終ベース電流Ｌｉｂの値は、時刻ｔ１以前の定常溶接期間と同程度の２０〜１００Ａの範囲で設定される。直系１．２mmの鉄鋼ワイヤの場合、ＬＩｂ＝５０Ａ及び最終ベース期間ＬＴｂ＝５０ms程度に設定すると、溶融球は適正サイズである直径の１．２５倍程度に形成される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開平９−２６７１７１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
上述したように、鉄鋼ワイヤの場合、溶融球の大きさをワイヤ直径の１．２５倍程度に形成することによって、溶融球底部へのスラグの付着を抑制することができ、良好なアークスタート性を得ることができる。しかしながら、このように溶融球の形成を制御しても、ときたま溶融球の底部にスラグが付着することがあり、このような場合にはアークスタート性は悪くなる。短い間隔で断続溶接を繰り返すタック溶接の場合には、１日に数万回のアークスタートを繰り返すことになる。このような溶接では、ときたま生じる溶融球底部のスラグによるアークスタート失敗によって生産効率が低下することになる。
【０００９】
そこで、本発明では、溶接終了後の溶融球の大きさを適正化すると共に、溶融球底部へのスラグの付着を防止することができるパルスアーク溶接の終了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】
【００１０】
上述した課題を解決するために、請求項１の発明は、溶接ワイヤに臨界値以上のピーク電流と臨界地未満のベース電流とを繰り返し通電して溶接するパルスアーク溶接方法にあって、溶接を終了する際に最終ピーク電流の通電を判別すると臨界値未満の範囲で予め定めた最終ベース電流を予め定めた最終ベース期間だけ通電して溶接を終了するパルスアーク溶接の終了制御方法において、
前記最終ベース電流は、前記最終ベース期間中の時間経過に伴ってその値が増加する電流である、
ことを特徴とするパルスアーク溶接の終了制御方法である。
【００１１】
請求項２の発明は、前記最終ベース電流は、増加率が次第に大きくなるように曲線状に増加する電流である、
ことを特徴とする請求項１記載のパルスアーク溶接の終了制御方法である。
【００１２】
請求項３の発明は、前記最終ベース電流は、ステップ状に増加する電流である、
ことを特徴とする請求項１記載のパルスアーク溶接の終了制御方法である。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、最終ベース電流を時間経過に伴って増加するように通電することによって、溶融球の大きさを適正化すると共に、スラグの付着位置を溶融球底部から側部にすることができる。このために、次のアークスタートにおいて、スラグが原因になって失敗することがなくなり、良好なアークスタート性を得ることができる。この結果として、アークスタート失敗に伴うやり直しを行う必要がなくなるので、生産効率が向上する。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の実施の形態に係るパルスアーク溶接の終了制御方法を示すタイミングチャートである。
【図２】本発明の実施の形態に係る最終ベース電流ＬＩｂの種々の通電波形を示す図である。
【図３】本発明の実施の形態に係るパルスアーク溶接の終了制御方法によって形成される溶融球の形状を示す図である。
【図４】本発明の実施の形態に係るパルスアーク溶接の終了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。
【図５】従来技術におけるパルスアーク溶接の終了制御方法を示すタイミングチャートである。
【図６】従来技術におけるパルスアーク溶接の終了制御方法によって形成された溶融球の形状を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
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。
【００１６】
図１は、本発明の実施の形態に係るパルスアーク溶接の終了制御方法を示すタイミングチャートである。同図（Ａ）は溶接開始信号Ｓｔを示し、同図（Ｂ）は起動信号Ｏｎを示し、同図（Ｃ）は溶接ワイヤの送給速度Ｆｗを示し、同図（Ｄ）は送給停止判別信号Ｓｄを示し、同図（Ｅ）は最終ピーク電流判別信号Ｐｄを示し、同図（Ｆ）は溶接電流Ｉｗを示し、同図（Ｇ）は溶接電圧Ｖｗを示す。同図は上述した図５と対応しており、時刻ｔ３〜ｔ４の最終ベース電流ＬＩｂの波形のみが異なっている。以下、同図を参照して、同一動作の説明は省略して異なる動作について説明する。
【００１７】
時刻ｔ１において、同図（Ａ）に示すように、溶接開始信号ＳｔがＬｏｗレベル（溶接終了指令）になると、同図（Ｃ）に示すように、送給モータへの電力供給が遮断されるので送給速度Ｆｗは慣性によって次第に遅くなる。そして、時刻ｔ２において、送給速度Ｆｗが送給停止判別基準値Ｆｔ未満になると、同図（Ｄ）に示すように、送給停止判別信号ＳｄがＨｉｇｈレベルになる。同図（Ｆ）に示すように、時刻ｔ１以降の期間（アンチスティック期間Ｔａ）中の溶接電流Ｉｗは、ピーク電流Ｉｐ及びベース電流Ｉｂの通電を上述した周波数変調制御によって定まるパルス周期Ｔｆごとに繰り返す。そして、同図（Ｄ）に示す送給停止判別信号ＳｄがＨｉｇｈレベルに変化した時点（時刻ｔ２）移行の最初のピーク電流を最終ピーク電流ＬＩｐとして判別する。そして、時刻ｔ３において、この最終ピーク電流ＬＩｐの通電終了を判別すると、同図（Ｅ）に示すように、最終ピーク電流判別信号ＰｄがＨｉｇｈレベルに変化する。この最終ピーク電流判別信号ＰｄがＨｉｇｈレベルに変化すると、予め定めた最終ベース期間ＬＴｂの間予め定めた最終ベース電流ＬＩｂを通電する。時刻ｔ４において、最終ベース電流ＬＩｂの通電が終了すると、同図（Ｂ）に示すように、起動信号ＯｎがＬｏｗレベル（停止）に変化し、溶接電源の出力は停止されて溶接が終了する。
【００１８】
同図（Ｆ）に示すように、最終ベース電流ＬＩｂは、最終ベース期間ＬＴｂ中の時間経過に伴ってその値が増加する波形となる。同図では、直線状に増加する場合を例示している。これに対して、上述した従来技術の図５においては、最終ベース電流ＬＩｂは予め定めた一定値である。図２は、本発明の実施の形態における最終ベース電流ＬＩｂの種々の通電波形を示す図である。同図の横軸は、図１の時刻ｔ４を０msとした場合の時間経過ｔ（ms）を示す。すなわち、最終ベース期間ＬＴｂの時間経過を示す。縦軸は、最終ベース電流値ＬＩｂ（Ａ）を示す。したがって、同図は、最終ベース電流ＬＩｂの通電波形を示すことになる。同図には、３つのパターンの波形Ｌ１〜Ｌ３が同時に描かれている。まず、実践で示す波形Ｌ１は、時間経過に伴い直線状に増加する場合であり、０msのときが３０Ａとなり５０msのときが１００Ａとなっている。２つ目の波形Ｌ２は破線で描かれており、曲線状に増加する場合である。この曲線は、変化率（電流微分値ｄＬＩｂ／ｄｔ）が次第に大きくなる曲線である。すなわち、最終ベース期間ＬＴｂの後半期間（例えば同図では３０ms以降の期間）において電流値が急上昇する波形である。そして、３つ目の波形Ｌ３は、一点鎖線で描かれており、ステップ状の波形である。０〜４０msの期間中は電流値は３０Ａとなり、４０〜５０msの期間中は電流値は１００Ａとなっている。最終ベース電流ＬＩｂとして重要なことは、時間経過に伴い電流値が増加することである。最終ベース電流ＬＩｂは臨界値未満に設定され、２０〜１５０Ａ程度の範囲で設定される。
【００１９】
最終ベース電流ＬＩｂの通電を上記のようにする理由は、以下のとおりである。図１の時刻ｔ３において最終ピーク電流ＬＩｐの通電が終了した時点で溶滴が移行するので、ワイヤ先端には溶融球は形成されていない。最終ベース電流ＬＩｂの通電によって次第に溶融球は大きくなる。そして、最終ベース電流ＬＩｂは時間経過に伴いその値が大きくなるために、アーク力が比例して強くなる。このアーク力の反作用力によって、溶融球の底部から側部への持ち上げ力が強まることになる。この結果、スラグはこの持ち上げ力によって溶融球の底部ではなく側部に形成されるようになる。最終ベース電流ＬＩｂを期間の後半において増加させることによって、溶融球の形成の終盤にスラグを底部から側部へと異動させることができる。したがって、スラグが原因となってアークスタート性が悪くなることを改善することができる。従来技術のように一定値の最終ベース電流ＬＩｂを通電する場合には、スパッタの発生を抑制し、かつ、適度な大きさの溶融球を形成するためには、電流値を大きくすることができない。したがって、従来技術の場合には、持ち上げ力はあまり作用しないので、スラグが溶融球底部に形成されるケースも生じる。上記のことから、最終ベース電流ＬＩｂの波形及び最終ベース期間ＬＴｂは、以下のようにして設定される。溶融球の大きさが次のアークスタート性が良好になる適度な大きさになり、かつ、持ち上げ力によってスラグが側部に形成されるように、両値は実験によって設定される。両値は、溶接ワイヤの材質、直径等の溶接条件に応じて適正値になるように変化させることが望ましい。図３は、本実施の形態によって形成される溶融球の形状の一例を示す図である。溶接ワイヤ１の先端に形成される溶融球１ａは従来技術のように略球形ではなく先端が鋭角になり側部に変形した形状であり、スラグ１ｂは側部に付着している。
【００２０】
図４は、上述した本発明の実施の形態に係るパルスアーク溶接の終了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。
【００２１】
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、後述する駆動信号Ｄｖに従ってインバータ制御による出力制御を行い、溶接電流Ｉｗ及び溶接電圧Ｖｗ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コンデンサ、平滑された直流を上記の駆動信号Ｄｖに従って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から構成される。溶接ワイヤ１は、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が発生して溶接が行われる。
【００２２】
溶接電圧検出回路ＶＤは、上記の溶接電圧Ｖｗを検出して平滑し、溶接電圧検出信号Ｖｄを出力する。溶接電圧設定回路ＶＲは、定常溶接期間中は予め定めた定常溶接電圧設定値となり、アンチスティック期間中は予め定めたアンチスティック用溶接電圧設定値となる溶接電圧設定信号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と上記の溶接電圧検出信号Ｖｄ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コンバータ回路ＶＦは、この電圧誤差増幅信号Ｅｖに比例した周波数の信号に変換して、パルス周期信号Ｔfsを出力する。したがって、このパルス周期信号Ｔfsは、パルス周期ごとに短時間Ｈｉｇｈレベルになる信号である。送給速度検出回路ＦＤは、上記の送給モータＷＭからの回転速度信号を入力として、送給速度Ｆｗに換算し、送給速度検出信号Ｆｄとして出力する。回転速度の検出は、直流モータにあっては回転速度と比例関係にある電機子電圧を検出することによって行うことができる。また、回転速度に比例した電圧を発生するタコジェネレータを送給モータＷＭに取り付けることによっても、回転速度を検出することができる。さらに、エンコーダ付き送給モータＷＭの場合には、エンコーダからのパルス信号によって回転速度を検出することができる。送給停止判別回路ＳＤは、上記の送給速度検出信号Ｆｄを入力として、この送給速度検出信号Ｆｄの値が予め定めた送給停止判別基準値Ｆｔ未満になったときはＨｉｇｈレベルになる送給停止判別信号Ｓｄを出力する。ピーク期間回路ＴＰＳは、上記のパルス周期信号Ｔfsを入力として、この信号が短時間Ｈｉｇｈレベルに変化するごとに予め定めたピーク期間だけＨｉｇｈレベルになり、それ以降は次の短時間のＨｉｇｈレベルの信号が来るまではＬｏｗレベルになるピーク期間信号Ｔpsを出力する。このピーク期間信号Ｔpsは、ピーク期間中はＨｉｇｈレベルになり、ベース期間中はＬｏｗレベルになる信号である。最終ピーク電流判別回路ＰＤは、このピーク期間信号Ｔps及び上記の送給停止判別信号Ｓｄを入力として、送給停止判別信号ＳｄがＨｉｇｈレベル（送給停止）に変化した時点からピーク期間信号ＴpsがＬｏｗレベルに変化した時点でＨｉｇｈレベルに変化する最終ピーク電流判別信号Ｐｄを出力する。この最終ピーク電流判別信号Ｐｄは、図１において、時刻ｔ２に送給停止判別信号ＳｄがＨｉｇｈレベルになってから、時刻ｔ３において、ピーク期間信号ＴpsがＬｏｗレベルに変化した時点で、Ｈｉｇｈレベルに変化する信号である。すなわち、最終ピーク電流ＬＩｐの通電終了を判別してＨｉｇｈレベルになる信号である。期間設定回路ＭＳは、この最終ピーク電流判別信号Ｐｄ及び上記のピーク期間信号Ｔpsを入力として、以下のような処理を行い期間設定信号Ｍｓを出力する。
（１）最終ピーク電流判別信号ＰｄがＬｏｗレベル（最終ピーク電流の判別以前）のときは、ピーク期間信号ＴpsがＨｉｇｈレベルのときその値が１となり、Ｌｏｗレベルのときその値が２となる期間設定信号Ｍｓを出力する。
（２）最終ピーク電流判別信号ＰｄがＨｉｇｈレベル（最終ピーク電流の判別以降）のときは、その値が３となる期間設定信号Ｍｓを出力する。
したがって、図１において、この期間設定信号Ｍｓは、時刻ｔ３以前のピーク期間Ｔｐ中は１となり、ベース期間Ｔｂ中は２となり、時刻ｔ３以降は３となる。
【００２３】
溶接開始回路ＳＴは、溶接開始指令のときはＨｉｇｈレベルになり、溶接終了指令のときはＬｏｗレベルになる溶接開始信号Ｓｔを出力する。最終ベース期間設定回路ＬＴＢＲは、予め定めた最終ベース期間設定信号ＬＴbrを出力する。起動回路ＯＮは、上記の溶接開始信号Ｓｔ、上記の最終ピーク電流判別信号Ｐｄ及びこの最終ベース期間設定信号ＬＴbrを入力として、溶接開始信号ＳｔがＨｉｇｈレベルになるとＨｉｇｈレベルに変化し、最終ピーク電流判別信号ＰｄがＨｉｇｈレベルになった時点から最終ベース期間設定信号ＬＴbrによって定まる期間が経過した後にＬｏｗレベルに変化する起動信号Ｏｎを出力する。
【００２４】
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、予め定めたベース電流設定信号Ｉbrを出力する。最終ベース電流設定回路ＬＩＢＲは、上記の最終ピーク電流判別信号Ｐｄを入力として、最終ピーク電流判別信号ＰｄがＨｉｇｈレベルに変化した時点を経過時間の０秒として、図２で上述したような予め定めた波形関数に従って最終ベース電流設定信号ＬＩbrを出力する。電流設定回路ＩＲは、これらのピーク電流設定信号Ｉpr、ベース電流設定信号Ｉbr、最終ベース電流設定信号ＬＩbr及び上記の期間設定信号Ｍｓを入力として、期間設定信号Ｍｓ＝１のときはピーク電流設定信号Ｉprを電流設定信号Ｉｒとして出力し、Ｍｓ＝２のときはベース電流設定信号Ｉbrを電流設定信号Ｉｒとして出力し、Ｍｓ＝３のときは最終ベース電流設定信号ＬＩbrを電流設定信号Ｉｒとして出力する。溶接電流検出回路ＩＤは、上記の溶接電流Ｉｗを検出して、溶接電流検出信号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とこの溶接電流検出信号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及び上記の起動信号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に基づいてパルス幅変調制御を行い、上記のインバータ回路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の出力を停止する。
【００２５】
送給速度設定回路ＦＲは、定常送給速度を設定するための送給速度設定信号Ｆｒを出力する。送給制御回路ＦＣは、この送給速度設定信号Ｆｒ及び上記の溶接開始信号Ｓｔを入力として、溶接開始信号ＳｔがＨｉｇｈレベルのときは溶接ワイヤ１を送給速度設定信号Ｆｒによって定まる速度で送給するための送給制御信号Ｆｃを上記の送給モータＷＭに出力し、溶接開始信号ＳｔがＬｏｗレベルのときは送給を停止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。
【００２６】
上記においては、送給速度を検出し、送給が略停止した時点から最初のピーク電流を最終ピーク電流ＬＩｐとして判別している。これ以外の最終ピーク電流ＬＩｐの判別方法として、以下のような方法もある。図１において、同図（Ａ）に示す溶接開始信号ＳｔがＬｏｗレベルになった時点（時刻ｔ１）から、予め定めたｎ会目のピーク電流を最終ピーク電流ＬＩｐとして判別する。ｎは正の整数であり、例えば３〜２０の範囲で設定する。このｎの設定は、送給モータの種類、溶接ワイヤの材質、直径、定常送給速度等の溶接条件に応じて適正値に設定する。さらに、別の判別方法として、図１において、同図（Ａ）に示す溶接開始信号ＳｔがＬｏｗレベルになった時点（時刻ｔ１）から所定期間経過した後のピーク電流を最終ピーク電流ＬＩｐとして判別する方法もある。この所定期間とは、送給モータが完成によって停止するまでの期間に相当する。したがって、この所定期間は、送給モータの種類、溶接ワイヤの材質、直径、定常送給速度等の溶接条件に応じて適正値に設定する。また、図１においては、時刻ｔ２において送給が略停止した時点から最初のピーク電流を最終ピーク電流ＬＩｐとして判別しているが、最初のピーク電流ではなく所定数後のピーク電流を最終ピーク電流ＬＩｐとして判別しても良い。所定数としては、例えば、２〜５程度の範囲である。このようにすると、溶接終了時の母材とワイヤ先端との距離を所望値に制御することができる。ワークの形状、溶接姿勢等に応じてこの距離を適正化することによって、ロボットによって溶接トーチが移動したときにワイヤが突出して溶融池と溶着することを防止することができる。
【００２７】
上述した実施の形態によれば、最終ベース電流を時間経過に伴って増加するように通電することによって、溶融球の大きさを適正化すると共に、スラグの付着位置を溶融球底部から側部にすることができる。このために、次のアークスタートにおいて、スラグが原因になって失敗することがなくなり、良好なアークスタート性を得ることができる。この結果として、アークスタート失敗に伴うやり直しを行う必要がなくなるので、生産効率が向上する。
【符号の説明】
【００２８】
１ 溶接ワイヤ
１ａ 溶融球
１ｂ スラグ
２ 母材
３ アーク
４ 溶接トーチ
５ 送給ロール
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
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
ＦＤ 送給速度検出回路
Ｆｄ 送給速度検出信号
ＦＲ 送給速度設定回路
Ｆｒ 送給速度設定信号
Ｆｔ 送給停止判別基準値
Ｆｗ 送給速度
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 溶接電流検出回路
Ｉｄ 溶接電流検出信号
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
ＩＲ 電流設定回路
Ｉｒ 電流設定信号
Ｉｗ 溶接電流
Ｌ１〜Ｌ３ 波形
ＬＩｂ 最終ベース電流
ＬＩＢＲ 最終ベース電流設定回路
ＬＩbr 最終ベース電流設定信号
ＬＩｐ 最終ピーク電流
ＬＴｂ 最終ベース期間
ＬＴＢＲ 最終ベース期間設定回路
ＬＴbr 最終ベース期間設定信号
ＭＳ 期間設定回路
Ｍｓ 期間設定信号
ＯＮ 起動回路
Ｏｎ 起動信号
ＰＤ 最終ピーク電流判別回路
Ｐｄ 最終ピーク電流判別信号
ＰＭ 電源主回路
ＳＤ 送給停止判別回路
Ｓｄ 送給停止判別信号
ＳＴ 溶接開始回路
Ｓｔ 溶接開始信号
Ｔａ アンチスティック期間
Ｔｂ ベース期間
Ｔｆ パルス周期
Ｔfs パルス周期信号
Ｔｐ ピーク期間
ＴＰＳ ピーク期間回路
Ｔps ピーク期間信号
ＶＤ 溶接電圧検出回路
Ｖｄ 溶接電圧検出信号
ＶＦ Ｖ／Ｆコンバータ回路
ＶＲ 溶接電圧設定回路
Ｖｒ 溶接電圧設定信号
Ｖｗ 溶接電圧
ＷＭ 送給モータ
【特許請求の範囲】
【請求項１】
溶接ワイヤに臨界値以上のピーク電流と臨海地未満のベース電流とを繰り返し通電して溶接するパルスアーク溶接方法にあって、溶接を終了する際に最終ピーク電流の通電を判別すると臨界値未満の範囲で予め定めた最終ベース電流を予め定めた最終ベース期間だけ通電して溶接を終了するパルスアーク溶接の終了制御方法において、
前記最終ベース電流は、前記最終ベース期間中の時間経過に伴ってその値が増加する電流である、
ことを特徴とするパルスアーク溶接の終了制御方法。
【請求項２】
前記最終ベース電流は、増加率が次第に大きくなるように曲線状に増加する電流である、
ことを特徴とする請求項１記載のパルスアーク溶接の終了制御方法。
【請求項３】
前記最終ベース電流は、ステップ状に増加する電流である、
ことを特徴とする請求項１記載のパルスアーク溶接の終了制御方法。
【請求項１】
溶接ワイヤに臨界値以上のピーク電流と臨海地未満のベース電流とを繰り返し通電して溶接するパルスアーク溶接方法にあって、溶接を終了する際に最終ピーク電流の通電を判別すると臨界値未満の範囲で予め定めた最終ベース電流を予め定めた最終ベース期間だけ通電して溶接を終了するパルスアーク溶接の終了制御方法において、
前記最終ベース電流は、前記最終ベース期間中の時間経過に伴ってその値が増加する電流である、
ことを特徴とするパルスアーク溶接の終了制御方法。
【請求項２】
前記最終ベース電流は、増加率が次第に大きくなるように曲線状に増加する電流である、
ことを特徴とする請求項１記載のパルスアーク溶接の終了制御方法。
【請求項３】
前記最終ベース電流は、ステップ状に増加する電流である、
ことを特徴とする請求項１記載のパルスアーク溶接の終了制御方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【公開番号】特開２０１１−１８９３９２（Ｐ２０１１−１８９３９２Ａ）
【公開日】平成２３年９月２９日（２０１１．９．２９）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−５８７８８（Ｐ２０１０−５８７８８）
【出願日】平成２２年３月１６日（２０１０．３．１６）
【出願人】（００００００２６２）株式会社ダイヘン (990)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年９月２９日（２０１１．９．２９）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年３月１６日（２０１０．３．１６）
【出願人】（００００００２６２）株式会社ダイヘン (990)
【Ｆターム（参考）】
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