プラズマミグ溶接のアークスタート制御方法
【課題】プラズマミグ溶接において、アークスタート時にミグアークからプラズマ電極に付着するスパッタを削減する。
【解決手段】溶接ワイヤを前進送給して母材と一旦接触させた後に後退送給して引き離すことによって初期ミグアークを発生させ、その後にプラズマ溶接電流Ｉｗｐが通電するプラズマアークを発生させ、これに応動して再前進送給に切り換え、ピーク電流及びベース電流を通電して定常ミグアークへと移行させる。プラズマアークの発生時点（ｔ４）から初期期間Ｔｓを設け、初期期間Ｔｓ中は、プラズマ溶接電流Ｉｗｐを初期値Ｉｗｐｓから定常値Ｉｗｐｃまで次第に減少させると共に、ピーク電流Ｉｐを初期値Ｉｐｓから定常値Ｉｐｃまで次第に増加させる。プラズマアークからの予熱によってピーク電流値を小さくできるので、スパッタの付着を削減できる。
【解決手段】溶接ワイヤを前進送給して母材と一旦接触させた後に後退送給して引き離すことによって初期ミグアークを発生させ、その後にプラズマ溶接電流Ｉｗｐが通電するプラズマアークを発生させ、これに応動して再前進送給に切り換え、ピーク電流及びベース電流を通電して定常ミグアークへと移行させる。プラズマアークの発生時点（ｔ４）から初期期間Ｔｓを設け、初期期間Ｔｓ中は、プラズマ溶接電流Ｉｗｐを初期値Ｉｗｐｓから定常値Ｉｗｐｃまで次第に減少させると共に、ピーク電流Ｉｐを初期値Ｉｐｓから定常値Ｉｐｃまで次第に増加させる。プラズマアークからの予熱によってピーク電流値を小さくできるので、スパッタの付着を削減できる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、１つの溶接トーチを用いてミグアークとプラズマアークとを同時に発生させて溶接を行うプラズマミグ溶接のアークスタート制御方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来から、プラズマ溶接方法とミグ溶接方法とを組み合わせたプラズマミグ溶接方法が提案されている。このプラズマミグ溶接方法においては、溶接トーチを通して送給される溶接ワイヤと母材との間にミグ溶接電流を通電することによってミグアークを発生させる。そして、溶接ワイヤを囲むように中空形状のプラズマ電極が配置されており、アルゴンなどのガスを供給し、このガスを介してプラズマ電極と母材との間にプラズマ溶接電流を通電することによってプラズマアークを発生させる。ミグアークは、溶接トーチの軸心を送給される溶接ワイヤと母材との間に発生し、このミグアークを囲むようにプラズマアークが発生している。したがって、ミグアークは、プラズマアークに包まれた状態になる。溶接ワイヤは、ミグアークを発生させる電極として機能すると共に、その先端が溶融することにより溶滴となって母材の接合を補助する。したがって、プラズマミグ溶接方法は、厚板の高効率溶接、薄板の高速溶接等に使用されることが多い。
【０００３】
上記のミグ溶接電流は、スパッタの発生を抑制し、かつ、溶滴を安定して供給するために、一般的にパルス波形が使用される。したがって、ミグ溶接方法は、一般的なミグパルス溶接方法である。ミグパルス溶接方法を含む消耗電極式アーク溶接方法では、溶接中のアーク長を適正値に維持することが重要であるために、アーク長制御が行われる。他方、上記のプラズマ溶接電流には、一定値の直流が使用されることが多い。これ以降の説明において、単にアーク長と記載したときはミグアークのアーク長を意味している。以下、上述したプラズマミグ溶接方法について説明する。
【０００４】
図７は、従来技術におけるプラズマミグ溶接方法の定常状態での波形図である。同図（Ａ）はミグ溶接電流Ｉwmを示し、同図（Ｂ）はミグ溶接電圧Ｖwmを示し、同図（Ｃ）はプラズマ溶接電流Ｉwpを示す。以下、同図を参照して説明する。
【０００５】
同図において、時刻ｔ１〜ｔ３の期間が第ｎ−１回目のパルス周期Ｔｆ(n-1)を示し、時刻ｔ３〜ｔ５の期間が第ｎ回目のパルス周期Ｔｆ(n)を示す。第ｎ−１回目のパルス周期Ｔｆ(n-1)は、時刻ｔ１〜ｔ２の第ｎ−１回目のピーク期間Ｔｐ(n-1)及び時刻ｔ２〜ｔ３の第ｎ−１回目のベース期間Ｔｂ(n-1)から形成されている。第ｎ回目のパルス周期Ｔｆ(n)は、時刻ｔ３〜ｔ４の第ｎ回目のピーク期間Ｔｐ(n)及び時刻ｔ４〜ｔ５の第ｎ回目のベース期間Ｔｂ(n)から形成されている。
【０００６】
同図（Ａ）に示すように、第ｎ−１回目のパルス周期Ｔｆ(n-1)においては、時刻ｔ１〜ｔ２のピーク期間Ｔｐ(n-1)中は予め定めたピーク電流Ｉｐが通電し、時刻ｔ２〜ｔ３のベース期間Ｔｂ(n-1)中は予め定めたベース電流Ｉｂが通電する。したがって、ミグ溶接電流Ｉwmはピーク電流Ｉｐ及びベース電流Ｉｂから形成される。そして、同図（Ｂ）に示すように、第ｎ−１回目のパルス周期Ｔｆ(n-1)において、ピーク期間Ｔｐ(n-1)中はアーク長に比例したピーク電圧Ｖｐ(n-1)が溶接ワイヤと母材との間に印加し、ベース期間Ｔｂ(n-1)中はアーク長に比例したベース電圧Ｖｂ(n-1)が印加する。したがって、ミグ溶接電圧Ｖwmは、ピーク電圧Ｖｐ及びベース電圧Ｖｂから形成される。第ｎ回目のパルス周期Ｔｆ(n)についても同様である。ここで、第ｎ−１回目のパルス周期Ｔｆ(n-1)におけるピーク電流Ｉｐ及びベース電流Ｉｂは、第ｎ回目のパルス周期Ｔｆ(n)におけるピーク電流Ｉｐ及びベース電流Ｉｂとそれぞれ同一値となる。他方、アーク発生状態が安定している状態においては、第ｎ−１回目のパルス周期Ｔｆ(n-1)におけるピーク電圧Ｖｐ(n-1)及びベース電圧Ｖｂ(n-1)は、第ｎ回目のパルス周期Ｔｆ(n)におけるピーク電圧Ｖｐ(n)及びベース電圧Ｖｂ(n)とそれぞれ略等しい値となる。
【０００７】
ミグ溶接では、良好な溶接品質を得るためにアーク長を適正値に維持するアーク長制御が行われる。通常、このアーク長制御は、ミグ溶接電圧Ｖwmがアーク長と略比例関係にあることを利用して、ミグ溶接電圧Ｖwmの平均値が予め定めた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。ミグ溶接電圧Ｖwmの平均値は、ミグ溶接電圧Ｖwmをローパスフィルタ（カットオフ周波数は１〜１０Ｈｚ程度）に通すことによって生成される。このアーク長制御の方式は、周波数変調方式と呼ばれる。この場合、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、パルスパラメータとなる。ピーク電流Ｉｐは臨界値以上に設定され、ピーク期間Ｔｐと組み合わせてユニットパルス条件と呼ばれる。このユニットパルス条件は、１パルス周期１溶滴移行になるように設定される。ベース電流Ｉｂは、臨界値未満の数十Ａ程度の小電流値に設定される。ユニットパルス条件及びベース電流Ｉｂは、溶接ワイヤの材質、直径、送給速度等に応じて適正値に設定される。
【０００８】
アーク長制御の方式として周波数変調制御以外にもパルス幅変調制御が使用される場合もある。この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てパルスパラメータとなる。そして、ミグ溶接電圧Ｖwmの平均値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）が制御される。
【０００９】
他方、同図（Ｃ）に示すように、プラズマ溶接電流Ｉwpは、定電流制御されており、予め定めた一定値の直流波形となる。したがって、プラズマアークは、一定値のプラズマ溶接電流Ｉwpの通電によって発生している。
【００１０】
上述したプラズマミグ溶接方法は高品質溶接に使用されることが多いので、定常状態でのアーク安定性に加えて、アークスタート性能が良好であることも求められる。このために、ミグアークを後述するリトラクトスタート方式によって発生させ、このミグアークによってプラズマアークを誘発する方式を採用している（例えば、特許文献１及び２参照）。以下、この従来技術のプラズマミグ溶接のアークスタート方法について説明する。
【００１１】
図８は、従来技術におけるプラズマミグ溶接のアークスタート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）は溶接ワイヤの送給速度Ｆｗを示し、同図（Ｃ）はミグ溶接電圧Ｖwmを示し、同図（Ｄ）はミグ溶接電流Ｉwmを示し、同図（Ｅ）はプラズマ溶接電圧Ｖwpを示し、同図（Ｆ）はプラズマ溶接電流Ｉwpを示し、同図（Ｇ１）〜（Ｇ５）は各時刻におけるアーク発生状態を示す模式図である。以下、同図を参照して説明する。
【００１２】
（１）時刻ｔ１〜ｔ２の前進送給期間（スローダウン送給期間）
時刻ｔ１において、同図（Ａ）に示すように、外部からの溶接開始信号ＳｔがＨｉｇｈレベル（溶接開始）になると、同図（Ｂ）及び（Ｇ１）に示すように、送給速度Ｆｗは正の小さな値となり、溶接ワイヤ１ａは１〜２m/min程度の遅いスローダウン送給速度Ｆｉでの前進送給が開始される。ここで、送給速度Ｆｗが正の値であるときは、溶接ワイヤ１ａは母材２に近づく方向へ前進送給され、負の値であるときは、溶接ワイヤ１ａは母材２から離れる方向へ後退送給されることを示している。同図（Ｃ）に示すように、溶接ワイヤ１ａと母材２との間には無負荷電圧が印加され、同図（Ｅ）に示すように、プラズマ電極１ｂと母材２との間にも別の無負荷電圧が印加される。
【００１３】
（２）時刻ｔ２〜ｔ３の後退送給短絡期間
時刻ｔ２において、同図（Ｇ２）に示すように、上記の前進送給によって溶接ワイヤ１ａが母材２と接触（短絡）すると、同図（Ｃ）に示すように、ミグ溶接電圧Ｖwmは、無負荷電圧から数Ｖ程度の短絡電圧値に低下する。この電圧の低下によって短絡を判別すると、同図（Ｂ）に示すように、送給速度Ｆｗは負の値の後退送給速度Ｆｂに切り換わり、溶接ワイヤ１ａが母材２から離れる方向へ後退送給される。また、同図（Ｄ）に示すように、ミグ溶接電流Ｉwmは溶接ワイヤをジュール熱でほとんど溶融しない程度の２０〜８０Ａ程度の一定値の直流電流である初期電流Ｉｉとなる。
【００１４】
（３）時刻ｔ３〜ｔ４の後退送給アーク期間
時刻ｔ３において、同図（Ｇ３）に示すように、上記の後退送給によってワイヤ先端が母材２から離れると初期ミグアーク31ａが発生し、同図（Ｄ）に示すように、ミグ溶接電流Ｉwmは上記の初期電流Ｉｉのまま維持される。この初期ミグアーク31ａは、後退送給によって発生し、かつ、アークを通電する電流値（初期電流値Ｉｉ）も小さいので、スパッタはほとんど発生せず確実なアークスタートが実現できる。初期ミグアーク31ａが発生すると、同図（Ｃ）に示すように、ミグ溶接電圧Ｖwmは、短絡電圧値から数十Ｖ程度のアーク電圧値に急増する。時刻ｔ３移行も上記の後退送給は継続されるので、同図（Ｇ４）に示すように、初期ミグアーク31ａのアーク長は次第に長くなる。溶接ワイヤ１ａの先端と母材２との間に発生している初期ミグアーク31ａ内はプラズマ雰囲気となっているので、アーク長が長くなるのに伴い、プラズマ電極１ｂと母材２との間の空間もプラズマ雰囲気が形成されることになる。
【００１５】
（４）時刻ｔ４移行のミグアーク３ａ及びプラズマアーク３ｂ発生期間
時刻ｔ４において、同図（Ｅ）に示すように、プラズマ電極１ｂと母材２との間に無負荷電圧が既に印加されており、かつ、上述したようにプラズマ電極１ｂと母材２との間の空間がプラズマ雰囲気になっているために、同図（Ｇ５）に示すように、プラズマアーク３ｂが誘発されて発生する。プラズマアーク３ｂが発生すると、同図（Ｅ）に示すように、プラズマ溶接電圧Ｖwpは無負荷電圧からアーク電圧値に低下し、同図（Ｆ）に示すように、プラズマ溶接電流Ｉwpは予め定めた定常プラズマ溶接電流値Ｉwpcとなる。同時に時刻ｔ４にプラズマアーク３ｂが発生すると、同図（Ｂ）に示すように、送給速度Ｆｗは、負の値の後退送給速度Ｆｂから正の値の定常送給速度Ｆwcへと切り換わり、溶接ワイヤ１ａは再前進送給される。この結果、同図（Ｄ）に示すように、ミグ溶接電流Ｉwmは、図７で上述したようにピーク電流Ｉｐ及びベース電流Ｉｂから形成されるパルス波形となり、同図（Ｃ）に示すように、ミグ溶接電圧Ｖwmは、図７で上述したようにピーク電圧Ｖｐ及びベース電圧Ｖｂから形成されるパルス波形となる。時刻ｔ４移行のミグ溶接電流Ｉwmの平均値は、定常送給速度Ｆwcによって略決定される。また、時刻ｔ４移行のミグ溶接電圧Ｖwmの平均値は、図７で上述したように、電圧設定値と略等しくなるように制御され、アーク長が適正値になるようにフィードバック制御される。そして、時刻ｔ４から１００〜７００ms後に、ミグアーク３ａのアーク長は定常値に収束して、定常状態となる。これにより、プラズマアーク溶接のアークスタートは完了する。プラズマアーク３ｂが発生するのは、無負荷電圧が印加された状態で、プラズマ電極１ｂと母材２との空間が初期ミグアーク31ａによってプラズマ雰囲気になってくるためであるので、その発生タイミングはある程度の範囲でランダムである。したがって、時刻ｔ３〜ｔ４の後退アーク期間は、ある程度のバラツキを有している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１６】
【特許文献１】特開２００７−１４４５０９号公報
【特許文献２】特開２００８−２２９７０４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１７】
上述した図８の時刻ｔ４直後においては、ミグアーク３ａのアーク長は長くなっているので、溶接ワイヤ１ａの先端はプラズマ電極１ｂの近くに位置している。この状態で、パルス周期に同期して、溶接ワイヤ１ａの溶滴移行が行われる。この結果、ミグアーク３ａからの溶滴移行時に発生する少量のスパッタがプラズマ電極１ｂに付着することになる。アークスタートを複数回繰り返していると、プラズマ電極１ｂに付着したスパッタ量が次第に増加してくる。このようになると、プラズマ電極１ｂの先端が歪な形状となるために、プラズマアーク３ｂも変形した形状となり、溶接品質が悪くなる。さらに、プラズマ電極１ｂの先端が歪に変形すると、プラズマ電極１ｂの内側を流れるセンターガス及び外側を流れるプラズマガスの円滑な流れが阻害されることになり、溶接品質が悪くなる。
【００１８】
そこで、本発明では、アークスタート時においてプラズマ電極へのミグアークからのスパッタの付着を抑制することによって、高品質の溶接を行うことができるプラズマミグ溶接のアークスタート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】
【００１９】
上述した課題を解決するために、請求項１の発明は、溶接トーチを通して送給される溶接ワイヤと母材との間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を１パルス周期とするミグ溶接電流を通電することによってミグアークを発生させると共に、前記溶接ワイヤを囲むように配置されているプラズマ電極と前記母材との間に直流のプラズマ溶接電流を通電することによってプラズマアークを発生させるプラズマミグ溶接にあって、
溶接開始に際して、前記プラズマ電極と前記母材との間に無負荷電圧を印加すると共に、前記溶接ワイヤを前進送給して前記母材と一旦接触させた後に後退送給して引き離すことによって直流電流が通電する初期ミグアークを発生させ、前記後退送給を継続し前記初期ミグアークのアーク長を次第に長くして前記プラズマ電極と前記母材との間の空間にプラズマ雰囲気を形成することによって前記プラズマ溶接電流が通電する前記プラズマアークを発生させ、このプラズマアークが発生すると前記溶接ワイヤを再前進送給に切り換えると共に前記ピーク電流及び前記ベース電流から形成される前記ミグ溶接電流を通電して定常ミグアークへと移行させる、プラズマミグ溶接のアークスタート制御方法において、
前記プラズマアークの発生時点から予め定めた初期期間を設け、前記初期期間中は、前記プラズマ溶接電流を初期プラズマ溶接電流値から定常プラズマ溶接電流値まで次第に減少させると共に、前記ピーク電流を初期ピーク電流値から定常ピーク電流値まで次第に増加させる、
ことを特徴とするプラズマミグ溶接のアークスタート制御方法である。
【００２０】
請求項２の発明は、前記初期期間中は、前記ピーク期間を初期ピーク期間から定常ピーク期間まで次第に長くする、
ことを特徴とする請求項１記載のプラズマミグ溶接のアークスタート制御方法である。
【００２１】
請求項３の発明は、前記初期期間中は、前記再前進送給の送給速度を初期送給速度から前記定常送給速度まで次第に加速させる、
ことを特徴とする請求項１又は２記載のプラズマミグ溶接のアークスタート制御方法である。
【発明の効果】
【００２２】
本発明によれば、プラズマアークが発生した時点から初期期間中は、ピーク電流又はピーク電流とピーク期間を次第に定常値まで増加させると共に、プラズマ溶接電流を次第に定常値まで減少させている。これにより、１パルス周期１溶滴移行状態を維持した上で、溶滴に作用する力を小さくすることができるので、溶滴移行に伴うスパッタの発生を減少させることができる。このために、ミグアークのアーク長が長い状態において、ミグアークからプラズマ電極に付着するスパッタ量を抑制することができるので、良好な溶接状態を維持することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】本発明の実施の形態１に係るプラズマミグ溶接のアークスタート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１に係るプラズマミグ溶接のアークスタート制御方法を実施するための溶接装置の構成図である。
【図３】図２の溶接装置を構成するミグ溶接電源ＰＳＭのブロック図である。
【図４】図２の溶接装置を構成するプラズマ溶接電源ＰＳＰのブロック図である。
【図５】本発明の実施の形態２に係るプラズマミグ溶接のアークスタート制御方法を示すタイミングチャートである。
【図６】実施の形態２に係るミグ溶接電源ＰＳＭのブロック図である。
【図７】従来技術におけるプラズマミグ溶接方法の定常状態での波形図である。
【図８】従来技術におけるプラズマミグ溶接のアークスタート制御方法を示すタイミングチャートである。
【００２４】
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。
【００２５】
［実施の形態１］
実施の形態１に係る発明は、プラズマアークの発生時点から予め定めた初期期間Ｔｓを設け、この初期期間Ｔｓ中は、プラズマ溶接電流Ｉwpを初期プラズマ溶接電流値Ｉwpsから定常プラズマ溶接電流値Ｉwpcまで次第に減少させ、ミグ溶接電流Ｉwmを形成するピーク電流Ｉｐを初期ピーク電流値Ｉpsから定常ピーク電流値Ｉpcまで次第に増加させ、ミグ溶接電流Ｉwmを形成するピーク期間Ｔｐを初期ピーク期間Ｔpsから定常ピーク期間Ｔpcまで次第に増加させるものである。以下、こ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１に係るプラズマミグ溶接のアークスタート制御方法を示すタイミングチャートである。同図（Ａ）は溶接ワイヤの送給速度Ｆｗの時間変化を示し、同図（Ｂ）はミグ溶接電流Ｉwmの時間変化を示し、同図（Ｃ）はプラズマ溶接電流Ｉwpの時間変化を示し、同図（Ｄ）はミグアークのアーク長Ｌａの時間変化を示す。同図は、上述した図８において、プラズマアークが発生する時刻ｔ４以降の各信号の変化を示している。時刻ｔ４までの動作は、図８と同一であるので、本発明の特徴となる期間の動作を詳細に説明するために、時刻ｔ４以前の期間は省略している。以下、同図を参照して説明する。
【００２７】
時刻ｔ４において、上述したように、誘発されてプラズマアークが発生すると、この時点から時刻ｔ５までの予め定めた初期期間Ｔｓを設定する。時刻ｔ４〜ｔ５の初期期間Ｔｓは、後述するようにミグアークのアーク長Ｌａが長い状態から次第に短くなり定常アーク長に収束するまでの過渡期間となる。そして、時刻ｔ５以降が定常期間となる。
【００２８】
時刻ｔ４において、同図（Ａ）に示すように、送給速度Ｆｗは、負の値の後退送給速度Ｆｂから正の値の定常送給速度Ｆwcに切り換えられる。同時に、同図（Ｂ）に示すように、ミグ溶接電流Ｉwmは、第１回目のパルス周期Ｔｆ(1)から初期期間Ｔｓの最後のパルス周期Ｔｆ(n)までの複数周期のパルス電流となる。時刻ｔ５以降の最初のパルス周期が第ｎ＋１回目のパルス周期Ｔｆ(n+1)となり、２番目が第ｎ＋２回目のパルス周期Ｔｆ(n+2)となる。第１回目のパルス周期Ｔｆ(1)中は、初期ピーク期間Ｔps中の初期ピーク電流Ｉps及びベース期間Ｔｂ中のベース電流Ｉｂが通電する。ここで、上述したように、初期ピーク期間Ｔps、初期ピーク電流Ｉps及びベース電流Ｉｂは所定値に設定されるパラメータであり、パルス周期がフィードバック制御（アーク長制御）によって決まるのでベース期間Ｔｂもフィードバック制御によって決まることになる。したがって、各パルス周期におけるベース期間Ｔｂは、異なる値となる。同様に、第２回目のパルス周期Ｔｆ(2)中は、ピーク期間Ｔｐ(2)中のピーク電流Ｉｐ(2)及びベース期間Ｔｂ中のベース電流Ｉｂが通電する。同様に、第ｎ回目のパルス周期Ｔｆ(n)中は、ピーク期間Ｔｐ(n)中のピーク電流Ｉｐ(n)及びベース期間Ｔｂ中のベース電流Ｉｂが通電する。同様に、第ｎ＋１回目のパルス周期Ｔｆ(n+1)中は、定常ピーク期間Ｔpc中の定常ピーク電流Ｉpc及びベース期間Ｔｂ中のベース電流Ｉｂが通電する。同様に、第ｎ＋２回目のパルス周期Ｔｆ(n+2)中は、定常ピーク期間Ｔpc中の定常ピーク電流Ｉpc及びベース期間Ｔｂ中のベース電流Ｉｂが通電する。上記のベース電流Ｉｂは、すべてのパルス周期において同一の値となっている。上記のピーク電流Ｉｐは、初期期間Ｔｓ中は初期ピーク電流値Ｉpsから定常ピーク電流値Ｉpcまで次第に増加し、時刻ｔ５以降の定常期間中は定常ピーク電流値Ｉpcとなる。したがって、Ｉps＜Ｉｐ(2)＜…＜Ｉｐ(n)＜Ｉpcとなる。上記のピーク期間Ｔｐは、初期期間Ｔｓ中は初期ピーク期間Ｔpsから定常ピーク期間Ｔpcまで次第に増加し、時刻ｔ５以降の定常期間中は定常ピーク期間Ｔpcとなる。したがって、Ｔps＜Ｔｐ(2)＜…＜Ｔｐ(n)＜Ｔpcとなる。
【００２９】
他方、同図（Ｃ）に示すように、プラズマ溶接電流Ｉwpは、初期期間Ｔｓ中は初期プラズマ溶接電流値Ｉwpsから定常プラズマ溶接電流値Ｉwpcまで次第に減少し、時刻ｔ５以降の定常期間中は定常プラズマ溶接電流値Ｉwpcとなる。したがって、Ｉwps＞Ｉwpcである。また、同図（Ｄ）に示すように、アーク長Ｌａは、時刻ｔ４において一番長くなり、初期期間Ｔｓ中に次第に短くなり、時刻ｔ５の前後で定常アーク長に収束する。
【００３０】
上記の定常ピーク電流値Ｉpc及び定常ピーク期間Ｔpcは、１パルス周期１溶滴移行の安定した溶滴移行状態になるように、溶接ワイヤの直径、材質、送給速度等に応じて実験によって適正値に設定される。上記の定常プラズマ溶接電流値Ｉwpcは、母材の板厚、継手形状、溶接速度等に応じて要求されているビード外観になるように実験によって適正値に設定される。上記の初期ピーク電流値Ｉps、初期ピーク期間Ｔps及び初期プラズマ溶接電流値Ｉwpsは、以下のようにして設定される。初期期間Ｔｓの開始から、定常値よりも大きな値の初期プラズマ溶接電流Ｉwpsを通電することで、プラズマアークから溶接ワイヤへの放熱を大きくして溶接ワイヤの温度上昇を大きくする。溶接ワイヤの温度が上昇しているので、初期ピーク電流値Ｉps及び初期ピーク期間Ｔpsは、定常値よりも小さな値にしても、１パルス周期１溶滴移行状態を維持することができる。初期ピーク電流値Ｉps及び初期ピーク期間Ｔpsが小さくなると、溶滴に作用する電磁的ピンチ力が小さくなるので、溶滴が溶接ワイヤから離脱するときのスパッタが減少する。この結果、プラズマ電極に付着するスパッタも減少することになる。したがって、初期ピーク電流値Ｉps、初期ピーク期間Ｔps及びプラズマ溶接電流値Ｉwpsは、１パルス周期１溶滴移行状態になり、溶滴移行時のスパッタ発生が減少するように実験によって設定される。これらの値は、定常ピーク電流値Ｉpc、定常ピーク期間Ｔpc、定常プラズマ溶接電流値Ｉwpc、プラズマ電極の形状、トーチ高さ等に応じて適正値に設定される。初期期間Ｔｓ中の時間が経過するのに伴い、ミグアークのアーク長が次第に短くなり定常値に近づくので、ピーク電流Ｉｐ及びピーク期間Ｔｐを次第に増加させ、プラズマ溶接電流Ｉwpを次第に減少させている。上記の初期期間Ｔｓは、ミグアークのアーク長が時刻ｔ４の長い状態から短い定常状態に収束する時間と略等しくなるように実験によって設定される。この初期期間Ｔｓは、１００〜７００ms程度の範囲で設定される。この初期期間Ｔｓは、プラズマ電極の形状、トーチ高さ、送給モータの応答速度、溶接ワイヤの直径、材質等に応じて適正値に設定される。送給モータの応答速度は、時刻ｔ４において後退送給速度Ｆｂから定常送給速度Ｆwcに切り換えられたときに定常値に収束するまでの時間に影響するので、アーク長の収束時間に影響することになる。初期期間Ｔｓ中には、１０〜７０回程度のパルス周期が含まれる。したがって、上記のｎは１０〜７０程度となる。同図においては、ピーク電流Ｉｐ及びピーク期間Ｔｐを共に初期期間Ｔｓ中増加させる場合を説明した。しかし、ピーク電流Ｉｐだけを初期期間Ｔｓ中増加させるようにしても、上記の作用効果を奏することができるので、そのようにしても良い。
【００３１】
図２は、図１で上述した本発明の実施の形態１に係るプラズマミグ溶接のアークスタート制御方法を実施するための溶接装置の構成図である。以下、同図を参照して、各構成物について説明する。
【００３２】
本溶接装置は、破線で囲まれた溶接トーチＷＴ、ミグ溶接電源ＰＳＭ及びプラズマ溶接電源ＰＳＰを備えている。溶接トーチＷＴは、シールドガスノズル５２内に、プラズマノズル５１、プラズマ電極１ｂ及び給電チップ４が同心軸上に配置された構造となっている。シールドガスノズル５２とプラズマノズル５１との隙間からは、たとえばアルゴンガス、アルゴンガスと炭酸ガスとの混合ガス等のシールドガス６３が供給される。プラズマノズル５１とプラズマ電極１ｂとの間には、たとえばアルゴンガス、アルゴンガスと炭酸ガスとの混合ガス等のプラズマガス６２が供給される。プラズマ電極１ｂと給電チップ４との間には、たとえばアルゴンガス、アルゴンガスと炭酸ガスとの混合ガス等のセンターガス６１が供給される。これらの３系統のガスをまとめて単にガスと表現する場合がある。
【００３３】
給電チップ４に設けられた貫通孔からは、溶接ワイヤ１ａが送給される。給電チップ４は、溶接ワイヤ１ａに対して導通している。溶接ワイヤ１ａは、送給モータＷＭを駆動源とする送給ロール７の回転によって送給される。プラズマ電極１ｂは、たとえば銅又は銅合金からなり、図外の経路を通る冷却水によって間接的に水冷されている。プラズマノズル５１は、たとえば銅又は銅合金からなり、冷却水を通す流路が形成されていることにより、直接冷却されている。溶接トーチＷＴは、通常ロボット（図示は省略）によって保持された状態で、母材２に対して移動させられる。溶接ワイヤ１ａの先端と母材２との間には、ミグアーク３ａが発生する。プラズマ電極１ｂと母材２との間には、プラズマガス６２によって熱的に拘束されたプラズマアーク３ｂが発生する。したがって、ミグアーク３ａは、プラズマアーク３ｂに包まれた状態になっている。このために、プラズマアーク３ｂは、ミグアーク３ａの形状が広がるのを拘束する作用がある。また、溶接ワイヤ１ａは、プラズマアーク３ｂからの放熱を受けることになる。
【００３４】
ミグ溶接電源ＰＳＭは、給電チップ４を介して溶接ワイヤ１ａと母材２との間に、ミグ溶接電圧Ｖwmを印加することにより、ミグ溶接電流Ｉwmを通電するための電源である。このミグ溶接電流Ｉwmは、図７（Ａ）に示すように、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。ミグ溶接電源ＰＳＭからは、送給モータＷＭに対して送給制御信号Ｆｃが送られ、溶接ワイヤ１ａの送給方向及び送給速度Ｆｗが制御される。ミグ溶接電源ＰＳＭからミグ溶接電圧Ｖwmが印加されるときは、溶接ワイヤ１ａが＋側とされる。ミグ溶接電源ＰＳＭは、後述するようにアークスタート時の一部期間を除いて定電圧特性の電源であり、ミグ溶接電圧Ｖwmが予め定めた電圧設定信号Ｖｒ（図示は省略）の値と等しくなるように制御される。また、ミグ溶接電流Ｉwmの平均値は、溶接ワイヤ１ａの定常送給速度によってその値が定まる。さらに、ミグ溶接電源ＰＳＭには、図３で後述するように、アークスタート時においてプラズマアーク３ｂが発生した時点（図１の時刻ｔ４）でＨｉｇｈレベルになるプラズマアーク発生判別信号Ａｄがプラズマ溶接電源ＰＳＰから入力される。
【００３５】
プラズマ溶接電源ＰＳＰは、プラズマ電極１ｂと母材２との間にプラズマ溶接電圧Ｖwpを印加することによりプラズマ溶接電流Ｉwpを通電するための電源である。プラズマ溶接電源ＰＳＰからプラズマ溶接電圧Ｖwpが印加されるときは、プラズマ電極１ｂが＋側とされる。プラズマ溶接電源ＰＳＰは、定電流特性の電源であり、プラズマ溶接電流Ｉwpが所定値になるように制御される。プラズマ溶接電源ＰＳＰには、図４で後述するように、プラズマアーク３ｂの発生を判別するための回路が設けられており、上記のプラズマアーク発生判別信号Ａｄをミグ溶接電源ＰＳＭに出力する。
【００３６】
両電源の外部に設置された溶接開始回路ＳＴは、溶接開始信号Ｓｔをミグ溶接電源ＰＳＭ及びプラズマ溶接電源ＰＳＰに出力する。この溶接開始信号Ｓｔが入力されると両溶接電源は起動される。溶接開始回路ＳＴは、ロボット溶接にあってはロボット制御装置内に設けられている。
【００３７】
図３は、上述した図２の溶接装置を構成するミグ溶接電源ＰＳＭ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。
【００３８】
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等の出力制御を行い、ミグ溶接電圧Ｖwm及びミグ溶接電流Ｉwm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次整流回路と、整流された直流を平滑するコンデンサと、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と、高周波交流をアーク溶接に適した電圧値に降圧するインバータトランスと、降圧された高周波交流を整流する２次整流回路と、整流された直流を平滑するリアクトルと、から構成される。溶接ワイヤ１ａは、送給モータＷＭに結合された送給ロール７によって給電チップ４内を通って送給され、母材２との間にミグアーク３ａが発生する。溶接トーチの構造は図２のとおりであり、ここでは簡略化して図示している。
【００３９】
電圧検出回路ＶＤは、上記のミグ溶接電圧Ｖwmを検出して、電圧検出信号Ｖｄを出力する。電圧平均値算出回路ＶＡＶは、この電圧検出信号Ｖｄの平均値を算出して、電圧平均値信号Ｖavを出力する。平均値の算出は、上述したように、ローパスフィルタを通すことによって行う。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、この電圧設定信号Ｖｒと上記の電圧平均値信号Ｖavとの誤差を増幅して、電圧誤差増幅信号Ｅｖを出力する。電圧／周波数変換回路ＶＦは、この電圧誤差増幅信号Ｅｖの値に応じた周波数を有するパルス周期信号Ｔｆを出力する。このパルス周期信号Ｔｆは、パルス周期ごとに短時間だけＨｉｇｈレベルになるトリガ信号である。
【００４０】
ピーク期間設定回路ＴＰＲは、プラズマ溶接電源ＰＳＰからのプラズマアーク発生判別信号Ａｄを入力として、プラズマ発生判別信号ＡｄがＨｉｇｈレベル（アーク発生）に変化すると、予め定めた初期期間Ｔｓ中に予め定めた初期ピーク期間Ｔpsから予め定めた定常ピーク期間Ｔpcまで増加し、その後は定常ピーク期間Ｔpcを維持するピーク期間設定信号Ｔprを出力する。ピーク期間タイマ回路ＴＰは、上記のパルス周期信号ＴｆがＨｉｇｈレベルになると上記のピーク期間設定信号Ｔprの値によって定まる期間だけＨｉｇｈレベルになるピーク期間信号Ｔｐを出力する。このピーク期間信号ＴｐがＨｉｇｈレベルのときがピーク期間となり、Ｌｏｗレベルのときがベース期間となる。
【００４１】
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。ピーク電流設定回路ＩＰＲは、プラズマ溶接電源ＰＳＰからのプラズマアーク発生判別信号Ａｄを入力として、プラズマ発生判別信号ＡｄがＨｉｇｈレベル（アーク発生）に変化すると、上記の初期期間Ｔｓ中に予め定めた初期ピーク電流値Ｉpsから予め定めた定常ピーク電流値Ｉpcまで増加し、その後は定常ピーク電流値Ｉpcを維持するピーク電流設定信号Ｉprを出力する。パルス電流設定切換回路ＳＷＰは、上記のピーク期間信号ＴｐがＬｏｗレベルのときは上記のベース電流設定信号Ｉbrをパルス電流設定信号Ｉrcとして出力し、Ｈｉｇｈレベルのときは上記のピーク電流設定信号Ｉprをパルス電流設定信号Ｉrcとして出力する。
【００４２】
初期電流設定回路ＩＩＲは、予め定めた初期電流設定信号Ｉirを出力する。電流設定切換回路ＳＷＩは、外部の溶接開始回路ＳＴからの溶接開始信号Ｓｔ、プラズマ溶接電源ＰＳＰからのプラズマアーク発生判別信号Ａｄ、上記のパルス電流設定信号Ｉrc及び上記の初期電流設定信号Ｉirを入力として、溶接開始信号ＳｔがＨｉｇｈレベル（溶接開始）に変化すると初期電流設定信号Ｉirを電流設定信号Ｉｒとして出力し、プラズマアーク発生判別信号ＡｄがＨｉｇｈレベル（アーク発生）に変化するとパルス電流設定信号Ｉrcを電流設定信号Ｉｒとして出力する。したがって、電流設定信号Ｉｒは、図８の時刻ｔ１〜ｔ４の期間中は初期電流設定信号Ｉirになり、図１の時刻ｔ４以降はパルス電流設定信号Ｉrc（ピーク電流設定信号Ｉpr又はベース電流設定信号Ｉbr）となる。
【００４３】
電流検出回路ＩＤは、ミグ溶接電流Ｉwm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Ｅｉを出力する。駆動回路ＤＶは、外部の溶接開始回路ＳＴからの溶接開始信号Ｓｔ及び上記の電流誤差増幅信号Ｅｉを入力として、溶接開始信号ＳｔがＨｉｇｈレベル（溶接開始）のときは電流誤差増幅信号Ｅｉに従ってＰＷＭ変調制御を行い駆動信号Ｄｖを出力し、Ｌｏｗレベル（溶接停止）のときは駆動信号Ｄｖを出力しない。
【００４４】
短絡判別回路ＳＤは、上記の電圧検出信号Ｖｄを入力として、その値によって溶接ワイヤ１ａと母材２との短絡を判別してＨｉｇｈレベルになる短絡判別信号Ｓｄを出力する。送給速度設定回路ＦＲは、上記の外部の溶接開始回路ＳＴからの溶接開始信号Ｓｔ、上記の短絡判別信号Ｓｄ及びプラズマ溶接電源ＰＳＰからのプラズマアーク発生判別信号Ａｄを入力として、溶接開始信号ＳｔがＨｉｇｈレベル（溶接開始）に変化すると予め定めたスローダウン送給速度設定値となり、短絡判別信号ＳｄがＨｉｇｈレベル（短絡）に変化すると予め定めた後退送給速度設定値となり、プラズマアーク発生判別信号ＡｄがＨｉｇｈレベル（アーク発生）に変化すると予め定めた定常送給速度設定値となる送給速度設定信号Ｆｒを出力する。したがって、送給速度設定信号Ｆｒは、図８の時刻ｔ１〜ｔ２の期間中はスローダウン送給速度設定値となり、時刻ｔ２〜ｔ４の期間中は後退送給速度設定値となり、図１の時刻ｔ４以降の期間中は定常送給速度設定値となる。送給制御回路ＦＣは、上記の溶接開始信号Ｓｔ及び上記の送給速度設定信号Ｆｒを入力として、溶接開始信号ＳｔがＨｉｇｈレベル（溶接開始）になると送給速度設定信号Ｆｒの値に相当する送給速度で溶接ワイヤ１ａを送給するための送給制御信号Ｆｃを送給モータＷＭに出力する。
【００４５】
上記の回路構成によって、図８及び図１に示すようなミグ溶接電流Ｉwm、ミグ溶接電圧Ｖwm及び送給速度Ｆｗが制御される。
【００４６】
図４は、上述した図２の溶接装置を構成するプラズマ溶接電源ＰＳＰ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。
【００４７】
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等の出力制御を行いプラズマ溶接電流Ｉwp及びプラズマ溶接電圧Ｖwpを出力する。このプラズマ溶接電流Ｉwpは、プラズマ電極１ｂ、プラズマアーク３ｂ、母材２を通って通電する。溶接トーチの構造は上述した図２のとおりであるが、ここでは簡略化して図示している。
【００４８】
プラズマ溶接電流設定回路ＩＷＰＲは、後述するプラズマアーク発生判別信号Ａｄを入力として、プラズマ発生判別信号ＡｄがＨｉｇｈレベル（アーク発生）に変化すると、予め定めた初期期間Ｔｓ中に予め定めた初期プラズマ溶接電流値Ｉwpsから予め定めた定常プラズマ溶接電流値Ｉwpcまで減少し、その後は定常プラズマ溶接電流値Ｉwpcを維持するプラズマ溶接電流設定信号Ｉwprを出力する。プラズマ溶接電流検出回路ＩＤＰは、上記のプラズマ溶接電流Ｉwpを検出して、プラズマ溶接電流検出信号Ｉdpを出力する。電流誤差増幅回路ＥＩは、上記のプラズマ溶接電流設定信号Ｉwprと上記のプラズマ溶接電流検出信号Ｉdp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、外部の溶接開始回路ＳＴからの溶接開始信号Ｓｔ及び上記の電流誤差増幅信号Ｅｉを入力として、溶接開始信号ＳｔがＨｉｇｈレベル（溶接開始）のときは電流誤差増幅信号Ｅｉに従ってＰＷＭ変調制御を行い駆動信号Ｄｖを出力し、Ｌｏｗレベル（溶接停止）のときは駆動信号Ｄｖを出力しない。この駆動信号Ｄｖに従って溶接電源の出力制御が行われることによって、図１で上述したようなプラズマ溶接電流Ｉwpが通電する。したがって、プラズマ溶接電源ＰＳＰは、プラズマ溶接電流Ｉwpがプラズマ溶接電流設定信号Ｉwprの値と等しくなるように出力制御されるので、定電流特性の電源となる。
【００４９】
プラズマアーク発生判別回路ＡＤは、上記のプラズマ溶接電流検出信号Ｉdpを入力として、その値がしきい値以上になったときはプラズマアークが発生したと判別してＨｉｇｈレベルとなるプラズマアーク発生判別信号Ａｄを上記のプラズマ溶接電流設定回路ＩＷＰＲ及びミグ溶接電源ＰＳＭに出力する。しきい値としては、例えば５Ａ程度に設定する。
【００５０】
上述した実施の形態１によれば、プラズマアークが発生した時点から初期期間中は、ピーク電流又はピーク電流とピーク期間を次第に定常値まで増加させると共に、プラズマ溶接電流を次第に定常値まで減少させている。これにより、１パルス周期１溶滴移行状態を維持した上で、溶滴に作用する力を小さくすることができるので、溶滴移行に伴うスパッタの発生を減少させることができる。このために、ミグアークのアーク長が長い状態において、ミグアークからプラズマ電極に付着するスパッタ量を抑制することができるので、良好な溶接状態を維持することができる。
【００５１】
［実施の形態２］
実施の形態２に係る発明は、実施の形態１に加えて、初期期間Ｔｓ中は、再前進送給の送給速度を初期送給速度Ｆｓから上記の定常送給速度Ｆwcまで次第に加速させるものである。すなわち、実施の形態２では、プラズマアークが発生した時点から初期期間Ｔｓが経過するまでは、ピーク電流Ｉｐ、ピーク期間Ｔｐ、プラズマ溶接電流Ｉwp及び送給速度Ｆｗが次第に定常置まで変化するようにしたものである。以下、この実施の形態について説明する。
【００５２】
図５は、本発明の実施の形態２に係るプラズマミグ溶接のアークスタート制御方法を示すタイミングチャートである。同図（Ａ）は溶接ワイヤの送給速度Ｆｗの時間変化を示し、同図（Ｂ）はミグ溶接電流Ｉwmの時間変化を示し、同図（Ｃ）はプラズマ溶接電流Ｉwpの時間変化を示し、同図（Ｄ）はミグアークのアーク長Ｌａの時間変化を示す。同図は上述した図１と対応しており、同図（Ａ）に示す送給速度Ｆｗ以外の信号の動作は同一である。同図は、図１と同様に、上述した図８において、プラズマアークが発生する時刻ｔ４以降の各信号の変化を示している。時刻ｔ４までの動作は、図８と同一であるので、本発明の特徴となる期間の動作を詳細に説明するために、時刻ｔ４以前の期間は省略している。以下、同図を参照して説明する。
【００５３】
図１と同様に、時刻ｔ４において、誘発されてプラズマアークが発生すると、この時点から時刻ｔ５までの予め定めた初期期間Ｔｓを設定する。時刻ｔ４〜ｔ５の初期期間Ｔｓ中は、上述したようにミグアークのアーク長Ｌａが次第に短くなる過渡期間となる。そして、時刻ｔ５以降が定常期間となる。
【００５４】
時刻ｔ４において、同図（Ａ）に示すように、送給速度Ｆｗは、負の値の後退送給速度Ｆｂから正の値の初期送給速度Ｆｓに切り換えられる。したがって、溶接ワイヤは後退送給から再前進送給に切り換えられる。そして、初期期間Ｔｓ中は予め定めた初期送給速度Ｆｓから予め定めた定常送給速度Ｆwcまで次第に加速し、時刻ｔ５以降の定常期間中は定常送給速度Ｆwcとなる。したがって、Ｆｓ＜Ｆwcである。同図（Ｂ）に示すミグ溶接電流Ｉwm、同図（Ｃ）に示すプラズマ溶接電流Ｉwp及び同図（Ｄ）に示すアーク長Ｌａについては、図１と同一であるので、説明は省略する。
【００５５】
初期送給速度Ｆｓは、０〜２m/min程度に設定される。初期期間Ｔｓ及び定常送給速度Ｆwcの設定については、上述したとおりである。再前進送給の送給速度Ｆｗを次第に加速させることによって、時刻ｔ４時点での初期ミグアークから時刻ｔ５時点での定常ミグアークへの移行期間におけるアーク安定性が向上する。これは、移行期間に相当する初期期間Ｔｓ中は、ミグ溶接電流Ｉwmを形成するピーク電流及びピーク期間が次第に増加するので、送給速度Ｆｗもこれに同期するように加速させた方が溶融速度と送給速度とのバランスが良くなり、アーク安定性が向上するためである。
【００５６】
上述した実施の形態２に係るプラズマミグ溶接のアークスタート制御方法を実施するための溶接装置は、上述した図２と同様である。但し、図２の溶接装置を構成するミグ溶接電源ＰＳＭのブロック図が異なっているので、図６で後述する。プラズマ溶接電源ＰＳＰのブロック図については、上述した図４と同一である。
【００５７】
図６は、実施の形態２に係るミグ溶接電源ＰＳＭのブロック図である。同図において、上述した図３と同一のブロックについては同一符号を付して、それらの説明は省略する。同図は、図３の送給速度設定回路ＦＲを破線で示す第２送給速度設定回路ＦＲ２に置換したものである。以下、同図を参照して、このブロックについて説明する。
【００５８】
第２送給速度設定回路ＦＲ２は、上記の外部の溶接開始回路ＳＴからの溶接開始信号Ｓｔ、上記の短絡判別信号Ｓｄ及びプラズマ溶接電源ＰＳＰからのプラズマアーク発生判別信号Ａｄを入力として、溶接開始信号ＳｔがＨｉｇｈレベル（溶接開始）に変化すると予め定めたスローダウン送給速度設定値となり、短絡判別信号ＳｄがＨｉｇｈレベル（短絡）に変化すると予め定めた後退送給速度設定値となり、プラズマアーク発生判別信号ＡｄがＨｉｇｈレベル（アーク発生）に変化すると上記の初期期間Ｔｓ中に予め定めた初期送給速度設定値から予め定めた定常送給速度設定値まで増加し、その後は定常送給速度設定値を維持する送給速度設定信号Ｆｒを出力する。したがって、送給速度設定信号Ｆｒは、図８の時刻ｔ１〜ｔ２の期間中はスローダウン送給速度設定値となり、時刻ｔ２〜ｔ４の期間中は後退送給速度設定値となり、図１の時刻ｔ４〜ｔ５の初期期間Ｔｓ中は初期送給速度設定値から定常送給速度設定値まで大きくなり、時刻ｔ５移行の定常期間中は定常送給速度設定値となる。
【００５９】
上述した実施の形態２によれば、初期期間中における再前進送給の送給速度を初期送給速度から定常送給速度まで次第に加速させる。これにより、実施の形態１の効果に加えて、所期期間中のミグアークの安定性を向上させることができる。
【００６０】
上述した実施の形態１及び２において、ピーク電流及びピーク期間を増加させる初期期間と、プラズマ溶接電流を減少させる初期期間と、送給速度を加速する初期期間とはすべて同一期間である。しかし、これら３つの初期期間をミグアークの安定性及びスパッタの発生を考慮して異なる値に微調整しても良い。さらに、初期期間中に、ベース電流を次第に変化させても良い。
【符号の説明】
【００６１】
１ａ 溶接ワイヤ
１ｂ プラズマ電極
２ 母材
３ａ ミグアーク
31ａ 初期ミグアーク
３ｂ プラズマアーク
４ 給電チップ
５１ プラズマノズル
５２ シールドガスノズル
６１ センターガス
６２ プラズマガス
６３ シールドガス
７ 送給ロール
ＡＤ プラズマアーク発生判別回路
Ａｄ プラズマアーク発生判別信号
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
Ｆｂ 後退送給速度
ＦＣ 送給制御回路
Ｆｃ 送給制御信号
Ｆｉ スローダウン送給速度
ＦＲ 送給速度設定回路
Ｆｒ 送給速度設定信号
ＦＲ２ 第２送給速度設定回路
Ｆｓ 初期送給速度
Ｆｗ 送給速度
Ｆwc 定常送給速度
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 電流検出回路
Ｉｄ 電流検出信号
ＩＤＰ プラズマ溶接電流検出回路
Ｉdp プラズマ溶接電流検出信号
Ｉｉ 初期電流
ＩＩＲ 初期電流設定回路
Ｉir 初期電流設定信号
Ｉｐ ピーク電流
Ｉpc 定常ピーク電流
ＩＰＲ ピーク電流設定回路
Ｉpr ピーク電流設定信号
Ｉps 初期ピーク電流
Ｉｒ 電流設定信号
Ｉrc パルス電流設定信号
Ｉwm ミグ溶接電流
Ｉwp プラズマ溶接電流
Ｉwpc 定常プラズマ溶接電流
ＩＷＰＲ プラズマ溶接電流設定回路
Ｉwpr プラズマ溶接電流設定信号
Ｉwps 初期プラズマ溶接電流
Ｌａ ミグアークのアーク長
ＰＭ 電源主回路
ＰＳＭ ミグ溶接電源
ＰＳＰ プラズマ溶接電源
ＳＤ 短絡判別回路
Ｓｄ 短絡判別信号
ＳＴ 溶接開始回路
Ｓｔ 溶接開始信号
ＳＷＩ 電流設定切換回路
ＳＷＰ パルス電流設定切換回路
Ｔｂ ベース期間
Ｔｆ パルス周期（信号）
ＴＰ ピーク期間タイマ回路
Ｔｐ ピーク期間（信号）
Ｔpc 定常ピーク期間
ＴＰＲ ピーク期間設定回路
Ｔpr ピーク期間設定信号
Ｔps 初期ピーク期間
Ｔｓ 初期期間
ＶＡＶ 電圧平均値算出回路
Ｖav 電圧平均値信号
Ｖｂ ベース電圧
ＶＤ 電圧検出回路
Ｖｄ 電圧検出信号
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
Ｖwm ミグ溶接電圧
Ｖwp プラズマ溶接電圧
ＷＭ 送給モータ
ＷＴ 溶接トーチ
【技術分野】
【０００１】
本発明は、１つの溶接トーチを用いてミグアークとプラズマアークとを同時に発生させて溶接を行うプラズマミグ溶接のアークスタート制御方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来から、プラズマ溶接方法とミグ溶接方法とを組み合わせたプラズマミグ溶接方法が提案されている。このプラズマミグ溶接方法においては、溶接トーチを通して送給される溶接ワイヤと母材との間にミグ溶接電流を通電することによってミグアークを発生させる。そして、溶接ワイヤを囲むように中空形状のプラズマ電極が配置されており、アルゴンなどのガスを供給し、このガスを介してプラズマ電極と母材との間にプラズマ溶接電流を通電することによってプラズマアークを発生させる。ミグアークは、溶接トーチの軸心を送給される溶接ワイヤと母材との間に発生し、このミグアークを囲むようにプラズマアークが発生している。したがって、ミグアークは、プラズマアークに包まれた状態になる。溶接ワイヤは、ミグアークを発生させる電極として機能すると共に、その先端が溶融することにより溶滴となって母材の接合を補助する。したがって、プラズマミグ溶接方法は、厚板の高効率溶接、薄板の高速溶接等に使用されることが多い。
【０００３】
上記のミグ溶接電流は、スパッタの発生を抑制し、かつ、溶滴を安定して供給するために、一般的にパルス波形が使用される。したがって、ミグ溶接方法は、一般的なミグパルス溶接方法である。ミグパルス溶接方法を含む消耗電極式アーク溶接方法では、溶接中のアーク長を適正値に維持することが重要であるために、アーク長制御が行われる。他方、上記のプラズマ溶接電流には、一定値の直流が使用されることが多い。これ以降の説明において、単にアーク長と記載したときはミグアークのアーク長を意味している。以下、上述したプラズマミグ溶接方法について説明する。
【０００４】
図７は、従来技術におけるプラズマミグ溶接方法の定常状態での波形図である。同図（Ａ）はミグ溶接電流Ｉwmを示し、同図（Ｂ）はミグ溶接電圧Ｖwmを示し、同図（Ｃ）はプラズマ溶接電流Ｉwpを示す。以下、同図を参照して説明する。
【０００５】
同図において、時刻ｔ１〜ｔ３の期間が第ｎ−１回目のパルス周期Ｔｆ(n-1)を示し、時刻ｔ３〜ｔ５の期間が第ｎ回目のパルス周期Ｔｆ(n)を示す。第ｎ−１回目のパルス周期Ｔｆ(n-1)は、時刻ｔ１〜ｔ２の第ｎ−１回目のピーク期間Ｔｐ(n-1)及び時刻ｔ２〜ｔ３の第ｎ−１回目のベース期間Ｔｂ(n-1)から形成されている。第ｎ回目のパルス周期Ｔｆ(n)は、時刻ｔ３〜ｔ４の第ｎ回目のピーク期間Ｔｐ(n)及び時刻ｔ４〜ｔ５の第ｎ回目のベース期間Ｔｂ(n)から形成されている。
【０００６】
同図（Ａ）に示すように、第ｎ−１回目のパルス周期Ｔｆ(n-1)においては、時刻ｔ１〜ｔ２のピーク期間Ｔｐ(n-1)中は予め定めたピーク電流Ｉｐが通電し、時刻ｔ２〜ｔ３のベース期間Ｔｂ(n-1)中は予め定めたベース電流Ｉｂが通電する。したがって、ミグ溶接電流Ｉwmはピーク電流Ｉｐ及びベース電流Ｉｂから形成される。そして、同図（Ｂ）に示すように、第ｎ−１回目のパルス周期Ｔｆ(n-1)において、ピーク期間Ｔｐ(n-1)中はアーク長に比例したピーク電圧Ｖｐ(n-1)が溶接ワイヤと母材との間に印加し、ベース期間Ｔｂ(n-1)中はアーク長に比例したベース電圧Ｖｂ(n-1)が印加する。したがって、ミグ溶接電圧Ｖwmは、ピーク電圧Ｖｐ及びベース電圧Ｖｂから形成される。第ｎ回目のパルス周期Ｔｆ(n)についても同様である。ここで、第ｎ−１回目のパルス周期Ｔｆ(n-1)におけるピーク電流Ｉｐ及びベース電流Ｉｂは、第ｎ回目のパルス周期Ｔｆ(n)におけるピーク電流Ｉｐ及びベース電流Ｉｂとそれぞれ同一値となる。他方、アーク発生状態が安定している状態においては、第ｎ−１回目のパルス周期Ｔｆ(n-1)におけるピーク電圧Ｖｐ(n-1)及びベース電圧Ｖｂ(n-1)は、第ｎ回目のパルス周期Ｔｆ(n)におけるピーク電圧Ｖｐ(n)及びベース電圧Ｖｂ(n)とそれぞれ略等しい値となる。
【０００７】
ミグ溶接では、良好な溶接品質を得るためにアーク長を適正値に維持するアーク長制御が行われる。通常、このアーク長制御は、ミグ溶接電圧Ｖwmがアーク長と略比例関係にあることを利用して、ミグ溶接電圧Ｖwmの平均値が予め定めた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。ミグ溶接電圧Ｖwmの平均値は、ミグ溶接電圧Ｖwmをローパスフィルタ（カットオフ周波数は１〜１０Ｈｚ程度）に通すことによって生成される。このアーク長制御の方式は、周波数変調方式と呼ばれる。この場合、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、パルスパラメータとなる。ピーク電流Ｉｐは臨界値以上に設定され、ピーク期間Ｔｐと組み合わせてユニットパルス条件と呼ばれる。このユニットパルス条件は、１パルス周期１溶滴移行になるように設定される。ベース電流Ｉｂは、臨界値未満の数十Ａ程度の小電流値に設定される。ユニットパルス条件及びベース電流Ｉｂは、溶接ワイヤの材質、直径、送給速度等に応じて適正値に設定される。
【０００８】
アーク長制御の方式として周波数変調制御以外にもパルス幅変調制御が使用される場合もある。この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てパルスパラメータとなる。そして、ミグ溶接電圧Ｖwmの平均値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）が制御される。
【０００９】
他方、同図（Ｃ）に示すように、プラズマ溶接電流Ｉwpは、定電流制御されており、予め定めた一定値の直流波形となる。したがって、プラズマアークは、一定値のプラズマ溶接電流Ｉwpの通電によって発生している。
【００１０】
上述したプラズマミグ溶接方法は高品質溶接に使用されることが多いので、定常状態でのアーク安定性に加えて、アークスタート性能が良好であることも求められる。このために、ミグアークを後述するリトラクトスタート方式によって発生させ、このミグアークによってプラズマアークを誘発する方式を採用している（例えば、特許文献１及び２参照）。以下、この従来技術のプラズマミグ溶接のアークスタート方法について説明する。
【００１１】
図８は、従来技術におけるプラズマミグ溶接のアークスタート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）は溶接ワイヤの送給速度Ｆｗを示し、同図（Ｃ）はミグ溶接電圧Ｖwmを示し、同図（Ｄ）はミグ溶接電流Ｉwmを示し、同図（Ｅ）はプラズマ溶接電圧Ｖwpを示し、同図（Ｆ）はプラズマ溶接電流Ｉwpを示し、同図（Ｇ１）〜（Ｇ５）は各時刻におけるアーク発生状態を示す模式図である。以下、同図を参照して説明する。
【００１２】
（１）時刻ｔ１〜ｔ２の前進送給期間（スローダウン送給期間）
時刻ｔ１において、同図（Ａ）に示すように、外部からの溶接開始信号ＳｔがＨｉｇｈレベル（溶接開始）になると、同図（Ｂ）及び（Ｇ１）に示すように、送給速度Ｆｗは正の小さな値となり、溶接ワイヤ１ａは１〜２m/min程度の遅いスローダウン送給速度Ｆｉでの前進送給が開始される。ここで、送給速度Ｆｗが正の値であるときは、溶接ワイヤ１ａは母材２に近づく方向へ前進送給され、負の値であるときは、溶接ワイヤ１ａは母材２から離れる方向へ後退送給されることを示している。同図（Ｃ）に示すように、溶接ワイヤ１ａと母材２との間には無負荷電圧が印加され、同図（Ｅ）に示すように、プラズマ電極１ｂと母材２との間にも別の無負荷電圧が印加される。
【００１３】
（２）時刻ｔ２〜ｔ３の後退送給短絡期間
時刻ｔ２において、同図（Ｇ２）に示すように、上記の前進送給によって溶接ワイヤ１ａが母材２と接触（短絡）すると、同図（Ｃ）に示すように、ミグ溶接電圧Ｖwmは、無負荷電圧から数Ｖ程度の短絡電圧値に低下する。この電圧の低下によって短絡を判別すると、同図（Ｂ）に示すように、送給速度Ｆｗは負の値の後退送給速度Ｆｂに切り換わり、溶接ワイヤ１ａが母材２から離れる方向へ後退送給される。また、同図（Ｄ）に示すように、ミグ溶接電流Ｉwmは溶接ワイヤをジュール熱でほとんど溶融しない程度の２０〜８０Ａ程度の一定値の直流電流である初期電流Ｉｉとなる。
【００１４】
（３）時刻ｔ３〜ｔ４の後退送給アーク期間
時刻ｔ３において、同図（Ｇ３）に示すように、上記の後退送給によってワイヤ先端が母材２から離れると初期ミグアーク31ａが発生し、同図（Ｄ）に示すように、ミグ溶接電流Ｉwmは上記の初期電流Ｉｉのまま維持される。この初期ミグアーク31ａは、後退送給によって発生し、かつ、アークを通電する電流値（初期電流値Ｉｉ）も小さいので、スパッタはほとんど発生せず確実なアークスタートが実現できる。初期ミグアーク31ａが発生すると、同図（Ｃ）に示すように、ミグ溶接電圧Ｖwmは、短絡電圧値から数十Ｖ程度のアーク電圧値に急増する。時刻ｔ３移行も上記の後退送給は継続されるので、同図（Ｇ４）に示すように、初期ミグアーク31ａのアーク長は次第に長くなる。溶接ワイヤ１ａの先端と母材２との間に発生している初期ミグアーク31ａ内はプラズマ雰囲気となっているので、アーク長が長くなるのに伴い、プラズマ電極１ｂと母材２との間の空間もプラズマ雰囲気が形成されることになる。
【００１５】
（４）時刻ｔ４移行のミグアーク３ａ及びプラズマアーク３ｂ発生期間
時刻ｔ４において、同図（Ｅ）に示すように、プラズマ電極１ｂと母材２との間に無負荷電圧が既に印加されており、かつ、上述したようにプラズマ電極１ｂと母材２との間の空間がプラズマ雰囲気になっているために、同図（Ｇ５）に示すように、プラズマアーク３ｂが誘発されて発生する。プラズマアーク３ｂが発生すると、同図（Ｅ）に示すように、プラズマ溶接電圧Ｖwpは無負荷電圧からアーク電圧値に低下し、同図（Ｆ）に示すように、プラズマ溶接電流Ｉwpは予め定めた定常プラズマ溶接電流値Ｉwpcとなる。同時に時刻ｔ４にプラズマアーク３ｂが発生すると、同図（Ｂ）に示すように、送給速度Ｆｗは、負の値の後退送給速度Ｆｂから正の値の定常送給速度Ｆwcへと切り換わり、溶接ワイヤ１ａは再前進送給される。この結果、同図（Ｄ）に示すように、ミグ溶接電流Ｉwmは、図７で上述したようにピーク電流Ｉｐ及びベース電流Ｉｂから形成されるパルス波形となり、同図（Ｃ）に示すように、ミグ溶接電圧Ｖwmは、図７で上述したようにピーク電圧Ｖｐ及びベース電圧Ｖｂから形成されるパルス波形となる。時刻ｔ４移行のミグ溶接電流Ｉwmの平均値は、定常送給速度Ｆwcによって略決定される。また、時刻ｔ４移行のミグ溶接電圧Ｖwmの平均値は、図７で上述したように、電圧設定値と略等しくなるように制御され、アーク長が適正値になるようにフィードバック制御される。そして、時刻ｔ４から１００〜７００ms後に、ミグアーク３ａのアーク長は定常値に収束して、定常状態となる。これにより、プラズマアーク溶接のアークスタートは完了する。プラズマアーク３ｂが発生するのは、無負荷電圧が印加された状態で、プラズマ電極１ｂと母材２との空間が初期ミグアーク31ａによってプラズマ雰囲気になってくるためであるので、その発生タイミングはある程度の範囲でランダムである。したがって、時刻ｔ３〜ｔ４の後退アーク期間は、ある程度のバラツキを有している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１６】
【特許文献１】特開２００７−１４４５０９号公報
【特許文献２】特開２００８−２２９７０４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１７】
上述した図８の時刻ｔ４直後においては、ミグアーク３ａのアーク長は長くなっているので、溶接ワイヤ１ａの先端はプラズマ電極１ｂの近くに位置している。この状態で、パルス周期に同期して、溶接ワイヤ１ａの溶滴移行が行われる。この結果、ミグアーク３ａからの溶滴移行時に発生する少量のスパッタがプラズマ電極１ｂに付着することになる。アークスタートを複数回繰り返していると、プラズマ電極１ｂに付着したスパッタ量が次第に増加してくる。このようになると、プラズマ電極１ｂの先端が歪な形状となるために、プラズマアーク３ｂも変形した形状となり、溶接品質が悪くなる。さらに、プラズマ電極１ｂの先端が歪に変形すると、プラズマ電極１ｂの内側を流れるセンターガス及び外側を流れるプラズマガスの円滑な流れが阻害されることになり、溶接品質が悪くなる。
【００１８】
そこで、本発明では、アークスタート時においてプラズマ電極へのミグアークからのスパッタの付着を抑制することによって、高品質の溶接を行うことができるプラズマミグ溶接のアークスタート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】
【００１９】
上述した課題を解決するために、請求項１の発明は、溶接トーチを通して送給される溶接ワイヤと母材との間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を１パルス周期とするミグ溶接電流を通電することによってミグアークを発生させると共に、前記溶接ワイヤを囲むように配置されているプラズマ電極と前記母材との間に直流のプラズマ溶接電流を通電することによってプラズマアークを発生させるプラズマミグ溶接にあって、
溶接開始に際して、前記プラズマ電極と前記母材との間に無負荷電圧を印加すると共に、前記溶接ワイヤを前進送給して前記母材と一旦接触させた後に後退送給して引き離すことによって直流電流が通電する初期ミグアークを発生させ、前記後退送給を継続し前記初期ミグアークのアーク長を次第に長くして前記プラズマ電極と前記母材との間の空間にプラズマ雰囲気を形成することによって前記プラズマ溶接電流が通電する前記プラズマアークを発生させ、このプラズマアークが発生すると前記溶接ワイヤを再前進送給に切り換えると共に前記ピーク電流及び前記ベース電流から形成される前記ミグ溶接電流を通電して定常ミグアークへと移行させる、プラズマミグ溶接のアークスタート制御方法において、
前記プラズマアークの発生時点から予め定めた初期期間を設け、前記初期期間中は、前記プラズマ溶接電流を初期プラズマ溶接電流値から定常プラズマ溶接電流値まで次第に減少させると共に、前記ピーク電流を初期ピーク電流値から定常ピーク電流値まで次第に増加させる、
ことを特徴とするプラズマミグ溶接のアークスタート制御方法である。
【００２０】
請求項２の発明は、前記初期期間中は、前記ピーク期間を初期ピーク期間から定常ピーク期間まで次第に長くする、
ことを特徴とする請求項１記載のプラズマミグ溶接のアークスタート制御方法である。
【００２１】
請求項３の発明は、前記初期期間中は、前記再前進送給の送給速度を初期送給速度から前記定常送給速度まで次第に加速させる、
ことを特徴とする請求項１又は２記載のプラズマミグ溶接のアークスタート制御方法である。
【発明の効果】
【００２２】
本発明によれば、プラズマアークが発生した時点から初期期間中は、ピーク電流又はピーク電流とピーク期間を次第に定常値まで増加させると共に、プラズマ溶接電流を次第に定常値まで減少させている。これにより、１パルス周期１溶滴移行状態を維持した上で、溶滴に作用する力を小さくすることができるので、溶滴移行に伴うスパッタの発生を減少させることができる。このために、ミグアークのアーク長が長い状態において、ミグアークからプラズマ電極に付着するスパッタ量を抑制することができるので、良好な溶接状態を維持することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】本発明の実施の形態１に係るプラズマミグ溶接のアークスタート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１に係るプラズマミグ溶接のアークスタート制御方法を実施するための溶接装置の構成図である。
【図３】図２の溶接装置を構成するミグ溶接電源ＰＳＭのブロック図である。
【図４】図２の溶接装置を構成するプラズマ溶接電源ＰＳＰのブロック図である。
【図５】本発明の実施の形態２に係るプラズマミグ溶接のアークスタート制御方法を示すタイミングチャートである。
【図６】実施の形態２に係るミグ溶接電源ＰＳＭのブロック図である。
【図７】従来技術におけるプラズマミグ溶接方法の定常状態での波形図である。
【図８】従来技術におけるプラズマミグ溶接のアークスタート制御方法を示すタイミングチャートである。
【００２４】
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。
【００２５】
［実施の形態１］
実施の形態１に係る発明は、プラズマアークの発生時点から予め定めた初期期間Ｔｓを設け、この初期期間Ｔｓ中は、プラズマ溶接電流Ｉwpを初期プラズマ溶接電流値Ｉwpsから定常プラズマ溶接電流値Ｉwpcまで次第に減少させ、ミグ溶接電流Ｉwmを形成するピーク電流Ｉｐを初期ピーク電流値Ｉpsから定常ピーク電流値Ｉpcまで次第に増加させ、ミグ溶接電流Ｉwmを形成するピーク期間Ｔｐを初期ピーク期間Ｔpsから定常ピーク期間Ｔpcまで次第に増加させるものである。以下、こ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１に係るプラズマミグ溶接のアークスタート制御方法を示すタイミングチャートである。同図（Ａ）は溶接ワイヤの送給速度Ｆｗの時間変化を示し、同図（Ｂ）はミグ溶接電流Ｉwmの時間変化を示し、同図（Ｃ）はプラズマ溶接電流Ｉwpの時間変化を示し、同図（Ｄ）はミグアークのアーク長Ｌａの時間変化を示す。同図は、上述した図８において、プラズマアークが発生する時刻ｔ４以降の各信号の変化を示している。時刻ｔ４までの動作は、図８と同一であるので、本発明の特徴となる期間の動作を詳細に説明するために、時刻ｔ４以前の期間は省略している。以下、同図を参照して説明する。
【００２７】
時刻ｔ４において、上述したように、誘発されてプラズマアークが発生すると、この時点から時刻ｔ５までの予め定めた初期期間Ｔｓを設定する。時刻ｔ４〜ｔ５の初期期間Ｔｓは、後述するようにミグアークのアーク長Ｌａが長い状態から次第に短くなり定常アーク長に収束するまでの過渡期間となる。そして、時刻ｔ５以降が定常期間となる。
【００２８】
時刻ｔ４において、同図（Ａ）に示すように、送給速度Ｆｗは、負の値の後退送給速度Ｆｂから正の値の定常送給速度Ｆwcに切り換えられる。同時に、同図（Ｂ）に示すように、ミグ溶接電流Ｉwmは、第１回目のパルス周期Ｔｆ(1)から初期期間Ｔｓの最後のパルス周期Ｔｆ(n)までの複数周期のパルス電流となる。時刻ｔ５以降の最初のパルス周期が第ｎ＋１回目のパルス周期Ｔｆ(n+1)となり、２番目が第ｎ＋２回目のパルス周期Ｔｆ(n+2)となる。第１回目のパルス周期Ｔｆ(1)中は、初期ピーク期間Ｔps中の初期ピーク電流Ｉps及びベース期間Ｔｂ中のベース電流Ｉｂが通電する。ここで、上述したように、初期ピーク期間Ｔps、初期ピーク電流Ｉps及びベース電流Ｉｂは所定値に設定されるパラメータであり、パルス周期がフィードバック制御（アーク長制御）によって決まるのでベース期間Ｔｂもフィードバック制御によって決まることになる。したがって、各パルス周期におけるベース期間Ｔｂは、異なる値となる。同様に、第２回目のパルス周期Ｔｆ(2)中は、ピーク期間Ｔｐ(2)中のピーク電流Ｉｐ(2)及びベース期間Ｔｂ中のベース電流Ｉｂが通電する。同様に、第ｎ回目のパルス周期Ｔｆ(n)中は、ピーク期間Ｔｐ(n)中のピーク電流Ｉｐ(n)及びベース期間Ｔｂ中のベース電流Ｉｂが通電する。同様に、第ｎ＋１回目のパルス周期Ｔｆ(n+1)中は、定常ピーク期間Ｔpc中の定常ピーク電流Ｉpc及びベース期間Ｔｂ中のベース電流Ｉｂが通電する。同様に、第ｎ＋２回目のパルス周期Ｔｆ(n+2)中は、定常ピーク期間Ｔpc中の定常ピーク電流Ｉpc及びベース期間Ｔｂ中のベース電流Ｉｂが通電する。上記のベース電流Ｉｂは、すべてのパルス周期において同一の値となっている。上記のピーク電流Ｉｐは、初期期間Ｔｓ中は初期ピーク電流値Ｉpsから定常ピーク電流値Ｉpcまで次第に増加し、時刻ｔ５以降の定常期間中は定常ピーク電流値Ｉpcとなる。したがって、Ｉps＜Ｉｐ(2)＜…＜Ｉｐ(n)＜Ｉpcとなる。上記のピーク期間Ｔｐは、初期期間Ｔｓ中は初期ピーク期間Ｔpsから定常ピーク期間Ｔpcまで次第に増加し、時刻ｔ５以降の定常期間中は定常ピーク期間Ｔpcとなる。したがって、Ｔps＜Ｔｐ(2)＜…＜Ｔｐ(n)＜Ｔpcとなる。
【００２９】
他方、同図（Ｃ）に示すように、プラズマ溶接電流Ｉwpは、初期期間Ｔｓ中は初期プラズマ溶接電流値Ｉwpsから定常プラズマ溶接電流値Ｉwpcまで次第に減少し、時刻ｔ５以降の定常期間中は定常プラズマ溶接電流値Ｉwpcとなる。したがって、Ｉwps＞Ｉwpcである。また、同図（Ｄ）に示すように、アーク長Ｌａは、時刻ｔ４において一番長くなり、初期期間Ｔｓ中に次第に短くなり、時刻ｔ５の前後で定常アーク長に収束する。
【００３０】
上記の定常ピーク電流値Ｉpc及び定常ピーク期間Ｔpcは、１パルス周期１溶滴移行の安定した溶滴移行状態になるように、溶接ワイヤの直径、材質、送給速度等に応じて実験によって適正値に設定される。上記の定常プラズマ溶接電流値Ｉwpcは、母材の板厚、継手形状、溶接速度等に応じて要求されているビード外観になるように実験によって適正値に設定される。上記の初期ピーク電流値Ｉps、初期ピーク期間Ｔps及び初期プラズマ溶接電流値Ｉwpsは、以下のようにして設定される。初期期間Ｔｓの開始から、定常値よりも大きな値の初期プラズマ溶接電流Ｉwpsを通電することで、プラズマアークから溶接ワイヤへの放熱を大きくして溶接ワイヤの温度上昇を大きくする。溶接ワイヤの温度が上昇しているので、初期ピーク電流値Ｉps及び初期ピーク期間Ｔpsは、定常値よりも小さな値にしても、１パルス周期１溶滴移行状態を維持することができる。初期ピーク電流値Ｉps及び初期ピーク期間Ｔpsが小さくなると、溶滴に作用する電磁的ピンチ力が小さくなるので、溶滴が溶接ワイヤから離脱するときのスパッタが減少する。この結果、プラズマ電極に付着するスパッタも減少することになる。したがって、初期ピーク電流値Ｉps、初期ピーク期間Ｔps及びプラズマ溶接電流値Ｉwpsは、１パルス周期１溶滴移行状態になり、溶滴移行時のスパッタ発生が減少するように実験によって設定される。これらの値は、定常ピーク電流値Ｉpc、定常ピーク期間Ｔpc、定常プラズマ溶接電流値Ｉwpc、プラズマ電極の形状、トーチ高さ等に応じて適正値に設定される。初期期間Ｔｓ中の時間が経過するのに伴い、ミグアークのアーク長が次第に短くなり定常値に近づくので、ピーク電流Ｉｐ及びピーク期間Ｔｐを次第に増加させ、プラズマ溶接電流Ｉwpを次第に減少させている。上記の初期期間Ｔｓは、ミグアークのアーク長が時刻ｔ４の長い状態から短い定常状態に収束する時間と略等しくなるように実験によって設定される。この初期期間Ｔｓは、１００〜７００ms程度の範囲で設定される。この初期期間Ｔｓは、プラズマ電極の形状、トーチ高さ、送給モータの応答速度、溶接ワイヤの直径、材質等に応じて適正値に設定される。送給モータの応答速度は、時刻ｔ４において後退送給速度Ｆｂから定常送給速度Ｆwcに切り換えられたときに定常値に収束するまでの時間に影響するので、アーク長の収束時間に影響することになる。初期期間Ｔｓ中には、１０〜７０回程度のパルス周期が含まれる。したがって、上記のｎは１０〜７０程度となる。同図においては、ピーク電流Ｉｐ及びピーク期間Ｔｐを共に初期期間Ｔｓ中増加させる場合を説明した。しかし、ピーク電流Ｉｐだけを初期期間Ｔｓ中増加させるようにしても、上記の作用効果を奏することができるので、そのようにしても良い。
【００３１】
図２は、図１で上述した本発明の実施の形態１に係るプラズマミグ溶接のアークスタート制御方法を実施するための溶接装置の構成図である。以下、同図を参照して、各構成物について説明する。
【００３２】
本溶接装置は、破線で囲まれた溶接トーチＷＴ、ミグ溶接電源ＰＳＭ及びプラズマ溶接電源ＰＳＰを備えている。溶接トーチＷＴは、シールドガスノズル５２内に、プラズマノズル５１、プラズマ電極１ｂ及び給電チップ４が同心軸上に配置された構造となっている。シールドガスノズル５２とプラズマノズル５１との隙間からは、たとえばアルゴンガス、アルゴンガスと炭酸ガスとの混合ガス等のシールドガス６３が供給される。プラズマノズル５１とプラズマ電極１ｂとの間には、たとえばアルゴンガス、アルゴンガスと炭酸ガスとの混合ガス等のプラズマガス６２が供給される。プラズマ電極１ｂと給電チップ４との間には、たとえばアルゴンガス、アルゴンガスと炭酸ガスとの混合ガス等のセンターガス６１が供給される。これらの３系統のガスをまとめて単にガスと表現する場合がある。
【００３３】
給電チップ４に設けられた貫通孔からは、溶接ワイヤ１ａが送給される。給電チップ４は、溶接ワイヤ１ａに対して導通している。溶接ワイヤ１ａは、送給モータＷＭを駆動源とする送給ロール７の回転によって送給される。プラズマ電極１ｂは、たとえば銅又は銅合金からなり、図外の経路を通る冷却水によって間接的に水冷されている。プラズマノズル５１は、たとえば銅又は銅合金からなり、冷却水を通す流路が形成されていることにより、直接冷却されている。溶接トーチＷＴは、通常ロボット（図示は省略）によって保持された状態で、母材２に対して移動させられる。溶接ワイヤ１ａの先端と母材２との間には、ミグアーク３ａが発生する。プラズマ電極１ｂと母材２との間には、プラズマガス６２によって熱的に拘束されたプラズマアーク３ｂが発生する。したがって、ミグアーク３ａは、プラズマアーク３ｂに包まれた状態になっている。このために、プラズマアーク３ｂは、ミグアーク３ａの形状が広がるのを拘束する作用がある。また、溶接ワイヤ１ａは、プラズマアーク３ｂからの放熱を受けることになる。
【００３４】
ミグ溶接電源ＰＳＭは、給電チップ４を介して溶接ワイヤ１ａと母材２との間に、ミグ溶接電圧Ｖwmを印加することにより、ミグ溶接電流Ｉwmを通電するための電源である。このミグ溶接電流Ｉwmは、図７（Ａ）に示すように、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。ミグ溶接電源ＰＳＭからは、送給モータＷＭに対して送給制御信号Ｆｃが送られ、溶接ワイヤ１ａの送給方向及び送給速度Ｆｗが制御される。ミグ溶接電源ＰＳＭからミグ溶接電圧Ｖwmが印加されるときは、溶接ワイヤ１ａが＋側とされる。ミグ溶接電源ＰＳＭは、後述するようにアークスタート時の一部期間を除いて定電圧特性の電源であり、ミグ溶接電圧Ｖwmが予め定めた電圧設定信号Ｖｒ（図示は省略）の値と等しくなるように制御される。また、ミグ溶接電流Ｉwmの平均値は、溶接ワイヤ１ａの定常送給速度によってその値が定まる。さらに、ミグ溶接電源ＰＳＭには、図３で後述するように、アークスタート時においてプラズマアーク３ｂが発生した時点（図１の時刻ｔ４）でＨｉｇｈレベルになるプラズマアーク発生判別信号Ａｄがプラズマ溶接電源ＰＳＰから入力される。
【００３５】
プラズマ溶接電源ＰＳＰは、プラズマ電極１ｂと母材２との間にプラズマ溶接電圧Ｖwpを印加することによりプラズマ溶接電流Ｉwpを通電するための電源である。プラズマ溶接電源ＰＳＰからプラズマ溶接電圧Ｖwpが印加されるときは、プラズマ電極１ｂが＋側とされる。プラズマ溶接電源ＰＳＰは、定電流特性の電源であり、プラズマ溶接電流Ｉwpが所定値になるように制御される。プラズマ溶接電源ＰＳＰには、図４で後述するように、プラズマアーク３ｂの発生を判別するための回路が設けられており、上記のプラズマアーク発生判別信号Ａｄをミグ溶接電源ＰＳＭに出力する。
【００３６】
両電源の外部に設置された溶接開始回路ＳＴは、溶接開始信号Ｓｔをミグ溶接電源ＰＳＭ及びプラズマ溶接電源ＰＳＰに出力する。この溶接開始信号Ｓｔが入力されると両溶接電源は起動される。溶接開始回路ＳＴは、ロボット溶接にあってはロボット制御装置内に設けられている。
【００３７】
図３は、上述した図２の溶接装置を構成するミグ溶接電源ＰＳＭ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。
【００３８】
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等の出力制御を行い、ミグ溶接電圧Ｖwm及びミグ溶接電流Ｉwm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次整流回路と、整流された直流を平滑するコンデンサと、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と、高周波交流をアーク溶接に適した電圧値に降圧するインバータトランスと、降圧された高周波交流を整流する２次整流回路と、整流された直流を平滑するリアクトルと、から構成される。溶接ワイヤ１ａは、送給モータＷＭに結合された送給ロール７によって給電チップ４内を通って送給され、母材２との間にミグアーク３ａが発生する。溶接トーチの構造は図２のとおりであり、ここでは簡略化して図示している。
【００３９】
電圧検出回路ＶＤは、上記のミグ溶接電圧Ｖwmを検出して、電圧検出信号Ｖｄを出力する。電圧平均値算出回路ＶＡＶは、この電圧検出信号Ｖｄの平均値を算出して、電圧平均値信号Ｖavを出力する。平均値の算出は、上述したように、ローパスフィルタを通すことによって行う。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、この電圧設定信号Ｖｒと上記の電圧平均値信号Ｖavとの誤差を増幅して、電圧誤差増幅信号Ｅｖを出力する。電圧／周波数変換回路ＶＦは、この電圧誤差増幅信号Ｅｖの値に応じた周波数を有するパルス周期信号Ｔｆを出力する。このパルス周期信号Ｔｆは、パルス周期ごとに短時間だけＨｉｇｈレベルになるトリガ信号である。
【００４０】
ピーク期間設定回路ＴＰＲは、プラズマ溶接電源ＰＳＰからのプラズマアーク発生判別信号Ａｄを入力として、プラズマ発生判別信号ＡｄがＨｉｇｈレベル（アーク発生）に変化すると、予め定めた初期期間Ｔｓ中に予め定めた初期ピーク期間Ｔpsから予め定めた定常ピーク期間Ｔpcまで増加し、その後は定常ピーク期間Ｔpcを維持するピーク期間設定信号Ｔprを出力する。ピーク期間タイマ回路ＴＰは、上記のパルス周期信号ＴｆがＨｉｇｈレベルになると上記のピーク期間設定信号Ｔprの値によって定まる期間だけＨｉｇｈレベルになるピーク期間信号Ｔｐを出力する。このピーク期間信号ＴｐがＨｉｇｈレベルのときがピーク期間となり、Ｌｏｗレベルのときがベース期間となる。
【００４１】
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。ピーク電流設定回路ＩＰＲは、プラズマ溶接電源ＰＳＰからのプラズマアーク発生判別信号Ａｄを入力として、プラズマ発生判別信号ＡｄがＨｉｇｈレベル（アーク発生）に変化すると、上記の初期期間Ｔｓ中に予め定めた初期ピーク電流値Ｉpsから予め定めた定常ピーク電流値Ｉpcまで増加し、その後は定常ピーク電流値Ｉpcを維持するピーク電流設定信号Ｉprを出力する。パルス電流設定切換回路ＳＷＰは、上記のピーク期間信号ＴｐがＬｏｗレベルのときは上記のベース電流設定信号Ｉbrをパルス電流設定信号Ｉrcとして出力し、Ｈｉｇｈレベルのときは上記のピーク電流設定信号Ｉprをパルス電流設定信号Ｉrcとして出力する。
【００４２】
初期電流設定回路ＩＩＲは、予め定めた初期電流設定信号Ｉirを出力する。電流設定切換回路ＳＷＩは、外部の溶接開始回路ＳＴからの溶接開始信号Ｓｔ、プラズマ溶接電源ＰＳＰからのプラズマアーク発生判別信号Ａｄ、上記のパルス電流設定信号Ｉrc及び上記の初期電流設定信号Ｉirを入力として、溶接開始信号ＳｔがＨｉｇｈレベル（溶接開始）に変化すると初期電流設定信号Ｉirを電流設定信号Ｉｒとして出力し、プラズマアーク発生判別信号ＡｄがＨｉｇｈレベル（アーク発生）に変化するとパルス電流設定信号Ｉrcを電流設定信号Ｉｒとして出力する。したがって、電流設定信号Ｉｒは、図８の時刻ｔ１〜ｔ４の期間中は初期電流設定信号Ｉirになり、図１の時刻ｔ４以降はパルス電流設定信号Ｉrc（ピーク電流設定信号Ｉpr又はベース電流設定信号Ｉbr）となる。
【００４３】
電流検出回路ＩＤは、ミグ溶接電流Ｉwm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Ｅｉを出力する。駆動回路ＤＶは、外部の溶接開始回路ＳＴからの溶接開始信号Ｓｔ及び上記の電流誤差増幅信号Ｅｉを入力として、溶接開始信号ＳｔがＨｉｇｈレベル（溶接開始）のときは電流誤差増幅信号Ｅｉに従ってＰＷＭ変調制御を行い駆動信号Ｄｖを出力し、Ｌｏｗレベル（溶接停止）のときは駆動信号Ｄｖを出力しない。
【００４４】
短絡判別回路ＳＤは、上記の電圧検出信号Ｖｄを入力として、その値によって溶接ワイヤ１ａと母材２との短絡を判別してＨｉｇｈレベルになる短絡判別信号Ｓｄを出力する。送給速度設定回路ＦＲは、上記の外部の溶接開始回路ＳＴからの溶接開始信号Ｓｔ、上記の短絡判別信号Ｓｄ及びプラズマ溶接電源ＰＳＰからのプラズマアーク発生判別信号Ａｄを入力として、溶接開始信号ＳｔがＨｉｇｈレベル（溶接開始）に変化すると予め定めたスローダウン送給速度設定値となり、短絡判別信号ＳｄがＨｉｇｈレベル（短絡）に変化すると予め定めた後退送給速度設定値となり、プラズマアーク発生判別信号ＡｄがＨｉｇｈレベル（アーク発生）に変化すると予め定めた定常送給速度設定値となる送給速度設定信号Ｆｒを出力する。したがって、送給速度設定信号Ｆｒは、図８の時刻ｔ１〜ｔ２の期間中はスローダウン送給速度設定値となり、時刻ｔ２〜ｔ４の期間中は後退送給速度設定値となり、図１の時刻ｔ４以降の期間中は定常送給速度設定値となる。送給制御回路ＦＣは、上記の溶接開始信号Ｓｔ及び上記の送給速度設定信号Ｆｒを入力として、溶接開始信号ＳｔがＨｉｇｈレベル（溶接開始）になると送給速度設定信号Ｆｒの値に相当する送給速度で溶接ワイヤ１ａを送給するための送給制御信号Ｆｃを送給モータＷＭに出力する。
【００４５】
上記の回路構成によって、図８及び図１に示すようなミグ溶接電流Ｉwm、ミグ溶接電圧Ｖwm及び送給速度Ｆｗが制御される。
【００４６】
図４は、上述した図２の溶接装置を構成するプラズマ溶接電源ＰＳＰ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。
【００４７】
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等の出力制御を行いプラズマ溶接電流Ｉwp及びプラズマ溶接電圧Ｖwpを出力する。このプラズマ溶接電流Ｉwpは、プラズマ電極１ｂ、プラズマアーク３ｂ、母材２を通って通電する。溶接トーチの構造は上述した図２のとおりであるが、ここでは簡略化して図示している。
【００４８】
プラズマ溶接電流設定回路ＩＷＰＲは、後述するプラズマアーク発生判別信号Ａｄを入力として、プラズマ発生判別信号ＡｄがＨｉｇｈレベル（アーク発生）に変化すると、予め定めた初期期間Ｔｓ中に予め定めた初期プラズマ溶接電流値Ｉwpsから予め定めた定常プラズマ溶接電流値Ｉwpcまで減少し、その後は定常プラズマ溶接電流値Ｉwpcを維持するプラズマ溶接電流設定信号Ｉwprを出力する。プラズマ溶接電流検出回路ＩＤＰは、上記のプラズマ溶接電流Ｉwpを検出して、プラズマ溶接電流検出信号Ｉdpを出力する。電流誤差増幅回路ＥＩは、上記のプラズマ溶接電流設定信号Ｉwprと上記のプラズマ溶接電流検出信号Ｉdp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、外部の溶接開始回路ＳＴからの溶接開始信号Ｓｔ及び上記の電流誤差増幅信号Ｅｉを入力として、溶接開始信号ＳｔがＨｉｇｈレベル（溶接開始）のときは電流誤差増幅信号Ｅｉに従ってＰＷＭ変調制御を行い駆動信号Ｄｖを出力し、Ｌｏｗレベル（溶接停止）のときは駆動信号Ｄｖを出力しない。この駆動信号Ｄｖに従って溶接電源の出力制御が行われることによって、図１で上述したようなプラズマ溶接電流Ｉwpが通電する。したがって、プラズマ溶接電源ＰＳＰは、プラズマ溶接電流Ｉwpがプラズマ溶接電流設定信号Ｉwprの値と等しくなるように出力制御されるので、定電流特性の電源となる。
【００４９】
プラズマアーク発生判別回路ＡＤは、上記のプラズマ溶接電流検出信号Ｉdpを入力として、その値がしきい値以上になったときはプラズマアークが発生したと判別してＨｉｇｈレベルとなるプラズマアーク発生判別信号Ａｄを上記のプラズマ溶接電流設定回路ＩＷＰＲ及びミグ溶接電源ＰＳＭに出力する。しきい値としては、例えば５Ａ程度に設定する。
【００５０】
上述した実施の形態１によれば、プラズマアークが発生した時点から初期期間中は、ピーク電流又はピーク電流とピーク期間を次第に定常値まで増加させると共に、プラズマ溶接電流を次第に定常値まで減少させている。これにより、１パルス周期１溶滴移行状態を維持した上で、溶滴に作用する力を小さくすることができるので、溶滴移行に伴うスパッタの発生を減少させることができる。このために、ミグアークのアーク長が長い状態において、ミグアークからプラズマ電極に付着するスパッタ量を抑制することができるので、良好な溶接状態を維持することができる。
【００５１】
［実施の形態２］
実施の形態２に係る発明は、実施の形態１に加えて、初期期間Ｔｓ中は、再前進送給の送給速度を初期送給速度Ｆｓから上記の定常送給速度Ｆwcまで次第に加速させるものである。すなわち、実施の形態２では、プラズマアークが発生した時点から初期期間Ｔｓが経過するまでは、ピーク電流Ｉｐ、ピーク期間Ｔｐ、プラズマ溶接電流Ｉwp及び送給速度Ｆｗが次第に定常置まで変化するようにしたものである。以下、この実施の形態について説明する。
【００５２】
図５は、本発明の実施の形態２に係るプラズマミグ溶接のアークスタート制御方法を示すタイミングチャートである。同図（Ａ）は溶接ワイヤの送給速度Ｆｗの時間変化を示し、同図（Ｂ）はミグ溶接電流Ｉwmの時間変化を示し、同図（Ｃ）はプラズマ溶接電流Ｉwpの時間変化を示し、同図（Ｄ）はミグアークのアーク長Ｌａの時間変化を示す。同図は上述した図１と対応しており、同図（Ａ）に示す送給速度Ｆｗ以外の信号の動作は同一である。同図は、図１と同様に、上述した図８において、プラズマアークが発生する時刻ｔ４以降の各信号の変化を示している。時刻ｔ４までの動作は、図８と同一であるので、本発明の特徴となる期間の動作を詳細に説明するために、時刻ｔ４以前の期間は省略している。以下、同図を参照して説明する。
【００５３】
図１と同様に、時刻ｔ４において、誘発されてプラズマアークが発生すると、この時点から時刻ｔ５までの予め定めた初期期間Ｔｓを設定する。時刻ｔ４〜ｔ５の初期期間Ｔｓ中は、上述したようにミグアークのアーク長Ｌａが次第に短くなる過渡期間となる。そして、時刻ｔ５以降が定常期間となる。
【００５４】
時刻ｔ４において、同図（Ａ）に示すように、送給速度Ｆｗは、負の値の後退送給速度Ｆｂから正の値の初期送給速度Ｆｓに切り換えられる。したがって、溶接ワイヤは後退送給から再前進送給に切り換えられる。そして、初期期間Ｔｓ中は予め定めた初期送給速度Ｆｓから予め定めた定常送給速度Ｆwcまで次第に加速し、時刻ｔ５以降の定常期間中は定常送給速度Ｆwcとなる。したがって、Ｆｓ＜Ｆwcである。同図（Ｂ）に示すミグ溶接電流Ｉwm、同図（Ｃ）に示すプラズマ溶接電流Ｉwp及び同図（Ｄ）に示すアーク長Ｌａについては、図１と同一であるので、説明は省略する。
【００５５】
初期送給速度Ｆｓは、０〜２m/min程度に設定される。初期期間Ｔｓ及び定常送給速度Ｆwcの設定については、上述したとおりである。再前進送給の送給速度Ｆｗを次第に加速させることによって、時刻ｔ４時点での初期ミグアークから時刻ｔ５時点での定常ミグアークへの移行期間におけるアーク安定性が向上する。これは、移行期間に相当する初期期間Ｔｓ中は、ミグ溶接電流Ｉwmを形成するピーク電流及びピーク期間が次第に増加するので、送給速度Ｆｗもこれに同期するように加速させた方が溶融速度と送給速度とのバランスが良くなり、アーク安定性が向上するためである。
【００５６】
上述した実施の形態２に係るプラズマミグ溶接のアークスタート制御方法を実施するための溶接装置は、上述した図２と同様である。但し、図２の溶接装置を構成するミグ溶接電源ＰＳＭのブロック図が異なっているので、図６で後述する。プラズマ溶接電源ＰＳＰのブロック図については、上述した図４と同一である。
【００５７】
図６は、実施の形態２に係るミグ溶接電源ＰＳＭのブロック図である。同図において、上述した図３と同一のブロックについては同一符号を付して、それらの説明は省略する。同図は、図３の送給速度設定回路ＦＲを破線で示す第２送給速度設定回路ＦＲ２に置換したものである。以下、同図を参照して、このブロックについて説明する。
【００５８】
第２送給速度設定回路ＦＲ２は、上記の外部の溶接開始回路ＳＴからの溶接開始信号Ｓｔ、上記の短絡判別信号Ｓｄ及びプラズマ溶接電源ＰＳＰからのプラズマアーク発生判別信号Ａｄを入力として、溶接開始信号ＳｔがＨｉｇｈレベル（溶接開始）に変化すると予め定めたスローダウン送給速度設定値となり、短絡判別信号ＳｄがＨｉｇｈレベル（短絡）に変化すると予め定めた後退送給速度設定値となり、プラズマアーク発生判別信号ＡｄがＨｉｇｈレベル（アーク発生）に変化すると上記の初期期間Ｔｓ中に予め定めた初期送給速度設定値から予め定めた定常送給速度設定値まで増加し、その後は定常送給速度設定値を維持する送給速度設定信号Ｆｒを出力する。したがって、送給速度設定信号Ｆｒは、図８の時刻ｔ１〜ｔ２の期間中はスローダウン送給速度設定値となり、時刻ｔ２〜ｔ４の期間中は後退送給速度設定値となり、図１の時刻ｔ４〜ｔ５の初期期間Ｔｓ中は初期送給速度設定値から定常送給速度設定値まで大きくなり、時刻ｔ５移行の定常期間中は定常送給速度設定値となる。
【００５９】
上述した実施の形態２によれば、初期期間中における再前進送給の送給速度を初期送給速度から定常送給速度まで次第に加速させる。これにより、実施の形態１の効果に加えて、所期期間中のミグアークの安定性を向上させることができる。
【００６０】
上述した実施の形態１及び２において、ピーク電流及びピーク期間を増加させる初期期間と、プラズマ溶接電流を減少させる初期期間と、送給速度を加速する初期期間とはすべて同一期間である。しかし、これら３つの初期期間をミグアークの安定性及びスパッタの発生を考慮して異なる値に微調整しても良い。さらに、初期期間中に、ベース電流を次第に変化させても良い。
【符号の説明】
【００６１】
１ａ 溶接ワイヤ
１ｂ プラズマ電極
２ 母材
３ａ ミグアーク
31ａ 初期ミグアーク
３ｂ プラズマアーク
４ 給電チップ
５１ プラズマノズル
５２ シールドガスノズル
６１ センターガス
６２ プラズマガス
６３ シールドガス
７ 送給ロール
ＡＤ プラズマアーク発生判別回路
Ａｄ プラズマアーク発生判別信号
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
Ｆｂ 後退送給速度
ＦＣ 送給制御回路
Ｆｃ 送給制御信号
Ｆｉ スローダウン送給速度
ＦＲ 送給速度設定回路
Ｆｒ 送給速度設定信号
ＦＲ２ 第２送給速度設定回路
Ｆｓ 初期送給速度
Ｆｗ 送給速度
Ｆwc 定常送給速度
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 電流検出回路
Ｉｄ 電流検出信号
ＩＤＰ プラズマ溶接電流検出回路
Ｉdp プラズマ溶接電流検出信号
Ｉｉ 初期電流
ＩＩＲ 初期電流設定回路
Ｉir 初期電流設定信号
Ｉｐ ピーク電流
Ｉpc 定常ピーク電流
ＩＰＲ ピーク電流設定回路
Ｉpr ピーク電流設定信号
Ｉps 初期ピーク電流
Ｉｒ 電流設定信号
Ｉrc パルス電流設定信号
Ｉwm ミグ溶接電流
Ｉwp プラズマ溶接電流
Ｉwpc 定常プラズマ溶接電流
ＩＷＰＲ プラズマ溶接電流設定回路
Ｉwpr プラズマ溶接電流設定信号
Ｉwps 初期プラズマ溶接電流
Ｌａ ミグアークのアーク長
ＰＭ 電源主回路
ＰＳＭ ミグ溶接電源
ＰＳＰ プラズマ溶接電源
ＳＤ 短絡判別回路
Ｓｄ 短絡判別信号
ＳＴ 溶接開始回路
Ｓｔ 溶接開始信号
ＳＷＩ 電流設定切換回路
ＳＷＰ パルス電流設定切換回路
Ｔｂ ベース期間
Ｔｆ パルス周期（信号）
ＴＰ ピーク期間タイマ回路
Ｔｐ ピーク期間（信号）
Ｔpc 定常ピーク期間
ＴＰＲ ピーク期間設定回路
Ｔpr ピーク期間設定信号
Ｔps 初期ピーク期間
Ｔｓ 初期期間
ＶＡＶ 電圧平均値算出回路
Ｖav 電圧平均値信号
Ｖｂ ベース電圧
ＶＤ 電圧検出回路
Ｖｄ 電圧検出信号
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
Ｖwm ミグ溶接電圧
Ｖwp プラズマ溶接電圧
ＷＭ 送給モータ
ＷＴ 溶接トーチ
【特許請求の範囲】
【請求項１】
溶接トーチを通して送給される溶接ワイヤと母材との間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を１パルス周期とするミグ溶接電流を通電することによってミグアークを発生させると共に、前記溶接ワイヤを囲むように配置されているプラズマ電極と前記母材との間に直流のプラズマ溶接電流を通電することによってプラズマアークを発生させるプラズマミグ溶接にあって、
溶接開始に際して、前記プラズマ電極と前記母材との間に無負荷電圧を印加すると共に、前記溶接ワイヤを前進送給して前記母材と一旦接触させた後に後退送給して引き離すことによって直流電流が通電する初期ミグアークを発生させ、前記後退送給を継続し前記初期ミグアークのアーク長を次第に長くして前記プラズマ電極と前記母材との間の空間にプラズマ雰囲気を形成することによって前記プラズマ溶接電流が通電する前記プラズマアークを発生させ、このプラズマアークが発生すると前記溶接ワイヤを再前進送給に切り換えると共に前記ピーク電流及び前記ベース電流から形成される前記ミグ溶接電流を通電して定常ミグアークへと移行させる、プラズマミグ溶接のアークスタート制御方法において、
前記プラズマアークの発生時点から予め定めた初期期間を設け、前記初期期間中は、前記プラズマ溶接電流を初期プラズマ溶接電流値から定常プラズマ溶接電流値まで次第に減少させると共に、前記ピーク電流を初期ピーク電流値から定常ピーク電流値まで次第に増加させる、
ことを特徴とするプラズマミグ溶接のアークスタート制御方法。
【請求項２】
前記初期期間中は、前記ピーク期間を初期ピーク期間から定常ピーク期間まで次第に長くする、
ことを特徴とする請求項１記載のプラズマミグ溶接のアークスタート制御方法。
【請求項３】
前記初期期間中は、前記再前進送給の送給速度を初期送給速度から前記定常送給速度まで次第に加速させる、
ことを特徴とする請求項１又は２記載のプラズマミグ溶接のアークスタート制御方法。
【請求項１】
溶接トーチを通して送給される溶接ワイヤと母材との間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を１パルス周期とするミグ溶接電流を通電することによってミグアークを発生させると共に、前記溶接ワイヤを囲むように配置されているプラズマ電極と前記母材との間に直流のプラズマ溶接電流を通電することによってプラズマアークを発生させるプラズマミグ溶接にあって、
溶接開始に際して、前記プラズマ電極と前記母材との間に無負荷電圧を印加すると共に、前記溶接ワイヤを前進送給して前記母材と一旦接触させた後に後退送給して引き離すことによって直流電流が通電する初期ミグアークを発生させ、前記後退送給を継続し前記初期ミグアークのアーク長を次第に長くして前記プラズマ電極と前記母材との間の空間にプラズマ雰囲気を形成することによって前記プラズマ溶接電流が通電する前記プラズマアークを発生させ、このプラズマアークが発生すると前記溶接ワイヤを再前進送給に切り換えると共に前記ピーク電流及び前記ベース電流から形成される前記ミグ溶接電流を通電して定常ミグアークへと移行させる、プラズマミグ溶接のアークスタート制御方法において、
前記プラズマアークの発生時点から予め定めた初期期間を設け、前記初期期間中は、前記プラズマ溶接電流を初期プラズマ溶接電流値から定常プラズマ溶接電流値まで次第に減少させると共に、前記ピーク電流を初期ピーク電流値から定常ピーク電流値まで次第に増加させる、
ことを特徴とするプラズマミグ溶接のアークスタート制御方法。
【請求項２】
前記初期期間中は、前記ピーク期間を初期ピーク期間から定常ピーク期間まで次第に長くする、
ことを特徴とする請求項１記載のプラズマミグ溶接のアークスタート制御方法。
【請求項３】
前記初期期間中は、前記再前進送給の送給速度を初期送給速度から前記定常送給速度まで次第に加速させる、
ことを特徴とする請求項１又は２記載のプラズマミグ溶接のアークスタート制御方法。
【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２０１２−６１４７７（Ｐ２０１２−６１４７７Ａ）
【公開日】平成２４年３月２９日（２０１２．３．２９）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−２０５２８３（Ｐ２０１０−２０５２８３）
【出願日】平成２２年９月１４日（２０１０．９．１４）
【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３月２９日（２０１２．３．２９）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年９月１４日（２０１０．９．１４）
【出願人】（００００００２６２）株式会社ダイヘン (990)
【Ｆターム（参考）】
[ Back to top ]