プラズマミグ溶接方法
【課題】１つの溶接トーチＷＴからミグアーク３ａ及びプラズマアーク３ｂを発生させるプラズマミグ溶接方法において、プラズマ溶接電流Ｉｗｐの平均値が変化しても安定したミグアークの溶滴移行状態を維持し、良好なビード外観を得ること。
【解決手段】溶接ワイヤ１ａと母材２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Ｉｗｍを通電することによってミグアーク３ａを発生させると共に、溶接トーチＷＴと母材２との間にプラズマ溶接電流Ｉｗｐを通電することによってプラズマアーク３ｂを発生させるプラズマミグ溶接方法において、ピーク期間及びピーク電流をプラズマ溶接電流Ｉｗｐの平均値に応じてパルス周期が一定値になるように変化させる。これにより、１パルス周期当たりの溶滴サイズが略一定になり、安定した溶滴移行状態を維持することができる。
【解決手段】溶接ワイヤ１ａと母材２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Ｉｗｍを通電することによってミグアーク３ａを発生させると共に、溶接トーチＷＴと母材２との間にプラズマ溶接電流Ｉｗｐを通電することによってプラズマアーク３ｂを発生させるプラズマミグ溶接方法において、ピーク期間及びピーク電流をプラズマ溶接電流Ｉｗｐの平均値に応じてパルス周期が一定値になるように変化させる。これにより、１パルス周期当たりの溶滴サイズが略一定になり、安定した溶滴移行状態を維持することができる。
【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（例えば、特許文献１参照）。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。これと同時に、溶接ワイヤを囲むようにアルゴンなどのガスを供給し、このガスを介して溶接トーチ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。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、一般的に直流の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。上記のプラズマ溶接電流には、直流又は直流パルス波形が使用される。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５は、プラズマミグ溶接方法を示す波形図である。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（Ａ）に示すように、ピーク期間Ｔｐ中のピーク電流Ｉｐ及びベース期間Ｔｂ中のベース電流Ｉｂから成るミグ溶接電流Ｉwmが通電する。このピーク期間Ｔｐとベース期間Ｔｂとを合わせてパルス周期Ｔｆになる。そして、このミグ溶接電流Ｉwmの通電に対応して、同図（Ｂ）に示すように、ピーク期間Ｔｐ中はピーク電圧Ｖｐが溶接ワイヤと母材との間に印加し、ベース期間Ｔｂ中はベース電圧Ｖｂが印加する。
【０００６】
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。
【０００７】
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。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２００８−２２９６４１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
プラズマミグ溶接では、１つの溶接トーチと母材との間にミグアークとプラズマアークの２つのアークが同時に発生している。そして、ミグアークは、プラズマアークに包まれた状態で発生している。このために、ミグアークの溶接ワイヤは、プラズマアークから熱を受けることになる。ミグアークのアーク長は、送給速度と溶融速度とがバランスして所定値に維持される。送給速度は一定値である。溶融速度は、ミグ溶接電流Ｉwmの平均値に略比例する。プラズマミグ溶接では、プラズマ溶接電流Ｉwpの平均値に略比例する溶融速度が加味することになる。すなわち、送給速度＝（ミグ溶接電流Ｉwmの平均値による溶融速度）＋（プラズマ溶接電流Ｉwpの平均値による溶融速度）となる。送給速度が一定値であるので、プラズマ溶接電流Ｉwpの平均値による溶融速度が大きくなるとアーク長を一定値に維持するために、ミグ溶接電流Ｉwmの平均値による溶融速度は小さくなるようにアーク長制御が作用する。ミグ溶接電流Ｉwmの平均値は、図５（Ａ）に示すように、パルス周期Ｔｆに反比例する。この結果、プラズマ溶接電流Ｉwpの平均値が大きくなると、プラズマ溶接電流Ｉwpの平均値による溶融速度が大きくなり、ミグ溶接電流Ｉwmの平均値による溶融速度が小さくなるようにアーク長制御が作用し、ミグ溶接電流Ｉwmのパルス周期Ｔｆが長くなる。パルス周期Ｔｆが変化すると、１パルス周期ごとに移行する溶滴の大きさが変化することになる。プラズマ溶接電流Ｉwpの平均値が大きくなり、パルス周期があまり長くなると、溶滴のサイズが大きくなり、溶滴移行状態が不安定になる。このようになると、図６に示すように、ビード表面に筋があるごつごつとしたビード外観となる。数値例を挙げると、以下のようになる。溶接ワイヤ：直径１．２mmのアルミニウム合金ワイヤ、送給速度＝９m/min、ピーク期間Ｔｐ＝１．２ms、ピーク電流Ｉｐ＝３００Ａ、ベース電流Ｉｂ＝３０Ａの溶接条件において、プラズマ溶接電流Ｉwp＝５０Ａのときパルス周期Ｔｆ＝４．５msとなり、Ｉwp＝１００ＡのときＴｆ＝８msとなる。このように、パルス周期Ｔｆは約２倍長くなっている。
【００１０】
そこで、本発明では、プラズマ電流の設定値が変化しても安定した溶滴移行状態を維持することができ、かつ、良好なビード外観を得ることができるプラズマミグ溶接方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
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供給されるガスを介して前記溶接トーチと前記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プラズマミグ溶接方法において、
前記ピーク期間及び前記ピーク電流を前記プラズマ溶接電流の平均値に応じて変化させる、
ことを特徴とするプラズマミグ溶接方法である。
【００１２】
請求項２の発明は、ミグ溶接電圧値が予め定めた電圧設定値と等しくなるように前記パルス周期を制御してアーク長制御を行い、前記ピーク期間及び前記ピーク電流を前記プラズマ溶接電流の平均値に応じて前記パルス周期が一定値になるように変化させる、
ことを特徴とする請求項１記載のプラズマミグ溶接方法である。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、プラズマ溶接電流の平均値に応じてミグ溶接電流におけるピーク期間及びピーク電流を変化させることによって、パルス周期を一定値に維持することができる。このために、プラズマ溶接電流の平均値が変化しても１パルス周期当たりの溶滴サイズが略一定になるので、溶滴移行状態が安定になる。この結果、表面に筋のない、なめらかな美しいビード外観を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の実施の形態に係るプラズマミグ溶接方法を実施するための溶接装置の構成図である。
【図２】本発明の実施の形態に係るプラズマ溶接電流Ｉwpの平均値に対するピーク期間Ｔｐ及びピーク電流Ｉｐの変化を示す図である。
【図３】図１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１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】従来技術におけるプラズマミグ溶接方法を示す波形図である。
【図６】従来技術によるビード外観を例示する図である。
【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プラズマミグ溶接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。
【００１７】
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。
【００１８】
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。したがって、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。
【００１９】
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。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の送給速度が制御される。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、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は、溶接ワイヤ１ａの送給速度によってその値が定まる。
【００２０】
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。
【００２１】
プラズマ溶接電流設定回路ＩＷＰＲは、予め定めたプラズマ溶接電流設定信号Ｉwprをミグ溶接電源ＰＳＭ及びプラズマ溶接電源ＰＳＰに出力する。このプラズマ溶接電流設定信号Ｉwprは、上記のプラズマ溶接電流Ｉwpを設定するための信号である。プラズマ溶接電流設定回路ＩＷＰＲ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。
【００２２】
ミグ溶接電流Ｉwm、ミグ溶接電圧Ｖwm及びプラズマ溶接電流Ｉwpの波形図は、上述した図５と同一である。但し、プラズマ溶接電流Ｉwpにパルス波形を使用する場合もある。そのために、プラズマ溶接電流Ｉwpのパラメータとしては、瞬時値ではなく平均値を使用することにする。プラズマ溶接電流Ｉwpが直流であるときは、瞬時値と平均値とは一致することになる。本実施の形態では、ユニットパルス条件であるピーク期間Ｔｐ及びピーク電流Ｉｐがプラズマ溶接電流Ｉwpの平均値によって変化する。この点が従来技術とは異なっている。以下、この点について説明する。
【００２３】
図２は、プラズマ溶接電流Ｉwpの平均値（Ａ）とユニットパルス条件であるピーク期間Ｔｐ（ms）及びピーク電流Ｉｐ（Ａ）との関係を示す図である。同図の横軸は、プラズマ溶接電流Ｉwpの平均値（Ａ）を示し、実用上使用されることが多い５０〜１５０Ａの範囲を示している。縦軸は、ピーク期間Ｔｐ（ms）及びピーク電流Ｉｐ（Ａ）を示している。同図において、実線はピーク期間Ｔｐの変化を示し、破線はピーク電流Ｉｐの変化を示す。溶接ワイヤには、上述した数値例のときと同様に、直径１．２mmのアルミニウム合金ワイヤを使用し、送給速度＝９m/minの場合である。ベース電流Ｉｂは３０Ａで一定値となっている。
【００２４】
プラズマ溶接電流Ｉwpの平均値が５０Ａのとき、ピーク期間Ｔｐ＝１．２ms及びピーク電流Ｉｐ＝３００Ａに設定されている。このときのパルス周期Ｔｆは４．５msとなっている。プラズマ溶接電流Ｉwpの平均値が大きくなるのに伴い、ピーク期間Ｔｐ及びピーク電流Ｉｐは共に小さくなる。そして、プラズマ溶接電流Ｉwpの平均値が１００Ａとなると、ピーク期間Ｔｐ＝０．８ms及びピーク電流Ｉｐ＝２７０Ａに設定される。このときのパルス周期Ｔｆは上記と略同一値になる。プラズマ溶接電流Ｉwpの平均値が１５０Ａになると、ピーク期間Ｔｐ＝０．６ms及びピーク電流Ｉｐ＝２６０Ａとなる。このときのパルス周期Ｔｆも上記と略同一値となる。ここで、パルス周期Ｔｆが略同一値であるのは、上述したように、パルス周期Ｔｆはミグ溶接電圧Ｖwmの平均値と予め定めた電圧設定値とが等しくなるようにフィードバック制御によって定まるために、全く同一値にはならない。±１０％の範囲で同一値となる。
【００２５】
プラズマ溶接電流Ｉwpの平均値が大きくなると、上述したように、ミグアークの溶接ワイヤの溶融速度への寄与分が大きくなる。このために、アーク長を一定値に維持するために必要なミグ溶接電流Ｉwmの平均値は小さくなる。このときに、同図に示すように、ユニットパルス条件であるピーク期間Ｔｐ及びピーク電流Ｉｐが小さくなると、パルス周期Ｔｆが変化しない状態で平均値が小さくなる。したがって、プラズマ溶接電流Ｉwpの平均値を大きくするのに伴い、ユニットパルス条件を小さくすると、パルス周期Ｔｆを一定値に保持することができる。
【００２６】
同図に示すプラズマ溶接電流Ｉwpの平均値に対するピーク期間Ｔｐの変化をピーク期間算出関数と呼ぶことにする。また、プラズマ溶接電流Ｉwpの平均値に対するピーク電流Ｉｐの変化をピーク電流算出関数と呼ぶことにする。これらの関数は、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。この設定は、実験によって行われる。
【００２７】
図３は、上述した図１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。
【００２８】
電源主回路ＰＭは、３相２００Ｖ等の賞用電源（図示は省略）を入力として、後述する電流誤差増幅信号Ｅｉ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、後述する電流誤差増幅信号Ｅｉに従ってＰＷＭ変調制御を行ないその結果に基づいてインバータ回路を駆動する駆動回路と、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１のとおりであり、ここでは簡略化して図示している。
【００２９】
電圧検出回路ＶＤは、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。
【００３０】
図１で上述したように、ミグ溶接電源ＰＳＭの外部に設けられたプラズマ溶接電流設定回路ＩＷＰＲは、予め定めたプラズマ溶接電流設定信号Ｉwprを出力する。プラズマ溶接電流平均値算出回路ＩＷＰＡは、このプラズマ溶接電流設定信号Ｉwprを入力として、その値の平均値を算出して、プラズマ溶接電流平均値信号Ｉwpaを出力する。送給制御回路ＦＣは、予め定めた送給速度設定値で溶接ワイヤ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。
【００３１】
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。
【００３２】
ピーク期間設定回路ＴＰＲは、上記のプラズマ溶接電流平均値信号Ｉwpaを入力として、図２で上述したような予め定めたピーク期間算出関数に基づいて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。
【００３３】
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、上記のプラズマ溶接電流平均値信号Ｉwpaを入力として、図２で上述したようなピーク電流算出関数に基づいてピーク電流設定信号Ｉprを出力する。電流設定制御回路ＩＲＣ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を電流設定制御信号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を電流設定制御信号Ｉrcとして出力する。
【００３４】
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、上記の電流設定制御信号Ｉrc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。この電流誤差増幅信号Ｅｉ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５（Ａ）で上述したミグ溶接電流Ｉwmが通電する。上述したミグ溶接電源ＰＳＭは、ミグ溶接電圧Ｖwmの平均値が電圧設定信号Ｖｒの値と等しくなるようにパルス周期が変化して出力制御されるので、定電圧特性の電源となる。上記のプラズマ溶接電流設定信号Ｉwprがパルス波形であるときでも、上記のプラズマ溶接電流平均値算出回路ＩＷＰＡによってプラズマ溶接電流設定信号Ｉwprの平均値Ｉwpaが算出される。そして、この平均値Ｉwpaに対応したピーク期間Ｔｐ及びピーク電流Ｉｐが設定される。
【００３５】
図４は、上述した図１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。
【００３６】
電源主回路ＰＭは、３相２００Ｖ等の賞用電源（図示は省略）を入力として、後述する電流誤差増幅信号Ｅｉ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１のとおりであるが、ここでは簡略化して図示している。
【００３７】
図１で上述したように、プラズマ溶接電源ＰＳＰの外部に設けられたプラズマ溶接電流設定回路ＩＷＰＲは、予め定めたプラズマ溶接電流設定信号Ｉwprを出力する。電流検出回路ＩＤは、上記のプラズマ溶接電流Ｉwp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、上記のプラズマ溶接電流設定信号Ｉwpr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。この電流誤差増幅信号Ｅｉ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５（Ｃ）で上述した直流のプラズマ溶接電流Ｉwpが通電する。上述したプラズマ溶接電源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。上記のプラズマ溶接電流設定信号Ｉwprをパルス波形状に変化させると、プラズマ溶接電流Ｉwpはパルス波形となる。
【００３８】
上述した実施の形態によれば、プラズマ溶接電流の平均値に応じてミグ溶接電流におけるピーク期間及びピーク電流を変化させることによって、パルス周期を一定値に維持することができる。このために、プラズマ溶接電流の平均値が変化しても１パルス周期当たりの溶滴サイズが略一定になるので、溶滴移行状態が安定になる。この結果、表面に筋のない、なめらかな美しいビード外観を得ることができる。
【符号の説明】
【００３９】
１ａ 溶接ワイヤ
１ｂ プラズマ電極
２ 母材
３ａ 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
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
Ｉｂ ベース電流
ＩＢＲ ベース電流設定回路
Ｉbr ベース電流設定信号
ＩＤ 電流検出回路
Ｉｄ 電流検出信号
Ｉｐ ピーク電流
ＩＰＲ ピーク電流設定回路
Ｉpr ピーク電流設定信号
ＩＲＣ 電流設定制御回路
Ｉrc 電流設定制御信号
Ｉwm ミグ溶接電流
Ｉwp プラズマ溶接電流
ＩＷＰＡ プラズマ溶接電流平均値算出回路
Ｉwpa プラズマ溶接電流平均値信号
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
ＰＭ 電源主回路
ＰＳＭ ミグ溶接電源
ＰＳＰ プラズマ溶接電源
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）
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（例えば、特許文献１参照）。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。これと同時に、溶接ワイヤを囲むようにアルゴンなどのガスを供給し、このガスを介して溶接トーチ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。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、一般的に直流の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。上記のプラズマ溶接電流には、直流又は直流パルス波形が使用される。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５は、プラズマミグ溶接方法を示す波形図である。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（Ａ）に示すように、ピーク期間Ｔｐ中のピーク電流Ｉｐ及びベース期間Ｔｂ中のベース電流Ｉｂから成るミグ溶接電流Ｉwmが通電する。このピーク期間Ｔｐとベース期間Ｔｂとを合わせてパルス周期Ｔｆになる。そして、このミグ溶接電流Ｉwmの通電に対応して、同図（Ｂ）に示すように、ピーク期間Ｔｐ中はピーク電圧Ｖｐが溶接ワイヤと母材との間に印加し、ベース期間Ｔｂ中はベース電圧Ｖｂが印加する。
【０００６】
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。
【０００７】
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。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２００８−２２９６４１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
プラズマミグ溶接では、１つの溶接トーチと母材との間にミグアークとプラズマアークの２つのアークが同時に発生している。そして、ミグアークは、プラズマアークに包まれた状態で発生している。このために、ミグアークの溶接ワイヤは、プラズマアークから熱を受けることになる。ミグアークのアーク長は、送給速度と溶融速度とがバランスして所定値に維持される。送給速度は一定値である。溶融速度は、ミグ溶接電流Ｉwmの平均値に略比例する。プラズマミグ溶接では、プラズマ溶接電流Ｉwpの平均値に略比例する溶融速度が加味することになる。すなわち、送給速度＝（ミグ溶接電流Ｉwmの平均値による溶融速度）＋（プラズマ溶接電流Ｉwpの平均値による溶融速度）となる。送給速度が一定値であるので、プラズマ溶接電流Ｉwpの平均値による溶融速度が大きくなるとアーク長を一定値に維持するために、ミグ溶接電流Ｉwmの平均値による溶融速度は小さくなるようにアーク長制御が作用する。ミグ溶接電流Ｉwmの平均値は、図５（Ａ）に示すように、パルス周期Ｔｆに反比例する。この結果、プラズマ溶接電流Ｉwpの平均値が大きくなると、プラズマ溶接電流Ｉwpの平均値による溶融速度が大きくなり、ミグ溶接電流Ｉwmの平均値による溶融速度が小さくなるようにアーク長制御が作用し、ミグ溶接電流Ｉwmのパルス周期Ｔｆが長くなる。パルス周期Ｔｆが変化すると、１パルス周期ごとに移行する溶滴の大きさが変化することになる。プラズマ溶接電流Ｉwpの平均値が大きくなり、パルス周期があまり長くなると、溶滴のサイズが大きくなり、溶滴移行状態が不安定になる。このようになると、図６に示すように、ビード表面に筋があるごつごつとしたビード外観となる。数値例を挙げると、以下のようになる。溶接ワイヤ：直径１．２mmのアルミニウム合金ワイヤ、送給速度＝９m/min、ピーク期間Ｔｐ＝１．２ms、ピーク電流Ｉｐ＝３００Ａ、ベース電流Ｉｂ＝３０Ａの溶接条件において、プラズマ溶接電流Ｉwp＝５０Ａのときパルス周期Ｔｆ＝４．５msとなり、Ｉwp＝１００ＡのときＴｆ＝８msとなる。このように、パルス周期Ｔｆは約２倍長くなっている。
【００１０】
そこで、本発明では、プラズマ電流の設定値が変化しても安定した溶滴移行状態を維持することができ、かつ、良好なビード外観を得ることができるプラズマミグ溶接方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
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供給されるガスを介して前記溶接トーチと前記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プラズマミグ溶接方法において、
前記ピーク期間及び前記ピーク電流を前記プラズマ溶接電流の平均値に応じて変化させる、
ことを特徴とするプラズマミグ溶接方法である。
【００１２】
請求項２の発明は、ミグ溶接電圧値が予め定めた電圧設定値と等しくなるように前記パルス周期を制御してアーク長制御を行い、前記ピーク期間及び前記ピーク電流を前記プラズマ溶接電流の平均値に応じて前記パルス周期が一定値になるように変化させる、
ことを特徴とする請求項１記載のプラズマミグ溶接方法である。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、プラズマ溶接電流の平均値に応じてミグ溶接電流におけるピーク期間及びピーク電流を変化させることによって、パルス周期を一定値に維持することができる。このために、プラズマ溶接電流の平均値が変化しても１パルス周期当たりの溶滴サイズが略一定になるので、溶滴移行状態が安定になる。この結果、表面に筋のない、なめらかな美しいビード外観を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の実施の形態に係るプラズマミグ溶接方法を実施するための溶接装置の構成図である。
【図２】本発明の実施の形態に係るプラズマ溶接電流Ｉwpの平均値に対するピーク期間Ｔｐ及びピーク電流Ｉｐの変化を示す図である。
【図３】図１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１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】従来技術におけるプラズマミグ溶接方法を示す波形図である。
【図６】従来技術によるビード外観を例示する図である。
【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プラズマミグ溶接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。
【００１７】
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。
【００１８】
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。したがって、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。
【００１９】
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。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の送給速度が制御される。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、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は、溶接ワイヤ１ａの送給速度によってその値が定まる。
【００２０】
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。
【００２１】
プラズマ溶接電流設定回路ＩＷＰＲは、予め定めたプラズマ溶接電流設定信号Ｉwprをミグ溶接電源ＰＳＭ及びプラズマ溶接電源ＰＳＰに出力する。このプラズマ溶接電流設定信号Ｉwprは、上記のプラズマ溶接電流Ｉwpを設定するための信号である。プラズマ溶接電流設定回路ＩＷＰＲ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。
【００２２】
ミグ溶接電流Ｉwm、ミグ溶接電圧Ｖwm及びプラズマ溶接電流Ｉwpの波形図は、上述した図５と同一である。但し、プラズマ溶接電流Ｉwpにパルス波形を使用する場合もある。そのために、プラズマ溶接電流Ｉwpのパラメータとしては、瞬時値ではなく平均値を使用することにする。プラズマ溶接電流Ｉwpが直流であるときは、瞬時値と平均値とは一致することになる。本実施の形態では、ユニットパルス条件であるピーク期間Ｔｐ及びピーク電流Ｉｐがプラズマ溶接電流Ｉwpの平均値によって変化する。この点が従来技術とは異なっている。以下、この点について説明する。
【００２３】
図２は、プラズマ溶接電流Ｉwpの平均値（Ａ）とユニットパルス条件であるピーク期間Ｔｐ（ms）及びピーク電流Ｉｐ（Ａ）との関係を示す図である。同図の横軸は、プラズマ溶接電流Ｉwpの平均値（Ａ）を示し、実用上使用されることが多い５０〜１５０Ａの範囲を示している。縦軸は、ピーク期間Ｔｐ（ms）及びピーク電流Ｉｐ（Ａ）を示している。同図において、実線はピーク期間Ｔｐの変化を示し、破線はピーク電流Ｉｐの変化を示す。溶接ワイヤには、上述した数値例のときと同様に、直径１．２mmのアルミニウム合金ワイヤを使用し、送給速度＝９m/minの場合である。ベース電流Ｉｂは３０Ａで一定値となっている。
【００２４】
プラズマ溶接電流Ｉwpの平均値が５０Ａのとき、ピーク期間Ｔｐ＝１．２ms及びピーク電流Ｉｐ＝３００Ａに設定されている。このときのパルス周期Ｔｆは４．５msとなっている。プラズマ溶接電流Ｉwpの平均値が大きくなるのに伴い、ピーク期間Ｔｐ及びピーク電流Ｉｐは共に小さくなる。そして、プラズマ溶接電流Ｉwpの平均値が１００Ａとなると、ピーク期間Ｔｐ＝０．８ms及びピーク電流Ｉｐ＝２７０Ａに設定される。このときのパルス周期Ｔｆは上記と略同一値になる。プラズマ溶接電流Ｉwpの平均値が１５０Ａになると、ピーク期間Ｔｐ＝０．６ms及びピーク電流Ｉｐ＝２６０Ａとなる。このときのパルス周期Ｔｆも上記と略同一値となる。ここで、パルス周期Ｔｆが略同一値であるのは、上述したように、パルス周期Ｔｆはミグ溶接電圧Ｖwmの平均値と予め定めた電圧設定値とが等しくなるようにフィードバック制御によって定まるために、全く同一値にはならない。±１０％の範囲で同一値となる。
【００２５】
プラズマ溶接電流Ｉwpの平均値が大きくなると、上述したように、ミグアークの溶接ワイヤの溶融速度への寄与分が大きくなる。このために、アーク長を一定値に維持するために必要なミグ溶接電流Ｉwmの平均値は小さくなる。このときに、同図に示すように、ユニットパルス条件であるピーク期間Ｔｐ及びピーク電流Ｉｐが小さくなると、パルス周期Ｔｆが変化しない状態で平均値が小さくなる。したがって、プラズマ溶接電流Ｉwpの平均値を大きくするのに伴い、ユニットパルス条件を小さくすると、パルス周期Ｔｆを一定値に保持することができる。
【００２６】
同図に示すプラズマ溶接電流Ｉwpの平均値に対するピーク期間Ｔｐの変化をピーク期間算出関数と呼ぶことにする。また、プラズマ溶接電流Ｉwpの平均値に対するピーク電流Ｉｐの変化をピーク電流算出関数と呼ぶことにする。これらの関数は、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。この設定は、実験によって行われる。
【００２７】
図３は、上述した図１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。
【００２８】
電源主回路ＰＭは、３相２００Ｖ等の賞用電源（図示は省略）を入力として、後述する電流誤差増幅信号Ｅｉ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、後述する電流誤差増幅信号Ｅｉに従ってＰＷＭ変調制御を行ないその結果に基づいてインバータ回路を駆動する駆動回路と、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１のとおりであり、ここでは簡略化して図示している。
【００２９】
電圧検出回路ＶＤは、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。
【００３０】
図１で上述したように、ミグ溶接電源ＰＳＭの外部に設けられたプラズマ溶接電流設定回路ＩＷＰＲは、予め定めたプラズマ溶接電流設定信号Ｉwprを出力する。プラズマ溶接電流平均値算出回路ＩＷＰＡは、このプラズマ溶接電流設定信号Ｉwprを入力として、その値の平均値を算出して、プラズマ溶接電流平均値信号Ｉwpaを出力する。送給制御回路ＦＣは、予め定めた送給速度設定値で溶接ワイヤ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。
【００３１】
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。
【００３２】
ピーク期間設定回路ＴＰＲは、上記のプラズマ溶接電流平均値信号Ｉwpaを入力として、図２で上述したような予め定めたピーク期間算出関数に基づいて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。
【００３３】
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、上記のプラズマ溶接電流平均値信号Ｉwpaを入力として、図２で上述したようなピーク電流算出関数に基づいてピーク電流設定信号Ｉprを出力する。電流設定制御回路ＩＲＣ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を電流設定制御信号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を電流設定制御信号Ｉrcとして出力する。
【００３４】
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、上記の電流設定制御信号Ｉrc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。この電流誤差増幅信号Ｅｉ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５（Ａ）で上述したミグ溶接電流Ｉwmが通電する。上述したミグ溶接電源ＰＳＭは、ミグ溶接電圧Ｖwmの平均値が電圧設定信号Ｖｒの値と等しくなるようにパルス周期が変化して出力制御されるので、定電圧特性の電源となる。上記のプラズマ溶接電流設定信号Ｉwprがパルス波形であるときでも、上記のプラズマ溶接電流平均値算出回路ＩＷＰＡによってプラズマ溶接電流設定信号Ｉwprの平均値Ｉwpaが算出される。そして、この平均値Ｉwpaに対応したピーク期間Ｔｐ及びピーク電流Ｉｐが設定される。
【００３５】
図４は、上述した図１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。
【００３６】
電源主回路ＰＭは、３相２００Ｖ等の賞用電源（図示は省略）を入力として、後述する電流誤差増幅信号Ｅｉ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１のとおりであるが、ここでは簡略化して図示している。
【００３７】
図１で上述したように、プラズマ溶接電源ＰＳＰの外部に設けられたプラズマ溶接電流設定回路ＩＷＰＲは、予め定めたプラズマ溶接電流設定信号Ｉwprを出力する。電流検出回路ＩＤは、上記のプラズマ溶接電流Ｉwp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、上記のプラズマ溶接電流設定信号Ｉwpr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。この電流誤差増幅信号Ｅｉ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５（Ｃ）で上述した直流のプラズマ溶接電流Ｉwpが通電する。上述したプラズマ溶接電源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。上記のプラズマ溶接電流設定信号Ｉwprをパルス波形状に変化させると、プラズマ溶接電流Ｉwpはパルス波形となる。
【００３８】
上述した実施の形態によれば、プラズマ溶接電流の平均値に応じてミグ溶接電流におけるピーク期間及びピーク電流を変化させることによって、パルス周期を一定値に維持することができる。このために、プラズマ溶接電流の平均値が変化しても１パルス周期当たりの溶滴サイズが略一定になるので、溶滴移行状態が安定になる。この結果、表面に筋のない、なめらかな美しいビード外観を得ることができる。
【符号の説明】
【００３９】
１ａ 溶接ワイヤ
１ｂ プラズマ電極
２ 母材
３ａ 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
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
Ｉｂ ベース電流
ＩＢＲ ベース電流設定回路
Ｉbr ベース電流設定信号
ＩＤ 電流検出回路
Ｉｄ 電流検出信号
Ｉｐ ピーク電流
ＩＰＲ ピーク電流設定回路
Ｉpr ピーク電流設定信号
ＩＲＣ 電流設定制御回路
Ｉrc 電流設定制御信号
Ｉwm ミグ溶接電流
Ｉwp プラズマ溶接電流
ＩＷＰＡ プラズマ溶接電流平均値算出回路
Ｉwpa プラズマ溶接電流平均値信号
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
ＰＭ 電源主回路
ＰＳＭ ミグ溶接電源
ＰＳＰ プラズマ溶接電源
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）
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供給されるガスを介して前記溶接トーチと前記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プラズマミグ溶接方法において、
前記ピーク期間及び前記ピーク電流を前記プラズマ溶接電流の平均値に応じて変化させる、
ことを特徴とするプラズマミグ溶接方法。
【請求項２】
ミグ溶接電圧値が予め定めた電圧設定値と等しくなるように前記パルス周期を制御してアーク長制御を行い、前記ピーク期間及び前記ピーク電流を前記プラズマ溶接電流の平均値に応じて前記パルス周期が一定値になるように変化させる、
ことを特徴とする請求項１記載のプラズマミグ溶接方法。
【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供給されるガスを介して前記溶接トーチと前記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プラズマミグ溶接方法において、
前記ピーク期間及び前記ピーク電流を前記プラズマ溶接電流の平均値に応じて変化させる、
ことを特徴とするプラズマミグ溶接方法。
【請求項２】
ミグ溶接電圧値が予め定めた電圧設定値と等しくなるように前記パルス周期を制御してアーク長制御を行い、前記ピーク期間及び前記ピーク電流を前記プラズマ溶接電流の平均値に応じて前記パルス周期が一定値になるように変化させる、
ことを特徴とする請求項１記載のプラズマミグ溶接方法。
【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２０１１−１２１０５７（Ｐ２０１１−１２１０５７Ａ）
【公開日】平成２３年６月２３日（２０１１．６．２３）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−２７８１０２（Ｐ２００９−２７８１０２）
【出願日】平成２１年１２月８日（２００９．１２．８）
【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６月２３日（２０１１．６．２３）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年１２月８日（２００９．１２．８）
【出願人】（００００００２６２）株式会社ダイヘン (990)
【Ｆターム（参考）】
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