マグパルス溶接の溶接条件設定方法
【課題】マグパルス溶接において、パルスアーク溶接用ワイヤの代わりに炭酸ガスアーク溶接用ワイヤを用いたときの溶接条件の設定を容易かする。
【解決手段】溶接ワイヤ１を予め定めた送給速度Ｆｒで送給すると共に、ピーク期間Ｔｐｒ中はピーク電流Ｉｐｒを通電し、ベース期間中はベース電流Ｉｂｒを通電し、溶接電圧平均値Ｖｄが溶接電圧設定値Ｖｒと等しくなるようにベース期間を制御して溶接を行うマグパルス溶接の溶接条件設定方法において、炭酸ガスアーク溶接用ワイヤモードを選択するワイヤ種類選択スイッチＳＴを設け、このモードが選択されているときはピーク期間Ｔｐｒを所定値ΔＴｐだけ長くし、溶接電圧設定値Ｖｒを所定値ΔＶｒだけ大きくし、送給速度Ｆｒを所定値ΔＦｒだけ速くする。これにより、前記スイッチＳＴを選択するだけで炭酸ガスアーク溶接用ワイヤに適した溶接条件が自動設定される。
【解決手段】溶接ワイヤ１を予め定めた送給速度Ｆｒで送給すると共に、ピーク期間Ｔｐｒ中はピーク電流Ｉｐｒを通電し、ベース期間中はベース電流Ｉｂｒを通電し、溶接電圧平均値Ｖｄが溶接電圧設定値Ｖｒと等しくなるようにベース期間を制御して溶接を行うマグパルス溶接の溶接条件設定方法において、炭酸ガスアーク溶接用ワイヤモードを選択するワイヤ種類選択スイッチＳＴを設け、このモードが選択されているときはピーク期間Ｔｐｒを所定値ΔＴｐだけ長くし、溶接電圧設定値Ｖｒを所定値ΔＶｒだけ大きくし、送給速度Ｆｒを所定値ΔＦｒだけ速くする。これにより、前記スイッチＳＴを選択するだけで炭酸ガスアーク溶接用ワイヤに適した溶接条件が自動設定される。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、炭酸ガスアーク溶接用ワイヤを用いたマグパルス溶接において、溶接条件設定を簡易化することができるマグパルス溶接の溶接条件設定方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
鉄鋼材料のパルスアーク溶接では、シールドガスにアルゴンガスと炭酸ガスとの混合ガスを用いるのが一般的であり、マグパルス溶接と呼ばれる。このマグパルス溶接にはパルスアーク溶接用ワイヤ（ＪＩＳ規格Z3312:1999、YGW15及びYGW17）が使用される。このパルスアーク溶接用ワイヤは、ピーク電流に同期して溶滴が安定して移行するように組成成分が適正化されている。以下、従来技術におけるマグパルス溶接の溶接条件設定方法について説明する（例えば、特許文献１、２等参照）。
【０００３】
図２は、マグパルス溶接における電流、電圧波形図である。同図（Ａ）はアークを通電する溶接電流Ｉｗを示し、同図（Ｂ）は溶接ワイヤ・母材間に印加する溶接電圧Ｖｗを示す。以下、同図を参照して説明する。
【０００４】
予め定めたピーク期間Ｔｐ中は、同図（Ａ）に示すように、溶滴を形成・移行させるために大電流値に予め定めたピーク電流Ｉｐが通電し、同図（Ｂ）に示すように、アーク長に比例したピーク電圧Ｖｐが印加する。後述するアーク長制御によって定まるベース期間Ｔｂ中は、同図（Ａ）に示すように、溶滴を形成しないために小電流値に予め定めたベース電流Ｉｂが通電し、同図（Ｂ）に示すように、アーク長に比例したベース電圧Ｖｐが印加する。上記のピーク期間Ｔｐ及びベース期間Ｔｂを１パルス周期Ｔｆとして繰り返して溶接が行われる。
【０００５】
マグパルス溶接を含む消耗電極アーク溶接では、溶接中のアーク長を適正値に維持することは良好な溶接品質を得るために重要である。このアーク長制御は、以下のように行われる。同図（Ｂ）に示す溶接電圧の平均値Ｖavはアーク長に略比例する。このために、溶接電圧平均値Ｖavを検出し、この溶接電圧平均値Ｖavが適正アーク長に相当するように予め定めた溶接電圧設定値Ｖｒ（図示は省略）と等しくなるように上記のベース期間Ｔｂをフィードバック制御によって変化させている。ピーク期間Ｔｐが所定値であるので、ベース期間Ｔｂを制御することはパルス周期Ｔｆを制御することと等価である。このために、このアーク長制御は周波数変調制御と呼ばれるのが一般的である。
【０００６】
同図に示すマグパルス溶接において、１回のピーク電流Ｉｐの通電に同期して１つの溶滴が移行する状態（いわゆる１パルス１溶滴移行の状態）になると、溶接状態が安定化し、スパッタ発生も非常に少なくなる。この１パルス１溶滴移行状態を作り出すためには、上記のピーク期間Ｔｐ、ピーク電流Ｉｐ及びベース電流Ｉｂが適正値に設定されていることが重要である。さらに、１パルス１溶滴移行状態にするためには、上記のパルスアーク溶接用ワイヤを使用することも有益である。このパルスアーク溶接用ワイヤは、その組成成分を工夫して１パルス１溶滴移行状態になりやすくした溶接ワイヤである。また、これら以外の溶接条件として重要であるのは、溶接ワイヤの送給速度及びアーク長を設定する溶接電圧設定値Ｖｒである。ワークが決まるとそれに最適な溶接電流平均値が決まり、これに対応して送給速度が決まる。この送給速度に対して適正なアーク長となるように溶接電圧設定値Ｖｒが決定される。そして、この溶接電圧設定値Ｖｒに基づいて、上述したアーク長制御が行われる。マグパルス溶接における主要な溶接条件を整理すると、ピーク期間Ｔｐ、ピーク電流Ｉｐ、ベース電流Ｉｂ、溶接ワイヤの種類、送給速度及び溶接電圧設定値Ｖｒとなる。これらの溶接条件を適正値に設定することによって、良好な溶接品質を得ることができる。
【０００７】
【特許文献１】特開平１０−２８６６７１号公報
【特許文献２】特開２００７−１６０３５０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
上述したようにマグパルス溶接では、安定した溶接状態を得るために１パルス１溶滴移行状態になりやすいパルスアーク溶接用ワイヤを使用するのが理想的である。しかし、パルスアーク溶接用ワイヤは炭酸ガスアーク溶接用ワイヤ（ＪＩＳ規格Z3312:1999、ＹＧＷ１１及びＹＧＷ１２）に比べて価格が高いために、マグパルス溶接において炭酸ガスアーク溶接用ワイヤを使用することがある。この場合には、上述した溶接条件（ピーク期間Ｔｐ、ピーク電流Ｉｐ、ベース電流Ｉｂ、送給速度及び溶接電圧設定値Ｖｒ）を、炭酸ガスアーク溶接用ワイヤに適した値に変更する必要がある。しかし、マグパルス溶接用の溶接電源においては、上記の溶接条件はパルスアーク溶接用ワイヤを使用することが前提条件となって適正値が内蔵されている。このために、炭酸ガスアーク溶接用ワイヤを使用してマグパルス溶接を行うためには、上記の溶接条件を全て適正化する必要が生じる。このためには、長時間の溶接試験が必要であり、生産準備に多大な時間がかかるという問題があった。
【０００９】
そこで、本発明では、炭酸ガスアーク溶接用ワイヤを用いたときでも溶接条件の適正化を容易に行うことができるマグパルス溶接の溶接条件設定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、第１の発明は、
溶接ワイヤを予め定めた送給速度で送給すると共に、予め定めたピーク期間中は予め定めたピーク電流を通電し、ベース期間中は予め定めたベース電流を通電し、これらの通電を１周期として繰り返し、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前記ベース期間を制御して溶接を行うマグパルス溶接の溶接条件設定方法において、
炭酸ガスアーク溶接用ワイヤモードを選択するワイヤ種類選択スイッチを設け、
前記炭酸ガスアーク溶接用ワイヤモードが選択されているときは前記ピーク期間を所定値だけ長くなるように修正する、
ことを特徴とするマグパルス溶接の溶接条件設定方法である。
【００１１】
第２の発明は、前記炭酸ガスアーク溶接用ワイヤモードが選択されているときは前記溶接電圧設定値を所定値だけ大きくなるように修正する、
ことを特徴とする第１の発明記載のマグパルス溶接の溶接条件設定方法である。
【００１２】
第３の発明は、前記炭酸ガスアーク溶接用ワイヤモードが選択されているときは前記送給速度を所定値だけ速くなるように修正する、
ことを特徴とする第１又は第２の発明記載のマグパルス溶接の溶接条件設定方法である。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、マグパルス溶接において炭酸ガスアーク溶接用ワイヤを使用して溶接する場合でも、溶接電源に設けられたワイヤ種類選択スイッチをオンにして炭酸ガスアーク溶接用ワイヤモードを選択するだけで良好な溶接品質を得ることができる。この炭酸ガスアーク溶接用ワイヤモードでは、溶滴移行を安定化するためにピーク期間をパルスアーク溶接用ワイヤを使用するときよりも所定値だけ長くなるように修正する。また、溶接電圧設定値についても所定値だけ大きくなるように修正する。また、送給速度についても所定値だけ速くなるように修正する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
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。
【００１５】
図１は、本発明の実施の形態に係るマグパルス溶接の溶接条件設定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。
【００１６】
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、ワイヤ送給モータ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。
【００１７】
ワイヤ種類選択スイッチＳＴは、オンされると炭酸ガスアーク溶接用ワイヤモードがせんたくされ、Ｈｉｇｈレベルのワイヤ種類選択信号Ｓｔが出力される。ワイヤ種類選択スイッチＳＴがオフされたときは、Ｌｏｗレベルのワイヤ種類選択信号Ｓｔが出力される。
【００１８】
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、予め定めた溶接電圧設定信号Ｖｒを出力する。電圧設定増加値設定回路ＤＶＲは、予め定めた電圧設定増加値設定信号ΔＶｒを出力する。電圧設定加算回路ＡＶは、上記の溶接電圧設定信号Ｖｒ、上記の電圧設定増加値設定信号ΔＶｒ及び上記のワイヤ種類選択信号Ｓｔを入力として、ワイヤ種類選択信号ＳｔがＨｉｇｈレベル（炭酸ガスアーク溶接用ワイヤモード）のときは溶接電圧設定信号Ｖｒの値と電圧設定増加値設定信号ΔＶｒの値とを加算して電圧制御設定信号Ｖcrとして出力し、Ｌｏｗレベルのときは溶接電圧設定信号Ｖｒを電圧制御設定信号Ｖcrとして出力する。電圧誤差増幅回路ＥＶは、上記の電圧制御設定信号Ｖcr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。
【００１９】
電圧・周波数変換回路ＶＦは、上記の電圧誤差増幅信号Ｅｖを入力として、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Ｈｉｇｈレベルになる信号である。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。ピーク期間増加値設定回路ＤＴＰは、予め定めたピーク期間増加値設定信号ΔＴｐを出力する。ピーク期間加算回路ＡＴは、上記のピーク期間設定信号Ｔpr、上記のピーク期間増加値設定信号ΔＴｐ及び上記のワイヤ種類選択信号Ｓｔを入力として、ワイヤ種類選択信号ＳｔがＨｉｇｈレベル（炭酸ガスアーク溶接用ワイヤモード）のときはピーク期間設定信号Ｔprの値とピーク期間増加値設定信号ΔＴｐの値とを加算してピーク期間制御設定信号Ｔpcとして出力し、Ｌｏｗレベルのときはピーク期間設定信号Ｔprをピーク期間制御設定信号Ｔpcとして出力する。タイマ回路ＴＭは、このピーク期間制御設定信号Ｔpc及び上記のパルス周期信号Ｔｆを入力として、パルス周期信号ＴｆがＨｉｇｈレベルになった時点からピーク期間制御設定信号Ｔpcによって定まる期間だけＨｉｇｈレベルになるタイマ信号Ｔｍを出力する。したがって、このタイマ信号ＴｍがＨｉｇｈレベルのときはピーク期間になり、Ｌｏｗレベルのときはベース期間になる。
【００２０】
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。切換回路ＳＷは、上記のタイマ信号Ｔｍ、上記のピーク電流設定信号Ｉpr及び上記のベース電流設定信号Ｉbrを入力として、タイマ信号ＴｍがＨｉｇｈレベルのときはピーク電流設定信号Ｉprを電流制御設定信号Ｉcrとして出力し、Ｌｏｗレベルのときはベース電流設定信号Ｉbrを電流制御設定信号Ｉcr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、上記の電流制御設定信号Ｉcrと上記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を入力とし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を出力する。
【００２１】
溶接電流平均値設定回路ＩＲは、予め定めた溶接電流平均値設定信号Ｉｒを出力する。送給速度設定回路ＦＲは、この溶接電流平均値設定信号Ｉｒを入力として、この値に対応した送給速度設定信号Ｆｒを出力する。送給速度増加値設定回路ＤＦＲは、予め定めた送給速度増加値設定信号ΔＦｒを出力する。送給速度設定加算回路ＡＦは、上記の送給速度設定信号Ｆｒ、上記の送給速度増加値設定信号ΔＦｒ及び上記のワイヤ種類選択信号Ｓｔを入力として、ワイヤ種類選択信号ＳｔがＨｉｇｈレベル（炭酸ガスアーク溶接用ワイヤモード）のときは送給速度設定信号Ｆｒの値と送給速度増加値設定信号ΔＦｒの値とを加算して送給速度制御設定信号Ｆcrとして出力し、Ｌｏｗレベルのときは送給速度設定信号Ｆｒを送給速度制御設定信号Ｆcrとして出力する。送給制御回路ＦＣは、この送給速度制御設定信号Ｆcrを入力として、この値によって定まる送給速度で溶接ワイヤ１を送給するための送給制御信号Ｆｃをワイヤ送給モータＷＭに出力する。
【００２２】
上記において、溶接ワイヤにパルスアーク溶接用ワイヤを使用するときは、ワイヤ種類選択スイッチＳＴをオフ状態にして、ワイヤ種類選択信号ＳｔをＬｏｗレベルにする。このときは、溶接条件は以下のようにして設定される。ピーク期間Ｔｐは上記のピーク期間設定回路ＴＰＲによって設定され、ピーク電流Ｉｐは上記のピーク電流設定回路ＩＰＲによって設定され、ベース電流Ｉｂは上記のベース電流設定回路ＩＢＲによって設定され、溶接電圧平均値Ｖavは上記の溶接電圧設定回路ＶＲによって設定され、送給速度は上記の送給速度設定回路ＦＲによって設定される。これらの設定方法は、従来技術と同一である。すなわち、各溶接条件パラメータの適正値がプリセットされている。
【００２３】
他方、溶接ワイヤに炭酸ガスアーク溶接用ワイヤを使用するときは、ワイヤ種類選択スイッチＳＴをオン状態にして、ワイヤ種類選択信号ＳｔをＨｉｇｈレベル（炭酸ガスアーク溶接用ワイヤモード）にする。このときは、溶接条件は以下のようにして設定される。まず、ピーク電流Ｉｐ及びベース電流Ｉｂの設定値はパルスアーク溶接用ワイヤを使用するときと同一値で良いので、ピーク電流設定回路ＩＰＲ及びベース電流設定回路ＩＢＲによって設定される。しかし、ピーク期間Ｔｐ、溶接電圧平均値Ｖav及び送給速度は、パルスアーク溶接用ワイヤを使用するときの値から修正しなければならない。このために、炭酸ガスアーク溶接用ワイヤモードのときは、ピーク期間Ｔｐは、上述したように、ピーク期間設定信号Ｔprにピーク期間増加値設定信号ΔＴｐを加算して、所定値だけ長くなるように修正される。同様に、溶接電圧平均値Ｖavは、上述したように、溶接電圧設定信号Ｖｒに電圧設定増加値設定信号ΔＶｒを加算して、所定値だけ大きくなるように設定される。また、送給速度は、上述したように、送給速度設定信号Ｆｒに送給速度増加値設定信号ΔＦｒを加算して、所定値だけ速くなるように修正される。ピーク期間Ｔｐを修正する理由は、炭酸ガスアーク溶接用ワイヤを使用したときに溶滴移行状態を安定かするためである。炭酸ガスアーク溶接用ワイヤは、パルスアーク溶接用ワイヤに比べて溶滴の移行が円滑ではないために、ピーク期間Ｔｐを長くすることによって溶滴への入熱を大きくして移行を促進している。数値例を挙げると、１〜２ms程度のピーク期間を０．５ms程度長くする。溶接電圧平均値Ｖavを修正する理由は、適正アーク長に設定するためにはパルスアーク溶接用ワイヤを使用するときよりも溶接電圧平均値Ｖavを大きくする必要があるためである。数値例を挙げると、１〜２Ｖ程度大きくする。また、送給速度を修正する理由は、ワークに適した溶接電流平均値を得るためにはパルスアーク溶接用ワイヤを使用するときよりも送給速度を速くする必要があるためである。数値例を挙げると、１０％程度速くする必要がある。上記のピーク期間Ｔｐ及び溶接電圧平均値Ｖavの増加値は、送給速度に連動して変化するようにしても良い。また、溶接ロボッを用いた溶接装置においては、上記のワイヤ種類選択信号Ｓｔをティーチペンダントによって設定するようにしても良い。
【００２４】
上述した実施の形態によれば、マグパルス溶接において炭酸ガスアーク溶接用ワイヤを使用して溶接する場合でも、溶接電源に設けられたワイヤ種類選択スイッチをオンにして炭酸ガスアーク溶接用ワイヤモードを選択するだけで良好な溶接品質を得ることができる。この炭酸ガスアーク溶接用ワイヤモードでは、溶滴移行を安定化するためにピーク期間をパルスアーク溶接用ワイヤを使用するときよりも所定値だけ長くなるように修正する。また、溶接電圧についても、アーク長を適正かするために所定値だけ大きくなるように修正する。また、送給速度についても、溶接電流平均値を適正かするために所定値だけ速くなるように修正する。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】本発明の実施の形態に係るマグパルス溶接の溶接条件設定方法を実施するための溶接電源のブロック図である。
【図２】従来技術におけるマグパルス溶接の電流・電圧波形図である。
【符号の説明】
【００２６】
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
ＡＴ ピーク期間加算回路
ＡＶ 電圧設定加算回路
ＤＦＲ 送給速度増加値設定回路
ＤＴＰ ピーク期間増加値設定回路
ＤＶ 駆動回路
Ｄｖ 駆動信号
ＤＶＲ 電圧設定増加値設定回路
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
Ｆcr 送給速度制御設定信号
ＦＲ 送給速度設定回路
Ｆｒ 送給速度設定信号
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
Ｉcr 電流制御設定信号
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 溶接電流平均値設定回路
Ｉｒ 溶接電流平均値設定信号
Ｉｗ 溶接電流
ＰＭ 電源主回路
ＳＴ ワイヤ種類選択スイッチ
Ｓｔ ワイヤ種類選択信号
ＳＷ 切換回路
Ｔｂ ベース期間
Ｔｆ パルス周期（信号）
ＴＭ タイマ回路
Ｔｍ タイマ信号
Ｔｐ ピーク期間
Ｔpc ピーク期間制御設定信号
ＴＰＲ ピーク期間設定回路
Ｔpr ピーク期間設定信号
Ｖav 溶接電圧平均値
Ｖcr 電圧制御設定信号
ＶＤ 溶接電圧検出回路
Ｖｄ 溶接電圧検出信号
ＶＦ 電圧・周波数変換回路
Ｖｐ ピーク電圧
Ｖｐ ベース電圧
ＶＲ 溶接電圧設定回路
Ｖｒ 溶接電圧設定（値／信号）
Ｖｗ 溶接電圧
ＷＭ ワイヤ送給モータ
ΔＦｒ 送給速度増加値設定信号
ΔＴｐ ピーク期間増加値設定信号
ΔＶｒ 電圧設定増加値設定信号
【技術分野】
【０００１】
本発明は、炭酸ガスアーク溶接用ワイヤを用いたマグパルス溶接において、溶接条件設定を簡易化することができるマグパルス溶接の溶接条件設定方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
鉄鋼材料のパルスアーク溶接では、シールドガスにアルゴンガスと炭酸ガスとの混合ガスを用いるのが一般的であり、マグパルス溶接と呼ばれる。このマグパルス溶接にはパルスアーク溶接用ワイヤ（ＪＩＳ規格Z3312:1999、YGW15及びYGW17）が使用される。このパルスアーク溶接用ワイヤは、ピーク電流に同期して溶滴が安定して移行するように組成成分が適正化されている。以下、従来技術におけるマグパルス溶接の溶接条件設定方法について説明する（例えば、特許文献１、２等参照）。
【０００３】
図２は、マグパルス溶接における電流、電圧波形図である。同図（Ａ）はアークを通電する溶接電流Ｉｗを示し、同図（Ｂ）は溶接ワイヤ・母材間に印加する溶接電圧Ｖｗを示す。以下、同図を参照して説明する。
【０００４】
予め定めたピーク期間Ｔｐ中は、同図（Ａ）に示すように、溶滴を形成・移行させるために大電流値に予め定めたピーク電流Ｉｐが通電し、同図（Ｂ）に示すように、アーク長に比例したピーク電圧Ｖｐが印加する。後述するアーク長制御によって定まるベース期間Ｔｂ中は、同図（Ａ）に示すように、溶滴を形成しないために小電流値に予め定めたベース電流Ｉｂが通電し、同図（Ｂ）に示すように、アーク長に比例したベース電圧Ｖｐが印加する。上記のピーク期間Ｔｐ及びベース期間Ｔｂを１パルス周期Ｔｆとして繰り返して溶接が行われる。
【０００５】
マグパルス溶接を含む消耗電極アーク溶接では、溶接中のアーク長を適正値に維持することは良好な溶接品質を得るために重要である。このアーク長制御は、以下のように行われる。同図（Ｂ）に示す溶接電圧の平均値Ｖavはアーク長に略比例する。このために、溶接電圧平均値Ｖavを検出し、この溶接電圧平均値Ｖavが適正アーク長に相当するように予め定めた溶接電圧設定値Ｖｒ（図示は省略）と等しくなるように上記のベース期間Ｔｂをフィードバック制御によって変化させている。ピーク期間Ｔｐが所定値であるので、ベース期間Ｔｂを制御することはパルス周期Ｔｆを制御することと等価である。このために、このアーク長制御は周波数変調制御と呼ばれるのが一般的である。
【０００６】
同図に示すマグパルス溶接において、１回のピーク電流Ｉｐの通電に同期して１つの溶滴が移行する状態（いわゆる１パルス１溶滴移行の状態）になると、溶接状態が安定化し、スパッタ発生も非常に少なくなる。この１パルス１溶滴移行状態を作り出すためには、上記のピーク期間Ｔｐ、ピーク電流Ｉｐ及びベース電流Ｉｂが適正値に設定されていることが重要である。さらに、１パルス１溶滴移行状態にするためには、上記のパルスアーク溶接用ワイヤを使用することも有益である。このパルスアーク溶接用ワイヤは、その組成成分を工夫して１パルス１溶滴移行状態になりやすくした溶接ワイヤである。また、これら以外の溶接条件として重要であるのは、溶接ワイヤの送給速度及びアーク長を設定する溶接電圧設定値Ｖｒである。ワークが決まるとそれに最適な溶接電流平均値が決まり、これに対応して送給速度が決まる。この送給速度に対して適正なアーク長となるように溶接電圧設定値Ｖｒが決定される。そして、この溶接電圧設定値Ｖｒに基づいて、上述したアーク長制御が行われる。マグパルス溶接における主要な溶接条件を整理すると、ピーク期間Ｔｐ、ピーク電流Ｉｐ、ベース電流Ｉｂ、溶接ワイヤの種類、送給速度及び溶接電圧設定値Ｖｒとなる。これらの溶接条件を適正値に設定することによって、良好な溶接品質を得ることができる。
【０００７】
【特許文献１】特開平１０−２８６６７１号公報
【特許文献２】特開２００７−１６０３５０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
上述したようにマグパルス溶接では、安定した溶接状態を得るために１パルス１溶滴移行状態になりやすいパルスアーク溶接用ワイヤを使用するのが理想的である。しかし、パルスアーク溶接用ワイヤは炭酸ガスアーク溶接用ワイヤ（ＪＩＳ規格Z3312:1999、ＹＧＷ１１及びＹＧＷ１２）に比べて価格が高いために、マグパルス溶接において炭酸ガスアーク溶接用ワイヤを使用することがある。この場合には、上述した溶接条件（ピーク期間Ｔｐ、ピーク電流Ｉｐ、ベース電流Ｉｂ、送給速度及び溶接電圧設定値Ｖｒ）を、炭酸ガスアーク溶接用ワイヤに適した値に変更する必要がある。しかし、マグパルス溶接用の溶接電源においては、上記の溶接条件はパルスアーク溶接用ワイヤを使用することが前提条件となって適正値が内蔵されている。このために、炭酸ガスアーク溶接用ワイヤを使用してマグパルス溶接を行うためには、上記の溶接条件を全て適正化する必要が生じる。このためには、長時間の溶接試験が必要であり、生産準備に多大な時間がかかるという問題があった。
【０００９】
そこで、本発明では、炭酸ガスアーク溶接用ワイヤを用いたときでも溶接条件の適正化を容易に行うことができるマグパルス溶接の溶接条件設定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、第１の発明は、
溶接ワイヤを予め定めた送給速度で送給すると共に、予め定めたピーク期間中は予め定めたピーク電流を通電し、ベース期間中は予め定めたベース電流を通電し、これらの通電を１周期として繰り返し、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前記ベース期間を制御して溶接を行うマグパルス溶接の溶接条件設定方法において、
炭酸ガスアーク溶接用ワイヤモードを選択するワイヤ種類選択スイッチを設け、
前記炭酸ガスアーク溶接用ワイヤモードが選択されているときは前記ピーク期間を所定値だけ長くなるように修正する、
ことを特徴とするマグパルス溶接の溶接条件設定方法である。
【００１１】
第２の発明は、前記炭酸ガスアーク溶接用ワイヤモードが選択されているときは前記溶接電圧設定値を所定値だけ大きくなるように修正する、
ことを特徴とする第１の発明記載のマグパルス溶接の溶接条件設定方法である。
【００１２】
第３の発明は、前記炭酸ガスアーク溶接用ワイヤモードが選択されているときは前記送給速度を所定値だけ速くなるように修正する、
ことを特徴とする第１又は第２の発明記載のマグパルス溶接の溶接条件設定方法である。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、マグパルス溶接において炭酸ガスアーク溶接用ワイヤを使用して溶接する場合でも、溶接電源に設けられたワイヤ種類選択スイッチをオンにして炭酸ガスアーク溶接用ワイヤモードを選択するだけで良好な溶接品質を得ることができる。この炭酸ガスアーク溶接用ワイヤモードでは、溶滴移行を安定化するためにピーク期間をパルスアーク溶接用ワイヤを使用するときよりも所定値だけ長くなるように修正する。また、溶接電圧設定値についても所定値だけ大きくなるように修正する。また、送給速度についても所定値だけ速くなるように修正する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
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。
【００１５】
図１は、本発明の実施の形態に係るマグパルス溶接の溶接条件設定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。
【００１６】
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、ワイヤ送給モータ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。
【００１７】
ワイヤ種類選択スイッチＳＴは、オンされると炭酸ガスアーク溶接用ワイヤモードがせんたくされ、Ｈｉｇｈレベルのワイヤ種類選択信号Ｓｔが出力される。ワイヤ種類選択スイッチＳＴがオフされたときは、Ｌｏｗレベルのワイヤ種類選択信号Ｓｔが出力される。
【００１８】
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、予め定めた溶接電圧設定信号Ｖｒを出力する。電圧設定増加値設定回路ＤＶＲは、予め定めた電圧設定増加値設定信号ΔＶｒを出力する。電圧設定加算回路ＡＶは、上記の溶接電圧設定信号Ｖｒ、上記の電圧設定増加値設定信号ΔＶｒ及び上記のワイヤ種類選択信号Ｓｔを入力として、ワイヤ種類選択信号ＳｔがＨｉｇｈレベル（炭酸ガスアーク溶接用ワイヤモード）のときは溶接電圧設定信号Ｖｒの値と電圧設定増加値設定信号ΔＶｒの値とを加算して電圧制御設定信号Ｖcrとして出力し、Ｌｏｗレベルのときは溶接電圧設定信号Ｖｒを電圧制御設定信号Ｖcrとして出力する。電圧誤差増幅回路ＥＶは、上記の電圧制御設定信号Ｖcr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。
【００１９】
電圧・周波数変換回路ＶＦは、上記の電圧誤差増幅信号Ｅｖを入力として、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Ｈｉｇｈレベルになる信号である。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。ピーク期間増加値設定回路ＤＴＰは、予め定めたピーク期間増加値設定信号ΔＴｐを出力する。ピーク期間加算回路ＡＴは、上記のピーク期間設定信号Ｔpr、上記のピーク期間増加値設定信号ΔＴｐ及び上記のワイヤ種類選択信号Ｓｔを入力として、ワイヤ種類選択信号ＳｔがＨｉｇｈレベル（炭酸ガスアーク溶接用ワイヤモード）のときはピーク期間設定信号Ｔprの値とピーク期間増加値設定信号ΔＴｐの値とを加算してピーク期間制御設定信号Ｔpcとして出力し、Ｌｏｗレベルのときはピーク期間設定信号Ｔprをピーク期間制御設定信号Ｔpcとして出力する。タイマ回路ＴＭは、このピーク期間制御設定信号Ｔpc及び上記のパルス周期信号Ｔｆを入力として、パルス周期信号ＴｆがＨｉｇｈレベルになった時点からピーク期間制御設定信号Ｔpcによって定まる期間だけＨｉｇｈレベルになるタイマ信号Ｔｍを出力する。したがって、このタイマ信号ＴｍがＨｉｇｈレベルのときはピーク期間になり、Ｌｏｗレベルのときはベース期間になる。
【００２０】
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。切換回路ＳＷは、上記のタイマ信号Ｔｍ、上記のピーク電流設定信号Ｉpr及び上記のベース電流設定信号Ｉbrを入力として、タイマ信号ＴｍがＨｉｇｈレベルのときはピーク電流設定信号Ｉprを電流制御設定信号Ｉcrとして出力し、Ｌｏｗレベルのときはベース電流設定信号Ｉbrを電流制御設定信号Ｉcr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、上記の電流制御設定信号Ｉcrと上記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を入力とし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を出力する。
【００２１】
溶接電流平均値設定回路ＩＲは、予め定めた溶接電流平均値設定信号Ｉｒを出力する。送給速度設定回路ＦＲは、この溶接電流平均値設定信号Ｉｒを入力として、この値に対応した送給速度設定信号Ｆｒを出力する。送給速度増加値設定回路ＤＦＲは、予め定めた送給速度増加値設定信号ΔＦｒを出力する。送給速度設定加算回路ＡＦは、上記の送給速度設定信号Ｆｒ、上記の送給速度増加値設定信号ΔＦｒ及び上記のワイヤ種類選択信号Ｓｔを入力として、ワイヤ種類選択信号ＳｔがＨｉｇｈレベル（炭酸ガスアーク溶接用ワイヤモード）のときは送給速度設定信号Ｆｒの値と送給速度増加値設定信号ΔＦｒの値とを加算して送給速度制御設定信号Ｆcrとして出力し、Ｌｏｗレベルのときは送給速度設定信号Ｆｒを送給速度制御設定信号Ｆcrとして出力する。送給制御回路ＦＣは、この送給速度制御設定信号Ｆcrを入力として、この値によって定まる送給速度で溶接ワイヤ１を送給するための送給制御信号Ｆｃをワイヤ送給モータＷＭに出力する。
【００２２】
上記において、溶接ワイヤにパルスアーク溶接用ワイヤを使用するときは、ワイヤ種類選択スイッチＳＴをオフ状態にして、ワイヤ種類選択信号ＳｔをＬｏｗレベルにする。このときは、溶接条件は以下のようにして設定される。ピーク期間Ｔｐは上記のピーク期間設定回路ＴＰＲによって設定され、ピーク電流Ｉｐは上記のピーク電流設定回路ＩＰＲによって設定され、ベース電流Ｉｂは上記のベース電流設定回路ＩＢＲによって設定され、溶接電圧平均値Ｖavは上記の溶接電圧設定回路ＶＲによって設定され、送給速度は上記の送給速度設定回路ＦＲによって設定される。これらの設定方法は、従来技術と同一である。すなわち、各溶接条件パラメータの適正値がプリセットされている。
【００２３】
他方、溶接ワイヤに炭酸ガスアーク溶接用ワイヤを使用するときは、ワイヤ種類選択スイッチＳＴをオン状態にして、ワイヤ種類選択信号ＳｔをＨｉｇｈレベル（炭酸ガスアーク溶接用ワイヤモード）にする。このときは、溶接条件は以下のようにして設定される。まず、ピーク電流Ｉｐ及びベース電流Ｉｂの設定値はパルスアーク溶接用ワイヤを使用するときと同一値で良いので、ピーク電流設定回路ＩＰＲ及びベース電流設定回路ＩＢＲによって設定される。しかし、ピーク期間Ｔｐ、溶接電圧平均値Ｖav及び送給速度は、パルスアーク溶接用ワイヤを使用するときの値から修正しなければならない。このために、炭酸ガスアーク溶接用ワイヤモードのときは、ピーク期間Ｔｐは、上述したように、ピーク期間設定信号Ｔprにピーク期間増加値設定信号ΔＴｐを加算して、所定値だけ長くなるように修正される。同様に、溶接電圧平均値Ｖavは、上述したように、溶接電圧設定信号Ｖｒに電圧設定増加値設定信号ΔＶｒを加算して、所定値だけ大きくなるように設定される。また、送給速度は、上述したように、送給速度設定信号Ｆｒに送給速度増加値設定信号ΔＦｒを加算して、所定値だけ速くなるように修正される。ピーク期間Ｔｐを修正する理由は、炭酸ガスアーク溶接用ワイヤを使用したときに溶滴移行状態を安定かするためである。炭酸ガスアーク溶接用ワイヤは、パルスアーク溶接用ワイヤに比べて溶滴の移行が円滑ではないために、ピーク期間Ｔｐを長くすることによって溶滴への入熱を大きくして移行を促進している。数値例を挙げると、１〜２ms程度のピーク期間を０．５ms程度長くする。溶接電圧平均値Ｖavを修正する理由は、適正アーク長に設定するためにはパルスアーク溶接用ワイヤを使用するときよりも溶接電圧平均値Ｖavを大きくする必要があるためである。数値例を挙げると、１〜２Ｖ程度大きくする。また、送給速度を修正する理由は、ワークに適した溶接電流平均値を得るためにはパルスアーク溶接用ワイヤを使用するときよりも送給速度を速くする必要があるためである。数値例を挙げると、１０％程度速くする必要がある。上記のピーク期間Ｔｐ及び溶接電圧平均値Ｖavの増加値は、送給速度に連動して変化するようにしても良い。また、溶接ロボッを用いた溶接装置においては、上記のワイヤ種類選択信号Ｓｔをティーチペンダントによって設定するようにしても良い。
【００２４】
上述した実施の形態によれば、マグパルス溶接において炭酸ガスアーク溶接用ワイヤを使用して溶接する場合でも、溶接電源に設けられたワイヤ種類選択スイッチをオンにして炭酸ガスアーク溶接用ワイヤモードを選択するだけで良好な溶接品質を得ることができる。この炭酸ガスアーク溶接用ワイヤモードでは、溶滴移行を安定化するためにピーク期間をパルスアーク溶接用ワイヤを使用するときよりも所定値だけ長くなるように修正する。また、溶接電圧についても、アーク長を適正かするために所定値だけ大きくなるように修正する。また、送給速度についても、溶接電流平均値を適正かするために所定値だけ速くなるように修正する。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】本発明の実施の形態に係るマグパルス溶接の溶接条件設定方法を実施するための溶接電源のブロック図である。
【図２】従来技術におけるマグパルス溶接の電流・電圧波形図である。
【符号の説明】
【００２６】
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
ＡＴ ピーク期間加算回路
ＡＶ 電圧設定加算回路
ＤＦＲ 送給速度増加値設定回路
ＤＴＰ ピーク期間増加値設定回路
ＤＶ 駆動回路
Ｄｖ 駆動信号
ＤＶＲ 電圧設定増加値設定回路
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
Ｆcr 送給速度制御設定信号
ＦＲ 送給速度設定回路
Ｆｒ 送給速度設定信号
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
Ｉcr 電流制御設定信号
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 溶接電流平均値設定回路
Ｉｒ 溶接電流平均値設定信号
Ｉｗ 溶接電流
ＰＭ 電源主回路
ＳＴ ワイヤ種類選択スイッチ
Ｓｔ ワイヤ種類選択信号
ＳＷ 切換回路
Ｔｂ ベース期間
Ｔｆ パルス周期（信号）
ＴＭ タイマ回路
Ｔｍ タイマ信号
Ｔｐ ピーク期間
Ｔpc ピーク期間制御設定信号
ＴＰＲ ピーク期間設定回路
Ｔpr ピーク期間設定信号
Ｖav 溶接電圧平均値
Ｖcr 電圧制御設定信号
ＶＤ 溶接電圧検出回路
Ｖｄ 溶接電圧検出信号
ＶＦ 電圧・周波数変換回路
Ｖｐ ピーク電圧
Ｖｐ ベース電圧
ＶＲ 溶接電圧設定回路
Ｖｒ 溶接電圧設定（値／信号）
Ｖｗ 溶接電圧
ＷＭ ワイヤ送給モータ
ΔＦｒ 送給速度増加値設定信号
ΔＴｐ ピーク期間増加値設定信号
ΔＶｒ 電圧設定増加値設定信号
【特許請求の範囲】
【請求項１】
溶接ワイヤを予め定めた送給速度で送給すると共に、予め定めたピーク期間中は予め定めたピーク電流を通電し、ベース期間中は予め定めたベース電流を通電し、これらの通電を１周期として繰り返し、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前記ベース期間を制御して溶接を行うマグパルス溶接の溶接条件設定方法において、
炭酸ガスアーク溶接用ワイヤモードを選択するワイヤ種類選択スイッチを設け、
前記炭酸ガスアーク溶接用ワイヤモードが選択されているときは前記ピーク期間を所定値だけ長くなるように修正する、
ことを特徴とするマグパルス溶接の溶接条件設定方法。
【請求項２】
前記炭酸ガスアーク溶接用ワイヤモードが選択されているときは前記溶接電圧設定値を所定値だけ大きくなるように修正する、
ことを特徴とする請求項１記載のマグパルス溶接の溶接条件設定方法。
【請求項３】
前記炭酸ガスアーク溶接用ワイヤモードが選択されているときは前記送給速度を所定値だけ速くなるように修正する、
ことを特徴とする請求項１又は２記載のマグパルス溶接の溶接条件設定方法。
【請求項１】
溶接ワイヤを予め定めた送給速度で送給すると共に、予め定めたピーク期間中は予め定めたピーク電流を通電し、ベース期間中は予め定めたベース電流を通電し、これらの通電を１周期として繰り返し、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前記ベース期間を制御して溶接を行うマグパルス溶接の溶接条件設定方法において、
炭酸ガスアーク溶接用ワイヤモードを選択するワイヤ種類選択スイッチを設け、
前記炭酸ガスアーク溶接用ワイヤモードが選択されているときは前記ピーク期間を所定値だけ長くなるように修正する、
ことを特徴とするマグパルス溶接の溶接条件設定方法。
【請求項２】
前記炭酸ガスアーク溶接用ワイヤモードが選択されているときは前記溶接電圧設定値を所定値だけ大きくなるように修正する、
ことを特徴とする請求項１記載のマグパルス溶接の溶接条件設定方法。
【請求項３】
前記炭酸ガスアーク溶接用ワイヤモードが選択されているときは前記送給速度を所定値だけ速くなるように修正する、
ことを特徴とする請求項１又は２記載のマグパルス溶接の溶接条件設定方法。
【図１】
【図２】
【図２】
【公開番号】特開２０１０−１７７３８（Ｐ２０１０−１７７３８Ａ）
【公開日】平成２２年１月２８日（２０１０．１．２８）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−１７９９７２（Ｐ２００８−１７９９７２）
【出願日】平成２０年７月１０日（２００８．７．１０）
【出願人】（００００００２６２）株式会社ダイヘン (990)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年１月２８日（２０１０．１．２８）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年７月１０日（２００８．７．１０）
【出願人】（００００００２６２）株式会社ダイヘン (990)
【Ｆターム（参考）】
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