交流パルスアーク溶接の出力制御方法
【課題】交流パルスアーク溶接の手動溶接において、簡単な操作によって溶着金属量を変化させることなく、入熱量を変化させて溶接することができるようにすること。
【解決手段】電極プラス極性のピーク電流及びベース電流の通電と電極マイナス極性の電極マイナス極性電流の通電とを繰り返し、電極マイナス極性電流比率設定値Ｒｎｒに応じて前記電極マイナス極性電流の値及び／又は前記電極マイナス極性電流の通電期間を設定する交流パルスアーク溶接の出力制御方法において、トーチスイッチＴｓを予め定めた判定期間Ｔｈ内にオン／オフするクリック操作をしたときは前記電極マイナス極性電流比率設定値Ｒｎｒを予め定めた第１修正値Δｄだけ変化させ、前記トーチスイッチＴｓを前記判定期間Ｔｈ内にオン／オフ／オン／オフするダブルクリック操作をしたときは前記電極マイナス極性電流比率設定値Ｒｎｒを予め定めた第２修正値Δｕだけ変化させる。
【解決手段】電極プラス極性のピーク電流及びベース電流の通電と電極マイナス極性の電極マイナス極性電流の通電とを繰り返し、電極マイナス極性電流比率設定値Ｒｎｒに応じて前記電極マイナス極性電流の値及び／又は前記電極マイナス極性電流の通電期間を設定する交流パルスアーク溶接の出力制御方法において、トーチスイッチＴｓを予め定めた判定期間Ｔｈ内にオン／オフするクリック操作をしたときは前記電極マイナス極性電流比率設定値Ｒｎｒを予め定めた第１修正値Δｄだけ変化させ、前記トーチスイッチＴｓを前記判定期間Ｔｈ内にオン／オフ／オン／オフするダブルクリック操作をしたときは前記電極マイナス極性電流比率設定値Ｒｎｒを予め定めた第２修正値Δｕだけ変化させる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、トーチスイッチの操作によって交流パルスアーク溶接における電極マイナス電流比率を変化させることができる交流パルスアーク溶接の出力制御方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
図３は、交流パルスアーク溶接における一般的な電流・電圧波形図である。同図（Ａ）は溶接電流Ｉｗの時間変化を示し、同図（Ｂ）は溶接電圧Ｖｗの時間変化を示す。同図において、０Ａ及び０Ｖから上側が電極プラス極性ＥＰ時であり、下側が電極マイナス極性ＥＮ時である。溶接ワイヤは予め定めた送給速度で送給されている。以下、同図を参照して説明する。
【０００３】
電極マイナス極性期間Ｔen中は、同図（Ａ）に示すように、溶滴を形成させないために小電流値の電極マイナス極性電流Ｉenが通電し、同図（Ｂ）に示すように、電極マイナス極性電圧Ｖenが印加する。
【０００４】
電極プラス極性期間Ｔepは、ピーク期間Ｔｐとベース期間Ｔｂとに分かれる。このピーク期間Ｔｐ中は、同図（Ａ）に示すように、溶滴移行を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、ピーク電圧Ｖｐが印加する。ベース期間Ｔｂ中は、同図（Ａ）に示すように、溶滴を形成させ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、ベース電圧Ｖｂが印加する。
【０００５】
上記の電極マイナス極性期間Ｔen、上記のピーク期間Ｔｐ及び上記のベース期間Ｔｂを１パルス周期Ｔｆとして繰り返して溶接が行われる。上記の電極マイナス極性期間Ｔen及び上記のピーク期間Ｔｐは予め定めた期間であり、上記のベース期間Ｔｂはアーク長が適正になるようにフィードバック制御によって定まる期間である。このアーク長制御は、同図（Ｂ）に示す溶接電圧Ｖｗの絶対値の平均値Ｖavが予め定めた電圧設定値Ｖｒ（図示は省略）と等しくなるようにベース期間Ｔｂの長さが制御されることによって行われる。電極マイナス極性電流比率Ｒen（％）は以下のように定義される。
Ｒen＝(Ｔen・｜Ｉen｜／(Ｔen・｜Ｉen｜＋Ｔｐ・Ｉｐ＋Ｔｂ・Ｉｂ))×100
すなわち、この電極マイナス極性電流比率Ｒenは、溶接電流の絶対値の平均値にしめる電極マイナス極性電流の比率を表している。
【０００６】
上式において、ピーク電流Ｉｐ、ベース電流Ｉｂ及びピーク期間Ｔｐは所定値である。ベース期間Ｔｂもアーク長が適正値にある定常状態では略所定値と見なせる。したがって、電極マイナス極性電流Ｉen及び／又は電極マイナス極性期間Ｔenを調整することによって電極マイナス極性電流比率Ｒenを調整することができる。
【０００７】
上述した交流パルスアーク溶接では、直流パルスアーク溶接に比べて母材への入熱を小さくすることができ、かつ、電極マイナス極性電流比率を調整することによって入熱を調整することができる。このために、交流パルスアーク溶接は、主に薄板の高品質溶接に使用されることが多い。
【０００８】
特許文献１の発明では、溶接中に溶接トーチに取り付けられたトーチスイッチを所定期間内にオン／オフするクリック操作をしたときは溶接電流を所定値だけ増加させ、所定期間内にオン／オフ／オン／オフするダブルクリック操作をしたときは溶接電流を所定値だけ減少させるアーク溶接の電流制御方法を開示している。非消耗電極式アーク溶接では溶接電流を直接増減させることができるが、消耗電極式アーク溶接では溶接ワイヤの送給速度を増減させることによって溶接電流を増減させることになる。特許文献１の発明では、溶接作業者が溶接トーチを手動で操作する手動溶接において、溶接ビードを目視で確認しながらトーチスイッチを操作するだけで溶接電流を増減させることができるので、高品質な溶接ビードを形成することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開２００５−３０５５４３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
例えば、Ｖ型開先でルートギャップが存在するパイプの全周突き合わせ溶接を消耗電極式交流パルスアーク溶接によって行なう場合、全周にわたって良好なビードを形成するためには、溶接姿勢に応じて入熱を調整しながら溶接を行なう必要がある。上述した従来技術によってこの溶接を行なう場合、溶接作業者はトーチスイッチのクリック操作又はダブルクリック操作によって溶接電流（溶接ワイヤの送給速度）を増減させながら溶接を行なうことができる。しかし、溶接電流を変化させることによって入熱の調整は可能となるが、同時に溶接ワイヤの送給速度も変化することになる。このために、溶接電流を減少させれば溶着金属量も減少し、溶接電流を増加させれば溶着金属量も増加することになる。この結果、開先部のビード高さが円周溶接の部位によって変化することになり、高品質を要求される場合には課題となっていた。この課題は、パイプの全周溶接の場合だけでなく、薄板溶接全般に対するものである。すなわち、薄板溶接においては、溶接進行に伴って母材の温度が上昇するために、溶接進行に伴って均一なビードを形成するためには入熱量を調整しながら溶接を行なう必要があるからである。
【００１１】
そこで、本発明では、交流パルスアーク溶接の手動溶接において、溶接作業者が簡単な操作によって溶着金属量を変化させることなく入熱量を変化させながら溶接を行なうことができる交流パルスアーク溶接の出力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】
【００１２】
上述した課題を解決するために、第１の発明は、溶接ワイヤを送給すると共に、電極プラス極性のピーク電流及びベース電流の通電と電極マイナス極性の電極マイナス極性電流の通電とを繰り返し、電極マイナス極性電流比率設定値に応じて前記電極マイナス極性電流の値及び／又は前記電極マイナス極性電流の通電期間を設定する交流パルスアーク溶接の出力制御方法において、
溶接トーチに取り付けられたトーチスイッチを予め定めた判定期間内にオン／オフするクリック操作をしたときは前記電極マイナス極性電流比率設定値を予め定めた第１修正値だけ変化させ、前記トーチスイッチを前記判定期間内にオン／オフ／オン／オフするダブルクリック操作をしたときは前記電極マイナス極性電流比率設定値を予め定めた第２修正値だけ変化させる、
ことを特徴とする交流パルスアーク溶接の出力制御方法である。
【００１３】
第２の発明は、前記第１修正値と前記第２修正値との符号が異なる、
ことを特徴とする第１の発明記載の交流パルスアーク溶接の出力制御方法である。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、トーチスイッチのクリック操作又はダブルクリック操作によって電極マイナス極性電流比率を適正値に調整することができる。このために、本発明では、交流パルスアーク溶接の手動溶接において、溶接作業者が簡単なトーチスイッチ操作によって溶着金属量を変化させることなく入熱量を変化させながら溶接を行なうことができる。この結果、特に薄板溶接において、ビードの均一化を図ることができ、高品質な溶接が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の実施の形態に係る交流パルスアーク溶接の出力制御方法を実施するための溶接装置のブロック図である。
【図２】図１の溶接装置における各信号のタイミングチャートである。
【図３】従来技術における一般的な交流パルスアーク溶接の電流・電圧波形図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
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。
【００１７】
図１は、本発明の実施の形態に係る交流パルスアーク溶接の出力制御方法を実施するための溶接装置のブロック図である。以下、同図を参照して各ブロックについて説明する。
【００１８】
交流パルスアーク溶接電源ＰＳは、一般的な交流パルスアーク溶接用の溶接電源であり、後述する起動信号Ｏｎ及び後述する電極マイナス極性電流比率設定信号Ｒnrを入力として、起動信号ＯｎがＨｉｇｈレベルの間は溶接電流Ｉｗ及び溶接電圧Ｖｗを出力する。この溶接電流Ｉｗ及び溶接電圧Ｖｗの波形は、上述した図３と同一となる。そして、上記の電極マイナス極性電流比率設定信号Ｒnrの値によって、図３の電極マイナス極性電流Ｉen及び／又は電極マイナス極性期間Ｔenが設定される。溶接ワイヤ１は、ワイヤ送給機（図示は省略）の送給ロール５によって溶接トーチ４内を所定速度で送給されて、母材２との間にアーク３が発生して溶接が行われる。このワイヤ送給機の制御は上記の溶接電源ＰＳが行う。
【００１９】
トーチスイッチＴＳは、溶接トーチ４に取り付けられており、トーチスイッチＴＳをオンにするとＨｉｇｈレベルになりオフにするとＬｏｗレベルになるトーチスイッチ信号Ｔｓを出力する。起動回路ＯＮは、このトーチスイッチ信号Ｔｓが第１回目にＨｉｇｈレベルになるとＨｉｇｈレベルにセットされ、トーチスイッチ信号Ｔｓが予め定めた判定期間Ｔｈよりも長い期間Ｈｉｇｈレベルになった後にＬｏｗレベルになるとＬｏｗレベルにリセットされる起動信号Ｏｎを出力する。タイマ回路ＴＭは、上記のトーチスイッチ信号ＴｓがＬｏｗレベルからＨｉｇｈレベルに変化した時点から上記の判定期間ＴｈだけＨｉｇｈレベルとなるタイマ信号Ｔｍを出力する。修正回路ＵＤは、上記のタイマ信号ＴｍがＨｉｇｈレベルの間にトーチスイッチ信号ＴｓがＨｉｇｈレベル／Ｌｏｗレベルと変化した（クリック操作）ときは予め定めた第１修正値Δｄとなり、上記のタイマ信号ＴｍがＨｉｇｈレベルの間にトーチスイッチ信号ＴｓがＨｉｇｈレベル／Ｌｏｗレベル／Ｈｉｇｈレベル／Ｌｏｗレベルと変化した（ダブルクリック操作）ときは予め定めた第２修正値Δｕとなる修正信号ΔＲを出力する。すなわち、トーチスイッチＴＳがクリック操作されると修正信号ΔＲ＝Δｄとなり、ダブルクリック操作されると修正信号ΔＲ＝Δｕとなる。
【００２０】
電極マイナス極性電流比率初期値設定回路ＲＳＲは、予め定めた電極マイナス極性電流比率初期値設定信号Ｒsrを出力する。加算回路ＡＤは、この電極マイナス極性電流比率初期値設定信号Ｒsrに上記の修正信号ΔＲが変化するごとに加算して上記の電極マイナス極性電流比率設定信号Ｒnrを出力する。すなわち、Ｒnr＝Ｒsr＋ΔＲ(1)＋ΔＲ(2)＋…＋ΔＲ(n)となる。したがって、電極マイナス極性電流比率設定信号Ｒnrは、電極マイナス極性電流比率初期値設定信号Ｒsrを初期値としてトーチスイッチＴＳがクリック操作されると上記のΔｄだけ修正され、ダブルクリック操作されると上記のΔｕだけ修正される。また、この加算回路ＡＤは、溶接が終了すると、上記の電極マイナス極性電流比率設定信号Ｒnrの値を上記の電極マイナス極性電流比率初期値設定信号Ｒsrの値にリセットする。
【００２１】
図２は、図１の溶接装置における各信号のタイミングチャートである。同図（Ａ）はトーチスイッチ信号Ｔｓの時間変化を示し。同図（Ｂ）は起動信号Ｏｎの時間変化を示し、同図（Ｃ）はタイマ信号Ｔｍの時間変化を示し、同図（Ｄ）は修正信号ΔＲの時間変化を示し、同図（Ｅ）は電極マイナス極性電流比率設定信号Ｒnrの時間変化を示す。同図においては、上記の第１修正値Δｄが負の値のときであり、上記の第２修正値Δｕが正の値のときである。以下、同図を参照して説明する。
【００２２】
（１）時刻ｔ１〜ｔ３の期間
時刻ｔ１において、溶接が行われていない状態でトーチスイッチＴＳが第１回目にオンされると、同図（Ａ）に示すように、トーチスイッチ信号ＴｓがＨｉｇｈレベルになり、同図（Ｂ）に示すように、起動信号ＯｎがＨｉｇｈレベルになる。これに応動して、溶接電源ＰＳが出力を開始すると共に、溶接ワイヤ１の送給も開始されて溶接が開始される。このときの溶接電流Ｉｗ及び溶接電圧Ｖｗの波形は、上述した図３のようになり、電極マイナス極性電流Ｉen及び／又は電極マイナス極性期間Ｔenの値は、同図（Ｅ）に示す電極マイナス極性電流比率初期値設定信号Ｒsrの値によって設定される。時刻ｔ２において、同図（Ａ）に示すように、トーチスイッチＴＳがオフされてトーチスイッチ信号ＴｓがＬｏｗレベルになっても、同図（Ｂ）に示すように、起動信号ＯｎはＨｉｇｈレベルを維持するので溶接は継続される。同図（Ｃ）に示すタイマ信号Ｔｍは、同図（Ａ）に示すトーチスイッチ信号ＴｓがＨｉｇｈレベルに変化した時点から予め定めた判定期間ＴｈだけＨｉｇｈレベルになる。同図では時刻ｔ１〜ｔ２の期間が上記の判定期間Ｔｈよりも長いためにクリック操作又はダブルクリック操作とはならないので、同図（Ｄ）に示す修正信号ΔＲ＝０のままである。
【００２３】
（２）時刻ｔ３〜ｔ７の期間
時刻ｔ３において、トーチスイッチがオンされると、同図（Ｃ）に示すように、タイマ信号Ｔｍが時刻ｔ４までの判定期間Ｔｈの間Ｈｉｇｈレベルとなる。この判定期間Ｔｈ内にトーチスイッチＴＳがオフされると、同図（Ａ）に示すように、トーチスイッチ信号ＴｓはＨｉｇｈレベル／Ｌｏｗレベルと変化するのでクリック操作したと判別されて、同図（Ｄ）に示すように、修正信号ΔＲは時刻ｔ４においてΔｄ（負の値）になる。この結果、同図（Ｅ）に示すように、電極マイナス極性電流比率設定信号Ｒnrの値はＲsr＋Δｄに減少する。同様に、時刻ｔ５〜ｔ６のトーチスイッチＴＳのクリック操作によって、同図（Ｄ）に示す修正信号ΔＲ＝Δｄとなり、同図（Ｅ）に示すように、電極マイナス極性電流比率設定信号Ｒnrの値はＲsr＋Δｄ＋Δｄとなり、さらに減少する。
【００２４】
（３）時刻ｔ７〜ｔ９の期間
時刻ｔ７においてトーチスイッチＴＳがオンされると、同図（Ｃ）に示すように、タイマ信号Ｔｍが時刻ｔ８までの判定期間Ｔｈの間Ｈｉｇｈレベルとなる。この判定期間Ｔｈ内にトーチスイッチＴＳがオン／オフ／オン／オフされると、同図（Ａ）に示すように、トーチスイッチ信号ＴｓはＨｉｇｈレベル／Ｌｏｗレベル／Ｈｉｇｈレベル／Ｌｏｗレベルと変化するのでダブルクリック操作されたと判別されて、同図（Ｄ）に示すように、修正信号ΔＲは時刻ｔ８においてΔｕ（正の値）になる。この結果、同図（Ｅ）に示すように、電極マイナス極性電流比率設定信号Ｒnrの値はＲsr＋Δｄ＋Δｄ＋Δｕとなり増加する。これ移行も溶接中に、トーチスイッチＴＳがクリック操作されると電極マイナス極性電流比率設定信号Ｒnrの値はΔｄだけ減少し、ダブルクリック操作されると電極マイナス極性電流比率設定信号Ｒnrの値はΔｕだけ増加する。
【００２５】
（４）時刻ｔ９〜ｔ１０の期間
時刻ｔ９〜ｔ１０において、トーチスイッチＴＳが判定期間Ｔｈよりも長くオンされると、同図（Ａ）に示すように、トーチスイッチ信号Ｔｓは判定期間Ｔｈよりも長くＨｉｇｈレベルになり時刻ｔ１０においてＬｏｗレベルになるので、同図（Ｂ）に示すように、起動信号ＯｎはＬｏｗレベルになる。この結果、溶接電源ＰＳの出力は停止されるので、溶接が終了する。
【００２６】
次に、パイプの全周溶接を例として、溶接作業者のトーチスイッチＴＳの操作について説明する。以下の説明では、電極マイナス極性電流比率初期値設定信号Ｒsr＝２０％、第１修正値Δｄ＝−２％及び第２修正値Δｕ＝＋２％の場合とする。
（１）溶接作業者が、溶接をしていない状態で、第１回目にトーチスイッチＴＳをオンすると、溶接電源ＰＳの出力が開始されて溶接が開始される。その後に、判定期間Ｔｈよりも長くオンした後に、オフすると、溶接は継続される。このとき、電極マイナス極性電流比率設定信号Ｒnr＝２０％となっている。
（２）溶接作業者は、アーク発生状態を目視で確認しながら全周のビードが均一になるように、トーチスイッチＴＳのクリック操作又はダブルクリック操作を繰り返して電極マイナス極性電流比率設定信号Ｒnrの値を増減させて適正値に調整する。このときに、電極マイナス極性電流比率設定信号Ｒnrの値は、クリック操作を行うと−２％変化し、ダブルクリック操作を行うと＋２％変化する。
（３）溶接作業者は、溶接終了位置に到達したときは、トーチスイッチＴＳを判定期間Ｔｈよりも長い間オンしたのちにオフする。このオフに応動して、溶接電源ＰＳの出力が停止して、溶接が終了する。
【００２７】
上記のパイプの全周溶接においては、溶接ワイヤの送給速度を変化させることなく、クリック操作又はダブルクリック操作によって電極マイナス極性電流比率Ｒenを適正化して入熱制御を行っている。このために、溶着金属量を変化させることなく入熱のみを変化させるので全周のビードを均一化して良好な溶接結果を得ることができる。
【００２８】
上記においては、第１修正値Δｄと第２修正値Δｕとの符号が異なる場合について説明したが、両値を同一符号として異なる値に設定しても良い。例えば、Δｄ＝＋２％、Δｕ＝＋５％に設定するような場合である。一般的な薄板溶接では、溶接が進行するのに伴い母材の温度が上昇するので、均一なビードを形成するためには入熱を小さくしていく必要がある。このような場合には、溶接進行に伴い電極マイナス極性電流比率Ｒenを大きくすれば良いので、クリック操作によって小さな調整を行い、ダブルクリック操作によって大きな調整を行うようにしている。さらに、Δｄ＝−２％、Δｕ＝−５％に設定する場合もある。板厚が次第に厚くなるようなワークに対しては、電極マイナス極性電流比率Ｒenを次第に小さくして入熱が大きくなるようにする。
【００２９】
上述した実施の形態によれば、トーチスイッチのクリック操作又はダブルクリック操作によって電極マイナス極性電流比率を適正値に調整することができる。このために、上述した実施の形態では、交流パルスアーク溶接の手動溶接において、溶接作業者が簡単なトーチスイッチ操作によって溶着金属量を変化させることなく入熱量を変化させながら溶接を行なうことができる。この結果、特に薄板溶接において、ビードの均一化を図ることができ、高品質な溶接が可能となる。
【符号の説明】
【００３０】
１ 溶接ワイヤ
２ 母材
３ アーク
４ 溶接トーチ
５ 送給ロール
ＡＤ 加算回路
ＥＮ 電極マイナス極性
ＥＰ 電極プラス極性
Ｉｂ ベース電流
Ｉen 電極マイナス極性電流
Ｉｐ ピーク電流
Ｉｗ 溶接電流
ＯＮ 起動回路
Ｏｎ 起動信号
ＰＳ 溶接電源
Ｒen 電極マイナス極性電流比率
Ｒnr 電極マイナス極性電流比率設定信号
ＲＳＲ 電極マイナス極性電流比率初期値設定回路
Ｒsr 電極マイナス極性電流比率初期値設定信号
Ｔｂ ベース期間
Ｔen 電極マイナス極性期間
Ｔep 電極プラス極性期間
Ｔｆ パルス周期
Ｔｈ 判定期間
ＴＭ タイマ回路
Ｔｍ タイマ信号
Ｔｐ ピーク期間
ＴＳ トーチスイッチ
Ｔｓ トーチスイッチ信号
ＵＤ 修正回路
Ｖav 溶接電圧の絶対値の平均値
Ｖｂ ベース電圧
Ｖen 電極マイナス極性電圧
Ｖｐ ピーク電圧
Ｖｒ 電圧設定値
Ｖｗ 溶接電圧
Δｄ 第１修正値
ΔＲ 修正信号
Δｕ 第２修正値
【技術分野】
【０００１】
本発明は、トーチスイッチの操作によって交流パルスアーク溶接における電極マイナス電流比率を変化させることができる交流パルスアーク溶接の出力制御方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
図３は、交流パルスアーク溶接における一般的な電流・電圧波形図である。同図（Ａ）は溶接電流Ｉｗの時間変化を示し、同図（Ｂ）は溶接電圧Ｖｗの時間変化を示す。同図において、０Ａ及び０Ｖから上側が電極プラス極性ＥＰ時であり、下側が電極マイナス極性ＥＮ時である。溶接ワイヤは予め定めた送給速度で送給されている。以下、同図を参照して説明する。
【０００３】
電極マイナス極性期間Ｔen中は、同図（Ａ）に示すように、溶滴を形成させないために小電流値の電極マイナス極性電流Ｉenが通電し、同図（Ｂ）に示すように、電極マイナス極性電圧Ｖenが印加する。
【０００４】
電極プラス極性期間Ｔepは、ピーク期間Ｔｐとベース期間Ｔｂとに分かれる。このピーク期間Ｔｐ中は、同図（Ａ）に示すように、溶滴移行を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、ピーク電圧Ｖｐが印加する。ベース期間Ｔｂ中は、同図（Ａ）に示すように、溶滴を形成させ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、ベース電圧Ｖｂが印加する。
【０００５】
上記の電極マイナス極性期間Ｔen、上記のピーク期間Ｔｐ及び上記のベース期間Ｔｂを１パルス周期Ｔｆとして繰り返して溶接が行われる。上記の電極マイナス極性期間Ｔen及び上記のピーク期間Ｔｐは予め定めた期間であり、上記のベース期間Ｔｂはアーク長が適正になるようにフィードバック制御によって定まる期間である。このアーク長制御は、同図（Ｂ）に示す溶接電圧Ｖｗの絶対値の平均値Ｖavが予め定めた電圧設定値Ｖｒ（図示は省略）と等しくなるようにベース期間Ｔｂの長さが制御されることによって行われる。電極マイナス極性電流比率Ｒen（％）は以下のように定義される。
Ｒen＝(Ｔen・｜Ｉen｜／(Ｔen・｜Ｉen｜＋Ｔｐ・Ｉｐ＋Ｔｂ・Ｉｂ))×100
すなわち、この電極マイナス極性電流比率Ｒenは、溶接電流の絶対値の平均値にしめる電極マイナス極性電流の比率を表している。
【０００６】
上式において、ピーク電流Ｉｐ、ベース電流Ｉｂ及びピーク期間Ｔｐは所定値である。ベース期間Ｔｂもアーク長が適正値にある定常状態では略所定値と見なせる。したがって、電極マイナス極性電流Ｉen及び／又は電極マイナス極性期間Ｔenを調整することによって電極マイナス極性電流比率Ｒenを調整することができる。
【０００７】
上述した交流パルスアーク溶接では、直流パルスアーク溶接に比べて母材への入熱を小さくすることができ、かつ、電極マイナス極性電流比率を調整することによって入熱を調整することができる。このために、交流パルスアーク溶接は、主に薄板の高品質溶接に使用されることが多い。
【０００８】
特許文献１の発明では、溶接中に溶接トーチに取り付けられたトーチスイッチを所定期間内にオン／オフするクリック操作をしたときは溶接電流を所定値だけ増加させ、所定期間内にオン／オフ／オン／オフするダブルクリック操作をしたときは溶接電流を所定値だけ減少させるアーク溶接の電流制御方法を開示している。非消耗電極式アーク溶接では溶接電流を直接増減させることができるが、消耗電極式アーク溶接では溶接ワイヤの送給速度を増減させることによって溶接電流を増減させることになる。特許文献１の発明では、溶接作業者が溶接トーチを手動で操作する手動溶接において、溶接ビードを目視で確認しながらトーチスイッチを操作するだけで溶接電流を増減させることができるので、高品質な溶接ビードを形成することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開２００５−３０５５４３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
例えば、Ｖ型開先でルートギャップが存在するパイプの全周突き合わせ溶接を消耗電極式交流パルスアーク溶接によって行なう場合、全周にわたって良好なビードを形成するためには、溶接姿勢に応じて入熱を調整しながら溶接を行なう必要がある。上述した従来技術によってこの溶接を行なう場合、溶接作業者はトーチスイッチのクリック操作又はダブルクリック操作によって溶接電流（溶接ワイヤの送給速度）を増減させながら溶接を行なうことができる。しかし、溶接電流を変化させることによって入熱の調整は可能となるが、同時に溶接ワイヤの送給速度も変化することになる。このために、溶接電流を減少させれば溶着金属量も減少し、溶接電流を増加させれば溶着金属量も増加することになる。この結果、開先部のビード高さが円周溶接の部位によって変化することになり、高品質を要求される場合には課題となっていた。この課題は、パイプの全周溶接の場合だけでなく、薄板溶接全般に対するものである。すなわち、薄板溶接においては、溶接進行に伴って母材の温度が上昇するために、溶接進行に伴って均一なビードを形成するためには入熱量を調整しながら溶接を行なう必要があるからである。
【００１１】
そこで、本発明では、交流パルスアーク溶接の手動溶接において、溶接作業者が簡単な操作によって溶着金属量を変化させることなく入熱量を変化させながら溶接を行なうことができる交流パルスアーク溶接の出力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】
【００１２】
上述した課題を解決するために、第１の発明は、溶接ワイヤを送給すると共に、電極プラス極性のピーク電流及びベース電流の通電と電極マイナス極性の電極マイナス極性電流の通電とを繰り返し、電極マイナス極性電流比率設定値に応じて前記電極マイナス極性電流の値及び／又は前記電極マイナス極性電流の通電期間を設定する交流パルスアーク溶接の出力制御方法において、
溶接トーチに取り付けられたトーチスイッチを予め定めた判定期間内にオン／オフするクリック操作をしたときは前記電極マイナス極性電流比率設定値を予め定めた第１修正値だけ変化させ、前記トーチスイッチを前記判定期間内にオン／オフ／オン／オフするダブルクリック操作をしたときは前記電極マイナス極性電流比率設定値を予め定めた第２修正値だけ変化させる、
ことを特徴とする交流パルスアーク溶接の出力制御方法である。
【００１３】
第２の発明は、前記第１修正値と前記第２修正値との符号が異なる、
ことを特徴とする第１の発明記載の交流パルスアーク溶接の出力制御方法である。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、トーチスイッチのクリック操作又はダブルクリック操作によって電極マイナス極性電流比率を適正値に調整することができる。このために、本発明では、交流パルスアーク溶接の手動溶接において、溶接作業者が簡単なトーチスイッチ操作によって溶着金属量を変化させることなく入熱量を変化させながら溶接を行なうことができる。この結果、特に薄板溶接において、ビードの均一化を図ることができ、高品質な溶接が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の実施の形態に係る交流パルスアーク溶接の出力制御方法を実施するための溶接装置のブロック図である。
【図２】図１の溶接装置における各信号のタイミングチャートである。
【図３】従来技術における一般的な交流パルスアーク溶接の電流・電圧波形図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
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。
【００１７】
図１は、本発明の実施の形態に係る交流パルスアーク溶接の出力制御方法を実施するための溶接装置のブロック図である。以下、同図を参照して各ブロックについて説明する。
【００１８】
交流パルスアーク溶接電源ＰＳは、一般的な交流パルスアーク溶接用の溶接電源であり、後述する起動信号Ｏｎ及び後述する電極マイナス極性電流比率設定信号Ｒnrを入力として、起動信号ＯｎがＨｉｇｈレベルの間は溶接電流Ｉｗ及び溶接電圧Ｖｗを出力する。この溶接電流Ｉｗ及び溶接電圧Ｖｗの波形は、上述した図３と同一となる。そして、上記の電極マイナス極性電流比率設定信号Ｒnrの値によって、図３の電極マイナス極性電流Ｉen及び／又は電極マイナス極性期間Ｔenが設定される。溶接ワイヤ１は、ワイヤ送給機（図示は省略）の送給ロール５によって溶接トーチ４内を所定速度で送給されて、母材２との間にアーク３が発生して溶接が行われる。このワイヤ送給機の制御は上記の溶接電源ＰＳが行う。
【００１９】
トーチスイッチＴＳは、溶接トーチ４に取り付けられており、トーチスイッチＴＳをオンにするとＨｉｇｈレベルになりオフにするとＬｏｗレベルになるトーチスイッチ信号Ｔｓを出力する。起動回路ＯＮは、このトーチスイッチ信号Ｔｓが第１回目にＨｉｇｈレベルになるとＨｉｇｈレベルにセットされ、トーチスイッチ信号Ｔｓが予め定めた判定期間Ｔｈよりも長い期間Ｈｉｇｈレベルになった後にＬｏｗレベルになるとＬｏｗレベルにリセットされる起動信号Ｏｎを出力する。タイマ回路ＴＭは、上記のトーチスイッチ信号ＴｓがＬｏｗレベルからＨｉｇｈレベルに変化した時点から上記の判定期間ＴｈだけＨｉｇｈレベルとなるタイマ信号Ｔｍを出力する。修正回路ＵＤは、上記のタイマ信号ＴｍがＨｉｇｈレベルの間にトーチスイッチ信号ＴｓがＨｉｇｈレベル／Ｌｏｗレベルと変化した（クリック操作）ときは予め定めた第１修正値Δｄとなり、上記のタイマ信号ＴｍがＨｉｇｈレベルの間にトーチスイッチ信号ＴｓがＨｉｇｈレベル／Ｌｏｗレベル／Ｈｉｇｈレベル／Ｌｏｗレベルと変化した（ダブルクリック操作）ときは予め定めた第２修正値Δｕとなる修正信号ΔＲを出力する。すなわち、トーチスイッチＴＳがクリック操作されると修正信号ΔＲ＝Δｄとなり、ダブルクリック操作されると修正信号ΔＲ＝Δｕとなる。
【００２０】
電極マイナス極性電流比率初期値設定回路ＲＳＲは、予め定めた電極マイナス極性電流比率初期値設定信号Ｒsrを出力する。加算回路ＡＤは、この電極マイナス極性電流比率初期値設定信号Ｒsrに上記の修正信号ΔＲが変化するごとに加算して上記の電極マイナス極性電流比率設定信号Ｒnrを出力する。すなわち、Ｒnr＝Ｒsr＋ΔＲ(1)＋ΔＲ(2)＋…＋ΔＲ(n)となる。したがって、電極マイナス極性電流比率設定信号Ｒnrは、電極マイナス極性電流比率初期値設定信号Ｒsrを初期値としてトーチスイッチＴＳがクリック操作されると上記のΔｄだけ修正され、ダブルクリック操作されると上記のΔｕだけ修正される。また、この加算回路ＡＤは、溶接が終了すると、上記の電極マイナス極性電流比率設定信号Ｒnrの値を上記の電極マイナス極性電流比率初期値設定信号Ｒsrの値にリセットする。
【００２１】
図２は、図１の溶接装置における各信号のタイミングチャートである。同図（Ａ）はトーチスイッチ信号Ｔｓの時間変化を示し。同図（Ｂ）は起動信号Ｏｎの時間変化を示し、同図（Ｃ）はタイマ信号Ｔｍの時間変化を示し、同図（Ｄ）は修正信号ΔＲの時間変化を示し、同図（Ｅ）は電極マイナス極性電流比率設定信号Ｒnrの時間変化を示す。同図においては、上記の第１修正値Δｄが負の値のときであり、上記の第２修正値Δｕが正の値のときである。以下、同図を参照して説明する。
【００２２】
（１）時刻ｔ１〜ｔ３の期間
時刻ｔ１において、溶接が行われていない状態でトーチスイッチＴＳが第１回目にオンされると、同図（Ａ）に示すように、トーチスイッチ信号ＴｓがＨｉｇｈレベルになり、同図（Ｂ）に示すように、起動信号ＯｎがＨｉｇｈレベルになる。これに応動して、溶接電源ＰＳが出力を開始すると共に、溶接ワイヤ１の送給も開始されて溶接が開始される。このときの溶接電流Ｉｗ及び溶接電圧Ｖｗの波形は、上述した図３のようになり、電極マイナス極性電流Ｉen及び／又は電極マイナス極性期間Ｔenの値は、同図（Ｅ）に示す電極マイナス極性電流比率初期値設定信号Ｒsrの値によって設定される。時刻ｔ２において、同図（Ａ）に示すように、トーチスイッチＴＳがオフされてトーチスイッチ信号ＴｓがＬｏｗレベルになっても、同図（Ｂ）に示すように、起動信号ＯｎはＨｉｇｈレベルを維持するので溶接は継続される。同図（Ｃ）に示すタイマ信号Ｔｍは、同図（Ａ）に示すトーチスイッチ信号ＴｓがＨｉｇｈレベルに変化した時点から予め定めた判定期間ＴｈだけＨｉｇｈレベルになる。同図では時刻ｔ１〜ｔ２の期間が上記の判定期間Ｔｈよりも長いためにクリック操作又はダブルクリック操作とはならないので、同図（Ｄ）に示す修正信号ΔＲ＝０のままである。
【００２３】
（２）時刻ｔ３〜ｔ７の期間
時刻ｔ３において、トーチスイッチがオンされると、同図（Ｃ）に示すように、タイマ信号Ｔｍが時刻ｔ４までの判定期間Ｔｈの間Ｈｉｇｈレベルとなる。この判定期間Ｔｈ内にトーチスイッチＴＳがオフされると、同図（Ａ）に示すように、トーチスイッチ信号ＴｓはＨｉｇｈレベル／Ｌｏｗレベルと変化するのでクリック操作したと判別されて、同図（Ｄ）に示すように、修正信号ΔＲは時刻ｔ４においてΔｄ（負の値）になる。この結果、同図（Ｅ）に示すように、電極マイナス極性電流比率設定信号Ｒnrの値はＲsr＋Δｄに減少する。同様に、時刻ｔ５〜ｔ６のトーチスイッチＴＳのクリック操作によって、同図（Ｄ）に示す修正信号ΔＲ＝Δｄとなり、同図（Ｅ）に示すように、電極マイナス極性電流比率設定信号Ｒnrの値はＲsr＋Δｄ＋Δｄとなり、さらに減少する。
【００２４】
（３）時刻ｔ７〜ｔ９の期間
時刻ｔ７においてトーチスイッチＴＳがオンされると、同図（Ｃ）に示すように、タイマ信号Ｔｍが時刻ｔ８までの判定期間Ｔｈの間Ｈｉｇｈレベルとなる。この判定期間Ｔｈ内にトーチスイッチＴＳがオン／オフ／オン／オフされると、同図（Ａ）に示すように、トーチスイッチ信号ＴｓはＨｉｇｈレベル／Ｌｏｗレベル／Ｈｉｇｈレベル／Ｌｏｗレベルと変化するのでダブルクリック操作されたと判別されて、同図（Ｄ）に示すように、修正信号ΔＲは時刻ｔ８においてΔｕ（正の値）になる。この結果、同図（Ｅ）に示すように、電極マイナス極性電流比率設定信号Ｒnrの値はＲsr＋Δｄ＋Δｄ＋Δｕとなり増加する。これ移行も溶接中に、トーチスイッチＴＳがクリック操作されると電極マイナス極性電流比率設定信号Ｒnrの値はΔｄだけ減少し、ダブルクリック操作されると電極マイナス極性電流比率設定信号Ｒnrの値はΔｕだけ増加する。
【００２５】
（４）時刻ｔ９〜ｔ１０の期間
時刻ｔ９〜ｔ１０において、トーチスイッチＴＳが判定期間Ｔｈよりも長くオンされると、同図（Ａ）に示すように、トーチスイッチ信号Ｔｓは判定期間Ｔｈよりも長くＨｉｇｈレベルになり時刻ｔ１０においてＬｏｗレベルになるので、同図（Ｂ）に示すように、起動信号ＯｎはＬｏｗレベルになる。この結果、溶接電源ＰＳの出力は停止されるので、溶接が終了する。
【００２６】
次に、パイプの全周溶接を例として、溶接作業者のトーチスイッチＴＳの操作について説明する。以下の説明では、電極マイナス極性電流比率初期値設定信号Ｒsr＝２０％、第１修正値Δｄ＝−２％及び第２修正値Δｕ＝＋２％の場合とする。
（１）溶接作業者が、溶接をしていない状態で、第１回目にトーチスイッチＴＳをオンすると、溶接電源ＰＳの出力が開始されて溶接が開始される。その後に、判定期間Ｔｈよりも長くオンした後に、オフすると、溶接は継続される。このとき、電極マイナス極性電流比率設定信号Ｒnr＝２０％となっている。
（２）溶接作業者は、アーク発生状態を目視で確認しながら全周のビードが均一になるように、トーチスイッチＴＳのクリック操作又はダブルクリック操作を繰り返して電極マイナス極性電流比率設定信号Ｒnrの値を増減させて適正値に調整する。このときに、電極マイナス極性電流比率設定信号Ｒnrの値は、クリック操作を行うと−２％変化し、ダブルクリック操作を行うと＋２％変化する。
（３）溶接作業者は、溶接終了位置に到達したときは、トーチスイッチＴＳを判定期間Ｔｈよりも長い間オンしたのちにオフする。このオフに応動して、溶接電源ＰＳの出力が停止して、溶接が終了する。
【００２７】
上記のパイプの全周溶接においては、溶接ワイヤの送給速度を変化させることなく、クリック操作又はダブルクリック操作によって電極マイナス極性電流比率Ｒenを適正化して入熱制御を行っている。このために、溶着金属量を変化させることなく入熱のみを変化させるので全周のビードを均一化して良好な溶接結果を得ることができる。
【００２８】
上記においては、第１修正値Δｄと第２修正値Δｕとの符号が異なる場合について説明したが、両値を同一符号として異なる値に設定しても良い。例えば、Δｄ＝＋２％、Δｕ＝＋５％に設定するような場合である。一般的な薄板溶接では、溶接が進行するのに伴い母材の温度が上昇するので、均一なビードを形成するためには入熱を小さくしていく必要がある。このような場合には、溶接進行に伴い電極マイナス極性電流比率Ｒenを大きくすれば良いので、クリック操作によって小さな調整を行い、ダブルクリック操作によって大きな調整を行うようにしている。さらに、Δｄ＝−２％、Δｕ＝−５％に設定する場合もある。板厚が次第に厚くなるようなワークに対しては、電極マイナス極性電流比率Ｒenを次第に小さくして入熱が大きくなるようにする。
【００２９】
上述した実施の形態によれば、トーチスイッチのクリック操作又はダブルクリック操作によって電極マイナス極性電流比率を適正値に調整することができる。このために、上述した実施の形態では、交流パルスアーク溶接の手動溶接において、溶接作業者が簡単なトーチスイッチ操作によって溶着金属量を変化させることなく入熱量を変化させながら溶接を行なうことができる。この結果、特に薄板溶接において、ビードの均一化を図ることができ、高品質な溶接が可能となる。
【符号の説明】
【００３０】
１ 溶接ワイヤ
２ 母材
３ アーク
４ 溶接トーチ
５ 送給ロール
ＡＤ 加算回路
ＥＮ 電極マイナス極性
ＥＰ 電極プラス極性
Ｉｂ ベース電流
Ｉen 電極マイナス極性電流
Ｉｐ ピーク電流
Ｉｗ 溶接電流
ＯＮ 起動回路
Ｏｎ 起動信号
ＰＳ 溶接電源
Ｒen 電極マイナス極性電流比率
Ｒnr 電極マイナス極性電流比率設定信号
ＲＳＲ 電極マイナス極性電流比率初期値設定回路
Ｒsr 電極マイナス極性電流比率初期値設定信号
Ｔｂ ベース期間
Ｔen 電極マイナス極性期間
Ｔep 電極プラス極性期間
Ｔｆ パルス周期
Ｔｈ 判定期間
ＴＭ タイマ回路
Ｔｍ タイマ信号
Ｔｐ ピーク期間
ＴＳ トーチスイッチ
Ｔｓ トーチスイッチ信号
ＵＤ 修正回路
Ｖav 溶接電圧の絶対値の平均値
Ｖｂ ベース電圧
Ｖen 電極マイナス極性電圧
Ｖｐ ピーク電圧
Ｖｒ 電圧設定値
Ｖｗ 溶接電圧
Δｄ 第１修正値
ΔＲ 修正信号
Δｕ 第２修正値
【特許請求の範囲】
【請求項１】
溶接ワイヤを送給すると共に、電極プラス極性のピーク電流及びベース電流の通電と電極マイナス極性の電極マイナス極性電流の通電とを繰り返し、電極マイナス極性電流比率設定値に応じて前記電極マイナス極性電流の値及び／又は前記電極マイナス極性電流の通電期間を設定する交流パルスアーク溶接の出力制御方法において、
溶接トーチに取り付けられたトーチスイッチを予め定めた判定期間内にオン／オフするクリック操作をしたときは前記電極マイナス極性電流比率設定値を予め定めた第１修正値だけ変化させ、前記トーチスイッチを前記判定期間内にオン／オフ／オン／オフするダブルクリック操作をしたときは前記電極マイナス極性電流比率設定値を予め定めた第２修正値だけ変化させる、
ことを特徴とする交流パルスアーク溶接の出力制御方法。
【請求項２】
前記第１修正値と前記第２修正値との符号が異なる、
ことを特徴とする請求項１記載の交流パルスアーク溶接の出力制御方法。
【請求項１】
溶接ワイヤを送給すると共に、電極プラス極性のピーク電流及びベース電流の通電と電極マイナス極性の電極マイナス極性電流の通電とを繰り返し、電極マイナス極性電流比率設定値に応じて前記電極マイナス極性電流の値及び／又は前記電極マイナス極性電流の通電期間を設定する交流パルスアーク溶接の出力制御方法において、
溶接トーチに取り付けられたトーチスイッチを予め定めた判定期間内にオン／オフするクリック操作をしたときは前記電極マイナス極性電流比率設定値を予め定めた第１修正値だけ変化させ、前記トーチスイッチを前記判定期間内にオン／オフ／オン／オフするダブルクリック操作をしたときは前記電極マイナス極性電流比率設定値を予め定めた第２修正値だけ変化させる、
ことを特徴とする交流パルスアーク溶接の出力制御方法。
【請求項２】
前記第１修正値と前記第２修正値との符号が異なる、
ことを特徴とする請求項１記載の交流パルスアーク溶接の出力制御方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図２】
【図３】
【公開番号】特開２０１１−３１２８９（Ｐ２０１１−３１２８９Ａ）
【公開日】平成２３年２月１７日（２０１１．２．１７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−１８２１１８（Ｐ２００９−１８２１１８）
【出願日】平成２１年８月５日（２００９．８．５）
【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２月１７日（２０１１．２．１７）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年８月５日（２００９．８．５）
【出願人】（００００００２６２）株式会社ダイヘン (990)
【Ｆターム（参考）】
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