消耗電極アーク溶接のくびれ検出制御方法
【課題】短絡を伴う消耗電極アーク溶接におけるくびれ検出制御方法において、くびれ検出精度を向上させる。
【解決手段】溶接電源に通常溶接モードとくびれ検出適正化モードを選択する手段ＣＳ及び記憶スイッチＭＳを設け、このくびれ検出適正化モードが選択されているときは、くびれ検出感度であるくびれ検出基準値Ｖｔｎを感度の低い値から高い値へと変化させながらテスト溶接を行い、このテスト溶接中の溶接状態が良好であると溶接作業者が判断した時点で前記記憶スイッチＭＳがオンされるとその時点でのくびれ検出基準値の変化値を記憶くびれ検出基準値Ｍｖｔとして記憶し、通常溶接モードが選択されているときは、前記記憶くびれ検出基準値Ｍｖｔをくびれ検出基準値Ｖｔｎとして設定して実施工溶接を行う。
【解決手段】溶接電源に通常溶接モードとくびれ検出適正化モードを選択する手段ＣＳ及び記憶スイッチＭＳを設け、このくびれ検出適正化モードが選択されているときは、くびれ検出感度であるくびれ検出基準値Ｖｔｎを感度の低い値から高い値へと変化させながらテスト溶接を行い、このテスト溶接中の溶接状態が良好であると溶接作業者が判断した時点で前記記憶スイッチＭＳがオンされるとその時点でのくびれ検出基準値の変化値を記憶くびれ検出基準値Ｍｖｔとして記憶し、通常溶接モードが選択されているときは、前記記憶くびれ検出基準値Ｍｖｔをくびれ検出基準値Ｖｔｎとして設定して実施工溶接を行う。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、短絡期間中の溶滴のくびれ現象を検出して溶接電流を急減させて溶接品質を向上させるための消耗電極アーク溶接のくびれ検出制御方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
図３は、短絡期間Ｔｓとアーク期間Ｔａとを繰り返す消耗電極アーク溶接における電流・電圧波形及び溶滴移行を示す図である。同図（Ａ）は消耗電極（以下、溶接ワイヤ１という）を通電する溶接電流Ｉｗの時間変化を示し、同図（Ｂ）は溶接ワイヤ１・母材２間に印加する溶接電圧Ｖｗの時間変化を示し、同図（Ｃ）〜（Ｅ）は溶滴１ａの移行の様子を示す。以下、同図を参照して説明する。
【０００３】
時刻ｔ１〜ｔ３の短絡期間Ｔｓ中は溶接ワイヤ１先端の溶滴１ａが母材２と短絡した状態にあり、同図（Ａ）に示すように、溶接電流Ｉｗは次第に増加し、同図（Ｂ）に示すように、溶接電圧Ｖｗは短絡状態にあるために数Ｖ程度の低い値となる。同図（Ｃ）に示すように、時刻ｔ１において溶滴１ａが母材２と接触して短絡状態に入る。その後、同図（Ｄ）に示すように、溶滴１ａを通電する溶接電流Ｉｗによる電磁的ピンチ力によって溶滴１ａ上部にくびれ１ｂが発生する。そしてこのくびれ１ｂが急速に進行して、時刻ｔ３において同図（Ｅ）に示すように、溶滴１ａは溶接ワイヤ１から溶融池２ａへと移行しアーク３が再発生する。
【０００４】
上記のくびれ現象が発生すると、数百μｓ程度の極短時間後に短絡が開放されてアーク３が再発生する。すなわち、このくびれ現象は短絡開放の前兆現象となる。くびれ１ｂが発生すると、溶接電流Ｉｗの通電路がくびれ部分で狭くなるために、くびれ部分の抵抗値が増大する。この抵抗値の増大は、くびれが進行してくびれ部分がより狭くなるほど大きくなる。したがって、短絡期間Ｔｓ中において溶接ワイヤ１・母材２間の抵抗値の変化を検出することでくびれ現象の発生及び進行を検出することができる。この抵抗値の変化は、（溶接電圧Ｖｗ）／（溶接電流Ｉｗ）によって算出することができる。また、上述したように、くびれ発生時間は極短時間であるために、同図（Ａ）に示すように、この期間中の溶接電流Ｉｗの変化は小さい。このために、抵抗値の変化に代えて溶接電圧Ｖｗの変化によってもくびれ現象の発生を検出することができる。具体的なくびれ検出方法としては、短絡期間Ｔｓ中の抵抗値又は溶接電圧値Ｖｗの変化率（微分値）を算出し、この変化率が予め定めたくびれ検出基準値に達したことによってくびれ検出を行う方法がある。また、他の方法として、同図（Ｂ）に示すように、短絡期間Ｔｓ中のくびれ発生前の安定した短絡電圧値Ｖｓからの電圧上昇値ΔＶを算出し、時刻ｔ２においてこの電圧上昇値ΔＶが予め定めたくびれ検出基準値Ｖtnに達したことによってくびれ検出を行う方法がある。以下の説明では、くびれ検出方法が上記の電圧上昇値ΔＶによる場合について説明するが、従来から種々提案されている他の方法であっても良い。時刻ｔ３のアーク再発生の検出は、溶接電圧Ｖｗが短絡／アーク判別値Ｖta以上になったことを判別して簡単に行うことができる。ちなみに、Ｖｗ＜Ｖtaの期間が短絡期間Ｔｓとなり、Ｖｗ≧Ｖtaの期間がアーク期間Ｔａとなる。時刻ｔ２〜ｔ３のくびれ発生を検出してからアーク再発生までの時間を、以下くびれ検出期間Ｔｎと呼ぶことにする。時刻ｔ３においてアークが再発生すると、同図（Ａ）に示すように、溶接電流Ｉｗは急上昇した後になだらかに減少し、同図（Ｂ）に示すように、溶接電圧Ｖｗは数十Ｖ程度のアーク電圧値になる。時刻ｔ３〜ｔ４のアーク期間Ｔａ中は、溶接ワイヤ１先端が溶融されて溶滴１ａが形成される。以後、時刻ｔ１〜ｔ４の期間の動作を繰り返す。
【０００５】
上述した短絡を伴う溶接では、時刻ｔ３においてアーク３が再発生したときのアーク再発生時電流値Ｉａが大電流値であると、アーク３から溶融池２ａへのアーク力が急峻に大きくなり、大量のスパッタが発生する。すなわち、アーク再発生時電流値Ｉａの値に略比例してスパッタ発生量が増加する。したがって、スパッタの発生を抑制するためには、このアーク再発生時電流値Ｉａを小さくする必要がある。このための方法として、上記のくびれ現象の発生を検出して溶接電流Ｉｗを急減させてアーク再発生時電流値Ｉａを小さくするくびれ検出制御方法を付加した溶接電源が従来から種々提案されている。以下、この従来技術について説明する。
【０００６】
図４は、従来技術のくびれ検出制御方法を採用した溶接電源のブロック図である。溶接電源ＰＳは、一般的な消耗電極アーク溶接用の溶接電源である。トランジスタＴＲは出力に直列に挿入され、それと並列に抵抗器Ｒが接続されている。電圧検出回路ＶＤは、溶接電圧Ｖｗを検出して、電圧検出信号Ｖｄを出力する。くびれ検出制御回路ＮＤは、この電圧検出信号Ｖｄを入力として、短絡期間Ｔｓ中に上述した電圧上昇値ΔＶが予め定めたくびれ検出基準値Ｖtnに達した時点でＨｉｇｈレベルにセットされ、上記の電圧検出信号Ｖｄの値が予め定めた短絡／アーク判別値Ｖtaに達した時点でＬｏｗレベルにリセットされるくびれ検出信号Ｎｄを出力する。すなわち、このくびれ検出信号Ｎｄは、上述したくびれ検出期間Ｔｎの間Ｈｉｇｈレベルになる。駆動回路ＤＲは、このくびれ検出信号ＮｄがＬｏｗレベルのとき（非くびれ検出時）は上記のトランジスタＴＲをオン状態にする駆動信号Ｄｒを出力する。したがって、上記のトランジスタＴＲは、上記のくびれ検出信号ＮｄがＨｉｇｈレベルのとき（くびれ検出時）はオフ状態になる。
【０００７】
図５は、上記の溶接電源の各信号のタイミングチャートである。同図（Ａ）は溶接電流Ｉｗを示し、同図（Ｂ）は溶接電圧Ｖｗを示し、同図（Ｃ）はくびれ検出信号Ｎｄを示し、同図（Ｄ）は駆動信号Ｄｒを示す。以下、同図を参照して説明する。
【０００８】
同図において、時刻ｔ２〜ｔ３のくびれ検出期間Ｔｎ以外の期間は、同図（Ｃ）に示すように、くびれ検出信号ＮｄはＬｏｗレベルであるので、同図（Ｄ）に示すように、駆動信号ＤｒはＨｉｇｈレベルになる。この結果、トランジスタＴＲはオン状態になるので、通常の消耗電極アーク溶接用の溶接電源と同一の動作となる。
【０００９】
時刻ｔ２において、同図（Ｂ）に示すように、短絡期間Ｔｓ中に溶接電圧Ｖｗが上昇して電圧上昇値ΔＶが予め定めたくびれ検出基準値Ｖtn以上になったことを検出して溶滴にくびれが発生したと判別すると、同図（Ｃ）に示すように、くびれ検出信号ＮｄがＨｉｇｈレベルになる。これに応動して、同図（Ｄ）に示すように、駆動信号ＤｒはＬｏｗレベルになるので、トランジスタＴＲはオフ状態になる。この結果、抵抗器Ｒが溶接電流Ｉｗの通電路に挿入される。この抵抗器Ｒの値は短絡負荷（数十mΩ）の１０倍以上大きな値に設定されるために、同図（Ａ）に示すように、溶接電源内の直流リアクトル及びケーブルのリアクトルに蓄積されたエネルギーが急放電されて溶接電流Ｉｗは急激に減少する。時刻ｔ３において、短絡が開放されてアークが再発生すると、同図（Ｂ）に示すように、溶接電圧Ｖｗが予め定めた短絡／アーク判別値Ｖta以上になる。これを検出して、同図（Ｃ）に示すように、くびれ検出信号ＮｄはＬｏｗレベルになり、同図（Ｄ）に示すように、駆動信号ＤｒはＨｉｇｈレベルになる。この結果、トランジスタＴＲはオン状態になり、通常の消耗電極アーク溶接の制御となる。この動作によって、アーク再発生時（時刻ｔ３）のアーク再発生時電流値Ｉａを小さくすることができ、スパッタの発生を抑制することができる。
【００１０】
上述したくびれ検出制御においては、的確にくびれ現象の発生を検出することが、スパッタを大幅に低減して高品質な溶接ができるかの要点となる。したがって、くびれ検出の感度（くびれ検出基準値Ｖtnの設定）を種々の溶接条件ごとに適正化する必要がある。溶接条件としては、被溶接物の材質、継手、溶接姿勢、ワイヤ突出し長さ、送給速度、溶接速度等多数の条件がある。したがって、くびれ検出制御搭載の溶接電源では、数種類の標準溶接条件を定めて、この標準溶接条件ごとにくびれ検出基準値Ｖtnを適正化して設定している。しかし、実施工溶接では上記の標準溶接条件とは異なることが多いために、くびれ検出基準値Ｖtnを実施工溶接時に調整できる手段が必要である。従来技術では、同図に示すように、くびれ検出期間Ｔｎ又はアーク再発生時電流Ｉａをフィードバック制御して目標値になるようにくびれ検出基準値Ｖtnを自動調整する方法が使用されている。また、溶接電源のパネルにくびれ検出基準値Ｖtnの調整ツマミを設けたものもある。（従来技術の例としては、特許文献１〜３を参照。）
【００１１】
【特許文献１】特開昭５９−２０６１５９号公報
【特許文献２】特開平１−２０５８７５号公報
【特許文献３】特開２００６−２８万１２１９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
上述した従来技術におけるくびれ検出期間Ｔｎ又はアーク再発生時電流Ｉａを利用したくびれ検出基準値Ｖtnの自動調整方法では、溶接条件によってはくびれ検出基準値Ｖtnが一定値であってもくびれ検出期間Ｔｎ及びアーク再発生時電流値Ｉａが常に変動する場合がある。このような場合には、くびれ検出基準値Ｖtnの自動調整は適正値に収束しないために、利用することができない、
【００１３】
また、上述した調整ツマミを使用した手動による調整方法では、ツマミを調整しながら溶接状態も観察しなくてはならず、くびれ検出基準値Ｖtnの適正値を見出すのに時間がかかる。さらには、溶接条件が複数ある場合には、それらの溶接条件ごとのくびれ検出基準値Ｖtnの適正化には対応することができない。
【００１４】
そこで、本発明は、溶接条件に応じてくびれ検出基準値を的確かつ迅速に適正化することができる消耗電極アーク溶接のくびれ検出制御方法を提供することを目的とする。
上述した課題を解決するために、第１の発明は、消耗電極と母材との間でアーク発生状態と短絡状態とを繰り返す消耗電極アーク溶接にあって、短絡状態からアークが再発生する前兆現象である溶滴のくびれ現象を消耗電極・母材間の電圧値又は抵抗値の変化がくびれ検出基準値に達したことによって検出し、このくびれ現象を検出すると短絡負荷に通電する溶接電流を急減させて低電流値の状態でアークが再発生するように出力制御する消耗電極アーク溶接のくびれ検出制御方法において、
通常溶接モードとくびれ検出適正化モードを選択する手段及び記憶スイッチを設け、
このくびれ検出適正化モードが選択されているときは、前記くびれ検出基準値を感度の低い値から高い値へと変化させながらテスト溶接を行い、このテスト溶接中の溶接状態が良好であると溶接作業者が判断した時点で前記記憶スイッチがオンされるとその時点での前記くびれ検出基準値の変化値を記憶くびれ検出基準値として記憶し、
前記通常溶接モードが選択されているときは、前記記憶くびれ検出基準値を前記くびれ検出基準値として設定して実施工溶接を行う、ことを特徴とする消耗電極アーク溶接のくびれ検出制御方法である。
【００１５】
第２の発明は、前記テスト溶接中の前記くびれ検出基準値の変化を、所定時間ごとにステップ状に行う、ことを特徴とする第１の発明記載の消耗電極アーク溶接のくびれ検出制御方法である。
【００１６】
第３の発明は、前記テスト溶接中の前記くびれ検出基準値の変化を、所定短絡回数ごとにステップ状に行う、ことを特徴とする第１の発明記載の消耗電極アーク溶接のくびれ検出制御方法である。
【００１７】
第４の発明は、前記テスト溶接開始時点で既に前記記憶くびれ検出基準値が複数個記憶されているときは、
前記テスト溶接中の前記くびれ検出基準値の変化を、これら記憶くびれ検出基準値を順次切り換えて行う、ことを特徴とする第１の発明記載の消耗電極アーク溶接のくびれ検出制御方法である。
【００１８】
第５の発明は、前記通常溶接モードが選択されたときに前記記憶くびれ検出基準値が複数個記憶されているときは、
これら記憶くびれ検出基準値の中から選択して実施工時の前記くびれ検出基準値を設定する、ことを特徴とする第１〜第４の発明のいずれか１項に記載の消耗電極アーク溶接のくびれ検出制御方法である。
【発明の効果】
【００１９】
本発明によれば、くびれ検出適正化モードにおいて溶接作業者はテスト溶接中に溶接状態が良好になったときに記憶スイッチをオンするだけで、溶接条件に応じたくびれ検出基準値の適正化を容易に行うことができる。このために、溶接条件に応じてくびれ検出制御が有効に動作するので、スパッタの少ない高品質な溶接を行うことができる。
【００２０】
さらに、上記第４の発明によれば、テスト溶接を行うときに既に記憶くびれ検出基準値が複数個記憶されているときは、テスト溶接中のくびれ検出基準値の変化をこれら記憶くびれ検出基準値を順次切り換えて行うことによって、くびれ検出基準値の適正値の絞り込みが容易になる。このために、適正化作業の効率が向上する。
【００２１】
さらに、上記第５の発明によれば、通常溶接モードが選択されたときに記憶くびれ検出基準値が複数個記憶されているときは、これら記憶くびれ検出基準値の中から選択して実施工時のくびれ検出基準値を設定することによって、くびれ検出基準値の絞り込みが容易になる。このために、適正化作業の効率が向上する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
以下に本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。
【００２３】
図１は、本発明の実施の形態に係る消耗電極アーク溶接のくびれ検出制御方法を搭載した溶接電源のブロック図である。同図において上述した図４とッ同一のブロックには同一符号を付してそれらの説明は省略する。以下、点線で示す図４とは異なるブロックについて同図を参照して説明する。
【００２４】
短絡回数計数回路ＳＤは、電圧検出信号Ｖｄを入力として、その値によって短絡を判別し短絡回数を計数し、その計数値が所定回数の整数倍になるごとに短時間Ｈｉｇｈレベルに変化する短絡回数計数信号Ｓｄを出力する。モード選択スイッチＣＳは、通常溶接モードとくびれ検出適正化モードとを選択するためのモード選択信号Ｃｓを出力する。通常溶接モードを選択したときは、実施工溶接を行う。他方、くびれ検出適正化モードを選択したときは、後述するように、くびれ検出基準値Ｖtnを適正化するためのテスト溶接を行う。記憶スイッチＭＳは、後述するように、テスト溶接中の溶接状態が良好である時点でオンされ、その時点におけるくびれ検出基準値の変化値を記憶するための記憶信号Ｍｓを出力する。
【００２５】
くびれ検出基準値設定回路ＶＴＮは、上記の短絡回数計数信号Ｓｄ、モード選択信号Ｃｓ及び記憶信号Ｍｓを入力として、モード選択信号Ｃｓに対応して下記の動作を行い、くびれ検出基準値信号Ｖtnを出力する。
（１）モード選択信号Ｃｓがくびれ検出適正化モードであるとき
図２で後述するように、テスト溶接中に予め選択された変化パターンに従ってくびれ検出感度の低い値（初期くびれ検出基準値Ｖtn0）から高い値へと変化するくびれ検出基準値信号Ｖtnを出力する。そして、テスト溶接中に溶接状態が一番良好になったと判断したときは、上記の記憶スイッチＭＳがオンされて上記の記憶信号Ｍｓが入力（Ｈｉｇｈレベル）される。これに応動して、その瞬間のくびれ検出基準値の変化値を記憶くびれ検出基準値信号Ｍvtを記憶回路ＭＶＴに記憶する。１回のテスト溶接中に記憶スイッチＭＳが複数回オンされたときは、そのつどくびれ検出基準値の変化値を記憶する。したがって、複数の記憶くびれ検出基準値が記憶されている。また、記憶くびれ検出基準値は、溶接条件に対応した識別番号が付加されて記憶される。
（２）モード選択信号Ｃｓが通常溶接モードであるとき
記憶回路ＭＶＴに記憶されている溶接条件ごとの複数の記憶くびれ検出基準値の中から所望のものを選択すると、記憶回路ＭＶＴから記憶くびれ検出基準値信号Ｍvtが出力されて、くびれ検出基準値設定回路ＶＴＮに設定される。くびれ検出基準値設定回路ＶＴＮはこの記憶くびれ検出基準値信号Ｍvtの値をくびれ検出基準値信号Ｖtnとして出力する。そして、この適正化されたくびれ検出基準値を使用してくびれ検出制御が行われる。
【００２６】
図２は、上述したテスト溶接中におけるくびれ検出基準値の変化パターンを示す図である。同図においては、変化パターン（Ａ）〜（Ｄ）の４パターンを例示している。これらのパターンの中から使用するパターンを選択することができる。以下、同図を参照して説明する。
【００２７】
同図において、時刻ｔ１からテスト溶接が開始されて、時刻ｔ４で終了する。時刻ｔ２及びｔ３は、記憶スイッチＭＳをオンした時点である。
（Ａ）パターン
初期くびれ検出基準値Ｖtn0から時間経過と共に連続的に減少する。くびれ検出基準値が小さくなるほど感度は高くなる。初期くびれ検出基準値Ｖtn0は、くびれ検出感度の低い値に予め設定しておく。初期くびれ検出基準値Ｖtn0及び傾斜は任意に設定することができるようにしても良い。
（Ｂ）パターン
くびれ検出基準値を、初期くびれ検出基準値Ｖtn0から所定時間ごとにステップ状に減少させる。所定時間及びステップ値を任意に設定することができるようにしても良い。
（Ｃ）パターン
くびれ検出基準値を、初期くびれ検出基準値Ｖtn0から所定短絡回数ごとにステップ状に減少させる。上述したように、短絡回数計数信号Ｓｄは所定短絡回数ごとに、短時間Ｈｉｇｈレベルに変化するので、この信号を利用する。所定短絡回数及びステップ値を任意に設定することができるようにしても良い。
【００２８】
同図（Ａ）〜（Ｃ）に示すように、時刻ｔ２及びｔ３に記憶スイッチＭＳがオンされると。その時点でのくびれ検出基準値の変化値Ｖtn1、Ｖtn2が記憶される。テスト溶接を行う際に、複数の記憶くびれ検出基準値Ｖtn1、Ｖtn2が存在するときには、同図（Ｄ）パターンを選択することができる。
（Ｄ）パターン
複数の記憶くびれ検出基準値を、時間経過に伴って順次ステップ状に変化させる。同図（Ｄ）では、記憶くびれ検出基準値Ｖtn1からＶtn2に変化する。くびれ検出基準値の適正値を絞り込むときに有効である。
【００２９】
以下に、くびれ検出基準値の適正化から実施工溶接までの手順を整理して示す。
（１）モード選択スイッチＣＳによって「くびれ検出適正化モード」を選択する。
（２）くびれ検出基準値設定回路ＶＴＮに内臓されている図２で上述したくびれ検出基準値の変化パターン（Ａ）〜（Ｄ）の中から選択する。
（３）テスト溶接を開始するとくびれ検出基準値が選択された変化パターンで自動的に変化する。
（４）溶接作業者はテスト溶接の状態を観察し、良好であるときは記憶スイッチＭＳをオンする。オンされたときのくびれ検出基準値の変化値が記憶くびれ検出基準値として記憶回路ＭＶＴに記憶される。
【００３０】
（５）モード選択スイッチＣＳによって「通常溶接モード」を選択する。
（６）記憶回路ＭＶＴに記憶された記憶くびれ検出基準値から最も溶接状態が良好であったものを選択する。この選択された記憶くびれ検出基準値がくびれ検出基準値として設定される。
（７）実施工溶接を行う。くびれ検出基準値が実施工溶接条件に合わせて最適化されているので、スパッタが非常に少ない安定した溶接を行うことができる。
【００３１】
上述した実施の形態においては、モード選択スイッチＣＳ及び記憶スイッチＭＳが溶接電源のパネルに設けられている場合を例示した。しかし、溶接ロボット、ロボット制御装置、溶接電源等から成るロボット溶接システムにあっては、ロボット制御装置に接続されるティーチペンダントにこれらのスイッチを設けても良い。また、テスト溶接中にくびれ検出基準値が変化するごとに警報（音、表示灯の点滅等）を発するようにしても良い。また、本実施の形態は、短絡移行溶接のみに適用されるものではなく、グロビュール移行溶接、短絡を伴うパルスアーク溶接、短絡を伴う交流パルスアーク溶接等にも適用することができる。
【００３２】
上述した実施の形態によれば、くびれ検出適正化モードにおいて溶接作業者はテスト溶接中に溶接状態が良好になったときに記憶スイッチをオンするだけで、溶接条件に応じたくびれ検出基準値の適正化を容易に行うことができる。このために、溶接条件に応じてくびれ検出制御が有効に動作するので、スパッタの少ない高品質な溶接を行うことが可能となる。
【００３３】
テスト溶接を行うときに既に記憶くびれ検出基準値が複数個記憶されているときは、テスト溶接中のくびれ検出基準値の変化をこれら記憶くびれ検出基準値を順次切り換えて行うことによって、くびれ検出基準値の適正値の絞り込みが容易になる。このために、適正化作業の効率が向上する。
【００３４】
さらに、通常溶接モードが選択されたときに記憶くびれ検出基準値が複数個記憶されているときは、これら記憶くびれ検出基準値の中から選択して実施工時のくびれ検出基準値を設定することによって、くびれ検出基準値の絞り込みが容易になる。このために、適正化作業の効率が向上する。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】本発明の実施の形態に係る消耗電極アーク溶接のくびれ検出制御方法を搭載した溶接電源のブロック図である。
【図２】図１のくびれ検出基準値設定回路ＶＴＮにおけるくびれ検出基準値の変化パターンを示す図である。
【図３】従来技術における消耗電極アーク溶接の電流・電圧波形及び溶滴移行の状態を示す図である。
【図４】従来技術における消耗電極アーク溶接のくびれ検出制御方法を搭載した溶接電源のブロック図である。
【図５】図４の各信号のタイミングチャートである。
【符号の説明】
【００３６】
１ 溶接ワイヤ
１ａ 溶滴
１ｂ くびれ
２ 母材
２ａ 溶融池
３ アーク
ＣＳ モード選択スイッチ
Ｃｓ モード選択信号
ＤＲ 駆動回路
Ｄｒ 駆動信号
Ｉａ アーク再発生時電流
Ｉｗ 溶接電流
ＭＳ 記憶スイッチ
Ｍｓ 記憶信号
ＭＶＴ 記憶回路
Ｍvt 記憶くびれ検出基準値信号
ＮＤ くびれ検出制御回路
Ｎｄ くびれ検出信号
ＰＳ 溶接電源
Ｒ 抵抗器
ＳＤ 短絡回数計数回路
Ｓｄ 短絡回数計数信号
Ｔａ アーク期間
Ｔｎ くびれ検出期間
ＴＲ トランジスタ
Ｔｓ 短絡期間
ＶＤ 電圧検出回路
Ｖｄ 電圧検出信号
Ｖｓ 短絡電圧値
Ｖta 短絡／アーク判別値
ＶＴＮ くびれ検出基準値設定回路
Ｖtn くびれ検出基準値（信号）
Ｖtn0 初期くびれ検出基準値
Ｖｗ 溶接電圧
ΔＶ 電圧上昇値
【技術分野】
【０００１】
本発明は、短絡期間中の溶滴のくびれ現象を検出して溶接電流を急減させて溶接品質を向上させるための消耗電極アーク溶接のくびれ検出制御方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
図３は、短絡期間Ｔｓとアーク期間Ｔａとを繰り返す消耗電極アーク溶接における電流・電圧波形及び溶滴移行を示す図である。同図（Ａ）は消耗電極（以下、溶接ワイヤ１という）を通電する溶接電流Ｉｗの時間変化を示し、同図（Ｂ）は溶接ワイヤ１・母材２間に印加する溶接電圧Ｖｗの時間変化を示し、同図（Ｃ）〜（Ｅ）は溶滴１ａの移行の様子を示す。以下、同図を参照して説明する。
【０００３】
時刻ｔ１〜ｔ３の短絡期間Ｔｓ中は溶接ワイヤ１先端の溶滴１ａが母材２と短絡した状態にあり、同図（Ａ）に示すように、溶接電流Ｉｗは次第に増加し、同図（Ｂ）に示すように、溶接電圧Ｖｗは短絡状態にあるために数Ｖ程度の低い値となる。同図（Ｃ）に示すように、時刻ｔ１において溶滴１ａが母材２と接触して短絡状態に入る。その後、同図（Ｄ）に示すように、溶滴１ａを通電する溶接電流Ｉｗによる電磁的ピンチ力によって溶滴１ａ上部にくびれ１ｂが発生する。そしてこのくびれ１ｂが急速に進行して、時刻ｔ３において同図（Ｅ）に示すように、溶滴１ａは溶接ワイヤ１から溶融池２ａへと移行しアーク３が再発生する。
【０００４】
上記のくびれ現象が発生すると、数百μｓ程度の極短時間後に短絡が開放されてアーク３が再発生する。すなわち、このくびれ現象は短絡開放の前兆現象となる。くびれ１ｂが発生すると、溶接電流Ｉｗの通電路がくびれ部分で狭くなるために、くびれ部分の抵抗値が増大する。この抵抗値の増大は、くびれが進行してくびれ部分がより狭くなるほど大きくなる。したがって、短絡期間Ｔｓ中において溶接ワイヤ１・母材２間の抵抗値の変化を検出することでくびれ現象の発生及び進行を検出することができる。この抵抗値の変化は、（溶接電圧Ｖｗ）／（溶接電流Ｉｗ）によって算出することができる。また、上述したように、くびれ発生時間は極短時間であるために、同図（Ａ）に示すように、この期間中の溶接電流Ｉｗの変化は小さい。このために、抵抗値の変化に代えて溶接電圧Ｖｗの変化によってもくびれ現象の発生を検出することができる。具体的なくびれ検出方法としては、短絡期間Ｔｓ中の抵抗値又は溶接電圧値Ｖｗの変化率（微分値）を算出し、この変化率が予め定めたくびれ検出基準値に達したことによってくびれ検出を行う方法がある。また、他の方法として、同図（Ｂ）に示すように、短絡期間Ｔｓ中のくびれ発生前の安定した短絡電圧値Ｖｓからの電圧上昇値ΔＶを算出し、時刻ｔ２においてこの電圧上昇値ΔＶが予め定めたくびれ検出基準値Ｖtnに達したことによってくびれ検出を行う方法がある。以下の説明では、くびれ検出方法が上記の電圧上昇値ΔＶによる場合について説明するが、従来から種々提案されている他の方法であっても良い。時刻ｔ３のアーク再発生の検出は、溶接電圧Ｖｗが短絡／アーク判別値Ｖta以上になったことを判別して簡単に行うことができる。ちなみに、Ｖｗ＜Ｖtaの期間が短絡期間Ｔｓとなり、Ｖｗ≧Ｖtaの期間がアーク期間Ｔａとなる。時刻ｔ２〜ｔ３のくびれ発生を検出してからアーク再発生までの時間を、以下くびれ検出期間Ｔｎと呼ぶことにする。時刻ｔ３においてアークが再発生すると、同図（Ａ）に示すように、溶接電流Ｉｗは急上昇した後になだらかに減少し、同図（Ｂ）に示すように、溶接電圧Ｖｗは数十Ｖ程度のアーク電圧値になる。時刻ｔ３〜ｔ４のアーク期間Ｔａ中は、溶接ワイヤ１先端が溶融されて溶滴１ａが形成される。以後、時刻ｔ１〜ｔ４の期間の動作を繰り返す。
【０００５】
上述した短絡を伴う溶接では、時刻ｔ３においてアーク３が再発生したときのアーク再発生時電流値Ｉａが大電流値であると、アーク３から溶融池２ａへのアーク力が急峻に大きくなり、大量のスパッタが発生する。すなわち、アーク再発生時電流値Ｉａの値に略比例してスパッタ発生量が増加する。したがって、スパッタの発生を抑制するためには、このアーク再発生時電流値Ｉａを小さくする必要がある。このための方法として、上記のくびれ現象の発生を検出して溶接電流Ｉｗを急減させてアーク再発生時電流値Ｉａを小さくするくびれ検出制御方法を付加した溶接電源が従来から種々提案されている。以下、この従来技術について説明する。
【０００６】
図４は、従来技術のくびれ検出制御方法を採用した溶接電源のブロック図である。溶接電源ＰＳは、一般的な消耗電極アーク溶接用の溶接電源である。トランジスタＴＲは出力に直列に挿入され、それと並列に抵抗器Ｒが接続されている。電圧検出回路ＶＤは、溶接電圧Ｖｗを検出して、電圧検出信号Ｖｄを出力する。くびれ検出制御回路ＮＤは、この電圧検出信号Ｖｄを入力として、短絡期間Ｔｓ中に上述した電圧上昇値ΔＶが予め定めたくびれ検出基準値Ｖtnに達した時点でＨｉｇｈレベルにセットされ、上記の電圧検出信号Ｖｄの値が予め定めた短絡／アーク判別値Ｖtaに達した時点でＬｏｗレベルにリセットされるくびれ検出信号Ｎｄを出力する。すなわち、このくびれ検出信号Ｎｄは、上述したくびれ検出期間Ｔｎの間Ｈｉｇｈレベルになる。駆動回路ＤＲは、このくびれ検出信号ＮｄがＬｏｗレベルのとき（非くびれ検出時）は上記のトランジスタＴＲをオン状態にする駆動信号Ｄｒを出力する。したがって、上記のトランジスタＴＲは、上記のくびれ検出信号ＮｄがＨｉｇｈレベルのとき（くびれ検出時）はオフ状態になる。
【０００７】
図５は、上記の溶接電源の各信号のタイミングチャートである。同図（Ａ）は溶接電流Ｉｗを示し、同図（Ｂ）は溶接電圧Ｖｗを示し、同図（Ｃ）はくびれ検出信号Ｎｄを示し、同図（Ｄ）は駆動信号Ｄｒを示す。以下、同図を参照して説明する。
【０００８】
同図において、時刻ｔ２〜ｔ３のくびれ検出期間Ｔｎ以外の期間は、同図（Ｃ）に示すように、くびれ検出信号ＮｄはＬｏｗレベルであるので、同図（Ｄ）に示すように、駆動信号ＤｒはＨｉｇｈレベルになる。この結果、トランジスタＴＲはオン状態になるので、通常の消耗電極アーク溶接用の溶接電源と同一の動作となる。
【０００９】
時刻ｔ２において、同図（Ｂ）に示すように、短絡期間Ｔｓ中に溶接電圧Ｖｗが上昇して電圧上昇値ΔＶが予め定めたくびれ検出基準値Ｖtn以上になったことを検出して溶滴にくびれが発生したと判別すると、同図（Ｃ）に示すように、くびれ検出信号ＮｄがＨｉｇｈレベルになる。これに応動して、同図（Ｄ）に示すように、駆動信号ＤｒはＬｏｗレベルになるので、トランジスタＴＲはオフ状態になる。この結果、抵抗器Ｒが溶接電流Ｉｗの通電路に挿入される。この抵抗器Ｒの値は短絡負荷（数十mΩ）の１０倍以上大きな値に設定されるために、同図（Ａ）に示すように、溶接電源内の直流リアクトル及びケーブルのリアクトルに蓄積されたエネルギーが急放電されて溶接電流Ｉｗは急激に減少する。時刻ｔ３において、短絡が開放されてアークが再発生すると、同図（Ｂ）に示すように、溶接電圧Ｖｗが予め定めた短絡／アーク判別値Ｖta以上になる。これを検出して、同図（Ｃ）に示すように、くびれ検出信号ＮｄはＬｏｗレベルになり、同図（Ｄ）に示すように、駆動信号ＤｒはＨｉｇｈレベルになる。この結果、トランジスタＴＲはオン状態になり、通常の消耗電極アーク溶接の制御となる。この動作によって、アーク再発生時（時刻ｔ３）のアーク再発生時電流値Ｉａを小さくすることができ、スパッタの発生を抑制することができる。
【００１０】
上述したくびれ検出制御においては、的確にくびれ現象の発生を検出することが、スパッタを大幅に低減して高品質な溶接ができるかの要点となる。したがって、くびれ検出の感度（くびれ検出基準値Ｖtnの設定）を種々の溶接条件ごとに適正化する必要がある。溶接条件としては、被溶接物の材質、継手、溶接姿勢、ワイヤ突出し長さ、送給速度、溶接速度等多数の条件がある。したがって、くびれ検出制御搭載の溶接電源では、数種類の標準溶接条件を定めて、この標準溶接条件ごとにくびれ検出基準値Ｖtnを適正化して設定している。しかし、実施工溶接では上記の標準溶接条件とは異なることが多いために、くびれ検出基準値Ｖtnを実施工溶接時に調整できる手段が必要である。従来技術では、同図に示すように、くびれ検出期間Ｔｎ又はアーク再発生時電流Ｉａをフィードバック制御して目標値になるようにくびれ検出基準値Ｖtnを自動調整する方法が使用されている。また、溶接電源のパネルにくびれ検出基準値Ｖtnの調整ツマミを設けたものもある。（従来技術の例としては、特許文献１〜３を参照。）
【００１１】
【特許文献１】特開昭５９−２０６１５９号公報
【特許文献２】特開平１−２０５８７５号公報
【特許文献３】特開２００６−２８万１２１９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
上述した従来技術におけるくびれ検出期間Ｔｎ又はアーク再発生時電流Ｉａを利用したくびれ検出基準値Ｖtnの自動調整方法では、溶接条件によってはくびれ検出基準値Ｖtnが一定値であってもくびれ検出期間Ｔｎ及びアーク再発生時電流値Ｉａが常に変動する場合がある。このような場合には、くびれ検出基準値Ｖtnの自動調整は適正値に収束しないために、利用することができない、
【００１３】
また、上述した調整ツマミを使用した手動による調整方法では、ツマミを調整しながら溶接状態も観察しなくてはならず、くびれ検出基準値Ｖtnの適正値を見出すのに時間がかかる。さらには、溶接条件が複数ある場合には、それらの溶接条件ごとのくびれ検出基準値Ｖtnの適正化には対応することができない。
【００１４】
そこで、本発明は、溶接条件に応じてくびれ検出基準値を的確かつ迅速に適正化することができる消耗電極アーク溶接のくびれ検出制御方法を提供することを目的とする。
上述した課題を解決するために、第１の発明は、消耗電極と母材との間でアーク発生状態と短絡状態とを繰り返す消耗電極アーク溶接にあって、短絡状態からアークが再発生する前兆現象である溶滴のくびれ現象を消耗電極・母材間の電圧値又は抵抗値の変化がくびれ検出基準値に達したことによって検出し、このくびれ現象を検出すると短絡負荷に通電する溶接電流を急減させて低電流値の状態でアークが再発生するように出力制御する消耗電極アーク溶接のくびれ検出制御方法において、
通常溶接モードとくびれ検出適正化モードを選択する手段及び記憶スイッチを設け、
このくびれ検出適正化モードが選択されているときは、前記くびれ検出基準値を感度の低い値から高い値へと変化させながらテスト溶接を行い、このテスト溶接中の溶接状態が良好であると溶接作業者が判断した時点で前記記憶スイッチがオンされるとその時点での前記くびれ検出基準値の変化値を記憶くびれ検出基準値として記憶し、
前記通常溶接モードが選択されているときは、前記記憶くびれ検出基準値を前記くびれ検出基準値として設定して実施工溶接を行う、ことを特徴とする消耗電極アーク溶接のくびれ検出制御方法である。
【００１５】
第２の発明は、前記テスト溶接中の前記くびれ検出基準値の変化を、所定時間ごとにステップ状に行う、ことを特徴とする第１の発明記載の消耗電極アーク溶接のくびれ検出制御方法である。
【００１６】
第３の発明は、前記テスト溶接中の前記くびれ検出基準値の変化を、所定短絡回数ごとにステップ状に行う、ことを特徴とする第１の発明記載の消耗電極アーク溶接のくびれ検出制御方法である。
【００１７】
第４の発明は、前記テスト溶接開始時点で既に前記記憶くびれ検出基準値が複数個記憶されているときは、
前記テスト溶接中の前記くびれ検出基準値の変化を、これら記憶くびれ検出基準値を順次切り換えて行う、ことを特徴とする第１の発明記載の消耗電極アーク溶接のくびれ検出制御方法である。
【００１８】
第５の発明は、前記通常溶接モードが選択されたときに前記記憶くびれ検出基準値が複数個記憶されているときは、
これら記憶くびれ検出基準値の中から選択して実施工時の前記くびれ検出基準値を設定する、ことを特徴とする第１〜第４の発明のいずれか１項に記載の消耗電極アーク溶接のくびれ検出制御方法である。
【発明の効果】
【００１９】
本発明によれば、くびれ検出適正化モードにおいて溶接作業者はテスト溶接中に溶接状態が良好になったときに記憶スイッチをオンするだけで、溶接条件に応じたくびれ検出基準値の適正化を容易に行うことができる。このために、溶接条件に応じてくびれ検出制御が有効に動作するので、スパッタの少ない高品質な溶接を行うことができる。
【００２０】
さらに、上記第４の発明によれば、テスト溶接を行うときに既に記憶くびれ検出基準値が複数個記憶されているときは、テスト溶接中のくびれ検出基準値の変化をこれら記憶くびれ検出基準値を順次切り換えて行うことによって、くびれ検出基準値の適正値の絞り込みが容易になる。このために、適正化作業の効率が向上する。
【００２１】
さらに、上記第５の発明によれば、通常溶接モードが選択されたときに記憶くびれ検出基準値が複数個記憶されているときは、これら記憶くびれ検出基準値の中から選択して実施工時のくびれ検出基準値を設定することによって、くびれ検出基準値の絞り込みが容易になる。このために、適正化作業の効率が向上する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
以下に本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。
【００２３】
図１は、本発明の実施の形態に係る消耗電極アーク溶接のくびれ検出制御方法を搭載した溶接電源のブロック図である。同図において上述した図４とッ同一のブロックには同一符号を付してそれらの説明は省略する。以下、点線で示す図４とは異なるブロックについて同図を参照して説明する。
【００２４】
短絡回数計数回路ＳＤは、電圧検出信号Ｖｄを入力として、その値によって短絡を判別し短絡回数を計数し、その計数値が所定回数の整数倍になるごとに短時間Ｈｉｇｈレベルに変化する短絡回数計数信号Ｓｄを出力する。モード選択スイッチＣＳは、通常溶接モードとくびれ検出適正化モードとを選択するためのモード選択信号Ｃｓを出力する。通常溶接モードを選択したときは、実施工溶接を行う。他方、くびれ検出適正化モードを選択したときは、後述するように、くびれ検出基準値Ｖtnを適正化するためのテスト溶接を行う。記憶スイッチＭＳは、後述するように、テスト溶接中の溶接状態が良好である時点でオンされ、その時点におけるくびれ検出基準値の変化値を記憶するための記憶信号Ｍｓを出力する。
【００２５】
くびれ検出基準値設定回路ＶＴＮは、上記の短絡回数計数信号Ｓｄ、モード選択信号Ｃｓ及び記憶信号Ｍｓを入力として、モード選択信号Ｃｓに対応して下記の動作を行い、くびれ検出基準値信号Ｖtnを出力する。
（１）モード選択信号Ｃｓがくびれ検出適正化モードであるとき
図２で後述するように、テスト溶接中に予め選択された変化パターンに従ってくびれ検出感度の低い値（初期くびれ検出基準値Ｖtn0）から高い値へと変化するくびれ検出基準値信号Ｖtnを出力する。そして、テスト溶接中に溶接状態が一番良好になったと判断したときは、上記の記憶スイッチＭＳがオンされて上記の記憶信号Ｍｓが入力（Ｈｉｇｈレベル）される。これに応動して、その瞬間のくびれ検出基準値の変化値を記憶くびれ検出基準値信号Ｍvtを記憶回路ＭＶＴに記憶する。１回のテスト溶接中に記憶スイッチＭＳが複数回オンされたときは、そのつどくびれ検出基準値の変化値を記憶する。したがって、複数の記憶くびれ検出基準値が記憶されている。また、記憶くびれ検出基準値は、溶接条件に対応した識別番号が付加されて記憶される。
（２）モード選択信号Ｃｓが通常溶接モードであるとき
記憶回路ＭＶＴに記憶されている溶接条件ごとの複数の記憶くびれ検出基準値の中から所望のものを選択すると、記憶回路ＭＶＴから記憶くびれ検出基準値信号Ｍvtが出力されて、くびれ検出基準値設定回路ＶＴＮに設定される。くびれ検出基準値設定回路ＶＴＮはこの記憶くびれ検出基準値信号Ｍvtの値をくびれ検出基準値信号Ｖtnとして出力する。そして、この適正化されたくびれ検出基準値を使用してくびれ検出制御が行われる。
【００２６】
図２は、上述したテスト溶接中におけるくびれ検出基準値の変化パターンを示す図である。同図においては、変化パターン（Ａ）〜（Ｄ）の４パターンを例示している。これらのパターンの中から使用するパターンを選択することができる。以下、同図を参照して説明する。
【００２７】
同図において、時刻ｔ１からテスト溶接が開始されて、時刻ｔ４で終了する。時刻ｔ２及びｔ３は、記憶スイッチＭＳをオンした時点である。
（Ａ）パターン
初期くびれ検出基準値Ｖtn0から時間経過と共に連続的に減少する。くびれ検出基準値が小さくなるほど感度は高くなる。初期くびれ検出基準値Ｖtn0は、くびれ検出感度の低い値に予め設定しておく。初期くびれ検出基準値Ｖtn0及び傾斜は任意に設定することができるようにしても良い。
（Ｂ）パターン
くびれ検出基準値を、初期くびれ検出基準値Ｖtn0から所定時間ごとにステップ状に減少させる。所定時間及びステップ値を任意に設定することができるようにしても良い。
（Ｃ）パターン
くびれ検出基準値を、初期くびれ検出基準値Ｖtn0から所定短絡回数ごとにステップ状に減少させる。上述したように、短絡回数計数信号Ｓｄは所定短絡回数ごとに、短時間Ｈｉｇｈレベルに変化するので、この信号を利用する。所定短絡回数及びステップ値を任意に設定することができるようにしても良い。
【００２８】
同図（Ａ）〜（Ｃ）に示すように、時刻ｔ２及びｔ３に記憶スイッチＭＳがオンされると。その時点でのくびれ検出基準値の変化値Ｖtn1、Ｖtn2が記憶される。テスト溶接を行う際に、複数の記憶くびれ検出基準値Ｖtn1、Ｖtn2が存在するときには、同図（Ｄ）パターンを選択することができる。
（Ｄ）パターン
複数の記憶くびれ検出基準値を、時間経過に伴って順次ステップ状に変化させる。同図（Ｄ）では、記憶くびれ検出基準値Ｖtn1からＶtn2に変化する。くびれ検出基準値の適正値を絞り込むときに有効である。
【００２９】
以下に、くびれ検出基準値の適正化から実施工溶接までの手順を整理して示す。
（１）モード選択スイッチＣＳによって「くびれ検出適正化モード」を選択する。
（２）くびれ検出基準値設定回路ＶＴＮに内臓されている図２で上述したくびれ検出基準値の変化パターン（Ａ）〜（Ｄ）の中から選択する。
（３）テスト溶接を開始するとくびれ検出基準値が選択された変化パターンで自動的に変化する。
（４）溶接作業者はテスト溶接の状態を観察し、良好であるときは記憶スイッチＭＳをオンする。オンされたときのくびれ検出基準値の変化値が記憶くびれ検出基準値として記憶回路ＭＶＴに記憶される。
【００３０】
（５）モード選択スイッチＣＳによって「通常溶接モード」を選択する。
（６）記憶回路ＭＶＴに記憶された記憶くびれ検出基準値から最も溶接状態が良好であったものを選択する。この選択された記憶くびれ検出基準値がくびれ検出基準値として設定される。
（７）実施工溶接を行う。くびれ検出基準値が実施工溶接条件に合わせて最適化されているので、スパッタが非常に少ない安定した溶接を行うことができる。
【００３１】
上述した実施の形態においては、モード選択スイッチＣＳ及び記憶スイッチＭＳが溶接電源のパネルに設けられている場合を例示した。しかし、溶接ロボット、ロボット制御装置、溶接電源等から成るロボット溶接システムにあっては、ロボット制御装置に接続されるティーチペンダントにこれらのスイッチを設けても良い。また、テスト溶接中にくびれ検出基準値が変化するごとに警報（音、表示灯の点滅等）を発するようにしても良い。また、本実施の形態は、短絡移行溶接のみに適用されるものではなく、グロビュール移行溶接、短絡を伴うパルスアーク溶接、短絡を伴う交流パルスアーク溶接等にも適用することができる。
【００３２】
上述した実施の形態によれば、くびれ検出適正化モードにおいて溶接作業者はテスト溶接中に溶接状態が良好になったときに記憶スイッチをオンするだけで、溶接条件に応じたくびれ検出基準値の適正化を容易に行うことができる。このために、溶接条件に応じてくびれ検出制御が有効に動作するので、スパッタの少ない高品質な溶接を行うことが可能となる。
【００３３】
テスト溶接を行うときに既に記憶くびれ検出基準値が複数個記憶されているときは、テスト溶接中のくびれ検出基準値の変化をこれら記憶くびれ検出基準値を順次切り換えて行うことによって、くびれ検出基準値の適正値の絞り込みが容易になる。このために、適正化作業の効率が向上する。
【００３４】
さらに、通常溶接モードが選択されたときに記憶くびれ検出基準値が複数個記憶されているときは、これら記憶くびれ検出基準値の中から選択して実施工時のくびれ検出基準値を設定することによって、くびれ検出基準値の絞り込みが容易になる。このために、適正化作業の効率が向上する。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】本発明の実施の形態に係る消耗電極アーク溶接のくびれ検出制御方法を搭載した溶接電源のブロック図である。
【図２】図１のくびれ検出基準値設定回路ＶＴＮにおけるくびれ検出基準値の変化パターンを示す図である。
【図３】従来技術における消耗電極アーク溶接の電流・電圧波形及び溶滴移行の状態を示す図である。
【図４】従来技術における消耗電極アーク溶接のくびれ検出制御方法を搭載した溶接電源のブロック図である。
【図５】図４の各信号のタイミングチャートである。
【符号の説明】
【００３６】
１ 溶接ワイヤ
１ａ 溶滴
１ｂ くびれ
２ 母材
２ａ 溶融池
３ アーク
ＣＳ モード選択スイッチ
Ｃｓ モード選択信号
ＤＲ 駆動回路
Ｄｒ 駆動信号
Ｉａ アーク再発生時電流
Ｉｗ 溶接電流
ＭＳ 記憶スイッチ
Ｍｓ 記憶信号
ＭＶＴ 記憶回路
Ｍvt 記憶くびれ検出基準値信号
ＮＤ くびれ検出制御回路
Ｎｄ くびれ検出信号
ＰＳ 溶接電源
Ｒ 抵抗器
ＳＤ 短絡回数計数回路
Ｓｄ 短絡回数計数信号
Ｔａ アーク期間
Ｔｎ くびれ検出期間
ＴＲ トランジスタ
Ｔｓ 短絡期間
ＶＤ 電圧検出回路
Ｖｄ 電圧検出信号
Ｖｓ 短絡電圧値
Ｖta 短絡／アーク判別値
ＶＴＮ くびれ検出基準値設定回路
Ｖtn くびれ検出基準値（信号）
Ｖtn0 初期くびれ検出基準値
Ｖｗ 溶接電圧
ΔＶ 電圧上昇値
【特許請求の範囲】
【請求項１】
消耗電極と母材との間でアーク発生状態と短絡状態とを繰り返す消耗電極アーク溶接にあって、短絡状態からアークが再発生する前兆現象である溶滴のくびれ現象を消耗電極・母材間の電圧値又は抵抗値の変化がくびれ検出基準値に達したことによって検出し、このくびれ現象を検出すると短絡負荷に通電する溶接電流を急減させて低電流値の状態でアークが再発生するように出力制御する消耗電極アーク溶接のくびれ検出制御方法において、
通常溶接モードとくびれ検出適正化モードを選択する手段及び記憶スイッチを設け、
このくびれ検出適正化モードが選択されているときは、前記くびれ検出基準値を感度の低い値から高い値へと変化させながらテスト溶接を行い、このテスト溶接中の溶接状態が良好であると溶接作業者が判断した時点で前記記憶スイッチがオンされるとその時点での前記くびれ検出基準値の変化値を記憶くびれ検出基準値として記憶し、
前記通常溶接モードが選択されているときは、前記記憶くびれ検出基準値を前記くびれ検出基準値として設定して実施工溶接を行う、ことを特徴とする消耗電極アーク溶接のくびれ検出制御方法。
【請求項２】
前記テスト溶接中の前記くびれ検出基準値の変化を、所定時間ごとにステップ状に行う、ことを特徴とする請求項１記載の消耗電極アーク溶接のくびれ検出制御方法。
【請求項３】
前記テスト溶接中の前記くびれ検出基準値の変化を、所定短絡回数ごとにステップ状に行う、ことを特徴とする請求項１記載の消耗電極アーク溶接のくびれ検出制御方法。
【請求項４】
前記テスト溶接開始時点で既に前記記憶くびれ検出基準値が複数個記憶されているときは、
前記テスト溶接中の前記くびれ検出基準値の変化を、これら記憶くびれ検出基準値を順次切り換えて行う、ことを特徴とする請求項１記載の消耗電極アーク溶接のくびれ検出制御方法。
【請求項５】
前記通常溶接モードが選択されたときに前記記憶くびれ検出基準値が複数個記憶されているときは、
これら記憶くびれ検出基準値の中から選択して実施工時の前記くびれ検出基準値を設定する、ことを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の消耗電極アーク溶接のくびれ検出制御方法。
【請求項１】
消耗電極と母材との間でアーク発生状態と短絡状態とを繰り返す消耗電極アーク溶接にあって、短絡状態からアークが再発生する前兆現象である溶滴のくびれ現象を消耗電極・母材間の電圧値又は抵抗値の変化がくびれ検出基準値に達したことによって検出し、このくびれ現象を検出すると短絡負荷に通電する溶接電流を急減させて低電流値の状態でアークが再発生するように出力制御する消耗電極アーク溶接のくびれ検出制御方法において、
通常溶接モードとくびれ検出適正化モードを選択する手段及び記憶スイッチを設け、
このくびれ検出適正化モードが選択されているときは、前記くびれ検出基準値を感度の低い値から高い値へと変化させながらテスト溶接を行い、このテスト溶接中の溶接状態が良好であると溶接作業者が判断した時点で前記記憶スイッチがオンされるとその時点での前記くびれ検出基準値の変化値を記憶くびれ検出基準値として記憶し、
前記通常溶接モードが選択されているときは、前記記憶くびれ検出基準値を前記くびれ検出基準値として設定して実施工溶接を行う、ことを特徴とする消耗電極アーク溶接のくびれ検出制御方法。
【請求項２】
前記テスト溶接中の前記くびれ検出基準値の変化を、所定時間ごとにステップ状に行う、ことを特徴とする請求項１記載の消耗電極アーク溶接のくびれ検出制御方法。
【請求項３】
前記テスト溶接中の前記くびれ検出基準値の変化を、所定短絡回数ごとにステップ状に行う、ことを特徴とする請求項１記載の消耗電極アーク溶接のくびれ検出制御方法。
【請求項４】
前記テスト溶接開始時点で既に前記記憶くびれ検出基準値が複数個記憶されているときは、
前記テスト溶接中の前記くびれ検出基準値の変化を、これら記憶くびれ検出基準値を順次切り換えて行う、ことを特徴とする請求項１記載の消耗電極アーク溶接のくびれ検出制御方法。
【請求項５】
前記通常溶接モードが選択されたときに前記記憶くびれ検出基準値が複数個記憶されているときは、
これら記憶くびれ検出基準値の中から選択して実施工時の前記くびれ検出基準値を設定する、ことを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の消耗電極アーク溶接のくびれ検出制御方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【公開番号】特開２００８−２０７２１５（Ｐ２００８−２０７２１５Ａ）
【公開日】平成２０年９月１１日（２００８．９．１１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００７−４６６７３（Ｐ２００７−４６６７３）
【出願日】平成１９年２月２７日（２００７．２．２７）
【出願人】（００００００２６２）株式会社ダイヘン (990)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２０年９月１１日（２００８．９．１１）
【国際特許分類】
【出願日】平成１９年２月２７日（２００７．２．２７）
【出願人】（００００００２６２）株式会社ダイヘン (990)
【Ｆターム（参考）】
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