消耗電極アーク溶接のくびれ検出時電流制御方法
【課題】短絡移行溶接において、短絡期間Ｔｓ中に溶滴のくびれを検出してアーク再発生直前に溶接電流を急減させるくびれ検出時電流制御方法において、溶融池の振動に起因するスパッタの発生を低減する。
【解決手段】本発明は、短絡状態Ｔｓ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Ｖｗ又は抵抗値の変化によって検出し、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Ｉｗを急減させて低くびれ電流値Ｉｍに維持し、アークが再発生するとその時点又はそれから所定遅延期間Ｔｄ経過した時点で溶接電流Ｉｗを低くびれ電流値Ｉｍから高アーク電流値Ｉｈまで上昇させてアーク負荷に通電するくびれ検出時電流制御方法において、低くびれ電流値Ｉｍから溶融池の振動を小さくする予め定めた傾斜Ｓを持たせて高アーク電流値Ｉｈまで溶接電流Ｉｗを上昇させる。
【解決手段】本発明は、短絡状態Ｔｓ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Ｖｗ又は抵抗値の変化によって検出し、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Ｉｗを急減させて低くびれ電流値Ｉｍに維持し、アークが再発生するとその時点又はそれから所定遅延期間Ｔｄ経過した時点で溶接電流Ｉｗを低くびれ電流値Ｉｍから高アーク電流値Ｉｈまで上昇させてアーク負荷に通電するくびれ検出時電流制御方法において、低くびれ電流値Ｉｍから溶融池の振動を小さくする予め定めた傾斜Ｓを持たせて高アーク電流値Ｉｈまで溶接電流Ｉｗを上昇させる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、短絡期間中に溶滴のくびれ現象を検出してアーク再発生直前に溶接電流を急減させてスパッタの発生を低減する消耗電極アーク溶接のくびれ検出時電流制御方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
図５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・電圧波形図及び溶滴移行図である。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）は給電チップ・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。また、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へと離脱しアーク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、くびれ発生期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を判別することによってくびれ検出を行う。また、第２の方法としては、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に達したことを判別することによってくびれ検出を行う。以下の説明では、くびれ検出方法がこの第２の方法の場合について説明するが、第１の方法、その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。すなわち、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期間を、以下くびれ検出期間Ｔｎと呼ぶことにする。
【０００５】
次に、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は次第に減少し、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変化する。このアーク期間Ｔａ中は、アーク熱等によって溶接ワイヤ１の先端を溶融して溶滴１ａを形成すると共に、母材２を溶融する。一般的に、消耗電極アーク溶接には、定電圧特性の溶接電源が使用される。短絡を伴う消耗電極アーク溶接では、溶接電流平均値（ワイヤ送給速度）が低いときには短絡移行溶接となり、高いときはグロビュール移行溶接となる。
【０００６】
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電流値Ｉａが大きいときは、アーク３から溶融池２ａへの圧力（アーク力）が非常に大きくなり、大量のスパッタが発生する。すなわち、アーク再発生時の溶接電流値Ｉａ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、アーク再発生時の溶接電流値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の溶接電流値Ｉａを小さくするくびれ検出時電流制御方法が従来から種々提案されている。以下、これら従来技術について説明する。
【０００７】
図６は、従来技術のくびれ検出時電流制御方法を搭載した溶接電源のブロック図である。同図においてワイヤ送給に関するブロックは省略している。以下、同図を参照して各ブロックについて説明する。
【０００８】
電源主回路ＭＣは、３相２００Ｖ等の商用電源を入力として、後述する誤差増幅信号Ｅａに従ってインバータ制御、サイリスタ位相制御等の出力制御を行い、出力電圧Ｖｏ及び溶接電流Ｉｗを出力する。トランジスタＴＲ及び抵抗器Ｒの並列回路は通電路に挿入されて、後述するように、くびれ検出時にトランジスタＴＲがオフ状態になり抵抗器Ｒを通って通電することによって溶接電流Ｉｗを急減させる。溶接ワイヤ１は定速送給されて母材２との間でアーク３が発生する。
【０００９】
くびれ検出回路ＮＤは、溶接電圧Ｖｗを入力として、図５で上述したくびれ検出方法によってくびれを検出しくびれ検出期間Ｔｎ中Ｌｏｗレベルになるくびれ検出信号Ｎｄを出力する。駆動回路ＤＲは、このくびれ検出信号ＮｄがＬｏｗレベルのときにのみトランジスタＴＲをオフ状態にする駆動信号Ｄｒを出力する。すなわち、くびれ検出期間Ｔｎ中は抵抗器Ｒが通電路に挿入されるために通電路抵抗値が十倍以上となり、溶接電流Ｉｗは急減する。くびれ検出期間Ｔｎ以外の期間中はトランジスタＴＲはオン状態になるために、抵抗器Ｒは短絡されて通常の溶接電源と同一の構成となる。
【００１０】
遅延期間設定回路ＴＤＲは、予め定めた遅延期間設定信号Ｔdrを出力する。上昇期間設定回路ＴＵＲは、予め定めた上昇期間設定信号Ｔurを出力する。低くびれ電流設定回路ＩＭＲは、予め定めた低くびれ電流設定信号Ｉmrを出力する。高アーク電流設定回路ＩＨＲは、予め定めた高アーク電流設定信号Ｉhrを出力する。くびれ検出時電流制御回路ＮＩＣは、上記の各設定信号Ｔdr、Ｔur、Ｉmr、Ｉhr及び上記のくびれ検出信号Ｎｄを入力として、図７で後述する電源特性切換信号Ｓｗ及び電流設定信号Ｉｒを出力する。
【００１１】
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。電流検出回路ＩＤは、溶接電流Ｉｗを検出して、電流検出信号Ｉｄを出力する。電圧検出回路ＶＤは、出力電圧Ｖｏを検出して、電圧検出信号Ｖｄを出力する。電圧誤差増幅回路ＥＶは、上記の電圧設定信号Ｖｒと上記の電圧検出信号Ｖｄとの誤差を増幅して、電圧誤差増幅信号Ｅｖを出力する。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。電源特性切換回路ＳＷは、上記の電源特性切換信号Ｓｗを入力として、図７で後述するくびれ検出期間Ｔｎ＋遅延期間Ｔｄ＋上昇期間Ｔｕ中はｂ側に切り換わり上記の電流誤差増幅信号Ｅｉを誤差増幅信号Ｅａとして出力し、それ以外の期間中はａ側に切り換わり上記の電圧誤差増幅信号Ｅｖを誤差増幅信号Ｅａとして出力する。したがって、ａ側に切り換わっている期間は定電流特性期間となり、ｂ側に切り換わっている期間は定電圧特性期間となる。
【００１２】
図７は、図６で上述した溶接電源における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の、同図（Ｂ）は溶接電圧Ｖｗの、同図（Ｃ）はくびれ検出信号Ｎｄの、同図（Ｄ）は電源特性切換信号Ｓｗの、同図（Ｅ）は電流設定信号Ｉｒの時間変化を示す。以下、同図を参照して説明する。
【００１３】
同図において、時刻ｔ２〜ｔ５の定電流特性期間以外の期間は、上述したように、定電圧特性となり、またトランジスタＴＲはオン状態になるので、図５で上述した通常の電流・電圧波形と同一になる。
【００１４】
時刻ｔ２において、同図（Ｂ）に示すように、電圧上昇値ΔＶがくびれ検出基準値Ｖtnに達すると、同図（Ｃ）に示すように、くびれ検出信号ＮｄはＬｏｗレベルに変化する。これに応動して、同図（Ｄ）に示すように、電源特性切換信号ＳｗはＬｏｗレベルに変化し電源特性は定電流特性に切り換わる。同時に、トランジスタＴＲはオフ状態になるために、同図（Ａ）に示すように、溶接電流Ｉｗは急減して低くびれ電流値Ｉｍに維持される。時刻ｔ３におい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が短絡／アーク判別値Ｖtaに達するので、同図（Ｃ）に示すように、くびれ検出信号ＮｄがＨｉｇｈレベルに変化する。この時刻ｔ３の時点から時刻ｔ４までの予め定めた遅延期間Ｔｄ中は、同図（Ｅ）に示すように、電流設定信号Ｉｒは低くびれ電流設定信号Ｉmrによって定まる値を維持する。このために、同図（Ａ）に示すように、溶接電流Ｉｗは低くびれ電流値Ｉｍを維持する。時刻ｔ３においてアークが再発生したときに、溶接電流値は低くびれ電流値Ｉｍであるために溶滴離脱時のアーク力が弱くなり、スパッタの発生が抑制される。さらに、時刻ｔ３でアークが再発生した時点から時刻ｔ４までの予め定めた遅延期間Ｔｄを設け、この遅延期間Ｔｄ中は同図（Ｅ）に示すように電流設定信号Ｉｒ＝Ｉｍに維持する。これによって溶滴が溶融池に移行した影響による溶融池の振動が収まるのを待つことになる。溶融池の振動が収まってから次の課程で溶接電流Ｉｗを上昇されるので、電流変化によるアーク力の変化と溶融池の振動とが共振してスパッタを発生させることもない。この遅延期間Ｔｄは溶接条件に応じて設けるか否かを決めることが多い。遅延期間Ｔｄは、０〜１ms程度である。
【００１５】
時刻ｔ４において遅延期間Ｔｄが終了すると、同図（Ｅ）に示すように、電流設定信号Ｉｒは予め定めた上昇期間Ｔｕ中高アーク電流設定信号Ｉhrによって定まる値に変化する。同図（Ｄ）に示すように、時刻ｔ５までは電源特性切換信号ＳｗがＬｏｗレベルであるために電源特性は定電流特性となる。このために、同図（Ａ）に示すように、溶接電流Ｉｗは急激に上昇して高アーク電流値Ｉｈに到達する。時刻ｔ５において、同図（Ｄ）に示すように、電源特性切換信号ＳｗがＨｉｇｈレベルに変化すると、電源特性は定電圧特性に切り換わる。これ以降の動作は上述した図５と同一であるので説明は省略する。（上述した従来技術については、特許文献１、２参照）
【００１６】
【特許文献１】特開昭５９−２０６１５９号公報
【特許文献２】特公平４−４０７４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１７】
上述した図７において、従来技術では、アークが再発生して遅延期間Ｔｄが経過した時刻ｔ４時点から溶接電流Ｉｗを急上昇させる。この急激な電流変化に伴ってアーク力が急激に変化する。この結果、アーク力の急激な変化によって溶融池に大きな振動が発生し、この振動によって溶融池からスパッタが発生する。さらに、この溶融池の振動によってワイヤ先端が溶融池と接触して再短絡に至る場合も生じる。この再短絡は通常の安定した短絡とは異なり不安定状態であるために、スパッタが発生しやすくなる。上述したくびれ検出時電流制御方法を搭載した溶接電源では、この制御のための特別な回路構成を有しており高価であるために、コストに見合う大幅な低スパッタが要求される。
【００１８】
そこで、アーク再発生後の溶接電流の急上昇に起因するスパッタの発生を抑制することができる消耗電極アーク溶接のくびれ検出時電流制御方法を提供する。
【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、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くびれ電流値に維持し、アークが再発生するとその時点又はそれから所定遅延期間経過した時点で溶接電流を前記低くびれ電流値から高アーク電流値まで上昇させてアーク負荷に通電する消耗電極アーク溶接のくびれ検出時電流制御方法において、
前記低くびれ電流値から溶融池の振動を小さくする予め定めた傾斜を持たせて前記高アーク電流値まで溶接電流を上昇させる、ことを特徴とする消耗電極アーク溶接のくびれ検出時電流制御方法である。
【００２０】
また、第２の発明は、第１の発明記載の傾斜が前半部分と後半部分とで異なる値である、ことを特徴とする消耗電極アーク溶接のくびれ検出時電流制御方法である。
【００２１】
また、第３の発明は、溶接電流平均値が短絡移行域の範囲にあるときは、前記前半部分の傾斜を前記後半部分の傾斜よりも小さな値に設定する、ことを特徴とする第２の発明記載の消耗電極アーク溶接のくびれ検出時電流制御方法である。
【００２２】
また、第４の発明は、溶接電流平均値がグロビュール移行域の範囲にあるときは、前記前半部分の傾斜を前記後半部分の傾斜よりも大きな値に設定する、ことを特徴とする第２の発明記載の消耗電極アーク溶接のくびれ検出時電流制御方法である。
【発明の効果】
【００２３】
上記第１の発明によれば、アーク再発生後に低くびれ電流値から高アーク電流値まで上昇させる溶接電流に予め定めた傾斜を持たせることによって、アーク力の変化をソフトにしている。このために、アーク力による溶融池の振動が小さくなるので、溶融池の振動に起因するスパッタの発生を低減することができる。さらに、溶融池の振動が小さくなるので、アーク再発生直後の再短絡の発生を抑制することができる。
【００２４】
上記第２の発明によれば、上述した効果に加えて、前半部分の傾斜と後半部分の傾斜とを異なった値に設定することができることによって、溶接条件に応じて傾斜の上昇特性をより適正化することができる。このために、さらにスパッタの発生を低減することができる。
【００２５】
上記第３の発明によれば、上述した第１及び第２の発明の効果に加えて、溶接電流平均値が短絡移行域の範囲にあるときは前半部分の傾斜を後半部分の傾斜よりも小さな値に設定することによって、さらにアーク力の変化をソフト化することができる。このために、さらにスパッタの発生を低減することができる。
【００２６】
上記第４の発明によれば、上述した第１及び第２の発明の効果に加えて、溶接電流平均値がグロビュール移行域の範囲にあるときは前半部分の傾斜を後半部分の傾斜よりも大きく設定することによって、ワイヤ溶融速度の増大及びアーク力の変化のソフト化を共立することができる。これは、速いワイヤ送給速度とのバランスを取るために前半部分においては溶接電流の傾斜を大きくしてワイヤ溶融速度を増大させると共に、後半部分の傾斜を小さくしてアーク力の変化をソフト化する。この結果、溶接状態の安定化及びスパッタの発生の低減を図ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２７】
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。
【００２８】
［実施の形態１］
本発明の実施の形態１は、アークが再発生し遅延期間が経過した後の上昇期間における溶接電流の上昇に所定の傾斜を持たせるものである。この傾斜Ｓの範囲は、２０〜１００
［A/100μs］程度である。図７で上述した従来技術では、傾斜Ｓの制御は行っていないが、通電路のインダクタンス値及び抵抗値によって定まる２００［A/100μs］程度で電流は上昇する。以下、実施の形態１について詳細に説明する。
【００２９】
図１は、本発明の実施の形態１に係る消耗電極アーク溶接のくびれ検出時電流制御方法を実施するための溶接電源のブロック図である。同図において、上述した図６と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、図６とは異なる点線で示すブロックについて説明する。
【００３０】
傾斜設定回路ＳＲは、予め定めた傾斜設定信号Ｓｒを出力する。くびれ検出時電流傾斜制御回路ＮＳＣは、遅延期間設定信号Ｔdr、上昇期間設定信号Ｔur、低くびれ電流設定信号Ｉmr、高アーク電流設定信号Ｉhr、くびれ検出信号Ｎｄ及び上記の傾斜設定信号Ｓｒを入力として、図２で後述する電源特性切換信号Ｓｗ及び電流設定信号Ｉｒを出力する。
【００３１】
図２は、図１の溶接電源における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の、同図（Ｂ）は溶接電圧Ｖｗの、同図（Ｃ）はくびれ検出信号Ｎｄの、同図（Ｄ）は電源特性切換信号Ｓｗの、同図（Ｅ）は電流設定信号Ｉｒの時間変化を示す。同図において時刻ｔ４〜ｔ５の上昇期間Ｔｕ以外の動作は上述した図７と同一であるので説明は省略する。以下、同図を参照してこの上昇期間Ｔｕの動作について説明する。
【００３２】
時刻ｔ３でアークが再発生し時刻ｔ４において遅延期間Ｔｄが終了すると、同図（Ｅ）に示すように、電流設定信号Ｉｒは低くびれ電流設定信号Ｉmrの値から傾斜設定信号Ｓｒによって定まる傾斜で上昇し高アーク電流設定信号Ｉhrの値に達する。これに応動して、同図（Ａ）に示すように、溶接電流Ｉｗは低くびれ電流値Ｉｍから所定傾斜Ｓによって上昇し、時刻ｔ５に高アーク電流値Ｉｈに達する。時刻ｔ４〜ｔ５の上昇期間Ｔｕは、０．２〜２．０ms程度であり、低くびれ電流値Ｉｍは数十Ａ程度であり、高アーク電流値Ｉｈは数百Ａ程度である。
【００３３】
上述したように、溶接電流Ｉｗを所定傾斜Ｓで上昇させるので、アーク力の変化が急峻ではなくソフトになる。このために、アーク力による溶融池の振動も抑制されるので、振動に起因するスパッタの発生を低減することができる。
【００３４】
［実施の形態２］
本発明の実施の形態２は、アークが再発生し遅延期間が経過した後の上昇期間における傾斜が前半部分と後半部分とで異なる値であるものである。この傾斜Ｓは曲線状又は折れ線状に変化する。以下、実施の形態２について詳細に説明する。
【００３５】
図３は、本発明の実施の形態２に係る消耗電極アーク溶接のくびれ検出時電流制御方法を実施するための溶接電源のブロック図である。同図において、上述した図１と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、図１とは異なる点線で示すブロックについて説明する。
【００３６】
傾斜軌跡記憶回路ＳＭは、図４で後述する予め定めた傾斜軌跡記憶信号Ｓｍを出力する。ワイヤ送給速度設定回路ＦＲは、溶接ワイヤ１の送給速度を設定するワイヤ送給速度設定信号Ｆｒを出力する。第２くびれ検出時電流傾斜制御回路ＮＳＣ２は、遅延期間設定信号Ｔdr、上昇期間設定信号Ｔur、低くびれ電流設定信号Ｉmr、高アーク電流設定信号Ｉhr、くびれ検出信号Ｎｄ、上記の傾斜軌跡記憶信号Ｓｍ及び上記のワイヤ送給速度設定信号Ｆｒを入力として、電源特性切換信号Ｓｗ及び図４で後述する電流設定信号Ｉｒを出力する。
【００３７】
図３の溶接電源における各信号のタイミングチャートは、上述した図２と同一である。ただし、時刻ｔ４〜ｔ５の上昇期間Ｔｕにおける溶接電流Ｉｗの傾斜Ｓは一定ではなく、図４で示すように曲線状又は折れ線状となる点が異なる。図４は、時刻ｔ２〜ｔ５の定電流特性期間における経過時間ｔに対する電流設定信号Ｉｒの値の変化を示す図である。同図において、時刻ｔ２〜ｔ３のくびれ検出期間Ｔｎ及び時刻ｔ３〜ｔ４の遅延期間Ｔｄ中は、電流設定信号Ｉｒ＝Ｉmr（低くびれ電流設定値）となる。続く時刻ｔ４〜ｔ５の上昇期間Ｔｕ中は、電流設定信号Ｉｒは軌跡特性Ｌ１１〜Ｌ２２等の曲線状又は折れ線状となる。このようにすることによって、上昇期間Ｔｕ中の前半部分と後半部分とで傾斜を変化させている。これらの軌跡は、上記の傾斜軌跡記憶回路ＳＭに予め記憶しておく。そして、ワイヤ送給速度設定信号Ｆｒの値すなわち溶接電流平均値等によって適正な軌跡に切り換える。軌跡は、溶接法、溶接速度、溶接継手、母材材質等によっても切り換えることが望ましい。
【００３８】
ワイヤ送給速度（溶接電流平均値）が低くて短絡移行域であるときには、曲線Ｌ１１又は折れ線Ｌ１２を使用する。これらは、上昇期間Ｔｕの前半部分の傾斜が小さく後半部分の傾斜が大きくなっている。このようにすることによって、アーク力の変化をさらにソフトにすることができ、溶融池の振動をさらに抑制することができる。このために、溶融池の振動に起因するスパッタをさらに抑制することができる。
【００３９】
ワイヤ送給速度（溶接電流平均値）が高くてグロビュール移行域であるときには、曲線Ｌ２１又は折れ線Ｌ２２を使用する。これらは、上昇期間Ｔｕの前半部分の傾斜が大きく後半部分の傾斜が小さくなっている。ワイヤ送給速度が速いときにはアーク発生期間中の溶接電流値を大きくしてワイヤ溶融速度を速くする必要がある。このために、上昇期間Ｔｕの前半部分の傾斜を大きくして溶接電流Ｉｗを早期に立ち上げてワイヤ溶融速度を速くすると共に、後半部分の傾斜は小さくしてアーク力の変化をソフト化している。これにより、ワイヤ溶融速度を速くして溶接状態を安定化し、かつ、溶融池の振動を抑制してスパッタの発生を抑制することができる。
【００４０】
上述した実施の形態１〜２において、遅延期間Ｔｄは従来技術と同様に設けなくても良い。本発明は、鉄鋼、アルミニウム、ステンレス鋼等の溶接に適用することができる。また、本発明は、短絡を伴うスプレー移行溶接にも適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００４１】
【図１】本発明の実施の形態１に係る消耗電極アーク溶接のくびれ検出時電流制御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】図１の溶接電源における各信号のタイミングチャートである。
【図３】本発明の実施の形態２に係る消耗電極アーク溶接のくびれ検出時電流制御方法を実施するための溶接電源のブロック図である。
【図４】図３の溶接電源における各信号のタイミングチャートである。
【図５】従来技術における短絡を伴う消耗電極アーク溶接の電流・電圧波形図である。
【図６】従来技術における消耗電極アーク溶接のくびれ検出時電流制御方法を実施するための溶接電源のブロック図である。
【図７】図６の溶接電源における各信号のタイミングチャートである。
【符号の説明】
【００４２】
１ 溶接ワイヤ
１ａ 溶滴
１ｂ くびれ
２ 母材
２ａ 溶融池
３ アーク
ＤＲ 駆動回路
Ｄｒ 駆動信号
Ｅａ 誤差増幅信号
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
ＦＲ ワイヤ送給速度設定回路
Ｆｒ ワイヤ送給速度設定信号
Ｉａ アーク再発生時の溶接電流値
ＩＤ 電流検出回路
Ｉｄ 電流検出信号
Ｉｈ 高アーク電流値
ＩＨＲ 高アーク電流設定回路
Ｉhr 高アーク電流設定信号
Ｉｍ 低くびれ電流値
ＩＭＲ 低くびれ電流設定回路
Ｉmr 低くびれ電流設定信号
Ｉｒ 電流設定信号
Ｉｗ 溶接電流
Ｌ１１〜Ｌ２２ 傾斜軌跡
ＭＣ 電源主回路
ＮＤ くびれ検出回路
Ｎｄ くびれ検出信号
ＮＩＣ くびれ検出時電流制御回路
ＮＳＣ くびれ検出時電流傾斜制御回路
ＮＳＣ２ 第２くびれ検出時電流傾斜制御回路
Ｒ 抵抗器
Ｓ 傾斜
ＳＭ 傾斜軌跡記憶回路
Ｓｍ 傾斜軌跡記憶信号
ＳＲ 傾斜設定回路
Ｓｒ 傾斜設定信号
ＳＷ 電源特性切換回路
Ｓｗ 電源特性切換信号
Ｔａ アーク期間
Ｔｄ 遅延期間
ＴＤＲ 遅延期間設定回路
Ｔdr 遅延期間設定信号
Ｔｎ くびれ検出期間
ＴＲ トランジスタ
Ｔｓ 短絡期間
Ｔｕ 上昇期間
ＴＵＲ 上昇期間設定回路
Ｔur 上昇期間設定信号
ＶＤ 電圧検出回路
Ｖｄ 電圧検出信号
Ｖｏ 出力電圧
ＶＲ 電圧設定回路
Ｖｒ 電圧設定信号
Ｖｓ 短絡電圧値
Ｖta 短絡／アーク判別値
Ｖtn くびれ検出基準値
Ｖｗ 溶接電圧
ΔＶ 電圧上昇値
【技術分野】
【０００１】
本発明は、短絡期間中に溶滴のくびれ現象を検出してアーク再発生直前に溶接電流を急減させてスパッタの発生を低減する消耗電極アーク溶接のくびれ検出時電流制御方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
図５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・電圧波形図及び溶滴移行図である。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）は給電チップ・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。また、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へと離脱しアーク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、くびれ発生期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を判別することによってくびれ検出を行う。また、第２の方法としては、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に達したことを判別することによってくびれ検出を行う。以下の説明では、くびれ検出方法がこの第２の方法の場合について説明するが、第１の方法、その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。すなわち、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期間を、以下くびれ検出期間Ｔｎと呼ぶことにする。
【０００５】
次に、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は次第に減少し、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変化する。このアーク期間Ｔａ中は、アーク熱等によって溶接ワイヤ１の先端を溶融して溶滴１ａを形成すると共に、母材２を溶融する。一般的に、消耗電極アーク溶接には、定電圧特性の溶接電源が使用される。短絡を伴う消耗電極アーク溶接では、溶接電流平均値（ワイヤ送給速度）が低いときには短絡移行溶接となり、高いときはグロビュール移行溶接となる。
【０００６】
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電流値Ｉａが大きいときは、アーク３から溶融池２ａへの圧力（アーク力）が非常に大きくなり、大量のスパッタが発生する。すなわち、アーク再発生時の溶接電流値Ｉａ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、アーク再発生時の溶接電流値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の溶接電流値Ｉａを小さくするくびれ検出時電流制御方法が従来から種々提案されている。以下、これら従来技術について説明する。
【０００７】
図６は、従来技術のくびれ検出時電流制御方法を搭載した溶接電源のブロック図である。同図においてワイヤ送給に関するブロックは省略している。以下、同図を参照して各ブロックについて説明する。
【０００８】
電源主回路ＭＣは、３相２００Ｖ等の商用電源を入力として、後述する誤差増幅信号Ｅａに従ってインバータ制御、サイリスタ位相制御等の出力制御を行い、出力電圧Ｖｏ及び溶接電流Ｉｗを出力する。トランジスタＴＲ及び抵抗器Ｒの並列回路は通電路に挿入されて、後述するように、くびれ検出時にトランジスタＴＲがオフ状態になり抵抗器Ｒを通って通電することによって溶接電流Ｉｗを急減させる。溶接ワイヤ１は定速送給されて母材２との間でアーク３が発生する。
【０００９】
くびれ検出回路ＮＤは、溶接電圧Ｖｗを入力として、図５で上述したくびれ検出方法によってくびれを検出しくびれ検出期間Ｔｎ中Ｌｏｗレベルになるくびれ検出信号Ｎｄを出力する。駆動回路ＤＲは、このくびれ検出信号ＮｄがＬｏｗレベルのときにのみトランジスタＴＲをオフ状態にする駆動信号Ｄｒを出力する。すなわち、くびれ検出期間Ｔｎ中は抵抗器Ｒが通電路に挿入されるために通電路抵抗値が十倍以上となり、溶接電流Ｉｗは急減する。くびれ検出期間Ｔｎ以外の期間中はトランジスタＴＲはオン状態になるために、抵抗器Ｒは短絡されて通常の溶接電源と同一の構成となる。
【００１０】
遅延期間設定回路ＴＤＲは、予め定めた遅延期間設定信号Ｔdrを出力する。上昇期間設定回路ＴＵＲは、予め定めた上昇期間設定信号Ｔurを出力する。低くびれ電流設定回路ＩＭＲは、予め定めた低くびれ電流設定信号Ｉmrを出力する。高アーク電流設定回路ＩＨＲは、予め定めた高アーク電流設定信号Ｉhrを出力する。くびれ検出時電流制御回路ＮＩＣは、上記の各設定信号Ｔdr、Ｔur、Ｉmr、Ｉhr及び上記のくびれ検出信号Ｎｄを入力として、図７で後述する電源特性切換信号Ｓｗ及び電流設定信号Ｉｒを出力する。
【００１１】
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。電流検出回路ＩＤは、溶接電流Ｉｗを検出して、電流検出信号Ｉｄを出力する。電圧検出回路ＶＤは、出力電圧Ｖｏを検出して、電圧検出信号Ｖｄを出力する。電圧誤差増幅回路ＥＶは、上記の電圧設定信号Ｖｒと上記の電圧検出信号Ｖｄとの誤差を増幅して、電圧誤差増幅信号Ｅｖを出力する。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。電源特性切換回路ＳＷは、上記の電源特性切換信号Ｓｗを入力として、図７で後述するくびれ検出期間Ｔｎ＋遅延期間Ｔｄ＋上昇期間Ｔｕ中はｂ側に切り換わり上記の電流誤差増幅信号Ｅｉを誤差増幅信号Ｅａとして出力し、それ以外の期間中はａ側に切り換わり上記の電圧誤差増幅信号Ｅｖを誤差増幅信号Ｅａとして出力する。したがって、ａ側に切り換わっている期間は定電流特性期間となり、ｂ側に切り換わっている期間は定電圧特性期間となる。
【００１２】
図７は、図６で上述した溶接電源における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の、同図（Ｂ）は溶接電圧Ｖｗの、同図（Ｃ）はくびれ検出信号Ｎｄの、同図（Ｄ）は電源特性切換信号Ｓｗの、同図（Ｅ）は電流設定信号Ｉｒの時間変化を示す。以下、同図を参照して説明する。
【００１３】
同図において、時刻ｔ２〜ｔ５の定電流特性期間以外の期間は、上述したように、定電圧特性となり、またトランジスタＴＲはオン状態になるので、図５で上述した通常の電流・電圧波形と同一になる。
【００１４】
時刻ｔ２において、同図（Ｂ）に示すように、電圧上昇値ΔＶがくびれ検出基準値Ｖtnに達すると、同図（Ｃ）に示すように、くびれ検出信号ＮｄはＬｏｗレベルに変化する。これに応動して、同図（Ｄ）に示すように、電源特性切換信号ＳｗはＬｏｗレベルに変化し電源特性は定電流特性に切り換わる。同時に、トランジスタＴＲはオフ状態になるために、同図（Ａ）に示すように、溶接電流Ｉｗは急減して低くびれ電流値Ｉｍに維持される。時刻ｔ３におい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が短絡／アーク判別値Ｖtaに達するので、同図（Ｃ）に示すように、くびれ検出信号ＮｄがＨｉｇｈレベルに変化する。この時刻ｔ３の時点から時刻ｔ４までの予め定めた遅延期間Ｔｄ中は、同図（Ｅ）に示すように、電流設定信号Ｉｒは低くびれ電流設定信号Ｉmrによって定まる値を維持する。このために、同図（Ａ）に示すように、溶接電流Ｉｗは低くびれ電流値Ｉｍを維持する。時刻ｔ３においてアークが再発生したときに、溶接電流値は低くびれ電流値Ｉｍであるために溶滴離脱時のアーク力が弱くなり、スパッタの発生が抑制される。さらに、時刻ｔ３でアークが再発生した時点から時刻ｔ４までの予め定めた遅延期間Ｔｄを設け、この遅延期間Ｔｄ中は同図（Ｅ）に示すように電流設定信号Ｉｒ＝Ｉｍに維持する。これによって溶滴が溶融池に移行した影響による溶融池の振動が収まるのを待つことになる。溶融池の振動が収まってから次の課程で溶接電流Ｉｗを上昇されるので、電流変化によるアーク力の変化と溶融池の振動とが共振してスパッタを発生させることもない。この遅延期間Ｔｄは溶接条件に応じて設けるか否かを決めることが多い。遅延期間Ｔｄは、０〜１ms程度である。
【００１５】
時刻ｔ４において遅延期間Ｔｄが終了すると、同図（Ｅ）に示すように、電流設定信号Ｉｒは予め定めた上昇期間Ｔｕ中高アーク電流設定信号Ｉhrによって定まる値に変化する。同図（Ｄ）に示すように、時刻ｔ５までは電源特性切換信号ＳｗがＬｏｗレベルであるために電源特性は定電流特性となる。このために、同図（Ａ）に示すように、溶接電流Ｉｗは急激に上昇して高アーク電流値Ｉｈに到達する。時刻ｔ５において、同図（Ｄ）に示すように、電源特性切換信号ＳｗがＨｉｇｈレベルに変化すると、電源特性は定電圧特性に切り換わる。これ以降の動作は上述した図５と同一であるので説明は省略する。（上述した従来技術については、特許文献１、２参照）
【００１６】
【特許文献１】特開昭５９−２０６１５９号公報
【特許文献２】特公平４−４０７４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１７】
上述した図７において、従来技術では、アークが再発生して遅延期間Ｔｄが経過した時刻ｔ４時点から溶接電流Ｉｗを急上昇させる。この急激な電流変化に伴ってアーク力が急激に変化する。この結果、アーク力の急激な変化によって溶融池に大きな振動が発生し、この振動によって溶融池からスパッタが発生する。さらに、この溶融池の振動によってワイヤ先端が溶融池と接触して再短絡に至る場合も生じる。この再短絡は通常の安定した短絡とは異なり不安定状態であるために、スパッタが発生しやすくなる。上述したくびれ検出時電流制御方法を搭載した溶接電源では、この制御のための特別な回路構成を有しており高価であるために、コストに見合う大幅な低スパッタが要求される。
【００１８】
そこで、アーク再発生後の溶接電流の急上昇に起因するスパッタの発生を抑制することができる消耗電極アーク溶接のくびれ検出時電流制御方法を提供する。
【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、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くびれ電流値に維持し、アークが再発生するとその時点又はそれから所定遅延期間経過した時点で溶接電流を前記低くびれ電流値から高アーク電流値まで上昇させてアーク負荷に通電する消耗電極アーク溶接のくびれ検出時電流制御方法において、
前記低くびれ電流値から溶融池の振動を小さくする予め定めた傾斜を持たせて前記高アーク電流値まで溶接電流を上昇させる、ことを特徴とする消耗電極アーク溶接のくびれ検出時電流制御方法である。
【００２０】
また、第２の発明は、第１の発明記載の傾斜が前半部分と後半部分とで異なる値である、ことを特徴とする消耗電極アーク溶接のくびれ検出時電流制御方法である。
【００２１】
また、第３の発明は、溶接電流平均値が短絡移行域の範囲にあるときは、前記前半部分の傾斜を前記後半部分の傾斜よりも小さな値に設定する、ことを特徴とする第２の発明記載の消耗電極アーク溶接のくびれ検出時電流制御方法である。
【００２２】
また、第４の発明は、溶接電流平均値がグロビュール移行域の範囲にあるときは、前記前半部分の傾斜を前記後半部分の傾斜よりも大きな値に設定する、ことを特徴とする第２の発明記載の消耗電極アーク溶接のくびれ検出時電流制御方法である。
【発明の効果】
【００２３】
上記第１の発明によれば、アーク再発生後に低くびれ電流値から高アーク電流値まで上昇させる溶接電流に予め定めた傾斜を持たせることによって、アーク力の変化をソフトにしている。このために、アーク力による溶融池の振動が小さくなるので、溶融池の振動に起因するスパッタの発生を低減することができる。さらに、溶融池の振動が小さくなるので、アーク再発生直後の再短絡の発生を抑制することができる。
【００２４】
上記第２の発明によれば、上述した効果に加えて、前半部分の傾斜と後半部分の傾斜とを異なった値に設定することができることによって、溶接条件に応じて傾斜の上昇特性をより適正化することができる。このために、さらにスパッタの発生を低減することができる。
【００２５】
上記第３の発明によれば、上述した第１及び第２の発明の効果に加えて、溶接電流平均値が短絡移行域の範囲にあるときは前半部分の傾斜を後半部分の傾斜よりも小さな値に設定することによって、さらにアーク力の変化をソフト化することができる。このために、さらにスパッタの発生を低減することができる。
【００２６】
上記第４の発明によれば、上述した第１及び第２の発明の効果に加えて、溶接電流平均値がグロビュール移行域の範囲にあるときは前半部分の傾斜を後半部分の傾斜よりも大きく設定することによって、ワイヤ溶融速度の増大及びアーク力の変化のソフト化を共立することができる。これは、速いワイヤ送給速度とのバランスを取るために前半部分においては溶接電流の傾斜を大きくしてワイヤ溶融速度を増大させると共に、後半部分の傾斜を小さくしてアーク力の変化をソフト化する。この結果、溶接状態の安定化及びスパッタの発生の低減を図ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２７】
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。
【００２８】
［実施の形態１］
本発明の実施の形態１は、アークが再発生し遅延期間が経過した後の上昇期間における溶接電流の上昇に所定の傾斜を持たせるものである。この傾斜Ｓの範囲は、２０〜１００
［A/100μs］程度である。図７で上述した従来技術では、傾斜Ｓの制御は行っていないが、通電路のインダクタンス値及び抵抗値によって定まる２００［A/100μs］程度で電流は上昇する。以下、実施の形態１について詳細に説明する。
【００２９】
図１は、本発明の実施の形態１に係る消耗電極アーク溶接のくびれ検出時電流制御方法を実施するための溶接電源のブロック図である。同図において、上述した図６と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、図６とは異なる点線で示すブロックについて説明する。
【００３０】
傾斜設定回路ＳＲは、予め定めた傾斜設定信号Ｓｒを出力する。くびれ検出時電流傾斜制御回路ＮＳＣは、遅延期間設定信号Ｔdr、上昇期間設定信号Ｔur、低くびれ電流設定信号Ｉmr、高アーク電流設定信号Ｉhr、くびれ検出信号Ｎｄ及び上記の傾斜設定信号Ｓｒを入力として、図２で後述する電源特性切換信号Ｓｗ及び電流設定信号Ｉｒを出力する。
【００３１】
図２は、図１の溶接電源における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の、同図（Ｂ）は溶接電圧Ｖｗの、同図（Ｃ）はくびれ検出信号Ｎｄの、同図（Ｄ）は電源特性切換信号Ｓｗの、同図（Ｅ）は電流設定信号Ｉｒの時間変化を示す。同図において時刻ｔ４〜ｔ５の上昇期間Ｔｕ以外の動作は上述した図７と同一であるので説明は省略する。以下、同図を参照してこの上昇期間Ｔｕの動作について説明する。
【００３２】
時刻ｔ３でアークが再発生し時刻ｔ４において遅延期間Ｔｄが終了すると、同図（Ｅ）に示すように、電流設定信号Ｉｒは低くびれ電流設定信号Ｉmrの値から傾斜設定信号Ｓｒによって定まる傾斜で上昇し高アーク電流設定信号Ｉhrの値に達する。これに応動して、同図（Ａ）に示すように、溶接電流Ｉｗは低くびれ電流値Ｉｍから所定傾斜Ｓによって上昇し、時刻ｔ５に高アーク電流値Ｉｈに達する。時刻ｔ４〜ｔ５の上昇期間Ｔｕは、０．２〜２．０ms程度であり、低くびれ電流値Ｉｍは数十Ａ程度であり、高アーク電流値Ｉｈは数百Ａ程度である。
【００３３】
上述したように、溶接電流Ｉｗを所定傾斜Ｓで上昇させるので、アーク力の変化が急峻ではなくソフトになる。このために、アーク力による溶融池の振動も抑制されるので、振動に起因するスパッタの発生を低減することができる。
【００３４】
［実施の形態２］
本発明の実施の形態２は、アークが再発生し遅延期間が経過した後の上昇期間における傾斜が前半部分と後半部分とで異なる値であるものである。この傾斜Ｓは曲線状又は折れ線状に変化する。以下、実施の形態２について詳細に説明する。
【００３５】
図３は、本発明の実施の形態２に係る消耗電極アーク溶接のくびれ検出時電流制御方法を実施するための溶接電源のブロック図である。同図において、上述した図１と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、図１とは異なる点線で示すブロックについて説明する。
【００３６】
傾斜軌跡記憶回路ＳＭは、図４で後述する予め定めた傾斜軌跡記憶信号Ｓｍを出力する。ワイヤ送給速度設定回路ＦＲは、溶接ワイヤ１の送給速度を設定するワイヤ送給速度設定信号Ｆｒを出力する。第２くびれ検出時電流傾斜制御回路ＮＳＣ２は、遅延期間設定信号Ｔdr、上昇期間設定信号Ｔur、低くびれ電流設定信号Ｉmr、高アーク電流設定信号Ｉhr、くびれ検出信号Ｎｄ、上記の傾斜軌跡記憶信号Ｓｍ及び上記のワイヤ送給速度設定信号Ｆｒを入力として、電源特性切換信号Ｓｗ及び図４で後述する電流設定信号Ｉｒを出力する。
【００３７】
図３の溶接電源における各信号のタイミングチャートは、上述した図２と同一である。ただし、時刻ｔ４〜ｔ５の上昇期間Ｔｕにおける溶接電流Ｉｗの傾斜Ｓは一定ではなく、図４で示すように曲線状又は折れ線状となる点が異なる。図４は、時刻ｔ２〜ｔ５の定電流特性期間における経過時間ｔに対する電流設定信号Ｉｒの値の変化を示す図である。同図において、時刻ｔ２〜ｔ３のくびれ検出期間Ｔｎ及び時刻ｔ３〜ｔ４の遅延期間Ｔｄ中は、電流設定信号Ｉｒ＝Ｉmr（低くびれ電流設定値）となる。続く時刻ｔ４〜ｔ５の上昇期間Ｔｕ中は、電流設定信号Ｉｒは軌跡特性Ｌ１１〜Ｌ２２等の曲線状又は折れ線状となる。このようにすることによって、上昇期間Ｔｕ中の前半部分と後半部分とで傾斜を変化させている。これらの軌跡は、上記の傾斜軌跡記憶回路ＳＭに予め記憶しておく。そして、ワイヤ送給速度設定信号Ｆｒの値すなわち溶接電流平均値等によって適正な軌跡に切り換える。軌跡は、溶接法、溶接速度、溶接継手、母材材質等によっても切り換えることが望ましい。
【００３８】
ワイヤ送給速度（溶接電流平均値）が低くて短絡移行域であるときには、曲線Ｌ１１又は折れ線Ｌ１２を使用する。これらは、上昇期間Ｔｕの前半部分の傾斜が小さく後半部分の傾斜が大きくなっている。このようにすることによって、アーク力の変化をさらにソフトにすることができ、溶融池の振動をさらに抑制することができる。このために、溶融池の振動に起因するスパッタをさらに抑制することができる。
【００３９】
ワイヤ送給速度（溶接電流平均値）が高くてグロビュール移行域であるときには、曲線Ｌ２１又は折れ線Ｌ２２を使用する。これらは、上昇期間Ｔｕの前半部分の傾斜が大きく後半部分の傾斜が小さくなっている。ワイヤ送給速度が速いときにはアーク発生期間中の溶接電流値を大きくしてワイヤ溶融速度を速くする必要がある。このために、上昇期間Ｔｕの前半部分の傾斜を大きくして溶接電流Ｉｗを早期に立ち上げてワイヤ溶融速度を速くすると共に、後半部分の傾斜は小さくしてアーク力の変化をソフト化している。これにより、ワイヤ溶融速度を速くして溶接状態を安定化し、かつ、溶融池の振動を抑制してスパッタの発生を抑制することができる。
【００４０】
上述した実施の形態１〜２において、遅延期間Ｔｄは従来技術と同様に設けなくても良い。本発明は、鉄鋼、アルミニウム、ステンレス鋼等の溶接に適用することができる。また、本発明は、短絡を伴うスプレー移行溶接にも適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００４１】
【図１】本発明の実施の形態１に係る消耗電極アーク溶接のくびれ検出時電流制御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】図１の溶接電源における各信号のタイミングチャートである。
【図３】本発明の実施の形態２に係る消耗電極アーク溶接のくびれ検出時電流制御方法を実施するための溶接電源のブロック図である。
【図４】図３の溶接電源における各信号のタイミングチャートである。
【図５】従来技術における短絡を伴う消耗電極アーク溶接の電流・電圧波形図である。
【図６】従来技術における消耗電極アーク溶接のくびれ検出時電流制御方法を実施するための溶接電源のブロック図である。
【図７】図６の溶接電源における各信号のタイミングチャートである。
【符号の説明】
【００４２】
１ 溶接ワイヤ
１ａ 溶滴
１ｂ くびれ
２ 母材
２ａ 溶融池
３ アーク
ＤＲ 駆動回路
Ｄｒ 駆動信号
Ｅａ 誤差増幅信号
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
ＦＲ ワイヤ送給速度設定回路
Ｆｒ ワイヤ送給速度設定信号
Ｉａ アーク再発生時の溶接電流値
ＩＤ 電流検出回路
Ｉｄ 電流検出信号
Ｉｈ 高アーク電流値
ＩＨＲ 高アーク電流設定回路
Ｉhr 高アーク電流設定信号
Ｉｍ 低くびれ電流値
ＩＭＲ 低くびれ電流設定回路
Ｉmr 低くびれ電流設定信号
Ｉｒ 電流設定信号
Ｉｗ 溶接電流
Ｌ１１〜Ｌ２２ 傾斜軌跡
ＭＣ 電源主回路
ＮＤ くびれ検出回路
Ｎｄ くびれ検出信号
ＮＩＣ くびれ検出時電流制御回路
ＮＳＣ くびれ検出時電流傾斜制御回路
ＮＳＣ２ 第２くびれ検出時電流傾斜制御回路
Ｒ 抵抗器
Ｓ 傾斜
ＳＭ 傾斜軌跡記憶回路
Ｓｍ 傾斜軌跡記憶信号
ＳＲ 傾斜設定回路
Ｓｒ 傾斜設定信号
ＳＷ 電源特性切換回路
Ｓｗ 電源特性切換信号
Ｔａ アーク期間
Ｔｄ 遅延期間
ＴＤＲ 遅延期間設定回路
Ｔdr 遅延期間設定信号
Ｔｎ くびれ検出期間
ＴＲ トランジスタ
Ｔｓ 短絡期間
Ｔｕ 上昇期間
ＴＵＲ 上昇期間設定回路
Ｔur 上昇期間設定信号
ＶＤ 電圧検出回路
Ｖｄ 電圧検出信号
Ｖｏ 出力電圧
ＶＲ 電圧設定回路
Ｖｒ 電圧設定信号
Ｖｓ 短絡電圧値
Ｖta 短絡／アーク判別値
Ｖtn くびれ検出基準値
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くびれ電流値に維持し、アークが再発生するとその時点又はそれから所定遅延期間経過した時点で溶接電流を前記低くびれ電流値から高アーク電流値まで上昇させてアーク負荷に通電する消耗電極アーク溶接のくびれ検出時電流制御方法において、
前記低くびれ電流値から溶融池の振動を小さくする予め定めた傾斜を持たせて前記高アーク電流値まで溶接電流を上昇させる、ことを特徴とする消耗電極アーク溶接のくびれ検出時電流制御方法。
【請求項２】
請求項１記載の傾斜が前半部分と後半部分とで異なる値である、ことを特徴とする消耗電極アーク溶接のくびれ検出時電流制御方法。
【請求項３】
溶接電流平均値が短絡移行域の範囲にあるときは、前記前半部分の傾斜を前記後半部分の傾斜よりも小さな値に設定する、ことを特徴とする請求項２記載の消耗電極アーク溶接のくびれ検出時電流制御方法。
【請求項４】
溶接電流平均値がグロビュール移行域の範囲にあるときは、前記前半部分の傾斜を前記後半部分の傾斜よりも大きな値に設定する、ことを特徴とする請求項２記載の消耗電極アーク溶接のくびれ検出時電流制御方法。
【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くびれ電流値に維持し、アークが再発生するとその時点又はそれから所定遅延期間経過した時点で溶接電流を前記低くびれ電流値から高アーク電流値まで上昇させてアーク負荷に通電する消耗電極アーク溶接のくびれ検出時電流制御方法において、
前記低くびれ電流値から溶融池の振動を小さくする予め定めた傾斜を持たせて前記高アーク電流値まで溶接電流を上昇させる、ことを特徴とする消耗電極アーク溶接のくびれ検出時電流制御方法。
【請求項２】
請求項１記載の傾斜が前半部分と後半部分とで異なる値である、ことを特徴とする消耗電極アーク溶接のくびれ検出時電流制御方法。
【請求項３】
溶接電流平均値が短絡移行域の範囲にあるときは、前記前半部分の傾斜を前記後半部分の傾斜よりも小さな値に設定する、ことを特徴とする請求項２記載の消耗電極アーク溶接のくびれ検出時電流制御方法。
【請求項４】
溶接電流平均値がグロビュール移行域の範囲にあるときは、前記前半部分の傾斜を前記後半部分の傾斜よりも大きな値に設定する、ことを特徴とする請求項２記載の消耗電極アーク溶接のくびれ検出時電流制御方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【公開番号】特開２００６−２４７７１０（Ｐ２００６−２４７７１０Ａ）
【公開日】平成１８年９月２１日（２００６．９．２１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００５−６８３６０（Ｐ２００５−６８３６０）
【出願日】平成１７年３月１１日（２００５．３．１１）
【出願人】（００００００２６２）株式会社ダイヘン (990)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１８年９月２１日（２００６．９．２１）
【国際特許分類】
【出願日】平成１７年３月１１日（２００５．３．１１）
【出願人】（００００００２６２）株式会社ダイヘン (990)
【Ｆターム（参考）】
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