消耗電極アーク溶接終了制御方法
【課題】消耗電極アーク溶接の溶接終了時におけるスパッタ発生を抑制する。
【解決手段】本発明は、溶接電源に溶接終了指令が入力されると、送給モータに停止指令を出力し、溶接ワイヤが停止したときのワイヤ燃上り高さが略所望値になるように溶接電源の出力をアンチスチック制御する消耗電極アーク溶接終了制御方法において、同図（Ａ）に示す溶接終了指令Ｓｔが入力された後の同図（Ｇ）に示す最初の短絡発生を検出して同図（Ｃ）に示す送給モータに停止指令を出力し、続いてこの短絡期間中に溶滴のくびれ現象を検出して溶接電流Ｉｗを急減させて低い値に維持してアークを再発生させ、アーク長が略一定の低い状態でアークが再発生すると（ｔｂ）、前記アンチスチック制御を行いワイヤ燃上り高さを所望値にする消耗電極アーク溶接終了制御方法である。
【解決手段】本発明は、溶接電源に溶接終了指令が入力されると、送給モータに停止指令を出力し、溶接ワイヤが停止したときのワイヤ燃上り高さが略所望値になるように溶接電源の出力をアンチスチック制御する消耗電極アーク溶接終了制御方法において、同図（Ａ）に示す溶接終了指令Ｓｔが入力された後の同図（Ｇ）に示す最初の短絡発生を検出して同図（Ｃ）に示す送給モータに停止指令を出力し、続いてこの短絡期間中に溶滴のくびれ現象を検出して溶接電流Ｉｗを急減させて低い値に維持してアークを再発生させ、アーク長が略一定の低い状態でアークが再発生すると（ｔｂ）、前記アンチスチック制御を行いワイヤ燃上り高さを所望値にする消耗電極アーク溶接終了制御方法である。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、消耗電極アーク溶接における溶接終了制御期間中のスパッタ発生を抑制するための消耗電極アーク溶接終了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解除されてアーク３が再発生する。すなわち、このくびれ現象は短絡解除の前兆現象となる。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６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。電源主回路ＰＭは、３相２００Ｖ等の商用電源を入力として、後述する駆動信号Ｄｒに従ってインバータ制御、チョッパ制御等の出力制御を行い、アーク溶接に適した溶接電圧Ｖｗ及び溶接電流Ｉｗを出力する。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。くびれ検出制御回路ＮＤは、溶接電圧Ｖｗを入力として短絡期間中に溶滴にくびれが発生したことを電圧の上昇によって検出するとＨｉｇｈレベルとなるくびれ検出信号Ｎｄを出力する。トランジスタ駆動回路ＤＲＴ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をオン状態にするトランジスタ駆動信号Ｄrt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。溶接ワイヤ１は送給モータＭによって送給速度Ｗｆ［m/min］で送給されて、母材２との間にアーク３が発生する。
【０００７】
電圧設定回路ＶＲは、定常時の溶接電圧Ｖｗを設定するための予め定めた電圧設定信号Ｖｒを出力する。アンチスチック電圧設定回路ＶＡＲは、アンチスチック制御期間中の溶接電圧Ｖｗを制御するための予め定めたアンチスチック電圧設定信号Ｖarを出力する。切換回路ＳＷは、外部からの溶接開始信号Ｓｔを入力として、Ｈｉｇｈレベル（定常時）に変化するとａ側に切り換わり上記の電圧設定信号Ｖｒを電圧制御設定信号Ｖcrとして出力し、Ｌｏｗレベル（アンチスチック制御時）に変化すると上記のアンチスチック電圧設定信号Ｖarを電圧制御設定信号Ｖcrとして出力する。
【０００８】
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。誤差増幅回路ＥＡは、上記の電圧制御設定信号Ｖcrと上記の電圧検出信号Ｖｄとの誤差を増幅して、誤差増幅信号Ｅａを出力する。この回路によって、消耗電極アーク溶接電源は定電圧特性となる。起動回路ＯＮは、上記の溶接開始信号ＳｔがＨｉｇｈレベルに変化するとＨｉｇｈレベルに変化し、Ｌｏｗレベルに変化すると予め定めたアンチスチック期間Ｔanだけ遅延してＬｏｗレベルに変化する起動信号Ｏｎを出力する。駆動回路ＤＲは、この起動信号Ｏｎを入力として、Ｈｉｇｈレベルの間は上記の誤差増幅信号Ｅａに従って駆動信号Ｄｒを出力する。送給制御回路ＦＣは、上記の溶接開始信号ＳｔがＨｉｇｈレベルの間は予め定めた送給速度に相当する回転数に送給モータＭを制御するための送給制御信号Ｆｃを出力する。
【０００９】
図７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）はトランジスタ駆動信号Ｄrtの時間変化を示す。同図は定常時のタイミングチャートである。以下、同図を参照して説明する。
【００１０】
同図において、時刻ｔ２〜ｔ３のくびれ検出期間以外の期間は、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、トランジスタ駆動信号Ｄrt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。
【００１１】
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、トランジスタ駆動信号Ｄrt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、短絡が解除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、トランジスタ駆動信号Ｄrt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。（特許文献１参照）
【００１２】
図８は、図６で上述した溶接電源の溶接終了制御時のタイミングチャートである。同図（Ａ）は溶接開始信号Ｓｔの、同図（Ｂ）は起動信号Ｏｎの、同図（Ｃ）は送給速度Ｗｆの、同図（Ｄ）は電圧制御設定信号Ｖcrの、同図（Ｅ）は溶接電圧Ｖｗの、同図（Ｆ）は溶接電流Ｉｗの時間変化を示す。以下、同図を参照して説明する。
【００１３】
時刻ｔ１において、同図（Ａ）に示すように、溶接開始信号ＳｔがＬｏｗレベル（終了指令）に変化すると、同図（Ｂ）に示すように、起動信号Ｏｎは時刻ｔ３までのアンチスチック期間Ｔan遅延してＬｏｗレベルに変化する。時刻ｔ１の溶接開始信号Ｓｔの変化に応動して、同図（Ｃ）に示すように、送給モータＭへの送給制御信号Ｆｃは停止指令に変化し、送給速度Ｗｆは慣性によって数十ms程度かけて徐々に遅くなり、時刻ｔ２において送給は停止する。送給モータＭがサーボモータであるときには、停止指令後の送給速度の減速率を制御することも実施されている。また、モータの駆動部にブレーキ回路を付加して減速期間を短くすることも実施されている。同図（Ｄ）に示すように、電圧制御設定信号Ｖcrは、時刻ｔ２においてアンチスチック電圧設定信号Ｖanによって定まる値に低下する。
【００１４】
アンチスチック期間Ｔan中は、同図（Ｅ）に示すように、アンチスチック電圧設定信号Ｖarは低い値なので数回の短絡を繰り返す。そして、時刻ｔ２において、同図（Ｃ）に示すように、送給速度Ｗｆはゼロとなり慣性による送給は停止し、この時刻前後においてワイヤ燃上り高さがアークを維持することができる限界電圧値Ｖｈに達してアークが消滅する。アークが消滅すると、溶接電圧Ｖｗは高い値の無負荷電圧となる。時刻ｔ３において、同図（Ｂ）に示すように、起動信号ＯｎがＬｏｗレベルに変化し、溶接電源の出力は停止する。上記の限界電圧値Ｖｈは、アンチスチック電圧設定信号Ｖarの値に略比例する。したがって、ワイヤ燃上り高さを所望値にするためには、アンチスチック電圧設定信号Ｖarを調整すれば良い。
【００１５】
上記は、所定のアンチスチック期間Ｔan中所定のアンチスチック電圧を印加するアンチスチック制御方法であるが、これ以外にも以下に示す方法が従来から慣用されている。まず第２のアンチスチック制御方法では、限界電圧値Ｖｈを設定し、アンチスチック期間Ｔan中の溶接電圧値Ｖｗがこの設定値に達した時点（ｔ２）で溶接電源の出力を停止する。この方法では、ワイヤ燃上り高さを決める限界電圧値Ｖｈを直接設定することができる。また、時刻ｔ２〜ｔ３のムダな無負荷電圧印加期間を省略することができる。次に、第３のアンチスチック制御方法では、アンチスチック期間Ｔan中の短絡解除から数十Ａ程度の低い値の溶接電流Ｉｗを所定期間通電することによって、ワイヤ溶融量を調整してワイヤ燃上り高さを所望値にするものである。この方法は、消耗電極パルスアーク溶接等のように定電流特性の溶接電源に適用されることが多い。このように、ワイヤ燃上り高さを所望値にするためのアンチスチック制御方法には種々の方法がある。（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】特開昭６２−１７６６８０号公報
【特許文献３】特開平９−２６７１７１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８を参照して課題を説明する。アンチスチック期間Ｔanに入る前の定常時においては、時刻ｔａに示すように、くびれ検出制御によって短絡が解除されてアークが再発生したときの電流値は低い値であるので、スパッタの発生は抑制される。しかし、アンチスチック期間Ｔan中の短絡解除アーク再発生時（時刻ｔｂ、ｔｃ）の電流値は非常に大きいままである。この理由は以下のとおりである。すなわち、アンチスチック期間Ｔan中は、同図（Ｃ）に示すように、送給速度Ｗｆが次第に遅くなるように変化しているために、くびれ検出感度の調整が難しい状態になる。このために、くびれ検出が誤検出することが多く、かえってアーク状態を不安定にすることも多い。これに対処するために、アンチスチック期間Ｔan中はくびれ検出制御を禁止して行わないのが一般的であった。この結果、アンチスチック期間Ｔan中に短絡が発生するとアーク再発生時の電流値が大きくなりスパッタ発生を抑制することができないという課題があった。
【００１８】
そこで、本発明では，溶接終了制御時もくびれ検出制御によって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終了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、溶接電源に溶接終了指令が入力されると送給モータに停止指令を出力し、溶接ワイヤが停止したときのワイヤ燃上り高さが略所望値になるように溶接電源の出力をアンチスチック制御する消耗電極アーク溶接終了制御方法において、
前記溶接終了指令が入力された後の最初の短絡発生を検出して前記送給モータに前記停止指令を出力し、続いてこの短絡期間中に溶滴のくびれ現象を検出して溶接電流を急減させて低い値に維持してアークを再発生させ、アーク長が略一定の低い状態でアークが再発生すると前記アンチスチック制御を行いワイヤ燃上り高さを所望値にする、ことを特徴とする消耗電極アーク溶接終了制御方法である。
【００２０】
また、第２の発明は、第１の発明記載の送給モータに停止指令を出力するタイミングを、前記アーク再発生時点とする、ことを特徴とする消耗電極アーク溶接終了制御方法である。
【発明の効果】
【００２１】
本発明によれば、溶接終了制御中の短絡に対しても高精度なくびれ検出制御を行うことができるので、溶接終了制御期間中のスパッタ発生を大幅に抑制することができる。さらに、溶接終了制御期間に入って最初に発生した短絡が解除されてアークが再発生したときのアーク状態が安定した一定状態であるので、これ以降のアンチスチック制御中に再び短絡が発生する可能性は低くなる。このために、再短絡によるスパッタの発生を抑制することができ、かつ、ワイヤ燃上り高さのバラツキも少なくすることができる。
【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】
［実施の形態１］
本発明の実施の形態１は、溶接終了指令が入力された後の最初の短絡発生を検出して送給モータに停止指令を出力し、続いてこの短絡期間中に溶滴のくびれ現象を検出して溶接電流を急減させて低い値に維持してアークを再発生させ、アーク長が略一定の低い状態でアークが再発生するとアンチスチック制御を行いワイヤ燃上り高さを所望値にする消耗電極アーク溶接終了制御方法である。以下、この実施の形態１について詳述する。
【００２４】
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終了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。
【００２５】
短絡検出回路ＳＤは、電圧検出信号Ｖｄの値によって短絡状態を検出してＨｉｇｈレベルになる短絡検出信号Ｓｄを出力する。アンチスチック制御切換回路ＡＣは、この短絡検出信号Ｓｄ及び溶接開始信号Ｓｔを入力として、溶接開始信号ＳｔがＨｉｇｈレベルからＬｏｗレベル（溶接終了指令）に変化した後に短絡検出信号Ｓｄが最初にＨｉｇｈレベル（短絡）に変化した時点でＨｉｇｈレベルに変化するアンチスチック制御切換信号Ａｃを出力する。同図では、上記のアンチスチック制御切換信号Ａｃを起動回路ＯＮ、切換回路ＳＷ及び送給制御回路ＦＣへの同期のための入力信号とする。
【００２６】
図２は、上記の溶接電源における溶接終了制御時のタイミングチャートである。同図（Ａ）は溶接開始信号Ｓｔの、同図（Ｂ）は起動信号Ｏｎの、同図（Ｃ）は送給速度Ｗｆの、同図（Ｄ）は電圧制御設定信号Ｖcrの、同図（Ｅ）は溶接電圧Ｖｗの、同図（Ｆ）は溶接電流Ｉｗの、同図（Ｇ）は短絡検出信号Ｓｄの、同図（Ｈ）はアンチスチック制御切換信号Ａｃの時間変化を示す。同図は上述した図８と対応している。以下、同図を参照して説明する。
【００２７】
時刻ｔ１において、同図（Ａ）に示すように、溶接開始信号ＳｔがＬｏｗレベル（溶接終了指令）に変化するが、同図（Ｈ）に示すように、アンチスチック制御切換信号ＡｃはＬｏｗレベルのままで変化しない。このために、同図（Ｃ）に示す送給速度Ｗｆ及び同図（Ｄ）に示す電圧制御設定信号Ｖcrは定常時のままである。時刻ｔ２において、同図（Ｅ）に示すように、時刻ｔ１以降の最初の短絡が発生すると、同図（Ｇ）に示すように、短絡検出信号ＳｄがＨｉｇｈレベルに変化し、これに応動して同図（Ｈ）に示すように、アンチスチック制御切換信号ＡｃはＨｉｇｈレベルに変化する。これに応動して、同図（Ｂ）に示すように、起動信号Ｏｎは時刻ｔ２から所定のアンチスチック期間Ｔanだけ遅延して時刻ｔ４にＬｏｗレベルに変化する。同時に、同図（Ｃ）に示すように、送給モータＭへ送給制御信号Ｆｃによって停止指令が出力されて送給速度Ｗｆは慣性により次第に遅くなる。同時に、同図（Ｄ）に示すように、電圧制御設定信号Ｖcrはアンチスチック電圧設定値Ｖarに変化する。
【００２８】
時刻ｔ２において発生した短絡期間中は、上述したように、送給速度Ｗｆは略定常時のままであるためにくびれ検出は定常時と同様に高精度に行うことができる。このために、同図（Ｆ）に示すように、時刻ｔｂのアーク再発生時の電流値を低くすることができ、時刻ｔ１以降の溶接終了制御期間中のスパッタ発生を抑制することができる。さらに、時刻ｔｂのアーク再発生時点のアーク長は、くびれ検出制御によって円滑にワイヤ先端の溶滴が略全て移行しかつ電流値が低い値であるのでアーク力が弱いために、当初は略一定の低い状態になる。すなわち、アーク再発生時のアーク長は、溶接条件によってあまりバラツキがなく略一定の低い値となる。このアーク長が略一定の状態からアンチスチック制御が行われるので、同図（Ｃ）に示すように、時刻ｔ３において送給速度Ｗｆが略ゼロとなる前後において、同図（Ｅ）に示すように、ワイヤ燃上り高さが略所望値に達してアークが消滅する。時刻ｔ４において、アンチスチック期間Ｔanが終了すると、同図（Ｂ）に示すように、起動信号ＯｎがＬｏｗレベルに変化し、溶接電源の出力は停止する。
【００２９】
上述した実施の形態１では、溶接終了制御期間中の短絡に対しても高精度なくびれ検出制御を行うことができるので、溶接終了制御期間中のスパッタ発生を大幅に抑制することができる。さらに、溶接終了制御期間に入って最初に発生した短絡が解除されてアークが再発生したときのアーク状態が安定した一定状態であるので、これ以降のアンチスチック期間中に再び短絡が発生する可能性は低くなる。このために、再短絡によるスパッタの発生のおそれも低くなり、かつ、ワイヤ燃上り高さのバラツキも少なくなる。
【００３０】
［実施の形態２］
本発明の実施の形態２は、実施の形態１記載のアンチスチック制御に切り換えて送給モータに停止指令を出力するタイミングを、溶接終了指令が入力された後に最初に発生した短絡が解除されてアークが再発生した時点とするものである。以下、この実施の形態２について実施の形態１と異なる典を説明する。
【００３１】
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終了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。
【００３２】
第２アンチスチック制御切換回路ＡＣ２は、短絡検出信号Ｓｄ及び溶接開始信号Ｓｔを入力として、溶接開始信号ＳｔがＨｉｇｈレベルからＬｏｗレベル（溶接終了指令）に変化した後に短絡検出信号Ｓｄが最初にＨｉｇｈレベル（短絡）になり再びＬｏｗレベル（アーク再発生）に変化した時点でＨｉｇｈレベルに変化するアンチスチック制御切換信号Ａｃを出力する。これによって、アンチスチック制御切換信号ＡｃがＨｉｇｈレベルに変化するタイミングは、実施の形態１での最初の短絡発生時から短絡解除アーク再発生時にシフトする。
【００３３】
図４は、上記の溶接電源における溶接終了制御時のタイミングチャートである。同図（Ａ）は溶接開始信号Ｓｔの、同図（Ｂ）は起動信号Ｏｎの、同図（Ｃ）は送給速度Ｗｆの、同図（Ｄ）は電圧制御設定信号Ｖcrの、同図（Ｅ）は溶接電圧Ｖｗの、同図（Ｆ）は溶接電流Ｉｗの、同図（Ｇ）は短絡検出信号Ｓｄの、同図（Ｈ）はアンチスチック制御切換信号Ａｃの時間変化を示す。同図は上述した図２と対応しており、以下、図２と異なる点について説明する。
【００３４】
時刻ｔ２において、同図（Ｇ）に示すように、短絡検出信号ＳｄがＬｏｗレベルに変化すると、同図（Ｈ）に示すように、アンチスチック制御切換信号ＡｃはＨｉｇｈレベルに変化する。これに応動してアンチスチック制御に切り換わり、同図（Ｂ）に示すように、起動信号Ｏｎはアンチスチック期間Ｔan経過後Ｌｏｗレベルになり、同図（Ｃ）に示すように、送給モータへ停止指令が出力されて送給速度Ｗｆは慣性によって次第に遅くなる。同時に、同図（Ｄ）に示すように、電圧制御設定信号Ｖcrは定常時の電圧設定値Ｖｒからアンチスチック電圧設定値Ｖarに変化する。これ以外の動作は図２と同一である。したがって、実施の形態２では、アンチスチック制御切換信号ＡｃがＨｉｇｈレベルになるタイミングを最初の短絡発生時から解除時にシフトさせたものである。実施の形態２の作用効果については実施の形態１と同一である。
【００３５】
上述した実施の形態１〜２では、アンチスチック制御方法として所定期間中アンチスチック電圧を印加する方法を例示した。しかし、本発明におけるアンチスチック制御方法としては、従来技術の項で上述したように、アンチスチック期間中の溶接電圧が所定値に達した時点で出力を停止する方法、所定電流を所定期間通電する方法等の種々の従来技術であっても良い。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】本発明の実施の形態１に係る消耗電極アーク溶接終了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溶接終了制御時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終了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溶接終了制御時のタイミングチャートである。
【図５】従来技術における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終了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定常時のタイミングチャートである。
【図８】図６の溶接電源における溶接終了制御時のタイミングチャートである。
【符号の説明】
【００３７】
１ 溶接ワイヤ
１ａ 溶滴
１ｂ くびれ
２ 母材
２ａ 溶融池
３ アーク
ＡＣ アンチスチック制御切換回路
Ａｃ アンチスチック制御切換信号
ＡＣ２ 第２アンチスチック制御切換回路
ＤＲ 駆動回路
Ｄｒ 駆動信号
ＤＲＴ トランジスタ駆動回路
Ｄrt トランジスタ駆動信号
ＥＡ 誤差増幅回路
Ｅａ 誤差増幅信号
ＦＣ 送給制御回路
Ｆｃ 送給制御信号
Ｉａ アーク再発生時電流値
Ｉｗ 溶接電流
Ｍ 送給モータ
ＮＤ くびれ検出制御回路
Ｎｄ くびれ検出信号
ＯＮ 起動回路
Ｏｎ 起動信号
ＰＭ 電源主回路
Ｒ 抵抗器
ＳＤ 短絡検出回路
Ｓｄ 短絡検出信号
Ｓｔ 溶接開始信号
ＳＷ 切換回路
Ｔan アンチスチック期間
ＴＲ トランジスタ
Ｔｓ 短絡期間
ＶＡＲ アンチスチック電圧設定回路
Ｖar アンチスチック電圧設定（値／信号）
Ｖcr 電圧制御設定信号
ＶＤ 電圧検出回路
Ｖｄ 電圧検出信号
Ｖｈ 限界電圧値
ＶＲ 電圧設定回路
Ｖｒ 電圧設定（値／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
Ｗｆ 送給速度
ΔＶ 電圧上昇値
【技術分野】
【０００１】
本発明は、消耗電極アーク溶接における溶接終了制御期間中のスパッタ発生を抑制するための消耗電極アーク溶接終了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解除されてアーク３が再発生する。すなわち、このくびれ現象は短絡解除の前兆現象となる。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６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。電源主回路ＰＭは、３相２００Ｖ等の商用電源を入力として、後述する駆動信号Ｄｒに従ってインバータ制御、チョッパ制御等の出力制御を行い、アーク溶接に適した溶接電圧Ｖｗ及び溶接電流Ｉｗを出力する。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。くびれ検出制御回路ＮＤは、溶接電圧Ｖｗを入力として短絡期間中に溶滴にくびれが発生したことを電圧の上昇によって検出するとＨｉｇｈレベルとなるくびれ検出信号Ｎｄを出力する。トランジスタ駆動回路ＤＲＴ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をオン状態にするトランジスタ駆動信号Ｄrt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。溶接ワイヤ１は送給モータＭによって送給速度Ｗｆ［m/min］で送給されて、母材２との間にアーク３が発生する。
【０００７】
電圧設定回路ＶＲは、定常時の溶接電圧Ｖｗを設定するための予め定めた電圧設定信号Ｖｒを出力する。アンチスチック電圧設定回路ＶＡＲは、アンチスチック制御期間中の溶接電圧Ｖｗを制御するための予め定めたアンチスチック電圧設定信号Ｖarを出力する。切換回路ＳＷは、外部からの溶接開始信号Ｓｔを入力として、Ｈｉｇｈレベル（定常時）に変化するとａ側に切り換わり上記の電圧設定信号Ｖｒを電圧制御設定信号Ｖcrとして出力し、Ｌｏｗレベル（アンチスチック制御時）に変化すると上記のアンチスチック電圧設定信号Ｖarを電圧制御設定信号Ｖcrとして出力する。
【０００８】
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。誤差増幅回路ＥＡは、上記の電圧制御設定信号Ｖcrと上記の電圧検出信号Ｖｄとの誤差を増幅して、誤差増幅信号Ｅａを出力する。この回路によって、消耗電極アーク溶接電源は定電圧特性となる。起動回路ＯＮは、上記の溶接開始信号ＳｔがＨｉｇｈレベルに変化するとＨｉｇｈレベルに変化し、Ｌｏｗレベルに変化すると予め定めたアンチスチック期間Ｔanだけ遅延してＬｏｗレベルに変化する起動信号Ｏｎを出力する。駆動回路ＤＲは、この起動信号Ｏｎを入力として、Ｈｉｇｈレベルの間は上記の誤差増幅信号Ｅａに従って駆動信号Ｄｒを出力する。送給制御回路ＦＣは、上記の溶接開始信号ＳｔがＨｉｇｈレベルの間は予め定めた送給速度に相当する回転数に送給モータＭを制御するための送給制御信号Ｆｃを出力する。
【０００９】
図７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）はトランジスタ駆動信号Ｄrtの時間変化を示す。同図は定常時のタイミングチャートである。以下、同図を参照して説明する。
【００１０】
同図において、時刻ｔ２〜ｔ３のくびれ検出期間以外の期間は、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、トランジスタ駆動信号Ｄrt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。
【００１１】
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、トランジスタ駆動信号Ｄrt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、短絡が解除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、トランジスタ駆動信号Ｄrt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。（特許文献１参照）
【００１２】
図８は、図６で上述した溶接電源の溶接終了制御時のタイミングチャートである。同図（Ａ）は溶接開始信号Ｓｔの、同図（Ｂ）は起動信号Ｏｎの、同図（Ｃ）は送給速度Ｗｆの、同図（Ｄ）は電圧制御設定信号Ｖcrの、同図（Ｅ）は溶接電圧Ｖｗの、同図（Ｆ）は溶接電流Ｉｗの時間変化を示す。以下、同図を参照して説明する。
【００１３】
時刻ｔ１において、同図（Ａ）に示すように、溶接開始信号ＳｔがＬｏｗレベル（終了指令）に変化すると、同図（Ｂ）に示すように、起動信号Ｏｎは時刻ｔ３までのアンチスチック期間Ｔan遅延してＬｏｗレベルに変化する。時刻ｔ１の溶接開始信号Ｓｔの変化に応動して、同図（Ｃ）に示すように、送給モータＭへの送給制御信号Ｆｃは停止指令に変化し、送給速度Ｗｆは慣性によって数十ms程度かけて徐々に遅くなり、時刻ｔ２において送給は停止する。送給モータＭがサーボモータであるときには、停止指令後の送給速度の減速率を制御することも実施されている。また、モータの駆動部にブレーキ回路を付加して減速期間を短くすることも実施されている。同図（Ｄ）に示すように、電圧制御設定信号Ｖcrは、時刻ｔ２においてアンチスチック電圧設定信号Ｖanによって定まる値に低下する。
【００１４】
アンチスチック期間Ｔan中は、同図（Ｅ）に示すように、アンチスチック電圧設定信号Ｖarは低い値なので数回の短絡を繰り返す。そして、時刻ｔ２において、同図（Ｃ）に示すように、送給速度Ｗｆはゼロとなり慣性による送給は停止し、この時刻前後においてワイヤ燃上り高さがアークを維持することができる限界電圧値Ｖｈに達してアークが消滅する。アークが消滅すると、溶接電圧Ｖｗは高い値の無負荷電圧となる。時刻ｔ３において、同図（Ｂ）に示すように、起動信号ＯｎがＬｏｗレベルに変化し、溶接電源の出力は停止する。上記の限界電圧値Ｖｈは、アンチスチック電圧設定信号Ｖarの値に略比例する。したがって、ワイヤ燃上り高さを所望値にするためには、アンチスチック電圧設定信号Ｖarを調整すれば良い。
【００１５】
上記は、所定のアンチスチック期間Ｔan中所定のアンチスチック電圧を印加するアンチスチック制御方法であるが、これ以外にも以下に示す方法が従来から慣用されている。まず第２のアンチスチック制御方法では、限界電圧値Ｖｈを設定し、アンチスチック期間Ｔan中の溶接電圧値Ｖｗがこの設定値に達した時点（ｔ２）で溶接電源の出力を停止する。この方法では、ワイヤ燃上り高さを決める限界電圧値Ｖｈを直接設定することができる。また、時刻ｔ２〜ｔ３のムダな無負荷電圧印加期間を省略することができる。次に、第３のアンチスチック制御方法では、アンチスチック期間Ｔan中の短絡解除から数十Ａ程度の低い値の溶接電流Ｉｗを所定期間通電することによって、ワイヤ溶融量を調整してワイヤ燃上り高さを所望値にするものである。この方法は、消耗電極パルスアーク溶接等のように定電流特性の溶接電源に適用されることが多い。このように、ワイヤ燃上り高さを所望値にするためのアンチスチック制御方法には種々の方法がある。（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】特開昭６２−１７６６８０号公報
【特許文献３】特開平９−２６７１７１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８を参照して課題を説明する。アンチスチック期間Ｔanに入る前の定常時においては、時刻ｔａに示すように、くびれ検出制御によって短絡が解除されてアークが再発生したときの電流値は低い値であるので、スパッタの発生は抑制される。しかし、アンチスチック期間Ｔan中の短絡解除アーク再発生時（時刻ｔｂ、ｔｃ）の電流値は非常に大きいままである。この理由は以下のとおりである。すなわち、アンチスチック期間Ｔan中は、同図（Ｃ）に示すように、送給速度Ｗｆが次第に遅くなるように変化しているために、くびれ検出感度の調整が難しい状態になる。このために、くびれ検出が誤検出することが多く、かえってアーク状態を不安定にすることも多い。これに対処するために、アンチスチック期間Ｔan中はくびれ検出制御を禁止して行わないのが一般的であった。この結果、アンチスチック期間Ｔan中に短絡が発生するとアーク再発生時の電流値が大きくなりスパッタ発生を抑制することができないという課題があった。
【００１８】
そこで、本発明では，溶接終了制御時もくびれ検出制御によって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終了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、溶接電源に溶接終了指令が入力されると送給モータに停止指令を出力し、溶接ワイヤが停止したときのワイヤ燃上り高さが略所望値になるように溶接電源の出力をアンチスチック制御する消耗電極アーク溶接終了制御方法において、
前記溶接終了指令が入力された後の最初の短絡発生を検出して前記送給モータに前記停止指令を出力し、続いてこの短絡期間中に溶滴のくびれ現象を検出して溶接電流を急減させて低い値に維持してアークを再発生させ、アーク長が略一定の低い状態でアークが再発生すると前記アンチスチック制御を行いワイヤ燃上り高さを所望値にする、ことを特徴とする消耗電極アーク溶接終了制御方法である。
【００２０】
また、第２の発明は、第１の発明記載の送給モータに停止指令を出力するタイミングを、前記アーク再発生時点とする、ことを特徴とする消耗電極アーク溶接終了制御方法である。
【発明の効果】
【００２１】
本発明によれば、溶接終了制御中の短絡に対しても高精度なくびれ検出制御を行うことができるので、溶接終了制御期間中のスパッタ発生を大幅に抑制することができる。さらに、溶接終了制御期間に入って最初に発生した短絡が解除されてアークが再発生したときのアーク状態が安定した一定状態であるので、これ以降のアンチスチック制御中に再び短絡が発生する可能性は低くなる。このために、再短絡によるスパッタの発生を抑制することができ、かつ、ワイヤ燃上り高さのバラツキも少なくすることができる。
【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】
［実施の形態１］
本発明の実施の形態１は、溶接終了指令が入力された後の最初の短絡発生を検出して送給モータに停止指令を出力し、続いてこの短絡期間中に溶滴のくびれ現象を検出して溶接電流を急減させて低い値に維持してアークを再発生させ、アーク長が略一定の低い状態でアークが再発生するとアンチスチック制御を行いワイヤ燃上り高さを所望値にする消耗電極アーク溶接終了制御方法である。以下、この実施の形態１について詳述する。
【００２４】
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終了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。
【００２５】
短絡検出回路ＳＤは、電圧検出信号Ｖｄの値によって短絡状態を検出してＨｉｇｈレベルになる短絡検出信号Ｓｄを出力する。アンチスチック制御切換回路ＡＣは、この短絡検出信号Ｓｄ及び溶接開始信号Ｓｔを入力として、溶接開始信号ＳｔがＨｉｇｈレベルからＬｏｗレベル（溶接終了指令）に変化した後に短絡検出信号Ｓｄが最初にＨｉｇｈレベル（短絡）に変化した時点でＨｉｇｈレベルに変化するアンチスチック制御切換信号Ａｃを出力する。同図では、上記のアンチスチック制御切換信号Ａｃを起動回路ＯＮ、切換回路ＳＷ及び送給制御回路ＦＣへの同期のための入力信号とする。
【００２６】
図２は、上記の溶接電源における溶接終了制御時のタイミングチャートである。同図（Ａ）は溶接開始信号Ｓｔの、同図（Ｂ）は起動信号Ｏｎの、同図（Ｃ）は送給速度Ｗｆの、同図（Ｄ）は電圧制御設定信号Ｖcrの、同図（Ｅ）は溶接電圧Ｖｗの、同図（Ｆ）は溶接電流Ｉｗの、同図（Ｇ）は短絡検出信号Ｓｄの、同図（Ｈ）はアンチスチック制御切換信号Ａｃの時間変化を示す。同図は上述した図８と対応している。以下、同図を参照して説明する。
【００２７】
時刻ｔ１において、同図（Ａ）に示すように、溶接開始信号ＳｔがＬｏｗレベル（溶接終了指令）に変化するが、同図（Ｈ）に示すように、アンチスチック制御切換信号ＡｃはＬｏｗレベルのままで変化しない。このために、同図（Ｃ）に示す送給速度Ｗｆ及び同図（Ｄ）に示す電圧制御設定信号Ｖcrは定常時のままである。時刻ｔ２において、同図（Ｅ）に示すように、時刻ｔ１以降の最初の短絡が発生すると、同図（Ｇ）に示すように、短絡検出信号ＳｄがＨｉｇｈレベルに変化し、これに応動して同図（Ｈ）に示すように、アンチスチック制御切換信号ＡｃはＨｉｇｈレベルに変化する。これに応動して、同図（Ｂ）に示すように、起動信号Ｏｎは時刻ｔ２から所定のアンチスチック期間Ｔanだけ遅延して時刻ｔ４にＬｏｗレベルに変化する。同時に、同図（Ｃ）に示すように、送給モータＭへ送給制御信号Ｆｃによって停止指令が出力されて送給速度Ｗｆは慣性により次第に遅くなる。同時に、同図（Ｄ）に示すように、電圧制御設定信号Ｖcrはアンチスチック電圧設定値Ｖarに変化する。
【００２８】
時刻ｔ２において発生した短絡期間中は、上述したように、送給速度Ｗｆは略定常時のままであるためにくびれ検出は定常時と同様に高精度に行うことができる。このために、同図（Ｆ）に示すように、時刻ｔｂのアーク再発生時の電流値を低くすることができ、時刻ｔ１以降の溶接終了制御期間中のスパッタ発生を抑制することができる。さらに、時刻ｔｂのアーク再発生時点のアーク長は、くびれ検出制御によって円滑にワイヤ先端の溶滴が略全て移行しかつ電流値が低い値であるのでアーク力が弱いために、当初は略一定の低い状態になる。すなわち、アーク再発生時のアーク長は、溶接条件によってあまりバラツキがなく略一定の低い値となる。このアーク長が略一定の状態からアンチスチック制御が行われるので、同図（Ｃ）に示すように、時刻ｔ３において送給速度Ｗｆが略ゼロとなる前後において、同図（Ｅ）に示すように、ワイヤ燃上り高さが略所望値に達してアークが消滅する。時刻ｔ４において、アンチスチック期間Ｔanが終了すると、同図（Ｂ）に示すように、起動信号ＯｎがＬｏｗレベルに変化し、溶接電源の出力は停止する。
【００２９】
上述した実施の形態１では、溶接終了制御期間中の短絡に対しても高精度なくびれ検出制御を行うことができるので、溶接終了制御期間中のスパッタ発生を大幅に抑制することができる。さらに、溶接終了制御期間に入って最初に発生した短絡が解除されてアークが再発生したときのアーク状態が安定した一定状態であるので、これ以降のアンチスチック期間中に再び短絡が発生する可能性は低くなる。このために、再短絡によるスパッタの発生のおそれも低くなり、かつ、ワイヤ燃上り高さのバラツキも少なくなる。
【００３０】
［実施の形態２］
本発明の実施の形態２は、実施の形態１記載のアンチスチック制御に切り換えて送給モータに停止指令を出力するタイミングを、溶接終了指令が入力された後に最初に発生した短絡が解除されてアークが再発生した時点とするものである。以下、この実施の形態２について実施の形態１と異なる典を説明する。
【００３１】
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終了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。
【００３２】
第２アンチスチック制御切換回路ＡＣ２は、短絡検出信号Ｓｄ及び溶接開始信号Ｓｔを入力として、溶接開始信号ＳｔがＨｉｇｈレベルからＬｏｗレベル（溶接終了指令）に変化した後に短絡検出信号Ｓｄが最初にＨｉｇｈレベル（短絡）になり再びＬｏｗレベル（アーク再発生）に変化した時点でＨｉｇｈレベルに変化するアンチスチック制御切換信号Ａｃを出力する。これによって、アンチスチック制御切換信号ＡｃがＨｉｇｈレベルに変化するタイミングは、実施の形態１での最初の短絡発生時から短絡解除アーク再発生時にシフトする。
【００３３】
図４は、上記の溶接電源における溶接終了制御時のタイミングチャートである。同図（Ａ）は溶接開始信号Ｓｔの、同図（Ｂ）は起動信号Ｏｎの、同図（Ｃ）は送給速度Ｗｆの、同図（Ｄ）は電圧制御設定信号Ｖcrの、同図（Ｅ）は溶接電圧Ｖｗの、同図（Ｆ）は溶接電流Ｉｗの、同図（Ｇ）は短絡検出信号Ｓｄの、同図（Ｈ）はアンチスチック制御切換信号Ａｃの時間変化を示す。同図は上述した図２と対応しており、以下、図２と異なる点について説明する。
【００３４】
時刻ｔ２において、同図（Ｇ）に示すように、短絡検出信号ＳｄがＬｏｗレベルに変化すると、同図（Ｈ）に示すように、アンチスチック制御切換信号ＡｃはＨｉｇｈレベルに変化する。これに応動してアンチスチック制御に切り換わり、同図（Ｂ）に示すように、起動信号Ｏｎはアンチスチック期間Ｔan経過後Ｌｏｗレベルになり、同図（Ｃ）に示すように、送給モータへ停止指令が出力されて送給速度Ｗｆは慣性によって次第に遅くなる。同時に、同図（Ｄ）に示すように、電圧制御設定信号Ｖcrは定常時の電圧設定値Ｖｒからアンチスチック電圧設定値Ｖarに変化する。これ以外の動作は図２と同一である。したがって、実施の形態２では、アンチスチック制御切換信号ＡｃがＨｉｇｈレベルになるタイミングを最初の短絡発生時から解除時にシフトさせたものである。実施の形態２の作用効果については実施の形態１と同一である。
【００３５】
上述した実施の形態１〜２では、アンチスチック制御方法として所定期間中アンチスチック電圧を印加する方法を例示した。しかし、本発明におけるアンチスチック制御方法としては、従来技術の項で上述したように、アンチスチック期間中の溶接電圧が所定値に達した時点で出力を停止する方法、所定電流を所定期間通電する方法等の種々の従来技術であっても良い。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】本発明の実施の形態１に係る消耗電極アーク溶接終了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溶接終了制御時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終了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溶接終了制御時のタイミングチャートである。
【図５】従来技術における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終了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定常時のタイミングチャートである。
【図８】図６の溶接電源における溶接終了制御時のタイミングチャートである。
【符号の説明】
【００３７】
１ 溶接ワイヤ
１ａ 溶滴
１ｂ くびれ
２ 母材
２ａ 溶融池
３ アーク
ＡＣ アンチスチック制御切換回路
Ａｃ アンチスチック制御切換信号
ＡＣ２ 第２アンチスチック制御切換回路
ＤＲ 駆動回路
Ｄｒ 駆動信号
ＤＲＴ トランジスタ駆動回路
Ｄrt トランジスタ駆動信号
ＥＡ 誤差増幅回路
Ｅａ 誤差増幅信号
ＦＣ 送給制御回路
Ｆｃ 送給制御信号
Ｉａ アーク再発生時電流値
Ｉｗ 溶接電流
Ｍ 送給モータ
ＮＤ くびれ検出制御回路
Ｎｄ くびれ検出信号
ＯＮ 起動回路
Ｏｎ 起動信号
ＰＭ 電源主回路
Ｒ 抵抗器
ＳＤ 短絡検出回路
Ｓｄ 短絡検出信号
Ｓｔ 溶接開始信号
ＳＷ 切換回路
Ｔan アンチスチック期間
ＴＲ トランジスタ
Ｔｓ 短絡期間
ＶＡＲ アンチスチック電圧設定回路
Ｖar アンチスチック電圧設定（値／信号）
Ｖcr 電圧制御設定信号
ＶＤ 電圧検出回路
Ｖｄ 電圧検出信号
Ｖｈ 限界電圧値
ＶＲ 電圧設定回路
Ｖｒ 電圧設定（値／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
Ｗｆ 送給速度
ΔＶ 電圧上昇値
【特許請求の範囲】
【請求項１】
溶接電源に溶接終了指令が入力されると送給モータに停止指令を出力し、溶接ワイヤが停止したときのワイヤ燃上り高さが略所望値になるように溶接電源の出力をアンチスチック制御する消耗電極アーク溶接終了制御方法において、
前記溶接終了指令が入力された後の最初の短絡発生を検出して前記送給モータに前記停止指令を出力し、続いてこの短絡期間中に溶滴のくびれ現象を検出して溶接電流を急減させて低い値に維持してアークを再発生させ、アーク長が略一定の低い状態でアークが再発生すると前記アンチスチック制御を行いワイヤ燃上り高さを所望値にする、ことを特徴とする消耗電極アーク溶接終了制御方法。
【請求項２】
請求項１記載の送給モータに停止指令を出力するタイミングを、前記アーク再発生時点とする、ことを特徴とする消耗電極アーク溶接終了制御方法。
【請求項１】
溶接電源に溶接終了指令が入力されると送給モータに停止指令を出力し、溶接ワイヤが停止したときのワイヤ燃上り高さが略所望値になるように溶接電源の出力をアンチスチック制御する消耗電極アーク溶接終了制御方法において、
前記溶接終了指令が入力された後の最初の短絡発生を検出して前記送給モータに前記停止指令を出力し、続いてこの短絡期間中に溶滴のくびれ現象を検出して溶接電流を急減させて低い値に維持してアークを再発生させ、アーク長が略一定の低い状態でアークが再発生すると前記アンチスチック制御を行いワイヤ燃上り高さを所望値にする、ことを特徴とする消耗電極アーク溶接終了制御方法。
【請求項２】
請求項１記載の送給モータに停止指令を出力するタイミングを、前記アーク再発生時点とする、ことを特徴とする消耗電極アーク溶接終了制御方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【公開番号】特開２００６−３０５５８４（Ｐ２００６−３０５５８４Ａ）
【公開日】平成１８年１１月９日（２００６．１１．９）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００５−１２９２５０（Ｐ２００５−１２９２５０）
【出願日】平成１７年４月２７日（２００５．４．２７）
【出願人】（００００００２６２）株式会社ダイヘン (990)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１８年１１月９日（２００６．１１．９）
【国際特許分類】
【出願日】平成１７年４月２７日（２００５．４．２７）
【出願人】（００００００２６２）株式会社ダイヘン (990)
【Ｆターム（参考）】
[ Back to top ]