溶接制御装置、溶接制御方法およびそのプログラム
【課題】炭酸ガス主体のシールドガスを用いても１周期あたり１溶滴移行が可能であり、何らかの外乱で溶滴移行の規則性がくずれても即座に正常状態に復帰させることができる技術を提供する。
【解決手段】ワイヤ先端２０５からの溶滴の離脱を検出する溶滴離脱検出部と、溶滴を離脱させる第１パルス２０１と、溶滴を整形する第２パルス２０２とを交互に生成して溶接電源に出力する波形生成器とを備える溶接制御装置において、波形生成器は、第１パルス２０１のピーク期間、立下りスロープ期間またはベース期間において溶滴の離脱が検出されなかった場合２１３に、第１パルス２０１のベース期間終了後に、第２パルス２０２とはパルスピーク電流および／またはパルス幅の異なるパルス形状を有する第３パルスを生成して溶接電源に出力することにより溶滴移行規則性のずれを修正する。
【解決手段】ワイヤ先端２０５からの溶滴の離脱を検出する溶滴離脱検出部と、溶滴を離脱させる第１パルス２０１と、溶滴を整形する第２パルス２０２とを交互に生成して溶接電源に出力する波形生成器とを備える溶接制御装置において、波形生成器は、第１パルス２０１のピーク期間、立下りスロープ期間またはベース期間において溶滴の離脱が検出されなかった場合２１３に、第１パルス２０１のベース期間終了後に、第２パルス２０２とはパルスピーク電流および／またはパルス幅の異なるパルス形状を有する第３パルスを生成して溶接電源に出力することにより溶滴移行規則性のずれを修正する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、溶接制御装置に係り、特に、炭酸ガス単体または炭酸ガスを主成分として含む混合ガスを、シールドガスとして用いるパルスアーク溶接を行う溶接制御装置、溶接制御方法およびそのプログラムに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
Ａｒ−５〜３０％ＣＯ2混合ガスをシールドガスとして用いるＭＡＧ溶接方法は、溶滴が細粒化することに起因して、スパッタ発生量を低減できることから、従来から広い分野で適用されている。特に、高品質な溶接を必要とする分野では、溶接電流を１００〜３５０Ｈｚ程度のパルス電流として出力することにより、１パルス１溶滴移行としたパルスＭＡＧ溶接方法の適用が広がってきている。
【０００３】
しかしながら、Ａｒガスは、炭酸ガスと比較すると価格が高価であることから、通常の溶接施工に際しては、炭酸ガス単体または炭酸ガスを主成分とした混合ガスをシールドガスとして用いることが多い。
【０００４】
一方、炭酸ガス単体または炭酸ガスを主成分とした混合ガスを、シールドガスとして用いた場合、ＭＡＧ溶接方法と比較して溶滴が粗大化し、アーク力によって不規則に振動したり変形したりするため、母材との短絡やアーク切れを発生させ易く、溶滴移行も不規則となり、スパッタおよびヒュームが多量発生するという問題がある。
【０００５】
このような問題に対し、特許文献１および特許文献２では、炭酸ガスシールドアーク溶接においてパルス溶接を適用し、特許文献１では、パルスパラメータを規定することにより、また、特許文献２では、パルスパラメータおよびワイヤ成分を規定することにより、それぞれ炭酸ガスアーク溶接でも１パルス１溶滴移行を実現する方法が提案されている。この従来の方法は、ピーク電流印加前にワイヤ先端に充分な大きさの溶滴を形成させておくことにより、ピーク電流の電磁ピンチ力が溶滴のくびれを早く生じさせ、アーク力によって溶滴がワイヤ方向に押し戻される前に溶滴をワイヤから離脱させることができるとするものである。
【０００６】
また、炭酸ガスシールドアーク溶接方法に関し、特許文献３では、溶接電源の出力制御方法として外部特性切り替え制御を行うことにより、スパッタのさらなる低減を達成する溶接方法が提案されている。
【０００７】
特許文献４では、炭酸ガスを主成分とするシールドガスを用いたパルスアーク溶接機の出力制御装置に関し、電圧または抵抗の増加により溶滴離脱を検出し、検出した時点から一定期間、電流を低下させることにより、スパッタを抑制するとしている。
【０００８】
さらに、特許文献５では、炭酸ガスを主成分とするシールドガスを用い、ワイヤ送給量が増加するに伴い、パルス期間、ベース期間を短く設定する第１パルスと、第１パルスよりもパルス期間を短く設定した第２パルスとからなる異なる２種類のパルス波形を出力するパルスアーク溶接機を用いて、スパッタを抑制するとしている。
【０００９】
また、これまでに、本願発明者らは、炭酸ガス単体または炭酸ガスを主成分とする混合ガスを、シールドガスとして用いた１周期あたりパルスピーク電流レベルが異なる２種類のパルス波形を交互に出力させるパルスアーク溶接方法において、１周期あたり１溶滴を移行させると同時に、コンタクトチップと母材間の距離が変化した場合でも１周期あたり１溶滴移行を乱さない範囲で、溶滴を整形する役割を担った第２パルスについてのピーク電流（Ｉｐ２）、ベース電流（Ｉｂ２）、ピーク期間（Ｔｐ２）、ベース期間（Ｔｂ２）の１種以上を調整することにより、アーク長を一定に制御するパルスアーク溶接方法を提案している（特許文献６参照）。
【００１０】
特許文献６に記載のパルスアーク溶接方法について図１４を参照して説明する。図１４は、従来のパルスアーク溶接方法で生成されるパルス波形による溶接ワイヤ先端部の時系列変化を模式的に示す説明図である。この従来のパルスアーク溶接方法を実行する従来の溶接制御装置は、図１４において下側に示すように、パルス波形が異なる２種類のパルス電流（パルス信号）として、第１パルス９０１と第２パルス９０２とを交互に生成して溶接電源に出力する。ここで、第１パルス９０１および第２パルス９０２のパルスパラメータは以下の条件を満たすように設定される。すなわち、第１パルス９０１のピーク電流（第１パルスピーク電流）Ｉｐ１を３００〜７００Ａ、その期間（第１パルスピーク期間）Ｔｐ１を０．３〜５．０ｍｓ、ベース電流（第１パルスベース期間）Ｉｂ１を３０〜２００Ａ、その期間（第１パルスベース期間）Ｔｂ１を０．３〜１０ｍｓとする。また、第２パルス９０２のピーク電流（第２パルスピーク電流）Ｉｐ２を、Ｉｐ２＜Ｉｐ１、かつ、２００〜６００Ａ、その期間（第２パルスピーク期間）Ｔｐ２を１．０〜１５ｍｓ、ベース電流（第２パルスベース電流）Ｉｂ２を３０〜２００Ａ、その期間（第２パルスベース期間）Ｔｂ２を３．０〜２０ｍｓとする。なお、第１パルス９０１および第２パルス９０２の波形形状には、詳細には、図１５に示すようにベース電流からピーク電流へ至る立上りスロープ期間（第１パルス立上りスロープ期間Ｔｕｐ１、第２パルス立上りスロープ期間Ｔｕｐ２）やピーク電流からベース電流へ至る立下りスロープ期間（Ｔｄｏｗｎ）が含まれる。
【００１１】
このような条件によりパルスアーク溶接を実施すると、図１４において上側に時系列に示すように、図示しない被溶接材との間にアーク９０４が生起される溶接ワイヤ（以下、単にワイヤという）のワイヤ先端９０５の溶滴形成および溶滴移行が行われる。まず、９１１の状態は、それ以前のパルス周期にて溶滴が離脱した後の第２パルスピーク期間中にワイヤ先端９０５に溶滴が成長し、さらに第２パルスベース期間の後期に至ったときの溶滴の様子を示している。このとき、第２パルスピーク電流から第２パルスベース電流へと電流値が急激に減少するため、ワイヤ先端９０５において押上げ力が弱まり、溶滴は、９１１に示すようにワイヤ先端９０５において垂下がるように整形される。
【００１２】
続いて、第１パルスピーク期間に入ると、ワイヤ中のピーク電流による電磁ピンチ力により、溶滴は、９１２に示すように、くびれ９０６を形成する変化をしながら急速に離脱を行う。溶接制御装置は、溶滴９０７のワイヤ先端９０５からの離脱を検知すると、検出時の電流から第１パルスベース電流へと電流値を急激に減少させて、溶滴離脱後のワイヤ側にアークが移動する瞬間においては、９１３に示すように、第１パルスベース期間に移行させて、電流が充分に下がっている状態にする。このことにより、ワイヤのくびれ９０６部分の飛散や離脱後の残留融液の飛散による小粒スパッタを大幅に低減できる。
【００１３】
続いて、第２パルスピーク期間では、溶接制御装置は、溶滴離脱後のワイヤに残留した残留融液が離脱や飛散をしないレベルに第２パルスピーク電流を設定し、この第２パルスで溶滴を９１４に示すように成長させる。そして、溶接制御装置は、第２パルスベース期間では、９１５に示すように溶滴の整形を行う。そして、溶滴は、再び９１１の状態に戻って整形される。このため、溶接制御装置は、通常は、１周期あたり１溶滴の移行を極めて規則正しく実現できる。
【特許文献１】特開平７−２９０２４１号公報（段落００１１、図１）
【特許文献２】特開平７−４７４７３号公報（段落０００７−０００８、図１）
【特許文献３】特開平８−２６７２３８号公報（段落００１７−００１８、図８）
【特許文献４】特開平８−２２９６８０号公報（段落００３６、図１０）
【特許文献５】特開平１０−２６３８１５号公報（段落００２６、図２）
【特許文献６】特開２００７−２３７２７０号公報（段落００２６−００２８、図２）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
特許文献１ないし特許文献３による方法は、いずれもシールドガスとして安価な炭酸ガスを用いながらも、１パルス１溶滴移行を可能とし、溶滴移行の規則性を向上させると共に、パルスなし溶接と比較すると大粒のスパッタ発生量を低減できるものである。しかしながら、特許文献１ないし特許文献３の方法は、パルスピーク期間途中に溶滴を離脱させることから、溶滴離脱時のワイヤ先端のくびれ部分が飛散することによる小粒スパッタや溶滴離脱後のワイヤに残留した融液の飛散による小粒スパッタが多発する問題点がある。
【００１５】
特許文献４による出力制御装置では、溶滴離脱を検知後、所定期間、電流を低下させることにより、スパッタを抑制することを可能としているが、この方法では、溶適離脱の有無に関わらず、すべてのパルスにおいて、パルスピーク電流が同一であるため、パルスピーク電流を、溶滴離脱が可能となるパルスピーク電流となるように比較的高く設定すると、溶滴離脱後のワイヤに残留した溶融金属が、強力なアーク力によって、離脱後の次のパルスピーク印加時に飛散し、大粒スパッタを発生させることがある。また、溶滴形成時の過熱が大きいため、ヒューム発生量も多い。これを抑制するためにパルスピーク電流を比較的低く設定すると、パルスピーク期間にて溶滴が離脱できなくなるという問題点があった。
【００１６】
さらに、特許文献５では、ワイヤ送給量が増加するに伴い、パルス期間、ベース期間を短く設定する第１パルスと、第１パルスよりもパルス期間を短く設定した第２パルスとからなる異なる２種類のパルス波形を出力するパルスアーク溶接方法により、スパッタを低減できるとしているが、ワイヤ送給量の増大に伴い、第１パルス期間、第１ベース期間を短く設定すると、第２パルスによる電磁ピンチ力を受ける前段階において、ワイヤ先端の溶滴形状が整えられず、電磁ピンチ力が有効に作用しなくなる。そのため、１周期あたり１溶滴の規則的な移行が困難となり、大粒スパッタを発生させるという問題点があった。
【００１７】
また、特許文献６では、１周期あたりパルスピーク電流レベルの異なる２種類のパルス波形を交互に出力させることにより、小粒スパッタや溶滴離脱後の次のパルスピーク印加時に飛散する大粒スパッタを大幅に低減できると共に、広いワイヤ送給速度範囲で１周期あたり１溶滴移行を可能とすることができる。しかしながら、溶滴を離脱させるべき第１パルスにおいて、何らかの外乱により溶滴の離脱に失敗した場合、それ以降の溶滴移行の規則性がくずれ、正常状態に復活するまでに数周期かかるため、その期間、スパッタおよびヒュームを増大させてしまうという問題点があった。
【００１８】
そこで、本発明では、前記した問題を解決し、炭酸ガス主体のシールドガスを用いても１周期あたり１溶滴移行が可能であり、何らかの外乱で溶滴移行の規則性がくずれても即座に正常状態に復帰させることができる溶接制御装置、溶接制御方法およびそのプログラム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】
【００１９】
本発明は、前記目的を達成するために創案されたものであり、本発明のうち請求項１に記載の溶接制御装置は、炭酸ガス単体または炭酸ガスが主成分である混合ガスをシールドガスとするアーク溶接において溶接ワイヤ先端からの溶滴の離脱を検出する溶滴離脱検出部と、前記溶滴を離脱させる第１パルスと、前記溶滴を整形する第２パルスとを交互に生成して溶接電源に出力すると共に前記溶滴の離脱が検出された場合に直ちに前記第１パルスの電流値を検出時の電流値よりも低い所定値に切り替える波形生成器とを備える溶接制御装置において、前記波形生成器が、前記第１パルスのピーク期間、立下りスロープ期間またはベース期間において前記溶滴の離脱が検出されなかった場合に、前記第１パルスのベース期間終了後に、前記第２パルスとはパルスピーク電流および／またはパルス幅の異なるパルス形状を有する第３パルスを生成して前記溶接電源に出力することにより溶滴移行規則性のずれを修正することを特徴とする。
【００２０】
かかる構成によれば、溶接制御装置は、通常は第１パルスと第２パルスとを交互に生成して溶接電源に出力し、何らかの外乱で溶滴移行の規則性がくずれたときに、波形生成器によって、第１パルスに続いて第２パルスとは異なる第３パルスを出力する。ここで、第３パルスを、溶滴を強制的に離脱させるためのパルスとすることもできるし、溶滴をスムーズに離脱できるように改めて整形し直すためのパルスとすることもできる。これにより、本発明の溶接制御装置では、溶滴移行の規則性がくずれたときに正常状態に復帰させるまでに要する期間を、従来の装置よりも短くさせることができる。したがって、正常状態に復帰させるまでに要する期間に発生するスパッタおよびヒュームを低減できる。
【００２１】
また、請求項２に記載の溶接制御装置は、請求項１に記載の溶接制御装置であって、前記波形生成器が、前記第３パルスのピーク期間または立下りスロープ期間において前記溶滴の離脱が検出された場合に直ちに当該第３パルスの電流値を検出時の電流値よりも低い所定値に切り替え、前記所定値の電流について予め定められた期間の終了後に、前記第２パルスを生成して前記溶接電源に出力することを特徴とする。
【００２２】
かかる構成によれば、溶接制御装置は、何らかの外乱で溶滴移行の規則性がくずれたときに、波形生成器によって、第１パルスに続いて、溶滴を強制的に離脱させるためのパルスとしての第３パルスを出力する。そして、溶接制御装置は、第３パルスを出力し溶滴の離脱を確認した後に第２パルスを出力するので、その第２パルスに続いて、再び第１パルスと第２パルスとを交互に出力することができる。したがって、本発明の溶接制御装置は、溶滴移行の規則性がくずれたときに正常状態に復帰させるまでに要する期間を、従来の装置よりも短くさせることができる。
【００２３】
また、請求項３に記載の溶接制御装置は、請求項２に記載の溶接制御装置であって、前記波形生成器が、前記第３パルスのピーク期間または立下りスロープ期間において前記溶滴の離脱が検出されなかった場合に、前記溶滴の離脱が検出されるまで予め設定された回数を最大として連続して前記第３パルスを繰り返し生成して前記溶接電源に出力することを特徴とする。
【００２４】
かかる構成によれば、溶接制御装置は、溶滴を強制的に離脱させるためのパルスとしての第３パルスを１度出力した後に溶滴の離脱を確認できなかったとしても、第３パルスを連続して出力することができるので、溶滴を強制的に離脱させることによって、正常状態に復帰させるまでに要する期間を、従来の装置よりも短くすることができる。
【００２５】
また、請求項４に記載の溶接制御装置は、請求項２または請求項３に記載の溶接制御装置であって、前記第３パルスについての前記所定値が、前記第３パルスのベース期間の電流値を示すベース電流であり、前記予め定められた期間が、前記第３パルスのベース期間であり、前記第３パルスのピーク電流Ｉｐ３が３００〜７００Ａ、前記第３パルスの立上りスロープ期間Ｔｕ３が５．０ｍｓ以下、前記第３パルスのピーク期間Ｔｐ３が０．３〜５．０ｍｓ、前記第３パルスの立下りスロープ期間Ｔｄ３が１０．０ｍｓ以下、前記第３パルスのベース電流Ｉｂ３が３０〜２００Ａ、前記第３パルスのベース期間Ｔｂ３が０．３〜１０ｍｓの各条件を満たすことを特徴とする。
【００２６】
かかる構成によれば、溶接制御装置は、ピーク電流Ｉｐ３やピーク期間Ｔｐ３が条件を満たす第３パルスを生成することで、この第３パルスが、溶滴を離脱させる過程において充分な電磁ピンチ力を確保させることに寄与できる。また、溶接制御装置は、立上りスロープ期間Ｔｕ３や立下りスロープ期間Ｔｄ３が条件を満たす第３パルスを生成することで、この第３パルスが、アーク力や電磁ピンチ力の急激な変化を防止し、溶滴においてアークの発生点を徐々に移動させることに寄与できる。また、溶接制御装置は、ベース電流Ｉｂ３やベース期間Ｔｂ３が条件を満たす第３パルスを生成することで、この第３パルスが、溶滴離脱後にワイヤ側にアークが移動する過程において、アーク切れを起こさず、かつ、小粒スパッタ発生を抑制することに寄与できる。
【００２７】
また、請求項５に記載の溶接制御装置は、請求項１に記載の溶接制御装置であって、前記波形生成器が、前記第３パルスのピーク期間、立下りスロープ期間またはベース期間において前記溶滴の離脱が検出されなかった場合に、当該第３パルスのベース期間の終了後に、前記第１パルスを生成して前記溶接電源に出力することを特徴とする。
【００２８】
かかる構成によれば、溶接制御装置は、何らかの外乱で溶滴移行の規則性がくずれたときに、波形生成器によって、第１パルスに続いて、溶滴をスムーズに離脱できるように改めて整形し直すためのパルスとしての第３パルスを出力する。そして、溶接制御装置は、第３パルスを出力し第３パルスのベース期間の終了まで溶滴の離脱が検出されない場合に、その第３パルスに続いて、溶滴を離脱させるために通常用いている第１パルスを出力する。そのため、第３パルスにより整形し直した溶滴を、第１パルスによって離脱させれば、再び第１パルスと第２パルスとを交互に出力することができる。したがって、本発明の溶接制御装置は、溶滴移行の規則性がくずれたときに正常状態に復帰させるまでに要する期間を、従来の装置よりも短くさせることができる。
【００２９】
また、請求項６に記載の溶接制御装置は、請求項５に記載の溶接制御装置であって、前記第３パルスのピーク電流Ｉｐ３が１００〜４００Ａ、前記第３パルスのピーク期間Ｔｐ３が０．３〜１０．０ｍｓ、前記第３パルスのベース電流Ｉｂ３が３０〜２００Ａ、前記第３パルスのベース期間Ｔｂ３が０．３〜１５ｍｓの各条件を満たすことを特徴とする。
【００３０】
かかる構成によれば、溶接制御装置は、ピーク電流Ｉｐ３やピーク期間Ｔｐ３が条件を満たす第３パルスを生成することで、この第３パルスが、溶滴を整形する過程において溶滴を安定に形成することに寄与できる。また、溶接制御装置は、第３パルスのベース電流Ｉｂ３やベース期間Ｔｂ３が条件を満たす第３パルスすることで、この第３パルスが、溶滴を整形する過程において、アーク切れを起こさず、安定に溶滴を整形することに寄与できる。
【００３１】
また、請求項７に記載の溶接制御方法は、炭酸ガス単体または炭酸ガスが主成分である混合ガスをシールドガスとするアーク溶接において溶接ワイヤ先端からの溶滴の離脱を検出する溶滴離脱検出部と、前記溶滴を離脱させる第１パルスと、前記溶滴を整形する第２パルスとを交互に生成して溶接電源に出力すると共に前記溶滴の離脱が検出された場合に直ちに前記第１パルスの電流値を検出時の電流値よりも低い所定値に切り替える波形生成器とを備える溶接制御装置の溶接制御方法において、前記溶接制御装置が、前記溶滴離脱検出部によって、前記第１パルスのピーク期間、立下りスロープ期間またはベース期間において前記溶滴の離脱が検出されなかった場合に、前記波形生成器によって、前記第１パルスのベース期間終了後に、前記第２パルスとはパルスピーク電流および／またはパルス幅の異なるパルス形状を有する第３パルスを生成して前記溶接電源に出力することにより溶滴移行規則性のずれを修正する前記第２パルスとはパルスピーク電流および／またはパルス幅の異なるパルス形状を有する第３パルスを生成して前記溶接電源に出力することにより溶滴移行規則性のずれを修正することを特徴とする。
【００３２】
かかる手順によれば、溶接制御装置は、通常は第１パルスと第２パルスとを交互に生成して溶接電源に出力し、何らかの外乱で溶滴移行の規則性がくずれたときに、波形生成器によって、第１パルスに続いて第２パルスとは異なる第３パルスを出力する。これにより、本発明の溶接制御方法では、溶滴移行の規則性がくずれたときに正常状態に復帰させるまでに要する期間を、従来の方法よりも短くさせることができる。したがって、正常状態に復帰させるまでに要する期間に発生するスパッタおよびヒュームを低減できる。
【００３３】
また、請求項８に記載の溶接制御プログラムは、炭酸ガス単体または炭酸ガスが主成分である混合ガスをシールドガスとするアーク溶接において溶接電源に出力するパルス波形の信号を生成するために、コンピュータを、溶接ワイヤ先端から溶滴を離脱させる第１パルスと、前記溶滴を整形する第２パルスとを交互に生成して前記溶接電源に出力する手段、前記溶滴の離脱が検出された場合に直ちに前記第１パルスの電流値を検出時の電流値よりも低い所定値に切り替える手段、前記第１パルスのピーク期間、立下りスロープ期間またはベース期間において前記溶滴の離脱が検出されなかった場合に、前記第１パルスのベース期間終了後に、前記第２パルスとはパルスピーク電流および／またはパルス幅の異なるパルス形状を有する第３パルスを生成して前記溶接電源に出力することにより溶滴移行規則性のずれを修正する手段として機能させることを特徴とする。このように構成されることにより、このプログラムをインストールされたコンピュータは、このプログラムに基づいた各機能を実現することができる。
【発明の効果】
【００３４】
本発明によれば、溶接制御装置は、何らかの外乱で溶滴移行の規則性がくずれたときに、溶滴を離脱させる第１パルスに続いて、溶滴を整形する第２パルスとは異なる第３パルスを出力するので、溶滴移行の規則性を正常状態に復帰させるまでに要する期間を従来よりも短縮できる。したがって、正常状態に復帰させるまでに要する期間に発生するスパッタおよびヒュームを低減できる。その結果、仮に溶滴移行の規則性がくずれたとしてもそのときの溶接の品質の低下を最小限に食い止めることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３５】
以下、図面を参照して本発明の溶接制御装置および溶接制御方法を実施するための最良の形態（以下「実施形態」という）について説明する。まず、本発明の溶接制御方法の概要、この溶接制御方法のうち２種類の手法を説明した上で、従来技術と対比したときの特長、本発明の溶接制御方法を実現する溶接制御装置の構成およびその動作について順次説明していくこととする。
【００３６】
［溶接制御方法の概要］
図１は、本発明の溶接制御装置が生成するパルス波形による溶接ワイヤ先端部の時系列変化を模式的に示す説明図である。本発明の溶接制御装置は、炭酸ガス単体または炭酸ガスが主成分である混合ガスをシールドガスとするアーク溶接においてパルス電流（パルス信号）によって１周期あたり１溶滴の溶滴移行の規則性を実現するものである。本発明の溶接制御装置は、図１において下側に示すように、通常は、パルス波形が異なる２種類のパルス電流（パルス信号）として、第１パルス２０１と第２パルス２０２とを交互に生成して溶接電源に出力する。ここで、第１パルス２０１および第２パルス２０２の波形形状の詳細を図１５に示す。第１パルス２０１および第２パルス２０２のパルスパラメータは、例えば、図１４を参照して説明した条件を満たすように設定される。
【００３７】
このような条件によりパルスアーク溶接を実施すると、図１において上側に時系列に示すように、図示しない被溶接材との間にアーク２０４が生起される溶接ワイヤ（以下、単にワイヤという）のワイヤ先端２０５の溶滴形成および溶滴移行が行われる。まず、２１１の状態は、それ以前のパルス周期にて溶滴が離脱した後の第２パルスピーク期間中にワイヤ先端２０５に溶滴が成長し、さらに第２パルスベース期間の後期に至ったときの溶滴の様子を示している。このとき、第２パルスピーク電流から第２パルスベース電流へと電流値が急激に減少するため、ワイヤ先端２０５において押上げ力が弱まり、溶滴は、２１１に示すようにワイヤ先端２０５において垂下がるように整形される。続いて、第１パルスピーク期間に入ると、ワイヤ中のピーク電流による電磁ピンチ力により、溶滴は、２１２に示すように、くびれ２０６を形成する変化をする。
【００３８】
ここで、例えば、ワイヤ送給速度変動や溶融池変動等の何らかの外乱により、第１パルスピーク期間、第１パルス立下りスロープ期間、または第１パルスベース期間にて、溶滴の離脱を検知しない場合が生じたとする。図１においては、２１３に示すように、第１パルスベース期間にて溶滴の離脱を検知しなかった場合を示している。このように第１パルスピーク期間、第１パルス立下りスロープ期間、または第１パルスベース期間にて、溶滴の離脱を検知しなかった場合には、本発明の溶接制御装置は、第１パルスベース期間終了後に、第２パルス２０２とはパルスピーク電流および／またはパルス幅の異なるパルス形状を有するパルス電流（パルス信号）を示す第３パルス２０３を生成して溶接電源に出力する。どのように異なるパルス形状であるかについては後記する。
【００３９】
第３パルスを出力する目的は、１周期あたり１溶滴の溶滴移行の規則性のずれを修正し、早く正常状態に復帰させることである。そのためには、２つの手法がある。第１手法は、ワイヤ先端２０５から離脱できなかった溶滴を第３パルスにより強制的に離脱させて第３パルスに続けて第２パルスを出力する方法である。第２手法は、ワイヤ先端２０５から離脱できなかった溶滴を第３パルスにより整形し直し、第３パルスに続けて出力する第１パルスで溶滴を離脱させる方法である。本発明の溶接制御装置は、後記するように、第１手法および第２手法にそれぞれ適した形状の波形を有した第３パルスを出力する。この第３パルス２０３の波形形状には、詳細には、図２に示すように、ベース電流Ｉｂ３からピーク電流Ｉｐ３へ至る立上りスロープ期間Ｔｕ３やピーク電流Ｉｐ３からベース電流Ｉｂ３へ至る立下りスロープ期間Ｔｄ３が含まれる。
【００４０】
［第１手法の概要］
第１手法では、第３パルスのピーク電流（第３パルスピーク電流）を、例えば、図１に示すように、第２パルスピーク電流より高くする。これを第３パルスの第１実施形態とする。これにより、第３パルスは、ワイヤ先端２０５から離脱できなかった溶滴を、２１４に示すように、強制的に離脱させることが可能である。この場合、溶接制御装置は、溶滴２０７のワイヤ先端２０５からの離脱を検知すると、検出時の電流から、例えば図１に示すように第３パルスベース電流へと電流値を急激に減少させて、溶滴離脱後のワイヤ側にアークが移動する瞬間においては、２１４に示すように、第３パルスベース期間に移行させて、電流が充分に下がっている状態にする。このことにより、ワイヤのくびれ２０６部分の飛散や離脱後の残留融液の飛散による小粒スパッタを大幅に低減できる。
【００４１】
また、第３パルスの出力に続いて、第２パルスを出力すると、第２パルスピーク期間では、溶接制御装置は、溶滴離脱後のワイヤに残留した残留融液が離脱や飛散をしないレベルに第２パルスピーク電流を設定し、この第２パルスで溶滴を２１５に示すように成長させる。そして、溶接制御装置は、第２パルスベース期間では、２１６に示すように溶滴の整形を行う。そして、溶滴は、再び２１１の状態に戻って整形される。このため、溶接制御装置は、溶滴移行の規則性のずれを修正し、従来よりも早く正常状態に復帰させることができる。
【００４２】
［第２手法の概要］
第２手法では、例えば、第３パルスのピーク電流（第３パルスピーク電流）を、第２パルスピーク電流より低くする。これを第３パルスの第２実施形態とする。これにより、第３パルスは、ワイヤ先端２０５から離脱できなかった溶滴を、２１１に示すように、ワイヤ先端２０５において垂下がるように整形する。そして、第３パルスの出力に続いて、第１パルスを出力すると、第１パルスピーク期間において、ワイヤ中のピーク電流による電磁ピンチ力により、溶滴は、２１２に示すように、くびれ２０６を形成する変化をしながら、２１４に示すように急速に離脱を行う。以降は、第２パルス、第１パルスを順に交互に出力できるので、溶滴移行の規則性のずれを修正できる。
【００４３】
［第１手法の好適なパラメータ条件］
第１手法では、離脱できなかった溶滴を第３パルスにより強制的に離脱させるので、図２に波形を示す第３パルスの第１実施形態におけるパルスパラメータの条件を以下の通りに設定することが好ましい。
【００４４】
＜ピーク電流Ｉｐ３＞
ピーク電流（第３パルスピーク電流）Ｉｐ３は３００〜７００Ａとする。このピーク電流Ｉｐ３は、溶滴を離脱させる過程において充分な電磁ピンチ力を確保するために大きく寄与する。ピーク電流Ｉｐ３が３００Ａ未満であると、電磁ピンチ力が弱く、溶滴移行の規則性を復帰させることができない。一方、ピーク電流Ｉｐ３が７００Ａを超えると、溶滴を押し上げるアーク力が強くなり過ぎてしまい、離脱した溶滴がスパッタとなる可能性があるだけでなく、装置重量やコストが上昇する問題も生じる。ピーク電流Ｉｐ３として、より好ましい範囲は、４００〜６００Ａである。
【００４５】
＜立上りスロープ期間Ｔｕ３＞
立上りスロープ期間（第３パルス立上りスロープ期間）Ｔｕ３は５．０ｍｓ以下とする。この立上りスロープ期間Ｔｕ３は、急激なアーク力の増加を防ぎ、徐々にアークの発生点を溶滴の上方部へ移動させるために寄与する。これにより、第３パルスにおける溶滴離脱が成功し易くなる。立上りスロープ期間Ｔｕ３が５．０ｍｓを超えると、溶滴を離脱させる電磁ピンチ力よりも、溶滴を押し上げるアーク力の方が強くなり、離脱した溶滴がスパッタとなる可能性が高くなってしまうので好ましくない。
【００４６】
＜ピーク期間Ｔｐ３＞
ピーク期間（第３パルスピーク期間）Ｔｐ３は０．３〜５．０ｍｓとする。このピーク期間Ｔｐ３は、ピーク電流Ｉｐ３と同様に、溶滴を離脱させる過程において充分な電磁ピンチ力を確保するために大きく寄与する。ピーク期間（パルス幅）Ｔｐ３が０．３ｍｓ未満であると、電磁ピンチ力により溶滴を離脱させることができず、溶滴移行の規則性を復帰させることができない。一方、ピーク期間Ｔｐ３が５．０ｍｓを越えると、アーク力が溶滴を大きく押し上げるため、離脱検出時の電流値から即座に電流値をベース電流Ｉｂ３へ低下させたとしても、小粒スパッタを抑制する効果が生じにくくなってしまう。
【００４７】
＜立下りスロープ期間Ｔｄ３＞
立下りスロープ期間（第３パルス立下りスロープ期間）Ｔｄ３は１０．０ｍｓ以下とする。この立下りスロープ期間Ｔｄ３は、ピーク電流Ｉｐ３からベース電流Ｉｂ３に至る過程において急激なピンチ力の低下を防ぐために寄与する。仮に溶滴が離脱し終えない途中で第３パルスの波形がベース電流Ｉｂ３へ変化してしまうと、溶滴の離脱が失敗する場合がある。しかしながら、立下りスロープ期間Ｔｄ３が１０．０ｍｓ以下の条件を満たすことで、溶滴の離脱が失敗する頻度を大幅に低減することができる。一方、立下りスロープ期間Ｔｄ３が１０．０ｍｓを越えてしまうと、離脱時の電流値が比較的高い電流値を有した状態で溶滴離脱が起こるため、離脱検出時の電流値から即座に電流値をベース電流Ｉｂ３へ低下させたとしても、小粒スパッタを抑制する効果が生じにくくなってしまう。
【００４８】
＜ベース電流Ｉｂ３＞
ベース電流（第３パルスベース電流）Ｉｂ３は３０〜２００Ａとする。この第３ベース電流Ｉｂ３は、溶滴離脱後にワイヤ側にアークが移動する過程において、アーク切れを起こさず、小粒スパッタ発生を抑制することに大きく寄与する。第３ベース電流Ｉｂ３が３０Ａ未満であると、アーク切れ、短絡が発生し易くなる。一方、第３ベース電流Ｉｂ３が２００Ａを超えると、溶滴からワイヤへアークが移動する瞬間において、ワイヤ側に残留する融液に寄与するアーク力が大きくなり、小粒スパッタを抑制することができなくなる。
【００４９】
＜ベース期間Ｔｂ３＞
ベース期間（第３パルスベース期間）Ｔｂ３は０．３〜１０ｍｓとする。このベース期間Ｔｂ３は、ベース電流Ｉｂ３と同様に、溶滴離脱後にワイヤ側にアークが移動する過程において、アーク切れを起こさず、小粒スパッタ発生を抑制することに大きく寄与する。ベース期間Ｔｂ３が０．３ｍｓ未満であると、ワイヤに残留した融液を整形するためには不十分であり、小粒スパッタを抑制することができなくなる。一方、ベース期間Ｔｂ３が１０ｍｓを越えると、溶滴と溶融池との間で短絡が生じ易くなり、溶滴移行の規則性を乱すことになる。また、溶接電流の上限が抑制され、高ワイヤ送給速度条件における溶接が困難となる。
【００５０】
［第２手法の好適なパラメータ条件］
第２手法では、溶滴を第３パルスにより整形し直し、第３パルスに続けて出力する第１パルスで溶滴を離脱させるので、図２に波形を示す第３パルスの第２実施形態におけるパルスパラメータの条件を以下の通りに設定することが好ましい。
【００５１】
＜ピーク電流Ｉｐ３＞
ピーク電流（第３パルスピーク電流）Ｉｐ３は１００〜４００Ａとする。このピーク電流Ｉｐ３は、溶滴を形成する過程において、溶滴を安定に整形することに大きく寄与する。ピーク電流Ｉｐ３が１００Ａ未満であると、アーク力が不十分であるため、溶滴を再度持ち上げることができず、次の第１パルスで溶滴を離脱させることができない。また、溶接電流の上限が抑制され、ワイヤを高速で送給する条件において溶接を行うことが困難となる。一方、ピーク電流Ｉｐ３が４００Ａを超えると、ワイヤの溶融が過度に進む上に、アーク力が強くなり過ぎるので、第３パルスピーク電流の印加時に、溶滴が離脱したり飛散したりして、スパッタを発生させてしまう。ピーク電流Ｉｐ３として、より好ましい範囲は、２００〜３００Ａである。
【００５２】
＜ピーク期間Ｔｐ３＞
ピーク期間（第３パルスピーク期間）Ｔｐ３は０．３〜１０．０ｍｓとする。このピーク期間Ｔｐ３は、ピーク電流Ｉｐ３と同様に、溶滴を整形する過程において溶滴を安定に形成することに大きく寄与する。ピーク期間（パルス幅）Ｔｐ３が０．３ｍｓ未満であると、溶滴を再度持ち上げることができず、次の第１パルスで溶滴を離脱させることができない。一方、ピーク期間Ｔｐ３が１０．０ｍｓを越えると、ワイヤの溶融が過度に進む上に、第３パルスの期間中に、溶滴が離脱したり飛散したりして、スパッタを発生させてしまい、１周期１溶滴の溶滴移行の規則性を復帰させることができない。
【００５３】
＜ベース電流Ｉｂ３＞
ベース電流（第３パルスベース電流）Ｉｂ３は３０〜２００Ａとする。この第３ベース電流Ｉｂ３は、溶滴を整形する過程において、アーク切れを起こさず、安定に溶滴を整形することに大きく寄与する。第３ベース電流Ｉｂ３が３０Ａ未満であると、アーク切れ、短絡が発生し易くなる。一方、第３ベース電流Ｉｂ３が２００Ａを超えると、溶滴に寄与するアーク力が大きくなると共に、ベース期間Ｔｂ３での溶融が過大となり、溶滴がふらつき、安定に整形できなくなる。
【００５４】
＜ベース期間Ｔｂ３＞
ベース期間（第３パルスベース期間）Ｔｂ３は０．３〜１５ｍｓとする。このベース期間Ｔｂ３は、ベース電流Ｉｂ３と同様に、溶滴を整形する過程において、アーク切れを起こさず、安定に溶滴を整形することに大きく寄与する。ベース期間Ｔｂ３が０．３ｍｓ未満であると、溶滴を充分に整形させることができず、次の第１パルスにおいて、溶滴の離脱方向にばらつきが生じる。一方、ベース期間Ｔｂ３が１５ｍｓを越えると、ベース期間での溶融量が過大となり、溶滴と溶融池の間で短絡が生じ易くなり、溶滴移行の規則性を復帰させることができない。
【００５５】
［外乱が生じたときの溶滴移行の概要］
外乱が生じたときの溶滴移行について、本発明の溶接制御方法を従来の方法と比較するために、以下の溶接条件１でパルスアーク溶接を実施したときのパルス波形の例について図３および図４を参照して説明する。図３は、本発明の溶接制御装置による溶滴の離脱検知の一例を説明するグラフであって、溶接電流および溶接電圧の波形と離脱検知信号とをそれぞれ示している。図４は、図３のグラフの比較例であって、第３パルスを用いない従来の溶接制御装置による溶滴の離脱検知を説明するグラフである。
【００５６】
（溶接条件１）
ワイヤ ：ＪＩＳ Ｚ３３１２ ＹＧＷ１１ １．２ｍｍφ
炭酸ガス ：１００％ＣＯ２
試験板 ：ＳＭ４９０Ａ
チップ母材間距離：２５ｍｍ
溶接速度 ：３０ｃｍ／ｍｉｎ
ワイヤ送給速度 ：１６．０ｍ／ｍｉｎ
溶接電流 ：３０５Ａ
アーク電圧 ：３７Ｖ
【００５７】
従来の溶接制御装置は、図４の３０１に示す期間（０〜約５０ｍｓ）では、第１パルスと、それよりもピーク電流の低い第２パルスとを交互に出力することで、１周期あたり１溶滴移行の溶滴移行の規則性が実現されている。具体的には、４周期の間に４回の離脱が検知されている。この３０１に示す期間では、スパッタおよびヒュームの発生が少なかった。図４のグラフにおいて５回目の離脱が検知されるべきタイミング３０２は、第１パルスピーク期間、または、それに続く第１パルス立下りスロープ期間、または、それに続く第１パルスベース期間を示している。しかしながら、このタイミング３０２において、何らかの外乱により、溶滴の離脱を検知せず、そのまま自然にまかせておくと、図４の３０３に示す期間（約５０〜約１９０ｍｓ）では、溶滴移行の規則性がくずれる。具体的には、６周期連続して離脱が検知されず、７周期目には一度検知されるが、８周期目には検知されず、９周期目以降にようやく溶滴移行の規則性が復帰している。この３０３に示す期間では、スパッタおよびヒュームの発生が増大した。
【００５８】
一方、本発明の溶接制御装置は、図３の３１１に示す期間（０〜約１２０ｍｓ）では、８周期の間に８回の溶滴離脱を検知しており、溶滴移行の規則性が実現されている。図３のグラフにおいて９周期目の離脱が検知されるべきタイミング３１２は、第１パルスピーク期間、または、それに続く第１パルス立下りスロープ期間、または、それに続く第１パルスベース期間を示している。しかしながら、このタイミング３１２において、何らかの外乱により、溶滴の離脱を検知しなかったので、本発明の溶接制御装置は、第１パルスベース期間終了後のタイミング３１３に第３パルスを出力する。これにより、直後の１０周期目の離脱が検知されるべきタイミングから溶滴移行の規則性が復帰している。したがって、溶滴移行の規則性がくずれる期間は、従来の方法に比べて大幅に減少した。その結果、従来の方法に比べて、スパッタおよびヒュームの発生が大幅に減少した。
【００５９】
［第１手法における溶滴移行］
第１手法において、前記した溶接条件１でパルスアーク溶接を実施したときのパルス波形の例について図５を参照して説明する。図５は、本発明の溶接制御装置が生成する第３パルスの第１実施形態を説明するグラフであって、溶接電流および溶接電圧の波形と離脱検知信号とをそれぞれ示している。図５のグラフにおいてタイミング４０１は、第１パルスの離脱検知の指標となる期間（ピーク期間、立下りスロープ期間、ベース期間）を示している。しかしながら、このタイミング４０１において、何らかの外乱により、溶滴の離脱を検知しなかったので、本発明の溶接制御装置は、第１パルスベース期間終了後に第３パルスを出力している。
【００６０】
第３パルスピーク期間または第３パルス立下りスロープ期間の中で溶滴の離脱を検知したタイミング４０２において、検知するやいなや、本発明の溶接制御装置は、第３パルスの電流値を検出時の電流値よりも低い所定値に切り替え、所定値の電流について予め定められた期間の終了後に、図５において４０３で示すように、第２パルスを生成して溶接電源に出力する。これにより、ワイヤのくびれ部分の飛散や離脱後の残留融液の飛散による小粒スパッタを大幅に低減できる。
【００６１】
図５では、第３パルスを１度出力しただけで溶滴の離脱を検知するものとしたが、万が一、検知できなかった場合に備えて、溶滴の離脱が検出されるまで予め設定された回数を最大として連続して第３パルスを繰り返し生成して溶接電源に出力することもできる。このときの繰返条件としては、最大回数を例えば５〜６回とすることができる。また、第３パルスピーク期間または第３パルス立下りスロープ期間の途中に、次回の第３パルスを出力することができる。
【００６２】
［第２手法における溶滴移行］
第２手法において、前記した溶接条件１でパルスアーク溶接を実施したときのパルス波形の例について図６を参照して説明する。図６は、本発明の溶接制御装置が生成する第３パルスの第２実施形態を説明するグラフであって、溶接電流および溶接電圧の波形と離脱検知信号とをそれぞれ示している。図６のグラフにおいてタイミング５０１は、第１パルスの離脱検知の指標となる期間（ピーク期間、立下りスロープ期間、ベース期間）を示している。しかしながら、このタイミング５０１において、何らかの外乱により、溶滴の離脱を検知しなかったので、本発明の溶接制御装置は、第１パルスベース期間終了後に、溶滴を再度持ち上げながら形状を整えるために、第３パルスを出力している。
【００６３】
図６のグラフにおいてタイミング５０２は、第３パルスピーク期間、または、第３パルス立下りスロープ期間、または、第３ベース期間のいずれかのタイミングを示している。
本発明の溶接制御装置は、タイミング５０２において、溶滴の離脱を検出しなかった場合に、第３パルスベース期間の終了後に、第１パルスを生成して溶接電源に出力する。そして、本発明の溶接制御装置は、第１パルスピーク期間または第１パルス立下りスロープ期間の中で、溶滴の離脱を検知したタイミング５０３において、検知するやいなや、即座に第１パルスの電流値を検出時の電流値よりも低い所定値（第１パルスベース電流）に切り替え、所定値の電流（第１パルスベース電流）について予め定められた期間（第１パルスベース期間）の終了後に、第２パルスを生成して溶接電源に出力する。したがって、溶滴移行の規則性を損なわず、スパッタおよびヒュームを増加させることがない。
【００６４】
［溶接システムの構成］
図７は、本発明の溶接制御装置を含む溶接システムの一例を模式的に示す構成図である。溶接システム１００は、図７に示すように、主として、ワイヤ送給装置１０１と、溶接電源１０２と、溶接制御装置１０３と、アーク溶接ロボット１０４と、ロボット制御装置１０５とを備えている。
【００６５】
ワイヤ送給装置１０１は、溶接制御装置１０３を介して溶接電源１０２と接続されている。溶接電源１０２は、給電によりワイヤ送給装置１０１を駆動する。溶接制御装置１０３が溶接指令信号としてのパルス信号（パルス電流）を溶接電源１０２に出力すると、溶接電源１０２からの給電によりワイヤ送給装置１０１が駆動されて、ワイヤ５を送り出すローラ等からなるワイヤ送給路を通してワイヤ５がトーチ１０７に送給される。
【００６６】
アーク溶接ロボット１０４は、例えば、６軸構成の多関節型の溶接ロボットであり、手首部分には、トーチ１０７が取り付けられている。アーク溶接ロボット１０４は、ロボット制御装置１０５からの指令に基づいて内部の図示しないモータの動作により、各関節を動かすことにより、トーチ１０７を移動させることができる。トーチ１０７は、ワイヤを被溶接材Ｗに向けて送り出すものである。この送り出されたワイヤと被溶接材Ｗとの間にアーク６が形成されることで溶接が行われる。
【００６７】
ロボット制御装置１０５は、アーク溶接ロボット１０４と、図示しない教示ペンダントとに接続されており、教示ペンダントから入力されたコマンド（インチング指令）または予め記憶された所定の教示プログラムで指示される溶接経路や溶接作業条件に基づいて、アーク溶接ロボット１０４を制御するものである。
【００６８】
なお、溶接制御装置１０３と、ロボット制御装置１０５とは、例えば、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＲＯＭ（Read Only Memory）、ＲＡＭ（Random Access Memory）、ＨＤＤ（Hard Disk Drive）、入出力インタフェース等を備えている。
【００６９】
［溶接制御装置の構成］
図８は、本発明の溶接制御装置の構成を示すブロック図である。図８では、溶接制御装置１０３と、この溶接制御装置１０３から出力されるパルス信号（パルス電流）によりワイヤ５をトーチ１０７に送り込む給電を行う溶接電源１０２とを示している。出力制御素子１は、図示しない３相交流電源に接続されており、この出力制御素子１に与えられた電流は、トランス２、ダイオードからなる整流部３、直流リアクトル８および溶接電流を検出する電流検出器９を介して、コンタクトチップ４に与えられる。なお、コンタクトチップ４は、破線で示すように、トーチ１０７内に収納されている。トランス２の低位電源側には、被溶接材Ｗが接続されており、コンタクトチップ４内を挿通して給電されるワイヤ５と、被溶接材Ｗとの間にアーク６が生起される。コンタクトチップ４と被溶接材Ｗとの間の溶接電圧は、電圧検出器１０により検出されて出力制御器１５に入力される。この出力制御器１５には、電流検出器９から溶接電流の検出値も入力される。これにより、出力制御器１５は、入力される溶接電圧および溶接電流の検出値（フィードバック信号）を基に、ワイヤ５に給電する溶接電流おび溶接電圧の指令値を決定し、指令信号を出力して出力制御素子１を制御することによって溶接出力を制御する。また、出力制御器１５は、波形生成器２０から入力される第１パルスないし第３パルスの波形形状を示す信号に基づいて、出力制御素子１に出力する信号を変化させることによって、パルスアークを制御する。
【００７０】
図８において破線で示す溶滴離脱検出部１８は、所定条件を満たすときに、ワイヤ先端からの溶滴の離脱または離脱直前を検出するものである。本実施形態では、溶滴離脱検出部１８は、波形生成器２０から離脱検出許可信号が入力された期間のみ、溶滴の離脱または離脱直前を検出する処理を有効とする。このうち、離脱を検知する方法としては、例えば、第３パルスピーク期間Ｔｐ３（図２参照）、または、第３パルス立下りスロープ期間Ｔｄ３（図２参照）において、電源外部特性が定電圧特性であれば、溶滴離脱によってアーク長が長くなる際の電流低下を捉えればよい。一方、第３パルスピーク期間Ｔｐ３、または、第１パルス立下りスロープ期間Ｔｄ３において、電源外部特性が定電流特性であれば、溶滴離脱によるアーク電圧の急増を捉えればよい。また、第３パルスピーク期間Ｔｐ３、または、第３パルス立下りスロープ期間Ｔｄ３において、溶接電流、溶接電圧またはアーク抵抗（アークインピーダンス＝溶接電圧／溶接電流）等について１階または２階の時間微分信号を離脱検知として用いてもよい。本実施形態では、以下の理由により、２階の時間微分信号を溶滴の離脱（または離脱の直前）の検知に用いることとする。
【００７１】
ここで、溶滴の離脱を検出する原理について図９を参照して説明する。図９は、本発明の溶接制御装置が液滴の離脱を検知する方法を説明するためのグラフであって、（ａ）は溶接電圧の時間変化、（ｂ）は溶接電圧の１階時間微分の時間変化、（ｃ）は溶接電圧の２階時間微分の時間変化をそれぞれ示している。溶滴が離脱する場合、ワイヤ先端に存在する溶滴の根元がくびれ、そのくびれが進行する結果、溶接電圧およびアーク抵抗（＝溶接電圧／溶接電流）が上昇する。また、溶滴が離脱するとアーク長が長くなるため、溶接電圧およびアーク抵抗が上昇する。さらに、溶接電圧やアーク抵抗の時間微分値も常に上昇している。図９（ａ）に示すグラフでは、６０１で示すタイミングで溶滴が離脱した。したがって、６０１で示すタイミングについて、例えば図９（ａ）に示す溶接電圧の傾斜の急激な時間変化や、図９（ｂ）に示す溶接電圧の時間微分値（ｄＶ／ｄｔ）の傾斜の急激な変化を検出して演算により求め、その結果を所定のしきい値と比較することによって、溶滴の離脱を判定することが可能である。なお、図９（ｂ）および図９（ｃ）の時間軸の範囲は、図９（ａ）に示す時間範囲６０２を表している。
【００７２】
しかしながら、例えば、溶接進行中に電流や電圧等の溶接条件を変化させた場合や、開先内におけるウィービング溶接等によってワイヤ突出し長さが変化する場合には、溶滴の離脱を正確に検出することが難しい。具体的には、溶接中に、チップ−母材間距離（ワイヤ突出し長さ）を３段階（３０ｍｍ、２５ｍｍ、２０ｍｍ）に変化させた場合には、図９（ａ）に示すように、チップ−母材間距離が短い場合には、電圧の立上りは緩く、チップ−母材間距離が長い場合には、電圧の立上りが急峻になる。この場合、各電圧値レベルも異なる。
【００７３】
したがって、チップ−母材間距離（ワイヤ突出し長さ）を３段階（３０ｍｍ、２５ｍｍ、２０ｍｍ）に変化させた場合には、図９（ｂ）に示すように、電圧の時間微分値（ｄｖ／ｄｔ）も異なることになる。すなわち、ワイヤ突出し長さが溶接中に変化した場合には、溶滴の離脱による電圧の変化と、突出し長さの変化による電圧の変化とが重なってしまうので、溶滴の離脱を正確に検出できなくなる。このことは、ワイヤ突出し長さだけではなく、溶接中に溶接条件を変化させた場合も同様であり、さらに、溶接電圧だけではなくアーク抵抗でも同様である。
【００７４】
一方、チップ−母材間距離（ワイヤ突出し長さ）を３段階（３０ｍｍ、２５ｍｍ、２０ｍｍ）に変化させたとしても、溶接電圧の２階時間微分値（ｄ2Ｖ／ｄｔ2）は、図９（ｃ）に示すように、ほぼ同一値である。つまり、溶接電圧の２階時間微分値（ｄ2Ｖ／ｄｔ2）は、ワイヤ突出し長さや溶接条件等の影響を大きくは受けない。そこで、本実施形態では、溶接中の溶接電圧の２階時間微分値を演算することで、溶滴の離脱（または離脱の直前）を検出し、検出した直後に溶接電流を低くなるように制御することとした。これにより、溶接中にワイヤ突出し長さや溶接条件等が変化した場合においても、溶滴の離脱を正確に検出することができる。
【００７５】
本実施形態では、溶滴離脱検出部１８は、図８に示すように、溶接電圧微分器１１と、２階微分器１２と、２階微分値設定器１３と、比較器１４とを備え、波形生成器２０から離脱検出許可信号が入力されているときに、それぞれの処理を行うこととした。
【００７６】
溶接電圧微分器１１は、電圧検出器１０により検出された電圧値（溶接中の溶接電圧値）を時間微分する。この微分電圧値は、２階微分器１２により、さらに時間微分され、その算出結果である２階微分値は、比較器１４に入力される。
【００７７】
２階微分値設定器１３は、ワイヤ先端から溶滴が離脱するときの溶接電圧の２階微分値（または溶滴離脱直前のくびれに相当する２階微分値）に相当するしきい値を、２階時間微分値として設定するものである。
【００７８】
比較器１４は、２階微分器１２から入力する溶接中の溶接電圧値の２階微分値（２階微分検出値）と、２階微分値設定器１３で設定された２階微分値（２階微分設定値）とを比較するものである。比較器１４は、２階微分検出値が２階微分設定値を超えた瞬間に、溶滴がワイヤ先端から離脱したもの（または離脱直前であるもの）と判定し、その旨を示す溶滴離脱検出信号を波形生成器２０に出力する。つまり、溶滴離脱検出信号は、溶滴の離脱（または離脱直前）を検出した場合に出力される信号である。
【００７９】
波形設定器１９は、第１パルス、第２パルスおよび第３パルスにおけるパルスパラメータ（ピーク電流、パルスピーク期間、ベース電流、パルスベース期間、立上りスロープ期間、立下がりスロープ期間等）を波形生成器２０に設定するものである。本実施形態では、波形設定器１９は、図示しない記憶手段に予め記憶されたパルスパラメータの各値を波形生成器２０に入力する。
【００８０】
波形生成器２０は、パルス波形が異なる２種類のパルス信号として溶滴を離脱させる第１パルスと、溶滴を整形する第２パルスとを交互に生成して溶接電源１０２に出力すると共に溶滴の離脱が検出された場合に直ちに第１パルスの電流値を検出時の電流値よりも低い所定値に切り替えるものである。波形生成器２０は、溶滴離脱検出部１８から溶滴離脱検出信号が入力された場合に、波形設定器１９で設定された設定値に基づいて、第１パルスベース期間（波形設定器１９で設定された出力補正期間）では、検出時の溶接電流より低い溶接電流（第１パルスベース電流）になるように、出力制御器１５の出力を補正するための信号（出力補正信号）を出力制御器１５に出力する。また、溶滴離脱検出信号が入力されて第１パルスベース期間（波形設定器１９で設定された出力補正期間）が終了した場合に、波形生成器２０は、波形設定器１９で設定されたパルス形状となるように、第２パルスの波形信号を出力し、続いて、再び、第１パルス、第２パルスによる交互出力を繰り返す。
【００８１】
また、本実施形態の波形生成器２０は、第１パルスを出力後、第１パルスベース期間（第１ベース期間という）が経過するまでに、溶滴離脱検出信号が入力されない場合には、波形設定器１９で設定されたパルス形状となるように、第３パルスの波形信号を出力する。その詳細は、波形生成器２０の動作と共に後記する。
【００８２】
［溶接制御装置の動作］
（第１手法）
次に、本実施形態の溶接制御方法の第１手法による溶接制御装置１０３の動作として主に波形生成器２０のパルス生成処理について図１０を参照（適宜図８参照）して説明する。図１０は、本発明の溶接制御装置のパルス生成処理の一例を示すフローチャートである。溶接制御装置１０３の波形生成器２０は、波形設定器１９で設定された第１パルスの出力タイミングでなければ（ステップＳ１：Ｎｏ）、待機し、第１パルスの出力タイミングになると（ステップＳ１：Ｙｅｓ）、第１パルスを出力制御器１５に出力する（ステップＳ２）。通常のように、溶接制御装置１０３の溶滴離脱検出部１８が、溶滴の離脱を検知した場合（ステップＳ３：Ｙｅｓ）、溶接制御装置１０３の波形生成器２０は、溶滴離脱検出信号に基づいて、低電流（第１パルスベース電流）へ切り替える（ステップＳ４）。波形生成器２０は、波形設定器１９で設定された第２パルスの出力タイミングでなければ（ステップＳ５：Ｎｏ）、待機し、第２パルスの出力タイミングになると（ステップＳ５：Ｙｅｓ）、第２パルスを出力する（ステップＳ６）。そして、波形生成器２０は、ステップＳ１に戻る。これにより、通常の場合、溶接制御装置１０３は、１周期あたり１溶滴の溶滴移行の規則性を実現できる。
【００８３】
また、通常とは異なって、溶滴を離脱させるための第１パルスを出力したにもかかわらず、前記したステップＳ３において、何らかの理由で溶滴離脱検出部１８が、溶滴の離脱を検知しなかった場合（ステップＳ３：Ｎｏ）、波形生成器２０は、第１ベース期間が終了していなければ（ステップＳ７：Ｎｏ）、溶滴の離脱検知の判別を繰り返す。溶滴の離脱を検知できずに第１ベース期間が終了すると（ステップＳ７：Ｙｅｓ）、波形生成器２０は、溶滴を強制的に離脱させるための第３パルスを出力する（ステップＳ８）。そして、この第３パルスを出力した後で、溶滴離脱検出部１８が、溶滴の離脱を検知した場合（ステップＳ９：Ｙｅｓ）、波形生成器２０は、ステップＳ４に戻り、低電流に切り替える。このときの低電流は、例えば、第３パルスベース電流である。つまり、波形生成器２０は、溶滴離脱検出信号が入力されて第３パルスベース期間（波形設定器１９で設定された出力補正期間）が終了した場合に、波形設定器１９で設定されたパルス形状となるように、第３パルスに続いて第２パルスの波形信号を出力し、続いて、再び、第１パルス、第２パルスによる交互出力を繰り返す。これにより、溶接制御装置１０３は、溶滴移行の規則性を復帰させることができる。
【００８４】
また、第３パルスを出力した後で、溶滴離脱検出部１８が、溶滴の離脱を検知しなかった場合（ステップＳ９：Ｎｏ）、波形生成器２０は、繰り返し条件を満足していなければ（ステップＳ１０：Ｎｏ）、ステップＳ８に戻って、溶滴の離脱が検出されるまで第３パルスを繰り返し出力する。そして、波形生成器２０は、溶滴の離脱を検知できずに繰り返し条件を満たすと（ステップＳ１０：Ｙｅｓ）、ステップＳ１に戻り、第１パルスを出力する。
【００８５】
（第２手法）
次に、本実施形態の溶接制御方法の第２手法による溶接制御装置１０３の動作として主に波形生成器２０のパルス生成処理について図１１を参照（適宜図８および図１０参照）して説明する。図１１は、本発明の溶接制御装置のパルス生成処理の他の例を示すフローチャートである。溶接制御装置１０３の行う動作のうち、ステップＳ１からステップＳ７は、図１０に示したものと同様なので説明を省略する。
【００８６】
溶接制御装置１０３の波形生成器２０は、溶滴の離脱を検知できずに第１ベース期間が終了すると（ステップＳ７：Ｙｅｓ）、ステップＳ８において、離脱しなかった溶滴を整形し直すための第３パルスを出力する（ステップＳ８）。そして、この第３パルスを出力した後で、溶滴離脱検出部１８が、溶滴の離脱を検知しない場合（ステップＳ９：Ｎｏ）、波形生成器２０は、第３ベース期間が終了していなければ（ステップＳ２０：Ｎｏ）、溶滴の離脱検知の判別を繰り返す。そして、溶滴の離脱を検知せずに第３ベース期間が終了すると（ステップＳ２０：Ｙｅｓ）、ステップＳ１に戻り、整形された溶滴を離脱させるための第１パルスを出力する。つまり、波形生成器２０は、溶滴離脱検出信号が入力されずに第３パルスベース期間（波形設定器１９で設定された出力補正期間）が終了した場合に、波形設定器１９で設定されたパルス形状となるように、第３パルスに続いて第１パルスの波形信号を出力し、続いて第２パルスを出力する。以降、再び、第１パルス、第２パルスによる交互出力を繰り返すこととなる。これにより、溶接制御装置１０３は、溶滴移行の規則性を復帰させることができる。なお、ステップＳ９において、仮に、溶滴の離脱を検知した場合（ステップＳ９：Ｙｅｓ）、第１手法と同様に、ステップＳ４に戻り、低電流（例えば、第３パルスベース電流）に切り替えることができる。
【００８７】
なお、溶接制御装置１０３は、一般的なコンピュータを、前記した溶滴離脱検出部１８、波形設定器１９および波形生成器２０として機能させる溶接制御プログラムにより動作させることで実現することもできる。この制御プログラムは、通信回線を介して提供することも可能であるし、ＣＤ−ＲＯＭやフラッシュメモリ等の記録媒体に書き込んで配布することも可能である。
【００８８】
本実施形態によれば、溶接制御装置１０３は、何らかの外乱により、第１パルスピーク期間Ｔｐ１またはそれに続く第１パルス立下りスロープ期間Ｔｄｏｗｎまたはそれに続く第１パルスベース期間Ｔｂ１にて溶滴の離脱を検知しなかった場合には、第１パルスベース期間Ｔｂ１終了後に、第２パルスとは異なるパルス形状を有する第３パルスを出力する。第３パルスの第１実施形態により、離脱できなかった溶滴を強制的に離脱させることもできる。また、第３パルスの第２実施形態により、離脱できなかった溶滴を整形し直し、その後、第１パルスにより離脱させることもできる。ゆえに、溶接制御装置１０３は、何らかの外乱により発生した溶滴移行の規則性のずれを修正し、即座に正常状態に復帰させることができる。その結果、１周期あたり１溶滴の溶滴移行の規則性により、大粒スパッタを低減すると共に、溶滴離脱時のワイヤ先端のくびれ部分の飛散による小粒スパッタや溶滴離脱後のワイヤに残留した融液の飛散による小粒スパッタを大幅に低減することができる。さらに、溶滴移行の規則性を実現することにより、溶接アークを安定化すると同時に、スパッタ発生量およびヒューム発生量を大幅に低減できる。
【００８９】
以上、本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明は前記した実施形態に限定されるものではない。例えば、本実施形態では、溶接制御装置１０３を含む溶接システム１００には、アーク溶接ロボット１０４を含むものとしたが、本発明はロボット溶接が必須ではない。例えば、溶接制御装置１０３および溶接電源１０２を用いて、人手を介した半自動トーチにより実現することもできる。また、パルスアーク溶接に用いるシールドガスは、１００％ＣＯ2に限定されず、炭酸ガスが主成分（５０％以上）である混合ガスでもよい。また、この混合ガスにＡｒ等の不活性ガスを含んでもよい。
【００９０】
また、本実施形態では、第１パルス２０１および第２パルス２０２は、そのピーク電流が異なるものとして説明したが、そのパルス幅が異なるものとしてもよい。また、ピーク電流とパルス幅とが両方とも異なっていてもよい。つまり、これら２種類のパルスは、溶滴を離脱させる役割と、溶滴を整形する役割に応じてパルス波形が異なっていればよい。
【実施例】
【００９１】
本発明の効果を確認するために、本実施形態の溶接制御方法の第１手法および第２手法について実験を行った。
【００９２】
（第１手法の実験方法）
下記の溶接条件２、表１および表２に示す第３パルスのパルスパラメータ（適宜図２参照）をそれぞれ用いて、炭酸ガスをシールドガスとして用いたパルスアーク溶接を行い、スパッタ発生量およびヒューム発生量を測定した。このとき、図１２（ａ）および図１２（ｂ）に示す２つの銅製の捕集箱１０８内にて溶接を行ない、スパッタを捕集した。図１２は本発明の溶接制御装置によるスパッタ発生量を測定するためのスパッタ捕集方法の説明図であって、（ａ）は捕集箱を正面斜視図、（ｂ）捕集箱の側面から内部を透視した図をそれぞれ示している。２つの捕集箱１０８の間に、被溶接材Ｗを置き、トーチ１０７を被溶接材Ｗ上に配置して溶接を実施した。そのとき発生するスパッタ１１１を、捕集箱１０８の上半部に設けた開口１０９を介して、捕集箱１０８内に捕集した。また、ヒューム発生量については、ＪＩＳ Ｚ３９３０に準じた方法を用いて測定した。また、図１３に、このときに用いた第１パルス２０１および第２パルス２０２のパルスパラメータの設定値を示す。
【００９３】
（溶接条件２）
ワイヤ ：ＪＩＳ Ｚ３３１２ ＹＧＷ１１ １．２ｍｍφ
炭酸ガス ：１００％ＣＯ２
試験板 ：ＳＭ４９０Ａ
チップ母材間距離：２５ｍｍ
トーチ前進角 ：３０°
溶接速度 ：４０ｃｍ／ｍｉｎ
【００９４】
【表１】
【００９５】
【表２】
【００９６】
（第１手法の実験結果）
表１および表２において、特開２００７−２３７２７０号公報の実施例に基づいて、スパッタ発生量が４．０［ｇ／ｍｉｎ］未満、ヒューム発生量が４００［ｍｇ／ｍｉｎ］未満のものを良（○）として表記した。良（○）のうち、スパッタ発生量が２．０［ｇ／ｍｉｎ］未満、ヒューム発生量が３００［ｍｇ／ｍｉｎ］未満のものを良好（◎）として表記した。表１に示す実施例１〜実施例１３は、前記した第１手法の好適なパラメータ条件を満たすものであり、評価はいずれも良好（◎）であった。なお、表１において、第１手法の好適なパラメータ条件の上限または下限近傍の範囲内の数値を太字で示した。
【００９７】
表２に示す実施例１４〜実施例２３は、第３パルスを用いたが、前記した第１手法の好適なパラメータ条件のうち条件を満たさないパルスパラメータを有するものであり、評価はいずれも良（○）であった。なお、表２において、第１手法の好適なパラメータ条件の下限値に満たないか、または、上限値を超えるような範囲外の数値を太字で示した。また、実施例１４〜実施例２３については、実施例１〜実施例１３よりもスパッタ発生量およびヒューム発生量が増大したが、いずれも、スパッタ発生量４．０［ｇ／ｍｉｎ］未満であり、ヒューム発生量４００［ｍｇ／ｍｉｎ］を超えるものではない。
【００９８】
表２に示す実施例１４〜実施例２３について、スパッタ発生量およびヒューム発生量が良（○）であった理由は以下の通りである。
＜実施例１４＞Ｉｐ３が第１手法の好適なパラメータ条件の下限値（以下、単に下限値という）以下であるため、溶滴が離脱しにくく、１周期あたり１溶滴移行を復活させにくく、スパッタ、ヒュームを増大させる。
＜実施例１５＞Ｉｐ３が第１手法の好適なパラメータ条件の上限値（以下、単に上限値という）以上であるため、ピーク期間に溶滴を押上げるアーク力が強くなり易く、離脱した溶滴がスパッタとなる上、溶滴過熱が大きいためヒュームを増大させる。
＜実施例１６＞Ｔｕ３が上限値以上であるため、溶滴を押上げるアーク力が強くなり易く、離脱した溶滴がスパッタとなり易い。
＜実施例１７＞Ｔｐ３が下限値以下であるため、溶滴が離脱にくく、１周期あたり１溶滴移行を復活させにくく、スパッタ、ヒュームを増大させる。
＜実施例１８＞Ｔｐ３が上限値以上であるため、ピーク期間中に溶滴離脱が頻発し、小粒スパッタおよびヒュームが増大する上、１周期あたり１溶滴移行を復活させにくい。
＜実施例１９＞Ｔｄ３が上限値以上であるため、高電流で溶滴離脱が起こるため、小粒スパッタを抑制しにくい。
＜実施例２０＞Ｉｂ３が下限値以下であるため、アーク切れ、短絡が頻発しスパッタおよびヒュームを増大させる。
＜実施例２１＞Ｉｂ３が上限値以上であるため、溶滴からワイヤへアークが移動する瞬間において、ワイヤ側に残留する融液を吹き飛ばし易くなり、小粒スパッタおよびヒュームを増大させる。
＜実施例２２＞Ｔｂ３が下限値以下であるため、溶滴からワイヤへアークが移動する瞬間において、ワイヤ側に残留する融液を整形しにくく、小粒スパッタおよびヒュームを増大させる。
＜実施例２３＞Ｔｂ３が上限値以上であるため、溶滴と溶融池の間で短絡が生じ易くなり、小粒スパッタおよびヒュームを増大させる。
【００９９】
（第２手法の実験方法）
前記した溶接条件２、下記の表３および表４に示す第３パルスのパルスパラメータ（適宜図２参照）をそれぞれ用いて、炭酸ガスをシールドガスとして用いたパルスアーク溶接を行い、スパッタ発生量およびヒューム発生量を測定した。このとき、第１手法の実験方法と同様に、図１２に示した方法でスパッタ発生量を測定し、ヒューム発生量については、ＪＩＳ Ｚ３９３０に準じた方法を用いて測定した。さらに、同様に、図１３に示した第１パルス２０１および第２パルス２０２のパルスパラメータの設定値を用いた。
【０１００】
【表３】
【０１０１】
【表４】
【０１０２】
（第２手法の実験結果）
表３および表４において、第１手法の評価基準と同じように、スパッタ発生量およびヒューム発生量を評価した。表３に示す実施例２４〜実施例３１は、前記した第２手法の好適なパラメータ条件を満たすものであり、評価はいずれも良好（◎）であった。なお、表３において、第２手法の好適なパラメータ条件の上限または下限近傍の範囲内の数値を太字で示した。
【０１０３】
表４に示す実施例３２〜実施例３９は、第３パルスを用いたが、前記した第２手法の好適なパラメータ条件のうち条件を満たさないパルスパラメータを有するものであり、評価はいずれも良（○）であった。なお、表４において、第２手法の好適なパラメータ条件の下限値に満たないか、または、上限値を超えるような範囲外の数値を太字で示した。また、実施例３２〜実施例３９については、実施例２４〜実施例３１よりもスパッタ発生量およびヒューム発生量が増大したが、いずれも、スパッタ発生量４．０［ｇ／ｍｉｎ］未満であり、ヒューム発生量４００［ｍｇ／ｍｉｎ］を超えるものではない。
【０１０４】
表４に示す実施例３２〜実施例３９について、スパッタ発生量およびヒューム発生量が良（○）であった理由は以下の通りである。
＜実施例３２＞Ｉｐ３が第２手法の好適なパラメータ条件の下限値（以下、単に下限値という）以下であるため、溶滴を再度持ち上げにくい。また、１周期あたり１溶滴移行を復活させにくく、スパッタ、ヒュームを増大させる。
＜実施例３３＞Ｉｐ３が第２手法の好適なパラメータ条件の上限値（以下、単に上限値という）以上であるため、ワイヤの溶融が過度に進む上、アーク力が強くなり易く、溶滴がスパッタとなり易い。また、溶滴過熱が大きいためヒュームを増大させる。
＜実施例３４＞Ｔｐ３が下限値以下であるため、溶滴を再度持ち上げにくい。また、１周期あたり１溶滴移行を復活させにくく、スパッタ、ヒュームを増大させる。
＜実施例３５＞Ｔｐ３が上限値以上であるため、ワイヤの溶融が過度に進む上、ピーク期間中の溶滴がスパッタとなり易い。また、溶滴過熱が大きいためヒュームを増大させる。
＜実施例３６＞Ｉｂ３が下限値以下であるため、アーク切れ、短絡が頻発しスパッタおよびヒュームを増大させる。
＜実施例３７＞Ｉｂ３が上限値以上であるため、溶滴からワイヤへアークが移動する瞬間において、ワイヤ側に残留する融液を吹き飛ばし易くなり、小粒スパッタおよびヒュームを増大させる。
＜実施例３８＞Ｔｂ３が下限値以下であるため、アーク切れ、短絡が頻発しスパッタおよびヒュームを増大させる。
＜実施例３９＞Ｔｂ３が上限値以上であるため、溶滴からワイヤへアークが移動する瞬間において、ワイヤ側に残留する融液を吹き飛ばし易くなり、小粒スパッタおよびヒュームを増大させる。
【図面の簡単な説明】
【０１０５】
【図１】本発明の溶接制御装置が生成するパルス波形による溶接ワイヤ先端部の時系列変化を模式的に示す説明図である。
【図２】本発明の溶接制御装置が生成する第３パルスの波形を模式的に示す説明図である。
【図３】本発明の溶接制御装置による溶滴の離脱検知の一例を説明するグラフであって、溶接電流および溶接電圧の波形と離脱検知信号とをそれぞれ示している。
【図４】図３のグラフの比較例として従来の溶接制御装置による溶滴の離脱検知を説明するグラフであって、溶接電流および溶接電圧の波形と離脱検知信号とをそれぞれ示している。
【図５】本発明の溶接制御装置が生成する第３パルスの第１実施形態を説明するグラフであって、溶接電流および溶接電圧の波形と離脱検知信号とをそれぞれ示している。
【図６】本発明の溶接制御装置が生成する第３パルスの第２実施形態を説明するグラフであって、溶接電流および溶接電圧の波形と離脱検知信号とをそれぞれ示している。
【図７】本発明の溶接制御装置を含む溶接システムの一例を模式的に示す構成図である。
【図８】本発明の溶接制御装置の構成を示すブロック図である。
【図９】本発明の溶接制御装置が液滴の離脱を検知する方法を説明するためのグラフであって、（ａ）は溶接電圧の時間変化、（ｂ）は溶接電圧の１階時間微分の時間変化、（ｃ）は溶接電圧の２階時間微分の時間変化をそれぞれ示している。
【図１０】本発明の溶接制御装置のパルス生成処理の一例を示すフローチャートである。
【図１１】本発明の溶接制御装置のパルス生成処理の他の例を示すフローチャートである。
【図１２】本発明の溶接制御装置によるスパッタ発生量を測定するためのスパッタ捕集方法の説明図であって、（ａ）は捕集箱を正面斜視図、（ｂ）捕集箱の側面から内部を透視した図をそれぞれ示している。
【図１３】本発明の溶接制御装置によるスパッタ発生量を測定する際に生成した第１パルスおよび第２パルスの波形およびパラメータ値をそれぞれ示している。
【図１４】従来のパルスアーク溶接方法で生成されるパルス波形による溶接ワイヤ先端部の時系列変化を模式的に示す説明図である。
【図１５】従来のパルスアーク溶接方法で生成される第１パルスおよび第２パルスの波形を模式的に示す説明図である。
【符号の説明】
【０１０６】
１ 出力制御素子
２ トランス
３ 整流部
４ コンタクトチップ
５ ワイヤ
６ アーク
８ 直流リアクトル
９ 電流検出器
１０ 電圧検出器
１８ 溶滴離脱検出部
１９ 波形設定器
２０ 波形生成器
１００ 溶接システム
１０２ 溶接電源
１０３ 溶接制御装置
１０７ トーチ
Ｗ 被溶接材
【技術分野】
【０００１】
本発明は、溶接制御装置に係り、特に、炭酸ガス単体または炭酸ガスを主成分として含む混合ガスを、シールドガスとして用いるパルスアーク溶接を行う溶接制御装置、溶接制御方法およびそのプログラムに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
Ａｒ−５〜３０％ＣＯ2混合ガスをシールドガスとして用いるＭＡＧ溶接方法は、溶滴が細粒化することに起因して、スパッタ発生量を低減できることから、従来から広い分野で適用されている。特に、高品質な溶接を必要とする分野では、溶接電流を１００〜３５０Ｈｚ程度のパルス電流として出力することにより、１パルス１溶滴移行としたパルスＭＡＧ溶接方法の適用が広がってきている。
【０００３】
しかしながら、Ａｒガスは、炭酸ガスと比較すると価格が高価であることから、通常の溶接施工に際しては、炭酸ガス単体または炭酸ガスを主成分とした混合ガスをシールドガスとして用いることが多い。
【０００４】
一方、炭酸ガス単体または炭酸ガスを主成分とした混合ガスを、シールドガスとして用いた場合、ＭＡＧ溶接方法と比較して溶滴が粗大化し、アーク力によって不規則に振動したり変形したりするため、母材との短絡やアーク切れを発生させ易く、溶滴移行も不規則となり、スパッタおよびヒュームが多量発生するという問題がある。
【０００５】
このような問題に対し、特許文献１および特許文献２では、炭酸ガスシールドアーク溶接においてパルス溶接を適用し、特許文献１では、パルスパラメータを規定することにより、また、特許文献２では、パルスパラメータおよびワイヤ成分を規定することにより、それぞれ炭酸ガスアーク溶接でも１パルス１溶滴移行を実現する方法が提案されている。この従来の方法は、ピーク電流印加前にワイヤ先端に充分な大きさの溶滴を形成させておくことにより、ピーク電流の電磁ピンチ力が溶滴のくびれを早く生じさせ、アーク力によって溶滴がワイヤ方向に押し戻される前に溶滴をワイヤから離脱させることができるとするものである。
【０００６】
また、炭酸ガスシールドアーク溶接方法に関し、特許文献３では、溶接電源の出力制御方法として外部特性切り替え制御を行うことにより、スパッタのさらなる低減を達成する溶接方法が提案されている。
【０００７】
特許文献４では、炭酸ガスを主成分とするシールドガスを用いたパルスアーク溶接機の出力制御装置に関し、電圧または抵抗の増加により溶滴離脱を検出し、検出した時点から一定期間、電流を低下させることにより、スパッタを抑制するとしている。
【０００８】
さらに、特許文献５では、炭酸ガスを主成分とするシールドガスを用い、ワイヤ送給量が増加するに伴い、パルス期間、ベース期間を短く設定する第１パルスと、第１パルスよりもパルス期間を短く設定した第２パルスとからなる異なる２種類のパルス波形を出力するパルスアーク溶接機を用いて、スパッタを抑制するとしている。
【０００９】
また、これまでに、本願発明者らは、炭酸ガス単体または炭酸ガスを主成分とする混合ガスを、シールドガスとして用いた１周期あたりパルスピーク電流レベルが異なる２種類のパルス波形を交互に出力させるパルスアーク溶接方法において、１周期あたり１溶滴を移行させると同時に、コンタクトチップと母材間の距離が変化した場合でも１周期あたり１溶滴移行を乱さない範囲で、溶滴を整形する役割を担った第２パルスについてのピーク電流（Ｉｐ２）、ベース電流（Ｉｂ２）、ピーク期間（Ｔｐ２）、ベース期間（Ｔｂ２）の１種以上を調整することにより、アーク長を一定に制御するパルスアーク溶接方法を提案している（特許文献６参照）。
【００１０】
特許文献６に記載のパルスアーク溶接方法について図１４を参照して説明する。図１４は、従来のパルスアーク溶接方法で生成されるパルス波形による溶接ワイヤ先端部の時系列変化を模式的に示す説明図である。この従来のパルスアーク溶接方法を実行する従来の溶接制御装置は、図１４において下側に示すように、パルス波形が異なる２種類のパルス電流（パルス信号）として、第１パルス９０１と第２パルス９０２とを交互に生成して溶接電源に出力する。ここで、第１パルス９０１および第２パルス９０２のパルスパラメータは以下の条件を満たすように設定される。すなわち、第１パルス９０１のピーク電流（第１パルスピーク電流）Ｉｐ１を３００〜７００Ａ、その期間（第１パルスピーク期間）Ｔｐ１を０．３〜５．０ｍｓ、ベース電流（第１パルスベース期間）Ｉｂ１を３０〜２００Ａ、その期間（第１パルスベース期間）Ｔｂ１を０．３〜１０ｍｓとする。また、第２パルス９０２のピーク電流（第２パルスピーク電流）Ｉｐ２を、Ｉｐ２＜Ｉｐ１、かつ、２００〜６００Ａ、その期間（第２パルスピーク期間）Ｔｐ２を１．０〜１５ｍｓ、ベース電流（第２パルスベース電流）Ｉｂ２を３０〜２００Ａ、その期間（第２パルスベース期間）Ｔｂ２を３．０〜２０ｍｓとする。なお、第１パルス９０１および第２パルス９０２の波形形状には、詳細には、図１５に示すようにベース電流からピーク電流へ至る立上りスロープ期間（第１パルス立上りスロープ期間Ｔｕｐ１、第２パルス立上りスロープ期間Ｔｕｐ２）やピーク電流からベース電流へ至る立下りスロープ期間（Ｔｄｏｗｎ）が含まれる。
【００１１】
このような条件によりパルスアーク溶接を実施すると、図１４において上側に時系列に示すように、図示しない被溶接材との間にアーク９０４が生起される溶接ワイヤ（以下、単にワイヤという）のワイヤ先端９０５の溶滴形成および溶滴移行が行われる。まず、９１１の状態は、それ以前のパルス周期にて溶滴が離脱した後の第２パルスピーク期間中にワイヤ先端９０５に溶滴が成長し、さらに第２パルスベース期間の後期に至ったときの溶滴の様子を示している。このとき、第２パルスピーク電流から第２パルスベース電流へと電流値が急激に減少するため、ワイヤ先端９０５において押上げ力が弱まり、溶滴は、９１１に示すようにワイヤ先端９０５において垂下がるように整形される。
【００１２】
続いて、第１パルスピーク期間に入ると、ワイヤ中のピーク電流による電磁ピンチ力により、溶滴は、９１２に示すように、くびれ９０６を形成する変化をしながら急速に離脱を行う。溶接制御装置は、溶滴９０７のワイヤ先端９０５からの離脱を検知すると、検出時の電流から第１パルスベース電流へと電流値を急激に減少させて、溶滴離脱後のワイヤ側にアークが移動する瞬間においては、９１３に示すように、第１パルスベース期間に移行させて、電流が充分に下がっている状態にする。このことにより、ワイヤのくびれ９０６部分の飛散や離脱後の残留融液の飛散による小粒スパッタを大幅に低減できる。
【００１３】
続いて、第２パルスピーク期間では、溶接制御装置は、溶滴離脱後のワイヤに残留した残留融液が離脱や飛散をしないレベルに第２パルスピーク電流を設定し、この第２パルスで溶滴を９１４に示すように成長させる。そして、溶接制御装置は、第２パルスベース期間では、９１５に示すように溶滴の整形を行う。そして、溶滴は、再び９１１の状態に戻って整形される。このため、溶接制御装置は、通常は、１周期あたり１溶滴の移行を極めて規則正しく実現できる。
【特許文献１】特開平７−２９０２４１号公報（段落００１１、図１）
【特許文献２】特開平７−４７４７３号公報（段落０００７−０００８、図１）
【特許文献３】特開平８−２６７２３８号公報（段落００１７−００１８、図８）
【特許文献４】特開平８−２２９６８０号公報（段落００３６、図１０）
【特許文献５】特開平１０−２６３８１５号公報（段落００２６、図２）
【特許文献６】特開２００７−２３７２７０号公報（段落００２６−００２８、図２）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
特許文献１ないし特許文献３による方法は、いずれもシールドガスとして安価な炭酸ガスを用いながらも、１パルス１溶滴移行を可能とし、溶滴移行の規則性を向上させると共に、パルスなし溶接と比較すると大粒のスパッタ発生量を低減できるものである。しかしながら、特許文献１ないし特許文献３の方法は、パルスピーク期間途中に溶滴を離脱させることから、溶滴離脱時のワイヤ先端のくびれ部分が飛散することによる小粒スパッタや溶滴離脱後のワイヤに残留した融液の飛散による小粒スパッタが多発する問題点がある。
【００１５】
特許文献４による出力制御装置では、溶滴離脱を検知後、所定期間、電流を低下させることにより、スパッタを抑制することを可能としているが、この方法では、溶適離脱の有無に関わらず、すべてのパルスにおいて、パルスピーク電流が同一であるため、パルスピーク電流を、溶滴離脱が可能となるパルスピーク電流となるように比較的高く設定すると、溶滴離脱後のワイヤに残留した溶融金属が、強力なアーク力によって、離脱後の次のパルスピーク印加時に飛散し、大粒スパッタを発生させることがある。また、溶滴形成時の過熱が大きいため、ヒューム発生量も多い。これを抑制するためにパルスピーク電流を比較的低く設定すると、パルスピーク期間にて溶滴が離脱できなくなるという問題点があった。
【００１６】
さらに、特許文献５では、ワイヤ送給量が増加するに伴い、パルス期間、ベース期間を短く設定する第１パルスと、第１パルスよりもパルス期間を短く設定した第２パルスとからなる異なる２種類のパルス波形を出力するパルスアーク溶接方法により、スパッタを低減できるとしているが、ワイヤ送給量の増大に伴い、第１パルス期間、第１ベース期間を短く設定すると、第２パルスによる電磁ピンチ力を受ける前段階において、ワイヤ先端の溶滴形状が整えられず、電磁ピンチ力が有効に作用しなくなる。そのため、１周期あたり１溶滴の規則的な移行が困難となり、大粒スパッタを発生させるという問題点があった。
【００１７】
また、特許文献６では、１周期あたりパルスピーク電流レベルの異なる２種類のパルス波形を交互に出力させることにより、小粒スパッタや溶滴離脱後の次のパルスピーク印加時に飛散する大粒スパッタを大幅に低減できると共に、広いワイヤ送給速度範囲で１周期あたり１溶滴移行を可能とすることができる。しかしながら、溶滴を離脱させるべき第１パルスにおいて、何らかの外乱により溶滴の離脱に失敗した場合、それ以降の溶滴移行の規則性がくずれ、正常状態に復活するまでに数周期かかるため、その期間、スパッタおよびヒュームを増大させてしまうという問題点があった。
【００１８】
そこで、本発明では、前記した問題を解決し、炭酸ガス主体のシールドガスを用いても１周期あたり１溶滴移行が可能であり、何らかの外乱で溶滴移行の規則性がくずれても即座に正常状態に復帰させることができる溶接制御装置、溶接制御方法およびそのプログラム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】
【００１９】
本発明は、前記目的を達成するために創案されたものであり、本発明のうち請求項１に記載の溶接制御装置は、炭酸ガス単体または炭酸ガスが主成分である混合ガスをシールドガスとするアーク溶接において溶接ワイヤ先端からの溶滴の離脱を検出する溶滴離脱検出部と、前記溶滴を離脱させる第１パルスと、前記溶滴を整形する第２パルスとを交互に生成して溶接電源に出力すると共に前記溶滴の離脱が検出された場合に直ちに前記第１パルスの電流値を検出時の電流値よりも低い所定値に切り替える波形生成器とを備える溶接制御装置において、前記波形生成器が、前記第１パルスのピーク期間、立下りスロープ期間またはベース期間において前記溶滴の離脱が検出されなかった場合に、前記第１パルスのベース期間終了後に、前記第２パルスとはパルスピーク電流および／またはパルス幅の異なるパルス形状を有する第３パルスを生成して前記溶接電源に出力することにより溶滴移行規則性のずれを修正することを特徴とする。
【００２０】
かかる構成によれば、溶接制御装置は、通常は第１パルスと第２パルスとを交互に生成して溶接電源に出力し、何らかの外乱で溶滴移行の規則性がくずれたときに、波形生成器によって、第１パルスに続いて第２パルスとは異なる第３パルスを出力する。ここで、第３パルスを、溶滴を強制的に離脱させるためのパルスとすることもできるし、溶滴をスムーズに離脱できるように改めて整形し直すためのパルスとすることもできる。これにより、本発明の溶接制御装置では、溶滴移行の規則性がくずれたときに正常状態に復帰させるまでに要する期間を、従来の装置よりも短くさせることができる。したがって、正常状態に復帰させるまでに要する期間に発生するスパッタおよびヒュームを低減できる。
【００２１】
また、請求項２に記載の溶接制御装置は、請求項１に記載の溶接制御装置であって、前記波形生成器が、前記第３パルスのピーク期間または立下りスロープ期間において前記溶滴の離脱が検出された場合に直ちに当該第３パルスの電流値を検出時の電流値よりも低い所定値に切り替え、前記所定値の電流について予め定められた期間の終了後に、前記第２パルスを生成して前記溶接電源に出力することを特徴とする。
【００２２】
かかる構成によれば、溶接制御装置は、何らかの外乱で溶滴移行の規則性がくずれたときに、波形生成器によって、第１パルスに続いて、溶滴を強制的に離脱させるためのパルスとしての第３パルスを出力する。そして、溶接制御装置は、第３パルスを出力し溶滴の離脱を確認した後に第２パルスを出力するので、その第２パルスに続いて、再び第１パルスと第２パルスとを交互に出力することができる。したがって、本発明の溶接制御装置は、溶滴移行の規則性がくずれたときに正常状態に復帰させるまでに要する期間を、従来の装置よりも短くさせることができる。
【００２３】
また、請求項３に記載の溶接制御装置は、請求項２に記載の溶接制御装置であって、前記波形生成器が、前記第３パルスのピーク期間または立下りスロープ期間において前記溶滴の離脱が検出されなかった場合に、前記溶滴の離脱が検出されるまで予め設定された回数を最大として連続して前記第３パルスを繰り返し生成して前記溶接電源に出力することを特徴とする。
【００２４】
かかる構成によれば、溶接制御装置は、溶滴を強制的に離脱させるためのパルスとしての第３パルスを１度出力した後に溶滴の離脱を確認できなかったとしても、第３パルスを連続して出力することができるので、溶滴を強制的に離脱させることによって、正常状態に復帰させるまでに要する期間を、従来の装置よりも短くすることができる。
【００２５】
また、請求項４に記載の溶接制御装置は、請求項２または請求項３に記載の溶接制御装置であって、前記第３パルスについての前記所定値が、前記第３パルスのベース期間の電流値を示すベース電流であり、前記予め定められた期間が、前記第３パルスのベース期間であり、前記第３パルスのピーク電流Ｉｐ３が３００〜７００Ａ、前記第３パルスの立上りスロープ期間Ｔｕ３が５．０ｍｓ以下、前記第３パルスのピーク期間Ｔｐ３が０．３〜５．０ｍｓ、前記第３パルスの立下りスロープ期間Ｔｄ３が１０．０ｍｓ以下、前記第３パルスのベース電流Ｉｂ３が３０〜２００Ａ、前記第３パルスのベース期間Ｔｂ３が０．３〜１０ｍｓの各条件を満たすことを特徴とする。
【００２６】
かかる構成によれば、溶接制御装置は、ピーク電流Ｉｐ３やピーク期間Ｔｐ３が条件を満たす第３パルスを生成することで、この第３パルスが、溶滴を離脱させる過程において充分な電磁ピンチ力を確保させることに寄与できる。また、溶接制御装置は、立上りスロープ期間Ｔｕ３や立下りスロープ期間Ｔｄ３が条件を満たす第３パルスを生成することで、この第３パルスが、アーク力や電磁ピンチ力の急激な変化を防止し、溶滴においてアークの発生点を徐々に移動させることに寄与できる。また、溶接制御装置は、ベース電流Ｉｂ３やベース期間Ｔｂ３が条件を満たす第３パルスを生成することで、この第３パルスが、溶滴離脱後にワイヤ側にアークが移動する過程において、アーク切れを起こさず、かつ、小粒スパッタ発生を抑制することに寄与できる。
【００２７】
また、請求項５に記載の溶接制御装置は、請求項１に記載の溶接制御装置であって、前記波形生成器が、前記第３パルスのピーク期間、立下りスロープ期間またはベース期間において前記溶滴の離脱が検出されなかった場合に、当該第３パルスのベース期間の終了後に、前記第１パルスを生成して前記溶接電源に出力することを特徴とする。
【００２８】
かかる構成によれば、溶接制御装置は、何らかの外乱で溶滴移行の規則性がくずれたときに、波形生成器によって、第１パルスに続いて、溶滴をスムーズに離脱できるように改めて整形し直すためのパルスとしての第３パルスを出力する。そして、溶接制御装置は、第３パルスを出力し第３パルスのベース期間の終了まで溶滴の離脱が検出されない場合に、その第３パルスに続いて、溶滴を離脱させるために通常用いている第１パルスを出力する。そのため、第３パルスにより整形し直した溶滴を、第１パルスによって離脱させれば、再び第１パルスと第２パルスとを交互に出力することができる。したがって、本発明の溶接制御装置は、溶滴移行の規則性がくずれたときに正常状態に復帰させるまでに要する期間を、従来の装置よりも短くさせることができる。
【００２９】
また、請求項６に記載の溶接制御装置は、請求項５に記載の溶接制御装置であって、前記第３パルスのピーク電流Ｉｐ３が１００〜４００Ａ、前記第３パルスのピーク期間Ｔｐ３が０．３〜１０．０ｍｓ、前記第３パルスのベース電流Ｉｂ３が３０〜２００Ａ、前記第３パルスのベース期間Ｔｂ３が０．３〜１５ｍｓの各条件を満たすことを特徴とする。
【００３０】
かかる構成によれば、溶接制御装置は、ピーク電流Ｉｐ３やピーク期間Ｔｐ３が条件を満たす第３パルスを生成することで、この第３パルスが、溶滴を整形する過程において溶滴を安定に形成することに寄与できる。また、溶接制御装置は、第３パルスのベース電流Ｉｂ３やベース期間Ｔｂ３が条件を満たす第３パルスすることで、この第３パルスが、溶滴を整形する過程において、アーク切れを起こさず、安定に溶滴を整形することに寄与できる。
【００３１】
また、請求項７に記載の溶接制御方法は、炭酸ガス単体または炭酸ガスが主成分である混合ガスをシールドガスとするアーク溶接において溶接ワイヤ先端からの溶滴の離脱を検出する溶滴離脱検出部と、前記溶滴を離脱させる第１パルスと、前記溶滴を整形する第２パルスとを交互に生成して溶接電源に出力すると共に前記溶滴の離脱が検出された場合に直ちに前記第１パルスの電流値を検出時の電流値よりも低い所定値に切り替える波形生成器とを備える溶接制御装置の溶接制御方法において、前記溶接制御装置が、前記溶滴離脱検出部によって、前記第１パルスのピーク期間、立下りスロープ期間またはベース期間において前記溶滴の離脱が検出されなかった場合に、前記波形生成器によって、前記第１パルスのベース期間終了後に、前記第２パルスとはパルスピーク電流および／またはパルス幅の異なるパルス形状を有する第３パルスを生成して前記溶接電源に出力することにより溶滴移行規則性のずれを修正する前記第２パルスとはパルスピーク電流および／またはパルス幅の異なるパルス形状を有する第３パルスを生成して前記溶接電源に出力することにより溶滴移行規則性のずれを修正することを特徴とする。
【００３２】
かかる手順によれば、溶接制御装置は、通常は第１パルスと第２パルスとを交互に生成して溶接電源に出力し、何らかの外乱で溶滴移行の規則性がくずれたときに、波形生成器によって、第１パルスに続いて第２パルスとは異なる第３パルスを出力する。これにより、本発明の溶接制御方法では、溶滴移行の規則性がくずれたときに正常状態に復帰させるまでに要する期間を、従来の方法よりも短くさせることができる。したがって、正常状態に復帰させるまでに要する期間に発生するスパッタおよびヒュームを低減できる。
【００３３】
また、請求項８に記載の溶接制御プログラムは、炭酸ガス単体または炭酸ガスが主成分である混合ガスをシールドガスとするアーク溶接において溶接電源に出力するパルス波形の信号を生成するために、コンピュータを、溶接ワイヤ先端から溶滴を離脱させる第１パルスと、前記溶滴を整形する第２パルスとを交互に生成して前記溶接電源に出力する手段、前記溶滴の離脱が検出された場合に直ちに前記第１パルスの電流値を検出時の電流値よりも低い所定値に切り替える手段、前記第１パルスのピーク期間、立下りスロープ期間またはベース期間において前記溶滴の離脱が検出されなかった場合に、前記第１パルスのベース期間終了後に、前記第２パルスとはパルスピーク電流および／またはパルス幅の異なるパルス形状を有する第３パルスを生成して前記溶接電源に出力することにより溶滴移行規則性のずれを修正する手段として機能させることを特徴とする。このように構成されることにより、このプログラムをインストールされたコンピュータは、このプログラムに基づいた各機能を実現することができる。
【発明の効果】
【００３４】
本発明によれば、溶接制御装置は、何らかの外乱で溶滴移行の規則性がくずれたときに、溶滴を離脱させる第１パルスに続いて、溶滴を整形する第２パルスとは異なる第３パルスを出力するので、溶滴移行の規則性を正常状態に復帰させるまでに要する期間を従来よりも短縮できる。したがって、正常状態に復帰させるまでに要する期間に発生するスパッタおよびヒュームを低減できる。その結果、仮に溶滴移行の規則性がくずれたとしてもそのときの溶接の品質の低下を最小限に食い止めることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３５】
以下、図面を参照して本発明の溶接制御装置および溶接制御方法を実施するための最良の形態（以下「実施形態」という）について説明する。まず、本発明の溶接制御方法の概要、この溶接制御方法のうち２種類の手法を説明した上で、従来技術と対比したときの特長、本発明の溶接制御方法を実現する溶接制御装置の構成およびその動作について順次説明していくこととする。
【００３６】
［溶接制御方法の概要］
図１は、本発明の溶接制御装置が生成するパルス波形による溶接ワイヤ先端部の時系列変化を模式的に示す説明図である。本発明の溶接制御装置は、炭酸ガス単体または炭酸ガスが主成分である混合ガスをシールドガスとするアーク溶接においてパルス電流（パルス信号）によって１周期あたり１溶滴の溶滴移行の規則性を実現するものである。本発明の溶接制御装置は、図１において下側に示すように、通常は、パルス波形が異なる２種類のパルス電流（パルス信号）として、第１パルス２０１と第２パルス２０２とを交互に生成して溶接電源に出力する。ここで、第１パルス２０１および第２パルス２０２の波形形状の詳細を図１５に示す。第１パルス２０１および第２パルス２０２のパルスパラメータは、例えば、図１４を参照して説明した条件を満たすように設定される。
【００３７】
このような条件によりパルスアーク溶接を実施すると、図１において上側に時系列に示すように、図示しない被溶接材との間にアーク２０４が生起される溶接ワイヤ（以下、単にワイヤという）のワイヤ先端２０５の溶滴形成および溶滴移行が行われる。まず、２１１の状態は、それ以前のパルス周期にて溶滴が離脱した後の第２パルスピーク期間中にワイヤ先端２０５に溶滴が成長し、さらに第２パルスベース期間の後期に至ったときの溶滴の様子を示している。このとき、第２パルスピーク電流から第２パルスベース電流へと電流値が急激に減少するため、ワイヤ先端２０５において押上げ力が弱まり、溶滴は、２１１に示すようにワイヤ先端２０５において垂下がるように整形される。続いて、第１パルスピーク期間に入ると、ワイヤ中のピーク電流による電磁ピンチ力により、溶滴は、２１２に示すように、くびれ２０６を形成する変化をする。
【００３８】
ここで、例えば、ワイヤ送給速度変動や溶融池変動等の何らかの外乱により、第１パルスピーク期間、第１パルス立下りスロープ期間、または第１パルスベース期間にて、溶滴の離脱を検知しない場合が生じたとする。図１においては、２１３に示すように、第１パルスベース期間にて溶滴の離脱を検知しなかった場合を示している。このように第１パルスピーク期間、第１パルス立下りスロープ期間、または第１パルスベース期間にて、溶滴の離脱を検知しなかった場合には、本発明の溶接制御装置は、第１パルスベース期間終了後に、第２パルス２０２とはパルスピーク電流および／またはパルス幅の異なるパルス形状を有するパルス電流（パルス信号）を示す第３パルス２０３を生成して溶接電源に出力する。どのように異なるパルス形状であるかについては後記する。
【００３９】
第３パルスを出力する目的は、１周期あたり１溶滴の溶滴移行の規則性のずれを修正し、早く正常状態に復帰させることである。そのためには、２つの手法がある。第１手法は、ワイヤ先端２０５から離脱できなかった溶滴を第３パルスにより強制的に離脱させて第３パルスに続けて第２パルスを出力する方法である。第２手法は、ワイヤ先端２０５から離脱できなかった溶滴を第３パルスにより整形し直し、第３パルスに続けて出力する第１パルスで溶滴を離脱させる方法である。本発明の溶接制御装置は、後記するように、第１手法および第２手法にそれぞれ適した形状の波形を有した第３パルスを出力する。この第３パルス２０３の波形形状には、詳細には、図２に示すように、ベース電流Ｉｂ３からピーク電流Ｉｐ３へ至る立上りスロープ期間Ｔｕ３やピーク電流Ｉｐ３からベース電流Ｉｂ３へ至る立下りスロープ期間Ｔｄ３が含まれる。
【００４０】
［第１手法の概要］
第１手法では、第３パルスのピーク電流（第３パルスピーク電流）を、例えば、図１に示すように、第２パルスピーク電流より高くする。これを第３パルスの第１実施形態とする。これにより、第３パルスは、ワイヤ先端２０５から離脱できなかった溶滴を、２１４に示すように、強制的に離脱させることが可能である。この場合、溶接制御装置は、溶滴２０７のワイヤ先端２０５からの離脱を検知すると、検出時の電流から、例えば図１に示すように第３パルスベース電流へと電流値を急激に減少させて、溶滴離脱後のワイヤ側にアークが移動する瞬間においては、２１４に示すように、第３パルスベース期間に移行させて、電流が充分に下がっている状態にする。このことにより、ワイヤのくびれ２０６部分の飛散や離脱後の残留融液の飛散による小粒スパッタを大幅に低減できる。
【００４１】
また、第３パルスの出力に続いて、第２パルスを出力すると、第２パルスピーク期間では、溶接制御装置は、溶滴離脱後のワイヤに残留した残留融液が離脱や飛散をしないレベルに第２パルスピーク電流を設定し、この第２パルスで溶滴を２１５に示すように成長させる。そして、溶接制御装置は、第２パルスベース期間では、２１６に示すように溶滴の整形を行う。そして、溶滴は、再び２１１の状態に戻って整形される。このため、溶接制御装置は、溶滴移行の規則性のずれを修正し、従来よりも早く正常状態に復帰させることができる。
【００４２】
［第２手法の概要］
第２手法では、例えば、第３パルスのピーク電流（第３パルスピーク電流）を、第２パルスピーク電流より低くする。これを第３パルスの第２実施形態とする。これにより、第３パルスは、ワイヤ先端２０５から離脱できなかった溶滴を、２１１に示すように、ワイヤ先端２０５において垂下がるように整形する。そして、第３パルスの出力に続いて、第１パルスを出力すると、第１パルスピーク期間において、ワイヤ中のピーク電流による電磁ピンチ力により、溶滴は、２１２に示すように、くびれ２０６を形成する変化をしながら、２１４に示すように急速に離脱を行う。以降は、第２パルス、第１パルスを順に交互に出力できるので、溶滴移行の規則性のずれを修正できる。
【００４３】
［第１手法の好適なパラメータ条件］
第１手法では、離脱できなかった溶滴を第３パルスにより強制的に離脱させるので、図２に波形を示す第３パルスの第１実施形態におけるパルスパラメータの条件を以下の通りに設定することが好ましい。
【００４４】
＜ピーク電流Ｉｐ３＞
ピーク電流（第３パルスピーク電流）Ｉｐ３は３００〜７００Ａとする。このピーク電流Ｉｐ３は、溶滴を離脱させる過程において充分な電磁ピンチ力を確保するために大きく寄与する。ピーク電流Ｉｐ３が３００Ａ未満であると、電磁ピンチ力が弱く、溶滴移行の規則性を復帰させることができない。一方、ピーク電流Ｉｐ３が７００Ａを超えると、溶滴を押し上げるアーク力が強くなり過ぎてしまい、離脱した溶滴がスパッタとなる可能性があるだけでなく、装置重量やコストが上昇する問題も生じる。ピーク電流Ｉｐ３として、より好ましい範囲は、４００〜６００Ａである。
【００４５】
＜立上りスロープ期間Ｔｕ３＞
立上りスロープ期間（第３パルス立上りスロープ期間）Ｔｕ３は５．０ｍｓ以下とする。この立上りスロープ期間Ｔｕ３は、急激なアーク力の増加を防ぎ、徐々にアークの発生点を溶滴の上方部へ移動させるために寄与する。これにより、第３パルスにおける溶滴離脱が成功し易くなる。立上りスロープ期間Ｔｕ３が５．０ｍｓを超えると、溶滴を離脱させる電磁ピンチ力よりも、溶滴を押し上げるアーク力の方が強くなり、離脱した溶滴がスパッタとなる可能性が高くなってしまうので好ましくない。
【００４６】
＜ピーク期間Ｔｐ３＞
ピーク期間（第３パルスピーク期間）Ｔｐ３は０．３〜５．０ｍｓとする。このピーク期間Ｔｐ３は、ピーク電流Ｉｐ３と同様に、溶滴を離脱させる過程において充分な電磁ピンチ力を確保するために大きく寄与する。ピーク期間（パルス幅）Ｔｐ３が０．３ｍｓ未満であると、電磁ピンチ力により溶滴を離脱させることができず、溶滴移行の規則性を復帰させることができない。一方、ピーク期間Ｔｐ３が５．０ｍｓを越えると、アーク力が溶滴を大きく押し上げるため、離脱検出時の電流値から即座に電流値をベース電流Ｉｂ３へ低下させたとしても、小粒スパッタを抑制する効果が生じにくくなってしまう。
【００４７】
＜立下りスロープ期間Ｔｄ３＞
立下りスロープ期間（第３パルス立下りスロープ期間）Ｔｄ３は１０．０ｍｓ以下とする。この立下りスロープ期間Ｔｄ３は、ピーク電流Ｉｐ３からベース電流Ｉｂ３に至る過程において急激なピンチ力の低下を防ぐために寄与する。仮に溶滴が離脱し終えない途中で第３パルスの波形がベース電流Ｉｂ３へ変化してしまうと、溶滴の離脱が失敗する場合がある。しかしながら、立下りスロープ期間Ｔｄ３が１０．０ｍｓ以下の条件を満たすことで、溶滴の離脱が失敗する頻度を大幅に低減することができる。一方、立下りスロープ期間Ｔｄ３が１０．０ｍｓを越えてしまうと、離脱時の電流値が比較的高い電流値を有した状態で溶滴離脱が起こるため、離脱検出時の電流値から即座に電流値をベース電流Ｉｂ３へ低下させたとしても、小粒スパッタを抑制する効果が生じにくくなってしまう。
【００４８】
＜ベース電流Ｉｂ３＞
ベース電流（第３パルスベース電流）Ｉｂ３は３０〜２００Ａとする。この第３ベース電流Ｉｂ３は、溶滴離脱後にワイヤ側にアークが移動する過程において、アーク切れを起こさず、小粒スパッタ発生を抑制することに大きく寄与する。第３ベース電流Ｉｂ３が３０Ａ未満であると、アーク切れ、短絡が発生し易くなる。一方、第３ベース電流Ｉｂ３が２００Ａを超えると、溶滴からワイヤへアークが移動する瞬間において、ワイヤ側に残留する融液に寄与するアーク力が大きくなり、小粒スパッタを抑制することができなくなる。
【００４９】
＜ベース期間Ｔｂ３＞
ベース期間（第３パルスベース期間）Ｔｂ３は０．３〜１０ｍｓとする。このベース期間Ｔｂ３は、ベース電流Ｉｂ３と同様に、溶滴離脱後にワイヤ側にアークが移動する過程において、アーク切れを起こさず、小粒スパッタ発生を抑制することに大きく寄与する。ベース期間Ｔｂ３が０．３ｍｓ未満であると、ワイヤに残留した融液を整形するためには不十分であり、小粒スパッタを抑制することができなくなる。一方、ベース期間Ｔｂ３が１０ｍｓを越えると、溶滴と溶融池との間で短絡が生じ易くなり、溶滴移行の規則性を乱すことになる。また、溶接電流の上限が抑制され、高ワイヤ送給速度条件における溶接が困難となる。
【００５０】
［第２手法の好適なパラメータ条件］
第２手法では、溶滴を第３パルスにより整形し直し、第３パルスに続けて出力する第１パルスで溶滴を離脱させるので、図２に波形を示す第３パルスの第２実施形態におけるパルスパラメータの条件を以下の通りに設定することが好ましい。
【００５１】
＜ピーク電流Ｉｐ３＞
ピーク電流（第３パルスピーク電流）Ｉｐ３は１００〜４００Ａとする。このピーク電流Ｉｐ３は、溶滴を形成する過程において、溶滴を安定に整形することに大きく寄与する。ピーク電流Ｉｐ３が１００Ａ未満であると、アーク力が不十分であるため、溶滴を再度持ち上げることができず、次の第１パルスで溶滴を離脱させることができない。また、溶接電流の上限が抑制され、ワイヤを高速で送給する条件において溶接を行うことが困難となる。一方、ピーク電流Ｉｐ３が４００Ａを超えると、ワイヤの溶融が過度に進む上に、アーク力が強くなり過ぎるので、第３パルスピーク電流の印加時に、溶滴が離脱したり飛散したりして、スパッタを発生させてしまう。ピーク電流Ｉｐ３として、より好ましい範囲は、２００〜３００Ａである。
【００５２】
＜ピーク期間Ｔｐ３＞
ピーク期間（第３パルスピーク期間）Ｔｐ３は０．３〜１０．０ｍｓとする。このピーク期間Ｔｐ３は、ピーク電流Ｉｐ３と同様に、溶滴を整形する過程において溶滴を安定に形成することに大きく寄与する。ピーク期間（パルス幅）Ｔｐ３が０．３ｍｓ未満であると、溶滴を再度持ち上げることができず、次の第１パルスで溶滴を離脱させることができない。一方、ピーク期間Ｔｐ３が１０．０ｍｓを越えると、ワイヤの溶融が過度に進む上に、第３パルスの期間中に、溶滴が離脱したり飛散したりして、スパッタを発生させてしまい、１周期１溶滴の溶滴移行の規則性を復帰させることができない。
【００５３】
＜ベース電流Ｉｂ３＞
ベース電流（第３パルスベース電流）Ｉｂ３は３０〜２００Ａとする。この第３ベース電流Ｉｂ３は、溶滴を整形する過程において、アーク切れを起こさず、安定に溶滴を整形することに大きく寄与する。第３ベース電流Ｉｂ３が３０Ａ未満であると、アーク切れ、短絡が発生し易くなる。一方、第３ベース電流Ｉｂ３が２００Ａを超えると、溶滴に寄与するアーク力が大きくなると共に、ベース期間Ｔｂ３での溶融が過大となり、溶滴がふらつき、安定に整形できなくなる。
【００５４】
＜ベース期間Ｔｂ３＞
ベース期間（第３パルスベース期間）Ｔｂ３は０．３〜１５ｍｓとする。このベース期間Ｔｂ３は、ベース電流Ｉｂ３と同様に、溶滴を整形する過程において、アーク切れを起こさず、安定に溶滴を整形することに大きく寄与する。ベース期間Ｔｂ３が０．３ｍｓ未満であると、溶滴を充分に整形させることができず、次の第１パルスにおいて、溶滴の離脱方向にばらつきが生じる。一方、ベース期間Ｔｂ３が１５ｍｓを越えると、ベース期間での溶融量が過大となり、溶滴と溶融池の間で短絡が生じ易くなり、溶滴移行の規則性を復帰させることができない。
【００５５】
［外乱が生じたときの溶滴移行の概要］
外乱が生じたときの溶滴移行について、本発明の溶接制御方法を従来の方法と比較するために、以下の溶接条件１でパルスアーク溶接を実施したときのパルス波形の例について図３および図４を参照して説明する。図３は、本発明の溶接制御装置による溶滴の離脱検知の一例を説明するグラフであって、溶接電流および溶接電圧の波形と離脱検知信号とをそれぞれ示している。図４は、図３のグラフの比較例であって、第３パルスを用いない従来の溶接制御装置による溶滴の離脱検知を説明するグラフである。
【００５６】
（溶接条件１）
ワイヤ ：ＪＩＳ Ｚ３３１２ ＹＧＷ１１ １．２ｍｍφ
炭酸ガス ：１００％ＣＯ２
試験板 ：ＳＭ４９０Ａ
チップ母材間距離：２５ｍｍ
溶接速度 ：３０ｃｍ／ｍｉｎ
ワイヤ送給速度 ：１６．０ｍ／ｍｉｎ
溶接電流 ：３０５Ａ
アーク電圧 ：３７Ｖ
【００５７】
従来の溶接制御装置は、図４の３０１に示す期間（０〜約５０ｍｓ）では、第１パルスと、それよりもピーク電流の低い第２パルスとを交互に出力することで、１周期あたり１溶滴移行の溶滴移行の規則性が実現されている。具体的には、４周期の間に４回の離脱が検知されている。この３０１に示す期間では、スパッタおよびヒュームの発生が少なかった。図４のグラフにおいて５回目の離脱が検知されるべきタイミング３０２は、第１パルスピーク期間、または、それに続く第１パルス立下りスロープ期間、または、それに続く第１パルスベース期間を示している。しかしながら、このタイミング３０２において、何らかの外乱により、溶滴の離脱を検知せず、そのまま自然にまかせておくと、図４の３０３に示す期間（約５０〜約１９０ｍｓ）では、溶滴移行の規則性がくずれる。具体的には、６周期連続して離脱が検知されず、７周期目には一度検知されるが、８周期目には検知されず、９周期目以降にようやく溶滴移行の規則性が復帰している。この３０３に示す期間では、スパッタおよびヒュームの発生が増大した。
【００５８】
一方、本発明の溶接制御装置は、図３の３１１に示す期間（０〜約１２０ｍｓ）では、８周期の間に８回の溶滴離脱を検知しており、溶滴移行の規則性が実現されている。図３のグラフにおいて９周期目の離脱が検知されるべきタイミング３１２は、第１パルスピーク期間、または、それに続く第１パルス立下りスロープ期間、または、それに続く第１パルスベース期間を示している。しかしながら、このタイミング３１２において、何らかの外乱により、溶滴の離脱を検知しなかったので、本発明の溶接制御装置は、第１パルスベース期間終了後のタイミング３１３に第３パルスを出力する。これにより、直後の１０周期目の離脱が検知されるべきタイミングから溶滴移行の規則性が復帰している。したがって、溶滴移行の規則性がくずれる期間は、従来の方法に比べて大幅に減少した。その結果、従来の方法に比べて、スパッタおよびヒュームの発生が大幅に減少した。
【００５９】
［第１手法における溶滴移行］
第１手法において、前記した溶接条件１でパルスアーク溶接を実施したときのパルス波形の例について図５を参照して説明する。図５は、本発明の溶接制御装置が生成する第３パルスの第１実施形態を説明するグラフであって、溶接電流および溶接電圧の波形と離脱検知信号とをそれぞれ示している。図５のグラフにおいてタイミング４０１は、第１パルスの離脱検知の指標となる期間（ピーク期間、立下りスロープ期間、ベース期間）を示している。しかしながら、このタイミング４０１において、何らかの外乱により、溶滴の離脱を検知しなかったので、本発明の溶接制御装置は、第１パルスベース期間終了後に第３パルスを出力している。
【００６０】
第３パルスピーク期間または第３パルス立下りスロープ期間の中で溶滴の離脱を検知したタイミング４０２において、検知するやいなや、本発明の溶接制御装置は、第３パルスの電流値を検出時の電流値よりも低い所定値に切り替え、所定値の電流について予め定められた期間の終了後に、図５において４０３で示すように、第２パルスを生成して溶接電源に出力する。これにより、ワイヤのくびれ部分の飛散や離脱後の残留融液の飛散による小粒スパッタを大幅に低減できる。
【００６１】
図５では、第３パルスを１度出力しただけで溶滴の離脱を検知するものとしたが、万が一、検知できなかった場合に備えて、溶滴の離脱が検出されるまで予め設定された回数を最大として連続して第３パルスを繰り返し生成して溶接電源に出力することもできる。このときの繰返条件としては、最大回数を例えば５〜６回とすることができる。また、第３パルスピーク期間または第３パルス立下りスロープ期間の途中に、次回の第３パルスを出力することができる。
【００６２】
［第２手法における溶滴移行］
第２手法において、前記した溶接条件１でパルスアーク溶接を実施したときのパルス波形の例について図６を参照して説明する。図６は、本発明の溶接制御装置が生成する第３パルスの第２実施形態を説明するグラフであって、溶接電流および溶接電圧の波形と離脱検知信号とをそれぞれ示している。図６のグラフにおいてタイミング５０１は、第１パルスの離脱検知の指標となる期間（ピーク期間、立下りスロープ期間、ベース期間）を示している。しかしながら、このタイミング５０１において、何らかの外乱により、溶滴の離脱を検知しなかったので、本発明の溶接制御装置は、第１パルスベース期間終了後に、溶滴を再度持ち上げながら形状を整えるために、第３パルスを出力している。
【００６３】
図６のグラフにおいてタイミング５０２は、第３パルスピーク期間、または、第３パルス立下りスロープ期間、または、第３ベース期間のいずれかのタイミングを示している。
本発明の溶接制御装置は、タイミング５０２において、溶滴の離脱を検出しなかった場合に、第３パルスベース期間の終了後に、第１パルスを生成して溶接電源に出力する。そして、本発明の溶接制御装置は、第１パルスピーク期間または第１パルス立下りスロープ期間の中で、溶滴の離脱を検知したタイミング５０３において、検知するやいなや、即座に第１パルスの電流値を検出時の電流値よりも低い所定値（第１パルスベース電流）に切り替え、所定値の電流（第１パルスベース電流）について予め定められた期間（第１パルスベース期間）の終了後に、第２パルスを生成して溶接電源に出力する。したがって、溶滴移行の規則性を損なわず、スパッタおよびヒュームを増加させることがない。
【００６４】
［溶接システムの構成］
図７は、本発明の溶接制御装置を含む溶接システムの一例を模式的に示す構成図である。溶接システム１００は、図７に示すように、主として、ワイヤ送給装置１０１と、溶接電源１０２と、溶接制御装置１０３と、アーク溶接ロボット１０４と、ロボット制御装置１０５とを備えている。
【００６５】
ワイヤ送給装置１０１は、溶接制御装置１０３を介して溶接電源１０２と接続されている。溶接電源１０２は、給電によりワイヤ送給装置１０１を駆動する。溶接制御装置１０３が溶接指令信号としてのパルス信号（パルス電流）を溶接電源１０２に出力すると、溶接電源１０２からの給電によりワイヤ送給装置１０１が駆動されて、ワイヤ５を送り出すローラ等からなるワイヤ送給路を通してワイヤ５がトーチ１０７に送給される。
【００６６】
アーク溶接ロボット１０４は、例えば、６軸構成の多関節型の溶接ロボットであり、手首部分には、トーチ１０７が取り付けられている。アーク溶接ロボット１０４は、ロボット制御装置１０５からの指令に基づいて内部の図示しないモータの動作により、各関節を動かすことにより、トーチ１０７を移動させることができる。トーチ１０７は、ワイヤを被溶接材Ｗに向けて送り出すものである。この送り出されたワイヤと被溶接材Ｗとの間にアーク６が形成されることで溶接が行われる。
【００６７】
ロボット制御装置１０５は、アーク溶接ロボット１０４と、図示しない教示ペンダントとに接続されており、教示ペンダントから入力されたコマンド（インチング指令）または予め記憶された所定の教示プログラムで指示される溶接経路や溶接作業条件に基づいて、アーク溶接ロボット１０４を制御するものである。
【００６８】
なお、溶接制御装置１０３と、ロボット制御装置１０５とは、例えば、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＲＯＭ（Read Only Memory）、ＲＡＭ（Random Access Memory）、ＨＤＤ（Hard Disk Drive）、入出力インタフェース等を備えている。
【００６９】
［溶接制御装置の構成］
図８は、本発明の溶接制御装置の構成を示すブロック図である。図８では、溶接制御装置１０３と、この溶接制御装置１０３から出力されるパルス信号（パルス電流）によりワイヤ５をトーチ１０７に送り込む給電を行う溶接電源１０２とを示している。出力制御素子１は、図示しない３相交流電源に接続されており、この出力制御素子１に与えられた電流は、トランス２、ダイオードからなる整流部３、直流リアクトル８および溶接電流を検出する電流検出器９を介して、コンタクトチップ４に与えられる。なお、コンタクトチップ４は、破線で示すように、トーチ１０７内に収納されている。トランス２の低位電源側には、被溶接材Ｗが接続されており、コンタクトチップ４内を挿通して給電されるワイヤ５と、被溶接材Ｗとの間にアーク６が生起される。コンタクトチップ４と被溶接材Ｗとの間の溶接電圧は、電圧検出器１０により検出されて出力制御器１５に入力される。この出力制御器１５には、電流検出器９から溶接電流の検出値も入力される。これにより、出力制御器１５は、入力される溶接電圧および溶接電流の検出値（フィードバック信号）を基に、ワイヤ５に給電する溶接電流おび溶接電圧の指令値を決定し、指令信号を出力して出力制御素子１を制御することによって溶接出力を制御する。また、出力制御器１５は、波形生成器２０から入力される第１パルスないし第３パルスの波形形状を示す信号に基づいて、出力制御素子１に出力する信号を変化させることによって、パルスアークを制御する。
【００７０】
図８において破線で示す溶滴離脱検出部１８は、所定条件を満たすときに、ワイヤ先端からの溶滴の離脱または離脱直前を検出するものである。本実施形態では、溶滴離脱検出部１８は、波形生成器２０から離脱検出許可信号が入力された期間のみ、溶滴の離脱または離脱直前を検出する処理を有効とする。このうち、離脱を検知する方法としては、例えば、第３パルスピーク期間Ｔｐ３（図２参照）、または、第３パルス立下りスロープ期間Ｔｄ３（図２参照）において、電源外部特性が定電圧特性であれば、溶滴離脱によってアーク長が長くなる際の電流低下を捉えればよい。一方、第３パルスピーク期間Ｔｐ３、または、第１パルス立下りスロープ期間Ｔｄ３において、電源外部特性が定電流特性であれば、溶滴離脱によるアーク電圧の急増を捉えればよい。また、第３パルスピーク期間Ｔｐ３、または、第３パルス立下りスロープ期間Ｔｄ３において、溶接電流、溶接電圧またはアーク抵抗（アークインピーダンス＝溶接電圧／溶接電流）等について１階または２階の時間微分信号を離脱検知として用いてもよい。本実施形態では、以下の理由により、２階の時間微分信号を溶滴の離脱（または離脱の直前）の検知に用いることとする。
【００７１】
ここで、溶滴の離脱を検出する原理について図９を参照して説明する。図９は、本発明の溶接制御装置が液滴の離脱を検知する方法を説明するためのグラフであって、（ａ）は溶接電圧の時間変化、（ｂ）は溶接電圧の１階時間微分の時間変化、（ｃ）は溶接電圧の２階時間微分の時間変化をそれぞれ示している。溶滴が離脱する場合、ワイヤ先端に存在する溶滴の根元がくびれ、そのくびれが進行する結果、溶接電圧およびアーク抵抗（＝溶接電圧／溶接電流）が上昇する。また、溶滴が離脱するとアーク長が長くなるため、溶接電圧およびアーク抵抗が上昇する。さらに、溶接電圧やアーク抵抗の時間微分値も常に上昇している。図９（ａ）に示すグラフでは、６０１で示すタイミングで溶滴が離脱した。したがって、６０１で示すタイミングについて、例えば図９（ａ）に示す溶接電圧の傾斜の急激な時間変化や、図９（ｂ）に示す溶接電圧の時間微分値（ｄＶ／ｄｔ）の傾斜の急激な変化を検出して演算により求め、その結果を所定のしきい値と比較することによって、溶滴の離脱を判定することが可能である。なお、図９（ｂ）および図９（ｃ）の時間軸の範囲は、図９（ａ）に示す時間範囲６０２を表している。
【００７２】
しかしながら、例えば、溶接進行中に電流や電圧等の溶接条件を変化させた場合や、開先内におけるウィービング溶接等によってワイヤ突出し長さが変化する場合には、溶滴の離脱を正確に検出することが難しい。具体的には、溶接中に、チップ−母材間距離（ワイヤ突出し長さ）を３段階（３０ｍｍ、２５ｍｍ、２０ｍｍ）に変化させた場合には、図９（ａ）に示すように、チップ−母材間距離が短い場合には、電圧の立上りは緩く、チップ−母材間距離が長い場合には、電圧の立上りが急峻になる。この場合、各電圧値レベルも異なる。
【００７３】
したがって、チップ−母材間距離（ワイヤ突出し長さ）を３段階（３０ｍｍ、２５ｍｍ、２０ｍｍ）に変化させた場合には、図９（ｂ）に示すように、電圧の時間微分値（ｄｖ／ｄｔ）も異なることになる。すなわち、ワイヤ突出し長さが溶接中に変化した場合には、溶滴の離脱による電圧の変化と、突出し長さの変化による電圧の変化とが重なってしまうので、溶滴の離脱を正確に検出できなくなる。このことは、ワイヤ突出し長さだけではなく、溶接中に溶接条件を変化させた場合も同様であり、さらに、溶接電圧だけではなくアーク抵抗でも同様である。
【００７４】
一方、チップ−母材間距離（ワイヤ突出し長さ）を３段階（３０ｍｍ、２５ｍｍ、２０ｍｍ）に変化させたとしても、溶接電圧の２階時間微分値（ｄ2Ｖ／ｄｔ2）は、図９（ｃ）に示すように、ほぼ同一値である。つまり、溶接電圧の２階時間微分値（ｄ2Ｖ／ｄｔ2）は、ワイヤ突出し長さや溶接条件等の影響を大きくは受けない。そこで、本実施形態では、溶接中の溶接電圧の２階時間微分値を演算することで、溶滴の離脱（または離脱の直前）を検出し、検出した直後に溶接電流を低くなるように制御することとした。これにより、溶接中にワイヤ突出し長さや溶接条件等が変化した場合においても、溶滴の離脱を正確に検出することができる。
【００７５】
本実施形態では、溶滴離脱検出部１８は、図８に示すように、溶接電圧微分器１１と、２階微分器１２と、２階微分値設定器１３と、比較器１４とを備え、波形生成器２０から離脱検出許可信号が入力されているときに、それぞれの処理を行うこととした。
【００７６】
溶接電圧微分器１１は、電圧検出器１０により検出された電圧値（溶接中の溶接電圧値）を時間微分する。この微分電圧値は、２階微分器１２により、さらに時間微分され、その算出結果である２階微分値は、比較器１４に入力される。
【００７７】
２階微分値設定器１３は、ワイヤ先端から溶滴が離脱するときの溶接電圧の２階微分値（または溶滴離脱直前のくびれに相当する２階微分値）に相当するしきい値を、２階時間微分値として設定するものである。
【００７８】
比較器１４は、２階微分器１２から入力する溶接中の溶接電圧値の２階微分値（２階微分検出値）と、２階微分値設定器１３で設定された２階微分値（２階微分設定値）とを比較するものである。比較器１４は、２階微分検出値が２階微分設定値を超えた瞬間に、溶滴がワイヤ先端から離脱したもの（または離脱直前であるもの）と判定し、その旨を示す溶滴離脱検出信号を波形生成器２０に出力する。つまり、溶滴離脱検出信号は、溶滴の離脱（または離脱直前）を検出した場合に出力される信号である。
【００７９】
波形設定器１９は、第１パルス、第２パルスおよび第３パルスにおけるパルスパラメータ（ピーク電流、パルスピーク期間、ベース電流、パルスベース期間、立上りスロープ期間、立下がりスロープ期間等）を波形生成器２０に設定するものである。本実施形態では、波形設定器１９は、図示しない記憶手段に予め記憶されたパルスパラメータの各値を波形生成器２０に入力する。
【００８０】
波形生成器２０は、パルス波形が異なる２種類のパルス信号として溶滴を離脱させる第１パルスと、溶滴を整形する第２パルスとを交互に生成して溶接電源１０２に出力すると共に溶滴の離脱が検出された場合に直ちに第１パルスの電流値を検出時の電流値よりも低い所定値に切り替えるものである。波形生成器２０は、溶滴離脱検出部１８から溶滴離脱検出信号が入力された場合に、波形設定器１９で設定された設定値に基づいて、第１パルスベース期間（波形設定器１９で設定された出力補正期間）では、検出時の溶接電流より低い溶接電流（第１パルスベース電流）になるように、出力制御器１５の出力を補正するための信号（出力補正信号）を出力制御器１５に出力する。また、溶滴離脱検出信号が入力されて第１パルスベース期間（波形設定器１９で設定された出力補正期間）が終了した場合に、波形生成器２０は、波形設定器１９で設定されたパルス形状となるように、第２パルスの波形信号を出力し、続いて、再び、第１パルス、第２パルスによる交互出力を繰り返す。
【００８１】
また、本実施形態の波形生成器２０は、第１パルスを出力後、第１パルスベース期間（第１ベース期間という）が経過するまでに、溶滴離脱検出信号が入力されない場合には、波形設定器１９で設定されたパルス形状となるように、第３パルスの波形信号を出力する。その詳細は、波形生成器２０の動作と共に後記する。
【００８２】
［溶接制御装置の動作］
（第１手法）
次に、本実施形態の溶接制御方法の第１手法による溶接制御装置１０３の動作として主に波形生成器２０のパルス生成処理について図１０を参照（適宜図８参照）して説明する。図１０は、本発明の溶接制御装置のパルス生成処理の一例を示すフローチャートである。溶接制御装置１０３の波形生成器２０は、波形設定器１９で設定された第１パルスの出力タイミングでなければ（ステップＳ１：Ｎｏ）、待機し、第１パルスの出力タイミングになると（ステップＳ１：Ｙｅｓ）、第１パルスを出力制御器１５に出力する（ステップＳ２）。通常のように、溶接制御装置１０３の溶滴離脱検出部１８が、溶滴の離脱を検知した場合（ステップＳ３：Ｙｅｓ）、溶接制御装置１０３の波形生成器２０は、溶滴離脱検出信号に基づいて、低電流（第１パルスベース電流）へ切り替える（ステップＳ４）。波形生成器２０は、波形設定器１９で設定された第２パルスの出力タイミングでなければ（ステップＳ５：Ｎｏ）、待機し、第２パルスの出力タイミングになると（ステップＳ５：Ｙｅｓ）、第２パルスを出力する（ステップＳ６）。そして、波形生成器２０は、ステップＳ１に戻る。これにより、通常の場合、溶接制御装置１０３は、１周期あたり１溶滴の溶滴移行の規則性を実現できる。
【００８３】
また、通常とは異なって、溶滴を離脱させるための第１パルスを出力したにもかかわらず、前記したステップＳ３において、何らかの理由で溶滴離脱検出部１８が、溶滴の離脱を検知しなかった場合（ステップＳ３：Ｎｏ）、波形生成器２０は、第１ベース期間が終了していなければ（ステップＳ７：Ｎｏ）、溶滴の離脱検知の判別を繰り返す。溶滴の離脱を検知できずに第１ベース期間が終了すると（ステップＳ７：Ｙｅｓ）、波形生成器２０は、溶滴を強制的に離脱させるための第３パルスを出力する（ステップＳ８）。そして、この第３パルスを出力した後で、溶滴離脱検出部１８が、溶滴の離脱を検知した場合（ステップＳ９：Ｙｅｓ）、波形生成器２０は、ステップＳ４に戻り、低電流に切り替える。このときの低電流は、例えば、第３パルスベース電流である。つまり、波形生成器２０は、溶滴離脱検出信号が入力されて第３パルスベース期間（波形設定器１９で設定された出力補正期間）が終了した場合に、波形設定器１９で設定されたパルス形状となるように、第３パルスに続いて第２パルスの波形信号を出力し、続いて、再び、第１パルス、第２パルスによる交互出力を繰り返す。これにより、溶接制御装置１０３は、溶滴移行の規則性を復帰させることができる。
【００８４】
また、第３パルスを出力した後で、溶滴離脱検出部１８が、溶滴の離脱を検知しなかった場合（ステップＳ９：Ｎｏ）、波形生成器２０は、繰り返し条件を満足していなければ（ステップＳ１０：Ｎｏ）、ステップＳ８に戻って、溶滴の離脱が検出されるまで第３パルスを繰り返し出力する。そして、波形生成器２０は、溶滴の離脱を検知できずに繰り返し条件を満たすと（ステップＳ１０：Ｙｅｓ）、ステップＳ１に戻り、第１パルスを出力する。
【００８５】
（第２手法）
次に、本実施形態の溶接制御方法の第２手法による溶接制御装置１０３の動作として主に波形生成器２０のパルス生成処理について図１１を参照（適宜図８および図１０参照）して説明する。図１１は、本発明の溶接制御装置のパルス生成処理の他の例を示すフローチャートである。溶接制御装置１０３の行う動作のうち、ステップＳ１からステップＳ７は、図１０に示したものと同様なので説明を省略する。
【００８６】
溶接制御装置１０３の波形生成器２０は、溶滴の離脱を検知できずに第１ベース期間が終了すると（ステップＳ７：Ｙｅｓ）、ステップＳ８において、離脱しなかった溶滴を整形し直すための第３パルスを出力する（ステップＳ８）。そして、この第３パルスを出力した後で、溶滴離脱検出部１８が、溶滴の離脱を検知しない場合（ステップＳ９：Ｎｏ）、波形生成器２０は、第３ベース期間が終了していなければ（ステップＳ２０：Ｎｏ）、溶滴の離脱検知の判別を繰り返す。そして、溶滴の離脱を検知せずに第３ベース期間が終了すると（ステップＳ２０：Ｙｅｓ）、ステップＳ１に戻り、整形された溶滴を離脱させるための第１パルスを出力する。つまり、波形生成器２０は、溶滴離脱検出信号が入力されずに第３パルスベース期間（波形設定器１９で設定された出力補正期間）が終了した場合に、波形設定器１９で設定されたパルス形状となるように、第３パルスに続いて第１パルスの波形信号を出力し、続いて第２パルスを出力する。以降、再び、第１パルス、第２パルスによる交互出力を繰り返すこととなる。これにより、溶接制御装置１０３は、溶滴移行の規則性を復帰させることができる。なお、ステップＳ９において、仮に、溶滴の離脱を検知した場合（ステップＳ９：Ｙｅｓ）、第１手法と同様に、ステップＳ４に戻り、低電流（例えば、第３パルスベース電流）に切り替えることができる。
【００８７】
なお、溶接制御装置１０３は、一般的なコンピュータを、前記した溶滴離脱検出部１８、波形設定器１９および波形生成器２０として機能させる溶接制御プログラムにより動作させることで実現することもできる。この制御プログラムは、通信回線を介して提供することも可能であるし、ＣＤ−ＲＯＭやフラッシュメモリ等の記録媒体に書き込んで配布することも可能である。
【００８８】
本実施形態によれば、溶接制御装置１０３は、何らかの外乱により、第１パルスピーク期間Ｔｐ１またはそれに続く第１パルス立下りスロープ期間Ｔｄｏｗｎまたはそれに続く第１パルスベース期間Ｔｂ１にて溶滴の離脱を検知しなかった場合には、第１パルスベース期間Ｔｂ１終了後に、第２パルスとは異なるパルス形状を有する第３パルスを出力する。第３パルスの第１実施形態により、離脱できなかった溶滴を強制的に離脱させることもできる。また、第３パルスの第２実施形態により、離脱できなかった溶滴を整形し直し、その後、第１パルスにより離脱させることもできる。ゆえに、溶接制御装置１０３は、何らかの外乱により発生した溶滴移行の規則性のずれを修正し、即座に正常状態に復帰させることができる。その結果、１周期あたり１溶滴の溶滴移行の規則性により、大粒スパッタを低減すると共に、溶滴離脱時のワイヤ先端のくびれ部分の飛散による小粒スパッタや溶滴離脱後のワイヤに残留した融液の飛散による小粒スパッタを大幅に低減することができる。さらに、溶滴移行の規則性を実現することにより、溶接アークを安定化すると同時に、スパッタ発生量およびヒューム発生量を大幅に低減できる。
【００８９】
以上、本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明は前記した実施形態に限定されるものではない。例えば、本実施形態では、溶接制御装置１０３を含む溶接システム１００には、アーク溶接ロボット１０４を含むものとしたが、本発明はロボット溶接が必須ではない。例えば、溶接制御装置１０３および溶接電源１０２を用いて、人手を介した半自動トーチにより実現することもできる。また、パルスアーク溶接に用いるシールドガスは、１００％ＣＯ2に限定されず、炭酸ガスが主成分（５０％以上）である混合ガスでもよい。また、この混合ガスにＡｒ等の不活性ガスを含んでもよい。
【００９０】
また、本実施形態では、第１パルス２０１および第２パルス２０２は、そのピーク電流が異なるものとして説明したが、そのパルス幅が異なるものとしてもよい。また、ピーク電流とパルス幅とが両方とも異なっていてもよい。つまり、これら２種類のパルスは、溶滴を離脱させる役割と、溶滴を整形する役割に応じてパルス波形が異なっていればよい。
【実施例】
【００９１】
本発明の効果を確認するために、本実施形態の溶接制御方法の第１手法および第２手法について実験を行った。
【００９２】
（第１手法の実験方法）
下記の溶接条件２、表１および表２に示す第３パルスのパルスパラメータ（適宜図２参照）をそれぞれ用いて、炭酸ガスをシールドガスとして用いたパルスアーク溶接を行い、スパッタ発生量およびヒューム発生量を測定した。このとき、図１２（ａ）および図１２（ｂ）に示す２つの銅製の捕集箱１０８内にて溶接を行ない、スパッタを捕集した。図１２は本発明の溶接制御装置によるスパッタ発生量を測定するためのスパッタ捕集方法の説明図であって、（ａ）は捕集箱を正面斜視図、（ｂ）捕集箱の側面から内部を透視した図をそれぞれ示している。２つの捕集箱１０８の間に、被溶接材Ｗを置き、トーチ１０７を被溶接材Ｗ上に配置して溶接を実施した。そのとき発生するスパッタ１１１を、捕集箱１０８の上半部に設けた開口１０９を介して、捕集箱１０８内に捕集した。また、ヒューム発生量については、ＪＩＳ Ｚ３９３０に準じた方法を用いて測定した。また、図１３に、このときに用いた第１パルス２０１および第２パルス２０２のパルスパラメータの設定値を示す。
【００９３】
（溶接条件２）
ワイヤ ：ＪＩＳ Ｚ３３１２ ＹＧＷ１１ １．２ｍｍφ
炭酸ガス ：１００％ＣＯ２
試験板 ：ＳＭ４９０Ａ
チップ母材間距離：２５ｍｍ
トーチ前進角 ：３０°
溶接速度 ：４０ｃｍ／ｍｉｎ
【００９４】
【表１】
【００９５】
【表２】
【００９６】
（第１手法の実験結果）
表１および表２において、特開２００７−２３７２７０号公報の実施例に基づいて、スパッタ発生量が４．０［ｇ／ｍｉｎ］未満、ヒューム発生量が４００［ｍｇ／ｍｉｎ］未満のものを良（○）として表記した。良（○）のうち、スパッタ発生量が２．０［ｇ／ｍｉｎ］未満、ヒューム発生量が３００［ｍｇ／ｍｉｎ］未満のものを良好（◎）として表記した。表１に示す実施例１〜実施例１３は、前記した第１手法の好適なパラメータ条件を満たすものであり、評価はいずれも良好（◎）であった。なお、表１において、第１手法の好適なパラメータ条件の上限または下限近傍の範囲内の数値を太字で示した。
【００９７】
表２に示す実施例１４〜実施例２３は、第３パルスを用いたが、前記した第１手法の好適なパラメータ条件のうち条件を満たさないパルスパラメータを有するものであり、評価はいずれも良（○）であった。なお、表２において、第１手法の好適なパラメータ条件の下限値に満たないか、または、上限値を超えるような範囲外の数値を太字で示した。また、実施例１４〜実施例２３については、実施例１〜実施例１３よりもスパッタ発生量およびヒューム発生量が増大したが、いずれも、スパッタ発生量４．０［ｇ／ｍｉｎ］未満であり、ヒューム発生量４００［ｍｇ／ｍｉｎ］を超えるものではない。
【００９８】
表２に示す実施例１４〜実施例２３について、スパッタ発生量およびヒューム発生量が良（○）であった理由は以下の通りである。
＜実施例１４＞Ｉｐ３が第１手法の好適なパラメータ条件の下限値（以下、単に下限値という）以下であるため、溶滴が離脱しにくく、１周期あたり１溶滴移行を復活させにくく、スパッタ、ヒュームを増大させる。
＜実施例１５＞Ｉｐ３が第１手法の好適なパラメータ条件の上限値（以下、単に上限値という）以上であるため、ピーク期間に溶滴を押上げるアーク力が強くなり易く、離脱した溶滴がスパッタとなる上、溶滴過熱が大きいためヒュームを増大させる。
＜実施例１６＞Ｔｕ３が上限値以上であるため、溶滴を押上げるアーク力が強くなり易く、離脱した溶滴がスパッタとなり易い。
＜実施例１７＞Ｔｐ３が下限値以下であるため、溶滴が離脱にくく、１周期あたり１溶滴移行を復活させにくく、スパッタ、ヒュームを増大させる。
＜実施例１８＞Ｔｐ３が上限値以上であるため、ピーク期間中に溶滴離脱が頻発し、小粒スパッタおよびヒュームが増大する上、１周期あたり１溶滴移行を復活させにくい。
＜実施例１９＞Ｔｄ３が上限値以上であるため、高電流で溶滴離脱が起こるため、小粒スパッタを抑制しにくい。
＜実施例２０＞Ｉｂ３が下限値以下であるため、アーク切れ、短絡が頻発しスパッタおよびヒュームを増大させる。
＜実施例２１＞Ｉｂ３が上限値以上であるため、溶滴からワイヤへアークが移動する瞬間において、ワイヤ側に残留する融液を吹き飛ばし易くなり、小粒スパッタおよびヒュームを増大させる。
＜実施例２２＞Ｔｂ３が下限値以下であるため、溶滴からワイヤへアークが移動する瞬間において、ワイヤ側に残留する融液を整形しにくく、小粒スパッタおよびヒュームを増大させる。
＜実施例２３＞Ｔｂ３が上限値以上であるため、溶滴と溶融池の間で短絡が生じ易くなり、小粒スパッタおよびヒュームを増大させる。
【００９９】
（第２手法の実験方法）
前記した溶接条件２、下記の表３および表４に示す第３パルスのパルスパラメータ（適宜図２参照）をそれぞれ用いて、炭酸ガスをシールドガスとして用いたパルスアーク溶接を行い、スパッタ発生量およびヒューム発生量を測定した。このとき、第１手法の実験方法と同様に、図１２に示した方法でスパッタ発生量を測定し、ヒューム発生量については、ＪＩＳ Ｚ３９３０に準じた方法を用いて測定した。さらに、同様に、図１３に示した第１パルス２０１および第２パルス２０２のパルスパラメータの設定値を用いた。
【０１００】
【表３】
【０１０１】
【表４】
【０１０２】
（第２手法の実験結果）
表３および表４において、第１手法の評価基準と同じように、スパッタ発生量およびヒューム発生量を評価した。表３に示す実施例２４〜実施例３１は、前記した第２手法の好適なパラメータ条件を満たすものであり、評価はいずれも良好（◎）であった。なお、表３において、第２手法の好適なパラメータ条件の上限または下限近傍の範囲内の数値を太字で示した。
【０１０３】
表４に示す実施例３２〜実施例３９は、第３パルスを用いたが、前記した第２手法の好適なパラメータ条件のうち条件を満たさないパルスパラメータを有するものであり、評価はいずれも良（○）であった。なお、表４において、第２手法の好適なパラメータ条件の下限値に満たないか、または、上限値を超えるような範囲外の数値を太字で示した。また、実施例３２〜実施例３９については、実施例２４〜実施例３１よりもスパッタ発生量およびヒューム発生量が増大したが、いずれも、スパッタ発生量４．０［ｇ／ｍｉｎ］未満であり、ヒューム発生量４００［ｍｇ／ｍｉｎ］を超えるものではない。
【０１０４】
表４に示す実施例３２〜実施例３９について、スパッタ発生量およびヒューム発生量が良（○）であった理由は以下の通りである。
＜実施例３２＞Ｉｐ３が第２手法の好適なパラメータ条件の下限値（以下、単に下限値という）以下であるため、溶滴を再度持ち上げにくい。また、１周期あたり１溶滴移行を復活させにくく、スパッタ、ヒュームを増大させる。
＜実施例３３＞Ｉｐ３が第２手法の好適なパラメータ条件の上限値（以下、単に上限値という）以上であるため、ワイヤの溶融が過度に進む上、アーク力が強くなり易く、溶滴がスパッタとなり易い。また、溶滴過熱が大きいためヒュームを増大させる。
＜実施例３４＞Ｔｐ３が下限値以下であるため、溶滴を再度持ち上げにくい。また、１周期あたり１溶滴移行を復活させにくく、スパッタ、ヒュームを増大させる。
＜実施例３５＞Ｔｐ３が上限値以上であるため、ワイヤの溶融が過度に進む上、ピーク期間中の溶滴がスパッタとなり易い。また、溶滴過熱が大きいためヒュームを増大させる。
＜実施例３６＞Ｉｂ３が下限値以下であるため、アーク切れ、短絡が頻発しスパッタおよびヒュームを増大させる。
＜実施例３７＞Ｉｂ３が上限値以上であるため、溶滴からワイヤへアークが移動する瞬間において、ワイヤ側に残留する融液を吹き飛ばし易くなり、小粒スパッタおよびヒュームを増大させる。
＜実施例３８＞Ｔｂ３が下限値以下であるため、アーク切れ、短絡が頻発しスパッタおよびヒュームを増大させる。
＜実施例３９＞Ｔｂ３が上限値以上であるため、溶滴からワイヤへアークが移動する瞬間において、ワイヤ側に残留する融液を吹き飛ばし易くなり、小粒スパッタおよびヒュームを増大させる。
【図面の簡単な説明】
【０１０５】
【図１】本発明の溶接制御装置が生成するパルス波形による溶接ワイヤ先端部の時系列変化を模式的に示す説明図である。
【図２】本発明の溶接制御装置が生成する第３パルスの波形を模式的に示す説明図である。
【図３】本発明の溶接制御装置による溶滴の離脱検知の一例を説明するグラフであって、溶接電流および溶接電圧の波形と離脱検知信号とをそれぞれ示している。
【図４】図３のグラフの比較例として従来の溶接制御装置による溶滴の離脱検知を説明するグラフであって、溶接電流および溶接電圧の波形と離脱検知信号とをそれぞれ示している。
【図５】本発明の溶接制御装置が生成する第３パルスの第１実施形態を説明するグラフであって、溶接電流および溶接電圧の波形と離脱検知信号とをそれぞれ示している。
【図６】本発明の溶接制御装置が生成する第３パルスの第２実施形態を説明するグラフであって、溶接電流および溶接電圧の波形と離脱検知信号とをそれぞれ示している。
【図７】本発明の溶接制御装置を含む溶接システムの一例を模式的に示す構成図である。
【図８】本発明の溶接制御装置の構成を示すブロック図である。
【図９】本発明の溶接制御装置が液滴の離脱を検知する方法を説明するためのグラフであって、（ａ）は溶接電圧の時間変化、（ｂ）は溶接電圧の１階時間微分の時間変化、（ｃ）は溶接電圧の２階時間微分の時間変化をそれぞれ示している。
【図１０】本発明の溶接制御装置のパルス生成処理の一例を示すフローチャートである。
【図１１】本発明の溶接制御装置のパルス生成処理の他の例を示すフローチャートである。
【図１２】本発明の溶接制御装置によるスパッタ発生量を測定するためのスパッタ捕集方法の説明図であって、（ａ）は捕集箱を正面斜視図、（ｂ）捕集箱の側面から内部を透視した図をそれぞれ示している。
【図１３】本発明の溶接制御装置によるスパッタ発生量を測定する際に生成した第１パルスおよび第２パルスの波形およびパラメータ値をそれぞれ示している。
【図１４】従来のパルスアーク溶接方法で生成されるパルス波形による溶接ワイヤ先端部の時系列変化を模式的に示す説明図である。
【図１５】従来のパルスアーク溶接方法で生成される第１パルスおよび第２パルスの波形を模式的に示す説明図である。
【符号の説明】
【０１０６】
１ 出力制御素子
２ トランス
３ 整流部
４ コンタクトチップ
５ ワイヤ
６ アーク
８ 直流リアクトル
９ 電流検出器
１０ 電圧検出器
１８ 溶滴離脱検出部
１９ 波形設定器
２０ 波形生成器
１００ 溶接システム
１０２ 溶接電源
１０３ 溶接制御装置
１０７ トーチ
Ｗ 被溶接材
【特許請求の範囲】
【請求項１】
炭酸ガス単体または炭酸ガスが主成分である混合ガスをシールドガスとするアーク溶接において溶接ワイヤ先端からの溶滴の離脱を検出する溶滴離脱検出部と、前記溶滴を離脱させる第１パルスと、前記溶滴を整形する第２パルスとを交互に生成して溶接電源に出力すると共に前記溶滴の離脱が検出された場合に直ちに前記第１パルスの電流値を検出時の電流値よりも低い所定値に切り替える波形生成器とを備える溶接制御装置において、
前記波形生成器は、
前記第１パルスのピーク期間、立下りスロープ期間またはベース期間において前記溶滴の離脱が検出されなかった場合に、前記第１パルスのベース期間終了後に、前記第２パルスとはパルスピーク電流および／またはパルス幅の異なるパルス形状を有する第３パルスを生成して前記溶接電源に出力することにより溶滴移行規則性のずれを修正することを特徴とする溶接制御装置。
【請求項２】
前記波形生成器は、
前記第３パルスのピーク期間または立下りスロープ期間において前記溶滴の離脱が検出された場合に直ちに当該第３パルスの電流値を検出時の電流値よりも低い所定値に切り替え、前記所定値の電流について予め定められた期間の終了後に、前記第２パルスを生成して前記溶接電源に出力することを特徴とする請求項１に記載の溶接制御装置。
【請求項３】
前記波形生成器は、
前記第３パルスのピーク期間または立下りスロープ期間において前記溶滴の離脱が検出されなかった場合に、前記溶滴の離脱が検出されるまで予め設定された回数を最大として連続して前記第３パルスを繰り返し生成して前記溶接電源に出力することを特徴とする請求項２に記載の溶接制御装置。
【請求項４】
前記第３パルスについての前記所定値は、前記第３パルスのベース期間の電流値を示すベース電流であり、
前記予め定められた期間は、前記第３パルスのベース期間であり、
前記第３パルスのピーク電流Ｉｐ３は３００〜７００Ａ、
前記第３パルスの立上りスロープ期間Ｔｕ３は５．０ｍｓ以下、
前記第３パルスのピーク期間Ｔｐ３は０．３〜５．０ｍｓ、
前記第３パルスの立下りスロープ期間Ｔｄ３は１０．０ｍｓ以下、
前記第３パルスのベース電流Ｉｂ３は３０〜２００Ａ、
前記第３パルスのベース期間Ｔｂ３は０．３〜１０ｍｓ、
の各条件を満たすことを特徴とする請求項２または請求項３に記載の溶接制御装置。
【請求項５】
前記波形生成器は、
前記第３パルスのピーク期間、立下りスロープ期間またはベース期間において前記溶滴の離脱が検出されなかった場合に、当該第３パルスのベース期間の終了後に、前記第１パルスを生成して前記溶接電源に出力することを特徴とする請求項１に記載の溶接制御装置。
【請求項６】
前記第３パルスのピーク電流Ｉｐ３は１００〜４００Ａ、
前記第３パルスのピーク期間Ｔｐ３は０．３〜１０．０ｍｓ、
前記第３パルスのベース電流Ｉｂ３は３０〜２００Ａ、
前記第３パルスのベース期間Ｔｂ３は０．３〜１５ｍｓ、
の各条件を満たすことを特徴とする請求項５に記載の溶接制御装置。
【請求項７】
炭酸ガス単体または炭酸ガスが主成分である混合ガスをシールドガスとするアーク溶接において溶接ワイヤ先端からの溶滴の離脱を検出する溶滴離脱検出部と、前記溶滴を離脱させる第１パルスと、前記溶滴を整形する第２パルスとを交互に生成して溶接電源に出力すると共に前記溶滴の離脱が検出された場合に直ちに前記第１パルスの電流値を検出時の電流値よりも低い所定値に切り替える波形生成器とを備える溶接制御装置の溶接制御方法において、
前記溶接制御装置は、
前記溶滴離脱検出部によって、前記第１パルスのピーク期間、立下りスロープ期間またはベース期間において前記溶滴の離脱が検出されなかった場合に、前記波形生成器によって、前記第１パルスのベース期間終了後に、前記第２パルスとはパルスピーク電流および／またはパルス幅の異なるパルス形状を有する第３パルスを生成して前記溶接電源に出力することにより溶滴移行規則性のずれを修正することを特徴とする溶接制御方法。
【請求項８】
炭酸ガス単体または炭酸ガスが主成分である混合ガスをシールドガスとするアーク溶接において溶接電源に出力するパルス波形の信号を生成するために、コンピュータを、
溶接ワイヤ先端から溶滴を離脱させる第１パルスと、前記溶滴を整形する第２パルスとを交互に生成して前記溶接電源に出力する手段、
前記溶滴の離脱が検出された場合に直ちに前記第１パルスの電流値を検出時の電流値よりも低い所定値に切り替える手段、
前記第１パルスのピーク期間、立下りスロープ期間またはベース期間において前記溶滴の離脱が検出されなかった場合に、前記第１パルスのベース期間終了後に、前記第２パルスとはパルスピーク電流および／またはパルス幅の異なるパルス形状を有する第３パルスを生成して前記溶接電源に出力することにより溶滴移行規則性のずれを修正する手段、
として機能させることを特徴とする溶接制御プログラム。
【請求項１】
炭酸ガス単体または炭酸ガスが主成分である混合ガスをシールドガスとするアーク溶接において溶接ワイヤ先端からの溶滴の離脱を検出する溶滴離脱検出部と、前記溶滴を離脱させる第１パルスと、前記溶滴を整形する第２パルスとを交互に生成して溶接電源に出力すると共に前記溶滴の離脱が検出された場合に直ちに前記第１パルスの電流値を検出時の電流値よりも低い所定値に切り替える波形生成器とを備える溶接制御装置において、
前記波形生成器は、
前記第１パルスのピーク期間、立下りスロープ期間またはベース期間において前記溶滴の離脱が検出されなかった場合に、前記第１パルスのベース期間終了後に、前記第２パルスとはパルスピーク電流および／またはパルス幅の異なるパルス形状を有する第３パルスを生成して前記溶接電源に出力することにより溶滴移行規則性のずれを修正することを特徴とする溶接制御装置。
【請求項２】
前記波形生成器は、
前記第３パルスのピーク期間または立下りスロープ期間において前記溶滴の離脱が検出された場合に直ちに当該第３パルスの電流値を検出時の電流値よりも低い所定値に切り替え、前記所定値の電流について予め定められた期間の終了後に、前記第２パルスを生成して前記溶接電源に出力することを特徴とする請求項１に記載の溶接制御装置。
【請求項３】
前記波形生成器は、
前記第３パルスのピーク期間または立下りスロープ期間において前記溶滴の離脱が検出されなかった場合に、前記溶滴の離脱が検出されるまで予め設定された回数を最大として連続して前記第３パルスを繰り返し生成して前記溶接電源に出力することを特徴とする請求項２に記載の溶接制御装置。
【請求項４】
前記第３パルスについての前記所定値は、前記第３パルスのベース期間の電流値を示すベース電流であり、
前記予め定められた期間は、前記第３パルスのベース期間であり、
前記第３パルスのピーク電流Ｉｐ３は３００〜７００Ａ、
前記第３パルスの立上りスロープ期間Ｔｕ３は５．０ｍｓ以下、
前記第３パルスのピーク期間Ｔｐ３は０．３〜５．０ｍｓ、
前記第３パルスの立下りスロープ期間Ｔｄ３は１０．０ｍｓ以下、
前記第３パルスのベース電流Ｉｂ３は３０〜２００Ａ、
前記第３パルスのベース期間Ｔｂ３は０．３〜１０ｍｓ、
の各条件を満たすことを特徴とする請求項２または請求項３に記載の溶接制御装置。
【請求項５】
前記波形生成器は、
前記第３パルスのピーク期間、立下りスロープ期間またはベース期間において前記溶滴の離脱が検出されなかった場合に、当該第３パルスのベース期間の終了後に、前記第１パルスを生成して前記溶接電源に出力することを特徴とする請求項１に記載の溶接制御装置。
【請求項６】
前記第３パルスのピーク電流Ｉｐ３は１００〜４００Ａ、
前記第３パルスのピーク期間Ｔｐ３は０．３〜１０．０ｍｓ、
前記第３パルスのベース電流Ｉｂ３は３０〜２００Ａ、
前記第３パルスのベース期間Ｔｂ３は０．３〜１５ｍｓ、
の各条件を満たすことを特徴とする請求項５に記載の溶接制御装置。
【請求項７】
炭酸ガス単体または炭酸ガスが主成分である混合ガスをシールドガスとするアーク溶接において溶接ワイヤ先端からの溶滴の離脱を検出する溶滴離脱検出部と、前記溶滴を離脱させる第１パルスと、前記溶滴を整形する第２パルスとを交互に生成して溶接電源に出力すると共に前記溶滴の離脱が検出された場合に直ちに前記第１パルスの電流値を検出時の電流値よりも低い所定値に切り替える波形生成器とを備える溶接制御装置の溶接制御方法において、
前記溶接制御装置は、
前記溶滴離脱検出部によって、前記第１パルスのピーク期間、立下りスロープ期間またはベース期間において前記溶滴の離脱が検出されなかった場合に、前記波形生成器によって、前記第１パルスのベース期間終了後に、前記第２パルスとはパルスピーク電流および／またはパルス幅の異なるパルス形状を有する第３パルスを生成して前記溶接電源に出力することにより溶滴移行規則性のずれを修正することを特徴とする溶接制御方法。
【請求項８】
炭酸ガス単体または炭酸ガスが主成分である混合ガスをシールドガスとするアーク溶接において溶接電源に出力するパルス波形の信号を生成するために、コンピュータを、
溶接ワイヤ先端から溶滴を離脱させる第１パルスと、前記溶滴を整形する第２パルスとを交互に生成して前記溶接電源に出力する手段、
前記溶滴の離脱が検出された場合に直ちに前記第１パルスの電流値を検出時の電流値よりも低い所定値に切り替える手段、
前記第１パルスのピーク期間、立下りスロープ期間またはベース期間において前記溶滴の離脱が検出されなかった場合に、前記第１パルスのベース期間終了後に、前記第２パルスとはパルスピーク電流および／またはパルス幅の異なるパルス形状を有する第３パルスを生成して前記溶接電源に出力することにより溶滴移行規則性のずれを修正する手段、
として機能させることを特徴とする溶接制御プログラム。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【公開番号】特開２００９−２３３７２８（Ｐ２００９−２３３７２８Ａ）
【公開日】平成２１年１０月１５日（２００９．１０．１５）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−８５８２３（Ｐ２００８−８５８２３）
【出願日】平成２０年３月２８日（２００８．３．２８）
【出願人】（０００００１１９９）株式会社神戸製鋼所 (5,860)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２１年１０月１５日（２００９．１０．１５）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年３月２８日（２００８．３．２８）
【出願人】（０００００１１９９）株式会社神戸製鋼所 (5,860)
【Ｆターム（参考）】
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