２ワイヤ溶接制御方法
【課題】アーク長を周期的に変化させて溶接する２ワイヤ溶接方法において、高速溶接性を向上させる。
【解決手段】ピーク期間中のピーク電流及びベース期間中のベース電流を１パルス周期として繰り返して溶接ワイヤ１に通電し、切換信号Ｓｔｃに同期してアーク長Ｌａを第１アーク長ＨＬａとそれよりも短い第２アーク長ＬＬａとに周期的に切り替えて溶融池２を形成し、フィラーワイヤ６を溶融池２に送給して溶接する２ワイヤ溶接制御方法において、フィラーワイヤ６の送給速度Ｗｓを、第１アーク長ＨＬａのときは第１フィラーワイヤ送給速度ＬＷｓに設定し、第２アーク長ＬＬａのときは第１フィラーワイヤ送給速度ＬＷｓよりも高速の第２フィラーワイヤ送給速度ＨＷｓに設定する。アーク長が短いときのフィラーワイヤの送給速度が高速になるので、溶融池の冷却効果が増大し、高速溶接性が向上する。
【解決手段】ピーク期間中のピーク電流及びベース期間中のベース電流を１パルス周期として繰り返して溶接ワイヤ１に通電し、切換信号Ｓｔｃに同期してアーク長Ｌａを第１アーク長ＨＬａとそれよりも短い第２アーク長ＬＬａとに周期的に切り替えて溶融池２を形成し、フィラーワイヤ６を溶融池２に送給して溶接する２ワイヤ溶接制御方法において、フィラーワイヤ６の送給速度Ｗｓを、第１アーク長ＨＬａのときは第１フィラーワイヤ送給速度ＬＷｓに設定し、第２アーク長ＬＬａのときは第１フィラーワイヤ送給速度ＬＷｓよりも高速の第２フィラーワイヤ送給速度ＨＷｓに設定する。アーク長が短いときのフィラーワイヤの送給速度が高速になるので、溶融池の冷却効果が増大し、高速溶接性が向上する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、溶接ワイヤにパルス波形の溶接電流を通電し、アーク長を低周波で周期的に変化させて溶融池を形成すると共に、フィラーワイヤを溶融池に送給しながら溶接する２ワイヤ溶接制御方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
消耗電極（以下、溶接ワイヤという）と母材との間にアークを発生させて溶融池を形成すると共に、その溶融池にフィラーワイヤを送給して溶接する２ワイヤ溶接方法（特許文献１参照）が従来から知られている。この２ワイヤ溶接方法では、溶接ワイヤの溶融金属にフィラーワイヤの溶融金属が加わるために、ワイヤ溶着量が増加し、高速で高効率な溶接が可能となる。特に、２ワイヤ溶接方法によって高速溶接を行うときには、ハンピングビードになるのを防止するために、フィラーワイヤを消耗電極アークよりも後半から溶融池に接触させて送給することが重要である。これは、フィラーワイヤを消耗電極アーク中に送給して溶融すると、溶融池はほとんど冷却されず、かつ、フィラーワイヤによって溶融池後半部の盛り上がりを抑えることもできないためにハンピングビードを抑制する効果はないからである。これに対して、フィラーワイヤをアーク周縁部の溶融池の後半部に接触させて送給し、溶融池の熱によって溶融するようにすれば溶融池が冷却され、かつ、フィラーワイヤによって溶融池後半部の盛り上がりが抑えられてハンピングビードの形成を抑制することができる。したがって、従来技術の２ワイヤ溶接方法では、フィラーワイヤには電流を通電せずに冷たい状態で溶融池と接触させることによって、溶融池を冷却するようにしている。
【０００３】
２ワイヤ溶接方法では、溶接ワイヤと母材との間にアークを発生させる方法として、炭酸ガスアーク溶接法、マグ溶接法、ミグ溶接法、パルスアーク溶接法、交流アーク溶接法等の種々な消耗電極式アーク溶接法を使用することができる。また、フィラーワイヤは基本的にワイヤ先端が溶融池と接触しており、溶融池からの熱によって溶融する。したがって、フィラーワイヤと母材との間にはアークは発生していない。本発明では、上記の消耗電極式アーク溶接法として、低周波でアーク長を周期的に変化させるパルスアーク溶接法を使用する場合である。以下、このアーク長変化パルスアーク溶接方法について説明する（特許文献２参照）。
【０００４】
パルスアーク溶接において、パルスパラメータ、溶接電圧等を周期的に変化させてアーク長を周期的に変化させることによって、溶融範囲を変化させて図３に示すようなウロコ状の美麗なビード外観を得るアーク長変化パルスアーク溶接方法が慣用されている。また、このアーク長変化パルスアーク溶接では、アーク長の変化によって溶融池を揺動させることができ、ブローホールの発生を抑制することができることが知られている。
【０００５】
図４は、従来技術におけるアーク長変化パルスアーク溶接方法を示す波形図である。同図（Ａ）は切換信号ＳTCを示し、同図（Ｂ）は溶接電流Ｉｗを示し、同図（Ｃ）は溶接電圧Ｖｗを示し、同図（Ｄ）はアーク長Ｌａを示す。同図は、フィラーワイヤを送給していない通常の１ワイヤ溶接方法の場合である。以下、同図を参照して説明する。
【０００６】
同図（Ａ）に示すように、切換信号Ｓtcは、予め定めた高パルス期間ＨＴ中はＨｉｇｈレベルになり、予め定めた低パルス期間ＬＴ中はＬｏｗレベルになる。この高パルス期間ＨＴと低パルス期間ＬＴとを合わせた期間が、切換周期Ｔｃとなる。
【０００７】
高パルス期間ＨＴ中は、同図（Ｂ）に示すように、高ピーク期間ＨＴｐ中の高ピーク電流ＨＩｐ及び高ベース期間ＨＴｂ中の高ベース電流ＨＩｂから成る高パルス電流群が通電する。この高ピーク期間ＨＴｐと高ベース期間ＨＴｂとを合わせて高パルス周期ＨＴｆになる。したがって、高パルス期間ＨＴは、複数の高パルス周期ＨＴｆを含んでいる。そして、この高パルス電流群の通電に対応して、同図（Ｃ）に示すように、高ピーク期間ＨＴｐ中は高ピーク電圧ＨＶｐが溶接ワイヤ・母材間に印加し、高ベース期間ＨＴｂ中は高ベース電圧ＨＶｂが印加する。
【０００８】
低パルス期間ＬＴ中は、同図（Ｂ）に示すように、低ピーク期間ＬＴｐ中の低ピーク電流ＬＩｐ及び低ベース期間ＬＴｂ中の低ベース電流ＬＩｂから成る低パルス電流群が通電する。この低ピーク期間ＬＴｐと低ベース期間ＬＴｂとを合わせて低パルス周期ＬＴｆになる。したがって、低パルス期間ＬＴは、複数の低パルス周期ＬＴｆを含んでいる。そして、この低パルス電流群の通電に対応して、同図（Ｃ）に示すように、低ピーク期間ＬＴｐ中は低ピーク電圧ＬＶｐが溶接ワイヤ・母材間に印加し、低ベース期間ＬＴｂ中は低ベース電圧ＬＶｂが印加する。
【０００９】
パルスアーク溶接を含む消耗電極式アーク溶接では、良好な溶接品質を得るためにアーク長を適正値に維持するアーク長制御が行われる。通常、このアーク長制御は、溶接電圧Ｖｗがアーク長と略比例関係にあることを利用して、溶接電圧Ｖｗが予め定めた電圧設定値に等しくなるように溶接電源の出力を制御する。同図に示すパルスアーク溶接においても同様に溶接電圧Ｖｗをフィードバック制御して溶接電源の出力を制御する。この場合、フィードバック制御の方法によって、下記の３種類の変調制御方式に区別することができる。
（１）溶接電圧Ｖｗの平均値が電圧設定値と等しくなるようにパルス周期がフィードバック制御される。この場合、ピーク期間、ピーク電流値及びベース電流値がパルスパラメータとなり、予め適正値に設定される。溶接電圧Ｖｗの平均値は、溶接電圧Ｖｗの瞬時値をローパスフィルタ（カットオフ周波数１〜１０Ｈｚ程度）に通すことによって生成する。この制御方式は、周波数変調制御と呼ばれる。
（２）溶接電圧Ｖｗの平均値が電圧設定値と等しくなるようにピーク期間（パルス幅）がフィードバック制御される。この場合、ピーク電流値、パルス周期及びベース電流値がパルスパラメータとなり、予め適正値に設定される。この制御方式は、パルス幅変調制御と呼ばれる。
（３）溶接電圧Ｖｗのピーク電圧値が電圧設定値と等しくなるようにピーク電流がフィードバック制御される。この場合、ピーク期間、パルス周期及びベース電流値がパルスパラメータとなり、予め適正値に設定される。この制御方式は、ピーク電流変調制御と呼ばれる。
【００１０】
上述したように、パルスアーク溶接のアーク長制御では、溶接電圧Ｖｗをフィードバック制御してパルスパラメータの１つを操作量として変化させて溶接電源の出力を制御し、他のパルスパラメータを所定値に設定する。同図においては、上記（１）に示すように、溶接電圧Ｖｗの平均値が電圧設定値と等しくなるようにパルス周期が変化する。したがって、この場合、ピーク期間、ピーク電流及びベース電流が所定値のパルスパラメータとなる。同図に示すアーク長変化パルスアーク溶接では、高パルス期間ＨＴと低パルス期間ＬＴとで、図示していないが電圧設定値を変化（高電圧設定値と低電圧設定値）させている。さらに、高パルス期間ＨＴ中は高ピーク期間ＨＴｐ、高ピーク電流ＨＩｐ及び高ベース電流ＨＩｂに設定し、低パルス期間ＬＴ中は低ピーク期間ＬＴｐ、低ピーク電流ＬＩｐ及び低ベース電流ＬＩｂに設定して、パルスパラメータを変化させている。この結果、同図（Ｄ）に示すように、アーク長Ｌａは、高アーク長（第１アーク長）ＨＬａと低アーク長（第２アーク長）ＬＬａとで周期的に変化する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１１】
【特許文献１】特開２０１０−１６７４８９号公報
【特許文献２】特開２００９−７２８２６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
上述したように２ワイヤ溶接方法では、溶接ワイヤ及びフィラーワイヤの２つのワイヤを溶融池に送給するために、ワイヤ溶着量を大きくすることができる。さらに、フィラーワイヤは、溶接ワイヤと母材との間に発生しているアーク中に送給されるのではなく、溶融池の後半部に送給されるために、溶融池を冷却する効果及び溶融池後半部の盛り上がりを押さえる効果を有している。このために、２ワイヤ溶接方法では、高速溶接時においてハンピングビードになることを抑制することができ、良好なビードを形成することができる。この２ワイヤ溶接方法に上述したアーク長変化パルスアーク溶接を使用すると、上記の効果に加えて、ウロコ状の美しいビード外観を形成することができる。
【００１３】
アーク長変化パルスアーク溶接による２ワイヤ溶接方法では、アーク長を周期的に変化させているために、切換周期を通した平均的なアーク長が、通常のパルスアーク溶接（アーク長は略一定値）に比べて長くなる。このために、溶融池が高温になり、フィラーワイヤの送給による冷却作用が通常のパルスアーク溶接に比べて小さくなる。この結果、アーク長変化パルスアーク溶接による２ワイヤ溶接方法は、通常パルスアーク溶接による２ワイヤ溶接方法に比べて、高速溶接性が劣るという問題があった。
【００１４】
そこで、本発明では、アーク長変化パルスアーク溶接による２ワイヤ溶接方法において、高速溶接性を向上させることができる２ワイヤ溶接制御方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
上述した課題を解決するために、請求項１の発明は、溶接ワイヤを送給し、ピーク期間中のピーク電流及びベース期間中のベース電流を１パルス周期として繰り返して前記溶接ワイヤに通電し、複数の前記パルス周期を含む予め定めた切換信号に同期してアーク長を第１アーク長とそれよりも短い第２アーク長とに周期的に切り替えて溶融池を形成すると共に、フィラーワイヤを前記溶融池に送給しながら溶接する２ワイヤ溶接制御方法において、
前記フィラーワイヤの送給速度を、前記第１アーク長のときは予め定めた第１フィラーワイヤ送給速度に設定し、前記第２アーク長のときは前記第１フィラーワイヤ送給速度よりも高速の予め定めた第２フィラーワイヤ送給速度に設定する、
ことを特徴とする２ワイヤ溶接制御方法である。
【００１６】
請求項２の発明は、前記第１フィラーワイヤ送給速度を０に設定する、
ことを特徴とする請求項１記載の２ワイヤ溶接制御方法である。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、フィラーワイヤの送給速度を、アーク長が長いとき（第１アーク長のとき）は予め定めた第１フィラーワイヤ送給速度に設定し、アーク長が短いとき（第２アーク長のとき）は第１フィラーワイヤ送給速度よりも高速の予め定めた第２フィラーワイヤ送給速度に設定する。このために、アーク長が短くて溶融池への加熱が小さいときに、フィラーワイヤの送給速度が高速になるので、溶融池の冷却効果は増大する。この結果、ハンピングビードの形成が抑制されるので、高速溶接性が向上する。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明の実施の形態に係る２ワイヤ溶接制御方法を示すタイミングチャートである。
【図２】本発明の実施の形態に係る２ワイヤ溶接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。る
【図３】従来技術におけるアーク長変化パルスアーク溶接方法によるウロコ状のビード外観を示す図である。
【図４】従来技術のアーク長変化パルスアーク溶接方法を示す波形図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
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。
【００２０】
図１は、本発明の実施の形態に係る２ワイヤ溶接制御方法を示すタイミングチャートである。同図（Ａ）は切換信号Ｓtcを示し、同図（Ｂ）はパルスパラメータ設定信号Ｐｓを示し、同図（Ｃ）は電圧設定信号Ｖｓを示し、同図（Ｄ）は溶接ワイヤの送給速度設定信号Ｆｓを示し、同図（Ｅ）は溶接電流Ｉｗを示し、同図（Ｆ）は溶接電圧Ｖｗを示し、同図（Ｇ）はアーク長Ｌａを示し、同図（Ｈ）はフィラーワイヤの送給速度設定信号Ｗｓを示す。同図は、上述した図４と対応している。同図における２ワイヤ溶接方法では、上述したように、フィラーワイヤはアーク中には送給されずに、溶融池の後半部に短絡状態で送給される。以下、同図を参照して説明する。
【００２１】
切換信号Ｓtcは、同図（Ａ）に示すように、予め定めた時刻ｔ１〜ｔ２の低パルス期間ＬＴ中はＬｏｗレベルになり、予め定めた時刻ｔ２〜ｔ３の高パルス期間ＨＴ中はＨｉｇｈレベルになる。これらを合算した切換周期Ｔｃの逆数である切換周波数ｆｃは、０．５〜２５Ｈｚ程度の範囲に設定される。また、デューティ（１００×ＨＴ／Ｔｃ）は、５０±２０％程度の範囲で設定される。これらの値は、溶接ワイヤの種類、直径、溶接速度、継手形状等に応じて、ウロコ状ビード外観の様子、ブローホールの削減効果等を考量して実験によって適正値に設定される。
【００２２】
同図は溶接電源の出力制御方式（アーク長制御方式）が周波数変調制御の場合であるので、パルスパラメータ設定信号Ｐｓは、同図（Ｂ）に示すように、低パルス期間ＬＴ中は低パルスパラメータ設定値ＬＰｓに設定され、高パルス期間ＨＴ中は高パルスパラメータ設定値ＨＰｓに設定される。同図（Ｃ）に示すように、低パルスパラメータ設定値ＬＰｓは、図示していないが低ピーク期間ＬＴｐ、低ピーク電流ＬＩｐ及び低ベース電流ＬＩｂから形成される。同様に、高パルスパラメータ設定値ＨＰｓは、高ピーク期間ＨＴｐ、高ピーク電流ＨＩｐ及び高ベース電流ＨＩｂから形成される。上述したように、パルス幅変調制御の場合にはパルスパラメータは、ピーク電流、パルス周期及びベース電流の組合せとなり、ピーク電流変調制御の場合にはピーク期間、パルス周期及びベース電流の組合せになる。その場合、低パルス周期は周期が長くなり、高パルス周期は周期が短くなる。ここで、同図におけるパルスパラメータの設定値の例を記載すると、以下のようになる。溶接ワイヤの材質が鉄であり、直径が１．２mmの場合である。ＬＴｐ＝１．４ms、ＬＩｐ＝４４０Ａ、ＬＩｂ＝６０Ａ、ＨＴｐ＝１．８ms、ＨＩｐ＝４８０Ａ、ＨＩｂ＝８０Ａである。低パルス周期ＬＴｆ及びＨＴｆは、フィードバック制御によってその値が刻々と変化する。
【００２３】
電圧設定信号Ｖｓは、同図（Ｃ）に示すように、低パルス期間ＬＴ中は低電圧設定値ＬＶｓに設定され、高パルス期間ＨＴ中は高電圧設定値ＨＶｓに設定される。ここで、ＬＶｓ＜Ｈｖｓである。この低電圧設定値ＬＶｓによって低アーク長（第２アーク長）ＬＬａが決定され、この高電圧設定値ＨＶｓによって高アーク長（第１アーク長）ＨＬａが決定される。低アーク長（第２アーク長）ＬＬａが、短絡が少し発生する程度のアーク長（２mm程度）よりも長くなるように、低電圧設定値ＬＶｓが設定される。そして、高アーク長（第１アーク長）ＨＬａが、低アーク長ＬＬａよりも２mm以上長くなるように、高電圧設定値ＨＶｓが設定される。溶接電圧（平均値又はピーク電圧値）Ｖｗがこの電圧設定信号Ｖｓの値と等しくなるように、周波数変調制御の場合にはパルス周期がフィードバック制御される。また、パルス幅変調制御の場合には、ピーク期間（パルス幅）がフィードバック制御される。ピーク電流変調制御の場合には、ピーク電流がフィードバック制御される。
【００２４】
溶接ワイヤの送給速度設定信号Ｆｓは、同図（Ｄ）に示すように、予め定めた一定値である。したがって、溶接ワイヤは一定の速度で送給されている。
【００２５】
溶接電流Ｉｗは、同図（Ｅ）に示すように、低パルス期間ＬＴと高パルス期間ＨＴとでパルスパラメータの値が変化するのでそれに対応して波形が変化する。また、溶接電圧Ｖｗは、同図（Ｆ）に示すように、溶接電流Ｉｗの変化に対応してその波形が変化する。さらに、電圧設定信号Ｖｓが変化するので、上述したように、フィードバック制御によってパルス周期も変化する。
【００２６】
上記の電圧設定信号Ｖｓの変化に応動してアーク長Ｌａが変化する。アーク長Ｌａは、同図（Ｇ）に示すように、低パルス期間ＬＴ中は低アーク長（第２アーク長）ＨＬａになり、高パルス期間ＨＴ中は高アーク長（第１アーク長）ＨＬａになる。
【００２７】
フィラーワイヤ送給速度設定信号Ｗｓは、同図（Ｈ）に示すように、低パルス期間ＬＴ中は高送給速度設定値ＨＷｓに設定されるので第２フィラーワイヤ送給速度になり、高パルス期間ＨＴ中は高送給速度設定値ＨＷｓに設定されるので第１フィラーワイヤ送給速度になる。ＨＷｓ＞ＬＷｓである。これにより、フィラーワイヤの送給速度は、アーク長Ｌａが短い（低アーク長ＬＬａ）ときは高速になり、長い（高アーク長ＨＬａ）ときは低速になる。
【００２８】
従来技術においては、アーク長の周期的な変化とは関係なく、フィラーワイヤの送給速度は一定値であった。アーク長が長い期間中は、アークからの溶融池への加熱が大きくなるために、フィラーワイヤを溶融池後半部に送給したときの冷却効果は小さくなる。他方、アーク長が短い期間中は、アークからの溶融池への加熱が小さくなるために、フィラーワイヤを溶融池後半部に送給したときの冷却効果は大きくなる。上述したように、通常パルスアーク溶接による２ワイヤ溶接方法では、アーク長は一定値となる。そして、アーク長変化パルスアーク溶接による２ワイヤ溶接方法におけるアーク長の平均値は、通常パルスアーク溶接による２ワイヤ溶接方法よりも相対的に長くなる。これらの結果として、アーク長変化パルスアーク溶接による２ワイヤ溶接方法では、フィラーワイヤの送給による溶融池の冷却効果が減少するために、高速溶接性が低下していた。これに対して、上述した本発明に係るアーク長変化パルスアーク溶接による２ワイヤ溶接方法では、アーク長が長い期間中にはフィラーワイヤの送給速度を低速にし、アーク長が短い期間中はフィラーワイヤの送給速度を高速にしている。これにより、アーク長が短くて溶融池への加熱が小さいときに、フィラーワイヤの送給速度が高速になるので、溶融池の冷却効果は増大する。この結果、ハンピングビードの形成が抑制されるので、高速溶接性が向上する。
【００２９】
低送給速度設定値ＬＷｓ（第１フィラーワイヤ送給速度）及び高送給速度設定値ＨＷｓ（第２フィラーワイヤ送給速度）は、両値の平均値が、通常パルスアーク溶接による２ワイヤ溶接方法のときのフィラーワイヤの送給速度と略同一になるように設定される。そして、低送給速度設定値ＬＷｓと高送給速度設定値ＨＷｓとの比率は、溶接速度に応じてハンピングビードが発生せずに良好なビードが形成されるように実験によって設定される。このときに、低送給速度設定値ＬＷｓ＝０に設定される場合もある。この場合には、フィラーワイヤは、アーク長が短い期間中のみ送給されることになる。
【００３０】
図２は、上述した本発明の実施の形態に係る２ワイヤ溶接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。以下、同図を参照して各ブロックについて説明する。
【００３１】
電源主回路ＰＭは、３相２００Ｖ等の賞用電源（図示は省略）を入力として、後述する電流誤差増幅信号Ｅｉに従ってインバータ制御等の出力制御を行い、溶接電圧Ｖｗ及び溶接電流Ｉｗを出力する。この電源主回路ＰＭは、図示は省略するが、商用電源を整流する１次整流回路、整流された直流を平滑するコンデンサ、平滑された直流を高周波交流に変換するインバータ回路、高周波交流をアーク溶接に適した電圧値に降圧するインバータトランス、降圧された高周波交流を整流する２時整流回路、整流された直流を平滑するリアクトル、電流誤差増幅信号Ｅｉに従ってＰＷＭ変調制御を行ない、インバータ回路を駆動する駆動回路から構成される。溶接ワイヤ１は、送給モータＦＭに結合された送給ロール５によって溶接トーチ４内を通って送給され、母材２との間にアーク３が発生する。フィラーワイヤ６は、フィラーワイヤ送給モータＷＭに結合されたフィラーワイヤ送給ロール７によってワイヤガイド８内を通って、母材２上に形成される溶融池と短絡した状態で送給される。
【００３２】
電圧検出回路ＶＤは、上記の溶接電圧Ｖｗを検出して、電圧検出信号Ｖｄを出力する。電圧平均値算出回路ＶＡＶは、この電圧検出信号Ｖｄの平均値を算出して、電圧平均値信号Ｖavを出力する。
【００３３】
切換信号生成回路ＳＴＣは、予め定めた低パルス期間設定値ＬＴｓによって定まる期間中はＬｏｗレベルになり、予め定めた高パルス期間設定値ＨＴｓによって定まる期間中はＨｉｇｈレベルになる切換信号Ｓtcを出力する。送給速度設定回路ＦＳは、予め定めた定常送給速度で溶接ワイヤ１を送給するための送給速度設定信号Ｆｓを送給モータＦＭに出力する。フィラーワイヤ送給速度設定回路ＷＳは、上記の切換信号ＳtcがＬｏｗレベル（低パルス期間）のときは予め定めた高送給速度設定値ＨＷｓでフィラーワイヤ６を送給し、Ｈｉｇｈレベル（高パルス期間）のときは予め定めた低送給速度設定値ＬＷｓでフィラーワイヤ６を送給するためのフィラーワイヤ送給速度設定信号Ｗｓをフィラーワイヤ送給モータＷＭに出力する。
【００３４】
電圧設定回路ＶＳは、上記の切換信号ＳtcがＬｏｗレベル（低パルス期間）のときは予め定めた低電圧設定値ＬＶｓを電圧設定信号Ｖｓとして出力し、Ｈｉｇｈレベル（高パルス期間）のときは予め定めた高電圧設定値ＨＶｓを電圧設定信号Ｖｓとして出力する。電圧誤差増幅回路ＥＶは、上記の電圧設定信号Ｖｓと上記の電圧平均値信号Ｖavとの誤差を増幅して、電圧誤差増幅信号Ｅｖを出力する。電圧／周波数変換回路ＶＦは、この電圧誤差増幅信号Ｅｖの値に応じた周波数を有するパルス周期信号Ｔｆを出力する。このパルス周期信号Ｔｆは、パルス周期ごとに短時間だけＨｉｇｈレベルになるトリガ信号である。
【００３５】
ピーク期間設定回路ＴＰＳは、上記の切換信号ＳtcがＬｏｗレベル（低パルス期間）のときは予め定めた低ピーク期間設定値ＬＴpsをピーク期間設定信号Ｔpsとして出力し、Ｈｉｇｈレベル（高パルス期間）のときは予め定めた高ピーク期間設定値ＨＴpsをピーク期間設定信号Ｔpsとして出力する。ピーク期間タイマ回路ＴＰは、上記のパルス周期信号ＴｆがＨｉｇｈレベルになると上記のピーク期間設定信号Ｔpsの値によって定まる期間だけＨｉｇｈレベルになるピーク期間信号Ｔｐを出力する。このピーク期間信号ＴｐがＨｉｇｈレベルのときがピーク期間となり、Ｌｏｗレベルのときがベース期間となる。
【００３６】
ベース電流設定回路ＩＢＳは、予め定めたベース電流設定信号Ｉbsを出力する。上述した図１ではこのベース電流も変化させていたが、同図においては変化させずに一定値の場合を例示する。もちろん、上記の切換信号Ｓtcに応じて、低ベース電流設定値と高ベース電流設定値とを切り換えるようにしても良い。ピーク電流設定回路ＩＰＳは、上記の切換信号ＳtcがＬｏｗレベル（低パルス期間）のときは予め定めた低ピーク電流設定値ＬＩpsをピーク電流設定信号Ｉpsとして出力し、Ｈｉｇｈレベル（高パルス期間）のときは予め定めた高ピーク電流設定値ＨＩpsをピーク電流設定信号Ｉpsとして出力する。電流設定制御回路ＩＳＣは、上記のピーク期間信号ＴｐがＬｏｗレベルのときは上記のベース電流設定信号Ｉbsを電流設定制御信号Ｉscとして出力し、Ｈｉｇｈレベルのときは上記のピーク電流設定信号Ｉpsを電流設定制御信号Ｉscとして出力する。
【００３７】
電流検出回路ＩＤは、上記の溶接電流Ｉｗを検出して、電流検出信号Ｉｄを出力する。電流誤差増幅回路ＥＩは、上記の電流設定制御信号Ｉsc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。この電流誤差増幅信号Ｅｉに従って、上記の電源主回路ＰＭ内のインバータ回路が制御されて、図１で上述した低パルス電流群及び高パルス電流群が通電し、フィラーワイヤがアーク長Ｌａに応じた送給速度で送給される。
【００３８】
同図は、出力制御が周波数変調制御の場合である。出力制御がパルス幅変調制御の場合には、ピーク期間が電圧誤差増幅信号Ｅｖによってフィードバック制御される。そして、パルスパラメータであるピーク電流設定信号、ベース電流設定信号及びパルス周期設定信号が切換信号Ｓtcに応じて切り換えられる。出力制御がピーク電流変調制御の場合には、ピーク電流が電圧誤差増幅信号Ｅｖによってフィードバック制御される。そして、パルスパラメータであるピーク期間設定信号、ベース電流設定信号及びパルス周期設定信号が切換信号Ｓtcに応じて切り換えられる。
【００３９】
上述した実施の形態によれば、フィラーワイヤの送給速度を、アーク長が長いとき（第１アーク長のとき）は予め定めた第１フィラーワイヤ送給速度に設定し、アーク長が短いとき（第２アーク長のとき）は第１フィラーワイヤ送給速度よりも高速の予め定めた第２フィラーワイヤ送給速度に設定する。このために、アーク長が短くて溶融池への加熱が小さいときに、フィラーワイヤの送給速度が高速になるので、溶融池の冷却効果は増大する。この結果、ハンピングビードの形成が抑制されるので、高速溶接性が向上する。
【符号の説明】
【００４０】
１ 溶接ワイヤ
２ 母材
３ アーク
４ 溶接トーチ
５ 送給ロール
６ フィラーワイヤ
７ フィラーワイヤ送給ロール
８ ワイヤガイド
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
ｆｃ 切換周波数
ＦＭ 送給モータ
ＦＳ 送給速度設定回路
Ｆｓ 送給速度設定信号
ＨＩｂ 高ベース電流
ＨＩｐ 高ピーク電流
ＨＩps 高ピーク電流設定値
ＨＬａ 高アーク長
ＨＰｓ 高パルスパラメータ設定値
ＨＴ 高パルス期間
ＨＴｂ 高ベース期間
ＨＴｆ 高パルス周期
ＨＴｐ 高ピーク期間
ＨＴps 高ピーク期間設定値
ＨＴｓ 高パルス期間設定値
ＨＶｂ 高ベース電圧
ＨＶｐ 高ピーク電圧
ＨＶｓ 高電圧設定値
ＨＷｓ 高送給速度設定値
ＩＢＳ ベース電流設定回路
Ｉbs ベース電流設定信号
ＩＤ 電流検出回路
Ｉｄ 電流検出信号
ＩＰＳ ピーク電流設定回路
Ｉps ピーク電流設定信号
ＩＳＣ 電流設定制御回路
Ｉsc 電流設定制御信号
Ｉｗ 溶接電流
Ｌａ アーク長
ＬＩｂ 低ベース電流
ＬＩｐ 低ピーク電流
ＬＩps 低ピーク電流設定値
ＬＬａ 低アーク長
ＬＰｓ 低パルスパラメータ設定値
ＬＴ 低パルス期間
ＬＴｂ 低ベース期間
ＬＴｆ 低パルス周期
ＬＴｐ 低ピーク期間
ＬＴps 低ピーク期間設定値
ＬＴｓ 低パルス期間設定値
ＬＶｂ 低ベース電圧
ＬＶｐ 低ピーク電圧
ＬＶｓ 低電圧設定値
ＬＷｓ 低送給速度設定値
ＰＭ 電源主回路
Ｐｓ パルスパラメータ設定信号
ＳＴＣ 切換信号生成回路
Ｓtc 切換信号
Ｔｃ 切換周期
Ｔｆ パルス周期信号
ＴＰ ピーク期間タイマ回路
Ｔｐ ピーク期間信号
ＴＰＳ ピーク期間設定回路
Ｔps ピーク期間設定信号
ＶＡＶ 電圧平均値算出回路
Ｖav 電圧平均値信号
ＶＤ 電圧検出回路
Ｖｄ 電圧検出信号
ＶＦ 電圧／周波数変換回路
ＶＳ 電圧設定回路
Ｖｓ 電圧設定信号
Ｖｗ 溶接電圧
ＷＭ フィラーワイヤ送給モータ
ＷＳ フィラーワイヤ送給速度設定回路
Ｗｓ フィラーワイヤ送給速度設定信号
【技術分野】
【０００１】
本発明は、溶接ワイヤにパルス波形の溶接電流を通電し、アーク長を低周波で周期的に変化させて溶融池を形成すると共に、フィラーワイヤを溶融池に送給しながら溶接する２ワイヤ溶接制御方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
消耗電極（以下、溶接ワイヤという）と母材との間にアークを発生させて溶融池を形成すると共に、その溶融池にフィラーワイヤを送給して溶接する２ワイヤ溶接方法（特許文献１参照）が従来から知られている。この２ワイヤ溶接方法では、溶接ワイヤの溶融金属にフィラーワイヤの溶融金属が加わるために、ワイヤ溶着量が増加し、高速で高効率な溶接が可能となる。特に、２ワイヤ溶接方法によって高速溶接を行うときには、ハンピングビードになるのを防止するために、フィラーワイヤを消耗電極アークよりも後半から溶融池に接触させて送給することが重要である。これは、フィラーワイヤを消耗電極アーク中に送給して溶融すると、溶融池はほとんど冷却されず、かつ、フィラーワイヤによって溶融池後半部の盛り上がりを抑えることもできないためにハンピングビードを抑制する効果はないからである。これに対して、フィラーワイヤをアーク周縁部の溶融池の後半部に接触させて送給し、溶融池の熱によって溶融するようにすれば溶融池が冷却され、かつ、フィラーワイヤによって溶融池後半部の盛り上がりが抑えられてハンピングビードの形成を抑制することができる。したがって、従来技術の２ワイヤ溶接方法では、フィラーワイヤには電流を通電せずに冷たい状態で溶融池と接触させることによって、溶融池を冷却するようにしている。
【０００３】
２ワイヤ溶接方法では、溶接ワイヤと母材との間にアークを発生させる方法として、炭酸ガスアーク溶接法、マグ溶接法、ミグ溶接法、パルスアーク溶接法、交流アーク溶接法等の種々な消耗電極式アーク溶接法を使用することができる。また、フィラーワイヤは基本的にワイヤ先端が溶融池と接触しており、溶融池からの熱によって溶融する。したがって、フィラーワイヤと母材との間にはアークは発生していない。本発明では、上記の消耗電極式アーク溶接法として、低周波でアーク長を周期的に変化させるパルスアーク溶接法を使用する場合である。以下、このアーク長変化パルスアーク溶接方法について説明する（特許文献２参照）。
【０００４】
パルスアーク溶接において、パルスパラメータ、溶接電圧等を周期的に変化させてアーク長を周期的に変化させることによって、溶融範囲を変化させて図３に示すようなウロコ状の美麗なビード外観を得るアーク長変化パルスアーク溶接方法が慣用されている。また、このアーク長変化パルスアーク溶接では、アーク長の変化によって溶融池を揺動させることができ、ブローホールの発生を抑制することができることが知られている。
【０００５】
図４は、従来技術におけるアーク長変化パルスアーク溶接方法を示す波形図である。同図（Ａ）は切換信号ＳTCを示し、同図（Ｂ）は溶接電流Ｉｗを示し、同図（Ｃ）は溶接電圧Ｖｗを示し、同図（Ｄ）はアーク長Ｌａを示す。同図は、フィラーワイヤを送給していない通常の１ワイヤ溶接方法の場合である。以下、同図を参照して説明する。
【０００６】
同図（Ａ）に示すように、切換信号Ｓtcは、予め定めた高パルス期間ＨＴ中はＨｉｇｈレベルになり、予め定めた低パルス期間ＬＴ中はＬｏｗレベルになる。この高パルス期間ＨＴと低パルス期間ＬＴとを合わせた期間が、切換周期Ｔｃとなる。
【０００７】
高パルス期間ＨＴ中は、同図（Ｂ）に示すように、高ピーク期間ＨＴｐ中の高ピーク電流ＨＩｐ及び高ベース期間ＨＴｂ中の高ベース電流ＨＩｂから成る高パルス電流群が通電する。この高ピーク期間ＨＴｐと高ベース期間ＨＴｂとを合わせて高パルス周期ＨＴｆになる。したがって、高パルス期間ＨＴは、複数の高パルス周期ＨＴｆを含んでいる。そして、この高パルス電流群の通電に対応して、同図（Ｃ）に示すように、高ピーク期間ＨＴｐ中は高ピーク電圧ＨＶｐが溶接ワイヤ・母材間に印加し、高ベース期間ＨＴｂ中は高ベース電圧ＨＶｂが印加する。
【０００８】
低パルス期間ＬＴ中は、同図（Ｂ）に示すように、低ピーク期間ＬＴｐ中の低ピーク電流ＬＩｐ及び低ベース期間ＬＴｂ中の低ベース電流ＬＩｂから成る低パルス電流群が通電する。この低ピーク期間ＬＴｐと低ベース期間ＬＴｂとを合わせて低パルス周期ＬＴｆになる。したがって、低パルス期間ＬＴは、複数の低パルス周期ＬＴｆを含んでいる。そして、この低パルス電流群の通電に対応して、同図（Ｃ）に示すように、低ピーク期間ＬＴｐ中は低ピーク電圧ＬＶｐが溶接ワイヤ・母材間に印加し、低ベース期間ＬＴｂ中は低ベース電圧ＬＶｂが印加する。
【０００９】
パルスアーク溶接を含む消耗電極式アーク溶接では、良好な溶接品質を得るためにアーク長を適正値に維持するアーク長制御が行われる。通常、このアーク長制御は、溶接電圧Ｖｗがアーク長と略比例関係にあることを利用して、溶接電圧Ｖｗが予め定めた電圧設定値に等しくなるように溶接電源の出力を制御する。同図に示すパルスアーク溶接においても同様に溶接電圧Ｖｗをフィードバック制御して溶接電源の出力を制御する。この場合、フィードバック制御の方法によって、下記の３種類の変調制御方式に区別することができる。
（１）溶接電圧Ｖｗの平均値が電圧設定値と等しくなるようにパルス周期がフィードバック制御される。この場合、ピーク期間、ピーク電流値及びベース電流値がパルスパラメータとなり、予め適正値に設定される。溶接電圧Ｖｗの平均値は、溶接電圧Ｖｗの瞬時値をローパスフィルタ（カットオフ周波数１〜１０Ｈｚ程度）に通すことによって生成する。この制御方式は、周波数変調制御と呼ばれる。
（２）溶接電圧Ｖｗの平均値が電圧設定値と等しくなるようにピーク期間（パルス幅）がフィードバック制御される。この場合、ピーク電流値、パルス周期及びベース電流値がパルスパラメータとなり、予め適正値に設定される。この制御方式は、パルス幅変調制御と呼ばれる。
（３）溶接電圧Ｖｗのピーク電圧値が電圧設定値と等しくなるようにピーク電流がフィードバック制御される。この場合、ピーク期間、パルス周期及びベース電流値がパルスパラメータとなり、予め適正値に設定される。この制御方式は、ピーク電流変調制御と呼ばれる。
【００１０】
上述したように、パルスアーク溶接のアーク長制御では、溶接電圧Ｖｗをフィードバック制御してパルスパラメータの１つを操作量として変化させて溶接電源の出力を制御し、他のパルスパラメータを所定値に設定する。同図においては、上記（１）に示すように、溶接電圧Ｖｗの平均値が電圧設定値と等しくなるようにパルス周期が変化する。したがって、この場合、ピーク期間、ピーク電流及びベース電流が所定値のパルスパラメータとなる。同図に示すアーク長変化パルスアーク溶接では、高パルス期間ＨＴと低パルス期間ＬＴとで、図示していないが電圧設定値を変化（高電圧設定値と低電圧設定値）させている。さらに、高パルス期間ＨＴ中は高ピーク期間ＨＴｐ、高ピーク電流ＨＩｐ及び高ベース電流ＨＩｂに設定し、低パルス期間ＬＴ中は低ピーク期間ＬＴｐ、低ピーク電流ＬＩｐ及び低ベース電流ＬＩｂに設定して、パルスパラメータを変化させている。この結果、同図（Ｄ）に示すように、アーク長Ｌａは、高アーク長（第１アーク長）ＨＬａと低アーク長（第２アーク長）ＬＬａとで周期的に変化する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１１】
【特許文献１】特開２０１０−１６７４８９号公報
【特許文献２】特開２００９−７２８２６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
上述したように２ワイヤ溶接方法では、溶接ワイヤ及びフィラーワイヤの２つのワイヤを溶融池に送給するために、ワイヤ溶着量を大きくすることができる。さらに、フィラーワイヤは、溶接ワイヤと母材との間に発生しているアーク中に送給されるのではなく、溶融池の後半部に送給されるために、溶融池を冷却する効果及び溶融池後半部の盛り上がりを押さえる効果を有している。このために、２ワイヤ溶接方法では、高速溶接時においてハンピングビードになることを抑制することができ、良好なビードを形成することができる。この２ワイヤ溶接方法に上述したアーク長変化パルスアーク溶接を使用すると、上記の効果に加えて、ウロコ状の美しいビード外観を形成することができる。
【００１３】
アーク長変化パルスアーク溶接による２ワイヤ溶接方法では、アーク長を周期的に変化させているために、切換周期を通した平均的なアーク長が、通常のパルスアーク溶接（アーク長は略一定値）に比べて長くなる。このために、溶融池が高温になり、フィラーワイヤの送給による冷却作用が通常のパルスアーク溶接に比べて小さくなる。この結果、アーク長変化パルスアーク溶接による２ワイヤ溶接方法は、通常パルスアーク溶接による２ワイヤ溶接方法に比べて、高速溶接性が劣るという問題があった。
【００１４】
そこで、本発明では、アーク長変化パルスアーク溶接による２ワイヤ溶接方法において、高速溶接性を向上させることができる２ワイヤ溶接制御方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
上述した課題を解決するために、請求項１の発明は、溶接ワイヤを送給し、ピーク期間中のピーク電流及びベース期間中のベース電流を１パルス周期として繰り返して前記溶接ワイヤに通電し、複数の前記パルス周期を含む予め定めた切換信号に同期してアーク長を第１アーク長とそれよりも短い第２アーク長とに周期的に切り替えて溶融池を形成すると共に、フィラーワイヤを前記溶融池に送給しながら溶接する２ワイヤ溶接制御方法において、
前記フィラーワイヤの送給速度を、前記第１アーク長のときは予め定めた第１フィラーワイヤ送給速度に設定し、前記第２アーク長のときは前記第１フィラーワイヤ送給速度よりも高速の予め定めた第２フィラーワイヤ送給速度に設定する、
ことを特徴とする２ワイヤ溶接制御方法である。
【００１６】
請求項２の発明は、前記第１フィラーワイヤ送給速度を０に設定する、
ことを特徴とする請求項１記載の２ワイヤ溶接制御方法である。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、フィラーワイヤの送給速度を、アーク長が長いとき（第１アーク長のとき）は予め定めた第１フィラーワイヤ送給速度に設定し、アーク長が短いとき（第２アーク長のとき）は第１フィラーワイヤ送給速度よりも高速の予め定めた第２フィラーワイヤ送給速度に設定する。このために、アーク長が短くて溶融池への加熱が小さいときに、フィラーワイヤの送給速度が高速になるので、溶融池の冷却効果は増大する。この結果、ハンピングビードの形成が抑制されるので、高速溶接性が向上する。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明の実施の形態に係る２ワイヤ溶接制御方法を示すタイミングチャートである。
【図２】本発明の実施の形態に係る２ワイヤ溶接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。る
【図３】従来技術におけるアーク長変化パルスアーク溶接方法によるウロコ状のビード外観を示す図である。
【図４】従来技術のアーク長変化パルスアーク溶接方法を示す波形図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
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。
【００２０】
図１は、本発明の実施の形態に係る２ワイヤ溶接制御方法を示すタイミングチャートである。同図（Ａ）は切換信号Ｓtcを示し、同図（Ｂ）はパルスパラメータ設定信号Ｐｓを示し、同図（Ｃ）は電圧設定信号Ｖｓを示し、同図（Ｄ）は溶接ワイヤの送給速度設定信号Ｆｓを示し、同図（Ｅ）は溶接電流Ｉｗを示し、同図（Ｆ）は溶接電圧Ｖｗを示し、同図（Ｇ）はアーク長Ｌａを示し、同図（Ｈ）はフィラーワイヤの送給速度設定信号Ｗｓを示す。同図は、上述した図４と対応している。同図における２ワイヤ溶接方法では、上述したように、フィラーワイヤはアーク中には送給されずに、溶融池の後半部に短絡状態で送給される。以下、同図を参照して説明する。
【００２１】
切換信号Ｓtcは、同図（Ａ）に示すように、予め定めた時刻ｔ１〜ｔ２の低パルス期間ＬＴ中はＬｏｗレベルになり、予め定めた時刻ｔ２〜ｔ３の高パルス期間ＨＴ中はＨｉｇｈレベルになる。これらを合算した切換周期Ｔｃの逆数である切換周波数ｆｃは、０．５〜２５Ｈｚ程度の範囲に設定される。また、デューティ（１００×ＨＴ／Ｔｃ）は、５０±２０％程度の範囲で設定される。これらの値は、溶接ワイヤの種類、直径、溶接速度、継手形状等に応じて、ウロコ状ビード外観の様子、ブローホールの削減効果等を考量して実験によって適正値に設定される。
【００２２】
同図は溶接電源の出力制御方式（アーク長制御方式）が周波数変調制御の場合であるので、パルスパラメータ設定信号Ｐｓは、同図（Ｂ）に示すように、低パルス期間ＬＴ中は低パルスパラメータ設定値ＬＰｓに設定され、高パルス期間ＨＴ中は高パルスパラメータ設定値ＨＰｓに設定される。同図（Ｃ）に示すように、低パルスパラメータ設定値ＬＰｓは、図示していないが低ピーク期間ＬＴｐ、低ピーク電流ＬＩｐ及び低ベース電流ＬＩｂから形成される。同様に、高パルスパラメータ設定値ＨＰｓは、高ピーク期間ＨＴｐ、高ピーク電流ＨＩｐ及び高ベース電流ＨＩｂから形成される。上述したように、パルス幅変調制御の場合にはパルスパラメータは、ピーク電流、パルス周期及びベース電流の組合せとなり、ピーク電流変調制御の場合にはピーク期間、パルス周期及びベース電流の組合せになる。その場合、低パルス周期は周期が長くなり、高パルス周期は周期が短くなる。ここで、同図におけるパルスパラメータの設定値の例を記載すると、以下のようになる。溶接ワイヤの材質が鉄であり、直径が１．２mmの場合である。ＬＴｐ＝１．４ms、ＬＩｐ＝４４０Ａ、ＬＩｂ＝６０Ａ、ＨＴｐ＝１．８ms、ＨＩｐ＝４８０Ａ、ＨＩｂ＝８０Ａである。低パルス周期ＬＴｆ及びＨＴｆは、フィードバック制御によってその値が刻々と変化する。
【００２３】
電圧設定信号Ｖｓは、同図（Ｃ）に示すように、低パルス期間ＬＴ中は低電圧設定値ＬＶｓに設定され、高パルス期間ＨＴ中は高電圧設定値ＨＶｓに設定される。ここで、ＬＶｓ＜Ｈｖｓである。この低電圧設定値ＬＶｓによって低アーク長（第２アーク長）ＬＬａが決定され、この高電圧設定値ＨＶｓによって高アーク長（第１アーク長）ＨＬａが決定される。低アーク長（第２アーク長）ＬＬａが、短絡が少し発生する程度のアーク長（２mm程度）よりも長くなるように、低電圧設定値ＬＶｓが設定される。そして、高アーク長（第１アーク長）ＨＬａが、低アーク長ＬＬａよりも２mm以上長くなるように、高電圧設定値ＨＶｓが設定される。溶接電圧（平均値又はピーク電圧値）Ｖｗがこの電圧設定信号Ｖｓの値と等しくなるように、周波数変調制御の場合にはパルス周期がフィードバック制御される。また、パルス幅変調制御の場合には、ピーク期間（パルス幅）がフィードバック制御される。ピーク電流変調制御の場合には、ピーク電流がフィードバック制御される。
【００２４】
溶接ワイヤの送給速度設定信号Ｆｓは、同図（Ｄ）に示すように、予め定めた一定値である。したがって、溶接ワイヤは一定の速度で送給されている。
【００２５】
溶接電流Ｉｗは、同図（Ｅ）に示すように、低パルス期間ＬＴと高パルス期間ＨＴとでパルスパラメータの値が変化するのでそれに対応して波形が変化する。また、溶接電圧Ｖｗは、同図（Ｆ）に示すように、溶接電流Ｉｗの変化に対応してその波形が変化する。さらに、電圧設定信号Ｖｓが変化するので、上述したように、フィードバック制御によってパルス周期も変化する。
【００２６】
上記の電圧設定信号Ｖｓの変化に応動してアーク長Ｌａが変化する。アーク長Ｌａは、同図（Ｇ）に示すように、低パルス期間ＬＴ中は低アーク長（第２アーク長）ＨＬａになり、高パルス期間ＨＴ中は高アーク長（第１アーク長）ＨＬａになる。
【００２７】
フィラーワイヤ送給速度設定信号Ｗｓは、同図（Ｈ）に示すように、低パルス期間ＬＴ中は高送給速度設定値ＨＷｓに設定されるので第２フィラーワイヤ送給速度になり、高パルス期間ＨＴ中は高送給速度設定値ＨＷｓに設定されるので第１フィラーワイヤ送給速度になる。ＨＷｓ＞ＬＷｓである。これにより、フィラーワイヤの送給速度は、アーク長Ｌａが短い（低アーク長ＬＬａ）ときは高速になり、長い（高アーク長ＨＬａ）ときは低速になる。
【００２８】
従来技術においては、アーク長の周期的な変化とは関係なく、フィラーワイヤの送給速度は一定値であった。アーク長が長い期間中は、アークからの溶融池への加熱が大きくなるために、フィラーワイヤを溶融池後半部に送給したときの冷却効果は小さくなる。他方、アーク長が短い期間中は、アークからの溶融池への加熱が小さくなるために、フィラーワイヤを溶融池後半部に送給したときの冷却効果は大きくなる。上述したように、通常パルスアーク溶接による２ワイヤ溶接方法では、アーク長は一定値となる。そして、アーク長変化パルスアーク溶接による２ワイヤ溶接方法におけるアーク長の平均値は、通常パルスアーク溶接による２ワイヤ溶接方法よりも相対的に長くなる。これらの結果として、アーク長変化パルスアーク溶接による２ワイヤ溶接方法では、フィラーワイヤの送給による溶融池の冷却効果が減少するために、高速溶接性が低下していた。これに対して、上述した本発明に係るアーク長変化パルスアーク溶接による２ワイヤ溶接方法では、アーク長が長い期間中にはフィラーワイヤの送給速度を低速にし、アーク長が短い期間中はフィラーワイヤの送給速度を高速にしている。これにより、アーク長が短くて溶融池への加熱が小さいときに、フィラーワイヤの送給速度が高速になるので、溶融池の冷却効果は増大する。この結果、ハンピングビードの形成が抑制されるので、高速溶接性が向上する。
【００２９】
低送給速度設定値ＬＷｓ（第１フィラーワイヤ送給速度）及び高送給速度設定値ＨＷｓ（第２フィラーワイヤ送給速度）は、両値の平均値が、通常パルスアーク溶接による２ワイヤ溶接方法のときのフィラーワイヤの送給速度と略同一になるように設定される。そして、低送給速度設定値ＬＷｓと高送給速度設定値ＨＷｓとの比率は、溶接速度に応じてハンピングビードが発生せずに良好なビードが形成されるように実験によって設定される。このときに、低送給速度設定値ＬＷｓ＝０に設定される場合もある。この場合には、フィラーワイヤは、アーク長が短い期間中のみ送給されることになる。
【００３０】
図２は、上述した本発明の実施の形態に係る２ワイヤ溶接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。以下、同図を参照して各ブロックについて説明する。
【００３１】
電源主回路ＰＭは、３相２００Ｖ等の賞用電源（図示は省略）を入力として、後述する電流誤差増幅信号Ｅｉに従ってインバータ制御等の出力制御を行い、溶接電圧Ｖｗ及び溶接電流Ｉｗを出力する。この電源主回路ＰＭは、図示は省略するが、商用電源を整流する１次整流回路、整流された直流を平滑するコンデンサ、平滑された直流を高周波交流に変換するインバータ回路、高周波交流をアーク溶接に適した電圧値に降圧するインバータトランス、降圧された高周波交流を整流する２時整流回路、整流された直流を平滑するリアクトル、電流誤差増幅信号Ｅｉに従ってＰＷＭ変調制御を行ない、インバータ回路を駆動する駆動回路から構成される。溶接ワイヤ１は、送給モータＦＭに結合された送給ロール５によって溶接トーチ４内を通って送給され、母材２との間にアーク３が発生する。フィラーワイヤ６は、フィラーワイヤ送給モータＷＭに結合されたフィラーワイヤ送給ロール７によってワイヤガイド８内を通って、母材２上に形成される溶融池と短絡した状態で送給される。
【００３２】
電圧検出回路ＶＤは、上記の溶接電圧Ｖｗを検出して、電圧検出信号Ｖｄを出力する。電圧平均値算出回路ＶＡＶは、この電圧検出信号Ｖｄの平均値を算出して、電圧平均値信号Ｖavを出力する。
【００３３】
切換信号生成回路ＳＴＣは、予め定めた低パルス期間設定値ＬＴｓによって定まる期間中はＬｏｗレベルになり、予め定めた高パルス期間設定値ＨＴｓによって定まる期間中はＨｉｇｈレベルになる切換信号Ｓtcを出力する。送給速度設定回路ＦＳは、予め定めた定常送給速度で溶接ワイヤ１を送給するための送給速度設定信号Ｆｓを送給モータＦＭに出力する。フィラーワイヤ送給速度設定回路ＷＳは、上記の切換信号ＳtcがＬｏｗレベル（低パルス期間）のときは予め定めた高送給速度設定値ＨＷｓでフィラーワイヤ６を送給し、Ｈｉｇｈレベル（高パルス期間）のときは予め定めた低送給速度設定値ＬＷｓでフィラーワイヤ６を送給するためのフィラーワイヤ送給速度設定信号Ｗｓをフィラーワイヤ送給モータＷＭに出力する。
【００３４】
電圧設定回路ＶＳは、上記の切換信号ＳtcがＬｏｗレベル（低パルス期間）のときは予め定めた低電圧設定値ＬＶｓを電圧設定信号Ｖｓとして出力し、Ｈｉｇｈレベル（高パルス期間）のときは予め定めた高電圧設定値ＨＶｓを電圧設定信号Ｖｓとして出力する。電圧誤差増幅回路ＥＶは、上記の電圧設定信号Ｖｓと上記の電圧平均値信号Ｖavとの誤差を増幅して、電圧誤差増幅信号Ｅｖを出力する。電圧／周波数変換回路ＶＦは、この電圧誤差増幅信号Ｅｖの値に応じた周波数を有するパルス周期信号Ｔｆを出力する。このパルス周期信号Ｔｆは、パルス周期ごとに短時間だけＨｉｇｈレベルになるトリガ信号である。
【００３５】
ピーク期間設定回路ＴＰＳは、上記の切換信号ＳtcがＬｏｗレベル（低パルス期間）のときは予め定めた低ピーク期間設定値ＬＴpsをピーク期間設定信号Ｔpsとして出力し、Ｈｉｇｈレベル（高パルス期間）のときは予め定めた高ピーク期間設定値ＨＴpsをピーク期間設定信号Ｔpsとして出力する。ピーク期間タイマ回路ＴＰは、上記のパルス周期信号ＴｆがＨｉｇｈレベルになると上記のピーク期間設定信号Ｔpsの値によって定まる期間だけＨｉｇｈレベルになるピーク期間信号Ｔｐを出力する。このピーク期間信号ＴｐがＨｉｇｈレベルのときがピーク期間となり、Ｌｏｗレベルのときがベース期間となる。
【００３６】
ベース電流設定回路ＩＢＳは、予め定めたベース電流設定信号Ｉbsを出力する。上述した図１ではこのベース電流も変化させていたが、同図においては変化させずに一定値の場合を例示する。もちろん、上記の切換信号Ｓtcに応じて、低ベース電流設定値と高ベース電流設定値とを切り換えるようにしても良い。ピーク電流設定回路ＩＰＳは、上記の切換信号ＳtcがＬｏｗレベル（低パルス期間）のときは予め定めた低ピーク電流設定値ＬＩpsをピーク電流設定信号Ｉpsとして出力し、Ｈｉｇｈレベル（高パルス期間）のときは予め定めた高ピーク電流設定値ＨＩpsをピーク電流設定信号Ｉpsとして出力する。電流設定制御回路ＩＳＣは、上記のピーク期間信号ＴｐがＬｏｗレベルのときは上記のベース電流設定信号Ｉbsを電流設定制御信号Ｉscとして出力し、Ｈｉｇｈレベルのときは上記のピーク電流設定信号Ｉpsを電流設定制御信号Ｉscとして出力する。
【００３７】
電流検出回路ＩＤは、上記の溶接電流Ｉｗを検出して、電流検出信号Ｉｄを出力する。電流誤差増幅回路ＥＩは、上記の電流設定制御信号Ｉsc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。この電流誤差増幅信号Ｅｉに従って、上記の電源主回路ＰＭ内のインバータ回路が制御されて、図１で上述した低パルス電流群及び高パルス電流群が通電し、フィラーワイヤがアーク長Ｌａに応じた送給速度で送給される。
【００３８】
同図は、出力制御が周波数変調制御の場合である。出力制御がパルス幅変調制御の場合には、ピーク期間が電圧誤差増幅信号Ｅｖによってフィードバック制御される。そして、パルスパラメータであるピーク電流設定信号、ベース電流設定信号及びパルス周期設定信号が切換信号Ｓtcに応じて切り換えられる。出力制御がピーク電流変調制御の場合には、ピーク電流が電圧誤差増幅信号Ｅｖによってフィードバック制御される。そして、パルスパラメータであるピーク期間設定信号、ベース電流設定信号及びパルス周期設定信号が切換信号Ｓtcに応じて切り換えられる。
【００３９】
上述した実施の形態によれば、フィラーワイヤの送給速度を、アーク長が長いとき（第１アーク長のとき）は予め定めた第１フィラーワイヤ送給速度に設定し、アーク長が短いとき（第２アーク長のとき）は第１フィラーワイヤ送給速度よりも高速の予め定めた第２フィラーワイヤ送給速度に設定する。このために、アーク長が短くて溶融池への加熱が小さいときに、フィラーワイヤの送給速度が高速になるので、溶融池の冷却効果は増大する。この結果、ハンピングビードの形成が抑制されるので、高速溶接性が向上する。
【符号の説明】
【００４０】
１ 溶接ワイヤ
２ 母材
３ アーク
４ 溶接トーチ
５ 送給ロール
６ フィラーワイヤ
７ フィラーワイヤ送給ロール
８ ワイヤガイド
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
ｆｃ 切換周波数
ＦＭ 送給モータ
ＦＳ 送給速度設定回路
Ｆｓ 送給速度設定信号
ＨＩｂ 高ベース電流
ＨＩｐ 高ピーク電流
ＨＩps 高ピーク電流設定値
ＨＬａ 高アーク長
ＨＰｓ 高パルスパラメータ設定値
ＨＴ 高パルス期間
ＨＴｂ 高ベース期間
ＨＴｆ 高パルス周期
ＨＴｐ 高ピーク期間
ＨＴps 高ピーク期間設定値
ＨＴｓ 高パルス期間設定値
ＨＶｂ 高ベース電圧
ＨＶｐ 高ピーク電圧
ＨＶｓ 高電圧設定値
ＨＷｓ 高送給速度設定値
ＩＢＳ ベース電流設定回路
Ｉbs ベース電流設定信号
ＩＤ 電流検出回路
Ｉｄ 電流検出信号
ＩＰＳ ピーク電流設定回路
Ｉps ピーク電流設定信号
ＩＳＣ 電流設定制御回路
Ｉsc 電流設定制御信号
Ｉｗ 溶接電流
Ｌａ アーク長
ＬＩｂ 低ベース電流
ＬＩｐ 低ピーク電流
ＬＩps 低ピーク電流設定値
ＬＬａ 低アーク長
ＬＰｓ 低パルスパラメータ設定値
ＬＴ 低パルス期間
ＬＴｂ 低ベース期間
ＬＴｆ 低パルス周期
ＬＴｐ 低ピーク期間
ＬＴps 低ピーク期間設定値
ＬＴｓ 低パルス期間設定値
ＬＶｂ 低ベース電圧
ＬＶｐ 低ピーク電圧
ＬＶｓ 低電圧設定値
ＬＷｓ 低送給速度設定値
ＰＭ 電源主回路
Ｐｓ パルスパラメータ設定信号
ＳＴＣ 切換信号生成回路
Ｓtc 切換信号
Ｔｃ 切換周期
Ｔｆ パルス周期信号
ＴＰ ピーク期間タイマ回路
Ｔｐ ピーク期間信号
ＴＰＳ ピーク期間設定回路
Ｔps ピーク期間設定信号
ＶＡＶ 電圧平均値算出回路
Ｖav 電圧平均値信号
ＶＤ 電圧検出回路
Ｖｄ 電圧検出信号
ＶＦ 電圧／周波数変換回路
ＶＳ 電圧設定回路
Ｖｓ 電圧設定信号
Ｖｗ 溶接電圧
ＷＭ フィラーワイヤ送給モータ
ＷＳ フィラーワイヤ送給速度設定回路
Ｗｓ フィラーワイヤ送給速度設定信号
【特許請求の範囲】
【請求項１】
溶接ワイヤを送給し、ピーク期間中のピーク電流及びベース期間中のベース電流を１パルス周期として繰り返して前記溶接ワイヤに通電し、複数の前記パルス周期を含む予め定めた切換信号に同期してアーク長を第１アーク長とそれよりも短い第２アーク長とに周期的に切り替えて溶融池を形成すると共に、フィラーワイヤを前記溶融池に送給しながら溶接する２ワイヤ溶接制御方法において、
前記フィラーワイヤの送給速度を、前記第１アーク長のときは予め定めた第１フィラーワイヤ送給速度に設定し、前記第２アーク長のときは前記第１フィラーワイヤ送給速度よりも高速の予め定めた第２フィラーワイヤ送給速度に設定する、
ことを特徴とする２ワイヤ溶接制御方法。
【請求項２】
前記第１フィラーワイヤ送給速度を０に設定する、
ことを特徴とする請求項１記載の２ワイヤ溶接制御方法。
【請求項１】
溶接ワイヤを送給し、ピーク期間中のピーク電流及びベース期間中のベース電流を１パルス周期として繰り返して前記溶接ワイヤに通電し、複数の前記パルス周期を含む予め定めた切換信号に同期してアーク長を第１アーク長とそれよりも短い第２アーク長とに周期的に切り替えて溶融池を形成すると共に、フィラーワイヤを前記溶融池に送給しながら溶接する２ワイヤ溶接制御方法において、
前記フィラーワイヤの送給速度を、前記第１アーク長のときは予め定めた第１フィラーワイヤ送給速度に設定し、前記第２アーク長のときは前記第１フィラーワイヤ送給速度よりも高速の予め定めた第２フィラーワイヤ送給速度に設定する、
ことを特徴とする２ワイヤ溶接制御方法。
【請求項２】
前記第１フィラーワイヤ送給速度を０に設定する、
ことを特徴とする請求項１記載の２ワイヤ溶接制御方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図２】
【図３】
【図４】
【公開番号】特開２０１２−１６６２４７（Ｐ２０１２−１６６２４７Ａ）
【公開日】平成２４年９月６日（２０１２．９．６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−３０３４８（Ｐ２０１１−３０３４８）
【出願日】平成２３年２月１６日（２０１１．２．１６）
【出願人】（００００００２６２）株式会社ダイヘン (990)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年９月６日（２０１２．９．６）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年２月１６日（２０１１．２．１６）
【出願人】（００００００２６２）株式会社ダイヘン (990)
【Ｆターム（参考）】
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