２ワイヤ溶接制御方法
【課題】消耗電極アークにフィラワイヤを送給して溶接する２ワイヤ溶接方法において、消耗電極と溶融池との短絡に起因する溶接状態の不安定を抑制する。
【解決手段】消耗電極と母材との間にアークを発生させて溶融池を形成し、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おいて、消耗電極と溶融池とが短絡状態Ｔｓになり、この短絡状態Ｔｓが初期期間Ｔｉ以上継続しているときは、フィラーワイヤの送給速度Ｆｗを定常フィラーワイヤ送給速度Ｆｃから減速フィラーワイヤ送給速度Ｆｄへと減速させ、消耗電極と溶融池との間がアーク状態になると（ｔ４３）、フィラーワイヤの送給速度Ｆｗを定常フィラーワイヤ送給速度Ｆｃに戻す。これにより、短絡に伴って溶融池の温度が低下しても、それに応じてフィラワイヤの送給速度Ｆｗが減速されるので、溶接状態が不安定になることを抑制できる。
【解決手段】消耗電極と母材との間にアークを発生させて溶融池を形成し、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おいて、消耗電極と溶融池とが短絡状態Ｔｓになり、この短絡状態Ｔｓが初期期間Ｔｉ以上継続しているときは、フィラーワイヤの送給速度Ｆｗを定常フィラーワイヤ送給速度Ｆｃから減速フィラーワイヤ送給速度Ｆｄへと減速させ、消耗電極と溶融池との間がアーク状態になると（ｔ４３）、フィラーワイヤの送給速度Ｆｗを定常フィラーワイヤ送給速度Ｆｃに戻す。これにより、短絡に伴って溶融池の温度が低下しても、それに応じてフィラワイヤの送給速度Ｆｗが減速されるので、溶接状態が不安定になることを抑制できる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、消耗電極と母材との間にアークを発生させて溶融池を形成し、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、溶融金属量が増加し、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方から溶融池に短絡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押さ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部に短絡させて送給し、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短絡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短絡しており、溶融池からの熱によって溶融する。したがって、フィラーワイヤと溶融池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パルスアーク溶接法を使用する場合について説明するが、他の溶接法であっても良い。また、以下の説明において、母材と溶融池とは略同じ意味で使用している。
【０００４】
図３は、パルスアーク溶接を使用した２ワイヤ溶接方法における電流・電圧波形図である。同図（Ａ）は溶接ワイヤを通電する溶接電流Ｉｗの時間変化を示し、同図（Ｂ）は溶接ワイヤと母材（溶融池）との間に印加する溶接電圧Ｖｗの時間変化を示し、同図（Ｃ）はフィラーワイヤの送給速度Ｆｗを示す。溶接ワイヤの送給速度は、図示しないが、所定値で定速送給されている。フィラーワイヤと溶融池との間には電圧は印加されておらず、電流も通電していない。フィラーワイヤは、上述したように、溶融池と短絡した状態で送給されている。フィラーワイヤが溶融池と離反しても、電圧が印加されていないので、フィラーワイヤと溶融池との間にはアークは発生しない。以下、同図を参照して説明する。
【０００５】
時刻ｔ１〜ｔ２のピーク期間Ｔｐ中は、同図（Ａ）に示すように、溶接ワイヤから溶滴を移行させるために臨界値以上の大電流値のピーク電流Ｉｐが通電し、同図（Ｂ）に示すように、溶接ワイヤと溶融池との間にアーク長に比例したピーク電圧Ｖｐが印加する。
【０００６】
時刻ｔ２〜ｔ３のベース期間Ｔｂ中は、同図（Ａ）に示すように、溶滴を形成しないようにするために臨界値未満の小電流値のベース電流Ｉｂが通電し、同図（Ｂ）に示すように、ベース電圧Ｖｂが印加する。時刻ｔ１〜ｔ３までの期間を１周期（パルス周期Ｔｆ）として繰り返して溶接が行われる。
【０００７】
時刻ｔ３〜ｔ４のピーク期間Ｔｐ中は、再び上記と同様の動作を繰り返す。時刻ｔ４〜ｔ５のベース期間Ｔｂ中は、その期間中に溶接ワイヤと溶融池との短絡が発生した場合である。時刻ｔ４〜ｔ４１の期間中はアーク状態であるので、上述したように、ベース電流Ｉｂが通電し、ベース電圧Ｖｂが印加する。時刻ｔ４１〜ｔ４２の短絡期間Ｔｓ中は、同図（Ｂ）に示すように、溶接電圧Ｖｗは数Ｖの短絡電圧値となり、同図（Ａ）に示すように、溶接電流Ｉｗは次第に増加する短絡電流Ｉｓとなる。溶接電流Ｉｗを増加させているのは、短絡状態を早期に解除して、アーク状態に復帰させるためである。パルスアーク溶接では、この短絡はほとんどベース期間中に発生し、その頻度は１秒間に数回程度である。また、炭酸ガスアーク溶接、ミグ溶接及びマグ溶接では、この短絡は１秒間に数十回程度発生する。時刻ｔ４２において、短絡状態が解除されてアーク状態に復帰すると、同図（Ｂ）に示すように、溶接電圧Ｖｗは急上昇してベース電圧値Ｖｂとなり、同図（Ａ）に示すように、溶接電流Ｉｗは短絡電流Ｉｓから傾斜を有してベース電流Ｉｂへと移行する。この状態は、次のピーク期間Ｔｐが開始する時刻ｔ５まで継続する。
【０００８】
他方、同図（Ｃ）に示すように、フィラーワイヤの送給速度Ｆｗは、一定値の定常フィラーワイヤ送給速度Ｆｃで溶融池と短絡した状態で送給される。上記の短絡期間Ｔｓ中もフィラーワイヤ送給速度Ｆｗは一定速度で変化しない。定常フィラーワイヤ送給速度Ｆｃは、安定して溶融するために溶接ワイヤの送給速度の２０〜３０％程度の範囲に設定されることが多い。
【０００９】
ところで、良好なパルスアーク溶接を行うためには、アーク長を適正値に維持することが重要である。アーク長を適正値に維持するために以下のような溶接電源の出力制御（アーク長制御）が行われる。アーク長は、同図（Ｂ）で破線で示す溶接電圧平均値Ｖavと略比例関係にある。このために、溶接電圧平均値Ｖavを検出し、この検出値が適正アーク長に相当する溶接電圧設定値と等しくなるように同図（Ａ）の破線で示す溶接電流平均値Ｉavを変化させる出力制御を行う。溶接電圧平均値Ｖavが溶接電圧設定値よりも大きいときはアーク長が適正値よりも長いときであるので、溶接電流平均値Ｉavを小さくしてワイヤ溶融速度を小さくしアーク長が短くなるようにする。他方、溶接電圧平均値Ｖavが溶接電圧設定値よりも小さいときはアーク長が適正値よりも短いときであるので、溶接電流平均値Ｉavを大きくしてワイヤ溶融速度を大きくしアーク長が長くなるようにする。上記の溶接電圧平均値Ｖavとしては、一般的に溶接電圧Ｖｗをローパスフィルタ（カットオフ周波数１〜１０Ｈｚ程度）に通した値が使用される。また、溶接電流平均値Ｉavを変化させる操作量として、ピーク期間Ｔｐ、パルス周期Ｔｆ、ピーク電流Ｉｐ又はベース電流Ｉｂの少なくとも１つを変化させることが行われている。例えば、パルス周期Ｔｆを操作量としてフィードバック制御するときには、ピーク期間Ｔｐ、ピーク電流Ｉｐ及びベース電流Ｉｂは所定値に設定される（周波数変調制御方式と呼ばれる）。また、ピーク期間（パルス幅）Ｔｐを操作量としてフィードバック制御するときには、ピーク電流Ｉｐ、ベース電流Ｉｂ及びパルス周期Ｔｆが所定値に設定される（パルス幅変調制御方式と呼ばれる）。
【００１０】
特許文献２に示す２ワイヤ溶接方法では、フィラワイヤの送給により発生する送給速度、送給抵抗、振動等の特性の一つを検出し、フィラワイヤの送給速度あるいはフィラワイヤに印加する予熱用の電流を制御する。このために、母材に対する入熱量を制限したまま、あるいは溶着量や脚長を保ったまま、外乱による溶接条件の変動や溶接条件の設定ミスにより生じるフィラワイヤ溶け残りの溶接欠陥を防止することができると記載されている。
【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２００２−２８７８４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
上述した従来技術の２ワイヤ溶接方法では、フィラーワイヤを溶融池と短絡させた状態で送給し、フィラーワイヤは溶融池の熱によって溶融している。したがって、フィラーワイヤの送給速度は、溶融池の熱によってフィラーワイヤが溶融する速度（溶融速度）とバランスするように設定される。溶接ワイヤと溶融池との間のアークの発生状態が安定しているときは、フィラーワイヤの溶融も安定するので、良好な溶接を行うことができる。
【００１３】
しかし、図３で上述したように、溶接ワイヤと母材との短絡が発生すると、その短絡期間Ｔｓ中はアークから溶融池への加熱がなくなるために、溶融池の温度は低下する。短絡期間Ｔｓが短いときには、溶融池の温度の低下は少しであるので、フィラーワイヤの溶融状態への影響はほとんどない。したがって、この場合には、溶接品質への影響もほとんどない。他方、短絡期間Ｔｓが長くなると、溶融池の温度の低下が大きくなるために、フィラーワイヤの溶融への影響が大きくなる。すなわち、溶融池の温度が低下すると、定速で送給されているフィラーワイヤを安定して溶融することができなくなる。この結果、フィラーワイヤは溶融池と短絡した状態で安定して溶融されている状態から、溶融池に突っ込んだ状態又はその反動により溶融池から離反した状態とを不安定に繰り返すようになり、スパッタの発生、フィラーワイヤの溶け残り等の溶接品質の悪化を招くことになる。さらに、短絡期間が長くなり溶融池の温度が低下すると、フィラーワイヤを溶融することができなくなり、フィラーワイヤの先端がビードに溶着して溶接の続行ができなくなる状態になることもある。特許文献２には、溶接ワイヤと溶融池との短絡に起因する上述した問題に関しては、何らの記載もされていない。
【００１４】
そこで、本発明では、溶接ワイヤと母材との短絡が発生しても、安定したフィラーワイヤの溶融状態を維持することができる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、消耗電極と母材との間にアークを発生させて溶融池を形成し、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、
前記消耗電極と前記溶融池とが短絡状態になり、この短絡状態が予め定めた初期期間以上継続しているときは前記フィラーワイヤの送給速度を予め定めた定常フィラーワイヤ送給速度から予め定めた減速フィラーワイヤ送給速度へと減速させ、前記消耗電極と前記溶融池との間がアーク状態になると前記フィラーワイヤの送給速度を前記フィラーワイヤ定常送給速度に戻す、
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、前記減速フィラーワイヤ送給速度は、時間の経過に伴ってその値が小さくなるように変化する、
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、消耗電極と溶融池とが短絡状態になり、この短絡状態が初期期間以上継続しているときはフィラーワイヤの送給速度を予め定めた減速フィラーワイヤ送給速度へと減速させる。これにより、短絡状態によって溶融池の温度が低下しても、それに応動してフィラーワイヤの送給速度が減速されるので、フィラーワイヤの溶融状態は安定状態を維持することができる。この結果、良好な溶接品質を得ることができる。
【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電流・電圧波形図である。
【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装置のブロック図である。
【図３】従来技術において、パルスアーク溶接を使用した２ワイヤ溶接方法における電流・電圧波形図である。
【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電流・電圧波形図である。同図（Ａ）は溶接ワイヤを通電する溶接電流Ｉｗの時間変化を示し、同図（Ｂ）は溶接ワイヤと母材（溶融池）との間に印加する溶接電圧Ｖｗの時間変化を示し、同図（Ｃ）はフィラーワイヤの送給速度Ｆｗを示す。溶接ワイヤの送給速度は、図示しないが、所定値で定速送給されている。フィラーワイヤと溶融池との間には電圧は印加されておらず、電流も通電していない。フィラーワイヤは、上述したように、溶融池と短絡した状態で送給されている。フィラーワイヤが溶融池と離反しても、電圧が印加されていないので、フィラーワイヤと溶融池との間にはアークは発生しない。同図は、上述した図３と対応しており、短絡期間Ｔｓの動作以外は同一であるので、それらの説明は省略する。以下、短絡期間Ｔｓについて同図を参照して説明する。
【００２１】
時刻ｔ４１において溶接ワイヤと溶融池とが短絡すると、同図（Ｂ）に示すように、溶接電圧Ｖｗは数Ｖの短絡電圧値となり、短絡期間Ｔｓに入る。同図（Ａ）に示すように、溶接電流Ｉｗは、短絡期間Ｔｓに入ると次第に増加する短絡電流Ｉｓとなる。同図（Ｃ）に示すように、フィラーワイヤの送給速度Ｆｗは定常フィラーワイヤ送給速度Ｆｃのままである。
【００２２】
時刻ｔ４２において、短絡期間Ｔｓに入ってから予め定めた初期期間Ｔｉが経過すると、同図（Ｂ）に示すように、溶接電圧Ｖｗは短絡電圧値のままであり、同図（Ａ）に示すように、短絡電流Ｉｓの増加が緩やかになる。他方、同図（Ｃ）に示すように、フィラーワイヤの送給速度Ｆｗは、予め定めた減速フィラーワイヤ送給速度Ｆｄに減速する。そして、時刻ｔ４３において、短絡電流Ｉｓの増加によって溶接ワイヤと溶融池との短絡が解除されてアークが発生すると、同図（Ｂ）に示すように、溶接電圧Ｖｗは数十Ｖのベース電圧値Ｖｂに急上昇し、同図（Ａ）に示すように、溶接電流Ｉｗは、短絡電流Ｉｓから傾斜を有して減少してベース電流Ｉｂに移行する。同図（Ｃ）に示すように、フィラーワイヤの送給速度Ｆｗは定常フィラーワイヤ送給速度Ｆｃに戻る。これ以降は、次のピーク期間Ｔｐが開始する時刻ｔ５まで、同図（Ｂ）に示すように、溶接電圧Ｖｗはベース電圧値Ｖｂを維持し、同図（Ａ）に示すように、溶接電流Ｉｗはベース電流値Ｉｂを維持する。同図（Ｃ）に示すように、フィラーワイヤの送給速度Ｆｗも定常フィラーワイヤ送給速度Ｆｃを維持する。
【００２３】
パルスアーク溶接の場合には、上述したように、短絡は１秒間に数回程度発生するが、アーク状態が安定しているときにはその短絡はほとんど短い短絡であり、フィラーワイヤの溶融状態にはあまり影響を与えない。しかし、時々（数秒間に１回程度）、長い短絡が発生して、フィラーワイヤの溶融状態に影響を与えることになる。数秒間に１回程度であっても、そのときにフィラーワイヤの溶融状態が不安定になると、溶接品質への悪影響は大きい。アーク状態がやや不安定であるときには、長い短絡の占める割合が大きくなる。上記の初期期間Ｔｉは、溶融池の温度低下に影響が出始める時間である２〜７MS程度の範囲で設定される。この初期期間Ｔｉは、母材の材質、溶接速度、継手形状等に応じて実験によって適正値に設定される。上記の減速フィラーワイヤ送給速度Ｆｄは、一定値であるときには定常フィラーワイヤ送給速度Ｆｃの３０〜７０％程度の範囲で設定される。減速フィラーワイヤ送給速度Ｆｄも、母材の材質、溶接速度、継手形状等に応じて実験によって適正値に設定される。減速フィラーワイヤ送給速度Ｆｄは、時間経過に伴ってその値が次第に小さくなるように変化させても良い。
【００２４】
上述したように、短絡期間Ｔｓが初期期間Ｔｉを超えて継続するときには、フィラーワイヤの送給速度Ｆｗを減速させる。これにより、溶融池の温度が低下してもフィラーワイヤの送給速度Ｆｗとバランスを保つことができる。このために、安定した溶接状態を維持することができる。また、時間経過に伴って減速フィラーワイヤ送給速度Ｆｄを小さくすると、溶融池の温度低下と連動させることができるので、より一層フィラーワイヤの溶融状態を安定化することができる。
【００２５】
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装置のブロック図である。同図は、出力制御（アーク長制御）が上述した周波数変調制御の場合である。以下、同図を参照して各ブロックについて説明する。
【００２６】
電源主回路ＰＭは、３相２００Ｖ等の商用電源（図示は省略）を入力として、後述する駆動信号Ｄｖに従ってインバータ制御によって出力制御を行い、アーク３を発生させるための溶接電圧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、平滑された直流を上記の駆動信号Ｄｖに従って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３を発生させるために適正な電圧値に降圧する高周波トランス、降圧された高周波交流を整流する２次整流回路、整流された直流を平滑するリアクトルから構成される。
【００２７】
溶接ワイヤ１は、溶接ワイヤ送給モータＷＭに結合された溶接ワイヤ送給ロール５の回転によって溶接トーチ４内を送給され、上記の電源主回路ＰＭから給電チップ（図示は省略）を介して給電されて、母材（溶融池）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ＦＭに結合されたフィラーワイヤ送給ロール８の回転によってフィラーワイヤガイド７内を送給され、アーク３によって形成された溶融池２と短絡した状態で溶融される。同図においては、溶接トーチ４とフィラーワイヤガイド７とが別の構成である場合を示しているが、１つの溶接トーチから２つのワイヤ（溶接ワイヤ１及びフィラーワイヤ６）が送給されるようにしても良い。
【００２８】
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。電圧平滑回路ＶＡＶは、この電圧検出信号Ｖｄを入力として、平均化（カットオフ周波数１〜１０Ｈｚ程度のローパスフィルタを通す）して、溶接電圧平均値信号Ｖavを出力する。電圧設定回路ＶＲは、予め定めた溶接電圧設定信号Ｖｒを出力する。電圧誤差増幅回路ＥＶは、この溶接電圧設定信号Ｖｒと上記の溶接電圧平均値信号Ｖavとの誤差を増幅して、電圧誤差増幅信号Ｅｖを出力する。
【００２９】
電圧／周波数変換回路ＶＦは、上記の電圧誤差増幅信号Ｅｖの値に比例した周波数の信号に変換して、この周波数（パルス周期）ごとに短時間Ｈｉｇｈレベルになるパルス周期信号Ｔｆを出力する。この電圧／周波数変換回路ＶＦによって上述した周波数変調制御を行っている。ピーク期間設定回路ＴＰＲは、予め定めたピーク期間設定信号Ｔprを出力する。ピーク期間タイマ回路ＴＰは、上記のパルス周期信号Ｔｆ及び上記のピーク期間設定信号Ｔprを入力として、パルス周期信号ＴｆがＨｉｇｈレベルに変化した時点からピーク期間設定信号Ｔpr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。したがって、このピーク期間信号Ｔｐは、その周期がパルス周期となり、ピーク期間の間はＨｉｇｈレベルになり、ベース期間の間はＬｏｗレベルになる信号である。
【００３０】
短絡判別回路ＳＤは、上記の電圧検出信号Ｖｄを入力として、その値が予め定めた短絡判別基準値以下のときは短絡状態であると判別してＨｉｇｈレベルになる短絡判別信号Ｓｄを出力する。初期期間設定回路ＴＩＲは、予め定めた初期期間設定信号Ｔirを出力する。短絡後期判別回路ＳＤＤは、上記の短絡判別信号Ｓｄ及びこの初期期間設定信号Ｔirを入力として、短絡判別信号Ｓｄを初期期間設定信号Ｔirによって定まる期間だけオンディレイした短絡後期判別信号Ｓddを出力する。この短絡後期判別信号Ｓddは、短絡期間Ｔｓが初期期間Ｔｉよりも長くなった期間（図１の時刻ｔ４２〜ｔ４３の期間）だけＨｉｇｈレベルになる信号である。
【００３１】
ピーク電流設定回路ＩＰＲは、予め定めたピーク電流設定信号Ｉprを出力する。ベース電流設定回路ＩＢＲは、予め定めたベース電流設定信号Ｉbrを出力する。アーク電流設定切換回路ＳＩＡは、上記のピーク期間信号Ｔｐ、上記のピーク電流設定信号Ｉpr及び上記のベース電流設定信号Ｉbrを入力として、ピーク期間信号ＴｐがＨｉｇｈレベル（ピーク期間）のときはピーク電流設定信号Ｉprをアーク電流設定信号Ｉarとして出力し、Ｌｏｗレベル（ベース期間）のときはベース電流設定信号Ｉbrをアーク電流設定信号Ｉarとして出力する。短絡電流設定回路ＩＳＲは、上記の短絡判別信号Ｓｄを入力として、短絡判別信号ＳｄがＨｉｇｈレベル（短絡）に変化した時点からの経過時間に伴って次第に大きくなる短絡電流設定信号Ｉsrを出力する。電流設定切換回路ＳＩは、上記の短絡判別信号Ｓｄ、上記のアーク電流設定信号Ｉar及び上記の短絡電流設定信号Ｉsrを入力として、短絡判別信号ＳｄがＬｏｗレベル（アーク）のときはアーク電流設定信号Ｉarを電流設定信号Ｉｒとして出力し、Ｈｉｇｈレベル（短絡）のときは短絡電流設定信号Ｉsrを電流設定信号Ｉｒとして出力する。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、上記の電流設定信号Ｉｒと上記の電流検出信号Ｉｄとの誤差を増幅して、電流誤差増幅信号Ｅｉを出力する。駆動回路ＤＶは、この電流誤差増幅信号Ｅｉを入力として、この信号に基づいてＰＷＭ変調制御を行い、その結果に基づいて上記の電源主回路ＰＭ内のインバータ回路を駆動するための駆動信号Ｄｖを出力する。
【００３２】
溶接ワイヤ送給速度設定回路ＷＲは、予め定めた溶接ワイヤ送給速度設定信号Ｗｒを出力する。溶接ワイヤ送給制御回路ＷＣは、この溶接ワイヤ送給速度設定信号Ｗｒの値に相当する送給速度で溶接ワイヤ１を送給するための溶接ワイヤ送給制御信号Ｗｃを上記の溶接ワイヤ送給モータＷＭに出力する。定常フィラーワイヤ送給速度設定回路ＦＣＲは、予め定めた定常フィラーワイヤ送給速度設定信号Ｆcrを出力する。減速フィラーワイヤ送給速度設定回路ＦＤＲは、予め定めた減速フィラーワイヤ送給速度設定信号Ｆdrを出力する。フィラーワイヤ送給速度設定切換回路ＳＦは、上記の定常フィラーワイヤ送給速度設定信号Ｆcr、上記の減速フィラーワイヤ送給速度設定信号Ｆdr及び上記の短絡後期判別信号Ｓddを入力として、短絡後期判別信号ＳddがＨｉｇｈレベルのときは減速フィラーワイヤ送給速度設定信号Ｆdrをフィラーワイヤ送給速度設定信号Ｆｒとして出力し、Ｌｏｗレベルのときは定常フィラーワイヤ送給速度設定信号Ｆcrをフィラーワイヤ送給速度設定信号Ｆｒとして出力する。フィラーワイヤ送給制御回路ＦＣＴは、このフィラーワイヤ送給速度設定信号Ｆｒの値に相当する送給速度でフィラーワイヤ６を送給するためのフィラーワイヤ送給制御信号Ｆctを上記のフィラーワイヤ送給モータＦＭに出力する。
【００３３】
同図において、減速フィラーワイヤ送給速度Ｆｄが時間経過に伴って次第に小さくなるようにするためには、上記の減速フィラーワイヤ送給速度設定回路ＦＤＲを以下のように変更すれば良い。すなわち、減速フィラーワイヤ送給速度設定回路ＦＤＲは、上記の短絡後期判別信号Ｓddを入力として、短絡後期判別信号ＳddがＨｉｇｈレベルに変化した時点からの時間経過に伴って次第に小さくなる減速フィラーワイヤ送給速度設定信号Ｆdrを出力する。同図は、アーク長制御を周波数変調制御によって行う場合であるが、パルス幅変調制御等の他の変調制御を使用しても良い。
【００３４】
上述した実施の形態によれば、溶接ワイヤと溶融池とが短絡状態になり、この短絡状態が初期期間以上継続しているときはフィラーワイヤの送給速度を減速フィラーワイヤ送給速度へと減速させる。これにより、短絡状態によって溶融池の温度が低下しても、それに応動してフィラーワイヤの送給速度が減速されるので、フィラーワイヤの溶融状態は安定状態を維持することができる。この結果、良好な溶接品質を得ることができる。
【００３５】
上述した実施の形態では、アークをパルスアーク溶接によって発生させる場合について説明したが、消耗電極式アーク溶接全般を使用することができる。また、フィラーワイヤの送給速度の減速が頻繁に繰り返されるときには、溶接条件（溶接ワイヤの送給速度、溶接電圧設定値、定常フィラーワイヤ送給速度、溶接速度、フィラーワイヤの挿入位置等）を再検討する必要があるので、そのような場合には警報を発するようにしても良い。
【符号の説明】
【００３６】
１ 溶接ワイヤ（消耗電極）
２ 母材、溶融池
３ アーク
４ 溶接トーチ
５ 溶接ワイヤ送給ロール
６ フィラーワイヤ
７ フィラーワイヤガイド
８ フィラーワイヤ送給ロール
ＤＶ 駆動回路
Ｄｖ 駆動信号
ＥＩ 電流誤差増幅回路
Ｅｉ 電流誤差増幅信号
ＥＶ 電圧誤差増幅回路
Ｅｖ 電圧誤差増幅信号
Ｆｃ 定常フィラーワイヤ送給速度
ＦＣＲ 定常フィラーワイヤ送給速度設定回路
Ｆcr 定常フィラーワイヤ送給速度設定信号
ＦＣＴ フィラーワイヤ送給制御回路
Ｆct フィラーワイヤ送給制御信号
Ｆｄ 減速フィラーワイヤ送給速度
ＦＤＲ 減速フィラーワイヤ送給速度設定回路
Ｆdr 減速フィラーワイヤ送給速度設定信号
ＦＭ フィラーワイヤ送給モータ
Ｆｒ フィラーワイヤ送給速度設定信号
Ｆｗ フィラーワイヤの送給速度
Ｉar アーク電流設定信号
Ｉav 溶接電流平均値
Ｉｂ ベース電流
ＩＢＲ ベース電流設定回路
Ｉbr ベース電流設定信号
ＩＤ 電流検出回路
Ｉｄ 電流検出信号
Ｉｐ ピーク電流
ＩＰＲ ピーク電流設定回路
Ｉpr ピーク電流設定信号
Ｉｒ 電流設定信号
Ｉｓ 短絡電流
ＩＳＲ 短絡電流設定回路
Ｉsr 短絡電流設定信号
Ｉｗ 溶接電流
ＰＭ 電源主回路
ＳＤ 短絡判別回路
Ｓｄ 短絡判別信号
ＳＤＤ 短絡後期判別回路
Ｓdd 短絡後期判別信号
ＳＦ フィラーワイヤ送給速度設定切換回路
ＳＩ 電流設定切換回路
ＳＩＡ アーク電流設定切換回路
Ｔｂ ベース期間
Ｔｆ パルス周期（信号）
Ｔｉ 初期期間
ＴＩＲ 初期期間設定回路
Ｔir 初期期間設定信号
ＴＰ ピーク期間タイマ回路
Ｔｐ ピーク期間（信号）
ＴＰＲ ピーク期間設定回路
Ｔpr ピーク期間設定信号
Ｔｓ 短絡期間
ＶＡＶ 電圧平滑回路
Ｖav 溶接電圧平均値（信号）
Ｖｂ ベース電圧
ＶＤ 電圧検出回路
Ｖｄ 電圧検出信号
ＶＦ 電圧／周波数変換回路
Ｖｐ ピーク電圧
ＶＲ 電圧設定回路
Ｖｒ 溶接電圧設定信号
ｖｗ 溶接電圧
ＷＣ 溶接ワイヤ送給制御回路
Ｗｃ 溶接ワイヤ送給制御信号
ＷＭ 溶接ワイヤ送給モータ
ＷＲ 溶接ワイヤ送給速度設定回路
Ｗｒ 溶接ワイヤ送給速度設定信号
【技術分野】
【０００１】
本発明は、消耗電極と母材との間にアークを発生させて溶融池を形成し、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、溶融金属量が増加し、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方から溶融池に短絡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押さ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部に短絡させて送給し、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短絡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短絡しており、溶融池からの熱によって溶融する。したがって、フィラーワイヤと溶融池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パルスアーク溶接法を使用する場合について説明するが、他の溶接法であっても良い。また、以下の説明において、母材と溶融池とは略同じ意味で使用している。
【０００４】
図３は、パルスアーク溶接を使用した２ワイヤ溶接方法における電流・電圧波形図である。同図（Ａ）は溶接ワイヤを通電する溶接電流Ｉｗの時間変化を示し、同図（Ｂ）は溶接ワイヤと母材（溶融池）との間に印加する溶接電圧Ｖｗの時間変化を示し、同図（Ｃ）はフィラーワイヤの送給速度Ｆｗを示す。溶接ワイヤの送給速度は、図示しないが、所定値で定速送給されている。フィラーワイヤと溶融池との間には電圧は印加されておらず、電流も通電していない。フィラーワイヤは、上述したように、溶融池と短絡した状態で送給されている。フィラーワイヤが溶融池と離反しても、電圧が印加されていないので、フィラーワイヤと溶融池との間にはアークは発生しない。以下、同図を参照して説明する。
【０００５】
時刻ｔ１〜ｔ２のピーク期間Ｔｐ中は、同図（Ａ）に示すように、溶接ワイヤから溶滴を移行させるために臨界値以上の大電流値のピーク電流Ｉｐが通電し、同図（Ｂ）に示すように、溶接ワイヤと溶融池との間にアーク長に比例したピーク電圧Ｖｐが印加する。
【０００６】
時刻ｔ２〜ｔ３のベース期間Ｔｂ中は、同図（Ａ）に示すように、溶滴を形成しないようにするために臨界値未満の小電流値のベース電流Ｉｂが通電し、同図（Ｂ）に示すように、ベース電圧Ｖｂが印加する。時刻ｔ１〜ｔ３までの期間を１周期（パルス周期Ｔｆ）として繰り返して溶接が行われる。
【０００７】
時刻ｔ３〜ｔ４のピーク期間Ｔｐ中は、再び上記と同様の動作を繰り返す。時刻ｔ４〜ｔ５のベース期間Ｔｂ中は、その期間中に溶接ワイヤと溶融池との短絡が発生した場合である。時刻ｔ４〜ｔ４１の期間中はアーク状態であるので、上述したように、ベース電流Ｉｂが通電し、ベース電圧Ｖｂが印加する。時刻ｔ４１〜ｔ４２の短絡期間Ｔｓ中は、同図（Ｂ）に示すように、溶接電圧Ｖｗは数Ｖの短絡電圧値となり、同図（Ａ）に示すように、溶接電流Ｉｗは次第に増加する短絡電流Ｉｓとなる。溶接電流Ｉｗを増加させているのは、短絡状態を早期に解除して、アーク状態に復帰させるためである。パルスアーク溶接では、この短絡はほとんどベース期間中に発生し、その頻度は１秒間に数回程度である。また、炭酸ガスアーク溶接、ミグ溶接及びマグ溶接では、この短絡は１秒間に数十回程度発生する。時刻ｔ４２において、短絡状態が解除されてアーク状態に復帰すると、同図（Ｂ）に示すように、溶接電圧Ｖｗは急上昇してベース電圧値Ｖｂとなり、同図（Ａ）に示すように、溶接電流Ｉｗは短絡電流Ｉｓから傾斜を有してベース電流Ｉｂへと移行する。この状態は、次のピーク期間Ｔｐが開始する時刻ｔ５まで継続する。
【０００８】
他方、同図（Ｃ）に示すように、フィラーワイヤの送給速度Ｆｗは、一定値の定常フィラーワイヤ送給速度Ｆｃで溶融池と短絡した状態で送給される。上記の短絡期間Ｔｓ中もフィラーワイヤ送給速度Ｆｗは一定速度で変化しない。定常フィラーワイヤ送給速度Ｆｃは、安定して溶融するために溶接ワイヤの送給速度の２０〜３０％程度の範囲に設定されることが多い。
【０００９】
ところで、良好なパルスアーク溶接を行うためには、アーク長を適正値に維持することが重要である。アーク長を適正値に維持するために以下のような溶接電源の出力制御（アーク長制御）が行われる。アーク長は、同図（Ｂ）で破線で示す溶接電圧平均値Ｖavと略比例関係にある。このために、溶接電圧平均値Ｖavを検出し、この検出値が適正アーク長に相当する溶接電圧設定値と等しくなるように同図（Ａ）の破線で示す溶接電流平均値Ｉavを変化させる出力制御を行う。溶接電圧平均値Ｖavが溶接電圧設定値よりも大きいときはアーク長が適正値よりも長いときであるので、溶接電流平均値Ｉavを小さくしてワイヤ溶融速度を小さくしアーク長が短くなるようにする。他方、溶接電圧平均値Ｖavが溶接電圧設定値よりも小さいときはアーク長が適正値よりも短いときであるので、溶接電流平均値Ｉavを大きくしてワイヤ溶融速度を大きくしアーク長が長くなるようにする。上記の溶接電圧平均値Ｖavとしては、一般的に溶接電圧Ｖｗをローパスフィルタ（カットオフ周波数１〜１０Ｈｚ程度）に通した値が使用される。また、溶接電流平均値Ｉavを変化させる操作量として、ピーク期間Ｔｐ、パルス周期Ｔｆ、ピーク電流Ｉｐ又はベース電流Ｉｂの少なくとも１つを変化させることが行われている。例えば、パルス周期Ｔｆを操作量としてフィードバック制御するときには、ピーク期間Ｔｐ、ピーク電流Ｉｐ及びベース電流Ｉｂは所定値に設定される（周波数変調制御方式と呼ばれる）。また、ピーク期間（パルス幅）Ｔｐを操作量としてフィードバック制御するときには、ピーク電流Ｉｐ、ベース電流Ｉｂ及びパルス周期Ｔｆが所定値に設定される（パルス幅変調制御方式と呼ばれる）。
【００１０】
特許文献２に示す２ワイヤ溶接方法では、フィラワイヤの送給により発生する送給速度、送給抵抗、振動等の特性の一つを検出し、フィラワイヤの送給速度あるいはフィラワイヤに印加する予熱用の電流を制御する。このために、母材に対する入熱量を制限したまま、あるいは溶着量や脚長を保ったまま、外乱による溶接条件の変動や溶接条件の設定ミスにより生じるフィラワイヤ溶け残りの溶接欠陥を防止することができると記載されている。
【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２００２−２８７８４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
上述した従来技術の２ワイヤ溶接方法では、フィラーワイヤを溶融池と短絡させた状態で送給し、フィラーワイヤは溶融池の熱によって溶融している。したがって、フィラーワイヤの送給速度は、溶融池の熱によってフィラーワイヤが溶融する速度（溶融速度）とバランスするように設定される。溶接ワイヤと溶融池との間のアークの発生状態が安定しているときは、フィラーワイヤの溶融も安定するので、良好な溶接を行うことができる。
【００１３】
しかし、図３で上述したように、溶接ワイヤと母材との短絡が発生すると、その短絡期間Ｔｓ中はアークから溶融池への加熱がなくなるために、溶融池の温度は低下する。短絡期間Ｔｓが短いときには、溶融池の温度の低下は少しであるので、フィラーワイヤの溶融状態への影響はほとんどない。したがって、この場合には、溶接品質への影響もほとんどない。他方、短絡期間Ｔｓが長くなると、溶融池の温度の低下が大きくなるために、フィラーワイヤの溶融への影響が大きくなる。すなわち、溶融池の温度が低下すると、定速で送給されているフィラーワイヤを安定して溶融することができなくなる。この結果、フィラーワイヤは溶融池と短絡した状態で安定して溶融されている状態から、溶融池に突っ込んだ状態又はその反動により溶融池から離反した状態とを不安定に繰り返すようになり、スパッタの発生、フィラーワイヤの溶け残り等の溶接品質の悪化を招くことになる。さらに、短絡期間が長くなり溶融池の温度が低下すると、フィラーワイヤを溶融することができなくなり、フィラーワイヤの先端がビードに溶着して溶接の続行ができなくなる状態になることもある。特許文献２には、溶接ワイヤと溶融池との短絡に起因する上述した問題に関しては、何らの記載もされていない。
【００１４】
そこで、本発明では、溶接ワイヤと母材との短絡が発生しても、安定したフィラーワイヤの溶融状態を維持することができる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、消耗電極と母材との間にアークを発生させて溶融池を形成し、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、
前記消耗電極と前記溶融池とが短絡状態になり、この短絡状態が予め定めた初期期間以上継続しているときは前記フィラーワイヤの送給速度を予め定めた定常フィラーワイヤ送給速度から予め定めた減速フィラーワイヤ送給速度へと減速させ、前記消耗電極と前記溶融池との間がアーク状態になると前記フィラーワイヤの送給速度を前記フィラーワイヤ定常送給速度に戻す、
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、前記減速フィラーワイヤ送給速度は、時間の経過に伴ってその値が小さくなるように変化する、
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、消耗電極と溶融池とが短絡状態になり、この短絡状態が初期期間以上継続しているときはフィラーワイヤの送給速度を予め定めた減速フィラーワイヤ送給速度へと減速させる。これにより、短絡状態によって溶融池の温度が低下しても、それに応動してフィラーワイヤの送給速度が減速されるので、フィラーワイヤの溶融状態は安定状態を維持することができる。この結果、良好な溶接品質を得ることができる。
【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電流・電圧波形図である。
【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装置のブロック図である。
【図３】従来技術において、パルスアーク溶接を使用した２ワイヤ溶接方法における電流・電圧波形図である。
【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電流・電圧波形図である。同図（Ａ）は溶接ワイヤを通電する溶接電流Ｉｗの時間変化を示し、同図（Ｂ）は溶接ワイヤと母材（溶融池）との間に印加する溶接電圧Ｖｗの時間変化を示し、同図（Ｃ）はフィラーワイヤの送給速度Ｆｗを示す。溶接ワイヤの送給速度は、図示しないが、所定値で定速送給されている。フィラーワイヤと溶融池との間には電圧は印加されておらず、電流も通電していない。フィラーワイヤは、上述したように、溶融池と短絡した状態で送給されている。フィラーワイヤが溶融池と離反しても、電圧が印加されていないので、フィラーワイヤと溶融池との間にはアークは発生しない。同図は、上述した図３と対応しており、短絡期間Ｔｓの動作以外は同一であるので、それらの説明は省略する。以下、短絡期間Ｔｓについて同図を参照して説明する。
【００２１】
時刻ｔ４１において溶接ワイヤと溶融池とが短絡すると、同図（Ｂ）に示すように、溶接電圧Ｖｗは数Ｖの短絡電圧値となり、短絡期間Ｔｓに入る。同図（Ａ）に示すように、溶接電流Ｉｗは、短絡期間Ｔｓに入ると次第に増加する短絡電流Ｉｓとなる。同図（Ｃ）に示すように、フィラーワイヤの送給速度Ｆｗは定常フィラーワイヤ送給速度Ｆｃのままである。
【００２２】
時刻ｔ４２において、短絡期間Ｔｓに入ってから予め定めた初期期間Ｔｉが経過すると、同図（Ｂ）に示すように、溶接電圧Ｖｗは短絡電圧値のままであり、同図（Ａ）に示すように、短絡電流Ｉｓの増加が緩やかになる。他方、同図（Ｃ）に示すように、フィラーワイヤの送給速度Ｆｗは、予め定めた減速フィラーワイヤ送給速度Ｆｄに減速する。そして、時刻ｔ４３において、短絡電流Ｉｓの増加によって溶接ワイヤと溶融池との短絡が解除されてアークが発生すると、同図（Ｂ）に示すように、溶接電圧Ｖｗは数十Ｖのベース電圧値Ｖｂに急上昇し、同図（Ａ）に示すように、溶接電流Ｉｗは、短絡電流Ｉｓから傾斜を有して減少してベース電流Ｉｂに移行する。同図（Ｃ）に示すように、フィラーワイヤの送給速度Ｆｗは定常フィラーワイヤ送給速度Ｆｃに戻る。これ以降は、次のピーク期間Ｔｐが開始する時刻ｔ５まで、同図（Ｂ）に示すように、溶接電圧Ｖｗはベース電圧値Ｖｂを維持し、同図（Ａ）に示すように、溶接電流Ｉｗはベース電流値Ｉｂを維持する。同図（Ｃ）に示すように、フィラーワイヤの送給速度Ｆｗも定常フィラーワイヤ送給速度Ｆｃを維持する。
【００２３】
パルスアーク溶接の場合には、上述したように、短絡は１秒間に数回程度発生するが、アーク状態が安定しているときにはその短絡はほとんど短い短絡であり、フィラーワイヤの溶融状態にはあまり影響を与えない。しかし、時々（数秒間に１回程度）、長い短絡が発生して、フィラーワイヤの溶融状態に影響を与えることになる。数秒間に１回程度であっても、そのときにフィラーワイヤの溶融状態が不安定になると、溶接品質への悪影響は大きい。アーク状態がやや不安定であるときには、長い短絡の占める割合が大きくなる。上記の初期期間Ｔｉは、溶融池の温度低下に影響が出始める時間である２〜７MS程度の範囲で設定される。この初期期間Ｔｉは、母材の材質、溶接速度、継手形状等に応じて実験によって適正値に設定される。上記の減速フィラーワイヤ送給速度Ｆｄは、一定値であるときには定常フィラーワイヤ送給速度Ｆｃの３０〜７０％程度の範囲で設定される。減速フィラーワイヤ送給速度Ｆｄも、母材の材質、溶接速度、継手形状等に応じて実験によって適正値に設定される。減速フィラーワイヤ送給速度Ｆｄは、時間経過に伴ってその値が次第に小さくなるように変化させても良い。
【００２４】
上述したように、短絡期間Ｔｓが初期期間Ｔｉを超えて継続するときには、フィラーワイヤの送給速度Ｆｗを減速させる。これにより、溶融池の温度が低下してもフィラーワイヤの送給速度Ｆｗとバランスを保つことができる。このために、安定した溶接状態を維持することができる。また、時間経過に伴って減速フィラーワイヤ送給速度Ｆｄを小さくすると、溶融池の温度低下と連動させることができるので、より一層フィラーワイヤの溶融状態を安定化することができる。
【００２５】
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装置のブロック図である。同図は、出力制御（アーク長制御）が上述した周波数変調制御の場合である。以下、同図を参照して各ブロックについて説明する。
【００２６】
電源主回路ＰＭは、３相２００Ｖ等の商用電源（図示は省略）を入力として、後述する駆動信号Ｄｖに従ってインバータ制御によって出力制御を行い、アーク３を発生させるための溶接電圧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、平滑された直流を上記の駆動信号Ｄｖに従って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３を発生させるために適正な電圧値に降圧する高周波トランス、降圧された高周波交流を整流する２次整流回路、整流された直流を平滑するリアクトルから構成される。
【００２７】
溶接ワイヤ１は、溶接ワイヤ送給モータＷＭに結合された溶接ワイヤ送給ロール５の回転によって溶接トーチ４内を送給され、上記の電源主回路ＰＭから給電チップ（図示は省略）を介して給電されて、母材（溶融池）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ＦＭに結合されたフィラーワイヤ送給ロール８の回転によってフィラーワイヤガイド７内を送給され、アーク３によって形成された溶融池２と短絡した状態で溶融される。同図においては、溶接トーチ４とフィラーワイヤガイド７とが別の構成である場合を示しているが、１つの溶接トーチから２つのワイヤ（溶接ワイヤ１及びフィラーワイヤ６）が送給されるようにしても良い。
【００２８】
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。電圧平滑回路ＶＡＶは、この電圧検出信号Ｖｄを入力として、平均化（カットオフ周波数１〜１０Ｈｚ程度のローパスフィルタを通す）して、溶接電圧平均値信号Ｖavを出力する。電圧設定回路ＶＲは、予め定めた溶接電圧設定信号Ｖｒを出力する。電圧誤差増幅回路ＥＶは、この溶接電圧設定信号Ｖｒと上記の溶接電圧平均値信号Ｖavとの誤差を増幅して、電圧誤差増幅信号Ｅｖを出力する。
【００２９】
電圧／周波数変換回路ＶＦは、上記の電圧誤差増幅信号Ｅｖの値に比例した周波数の信号に変換して、この周波数（パルス周期）ごとに短時間Ｈｉｇｈレベルになるパルス周期信号Ｔｆを出力する。この電圧／周波数変換回路ＶＦによって上述した周波数変調制御を行っている。ピーク期間設定回路ＴＰＲは、予め定めたピーク期間設定信号Ｔprを出力する。ピーク期間タイマ回路ＴＰは、上記のパルス周期信号Ｔｆ及び上記のピーク期間設定信号Ｔprを入力として、パルス周期信号ＴｆがＨｉｇｈレベルに変化した時点からピーク期間設定信号Ｔpr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。したがって、このピーク期間信号Ｔｐは、その周期がパルス周期となり、ピーク期間の間はＨｉｇｈレベルになり、ベース期間の間はＬｏｗレベルになる信号である。
【００３０】
短絡判別回路ＳＤは、上記の電圧検出信号Ｖｄを入力として、その値が予め定めた短絡判別基準値以下のときは短絡状態であると判別してＨｉｇｈレベルになる短絡判別信号Ｓｄを出力する。初期期間設定回路ＴＩＲは、予め定めた初期期間設定信号Ｔirを出力する。短絡後期判別回路ＳＤＤは、上記の短絡判別信号Ｓｄ及びこの初期期間設定信号Ｔirを入力として、短絡判別信号Ｓｄを初期期間設定信号Ｔirによって定まる期間だけオンディレイした短絡後期判別信号Ｓddを出力する。この短絡後期判別信号Ｓddは、短絡期間Ｔｓが初期期間Ｔｉよりも長くなった期間（図１の時刻ｔ４２〜ｔ４３の期間）だけＨｉｇｈレベルになる信号である。
【００３１】
ピーク電流設定回路ＩＰＲは、予め定めたピーク電流設定信号Ｉprを出力する。ベース電流設定回路ＩＢＲは、予め定めたベース電流設定信号Ｉbrを出力する。アーク電流設定切換回路ＳＩＡは、上記のピーク期間信号Ｔｐ、上記のピーク電流設定信号Ｉpr及び上記のベース電流設定信号Ｉbrを入力として、ピーク期間信号ＴｐがＨｉｇｈレベル（ピーク期間）のときはピーク電流設定信号Ｉprをアーク電流設定信号Ｉarとして出力し、Ｌｏｗレベル（ベース期間）のときはベース電流設定信号Ｉbrをアーク電流設定信号Ｉarとして出力する。短絡電流設定回路ＩＳＲは、上記の短絡判別信号Ｓｄを入力として、短絡判別信号ＳｄがＨｉｇｈレベル（短絡）に変化した時点からの経過時間に伴って次第に大きくなる短絡電流設定信号Ｉsrを出力する。電流設定切換回路ＳＩは、上記の短絡判別信号Ｓｄ、上記のアーク電流設定信号Ｉar及び上記の短絡電流設定信号Ｉsrを入力として、短絡判別信号ＳｄがＬｏｗレベル（アーク）のときはアーク電流設定信号Ｉarを電流設定信号Ｉｒとして出力し、Ｈｉｇｈレベル（短絡）のときは短絡電流設定信号Ｉsrを電流設定信号Ｉｒとして出力する。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、上記の電流設定信号Ｉｒと上記の電流検出信号Ｉｄとの誤差を増幅して、電流誤差増幅信号Ｅｉを出力する。駆動回路ＤＶは、この電流誤差増幅信号Ｅｉを入力として、この信号に基づいてＰＷＭ変調制御を行い、その結果に基づいて上記の電源主回路ＰＭ内のインバータ回路を駆動するための駆動信号Ｄｖを出力する。
【００３２】
溶接ワイヤ送給速度設定回路ＷＲは、予め定めた溶接ワイヤ送給速度設定信号Ｗｒを出力する。溶接ワイヤ送給制御回路ＷＣは、この溶接ワイヤ送給速度設定信号Ｗｒの値に相当する送給速度で溶接ワイヤ１を送給するための溶接ワイヤ送給制御信号Ｗｃを上記の溶接ワイヤ送給モータＷＭに出力する。定常フィラーワイヤ送給速度設定回路ＦＣＲは、予め定めた定常フィラーワイヤ送給速度設定信号Ｆcrを出力する。減速フィラーワイヤ送給速度設定回路ＦＤＲは、予め定めた減速フィラーワイヤ送給速度設定信号Ｆdrを出力する。フィラーワイヤ送給速度設定切換回路ＳＦは、上記の定常フィラーワイヤ送給速度設定信号Ｆcr、上記の減速フィラーワイヤ送給速度設定信号Ｆdr及び上記の短絡後期判別信号Ｓddを入力として、短絡後期判別信号ＳddがＨｉｇｈレベルのときは減速フィラーワイヤ送給速度設定信号Ｆdrをフィラーワイヤ送給速度設定信号Ｆｒとして出力し、Ｌｏｗレベルのときは定常フィラーワイヤ送給速度設定信号Ｆcrをフィラーワイヤ送給速度設定信号Ｆｒとして出力する。フィラーワイヤ送給制御回路ＦＣＴは、このフィラーワイヤ送給速度設定信号Ｆｒの値に相当する送給速度でフィラーワイヤ６を送給するためのフィラーワイヤ送給制御信号Ｆctを上記のフィラーワイヤ送給モータＦＭに出力する。
【００３３】
同図において、減速フィラーワイヤ送給速度Ｆｄが時間経過に伴って次第に小さくなるようにするためには、上記の減速フィラーワイヤ送給速度設定回路ＦＤＲを以下のように変更すれば良い。すなわち、減速フィラーワイヤ送給速度設定回路ＦＤＲは、上記の短絡後期判別信号Ｓddを入力として、短絡後期判別信号ＳddがＨｉｇｈレベルに変化した時点からの時間経過に伴って次第に小さくなる減速フィラーワイヤ送給速度設定信号Ｆdrを出力する。同図は、アーク長制御を周波数変調制御によって行う場合であるが、パルス幅変調制御等の他の変調制御を使用しても良い。
【００３４】
上述した実施の形態によれば、溶接ワイヤと溶融池とが短絡状態になり、この短絡状態が初期期間以上継続しているときはフィラーワイヤの送給速度を減速フィラーワイヤ送給速度へと減速させる。これにより、短絡状態によって溶融池の温度が低下しても、それに応動してフィラーワイヤの送給速度が減速されるので、フィラーワイヤの溶融状態は安定状態を維持することができる。この結果、良好な溶接品質を得ることができる。
【００３５】
上述した実施の形態では、アークをパルスアーク溶接によって発生させる場合について説明したが、消耗電極式アーク溶接全般を使用することができる。また、フィラーワイヤの送給速度の減速が頻繁に繰り返されるときには、溶接条件（溶接ワイヤの送給速度、溶接電圧設定値、定常フィラーワイヤ送給速度、溶接速度、フィラーワイヤの挿入位置等）を再検討する必要があるので、そのような場合には警報を発するようにしても良い。
【符号の説明】
【００３６】
１ 溶接ワイヤ（消耗電極）
２ 母材、溶融池
３ アーク
４ 溶接トーチ
５ 溶接ワイヤ送給ロール
６ フィラーワイヤ
７ フィラーワイヤガイド
８ フィラーワイヤ送給ロール
ＤＶ 駆動回路
Ｄｖ 駆動信号
ＥＩ 電流誤差増幅回路
Ｅｉ 電流誤差増幅信号
ＥＶ 電圧誤差増幅回路
Ｅｖ 電圧誤差増幅信号
Ｆｃ 定常フィラーワイヤ送給速度
ＦＣＲ 定常フィラーワイヤ送給速度設定回路
Ｆcr 定常フィラーワイヤ送給速度設定信号
ＦＣＴ フィラーワイヤ送給制御回路
Ｆct フィラーワイヤ送給制御信号
Ｆｄ 減速フィラーワイヤ送給速度
ＦＤＲ 減速フィラーワイヤ送給速度設定回路
Ｆdr 減速フィラーワイヤ送給速度設定信号
ＦＭ フィラーワイヤ送給モータ
Ｆｒ フィラーワイヤ送給速度設定信号
Ｆｗ フィラーワイヤの送給速度
Ｉar アーク電流設定信号
Ｉav 溶接電流平均値
Ｉｂ ベース電流
ＩＢＲ ベース電流設定回路
Ｉbr ベース電流設定信号
ＩＤ 電流検出回路
Ｉｄ 電流検出信号
Ｉｐ ピーク電流
ＩＰＲ ピーク電流設定回路
Ｉpr ピーク電流設定信号
Ｉｒ 電流設定信号
Ｉｓ 短絡電流
ＩＳＲ 短絡電流設定回路
Ｉsr 短絡電流設定信号
Ｉｗ 溶接電流
ＰＭ 電源主回路
ＳＤ 短絡判別回路
Ｓｄ 短絡判別信号
ＳＤＤ 短絡後期判別回路
Ｓdd 短絡後期判別信号
ＳＦ フィラーワイヤ送給速度設定切換回路
ＳＩ 電流設定切換回路
ＳＩＡ アーク電流設定切換回路
Ｔｂ ベース期間
Ｔｆ パルス周期（信号）
Ｔｉ 初期期間
ＴＩＲ 初期期間設定回路
Ｔir 初期期間設定信号
ＴＰ ピーク期間タイマ回路
Ｔｐ ピーク期間（信号）
ＴＰＲ ピーク期間設定回路
Ｔpr ピーク期間設定信号
Ｔｓ 短絡期間
ＶＡＶ 電圧平滑回路
Ｖav 溶接電圧平均値（信号）
Ｖｂ ベース電圧
ＶＤ 電圧検出回路
Ｖｄ 電圧検出信号
ＶＦ 電圧／周波数変換回路
Ｖｐ ピーク電圧
ＶＲ 電圧設定回路
Ｖｒ 溶接電圧設定信号
ｖｗ 溶接電圧
ＷＣ 溶接ワイヤ送給制御回路
Ｗｃ 溶接ワイヤ送給制御信号
ＷＭ 溶接ワイヤ送給モータ
ＷＲ 溶接ワイヤ送給速度設定回路
Ｗｒ 溶接ワイヤ送給速度設定信号
【特許請求の範囲】
【請求項１】
消耗電極と母材との間にアークを発生させて溶融池を形成し、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、
前記消耗電極と前記溶融池とが短絡状態になり、この短絡状態が予め定めた初期期間以上継続しているときは前記フィラーワイヤの送給速度を予め定めた定常フィラーワイヤ送給速度から予め定めた減速フィラーワイヤ送給速度へと減速させ、前記消耗電極と前記溶融池との間がアーク状態になると前記フィラーワイヤの送給速度を前記定常フィラーワイヤ送給速度に戻す、
ことを特徴とする２ワイヤ溶接制御方法。
【請求項２】
前記減速フィラーワイヤ送給速度は、時間の経過に伴ってその値が小さくなるように変化する、
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】
消耗電極と母材との間にアークを発生させて溶融池を形成し、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、
前記消耗電極と前記溶融池とが短絡状態になり、この短絡状態が予め定めた初期期間以上継続しているときは前記フィラーワイヤの送給速度を予め定めた定常フィラーワイヤ送給速度から予め定めた減速フィラーワイヤ送給速度へと減速させ、前記消耗電極と前記溶融池との間がアーク状態になると前記フィラーワイヤの送給速度を前記定常フィラーワイヤ送給速度に戻す、
ことを特徴とする２ワイヤ溶接制御方法。
【請求項２】
前記減速フィラーワイヤ送給速度は、時間の経過に伴ってその値が小さくなるように変化する、
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２】
【図３】
【公開番号】特開２０１２−１７０９５８（Ｐ２０１２−１７０９５８Ａ）
【公開日】平成２４年９月１０日（２０１２．９．１０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−３２７２５（Ｐ２０１１−３２７２５）
【出願日】平成２３年２月１８日（２０１１．２．１８）
【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１０日（２０１２．９．１０）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年２月１８日（２０１１．２．１８）
【出願人】（００００００２６２）株式会社ダイヘン (990)
【Ｆターム（参考）】
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