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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公開特許公報(A)
(11)【公開番号】特開2021-194654(P2021-194654A)
(43)【公開日】2021年12月27日
(54)【発明の名称】アーク溶接方法
(51)【国際特許分類】
B23K 9/095 20060101AFI20211129BHJP
B23K 9/173 20060101ALI20211129BHJP
B23K 9/12 20060101ALI20211129BHJP
B23K 9/073 20060101ALI20211129BHJP
【ＦＩ】
B23K9/095 501A
B23K9/173 C
B23K9/12 305
B23K9/073 545
【審査請求】未請求
【請求項の数】3
【出願形態】ＯＬ
【全頁数】19
(21)【出願番号】特願2020-100603(P2020-100603)
(22)【出願日】2020年6月10日
(71)【出願人】
【識別番号】000000262
【氏名又は名称】株式会社ダイヘン
(72)【発明者】
【氏名】高田 賢人
【テーマコード（参考）】
4E001
4E082
【Ｆターム（参考）】
4E001AA03
4E001BB08
4E001CA01
4E001CA03
4E001CB01
4E001DD02
4E001DD04
4E001DE01
4E082AA01
4E082AB01
4E082BA04
4E082CA01
4E082DA01
4E082EA06
4E082EA11
4E082EB07
4E082EC03
4E082EC13
4E082EC16
4E082EE01
4E082EE03
4E082EE04
4E082EE06
4E082EE08
4E082EF02
4E082EF07
4E082EF16
4E082EF23
4E082FA01
4E082FA04
(57)【要約】 （修正有）
【課題】溶滴移行期間と冷却期間とを繰り返すアーク溶接方法において、メリハリのある幅の広いウロコ状のビードを形成する方法を提供する。【解決手段】溶接トーチから溶接ワイヤを送給Ｆｗしつつ溶接ワイヤと母材との間にアークを発生させて溶滴を移行させる溶滴移行期間と、母材に形成された溶融池を冷却する冷却期間Ｔｅとを繰り返すアーク溶接方法において、溶滴移行期間は、溶接ワイヤを正送給Ｆｗするパルスアーク溶接期間Ｔａと溶接ワイヤを正逆送給Ｆｗする短絡移行アーク溶接期間Ｔｃとから形成されており、冷却期間Ｔｅ中は、アークを消弧し溶接トーチを溶接進行方向に移動Ｓｅさせる。パルスアーク溶接期間Ｔａによって幅の広いビードを形成し、正逆送給の短絡移行アーク溶接期間Ｔｃによってスパッタ発生量の少ないメリハリのあるウロコ状のビードを形成する。
【選択図】図３
【特許請求の範囲】
【請求項1】
溶接トーチから溶接ワイヤを送給しつつ前記溶接ワイヤと母材との間にアークを発生させて溶滴を移行させる溶滴移行期間と、前記母材に形成された溶融池を冷却する冷却期間とを繰り返すアーク溶接方法において、
前記溶滴移行期間は、前記溶接ワイヤを正送給するパルスアーク溶接期間と前記溶接ワイヤを正逆送給する短絡移行アーク溶接期間とから形成されており、
前記冷却期間中は、前記アークを消弧し前記溶接トーチを溶接進行方向に移動させる、
ことを特徴とするアーク溶接方法。
前記溶滴移行期間は、前記溶接ワイヤを正送給するパルスアーク溶接期間と前記溶接ワイヤを正逆送給する短絡移行アーク溶接期間とから形成されており、
前記冷却期間中は、前記アークを消弧し前記溶接トーチを溶接進行方向に移動させる、
ことを特徴とするアーク溶接方法。
【請求項2】
前記パルスアーク溶接期間中に前記溶滴が形成された状態で前記短絡移行アーク溶接期間に移行する、
ことを特徴とする請求項１に記載のアーク溶接方法。
ことを特徴とする請求項１に記載のアーク溶接方法。
【請求項3】
前記短絡移行アーク溶接期間中に前記アークが発生している状態で前記冷却期間に移行する、
ことを特徴とする請求項１〜２のいずれか１項に記載のアーク溶接方法。
ことを特徴とする請求項１〜２のいずれか１項に記載のアーク溶接方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、溶融池を形成する溶滴移行期間と溶融池を冷却する冷却期間とを繰り返すアーク溶接方法に関するものである。
【背景技術】
【0002】
溶接トーチから溶接ワイヤを送給しつつ溶接ワイヤと母材との間にアークを発生させて溶滴を移行させる溶滴移行期間と、母材に形成された溶融池を冷却する冷却期間とを繰り返すアーク溶接方法が慣用されている（例えば、特許文献１参照）。
【0003】
溶滴移行期間中は、溶接トーチを停止又は遅い速度で移動させた状態で、パルスアーク溶接又は短絡移行アーク溶接を行い溶融池を形成する。冷却期間中は、アークを消弧して溶融池を冷却しつつ、溶接トーチを溶接進行方向に移動させる。溶融池は冷却期間中に凝固し溶接痕となる。以上のような溶滴移行期間と冷却期間とを繰り返すことにより、円形状の溶接痕が一方向に連なったウロコ状のビードを形成することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0004】
【特許文献1】特許第５７５８１３０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
上述したように、従来技術では、溶滴移行期間の溶接方法は、パルスアーク溶接又は短絡移行アーク溶接である。溶滴移行期間がパルスアーク溶接の場合、幅広いビードを形成できるが、凹凸の小さなメリハリのないウロコ状ビードとなる。溶滴移行期間が短絡移行アーク溶接の場合、凹凸の大きなメリハリのあるビードを形成できるが、ビード幅が細くなり、スパッタ発生量も多くなる。
【0006】
そこで、本発明では、溶滴移行期間と冷却期間とを繰り返すアーク溶接方法において、メリハリのある幅の広いウロコ状のビードを形成することができ、スパッタ発生量も少ないアーク溶接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】
【0007】
上述した課題を解決するために、請求項１の発明は、溶接トーチから溶接ワイヤを送給しつつ前記溶接ワイヤと母材との間にアークを発生させて溶滴を移行させる溶滴移行期間と、前記母材に形成された溶融池を冷却する冷却期間とを繰り返すアーク溶接方法において、
前記溶滴移行期間は、前記溶接ワイヤを正送給するパルスアーク溶接期間と前記溶接ワイヤを正逆送給する短絡移行アーク溶接期間とから形成されており、
前記冷却期間中は、前記アークを消弧し前記溶接トーチを溶接進行方向に移動させる、
ことを特徴とするアーク溶接方法である。
【0008】
請求項２の発明は、前記パルスアーク溶接期間中に前記溶滴が形成された状態で前記短絡移行アーク溶接期間に移行する、
ことを特徴とする請求項１に記載のアーク溶接方法である。
【0009】
請求項３の発明は、前記短絡移行アーク溶接期間中に前記アークが発生している状態で前記冷却期間に移行する、
ことを特徴とする請求項１〜２のいずれか１項に記載のアーク溶接方法である。
【発明の効果】
【0010】
本発明によれば、溶滴移行期間と冷却期間とを繰り返すアーク溶接方法において、スパッタ発生量が少なく、メリハリのある幅の広いウロコ状のビードを形成することができる。
【発明を実施するための形態】
【0012】
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。
【0013】
［実施の形態１］実施の形態１の発明は、溶滴移行期間と冷却期間とを繰り返すアーク溶接方法において、溶滴移行期間はパルスアーク溶接期間と短絡移行アーク溶接期間とから形成されており、冷却期間中は、アークを消弧し前記溶接トーチを溶接進行方向に移動させる。
【0014】
図１は、本発明の実施の形態１に係るアーク溶接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。
【0015】
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、後述するインバータ駆動信号Ｄｖに従ってインバータ制御等による出力制御を行い、出力電圧Ｅ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次整流器、整流された直流を平滑する平滑コンデンサ、平滑された直流を高周波交流に変換する上記のインバータ駆動信号Ｄｖによって駆動されるインバータ回路、高周波交流を溶接に適した電圧値に降圧する高周波変圧器、降圧された高周波交流を直流に整流する２次整流器を備えている。
【0016】
リアクトルＷＬは、溶接電流Ｉｗを平滑して安定したアーク３を持続させる。
【0017】
送給モータＷＭは、後述する送給制御信号Ｆｃを入力として、パルスアーク溶接期間Ｔａ中は溶接ワイヤ１を正送給し、短絡移行アーク溶接期間Ｔｃ中は溶接ワイヤ１を正逆送給し、冷却期間Ｔｅ中は溶接ワイヤ１の送給を停止する。送給モータＷＭには、過渡応答性の速いモータが使用される。溶接ワイヤ１の送給速度Ｆｗの変化率及び送給方向の反転を速くするために、送給モータＷＭは溶接トーチ４の先端の近くに設置される場合がある。また、送給モータＷＭを２個使用して、プッシュプル方式の送給系とする場合もある。
【0018】
溶接ワイヤ１は、上記の送給モータＷＭに結合された送給ロール５の回転によって溶接トーチ４内を送給されて、母材２との間にアーク３が発生する。溶接トーチ４内の給電チップ（図示は省略）と母材２との間には溶接電圧Ｖｗが印加され、溶接電流Ｉｗが通電する。溶接トーチ４の先端からはシールドガス（図示は省略）が噴出して、アーク３を大気から遮蔽する。シールドガスとしては、溶接ワイヤ１の材質が鉄鋼の場合にはアルゴンガスと炭酸ガスとの混合ガスが使用され、溶接ワイヤ１の材質がアルミニウムの場合にはアルゴンガスが使用される。
【0019】
出力電圧設定回路ＥＲは、予め定めた出力電圧設定信号Ｅｒを出力する。出力電圧検出回路ＥＤは、上記の出力電圧Ｅを検出し平滑して、出力電圧検出信号Ｅｄを出力する。
【0020】
電圧誤差増幅回路ＥＶは、上記の出力電圧設定信号Ｅｒ及び上記の出力電圧検出信号Ｅｄを入力として、出力電圧設定信号Ｅｒ（＋）と出力電圧検出信号Ｅｄ（−）との誤差を増幅して、電圧誤差増幅信号Ｅｖを出力する。
【0021】
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。短絡判別回路ＳＤは、上記の電圧検出信号Ｖｄを入力として、この値が予め定めた短絡判別値（１０Ｖ程度）未満のときは短絡期間にあると判別してＨｉｇｈレベルになり、以上のときはアーク期間にあると判別してＬｏｗレベルになる短絡判別信号Ｓｄを出力する。
【0022】
平均溶接電流設定回路ＩＡＶＲは、予め定めた平均溶接電流設定信号Ｉavrを出力する。
【0023】
正送加速期間設定回路ＴＳＵＲは、予め定めた正送加速期間設定信号Ｔsurを出力する。
【0024】
正送減速期間設定回路ＴＳＤＲは、予め定めた正送減速期間設定信号Ｔsdrを出力する。
【0025】
逆送加速期間設定回路ＴＲＵＲは、予め定めた逆送加速期間設定信号Ｔrurを出力する。
【0026】
逆送減速期間設定回路ＴＲＤＲは、予め定めた逆送減速期間設定信号Ｔrdrを出力する。
【0027】
正送ピーク値設定回路ＷＳＲは、後述するタイマ信号Ｔｍ、上記の平均溶接電流設定信号Ｉavr及び上記の短絡判別信号Ｓｄを入力として、タイマ信号Ｔｍが２（短絡移行アーク溶接期間Ｔｃ）に変化してから最初に短絡判別信号ＳｄがＨｉｇｈレベル（短絡期間）に変化するまでの期間中は予め定めた初期値となり、それ以外の期間中は平均溶接電流設定信号Ｉavrを入力とする予め定めた関数に基づいて算出された定常値となる正送ピーク値設定信号Ｗsrを出力する。
【0028】
逆送ピーク値設定回路ＷＲＲは、上記の平均溶接電流設定信号Ｉavrを入力として、予め定めた関数に基づいて算出された逆送ピーク値設定信号Ｗrrを出力する。
【0029】
短絡アーク送給速度設定回路ＦＣＲは、上記の正送加速期間設定信号Ｔsur、上記の正送減速期間設定信号Ｔsdr、上記の逆送加速期間設定信号Ｔrur、上記の逆送減速期間設定信号Ｔrdr、上記の正送ピーク値設定信号Ｗsr、上記の逆送ピーク値設定信号Ｗrr及び上記の短絡判別信号Ｓｄを入力として、以下の処理によって生成された送給速度パターンを短絡アーク送給速度設定信号Ｆcrとして出力する。この短絡アーク送給速度設定信号Ｆcrが正の値のときは正送期間となり、負の値のときは逆送期間となる。１）正送加速期間設定信号Ｔsurによって定まる正送加速期間Ｔsu中は０(但し、短絡移行アーク溶接期間Ｔｃに切り替わった直後はパルス送給速度設定信号Ｆar)から正送ピーク値設定信号Ｗsrによって定まる正の値の正送ピーク値Ｗspまで加速する短絡アーク送給速度設定信号Ｆcrを出力する。
２）続いて、正送ピーク期間Ｔsp中は、上記の正送ピーク値Ｗspを維持する短絡アーク送給速度設定信号Ｆcrを出力する。
３）短絡判別信号ＳｄがＬｏｗレベル(アーク期間)からＨｉｇｈレベル(短絡期間)に変化すると、正送減速期間設定信号Ｔsdrによって定まる正送減速期間Ｔsdに移行し、上記の正送ピーク値Ｗspから０まで減速する短絡アーク送給速度設定信号Ｆcrを出力する。
４）続いて、逆送加速期間設定信号Ｔrurによって定まる逆送加速期間Ｔru中は０から逆送ピーク値設定信号Ｗrrによって定まる負の値の逆送ピーク値Ｗrpまで加速する短絡アーク送給速度設定信号Ｆcrを出力する。
５）続いて、逆送ピーク期間Ｔrp中は、上記の逆送ピーク値Ｗrpを維持する短絡アーク送給速度設定信号Ｆcrを出力する。
６）短絡判別信号ＳｄがＨｉｇｈレベル(短絡期間)からＬｏｗレベル(アーク期間)に変化すると、逆送減速期間設定信号Ｔrdrによって定まる逆送減速期間Ｔrdに移行し、上記の逆送ピーク値Ｗrpから０まで減速する短絡アーク送給速度設定信号Ｆcrを出力する。
７）上記の１）〜６）を繰り返すことによって正負の台形波状に変化する送給パターンの短絡アーク送給速度設定信号Ｆcrが生成される。
【0030】
減流抵抗器Ｒは、上記のリアクトルＷＬと溶接トーチ４との間に挿入される。この減流抵抗器Ｒの値は、短絡期間中の溶接電流Ｉｗの通電路の抵抗値（０．０１〜０．０３Ω程度）の５０倍以上大きな値（０．５〜３Ω程度）に設定される。この減流抵抗器Ｒが溶接電流Ｉｗの通電路に挿入されると、リアクトルＷＬ及び溶接ケーブルのリアクトルに蓄積されたエネルギーが急速に消費される。
【0031】
トランジスタＴＲは、上記の減流抵抗器Ｒと並列に接続されて、後述する駆動信号Ｄｒに従ってオン又はオフ制御される。
【0032】
くびれ検出回路ＮＤは、上記の短絡判別信号Ｓｄ、上記の電圧検出信号Ｖｄ及び上記の電流検出信号Ｉｄを入力として、短絡判別信号ＳｄがＨｉｇｈレベル（短絡期間）であるときの電圧検出信号Ｖｄの電圧上昇値が基準値に達した時点でくびれの形成状態が基準状態になったと判別してＨｉｇｈレベルとなり、短絡判別信号ＳｄがＬｏｗレベル（アーク期間）に変化した時点でＬｏｗレベルになるくびれ検出信号Ｎｄを出力する。また、短絡期間中の電圧検出信号Ｖｄの微分値がそれに対応した基準値に達した時点でくびれ検出信号ＮｄをＨｉｇｈレベルに変化させるようにしても良い。さらに、電圧検出信号Ｖｄの値を電流検出信号Ｉｄの値で除算して溶滴の抵抗値を算出し、この抵抗値の微分値がそれに対応する基準値に達した時点でくびれ検出信号ＮｄをＨｉｇｈレベルに変化させるようにしても良い。
【0033】
低レベル電流設定回路ＩＬＲは、予め定めた低レベル電流設定信号Ｉlrを出力する。電流比較回路ＣＭは、この低レベル電流設定信号Ｉlr及び上記の電流検出信号Ｉｄを入力として、Ｉｄ＜ＩlrのときはＨｉｇｈレベルになり、Ｉｄ≧ＩlrのときはＬｏｗレベルになる電流比較信号Ｃｍを出力する。
【0034】
駆動回路ＤＲは、上記の電流比較信号Ｃｍ及び上記のくびれ検出信号Ｎｄを入力として、くびれ検出信号ＮｄがＨｉｇｈレベルに変化するとＬｏｗレベルに変化し、その後に電流比較信号ＣｍがＨｉｇｈレベルに変化するとＨｉｇｈレベルに変化する駆動信号Ｄｒを上記のトランジスタＴＲのベース端子に出力する。したがって、この駆動信号Ｄｒはくびれが検出されるとＬｏｗレベルになり、トランジスタＴＲがオフ状態になり通電路に減流抵抗器Ｒが挿入されるので、溶接電流Ｉｗは急減する。そして、急減した溶接電流Ｉｗの値が低レベル電流設定信号Ｉlrの値まで減少すると、駆動信号ＤｒはＨｉｇｈレベルになり、トランジスタＴＲがオン状態になるので、減流抵抗器Ｒは短絡されて通常の状態に戻る。
【0035】
短絡アーク電流設定回路ＩＣＲは、上記の短絡判別信号Ｓｄ、上記の低レベル電流設定信号Ｉlr及び上記のくびれ検出信号Ｎｄを入力として、以下の処理を行い、短絡アーク電流設定信号Ｉcrを出力する。１）短絡判別信号ＳｄがＬｏｗレベル(アーク期間)のときは、低レベル電流設定信号Ｉlrとなる短絡アーク電流設定信号Ｉcrを出力する。
２）短絡判別信号ＳｄがＨｉｇｈレベル(短絡期間)に変化すると、予め定めた初期期間中は予め定めた初期電流設定値となり、その後は予め定めた短絡時傾斜で予め定めた短絡時ピーク設定値まで上昇してその値を維持する短絡アーク電流設定信号Ｉcrを出力する。
３）その後に、くびれ検出信号ＮｄがＨｉｇｈレベルに変化すると、低レベル電流設定信号Ｉlrの値となる短絡アーク電流設定信号Ｉcrを出力する。
【0036】
電流降下時間設定回路ＴＤＲは、予め定めた電流降下時間設定信号Ｔdrを出力する。
【0037】
小電流期間回路ＳＴＤは、上記の短絡判別信号Ｓｄ及び上記の電流降下時間設定信号Ｔdrを入力として、短絡判別信号ＳｄがＬｏｗレベル(アーク期間)に変化した時点から電流降下時間設定信号Ｔdrによって定まる時間が経過した時点でＨｉｇｈレベルになり、その後に短絡判別信号ＳｄがＨｉｇｈレベル(短絡期間)になるとＬｏｗレベルになる小電流期間信号Ｓtdを出力する。
【0038】
ピーク期間設定回路ＴＰＲは、後述する最終パルス周期信号Ｓtfを入力として、最終パルス周期信号ＳtfがＬｏｗレベルのときは予め定めた定常ピーク期間となり、最終パルス周期信号ＳtfがＨｉｇｈレベルのときは予め定めた最終ピーク期間となるピーク期間設定信号Ｔprを出力する。
【0039】
ピーク立上り期間設定回路ＴＵＲは、後述する最終パルス周期信号Ｓtfを入力として、最終パルス周期信号ＳtfがＬｏｗレベルのときは予め定めた定常ピーク立上り期間となり、最終パルス周期信号ＳtfがＨｉｇｈレベルのときは予め定めた最終ピーク立上り期間となるピーク立上り期間設定信号Ｔurを出力する。
【0040】
ピーク立下り期間設定回路ＴＰＤＲは、後述する最終パルス周期信号Ｓtfを入力として、最終パルス周期信号ＳtfがＬｏｗレベルのときは予め定めた定常ピーク立下り期間となり、最終パルス周期信号ＳtfがＨｉｇｈレベルのときは予め定めた最終ピーク立下り期間となるピーク立下り期間設定信号Ｔpdrを出力する。
【0041】
ベース期間設定回路ＴＢＲは、予め定めたベース期間設定信号Ｔbrを出力する。
【0042】
ピーク電流設定回路ＩＰＲは、上記の電圧誤差増幅信号Ｅｖを入力として、変調制御を行い、ピーク電流設定信号Ｉprを出力する。変調制御は、Ｉpr＝Ｉp0−∫Ｋｐ・Ｅｖ・ｄｔのように電圧誤差増幅信号Ｅｖを積分することによって行う。Ｉp0はピーク電流値の初期値であり、Ｋｐはピーク電流変調制御のゲインを適正値に調整するための定数である。
【0043】
ベース電流設定回路ＩＢＲは、上記の電圧誤差増幅信号Ｅｖを入力として、変調制御を行い、ベース電流設定信号Ｉbrを出力する。変調制御は、Ｉbr＝Ｉb0−∫Ｋｂ・Ｅｖ・ｄｔのように電圧誤差増幅信号Ｅｖを積分することによって行う。Ｉb0はベース電流値の初期値であり、Ｋｂはベース電流変調制御のゲインを適正値に調整するための定数である。
【0044】
電流通電判別回路ＣＤは、上記の電流検出信号Ｉｄを入力として、電流検出信号Ｉｄの値が通電判別値（１０Ａ程度）以上のときは溶接電流Ｉｗが通電していると判別してＨｉｇｈレベルとなる電流通電判別信号Ｃｄを出力する。
【0045】
パルス電流設定回路ＩＡＲは、後述するタイマ信号Ｔｍ、上記のピーク期間設定信号Ｔpr、上記のピーク立上り期間設定信号Ｔur、上記のピーク立下り期間設定信号Ｔpdr、上記のベース期間設定信号Ｔbr、上記のピーク電流設定信号Ｉpr、上記のベース電流設定信号Ｉbr及び上記の電流通電判別信号Ｃｄを入力として、以下の処理を行い、パルス電流設定信号Ｉarを出力する。１）タイマ信号Ｔｍが１（短絡移行アーク溶接期間Ｔｃ）又は３（冷却期間Ｔｅ）のときは、ベース電流設定信号Ｉbrの値をパルス電流設定信号Ｉarとして出力する。
２）タイマ信号Ｔｍが１（パルスアーク溶接期間Ｔａ）に変化した後に、電流通電判別信号ＣｄがＨｉｇｈレベル（通電）に変化すると、ピーク立上り期間設定信号Ｔurによって定まるピーク立上り期間Ｔｕに移行する。このピーク立上り期間Ｔｕ中は、ベース電流設定信号Ｉbr）の値からピーク電流設定信号Ｉprの値へと上昇するパルス電流設定信号Ｉarを出力する。
３）続けて、ピーク期間設定信号Ｔprによって定まるピーク期間Ｔｐ中は、ピーク電流設定信号Ｉprの値を維持するパルス電流設定信号Ｉarを出力する。
４）続けて、ピーク立下り期間設定信号Ｔpdrによって定まるピーク立下り期間Ｔpd中は、ピーク電流設定信号Ｉprの値からベース電流設定信号Ｉbrの値へと下降するパルス電流設定信号Ｉarを出力する。
５）続けて、ベース期間設定信号Ｔbrによって定まるベース期間Ｔｂ中は、ベース電流設定信号Ｉbrの値を維持するパルス電流設定信号Ｉarを出力する。
６）上記の２）〜５）を１パルス周期として、タイマ信号Ｔｍが２（短絡移行アーク溶接期間Ｔｃ）に変化するまで繰り返す。
【0046】
パルスアーク溶接期間設定回路ＴＡＲは、予め定めたパルスアーク溶接期間設定信号Ｔarを出力する。短絡移行アーク溶接期間設定回路ＴＣＲは、予め定めた短絡移行アーク溶接期間設定信号Ｔcrを出力する。冷却期間設定回路ＴＥＲは、予め定めた冷却期間設定信号Ｔerを出力する。
【0047】
タイマ回路ＴＭは、上記のパルスアーク溶接期間設定信号Ｔar、上記の短絡移行アーク溶接期間設定信号Ｔcr、上記の冷却期間設定信号Ｔer、上記の短絡判別信号Ｓｄ、上記のパルス電流設定信号Ｉar、上記のベース電流設定信号Ｉbr及び後述する送給速度設定信号Ｆｒを入力として、以下の処理を行い、タイマ信号Ｔｍ及び最終パルス周期信号Ｓtfを出力する。１）タイマ信号Ｔｍが１（パルスアーク溶接期間Ｔａ）に変化した時点からパルスアーク溶接期間設定信号Ｔarによって定まる期間が経過した後に、新たにパルス周期が開始されると最終パルス周期Ｔsfに入り、最終パルス周期Ｔsf中にパルス電流設定信号Ｉarがベース電流設定信号Ｉbrの値と等しくなった時点で最終パルス周期Ｔsfを終了してタイマ信号Ｔｍは２（短絡移行アーク溶接期間Ｔｃ）に変化する。同時に、上記の最終パルス周期Ｔsf中のみＨｉｇｈレベルとなる最終パルス周期信号Ｓtfを出力する。
２）タイマ信号Ｔｍが２（短絡移行アーク溶接期間Ｔｃ）に変化した時点から短絡移行アーク溶接期間設定信号Ｔcrによって定まる期間が経過した後に、短絡判別信号Ｓｄが最初にＬｏｗレベル（アーク期間）に変化し、続く逆送減速期間Ｔrdが終了して送給速度設定信号Ｆｒが０と等しくなった時点でタイマ信号Ｔｍは３（冷却期間Ｔｅ）に変化する。
３）タイマ信号Ｔｍが３（冷却期間Ｔｅ）に変化した時点から冷却期間設定信号Ｔerによって定まる期間が経過した時点でタイマ信号Ｔｍは１（パルスアーク溶接期間Ｔａ）に戻る。
したがって、パルスアーク溶接期間Ｔａは、パルスアーク溶接期間設定信号Ｔarの期間＋最終パルス周期Ｔsfが開始するまでの期間＋最終パルス周期Ｔsfの期間となる。短絡移行アーク溶接期間Ｔｃは、短絡移行アーク溶接期間設定信号Ｔcrの期間＋その後に最初の短絡期間が終了し逆送減速期間Ｔrdが終了するまでの期間となる。冷却期間Ｔｅは、冷却期間設定信号Ｔerの期間となる。
【0048】
パルス正送給速度設定回路ＦＡＳＲは、上記の平均溶接電流設定信号Ｉavrを入力として、予め定めた関数に基づいて算出された正の値のパルス正送給速度設定信号Ｆasrを出力する。平均溶接電流値は平均送給速度によって定まるために、パルスアーク溶接のときの平均溶接電流値はこのパルス正送給設定信号Ｆasrによって定まる。
【0049】
パルス送給速度設定回路ＦＡＲは、上記のタイマ信号Ｔｍ、上記のパルス正送給速度設定信号Ｆasr及び上記の電流通電判別信号Ｃｄを入力として、タイマ信号Ｔｍが１（パルスアーク溶接期間Ｔａ）に変化すると予め定めたスローダウン送給速度となり、その後に電流通電判別信号ＣｄがＨｉｇｈレベル（通電）に変化するとパルス正送給速度設定信号Ｆasrの値となるパルス送給速度設定信号Ｆarを出力する。
【0050】
送給速度設定回路ＦＲは、上記のタイマ信号Ｔｍ、上記の短絡アーク送給速度設定信号Ｆcr及び上記のパルス送給速度設定信号Ｆarを入力として、タイマ信号Ｔｍ＝１（パルスアーク溶接期間Ｔａ）のときはパルス送給速度設定信号Ｆarの値となり、タイマ信号Ｔｍ＝２（短絡移行アーク溶接期間Ｔｃ）のときは短絡アーク送給速度設定信号Ｆcrの値となり、タイマ信号Ｔｍ＝３（冷却期間Ｔｅ）のときは０となる送給速度設定信号Ｆｒを出力する。
【0051】
送給制御回路ＦＣは、上記の送給速度設定信号Ｆｒを入力として、送給速度設定信号Ｆｒの値に相当する送給速度Ｆｗで溶接ワイヤ１を送給するための送給制御信号Ｆｃを上記の送給モータＷＭに出力する。
【0052】
電流設定回路ＩＲは、上記のタイマ信号Ｔｍ、上記の短絡アーク電流設定信号Ｉcr及び上記のパルス電流設定信号Ｉarを入力として、タイマ信号Ｔｍ＝１（パルスアーク溶接期間Ｔａ）又は３（冷却期間Ｔｅ）のときはパルス電流設定信号Ｉarの値となり、タイマ信号Ｔｍ＝２（短絡移行アーク溶接期間Ｔｃ）のときは短絡アーク電流設定信号Ｉcrの値となる電流設定信号Ｉｒを出力する。
【0053】
電流誤差増幅回路ＥＩは、上記の電流設定信号Ｉｒ及び上記の電流検出信号Ｉｄを入力として、電流設定信号Ｉｒ（＋）と電流検出信号Ｉｄ（−）との誤差を増幅して、電流誤差増幅信号Ｅｉを出力する。
【0054】
電源特性切換回路ＳＷは、上記のタイマ信号Ｔｍ、上記の電流誤差増幅信号Ｅｉ、上記の電圧誤差増幅信号Ｅｖ、上記の短絡判別信号Ｓｄ及び上記の小電流期間信号Ｓtdを入力として、以下の処理を行い、誤差増幅信号Ｅａを出力する。１）タイマ信号Ｔｍ＝２（短絡移行アーク溶接期間Ｔｃ）であり、かつ、短絡判別信号ＳｄがＨｉｇｈレベル(短絡期間)に変化した時点から、短絡判別信号ＳｄがＬｏｗレベル(アーク期間)に変化して上記の遅延期間が経過した時点までの期間中は、電流誤差増幅信号Ｅｉを誤差増幅信号Ｅａとして出力する。
２）その後の大電流アーク期間中は、電圧誤差増幅信号Ｅｖを誤差増幅信号Ｅａとして出力する。
３）その後のアーク期間中に小電流期間信号ＳtdがＨｉｇｈレベルとなる小電流アーク期間中は、電流誤差増幅信号Ｅｉを誤差増幅信号Ｅａとして出力する。
４）タイマ信号Ｔｍ＝２に変化した時点から短絡判別信号Ｓｄが最初にＨｉｇｈレベルとなるまでの期間及びタイマ信号Ｔｍ＝１のときは、電流誤差増幅信号Ｅｉを誤差増幅信号Ｅａとして出力する。
この回路によって、短絡移行アーク溶接期間Ｔｃ中の溶接電源の特性は、短絡移行アーク溶接期間Ｔｃが開始してから最初に短絡が発生するまでの期間、短絡期間、遅延期間及び小電流アーク期間中は定電流特性となり、それ以外の大電流アーク期間（タイマ信号Tm＝２の期間において、短絡判別信号SdがHighからLowに変化してから上記の遅延時間が経過した時点から、小電流期間信号StdがLowからHighの変化する時点までの期間）中は定電圧特性となる。また、パルスアーク溶接期間Ｔａ中の溶接電源の特性は、定電流特性となる。
【0055】
インバータ駆動回路ＤＶは、上記のタイマ信号Ｔｍ及び上記の誤差増幅信号Ｅａを入力として、タイマ信号Ｔｍ＝１（パルスアーク溶接期間Ｔａ）又は２（短絡移行アーク溶接期間Ｔｃ）のときは誤差増幅信号Ｅａに基づいてＰＷＭ変調制御を行い電源主回路ＰＭのインバータ回路を駆動するためのインバータ駆動信号Ｄｖを出力し、タイマ信号Ｔｍ＝３（冷却期間Ｔｅ）のときはインバータ駆動信号Ｄｖを出力しない。これにより、溶接電源は、パルスアーク溶接期間Ｔａ又は短絡移行アーク溶接期間Ｔｃ中は電力を出力し、冷却期間Ｔｅ中は出力を停止する。
【0056】
トーチ移動装置ＳＥは、溶接トーチ４を把持しており、上記のタイマ信号Ｔｍを入力として、タイマ信号Ｔｍ＝１（パルスアーク溶接期間Ｔａ）又は２（短絡移行アーク溶接期間Ｔｃ）のときは溶接トーチ４の移動を停止させ、タイマ信号Ｔｍ＝３（冷却期間Ｔｅ）のときは溶接トーチ４溶接線に沿って移動速度Ｓｅで所定処理だけ移動させる。このトーチ移動装置ＳＥは、例えば溶接用ロボット、走行台車等である。
【0057】
図２は、本発明の実施の形態１に係るアーク溶接方法を示す図１の溶接電源における冷却期間Ｔｅからパルスアーク溶接期間Ｔａへの切換時の各信号のタイミングチャートである。同図（Ａ）は送給速度Ｆｗの時間変化を示し、同図（Ｂ）は溶接電流Ｉｗの時間変化を示し、同図（Ｃ）は溶接電圧Ｖｗの時間変化を示し、同図(Ｄ)は短絡判別信号Ｓｄの時間変化を示し、同図(Ｅ)は小電流期間信号Ｓtdの時間変化を示し、同図（Ｆ）はタイマ信号Ｔｍの時間変化を示し、同図（Ｇ）はインバータ駆動信号Ｄｖの時間変化を示し、同図（Ｈ）は溶接トーチの移動速度Ｓｅの時間変化を示す。以下、同図を参照して各信号の動作について説明する。
【0058】
同図（Ｆ）に示すタイマ信号Ｔｍの値は１〜３の数値であるが、３段階のステップ状の波形として表示している。同図（Ｈ）に示す溶接トーチの移動速度Ｓｅは、溶接トーチが移動しているときはＨｉｇｈレベルとして表示し、停止しているときはＬｏｗレベルとして表示している。
【0059】
同図において、時刻ｔ１以前の期間が冷却期間Ｔｅとなり、時刻ｔ１以降の期間がパルスアーク溶接期間Ｔａとなる。
【0060】
時刻ｔ１は、同図（Ｆ）に示すタイマ信号Ｔｍが３（冷却期間Ｔｅ）に変化した時点から図１の冷却期間設定信号Ｔerによって定まる期間が経過した時点である。したがって、時刻ｔ１において、同図（Ｆ）に示すように、タイマ信号Ｔｍは３から１に変化するので、冷却期間Ｔｅからパルスアーク溶接期間Ｔａに入る。
【0061】
時刻ｔ１以前の冷却期間Ｔｅ中は、同図（Ｆ）に示すように、タイマ信号Ｔｍは３（冷却期間Ｔｅ）となっている。同図（Ａ）に示すように、送給速度Ｆｗは０（送給停止）となっている。同図（Ｈ）に示すように、溶接トーチの移動速度ＳｅはＨｉｇｈレベル（移動）となっており、所定の速度で移動している。同図（Ｇ）に示すように、インバータ駆動信号ＤｖはＬｏｗレベル（出力停止）になっており、溶接電源からの出力は停止している。そのために、同図（Ｂ）に示すように、溶接電流Ｉｗは０Ａとなっており、同図（Ｃ）に示すように、溶接電圧Ｖｗは０Ｖとなっている。同図（Ｄ）に示すように、短絡判別信号Ｓｄは溶接電圧Ｖｗが印加されていないので短絡状態ではないがＨｉｇｈレベルとなっている。同図（Ｅ）に示すように、小電流期間信号ＳtdはＬｏｗレベルとなっている。したがって、時刻ｔ１以前の冷却期間Ｔｅ中は、溶接電源からの出力及び溶接ワイヤの送給を停止した状態で、溶接トーチが溶接線に沿って所定距離だけ移動する。
【0062】
時刻ｔ１において、同図（Ｆ）に示すように、タイマ信号Ｔｍが１に変化すると、パルスアーク溶接期間Ｔａに入る。これに応動して、同図（Ｇ）に示すように、インバータ駆動信号ＤｖがＨｉｇｈレベル（出力開始）に変化するので、同図（Ｃ）に示すように、溶接電圧Ｖｗが出力され、その値は溶接ワイヤと母材とが離れているので８０Ｖ程度の無負荷電圧値となる。同図（Ｂ）に示すように、溶接電流Ｉｗは０Ａのままである。同図（Ｄ）に示すように、短絡判別信号Ｓｄは無負荷電圧が印加されるので、アーク発生状態ではないがＬｏｗレベルに変化する。同図（Ａ）に示すように、送給速度Ｆｗは予め定めたスローダウン送給速度となり、溶接ワイヤは母材へと正送給される。スローダウン送給速度は１m/min程度の遅い速度である。そして、同図（Ｈ）に示すように、溶接トーチの移動速度ＳｅはＬｏｗレベルとなり、溶接トーチの移動は停止する。同図（Ｇ）に示すインバータ駆動信号ＤｖのＨｉｇｈレベル（出力開始）及び同図（Ｈ）に示す溶接トーチの移動速度ＳｅのＬｏｗレベル（停止）は、パルスアーク溶接期間Ｔａ及び短絡移行アーク溶接期間Ｔｃから形成される溶滴移行期間中継続する。
【0063】
時刻ｔ２において、上述したスローダウン送給によって溶接ワイヤが母材と接触すると、同図（Ｂ）に示すように、溶接電流Ｉｗが通電を開始し、図１の電流通電判別信号ＣｄがＨｉｇｈレベル（通電）に変化する。これに応動して、同図（Ａ）に示すように、送給速度Ｆｗは、スローダウン送給速度から加速し、図１のパルス正送給速度設定信号Ｆasrによって定まる送給速度となり、溶接ワイヤは一定の送給速度で正送給される。溶接電流Ｉｗが通電すると、アークが発生する。アークが発生すると、同図（Ｃ）に示すように、溶接電圧Ｖｗは数十Ｖのアーク電圧値となる。同図（Ｄ）に示すように、短絡判別信号Ｓｄは、アークが発生するので、Ｌｏｗレベルを維持する。
【0064】
同図（Ｂ）に示すように、時刻ｔ２〜ｔ３の予め定めた定常ピーク立上り期間Ｔｕ中は、図１のピーク電流設定信号Ｉprによって定まるピーク電流値Ｉｐへと上昇する遷移電流が通電する。時刻ｔ３〜ｔ４の予め定めた定常ピーク期間Ｔｐ中は、上記のピーク電流値Ｉｐが通電する。時刻ｔ４〜ｔ５の予め定めた定常ピーク立下り期間Ｔpd中は、上記のピーク電流値Ｉｐから図１のベース電流設定信号Ｉbrによって定まるベース電流値Ｉｂへと下降する遷移電流が通電する。時刻ｔ５〜ｔ６の予め定めたベース期間Ｔｂ中は、上記のベース電流値Ｉｂが通電する。パルスアーク溶接期間Ｔａ中は、溶接電源は定電流特性となっている。このために、溶接電流Ｉｗは、図１のパルス電流設定信号Ｉarによって設定される。同図（Ｃ）に示すように、溶接電圧Ｖｗは、電流波形と相似した波形となる。時刻ｔ２〜ｔ６の期間が１パルス周期Ｔｆとなる。アーク長を適正値に維持するために、溶接電圧Ｖｗの平均値が目標値と等しくなるように、ピーク電流Ｉｐ及びベース電流Ｉｂが変調制御される（電流変調制御）。これ以外の変調制御の方式としては、パルス周期Ｔｆを変調する周波数変調制御、ピーク期間Ｔｐを変調するピーク期間変調制御等がある。どの変調制御においても、１パルス周期Ｔｆ中に１つの溶滴が移行する、いわゆる１パルス周期１溶滴移行状態にすることで、溶接状態を良好にすることができる。各パラメータの数値例は、Ｔｕ＝１．５ns、Ｔｐ＝０．２ms、Ｔpd＝１．５ms、Ｔｂ＝７ms、Ｉｐ＝３５０〜４５０Ａ及びＩｂ＝３０〜８０Ａである。
【0065】
パルスアーク溶接期間Ｔａは、複数のパルス周期Ｔｆを含んでいる。パルス周期Ｔｆは、例えば１０ms程度である。
【0066】
図３は、本発明の実施の形態１に係るアーク溶接方法を示す図１の溶接電源におけるパルススアーク溶接期間Ｔａから短絡移行アーク溶接期間Ｔｃへの切換時の各信号のタイミングチャートである。同図（Ａ）は送給速度Ｆｗの時間変化を示し、同図（Ｂ）は溶接電流Ｉｗの時間変化を示し、同図（Ｃ）は溶接電圧Ｖｗの時間変化を示し、同図(Ｄ)は短絡判別信号Ｓｄの時間変化を示し、同図(Ｅ)は小電流期間信号Ｓtdの時間変化を示し、同図（Ｆ）はタイマ信号Ｔｍの時間変化を示し、同図（Ｇ）はインバータ駆動信号Ｄｖの時間変化を示し、同図（Ｈ）は溶接トーチの移動速度Ｓｅの時間変化を示し、同図（Ｉ）は最終パルス周期信号Ｓtfの時間変化を示す。以下、同図を参照して各信号の動作について説明する。
【0067】
同図（Ｆ）に示すタイマ信号Ｔｍの値は１〜３の数値であるが、３段階のステップ状の波形として表示している。同図（Ｈ）に示す溶接トーチの移動速度Ｓｅは、溶接トーチが移動しているときはＨｉｇｈレベルとして表示し、停止しているときはＬｏｗレベルとして表示している。
【0068】
同図（Ｇ）に示すインバータ駆動信号ＤｖのＨｉｇｈレベル（出力開始）及び同図（Ｈ）に示す溶接トーチの移動速度ＳｅのＬｏｗレベル（停止）は、パルスアーク溶接期間Ｔａ及び短絡移行アーク溶接期間Ｔｃから形成される溶滴移行期間中継続する。そして、冷却期間Ｔｅに入ると、インバータ駆動信号ＤｖはＬｏｗレベル（出力停止）に変化して溶接電源からの出力が停止し、溶接トーチの移動速度ＳｅはＨｉｇｈレベル（移動）に変化して溶接トーチは移動を開始する。
【0069】
同図において、時刻ｔ１以前の期間がパルスアーク溶接期間Ｔａとなり、時刻ｔ１〜ｔ１１の期間が短絡移行アーク溶接期間Ｔｃとなり、時刻ｔ１１以降の期間が冷却期間Ｔｅとなる。
【0070】
時刻ｔ０は、同図（Ｆ）に示すタイマ信号Ｔｍが１（パルスアーク溶接期間Ｔａ）に変化した時点からの経過時間が図１のパルスアーク溶接期間設定信号Ｔarによって定まる期間に達した後に、新たにパルス周期が開始される時刻となる。時刻ｔ０において、同図（Ｉ）に示すように、最終パルス周期信号ＳtfがＨｉｇｈレベルに変化して最終パルス周期Ｔsfに入る。時刻ｔ０〜ｔ１の最終パルス周期Ｔsf中は、同図（Ｂ）に示すように、予め定めた最終ピーク立上り期間Ｔｕ中は、図１のピーク電流設定信号Ｉprによって定まるピーク電流値Ｉｐへと上昇する遷移電流が通電する。その後の予め定めた最終ピーク期間Ｔｐ中は、上記のピーク電流値Ｉｐが通電する。その後の予め定めた最終ピーク立下り期間Ｔpd中は、上記のピーク電流値Ｉｐから図１のベース電流設定信号Ｉbrによって定まるベース電流値Ｉｂへと下降する遷移電流が通電する。時刻ｔ１において、最終ピーク立下り期間Ｔpdが終了して、溶接電流Ｉｗが上記のベース電流Ｉｂになると、同図（Ｉ）に示すように、最終パルス周期信号ＳtfはＬｏｗレベルに戻り、最終パルス周期Ｔsfが終了する。最終パルス周期Ｔsf中の最終ピーク立上り期間Ｔｕ、最終ピーク期間Ｔｐ及び最終ピーク立下り期間Ｔpdの値は、最終パルス周期Ｔsf中に形成された溶滴が移行しない値に設定される。したがって、パルスアーク溶接期間Ｔａ中に溶接ワイヤに溶滴が形成された状態で短絡移行アーク溶接期間Ｔｃに移行する。
【0071】
時刻ｔ１は、同図（Ｆ）に示すタイマ信号Ｔｍが１（パルスアーク溶接期間Ｔａ）に変化した時点から図１のパルスアーク溶接期間設定信号Ｔarによって定まる期間が経過した後に、新たにパルス周期になり最終パルス周期Ｔsfに入り、最終パルス周期Ｔsf中に図１のパルス電流設定信号Ｉarが図１のベース電流設定信号Ｉbrの値と等しくなるタイミングとなる。そして、時刻ｔ１において、同図（Ｆ）に示すように、タイマ信号Ｔｍは１から２に変化する。したがって、時刻ｔ１において、パルスアーク溶接期間Ｔａから短絡移行アーク溶接期間Ｔｃに切り換わる。同図において、時刻ｔ１以前の期間中は、同図（Ａ）に示すように、送給速度Ｆｗは、図１のパルス正送給速度設定信号Ｆasrによって定まる一定の速度で正送給されている。同図（Ｃ）に示すように、溶接電圧Ｖｗは、溶接電流Ｉｗと相似した波形となる。同図（Ｄ）に示すように、短絡判別信号Ｓｄは、アーク期間が継続しているのでＬｏｗレベルのままである。同図（Ｅ）に示すように、小電流期間信号Ｓtdは、Ｌｏｗレベルのままである。
【0072】
時刻ｔ１において、同図（Ｆ）に示すように、タイマ信号Ｔｍが２に変化して短絡移行アーク溶接期間Ｔｃに入る。これに応動して、同図（Ａ）に示すように、送給速度Ｆｗは、図１の正送ピーク値設定信号Ｗsrによって定まる正送ピーク値Ｗspへと加速され、時刻ｔ３に短絡が発生するまでその値を維持する。この期間中の正送ピーク値Ｗspは、タイマ信号Ｔｍが２に変化してから最初に短絡判別信号ＳｄがＨｉｇｈレベル（短絡期間）に変化するまでの期間中であるので、予め定めた初期値となる。これ以降の正送ピーク値Ｗspは、予め定めた定常値となる。初期値は、この期間中の溶接状態が安定になるように、定常値とは独立して設定される。初期値＝定常値としても良い。
【0073】
時刻ｔ１に短絡移行アーク溶接期間Ｔｃが開始してから時刻ｔ３に最初の短絡が発生するまでの期間中は、同図（Ｂ）に示すように、溶接電流Ｉｗは、溶接電源が定電流特性となっているので、図１の低レベル電流設定信号Ｉlrによって定まる低レベル電流値となる。
【0074】
同図（Ａ）に示す送給速度Ｆｗは、図１の短絡アーク送給速度設定回路ＦＣＲから出力される短絡アーク送給速度設定信号Ｆcrの値に制御される。送給速度Ｆｗは、図１の正送加速期間設定信号Ｔsurによって定まる正送加速期間Ｔsu、短絡が発生するまで継続する正送ピーク期間Ｔsp、図１の正送減速期間設定信号Ｔsdrによって定まる正送減速期間Ｔsd、図１の逆送加速期間設定信号Ｔrurによって定まる逆送加速期間Ｔru、アークが発生するまで継続する逆送ピーク期間Ｔrp及び図１の逆送減速期間設定信号Ｔrdrによって定まる逆送減速期間Ｔrdから形成される。さらに、正送ピーク値Ｗspは図１の正送ピーク値設定信号Ｗsrによって定まり、逆送ピーク値Ｗrpは図１の逆送ピーク値設定信号Ｗrrによって定まる。この結果、短絡アーク送給速度設定信号Ｆcrは、正負の略台形波波状に変化する送給パターンとなる。
【0075】
［時刻ｔ３〜ｔ６の短絡期間の動作］正送ピーク期間Ｔsp中の時刻ｔ３において短絡が発生すると、同図(Ｃ)に示すように、溶接電圧Ｖｗは数Ｖの短絡電圧値に急減するので、同図(Ｄ)に示すように、短絡判別信号ＳｄがＨｉｇｈレベル(短絡期間)に変化する。これに応動して、時刻ｔ３〜ｔ４の予め定めた正送減速期間Ｔsdに移行し、同図(Ａ)に示すように、送給速度Ｆｗは上記の正送ピーク値Ｗspから０まで減速する。例えば、正送減速期間Ｔsd＝１msに設定される。
【0076】
同図（Ａ）に示すように、送給速度Ｆｗは時刻ｔ４〜ｔ５の予め定めた逆送加速期間Ｔruに入り、０から上記の逆送ピーク値Ｗrpまで加速する。この期間中は短絡期間が継続している。例えば、逆送加速期間Ｔru＝１msに設定される。
【0077】
時刻ｔ５において逆送加速期間Ｔruが終了すると、同図（Ａ）に示すように、送給速度Ｆｗは逆送ピーク期間Ｔrpに入り、上記の逆送ピーク値Ｗrpになる。逆送ピーク期間Ｔrpは、時刻ｔ６にアークが発生するまで継続する。したがって、時刻ｔ３〜ｔ６の期間が短絡期間となる。逆送ピーク期間Ｔrpは所定値ではないが、４ms程度となる。例えば、逆送ピーク値Ｗrp＝−６０m/minに設定される。
【0078】
同図(Ｂ)に示すように、時刻ｔ３〜ｔ６の短絡期間中の溶接電流Ｉｗは、予め定めた初期期間中は予め定めた初期電流値となる。その後、溶接電流Ｉｗは、予め定めた短絡時傾斜で上昇し、予め定めた短絡時ピーク値に達するとその値を維持する。
【0079】
同図（Ｃ）に示すように、溶接電圧Ｖｗは、溶接電流Ｉｗが短絡時ピーク値となるあたりから上昇する。これは、溶接ワイヤ１の逆送及び溶接電流Ｉｗによるピンチ力の作用により、溶接ワイヤ１の先端の溶滴にくびれが次第に形成されるためである。
【0080】
その後に溶接電圧Ｖｗの電圧上昇値が基準値に達すると、くびれの形成状態が基準状態になったと判別して、図１のくびれ検出信号ＮｄはＨｉｇｈレベルに変化する。
【0081】
くびれ検出信号ＮｄがＨｉｇｈレベルになったことに応動して、図１の駆動信号ＤｒはＬｏｗレベルになるので、図１のトランジスタＴＲはオフ状態となり図１の減流抵抗器Ｒが通電路に挿入される。同時に、図１の短絡アーク電流設定信号Ｉcrが低レベル電流設定信号Ｉlrの値に小さくなる。このために、同図（Ｂ）に示すように、溶接電流Ｉｗは短絡時ピーク値から低レベル電流値へと急減する。そして、溶接電流Ｉｗが低レベル電流値まで減少すると、駆動信号ＤｒはＨｉｇｈレベルに戻るので、トランジスタＴＲはオン状態となり減流抵抗器Ｒは短絡される。同図（Ｂ）に示すように、溶接電流Ｉｗは、短絡アーク電流設定信号Ｉcrが低レベル電流設定信号Ｉlrのままであるので、アーク再発生から予め定めた遅延期間が経過するまでは低レベル電流値を維持する。したがって、トランジスタＴＲは、くびれ検出信号ＮｄがＨｉｇｈレベルに変化した時点から溶接電流Ｉｗが低レベル電流値に減少するまでの期間のみオフ状態となる。同図（Ｃ）に示すように、溶接電圧Ｖｗは、溶接電流Ｉｗが小さくなるので一旦減少した後に急上昇する。上述した各パラメータは、例えば以下の値に設定される。初期電流＝４０Ａ、初期期間＝０．５ms、短絡時傾斜＝１８０A/ms、短絡時ピーク値＝４００Ａ、低レベル電流値＝５０Ａ、遅延期間＝０．８ms。
【0082】
［時刻ｔ６〜ｔ９のアーク期間の動作］時刻ｔ６において、溶接ワイヤの逆送及び溶接電流Ｉｗの通電によるピンチ力によってくびれが進行してアークが発生すると、同図(Ｃ)に示すように、溶接電圧Ｖｗは数十Ｖのアーク電圧値に急増するので、同図(Ｄ)に示すように、短絡判別信号ＳｄがＬｏｗレベル(アーク期間)に変化する。これに応動して、時刻ｔ６〜ｔ７の予め定めた逆送減速期間Ｔrdに移行し、同図(Ａ)に示すように、送給速度Ｆｗは上記の逆送ピーク値Ｗrpから０まで減速する。例えば、逆送減速期間Ｔrd＝１msに設定される。
【0083】
時刻ｔ７において逆送減速期間Ｔrdが終了すると、時刻ｔ７〜ｔ８の予め定めた正送加速期間Ｔsuに移行する。この正送加速期間Ｔsu中は、同図（Ａ）に示すように、送給速度Ｆｗは０から上記の正送ピーク値Ｗspまで加速する。この期間中はアーク期間が継続している。例えば、正送加速期間Ｔsu＝１msに設定される。
【0084】
時刻ｔ８において正送加速期間Ｔsuが終了すると、同図（Ａ）に示すように、送給速度Ｆｗは正送ピーク期間Ｔspに入り、上記の正送ピーク値Ｗspになる。この期間中もアーク期間が継続している。正送ピーク期間Ｔspは、時刻ｔ９に短絡が発生するまで継続する。したがって、時刻ｔ６〜ｔ９の期間がアーク期間となる。正送ピーク期間Ｔspは所定値ではないが、４ms程度となる。例えば、正送ピーク値Ｗsp＝７０m/minに設定される。
【0085】
時刻ｔ６においてアークが発生すると、同図(Ｃ)に示すように、溶接電圧Ｖｗは数十Ｖのアーク電圧値に急増する。他方、同図(Ｂ)に示すように、溶接電流Ｉｗは、時刻ｔ６〜ｔ６１の遅延期間の間は低レベル電流値を継続する。その後、時刻ｔ６１から溶接電流Ｉｗは急速に増加してピーク値となり、その後は徐々に減少する大電流値となる。この時刻ｔ６１〜ｔ８１の大電流アーク期間中は、図１の電圧誤差増幅信号Ｅｖによって溶接電源のフィードバック制御が行われるので、定電圧特性となる。したがって、大電流アーク期間中の溶接電流Ｉｗの値はアーク負荷によって変化する。
【0086】
時刻ｔ６にアークが発生してから図１の電流降下時間設定信号Ｔdrによって定まる電流降下時間が経過する時刻ｔ８１において、同図(Ｅ)に示すように、小電流期間信号ＳtdがＨｉｇｈレベルに変化する。これに応動して、溶接電源は定電圧特性から定電流特性に切り換えられる。このために、同図(Ｂ)に示すように、溶接電流Ｉｗは低レベル電流値に低下し、短絡が発生する時刻ｔ９までその値を維持する。同様に、同図(Ｃ)に示すように、溶接電圧Ｖｗも低下する。小電流期間信号Ｓtdは、時刻ｔ９に短絡が発生するとＬｏｗレベルに戻る。
【0087】
時刻ｔ９〜ｔ１０の期間には複数回の短絡期間及びアーク期間が含まれるが、上述した時刻ｔ３〜ｔ９と同様であるので、波形の表示及びその説明は省略する。 短絡移行アーク溶接期間Ｔｃは、短絡期間とアーク期間との繰り返しの複数の周期を含んでいる。短絡／アークの１周期は、例えば１２ms程度である。
【0088】
時刻ｔ１０において、アークが発生すると、同図(Ｃ)に示すように、溶接電圧Ｖｗは数十Ｖのアーク電圧値に急増するので、同図(Ｄ)に示すように、短絡判別信号ＳｄがＬｏｗレベル(アーク期間)に変化する。これに応動して、時刻ｔ１０〜ｔ１１の予め定めた逆送減速期間Ｔrdに移行し、同図(Ａ)に示すように、送給速度Ｆｗは上記の逆送ピーク値Ｗrpから０まで減速する。この期間の動作は、上述した時刻ｔ６〜ｔ７の期間と同様である。この期間中はアークが発生した状態で溶接ワイヤは逆送されるので、時刻ｔ１１時点では溶接ワイヤの先端と母材とは所定距離だけ離れた状態となっている。
【0089】
時刻ｔ１１は、タイマ信号Ｔｍが２（短絡移行アーク溶接期間Ｔｃ）に変化した時点から短絡移行アーク溶接期間設定信号Ｔcrによって定まる期間が経過した後に、短絡判別信号Ｓｄが最初にＬｏｗレベル（アーク期間）に変化し、続く逆送減速期間Ｔrdが終了して送給速度設定信号Ｆｒが０と等しくなった時点である。このために、時刻ｔ１１において、同図（Ｆ）に示すように、タイマ信号Ｔｍは３に変化して、（冷却期間Ｔｅ）に入る。
【0090】
時刻ｔ１１において、冷却期間Ｔｅに入ると、同図（Ａ）に示すように、送給速度Ｆｗは０となり、送給は停止する。これにより、溶接ワイヤは先端が母材から所定距離だけ離れた状態で停止することになる。同図（Ｇ）に示すように、インバータ駆動信号ＤｖはＬｏｗレベルに変化するので、溶接電源の出力は停止する。このために、同図（Ｂ）に示すように、溶接電流Ｉｗは０Ａとなり、同図（Ｃ）に示すように、溶接電圧Ｖｗは０Ｖとなり、アークは消弧する。また、同図（Ｈ）に示すように、溶接トーチの移動速度ＳｅはＨｉｇｈレベルに変化するので、溶接トーチは溶接線に沿って所定距離だけ移動を開始する。この結果、冷却期間Ｔｅ中は、アークを消弧し、溶接トーチを溶接進行方向に所定距離だけ移動させる。
【0091】
実施の形態１に係るアーク溶接方法では、図２及び図３で上述したように、パルスアーク溶接期間Ｔａ及び短絡移行アーク溶接期間Ｔｃから形成される溶滴移行期間と、冷却期間Ｔｅとを繰り返す。例えば、Ｔａ＝３００ms、Ｔｃ＝２００ms、Ｔｅ＝５００msである。実施の形態１に係るアーク溶接方法は、鉄鋼、アルミニウム、ステンレス鋼等に適用することができる。
【0092】
上述した実施の形態１によれば、溶接トーチから溶接ワイヤを送給しつつ溶接ワイヤと母材との間にアークを発生させて溶滴を移行させる溶滴移行期間と、母材に形成された溶融池を冷却する冷却期間とを繰り返すアーク溶接方法において、溶滴移行期間は、溶接ワイヤを正送給するパルスアーク溶接期間と溶接ワイヤを正逆送給する短絡移行アーク溶接期間とから形成されており、冷却期間中は、アークを消弧し溶接トーチを溶接進行方向に移動させる。 溶滴移行期間中は、溶接トーチを停止又は遅い速度で移動させた状態で、アーク溶接を行い溶融池を形成する。冷却期間中は、アークを消弧して溶融池を冷却しつつ、溶接トーチを溶接進行方向に移動させる。溶融池は冷却期間中に凝固し溶接痕となる。上記のような溶滴移行期間と冷却期間とを繰り返すことにより、円形状の溶接痕が一方向に連なったウロコ状のビードを形成することができる。溶滴移行期間は、溶接ワイヤを正送給するパルスアーク溶接期間と溶接ワイヤを正逆送給する短絡移行アーク溶接期間とから形成される。パルスアーク溶接期間によって幅の広いビードを形成し、正逆送給の短絡移行アーク溶接期間によってスパッタ発生量の少ないメリハリのあるウロコ状のビードを形成する。このために、本実施の形態では、溶滴移行期間と冷却期間とを繰り返すアーク溶接方法において、スパッタ発生量が少なく、メリハリのある幅の広いウロコ状のビードを形成することができる。
【0093】
さらに、本実施の形態によれば、パルスアーク溶接期間中に溶滴が形成された状態で短絡移行アーク溶接期間に移行することが好ましい。このようにすると、短絡移行アーク溶接期間中の最初の短絡期間における溶滴移行状態が良好になるので、スパッタ発生が少なくなり、溶接状態も安定化する。この結果、パルスアーク溶接期間から短絡移行アーク溶接期間への移行が円滑になる。
【0094】
さらに、本実施の形態によれば、短絡移行アーク溶接期間中にアークが発生している状態で冷却期間に移行することが好ましい。このようにすると、溶接ワイヤの先端が母材から離反した状態で冷却期間に移行するので、溶接トーチの移動が容易になる。このときに、短絡移行アーク溶接期間中のアークが発生した状態で、溶接ワイヤの逆送減速期間が終了した時点でアークを消弧し冷却期間に移行するようにすると、溶接ワイヤの先端と母材との離反距離を適正な所定距離に制御することができる。このために、続くパルスアーク溶接期間の開始時点においてスローダウン送給される期間が適正値となるのでアーク点弧が容易になる。
【符号の説明】
【0095】
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
ＣＤ 電流通電判別回路
Ｃｄ 電流通電判別信号
ＣＭ 電流比較回路
Ｃｍ 電流比較信号
ＤＲ 駆動回路
Ｄｒ 駆動信号
ＤＶ インバータ駆動回路
Ｄｖ インバータ駆動信号
Ｅ 出力電圧
Ｅａ 誤差増幅信号
ＥＤ 出力電圧検出回路
Ｅｄ 出力電圧検出信号
ＥＩ 電流誤差増幅回路
Ｅｉ 電流誤差増幅信号
ＥＲ 出力電圧設定回路
Ｅｒ 出力電圧設定信号
ＥＶ 電圧誤差増幅回路
Ｅｖ 電圧誤差増幅信号
ＦＡＲ パルス送給速度設定回路
Ｆar パルス送給速度設定信号
ＦＡＳＲ パルス正送給速度設定回路
Ｆasr パルス正送給速度設定信号
ＦＣ 送給制御回路
Ｆｃ 送給制御信号
ＦＣＲ 短絡アーク送給速度設定回路
Ｆcr 短絡アーク送給速度設定信号
ＦＲ 送給速度設定回路
Ｆｒ 送給速度設定信号
Ｆｗ 送給速度
ＩＡＲ パルス電流設定回路
Ｉar パルス電流設定信号
ＩＡＶＲ 平均溶接電流設定回路
Ｉavr 平均溶接電流設定信号
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
ＩＣＲ 短絡アーク電流設定回路
Ｉcr 短絡アーク電流設定信号
ＩＤ 電流検出回路
Ｉｄ 電流検出信号
ＩＬＲ 低レベル電流設定回路
Ｉlr 低レベル電流設定信号
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 電流設定回路
Ｉｒ 電流設定信号
Ｉｗ 溶接電流
ＮＤ くびれ検出回路
Ｎｄ くびれ検出信号
ＰＭ 電源主回路
Ｒ 減流抵抗器
ＳＤ 短絡判別回路
Sd 短絡判別信号
ＳＥ トーチ移動装置
Ｓｅ 溶接トーチの移動速度
ＳＴＤ 小電流期間回路
Ｓtd 小電流期間信号
Ｓtf 最終パルス周期信号
ＳＷ 電源特性切換回路
Ｔａ パルスアーク溶接期間
ＴＡＲ パルスアーク溶接期間設定回路
Ｔar パルスアーク溶接期間設定信号
Ｔｂ ベース期間
ＴＢＲ ベース期間設定回路
Ｔbr ベース期間設定信号
Ｔｃ 短絡移行アーク溶接期間
ＴＣＲ 短絡移行アーク溶接期間設定回路
Ｔcr 短絡移行アーク溶接期間設定信号
ＴＤＲ 電流降下時間設定回路
Ｔdr 電流降下時間設定信号
Ｔｅ 冷却期間
ＴＥＲ 冷却期間設定回路
Ｔer 冷却期間設定信号
Ｔｆ パルス周期
ＴＭ タイマ回路
Ｔｍ タイマ信号
Ｔｐ ピーク期間
ＴＰＲ ピーク期間設定回路
Ｔpr ピーク期間設定信号
Ｔpd ピーク立下り期間
ＴＰＤＲ ピーク立下り期間設定回路
Ｔpdr ピーク立下り期間設定信号
ＴＲ トランジスタ
Ｔrd 逆送減速期間
ＴＲＤＲ 逆送減速期間設定回路
Ｔrdr 逆送減速期間設定信号
Ｔrp 逆送ピーク期間
Ｔru 逆送加速期間
ＴＲＵＲ 逆送加速期間設定回路
Ｔrur 逆送加速期間設定信号
Ｔsd 正送減速期間
ＴＳＤＲ 正送減速期間設定回路
Ｔsdr 正送減速期間設定信号
Ｔsf 最終パルス周期
Ｔsp 正送ピーク期間
Ｔsu 正送加速期間
ＴＳＵＲ 正送加速期間設定回路
Ｔsur 正送加速期間設定信号
Ｔｕ ピーク立上り期間
ＴＵＲ ピーク立上り期間設定回路
Ｔur ピーク立上り期間設定信号
ＶＤ 電圧検出回路
Ｖｄ 電圧検出信号
Ｖｗ 溶接電圧
ＷＬ リアクトル
ＷＭ 送給モータ
Ｗrp 逆送ピーク値
ＷＲＲ 逆送ピーク値設定回路
Ｗrr 逆送ピーク値設定信号
Ｗsp 正送ピーク値
ＷＳＲ 正送ピーク値設定回路
Ｗsr 正送ピーク値設定信号