特許 6144143 短絡期間の溶接電流制御方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6144143

(24)【登録日】2017年5月19日

(45)【発行日】2017年6月7日

(54)【発明の名称】短絡期間の溶接電流制御方法

(51)【国際特許分類】

   B23K 9/073 20060101AFI20170529BHJP

   B23K 9/095 20060101ALI20170529BHJP

【ＦＩ】

   B23K9/073 545

   B23K9/095 505B

【請求項の数】3

【全頁数】12

(21)【出願番号】特願2013-157852(P2013-157852)

(22)【出願日】2013年7月30日

(65)【公開番号】特開2015-27683(P2015-27683A)

(43)【公開日】2015年2月12日

【審査請求日】2016年6月27日

(73)【特許権者】

【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

【審査官】 竹下 和志

(56)【参考文献】

【文献】 特開２０１１−２３５３４８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平３−２０４１７７（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｂ２３Ｋ ９／００ − １０／００

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

溶接ワイヤを送給すると共に、短絡期間とアーク期間とを交互に繰り返すアーク溶接にあって、前記短絡期間中は溶接電流をピーク値まで上昇させる短絡期間の溶接電流制御方法において、
前記短絡期間が予め定めた第１基準時間以上である短絡を通常短絡とし、前記第１基準時間未満である短絡を微小短絡として定義し、
前回の前記通常短絡が発生した時点から今回の前記通常短絡が発生した時点までの期間中に、前記微小短絡が発生したときは前記微小短絡が発生しなかったときよりも、前記今回の前記通常短絡における前記溶接電流の前記上昇の速度及び／又は前記ピーク値を増加させる、
ことを特徴とする短絡期間の溶接電流制御方法。

【請求項2】

前記微小短絡の発生回数に応じて、前記溶接電流の前記上昇の速度及び／又は前記ピーク値を増加させる量を変化させる、
ことを特徴とする請求項１記載の短絡期間の溶接電流制御方法。

【請求項3】

前記通常短絡の期間が前記第１基準時間よりも長い値に予め定めた第２基準時間以上になったときは前記溶接電流を前記ピーク値からさらに上昇させ、前記微小短絡の発生回数に応じて前記第２基準時間を変化させる、
ことを特徴とする請求項１又は２記載の短絡期間の溶接電流制御方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、短絡期間とアーク期間とを交互に繰り返す消耗電極アーク溶接において、溶滴移行状態を良好にするための短絡期間の溶接電流制御方法に関するものである。

【背景技術】

【0002】

溶接ワイヤを一定の速度で送給すると共に、シールドガスに炭酸ガス、アルゴンガス、炭酸ガスとアルゴンガスとの混合ガス等を使用して溶接を行う消耗電極アーク溶接は、高品質を得ることができ、自動化も容易であることから広く使用されている。このアーク溶接では、溶接ワイヤと母材との間で短絡期間とアーク期間とを交互に繰り返して溶接が行われる場合が多い。アーク期間中に溶接ワイヤの先端が溶融して溶滴を形成し、短絡期間中に溶滴が溶融池に移行する。良好な溶接ビードを形成し、かつ、スパッタの発生量を少なくするためには、短絡期間中の溶接電流を適正値に制御して、溶滴移行を円滑に行わせることが重要である。以下、従来技術における短絡期間の溶接電流制御方法について説明する（例えば、特許文献１参照）。

【0003】

図７は、従来技術における消耗電極アーク溶接の電圧・電流波形図である。同図（Ａ）は溶接ワイヤと母材との間に印加される溶接電圧Ｖｗの時間変化を示し、同図（Ｂ）は溶接ワイヤから母材へと通電する溶接電流Ｉｗの時間変化を示す。以下、同図を参照して説明する。

【0004】

時刻ｔ１〜ｔ２は短絡期間Ｔｓとなり、時刻ｔ２〜ｔ３はアーク期間Ｔａとなり、時刻ｔ３〜ｔ４は短絡期間Ｔｓとなる。短絡期間Ｔｓとアーク期間Ｔａとは、交互に繰り返される。

【0005】

時刻ｔ２において短絡が解除されてアークが再発生すると、同図（Ａ）に示すように、溶接電圧Ｖｗは急上昇して数十Ｖ程度のアーク電圧値になる。溶接電流Ｉｗは、同図（Ｂ）に示すように、アークが再発生した時点で少し急減した後に、次の短絡が発生するまで徐々に減少する。

【0006】

アーク期間Ｔａ中に溶接ワイヤ先端に形成された溶滴が時刻ｔ３において溶融池と接触すると短絡状態になる。短絡状態になると、同図（Ａ）に示すように、溶接電圧Ｖｗは数Ｖ程度の短絡電圧値に急降下する。溶接電流Ｉｗは、同図（Ｂ）に示すように、予め定めた初期電流値Ｉｉまで減少し、時刻ｔ３〜ｔ３１の予め定めた初期期間Ｔｉ中はその値を維持する。時刻ｔ３１において初期期間Ｔｉが経過すると、同図（Ｂ）に示すように、溶接電流Ｉｗは所定の上昇速度（上昇率、傾斜）Ｋで上昇し、時刻ｔ３２において溶接電流Ｉｗが所定のピーク値Ｉｐに達するとアークが再発生する時刻ｔ４までその値を維持する。

【0007】

次に、溶滴の移行状態について説明する。時刻ｔ２においてアークが再発生した時点では、溶滴が移行した後であるので溶接ワイヤの先端には溶滴は形成されていない。アーク期間Ｔａが進行するのに伴い、溶接ワイヤの先端がアークからの熱及びジュール熱によって次第に溶融して溶滴を形成する。短絡が発生した時点から初期期間Ｔｉの間は溶接電流Ｉｗを小さな値の初期電流値Ｉｉに維持している理由は、溶滴と溶融池との接触状態をより確実にするためである。短絡発生直後は溶滴の底部の一部が溶融池と接触している状態にあり、この状態で溶接電流Ｉｗの値が大きいと、溶滴が移行することなく接触状態が解除されてアークが再発生することになり、安定した溶滴移行状態が阻害される。初期期間Ｔｉが終了する時刻ｔ３１において、溶滴は溶融池と安定したブリッジを形成する状態となっている。この時刻ｔ３１から溶接電流Ｉｗを上昇させることによってブリッジにピンチ力を作用させて、ブリッジ上部にくびれを生じさせて溶滴を溶融池に円滑に移行させる。

【0008】

溶滴移行状態を安定化するためには、短絡期間Ｔｓ中の溶接電流Ｉｗの上昇速度Ｋ及びピーク値Ｉｐの設定を適正化することは重要である。上昇速度Ｋ及びピーク値Ｉｐが適正値よりも小さいと、ブリッジに作用するピンチ力が弱くなるので溶滴を移行させる時間が長くなり、溶接状態が不安定になる。逆に、上昇速度Ｋ及びピーク値Ｉｐが適正値よりも大きいと、スパッタの発生量が多くなる。したがって、上昇速度Ｋ及びピーク値Ｉｐは、シールドガスの種類、溶接ワイヤの材質、直径、送給速度等に応じて、適正値に設定されている。

【0009】

ところで、溶接中には、送給速度の変動、溶融池の不規則な運動、溶融池からのガスの噴出、溶接姿勢の変動、トーチ高さの変動等の種々の外乱によって、溶滴の形成状態がばらつくことになる。溶滴の形成状態がばらつくと、短絡が発生した時点における溶滴のサイズがばらつくことになる。そして、溶滴サイズが適正サイズよりも過小又は過大であるときは、安定した溶滴移行状態を確保し、かつ、スパッタの発生量を少なくするためには、上記の上昇速度Ｋ及びピーク値Ｉｐを溶滴サイズに応じて適正化する必要がある。

【0010】

特許文献２の発明では、この適正化のために、短絡期間又はアーク期間の時間長さに応じて短絡電流の上昇速度Ｋを変化させるようにしている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0011】

【特許文献1】特公平４−４０７号公報

【特許文献2】特開２０１２−７６１３１号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0012】

短絡期間が所定時間未満のものを微小短絡とし、所定時間以上のものを通常短絡として区別すると、溶接電流の平均値が１８０Ａ未満であり、かつ、溶接速度が比較的遅い場合には、通常短絡のみがほとんど発生し、微小短絡はほとんど発生しない。このような場合には、短絡期間及びアーク期間の長さが短絡発生時の溶滴サイズと相関するので、特許文献２の方法によって、溶滴移行状態を安定化することができる。

【0013】

しかし、溶接電流の平均値が１８０Ａ以上の場合又は溶接速度が比較的早い場合には、通常短絡と微小短絡とが混在して発生するようになる。このような場合には、短絡期間及びアーク期間の長さと短絡発生時の溶滴サイズとが相関しなくなる。この結果、特許文献２の方法では、溶滴移行状態を安定化することはできない。

【0014】

そこで、本発明は、通常短絡と微小短絡とが混在して発生するような溶接条件において、溶接中に外乱によって短絡発生時の溶滴サイズがばらついても、溶滴移行状態を安定に保ち、かつ、スパッタの発生量も少なくすることができる短絡期間の溶接電流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、
溶接ワイヤを送給すると共に、短絡期間とアーク期間とを交互に繰り返すアーク溶接にあって、前記短絡期間中は溶接電流をピーク値まで上昇させる短絡期間の溶接電流制御方法において、
前記短絡期間が予め定めた第１基準時間以上である短絡を通常短絡とし、前記第１基準時間未満である短絡を微小短絡として定義し、
前回の前記通常短絡が発生した時点から今回の前記通常短絡が発生した時点までの期間中に、前記微小短絡が発生したときは前記微小短絡が発生しなかったときよりも、前記今回の前記通常短絡における前記溶接電流の前記上昇の速度及び／又は前記ピーク値を増加させる、
ことを特徴とする短絡期間の溶接電流制御方法である。

【0016】

請求項２の発明は、前記微小短絡の発生回数に応じて、前記溶接電流の前記上昇の速度及び／又は前記ピーク値を増加させる量を変化させる、
ことを特徴とする請求項１記載の短絡期間の溶接電流制御方法である。

【0017】

請求項３の発明は、前記通常短絡の期間が前記第１基準時間よりも長い値に予め定めた第２基準時間以上になったときは前記溶接電流を前記ピーク値からさらに上昇させ、前記微小短絡の発生回数に応じて前記第２基準時間を変化させる、
ことを特徴とする請求項１又は２記載の短絡期間の溶接電流制御方法である。

【発明の効果】

【0018】

本発明によれば、通常短絡と通常短絡との間の期間中に発生する微小短絡の回数が多くなるほど、通常短絡が発生した時点における溶滴サイズが大きくなる。したがって、この微小短絡回数に応じて上昇速度及び／又はピーク値を適正化すると、溶滴移行状態を安定化することができ、かつ、スパッタ発生量も少なくすることができる。このために、本発明では、通常短絡と微小短絡とが混在して発生するような溶接条件において、溶接中に外乱によって短絡発生時の溶滴サイズがばらついても、溶滴移行状態を安定に保ち、かつ、スパッタの発生量も少なくすることができる。

【図面の簡単な説明】

【0019】

【図1】本発明の実施の形態１に係る短絡期間の溶接電流制御方法を説明するための電圧・電流波形図である。

【図2】通常短絡と通常短絡との間の期間中に発生した微小短絡の回数Ｎｓ（回）と上昇速度Ｋ（A/ms）及びピーク値Ｉｐ（Ａ）との関係図の一例である。

【図3】本発明の実施の形態１に係る短絡期間の溶接電流制御方法を実施するための溶接電源のブロック図である。

【図4】本発明の実施の形態２に係る短絡期間の溶接電流制御方法を説明するための電圧・電流波形図である。

【図5】通常短絡と通常短絡との間の期間中に発生した微小短絡の回数Ｎｓ（回）と第２基準時間Ｔｂ（ms）との関係図の一例である。

【図6】本発明の実施の形態２に係る短絡期間の溶接電流制御方法を実施するための溶接電源のブロック図である。

【図7】従来技術における消耗電極アーク溶接の電圧・電流波形図である。

【発明を実施するための形態】

【0020】

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。

【0021】

［実施の形態１］
図１は、本発明の実施の形態１に係る短絡期間の溶接電流制御方法を説明するための電圧・電流波形図である。同図（Ａ）は溶接電圧Ｖｗの時間変化を示し、同図（Ｂ）は溶接電流Ｉｗの時間変化を示す。同図は、上述した図７と対応しており、同一の動作については繰り返さない。以下、同図を参照して説明する。

【0022】

以下の説明で使用される通常短絡及び微小短絡について定義する。通常短絡とは、短絡期間の長さが予め定めた第１基準時間Ｔｆ以上の短絡のことであり、短絡期間中にワイヤ先端の溶滴が溶融池に移行する。他方、微小短絡とは、短絡期間の長さが上記の第１基準時間Ｔｆ未満の短絡のことであり、ワイヤ先端の溶滴は溶融池に移行せずワイヤ先端にそのまま残留している。上記の第１基準時間Ｔｆは、０．５〜１．５MS程度の範囲で設定される。この第１基準時間Ｔｆは、溶接ワイヤ１の材質、直径、シールドガスの種類等に応じて、溶滴の移行を伴うか伴わないかのしきい値として実験によって適正値に設定される。

【0023】

同図において、時刻ｔ１〜ｔ２には通常短絡が発生し、時刻ｔ２１〜ｔ２２には微小短絡が発生し、時刻ｔ２３〜ｔ２４には微小短絡が発生し、時刻ｔ３〜ｔ４には通常短絡が発生している。すなわち、同図では、上述した図７の時刻ｔ１〜ｔ２及び時刻ｔ３〜ｔ４の通常短絡の間の期間（時刻ｔ２〜ｔ３の期間）中に、２回の微小短絡が発生した場合である。

【0024】

時刻ｔ１〜ｔ２及び時刻ｔ３〜ｔ４の通常短絡の期間中は、同図（Ａ）に示すように、溶接電圧Ｖｗは数Ｖ程度の短絡電圧値となり、同図（Ｂ）に示すように、溶接電流Ｉｗは、予め定めた初期期間Ｔｉ中は予め定めた初期電流値Ｉｉとなり、その後は予め定めた上昇速度Ｋで上昇し、予め定めたピーク値Ｉｐに達するとその値を維持する。上記の初期期間Ｔｉは上記の第１基準時間Ｔｆに設定され、上記の初期電流値Ｉｉは５０Ａ程度に設定される。

【0025】

時刻ｔ２１〜ｔ２２及び時刻ｔ２３〜ｔ２４の微小短絡の期間中は、同図（Ａ）に示すように、溶接電圧Ｖｗは数Ｖ程度の短絡電圧値となり、同図（Ｂ）に示すように、溶接電流Ｉｗは、上記の初期期間Ｔｉ中にアークが再発生するので上記の初期電流値Ｉｉとなる。

【0026】

ここで、通常短絡が発生した時点における溶滴サイズのばらつきの原因を明らかにするために、微小短絡の発生状況と溶滴サイズとの関係を調査した。この結果、通常短絡と通常短絡との間の期間中に、微小短絡が発生したときは溶滴サイズが大きくなることが分かった。さらに、その微小短絡回数が多くなるほど、溶滴サイズも大きくなっていた。これは、微小短絡の発生回数が多くなるほど通常短絡と通常短絡との間の期間が長くなり、かつ、微小短絡では溶滴は移行しないので、ワイヤ先端の溶融量が増加して溶滴サイズが大きくなるためである。したがって、通常短絡と通常短絡との間の期間中に発生した微小短絡の回数を計数することによって、通常短絡が発生した時点における溶滴サイズを検出することができる。同図においては、時刻ｔ１〜ｔ２の通常短絡と時刻ｔ３〜ｔ４の通常短絡との間の期間（時刻ｔ２〜ｔ３の期間）中に、２回の微小短絡が発生している。

【0027】

通常短絡が発生した時点における溶滴サイズがばらついても、溶滴移行状態を安定化するためには、上述したように、上昇速度Ｋ及び／又はピーク値Ｉｐを連動させて変化させる必要がある。すなわち、通常短絡と通常短絡との間の期間中の微小短絡の回数が増加するのに伴い、上昇速度Ｋ及び／又はピーク値Ｉｐを大きくすれば良い。

【0028】

図２は、通常短絡と通常短絡との間の期間中に発生した微小短絡の回数Ｎｓ（回）と上昇速度Ｋ（A/ms）及びピーク値Ｉｐ（Ａ）との関係図の一例である。横軸は微小短絡の回数Ｎｓを示し、０〜７回の範囲となっている。左の縦軸は、上昇速度Ｋを示し、０〜５００A/msの範囲である。右の縦軸は、ピーク値Ｉｐを示しており、３００〜６００Ａの範囲である。同図は、溶接ワイヤの材質が鉄鋼であり、直径が１．２MMであり、シールドガスの種類が炭酸ガス１００％の場合である。

【0029】

実線で示す上昇速度Ｋは、Ｎｓ＝０のとき２００A/msとなり、Ｎｓ＝５のときは４００A/msとなり、Ｎｓ≧５の範囲では４００A/msのままである。破線で示すピーク値Ｉｐは、Ｎｓ＝０のとき４００Ａとなり、Ｎｓ＝５のときは５００Ａとなり、Ｎｓ≧５の範囲では５００Ａのままである。

【0030】

溶接ワイヤの材質、直径、シールドガスの種類等の溶接条件ごとに、同図のような関係を設定しておく。

【0031】

図３は、上述した本発明の実施の形態１に係る短絡期間の溶接電流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。

【0032】

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、後述する誤差増幅信号Ｅａ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、整流された直流を平滑するリアクトル、上記の誤差増幅信号Ｅａを入力としてパルス幅変調制御を行い変調信号を出力する変調回路、変調信号を入力としてインバータ回路のスイッチング素子を駆動する駆動回路を備えている。

【0033】

溶接ワイヤ１は、送給モータ（図示は省略）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。溶接ワイヤ１と母材２との間には溶接電圧Ｖｗが印加し、アーク３中を溶接電流Ｉｗが通電する。同図において、溶接ワイヤの送給を制御する回路については、図示は省略している。

【0034】

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。電圧設定回路ＶＲは、アーク期間Ｔａ中の溶接電圧Ｖｗ（アーク電圧）を設定するための予め定めた電圧設定信号Ｖｒを出力する。

【0035】

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しきい値未満であるときはＨｉｇｈレベルとなる短絡判別信号Ｓｄを出力する。この短絡判別信号ＳｄがＨｉｇｈレベルのときは短絡期間であり、Ｌｏｗレベルのときはアーク期間である。しきい値は、１０Ｖ程度に設定される。

【0036】

第１基準時間設定回路ＴＦＲは、予め定めた第１基準時間設定信号Ｔfrを出力する。微小短絡回数計数回路ＮＳは、この第１基準時間設定信号Ｔfr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通常短絡と通常短絡との間の期間中に発生した微小短絡の回数を計数して、微小短絡回数信号Ｎｓを出力する。
１）溶接中に、短絡判別信号ＳｄがＨｉｇｈレベルに変化すると、そのＨｉｇｈレベルの期間長さが第１基準時間設定信号Ｔfrの値以上であるときは通常短絡が発生したと判別し、第１基準時間設定信号Ｔfrの値未満のときは微小短絡が発生したと判別する。ここで、第１基準時間設定信号Ｔfrの値＝初期期間Ｔｉであるので、微小短絡か通常短絡かの判別は、初期期間Ｔｉが終了した時点で行なわれることになる。
２）微小短絡の発生を判別するとカウンタ値に１を加算し、通常短絡の解除を判別するとカウンタ値を０にリセットする。このカウンタ値は、溶接開始時に０にリセットされている。
３）通常短絡の発生を判別した時点における上記のカウンタ値を微小短絡回数信号Ｎｓとして出力する。

【0037】

初期期間設定回路ＴＩＲは、上記の第１基準時間設定信号Ｔfrを入力として、この値と同一値に予め定めた初期期間設定信号Ｔirを出力する。初期電流設定回路ＩＩＲは、予め定めた初期電流設定信号Ｉirを出力する。

【0038】

上昇速度設定回路ＫＲは、上記の微小短絡回数信号Ｎｓを入力として、図２で上述したように、予め定めた関数によって算出された上昇速度設定信号Ｋｒを出力する。

【0039】

ピーク値設定回路ＩＰＲは、上記の微小短絡回数信号Ｎｓを入力として、図２で上述したように、予め定めた関数によって算出されたピーク値設定信号Ｉprを出力する。

【0040】

電流設定回路ＩＲは、上記の初期期間設定信号Ｔir、上記の初期電流設定信号Ｉir、上記の上昇速度設定信号Ｋｒ、上記のピーク値設定信号Ｉpr及び上記の短絡判別信号Ｓｄを入力として、下記の処理を行い、電流設定信号Ｉｒを出力する。
１）短絡判別信号ＳｄがＨｉｇｈレベル（短絡）に変化した時点から初期期間設定信号Ｔirによって定まる期間中は、初期電流設定信号Ｉirを電流設定信号Ｉｒとして出力する。
２）その後は、電流設定信号Ｉｒの値を初期電流設定信号Ｉirの値から上昇速度設定信号Ｋｒによって定まる上昇速度で上昇させる。
３）電流設定信号Ｉｒの値がピーク値設定信号Ｉprの値と等しくなった時点で、ピーク値設定信号Ｉprの値を電流設定信号Ｉｒとして出力する。この状態を次の短絡が発生するまで維持する。

【0041】

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。電圧誤差増幅回路ＥＶは、上記の電圧設定信号Ｖｒ（＋）と電圧検出信号Ｖｄ（−）との誤差を増幅して、電圧誤差増幅信号Ｅｖを出力する。制御切換回路ＳＷは、上記の電流誤差増幅信号Ｅｉ、上記の電圧誤差増幅信号Ｅｖ及び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）のときは電流誤差増幅信号Ｅｉを誤差増幅信号Ｅａとして出力し、Ｌｏｗレベル（アーク）のとき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。この回路により、短絡期間中は定電流制御となり、アーク期間中は定電圧制御となる。

【0042】

上述した実施の形態１によれば、前回の通常短絡が発生した時点から今回の通常短絡が発生した時点までの期間中に、微小短絡が発生したときは微小短絡が発生しなかったときよりも、今回の通常短絡における溶接電流Ｉｗの上昇速度Ｋ及び／又はピーク値Ｉｐを増加させる。通常短絡と通常短絡との間の期間中に発生する微小短絡の回数が多くなるほど、通常短絡が発生した時点における溶滴サイズが大きくなる。したがって、この微小短絡回数に応じて上昇速度及び／又はピーク値を適正化すると、溶滴移行状態を安定化することができ、かつ、スパッタ発生量も少なくすることができる。このために、本実施の形態では、通常短絡と微小短絡とが混在して発生するような溶接条件において、溶接中に外乱によって短絡発生時の溶滴サイズがばらついても、溶滴移行状態を安定に保ち、かつ、スパッタの発生量も少なくすることができる。

【0043】

［実施の形態２］
実施の形態２では、実施の形態１に加えて、通常短絡の期間が第２基準時間Ｔｂ以上になったときは溶接電流Ｉｗをピーク値Ｉｐからさらに上昇させ、微小短絡回数Ｎｓに応じて第２基準時間Ｔｂを変化させる。

【0044】

図４は、本発明の実施の形態２に係る短絡期間の溶接電流制御方法を説明するための電圧・電流波形図である。同図（Ａ）は溶接電圧Ｖｗの時間変化を示し、同図（Ｂ）は溶接電流Ｉｗの時間変化を示す。同図は、上述した図１と対応しており、時刻ｔ３３〜ｔ４の期間以外の動作は同一であるので、説明は繰り返さない。以下、同図を参照して、時刻ｔ３３〜ｔ４の期間の動作について説明する。

【0045】

時刻ｔ３〜ｔ４の通常短絡の期間中は、同図（Ａ）に示すように、溶接電圧Ｖｗは数Ｖ程度の短絡電圧値となる。そして、同図（Ｂ）に示すように、溶接電流Ｉｗは、時刻ｔ３〜ｔ３１の初期期間Ｔｉ中は初期電流値Ｉｉとなり、その後は上昇速度Ｋで上昇し、時刻ｔ３２にピーク値Ｉｐに達するとその値を維持し、短絡期間の長さが予め定めた第２基準時間Ｔｂに達する時刻ｔ３３において短絡強制解除電流値Ｉｋまで上昇し、その値をアークが再発生する時刻ｔ４まで維持する。第１基準時間＜第２基準時間であり、ピーク値Ｉｐ＜短絡強制解除電流値Ｉｋである。短絡強制解除電流値Ｉｋは、６００〜７００Ａ程度に設定される。

【0046】

溶接電流Ｉｗを短絡強制解除電流値Ｉｋまで上昇させる理由は、以下の通りである。すなわち、短絡期間が第２基準時間Ｔｂを超えてもアークが再発生しない場合には、このまま放置しておくと短絡期間が数十msとなり溶接状態が不安定になるおそれがあるためである。短絡期間が第２基準時間Ｔｂを超えた場合には、溶接電流Ｉｗをさらに上昇させて一刻も早く短絡を解除させてアークを再発生させる必要があるためである。

【0047】

この第２基準時間Ｔｂについても、通常短絡と通常短絡との間の期間中の微小短絡の回数Ｎｓに応じてその値を変化させることによって、溶滴移行状態を安定化させ、かつ、スパッタ発生量を少なくすることができる。

【0048】

図５は、通常短絡と通常短絡との間の期間中に発生した微小短絡の回数Ｎｓ（回）と第２基準時間Ｔｂ（ms）との関係図の一例である。横軸は微小短絡の回数Ｎｓを示し、０〜７回の範囲となっている。縦軸は第２基準時間Ｔｂを示し、０〜１０msの範囲である。同図は、溶接ワイヤの材質が鉄鋼であり、直径が１．２MMであり、シールドガスの種類が炭酸ガス１００％の場合である。

【0049】

実線で示す第２基準時間Ｔｂは、Ｎｓ＝０のとき８msとなり、Ｎｓ＝５のときは５msとなり、Ｎｓ≧５の範囲では５msのままである。

【0050】

溶接ワイヤの材質、直径、シールドガスの種類等の溶接条件ごとに、同図のような関係を設定しておく。

【0051】

図６は、上述した本発明の実施の形態２に係る短絡期間の溶接電流制御方法を実施するための溶接電源のブロック図である。同図は上述した図３と対応しており、同一ブロックには同一符号を付して、それらの説明は繰り返さない。同図は、図３に第２基準時間設定回路ＴＢＲ及び短絡強制解除電流設定回路ＩＫＲを追加し、図３の電流設定回路ＩＲを第２電流設定回路ＩＲ２に置換したものである。以下、同図を参照して、これらのブロックについて説明する。

【0052】

第２基準時間設定回路ＴＢＲは、微小短絡回数信号Ｎｓを入力として、図５で上述したように、予め定めた関数によって算出された第２基準時間設定信号Ｔbrを出力する。

【0053】

短絡強制解除電流設定回路ＩＫＲは、予め定めた短絡共生解除電流設定信号Ｉkrを出力する。

【0054】

第２電流設定回路ＩＲ２は、初期期間設定信号Ｔir、初期電流設定信号Ｉir、上昇速度設定信号Ｋｒ、ピーク値設定信号Ｉpr、短絡判別信号Ｓｄ、上記の第２基準時間設定信号Ｔbr及び上記の短絡強制解除電流設定信号Ｉkrを入力として、下記の処理を行い、電流設定信号Ｉｒを出力する。
１）短絡判別信号ＳｄがＨｉｇｈレベル（短絡）に変化した時点から初期期間設定信号Ｔirによって定まる期間中は、初期電流設定信号Ｉirを電流設定信号Ｉｒとして出力する。
２）その後は、電流設定信号Ｉｒの値を初期電流設定信号Ｉirの値から上昇速度設定信号Ｋｒによって定まる上昇速度で上昇させる。
３）電流設定信号Ｉｒの値がピーク値設定信号Ｉprの値と等しくなった時点で、ピーク値設定信号Ｉprの値を電流設定信号Ｉｒとして出力する。
４）短絡判別信号ＳｄがＨｉｇｈレベルに変化した時点からの経過時間が第２基準時間設定信号Ｔbrの値に達した時点で、短絡強制解除電流設定信号Ｉkrの値を電流設定信号Ｉｒとして出力する。この状態を次の短絡が発生するまで維持する。

【0055】

上述した実施の形態２によれば、通常短絡の期間が第２基準時間Ｔｂ以上になったときは、溶接電流Ｉｗをピーク値Ｉｐからさらに上昇させ、微小短絡の発生回数Ｎｓに応じて第２基準時間Ｔｂを変化させるものである。これにより、実施の形態１の効果に加えて、短絡期間が長くなり強制的に短絡を解除する必要がある場合においても、強制解除に移行する第２基準時間を、通常短絡と通常短絡との間の期間中に発生した微小短絡回数に応じて適正化しているので、溶滴移行状態が不安定になるのを抑制することができる。

【0056】

上記においては、微小短絡回数Ｎｓによって第２基準時間Ｔｂが変化する場合であるが、短絡強制解除電流Ｉｋを変化させるようにしても良い。

【符号の説明】

【0057】

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
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
ＩＤ 電流検出回路
Ｉｄ 電流検出信号
Ｉｉ 初期電流値
ＩＩＲ 初期電流設定回路
Ｉir 初期電流設定信号
Ｉｋ 短絡強制解除電流
ＩＫＲ 短絡強制解除電流設定回路
Ｉkr 短絡強制解除電流設定信号
Ｉｐ ピーク値
ＩＰＲ ピーク値設定回路
Ｉpr ピーク値設定信号
ＩＲ 電流設定回路
Ｉｒ 電流設定信号
ＩＲ２ 第２電流設定回路
Ｉｗ 溶接電流
Ｋ 上昇速度
ＫＲ 上昇速度設定回路
Ｋｒ 上昇速度設定信号
ＮＳ 微小短絡回数計数回路
Ｎｓ 微小短絡回数（信号）
ＰＭ 電源主回路
ＳＤ 短絡判別回路
Ｓｄ 短絡判別信号
ＳＷ 制御切換回路
Ｔａ アーク期間
Ｔｂ 第２基準時間
ＴＢＲ 第２基準時間設定回路
Ｔbr 第２基準時間設定信号
Ｔｆ 第１基準時間
ＴＦＲ 第１基準時間設定回路
Ｔfr 第１基準時間設定信号
Ｔｉ 初期期間
ＴＩＲ 初期期間設定回路
Ｔir 初期期間設定信号
Ｔｓ 短絡期間
ＶＤ 電圧検出回路
Ｖｄ 電圧検出信号
ＶＲ 電圧設定回路
Ｖｒ 電圧設定信号
Ｖｗ 溶接電圧

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】