特許 6296641 アーク溶接方法

(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】6296641

(24)【登録日】2018年3月2日

(45)【発行日】2018年3月20日

(54)【発明の名称】アーク溶接方法

(51)【国際特許分類】

   B23K 9/00 20060101AFI20180312BHJP

   B23K 9/09 20060101ALI20180312BHJP

【ＦＩ】

   B23K9/00 330A

   B23K9/09

【請求項の数】3

【全頁数】11

(21)【出願番号】特願2013-236593(P2013-236593)

(22)【出願日】2013年11月15日

(65)【公開番号】特開2015-96268(P2015-96268A)

(43)【公開日】2015年5月21日

【審査請求日】2016年10月25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】森 大輔

(72)【発明者】

【氏名】中俣 利昭

【審査官】 黒石 孝志

(56)【参考文献】

【文献】 特開昭６０−２３１５７３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開昭６１−１１５６８０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開昭６２−１８３９６５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１３−１３２６５８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開昭６３−１３６７４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１３−１１１６２３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開昭５１−１１５２５４（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｂ２３Ｋ ９／００ − ９／３２

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

溶接ワイヤを送給し、溶接電流を振動させてスプレー移行形態によって溶接するアーク溶接方法において、
アークスタート時の過渡状態が終了して定常状態に移行したことを判別した時点から前記溶接電流の振動を開始し、
前記溶接電流の振動は第１期間中の第１溶接電流Ｉｗ１及び第２期間中の第２溶接電流Ｉｗ２及び第３期間中の第３溶接電流Ｉｗ３の通電の繰り返しであり、０＜Ｉｗ２＜Ｉｗ３＜Ｉｗ１であり、前記第３期間は前記第１期間及び前記第２期間よりも長い期間であり、前記第１期間〜前記第３期間中は定電圧制御される、
ことを特徴とするアーク溶接方法。

【請求項2】

前記過渡状態が終了したことの判別を、前記溶接電流が通電を開始してから所定期間が経過したことを判別して行なう、
ことを特徴とする請求項１記載のアーク溶接方法。

【請求項3】

前記過渡状態が終了したことの判別を、前記溶接電流が通電を開始してから溶接電圧の変化率の絶対値が予め定めた基準値未満になったことを判別して行なう、
ことを特徴とする請求項１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、溶接ワイヤを送給し、溶接電流を振動させてスプレー移行形態によって溶接するアーク溶接方法に関するものである。

【背景技術】

【0002】

アルゴンガスと炭酸ガスとの混合ガスをシールドガスとしてソリッドワイヤを使用するマグ溶接、炭酸ガスをシールドガスとしてフラックス入りワイヤを使用するアーク溶接、シールドガスを使用しないでセルフシールド用フラックス入りワイヤを使用するセルフシールドアーク溶接等は、溶滴移行形態がスプレー移行形態となる。スプレー移行形態では、アーク熱によって溶接ワイヤ先端が溶融されて細粒となって溶融池へと移行する。スプレー移行形態では、溶滴は短絡移行するのではなく、自由落下によって移行する。

【0003】

スプレー移行形態によるアーク溶接（以下、スプレー移行溶接という）には、定電圧特性の溶接電源が使用され、溶接ワイヤは定速送給される。スプレー移行溶接では、スパッタの発生量が少なく、ビード外観も良好になる特徴がある。反面、スプレー移行溶接では、アーク長が短絡移行溶接に比べて長くなり、アークが広がった形状になるために、溶け込みが浅くなる。この点は、ワークによっては溶接品質上問題となる場合がある。以下、従来技術のスプレー移行溶接について図面を参照して説明する。

【0004】

図３は、一般的なスプレー移行溶接における電圧・電流波形図である。同図（Ａ）は溶接電源の定電圧特性の出力値を設定するための電圧設定信号Ｅｒの時間変化をしめし、同図（Ｂ）は溶接ワイヤと母材との間に印加する溶接電圧Ｖｗの時間変化を示し、同図（Ｃ）はアークを通電する溶接電流Ｉｗの時間変化を示す。以下、同図を参照して説明する。

【0005】

同図（Ａ）に示すように、電圧設定信号Ｅｒは、一定値に設定されている。同図（Ｂ）に示すように、溶接電圧Ｖｗは、上下に少し変動しているが、略一定値となっている。同図（Ｃ）に示すように、溶接電流Ｉｗも、上下に少し変動しているが、略一定値となっている。溶接電圧Ｖｗの瞬時値が電圧設定信号Ｅｒによって設定される。溶接電流Ｉｗの平均値は、溶接ワイヤの送給速度によって設定される。

【0006】

特許文献１の発明では、スプレー移行溶接及びグロビュール移行溶接において、溶接電源の出力電圧を１００Ｈｚ以上６００Ｈｚ以下の周波数で周期的に変化させることによって、溶接電流を２０Ａ以上１００Ａ以下の電流振幅内で変化させて溶接する。これにより、特許文献１の発明では、スプレー移行溶接及びグロビュール移行溶接において、アーク長の変動を抑制し、溶滴移行を規則的にし細粒化することができるので、溶接状態の安定性を向上させることができる。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0007】

【特許文献1】特開２００７−２２９７７５号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0008】

そこで、本発明では、スプレー移行溶接において、溶接開始部及び定常溶接部の溶け込みを深くし、かつ、ビード外観を良好にすることができる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】

【0009】

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、溶接電流を振動させてスプレー移行形態によって溶接するアーク溶接方法において、
アークスタート時の過渡状態が終了して定常状態に移行したことを判別した時点から前記溶接電流の振動を開始し、
前記溶接電流の振動は第１期間中の第１溶接電流Ｉｗ１及び第２期間中の第２溶接電流Ｉｗ２及び第３期間中の第３溶接電流Ｉｗ３の通電の繰り返しであり、０＜Ｉｗ２＜Ｉｗ３＜Ｉｗ１であり、前記第３期間は前記第１期間及び前記第２期間よりも長い期間であり、前記第１期間〜前記第３期間中は定電圧制御される、
ことを特徴とするアーク溶接方法である。

【0010】

請求項２の発明は、前記過渡状態が終了したことの判別を、前記溶接電流が通電を開始してから所定期間が経過したことを判別して行なう、
ことを特徴とする請求項１記載のアーク溶接方法である。

【0011】

請求項３の発明は、前記過渡状態が終了したことの判別を、前記溶接電流が通電を開始してから溶接電圧の変化率の絶対値が予め定めた基準値未満になったことを判別して行なう、
ことを特徴とする請求項１記載のアーク溶接方法である。

【発明の効果】

【0012】

本発明によれば、アークスタート時の過渡状態が終了すると、溶接電流の振動を開始する。過渡状態中は溶接電流を振動させないので、溶接開始部の溶接品質が悪くなることを抑制することができる。その上で、定常状態中は溶接電流を振動させることにより、以下の作用効果を奏する。第１期間中は、溶融池に大きなアーク圧力が作用して、溶融池はワイヤ直下が窪んだ凹形状になり、ワイヤ直下の溶融金属が薄い状態となる。続く、第２期間中は、アーク形状は萎んだ形状となり、アークがワイヤ直下の溶融金属が薄い状態となった部分に集中した状態となる。続く、第３期間中は、前半では溶融池の窪んだ部分がアークによって集中して加熱され、後半ではアーク圧力が一定であるので溶融池の窪んだ部分がなくなり穏やかな状態となる。本発明では、アークスタート時の過渡状態が終了してからこれらの第１期間〜第３期間を繰り返すことによって、スプレー移行溶接において、溶接開始部及び定常溶接部の溶け込みを深くして高品質化を図ることができる。

【図面の簡単な説明】

【0013】

【図1】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。

【図2】本発明の実施の形態１に係るアーク溶接方法を説明するための、図１の溶接電源における各信号のタイミングチャートである。

【図3】一般的なスプレー移行溶接における電圧・電流波形図である。

【発明を実施するための形態】

【0014】

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。

【0015】

［実施の形態１］
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。

【0016】

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によるインバータ制御によって出力制御を行い、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整流する２次整流回路を備えている。リアクトルＷＬは、上記の出力電圧Ｅを平滑して溶接電圧Ｖｗを出力する。

【0017】

溶接ワイヤ１は、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、母材２との間にアーク３が発生して溶接が行われる。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。

【0018】

溶接開始回路ＳＴは、開始指令になるとＨｉｇｈレベルとなり、停止指令になるとＬｏｗレベルになる溶接開始信号Ｓｔを出力する。この溶接開始回路ＳＴは、溶接トーチ４に取り付けられたトーチスイッチ（図示は省略）が相当し、オン／オフに対応してＨｉｇｈレベル／Ｌｏｗレベルになる溶接開始信号Ｓｔを出力する。ロボットを用いた溶接装置の場合には、この回路はロボット制御装置内に内蔵されている。

【0019】

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。電流通電判別回路ＣＤは、この電流検出信号Ｉｄを入力として、この値が予め定めた電流判別値以上であるときは溶接電流Ｉｗが通電していると判別してＨｉｇｈレベルになる電流通電判別信号Ｃｄを出力する。この電流判別値は、例えば１０Ａ程度に設定される。

【0020】

ホットスタート電流設定回路ＩＨＲは、予め定めたホットスタート電流設定信号Ｉhrを出力する。ホットスタート期間設定信号ＴＨＲは、予め定めたホットスタート期間設定信号Ｔhrを出力する。

【0021】

ホットスタート期間タイマ回路ＴＨは、上記のホットスタート期間設定信号Ｔhr及び上記の電流通電判別信号Ｃｄを入力として、電流通電判別信号ＣｄがＨｉｇｈレベルに変化した時点からホットスタート期間設定信号Ｔhrによって定まる期間だけＨｉｇｈレベルとなるホットスタート期間信号Ｔｈsを出力する。

【0022】

電流誤差増幅回路ＥＩは、上記のホットスタート電流設定信号Ｉhr（＋）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。

【0023】

電圧設定回路ＥＲは、予め定めた電圧設定信号Ｅｒを出力する。電圧増加値設定回路ＥＵＲは、予め定めた電圧増加値設定信号Ｅurを出力する。電圧減少値設定回路ＥＤＲは、予め定めた電圧減少値設定信号Ｅdrを出力する。

【0024】

第１期間設定回路Ｔ１Ｒは、予め定めた第１期間設定信号Ｔ1rを出力する。第２期間設定回路Ｔ２Ｒは、予め定めた第２期間設定信号Ｔ2rを出力する。第３期間設定回路Ｔ３Ｒは、予め定めた第３期間設定信号Ｔ3rを出力する。

【0025】

過渡期間判別回路ＴＫＤは、上記の電流通電判別信号Ｃｄを入力として、電流通電判別信号ＣｄがＨｉｇｈレベル（通電）に変化した時点から予め定めた初期期間Ｔｓが経過した時点でＨｉｇｈレベルに変化する過渡期間判別信号Ｔkdを出力する。

【0026】

電圧制御設定回路ＥＣＲは、上記の電圧設定信号Ｅｒ、上記の電圧増加値設定信号Ｅur、上記の電圧減少値設定信号Ｅdr、上記の第１期間設定信号Ｔ1r、上記の第２期間設定信号Ｔ2r、上記の第３期間設定信号Ｔ3r及び上記の過渡期間判別信号Ｔkdを入力として、以下の処理を行ない、電圧制御設定信号Ｅcrを出力する。
１） 過渡期間判別信号ＴkdがＬｏｗレベルである初期期間Ｔｓ中は、Ｅcr＝Ｅｒを出力する。したがって、初期期間Ｔｓ中は、電圧制御設定信号Ｅcrは一定値となる。
２） 過渡期間判別信号ＴkdがＨｉｇｈレベルになると、下記の３）〜５）の処理を繰り返すことによって電圧制御設定信号Ｅcrを振動波形にする。
３） 第１期間設定信号Ｔ1rによって定まる第１期間Ｔ１中は、Ｅcr＝Ｅｒ＋Ｅurを出力する。
４） 続けて、第２期間設定信号Ｔ2rによって定まる第２期間Ｔ２中は、Ｅcr＝Ｅｒ−Ｅdrを出力する。
５） 続けて、第３期間設定信号Ｔ3rによって定まる第３期間Ｔ３中は、Ｅcr＝Ｅｒを出力する。

【0027】

出力電圧検出回路ＥＤは、上記の出力電圧Ｅを検出して、出力電圧検出信号Ｅｄを出力する。電圧誤差増幅回路ＥＶは、上記の電圧制御設定信号Ｅcr（＋）とこの出力電圧検出信号Ｅｄ（−）との誤差を増幅して、電圧誤差増幅信号Ｅｖを出力する。

【0028】

外部特性切換回路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及び上記のホットスタート期間信号Ｔｈsを入力として、ホットスタート期間信号ＴｈsがＨｉｇｈレベル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。駆動回路ＤＶは、この誤差増幅信号Ｅａ及び上記の溶接開始信号Ｓｔを入力として、溶接開始信号ＳｔがＨｉｇｈレベルのときは、誤差増幅信号Ｅａに基づいてパルス幅変調制御を行い、駆動信号Ｄｖを出力する。これにより、溶接開始信号ＳｔがＨｉｇｈレベルになると定電圧特性となり溶接電圧Ｖｗの出力が開始される。溶接電流Ｉｗが通電を開始すると、定電流特性になり、ホットスタート期間Ｔｈの間はホットスタート電流Ｉｈが通電する。この期間が終了すると、定電圧特性になる。そして、過渡期間判別信号ＴkdがＨｉｇｈレベルになると、溶接電圧Ｖｗ及び溶接電流Ｉｗは振動波形となる。

【0029】

送給速度設定回路ＦＲは、予め定めた送給速度設定信号Ｆｒを出力する。送給速度制御設定回路ＦＣＲは、この送給速度設定信号Ｆｒ、上記の溶接開始信号Ｓｔ及び上記の電流通電判別信号Ｃｄを入力として、溶接開始信号ＳｔがＨｉｇｈレベルになると予め定めたスローダウン送給速度設定値となり、電流通電判別信号ＣｄがＨｉｇｈレベルになると送給速度設定信号Ｆｒによって定まる値となり、溶接開始信号ＳｔがＬｏｗレベルになると０となる送給速度制御設定信号Ｆcrを出力する。

【0030】

送給制御回路ＦＣは、この送給速度制御設定信号Ｆcrを入力として、この値に相当する送給速度で溶接ワイヤ１を送給するための送給制御信号Ｆｃを上記の送給モータＷＭに出力する。

【0031】

図２は、本発明の実施の形態１に係るアーク溶接方法を説明するための、図１の溶接電源における各信号のタイミングチャートである。同図（Ａ）は溶接開始信号Ｓｔの時間変化を示し、同図（Ｂ）は電圧制御設定信号Ｅcrの時間変化をしめし、同図（Ｃ）は溶接電圧Ｖｗの時間変化を示し、同図（Ｄ）は溶接電流Ｉｗの時間変化を示し、同図（Ｅ）は送給速度Ｆｗの時間変化を示し、同図（Ｆ）は電流通電判別信号Ｃｄの時間変化を示し、同図（Ｇ）は過渡期間判別信号Ｔkdの時間変化を示す。以下、同図を参照して説明する。

【0032】

同図（Ｂ）に示すように、電圧制御設定信号Ｅcrは、同図（Ｇ）に示す過渡期間判別信号Ｔkdが時刻ｔ４まではＬｏｗレベルであるので、電圧設定信号Ｅｒによって設定された一定値の状態にあり、振動波形は重畳されていない。

【0033】

時刻ｔ１において、同図（Ａ）に示すように、溶接開始信号ＳｔがＨｉｇｈレベル（開始指令）に変化すると、溶接電源は起動されて出力を開始する。この時点では溶接ワイヤ１と母材２とは離反した状態であり無負荷状態にあるので、同図（Ｃ）に示すように、溶接電圧Ｖｗは８０Ｖ程度の無負荷電圧値となる。同時に、送給が開始されるので、同図（Ｅ）に示すように、送給速度Ｆｗは遅い速度の予め定めたスローダウン送給速度となる。同図（Ｄ）に示すように、溶接電流Ｉｗは通電していない。

【0034】

時刻ｔ２において、溶接ワイヤ１が母材２と接触すると、同図（Ｃ）に示すように、溶接電圧Ｖｗは、短い期間短絡電圧値になり、アーク３の点弧に伴いアーク電圧値に急上昇する。その後、溶接電圧Ｖｗは徐々に上昇し、時刻ｔ４において定常値に収束することになる。この時刻ｔ２〜ｔ４の期間が過渡期間Ｔｋとなる。

【0035】

同時に溶接ワイヤ１が母材２と接触すると、時刻ｔ２において、同図（Ｄ）に示すように、溶接電流Ｉｗは通電を開始し、時刻ｔ３までのホットスタート期間Ｔｈ中はホットスタート電流値Ｉｈとなる。このホットスタート電流Ｉｈは４００〜６００Ａ程度に設定され、ホットスタート期間Ｔｈは５〜１０ms程度に設定される。大電流値であるホットスタート電流Ｉｈを通電することによって、溶接ワイヤ１が母材２と接触したときに速やかにアーク３を点弧させることができ、アーク長を速やかに適正値に収束させることができる。時刻ｔ３以降は、溶接電流Ｉｗは時刻ｔ４まで徐々に減少する。

【0036】

また、時刻ｔ２において、溶接電流Ｉｗが通電を開始するので、同図（Ｆ）に示すように、電流通電判別信号ＣｄはＨｉｇｈレベルに変化する。これに応動して、同図（Ｅ）に示すように、送給速度Ｆｗは傾斜を有して速くなり、時刻ｔ３の少し後に送給速度設定信号Ｆｒによって設定された定常値に収束する。

【0037】

同図（Ｆ）に示す電流通電判別信号ＣｄがＨｉｇｈレベルに変化する時刻ｔ２から予め定めた初期期間Ｔｓが経過する時刻ｔ４において、同図（Ｇ）に示すように、過渡期間判別信号ＴkdがＨｉｇｈレベルに変化する。この初期期間Ｔｓは、アークスタート時の過渡期間Ｔｋと略一致するように予め設定される。したがって、時刻ｔ２〜ｔ４の期間は、過渡期間Ｔｋであり、初期期間Ｔｓでもある。初期期間Ｔｓは、２００〜５００ms程度に設定される。

【0038】

また、過渡期間Ｔｋ中は、同図（Ｃ）に示すように、溶接電圧Ｖｗは上昇し、過渡期間Ｔｋが終了すると略一定値となる。これを利用して、溶接電圧Ｖｗの変化率（微分地ｄＶｗ／ｄｔ）を検出し、この変化率の絶対値が予め定めた基準値未満になったことを判別して、過渡期間Ｔｋの終了を判別するようにしても良い。この場合には、図１の過渡期間判別回路ＴＫＤを以下のようにすれば良い。過渡期間判別回路ＴＫＤは、電流通電判別信号Ｃｄ及び溶接電圧Ｖｗを入力として、電流通電判別信号ＣｄがＨｉｇｈレベルになると溶接電圧Ｖｗの変化率を算出し、この変化率の絶対値が予め定めた基準値未満になるとＨｉｇｈレベルに変化する過渡期間判別信号Ｔkdを出力する。

【0039】

時刻ｔ４において過渡期間判別信号ＴkdがＨｉｇｈレベルに変化すると、同図（Ｂ）に示すように、電圧制御設定信号Ｅcrは、図１の電圧制御設定回路ＥＣＲによって周期的に振動する波形となり、時刻ｔ４〜ｔ５の予め定めた第１期間Ｔ１中は電圧設定信号Ｅｒに電圧増加値設定信号Ｅurを加算した値となり、時刻ｔ５〜ｔ６の予め定めた第２期間Ｔ２中は電圧設定信号Ｅｒから電圧減少値設定信号Ｅdrを減算した値となり、時刻ｔ６〜ｔ７の予め定めた第３期間Ｔ３中は電圧設定信号Ｅｒの値となる。電圧制御設定信号Ｅcrは、時刻ｔ４〜ｔ７を１周期として繰り返される振動波形となる。ここで、Ｅｒ＞０、Ｅur＞０、Ｅdr＞０、Ｅcr＞０である。

【0040】

同図（Ｃ）に示すように、溶接電圧Ｖｗは、電圧制御設定信号Ｅcrによって設定されるので振動波形となり、時刻ｔ４〜ｔ５の第１期間Ｔ１中は、第３溶接電圧値Ｖｗ３から傾斜を有して増加して略一定値の第１溶接電圧値Ｖｗ１となり、時刻ｔ５〜ｔ６の第２期間Ｔ２中は、第１溶接電圧値Ｖｗ１から傾斜を有して減少して略一定値の第２溶接電圧値Ｖｗ２となり、時刻ｔ６〜ｔ７の第３期間Ｔ３中は、第２溶接電圧値Ｖｗ２から傾斜を有して増加して略一定値の第３溶接電圧値Ｖｗ３となる。第１溶接電圧値Ｖｗ１はＥｒ＋Ｅurによって設定され、第２溶接電圧値Ｖｗ２はＥｒ−Ｅdrによって設定され、第３溶接電圧値Ｖｗ３はＥｒによって設定される。

【0041】

同図（Ｄ）に示すように、溶接電流Ｉｗは、溶接電圧Ｖｗとアーク負荷によって定まり、溶接電圧Ｖｗが振動しているので振動波形となり、時刻ｔ４〜ｔ５の第１期間Ｔ１中は、第３溶接電流値Ｉｗ３から傾斜を有して増加して略一定値の第１溶接電流値Ｉｗ１となり、時刻ｔ５〜ｔ６の第２期間Ｔ２中は、第１溶接電流値Ｉｗ１から傾斜を有して減少して略一定値の第２溶接電流値Ｉｗ２となり、時刻ｔ６〜ｔ７の第３期間Ｔ３中は、第２溶接電流値Ｉｗ２から傾斜を有して増加して略一定値の第３溶接電流値Ｉｗ３となる。ここで、０＜Ｉｗ２＜Ｉｗ３＜Ｉｗ１である。

【0042】

同図においては、期間変化時の各傾斜は、図１のリアクトルＷＬ及び溶接ケーブルの合算インダクタンス値によって定まる値となる。電圧制御設定信号Ｅcrを三角波状、正弦波状に振動させれば、これらの傾斜を所望値に設定することもできる。

【0043】

次に、本実施の形態の作用効果について説明する。本実施の形態では、 アークスタート時の過渡状態（過渡期間Ｔｋ）が終了して定常状態に移行したことを判別した時点から、溶接電流Ｉｗの振動を開始する。過渡状態中は、溶融池が形成過程にあるので、溶接状態が安定しない状態にある。このために、過渡状態中に溶接電流Ｉｗを振動させると、スパッタの発生量が増加し、ビード外観が悪化して、溶接開始部の溶接品質が悪くなる。したがって、過渡状態が終了してから、溶接電流Ｉｗを振動させるようにしている。

【0044】

定常状態中に溶接電流Ｉｗを振動させることの作用効果は、以下の通りである。第１期間Ｔ１中は、溶接電流Ｉｗは最も大きな値である第１溶接電流値Ｉｗ１となるので、溶融池に大きなアーク圧力が作用して、溶融池はワイヤ直下が窪んだ凹形状になり、ワイヤ直下の溶融金属が薄い状態となる。第２期間Ｔ２中は、溶接電流Ｉｗは最も小さな値である第２溶接電流値Ｉｗ２となるので、アーク形状は萎んだ形状となり、アークがワイヤ直下の溶融金属が薄い状態となった部分に集中した状態となる。第３期間Ｔ３中は、溶接電流Ｉｗは溶接ワイヤの送給速度によって定まる溶接電流値と近い中間の値である第３溶接電流値Ｉｗ３となる。この第３溶接電流値Ｉｗ３を略一定値に維持することにより、第３期間Ｔ３の前半では溶融池の窪んだ部分がアークによって集中して加熱され、後半ではアーク圧力が一定であるので溶融池の窪んだ部分がなくなり穏やかな状態となる。第１期間Ｔ１に移行する時点において、溶融池が穏やかな状態になっていないと、第１期間Ｔ１中にワイヤ直下が窪んだ形状とならずに歪な形状となり、溶け込みを深くする作用効果が失われることになる。したがって、第３期間Ｔ３の終了時点において溶融池を確実に穏やかな状態にするために、第３期間Ｔ３は第１期間Ｔ１及び第２期間Ｔ２よりも長い期間に設定されることが望ましい。これらの作用効果によって、深い溶け込み形状を安定して形成することができる。

【0045】

第１溶接電流値Ｉｗ１によって、溶融池を窪んだ凹形状に変形させることができるように、第１溶接電圧値Ｖｗ１（電圧増加値設定信号Ｅur）及び第１期間Ｔ１（第１期間設定信号Ｔ1r）を設定する。また、第２溶接電流値Ｉｗ２によって、アークを萎んだ形状にしてワイヤ直下に集中させるように、第２溶接電圧値Ｖｗ２（電圧減少値設定信号Ｅdr）及び第２期間Ｔ２（第２期間設定信号Ｔ2r）を設定する。さらに、第３溶接電流値Ｉｗ３によって、窪んだ部分に集中して加熱させた後に溶融池が穏やかな状態になるように、第３溶接電圧値Ｖｗ３（電圧設定信号Ｅｒ）及び第３期間Ｔ３（第３期間設定信号Ｔ3r）を設定する。溶接電流Ｉｗが第１溶接電流値Ｉｗ１〜第３溶接電流値Ｉｗ３になるように定電流制御しないのは、アーク長を適正値に維持するためには定電圧制御する必要があるためである。したがって、間接的に溶接電流Ｉｗを設定していることになる。このために、アーク負荷状態によって、第１溶接電流値Ｉｗ１〜第３溶接電流値Ｉｗ３は少し変動することになる。

【0046】

次に、数値例を挙げることにする。溶接ワイヤにセルフシールド用フラックス入りワイヤ（材質：鋼、直径：１．６mm）を使用し、平均溶接電流が２５０Ａ、平均溶接電圧が２１Ｖで溶接した場合の数値例である。Ｔｓ＝３００ms、Ｅｒ＝２１Ｖ、Ｅur＝１０Ｖ、Ｅdr＝１０Ｖ、Ｔ1r＝２ms、Ｔ2r＝４ms、Ｔ3r＝５msである。この結果、Ｖｗ１＝３１Ｖ、Ｖｗ２＝１１Ｖ、Ｖｗ３＝２１Ｖとなり、Ｉｗ１＝４００Ａ、Ｉｗ２＝６０Ａ、Ｉｗ３＝２５０Ａとなる。

【0047】

上述した実施の形態１によれば、アークスタート時の過渡状態が終了して定常状態に移行したことを判別した時点から、溶接電流の振動を開始し、溶接電流の振動は第１期間中の第１溶接電流Ｉｗ１及び第２期間中の第２溶接電流Ｉｗ２及び第３期間中の第３溶接電流Ｉｗ３の通電の繰り返しであり、０＜Ｉｗ２＜Ｉｗ３＜Ｉｗ１である。アークスタート時の過渡状態が終了すると、溶接電流の振動を開始する。過渡状態中は溶接電流を振動させないので、溶接開始部の溶接品質が悪くなることを抑制することができる。その上で、定常状態中は溶接電流を振動させることにより、以下の作用効果を奏する。第１期間中は、溶融池に大きなアーク圧力が作用して、溶融池はワイヤ直下が窪んだ凹形状になり、ワイヤ直下の溶融金属が薄い状態となる。続く、第２期間中は、アーク形状は萎んだ形状となり、アークがワイヤ直下の溶融金属が薄い状態となった部分に集中した状態となる。続く、第３期間中は、前半では溶融池の窪んだ部分がアークによって集中して加熱され、後半ではアーク圧力が一定であるので溶融池の窪んだ部分がなくなり穏やかな状態となる。本実施の形態では、アークスタート時の過渡状態が終了してからこれらの第１期間〜第３期間を繰り返すことによって、スプレー移行溶接において、溶接開始部及び定常溶接部の溶け込みを深くして高品質化を図ることができる。

【符号の説明】

【0048】

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
ＤＶ 駆動回路
Ｄｖ 駆動信号
Ｅ 出力電圧
Ｅａ 誤差増幅信号
ＥＣＲ 電圧制御設定回路
Ｅcr 電圧制御設定信号
ＥＤ 出力電圧検出回路
Ｅｄ 出力電圧検出信号
ＥＤＲ 電圧減少値設定回路
Ｅdr 電圧減少値設定信号
ＥＩ 電流誤差増幅回路
Ｅｉ 電流誤差増幅信号
ＥＲ 電圧設定回路
Ｅｒ 電圧設定信号
ＥＵＲ 電圧増加値設定回路
Ｅur 電圧増加値設定信号
ＥＶ 電圧誤差増幅回路
Ｅｖ 電圧誤差増幅信号
ＦＣ 送給制御回路
Ｆｃ 送給制御信号
ＦＣＲ 送給速度制御設定回路
Ｆcr 送給速度制御設定信号
Ｆｒ 送給速度設定回路
Ｆｒ 送給速度設定信号
Ｆｗ 送給速度
ＩＤ 電流検出回路
Ｉｄ 電流検出信号
Ｉｈ ホットスタート電流
ＩＨＲ ホットスタート電流設定回路
Ｉhr ホットスタート電流設定信号
Ｉｗ 溶接電流
Ｉｗ１ 第１溶接電流
Ｉｗ２ 第２溶接電流
Ｉｗ３ 第３溶接電流
ＰＭ 電源主回路
ＳＴ 溶接開始回路
Ｓｔ 溶接開始信号
ＳＷ 外部特性切換回路
Ｔ１ 第１期間
Ｔ１Ｒ 第１期間設定回路
Ｔ1r 第１期間設定信号
Ｔ２ 第２期間
Ｔ２Ｒ 第２期間設定回路
Ｔ2r 第２期間設定信号
Ｔ３ 第３期間
Ｔ３Ｒ 第３期間設定回路
Ｔ3r 第３期間設定信号
ＴＨ ホットスタート期間タイマ回路
Ｔｈ ホットスタート期間
Ｔhr ホットスタート期間設定信号
Ｔｈs ホットスタート期間信号
Ｔｋ 過渡期間
ＴＫＤ 過渡期間判別回路
Ｔkd 過渡期間判別信号
Ｔｓ 初期期間
Ｖｗ 溶接電圧
Ｖｗ１ 第１溶接電圧値
Ｖｗ２ 第２溶接電圧値
Ｖｗ３ 第３溶接電圧値
ＷＬ リアクトル
ＷＭ 送給モータ

【図1】

【図2】

【図3】