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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】P2022185999
(43)【公開日】2022-12-15
(54)【発明の名称】アーク溶接装置
(51)【国際特許分類】
B23K 9/09 20060101AFI20221208BHJP
B23K 9/073 20060101ALI20221208BHJP
【ＦＩ】
B23K9/09
B23K9/073 545
【審査請求】未請求
【請求項の数】3
【出願形態】ＯＬ
(21)【出願番号】P 2021093983
(22)【出願日】2021-06-04
(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】馬塲 勇人
(72)【発明者】
【氏名】中俣 利昭
【テーマコード（参考）】
4E082
【Ｆターム（参考）】
4E082AA01
4E082EA11
4E082EB11
4E082EC03
4E082EE07
(57)【要約】
【課題】くびれ検出制御を搭載したアーク溶接装置において、前進角であっても、スパッタの発生を少なくすること。
【解決手段】短絡期間になると溶接電流Ｉｗを増加させ、ピーク値に達するとその値を維持するように溶接電流Ｉｗを制御する電流制御設定部ＩＣＲと、くびれ検出信号Ｎｄを出力するくびれ検出部ＮＤと、溶接ワイヤ１と母材２との間に溶接電圧Ｖｗ及び溶接電流Ｉｗを供給して短絡期間とアーク期間とを繰り返すと共に、短絡期間中にくびれ検出信号Ｎｄが入力されると溶接電流Ｉｗを減少させてアーク期間に移行させる電力制御部ＰＭと、を備えたアーク溶接装置において、ピーク値が通電するピーク期間は、第１ピーク値Ｉｐ１ｒが通電する第１ピーク期間と第２ピーク値Ｉｐ２ｒが通電する第２ピーク期間とから形成され、第１ピーク値Ｉｐ１ｒは第２ピーク値Ｉｐ２ｒよりも大きな値である。
【選択図】 図１
【解決手段】短絡期間になると溶接電流Ｉｗを増加させ、ピーク値に達するとその値を維持するように溶接電流Ｉｗを制御する電流制御設定部ＩＣＲと、くびれ検出信号Ｎｄを出力するくびれ検出部ＮＤと、溶接ワイヤ１と母材２との間に溶接電圧Ｖｗ及び溶接電流Ｉｗを供給して短絡期間とアーク期間とを繰り返すと共に、短絡期間中にくびれ検出信号Ｎｄが入力されると溶接電流Ｉｗを減少させてアーク期間に移行させる電力制御部ＰＭと、を備えたアーク溶接装置において、ピーク値が通電するピーク期間は、第１ピーク値Ｉｐ１ｒが通電する第１ピーク期間と第２ピーク値Ｉｐ２ｒが通電する第２ピーク期間とから形成され、第１ピーク値Ｉｐ１ｒは第２ピーク値Ｉｐ２ｒよりも大きな値である。
【選択図】 図１
【特許請求の範囲】
【請求項1】
溶接ワイヤを送給する送給モータと、
前記溶接ワイヤと母材との間が短絡期間にあることを判別して短絡判別信号を出力する短絡判別部と、
前記短絡判別信号を入力として短絡期間になると溶接電流を増加させ、ピーク値に達するとその値を維持するように前記溶接電流を制御する電流制御設定部と、
前記短絡判別信号を入力として前記短絡期間中にアークが再発生する前兆現象である溶滴のくびれを検出してくびれ検出信号を出力するくびれ検出部と、
前記溶接ワイヤと前記母材との間に溶接電圧及び前記溶接電流を供給して前記短絡期間とアーク期間とを繰り返すと共に、前記短絡期間中に前記くびれ検出信号が入力されると前記溶接電流を減少させて前記アーク期間に移行させる電力制御部と、
を備えたアーク溶接装置において、
前記ピーク値が通電するピーク期間は、第１ピーク値が通電する第１ピーク期間と第２ピーク値が通電する第２ピーク期間とから形成され、前記第１ピーク値は前記第２ピーク値よりも大きな値である、
ことを特徴とするアーク溶接装置。
前記溶接ワイヤと母材との間が短絡期間にあることを判別して短絡判別信号を出力する短絡判別部と、
前記短絡判別信号を入力として短絡期間になると溶接電流を増加させ、ピーク値に達するとその値を維持するように前記溶接電流を制御する電流制御設定部と、
前記短絡判別信号を入力として前記短絡期間中にアークが再発生する前兆現象である溶滴のくびれを検出してくびれ検出信号を出力するくびれ検出部と、
前記溶接ワイヤと前記母材との間に溶接電圧及び前記溶接電流を供給して前記短絡期間とアーク期間とを繰り返すと共に、前記短絡期間中に前記くびれ検出信号が入力されると前記溶接電流を減少させて前記アーク期間に移行させる電力制御部と、
を備えたアーク溶接装置において、
前記ピーク値が通電するピーク期間は、第１ピーク値が通電する第１ピーク期間と第２ピーク値が通電する第２ピーク期間とから形成され、前記第１ピーク値は前記第２ピーク値よりも大きな値である、
ことを特徴とするアーク溶接装置。
【請求項2】
前記短絡判別信号を入力として所定周期ごとに平均短絡時間を算出して平均短絡時間算出信号を出力する平均短絡時間算出部を備え、
前記電流制御設定部は、前記平均短絡時間算出信号に基づいて前記第１ピーク期間から前記第２ピーク期間へと移行させる、
ことを特徴とする請求項１に記載のアーク溶接装置。
前記電流制御設定部は、前記平均短絡時間算出信号に基づいて前記第１ピーク期間から前記第２ピーク期間へと移行させる、
ことを特徴とする請求項１に記載のアーク溶接装置。
【請求項3】
前記電流制御設定部は、前記第１ピーク期間の経過時間が所定値に達すると前記第２ピーク期間へと移行させる、
ことを特徴とする請求項１に記載のアーク溶接装置。
ことを特徴とする請求項１に記載のアーク溶接装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、短絡期間中にアークが再発生する前兆現象である溶滴のくびれを検出して溶接電流を減少させて溶接するアーク溶接装置に関するものである。
【背景技術】
【0002】
溶接ワイヤと母材との間で短絡期間とアーク期間とを繰り返し、短絡期間中にアークが再発生する前兆現象である溶滴のくびれを検出し、くびれを検出すると溶接電流を減少させてアークを再発生させる消耗電極アーク溶接のくびれ検出制御方法が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0003】
【特許文献1】特許第５８５１７９８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
従来技術の消耗電極アーク溶接のくびれ検出制御方法においては、短絡期間中にくびれ検出制御によってアーク再発生時の溶接電流の値が小さくなるために、スパッタ発生量が非常に少なくなり、溶融池の振動が小さくなりビード外観が良好になる。しかし、溶接トーチが前進角になるとスパッタ発生量が増加するという問題がある。
【0005】
そこで、本発明では、溶接トーチが前進角であっても、スパッタ発生量を少なくすることができるアーク溶接装置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】
【0006】
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送給モータと、
前記溶接ワイヤと母材との間が短絡期間にあることを判別して短絡判別信号を出力する短絡判別部と、
前記短絡判別信号を入力として短絡期間になると溶接電流を増加させ、ピーク値に達するとその値を維持するように前記溶接電流を制御する電流制御設定部と、
前記短絡判別信号を入力として前記短絡期間中にアークが再発生する前兆現象である溶滴のくびれを検出してくびれ検出信号を出力するくびれ検出部と、
前記溶接ワイヤと前記母材との間に溶接電圧及び前記溶接電流を供給して前記短絡期間とアーク期間とを繰り返すと共に、前記短絡期間中に前記くびれ検出信号が入力されると前記溶接電流を減少させて前記アーク期間に移行させる電力制御部と、
を備えたアーク溶接装置において、
前記ピーク値が通電するピーク期間は、第１ピーク値が通電する第１ピーク期間と第２ピーク値が通電する第２ピーク期間とから形成され、前記第１ピーク値は前記第２ピーク値よりも大きな値である、
ことを特徴とするアーク溶接装置である。
溶接ワイヤを送給する送給モータと、
前記溶接ワイヤと母材との間が短絡期間にあることを判別して短絡判別信号を出力する短絡判別部と、
前記短絡判別信号を入力として短絡期間になると溶接電流を増加させ、ピーク値に達するとその値を維持するように前記溶接電流を制御する電流制御設定部と、
前記短絡判別信号を入力として前記短絡期間中にアークが再発生する前兆現象である溶滴のくびれを検出してくびれ検出信号を出力するくびれ検出部と、
前記溶接ワイヤと前記母材との間に溶接電圧及び前記溶接電流を供給して前記短絡期間とアーク期間とを繰り返すと共に、前記短絡期間中に前記くびれ検出信号が入力されると前記溶接電流を減少させて前記アーク期間に移行させる電力制御部と、
を備えたアーク溶接装置において、
前記ピーク値が通電するピーク期間は、第１ピーク値が通電する第１ピーク期間と第２ピーク値が通電する第２ピーク期間とから形成され、前記第１ピーク値は前記第２ピーク値よりも大きな値である、
ことを特徴とするアーク溶接装置である。
【0007】
請求項２の発明は、
前記短絡判別信号を入力として所定周期ごとに平均短絡時間を算出して平均短絡時間算出信号を出力する平均短絡時間算出部を備え、
前記電流制御設定部は、前記平均短絡時間算出信号に基づいて前記第１ピーク期間から前記第２ピーク期間へと移行させる、
ことを特徴とする請求項１に記載のアーク溶接装置である。
前記短絡判別信号を入力として所定周期ごとに平均短絡時間を算出して平均短絡時間算出信号を出力する平均短絡時間算出部を備え、
前記電流制御設定部は、前記平均短絡時間算出信号に基づいて前記第１ピーク期間から前記第２ピーク期間へと移行させる、
ことを特徴とする請求項１に記載のアーク溶接装置である。
【0008】
請求項３の発明は、
前記電流制御設定部は、前記第１ピーク期間の経過時間が所定値に達すると前記第２ピーク期間へと移行させる、
ことを特徴とする請求項１に記載のアーク溶接装置である。
前記電流制御設定部は、前記第１ピーク期間の経過時間が所定値に達すると前記第２ピーク期間へと移行させる、
ことを特徴とする請求項１に記載のアーク溶接装置である。
【発明の効果】
【0009】
本発明に係るアーク溶接装置によれば、溶接トーチが前進角であっても、スパッタ発生量を少なくすることができる。
【図面の簡単な説明】
【0010】
【発明を実施するための形態】
【0011】
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。
【0012】
図１は、本発明の実施の形態に係る消耗電極アーク溶接のくびれ検出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。
【0013】
電力制御回路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。この電力制御回路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、誤差増幅信号Ｅａを入力としてパルス幅変調制御を行う変調回路、パルス幅変調制御信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インバータ駆動回路を備えている。
【0014】
減流抵抗器Ｒは、上記の電力制御回路ＰＭ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、短絡負荷（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。このために、くびれ検出制御によって減流抵抗器Ｒが通電路に挿入されると、溶接電源内の直流リアクトル及び外部ケーブルのリアクトルに蓄積されたエネルギーが急放電される。トランジスタＴＲは、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。
【0015】
溶接ワイヤ１は、送給モータＦＤ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が印加し、溶接電流Ｉｗが通電する。
【0016】
溶接電流検出回路ＩＤは、上記の溶接電流Ｉｗを検出して、溶接電流検出信号Ｉｄを出力する。
【0017】
溶接電圧検出回路ＶＤは、上記の溶接電圧Ｖｗを検出して、溶接電圧検出信号Ｖｄを出力する。
【0018】
短絡判別回路ＳＤは、上記の溶接電圧検出信号Ｖｄを入力として、この値が予め定めた短絡／アーク判別値Ｖta（１０Ｖ程度）未満であるときは短絡期間にあると判別してＨｉｇｈレベルとなり、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。
【0019】
くびれ検出基準値設定回路ＶＴＮは、予め定めたくびれ検出基準値信号Ｖtnを出力する。溶接法、送給速度、溶接ワイヤ１の材質、直径等の溶接条件に応じて、このくびれ検出基準値信号Ｖtnの値は適正値に設定される。
【0020】
くびれ検出回路ＮＤは、上記のくびれ検出基準値信号Ｖtn、上記の短絡判別信号Ｓｄ、上記の溶接電圧検出信号Ｖｄ及び上記の溶接電流検出信号Ｉｄを入力として、短絡判別信号ＳｄがＨｉｇｈレベル（短絡期間）であるときの溶接電圧検出信号Ｖｄの電圧上昇値がくびれ検出基準値信号Ｖtnの値に達した時点でくびれが形成されたと判別して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、短絡期間中の溶接電圧検出信号Ｖｄの微分値がそれに対応したくびれ検出基準値信号Ｖtnの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、溶接電圧検出信号Ｖｄの値を溶接電流検出信号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くびれ検出基準値信号Ｖtnの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。
【0021】
平均短絡時間算出回路ＴＳＡ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(短絡期間)である短絡時間を所定周期にわたって移動平均して、平均短絡時間算出信号Ｔsaを出力する。上記の所定周期は、短絡が発生する周期であり、３～１０周期程度に設定される。したがって、短絡が発生するごとに、その直前の所定周期の短絡時間の平均値が算出される。
【0022】
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。
【0023】
電流比較回路ＣＭは、上記の低レベル電流設定信号Ｉlr及び上記の溶接電流検出信号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。
【0024】
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はくびれ検出信号ＮｄがＨｉｇｈレベルになると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、短絡負荷を通電する溶接電流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。この結果、溶接電流Ｉｗは、低レベル電流設定信号Ｉlrの値を維持する。
【0025】
第１ピーク値設定回路ＩＰ１Ｒは、予め定めた第１ピーク値設定信号Ｉp1rを出力する。第２ピーク値設定回路ＩＰ２Ｒは、予め定めた第２ピーク値設定信号Ｉp2rを出力する。ここで、Ｉp1r＞Ｉp2rに設定される。
【0026】
第１ピーク期間設定回路ＴＰ１Ｒは、予め定めた第１ピーク期間設定信号Ｔp1rを出力する。
【0027】
電流制御設定回路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、上記のくびれ検出信号Ｎｄ、上記の平均短絡時間算出信号Ｔsa、上記の第１ピーク値設定信号Ｉp1r、上記の第２ピーク値設定信号Ｉp2r及び上記の第１ピーク期間設定信号Ｔp1rを入力として、以下の処理を行い、電流制御設定信号Ｉcr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る電流制御設定信号Ｉcrを出力する。
２）その後の電流上昇期間中は、上記の初期電流設定値から予め定めた短絡時傾斜で上昇する電流制御設定信号Ｉcrを出力する。
３その後に）電流制御設定信号Ｉcrの値が第１ピーク値設定信号Ｉp1rの値に達すると、第１ピーク期間Ｔp1に移行し、第１ピーク値設定信号Ｉp1rの値となる電流制御設定信号Ｉcrを出力する。
４）その後に、
ａ）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平均短絡時間算出信号Ｔsaの値から所定時間を減算した値に達した時点、又は、
ｂ）第１ピーク期間Ｔp1の経過時間が第１ピーク期間設定信号Ｔp1rの値に達した時点において、
第２ピーク期間Ｔp2に移行し、第２ピーク値設定信号Ｉp2rの値となる電流制御設定信号Ｉcrを出力する。
５）その後に、くびれ検出信号ＮｄがＨｉｇｈレベル（くびれ検出）に変化すると、低レベル電流設定信号Ｉlrの値となる電流制御設定信号Ｉcrを出力する。
６）短絡判別信号ＳｄがＬｏｗレベル（アーク期間）に変化して予め定めた遅延期間Ｔｄが経過した時点から、電流制御設定信号Ｉcrを、予め定めたアーク時傾斜で予め定めた高レベル電流設定値まで上昇させ、その値を維持する。
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る電流制御設定信号Ｉcrを出力する。
２）その後の電流上昇期間中は、上記の初期電流設定値から予め定めた短絡時傾斜で上昇する電流制御設定信号Ｉcrを出力する。
３その後に）電流制御設定信号Ｉcrの値が第１ピーク値設定信号Ｉp1rの値に達すると、第１ピーク期間Ｔp1に移行し、第１ピーク値設定信号Ｉp1rの値となる電流制御設定信号Ｉcrを出力する。
４）その後に、
ａ）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平均短絡時間算出信号Ｔsaの値から所定時間を減算した値に達した時点、又は、
ｂ）第１ピーク期間Ｔp1の経過時間が第１ピーク期間設定信号Ｔp1rの値に達した時点において、
第２ピーク期間Ｔp2に移行し、第２ピーク値設定信号Ｉp2rの値となる電流制御設定信号Ｉcrを出力する。
５）その後に、くびれ検出信号ＮｄがＨｉｇｈレベル（くびれ検出）に変化すると、低レベル電流設定信号Ｉlrの値となる電流制御設定信号Ｉcrを出力する。
６）短絡判別信号ＳｄがＬｏｗレベル（アーク期間）に変化して予め定めた遅延期間Ｔｄが経過した時点から、電流制御設定信号Ｉcrを、予め定めたアーク時傾斜で予め定めた高レベル電流設定値まで上昇させ、その値を維持する。
【0028】
電流誤差増幅回路ＥＩは、上記の電流制御設定信号Ｉcr（＋）と上記の溶接電流検出信号Ｉｄ（－）との誤差を増幅して、電流誤差増幅信号Ｅｉを出力する。
【0029】
電圧設定回路ＶＲは、アーク期間中の溶接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。電圧誤差増幅回路ＥＶは、この電圧設定信号Ｖｒ及び上記の溶接電圧検出信号Ｖｄを入力として、電圧設定信号Ｖｒ（＋）と溶接電圧検出信号Ｖｄ（－）との誤差を増幅して電圧誤差増幅信号Ｅｖを出力する。
【0030】
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）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及び上記の高電流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として出力し、それ以外の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。この回路により、短絡期間＋遅延期間Ｔｄ＋高電流期間中は定電流制御となり、それ以外のアーク期間中は定電圧制御となる。
【0031】
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。送給制御回路ＦＣは、この送給速度設定信号Ｆｒを入力として、この設定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ＦＤに出力する。
【0032】
図２は、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）は溶接電流Ｉｗの時間変化を示し、同図（Ｂ）は溶接電圧Ｖｗの時間変化を示し、同図（Ｃ）はくびれ検出信号Ｎｄの時間変化を示し、同図（Ｄ）は駆動信号Ｄｒの時間変化を示し、同図（Ｅ）は短絡判別信号Ｓｄ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。
【0033】
（１）時刻ｔ１の短絡発生から時刻ｔ２のくびれ検出信号ＮｄがＨｉｇｈレベルとなるまでの動作
時刻ｔ１において溶接ワイヤ１が母材２と接触すると短絡期間になり、同図（Ｂ）に示すように、溶接電圧Ｖｗは数Ｖ程度の短絡電圧値に急減する。この溶接電圧Ｖｗが短絡／アーク判別値Ｖta未満になったことを判別して、同図（Ｅ）に示すように、短絡判別信号ＳｄはＬｏｗレベルからＨｉｇｈレベルに変化する。同図（Ａ）に示すように、図１の電流制御設定信号Ｉcrによって設定される溶接電流Ｉｗは、時刻ｔ１においてアーク期間の溶接電流値から減少し、時刻ｔ１～ｔ１１の予め定めた初期期間中は予め定めた初期電流値となり、時刻ｔ１１～ｔ１２の電流上昇期間中は予め定めた短絡時傾斜で上昇し、時刻ｔ１２～ｔ１３の第１ピーク期間Ｔp1中は予め定めた第１ピーク値Ｉp1となり、時刻ｔ１３～ｔ２の第２ピーク期間Ｔp2中は予め定めた第２ピーク値Ｉp2となる。第１ピーク値Ｉp1は図１の第１ピーク値設定信号Ｉp1rによって設定され、第２ピーク値Ｉp2は図１の第２ピーク値設定信号Ｉp2rによって設定される。Ｉp1＞Ｉp2であり、その差分は少なくとも５０Ａ以上であり、５０～１５０Ａ程度の範囲である。
時刻ｔ１において溶接ワイヤ１が母材２と接触すると短絡期間になり、同図（Ｂ）に示すように、溶接電圧Ｖｗは数Ｖ程度の短絡電圧値に急減する。この溶接電圧Ｖｗが短絡／アーク判別値Ｖta未満になったことを判別して、同図（Ｅ）に示すように、短絡判別信号ＳｄはＬｏｗレベルからＨｉｇｈレベルに変化する。同図（Ａ）に示すように、図１の電流制御設定信号Ｉcrによって設定される溶接電流Ｉｗは、時刻ｔ１においてアーク期間の溶接電流値から減少し、時刻ｔ１～ｔ１１の予め定めた初期期間中は予め定めた初期電流値となり、時刻ｔ１１～ｔ１２の電流上昇期間中は予め定めた短絡時傾斜で上昇し、時刻ｔ１２～ｔ１３の第１ピーク期間Ｔp1中は予め定めた第１ピーク値Ｉp1となり、時刻ｔ１３～ｔ２の第２ピーク期間Ｔp2中は予め定めた第２ピーク値Ｉp2となる。第１ピーク値Ｉp1は図１の第１ピーク値設定信号Ｉp1rによって設定され、第２ピーク値Ｉp2は図１の第２ピーク値設定信号Ｉp2rによって設定される。Ｉp1＞Ｉp2であり、その差分は少なくとも５０Ａ以上であり、５０～１５０Ａ程度の範囲である。
【0034】
第１ピーク期間Ｔp1から第２ピーク期間Ｔp2への移行タイミングは、以下の２つの方法から一つが選択されて実施される。
ａ）図１の平均短絡時間算出回路ＴＳＡによって、短絡が発生するごとに、それ以前の所定回数の短絡時間を移動平均して平均短絡時間算出信号Ｔsaが出力される。そして、時刻ｔ１に短絡判別信号ＳｄがＨｉｇｈレベルに変化した時点からの経過時間が平均短絡時間算出信号Ｔsaの値から所定時間を減算した値に達した時点において、第２ピーク期間Ｔp2に移行させる。所定時間は、例えば１ms程度に設定される。この値は、時刻ｔ２～ｔ３のくびれ検出信号ＮｄがＨｉｇｈレベルに変化した時点からアークが再発生するまでのくびれ時間は０．５ms程度となるのが適正であり、第２ピーク期間Ｔp2は０．５ms程度となるのが適正であるからである。
ａ）図１の平均短絡時間算出回路ＴＳＡによって、短絡が発生するごとに、それ以前の所定回数の短絡時間を移動平均して平均短絡時間算出信号Ｔsaが出力される。そして、時刻ｔ１に短絡判別信号ＳｄがＨｉｇｈレベルに変化した時点からの経過時間が平均短絡時間算出信号Ｔsaの値から所定時間を減算した値に達した時点において、第２ピーク期間Ｔp2に移行させる。所定時間は、例えば１ms程度に設定される。この値は、時刻ｔ２～ｔ３のくびれ検出信号ＮｄがＨｉｇｈレベルに変化した時点からアークが再発生するまでのくびれ時間は０．５ms程度となるのが適正であり、第２ピーク期間Ｔp2は０．５ms程度となるのが適正であるからである。
【0035】
ｂ）時刻ｔ１２からの第１ピーク期間Ｔp1の経過時間が、図１の第１ピーク期間設定信号Ｔp1rの値に達した時点において、第２ピーク期間Ｔp2に移行させる。第１ピーク期間設定信号Ｔp1rの値は、例えば０．５msに設定される。この値に設定すれば、第２ピーク期間Ｔp2は０．５ms程度となった時点でくびれ検出信号ＮｄがＨｉｇｈレベルとなり、それから０．５ms程度でアークが再発生することになる。
【0036】
同図（Ｃ）に示すように、くびれ検出信号Ｎｄは、後述する時刻ｔ２～ｔ３の期間はＨｉｇｈレベルとなり、それ以外の期間はＬｏｗレベルとなる。同図（Ｄ）に示すように、駆動信号Ｄｒは、後述する時刻ｔ２～ｔ２１の期間はＬｏｗレベルとなり、それ以外の期間はＨｉｇｈレベルとなる。したがって、同図において時刻ｔ２以前の期間中は、駆動信号ＤｒはＨｉｇｈレベルとなり、図２のトランジスタＴＲがオン状態となるので、減流抵抗器Ｒは短絡されて通常の消耗電極アーク溶接電源と同一の状態となる。例えば、上記の初期期間は０．５ms程度であり、初期電流値は５０Ａ程度である。短絡時傾斜は２６０Ａ／ms程度であり、電流上昇期間は１．５ms程度である。第１ピーク期間Ｔp1は０．５ms程度であり、第１ピーク値Ｉp1は４４０Ａ程度である。第２ピーク期間Ｔp2は０．５ms程度であり、第２ピーク値Ｉp2は３４０Ａ程度である。
【0037】
同図（Ｂ）に示すように、溶接電圧Ｖｗは、第２ピーク期間Ｔp2となる時刻ｔ１３あたりから上昇する。これは、溶滴にくびれが次第に形成されるためである。時刻ｔ１３からの期間がくびれを検出する期間となる。この期間においては、同図（Ａ）に示すように、溶接電流Ｉｗは第２ピーク値Ｉp2で一定値である。
【0038】
（２）時刻ｔ２のくびれ検出信号ＮｄがＨｉｇｈレベルに変化した時点から時刻ｔ３のアーク再発生時点までの動作
時刻ｔ２において、同図（Ｂ）に示すように、溶接電圧Ｖｗが上昇して初期期間中の電圧値からの電圧上昇値ΔＶが予め定めたくびれ検出基準値Ｖtnと等しくなったことによってくびれを検出すると、同図（Ｃ）に示すように、くびれ検出信号ＮｄはＨｉｇｈレベルに変化する。これに応動して、同図（Ｄ）に示すように、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はオフ状態となり減流抵抗器Ｒが通電路に挿入される。このために、同図（Ａ）に示すように、溶接電流Ｉｗはピーク電流値から急減する。そして、時刻ｔ２１において、溶接電流Ｉｗが低レベル電流設定信号Ｉlrで設定される低レベル電流値Ｉｌまで減少すると、同図（Ｄ）に示すように、駆動信号ＤｒはＨｉｇｈレベルに戻るので、図１のトランジスタＴＲはオン状態となり減流抵抗器Ｒは短絡される。この結果、同図（Ａ）に示すように、溶接電流Ｉｗは、時刻ｔ２１からアークが再発生する時刻ｔ３まで低レベル電流値Ｉｌを維持する。したがって、トランジスタＴＲは、時刻ｔ２にくびれ検出信号ＮｄがＨｉｇｈレベルに変化してから時刻ｔ２１に溶接電流Ｉｗが低レベル電流値Ｉｌに減少するまでの期間のみオフ状態となる。同図（Ｂ）に示すように、溶接電圧Ｖｗは、溶接電流Ｉｗが小さくなるので時刻ｔ２から一旦減少し、その後に急上昇する。
時刻ｔ２において、同図（Ｂ）に示すように、溶接電圧Ｖｗが上昇して初期期間中の電圧値からの電圧上昇値ΔＶが予め定めたくびれ検出基準値Ｖtnと等しくなったことによってくびれを検出すると、同図（Ｃ）に示すように、くびれ検出信号ＮｄはＨｉｇｈレベルに変化する。これに応動して、同図（Ｄ）に示すように、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はオフ状態となり減流抵抗器Ｒが通電路に挿入される。このために、同図（Ａ）に示すように、溶接電流Ｉｗはピーク電流値から急減する。そして、時刻ｔ２１において、溶接電流Ｉｗが低レベル電流設定信号Ｉlrで設定される低レベル電流値Ｉｌまで減少すると、同図（Ｄ）に示すように、駆動信号ＤｒはＨｉｇｈレベルに戻るので、図１のトランジスタＴＲはオン状態となり減流抵抗器Ｒは短絡される。この結果、同図（Ａ）に示すように、溶接電流Ｉｗは、時刻ｔ２１からアークが再発生する時刻ｔ３まで低レベル電流値Ｉｌを維持する。したがって、トランジスタＴＲは、時刻ｔ２にくびれ検出信号ＮｄがＨｉｇｈレベルに変化してから時刻ｔ２１に溶接電流Ｉｗが低レベル電流値Ｉｌに減少するまでの期間のみオフ状態となる。同図（Ｂ）に示すように、溶接電圧Ｖｗは、溶接電流Ｉｗが小さくなるので時刻ｔ２から一旦減少し、その後に急上昇する。
【0039】
（３）時刻ｔ３のアーク再発生から遅延期間Ｔｄが経過して時刻ｔ４の高電流期間が終了するまでの動作
時刻ｔ３においてアーク３が再発生すると、同図（Ｂ）に示すように、溶接電圧Ｖｗの値は短絡／アーク判別値Ｖta以上となり、同図（Ｅ）に示すように、短絡判別信号ＳｄはＬｏｗレベルに変化する。時刻ｔ３～ｔ３１の期間が予め定めた遅延期間Ｔｄとなり、時刻ｔ３１～ｔ４の期間が予め定めた高電流期間となる。時刻ｔ３にアークが再発生してから遅延期間Ｔｄ及び高電流期間が経過する時刻ｔ４まで溶接電源は定電流制御されているので、同図（Ａ）に示すように、溶接電流Ｉｗは、時刻ｔ３～ｔ３１の遅延期間Ｔｄ中は低レベル電流値Ｉｌとなり、時刻ｔ３１からはアーク時傾斜で上昇し、高レベル電流値に達するとその値を時刻ｔ４まで維持する。同図（Ｂ）に示すように、溶接電圧Ｖｗは、時刻ｔ３～ｔ３１の遅延期間Ｔｄ中はアーク電圧値となり、時刻ｔ３１～ｔ４の高電流期間中はそれよりも大の高レベル電圧値となる。時刻ｔ３にアークが再発生するので、同図（Ｃ）に示すくびれ検出信号ＮｄはＬｏｗレベルに戻る。例えば、上記の遅延期間Ｔｄは０．１ms程度であり、上記のアーク時傾斜は３００Ａ／ms程度であり、上記の高レベル電流値は３５０Ａ程度であり、上記の高電流期間は１．５ms程度である。
時刻ｔ３においてアーク３が再発生すると、同図（Ｂ）に示すように、溶接電圧Ｖｗの値は短絡／アーク判別値Ｖta以上となり、同図（Ｅ）に示すように、短絡判別信号ＳｄはＬｏｗレベルに変化する。時刻ｔ３～ｔ３１の期間が予め定めた遅延期間Ｔｄとなり、時刻ｔ３１～ｔ４の期間が予め定めた高電流期間となる。時刻ｔ３にアークが再発生してから遅延期間Ｔｄ及び高電流期間が経過する時刻ｔ４まで溶接電源は定電流制御されているので、同図（Ａ）に示すように、溶接電流Ｉｗは、時刻ｔ３～ｔ３１の遅延期間Ｔｄ中は低レベル電流値Ｉｌとなり、時刻ｔ３１からはアーク時傾斜で上昇し、高レベル電流値に達するとその値を時刻ｔ４まで維持する。同図（Ｂ）に示すように、溶接電圧Ｖｗは、時刻ｔ３～ｔ３１の遅延期間Ｔｄ中はアーク電圧値となり、時刻ｔ３１～ｔ４の高電流期間中はそれよりも大の高レベル電圧値となる。時刻ｔ３にアークが再発生するので、同図（Ｃ）に示すくびれ検出信号ＮｄはＬｏｗレベルに戻る。例えば、上記の遅延期間Ｔｄは０．１ms程度であり、上記のアーク時傾斜は３００Ａ／ms程度であり、上記の高レベル電流値は３５０Ａ程度であり、上記の高電流期間は１．５ms程度である。
【0040】
（４）時刻ｔ４の高電流終了時点から時刻ｔ５の次の短絡発生までのアーク期間の動作
時刻ｔ４において高電流期間が終了すると、溶接電源は定電流制御から定電圧制御へと切り換えられる。このために、同図（Ａ）に示すように、溶接電流Ｉｗは高レベル電流値から次第に減少する。同様に、同図（Ｂ）に示すように、溶接電圧Ｖｗは高レベル電圧値から次第に減少する。
時刻ｔ４において高電流期間が終了すると、溶接電源は定電流制御から定電圧制御へと切り換えられる。このために、同図（Ａ）に示すように、溶接電流Ｉｗは高レベル電流値から次第に減少する。同様に、同図（Ｂ）に示すように、溶接電圧Ｖｗは高レベル電圧値から次第に減少する。
【0041】
上述した実施の形態によれば、ピーク値が通電するピーク期間は、第１ピーク値が通電する第１ピーク期間と第２ピーク値が通電する第２ピーク期間とから形成され、第１ピーク値は第２ピーク値よりも大きな値である。そして、第２ピーク期間中にくびれの検出が行われる。このように、第１ピーク値を第２ピーク値よりも大きな値に設定することによって、溶滴に作用するピンチ力を強くすることができるので、短絡期間が適正値よりも長くなり、溶接状態が不安定になることを抑制することができる。その上で、第２ピーク値を小さくすることによって、溶滴に作用するアーク力を弱めることができるので、溶接トーチが前進角であってもスパッタの発生を少なくすることができる。従来技術のように、ピーク値を一定値として、その値を小さくすると、前進角であるときのスパッタ発生は少なくすることができるが、短絡期間が適正値よりも長くなり、溶接状態が不安定になる。本実施の形態では、上述したように、前進角であっても、短絡期間が長くなることを抑制しつつ、スパッタの発生を少なくすることができる。
【0042】
さらに好ましくは、本実施の形態によれば、短絡判別信号を入力として所定周期ごとに平均短絡時間を算出して平均短絡時間算出信号を出力する平均短絡時間算出部を備え、電流制御設定部は、平均短絡時間算出信号に基づいて第１ピーク期間から第２ピーク期間へと移行させる。このようにすると、第１ピーク期間から第２ピーク期間への移行タイミングを適正化することができるので、さらに溶接状態を安定化することができる。
【0043】
さらに好ましくは、本実施の形態によれば、電流制御設定部は、第１ピーク期間の経過時間が所定値に達すると第２ピーク期間へと移行させる。このようにすると、第１ピーク期間から第２ピーク期間への移行タイミングを適正化することができるので、さらに溶接状態を安定化することができる。
【符号の説明】
【0044】
1 溶接ワイヤ
2 母材
3 アーク
4 溶接トーチ
ＣＭ 電流比較回路
Ｃｍ 電流比較信号
ＤＲ 駆動回路
Ｄｒ 駆動信号
Ｅａ 誤差増幅信号
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 送給制御回路
Ｆｃ 送給制御信号
ＦＤ 送給モータ
ＦＲ 送給速度設定回路
Ｆｒ 送給速度設定信号
ＩＣＲ 電流制御設定回路
Ｉcr 電流制御設定信号
ＩＤ 溶接電流検出回路
Ｉｄ 溶接電流検出信号
Ｉｌ 低レベル電流値
ＩＬＲ 低レベル電流設定回路
Ｉlr 低レベル電流設定信号
Ｉp1 第１ピーク値
ＩＰ１Ｒ 第１ピーク値設定回路
Ｉp1r 第１ピーク値設定信号
Ｉp2 第２ピーク値
ＩＰ２Ｒ 第２ピーク値設定回路
Ｉp2r 第２ピーク値設定信号
Ｉｗ 溶接電流
ＮＤ くびれ検出回路
Ｎｄ くびれ検出信号
ＰＭ 電力制御回路
Ｒ 減流抵抗器
ＳＤ 短絡判別回路
Ｓｄ 短絡判別信号
ＳＷ 制御切換回路
Ｔｄ 遅延期間
Ｔp1 第１ピーク期間
ＴＰ１Ｒ 第１ピーク期間設定回路
Ｔp1r 第１ピーク期間設定信号
Ｔp2 第２ピーク期間
ＴＲ トランジスタ
ＴＳＡ 平均短絡時間算出回路
Ｔsa 平均短絡時間算出信号
ＶＤ 溶接電圧検出回路
Ｖｄ 溶接電圧検出信号
ＶＲ 電圧設定回路
Ｖｒ 電圧設定信号
Ｖta 短絡／アーク判別値
ＶＴＮ くびれ検出基準値設定回路
Ｖtn くびれ検出基準値（信号）
Ｖｗ 溶接電圧
ΔＶ 電圧上昇値
2 母材
3 アーク
4 溶接トーチ
ＣＭ 電流比較回路
Ｃｍ 電流比較信号
ＤＲ 駆動回路
Ｄｒ 駆動信号
Ｅａ 誤差増幅信号
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 送給制御回路
Ｆｃ 送給制御信号
ＦＤ 送給モータ
ＦＲ 送給速度設定回路
Ｆｒ 送給速度設定信号
ＩＣＲ 電流制御設定回路
Ｉcr 電流制御設定信号
ＩＤ 溶接電流検出回路
Ｉｄ 溶接電流検出信号
Ｉｌ 低レベル電流値
ＩＬＲ 低レベル電流設定回路
Ｉlr 低レベル電流設定信号
Ｉp1 第１ピーク値
ＩＰ１Ｒ 第１ピーク値設定回路
Ｉp1r 第１ピーク値設定信号
Ｉp2 第２ピーク値
ＩＰ２Ｒ 第２ピーク値設定回路
Ｉp2r 第２ピーク値設定信号
Ｉｗ 溶接電流
ＮＤ くびれ検出回路
Ｎｄ くびれ検出信号
ＰＭ 電力制御回路
Ｒ 減流抵抗器
ＳＤ 短絡判別回路
Ｓｄ 短絡判別信号
ＳＷ 制御切換回路
Ｔｄ 遅延期間
Ｔp1 第１ピーク期間
ＴＰ１Ｒ 第１ピーク期間設定回路
Ｔp1r 第１ピーク期間設定信号
Ｔp2 第２ピーク期間
ＴＲ トランジスタ
ＴＳＡ 平均短絡時間算出回路
Ｔsa 平均短絡時間算出信号
ＶＤ 溶接電圧検出回路
Ｖｄ 溶接電圧検出信号
ＶＲ 電圧設定回路
Ｖｒ 電圧設定信号
Ｖta 短絡／アーク判別値
ＶＴＮ くびれ検出基準値設定回路
Ｖtn くびれ検出基準値（信号）
Ｖｗ 溶接電圧
ΔＶ 電圧上昇値
【図1】
【図2】