特開 2023-111389 溶接システム

(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】P2023111389

(43)【公開日】2023-08-10

(54)【発明の名称】溶接システム

(51)【国際特許分類】

   B23K 9/12 20060101AFI20230803BHJP

   B23K 9/095 20060101ALI20230803BHJP

   B23K 9/09 20060101ALI20230803BHJP

【ＦＩ】

B23K9/12 301M

B23K9/095 505B

B23K9/09

【審査請求】未請求

【請求項の数】6

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022013225

(22)【出願日】2022-01-31

(71)【出願人】

【識別番号】000000262

【氏名又は名称】株式会社ダイヘン

(74)【代理人】

【識別番号】100135389

【弁理士】

【氏名又は名称】臼井 尚

(74)【代理人】

【識別番号】100168044

【弁理士】

【氏名又は名称】小淵 景太

(72)【発明者】

【氏名】宮部 浩一

【テーマコード（参考）】

4E082

【Ｆターム（参考）】

4E082AA01

4E082AA11

4E082BA04

4E082CA01

4E082DA01

4E082EE03

4E082EE07

4E082EF16

4E082FA04

(57)【要約】

【課題】フィラーワイヤがアークに接触したことを検出できる溶接システムを提供する。
【解決手段】溶接システムＡ１は、溶接ワイヤ１と溶接対象物２との間にアーク３を発生させて溶融池２１を形成し、溶融池２１にフィラーワイヤ６を挿入しながら溶接する。溶接システムＡ１は、溶接ワイヤ１と、フィラーワイヤ６と、溶接ワイヤ１に溶接用電力を供給する電源回路ＰＭと、フィラーワイヤ６と溶接対象物２との間の電圧であるフィラー電圧を検出するフィラー電圧検出回路ＶＦＤと、フィラーワイヤ６がアーク３に接触するアーク接触の有無を判定する接触判定回路ＳＤとを備える。電源回路ＰＭは、溶接ワイヤ１にピーク電流を出力するピーク期間とベース電流を出力するベース期間とを切り替える。接触判定回路ＳＤは、ピーク期間におけるフィラー電圧が閾値以上である場合に、アーク接触が発生したと判定する。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

溶接電極と溶接対象物との間にアークを発生させて溶融池を形成し、当該溶融池にフィラーワイヤを挿入しながら溶接する溶接システムであって、
前記溶接電極と、
前記フィラーワイヤと、
前記溶接電極に溶接用電力を供給する溶接電源と、
前記フィラーワイヤと前記溶接対象物との間の電圧であるフィラー電圧を検出する電圧検出部と、
前記フィラーワイヤが前記アークに接触するアーク接触の有無を判定する接触判定部と、
を備え、
前記溶接電源は、前記溶接電極に第１出力を行う第１期間と前記溶接電極に前記第１出力よりも小さい第２出力を行う第２期間とを切り替えており、
前記接触判定部は、前記第１期間におけるフィラー電圧が閾値以上である場合に、前記アーク接触が発生したと判定する、溶接システム。

【請求項2】

前記接触判定部は、前記第１期間におけるフィラー電圧の大きさに応じて、前記アーク接触の有無および前記アーク接触の度合いに応じた接触レベルを判定する、請求項１に記載の溶接システム。

【請求項3】

前記接触判定部は、前記接触レベルの判定において、前記第２期間におけるフィラー電圧の大きさに応じて、前記接触レベルを細分化する、請求項２に記載の溶接システム。

【請求項4】

前記接触判定部は、前記溶接電極と前記溶接対象物との短絡が発生した場合、当該短絡からの前記アークの復帰を検出してから一定期間、あるいは、アーク切れが発生した場合、当該アーク切れからの前記アークの復帰を検出してから一定期間は、前記接触レベルの判定を行わない、請求項２または請求項３のいずれかに記載の溶接システム。

【請求項5】

前記フィラーワイヤの位置を調整する調整部をさらに備え、
前記調整部は、前記接触レベルに応じて、前記フィラーワイヤの位置を調整する、請求項２ないし請求項４のいずれかに記載の溶接システム。

【請求項6】

前記溶接電源は、ピーク電流とベース電流とを交互に繰り返すパルス波の溶接電流を前記溶接電極に出力し、
前記ピーク電流は、前記ベース電流よりも大きい電流であり、
前記第１期間は、前記ピーク電流を出力する期間であり、
前記第２期間は、前記ベース電流を出力する期間である、請求項１ないし請求項５のいずれかに記載の溶接システム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、溶接システムに関する。

【背景技術】

【0002】

溶接電極と溶接対象物との間にアークを発生させて溶融池を形成し、その溶融池にフィラーワイヤを送給して溶接する溶接システムが知られている。例えば、特許文献１には、溶接ワイヤとフィラーワイヤとの２本のワイヤを用いる溶接システムの一例が開示されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】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】

【0004】

２本のワイヤを用いる溶接において、フィラーワイヤがアークに接触することがある。このようにフィラーワイヤがアークに接触すると、アーク熱によってフィラーワイヤが溶融する。その結果、フィラーワイヤの先端に粒径の大きい溶滴が形成される。この溶滴は、大粒のスパッタの原因となり、溶接対象物に付着し外観を悪化させる他、溶接トーチのシールドガスノズル及び給電用チップなどに付着するため、清掃作業の頻度が増え生産性の低下をもたらす。また、フィラーワイヤがアークに接触し溶融すると、フィラーワイヤが溶融池に接触しなくなる。コールドタンデム溶接の場合、フィラーワイヤが溶融池に接触しなくなると、フィラーワイヤによる溶融金属の冷却を促進する効果及び溶融金属の流れを安定化させハンピングを抑制する効果も失われる。そのため、フィラーワイヤを用いる溶接を行う際、フィラーワイヤがアークに接触することを抑制する必要がある。

【0005】

本開示は、上記事情に鑑みて考え出されたものであり、その目的は、フィラーワイヤがアークに接触したことを検出できる溶接システムを提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0006】

本開示の溶接システムは、溶接電極と溶接対象物との間にアークを発生させて溶融池を形成し、当該溶融池にフィラーワイヤを挿入しながら溶接する溶接システムであって、前記溶接電極と、前記フィラーワイヤと、前記溶接電極に溶接用電力を供給する溶接電源と、前記フィラーワイヤと前記溶接対象物との間の電圧であるフィラー電圧を検出する電圧検出部と、前記フィラーワイヤが前記アークに接触するアーク接触の有無を判定する接触判定部と、を備え、前記溶接電源は、前記溶接電極に第１出力を行う第１期間と前記溶接電極に前記第１出力よりも小さい第２出力を行う第２期間とを切り替えており、前記接触判定部は、前記第１期間におけるフィラー電圧が閾値以上である場合に、前記アーク接触が発生したと判定する。

【0007】

前記溶接システムの好ましい実施の形態において、前記接触判定部は、前記第１期間におけるフィラー電圧の大きさに応じて、前記アーク接触の有無および前記アーク接触の度合いに応じた接触レベルを判定する。

【0008】

前記溶接システムの好ましい実施の形態において、前記接触判定部は、前記接触レベルの判定において、前記第２期間におけるフィラー電圧の大きさに応じて、前記接触レベルを細分化する。

【0009】

前記溶接システムの好ましい実施の形態において、前記接触判定部は、前記溶接電極と前記溶接対象物との短絡が発生した場合、当該短絡からの前記アークの復帰を検出してから一定期間、あるいは、アーク切れが発生した場合、当該アーク切れからの前記アークの復帰を検出してから一定期間は、前記接触レベルの判定を行わない。

【0010】

前記溶接システムの好ましい実施の形態において、前記フィラーワイヤの位置を調整する調整部をさらに備え、前記調整部は、前記接触レベルに応じて、前記フィラーワイヤの位置を調整する。

【0011】

前記溶接システムの好ましい実施の形態において、前記溶接電源は、ピーク電流とベース電流とを交互に繰り返すパルス波の溶接電流を前記溶接電極に出力し、前記ピーク電流は、前記ベース電流よりも大きい電流であり、前記第１期間は、前記ピーク電流を出力する期間であり、前記第２期間は、前記ベース電流を出力する期間である。

【発明の効果】

【0012】

本開示の溶接システムによれば、フィラーワイヤがアークに接触するアーク接触の有無を判定することができる。これにより、フィラーワイヤがアークに接触したことを報知することができるので、溶接作業者は、フィラーワイヤの位置等を調整するといった対策を実施できる。従って、アーク接触を抑制できるので、良好な溶接品質を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【0013】

【図1】第１実施形態に係る溶接システムの全体構成例を示すブロック図である。

【図2】第１実施形態に係る溶接システムのピーク期間とベース期間とにおけるアークの大きさの変化を示す模式図である。

【図3】第１実施形態に係る溶接システムの接触レベルとワイヤ間距離との関係を示す模式図である。

【図4】第１実施形態に係る溶接システムの接触レベルと給電チップ距離との関係を示す模式図である。

【図5】第２実施形態に係る溶接システムの要部構成例を示すブロック図である。

【図6】第２実施形態に係る溶接システムのアーク接触判定処理を示すタイミングチャートである。

【発明を実施するための形態】

【0014】

本開示の溶接システムの好ましい実施の形態について、図面を参照して、以下に説明する。以下では、同一あるいは類似の構成要素に、同じ符号を付して、重複する説明を省略する。

【0015】

＜第１実施形態＞
図１は、第１実施形態に係る溶接システムＡ１の全体構成例を示す。溶接システムＡ１は、溶接電極（本実施形態では、後述の溶接ワイヤ１）と溶接対象物２との間にアーク３を発生させて溶融池２１を形成し、当該溶融池２１にフィラーワイヤ６を挿入しながら溶接を行う。溶接システムＡ１は、例えばパルスアーク溶接を行う。以下、図１を参照して、溶接システムＡ１の各機能ブロックについて説明する。なお、以下で説明する各機能ブロックは適宜、アナログ回路で構成してもよいしデジタル回路で構成してもよい。

【0016】

電源回路ＰＭは、３相２００Ｖ等の商用電源（図示略）を入力として、アーク３を発生させるための溶接用電力（溶接電圧Ｖｗ及び溶接電流Ｉｗ）を出力する。電源回路ＰＭは、後述の駆動信号Ｄｖに従うインバータ制御によって出力制御を行う。電源回路ＰＭの構成は、特に限定されないが、例えば、商用電源からの出力を整流する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を備えている。

【0017】

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内を送給される。溶接ワイヤ１は、電源回路ＰＭから溶接トーチ４に設けられた給電チップ（図示略）を介して給電される。溶接ワイヤ１と溶接対象物２との間には、アーク３が発生する。溶接対象物２は、例えば溶接母材と溶着金属とを含む。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内を送給される。フィラーワイヤ６は、通常アーク３によって形成された溶融池２１に挿入され、当該溶融池２１と短絡した状態で溶融される。

【0018】

溶接トーチ４とフィラーワイヤガイド７とは、駆動機構９に取り付けられている。駆動機構９は、フィラーワイヤ６を溶接方向の前後方向に移動させるためのモータを含む機構である。この機構としては、例えば、モータの回転運動を滑子クランク機構により直線運動に変換する機構、モータの回転運動をクランクと揺動梃により揺動運動に変換する機構等が用いられている。駆動機構９は、後述するワイヤ間距離設定信号Ｌｗｒを入力として、ワイヤ間距離Ｌｗを調整する。ワイヤ間距離Ｌｗは、図１に示すように、溶接ワイヤ１の先端とフィラーワイヤ６の先端との、上記溶接方向の前後方向に沿う距離である。

【0019】

溶接トーチ移動機構１０は、溶接トーチ４を溶接ワイヤ１の送給方向（上下方向）に移動させる機構である。この機構には、溶接用ロボット等が相当する。溶接トーチ移動機構１０は、駆動機構９を介して、溶接トーチ４とフィラーワイヤガイド７とを同時に、移動させる。この構成とは異なり、溶接トーチ移動機構１０は、溶接トーチ４とフィラーワイヤガイド７とを個別に移動させてもよい。溶接トーチ移動機構１０は、後述する給電チップ先端位置設定信号Ｈｒを入力として、給電チップ距離Ｌｔを調整する。給電チップ距離Ｌｔは、図１に示すように、溶接トーチ４の給電チップの先端と溶接対象物２との、上記送給方向に沿う距離である。

【0020】

溶接ワイヤ送給速度設定回路ＷＲは、予め設定された（または溶接作業者によって設定された）送給速度の設定値を溶接ワイヤ送給速度設定信号Ｗｒとして出力する。溶接ワイヤ送給制御回路ＷＣは、溶接ワイヤ送給速度設定信号Ｗｒを入力として、溶接ワイヤ送給制御信号Ｗｃを溶接ワイヤ送給モータＷＭに出力する。溶接ワイヤ送給モータＷＭは、溶接ワイヤ送給制御信号Ｗｃに従って、溶接ワイヤ１を送給する。これにより、溶接ワイヤ１は、溶接ワイヤ送給速度設定回路ＷＲに設定された送給速度で送給される。

【0021】

フィラーワイヤ送給速度設定回路ＦＲは、予め設定された（または溶接作業者によって設定された）送給速度の設定値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、フィラーワイヤ送給速度設定信号Ｆｒを入力として、フィラーワイヤ送給制御信号Ｆｃｔをフィラーワイヤ送給モータＦＭに出力する。フィラーワイヤ送給モータＦＭは、フィラーワイヤ送給制御信号Ｆｃｔに従って、フィラーワイヤ６を送給する。これにより、フィラーワイヤ６は、フィラーワイヤ送給速度設定回路ＦＲに設定された送給速度で送給される。

【0022】

溶接電圧設定回路ＶＲは、予め設定された（または溶接作業者によって設定された）溶接電圧Ｖｗの設定値を溶接電圧設定信号Ｖｒとして出力する。溶接電圧検出回路ＶＤは、溶接電圧Ｖｗを検出して、溶接電圧Ｖｗの検出値を溶接電圧検出信号Ｖｄとして出力する。平均溶接電圧算出回路ＶＡＶは、この溶接電圧検出信号Ｖｄを入力として、平均化（例えばカットオフ周波数１～１０Ｈｚ程度のローパスフィルタを通す）して、平均溶接電圧信号Ｖａｖを出力する。電圧誤差増幅回路ＥＶは、溶接電圧設定信号Ｖｒと平均溶接電圧信号Ｖａｖとの誤差を増幅して、電圧誤差増幅信号Ｅｖを出力する。

【0023】

電圧／周波数変換回路Ｖ／Ｆは、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。溶接システムＡ１は、電圧／周波数変換回路Ｖ／Ｆによって周波数変調制御を行っている。

【0024】

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、パルス周期信号Ｔｆ及び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。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。

【0025】

溶接電流検出回路ＩＤは、溶接電流Ｉｗを検出して、溶接電流Ｉｗの検出値を溶接電流検出信号Ｉｄとして出力する。ピーク電流設定回路ＩＰＲは、予め定めたピーク電流Ｉｐの値を示す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Ｉｂの値を示すベース電流設定信号Ｉｂｒを出力する。溶接電流設定回路ＩＲは、ピーク期間信号Ｔｐ、ピーク電流設定信号Ｉｐｒ及び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を溶接電流設定信号Ｉｒとして出力し、ピーク期間信号ＴｐがＬｏｗレベル（ベース期間）のときはベース電流設定信号Ｉｂｒを溶接電流設定信号Ｉｒとして出力する。電流誤差増幅回路ＥＩは、溶接電流設定信号Ｉｒと溶接電流検出信号Ｉｄとの誤差を増幅して、電流誤差増幅信号Ｅｉを出力する。駆動回路ＤＶは、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変調制御を行う。駆動回路ＤＶは、上記の電源回路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。

【0026】

溶接システムＡ１では、アーク３に入力される電流（溶接電流Ｉｗ）の大きさにより、アーク３の大きさ（幅）が変化する。図２は、（ａ）ピーク期間信号Ｔｐ、（ｂ）溶接電流Ｉｗ、及び（ｃ）アーク３の大きさ（幅Ｗ）の各変化を模式的に表している。図２（ａ），（ｂ）に示すように、溶接電流Ｉｗは、ピーク期間においてピーク電流Ｉｐとなり、ベース期間において、ベース電流Ｉｂとなるパルス波である。また、図２（ｃ）に示すように、ピーク電流Ｉｐの出力期間（ピーク期間）においては、相対的に幅Ｗが広いアーク３となり、ベース電流Ｉｂの出力期間（ベース期間）においては、相対的に幅Ｗが狭いアーク３となる。

【0027】

フィラー電圧検出回路ＶＦＤは、フィラーワイヤ６と溶接対象物２との間の電圧であるフィラー電圧Ｖｆを検出し、フィラー電圧Ｖｆの検出値をフィラー電圧検出信号Ｖｆｄとして出力する。検出切替回路ＳＷは、フィラー電圧検出信号Ｖｆｄ及びピーク期間信号Ｔｐを入力として、フィラー電圧Ｖｆをピーク期間フィラー電圧Ｖｆｐとベース期間フィラー電圧Ｖｆｂとに分けて、それぞれ検出する。ピーク期間フィラー電圧Ｖｆｐは、例えばピーク期間におけるフィラー電圧の平均値であり、ベース期間フィラー電圧Ｖｆｂは、例えばベース期間におけるフィラー電圧の平均値である。検出切替回路ＳＷは、ピーク期間フィラー電圧Ｖｆｐの検出値をピーク期間フィラー電圧検出信号Ｖｆｐｄとして出力し、ベース期間フィラー電圧Ｖｆｂの検出値をベース期間フィラー電圧検出信号Ｖｆｂｄとして出力する。

【0028】

接触判定回路ＳＤは、ピーク期間フィラー電圧検出信号Ｖｆｐｄ及びベース期間フィラー電圧検出信号Ｖｆｂｄを入力として、フィラーワイヤ６がアーク３に接触するアーク接触の有無を判定する。本実施形態では、接触判定回路ＳＤは、アーク接触の有無及びアーク接触の度合いに応じた接触レベルを判定する。接触レベルは、第１ないし第４レベルを含む。接触判定回路ＳＤは、判定した接触レベルに応じて、例えば第１ないし第４レベルの４段階に切り替わる接触判定信号Ｓｄ１を出力する。

【0029】

図３は、第１ないし第４レベルの各接触レベルにおけるフィラーワイヤ６とアーク３との位置関係を表した模式図である。図３（ａ）～（ｄ）では、ピーク期間におけるアーク３の状態を示しており、理解の便宜上、ベース期間におけるアーク３の状態をハッチングにより示している。

【0030】

第１レベルは、図３（ａ）に示すように、アーク接触が発生せず、フィラーワイヤ６が溶融池２１に挿入されている状態である。つまり、第１レベルでは、フィラーワイヤ６とアーク３との位置関係（距離）が適正である。なお、フィラーワイヤ６が溶融池２１に挿入されている状態では、フィラーワイヤ６は、溶融池２１を介して溶接対象物２に短絡しているため、フィラー電圧Ｖｆは０Ｖである。接触判定回路ＳＤは、ピーク期間フィラー電圧Ｖｆｐがピーク期間第１閾値Ｖｆｐ１未満であり（Ｖｆｐ＜Ｖｆｐ１）、且つ、ベース期間フィラー電圧Ｖｆｂがベース期間第１閾値Ｖｆｂ１未満であるとき（Ｖｆｂ＜Ｖｆｂ１）、接触レベルが第１レベルであると判定する。ピーク期間第１閾値Ｖｆｐ１は、ピーク期間において、フィラーワイヤ６が溶融池２１に挿入されているか否かを（つまり、フィラーワイヤ６が溶融池２１を介して溶接対象物２に短絡しているか否かを）判別するための閾値であり、ベース期間第１閾値Ｖｆｂ１は、ベース期間において、フィラーワイヤ６が溶融池２１に挿入されているか否かを（つまり、フィラーワイヤ６が溶融池２１を介して溶接対象物２に短絡しているか否かを）判別するための閾値である。

【0031】

第２レベルは、図３（ｂ）に示すように、アーク接触が発生した状態であって、フィラーワイヤ６が微かに溶融池２１から離れている。第２レベルにおけるアーク接触では、フィラーワイヤ６は、ピーク期間中、アーク３のアーク柱の先端部分（溶接ワイヤ１の送給方向前方側）に接触するが、ベース期間中は、フィラーワイヤ６は、アーク３に接触しない。接触判定回路ＳＤは、ピーク期間フィラー電圧Ｖｆｐがピーク期間第１閾値Ｖｆｐ１以上ピーク期間第２閾値Ｖｆｐ２未満であり（Ｖｆｐ１≦Ｖｆｐ＜Ｖｆｐ２）、且つ、ベース期間フィラー電圧Ｖｆｂがベース期間第１閾値Ｖｆｂ１未満であるとき（Ｖｆｂ＜Ｖｆｂ１）、接触レベルが第２レベルであると判定する。

【0032】

第３レベルは、図３（ｃ）に示すように、アーク接触が発生した状態であって、フィラーワイヤ６が溶融池２１から離れている。第３レベルにおけるアーク接触では、フィラーワイヤ６は、ピーク期間中、アーク３のアーク柱の中間部分（溶接ワイヤ１の送給方向中間部分）に接触し、ベース期間中も、アーク３に接触する。接触判定回路ＳＤは、ピーク期間フィラー電圧Ｖｆｐがピーク期間第１閾値Ｖｆｐ１以上ピーク期間第２閾値Ｖｆｐ２未満であり（Ｖｆｐ１≦Ｖｆｐ＜Ｖｆｐ２）、且つ、ベース期間フィラー電圧Ｖｆｂがベース期間第１閾値Ｖｆｂ１以上ベース期間第２閾値Ｖｆｂ２未満であるとき（Ｖｆｂ１≦Ｖｆｂ＜Ｖｆｂ２）、接触レベルが第３レベルであると判定する。

【0033】

第４レベルは、図３（ｄ）に示すように、アーク接触が発生した状態であって、フィラーワイヤ６が溶融池２１から大きく離れている。第４レベルにおけるアーク接触では、フィラーワイヤ６は、ピーク期間中及びベース期間中の両方において、アーク３のアーク柱の基端部分（溶接ワイヤ１の送給方向後方側）に接触する。なお、第４レベルは、フィラーワイヤ６が溶接ワイヤ１に接触している状態も含む。接触判定回路ＳＤは、ピーク期間フィラー電圧Ｖｆｐがピーク期間第２閾値Ｖｆｐ２以上であり（Ｖｆｐ２≦Ｖｆｐ）、且つ、ベース期間フィラー電圧Ｖｆｂがベース期間第２閾値Ｖｆｂ２以上であるとき（Ｖｆｂ２≦Ｖｆｂ）、接触レベルが第４レベルであると判定する。

【0034】

例えば、溶接電流Ｉｗのピーク電流Ｉｐが５００Ａであり、溶接電圧Ｖｗのピーク電圧Ｖｐが５０Ｖである例において、ピーク期間第１閾値Ｖｆｐ１は２Ｖであり、ベース期間第１閾値Ｖｆｂ１は５Ｖであり、ピーク期間第２閾値Ｖｆｐ２及びベース期間第２閾値Ｖｆｂ２はそれぞれ２０Ｖである。なお、ピーク期間第１閾値Ｖｆｐ１、ピーク期間第２閾値Ｖｆｐ２、ベース期間第１閾値Ｖｆｂ１及びベース期間第２閾値Ｖｆｂ２の値は、上記数値例に限定されない。これらの各閾値は、アーク長（溶接対象物２と溶接ワイヤ１先端との距離）とアーク電圧との関係、溶接電流Ｉｗ及び溶接電圧Ｖｗなどに基づいて適宜変更されうる。

【0035】

接触判定回路ＳＤは、以上のように、アーク接触の有無及びアーク接触の度合いに応じた接触レベルを判定する。このとき、接触判定回路ＳＤは、接触レベルが第１レベルである場合に、アーク接触が発生していないと判定し、第２ないし第４レベルである場合に、アーク接触が発生していると判定する。よって、接触判定回路ＳＤは、ピーク期間フィラー電圧Ｖｆｐがピーク期間第１閾値Ｖｆｐ１以上となったとき（Ｖｆｐ１≦Ｖｆｐ）、アーク接触が発生していると判定していると言える。

【0036】

警告回路ＡＲは、接触判定信号Ｓｄ１を入力として、接触レベルが第２レベルないし第４レベルの場合（つまりアーク接触が発生している場合）に、異常灯の点燈（または点滅）及びアラーム音を鳴らす等の警報を発する。このとき、接触レベルが第２レベルと第３レベルと第４レベルとで、異常灯の点燈色を変えたり、異常灯の点滅速度を変えたり、アラーム音を変えたり、アラーム音の音量を変えたりしてもよい。

【0037】

ワイヤ間距離設定回路ＬＷＲは、接触判定信号Ｓｄ１を入力として、ワイヤ間距離設定信号Ｌｗｒを出力する。ワイヤ間距離設定信号Ｌｗｒは、例えばワイヤ間距離Ｌｗの調整量を示す信号であって、接触レベルが第１レベルから第４レベルになるほど、予め設定された初期値から所定値だけ大きくなる。例えば、図３を参照して、第１レベル時のワイヤ間距離ＬｗをＬｗ１、第２レベル時のワイヤ間距離ＬｗをＬｗ２（＜Ｌｗ１）、第３レベル時のワイヤ間距離ＬｗをＬｗ３（＜Ｌｗ２）、第４レベル時のワイヤ間距離ＬｗをＬｗ４（＜Ｌｗ３）とした場合において、ワイヤ間距離設定信号Ｌｗｒは、次のような出力信号となる。ワイヤ間距離設定回路ＬＷＲは、接触レベルが第１レベルであると、現在のワイヤ間距離Ｌｗ１を維持するために、予め設定された初期値となるワイヤ間距離設定信号Ｌｗｒ（例えばゼロ）を出力する。接触レベルが第２レベルであると、現在のワイヤ間距離Ｌｗ２をＬｗ１にするために、予め設定された初期値から１段階大きくしたワイヤ間距離設定信号Ｌｗｒ（例えばＬｗ１－Ｌｗ２）を出力する。接触レベルが第３レベルであると、現在のワイヤ間距離Ｌｗ３をＬｗ１にするために、予め設定された初期値から２段階大きくしたワイヤ間距離設定信号Ｌｗｒ（例えばＬｗ１－Ｌｗ３）を出力する。接触レベルが第４レベルであると、現在のワイヤ間距離Ｌｗ４をＬｗ１にするために、予め設定された初期値から３段階大きくしたワイヤ間距離設定信号Ｌｗｒ（例えばＬｗ１－Ｌｗ４）を出力する。これにより、接触判定回路ＳＤによって接触レベル２～４と判定された場合、駆動機構９によって、ワイヤ間距離Ｌｗが調整され、フィラーワイヤ６が図３（ｂ）～（ｄ）の二点鎖線で示す位置（図３（ａ）と同じ接触レベル１と判定される位置）となる。なお、ワイヤ間距離設定信号Ｌｗｒは、ワイヤ間距離Ｌｗの調整量を示す信号ではなく、ワイヤ間距離Ｌｗの絶対値（溶接ワイヤ１の先端に対するフィラーワイヤの先端の相対値）を示す信号であってもよい。

【0038】

給電チップ先端位置設定回路ＨＲは、接触判定信号Ｓｄ１を入力として、給電チップ先端位置設定信号Ｈｒを出力する。給電チップ先端位置設定信号Ｈｒは、例えば給電チップ距離Ｌｔの調整量を示す信号であって、接触レベルが第１レベルから第４レベルになるほど、予め設定された初期値から所定値だけ大きくなる。例えば、図４を参照して、第１レベル時の給電チップ距離ＬｔをＬｔ１、第２レベル時の給電チップ距離ＬｔをＬｔ２（＞Ｌｔ１）、第３レベル時の給電チップ距離ＬｔをＬｔ３（＞Ｌｔ２）、第４レベル時の給電チップ距離ＬｔをＬｔ４（＜Ｌｔ３）とした場合において、給電チップ先端位置設定信号Ｈｒは、次のような出力信号となる。それは、給電チップ先端位置設定回路ＨＲは、接触レベルが第１レベルであると、現在の給電チップ距離Ｌｔ１を維持するために、予め設定された初期値となる給電チップ先端位置設定信号Ｈｒ（例えばゼロ）を出力する。接触レベルが第２レベルであると、現在の給電チップ距離Ｌｔ２をＬｔ１にするために、予め設定された初期値から１段階大きくした給電チップ先端位置設定信号Ｈｒ（例えばＬｔ２－Ｌｔ１）を出力する。接触レベルが第３レベルであると、現在の給電チップ距離Ｌｔ３をＬｔ１にするために、予め設定された初期値から２段階大きくした給電チップ先端位置設定信号Ｈｒ（例えばＬｔ３－Ｌｔ１）を出力する。接触レベルが第４レベルであると、現在の給電チップ距離Ｌｔ４をＬｔ１にするために、予め設定された初期値から３段階大きくした給電チップ先端位置設定信号Ｈｒ（例えばＬｔ４－Ｌｔ１）を出力する。これにより、接触判定回路ＳＤによって接触レベル２～４と判定された場合、溶接トーチ移動機構１０によって、給電チップ距離Ｌｔ４が調整され、溶接トーチ４（及びフィラーワイヤガイド７）が図４（ａ）と同じ接触レベル１と判定される位置となる。なお、給電チップ先端位置設定信号Ｈｒは、給電チップ距離Ｌｔの調整量を示す信号ではなく、給電チップ距離Ｌｔの絶対値（溶接対象物２に対する溶接トーチ４の給電チップの先端の相対値）を示す信号であってもよい。

【0039】

溶接システムＡ１においては、接触判定信号Ｓｄ１によって、ワイヤ間距離設定信号Ｌｗｒ及び給電チップ先端位置設定信号Ｈｒが共に変化してもよいし、どちらか一方だけ変化してもよい。なお、図３は、接触判定信号Ｓｄ１によって、ワイヤ間距離設定信号Ｌｗｒのみを変化させた例を示し、図４は、接触判定信号Ｓｄ１によって、給電チップ先端位置設定信号Ｈｒのみを変化させた例を示している。

【0040】

溶接システムＡ１の作用及び効果は、次の通りである。

【0041】

溶接システムＡ１では、接触判定回路ＳＤは、アーク接触の有無及びアーク接触の度合いに応じた接触レベルを判定しており、接触レベルが第２ないし第４レベルであれば、アーク接触が発生していると判定する。つまり、接触判定回路ＳＤは、ピーク期間におけるフィラー電圧（ピーク期間フィラー電圧Ｖｆｐ）がピーク期間第１閾値Ｖｆｐ１以上である場合に、アーク接触が発生していると判定する。この構成によると、溶接システムＡ１は、アーク接触が発生した場合に、その旨を警告することができる。従って、溶接作業者は、この警告によって溶接不良が生じた虞があることを認識することができるので、ワイヤ間距離Ｌｗ及び給電チップ距離Ｌｔを調整する等のアーク接触を解消する対策を実施することが可能となる。つまり、フィラーワイヤ６がアーク３に接触することが抑制されるので、良好な溶接品質を得ることが可能となる。

【0042】

溶接システムＡ１では、接触判定回路ＳＤは、アーク接触の有無及びアーク接触の度合いに応じて、第１ないし第４レベルの接触レベルを判定する。この構成によれば、アーク接触の度合いに応じて、警報を変化させることができる。これにより、溶接作業者は、警報の違いによってアーク接触の度合いを知ることができるので、フィラーワイヤ６の位置補正を迅速に行うことができる。

【0043】

溶接システムＡ１では、接触レベルに応じて、ワイヤ間距離Ｌｗ及び（または）給電チップ距離Ｌｔが調整されるので、フィラーワイヤ６とアーク３との位置関係が調整される。この構成によれば、溶接作業者は、手動でワイヤ間距離Ｌｗ及び給電チップ距離Ｌｔなどを調整する必要がない。また、溶接システムＡ１は、接触レベルに応じて、ワイヤ間距離Ｌｗ及び（または）給電チップ距離Ｌｔの調整量を変えるので、フィラーワイヤ６の位置補正制御の応答性を高めることができる。

【0044】

第１実施形態に係る溶接システムＡ１において、接触判定回路ＳＤは、ピーク期間フィラー電圧Ｖｆｐとベース期間フィラー電圧Ｖｆｂとの組み合わせにより、接触レベルを判定するのではなく、ピーク期間フィラー電圧Ｖｆｐによって、接触レベルを判定してもよい。例えば、接触判定回路ＳＤは、ピーク期間フィラー電圧Ｖｆｐがピーク期間第１閾値Ｖｆｐ１未満であれば（Ｖｆｐ＜Ｖｆｐ１）、アーク接触が発生していない状態を示す第１レベル（上記実施形態の第１レベル）と判定し、ピーク期間フィラー電圧Ｖｆｐがピーク期間第１閾値Ｖｆｐ１以上ピーク期間第２閾値Ｖｆｐ２未満であれば（Ｖｆｐ１≦Ｖｆｐ＜Ｖｆｐ２）、アーク接触が発生している状態を示す第２レベル（上記実施形態の第２レベルと第３レベルとを統合したレベル）と判定し、ピーク期間フィラー電圧Ｖｆｐがピーク期間第２閾値Ｖｆｐ２以上であれば（Ｖｆｐ２≦Ｖｆｐ）、フィラーワイヤ６がほぼ溶接ワイヤ１に接触した状態を示す第３レベル（上記実施形態の第４レベル）と判定する。

【0045】

第１実施形態に係る溶接システムＡ１において、溶接ワイヤ１と溶接対象物２との短絡を検出した場合には、当該短絡からのアーク３の復帰を検出してから一定期間、アーク接触の接触レベルの判定を無効化する機能を追加してもよい。なお、溶接ワイヤ１と溶接対象物２との短絡及び短絡からのアーク３の復帰は、例えば溶接電圧検出信号Ｖｄ（溶接電圧検出回路ＶＤの出力）または溶接電流検出信号Ｉｄ（溶接電流検出回路ＩＤの出力）により検出されうる。このような機能を追加することで、ピーク期間において、溶接ワイヤ１と溶接対象物２との短絡が発生した場合の、アーク接触の接触レベルの誤検出（誤判定）を抑制することができる。なお、接触判定回路ＳＤは、接触レベルの判定を無効化する期間において、アーク接触の有無を継続して判定してもよい。

【0046】

第１実施形態に係る溶接システムＡ１において、溶接ワイヤ１と溶接対象物２とのアーク切れを検出した場合には、当該アーク切れからのアーク３の復帰を検出してから一定期間、アーク接触の接触レベルの判定を無効化する機能を追加してもよい。なお、アーク切れからのアーク３の復帰は、例えば溶接電圧検出信号Ｖｄ（溶接電圧検出回路ＶＤの出力）または溶接電流検出信号Ｉｄ（溶接電流検出回路ＩＤの出力）により検出されうる。このような機能を追加することで、アークが消弧しアーク電圧がなくなった場合の、アーク接触の接触レベルの誤検出（誤判定）を抑制することができる。なお、接触判定回路ＳＤは、接触レベルの判定を無効化する期間において、アーク接触の有無を継続して判定してもよい。

【0047】

＜第２実施形態＞
図５は、第２実施形態に係る溶接システムＡ２の構成例を示している。溶接システムＡ２は、溶接システムＡ１と比較して、次の点で異なる。第１に、検出切替回路ＳＷを備えていない。第２に、接触判定回路ＳＤの処理が異なる。溶接システムＡ２の他の機能ブロックは、特段の断りがない限り、溶接システムＡ１と同様である。なお、図５では、溶接システムＡ２の主要な機能ブロックを抽出したものであり、溶接システムＡ１と共通する一部の機能ブロックを省略している。

【0048】

溶接システムＡ２において、接触判定回路ＳＤは、フィラー電圧検出信号Ｖｆｄ及びピーク期間信号Ｔｐを入力として、ピーク期間におけるフィラー電圧Ｖｆが接触判定閾値Ｖｆｔｈ以上であるときにＨｉｇｈレベルとなり、当該接触判定閾値Ｖｆｔｈ未満であるときにＬｏｗレベルとなる接触判定信号Ｓｄ２を出力する。接触判定閾値Ｖｆｔｈは、例えば接触判定回路ＳＤに予め設定されていてもよいし、溶接作業者によって設定されてもよい。また、接触判定回路ＳＤは、ベース期間においては、アーク接触の有無の判定を行わず（無効化し）、直前のピーク期間の接触判定信号Ｓｄ２を保持する（アーク接触の判定を無効化する）。

【0049】

図６は、溶接システムＡ２において、アーク接触の有無を判定する様子を示している。図６は、（ａ）溶接電流Ｉｗ、（ｂ）ピーク期間信号Ｔｐ、（ｃ）フィラー電圧Ｖｆ、（ｄ）接触判定信号Ｓｄ２、及び（ｅ）アーク３とフィラーワイヤ６との位置関係の各変化をそれぞれ示している。なお、図６は、初期段階（第１実施形態における接触レベルが第２レベル）のアーク接触が発生している場合であって、ワイヤ間距離設定回路ＬＷＲ及び給電チップ先端位置設定回路ＨＲによってアーク接触を抑制する処理は行わないものとする。

【0050】

図６に示すように、１つ目の１パルス期間（１つ目のピーク期間及び１つ目のベース期間）では、アーク接触が発生していないので、フィラー電圧Ｖｆは０Ｖである。つまり、フィラー電圧Ｖｆは、接触判定閾値Ｖｆｔｈを超えていないので、接触判定信号Ｓｄ２はＬｏｗレベルである。その後、アーク接触が発生し、２つ目のピーク期間において、フィラー電圧Ｖｆが上昇し、接触判定閾値Ｖｆｔｈを超える。このため、接触判定信号Ｓｄ２がＨｉｇｈレベルとなる。つまり、接触判定回路ＳＤによって、アーク接触が発生したと判定される。なお、上述の通り、図６に示す例では、発生するアーク接触は初期段階であるので、ベース期間ではアーク３の幅Ｗが狭くなり、フィラーワイヤ６がアーク３に接触しない。そのため、２つ目のピーク期間後のベース期間において、フィラー電圧Ｖｆは上昇しない。しかしながら、溶接システムＡ２の接触判定回路ＳＤは、ベース期間の接触判定を無効化し、直前のピーク期間の接触判定信号Ｓｄ２を保持するため、２つ目のピーク期間後のベース期間においては、Ｈｉｇｈレベルの接触判定信号Ｓｄ２を出力する。なお、第１実施形態における接触レベルが第３レベルまたは第４レベルの状態では、ベース期間においてもアーク接触が発生することになる。この場合も、溶接システムＡ２の接触判定回路ＳＤは、ピーク期間中の判定によりＨｉｇｈレベルの接触判定信号Ｓｄ２の出力を保持する。

【0051】

溶接システムＡ２の作用及び効果は、次の通りである。

【0052】

溶接システムＡ２では、接触判定回路ＳＤは、ピーク期間におけるフィラー電圧に応じてアーク接触の有無を判定しており、ピーク期間におけるフィラー電圧Ｖｆが接触判定閾値Ｖｆｔｈ以上であれば、アーク接触が発生していると判定する。この構成によると、溶接システムＡ２は、溶接システムＡ１と同様に、アーク接触が発生した旨を警告することができる。つまり、溶接システムＡ２は、溶接システムＡ１と同様に、フィラーワイヤ６がアーク３に接触することが抑制されるので、良好な溶接品質を得ることが可能となる。

【0053】

溶接システムＡ２では、フィラー電圧Ｖｆがベース期間において接触判定閾値Ｖｆｔｈ以上となってもアーク接触が発生したと判定しない。つまり、接触判定回路ＳＤは、ピーク期間におけるフィラー電圧Ｖｆのみを対象として、アーク接触の有無を判定する。この構成によると、溶接システムＡ２は、ベース期間のフィラー電圧Ｖｆ（ベース期間フィラー電圧Ｖｆｂ）をデマルチプレクサ回路（あるいは当該回路に相当するデジタル処理）により時分割でサンプリングする必要がないので、シンプルなシステム構成で、アーク接触の有無を判定できる。また、溶接システムＡ２は、実用上重要となる上記第２レベル（フィラーワイヤ６が少しだけアーク３にかかった状態）の検出において、溶接システムＡ１と同等のアーク接触に対する感度が得られる。

【0054】

第２実施形態に係る溶接システムＡ２において、接触判定回路ＳＤは、単位時間当たりの出力パルス数Ｎｐに対する接触判定閾値Ｖｆｔｈを超えたパルス数Ｎｉの割合（Ｎｉ／Ｎｐ）を計算し、当該割合が所定の割合を超えた場合に、アーク接触が発生したと判定してもよい。これにより、当該変形例に係る接触判定回路ＳＤは、当該割合に応じた接触判定信号を出力することができる。

【0055】

第２実施形態に関わる溶接システムＡ２において、接触判定回路ＳＤは、ピーク期間中のフィラー電圧Ｖｆ（ピーク期間フィラー電圧Ｖｆｐ）を積分し、積分値が所定の閾値を超えた場合にアーク接触が発生したと判定してもよい。この場合、積分値はパルス周期毎にリセットされる。また、フィラー電圧の積分値はフィラーワイヤ６がアーク３中に接近するにつれて増加するため、積分値に応じたレベルの接触判定信号を出力することができる。このような積分値に応じたレベルの接触判定信号を出力する溶接システムでは、たとえば上記第２レベルの接触レベルを細分化したレベルを判定することが可能となる。このような変形例に係る溶接システムにおいて、接触判定回路ＳＤは、溶接システムＡ１の接触判定回路ＳＤと同様に、溶接ワイヤ１と溶接対象物２との短絡開放から一定期間、アーク接触のレベル判定を無効化する不感帯を設けてもよい。また、このような変形例に係る溶接システムにおいて、接触判定回路ＳＤは、溶接システムＡ１の接触判定回路ＳＤと同様に、アーク切れからのアーク３の復帰を検出してから一定期間、アーク接触のレベル判定を無効化する不感帯を設けてもよい。

【0056】

第１実施形態及び第２実施形態に係る各溶接システムＡ１，Ａ２において、各機能ブロックの構成は、技術的な矛盾を生じない範囲において相互に組み合わせ可能である。例えば、接触判定回路ＳＤは、アーク接触の有無を第２実施形態と同様に判定し、アーク接触の度合いを第１実施形態と同様に判定してもよい。

【0057】

第１実施形態及び第２実施形態に係る各溶接システムＡ１，Ａ２において、溶接ワイヤ１の代わりに、非消耗電極（例えばタングステン棒）を用いてもよい。つまり、本開示の溶接システムで用いる溶接電極は、消耗電極であるか非消耗電極であるかは、何ら限定されない。また、第１実施形態及び第２実施形態に係る各溶接システムＡ１，Ａ２は、溶接電極（溶接ワイヤ１）の極性が正極である構成であってもよいし、負極である構成であってもよいし、正極と負極とを交互に繰り返す構成であってもよい。例えば、各溶接システムＡ１，Ａ２は、溶接電源（電源回路ＰＭなど）から溶接電極（溶接ワイヤ１）への出力電流波形が正弦波（例えばピーク期間における振幅がベース期間における振幅よりも大きい正弦波）となる構成であってもよい。

【0058】

第１実施形態及び第２実施形態に係る各溶接システムＡ１，Ａ２では、パルスアーク溶接を行う例を示したが、これに限定されず、溶接電極（溶接ワイヤ１）に第１出力を行う期間と、第１出力よりも小さい第２出力を行う期間がある他の溶接手法においても適用可能である。また、第１実施形態及び第２実施形態に係る各溶接システムＡ１，Ａ２において、第１出力を行う第１期間（ピーク期間）及び第２出力を行う第２期間（ベース期間）に追加して、溶接電源（溶接ワイヤ１）に第２出力より小さい第３出力を行う第３期間が含まれてもよい。つまり、本開示の溶接システムは、電源回路（溶接電源）からの出力を２段階に切り替える構成に限定されない。

【0059】

本開示に係る溶接システムは、上記した実施形態に限定されるものではない。本開示の溶接システムの各部の具体的な構成は、種々に設計変更自在である。

【符号の説明】

【0060】

Ａ１，Ａ２：溶接システム、１：溶接ワイヤ、２：溶接対象物、３：アーク、６：フィラーワイヤ、９：駆動機構、１０：溶接トーチ移動機構、２１：溶融池、ＩＲ：溶接電流設定回路、Ｉｂ：ベース電流、Ｉｐ：ピーク電流、Ｉｗ：溶接電流、ＰＭ：電源回路、ＳＤ：接触判定回路、ＳＷ：検出切替回路、ＴＰＲ：ピーク期間設定回路、Ｔｐ：ピーク期間信号、ＶＦＤ：フィラー電圧検出回路、Ｖｆ：フィラー電圧、Ｖｆｂ：ベース期間フィラー電圧、Ｖｆｐ：ピーク期間フィラー電圧、Ｖｆｐ１：ピーク期間第１閾値、Ｖｆｔｈ：接触判定閾値

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】