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  • 特開-アーク溶接制御方法 図1
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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】P2023122465
(43)【公開日】2023-09-01
(54)【発明の名称】アーク溶接制御方法
(51)【国際特許分類】
   B23K 9/073 20060101AFI20230825BHJP
   B23K 9/12 20060101ALI20230825BHJP
   B23K 9/09 20060101ALN20230825BHJP
【FI】
B23K9/073 530
B23K9/073 545
B23K9/12 305
B23K9/09
【審査請求】未請求
【請求項の数】5
【出願形態】OL
(21)【出願番号】P 2022026195
(22)【出願日】2022-02-22
(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)】
4E082
【Fターム(参考)】
4E082AA01
4E082AB01
4E082BA02
4E082DA01
4E082EB26
4E082EE01
4E082EE03
4E082EE07
(57)【要約】
【課題】消耗電極アーク溶接において、溶接継手部に大きなギャップを有する薄板に対して、高品質な溶接を行うこと。
【解決手段】溶接ワイヤを送給し、短絡期間とアーク期間とを繰り返し、アーク期間は、時刻t4~t61の第1アーク期間Ta1とそれに続く時刻t61~t62の第2アーク期間Ta2とを備えており、第1アーク期間Ta1は定電流制御によって溶接電流を通電し、第2アーク期間Ta2は定電圧制御によって溶接電流を通電して溶接するアーク溶接制御方法において、第1アーク期間Ta1を電極プラス極性とし、それ以外の期間は電極マイナス極性とする。第1アーク期間が開始された時点又はそれから遅延させた時点で電極マイナス極性から電極プラス極性に切り換える。
【選択図】 図2
【特許請求の範囲】
【請求項1】
溶接ワイヤを送給し、短絡期間とアーク期間とを繰り返し、
前記アーク期間は第1アーク期間とそれに続く第2アーク期間とを備えており、前記第1アーク期間は定電流制御によって溶接電流を通電し、前記第2アーク期間は定電圧制御によって前記溶接電流を通電して溶接するアーク溶接制御方法において、
前記第2アーク期間を電極プラス極性とし、それ以外の期間は電極マイナス極性とする、
ことを特徴とするアーク溶接制御方法。
【請求項2】
前記第1アーク期間が開始された時点又はそれから遅延させた時点で前記電極プラス極性に切り換える、
ことを特徴とする請求項1に記載のアーク溶接制御方法。
【請求項3】
前記短絡期間の途中で前記電極プラス極性に切り換える、
ことを特徴とする請求項1に記載のアーク溶接制御方法。
【請求項4】
極性を切り換えるときは、前記溶接電流の絶対値が基準値以下の状態で行う、
ことを特徴とする請求項1~3のいずれか1項に記載のアーク溶接制御方法。
【請求項5】
前記溶接ワイヤを前記短絡期間中は逆送し、前記アーク期間中は正送する、
ことを特徴とする請求項1~4のいずれか1項に記載のアーク溶接制御方法。
【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て行うアーク溶接制御方法に関するものである。
【背景技術】
【0002】
母材への入熱を小さくして薄板を高品質に溶接するために特許文献1、2等の発明が慣用されている。
特許文献1に係る交流パルスアーク溶接方法では、溶接ワイヤを送給し、電極プラス極性期間中のピーク電流及びベース電流の通電と、電極マイナス極性期間中の電極マイナス極性電流の通電とを1周期として繰り返すことによって溶接が行われる。この交流パルスアーク溶接では、電極マイナス極性期間を調整することによって、1周期に占める電極マイナス極性期間の時間比率である電極マイナス極性比率を変化させて、母材への入熱を制御することができる。このために、低入熱溶接が可能となり、高品質な薄板溶接を行うことができる。
【0003】
特許文献2に係る溶接方法では、溶接ワイヤを送給し、パルスアーク溶接を行う期間と短絡移行アーク溶接を行う期間とを交互に切り換えて溶接が行われる。この溶接方法では、パルスアーク溶接の期間と短絡移行アーク溶接の期間との比率を調整することによって、母材への入熱制御を行うことができる。このために、低入熱溶接が可能となり、高品質な薄板溶接を行うことができる
【先行技術文献】
【特許文献】
【0004】
【特許文献1】国際公開WO2018/079345号公報
【特許文献2】特開2021-53649号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
薄板溶接において、溶接継手部にギャップがある場合には、溶け込み部を小さくし、余盛り部を大きくした希釈率の小さなビード形状を形成する必要がある。しかし、特許文献1、2等の従来技術の溶接方法では、大きなギャップを有する薄板を高品質に溶接することは困難であった。
【0006】
そこで、本発明では、溶接継手部に大きなギャップを有する薄板に対して、高品質な溶接を行うことができるアーク溶接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】
【0007】
上述した課題を解決するために、請求項1の発明は、
溶接ワイヤを送給し、短絡期間とアーク期間とを繰り返し、
前記アーク期間は第1アーク期間とそれに続く第2アーク期間とを備えており、前記第1アーク期間は定電流制御によって溶接電流を通電し、前記第2アーク期間は定電圧制御によって前記溶接電流を通電して溶接するアーク溶接制御方法において、
前記第1アーク期間を電極プラス極性とし、それ以外の期間は電極マイナス極性とする、
ことを特徴とするアーク溶接制御方法である。
【0008】
請求項2の発明は、
前記第1アーク期間が開始された時点又はそれから遅延させた時点で前記電極プラス極性に切り換える、
ことを特徴とする請求項1に記載のアーク溶接制御方法である。
【0009】
請求項3の発明は、
前記短絡期間の途中で前記電極プラス極性に切り換える、
ことを特徴とする請求項1に記載のアーク溶接制御方法である。
【0010】
請求項4の発明は、
極性を切り換えるときは、前記溶接電流の絶対値が基準値以下の状態で行う、
ことを特徴とする請求項1~3のいずれか1項に記載のアーク溶接制御方法である。
【0011】
請求項5の発明は、
前記溶接ワイヤを前記短絡期間中は逆送し、前記アーク期間中は正送する、
ことを特徴とする請求項1~4のいずれか1項に記載のアーク溶接制御方法である。
【発明の効果】
【0012】
本発明によれば、溶接継手部に大きなギャップを有する薄板に対して、高品質な溶接を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【0013】
図1】本発明の実施の形態に係るアーク溶接制御方法を実施するためのアーク溶接装置のブロック図である。
図2】本発明の実施の形態に係るアーク溶接制御方法を示す 図1のアーク溶接装置における各信号のタイミングチャートである。
図3図2とは異なる本発明の実施の形態に係るアーク溶接制御方法を示す 図1のアーク溶接装置における各信号の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】
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】
図1は、本発明の実施の形態に係るアーク溶接制御方法を実施するためのアーク溶接装置のブロック図である。同図において、極性切換を円滑にするために、溶接ワイヤ1と母材2との間に数百Vの高電圧を短時間印加する回路については省略している。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による出力制御を行い、後述する極性切換信号Drによって電極プラス極性EPと電極マイナス極性ENとを切り換えて溶接ワイヤ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上記の誤差増幅信号Ea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、整流された直流を平滑するリアクトル、平滑された直流を上記の極性切換信号Drに基づいて数十~数百Hzの交流に変換する2次側インバータ回路を備えている。
【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、正送と逆送とを交互に繰り返して溶接ワイヤ1を送給速度Fwで送給する。また、一般的なように、溶接ワイヤ1を予め定めた速度で定速送給するようにしても良い。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。溶接ワイヤ1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。溶接ワイヤ1には、鉄鋼ワイヤ、アルミニウムワイヤ等が使用される。溶接トーチ4の先端からはシールドガス(図示は省略)が噴出される。
【0019】
電流検出回路IDは、上記の溶接電流Iwの絶対値を検出して、電流検出信号Idを出力する。
【0020】
電圧検出回路VDは、上記の溶接電圧Vwの絶対値を検出して、電圧検出信号Vdを出力する。電圧設定回路VRは、第2アーク期間中の溶接電圧Vwを設定するための電圧設定信号Vrを出力する。
【0021】
電圧誤差増幅回路EVは、上記の電圧設定信号Vr及び上記の電圧検出信号Vdを入力として、両値の誤差を増幅して、電圧誤差増幅信号Evを出力する。
【0022】
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。
【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、予め定めた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、予め定めた逆送ピーク値設定信号Wrrを出力する。
【0029】
送給速度設定回路FR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送給速度設定信号Frとして出力する。この送給速度設定信号Frが0以上のときは正送期間となり、0未満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まで加速する送給速度設定信号Fr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を維持する送給速度設定信号Fr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まで減速する送給速度設定信号Fr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まで加速する送給速度設定信号Fr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を維持する送給速度設定信号Fr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まで減速する送給速度設定信号Fr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送給速度設定信号Frが生成される。
【0030】
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。
【0031】
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。
【0032】
短絡電流設定回路ISRは、予め定めた短絡電流設定信号Isrを出力する。
【0033】
第1アーク期間設定回路TA1Rは、予め定めた第1アーク期間設定信号Ta1rを出力する。
【0034】
第1アーク期間回路STA1は、上記の短絡判別信号Sd及び上記の第1アーク期間設定信号Ta1r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第1アーク期間設定信号Ta1rによって予め定めた第1アーク期間Ta1中はHighレベルとなる第1アーク期間信号Sta1を出力する。
【0035】
第1アーク電流設定回路IA1Rは、予め定めた第1アーク電流設定信号Ia1rを出力する。
【0036】
第3アーク期間回路STA3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Lowレベル(アーク期間)に変化した時点から予め定めた電流降下時間Td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レベルになる第3アーク期間信号Sta3を出力する。
【0037】
第3アーク電流設定回路IA3Rは、予め定めた第3アーク電流設定信号Ia3rを出力する。
【0038】
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、上記の短絡電流設定信号Isr、上記の第1アーク期間信号Sta1、上記の第3アーク期間信号Sta3、上記の第1アーク電流設定信号Ia1r及び上記の第3アーク電流設定信号Ia3r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Lowレベル(アーク期間)に変化し、第1アーク期間信号Sta1がHighレベルに変化した時点から予め定めた遅延期間Tc中は、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。
2)その後は、第1アーク電流設定信号Ia1rの値となる電流制御設定信号Icrを出力する。
3)その後は、予め定めた切換電流値まで減少させて電流制御設定信号Icrを出力する。
4)第1アーク期間信号Sta1がLowレベルに変化した時点から第3アーク期間信号Sta3がLowレベルに変化するまでの期間(第2アーク期間及び第3アーク期間)中は、第3アーク電流設定信号Ia3rの値となる電流制御設定信号Icrを出力する。
5)短絡判別信号SdがHighレベル(短絡期間)のときは、短絡電流設定信号Isrの値となる電流制御設定信号Icrを出力する。
【0039】
電流誤差増幅回路EIは、上記の電流制御設定信号Icr及び上記の電流検出信号Idを入力として、両値の誤差を増幅して、電流誤差増幅信号Eiを出力する。
【0040】
電源特性切換回路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、上記の第1アーク期間信号Sta1及び上記の第3アーク期間信号Sta3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)第1アーク期間信号Sta1がLowレベルに変化し、第3アーク期間信号Sta3がHighレベルに変化するまでの第2アーク期間Ta2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。
2)それ以外の期間中は、電流誤差増幅信号Eiを誤差増幅信号Eaとして出力する。
この回路によって、溶接電源の特性は、短絡期間、第1アーク期間Ta1及び第3アーク期間Ta3中は定電流特性となり、第2アーク期間Ta2中は定電圧特性となる。
【0041】
極性切換回路DRは、上記の第1アーク期間信号Sta1及び上記の短絡判別信号Sdを入力として、以下の1)~3)のいずれか一つの処理を行い、極性切換信号Drを出力する。極性切換信号DrがHighレベルのときは溶接電源の出力は電極プラス極性ENとなり、Lowレベルのときは電極マイナス極性EPとなる。
1)第1アーク期間信号Sta1がHighレベルに変化するとHighレベル(電極プラス極性EP)に変化し、Lowレベルに変化するとLowレベル(電極マイナス極性EN)に変化する極性切換信号Drを出力する。
2)第1アーク期間信号Sta1がHighレベルに変化して上記の遅延期間Tcが経過するとHighレベル(電極プラス極性EP)に変化し、Lowレベルに変化するとLowレベル(電極マイナス極性EN)に変化する極性切換信号Drを出力する。
3)短絡判別信号SdがHighレベル(短絡期間)に変化してから所定期間が経過するとHighレベル(電極プラス極性EP)に変化し、第1アーク期間信号Sta1がLowレベルに変化するとLowレベル(電極マイナス極性EN)に変化する極性切換信号Drを出力する。
【0042】
図2は、本発明の実施の形態に係るアーク溶接制御方法を示す図1のアーク溶接装置における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)は第1アーク期間信号Sta1の時間変化を示し、同図(F)は第3アーク期間信号Sta3の時間変化を示し、同図(G)は極性切換信号Dr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。
【0043】
同図(A)に示す送給速度Fwは、正の値のときは溶接ワイヤ1を母材2に向けて前進送給する正送状態を示し、負の値のときは母材2から離反する方向に後退送給する逆送状態を示す。送給速度Fwは、図1の送給速度設定回路FRから出力される送給速度設定信号Fr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、送給速度設定信号Frは、正負の略台形波波状に変化する送給パターンとなる。同図(B)に示す溶接電流Iw及び同図(C)に示す溶接電圧Vwは、正の値のときは電極マイナス極性ENのときの波形を示し、負の値のときは電極プラス極性EPのときの波形を示す。以下の説明において、溶接電流Iw及び溶接電圧Vwの値を記載するときはその絶対値を示している。
【0044】
[時刻t1~t4の短絡期間の動作]
短絡期間中は、同図(G)に示すように、極性切換信号DrはLowレベルであるので、溶接電源の出力は電極マイナス極性ENとなる。したがって、短絡期間中は、同図(B)に示す溶接電流Iw及び同図(C)に示す溶接電圧Vwは正の値となる。正送ピーク期間Tsp中の時刻t1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t1~t2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。
【0045】
同図(A)に示すように、送給速度Fwは時刻t2~t3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。
【0046】
時刻t3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t4にアークが発生するまで継続する。したがって、時刻t1~t4の期間が短絡期間となる。
【0047】
同図(B)に示すように、時刻t1~t4の短絡期間中の溶接電流Iwの瞬時値は、図1の短絡電流設定信号Isrの値に定電流制御される。この短絡電流設定信号Isrの値は、溶接電流Iwの平均値以下に設定される。溶接電流Iwの平均値は、送給速度Fwの平均値によって略定まる。好ましくは、短絡電流設定信号Isrの値は、100A以下に設定され、より好ましくは70A以下に設定される。このように、短絡期間中の溶接電流Iwを小電流値に制御することによって、短絡発生時にスパッタが発生することを抑制し、溶滴が溶融池に円滑に吸収されることを促進する。さらには、従来技術のようにくびれ検出制御を行うことなくアーク再発生時の溶接電流Iwの値を小さくすることができるので、アーク再発生に伴うスパッタ発生を大幅に削減することができる。本実施の形態では、くびれ検出制御を行わないので、アーク発生部の電圧を検出するための検出線は不要である。従来技術では、短絡期間中の溶接電流Iwの瞬時値は、最大値が400A以上となっている。これは、短絡状態を解除するためには、大電流を通電し、そのピンチ力によって、溶滴にくびれを形成する必要があったためである。これに対して、本実施の形態では、溶接ワイヤを高速に逆送することによって、ピンチ力に頼ることなく、くびれを形成して短絡状態を解除することができる。このために、本実施の形態では、短絡期間中の溶接電流Iwを、従来技術よりも小さな値にすることができる。
【0048】
[時刻t4~t7のアーク期間の動作]
時刻t4において、溶接ワイヤの逆送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、同図(E)に示すように、第1アーク期間信号Sta1がHighレベルに変化して、時刻t4~t61の期間が予め定めた第1アーク期間Ta1となる。第1アーク期間Ta1は、図1の第1アーク期間設定信号Ta1rによって設定される。第1アーク期間Ta1中は定電流制御される。同時に、時刻t4~t5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。
【0049】
時刻t5において逆送減速期間Trdが終了すると、時刻t5~t6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。
【0050】
時刻t6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t7に短絡が発生するまで継続する。したがって、時刻t4~t7の期間がアーク期間となる。そして、短絡が発生すると、時刻t1の動作に戻る。
【0051】
時刻t4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t4から予め定めた遅延期間Tcの間は図1の低レベル電流設定信号Ilrの値となる。これは、アークが発生した直後に電流値を上昇させると、溶接ワイヤの逆送と溶接電流による溶接ワイヤの溶融とが加算されて、アーク長が急速に長くなり、溶接状態が不安定になる場合があるためである。この遅延期間Tcを0としても良い。
【0052】
正送加速期間Tsu中の時刻t51において、遅延期間Tcが終了すると、同図(G)に示すように、極性切換信号DrがHighレベルに変化して、溶接電源の出力は電極プラス極性EPとなる。遅延期間Tc=0のときは、時刻t4において、電極プラス極性EPとなる。これに応動して、同図(B)に示すように、溶接電流Iwは負の値の低レベル電流値になり、同図(C)に示すように、溶接電圧Vwも負の値のアーク電圧値となる。同図(B)に示すように、溶接電流Iwは、時刻t51から増加して第1アーク電流設定信号Ia1rによって設定される第1アーク電流値Ia1を維持し、その後は、時刻t61に予め定めた切換電流値となるように減少する。同図(C)に示すように、溶接電圧Vwも溶接電流Iwと相似した波形となる。溶接電流Iwを50~100A程度の切換電流値まで減少させている理由は、以下のとおりである。極性切換時の電流値が大きいと、図1の電力制御回路PMの2次側インバータ回路を構成するトランジスタに課題なサージ電圧が印加して破壊されることがあり、これを防止するためである。
【0053】
時刻t61において第1アーク期間Ta1が終了すると、同図(G)に示すように、極性切換信号DrがLowレベルに変化して、溶接電源の出力は電極マイナス極性ENとなる。これに応動して、同図(B)に示すように、溶接電流Iwは正の値の切換電流値になり、同図(C)に示すように、溶接電圧Vwも正の値のアーク電圧値となる。時刻t61~t62の期間が第2アーク期間Ta2となり、溶接電源は定電圧制御に切り換えられる。同図(B)に示すように、第2アーク電流Ia2はアーク負荷に応じた値となり、同図(C)に示すように、溶接電圧Vwは図1の電圧設定信号Vrによって制御された値となる。この第2アーク期間Ta2を定電圧制御することによって、アーク長が適正値になるように制御している。
【0054】
時刻t62において、アーク発生時点t4から予め定めた電流降下時間Tdが経過すると、同図(F)に示すように、第3アーク期間信号Sta3がHighレベルに変化する。この時点から次の短絡が発生する時刻t7までの期間が、第3アーク期間Ta3となる。第3アーク期間Ta3中は、同図(G)に示すように、極性切換信号DrはLowレベルを継続するので、溶接電源の出力は電極マイナス極性ENとなる。第3アーク期間Ta3中は、定電流制御される。同図(B)に示すように、図1の第3アーク電流設定信号Ia3rによって定まる所定の第3アーク電流Ia3が通電する。同図(C)に示すように、溶接電圧Vwは電流値及びアーク負荷によって定まる値となる。短絡直前の第3アーク電流値Ia3を小さな値にすることによって、短絡の発生を導き、短絡発生時のスパッタ発生を抑制することができる。
【0055】
上記の各パラメータの数値例を以下に示す。短絡期間(所定値ではない):3ms、アーク期間(所定値ではない):4ms、遅延期間Tc(所定値):0.5ms、第1アーク期間Ta1(所定値):1.5ms、第2アーク期間Ta2(所定値ではない):2ms、第3アーク期間Ta3(所定値ではない):0.5ms、電流降下時間(所定値):3.5ms、低レベル電流値(所定値):50A、第1アーク電流値Ia1(所定値):150A、第3アーク電流値Ia3(所定値):50A、正送ピーク値Wsp(所定値):30m/min、逆送ピーク値Wrp(所定値):25m/min、
【0056】
上述した実施の形態では、第1アーク期間を電極プラス極性EPとし、それ以外の期間を電極マイナス極性ENとしている。これにより、第1アーク期間以外の期間中は、電極マイナス極性ENであるので、母材への入熱を少なくした上で、溶接ワイヤに形成する溶滴を大きくすることができる。溶滴のサイズが大きくなると、大きなギャップを溶滴によって埋めることができる。この結果、溶接継手部に大きなギャップを有する薄板に対して、高品質な溶接を行うことができる。
【0057】
図3は、図2とは異なる本発明の実施の形態に係るアーク溶接制御方法を示す図1のアーク溶接装置における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)は第1アーク期間信号Sta1の時間変化を示し、同図(F)は第3アーク期間信号Sta3の時間変化を示し、同図(G)は極性切換信号Drの時間変化を示す。同図において、図2とは時刻t3~t61の期間の動作が異なっており、それ以外の期間の動作は同様である。以下、同図を参照して、図2とは異なる動作について説明する。
【0058】
同図(A)に示す送給速度Fwの動作については、図2と同一であるので、説明は繰り返さない。
【0059】
時刻t1の短絡期間の開始から所定期間が経過した時刻t31において、同図(G)に示すように、極性切換信号DrがLowレベルからHighレベルに変化するので、溶接電源の出力は電極プラス極性EPに切り替わる。これに応動して、同図(B)に示すように、溶接電流Iwは正の値の短絡電流値から負の値の短絡電流値へと変化する。同様に、同図(C)に示すように、溶接電圧Vwは正の値の短絡電圧値から負の値の短絡電圧値へと変化する。上記の所定期間は、短絡期間の途中で極性が切り換わるようにするために、短絡期間は3ms以上であるので1~2.5ms程度に設定される。短絡期間が開始してから1ms程度は溶滴と溶融池とが安定した短絡状態になるのに必要であるので、この時間が経過した後に極性を切り換えることが望ましい。
【0060】
時刻t4において、溶接ワイヤの逆送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は負の値の数十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、同図(E)に示すように、第1アーク期間信号Sta1がHighレベルに変化して、時刻t4~t61の期間が予め定めた第1アーク期間Ta1となる。第1アーク期間中は、同図(G)に示すように、極性切換信号DrはHighレベルのままであるので、溶接電源の出力は電極マイナス極性ENを継続する。さらに、第1アーク期間Ta1中は定電流制御が継続する。同図(B)に示すように、溶接電流Iwは、時刻t4から予め定めた遅延期間Tcの間は図1の低レベル電流設定信号Ilrの値となる。
【0061】
時刻t51において、遅延期間Tcが終了すると、同図(B)に示すように、溶接電流Iwは、時刻t51から増加して第1アーク電流設定信号Ia1rによって設定される第1アーク電流値Ia1を維持し、その後は、時刻t61に予め定めた切換電流値となるように減少する。同図(C)に示すように、溶接電圧Vwも溶接電流Iwと相似した波形となる。
【0062】
時刻t61において第1アーク期間Ta1が終了すると、同図(G)に示すように、極性切換信号DrがLowレベルに変化して、溶接電源の出力は電極マイナス極性ENとなる。これに応動して、同図(B)に示すように、溶接電流Iwは正の値の切換電流値になり、同図(C)に示すように、溶接電圧Vwも正の値のアーク電圧値となる。時刻t61~t62の期間が第2アーク期間Ta2となり、溶接電源は定電圧制御に切り換えられる。これ以降の動作は、図2と同様であるので、説明は繰り返さない。
【0063】
上述したように短絡期間中に極性を切り換えるとアークが発生していないのでアーク切れが発生することがなく、円滑に極性を切り換えることができる。
【符号の説明】
【0064】
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
DR 極性切換回路
Dr 極性切換信号
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
FR 送給速度設定回路
Fr 送給速度設定信号
Fw 送給速度
Ia1 第1アーク電流
IA1R 第1アーク電流設定回路
Ia1r 第1アーク電流設定信号
Ia2 第2アーク電流
Ia3 第3アーク電流
IA3R 第3アーク電流設定回路
Ia3r 第3アーク電流設定信号
ICR 電流制御設定回路
Icr 電流制御設定信号
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
ISR 短絡電流設定回路
Isr 短絡電流設定信号
Iw 溶接電流
PM 電力制御回路
SD 短絡判別回路
Sd 短絡判別信号
STA1 第1アーク期間回路
Sta1 第1アーク期間信号
STA3 第3アーク期間回路
Sta3 第3アーク期間信号
SW 電源特性切換回路
TA1R 第1アーク期間設定回路
Ta1r 第1アーク期間設定信号
Tc 遅延期間
Td 電流降下時間
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
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
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
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
図1
図2
図3