(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】P2023172986
(43)【公開日】2023-12-07
(54)【発明の名称】パルスアーク溶接制御方法
(51)【国際特許分類】
B23K 9/095 20060101AFI20231130BHJP
B23K 9/073 20060101ALI20231130BHJP
B23K 9/09 20060101ALI20231130BHJP
【ＦＩ】
B23K9/095 505B
B23K9/073 545
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 2022084894
(22)【出願日】2022-05-25
(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
(72)【発明者】
【氏名】伊佐 太作
【テーマコード（参考）】
4E082
【Ｆターム（参考）】
4E082AB01
4E082BA01
4E082CA01
4E082DA01
4E082EA11
4E082EB11
4E082EC03
4E082EE01
4E082EE03
4E082EE07
4E082EE08
4E082EF07
(57)【要約】
【課題】消耗電極パルスアーク溶接において、高速溶接時のスパッタの発生を削減すること。
【解決手段】溶接ワイヤを送給し、ピーク電流及びベース電流から形成される溶接電流Ｉｗを通電して溶接するパルスアーク溶接制御方法において、溶接ワイヤと母材とが短絡すると短絡電流を通電する。短絡電流は、時刻ｔ２２～ｔ２３の第１期間中はピーク電流の立上り速度以上の立上り速度で増加させ、時刻ｔ２３～ｔ２４の第２期間中はピーク電流の立上り速度未満の立上り速度で増加させる。その後に溶滴のくびれを検出すると短絡電流を減少させてアーク期間へと移行させる。
【選択図】 図２
【解決手段】溶接ワイヤを送給し、ピーク電流及びベース電流から形成される溶接電流Ｉｗを通電して溶接するパルスアーク溶接制御方法において、溶接ワイヤと母材とが短絡すると短絡電流を通電する。短絡電流は、時刻ｔ２２～ｔ２３の第１期間中はピーク電流の立上り速度以上の立上り速度で増加させ、時刻ｔ２３～ｔ２４の第２期間中はピーク電流の立上り速度未満の立上り速度で増加させる。その後に溶滴のくびれを検出すると短絡電流を減少させてアーク期間へと移行させる。
【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、ピーク電流及びベース電流を通電して溶接するパルスアーク溶接制御方法において、
前記溶接ワイヤと母材とが短絡すると短絡電流を通電し、前記短絡電流を前記ピーク電流の立上り速度以上の立上り速度で増加させ、
その後に溶滴のくびれを検出すると前記短絡電流を減少させる、
ことを特徴とするパルスアーク溶接制御方法。
前記溶接ワイヤと母材とが短絡すると短絡電流を通電し、前記短絡電流を前記ピーク電流の立上り速度以上の立上り速度で増加させ、
その後に溶滴のくびれを検出すると前記短絡電流を減少させる、
ことを特徴とするパルスアーク溶接制御方法。
【請求項2】
前記短絡電流の増加は、前記ピーク電流の立上り速度以上の立上り速度で増加する第１期間と、それに続く前記ピーク電流の立上り速度未満の立上り速度で増加する第２期間とを備えている、
ことを特徴とする請求項１に記載のパルスアーク溶接制御方法。
ことを特徴とする請求項１に記載のパルスアーク溶接制御方法。
【請求項3】
前記第１期間及び前記第２期間中の前記短絡電流は、曲線状に増加する、
ことを特徴とする請求項２に記載のパルスアーク溶接制御方法。
ことを特徴とする請求項２に記載のパルスアーク溶接制御方法。
【請求項4】
前記短絡電流の値が屈曲電流値に達した時点で前記第１期間から前記第２期間に移行し、
前記屈曲電流値は１５０Ａ以上３００Ａ以下の範囲で設定される、
ことを特徴とする請求項２又は３に記載のパルスアーク溶接制御方法。
前記屈曲電流値は１５０Ａ以上３００Ａ以下の範囲で設定される、
ことを特徴とする請求項２又は３に記載のパルスアーク溶接制御方法。
【請求項5】
前記第１期間の前に初期期間を設け、前記初期期間中は前記短絡電流を増加させない、
ことを特徴とする請求項２又は３のいずれか１項に記載のパルスアーク溶接制御方法。
ことを特徴とする請求項２又は３のいずれか１項に記載のパルスアーク溶接制御方法。
【請求項6】
前記初期期間中は前記短絡電流を前記ベース電流の値とする、
ことを特徴とする請求項５に記載のパルスアーク溶接制御方法。
ことを特徴とする請求項５に記載のパルス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パルスアーク溶接制御方法に関するものである。
【背景技術】
【0002】
消耗電極パルスアーク溶接では、溶接ワイヤを送給し、ピーク電流及びピーク電圧を出力するピーク期間と、ベース電流及びベース電圧を出力するベース期間とを繰り返して溶接が行われる。ピーク電流は臨界電流値以上となる５００Ａ程度の大電流値に設定され、溶接ワイヤを溶融して溶滴の形成及び移行が行われる。ベース電流は臨界電流値未満となる５０Ａ程度に設定され、溶接ワイヤはほとんど溶融しない。溶接電流値が臨界電流値以上になると、溶滴の移行携帯がスプレー移行状態となる。パルスアーク溶接では、１回のピーク電流の通電によって１つの溶滴を移行させる１パルス周期１溶滴移行の状態を維持することが、スパッタの発生の少ない高品質の溶接ビードを得るために重要である。
【0003】
パルスアーク溶接において、アーク長が適正値になるように溶接電圧を設定すると、ピーク電流の通電時に溶接ワイヤの先端が溶融されて溶滴が形成され、ピーク電流の通電終了直後に溶滴が溶融池へとスプレー状態で移行する。溶滴が溶融池に移行するときに、溶滴の先端が溶融池と接触して、０．５ms程度以下の微小短絡が発生する場合が多い。しかし、この微小短絡は、炭酸ガスアーク溶接のように溶滴が短絡によって移行するのではなく、あくまでもスプレー移行する過程で溶滴が溶融池と接触するだけである。このために、微小短絡に対しては、溶接電流を増加させる等の短絡を解除させるための制御を行う必要はなく、微小短絡は自動的に解除される。
【0004】
溶接速度が１m/min程度以上となる高速溶接を行うときには、溶接品質を良好にするために、アーク長が短くなるように溶接電圧を低く設定する必要がある。アーク長が短くなると、微小短絡以外にも０．５ms以上となる通常短絡が発生するようになる。通常短絡では、溶滴が短絡移行する状態となり、短絡が解除されるときに多くのスパッタが発生する。特許文献１の発明では、高速溶接を行うパルスアーク溶接において、通常短絡が発生すると、ピーク電流の立上り速度よりも遅い立上り速度で溶接電流を増加させ、溶滴のくびれを検出すると溶接電流を減少させている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0005】
【特許文献1】特許第３８４４００４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0006】
高速溶接を行うパルスアーク溶接において、従来技術の短絡時溶接電流制御では、スパッタ削減効果が十分ではなく、さらなるスパッタの削減が望まれていた。
【0007】
そこで、本発明では、パルスアーク溶接による高速溶接時に、スパッタの発生を削減する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】
【0008】
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、ピーク電流及びベース電流を通電して溶接するパルスアーク溶接制御方法において、
前記溶接ワイヤと母材とが短絡すると短絡電流を通電し、前記短絡電流を前記ピーク電流の立上り速度以上の立上り速度で増加させ、
その後に溶滴のくびれを検出すると前記短絡電流を減少させる、
ことを特徴とするパルスアーク溶接制御方法である。
溶接ワイヤを送給し、ピーク電流及びベース電流を通電して溶接するパルスアーク溶接制御方法において、
前記溶接ワイヤと母材とが短絡すると短絡電流を通電し、前記短絡電流を前記ピーク電流の立上り速度以上の立上り速度で増加させ、
その後に溶滴のくびれを検出すると前記短絡電流を減少させる、
ことを特徴とするパルスアーク溶接制御方法である。
【0009】
請求項２の発明は、
前記短絡電流の増加は、前記ピーク電流の立上り速度以上の立上り速度で増加する第１期間と、それに続く前記ピーク電流の立上り速度未満の立上り速度で増加する第２期間とを備えている、
ことを特徴とする請求項１に記載のパルスアーク溶接制御方法である。
前記短絡電流の増加は、前記ピーク電流の立上り速度以上の立上り速度で増加する第１期間と、それに続く前記ピーク電流の立上り速度未満の立上り速度で増加する第２期間とを備えている、
ことを特徴とする請求項１に記載のパルスアーク溶接制御方法である。
【0010】
請求項３の発明は、
前記第１期間及び前記第２期間中の前記短絡電流は、曲線状に増加する、
ことを特徴とする請求項２に記載のパルスアーク溶接制御方法である。
前記第１期間及び前記第２期間中の前記短絡電流は、曲線状に増加する、
ことを特徴とする請求項２に記載のパルスアーク溶接制御方法である。
【0011】
請求項４の発明は、
前記短絡電流の値が屈曲電流値に達した時点で前記第１期間から前記第２期間に移行し、
前記屈曲電流値は１５０Ａ以上３００Ａ以下の範囲で設定される、
ことを特徴とする請求項２又は３に記載のパルスアーク溶接制御方法である。
前記短絡電流の値が屈曲電流値に達した時点で前記第１期間から前記第２期間に移行し、
前記屈曲電流値は１５０Ａ以上３００Ａ以下の範囲で設定される、
ことを特徴とする請求項２又は３に記載のパルスアーク溶接制御方法である。
【0012】
請求項５の発明は、
前記第１期間の前に初期期間を設け、前記初期期間中は前記短絡電流を増加させない、
ことを特徴とする請求項２又は３のいずれか１項に記載のパルスアーク溶接制御方法である。
前記第１期間の前に初期期間を設け、前記初期期間中は前記短絡電流を増加させない、
ことを特徴とする請求項２又は３のいずれか１項に記載のパルスアーク溶接制御方法である。
【0013】
請求項６の発明は、
前記初期期間中は前記短絡電流を前記ベース電流の値とする、
ことを特徴とする請求項５に記載のパルスアーク溶接制御方法である。
前記初期期間中は前記短絡電流を前記ベース電流の値とする、
ことを特徴とする請求項５に記載のパルスアーク溶接制御方法である。
【発明の効果】
【0014】
本発明によれば、パルスアーク溶接による高速溶接時に、スパッタの発生を削減することができる。
【図面の簡単な説明】
【0015】
【図1】本発明の実施の形態に係るパルスアーク溶接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。
【発明を実施するための形態】
【0016】
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。
【0017】
図１は、本発明の実施の形態に係るパルスアーク溶接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。
【0018】
電源主回路ＭＣは、３相２００Ｖ等の商用電源（図示は省略）を入力として、後述する電流誤差増幅信号Ｅｉに従ってインバータ制御等の出力制御を行い、溶接に適した出力電圧を出力する。
【0019】
リアクトルＷＬは、電源主回路ＭＣの出力を平滑する。
【0020】
溶接ワイヤ１は、ワイヤ送給モータ(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内を通って送給され、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。
【0021】
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。電圧平均化回路ＶＡＶは、上記の電圧検出信号Ｖｄを平均化して、電圧平均信号Ｖavを出力する。電圧設定回路ＶＲは、所望値の電圧設定信号Ｖｒを出力する。
【0022】
電圧誤差増幅回路ＥＶは、上記の電圧設定信号Ｖｒと上記の電圧平均信号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】
Ｖ／ＦコンバータＶＦは、上記の電圧誤差増幅信号Ｅｖに応じた周期を有するパルス周期信号Ｔｆを出力する。このパルス周期信号Ｔｆは、ピーク期間とベース期間との１周期を決定する信号である。
【0024】
ピーク電流立上り速度設定回路ＳＵＲは、予め定めたピーク電流立上り速度設定信号Ｓurを出力する。ピーク電流立下り速度設定回路ＳＤＲは、予め定めたピーク電流立下り速度設定信号Ｓdrを出力する。
【0025】
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。
【0026】
ベース電流設定回路ＩＢＲは、予め定めたベース電流設定信号Ｉbrを出力する。ピーク電流設定回路ＩＰＲは、予め定めたピーク電流設定信号Ｉprを出力する。ピーク電流設定信号Ｉprは、溶接ワイヤの直径、材質、送給速度等に応じて、４００～６００Ａ程度に設定される。
【0027】
電流設定回路ＩＲは、上記のベース電流設定信号Ｉbr、上記のピーク電流設定信号Ｉpr、上記のパルス周期信号Ｔｆ、上記のピーク電流立上り速度設定信号Ｓur、上記のピーク電流立下り速度設定信号Ｓdr及び上記のピーク期間設定信号Ｔprを入力として、以下の処理を行い、電流設定信号Ｉｒを出力する。
１）パルス周期信号Ｔｆが短時間Ｈｉｇｈレベルに変化すると、ベース電流設定信号Ｉbrの値からピーク電流立上り速度設定信号Ｓurの値で増加する電流設定信号Ｉｒを出力する。
２）その後、電流設定信号Ｉｒの値がピーク電流設定信号Ｉprの値に達すると、その値をピーク期間設定信号Ｔprの間維持する。
３）その後、ピーク電流設定信号Ｉprの値からピーク電流立下り速度設定信号Ｓdrの値で減少する電流設定信号Ｉｒを出力する。
４）その後、電流設定信号Ｉｒの値がベース電流設定信号Ｉbrの値と等しくなるとその値を維持する。
５）上記の１）～４）を繰り返す。
１）パルス周期信号Ｔｆが短時間Ｈｉｇｈレベルに変化すると、ベース電流設定信号Ｉbrの値からピーク電流立上り速度設定信号Ｓurの値で増加する電流設定信号Ｉｒを出力する。
２）その後、電流設定信号Ｉｒの値がピーク電流設定信号Ｉprの値に達すると、その値をピーク期間設定信号Ｔprの間維持する。
３）その後、ピーク電流設定信号Ｉprの値からピーク電流立下り速度設定信号Ｓdrの値で減少する電流設定信号Ｉｒを出力する。
４）その後、電流設定信号Ｉｒの値がベース電流設定信号Ｉbrの値と等しくなるとその値を維持する。
５）上記の１）～４）を繰り返す。
【0028】
短絡判別信号ＳＤは、上記の電圧検出信号Ｖｄを入力として、この値が短絡判別値（１０Ｖ程度）未満のときは短絡期間であると判別してＨｉｇｈレベルとなり、以上のときはアーク期間であると判別してＬｏｗレベルとなる短絡判別信号Ｓｄを出力する。
【0029】
第１立上り速度設定信号Ｓ１Ｒは、予め定めた第１立上り速度設定信号Ｓ1rを出力する。第１立上り速度設定信号Ｓ1rの値は、上記のピーク電流立上り速度設定信号Ｓurよりも大きな値に設定される。
【0030】
第２立上り速度設定信号Ｓ２Ｒは、予め定めた第２立上り速度設定信号Ｓ2rを出力する。第２立上り速度設定信号Ｓ2rの値は、上記のピーク電流立上り速度設定信号Ｓurよりも小さな値に設定される。
【0031】
減流抵抗器Ｒは、上記のリアクトルＷＬ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。この減流抵抗器Ｒが通電路に挿入されると、リアクトルＷＬ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。
【0032】
トランジスタＴＲは、上記の減流抵抗器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。
【0033】
くびれ検出回路ＮＤは、上記の短絡判別信号Ｓｄ、上記の電圧検出信号Ｖｄ及び上記の電流検出信号Ｉｄを入力として、短絡判別信号ＳｄがＨｉｇｈレベル（短絡期間）であるときの電圧検出信号Ｖｄの電圧上昇値が基準値に達した時点でくびれの形成状態が基準状態になったと判別して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、短絡期間中の電圧検出信号Ｖｄの微分値がそれに対応した基準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、電圧検出信号Ｖｄの値を電流検出信号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基準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。
【0034】
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。電流比較回路ＣＭは、この低レベル電流設定信号Ｉlr及び上記の電流検出信号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。
【0035】
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はくびれが検出されると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。
【0036】
短絡電流設定回路ＩＳＲ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、上記の第１立上り速度設定信号Ｓ1r及び上記の第２立上り速度設定信号Ｓ2rを入力として、以下の処理を行い、短絡電流設定信号Ｉsrを出力する。
１）短絡判別信号ＳｄがＨｉｇｈレベル(短絡期間)に変化すると、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短絡電流設定信号Ｉsrを出力する。初期電流設定値は上記のベース電流設定信号Ｉbrの値以下に設定される。
２）その後、短絡電流設定信号Ｉsrの値は、上記の初期電流設定値から第１立上り速度設定信号Ｓ1rの値で増加する。
３）その後、短絡電流設定信号Ｉsrの値が予め定めた屈曲電流値に達すると、第２立上り速度設定信号Ｓ2rの値で増加する。
４）その後に、くびれ検出信号ＮｄがＨｉｇｈレベルに変化すると、低レベル電流設定信号Ｉlrの値となる短絡電流設定信号Ｉsrを出力する。
１）短絡判別信号ＳｄがＨｉｇｈレベル(短絡期間)に変化すると、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短絡電流設定信号Ｉsrを出力する。初期電流設定値は上記のベース電流設定信号Ｉbrの値以下に設定される。
２）その後、短絡電流設定信号Ｉsrの値は、上記の初期電流設定値から第１立上り速度設定信号Ｓ1rの値で増加する。
３）その後、短絡電流設定信号Ｉsrの値が予め定めた屈曲電流値に達すると、第２立上り速度設定信号Ｓ2rの値で増加する。
４）その後に、くびれ検出信号ＮｄがＨｉｇｈレベルに変化すると、低レベル電流設定信号Ｉlrの値となる短絡電流設定信号Ｉsrを出力する。
【0037】
電流制御設定回路ＩＣＲは、上記の短絡判別信号Ｓｄ、上記の電流設定信号Ｉｒ及び上記の短絡電流設定信号Ｉsrを入力として、短絡判別信号ＳｄがＬｏｗレベル（アーク期間）のときは電流設定信号Ｉｒを電流制御設定信号Ｉcrとして出力し、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を電流制御設定信号Ｉcrとして出力する。
【0038】
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。
【0039】
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。
【0040】
図２は、本発明の実施の形態に係るパルスアーク溶接制御方法を示す図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)は短絡判別信号Ｓｄの時間変化を示し、同図（Ｄ）はくびれ検出信号Ｎｄの時間変化を示し、同図（Ｅ）は駆動信号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。
【0041】
同図は高速溶接を行うために溶接電圧を低く設定してアーク長が短く設定されている場合である。同図は、２周期の波形を示しており、第１周期は微小短絡が発生した場合であり、第２周期は溶滴が移行する通常短絡が発生した場合である。溶接ワイヤは図示していないが定速送給されている。
【0042】
(１)第１周期の動作説明
同図（Ａ）に示すように、溶接電流Ｉｗは時刻ｔ１～ｔ１１の立上り期間中はベース電流Ｉｂから図１のピーク電流立上り速度設定信号Ｓurの値で増加し、時刻ｔ１１～ｔ１２のピーク期間中はピーク電流値となり、時刻ｔ１２～ｔ１３の立下り期間中は図１のピーク電流立下り速度設定信号Ｓdrの値で減少し、時刻ｔ１３～ｔ２のベース期間中はベース電流値となる。上記のベース電流値は図１のベース電流設定信号Ｉbrによって設定され、上記のピーク電流値は図１のピーク電流設定信号Ｉprによって設定され、上記のピーク期間は図１のピーク期間設定信号Ｔprによって設定される。同図（Ｂ）に示すように、溶接電圧Ｖｗは、アーク長に比例した電圧値となり、電流波形と相似した波形となる。ピーク電流値及びピーク期間は、１パルス周期に１溶滴移行が行われるように設定される。ピーク電流立上り速度及びピーク電流立下り速度は、溶滴の形成状態が安定するように設定される。溶接電圧Ｖｗの平均値が図１の電圧設定信号Ｖｒの値と等しくなるように時刻ｔ１～ｔ２のパルス周期がフィードバック制御されて、アーク長が制御される。例えば、ピーク電流値は５５０Ａに設定され、ピーク期間は１．２msに設定され、ベース電流値は５０Ａに設定される。ピーク電流立上り速度は４００～６００Ａ／msの範囲に設定され、ピーク電流立下り速度は３００～５００Ａ／msの範囲に設定される。両速度は、上記の範囲に設定されたときが最も安定した溶接状態となる。
同図（Ａ）に示すように、溶接電流Ｉｗは時刻ｔ１～ｔ１１の立上り期間中はベース電流Ｉｂから図１のピーク電流立上り速度設定信号Ｓurの値で増加し、時刻ｔ１１～ｔ１２のピーク期間中はピーク電流値となり、時刻ｔ１２～ｔ１３の立下り期間中は図１のピーク電流立下り速度設定信号Ｓdrの値で減少し、時刻ｔ１３～ｔ２のベース期間中はベース電流値となる。上記のベース電流値は図１のベース電流設定信号Ｉbrによって設定され、上記のピーク電流値は図１のピーク電流設定信号Ｉprによって設定され、上記のピーク期間は図１のピーク期間設定信号Ｔprによって設定される。同図（Ｂ）に示すように、溶接電圧Ｖｗは、アーク長に比例した電圧値となり、電流波形と相似した波形となる。ピーク電流値及びピーク期間は、１パルス周期に１溶滴移行が行われるように設定される。ピーク電流立上り速度及びピーク電流立下り速度は、溶滴の形成状態が安定するように設定される。溶接電圧Ｖｗの平均値が図１の電圧設定信号Ｖｒの値と等しくなるように時刻ｔ１～ｔ２のパルス周期がフィードバック制御されて、アーク長が制御される。例えば、ピーク電流値は５５０Ａに設定され、ピーク期間は１．２msに設定され、ベース電流値は５０Ａに設定される。ピーク電流立上り速度は４００～６００Ａ／msの範囲に設定され、ピーク電流立下り速度は３００～５００Ａ／msの範囲に設定される。両速度は、上記の範囲に設定されたときが最も安定した溶接状態となる。
【0043】
第１周期では、ベース期間中の時刻ｔ１４～ｔ１５の期間に微小短絡が発生している。微小短絡は、０．５ms以下の短絡となり、０．１ms程度の短絡が多く発生する。微小短絡は、ピーク電流の通電によって形成された溶滴がスプレー状態で移行する過程で、溶滴の先端が溶融池に微小時間の間接触することで発生する。したがって、微小短絡では溶滴は短絡移行せずにあくまでもスプレー移行する。このために、同図（Ａ）に示すように、溶接電流Ｉｗは微小短絡期間中はベース電流値以下の初期電流値に制御されており、このことでスパッタの発生を抑制している。同図（Ｂ）に示すように、溶接電圧Ｖｗは数Ｖの短絡電圧値となり、同図（Ｃ）に示すように、短絡判別信号ＳｄはＨｉｇｈレベルとなる。同図（Ｄ）に示すように、くびれ検出信号Ｎｄは、微小短絡中に溶滴のくびれが検出されないのでＬｏｗレベルのままである。このために、同図（Ｅ）に示すように、駆動信号Ｄｒは、Ｈｉｇｈレベルのままとなり、図１のトランジスタはオン状態となり、図１の減流抵抗Ｒは短絡された状態となる。
【0044】
(２)第２周期の動作説明
第１周期とは異なる点について説明する。第２周期では、ベース期間中の時刻ｔ２１～ｔ２６の期間中に、溶滴が短絡移行する通常短絡が発生した場合である。アーク長が短くなるように設定されているために、時々通常短絡が発生する。時刻ｔ２１において、短絡が発生すると、同図（Ｂ）に示すように、溶接電圧Ｖｗは数Ｖの短絡電圧値へと急減し、同図（Ｃ）に示すように、短絡判別信号ＳｄがＨｉｇｈレベルに変化する。これに応動して、同図(Ａ)に示すように、図１の短絡電流設定信号Ｉsrによって制御される短絡電流が通電する。時刻ｔ２１～ｔ２２の予め定めた初期期間中は、短絡電流は予め定めた初期電流値となる。初期電流値は、上述したように、ベース電流値以下に設定される。続けて、時刻ｔ２２～ｔ２３の第１期間中の短絡電流は、図１の第１立上り速度設定信号Ｓ1rの値で増加する。続けて、短絡電流の値が予め定めた屈曲電流値に達すると、図１の第２立上り速度設定信号Ｓ2rの値で増加する。ここで、第１立上り速度はピーク電流立上り速度以上の速度である。さらに、第２立上り速度は、第１立上り速度及びピーク電流立上り速度未満の速度である。すなわち、Ｓ1r＞Ｓur＞Ｓ2rである。さらに、第１期間及び第２期間中の短絡電流を曲線状に円滑に増加させるようにしても良い。
第１周期とは異なる点について説明する。第２周期では、ベース期間中の時刻ｔ２１～ｔ２６の期間中に、溶滴が短絡移行する通常短絡が発生した場合である。アーク長が短くなるように設定されているために、時々通常短絡が発生する。時刻ｔ２１において、短絡が発生すると、同図（Ｂ）に示すように、溶接電圧Ｖｗは数Ｖの短絡電圧値へと急減し、同図（Ｃ）に示すように、短絡判別信号ＳｄがＨｉｇｈレベルに変化する。これに応動して、同図(Ａ)に示すように、図１の短絡電流設定信号Ｉsrによって制御される短絡電流が通電する。時刻ｔ２１～ｔ２２の予め定めた初期期間中は、短絡電流は予め定めた初期電流値となる。初期電流値は、上述したように、ベース電流値以下に設定される。続けて、時刻ｔ２２～ｔ２３の第１期間中の短絡電流は、図１の第１立上り速度設定信号Ｓ1rの値で増加する。続けて、短絡電流の値が予め定めた屈曲電流値に達すると、図１の第２立上り速度設定信号Ｓ2rの値で増加する。ここで、第１立上り速度はピーク電流立上り速度以上の速度である。さらに、第２立上り速度は、第１立上り速度及びピーク電流立上り速度未満の速度である。すなわち、Ｓ1r＞Ｓur＞Ｓ2rである。さらに、第１期間及び第２期間中の短絡電流を曲線状に円滑に増加させるようにしても良い。
【0045】
同図（Ｂ）に示すように、溶接電圧Ｖｗは、短絡電流の立上り速度が遅くなる第２期間中に上昇する。これは、短絡電流によるピンチ力の作用によって、溶滴にくびれが次第に形成されるためである。その後に溶接電圧Ｖｗの電圧上昇値が基準値に達すると、くびれの形成状態が基準状態になったと判別して、時刻ｔ２４において、同図（Ｄ）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（Ｅ）に示すように、駆動信号ＤｒはＬｏｗレベルになり、図１のトランジスタＴＲはオフ状態となるので、図１の減流抵抗器Ｒが通電路に挿入される。同時に、図１の短絡電流設定信号Ｉsrの値が低レベル電流設定信号Ｉlrの値に小さくなる。このために、同図（Ａ）に示すように、短絡電流は低レベル電流値へと急減する。そして、短絡電流が低レベル電流値まで減少する時刻ｔ２５において、同図（Ｅ）に示すように、駆動信号ＤｒはＨｉｇｈレベルに戻るので、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。同図（Ａ）に示すように、短絡電流は、短絡電流設定信号Ｉsrが低レベル電流設定信号Ｉlrのままであるので、アーク再発生する時刻ｔ２６までは低レベル電流値を維持する。したがって、トランジスタＴＲは、くびれ検出信号ＮｄがＨｉｇｈレベルに変化した時点から短絡電流が低レベル電流値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、短絡電流が小さくなるので一旦減少した後に急上昇する。くびれ検出制御によってアーク再発生時の電流値を小さくすることができるので、スパッタ発生を削減することができる。
【0046】
時刻ｔ２６においてアークが発生すると、同図（Ｂ）に示すように、溶接電圧Ｖｗは数十Ｖのアーク電圧値へと急増し、同図（Ｃ）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（Ａ）に示すように、溶接電流Ｉｗはベース電流値に変化する。同時に、同図（Ｄ）に示すように、くびれ検出信号ＮｄもＬｏｗレベルに戻る。
【0047】
上述したように、高速溶接を行う等のために溶接電圧を低く設定してアーク長が短くなるようにして溶接を行うと、短絡移行を伴う通常短絡が発生するようになる。通常短絡が発生すると、スパッタが多く発生することになる。本実施の形態では、このスパッタを削減するために、短絡電流の制御及びくびれ検出制御を行っている。この結果、通常短絡が発生しても、スパッタ発生を少なくすることができる。
【0048】
上述した各パラメータは、例えば以下の値に設定される。初期電流＝５０Ａ、初期期間＝０．５ms、屈曲電流値＝１９０Ａ、第１立上り速度＝７００Ａ／ms、第２立上り速度＝７０Ａ／ms、低レベル電流値＝３０Ａ。
【0049】
以下、本実施の形態の作用効果について説明する。
本実施の形態によれば、溶接ワイヤと母材とが短絡すると短絡電流を通電し、短絡電流をピーク電流の立上り速度以上の立上り速度で増加させ、その後に溶滴のくびれを検出すると短絡電流を減少させる。パルスアーク溶接における通常短絡は、炭酸ガスアーク溶接、直流マグ溶接等の短絡移行アーク溶接に比べて、短絡時間のばらつきが大きい。このために、短絡電流をピーク電流の立上り速度以上の立上り速度で増加させて早期にくびれを形成するように促している。このようにすると、短絡時間がばらついて短くなった場合でも、くびれを早期に形成してくびれ検出制御を確実に動作させることができる。この結果、高速溶接等のアーク長を短く設定して行う溶接において、スパッタの発生を削減することができる。
本実施の形態によれば、溶接ワイヤと母材とが短絡すると短絡電流を通電し、短絡電流をピーク電流の立上り速度以上の立上り速度で増加させ、その後に溶滴のくびれを検出すると短絡電流を減少させる。パルスアーク溶接における通常短絡は、炭酸ガスアーク溶接、直流マグ溶接等の短絡移行アーク溶接に比べて、短絡時間のばらつきが大きい。このために、短絡電流をピーク電流の立上り速度以上の立上り速度で増加させて早期にくびれを形成するように促している。このようにすると、短絡時間がばらついて短くなった場合でも、くびれを早期に形成してくびれ検出制御を確実に動作させることができる。この結果、高速溶接等のアーク長を短く設定して行う溶接において、スパッタの発生を削減することができる。
【0050】
さらに好ましくは、本実施の形態によれば、短絡電流の増加は、ピーク電流の立上り速度以上の立上り速度で増加する第１期間と、それに続くピーク電流の立上り速度未満の立上り速度で増加する第２期間とを備えている。第２期間中の短絡電流の立上り速度をピーク電流の立上り速度未満にすることによって、くびれの検出精度を高めることができる。これは、短絡電流の立上り速度が遅いほど、溶接電圧の微小な変化を検出するくびれ検出の制度が高まるためである。これにより、さらにスパッタの発生を削減することができる。ここで、第１期間及び第２期間中の短絡電流は曲線状に増加することが好ましい。このようにすると、第１期間から第２期間に移行するときの短絡電流が曲線状に変化するので、くびれ検出の制度が向上する。さらに、短絡電流の値が屈曲電流値に達した時点で第１期間から第２期間に移行し、屈曲電流値は１５０Ａ以上３００Ａ以下の範囲で設定されることが好ましい。屈曲電流値が小さすぎると、くびれの形成が遅くなるので短絡期間が長くなり、溶接状態が不安定になりやすくなる。逆に、屈曲電流値が大きすぎると、くびれの形成状態が不安定になり、くびれ検出の制度が悪くなる。
【0051】
さらに好ましくは、本実施の形態によれば、第１期間の前に初期期間を設け、初期期間中は短絡電流を増加させない。短絡直後に短絡電流を増加させると短絡が一時的に解除されてその直後に再び短絡が発生する状態となることがある。これを防ぎ、安定した短絡状態へと導くために、短絡電流を増加させない初期期間を設けている。これにより、さらにスパッタの発生を削減することができる。さらに、初期期間中の短絡電流はベース電流の値とすることが好ましい。初期期間中の短絡電流の値が小さすぎると定電流制御が不安定になる場合が生じる。このために、ベース電流の値に設定すれば、安定した定電流制御が可能となる。
【符号の説明】
【0052】
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
ＣＭ 電流比較回路
Ｃｍ 電流比較信号
ＤＲ 駆動回路
Ｄｒ 駆動信号
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
Ｉｂ ベース電流
ＩＢＲ ベース電流設定回路
Ｉbr ベース電流設定信号
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
Ｉｐ ピーク電流
ＩＰＲ ピーク電流設定回路
Ｉpr ピーク電流設定信号
ＩＲ 電流設定回路
Ｉｒ 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
ＭＣ 電源主回路
ＮＤ くびれ検出回路
Ｎｄ くびれ検出信号
Ｒ 減流抵抗
Ｓ１Ｒ 第１立上り速度設定回路
Ｓ1r 第１立上り速度設定信号
Ｓ２Ｒ 第２立上り速度設定回路
Ｓ2r 第２立上り速度設定信号
ＳＤ 短絡判別回路
Ｓｄ 短絡判別信号
ＳＤＲ ピーク電流立下り速度設定回路
Ｓdr ピーク電流立下り速度設定信号
ＳＵＲ ピーク電流立上り速度設定回路
Ｓur ピーク電流立上り速度設定信号
Ｔｆ パルス周期信号
ＴＰＲ ピーク期間設定回路
Ｔpr ピーク期間設定信号
ＴＲ トランジスタ
ＶＡＶ 電圧平均化回路
Ｖav 電圧平均信号
ＶＤ 電圧検出回路
Ｖｄ 電圧検出信号
ＶＦ Ｖ／Ｆコンバータ
ＶＲ 電圧設定回路
Ｖｒ 電圧設定信号
Ｖｗ 溶接電圧
ＷＬ リアクトル
２ 母材
３ アーク
４ 溶接トーチ
５ 送給ロール
ＣＭ 電流比較回路
Ｃｍ 電流比較信号
ＤＲ 駆動回路
Ｄｒ 駆動信号
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
Ｉｂ ベース電流
ＩＢＲ ベース電流設定回路
Ｉbr ベース電流設定信号
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
Ｉｐ ピーク電流
ＩＰＲ ピーク電流設定回路
Ｉpr ピーク電流設定信号
ＩＲ 電流設定回路
Ｉｒ 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
ＭＣ 電源主回路
ＮＤ くびれ検出回路
Ｎｄ くびれ検出信号
Ｒ 減流抵抗
Ｓ１Ｒ 第１立上り速度設定回路
Ｓ1r 第１立上り速度設定信号
Ｓ２Ｒ 第２立上り速度設定回路
Ｓ2r 第２立上り速度設定信号
ＳＤ 短絡判別回路
Ｓｄ 短絡判別信号
ＳＤＲ ピーク電流立下り速度設定回路
Ｓdr ピーク電流立下り速度設定信号
ＳＵＲ ピーク電流立上り速度設定回路
Ｓur ピーク電流立上り速度設定信号
Ｔｆ パルス周期信号
ＴＰＲ ピーク期間設定回路
Ｔpr ピーク期間設定信号
ＴＲ トランジスタ
ＶＡＶ 電圧平均化回路
Ｖav 電圧平均信号
ＶＤ 電圧検出回路
Ｖｄ 電圧検出信号
ＶＦ Ｖ／Ｆコンバータ
ＶＲ 電圧設定回路
Ｖｒ 電圧設定信号
Ｖｗ 溶接電圧
ＷＬ リアクトル
【図1】
【図2】