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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】P2024147854
(43)【公開日】2024-10-17
(54)【発明の名称】アークスタート制御方法
(51)【国際特許分類】
B23K 9/067 20060101AFI20241009BHJP
B23K 9/095 20060101ALI20241009BHJP
B23K 9/12 20060101ALI20241009BHJP
【ＦＩ】
B23K9/067
B23K9/095 505A
B23K9/12 306
B23K9/12 303C
【審査請求】未請求
【請求項の数】4
【出願形態】ＯＬ
(21)【出願番号】P 2023060526
(22)【出願日】2023-04-04
(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】下新原 春菜
【テーマコード（参考）】
4E082
【Ｆターム（参考）】
4E082AA01
4E082DA01
4E082EB02
4E082EC03
4E082EC13
(57)【要約】
【課題】消耗電極式アーク溶接において、常に良好な溶接開始部の品質を得ること。
【解決手段】溶接電流Ｉｗが通電を開始すると時刻ｔ２～ｔ３のホットスタート期間Ｔｈに入り、ホットスタート期間Ｔｈ中は定電流制御によってホットスタート電流を通電すると共に送給速度Ｆｗをホットスタート送給速度に設定し、その後は定電圧制御によって溶接電圧Ｖｗが定常溶接電圧設定値と等しくなるように制御すると共に送給速度Ｆｗを定常送給速度に設定するアークスタート制御方法において、ホットスタート期間Ｔｈの後に時刻ｔ３～ｔ４の送給速度増加期間Ｔｕを設け、送給速度増加期間Ｔｕ中は送給速度Ｆｗをホットスタート送給速度から定常送給速度まで予め定めた増加率で増加させ、ホットスタート期間Ｔｈ中のアーク長を検出し、検出したアーク長が長いほど増加率が大きくなるように設定する。
【選択図】 図２
【解決手段】溶接電流Ｉｗが通電を開始すると時刻ｔ２～ｔ３のホットスタート期間Ｔｈに入り、ホットスタート期間Ｔｈ中は定電流制御によってホットスタート電流を通電すると共に送給速度Ｆｗをホットスタート送給速度に設定し、その後は定電圧制御によって溶接電圧Ｖｗが定常溶接電圧設定値と等しくなるように制御すると共に送給速度Ｆｗを定常送給速度に設定するアークスタート制御方法において、ホットスタート期間Ｔｈの後に時刻ｔ３～ｔ４の送給速度増加期間Ｔｕを設け、送給速度増加期間Ｔｕ中は送給速度Ｆｗをホットスタート送給速度から定常送給速度まで予め定めた増加率で増加させ、ホットスタート期間Ｔｈ中のアーク長を検出し、検出したアーク長が長いほど増加率が大きくなるように設定する。
【選択図】 図２
【特許請求の範囲】
【請求項1】
溶接開始に際して、溶接ワイヤが母材と接触して溶接電流が通電を開始するとホットスタート期間に入り、前記ホットスタート期間中は定電流制御によってホットスタート電流を通電すると共に送給速度をホットスタート送給速度に設定し、
その後は定電圧制御によって溶接電圧が定常溶接電圧設定値と等しくなるように制御すると共に前記送給速度を定常送給速度に設定するアークスタート制御方法において、
前記ホットスタート期間の後に送給速度増加期間を設け、前記送給速度増加期間中は前記送給速度を前記ホットスタート送給速度から前記定常送給速度まで予め定めた増加率で増加させ、
前記ホットスタート期間中のアーク長を検出し、前記アーク長が長いほど前記増加率が大きくなるように設定する、
ことを特徴とするアークスタート制御方法。
その後は定電圧制御によって溶接電圧が定常溶接電圧設定値と等しくなるように制御すると共に前記送給速度を定常送給速度に設定するアークスタート制御方法において、
前記ホットスタート期間の後に送給速度増加期間を設け、前記送給速度増加期間中は前記送給速度を前記ホットスタート送給速度から前記定常送給速度まで予め定めた増加率で増加させ、
前記ホットスタート期間中のアーク長を検出し、前記アーク長が長いほど前記増加率が大きくなるように設定する、
ことを特徴とするアークスタート制御方法。
【請求項2】
前記アーク長を、前記ホットスタート期間の終了時点における前記溶接電圧の値によって検出する、
ことを特徴とする請求項１に記載のアークスタート制御方法。
ことを特徴とする請求項１に記載のアークスタート制御方法。
【請求項3】
前記アーク長を、前記ホットスタート期間中の前記溶接電圧の平均値によって検出する、
ことを特徴とする請求項１に記載のアークスタート制御方法。
ことを特徴とする請求項１に記載のアークスタート制御方法。
【請求項4】
前記送給速度増加期間中は、予め定めた送給速度増加溶接電圧設定値に基づいて前記溶接電圧を制御する、
ことを特徴とする請求項１～３のいずれか１項に記載のアークスタート制御方法。
ことを特徴とする請求項１～３のいずれか１項に記載のアークスタート制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、良好なアークスタート性を得ることができる消耗電極式アーク溶接のアークスタート制御方法に関するものである。
【背景技術】
【0002】
溶接開始に際して、溶接ワイヤが母材と接触して溶接電流が通電を開始するとホットスタート期間に入り、ホットスタート期間中は定電流制御によってホットスタート電流を通電すると共に送給速度をホットスタート送給速度に設定し、その後は定電圧制御によって溶接電圧が定常溶接電圧設定値と等しくなるように制御すると共に送給速度を定常送給速度に設定するアークスタート制御方法が慣用されている。
【0003】
特許文献１の発明では、上記のホットスタート期間を、溶接電圧の検出値が基準値まで増加した時点で終了して定常期間に移行させるアークスタート制御方法が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0004】
【特許文献1】特開２０２２－１８２２２６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
従来技術では、アークスタート直後のアーク長がばらつきやすいために、定常のアーク長に収束するまでの過渡期間中の溶接状態が不安定になる場合がある。これにより、スタート部の溶け込み不良やスパッタなどが発生するという問題がある。
【0006】
そこで、本発明では、アークスタート直後のアーク長を円滑に定常アーク長に収束させて、アークスタート部の溶接品質を良好にすることができるアークスタート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、
溶接開始に際して、溶接ワイヤが母材と接触して溶接電流が通電を開始するとホットスタート期間に入り、前記ホットスタート期間中は定電流制御によってホットスタート電流を通電すると共に送給速度をホットスタート送給速度に設定し、
その後は定電圧制御によって溶接電圧が定常溶接電圧設定値と等しくなるように制御すると共に前記送給速度を定常送給速度に設定するアークスタート制御方法において、
前記ホットスタート期間の後に送給速度増加期間を設け、前記送給速度増加期間中は前記送給速度を前記ホットスタート送給速度から前記定常送給速度まで予め定めた増加率で増加させ、
前記ホットスタート期間中のアーク長を検出し、前記アーク長が長いほど前記増加率が大きくなるように設定する、
ことを特徴とするアークスタート制御方法である。
溶接開始に際して、溶接ワイヤが母材と接触して溶接電流が通電を開始するとホットスタート期間に入り、前記ホットスタート期間中は定電流制御によってホットスタート電流を通電すると共に送給速度をホットスタート送給速度に設定し、
その後は定電圧制御によって溶接電圧が定常溶接電圧設定値と等しくなるように制御すると共に前記送給速度を定常送給速度に設定するアークスタート制御方法において、
前記ホットスタート期間の後に送給速度増加期間を設け、前記送給速度増加期間中は前記送給速度を前記ホットスタート送給速度から前記定常送給速度まで予め定めた増加率で増加させ、
前記ホットスタート期間中のアーク長を検出し、前記アーク長が長いほど前記増加率が大きくなるように設定する、
ことを特徴とするアークスタート制御方法である。
【0008】
請求項２の発明は、
前記アーク長を、前記ホットスタート期間の終了時点における前記溶接電圧の値によって検出する、
ことを特徴とする請求項１に記載のアークスタート制御方法である。
前記アーク長を、前記ホットスタート期間の終了時点における前記溶接電圧の値によって検出する、
ことを特徴とする請求項１に記載のアークスタート制御方法である。
【0009】
請求項３の発明は、
前記アーク長を、前記ホットスタート期間中の前記溶接電圧の平均値によって検出する、
ことを特徴とする請求項１に記載のアークスタート制御方法である。
前記アーク長を、前記ホットスタート期間中の前記溶接電圧の平均値によって検出する、
ことを特徴とする請求項１に記載のアークスタート制御方法である。
【0010】
請求項４の発明は、
前記送給速度増加期間中は、予め定めた送給速度増加溶接電圧設定値に基づいて前記溶接電圧を制御する、
ことを特徴とする請求項１～３のいずれか１項に記載のアークスタート制御方法である。
前記送給速度増加期間中は、予め定めた送給速度増加溶接電圧設定値に基づいて前記溶接電圧を制御する、
ことを特徴とする請求項１～３のいずれか１項に記載のアークスタート制御方法である。
【発明の効果】
【0011】
本発明に係るアークスタート制御方法によれば、アークスタート直後のアーク長を円滑に定常アーク長に収束させて、アークスタート部の溶接品質を良好にすることができる。
【図面の簡単な説明】
【0012】
【図1】本発明の実施の形態に係るアークスタート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】
【0013】
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。
【0014】
図１は、本発明の実施の形態に係るアークスタート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。
【0015】
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Ｄｒに従ってインバータ制御等による出力制御を行い、溶接電流Ｉｗ及び溶接電圧Ｖｗ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次整流器、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Ｄｒ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次整流器、整流された直流を平滑するリアクトルを備えている。
【0016】
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内を送給されて、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の材質は、鉄鋼、アルミニウム等である。溶接トーチ４は、ロボット（図示は省略）に搭載されている。
【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】
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。通電判別回路ＣＤは、この電流検出信号Ｉｄを入力として、この値がしきい値以上のときはＨｉｇｈレベルとなる通電判別信号Ｃｄを出力する。この通電判別信号Ｃｄは、溶接電流Ｉｗが通電するとＨｉｇｈレベルとなる信号である。したがって、しきい値は、５Ａ程度に設定される。
【0019】
ロボット制御装置ＲＣは、予め教示された作業プログラムを記憶しており、この作業プログラムに従ってロボット（図示は省略）の動作を制御すると共に、駆動回路ＤＲおよび送給制御回路ＦＣに対して溶接開始信号Ｓｔを出力する。
【0020】
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】
期間設定回路ＭＳは、上記の溶接開始信号Ｓｔ、上記の通電判別信号Ｃｄ、上記のホットスタート期間設定信号Ｔhr、後述する送給速度設定信号Ｆｒ及び後述する定常送給速度設定信号Ｆcrを入力として、以下の処理を行い、期間信号Ｍｓを出力する。
１）溶接開始信号ＳｔがＨｉｇｈレベル（開始）に変化すると、その値が０から１となる期間設定信号Ｍｓを出力する。Ｍｓ＝１の期間はスローダウン送給期間となる。
２）その後に、通電判別信号ＣｄがＨｉｇｈレベル（通電）に変化すると、その値が２となる期間設定信号Ｍｓを出力する。Ｍｓ＝２の期間はホットスタート期間Ｔｈとなる。
３）その後に、ホットスタート期間設定信号Ｔhrによって定まるホットスタート期間Ｔｈが終了すると、その値が３となる期間設定信号Ｍｓを出力する。Ｍｓ＝３の期間は送給速度増加期間Ｔｕとなる。
４）その後に送給速度設定信号Ｆｒの値が定常送給速度設定信号Ｆcrの値まで増加すると、その値が４となる期間設定信号Ｍｓを出力する。Ｍｓ＝４の期間は定常期間となる。
１）溶接開始信号ＳｔがＨｉｇｈレベル（開始）に変化すると、その値が０から１となる期間設定信号Ｍｓを出力する。Ｍｓ＝１の期間はスローダウン送給期間となる。
２）その後に、通電判別信号ＣｄがＨｉｇｈレベル（通電）に変化すると、その値が２となる期間設定信号Ｍｓを出力する。Ｍｓ＝２の期間はホットスタート期間Ｔｈとなる。
３）その後に、ホットスタート期間設定信号Ｔhrによって定まるホットスタート期間Ｔｈが終了すると、その値が３となる期間設定信号Ｍｓを出力する。Ｍｓ＝３の期間は送給速度増加期間Ｔｕとなる。
４）その後に送給速度設定信号Ｆｒの値が定常送給速度設定信号Ｆcrの値まで増加すると、その値が４となる期間設定信号Ｍｓを出力する。Ｍｓ＝４の期間は定常期間となる。
【0022】
基準電圧設定回路ＶＳＲは、予め定めた基準電圧設定信号Ｖsrを出力する。
【0023】
送給速度増加溶接電圧設定回路ＶＵＲは、予め定めた送給速度増加溶接電圧設定信号Ｖurを出力する。
【0024】
定常溶接電圧設定回路ＶＣＲは、予め定めた定常溶接電圧設定信号Ｖcrを出力する。
【0025】
溶接電圧設定回路ＶＲは、上記の期間信号Ｍｓ、上記の送給速度増加溶接電圧設定信号Ｖur及び上記の定常溶接電圧設定信号Ｖcrを入力として、期間信号Ｍｓ＝０～３のときは送給速度増加溶接電圧設定信号Ｖurを溶接電圧設定信号Ｖｒとして出力し、期間信号Ｍｓ＝４の定常期間のときは定常溶接電圧設定信号Ｖcrを溶接電圧設定信号Ｖｒとして出力する。
【0026】
電圧誤差増幅回路ＥＶは、上記の溶接電圧設定信号Ｖｒと上記の溶接電圧検出信号Ｖｄとの誤差を増幅して、電圧誤差増幅信号Ｅｖを出力する。
【0027】
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。電流誤差増幅回路ＥＩは、こ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。
【0028】
制御方式切換信号生成回路ＣＳは、上記の期間信号Ｍｓを入力として、Ｍｓ＝１(スローダウン送給期間)及び２(ホットスタート期間Ｔｈ)のときはＬｏｗレベル（定電流制御）となり、Ｍｓ＝３（送給速度増加期間Ｔｕ）及びＭｓ＝４(定常期間Ｔｃ)のときはＨｉｇｈレベル（定電圧制御）になる制御方式切換信号Ｃｓを出力する。
【0029】
制御切換回路ＳＷは、上記の電圧誤差増幅信号Ｅｖ、上記の電流誤差増幅信号Ｅｉ及び上記の制御方式切換信号Ｃｓを入力として、Ｃｓ＝Ｌｏｗレベル（定電流制御）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、Ｃｓ＝Ｈｉｇｈレベル（定電圧制御）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。
【0030】
駆動回路ＤＲは、上記の誤差増幅信号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ＰＷＭ変調制御を行い、上記の電源主回路ＰＭ内のインバータ回路を駆動するための駆動信号Ｄｒを出力し、溶接開始信号ＳｔがＬｏｗレベルのときは駆動信号Ｄｒの出力を停止する。
【0031】
スローダウン送給速度設定回路ＦＳＲは、予め定めたスローダウン送給速度設定信号Ｆsrを出力する。
【0032】
ホットスタート送給速度設定回路ＦＨＲは、予め定めたホットスタート送給速度設定信号Ｆhrを出力する。
【0033】
定常送給速度設定回路ＦＣＲは、予め定めた定常送給速度設定信号Ｆcrを出力する。ここで、Ｆsr≦Ｆhr＜Ｆcrである。
【0034】
差分電圧値算出回路ＤＶは、上記の溶接電圧検出信号Ｖｄ、上記の期間信号Ｍｓ及び上記の基準電圧設定信号Ｖsrを入力として、期間信号Ｍｓ＝３に変化するホットスタート期間Ｔｈの終了時点における差分電圧値信号Ｄｖを以下の１）又は２）の方法によって算出して出力する。差分電圧値信号Ｄｖは、ホットスタート期間Ｔｈの終了時点におけるアーク長と基準アーク長との差分値と相関する値である。
１）期間信号Ｍｓ＝３に変化した時点における溶接電圧検出信号Ｖｄの値Ｖhdと基準電圧設定信号Ｖsrの値との差分値を算出して差分電圧値信号Ｄｖ＝Ｖhd－Ｖsrとして出力する。
２）期間信号Ｍｓ＝２のホットスタート期間Ｔｈ中の溶接電圧検出信号Ｖｄの平均値Ｖadと基準電圧設定信号Ｖsrの値との差分値を算出して差分電圧値信号Ｄｖ＝Ｖad－Ｖsrとして出力する。
１）期間信号Ｍｓ＝３に変化した時点における溶接電圧検出信号Ｖｄの値Ｖhdと基準電圧設定信号Ｖsrの値との差分値を算出して差分電圧値信号Ｄｖ＝Ｖhd－Ｖsrとして出力する。
２）期間信号Ｍｓ＝２のホットスタート期間Ｔｈ中の溶接電圧検出信号Ｖｄの平均値Ｖadと基準電圧設定信号Ｖsrの値との差分値を算出して差分電圧値信号Ｄｖ＝Ｖad－Ｖsrとして出力する。
【0035】
基準増加率設定回路ＵＳＲは、予め定めた基準増加率設定信号Ｕsrを出力する。増加率は、送給速度（ｍ／分）の１秒間当たりの増加率である。例えばＦsr＝１．０（ｍ／ｓ２）である。この場合、送給速度を１．２ｍ／分から７．２ｍ／分まで増加させるのにかかる時間は１００msとなる。
【0036】
増加率設定回路ＵＲは、上記の基準増加率設定信号usr及び上記の差分電圧値信号Ｄｖを入力として、予め定めた関数によって増加率設定信号Ｕｒを算出して出力する。関数の例を以下に示す。関数の詳細については、図２で後述する。
１）Ｄｖ＝０のときはＵｒ＝Ｕsr （１）式
２）Ｄｖ＞０のときはＵｒ＝Ｕsr・（１．０＋Ｄｖ・０．２） （２）式
３）Ｄｖ＜０のときはＵｒ＝Ｕsr・（１．０＋Ｄｖ・０．１） （３）式
但し、Ｄｖの範囲は±３Ｖに制限される。
１）Ｄｖ＝０のときはＵｒ＝Ｕsr （１）式
２）Ｄｖ＞０のときはＵｒ＝Ｕsr・（１．０＋Ｄｖ・０．２） （２）式
３）Ｄｖ＜０のときはＵｒ＝Ｕsr・（１．０＋Ｄｖ・０．１） （３）式
但し、Ｄｖの範囲は±３Ｖに制限される。
【0037】
送給速度設定回路ＦＲは、上記のスローダウン送給速度設定信号Ｆsr、上記のホットスタート送給速度設定信号Ｆhr、上記の定常送給速度設定信号Ｆcr、上記の増加率設定信号Ｕｒ及び上記の期間信号Ｍｓを入力として、以下の処理を行い、送給速度設定信号Ｆｒを出力する。
１）期間信号Ｍｓ＝０及び１のときはスローダウン送給速度設定信号Ｆsrの値を送給速度設定信号Ｆｒとして出力する。
２）期間信号Ｍｓ＝２に変化すると、ホットスタート送給速度設定信号Ｆhrの値を送給速度設定信号Ｆｒとして出力する。
３）期間信号Ｍｓ＝３に変化すると、ホットスタート送給速度設定信号Ｆhrの値から定常送給速度設定信号Ｆcrの値まで増加率設定信号Ｕｒによって定まる増加率で増加する送給速度設定信号Ｆｒを出力する。
４）期間信号Ｍｓ＝４に変化すると、定常送給速度設定信号Ｆcrの値を送給速度設定信号Ｆｒとして出力する。
１）期間信号Ｍｓ＝０及び１のときはスローダウン送給速度設定信号Ｆsrの値を送給速度設定信号Ｆｒとして出力する。
２）期間信号Ｍｓ＝２に変化すると、ホットスタート送給速度設定信号Ｆhrの値を送給速度設定信号Ｆｒとして出力する。
３）期間信号Ｍｓ＝３に変化すると、ホットスタート送給速度設定信号Ｆhrの値から定常送給速度設定信号Ｆcrの値まで増加率設定信号Ｕｒによって定まる増加率で増加する送給速度設定信号Ｆｒを出力する。
４）期間信号Ｍｓ＝４に変化すると、定常送給速度設定信号Ｆcrの値を送給速度設定信号Ｆｒとして出力する。
【0038】
送給制御回路ＦＣは、上記の送給速度設定信号Ｆｒ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レベルのときは溶接ワイヤ１を送給速度設定信号Ｆｒによって定まる速度で送給するための送給制御信号Ｆｃを上記の送給モータＷＭに出力し、溶接開始信号ＳｔがＬｏｗレベルのときは送給を停止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。
【0039】
図２は、本発明の実施の形態に係るアークスタート制御方法を示す図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）は溶接開始信号Ｓｔの時間変化を示し、同図（Ｂ）は制御方式切換信号Ｃｓの時間変化を示し、同図（Ｃ）は溶接ワイヤの送給速度Ｆｗ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）は溶接電圧Ｖｗの時間変化を示す。同図は、ロボットを使用した溶接の場合を例示している。以下、同図を参照して説明する。
【0040】
同図において、時刻ｔ１～ｔ２の期間が図１の期間信号Ｍｓ＝１のスローダウン送給期間となり、時刻ｔ２～ｔ３の期間が図１の期間信号Ｍｓ＝２のホットスタート期間Ｔｈとなり、時刻ｔ３～ｔ４の期間が図１の期間信号Ｍｓ＝３の送給速度増加期間Ｔｕとなり、時刻ｔ４以降の期間が図１の期間信号Ｍｓ＝４の定常期間Ｔｃとなる。
【0041】
時刻ｔ１において、ロボットが移動して溶接トーチが溶接開始位置に到達すると、ロボット制御装置から溶接電源に対してＨｉｇｈレベルの溶接開始信号Ｓｔが出力される。
【0042】
（１）時刻ｔ１～ｔ２のスローダウン送給期間
同図（Ａ）に示すように、時刻ｔ１において、ロボット制御装置からの溶接開始信号ＳｔがＨｉｇｈレベルになると、溶接電源の出力が開始されるので、同図（Ｅ）に示すように、８０Ｖ程度の無負荷電圧が溶接ワイヤと母材との間に印加される。同時に、同図（Ｃ）に示すように、送給速度Ｆｗは、図１のスローダウン送給速度設定信号Ｆsrによって定まるスローダウン送給速度Ｆｓとなり、溶接ワイヤは母材へと次第に接近する。スローダウン送給速度Ｆｓは、例えば１．０m/分程度である。同図（Ｂ）に示すように、制御方式切換信号Ｃｓは、ホットスタート期間Ｔｈが終了する時刻ｔ３まではＬｏｗレベル（定電流制御）となり、それ以降はＨｉｇｈレベル（定電圧制御）となる。この制御方式切換信号Ｃｓは、溶接電源の出力制御の方式を定電流制御にするか定電圧制御にするかを切り換える信号である。
同図（Ａ）に示すように、時刻ｔ１において、ロボット制御装置からの溶接開始信号ＳｔがＨｉｇｈレベルになると、溶接電源の出力が開始されるので、同図（Ｅ）に示すように、８０Ｖ程度の無負荷電圧が溶接ワイヤと母材との間に印加される。同時に、同図（Ｃ）に示すように、送給速度Ｆｗは、図１のスローダウン送給速度設定信号Ｆsrによって定まるスローダウン送給速度Ｆｓとなり、溶接ワイヤは母材へと次第に接近する。スローダウン送給速度Ｆｓは、例えば１．０m/分程度である。同図（Ｂ）に示すように、制御方式切換信号Ｃｓは、ホットスタート期間Ｔｈが終了する時刻ｔ３まではＬｏｗレベル（定電流制御）となり、それ以降はＨｉｇｈレベル（定電圧制御）となる。この制御方式切換信号Ｃｓは、溶接電源の出力制御の方式を定電流制御にするか定電圧制御にするかを切り換える信号である。
【0043】
（２）時刻ｔ２～ｔ３のホットスタート期間Ｔｈ
時刻ｔ２において、溶接ワイヤと母材とが接触して導通すると、同図（Ｅ）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。同時に、同図（Ｄ）に示すように、溶接電流Ｉｗの通電が開始されて、図１のホットスタート電流設定信号Ｉhrによって設定されるホットスタート電流Ｉｈが通電する。このホットスタート期間Ｔｈ中は、同図（Ｂ）に示すように、制御方式切換信号ＣｓがＬｏｗレベルであるので、定電流制御となる。同図（Ｃ）に示すように、送給速度Ｆｗは、図１のホットスタート送給速度設定信号Ｆhrによって設定されるホットスタート期間送給速度Ｆｈの値となる。ホットスタート電流Ｉｈは、例えば５００Ａ程度に設定される。ホットスタート期間送給速度Ｆｈの値は、定常送給速度Ｆwcよりも小さな値に設定され、例えば１．２m/分程度に設定される。ホットスタート送給速度Ｆｈをスローダウン送給速度Ｆｓと等しい値に設定しても良い。このホットスタート電流Ｉｈは、溶接ワイヤの先端を早急に溶融してアークを発生させるために通電する。したがって、時刻ｔ２から１ms程度の短時間経過後の時刻ｔ２１において、アークが発生する。アークが発生すると、同図（Ｅ）に示すように、溶接電圧Ｖｗは２０Ｖ程度のアーク電圧値に急増する。ホットスタート電流Ｉｈによって溶接ワイヤ先端が溶融されるので、アーク長は次第に長くなる。これに応動して、同図（Ｅ）に示すように、溶接電圧Ｖｗは、時刻ｔ２１からアーク長に比例して次第に増加する。そして、時刻ｔ３において、時刻ｔ２からの経過時間が図１のホットスタート期間設定信号Ｔhrによって定まる値に達するとホットスタート期間Ｔｈが終了する。ホットスタート期間Ｔｈは、５～１０ms程度に設定される。このホットスタート期間Ｔｈが終了する時点ｔ３におけるアーク長を、溶接電圧Ｖｗによって検出する。アーク長の検出は、図１の差分電圧値算出回路ＤＶによって以下のようにして行う。ホットスタート期間Ｔｈが終了した時点におけるアーク長と基準アーク長との差分値を、溶接電圧検出信号Ｖｄの値と基準電圧設定信号Ｖsrの値との差分電圧値信号Ｄｖとして検出する。
１）ホットスタート期間Ｔｈの終了時点（期間信号Ｍｓ＝３に変化した時点）における溶接電圧検出信号Ｖｄの値Ｖhdと基準電圧設定信号Ｖsrの値との差分値を算出して差分電圧値信号Ｄｖ＝Ｖhd－Ｖsrを出力する。
２）期間信号Ｍｓ＝２のホットスタート期間Ｔｈ中の溶接電圧検出信号Ｖｄの平均値Ｖadと基準電圧設定信号Ｖsrの値との差分値を算出して差分電圧値信号Ｄｖ＝Ｖad－Ｖsrとして出力する。
時刻ｔ２において、溶接ワイヤと母材とが接触して導通すると、同図（Ｅ）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。同時に、同図（Ｄ）に示すように、溶接電流Ｉｗの通電が開始されて、図１のホットスタート電流設定信号Ｉhrによって設定されるホットスタート電流Ｉｈが通電する。このホットスタート期間Ｔｈ中は、同図（Ｂ）に示すように、制御方式切換信号ＣｓがＬｏｗレベルであるので、定電流制御となる。同図（Ｃ）に示すように、送給速度Ｆｗは、図１のホットスタート送給速度設定信号Ｆhrによって設定されるホットスタート期間送給速度Ｆｈの値となる。ホットスタート電流Ｉｈは、例えば５００Ａ程度に設定される。ホットスタート期間送給速度Ｆｈの値は、定常送給速度Ｆwcよりも小さな値に設定され、例えば１．２m/分程度に設定される。ホットスタート送給速度Ｆｈをスローダウン送給速度Ｆｓと等しい値に設定しても良い。このホットスタート電流Ｉｈは、溶接ワイヤの先端を早急に溶融してアークを発生させるために通電する。したがって、時刻ｔ２から１ms程度の短時間経過後の時刻ｔ２１において、アークが発生する。アークが発生すると、同図（Ｅ）に示すように、溶接電圧Ｖｗは２０Ｖ程度のアーク電圧値に急増する。ホットスタート電流Ｉｈによって溶接ワイヤ先端が溶融されるので、アーク長は次第に長くなる。これに応動して、同図（Ｅ）に示すように、溶接電圧Ｖｗは、時刻ｔ２１からアーク長に比例して次第に増加する。そして、時刻ｔ３において、時刻ｔ２からの経過時間が図１のホットスタート期間設定信号Ｔhrによって定まる値に達するとホットスタート期間Ｔｈが終了する。ホットスタート期間Ｔｈは、５～１０ms程度に設定される。このホットスタート期間Ｔｈが終了する時点ｔ３におけるアーク長を、溶接電圧Ｖｗによって検出する。アーク長の検出は、図１の差分電圧値算出回路ＤＶによって以下のようにして行う。ホットスタート期間Ｔｈが終了した時点におけるアーク長と基準アーク長との差分値を、溶接電圧検出信号Ｖｄの値と基準電圧設定信号Ｖsrの値との差分電圧値信号Ｄｖとして検出する。
１）ホットスタート期間Ｔｈの終了時点（期間信号Ｍｓ＝３に変化した時点）における溶接電圧検出信号Ｖｄの値Ｖhdと基準電圧設定信号Ｖsrの値との差分値を算出して差分電圧値信号Ｄｖ＝Ｖhd－Ｖsrを出力する。
２）期間信号Ｍｓ＝２のホットスタート期間Ｔｈ中の溶接電圧検出信号Ｖｄの平均値Ｖadと基準電圧設定信号Ｖsrの値との差分値を算出して差分電圧値信号Ｄｖ＝Ｖad－Ｖsrとして出力する。
【0044】
（３）時刻ｔ３～ｔ４の送給速度増加期間Ｔｕ
時刻ｔ３においてホットスタート期間Ｔｈが終了すると、送給速度増加期間Ｔｕに入る。これに応動して、同図（Ｂ）に示すように、制御方式切換信号ＣｓがＨｉｇｈレベルに変化するので、溶接電源は図１の送給速度増加溶接電圧設定信号Ｖurに基づいて定電圧制御される。送給速度増加溶接電圧設定信号Ｖurは、時刻ｔ３の定常溶接電圧設定信号Ｖcrよりも数Ｖ程度大きな値から時刻ｔ４の定常溶接電圧設定信号Ｖcrの値まで減少するように設定される。さらに、同図（Ｃ）に示すように、送給速度Ｆｗは、本期間中に、ホットスタート送給速度Ｆｈから図１の定常送給速度設定信号Ｆcrによって定まる定常送給速度Ｆwcまで図１の増加率設定信号Ｕｒによって定まる増加率で増加する。同図（Ｄ）に示すように、溶接電流Ｉｗは、時刻ｔ３直後に３００Ａ程度まで急減した後に緩やかに減少して、時刻ｔ４近傍で定常溶接電流値に収束する。同図（Ｅ）に示すように、溶接電圧Ｖｗは、時刻ｔ３から緩やかに減少して、時刻ｔ４近傍で定常溶接電圧値に収束する。
時刻ｔ３においてホットスタート期間Ｔｈが終了すると、送給速度増加期間Ｔｕに入る。これに応動して、同図（Ｂ）に示すように、制御方式切換信号ＣｓがＨｉｇｈレベルに変化するので、溶接電源は図１の送給速度増加溶接電圧設定信号Ｖurに基づいて定電圧制御される。送給速度増加溶接電圧設定信号Ｖurは、時刻ｔ３の定常溶接電圧設定信号Ｖcrよりも数Ｖ程度大きな値から時刻ｔ４の定常溶接電圧設定信号Ｖcrの値まで減少するように設定される。さらに、同図（Ｃ）に示すように、送給速度Ｆｗは、本期間中に、ホットスタート送給速度Ｆｈから図１の定常送給速度設定信号Ｆcrによって定まる定常送給速度Ｆwcまで図１の増加率設定信号Ｕｒによって定まる増加率で増加する。同図（Ｄ）に示すように、溶接電流Ｉｗは、時刻ｔ３直後に３００Ａ程度まで急減した後に緩やかに減少して、時刻ｔ４近傍で定常溶接電流値に収束する。同図（Ｅ）に示すように、溶接電圧Ｖｗは、時刻ｔ３から緩やかに減少して、時刻ｔ４近傍で定常溶接電圧値に収束する。
【0045】
送給速度Ｆｗの増加率を設定する図１の増加率設定信号Ｕｒは、上述した差分電圧値信号Ｄｖを入力として図１の増加率設定回路ＵＲによって以下のように設定される。
１）Ｄｖ＝０のときはＵｒ＝Ｕsr （１）式
２）Ｄｖ＞０のときはＵｒ＝Ｕsr・（１．０＋Ｄｖ・０．２） （２）式
３）Ｄｖ＜０のときはＵｒ＝Ｕsr・（１．０＋Ｄｖ・０．１） （３）式
１）Ｄｖ＝０のときはＵｒ＝Ｕsr （１）式
２）Ｄｖ＞０のときはＵｒ＝Ｕsr・（１．０＋Ｄｖ・０．２） （２）式
３）Ｄｖ＜０のときはＵｒ＝Ｕsr・（１．０＋Ｄｖ・０．１） （３）式
【0046】
１）ホットスタート期間Ｔｈの終了時点におけるアーク長が基準アーク長と等しいときは、差分電圧値Ｄｖ＝０となり、送給速度Ｆｗの増加率は基準増加率となる。
２）ホットスタート期間Ｔｈの終了時点におけるアーク長が基準アーク長よりも長いときは、差分電圧値Ｄｖ＞０となり、送給速度Ｆｗの増加率は基準増加率よりも大きくなる。この結果、送給速度増加期間Ｔｕは、１）の場合よりも短くなる。
３）ホットスタート期間Ｔｈの終了時点におけるアーク長が基準アーク長よりも短いときは、差分電圧値Ｄｖ＜０となり、送給速度Ｆｗの増加率は基準増加率よりも小さくなる。この結果、送給速度増加期間Ｔｕは、１）の場合よりも長くなる。
２）ホットスタート期間Ｔｈの終了時点におけるアーク長が基準アーク長よりも長いときは、差分電圧値Ｄｖ＞０となり、送給速度Ｆｗの増加率は基準増加率よりも大きくなる。この結果、送給速度増加期間Ｔｕは、１）の場合よりも短くなる。
３）ホットスタート期間Ｔｈの終了時点におけるアーク長が基準アーク長よりも短いときは、差分電圧値Ｄｖ＜０となり、送給速度Ｆｗの増加率は基準増加率よりも小さくなる。この結果、送給速度増加期間Ｔｕは、１）の場合よりも長くなる。
【0047】
上記の関数の数値例を以下に示す。ここで、Ｕsr＝１．０（ｍ／ｓ２）であり、送給速度ＦＷを１．２ｍ／分から７．２ｍ／分まで増加させる場合とする。
１）Ｄｖ＝０ｖのときはＵｒ＝１．０（ｍ／ｓ２）、Ｔｕ＝１００ms
２）Ｄｖ＝３ｖのときはＵｒ＝１．４（ｍ／ｓ２）、Ｔｕ＝６３ms
３）Ｄｖ＝－３ｖのときはＵｒ＝０．８（ｍ／ｓ２）、Ｔｕ＝１４３ms
１）Ｄｖ＝０ｖのときはＵｒ＝１．０（ｍ／ｓ２）、Ｔｕ＝１００ms
２）Ｄｖ＝３ｖのときはＵｒ＝１．４（ｍ／ｓ２）、Ｔｕ＝６３ms
３）Ｄｖ＝－３ｖのときはＵｒ＝０．８（ｍ／ｓ２）、Ｔｕ＝１４３ms
【0048】
（４）時刻ｔ４以降の定常期間ｔｃ
時刻ｔ４において送給速度増加期間Ｔｕが終了すると、定常期間Ｔｃに移行する。同図（Ｂ）に示すように、制御方式切換信号ＣｓはＨｉｇｈレベルであるので、溶接電源は図１の定常溶接電圧設定信号Ｖcrに基づいて定電圧制御される。同図（Ｃ）に示すように、送給速度Ｆｗは図１の定常送給速度設定信号Ｆcrの値となる。同図（Ｄ）に示すように、溶接電流Ｉｗは定常送給速度Ｆwcで定まる値となる。同図（Ｅ）に示すように、溶接電圧Ｖｗは図１の定常溶接電圧設定信号Ｖcrの値となる。
時刻ｔ４において送給速度増加期間Ｔｕが終了すると、定常期間Ｔｃに移行する。同図（Ｂ）に示すように、制御方式切換信号ＣｓはＨｉｇｈレベルであるので、溶接電源は図１の定常溶接電圧設定信号Ｖcrに基づいて定電圧制御される。同図（Ｃ）に示すように、送給速度Ｆｗは図１の定常送給速度設定信号Ｆcrの値となる。同図（Ｄ）に示すように、溶接電流Ｉｗは定常送給速度Ｆwcで定まる値となる。同図（Ｅ）に示すように、溶接電圧Ｖｗは図１の定常溶接電圧設定信号Ｖcrの値となる。
【0049】
同図においては、時刻ｔ３以降の送給速度増加期間Ｔｕ及び定常期間Ｔｃにおける溶接電流Ｉｗ及び溶接電圧Ｖｗの波形を曲線でしめしているが、パルスアーク溶接の場合にはパルス波形となる。
【0050】
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、ホットスタート期間の後に送給速度増加期間を設け、送給速度増加期間中は送給速度をホットスタート送給速度から定常送給速度まで予め定めた増加率で増加させ、ホットスタート期間中のアーク長を検出し、アーク長が長いほど増加率が大きくなるように設定する。本実施の形態では、アークスタート直後のアーク長のばらつきをホットスタート期間中のアーク長によって検出している。本実施の形態では、検出したアーク長が長いほど送給速度の増加率を大きくすることによって、アークスタート直後のアーク長を迅速にかつ円滑に定常アーク長に収束させることができるので、アークスタート部の溶接品質を良好にすることができる。
本実施の形態によれば、ホットスタート期間の後に送給速度増加期間を設け、送給速度増加期間中は送給速度をホットスタート送給速度から定常送給速度まで予め定めた増加率で増加させ、ホットスタート期間中のアーク長を検出し、アーク長が長いほど増加率が大きくなるように設定する。本実施の形態では、アークスタート直後のアーク長のばらつきをホットスタート期間中のアーク長によって検出している。本実施の形態では、検出したアーク長が長いほど送給速度の増加率を大きくすることによって、アークスタート直後のアーク長を迅速にかつ円滑に定常アーク長に収束させることができるので、アークスタート部の溶接品質を良好にすることができる。
【0051】
さらに好ましくは、本実施の形態によれば、アーク長を、ホットスタート期間の終了時点における溶接電圧の値によって検出する。このようにすると、アーク長のばらつきを、溶接電圧によってホットスタート期間の終了時点におけるアーク長として検出することができる。
【0052】
さらに好ましくは、本実施の形態によれば、アーク長を、ホットスタート期間中の溶接電圧の平均値によって検出する。このようにすると、アーク長のばらつきを、溶接電圧の平均値によってホットスタート期間中のアーク長の平均値として検出することができる。
【0053】
さらに好ましくは、本実施の形態によれば、送給速度増加期間中は、予め定めた送給速度増加溶接電圧設定値に基づいて溶接電圧を制御する。このようにすると、送給速度が増加している状態に適した溶接電圧に制御することができるので、送給速度増加期間中の溶接状態を安定化することができる。
【符号の説明】
【0054】
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 通電判別回路
Ｃｄ 通電判別信号
ＣＳ 制御方式切換信号生成回路
Ｃｓ 制御方式切換信号
ＤＲ 駆動回路
Ｄｒ 駆動信号
ＤＶ 差分電圧値算出回路
Ｄｖ 差分電圧値信号
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
ＦＣＲ 定常送給速度設定回路
Ｆcr 定常送給速度設定信号
Ｆｈ ホットスタート送給速度
ＦＨＲ ホットスタート送給速度設定回路
Ｆhr ホットスタート送給速度設定信号
ＦＲ 送給速度設定回路
Ｆｒ 送給速度設定信号
Ｆｓ スローダウン送給速度
ＦＳＲ スローダウン送給速度設定回路
Ｆsr スローダウン送給速度設定信号
Ｆｗ 送給速度
Ｆwc 定常送給速度
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
ＭＳ 期間設定回路
Ｍｓ 期間信号
ＰＭ 電源主回路
ＲＣ ロボット制御装置
Ｓｔ 溶接開始信号
ＳＷ 制御切換回路
Ｔｃ 定常期間
Ｔｈ ホットスタート期間
ＴＨＲ ホットスタート期間設定回路
Ｔhr ホットスタート期間設定信号
Ｔｕ 送給速度増加期間
ＵＲ 増加率設定回路
Ｕｒ 増加率設定信号
ＵＳＲ 基準増加率設定回路
Ｕsr 基準増加率設定信号
ＶＣＲ 定常溶接電圧設定回路
Ｖcr 定常溶接電圧設定信号
ＶＤ 溶接電圧検出回路
Ｖｄ 溶接電圧検出信号
ＶＲ 溶接電圧設定回路
Ｖｒ 溶接電圧設定信号
ＶＳＲ 基準電圧設定回路
Ｖsr 基準電圧設定信号
ＶＵＲ 送給速度増加溶接電圧設定回路
Ｖur 送給速度増加溶接電圧設定信号
Ｖｗ 溶接電圧
ＷＭ 送給モータ
２ 母材
３ アーク
４ 溶接トーチ
５ 送給ロール
ＣＤ 通電判別回路
Ｃｄ 通電判別信号
ＣＳ 制御方式切換信号生成回路
Ｃｓ 制御方式切換信号
ＤＲ 駆動回路
Ｄｒ 駆動信号
ＤＶ 差分電圧値算出回路
Ｄｖ 差分電圧値信号
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
ＦＣＲ 定常送給速度設定回路
Ｆcr 定常送給速度設定信号
Ｆｈ ホットスタート送給速度
ＦＨＲ ホットスタート送給速度設定回路
Ｆhr ホットスタート送給速度設定信号
ＦＲ 送給速度設定回路
Ｆｒ 送給速度設定信号
Ｆｓ スローダウン送給速度
ＦＳＲ スローダウン送給速度設定回路
Ｆsr スローダウン送給速度設定信号
Ｆｗ 送給速度
Ｆwc 定常送給速度
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
ＭＳ 期間設定回路
Ｍｓ 期間信号
ＰＭ 電源主回路
ＲＣ ロボット制御装置
Ｓｔ 溶接開始信号
ＳＷ 制御切換回路
Ｔｃ 定常期間
Ｔｈ ホットスタート期間
ＴＨＲ ホットスタート期間設定回路
Ｔhr ホットスタート期間設定信号
Ｔｕ 送給速度増加期間
ＵＲ 増加率設定回路
Ｕｒ 増加率設定信号
ＵＳＲ 基準増加率設定回路
Ｕsr 基準増加率設定信号
ＶＣＲ 定常溶接電圧設定回路
Ｖcr 定常溶接電圧設定信号
ＶＤ 溶接電圧検出回路
Ｖｄ 溶接電圧検出信号
ＶＲ 溶接電圧設定回路
Ｖｒ 溶接電圧設定信号
ＶＳＲ 基準電圧設定回路
Ｖsr 基準電圧設定信号
ＶＵＲ 送給速度増加溶接電圧設定回路
Ｖur 送給速度増加溶接電圧設定信号
Ｖｗ 溶接電圧
ＷＭ 送給モータ
【図1】
【図2】