特開 2024-86032 パルスアーク溶接の極性制御方法

(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】P2024086032

(43)【公開日】2024-06-27

(54)【発明の名称】パルスアーク溶接の極性制御方法

(51)【国際特許分類】

   B23K 9/09 20060101AFI20240620BHJP

   B23K 9/12 20060101ALI20240620BHJP

   B23K 9/073 20060101ALI20240620BHJP

【ＦＩ】

B23K9/09

B23K9/12 305

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 2022200886

(22)【出願日】2022-12-16

(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】梶原 凱

(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）】

4E082AB01

4E082BA02

4E082BA04

4E082CA01

4E082DA01

4E082EC03

4E082EC13

4E082EC16

4E082EE01

4E082EE03

4E082EE07

4E082EF16

4E082FA04

(57)【要約】

【課題】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。
【解決手段】溶接ワイヤを送給し、電極プラス極性ＥＰでピーク電流Ｉｐ及びベース電流Ｉｂを通電し、溶接ワイヤと母材とが短絡すると短絡電流を通電し、その後に溶滴のくびれを検出Ｎｄすると前記短絡電流を減少させてアークを発生させて溶接するパルスアーク溶接の極性制御方法において、時刻ｔ２２において短絡が基準時間以上になると、電極プラス極性ＥＰから電極マイナス極性ＥＮへと出力極性を切り換え、かつ、溶接ワイヤの送給速度Ｆｗを逆送へと切り換える。電極マイナス極性ＥＮ中にくびれを検出Ｎｄして短絡電流が減少した後に、時刻ｔ２５において電極プラス極性ＥＰに戻し、送給速度Ｆｗを正送に戻す。
【選択図】 図２

【特許請求の範囲】

【請求項1】

溶接ワイヤを所定の送給速度で正送し、電極プラス極性でピーク電流及びベース電流を通電し、
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、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てアークを発生させて溶接するパルスアーク溶接の極性制御方法において、
前記短絡が基準時間以上になると、電極プラス極性から電極マイナス極性へと出力極性を切り換え、かつ、前記溶接ワイヤの前記送給速度を減速する、
ことを特徴とするパルスアーク溶接の極性制御方法。

【請求項2】

前記減速は、前記送給速度を０にすることによって行う、
ことを特徴とする請求項１に記載のパルスアーク溶接の極性制御方法。

【請求項3】

前記減速は、前記溶接ワイヤを逆送することによって行う、
ことを特徴とする請求項１に記載のパルスアーク溶接の極性制御方法。

【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の極性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、溶接ワイヤを所定の送給速度で正送し、電極プラス極性で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。これは、通常短絡よりも長い長期短絡が稀に発生し、スパッタが多く発生するという問題があるためである。

【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パルスアーク溶接の極性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、
溶接ワイヤを所定の送給速度で正送し、電極プラス極性でピーク電流及びベース電流を通電し、
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、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てアークを発生させて溶接するパルスアーク溶接の極性制御方法において、
前記短絡が基準時間以上になると、電極プラス極性から電極マイナス極性へと出力極性を切り換え、かつ、前記溶接ワイヤの前記送給速度を減速する、
ことを特徴とするパルスアーク溶接の極性制御方法である。

【0009】

請求項２の発明は、
前記減速は、前記送給速度を０にすることによって行う、
ことを特徴とする請求項１に記載のパルスアーク溶接の極性制御方法である。

【0010】

請求項３の発明は、
前記減速は、前記溶接ワイヤを逆送することによって行う、
ことを特徴とする請求項１に記載のパルスアーク溶接の極性制御方法である。

【発明の効果】

【0011】

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】

【0012】

【図1】本発明の実施の形態１に係るパルスアーク溶接の極性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。

【図2】本発明の実施の形態１に係るパルスアーク溶接の極性制御方法を示す図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。

【図3】本発明の実施の形態２に係るパルスアーク溶接の極性制御方法を示す図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。

【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】

［実施の形態１］
図１は、本発明の実施の形態１に係るパルスアーク溶接の極性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。この電源主回路ＭＣ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電流誤差増幅信号Ｅｉ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、平滑された直流を極性切換信号Ｄｒに基づいて極性を切り換える２次側インバータ回路を備えている。

【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。

【0017】

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、予め定めた電圧設定信号Ｖｒを出力する。

【0018】

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。

【0019】

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。

【0020】

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。

【0021】

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。

【0022】

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。

【0023】

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。

【0024】

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。

【0025】

くびれ検出回路ＮＤは、上記の短絡判別信号Ｓｄ及び上記の電圧検出信号Ｖｄ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の上昇値又は上昇率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。

【0026】

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及び後述する電流検出信号Ｉｄを入力として、電流検出信号Ｉｄの値が低レベル電流設定信号Ｉlrの値以下のときはＨｉｇｈレベルになり、超過しているときはＬｏｗレベルになる電流比較信号Ｃｍを出力する。

【0027】

基準時間設定回路ＴＳＲは、予め定めた基準時間設定信号Ｔsrを出力する。

【0028】

極性切換回路ＤＲは、上記の短絡判別信号Ｓｄ、上記の電流比較信号Ｃｍ及び上記の基準時間設定信号Ｔsrを入力として、短絡判別信号ＳｄがＨｉｇｈレベル（短絡期間）に変化した時点からの経過時間が基準時間設定信号Ｔsrの値以上になるとＨｉｇｈレベル（電極マイナス極性ＥＮ）に変化し、
その後に電流比較信号ＣｍがＨｉｇｈレベルに変化した時点又は短絡判別信号ＳｄがＬｏｗレベル（アーク期間）に変化した時点から遅延させてＬｏｗレベル（電極プラス極性ＥＰ）に戻る極性切換信号Ｄｒを出力する。

【0029】

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及び上記の基準時間設定信号Ｔsr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スロープを有して増加し、予め定めた電極プラス極性電流設定値に達するとその値を維持する。
３）その後、短絡期間が基準時間設定信号Ｔsrの値以上になると、短絡電流設定信号Ｉsrの値は予め定めた電極マイナス極性電流設定値になる。
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。

【0030】

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。

【0031】

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。

【0032】

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。

【0033】

送給速度設定回路ＦＲは、上記の極性切換信号Ｄｒを入力として、極性切換信号ＤｒがＬｏｗレベルのときは、予め定めた正の値の定常送給速度となり、極性切換信号ＤｒがＨｉｇｈレベル（長期短絡時）のときは以下の１）～３）のいずれかの減速送給速度となる送給速度設定信号Ｆｒを出力する。
１）減速送給速度を定常送給速度よりも小さな正の値とする。これにより、溶接ワイヤ１の送給速度が遅くなる。
２）減速送給速度を０とする。これにより、溶接ワイヤ１は送給を停止する。
３）減速送給速度を負の値とする。これにより溶接ワイヤ１は母材２から離反する方向に逆送される。

【0034】

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、溶接ワイヤ１の送給速度Ｆｗを送給速度設定信号Ｆｒの値に制御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。

【0035】

図２は、本発明の実施の形態１に係るパルスアーク溶接の極性制御方法を示す図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）は極性切換信号Ｄｒの時間変化を示し、同図（Ｆ）は送給速度Ｆｗ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。

【0036】

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周期は基準時間未満の通常短絡が発生した場合であり、第２周期は基準時間以上の長期短絡が発生した場合である。同図（Ａ）に示す溶接電流Ｉｗ及び同図（Ｂ）に示す溶接電圧Ｖｗは、０から上側が電極プラス極性ＥＰであり、下側が電極マイナス極性ＥＮである。また、同図（Ｆ）に示す送給速度Ｆｗは、０から上側の正の値が正送を示し、下側の負の値が逆送を示す。正送とは溶接ワイヤが母材に近づく方向に前進送給される状態であり、逆送とは溶接ワイヤが母材から離反する方向に後退送給される状態である。

【0037】

(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程度の範囲に設定され、ピーク電流立下り速度は３００～５００Ａ／ms程度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。

【0038】

第１周期では、ベース期間中の時刻ｔ１４～ｔ１８の期間に、基準時間未満の通常短絡が発生している。同図では、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ｔ１～ｔ２の第１周期中は、同図（Ｅ）に示すように、極性切換信号ＤｒはＬｏｗレベルのままであるので、溶接電源の出力極性は電極プラス極性ＥＰとなっている。極性切換信号ＤｒがＬｏｗレベルであるので、同図（Ｆ）に示すように、送給速度Ｆｗは図１の送給速度設定信号Ｆｒによって設定される定常送給速度で正送される。

【0039】

時刻ｔ１４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ｔ１４～ｔ１５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、ベース電流値以下に設定される。続けて、時刻ｔ１５からの短絡電流は、初期電流値からスロープを有して増加し、予め定めた電極プラス極性電流値に達するとその値を維持する。同図（Ｂ）に示すように、溶接電圧Ｖｗは、電極プラス極性電流が通電する期間中に上昇する。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ｔ１６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、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、時刻ｔ１７に低レベル電流値まで急減する。そして、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ｔ１８までは低レベル電流値を維持する。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。上記の溶接電流Ｉｗの急減速度を早くするために、通電路にトランジスタと減流抵抗とを並列接続して挿入しても良い。この場合には、急減時にはトランジスタをオフ状態にし、通電路に減流抵抗を挿入することによって急減速度を早くすることができる。

【0040】

時刻ｔ１８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。

【0041】

(２)第２周期の動作説明
第２周期では、ベース期間中の時刻ｔ２１～ｔ２６の期間に、基準時間以上の長期短絡が発生している。上述した通常短絡では、基準時間未満でくびれが形成され、溶接電流Ｉｗが低レベル電流値の状態でアークが再発生する。しかし、溶滴の形成状態、溶融池との接触状態等の影響によって基準時間までにくびれが形成されない場合が稀に発生する。このような長期短絡では、電極プラス極性電流の通電を継続しても、くびれが形成されず、電極プラス極性電流が通電した状態でアークが再発生することになる。この結果、アーク再発生時に多量のスパッタが発生すると共に、溶接状態も不安定になる。そこで、実施の形態１では、短絡期間が基準時間以上になると、以下のような極性制御を行っている。基準時間は、図１の基準時間設定信号Ｔsrによって設定される。基準時間は、安定したくびれが形成される時間として設定され、４～６ms程度に設定される。

【0042】

時刻ｔ２１に短絡が発生し、初期期間を経て電極プラス極性電流が通電する時刻ｔ２２までは第１周期と同一であるので、説明は繰り返さない。

【0043】

同図（Ａ）に示すように、電極プラス極性電流が通電している時刻ｔ２２において基準時間に達すると、同図（Ｅ）に示すように、極性切換信号ＤｒはＬｏｗレベルからＨｉｇｈレベルに変化するので、溶接電源の出力極性は電極マイナス極性ＥＮに切り換わる。これに応動して、同図（Ａ）に示すように、溶接電流Ｉｗは正の値の電極プラス極性電流から負の値の予め定めた電極マイナス極性電流へと切り換わる。同時に、同図（Ｂ）に示すように、溶接電圧Ｖｗも正の値の短絡電圧値から負の値の短絡電圧値に切り換わる。

【0044】

そして、電極マイナス極性電流が通電している期間中に、同図（Ｂ）に示すように、溶接電圧Ｖｗは上昇する。これは、溶接電流Ｉｗの極性が電極マイナス極性ＥＮとなるので、くびれの形成を促進する作用が働くためである。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ｔ２３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、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、時刻ｔ２４に低レベル電流値まで急減する。

【0045】

電極マイナス極性ＥＮ中にくびれを検出して短絡電流が減少した後の時刻ｔ２５において、同図（Ｅ）に示すように、極性切換信号ＤｒはＨｉｇｈレベルからＬｏｗレベルに変化するので、溶接電源の出力極性は電極プラス極性ＥＰに切り換わる。これに応動して、同図（Ａ）に示すように、溶接電流Ｉｗは負の値の低レベル電流値から正の値の低レベル電流値へと切り換わる。同時に、同図（Ｂ）に示すように、溶接電圧Ｖｗも負の値の短絡電圧値から正の値の短絡電圧値に切り換わる。

【0046】

極性切換信号Ｄｒは時刻ｔ２２～ｔ２５の期間中はＨｉｇｈレベル（電極マイナス極性ＥＮ）であるので、同図（Ｆ）に示すように、送給速度Ｆｗは、図１の送給速度設定信号Ｆｒによって以下の１）～３）のいずれかの減速送給速度へと減速した状態となる。同図では、３）の逆送状態となる場合を図示している。長期短絡が発生したときに、溶接ワイヤ１の送給速度Ｆｗを減速させることによって、溶滴へのくびれの形成を促進することができる。そして、時刻ｔ２５において、送給速度Ｆｗは、正の値の定常送給速度に切り換わる。
１）減速送給速度を定常送給速度よりも小さな正の値とする。これにより、溶接ワイヤ１の送給速度が遅くなる。例えば、減速送給速度は定常送給速度の５０％以下の値に設定する。
２）減速送給速度を０とする。これにより、溶接ワイヤ１は送給を停止する。
３）減速送給速度を負の値とする。これにより溶接ワイヤ１は母材２から離反する方向に逆送される。例えば、減速送給速度を－２０m/minに設定する。

【0047】

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は負の値の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。

【0048】

例えば、電極プラス極性電流は２００Ａに設定され、電極マイナス極性電流は３００Ａに設定される。

【0049】

実施の形態１によれば、短絡が基準時間以上になると、電極プラス極性から電極マイナス極性へと出力極性を切り換え、かつ、溶接ワイヤの送給速度を減速する。このようにすると、基準時間以上の長期短絡が発生しても、電極マイナス極性ＥＮに切り換え、かつ、送給速度を減速することによってくびれの形成を促進し、くびれの検出を確実に行うことができるようになる。この結果、長期短絡が発生しても、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、スパッタの発生を抑制し、溶接状態を安定に維持することができる。

【0050】

さらに好ましくは、本実施の形態によれば、減速は、送給速度を０にすることによって行う。このようにすると、溶接ワイヤの送給が停止状態となるので、溶滴へのくびれの形成がより促進される。

【0051】

さらに好ましくは、本実施の形態によれば、減速は、溶接ワイヤを逆送することによって行う。このようにすると、溶接ワイヤは逆送されるので、溶滴へのくびれの形成がより促進され、かつ、溶滴の溶融池への移行を安定化することができる。

【0052】

さらに、実施の形態１によれば、電極マイナス極性中にくびれを検出して短絡電流が減少した後に、電極プラス極性に戻す。このようにすると、電流値が小さい状態で極性を切り換えることができるので、アークが再発生するまでに安定した短絡状態にすることができる。この結果、アーク再発生後の溶接状態を安定化することができる。

【0053】

［実施の形態２］
実施の形態２では、アークが発生した後に、電極プラス極性に戻す。

【0054】

本発明の実施の形態２に係るパルスアーク溶接の極性制御方法を実施するための溶接電源のブロック図は、図１と同一である。

【0055】

図３は、本発明の実施の形態２に係るパルスアーク溶接の極性制御方法を示す図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）は極性切換信号Ｄｒの時間変化を示し、同図（Ｆ）は送給速度Ｆｗの時間変化を示す。同図において、時刻ｔ１～ｔ２４の期間の動作は図２と同一であるので、その説明は繰り返さない。以下、同図を参照して、図２とは異なる時刻ｔ２４以降の動作について説明する。

【0056】

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。

【0057】

時刻ｔ２６にアークが発生した後の時刻ｔ２７において、同図（Ｅ）に示すように、極性切換信号ＤｒはＨｉｇｈレベルからＬｏｗレベルに変化するので、溶接電源の出力極性は電極プラス極性ＥＰに切り換わる。これに応動して、同図（Ａ）に示すように、溶接電流Ｉｗは負の値のベース電流値から正の値のベース電流値へと切り換わる。同時に、同図（Ｂ）に示すように、溶接電圧Ｖｗも負の値のアーク電圧値から正の値のアーク電圧値に切り換わる。さらに同時に、同図（Ｆ）に示すように、送給速度Ｆｗも負の値から正の値の定常送給速度へと切り換わる。

【0058】

実施の形態２によれば、アークが発生した後に、電極プラス極性に戻す。このようにすると、電流値が小さい状態で極性を切り換えることができるので、アーク再発生後の溶接状態を安定化することができる。

【符号の説明】

【0059】

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 極性切換回路
Ｄｒ 極性切換信号
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
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
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
ＴＳＲ 基準時間設定回路
Ｔsr 基準時間設定信号
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
ＷＭ 送給モータ

【図1】

【図2】

【図3】