特許 7522632 ガスシールドアーク溶接方法及びガスシールドアーク溶接装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2024-07-17

(45)【発行日】2024-07-25

(54)【発明の名称】ガスシールドアーク溶接方法及びガスシールドアーク溶接装置

(51)【国際特許分類】

   B23K 9/173 20060101AFI20240718BHJP

   B23K 9/095 20060101ALI20240718BHJP

   B23K 9/09 20060101ALI20240718BHJP

   B23K 35/30 20060101ALI20240718BHJP

【ＦＩ】

B23K9/173 C

B23K9/095 501A

B23K9/09

B23K35/30 320A

【請求項の数】 9

(21)【出願番号】P 2020173277

(22)【出願日】2020-10-14

(65)【公開番号】P2022064569

(43)【公開日】2022-04-26

【審査請求日】2023-08-07

(73)【特許権者】

【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】100114557

【弁理士】

【氏名又は名称】河野 英仁

(74)【代理人】

【識別番号】100078868

【弁理士】

【氏名又は名称】河野 登夫

(72)【発明者】

【氏名】渡辺 哲矢

(72)【発明者】

【氏名】竹口 貴博

(72)【発明者】

【氏名】山田 浩貴

(72)【発明者】

【氏名】大西 孝典

(72)【発明者】

【氏名】田中 龍二

【審査官】杉田 隼一

(56)【参考文献】

【文献】特開２０１３－１８４２１６（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００７－２３７２７０（ＪＰ，Ａ）

【文献】特表２０１７－５１０４６３（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開昭６３－２４２４８８（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｂ２３Ｋ ９／１７３

Ｂ２３Ｋ ９／０９５

Ｂ２３Ｋ ９／０９

Ｂ２３Ｋ ３５／３０

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

溶接ワイヤにパルス電流を供給して行うガスシールドアーク溶接方法であって、
前記溶接ワイヤは０．２質量％未満のケイ素を含み、
前記パルス電流は、
第１ピークと、第２ピークと、第１ピークから第２ピークへの移行部とを含む多段パルスであり、
第１ピークの電流値は５３０Ａ以上７００Ａ以下、第１ピークの時間は１．２ｍ秒以下であり、
第２ピークの電流値は第１ピークの電流値よりも小さい
ガスシールドアーク溶接方法。

【請求項2】

第２ピークの電流値は下記式（１）又は（２）を満たし、第２ピークの時間は下記式（３）又は（４）を満たす
請求項１に記載のガスシールドアーク溶接方法。
第２ピークの電流値＞０．１６×前記パルス電流の設定電流（Ａ）＋４５５…（１）
第２ピークの電流値＞４×前記溶接ワイヤの送給速度（ｍ／分）＋４５５…（２）
第２ピークの時間＜０．０００６×前記パルス電流の設定電流（Ａ）＋０．４５…（３）
第２ピークの時間＜０．０１５×前記溶接ワイヤの送給速度（ｍ／分）＋０．４５…（４）

【請求項3】

第１ピーク、移行部及び第２ピークを含むパルス期間の平均電流は下記式（５）又は（６）を満たし、該パルス期間の時間は下記式（７）又は（８）を満たす請求項１又は請求項２に記載のガスシールドアーク溶接方法。
前記パルス期間の平均電流＞０．１４×前記パルス電流の設定電流（Ａ）＋３５０…（５）
前記パルス期間の平均電流＞３×前記溶接ワイヤの送給速度（ｍ／分）＋３５７…（６）
前記パルス期間の時間＜０．０３６×前記パルス電流の設定電流（Ａ）＋２．４５…（７）
前記パルス期間の時間＜０．０９×前記溶接ワイヤの送給速度（ｍ／分）＋２．５５…（８）

【請求項4】

第１ピーク、移行部及び第２ピークの合計時間は１．６ｍ秒以下である
請求項１～請求項３のいずれか１項に記載のガスシールドアーク溶接方法。

【請求項5】

前記溶接ワイヤに含まれるケイ素は０．０４質量％以下であり、
前記パルス電流の周波数は下記式（９）又は（１０）を満たす
請求項１～請求項４のいずれか１項に記載のガスシールドアーク溶接方法。
周波数＞０．７×前記パルス電流の設定電流（Ａ）＋１３．２５…（９）
周波数＞１７．５×前記溶接ワイヤの送給速度（ｍ／分）＋３５…（１０）

【請求項6】

前記溶接ワイヤは、
１．５質量％以上２．０質量％以下のマンガンと、
０．０５質量％以上０．２質量％以下のチタンと
を含む請求項１～請求項５のいずれか１項に記載のガスシールドアーク溶接方法。

【請求項7】

前記溶接ワイヤはマンガンを含み、
ケイ素の質量％とマンガンの質量％との和が１．５質量％以上、２．０質量％以下である
請求項１～請求項６のいずれか１項に記載のガスシールドアーク溶接方法。

【請求項8】

第１ピーク及び第２ピークの時間と、第１ピーク及び第２ピークの電流値の時間平均との積が８００（Ａ・ｍ秒）超である
請求項１～請求項７のいずれか１項に記載のガスシールドアーク溶接方法。

【請求項9】

０．２質量％未満のケイ素を含む溶接ワイヤにパルス電流を供給して行うガスシールドアーク溶接装置であって、
前記パルス電流を出力する電源回路と、
第１ピークと、第２ピークと、第１ピークから第２ピークへの移行部とを含み、第１ピークの電流値は５３０Ａ以上７００Ａ以下、第１ピークの時間は１．２ｍ秒以下であり、第２ピークの電流値は第１ピークの電流値よりも小さい前記パルス電流が出力されるように、前記電源回路の出力を制御する制御回路と
を備えるガスシールドアーク溶接装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、ガスシールドアーク溶接方法及びガスシールドアーク溶接装置に関する。

【背景技術】

【0002】

自動車等の製造過程における鋼板の溶接には、消耗電極を用いたガスシールドアーク溶接方法が広く用いられている（例えば、特許文献１）。消耗電極である溶接ワイヤは、一般的に０．２～０．４５質量％のケイ素Ｓｉ、マンガンＭｎ、炭素Ｃ、リンＰ、硫黄Ｓ等を含む。

【0003】

ガスシールドアーク溶接においてはスラグが生ずる。スラグは、ケイ素ＳｉやマンガンＭｎを主成分とする酸化物であり、溶接時に溶融金属から分離凝集し、ビード上に生成される。溶接された鋼板の表面に酸化物であるスラグが付着した部分は、溶接後の電着塗装において不良となり、耐食性が低下する。スラグの中でも、特にケイ素酸化物は導電率が低く、電着塗装において問題となる。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【文献】特開２０１３－１８４２１６号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

溶接後における電着塗装の不良を抑制する方法として、スラグの主成分であるケイ素Ｓｉの含有量を０．２質量％未満に減らすことが考えられる。

【0006】

しかしながら、溶接ワイヤのケイ素Ｓｉ含有量を減らすと、溶接時に溶接ワイヤの先端部に形成される溶融金属の粘性が低下する。溶融金属の粘性が低下すると、ワイヤ先端部の溶融金属は形状が安定せず、スパッタが発生する等の問題が生ずる。規則的な溶滴移行を実現するパルス溶接を用いても、一般的な溶接条件では１パルス１ドロップにはならず、溶接ワイヤの先端部から溶融金属がだらだらと垂れ落ちるような状態となり、短絡によりスパッタが発生し易い状態となる。

【0007】

本開示の目的は、パルスアーク溶接において、シリコン酸化物のスラグの生成を抑え、かつ所定波形のパルス電流を供給することによって、規則的な溶滴移行を実現し、溶接を安定化させることができるガスシールドアーク溶接方法及びガスシールドアーク溶接装置を提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0008】

本態様に係るガスシールドアーク溶接方法は、溶接ワイヤにパルス電流を供給して行うガスシールドアーク溶接方法であって、前記溶接ワイヤは０．２質量％未満のケイ素を含み、前記パルス電流は、第１ピークと、第２ピークと、第１ピークから第２ピークへの移行部とを含む多段パルスであり、第１ピークの電流値は５３０Ａ以上７００Ａ以下、第１ピークの時間は１．２ｍ秒以下であり、第２ピークの電流値は第１ピークの電流値よりも小さい。

【0009】

本態様に係るガスシールドアーク溶接装置は、０．２質量％未満のケイ素を含む溶接ワイヤにパルス電流を供給して行うガスシールドアーク溶接装置であって、前記パルス電流を出力する電源回路と、第１ピークと、第２ピークと、第１ピークから第２ピークへの移行部とを含み、第１ピークの電流値は５３０Ａ以上７００Ａ以下、第１ピークの時間は１．２ｍ秒以下であり、第２ピークの電流値は第１ピークの電流値よりも小さい前記パルス電流が出力されるように、前記電源回路の出力を制御する制御回路とを備える。

【発明の効果】

【0010】

上記によれば、パルスアーク溶接において、シリコン酸化物のスラグの生成を抑え、かつ所定波形のパルス電流を供給することによって、規則的な溶滴移行を実現し、溶接を安定化させることができる。

【図面の簡単な説明】

【0011】

【図1】実施形態に係るガスシールドアーク溶接装置の構成例を説明するブロック図である。

【図2】実施形態に係るパルス電流波形を示す説明図である。

【図3】溶接ワイヤの成分表である。

【図4】規則的な溶滴移行を実現するパルス波形設定値を示す実験結果のグラフである。

【図5】規則的な溶滴移行を実現するパルス波形設定値を示す実験結果のグラフである。

【図6】規則的な溶滴移行を実現するパルス波形設定値を示す実験結果のグラフである

【図7】規則的な溶滴移行を実現するパルス波形設定値を示す実験結果のグラフである。

【発明を実施するための形態】

【0012】

本発明の実施形態に係るアーク溶接方法及びガスシールドアーク溶接装置の具体例を、以下に図面を参照しつつ説明する。なお、本発明はこれらの例示に限定されるものではなく、特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味及び範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

【0013】

以下、本発明をその実施形態を示す図面に基づいて具体的に説明する。
図１は、ガスシールドアーク溶接装置の構成例を説明するブロック図である。ガスシールドアーク溶接装置は、本実施形態に係るガスシールドアーク溶接方法を実施するための装置であり、溶接電源１、トーチ２及びワイヤ送給部３を備える。

【0014】

トーチ２は、銅合金等の導電性材料からなり、母材４の被溶接部へ溶接ワイヤ５を案内すると共に、アークの発生に必要な溶接電流Ｉｗを供給する円筒形状のコンタクトチップを有する。コンタクトチップは、その内部を挿通する溶接ワイヤ５に接触し、溶接電流Ｉｗを溶接ワイヤ５に供給する。また、トーチ２は、コンタクトチップを囲繞する中空円筒形状をなし、被溶接部へシールドガスを噴射するノズルを有する。

【0015】

シールドガスは、アルゴン又は祖アルゴンと、炭酸ガスとの混合ガスである。当該混合ガスは、例えば１０％以上３０％以下の炭酸ガスと、残り成分としてアルゴン又は祖アルゴンを含む。祖アルゴンは、例えばアルゴンに加え約２～５％の酸素Ｏ２を含む。

【0016】

溶接ワイヤ５は、例えばソリッドワイヤである。その直径は０．６ｍｍ以上１．６ｍｍ以下であり、消耗電極として機能する。溶接ワイヤ５は、例えば、螺旋状に巻かれた状態でペールパックに収容されたパックワイヤ、あるいはワイヤリールに巻回されたリールワイヤである。

【0017】

本実施形態に係る溶接ワイヤ５は、０．２質量％未満のケイ素Ｓｉ、マンガンＭｎ、炭素Ｃ、リンＰ、硫黄Ｓ等を含む。

【0018】

溶接ワイヤ５は、ケイ素Ｓｉが０．２質量％未満であり、かつケイ素Ｓｉの質量％とマンガンＭｎの質量％との和が１．５質量％以上、２．０質量％以下である構成が好ましい。ケイ素Ｓｉの含有量を抑えつつ、脱酸剤として機能するケイ素Ｓｉ及びマンガンＭｎの総量を１．５～２．０％に調整することによって、ブローホール及びピットの発生を抑制することができる。溶接ワイヤ５にマンガンＭｎが含まれていると、溶接時にマンガンＭｎの酸化物がスラグとして生成されるが、ケイ素Ｓｉの酸化物に比べて導電率が高いため、溶接後における電着塗装不良の問題もある程度抑制することができる。

【0019】

より好ましくは、ケイ素Ｓｉが０．２質量％未満であり、かつ、溶接ワイヤ５は、１．５質量％以上２．０質量％以下のマンガンＭｎと、０．０５質量％以上０．２質量％以下のチタンＴｉとを含む構成が好ましい。チタンＴｉは、溶接時に発生するマンガン酸化物を溶融金属中に散らす働きがあり、母材４表面にマンガン酸化物がスラグとして形成されることを抑制することができる。従って、溶接ワイヤ５が２．０質量％近くのマンガンＭｎを含む場合であっても、溶接後の電着塗装不良の問題を効果的に抑制することができる。

【0020】

ワイヤ送給部３は、溶接ワイヤ５をトーチ２へ送給する送給ローラと、当該送給ローラを回転させるワイヤ送給モータＷＭとを有する。ワイヤ送給部３は、送給ローラを回転させることによって、ペールパック又はワイヤリールから溶接ワイヤ５を引き出し、引き出された溶接ワイヤ５をトーチ２へ所定速度で供給する。送給速度の詳細は後述する。

【0021】

溶接電源１は、電源回路１１と、電圧検出回路ＶＤと、電流検出回路ＩＤと、制御回路１２とを備える。

【0022】

電源回路１１は、給電ケーブルを介して、トーチ２のコンタクトチップ及び母材４に接続され、パルス電流である溶接電流Ｉｗ及び溶接電圧Ｖｗを出力する回路である。電源回路１１は、３相２００Ｖ等の商用電源（図示は省略）を入力として、後述する出力電流差分設定信号Ｅｉに従って出力制御を行い、アーク溶接に適した溶接電流Ｉｗ及び溶接電圧Ｖｗを出力する。電源回路１１は、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、後述する出力電流差分設定信号Ｅｉに基づいてＰＷＭ変調制御を行い上記のインバータ回路を構成するトランジスタを駆動する駆動回路を備えている。

【0023】

電圧検出回路ＶＤは、溶接ワイヤ５及び母材４間の溶接電圧Ｖｗを検出し、検出した電圧値を示す電圧検出信号Ｖｄを制御回路１２の積分回路ＳＡＶへ出力する。

【0024】

電流検出回路ＩＤは、溶接電源１からトーチ２を介して溶接ワイヤ５へ供給され、アークを流れる溶接電流Ｉｗを検出し、検出した電流値を示す電流検出信号Ｉｄを制御回路１２の積分回路ＳＡＶへ出力する。

【0025】

制御回路１２は、溶接電流Ｉｗ及び溶接電圧Ｖｗの出力並びに溶接ワイヤ５の送給速度を制御する回路であり、積分回路ＳＡＶ、電流設定回路ＩＳ、電圧設定回路ＶＳ、外部特性設定回路ＫＳ、波形設定回路ＷＳ、波形生成回路ＦＪ、出力電流差分設定回路ＥＩ、送給速度設定回路ＦＣ及び送給制御回路ＦＲを有する。制御回路１２を構成する各回路は一部又は全部をハードウェア的に構成しても良いし、ソフトウェアとして構成してもよい。

【0026】

電流設定回路ＩＳは、電流設定信号Ｉｓを積分回路ＳＡＶへ出力する。電流設定信号Ｉｓは、溶接作業者によって溶接電源１に入力された設定電流Ｉｓｅｔを示す情報である。

【0027】

電圧設定回路ＶＳは、電圧設定信号Ｖｓを積分回路ＳＡＶへ出力する。電圧設定信号Ｖｓは、溶接作業者によって溶接電源１に入力された設定電圧Ｖｓｅｔ、又は設定電流Ｉｓｅｔに基づいて自動的に決定される標準値としての設定電圧Ｖｓｅｔを示す情報である。

【0028】

外部特性設定回路ＫＳは、外部特性Ｋｓを示す外部特性設定信号Ｋｓｓを積分回路ＳＡＶへ出力する。外部特性Ｋｓは、所定の値であっても良いし、設定電流Ｉｓｅｔ及び設定電圧Ｖｓｅｔによって決定されるものであってもよい。なお、外部特性は、溶接電源１から出力される溶接電流Ｉｗの増加量に対する溶接電圧Ｖｗの低下量の比を示す情報である。

【0029】

積分回路ＳＡＶは、電圧検出信号Ｖｄと、電流検出信号Ｉｄと、電流設定信号Ｉｓと、電圧設定信号Ｖｓと、外部特性設定信号Ｋｓｓとを入力として、パルス電流に係る各パルス周期Ｔｐの開始時点を始点にして、各入力信号から電圧誤差積分値Ｓｖａを演算する。電圧誤差積分値Ｓｖａは下記式で表される。
Ｓｖａ＝∫（Ｋｓ・Ｉｗ－Ｋｓ・Ｉｓｅｔ＋Ｖｓｅｔ－Ｖｗ）・ｄｔ

【0030】

上記式は、外部特性Ｋｓに基づくものであり、動作点が外部特性Ｋｓを満たす場合、任意の第ｎ回目のパルス周期Ｔｐの終了点において電圧誤差積分値Ｓｖａの値は０になる。積分回路ＳＡＶは、電圧誤差積分値Ｓｖａが０でない場合、ローレベルの波形終了フラグＩｔを波形生成回路ＦＪへ出力し、電圧誤差積分値Ｓｖａが０になった場合、ハイレベルの波形終了フラグＩｔを波形生成回路ＦＪへ出力する。ハイレベルの波形終了フラグＩｔは、パルス電流である溶接電流Ｉｗのパルス周期Ｔｐが終了したことを示している。

【0031】

波形設定回路ＷＳは、予め定められた波形設定信号Ｗｓを出力する。波形設定信号Ｗｓは、溶接電流Ｉｗのパルス波形を決定するための各種パルス波形設定値が含まれる。

【0032】

図２は、実施形態に係るパルス電流波形を示す説明図である。横軸は時間、縦軸は溶接電流Ｉｗであり、パルス電流の時間変化を示している。本実施形態に係る溶接電流Ｉｗはパルス電流であって、第１ピーク期間における通電、第２ピーク期間における通電及びベース期間における通電を１パルス周期Ｔｐとして繰り返す多段パルス電流である。詳細には、図２に示すように、パルス電流は、パルス期間と、ベース期間とを所定のパルス周期Ｔｐで繰り返すものであり、パルス期間は、ピーク立上り期間、第１ピーク期間（第１ピーク）、切り替え期間（移行部）、第２ピーク期間（第２ピーク）及びピーク立下り期間で構成される。
第１ピーク期間に通電される第１ピーク電流、第２ピーク期間に通電される第２ピーク電流は、設定電流Ｉｓｅｔよりも大きな電流である。ベース期間に通電されるベール電流は、設定電流Ｉｓｅｔよりも小さな電流である。具体的な第１ピーク期間の時間及び第１ピーク電流、第２ピーク期間の時間及び第２ピーク電流、切り替え期間の時間、パルス電流の繰り返し周波数ｆｐ等のパルス波形設定値の詳細は後述する。

【0033】

波形生成回路ＦＪは、波形設定信号Ｗｓ及び波形終了フラグＩｔを入力とし、電流指令信号Ｉｒを出力電流差分設定回路ＥＩへ出力する。電流指令信号Ｉｒは、溶接電流Ｉｗの絶対値を指令する。

【0034】

出力電流差分設定回路ＥＩは、電流検出信号Ｉｄ、電流指令信号Ｉｒを入力とし、出力電流差分設定信号Ｅｉを出力する。出力電流差分設定信号Ｅｉは、電流指令信号Ｉｒ（＋）と、電流検出信号Ｉｄ（－）の差分値を示す信号である。

【0035】

図３は、溶接ワイヤ５の成分表、図４～図７は、規則的な溶滴移行を実現するパルス波形設定値を示す実験結果のグラフである。実験に使用した溶接ワイヤ５の成分は、図３に示す通りである。図３中、「Ｃ」、「Ｓｉ」、「Ｍｎ」、「Ｐ」、「Ｓ」、「Ｃｕ」、「Ｔｉ」は溶接ワイヤ５の構成成分である、炭素Ｃ、ケイ素Ｓｉ、マンガンＭｎ、リンＰ、硫黄Ｓ、銅Ｃｕ、チタンＴｉを示している。数値は、溶接ワイヤ５に含まれる各物質の質量％を示している。「溶接ワイヤ」欄の「Ａ」、「Ｂ」、「Ｃ」は、本実施形態のガスシールドアーク溶接方法で使用される３種類の溶接ワイヤ５を示しており、いずれの溶接ワイヤ５もケイ素Ｓｉの質量％が０．２％未満である。「溶接ワイヤ」欄の「従来」は、ケイ素Ｓｉの質量％が０．２％以上の溶接ワイヤ５である。

【0036】

図４～図７中、左上及び左下のグラフの横軸は設定電流Ｉｓｅｔ（Ａ）を示し、右上及び右下のグラフの横軸は溶接ワイヤ５の送給速度（ｍ／分）を示している。
図４右上及び左上のグラフの縦軸は第１ピーク電流（Ａ）を示す。
図４右下及び左下のグラフの縦軸は第１ピーク時間（ｍｓ）を示す。
図５右上及び左上のグラフの縦軸は第２ピーク電流（Ａ）を示す。
図５右下及び左下のグラフの縦軸は第２ピーク時間（ｍｓ）を示す。
図６右上及び左上のグラフの縦軸はパルス期間の平均電流（Ａ）を示す。
図６右下及び左下のグラフの縦軸はパルス期間の時間（ｍｓ）を示す。
図７右上及び左上のグラフの縦軸は第１ピーク時間、切り替え時間及び第２ピーク時間の和（ｍｓ）を示す。
図７右下及び左下のグラフの縦軸はパルス電流の周波数ｆｐ（Ｈｚ）を示す。

【0037】

四角プロットは、溶接ワイヤ５の突き出し長さが１５ｍｍ、三角プロットは、溶接ワイヤ５の突き出し長さを２０ｍｍに設定したときの実験結果を示している。図４～図５中、「Ａ」、「Ｂ」及び「Ｃ」、並びに「従来」の各プロットは、図３に示した４種類の溶接ワイヤ５を用いた実験結果をそれぞれ示している。各プロットは、スパッタの発生が抑えられたパルス波形設定値を示している。

【0038】

丸印プロットを結んでなる直線は、従来のパルス電流の条件と、本実施形態に係るパルス電流の条件とを分け隔てる境界線を示している。各グラフの下方には、境界線を定める式を示している。

【0039】

図４上図のグラフより第１ピーク電流の電流値は５３０Ａ以上７００Ａ以下、図４下図のグラフより第１ピーク期間の時間は１．２ｍ秒以下である場合、溶接ワイヤ５に含まれるケイ素Ｓｉの質量％を０．０７％未満とし、かつスパッタの発生を抑えることができることが分かる。

【0040】

図５上図のグラフより、第２ピーク電流の電流値は下記式（１）又は（２）を満たし、第２ピーク期間の時間は下記式（３）又は（４）を満たす場合、溶接ワイヤ５に含まれるケイ素Ｓｉの質量％を０．０７％未満とし、かつスパッタの発生を抑えることができることが分かる。
第２ピーク期間の電流値＞０．１６×溶接電流Ｉｗの設定電流Ｉｓｅｔ（Ａ）＋４５５…（１）
第２ピーク期間の電流値＞４×溶接ワイヤ５の送給速度（ｍ／分）＋４５５…（２）
第２ピーク期間の時間＜０．０００６×溶接電流Ｉｗの設定電流Ｉｓｅｔ（Ａ）＋０．４５…（３）
第２ピーク期間の時間＜０．０１５×溶接ワイヤ５の送給速度（ｍ／分）＋０．４５…（４）

【0041】

図６上図のグラフより、パルス期間の平均電流は下記式（５）又は（６）を満たし、パルス期間の時間は下記式（７）又は（８）を満たす場合、溶接ワイヤ５に含まれるケイ素Ｓｉの質量％を０．０７％未満とし、かつスパッタの発生を抑えることができることが分かる。
パルス期間の平均電流＞０．１４×溶接電流の設定電流Ｉｓｅｔ（Ａ）＋３５０…（５）
パルス期間の平均電流＞３×溶接ワイヤ５の送給速度（ｍ／分）＋３５７…（６）
パルス期間の時間＜０．０３６×溶接電流の設定電流Ｉｓｅｔ（Ａ）＋２．４５…（７）
パルス期間の時間＜０．０９×溶接ワイヤ５の送給速度（ｍ／分）＋２．５５…（８）

【0042】

図７上図のグラフより、第１ピーク時間、切り替え時間及び第２ピーク時間の合計時間は１．６ｍ秒以下である場合、溶接ワイヤ５に含まれるケイ素Ｓｉの質量％を０．０７％未満とし、かつスパッタの発生を抑えることができることが分かる。

【0043】

図７下図のグラフより、パルス電流の周波数ｆｐは下記式（９）又は（１０）を満たす場合、溶接ワイヤ５に含まれるケイ素Ｓｉの質量％を０．０７％未満とし、かつスパッタの発生を抑えることができることが分かる。
周波数ｆｐ＞０．７×溶接電流の設定電流Ｉｓｅｔ（Ａ）＋１３．２５…（９）
周波数ｆｐ＞１７．５×溶接ワイヤ５の送給速度（ｍ／分）＋３５…（１０）

【0044】

なお、本実施形態に係るパルス電流の周波数ｆｐは、設定電流Ｉｓｅｔ又は送給速度をパラメータとして求められる従来の標準的な値よりも大きい。

【0045】

溶接電源１の波形設定回路ＷＳは、上記したパルス波形を定める波形設定信号Ｗｓを出力するように構成し、かかるパルス波形を用いてガスシールドアーク溶接を実行するとよい。具体的には、溶接電源１の制御回路１２は、第１ピーク電流の電流値が５３０Ａ以上７００Ａ以下、第１ピーク期間の時間が１．２ｍ秒以下、第２ピーク電流の電流値が上記式（１）又は（２）を満たし、第２ピーク期間の時間が上記式（３）又は（４）を満たし、パルス期間の平均電流が上記式（５）又は（６）を満たし、パルス期間の時間が上記式（７）又は（８）を満たし、第１ピーク時間、切り替え時間及び第２ピーク時間の合計時間が１．６ｍ秒以下であり、パルス電流の周波数ｆｐが上記式（９）又は（１０）を満たすように、溶接電流Ｉｗのパルス電流波形を制御する。

【0046】

なお、他の観点からみると、図４及び図５のグラフに示す第１ピーク電流及び第２ピーク電流の電流値及び期間は、第１ピーク電流及び第２ピーク電流の時間と、第１ピーク期間及び第２ピーク期間の電流値の時間平均との積が８００（Ａ・ｍ秒）超であることが分かる。
上記と同様にして、溶接電源１の波形設定回路ＷＳは、上記したパルス波形を定める波形設定信号Ｗｓを出力するように構成し、かかるパルス波形を用いてガスシールドアーク溶接を実行してもよい。

【0047】

以上の通り、本実施形態に係るガスシールドアーク溶接及びガスシールドアーク溶接装置によれば、パルスアーク溶接において、シリコン酸化物のスラグの生成を抑え、かつパルス波形設定値で定まるパルス波形の溶接電流Ｉｗを供給することによって、規則的な溶滴移行を実現し、溶接を安定化させることができる。シリコン酸化物のスラグの生成を抑えることにより、溶接後の電着塗装不良の問題を抑制することができる。

【0048】

また、ケイ素Ｓｉの含有量を抑えつつ、脱酸剤として機能するケイ素Ｓｉ及びマンガンＭｎの総量を１．５～２．０％に調整することによって、ブローホール及びピットの発生を抑制することができる。

【0049】

更に、ケイ素Ｓｉの質量％が０．２質量％未満であり、かつ、１．５質量％以上２．０質量％以下のマンガンＭｎと、０．０５質量％以上０．２質量％以下のチタンＴｉとを含む溶接ワイヤ５を用いることにより、母材４表面にマンガン酸化物がスラグとして形成されることを抑制することができる。従って、溶接ワイヤ５が２．０質量％近くのマンガンＭｎを含む場合であっても、溶接後の電着塗装不良の問題を効果的に抑制することができる。

【0050】

なお、本実施形態では、第１ピーク期間及び第２ピーク期間を含む多段パルスについて例示したが、第１ピーク電流と第２ピーク電流の値を同じ電流値としたパルス電流を用いて、ガスシールドアーク溶接を実施してもよい。

【符号の説明】

【0051】

１ 溶接電源
２ トーチ
３ ワイヤ送給部
４ 母材
５ 溶接ワイヤ
１１ 電源回路
１２ 制御回路
ＩＤ 電流検出回路
ＶＤ 電圧検出回路
ＳＡＶ 積分回路
ＩＳ 電流設定回路
ＶＳ 電圧設定回路
ＫＳ 外部特性設定回路
ＷＳ 波形設定回路
ＦＪ 波形生成回路
ＦＣ 送給速度設定回路
ＦＲ 送給制御回路
ＷＭ ワイヤ送給モータ

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】