特許 7590238 アーク溶接装置及びアーク溶接方法

(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】2024-11-18

(45)【発行日】2024-11-26

(54)【発明の名称】アーク溶接装置及びアーク溶接方法

(51)【国際特許分類】

   B23K 9/09 20060101AFI20241119BHJP

   B23K 9/095 20060101ALI20241119BHJP

   B23K 9/173 20060101ALI20241119BHJP

【ＦＩ】

B23K9/09

B23K9/095 501A

B23K9/173 C

【請求項の数】 7

(21)【出願番号】P 2021044959

(22)【出願日】2021-03-18

(65)【公開番号】P2022144100

(43)【公開日】2022-10-03

【審査請求日】2024-01-10

(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】馬塲 勇人

(72)【発明者】

【氏名】五十嵐 友也

【審査官】山内 隆平

(56)【参考文献】

【文献】特開２０１８－０６９２５３（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平０８－２９４７９１（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１６－１３２００３（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｂ２３Ｋ ９／０９

Ｂ２３Ｋ ９／０９５

Ｂ２３Ｋ ９／１７３

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

母材に形成される凹状の溶融部分の内側空間に溶接ワイヤの先端部を挿入してアーク溶接を行うアーク溶接装置において、
前記溶接ワイヤに流れる溶接電流を変動させるために設定電圧の制御を行い、前記溶接電流に上昇及び下降間の転換が生じる際に前記溶接電流の変動を制御する電源部を備えるアーク溶接装置。

【請求項2】

前記電源部は、
前記設定電圧を交互に上限値と下限値とに切り替え、
下限値から上限値への切り替え、又は、上限値から下限値への切り替えを、第１時間かけて行う
請求項１に記載のアーク溶接装置。

【請求項3】

前記設定電圧は、前記第１時間の間、一定割合で変化する
請求項２に記載のアーク溶接装置。

【請求項4】

前記第１時間の前半における前記設定電圧の変化は、前記第１時間の後半よりも小さい
請求項２に記載のアーク溶接装置。

【請求項5】

前記電源部は上限値及び下限値にて前記設定電圧を第２時間維持させ、
前記第１時間は前記第２時間の５－１５％である
請求項２から４の何れか一項に記載のアーク溶接装置。

【請求項6】

前記第１時間は前記第２時間の８－１２％である
請求項５に記載のアーク溶接装置。

【請求項7】

母材に形成される凹状の溶融部分の内側空間に溶接ワイヤの先端部を挿入してアーク溶接を行うアーク溶接方法において、
前記溶接ワイヤに流れる溶接電流を変動させるために設定電圧の制御を行い、前記溶接電流に上昇及び下降間の転換が生じる際に前記溶接電流の変動を制御するアーク溶接方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、消耗電極式のアーク溶接装置及びアーク溶接方法に関する。

【背景技術】

【0002】

アーク溶接は、溶接トーチのチップに保持された溶接ワイヤの先端を母材に設けた開先に近接させ、溶接ワイヤと母材との間に電圧を印加し、アークを生じさせて実行される。

【0003】

一般的なアーク溶接に比して、高速で溶接ワイヤの送給を行い、かつ３００Ａ以上の大電流を供給することによって、厚板の１パス溶接を実現する技術がある。溶接ワイヤの高速送給及び大電流供給を行うと、母材に凹状の溶融部分が形成され、溶融部分によって囲まれた斯かる溶融部分の内側空間に溶接ワイヤの先端部が進入する。このように、溶接ワイヤの先端部が母材表面よりも深部に進入することによって、溶融部分が母材の厚み方向裏面側にまで貫通し、１パス溶接が可能になる。以下、凹状の溶融部分によって囲まれる内側空間を埋もれ空間と称し、該埋もれ空間に進入した溶接ワイヤの先端部と母材又は溶融部分との間に発生するアークを、埋もれアークと称する。

【0004】

例えば、特許文献１には、埋もれアークを用いる埋もれアーク溶接において、埋もれ空間の安定的な維持のため、設定電圧を周期的に変動させることによって、溶接ワイヤを流れる溶接電流を周期的に変動させることが開示されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【文献】特開２０１７－１４４４８０号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

ところが、特許文献１の如く、埋もれ空間を安定的に維持するために設定電圧を変動させる際に、設定電圧が矩形波形状に変動する場合、即ち、立上り及び立下りでの設定電圧の変動が急である場合は、これに伴って変動する溶接電流も立上り及び立下りにて急激に変動する。このように、溶接電流が急激に立上り、又は、立下がる場合、溶融部分の状態が不安定になる、又は、アークが不安定になるという問題があった。

【0007】

本発明は、斯かる事情に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、設定電圧を適宜制御することによって、立上り及び立下りでの溶接電流の急激な変動を抑制できるアーク溶接装置及びアーク溶接方法を提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0008】

本発明に係るアーク溶接装置は、母材に形成される凹状の溶融部分の内側空間に前記溶接ワイヤの先端部を挿入してアーク溶接を行うアーク溶接装置において、前記溶接ワイヤに流れる溶接電流を変動させるために設定電圧の制御を行い、前記溶接電流に上昇及び下降間の転換が生じる際に前記溶接電流の変動を制御する電源部を備える。

【0009】

本発明にあっては、前記電源部が前記溶接ワイヤに流れる溶接電流を変動させるための設定電圧を制御することによって、前記溶接電流が上昇から下降、又は、下降から上昇に転換する際、前記溶接電流の急激な変化を抑制する。

【0010】

本発明に係るアーク溶接装置は、前記電源部は、前記設定電圧を交互に上限値と下限値とに切り替え、下限値から上限値への切り替え、又は、上限値から下限値への切り替えを、第１時間かけて行う。

【0011】

本発明にあっては、前記電源部が、前記設定電圧の下限値から上限値への切り替え、又は、上限値から下限値への切り替えを第１時間かけて行うので、斯かる切り替えの際の前記溶接電流の急激な変化を抑制できる。

【0012】

本発明に係るアーク溶接装置は、前記設定電圧は、前記第１時間の間、一定割合で変化する。

【0013】

本発明にあっては、前記電源部は、前記第１時間の間、一定割合で前記設定電圧を変化させるので、前記溶接電流の急激な変化を抑制できる。

【0014】

本発明に係るアーク溶接装置は、前記第１時間の前半における前記設定電圧の変化は、前記第１時間の後半よりも小さい。

【0015】

本発明にあっては、前記電源部は、前記第１時間の前半における変化が前記第１時間の後半よりも小さくなるように前記設定電圧を変化させるので、前記溶接電流の急激な変化を抑制できる。

【0016】

本発明に係るアーク溶接装置は、前記電源部は上限値及び下限値にて前記設定電圧を第２時間維持させ、前記第１時間は前記第２時間の５－１５％である。

【0017】

本発明にあっては、前記第１時間は、設定電圧が上限値及び下限値にて維持される前記第２時間の５－１５％であるので、アーク溶接への影響を最小限にしつつ、前記溶接電流の急激な変化を抑制できる。

【0018】

本発明に係るアーク溶接装置は、前記第１時間は前記第２時間の８－１２％である。

【0019】

本発明にあっては、前記第１時間は、設定電圧が上限値及び下限値にて維持される前記第２時間の８－１２％であるので、アーク溶接への影響を最小限にしつつ、前記溶接電流の急激な変化を抑制できる。

【0020】

本発明に係るアーク溶接方法は、母材に形成される凹状の溶融部分の内側空間に前記溶接ワイヤの先端部を挿入してアーク溶接を行うアーク溶接方法において、前記溶接ワイヤに流れる溶接電流を変動させるために設定電圧の制御を行い、前記溶接電流に上昇及び下降間の転換が生じる際に前記溶接電流の変動を制御する。

【0021】

本発明にあっては、前記溶接ワイヤに流れる溶接電流を変動させるための設定電圧の制御によって、前記溶接電流が上昇から下降、又は、下降から上昇に転換する際、前記溶接電流の急激な変化が抑制される。

【発明の効果】

【0022】

本発明によれば、設定電圧を適宜制御することによって、前記設定電圧に伴って変動する溶接電流が立上り及び立下りで急激に変動することを抑制できる。

【図面の簡単な説明】

【0023】

【図1】実施形態１に係るアーク溶接装置の一構成を示す模式図である。

【図2】実施形態１に係るアーク溶接装置におけるアーク溶接の手順を示すフローチャートである。

【図3】溶接対象の母材を示す側断面図である。

【図4】電源部によって生成された設定電圧と、該設定電圧に応じた溶接電流の変動を示すグラフである。

【図5】実施形態１に係る埋もれアーク溶接の様子を示す模式図である。

【図6】実施形態２に係るアーク溶接装置にて電源部により生成された設定電圧を示すグラフである。

【発明を実施するための形態】

【0024】

以下に、本発明の実施形態に係るアーク溶接装置及びアーク溶接方法を、図面に基づいて詳述する。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。

【0025】

（実施形態１）
図１は、実施形態１に係るアーク溶接装置１００の一構成を示す模式図である。実施形態１に係るアーク溶接装置１００は、いわゆる消耗電極式のガスシールドアーク溶接装置であり、手動又は半自動によるアーク溶接に用いられる。アーク溶接装置１００は、埋もれアークを用いる埋もれアーク溶接及びオープンアーク溶接のいずれの溶接も行うことができる。

【0026】

アーク溶接装置１００は、溶接電源１、トーチ２及びワイヤ送給部３を備える。
トーチ２は、コンタクトチップ及びノズルを有する（図示せず）。コンタクトチップは、軸心を貫通する細径の孔を有する丸棒形状であり、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７（図５参照）の発生に必要な溶接電流Ｉを供給する。また、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Ｉを溶接ワイヤ５に供給する。更に、トーチ２は、コンタクトチップを囲繞する円筒形状をなし、被溶接部へシールドガスを噴射するノズルを有する。シールドガスは、アーク７によって溶融した母材４及び溶接ワイヤ５の酸化を防止するためのものである。シールドガスは、例えば炭酸ガス、炭酸ガス及びアルゴンガスの混合ガス、アルゴン等の不活性ガス等である。

【0027】

溶接ワイヤ５は、例えばソリッドワイヤであり、その直径は０．９ｍｍ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。

【0028】

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モータとを有する。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。溶接ワイヤ５の送給速度は、埋もれアーク溶接の場合、例えば、約５～１００ｍ／分である。

【0029】

溶接電源１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に接続されており、溶接電流Ｉを供給する電源部１１と、溶接ワイヤ５の送給速度を制御する送給速度制御回路１２とを備える。

【0030】

電源部１１は、定電圧特性の電源であり、トーチ２のコンタクトチップ及び母材４に出力する電圧を制御することによって、溶接電流Ｉを周期的に上下させる制御を行う。電源部１１は、ＰＷＭ制御された直流電流を出力する電源回路１１ａ、電圧制御回路１１ｂ、電流等設定回路１１ｄ、電圧検出部１１ｅ及び電流検出部１１ｆを備える。

【0031】

電流等設定回路１１ｄは、溶接電流Ｉの設定電流値を示す電流設定信号Ｉｒを電圧制御回路１１ｂ及び送給速度制御回路１２へ出力する。送給速度制御回路１２は電流設定信号Ｉｒに基づいて溶接ワイヤ５の送給速度を制御する。埋もれアーク溶接の際、電流等設定回路１１ｄは、３００Ａ以上の設定電流値、好ましくは３００Ａ以上１０００Ａ以下の設定電流値、より好ましくは５００Ａ以上８００Ａ以下の設定電流値を示す電流設定信号Ｉｒを電圧制御回路１１ｂ及び送給速度制御回路１２へ出力する。

【0032】

また、電流等設定回路１１ｄは、母材４及び溶接ワイヤ５間の溶接電圧Ｖ及び溶接電流Ｉを周期的に変動させる周波数、周期的に変動する溶接電流Ｉの振幅、周期的に変動する溶接電流Ｉの平均電流等を定め、溶接電流Ｉが目標とする周波数、電流振幅及び平均電流となるように設定された設定電圧を生成する。電流等設定回路１１ｄは、設定された設定電圧を示した出力電圧設定信号Ｅｒを電圧制御回路１１ｂへ出力する回路である。

【0033】

電圧検出部１１ｅは、溶接電圧Ｖを検出し、検出した電圧値を示す電圧値信号Ｖｄを電圧制御回路１１ｂへ出力する。

【0034】

電流検出部１１ｆは、例えば、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７を流れる溶接電流Ｉを検出し、検出した電流値を示す電流値信号Ｉｄを電流等設定回路１１ｄへ出力する。

【0035】

電圧制御回路１１ｂは、定電圧特性で動作し、出力電圧設定信号Ｅｒに応じた電圧が電源回路１１ａから出力されるように、電源回路１１ａの動作を制御する回路である。電圧制御回路１１ｂは、溶接電源１の通電経路に存在する電気抵抗Ｒ及びリアクトルＬを電子的に制御し、定電圧特性を実現する。

【0036】

また、電圧制御回路１１ｂは、電圧検出部１１ｅから出力された電圧値信号Ｖｄと、電流等設定回路１１ｄから出力された電流設定信号Ｉｒ及び出力電圧設定信号Ｅｒとに基づいて、差分信号Ｅｉを算出し、算出した差分信号Ｅｉを電源回路１１ａへ出力する。差分信号Ｅｉは、検出された電流値と、電源回路１１ａから出力されるべき電流値との差分を示す信号である。

【0037】

電源回路１１ａは、商用交流を交直変換するＡＣ－ＤＣコンバータ、交直変換された直流をスイッチングにより所要の交流に変換するインバータ回路、変換された交流を整流する整流回路等を備える。電源回路１１ａは、電圧制御回路１１ｂから出力された差分信号Ｅｉに従って、差分信号Ｅｉが小さくなるようにインバータをＰＷＭ制御し、電圧を溶接ワイヤ５へ出力する。その結果、母材４及び溶接ワイヤ５間に、周期的に上下する溶接電圧Ｖが印加され、周期的に上下する溶接電流Ｉが通電する。

【0038】

なお、溶接電源１には、図示しない制御通信線を介して外部から出力指示信号が入力されるように構成されており、電源部１１は、出力指示信号をトリガにして、電源回路１１ａに電圧の供給を開始させる。出力指示信号は、例えば、トーチ２側に設けられた手元操作スイッチが操作された際にトーチ２側から溶接電源１へ出力される信号である。

【0039】

図２は、本実施形態に係るアーク溶接装置１００におけるアーク溶接の手順を示すフローチャートであり、図３は、溶接対象の母材４を示す側断面図である。
以下では、例えば、溶接ワイヤ５として直径１．４ｍｍのソリッドワイヤを用い、シールドガスとして炭酸ガスを用いており、溶接電流が５００Ａ、溶接電圧が４２Ｖである埋もれアーク溶接を行う場合を例に説明する。また、設定電圧は±１０Ｖ、かつ周期１１ｍｓにて変動させる。

【0040】

まず、接合されるべき一対の母材４を用意し、電圧及び電流を含む溶接条件、溶接モード等の設定を行う（ステップＳ１１）。例えば、図３に示すように板状の第１母材４１及び第２母材４２を用意し、被溶接部である端面４１ａ、４２ａを突き合わせて、所定の溶接作業位置に配する。なお、必要に応じて、第１母材４１及び第２母材４２にＹ形、レ形等の任意形状の開先を設けても良い。第１及び第２母材４１、４２は、例えば軟鋼、機械構造用炭素鋼、機械構造用合金鋼等の鋼板である。

【0041】

各種設定が行われた後、溶接電源１は、前記出力指示信号が入力されたか否かを判定することによって、電圧の出力開始条件を満たすか否かを判定する（ステップＳ１２）。出力指示信号が入力されておらず、電圧の出力開始条件を満たさないと判定した場合（ステップＳ１２：ＮＯ）、溶接電源１は、出力指示信号の入力まで斯かる判定を繰り返して行う。

【0042】

電圧の出力開始条件を満たすと判定した場合（ステップＳ１２：ＹＥＳ）、溶接電源１の送給速度制御回路１２は、溶接ワイヤ５の送給を指示する送給指示信号を、ワイヤ送給部３へ出力し、電流設定信号Ｉｒに応じた速度で溶接ワイヤ５を送給させる（ステップＳ１３）。

【0043】

次いで、溶接電源１の電源部１１は、電圧検出部１１ｅ及び電流検出部１１ｆにて溶接電圧Ｖ及び溶接電流Ｉを検出し（ステップＳ１４）、検出された溶接電圧Ｖ及び溶接電流Ｉ並びに溶接電源１の外部特性が、設定された溶接条件に一致するように、電源部１１の出力をＰＷＭ制御する（ステップＳ１５）。例えば、電源部１１は、１００Ａの溶接電流Ｉの増加に対する溶接電圧Ｖの低下が２Ｖ以上２０Ｖ以下となる外部特性を有する。

【0044】

即ち、電源部１１は、定電圧特性において、検出された溶接電流Ｉの周波数、電流振幅及び平均電流が設定された溶接条件に一致し、溶接電流Ｉが周期的に上下するように、設定電圧を生成して出力することによって、ＰＷＭ制御を行う。

【0045】

更に、本実施形態に係るアーク溶接装置１００においては、設定電圧を適宜制御することによって、周期的に上下に変動する溶接電流Ｉにおいて、上昇及び下降間の転換が生じる極値部で溶接電流Ｉが急激に変化することを制御する。以下、詳しく説明する。

【0046】

図４は、電源部１１によって生成された設定電圧と、該設定電圧に応じた溶接電流Ｉの変動を示すグラフである。図４に示す各グラフの横軸は時間を示し、図４Ａ－図４Ｂに示す各グラフの縦軸はそれぞれ、設定電圧及び溶接電流Ｉである。

【0047】

本実施形態に係るアーク溶接装置１００においては、定電圧特性の電源部１１が、図４Ａに示すように、設定電圧を周期的に上下させる。例えば、１０Ｈｚ以上１０００Ｈｚ以下の周波数、好ましくは５０Ｈｚ以上３００Ｈｚ以下の周波数、より好ましくは８０Ｈｚ以上２００Ｈｚ以下の周波数で設定電圧を周期的に上下させると良い。

【0048】

図４Ａの如く、設定電圧は、交互に、上限値（＋１０Ｖ）と下限値（－１０Ｖ）とに切り替えられる。即ち、半周期毎に、下限値から上限値へ切り替えられ、又は、上限値から下限値へ切り替えられる。下限値から上限値への上向切り替え、及び、上限値から下限値への下向切り替えは、第１時間かけて行われる。即ち、上向切り替えの場合、前記第１時間の間、設定電圧が徐々に下限値から上限値へ直線状に一定割合で上昇し続ける。また、下向切り替えの場合、前記第１時間の間、設定電圧が徐々に上限値から下限値へ直線状に一定割合で下降し続ける。換言すれば、設定電圧における立上りエッジ及び立下りエッジが横軸に対して斜めである。

【0049】

上向切り替えの後、設定電圧は上限値で第２時間維持された後、下限値に切り替えられる。下向切り替えの後、設定電圧は下限値で第２時間維持された後、上限値に切り替えられる。

【0050】

上述の如く、設定電圧の変動周期は１１ｍｓであり、前記第１時間は０．５ｍｓであって、前記第２時間は５ｍｓである。即ち、上向切り替え及び下向切り替えは、上限値又は下限値が維持される第２時間の１０％の時間に亘って行われる。

【0051】

このように設定電圧を周期的に上下させると、これに伴い、図４Ｂに示すように溶接電流Ｉも周期的に上下する。上述の如く、本実施形態のアーク溶接装置１００においては、設定電圧の上向切り替え及び下向切り替えが所定の時間をかけて行われるように制御されている。即ち、設定電圧の上向切り替え及び下向切り替えが急に起きないように、つまり設定電圧における立上りエッジ及び立下りエッジが垂直にならないように制御されている。

【0052】

これによって、上下に変動する溶接電流Ｉにおいて極値部での急激な変化が抑制され、緩やかに制御されている。即ち、溶接電流Ｉが下向を終えて上向に転じる極小部（図４のＰ１参照）、及び、溶接電流Ｉが上向を終えて下向に転じる極大部（図４のＰ２参照）で、溶接電流Ｉは曲線を描いて緩やかに変化している。

【0053】

図５は実施形態１に係る埋もれアーク溶接の様子を示す模式図である。例えば、平均電流３００Ａ以上の溶接電流Ｉが溶接ワイヤ５に供給され、約５～１００ｍ／分で溶接ワイヤ５が送給されている。この際、溶接ワイヤ５の先端部５ａ及び被溶接部間に発生したアーク７の熱によって溶融した母材４及び溶接ワイヤ５の溶融金属からなる凹状の溶融部分６が母材４に形成され、溶接ワイヤ５の先端部５ａが溶融部分６によって囲まれる埋もれ空間６ａに進入する。電源部１１が溶接電流Ｉ（設定電圧）を周期的に上下させると、溶接ワイヤ５が埋もれ空間６ａに深く進入し、溶接ワイヤ５の先端部５ａ及び溶融部分６の底部６１間にアーク７が発生する第１状態（図５Ａ参照）と、溶接ワイヤ５が埋もれ空間６ａに浅く進入し、先端部５ａ及び溶融部分６の側部６２間にアーク７が発生する第２状態（図５Ｂ参照）とが周期的に発生する。

【0054】

第１状態においては、溶接ワイヤ５の先端部５ａが埋もれ空間６ａに深く進入し、溶融部分６の底部６１に照射されるアーク７によって、深い溶け込みが得られる。また、第２状態においては、溶接ワイヤ５の先端部５ａが埋もれ空間６ａに浅く進入し、溶融部分６の側部６２に照射されるアーク７の力によって溶融部分６が支えられる。
上述の如く、溶接電流Ｉを周期的に上下させることによって第１状態と第２状態とが周期的に繰り返して発生するので、埋もれ空間６ａを安定的に維持することができる。

【0055】

図２の説明に戻る。次いで、溶接電源１の電源部１１は、溶接電流Ｉの出力を停止するか否かを判定する（ステップＳ１６）。斯かる判定は、出力指示信号の入力が継続しているか否かに基づいて行われる。出力指示信号の入力が継続している場合、電源部１１は電圧の出力を停止しないと判定し（ステップＳ１６：ＮＯ）、処理はステップＳ１３へ戻る。出力指示信号の入力が継続していない場合、電源部１１は電圧の出力を停止すると判定し（ステップＳ１６：ＹＥＳ）、処理はステップＳ１２へ戻る。

【0056】

上述の如く、埋もれアーク溶接においては、埋もれ空間６ａの安定的な維持のため、設定電圧を周期的に上下させることによって溶接電流Ｉを周期的に上下させる制御が行われる。ところが、斯かる設定電圧の変動が矩形波形状を成し、立上り及び立下りでの設定電圧の変動が急である場合、これに伴って上下変動する溶接電流Ｉも立上り及び立下りにて急激に変動する。溶接電流Ｉの急激な立上り（上昇）の場合、溶融部分６においてアーク７が形成されている領域では、アーク７から受ける力が急激に変化するので、溶融部分６の状態が不安定になる。一方、溶接電流Ｉの急激な立下り（下降）の場合、瞬間的にアーク７の硬直性が失われてアーク７がふらつくので不安定になる。

【0057】

これに対して、本実施形態のアーク溶接装置１００においては、以上のように、設定電圧を周期的に上下させる際、設定電圧の上向切り替え及び下向切り替えが急に起きないように、上向切り替え及び下向切り替えを所定の時間をかけて行う。これによって、上下に変動する溶接電流Ｉにおいて極値部での急激な変化が抑制され、緩やかな変動が得られる。従って、上述した、溶接電流Ｉの急激な立上りの場合に溶融部分６の状態が不安定になる問題、及び、溶接電流Ｉの急激な立下りの場合にアーク７が不安定になる問題の発生を未然に防止できる。更に、溶接電流Ｉの急激な変化が抑制されるので、溶接電流Ｉの急激な変化の際に発生する騒音を緩和させることが可能である。

【0058】

以上においては、上向切り替え及び下向切り替えにかかる第１時間が、設定電圧の上限値又は下限値が維持される第２時間の１０％である場合を例に挙げて説明したが、これに限定されるものではない。

【0059】

第１時間が第２時間に対して５％を下回ると、溶接電流Ｉの立上り／立下りでの電流変化が十分抑制されず、上述した問題を解決できなく、埋もれアークの安定化効果が得られない。第１時間が第２時間に対して１５％を上回ると、設定電圧を矩形で変化させる場合よりも埋もれアークが不安定化する。よって、第１時間は第２時間に対して５％－１５％であれば良く、この範囲内では、埋もれアークの安定性に及ぼす影響も軽微である。

【0060】

また、第１時間が第２時間に対して５％以上になるにつれて埋もれアークの安定化効果が得られ、更に８％以上になると上述の騒音が緩和される。一方、第１時間が第２時間に対して１２％を超えると、本実施形態の設定電圧の上向切り替え及び下向切り替えの制御を行わない場合と比較して電流変化量が全体的に小さくなるため、本来意図する埋もれアーク安定化効果が小さくなりはじめる。よって、第１時間は第２時間に対して８％－１２％であることがより望ましい．

【0061】

（実施形態２）
図６は、実施形態２に係るアーク溶接装置１００にて電源部１１により生成された設定電圧を示すグラフである。図６に示すグラフの横軸は時間を示し、縦軸は設定電圧を示す。実施形態２のアーク溶接装置１００でも、埋もれアーク溶接において、埋もれ空間６ａの安定的な維持のため、設定電圧を周期的に上下させることによって溶接電流Ｉを周期的に上下させる制御が行われる。

【0062】

設定電圧は、交互に、上限値（＋１０Ｖ）と下限値（－１０Ｖ）とに切り替えられる。即ち、半周期毎に、下限値から上限値へ切り替えられ、又は、上限値から下限値へ切り替えられる。下限値から上限値への上向切り替え、及び、上限値から下限値への下向切り替えは、第１時間かけて行われる。即ち、上向切り替えの場合、前記第１時間の間、設定電圧が徐々に下限値から上限値へ下に凸の曲線状に上昇し続ける。また、下向切り替えの場合、前記第１時間の間、設定電圧が徐々に上限値から下限値へ上に凸の曲線状に下降し続ける。上向切り替え及び下向切り替えの何れの場合においても、前記第１時間の前半における設定電圧の変化は、前記第１時間の後半よりも小さい。

【0063】

上向切り替えの後、設定電圧は上限値で第２時間維持された後、下限値に切り替えられる。下向切り替えの後、設定電圧は下限値で第２時間維持された後、上限値に切り替えられる。実施形態１と同様、上向切り替え及び下向切り替えにかかる第１時間は、上限値又は下限値が維持される第２時間の１０％の時間である。

【0064】

このように設定電圧を周期的に上下させると、これに伴い、溶接電流Ｉも周期的に上下する。上述の如く、本実施形態のアーク溶接装置１００においては、設定電圧の上向切り替え及び下向切り替えが急に起きないように、設定電圧の上向切り替え及び下向切り替えが所定の時間をかけて行われる。これによって、上下に変動する溶接電流Ｉにおいて極値部での急激な変化が抑制され、緩やかに変動される（図４参照）。

【0065】

以上においては、下限値から上限値への設定電圧の切り替え、及び、上限値から下限値への設定電圧の切り替えの何れもが第１時間かけて行われる場合を例に挙げて説明したが、これに限定されるものではない。下限値から上限値への設定電圧の切り替え、及び、上限値から下限値への設定電圧の切り替えの何れか一方のみが第１時間かけて行われるように構成しても良い。

【0066】

また、以上においては、設定電圧を制御することによって、上下に変動する溶接電流Ｉの極値部での急激な変化を抑制することについて説明したが、これに限定されるものではない。例えば、溶接電流Ｉの立上り又は立下りの際、溶接電流Iの変化速度に制限を与えることによって、溶接電流Ｉの極値部での急激な変化を抑制しても良い。

【0067】

開示された実施形態１，２はすべての点で例示であって、制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上述した意味ではなく、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。なお、上述した実施形態の少なくとも一部を任意に組み合わせてもよい。

【符号の説明】

【0068】

４ 母材
５ 溶接ワイヤ
５ａ 先端部
６ 溶融部分
１１ 電源部
１００ アーク溶接装置

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】