JP5408364B2 - アーク溶接制御方法およびアーク溶接装置 - Google Patents

Description

本発明は、消耗電極である溶接ワイヤを送給しながら短絡状態とアーク状態とを交互に発生させて溶接を行う消耗電極式のアーク溶接制御方法および消耗電極式のアーク溶接装置に関する。

近年、溶接業界では、生産性向上のため、溶接速度の高速化やスパッタ低減といった要求が高まっている。そして、これらの要求を満たすための消耗電極式のアーク溶接装置の開発やアーク溶接制御方法の考案がなされている。しかし、薄板の溶接で溶け落ち等が発生しないように溶接の低入熱化を図ったアーク溶接制御方法は考案されていない。

図４は、短絡を伴う従来のアーク溶接制御方法における出力波形を示す図であり、ワイヤ送給速度Ｗｆと溶接電流Ａｗの時間変化を示している。消耗電極である溶接ワイヤを送給しながら、短絡状態とアーク状態とを交互に発生させて溶接を行うアーク溶接制御方法に関し、ワイヤ送給速度Ｗｆが正送と逆送とを周期的に繰り返すようにワイヤ送給モータが制御される。そして、ワイヤ送給モータの制御に伴って、図４に示すように、ワイヤ送給量が少ない期間は溶接出力が低出力になるように制御し、ワイヤ送給量が多い期間は溶接出力が高出力になるように制御するものが知られている（例えば、特許文献１参照）。

また、ワイヤ送給速度Ｗｆは、１回の周期において正送と逆送とが１回ずつ行われ、それに伴って短絡の発生と短絡の開放（アーク発生）とが１回ずつ行われており、ワイヤ送給速度の周期的な動作に応じてアーク現象が伴う溶接制御となっている。そして、予め設定したワイヤ送給速度の周期の逆数が短絡周波数となり、短絡周波数が一定の安定した溶接を行うことができる。

上述の従来のアーク溶接制御方法では、例えば、板厚が０．８ｍｍ以上の板を溶接する場合であれば、溶け落ちせずに安定した溶接が可能である。しかし、例えば、板厚０．６ｍｍ以下の薄板を溶接する場合、母材への入熱量が高く、溶け落ちが発生してしまい、満足な溶接を行うことができないという課題を有していた。

特開昭６２−６７７５号公報

本発明は、母材への入熱量を低くし、例えば、板厚０．６ｍｍ以下の薄板においても、溶け落ちせずに溶接できるアーク溶接制御方法とアーク溶接装置を提供する。

上記課題を解決するために、本発明のアーク溶接制御方法は、短絡とアークとを繰り返して溶接を行うアーク溶接制御方法であって、短絡期間中は第１の極性の溶接電流を通電するように溶接電流を制御する。上記短絡期間に続くアーク期間では、上記短絡期間中の溶接電流の極性である上記第１の極性から上記第１の極性とは反対の極性である第２の極性に溶接電流を転流する第１の転流を行う。さらに上記第１の転流を行った上記アーク期間中に上記第２の極性から上記第１の極性に溶接電流を転流する第２の転流を行うように溶接電流を制御する方法からなる。

この方法により、母材への入熱量を低減することにより、従来のアーク溶接制御方法では困難とされていた、例えば板厚０．６ｍｍ以下の薄板を、溶け落ちすることなく溶接することができる。

また、本発明のアーク溶接装置は、溶接ワイヤと溶接対象物との間で短絡とアークを繰り返して溶接を行うアーク溶接装置であって、一次側整流部と、スイッチング部と、変圧器と、二次側整流部と、極性切替部と、溶接電圧検出部と、短絡アーク判定部と、極性反転設定部と、を備えている。ここで、一次側整流部は、入力した交流電力を整流する。スイッチング部は、一次側整流部の出力を交流にする。変圧器は、スイッチング部の出力を変圧する。二次側整流部は、変圧器の出力を整流する。極性切替部は、二次側整流部の出力を第１の極性または第１の極性とは反対の極性である第２の極性の出力に切り替える。溶接電圧検出部は、溶接出力電圧を検出する。短絡アーク判定部は、溶接電圧検出部の検出結果に基づいて、短絡期間またはアーク期間を判定する。極性反転設定部は、短絡アーク判定部の判定結果に基づいて、極性切替部に極性反転制御信号を出力する。そして、本発明のアーク溶接装置は、短絡期間中には極性反転設定部が第１の極性の溶接電流を通電するように極性切替部に極性反転制御信号を出力することで第１の極性の溶接電流を出力する。そして、本発明のアーク溶接装置は、短絡期間に続くアーク期間では、極性反転設定部は、短絡期間中の溶接電流の極性である第１の極性から第１の極性とは反対の極性である第２の極性に溶接電流を転流する第１の転流を行うように極性切替部に極性反転制御信号を出力することで第２の極性の溶接電流を出力する。そして、本発明のアーク溶接装置は、第１の転流を行ったアーク期間中に、極性反転設定部は、第２の極性から第１の極性に溶接電流を転流する第２の転流を行うように極性切替部に極性反転制御信号を出力することで第１の極性の溶接電流を出力する構成からなる。

この構成により、母材への入熱量を低減することにより、従来のアーク溶接装置では困難とされていた、例えば板厚０．６ｍｍ以下の薄板を、溶け落ちすることなく溶接することができる。

図１は、本発明の実施の形態１から４におけるアーク溶接装置の概略構成を示す図である。 図２は、本発明の実施の形態１と２におけるアーク溶接制御方法の出力波形を示す図である。 図３は、本発明の実施の形態３と４におけるアーク溶接制御方法の出力波形を示す図である。 図４は、従来の短絡を伴うアーク溶接制御方法における出力波形を示す図である。

以下、本発明の一実施の形態について、図面を参照しながら説明する。以下の図面においては、同じ構成要素については同じ符号を付しているので説明を省略する場合がある。

（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態１における消耗電極式のアーク溶接装置１の概略構成を示す図である。図２は、本発明の実施の形態１における消耗電極式のアーク溶接制御方法で溶接を行った場合のワイヤ送給速度と溶接電流の時間波形を示す図である。

図１に示すように、アーク溶接装置１は、一次側整流部３と、スイッチング部４と、主変圧器５と、二次側整流部６と、リアクトル７と、溶接電流検出部８と、溶接電圧検出部９と、短絡／アーク検出部１０と、出力制御部１１と、極性反転設定部１２と、極性反転出力制御部１３と、極性反転スイッチング部１４と、ワイヤ送給速度制御部１６と、を備えている。ここで、一次側整流部３は、アーク溶接装置１の外部にある入力電源２から入力した入力電圧（入力した交流電力）を整流する。スイッチング部４は、一次側整流部３の出力を溶接に適した出力（交流）に制御する。主変圧器５は、スイッチング部４の出力を溶接に適した出力に絶縁して変換する（変圧する）。二次側整流部６は、主変圧器５の出力を整流する。リアクトル７は、二次側整流部６の出力を溶接に適した電流に平滑する。溶接電流検出部８は、溶接電流を検出する。溶接電圧検出部９は、溶接電圧を検出する。短絡／アーク検出部１０は、溶接電圧検出部９の出力である溶接電圧検出信号により、溶接状態が、ワイヤ２０と母材２２とが接触して短絡している短絡状態であるのか、短絡が開放してアーク２１が発生しているアーク状態であるのかを判定する。したがって、短絡アーク判定部は、短絡／アーク検出部１０を含み溶接電圧検出部９の検出結果に基づいて、短絡期間またはアーク期間を判定する。出力制御部１１は、スイッチング部４に制御信号を出力して溶接出力を制御する。極性反転設定部１２は、短絡アーク判定部の判定結果に基づいて、極性切替部に溶接出力の極性を反転するタイミングを決める時間信号（極性反転制御信号）を出力する。極性反転出力制御部１３は、極性反転設定部１２からの信号に基づいて溶接出力の極性を反転させる制御を行う。極性反転スイッチング部１４（極性切替部）は、極性反転出力制御部１３の信号に基づいてリアクトル７が出力した溶接出力を極性反転させる。また、極性切替部は、二次側整流部６の出力を第１の極性とは反対の極性である第２の極性の出力に切り替える。ワイヤ送給速度制御部１６は、ワイヤ送給部１９により送給されるワイヤ２０の送給速度を制御する。

また、ワイヤ送給速度制御部１６は、記憶部１７と、ワイヤ送給速度決定部１８と、を備えている。ここで、記憶部１７は、溶接設定電流と、ワイヤ送給速度の平均送給速度と、ワイヤ送給速度の周波数と、ワイヤ送給速度の振幅と、を対応付けた式あるいはテーブルを記憶する。ワイヤ送給速度決定部１８は、アーク溶接装置１に接続されており溶接条件を設定するための溶接条件設定部１５で設定された溶接設定電流に基づいて、記憶部１７の式あるいはテーブルからワイヤ送給速度の平均送給速度と、ワイヤ送給速度の周波数と、ワイヤ送給速度の振幅と、を決定する。

なお、アーク溶接装置１に接続された溶接条件設定部１５は、溶接設定電流や溶接設定電圧等の溶接条件を設定する機能を有するものであり、また、後述する第１の所定時間Ｅｐｔａと第２の所定時間Ｅｎｔａを調整する機能も有するものである。

また、図１に示すように、ワイヤ送給部１９は、アーク溶接装置１のワイヤ送給速度制御部１６からの制御信号に基づいてワイヤ２０を送給するものである。トーチ２３には、ワイヤ２０に電力を供給するためのチップ２４が設けられている。アーク溶接装置１の溶接出力の一端は電気的にワイヤ２０に接続され、溶接出力の他端は電気的に母材２２に接続されている。そして、ワイヤ２０と母材２２との間に溶接出力が与えられることにより、ワイヤ２０と母材２２との間にアーク２１が発生し、溶接が行われる。

以上のように構成された消耗電極式のアーク溶接装置１について、図２を用いてその動作を説明する。図２は、ワイヤ送給速度Ｗｆと溶接出力電流である溶接電流Ａｗの時間変化を波形で示したものである。

図２において、時刻ｔ１から時刻ｔ２までの短絡期間では、まず、短絡発生初期の時刻である時刻ｔ１において、電流制御により溶接電流Ａｗを電流Ｉａに低減して短絡発生の確実化を行う。その後、電流制御により溶接電流Ａｗを所定の傾きで上昇させる。一方、ワイヤ送給速度Ｗｆは、時間に関係なく常に一定速度で送給を継続する。その後、時刻ｔ２において短絡が開放し、アークが発生してアーク期間となる。なお、短絡期間に通電される溶接電流は、ワイヤ２０から母材２２に向かって流れる第１の極性の溶接電流とする。

時刻ｔ２から時刻ｔ５までのアーク期間では、アーク発生初期の時刻ｔ２から電流制御を行って溶接電流を所定の傾きで上昇させる。この上昇は、溶接電流が電流Ｉｂとなるまで行われる。その後、アーク発生初期の時刻である時刻ｔ２から第１の所定時間Ｅｐｔａが経過した時刻である時刻ｔ３において、第１の極性の溶接電流とは反対の極性を持つ第２の極性に溶接電流を転流する第１の転流を行う。そして、第１の転流を行ってからは、第２の極性の溶接電流として、母材２２からワイヤ２０に向かって正極電流ＥｎＩａを流す。さらに、時刻ｔ３から第２の所定時間Ｅｎｔａが経過した時刻である時刻ｔ４において、第２の極性から第１の極性に溶接電流を転流する第２の転流を行う。

なお、時刻ｔ３から時刻ｔ４まで出力する正極電流ＥｎＩａは、ワイヤ２０側が負極であり母材２２側が正極である第２の極性の溶接電流である。第２の極性の溶接電流を出力する溶接時には、ワイヤ２０の溶融が促進されるため、母材２２への入熱の低減を図ることができる。

なお、正極電流ＥｎＩａや第２の所定時間Ｅｎｔａの値を変えることにより、母材２２への溶け込み深さの調整を行うことができる。例えば、正極電流ＥｎＩａの電流値を、溶接条件設定部１５で設定される溶接設定電流に対応付けられた極性反転設定部１２内に予め記憶された値より高くする。すなわち、正極電流ＥｎＩａの電流値の絶対値を大きくし、第２の所定時間Ｅｎｔａの時間を、溶接条件設定部１５で設定される溶接設定電流に対応付けられた極性反転設定部１２内に予め記憶された値より長くする。このようにすることで、ワイヤ２０の溶融をさらに促進することができ、母材２２への入熱をさらに低減することができる。

また、第２の所定時間Ｅｎｔａの時間を更に長くするために、第１の所定時間Ｅｐｔａを短くすることも、ワイヤ２０の溶融を更に促進し、母材２２への入熱量の低減に有効である。

なお、第１の所定時間Ｅｐｔａ、第２の所定時間Ｅｎｔａおよび正極電流ＥｎＩａは、溶接設定電流に対応付けられており、溶接電流を設定すると、対応付けられた値が決定されるようになっている。ここで、第１の所定時間Ｅｐｔａ、第２の所定時間Ｅｎｔａおよび正極電流ＥｎＩａの値は、実験等により求めた溶接対象物に適するような値とすればよい。そして、これらの値は、テーブルや数式として、溶接条件設定部１５で設定される溶接設定電流値に対応付けられて、極性反転設定部１２内に記憶しておくようにすれば良い。

本実施の形態１における消耗電極式のアーク溶接制御方法は、上述の短絡期間とアーク期間との制御を繰り返すものである。ここで、以上のような消耗電極式のアーク溶接制御を行うためのアーク溶接装置１について、その動作を、図１を用いて説明する。

図１に示すように、溶接電圧検出部９は、アーク溶接装置１の出力端子１ａ間に接続され、検出した電圧に対応した信号を出力する。短絡／アーク検出部１０は、溶接電圧検出部９からの信号に基づいて、溶接出力電圧が一定値以上か一定値未満かを判定する。この判定結果に基づいて、短絡／アーク検出部１０は、ワイヤ２０が被溶接物である母材２２に接触短絡している短絡状態（短絡期間）であるのか、それとも接触しておらずアーク２１が発生しているアーク状態（アーク期間）であるのか、を判定して判定信号を出力する。

次に、出力される溶接電流と出力される溶接電圧の制御、すなわち、溶接出力制御について説明する。アーク溶接装置１に接続された溶接条件設定部１５により、溶接設定電流と溶接設定電圧が設定される。設定された溶接設定電流と溶接設定電圧に基づいて、記憶部１７に格納されている式あるいはテーブルから、溶接波形パラメータが選定される。この溶接波形パラメータに基づいて、出力制御部１１は、短絡期間であれば短絡期間に適正なパラメータを用いて溶接電流や溶接電圧の制御を行う信号をスイッチング部４に出力する。また、出力制御部１１は、アーク期間であればアーク期間に適正なパラメータを用いて溶接電流あるいは溶接電圧を制御する信号をスイッチング部４に出力する。

スイッチング部４は、出力制御部１１の出力信号を入力して溶接出力を制御する。なお、短絡期間では、第１の極性の溶接電流を出力するが、アーク期間では、第１の極性の溶接電流と、第１の極性とは反対の第２の極性の溶接電流とを出力する。

次に、アーク期間の溶接電流の出力について説明する。溶接電圧検出部９からの信号に基づいて、短絡／アーク検出部１０がアーク状態であると判定した場合を考える。この場合には、計時機能を有する極性反転設定部１２は、アーク２１が発生した時点を時間起点とし、第１の所定時間Ｅｐｔａが経過するまでは、第１の極性を継続する継続信号を極性反転出力制御部１３に出力する。そして、極性反転設定部１２は、第１の所定時間Ｅｐｔａが経過したことを検出すると、第２の極性に極性を反転する極性反転信号を極性反転出力制御部１３に出力する。極性反転設定部１２からの信号を入力した極性反転出力制御部１３は、極性反転スイッチング部１４に極性反転制御信号を出力し、極性反転スイッチング部１４は、第１の転流を実施する。その後、極性反転設定部１２は、第１の転流を実施した時刻ｔ３を時間起点として第２の所定時間Ｅｎｔａが経過する時刻ｔ４までは、第２の極性を継続する継続信号を極性反転出力制御部１３に出力する。その後、第２の所定時間Ｅｎｔａが経過した時刻ｔ４になると、極性反転設定部１２は、第１の極性に極性を反転する極性反転信号を極性反転出力制御部１３に出力する。極性反転設定部１２からの信号を入力した極性反転出力制御部１３は、極性反転スイッチング部１４に極性反転制御信号を出力し、極性反転スイッチング部１４は、第２の転流を実施する。

なお、第１の所定時間Ｅｐｔａ、第２の所定時間Ｅｎｔａおよび正極電流ＥｎＩａの値は、溶接条件設定部１５で設定される溶接設定電流値に対応付けられた適正値が極性反転設定部１２内に格納されている。そして、溶接条件設定部１５で溶接設定電流値が設定されると、極性反転設定部１２において、第１の所定時間Ｅｐｔａ、第２の所定時間Ｅｎｔａおよび正極電流ＥｎＩａの値が決定される。

以上のように、本実施の形態１によれば、アーク期間中の溶接電流を第１の極性から第２の極性に転流してワイヤ２０側を負極とする。これにより、常にワイヤ２０側が正極であり母材２２側が負極である従来の直流溶接と比べ、ワイヤ２０の溶融を促進して母材２２への入熱量を低減することができ、薄板の溶接や母材２２間のギャップ等に対して、溶け落ちなどが発生することなく溶接現場で容易に対応することが可能となる。さらに、正極電流ＥｎＩａの値を調整することにより、母材２２の適正な溶け込みを得ることができる。

なお、正極電流ＥｎＩａの調整に関し、溶接条件設定部１５が、正極電流ＥｎＩａを調整する機能を有しており、正極電流ＥｎＩａを作業者が調整できるようになっている。より具体的には、溶接条件設定部１５で設定した溶接設定電流に基づいて極性反転設定部１２で決定された正極電流ＥｎＩａの値に対して、変更や調整を行うための図示しない電流調整量設定部が溶接条件設定部１５に設けられており、この電流調整量設定部により調整するようにすればよい。

すなわち、本実施の形態１のアーク溶接制御方法は、短絡とアークとを繰り返して溶接を行うアーク溶接制御方法であって、短絡期間中は第１の極性の溶接電流を通電するように溶接電流を制御する。そして、本実施の形態１のアーク溶接制御方法は、短絡期間に続くアーク期間では、短絡期間中の溶接電流の極性である第１の極性から第１の極性とは反対の極性である第２の極性に溶接電流を転流する第１の転流を行い、第１の転流を行ったアーク期間中に第２の極性から第１の極性に溶接電流を転流する第２の転流を行うように溶接電流を制御する方法からなる。

この方法により、母材への入熱量を低減することにより、従来のアーク溶接制御方法では困難とされていた、例えば板厚０．６ｍｍ以下の薄板を、溶け落ちすることなく溶接することができる。

また、アーク期間の開始から第１の所定時間が経過した後に第１の転流を行う方法としてもよい。

この方法により、母材への入熱量を低減することにより、従来のアーク溶接制御方法では困難とされていた、例えば板厚０．６ｍｍ以下の薄板を、溶け落ちすることなく溶接することができる。

また、第１の転流を行ってから第２の所定時間が経過した後に第２の転流を行う方法としてもよい。

この方法により、母材への入熱量を低減することにより、従来のアーク溶接制御方法では困難とされていた、例えば板厚０．６ｍｍ以下の薄板を、溶け落ちすることなく溶接することができる。

また、本実施の形態１のアーク溶接装置は、溶接ワイヤと溶接対象物との間で短絡とアークを繰り返して溶接を行うアーク溶接装置であって、一次側整流部と、スイッチング部と、変圧器と、二次側整流部と、極性切替部と、溶接電圧検出部と、短絡アーク判定部と、極性反転設定部と、を備えている。そして、本実施の形態１のアーク溶接装置は、短絡期間中には極性反転設定部が第１の極性の溶接電流を通電するように極性切替部に極性反転制御信号を出力することで第１の極性の溶接電流を出力する。そして、本実施の形態１のアーク溶接装置は、短絡期間に続くアーク期間では、極性反転設定部は、短絡期間中の溶接電流の極性である第１の極性から第１の極性とは反対の極性である第２の極性に溶接電流を転流する第１の転流を行うように極性切替部に極性反転制御信号を出力することで第２の極性の溶接電流を出力する。そして、本実施の形態１のアーク溶接装置は、第１の転流を行ったアーク期間中に、極性反転設定部は、第２の極性から第１の極性に溶接電流を転流する第２の転流を行うように極性切替部に極性反転制御信号を出力することで第１の極性の溶接電流を出力する構成からなる。

この構成により、母材への入熱量を低減することにより、従来のアーク溶接装置では困難とされていた、例えば板厚０．６ｍｍ以下の薄板を、溶け落ちすることなく溶接することができる。

また、極性反転設定部は、前記アーク期間の開始からの経過時間を計時し、前記アーク期間の開始から第１の所定時間が経過した後に前記第１の転流を行う前記極性反転制御信号を出力する構成としてもよい。

この構成により、母材への入熱量を低減することにより、従来のアーク溶接装置では困難とされていた、例えば板厚０．６ｍｍ以下の薄板を、溶け落ちすることなく溶接することができる。

また、極性反転設定部は、第１の転流を行ってからの経過時間を計時し、第１の転流を行ってから第２の所定時間が経過した後に第２の転流を行う極性反転制御信号を出力する構成としてもよい。

この構成により、母材への入熱量を低減することにより、従来のアーク溶接装置では困難とされていた、例えば板厚０．６ｍｍ以下の薄板を、溶け落ちすることなく溶接することができる。

（実施の形態２）
本発明の実施の形態２が実施の形態１と異なる主な点は、アーク期間中に第１の転流と第２の転流を行う時間である第１の所定時間Ｅｐｔａと第２の所定時間Ｅｎｔａとを、それぞれ作業者が調整することができるようにした点である。

本実施の形態２のアーク溶接装置は、図１に示す消耗電極式のアーク溶接装置１と同じ構成要素からなるので、図１を用いてその動作を説明する。本実施の形態２では、図１に示す溶接条件設定部１５が、第１の所定時間Ｅｐｔａや第２の所定時間Ｅｎｔａを調整する機能を有している。これにより、作業者が第１の所定時間Ｅｐｔａや第２の所定時間Ｅｎｔａを調整できるようになっている。より具体的には、溶接条件設定部１５で設定した溶接設定電流に基づいて極性反転設定部１２で決定された第１の所定時間Ｅｐｔａや第２の所定時間Ｅｎｔａの値に対して、変更や調整を行うための図示しない調整量設定部が、溶接条件設定部１５に設けられている。

溶接条件設定部１５で設定される溶接設定電流値に対応付けて、第１の所定時間Ｅｐｔａと第２の所定時間Ｅｎｔａが予め極性反転設定部１２内に記憶されている。そして、極性反転設定部１２では、溶接条件設定部１５で設定される溶接設定電流値に対応した第１の所定時間Ｅｐｔａと第２の所定時間Ｅｎｔａが決定される。しかし、極性反転設定部１２では、決定された第１の所定時間Ｅｐｔａおよび第２の所定時間Ｅｎｔａを、溶接条件設定部１５の調整量設定部で設定される第１の所定時間Ｅｐｔａの調整量や第２の所定時間Ｅｎｔａの調整量に応じて調整することが可能である。

例えば、溶接条件設定部１５で設定される溶接設定電流値に応じた第１の所定時間Ｅｐｔａおよび第２の所定時間Ｅｎｔａで溶接を行った場合と比べ、母材２２への入熱量を下げて溶け込み量を少なくしたい場合を考える。この場合に、作業者は、溶接条件設定部１５を用いて第１の所定時間Ｅｐｔａを短くし、第２の所定時間Ｅｎｔａを長くするように調整を行う。これにより、母材２２への入熱量を下げて溶け込み量を少なくすることができる。

このように、溶接設定電流値に基づいて決定された第１の所定時間Ｅｐｔａや第２の所定時間Ｅｎｔａを調整可能とすることにより、溶接現場で母材２２の溶け込み量を容易に調整することができ、薄板への適用を拡大することができる。

なお、極性反転設定部１２に記憶されている第１の所定時間Ｅｐｔａや第２の所定時間Ｅｎｔａは、予め決めた時間であり、実験や実証等に基づいて溶接対象に適した値とすればよい。例えば、第１の所定時間は１ｍｓｅｃから５ｍｓｅｃ程度であり、第２の所定時間は１ｍｓｅｃから８ｍｓｅｃ程度である。

以上のように、本実施の形態２によれば、第１の所定時間Ｅｐｔａや第２の所定時間Ｅｎｔａのそれぞれを作業者が容易に調整することができる。これにより、母材２２への入熱量及び溶け込み量を変更することが可能となり、母材２２への入熱量の低減を図ることができる。これにより、薄板の溶接や母材２２間のギャップ等に対して、溶け落ちなどが発生することなく溶接現場で容易に対応することが可能となる。

（実施の形態３）
本発明の実施の形態３が実施の形態１と異なる主な点は、ワイヤ２０の送給として、所定の周期と所定の振幅とで周期的に正送と逆送とが繰り返される点である。

図３は、本発明の実施の形態３におけるアーク溶接制御方法の出力波形を示す図で、消耗電極式のアーク溶接制御方法で溶接を行った場合のワイヤ送給速度Ｗｆと溶接電流Ａｗの時間波形を示す図である。ワイヤ２０の送給は、図３のワイヤ送給速度Ｗｆで示すように、正送と逆送を繰り返すように制御される。

ワイヤ送給速度Ｗｆが正送の場合、すなわち、ワイヤ２０が母材２２の方向へ送給される場合、正送速度が速いワイヤ送給速度Ｗｆ１の近傍で短絡が発生し易い傾向となる。ワイヤ送給速度Ｗｆが逆送の場合、すなわち、ワイヤ２０が母材２２から離れる方向へ送給される場合、逆送速度が速いワイヤ送給速度Ｗｆ２の近傍で短絡が開放しアークが発生し易い傾向となる。そして、ワイヤ２０の周期的な送給を行うことにより、ワイヤ２０と母材２２とが接触し短絡する短絡状態と、アークが発生するアーク状態とが、図３に示すように周期的に繰り返される。

図３に示すように、時刻ｔ１から時刻ｔ２までの短絡期間では、溶接電流Ａｗは、短絡期間に対応した適正な制御が行われる。時刻ｔ２から時刻ｔ５までのアーク期間では、溶接電流Ａｗは、次に発生する短絡期間でワイヤ２０の先端に形成される溶滴を母材２２へ円滑に移行するため、適正な大きさの溶滴を形成するように制御される。

ここで、本実施の形態３のアーク溶接装置は、図１に示す消耗電極式のアーク溶接装置１と同じ構成要素からなるので、図１を用いて説明する。ワイヤ送給制御に関し、ワイヤ送給速度制御部１６は、予め設定された所定の周期と所定の振幅とで周期的にワイヤ２０の送給を正送制御と逆送制御する信号を、ワイヤ送給部１９に出力する。ワイヤ送給部１９は、ワイヤ送給速度制御部１６からの信号に基づいてワイヤ２０の送給を制御する。

なお、この周期的なワイヤ送給制御は、図３に示すような正弦波でも良いし、台形波形状でも良く、周期的な形状であれば他の波形形状であっても良い。

また、ワイヤ送給速度制御部１６は、記憶部１７と、ワイヤ送給速度決定部１８と、を備えており、ワイヤ送給部１９に信号を出力してワイヤ送給を制御するものである。ここで、記憶部１７は、溶接設定電流、ワイヤ送給速度の平均送給速度、ワイヤ送給速度の周波数およびワイヤ送給速度の振幅を記憶し、これらを相互に対応付けた式あるいはテーブルを記憶する。ワイヤ送給速度決定部１８は、記憶部１７に記憶されている式あるいはテーブルと、溶接条件設定部１５で設定された溶接設定電流と、に基づいて、記憶部１７から、ワイヤ送給速度の平均送給速度および正送及び逆送の周波数と振幅を決定する。

以上のように、本実施の形態３のアーク溶接制御方法およびアーク溶接装置によれば、ワイヤ送給速度Ｗｆの１回の正送と逆送との周期において、短絡の発生と短絡の開放が１回ずつ行われ、ワイヤ送給速度の周期的な動作に応じて短絡周期が安定する。そして、短絡周期の安定化により、図２に示すようなワイヤ送給速度Ｗｆが一定である場合と比較すると、アーク期間の変動も低減するので、第２の所定時間Ｅｎｔａを長く設定できる。

また、正送と逆送との周期的なワイヤ送給を行うことにより、一回の周期において、後述するように短絡時間を長くすることができるので、溶接電圧を低くすることができ、母材２２への入熱量の低減を図ることができる。例えば、一回の周期における短絡時間の割合は、ワイヤ送給速度Ｗｆが一定の場合は約１０〜３０％であり、正送と逆送とを周期的に繰り返す場合は約３０〜５０％である。これにより、ワイヤ送給速度Ｗｆが一定である溶接に対し、更に母材２２への入熱量の低減を図ることができ、薄板の溶接や母材２２間のギャップ等に対して、溶け落ちなどが発生することなく溶接現場で容易に対応することが可能となる。

なお、第１の所定時間Ｅｐｔａや第２の所定時間Ｅｎｔａは、所定の周期と所定の振幅とで周期的に変化させるワイヤ送給速度に基づいて決定するようにしてもよい。

また、本実施の形態３のアーク溶接制御方法は、溶接用ワイヤの送給を、溶接対象物の方向に行う正送とこの正送とは逆方向に行う逆送とに、所定の周期と所定の振幅で周期的に変化させるワイヤ送給速度で溶接を行う方法としてもよい。

この方法により、短絡時間を長くすることができるので、溶接電圧を低くすることができ、さらに母材への入熱量の低減を図ることができる。

また、第１の所定時間は、所定の周期と所定の振幅で周期的に変化させるワイヤ送給速度に基づいて決定される方法としてもよい。

この方法により、短絡時間を長くすることができるので、溶接電圧を低くすることができ、さらに母材への入熱量の低減を図ることができる。

また、本実施の形態３のアーク溶接装置は、溶接用ワイヤの送給を、溶接対象物の方向に行う正送とこの正送とは逆方向に行う逆送とに、所定の周期と所定の振幅で周期的に変化させるワイヤ送給速度で溶接を行う構成としてもよい。

この構成により、短絡時間を長くすることができるので、溶接電圧を低くすることができ、さらに母材への入熱量の低減を図ることができる。

また、第１の所定時間は、所定の周期と所定の振幅で周期的に変化させるワイヤ送給速度に基づいて決定される構成としてもよい。

この構成により、短絡時間を長くすることができるので、溶接電圧を低くすることができ、さらに母材への入熱量の低減を図ることができる。

また、本実施の形態３のアーク溶接装置は、溶接条件を設定するための溶接条件設定部を備え、極性反転設定部は、溶接条件設定部で設定される溶接設定電流に対応付けられた前記第１の所定時間および前記第２の所定時間のうちの少なくともいずれかを複数記憶しており、極性反転設定部は、溶接条件設定部で設定された溶接設定電流に基づいて第１の所定時間と第２の所定時間を決定する構成としてもよい。

この構成により、短絡時間を長くすることができるので、溶接電圧を低くすることができ、さらに母材への入熱量の低減を図ることができる。これにより、薄板の溶接や母材間のギャップ等に対して、溶け落ちなどが発生することなく溶接現場で容易に対応することが可能となる。

（実施の形態４）
本発明の実施の形態４が、実施の形態１や実施の形態３と異なる主な点は、第１の所定時間Ｅｐｔａや第２の所定時間Ｅｎｔａを、溶接条件設定部１５に設けられた図示しない時間調整量設定部を用いて設定される第１の所定時間Ｅｐｔａの調整量や第２の所定時間Ｅｎｔａの調整量に応じて調整できる点である。なお、第１の所定時間Ｅｐｔａや第２の所定時間Ｅｎｔａは、予め極性反転設定部１２内に格納されており、溶接条件設定部１５で設定される溶接設定電流に基づいて決定される。

本実施の形態４のアーク溶接装置は、図１に示す消耗電極式のアーク溶接装置１と同じ構成要素からなるので、図１を用いて説明する。図１に示す極性反転設定部１２には、第１の所定時間Ｅｐｔａや第２の所定時間Ｅｎｔａが、溶接条件設定部１５で設定される溶接設定電流値に対応付けられて格納されている。そして、作業者が溶接条件設定部１５の時間調整量設定部により第１の所定時間Ｅｐｔａや第２の所定時間Ｅｎｔａの調整量を設定する。そうすると、極性反転設定部１２では、設定された調整量に応じて溶接設定電流値に対応付けされた値に対して調整を行い、第１の所定時間Ｅｐｔａや第２の所定時間Ｅｎｔａを変更することができる。例えば、母材２２への入熱量を下げて溶け込み量を少なくした場合、第１の所定時間Ｅｐｔａを短く、第２の所定時間Ｅｎｔａを長くなるように調整すればよい。

すなわち、本実施の形態４のアーク溶接装置の溶接条件設定部は、溶接条件設定部で設定された溶接設定電流に基づいて極性反転設定部で決定された第１の所定時間と第２の所定時間を調整するための調整量を極性反転設定部に出力するための調整量設定部を有する構成としてもよい。

この構成により、第１の所定時間Ｅｐｔａや第２の所定時間Ｅｎｔａの値が溶接電流設定値に対応付けられており、その対応付けられた値に対して調整を行い、第１の所定時間Ｅｐｔａや第２の所定時間Ｅｎｔａを変更することができる。これにより、母材への入熱量が調整でき、更に母材の厚さに応じて入熱量を調整できる。したがって、薄板の溶接や母材間のギャップ等に対して、溶け落ちなどが発生することなく溶接現場で容易に対応することが可能となる。

本発明によれば、母材への入熱量を低減することができ、従来のアーク溶接制御方法では困難とされていた薄板（例えば、板厚が０．６ｍｍ以下）を溶け落ちせずに溶接することが可能となる。これにより、薄板に対して消耗電極である溶接ワイヤを連続的に送給しながらアーク溶接を行う消耗電極式アーク溶接装置やアーク溶接制御方法等として産業上有用である。

１ アーク溶接装置
１ａ 出力端子
２ 入力電源
３ 一次側整流部
４ スイッチング部
５ 主変圧器
６ 二次側整流部
７ リアクトル
８ 溶接電流検出部
９ 溶接電圧検出部
１０ 短絡／アーク検出部
１１ 出力制御部
１２ 極性反転設定部
１３ 極性反転出力制御部
１４ 極性反転スイッチング部
１５ 溶接条件設定部
１６ ワイヤ送給速度制御部
１７ 記憶部
１８ ワイヤ送給速度決定部
１９ ワイヤ送給部
２０ ワイヤ
２１ アーク
２２ 母材
２３ トーチ
２４ チップ

Claims (12)

1. 短絡とアークとを繰り返して溶接を行うアーク溶接制御方法であって、
   短絡期間中は第１の極性の溶接電流を通電するように溶接電流を制御し、
   前記短絡期間に続くアーク期間では、前記短絡期間中の溶接電流の極性である前記第１の極性から前記第１の極性とは反対の極性である第２の極性に溶接電流を転流する第１の転流を行い、
   前記第１の転流を行った前記アーク期間中に前記第２の極性から前記第１の極性に溶接電流を転流する第２の転流を行うように溶接電流を制御するアーク溶接制御方法。
2. 前記アーク期間の開始から第１の所定時間が経過した後に前記第１の転流を行う請求項１記載のアーク溶接制御方法。
3. 前記第１の転流を行ってから第２の所定時間が経過した後に前記第２の転流を行う請求項１記載のアーク溶接制御方法。
4. 溶接用ワイヤの送給を、溶接対象物の方向に行う正送と前記正送とは逆方向に行う逆送とに、所定の周期と所定の振幅で周期的に変化させるワイヤ送給速度で溶接を行う請求項１から３のいずれか１項に記載のアーク溶接制御方法。
5. 前記第１の所定時間は、前記所定の周期と前記所定の振幅で周期的に変化させるワイヤ送給速度に基づいて決定される請求項４記載のアーク溶接制御方法。
6. 溶接ワイヤと溶接対象物との間で短絡とアークとを繰り返して溶接を行うアーク溶接装置であって、
   入力した交流電力を整流する一次側整流部と、
   前記一次側整流部の出力を交流にするスイッチング部と、
   前記スイッチング部の出力を変圧する変圧器と、
   前記変圧器の出力を整流する二次側整流部と、
   前記二次側整流部の出力を第１の極性または前記第１の極性とは反対の極性である第２の極性の出力に切り替える極性切替部と、
   溶接出力電圧を検出する溶接電圧検出部と、
   前記溶接電圧検出部の検出結果に基づいて、短絡期間またはアーク期間を判定する短絡アーク判定部と、
   前記短絡アーク判定部の判定結果に基づいて、前記極性切替部に極性反転制御信号を出力する極性反転設定部と、を備え、
   前記短絡期間中には前記極性反転設定部が前記第１の極性の溶接電流を通電するように前記極性切替部に極性反転制御信号を出力することで前記第１の極性の溶接電流を出力し、
   前記短絡期間に続くアーク期間では、前記極性反転設定部は、前記短絡期間中の溶接電流の極性である前記第１の極性から前記第１の極性とは反対の極性である第２の極性に溶接電流を転流する第１の転流を行うように前記極性切替部に極性反転制御信号を出力することで第２の極性の溶接電流を出力し、
   前記第１の転流を行った前記アーク期間中に、前記極性反転設定部は、前記第２の極性から前記第１の極性に溶接電流を転流する第２の転流を行うように前記極性切替部に極性反転制御信号を出力することで前記第１の極性の溶接電流を出力するアーク溶接装置。
7. 前記極性反転設定部は、前記アーク期間の開始からの経過時間を計時し、前記アーク期間の開始から第１の所定時間が経過した後に前記第１の転流を行う前記極性反転制御信号を出力する請求項６記載のアーク溶接装置。
8. 前記極性反転設定部は、前記第１の転流を行ってからの経過時間を計時し、前記第１の転流を行ってから第２の所定時間が経過した後に前記第２の転流を行う前記極性反転制御信号を出力する請求項６記載のアーク溶接装置。
9. 前記溶接ワイヤの送給を制御するワイヤ送給制御部を備え、
   前記溶接ワイヤの送給を、溶接対象物の方向に行う正送と前記正送とは逆方向に行う逆送とに、所定の周期と所定の振幅で周期的に変化させるワイヤ送給速度で溶接を行う請求項６から８のいずれか１項に記載のアーク溶接装置。
10. 前記第１の所定時間は、前記所定の周期と前記所定の振幅で周期的に変化させる前記ワイヤ送給速度に基づいて決定される請求項９記載のアーク溶接装置。
11. 溶接条件を設定するための溶接条件設定部を備え、
    前記極性反転設定部は、前記溶接条件設定部で設定される溶接設定電流に対応付けられた前記第１の所定時間および前記第２の所定時間のうちの少なくともいずれかを複数記憶しており、
    前記極性反転設定部は、前記溶接条件設定部で設定された溶接設定電流に基づいて前記第１の所定時間と前記第２の所定時間を決定する請求項６に記載のアーク溶接装置。
12. 前記溶接条件設定部は、前記溶接条件設定部で設定された溶接設定電流に基づいて前記極性反転設定部で決定された前記第１の所定時間と前記第２の所定時間を調整するための調整量を前記極性反転設定部に出力するための調整量設定部を有する請求項１１記載のアーク溶接装置。

Images