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JP7540972B2 - Arc welding device and arc welding method - Google Patents
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Description

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。 The present invention relates to a consumable electrode type arc welding device and an arc welding method.

アーク溶接において発生する溶接欠陥のひとつにブローホールがある。ブローホールは、溶融金属内に低沸点のガス蒸気が巻き込まれた状態で溶融金属が凝固することにより、溶接金属内に球状の空洞が形成される欠陥である。 One of the welding defects that can occur in arc welding is the blowhole. A blowhole is a defect in which a spherical cavity is formed in the weld metal when the molten metal solidifies while low-boiling-point gas vapor is entrained in the molten metal.

特開2020-192587号公報JP 2020-192587 A

GMA(Gas Metal Arc)溶接では,使用するシールドガスや溶接条件によって、溶接欠陥であるブローホールが発生しやすい場合があり、例えば、アルゴンを含有するシールドガスを用いた消耗電極式のアーク溶接方法において、溶接電流を350A~600Aとすると、溶接金属中にアルゴンガスが巻き込まれ、ブローホールが大量発生するという知見が本願発明者等によって得られている。
そこで、本願発明者は、溶接電流を周期的に変動させる電流振幅制御によって、溶融金属を撹拌し、溶融金属に巻き込まれた気泡の排出を促し、ブローホールの発生を抑制する技術を考案した。
In gas metal arc (GMA) welding, blowholes, which are welding defects, may be easily generated depending on the shielding gas used and the welding conditions. For example, the present inventors have found that in a consumable electrode arc welding method using a shielding gas containing argon, when the welding current is set to 350 A to 600 A, argon gas is entrained in the weld metal, causing a large number of blowholes.
Therefore, the inventors of the present application have devised a technology that uses current amplitude control to periodically vary the welding current to stir the molten metal, promote the discharge of bubbles caught in the molten metal, and suppress the occurrence of blowholes.

しかしながら、電流振幅制御を用いる場合、変動中心となる中心設定電流及び中心設定電圧が存在するものの、高電流側の溶接条件と低電流側の溶接条件が交互に繰り返されるのみであり、溶接電源の平均的な出力は、電流振幅制御を行わない場合の出力に必ずしも対応しない。電流振幅制御を行う場合も、溶接電源の平均出力が、電流振幅制御を行わない場合の出力と同程度になるような制御が望まれている。 However, when current amplitude control is used, although there is a central set current and central set voltage that are the center of fluctuation, the welding conditions on the high current side and the welding conditions on the low current side are simply repeated alternately, and the average output of the welding power source does not necessarily correspond to the output when current amplitude control is not performed. Even when current amplitude control is performed, it is desirable to control the average output of the welding power source so that it is approximately the same as the output when current amplitude control is not performed.

本発明の目的は、アルゴンを含有するシールドガスを用いる消耗電極式のアーク溶接であって、電流振幅制御を行いてブローホールの発生を抑制することができ、更に平均出力電流を中心設定電流に合致させ、かつアーク長(埋もれアーク溶接の場合は埋もれ深さ)を一定に維持することが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。 The object of the present invention is to provide an arc welding device and method for consumable electrode arc welding using a shielding gas containing argon, capable of controlling current amplitude to suppress the occurrence of blowholes, matching the average output current to the central set current, and maintaining a constant arc length (buried depth in the case of buried arc welding).

なお、特許文献1には、電流振幅制御を用いない場合において、設定電流に出力電流を合致させ、かつ、アーク長(埋もれアーク溶接の場合は埋もれ深さ)を一定に維持する技術が開示されている。しかし、上記電流振幅制御は、中心設定電流に基づき、高電流側条件及び低電流側条件を設定し、これらの条件を繰り返し切り替える制御であり、電流振幅制御を行っているときの実際の中心の出力電流は、高電流側条件及び低電流側条件の各期間における平均出力電流を、更に平均した値としてあらわれる。このため、中心設定電流そのものを対象として特許文献1に係る技術を適用することができない。
特許文献3に係る技術を適用する場合は高電流側条件及び低電流側条件それぞれにおいて独立して適用することになる。電流振幅制御においては、例えば0.5Hz~3Hzの周波数で高電流側条件及び低電流側条件を繰り返し変動させるため、それぞれの条件の継続期間は概ね1秒程度以下と短い。従って各条件の期間ごとに、都度、出力電流を設定電流に十分追従させるためには、出力電流を高速で変化させる必要があるが、その場合アークの挙動が不自然に変化し溶接性が悪化する。また平均出力は、高電流側条件及び低電流側条件を切り替える途中の過渡的な応答を含んだ出力の結果として表れるため、仮に高電流側及び低電流側の各条件期間に都度出力電流を設定電流に追従させられたとしても、平均出力が中心設定電流に必ずしも合致するとは限らない。
In addition, Patent Document 1 discloses a technique for matching the output current to the set current and maintaining the arc length (buried depth in the case of buried arc welding) constant when the current amplitude control is not used. However, the current amplitude control is a control in which high current side conditions and low current side conditions are set based on the center set current, and these conditions are repeatedly switched, and the actual center output current when the current amplitude control is performed appears as a value obtained by further averaging the average output current in each period of the high current side condition and the low current side condition. For this reason, the technique disclosed in Patent Document 1 cannot be applied to the center set current itself.
When applying the technology according to Patent Document 3, the high current side condition and the low current side condition are applied independently. In the current amplitude control, the high current side condition and the low current side condition are repeatedly changed at a frequency of, for example, 0.5 Hz to 3 Hz, so that the duration of each condition is short, about 1 second or less. Therefore, in order to make the output current sufficiently follow the set current each time for each condition period, it is necessary to change the output current at high speed, but in that case, the behavior of the arc changes unnaturally and the weldability deteriorates. In addition, since the average output is expressed as a result of the output including a transient response during switching between the high current side condition and the low current side condition, even if the output current is made to follow the set current each time for each condition period of the high current side and the low current side, the average output does not necessarily match the center set current.

アーク溶接装置は、アルゴンを含有するシールドガスを用いる消耗電極式のアーク溶接装置であって、溶接ワイヤへ溶接電流を出力する電源回路と、溶接ワイヤに中心設定電流よりも小さい第1の溶接電流が出力される第1溶接条件と、溶接ワイヤに前記中心設定電流よりも大きい第2の溶接電流が出力される第2溶接条件とを周期的に切り換えて設定する設定回路と、該設定回路によって設定される前記第1溶接条件及び前記第2溶接条件に応じた送給速度で溶接ワイヤの送給を制御する送給速度制御回路と、前記第1溶接条件及び前記第2溶接条件を周期的に切り換えて溶接を行ったときに前記電源回路から出力される溶接電流を検出する電流検出部と、前記第1溶接条件及び前記第2溶接条件を周期的に切り換えて溶接を行ったときの平均出力電流と、前記中心設定電流との差分に基づいて、溶接ワイヤの前記送給速度と、前記第1溶接条件及び前記第2溶接条件に係る設定電圧とを補正する補正部とを備える。 The arc welding device is a consumable electrode type arc welding device that uses a shielding gas containing argon, and is equipped with a power supply circuit that outputs a welding current to the welding wire, a setting circuit that periodically switches between a first welding condition in which a first welding current smaller than a central set current is output to the welding wire and a second welding condition in which a second welding current larger than the central set current is output to the welding wire, a feed speed control circuit that controls the feeding of the welding wire at a feed speed according to the first welding condition and the second welding condition set by the setting circuit, a current detection unit that detects the welding current output from the power supply circuit when welding is performed by periodically switching between the first welding condition and the second welding condition, and a correction unit that corrects the feeding speed of the welding wire and the set voltage related to the first welding condition and the second welding condition based on the difference between the average output current when welding is performed by periodically switching between the first welding condition and the second welding condition.

アーク溶接方法は、溶接電源を用いてアルゴンを含有するシールドガスを用いる消耗電極式のアーク溶接方法であって、溶接ワイヤに中心設定電流よりも小さい第1の溶接電流が前記溶接電源から出力される第1溶接条件と、溶接ワイヤに前記中心設定電流よりも大きい第2の溶接電流が前記溶接電源から出力される第2溶接条件とを周期的に切り換えて設定し、前記第1溶接条件及び前記第2溶接条件を周期的に切り換えて溶接を行ったときに前記溶接電源から出力される溶接電流を検出し、前記第1溶接条件及び前記第2溶接条件を周期的に切り換えて溶接を行ったときの平均出力電流と、前記中心設定電流との差分に基づいて、溶接ワイヤの送給速度と、前記第1溶接条件及び前記第2溶接条件に係る設定電圧とを補正する。 The arc welding method is a consumable electrode type arc welding method using a welding power source and a shielding gas containing argon, and periodically switches between a first welding condition in which a first welding current smaller than a center set current is output from the welding power source to the welding wire, and a second welding condition in which a second welding current larger than the center set current is output from the welding power source to the welding wire, detects the welding current output from the welding power source when welding is performed by periodically switching between the first welding condition and the second welding condition, and corrects the welding wire feed speed and the set voltage related to the first welding condition and the second welding condition based on the difference between the average output current when welding is performed by periodically switching between the first welding condition and the second welding condition and the center set current.

本態様にあっては、アルゴンを含有するシールドガスを用いる消耗電極式のアーク溶接において、第1溶接条件と、第2溶接条件とを周期的に変動させることにより、溶融金属を撹拌し、溶融金属に巻き込まれた気泡の排出を促し、ブローホールの発生を抑制する。特に、溶融金属に振動を与えるためには溶接電流をこのように変動させることが効果的である(図10参照)。
また、電流振幅制御における平均出力電流と、中心設定電流との差分に基づいて、第1溶接条件及び第2溶接条件に係る溶接ワイヤの送給速度及び設定電圧を補正することによって、平均出力電流を中心設定電流に合致させ、かつアーク長を一定に維持することができる。
溶接ワイヤの送給速度を補正することにより平均出力電流を中心設定電流に合致させることができる。更に設定電圧を補正することによって、アーク長を一定に維持することができる。後述の埋もれアーク溶接の場合は、設定電圧を補正することによって、埋もれ深さを一定に維持することができる。
In this embodiment, in consumable electrode arc welding using a shielding gas containing argon, the first welding condition and the second welding condition are periodically changed to stir the molten metal, promote the discharge of bubbles caught in the molten metal, and suppress the occurrence of blowholes. In particular, changing the welding current in this manner is effective in applying vibration to the molten metal (see FIG. 10).
Furthermore, by correcting the welding wire feed speed and the set voltage for the first welding condition and the second welding condition based on the difference between the average output current in the current amplitude control and the central set current, it is possible to make the average output current match the central set current and maintain a constant arc length.
By correcting the wire feed speed, the average output current can be made to match the center set current. Furthermore, by correcting the set voltage, the arc length can be kept constant. In the case of buried arc welding, which will be described later, by correcting the set voltage, the buried depth can be kept constant.

前記差分と、前記送給速度の補正量と、前記設定電圧の補正量とを関連付けたテーブル又は関数を備え、前記補正部は、前記電流検出部にて検出された溶接電流に基づく前記差分を用いて前記テーブル又は関数を参照することにより前記送給速度の補正量と、前記設定電圧の補正量とを決定する構成が好ましい。 It is preferable to provide a table or function that associates the difference, the amount of correction for the feed speed, and the amount of correction for the set voltage, and the correction unit determines the amount of correction for the feed speed and the amount of correction for the set voltage by referring to the table or function using the difference based on the welding current detected by the current detection unit.

本態様にあっては、簡単な構成のテーブルを用いて、溶接ワイヤの送給速度の補正量及び設定電圧の補正量を決定することができる。 In this embodiment, the correction amount for the welding wire feed speed and the correction amount for the set voltage can be determined using a table with a simple configuration.

前記差分と、前記中心設定電流と、前記送給速度の補正量と、前記設定電圧の補正量とを関連付けたテーブル又は関数を備え、前記補正部は、前記電流検出部にて検出された溶接電流に基づく前記差分及び前記中心設定電流を用いて前記テーブル又は関数を参照することにより前記送給速度の補正量と、前記設定電圧の補正量とを決定する構成が好ましい。 It is preferable to provide a table or function that associates the difference, the central set current, the correction amount of the feed speed, and the correction amount of the set voltage, and the correction unit determines the correction amount of the feed speed and the correction amount of the set voltage by referring to the table or function using the difference and the central set current based on the welding current detected by the current detection unit.

前記差分と、前記中心設定電流と、前記送給速度の補正量とを関連付けた第1テーブル又は第1関数と、前記中心設定電流と、前記送給速度の補正量と、前記設定電圧の補正量と関連付けた第2テーブル又は第2関数とを備え、前記補正部は、前記電流検出部にて検出された溶接電流に基づく前記差分及び前記中心設定電流を用いて前記第1テーブル又は第1関数を参照することにより前記送給速度の補正量を決定し、決定した前記送給速度の補正量及び前記中心設定電流を用いて前記第2テーブル又は第2関数を参照することにより前記設定電圧の補正量を決定する構成が好ましい。 It is preferable that the welding device is provided with a first table or a first function that associates the difference, the center set current, and the correction amount of the feed speed, and a second table or a second function that associates the center set current, the correction amount of the feed speed, and the correction amount of the set voltage, and the correction unit determines the correction amount of the feed speed by referring to the first table or the first function using the difference and the center set current based on the welding current detected by the current detection unit, and determines the correction amount of the set voltage by referring to the second table or the second function using the determined correction amount of the feed speed and the center set current.

本態様にあっては、上記態様に比べて、アーク長をより精度良く維持することができる。 In this embodiment, the arc length can be maintained more accurately than in the previous embodiment.

前記第1溶接条件及び前記第2溶接条件は、前記中心設定電流が350A以上、電流変動幅が50A以上150A以下とする溶接条件であり、前記第1溶接条件及び前記第2溶接条件は1Hz以上5Hz以下の周期で切り換えられる構成が好ましい。 The first and second welding conditions are welding conditions in which the center setting current is 350 A or more and the current fluctuation range is 50 A or more and 150 A or less, and it is preferable that the first and second welding conditions are configured to be switched at a cycle of 1 Hz or more and 5 Hz or less.

本態様にあっては、中心設定電流が350A以上のブローホールが発生しやすい溶接プロセスにおいて、電流変動幅を50A以上150A以下、変動周期を1Hz以上5Hz以下とすることにより、効果的にブローホールの発生を抑制することができる。 In this embodiment, in a welding process where blowholes are likely to occur due to a center current of 350 A or more, the occurrence of blowholes can be effectively suppressed by setting the current fluctuation range to 50 A or more and 150 A or less, and the fluctuation period to 1 Hz or more and 5 Hz or less.

前記第1溶接条件又は前記第2溶接条件は、アークによって母材に形成された凹状の溶融部分によって囲まれる空間に溶接ワイヤの先端部(溶融した領域を含む。以降の同様の表現では割愛する。)、又は該先端部に形成された液柱におけるアークの発生点が進入する溶接条件である構成が好ましい。 It is preferable that the first welding condition or the second welding condition is a welding condition in which the tip of the welding wire (including the molten area; hereafter, this will be omitted in similar expressions) or the arc generation point in the liquid column formed at the tip enters the space surrounded by the concave molten portion formed in the base metal by the arc.

本態様にあっては、母材に形成された凹状の溶融部分によって囲まれる空間に溶接ワイヤの先端部、又は該先端部に形成された液柱におけるアークの発生点が進入する(図5B及び図5C参照)。以下、凹状の溶融部分によって囲まれる空間を埋もれ空間と呼び、埋もれ空間に進入した溶接ワイヤの先端部、又は該先端部に形成された液柱におけるアークの発生点と、母材又は溶融部分との間に発生するアークを、適宜、埋もれアークと呼ぶ。また埋もれアークにて行う溶接を埋もれアーク溶接と呼ぶ。埋もれアーク溶接は、例えば、溶接ワイヤを約5~100m/分で送給し、300A以上の高電流を供給することによって、実現される。
一方、凹状の溶融部分が形成されないアーク、又は凹状の溶融部分に溶接ワイヤ先端部及びアーク発光点が侵入しない通常のアークを、非埋もれアークと呼ぶ。
埋もれアーク溶接においては、深い溶融池が形成されるため、シールドガス中のアルゴンが溶融金属に残留し、ブローホールが発生しやすい。本態様に係るアーク溶接方法にあっては、埋もれアーク溶接により深溶込みが得られると共に、ブローホールの発生を抑制することができる。
また、溶接ワイヤの送給速度及び設定電圧を補正することによって、平均出力電流を中心設定電流に合致させ、埋もれ深さを一定に制御することができる。
In this embodiment, the tip of the welding wire, or the arc generation point in the liquid column formed at the tip, enters the space surrounded by the concave molten portion formed in the base metal (see Figs. 5B and 5C). Hereinafter, the space surrounded by the concave molten portion is referred to as the buried space, and the arc generated between the tip of the welding wire that has entered the buried space, or the arc generation point in the liquid column formed at the tip, and the base metal or the molten portion is referred to as the buried arc, as appropriate. Welding performed with a buried arc is referred to as buried arc welding. Buried arc welding is achieved, for example, by feeding the welding wire at about 5 to 100 m/min and supplying a high current of 300 A or more.
On the other hand, an arc in which no concave molten portion is formed, or a normal arc in which the tip of the welding wire and the arc emission point do not penetrate into the concave molten portion, is called a non-buried arc.
In buried arc welding, a deep molten pool is formed, so that argon in the shielding gas remains in the molten metal, and blowholes are likely to occur. In the arc welding method according to the present embodiment, deep penetration can be obtained by buried arc welding, and the occurrence of blowholes can be suppressed.
In addition, by correcting the welding wire feed speed and the set voltage, the average output current can be made to match the center set current, and the embedment depth can be controlled to a constant value.

本発明によれば、アルゴンを含有するシールドガスを用いる消耗電極式のアーク溶接において、電流振幅制御を行いてブローホールの発生を抑制することができ、更に平均出力電流を中心設定電流に合致させ、かつアーク長(埋もれアーク溶接の場合は埋もれ深さ)を一定に維持することができる。 According to the present invention, in consumable electrode arc welding using a shielding gas containing argon, the occurrence of blowholes can be suppressed by controlling the current amplitude, and the average output current can be matched to the center set current and the arc length (buried depth in the case of buried arc welding) can be maintained constant.

本実施形態1に係るアーク溶接装置の一構成を示す模式図である。1 is a schematic diagram showing one configuration of an arc welding device according to a first embodiment of the present invention; 本実施形態1に係るアーク溶接方法の手順を示すフローチャートである。3 is a flowchart showing the procedure of an arc welding method according to the first embodiment. 溶接対象の母材を示す側断面図である。FIG. 2 is a cross-sectional side view showing the base material to be welded. 電流振幅制御の処理手順を示すフローチャートである。10 is a flowchart showing a procedure for current amplitude control. 埋もれアーク状態の説明図である。FIG. 13 is an explanatory diagram of a buried arc state. 実施形態1に係る溶接条件の切り換え方法を示すタイミングチャートである。4 is a timing chart showing a method of switching welding conditions according to the first embodiment. 第2出力補正の処理手順を示すフローチャートである。10 is a flowchart showing a procedure for a second output correction process. 溶接継手を模式的に示す断面図である。FIG. 2 is a cross-sectional view showing a schematic diagram of a welded joint. 本実施形態1に係る電流振幅制御を行わなかったときの溶接継手の放射線透過試験結果を示す画像である。11 is an image showing the results of a radiographic test of a welded joint when the current amplitude control according to the first embodiment was not performed. 本実施形態1に係る電流振幅制御を行ったときの溶接継手の放射線透過試験結果を示す画像である。11 is an image showing the results of a radiographic test of a welded joint when current amplitude control according to the first embodiment is performed. 本実施形態2に係るテーブルを示す概念図である。FIG. 11 is a conceptual diagram showing a table according to the second embodiment. 本実施形態3に係るテーブルを示す概念図である。FIG. 13 is a conceptual diagram showing a table according to the third embodiment. 本実施形態4に係る溶接条件の切り換え方法を示すタイミングチャートである。13 is a timing chart showing a method of switching welding conditions according to the fourth embodiment.

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。 Specific examples of arc welding apparatus and methods according to embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. Note that the present invention is not limited to these examples, but is indicated by the claims, and is intended to include all modifications within the meaning and scope equivalent to the claims.

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。
(実施形態1)
<アーク溶接装置>
図1は、本実施形態に係るアーク溶接装置の一構成を示す模式図である。本実施形態に係るアーク溶接装置は、アルゴンを含有するシールドガスを用いる消耗電極式のガスシールドアーク溶接機であり、溶接電源1、トーチ2及びワイヤ送給部3を備える。本実施形態に係るアーク溶接装置は、埋もれアーク溶接及び非埋もれアーク溶接のいずれの溶接も行うことができる。
Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the drawings showing embodiments thereof.
(Embodiment 1)
<Arc welding equipment>
1 is a schematic diagram showing one configuration of an arc welding device according to the present embodiment. The arc welding device according to the present embodiment is a consumable electrode type gas-shielded arc welder that uses a shielding gas containing argon, and includes a welding power source 1, a torch 2, and a wire feeder 3. The arc welding device according to the present embodiment can perform both buried arc welding and non-buried arc welding.

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7a、7b(図5参照)の発生に必要な溶接電流I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I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。シールドガスは、アーク7a、7bによって溶融した母材4及び溶接ワイヤ5の過度な酸化を防止するためのものである。シールドガスは、例えば炭酸ガス及びアルゴンガスの混合ガス、酸素及びアルゴンガスの混合ガス、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。 The torch 2 is made of a conductive material such as a copper alloy, and has a cylindrical contact tip that guides the welding wire 5 to the part to be welded of the base material 4 and supplies the welding current I required to generate the arcs 7a, 7b (see FIG. 5). The contact tip comes into contact with the welding wire 5 that passes through it, and supplies the welding current I to the welding wire 5. The torch 2 also has a hollow cylindrical nozzle surrounding the contact tip that sprays shielding gas to the part to be welded. The shielding gas is intended to prevent excessive oxidation of the base material 4 and the welding wire 5 that are melted by the arcs 7a, 7b. The shielding gas is, for example, a mixture of carbon dioxide and argon gas, a mixture of oxygen and argon gas, a mixture of carbon dioxide and argon gas, an inert gas such as argon, etc.

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。 The welding wire 5 is, for example, a solid wire with a diameter of 0.9 mm to 1.6 mm, and functions as a consumable electrode. The welding wire 5 is, for example, a packed wire wound in a spiral shape and stored in a pail pack, or a reel wire wound on a wire reel.

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。埋もれアーク溶接の場合、溶接ワイヤ5の送給速度は、例えば、約5~100m/分である。非埋もれアーク溶接の場合、溶接ワイヤ5の送給速度は、例えば、約1~22m/分である。なお、かかる溶接ワイヤ5の送給方式は一例であり、特に限定されるものでは無い。 The wire feed unit 3 has a feed roller that feeds the welding wire 5 to the torch 2, and a motor that rotates the feed roller. The wire feed unit 3 pulls out the welding wire 5 from a pail pack or wire reel by rotating the feed roller, and supplies the pulled out welding wire 5 to the torch 2 at a predetermined speed. In the case of buried arc welding, the feed speed of the welding wire 5 is, for example, about 5 to 100 m/min. In the case of non-buried arc welding, the feed speed of the welding wire 5 is, for example, about 1 to 22 m/min. Note that this method of feeding the welding wire 5 is one example, and is not particularly limited.

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、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。なお、電源部11及び送給速度制御回路12を別体で構成しても良い。電源部11は、定電圧特性の電源であり、PWM制御された直流電流を出力する電源回路11a、制御回路11b、設定回路11c、電圧検出部11d、電流検出部11e、補正部11f及びテーブル13を備える。 The welding power source 1 is connected to the contact tip of the torch 2 and the base material 4 via a power supply cable, and includes a power source unit 11 that supplies the welding current I, and a feed speed control circuit 12 that controls the feed speed of the welding wire 5. The power source unit 11 and the feed speed control circuit 12 may be configured separately. The power source unit 11 is a power source with constant voltage characteristics, and includes a power source circuit 11a that outputs a PWM-controlled direct current, a control circuit 11b, a setting circuit 11c, a voltage detection unit 11d, a current detection unit 11e, a correction unit 11f, and a table 13.

設定回路11cは、中心設定電流を基準にして、埋もれアーク溶接に係る低電流(第1の溶接電流)の第1溶接条件と、高電流(第2の溶接電流)の第2溶接条件とを周期的に切り換えて設定する回路である。中心設定電流はオペレータによって設定される電流値であり、溶接電源1は、図示しない操作部にて中心設定電流を受け付ける。
第1溶接条件及び第2溶接条件は、少なくとも溶接電流Iの中心設定電流を350A以上、電流変動幅を50A以上150A以下とする溶接条件である。溶接電流Iの中心設定電流は、400A以上がより好ましい。
例えば、第1溶接条件は溶接電流Iが350A、第2溶接条件は溶接電流Iが450Aとなる条件である(400A±50A)。
また、第1溶接条件は溶接電流Iが300A、第2溶接条件は溶接電流Iが500Aとなる条件としてもよい(400A±100A)。
更に、第1溶接条件は溶接電流Iが250A、第2溶接条件は溶接電流Iが550Aとなる条件としてもよい(400A±150A)。
設定回路11cは、第1溶接条件及び第2溶接条件を1Hz以上5Hz以下の周期で切り換える。より好ましくは、第1溶接条件及び第2溶接条件を2Hz以上3Hz以下の周期で切り換えるように設定回路11cを構成するとよい。
The setting circuit 11c is a circuit that periodically switches between a first welding condition of a low current (first welding current) and a second welding condition of a high current (second welding current) for buried arc welding based on a center set current. The center set current is a current value set by an operator, and the welding power source 1 receives the center set current through an operation unit (not shown).
The first and second welding conditions are welding conditions in which at least the central set current of the welding current I is 350 A or more and the current fluctuation range is 50 A or more and 150 A or less. The central set current of the welding current I is more preferably 400 A or more.
For example, the first welding condition is a condition in which the welding current I is 350 A, and the second welding condition is a condition in which the welding current I is 450 A (400 A±50 A).
Also, the first welding condition may be a welding current I of 300 A, and the second welding condition may be a welding current I of 500 A (400 A±100 A).
Furthermore, the first welding condition may be a condition in which the welding current I is 250 A, and the second welding condition may be a condition in which the welding current I is 550 A (400 A±150 A).
The setting circuit 11c switches between the first and second welding conditions at a cycle of 1 Hz to 5 Hz, and more preferably, the setting circuit 11c is configured to switch between the first and second welding conditions at a cycle of 2 Hz to 3 Hz.

設定回路11cは、第1溶接条件が設定された場合、中心設定電流よりも低い低電流値を示す電流設定信号Irを、制御回路11bへ出力し、当該低電流値に応じた溶接ワイヤ5の送給速度を示す送給速度信号Fを、送給速度制御回路12へ出力する。
また、設定回路11cは、設定電流に対して、推奨環境における定常溶接状態において推奨される設定電圧(一元電圧とも称される)を記憶しており、設定回路11cは、設定電流に基づいて推奨の設定電圧を決定する。具体的には、設定回路11cは、第1溶接条件が設定された場合、第1溶接条件の設定電流に基づいて、設定電圧(一元電圧)を決定し、決定された設定電圧を示した出力電圧設定信号Vrを制御回路11bへ出力する。ただし、第1溶接条件における溶接ワイヤ5の送給速度及び設定電圧は、後述の補正部11fによって適宜補正される。
When the first welding condition is set, the setting circuit 11c outputs a current setting signal Ir indicating a low current value lower than the central set current to the control circuit 11b, and outputs a feed speed signal F indicating the feed speed of the welding wire 5 corresponding to the low current value to the feed speed control circuit 12.
The setting circuit 11c also stores a set voltage (also referred to as a unitary voltage) recommended for a set current in a steady welding state in a recommended environment, and the setting circuit 11c determines the recommended set voltage based on the set current. Specifically, when the first welding condition is set, the setting circuit 11c determines a set voltage (unitary voltage) based on the set current of the first welding condition, and outputs an output voltage setting signal Vr indicating the determined set voltage to the control circuit 11b. However, the feed speed of the welding wire 5 and the set voltage under the first welding condition are appropriately corrected by a correction unit 11f described later.

同様にして、第2溶接条件が設定された場合、設定回路11cは、中心設定電流よりも高い高電流値を示す電流設定信号Irを、制御回路11bへ出力し、当該高電流値に応じた溶接ワイヤ5の送給速度を示す送給速度信号Fを、送給速度制御回路12へ出力する。また、設定回路11cは、第2溶接条件が設定された場合、第2溶接条件の設定電流に基づいて、設定電圧(一元電圧)を決定し、決定された設定電圧を示した出力電圧設定信号Vrを制御回路11bへ出力する。ただし、第2溶接条件における溶接ワイヤ5の送給速度及び設定電圧は、後述の補正部11fによって適宜補正される。 Similarly, when the second welding condition is set, the setting circuit 11c outputs a current setting signal Ir indicating a high current value higher than the central set current to the control circuit 11b, and outputs a feed speed signal F indicating the feed speed of the welding wire 5 corresponding to the high current value to the feed speed control circuit 12. When the second welding condition is set, the setting circuit 11c determines a set voltage (unified voltage) based on the set current of the second welding condition, and outputs an output voltage setting signal Vr indicating the determined set voltage to the control circuit 11b. However, the feed speed and set voltage of the welding wire 5 under the second welding condition are appropriately corrected by the correction unit 11f described below.

送給速度制御回路12は、設定回路11cから出力される送給速度信号Fを取得し、取得した送給速度信号Fに基づいて、ワイヤ送給部3による溶接ワイヤ5の送給を制御する。送給速度制御回路12は、第1溶接条件に係る送給速度信号Fを取得した場合、低速の送給速度値を示す送給指示信号をワイヤ送給部3に出力して、送給ローラを回転させ、第2溶接条件に係る送給速度信号Fを取得した場合、高送の送給速度値を示す送給指示信号をワイヤ送給部3に出力して、送給ローラを回転させる。 The feed speed control circuit 12 acquires the feed speed signal F output from the setting circuit 11c, and controls the feeding of the welding wire 5 by the wire feed unit 3 based on the acquired feed speed signal F. When the feed speed control circuit 12 acquires the feed speed signal F related to the first welding condition, it outputs a feed instruction signal indicating a low feed speed value to the wire feed unit 3 to rotate the feed roller, and when the feed speed control circuit 12 acquires the feed speed signal F related to the second welding condition, it outputs a feed instruction signal indicating a high feed speed value to the wire feed unit 3 to rotate the feed roller.

電圧検出部11dは、アーク電圧Vを検出し、検出した電圧値を示す電圧値信号Vdを制御回路11bへ出力する。 The voltage detection unit 11d detects the arc voltage V and outputs a voltage value signal Vd indicating the detected voltage value to the control circuit 11b.

電流検出部11e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7a、7b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を制御回路11b及び補正部11fへ出力する。 The current detection unit 11e detects the welding current I that is supplied, for example, from the welding power source 1 through the torch 2 to the welding wire 5 and flows through the arcs 7a and 7b, and outputs a current value signal Id indicating the detected current value to the control circuit 11b and the correction unit 11f.

本実施形態1に係る溶接電源1は定電圧特性を有する電源として振る舞う。例えば、溶接電源1は、100Aの溶接電流Iの増加に対するアーク電圧Vの低下が2V以上20V以下となる外部特性を記憶している。なお、外部特性は、設定電流及び設定電圧の組合せ毎に異なるものであってもよいし、共通であってもよい。 The welding power supply 1 according to the first embodiment behaves as a power supply having constant voltage characteristics. For example, the welding power supply 1 stores external characteristics that cause the arc voltage V to drop by 2 V or more and 20 V or less in response to an increase in the welding current I of 100 A. The external characteristics may be different for each combination of the set current and set voltage, or may be common.

制御回路11bは、定電圧特性で動作し、電流設定信号Ir及び出力電圧設定信号Vr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。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。
制御回路11bは、電圧検出部11dから出力された電圧値信号Vdと、電流検出部11eから出力された電流値信号Idと、設定回路11cから出力された電流設定信号Ir及び出力電圧設定信号Vr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。
The control circuit 11b is a circuit that controls the operation of the power supply circuit 11a so that the power supply circuit 11a operates with constant voltage characteristics and outputs a voltage corresponding to the current setting signal Ir and the output voltage setting signal Vr. The control circuit 11b electronically controls the electric resistance R and the reactor L present in the current path of the welding power supply 1 to realize the constant voltage characteristics.
The control circuit 11b calculates a difference signal Ei based on the voltage value signal Vd output from the voltage detection unit 11d, the current value signal Id output from the current detection unit 11e, and the current setting signal Ir and output voltage setting signal Vr output from the setting circuit 11c, and outputs the calculated difference signal Ei to the power supply circuit 11a. The difference signal Ei is a signal indicating the difference between the detected current value and the current value to be output from the power supply circuit 11a.

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、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、溶接電流及び電圧を溶接ワイヤ5へ出力する。その結果、母材4及び溶接ワイヤ5間に、所定のアーク電圧Vが印加され、溶接電流Iが通電する。
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に溶接電流I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。
The power supply circuit 11a includes an AC-DC converter that converts commercial AC to DC, an inverter circuit that converts the converted DC to a required AC by switching, a rectifier circuit that rectifies the converted AC, etc. The power supply circuit 11a PWM controls the inverter in accordance with a difference signal Ei output from the control circuit 11b so that the difference signal Ei becomes small, and outputs a welding current and voltage to the welding wire 5. As a result, a predetermined arc voltage V is applied between the base material 4 and the welding wire 5, and a welding current I flows.
The welding power supply 1 is configured to receive an output instruction signal from the outside via a control communication line (not shown), and the power supply unit 11 uses the output instruction signal as a trigger to start supplying the welding current I to the power supply circuit 11a. The output instruction signal is a signal that is output from the torch 2 to the welding power supply 1 when, for example, a hand-operated switch provided on the torch 2 is operated.

更に設定回路11cは、補正部11f及びテーブル13を備える。テーブル13は、平均出力電流を中心設定電流に合致させ、かつアーク長(埋もれアーク溶接の場合は埋もれ深さ)を一定に維持するために必要な情報を記憶している。具体的には、テーブル13は、溶接電源1ないし電源回路11aから出力される平均出力電流と、中心設定電流との差分ΔIと、溶接ワイヤ5の送給速度の補正量ΔFと、設定電圧の補正量ΔVとを対応付けて記憶している。
補正部11fは、電流振幅制御を行ったときに溶接電源1から出力される平均出力電流と、中心設定電流との差分ΔIをキーにしてテーブル13を参照することにより、溶接ワイヤ5の送給速度の補正量ΔFと、設定電圧の補正量ΔVとを決定する。補正量ΔFは、平均出力電流を中心設定電流に合致させるための、送給速度の補正量である。補正量ΔVは、非埋もれアーク溶接時のアーク長又は埋もれアーク溶接時の埋もれ深さを一定に維持するための、送給速度及び設定電圧の補正量である。
設定回路11cは、補正部11fによって適宜補正された電流設定信号Ir及び送給速度信号Fを制御回路11b及び送給速度制御回路12へ出力する。
Furthermore, the setting circuit 11c includes a correction unit 11f and a table 13. The table 13 stores information necessary for matching the average output current with the central set current and for maintaining a constant arc length (buried depth in the case of buried arc welding). Specifically, the table 13 stores a difference ΔI between the average output current output from the welding power source 1 or the power supply circuit 11a and the central set current, a correction amount ΔF for the feed speed of the welding wire 5, and a correction amount ΔV for the set voltage, in association with each other.
The correction unit 11f determines a correction amount ΔF for the feed speed of the welding wire 5 and a correction amount ΔV for the set voltage by referring to the table 13 using the difference ΔI between the average output current output from the welding power source 1 when the current amplitude control is performed and the central set current as a key. The correction amount ΔF is a correction amount for the feed speed for matching the average output current with the central set current. The correction amount ΔV is a correction amount for the feed speed and the set voltage for maintaining constant the arc length during non-buried arc welding or the buried depth during buried arc welding.
The setting circuit 11c outputs the current setting signal Ir and the feed speed signal F, which have been appropriately corrected by the correction section 11f, to the control circuit 11b and the feed speed control circuit 12.

なお、ここでは、平均出力電流と、中心設定電流との差分ΔIと、溶接ワイヤ5の送給速度の補正量ΔFと、設定電圧の補正量ΔVとを関連付けた情報の一例として、テーブル13を例示したが、差分ΔI、補正量ΔF及び補正量ΔVを関連付けた関数であってもよい。また、差分ΔI、補正量ΔF及び補正量ΔVを対応付けた一つのテーブル13を説明したが、テーブル13を複数のテーブル又は複数の関数で構成してもよい。例えば、差分ΔIと、補正量ΔFとを対応付けた一つのテーブル又は関数と、差分ΔIと、補正量ΔVとを対応付けた一つのテーブル又は関数とを備えてもよい。
更に、埋もれアーク溶接時の補正用のテーブル13と、非埋もれアーク溶接時の補正用のテーブル13とを別テーブルで構成するようにしてもよい。非埋もれアーク溶接の場合、より精度良く、平均出力電流を中心設定電流に合致させ、アーク長を一定に維持することができ、非埋もれアークの場合、平均出力電流を中心設定電流に合致させ、埋もれ深さを一定に維持することができる。
Here, the table 13 is illustrated as an example of information correlating the difference ΔI between the average output current and the central set current, the correction amount ΔF for the feed speed of the welding wire 5, and the correction amount ΔV for the set voltage, but a function correlating the difference ΔI, the correction amount ΔF, and the correction amount ΔV may be used. Also, although one table 13 in which the difference ΔI, the correction amount ΔF, and the correction amount ΔV correspond to each other has been described, the table 13 may be composed of a plurality of tables or a plurality of functions. For example, one table or function correlating the difference ΔI with the correction amount ΔF, and one table or function correlating the difference ΔI with the correction amount ΔV may be provided.
Furthermore, the correction table 13 for buried arc welding and the correction table 13 for non-buried arc welding may be configured as separate tables. In the case of non-buried arc welding, the average output current can be made to match the central set current with greater precision, and the arc length can be maintained constant, while in the case of a non-buried arc, the average output current can be made to match the central set current, and the burial depth can be maintained constant.

図2は、本実施形態に係るアーク溶接方法の手順を示すフローチャート、図3は、溶接対象の母材4を示す側断面図である。まず、溶接により接合されるべき一対の母材4をアーク溶接装置に配置し、溶接モード、電流振幅制御を利用するか否か等、各種設定を行う(ステップS111)。具体的には、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。第1母材41及び第2母材42は、例えばステンレス鋼である。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。また第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ってもよい。なお上記は突合せ溶接継手の例の説明であるが、すみ肉溶接継手やT継手などを含め、溶接継手の種類によって制限されるものではない。 2 is a flow chart showing the procedure of the arc welding method according to this embodiment, and FIG. 3 is a side cross-sectional view showing the base material 4 to be welded. First, a pair of base materials 4 to be joined by welding are placed on an arc welding device, and various settings such as the welding mode and whether or not to use current amplitude control are performed (step S111). Specifically, as shown in FIG. 3, a plate-shaped first base material 41 and a second base material 42 are prepared, and the end faces 41a and 42a, which are the parts to be welded, are butted together and placed at a predetermined welding work position. The first base material 41 and the second base material 42 are, for example, stainless steel. Note that, if necessary, the first base material 41 and the second base material 42 may be provided with a groove of any shape, such as a Y-shape or a L-shape. The first and second base materials 41 and 42 may also be steel plates, such as mild steel, carbon steel for mechanical construction, and alloy steel for mechanical construction. Note that the above is an example of a butt welded joint, but is not limited by the type of welded joint, including fillet welded joints and T-joints.

各種設定が行われた後、溶接電源1は、溶接電流Iの出力開始条件を満たすか否かを判定する(ステップS112)。具体的には、溶接電源1は、溶接の出力指示信号が入力されたか否かを判定する。出力指示信号が入力されておらず、溶接電流Iの出力開始条件を満たさないと判定した場合(ステップS112:NO)、溶接電源1は、出力指示信号の入力待ち状態で待機する。 After various settings have been made, the welding power source 1 determines whether the output start condition for the welding current I is met (step S112). Specifically, the welding power source 1 determines whether an output instruction signal for welding has been input. If it is determined that an output instruction signal has not been input and the output start condition for the welding current I is not met (step S112: NO), the welding power source 1 waits for the input of an output instruction signal.

溶接電流Iの出力開始条件を満たすと判定した場合(ステップS112:YES)、
溶接電源1は、電流振幅制御を実行するか否かを判定する(ステップS113)。オペレータは電流振幅制御の利用の有無を選択することができ、溶接電源1は、図示しない操作部にて電流振幅制御の有無の設定を受け付ける。
When it is determined that the output start condition of the welding current I is satisfied (step S112: YES),
The welding power source 1 determines whether or not to execute the current amplitude control (step S113). The operator can select whether or not to use the current amplitude control, and the welding power source 1 accepts the setting of whether or not to use the current amplitude control via an operation unit (not shown).

電流振幅制御を実行しないと判定した場合(ステップS113:NO)、溶接電源1は、電流振幅制御を用いない溶接制御を実行する(ステップS114)。また、溶接電源1は、出力電流を設定電流に合致させ、かつアーク長又は埋もれ深さを一定に維持するために必要な溶接ワイヤ5の送給速度及び設定電圧を補正する(ステップS115)。以下、ステップS115における補正を第1出力補正と呼ぶ。第1出力補正においては、補正部11fは、電流検出部11eにて検出された溶接電流Iが、設定された電流値より小さくなった場合、検出された溶接電流Iと、設定された電流値との差分に応じて、溶接ワイヤ5の送給速度を増加させる補正を行う。また補正部11fは、溶接ワイヤ5の送給速度だけでなく設定電圧を同時に上昇させる補正を行う。
補正部11fは、電流検出部11eにて検出された溶接電流Iが、設定された電流値より大きくなった場合、検出された溶接電流Iと、設定された電流値との差分に応じて、溶接ワイヤ5の送給速度を減少させる補正を行う。また補正部11fは、溶接ワイヤ5の送給速度だけでなく設定電圧を同時に減少させる補正を行う。
When it is determined that the current amplitude control is not to be performed (step S113: NO), the welding power source 1 performs welding control without using the current amplitude control (step S114). The welding power source 1 also corrects the feed speed of the welding wire 5 and the set voltage required to match the output current with the set current and to maintain the arc length or the buried depth constant (step S115). Hereinafter, the correction in step S115 is referred to as the first output correction. In the first output correction, when the welding current I detected by the current detection unit 11e becomes smaller than the set current value, the correction unit 11f performs a correction to increase the feed speed of the welding wire 5 according to the difference between the detected welding current I and the set current value. The correction unit 11f also performs a correction to increase not only the feed speed of the welding wire 5 but also the set voltage at the same time.
When the welding current I detected by the current detection unit 11e becomes larger than a set current value, the correction unit 11f performs a correction to reduce the feed speed of the welding wire 5 according to the difference between the detected welding current I and the set current value. Moreover, the correction unit 11f performs a correction to reduce not only the feed speed of the welding wire 5 but also the set voltage at the same time.

このように、電流振幅制御を行わない場合の送給速度Fsetと設定電圧Vsetに上記補正量を反映し、送給速度をFset+ΔF、設定電圧をVset+ΔVとすることで、設定通りの出力を得つつ、アーク長あるいは埋もれ深さを一定に維持することができる。 In this way, by reflecting the above correction amount in the feed speed Fset and the set voltage Vset when current amplitude control is not performed, and setting the feed speed to Fset+ΔF and the set voltage to Vset+ΔV, it is possible to obtain the set output while maintaining a constant arc length or burial depth.

電流振幅制御を実行すると判定した場合(ステップS113:YES)、溶接電源1は、電流振幅制御を用いた溶接制御を実行する(ステップS116)。また、溶接電源1は、電流振幅制御を行ったときの平均出力電流を中心設定電流に合致させ、かつアーク長又は埋もれ深さを一定に維持するために必要な、第1溶接条件及び第2溶接条件における溶接ワイヤ5の送給速度及び設定電圧を補正する(ステップS117)。以下、ステップS117における補正を第2出力補正と呼ぶ。ステップS116及びステップS117の処理の詳細は後述する。 When it is determined that current amplitude control is to be performed (step S113: YES), the welding power source 1 performs welding control using current amplitude control (step S116). The welding power source 1 also corrects the feed speed of the welding wire 5 and the set voltage under the first and second welding conditions, which are necessary to match the average output current when current amplitude control is performed with the central set current and to maintain a constant arc length or buried depth (step S117). Hereinafter, the correction in step S117 is referred to as the second output correction. The processing of steps S116 and S117 will be described in detail later.

ステップS115又はステップS117の処理を終えた場合、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S118)。具体的には、溶接電源1は、出力指示信号の入力が継続しているか否かを判定する。出力指示信号の入力が継続しており、溶接電流Iの出力を停止しないと判定した場合(ステップS118:NO)、電源部11は、処理をステップS113へ戻し、溶接電流Iの出力を続ける。溶接電流Iの出力を停止すると判定した場合(ステップS118:YES)、電源部11は、処理を終える。 When the processing of step S115 or step S117 is completed, the power supply unit 11 of the welding power supply 1 determines whether or not to stop the output of the welding current I (step S118). Specifically, the welding power supply 1 determines whether or not the input of the output instruction signal is continuing. If the input of the output instruction signal is continuing and it is determined that the output of the welding current I should not be stopped (step S118: NO), the power supply unit 11 returns the process to step S113 and continues outputting the welding current I. If it is determined that the output of the welding current I should be stopped (step S118: YES), the power supply unit 11 ends the process.

<電流振幅制御>
図4は電流振幅制御の処理手順を示すフローチャートである。溶接電源1の設定回路11cは、切り換え周期が到来したか否かを判定する(ステップS131)。切り換え周波数は1Hz~5Hzであり、設定回路11cは現在の溶接条件が設定されてから、当該切り換え周波数の周期に相当する時間が経過したか否かを判定する。切り換え周期が到来したと判定した場合(ステップS131:YES)、設定回路11cは、溶接条件を切り換える(ステップS132)。第1溶接条件が設定されている場合、設定回路11cは、第2溶接条件を設定する。第2溶接条件が設定されている場合、設定回路11cは、第1溶接条件を設定する。なお、溶接開始時、初回においては、第1溶接条件を設定するとよい。
<Current Amplitude Control>
4 is a flow chart showing the procedure of the current amplitude control. The setting circuit 11c of the welding power source 1 judges whether or not the switching period has arrived (step S131). The switching frequency is 1 Hz to 5 Hz, and the setting circuit 11c judges whether or not a time corresponding to the period of the switching frequency has elapsed since the current welding conditions were set. When it is judged that the switching period has arrived (step S131: YES), the setting circuit 11c switches the welding conditions (step S132). When the first welding conditions are set, the setting circuit 11c sets the second welding conditions. When the second welding conditions are set, the setting circuit 11c sets the first welding conditions. It is advisable to set the first welding conditions at the start of welding, for the first time.

ステップS132の処理を終えた場合、又は切り換え周期が到来していないと判定した場合(ステップS131:NO)、溶接電源1は、設定回路11cによって設定された溶接条件に基づいて、溶接ワイヤ5の送給、電源部11の出力を制御することによって溶接制御を行う(ステップS133)。具体的には、溶接電源1の送給速度制御回路12は、ワイヤ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、送給速度信号Fに応じた速度で溶接ワイヤ5を送給させる。また、溶接電源1の電源部11は、電圧検出部11d及び電流検出部11eにてアーク電圧V及び溶接電流Iを検出し、検出された溶接電流I及びアーク電圧Vが、設定電流及び設定電圧に対応する外部特性線上に存在するように、電源部11の出力をPWM制御する。
埋もれアーク状態を取り得る臨界電流は、溶接ワイヤ5やシールドガスの種類によって異なるが、例えば溶接ワイヤ5としてステンレスソリッドワイヤ、シールドガスとして98%アルゴン+2%酸素の混合ガスを用いる場合、平均電流が350A以上となる第1溶接条件及び第2溶接条件が設定されると、埋もれアーク状態となる。なお、第1溶接条件又は第2溶接条件の少なくとも一方が、埋もれアークの条件を満たせば良い。上記溶接ワイヤ5及びシールドガスの場合、低電流条件、特に350A未満では埋もれアークを維持することが困難であるが、高電流条件時に埋もれアークとなっていれば、深溶込みが得られる。また埋もれアークは、後述の完全埋もれアークと、準埋もれアークとの両方を含む。
電源部11は、100Aの溶接電流Iの増加に対するアーク電圧Vの低下が2V以上20V以下となる外部特性を有するように構成するとよい。電源部11の外部特性をこのように設定することにより、埋もれアーク状態を維持することが容易となる。
When the process of step S132 is completed or when it is determined that the switching period has not arrived (step S131: NO), the welding power source 1 performs welding control by controlling the feeding of the welding wire 5 and the output of the power source unit 11 based on the welding conditions set by the setting circuit 11c (step S133). Specifically, the feed speed control circuit 12 of the welding power source 1 outputs a feed instruction signal for instructing the wire feeding to the wire feeder 3, and feeds the welding wire 5 at a speed corresponding to the feed speed signal F. The power source unit 11 of the welding power source 1 detects the arc voltage V and the welding current I by the voltage detection unit 11d and the current detection unit 11e, and PWM controls the output of the power source unit 11 so that the detected welding current I and arc voltage V are on the external characteristic lines corresponding to the set current and set voltage.
The critical current at which the buried arc state can be achieved varies depending on the type of welding wire 5 and shielding gas. For example, when a stainless steel solid wire is used as the welding wire 5 and a mixed gas of 98% argon + 2% oxygen is used as the shielding gas, the buried arc state is achieved when the first welding condition and the second welding condition are set such that the average current is 350 A or more. At least one of the first welding condition and the second welding condition only needs to satisfy the buried arc condition. In the case of the above welding wire 5 and shielding gas, it is difficult to maintain the buried arc under low current conditions, particularly under 350 A, but if the buried arc is achieved under high current conditions, deep penetration can be obtained. The buried arc includes both the fully buried arc and the semi-buried arc, which will be described later.
The power supply unit 11 is preferably configured to have external characteristics such that the drop in arc voltage V with respect to an increase in welding current I of 100 A is 2 V or more and 20 V or less. By setting the external characteristics of the power supply unit 11 in this manner, it becomes easy to maintain the buried arc state.

図5は、埋もれアーク状態の説明図である。アルゴンを含有するシールドガスを用いる埋もれアーク溶接であって、平均電流が300A以上の高電流が溶接ワイヤ5に供給され、約5~100m/分で溶接ワイヤ5が送給されている場合、溶接ワイヤ5の先端部5aには溶融したワイヤが細長く伸びた液柱8が形成される。また母材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に形成される。液柱8の比較的下部と凹状の溶融部分6の間には、輝度の強いアーク7aが形成される。一方、液柱8の比較的上部あるいは固体の溶接ワイヤ5と凹状の溶融部分6の間には、比較的輝度の弱いアーク7bが形成される。
図5Aは、溶接ワイヤ5あるいは液柱8側における、アーク7a及び7bの発生点が、凹状の溶融部分6に取り囲まれた埋もれ空間に進入していないアーク状態を示している。図5Bは、液柱8側におけるアーク7bの発生点のみが埋もれ空間に進入した準埋もれアーク状態、図5Cは、溶接ワイヤ5あるいは液柱8側におけるアーク7aの発生点まで埋もれ空間に進入した完全埋もれアーク状態を示している。
準埋もれアーク溶接あるいは埋もれアーク溶接では、凹状の溶融部分6の底部61に照射されるアーク7a又は7bによって、深溶込みが得られる。
5 is an explanatory diagram of a buried arc state. In buried arc welding using a shielding gas containing argon, when a high current of 300 A or more is supplied to the welding wire 5 and the welding wire 5 is fed at about 5 to 100 m/min, a liquid column 8 is formed at the tip 5a of the welding wire 5, which is an elongated molten wire. Also, a concave molten portion 6 made of the base material 4 and the molten metal of the welding wire 5 is formed in the base material 4. An arc 7a with a high brightness is formed between a relatively lower portion of the liquid column 8 and the concave molten portion 6. On the other hand, an arc 7b with a relatively low brightness is formed at a relatively upper portion of the liquid column 8 or between the solid welding wire 5 and the concave molten portion 6.
Fig. 5A shows an arc state in which the generation points of arcs 7a and 7b on the welding wire 5 or liquid column 8 side have not entered the buried space surrounded by the concave molten portion 6. Fig. 5B shows a semi-buried arc state in which only the generation point of arc 7b on the liquid column 8 side has entered the buried space, and Fig. 5C shows a completely buried arc state in which even the generation point of arc 7a on the welding wire 5 or liquid column 8 side has entered the buried space.
In quasi-buried arc welding or buried arc welding, deep penetration is obtained by the arc 7a or 7b irradiated to the bottom 61 of the concave molten portion 6.

図6は、実施形態1に係る溶接条件の切り換え方法を示すタイミングチャートである。横軸は時間、縦軸は設定電流を示している。ステップS131~ステップS132の処理によって、第1及び第2溶接条件が周期的に切り換えられ、図6に示すように、第1溶接電流及び第2の溶接電流の設定値が周期的に変動する。
このように、溶接電流Iの中心設定電流を350A以上、電流変動幅を50A以上150A以下とする第1溶接条件及び第2溶接条件を1Hz以上5Hz以下の周期で切り換えて変動させることによって、溶融金属を振動させ、ブローホールの発生を抑制することができる。
6 is a timing chart showing the method of switching welding conditions according to the first embodiment. The horizontal axis represents time, and the vertical axis represents set current. The first and second welding conditions are periodically switched by the processes in steps S131 and S132, and the set values of the first welding current and the second welding current vary periodically, as shown in FIG.
In this way, by switching between the first welding condition and the second welding condition, in which the central setting current of the welding current I is 350 A or more and the current fluctuation range is 50 A or more and 150 A or less, at a period of 1 Hz or more and 5 Hz or less, the molten metal can be vibrated and the occurrence of blowholes can be suppressed.

<出力補正>
図7は、第2出力補正の処理手順を示すフローチャートである。溶接電源1は、電流検出部11eにて、電流振幅制御を用いて溶接を行っているときの溶接電流を検出する(ステップS151)。そして、溶接電源1の補正部11fは、電流検出部11eによって検出された溶接電流に基づいて、平均出力電流を算出する(ステップS152)。例えば、補正部11fは、溶接電流が変動する1周期分の溶接電流Iの平均値を算出する。また、補正部11fは、複数周期にわたる溶接電流Iの移動平均を平均出力電流として算出してもよい。
<Output correction>
7 is a flowchart showing the procedure of the second output correction. The welding power source 1 detects the welding current when welding is performed using the current amplitude control by the current detection unit 11e (step S151). The correction unit 11f of the welding power source 1 calculates the average output current based on the welding current detected by the current detection unit 11e (step S152). For example, the correction unit 11f calculates the average value of the welding current I for one cycle in which the welding current fluctuates. The correction unit 11f may also calculate a moving average of the welding current I over multiple cycles as the average output current.

次いで、補正部11fは、中心設定電流と平均出力電流との差分ΔIを算出し(ステップS153)、差分ΔIをキーにしてテーブル13を参照することにより、送給速度の補正量ΔFを決定し(ステップS154)、また、差分ΔIに基づいて、設定電圧の補正量ΔVを求める(ステップS155)。 Next, the correction unit 11f calculates the difference ΔI between the central set current and the average output current (step S153), and determines the correction amount ΔF of the feed speed by referring to table 13 using the difference ΔI as a key (step S154). It also calculates the correction amount ΔV of the set voltage based on the difference ΔI (step S155).

そして、補正部11fは、求めた補正量ΔF及び補正量ΔVに基づいて、溶接ワイヤWの送給速度及び設定電圧を補正する(ステップS156)。補正のタイミングは特に限定されるものでは無いが、例えば、補正部11fは、第2溶接条件から第1溶接条件に切り替えるタイミングで送給速度及び設定電圧を補正するとよい。また、第1溶接条件及び第2溶接条件を相互に切り替えるタイミングで送給速度及び設定電圧を補正するように構成してもよい。 Then, the correction unit 11f corrects the feed speed and the set voltage of the welding wire W based on the calculated correction amount ΔF and correction amount ΔV (step S156). The timing of the correction is not particularly limited, but for example, the correction unit 11f may correct the feed speed and the set voltage at the timing of switching from the second welding condition to the first welding condition. Also, the correction unit 11f may be configured to correct the feed speed and the set voltage at the timing of switching between the first welding condition and the second welding condition.

このように、電流振幅制御を使用する場合は、溶接条件が低電流側条件(第1溶接条件)と高電流側条件(第2溶接条件)とに分かれるため、補正量ΔF及びΔVを各期間にそれぞれ適用する。すなわち、高電流側条件においては、高電流側の送給速度Fset_highと設定電圧Vset_highを用いて、送給速度をFset_high+ΔF、設定電圧をVset_high+ΔVとする。同様に、低電流側条件においては、低電流側の送給速度Fset_lowと設定電圧Vset_lowを用いて、送給速度をFset_low+ΔF、設定電圧をVset_low+ΔVとする。この制御方法により、高電流条件及び低電流条件の切替に関わらず、送給速度及び設定電圧が連続的かつ中心設定電流を基準として補正され、電流振幅制御の使用時においても平均出力電流を中心設定電流に合致させつつ、アーク長あるいは埋もれ深さを一定に維持することができる。 In this way, when current amplitude control is used, the welding conditions are divided into low current side conditions (first welding conditions) and high current side conditions (second welding conditions), and the correction amounts ΔF and ΔV are applied to each period. That is, in the high current side conditions, the high current side feed speed Fset_high and set voltage Vset_high are used to set the feed speed to Fset_high+ΔF and the set voltage to Vset_high+ΔV. Similarly, in the low current side conditions, the low current side feed speed Fset_low and set voltage Vset_low are used to set the feed speed to Fset_low+ΔF and the set voltage to Vset_low+ΔV. With this control method, regardless of switching between high and low current conditions, the feed speed and set voltage are continuously corrected based on the center set current, and even when using current amplitude control, the average output current can be matched to the center set current while maintaining a constant arc length or burial depth.

(実施例)
溶接ワイヤ5としてφ1.6mmのステンレスソリッドワイヤを、シールドガスとして98%アルゴン+2%酸素を用いる、中心設定電流400Aの埋もれアーク溶接で、溶接電流を振幅±100A、2Hzで変動させるとき、上記方法により高電流側条件及び低電流側条件それぞれにおけるワイヤ送給速度と設定電圧を補正することで、平均出力電流を中心設定電流に合致させつつ、埋もれ深さを一定に維持することができる。
(Example)
When buried arc welding is performed with a center set current of 400 A, using a φ1.6 mm stainless steel solid wire as the welding wire 5 and 98% argon + 2% oxygen as the shielding gas, and the welding current is varied at an amplitude of ±100 A and 2 Hz, the wire feed speed and set voltage under each of the high current side and low current side conditions can be corrected using the above method to match the average output current to the center set current while maintaining a constant buried depth.

<電流振幅制御の作用効果>
図8は、溶接継手を模式的に示す断面図である。図8Aは非埋もれアーク溶接によって得られる溶接継手の断面図であり、図8Bは埋もれアーク溶接によって得られる溶接継手の断面図である。埋もれアーク溶接では、図8Bに示すように、ビード9中央部の溶込みが通常のアーク溶接で得られるビード9よりも深い、いわゆるフィンガー状の溶込みを呈する。この傾向は、シールドガス中のアルゴン含有量が増加するほど顕著であり、最深部にブローホールが残留しやすいことが知られている。またアルゴンは不活性ガスであり、溶融金属内に巻き込まれるとブローホールの一因となる。従って、アルゴンを含有するシールドガスを用いる埋もれアーク溶接では、ブローホールが非常に発生しやすい。
<Effects of current amplitude control>
FIG. 8 is a cross-sectional view showing a welded joint. FIG. 8A is a cross-sectional view of a welded joint obtained by non-buried arc welding, and FIG. 8B is a cross-sectional view of a welded joint obtained by buried arc welding. In buried arc welding, as shown in FIG. 8B, the penetration at the center of the bead 9 is deeper than that of the bead 9 obtained by normal arc welding, and exhibits a so-called finger-shaped penetration. This tendency is more pronounced as the argon content in the shielding gas increases, and it is known that blowholes are more likely to remain at the deepest part. In addition, argon is an inert gas, and if it is caught in the molten metal, it becomes a cause of blowholes. Therefore, blowholes are very likely to occur in buried arc welding using a shielding gas containing argon.

図9は、本実施形態1に係る電流振幅制御を行わなかったときの溶接継手の放射線透過試験結果を示す画像である。例えばステンレス鋼板SUS304に対して、ステンレスソリッドワイヤを用いて、溶接電流400A、溶接速度30cm/分で埋もれアーク溶接を行うと、図9の放射線透過試験結果のように多くのブローホールが発生する。 Figure 9 is an image showing the results of a radiographic test of a welded joint when the current amplitude control according to the first embodiment was not performed. For example, when buried arc welding is performed on a stainless steel plate SUS304 using a stainless steel solid wire with a welding current of 400 A and a welding speed of 30 cm/min, many blowholes are generated, as shown in the radiographic test results in Figure 9.

そこで本実施形態1では、溶接電流Iの中心設定電流を350A以上、電流変動幅を50A以上150A以下とする第1溶接条件及び第2溶接条件を1Hz以上5Hz以下の周期で切り換えて変動させることによって、ブローホールの発生を抑制する。 Therefore, in this embodiment 1, the occurrence of blowholes is suppressed by switching and varying the first and second welding conditions, in which the center setting current of the welding current I is 350 A or more and the current fluctuation range is 50 A or more and 150 A or less, at a cycle of 1 Hz or more and 5 Hz or less.

図10は、本実施形態1に係る電流振幅制御を行ったときの溶接継手の放射線透過試験結果を示す画像である。図10中、「A(優)」は、ブローホールが発生していないことを示し、「B(良)」は、ブローホールの発生量が減少していることを示し、「C(可)」は、ブローホールの発生量がやや減少していることを示す。
図10中段に示すように、例えば、中心設定電流400A、アーク電圧31.5V、ワイヤ突出し長さ20mm、溶接速度30cm/分の条件で、母材4としてステンレス鋼板SUS304、溶接ワイヤ5としてステンレスソリッドワイヤを用いて溶接を行うとき、溶接電流Iを300Aとする第1溶接条件と、溶接電流Iを500Aとする第2溶接条件とを、周波数2Hz又は3Hzで変動させて溶接を行うことにより、ブローホールの発生を抑制することができる。なお、上記第1溶接条件と、第2溶接条件とを、周波数1Hzで変動させた場合、周波数2Hz以上の場合と比べて効果は劣るものの、ブローホールの発生量を低減させることはできる。
また、図10上段に示すように、上記と同様の条件で、溶接電流Iを350Aとする第1溶接条件と、溶接電流Iを450Aとする第2溶接条件とを、周波数1Hz以上で変動させて溶接を行うことにより、ブローホールの発生量をやや低減させることができる。
更に、図10下段に示すように、上記と同様の条件で、溶接電流Iを250Aとする第1溶接条件と、溶接電流Iを550Aとする第2溶接条件とを、周波数1Hzで変動させて溶接を行うことにより、ブローホールの発生を抑制することができる。
以上の放射線透過試験の結果から、電流変動幅を50A以上、より好ましくは100A以上とすることで、ブローホールを効果的に抑制することができることが分かる。また変動周波数を1Hz以上、より好ましくは2Hz以上とすることで、ブローホールを効果的に抑制することができることが分かる。
Fig. 10 is an image showing the results of a radiographic test of a welded joint when the current amplitude control according to the present embodiment 1 was performed. In Fig. 10, "A (excellent)" indicates that no blowholes occurred, "B (good)" indicates that the number of blowholes occurred was reduced, and "C (fair)" indicates that the number of blowholes occurred was slightly reduced.
10, for example, when welding is performed using a stainless steel plate SUS304 as the base material 4 and a stainless steel solid wire as the welding wire 5 under conditions of a central set current of 400 A, an arc voltage of 31.5 V, a wire extension length of 20 mm, and a welding speed of 30 cm/min, the occurrence of blowholes can be suppressed by performing welding under a first welding condition in which the welding current I is 300 A and a second welding condition in which the welding current I is 500 A, varying the frequency at 2 Hz or 3 Hz. Note that when the first welding condition and the second welding condition are varied at a frequency of 1 Hz, the effect is inferior to a frequency of 2 Hz or higher, but the amount of blowholes generated can be reduced.
Furthermore, as shown in the upper part of FIG. 10, by performing welding under the same conditions as above, a first welding condition in which the welding current I is 350 A and a second welding condition in which the welding current I is 450 A are varied at a frequency of 1 Hz or more, it is possible to somewhat reduce the occurrence of blowholes.
Furthermore, as shown in the lower part of FIG. 10, by performing welding under the same conditions as above, a first welding condition in which the welding current I is 250 A and a second welding condition in which the welding current I is 550 A are varied at a frequency of 1 Hz, it is possible to suppress the occurrence of blowholes.
From the above results of the radiographic transmission test, it is understood that blowholes can be effectively suppressed by setting the current fluctuation range to 50 A or more, more preferably 100 A or more. It is also understood that blowholes can be effectively suppressed by setting the fluctuation frequency to 1 Hz or more, more preferably 2 Hz or more.

以上の通り、本実施形態1に係るアーク溶接装置及びアーク溶接方法によれば、アルゴンを含有するシールドガスを用いた、中心設定電流が350A以上の消耗電極式のアーク溶接において、ブローホールの発生を抑制することができ、しかも電流振幅制御を行う場合の平均出力を、電流振幅制御を行わない場合の出力と同定に制御することができる。 As described above, the arc welding device and method according to the first embodiment can suppress the occurrence of blowholes in consumable electrode arc welding with a center current of 350 A or more using a shielding gas containing argon, and can control the average output when current amplitude control is performed to be the same as the output when current amplitude control is not performed.

また、上記の通り電流振幅制御を行いてブローホールの発生を抑制することができ、更に溶接ワイヤ5の送給速度及び設定電圧を補正することにより、平均出力電流を中心設定電流に合致させ、かつアーク長又は埋もれアーク溶接の場合は埋もれ深さを一定に維持することができる。 In addition, as described above, the occurrence of blowholes can be suppressed by controlling the current amplitude, and by correcting the feed speed of the welding wire 5 and the set voltage, the average output current can be matched to the central set current, and the arc length or, in the case of buried arc welding, the buried depth can be maintained constant.

更に、テーブル13は、平均出力電流と中心設定電流との差分ΔIと、補正量ΔF、補正量ΔVとを関連付けたものであり、テーブル13の作成、パラメータの設定が用意である。 Furthermore, table 13 associates the difference ΔI between the average output current and the central setting current with the correction amount ΔF and the correction amount ΔV, and table 13 can be easily created and parameters can be easily set.

更に、本実施形態1によれば、埋もれアーク溶接により深溶込みが得られると共に、ブローホールの発生を抑制することができる。 Furthermore, according to this embodiment 1, deep penetration can be achieved by buried arc welding, and the occurrence of blowholes can be suppressed.

更にまた、本実施形態1によれば、ステンレス鋼の埋もれアーク溶接において、ブローホールの発生を効果的に抑制することができる。 Furthermore, according to this embodiment 1, the occurrence of blowholes can be effectively suppressed in buried arc welding of stainless steel.

なお、本実施形態1では、第1溶接条件と、第2溶接条件の2条件を周期的に変動させる例を説明したが、3つ以上の溶接条件を周期的に切り換えるように構成してもよい。 In this embodiment 1, an example in which two welding conditions, the first welding condition and the second welding condition, are periodically changed is described, but it may be configured to periodically switch between three or more welding conditions.

また、本実施形態1では主に埋もれアーク溶接におけるブローホールの発生を抑制する例を説明したが、非埋もれアーク溶接に本発明を適用してもよい。 In addition, in this embodiment 1, an example of suppressing the occurrence of blowholes in buried arc welding has been described, but the present invention may also be applied to non-buried arc welding.

更に、本実施形態1では、定常的に溶接電流を補正する例を説明したが、補正タイミングは特に限定されるものではない。設定電流の切り換えタイミングで補正処理を実行しても良いし、半周期、2周期毎等、適宜のタイミングで補正処理を実行すればよい。 Furthermore, in this embodiment 1, an example in which the welding current is constantly corrected has been described, but the timing of the correction is not particularly limited. The correction process may be performed when the set current is switched, or at an appropriate timing such as every half cycle or every two cycles.

(実施形態2)
実施形態2に係るアーク溶接方法及びアーク溶接装置は、テーブル13の構成及び補正部11fの処理が実施形態1と異なるため、以下では主に上記相違点を説明する。その他の構成及び作用効果は実施形態1と同様であるため、対応する箇所には同様の符号を付して詳細な説明を省略する。
(Embodiment 2)
The arc welding method and the arc welding apparatus according to the second embodiment differ from those of the first embodiment in the configuration of the table 13 and the processing of the correction unit 11f, and therefore the above differences will be mainly described below. The other configurations and effects are the same as those of the first embodiment, so the same reference numerals are used for the corresponding parts and detailed description will be omitted.

図11は、本実施形態2に係るテーブルを示す概念図である。テーブル13は、例えば、送給速度を補正するための第1テーブル213aと、設定電圧を補正するための第2テーブル213bとを備える。 Figure 11 is a conceptual diagram showing a table according to the second embodiment. Table 13 includes, for example, a first table 213a for correcting the feed speed and a second table 213b for correcting the set voltage.

図11Aは第1テーブル213aの概念図である。第1テーブル213aは、溶接電源1ないし電源回路11aから出力される平均出力電流と、中心設定電流との差分ΔIと、中心設定電流と、溶接ワイヤ5の送給速度の補正量ΔFとを対応付けて記憶している。補正量ΔFは、主に平均出力電流を中心設定電流に合致させるための、送給速度の補正量である。 Figure 11A is a conceptual diagram of the first table 213a. The first table 213a stores the average output current output from the welding power source 1 or power source circuit 11a, the difference ΔI between the average output current and the central set current, the central set current, and a correction amount ΔF for the feed speed of the welding wire 5, in association with each other. The correction amount ΔF is a correction amount for the feed speed that is mainly used to match the average output current with the central set current.

図11Bは第2テーブル213bの概念図である。第2テーブル213bは、溶接電源1ないし電源回路11aから出力される平均出力電流と、中心設定電流との差分ΔIと、中心設定電流と、設定電圧の補正量ΔVとを対応付けて記憶している。補正量ΔVは、主にアーク長又は埋もれ深さを一定に維持するための、設定電圧の補正量である。 Figure 11B is a conceptual diagram of the second table 213b. The second table 213b stores the average output current output from the welding power source 1 or the power circuit 11a, the difference ΔI between the center set current, the center set current, and the correction amount ΔV of the set voltage in association with each other. The correction amount ΔV is the correction amount of the set voltage mainly for maintaining the arc length or burial depth constant.

補正部11fは、電流振幅制御を行ったときに溶接電源1から出力される平均出力電流及び中心設定電流の差分ΔIと、中心設定電流とをキーにして第1テーブル213aを参照することにより、溶接ワイヤ5の送給速度の補正量ΔFを決定する。また、補正部11fは、差分ΔIと、中心設定電流とをキーにして第2テーブル213bを参照することにより、設定電圧の補正量ΔVとを決定する。 The correction unit 11f determines a correction amount ΔF for the feed speed of the welding wire 5 by referring to the first table 213a using the difference ΔI between the average output current and the central set current output from the welding power source 1 when current amplitude control is performed, and the central set current as a key. The correction unit 11f also determines a correction amount ΔV for the set voltage by referring to the second table 213b using the difference ΔI and the central set current as a key.

なお、実施形態1同様、第1テーブル213a及び第2テーブル213bを第1関数及び第2関数として構成してもよい。 As in the first embodiment, the first table 213a and the second table 213b may be configured as a first function and a second function.

本実施形態2に係るアーク溶接装置及びアーク溶接方法によれば、実施形態1に比べてよりアーク長又は埋もれ深さをより精密に制御することができる。 The arc welding apparatus and method according to the second embodiment allow for more precise control of the arc length or buried depth than in the first embodiment.

(実施形態3)
実施形態3に係るアーク溶接方法及びアーク溶接装置は、テーブル13の構成及び補正部11fの処理が実施形態1と異なるため、以下では主に上記相違点を説明する。その他の構成及び作用効果は実施形態1と同様であるため、対応する箇所には同様の符号を付して詳細な説明を省略する。
(Embodiment 3)
The arc welding method and the arc welding apparatus according to the third embodiment differ from those of the first embodiment in the configuration of the table 13 and the processing of the correction unit 11f, and therefore the above differences will be mainly described below. The other configurations and effects are the same as those of the first embodiment, so the same reference numerals are used for the corresponding parts and detailed description will be omitted.

図12は、本実施形態3に係るテーブルを示す概念図である。テーブル13は、例えば、送給速度を補正するための第1テーブル313aと、設定電圧を補正するための第2テーブル313bとを備える。 Figure 12 is a conceptual diagram showing a table according to the third embodiment. Table 13 includes, for example, a first table 313a for correcting the feed speed and a second table 313b for correcting the set voltage.

図12Aは第1テーブル313aの概念図である。第1テーブル313aの構成は、実施形態2に係る第1テーブル213aと同様である。 Figure 12A is a conceptual diagram of the first table 313a. The configuration of the first table 313a is similar to that of the first table 213a according to the second embodiment.

図12Bは第2テーブル313bの概念図である。第2テーブル313bは、溶接ワイヤ5の補正量ΔFと、中心設定電流と、設定電圧の補正量ΔVとを対応付けて記憶している。補正量ΔVは、アーク長又は埋もれ深さを一定に維持するための、設定電圧の補正量である。 Figure 12B is a conceptual diagram of the second table 313b. The second table 313b stores the correction amount ΔF of the welding wire 5, the center set current, and the correction amount ΔV of the set voltage in association with each other. The correction amount ΔV is the correction amount of the set voltage to maintain a constant arc length or burial depth.

補正部11fは、電流振幅制御を行ったときに溶接電源1から出力される平均出力電流及び中心設定電流の差分ΔIと、中心設定電流とをキーにして第1テーブル313aを参照することにより、溶接ワイヤ5の送給速度の補正量ΔFを決定する。また、補正部11fは、溶接ワイヤ5の補正量ΔFと、中心設定電流とをキーにして第2テーブル313bを参照することにより、設定電圧の補正量ΔVとを決定する。 The correction unit 11f determines the correction amount ΔF of the feed speed of the welding wire 5 by referring to the first table 313a using the difference ΔI between the average output current and the central set current output from the welding power source 1 when current amplitude control is performed, and the central set current as a key. The correction unit 11f also determines the correction amount ΔV of the set voltage by referring to the second table 313b using the correction amount ΔF of the welding wire 5 and the central set current as a key.

なお、実施形態1同様、第1テーブル313a及び第2テーブル313bそれぞれを第1関数及び第2関数として構成してもよい。 As in the first embodiment, the first table 313a and the second table 313b may be configured as a first function and a second function, respectively.

本実施形態3に係るアーク溶接装置及びアーク溶接方法によれば、実施形態1に比べてよりアーク長又は埋もれ深さをより精密に制御することができる。 The arc welding apparatus and method according to the third embodiment allow for more precise control of the arc length or buried depth than in the first embodiment.

なお、送給速度の補正量ΔFあたりの設定電圧の補正量ΔVは、中心設定電流に対応するパラメータに基づき算出しているが、高電流側条件及び低電流側条件における設定電流に基づいたパラメータとして、それぞれΔV_highとΔV_lowのように個別に算出してもよい。例えば、送給速度の補正量ΔFと、第1溶接条件又は第2溶接条件に係る設定電流と、設定電圧の補正量ΔVとを対応付けたテーブルを備え、補正部11fは、差分ΔIと、第1溶接条件に係る設定電流とをキーにして、第1溶接条件の設定電圧の補正量を決定し、差分ΔIと、第2溶接条件に係る設定電流とをキーにして、第2溶接条件の設定電圧の補正量を決定するように構成するとよい。
あるいは補正量ΔVに基づき、高電流側条件の補正量ΔV_highと低電流条件側の補正量ΔV_lowを、電流値に応じて按分してもよい。
Although the correction amount ΔV of the set voltage per correction amount ΔF of the feed speed is calculated based on a parameter corresponding to the central set current, it may be calculated individually as parameters based on the set current under the high current side condition and the low current side condition, such as ΔV_high and ΔV_low, respectively. For example, a table may be provided in which the correction amount ΔF of the feed speed, the set current for the first welding condition or the second welding condition, and the correction amount ΔV of the set voltage are associated with each other, and correction unit 11f may be configured to determine the correction amount of the set voltage for the first welding condition using the difference ΔI and the set current for the first welding condition as keys, and to determine the correction amount of the set voltage for the second welding condition using the difference ΔI and the set current for the second welding condition as keys.
Alternatively, based on the correction amount ΔV, the correction amount ΔV_high for the high current condition and the correction amount ΔV_low for the low current condition may be divided proportionately according to the current value.

(実施形態4)
実施形態4に係るアーク溶接方法及びアーク溶接装置は、更に設定電圧を10Hz以上1000Hz以下で変動させる点が実施形態1と異なるため、以下では主に上記相違点を説明する。その他の構成及び作用効果は実施形態1~3と同様であるため、対応する箇所には同様の符号を付して詳細な説明を省略する。
(Embodiment 4)
The arc welding method and arc welding apparatus according to the fourth embodiment further differs from the first embodiment in that the set voltage is varied between 10 Hz and 1000 Hz, and therefore the above difference will be mainly described below. The other configurations and effects are the same as those of the first to third embodiments, so the same reference numerals are used for corresponding parts and detailed description will be omitted.

図13は本実施形態4に係る溶接条件の切り換え方法を示すタイミングチャートである。図13中、横軸は時間、図13Aの縦軸は設定電流を示し、図13Bの縦軸は設定電圧を示している。ただし、図13Aは、第1及び第2溶接条件に対応する第1溶接電流及び第2溶接電流の設定値を示しており、設定電圧の高周波振動による変動は図示されていない。 Figure 13 is a timing chart showing a method of switching welding conditions according to the fourth embodiment. In Figure 13, the horizontal axis represents time, the vertical axis of Figure 13A represents the set current, and the vertical axis of Figure 13B represents the set voltage. However, Figure 13A shows the set values of the first welding current and the second welding current corresponding to the first and second welding conditions, and does not show fluctuations in the set voltage due to high-frequency vibration.

実施形態4に係る制御回路11bは、電流振幅制御において、更に、設定電圧を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変動させる。設定電圧の変動により、出力される溶接電流Iは例えば電流振幅50A以上で変動する。 In the current amplitude control, the control circuit 11b according to the fourth embodiment further periodically varies the set voltage at a frequency of 10 Hz to 1000 Hz, preferably 50 Hz to 300 Hz, and more preferably 80 Hz to 200 Hz. Due to the variation in the set voltage, the output welding current I varies, for example, with a current amplitude of 50 A or more.

実施形態4に係るアーク溶接装置及びアーク溶接方法によれば、微振動によって溶融池を安定化させることによってビード9の乱れ及び垂れの発生を防止することができ、かつ1Hz以上5Hzの周波数で溶融池をゆっくりかつ大きく振動させることによって、ブローホールの発生を抑制することができる。 According to the arc welding device and the arc welding method of the fourth embodiment, the molten pool can be stabilized by micro-vibration, thereby preventing the bead 9 from becoming turbulent and dripping, and the molten pool can be slowly and strongly vibrated at a frequency of 1 Hz or more and 5 Hz or more, thereby suppressing the occurrence of blowholes.

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、6溶融部分、11電源部、11a電源回路、11b制御回路、11c設定回路、11f補正部、12送給速度制御回路、13 テーブル 1 welding power source, 2 torch, 3 wire feeder, 4 base material, 5 welding wire, 6 melting part, 11 power source, 11a power circuit, 11b control circuit, 11c setting circuit, 11f correction unit, 12 feed speed control circuit, 13 table

Claims (7)

アルゴンを含有するシールドガスを用いる消耗電極式のアーク溶接装置であって、
溶接ワイヤへ溶接電流を出力する電源回路と、
溶接ワイヤに中心設定電流よりも小さい第1の溶接電流が出力される第1溶接条件と、溶接ワイヤに前記中心設定電流よりも大きい第2の溶接電流が出力される第2溶接条件とを周期的に切り換えて設定する設定回路と、
該設定回路によって設定される前記第1溶接条件及び前記第2溶接条件に応じた送給速度で溶接ワイヤの送給を制御する送給速度制御回路と、
前記第1溶接条件及び前記第2溶接条件を周期的に切り換えて溶接を行ったときに前記電源回路から出力される溶接電流を検出する電流検出部と、
前記第1溶接条件及び前記第2溶接条件を周期的に切り換えて溶接を行ったときの平均出力電流と、前記中心設定電流との差分に基づいて、溶接ワイヤの前記送給速度と、前記第1溶接条件及び前記第2溶接条件に係る設定電圧とを補正する補正部と
を備えるアーク溶接装置。
A consumable electrode type arc welding device using a shielding gas containing argon,
a power supply circuit for outputting a welding current to the welding wire;
a setting circuit that periodically switches between a first welding condition under which a first welding current smaller than a central set current is output to the welding wire and a second welding condition under which a second welding current larger than the central set current is output to the welding wire;
a feed speed control circuit that controls the feeding of the welding wire at a feed speed according to the first welding condition and the second welding condition set by the setting circuit;
a current detection unit that detects a welding current output from the power supply circuit when welding is performed by periodically switching between the first welding condition and the second welding condition;
a correction unit that corrects the welding wire feed speed and set voltages for the first welding condition and the second welding condition based on a difference between an average output current when welding is performed by periodically switching between the first welding condition and the second welding condition and the central set current.
前記差分と、前記送給速度の補正量と、前記設定電圧の補正量とを関連付けたテーブル又は関数を備え、
前記補正部は、
前記電流検出部にて検出された溶接電流に基づく前記差分を用いて前記テーブル又は関数を参照することにより前記送給速度の補正量と、前記設定電圧の補正量とを決定する
請求項1に記載のアーク溶接装置。
a table or function correlating the difference, a correction amount of the feed speed, and a correction amount of the set voltage;
The correction unit is
The arc welding device according to claim 1 , wherein the feed speed correction amount and the set voltage correction amount are determined by referring to the table or function using the difference based on the welding current detected by the current detection unit.
前記差分と、前記中心設定電流と、前記送給速度の補正量と、前記設定電圧の補正量とを関連付けたテーブル又は関数を備え、
前記補正部は、
前記電流検出部にて検出された溶接電流に基づく前記差分及び前記中心設定電流を用いて前記テーブル又は関数を参照することにより前記送給速度の補正量と、前記設定電圧の補正量とを決定する
請求項1に記載のアーク溶接装置。
a table or function that associates the difference, the central set current, a correction amount of the feed speed, and a correction amount of the set voltage;
The correction unit is
2. The arc welding device according to claim 1, wherein the feed speed correction amount and the set voltage correction amount are determined by referring to the table or function using the difference based on the welding current detected by the current detection unit and the central set current.
前記差分と、前記中心設定電流と、前記送給速度の補正量とを関連付けた第1テーブル又は第1関数と、
前記中心設定電流と、前記送給速度の補正量と、前記設定電圧の補正量と関連付けた第2テーブル又は第2関数とを備え、
前記補正部は、
前記電流検出部にて検出された溶接電流に基づく前記差分及び前記中心設定電流を用いて前記第1テーブル又は第1関数を参照することにより前記送給速度の補正量を決定し、決定した前記送給速度の補正量及び前記中心設定電流を用いて前記第2テーブル又は第2関数を参照することにより前記設定電圧の補正量を決定する
請求項1に記載のアーク溶接装置。
a first table or a first function that associates the difference, the center setting current, and a correction amount of the feed speed;
a second table or a second function that associates the center set current, the feed speed correction amount, and the set voltage correction amount;
The correction unit is
2. The arc welding device according to claim 1, wherein a correction amount for the feed speed is determined by referring to the first table or the first function using the difference based on the welding current detected by the current detection unit and the central set current, and a correction amount for the set voltage is determined by referring to the second table or the second function using the determined correction amount for the feed speed and the central set current.
前記第1溶接条件及び前記第2溶接条件は、
前記中心設定電流が350A以上、電流変動幅が50A以上150A以下とする溶接条件であり、前記第1溶接条件及び前記第2溶接条件は1Hz以上5Hz以下の周期で切り換えられる
請求項1から請求項4のいずれか1項に記載のアーク溶接装置。
The first welding condition and the second welding condition are
5. The arc welding device according to claim 1, wherein the welding conditions are such that the center set current is 350 A or more and the current fluctuation range is 50 A or more and 150 A or less, and the first welding condition and the second welding condition are switched at a cycle of 1 Hz or more and 5 Hz or less.
前記第1溶接条件又は前記第2溶接条件は、
アークによって母材に形成された凹状の溶融部分によって囲まれる空間に溶接ワイヤの先端部、又は該先端部に形成された液柱におけるアークの発生点が進入する溶接条件である
請求項1から請求項5のいずれか1項に記載のアーク溶接装置。
The first welding condition or the second welding condition is
6. The arc welding device according to claim 1, wherein the welding conditions are such that the tip of the welding wire, or the arc generation point in the liquid column formed at the tip, enters a space surrounded by a concave molten portion formed in the base metal by the arc.
溶接電源を用いてアルゴンを含有するシールドガスを用いる消耗電極式のアーク溶接方法であって、
溶接ワイヤに中心設定電流よりも小さい第1の溶接電流が前記溶接電源から出力される第1溶接条件と、溶接ワイヤに前記中心設定電流よりも大きい第2の溶接電流が前記溶接電源から出力される第2溶接条件とを周期的に切り換えて設定し、
前記第1溶接条件及び前記第2溶接条件を周期的に切り換えて溶接を行ったときに前記溶接電源から出力される溶接電流を検出し、
前記第1溶接条件及び前記第2溶接条件を周期的に切り換えて溶接を行ったときの平均出力電流と、前記中心設定電流との差分に基づいて、溶接ワイヤの送給速度と、前記第1溶接条件及び前記第2溶接条件に係る設定電圧とを補正する
アーク溶接方法。
A consumable electrode arc welding method using a welding power source and a shielding gas containing argon, comprising:
a first welding condition under which a first welding current smaller than a center set current is output from the welding power source to the welding wire, and a second welding condition under which a second welding current larger than the center set current is output from the welding power source to the welding wire are periodically switched and set;
detecting a welding current output from the welding power source when welding is performed by periodically switching between the first welding condition and the second welding condition;
and correcting a welding wire feed speed and set voltages for the first welding condition and the second welding condition based on a difference between an average output current when welding is performed by periodically switching between the first welding condition and the second welding condition and the central set current.
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