JP5918021B2 - 交流パルスアーク溶接制御方法 - Google Patents

Description

本発明は、電極マイナス極性電流比率が大きな値に設定されても、安定した溶接状態を得ることができる交流パルスアーク溶接制御方法に関するものである。

交流パルスアーク溶接では、電極プラス極性期間中のピーク電流及びベース電流の通電と、電極マイナス極性期間中のベース電流の通電とを１周期として繰り返すことによって溶接が行われる。この交流パルスアーク溶接では、電極マイナス極性期間を調整することによって、溶接電流の平均値に占める電極マイナス極性期間の電流の比率である電極マイナス極性電流比率を変化させて、母材への入熱を制御することができる。このために、低入熱溶接が可能となり、高品質な薄板溶接を行うことができる。また、電極マイナス極性電流比率を変化させることによって、溶け込み深さ、余盛り高さ等のビード形状をワークに合わせて適正化することができる。通常、電極マイナス極性電流比率は０〜３０％程度の範囲で使用される。ここで、電極マイナス極性電流比率が０％とは、直流パルスアーク溶接のことである。

ワークによっては、溶け込み部を小さくし、余盛り部を大きくした希釈率の小さなビード形状を形成する必要がある場合がある。例えば、鉄鋼材の薄板溶接において、溶接継手部に大きなギャップがあるワークを高速溶接するような場合である。このような場合には、ギャップを溶融金属で埋め、かつ溶け込みを小さくするために、希釈率の小さなビード形状が必要になる。このようなビード形状を形成するためには、電極マイナス極性電流比率を上記の通常範囲よりも大きな値である３０％以上に設定する必要がある。ときには５０％を超える値に設定する必要がある場合も生じる。このような場合には、電極プラス極性期間中のピーク電流及びベース電流の通電と、電極マイナス極性期間中のピーク電流及びベース電流の通電とを１周期として溶接を行う交流パルスアーク溶接方法が使用されている。以下、この従来技術（特許文献１参照）について説明する。以下の説明において、電極マイナス極性期間の溶接電流及び溶接電圧は負の値となるが、値の大小を記載したときはその絶対値の大小のことを意味している。

図４は、従来技術における交流パルスアーク溶接制御方法を示す溶接電流Ｉｗの波形図である。同図において、０Ａから上側が電極プラス極性ＥＰを示し、下側が電極マイナス極性ＥＮを示す。同図は、電極マイナス極性電流比率が通常範囲（０〜３０％程度）よりも大きく設定された場合である。極性切換時のアーク切れを防止するために、極性切換時に短時間の間高電圧を溶接ワイヤと母材との間に印加している。以下、同図を参照して説明する。

時刻ｔ１〜ｔ２の電極マイナス極性ベース期間Ｔbn中は、臨界値未満の電極マイナス極性ベース電流Ｉbnを通電する。時刻ｔ２〜ｔ３の電極マイナス極性ピーク期間Ｔpn中は、電極マイナス極性ベース電流Ｉbnよりも大きな値の電極マイナス極性ピーク電流Ｉpnを通電する。時刻ｔ３において極性を反転する。時刻ｔ３〜ｔ４の電極プラス極性ピーク期間Ｔｐ中は、臨界値以上の電極プラス極性ピーク電流Ｉｐを通電する。時刻ｔ４〜ｔ５の電極プラス極性ベース期間Ｔｂ中は、臨界値未満の電極プラス極性ベース電流Ｉｂを通電する。時刻ｔ５〜ｔ６は再び上記の電極マイナス極性ベース期間Ｔbnとなり、時刻ｔ６〜ｔ７は再び上記の電極マイナス極性ピーク期間Ｔpnとなり、時刻ｔ７〜ｔ８は再び上記の電極プラス極性ピーク期間Ｔｐとなる。時刻ｔ１〜ｔ５の期間が１パルス周期Ｔｆとなる。また、時刻ｔ１〜ｔ３の期間が、電極マイナス極性期間Ｔenとなる。上記の電極プラス極性ベース期間Ｔｂを削除する場合もある。この場合には、電極マイナス極性ベース期間Ｔbn→電極マイナス極性ピーク期間Ｔpn→電極プラス極性ピーク期間Ｔｐ→電極マイナス極性ベース期間Ｔbnと繰り返される。

上記の電極プラス極性ピーク期間Ｔｐ、上記の電極プラス極性ピーク電流Ｉｐ、上記の電極マイナス極性ピーク期間Ｔpn、上記の電極マイナス極性ピーク電流Ｉpn、上記の電極マイナス極性ベース電流Ｉbn及び上記の電極プラス極性ベース電流Ｉｂは、予め適正値に設定されている。また、溶接電圧の絶対値の平均値が予め定めた電圧設定値に等しくなるように上記のパルス周期Ｔｆの長さがフィードバック制御（アーク長制御）される。このパルス周期Ｔｆを変化させるために上記の電極プラス極性ベース期間Ｔｂ又は上記の電極マイナス極性ベース期間Ｔbnが上記のフィードバック制御によって変化する。上記の電極プラス極性ベース期間Ｔｂがフィードバック制御によって変化するときは、上記の電極マイナス極性ベース期間Ｔbnは予め適正値に設定される。逆に、上記の電極マイナス極性ベース期間Ｔbnがフィードバック制御によって変化するときは、上記の電極プラス極性ベース期間Ｔｂは予め適正値に設定される。同図においては、電極マイナス極性電流比率Ｒenは以下のようになる。
Ｒen＝（（Ｔpn・｜Ｉpn｜＋Ｔbn・｜Ｉbn｜）／（Ｔｐ・Ｉｐ＋Ｔpn・｜Ｉpn｜＋Ｔbn・｜Ｉbn｜＋Ｔｂ・Ｉｂ））×100

溶接ワイヤの材質が鉄であり、シールドガスの種類が８０％Ａｒ＋２０％ＣＯ2の混合ガスである場合の各パラメータの設定値は、例えば以下のようになる。Ｔｐ＝１．７ms、Ｉｐ＝４５０Ａ、Ｔpn＝２．０〜１０．０ms、Ｉpn＝２００〜５００Ａ、Ｉｂ＝６０Ａ、Ｉbn＝６０Ａとなる。そして、Ｔbnをフィードバック制御している場合には、Ｔｂ＝０〜４．０msとなる。Ｔｂ＝０のときは、電極プラス極性ベース期間がない場合である。フィードバック制御されるＴbnの範囲は、１０〜１ms程度である。

同図においては、上記の電極プラス極性ピーク電流Ｉｐ及び上記の電極マイナス極性ピーク電流Ｉpnの立上り及び立下りが急峻であり矩形波となる場合を示している。しかし、これらピーク電流の立上り及び又は立下りに所定の傾斜を持たせるようにして、台形波となるようにしても良い。アルミニウム材に対する交流パルスアーク溶接では、これらピーク電流を台形波にすることで、アーク力を弱くしてスパッタの発生を削減することができる。また、電極マイナス極性ピーク電流Ｉpnを、矩形波、正弦波、三角波状に振動させても良い。このようにすることで、溶滴の形成状態を安定化することができる。

次に、同図において、溶滴の形成及び移行について説明する。時刻ｔ４の電極プラス極性ピーク期間Ｔｐの終了近傍において、溶滴が移行する。時刻ｔ４〜ｔ５の電極プラス極性ベース期間Ｔｂ中は、臨界値未満の小電流が通電し、かつ、電極プラス極性ＥＰであるので、溶接ワイヤ先端の溶融は少ししか生じず、溶滴はほとんど形成されない。時刻ｔ５〜ｔ６の電極マイナス極性ベース期間Ｔbnにおいて、溶接ワイヤ先端の溶融が促進されて小さな溶滴が形成される。これは、電極マイナス極性電流比率が大きくなるように設定されているために、電極マイナス極性ベース期間Ｔbnが長くなる。このために、電極マイナス極性ベース電流Ｉbnが臨界値未満の小電流値であっても、電極マイナス極性ＥＮでは溶接ワイヤ先端の溶融が促進されるので小さな溶滴が形成されることになる。時刻ｔ６〜ｔ７の電極マイナス極性ピーク期間Ｔpn中は、大電流値の電極マイナス極性ピーク電流Ｉpnが通電するために、溶滴は次第に成長して大きくなる。この期間の終了近傍において溶滴にくびれが発生するが、溶滴のサイズが大きいために移行させるまでには至らない。時刻ｔ７〜ｔ８の電極プラス極性ピーク期間Ｔｐ中は、臨界値以上の第電流が通電するために、溶滴のくびれ部に強い電磁的ピンチ力が作用し、くびれが急速に進行して溶滴が移行する。この移行する溶滴サイズは直流パルスアーク溶接及び通常の電極マイナス極性電流比率での交流パルスアーク溶接の場合に比べて大きくなる。しかし、この大きなサイズの溶滴は、大電流値の電極プラス極性ピーク電流Ｉｐによる強いアーク力によって溶融池に向けて押されるために、あまりスパッタを発生させずに移行することになる。上述したように、電極マイナス極性電流比率が大きな値に設定されているときは、電極マイナス極性ピーク期間Ｔpn中に溶滴が急速に成長することになり、ピーク期間中に移行させるべき溶滴のサイズが大きくなる。このために、ピーク期間を２つ設け、かつ、一方を電極マイナス極性ピーク期間Ｔpnとし、他方を電極プラス極性ピーク期間Ｔｐとすることによって、大きなサイズの溶滴を確実に移行させるようにしている。さらに、この２つのピーク期間の極性を変えることによって、電極マイナス極性電流比率を大きな値に設定しやすくしている。同図において、上記の電極プラス極性ベース期間Ｔｂがフィードバック制御によって変化する場合に電極マイナス極性電流比率を変化させるときは、上記の電極マイナス極性ピーク期間Ｔpn、電極マイナス極性ピーク電流Ｉpn、電極マイナス極性ベース期間Ｔbn又は電極マイナス極性ベース電流Ｉbnの少なくとも１つ以上を変化させることによって行う。上記の電極マイナス極性ベース期間Ｔbnがフィードバック制御によって変化する場合に電極マイナス極性電流比率を変化させるときは、上記の電極マイナス極性ピーク期間Ｔpn、電極マイナス極性ピーク電流Ｉpn又は電極マイナス極性ベース電流Ｉbnの少なくとも１つ以上を変化させることによって行う。ここで、電極マイナス極性電流比率を通常範囲よりも大きく設定するためには、上記の電極マイナス極性ピーク期間Ｔpn又は上記の電極マイナス極性ピーク電流Ｉpnの少なくとも１つ以上を調整することによって行うことが望ましい。

特開２０１０−２３４４４１号公報

上述したように、従来技術の交流パルスアーク溶接では、溶接ワイヤ先端の溶滴は、電極マイナス極性ベース期間Ｔbn中に少しづつ大きくなり、電極マイナス極性ピーク期間Ｔpnに入ると急速に成長して大きくなる。そして、電極プラス極性ピーク期間Ｔｐに入ると、溶滴は成長を続けると共に、溶滴上部にくびれが急速に形成されて、期間終了近傍において溶滴は溶融池へと円滑に移行する。溶滴の成長及び移行がこのサイクルで行われているときには、１パルス周期１溶滴移行状態となるので、スパッタ発生の少ない安定した溶接状態となる。

しかし、電極マイナス極性ピーク期間Ｔpn中に、溶接ワイヤ先端の溶滴と母材とが時々短絡状態になる場合が生じる。これは、電極マイナス極性ピーク期間Ｔpn中は溶滴が急速に大きくなっており、溶融池との距離が短くなっているためである。電極プラス極性ピーク期間Ｔｐになると、溶融池は強いアーク力によって窪んだ状態になり、溶滴と溶融池との距離は長くなるので、短絡はほとんど発生しなくなる。電極マイナス極性ピーク期間Ｔpn中に短絡が発生すると、短絡状態にある大きなサイズの溶滴に大電流が通電するので、溶滴は溶融池へと短絡移行するが、そのときに多くのスパッタを飛散させることになる。この結果、溶滴移行状態も不安定になり、１パルス周期１溶滴移行の状態も崩れることになる。したがって、電極マイナス極性ピーク期間Ｔpn中に短絡が発生したときは、スパッタの発生を抑制するように円滑に短絡移行させて早期にアーク状態へと復帰させ、溶滴移行状態が不安定になるのを抑制する必要がある。

そこで、本発明では、電極マイナス極性電流比率を通常範囲（０〜３０％）よりも大きな値に設定して溶接したときに、電極マイナス極性ピーク期間Ｔpn中に短絡が発生しても安定した溶接状態を維持することができる交流パルスアーク溶接制御方法を提供することを目的とする。

上述した課題を解決するために、請求項１の発明は、溶接ワイヤを予め定めた送給速度で送給すると共に、電極マイナス極性ベース期間中は臨界値未満の電極マイナス極性ベース電流を通電し、続けて電極マイナス極性ピーク期間中は前記電極マイナス極性ベース電流よりも大きな値の電極マイナス極性ピーク電流を通電し、続けて電極プラス極性ピーク期間中は臨界値以上の電極プラス極性ピーク電流を通電し、これらの溶接電流の通電を１周期として繰り返して溶接を行う交流パルスアーク溶接制御方法において、
前記電極マイナス極性ピーク期間中に前記溶接ワイヤと母材との間に短絡が発生し、この短絡の発生時点での溶滴サイズに相関する値が基準値未満であるときはこの短絡期間中に電極マイナス極性ピーク電流よりも大きな値の溶接電流を通電し、前記溶滴サイズに相関する値が前記基準値以上であるときは前記短絡発生時点で前記電極プラス極性ピーク期間に切り換える、
ことを特徴とする交流パルスアーク溶接制御方法である。

請求項２の発明は、前記溶滴サイズに相関する値が、前記電極マイナス極性ピーク期間の開始時点からの経過時間である、
ことを特徴とする請求項１記載の交流パルスアーク溶接制御方法である。

請求項３の発明は、前記溶滴サイズに相関する値が、前記電極マイナス極性ピーク期間の開始時点からの前記溶接電流の積分値である、
ことを特徴とする請求項１記載の交流パルスアーク溶接制御方法である。

請求項４の発明は、前記電極プラス極性ピーク期間に続けて、臨界値未満の電極プラス極性ベース電流を通電する電極プラス極性ベース期間を設けて１周期としたことを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の交流パルスアーク溶接制御方法である。

本発明によれば、溶滴サイズに相関する値が基準値未満のときは、短絡が電極マイナス極性ピーク期間Ｔpnの早期に発生した場合であるので、短絡が発生した時点における溶滴サイズは成長の早期であるのであまり大きくない。したがって、溶接電流を増加させることで、溶滴移行を促すことができ、速やかにアークを再発生させることができる。このために、短絡に伴うスパッタの発生は少なく、安定した溶接状態を維持することができる。他方、溶滴サイズに相関する値が基準値以上のときは、短絡が電極マイナス極性ピーク期間Ｔpnの中期以後に発生した場合であるので、短絡が発生した時点における溶滴サイズは成長が急速に進行した後であるので大きくなる。したがって、溶接電流を増加させるだけでは円滑な溶滴移行を行うことはできない。そこで、極性を電極プラス極性に切り換えると共に、大電流値の電極プラス極性ピーク電流を通電することで、円滑な溶滴移行を促し、速やかにアークを再発生させている。このために、短絡に伴うスパッタの発生を抑制することができ、安定した溶接状態を維持することができる。

電極マイナス極性ピーク期間Ｔpnの早期に短絡が発生したときの電極マイナス極性ピーク期間Ｔpnのみを取り出して表示した溶接電流及び溶接電圧波形図である。 電極マイナス極性ピーク期間Ｔpnの中期以後に短絡が発生したときの電極マイナス極性ピーク期間Ｔpnのみを取り出して表示した溶接電流及び溶接電圧波形図である。 本発明の実施の形態に係る交流パルスアーク溶接制御方法を実施するための溶接電源のブロック図である。 従来技術の交流パルスアーク溶接における電流波形図である。

以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。

本発明の実施の形態に係る交流パルスアーク溶接制御方法の溶接電流波形は、上述した図４と同一である。すなわち、電極マイナス極性ベース期間Ｔbn→電極マイナス極性ピーク期間Ｔpn→電極プラス極性ピーク期間Ｔｐ→電極プラス極性ベース期間Ｔｂを１パルス周期Ｔｆとする場合と、電極マイナス極性ベース期間Ｔbn→電極マイナス極性ピーク期間Ｔpn→電極プラス極性ピーク期間Ｔｐを１パルス周期Ｔｆとする場合とがある。但し、本実施の形態では、電極マイナス極性ピーク期間Ｔpn中に短絡が発生したときの溶接電流波形が従来技術とは異なるので、以下に説明する。

図１は、上述した図４において、時刻ｔ２〜ｔ３の電極マイナス極性ピーク期間Ｔpn中に短絡が発生したときの電極マイナス極性ピーク期間Ｔpnのみを取り出して表示した溶接電流及び溶接電圧波形図である。同図（Ａ）は溶接電流Ｉｗの波形を示し、同図（Ｂ）は溶接電圧Ｖｗの波形を示す。同図は、短絡が、電極マイナス極性ピーク期間Ｔpnが解しする時刻ｔ２から予め定めた基準値が経過するよりも以前の時刻ｔ21に発生した場合である。これ以外の期間の溶接電流波形は、上述した図４と同一である。同図において、時刻ｔ２以前の期間は電極マイナス極性ベース期間Ｔbnとなり、時刻ｔ３以降の期間は極性が反転して電極プラス極性ピーク期間Ｔｐとなる。以下、同図を参照して説明する。

時刻ｔ２において、電極マイナス極性ピーク期間Ｔpnが開始すると、同図（Ａ）に示すように、予め定めた電極マイナス極性ピーク電流Ｉpnが通電し、同図（Ｂ）に示すように、アーク長に比例した電極マイナス極性ピーク電圧値が印加する。時刻ｔ２１において、溶接ワイヤ先端の溶滴と溶融池とが接触して短絡が発生すると、同図（Ｂ）に示すように、溶接電圧Ｖｗは数Ｖの短絡電圧値に急減する。このときに、電極マイナス極性ピーク期間Ｔpnが開始してからの経過時間（ｔ２〜ｔ21の時間）が上記の基準値よりも短いために、同図（Ａ）に示すように、溶接電流Ｉｗは電極マイナス極性ピーク電流値Ｉpnから次第に大きくなる。溶接電流Ｉｗが大きくなると、溶滴に作用するピンチ力が強くなりくびれが形成されるので、溶滴は溶融池へと移行し、時刻ｔ22においてアークが再発生する。時刻ｔ22においてアークが再発生すると、同図（Ｂ）に示すように、溶接電圧Ｖｗは元のアーク電圧値に急増する。同時に、同図（Ａ）に示すように、溶接電流Ｉｗは、電極マイナス極性ピーク電流値Ｉpnに戻る。そして、時刻ｔ２から所定時間後の時刻ｔ３において、極性が反転して、電極プラス極性ピーク期間Ｔｐに切り換えられる。

同図は、短絡が電極マイナス極性ピーク期間Ｔpnの早期に発生した場合であるので、短絡が発生した時点における溶滴サイズは成長の早期であるのであまり大きくない。したがって、溶接電流を増加させることで、溶滴移行を促すことができ、速やかにアークを再発生させることができる。このために、短絡に伴うスパッタの発生は少なく、安定した溶接状態を維持することができる。

図２は、上述した図４において、時刻ｔ２からの電極マイナス極性ピーク期間Ｔpn中に短絡が発生したときの電極マイナス極性ピーク期間Ｔpnのみを取り出して表示した溶接電流及び溶接電圧波形図である。同図（Ａ）は溶接電流Ｉｗの波形を示し、同図（Ｂ）は溶接電圧Ｖｗの波形を示す。同図は、短絡が、電極マイナス極性ピーク期間Ｔpnの解し時点（時刻ｔ２）から上記の基準値が経過した以後の時刻ｔ23に発生した場合である。同図は、図１と対応している。以下、同図を参照して説明する。

時刻ｔ２において、電極マイナス極性ピーク期間Ｔpnが開始すると、同図（Ａ）に示すように、上記の電極マイナス極性ピーク電流Ｉpnが通電し、同図（Ｂ）に示すように、アーク長に比例した電極マイナス極性ピーク電圧値が印加する。時刻ｔ２3において、溶接ワイヤ先端の溶滴と溶融池とが接触して短絡が発生すると、同図（Ｂ）に示すように、溶接電圧Ｖｗは数Ｖの短絡電圧値に急減する。このときに、電極マイナス極性ピーク期間Ｔpnが開始してからの経過時間（ｔ２〜ｔ23の時間）が上記の基準値よりも長いために、この時刻ｔ23から所定時間後の時刻ｔ３において極性を反転させて、電極プラス極性ピーク期間Ｔｐに切り換える。この所定時間は、０〜０．２ms程度に設定される。この所定時間は、短絡状態がより確実になるまで処理を待機させる時間である。このタイミングで極性が切り換えられるために、時刻ｔ２からの電極マイナス極性ピーク期間Ｔpnの時間長さは本来の設定値よりも短くなる。時刻ｔ３において、電極プラス極性ピーク期間Ｔｐに入ると、同図（Ｂ）に示すように、溶接電圧Ｖｗの極性は反転（正の値）するが短絡電圧値のままである。同時に、同図（Ａ）に示すように、溶接電流Ｉｗは予め定めた電極プラス極性ピーク電流値Ｉｐとなる。極性が電極プラス極性になり、大電流値の電極プラス極性ピーク電流Ｉｐが通電するので、溶滴に作用するピンチ力が強くなりくびれが形成され、かつ、溶滴が溶融池方向へと押し出される力が作用するので、溶滴は溶融池へと移行し、時刻ｔ31においてアークが再発生する。時刻ｔ31においてアークが再発生すると、同図（Ｂ）に示すように、溶接電圧Ｖｗは元のアーク電圧値に急増する。そして、電極プラス極性ピーク期間Ｔｐは、所定時間だけ続くことになる。

同図は、短絡が電極マイナス極性ピーク期間Ｔpnの中期以後に発生した場合であるので、短絡が発生した時点における溶滴サイズは成長が急速に進行した後であるので大きくなる。したがって、図１のように溶接電流を増加させるだけでは円滑な溶滴移行を行うことはできない。そこで、極性を電極プラス極性に切り換えると共に、大電流値の電極プラス極性ピーク電流Ｉｐを通電することで、円滑な溶滴移行を促し、速やかにアークを再発生させている。このために、短絡に伴うスパッタの発生を抑制することができ、安定した溶接状態を維持することができる。

上述した図１及び図２の動作を整理すると、以下のようになる。電極マイナス極性ピーク期間Ｔpn中に短絡が発生し、そのときの溶滴サイズが基準値よりも小さいときは図１のように溶接電流を増加させて短絡の解除を促し、溶滴サイズが基準値よりも大きいときは短絡判別時点で電極プラス極性ピーク期間Ｔｐに切り換えて短絡の解除を促す。溶滴サイズは、溶滴サイズに相関する値によって検出する。溶滴サイズに相関する値としては、電極マイナス極性ピーク期間Ｔpnが開始してからの経過時間又は電極マイナス極性ピーク期間Ｔpnが開始してからの溶接電流の積分値を使用する。基準値は、それぞれに対応して適正値に設定される。溶滴サイズに相関する値が経過時間であるときの基準値は例えば１msに設定され、電流の積分値であるときの基準値は例えば３５０A・msに設定される。これらの処理は、以下のように整理することができる。
１）電極マイナス極性ピーク期間Ｔpnが開始されると、溶滴サイズに相関する値の算出を開始する。
２）短絡が発生した時点における上記の溶滴サイズに相関する値と予め定めた基準値とを比較する。
３）溶滴サイズに相関する値が基準値未満のときは、短絡期間中の溶接電流を増加させる。
４）溶滴サイズに相関する値が基準値以上のときは、その時点で電極プラス極性ピーク期間Ｔｐに切り換える。

図３は、上述した本発明の実施の形態に係る交流パルスアーク溶接制御方法を実施するための溶接電源のブロック図である。同図は、上記の電極マイナス極性ベース期間Ｔbnがフィードバック制御によって変化する場合である。同図において、上述した極性切換時の高電圧印加回路については省略している。以下、同図を参照して各ブロックについて説明する。

インバータ回路ＩＮＶは、３相２００Ｖ等の交流商用電源（図示は省略）を入力として、整流及び平滑した直流電圧を、後述する電流誤差増幅信号Ｅｉによるパルス幅変調制御によりインバータ制御を行い、高周波交流を出力する。インバータトランスＩＮＴは、高周波交流電圧をアーク溶接に適した電圧値に降圧する。２次整流器Ｄ２ａ〜Ｄ２ｄは、降圧された高周波交流を直流に整流する。電極プラス極性トランジスタＰＴＲは後述する電極プラス極性駆動信号Ｐｄによってオン状態になり、このときは溶接電源の出力は電極プラス極性ＥＰになる。電極マイナス極性トランジスタＮＴＲは後述する電極マイナス極性駆動信号Ｎｄによってオン状態になり、このときは溶接電源の出力は電極マイナス極性ＥＮになる。リアクトルＷＬは、リップルのある出力を平滑する。溶接ワイヤ１は、ワイヤ送給モータＷＭに結合された送給ロール５の回転によって溶接トーチ４内を送給されて、母材２との間にアーク３が発生する。溶接ワイヤ１と母材２との間には溶接電圧Ｖｗが印加し、溶接電流Ｉｗが通電する。

電圧検出回路ＶＤは、上記の溶接電圧Ｖｗを検出して、電圧検出信号Ｖｄを出力する。電圧平均化回路ＶＡＶは、この電圧検出信号Ｖｄの絶対値を平均化して、電圧平均値信号Ｖavを出力する。電圧設定回路ＶＲは、予め定めた電圧設定信号Ｖｒを出力する。電圧誤差増幅回路ＥＶは、この電圧設定信号Ｖｒと上記の電圧平均値信号Ｖavとの誤差を増幅して、電圧誤差増幅信号Ｅｖを出力する。電圧・周波数変換回路ＶＦは、この電圧誤差増幅信号Ｅｖに比例した周波数の信号に変換して、この周波数ごとに短時間だけＨｉｇｈレベルになるパルス周期信号Ｔｆを出力する。このパルス周期信号Ｔｆは、パルス周期ごとに短時間Ｈｉｇｈレベルとなるトリガ信号である。

電極プラス極性ピーク期間設定回路ＴＰＲは、予め定めた電極プラス極性ピーク期間設定信号Ｔprを出力する。電極マイナス極性ピーク期間設定回路ＴＰＮＲは、予め定めた電極マイナス極性ピーク期間設定信号Ｔpnrを出力する。電極プラス極性ベース期間設定回路ＴＢＲは、予め定めた電極プラス極性ベース期間設定信号Ｔbrを出力する。タイマ回路ＴＭは、上記のパルス周期信号Ｔｆ、上記の電極プラス極性ピーク期間設定信号Ｔpr、上記の電極マイナス極性ピーク期間設定信号Ｔpnr、上記の電極プラス極性ベース期間設定信号Ｔbr及び後述する期間切換信号Ｔｃを入力として、上記のパルス周期信号Ｔｆが短時間Ｈｉｇｈレベルに変化するごとに、上記の電極マイナス極性ピーク期間設定信号Ｔpnrによって定まる期間中はその値が１となり、但し、期間切換信号ＴｃがＨｉｇｈレベルに変化したときはこの期間を途中で終了し、、続いて上記の電極プラス極性ピーク期間設定信号Ｔprによって定まる期間中はその値が２となり、続いて上記の電極プラス極性ベース期間設定信号Ｔbrによって定まる期間中はその値が３となり、それ以後の電極マイナス極性ベース期間中はその値が４となる、タイマ信号Ｔｍを出力する。

電極プラス極性ピーク電流設定回路ＩＰＲは、予め定めた電極プラス極性ピーク電流設定信号Ｉprを出力する。電極マイナス極性ピーク電流設定回路ＩＰＮＲは、後述する電流増加信号Ｔupを入力として、電流増加信号ＴupがＬｏｗレベルのときはその値が所定値となり、電流増加信号ＴupがＨｉｇｈレベルのときはこの所定値から次第に増加する値となる電極マイナス極性ピーク電流設定信号Ｉpnrを出力する。電極マイナス極性ベース電流設定回路ＩＢＮＲは、予め定めた電極マイナス極性ベース電流設定信号Ｉbnrを出力する。電極プラス極性ベース電流設定回路ＩＢＲは、予め定めた電極プラス極性ベース電流設定信号Ｉbrを出力する。切換回路ＳＷは、上記のタイマ信号Ｔｍ、上記の電極プラス極性ピーク電流設定信号Ｉpr、上記の電極マイナス極性ピーク電流設定信号Ｉpnr、上記の電極マイナス極性ベース電流設定信号Ｉbnr及び上記の電極プラス極性ベース電流設定信号Ｉbrを入力として、上記のタイマ信号Ｔｍ＝１のとき上記の電極マイナス極性ピーク電流設定信号Ｉpnrを電流設定信号Ｉｒとして出力し、タイマ信号Ｔｍ＝２のとき上記の電極プラス極性ピーク電流設定信号Ｉprを電流設定信号Ｉｒとして出力し、タイマ信号Ｔｍ＝３のとき上記の電極プラス極性ベース電流設定信号Ｉbrを電流設定信号Ｉｒとして出力し、タイマ信号Ｔｍ＝４のとき上記の電極マイナス極性ベース電流設定信号Ｉbnrを電流設定信号Ｉｒとして出力する。電流検出回路ＩＤは、上記の溶接電流Ｉｗの絶対値を検出して、電流検出信号Ｉｄを出力する。電流誤差増幅回路ＥＩは、上記の電流設定信号Ｉｒと上記の電流検出信号Ｉｄとの誤差を増幅して、電流誤差増幅信号Ｅｉを出力する。

駆動回路ＤＶは、上記のタイマ信号Ｔｍを入力として、上記のタイマ信号Ｔｍ＝１又は４のとき上記の電極マイナス極性駆動信号Ｎｄを出力し、タイマ信号Ｔｍ＝２又は３のとき上記の電極プラス極性駆動信号Ｐｄを出力する。これによって、電極マイナス極性ベース期間及び電極マイナス極性ピーク期間は電極マイナス極性となり、電極プラス極性ピーク期間及び電極プラス極性ベース期間は電極プラス極性となる。送給速度設定回路ＦＲは、予め定めた送給速度設定信号Ｆｒを出力する。送給制御回路ＦＣは、この送給速度設定信号Ｆｒを入力として、その値に対応した送給速度で溶接ワイヤ１を送給するための送給制御信号Ｆｃを上記のワイヤ送給モータＷＭに出力する。

短絡判別回路ＳＤは、上記の電圧検出信号Ｖｄを入力として、その値がしきい値未満のときはＨｉｇｈレベルとなる短絡判別信号Ｓｄを出力する。このしきい値は、短絡とアークとを判別する値であり、例えば１０Ｖ程度に設定される。溶滴サイズ相関値算出回路ＴＤは、上記のタイマ信号Ｔｍ及び上記の電流検出信号Ｉｄを入力として、タイマ信号Ｔｍが１（電極マイナス極性ピーク期間）に変化した時点からの時間経過又は電流検出信号Ｉｄの積分値を溶滴サイズ相関値信号Ｔｄとして出力する。短絡処理回路ＳＣは、この溶滴サイズ相関値信号Ｔｄ、上記のタイマ信号Ｔｍ及び上記の短絡判別信号Ｓｄを入力として、タイマ信号Ｔｍ＝１であり、かつ、短絡判別信号ＳｄがＨｉｇｈレベルに変化した時点における溶滴サイズ相関値信号Ｔｄの値が予め定めた基準値未満であるときは短絡判別信号Ｓｄをそのまま電流増加信号Ｔupとして出力し、溶滴サイズ相関値信号Ｔｄの値が上記の基準値以上であるときは期間切換信号ＴｃをＨｉｇｈレベルに変化させて出力する。

同図において、電極プラス極性ベース期間Ｔｂを削除するときには、上記の電極プラス極性ベース期間設定信号Ｔbr＝０に設定すれば良い。

上述した実施の形態によれば、電極マイナス極性ピーク期間中に溶接ワイヤと母材との間に短絡が発生し、この短絡の発生時点での溶滴サイズに相関する値が基準値未満であるときはこの短絡期間中に電極マイナス極性ピーク電流よりも大きな値の溶接電流を通電し、溶滴サイズに相関する値が上記の基準値以上であるときは短絡発生時点で前記電極プラス極性ピーク期間に切り換える。上記の溶滴サイズに相関する値は、電極マイナス極性ピーク期間の開始時点からの経過時間又は電極マイナス極性ピーク期間の開始時点からの溶接電流の積分値である。これにより、溶滴サイズに相関する値が基準値未満のときは、短絡が電極マイナス極性ピーク期間Ｔpnの早期に発生した場合であるので、短絡が発生した時点における溶滴サイズは成長の早期であるのであまり大きくない。したがって、溶接電流を増加させることで、溶滴移行を促すことができ、速やかにアークを再発生させることができる。このために、短絡に伴うスパッタの発生は少なく、安定した溶接状態を維持することができる。他方、溶滴サイズに相関する値が基準値以上のときは、短絡が電極マイナス極性ピーク期間Ｔpnの中期以後に発生した場合であるので、短絡が発生した時点における溶滴サイズは成長が急速に進行した後であるので大きくなる。したがって、溶接電流を増加させるだけでは円滑な溶滴移行を行うことはできない。そこで、極性を電極プラス極性に切り換えると共に、大電流値の電極プラス極性ピーク電流を通電することで、円滑な溶滴移行を促し、速やかにアークを再発生させている。このために、短絡に伴うスパッタの発生を抑制することができ、安定した溶接状態を維持することができる。

１ 溶接ワイヤ
２ 母材
３ アーク
４ 溶接トーチ
５ 送給ロール
ＤＶ 駆動回路
ＥＩ 電流誤差増幅回路
Ｅｉ 電流誤差増幅信号
ＥＮ 電極マイナス極性
ＥＰ 電極プラス極性
ＥＶ 電圧誤差増幅回路
Ｅｖ 電圧誤差増幅信号
ＦＣ 送給制御回路
Ｆｃ 送給制御信号
ＦＲ 送給速度設定回路
Ｆｒ 送給速度設定信号
Ｉｂ 電極プラス極性ベース電流
Ｉbn 電極マイナス極性ベース電流
ＩＢＮＲ 電極マイナス極性ベース電流設定回路
Ｉbnr 電極マイナス極性ベース電流設定信号
ＩＢＲ 電極プラス極性ベース電流設定回路
Ｉbr 電極プラス極性ベース電流設定信号
ＩＤ 電流検出回路
Ｉｄ 電流検出信号
ＩＮＴ インバータトランス
ＩＮＶ インバータ回路
Ｉｐ 電極プラス極性ピーク電流
Ｉpn 電極マイナス極性ピーク電流
ＩＰＮＲ 電極マイナス極性ピーク電流設定回路
Ｉpnr 電極マイナス極性ピーク電流設定信号
ＩＰＲ 電極プラス極性ピーク電流設定回路
Ｉpr 電極プラス極性ピーク電流設定信号
Ｉｒ 電流設定信号
Ｉｗ 溶接電流
Ｎｄ 電極マイナス極性駆動信号
ＮＴＲ 電極マイナス極性トランジスタ
Ｐｄ 電極プラス極性駆動信号
ＰＴＲ 電極プラス極性トランジスタ
Ｒen 電極マイナス極性電流比率
ＳＣ 短絡処理回路
ＳＤ 短絡判別回路
Ｓｄ 短絡判別信号
ＳＷ 切換回路
Ｔｂ 電極プラス極性ベース期間
Ｔbn 電極マイナス極性ベース期間
ＴＢＲ 電極プラス極性ベース期間設定回路
Ｔbr 電極プラス極性ベース期間設定信号
Ｔｃ 期間切換信号
ＴＤ 溶滴サイズ相関値算出回路
Ｔｄ 溶滴サイズ相関値信号
Ｔen 電極マイナス極性期間
Ｔｆ パルス周期（信号）
ＴＭ タイマ回路
Ｔｍ タイマ信号
Ｔｐ 電極プラス極性ピーク期間
Ｔpn 電極マイナス極性ピーク期間
ＴＰＮＲ 電極マイナス極性ピーク期間設定回路
Ｔpnr 電極マイナス極性ピーク期間設定信号
ＴＰＲ 電極プラス極性ピーク期間設定回路
Ｔpr 電極プラス極性ピーク期間設定信号
Ｔup 電流増加信号
ＶＡＶ 電圧平均化回路
Ｖav 電圧平均値信号
ＶＤ 電圧検出回路
Ｖｄ 電圧検出信号
ＶＦ 電圧・周波数変換回路
ＶＲ 電圧設定回路
Ｖｒ 電圧設定信号
Ｖｗ 溶接電圧
ＷＬ リアクトル
ＷＭ ワイヤ送給モータ

Claims (4)

1. 溶接ワイヤを予め定めた送給速度で送給すると共に、電極マイナス極性ベース期間中は臨界値未満の電極マイナス極性ベース電流を通電し、続けて電極マイナス極性ピーク期間中は前記電極マイナス極性ベース電流よりも大きな値の電極マイナス極性ピーク電流を通電し、続けて電極プラス極性ピーク期間中は臨界値以上の電極プラス極性ピーク電流を通電し、これらの溶接電流の通電を１周期として繰り返して溶接を行う交流パルスアーク溶接制御方法において、
   前記電極マイナス極性ピーク期間中に前記溶接ワイヤと母材との間に短絡が発生し、この短絡の発生時点での溶滴サイズに相関する値が基準値未満であるときはこの短絡期間中に電極マイナス極性ピーク電流よりも大きな値の溶接電流を通電し、前記溶滴サイズに相関する値が前記基準値以上であるときは前記短絡発生時点で前記電極プラス極性ピーク期間に切り換える、
   ことを特徴とする交流パルスアーク溶接制御方法。
2. 前記溶滴サイズに相関する値が、前記電極マイナス極性ピーク期間の開始時点からの経過時間である、
   ことを特徴とする請求項１記載の交流パルスアーク溶接制御方法。
3. 前記溶滴サイズに相関する値が、前記電極マイナス極性ピーク期間の開始時点からの前記溶接電流の積分値である、
   ことを特徴とする請求項１記載の交流パルスアーク溶接制御方法。
4. 前記電極プラス極性ピーク期間に続けて、臨界値未満の電極プラス極性ベース電流を通電する電極プラス極性ベース期間を設けて１周期としたことを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の交流パルスアーク溶接制御方法。

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