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WO2019203162A1 - アーク溶接制御方法 - Google Patents

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WO2019203162A1
WO2019203162A1 PCT/JP2019/016032 JP2019016032W WO2019203162A1 WO 2019203162 A1 WO2019203162 A1 WO 2019203162A1 JP 2019016032 W JP2019016032 W JP 2019016032W WO 2019203162 A1 WO2019203162 A1 WO 2019203162A1
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WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
wire
feeding
welding
control method
welding wire
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Ceased
Application number
PCT/JP2019/016032
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
雄也 古山
潤司 藤原
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Panasonic Intellectual Property Management Co Ltd
Original Assignee
Panasonic Intellectual Property Management Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Panasonic Intellectual Property Management Co Ltd filed Critical Panasonic Intellectual Property Management Co Ltd
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Priority to EP19788467.9A priority patent/EP3782756B1/en
Priority to JP2020514356A priority patent/JP7365598B2/ja
Publication of WO2019203162A1 publication Critical patent/WO2019203162A1/ja
Priority to US17/072,859 priority patent/US12390874B2/en
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Ceased legal-status Critical Current

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    • B23K2103/08—Non-ferrous metals or alloys
    • B23K2103/12—Copper or alloys thereof

Definitions

  • the present invention relates to a consumable electrode type arc welding control method.
  • Patent Document 1 discloses that when a short-circuit does not occur before the wire feeding speed reaches a predetermined wire feeding speed during the normal feeding of the welding wire and during the deceleration of the wire feeding speed, The change is stopped and the wire feeding speed is controlled to be constant to the first feeding speed, and when a short circuit occurs during normal feeding by the first feeding speed, deceleration is started from the first feeding speed and periodically
  • An arc welding control method is disclosed in which welding is resumed by restarting various changes. According to this method, even when a disturbance such as a change in the distance between the tip and the base material occurs, a uniform weld bead can be obtained without increasing spatter.
  • the welding wire is forwardly fed to the base material at a higher feed speed than usual, the welding wire will swiftly collide with the base material, resulting in an increase in spatter when a short circuit occurs.
  • the feeding speed of the welding wire is large, the frequency at which the welding wire and the base material are short-circuited without going through the droplets at the tip of the wire increases, and the short-circuiting period becomes longer, which makes the short-circuit cycle unstable. Arc stability is impaired.
  • the present invention has been made in view of the above points, and an object thereof is to provide a consumable electrode type arc welding control method capable of reducing spatter and stabilizing the arc at the time of a short circuit.
  • the arc welding control method alternately performs forward feeding for feeding the welding wire in the direction of the object to be welded and reverse feeding for feeding the welding wire in the opposite direction.
  • a consumable electrode type arc welding control method in which the welding wire is fed at a wire feed speed periodically changed at a predetermined cycle and a predetermined amplitude, and welding is performed by repeating an arc period and a short-circuit period. The first wire that stops feeding of the welding wire until the first feeding stop period elapses from the time when the change in the wire feeding speed has passed a half cycle during normal feeding of the welding wire.
  • the welding after the predetermined period of time The ear, characterized in that cause backhaul.
  • this method it is possible to reduce the impact when the welding wire collides with the object to be welded, and to reduce spatter during a short circuit.
  • by reliably short-circuiting the welding wire and the object to be welded via the droplets formed at the tip of the welding wire it is possible to suppress an increase in the short-circuit period, stabilize the short-circuit period, and stabilize the arc. Can be improved.
  • arc welding control method it is possible to reduce spatter during a short circuit. Moreover, arc stability can be improved.
  • FIG. 1 is a schematic view showing a configuration of an arc welding apparatus according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a time chart showing various output waveforms during arc welding.
  • FIG. 3 is a time chart showing various output waveforms for comparison.
  • FIG. 4 is a diagram showing the relationship between the basic feeding speed of the welding wire, the first feeding speed, and the second feeding speed.
  • FIG. 5 is a diagram showing the relationship between the wire diameter of the welding wire and the first and second feeding stop periods.
  • FIG. 6 is a time chart showing an output waveform of the wire feed speed during arc welding according to a modification.
  • FIG. 1 shows a schematic diagram of a configuration of an arc welding apparatus according to the present embodiment.
  • the arc welding apparatus 17 performs welding by repeatedly performing an arc state and a short-circuit state between a workpiece 18 as a welding object and a welding wire 19 as a consumable electrode.
  • the welding wire 19 is made of a copper alloy, but is not particularly limited thereto, and may be made of other materials.
  • the wire diameter of the welding wire 19 is 1.0 mm.
  • an inert gas such as argon is used as an assist gas during arc welding. That is, the arc welding shown in the present embodiment is so-called MIG welding (Metal Inert Gas welding).
  • MIG welding Metal Inert Gas welding
  • other gases for example, a gas containing carbon dioxide as a main component may be used.
  • the gas which has carbon dioxide as a main component means the gas which contains 30% or more of carbon dioxide, and other components are inert gas, such as argon, for example. These will be described later.
  • the arc welding device 17 includes a main transformer (transformer) 2, a primary side rectification unit 3, a switching unit 4, a DCL (reactor) 5, a secondary side rectification unit 6, a welding current detection unit 7, and welding. It has a voltage detection unit 8, a short circuit / arc detection unit 9, an output control unit 10, and a wire feed speed control unit 14.
  • the primary side rectification unit 3 rectifies the input voltage input from the input power source 1 outside the arc welding device 17.
  • the switching unit 4 controls the output of the primary side rectification unit 3 to an output suitable for welding.
  • the main transformer 2 converts the output of the switching unit 4 into an output suitable for welding.
  • the secondary side rectification unit 6 rectifies the output of the main transformer 2.
  • a DCL (reactor) 5 smoothes the output of the secondary side rectification unit 6 to a current suitable for welding.
  • the welding current detection unit 7 detects the welding current.
  • the welding voltage detector 8 detects the welding voltage. Based on the output of the welding voltage detection unit 8, the short-circuit / arc detection unit 9 determines whether the welding state is a short-circuit state in which the workpiece 18 and the welding wire 19 are short-circuited or between the workpiece 18 and the welding wire 19. Whether or not the arc 20 is generated is determined.
  • the output control unit 10 includes a short-circuit control unit 11 and an arc control unit 12, and outputs a control signal to the switching unit 4 to control the welding output.
  • the short-circuit control unit 11 determines that the short-circuit / arc detection unit 9 is in the short-circuit state
  • the short-circuit control unit 11 controls the short-circuit current that is the welding current during the short-circuit period.
  • the arc control unit 12 controls the arc current, which is a welding current during the arc period, when the short circuit / arc detection unit 9 determines that the arc state is present.
  • the short circuit / arc control unit 9 when it is determined that the short circuit / arc control unit 9 is in the short circuit state or the arc state, the short circuit / arc control unit 9 sends a detection signal to the wire feed speed control unit 14, and based on this detection signal, the wire feed speed control unit 14. Thus, the switching timing between the forward feed and the reverse feed of the welding wire 19 is determined.
  • the wire feed speed control unit 14 includes a wire feed speed detection unit 15 and a calculation unit 16, and controls the wire feed unit 22 to control the feed rate of the welding wire 19.
  • the wire feed speed detector 15 detects a wire feed speed Vf (see FIG. 2) described later.
  • the calculation unit 16 calculates an integrated amount of the feed amount of the welding wire 19 based on a signal from the wire feed speed detection unit 15.
  • a control signal for stopping feeding of the welding wire 19 and a control signal for switching between forward feeding and reverse feeding of the welding wire 19 are output to the wire feeding unit 22.
  • the arc welding device 17 is connected to a welding condition setting unit 13 and a wire feeding unit 22.
  • the welding condition setting unit 13 is used for setting welding conditions in the arc welding apparatus 17.
  • the wire feeding unit 22 controls the feeding of the welding wire 19 based on the signal from the wire feeding speed control unit 14.
  • the welding output of the arc welding device 17 is supplied to the welding wire 19 via the welding tip 21. Then, welding is performed by generating an arc 20 between the welding wire 19 and the workpiece 18 by the welding output of the arc welding device 17.
  • FIG. 2 shows time charts of various output waveforms during arc welding according to the present embodiment. Specifically, the wire feed rate Vf, the welding current Aw, and the welding voltage Vw over time are shown in arc welding in which the short-circuit period Ts and the arc period Ta are alternately repeated. Moreover, the time change of the droplet transfer state Ww at the tip of the welding wire 19 is also shown.
  • the wire feed speed Vf which is the feed speed of the welding wire 19, periodically changes with a predetermined period and a predetermined amplitude.
  • the cycle of the wire feed speed Vf corresponds to the sum of the short-circuit period Ts and the arc period Ta.
  • the welding wire 19 is fed toward the workpiece 18, that is, the forward feed operation is performed. Done.
  • the welding wire 19 is fed away from the workpiece 18, that is, a reverse feed operation is performed.
  • the waveform of the wire feed speed Vf that is, the shape such as the period, amplitude, and inclination is determined in advance for each set current set in the arc welding apparatus 17.
  • the welding wire 19 is fed forward, and the welding current Aw increases to a predetermined peak current value based on a control signal from the arc control unit 12. Thereby, the melting rate at the tip of the welding wire 19 is increased to form droplets. And a droplet is made to transfer to the fusion pool which is not illustrated in the short circuit period Ts.
  • arc welding of the workpiece 18 is performed by repeating the arc period Ta and the short-circuit period Ts.
  • short circuit period Ts in order to open a short circuit state, it controls so that welding current Aw is increased with progress of time.
  • this operation will be further described in detail.
  • the arc period Ta starts from time t1, and the welding wire 19 is fed forward toward the workpiece 18 while accelerating. Further, as described above, the welding current Aw starts to increase, the welding voltage Vw rises rapidly, reaches a predetermined voltage value, and then gradually decreases. Further, immediately after the time t1, as shown in the state (a), the arc 20 starts to be generated between the workpiece 18 and the welding wire 19. When the wire feed speed Vf that changes sinusoidally reaches the maximum value at time t2, when the welding wire 19 begins to decelerate, the welding current Aw also decreases. At this time, as shown in the state (b), a droplet is formed at the tip of the welding wire 19, the arc 20 grows, and a molten pool (not shown) is formed on the work 18.
  • this feed stop may be referred to as a first feed stop step.
  • a predetermined period in which the feeding is stopped when the welding wire 19 is forwarded may be referred to as a first feeding stop period Tz1.
  • Tz3 a predetermined period in which the feeding is stopped when the welding wire 19 is forwarded.
  • the welding wire 19 starts to be fed forward at a constant feeding speed (hereinafter sometimes referred to as the first feeding speed Vf1).
  • the resumed normal feeding operation may be referred to as a first wire normal feeding step.
  • the first feed speed Vf1 is set to a smaller value than the basic feed speed Vf0 determined according to the set welding current (hereinafter sometimes referred to as a set current).
  • the basic feed speed Vf0 is a speed corresponding to the moving average of the wire feed speed Vf that changes in a sine wave shape.
  • the short circuit / arc detection unit 9 detects this short circuit, and a detection signal is sent to the wire feed speed control unit 14, so that the feeding operation of the welding wire 19 is reversed from the normal feed.
  • the short-circuit period Ts starts. Further, from time t5, the welding wire 19 is fed back in a direction away from the workpiece 18 while accelerating.
  • the welding current Aw starts to increase and reaches a predetermined peak current value.
  • the welding voltage Vw rises rapidly, and gradually decreases after reaching a predetermined voltage value.
  • the welding current Aw also decreases when the speed at which the welding wire 19 reversely feeds starts to decrease. At this time, as shown in the state (e), the tip of the welding wire 19 remains in contact with the workpiece 18.
  • the reverse feed stop speed Vf0 ' is a reverse feed side wire feed stop threshold and is a value corresponding to a negative value (-Vf0) of the basic feed speed Vf0.
  • the basic feed speed Vf0 is used as the threshold value for the wire feed stop on the forward feed side
  • the reverse feed stop threshold value Vf0 ′ is fed back as the threshold value for the wire feed stop on the reverse feed side for a simple configuration. It is used as a predetermined threshold on the side.
  • this supply stop may be referred to as a second supply stop step.
  • a predetermined period in which the feeding is stopped when the welding wire 19 is reversely fed may be referred to as a second feeding stop period Tz2.
  • the welding wire 19 is constricted near the tip, and the tip of the welding wire 19 is in contact with the workpiece 18 in a thin state (see state (f)). .
  • the welding current Aw further decreases.
  • the welding wire 19 starts to be fed backward at a constant feeding speed (hereinafter sometimes referred to as a second feeding speed Vf2).
  • a second feeding speed Vf2 the resumed reverse feed operation may be referred to as a first wire reverse feed step.
  • the second feed speed Vf2 is set to a value smaller than the basic feed speed Vf0 described above.
  • the short-circuit / arc detection unit 9 detects a short-circuit opening between the welding wire 19 and the workpiece 18 and determines that an arc state has been reached. In addition, a short circuit open detection signal is sent to the wire feed speed control unit 14, the feed operation of the welding wire 19 is switched from reverse feed to normal feed, and the short circuit period Ts starts again.
  • the welding wire 19 is fed at a wire feed speed Vf that is periodically changed with a predetermined period and a predetermined amplitude, and the welding is performed by repeating the arc period Ta and the short-circuit period Ts.
  • This is an electrode-type arc welding control method.
  • the welding wire 19 is fed at a basic feeding speed Vf0 or less from the time when the change in the wire feeding speed Vf has passed a half cycle until the first feeding stop period Tz1 has passed.
  • a wire forward feeding step, and the welding wire 19 is fed backward after the predetermined period.
  • the short-circuit / arc control unit 9 short-circuits the workpiece 18 and the welding wire 19 from the time when the first feeding stop period Tz1 has elapsed (time t4) during the predetermined period. This corresponds to the period up to time t5 when detecting.
  • the feeding of the welding wire 19 is stopped before the collision between the welding wire 19 and the workpiece 18, and the welding is performed at the first supply speed Vf1 which is lower than the basic feeding speed Vf0 after the feeding is stopped.
  • the wire 19 is retransmitted to collide with the work 19 and short-circuit.
  • the impact when the welding wire 19 collides with the workpiece 18 can be reduced, and the spatter at the time of short circuit can be reduced.
  • the welding wire 19 when the welding wire 19 is reversely fed, the welding wire 19 is maintained until the second feeding stop period Tz2 elapses after the change of the wire feeding speed Vf has passed a half cycle.
  • a second wire feeding stop step for stopping the feeding of the wire, and a reverse feed of the welding wire 19 at the second feeding speed Vf2 until a predetermined period elapses after the second feeding stop period Tz2 has elapsed.
  • a first wire reverse feeding step for causing the welding wire 19 to be fed forward after the predetermined period.
  • the short-circuit / arc control unit 9 short-circuits the workpiece 18 and the welding wire 19 from the time when the second feeding stop period Tz2 has elapsed (time t7) during the predetermined period. This corresponds to a period until time t8 when the opening is detected.
  • the welding wire 19 is stopped before the welding wire 19 is pulled away from the workpiece 18 and separated, and the absolute value is smaller than the absolute value of the basic feeding speed Vf0 after the feeding is stopped.
  • the welding wire 19 is retransmitted at the second supply speed Vf2 and detached from the work 19.
  • the welding wire 19 is properly constricted, and the droplet at the tip falls toward the workpiece 18 due to its own weight, so that the welding wire 19 can be reliably pulled off from the workpiece 18 and separated.
  • the welding wire 19 from being constricted excessively, it is possible to prevent the timing at which the welding wire 19 is torn off from the workpiece 18 due to the material of the welding wire 19, the wire diameter, or the like from being varied.
  • the welding wire 19 is preferably made of any one of aluminum, aluminum alloy, copper, or copper alloy that has low viscosity when melted. These will be further described below.
  • FIG. 3 shows a time chart of various output waveforms for comparison, and shows time changes of the wire feed speed Vf, the welding current Aw, and the welding voltage Vw, as shown in FIG. Moreover, the time change of the droplet transfer state Ww at the tip of the welding wire 19 is also shown.
  • the time chart shown in FIG. 2 and the time chart shown in FIG. 3 differ in the waveform of the wire feed speed Vf that changes periodically.
  • the wire feed speed Vf shown in FIG. 3 is the basic feed speed Vf0 at time t11, from which the speed increases and reaches a maximum value (corresponding to a quarter cycle), and then decelerates to time t12.
  • the third feeding speed Vf3 is a value larger than the basic feeding speed Vf0.
  • the wire feed speed Vf starts to decrease from the time when the short-circuit between the welding wire 19 and the workpiece 18 is detected by the short-circuit / arc detection unit 9 (time t13), and is switched to the reverse-feed operation at time t14. After the wire feed speed Vf reaches the minimum value, the speed at which the welding wire 19 reversely feeds starts to decrease, and is maintained at a predetermined speed at the time t15, in this case, the fourth feed speed Vf4. As shown in FIG. 3, the fourth feeding speed Vf4 is a value larger than the basic feeding speed Vf0.
  • the absolute value of the wire feed speed Vf starts to decrease from the time (time t16) when the short-circuit / arc detection unit 9 detects the short-circuit opening between the welding wire 19 and the workpiece 18, and the normal feed operation is started after a predetermined period. Switch.
  • the welding wire 19 is fed at a speed having a larger absolute value than the basic feed speed Vf0 (third feed speed Vf3), although it is somewhat decelerated.
  • Vf0 third feed speed
  • Vf3 third feed speed
  • tip of the welding wire 19 may cause a movement delay by inertia.
  • the welding wire 19 is made of a material having a low viscosity at the time of melting, such as aluminum, an aluminum alloy, copper, or a copper alloy, this tendency is strengthened.
  • the welding wire 19 is short-circuited to the workpiece 18 without passing through the droplets, a large amount of spatter is generated at the time of the short-circuit.
  • the variation in the short-circuit cycle becomes large.
  • the separation timing of the welding wire 19 varies. .
  • a speed fourth feeding speed Vf4 whose absolute value is larger than the basic feeding speed Vf0 and is pulled away from the workpiece 18
  • the separation timing of the welding wire 19 varies.
  • the timing at which the welding wire 19 is pulled away from the workpiece 18 varies, and the short-circuit cycle varies accordingly. This reduces the stability of the arc.
  • the bead will not bridge or melt off when the workpiece 18 is a thin plate (for example, a plate thickness of 1.6 mm or less).
  • a thin plate for example, a plate thickness of 1.6 mm or less.
  • the feeding of the welding wire 19 is stopped, and after the feeding is stopped, the welding wire 19 is moved to the workpiece 19 at a low speed (first supply speed Vf1).
  • first supply speed Vf1 the influence of an arc reaction force can be reduced and the droplet of welding wire 19 and the workpiece
  • work 18 can be made to contact reliably, and it can suppress that said problem generate
  • stable high-quality arc welding can be performed by increasing the transfer stability of the droplets.
  • the first and second feeding speeds Vf1 and Vf2 may be fixed values, but as shown in FIG. 4, the first feeding speed Vf1 is set to the basic feeding speed Vf0 of the welding wire 19.
  • the second feeding speed Vf2 may be monotonously increased according to the basic feeding speed Vf0 of the welding wire 19 and may be monotonously decreased.
  • the basic feeding speed Vf0 increases as the welding current Aw increases.
  • the first feed stop period Tz1 and the second feed stop period Tz2 are preferably set so as to monotonously decrease in accordance with the wire diameter of the welding wire 19. If the wire supply speed Vf is the same, the smaller the wire diameter of the welding wire 19, the more difficult the droplets grow, and the slower the droplets fall onto the workpiece 18. Further, the wire protruding length, which is the distance between the welding tip 21 and the workpiece 18, becomes shorter as the wire diameter is smaller. On the other hand, if the wire diameter is large, the growth of welding is fast, the droplets drop quickly on the workpiece 18, and the wire protruding length becomes long.
  • the first and second feeding stop times Tz1 and Tz2 are lengthened, the droplets are sufficiently grown during the forward feeding of the welding wire 19 to promote the drop, and welding is performed.
  • the stringing at the tip of the welding wire 19 is shortened to stabilize the short-circuit cycle.
  • the first and second feeding stop times Tz1 and Tz2 are shortened, respectively, to prevent the droplets from becoming too large during the normal feeding of the welding wire 19 and the variation in the short circuit timing. To do.
  • the welding wire 19 is fed backward, the amount of melting is suppressed, and the amount of spatter when the short circuit is opened is reduced.
  • FIG. 6 shows an output waveform of the wire feed speed during arc welding according to the modification.
  • the wire feed speed Vf changes periodically in a sine wave shape
  • the wire feed speed Vf changes periodically in a trapezoidal wave shape. It differs in that it is changing.
  • the area of the output waveform can be increased by periodically changing the wire feed speed Vf in a trapezoidal shape. That is, the responsiveness of the feeding operation of the welding wire 19 can be improved.
  • the output waveform of the wire feed speed Vf may be a shape other than this as long as the shape changes periodically.
  • the welding wire 19 When the welding wire 19 is forwardly fed, the welding wire 19 is moved from the time when the change of the wire feeding speed Vf has passed a half cycle (time t3) to the time when the feeding stop period has passed (time t4).
  • the feeding is stopped, that is, the feeding of the welding wire 19 is stopped in the first feeding stop step described above, but at the time t3, the distance between the tip of the welding wire 19 and the base material becomes 2 mm or less.
  • the wire feeding speed Vf may not be completely zero, and the value of the wire feeding speed Vf is not zero. It may be a finite value.
  • the feeding speed at an extremely low speed of 2 m / min or less may be included.
  • the collision force against the molten pool during normal feeding of the welding wire 19 can be sufficiently reduced, and the occurrence of spatter can be suppressed.
  • the welding wire 19 is fed back at a time point (time point t7) from the time point when the change in the wire feeding speed Vf that causes the wire feeding speed Vf to pass half a cycle (time point t6) to the point when the feeding stop period elapses (time point t7).
  • the feeding is stopped, that is, the feeding of the welding wire 19 is stopped in the above-described second wire feeding stopping step.
  • the feeding of the welding wire 19 is switched from reverse feeding to normal feeding.
  • the wire feeding speed Vf is It may not be completely zero, and the wire feed speed Vf may be a finite value instead of zero.
  • a feeding speed at an extremely low speed of 2 m / min or less may be included.
  • the arc welding control method of the present invention can improve the welding quality by stabilizing the short-circuit cycle, and can reduce the amount of spatter generated due to the short-circuit, and the forward feed operation and the reverse feed of the welding wire as a consumable electrode. This is useful for application to arc welding in which operations are repeated alternately.

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Abstract

消耗電極である溶接ワイヤ１９をワーク１８の方向に送給する正送と、その逆方向に送給する逆送とを交互に行うとともに、所定の周期及び振幅で周期的に変化させたワイヤ送給速度Ｖｆで送給し、アーク期間Ｔａと短絡期間Ｔｓとを繰り返して溶接を行う。正送時に、ワイヤ送給速度Ｖｆの変化が半周期を経過した時点から第１の送給停止期間Ｔｚ１を経過するまで溶接ワイヤ１９の送給を停止する第１のワイヤ送給停止ステップと、第１の送給停止期間Ｔｚ１の経過時点から所定の期間を経過するまで溶接ワイヤ１９を第１の送給速度Ｖｆ１で正送させる第１のワイヤ正送ステップと、を備え、所定の期間経過後に溶接ワイヤ１９を逆送させる。

Description

アーク溶接制御方法
　本発明は、消耗電極式のアーク溶接制御方法に関する。
　近年、溶接中に発生するスパッタの低減を目的として、溶接ワイヤの送給が正送と逆送とを繰り返し、アーク期間と短絡期間とを交互に発生させて溶接対象物である母材の溶接を行う消耗電極式のアーク溶接が実用化されている。
　例えば、特許文献１には、溶接ワイヤの正送中でワイヤ送給速度の減速中に、ワイヤ送給速度が所定のワイヤ送給速度になるまでに短絡が発生しない場合には、周期的な変化を中止してワイヤ送給速度を第１の送給速度に一定制御し、第１の送給速度による正送中に短絡が発生すると第１の送給速度から減速を開始して周期的な変化を再開して溶接を行うアーク溶接制御方法が開示されている。この方法によれば、チップ－母材間距離が変化する等の外乱が生じた場合にも、スパッタを増加させることなく、均一な溶接ビードを得ることができる。
国際公開第２０１０／１４６８４４号
　特許文献１に開示された従来の方法では、は溶接ワイヤの送給を一定速度に制御することで短絡発生を促進させている。
　しかし、母材に対して通常よりも大きな送給速度で溶接ワイヤを正送させると、溶接ワイヤが勢いよく母材に衝突し、短絡発生時のスパッタが増加してしまう。また、溶接ワイヤの送給速度が大きいと、ワイヤ先端の溶滴を介さずに溶接ワイヤと母材とが短絡発生する頻度が高まり、短絡期間が長くなることで短絡周期が不安定になり、アーク安定性が損なわれてしまう。
　本発明はかかる点に鑑みてなされたもので、その目的は、短絡時のスパッタ低減及びアーク安定化が図れる消耗電極式のアーク溶接制御方法を提供することにある。      
　上記目的を達成するため、本発明に係るアーク溶接制御方法は、溶接ワイヤを溶接対象物の方向に送給する正送と該正送とは逆方向に送給する逆送とを交互に行うとともに、前記溶接ワイヤを所定の周期と所定の振幅で周期的に変化させたワイヤ送給速度で送給し、アーク期間と短絡期間とを繰り返して溶接を行う消耗電極式のアーク溶接制御方法であって、前記溶接ワイヤの正送時に、前記ワイヤ送給速度の変化が半周期を経過した時点から第１の送給停止期間を経過するまで前記溶接ワイヤの送給を停止する第１のワイヤ送給停止ステップと、前記第１の送給停止期間を経過した時点から所定の期間を経過するまで前記溶接ワイヤを第１の送給速度で正送させる第１のワイヤ正送ステップと、を備え、前記所定の期間経過後に前記溶接ワイヤを逆送させることを特徴とする。
　この方法によれば、溶接ワイヤが溶接対象物に衝突する際の衝撃を低減して、短絡時のスパッタを低減することができる。また、溶接ワイヤの先端に形成された溶滴を介して溶接ワイヤと溶接対象物とを確実に短絡させることで、短絡期間が長期化するのを抑制し、短絡周期を安定化させてアーク安定性を向上できる。
　本発明に係るアーク溶接制御方法によれば、短絡時のスパッタを低減することができる。また、アーク安定性を向上できる。
図１は、本発明の一実施形態に係るアーク溶接装置の構成を示す概略図である。 図２は、アーク溶接時の各種出力波形を示すタイムチャートである。 図３は、比較のための各種出力波形を示すタイムチャートである。 図４は、溶接ワイヤの基本送給速度と第１の送給速度及び第２の送給速度との関係を示す図である。 図５は、溶接ワイヤのワイヤ径と第１及び第２の送給停止期間との関係を示す図である。 図６は、変形例に係るアーク溶接時のワイヤ送給速度の出力波形を示すタイムチャートである。
　以下、本発明の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。以下の好ましい実施形態の説明は、本質的に例示に過ぎず、本発明、その適用物或いはその用途を制限することを意図するものでは全くない。
　（実施形態）　
　［アーク溶接装置の構成及び動作］
　図１は、本実施形態に係るアーク溶接装置の構成の概略図を示す。
　アーク溶接装置１７は、溶接対象物であるワーク１８と消耗電極である溶接ワイヤ１９との間で、アーク状態と短絡状態とを繰り返して溶接を行う。なお、本実施形態では、溶接ワイヤ１９は、銅合金からなるが、特にこれに限定されず他の材質であってもよい。また、溶接ワイヤ１９のワイヤ径は１．０ｍｍである。また、アーク溶接時に、アシストガスとしてアルゴン等の不活性ガスを用いている。つまり、本実施形態に示すアーク溶接は、いわゆる、ＭＩＧ溶接（Metal Inert Gas welding）である。ただし、その他のガス、例えば、炭酸ガスを主成分とするガスを用いてもよい。なお、炭酸ガスを主成分とするガスとは、炭酸ガスを３０％以上含んでいるガスのことを言い、それ以外の成分は、例えば、アルゴン等の不活性ガスである。これらについては、後述する。
　アーク溶接装置１７は、主変圧器（トランス）２と、一次側整流部３と、スイッチング部４と、ＤＣＬ（リアクトル）５と、二次側整流部６と、溶接電流検出部７と、溶接電圧検出部８と、短絡／アーク検出部９と、出力制御部１０と、ワイヤ送給速度制御部１４とを有している。
　一次側整流部３は、アーク溶接装置１７の外部にある入力電源１から入力した入力電圧を整流する。スイッチング部４は、一次側整流部３の出力を溶接に適した出力に制御する。主変圧器２は、スイッチング部４の出力を溶接に適した出力に変換する。二次側整流部６は、主変圧器２の出力を整流する。ＤＣＬ（リアクトル）５は、二次側整流部６の出力を溶接に適した電流に平滑する。
　溶接電流検出部７は、溶接電流を検出する。溶接電圧検出部８は、溶接電圧を検出する。短絡／アーク検出部９は、溶接電圧検出部８の出力に基づいて、溶接状態が、ワーク１８と溶接ワイヤ１９とが短絡している短絡状態であるのか、ワーク１８と溶接ワイヤ１９との間でアーク２０が発生しているアーク状態であるのか、を判定する。
　出力制御部１０は、短絡制御部１１とアーク制御部１２とを有し、スイッチング部４に制御信号を出力して溶接出力を制御する。短絡制御部１１は、短絡／アーク検出部９が短絡状態であると判定した場合に、短絡期間の溶接電流である短絡電流の制御を行う。アーク制御部１２は、短絡／アーク検出部９がアーク状態であると判定した場合に、アーク期間の溶接電流であるアーク電流の制御を行う。また、短絡／アーク制御部９は、短絡状態あるいはアーク状態であると判定した場合に、ワイヤ送給速度制御部１４に検出信号を送り、この検出信号に基づいて、ワイヤ送給速度制御部１４で溶接ワイヤ１９の正送及び逆送の切替タイミングが決定される。
　ワイヤ送給速度制御部１４は、ワイヤ送給速度検出部１５と、演算部１６とを有し、ワイヤ送給部２２を制御して溶接ワイヤ１９の送給速度を制御する。ワイヤ送給速度検出部１５は、後述するワイヤ送給速度Ｖｆ（図２参照）を検出する。演算部１６は、ワイヤ送給速度検出部１５からの信号に基づいて、溶接ワイヤ１９の送給量の積算量等を演算する。また、溶接ワイヤ１９の送給を停止させる制御信号や溶接ワイヤ１９の正送と逆送とを切り替える制御信号をワイヤ送給部２２に出力する。
　アーク溶接装置１７には、溶接条件設定部１３とワイヤ送給部２２が接続されている。溶接条件設定部１３は、アーク溶接装置１７に溶接条件を設定するために用いられる。ワイヤ送給部２２は、ワイヤ送給速度制御部１４からの信号に基づいて、溶接ワイヤ１９の送給の制御を行う。
　アーク溶接装置１７の溶接出力は、溶接チップ２１を介して溶接ワイヤ１９に供給される。そして、アーク溶接装置１７の溶接出力により、溶接ワイヤ１９とワーク１８との間にアーク２０を発生させて溶接を行う。
　次に、以上のように構成されたアーク溶接装置１７の動作について、図２を用いて説明する。図２は、本実施形態に係るアーク溶接時の各種出力波形のタイムチャートを示す。具体的には、短絡期間Ｔｓとアーク期間Ｔａとを交互に繰り返すアーク溶接における、ワイヤ送給速度Ｖｆと、溶接電流Ａｗと、溶接電圧Ｖｗの時間変化を示している。また、溶接ワイヤ１９の先端の溶滴移行状態Ｗｗの時間変化もあわせて示している。
　図２に示すように、溶接ワイヤ１９の送給速度であるワイヤ送給速度Ｖｆは所定の周期及び所定の振幅で周期的に変化している。図２から明らかなように、ワイヤ送給速度Ｖｆの周期は、短絡期間Ｔｓとアーク期間Ｔａとの和に相当する。また、ワイヤ送給速度Ｖｆが正（図２では、Ｖｆ＝０の線より上側）の場合は、溶接ワイヤ１９は、ワーク１８に向けて近づくように送給される、つまり、正送動作が行われる。ワイヤ送給速度Ｖｆが負（図２では、Ｖｆ＝０の線より下側）の場合は、溶接ワイヤ１９は、ワーク１８から離れるように送給される、つまり、逆送動作が行われる。なお、ワイヤ送給速度Ｖｆの波形、すなわち、周期や振幅や傾き等の形状は、アーク溶接装置１７に設定される設定電流毎に予め決められている。
　アーク期間Ｔａにおいて、溶接ワイヤ１９は正送されるとともに、溶接電流Ａｗは、アーク制御部１２からの制御信号に基づいて、所定のピーク電流値まで増加する。これにより、溶接ワイヤ１９の先端の溶融速度を高めて溶滴を形成する。そして、短絡期間Ｔｓで溶滴を図示しない溶融プールに移行させる。このようにアーク期間Ｔａと短絡期間Ｔｓとを繰り返すことでワーク１８のアーク溶接を行っている。なお、短絡期間Ｔｓでは、短絡状態を開放させるため、時間の経過に伴って溶接電流Ａｗを増加するように制御する。以下、さらにこの動作について詳細に説明する。
　図２に示すように、時刻ｔ１からアーク期間Ｔａがスタートし、溶接ワイヤ１９は加速しながらワーク１８に向けて正送される。また、前述したように、溶接電流Ａｗが増加し始め、溶接電圧Ｖｗは急速に立ち上がり、所定の電圧値に達した後、緩やかに減少する。また、時刻ｔ１の直後から、状態（ａ）に示すように、ワーク１８と溶接ワイヤ１９との間にアーク２０が発生し始める。時刻ｔ２で、正弦波状に変化するワイヤ送給速度Ｖｆが最大値に達した後、溶接ワイヤ１９が減速し始めると、溶接電流Ａｗも低下する。このとき、状態（ｂ）に示すように、溶接ワイヤ１９の先端には溶滴が形成され、アーク２０が成長して、ワーク１８に溶融プール（図示せず）が形成される。
　時刻ｔ３、つまり、正弦波状に変化するワイヤ送給速度Ｖｆが半周期変化した時点で、言い換えると溶接ワイヤ１９が正送して、ワイヤ送給速度Ｖｆが半周期経過し、減速されたワイヤ送給速度Ｖｆが零の近傍となる時点、または基本送給速度Ｖｆ０以下になった時点で、ワイヤ送給速度Ｖｆは零となり、溶接ワイヤ１９の送給が停止する。また、時刻ｔ３から時刻ｔ４までの所定の期間、溶接ワイヤ１９の送給は停止された状態が維持される。以下、この送給停止を第１の送給停止ステップと呼ぶことがある。また、溶接ワイヤ１９の正送時に、その送給が停止される所定の期間を第１の送給停止期間Ｔｚ１と呼ぶことがある。また、時刻ｔ３の時点で、溶接ワイヤ１９の先端は所定の間隔をあけてワーク１８の上側に位置している（状態（ｃ）参照）。時刻ｔ３を過ぎてから、溶接電流Ａｗはさらに低下する。
　時刻ｔ４から、溶接ワイヤ１９は一定の送給速度（以下、第１の送給速度Ｖｆ１と呼ぶことがある。）で正送し始める。以降の説明で、この再開された正送動作を第１のワイヤ正送ステップと呼ぶことがある。この正送動作によって、状態（ｄ）に示すように、溶接ワイヤ１９の先端がワーク１８に衝突し、溶接ワイヤ１９とワーク１８とが短絡する。なお、第１の送給速度Ｖｆ１は、設定される溶接電流（以下、設定電流と呼ぶことがある。）に応じて決まる基本送給速度Ｖｆ０に比べて小さい値に設定されている。なお、基本送給速度Ｖｆ０は、正弦波状に変化するワイヤ送給速度Ｖｆの移動平均に相当する速度である。
　時刻ｔ５で、前述したように、短絡／アーク検出部９は、この短絡を検出し、検出信号がワイヤ送給速度制御部１４に送られて、溶接ワイヤ１９の送給動作が正送から逆送に切り替えられ、短絡期間Ｔｓがスタートする。また、時刻ｔ５から溶接ワイヤ１９は加速しながらワーク１８にから離れる方向に逆送される。また、アーク期間Ｔａと同様に、溶接電流Ａｗが増加し始め、所定のピーク電流値に達する。溶接電圧Ｖｗは急速に立ち上がり、所定の電圧値に達した後、緩やかに減少する。
　正弦波状に変化するワイヤ送給速度Ｖｆが最小値に達した後、溶接ワイヤ１９が逆送する速度が低下し始めると、溶接電流Ａｗも低下する。このとき、状態（ｅ）に示すように、溶接ワイヤ１９の先端は、ワーク１８に接触したままである。
　時刻ｔ６、つまり、正弦波状に変化するワイヤ送給速度Ｖｆが１周期変化した時点、言い換えると溶接ワイヤ１９が逆送して、ワイヤ送給速度Ｖｆが半周期経過し、減速されたワイヤ送給速度Ｖｆが零の近傍となる時点、または逆送停止速度Ｖｆ０’以上となった時点で、ワイヤ送給速度Ｖｆは零となり、溶接ワイヤ１９の送給が停止する。また、時刻ｔ６から時刻ｔ７までの所定の期間、溶接ワイヤ１９の送給は停止された状態が維持される。なお、逆送停止速度Ｖｆ０’は、逆送側のワイヤ送給停止の閾値であり、基本送給速度Ｖｆ０のマイナス値（－Ｖｆ０）に相当する値である。正送側のワイヤ送給停止の閾値として、基本送給速度Ｖｆ０を使用したが、逆送側のワイヤ送給停止の閾値としては、シンプルな構成とするため逆送停止閾値Ｖｆ０’を逆送側の所定の閾値として使用している。また、以下、この送給停止を第２の送給停止ステップと呼ぶことがある。また、溶接ワイヤ１９の逆送時に、その送給が停止される所定の期間を第２の送給停止期間Ｔｚ２と呼ぶことがある。また、第２の送給停止期間Ｔｚ２では、溶接ワイヤ１９は、先端付近にくびれが生じて、溶接ワイヤ１９の先端は細くなった状態でワーク１８と接触している（状態（ｆ）参照）。時刻ｔ６を過ぎてから、溶接電流Ａｗはさらに低下する。
　時刻ｔ７から、溶接ワイヤ１９は一定の送給速度（以下、第２の送給速度Ｖｆ２と呼ぶことがある。）で逆送し始める。また、以降の説明で、この再開された逆送動作を第１のワイヤ逆送ステップと呼ぶことがある。この逆送動作によって、状態（ｇ）に示すように、溶接ワイヤ１９は先端のくびれ部分で引き切れてワーク１８から離脱する。なお、第２の送給速度Ｖｆ２は、前述の基本送給速度Ｖｆ０に比べて小さい値に設定されている。
　時刻ｔ８で、短絡／アーク検出部９は、溶接ワイヤ１９とワーク１８との短絡開放を検出し、アーク状態になったと判定する。また、短絡開放の検出信号がワイヤ送給速度制御部１４に送られて、溶接ワイヤ１９の送給動作が逆送から正送に切り替えられ、再び短絡期間Ｔｓがスタートする。
　［効果等］
　以上説明したように、本実施形態に係るアーク溶接制御方法は、溶接ワイヤ１９を溶接対象物であるワーク１８の方向に送給する正送と、正送とは逆方向に送給する逆送とに交互に行うとともに、溶接ワイヤ１９を所定の周期と所定の振幅で周期的に変化させたワイヤ送給速度Ｖｆで送給し、アーク期間Ｔａと短絡期間Ｔｓとを繰り返して溶接を行う消耗電極式のアーク溶接制御方法である。
　溶接ワイヤ１９の正送時に、ワイヤ送給速度Ｖｆの変化が半周期を経過した時点から第１の送給停止期間Ｔｚ１を経過するまでの基本送給速度Ｖｆ０以下で溶接ワイヤ１９の送給を停止する第１のワイヤ送給停止ステップと、第１の送給停止期間Ｔｚ１を経過した時点から所定の期間を経過するまで溶接ワイヤ１９を第１の送給速度Ｖｆ１で正送させる第１のワイヤ正送ステップと、を備えており、当該所定の期間経過後に溶接ワイヤ１９を逆送させる。なお、溶接ワイヤ１９の正送時は、当該所定の期間は、第１の送給停止期間Ｔｚ１を経過した時点（時刻ｔ４）から短絡／アーク制御部９がワーク１８と溶接ワイヤ１９との短絡を検出する時刻ｔ５までの期間に相当する。
　本実施形態によれば、溶接ワイヤ１９とワーク１８との衝突前に、溶接ワイヤ１９の送給を停止し、送給停止後に基本送給速度Ｖｆ０に比べて低い第１の供給速度Ｖｆ１で溶接ワイヤ１９を再送させてワーク１９に衝突、短絡させている。このことにより、溶接ワイヤ１９がワーク１８に衝突する際の衝撃を低減して、短絡時のスパッタを低減することができる。また、溶接ワイヤ１９の先端に形成された溶滴を介して溶接ワイヤ１９とワーク１８とを確実に短絡させることで、短絡期間Ｔｓが長期化するのを抑制し、短絡周期を安定化させてアーク安定性を向上できる。
　また、本実施形態のアーク溶接制御方法は、溶接ワイヤ１９の逆送時に、ワイヤ送給速度Ｖｆの変化が半周期を経過した時点から第２の送給停止期間Ｔｚ２を経過するまで溶接ワイヤ１９の送給を停止する第２のワイヤ送給停止ステップと、第２の送給停止期間Ｔｚ２を経過した時点から所定の期間を経過するまで溶接ワイヤ１９を第２の送給速度Ｖｆ２で逆送させる第１のワイヤ逆送ステップと、を備えており、当該所定の期間経過後に溶接ワイヤ１９を正送させる。なお、溶接ワイヤ１９の逆送時は、当該所定の期間は、第２の送給停止期間Ｔｚ２を経過した時点（時刻ｔ７）から短絡／アーク制御部９がワーク１８と溶接ワイヤ１９との短絡開放を検出する時刻ｔ８までの期間に相当する。
　本実施形態によれば、溶接ワイヤ１９がワーク１８から引き切れて離脱する前に、溶接ワイヤ１９の送給を停止し、送給停止後に基本送給速度Ｖｆ０の絶対値に比べて小さい絶対値の第２の供給速度Ｖｆ２で溶接ワイヤ１９を再送させてワーク１９から離脱させている。このことにより、溶接ワイヤ１９は適度にくびれた状態で、先端の溶滴が自重によりワーク１８に向かって落ちていくため、溶接ワイヤ１９を確実にワーク１８から引き切って離脱させることができる。また、溶接ワイヤ１９が過度にくびれるのを防止することで、溶接ワイヤ１９の材質やワイヤ径等によって溶接ワイヤ１９がワーク１８から引き切れて離脱するタイミングがばらつくのを防止できる。このことにより、短絡期間Ｔｓのばらつきを抑制し、短絡周期を安定化させてアーク安定性を向上できる。また、短絡開放時のスパッタを抑制できる。
　また、溶接ワイヤ１９は、溶融時に低粘性であるアルミ、アルミ合金、銅、または銅合金のいずれかからなるのが好ましい。以下、これらについてさらに説明する。
　図３は、比較のための各種出力波形のタイムチャートを示し、図２に示すのと同様に、ワイヤ送給速度Ｖｆと、溶接電流Ａｗと、溶接電圧Ｖｗの時間変化を示している。また、溶接ワイヤ１９の先端の溶滴移行状態Ｗｗの時間変化もあわせて示している。
　図２に示すタイムチャートと、図３に示すタイムチャートとでは、周期的に変化するワイヤ送給速度Ｖｆの波形が異なる。図３に示すワイヤ送給速度Ｖｆは、時刻ｔ１１で基本送給速度Ｖｆ０であり、そこから速度が増加し、最大値（１／４周期に相当）に到達した後、減速して、時刻ｔ１２で所定の速度、この場合は第３の送給速度Ｖｆ３で維持される。図３に示すように、第３の送給速度Ｖｆ３は基本送給速度Ｖｆ０よりも大きい値である。
　短絡／アーク検出部９により溶接ワイヤ１９とワーク１８との短絡が検出された時点（時刻ｔ１３）から、ワイヤ送給速度Ｖｆは低下し始め、時刻ｔ１４で逆送動作に切り替わる。ワイヤ送給速度Ｖｆが最小値に達した後、溶接ワイヤ１９が逆送する速度が低下し始め、時刻ｔ１５で所定の速度、この場合は第４の送給速度Ｖｆ４で維持される。図３に示すように、第４の送給速度Ｖｆ４は基本送給速度Ｖｆ０よりも大きい値である。短絡／アーク検出部９により溶接ワイヤ１９とワーク１８との短絡開放が検出された時点（時刻ｔ１６）から、ワイヤ送給速度Ｖｆの絶対値は低下し始め、所定の期間経過後に正送動作に切り替わる。
　図３に示すように、多少の減速はされるものの、溶接ワイヤ１９を基本送給速度Ｖｆ０よりも絶対値の大きい速度（第３の送給速度Ｖｆ３）で送給した状態で、ワーク１８と衝突させる場合、溶接ワイヤ１９の先端に形成された溶滴が慣性により移動遅れを起こすおそれがある。特に、溶接ワイヤ１９が、溶融時に低粘性である材質、例えば、アルミ、アルミ合金、銅、または銅合金のいずれかであると、この傾向が強まる。この場合、溶接ワイヤ１９は溶滴を介さずにワーク１８と短絡するため、短絡時に大量のスパッタが発生してしまう。また、短絡周期のばらつきが大きくなる。
　また、溶接ワイヤ１９を基本送給速度Ｖｆ０よりも絶対値の大きい速度（第４の送給速度Ｖｆ４）で送給した状態で、ワーク１８から引き切る場合も、溶接ワイヤ１９の離脱タイミングがばらつく。例えば、十分にくびれが生じていない状態で、溶接ワイヤ１９がワーク１８から引き切られると、大量のスパッタが発生してしまう。また、溶接ワイヤ１９の溶融状態での粘性の違いにより、溶接ワイヤ１９がワーク１８から引き切れて離脱するタイミングがばらつき、これに応じて短絡周期がばらつく。このことにより、アークの安定性が低下してしまう。
　本実施形態によれば、前述したとおり、これらの不具合が発生するのを抑制し、短絡時及び／又は短絡開放時のスパッタの発生を抑制し、また、アークの安定性を向上することができる。
　また、短絡周期のばらつきによって溶接点間距離がばらつくと、ワーク１８が薄板（例えば、板厚１．６ｍｍ以下）の場合に、ビードがブリッジしなくなったり、溶け落ちが生じたりする。本実施形態に示すアーク溶接制御方法によれば、これらの問題が発生するのを抑制できる。また、短絡周期のばらつきを抑制することで、例えば、ブレーズ溶接で形成されるビードの見た目を美しくして、ビードの外観意匠性を高めることができる。
　また、図３に示すアーク溶接制御方法では、ワーク１８が上記薄板よりも厚い厚板の場合に、短絡時に大量のスパッタが発生するが、本実施形態に示すアーク溶接制御方法によれば、このようなスパッタの発生を防止して、溶接品質を高めることができる。
　また、アシストガスとして炭酸ガス（ＣＯ２ガス）を主成分とするガスを用いる場合には、特に、溶接ワイヤ１９の正送時に、短絡時のスパッタが発生したり、短絡周期がばらついたりするのを抑制できる。良く知られているように、炭酸ガスを主成分とするガスを用いたアーク溶接では、溶接ワイヤ１９に加わるアーク反力が大きく、他のアシストガスを用いた場合に比べて、溶接ワイヤ１９の正送時に、溶滴がワーク１８に衝突しづらい。このため、溶接ワイヤ１９が溶滴を介さずにワーク１８に衝突する可能性が高くなる。
　本実施形態によれば、溶接ワイヤ１９とワーク１８との衝突前に、溶接ワイヤ１９の送給を停止し、送給停止後に低速（第１の供給速度Ｖｆ１）で溶接ワイヤ１９をワーク１９に衝突させるようにするため、アーク反力の影響を低減して、確実に溶接ワイヤ１９の溶滴とワーク１８とを接触させて、上記の問題が発生するのを抑制することができる。また、溶滴の移行安定性を高めて安定した高品質のアーク溶接を行うことができる。
　また、第１及び第２の送給速度Ｖｆ１，Ｖｆ２を固定された値にしてもよいが、図４に示すように、第１の送給速度Ｖｆ１を、溶接ワイヤ１９の基本送給速度Ｖｆ０に応じて単調に増加してもよく、また、第２の送給速度Ｖｆ２を、溶接ワイヤ１９の基本送給速度Ｖｆ０に応じて単調に減少してもよい。溶接電流Ａｗが大きいほど基本送給速度Ｖｆ０は大きくなる。一方、溶接電流Ａｗが大きいほどワーク１８に形成される溶融プールも大きくなるので、第１及び第２の送給速度Ｖｆ１，Ｖｆ２を基本送給速度Ｖｆ０に応じて単調に変化させても、不具合を生じることがない。
　また、図５に示すように、第１の送給停止期間Ｔｚ１及び第２の送給停止期間Ｔｚ２は、溶接ワイヤ１９のワイヤ径に応じて単調に減少するように設定するのが好ましい。ワイヤ供給速度Ｖｆが同じであれば、溶接ワイヤ１９のワイヤ径が小さいほど、溶滴が成長しにくく、溶滴がワーク１８に落下するのが遅くなる。また、溶接チップ２１とワーク１８との間の距離であるワイヤ突出し長さもワイヤ径が小さいほど短くなる。一方、ワイヤ径が大きければ、溶接の成長が早く、溶滴がワーク１８に落下するのが早くなり、ワイヤ突き出し長さも長くなる。このため、ワイヤ径が小さい場合は、第１及び第２の送給停止時間Ｔｚ１，Ｔｚ２をそれぞれ長くして、溶接ワイヤ１９の正送時に溶滴を十分に成長させて落下を促すとともに、溶接ワイヤ１９の逆送時に溶接ワイヤ１９の先端の糸引きを短くして、短絡周期を安定させるようにする。また、ワイヤ径が大きい場合は、第１及び第２の送給停止時間Ｔｚ１，Ｔｚ２をそれぞれ短くして、溶接ワイヤ１９の正送時に溶滴が大きくなりすぎて、短絡タイミングがばらつくのを抑制する。また、溶接ワイヤ１９の逆送時に、溶融量を抑制して、短絡開放時のスパッタ量を低減する。
　＜変形例＞
　図６は、変形例に係るアーク溶接時のワイヤ送給速度の出力波形を示す。
　図２に示すタイムチャートでは、ワイヤ送給速度Ｖｆは、正弦波状に周期的に変化しているのに対し、図６に示すタイムチャートでは、ワイヤ送給速度Ｖｆは、台形波状に周期的に変化している点で異なる。
　図２に示すように、ワイヤ送給速度Ｖｆが、正弦波状に周期的に変化することで、出力波形の屈曲点がなく、ワイヤ送給速度Ｖｆの急激な変化が抑制できる。このことにより、アーク２０のアーク長変動を小さくすることができる。
　一方、図６に示すように、ワイヤ送給速度Ｖｆが、台形波状に周期的に変化することで、出力波形の面積を大きくすることができる。つまり、溶接ワイヤ１９の送給動作の応答性を高めることができる。
　なお、ワイヤ送給速度Ｖｆの出力波形は、周期的に変化する形状であれば、これ以外の形状であってもよい。
　なお、溶接ワイヤ１９を正送させる場合、ワイヤ送給速度Ｖｆの変化が半周期を経過した時点（時点ｔ３）から送給停止期間を経過するまでの時点（時点ｔ４）で、溶接ワイヤ１９の送給を停止する、つまり、前述の第１の送給停止ステップで溶接ワイヤ１９の送給を停止するとしたが、時点ｔ３で、溶接ワイヤ１９の先端と母材との距離が２ｍｍ以下となる場合は、第１の送給停止ステップで溶接ワイヤ１９の送給を停止するにあたって、ワイヤ送給速度Ｖｆが完全に零にならなくても良く、ワイヤ送給速度Ｖｆの値が零の代わりに有限の値となってもよい。例えば、２ｍ／ｍｉｎ以下の極めて低速での送給速度とすることを含んでも良い。
　これらにより、溶接ワイヤ１９の正送時の溶融プールへの衝突力を十分に低減し、スパッタの発生を抑制出来る。
　また、溶接ワイヤ１９を逆送させる、ワイヤ送給速度Ｖｆの変化が半周期を経過した時点（時点ｔ６）から送給停止期間を経過するまでの時点（時点ｔ７）で、溶接ワイヤ１９の送給を停止する、つまり、前述の第２のワイヤ送給停止ステップで溶接ワイヤ１９の送給を停止するとしたが、時点ｔ６で、溶接ワイヤ１９の送給が逆送から正送に切替る逆送時のワイヤ送給の所定の反転位置に対して、その距離が２ｍｍ以下となる場合は、第２の送給停止ステップで溶接ワイヤ１９の送給を停止するにあたって、ワイヤ送給速度Ｖｆが完全に零にならなくても良く、ワイヤ送給速度Ｖｆの値が零の代わりに有限の値となってもよい。例えば、２ｍ／ｍｉｎ以下の極めて低速での送給速度を含んでも良い。
　これらにより、溶接ワイヤ１９の先端の溶滴が溶融プールに対して接触して溶滴が移行する短絡移行を安定させることができ、溶接ワイヤ１９の溶滴の正送から逆送への溶接ワイヤ１９の送給の反転時に、溶接ワイヤ１９から溶融プールへ溶滴の移行が不十分な状態で、短絡移行途中の溶滴に不要な負荷や衝撃を掛けることを低減し、スパッタの発生を抑制できる。なお、短絡移行時のスパッタ発生は、溶接ワイヤ１９の送給動作において、逆送時の逆送から正送への反転時より、正送時の溶融プールへの溶接ワイヤ１９の溶滴の接触する衝突時の方が多く生じる傾向にある。
　本発明のアーク溶接制御方法は、短絡周期を安定化することにより、溶接品質の向上、また微小短絡によるスパッタ発生量を低減することができ、消耗電極である溶接ワイヤの正送動作と逆送動作とを交互に繰り返して行うアーク溶接に適用する上で有用である。
　１　入力電源
　２　主変圧器（トランス）
　３　一次側整流部
　４　スイッチング部
　５　ＤＣＬ（リアクトル）
　６　二次側整流部
　７　溶接電流検出部
　８　溶接電圧検出部
　９　短絡検出部
１０　短絡時間検出部
１１　短絡／アーク検出部
１２　出力制御部
１３　短絡制御部
１４　アーク制御部
１５　溶接条件設定部
１６　ワイヤ送給速度制御部
１７　ワイヤ送給速度検出部
１８　演算部
１９　正送／逆送切替タイミング制御部
２０　アーク溶接装置
２１　被溶接物
２２　溶接ワイヤ
２３　アーク
２４　溶接チップ
２５　ワイヤ送給部

Claims (11)

  1. 　溶接ワイヤを溶接対象物の方向に送給する正送と該正送とは逆方向に送給する逆送とを交互に行うとともに、前記溶接ワイヤを所定の周期と所定の振幅で周期的に変化させたワイヤ送給速度で送給し、アーク期間と短絡期間とを繰り返して溶接を行う消耗電極式のアーク溶接制御方法であって、
    　前記溶接ワイヤの正送時に、前記ワイヤ送給速度の変化が半周期を経過した時点から第１の送給停止期間を経過するまで前記溶接ワイヤの送給を停止する第１のワイヤ送給停止ステップと、
    　前記第１の送給停止期間を経過した時点から所定の期間を経過するまで前記溶接ワイヤを第１の送給速度で正送させる第１のワイヤ正送ステップと、を備え、
    　前記所定の期間経過後に前記溶接ワイヤを逆送させることを特徴とするアーク溶接制御方法。
  2. 　請求項１に記載のアーク溶接制御方法において、
    　前記第１の送給速度は、前記溶接ワイヤの基本送給速度に応じて単調に増加することを特徴とするアーク溶接制御方法。
  3. 　請求項１または２に記載のアーク溶接制御方法において、
    　前記溶接ワイヤの逆送時に、前記ワイヤ送給速度の変化が半周期を経過した時点から第２の送給停止期間を経過するまで前記溶接ワイヤの送給を停止する第２のワイヤ送給停止ステップと、
    　前記第２の送給停止期間を経過した時点から所定の期間を経過するまで前記溶接ワイヤを第２の送給速度で逆送させる第１のワイヤ逆送ステップと、を備え、
    　前記所定の期間経過後に前記溶接ワイヤを正送させることを特徴とするアーク溶接制御方法。
  4. 　請求項３に記載のアーク溶接制御方法において、
    　前記第２の送給速度は、前記溶接ワイヤの基本送給速度に応じて単調に減少することを特徴とするアーク溶接制御方法。
  5. 　請求項１ないし４のいずれか１項に記載のアーク溶接制御方法において、
    　前記第１の送給停止期間及び第２の送給停止期間は、前記溶接ワイヤのワイヤ径に応じて単調に減少することを特徴とするアーク溶接制御方法。
  6. 　請求項１ないし５のいずれか１項に記載のアーク溶接制御方法において、
    　前記所定の期間は、前記第１の送給停止期間を経過した時点から前記溶接対象物と前記溶接ワイヤとの短絡が検出されるまでの期間か、または、第２の送給停止期間を経過した時点から前記溶接対象物と前記溶接ワイヤとの短絡開放が検出されるまでの期間であることを特徴とするアーク溶接制御方法。
  7. 　請求項１ないし６のいずれか１項に記載のアーク溶接制御方法において、
    　前記ワイヤ送給速度は、正弦波状に周期的に変化することを特徴とするアーク溶接制御方法。
  8. 　請求項１ないし６のいずれか１項に記載のアーク溶接制御方法において、
    　前記ワイヤ送給速度は、台形波状に周期的に変化することを特徴とするアーク溶接制御方法。
  9. 　請求項１ないし８のいずれか１項に記載のアーク溶接制御方法において、
    　アーク溶接に用いられるアシストガスが不活性ガスであることを特徴とするアーク溶接制御方法。
  10. 　請求項１ないし８のいずれか１項に記載のアーク溶接制御方法において、
    　アーク溶接に用いられるアシストガスが炭酸ガスを主成分とするガスであることを特徴とするアーク溶接制御方法。
  11. 　請求項１ないし１０のいずれか１項に記載のアーク溶接制御方法において、
    　前記溶接ワイヤは、アルミ、アルミ合金、銅、または銅合金のいずれかからなるとを特徴とするアーク溶接制御方法。
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