JP2009012012A - パルスアーク溶接制御方法およびパルスアーク溶接装置 - Google Patents

Abstract

【課題】アルミなどの固有抵抗率の低い材質では、溶接始端部は定常溶接期間と同条件では入熱不足となり溶け込み不足が発生しまう。また、溶接終端部におけるクレータの発生を軽減することは、溶接電圧とワイヤ送給速度の制御により可能であるが、定常溶接期間の溶接電圧とワイヤ送給速度からエンド溶接期間の溶接終了点にかけてエンド溶接期間の溶接電圧とワイヤ送給速度になるように調整するだけではクレータ状態を安定して形成することができない可能性がある。
【解決手段】設定される溶接ワイヤの材質あるいは被溶接物の材質に応じて、スタート溶接期間およびエンド溶接期間では定常溶接期間とは異なるパルス電流波形により溶接を行うことで良好な溶接品質を実現することができる。
【選択図】図１

Description

本発明は、消耗電極である溶接ワイヤを送給しながらパルスアーク溶接を行うパルスアーク溶接制御方法およびパルスアーク溶接装置に関するものである。

従来のアーク溶接において、アルミをアーク溶接する場合、溶接のスタート期間では、被溶接部に供給する溶接電圧や溶接ワイヤ送給速度を、定常溶接時の設定レベルと同じ設定レベルで行っていた。また、溶接のエンド期間では、クレータ発生を抑制するクレータ処理を目的として、クレータ処理期間内に被溶接部に供給する溶接電圧を定常時の設定レベルからクレータ処理設定レベルまで減少させると共に、溶接ワイヤの送給速度を前記溶接電圧の変化に応じて減少させるものが知られている（例えば、特許文献１参照）。
特開平１−１０７９６８号公報

上記従来のアーク溶接においては、図１２に示すように溶接始端部１０３では溶接電圧と溶接ワイヤ送給速度が定常溶接期間ＴＮと同条件となっているので、被溶接物１０１としてアルミなどの固有抵抗率が低く熱伝導率が高い材質を溶接する場合、溶接始端部１０３の付近では入熱不足となり、溶け込み不足が発生してしまうことがある。そして、ビード幅が狭く、ビード高さが高く、溶け込みが浅いビード外観になってしまうことがある。

また、従来のアーク溶接において、溶接終端部におけるクレータ１０２の発生を軽減することは、溶接電圧Ｖとワイヤ送給速度ＷＳの制御により可能である。しかし、定常溶接期間ＴＮの溶接電圧Ｖ１とワイヤ送給速度ＷＳ１から、エンド期間の溶接終了点にかけて溶接電圧Ｖ２とワイヤ送給速度ＷＳ２になるように調整するだけでは、クレータ状態を安定して形成することができない場合がある。その理由としては、エンド期間において定常溶接期間ＴＮと同じ溶接速度で溶接ワイヤを溶接方向に移動させる場合、溶接ワイヤを送給する速度をワイヤ送給速度ＷＳ１からワイヤ送給速度ＷＳ２に減速すると、溶接ワイヤの供給量が減少してビード幅が細くなり、クレータ状態を安定して形成することができないからである。

従って、従来のアーク溶接においては、溶接始端部から溶接終端部に至る全溶接長において溶接品質を確保できないおそれがある。

上記課題を解決するために、本発明のパルスアーク溶接制御方法は、アルミを主成分とする溶接ワイヤと被溶接物との間でアークを発生させて溶接を行うパルスアーク溶接制御方法であって、定常溶接期間になる前のスタート溶接期間では、平均溶接電流が前記定常溶接期間の平均溶接電流以上の大きさであり、かつ、前記定常溶接期間のパルス電流波形のピーク電流値よりも高いピーク電流値のパルス電流波形により溶接を行うものである。

また、本発明のパルスアーク溶接制御方法は、上記に加えて、スタート溶接期間内において、平均溶接電流を定常溶接期間の平均溶接電流よりも高い平均溶接電流から前記定常溶接期間の平均溶接電流に向かって低減するように制御し、溶接速度を前記定常溶接期間の溶接速度よりも低い溶接速度から前記定常溶接期間の溶接速度に向かって増加するように制御し、前記平均溶接電流の低減と前記溶接速度の増加とを同期させて溶接を行うものである。

また、本発明のパルスアーク溶接制御方法は、上記に加えて、鉄あるいはステンレスを主成分とする溶接ワイヤと被溶接物との間でアークを発生させて溶接を行うアーク溶接制御方法であって、定常溶接期間になる前のスタート溶接期間では、平均溶接電流が前記定常溶接期間の平均溶接電流以下の大きさであり、かつ、前記定常溶接期間のパルス電流波形のピーク電流値よりも低いピーク電流値のパルス電流波形により溶接を行うものである。

また、本発明のパルスアーク溶接制御方法は、上記に加えて、スタート溶接期間内において、平均溶接電流を定常溶接期間の平均溶接電流よりも低い平均溶接電流から前記定常溶接期間の平均溶接電流に向かって増加するように制御し、溶接速度を前記定常溶接期間の溶接速度よりも低い溶接速度から前記定常溶接期間の溶接速度に向かって増加するように制御し、前記平均溶接電流の増加と前記溶接速度の増加とを同期させて溶接を行うものである。

また、本発明のパルスアーク溶接制御方法は、上記に加えて、定常溶接期間の後のエンド溶接期間では、平均溶接電流が前記定常溶接期間の平均溶接電流以下の大きさであり、かつ、前記定常溶接期間のパルス電流波形のピーク電流値よりも低いピーク電流値のパルス電流波形により溶接を行うものである。

また、本発明のパルスアーク溶接制御方法は、上記に加えて、エンド溶接期間において、平均溶接電流を定常溶接期間の平均溶接電流から前記エンド溶接期間の溶接終了位置での平均溶接電流に向かって低減するように制御し、溶接速度を前記定常溶接期間の溶接速度から前記エンド溶接期間の溶接終了位置での溶接速度に向かって低減するように制御し、前記平均溶接電流の低減と前記溶接速度の低減とを同期させて溶接を行うものである。

また、本発明のパルスアーク溶接装置は、溶接ワイヤと被溶接物との間でアークを発生させて溶接を行うパルスアーク溶接装置であって、前記溶接ワイヤの材質あるいは被溶接物の材質を設定するための材質設定部と、前記材質設定部に設定された材質に基づいてスタート溶接期間と前記スタート溶接期間の後の定常溶接期間と前記定常溶接期間の後のエンド溶接期間でのそれぞれのパルス電流波形信号を出力するパルス波形制御部と、前記材質設定部に設定された材質と前記パルス波形制御部からの信号に基づいて前記スタート溶接期間と前記定常溶接期間と前記エンド溶接期間の各々の期間でのパルス電流波形と平均溶接電流と溶接速度を制御する信号を出力する溶接条件制御部と、パルス電流波形と平均溶接電流を制御するスイッチング素子と、前記溶接条件制御部からの信号に基づいて前記スイッチング素子を制御する出力制御部と、前記溶接ワイヤを送給するための溶接トーチを保持するマニピュレータと、前記溶接条件制御部からの信号に基づいて前記マニピュレータの動作を制御することで溶接速度を制御するロボット制御部とを備え、設定される溶接ワイヤの材質あるいは被溶接物の材質に応じて、前記スタート溶接期間および前記エンド溶接期間では前記定常溶接期間とは異なるパルス電流波形により溶接を行うものである。

また、本発明のパルスアーク溶接装置は、上記に加えて、材質設定部により溶接ワイヤの材質あるいは被溶接物の材質としてアルミを主成分とする材質が設定された場合、スタート溶接期間では、平均溶接電流が定常溶接期間の平均溶接電流以上の大きさであり、かつ、前記定常溶接期間のパルス電流波形のピーク電流値よりも高いピーク電流値のパルス電流波形により溶接を行うものである。

また、本発明のパルスアーク溶接装置は、上記に加えて、材質設定部により溶接ワイヤの材質あるいは被溶接物の材質として鉄あるいはステンレスを主成分とする材質が設定された場合、スタート溶接期間では、平均溶接電流が定常溶接期間の平均溶接電流以下の大きさであり、かつ、前記定常溶接期間のパルス電流波形のピーク電流値よりも低いピーク電流値のパルス電流波形により溶接を行うものである。

また、本発明のパルスアーク溶接装置は、上記に加えて、エンド溶接期間では、平均溶接電流が定常溶接期間の平均溶接電流以下の大きさであり、かつ、前記定常溶接期間のパルス電流波形のピーク電流値よりも低いピーク電流値のパルス電流波形により溶接を行うものである。

本発明によれば、スタート溶接期間、定常溶接期間、エンド溶接期間において、溶接ワイヤの材質あるいは被溶接物の材質に応じたパルス波形電流により溶接を行うことで被溶接物への入熱を適切に行うことができ、溶接始端部から溶接終端部で良好な溶接品質を実現することができる。

以下、本発明の実施の形態について、図１から図１１を用いて説明する。

なお、アルミなどの固有抵抗率が低く熱伝導率が高い材質に有効なパルスアーク溶接制御方法およびパルスアーク溶接装置について実施の形態１で説明し、アルミとは異なり固有抵抗率が高く熱伝導率が低い材質である鉄やステンレスに有効なパルスアーク溶接制御方法およびパルスアーク溶接装置について実施の形態２で説明する。

（実施の形態１）
アルミなどの固有抵抗率が低く熱伝導性が良い材質に有効なパルスアーク制御方法およびパルスアーク溶接装置について、以下、図１から図９を用いて説明する。

なお、本実施の形態においては、スタート溶接期間ＴＳの後に定常溶接期間ＴＮとなり、定常溶接期間ＴＮの後にエンド期間ＴＮとなる場合について説明する。また、定常溶接期間ＴＮの間に繰り返されるパルス電流の波形を標準パルス波形と呼び、この標準パルス波形のピーク電流をＩｐとし、ベース電流をＩｂとする。

図１は、被溶接物への入熱の増加および溶け込みを深くさせるためのパルス波形の例を示す図である。図１（ａ）は標準パルス波形を示しており。図１（ｂ）と図１（ｃ）は図１（ａ）の標準パルス波形に比べて入熱の増加および溶け込み量を深くできるパルス波形の例を示している。図１（ｂ）の波形は、図１（ａ）の波形に比べてピーク電流Ｉｐ２が高くピーク電流期間およびパルス幅ＰＷ２が短い波形の例である。また、図１（ｃ）の波形は、図１（ａ）の波形に比べてピーク電流Ｉｐ２が高くピーク電流期間およびパルス幅ＰＷ３が短くベース電流Ｉｂ２が低い波形の例である。ここで、パルス幅については、ＰＷ１＞ＰＷ２＞ＰＷ３となっている。ピーク電流については、Ｉｐ＜Ｉｐ２となっている。ベース電流については、Ｉｂ＞Ｉｂ２となっている。

図１（ｂ）と図１（ｃ）に示すパルス波形は、定常溶接期間ＴＮの間繰り返される図１（ａ）に示す標準パルス波形のピーク電流Ｉｐより高いピーク電流Ｉｐ２を設定し、溶滴離脱状態が成立する、すなわち、１パルス１ドロップを実現するようにパルス幅ＰＷ２，ＰＷ３やピーク電流Ｉｐ２やベース電流Ｉｂ２を調整したものである。ここで、ピーク電流Ｉｐ２やベース電流Ｉｂ２やパルス幅ＰＷ２，ＰＷ３等は被溶接物や使用する溶接ワイヤ等の溶接条件によって異なるものであり、例えば、実験等により求めておくことができる。

なお、ピーク電流を高くすることにより、アーク力が強く、溶融プールの押し付け力が強くなるため、溶け込み量を深くすることができ、また被溶接物へ入熱を十分に入れることができる。

ここで、アルミを主成分とする被溶接物を溶接する場合、固有抵抗率が低く、熱伝導性が良く、熱が逃げやすい材質であるため、従来、溶接始端部付近はビード幅が狭く、ビード高さが高く、溶け込みが浅いビード形成状態であった。しかし、本実施の形態のアーク溶接制御方法のように、スタート溶接期間ＴＳの間、図１（ｂ）や図１（ｃ）に示すような図１（ａ）に示す標準パルス波形よりもピーク電流が高いパルス波形を繰り返すことにより、溶接開始部で被溶接物に対して急峻に入熱を入れることができ、ビード幅が広く、ビード高さが低く、溶け込みが深いビード形成状態を確保することができる。

図２は、被溶接物への入熱の減少および溶け込みを浅くさせるためのパルス波形の例を示す図である。図２（ａ）は標準パルス波形を示しており。図２（ｂ）と図２（ｃ）は図２（ａ）の標準パルス波形に比べて入熱の減少および溶け込み量を浅くできるパルス波形の例を示している。図２（ｂ）の波形は、図２（ａ）の波形に比べてピーク電流が低くピーク電流期間およびパルス幅が長い波形である。また、図２（ｃ）の波形は、図２（ａ）の波形に比べてピーク電流が低くてピーク電流期間が長くベース電流が高い波形である。

図２（ｂ）と図２（ｃ）に示すパルス波形は、定常溶接期間ＴＮの間繰り返される図２（ａ）に示す標準パルス波形のピーク電流Ｉｐより低いピーク電流Ｉｐ３を設定し、溶滴離脱状態が成立する、すなわち、１パルス１ドロップを実現するようにパルス幅ＰＷ４，ＰＷ５やピーク電流Ｉｐ３やベース電流Ｉｂ３を調整したものである。ここで、ピーク電流Ｉｐ３やベース電流Ｉｂ３やパルス幅ＰＷ４，ＰＷ５等は被溶接物や使用する溶接ワイヤ等の溶接条件によって異なるものであり、例えば、実験等により求めておくことができる。

なお、ピーク電流Ｉｐを低くすることにより、アーク力は弱く、溶融プールの押し付け力が弱くなるため、溶け込み量を浅くすることができ、また被溶接物への入熱を抑えることができる。よって、アルミなどの固有抵抗率が低く熱伝導率が高い材質には、溶接終端部付近に有効なパルス波形である。

図３は、スタート溶接期間ＴＳおよび定常溶接期間ＴＮにおける平均溶接電流と溶接速度の溶接位置に対する変化と溶接状態を示す図である。なお、この溶接位置に対する変化は、時間変化と見ることもできる。また、溶接速度とは、例えば産業用ロボットに取り付けられた溶接トーチが溶接線方向に移動する速度である。図３において、スタート溶接期間ＴＳでは、図１（ｂ）や図１（ｃ）に示す被溶接物への入熱の増加および溶け込みを深くできるパルス波形を設定した場合の平均溶接電流および溶接速度の一例であり、スタート溶接期間ＴＳと定常溶接期間ＴＮとで平均溶接電流と溶接速度が同じ場合の例を示している。なお、平均溶接電流と溶接電圧とは同期して変化するものである。

従来の溶接始端部付近では、被溶接物の材質がアルミの場合、固有抵抗率が低く、熱伝導性が良く、熱が逃げやすいため、ビード幅が狭く、ビード高さが高く、溶け込みが浅いビード形成状態であった。

そこで、スタート溶接期間ＴＳに被溶接物への入熱の増加および溶け込みを深くできるパルス波形を設定して溶接することにより、溶接始端部に入熱を十分に入れることができ、ビード幅が広がり、ビード高さが低く、溶け込みが深くなり、溶接品質を向上させることができる。すなわち、溶接条件にもよるが、スタート溶接期間ＴＳと定常溶接期間ＴＮとで平均溶接電流が一定でも、スタート溶接期間ＴＳにおけるパルス電流波形のピーク電流を定常溶接期間ＴＮのパルス電流波形のピーク電流より高くすることで溶接品質を向上させることができる。

図４は、スタート溶接期間ＴＳおよび定常溶接期間ＴＮにおける平均溶接電流と溶接速度の溶接位置に対する変化と溶接状態を示す図である。図４では、スタート溶接期間ＴＳにおいて、図１（ｂ）や図１（ｃ）で示した被溶接物への入熱の増加または溶け込みを深くできるパルス波形を設定したことに加えて、溶接開始時には定常溶接期間ＴＮの平均溶接電流ＩＮと溶接速度ＳＮよりも高い平均溶接電流ＩＳと低い溶接速度ＳＳで溶接を開始し、さらに、スタート溶接期間ＴＳの開始位置である位置ＰＳから定常溶接期間ＴＮの開始位置である位置Ｐ１に向かって、平均溶接電流ＩＳから平均溶接電流ＩＮになるように所定の傾きで低下させ、また、溶接速度ＳＳから溶接速度ＳＮになるように所定の傾きで増加させる制御を行っている。ここで、平均溶接電流の低下と溶接速度の増加は同期するように制御される。

なお、平均溶接電流を低下させるには、ピーク電流の低減、ピーク期間の短縮、ベース電流の低減等により実現することができる。また、平均溶接電流および溶接速度を所定の傾きで変化させているが、この所定の傾きは、例えば、溶接条件に基づき実験等により求めておくことができる。

そして、スタート溶接期間ＴＳにおいてこのような制御を行うことで、図３を用いて説明した溶接制御方法よりも更に入熱制御が十分に行うことができ、溶接始端部のビード形成状態を更に良くすることができる。また、通常調整しないパルスパラメータを調整できることにより、入熱調整の幅が広がる、すなわち選択肢が増え、溶接品質を向上させることができる。

図５は、スタート溶接期間ＴＳおよび定常溶接期間ＴＮにおける平均溶接電流と溶接速度の溶接位置に対する変化と溶接状態を示す図である。図５では、スタート溶接期間ＴＳにおいて図１（ｂ）や図１（ｃ）で示した被溶接物への入熱の増加および溶け込みを深くできるパルス波形を設定して溶接を行うことに加えて、溶接開始時には定常溶接期間ＴＮの平均溶接電流ＩＮおよび溶接速度ＳＮより高い平均溶接電流ＩＳと低い溶接速度ＳＳをスタート溶接期間ＴＳの開始位置ＰＳから一定時間ＴＳ２経過するまであるいは一定溶接長さを溶接した場合の位置Ｐ１になるまで継続する。そしてその後、位置Ｐ１から定常溶接期間ＴＮの開始位置である位置Ｐ２に向かって、平均溶接電流ＩＳから平均溶接電流ＩＮになるように所定の傾きで低下させ、また、溶接速度ＳＳから溶接速度ＳＮになるように所定の傾きで増加させる制御を行っている。

そして、スタート溶接期間ＴＳにおいてこのような制御を行うことで、図４を用いて説明した溶接制御方法よりも更に入熱制御が十分に行うことができるので、溶接始端部のビード形成状態を更に良くすることができる。また、ビード形成状態や溶接状態に対して入熱調整の幅が広がるため、溶接品質を向上させることができる。

図６は、定常溶接期間ＴＮおよびエンド溶接期間ＴＥにおける平均溶接電流と溶接速度の溶接位置に対する変化と溶接状態を示す図である。なお、この溶接位置に対する変化は、時間変化と見ることもできる。また、溶接速度とは、例えば産業用ロボットに取り付けられた溶接トーチが溶接線方向に移動する速度である。図６において、エンド溶接期間ＴＥでは、図２（ｂ）や図２（ｃ）に示す被溶接物への入熱の減少および溶け込みを浅くできるパルス波形を設定した場合の平均溶接電流および溶接速度の一例であり、定常溶接期間ＴＮとエンド溶接期間ＴＥとで平均溶接電流と溶接速度が同じ場合の例を示している。

そして、エンド溶接期間ＴＥにおいて被溶接物への入熱の減少および溶け込みを浅くできるパルス波形を設定して溶接を行うことにより、被溶接物への入熱を減少させることができ、アーク力を低減できるので溶融プールへの押し付け力が低下し、掘れ込み状態を低減でき、溶接品質を向上させることができる。

図７は、定常溶接期間ＴＮおよびエンド溶接期間ＴＥにおける平均溶接電流と溶接速度の溶接位置に対する変化を示す図である。図７では、エンド溶接期間ＴＥにおいて図２（ｂ）や図２（ｃ）で示した被溶接物への入熱の減少および溶け込みを浅くできるパルス波形を設定したことに加えて、定常溶接期間ＴＮの終了位置でありエンド溶接期間ＴＥの開始位置である位置Ｐ１１からエンド溶接期間ＴＥの終了位置である位置ＰＥに向かって、平均溶接電流ＩＮから平均溶接電流ＩＥになるように所定の傾きで低下させ、また、溶接速度ＳＮから溶接速度ＳＥになるように所定の傾きで低下させる制御を行っている。なお、平均溶接電流の低下と溶接速度の低下は同期するように制御せれる。

そして、エンド溶接期間ＴＥにこのような制御を行うことで、図６を用いて説明した溶接制御方法よりも更に入熱制御が十分に行えるので、溶接終端部のビード形成状態を更に良くすることができる。また、ビード形成状態や溶接状態に対して入熱調整の幅が広がるため、溶接品質を向上させることができる。

図８は、定常溶接期間ＴＮおよびエンド溶接期間ＴＥにおける平均溶接電流と溶接速度の溶接位置に対する変化と溶接状態を示す図である。図８では、エンド溶接期間ＴＥにおいて図２（ｂ）や図２（ｃ）で示した被溶接物への入熱の減少および溶け込みを浅くできるパルス波形を設定したことに加えて、定常溶接期間ＴＮの終了位置でありエンド溶接期間ＴＥの開始位置である位置Ｐ１１からエンド溶接期間ＴＥの途中の位置である位置Ｐ１２に向かって、平均溶接電流ＩＮから平均溶接電流ＩＥになるように所定の傾きで低下させ、また、溶接速度ＳＮから溶接速度ＳＥになるように所定の傾きで低下させ、その後、エンド溶接期間ＴＥの途中の位置である位置Ｐ１２からエンド溶接期間ＴＥの終了位置ＰＥまでは、平均溶接電流ＩＥと溶接速度ＳＥを一定に継続する制御を行っている。

そして、エンド溶接期間ＴＥにおいてこのような制御を行うことで、図７を用いて説明した溶接制御方法よりも更に入熱制御が十分に行えるので、溶接終端部のビード形成状態を更に良くすることができる。また、ビード形成状態や溶接状態に対して入熱調整の幅が広がるため、溶接品質を向上させることができる。

上記において、図１から図８を用いて溶接電流や溶接速度の制御について説明したが、ここで、上記したアーク溶接制御方法を行うためのパルスアーク溶接装置の例について、図９を用いて説明する。

図９はパルスアーク溶接装置の概略構成を示す図であり、パルスアーク溶接装置は主に溶接機２０とロボット２１とから構成される。

溶接機２０において、入力電源１からの電力は１次整流部２で整流され、スイッチング素子３により交流に変換され、トランス４により降圧され、２次整流部５およびＤＣＬ（インダクタ）６により整流され、溶接ワイヤ１４と被溶接物１７との間に印加され、溶接ワイヤ１４と被溶接物１７との間に溶接アーク１６を発生させて溶接を行う。また、溶接機２０は、スイッチング素子３を制御するための出力制御部７と、出力制御部７に制御信号を出力する溶接条件出力部８と、使用する溶接ワイヤの材質あるいは被溶接物１７の材質を設定するための材質設定部９と、ワイヤ送給装置１３を制御するためのワイヤ送給制御部１１と、パルス波形出力部１８を備えている。なお、このパルス波形出力部１８は、材質設定部９からの信号を受け予め材質毎に設定されており図示しない記憶部に記憶されているスタート期間ＴＳ、定常溶接期間ＴＮ、エンド期間ＴＥのそれぞれの期間におけるピーク電流値やベース電流値やピーク期間などパルス電流波形に関する情報を選択して溶接条件出力部８に出力するものである。

また、ロボット２１は、主にマニピュレータ１２とロボット制御部１０とから構成されている。そして、マニピュレータ１２には、溶接ワイヤ１４を被溶接物１７に対して送給するためのワイヤ送給装置１３と、溶接トーチ１５が設けられている。

材質設定部９において溶接ワイヤ１４の材質あるいは被溶接物１７の材質が設定された場合、設定された材質に対応する信号を溶接条件出力部８およびにパルス波形出力部１８に出力する。そして、材質設定部９からの信号およびパルス波形出力部１８からの信号を受信した溶接条件出力部８は、この信号に基づいて予め材質毎に設定されている溶接スタート期間ＴＳと定常溶接期間ＴＮと溶接エンド期間ＴＥにおけるパルス電流波形信号と平均溶接電流ＩＥに関する信号を出力制御部７に出力する。そして、出力制御部７は、溶接条件出力部８からの信号に基づいてスイッチング素子３を制御することで、平均溶接電流ＩＥおよびパルス電流の波形が制御される。

また、溶接条件出力部８は、材質設定部９からの信号に基づいて予め材質毎に設定されている溶接スタート期間ＴＳにおける溶接速度を制御する信号と、定常溶接期間ＴＮにおける溶接速度を制御する信号と、溶接エンド期間ＴＥにおける溶接速度を制御する信号をロボット制御部１０に出力する。そして、ロボット制御部１０が溶接条件出力部８からの信号に基づいてマニピュレータ１２を制御することで、被溶接物１７の溶接方向に対する溶接速度、すなわち、溶接ワイヤ１４の溶接方向に対する移動速度が制御される。

また、溶接条件出力部８は、溶接電流と一元関係にある溶接ワイヤ１４の送給速度を制御する信号をワイヤ送給制御部１１に出力し、ワイヤ送給制御部１１は溶接条件出力部８からの信号に基づいてワイヤ送給装置１３を制御することで溶接ワイヤ１４の送給速度が制御される。

ここで、例えば、材質設定部９において、溶接ワイヤ１４の材質あるいは被溶接物１７の材質がアルミを主成分とする材質であることが設定されると、図１と図２および図３から図８を用いて説明した平均溶接電流、パルス電流の波形、溶接速度の制御が実行される。

なお、図９で示したアーク溶接装置を構成する各構成部は、各々単独に構成してもよいし、複数の構成部を複合して構成するようにしてもよい。

以上のように、本実施の形態のアーク溶接制御方法およびパルスアーク溶接制御装置によれば、例えば、重ねすみ肉や水平すみ肉溶接を行う際に、被溶接物１７である母材の材質の固有抵抗率，熱伝導率に応じて、溶接スタート期間ＴＳおよび／または溶接エンド期間ＴＥにおいて、定常溶接期間ＴＮのパルス波形の電流とは異なるパルス波形の電流や溶接速度でアーク溶接を行うことにより、溶接始端部から溶接終端部に至る全溶接長において均質な溶接品質を実現することができる。

（実施の形態２）
アルミとは異なり固有抵抗率が高く熱伝導率が低い材質である鉄やステンレスに有効なパルスアーク溶接制御方法について以下に説明する。なお、実施の形態１と同様の箇所については同一の符号を付して詳細な説明を省略する。実施の形態１と異なる主な点は、スタート溶接期間ＴＳにおける溶接電流であり、より詳しくは、パルス電流波形である。

図３は、スタート溶接期間ＴＳおよび定常溶接期間ＴＮにおける平均溶接電流と溶接速度の溶接位置に対する変化と溶接状態を示す図である。なお、この溶接位置に対する変化は、時間変化と見ることもできる。また、溶接速度とは、例えば産業用ロボットに取り付けられた溶接トーチが溶接線方向に移動する速度である。また、後述するようにスタート溶接期間ＴＳにおけるパルス電流波形は実施の形態１とは異なるが平均溶接電流は実施の形態１と同じである場合について説明する。

図３において、スタート溶接期間ＴＳでは、図２（ｂ）や図２（ｃ）に示す被溶接物への入熱の減少および溶け込みを浅くできるパルス電流波形を設定して溶接を行った場合の平均溶接電流および溶接速度の一例である。

従来の溶接始端部付近は、被溶接物への入熱が入り過ぎ、定常溶接期間ＴＮの溶融金属が溶接始端部に引かれて溶接始端部付近のビード幅が広く、定常溶接期間ＴＮのビードが細くなってしまうビード形成状態であった。

スタート溶接期間ＴＳに被溶接物への入熱の減少および溶け込みを浅くできるパルス電流波形を設定して溶接することにより、溶接始端部付近の入熱を抑えることができ、定常溶接期間ＴＮの溶融金属が引かれることを抑制し、溶接始端部付近から定常溶接期間ＴＮまでビード幅を均質にすることができ、溶接品質を向上させることができる。

図１０は、スタート溶接期間ＴＳおよび定常溶接期間ＴＮにおける平均溶接電流と溶接速度の溶接位置に対する変化と溶接状態を示す図である。図１０では、スタート溶接期間ＴＳにおいて図２（ｂ）や図２（ｃ）で示した被溶接物への入熱の減少および溶け込みを浅くできるパルス波形を設定したことに加えて、溶接開始時には定常溶接期間ＴＮの平均溶接電流ＩＮおよび溶接速度ＳＮより低い平均溶接電流ＩＳ２および低い溶接速度ＳＳで溶接を開始し、さらに、スタート溶接期間ＴＳの開始位置である位置ＰＳから定常溶接期間ＴＮの開始位置である位置Ｐ１に向かって、平均溶接電流ＩＳ２から平均溶接電流ＩＮになるように所定の傾きで増加させ、また、溶接速度ＳＳから溶接速度ＳＮになるように所定の傾きで増加させる制御を行っている。なお、平均溶接電流の増加と溶接速度の増加は同期するように制御される。

そして、スタート溶接期間ＴＳにこのような制御を行うことで、図３を用いて説明した溶接制御方法よりも更に入熱制御が十分に行えるので、溶接始端部のビード形成状態を更に良くすることができる。また、ビード形成状態や溶接状態に対して入熱調整の幅が広がるため、溶接品質を向上させることができる。

図１１は、スタート溶接期間ＴＳおよび定常溶接期間ＴＳにおける平均溶接電流と溶接速度の溶接位置に対する変化と溶接状態を示す図である。図１１では、スタート溶接期間ＴＳにおいて図２（ｂ）や図２（ｃ）で示した被溶接物への入熱の減少および溶け込みを浅くできるパルス波形を設定して溶接を行うことに加えて、溶接開始時には定常溶接期間ＴＮの平均溶接電流ＩＮおよび溶接速度ＳＮより低い平均溶接電流ＩＳおよび溶接速度ＳＳをスタート溶接期間ＴＳの開始位置ＰＳから一定時間ＴＳ１が経過するまであるいは一定溶接長さを溶接した場合の位置Ｐ１になるまで継続し、その後、位置Ｐ１から定常溶接期間ＴＮの開始位置である位置Ｐ２に向かって、溶接電流ＩＳ２から溶接電流ＩＮになるように所定の傾きで増加させ、また、溶接速度ＳＳから溶接速度ＳＮになるように所定の傾きで増加させる制御を行っている。

そして、スタート溶接期間ＴＳにこのような制御を行うことで、図１０を用いて説明した溶接制御方法よりも更に入熱制御が十分に行えるので、溶接始端部のビード形成状態を更に良くすることができる。また、ビード形成状態や溶接状態に対して入熱調整の幅が広がるため、溶接品質を向上させることができる。

なお、アルミとは異なる固有抵抗率が高い材質である鉄やステンレスの溶接においても、溶接エンド期間に実施の形態１で説明したパルスアーク溶接制御方法を適用することで、実施の形態１と同様に溶接品質を向上させることができる。

また、本実施の形態のパルスアーク溶接制御を行うパルスアーク溶接装置の構成も図９を用いて説明した実施の形態１と同様であり、図示しない記憶部に固有抵抗率が高い材質である鉄やステンレスを溶接する際のパルス波形の情報を記憶させておくことで本実施の形態のパルスアーク溶接制御方法を実現することができる。

本発明の消耗電極を使用して重ね隅肉や水平すみ肉溶接を行う際のアーク溶接の制御方法について、溶接始端部での被溶接物への適正な入熱を確保すると共に溶接終端部での被溶接物への過度な入熱を防止して、溶接始端部から溶接終端部に至る重ね隅肉溶接や水平すみ肉の全領域に渡って均質な溶接品質を実現することができるアーク溶接の制御方法を提供することが可能となる。消耗電極である溶接ワイヤを連続的に送給しながらアーク溶接を行う溶接装置に有用である。

（ａ）本発明の実施の形態１における標準パルス波形を示す図（ｂ）本発明の実施の形態１における入熱の増加および溶け込み量を深くできるパルス波形の例を示す図（ｃ）本発明の実施の形態１における入熱の増加および溶け込み量を深くできるパルス波形の別の例を示す図 （ａ）本発明の実施の形態１および実施の形態２における標準パルス波形を示す図（ｂ）本発明の実施の形態１および実施の形態２における入熱の減少および溶け込み量を浅くできるパルス波形の例を示す図（ｃ）本発明の実施の形態１および実施の形態２における入熱の減少および溶け込み量を浅くできるパルス波形の別の例を示す図 本発明の実施の形態１および実施の形態２におけるスタート溶接期間と定常溶接期間の溶接位置に対する溶接電流および溶接速度の変化と溶接状態を示す図 本発明の実施の形態１におけるスタート溶接期間と定常溶接期間の溶接位置に対する溶接電流および溶接速度の変化と溶接状態を示す図 本発明の実施の形態１におけるスタート溶接期間と定常溶接期間の溶接位置に対する溶接電流および溶接速度の変化と溶接状態を示す図 本発明の実施の形態１および実施の形態２における定常溶接期間とエンド溶接期間における溶接位置に対する溶接電流および溶接速度の変化と溶接状態を示す図 本発明の実施の形態１における定常溶接期間とエンド溶接期間における溶接位置に対する溶接電流および溶接速度の変化と溶接状態を示す図 本発明の実施の形態１における定常溶接期間とエンド溶接期間における溶接位置に対する溶接電流および溶接速度の変化と溶接状態を示す図 本発明の実施の形態１および実施の形態２におけるパルスアーク溶接装置の概略構成を示す図 本発明の実施の形態２におけるスタート溶接期間と定常溶接期間の溶接位置に対する溶接電流および溶接速度の変化と溶接状態を示す図 本発明の実施の形態２におけるスタート溶接期間と定常溶接期間の溶接位置に対する溶接電流および溶接速度の変化と溶接状態を示す図 （ａ）従来のアーク溶接の溶接開始から溶接終了までの溶接電圧の変化を示す図（ｂ）従来のアーク溶接の溶接開始から溶接終了までの溶接ワイヤ送給信号の変化を示す図（ｃ）従来のアーク溶接の溶接状態を示す図（ｄ）従来のアーク溶接の溶接状態を示す図

符号の説明

Ｉｐ ピーク電流
Ｉｐ２ ピーク電流（Ｉｐよりも高い）
Ｉｐ３ ピーク電流（Ｉｐよりも低い）
Ｉｂ ベース電流
Ｉｂ２ ベース電流（Ｉｂよりも低い）
Ｉｂ３ ベース電流（Ｉｂよりも高い）
ＰＷ１，ＰＷ２，ＰＷ３，ＰＷ４，ＰＷ５ パルス幅
ＰＦＲＱ パルス周波数
ＴＮ 定常溶接期間
ＴＳ スタート溶接期間
ＴＳ２ 一定時間
ＴＥ エンド溶接期間
ＩＮ 平均溶接電流（定常溶接期間）
ＩＳ 平均溶接電流（スタート溶接期間）
ＩＥ 平均溶接電流（エンド溶接期間）
ＳＮ 溶接速度（定常溶接期間）
ＳＳ 溶接速度（スタート溶接期間）
ＳＥ 溶接速度（エンド溶接期間）
Ｐ１，Ｐ２，Ｐ１１，Ｐ１２ 位置
Ｖ１ 溶接電圧（定常溶接期間）
Ｖ２ 溶接電圧（エンド溶接期間）
ＷＳ１ ワイヤ送給速度（定常溶接期間）
ＷＳ２ ワイヤ送給速度（エンド溶接期間）
１ 入力電源
２ １次整流部
３ スイッチング素子
４ トランス
５ ２次整流部
６ ＤＣＬ
７ 出力制御部
８ 溶接条件出力部
９ 材質設定部
１０ ロボット制御部
１１ ワイヤ送給制御部
１２ マニュピレータ
１３ ワイヤ送給装置
１４ 溶接ワイヤ
１５ 溶接トーチ
１６ 溶接アーク
１７ 被溶接物
１８ パルス波形出力部
２０ 溶接機
２１ ロボット
１０１ 被溶接物
１０２ 溶接終端部（クレータ）
１０３ 溶接始端部

Claims (10)

1. アルミを主成分とする溶接ワイヤと被溶接物との間でアークを発生させて溶接を行うパルスアーク溶接制御方法であって、
   定常溶接期間になる前のスタート溶接期間では、平均溶接電流が前記定常溶接期間の平均溶接電流以上であり、かつ、前記定常溶接期間のパルス電流波形のピーク電流値よりも高いピーク電流値のパルス電流波形により溶接を行うパルスアーク溶接制御方法。
2. スタート溶接期間内において、平均溶接電流を定常溶接期間の平均溶接電流よりも高い平均溶接電流から前記定常溶接期間の平均溶接電流に向かって低減するように制御し、溶接速度を前記定常溶接期間の溶接速度よりも低い溶接速度から前記定常溶接期間の溶接速度に向かって増加するように制御し、前記平均溶接電流の低減と前記溶接速度の増加とを同期させて溶接を行う請求項１記載のパルスアーク溶接制御方法。
3. 鉄あるいはステンレスを主成分とする溶接ワイヤと被溶接物との間でアークを発生させて溶接を行うアーク溶接制御方法であって、
   定常溶接期間になる前のスタート溶接期間では、平均溶接電流が前記定常溶接期間の平均溶接電流以下であり、かつ、前記定常溶接期間のパルス電流波形のピーク電流値よりも低いピーク電流値のパルス電流波形により溶接を行うパルスアーク溶接制御方法。
4. スタート溶接期間内において、平均溶接電流を定常溶接期間の平均溶接電流よりも低い平均溶接電流から前記定常溶接期間の平均溶接電流に向かって増加するように制御し、溶接速度を前記定常溶接期間の溶接速度よりも低い溶接速度から前記定常溶接期間の溶接速度に向かって増加するように制御し、前記平均溶接電流の増加と前記溶接速度の増加とを同期させて溶接を行う請求項３記載のパルスアーク溶接制御方法。
5. 定常溶接期間の後のエンド溶接期間では、平均溶接電流が前記定常溶接期間の平均溶接電流以下であり、かつ、前記定常溶接期間のパルス電流波形のピーク電流値よりも低いピーク電流値のパルス電流波形により溶接を行う請求項１から４のいずれか１項に記載のパルスアーク溶接制御方法。
6. エンド溶接期間において、平均溶接電流を定常溶接期間の平均溶接電流から前記エンド溶接期間の溶接終了位置での平均溶接電流に向かって低減するように制御し、溶接速度を前記定常溶接期間の溶接速度から前記エンド溶接期間の溶接終了位置での溶接速度に向かって低減するように制御し、前記平均溶接電流の低減と前記溶接速度の低減とを同期させて溶接を行う請求項５記載のパルスアーク溶接制御方法。
7. 溶接ワイヤと被溶接物との間でアークを発生させて溶接を行うパルスアーク溶接装置であって、
   前記溶接ワイヤの材質あるいは被溶接物の材質を設定するための材質設定部と、
   前記材質設定部に設定された材質に基づいてスタート溶接期間と前記スタート溶接期間の後の定常溶接期間と前記定常溶接期間の後のエンド溶接期間でのそれぞれのパルス電流波形信号を出力するパルス波形出力部と、
   前記材質設定部からの信号と前記パルス波形出力部からの信号を入力し、前記スタート溶接期間と前記定常溶接期間と前記エンド溶接期間の各々の期間でのパルス電流波形と平均溶接電流と溶接速度を制御する信号を出力する溶接条件出力部と、
   パルス電流波形と平均溶接電流を制御するスイッチング素子と、
   前記溶接条件出力部からの信号に基づいて前記スイッチング素子を制御する出力制御部と、
   前記溶接ワイヤを送給するための溶接トーチを保持するマニピュレータと、
   前記溶接条件出力部からの信号に基づいて前記マニピュレータの動作を制御することで溶接速度を制御するロボット制御部とを備え、
   設定される溶接ワイヤの材質あるいは被溶接物の材質に応じて、前記スタート溶接期間および前記エンド溶接期間では前記定常溶接期間とは異なるパルス電流波形により溶接を行うパルスアーク溶接装置。
8. 材質設定部により溶接ワイヤの材質あるいは被溶接物の材質としてアルミを主成分とする材質が設定された場合、出力制御部が溶接条件出力部からの信号に基づいてスイッチング素子を制御することにより、スタート溶接期間では、平均溶接電流が定常溶接期間の平均溶接電流以上であり、かつ、前記定常溶接期間のパルス電流波形のピーク電流値よりも高いピーク電流値のパルス電流波形により溶接を行う請求項７記載のパルスアーク溶接装置。
9. 材質設定部により溶接ワイヤの材質あるいは被溶接物の材質として鉄あるいはステンレスを主成分とする材質が設定された場合、出力制御部が溶接条件出力部からの信号に基づいてスイッチング素子を制御することにより、スタート溶接期間では、平均溶接電流が定常溶接期間の平均溶接電流以下であり、かつ、前記定常溶接期間のパルス電流波形のピーク電流値よりも低いピーク電流値のパルス電流波形により溶接を行う請求項７記載のパルスアーク溶接装置。
10. エンド溶接期間では、平均溶接電流が定常溶接期間の平均溶接電流以下であり、かつ、前記定常溶接期間のパルス電流波形のピーク電流値よりも低いピーク電流値のパルス電流波形により溶接を行う請求項７から９のいずれか１項に記載のパルスアーク溶接装置。

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