JP4846898B2 - 交流パルスアーク溶接制御方法及び溶接電源装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、消耗電極式交流パルスアーク溶接において、電極プラス極性から電極マイナス極性に切り換えるときに溶滴移行に伴って生じるチリの発生量を減少させ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。
【０００２】
【従来の技術】
交流パルスアーク溶接方法は、溶接ワイヤを予め定めた送給速度て送給すると共に、溶接電流Ｉｗを溶接ワイヤ側から被溶接物側方向に通電する電極プラス極性でピーク期間Ｔｐの間は溶滴移行をさせるピーク電流Ｉｐを通電し、続けて上記の溶接電流Ｉｗを被溶接物側から溶接ワイヤ側方向に通電する電極マイナス極性で電極マイナス期間Ｔenの間は溶滴移行をさせない電極マイナス電流Ｉenを通電し、続けて上記の電極プラス極性でベース期間Ｔｂの間は溶滴移行をさせないベース電流Ｉｂを通電し、上記の通電を１周期として繰り返して通電する。
【０００３】
この交流パルスアーク溶接方法は、アルミニウム及びその合金、ステンレス鋼、鉄鋼等の溶接に使用されており、特に被溶接材の板厚が数［mm］以下の薄板であるときに使用されることが多い。この理由は、以下のとおりである。すなわち、電極プラス極性期間には被溶接物が陰極となりその陰極降下電圧によって被溶接物への入熱は大きくなる。他方、電極マイナス極性期間には被溶接物は陽極となりその陽極降下電圧は上記の陰極降下電圧よりも小さいために被溶接物への入熱は電極プラス極性期間に比べて小さくなる。同様に、電極プラス極性期間には溶接ワイヤは陽極になるので入熱は小さくなり、溶接ワイヤの溶融速度は小さくなる。他方、電極マイナス極性期間には溶接ワイヤは陰極になるので入熱は大きくなり、溶接ワイヤの溶融速度は大きくなる。したがって、交流パルスアーク溶接方法では、電極プラス極性期間と電極マイナス極性期間との時間比率を制御することによって、被溶接物及び溶接ワイヤへの入熱を所望値に調整することができるので、良好な薄板溶接を行うことができる。以下、従来技術の交流パルスアーク溶接制御方法及び溶接電源装置について説明する。
【０００４】
図１は、従来技術の交流パルスアーク溶接制御方法の電流・電圧波形図である。同図（Ａ）は溶接電流Ｉｗの時間変化を示しており、同図（Ｂ）は溶接電圧Ｖｗの時間変化を示しており、同図（Ｃ１）〜（Ｃ４）は各時点での溶滴移行の状態を示す。同図において、ＥＮとは電極マイナス極性を、ＥＰとは電極プラス極性を表わしている。以下、同図を参照して説明する。
【０００５】
▲１▼ 時刻ｔ１〜ｔ２の期間（ピーク期間Ｔｐ）
同図（Ａ）に示すように、電極プラス極性においてピーク期間Ｔｐの間はピーク電流Ｉｐが通電する。通常、このピーク期間Ｔｐ及びピーク電流Ｉｐの両値は、溶接ワイヤがアーク熱と電磁ピンチ力によって１パルス１溶滴移行するように予め設定する。また、同図（Ｂ）に示すように、この期間中には上記のピーク電流Ｉｐの通電に対応したピーク電圧Ｖｐが、溶接ワイヤ（＋）と被溶接物（−）との間に印加する。
【０００６】
▲２▼ 時刻ｔ２〜ｔ３の期間（電極マイナス期間Ｔen）
時刻ｔ２において、電極プラス極性から電極マイナス極性へ切り換わると、同図（Ａ）に示すように、電極マイナス期間Ｔenの間は電極マイナス電流Ｉenが通電する。通常、この電極マイナス期間Ｔen及び電極マイナス電流Ｉenの両値は、被溶接物の材質、板厚、形状等に応じて溶滴移行をさせない範囲内で適正値に予め設定する。また、同図（Ｂ）に示すように、この期間中には上記の電極マイナス電流Ｉenの通電に対応した電極マイナス電圧Ｖenが、溶接ワイヤ（−）と被溶接物（＋）との間に印加する。
【０００７】
▲３▼ 時刻ｔ３〜ｔ４の期間（ベース期間Ｔｂ）
時刻ｔ３において、再び電極マイナス極性から電極プラス極性へ切り換わると、同図（Ａ）に示すように、ベース期間Ｔｂの間は溶滴移行をさせない範囲内で予め定めたベース電流Ｉｂが通電する。また、この期間には、上記のベース電流Ｉｂの通電に対応したベース電圧Ｖｂが溶接ワイヤ（＋）と被溶接物（−）との間に印加する。上記のベース期間Ｔｂは、以下に示す変調制御によって自動的に定まる。すなわち、同図（Ｂ）に示すように、ベース期間Ｔｂの終了時点は、電極プラス極性時の溶接電圧Ｖｗと予め定めた電圧設定信号Ｖｓとの誤差の積分値Ｉｖが０［Ｖ］となった時点として制御（変調制御）される。同図の場合、電極プラス極性時の溶接電圧Ｖｗは、上記のピーク期間Ｔｐ中のピーク電圧Ｖｐ及びベース期間Ｔｂ中のベース電圧Ｖｂから形成される。したがって、ピーク期間Ｔｐ中のピーク電圧値Ｖｐと上記の電圧設定信号Ｖｓとの誤差の積分値Ｉv1＝∫（Ｖｐ−Ｖｓ）ｄｔと、ベース期間Ｔｂ中のベース電圧値Ｖｂと上記の電圧設定信号Ｖｓとの誤差の積分値Ｉv2＝∫（Ｖｂ−Ｖｓ）ｄｔとの加算値が０［Ｖ］となるように次式によってベース期間Ｔｂの終了時点（時刻ｔ４）が決まる。
Ｉｖ＝∫（Ｖｐ−Ｖｓ）ｄｔ＋∫（Ｖｂ−Ｖｓ）ｄｔ＝０ （１）式
上述した変調制御の詳細は、図３の説明の項で後述する。また、時刻ｔ４以後は、上記の▲１▼項〜▲３▼項の動作を１周期として繰り返して通電して溶接が行われる。
【０００８】
▲４▼ 上述した各期間における溶滴移行の状態
同図（Ｃ１）に示すように、上記のピーク期間Ｔｐ中は、大きな値のピーク電流Ｉｐの通電によって溶接ワイヤ１の溶融が促進して溶滴１ａが大きく成長する。このとき、電極プラス極性期間のアーク３は、被溶接物２との距離が最短になるように溶滴１ａの下部から発生する。次に、同図（Ｃ２）に示すように、上記のピーク期間Ｔｐの後半になると、ピーク電流Ｉｐの通電によるピンチ力が溶滴１ａに作用して、溶滴１ａの上部にくびれが発生する。
【０００９】
さらに、同図（Ｃ３）に示すように、上記のピーク期間Ｔｐが終了して電極プラス極性から電極マイナス極性へと切り換わる時刻ｔ２において、溶滴１ａが溶接ワイヤ１から離脱して被溶接物２へと移行する。一方、離脱しなかった一部の溶滴が細長く伸びた不安定形状の残留溶滴１ｂとして溶接ワイヤ１の先端に残る。なお、このこき、陰極点は被溶接物２との距離が近く高温であるので残留溶滴１ｂに形成して、かつ、残留溶滴１ｂの全体を高速に移動して、電極マイナス極性のアーク３が発生する。さらに、同図（Ｃ４）に示すように、電極マイナス期間Ｔen中は、電極マイナス電流Ｉenの通電によって溶滴が徐々に成長する。このとき、残留溶滴１ｂは表面張力によって球状の安定形状の溶滴になり、陰極点は球状の溶滴全体及び溶接ワイヤ１の下部の非溶融部に高速に移動しながら形成して、アーク３は溶滴全体及び溶接ワイヤの下部から発生する。上述した同図（Ｃ１）〜（Ｃ４）に示すように、溶滴の形成、成長及び移行の各プロセスを繰り返す。
【００１０】
図２は、上述した従来技術の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装置のブロック図である。以下、同図を参照して、各回路ブロックについて説明する。
商用電源ＡＣは溶接電源装置の入力電源であり、通常は３相２００／２２０［Ｖ］が多く使用されている。出力制御回路ＩＮＶは、上記の商用電源ＡＣを整流する１次側整流回路と、整流されたリップルのある電圧を平滑する平滑回路と、平滑された直流電圧を高周波交流に変換するインバータ回路と、上記のインバータ回路を形成する複数組のパワートランジスタのドライブ回路と、後述する電流誤差増幅信号Ｅｉを制御信号として上記のインバータ回路のＰＷＭ制御を行うＰＷＭ制御回路とから形成される。
【００１１】
高周波変圧器ＩＮＴは、上記の高周波交流をアーク負荷に適した電圧値に降圧する。２次側整流器Ｄ2a〜Ｄ2dは、降圧された高周波交流を直流に整流する。極性切換ドライブ回路ＤＲは、後述する電極マイナス期間信号Ｔenが入力されているとき（Ｈｉｇｈレベルのとき）は電極マイナス極性ドライブ信号Ｎｄを出力（Ｈｉｇｈレベル）し、入力されていないとき（Ｌｏｗレベルのとき）は電極プラス極性ドライブ信号Ｐｄを出力（Ｈｉｇｈレベル）する。したがって、電極マイナス極性ドライブ信号Ｎｄが出力されているときは電極プラス極性ドライブ信号Ｐｄは出力されず、反対に電極マイナス極性ドライブ信号Ｎｄが出力されていないときは電極プラス極性ドライブ信号Ｐｄは出力される、互いに論理的に反転した関係にある。電極プラス極性トランジスタＰＴＲは、上記の電極プラス極性ドライブ信号Ｐｄが出力されているときにオン状態になり、電極プラス極性期間となる。一方、電極マイナス極性トランジスタＮＴＲは、上記の電極マイナス極性ドライブ信号Ｎｄが出力されているときにオン状態になり、電極マイナス極性期間となる。
【００１２】
上記の極性切換ドライブ回路ＤＲ、電極プラス極性トランジスタＰＴＲ及び電極マイナス極性トランジスタＮＴＲによって極性切換回路ＳＷＰが形成される。この極性切換回路ＳＷＰは、電極マイナス期間信号Ｔenが入力されているときは電源装置の直流出力（２次側整流器Ｄ2a〜Ｄ2dの出力）を電極マイナス極性に切り換え、入力されていないときは電源装置の直流出力を電極プラス極性に切り換える。
【００１３】
リアクトルＷＬは、上記の電極プラス極性トランジスタＰＴＲ又は電極マイナス極性トランジスタＮＴＲを通電するリップルのある出力を平滑してアーク３に供給する。図１で前述した電極プラス極性期間中のピーク電流Ｉｐ及びベース電流Ｉｂは、Ｄ2a又はＤ2b→ＰＴＲ→ＷＬ→溶接ワイヤ１→被溶接物２の経路で通電する。他方、電極マイナス極性期間中の電極マイナス電流Ｉenは、被溶接物２→溶接ワイヤ１→ＮＴＲ→ＷＬ→Ｄ2c又はＤ2dの経路で通電する。
【００１４】
溶接ワイヤ１は、図示していない送給速度設定信号Ｗｓに対応した送給速度でワイヤ送給装置の送給ロール５ａによって溶接トーチ４を通って送給されると共に、溶接トーチ４の先端部のコンタクトチップから給電されて、被溶接物２との間にアーク３が発生する。
【００１５】
ピーク期間タイマ回路ＴＰは、後述するリセット信号Ｃｐが入力（Ｈｉｇｈレベル）されたことをトリガとして、予め定めた一定期間Ｈｉｇｈレベルとなるピーク期間信号Ｔｐを出力する。電極マイナス期間タイマ回路ＴＥＮは、上記のピーク期間信号Ｔｐの出力終了（ＨｉｇｈレベルからＬｏｗレベルへの変化）をトリガとして、予め定めた一定期間Ｈｉｇｈレベルとなる電極マイナス期間信号Ｔenを出力する。
【００１６】
電圧検出回路ＶＤは、溶接電圧Ｖｗを検出して、電圧検出信号Ｖｄを出力する。電圧設定回路ＶＳは、電極プラス極性期間中の電圧（図１で前述したピーク電圧Ｖｐ及びベース電圧Ｖｂ）の平均値の目標値となる電圧設定信号Ｖｓを出力する。電圧誤差回路ＥＶは、上記のＶｄ−Ｖｓの誤差演算を行い、電圧誤差信号Ｅｖを出力する。積分回路ＩＶは、前述した電極マイナス期間信号Ｔenが入力されていないとき（Ｌｏｗレベルのとき）は、上記の電圧誤差信号Ｅｖを積分して、積分値信号Ｉｖを出力する。上記において、電極マイナス期間信号Ｔenが入力されていないときとは、電極プラス極性期間のときであり、結果的に上記の積分回路ＩＶは、前述した（１）式で示すＩｖ＝∫（Ｖｄ−Ｖｓ）ｄｔ＝∫（Ｖｐ−Ｖｓ）ｄｔ＋∫（Ｖｂ−Ｖｓ）ｄｔの積分を行っていることになる。比較回路ＣＰは、上記の積分値信号Ｉｖが０［Ｖ］に等しくなったときに短時間Ｈｉｇｈレベルとなるリセット信号Ｃｐを出力する。このリセット信号Ｃｐは、前述したピーク期間タイマ回路ＴＰに入力されてピーク期間信号Ｔｐの出力開始のトリガとなる。
【００１７】
上述した電圧誤差回路ＥＶ、積分回路ＩＶ及び比較回路ＣＰによって変調回路ＭＣが形成されており、前述した（１）式に相当する以下の処理を行う。すなわち、変調回路ＭＣは、ピーク期間信号Ｔｐの出力開始時点からの電極プラス極性時の電圧検出信号Ｖｄと電圧設定信号Ｖｓとの誤差の積分値Ｉｖが０［Ｖ］になったときにピーク期間タイマ回路ＴＰが再び出力を開始するトリガとなるリセット信号Ｃｐを出力する。
【００１８】
ピーク電流設定回路ＩＰは、溶滴移行をさせる予め定めたピーク電流設定信号Ｉｐを出力する。電極マイナス電流設定回路ＩＥＮは、溶滴移行をさせない予め定めた電極マイナス電流設定信号Ｉenを出力する。ベース電流設定回路ＩＢは、溶滴移行をさせない予め定めたベース電流設定信号Ｉｂを出力する。ピーク期間切換回路ＳＰは、前述したピーク期間信号Ｔｐが入力されているとき（Ｈｉｇｈレベルのとき）はａ側に切り換えられて上記のピーク電流設定信号Ｉｐを電流制御設定信号Ｉscとして出力し、入力されていないとき（Ｌｏｗレベルのとき）はｂ側に切り換えられて後述する切換設定信号Ｓｅを電流制御設定信号Ｉscとして出力する。電極マイナス期間切換回路ＳＥは、前述した電極マイナス期間信号Ｔenが入力されているとき（Ｈｉｇｈレベルのとき）はａ側に切り換えられて上記の電極マイナス電流設定信号Ｉenを切換設定信号Ｓeとして出力し、入力されていないとき（Ｌｏｗレベルのとき）はｂ側に切り換えられて上記のベース電流設定信号Ｉｂを切換設定信号Ｓｅとして出力する。
【００１９】
上記のピーク期間切換回路ＳＰ及び電極マイナス期間切換回路ＳＥによって電流制御設定回路ＩＳＣは形成されており、その処理は以下のとおりである。すなわち、電流制御設定回路ＩＳＣは、ピーク期間信号Ｔｐが入力されているときはピーク電流設定信号Ｉｐを、電極マイナス期間信号Ｔenが入力されているときは電極マイナス電流設定信号Ｉenを、上記両期間信号Ｔｐ及びＴenがいずれも入力されていないときはベース電流設定信号Ｉｂを電流制御設定信号Ｉscとして出力する。
【００２０】
電流検出回路ＩＤは、交流である溶接電流Ｉｗを検出してその値を絶対値に変換した電流検出信号Ｉｄを出力する。電流誤差増幅回路ＥＩは、上記の電流検出信号Ｉｄと電流制御設定信号Ｉscとの誤差を増幅して、電流誤差増幅信号Ｅｉを出力する。この電流誤差増幅信号Ｅｉに従って前述した出力制御回路ＩＮＶは溶接電流Ｉｗの通電値を制御する。したがって、Ｉsc＝Ｉｐのときはピーク電流Ｉｐが通電して、Ｉsc＝Ｉenのときは電極マイナス電流Ｉenが通電して、Ｉsc＝Ｉｂのときはベース電流Ｉｂが通電する。
【００２１】
図３は、図２で上述した従来技術の溶接電源装置における各信号のタイミングチャートである。同図（Ａ）は溶接電流Ｉｗの時間変化を示しており、同図（Ｂ）は溶接電圧Ｖｗの時間変化を示したおり、同図（Ｃ）はピーク期間信号Ｔｐの時間変化を示しており、同図（Ｄ）は電極マイナス期間信号Ｔenの時間変化を示しており、同図（Ｅ）は積分値信号Ｉｖの時間変化を示しており、同図（Ｆ）はリセット信号Ｃｐの時間変化を示している。同図（Ａ）及び同図（Ｂ）は前述した図１と同一である。以下、同図を参照して説明する。
【００２２】
▲１▼ 時刻ｔ１〜ｔ２（ピーク期間Ｔｐ）
この期間中は、同図（Ｄ）に示す電極マイナス期間信号Ｔenが出力されていない（Ｌｏｗレベルである）ので、電極プラス極性になる。また、同図（Ｃ）に示すように、ピーク期間信号Ｔｐが出力（Ｈｉｇｈレベル）されると、同図（Ａ）に示すように、ピーク電流Ｉｐが通電する。さらに、同図（Ｅ）に示す積分値信号Ｉｖは、同図（Ｂ）に示すピーク電圧Ｖｐ及び電圧設定信号ＶｓによってＩｖ＝∫（Ｖｐ−Ｖｓ）ｄｔの積分値となる。このとき、Ｖｐ＞Ｖｓであるので、その値は時間の経過と共に徐々に大きくなる。
【００２３】
▲２▼ 時刻ｔ２〜ｔ３（電極マイナス期間Ｔen）
この期間中は、同図（Ｄ）に示す電極マイナス期間信号Ｔenが出力されている（Ｈｉｇｈレベルである）ので、電極マイナス極性になり、同図（Ａ）に示すように、電極マイナス電流Ｉenが通電する。また、同図（Ｅ）に示すように、上記の電極マイナス期間信号Ｔenが出力されているために積分処理を停止しており、積分値信号Ｉｖはこの期間中は変化しない。
【００２４】
▲３▼ 時刻ｔ３〜ｔ４（ベース期間Ｔｂ）
この期間中は、同図（Ｄ）に示す電極マイナス期間信号Ｔenが出力されていない（Ｌｏｗレベルである）ので、電極プラス極性になる。また、この期間中は、同図（Ｃ）に示すピーク期間信号Ｔｐ及び同図（Ｄ）に示す電極マイナス期間信号Ｔenが共に出力されていない（Ｌｏｗレベルである）ので、同図（Ａ）に示すように、ベース電流Ｉｂが通電する。さらに、同図（Ｅ）に示す積分値信号Ｉｖは、同図（Ｂ）に示すベース電圧Ｖｂ及び電圧設定信号ＶｓによってＩｖ＝∫（Ｖｂ−Ｖｓ）ｄｔの積分値となる。このとき、Ｖｂ＜Ｖｓであるので、その値は時間の経過と共に徐々に小さくなり、時刻ｔ４において０［Ｖ］になる。この積分値信号Ｉｖが０［Ｖ］になると、同図（Ｆ）に示すように、リセット信号Ｃｐが短時間Ｈｉｇｈレベルとなり、その結果、再び上記▲１▼項に示すピーク期間信号Ｔｐの出力が開始する。
【００２５】
【発明が解決しようとする課題】
図４は、従来技術の解決すべき課題を説明するための極性切換時の溶滴移行を示すアーク発生部模式図である。同図（Ａ）は電極プラス極性から電極マイナス極性への極性切換時（前述した図１の時刻ｔ２）の溶接電流Ｉｗの時間変化を示しており、同図（Ｂ１）〜（Ｂ３）は各時点での溶滴の状態を示す。以下、同図を参照して説明する。
【００２６】
同図（Ａ）に示すように、極性切換時（時刻ｔ２）の直前においては、ピーク期間Ｔｐ中のピーク電流Ｉｐの通電によって、同図（Ｂ１）に示すように、溶接ワイヤ１の先端に形成された溶滴１ａが大きく成長しており、かつ、ピーク電流Ｉｐの通電によるピンチ力によって溶滴上部にくびれが発生する。次に、同図（Ａ）に示すように、時刻ｔ１において電極マイナス極性になると、同図（Ｂ２）に示すように、溶滴１ａの大部分は離脱して被溶接物２へと落下（移行）する。このとき、離脱しなかった一部の溶滴が残留溶滴１ｂとして細長く伸びた不安定形状で溶接ワイヤ１の先端に残る。この残留溶滴１ｂは、時間の経過と共に表面張力によって球状の安定形状へと遷移する。しかし、残留溶滴１ｂの形状が安定形状に遷移するまでの間、陰極点Ｎ１は、被溶接物２との距離が近く高温であるので不安定形状の残留溶滴１ｂの全体に高速に移動しながら形成される。この陰極点Ｎ１の形成個所には、前述した陰極降下電圧によって局部加熱されて温度が急上昇して蒸発現象が生じる。この蒸発現象に伴う反発力によって、細長く伸びた残留溶滴１ｂから細かなスパッタ１ｃ（一般的にチリと呼ぶ）になって飛散する。このチリ１ｃの飛散は、陰極点Ｎ１の移動個所ごとに発生して、かつ、同図（Ｂ３）に示すように、残留溶滴１ｂが安定形状に遷移するまでの間は発生する。。
【００２７】
上述したように、従来技術では、極性切換時の溶滴移行に伴って大量のチリが飛散して被溶接物の溶接ビードに付着するために、ビード外観が不良になるという解決すべき課題があった。この不良なビード外観の具体例を次に説明する。
【００２８】
図５は、図１で前述した従来技術の交流パルスアーク溶接制御方法で溶接したときのビード外観の一例である。同図は、被溶接物に板厚４［mm］のアルミニウム合金Ａ５０５２を使用し、溶接ワイヤに直径１．２［mm］のＡ５３５６を使用して溶接した場合である。また、その他の溶接条件は以下のとおりである。平均溶接電流１５０［Ａ］、平均溶接電圧１９［Ｖ］であり、ピーク電流Ｉｐ＝３５０［Ａ］、ピーク期間Ｔｐ＝１．０［ms］、ベース電流Ｉｂ＝７５［Ａ］、電極マイナス電流Ｉen＝１００［Ａ］、電極マイナス期間Ｔen＝２［ms］である。同図に示すように、被溶接物２に形成された溶接ビード２ａの周辺に、図４で前述した原因によって発生した大量のチリ１ｃが付着しており、不良なビード外観となっている。
【００２９】
そこで、本発明は、極性切換時の溶滴移行に伴う大量のチリの発生を抑制して良好なビード外観を得ることができる交流パルスアーク溶接制御方法及び溶接電源装置を提供する。
【００３０】
【課題を解決するための手段】
出願時の請求項１の発明は、図６及び図８に示すように、
溶接ワイヤ１を予め定めた送給速度設定信号Ｗｓに対応した送給速度で送給すると共に、溶接電流Ｉｗを溶接ワイヤ側から被溶接物側方向に通電する電極プラス極性でピーク期間Ｔｐの間は溶滴移行をさせるピーク電流Ｉｐを通電し、続けて上記溶接電流Ｉｗを被溶接物側から溶接ワイヤ側方向に通電する電極マイナス極性で電極マイナス期間Ｔenの間は溶滴移行をさせない電極マイナス電流Ｉenを通電し、続けて再び上記電極プラス極性でベース期間Ｔｂの間は溶滴移行をさせないベース電流Ｉｂを通電し、上記通電を１周期として繰り返して通電する交流パルスアーク溶接制御方法において、
上記ピーク期間Ｔｐと上記電極マイナス期間Ｔenとの間に、上記電極プラス極性で溶滴１ａを成長させない予め定めた切換電流Ｉｃを通電する切換期間Ｔｃを設け、この切換期間は、残留溶滴を細長く伸びた不安定形状から球状の安定形状に遷移させ、かつ、電極プラス極性時の平均溶接電圧の最大値（変調制御によって前記ベース期間が０となったときの値）が電極プラス極性時の平均溶接電圧の適正値よりも大きくなるように設定される交流パルスアーク溶接制御方法である。
【００３１】
出願時の請求項２の発明は、図１０に示すように、
出願時の請求項１に記載する切換電流Ｉｃ又は切換期間Ｔｃ又はそれら両方の値が、送給速度設定信号Ｗｓの値に応じて変化する出願時の請求項１の交流パルスアーク溶接制御方法である。
【００３２】
出願時の請求項３の発明は、図８、図１０及び図１１に示すように、
出願時の請求項１又は請求項２に記載する切換期間Ｔｃの値が、０．３［ms］以上３［ms］以下である出願時の請求項１又は請求項２の交流パルスアーク溶接制御方法である。
【００３３】
出願時の請求項４の発明は、図１２及び図１３に示すように、
出願時の請求項１に記載するピーク期間Ｔｐに、ピーク立上り期間Ｔup又はピーク立下り期間Ｔdw又はそれら両方の期間を設けた出願時の請求項１の交流パルスアーク溶接制御方法である。
【００３４】
出願時の請求項５の発明は、図６及び図８に示すように、
溶接ワイヤ１を予め定めた送給速度設定信号Ｗｓに対応した送給速度で送給して溶接を行う交流パルスアーク溶接電源装置において、
予め定めたピーク期間信号Ｔｐを出力するピーク期間タイマ回路ＴＰと、上記ピーク期間信号Ｔｐの出力終了をトリガとして残留溶滴を細長く伸びた不安定形状から球状の安定形状に遷移させ、かつ、電極プラス極性時の平均溶接電圧の最大値（変調制御によってベース期間が０となったときの値）が電極プラス極性時の平均溶接電圧の適正値よりも大きくなるように予め定めた切換期間信号Ｔｃを出力する切換期間タイマ回路ＴＣと、上記切換期間信号Ｔｃの出力終了をトリガとして電極マイナス期間信号Ｔenを出力する電極マイナス期間タイマ回路ＴＥＮと、
交流である溶接電圧Ｖｗを検出して電圧検出信号Ｖｄを出力する電圧検出回路ＶＤと、電圧設定信号Ｖｓを出力する電圧設定回路ＶＳと、上記ピーク期間信号Ｔｐの出力開始時点からの電極プラス極性時の上記電圧検出信号Ｖｄと上記電圧設定信号Ｖｓとの誤差の積分値Ｉｖが０［Ｖ］になったときに上記ピーク期間タイマ回路ＴＰが再び出力を開始するトリガとなるリセット信号Ｃｐを出力する変調回路ＭＣと、
溶滴移行をさせる予め定めたピーク電流設定信号Ｉｐを出力するピーク電流設定回路ＩＰと、溶滴を成長させない予め定めた切換電流設定信号Ｉｃを出力する切換電流設定回路ＩＣと、溶滴移行をさせない予め定めた電極マイナス電流設定信号Ｉenを出力する電極マイナス電流設定回路ＩＥＮと、溶滴移行をさせない予め定めたベース電流設定信号Ｉｂを出力するベース電流設定回路ＩＢと、上記ピーク期間信号Ｔｐが入力されているときは上記ピーク電流設定信号Ｉｐを、上記切換期間信号Ｔｃが入力されているときは上記切換電流設定信号Ｉｃを、上記電極マイナス期間信号Ｔenが入力されているときは上記電極マイナス電流設定信号Ｉenを、上記３つの期間信号Ｔｐ及びＴｃ及びＴenがいずれも入力されていないときは上記ベース電流設定信号Ｉｂを電流制御設定信号Ｉscとして出力する電流制御設定回路ＩＳＣと、
上記電極マイナス期間信号Ｔenが入力されているときは電源装置の直流出力を電極マイナス極性に切り換え、上記信号Ｔenが入力されていないときは電源装置の直流出力を電極プラス極性に切り換える極性切換回路ＳＷＰと、
交流である上記溶接電流Ｉｗを検出してその値を絶対値に変換した電流検出信号Ｉｄを出力する電流検出回路ＩＤと、上記電流制御設定信号Ｉscと上記電流検出信号Ｉｄとが等しくなるように上記溶接電流Ｉｗの通電値を制御する出力制御回路ＩＮＶとから構成される交流パルスアーク溶接電源装置である。
【００３５】
出願時の請求項６の発明は、図１０に示すように、
出願時の請求項５に記載する切換電流設定回路ＩＣが送給速度設定信号Ｗｓを入力としてその入力値に応じてその値を変化する切換電流設定信号Ｉｃを出力する切換電流設定回路ＩＣであり、切換期間タイマ回路ＴＣが上記送給速度設定信号Ｗｓを入力としてその入力値に応じてその値を変化する切換期間信号Ｔｃを出力する切換期間タイマ回路ＴＣである出願時の請求項５の交流パルスアーク溶接電源装置である。
【００３６】
出願時の請求項７の発明は、図８、図１０及び図１１に示すように、
出願時の請求項５に記載する切換期間タイマ回路ＴＣが、０．３［ms］以上３［ms］以下の値の切換期間信号Ｔｃを出力する切換期間タイマ回路ＴＣである出願時の請求項５又は請求項６の交流パルスアーク溶接電源装置である。
【００３７】
出願時の請求項８の発明は、図１２及び図１３に示すように、
出願時の請求項５に記載するピーク電流設定回路ＩＰが、ピーク期間信号Ｔｐ及びベース電流設定信号Ｉｂ及び切換電流設定信号Ｉｃを入力として、上記ピーク期間信号Ｔｐが入力された時点から予め定めたピーク立上り期間Ｔupの間はピーク電流設定信号Ｉｐの値を上記ベース電流設定信号Ｉｂの値から予め定めた定常ピーク電流設定値ＣＩｐまで傾斜を有して大きくして出力し、続けて上記ピーク期間信号Ｔｐの値から上記ピーク立上り期間Ｔup及び予め定めたピーク立下り期間Ｔdwの値を減算して定まる定常ピーク期間ＣＴｐの間は上記ピーク電流設定信号Ｉｐの値を上記定常ピーク電流設定値ＣＩｐにして出力し、続けて上記ピーク立下り期間Ｔdwの間は上記ピーク電流設定信号Ｉｐの値を上記定常ピーク電流設定値ＣＩｐから上記切換電流設定信号Ｉｃの値まで傾斜を有して小さくして出力するピーク電流形成回路ＩＰＣである出願時の請求項５の交流パルスアーク溶接電源装置である。
【００３８】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態の一例は、図１０に示すように、
溶接ワイヤ１を予め定めた送給速度設定信号Ｗｓに対応した送給速度て送給して溶接を行う交流パルスアーク溶接電源装置において、
予め定めたピーク期間信号Ｔｐを出力するピーク期間タイマ回路ＴＰと、上記ピーク期間信号Ｔｐの出力終了をトリガとして上記送給速度設定信号Ｗｓに応じてその値が０．３［ms］以上３［ms］以下の範囲内で変化する切換期間信号Ｔｃを出力する切換期間タイマ回路ＴＣと、上記切換期間信号Ｔｃの出力終了をトリガとして電極マイナス期間信号Ｔenを出力する電極マイナス期間タイマ回路ＴＥＮと、
交流である溶接電圧Ｖｗを検出して電圧検出信号Ｖｄを出力する電圧検出回路ＶＤと、電圧設定信号Ｖｓを出力する電圧設定回路ＶＳと、上記ピーク期間信号Ｔｐの出力開始時点からの電極プラス極性時の上記電圧検出信号Ｖｄと上記電圧設定信号Ｖｓとの誤差の積分値Ｉｖが０［Ｖ］になったときに上記ピーク期間タイマ回路ＴＰが再び出力を開始するトリガとなるリセット信号Ｃｐを出力する変調回路ＭＣと、
溶滴移行をさせる予め定めたピーク電流設定信号Ｉｐを出力するピーク電流設定回路ＩＰと、溶滴を成長させない範囲内で上記送給速度設定信号Ｗｓに応じてその値を変化する切換電流設定信号Ｉｃを出力する切換電流設定回路ＩＣと、溶滴移行をさせない予め定めた電極マイナス電流設定信号Ｉenを出力する電極マイナス電流設定回路ＩＥＮと、溶滴移行をさせない予め定めたベース電流設定信号Ｉｂを出力するベース電流設定回路ＩＢと、上記ピーク期間信号Ｔｐが入力されているときは上記ピーク電流設定信号Ｉｐを、上記切換期間信号Ｔｃが入力されているときは上記切換電流設定信号Ｉｃを、上記電極マイナス期間信号Ｔenが入力されているときは上記電極マイナス電流設定信号Ｉenを、上記３つの期間信号Ｔｐ及びＴｃ及びＴenがいずれも入力されていないときは上記ベース電流設定信号Ｉｂを電流制御設定信号Ｉscとして出力する電流制御設定回路ＩＳＣと、
上記電極マイナス期間信号Ｔenが入力されているときは電源装置の直流出力を電極マイナス極性に切り換え、上記信号Ｔenが入力されていないときは電源装置の直流出力を電極プラス極性に切り換える極性切換回路ＳＷＰと、
交流である上記溶接電流Ｉｗを検出してその値を絶対値に変換した電流検出信号Ｉｄを出力する電流検出回路ＩＤと、上記電流制御設定信号Ｉscと上記電流検出信号Ｉｄとが等しくなるように上記溶接電流Ｉｗの通電値を制御する出力制御回路ＩＮＶとから構成される交流パルスアーク溶接電源装置である。
【００３９】
【実施例】
［実施例１］
以下に説明する実施例１の発明は、出願時の請求項１及び請求項５に対応している。実施例１の発明は、図１で前述した従来技術におけるピーク期間Ｔｐと電極マイナス期間Ｔenとの間に、電極プラス極性で溶滴を成長させない範囲内で切換電流Ｉｃを通電する切換期間Ｔｃを設けた交流パルスアーク溶接制御方法である。以下、実施例１の発明の詳細を説明する。
【００４０】
図６は、本発明の実施例１を示す電流・電圧波形図である。同図（Ａ）は溶接電流Ｉｗの時間変化を示しており、同図（Ｂ）は溶接電圧Ｖｗの時間変化を示している。同図において、前述した図１と対応する個所には同一符号を付している。以下、同図を参照して説明する。
【００４１】
▲１▼ 時刻ｔ１〜ｔ２の期間（ピーク期間Ｔｐ）
この期間の動作は前述した図１のときと同様であるので、説明は省略する。
▲２▼ 時刻ｔ２〜ｔ２１の期間（切換期間Ｔｃ）
この期間は、本発明で追加された期間である。同図（Ａ）に示すように、時刻ｔ２において上記のピーク期間Ｔｐが終了すると、電極プラス極性で溶滴を成長させない範囲内で予め定めた切換期間Ｔｃの間は予め定めた切換電流Ｉｃを通電する。また、同図（Ｂ）に示すように、この期間中は上記の切換電流Ｉｃに対応した切換電圧Ｖｃが、溶接ワイヤ（＋）と被溶接物（−）との間に印加する。この期間は溶滴移行直後の残留溶滴の不安定形状が安定形状（球状）へと遷移する期間となる。この期間の作用の詳細は図７の説明の項で後述する。
【００４２】
▲３▼ 時刻ｔ２１〜ｔ３の期間（電極マイナス期間Ｔen）
この期間の動作は前述した図１のときと同様であるので、説明は省略する。
▲４▼ 時刻ｔ３〜ｔ４の期間（ベース期間Ｔｂ）
時刻ｔ３において、再び電極プラス極性になると、同図（Ａ）に示すように、図１と同様にベース期間Ｔｂの間はベース電流Ｉｂが通電する。また、この期間には、上記のベース電流Ｉｂの通電に対応したベース電圧Ｖｂが溶接ワイヤ（＋）と被溶接物（−）との間に印加する。同図（Ｂ）に示すように、このベース期間Ｔｂの終了時点は、図１で前述した従来技術と同様に、電極プラス極性時の溶接電圧Ｖｗと予め定めた電圧設定信号Ｖｓとの誤差の積分値Ｉｖが０［Ｖ］となった時点として制御される。同図の場合、電極プラス極性時の溶接電圧Ｖｗは、上記のピーク期間Ｔｐ中のピーク電圧Ｖｐ、切換期間Ｔｃ中の切換電圧Ｖｃ及びベース期間Ｔｂ中のベース電圧Ｖｂから形成される。したがって、ピーク期間Ｔｐ中のピーク電圧値Ｖｐと上記の電圧設定信号Ｖｓとの誤差の積分値Ｉv1＝∫（Ｖｐ−Ｖｓ）ｄｔと、切換期間Ｔｃ中の切換電圧値Ｖｃと上記の電圧設定信号Ｖｓとの誤差の積分値Ｉv2＝∫（Ｖｃ−Ｖｓ）ｄｔと、ベース期間Ｔｂ中のベース電圧値Ｖｂと上記の電圧設定信号Ｖｓとの誤差の積分値Ｉv3＝∫（Ｖｂ−Ｖｓ）ｄｔとの加算値が０［Ｖ］となるように次式によってベース期間Ｔｂの終了時点（時刻ｔ４）が決まる。
Ｉｖ＝∫（Ｖｐ−Ｖｓ）ｄｔ＋∫（Ｖｃ−Ｖｓ）ｄｔ＋∫（Ｖｂ−Ｖｓ）ｄｔ＝０ （２）式
ここで、同図のベース期間Ｔｂの時間長さは、切換期間Ｔｃの追加によって図１のベース期間Ｔｂの時間長さに比べて短くなる。この動作については図９で後述する。
【００４３】
図７は、上述した切換期間Ｔｃの作用を説明するための極性切換時の溶滴移行を示すアーク発生部模式図である。同図（Ａ）は切換期間Ｔｃ及び電極プラス極性から電極マイナス極性への極性切換時（ｔ２）の溶接電流Ｉｗの時間変化を示しており、同図（Ｂ１）〜（Ｂ４）は各時点での溶滴の状態を示す。同図は前述した図４と対応しており、以下、同図を参照して説明する。
【００４４】
同図（Ａ）に示すように、ピーク期間Ｔｐの終了時点（時刻ｔ２）の直前においては、前述した図４と同様に、ピーク期間Ｔｐ中のピーク電流Ｉｐの通電によって、同図（Ｂ１）に示すように、溶接ワイヤ１の先端に形成した溶滴１ａが大きく成長しており、かつ、ピーク電流Ｉｐの通電によるピンチ力によって溶滴上部にくびれが発生する。次に、同図（Ａ）に示すように、時刻ｔ２においてピーク期間Ｔｐが終了すると、同図（Ｂ２）に示すように、溶滴１ａの大部分は離脱して被溶接物２へと落下（移行）する。このとき、離脱しなかった一部の溶滴が残留溶滴１ｂとして細長く伸びた不安定形状で溶接ワイヤ１の先端に残る。続いて、同図（Ｂ３）に示すように、時刻ｔ２〜ｔ２１の切換期間Ｔｃ中は、電極プラス極性のままで溶滴が成長しない範囲内で小電流値の切換電流Ｉｃを通電するので、残留溶滴１ｂは陽極であり陰極点形成による局部加熱をされることもなく、時間の経過と共に表面張力によって球状の安定形状へと遷移する。そして、切換期間Ｔｃの終了時点（時刻ｔ２１）においては、上記の残留溶滴１ｂは安定形状に遷移している。この状態で電極プラス極性から電極マイナス極性へと切り換わると、同図（Ｂ４）に示すように、残留溶滴１ｂには陰極点Ｎ２が形成されて局部加熱による蒸発現象に伴う反発力が作用するが、残留溶滴１ｃは安定した球状であるのでこの反発力によってチリはほとんど発生しない。
【００４５】
上述したように、本発明では、ピーク期間Ｔｐ終了時の溶滴移行に伴う不安定形状の残留溶滴が、表面張力によって安定形状へと遷移する切換期間Ｔｃを設けて、残留溶滴が十分に安定形状に遷移した後に極性の切り換えを行う。したがって、この切換期間Ｔｃの時間長さは、残留溶滴が安定形状へと遷移するのに要する時間によって定まり、切換電流Ｉｃの値は、アーク切れが生じる電流値よりも大きく、かつ、溶滴が成長する電流値よりも小さい値に設定する。
【００４６】
図８は、上述した実施例１の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装置のブロック図である。同図において、前述した図２と同一の回路ブロックには同一の符号を付しており、それらの説明は省略する。以下、図２とは異なる点線で示す切換期間タイマ回路ＴＣ、電極マイナス期間タイマ回路ＴＥＮ、切換電流設定回路ＩＣ、ピーク期間切換回路ＳＰ及び切換期間切換回路ＳＣについて、同図を参照して説明する。
【００４７】
切換期間タイマ回路ＴＣは、図２で前述したピーク期間信号Ｔｐの出力終了（ＨｉｇｈレベルからＬｏｗレベルへの変化）をトリガとして、予め定めた一定期間Ｈｉｇｈレベルとなる切換期間信号Ｔｃを出力する。電極マイナス期間タイマ回路ＴＥＮは、上記の切換期間信号Ｔｃの出力終了（ＨｉｇｈレベルからＬｏｗレベルへの変化）をトリガとして、予め定めた一定期間Ｈｉｇｈレベルとなる電極マイナス期間信号Ｔenを出力する。切換電流設定回路ＩＣは、予め定めた切換電流設定信号Ｉｃを出力する。
【００４８】
ピーク期間切換回路ＳＰは、図２で前述したピーク期間信号Ｔｐが入力されているとき（Ｈｉｇｈレベルのとき）はａ側に切り換えられて図２で前述したピーク電流設定信号Ｉｐを電流制御設定信号Ｉscとして出力し、入力されていないとき（Ｌｏｗレベルのとき）はｂ側に切り換えられて後述する第２の切換設定信号Ｓｃを電流制御設定信号Ｉscとして出力する。切換期間切換回路ＳＣは、上記の切換期間信号Ｔｃが入力されているとき（Ｈｉｇｈレベルのとき）はａ側に切り換えられて上記の切換電流設定信号Ｉｃを第２の切換設定信号Ｓｃとして出力し、入力されていないとき（Ｌｏｗレベルのとき）はｂ側に切り換えられて図２で前述した切換設定信号Ｓｅを第２の切換設定信号Ｓｃとして出力する。
【００４９】
同図に示すように、ピーク期間切換回路ＳＰ、切換期間切換回路ＳＣ及び電極マイナス期間切換回路ＳＥによって本発明の電流制御設定回路ＩＳＣは形成されており、その処理は以下のとおりである。すなわち、電流制御設定回路ＩＳＣは、ピーク期間信号Ｔｐが入力されているときはピーク電流設定信号Ｉｐを、切換期間信号Ｔｃが入力されているときは切換電流設定信号Ｉｃを、電極マイナス期間信号Ｔenが入力されているときは電極マイナス電流設定信号Ｉenを、上記３つの期間信号Ｔｐ、Ｔｃ及びＴenがいずれも入力されていないときはベース電流設定信号Ｉｂを電流制御設定信号Ｉscとして出力する。
【００５０】
図９は、図８で上述した実施例１の溶接電源装置における各信号のタイミングチャートである。同図（Ａ）は溶接電流Ｉｗの時間変化を示しており、同図（Ｂ）は溶接電圧Ｖｗの時間変化を示したおり、同図（Ｃ）はピーク期間信号Ｔｐの時間変化を示しており、同図（Ｄ）は切換期間信号Ｔｃの時間変化を示しており、同図（Ｅ）は電極マイナス期間信号Ｔenの時間変化を示しており、同図（Ｆ）は積分値信号Ｉｖの時間変化を示しており、同図（Ｇ）はリセット信号Ｃｐの時間変化を示している。同図において、時刻ｔ２〜ｔ２１期間以外の動作は前述した図３と同様であるのでそれらの説明は省略し、図３とは異なる時刻ｔ２〜ｔ２１期間の動作について、以下、同図を参照して説明する。
【００５１】
時刻ｔ２〜ｔ２１の切換期間Ｔｃ中は、同図（Ｅ）に示す電極マイナス期間信号Ｔenが出力されていない（Ｌｏｗレベルである）ので、電極プラス極性になる。また、同図（Ｃ）に示すピーク期間信号Ｔｐの出力終了をトリガとして、同図（Ｄ）に示す切換期間信号Ｔｃが出力（Ｈｉｇｈレベル）されると、同図（Ａ）に示すように、切換電流Ｉｃが通電する。さらに、同図（Ｆ）に示す積分値信号Ｉｖは、前述した（２）式の第２項に基づき同図（Ｂ）に示す切換電圧Ｖｃ及び電圧設定信号ＶｓによってＩv2＝∫（Ｖｃ−Ｖｓ）ｄｔの積分値が加算される。このとき、前述したように切換電流Ｉｃは小電流値であるので、それに対応した切換電圧Ｖｃの値はＶｃ＜Ｖｓになり、時間経過と共にその値は徐々に小さくなる。したがって、この期間中に上記の積分値信号Ｉｖの値が小さくなった値に相当する時間長さだけ、ベース期間Ｔｂの時間長さは図３のときよりも短くなる。
【００５２】
［実施例２］
以下に説明する実施例２の発明は、出願時の請求項２及び請求項６に対応している。実施例２の発明は、実施例１で前述した切換電流Ｉｃ又は切換期間Ｔｃ又はそれら両方の値が、送給速度設定信号Ｗｓの値に応じて変化する交流パルスアーク溶接制御方法である。以下、実施例２の発明について詳細に説明する。
【００５３】
図１０は、実施例２の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装置のブロック図である。同図において、前述した図８と同一の回路ブロックには同一の符号を付しており、それらの説明は省略する。以下、図８とは異なる点線で示す送給速度設定回路ＷＳ、切換期間タイマ回路ＴＣ及び切換電流設定回路ＩＣについて、同図を参照して説明する。
【００５４】
送給速度設定回路ＷＳは、送給速度設定信号Ｗｓを出力する。切換期間タイマ回路ＴＣは、図８で前述したピーク期間信号Ｔｐの出力終了（ＨｉｇｈレベルからＬｏｗレベルへの変化）をトリガとして、上記の送給速度設定信号Ｗｓに応じて時間長さが変化する切換期間信号Ｔｃを出力する。なお、送給速度設定信号Ｗｓが大きくなると切換期間信号Ｔｃは短くなる関係にある。切換電流設定回路ＩＣは、上記の送給速度設定信号Ｗｓに応じて変化する切換電流設定信号Ｉｃを出力する。なお、送給速度設定信号Ｗｓが大きくなると切換電流設定信号Ｉｃも大きくなる関係にある。上記においては、切換電流設定信号Ｉｃ及び切換期間信号Ｔｃの両値が送給速度設定信号Ｗｓの値に応じて変化する場合を例示したが、切換電流設定信号Ｉｃ又は切換期間信号Ｔｃの一方の値が、送給速度設定信号Ｗｓの値に応じて変化するようにしてもよい。
【００５５】
上述したように、送給速度設定信号Ｗｓが大きくなると、切換電流Ｉｃを大きくして切換期間Ｔｃを短くする理由は、以下のとおりである。すなわち、前述した図６から明らかなように、電極プラス極性時の平均溶接電圧の最大値Ｖmaxは、ベース期間Ｔｂ＝０のときであり、Ｖmax＝（Ｉｐ×Ｔｐ＋Ｉｃ×Ｔｃ）／（Ｔｐ＋Ｔｃ）となる。上式において、ピーク電流Ｉｐ及びピーク期間Ｔｐは、１パルス１溶滴移行させるように定まり、その値はほぼ固定値である。したがって、上記の電極プラス極性時の平均溶接電圧の最大値Ｖmaxの値を大きくするためには、切換電流Ｉｃを大きくするか又は切換期間Ｔｐを短くすればよい。一般的に、送給速度設定信号Ｗｓが大きくなると、電極プラス極性時の平均溶接電圧の適正値は大きくなるので、上記の電極プラス極性時の平均溶接電圧の最大値Ｖmaxも大きくなる必要がある。このために、送給速度設定信号Ｗｓが大きくなると、電極プラス極性時の平均溶接電圧の最大値を大きくするために、切換電流Ｉｃを大きくするか又は切換期間Ｔｃを短くするか又はそれら両方を行う必要がある。
【００５６】
ところで、上記の切換電流Ｉｃは、前述したように、溶滴が成長しないように小さな値である必要がある。また、上記の切換期間Ｔｃは、残留溶滴が不安定形状から安定形状に確実に遷移することができる程度に長い時間である必要がある。
【００５７】
［実施例３］
以下に説明する実施例３の発明は、出願時の請求項３及び請求項７に対応している。実施例３の発明は、前述した切換期間Ｔｃの時間長さが、０．３［ms］以上３［ms］以下である交流パルスアーク溶接制御方法である。以下、実施例３の発明について詳細に説明する。
【００５８】
図１１は、上記の切換期間Ｔｃの境界値を説明するための切換期間Ｔｃとチリ発生量との関係図である。同図の横軸は切換期間Ｔｃの変化を示しており、縦軸はチリの発生量を示している。同図は、前述した図５と同一の溶接条件によって溶接を行ったときのチリの発生量を測定している。以下、同図を参照して説明する。
【００５９】
同図において、切換期間Ｔｃ＝０．３［ms］を下限境界値として、チリの発生量が急激に減少しており、その下限境界値から切換期間Ｔｃ＝２［ms］まではチリの発生量は徐々に減少している。この理由は、図７で前述したように、残留溶滴が不安定形状から安定形状へと遷移するのに要する時間が、０．３［ms］〜３［ms］程度の範囲で分布することに起因する。
【００６０】
また、切換期間Ｔｃ＝２［ms］から切換期間Ｔｃ＝３［me］までは、チリの発生量は徐々に増加して、切換期間Ｔｃ＝３［ms］を上限境界値としてそれ以上ではチリの発生量は急激に増加する。この理由は、図１０で前述したように、切換期間Ｔｃが長くなると電極プラス極性時の平均溶接電圧の最大値Ｖmaxが小さくなるために、適正な平均溶接電圧値に設定することができなくなり、その結果、チリよりも大粒のスパッタが発生するためである。したがって、切換期間Ｔｃは０．３［ms］以上３［ms］以下の範囲内にあることが好ましい。
【００６１】
上述した実施例３の発明を実施するための溶接電源装置は、前述した図８又は図１０のときと下記の切換期間タイマ回路ＴＣを除いて同一である。実施例３に対応する切換期間タイマ回路ＴＣは、０．３［ms］以上３［ms］以下の時間長さの切換期間信号｛Ｔｃ｝を出力する。
【００６２】
［実施例４］
以下に説明する実施例４の発明は、前述した実施例１〜３の発明に付加して実施する発明であり、出願時の請求項４及び請求項８に対応している。実施例４の発明は、前述したピーク期間Ｔｐに、ピーク立上り期間Ｔup又はピーク立下り期間Ｔdw又はそれら両方の期間を設けた交流パルスアーク溶接制御方法である。以下、実施例４の発明について説明する。
【００６３】
図１２は、本発明の実施例４を示す電流・電圧波形図である。同図（Ａ）は溶接電流Ｉｗの時間変化を示しており、同図（Ｂ）は溶接電圧Ｖｗの時間変化を示している。同図において、時刻ｔ１〜ｔ２のピーク期間Ｔｐ以外の期間は、前述した図６と同様であるので説明を省略する。以下、同図を参照してピーク期間Ｔｐについて説明する。
【００６４】
時刻ｔ１〜ｔ２のピーク期間Ｔｐ中は、ピーク期間Ｔｐの開始時点（時刻ｔ１）から予め定めたピーク立上り期間Ｔupの間はベース電流Ｉｂの値から定常ピーク電流ＣＩｐの値まで傾斜を有して大きくなる遷移電流を通電し、続けてピーク期間Ｔｐの値から上記のピーク立上り期間Ｔup及び予め定めたピーク立下り期間Ｔdwの値を減算して定まる定常ピーク期間ＣＴｐの間は、上記の定常ピーク電流ＣＩｐを通電し、続けて上記のピーク立下り期間Ｔdwの間は上記の定常ピーク電流ＣＩｐの値から切換電流Ｉｃの値まで傾斜を有して小さくなる遷移電流を通電する。上記の定常ピーク電流ＣＩｐは、前述した実施例１〜３のピーク電流Ｉｐに相当する。また、上記においては、ピーク立上り期間Ｔup及びピーク立下り期間Ｔdwの両期間を設けた場合を例示したが、どちらか一方の期間のみを設けるようにしてもよい。
【００６５】
上述したように、ピーク期間Ｔｐにピーク立上り期間Ｔup及びピーク立下り期間Ｔdwを設ける理由は、以下のとおりである。すなわち、ピーク立上り期間Ｔupを設けない場合は、ピーク期間Ｔｐの開始時点において数十［Ａ］程度の小電流値のベース電流Ｉｂから数百［Ａ］程度の大電流値のピーク電流Ｉｐへの急峻な通電によって、溶融池に作用するアーク力が急激に変化して、溶融池に不規則な運動が発生するために、ビード外観が悪化することがある。一方、ピーク立上り期間Ｔupを設けると、上述したように、ピーク期間Ｔｐの開始時点から傾斜を有して大きくなる遷移電流を通電することによって、アーク力の変化も小さくなり溶融池の不規則な運動も発生しない。そのために、良好なビード外観となる。ピーク立下り期間Ｔdwを設ける理由も上記と同様である。
【００６６】
実施例４の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装置は、前述した図８及び図１０においてピーク電流設定回路ＩＰを以下に説明するピーク電流形成回路ＩＰＣに置換した構成となる。
図１３は、上記のピーク電流形成回路ＩＰＣのブロック図である。以下、同図を参照して説明する。
【００６７】
ピーク電流形成回路ＩＰＣは、図８及び図１０で前述したピーク期間信号Ｔｐ、ベース電流設定信号Ｉｂ及び切換電流設定信号Ｉｃを入力として、上記のピーク期間信号Ｔｐが入力された時点から予め定めたピーク立上り期間Ｔupの間はピーク電流設定信号Ｉｐの値を上記のベース電流設定信号Ｉｂの値から予め定めた定常ピーク電流設定値ＣＩｐまで傾斜を有して大きくして出力し、続けて上記のピーク期間信号Ｔｐの値から上記のピーク立上り期間Ｔup及び予め定めたピーク立下り期間Ｔdwを減算して定まる定常ピーク期間ＣＴｐの間は、上記のピーク電流設定信号Ｉｐの値を上記の定常ピーク電流設定値ＣＩｐにして出力し、続けて上記のピーク立下り期間Ｔdwの間は上記のピーク電流設定信号Ｉｐの値を上記の定常ピーク電流設定値ＣＩｐから図８及び図１０で前述した切換電流設定信号Ｉｃの値まで傾斜を有して小さくして出力する。
【００６８】
図１４は、本発明の交流パルスアーク溶接制御方法の効果を示すビード外観の一例である。同図は、前述した従来技術のときの図５と対応しており、その溶接条件は、新しく付加した切換電流Ｉｃ＝８０［Ａ］及び切換期間Ｔｃ＝１［ms］である以外は図５と同一である。同図に示すように、被溶接物２に形成された溶接ビード２ａの周辺には、チリ１ｃがほとんど付着しておらず、良好なビード外観となっている。
【００６９】
【発明の効果】
本発明の交流パルスアーク溶接制御方法では、ピーク期間Ｔｐと電極マイナス期間Ｔenとの間に切換電流Ｉｃを通電する切換期間Ｔｃを設けることによって、溶滴移行直後の残留溶滴が不安定形状から安定形状に遷移した後に極性を切り換えるので、残留溶滴からのチリの発生量が大幅に少なくなり、その結果、良好なビード外観を得ることができる。
さらに、実施例２の発明では、上記の切換電流Ｉｃ及び切換期間Ｔｃを送給速度に応じて適正値に設定することによって、上記の効果を有した上で、出力可能な電極プラス極性時の平均溶接電圧の最大値Ｖmaxを大きくすることができるので、適正な平均溶接電圧値を出力することができないことに起因するスパッタの大量発生等の溶接状態の不安定を防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】従来技術の交流パルスアーク溶接制御方法の電流・電圧波形図
【図２】従来技術の溶接電源装置のブロック図
【図３】従来技術の溶接電源装置における各信号のタイミングチャート
【図４】従来技術の解決すべき課題を説明するための極性切換時のアーク発生部模式図
【図５】従来技術で溶接したときのビード外観図
【図６】本発明の実施例１の電流・電圧波形図
【図７】本発明の切換期間Ｔｃの作用を説明するためのアーク発生部模式図
【図８】実施例１の溶接電源装置のブロック図
【図９】実施例１の溶接電源装置における各信号のタイミングチャート
【図１０】実施例２の溶接電源装置のブロック図
【図１１】切換期間Ｔｃの境界値を説明するための切換期間Ｔｃとチリ発生量との関係図
【図１２】実施例４の電流・電圧波形図
【図１３】実施例４のピーク電流形成回路ＩＰＣのブロック図
【図１４】本発明の効果を示すビード外観図
【符号の説明】
１ 溶接用ワイヤ
１ａ 溶滴
１ｂ 残留溶滴
１ｃ チリ
２ 被溶接物
２ａ 溶接ビード
３ アーク
４ 溶接トーチ
５ａ ワイヤ送給装置の送給ロール
ＡＣ 商用電源
ＣＩｐ 定常ピーク電流（設定値）
ＣＰ 比較回路
Ｃｐ リセット信号
ＣＴｐ 定常ピーク期間
Ｄ2a〜Ｄ2d ２次側整流器
ＤＲ 極性切換ドライブ回路
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 電圧誤差回路
Ｅｖ 電圧誤差信号
ＩＢ ベース電流設定回路
Ｉｂ ベース電流（設定信号）
ＩＣ 切換電流設定回路
Ｉｃ 切換電流（設定信号）
ＩＤ 電流検出回路
Ｉｄ 電流検出信号
ＩＥＮ 電極マイナス電流設定回路
Ｉen 電極マイナス電流（設定信号）
ＩＮＴ 高周波変圧器
ＩＮＶ 出力制御回路
ＩＰ ピーク電流設定回路
Ｉｐ ピーク電流（設定信号）
ＩＰＣ ピーク電流形成回路
ＩＳＣ 電流制御設定回路
Ｉsc 電流制御設定信号
ＩＶ 積分回路
Ｉｖ 積分値（信号）
Ｉｗ 溶接電流
ＭＣ 変調回路
Ｎ１、Ｎ２ 陰極点
Ｎｄ 電極マイナス極性ドライブ信号
ＮＴＲ 電極マイナス極性トランジスタ
Ｐｄ 電極プラス極性ドライブ信号
ＰＴＲ 電極プラス極性トランジスタ
ＳＣ 切換期間切換回路
Ｓｃ 第２の切換設定信号
ＳＥ 電極マイナス期間切換回路
Ｓｅ 切換設定信号
ＳＰ ピーク期間切換回路
ＳＷＰ 極性切換回路
ＴＢ ベース期間タイマ回路
Ｔｂ ベース期間信号
ＴＣ 切換期間タイマ回路
Ｔｃ 切換期間（信号）
Ｔdw ピーク立下り期間
ＴＥＮ 電極マイナス期間タイマ回路
Ｔen 電極マイナス期間（信号）
ＴＰ ピーク期間タイマ回路
Ｔｐ ピーク期間（信号）
Ｔup ピーク立上り期間
Ｖｂ ベース電圧
Ｖｃ 切換電圧
ＶＤ 電圧検出回路
Ｖｄ 電圧検出信号
Ｖen 電極マイナス電圧
Ｖmax 電極プラス極性時の平均溶接電圧の最大値
Ｖｐ ピーク電圧
ＶＳ 電圧設定回路
Ｖｓ 電圧設定信号
Ｖｗ 溶接電圧
ＷＬ リアクトル
ＷＳ 送給速度設定回路
Ｗｓ 送給速度設定信号

Claims (8)

1. 溶接ワイヤを予め定めた送給速度設定信号に対応した送給速度で送給すると共に、溶接電流を溶接ワイヤ側から被溶接物側方向に通電する電極プラス極性でピーク期間の間は溶滴移行をさせるピーク電流を通電し、続けて前記溶接電流を被溶接物側から溶接ワイヤ側方向に通電する電極マイナス極性で電極マイナス期間の間は溶滴移行をさせない電極マイナス電流を通電し、続けて再び前記電極プラス極性でベース期間の間は溶滴移行をさせないベース電流を通電し、前記通電を１周期として繰り返して通電する交流パルスアーク溶接制御方法において、
   前記ピーク期間と前記電極マイナス期間との間に、前記電極プラス極性で溶滴を成長させない予め定めた切換電流を通電する切換期間を設け、この切換期間は、残留溶滴を細長く伸びた不安定形状から球状の安定形状に遷移させ、かつ、電極プラス極性時の平均溶接電圧の最大値（変調制御によって前記ベース期間が０となったときの値）が電極プラス極性時の平均溶接電圧の適正値よりも大きくなるように設定される交流パルスアーク溶接制御方法。
2. 切換電流又は切換期間又はそれら両方の値が、送給速度設定信号の値に応じて変化する請求項１の交流パルスアーク溶接制御方法。
3. 切換期間の値が、０．３［ms］以上３［ms］以下である請求項１又は請求項２の交流パルスアーク溶接制御方法。
4. ピーク期間に、ピーク立上り期間又はピーク立下り期間又はそれら両方の期間を設けた請求項１の交流パルスアーク溶接制御方法。
5. 溶接ワイヤを予め定めた送給速度設定信号に対応した送給速度で送給して溶接を行う交流パルスアーク溶接電源装置において、
   予め定めたピーク期間信号を出力するピーク期間タイマ回路と、前記ピーク期間信号の出力終了をトリガとして残留溶滴を細長く伸びた不安定形状から球状の安定形状に遷移させ、かつ、電極プラス極性時の平均溶接電圧の最大値（変調制御によってベース期間が０となったときの値）が電極プラス極性時の平均溶接電圧の適正値よりも大きくなるように予め定めた切換期間信号を出力する切換期間タイマ回路と、前記切換期間信号の出力終了をトリガとして電極マイナス期間信号を出力する電極マイナス期間タイマ回路と、交流である溶接電圧を検出して電圧検出信号を出力する電圧検出回路と、電圧設定信号を出力する電圧設定回路と、前記ピーク期間信号の出力開始時点からの電極プラス極性時の前記電圧検出信号と前記電圧設定信号との誤差の積分値が０［Ｖ］になったときに前記ピーク期間タイマ回路が再び出力を開始するトリガとなるリセット信号を出力する変調回路と、溶滴移行をさせる予め定めたピーク電流設定信号を出力するピーク電流設定回路と、溶滴を成長させない予め定めた切換電流設定信号を出力する切換電流設定回路と、溶滴移行をさせない予め定めた電極マイナス電流設定信号を出力する電極マイナス電流設定回路と、溶滴移行をさせない予め定めたベース電流設定信号を出力するベース電流設定回路と、前記ピーク期間信号が入力されているときは前記ピーク電流設定信号を、前記切換期間信号が入力されているときは前記切換電流設定信号を、前記電極マイナス期間信号が入力されているときは前記電極マイナス電流設定信号を、前記３つの期間信号がいずれも入力されていないときは前記ベース電流設定信号を電流制御設定信号として出力する電流制御設定回路と、前記電極マイナス期間信号が入力されているときは電源装置の直流出力を電極マイナス極性に切り換え、前記信号が入力されていないときは電源装置の直流出力を電極プラス極性に切り換える極性切換回路と、交流である前記溶接電流を検出してその値を絶対値に変換した電流検出信号を出力する電流検出回路と、前記電流制御設定信号と前記電流検出信号とが等しくなるように前記溶接電流の通電値を制御する出力制御回路とから構成される交流パルスアーク溶接電源装置。
6. 切換電流設定回路が送給速度設定信号を入力としてその入力値に応じてその値を変化する切換電流設定信号を出力する切換電流設定回路であり、切換期間タイマ回路が前記送給速度設定信号を入力としてその入力値に応じてその値を変化する切換期間信号を出力する切換期間タイマ回路である請求項５の交流パルスアーク溶接電源装置。
7. 切換期間タイマ回路が、０．３［ms］以上３［ms］以下の値の切換期間信号を出力する切換期間タイマ回路である請求項５又は請求項６の交流パルスアーク溶接電源装置。
8. ピーク電流設定回路が、ピーク期間信号及びベース電流設定信号及び切換電流設定信号を入力として、前記ピーク期間信号が入力された時点から予め定めたピーク立上り期間の間はピーク電流設定信号の値を前記ベース電流設定信号の値から予め定めた定常ピーク電流設定値まで傾斜を有して大きくして出力し、続けて前記ピーク期間信号の値から前記ピーク立上り期間及び予め定めたピーク立下り期間の値を減算して定まる定常ピーク期間の間は前記ピーク電流設定信号の値を前記定常ピーク電流設定値にして出力し、続けて前記ピーク立下り期間の間は前記ピーク電流設定信号の値を前記定常ピーク電流設定値から前記切換電流設定信号の値まで傾斜を有して小さくして出力するピーク電流形成回路である請求項５の交流パルスアーク溶接電源装置。

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