JP6019387B2 - アーク溶接制御方法およびアーク溶接装置 - Google Patents

Description

本発明は、消耗電極である溶接ワイヤを連続的に自動送給しながら短絡とアークを繰り返して短絡溶接を行うアーク溶接制御方法およびアーク溶接装置に関するものである。

図６は、従来の短絡を伴うアーク溶接制御方法における出力波形を示す図であり、ワイヤ送給速度Ｗｆと、溶接電圧Ｖｗと、溶接電流Ａｗの時間変化を示している。

図６において、時刻ｔ３から時刻ｔ４までの短絡期間では、時刻ｔ３で短絡が発生すると、ワイヤ送給速度Ｗｆは、正送であるワイヤ送給速度Ｗｆａから逆送であるワイヤ送給速度Ｗｆｓに減速して、溶接ワイヤを逆送させる。また、溶接電流Ａｗとして電流制御を行って溶接電流Ａｗを上昇させる。

時刻ｔ４から時刻ｔ５までのアーク期間においては、時刻ｔ４で短絡開放すると、ワイヤ送給速度Ｗｆは、逆送であるワイヤ送給速度Ｗｆｓから正送であるワイヤ送給速度Ｗｆａまで加速して、溶接ワイヤを正送させる。また、溶接電流Ａｗとして電流制御を行って溶接電流Ａｗを上昇させる。

上述したように、短絡期間では、ワイヤ送給を逆送とすることにより、短絡期間に送給される溶接ワイヤの送給量を減少させることができ、ワイヤ送給を逆送としない場合と比べ、短い時間で短絡状態を開放させてアークを発生させることができる。また、短絡解放後に、ワイヤ送給を逆送から正送として溶接電流を所定のピーク電流に上昇させることにより、安定して溶接ワイヤを燃え上がらせて溶滴を形成することができる。

これらにより、長時間短絡によるワイヤのはじきや短絡周期の乱れを防止でき、周期的な安定した溶接を実現することができる（例えば、特許文献１参照）。

特許第４２１１７９３号公報

上述した従来のアーク溶接制御方法における溶接ワイヤの送給制御は、図６に示すように、時刻ｔ３で短絡が発生すると、すぐにワイヤ送給速度Ｗｆを正送であるワイヤ送給速度Ｗｆａから逆送であるワイヤ送給速度Ｗｆｓに減速させ、積極的に短絡開放を行う。

しかし、この場合、アーク期間におけるアーク発生直後やアーク期間における短絡発生直前において発生しやすい非常に短い短絡（以降、微小短絡と表現する）が発生すると、すぐに溶接ワイヤを逆送させ、微小短絡から短絡開放すると、すぐに溶接ワイヤを正送に切り替える。このように、微小短絡のような短い時間内に溶接ワイヤの逆送と正送を切り替えると、溶接ワイヤと溶融プールとのアーク長が十分に確保されない状態でワイヤ送給速度を加速させるため、さらに微小短絡が発生する場合があり、規則的な安定したアーク状態を確保することが難しいと考えられる。

なお、従来の溶接ワイヤ制御では、周期的に短絡やアークを繰り返す場合については考慮されているが、微小短絡が発生した場合については考慮されていない。

また、本発明のアーク溶接制御方法は、上記に加えて、溶接用のワイヤの送給として前進送給である正送と後退送給である逆送とを、所定の周波数と所定の振幅で周期的に繰り返し行い、前記ワイヤと溶接対象物との溶接状態が短絡であるのか短絡開放であるのかを検出するアーク溶接制御方法であって、正送中に短絡であることを検出すると周期的な送給を中断して前記短絡であることを検出した時点の送給速度である第１の送給速度で一定速度送給を行い、前記第１の送給速度での送給中の第１の所定時間内に短絡であることが２回以上の所定回数検出された場合には、前記周期的な送給を再開し、逆送中に短絡開放であることを検出すると周期的な送給を中断して前記短絡開放であることを検出した時点の送給速度である第２の送給速度で一定速度送給を行い、前記第２の送給速度での送給中の第２の所定時間内に短絡開放であることが２回以上の所定回数検出された場合には、前記周期的な送給を再開するものである。

また、本発明のアーク溶接制御方法は、上記に加えて、正送中に短絡であることを検出した時点のワイヤ送給速度の絶対値が、所定の第１のワイヤ送給速度以上の場合には、第１の送給速度による一定速度送給を行わずに周期的な送給を継続し、逆送中に短絡開放であることを検出した時点のワイヤ送給速度の絶対値が、所定の第２のワイヤ送給速度以上の場合には、第２の送給速度による一定速度送給を行わずに周期的な送給を継続するものである。

また、本発明のアーク溶接制御方法は、溶接用のワイヤと溶接対象物との溶接状態が短絡であるのか短絡開放であるのかを検出するアーク溶接制御方法であって、第１の所定時間の内に短絡であることが２回以上の所定回数検出された場合には、短絡期間であると判定して短絡制御を行い、第２の所定時間内に短絡開放であることが２回以上の所定回数検出された場合には、アーク期間であると判定してアーク制御を行うものである。

また、本発明のアーク溶接制御方法は、溶接用のワイヤと溶接対象物との溶接状態が短絡であるのか短絡開放であるのかを検出するアーク溶接制御方法であって、第１の所定時間内に短絡であることが２回以上の所定回数検出された場合には、短絡期間であると判定し、前記第１の所定時間の間は、前記所定回数の検出された短絡のうち１回目の短絡検出時の溶接電流よりも低い溶接電流に制御するものである。

また、本発明のアーク溶接制御方法は、溶接用のワイヤと溶接対象物との溶接状態が短絡であるのか短絡開放であるのかを検出するアーク溶接制御方法であって、第２の所定時間内に短絡開放であることが２回以上の所定回数検出された場合には、アーク期間であると判定し、前記第２の所定時間の間は、前記所定回数の検出された短絡開放のうち１回目の短絡開放検出時の溶接電流と同じ大ききの溶接電流を維持する、または、前記１回目の短絡開放検出時の溶接電流よりも高い電流に維持する、または、前記１回目の短絡開放検出時の溶接電流よりも低い電流に維持する、または、前記１回目の短絡開放検出時の溶接電流から時間の経過と共に溶接電流を増加する、または、前記１回目の短絡開放検出時の溶接電流から時間の経過と共に溶接電流を低下するように制御するものである。

また、本発明のアーク溶接装置は、消耗電極である溶接ワイヤと母材との間でアークの発生と短絡とを繰り返して溶接を行うアーク溶接装置であって、溶接出力を制御するスイッチング部と、前記スイッチング部を制御する駆動部と、溶接電流を検出する溶接電流検出部と、溶接電圧を検出する溶接電圧検出部と、前記溶接電圧検出部の出力に基づいて短絡状態であるのかアーク状態であるのかを検出する短絡／アーク検出部と、前記短絡／アーク検出部からの信号を受けて第１の所定時間の間に短絡状態が発生しているか否かあるいは第２の所定時間の間にアーク状態が発生しているか否かを判定するための短絡／アーク判定計時部と、前記短絡／アーク判定計時部からの信号に基づいて短絡時の溶接出力制御信号を前記駆動部に出力する短絡制御部と、前記短絡／アーク判定計時部からの信号を基づいてアーク時の溶接出力制御信号を前記駆動部に出力するアーク制御部と、前記短絡／アーク判定計時部からの信号に基づいて前記ワイヤ送給速度を制御するワイヤ送給速度制御部と、設定電流や設定電圧を設定するための溶接条件設定部とを備え、前記ワイヤの送給として前進送給である正送と後退送給である逆送とを、所定の周波数と所定の振幅で周期的に繰り返し行い、正送中に短絡であることを検出すると周期的な送給を中断して前記短絡であることを検出した時点の送給速度である第１の送給速度で一定速度送給を行い、前記第１の送給速度での送給中の第１の所定時間内に短絡であることが２回以上の所定回数検出された場合には、前記周期的な送給を再開し、逆送中に短絡開放であることを検出すると周期的な送給を中断して前記短絡開放であることを検出した時点の送給速度である第２の送給速度で一定速度送給を行い、前記第２の送給速度での送給中の第２の所定時間内に短絡開放であることが２回以上の所定回数検出された場合には、前記周期的な送給を再開するものである。

また、本発明のアーク溶接装置は、消耗電極である溶接ワイヤと母材との間でアークの発生と短絡とを繰り返して溶接を行うアーク溶接装置であって、溶接出力を制御するスイッチング部と、前記スイッチング部を制御する駆動部と、溶接電流を検出する溶接電流検出部と、溶接電圧を検出する溶接電圧検出部と、前記溶接電圧検出部の出力に基づいて短絡状態であるのかアーク状態であるのかを検出する短絡／アーク検出部と、前記短絡／アーク検出部からの信号を受けて第１の所定時間内に短絡状態が２回以上の所定回数発生しているか否かを判定するための短絡／アーク判定計時部と、前記短絡／アーク判定計時部からの信号に基づいて短絡時の溶接出力制御信号を前記駆動部に出力する短絡制御部と、前記短絡／アーク判定計時部からの信号を基づいてアーク時の溶接出力制御信号を前記駆動部に出力するアーク制御部と、前記短絡／アーク判定計時部からの信号に基づいて前記ワイヤ送給速度を制御するワイヤ送給速度制御部と、設定電流や設定電圧を設定するための溶接条件設定部とを備え、第１の所定時間内に短絡であることが２回以上の所定回数検出された場合には、短絡期間であると判定し、前記第１の所定時間の間は、前記所定回数の検出された短絡のうち１回目の短絡検出時の溶接電流よりも低い溶接電流に制御するものである。

また、本発明のアーク溶接装置は、消耗電極である溶接ワイヤと母材との間でアークの発生と短絡とを繰り返して溶接を行うアーク溶接装置であって、溶接出力を制御するスイッチング部と、前記スイッチング部を制御する駆動部と、溶接電流を検出する溶接電流検出部と、溶接電圧を検出する溶接電圧検出部と、前記溶接電圧検出部の出力に基づいて短絡状態であるのかアーク状態であるのかを検出する短絡／アーク検出部と、前記短絡／アーク検出部からの信号を受けて第２の所定時間内にアーク状態が２回以上の所定回数発生しているか否かを判定するための短絡／アーク判定計時部と、前記短絡／アーク判定計時部からの信号に基づいて短絡時の溶接出力制御信号を前記駆動部に出力する短絡制御部と、前記短絡／アーク判定計時部からの信号を基づいてアーク時の溶接出力制御信号を前記駆動部に出力するアーク制御部と、前記短絡／アーク判定計時部からの信号に基づいて前記ワイヤ送給速度を制御するワイヤ送給速度制御部と、設定電流や設定電圧を設定するための溶接条件設定部とを備え、第２の所定時間内に短絡開放であることが２回以上の所定回数検出された場合には、アーク期間であると判定し、前記第２の所定時間の間は、前記所定回数の検出された短絡開放のうち１回目の短絡開放検出時の溶接電流と同じ大ききの溶接電流を維持する、または、前記１回目の短絡開放検出時の溶接電流よりも高い電流に維持する、または、前記１回目の短絡開放検出時の溶接電流よりも低い電流に維持する、または、前記１回目の短絡開放検出時の溶接電流から時間の経過と共に溶接電流を増加する、または、前記１回目の短絡開放検出時の溶接電流から時間の経過と共に溶接電流を低下するように制御するものである。

また、本発明のアーク溶接装置は、上記に加えて、アーク溶接装置は、マニピュレータとロボット制御装置を備えた産業用ロボットと、溶接電源装置とを備え、前記溶接電源装置は、スイッチング部と、駆動部と、溶接電流検出部と、溶接電圧検出部と、短絡／アーク検出部と、短絡／アーク判定計時部と、短絡制御部と、アーク制御部と、ワイヤ送給速度制御部を備え、前記産業用ロボットは、溶接条件設定部を備えたものである。

また、本発明のアーク溶接装置は、溶接電源装置を、ロボット制御装置内に設けたものである。

以上のように、本発明によれば、正送中の第１の所定時間内に短絡であることが２回以上の所定回数検出された場合には、溶接ワイヤを正送から逆送に切り替え、逆送中の第２の所定時間内に短絡開放であることが２回以上の所定回数検出された場合には、溶接ワイヤを逆送から正送に切り替えるので、例えば周期的でない微小短絡が発生しても溶接ワイヤの送給を切り替えないので、安定した溶接を実現することが可能となる。

また、第１の所定時間内に短絡であることが２回以上の所定回数検出された場合には、短絡期間であると判定して短絡制御を行い、第２の所定時間内に短絡開放であることが２回以上の所定回数検出された場合には、アーク期間であると判定してアーク制御を行う。従って、例えば周期的でない微小短絡が発生しても短絡制御とアーク制御を切り替えないので、安定した溶接を実現することが可能となる。

本発明の実施の形態１と実施の形態２における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１のアーク溶接制御方法におけるワイヤ送給速度を矩形波とした場合の出力波形を示す図 本発明の実施の形態１のアーク溶接制御方法におけるワイヤ送給速度を台形波とした場合の出力波形を示す図 本発明の実施の形態１のアーク溶接制御方法におけるワイヤ送給速度を周期的とした場合の出力波形を示す図 本発明の実施の形態２のアーク溶接制御方法における出力波形を示す図 従来のアーク溶接制御方法における出力波形を示す図

以下、本発明の実施の形態について、図１から図５を用いて説明する。

（実施の形態１）
図１は、本実施の形態１におけるアーク溶接装置の概略構成を示す。アーク溶接装置は主に、溶接電源装置１５と、マニピュレータ１８と、溶接電源装置１５やマニピュレータ１８を制御するロボット制御装置１６を備えている。

図１において、溶接電源装置１５は、入力電源１から入力した電力を整流する１次整流部２と、１次整流部２の出力を入力とし溶接出力を制御するためのスイッチング部３と、スイッチング部３の出力を変圧するトランス４と、トランス４の出力を整流する２次整流部５と、２次整流部５の出力を平滑するためのインダクタンスであるＤＣＬ６と、スイッチング部３の動作を制御するための駆動部７と、溶接電圧を検出する溶接電圧検出部８と、溶接電流を検出する溶接電流検出部９と、溶接電圧検出部８の検出結果に基づいて短絡状態であるのかアーク状態であるのかを検出する短絡／アーク検出部１０と、短絡／アーク検出部１０からの信号を受けて、短絡状態とアーク状態が２回以上の所定回数発生しているか否かを判定するための短絡／アーク判定計時部１１と、短絡／アーク判定計時部１１の判定に基づいて短絡状態の場合に溶接出力の制御信号を駆動部７に出力する短絡制御部１２と、短絡／アーク判定計時部１１の判定に基づいてアーク状態の場合に溶接出力の制御信号を駆動部７に出力するアーク制御部１３と、短絡／アーク判定計時部１１の判定に基づいて溶接ワイヤ２０の送給を制御するワイヤ送給速度制御部１４を備えている。

また、１６はマニピュレータ１８を制御するロボット制御装置、１７は設定溶接電流や溶接ワイヤの直径やＣＯ２やＭＡＧなどの溶接法等の溶接条件等を設定するための溶接条件設定部、１９はワイヤ保存部、２１はフィードローラ、２２はチップ、２３はアーク、２４は被溶接物である。なお、溶接電源装置１５を、ロボット制御装置１６内に設けるようにしてもよい。

図２は、本実施の形態１のアーク溶接装置で行うアーク溶接制御方法における出力波形を示す図であり、ワイヤ送給速度Ｗｆと溶接電圧Ｖｗと溶接電流Ａｗの時間変化を示す。図２に示す時刻ｔ３から時刻ｔ４までの短絡期間では、短絡が発生しても、ワイヤ送給速度Ｗｆは、アーク期間中のワイヤ送給速度Ｗｆａで前進送給である正送とする。そして、第１の所定時間ｔ１内に短絡であることが連続して２回以上の所定回数検出された場合には、ワイヤ送給速度Ｗｆを、ワイヤ送給速度Ｗｆａからワイヤ送給速度Ｗｆｓに減速して後退送給である逆送とする。

なお、時刻ｔ３で１回目の短絡が検出された後、これに続いて、２回目の短絡ではなく１回の短絡開放が検出された場合には、２回以上の所定回数、すなわち、第１の所定時間ｔ１をリセットする。そしてその後、再度１回目の短絡が検出された時点から、短絡の２回以上の所定回数の検出、すなわち、第１の所定時間ｔ１を開始する。

なお、短絡期間の終端直前、すなわち、時刻ｔ４の直前においては、従来から知られているように、スパッタを低減するため、溶融した溶接ワイヤ２０のくびれを検知して溶接電流Ａｗを急峻に低減させるよう制御している。

時刻ｔ４から時刻ｔ５までのアーク期間においては、アークが発生しても、ワイヤ送給速度Ｗｆは、短絡期間中のワイヤ送給速度Ｗｆｓで逆送する。そして、第２の所定時間ｔ２内に短絡開放であることが２回以上の所定回数検出された場合には、ワイヤ送給速度Ｗｆを、逆送であるワイヤ送給速度Ｗｆｓから正送であるワイヤ送給速度Ｗｆａに加速して正送とする。

なお、時刻ｔ４で１回目の短絡開放が検出された後、これに続いて、２回目の短絡開放ではなく１回の短絡が検出された場合には、２回以上の所定回数、すなわち、第２の所定時間ｔ２をリセットする。そしてその後、再度１回目の短絡開放が検出された時点から、短絡開放の２回以上の所定回数の検出、すなわち、第２の所定時間ｔ２を開始する。

なお、短絡や短絡開放の検出は、予め決められた所定のサンプリング時間ごとに行われる。そして、第１の所定時間ｔ１や第２の所定時間ｔ２は、「２回以上の所定回数」×「サンプリング時間」で定義される。すなわち、１回目の短絡が検出された時点から短絡が２回以上の所定回数検出された時点までの時間は、第１の所定時間ｔ１と同じである。また、１回目の短絡開放が検出された時点から短絡開放が２回以上の所定回数検出された時点までの時間は、第２の所定時間ｔ２と同じである。

なお、正送と逆送を繰り返すワイヤ送給速度Ｗｆの波形は、図２に示すように矩形波としてもよいし、あるいは、図３に示すように所定の傾きをもった台形波としてもよい。矩形波の場合、送給の制御が簡単であり、応答性が早い。台形波の場合、矩形波の場合と比べ、溶接ワイヤ２０の送給の急激な変化が少ないので、溶接ワイヤ２０を送給するためのモータの負担が少ない。

次に、図４に示すように、正送と逆送を繰り返すワイヤ送給速度Ｗｆを、所定の周波数（周期ＷＦ）と所定の振幅ＷＶで、周期的に繰り返し行う場合について説明する。なお、所定の周波数や所定の振幅ＷＶは、例えば、溶接条件設定部１７で設定される。また、ワイヤ送給速度Ｗｆの基本変化は、正弦波状のワイヤ送給速度変化である。

時刻ｔ３から時刻ｔ４までの短絡期間では、時刻ｔ３において１回目の短絡であることを検出すると周期的な送給を中断し、１回目の短絡を検出した時刻ｔ３時点のワイヤ送給速度である第１のワイヤ送給速度Ｗｆ２で一定送給する。そして、第１のワイヤ送給速度Ｗｆ２での送給中の第１の所定時間ｔ１内に、短絡であることが２回以上の所定回数検出された場合には、所定の周波数（周期ＷＦ）と所定の振幅ＷＶによる周期的な送給を再開する。なお、２回以上の所定回数の検出には、時刻ｔ３における１回目の短絡の検出も含まれる。

時刻ｔ４から時刻ｔ５までのアーク期間では、時刻ｔ４において１回目の短絡開放であることを検出すると周期的な送給を中断して、短絡開放を検出した時刻ｔ４時点のワイヤ送給速度である第２のワイヤ送給速度Ｗｆ３で一定送給する。そして、第２のワイヤ送給速度Ｗｆ３での送給中の第２の所定時間ｔ２内に、短絡開放であることが２回以上の所定回数検出された場合には、周期的な送給を再開するように制御してもよい。なお、２回以上の所定回数の検出には、時刻ｔ４における１回目の短絡開放の検出も含まれる。

なお、正送中に１回目の短絡であることを検出した時刻ｔ３において、時刻ｔ３のワイヤ送給速度の絶対値が、所定のワイヤ送給速度以上の場合には、第１のワイヤ送給速度Ｗｆ２による一定送給を行わず、周期的な送給を継続する。このようにすることで、高速の一定の正送が行われることを防ぎ、溶接ワイヤ２０が被溶接物２４に押し込まれ、溶接ワイヤ２０のはじきが発生することを抑制することができる。

また、逆送中に１回目の短絡開放であることを検出した時刻ｔ４において、時刻ｔ４のワイヤ送給速度の絶対値が、所定のワイヤ送給速度以上の場合には、第２のワイヤ送給速度Ｗｆ３による一定送給を行わず、周期的な送給を継続するように制御してもよい。このようにすることで、高速の一定の逆送が行われることを防ぎ、溶接ワイヤ２０が燃え上がってアーク切れが発生することを抑制することができる。

なお、図２から図４に示す第１の所定時間ｔ１と第２の所定時間ｔ２の長さは、同じまたは異なる長さとしてもよい。なお、第２の所定時間ｔ２（短絡からアーク）は、短絡開放直後により溶融プールの振動が大きくなる時間であるため、第１の所定時間ｔ１（アークから短絡）よりも微小短絡の発生頻度が高くなる。従って、溶接ワイヤ２０と溶融プールとの距離を十分に確保するため、第２の所定時間ｔ２は、第１の所定時間よりも長い方が望ましい。第２の所定時間ｔ２内に短絡開放であることが連続して発生する２回以上の所定回数は、溶接ワイヤ２０と溶融プールとの距離が十分確保できる３回から５回が望ましい。ちなみに、第１の所定時間ｔ１内に短絡であることが連続して発生する２回以上の所定回数は、溶融プールにワイヤが突っ込み過ぎない２回から３回が望ましい。

また、短絡期間中の２回以上の所定回数を、連続判定時間、すなわち、第１の所定時間ｔ１として表してもよい。上述したように、短絡期間中の２回以上の所定回数を検出するまでの時間と、第１の所定時間ｔ１とは、同じ長さである。ここで、連続判定時間は、長すぎると短絡期間が長時間続き、はじきが発生する。このため、連続判定時間の値は、実験や実証等により求められた０より大きく５ｍｓ程度までの値が望ましい。

また、アーク期間中の２回以上の所定回数を連続判定時間、すなわち、第２の所定時間ｔ２として表してもよい。上述したように、アーク期間中の２回以上の所定回数を検出するまでの時間と、第２の所定時間ｔ２とは、同じ長さである。ここで、連続判定時間は長すぎるとアークが燃え上がり、アーク切れが発生するため、連続判定時間の値は、実験や実証等により求められた０より大きく５ｍｓ程度までの値が望ましい。

以上のように、本実施の形態１のアーク溶接装置およびアーク溶接制御方法によれば、短絡期間において、短絡であることが２回以上の所定回数検出された場合には、ワイヤ送給速度を正送から逆送へと切り替えるものであり、例えば微小短絡が発生しても、ワイヤ送給速度を正送から逆送へと切り替えを行わないため、微小短絡発生後の再微小短絡発生を抑制することができ、規則的な安定した溶接を実現することができる。

また、短絡期間において、短絡であることが２回以上の所定回数検出された場合には、ワイヤ送給速度を正送から逆送へと切り替えることで、溶融プールへの確実な短絡が可能となり、微小短絡の発生を少なくすることができる。

また、アーク期間において、短絡開放であることが２回以上の所定回数検出された場合には、ワイヤ送給速度を逆送から正送へと切り替えることで、溶接ワイヤと溶融プールとの間の距離であるアーク長が十分に確保されるため、アーク発生直後に発生しやすい微小短絡の発生を少なくすることができる。

（実施の形態２）
本実施の形態２において、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、短絡が２回以上の所定回数検出された場合には短絡期間と判断して短絡制御を行い、短絡開放が２回以上の所定回数検出された場合には、アーク期間と判断してアーク制御を行う点である。すなわち、本実施の形態２では、溶接出力の制御について説明している。なお、短絡制御とは、短絡期間に適した溶接出力の制御であり、アーク制御とは、アーク期間に適した溶接出力の制御である。

図５は、本実施の形態２のアーク溶接装置で行うアーク溶接制御方法における出力波形を示す図であり、ワイヤ送給速度Ｗｆと溶接電圧Ｖｗと溶接電流Ａｗの時間変化を示す。

第１の所定時間ｔ１内で短絡であることが２回以上の所定回数検出された場合には、短絡期間であると判断して短絡制御を行い、溶接電流Ａｗを第１の所定時間ｔ１の間は、所定回数の検出された短絡のうち１回目の短絡検出時の溶接電流よりも低い電流に制御する。

また、第２の所定時間ｔ２内に短絡開放であることが２回以上の所定回数検出された場合には、アーク期間であると判断してアーク制御を行い、溶接電流Ａｗを第２の所定時間ｔ２の間は、所定回数の検出された短絡開放のうち１回目の短絡開放検出時の溶接電流と同じ大きさの溶接電流を維持するように制御する。

なお、溶接電流Ａｗを、第２の所定時間ｔ２の間は、所定回数の検出された短絡開放のうち１回目の短絡開放検出時の溶接電流よりも高い溶接電流を維持するように制御してもよい。あるいは、溶接電流Ａｗを、第２の所定時間ｔ２の間は、所定回数の検出された短絡開放のうち１回目の短絡開放検出時の溶接電流よりも低い溶接電流を維持するように制御してもよい。あるいは、溶接電流Ａｗを、第２の所定時間ｔ２の間は、所定回数の検出された短絡開放のうち１回目の短絡開放検出時の溶接電流から時間の経過と共に溶接電流を増加するように制御してもよい。あるいは、溶接電流Ａｗを、第２の所定時間ｔ２の間は、所定回数の検出された短絡開放のうち１回目の短絡開放検出時の溶接電流から時間の経過と共に溶接電流を低下するように制御してもよい。

また、溶接出力の制御に加え、実施の形態１で説明しように、第１の所定時間ｔ１の間に短絡であることが２回以上の所定回数検出された場合には、ワイヤ送給速度Ｗｆをワイヤ送給速度Ｗｆａからワイヤ送給速度Ｗｆｓに減速して逆送するように制御してもよい。

また、溶接出力の制御に加え、実施の形態１で説明しように、第２の所定時間ｔ２内に短絡開放であることが２回以上の所定回数検出された場合には、ワイヤ送給速度Ｗｆをワイヤ送給速度Ｗｆｓからワイヤ送給速度Ｗｆａに加速して正送するように制御してもよい。

なお、本実施の形態２のアーク溶接制御方法を行うアーク溶接装置の構成は、実施の形態１で説明した図１の構成と同様である。

以上のように、本実施の形態２のアーク溶接装置およびアーク溶接制御方法によれば、第１の所定時間ｔ１内に短絡であることが２回以上の所定回数検出された場合には、短絡期間であると判定して短絡制御を行い、第２の所定時間ｔ２内に短絡開放であることが２回以上の所定回数検出された場合には、アーク期間であると判定してアーク制御を行う。従って、周期的でない微小短絡が発生しても、短絡制御とアーク制御とを切り替えないので、微小短絡発生後の再微小短絡発生を抑制することができ、規則的な安定した溶接を実現することができる。

また、第１の所定時間ｔ１の間は、所定回数の検出された短絡のうち１回目の短絡検出時の溶接電流よりも低い電流に制御するため、溶融プールへの確実な短絡が可能となり、微小短絡の発生を少なくすることができる。

また、第２の所定時間ｔ２の間は、所定回数の検出された短絡開放のうち１回目の短絡開放検出時の溶接電流と同じ大きさ、または、１回目の短絡開放検出時の溶接電流よりも高い電流に維持する、または、１回目の短絡開放検出時の溶接電流よりも低い電流に維持する、または、１回目の短絡開放検出時の溶接電流から時間の経過と共に溶接電流を増加する、または、１回目の短絡開放検出時の溶接電流から時間の経過と共に溶接電流を低下するように制御する。このように制御することで、短絡解放直後に急激な電流変化が無く、溶融プールを安定させることができるため、アーク発生直後に発生しやすい微小短絡の発生を少なくすることができる。

本発明によれば、ワイヤ送給速度として前進送給と後退送給を繰り返すアーク溶接において、緻密なワイヤ送給速度を実現することにより、スパッタを低減しながら、規則的な短絡周期を実現でき、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アーク溶接制御方法やアーク溶接装置として産業上有用である。

１ 入力電源
２ １次整流部
３ スイッチング部
４ トランス
５ ２次整流部
６ ＤＣＬ
７ 駆動部
８ 溶接電圧検出部
９ 溶接電流検出部
１０ 短絡／アーク検出部
１１ 短絡／アーク判定計時部
１２ 短絡制御部
１３ アーク制御部
１４ ワイヤ送給速度制御部
１５ 溶接電源装置
１６ ロボット制御装置
１７ 溶接条件設定部
１８ マニピュレータ
１９ ワイヤ保存部
２０ 溶接ワイヤ
２１ フィードローラ
２２ チップ
２３ アーク
２４ 被溶接物
Ｗｆ ワイヤ送給速度
Ｗｆ１ 平均ワイヤ送給速度
Ｗｆａ ワイヤ送給速度（正送）
Ｗｆｓ ワイヤ送給速度（逆送）
Ｖｗ 溶接電圧
Ａｗ 溶接電流
ｔ１ 第１の所定時間
ｔ２ 第２の所定時間
Ｗｆ２ 第１のワイヤ送給速度（正送）
Ｗｆ３ 第２のワイヤ送給速度（逆送）
ＷＦ 周期
ＷＶ 所定の振幅

Claims (10)

1. 溶接用のワイヤの送給として前進送給である正送と後退送給である逆送とを、所定の周波数と所定の振幅で周期的に繰り返し行い、前記ワイヤと溶接対象物との溶接状態が短絡であるのか短絡開放であるのかを検出するアーク溶接制御方法であって、
   正送中に短絡であることを検出すると周期的な送給を中断して前記短絡であることを検出した時点の送給速度である第１の送給速度で一定速度送給を行い、前記第１の送給速度での送給中の第１の所定時間内に短絡であることが２回以上の所定回数検出された場合には、前記周期的な送給を再開し、
   逆送中に短絡開放であることを検出すると周期的な送給を中断して前記短絡開放であることを検出した時点の送給速度である第２の送給速度で一定速度送給を行い、前記第２の送給速度での送給中の第２の所定時間内に短絡開放であることが２回以上の所定回数検出された場合には、前記周期的な送給を再開するアーク溶接制御方法。
2. 正送中に短絡であることを検出した時点のワイヤ送給速度の絶対値が、所定の第１のワイヤ送給速度以上の場合には、第１の送給速度による一定速度送給を行わずに周期的な送給を継続し、
   逆送中に短絡開放であることを検出した時点のワイヤ送給速度の絶対値が、所定の第２のワイヤ送給速度以上の場合には、第２の送給速度による一定速度送給を行わずに周期的な送給を継続する請求項１記載のアーク溶接制御方法。
3. 第１の所定時間と第２の所定時間の長さは異なる請求項１または２に記載のアーク溶接制御方法。
4. 溶接用のワイヤと溶接対象物との溶接状態が短絡であるのか短絡開放であるのかを検出するアーク溶接制御方法であって、
   第１の所定時間内に短絡であることが２回以上の所定回数検出された場合には、短絡期間であると判定し、前記第１の所定時間の間は、前記所定回数の検出された短絡のうち１回目の短絡検出時の溶接電流よりも低い溶接電流に制御するアーク溶接制御方法。
5. 溶接用のワイヤと溶接対象物との溶接状態が短絡であるのか短絡開放であるのかを検出するアーク溶接制御方法であって、
   第２の所定時間内に短絡開放であることが２回以上の所定回数検出された場合には、アーク期間であると判定し、前記第２の所定時間の間は、前記所定回数の検出された短絡開放のうち１回目の短絡開放検出時の溶接電流と同じ大ききの溶接電流を維持する、または、前記１回目の短絡開放検出時の溶接電流よりも高い電流に維持する、または、前記１回目の短絡開放検出時の溶接電流よりも低い電流に維持する、または、前記１回目の短絡開放検出時の溶接電流から時間の経過と共に溶接電流を増加する、または、前記１回目の短絡開放検出時の溶接電流から時間の経過と共に溶接電流を低下するように制御するアーク溶接制御方法。
6. 消耗電極である溶接ワイヤと母材との間でアークの発生と短絡とを繰り返して溶接を行うアーク溶接装置であって、
   溶接出力を制御するスイッチング部と、
   前記スイッチング部を制御する駆動部と、
   溶接電流を検出する溶接電流検出部と、
   溶接電圧を検出する溶接電圧検出部と、
   前記溶接電圧検出部の出力に基づいて短絡状態であるのかアーク状態であるのかを検出する短絡／アーク検出部と、
   前記短絡／アーク検出部からの信号を受けて第１の所定時間の間に短絡状態が発生しているか否かあるいは第２の所定時間の間にアーク状態が発生しているか否かを判定するための短絡／アーク判定計時部と、
   前記短絡／アーク判定計時部からの信号に基づいて短絡時の溶接出力制御信号を前記駆動部に出力する短絡制御部と、
   前記短絡／アーク判定計時部からの信号を基づいてアーク時の溶接出力制御信号を前記駆動部に出力するアーク制御部と、
   前記短絡／アーク判定計時部からの信号に基づいて前記ワイヤ送給速度を制御するワイヤ送給速度制御部と、
   設定電流や設定電圧を設定するための溶接条件設定部とを備え、
   前記ワイヤの送給として前進送給である正送と後退送給である逆送とを、所定の周波数と所定の振幅で周期的に繰り返し行い、
   正送中に短絡であることを検出すると周期的な送給を中断して前記短絡であることを検出した時点の送給速度である第１の送給速度で一定速度送給を行い、前記第１の送給速度での送給中の第１の所定時間内に短絡であることが２回以上の所定回数検出された場合には、前記周期的な送給を再開し、
   逆送中に短絡開放であることを検出すると周期的な送給を中断して前記短絡開放であることを検出した時点の送給速度である第２の送給速度で一定速度送給を行い、前記第２の送給速度での送給中の第２の所定時間内に短絡開放であることが２回以上の所定回数検出された場合には、前記周期的な送給を再開するアーク溶接装置。
7. 消耗電極である溶接ワイヤと母材との間でアークの発生と短絡とを繰り返して溶接を行うアーク溶接装置であって、
   溶接出力を制御するスイッチング部と、
   前記スイッチング部を制御する駆動部と、
   溶接電流を検出する溶接電流検出部と、
   溶接電圧を検出する溶接電圧検出部と、
   前記溶接電圧検出部の出力に基づいて短絡状態であるのかアーク状態であるのかを検出する短絡／アーク検出部と、
   前記短絡／アーク検出部からの信号を受けて第１の所定時間内に短絡状態が２回以上の所定回数発生しているか否かを判定するための短絡／アーク判定計時部と、
   前記短絡／アーク判定計時部からの信号に基づいて短絡時の溶接出力制御信号を前記駆動部に出力する短絡制御部と、
   前記短絡／アーク判定計時部からの信号を基づいてアーク時の溶接出力制御信号を前記駆動部に出力するアーク制御部と、
   前記短絡／アーク判定計時部からの信号に基づいて前記ワイヤ送給速度を制御するワイヤ送給速度制御部と、
   設定電流や設定電圧を設定するための溶接条件設定部とを備え、
   第１の所定時間内に短絡であることが２回以上の所定回数検出された場合には、短絡期間であると判定し、前記第１の所定時間の間は、前記所定回数の検出された短絡のうち１回目の短絡検出時の溶接電流よりも低い溶接電流に制御するアーク溶接装置。
8. 消耗電極である溶接ワイヤと母材との間でアークの発生と短絡とを繰り返して溶接を行うアーク溶接装置であって、
   溶接出力を制御するスイッチング部と、
   前記スイッチング部を制御する駆動部と、
   溶接電流を検出する溶接電流検出部と、
   溶接電圧を検出する溶接電圧検出部と、
   前記溶接電圧検出部の出力に基づいて短絡状態であるのかアーク状態であるのかを検出する短絡／アーク検出部と、
   前記短絡／アーク検出部からの信号を受けて第２の所定時間内にアーク状態が２回以上の所定回数発生しているか否かを判定するための短絡／アーク判定計時部と、
   前記短絡／アーク判定計時部からの信号に基づいて短絡時の溶接出力制御信号を前記駆動部に出力する短絡制御部と、
   前記短絡／アーク判定計時部からの信号を基づいてアーク時の溶接出力制御信号を前記駆動部に出力するアーク制御部と、
   前記短絡／アーク判定計時部からの信号に基づいて前記ワイヤ送給速度を制御するワイヤ送給速度制御部と、
   設定電流や設定電圧を設定するための溶接条件設定部とを備え、
   第２の所定時間内に短絡開放であることが２回以上の所定回数検出された場合には、アーク期間であると判定し、前記第２の所定時間の間は、前記所定回数の検出された短絡開放のうち１回目の短絡開放検出時の溶接電流と同じ大ききの溶接電流を維持する、または、
   前記１回目の短絡開放検出時の溶接電流よりも高い電流に維持する、または、前記１回目の短絡開放検出時の溶接電流よりも低い電流に維持する、または、前記１回目の短絡開放検出時の溶接電流から時間の経過と共に溶接電流を増加する、または、前記１回目の短絡開放検出時の溶接電流から時間の経過と共に溶接電流を低下するように制御するアーク溶接装置。
9. アーク溶接装置は、マニピュレータとロボット制御装置を備えた産業用ロボットと、溶接電源装置とを備え、
   前記溶接電源装置は、スイッチング部と、駆動部と、溶接電流検出部と、溶接電圧検出部と、短絡／アーク検出部と、短絡／アーク判定計時部と、短絡制御部と、アーク制御部と、ワイヤ送給速度制御部を備え、前記産業用ロボットは、溶接条件設定部を備えた請求項６から８のいずれか１項に記載のアーク溶接装置。
10. 溶接電源装置を、ロボット制御装置内に設けた請求項９記載のアーク溶接装置。

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