JP2010075983A - 交流パルスアーク溶接制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】消耗電極交流パルスアーク溶接において、電極マイナス極性電流比率を大きな値に設定しても、安定した溶接状態を維持すること。
【解決手段】電極プラス極性ピーク期間Ｔｐ中は臨界値以上の電極プラス極性ピーク電流Ｉｐを通電し、続けて電極マイナス極性ピーク期間Ｔｐｎ中は臨界値以上の電極マイナス極性ピーク電流Ｉｐｎを通電し、続けて電極マイナス極性ベース期間Ｔｂｎ中は臨界値未満の電極マイナス極性ベース電流Ｉｂｎを通電し、続けて電極プラス極性ベース期間Ｔｂ中は臨界値未満の電極プラス極性ベース電流Ｉｂを通電し、これらの通電を１周期として繰り返して溶接を行う。電極プラス極性ピーク期間Ｔｐ及び電極マイナス極性ピーク期間Ｔｐｎを設けることによって、電極マイナス極性電流比率が大きな値に設定されたときでも、１パルス１溶滴移行状態を維持することができ、安定した溶接状態となる。
【選択図】図１

Description

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

交流パルスアーク溶接では、電極プラス極性期間中のピーク電流及びベース電流の通電と、電極マイナス極性期間中のベース電流の通電とを１周期として繰り返すことによって溶接が行われる。この交流パルスアーク溶接では、電極マイナス極性期間を調整して電極マイナス極性電流比率を変化させることによって、母材への入熱を調整することができる。このために、低入熱溶接が可能となり、高品質な薄板溶接を行うことができる。また、電極マイナス極性電流比率を変化させることによって、溶け込み深さ、余盛り高さ等のビード形状をワークに合わせて適正化することができる。以下、従来技術の交流パルスアーク溶接について説明する（例えば、特許文献１、２参照）。

図７は、交流パルスアーク溶接における一般的な電流・電圧波形図である。同図（Ａ）は溶接電流Ｉｗを示し、同図（Ｂ）は溶接電圧Ｖｗを示す。同図において、０Ａ及び０Ｖから上側が電極プラス極性ＥＰ時であり、下側が電極マイナス極性ＥＮ時である。溶接ワイヤは予め定めた送給速度で送給されている。また、極性切換時には、アーク切れを防止するために、数百Ｖの高電圧を短時間溶接ワイヤと母材との間に印加している。以下、同図を参照して説明する。

電極マイナス極性期間Ｔen中は、同図（Ａ）に示すように、予め定めた電極マイナス極性ベース電流Ｉbnが通電し、同図（Ｂ）に示すように、電極マイナス極性ベース電圧Ｖbnが印加する。この電極マイナス極性ベース電流Ｉbnは、溶接ワイヤ先端に溶滴を形成しないように臨界値未満の値に設定される。例えば、Ｉbn＝２０〜１００Ａ程度である。臨界値とは、溶接ワイヤの溶滴移行状態がスプレー移行状態になる溶接電流値のことであり、その値は溶接ワイヤの材質、シールドガスの種類等によって異なる。交流パルスアーク溶接によく使用されるアルミニウムワイヤ（シールドガスはアルゴンガス）の場合では、臨界値は＊＊３５０Ａ程度である。

電極プラス極性期間Ｔepは、ピーク期間Ｔｐとベース期間Ｔｂとに分かれる。このピーク期間Ｔｐ中は、同図（Ａ）に示すように、溶滴移行をさせるために臨界値以上の大電流値に予め定めたピーク電流Ｉｐが通電し、同図（Ｂ）に示すように、ピーク電圧Ｖｐが印加する。ここで、ピーク期間Ｔｐ及びピーク電流Ｉｐは、いわゆる１パルス１溶滴移行状態になるように設定される。１パルス１溶滴移行状態とは、１回のピーク電流Ｉｐの通電によって１周期中に１回の溶滴が溶融池へと移行する状態であり、安定した溶接状態となる。ベース期間Ｔｂ中は、同図（Ａ）に示すように、溶滴を形成しないために臨界値未満の小電流値に予め定めたベース電流Ｉｂが通電し、同図（Ｂ）に示すように、ベース電圧Ｖｂが印加する。例えば、Ｉｂ＝２０〜８０Ａ程度である。

上記の電極マイナス極性期間Ｔen、上記のピーク期間Ｔｐ及び上記のベース期間Ｔｂを１パルス周期Ｔｆとして繰り返して溶接が行われる。上記の電極マイナス極性期間Ｔen及び上記のピーク期間Ｔｐは予め定めた期間であり、上記のベース期間Ｔｂはアーク長が適正になるようにフィードバック制御によって定まる期間である。このアーク長制御は、同図（Ｂ）に示す溶接電圧Ｖｗの絶対値の平均値Ｖavが予め定めた電圧設定値Ｖｒ（図示は省略）と等しくなるようにベース期間Ｔｂの長さが制御されることによって行われる。

交流パルスアーク溶接における溶滴の形成及び移行についてまとめると以下のようになる。上記のピーク期間Ｔｐの終了近傍において溶滴が移行する。続くベース期間Ｔｂ中は、臨界値未満の小電流値のベース電流Ｉｂが通電するので、溶接ワイヤ先端はあまり溶融せず溶滴は形成されない。続く電極マイナス極性期間Ｔen中は、臨界値未満の小電流値の電極マイナス極性ベース電流Ｉbnが通電する。同一値の小電流であっても、電極マイナス極性ＥＮ時の方が電極プラス極性ＥＰ時よりも溶接ワイヤ先端を溶融する作用が大きくなる。しかし、交流パルスアーク溶接では、電極マイナス極性電流比率が０〜３０％程度の範囲で使用されるのが一般的であるので、上記の電極マイナス極性期間Ｔenは短い期間となる。このために、溶接ワイヤ先端が少し溶融する程度であり、小さな溶滴が形成されることになる。続くピーク期間Ｔｐ中は、臨界値以上の大電流値のピーク電流Ｉｐが通電する。このピーク電流Ｉｐの通電に伴って溶接ワイヤ先端が急激に溶融して溶滴が形成される。さらに、ピーク電流Ｉｐの通電によっって形成された溶滴上部に電磁的ピンチ力が作用してくびれが形成される。そして、ピーク期間Ｔｐの終了近傍（終了直前、終了時点又は終了直後）においてくびれが急激に進行して、溶滴が溶融池へと移行する。直流パルスアーク溶接においても、ピーク期間Ｔｐ中に溶滴の形成及び移行が行われる。交流パルスアーク溶接では、電極マイナス極性期間Ｔen中に小さな溶滴が形成される場合があるが、基本的には直流パルスアーク溶接のときと同様に、ピーク期間Ｔｐ中に溶滴の形成及び移行が行われると考えて良い。上記のように、１周期で１溶滴移行を行わせる１パルス１溶滴移行状態にすることが、安定した溶接状態にすることになり、良好な溶接品質を得ることになる。

上記の電極マイナス極性電流比率Ｒen（％）は以下のように定義される。
Ｒen＝（(Ｔen・｜Ｉbn｜）／(Ｔen・｜Ｉbn｜＋Ｔｐ・Ｉｐ＋Ｔｂ・Ｉｂ))×100
すなわち、この電極マイナス極性電流比率Ｒenは、溶接電流の絶対値の平均値にしめる電極マイナス極性期間中の溶接電流の比率を表している。

上式において、ピーク電流Ｉｐ、ベース電流Ｉｂは所定値であり、ピーク期間Ｔｐも所定値である。ベース期間Ｔｂもアーク長が適正値にある定常状態では略所定値と見なせる。したがって、電極マイナス極性期間Ｔen及び／又は電極マイナス極性ベース電流Ｉbnを調整することによって電極マイナス極性電流比率Ｒenを調整することができる。この電極マイナス極性電流比率Ｒenを変化させると、溶け込み部及び余盛り部が変化してビード形状が変化することになる。

特開２００２−８６２７１号公報 特開２００７−２８３３９３号公報

上述したように、交流パルスアーク溶接においては、電極マイナス極性電流比率を０〜３０％程度の範囲でワークに合わせて適正値に設定して溶接を行うのが一般的である。電極マイナス極性電流比率が０％とは、直流パルスアーク溶接のことになる。この電極マイナス極性電流比率が上記の通常範囲では、電極マイナス極性期間Ｔen中に溶滴が大きく形成されることがないので、ピーク期間Ｔｐにおいて溶滴の形成及び移行を行わせることができる。

しかし、ワークによっては、溶け込み部を小さくし、余盛り部を大きくした希釈率の小さなビード形状を形成する必要がある場合がある。このようなビード形状を形成するためには、電極マイナス極性電流比率を上記の通常範囲よりも大きな値である３０％以上に設定する必要がある。ときには５０％を超える値に設定する必要がある場合も生じる。従来技術において、電極マイナス極性電流比率を大きな値に設定するには、電極マイナス極性期間Ｔen及び／又は電極マイナス極性ベース電流Ｉbnを大きな値に設定することになる。このようにすると、電極マイナス極性期間Ｔen中において溶接ワイヤ先端が溶融されることになり、大きな溶滴が形成されることになる。この状態でピーク期間Ｔｐに入るので、ピーク期間Ｔｐ中に溶滴はさらに巨大になり、ピーク期間Ｔｐが終了しても溶滴が完全には移行することができず、溶接ワイヤ先端に溶滴が残留することになる。この残留溶滴が次の周期の溶滴移行に影響を与えることになり、結果的に１パルス１溶滴移行状態を保つことができなくなり、溶滴移行がランダムに生じる不安定な溶接状態になる。

そこで、本発明では、電極マイナス極性電流比率を通常範囲よりも大きな値に設定しても安定した溶接状態を得ることができる交流パルスアーク溶接制御方法を提供することを目的とする。

上述した課題を解決するために、第１の発明は、
溶接ワイヤを送給すると共に、交流溶接電流を通電して溶接する交流パルスアーク溶接制御方法において、
電極プラス極性ピーク期間中は臨界値以上の電極プラス極性ピーク電流を通電し、
続けて電極マイナス極性ピーク期間中は臨界値以上の電極マイナス極性ピーク電流を通電し、
続けて電極マイナス極性ベース期間中は臨界値未満の電極マイナス極性ベース電流を通電し、
続けて電極プラス極性ベース期間中は臨界値未満の電極プラス極性ベース電流を通電し、
これらの通電を１周期として繰り返して溶接を行う、
ことを特徴とする交流パルスアーク溶接制御方法である。

第２の発明は、前記電極マイナス極性ピーク期間、前記電極マイナス極性ベース期間又は前記電極マイナス極性ベース電流の少なくとも１つ以上を調整することによって電極マイナス極性電流比率を変化させる、
ことを特徴とする第１の発明記載の交流パルスアーク溶接制御方法である。

第３の発明は、溶接ワイヤを送給すると共に、交流溶接電流を通電して溶接する交流パルスアーク溶接制御方法において、
電極プラス極性ピーク期間中は臨界値以上の電極プラス極性ピーク電流を通電し、
続けて電極マイナス極性ピーク期間中は臨界値以上の電極マイナス極性ピーク電流を通電し、
続けて電極マイナス極性ベース期間中は臨界値未満の電極マイナス極性ベース電流を通電し、
これらの通電を１周期として繰り返して溶接を行う、
ことを特徴とする交流パルスアーク溶接制御方法である。

第４の発明は、前記電極マイナス極性ピーク期間及び／又は前記電極マイナス極性ベース電流を調整することによって電極マイナス極性電流比率を変化させる、
ことを特徴とする第３の発明記載の交流パルスアーク溶接制御方法である。

本発明によれば、ピーク期間を電極プラス極性ピーク期間及び電極マイナス極性ピーク期間から形成することによって、電極マイナス極性電流比率を大きな値に設定することが可能となり、かつ、電極マイナス極性電流比率が大きな値であるときでも１パルス１溶滴移行状態にすることができる。したがって、希釈率の小さなビード形状を高品質に形成することができる。

以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。

［実施の形態１］
図１は、本発明の実施の形態１に係る交流パルスアーク溶接制御方法を示す溶接電流Ｉｗの波形図である。同図において、０Ａから上側が電極プラス極性ＥＰを示し、下側が電極マイナス極性ＥＮを示す。同図は、電極マイナス極性電流比率が通常範囲（０〜３０％程度）よりも大きく設定された場合である。同図においても、極性切換時のアーク切れを防止するために、高電圧を溶接ワイヤと母材との間に印加している。以下、同図を参照して説明する。

時刻ｔ１〜ｔ２の電極プラス極性ピーク期間Ｔｐ中は、臨界値以上の電極プラス極性ピーク電流Ｉｐを通電する。時刻ｔ２において極性を反転する。時刻ｔ２〜ｔ３の電極マイナス極性ピーク期間Ｔpn中は、臨界値以上の電極マイナス極性ピーク電流Ｉpnを通電する。時刻ｔ３〜ｔ４の電極マイナス極性ベース期間Ｔbn中は、臨界値未満の電極マイナス極性ベース電流Ｉbnを通電する。時刻ｔ４において極性を反転する。時刻ｔ４〜ｔ５の電極プラス極性ベース期間Ｔｂ中は、臨界値未満の電極プラス極性ベース電流Ｉｂを通電する。時刻ｔ５〜ｔ６は再び上記の電極プラス極性ピーク期間Ｔｐとなり、時刻ｔ６〜ｔ７は再び上記の電極マイナス極性ピーク期間Ｔpnとなる。時刻ｔ１〜ｔ５の期間が１パルス周期Ｔｆとなる。また、時刻ｔ２〜ｔ４の期間が、電極マイナス極性期間Ｔenとなる。

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

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

次に、同図において、溶滴の形成及び移行について説明する。時刻ｔ３の電極マイナス極性ピーク期間Ｔpnの終了近傍において、溶滴が行こうする。時刻ｔ３〜ｔ４の電極マイナス極性ベース期間Ｔbn中において、溶滴が形成される。これは、電極マイナス極性電流比率が大きくなるように設定されているために、電極マイナス極性ベース期間Ｔbnが長くなるように設定されている。このために、電極マイナス極性ベース電流Ｉbnが小電流値であっても、電極マイナス極性ＥＮでは溶接ワイヤ先端の溶融が促進されるので溶滴が形成されることになる。時刻ｔ４〜ｔ５の電極プラス極性ベース期間Ｔｂ中は、小電流が通電し、かつ、電極プラス極性ＥＰであるので、溶接ワイヤ先端の溶融は少ししか生じず、溶滴は前期間に形成されたサイズからほとんど変化しない。時刻ｔ５〜ｔ６の電極プラス極性ピーク期間Ｔｐ中は、大電流が通電するために溶滴はさらに大きくなる。この期間の終了近傍において溶滴にくびれが発生するが、溶滴のサイズが大きいために行こうさせるまでには至らない。時刻ｔ６〜ｔ７の電極マイナス極性ピーク期間Ｔpn中は、第電流が通電するために、溶滴のくびれ部に強い電磁的ピンチ力が作用し、くびれが急速に進行して溶滴が移行する。すなわち、電極マイナス極性電流比率が大きな値に設定されるときは、電極マイナス極性ベース期間Ｔbn中にも溶滴が形成されることになり、このためにピーク期間中に移行させるべき溶滴のサイズが大きくなる。このために、ピーク期間を２つ設け、かつ、一方を電極プラス極性ピーク期間Ｔｐとし、他方を電極マイナス極性ピーク期間Ｔpnとすることによって、大きなサイズの溶滴を確実に行こうさせるようにしている。さらに、この２つのピーク期間の極性を変えることによって、電極マイナス極性電流比率を大きな値に設定しやすくしている。同図において、電極マイナス極性電流比率を変化させるときには、上記の電極マイナス極性ピーク期間Ｔpn、電極マイナス極性ベース期間Ｔbn又は電極マイナス極性ベース電流Ｉbnの少なくとも１つ以上を変化させることによって行う。

図２は、上述した本発明の実施の形態１に係る交流パルスアーク溶接制御方法を実施するための溶接電源のブロック図である。同図において、上述した極性切換時の高電圧印加回路については省略している。以下、同図を参照して各ブロックについて説明する。

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

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

電極プラス極性ピーク期間設定回路ＴＰＲは、電極プラス極性ピーク期間設定信号Ｔprを出力する。電極マイナス極性ピーク期間設定回路ＴＰＮＲは、予め定めた電極マイナスピーク期間設定信号Ｔpnrを出力する。電極マイナス極性ベース期間設定回路ＴＢＮＲは、予め定めた電極マイナス極性ベース期間設定信号Ｔbnrを出力する。タイマ回路ＴＭは、上記のパルス周期信号Ｔｆ、上記の電極プラス極性ピーク期間設定信号Ｔpr、上記の電極マイナス極性ピーク期間設定信号Ｔpnr及び上記の電極マイナス極性ベース期間設定信号Ｔbnrを入力として、上記のパルス周期信号Ｔｆが短時間Ｈｉｇｈレベルに変化するごとに、上記の電極プラス極性ピーク期間設定信号Ｔprによって定まる期間中はその値が１となり、続いて上記の電極マイナスピーク期間設定信号Ｔpnrによって定まる期間中はその値が２となり、続いて上記の電極マイナス極性ベース期間設定信号Ｔbnrによって定まる期間中はその値が３となり、それ以後の電極プラス極性ベース期間中はその値が４となる、タイマ信号Ｔｍを出力する。

電極プラス極性ピーク電流設定回路ＩＰＲは、予め定めた電極プラス極性ピーク電流設定信号Ｉprを出力する。電極マイナス極性ピーク電流設定回路ＩＰＮＲは、予め定めた電極マイナス極性ピーク電流設定信号Ｉpnrを出力する。電極マイナス極性ベース電流設定回路ＩＢＮＲは、予め定めた電極マイナス極性ベース電流設定信号Ｉbnrを出力する。電極プラス極性ベース電流設定回路ＩＢＲは、予め定めた電極プラス極性ベース電流設定信号Ｉbrを出力する。切換回路ＳＷは、上記のタイマ信号Ｔｍ、上記の電極プラス極性ピーク電流設定信号Ｉpr、上記の電極マイナス極性ピーク電流設定信号Ｉpnr、上記の電極マイナス極性ベース電流設定信号Ｉbnr及び上記の電極プラス極性ベース電流設定信号Ｉbrを入力として、上記のタイマ信号Ｔｍ＝１のとき上記の電極プラス極性ピーク電流設定信号Ｉprを電流設定信号Ｉｒとして出力し、タイマ信号Ｔｍ＝２のとき上記の電極マイナス極性ピーク電流設定信号Ｉpnrを電流設定信号Ｉｒとして出力し、タイマ信号Ｔｍ＝３のとき上記の電極マイナス極性ベース電流設定信号Ｉbnrを電流設定信号Ｉｒとして出力し、タイマ信号Ｔｍ＝４のとき上記の電極プラス極性ベース電流設定信号Ｉbrを電流設定信号Ｉｒとして出力する。電流検出回路ＩＤは、溶接電流Ｉｗの絶対値を検出して、電流検出信号Ｉｄを出力する。電流誤差増幅回路ＥＩは、上記の電流設定信号Ｉｒと上記の電流検出信号Ｉｄとの誤差を増幅して、電流誤差増幅信号Ｅｉを出力する。

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

図３は、図２で上述した溶接電源の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を示し、同図（Ｂ）はパルス周期信号Ｔｆを示し、同図（Ｃ）はタイマ信号Ｔｍを示し、同図（Ｄ）は電流設定信号Ｉｒを示し、同図（Ｅ）は電極プラス極性駆動信号Ｐｄを示し、同図（Ｆ）は電極マイナス極性駆動信号Ｎｄを示す。以下、同図を参照して説明する。

同図（Ａ）に示すように、時刻ｔ１以前は電極プラス極性ベース期間Ｔｂとなり、時刻ｔ１〜ｔ２は電極プラス極性ピーク期間Ｔｐとなり、時刻ｔ２〜ｔ３は電極マイナス極性ピーク期間Ｔpnとなり、時刻ｔ３〜ｔ４は電極マイナス極性ベース期間Ｔbnとなり、時刻ｔ４〜ｔ５は電極プラス極性ベース期間Ｔｂとなり、時刻ｔ５以後は電極プラス極性ピーク期間Ｔｐとなる。同図（Ｂ）に示すように、パルス周期信号Ｔｆは、時刻ｔ１及び時刻ｔ５において短時間Ｈｉｇｈレベルになるトリガ信号である。この時刻ｔ１〜ｔ５の周期がパルス周期となる。同図（Ｃ）に示すように、タイマ信号Ｔｍは、時刻ｔ１において上記のパルス周期信号ＴｆがＨｉｇｈレベルになった時点から図２の電極プラス極性ピーク期間設定信号Ｔprによって定まる期間（時刻ｔ１〜ｔ２の期間）はその値が１となり、時刻ｔ２から図２の電極マイナス極性ピーク期間設定信号Ｔpnrによって定まる期間（時刻ｔ２〜ｔ３の期間）はその値が２となり、時刻ｔ３から図２の電極マイナス極性ベース期間設定信号Ｔbnrによって定まる期間（時刻ｔ３〜ｔ４の期間）はその値が３となり、時刻ｔ４から上記のパルス周期信号ＴｆがＨｉｇｈレベルになる時刻ｔ５までの期間はその値が４となり、時刻ｔ５においてその値は１に戻る。したがって、時刻ｔ１以前の電極プラス極性ベース期間中はその値は４となる。同図では、タイマ信号Ｔｍの値の変化を階段状に示している。

同図（Ｄ）に示すように、電流設定信号Ｉｒは、上記のタイマ信号Ｔｍの値によって変化し、時刻ｔ１以前は電極プラス極性ベース電流設定信号Ｉbrの値となり、時刻ｔ１〜ｔ２の期間は電極プラス極性ピーク電流設定信号Ｉprの値となり、時刻ｔ２〜ｔ３の期間は電極マイナス極性ピーク電流設定信号Ｉpnrの値となり、時刻ｔ３〜ｔ４の期間は電極マイナス極性ベース電流設定信号Ｉbnrの値となり、時刻ｔ４〜ｔ５の期間は電極プラス極性ベース電流設定信号Ｉbrの値となり、時刻ｔ５以後の期間は電極プラス極性ピーク電流設定信号Ｉprの値となる。電流設定信号Ｉｒの値は全て正の値である。同図（Ｅ）に示すように、電極プラス極性駆動信号Ｐｄは、時刻ｔ２以前の期間及び時刻ｔ４以後の期間中出力されて、図２の電極プラス極性トランジスタＰＴＲをオン状態にする。同図（Ｆ）に示すように、電極マイナス極性駆動信号Ｎｄは、時刻ｔ２〜ｔ４の期間中出力されて、図２の電極マイナス極性トランジスタＮＴＲをオン状態にする。

上述した実施の形態１によれば、ピーク期間を電極プラス極性ピーク期間及び電極マイナス極性ピーク期間から形成することによって、電極マイナス極性電流比率を大きな値に設定することが可能となり、かつ、電極マイナス極性電流比率が大きな値であるときでも１パルス１溶滴移行状態にすることができる。したがって、希釈率の小さなビード形状を高品質に形成することができる。

［実施の形態２］
図４は、本発明の実施の形態２に係る交流パルスアーク溶接制御方法を示す溶接電流Ｉｗの波形図である。同図において、０Ａから上側が電極プラス極性ＥＰを示し、下側が電極マイナス極性ＥＮを示す。同図は、上述した図１よりもさらに電極マイナス極性電流比率を大きく設定する場合であり、図１の電極プラス極性ベース期間Ｔｂが除去されている。同図において、電極プラス極性ピーク期間Ｔｐ及び電極マイナス極性ピーク期間Ｔpnは図１と同様であるのでせつめいは省略する。以下、図１とはことなる電極マイナス極性ベース期間Ｔbnについて説明する。

時刻ｔ３〜ｔ４の電極マイナス極性ベース期間Ｔbn中は、臨界値未満の電極マイナス極性ベース電流Ｉbnを通電する。時刻ｔ４〜ｔ５は再び電極プラス極性ピーク期間Ｔｐとなり、時刻ｔ５〜ｔ６は再び上記の電極マイナス極性ピーク期間Ｔpnとなる。時刻ｔ１〜ｔ４の期間が１パルス周期Ｔｆとなる。また、時刻ｔ２〜ｔ４の期間が、電極マイナス極性期間Ｔenとなる。

電極プラス極性ピーク期間Ｔｐ、電極プラス極性ピーク電流Ｉｐ、電極マイナス極性ピーク期間Ｔpn、電極マイナス極性ピーク電流Ｉpn及び電極マイナス極性ベース電流Ｉbnは、予め適正値に設定される。また、溶接電圧の絶対値の平均値が予め定めた電圧設定値に等しくなるように上記のパルス周期Ｔｆの長さがフィードバック制御（アーク長制御）される。このパルス周期Ｔｆが変化すると上記の電極マイナス極性ベース期間Ｔbnが変化することになる。同図においては、電極マイナス極性電流比率Ｒenは以下のようになる。
Ｒen＝（（Ｔpn・｜Ｉpn｜＋Ｔbn・｜Ｉbn｜）／（Ｔｐ・Ｉｐ＋Ｔpn・｜Ｉpn｜＋Ｔbn・｜Ｉbn｜））×100

次に、同図において、溶滴の形成及び移行について説明する。時刻ｔ３の電極マイナス極性ピーク期間Ｔpnの終了近傍において、溶滴が行こうする。時刻ｔ３〜ｔ４の電極マイナス極性ベース期間Ｔbn中において、溶滴が形成される。これは、電極マイナス極性電流比率が大きくなるように設定されているために、電極マイナス極性ベース期間Ｔbnが長くなるように設定されている。このために、電極マイナス極性ベース電流Ｉbnが小電流値であっても、電極マイナス極性ＥＮでは溶接ワイヤ先端の溶融が促進されるので溶滴が形成されることになる。時刻ｔ４〜ｔ５の電極プラス極性ピーク期間Ｔｐ中は、大電流が通電するために溶滴はさらに大きくなる。この期間の終了近傍において溶滴にくびれが発生するが、溶滴のサイズが大きいために行こうさせるまでには至らない。時刻ｔ５〜ｔ６の電極マイナス極性ピーク期間Ｔpn中は、第電流が通電するために、溶滴のくびれ部に強い電磁的ピンチ力が作用し、くびれが急速に進行して溶滴が移行する。すなわち、電極マイナス極性電流比率が大きな値に設定されるときは、電極マイナス極性ベース期間Ｔbn中にも溶滴が形成されることになり、このためにピーク期間中に移行させるべき溶滴のサイズが大きくなる。このために、ピーク期間を２つ設け、かつ、一方を電極プラス極性ピーク期間Ｔｐとし、他方を電極マイナス極性ピーク期間Ｔpnとすることによって、大きなサイズの溶滴を確実に行こうさせるようにしている。さらに、この２つのピーク期間の極性を変えること及び図１の電極プラス極性ベース期間Ｔｂを除去したことによって、電極マイナス極性電流比率を大きな値に設定しやすくしている。同図において、電極マイナス極性電流比率を変化させるときには、上記の電極マイナス極性ピーク期間Ｔpn及び／又は電極マイナス極性ベース電流Ｉbnを変化させることによって行う。

図５は上述した、本発明の実施の形態２に係る交流パルスアーク溶接制御方法を実施するための溶接電源のブロック図である。同図において上述した図２と同一のブロックには同一符号を付してそれらの説明は省略する。同図は、図２のタイマ回路ＴＭを破線で示す第２タイマ回路ＴＭ２に置換し、図２の電極マイナス極性ベース期間設定回路ＴＢＮＲを削除し、図２の電極プラス極性ベース電流設定回路ＩＢＲを削除し、図２の切換回路ＳＷを破線で示す第２切換回路ＳＷ２に置換し、図２の駆動回路ＤＶを破線で示す第２駆動回路ＤＶ２に置換したものである。以下、同図を参照してこれら図２とは異なるブロックについて説明する。

第２タイマ回路ＴＭ２は、パルス周期信号Ｔｆ、電極プラス極性ピーク期間設定信号Ｔpr及び電極マイナス極性ピーク期間設定信号Ｔpnrを入力として、上記のパルス周期信号Ｔｆが短時間Ｈｉｇｈレベルに変化するごとに、上記の電極プラス極性ピーク期間設定信号Ｔprによって定まる期間中はその値が１となり、続いて上記の電極マイナスピーク期間設定信号Ｔpnrによって定まる期間中はその値が２となり、それ以後の電極マイナス極性ベース期間中はその値が３となる、タイマ信号Ｔｍを出力する。第２切換回路ＳＷ２は、上記のタイマ信号Ｔｍ、電極プラス極性ピーク電流設定信号Ｉpr、電極マイナス極性ピーク電流設定信号Ｉpnr及び上記の電極マイナス極性ベース電流設定信号Ｉbnrを入力として、上記のタイマ信号Ｔｍ＝１のとき上記の電極プラス極性ピーク電流設定信号Ｉprを電流設定信号Ｉｒとして出力し、タイマ信号Ｔｍ＝２のとき上記の電極マイナス極性ピーク電流設定信号Ｉpnrを電流設定信号Ｉｒとして出力し、タイマ信号Ｔｍ＝３のとき上記の電極マイナス極性ベース電流設定信号Ｉbnrを電流設定信号Ｉｒとして出力する。第２駆動回路ＤＶ２は、上記のタイマ信号Ｔｍを入力として、上記のタイマ信号Ｔｍ＝１のとき電極プラス極性駆動信号Ｐｄを出力し、タイマ信号Ｔｍ＝２又は３のとき上記の電極マイナス極性駆動信号Ｎｄを出力する。これによって、電極プラス極性ピーク期間は電極プラス極性となり、電極マイナス極性ピーク期間及び電極マイナス極性ベース期間は電極マイナス極性となる。

図６は、図５で上述した溶接電源の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を示し、同図（Ｂ）はパルス周期信号Ｔｆを示し、同図（Ｃ）はタイマ信号Ｔｍを示し、同図（Ｄ）は電流設定信号Ｉｒを示し、同図（Ｅ）は電極プラス極性駆動信号Ｐｄを示し、同図（Ｆ）は電極マイナス極性駆動信号Ｎｄを示す。以下、同図を参照して説明する。

同図（Ａ）に示すように、時刻ｔ１以前は電極マイナス極性ベース期間Ｔbnとなり、時刻ｔ１〜ｔ２は電極プラス極性ピーク期間Ｔｐとなり、時刻ｔ２〜ｔ３は電極マイナス極性ピーク期間Ｔpnとなり、時刻ｔ３〜ｔ４は電極マイナス極性ベース期間Ｔbnとなり、時刻ｔ４以後は電極プラス極性ピーク期間Ｔｐとなる。同図（Ｂ）に示すように、パルス周期信号Ｔｆは、時刻ｔ１及び時刻ｔ４において短時間Ｈｉｇｈレベルになるトリガ信号である。この時刻ｔ１〜ｔ４の周期がパルス周期となる。同図（Ｃ）に示すように、タイマ信号Ｔｍは、時刻ｔ１において上記のパルス周期信号ＴｆがＨｉｇｈレベルになった時点から図５の電極プラス極性ピーク期間設定信号Ｔprによって定まる期間（時刻ｔ１〜ｔ２の期間）はその値が１となり、時刻ｔ２から図５の電極マイナス極性ピーク期間設定信号Ｔpnrによって定まる期間（時刻ｔ２〜ｔ３の期間）はその値が２となり、時刻ｔ３から上記のパルス周期信号ＴｆがＨｉｇｈレベルになる時刻ｔ４までの期間はその値が３となり、時刻ｔ４においてその値は１に戻る。したがって、時刻ｔ１以前の電極マイナス極性ベース期間中はその値は３となる。同図では、タイマ信号Ｔｍの値の変化を階段状に示している。

同図（Ｄ）に示すように、電流設定信号Ｉｒは、上記のタイマ信号Ｔｍの値によって変化し、時刻ｔ１以前は電極マイナス極性ベース電流設定信号Ｉbnrの値となり、時刻ｔ１〜ｔ２の期間は電極プラス極性ピーク電流設定信号Ｉprの値となり、時刻ｔ２〜ｔ３の期間は電極マイナス極性ピーク電流設定信号Ｉpnrの値となり、時刻ｔ３〜ｔ４の期間は電極マイナス極性ベース電流設定信号Ｉbnrの値となり、時刻ｔ４以後の期間は電極プラス極性ピーク電流設定信号Ｉprの値となる。電流設定信号Ｉｒの値は全て正の値である。同図（Ｅ）に示すように、電極プラス極性駆動信号Ｐｄは、時刻ｔ１〜ｔ２の期間及び時刻ｔ４以後の期間中出力されて、図５の電極プラス極性トランジスタＰＴＲをオン状態にする。同図（Ｆ）に示すように、電極マイナス極性駆動信号Ｎｄは、時刻ｔ１以前の期間及び時刻ｔ２〜ｔ４の期間中出力されて、図５の電極マイナス極性トランジスタＮＴＲをオン状態にする。

上述した実施の形態２によれば、実施の形態１の効果に加えて、電極プラス極性ベース期間を除去することによって、実施の形態１よりもさらに電極マイナス極性電流比率を大きな値に設定することが可能となる。したがって、希釈率のさらに小さなビード形状を高品質に形成することができる。

本発明の実施の形態１に係る交流パルスアーク溶接制御方法を示す溶接電流波形図である。 本発明の実施の形態１に係る溶接電源のブロック図である。 図２の溶接電源における各信号のタイミングチャートである。 本発明の実施の形態２に係る交流パルスアーク溶接制御方法を示す溶接電流波形図である。 本発明の実施の形態２に係る溶接電源のブロック図である。 図５の溶接電源における各信号のタイミングチャートである。 従来技術の交流パルスアーク溶接における電流・電圧波形図である。

符号の説明

１ 溶接ワイヤ
２ 母材
３ アーク
４ 溶接トーチ
５ 送給ロール
ＤＶ 駆動回路
ＤＶ２ 第２駆動回路
ＥＩ 電流誤差増幅回路
Ｅｉ 電流誤差増幅信号
ＥＮ 電極マイナス極性
ＥＰ 電極プラス極性
ＥＶ 電圧誤差増幅回路
Ｅｖ 電圧誤差増幅信号
ＦＣ 送給制御回路
Ｆｃ 送給制御信号
ＦＲ 送給速度設定回路
Ｆｒ 送給速度設定信号
Ｉｂ ベース電流
Ｉｂ 電極プラス極性ベース電流
Ｉbn 電極マイナス極性ベース電流
ＩＢＮＲ 電極マイナス極性ベース電流設定回路
Ｉbnr 電極マイナス極性ベース電流設定信号
ＩＢＲ 電極プラス極性ベース電流設定回路
Ｉbr 電極プラス極性ベース電流設定信号
ＩＤ 電流検出回路
Ｉｄ 電流検出信号
ＩＮＴ インバータトランス
ＩＮＶ インバータ回路
Ｉｐ ピーク電流
Ｉｐ 電極プラス極性ピーク電流
Ｉpn 電極マイナス極性ピーク電流
ＩＰＮＲ 電極マイナス極性ピーク電流設定回路
Ｉpnr 電極マイナス極性ピーク電流設定信号
ＩＰＲ 電極プラス極性ピーク電流設定回路
Ｉpr 電極プラス極性ピーク電流設定信号
Ｉｒ 電流設定信号
Ｉｗ 溶接電流
Ｎｄ 電極マイナス極性駆動信号
ＮＴＲ 電極マイナス極性トランジスタ
Ｐｄ 電極プラス極性駆動信号
ＰＴＲ 電極プラス極性トランジスタ
Ｒen 電極マイナス極性電流比率
ＳＷ 切換回路
ＳＷ２第２ 切換回路
Ｔｂ ベース期間
Ｔｂ 電極プラス極性ベース期間
Ｔbn 電極マイナス極性ベース期間
ＴＢＮＲ 電極マイナス極性ベース期間設定回路
Ｔbnr 電極マイナス極性ベース期間設定信号
Ｔen 電極マイナス極性期間
Ｔep 電極プラス極性期間
Ｔｆ パルス周期（信号）
ＴＭ タイマ回路
Ｔｍ タイマ信号
ＴＭ２ 第２タイマ回路
Ｔｐ ピーク期間
Ｔｐ 電極プラス極性ピーク期間
Ｔpn 電極マイナス極性ピーク期間
ＴＰＮＲ 電極マイナス極性ピーク期間設定回路
Ｔpnr 電極マイナス極性ピーク期間設定信号
ＴＰＲ 電極プラス極性ピーク期間設定回路
Ｔpr 電極プラス極性ピーク期間設定信号
Ｖav 溶接電圧平均値
ＶＡＶ 電圧平均化回路
Ｖav 電圧平均値信号
Ｖｂ ベース電圧
Ｖbn 電極マイナス極性ベース電圧
ＶＤ 電圧検出回路
Ｖｄ 電圧検出信号
ＶＦ 電圧・周波数変換回路
Ｖｐ ピーク電圧
ＶＲ 電圧設定回路
Ｖｒ 電圧設定信号
Ｖｗ 溶接電圧
ＷＬ リアクトル
ＷＭ ワイヤ送給モータ

Claims (4)

1. 溶接ワイヤを送給すると共に、交流溶接電流を通電して溶接する交流パルスアーク溶接制御方法において、
   電極プラス極性ピーク期間中は臨界値以上の電極プラス極性ピーク電流を通電し、
   続けて電極マイナス極性ピーク期間中は臨界値以上の電極マイナス極性ピーク電流を通電し、
   続けて電極マイナス極性ベース期間中は臨界値未満の電極マイナス極性ベース電流を通電し、
   続けて電極プラス極性ベース期間中は臨界値未満の電極プラス極性ベース電流を通電し、
   これらの通電を１周期として繰り返して溶接を行う、
   ことを特徴とする交流パルスアーク溶接制御方法。
2. 前記電極マイナス極性ピーク期間、前記電極マイナス極性ベース期間又は前記電極マイナス極性ベース電流の少なくとも１つ以上を調整することによって電極マイナス極性電流比率を変化させる、
   ことを特徴とする請求項１記載の交流パルスアーク溶接制御方法。
3. 溶接ワイヤを送給すると共に、交流溶接電流を通電して溶接する交流パルスアーク溶接制御方法において、
   電極プラス極性ピーク期間中は臨界値以上の電極プラス極性ピーク電流を通電し、
   続けて電極マイナス極性ピーク期間中は臨界値以上の電極マイナス極性ピーク電流を通電し、
   続けて電極マイナス極性ベース期間中は臨界値未満の電極マイナス極性ベース電流を通電し、
   これらの通電を１周期として繰り返して溶接を行う、
   ことを特徴とする交流パルスアーク溶接制御方法。
4. 前記電極マイナス極性ピーク期間及び／又は前記電極マイナス極性ベース電流を調整することによって電極マイナス極性電流比率を変化させる、
   ことを特徴とする請求項３記載の交流パルスアーク溶接制御方法。

Images