JP5170315B2 - アーク溶接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正送と逆送を繰り返しながら短絡状態とアーク状態とを交互に発生させて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。

溶接作業工程でのロス工程であるスパッタ除去工程を少なくするために、スパッタ低減を目的として、溶接ワイヤ送給速度について正送と逆送とを繰り返して、短絡状態とアーク状態とを交互に発生させて行う消耗電極式アーク溶接が、従来から知られている。

図９は、従来のアーク溶接制御方法において、ワイヤ送給速度と溶接出力の時間的な変化に対する時間波形を示す図である。

例えば、消耗電極である溶接ワイヤを送給しながら、短絡状態とアーク状態とを交互に発生させて溶接を行うアーク溶接制御方法に関し、下記の方法が知られている。すなわち、ワイヤ送給速度について正送と逆送とを周期的に繰り返すようワイヤ送給モータを制御する送給速度制御器と、この送給速度制御器の増減信号を受けて、図９に示すようにワイヤ供給量が少ない期間は溶接出力が低出力に、ワイヤ供給量が多い期間は溶接出力が高出力になるよう制御する出力制御器とを設ける。これにより、短絡状態の時、ワイヤ溶融塊の移行力としてワイヤ送給速度を減じることによる離脱力を利用でき、スパッタ発生の主要な原因とする短絡電流を低減しても安定した短絡移行溶接が持続できる（例えば、特許文献１参照）。

一般的なアーク溶接制御では、設定電流に相当するワイヤ送給速度を一定速度で出力し、出力電圧が設定電圧に合うようにアーク期間による溶接電圧に基づいて溶接電流を出力する制御を行っている。

特許文献１に示された技術によると、図９に示すようにワイヤ送給速度について正送Ｚ１と逆送Ｚ２とを周期的に繰り返して増減させる。これにより、ワイヤ供給量が少ない期間は溶接出力を低出力に、ワイヤ送給量が多い期間は溶接出力を高出力にする制御方法では、短絡１周期中に短絡期間とアーク期間とが一定の比率で発生する。このことから、アークが安定しているのでスパッタ発生の低減は可能である。しかし、一般的なアーク期間の定電圧制御である溶接電圧に基づいて溶接電流が出力する方法を採用しているならば、溶接電圧は、設定電圧に合わせるのが難しいと思われる。なぜなら、アーク期間が固定されていることから、決められた時間内に溶接電圧を制御する必要があるためである。また、無理に溶接電圧を制御しようとゲインを上げてしまうと、アーク長変動が大きくなり、アークの不安定につながる可能性がある。これらのことにより、安定して溶接電流および溶接電圧を制御することが難しいという課題があった。

特開昭６２−６７７５号公報

本発明は、上記課題を解決するもので、ワイヤ送給速度を正送と逆送とを周期的に繰り返して短絡状態とアーク状態とを周期的に発生させて溶接を行うアーク溶接制御方法において、安定して溶接電圧を制御する方法およびこの方法を実現する装置を提供する。

本発明のアーク溶接方法は、消耗電極である溶接ワイヤを用いて、短絡状態とアーク状態とを繰り返して溶接を行うアーク溶接方法であって、設定電流に応じた短絡電流の増加傾きを決定し、上記設定電圧と出力電圧との差に基づいて、上記設定電流に応じた上記短絡電流の増加傾きを時間的に変化させて、上記出力電圧の電圧値が上記設定電圧の電圧値と一致するように制御する方法からなる。

この方法により、出力電圧を設定電圧に合わせることにより、溶接電圧を安定して制御することができる。

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被溶接物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素子と、溶接電圧を検出する溶接電圧検出部と、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状態検出部と、状態検出部からの短絡の信号を受けて、短絡期間に短絡電流の制御を行う短絡制御部と、状態検出部からのアークの信号を受けて、アーク期間にアーク電圧の制御を行うアーク制御部と、設定電流を設定するための設定電流設定部と、設定電圧を設定するための設定電圧設定部とを備え、短絡制御部は、作業者が設定した設定電流に基づいて短絡電流の増加傾きを決定する増加傾き基本設定部と、設定電圧設定部により設定した電圧と溶接電圧検出部が検出した電圧との差に基づいて増加傾き基本設定部で決定した短絡電流の増加傾きを変化させる増加傾き制御部と、を備え、設定電圧設定部で設定した設定電圧と溶接電圧検出部で検出した電圧との差に基づいて、短絡制御部は、短絡電流の増加傾きを変化させる構成からなる。

この構成により、出力電圧を設定電圧に合わせることにより、溶接電圧を安定して制御することができる。

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被溶接物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素子と、溶接電圧を検出する溶接電圧検出部と、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状態検出部と、状態検出部からの短絡の信号を受けて短絡期間に短絡電流の制御を行う短絡制御部と、状態検出部からのアークの信号を受けてアーク期間にアーク電圧の制御を行うアーク制御部と、設定電流を設定するための設定電流設定部と、設定電圧を設定するための設定電圧設定部とを備え、短絡制御部は、作業者が設定した設定電流に基づいて、短絡電流の第１段目の増加傾きと短絡電流の第２段目の増加傾きを決定する増加傾き基本設定部と、作業者が設定した設定電流に基づいて、短絡電流の第１段目の増加傾きから短絡電流の第２段目の増加傾きに短絡電流の増加傾きが変化する屈曲点を決定する屈曲点基本設定部と、設定電圧設定部により設定した電圧と溶接電圧検出部が検出した電圧との差に基づいて、増加傾き基本設定部で決定した短絡電流の第１段目の増加傾きと短絡電流の第２段目の増加傾きを変化させる増加傾き制御部と、設定電圧設定部により設定した電圧と溶接電圧検出部が検出した電圧との差に基づいて、屈曲点基本設定部で決定した短絡電流の増加傾きの屈曲点を変化させる屈曲点制御部と、を備え、設定電圧設定部で設定した設定電圧と溶接電圧検出部で検出した電圧との差に基づいて、短絡制御部は、短絡電流の第１段目の増加傾き、短絡電流の第２段目の増加傾きおよび屈曲点の電流値のうちの少なくともいずれかを変化させる構成からなる。

この構成により、出力電圧を設定電圧に精度よく合わせることにより、溶接電圧をさらに安定して制御することができる。

以上のように、本発明によれば、短絡状態とアーク状態を発生させて溶接を行う制御方法において、短絡電流の増加傾きや短絡電流の増加傾きが変わる屈曲点、ピーク期間及びベース期間の電流値やピーク期間の時間を制御する。これにより、短絡期間とアーク期間との比率を時間的に変動させ、出力電圧を設定電圧に合わせるようにすることができる。したがって、溶接電圧を安定して制御することができる。

また、ワイヤ送給速度について正送と逆送とを周期的に繰り返すことにより短絡状態とアーク状態とを発生させて溶接を行う制御方法であり、ワイヤ送給速度の正送及び逆送の波形も正弦波や台形波である。このことから、送給モータやギアなどのモータ周辺部品への負荷を小さくできる。

本発明の実施の形態１におけるワイヤ送給速度、溶接電圧及び溶接電流の時間波形を示す図 本発明の実施の形態１におけるワイヤ送給速度、溶接電圧及び溶接電流の時間波形を示す図 本発明の実施の形態１における出力電圧に対する短絡電流の増加傾きの関係の一例を示す図 本発明の実施の形態１における出力電圧に対する短絡電流屈曲点の関係の一例を示す図 本発明の実施の形態１における出力電圧に対するピーク電流値の関係の一例を示す図 本発明の実施の形態１における出力電圧に対するピーク電流時間の関係の一例を示す図 本発明の実施の形態１におけるアーク溶接装置の概略構成を示す構成図 本発明の実施の形態２におけるワイヤ送給速度、溶接電圧及び溶接電流の時間波形を示す図 従来のワイヤ送給速度と溶接出力の時間波形を示す図

以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら説明する。以下の図面においては、同じ構成要素については同じ符号を付しているので説明を省略する場合がある。なお、この実施の形態によって本発明が限定されるものではない。

（実施の形態１）
本実施の形態では、先ず溶接制御方法について説明し、その後に溶接装置について説明する。

図１及び図２は、短絡状態とアーク状態とを交互に繰り返す消耗電極式アーク溶接におけるワイヤ送給速度、溶接電圧及び溶接電流の時間波形を示している。

図１及び図２において、Ｐ１は、短絡を開始した時点を示しており、また、短絡初期時間の開始の時点でもある。Ｐ２は、短絡初期時間の終了時点を示し、また、短絡電流の単位時間あたりの電流増加量である短絡電流の増加傾き(ｄｉ／ｄｔ)の出力を開始した時点でもある。また、Ｐ３は、短絡電流の第１段目の増加傾き(ｄｉ₁／ｄｔ)と第２段目の増加傾き(ｄｉ₂／ｄｔ)の屈曲点となる時点である。また、Ｐ４は、短絡電流の第２段目の増加傾き（ｄｉ₂／ｄｔ）の出力終了の時点を示しており、また、溶融プールと溶接ワイヤ先端との間に出来上がった溶滴のくびれを検出し、低電流に瞬時に移行する時点である。また、Ｐ５は、溶滴のくびれが離れ、短絡状態が終了してアークが発生した時点である。また、アーク発生直後にピーク電流の溶接電流の出力を開始する時点でもある。また、Ｐ６は、ピーク電流からベース電流へ移行を開始させる時点である。Ｐ６からＰ７までは電流制御でも電圧制御でもよい。Ｐ７からベース電流を出力し、Ｐ８では次の短絡が発生した時点を示している。

また、図１及び図２に示すワイヤ送給制御において、所定の周波数と所定の振幅で基本波形である正弦波状の正送と逆送とを周期的に繰り返すワイヤ送給制御である。したがって、正送側のピーク時ではＰ１周辺で短絡が発生し、逆送側のピーク時ではＰ５周辺でアークが発生することになる。このように短絡状態またはアーク状態の発生は、基本的にワイヤ送給速度の正送と逆送とを周期的に繰り返すワイヤ送給制御に依存するものである。

図１は、出力電圧が設定電圧より大きい場合に直ちに出力電圧を小さく制御したい場合である。すなわち、短絡電流の第１段目の傾き（ｄｉ₁／ｄｔ）（以下、図１に示す「ＩＳ１」とする。）と短絡電流の第２段目の増加傾き（ｄｉ₂／ｄｔ）（以下、図１に示す「ＩＳ２」とする。）、短絡電流の第１段目の傾きＩＳ１から短絡電流の第２段目の増加傾きＩＳ２に変わる屈曲点の電流値（図１に示す「ＩＳＣ」）、ピーク電流およびピーク時間とベース電流の各々が、設定電流に応じた各々の基準値よりも大きくなるように、短絡１周期分の制御例を示したものである。

なお、出力電圧とは、例えば、複数周期の平均値あるいは所定期間の電圧の平均値を複数求めてそれらを平均することにより求めることができる。

図２は、出力電圧が設定電圧より小さい場合に、直ちに出力電圧を大きく制御したい場合である。すなわち、短絡電流の第１段目の傾きＩＳ１と短絡電流の第２段目の増加傾きＩＳ２、短絡電流の第１段目の傾きＩＳ１から短絡電流の第２段目の増加傾きＩＳ２に変わる屈曲点の電流値（ＩＳＣ）、ピーク電流及びピーク時間とベース電流の各々が、設定電流に応じた各々の基準値よりも大きくなるように、短絡１周期分の制御例を示したものである。

なお、図１及び図２において、出力電圧が設定電圧と一致している場合の電流波形および電圧波形を基本波形として破線で示している。そして、出力電圧が設定電圧に合うように定電圧制御による制御例を実線で示している。

先ず、図１及び図２に破線で示すＰ１からＰ８までの期間である短絡１周期分の基本制御について、以下に説明する。

Ｐ１周辺の時点において、正弦波状のワイヤ送給制御による正送のピーク時に溶接ワイヤが被溶接物に接触して短絡が発生する。そして、Ｐ１からＰ２までの短絡初期時間は、短絡発生時Ｐ１の直前の電流よりも低い短絡初期電流が出力される。

ここで、Ｐ１からＰ２までの短絡初期時間を低電流とする目的について説明する。短絡発生直後に高電流に向けて短絡電流を増加すると、短絡が直ちに開放し、その後すぐに再度短絡が発生することがあり、短絡の周期性が崩れてしまうことがある。そこで、短絡発生直後に低電流を出力させる期間を設けることで、しっかりと短絡した状態を確保する。このように短絡した状態を確保した後であれば、高電流に向けて短絡電流を増加する制御を行うことができる。

なお、短絡初期時間や短絡初期電流値は、実験検証等により導き出して採用している。そして、これら短絡初期時間や短絡初期電流の基本設定値は、ある溶接速度（この実施の形態では１ｍ／ｍｉｎとする）で溶接した時に短絡期間とアーク期間の比率が５０％ずつで安定した溶接が可能な適正な値を実験検証により導き出して採用している。そして、短絡初期時間や短絡初期電流値は、図示しない記憶部にテーブル等として設定電流に対応させて記憶されている。

次に、Ｐ２の時点では、しっかりと溶接ワイヤが被溶接物に短絡している状態から、設定電流に基づいて短絡電流の第１段目の増加傾きＩＳ１を決定する。そして、この短絡電流の第１段目の増加傾きＩＳ１に沿って実際の短絡電流が上昇し、Ｐ３の時点における短絡電流の屈曲点である電流値ＩＳＣに到達する。そうすると、設定電流に応じて決定された短絡電流の２段階目の増加傾きＩＳ２に沿って実際の短絡電流が増加する。なお、短絡電流の第１段目の増加傾きＩＳ１と、短絡電流の第２段目の増加傾きＩＳ２と、短絡電流の屈曲点となる電流値ＩＳＣの基本設定値は、ある溶接速度（この実施の形態では１ｍ／ｍｉｎとする）で溶接した時に、短絡期間Ｔｓとアーク期間Ｔａの比率が５０％ずつで安定した溶接が可能な適正な値を実験検証により導き出して採用している。そして、これら短絡電流の増加傾き（ｄｉ／ｄｔ）および屈曲点は、図示しない記憶部にテーブルや数式等として設定電流に対応して記憶されている。なお、ワイヤ送給の周波数Ｆは、短絡期間Ｔｓとアーク期間Ｔａとの和（周期Ｔ）の逆数で表され、正送と逆送との和は、振幅速度ＡＶで表されている。

次に、Ｐ４からＰ５においては、従来から知られているように、溶融した溶接ワイヤのくびれを検知して短絡電流を急峻に低減させる制御を行っている。

次に、Ｐ５周辺で、正弦波状のワイヤ送給制御による逆送のピーク時に溶接ワイヤが被溶接物から離れて短絡が開放する。また、Ｐ５からＰ６のアーク期間においては、アーク発生初期時点のＰ５から電流制御により電流をピーク電流ＩＰまで所定の傾きで上昇させる。また、ピーク電流ＩＰを維持して出力する必要があるならば、必要な時間を継続することも可能である。

次に、Ｐ６からＰ７においては、電圧制御によって、溶接電圧に応じて溶接電流を出力するようにしてもよいし、電流制御を行って所定の電流を出力するようにするようにしてもよい。いずれにしても、溶滴を成長させると共に適正なアーク長を安定して維持できることが必要である。

次に、Ｐ７からＰ８において、電流制御にてベース電流ＩＢの状態を保ち、次の短絡発生Ｐ８を待つ状態とする。Ｐ８周辺で、正弦波状のワイヤ送給制御による正送のピーク時に溶接ワイヤが被溶接物に接触して短絡が発生する。ベース電流ＩＢの状態に保つことで、短絡が発生しやすい状態を確保することと、微小短絡が発生したとしても溶接電流が低いため大粒スパッタが発生しにくいという効果がある。

なお、Ｐ５からＰ６までのピーク電流ＩＰやピーク電流時間ＰＷ、そして、Ｐ７からＰ８までのベース電流ＩＢは、実験検証等により導き出して採用している。そして、これらピーク電流ＩＰおよびピーク電流時間ＰＷやベース電流ＩＢの基本設定値は、ある溶接速度（この実施の形態では１ｍ／ｍｉｎとする）で溶接した時に、短絡期間Ｔｓとアーク期間Ｔａの比率が５０％ずつで安定した溶接が可能な適正な値を実験検証により導き出して採用している。そして、ピーク電流ＩＰおよびピーク電流時間ＰＷやベース電流ＩＢは、図示しない記憶部にテーブル等として設定電流に対応して記憶されている。

以上のように、Ｐ１からＰ８までの制御を１周期とし、これを繰り返して溶接を行う。

それでは、図１及び図２における出力電圧が設定電圧に合うように時間的に自動調整する制御について、以下に説明する。

ワイヤ送給制御は、所定の周波数と所定の振幅で周期的に正送と逆送を正弦波状に繰り返しながらワイヤ送給を行うものであり、この状態を基本波形としている。

よって、周期的にワイヤが送給されていることから、短絡１周期あたりの短絡期間とアーク期間の比率を制御することによって、出力電圧を制御することができる。

例えば、軟鋼ＭＡＧ溶接で設定電流が１２０Ａの時、短絡期間が５０％でありアーク期間が５０％の場合には電圧を１５Ｖとした場合、短絡期間を４０％としてアーク期間を６０％に調整することで１７Ｖにできる。また逆に、短絡期間を６０％としてアーク期間を４０％に調整することで１３Ｖにでき、短絡期間とアーク期間の比率により電圧を大きく制御することが可能である。

この短絡期間とアーク期間の比率を数μｓや数１０μｓ毎に時間的に制御することで、設定電圧に合わせることができる。

図１のように、電圧を下げるために短絡期間を長くする場合は、第１段階目と第２段階目の短絡電流の増加傾きＩＳ１、ＩＳ２および短絡電流の増加傾きの屈曲点ＩＳＣを小さくすることで短絡開放を遅め、短絡期間を長くすることができる。

アーク期間Ｔａのピーク電流ＩＰやベース電流ＩＢを小さくすることで、アーク長を短めにすることができるので、アーク期間Ｔａを短くすることができる。

以上のように、溶接期間中に設定電流に対して出力電流が大きい場合は、短絡電流の第１段目の傾きＩＳ１と短絡電流の第２段目の増加傾きＩＳ２、短絡電流の第１段目の傾きから短絡電流の第２段目の増加傾きに変わる屈曲点の電流値ＩＳＣ、アーク期間Ｔａのピーク電流ＩＰやベース電流ＩＢを小さくする。これにより、短絡期間Ｔｓを長くしてアーク期間Ｔａを短く調整することができ、出力電圧が低くなるよう時間的に自動調整することができる。

これとは逆に、図２に示すように、電圧を上げるために短絡期間Ｔｓを短くする場合は、第１段階目と第２段階目の短絡電流の増加傾きＩＳ１、ＩＳ２および短絡電流の増加傾きの屈曲点ＩＳＣを、設定電流に応じたものよりも大きくすることで、短絡開放を速め、短絡期間Ｔｓを短くすることができる。

アーク期間Ｔａのピーク電流ＩＰやベース電流ＩＢの電流を、設定電流に応じたものよりも大きくすることで、アーク長を長めにすることができ、アーク期間Ｔａを長くすることができる。

以上のように、溶接期間中に設定電圧に対して出力電圧が小さい場合は、短絡電流の第１段目の傾きＩＳ１と短絡電流の第２段目の増加傾きＩＳ２、短絡電流の第１段目の傾きから短絡電流の第２段目の増加傾きに変わる屈曲点の電流値ＩＳＣ、アーク期間Ｔａのピーク電流ＩＰやベース電流ＩＢを大きくすることで短絡期間Ｔｓを短く、アーク期間Ｔａを長く調整することができ、出力電圧を高くなるよう時間的に自動調整することができる。

なお、自動調整の例としては、電圧差分値と短絡電流の第１段目の傾きＩＳ１及び短絡電流の第２段目の増加傾きＩＳ２や屈曲点の電流値ＩＳＣを対応付けて図示しない記憶部に記憶しておき、電圧差分値に応じて短絡電流の第１段目の傾きＩＳ１および短絡電流の第２段目の増加傾きＩＳ２や屈曲点の電流値ＩＳＣを決定するようにしてもよい。あるいは、電圧差分値と短絡電流の第１段目の傾きＩＳ１および短絡電流の第２段目の増加傾きＩＳ２や屈曲点の電流値ＩＳＣを対応付けた数式を図示しない記憶に記憶しておき、電圧差分値に応じて短絡電流の増加傾き（ｄｉ／ｄｔ）や屈曲点の電流値ＩＳＣを決定するようにしても良い。

ピーク電流ＩＰ及びピーク電流時間ＰＷやベース電流ＩＢも上述の短絡電流の第１段目の傾きＩＳ１および短絡電流の第２段目の増加傾きＩＳ２や屈曲点の電流値ＩＳＣと同じように記憶部に記憶して決定するようにしてもよい。

すなわち、本発明のアーク溶接方法は、消耗電極である溶接ワイヤを用いて、短絡状態とアーク状態とを繰り返して溶接を行うアーク溶接方法であって、設定電流に応じた短絡電流の増加傾きを決定し、設定電圧と出力電圧との差に基づいて、設定電流に応じた短絡電流の増加傾き（ｄｉ／ｄｔ）を時間的に変化させて、出力電圧の電圧値が設定電圧の電圧値と一致するように制御する方法からなる。

この方法により、出力電圧を設定電圧に合わせることにより、溶接電圧を安定して制御することができる。

また、出力電圧が設定電圧より小さい場合には、短絡電流の増加傾き（ｄｉ／ｄｔ）を、設定電流に応じた短絡電流の増加傾き（ｄｉ／ｄｔ）よりも急になるように変化させ、出力電圧が設定電圧より大きい場合には、短絡電流の増加傾き（ｄｉ／ｄｔ）を、設定電流に適した短絡電流の増加傾き（ｄｉ／ｄｔ）よりも緩やかになるように変化させる方法としてもよい。

この方法により、さらに精度よく溶接電圧を安定して制御することができる。

また、短絡電流の増加傾き（ｄｉ／ｄｔ）を、設定電圧と出力電圧との差分値に応じた絶対値に比例して変化させる、または、設定電圧と出力電圧との差分値に応じた変化率に基づく値に変化させる方法としてもよい。

この方法により、さらに精度よく溶接電圧を安定して制御することができる。

次に、短絡電流の増加傾き（ｄｉ／ｄｔ）を制御する例について、図３を用いて以下に説明する。図３は、本発明の実施の形態１における出力電圧に対する短絡電流の増加傾き（ｄｉ／ｄｔ）の関係の一例を示す図である。短絡電流の増加傾き（ｄｉ／ｄｔ）については、１段目の増加傾きＩＳ１を例として示している。

例えば、設定電圧が出力電圧と同じ場合、図３に示すように、短絡電流の第１段目の増加傾きＩＳ１は、一元値である１５０Ａ／ｍｓである。ここで、一元値とは、出力電圧の初期値を意味し、この出力電圧の初期値は、ここでは設定電圧となっている。しかし、出力電圧が、設定電圧−α（ここでは、α＝２Ｖ）の場合を考える。すなわち、出力電圧が設定電圧より２Ｖ小さい出力時の場合、出力電圧を上げるために短絡電流の第１段目の増加傾きＩＳ１は、図３のグラフより、一元値である１５０Ａ／ｍｓに４０Ａ／ｍｓを増加し、１９０Ａ／ｍｓとなる。これにより、短絡期間Ｔｓが短くなるように制御する。

また、調整量は、図３に示すような特性に係数を乗算するなどして、大きくまたは小さくすることも可能である。

なお、短絡電流の第１段目の傾きＩＳ１および短絡電流の第２段目の増加傾きＩＳ２の変更に関し、第１段目と第２段目とで同じ値を大きくまたは小さくして変更するようにしても良いし、個別に変更するようにしてもよい。例えば、第１段目のみ大きくあるいは小さくし、第２段目は変更なしとするようにしてもよい。

また、図３では、出力電圧と設定電圧の差±１Ｖあたりに短絡電流の増加傾きを±２０Ａ／ｍｓとする絶対値方式としての例を挙げたが、±１Ｖあたり±２０％／ｍｓのように変動率方式としてもよい。

また、図３には、出力電圧と短絡電流の増加傾き（ｄｉ／ｄｔ）の関係が一次関数である例を示しているが、これに限らず、増加傾きの符号が同じであれば、例えば２次曲線などの１次関数以外の関数でもよい。

次に、第１段目の短絡電流の増加傾きＩＳ１と第２段目の短絡電流の増加傾きＩＳ２との屈曲点ＩＳＣの変更について、図４を用いて説明する。図４は、本発明の実施の形態１における出力電圧に対する短絡電流の屈曲点の電流値ＩＳＣとの関係の一例を示す図である。

例えば、設定電圧が出力電圧と同じ場合、図４に示すように、短絡電流の屈曲点である電流値は一元値である２００Ａである。しかし、出力電圧が、設定電圧−α（ここではα＝２Ｖ）の場合を考える。すなわち、出力電圧が設定電圧よりも２Ｖ小さい出力時の場合、出力電圧を上げるために短絡電流の屈曲点である電流値ＩＳＣは、一元値である２００Ａに４０Ａを増加した２４０Ａとなり、短絡期間Ｔｓが短くなるよう制御する。

また、調整量は、図４に示すような特性に係数を乗算するなどして、大きくまたは小さくすることも可能である。

なお、図４では、±１Ｖあたりに±２０Ａとする絶対値方式としての例を挙げたが、±１Ｖあたり±２０％とする変動率方式としてもよい。

また、図４では、出力電圧と屈曲点の電流値ＩＳＣとの関係が一次関数であるが、増加傾きの符号が同じであれば、例えば２次曲線などの１次関数以外の関数でもよい。

図３及び図４に示すように、出力電圧が、設定電圧に対して、大きくまたは小さくなる値として出力された場合、この出力に応じてＰ２からＰ３までの第１段目の短絡電流の増加傾きＩＳ１と、Ｐ３からＰ４までの第２段目の短絡電流の増加傾きＩＳ２と、Ｐ３時点の短絡電流の屈曲点となる電流値ＩＳＣを変化させる。

また、図３や図４に示すように、第１段目の短絡電流の増加傾きＩＳ１と第２段目の短絡電流の増加傾きＩＳ２や屈曲点となる電流値ＩＳＣに上限値と下限値も設けてもよく、これにより過剰な調整を防止することができる。上限値と下限値を設けなければ、短絡電流の増加傾き（ｄｉ／ｄｔ）や短絡電流の屈曲点ＩＳＣが大きくなる方向に変動し過ぎてしまい、スパッタの大幅な増加や、アークが不安定になる。

なお、Ｐ２からＰ３までの第１段目の短絡電流の増加傾きＩＳ１と、Ｐ３からＰ４までの第２段目の短絡電流の増加傾きＩＳ２と、Ｐ３となる短絡電流の屈曲点となる電流値ＩＳＣは、出力電圧と設定電圧の差分値と、送給する消耗電極ワイヤのワイヤ径、ワイヤ種類、ワイヤ突出長、供給するシールドガス、および溶接電流の設定電流値の少なくとも１つに基づいて設定される。

すなわち、本発明のアーク溶接方法は、設定電流に応じた短絡電流の増加傾き（ｄｉ／ｄｔ）として、設定電流に応じた短絡電流の第１段目の増加傾きＩＳ１と短絡電流の第１段目の増加傾きＩＳ１に続く短絡電流の第２段目の増加傾きＩＳ２を決定する。そして、設定電圧と出力電圧との差に基づいて、短絡電流の第１段目の増加傾きＩＳ１と短絡電流の第２段目の増加傾きＩＳ２を時間的に変化させて、出力電圧の電圧値が設定電圧の電圧値と一致するように制御する方法としてもよい。

この方法により、さらに精度よく出力電圧を設定電圧に合わせることにより、溶接電圧をさらに安定して制御することができる。

また、短絡電流の第１段目の増加傾きＩＳ１と短絡電流の第２段目の増加傾きＩＳ２とは増加傾きが異なる方法としてもよい。

この方法により、短絡期間Ｔｓを所望の時間に設定することができる。

また、短絡電流の第１段目の増加傾きＩＳ１は、短絡電流の第２段目の増加傾きＩＳ２よりも増加傾きが大きい方法としてもよい。

この方法により、短絡期間Ｔｓを所望の時間に設定することができる。

また、短絡電流の第１段目の増加傾きＩＳ１から短絡電流の第２段目の増加傾きＩＳ２に増加傾きが変わる屈曲点となる電流値ＩＳＣを設定電流に応じて決定し、屈曲点となる電流値ＩＳＣを、出力電圧と前記設定電圧との差分値に応じて時間的に変化させる方法としてもよい。

この方法により、スパッタの大幅な増加や、アークが不安定になることを防止し、安定なアーク溶接方法を実現することができる。

また、出力電圧が設定電圧よりも小さい場合には、屈曲点となる電流値ＩＳＣを、設定電流に応じた屈曲点となる電流値ＩＳＣよりも大きくなるように変化させ、出力電圧が設定電圧よりも大きい場合には、屈曲点となる電流値ＩＳＣを、設定電流に応じた屈曲点となる電流値ＩＳＣよりも小さくなるように変化させる方法としてもよい。

この方法により、スパッタの大幅な増加や、アークが不安定になることを防止し、安定なアーク溶接方法を実現することができる。

また、屈曲点となる電流値ＩＳＣを、設定電圧と出力電圧との差分値に応じた絶対値に比例して変化させる、または、設定電圧と出力電圧との差分値に対応した変化率に基づく値に変化させる方法としてもよい。

この方法により、スパッタの大幅な増加や、アークが不安定になることを防止し、安定なアーク溶接方法を実現することができる。

次に、アーク期間Ｔａのピーク電流ＩＰの変更について、図５を用いて説明する。図５は、本発明の実施の形態１における出力電圧に対するピーク電流ＩＰの電流値の関係の一例を示す図である。

例えば、設定電圧が出力電圧と同じ場合、図５に示すように、ピーク電流ＩＰである電流値は一元値である３００Ａである。しかし、出力電圧が設定電圧＋α（ここでは、α＝２Ｖ）の場合を考える。すなわち、出力電圧が設定電圧より２Ｖ大きい出力時の場合、出力電圧を上げるためにピーク電流である電流値は一元値である３００Ａに３０Ａを増加した３３０Ａとなり、アーク期間Ｔａを長くなるよう制御する。

また、調整量は、図５に示すような特性に係数を乗算するなどして、大きくまたは小さくすることも可能である。

なお、図５では、±１Ｖあたりに±１５Ａとする絶対値方式としての例を挙げたが、±１Ｖあたり±１０％とする変動率方式としてもよい。

また、図５では、出力電圧とピーク電流ＩＰとの関係が一次関数であるが、増加傾きの符号が同じであれば、例えば２次曲線などの１次関数以外の関数でもよい。

次に、アーク期間Ｔａのピーク電流時間ＰＷの変更について、図６を用いて説明する。図６は、本発明の実施の形態１における出力電圧に対するピーク電流時間ＰＷの関係の一例を示す図である。

例えば、設定電圧が出力電圧と同じ場合、図６に示すように、ピーク電流時間である時間値は一元値である１０００μｓである。しかし、出力電圧が設定電圧＋α（ここでは、α＝２Ｖ）の場合を考える。すなわち、出力電圧が設定電圧より２Ｖ大きい出力時の場合、出力電圧を上げるためにピーク電流時間である時間値は一元値である１０００μｓに４００μｓを増加した１４００μｓとなり、アーク期間Ｔａを長くなるよう制御する。

また、調整量は、図６に示すような特性に係数を乗算するなどして、大きくまたは小さくすることも可能である。

なお、図６では、±１Ｖあたりに±２００μｓとする絶対値方式としての例を挙げたが、±１Ｖあたり±２０％とする変動率方式としてもよい。

また、図６では、出力電圧とピーク電流時間ＰＷとの関係が一次関数であるが、増加傾きの符号が同じであれば、例えば２次曲線などの１次関数以外の関数でもよい。

図５及び図６に示すように、出力電圧が設定電圧に対して大きくまたは小さくなる値として出力された場合、この出力電圧に応じてＰ５からＰ６までのピーク電流ＩＰおよびピーク電流時間ＰＷを変化させる。

また、図５や図６に示すように、ピーク電流ＩＰやピーク電流時間ＰＷとなる値に上限値及び下限値も設けてもよく、これにより過剰な調整を防止することができる。上限値及び下限値を設けなければ、ピーク電流ＩＰやピーク電流時間ＰＷが大きくなる方向に変動し過ぎてしまい、スパッタの大幅な増加や、アークが不安定となる場合がある。

なお、Ｐ５からＰ６までのピーク電流ＩＰおよびピーク電流時間ＰＷと、Ｐ５からＰ６までのピーク電流ＩＰやピーク電流時間ＰＷとなる値は、出力電圧と設定電圧の差分値と、送給する消耗電極ワイヤのワイヤ径、ワイヤ種類、ワイヤ突出長、供給するシールドガス、および溶接電流の設定電流値の少なくとも１つに基づいて設定される。

以上のように、本実施の形態に示す自動調整を行って、短絡電流の第１段目の傾きＩＳ１と短絡電流の第２段目の増加傾きＩＳ２および屈曲点の電流値ＩＳＣ、アーク期間Ｔａのピーク電流ＩＰやベース電流ＩＢ、ピーク電流時間ＰＷを制御する。これにより、短絡期間Ｔｓ及びアーク期間Ｔａの比率を制御できることができ、出力電圧が容易に設定電圧に合うようにできるものである。

また、全てのパラメータによって定電圧制御する必要もなく、必要なパラメータのみで制御することも何ら問題ない。

すなわち、本発明のアーク溶接方法は、設定電流に応じたアーク期間Ｔａにおけるピーク期間の電流値とアーク期間Ｔａにおけるベース期間の電流値とを決定し、設定電圧と出力電圧との差分値に応じてピーク期間の電流値とベース期間の電流値を時間的に変化させる方法としてもよい。

この方法により、溶接電圧を安定して制御することができる。

また、出力電圧が設定電圧より小さい場合には、ピーク期間の電流値とベース期間の電流値を、設定電流に応じたピーク期間の電流値とベース期間の電流値よりも大きくなるように変化させる。そして、出力電圧が設定電圧より大きい場合には、ピーク期間の電流値とベース期間の電流値を、設定電流に応じたピーク期間の電流値とベース期間の電流値よりも小さくなるように変化させる方法としてもよい。

この方法により、溶接電圧をさらに安定して制御することができる。

また、ピーク期間の電流値とベース期間の電流値を、設定電圧と出力電圧との差分値に対応した絶対値に変化させる、または、設定電圧と出力電圧との差分値に対応した変化率に基づく値に変化させる方法としてもよい。

この方法により、溶接電圧をさらに安定して制御することができる。

また、設定電流に応じたアーク期間におけるピーク期間の時間を決定し、設定電圧と出力電圧との差分値に応じてピーク期間の時間を変化させる方法としてもよい。

この方法により、溶接電圧をさらに安定して制御することができる。また、スパッタの大幅な増加や、アークが不安定になることを防止し、安定なアーク溶接方法を実現することができる。

また、出力電圧が設定電圧より小さい場合には、アーク期間Ｔａにおけるピーク期間の時間を、設定電流に応じたアーク期間Ｔａにおけるピーク期間の時間よりも長くなるように変化させる。あるいは、出力電圧が設定電圧よりも大きい場合には、アーク期間Ｔａにおけるピーク期間の時間を、設定電流に応じたアーク期間Ｔａにおけるピーク期間の時間よりも短くなるように変化させる方法としてもよい。

この方法により、溶接電圧をさらに安定して制御することができる。また、スパッタの大幅な増加や、アークが不安定になることを防止し、安定なアーク溶接方法を実現することができる。

また、アーク期間Ｔａにおけるピーク期間の時間を、設定電圧と出力電圧との差分値に対応した絶対値に変化させる、または、設定電圧と出力電圧との差分値に対応した変化率に基づく値に変化させる方法としてもよい。

この方法により、スパッタの大幅な増加や、アークが不安定になることを防止し、安定なアーク溶接方法を実現することができる。

また、設定電流に応じた溶接ワイヤ送給速度を平均送給速度とし、所定の周波数と所定の振幅でワイヤ送給を正送と逆送に周期的に繰り返すことにより、短絡状態とアーク状態とを周期的に発生させて溶接を行う方法としてもよい。

この方法により、さらに精度よく出力電圧を設定電圧に合わせることにより、溶接電圧をさらに安定して制御することができる。

次に、上述の本実施の形態１の方法による制御を行うアーク溶接装置について説明する。

図７は、本発明の実施の形態１におけるアーク溶接装置の概略構成を示す構成図である。図７に示すように、本実施の形態１のアーク溶接装置は、消耗電極である溶接ワイヤ２７と被溶接物３０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装置である。溶接ワイヤ２７は、ワイヤ送給モータ２６により、正送と逆送とを周期的に繰返す。溶接ワイヤ２７は、チップ２８を貫通して、その先端から溶接アーク２９を被溶接物３０に放電している。

このアーク溶接装置は、スイッチング素子３と、溶接電圧検出部８と、状態検出部１０と、短絡制御部１１と、アーク制御部１６と、設定電流設定部２３と、設定電圧設定部２４とを備えている。ここで、スイッチング素子３は、溶接出力を制御し、溶接電圧検出部８は、溶接電圧を検出する。また、状態検出部１０は、溶接電圧検出部８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し、短絡制御部１１は、状態検出部１０からの短絡の信号を受けて、短絡期間Ｔｓに短絡電流の制御を行う。アーク制御部１６は、状態検出部１０からのアークの信号を受けて、アーク期間Ｔａにアーク電圧の制御を行う。設定電流設定部２３は、設定電流を設定し、設定電圧設定部２４は、設定電圧を設定する。そして、短絡制御部１１は、増加傾き基本設定部１２と、増加傾き制御部１３と、を備え、設定電圧設定部２４で設定した設定電圧と溶接電圧検出部８で検出した電圧との差に基づいて、短絡制御部１１は、短絡電流の増加傾き（ｄｉ／ｄｔ）を変化させる構成としている。

この構成により、出力電圧を設定電圧に合わせることにより、溶接電圧を安定して制御することができる。

本実施の形態１のアーク溶接装置は、例えば、以下のように構成される。図７に示すように、アーク溶接装置において、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により交流電圧に変換される。そして、交流電圧はトランス４により降圧され、２次整流部５およびインダクタであるＤＣＬ６により整流され、溶接ワイヤ２７と被溶接物３０との間に印加される。また、アーク溶接装置は、スイッチング素子３を制御するための駆動部７と、溶接用電源出力端子間に接続されている溶接電圧検出部８と、溶接出力電流を検出する溶接電流検出部９と、を備えている。そして、アーク溶接装置は、溶接電圧検出部８からの信号に基づいて短絡またはアークを発生しているかを判定する状態検出部１０と、状態検出部１０から短絡の信号を受けて短絡期間Ｔｓに短絡電流の制御を行う短絡制御部１１と、アーク制御部１６と、を備えている。ここで、アーク制御部１６は、状態検出部１０からのアークの信号を受けてアーク期間Ｔａにアーク電圧の制御を行う。そして、電流を設定するための設定電流設定部２３と、電圧を設定するための設定電圧設定部２４と、出力電圧と設定電圧設定部２４に設定された設定電圧との差を求める差分計算部２５とを備えている。

まず、このアーク溶接装置におけるワイヤ送給制御について、以下に説明する。

ワイヤ送給の周波数基本設定部２１とワイヤ送給の振幅基本設定部２２は、設定電流設定部２３の設定電流値に応じたワイヤ送給速度である平均送給速度に対して、所定の周波数と所定の振幅による正弦波状の正送と逆送とを繰り返すワイヤ送給速度を出力する。

なお、設定電流に対する平均送給速度や所定の周波数および所定の振幅との関係は、例えば、図示しない記憶部に、テーブルあるいは数式として記憶されており、設定電流に基づいて決定される。

次に、アーク溶接装置における溶接制御について、以下に説明する。

溶接電圧検出部８は溶接用電源出力端子間に接続され、検出した電圧に対応した信号を状態検出部１０に出力する。状態検出部１０は、溶接電圧検出部８からの信号に基づいて、溶接出力電圧が一定値以上であるか、一定値未満であるかを判定する。この判定結果により溶接ワイヤ２７が被溶接物３０に接触短絡しているか、それとも非接触状態で溶接アークを発生しているかを判定して判定信号を出力する。

そして、短絡制御部１１は、増加傾き基本設定部１２と、屈曲点基本設定部１４と、増加傾き制御部１３と、屈曲点制御部１５と、を備えている。設定電圧設定部２４で設定した設定電圧と溶接電圧検出部８で検出した電圧との差に基づいて、短絡制御部１１は、短絡電流の第１段目の増加傾きＩＳ１、短絡電流の第２段目の増加傾きＩＳ２および前記屈曲点の電流値ＩＳＣのうちの少なくともいずれかを変化させる構成としている。ここで、増加傾き基本設定部１２は、作業者が設定した設定電流に基づいて、短絡電流の第１段目の増加傾き（ｄｉ₁／ｄｔ）と短絡電流の第２段目（ｄｉ₂／ｄｔ）の増加傾きを決定する。屈曲点基本設定部１４は、作業者が設定した設定電流に基づいて、短絡電流の第１段目の増加傾き（ｄｉ₁／ｄｔ）から短絡電流の第２段目の増加傾き（ｄｉ₂／ｄｔ）に短絡電流の増加傾きが変化する屈曲点の電流値ＩＳＣを決定する。増加傾き制御部１３は、設定電圧設定部２４により設定した電圧と溶接電圧検出部８が検出した電圧との差に基づいて、増加傾き基本設定部１２で決定した短絡電流の第１段目の増加傾き（ｄｉ₁／ｄｔ）と前記短絡電流の第２段目の増加傾き（ｄｉ₂／ｄｔ）を変化させる。屈曲点制御部１５は、設定電圧設定部２４により設定した電圧と溶接電圧検出部８が検出した電圧との差に基づいて、屈曲点基本設定部１４で決定した短絡電流の増加傾きの屈曲点の電流値ＩＳＣを変化させる。

この構成により、出力電圧を設定電圧に精度よく合わせることにより、溶接電圧をさらに安定して制御することができる。

なお、設定電流に対する短絡電流の第１段目の増加傾き（ｄｉ₁／ｄｔ）および短絡電流の第２段目の増加傾き（ｄｉ₂／ｄｔ）、屈曲点との関係は、例えば、図示しない記憶部に、テーブルあるいは数式として記憶されており、設定電流に基づいて決定される。

次に、状態検出部１０の判定後のアーク制御について説明する。

図７に示すアーク制御部１６は、電流基本設定部１７と、時間基本設定部１９と、電流制御部１８と、時間制御部２０と、を備えている。そして、アーク制御部１６は、アーク期間Ｔａにおけるピーク期間の電流値、ベース期間の電流値およびアーク期間Ｔａにおけるピーク期間の時間のうちの少なくともいずれかを変化させる構成としている。ここで、電流基本設定部１７は、作業者が設定した設定電流に基づいて、ピーク期間およびベース期間の電流を設定する。時間基本設定部１９は、作業者が設定した設定電流に基づいて、ピーク期間の時間を設定する。電流制御部１８は、設定電圧設定部２４により設定した電圧と溶接電圧検出部８が検出した電圧との差に基づいて、電流基本設定部１７で設定したピーク期間およびベース期間の電流を変化させる。時間制御部２０は、設定電圧設定部により設定した電圧と溶接電圧検出部が検出した電圧との差に基づいて、前記ピーク期間の時間基本設定部で設定したピーク期間の時間を変化させる。

この構成により、溶接電圧をさらに安定して制御することができる。これにより、アークを安定させているので、スパッタ発生の低減などができる。

なお、設定電流に対するピーク電流、ベース電流およびピーク電流時間との関係は、例えば、図示しない記憶部に、テーブルあるいは数式として記憶されており、設定電流に基づいて決定される。

そして、溶接電圧検出部８と設定電圧設定部２４との差を出力電圧と設定電圧との差分を計算する差分計算部２５で監視しており、短絡制御部１１は、差分計算部２５からの電圧差分値を受ける。そして、短絡電流の増加傾き制御部１３と短絡電流の屈曲点制御部１５は、増加傾き基本設定部１２と屈曲点基本設定部１４からの値に対して変更した値を駆動部７に出力する。これにより、短絡電流の第１段目の増加傾きＩＳ１および短絡電流の第２段目の増加傾きＩＳ２や短絡電流の屈曲点の電流値ＩＳＣが制御され、短絡電流が制御される。

また、アーク制御部１６は、差分計算部２５からの電圧差分値を受ける。そして、電流制御部１８と時間制御部２０は、電流基本設定部１７と時間基本設定部１９からの値に対して変更した値を駆動部７に出力する。これにより、ピーク電流、ベース電流およびピーク電流時間が制御され、アーク電流が制御される。

上述のようなアーク溶接装置により、短絡電流の増加傾き（ｄｉ／ｄｔ）や短絡電流の屈曲点、ピーク電流、ベース電流およびピーク電流時間となる値を時間的に自動調整する。これにより、短絡期間Ｔｓとアーク期間Ｔａとの比率を自動調整し、設定電圧に出力電圧を時間的に自動的に倣わせることができる。

また、図７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。

なお、本実施の形態１では、短絡電流の増加傾き（ｄｉ／ｄｔ）や短絡電流の屈曲点やピーク電流、ベース電流およびピーク電流時間を設定電流に対応させて記憶部に記憶させておく例について説明した。しかしながら、設定電流は、ワイヤ送給速度やワイヤ送給量に比例の関係にある。したがって、設定電流に替えて、ワイヤ送給速度あるいはワイヤ送給量に応じて短絡電流の第１段目の増加傾き（ｄｉ₁／ｄｔ）や短絡電流の第２段目の増加傾き（ｄｉ₂／ｄｔ）や短絡電流の屈曲点やピーク電流、ベース電流およびピーク電流時間を図示しない記憶部に記憶するようにしてもよい。

（実施の形態２）
図８は、本発明の実施の形態２におけるワイヤ送給速度、溶接電圧及び溶接電流の時間波形を示す図である。本実施の形態２において、実施の形態１と異なる主な点は、ワイヤ送給が正弦波状ではなく、図８に示すように台形波状である点である。

ワイヤ送給が所定の周波数Ｆと所定の振幅ＡＶで周期的に正送と逆送を繰り返す制御であれば、このように台形波状でも正弦波状と同様の性能を出すことができる。

なお、制御方法や溶接装置については実施の形態１と同様であるため割愛する。

以上のように、本発明によれば、周期的にワイヤ送給速度を増減させる制御方法において、短絡電流の第１段目の増加傾きＩＳ１や短絡電流の第２段目の増加傾きＩＳ２や屈曲点の電流値ＩＳＣやピーク期間及びベース期間の電流やピーク期間の時間を制御することにより、出力電圧を設定電圧に合わせるようにすることができる。

そして、突出し長さのバラツキやギャップなどの外乱によりアーク溶接の状態が異なっても、アーク溶接は、アーク不安定を引き起こしにくいと考えられる。

また、ワイヤ送給速度の増減も正弦波状や台形波状であることから、送給モータやギアなどのモータ周辺部品への負荷が小さいと考えられる。

本発明によれば、溶接速度の高速化および突出し長さの変化や被溶接物間のギャップなどの外乱に対して、アーク不安定によるビード欠陥、スパッタ増加、溶け込み不良等の問題を最小限に留めることができる。これにより、生産効率や作業環境への悪影響を抑えることが可能であり、例えば消耗電極式アーク溶接施工を行う自動車などの薄板での高速溶接を主としている業界で使用する溶接方法および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 スイッチング素子
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 状態検出部
１１ 短絡制御部
１２ 増加傾き基本設定部
１３ 増加傾き制御部
１４ 屈曲点基本設定部
１５ 屈曲点制御部
１６ アーク制御部
１７ 電流基本設定部
１８ 電流制御部
１９ 時間基本設定部
２０ 時間制御部
２１ 周波数基本設定部
２２ 振幅基本設定部
２３ 設定電流設定部
２４ 設定電圧設定部
２５ 差分計算部
２６ ワイヤ送給モータ
２７ 溶接ワイヤ
２８ チップ
２９ 溶接アーク
３０ 被溶接物

Claims (20)

1. 消耗電極である溶接ワイヤを用いて、短絡状態とアーク状態とを繰り返して溶接を行うアーク溶接方法であって、
   設定電流に応じた短絡電流の増加傾きを決定し、
   前記設定電圧と出力電圧との差に基づいて、前記設定電流に応じた前記短絡電流の増加傾きを時間的に変化させて、前記出力電圧の電圧値が前記設定電圧の電圧値と一致するように制御するアーク溶接方法。
2. 前記出力電圧が前記設定電圧より小さい場合には、前記短絡電流の増加傾きを、前記設定電流に応じた短絡電流の増加傾きよりも急になるように変化させ、前記出力電圧が前記設定電圧より大きい場合には、前記短絡電流の増加傾きを、前記設定電流に適した短絡電流の増加傾きよりも緩やかになるように変化させる請求項１に記載のアーク溶接方法。
3. 前記短絡電流の増加傾きを、前記設定電圧と前記出力電圧との差分値に応じた絶対値に比例して変化させる請求項１に記載のアーク溶接方法。
4. 前記短絡電流の増加傾きを変化させる場合に、前記増加傾きの上限値または下限値の少なくともいずれかを設けた請求項１に記載のアーク溶接方法。
5. 前記設定電流に応じた前記短絡電流の増加傾きとして、前記設定電流に応じた短絡電流の第１段目の増加傾きと前記短絡電流の第１段目の増加傾きに続く短絡電流の第２段目の増加傾きを決定し、
   前記設定電圧と前記出力電圧との差分値に応じて、前記短絡電流の第１段目の増加傾きと前記短絡電流の第２段目の増加傾きを時間的に変化させて、前記出力電圧の電圧値が前記設定電圧の電圧値と一致するように制御する請求項１に記載のアーク溶接方法。
6. 前記短絡電流の第１段目の増加傾きと前記短絡電流の第２段目の増加傾きとは増加傾きが異なる請求項５に記載のアーク溶接方法。
7. 前記短絡電流の第１段目の増加傾きは、前記短絡電流の第２段目の増加傾きよりも増加傾きが大きい請求項６に記載のアーク溶接方法。
8. 前記短絡電流の第１段目の増加傾きから前記短絡電流の第２段目の増加傾きに前記増加傾きが変わる屈曲点となる電流値を前記設定電流に応じて決定し、前記屈曲点となる電流値を、前記出力電圧と前記設定電圧との差分値に応じて時間的に変化させる請求項５に記載のアーク溶接方法。
9. 前記出力電圧が前記設定電圧よりも小さい場合には、前記屈曲点となる電流値を、前記設定電流に応じた屈曲点となる電流値よりも大きくなるように変化させ、
   前記出力電圧が前記設定電圧よりも大きい場合には、前記屈曲点となる電流値を、前記設定電流に応じた屈曲点となる電流値よりも小さくなるように変化させる請求項８に記載のアーク溶接方法。
10. 前記屈曲点となる電流値を、前記設定電圧と前記出力電圧との差分値に応じた絶対値に比例して変化させる請求項８に記載のアーク溶接方法。
11. 前記屈曲点となる電流値に上限値と下限値を設けた請求項８に記載のアーク溶接方法。
12. 前記設定電流に応じたアーク期間におけるピーク期間の時間を決定し、
    前記設定電圧と前記出力電圧との差分値に応じて前記ピーク期間の時間を変化させる請求項１に記載のアーク溶接方法。
13. 前記出力電圧が前記設定電圧より小さい場合には、前記アーク期間における前記ピーク期間の時間を、前記設定電流に応じたアーク期間におけるピーク期間の時間よりも長くなるように変化させ、前記出力電圧が前記設定電圧よりも大きい場合には、前記アーク期間における前記ピーク期間の時間を、前記設定電流に応じたアーク期間におけるピーク期間の時間よりも短くなるように変化させる請求項１２に記載のアーク溶接方法。
14. 前記アーク期間における前記ピーク期間の時間を、前記設定電圧と前記出力電圧との差分値に対応した絶対値に変化させる請求項１２に記載のアーク溶接方法。
15. 前記アーク期間における前記ピーク期間の時間に上限値と下限値を設けた請求項１２に記載のアーク溶接方法。
16. 前記設定電流に応じた溶接ワイヤ送給速度を平均送給速度とし、所定の周波数と所定の振幅でワイヤ送給を正送と逆送に周期的に繰り返すことにより、短絡状態とアーク状態とを周期的に発生させて溶接を行う請求項１に記載のアーク溶接方法。
17. 消耗電極である溶接ワイヤと被溶接物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素子と、
    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状態検出部と、
    前記状態検出部からの短絡の信号を受けて、短絡期間に短絡電流の制御を行う短絡制御部と、
    前記状態検出部からのアークの信号を受けて、アーク期間にアーク電圧の制御を行うアーク制御部と、
    設定電流を設定するための設定電流設定部と、
    設定電圧を設定するための設定電圧設定部とを備え、
    前記短絡制御部は、
    作業者が設定した設定電流に基づいて短絡電流の増加傾きを決定する増加傾き基本設定部と、
    前記設定電圧設定部により設定した電圧と前記溶接電圧検出部が検出した電圧との差に基づいて前記増加傾き基本設定部で決定した前記短絡電流の増加傾きを変化させる増加傾き制御部と、を備え、
    前記設定電圧設定部で設定した設定電圧と前記溶接電圧検出部で検出した電圧との差に基づいて、前記短絡制御部は、短絡電流の増加傾きを変化させるアーク溶接装置。
18. 消耗電極である溶接ワイヤと被溶接物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素子と、
    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状態検出部と、
    前記状態検出部からの短絡の信号を受けて短絡期間に短絡電流の制御を行う短絡制御部と、
    前記状態検出部からのアークの信号を受けてアーク期間にアーク電圧の制御を行うアーク制御部と、
    設定電流を設定するための設定電流設定部と、
    設定電圧を設定するための設定電圧設定部とを備え、
    前記短絡制御部は、
    作業者が設定した設定電流に基づいて、短絡電流の第１段目の増加傾きと短絡電流の第２段目の増加傾きを決定する増加傾き基本設定部と、
    作業者が設定した設定電流に基づいて、前記短絡電流の第１段目の増加傾きから前記短絡電流の第２段目の増加傾きに短絡電流の増加傾きが変化する屈曲点を決定する屈曲点基本設定部と、
    前記設定電圧設定部により設定した電圧と前記溶接電圧検出部が検出した電圧との差に基づいて、前記増加傾き基本設定部で決定した前記短絡電流の第１段目の増加傾きと前記短絡電流の第２段目の増加傾きを変化させる増加傾き制御部と、
    前記設定電圧設定部により設定した電圧と前記溶接電圧検出部が検出した電圧との差に基づいて、前記屈曲点基本設定部で決定した短絡電流の増加傾きの屈曲点を変化させる屈曲点制御部と、を備え、
    前記設定電圧設定部で設定した設定電圧と前記溶接電圧検出部で検出した電圧との差に基づいて、前記短絡制御部は、前記短絡電流の第１段目の増加傾き、前記短絡電流の第２段目の増加傾きおよび前記屈曲点の電流値のうちの少なくともいずれかを変化させるアーク溶接装置。
19. 前記アーク制御部は、
    作業者が設定した設定電流に基づいて、ピーク期間およびベース期間の電流を設定する電流基本設定部と、
    作業者が設定した設定電流に基づいて、ピーク期間の時間を設定する時間基本設定部と、前記設定電圧設定部により設定した電圧と前記溶接電圧検出部が検出した電圧との差に基づいて、前記電流基本設定部で設定したピーク期間およびベース期間の電流を変化させる電流制御部と、
    設定電圧設定部により設定した電圧と溶接電圧検出部が検出した電圧との差に基づいて、前記ピーク期間の時間基本設定部で設定したピーク期間の時間を変化させる時間制御部とを備え、
    前記アーク制御部は、前記アーク期間における前記ピーク期間の電流値、前記ベース期間の電流値および前記アーク期間における前記ピーク期間の時間のうちの少なくともいずれかを変化させる請求項１７または１８に記載のアーク溶接装置。
20. 前記溶接ワイヤの送給を正弦波状または台形波状に正送と逆送を周期的に繰り返し制御するためのワイヤ送給の周波数基本設定部と振幅基本設定部とを備え、
    前記設定電流に応じた溶接ワイヤ送給速度を平均送給速度とし、所定の周波数と所定の振幅で前記ワイヤ送給を正送と逆送の方向に周期的に繰り返して短絡状態とアーク状態とを周期的に発生させて溶接を行う請求項１７または１８に記載のアーク溶接装置。

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