JP2003260565A - アーク長揺動パルスアーク溶接制御方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 アーク長を周期的に所定幅で揺動させて波目
模様のビード外観を形成するアーク長揺動パルスアーク
溶接において、スパッタ、ヒューム等の発生量を大幅に
減少させて、良好な溶接品質を確保する。 【解決手段】 本発明は、ピーク電圧値ＨＶｐ及びＬＶ
ｐによってアーク長Ｌａを正確に検出し、その目標値で
ある高ピーク電圧設定値ＨＶpsと低ピーク電圧設定値Ｌ
Ｖpsを設定して周期的に切り換えることによって、高ア
ーク長ＨＬａと低アーク長ＬＬａとを周期的に揺動させ
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、アーク長を周期的
に揺動させる消耗電極式パルスアーク溶接のアーク長制
御方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】ピーク期間Ｔｐ中のピーク電流Ｉｐの通
電とベース期間Ｔｂ中のベース電流Ｉｂの通電とを繰り
返して行う消耗電極式パルスアーク溶接において、上記
のピーク電流Ｉｐ及び上記のピーク期間Ｔｐを予め定め
た低周波（数Ｈｚ〜数十Ｈｚ）の切換周期Ｔｃ毎に変化
させることによって、アーク長を高低に揺動させる溶接
方法が従来から行われている。この溶接方法では、アー
ク長の揺動によってアークの広がりを変化させて美しい
波目模様のビード外観を得ることができるので、外観を
重視するオートバイのフレームの溶接等に利用されてい
る。さらに、この溶接方法では、アーク長の揺動によっ
てアーク力を変化させて溶融池を攪拌することで、ブロ
ーホール等の溶接欠陥の発生を抑制することができる。
以下、従来技術としてこのアーク長揺動パルスアーク溶
接方法について、図面を参照して説明する。

【０００３】図１は、従来技術のアーク長揺動パルスア
ーク溶接の電流・電圧波形図である。同図（Ａ）は切換
周期信号Ｔtcの時間変化を示し、同図（Ｂ）は溶接電流
Ｉｗの時間変化を示し、同図（Ｃ）は溶接電圧Ｖｗの時
間変化を示し、同図（Ｄ）はアーク長Ｌａの時間変化を
示す。以下、同図を参照して説明する。

【０００４】同図（Ａ）に示すように、切換周期信号Ｔ
tcは、予め定めたＨｉｇｈレベルの高アーク長期間ＨＴ
と、予め定めたＬｏｗレベルの低アーク長期間ＬＴとを
切換周期Ｔｃ毎に繰り返す。これに応動して、同図
（Ｄ）に示すように、アーク長Ｌａは、上記の高アーク
長期間ＨＴ中は高アーク長ＨＬａとなり、上記の低アー
ク長期間ＬＴ中は低アーク長ＬＬａとなる。

【０００５】 高アーク長期間ＨＴ 同図（Ｂ）に示すように、高ピーク期間ＨＴｐ中は高ピ
ーク電流ＨＩｐを通電し、高ベース期間ＨＴｂ中は高ベ
ース電流ＨＩｂを通電し、これらの通電を高パルス周期
ＨＴｆとして高アーク長期間ＨＴ中繰り返して通電す
る。同様に、同図（Ｃ）に示すように、高ピーク期間Ｈ
Ｔｐ中は高ピーク電圧ＨＶｐが印加し、高ベース期間Ｈ
Ｔｂ中は高ベース電圧ＨＶｂが印加し、これらの印加を
高アーク長期間ＨＴ中繰り返して行う。

【０００６】 低アーク長期間ＬＴ 同図（Ｂ）に示すように、低ピーク期間ＬＴｐ中は低ピ
ーク電流ＬＩｐを通電し、低ベース期間ＬＴｂ中は低ベ
ース電流ＬＩｂを通電し、これらの通電を低パルス周期
ＬＴｆとして低アーク長期間ＬＴ中繰り返して通電す
る。同様に、同図（Ｃ）に示すように、低ピーク期間Ｌ
Ｔｐ中は低ピーク電圧ＬＶｐが印加し、低ベース期間Ｌ
Ｔｂ中は低ベース電圧ＬＶｂが印加し、これらの印加を
低アーク長期間ＬＴ中繰り返して行う。

【０００７】上記の高ピーク電流ＨＩｐと高ピーク期間
ＨＴｐとの組合せ及び上記の低ピーク電流ＬＩｐと低ピ
ーク期間ＬＴｐとの組合せは、溶接ワイヤが１パルス１
溶滴移行する範囲内で予め設定される。このピーク電流
とピーク期間との組合せは、一般的にユニットパルス条
件と呼ばれる。また、上記の高ベース電流ＨＩｂ及び上
記の低ベース電流ＬＩｂは、溶接ワイヤが溶融しないよ
うに数十Ａ以下の低い値に予め設定される。同図（Ｄ）
に示す高アーク長ＨＬａと低アーク長Ｌｌａとの変化幅
を数mm以上と大きくするためには、上記の高ピーク電流
ＨＩｐと低ピーク電流ＬＩｐとの差及び高ピーク期間Ｈ
Ｔｐと低ピーク期間ＬＴｐとの差を、１パルス１溶滴移
行する範囲内で大きくなるように設定するのが通常であ
る。これは、アーク長Ｌａの変化幅が数mm以上の所定値
よりも小さいと、前述したビード外観の波目模様のメリ
カリが少なくなり、美しさの度合いが下がるからであ
る。さらに、前述した溶融池の攪拌作用によるブローホ
ール発生数の削減効果も、同様に小さくなるからであ
る。すなわち、本アーク長揺動パルスアーク溶接方法に
特有の効果を得るためには、アーク長の揺動幅を数mm以
上の所定値にする必要があり、そのためには上記のユニ
ットパルス条件を大きく変化させる必要がある。溶接ワ
イヤに直径１．２mmのアルミニウム−マグネシウム合金
ワイヤを使用し、溶接電流が１００Ａであるときの上記
のユニットパルス条件の設定例を下記に示す。 （設定例１） 高ピーク電流ＨＩｐ＝３６０Ａ，高ピーク期間ＨＴｐ＝
２。０ms 低ピーク電流ＬＩｐ＝２８０Ａ，低ピーク期間ＬＴｐ＝
１．２ms

【０００８】また、同図（Ｃ）に示すように、溶接電圧
Ｖｗを大きな時定数で平滑して算出した切換周期Ｔｃ中
の溶接電圧平均値が予め定めた電圧設定値Ｖｓと略等し
くなるようにフィードバック制御されて、操作量として
の高パルス周期ＨＴｆ又は低パルス周期ＬＴｆが制御さ
れる。これによって、切換周期Ｔｃ中の平均アーク長が
制御される。溶接電圧Ｖｗを大きな時定数で平滑する理
由は、図２〜３で後述するように、アーク長とは比例関
係にない種々の異常電圧が発生して溶接電圧Ｖｗに重畳
することがときどき生じる。この結果、異常電圧の影響
によってアーク長の検出に誤差が生じ、アーク長制御が
不安定になる。このランダムに発生する異常電圧の影響
を抑制するために、溶接電圧Ｖｗを大きな時定数で平滑
する必要がある。したがって、従来技術では、平均アー
ク長を上記の溶接電圧平均値で制御すると共に、前述し
たように、高／低ピーク電流と高／低ピーク期間との組
合せ（ユニットパルス条件）の設定値の差を大きくする
ことでアーク長の変化幅を大きくしている。

【０００９】上記においては、ピーク電流とピーク期間
との組合せをユニットパルス条件として、このユニット
パルス条件及びベース電流を予め設定し、パルス周期を
制御する場合について説明した。ここで、ピーク電流と
パルス周期との組合せをユニットパルス条件とし、この
ユニットパルス条件及びベース電流を予め設定し、ピー
ク期間を制御する場合も従来から行われている。この場
合には、ピーク電流とパルス周期との組合せの設定値を
大きく変化させることによって、アーク長の変化幅を大
きくする。

【００１０】上述したように、従来技術では、溶接電圧
Ｖｗをフィードバックしてアーク長を制御する。しか
し、溶接中には外乱となる種々のアーク現象がランダム
に発生しており、これらのアーク現象に起因して溶接電
圧Ｖｗに異常電圧が重畳されることがある。本来、この
異常電圧はアーク長とは何ら関係しない電圧であるため
に、異常電圧が重畳した溶接電圧Ｖｗによってはアーク
長を正確に検出することはできない。一般的に、上記の
異常電圧の発生は、シールドガス中に酸化性成分が少な
いほど顕著である。したがって、アルゴンガス、ヘリウ
ムガス等の不活性ガスを主成分とするシールドガスを使
用するパルスＭＩＧ溶接では、この異常電圧の発生頻度
が高く、アーク長の誤検出の悪影響は大きくなる。以
下、アルミニウム合金のパルスＭＩＧ溶接において、異
常電圧が発生する２つの典型的な例について説明する。

【００１１】 微小短絡直後の異常電圧 図２は、ベース期間中に微小短絡が発生したときの電圧
・電流波形図であり、同図（Ａ）は溶接電圧Ｖｗの時間
変化を示し、同図（Ｂ）は溶接電流Ｉｗの時間変化を示
す。同図は、前述した図１の高パルス周期ＨＴｆ及び低
パルス周期ＬＴｆのどちらの期間中にも当てはまる。以
下、同図を参照して説明する。前述したように、パルス
アーク溶接では、１回のピーク電流の通電によって１パ
ルス１溶滴移行するようにピーク期間を設定するので、
溶滴移行に伴って溶接ワイヤ先端部が長く伸びて溶滴と
母材とが短時間接触（微小短絡）することが生じる。同
図（Ａ）に示すように、時刻ｔ１において短絡が発生し
短時間後の時刻ｔ２において短絡が開放されると、その
直後の時刻ｔ２〜ｔ３の間は、点線で示す通常値よりも
非常に大きな値の異常電圧が重畳することがある。この
理由は、時刻ｔ１の短絡発生によってアークがいったん
消滅し、時刻ｔ２においてアークが再点弧する。この再
点弧時には、陰極点は溶接ワイヤ直下の最短距離となる
溶融池上に形成される。しかし、溶融池表面の酸化皮膜
は通常既にクリーニングされているために、陰極点は酸
化皮膜のない部分に形成されることになる。このため
に、陰極降下電圧値が非常に大きな値となり、異常電圧
として重畳することになる。この陰極降下電圧値は、ア
ーク長とは比例関係にないために、異常電圧が重畳した
溶接電圧Ｖｗによっては、アーク長を正しく検出するこ
とができない。この陰極降下電圧値は、母材の酸化皮膜
のクリーニング状態、陰極点の形成位置等によって影響
されるので、その値が小さくなり発生期間も短い場合も
ある。逆に、その値が大きくなり発生期間も長い場合も
ある。

【００１２】 ベース期間中の陰極点の移動に伴う異
常電圧 図３は、ベース期間中に陰極点が移動したときの電圧・
電流波形図であり、同図（Ａ）は溶接電圧Ｖｗの時間変
化を示し、同図（Ｂ）は溶接電流Ｉｗの時間変化を示
す。同図は、図１で前述した高パルス周期ＨＴｆ及び低
パルス周期ＬＴｆのどちらの期間中にも当てはまる。以
下、同図を参照して説明する。前述したように、ベース
電流値は数十Ａ程度と低い値であるために、アークの指
向性が弱くなり、ベース期間中の陰極点は酸化皮膜を求
めて移動しやすい。そして、陰極点が移動して新たに形
成されるときに、母材表面の酸化皮膜の状態によって上
記の陰極降下電圧値が変動することになり、溶接電圧Ｖ
ｗに異常電圧が重畳する場合が生じる。同図（Ａ）に示
すように、時刻ｔ１〜ｔ２の期間中に陰極点が移動する
と、この期間中の溶接電圧Ｖｗは変動して異常電圧とな
る。この異常電圧は、点線で示す通常値から大きく変動
しており、かつアーク長とは関係しない値であるため
に、この異常電圧が重畳した溶接電圧Ｖｗによっては、
アーク長を正しく検出することはできない。

【００１３】上述したように、種々のアーク現象に伴っ
てアーク長とは関係のない異常電圧が発生すると、この
異常電圧を含む溶接電圧Ｖｗによっては、アーク長を正
確に検出することができない。そこで、前述したよう
に、ランダムに発生する異常電圧の悪影響を抑制するた
めに、溶接電圧Ｖｗを大きな時定数で平滑した溶接電圧
平均値によって、平均アーク長を制御している。

【００１４】

【発明が解決しようとする課題】図４は、従来技術の課
題を説明するための低アーク長期間ＬＴ及び高アーク長
期間ＨＴ中の溶滴移行の状態を示す図である。同図
（Ａ）は低アーク長期間ＬＴ中の溶滴移行の状態及び溶
接電流波形を示し、同図（Ｂ）は高アーク長期間ＨＴ中
の溶滴移行の状態及び溶接電流波形を示す。前述したよ
うに、ＬＩｐ＜ＨＩｐであり、かつＬＴｐ＜ＨＴｐであ
る。また、前述したように、アーク長の変化幅を大きく
するために、ピーク電流とピーク期間との組合せは、１
パルス１溶滴移行の範囲内において大きく変化するよう
に設定される。このために、通常、低ピーク電流ＬＩｐ
と低ピーク期間ＬＴｐとの組合せは、溶滴移行がピーク
期間の終了時点の直前又は直後に行われるように、１パ
ルス１溶滴移行の範囲の下限値近くに設定される。他
方、高ピーク電流ＨＩｐと高ピーク期間ＨＴｐとの組合
せは、アーク長の変動幅を大きくするために、１パルス
１溶滴移行の範囲の上限値近くに設定される。以下、同
図を参照して説明する。

【００１５】 低アーク長期間ＬＴ中の溶滴移行の状
態 同図（Ａ）に示すように、低ピーク期間ＬＴｐ中の低ピ
ーク電流ＬＩｐの通電によって、溶接ワイヤ１の先端部
が溶融されて、溶滴１ａが形成される。その後、低ピー
ク期間ＬＴｐの終了直後において、溶滴１ａは離脱して
母材へと落下し、溶接ワイヤ１の先端部には溶滴１ａの
一部が残留溶滴１ｂとして残る。このとき、溶滴１ａは
低ピーク期間ＬＴｐ中に形成されて、低ピーク期間ＬＴ
ｐの終了直後に移行するので、上記の残留溶滴１ｂはわ
ずかな量となる。この結果、良好な溶滴移行状態とな
り、スパッタ、ヒューム等の発生量も非常に少ない。

【００１６】 高アーク長期間ＨＴ中の溶滴移行の状
態 同図（Ｂ）に示すように、高ピーク電流ＨＩｐ及び高ピ
ーク期間ＨＴｐの組合せは、前述したように、上記の低
アーク長期間時と比べて大きな値に設定される。このた
めに、溶滴１ａは、高ピーク期間ＨＴｐの半ばで移行す
ることになり、溶滴移行後の残留溶滴１ｂが高ピーク電
流ＨＩｐによって過熱されて大きくなる。そして、この
残留溶滴１ｂは多数のスパッタ１ｃ及びヒュームとなっ
て飛散する。したがって、この期間中は、スパッタ１ｃ
及びヒュームが大量に発生することになり、ビード外観
が悪くなる。このビード外観の一例を図５に示す。溶接
条件は、直径１．２mmのアルミニウム−マグネシウム合
金ワイヤを使用して、高ピーク電流ＨＩｐ＝３６０Ａ、
高ピーク期間ＨＴＰ＝２。０ms、低ピーク電流ＬＩｐ＝
２８０Ａ及び低ピーク期間ＬＴＰ＝１．２ msに設定
し、溶接電流１００ＡでパルスＭＩＧ溶接を行った場合
である。同図から明らかなように、ビード２ａは波目模
様が形成されているが、母材２上には大量のスパッタ１
ｃが付着している。

【００１７】上述したように、従来技術では、アーク長
の変化幅を大きくするために、ユニットパルス条件を大
きく変化させなければならないために、どうしても高ア
ーク長期間中にスパッタ、ヒューム等が多く発生するこ
とになる。

【００１８】そこで、本発明では、アーク長の変化幅を
大きくすることができ、かつスパッタ、ヒューム等の発
生量を減少させることができるアーク長揺動パルスアー
ク溶接制御方法を提供する。

【００１９】

【課題を解決するための手段】第１の発明は、図６〜７
に示すように、溶接ワイヤを定速で送給し、ピーク期間
Ｔｐ中のピーク電流Ｉｐの通電とベース期間Ｔｂ中のベ
ース電流Ｉｂの通電とをパルス周期Ｔｆとして繰り返し
て通電すると共に、上記ピーク期間Ｔｐ中のピーク電圧
値Ｖｐがピーク電圧設定値Ｖpsと略等しくなるように操
作量として上記パルス周期Ｔｆ又は上記ピーク期間Ｔｐ
を変化させてアーク長を制御するパルスアーク溶接にお
いて、上記ピーク電圧設定値Ｖpsを予め定めた切換周期
Ｔｃで変化させることによってアーク長を周期的に所定
値で揺動させることを特徴とするアーク長揺動パルスア
ーク溶接制御方法である。

【００２０】第２の発明は、図８〜９に示すように、操
作量がパルス周期Ｔｆであるときにはピーク電流Ｉｐ又
はピーク期間Ｔｐの少なくとも１つ以上を、上記操作量
が上記ピーク期間Ｔｐであるときには上記上記ピーク電
流Ｉｐ又はパルス周期Ｔｆの少なくとも１つ以上を、溶
接ワイヤの溶滴移行が上記ピーク期間Ｔｐの終了時点の
直前又は直後に行われる範囲内で切換周期Ｔｃに応動し
て変化させることを特徴とする第１の発明記載のアーク
長揺動パルスアーク溶接制御方法である。

【００２１】第３の発明は、図１０に示すように、ピー
ク電圧値Ｖｐが、ピーク期間Ｔｐの開始時の電圧が過渡
的に変動する過渡ピーク期間Ｔpaを除いた定常ピーク期
間Ｔpb中の定常ピーク電圧値Ｖpaであることを特徴とす
る第１又は第２の発明記載のアーク長揺動パルスアーク
溶接制御方法である。

【００２２】

【発明の実施の形態】以下に、本発明の実施の形態とし
て、実施例１〜３について図面を参照して説明する。 ［実施例１］アーク長揺動パルスアーク溶接方法におい
て、ビード外観に美しい波目模様を形成する効果、溶融
池攪拌によるブローホール発生を抑制する効果等の特有
の効果は、アーク長を周期的に揺動させてアークの広が
り、アーク力を変化させることによって生じる。そこ
で、実施例１の発明では、ユニットパルス条件（ピーク
電流Ｉｐとピーク期間Ｔｐとの組合せ）を高アーク長期
間ＨＴ及び低アーク長期間ＬＴで同一値に設定し、アー
ク長をピーク期間Ｔｐ中のピーク電圧Ｖｐによって検出
し、その目標値であるピーク電圧設定値Ｖpsを高アーク
長期間ＨＴと低アーク長期間ＬＴとで切り換えることに
よってアーク長を周期的に揺動させる方法である。上記
のユニットパルス条件は、溶滴移行がピーク期間Ｔｐの
終了時点の直前又は直後に行われるように予め設定す
る。このことで、溶滴移行後の残留溶滴への過熱を防止
し、スパッタ、ヒューム等の発生を抑制する。また、ア
ーク長をピーク電圧Ｖｐによって検出する理由は、以下
のとおりである。すなわち、ピーク期間Ｔｐ中は数百Ａ
の高いピーク電流Ｉｐが通電するために、アークの指向
性が非常に高くなる。このために、ピーク期間Ｔｐ中の
アークは、溶接ワイヤの送給方向に形成されて、かつ、
指向性が高いためにその陰極点は酸化皮膜を求めて移動
することができない。この結果、ピーク期間Ｔｐ中のア
ーク形状はほぼ一定になるので、アーク長とピーク電圧
Ｖｐとは正確な比例関係になる。さらには、ピーク期間
Ｔｐ中は、図２で前述した微小短絡はほとんど発生しな
い。また、ピーク期間Ｔｐ中は、図３で前述した陰極点
の移動もほぼないために、異常電圧の発生頻度は少なく
なり、異常電圧によるピーク電圧Ｖｐへの影響は小さ
い。このために、ピーク電圧Ｖｐは、前述した溶接電圧
平均値の算出のときのように異常電圧の影響を抑制する
目的で大きな時定数で平滑する必要がないので、平滑の
時定数を小さくすることができ、アーク長検出の応答性
を速くすることができる。すなわち、ピーク電圧Ｖｐに
よるアーク長検出では、パルス周期毎のアーク長の変化
を検出することができる。したがって、高アーク長期間
ＨＴ中の高ピーク電圧設定値ＨＶpsと、低アーク長期間
ＬＴ中の低ピーク電圧設定値ＬＶpsとを予め設定し、周
期的に切り換えることによってアーク長を揺動させるこ
とができる。以下、図面を参照して説明する。

【００２３】図６は、実施例１の発明のアーク長揺動パ
ルスアーク溶接の電流・電圧波形図である。同図（Ａ）
は切換周期信号Ｔtcの時間変化を示し、同図（Ｂ）は溶
接電流Ｉｗの時間変化を示し、同図（Ｃ）は溶接電圧Ｖ
ｗの時間変化を示し、同図（Ｄ）はアーク長Ｌａの時間
変化を示す。以下、同図を参照して説明する。

【００２４】同図（Ａ）に示すように、切換周期信号Ｔ
tcは、予め定めたＨｉｇｈレベルの高アーク長期間ＨＴ
と、予め定めたＬｏｗレベルの低アーク長期間ＬＴとを
切換周期Ｔｃ毎に繰り返す。これに応動して、同図
（Ｄ）に示すように、アーク長Ｌａは、上記の高アーク
長期間ＨＴ中は高アーク長ＨＬａとなり、上記の低アー
ク長期間ＬＴ中は低アーク長ＬＬａとなる。

【００２５】 高アーク長期間ＨＴ 同図（Ｂ）に示すように、ピーク期間Ｔｐ中はピーク電
流Ｉｐを通電し、高ベース期間ＨＴｂ中はベース電流Ｉ
ｂを通電し、これらの通電を高パルス周期ＨＴｆとして
高アーク長期間ＨＴ中繰り返して通電する。同様に、同
図（Ｃ）に示すように、ピーク電圧が予め定めた高ピー
ク電圧設定値ＨＶpsと略等しくなるようにフィードバッ
ク制御されて、操作量として上記のパルス周期が制御さ
れる。したがって、パルス周期はフィードバック制御に
よって刻々変化して、後述する低アーク長期間ＬＴとは
異なる高パルス周期ＨＴｆとなり、ピーク期間Ｔｐは一
定であるので、ベース期間も刻々変化して上記の高ベー
ス期間ＨＴｂとなる。また、同図（Ｃ）に示すように、
ピーク電圧は上記の高ピーク電圧設定値ＨＶpsと略等し
い値の高ピーク電圧値ＨＶｐとなり、ベース電圧は高ベ
ース電圧値ＨＶｂとなる。

【００２６】 低アーク長期間ＬＴ 同図（Ｂ）に示すように、上記項と同一値のピーク期
間Ｔｐ中はピーク電流Ｉｐを通電し、低ベース期間ＬＴ
ｂ中はベース電流Ｉｂを通電し、これらの通電を低パル
ス周期ＬＴｆとして低アーク長期間ＬＴ中繰り返して通
電する。同様に、同図（Ｃ）に示すように、ピーク電圧
が予め定めた低ピーク電圧設定値ＬＶpsと略等しくなる
ようにフィードバック制御されて、操作量として上記の
パルス周期が制御される。したがって、パルス周期はフ
ィードバック制御によって刻々変化し、前述した高アー
ク長期間ＨＴとは異なる低パルス周期ＬＴｆとなり、ピ
ーク期間Ｔｐは一定であるので、ベース期間も刻々変化
して上記の低ベース期間ＬＴｂとなる。また、同図
（Ｃ）に示すように、ピーク電圧は上記の低ピーク電圧
設定値ＬＶpsと略等しい値の低ピーク電圧値ＬＶｐとな
り、ベース電圧は低ベース電圧値ＬＶｂとなる。

【００２７】上述したように、操作量がパルス周期であ
るときには、ユニットパルス条件のピーク電流とピーク
期間との組合せを、溶滴移行がピーク期間の終了時点の
直前又は直後に行われるように予め設定する。他方、操
作量がピーク期間であるときには、ユニットパルス条件
のピーク電流とパルス周期との組合せを、溶滴移行がピ
ーク期間の終了時点の直前又は直後に行われるように予
め設定する。

【００２８】以上のように、実施例１の発明では、ピー
ク電圧によってアーク長を検出し、所定値の高アーク長
ＨＬａに対応する高ピーク電圧設定値ＨＶpsと、所定値
の低アーク長ＬＬａに対応する低ピーク電圧設定値ＬＶ
psとを、切換周期Ｔｃ毎に切り換えることによって、ア
ーク長を揺動させることができる。

【００２９】図７は、上述した実施例１の発明を実施す
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。出力制御
回路ＩＮＶは、３相２００Ｖ等の商用電源を入力とし
て、後述する電流誤差増幅信号Ｅｉに従って、インバー
タ制御、サイリスタ位相制御等の出力制御を行い、溶接
に適した溶接電圧Ｖｗ及び溶接電流Ｉｗを出力する。溶
接ワイヤ１は、ワイヤ送給装置の送給ロール５の回転に
よって送給されて、母材２との間でアーク３が発生し
て、溶接が行われる。

【００３０】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。ピーク電圧検出回
路ＤＶＰは、上記の電圧検出信号Ｖｄを入力として、ピ
ーク電圧検出信号ＤＶｐを出力する。切換周期信号生成
回路ＴＴＣは、予め定めた高アーク長期間ＨＴ中はＨｉ
ｇｈレベルとなり、予め定めた低アーク長期間ＬＴ中は
Ｌｏｗレベルとなる切換周期信号Ｔtcを出力する。高ピ
ーク電圧設定回路ＨＶＰＳは、予め定めた高ピーク電圧
設定信号ＨＶpsを出力する。低ピーク電圧設定回路ＬＶ
ＰＳは、予め定めた低ピーク電圧設定信号ＬＶpsを出力
する。電圧設定信号切換回路ＳＷＶは、上記の切換周期
信号ＴtcがＨｉｇｈレベル（高アーク長期間ＨＴ）のと
きにはａ側に切り換わり上記の高ピーク電圧設定信号Ｈ
Ｖpsをピーク電圧設定信号Ｖpsとして出力し、Ｌｏｗレ
ベル（低アーク長期間ＬＴ）のときにはｂ側に切り換わ
り上記の低ピーク電圧設定信号ＬＶpsをピーク電圧設定
信号Ｖpsとして出力する。

【００３１】電圧誤差増幅回路ＥＶは、上記のピーク電
圧検出信号ＤＶｐと上記のピーク電圧設定信号Ｖps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Ｖ／Ｆは、上記の電圧誤差増幅信号Ｅ
ｖに反比例した周期毎に短時間Ｈｉｇｈレベルとなるパ
ルス周期信号Ｔtfを出力する。ピーク期間設定回路ＴＰ
Ｓは、予め定めたピーク期間設定信号Ｔpsを出力する。
ピーク期間タイマ回路ＴＴＰは、上記のパルス周期信号
ＴtfがＨｉｇｈレベルに変化した時点から上記のピーク
期間設定信号Ｔtpによって定まる期間だけＨｉｇｈレベ
ルとなるピーク期間信号Ｔtpを出力する。

【００３２】ピーク電流設定回路ＩＰＳは、予め定めた
ピーク電流設定信号Ｉpsを出力する。ベース電流設定回
路ＩＢＳは、予め定めたベース電流設定信号Ｉbsを出力
する。電流制御設定回路ＩＳＣは、上記のピーク期間信
号ＴtpがＨｉｇｈレベル（ピーク期間）のときには上記
のピーク電流設定信号Ｉpsを電流制御設定信号Ｉscとし
て出力し、Ｌｏｗレベル（ベース期間）のときには上記
のベース電流設定信号Ｉbsを電流制御設定信号Ｉscとし
て出力する。電流検出回路ＩＤは、溶接電流Ｉｗ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、上記の電流検出信号Ｉｄと上記の電流制御設定
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。上述した溶接電源装置によって、切換周期信
号Ｔtc毎にアーク長を揺動させてパルスアーク溶接を行
うことができる。

【００３３】［実施例２］実施例２の発明では、上述し
た実施例１の発明において、高アーク長期間ＨＴと低ア
ーク長期間ＬＴとで、ユニットパルス条件（ピーク電流
Ｉｐとピーク期間Ｔｐとの組合せ又はピーク電流Ｉｐと
パルス周期Ｔｆとの組合せ）を、溶滴移行がピーク期間
の終了時点の直前又は直後に行われる範囲内で切り換え
る方法である。ユニットパルス条件を切り換える理由
は、以下のとおりである。すなわち、ピーク電流及びピ
ーク期間が一定値であるときは、ピーク電圧設定値Ｖps
に反比例してパルス周期が定まる。したがって、ピーク
電圧設定値Ｖpsが大きな値に設定されると、それに対応
してアーク長を長くするために溶接電流平均値が大きく
なる。このために、パルス周期は非常に短くなるが、パ
ルス周期があまり短くなるとフィードバック制御の調整
範囲の限界値に近くなり、外乱に対してアーク長制御を
行うことができず、溶接状態が不安定になる。このとき
に、ピーク電流又はピーク期間の少なくとも１つ以上を
大きくすると、パルス周期は長くなるので、上記の問題
が解消されて溶接状態は安定になる。逆に、ピーク電圧
設定値Ｖpsが小さい値に設定されると、それに対応して
アーク長を短くするために溶接電流平均値は小さくな
る、このために、パルス周期は非常に長くなり、ビード
外観が悪くなる。このときに、ピーク電流又はピーク期
間の少なくとも１つ以上を小さくすると、パルス周期が
短くなるので、ビード外観は良好になる。このように、
ユニットパルス条件を切換周期信号Ｔtcに応動して変化
させることによって、パルス周期を所定範囲内に制限す
ることができ、この結果、溶接状態を常に安定に維持す
ることができる。

【００３４】図８は、実施例２の発明のアーク長揺動パ
ルスアーク溶接の電流・電圧波形図である。同図（Ａ）
は切換周期信号Ｔtcの時間変化を示し、同図（Ｂ）は溶
接電流Ｉｗの時間変化を示し、同図（Ｃ）は溶接電圧Ｖ
ｗの時間変化を示し、同図（Ｄ）はアーク長Ｌａの時間
変化を示す。同図において、低アーク長期間ＬＴの低ピ
ーク電流ＬＩｐ及び低ピーク期間ＬＴｐは、前述した図
６のピーク電流Ｉｐ及びピーク期間Ｔｐと同一値に設定
されている。他方、高アーク長期間ＨＴの高ピーク電流
ＨＩｐ及び高ピーク期間ＨＴｐは、溶滴移行がピーク期
間の終了時点の直前又は直後に行われる範囲内において
図６のときの値よりも大きい値に設定されたときであ
る。すなわち、ＨＩＰ＞ＬＩｐ＝Ｉｐであり、ＨＴｐ＞
ＬＴｐ＝Ｔｐである。以下、同図を参照して説明する。

【００３５】 高アーク長期間ＨＴ 同図（Ｂ）に示すように、高ピーク期間ＨＴｐ中は高ピ
ーク電流ＨＩｐを通電し、高ベース期間ＨＴｂ中はベー
ス電流Ｉｂを通電し、これらの通電を高パルス周期ＨＴ
ｆとして高アーク長期間ＨＴ中繰り返して通電する。同
様に、同図（Ｃ）に示すように、ピーク電圧が前述した
図６と同一値の高ピーク電圧設定値ＨＶpsと略等しくな
るようにフィードバック制御されて、操作量として上記
のパルス周期が制御される。前述したように、ＨＩｐ＞
ＩｐでありかつＨＴｐ＞Ｔｐであるので、パルス周期Ｈ
Ｔf2＞ＨＴfとなり、パルス周期が短くなりすぎて溶接
状態が不安定になることを抑制することができる。

【００３６】 低アーク長期間ＬＴ 同図（Ｂ）に示すように、低ピーク期間ＬＴｐ中は低ピ
ーク電流ＬＩｐを通電し、低ベース期間ＬＴｂ中はベー
ス電流Ｉｂを通電し、これらの通電を低パルス周期ＬＴ
ｆとして低アーク長期間ＬＴ中繰り返して通電する。同
様に、同図（Ｃ）に示すように、ピーク電圧が前述した
図６のときと同一値の低ピーク電圧設定値ＬＶpsと略等
しくなるようにフィードバック制御されて、操作量とし
て上記のパルス周期が制御される。前述したように、Ｌ
Ｉｐ＝ＩｐでありかつＬＴｐ＝Ｔｐであるので、低パル
ス周期ＬＴｆは図６のときと同一値となる。

【００３７】上記においては、ユニットパルス条件がピ
ーク電流とピーク期間との組合せときであるが、ユニッ
トパルス条件がピーク電流とパルス周期との組合せであ
るときには、操作量はピーク期間となり、この場合でも
上記と同様である。すなわち、ピーク電圧設定値が大き
いとピーク期間が長くなりすぎて溶接状態が不安定にな
りやすく、逆にピーク電圧設定値が小さいとピーク期間
が短くなりすぎて上記と同様に溶接状態が不安定になり
やすい。このようなときには、高アーク長期間と低アー
ク長期間とで、ユニットパルス条件を異なった値に設定
することで、ピーク期間を所定範囲内に制限することが
でき、良好な溶接状態を維持することができる。

【００３８】図９は、上述した実施例２の発明を実施す
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７と同一の回路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。以下、図７とは異なる
点線で示す回路ブロックについて、図面を参照して説明
する。

【００３９】高ピーク期間設定回路ＨＴＰは、予め定め
た高ピーク期間設定信号ＨＴｐを出力する。低ピーク期
間設定回路ＬＴＰは、予め定めた低ピーク期間設定信号
ＬＴｐを出力する。期間設定信号切換回路ＳＷＴは、切
換周期信号ＴtcがＨｉｇｈレベル（高アーク長期間）の
ときにはａ側に切り換わり上記の高ピーク期間設定信号
ＨＴｐをピーク期間設定信号Ｔpsとして出力し、Ｌｏｗ
レベル（低アーク長期間）のときには上記の低ピーク期
間設定信号ＬＴｐをピーク期間設定信号Ｔpsとして出力
する。

【００４０】高ピーク電流設定回路ＨＩＰは、予め定め
た高ピーク電流設定信号ＨＩｐを出力する。低ピーク電
流設定回路ＬＩＰは、予め定めた低ピーク電流設定信号
ＬＩｐを出力する。電流設定信号切換回路ＳＷＩは、切
換周期信号ＴtcがＨｉｇｈレベル（高アーク長期間）の
ときにはａ側に切り換わり上記の高ピーク電流設定信号
ＨＩｐをピーク電流設定信号Ｉpsとして出力し、Ｌｏｗ
レベル（低アーク長期間）のときにはｂ側に切り換わり
上記の低ピーク電流設定信号ＬＩｐをピーク電流設定信
号Ｉpsとして出力する。

【００４１】［実施例３］実施例３の発明は、実施例１
又は２の発明において、ピーク電圧検出信号ＤＶｐが、
ピーク期間の開始時の電圧が過渡的に変動する過渡ピー
ク期間を除いた定常ピーク期間中の定常ピーク電圧検出
信号Ｖpaであるアーク長揺動パルスアーク溶接制御方法
である。以下、図面を参照して実施例３の発明について
説明する。

【００４２】図１０は、実施例３における定常ピーク電
圧値の算出方法を説明するためのピーク電圧波形図であ
る。同図は、高アーク長期間及び低アーク長期間の両方
のピーク期間中のピーク電圧波形である。同図に示すよ
うに、時刻ｔ１のピーク期間Ｔｐの開始時において、過
渡ピーク期間Ｔpa中のピーク電圧は、アークの発生状態
に応じて曲線Ｙ１〜Ｙ３のように大きく変動する。そし
て、この過渡ピーク期間Ｔpaが経過して定常ピーク期間
Ｔpbに入ると、アーク発生状態は安定するので、このと
きのピーク電圧値は安定した略定常値（以下、定常ピー
ク電圧値Ｖpaという）になり、アーク長と正確に比例す
る。したがって、この定常ピーク電圧値Ｖpaによってア
ーク長を正確に検出して、アーク長を揺動させれば、よ
り安定したアーク長揺動パルスアーク溶接を行うことが
できる。

【００４３】上記の定常ピーク電圧値Ｖpaとしては、以
下のような算出値を使用することができる。 特定時点の定常ピーク電圧瞬時値Ｖpc 同図に示すように、ピーク期間Ｔｐの開始時点から予め
定めた遅延時間Ｔpcが経過した時点の定常ピーク電圧瞬
時値Ｖpcを、定常ピーク電圧値Ｖpaとして使用すること
ができる。上記の遅延時間Ｔpcは、過渡ピーク期間Ｔpa
が経過した後から、曲線Ｙ４に示す溶滴移行時の陽極点
の移動に伴う電圧変動が発生する前までの期間中の特定
時点になるように、予め設定される。例えば、前述した
ピーク期間Ｔｐの真ん中の時点に設定することが考えら
れる。

【００４４】 所定期間中の定常ピーク電圧平均値Ｖ
pd 上記項は瞬時値であるが、検出誤差を減少させるため
に、上記の遅延時間Ｔpc経過後から所定の平均化期間Ｔ
pd中の定常ピーク電圧の平均値Ｖpdを、定常ピーク電圧
値Ｖpaとして使用することができる。

【００４５】 定常ピーク期間中の定常ピーク電圧平
均値Ｖpb 上記項においてピーク電圧を平均化する期間を、定常
ピーク期間Ｔpbの全期間中とするのが、定常ピーク期間
中の定常ピーク電圧平均値Ｖpbである。

【００４６】 上記〜項の移動平均値 第ｎ回目のピーク期間Ｔｐ(n)中の上記項の定常ピー
ク電圧瞬時値をＶpc(n)とし、今周期から前の所定周期
ｍ回にわたる移動平均値Ｖpcrは、下式となる。 Ｖpcr＝（Ｖpc(n)＋Ｖpc(n-1)＋…＋Ｖpc(n-m+1)）／ｍ 上式では、各周期の定常ピーク電圧瞬時値Ｖpcは均等の
重みで平均化しているが、今周期に近い周期の値の重み
を重くする重み付け移動平均値であってもよい。このよ
うに移動平均値を算出して定常ピーク電圧値Ｖpaとする
理由は、以下のとおりである。すなわち、定常ピーク期
間Ｔpb中は、陰極点はほぼ移動することなく形成されて
いてが、溶融池の状態、溶滴の状態等は毎周期ごとに少
しは変動しているために、アーク長も変動することにな
る。この変動を平均化してより正確なアーク長を検出す
るために移動平均値を算出している。また、上記項及
び項の定常ピーク電圧平均値Ｖpd及びＶpbの過去所定
周期にわたる移動平均値についても、上記と同様にして
算出することができる。

【００４７】上述した実施例３の発明を実施するための
溶接電源装置の構成は、前述した図７及び９におけるピ
ーク電圧検出回路ＤＶＰによって、上記の定常ピーク電
圧検出信号Ｖpaを算出するように変更する以外は同一で
ある。

【００４８】［効果］以下に、本発明の効果について図
面を参照して説明する。図１１は、前述した図５に対応
する本発明のビード外観図である。溶接条件は、前述し
たように、直径１．２mmのアルミニウム−マグネシウム
合金ワイヤを使用して、高ピーク電流ＨＩｐ＝３２０
Ａ、高ピーク期間ＨＴｐ＝１．６ms、低ピーク電流ＬＩ
ｐ＝２８０Ａ、低ピーク期間ＬＴｐ＝１．２ ms、高ピ
ーク電圧設定値ＨＶps＝２２Ｖ、低ピーク電圧設定値Ｌ
Ｖps＝２６Ｖ及び溶接電流＝１００Ａに設定し、アルミ
ニウム合金のパルスＭＩＧ溶接の場合である。このとき
の高アーク長ＨＬａ＝８mmとなり、低アーク長ＬＬａ＝
３mmとなった。同図から明らかなように、ビード２ａに
は美しい波目模様が形成されており、かつ、図５のとき
とは異なり母材２上にはほとんどスパッタ１ｃが付着し
ていない。また、溶接中のヒュームの発生量も大きく減
少した。

【００４９】図１２は、溶接中のヒューム発生量の比較
図である。溶接条件は、従来技術のときには図５の条件
に設定し、本発明のときには図１１の条件に設定して、
アーク長揺動パルスＭＩＧ溶接を行った場合である。ヒ
ュームの測定値は、溶接ワイヤ１ｇ当りのヒューム発生
量に換算した。同図から明らかなように、従来技術では
ヒューム発生量は１４mg/gであった。これに対して、本
発明では、ヒューム発生量は９mg/gへと大きく減少し
た。

【００５０】

【発明の効果】本発明のアーク長揺動パルスアーク溶接
制御方法では、ユニットパルス条件を溶滴移行がピーク
期間の終了時点の直前又は直後に行われる範囲に設定
し、ピーク電圧によってアーク長を正確に検出し、その
目標値であるピーク電圧設定値を周期的に変化させるこ
とによってアーク長を所定幅で揺動させることができる
ので、スパッタ、ヒューム等の発生量を大幅に減少させ
た上に、本溶接方法の特徴である波目模様のビード外観
の形成、溶融池攪拌によるブローホール発生数の削減等
の効果も同時に有している。さらに、実施例２の発明で
は、ユニットパルス条件を高アーク長期間と低アーク長
期間とで変化させることによって、パルス周期又はピー
ク期間が短く又は長くなりすぎて溶接状態が不安定にな
ることを抑制することができる。したがって、アーク長
の揺動幅を大きく設定しても、溶接状態は常に安定して
おり、良好な溶接品質を得ることができる。さらに、実
施例３の発明では、定常ピーク電圧値によってアーク長
を正確に検出することができるので、アーク長の揺動制
御がさらに安定になり、溶接品質もさらに向上する。

【図面の簡単な説明】

【図１】従来技術のアーク長揺動パルスアーク溶接の電
流・電圧波形図

【図２】従来技術での微小短絡直後の異常電圧波形図

【図３】従来技術でのベース期間中の異常電圧波形図

【図４】従来技術の課題を示す溶滴移行の状態図

【図５】従来技術のビード外観図

【図６】実施例１のアーク長揺動パルスアーク溶接の電
流・電圧波形図

【図７】実施例１の溶接電源装置のブロック図

【図８】実施例２のアーク長揺動パルスアーク溶接の電
流・電圧波形図

【図９】実施例２の溶接電源装置のブロック図

【図１０】実施例３の定常ピーク電圧値の算出方法を示
すピーク電圧波形図

【図１１】本発明の効果を示すビード外観図

【図１２】本発明の効果を示すヒューム発生量の比較図

【符号の説明】

１ 溶接ワイヤ １ａ 溶滴 １ｂ 残留溶滴 １ｃ スパッタ ２ 母材 ２ａ ビード ５ 送給ロール ＤＶＰ ピーク電圧検出回路 ＤＶｐ ピーク電圧検出信号 ＥＩ 電流誤差増幅回路 Ｅｉ 電流誤差増幅信号 ＥＶ 電圧誤差増幅回路 Ｅｖ 電圧誤差増幅信号 ＨＩｂ 高ベース電流 ＨＩＰ 高ピーク電流設定回路 ＨＩｐ 高ピーク電流（設定信号） ＨＬａ 高アーク長 ＨＴ 高アーク長期間 ＨＴｂ 高ベース期間 ＨＴｆ 高パルス周期 ＨＴＰ 高ピーク期間設定回路 ＨＴｐ 高ピーク期間（設定信号） ＨＶｂ 高ベース電圧 ＨＶｐ 高ピーク電圧 ＨＶＰＳ 高ピーク電圧設定回路 ＨＶps 高ピーク電圧設定（値／信号 Ｉｂ ベース電流 ＩＢＳ ベース電流設定回路 Ｉbs ベース電流設定信号 ＩＤ 電流検出回路 Ｉｄ 電流検出信号 ＩＮＶ 出力制御回路 Ｉｐ ピーク電流 ＩＰＳ ピーク電流設定回路 Ｉps ピーク電流設定信号 ＩＳＣ 電流制御設定回路 Ｉsc 電流制御設定信号 Ｉｗ 溶接電流 Ｌａ アーク長 ＬＩｂ 低ベース電流 ＬＩＰ 低ピーク電流設定回路 ＬＩｐ 低ピーク電流（設定信号） ＬＬａ 低アーク長 ＬＴ 低アーク長期間 ＬＴｂ 低ベース期間 ＬＴｆ 低パルス周期 ＬＴＰ 低ピーク期間設定回路 ＬＴｐ 低ピーク期間（設定信号） ＬＶｂ 低ベース電圧 ＬＶｐ 低ピーク電圧 ＬＶＰＳ 低ピーク電圧設定回路 ＬＶps 低ピーク電圧設定（値／信号） ＳＷＩ 電流設定信号切換回路 ＳＷＴ 期間設定信号切換回路 ＳＷＶ 電圧設定信号切換回路 Ｔｃ 切換周期 Ｔｐ ピーク期間 Ｔpa 過渡ピーク期間 Ｔpb 定常ピーク期間 Ｔpc 遅延時間 Ｔpd 平均化期間 ＴＰＳ ピーク期間設定回路 Ｔps ピーク期間設定信号 ＴＴＣ 切換周期信号生成回路 Ｔtc 切換周期信号 Ｔtf パルス周期信号 ＴＴＰ ピーク期間タイマ回路 Ｔtp ピーク期間信号 Ｖ／Ｆ 電圧周波数変換回路 ＶＤ 電圧検出回路 Ｖｄ 電圧検出信号 Ｖpa 定常ピーク電圧値 Ｖpb、Ｖpd 定常ピーク電圧平均値 Ｖpc 定常ピーク電圧瞬時値 Ｖpcr 定常ピーク電圧移動平均値 Ｖps ピーク電圧設定信号 Ｖｓ 電圧設定値 Ｖｗ 溶接電圧 Ｙ１〜Ｙ４ 電圧変動曲線

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 溶接ワイヤを定速で送給し、ピーク期間
   中のピーク電流の通電とベース期間中のベース電流の通
   電とをパルス周期として繰り返して通電すると共に、前
   記ピーク期間中のピーク電圧値がピーク電圧設定値と略
   等しくなるように操作量として前記パルス周期又は前記
   ピーク期間を変化させてアーク長を制御するパルスアー
   ク溶接において、 前記ピーク電圧設定値を予め定めた切換周期で変化させ
   ることによってアーク長を周期的に所定幅で揺動させる
   ことを特徴とするアーク長揺動パルスアーク溶接制御方
   法。
2. 【請求項２】 操作量がパルス周期であるときにはピー
   ク電流又はピーク期間の少なくとも１つ以上を、前記操
   作量が前記ピーク期間であるときには前記ピーク電流又
   は前記パルス周期の少なくとも１つ以上を、溶接ワイヤ
   の溶滴移行が前記ピーク期間の終了時点の直前又は直後
   に行われる範囲内で切換周期に応動して変化させること
   を特徴とする請求項１記載のアーク長揺動パルスアーク
   溶接制御方法。
3. 【請求項３】 ピーク電圧値が、ピーク期間の開始時の
   電圧が過渡的に変動する過渡ピーク期間を除いた定常ピ
   ーク期間中の定常ピーク電圧値であることを特徴とする
   請求項１又は請求項２記載のアーク長揺動パルスアーク
   溶接制御方法。