消耗電極アーク溶接のアークスタート制御方法
【課題】溶接ワイヤの先端と母材とが初めから接触しているタッチスタート状態にあっても、良好なアークスタート性を実現する。
【解決手段】溶接ワイヤを前進移動させて母材に一旦接触させた後に引き離してアークを発生させるリトラクトアークスタート制御と、溶接ワイヤを前進移動させて母材に接触させてアークを発生させる通常アークスタート制御とを備え、溶接開始信号Ａｓが溶接電源に入力されて溶接ワイヤの前進移動Ｆｉが開始された時点ｔ２から所定期間Ｔｔ以下で溶接電流Ｉｗが通電したときはリトラクトアークスタート制御を行い、上記所定期間Ｔｔ経過時点ｔ３で溶接電流Ｉｗが通電しないときは通常アークスタート制御を行う。これにより、タッチスタート状態のときは自動的にリトラクトアークスタート制御が選択されるので、良好なアークスタート性を実現できる。
【解決手段】溶接ワイヤを前進移動させて母材に一旦接触させた後に引き離してアークを発生させるリトラクトアークスタート制御と、溶接ワイヤを前進移動させて母材に接触させてアークを発生させる通常アークスタート制御とを備え、溶接開始信号Ａｓが溶接電源に入力されて溶接ワイヤの前進移動Ｆｉが開始された時点ｔ２から所定期間Ｔｔ以下で溶接電流Ｉｗが通電したときはリトラクトアークスタート制御を行い、上記所定期間Ｔｔ経過時点ｔ３で溶接電流Ｉｗが通電しないときは通常アークスタート制御を行う。これにより、タッチスタート状態のときは自動的にリトラクトアークスタート制御が選択されるので、良好なアークスタート性を実現できる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、溶接ワイヤを前進移動させて母材に一旦接触させた後に引き離し、この引き離しによって初期アークを発生させた後に定常アークへと移行させるリトラクトアークスタート制御と、上記溶接ワイヤを上記前進移動させて母材に接触又は接近させて定常アークを発生させる通常アークスタート制御とを備え、これら２つのアークスタート制御を切り換えて溶接を開始する消耗電極アーク溶接のアークスタート制御方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
図６は、消耗電極アーク溶接を行うための溶接装置の一般的な構成図である。以下、同図を参照して各構成物について説明する。
【０００３】
溶接電源ＰＳは、外部に設けられた溶接開始回路ＡＳからの溶接開始信号Ａｓが入力されると、起動されて溶接電圧Ｖｗ及び溶接電流Ｉｗを出力すると共に、溶接ワイヤ１を送給するための送給制御信号Ｗｃを送給モータＷＭに出力する。上記の溶接開始回路ＡＳには、溶接トーチに取り付けられたトーチスイッチ、溶接工程を制御するためのＰＬＣ（プログラマブル・ロジック・コントローラ）、ロボット制御装置等が該当する。溶接ワイヤ１は、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内を通って送給される。溶接ワイヤ１は溶接トーチ４の先端に取り付けられた給電チップ４ａから給電される。溶接ワイヤ１と母材２との間にアークが発生して溶接が行われる。
【０００４】
上記の送給ロール５が正回転すると溶接ワイヤ１は母材２に近づく方向へ前進送給され、逆に、送給ロール５が逆回転すると溶接ワイヤ１は母材２から離れる方向へ後退送給される。送給速度Ｆｗ（m/min）は、溶接ワイヤ１が前進送給されているときは正の値となり、後退送給されているときは負の値となり、停止しているときは０となる。ワイヤ先端・母材間距離Ｌｗ（mm）は、溶接ワイヤ１の先端と母材２との距離を表わし、アーク発生状態ではアーク長と略等しくなる。後述する通常アークスタート制御では、溶接ワイヤ１は前進送給のみが行われ、後述するリトラクトアークスタート制御では、溶接ワイヤ１は前進送給及び後退送給の両方が行われる。
【０００５】
消耗電極アーク溶接のアークスタート制御としては、以下に説明する通常アークスタート制御が最も一般的に使用されている。通常アークスタート制御では、溶接開始信号Ａｓが溶接電源ＰＳに入力されると、溶接ワイヤ１は遅いスローダウン送給速度で前進送給される。この前進送給によって溶接ワイヤ１の先端が母材２に接触するか又は非常に接近すると、溶接電流Ｉｗが通電してアークが発生する。溶接電流Ｉｗが通電すると、溶接ワイヤ１の送給速度を定常送給速度に切り替えて、定常アークへと移行させる。これにより、アークスタートが完了する。
【０００６】
他方、溶接ワイヤ１の材質がアルミニウム又はステンレス鋼であるときは、アークスタート性が良くないことが知られている。また、鉄鋼ワイヤであっても、１．０mm以下の細径ワイヤを使用する場合には、やはりアークスタート性が良くないことが知られている。これらの溶接ワイヤ１を使用して上記の通常アークスタート制御を行うと、溶接ワイヤ１が母材２と接触しても、この短絡状態が数十ms以上継続することが時々生じる。このような状態になると、スパッタを多く発生させてアークが発生することになり、不良なアークスタートとなる。このアークスタート性を改善するために、以下に説明するリトラクトアークスタート制御が使用されている（特許文献１、２等参照）。
【０００７】
リトラクトアークスタート制御では、溶接開始信号Ａｓが溶接電源ＰＳに入力されると、溶接ワイヤ１は遅いスローダウン送給速度で前進送給される。この前進送給によって溶接ワイヤ１の先端が母材２と接触すると、アークが発生しないように数十Ａ以下の小電流を通電し、短絡状態を維持する。同時に、溶接ワイヤ１の後退送給を開始して、溶接ワイヤ１の先端を母材２から引き離す動作を行う。この後退送給によって溶接ワイヤ１の先端が母材２から引き離されると、上記の小電流値が通電する初期アークが発生する。この初期アークが発生した状態を維持しながら、後退送給を所定期間継続して、アーク長を次第に長くする。上記の所定期間が経過すると、溶接ワイヤ１を定常送給速度での再前進送給に切り替えて、初期アークから定常アークへと移行させる。これにより、アークスタートが完了する。このリトラクトアークスタート制御では、溶接ワイヤ１を小電流が通電する状態で引き離して初期アークを発生させるので、溶接ワイヤ１の材質又は直径に関係なく、スパッタ発生の非常に少ない確実なアークスタートを実現することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２００７−２１６３０３号公報
【特許文献２】特開２００６−２６３８２２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
直径１．２mmの鉄鋼ワイヤを使用した消耗電極アーク溶接は、最も多く適用されている溶接方法である。この溶接方法では、上述した通常アークスタート制御によって概ね良好なアークスタート性を得ることができる。しかし、この溶接方法であっても、溶接ワイヤと母材とが初めから短絡状態にあるいわゆるタッチスタート状態になると、長い短絡状態が継続してスパッタが多く発生する不良なアークスタートとなることが多い。このタッチスタート状態は、以下のようにして発生する。ロボット溶接において、ロボットが溶接終了位置に移動して溶接を終了するときは、溶接ワイヤの先端が溶融池と溶着しないようにするために、アンチスティック制御と呼ばれる溶接終了処理を行う。この溶接終了処理は、溶接ワイヤの先端をアークによって燃え上がらせて、溶接ワイヤの先端と母材との距離が５mm程度になるようにする処理である。この溶接終了処理のもう１つの目的は、次の溶接開始位置にロボットが移動したときに、溶接ワイヤの先端と母材とが接触しないようにするためである。溶接を開始する時点で溶接ワイヤの先端が母材と接触していると、上述したようにタッチスタート状態となり、不良なアークスタートとなる確率が高くなるためである。
【００１０】
しかし、アンチスティック制御によるワイヤ先端の燃え上がりにはある程度のバラツキがあるために、溶接が終了した時点での溶接ワイヤの先端と母材との距離が適正値よりも短くなる場合が生じる。さらには、溶接トーチのケーブルの曲がり状態は、ロボットの姿勢が溶接終了位置から溶接開始位置への移動中に変化するために、溶接ワイヤが溶接トーチ先端から突出する長さが長くなる場合が生じる。これらのことが起因となって、タッチスタート状態になる場合が生じる。
【００１１】
上述したようなタッチスタート状態になっても、リトラクトアークスタート制御を行えば、良好なアークスタート性を得ることができる。しかし、リトラクトアークスタート制御には、以下のような問題がある。すなわち、リトラクトアークスタート制御は、通常アークスタート制御に比べてアークスタートに要する時間が長くなるという問題がある。これは、リトラクトアークスタート制御には、通常アークスタート制御にはない溶接ワイヤを後退送給する期間が必要となるためである。このために、短い溶接長を多数回溶接するような場合には、生産効率が低下することになる。また、リトラクトアークスタート制御では、溶接ワイヤを前進送給、後退送給、再前進送給と送給方向を逆転させる必要がある。このために、給電チップ、コイルライナ、送給モータ等の送給に関連した部品に負荷がかかるので、メンテナンスに費用と時間がかかるという問題もある。
【００１２】
そこで、本発明では、タッチスタート状態が時々発生しても、良好なアークスタート性を確保することができ、かつ、アークスタートに要する時間が長くなることを抑制することができ、かつ、メンテナンスの負担が重くなることを抑制することができる消耗電極アーク溶接のアークスタート制御方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
上述した課題を解決するために、請求項１の発明は、溶接ワイヤを前進移動させて母材に一旦接触させた後に後退移動によって引き離し、この引き離しによって初期アークを発生させた後に定常アークへと移行させるリトラクトアークスタート制御と、
上記溶接ワイヤを上記前進移動させて母材に接触又は接近させて定常アークを発生させる通常アークスタート制御とを備え、
溶接開始信号が溶接電源に入力されて上記溶接ワイヤの上記前進移動が開始された時点から予め定めた第１期間以下で溶接電流が通電したときは上記リトラクトアークスタート制御を行い、上記第１期間経過時点で溶接電流が通電しないときは上記通常アークスタート制御を行う、
ことを特徴とする消耗電極アーク溶接のアークスタート制御方法である。
【００１４】
請求項２の発明は、上記第１期間よりも長い予め定めた第２期間経過時点で溶接電流が通電しないときは、上記溶接ワイヤを上記後退移動によって母材から引き離した後に上記前進移動に切り換えて上記通常アークスタート制御を行う、
ことを特徴とする請求項１記載の消耗電極アーク溶接のアークスタート制御方法である。
【００１５】
請求項３の発明は、上記溶接ワイヤの前進移動を前進送給によって行う、
ことを特徴とする請求項１又は２記載の消耗電極アーク溶接のアークスタート制御方法である。
【００１６】
請求項４の発明は、上記溶接ワイヤの前進移動を溶接トーチを前進移動させることによって行う、
ことを特徴とする請求項１又は２記載の消耗電極アーク溶接のアークスタート制御方法である。
【００１７】
請求項５の発明は、上記溶接ワイヤの後退移動を後退送給によって行う、
ことを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の消耗電極アーク溶接のアークスタート制御方法である。
【００１８】
請求項６の発明は、上記溶接ワイヤの後退移動を上記溶接トーチを後退移動させることによって行う、
ことを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の消耗電極アーク溶接のアークスタート制御方法である。
【発明の効果】
【００１９】
本発明によれば、溶接開始信号が溶接電源に入力されて溶接ワイヤの前進移動が開始された時点から予め定めた第１期間以下で溶接電流が通電したときはリトラクトアークスタート制御を行い、上記第１期間経過時点で溶接電流が通電しないときは通常アークスタート制御を行う。これにより、溶接ワイヤが母材と初めから接触しているタッチスタート状態にあるときは、リトラクトアークスタート制御が自動的に選択されるので、スパッタ発生の少ない確実なアークスタートを行うことができる。また、溶接ワイヤが母材と離反した通常の状態にあるときは、通常アークスタート制御が自動的に選択されるので、良好なアークスタート性を確保した上で、アークスタートに要する時間を短縮することができる。すなわち、低い頻度で発生するタッチスタート状態ではリトラクトアークスタート制御が自動的に選択され、タッチスタート状態でないときは通常アークスタート制御が自動的に選択されるので、良好なアークスタート性を常に維持したままで、アークスタートに要する総時間を短縮することができる。さらには、リトラクトアークスタート制御はタッチスタート状態のときにのみ選択されるので、送給系部品への負担が軽くなり、メンテナンスも容易になる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】溶接開始時点において、溶接ワイヤの先端が母材と初めから接触しているタッチスタート状態にあるときの、本発明の実施の形態１に係るアークスタート制御方法を示すタイミングチャートである。
【図２】溶接開始時点において、溶接ワイヤの先端と母材とが離反状態（非短絡状態）にあるときの、本発明の実施の形態１に係るアークスタート制御方法を示すタイミングチャートである。
【図３】本発明の実施の形態１に係る消耗電極アーク溶接のアークスタート制御方法を実施するための溶接電源ＰＳのブロック図である。
【図４】溶接開始時点において、溶接ワイヤの先端と母材とが離反状態（非短絡状態）にあり、かつ、溶接ワイヤの先端に絶縁物が付着しているときの、本発明の実施の形態２に係るアークスタート制御方法を示すタイミングチャートである。
【図５】本発明の実施の形態２に係る消耗電極アーク溶接のアークスタート制御方法を実施するための溶接電源ＰＳのブロック図である。
【図６】従来技術における消耗電極アーク溶接を行うための溶接装置の一般的な構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
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。
【００２２】
［実施の形態１］
本発明の実施の形態１では、溶接開始信号が溶接電源に入力されて溶接ワイヤの前進移動が開始された時点から予め定めた第１期間（通電判定期間Ｔｔ）以下で溶接電流が通電したときはリトラクトアークスタート制御を行い、上記第１期間経過時点で溶接電流が通電しないときは通常アークスタート制御を行うものである。図１は、溶接開始時点において、溶接ワイヤの先端が母材と初めから接触しているタッチスタート状態にあるときの、本発明の実施の形態１に係るアークスタート制御方法を示すタイミングチャートである。また、図２は、溶接開始時点において、溶接ワイヤの先端と母材とが離反状態（非短絡状態）にあるときの、本発明の実施の形態１に係るアークスタート制御方法を示すタイミングチャートである。溶接装置の構成については、上述した図６と同一である。但し、溶接電源ＰＳの内部回路については異なるので、図３で後述する。
【００２３】
図１は、溶接開始時点において、溶接ワイヤの先端が母材と初めから接触しているタッチスタート状態にあるときの、本発明の実施の形態１に係るアークスタート制御方法を示すタイミングチャートである。同図（Ａ）は溶接開始信号Ａｓの時間変化を示し、同図（Ｂ）は送給速度Ｆｗ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）は溶接電流Ｉｗの時間変化を示し、同図（Ｅ）はワイヤ先端・母材間距離Ｌｗの時間変化を示し、同図（Ｆ１）〜（Ｆ４）は各時刻におけるアーク発生部の状態を示す。以下、同図を参照して説明する。
【００２４】
（１１）時刻ｔ１〜ｔ２のプリフロー期間
時刻ｔ１において、ロボットが移動して溶接トーチが溶接開始位置に到達して停止する。この時刻ｔ１において、同図（Ａ）に示すように、溶接開始信号Ａｓが溶接電源に入力（Ｈｉｇｈレベル）されると、溶接電源の出力は開始されないままでシールドガスの放流が開始される。時刻ｔ１時点では、同図（Ｂ）に示すように、送給速度Ｆｗは停止しているので０のままであり、同図（Ｃ）に示すように、溶接電圧Ｖｗは出力されていないので０Ｖであり、同図（Ｄ）に示すように、溶接電流Ｉｗは０Ａである。そして、同図（Ｅ）に示すように、ワイヤ先端・母材間距離Ｌｗは、タッチスタート状態の場合であるのでワイヤ先端が母材と初めから接触しているために０mmとなる。したがって、同図（Ｆ１）に示すように、時刻ｔ１時点で、溶接ワイヤ１の先端は母材２と接触している。時刻ｔ１〜ｔ２の期間は、プリフロー期間であり、この期間中は溶接電源の出力及び送給は停止したままで、シールドガスのみが放流される。プリフロー期間は、０．１〜１秒程度の範囲で設定される。
【００２５】
（１２）時刻ｔ２〜ｔ３の通電判定期間Ｔｔ
時刻ｔ２において上記のプリフロー期間が終了すると、溶接電源の出力が開始されると共に、溶接ワイヤの前進送給も開始される。このために、同図（Ｂ）に示すように、送給速度Ｆｗは正の値の遅い速度のスローダウン送給速度Ｆｉとなり、前進送給される。しかし、ワイヤ先端が母材と短絡状態にあるので、同図（Ｅ）に示すように、ワイヤ先端・母材間距離Ｌｗは０mmのままである。また、溶接ワイヤと母材とが短絡した状態で、時刻ｔ２においてプリフロー期間が終了すると、溶接電源の出力及び溶接ワイヤの前進送給が開始されるので、同図（Ｃ）に示すように、溶接電圧Ｖｗは０Ｖから数Ｖの短絡電圧値に変化する。同時に、同図（Ｄ）に示すように、数十Ａ程度の小伝流値の初期電流Ｉｉが通電を開始する。
【００２６】
（１３）時刻ｔ３〜ｔ４の短絡後退送給期間
上記の通電判定期間Ｔｔが終了した時刻ｔ３において、同図（Ｄ）に示すように、溶接電流Ｉｗが通電しているので、アークスタート制御方式としてリトラクトアークスタート制御が選択される。この時刻ｔ３において、もし溶接電流Ｉｗが通電していないときは、アークスタート制御方式として通常アークスタート制御が選択される（この場合の動作については図２で後述する）。通電判定期間Ｔｔは、例えば１〜５ms程度の範囲で設定される。この通電判定期間Ｔｔは、上記のプリフロー期間、後述する短絡後退送給期間及びアーク後退送給期間に比べて１／１０〜１／１００程度の短い時間である。時刻ｔ３において、上述したようにリトラクトアークスタート制御が選択されると、同図（Ｂ）に示すように、送給速度Ｆｗは負の値の後退送給速度Ｆｂに切り換えられるので、溶接ワイヤの後退送給が開始する。しかし、溶接トーチの曲がりによる溶接ワイヤの遊び分を後退送給するための時間遅れによって、時刻ｔ３〜ｔ４の短絡後退送給期間の間は、同図（Ｅ）に示すように、ワイヤ先端・母材間距離Ｌｗは０mmのままである。この時刻ｔ３〜ｔ４の短絡後退送給期間中は、同図（Ｃ）に示すように、溶接電圧Ｖｗは短絡電圧値のままであり、同図（Ｄ）に示すように、溶接電流Ｉｗは初期電流Ｉｉのままである。
【００２７】
（１４）時刻ｔ４〜ｔ５のアーク後退送給期間
時刻ｔ４において、同図（Ｆ２）に示すように、上記の後退送給によってワイヤ１の先端が母材２から離れると、上記の初期電流Ｉｉが通電する初期アーク３ａが発生する。初期アークが発生すると、同図（Ｃ）に示すように、溶接電圧Ｖｗは数十Ｖのアーク電圧値に急上昇する。溶接電圧Ｖｗが短絡基準値以上になったことによってアークの発生を判別した時刻ｔ４からｔ５までの遅延期間Ｔｄの間は、同図（Ｂ）に示すように、送給速度Ｆｗは後退送給速度Ｆｂのままであるので、溶接ワイヤの後退送給が継続される。このために、同図（Ｆ３）に示すように、初期アーク３ａのアーク長が次第に長くなるので、同図（Ｅ）に示すように、ワイヤ先端・母材間距離Ｌｗも次第に長くなる。この遅延期間Ｔｄ中は、同図（Ｄ）に示すように、初期電流Ｉｉが通電したままである。この遅延期間Ｔｄは、時刻ｔ５時点での初期アークのアーク長が３〜６mm程度になるように設定される。例えば、遅延期間Ｔｄは、１００〜２００ms程度である。
【００２８】
（１５）時刻ｔ５以降の定常アーク期間
時刻ｔ５において上記の遅延期間Ｔｄが終了すると、同図（Ｂ）に示すように、送給速度Ｆｗは正の値の予め定めた定常送給速度Ｆｃに切り換えられるので、溶接ワイヤは再前進送給を開始する。同時に、同図（Ｄ）に示すように、溶接電流Ｉｗは初期電流Ｉｉから定常送給速度Ｆｃによって定まる定常溶接電流に増加する。また、同図（Ｅ）に示すように、ワイヤ先端・母材間距離Ｌｗは、時刻ｔ５から次第に短くなる過渡的な変化を経て時刻ｔ６において定常アーク長に収束し、同図（Ｆ４）に示すように、定常アーク３ｂへと移行する。上記の動作により、リトラクトアークスタート制御が完了する。
【００２９】
図２は、溶接開始時点において、溶接ワイヤの先端と母材とが離反している通常スタート状態にあるときの、本発明の実施の形態１に係るアークスタート制御方法を示すタイミングチャートである。同図（Ａ）は溶接開始信号Ａｓの時間変化を示し、同図（Ｂ）は送給速度Ｆｗ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）は溶接電流Ｉｗの時間変化を示し、同図（Ｅ）はワイヤ先端・母材間距離Ｌｗの時間変化を示し、同図（Ｆ１）〜（Ｆ３）は各時刻におけるアーク発生部の状態を示す。以下、同図を参照して説明する。
【００３０】
（２１）時刻ｔ１〜ｔ２のプリフロー期間
時刻ｔ１において、ロボットが移動して溶接トーチが溶接開始位置に到達して停止する。この時刻ｔ１において、同図（Ａ）に示すように、溶接開始信号Ａｓが溶接電源に入力（Ｈｉｇｈレベル）されると、溶接電源の出力は開始されないままでシールドガスの放流が開始される。時刻ｔ１時点では、同図（Ｂ）に示すように、送給速度Ｆｗは停止しているので０のままであり、同図（Ｃ）に示すように、溶接電圧Ｖｗは出力されていないので０Ｖであり、同図（Ｄ）に示すように、溶接電流Ｉｗは０Ａである。そして、同図（Ｆ１）に示すように、ワイヤ１の先端と母材２とが離反しているので、同図（Ｅ）に示すように、ワイヤ先端・母材間距離Ｌｗは初期距離Ｌ０（mm）となっている。時刻ｔ１〜ｔ２の期間は、プリフロー期間であり、この期間中は溶接電源の出力及び送給は停止したままで、シールドガスのみが放流される。
【００３１】
（２２）時刻ｔ２〜ｔ３の通電判定期間Ｔｔ
時刻ｔ２において上記のプリフロー期間が終了すると、溶接電源の出力が開始されると共に、溶接ワイヤの前進送給も開始される。このために、同図（Ｂ）に示すように、送給速度Ｆｗは正の値の遅い速度のスローダウン送給速度Ｆｉとなり、前進送給される。このために、同図（Ｅ）に示すように、ワイヤ先端・母材間距離Ｌｗは上記の初期距離Ｌ０から次第に短くなる。ここで、上記のスローダウン送給速度Ｆｉ＝１．２m/minであり、通電判定期間Ｔｔ＝５msであるとすると、この通電期間Ｔｔ中の前進距離は０．１mmとなる。すなわち、通電判定期間Ｔｔ中に溶接ワイヤが前進送給されたことによって、溶接ワイヤの先端と母材とが離反状態から接触状態に変化することはほとんどない。また、溶接ワイヤと母材とが離反した状態で、時刻ｔ２においてプリフロー期間が終了すると、溶接電源の出力及び溶接ワイヤの前進送給が開始されるので、同図（Ｃ）に示すように、溶接電圧Ｖｗは０Ｖから８０Ｖ程度の無負荷電圧値に変化する。しかし、同図（Ｄ）に示すように、溶接電流Ｉｗは通電しないので０Ａである。
【００３２】
（２３）時刻ｔ３〜ｔ４のスローダウン送給期間
上記の通電判定期間Ｔｔが経過した時刻ｔ３において、同図（Ｄ）に示すように、溶接電流Ｉｗは通電していないので、アークスタート制御方式として通常アークスタート制御が選択される。この時刻ｔ３において、もし溶接電流Ｉｗが通電しているときは、アークスタート制御方式として、図１で上述したようにリトラクトアークスタート制御が選択される。時刻ｔ３において、上述したように通常アークスタート制御が選択されると、同図（Ｂ）に示すように、送給速度Ｆｗは上記のスローダウン送給速度Ｆｉのままとなり、溶接ワイヤは前進送給を継続する。そして、同図（Ｃ）に示すように、溶接電圧Ｖｗは無負荷電圧値のままであり、同図（Ｄ）に示すように、溶接電流Ｉｗは通電しないので０Ａのままである。そして、同図（Ｅ）に示すように、ワイヤ先端・母材間距離Ｌｗは前進送給によって次第に短くなる。
【００３３】
（２４）時刻ｔ４以降の定常アーク期間
時刻ｔ４において、同図（Ｆ２）に示すように、上記の前進送給によって溶接ワイヤ１の先端が母材２と接触すると、短い短絡の後にアークが発生する。同図（Ｃ）に示すように、溶接電圧Ｖｗは、無負荷電圧値から数Ｖの短絡電圧値に急降下した後に、数十Ｖのアーク電圧値へと急上昇する。同時に、同図（Ｄ）に示すように、溶接電流Ｉｗの通電が開始し、大電流値の定常溶接電流値へと増加する。この溶接電流Ｉｗが通電を開始したことを判別すると、同図（Ｂ）に示すように、送給速度Ｆｗは正の値の定常送給速度Ｆｃに切り換えられる。同図（Ｅ）に示すように、ワイヤ先端・母材間距離Ｌｗは、短い短絡の後にアークが発生すると０mmから急速に長くなり、時刻ｔ５において定常アーク長に収束する。同図（Ｆ３）に示すように、定常アーク３ｂが発生した状態となる。時刻ｔ４において溶接ワイヤの先端が母材と非常に接近した状態で、短絡状態になることなくアークが発生する場合もある。これらの動作によって、通常アークスタート制御が完了する。
【００３４】
図３は、本発明の実施の形態に係る消耗電極アーク溶接のアークスタート制御方法を実施するための溶接電源ＰＳのブロック図である。以下、同図を参照して、各ブロックについて説明する。
【００３５】
電源主回路ＰＭは、３相２００Ｖ等の商用電源（図示は省略）を入力として、後述する駆動信号Ｄｖに従ってインバータ制御等の出力制御を行い、溶接電圧Ｖｗ及び溶接電流Ｉｗを出力する。この電源主回路ＰＭは、図示は省略するが、商用電源を整流する１次整流回路、整流されたリップルのある直流を平滑するコンデンサ、平滑された直流を上記の駆動信号Ｄｖに従って高周波交流に変換するインバータ回路、高周波交流をアーク溶接に適した電圧値に降圧する高周波変圧器、降圧された高周波交流を整流する２次整流回路、整流された直流を平滑するリアクトルから構成されている。溶接ワイヤ１は、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。
【００３６】
溶接開始回路ＡＳは、ロボット制御装置（図示は省略）に設けられて、溶接を開始するときにＨｉｇｈレベルになる溶接開始信号Ａｓを出力する。起動回路ＯＮは、この溶接開始信号Ａｓを入力として、この信号がＨｉｇｈレベルになった時点から予め定めたプリフロー期間だけ遅延してＨｉｇｈレベルになる起動信号Ｏｎを出力する。シールドガスは、溶接開始信号ＡｓがＨｉｇｈレベルになると放流を開始するが、この制御回路については図示は省略する。電流検出回路ＩＤは、上記の溶接電流Ｉｗを検出して、電流検出信号Ｉｄを出力する。通電判別回路ＣＤは、この電流検出信号Ｉｄを入力として、この値がしきい値以上のときは溶接電流Ｉｗが通電していると判別してＨｉｇｈレベルとなる通電判別信号Ｃｄを出力する。しきい値は、例えば５Ａ程度である。アークスタート制御選択回路ＳＣは、上記の起動信号Ｏｎ及びこの通電判別信号Ｃｄを入力として、起動信号ＯｎがＨｉｇｈレベルに変化した時点から予め定めた通電判定期間Ｔｔが経過するまではアークスタート制御選択信号Ｓｃ＝０を出力し、経過した時点で通電判別信号ＣｄがＨｉｇｈレベルのときはアークスタート制御選択信号Ｓｃ＝１を出力し、Ｌｏｗレベルのときはアークスタート制御選択信号Ｓｃ＝２を出力する。このアークスタート制御選択回路ＳＣによって、上記の通電判定期間Ｔｔが経過するまでは判定前のアークスタート制御（Ｓｃ＝０）となり、経過した時点で溶接電流Ｉｗが通電しているときはリトラクトアークスタート制御（Ｓｃ＝１）が選択され、経過時点で溶接電流Ｉｗが通電していないときは通常アークスタート制御（Ｓｃ＝２）が選択される。
【００３７】
電圧検出回路ＶＤは、上記の溶接電圧Ｖｗを検出して、電圧検出信号Ｖｄを出力する。短絡判別回路ＳＤは、この電圧検出信号Ｖｄを入力として、この値が短絡判別基準値（１５Ｖ程度）未満に変化した時点でＨｉｇｈレベルになり、短絡判別基準値以上に「変化した時点から予め定めた遅延期間Ｔｄが経過した時点でＬｏｗレベルになる短絡判別信号Ｓｄを出力する。この短絡判別信号Ｓｄは、図１において、時刻ｔ２〜ｔ５の期間Ｈｉｇｈレベルになる。スローダウン送給速度設定回路ＦＩＲは、予め定めたスローダウン送給速度設定信号Ｆirを出力する。後退送給速度設定回路ＦＢＲは、予め定めた後退送給速度設定信号Ｆbrを出力する。定常送給速度設定回路ＦＣＲは、予め定めた定常送給速度設定信号Ｆcrを出力する。送給速度設定回路ＦＲは、上記の起動信号Ｏｎ、上記のアークスタート制御選択信号Ｓｃ、上記の通電判別信号Ｃｄ、上記の短絡判別信号Ｓｄ、上記のスローダウン送給速度設定信号Ｆir、上記の後退送給速度設定信号Ｆbr及び上記の定常送給速度設定信号Ｆcrを入力として、以下に説明する動作を行い、送給速度設定信号Ｆｒを出力する。
１）起動信号ＯｎがＨｉｇｈレベルであり、かつ、アークスタート制御選択信号Ｓｃ＝０のときはスローダウン送給速度設定信号Ｆirを送給速度設定信号Ｆｒとして出力する（図１及び２の時刻ｔ２〜ｔ３の期間）。
２）アークスタート制御選択信号Ｓｃ＝１（リトラクトアークスタート制御）に変化した時点で、後退送給速度設定信号Ｆbrを送給速度設定信号Ｆｒとして出力し（図１の時刻ｔ３）、短絡判別信号ＳｄがＬｏｗレベルに変化した時点で定常送給速度設定信号Ｆcrを送給速度設定信号Ｆｒとして出力する（図１の時刻ｔ５）。
３）アークスタート制御選択信号Ｓｃ＝２（通常アークスタート制御）に変化した時点で、スローダウン送給速度設定信号Ｆirを送給速度設定信号Ｆｒとして出力する状態を継続し（図２の時刻ｔ３）、通電判別信号ＣｄがＨｉｇｈレベルに変化した時点で定常送給速度設定信号Ｆcrを送給速度設定信号Ｆｒとして出力する（図２の時刻ｔ４）。
【００３８】
送給制御回路ＷＣは、上記の送給速度設定信号Ｆｒ及び上記の起動信号Ｏｎを入力として、起動信号ＯｎがＨｉｇｈレベルであるときは送給速度設定信号Ｆｒに相当する速度で溶接ワイヤを送給するための送給制御信号Ｗｃを送給モータＷＭに出力する。
【００３９】
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。初期電流設定回路ＩＩＲは、予め定めた初期電流設定信号Ｉir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と上記の電圧検出信号Ｖｄとの誤差を増幅して、電圧誤差増幅信号Ｅｖを出力する。この電圧誤差増幅回路ＥＶのフィードバック制御によって、溶接電源の外部特性は定電圧特性となる。電流誤差増幅回路ＥＩは、上記の初期電流設定信号Ｉir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。この電流誤差増幅回路ＥＩのフィードバック制御によって、溶接電源の外部特性は初期電流Ｉｉを通電するための定電流特性となる。
【００４０】
外部特性切換回路ＳＰは、上記のアークスタート制御選択信号Ｓｃ、上記の短絡判別信号Ｓｄ、上記の電圧誤差増幅信号Ｅｖ及び上記の電流誤差増幅信号Ｅｉを入力として、以下に説明する動作を行い、誤差増幅信号Ｅａを出力する。
１）アークスタート制御選択信号Ｓｃ＝０のときは電流誤差増幅信号Ｅｉを誤差増幅信号Ｅａとして出力する（図１及び２の時刻ｔ３以前の期間）。
２）アークスタート制御選択信号Ｓｃ＝１（リトラクトアークスタート制御）に変化した時点で、電流誤差増幅信号Ｅｉを誤差増幅信号Ｅａとして出力する状態を継続し（図１の時刻ｔ３）、短絡判別信号ＳｄがＬｏｗレベルに変化した時点で電圧誤差増幅信号Ｅｖを誤差増幅信号Ｅａとして出力する（図１の時刻ｔ５）。
３）アークスタート制御選択信号Ｓｃ＝２（通常アークスタート制御）に変化した時点で、電圧誤差増幅信号Ｅｖを誤差増幅信号Ｅａとして出力する（図２の時刻ｔ３）。
【００４１】
駆動回路ＤＶは、上記の起動信号ＯｎがＨｉｇｈレベルのときは、上記の誤差増幅信号ＥａによってＰＷＭ変調制御を行い、その結果に基いて電源主回路ＰＭ内のインバータ回路を駆動するための駆動信号Ｄｖを出力する。
【００４２】
溶接ワイヤをスローダウン送給速度Ｆｉで前進送給させる代わりに、ロボットを動作させて溶接トーチを送給方向に前進移動させることによって、溶接ワイヤを前進移動させても良い。したがって、溶接ワイヤの前進移動という表現には、溶接ワイヤを前進送給させることと、溶接トーチを前進移動させることによって溶接ワイヤを前進移動させることの２つの意味が含まれている。同様に、溶接ワイヤを後退送給速度Ｆbで後退送給させる代わりに、ロボットを動作させて溶接トーチを送給方向とは逆方向に後退移動させることによって、溶接ワイヤを後退移動させても良い。したがって、溶接ワイヤの後退移動という表現には、溶接ワイヤを後退送給させることと、溶接トーチを後退移動させることによって溶接ワイヤを後退移動させることの２つの意味が含まれている。定常送給速度Ｆｃでの再前進送給又は前進送給については、ロボットの動作によって行うことはできないので送給によって行う。溶接トーチを前進移動によって溶接ワイヤを前進移動させる場合には、上述した図１及び図２において、送給速度Ｆｗがスローダウン送給速度Ｆｉである期間に行うことになる。溶接トーチを後退移動によって溶接ワイヤを後退移動させる場合には、上述した図１において、送給速度Ｆｗが後退送給速度Ｆｂである期間に行うことになる。溶接トーチの前進移動による溶接ワイヤの前進移動と溶接トーチの後退移動による溶接ワイヤの後退移動は、片方又は両方行うことができる。溶接電源ＰＳのブロック図については、上述した図３において、送給速度設定回路ＦＲを以下のように変更すれば良い。
【００４３】
送給速度設定回路ＦＲは、上記の起動信号Ｏｎ、上記のアークスタート制御選択信号Ｓｃ、上記の通電判別信号Ｃｄ、上記の短絡判別信号Ｓｄ及び上記の定常送給速度設定信号Ｆcrを入力として、以下に説明する動作を行い、送給速度設定信号Ｆｒ及びロボット制御装置への送給方向移動信号Ｍｓを出力する。
１）起動信号ＯｎがＨｉｇｈレベルであり、かつ、アークスタート制御選択信号Ｓｃ＝０のときは、送給速度設定信号Ｆｒ＝０（停止）を出力し、送給方向移動信号Ｍｓ＝１（前進移動）を出力する（図１及び２の時刻ｔ２〜ｔ３の期間）。
２）アークスタート制御選択信号Ｓｃ＝１（リトラクトアークスタート制御）に変化した時点で、送給速度設定信号Ｆｒ＝０を出力する状態を継続し、送給方向移動信号Ｍｓ＝２（後退移動）を出力する（図１の時刻ｔ３）。そして、短絡判別信号ＳｄがＬｏｗレベルに変化した時点で、定常送給速度設定信号Ｆcrを送給速度設定信号Ｆｒとして出力し、送給方向移動信号Ｍｓ＝０（停止）を出力する（図１の時刻ｔ５）。
３）アークスタート制御選択信号Ｓｃ＝２（通常アークスタート制御）に変化した時点で、送給速度設定信号Ｆｒ＝０を出力する状態を継続し、送給方向移動信号Ｍｓ＝１（前進移動）を出力する状態を継続する（図２の時刻ｔ３）。そして、通電判別信号ＣｄがＨｉｇｈレベルに変化した時点で、定常送給速度設定信号Ｆcrを送給速度設定信号Ｆｒとして出力し、送給方向移動信号Ｍｓ＝０（停止）を出力する（図２の時刻ｔ４）。
【００４４】
上記の送給方向移動信号Ｍｓは、溶接電源ＰＳからロボット制御装置に送信される。ロボット制御装置は、ロボットを動作させて溶接トーチを送給方向に前進移動又は送給方向とは逆方向に後退移動させる。溶接トーチの溶接線方向への移動は、従来の通り、溶接ワイヤが定常送給速度で送給される時点で移動を開始する。
【００４５】
上述した実施の形態１によれば、溶接開始信号が溶接電源に入力されて溶接ワイヤの前進移動が開始された時点から予め定めた第１期間（通電判定期間Ｔｔ）以下で溶接電流が通電したときはリトラクトアークスタート制御を行い、上記第１期間経過時点で溶接電流が通電しないときは通常アークスタート制御を行う。これにより、溶接ワイヤが母材と初めから接触しているタッチスタート状態にあるときは、リトラクトアークスタート制御が自動的に選択されるので、スパッタ発生の少ない確実なアークスタートを行うことができる。また、溶接ワイヤが母材と離反した通常の状態にあるときは、通常アークスタート制御が自動的に選択されるので、良好なアークスタート性を確保した上で、アークスタートに要する時間を短縮することができる。すなわち、低い頻度で発生するタッチスタート状態ではリトラクトアークスタート制御が自動的に選択され、タッチスタート状態でないときは通常アークスタート制御が自動的に選択されるので、良好なアークスタート性を常に維持したままで、アークスタートに要する総時間を短縮することができる。さらには、リトラクトアークスタート制御はタッチスタート状態のときにのみ選択されるので、送給系部品への負担が軽くなり、メンテナンスも容易になる。
【００４６】
［実施の形態２］
本発明の実施の形態２では、上述した実施の形態１に加えて、第１期間よりも長い予め定めた第２期間（長期判定期間Ｔｓ）経過時点で溶接電流が通電しないときは、溶接ワイヤを後退移動によって母材から引き離した後に前進移動に切り換えて通常アークスタート制御を行うものである。溶接装置の構成については、上述した図６と同一である。但し、溶接電源ＰＳの内部回路については異なるので、図５で後述する。
【００４７】
図４は、溶接開始時点において、溶接ワイヤの先端と母材とが離反している通常スタート状態にあり、かつ、溶接ワイヤの先端に絶縁物が付着しているときの、本発明の実施の形態２に係るアークスタート制御方法を示すタイミングチャートである。同図（Ａ）は溶接開始信号Ａｓの時間変化を示し、同図（Ｂ）は送給速度Ｆｗ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）は溶接電流Ｉｗの時間変化を示し、同図（Ｅ）はワイヤ先端・母材間距離Ｌｗの時間変化を示し、同図（Ｆ１）〜（Ｆ４）は各時刻におけるアーク発生部の状態を示す。同図は、上述した図２に対応しており、時刻ｔ４までの動作は同一であるので、それらの期間の説明は省略する。以下、同図を参照して時刻ｔ４以降の動作について説明する。
【００４８】
同図は、前回の溶接終了時に溶接ワイヤに含まれている成分がスラグ（絶縁物）となって溶接ワイヤの先端に付着した状態になった場合である。このような状態は、溶接条件にもよるが時々生じる。溶接ワイヤの先端に絶縁物が付着していると、溶接ワイヤの先端が母材と接触しても溶接電流Ｉｗは通電しない。このようなときには、母材と導通させるためには溶接ワイヤの先端に付着した絶縁物を除去するか、又は絶縁物が付着している先端部ではない部分を母材と接触させる必要がある。
【００４９】
（３４）時刻ｔ４〜ｔ５の溶接ワイヤと母材との物理的な接触期間
時刻ｔ４において、同図（Ｆ２）に示すように、前進送給によって溶接ワイヤ１の先端が母材２と物理的に接触するが、溶接ワイヤの先端に付着した絶縁物のために導通しない。このために、同図（Ｃ）に示すように、溶接電圧Ｖｗは無負荷電圧のままであり、同図（Ｄ）に示すように、溶接電流Ｉｗは通電せずに０Ａのままである。また、同図（Ｂ）に示すように、送給速度Ｆｗはスローダウン送給速度Ｆｉのままである。そして、同図（Ｅ）に示すように、ワイヤ先端・母材間距離Ｌｗは、時刻ｔ４において０mmとなり、その後は０mmのままである。
【００５０】
（３５）時刻ｔ５〜ｔ６の後退送給期間
時刻ｔ２において前進送給及び溶接電源の出力を開始した時点からの経過時間が予め定めた長期判定期間Ｔｓに達した時刻ｔ５において、同図（Ｄ）に示すように、溶接電流Ｉｗは通電していない。これに応動して、同図（Ｂ）に示すように、送給速度Ｆｗは負の値の後退送給速度Ｆｂに切り換えられるので、溶接ワイヤの後退送給が開始される。しかし、溶接トーチの曲がりによる溶接ワイヤの遊び分を後退送給するための時間遅れがあるので、同図（Ｅ）に示すように、ワイヤ先端・母材間距離Ｌｗは、時刻ｔ５から少しの間０mmのままとなり、その後は次第に長くなる。この期間中、同図（Ｃ）に示すように、溶接電圧Ｖｗは無負荷電圧のままであり、同図（Ｄ）に示すように、溶接電流Ｉｗは０Ａのままである。上記の長期判定期間Ｔｓは、上記の通電判定期間よりも長い時間に設定され、０．５〜２．０秒程度である。スローダウン送給速度Ｆｉ＝１．２m/minとすると、この長期判定期間Ｔｓ中に溶接ワイヤは１０〜４０mm送給されることになる。これだけの距離を送給した場合には、溶接ワイヤの先端と母材とは物理的には接触しているはずであるので、この長期判定期間Ｔｓが経過しても電流が通電しないときには、溶接ワイヤの先端に絶縁物が付着している場合であると判定することができる。したがって、長期判定期間Ｔｓは、給電チップ・母材間距離、スローダウン送給速度Ｆｉ等に応じて適正値に設定される。
【００５１】
（３６）時刻ｔ６〜ｔ７の再前進送給期間
時刻ｔ５から後退送給を開始してからの経過時間が時刻ｔ６において予め定めた第２遅延期間Ｔd2に達すると、同図（Ｂ）に示すように、送給速度Ｆｗは正の値のスローダウン送給速度Ｆｉに切り換えられるので、溶接ワイヤは再び前進送給を開始する。時刻ｔ６において、同図（Ｆ３）に示すように、溶接ワイヤ１の先端と母材２とは最も離反した状態にある。そして、同図（Ｃ）に示すように、溶接電圧Ｖｗは無負荷電圧値のままであり、同図（Ｄ）に示すように、溶接電流Ｉｗは通電しないので０Ａのままである。また、同図（Ｅ）に示すように、ワイヤ先端・母材間距離Ｌｗは前進送給によって次第に短くなる。上記の第２遅延期間Ｔd2は、時刻ｔ６時点でのワイヤ先端・母材間距離Ｌｗが３〜６mm程度になるように設定される。
【００５２】
（３７）時刻ｔ７以降の定常アーク期間
時刻ｔ７において、再前進送給によって溶接ワイヤの先端が母材と接触すると、絶縁物が付着していないワイヤ先端の部分が母材と接触して、短い短絡の後にアークが発生する。同図（Ｃ）に示すように、溶接電圧Ｖｗは、無負荷電圧値から数Ｖの短絡電圧値に急降下した後に、数十Ｖのアーク電圧値へと急上昇する。同時に、同図（Ｄ）に示すように、溶接電流Ｉｗの通電が開始し、大電流値の定常溶接電流値へと増加する。この溶接電流Ｉｗが通電を開始したことを判別すると、同図（Ｂ）に示すように、送給速度Ｆｗは正の値の定常送給速度Ｆｃに切り換えられる。同図（Ｅ）に示すように、ワイヤ先端・母材間距離Ｌｗは、短い短絡の後にアークが発生すると０mmから急速に長くなり、時刻ｔ８において定常アーク長に収束する。同図（Ｆ４）に示すように、定常アーク３ｂが発生した状態となる。上述したように、絶縁物が付着していないワイヤ先端の部分が母材と接触する理由は、以下のとおりである。まず、時刻ｔ４〜ｔ５の期間中、溶接ワイヤの先端が物理的に母材と接触した状態で前進送給が継続されるので、ワイヤ先端が母材に押し付けられた状態となり、ワイヤ先端が少し傾斜した状態となる。そして、時刻ｔ７において、ワイヤ先端が傾斜した状態で再び母材と衝突するために、ワイヤ先端の端部が母材と接触することになる。絶縁物はワイヤ先端の一部分に付着しており、母材との接触位置が少しズレるだけで、母材と導通する場合が多い。
【００５３】
同図は、溶接ワイヤの先端に絶縁物が付着した状態で、溶接開始時において溶接ワイヤの先端と母材とが離反状態にある場合のタイミングチャートであった。溶接ワイヤの先端に絶縁物が付着した状態で、溶接開始時において溶接ワイヤの先端が母材と接触状態（タッチスタート状態）にある場合のタイミングチャートは、以下のようになる。図４において、時刻ｔ２に前進送給及び溶接電源の出力が開始されるが、溶接ワイヤの先端は既に絶縁物を介して母材と物理的に接触しているので、同図（Ｃ）に示すように、溶接電圧Ｖｗは無負荷電圧値となり、同図（Ｄ）に示すように、溶接電流Ｉｗは通電しない。そして、同図（Ｅ）に示すように、ワイヤ先端・母材間距離Ｌｗは、時刻ｔ１から０mmとなっており、時刻ｔ５まで０mmのままである。すなわち、図４のタイミングチャートと異なるのは、同図（Ｅ）に示すワイヤ先端・母材間距離Ｌｗの時刻ｔ１〜ｔ４の値であり、他の信号も含めてそれ以外は同一である。そして、時刻ｔ３において通電判定期間Ｔｔが経過した時点において、溶接電流Ｉｗは通電していないので、通常アークスタート制御が選択されることになる。その後、時刻ｔ５に長期判定期間Ｔｓが経過した時点でも、溶接電流Ｉｗは通電しないので、溶接ワイヤの後退送給及び再前進送給を行うことになる。
【００５４】
図５は、本発明の実施の形態２に係る消耗電極アーク溶接のアークスタート制御方法を実施するための溶接電源ＰＳのブロック図である。同図は、上述した図３と対応しており、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３の送給速度設定回路ＦＲを、破線で示す第２送給速度設定回路ＦＲ２に置換したものである。以下、同図を参照して、異なるブロックについて説明する。
【００５５】
第２送給速度設定回路ＦＲ２は、起動信号Ｏｎ、アークスタート制御選択信号Ｓｃ、通電判別信号Ｃｄ、短絡判別信号Ｓｄ、スローダウン送給速度設定信号Ｆir、後退送給速度設定信号Ｆbr及び定常送給速度設定信号Ｆcrを入力として、以下に説明する動作を行い、送給速度設定信号Ｆｒを出力する。
１）起動信号ＯｎがＨｉｇｈレベルであり、かつ、アークスタート制御選択信号Ｓｃ＝０のときはスローダウン送給速度設定信号Ｆirを送給速度設定信号Ｆｒとして出力する（図１、図２及び図４の時刻ｔ２〜ｔ３の期間）。
２）アークスタート制御選択信号Ｓｃ＝１（リトラクトアークスタート制御）に変化した時点で、後退送給速度設定信号Ｆbrを送給速度設定信号Ｆｒとして出力し（図１の時刻ｔ３）、短絡判別信号ＳｄがＬｏｗレベルに変化した時点で定常送給速度設定信号Ｆcrを送給速度設定信号Ｆｒとして出力する（図１の時刻ｔ５）。
３）アークスタート制御選択信号Ｓｃ＝２（通常アークスタート制御）に変化した時点で、スローダウン送給速度設定信号Ｆirを送給速度設定信号Ｆｒとして出力する状態を継続する（図２及び図４の時刻ｔ３）。そして、起動信号ＯｎがＨｉｇｈレベルに変化した時点（図２の時刻ｔ２）からの経過時間が予め定めた長期判定期間Ｔｓに達するまでに通電判別信号ＣｄがＨｉｇｈレベルに変化したときは定常送給速度設定信号Ｆcrを送給速度設定信号Ｆｒとして出力する（図２の時刻ｔ４）。
４）起動信号ＯｎがＨｉｇｈレベルに変化した時点（図４の時刻ｔ２）からの経過時間が上記の長期判定期間Ｔｓに達するまでに通電判別信号ＣｄがＨｉｇｈレベルに変化しないときは予め定めた第２遅延期間Ｔd2の間後退送給速度設定信号Ｆbrを送給速度設定信号Ｆｒとして出力し（図４の時刻ｔ５〜ｔ６）、その後はスローダウン送給速度設定信号Ｆirを送給速度設定信号Ｆｒとして出力する（図４の時刻ｔ６）。そして、通電判別信号ＣｄがＨｉｇｈレベルに変化すると定常送給速度設定信号Ｆcrを送給速度設定信号Ｆｒとして出力する（図４の時刻ｔ７）。
【００５６】
実施の形態１と同様に、図４の時刻ｔ５〜ｔ６の後退送給の代わりに、溶接トーチを後退移動させて溶接ワイヤを後退移動させても良い。また、図４の時刻ｔ６〜ｔ７の前進送給の代わりに、溶接トーチを前進移動させることによって溶接ワイヤを前進移動させても良い。これらの期間中は、送給速度Ｆｗはスローダウン送給速度Ｆｉ又は０（停止）とする。
【００５７】
本発明の実施の形態２によれば、第１期間（判定期間Ｔｔ）よりも長い第２期間（長期判定期間Ｔｓ）経過時点で溶接電流が通電しないときは、溶接ワイヤを後退移動によって母材から引き離した後に前進移動に切り換えて通常アークスタート制御を行う。これにより、実施の形態２では、実施の形態１の効果に加えて、溶接ワイヤの先端に絶縁物が付着している場合でも、アークスタートをさせることができる。従来技術では、溶接ワイヤの先端に絶縁物が付着しているとアークスタートに失敗する。そして、このような場合には、主導でロボットを溶接開始位置に戻した上で、再びアークスタートさせなければならなかった。この結果、生産効率が低下していた。これに対して、実施の形態２では、溶接ワイヤの先端に絶縁物が付着している場合でも、アークスタートに導くことができるので、生産効率を低下させることがない。
【符号の説明】
【００５８】
１ 溶接ワイヤ
２ 母材
３ アーク
３ａ 初期アーク
３ｂ 定常アーク
４ 溶接トーチ
４ａ 給電チップ
５ 送給ロール
ＡＳ 溶接開始回路
Ａｓ 溶接開始信号
ＣＤ 通電判別回路
Ｃｄ 通電判別信号
ＤＶ 駆動回路
Ｄｖ 駆動信号
Ｅａ 誤差増幅信号
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
Ｆb 後退送給速度
ＦＢＲ 後退送給速度設定回路
Ｆbr 後退送給速度設定信号
Ｆｃ 定常送給速度
ＦＣＲ 定常送給速度設定回路
Ｆcr 定常送給速度設定信号
Ｆｉ スローダウン送給速度
ＦＩＲ スローダウン送給速度設定回路
Ｆir スローダウン送給速度設定信号
ＦＲ 送給速度設定回路
Ｆｒ 送給速度設定信号
ＦＲ２ 第２送給速度設定回路
Ｆｗ 送給速度
ＩＤ 電流検出回路
Ｉｄ 電流検出信号
Ｉｉ 初期電流
ＩＩＲ 初期電流設定回路
Ｉir 初期電流設定信号
Ｉｗ 溶接電流
Ｌ０ 初期距離
Ｌｗ ワイヤ先端・母材間距離
Ｍｓ 送給方向移動信号
ＯＮ 起動回路
Ｏｎ 起動信号
ＰＭ 電源主回路
ＰＳ 溶接電源
ＳＣ アークスタート制御選択回路
Ｓｃ アークスタート制御選択信号
ＳＤ 短絡判別回路
Ｓｄ 短絡判別信号
ＳＰ 外部特性切換回路
Ｔｄ 遅延期間
Ｔd2 第２遅延期間
Ｔｓ 長期判定期間
Ｔｔ 通電判定期間
ＶＤ 電圧検出回路
Ｖｄ 電圧検出信号
ＶＲ 電圧設定回路
Ｖｒ 電圧設定信号
Ｖｗ 溶接電圧
ＷＣ 送給制御回路
Ｗｃ 送給制御信号
ＷＭ 送給モータ
【技術分野】
【０００１】
本発明は、溶接ワイヤを前進移動させて母材に一旦接触させた後に引き離し、この引き離しによって初期アークを発生させた後に定常アークへと移行させるリトラクトアークスタート制御と、上記溶接ワイヤを上記前進移動させて母材に接触又は接近させて定常アークを発生させる通常アークスタート制御とを備え、これら２つのアークスタート制御を切り換えて溶接を開始する消耗電極アーク溶接のアークスタート制御方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
図６は、消耗電極アーク溶接を行うための溶接装置の一般的な構成図である。以下、同図を参照して各構成物について説明する。
【０００３】
溶接電源ＰＳは、外部に設けられた溶接開始回路ＡＳからの溶接開始信号Ａｓが入力されると、起動されて溶接電圧Ｖｗ及び溶接電流Ｉｗを出力すると共に、溶接ワイヤ１を送給するための送給制御信号Ｗｃを送給モータＷＭに出力する。上記の溶接開始回路ＡＳには、溶接トーチに取り付けられたトーチスイッチ、溶接工程を制御するためのＰＬＣ（プログラマブル・ロジック・コントローラ）、ロボット制御装置等が該当する。溶接ワイヤ１は、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内を通って送給される。溶接ワイヤ１は溶接トーチ４の先端に取り付けられた給電チップ４ａから給電される。溶接ワイヤ１と母材２との間にアークが発生して溶接が行われる。
【０００４】
上記の送給ロール５が正回転すると溶接ワイヤ１は母材２に近づく方向へ前進送給され、逆に、送給ロール５が逆回転すると溶接ワイヤ１は母材２から離れる方向へ後退送給される。送給速度Ｆｗ（m/min）は、溶接ワイヤ１が前進送給されているときは正の値となり、後退送給されているときは負の値となり、停止しているときは０となる。ワイヤ先端・母材間距離Ｌｗ（mm）は、溶接ワイヤ１の先端と母材２との距離を表わし、アーク発生状態ではアーク長と略等しくなる。後述する通常アークスタート制御では、溶接ワイヤ１は前進送給のみが行われ、後述するリトラクトアークスタート制御では、溶接ワイヤ１は前進送給及び後退送給の両方が行われる。
【０００５】
消耗電極アーク溶接のアークスタート制御としては、以下に説明する通常アークスタート制御が最も一般的に使用されている。通常アークスタート制御では、溶接開始信号Ａｓが溶接電源ＰＳに入力されると、溶接ワイヤ１は遅いスローダウン送給速度で前進送給される。この前進送給によって溶接ワイヤ１の先端が母材２に接触するか又は非常に接近すると、溶接電流Ｉｗが通電してアークが発生する。溶接電流Ｉｗが通電すると、溶接ワイヤ１の送給速度を定常送給速度に切り替えて、定常アークへと移行させる。これにより、アークスタートが完了する。
【０００６】
他方、溶接ワイヤ１の材質がアルミニウム又はステンレス鋼であるときは、アークスタート性が良くないことが知られている。また、鉄鋼ワイヤであっても、１．０mm以下の細径ワイヤを使用する場合には、やはりアークスタート性が良くないことが知られている。これらの溶接ワイヤ１を使用して上記の通常アークスタート制御を行うと、溶接ワイヤ１が母材２と接触しても、この短絡状態が数十ms以上継続することが時々生じる。このような状態になると、スパッタを多く発生させてアークが発生することになり、不良なアークスタートとなる。このアークスタート性を改善するために、以下に説明するリトラクトアークスタート制御が使用されている（特許文献１、２等参照）。
【０００７】
リトラクトアークスタート制御では、溶接開始信号Ａｓが溶接電源ＰＳに入力されると、溶接ワイヤ１は遅いスローダウン送給速度で前進送給される。この前進送給によって溶接ワイヤ１の先端が母材２と接触すると、アークが発生しないように数十Ａ以下の小電流を通電し、短絡状態を維持する。同時に、溶接ワイヤ１の後退送給を開始して、溶接ワイヤ１の先端を母材２から引き離す動作を行う。この後退送給によって溶接ワイヤ１の先端が母材２から引き離されると、上記の小電流値が通電する初期アークが発生する。この初期アークが発生した状態を維持しながら、後退送給を所定期間継続して、アーク長を次第に長くする。上記の所定期間が経過すると、溶接ワイヤ１を定常送給速度での再前進送給に切り替えて、初期アークから定常アークへと移行させる。これにより、アークスタートが完了する。このリトラクトアークスタート制御では、溶接ワイヤ１を小電流が通電する状態で引き離して初期アークを発生させるので、溶接ワイヤ１の材質又は直径に関係なく、スパッタ発生の非常に少ない確実なアークスタートを実現することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２００７−２１６３０３号公報
【特許文献２】特開２００６−２６３８２２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
直径１．２mmの鉄鋼ワイヤを使用した消耗電極アーク溶接は、最も多く適用されている溶接方法である。この溶接方法では、上述した通常アークスタート制御によって概ね良好なアークスタート性を得ることができる。しかし、この溶接方法であっても、溶接ワイヤと母材とが初めから短絡状態にあるいわゆるタッチスタート状態になると、長い短絡状態が継続してスパッタが多く発生する不良なアークスタートとなることが多い。このタッチスタート状態は、以下のようにして発生する。ロボット溶接において、ロボットが溶接終了位置に移動して溶接を終了するときは、溶接ワイヤの先端が溶融池と溶着しないようにするために、アンチスティック制御と呼ばれる溶接終了処理を行う。この溶接終了処理は、溶接ワイヤの先端をアークによって燃え上がらせて、溶接ワイヤの先端と母材との距離が５mm程度になるようにする処理である。この溶接終了処理のもう１つの目的は、次の溶接開始位置にロボットが移動したときに、溶接ワイヤの先端と母材とが接触しないようにするためである。溶接を開始する時点で溶接ワイヤの先端が母材と接触していると、上述したようにタッチスタート状態となり、不良なアークスタートとなる確率が高くなるためである。
【００１０】
しかし、アンチスティック制御によるワイヤ先端の燃え上がりにはある程度のバラツキがあるために、溶接が終了した時点での溶接ワイヤの先端と母材との距離が適正値よりも短くなる場合が生じる。さらには、溶接トーチのケーブルの曲がり状態は、ロボットの姿勢が溶接終了位置から溶接開始位置への移動中に変化するために、溶接ワイヤが溶接トーチ先端から突出する長さが長くなる場合が生じる。これらのことが起因となって、タッチスタート状態になる場合が生じる。
【００１１】
上述したようなタッチスタート状態になっても、リトラクトアークスタート制御を行えば、良好なアークスタート性を得ることができる。しかし、リトラクトアークスタート制御には、以下のような問題がある。すなわち、リトラクトアークスタート制御は、通常アークスタート制御に比べてアークスタートに要する時間が長くなるという問題がある。これは、リトラクトアークスタート制御には、通常アークスタート制御にはない溶接ワイヤを後退送給する期間が必要となるためである。このために、短い溶接長を多数回溶接するような場合には、生産効率が低下することになる。また、リトラクトアークスタート制御では、溶接ワイヤを前進送給、後退送給、再前進送給と送給方向を逆転させる必要がある。このために、給電チップ、コイルライナ、送給モータ等の送給に関連した部品に負荷がかかるので、メンテナンスに費用と時間がかかるという問題もある。
【００１２】
そこで、本発明では、タッチスタート状態が時々発生しても、良好なアークスタート性を確保することができ、かつ、アークスタートに要する時間が長くなることを抑制することができ、かつ、メンテナンスの負担が重くなることを抑制することができる消耗電極アーク溶接のアークスタート制御方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
上述した課題を解決するために、請求項１の発明は、溶接ワイヤを前進移動させて母材に一旦接触させた後に後退移動によって引き離し、この引き離しによって初期アークを発生させた後に定常アークへと移行させるリトラクトアークスタート制御と、
上記溶接ワイヤを上記前進移動させて母材に接触又は接近させて定常アークを発生させる通常アークスタート制御とを備え、
溶接開始信号が溶接電源に入力されて上記溶接ワイヤの上記前進移動が開始された時点から予め定めた第１期間以下で溶接電流が通電したときは上記リトラクトアークスタート制御を行い、上記第１期間経過時点で溶接電流が通電しないときは上記通常アークスタート制御を行う、
ことを特徴とする消耗電極アーク溶接のアークスタート制御方法である。
【００１４】
請求項２の発明は、上記第１期間よりも長い予め定めた第２期間経過時点で溶接電流が通電しないときは、上記溶接ワイヤを上記後退移動によって母材から引き離した後に上記前進移動に切り換えて上記通常アークスタート制御を行う、
ことを特徴とする請求項１記載の消耗電極アーク溶接のアークスタート制御方法である。
【００１５】
請求項３の発明は、上記溶接ワイヤの前進移動を前進送給によって行う、
ことを特徴とする請求項１又は２記載の消耗電極アーク溶接のアークスタート制御方法である。
【００１６】
請求項４の発明は、上記溶接ワイヤの前進移動を溶接トーチを前進移動させることによって行う、
ことを特徴とする請求項１又は２記載の消耗電極アーク溶接のアークスタート制御方法である。
【００１７】
請求項５の発明は、上記溶接ワイヤの後退移動を後退送給によって行う、
ことを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の消耗電極アーク溶接のアークスタート制御方法である。
【００１８】
請求項６の発明は、上記溶接ワイヤの後退移動を上記溶接トーチを後退移動させることによって行う、
ことを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の消耗電極アーク溶接のアークスタート制御方法である。
【発明の効果】
【００１９】
本発明によれば、溶接開始信号が溶接電源に入力されて溶接ワイヤの前進移動が開始された時点から予め定めた第１期間以下で溶接電流が通電したときはリトラクトアークスタート制御を行い、上記第１期間経過時点で溶接電流が通電しないときは通常アークスタート制御を行う。これにより、溶接ワイヤが母材と初めから接触しているタッチスタート状態にあるときは、リトラクトアークスタート制御が自動的に選択されるので、スパッタ発生の少ない確実なアークスタートを行うことができる。また、溶接ワイヤが母材と離反した通常の状態にあるときは、通常アークスタート制御が自動的に選択されるので、良好なアークスタート性を確保した上で、アークスタートに要する時間を短縮することができる。すなわち、低い頻度で発生するタッチスタート状態ではリトラクトアークスタート制御が自動的に選択され、タッチスタート状態でないときは通常アークスタート制御が自動的に選択されるので、良好なアークスタート性を常に維持したままで、アークスタートに要する総時間を短縮することができる。さらには、リトラクトアークスタート制御はタッチスタート状態のときにのみ選択されるので、送給系部品への負担が軽くなり、メンテナンスも容易になる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】溶接開始時点において、溶接ワイヤの先端が母材と初めから接触しているタッチスタート状態にあるときの、本発明の実施の形態１に係るアークスタート制御方法を示すタイミングチャートである。
【図２】溶接開始時点において、溶接ワイヤの先端と母材とが離反状態（非短絡状態）にあるときの、本発明の実施の形態１に係るアークスタート制御方法を示すタイミングチャートである。
【図３】本発明の実施の形態１に係る消耗電極アーク溶接のアークスタート制御方法を実施するための溶接電源ＰＳのブロック図である。
【図４】溶接開始時点において、溶接ワイヤの先端と母材とが離反状態（非短絡状態）にあり、かつ、溶接ワイヤの先端に絶縁物が付着しているときの、本発明の実施の形態２に係るアークスタート制御方法を示すタイミングチャートである。
【図５】本発明の実施の形態２に係る消耗電極アーク溶接のアークスタート制御方法を実施するための溶接電源ＰＳのブロック図である。
【図６】従来技術における消耗電極アーク溶接を行うための溶接装置の一般的な構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
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。
【００２２】
［実施の形態１］
本発明の実施の形態１では、溶接開始信号が溶接電源に入力されて溶接ワイヤの前進移動が開始された時点から予め定めた第１期間（通電判定期間Ｔｔ）以下で溶接電流が通電したときはリトラクトアークスタート制御を行い、上記第１期間経過時点で溶接電流が通電しないときは通常アークスタート制御を行うものである。図１は、溶接開始時点において、溶接ワイヤの先端が母材と初めから接触しているタッチスタート状態にあるときの、本発明の実施の形態１に係るアークスタート制御方法を示すタイミングチャートである。また、図２は、溶接開始時点において、溶接ワイヤの先端と母材とが離反状態（非短絡状態）にあるときの、本発明の実施の形態１に係るアークスタート制御方法を示すタイミングチャートである。溶接装置の構成については、上述した図６と同一である。但し、溶接電源ＰＳの内部回路については異なるので、図３で後述する。
【００２３】
図１は、溶接開始時点において、溶接ワイヤの先端が母材と初めから接触しているタッチスタート状態にあるときの、本発明の実施の形態１に係るアークスタート制御方法を示すタイミングチャートである。同図（Ａ）は溶接開始信号Ａｓの時間変化を示し、同図（Ｂ）は送給速度Ｆｗ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）は溶接電流Ｉｗの時間変化を示し、同図（Ｅ）はワイヤ先端・母材間距離Ｌｗの時間変化を示し、同図（Ｆ１）〜（Ｆ４）は各時刻におけるアーク発生部の状態を示す。以下、同図を参照して説明する。
【００２４】
（１１）時刻ｔ１〜ｔ２のプリフロー期間
時刻ｔ１において、ロボットが移動して溶接トーチが溶接開始位置に到達して停止する。この時刻ｔ１において、同図（Ａ）に示すように、溶接開始信号Ａｓが溶接電源に入力（Ｈｉｇｈレベル）されると、溶接電源の出力は開始されないままでシールドガスの放流が開始される。時刻ｔ１時点では、同図（Ｂ）に示すように、送給速度Ｆｗは停止しているので０のままであり、同図（Ｃ）に示すように、溶接電圧Ｖｗは出力されていないので０Ｖであり、同図（Ｄ）に示すように、溶接電流Ｉｗは０Ａである。そして、同図（Ｅ）に示すように、ワイヤ先端・母材間距離Ｌｗは、タッチスタート状態の場合であるのでワイヤ先端が母材と初めから接触しているために０mmとなる。したがって、同図（Ｆ１）に示すように、時刻ｔ１時点で、溶接ワイヤ１の先端は母材２と接触している。時刻ｔ１〜ｔ２の期間は、プリフロー期間であり、この期間中は溶接電源の出力及び送給は停止したままで、シールドガスのみが放流される。プリフロー期間は、０．１〜１秒程度の範囲で設定される。
【００２５】
（１２）時刻ｔ２〜ｔ３の通電判定期間Ｔｔ
時刻ｔ２において上記のプリフロー期間が終了すると、溶接電源の出力が開始されると共に、溶接ワイヤの前進送給も開始される。このために、同図（Ｂ）に示すように、送給速度Ｆｗは正の値の遅い速度のスローダウン送給速度Ｆｉとなり、前進送給される。しかし、ワイヤ先端が母材と短絡状態にあるので、同図（Ｅ）に示すように、ワイヤ先端・母材間距離Ｌｗは０mmのままである。また、溶接ワイヤと母材とが短絡した状態で、時刻ｔ２においてプリフロー期間が終了すると、溶接電源の出力及び溶接ワイヤの前進送給が開始されるので、同図（Ｃ）に示すように、溶接電圧Ｖｗは０Ｖから数Ｖの短絡電圧値に変化する。同時に、同図（Ｄ）に示すように、数十Ａ程度の小伝流値の初期電流Ｉｉが通電を開始する。
【００２６】
（１３）時刻ｔ３〜ｔ４の短絡後退送給期間
上記の通電判定期間Ｔｔが終了した時刻ｔ３において、同図（Ｄ）に示すように、溶接電流Ｉｗが通電しているので、アークスタート制御方式としてリトラクトアークスタート制御が選択される。この時刻ｔ３において、もし溶接電流Ｉｗが通電していないときは、アークスタート制御方式として通常アークスタート制御が選択される（この場合の動作については図２で後述する）。通電判定期間Ｔｔは、例えば１〜５ms程度の範囲で設定される。この通電判定期間Ｔｔは、上記のプリフロー期間、後述する短絡後退送給期間及びアーク後退送給期間に比べて１／１０〜１／１００程度の短い時間である。時刻ｔ３において、上述したようにリトラクトアークスタート制御が選択されると、同図（Ｂ）に示すように、送給速度Ｆｗは負の値の後退送給速度Ｆｂに切り換えられるので、溶接ワイヤの後退送給が開始する。しかし、溶接トーチの曲がりによる溶接ワイヤの遊び分を後退送給するための時間遅れによって、時刻ｔ３〜ｔ４の短絡後退送給期間の間は、同図（Ｅ）に示すように、ワイヤ先端・母材間距離Ｌｗは０mmのままである。この時刻ｔ３〜ｔ４の短絡後退送給期間中は、同図（Ｃ）に示すように、溶接電圧Ｖｗは短絡電圧値のままであり、同図（Ｄ）に示すように、溶接電流Ｉｗは初期電流Ｉｉのままである。
【００２７】
（１４）時刻ｔ４〜ｔ５のアーク後退送給期間
時刻ｔ４において、同図（Ｆ２）に示すように、上記の後退送給によってワイヤ１の先端が母材２から離れると、上記の初期電流Ｉｉが通電する初期アーク３ａが発生する。初期アークが発生すると、同図（Ｃ）に示すように、溶接電圧Ｖｗは数十Ｖのアーク電圧値に急上昇する。溶接電圧Ｖｗが短絡基準値以上になったことによってアークの発生を判別した時刻ｔ４からｔ５までの遅延期間Ｔｄの間は、同図（Ｂ）に示すように、送給速度Ｆｗは後退送給速度Ｆｂのままであるので、溶接ワイヤの後退送給が継続される。このために、同図（Ｆ３）に示すように、初期アーク３ａのアーク長が次第に長くなるので、同図（Ｅ）に示すように、ワイヤ先端・母材間距離Ｌｗも次第に長くなる。この遅延期間Ｔｄ中は、同図（Ｄ）に示すように、初期電流Ｉｉが通電したままである。この遅延期間Ｔｄは、時刻ｔ５時点での初期アークのアーク長が３〜６mm程度になるように設定される。例えば、遅延期間Ｔｄは、１００〜２００ms程度である。
【００２８】
（１５）時刻ｔ５以降の定常アーク期間
時刻ｔ５において上記の遅延期間Ｔｄが終了すると、同図（Ｂ）に示すように、送給速度Ｆｗは正の値の予め定めた定常送給速度Ｆｃに切り換えられるので、溶接ワイヤは再前進送給を開始する。同時に、同図（Ｄ）に示すように、溶接電流Ｉｗは初期電流Ｉｉから定常送給速度Ｆｃによって定まる定常溶接電流に増加する。また、同図（Ｅ）に示すように、ワイヤ先端・母材間距離Ｌｗは、時刻ｔ５から次第に短くなる過渡的な変化を経て時刻ｔ６において定常アーク長に収束し、同図（Ｆ４）に示すように、定常アーク３ｂへと移行する。上記の動作により、リトラクトアークスタート制御が完了する。
【００２９】
図２は、溶接開始時点において、溶接ワイヤの先端と母材とが離反している通常スタート状態にあるときの、本発明の実施の形態１に係るアークスタート制御方法を示すタイミングチャートである。同図（Ａ）は溶接開始信号Ａｓの時間変化を示し、同図（Ｂ）は送給速度Ｆｗ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）は溶接電流Ｉｗの時間変化を示し、同図（Ｅ）はワイヤ先端・母材間距離Ｌｗの時間変化を示し、同図（Ｆ１）〜（Ｆ３）は各時刻におけるアーク発生部の状態を示す。以下、同図を参照して説明する。
【００３０】
（２１）時刻ｔ１〜ｔ２のプリフロー期間
時刻ｔ１において、ロボットが移動して溶接トーチが溶接開始位置に到達して停止する。この時刻ｔ１において、同図（Ａ）に示すように、溶接開始信号Ａｓが溶接電源に入力（Ｈｉｇｈレベル）されると、溶接電源の出力は開始されないままでシールドガスの放流が開始される。時刻ｔ１時点では、同図（Ｂ）に示すように、送給速度Ｆｗは停止しているので０のままであり、同図（Ｃ）に示すように、溶接電圧Ｖｗは出力されていないので０Ｖであり、同図（Ｄ）に示すように、溶接電流Ｉｗは０Ａである。そして、同図（Ｆ１）に示すように、ワイヤ１の先端と母材２とが離反しているので、同図（Ｅ）に示すように、ワイヤ先端・母材間距離Ｌｗは初期距離Ｌ０（mm）となっている。時刻ｔ１〜ｔ２の期間は、プリフロー期間であり、この期間中は溶接電源の出力及び送給は停止したままで、シールドガスのみが放流される。
【００３１】
（２２）時刻ｔ２〜ｔ３の通電判定期間Ｔｔ
時刻ｔ２において上記のプリフロー期間が終了すると、溶接電源の出力が開始されると共に、溶接ワイヤの前進送給も開始される。このために、同図（Ｂ）に示すように、送給速度Ｆｗは正の値の遅い速度のスローダウン送給速度Ｆｉとなり、前進送給される。このために、同図（Ｅ）に示すように、ワイヤ先端・母材間距離Ｌｗは上記の初期距離Ｌ０から次第に短くなる。ここで、上記のスローダウン送給速度Ｆｉ＝１．２m/minであり、通電判定期間Ｔｔ＝５msであるとすると、この通電期間Ｔｔ中の前進距離は０．１mmとなる。すなわち、通電判定期間Ｔｔ中に溶接ワイヤが前進送給されたことによって、溶接ワイヤの先端と母材とが離反状態から接触状態に変化することはほとんどない。また、溶接ワイヤと母材とが離反した状態で、時刻ｔ２においてプリフロー期間が終了すると、溶接電源の出力及び溶接ワイヤの前進送給が開始されるので、同図（Ｃ）に示すように、溶接電圧Ｖｗは０Ｖから８０Ｖ程度の無負荷電圧値に変化する。しかし、同図（Ｄ）に示すように、溶接電流Ｉｗは通電しないので０Ａである。
【００３２】
（２３）時刻ｔ３〜ｔ４のスローダウン送給期間
上記の通電判定期間Ｔｔが経過した時刻ｔ３において、同図（Ｄ）に示すように、溶接電流Ｉｗは通電していないので、アークスタート制御方式として通常アークスタート制御が選択される。この時刻ｔ３において、もし溶接電流Ｉｗが通電しているときは、アークスタート制御方式として、図１で上述したようにリトラクトアークスタート制御が選択される。時刻ｔ３において、上述したように通常アークスタート制御が選択されると、同図（Ｂ）に示すように、送給速度Ｆｗは上記のスローダウン送給速度Ｆｉのままとなり、溶接ワイヤは前進送給を継続する。そして、同図（Ｃ）に示すように、溶接電圧Ｖｗは無負荷電圧値のままであり、同図（Ｄ）に示すように、溶接電流Ｉｗは通電しないので０Ａのままである。そして、同図（Ｅ）に示すように、ワイヤ先端・母材間距離Ｌｗは前進送給によって次第に短くなる。
【００３３】
（２４）時刻ｔ４以降の定常アーク期間
時刻ｔ４において、同図（Ｆ２）に示すように、上記の前進送給によって溶接ワイヤ１の先端が母材２と接触すると、短い短絡の後にアークが発生する。同図（Ｃ）に示すように、溶接電圧Ｖｗは、無負荷電圧値から数Ｖの短絡電圧値に急降下した後に、数十Ｖのアーク電圧値へと急上昇する。同時に、同図（Ｄ）に示すように、溶接電流Ｉｗの通電が開始し、大電流値の定常溶接電流値へと増加する。この溶接電流Ｉｗが通電を開始したことを判別すると、同図（Ｂ）に示すように、送給速度Ｆｗは正の値の定常送給速度Ｆｃに切り換えられる。同図（Ｅ）に示すように、ワイヤ先端・母材間距離Ｌｗは、短い短絡の後にアークが発生すると０mmから急速に長くなり、時刻ｔ５において定常アーク長に収束する。同図（Ｆ３）に示すように、定常アーク３ｂが発生した状態となる。時刻ｔ４において溶接ワイヤの先端が母材と非常に接近した状態で、短絡状態になることなくアークが発生する場合もある。これらの動作によって、通常アークスタート制御が完了する。
【００３４】
図３は、本発明の実施の形態に係る消耗電極アーク溶接のアークスタート制御方法を実施するための溶接電源ＰＳのブロック図である。以下、同図を参照して、各ブロックについて説明する。
【００３５】
電源主回路ＰＭは、３相２００Ｖ等の商用電源（図示は省略）を入力として、後述する駆動信号Ｄｖに従ってインバータ制御等の出力制御を行い、溶接電圧Ｖｗ及び溶接電流Ｉｗを出力する。この電源主回路ＰＭは、図示は省略するが、商用電源を整流する１次整流回路、整流されたリップルのある直流を平滑するコンデンサ、平滑された直流を上記の駆動信号Ｄｖに従って高周波交流に変換するインバータ回路、高周波交流をアーク溶接に適した電圧値に降圧する高周波変圧器、降圧された高周波交流を整流する２次整流回路、整流された直流を平滑するリアクトルから構成されている。溶接ワイヤ１は、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。
【００３６】
溶接開始回路ＡＳは、ロボット制御装置（図示は省略）に設けられて、溶接を開始するときにＨｉｇｈレベルになる溶接開始信号Ａｓを出力する。起動回路ＯＮは、この溶接開始信号Ａｓを入力として、この信号がＨｉｇｈレベルになった時点から予め定めたプリフロー期間だけ遅延してＨｉｇｈレベルになる起動信号Ｏｎを出力する。シールドガスは、溶接開始信号ＡｓがＨｉｇｈレベルになると放流を開始するが、この制御回路については図示は省略する。電流検出回路ＩＤは、上記の溶接電流Ｉｗを検出して、電流検出信号Ｉｄを出力する。通電判別回路ＣＤは、この電流検出信号Ｉｄを入力として、この値がしきい値以上のときは溶接電流Ｉｗが通電していると判別してＨｉｇｈレベルとなる通電判別信号Ｃｄを出力する。しきい値は、例えば５Ａ程度である。アークスタート制御選択回路ＳＣは、上記の起動信号Ｏｎ及びこの通電判別信号Ｃｄを入力として、起動信号ＯｎがＨｉｇｈレベルに変化した時点から予め定めた通電判定期間Ｔｔが経過するまではアークスタート制御選択信号Ｓｃ＝０を出力し、経過した時点で通電判別信号ＣｄがＨｉｇｈレベルのときはアークスタート制御選択信号Ｓｃ＝１を出力し、Ｌｏｗレベルのときはアークスタート制御選択信号Ｓｃ＝２を出力する。このアークスタート制御選択回路ＳＣによって、上記の通電判定期間Ｔｔが経過するまでは判定前のアークスタート制御（Ｓｃ＝０）となり、経過した時点で溶接電流Ｉｗが通電しているときはリトラクトアークスタート制御（Ｓｃ＝１）が選択され、経過時点で溶接電流Ｉｗが通電していないときは通常アークスタート制御（Ｓｃ＝２）が選択される。
【００３７】
電圧検出回路ＶＤは、上記の溶接電圧Ｖｗを検出して、電圧検出信号Ｖｄを出力する。短絡判別回路ＳＤは、この電圧検出信号Ｖｄを入力として、この値が短絡判別基準値（１５Ｖ程度）未満に変化した時点でＨｉｇｈレベルになり、短絡判別基準値以上に「変化した時点から予め定めた遅延期間Ｔｄが経過した時点でＬｏｗレベルになる短絡判別信号Ｓｄを出力する。この短絡判別信号Ｓｄは、図１において、時刻ｔ２〜ｔ５の期間Ｈｉｇｈレベルになる。スローダウン送給速度設定回路ＦＩＲは、予め定めたスローダウン送給速度設定信号Ｆirを出力する。後退送給速度設定回路ＦＢＲは、予め定めた後退送給速度設定信号Ｆbrを出力する。定常送給速度設定回路ＦＣＲは、予め定めた定常送給速度設定信号Ｆcrを出力する。送給速度設定回路ＦＲは、上記の起動信号Ｏｎ、上記のアークスタート制御選択信号Ｓｃ、上記の通電判別信号Ｃｄ、上記の短絡判別信号Ｓｄ、上記のスローダウン送給速度設定信号Ｆir、上記の後退送給速度設定信号Ｆbr及び上記の定常送給速度設定信号Ｆcrを入力として、以下に説明する動作を行い、送給速度設定信号Ｆｒを出力する。
１）起動信号ＯｎがＨｉｇｈレベルであり、かつ、アークスタート制御選択信号Ｓｃ＝０のときはスローダウン送給速度設定信号Ｆirを送給速度設定信号Ｆｒとして出力する（図１及び２の時刻ｔ２〜ｔ３の期間）。
２）アークスタート制御選択信号Ｓｃ＝１（リトラクトアークスタート制御）に変化した時点で、後退送給速度設定信号Ｆbrを送給速度設定信号Ｆｒとして出力し（図１の時刻ｔ３）、短絡判別信号ＳｄがＬｏｗレベルに変化した時点で定常送給速度設定信号Ｆcrを送給速度設定信号Ｆｒとして出力する（図１の時刻ｔ５）。
３）アークスタート制御選択信号Ｓｃ＝２（通常アークスタート制御）に変化した時点で、スローダウン送給速度設定信号Ｆirを送給速度設定信号Ｆｒとして出力する状態を継続し（図２の時刻ｔ３）、通電判別信号ＣｄがＨｉｇｈレベルに変化した時点で定常送給速度設定信号Ｆcrを送給速度設定信号Ｆｒとして出力する（図２の時刻ｔ４）。
【００３８】
送給制御回路ＷＣは、上記の送給速度設定信号Ｆｒ及び上記の起動信号Ｏｎを入力として、起動信号ＯｎがＨｉｇｈレベルであるときは送給速度設定信号Ｆｒに相当する速度で溶接ワイヤを送給するための送給制御信号Ｗｃを送給モータＷＭに出力する。
【００３９】
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。初期電流設定回路ＩＩＲは、予め定めた初期電流設定信号Ｉir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と上記の電圧検出信号Ｖｄとの誤差を増幅して、電圧誤差増幅信号Ｅｖを出力する。この電圧誤差増幅回路ＥＶのフィードバック制御によって、溶接電源の外部特性は定電圧特性となる。電流誤差増幅回路ＥＩは、上記の初期電流設定信号Ｉir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。この電流誤差増幅回路ＥＩのフィードバック制御によって、溶接電源の外部特性は初期電流Ｉｉを通電するための定電流特性となる。
【００４０】
外部特性切換回路ＳＰは、上記のアークスタート制御選択信号Ｓｃ、上記の短絡判別信号Ｓｄ、上記の電圧誤差増幅信号Ｅｖ及び上記の電流誤差増幅信号Ｅｉを入力として、以下に説明する動作を行い、誤差増幅信号Ｅａを出力する。
１）アークスタート制御選択信号Ｓｃ＝０のときは電流誤差増幅信号Ｅｉを誤差増幅信号Ｅａとして出力する（図１及び２の時刻ｔ３以前の期間）。
２）アークスタート制御選択信号Ｓｃ＝１（リトラクトアークスタート制御）に変化した時点で、電流誤差増幅信号Ｅｉを誤差増幅信号Ｅａとして出力する状態を継続し（図１の時刻ｔ３）、短絡判別信号ＳｄがＬｏｗレベルに変化した時点で電圧誤差増幅信号Ｅｖを誤差増幅信号Ｅａとして出力する（図１の時刻ｔ５）。
３）アークスタート制御選択信号Ｓｃ＝２（通常アークスタート制御）に変化した時点で、電圧誤差増幅信号Ｅｖを誤差増幅信号Ｅａとして出力する（図２の時刻ｔ３）。
【００４１】
駆動回路ＤＶは、上記の起動信号ＯｎがＨｉｇｈレベルのときは、上記の誤差増幅信号ＥａによってＰＷＭ変調制御を行い、その結果に基いて電源主回路ＰＭ内のインバータ回路を駆動するための駆動信号Ｄｖを出力する。
【００４２】
溶接ワイヤをスローダウン送給速度Ｆｉで前進送給させる代わりに、ロボットを動作させて溶接トーチを送給方向に前進移動させることによって、溶接ワイヤを前進移動させても良い。したがって、溶接ワイヤの前進移動という表現には、溶接ワイヤを前進送給させることと、溶接トーチを前進移動させることによって溶接ワイヤを前進移動させることの２つの意味が含まれている。同様に、溶接ワイヤを後退送給速度Ｆbで後退送給させる代わりに、ロボットを動作させて溶接トーチを送給方向とは逆方向に後退移動させることによって、溶接ワイヤを後退移動させても良い。したがって、溶接ワイヤの後退移動という表現には、溶接ワイヤを後退送給させることと、溶接トーチを後退移動させることによって溶接ワイヤを後退移動させることの２つの意味が含まれている。定常送給速度Ｆｃでの再前進送給又は前進送給については、ロボットの動作によって行うことはできないので送給によって行う。溶接トーチを前進移動によって溶接ワイヤを前進移動させる場合には、上述した図１及び図２において、送給速度Ｆｗがスローダウン送給速度Ｆｉである期間に行うことになる。溶接トーチを後退移動によって溶接ワイヤを後退移動させる場合には、上述した図１において、送給速度Ｆｗが後退送給速度Ｆｂである期間に行うことになる。溶接トーチの前進移動による溶接ワイヤの前進移動と溶接トーチの後退移動による溶接ワイヤの後退移動は、片方又は両方行うことができる。溶接電源ＰＳのブロック図については、上述した図３において、送給速度設定回路ＦＲを以下のように変更すれば良い。
【００４３】
送給速度設定回路ＦＲは、上記の起動信号Ｏｎ、上記のアークスタート制御選択信号Ｓｃ、上記の通電判別信号Ｃｄ、上記の短絡判別信号Ｓｄ及び上記の定常送給速度設定信号Ｆcrを入力として、以下に説明する動作を行い、送給速度設定信号Ｆｒ及びロボット制御装置への送給方向移動信号Ｍｓを出力する。
１）起動信号ＯｎがＨｉｇｈレベルであり、かつ、アークスタート制御選択信号Ｓｃ＝０のときは、送給速度設定信号Ｆｒ＝０（停止）を出力し、送給方向移動信号Ｍｓ＝１（前進移動）を出力する（図１及び２の時刻ｔ２〜ｔ３の期間）。
２）アークスタート制御選択信号Ｓｃ＝１（リトラクトアークスタート制御）に変化した時点で、送給速度設定信号Ｆｒ＝０を出力する状態を継続し、送給方向移動信号Ｍｓ＝２（後退移動）を出力する（図１の時刻ｔ３）。そして、短絡判別信号ＳｄがＬｏｗレベルに変化した時点で、定常送給速度設定信号Ｆcrを送給速度設定信号Ｆｒとして出力し、送給方向移動信号Ｍｓ＝０（停止）を出力する（図１の時刻ｔ５）。
３）アークスタート制御選択信号Ｓｃ＝２（通常アークスタート制御）に変化した時点で、送給速度設定信号Ｆｒ＝０を出力する状態を継続し、送給方向移動信号Ｍｓ＝１（前進移動）を出力する状態を継続する（図２の時刻ｔ３）。そして、通電判別信号ＣｄがＨｉｇｈレベルに変化した時点で、定常送給速度設定信号Ｆcrを送給速度設定信号Ｆｒとして出力し、送給方向移動信号Ｍｓ＝０（停止）を出力する（図２の時刻ｔ４）。
【００４４】
上記の送給方向移動信号Ｍｓは、溶接電源ＰＳからロボット制御装置に送信される。ロボット制御装置は、ロボットを動作させて溶接トーチを送給方向に前進移動又は送給方向とは逆方向に後退移動させる。溶接トーチの溶接線方向への移動は、従来の通り、溶接ワイヤが定常送給速度で送給される時点で移動を開始する。
【００４５】
上述した実施の形態１によれば、溶接開始信号が溶接電源に入力されて溶接ワイヤの前進移動が開始された時点から予め定めた第１期間（通電判定期間Ｔｔ）以下で溶接電流が通電したときはリトラクトアークスタート制御を行い、上記第１期間経過時点で溶接電流が通電しないときは通常アークスタート制御を行う。これにより、溶接ワイヤが母材と初めから接触しているタッチスタート状態にあるときは、リトラクトアークスタート制御が自動的に選択されるので、スパッタ発生の少ない確実なアークスタートを行うことができる。また、溶接ワイヤが母材と離反した通常の状態にあるときは、通常アークスタート制御が自動的に選択されるので、良好なアークスタート性を確保した上で、アークスタートに要する時間を短縮することができる。すなわち、低い頻度で発生するタッチスタート状態ではリトラクトアークスタート制御が自動的に選択され、タッチスタート状態でないときは通常アークスタート制御が自動的に選択されるので、良好なアークスタート性を常に維持したままで、アークスタートに要する総時間を短縮することができる。さらには、リトラクトアークスタート制御はタッチスタート状態のときにのみ選択されるので、送給系部品への負担が軽くなり、メンテナンスも容易になる。
【００４６】
［実施の形態２］
本発明の実施の形態２では、上述した実施の形態１に加えて、第１期間よりも長い予め定めた第２期間（長期判定期間Ｔｓ）経過時点で溶接電流が通電しないときは、溶接ワイヤを後退移動によって母材から引き離した後に前進移動に切り換えて通常アークスタート制御を行うものである。溶接装置の構成については、上述した図６と同一である。但し、溶接電源ＰＳの内部回路については異なるので、図５で後述する。
【００４７】
図４は、溶接開始時点において、溶接ワイヤの先端と母材とが離反している通常スタート状態にあり、かつ、溶接ワイヤの先端に絶縁物が付着しているときの、本発明の実施の形態２に係るアークスタート制御方法を示すタイミングチャートである。同図（Ａ）は溶接開始信号Ａｓの時間変化を示し、同図（Ｂ）は送給速度Ｆｗ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）は溶接電流Ｉｗの時間変化を示し、同図（Ｅ）はワイヤ先端・母材間距離Ｌｗの時間変化を示し、同図（Ｆ１）〜（Ｆ４）は各時刻におけるアーク発生部の状態を示す。同図は、上述した図２に対応しており、時刻ｔ４までの動作は同一であるので、それらの期間の説明は省略する。以下、同図を参照して時刻ｔ４以降の動作について説明する。
【００４８】
同図は、前回の溶接終了時に溶接ワイヤに含まれている成分がスラグ（絶縁物）となって溶接ワイヤの先端に付着した状態になった場合である。このような状態は、溶接条件にもよるが時々生じる。溶接ワイヤの先端に絶縁物が付着していると、溶接ワイヤの先端が母材と接触しても溶接電流Ｉｗは通電しない。このようなときには、母材と導通させるためには溶接ワイヤの先端に付着した絶縁物を除去するか、又は絶縁物が付着している先端部ではない部分を母材と接触させる必要がある。
【００４９】
（３４）時刻ｔ４〜ｔ５の溶接ワイヤと母材との物理的な接触期間
時刻ｔ４において、同図（Ｆ２）に示すように、前進送給によって溶接ワイヤ１の先端が母材２と物理的に接触するが、溶接ワイヤの先端に付着した絶縁物のために導通しない。このために、同図（Ｃ）に示すように、溶接電圧Ｖｗは無負荷電圧のままであり、同図（Ｄ）に示すように、溶接電流Ｉｗは通電せずに０Ａのままである。また、同図（Ｂ）に示すように、送給速度Ｆｗはスローダウン送給速度Ｆｉのままである。そして、同図（Ｅ）に示すように、ワイヤ先端・母材間距離Ｌｗは、時刻ｔ４において０mmとなり、その後は０mmのままである。
【００５０】
（３５）時刻ｔ５〜ｔ６の後退送給期間
時刻ｔ２において前進送給及び溶接電源の出力を開始した時点からの経過時間が予め定めた長期判定期間Ｔｓに達した時刻ｔ５において、同図（Ｄ）に示すように、溶接電流Ｉｗは通電していない。これに応動して、同図（Ｂ）に示すように、送給速度Ｆｗは負の値の後退送給速度Ｆｂに切り換えられるので、溶接ワイヤの後退送給が開始される。しかし、溶接トーチの曲がりによる溶接ワイヤの遊び分を後退送給するための時間遅れがあるので、同図（Ｅ）に示すように、ワイヤ先端・母材間距離Ｌｗは、時刻ｔ５から少しの間０mmのままとなり、その後は次第に長くなる。この期間中、同図（Ｃ）に示すように、溶接電圧Ｖｗは無負荷電圧のままであり、同図（Ｄ）に示すように、溶接電流Ｉｗは０Ａのままである。上記の長期判定期間Ｔｓは、上記の通電判定期間よりも長い時間に設定され、０．５〜２．０秒程度である。スローダウン送給速度Ｆｉ＝１．２m/minとすると、この長期判定期間Ｔｓ中に溶接ワイヤは１０〜４０mm送給されることになる。これだけの距離を送給した場合には、溶接ワイヤの先端と母材とは物理的には接触しているはずであるので、この長期判定期間Ｔｓが経過しても電流が通電しないときには、溶接ワイヤの先端に絶縁物が付着している場合であると判定することができる。したがって、長期判定期間Ｔｓは、給電チップ・母材間距離、スローダウン送給速度Ｆｉ等に応じて適正値に設定される。
【００５１】
（３６）時刻ｔ６〜ｔ７の再前進送給期間
時刻ｔ５から後退送給を開始してからの経過時間が時刻ｔ６において予め定めた第２遅延期間Ｔd2に達すると、同図（Ｂ）に示すように、送給速度Ｆｗは正の値のスローダウン送給速度Ｆｉに切り換えられるので、溶接ワイヤは再び前進送給を開始する。時刻ｔ６において、同図（Ｆ３）に示すように、溶接ワイヤ１の先端と母材２とは最も離反した状態にある。そして、同図（Ｃ）に示すように、溶接電圧Ｖｗは無負荷電圧値のままであり、同図（Ｄ）に示すように、溶接電流Ｉｗは通電しないので０Ａのままである。また、同図（Ｅ）に示すように、ワイヤ先端・母材間距離Ｌｗは前進送給によって次第に短くなる。上記の第２遅延期間Ｔd2は、時刻ｔ６時点でのワイヤ先端・母材間距離Ｌｗが３〜６mm程度になるように設定される。
【００５２】
（３７）時刻ｔ７以降の定常アーク期間
時刻ｔ７において、再前進送給によって溶接ワイヤの先端が母材と接触すると、絶縁物が付着していないワイヤ先端の部分が母材と接触して、短い短絡の後にアークが発生する。同図（Ｃ）に示すように、溶接電圧Ｖｗは、無負荷電圧値から数Ｖの短絡電圧値に急降下した後に、数十Ｖのアーク電圧値へと急上昇する。同時に、同図（Ｄ）に示すように、溶接電流Ｉｗの通電が開始し、大電流値の定常溶接電流値へと増加する。この溶接電流Ｉｗが通電を開始したことを判別すると、同図（Ｂ）に示すように、送給速度Ｆｗは正の値の定常送給速度Ｆｃに切り換えられる。同図（Ｅ）に示すように、ワイヤ先端・母材間距離Ｌｗは、短い短絡の後にアークが発生すると０mmから急速に長くなり、時刻ｔ８において定常アーク長に収束する。同図（Ｆ４）に示すように、定常アーク３ｂが発生した状態となる。上述したように、絶縁物が付着していないワイヤ先端の部分が母材と接触する理由は、以下のとおりである。まず、時刻ｔ４〜ｔ５の期間中、溶接ワイヤの先端が物理的に母材と接触した状態で前進送給が継続されるので、ワイヤ先端が母材に押し付けられた状態となり、ワイヤ先端が少し傾斜した状態となる。そして、時刻ｔ７において、ワイヤ先端が傾斜した状態で再び母材と衝突するために、ワイヤ先端の端部が母材と接触することになる。絶縁物はワイヤ先端の一部分に付着しており、母材との接触位置が少しズレるだけで、母材と導通する場合が多い。
【００５３】
同図は、溶接ワイヤの先端に絶縁物が付着した状態で、溶接開始時において溶接ワイヤの先端と母材とが離反状態にある場合のタイミングチャートであった。溶接ワイヤの先端に絶縁物が付着した状態で、溶接開始時において溶接ワイヤの先端が母材と接触状態（タッチスタート状態）にある場合のタイミングチャートは、以下のようになる。図４において、時刻ｔ２に前進送給及び溶接電源の出力が開始されるが、溶接ワイヤの先端は既に絶縁物を介して母材と物理的に接触しているので、同図（Ｃ）に示すように、溶接電圧Ｖｗは無負荷電圧値となり、同図（Ｄ）に示すように、溶接電流Ｉｗは通電しない。そして、同図（Ｅ）に示すように、ワイヤ先端・母材間距離Ｌｗは、時刻ｔ１から０mmとなっており、時刻ｔ５まで０mmのままである。すなわち、図４のタイミングチャートと異なるのは、同図（Ｅ）に示すワイヤ先端・母材間距離Ｌｗの時刻ｔ１〜ｔ４の値であり、他の信号も含めてそれ以外は同一である。そして、時刻ｔ３において通電判定期間Ｔｔが経過した時点において、溶接電流Ｉｗは通電していないので、通常アークスタート制御が選択されることになる。その後、時刻ｔ５に長期判定期間Ｔｓが経過した時点でも、溶接電流Ｉｗは通電しないので、溶接ワイヤの後退送給及び再前進送給を行うことになる。
【００５４】
図５は、本発明の実施の形態２に係る消耗電極アーク溶接のアークスタート制御方法を実施するための溶接電源ＰＳのブロック図である。同図は、上述した図３と対応しており、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３の送給速度設定回路ＦＲを、破線で示す第２送給速度設定回路ＦＲ２に置換したものである。以下、同図を参照して、異なるブロックについて説明する。
【００５５】
第２送給速度設定回路ＦＲ２は、起動信号Ｏｎ、アークスタート制御選択信号Ｓｃ、通電判別信号Ｃｄ、短絡判別信号Ｓｄ、スローダウン送給速度設定信号Ｆir、後退送給速度設定信号Ｆbr及び定常送給速度設定信号Ｆcrを入力として、以下に説明する動作を行い、送給速度設定信号Ｆｒを出力する。
１）起動信号ＯｎがＨｉｇｈレベルであり、かつ、アークスタート制御選択信号Ｓｃ＝０のときはスローダウン送給速度設定信号Ｆirを送給速度設定信号Ｆｒとして出力する（図１、図２及び図４の時刻ｔ２〜ｔ３の期間）。
２）アークスタート制御選択信号Ｓｃ＝１（リトラクトアークスタート制御）に変化した時点で、後退送給速度設定信号Ｆbrを送給速度設定信号Ｆｒとして出力し（図１の時刻ｔ３）、短絡判別信号ＳｄがＬｏｗレベルに変化した時点で定常送給速度設定信号Ｆcrを送給速度設定信号Ｆｒとして出力する（図１の時刻ｔ５）。
３）アークスタート制御選択信号Ｓｃ＝２（通常アークスタート制御）に変化した時点で、スローダウン送給速度設定信号Ｆirを送給速度設定信号Ｆｒとして出力する状態を継続する（図２及び図４の時刻ｔ３）。そして、起動信号ＯｎがＨｉｇｈレベルに変化した時点（図２の時刻ｔ２）からの経過時間が予め定めた長期判定期間Ｔｓに達するまでに通電判別信号ＣｄがＨｉｇｈレベルに変化したときは定常送給速度設定信号Ｆcrを送給速度設定信号Ｆｒとして出力する（図２の時刻ｔ４）。
４）起動信号ＯｎがＨｉｇｈレベルに変化した時点（図４の時刻ｔ２）からの経過時間が上記の長期判定期間Ｔｓに達するまでに通電判別信号ＣｄがＨｉｇｈレベルに変化しないときは予め定めた第２遅延期間Ｔd2の間後退送給速度設定信号Ｆbrを送給速度設定信号Ｆｒとして出力し（図４の時刻ｔ５〜ｔ６）、その後はスローダウン送給速度設定信号Ｆirを送給速度設定信号Ｆｒとして出力する（図４の時刻ｔ６）。そして、通電判別信号ＣｄがＨｉｇｈレベルに変化すると定常送給速度設定信号Ｆcrを送給速度設定信号Ｆｒとして出力する（図４の時刻ｔ７）。
【００５６】
実施の形態１と同様に、図４の時刻ｔ５〜ｔ６の後退送給の代わりに、溶接トーチを後退移動させて溶接ワイヤを後退移動させても良い。また、図４の時刻ｔ６〜ｔ７の前進送給の代わりに、溶接トーチを前進移動させることによって溶接ワイヤを前進移動させても良い。これらの期間中は、送給速度Ｆｗはスローダウン送給速度Ｆｉ又は０（停止）とする。
【００５７】
本発明の実施の形態２によれば、第１期間（判定期間Ｔｔ）よりも長い第２期間（長期判定期間Ｔｓ）経過時点で溶接電流が通電しないときは、溶接ワイヤを後退移動によって母材から引き離した後に前進移動に切り換えて通常アークスタート制御を行う。これにより、実施の形態２では、実施の形態１の効果に加えて、溶接ワイヤの先端に絶縁物が付着している場合でも、アークスタートをさせることができる。従来技術では、溶接ワイヤの先端に絶縁物が付着しているとアークスタートに失敗する。そして、このような場合には、主導でロボットを溶接開始位置に戻した上で、再びアークスタートさせなければならなかった。この結果、生産効率が低下していた。これに対して、実施の形態２では、溶接ワイヤの先端に絶縁物が付着している場合でも、アークスタートに導くことができるので、生産効率を低下させることがない。
【符号の説明】
【００５８】
１ 溶接ワイヤ
２ 母材
３ アーク
３ａ 初期アーク
３ｂ 定常アーク
４ 溶接トーチ
４ａ 給電チップ
５ 送給ロール
ＡＳ 溶接開始回路
Ａｓ 溶接開始信号
ＣＤ 通電判別回路
Ｃｄ 通電判別信号
ＤＶ 駆動回路
Ｄｖ 駆動信号
Ｅａ 誤差増幅信号
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
Ｆb 後退送給速度
ＦＢＲ 後退送給速度設定回路
Ｆbr 後退送給速度設定信号
Ｆｃ 定常送給速度
ＦＣＲ 定常送給速度設定回路
Ｆcr 定常送給速度設定信号
Ｆｉ スローダウン送給速度
ＦＩＲ スローダウン送給速度設定回路
Ｆir スローダウン送給速度設定信号
ＦＲ 送給速度設定回路
Ｆｒ 送給速度設定信号
ＦＲ２ 第２送給速度設定回路
Ｆｗ 送給速度
ＩＤ 電流検出回路
Ｉｄ 電流検出信号
Ｉｉ 初期電流
ＩＩＲ 初期電流設定回路
Ｉir 初期電流設定信号
Ｉｗ 溶接電流
Ｌ０ 初期距離
Ｌｗ ワイヤ先端・母材間距離
Ｍｓ 送給方向移動信号
ＯＮ 起動回路
Ｏｎ 起動信号
ＰＭ 電源主回路
ＰＳ 溶接電源
ＳＣ アークスタート制御選択回路
Ｓｃ アークスタート制御選択信号
ＳＤ 短絡判別回路
Ｓｄ 短絡判別信号
ＳＰ 外部特性切換回路
Ｔｄ 遅延期間
Ｔd2 第２遅延期間
Ｔｓ 長期判定期間
Ｔｔ 通電判定期間
ＶＤ 電圧検出回路
Ｖｄ 電圧検出信号
ＶＲ 電圧設定回路
Ｖｒ 電圧設定信号
Ｖｗ 溶接電圧
ＷＣ 送給制御回路
Ｗｃ 送給制御信号
ＷＭ 送給モータ
【特許請求の範囲】
【請求項１】
溶接ワイヤを前進移動させて母材に一旦接触させた後に後退移動によって引き離し、この引き離しによって初期アークを発生させた後に定常アークへと移行させるリトラクトアークスタート制御と、
上記溶接ワイヤを上記前進移動させて母材に接触又は接近させて定常アークを発生させる通常アークスタート制御とを備え、
溶接開始信号が溶接電源に入力されて上記溶接ワイヤの上記前進移動が開始された時点から予め定めた第１期間以下で溶接電流が通電したときは上記リトラクトアークスタート制御を行い、上記第１期間経過時点で溶接電流が通電しないときは上記通常アークスタート制御を行う、
ことを特徴とする消耗電極アーク溶接のアークスタート制御方法。
【請求項２】
上記第１期間よりも長い予め定めた第２期間経過時点で溶接電流が通電しないときは、上記溶接ワイヤを上記後退移動によって母材から引き離した後に上記前進移動に切り換えて上記通常アークスタート制御を行う、
ことを特徴とする請求項１記載の消耗電極アーク溶接のアークスタート制御方法。
【請求項３】
上記溶接ワイヤの前進移動を前進送給によって行う、
ことを特徴とする請求項１又は２記載の消耗電極アーク溶接のアークスタート制御方法。
【請求項４】
上記溶接ワイヤの前進移動を溶接トーチを前進移動させることによって行う、
ことを特徴とする請求項１又は２記載の消耗電極アーク溶接のアークスタート制御方法。
【請求項５】
上記溶接ワイヤの後退移動を後退送給によって行う、
ことを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の消耗電極アーク溶接のアークスタート制御方法。
【請求項６】
上記溶接ワイヤの後退移動を上記溶接トーチを後退移動させることによって行う、
ことを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の消耗電極アーク溶接のアークスタート制御方法。
【請求項１】
溶接ワイヤを前進移動させて母材に一旦接触させた後に後退移動によって引き離し、この引き離しによって初期アークを発生させた後に定常アークへと移行させるリトラクトアークスタート制御と、
上記溶接ワイヤを上記前進移動させて母材に接触又は接近させて定常アークを発生させる通常アークスタート制御とを備え、
溶接開始信号が溶接電源に入力されて上記溶接ワイヤの上記前進移動が開始された時点から予め定めた第１期間以下で溶接電流が通電したときは上記リトラクトアークスタート制御を行い、上記第１期間経過時点で溶接電流が通電しないときは上記通常アークスタート制御を行う、
ことを特徴とする消耗電極アーク溶接のアークスタート制御方法。
【請求項２】
上記第１期間よりも長い予め定めた第２期間経過時点で溶接電流が通電しないときは、上記溶接ワイヤを上記後退移動によって母材から引き離した後に上記前進移動に切り換えて上記通常アークスタート制御を行う、
ことを特徴とする請求項１記載の消耗電極アーク溶接のアークスタート制御方法。
【請求項３】
上記溶接ワイヤの前進移動を前進送給によって行う、
ことを特徴とする請求項１又は２記載の消耗電極アーク溶接のアークスタート制御方法。
【請求項４】
上記溶接ワイヤの前進移動を溶接トーチを前進移動させることによって行う、
ことを特徴とする請求項１又は２記載の消耗電極アーク溶接のアークスタート制御方法。
【請求項５】
上記溶接ワイヤの後退移動を後退送給によって行う、
ことを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の消耗電極アーク溶接のアークスタート制御方法。
【請求項６】
上記溶接ワイヤの後退移動を上記溶接トーチを後退移動させることによって行う、
ことを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の消耗電極アーク溶接のアークスタート制御方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【公開番号】特開２０１２−２０６１６７（Ｐ２０１２−２０６１６７Ａ）
【公開日】平成２４年１０月２５日（２０１２．１０．２５）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１４７０７４（Ｐ２０１１−１４７０７４）
【出願日】平成２３年７月１日（２０１１．７．１）
【出願人】（００００００２６２）株式会社ダイヘン (990)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年１０月２５日（２０１２．１０．２５）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年７月１日（２０１１．７．１）
【出願人】（００００００２６２）株式会社ダイヘン (990)
【Ｆターム（参考）】
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