溶接装置
【課題】安定した溶滴の成長および安定したアークの発生を実現することができる溶接装置を提供する。
【解決手段】溶接装置１００は、電源回路１０２と、電源制御装置１０４とを備える。電源制御装置１０４は、短絡期間の後に続くアーク期間の初期の第１アーク期間Ｔａ１にハイレベル電流が出力され、アーク期間の後期の第２アーク期間Ｔａ２に定電圧制御された溶接電圧に対応したアーク電流が出力されるように、電源回路１０２を制御する。電源制御装置１０４は、さらに、増減を繰返す波形を振幅中心電流に重畳してハイレベル電流が発生されるように電源回路１０２を制御する。電源制御装置１０４は、さらに、溶接電流の電流設定値に対応して推奨電圧値Ｖｃを算出し、推奨電圧値Ｖｃと溶接電圧の電圧設定値Ｖｒとの電圧差に応じて振幅中心電流Ｉｈｃｒを増減させる。これにより電圧設定値Ｖｒが変更された場合にもアークが不安定となることが防止される。
【解決手段】溶接装置１００は、電源回路１０２と、電源制御装置１０４とを備える。電源制御装置１０４は、短絡期間の後に続くアーク期間の初期の第１アーク期間Ｔａ１にハイレベル電流が出力され、アーク期間の後期の第２アーク期間Ｔａ２に定電圧制御された溶接電圧に対応したアーク電流が出力されるように、電源回路１０２を制御する。電源制御装置１０４は、さらに、増減を繰返す波形を振幅中心電流に重畳してハイレベル電流が発生されるように電源回路１０２を制御する。電源制御装置１０４は、さらに、溶接電流の電流設定値に対応して推奨電圧値Ｖｃを算出し、推奨電圧値Ｖｃと溶接電圧の電圧設定値Ｖｒとの電圧差に応じて振幅中心電流Ｉｈｃｒを増減させる。これにより電圧設定値Ｖｒが変更された場合にもアークが不安定となることが防止される。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、溶接装置に関し、特に炭酸ガスアーク溶接を行なう溶接装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
特公平４−４０７４号公報（特許文献１）には、消耗電極と母材との間で短絡とアーク発生とを繰返す消耗電極式アーク溶接方法が開示されている。この消耗電極式アーク溶接方法は、溶滴の形成過程と溶滴の母材への移行過程とを繰返す。
【０００３】
図１３は、短絡とアーク発生とを繰返す消耗電極式アーク溶接方法を説明するための図である。
【０００４】
図１３を参照して、短絡とアーク発生とを繰返す消耗電極式アーク溶接方法では、以下に説明する（ａ）〜（ｆ）の過程が順に繰返し実行される。（ａ）溶滴が溶融池と接触した短絡初期状態、（ｂ）溶滴と溶融池との接触が確実になって溶滴が溶融池に移行している短絡中期状態、（ｃ）溶滴が溶融池側へ移行して溶接ワイヤと溶融池との間の溶滴にくびれが生じた短絡後期状態、（ｄ）短絡が開放されてアークが発生した状態、（ｅ）溶接ワイヤの先端が溶融して溶滴が成長するアーク発生状態、（ｆ）溶滴が成長し溶融池と短絡する直前のアーク発生状態。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特公平４−４０７４号公報
【特許文献２】特許第４７０２３７５号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
特公平４−４０７４号公報で示された従来の短絡移行溶接では、アークと短絡とが規則的に発生する。しかし、高い電流（溶接ワイヤの直径が１．２ｍｍで２００Ａを超える電流）で炭酸ガスアーク溶接法によって溶接を行なう場合には、短絡を伴うグロビュール移行では、アーク反力によって溶滴がワイヤ上部にせり上がり、アーク時間が延びて周期的な短絡の発生が困難になり、アークと短絡とが不規則に発生する。
【０００７】
このように、短絡とアークとの周期が不規則に変動すると、短絡時の溶滴サイズが不定となり、ビード止端部の揃いが悪くなる。
【０００８】
また、高い電流は溶融池に対して不規則な位置に過大なアーク力を作用させるので溶融池を大きくかつ不規則に振動させ、特に溶融池を溶接方向と反対側に押し出すことでハンピングビードが発生し易くなる。
【０００９】
特に、生産性を向上させるために溶接スピードを高速にすることが求められており、高速溶接では上記の問題の影響による溶接品質の劣化が顕著に現れてくる。なお、溶接スピードを高速にするためには、単位溶着量を稼ぐためにワイヤ送給速度を速くする必要がある。それに伴い、溶接電流が高くなるという関係がある。
【００１０】
また、溶接装置は、設定電流またはワイヤ送給速度を設定すると、自動的に推奨電圧（一元電圧とも称する）が定まる機能を有するものが多い。これに対して溶接のできばえを見ながらオペレータが溶接電圧を推奨電圧とは異なるように設定することも多い。しかし、推奨電圧に対して設定電圧を極端に上下させるとアークが不安定になりやすい。
【００１１】
この発明の目的は、安定した溶滴の成長および安定したアークの発生を実現することができる溶接装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
この発明は、要約すると、炭酸ガスをシールドガスに使用し、短絡状態とアーク状態とを交互に繰返す炭酸ガスアーク溶接方法によって溶接を行なう溶接装置であって、トーチと母材との間に電圧を与えるための電源回路と、電源回路の電圧を制御する制御部とを備える。制御部は、短絡期間の後に続くアーク期間の初期の第１アーク期間にハイレベル電流が出力され、アーク期間の後期の第２アーク期間に定電圧制御された溶接電圧に対応したアーク電流が出力されるように、電源回路を制御する。制御部は、さらに、増減を繰返す波形を振幅中心電流に重畳してハイレベル電流が発生されるように電源回路を制御する。制御部は、さらに、溶接電流の電流設定値に対応して推奨電圧値を算出し、推奨電圧値と溶接電圧の電圧設定値との電圧差に応じて振幅中心電流を増減させる。
【００１３】
この発明は、他の局面では、炭酸ガスをシールドガスに使用し、短絡状態とアーク状態とを交互に繰返す炭酸ガスアーク溶接方法によって溶接を行なう溶接装置であって、トーチと母材との間に電圧を与えるための電源回路と、電源回路の電圧を制御する制御部とを備える。制御部は、短絡期間の後に続くアーク期間の初期の第１アーク期間にハイレベル電流が出力され、アーク期間の後期の第２アーク期間に定電圧制御された溶接電圧に対応したアーク電流が出力されるように、電源回路を制御する。制御部は、さらに、増減を繰返す波形を振幅中心電流に重畳してハイレベル電流が発生されるように電源回路を制御する。制御部は、さらに、溶接電流の電流設定値に対応して推奨電圧値を算出し、推奨電圧値と溶接電圧の電圧設定値との電圧差に応じて第１アーク期間を増減させる。
【００１４】
この発明はさらに他の局面では、炭酸ガスをシールドガスに使用し、短絡状態とアーク状態とを交互に繰返す炭酸ガスアーク溶接方法によって溶接を行なう溶接装置であって、トーチと母材との間に電圧を与えるための電源回路と、電源回路の電圧を制御する制御部とを備える。制御部は、短絡期間の後に続くアーク期間の初期の第１アーク期間にハイレベル電流が出力され、アーク期間の後期の第２アーク期間に定電圧制御された溶接電圧に対応したアーク電流が出力されるように、電源回路を制御する。制御部は、さらに、増減を繰返す波形を振幅中心電流に重畳してハイレベル電流が発生されるように電源回路を制御する。制御部は、さらに、溶接電流の電流設定値に対応して推奨電圧値を算出し、推奨電圧値と溶接電圧の電圧設定値との電圧差が第１の範囲である場合には電圧差に応じて振幅中心電流を増減させ、電圧差が第１の範囲と異なる第２の範囲である場合には、電圧差に応じて第１アーク期間を増減させる。
【００１５】
好ましくは、上記いずれかの溶接装置において、増減を繰返す波形は、三角波または正弦波である。
【００１６】
好ましくは、上記いずれかの溶接装置において、制御部は、短絡期間中に溶滴のくびれを検出した場合には短絡電流を減少させるくびれ検出制御を行なう。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、炭酸ガスアーク溶接方法において、アーク期間初期の電流に一定周波数かつ溶滴のサイズに合わせた振幅で増減する波形を重畳して電流を出力することによって、安定した溶滴の成長を実現することができる。これにより、アーク初期に不要な短絡が発生せず、高い溶接安定性を得ることができる。また、設定電圧を溶接装置が設定する推奨電圧から変更してもアークが不安定となることが防止される。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】実施の形態１に係る溶接装置のブロック図である。
【図２】実施の形態１に係る溶接装置で溶接を行なう際の溶接電圧および溶接電流を示した動作波形図である。
【図３】図２のｔ＝ｔ３における溶接部分の状態を示した図である。
【図４】図２のｔ＝ｔ４における溶接部分の状態を示した図である。
【図５】図２のｔ＝ｔ５における溶接部分の状態を示した図である。
【図６】図２のｔ＝ｔ７における溶接部分の状態を示した図である。
【図７】実施の形態２に係る溶接装置１００Ａの構成を示したブロック図である。
【図８】実施の形態３に係る溶接装置１００Ｂの構成を示したブロック図である。
【図９】実施の形態４に係る溶接装置１００Ｃの構成を示したブロック図である。
【図１０】実施の形態４に係る溶接装置で溶接を行なう際の溶接電圧および溶接電流と制御信号とを示した動作波形図である。
【図１１】実施の形態５に係る溶接装置１００Ｄの構成を示したブロック図である。
【図１２】実施の形態６に係る溶接装置１００Ｅの構成を示したブロック図である。
【図１３】短絡とアーク発生とを繰返す消耗電極式アーク溶接方法を説明するための図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら詳細に説明する。なお、図中同一または相当部分には同一の符号を付して、その説明は繰返さない。なお、本実施の形態で説明する溶接方法は、短絡状態とアーク状態を繰返す溶接方法であり、パルスアーク溶接方法とは異なる。
【００２０】
［実施の形態１］
図１は、実施の形態１に係る溶接装置のブロック図である。
【００２１】
図１を参照して、溶接装置１００は、電源回路１０２と、電源制御装置１０４と、ワイヤ送給装置１０６と、溶接トーチ４とを含む。
【００２２】
電源制御装置１０４は、電源回路１０２を制御して溶接トーチ４に出力される溶接電流Ｉｗおよび溶接電圧Ｖｗが溶接に適した値となるように制御する。
【００２３】
ワイヤ送給装置１０６は、溶接トーチ４に溶接ワイヤ１を送給する。図示しないが、炭酸ガスを主成分とするシールドガスが、溶接トーチ４の先端部分から放出される。溶接トーチ４の先端から突出した溶接ワイヤ１と母材２との間でアーク３が発生し、溶接ワイヤ１が溶融して母材２を溶接する。ワイヤ送給装置１０６は、送給速度設定回路ＦＲと、送給制御回路ＦＣと、送給モータＷＭと、送給ロール５とを含む。
【００２４】
電源回路１０２は、電源主回路ＰＭと、リアクトルＷＬ１およびＷＬ２と、トランジスタＴＲ１と、電圧検出回路ＶＤと、電流検出回路ＩＤとを含む。
【００２５】
電源主回路ＰＭは、３相２００Ｖ等の商用電源（図示せず）を入力として、後述する誤差増幅信号Ｅａに従ってインバータ制御による出力制御を行ない、アーク溶接に適した溶接電流Ｉｗ及び溶接電圧Ｖｗを出力する。図示しないが、電源主回路ＰＭは、例えば、商用電源を整流する１次整流器と、整流された直流を平滑するコンデンサと、平滑された直流を高周波交流に変換するインバータ回路と、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と、降圧された高周波交流を整流する２次整流器と、誤差増幅信号Ｅａを入力としてパルス幅変調制御を行ないこの結果に基づいて上記のインバータ回路を駆動する駆動回路とを含んで構成される。
【００２６】
リアクトルＷＬ１とリアクトルＷＬ２とは、電源主回路ＰＭの出力を平滑する。リアクトルＷＬ２には、並列にトランジスタＴＲ１が接続されている。トランジスタＴＲ１は、後に図２で説明する第２アーク期間にＬｏｗとなるナンド（ＮＡＮＤ）論理信号Ｎａに応じて、第２アーク期間Ｔａ２のみＯＦＦとなる。
【００２７】
送給速度設定回路ＦＲは、予め定められた定常送給速度設定値に相当する送給速度設定信号Ｆｒを出力する。送給制御回路ＦＣは、送給速度設定信号Ｆｒの値に相当する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を送給モータＷＭに出力する。溶接ワイヤ１は、ワイヤ送給装置１０６の送給ロール５の回転によって溶接トーチ４内を通って送給され、母材２との間にアーク３が発生する。
【００２８】
電流検出回路ＩＤは、溶接電流Ｉｗを検出して、溶接電流検出信号Ｉｄを出力する。電圧検出回路ＶＤは、溶接電圧Ｖｗを検出して、溶接電圧検出信号Ｖｄを出力する。
【００２９】
電源制御装置１０４は、アーク検出回路ＡＤと、タイマー回路ＴＭと、ナンド（ＮＡＮＤ）回路ＮＡと、反転回路ＮＯＴと、ゲイン設定回路Ｇ１Ｒと、振幅中心電流設定回路ＩＨＣＲと、周波数設定回路ＦＨと、振幅設定回路ＷＨと、溶接電流設定回路ＩＲと、電流誤差増幅回路ＥＩと、溶接電圧設定回路ＶＲと、基準電圧設定回路ＶＣＲと、電圧誤差増幅回路ＥＶおよびＥＣと、電圧平均化回路ＶＡと、外部特性切換回路ＳＷとを含んで構成される。
【００３０】
アーク検出回路ＡＤは、溶接電圧検出信号Ｖｄを入力として、溶接電圧検出信号Ｖｄの値がしきい値以上になったことによってアークの発生を判別するとハイ（Ｈｉｇｈ）レベルになるアーク検出信号Ａｄを出力する。タイマー回路ＴＭは、アーク検出信号Ａｄを入力として、アーク検出信号Ａｄがロー（Ｌｏｗ）レベルである期間及びアーク検出信号Ａｄがハイレベルになってから予め定めた期間ハイレベルになるタイマー信号Ｔｍを出力する。ナンド回路ＮＡは、タイマー信号Ｔｍが反転回路ＮＯＴによって反転された信号と、アーク検出信号Ａｄとを入力に受けて、ナンド論理信号Ｎａを出力する。
【００３１】
溶接電圧設定回路ＶＲは、オペレータ等によって設定される溶接電圧設定信号Ｖｒ（図２の電圧Ｖｒに相当する）を出力する。電圧平均化回路ＶＡは、溶接電圧検出信号Ｖｄを平均化した平均電圧検出信号Ｖａを出力する。電圧誤差増幅回路ＥＶは、溶接電圧設定信号Ｖｒと平均電圧検出信号Ｖａとの誤差を増幅して、電圧誤差増幅信号Ｅｖを出力する。
【００３２】
基準電圧設定回路ＶＣＲは、ワイヤ送給速度、溶接速度等の溶接条件に対応して適切なアーク長になるように予め定められている電圧設定値を示す基準電圧設定信号Ｖｃｒを出力する。この基準電圧設定信号Ｖｃｒは、一元電圧中心に相当する。電圧誤差回路ＥＣは、溶接電圧設定信号Ｖｒと基準電圧設定信号Ｖｃｒとの誤差を算出して、基準電圧誤差信号Ｅｃを出力する。
【００３３】
ゲイン設定回路Ｇ１Ｒは、予め定めた第１ゲイン設定信号Ｇ１ｒを出力する。振幅中心電流設定回路ＩＨＣＲは、第１ゲイン設定信号Ｇ１ｒと基準電圧誤差信号Ｅｃ（＝Ｖｒ−Ｖｃｒ）とを入力として、次式（１）に示される振幅中心電流設定信号Ｉｈｃｒを出力する。
Ｉｈｃｒ＝Ｉｈｃｒ０＋Ｇ１ｒ＊（Ｖｒ−Ｖｃｒ） …（１）
ここで、Ｉｈｃｒは振幅中心電流設定信号を示し、Ｉｈｃｒ０は、基準電圧設定信号Ｖｃｒに対応する基準振幅中心電流設定信号を示し、Ｇ１ｒは、第１ゲイン設定信号を示し、Ｖｒは溶接電圧設定信号を示し、Ｖｃｒは基準電圧設定信号を示す。Ｇ１ｒは、たとえば１０〜５０（Ａ／Ｖ）とすることができる。これは電圧偏差１Ｖに対して振幅中心電流設定信号Ｉｈｃｒの変化幅が１０〜５０Ａとなることを示す。
【００３４】
周波数設定回路ＦＨは、予め定めた周波数設定信号Ｆｈを出力する。振幅設定回路ＷＨは、予め定めた振幅設定信号Ｗｈを出力する。溶接電流設定回路ＩＲは、振幅中心電流設定信号Ｉｈｃｒ、周波数設定信号Ｆｈ及び振幅設定信号Ｗｈを入力として、溶接電流設定信号Ｉｒを出力する。電流誤差増幅回路ＥＩは、溶接電流設定信号Ｉｒと溶接電流検出信号Ｉｄとの誤差を増幅して、電流誤差増幅信号Ｅｉを出力する。
【００３５】
外部特性切換回路ＳＷは、タイマー信号Ｔｍ、電流誤差増幅信号Ｅｉ及び電圧誤差増幅信号Ｅｖを入力として受ける。
【００３６】
外部特性切換回路ＳＷは、タイマー信号Ｔｍがハイレベルのときは入力端子ａ側に切り換わり電流誤差増幅信号Ｅｉを誤差増幅信号Ｅａとして出力する。このときには電流誤差が電源主回路ＰＭにフィードバックされるので、定電流制御が行なわれる。
【００３７】
外部特性切換回路ＳＷは、タイマー信号Ｔｍがローレベルのときは入力端子ｂ側に切り換わり電圧誤差増幅信号Ｅｖを誤差増幅信号Ｅａとして出力する。これらのブロックによって、溶接電流Ｉｗが制御される。このときには電圧誤差が電源主回路ＰＭにフィードバックされるので、定電圧制御が行なわれる。
【００３８】
図２は、実施の形態１に係る溶接装置で溶接を行なう際の溶接電圧および溶接電流を示した動作波形図である。
【００３９】
図１、図２を参照して、溶接は、短絡期間Ｔｓとアーク期間とが繰返されることにより進行する。アーク期間は、初期の第１アーク期間Ｔａ１と、後期の第２アーク期間Ｔａ２とに分かれる。
【００４０】
時刻ｔ０〜ｔ２の短絡期間Ｔｓでは、溶接ワイヤ１と母材２とが接触して短絡電流が流れ溶接ワイヤ１の先端にジュール熱が発生し溶接ワイヤ１の先端部が高温となる。
【００４１】
時刻ｔ２で溶接ワイヤ１の先端部の溶滴が移行してアークが発生すると、電源制御装置１０４は、溶接電圧が急上昇したことに応じてアークが発生したことを判別する。これに応じて、電源制御装置１０４は、制御を定電流制御に切換え、第１アーク期間Ｔａ１に移行する。溶接電流は、ハイレベル電流（振幅中心は振幅中心電流Ｉｈｃｒ）まで上昇する。その後、一定期間溶接電流としてハイレベル電流が流される。このハイレベル電流は、アーク力による溶滴のせり上がりが発生しない程度の電流値に抑制される。この第１アーク期間Ｔａ１に流れる溶接電流をハイレベル電流と呼ぶ。
【００４２】
溶接装置１００にワイヤ送給速度または溶接電流（平均値）を設定すると、対応する推奨電圧（一元電圧）Ｖｃｒが定まる。これに対して、オペレータは溶接電圧設定信号Ｖｒによって設定電圧Ｖｒを設定することができる。
【００４３】
そして、電源制御装置１０４は、設定電圧Ｖｒ（溶接電圧設定信号Ｖｒに対応）と基準電圧Ｖｃｒ（基準電圧設定信号Ｖｃｒに対応）との電圧差に応じて、振幅中心電流Ｉｈｃｒを増減させる。
【００４４】
設定電圧Ｖｒが低いときは振幅中心電流Ｉｈｃｒを下げることによって、ワイヤがアーク期間初期（第１アーク期間Ｔａ１）に溶融しすぎることを防ぎ、アーク期間後半（第２アーク期間Ｔａ２）の定電圧制御で出力電圧が下がりやすくなる。
【００４５】
逆に、設定電圧Ｖｒが高いときは振幅中心電流Ｉｈｃｒを上げることによって、アーク期間初期（第１アーク期間Ｔａ１）にワイヤを十分溶融させ、アーク期間後半（第２アーク期間Ｔａ２）の定電圧制御で出力電圧が上がりやすくなる。
【００４６】
さらに図２の例では、ハイレベル電流に増減する波形（たとえば三角波）を重畳させている。なお、ハイレベル電流に増減する波形を重畳させない場合であっても上記のように振幅中心電流Ｉｈｃｒを増減させこれをハイレベル電流としてもよい。しかし、増減波形を重畳するとより一層高品質な溶接が得られる。
【００４７】
溶接ワイヤの溶融速度Ｖｍは、Ｖｍ＝αＩ＋βＩ2Ｒであらわされる。ここで、α，βは係数を示し、Ｉは溶接電流を示し、Ｒは溶接ワイヤがトーチ先端のコンタクトチップから突出している部分（突き出し長さ）の抵抗値を示す。溶接電流Ｉを増加させると溶接ワイヤの溶融速度Ｖｍも大きくなることが分かる。
【００４８】
しかし、溶接電流Ｉを増加すると溶滴に対して働く上向きのアーク力も増加する。アーク力は溶接電流Ｉの２乗に比例する。その一方で、溶滴には重力も働いているので、重力とアーク力がちょうど釣り合う電流値を境に、電流値が大きければ上向きの力が働き、電流値が小さければ下向きの力が働く。溶接電流Ｉに交流電流を重畳させると、溶滴には上向きの力と下向きの力が交互に働くことになる。本願発明者によれば、このように電流を増減させることにより上下向きの力を交互に溶滴に働かせた方が、全体的に電流を増加させて上向きの力を連続して溶滴に働かせるよりも溶滴が安定しており、スパッタを低減させることができることが分かった。そこで、本実施の形態では、第１アーク期間に電流を増減させて、溶滴の安定的かつ段階的な成長を図っている。
【００４９】
第１アーク期間Ｔａ１のうち時刻ｔ３〜ｔ６の期間には、以下に説明する三角波を振幅中心電流Ｉｈｃｒに重畳させる。
【００５０】
重畳する三角波は、振幅中心電流Ｉｈｃｒ（２００〜４００Ａ）を中心として、２．５ｋＨｚ〜５ｋＨｚの周波数、第１アーク期間Ｔａ１は、０．３ｍｓ〜３．０ｍｓとする。振幅は＋−５０〜１００Ａとする。例えば、振幅中心電流ＩｈｃｒをＩｈｃｒ＝４００Ａ、周波数をｆ＝４ｋＨｚ、第１アーク期間をＴａ１＝１．０ｍｓというように設定し、重畳する三角波は４周期というように設定しても良い。なお、重畳させる波形は三角波に限定されるものではなく、正弦波などの他の波形でも構わない。
【００５１】
以下、第１アーク期間Ｔａ１における溶接部分の状態について詳細に説明する。
（１）三角波の０〜１／２周期
図３は、図２のｔ＝ｔ３における溶接部分の状態を示した図である。ｔ＝ｔ３は、三角波の重畳が開始された時点である。
【００５２】
図３を参照して、溶接ワイヤ１の先端と母材２との間にはアーク３が発生している。アーク３による熱により溶接ワイヤ１の先端が加熱され先端部が溶融し、溶滴６が形成される。溶接ワイヤ１は送給装置によって母材２方向に送給される。
【００５３】
重畳した電流によってワイヤ溶融速度が増加し溶滴が大きくなり、溶滴にかかる力は１／４周期で最大となり、溶滴がアーク反力によってせり上がりが加速されようとする。しかし、１／２周期に向かって電流が減少するに伴いアーク反力も低下するので、せり上がりを防止することができる。
【００５４】
図４は、図２のｔ＝ｔ４における溶接部分の状態を示した図である。ｔ＝ｔ４は、三角波の１／２周期が経過した時点である。図４に示すように、溶接ワイヤ１の先端部の溶滴６は少し成長し、少しせり上がった状態となっている。
【００５５】
（２）三角波の１／２〜３／４周期
この期間は、電源制御装置１０４によって溶接電流が振幅中心電流Ｉｈｃｒよりも減少され、溶滴に対するアーク反力が更に下げられる。
【００５６】
（３）三角波の３／４〜１周期
三角波の３／４〜１周期では、三角波の下側ピーク値から振幅中心電流Ｉｈｃｒまで再び溶接電流を増加させる。
【００５７】
図５は、図２のｔ＝ｔ５における溶接部分の状態を示した図である。ｔ＝ｔ５は、三角波の１周期が経過した時点である。図５に示すように、アーク反力が低下したことにより、溶滴６に働く重力とアーク反力とがちょうどよいバランスとなる。これによって、溶滴６のせり上りが解消されて、溶滴６が垂れ下がった状態になる。
【００５８】
そして、（１）〜（３）で説明した三角波を所定回数繰返して振幅中心電流Ｉｈｃｒに重畳する。これにより、アーク反力によるせり上がりを防止させつつ徐々に溶滴サイズが増加されて、所望サイズの溶滴が形成されることになる。
【００５９】
なお、第１アーク期間Ｔａ１のインダクタンス値ＷＬ１は、三角波の重畳を容易に行なうために、次の第２アーク期間Ｔａ２（インダクタンス値はＷＬ１＋ＷＬ２）よりも小さくしている。
【００６０】
以下、第２アーク期間Ｔａ２における溶接部分の状態について詳細に説明する。
再び図２を参照して、時刻ｔ２において、第１アーク期間Ｔａ１が終了して第２アーク期間Ｔａ２に移行する。第２アーク期間Ｔａ２では、電源制御装置１０４は、電源回路１０２のインダクタンス値を大きくして、アーク長制御のために制御を定電流制御から定電圧制御に切換える。この切換は、図１では、外部特性切換回路ＳＷを端子ａから端子ｂに切換えることに相当する。インダクタンスが大きいので、溶接電流はアーク負荷に応じて緩やかに減少する。また、溶接電圧も緩やかに減少する。
【００６１】
図６は、図２のｔ＝ｔ７における溶接部分の状態を示した図である。
第１アーク期間Ｔａ１で形成された溶滴は、図６に示すように、せり上がることなく、第２アーク期間Ｔａ２において少し大きくなりながら、溶融池の方へ近づいていく。せり上がりによるアーク長の変化が防止されかつ定電圧制御によってアーク長が調整され、アーク力の変化が緩やかになるので、溶融池を振動させることが少ない。さらに溶接電流が緩やかに減少するので、母材への入熱が十分行なわれ、ビードの止端部のなじみが良くなる。
【００６２】
図２の時刻ｔ８において、溶滴が溶融池に接触して短絡が発生すると、溶接電圧が急降下する。図１の電源制御装置１０４は、この溶接電圧の急降下によって短絡を判別すると、溶接電流を所望の立ち上がり速度で増加させる。溶接電流の上昇によって溶滴の上部に電磁ピンチ力が働いてくびれが発生して、溶滴６が溶融池７へ移行する。
【００６３】
以上説明したように、実施の形態１に示した溶接方法は、低スパッタ制御を行なう炭酸ガスアーク溶接法であるが、パルスアーク溶接方法とは異なる。
【００６４】
すなわち、実施の形態１に示した溶接方法は、短絡状態とアーク状態を繰返す溶接方法である。このような溶接方法では、溶接速度を上げるため溶接電流を増加させるとグロビュール移行領域で溶接が行なわれ、短絡状態とアーク状態との繰返しが不規則になる。
【００６５】
そこで、実施の形態１に示した溶接方法では、一定期間の第１アーク期間Ｔａ１にハイレベル電流を出力し、この第１アーク期間Ｔａ１に定電流制御を行なって、交流電流、例えば、三角波、又は正弦波のように周期的に変化する一定周波数の低周波電流を重畳する。これによって、溶滴がアーク反力によってせり上がることを防止して、安定した溶滴の成長を実現することができる。
【００６６】
そして、ハイレベル電流の振幅中心を設定電圧Ｖｒ（溶接電圧設定信号Ｖｒに対応）と基準電圧Ｖｃｒ（基準電圧設定信号Ｖｃｒに対応）との電圧差に応じて、振幅中心電流Ｉｈｃｒを増減させる。
【００６７】
設定電圧Ｖｒが低いときは振幅中心電流Ｉｈｃｒを下げることによって、ワイヤがアーク期間初期（第１アーク期間Ｔａ１）に溶融しすぎることを防ぎ、アーク期間後半（第２アーク期間Ｔａ２）の定電圧制御で出力電圧が下がりやすくなる。
【００６８】
逆に、設定電圧Ｖｒが高いときは振幅中心電流Ｉｈｃｒを上げることによって、アーク期間初期（第１アーク期間Ｔａ１）にワイヤを十分溶融させ、アーク期間後半（第２アーク期間Ｔａ２）の定電圧制御で出力電圧が上がりやすくなる。
【００６９】
第１アーク期間Ｔａ１が経過すると、第２アーク期間Ｔａ２にアーク長制御を行なうために、溶接電源の制御を定電流制御から定電圧制御に切換える。溶接電源のリアクトルのインダクタンス値を第１アーク期間Ｔａ１よりも大きくして、溶接電流を緩やかに減少させる。これによって、アーク力の変化が緩やかになるので、溶融池を振動させることが少なくなる。さらに溶接電流が緩やかに減少するので、母材への入熱が十分行なわれ、ビードの止端部のなじみが良くなる。
【００７０】
上述した実施の形態１において、第２アーク期間Ｔａ２に溶接電源のリアクトルのインダクタンス値を第１アーク期間Ｔａ１よりも大きくするために、実際のリアクトルＷＬ２を挿入している。この代わりに、リアクトルを電子的に制御してインダクタンス値を大きくしてもよい。
【００７１】
上述した実施の形態１において、短絡期間Ｔｓでは、定電圧制御のままで電流を所望の値まで立ち上げたり、又は、定電流制御に切換えて電流を所望の値まで立ち上げたりしても良い。
【００７２】
また、上述した実施の形態１ではハイレベル電流に三角波を重畳させる例を示したが、三角波を重畳させない場合であっても、設定電圧Ｖｒと基準電圧Ｖｃｒとの電圧差に基づいてハイレベル電流を変化させても、アークが不安定になることを防ぐことができる。
【００７３】
［実施の形態２］
実施の形態１では、設定電圧Ｖｒと基準電圧Ｖｃｒとの電圧差に基づいてハイレベル電流の大きさを変化させたが、実施の形態２では、図２に示したハイレベル電流の期間（第１アーク期間Ｔａ１）を設定電圧Ｖｒと基準電圧Ｖｃｒとの電圧差に基づいて変化させる。
【００７４】
図７は、実施の形態２に係る溶接装置１００Ａの構成を示したブロック図である。以下の説明では、実施の形態１と異なる部分のみについて説明し、実施の形態１と同様な部分については同一の符号を付して説明は繰返さない。
【００７５】
図７を参照して、溶接装置１００Ａは、電源回路１０２と、電源制御装置１０４Ａと、ワイヤ送給装置１０６と、溶接トーチ４とを含む。
【００７６】
電源制御装置１０４Ａは、図１に示した電源制御装置１０４の構成において、ゲイン設定回路Ｇ１Ｒに代えてゲイン設定回路Ｇ２Ｒを含む。ゲイン設定回路Ｇ２Ｒは、予め定めた第２ゲイン設定信号Ｇ２ｒを出力する。ゲイン設定回路Ｇ２Ｒの出力はタイマー回路ＴＭに入力される。
【００７７】
図１においては、振幅中心電流設定回路ＩＨＣＲは、基準電圧誤差信号Ｅｃとに基づいて振幅中心電流設定信号Ｉｈｃｒを出力していたが、図７においては、振幅中心電流設定回路ＩＨＣＲは、予め定めた振幅中心電流設定信号Ｉｈｃｒを出力する。
【００７８】
また、電圧誤差回路ＥＣが出力する基準電圧誤差信号Ｅｃは、振幅中心電流設定回路ＩＨＣＲに入力される代わりにタイマー回路ＴＭに入力される。
【００７９】
タイマー回路ＴＭは、アーク検出信号Ａｄと第２ゲイン設定信号Ｇ２ｒと基準電圧誤差信号Ｅｃを入力として、アーク検出信号Ａｄがロウ（Ｌｏｗ）レベルである期間及びアーク検出信号Ａｄがハイレベルになってから第１アーク期間Ｔａ１だけハイレベルになるタイマー信号Ｔｍを出力する。第１アーク期間Ｔａ１は次の式（２）で示される。
Ｔａ１＝Ｔａ１０＋Ｇ２ｒ＊（Ｖｒ−Ｖｃｒ） …（２）
ここで、Ｔａ１は第１アーク期間を示し、Ｔａ１０は、基準電圧設定信号Ｖｃｒに対応する基準第１アーク期間を示し、Ｇ２ｒは第２ゲイン設定信号を示し、Ｖｒは溶接電圧設定信号を示し、Ｖｃｒは基準電圧設定信号を示す。なお、Ｇ２ｒは、たとえば１００〜５００（μｓ／Ｖ）とすることができる。これは電圧偏差１Ｖに対して第１アーク期間Ｔａ１の変化幅が１００〜５００μｓとなることを示す。
【００８０】
なお、電源制御装置１０４Ａの他の部分の構成は、図１に示した電源制御装置１０４と同様であるので説明は繰返さない。
【００８１】
実施の形態２の溶接装置１００Ａは、第１アーク期間Ｔａ１を設定電圧Ｖｒと基準電圧Ｖｃｒとの電圧差に基づいて変化させることによって、設定電圧Ｖｒを変化させた場合でも実施の形態１と同様にアークが不安定になるのを防ぐことができる。
【００８２】
［実施の形態３］
実施の形態１では、電圧差（Ｖｒ−Ｖｃｒ）に応じて振幅中心電流設定信号Ｉｈｃｒのみを増減させ、実施の形態２では、第１アーク期間Ｔａ１のみを増減させた。
【００８３】
実施の形態３では、電圧差に上下のしきい値を設けておき、しきい値までは振幅中心電流設定信号Ｉｈｃｒのみを増減させ、しきい値を超えた電圧差またはしきい値未満の電圧差については、第１アーク期間Ｔａ１のみを増減させる。
【００８４】
図８は、実施の形態３に係る溶接装置１００Ｂの構成を示したブロック図である。以下の説明では、実施の形態１と異なる部分のみについて説明し、実施の形態１と同様な部分については同一の符号を付して説明は繰返さない。
【００８５】
図８を参照して、溶接装置１００Ｂは、電源回路１０２と、電源制御装置１０４Ｂと、ワイヤ送給装置１０６と、溶接トーチ４とを含む。
【００８６】
電源制御装置１０４Ｂは、図１に示した電源制御装置１０４の構成に加えて、基準電圧誤差信号分配回路ＤＥＣと、ゲイン設定回路Ｇ２Ｒとを含む。ゲイン設定回路Ｇ２Ｒは、予め定めた第２ゲイン設定信号Ｇ２ｒを出力する。
【００８７】
基準電圧誤差信号分配回路ＤＥＣは、上限しきい値Ｔｖ１および下限しきい値Ｔｖ２と基準電圧誤差信号Ｅｃとを受けて、基準電圧誤差分配電流信号Ｅｒｉおよび基準電圧分配時間信号Ｅｒｔを出力する。
【００８８】
基準電圧誤差分配電流信号Ｅｒｉは、基準電圧誤差信号Ｅｃに代えて、第１ゲイン設定信号Ｇ１ｒとともに振幅中心電流設定回路ＩＨＣＲに入力される。
【００８９】
また、基準電圧分配時間信号Ｅｒｔは、第２ゲイン設定信号Ｇ２ｒとともにタイマー回路ＴＭに入力される。
【００９０】
振幅中心電流設定信号Ｉｈｃｒの基準振幅中心電流設定信号Ｉｈｃｒ０からの増加量の上限をＩｈ１とする。式（１）において増加量はＧ１ｒ＊（Ｖｒ−Ｖｃｒ）であるから、電圧差（Ｖｒ−Ｖｃｒ）の予め定めた上限しきい値Ｔｖ１は、次式（３）で表される。
Ｔｖ１＝Ｉｈ１／Ｇ１ｒ …（３）
たとえば、第１ゲイン設定信号Ｇ１ｒが１０Ａ／Ｖのとき、増加量の上限Ｉｈ１が５０Ａとすると、Ｔｖ１は５Ｖとなる。
【００９１】
基準電圧誤差信号分配回路ＤＥＣは、基準電圧誤差信号Ｅｃが上限しきい値Ｔｖ１に達するまでは、基準電圧誤差信号Ｅｃを基準電圧誤差分配電流信号Ｅｒｉとして出力する。この場合、実施の形態１と同様に式（１）に基づいてハイレベル電流の振幅中心が変更される。
【００９２】
また基準電圧誤差信号分配回路ＤＥＣは、基準電圧誤差信号Ｅｃが上限しきい値Ｔｖ１を超えたときは、上限しきい値Ｔｖ１を基準電圧誤差分配電流信号Ｅｒｉとして出力し、（基準電圧誤差信号Ｅｃ−上限しきい値Ｔｖ１）を基準電圧分配時間信号Ｅｒｔとして出力する。この場合、上限しきい値Ｔｖ１に対応する電圧分、ハイレベル電流の振幅中心が変更される。そして上限しきい値Ｔｖ１を超える変化分については、実施の形態２で説明したように第１アーク期間Ｔａ１が対応する時間だけ変更される。
【００９３】
また、振幅中心電流設定信号Ｉｈｃｒの基準振幅中心電流設定信号Ｉｈｃｒ０からの減少量の下限をＩｈ２とする。式（１）において増加量はＧ１ｒ＊（Ｖｒ−Ｖｃｒ）であるから、電圧差（Ｖｒ−Ｖｃｒ）の予め定めた下限しきい値Ｔｖ２は、次式（４）で表される。
Ｔｖ２＝Ｉｈ２／Ｇ１ｒ …（４）
基準電圧誤差信号分配回路ＤＥＣは、基準電圧誤差信号Ｅｃが下限しきい値Ｔｖ２に達するまでは、基準電圧誤差信号Ｅｃを基準電圧誤差分配電流信号Ｅｒｉとして出力する。この場合、実施の形態１と同様に式（１）に基づいてハイレベル電流の振幅中心が変更される。
【００９４】
また基準電圧誤差信号分配回路ＤＥＣは、基準電圧誤差信号Ｅｃが下限しきい値Ｔｖ２未満となったときは、下限しきい値Ｔｖ２を基準電圧誤差分配電流信号Ｅｒｉとして出力し、（基準電圧誤差信号Ｅｃ−下限しきい値Ｔｖ２）を基準電圧分配時間信号Ｖｒｔとして出力する。この場合、下限しきい値Ｔｖ２に対応する電圧分、ハイレベル電流の振幅中心が変更される。そして下限しきい値Ｔｖ２より低い変化分については、実施の形態２で説明したように第１アーク期間Ｔａ１が対応する時間だけ変更される。
【００９５】
実施の形態３では、実施の形態１で説明したハイレベル電流の振幅中心電流Ｉｈｃｒの増減と、実施の形態２で説明した第１アーク期間Ｔａ１の変更を、設定電圧の変動の度合いに合わせて組み合わせて用いることで、アークが不安定になるのを防止している。
【００９６】
なお実施の形態３では、電圧差が所定範囲であるときにハイレベル電流の振幅中心電流Ｉｈｃｒを増減させ、電圧差が所定範囲の外である場合に第１アーク期間Ｔａ１を変化させる例を示したが、振幅中心電流Ｉｈｃｒと第１アーク期間Ｔａ１を同時に変化させても良い。
【００９７】
［実施の形態４］
実施の形態４では、実施の形態１で説明した溶接方法に加え、アークが発生する前に溶滴のくびれを検出することによって、アークが発生する前に電流を下げてスパッタを低減させる。
【００９８】
図９は、実施の形態４に係る溶接装置１００Ｃの構成を示したブロック図である。以下の説明では、実施の形態１と異なる部分のみについて説明し、実施の形態１と同様な部分については同一の符号を付して説明は繰返さない。
【００９９】
図９を参照して、溶接装置１００Ｃは、電源回路１０２Ａと、電源制御装置１０４Ｃと、ワイヤ送給装置１０６と、溶接トーチ４とを含む。
【０１００】
電源回路１０２Ａは、図１に示した電源回路１０２の構成に加えて、トランジスタＴＲ２と限流抵抗器Ｒとを含む。トランジスタＴＲ２は電源主回路ＰＭの出力にリアクトルＷＬ１およびＷＬ２と直列に挿入される。トランジスタＴＲ２に並列に限流抵抗器Ｒが接続されている。電源回路１０２Ａの他の部分の構成は、図１の電源回路１０２と同様であるので説明は繰返さない。
【０１０１】
電源制御装置１０４Ｃは、図１に示した電源制御装置１０４の構成に加えて、くびれ検出回路ＮＤと、くびれ検出基準値設定回路ＶＴＮと、駆動回路ＤＲとを含む。電源制御装置１０４Ｃの他の部分の構成は、図１の電源制御装置１０４と同様であるので説明は繰返さない。
【０１０２】
図１０は、実施の形態４に係る溶接装置で溶接を行なう際の溶接電圧および溶接電流と制御信号とを示した動作波形図である。
【０１０３】
図１０の波形が、図２の実施の形態１の波形と異なる箇所は、時刻ｔ１ａにおいて、溶滴のくびれが検出されると溶接電流を減少させて、その後時刻ｔ２において、アークが発生するようにした点である。
【０１０４】
時刻ｔ２におけるアークが発生したときの電流値の大きさにスパッタの量は比例するので、アークが発生するときに電流値を下げておくとスパッタの発生を低減させることができる。
【０１０５】
図９、図１０を参照して、くびれ検出基準値設定回路ＶＴＮは、予め定めたくびれ検出基準値信号Ｖｔｎを出力する。くびれ検出回路ＮＤは、このくびれ検出基準値信号Ｖｔｎと、図１で説明した溶接電圧検出信号Ｖｄ及び溶接電流検出信号Ｉｄとを入力として、短絡期間中の電圧上昇値ΔＶがくびれ検出基準値信号Ｖｔｎの値に達した時点（時刻ｔ１ａ）でハイレベルとなり、アークが再発生して溶接電圧検出信号Ｖｄの値がアーク判別値Ｖｔａ以上になった時点（時刻ｔ２）でローレベルになるくびれ検出信号Ｎｄを出力する。したがって、このくびれ検出信号Ｎｄがハイレベルの期間がくびれ検出期間Ｔｎとなる。
【０１０６】
なお、短絡期間中の溶接電圧検出信号Ｖｄの微分値が、これに対応するように設定したくびれ検出基準値信号Ｖｔｎの値に達した時点で、くびれ検出信号Ｎｄをハイレベルに変化させるようにしても良い。さらに、溶接電圧検出信号Ｖｄの値を溶接電流検出信号Ｉｄの値で除算して溶滴の抵抗値を算出し、この抵抗値の微分値がこれに対応するように設定したくびれ検出基準値信号Ｖｔｎの値に達した時点で、くびれ検出信号Ｎｄをハイレベルに変化させるようにしても良い。くびれ検出信号Ｎｄは、電源主回路ＰＭに入力される。電源主回路ＰＭは、くびれ検出期間Ｔｎにおいては出力を停止する。
【０１０７】
駆動回路ＤＲは、このくびれ検出信号Ｎｄがローレベルのとき（非くびれ検出時）はトランジスタＴＲ２をオン状態にする駆動信号Ｄｒを出力する。くびれ検出期間Ｔｎにおいては駆動信号Ｄｒはローレベルであるので、トランジスタＴＲ２はオフ状態になる。この結果、限流抵抗器Ｒが溶接電流Ｉｗの通電路（電源主回路ＰＭから溶接トーチ４に至る経路）に挿入される。この限流抵抗器Ｒの値は、短絡負荷（０．０１〜０．０３Ω程度）の１０倍以上大きな値（０．５〜３Ω程度）に設定される。このために、溶接電源内の直流リアクトル及びケーブルのリアクトルに蓄積されたエネルギーが急放電されて、図１０の時刻ｔ１ａ〜ｔ２に示すように、溶接電流Ｉｗは急激に減少して小電流値となる。
【０１０８】
時刻ｔ２において、短絡が開放されてアークが再発生すると、溶接電圧Ｖｗが予め定めたアーク判別値Ｖｔａ以上になる。これを検出して、くびれ検出信号Ｎｄはローレベルになり、駆動信号Ｄｒはハイレベルになる。この結果、トランジスタＴＲ２はオン状態になり、以降は図２を用いて実施の形態１で説明したアーク溶接の制御となる。以降の第１アーク期間Ｔａ１と第２アーク期間Ｔａ２については、図２で説明しているので説明は繰返さない。
【０１０９】
実施の形態４に係る溶接装置は、アーク再発生時（時刻ｔ２）のアーク再発生時電流値を小さくすることができるので、実施の形態１で説明した溶接装置が奏する効果に加えて、アーク発生開始時のスパッタをさらに低減させることができる。
【０１１０】
なお、実施の形態４では、くびれを検出したときに溶接電流Ｉｗを急速に減少させる手段として、限流抵抗器Ｒを通電路に挿入する方法を説明した。これ以外の手段として、溶接装置の出力端子間にスイッチング素子を介してコンデンサを並列に接続し、くびれを検出するとスイッチング素子をオン状態にしコンデンサから放電電流を通電して溶接電流Ｉｗを急速に減少させる方法を用いても良い。
【０１１１】
［実施の形態５］
実施の形態５では、実施の形態２で説明した溶接方法に加え、アークが発生する前に溶滴のくびれを検出することによって、アークが発生する前に電流を下げてスパッタを低減させる。
【０１１２】
図１１は、実施の形態５に係る溶接装置１００Ｄの構成を示したブロック図である。以下の説明では、実施の形態２と異なる部分のみについて説明し、実施の形態２と同様な部分については同一の符号を付して説明は繰返さない。
【０１１３】
図１１を参照して、溶接装置１００Ｄは、電源回路１０２Ａと、電源制御装置１０４Ｄと、ワイヤ送給装置１０６と、溶接トーチ４とを含む。
【０１１４】
電源回路１０２Ａは、図７に示した電源回路１０２の構成に加えて、トランジスタＴＲ２と限流抵抗器Ｒとを含む。トランジスタＴＲ２は電源主回路ＰＭの出力にリアクトルＷＬ１およびＷＬ２と直列に挿入される。トランジスタＴＲ２に並列に限流抵抗器Ｒが接続されている。電源回路１０２Ａの他の部分の構成は、図７の電源回路１０２と同様であるので説明は繰返さない。
【０１１５】
電源制御装置１０４Ｄは、図７に示した電源制御装置１０４Ａの構成に加えて、くびれ検出回路ＮＤと、くびれ検出基準値設定回路ＶＴＮと、駆動回路ＤＲとを含む。電源制御装置１０４Ｃの他の部分の構成は、図７の電源制御装置１０４Ａと同様であるので説明は繰返さない。
【０１１６】
また、くびれ検出に関連するくびれ検出回路ＮＤと、くびれ検出基準値設定回路ＶＴＮと、駆動回路ＤＲの各々の動作については、実施の形態４で説明したので説明は繰返さない。
【０１１７】
実施の形態５の溶接装置１００Ｄも、アーク再発生時のアーク再発生時電流値を小さくすることができるので、実施の形態２で説明した溶接装置が奏する効果に加えて、アーク発生開始時のスパッタをさらに低減させることができる。
【０１１８】
［実施の形態６］
実施の形態６では、実施の形態３で説明した溶接方法に加え、アークが発生する前に溶滴のくびれを検出することによって、アークが発生する前に電流を下げてスパッタを低減させる。
【０１１９】
図１２は、実施の形態６に係る溶接装置１００Ｅの構成を示したブロック図である。以下の説明では、実施の形態３と異なる部分のみについて説明し、実施の形態３と同様な部分については同一の符号を付して説明は繰返さない。
【０１２０】
図１２を参照して、溶接装置１００Ｅは、電源回路１０２Ａと、電源制御装置１０４Ｅと、ワイヤ送給装置１０６と、溶接トーチ４とを含む。
【０１２１】
電源回路１０２Ａは、図８に示した電源回路１０２の構成に加えて、トランジスタＴＲ２と限流抵抗器Ｒとを含む。トランジスタＴＲ２は電源主回路ＰＭの出力にリアクトルＷＬ１およびＷＬ２と直列に挿入される。トランジスタＴＲ２に並列に限流抵抗器Ｒが接続されている。電源回路１０２Ａの他の部分の構成は、図８の電源回路１０２と同様であるので説明は繰返さない。
【０１２２】
電源制御装置１０４Ｅは、図８に示した電源制御装置１０４Ｂの構成に加えて、くびれ検出回路ＮＤと、くびれ検出基準値設定回路ＶＴＮと、駆動回路ＤＲとを含む。電源制御装置１０４Ｃの他の部分の構成は、図７の電源制御装置１０４Ｂと同様であるので説明は繰返さない。
【０１２３】
また、くびれ検出に関連するくびれ検出回路ＮＤと、くびれ検出基準値設定回路ＶＴＮと、駆動回路ＤＲの各々の動作については、実施の形態４で説明したので説明は繰返さない。
【０１２４】
実施の形態６の溶接装置１００Ｅも、アーク再発生時のアーク再発生時電流値を小さくすることができるので、実施の形態３で説明した溶接装置が奏する効果に加えて、アーク発生開始時のスパッタをさらに低減させることができる。
【０１２５】
なお実施の形態６では、電圧差が所定範囲であるときにハイレベル電流の振幅中心電流Ｉｈｃｒを増減させ、電圧差が所定範囲の外である場合に第１アーク期間Ｔａ１を変化させる例を示したが、振幅中心電流Ｉｈｃｒと第１アーク期間Ｔａ１を同時に変化させても良い。
【０１２６】
最後に、再び実施の形態１〜６について、図１等を参照して総括する。
実施の形態１〜６の溶接装置は、炭酸ガスをシールドガスに使用し、短絡状態とアーク状態とを交互に繰返す炭酸ガスアーク溶接方法によって溶接を行なう溶接装置である。溶接装置１００，１００Ａ〜１００Ｅは、トーチ４と母材２との間に電圧を与えるための電源回路１０２，１０２Ａと、電源回路１０２，１０２Ａの電圧を制御する電源制御装置１０４，１０４Ａ〜１０４Ｅとを備える。電源制御装置１０４，１０４Ａ〜１０４Ｅは、短絡期間の後に続くアーク期間の初期の第１アーク期間Ｔａ１にハイレベル電流が出力され、アーク期間の後期の第２アーク期間Ｔａ２に定電圧制御された溶接電圧に対応したアーク電流が出力されるように、電源回路１０２，１０２Ａを制御する。電源制御装置１０４，１０４Ａ〜１０４Ｅは、さらに、増減を繰返す波形を振幅中心電流に重畳してハイレベル電流が発生されるように電源回路１０２，１０２Ａを制御する。
【０１２７】
実施の形態１、４の電源制御装置１０４，１０４Ｃは、さらに、溶接電流の電流設定値に対応して推奨電圧値（基準電圧Ｖｃｒ）を算出し、推奨電圧値（基準電圧Ｖｃｒ）と溶接電圧の電圧設定値Ｖｒとの電圧差に応じて振幅中心電流Ｉｈｃｒを増減させる。
【０１２８】
実施の形態２、５の電源制御装置１０４Ａ，１０４Ｄは、さらに、溶接電流の電流設定値に対応して推奨電圧値（基準電圧Ｖｃｒ）を算出し、推奨電圧値（基準電圧Ｖｃｒ）と溶接電圧の電圧設定値Ｖｒとの電圧差に応じて第１アーク期間Ｔａ１を増減させる。
【０１２９】
実施の形態３、６の電源制御装置１０４Ｂ，１０４Ｅは、さらに、溶接電流の電流設定値に対応して推奨電圧値（基準電圧Ｖｃｒ）を算出し、推奨電圧値（基準電圧Ｖｃｒ）と溶接電圧の電圧設定値Ｖｒとの電圧差が第１の範囲（上限しきい値Ｔｈ１と下限しきい値Ｔｈ２の間）である場合には電圧差に応じて振幅中心電流を増減させ、電圧差が第１の範囲と異なる第２の範囲（上限しきい値Ｔｈ１より上、または下限しきい値Ｔｈ２より下）である場合には、電圧差に応じて第１アーク期間を増減させる。
【０１３０】
好ましくは、溶接装置１００、１００Ａ〜１００Ｅにおいて、増減を繰返す波形は、三角波または正弦波である。
【０１３１】
好ましくは、溶接装置１００Ｃ〜１００Ｅにおいて、電源制御装置１０４Ｃ〜１０４Ｅは、図１０で説明したように、短絡期間中に溶滴のくびれを検出した場合には短絡電流を減少させるくびれ検出制御を行なう。
【０１３２】
今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【符号の説明】
【０１３３】
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、６ 溶滴、７ 溶融池、１００，１００Ａ〜１００Ｅ 溶接装置、１０２，１０２Ａ 電源回路、１０４，１０４Ａ〜１０４Ｅ 電源制御装置、１０６ 送給装置、ＡＤ アーク検出回路、ＤＥＣ 基準電圧誤差信号分配回路、ＤＲ 駆動回路、ＥＣ 電圧誤差回路、ＥＶ 電圧誤差増幅回路、ＥＩ 電流誤差増幅回路、ＦＣ 送給制御回路、ＦＨ 周波数設定回路、ＦＲ 給速度設定回路、Ｇ１Ｒ，Ｇ２Ｒ ゲイン設定回路、ＩＤ 電流検出回路、ＩＨＣＲ 振幅中心電流設定回路、ＩＲ 溶接電流設定回路、ＮＡ ナンド回路、ＮＤ くびれ検出回路、ＮＯＴ 反転回路、Ｒ 限流抵抗器、ＳＷ 外部特性切換回路、ＴＭ タイマー回路、ＴＲ１，ＴＲ２ トランジスタ、ＶＡ 電圧平均化回路、ＶＣＲ 基準電圧設定回路、ＶＤ 電圧検出回路、ＶＲ 溶接電圧設定回路、ＶＴＮ 検出基準値設定回路、ＷＨ 振幅設定回路、ＷＬ１，ＷＬ２ リアクトル。
【技術分野】
【０００１】
この発明は、溶接装置に関し、特に炭酸ガスアーク溶接を行なう溶接装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
特公平４−４０７４号公報（特許文献１）には、消耗電極と母材との間で短絡とアーク発生とを繰返す消耗電極式アーク溶接方法が開示されている。この消耗電極式アーク溶接方法は、溶滴の形成過程と溶滴の母材への移行過程とを繰返す。
【０００３】
図１３は、短絡とアーク発生とを繰返す消耗電極式アーク溶接方法を説明するための図である。
【０００４】
図１３を参照して、短絡とアーク発生とを繰返す消耗電極式アーク溶接方法では、以下に説明する（ａ）〜（ｆ）の過程が順に繰返し実行される。（ａ）溶滴が溶融池と接触した短絡初期状態、（ｂ）溶滴と溶融池との接触が確実になって溶滴が溶融池に移行している短絡中期状態、（ｃ）溶滴が溶融池側へ移行して溶接ワイヤと溶融池との間の溶滴にくびれが生じた短絡後期状態、（ｄ）短絡が開放されてアークが発生した状態、（ｅ）溶接ワイヤの先端が溶融して溶滴が成長するアーク発生状態、（ｆ）溶滴が成長し溶融池と短絡する直前のアーク発生状態。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特公平４−４０７４号公報
【特許文献２】特許第４７０２３７５号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
特公平４−４０７４号公報で示された従来の短絡移行溶接では、アークと短絡とが規則的に発生する。しかし、高い電流（溶接ワイヤの直径が１．２ｍｍで２００Ａを超える電流）で炭酸ガスアーク溶接法によって溶接を行なう場合には、短絡を伴うグロビュール移行では、アーク反力によって溶滴がワイヤ上部にせり上がり、アーク時間が延びて周期的な短絡の発生が困難になり、アークと短絡とが不規則に発生する。
【０００７】
このように、短絡とアークとの周期が不規則に変動すると、短絡時の溶滴サイズが不定となり、ビード止端部の揃いが悪くなる。
【０００８】
また、高い電流は溶融池に対して不規則な位置に過大なアーク力を作用させるので溶融池を大きくかつ不規則に振動させ、特に溶融池を溶接方向と反対側に押し出すことでハンピングビードが発生し易くなる。
【０００９】
特に、生産性を向上させるために溶接スピードを高速にすることが求められており、高速溶接では上記の問題の影響による溶接品質の劣化が顕著に現れてくる。なお、溶接スピードを高速にするためには、単位溶着量を稼ぐためにワイヤ送給速度を速くする必要がある。それに伴い、溶接電流が高くなるという関係がある。
【００１０】
また、溶接装置は、設定電流またはワイヤ送給速度を設定すると、自動的に推奨電圧（一元電圧とも称する）が定まる機能を有するものが多い。これに対して溶接のできばえを見ながらオペレータが溶接電圧を推奨電圧とは異なるように設定することも多い。しかし、推奨電圧に対して設定電圧を極端に上下させるとアークが不安定になりやすい。
【００１１】
この発明の目的は、安定した溶滴の成長および安定したアークの発生を実現することができる溶接装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
この発明は、要約すると、炭酸ガスをシールドガスに使用し、短絡状態とアーク状態とを交互に繰返す炭酸ガスアーク溶接方法によって溶接を行なう溶接装置であって、トーチと母材との間に電圧を与えるための電源回路と、電源回路の電圧を制御する制御部とを備える。制御部は、短絡期間の後に続くアーク期間の初期の第１アーク期間にハイレベル電流が出力され、アーク期間の後期の第２アーク期間に定電圧制御された溶接電圧に対応したアーク電流が出力されるように、電源回路を制御する。制御部は、さらに、増減を繰返す波形を振幅中心電流に重畳してハイレベル電流が発生されるように電源回路を制御する。制御部は、さらに、溶接電流の電流設定値に対応して推奨電圧値を算出し、推奨電圧値と溶接電圧の電圧設定値との電圧差に応じて振幅中心電流を増減させる。
【００１３】
この発明は、他の局面では、炭酸ガスをシールドガスに使用し、短絡状態とアーク状態とを交互に繰返す炭酸ガスアーク溶接方法によって溶接を行なう溶接装置であって、トーチと母材との間に電圧を与えるための電源回路と、電源回路の電圧を制御する制御部とを備える。制御部は、短絡期間の後に続くアーク期間の初期の第１アーク期間にハイレベル電流が出力され、アーク期間の後期の第２アーク期間に定電圧制御された溶接電圧に対応したアーク電流が出力されるように、電源回路を制御する。制御部は、さらに、増減を繰返す波形を振幅中心電流に重畳してハイレベル電流が発生されるように電源回路を制御する。制御部は、さらに、溶接電流の電流設定値に対応して推奨電圧値を算出し、推奨電圧値と溶接電圧の電圧設定値との電圧差に応じて第１アーク期間を増減させる。
【００１４】
この発明はさらに他の局面では、炭酸ガスをシールドガスに使用し、短絡状態とアーク状態とを交互に繰返す炭酸ガスアーク溶接方法によって溶接を行なう溶接装置であって、トーチと母材との間に電圧を与えるための電源回路と、電源回路の電圧を制御する制御部とを備える。制御部は、短絡期間の後に続くアーク期間の初期の第１アーク期間にハイレベル電流が出力され、アーク期間の後期の第２アーク期間に定電圧制御された溶接電圧に対応したアーク電流が出力されるように、電源回路を制御する。制御部は、さらに、増減を繰返す波形を振幅中心電流に重畳してハイレベル電流が発生されるように電源回路を制御する。制御部は、さらに、溶接電流の電流設定値に対応して推奨電圧値を算出し、推奨電圧値と溶接電圧の電圧設定値との電圧差が第１の範囲である場合には電圧差に応じて振幅中心電流を増減させ、電圧差が第１の範囲と異なる第２の範囲である場合には、電圧差に応じて第１アーク期間を増減させる。
【００１５】
好ましくは、上記いずれかの溶接装置において、増減を繰返す波形は、三角波または正弦波である。
【００１６】
好ましくは、上記いずれかの溶接装置において、制御部は、短絡期間中に溶滴のくびれを検出した場合には短絡電流を減少させるくびれ検出制御を行なう。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、炭酸ガスアーク溶接方法において、アーク期間初期の電流に一定周波数かつ溶滴のサイズに合わせた振幅で増減する波形を重畳して電流を出力することによって、安定した溶滴の成長を実現することができる。これにより、アーク初期に不要な短絡が発生せず、高い溶接安定性を得ることができる。また、設定電圧を溶接装置が設定する推奨電圧から変更してもアークが不安定となることが防止される。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】実施の形態１に係る溶接装置のブロック図である。
【図２】実施の形態１に係る溶接装置で溶接を行なう際の溶接電圧および溶接電流を示した動作波形図である。
【図３】図２のｔ＝ｔ３における溶接部分の状態を示した図である。
【図４】図２のｔ＝ｔ４における溶接部分の状態を示した図である。
【図５】図２のｔ＝ｔ５における溶接部分の状態を示した図である。
【図６】図２のｔ＝ｔ７における溶接部分の状態を示した図である。
【図７】実施の形態２に係る溶接装置１００Ａの構成を示したブロック図である。
【図８】実施の形態３に係る溶接装置１００Ｂの構成を示したブロック図である。
【図９】実施の形態４に係る溶接装置１００Ｃの構成を示したブロック図である。
【図１０】実施の形態４に係る溶接装置で溶接を行なう際の溶接電圧および溶接電流と制御信号とを示した動作波形図である。
【図１１】実施の形態５に係る溶接装置１００Ｄの構成を示したブロック図である。
【図１２】実施の形態６に係る溶接装置１００Ｅの構成を示したブロック図である。
【図１３】短絡とアーク発生とを繰返す消耗電極式アーク溶接方法を説明するための図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら詳細に説明する。なお、図中同一または相当部分には同一の符号を付して、その説明は繰返さない。なお、本実施の形態で説明する溶接方法は、短絡状態とアーク状態を繰返す溶接方法であり、パルスアーク溶接方法とは異なる。
【００２０】
［実施の形態１］
図１は、実施の形態１に係る溶接装置のブロック図である。
【００２１】
図１を参照して、溶接装置１００は、電源回路１０２と、電源制御装置１０４と、ワイヤ送給装置１０６と、溶接トーチ４とを含む。
【００２２】
電源制御装置１０４は、電源回路１０２を制御して溶接トーチ４に出力される溶接電流Ｉｗおよび溶接電圧Ｖｗが溶接に適した値となるように制御する。
【００２３】
ワイヤ送給装置１０６は、溶接トーチ４に溶接ワイヤ１を送給する。図示しないが、炭酸ガスを主成分とするシールドガスが、溶接トーチ４の先端部分から放出される。溶接トーチ４の先端から突出した溶接ワイヤ１と母材２との間でアーク３が発生し、溶接ワイヤ１が溶融して母材２を溶接する。ワイヤ送給装置１０６は、送給速度設定回路ＦＲと、送給制御回路ＦＣと、送給モータＷＭと、送給ロール５とを含む。
【００２４】
電源回路１０２は、電源主回路ＰＭと、リアクトルＷＬ１およびＷＬ２と、トランジスタＴＲ１と、電圧検出回路ＶＤと、電流検出回路ＩＤとを含む。
【００２５】
電源主回路ＰＭは、３相２００Ｖ等の商用電源（図示せず）を入力として、後述する誤差増幅信号Ｅａに従ってインバータ制御による出力制御を行ない、アーク溶接に適した溶接電流Ｉｗ及び溶接電圧Ｖｗを出力する。図示しないが、電源主回路ＰＭは、例えば、商用電源を整流する１次整流器と、整流された直流を平滑するコンデンサと、平滑された直流を高周波交流に変換するインバータ回路と、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と、降圧された高周波交流を整流する２次整流器と、誤差増幅信号Ｅａを入力としてパルス幅変調制御を行ないこの結果に基づいて上記のインバータ回路を駆動する駆動回路とを含んで構成される。
【００２６】
リアクトルＷＬ１とリアクトルＷＬ２とは、電源主回路ＰＭの出力を平滑する。リアクトルＷＬ２には、並列にトランジスタＴＲ１が接続されている。トランジスタＴＲ１は、後に図２で説明する第２アーク期間にＬｏｗとなるナンド（ＮＡＮＤ）論理信号Ｎａに応じて、第２アーク期間Ｔａ２のみＯＦＦとなる。
【００２７】
送給速度設定回路ＦＲは、予め定められた定常送給速度設定値に相当する送給速度設定信号Ｆｒを出力する。送給制御回路ＦＣは、送給速度設定信号Ｆｒの値に相当する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を送給モータＷＭに出力する。溶接ワイヤ１は、ワイヤ送給装置１０６の送給ロール５の回転によって溶接トーチ４内を通って送給され、母材２との間にアーク３が発生する。
【００２８】
電流検出回路ＩＤは、溶接電流Ｉｗを検出して、溶接電流検出信号Ｉｄを出力する。電圧検出回路ＶＤは、溶接電圧Ｖｗを検出して、溶接電圧検出信号Ｖｄを出力する。
【００２９】
電源制御装置１０４は、アーク検出回路ＡＤと、タイマー回路ＴＭと、ナンド（ＮＡＮＤ）回路ＮＡと、反転回路ＮＯＴと、ゲイン設定回路Ｇ１Ｒと、振幅中心電流設定回路ＩＨＣＲと、周波数設定回路ＦＨと、振幅設定回路ＷＨと、溶接電流設定回路ＩＲと、電流誤差増幅回路ＥＩと、溶接電圧設定回路ＶＲと、基準電圧設定回路ＶＣＲと、電圧誤差増幅回路ＥＶおよびＥＣと、電圧平均化回路ＶＡと、外部特性切換回路ＳＷとを含んで構成される。
【００３０】
アーク検出回路ＡＤは、溶接電圧検出信号Ｖｄを入力として、溶接電圧検出信号Ｖｄの値がしきい値以上になったことによってアークの発生を判別するとハイ（Ｈｉｇｈ）レベルになるアーク検出信号Ａｄを出力する。タイマー回路ＴＭは、アーク検出信号Ａｄを入力として、アーク検出信号Ａｄがロー（Ｌｏｗ）レベルである期間及びアーク検出信号Ａｄがハイレベルになってから予め定めた期間ハイレベルになるタイマー信号Ｔｍを出力する。ナンド回路ＮＡは、タイマー信号Ｔｍが反転回路ＮＯＴによって反転された信号と、アーク検出信号Ａｄとを入力に受けて、ナンド論理信号Ｎａを出力する。
【００３１】
溶接電圧設定回路ＶＲは、オペレータ等によって設定される溶接電圧設定信号Ｖｒ（図２の電圧Ｖｒに相当する）を出力する。電圧平均化回路ＶＡは、溶接電圧検出信号Ｖｄを平均化した平均電圧検出信号Ｖａを出力する。電圧誤差増幅回路ＥＶは、溶接電圧設定信号Ｖｒと平均電圧検出信号Ｖａとの誤差を増幅して、電圧誤差増幅信号Ｅｖを出力する。
【００３２】
基準電圧設定回路ＶＣＲは、ワイヤ送給速度、溶接速度等の溶接条件に対応して適切なアーク長になるように予め定められている電圧設定値を示す基準電圧設定信号Ｖｃｒを出力する。この基準電圧設定信号Ｖｃｒは、一元電圧中心に相当する。電圧誤差回路ＥＣは、溶接電圧設定信号Ｖｒと基準電圧設定信号Ｖｃｒとの誤差を算出して、基準電圧誤差信号Ｅｃを出力する。
【００３３】
ゲイン設定回路Ｇ１Ｒは、予め定めた第１ゲイン設定信号Ｇ１ｒを出力する。振幅中心電流設定回路ＩＨＣＲは、第１ゲイン設定信号Ｇ１ｒと基準電圧誤差信号Ｅｃ（＝Ｖｒ−Ｖｃｒ）とを入力として、次式（１）に示される振幅中心電流設定信号Ｉｈｃｒを出力する。
Ｉｈｃｒ＝Ｉｈｃｒ０＋Ｇ１ｒ＊（Ｖｒ−Ｖｃｒ） …（１）
ここで、Ｉｈｃｒは振幅中心電流設定信号を示し、Ｉｈｃｒ０は、基準電圧設定信号Ｖｃｒに対応する基準振幅中心電流設定信号を示し、Ｇ１ｒは、第１ゲイン設定信号を示し、Ｖｒは溶接電圧設定信号を示し、Ｖｃｒは基準電圧設定信号を示す。Ｇ１ｒは、たとえば１０〜５０（Ａ／Ｖ）とすることができる。これは電圧偏差１Ｖに対して振幅中心電流設定信号Ｉｈｃｒの変化幅が１０〜５０Ａとなることを示す。
【００３４】
周波数設定回路ＦＨは、予め定めた周波数設定信号Ｆｈを出力する。振幅設定回路ＷＨは、予め定めた振幅設定信号Ｗｈを出力する。溶接電流設定回路ＩＲは、振幅中心電流設定信号Ｉｈｃｒ、周波数設定信号Ｆｈ及び振幅設定信号Ｗｈを入力として、溶接電流設定信号Ｉｒを出力する。電流誤差増幅回路ＥＩは、溶接電流設定信号Ｉｒと溶接電流検出信号Ｉｄとの誤差を増幅して、電流誤差増幅信号Ｅｉを出力する。
【００３５】
外部特性切換回路ＳＷは、タイマー信号Ｔｍ、電流誤差増幅信号Ｅｉ及び電圧誤差増幅信号Ｅｖを入力として受ける。
【００３６】
外部特性切換回路ＳＷは、タイマー信号Ｔｍがハイレベルのときは入力端子ａ側に切り換わり電流誤差増幅信号Ｅｉを誤差増幅信号Ｅａとして出力する。このときには電流誤差が電源主回路ＰＭにフィードバックされるので、定電流制御が行なわれる。
【００３７】
外部特性切換回路ＳＷは、タイマー信号Ｔｍがローレベルのときは入力端子ｂ側に切り換わり電圧誤差増幅信号Ｅｖを誤差増幅信号Ｅａとして出力する。これらのブロックによって、溶接電流Ｉｗが制御される。このときには電圧誤差が電源主回路ＰＭにフィードバックされるので、定電圧制御が行なわれる。
【００３８】
図２は、実施の形態１に係る溶接装置で溶接を行なう際の溶接電圧および溶接電流を示した動作波形図である。
【００３９】
図１、図２を参照して、溶接は、短絡期間Ｔｓとアーク期間とが繰返されることにより進行する。アーク期間は、初期の第１アーク期間Ｔａ１と、後期の第２アーク期間Ｔａ２とに分かれる。
【００４０】
時刻ｔ０〜ｔ２の短絡期間Ｔｓでは、溶接ワイヤ１と母材２とが接触して短絡電流が流れ溶接ワイヤ１の先端にジュール熱が発生し溶接ワイヤ１の先端部が高温となる。
【００４１】
時刻ｔ２で溶接ワイヤ１の先端部の溶滴が移行してアークが発生すると、電源制御装置１０４は、溶接電圧が急上昇したことに応じてアークが発生したことを判別する。これに応じて、電源制御装置１０４は、制御を定電流制御に切換え、第１アーク期間Ｔａ１に移行する。溶接電流は、ハイレベル電流（振幅中心は振幅中心電流Ｉｈｃｒ）まで上昇する。その後、一定期間溶接電流としてハイレベル電流が流される。このハイレベル電流は、アーク力による溶滴のせり上がりが発生しない程度の電流値に抑制される。この第１アーク期間Ｔａ１に流れる溶接電流をハイレベル電流と呼ぶ。
【００４２】
溶接装置１００にワイヤ送給速度または溶接電流（平均値）を設定すると、対応する推奨電圧（一元電圧）Ｖｃｒが定まる。これに対して、オペレータは溶接電圧設定信号Ｖｒによって設定電圧Ｖｒを設定することができる。
【００４３】
そして、電源制御装置１０４は、設定電圧Ｖｒ（溶接電圧設定信号Ｖｒに対応）と基準電圧Ｖｃｒ（基準電圧設定信号Ｖｃｒに対応）との電圧差に応じて、振幅中心電流Ｉｈｃｒを増減させる。
【００４４】
設定電圧Ｖｒが低いときは振幅中心電流Ｉｈｃｒを下げることによって、ワイヤがアーク期間初期（第１アーク期間Ｔａ１）に溶融しすぎることを防ぎ、アーク期間後半（第２アーク期間Ｔａ２）の定電圧制御で出力電圧が下がりやすくなる。
【００４５】
逆に、設定電圧Ｖｒが高いときは振幅中心電流Ｉｈｃｒを上げることによって、アーク期間初期（第１アーク期間Ｔａ１）にワイヤを十分溶融させ、アーク期間後半（第２アーク期間Ｔａ２）の定電圧制御で出力電圧が上がりやすくなる。
【００４６】
さらに図２の例では、ハイレベル電流に増減する波形（たとえば三角波）を重畳させている。なお、ハイレベル電流に増減する波形を重畳させない場合であっても上記のように振幅中心電流Ｉｈｃｒを増減させこれをハイレベル電流としてもよい。しかし、増減波形を重畳するとより一層高品質な溶接が得られる。
【００４７】
溶接ワイヤの溶融速度Ｖｍは、Ｖｍ＝αＩ＋βＩ2Ｒであらわされる。ここで、α，βは係数を示し、Ｉは溶接電流を示し、Ｒは溶接ワイヤがトーチ先端のコンタクトチップから突出している部分（突き出し長さ）の抵抗値を示す。溶接電流Ｉを増加させると溶接ワイヤの溶融速度Ｖｍも大きくなることが分かる。
【００４８】
しかし、溶接電流Ｉを増加すると溶滴に対して働く上向きのアーク力も増加する。アーク力は溶接電流Ｉの２乗に比例する。その一方で、溶滴には重力も働いているので、重力とアーク力がちょうど釣り合う電流値を境に、電流値が大きければ上向きの力が働き、電流値が小さければ下向きの力が働く。溶接電流Ｉに交流電流を重畳させると、溶滴には上向きの力と下向きの力が交互に働くことになる。本願発明者によれば、このように電流を増減させることにより上下向きの力を交互に溶滴に働かせた方が、全体的に電流を増加させて上向きの力を連続して溶滴に働かせるよりも溶滴が安定しており、スパッタを低減させることができることが分かった。そこで、本実施の形態では、第１アーク期間に電流を増減させて、溶滴の安定的かつ段階的な成長を図っている。
【００４９】
第１アーク期間Ｔａ１のうち時刻ｔ３〜ｔ６の期間には、以下に説明する三角波を振幅中心電流Ｉｈｃｒに重畳させる。
【００５０】
重畳する三角波は、振幅中心電流Ｉｈｃｒ（２００〜４００Ａ）を中心として、２．５ｋＨｚ〜５ｋＨｚの周波数、第１アーク期間Ｔａ１は、０．３ｍｓ〜３．０ｍｓとする。振幅は＋−５０〜１００Ａとする。例えば、振幅中心電流ＩｈｃｒをＩｈｃｒ＝４００Ａ、周波数をｆ＝４ｋＨｚ、第１アーク期間をＴａ１＝１．０ｍｓというように設定し、重畳する三角波は４周期というように設定しても良い。なお、重畳させる波形は三角波に限定されるものではなく、正弦波などの他の波形でも構わない。
【００５１】
以下、第１アーク期間Ｔａ１における溶接部分の状態について詳細に説明する。
（１）三角波の０〜１／２周期
図３は、図２のｔ＝ｔ３における溶接部分の状態を示した図である。ｔ＝ｔ３は、三角波の重畳が開始された時点である。
【００５２】
図３を参照して、溶接ワイヤ１の先端と母材２との間にはアーク３が発生している。アーク３による熱により溶接ワイヤ１の先端が加熱され先端部が溶融し、溶滴６が形成される。溶接ワイヤ１は送給装置によって母材２方向に送給される。
【００５３】
重畳した電流によってワイヤ溶融速度が増加し溶滴が大きくなり、溶滴にかかる力は１／４周期で最大となり、溶滴がアーク反力によってせり上がりが加速されようとする。しかし、１／２周期に向かって電流が減少するに伴いアーク反力も低下するので、せり上がりを防止することができる。
【００５４】
図４は、図２のｔ＝ｔ４における溶接部分の状態を示した図である。ｔ＝ｔ４は、三角波の１／２周期が経過した時点である。図４に示すように、溶接ワイヤ１の先端部の溶滴６は少し成長し、少しせり上がった状態となっている。
【００５５】
（２）三角波の１／２〜３／４周期
この期間は、電源制御装置１０４によって溶接電流が振幅中心電流Ｉｈｃｒよりも減少され、溶滴に対するアーク反力が更に下げられる。
【００５６】
（３）三角波の３／４〜１周期
三角波の３／４〜１周期では、三角波の下側ピーク値から振幅中心電流Ｉｈｃｒまで再び溶接電流を増加させる。
【００５７】
図５は、図２のｔ＝ｔ５における溶接部分の状態を示した図である。ｔ＝ｔ５は、三角波の１周期が経過した時点である。図５に示すように、アーク反力が低下したことにより、溶滴６に働く重力とアーク反力とがちょうどよいバランスとなる。これによって、溶滴６のせり上りが解消されて、溶滴６が垂れ下がった状態になる。
【００５８】
そして、（１）〜（３）で説明した三角波を所定回数繰返して振幅中心電流Ｉｈｃｒに重畳する。これにより、アーク反力によるせり上がりを防止させつつ徐々に溶滴サイズが増加されて、所望サイズの溶滴が形成されることになる。
【００５９】
なお、第１アーク期間Ｔａ１のインダクタンス値ＷＬ１は、三角波の重畳を容易に行なうために、次の第２アーク期間Ｔａ２（インダクタンス値はＷＬ１＋ＷＬ２）よりも小さくしている。
【００６０】
以下、第２アーク期間Ｔａ２における溶接部分の状態について詳細に説明する。
再び図２を参照して、時刻ｔ２において、第１アーク期間Ｔａ１が終了して第２アーク期間Ｔａ２に移行する。第２アーク期間Ｔａ２では、電源制御装置１０４は、電源回路１０２のインダクタンス値を大きくして、アーク長制御のために制御を定電流制御から定電圧制御に切換える。この切換は、図１では、外部特性切換回路ＳＷを端子ａから端子ｂに切換えることに相当する。インダクタンスが大きいので、溶接電流はアーク負荷に応じて緩やかに減少する。また、溶接電圧も緩やかに減少する。
【００６１】
図６は、図２のｔ＝ｔ７における溶接部分の状態を示した図である。
第１アーク期間Ｔａ１で形成された溶滴は、図６に示すように、せり上がることなく、第２アーク期間Ｔａ２において少し大きくなりながら、溶融池の方へ近づいていく。せり上がりによるアーク長の変化が防止されかつ定電圧制御によってアーク長が調整され、アーク力の変化が緩やかになるので、溶融池を振動させることが少ない。さらに溶接電流が緩やかに減少するので、母材への入熱が十分行なわれ、ビードの止端部のなじみが良くなる。
【００６２】
図２の時刻ｔ８において、溶滴が溶融池に接触して短絡が発生すると、溶接電圧が急降下する。図１の電源制御装置１０４は、この溶接電圧の急降下によって短絡を判別すると、溶接電流を所望の立ち上がり速度で増加させる。溶接電流の上昇によって溶滴の上部に電磁ピンチ力が働いてくびれが発生して、溶滴６が溶融池７へ移行する。
【００６３】
以上説明したように、実施の形態１に示した溶接方法は、低スパッタ制御を行なう炭酸ガスアーク溶接法であるが、パルスアーク溶接方法とは異なる。
【００６４】
すなわち、実施の形態１に示した溶接方法は、短絡状態とアーク状態を繰返す溶接方法である。このような溶接方法では、溶接速度を上げるため溶接電流を増加させるとグロビュール移行領域で溶接が行なわれ、短絡状態とアーク状態との繰返しが不規則になる。
【００６５】
そこで、実施の形態１に示した溶接方法では、一定期間の第１アーク期間Ｔａ１にハイレベル電流を出力し、この第１アーク期間Ｔａ１に定電流制御を行なって、交流電流、例えば、三角波、又は正弦波のように周期的に変化する一定周波数の低周波電流を重畳する。これによって、溶滴がアーク反力によってせり上がることを防止して、安定した溶滴の成長を実現することができる。
【００６６】
そして、ハイレベル電流の振幅中心を設定電圧Ｖｒ（溶接電圧設定信号Ｖｒに対応）と基準電圧Ｖｃｒ（基準電圧設定信号Ｖｃｒに対応）との電圧差に応じて、振幅中心電流Ｉｈｃｒを増減させる。
【００６７】
設定電圧Ｖｒが低いときは振幅中心電流Ｉｈｃｒを下げることによって、ワイヤがアーク期間初期（第１アーク期間Ｔａ１）に溶融しすぎることを防ぎ、アーク期間後半（第２アーク期間Ｔａ２）の定電圧制御で出力電圧が下がりやすくなる。
【００６８】
逆に、設定電圧Ｖｒが高いときは振幅中心電流Ｉｈｃｒを上げることによって、アーク期間初期（第１アーク期間Ｔａ１）にワイヤを十分溶融させ、アーク期間後半（第２アーク期間Ｔａ２）の定電圧制御で出力電圧が上がりやすくなる。
【００６９】
第１アーク期間Ｔａ１が経過すると、第２アーク期間Ｔａ２にアーク長制御を行なうために、溶接電源の制御を定電流制御から定電圧制御に切換える。溶接電源のリアクトルのインダクタンス値を第１アーク期間Ｔａ１よりも大きくして、溶接電流を緩やかに減少させる。これによって、アーク力の変化が緩やかになるので、溶融池を振動させることが少なくなる。さらに溶接電流が緩やかに減少するので、母材への入熱が十分行なわれ、ビードの止端部のなじみが良くなる。
【００７０】
上述した実施の形態１において、第２アーク期間Ｔａ２に溶接電源のリアクトルのインダクタンス値を第１アーク期間Ｔａ１よりも大きくするために、実際のリアクトルＷＬ２を挿入している。この代わりに、リアクトルを電子的に制御してインダクタンス値を大きくしてもよい。
【００７１】
上述した実施の形態１において、短絡期間Ｔｓでは、定電圧制御のままで電流を所望の値まで立ち上げたり、又は、定電流制御に切換えて電流を所望の値まで立ち上げたりしても良い。
【００７２】
また、上述した実施の形態１ではハイレベル電流に三角波を重畳させる例を示したが、三角波を重畳させない場合であっても、設定電圧Ｖｒと基準電圧Ｖｃｒとの電圧差に基づいてハイレベル電流を変化させても、アークが不安定になることを防ぐことができる。
【００７３】
［実施の形態２］
実施の形態１では、設定電圧Ｖｒと基準電圧Ｖｃｒとの電圧差に基づいてハイレベル電流の大きさを変化させたが、実施の形態２では、図２に示したハイレベル電流の期間（第１アーク期間Ｔａ１）を設定電圧Ｖｒと基準電圧Ｖｃｒとの電圧差に基づいて変化させる。
【００７４】
図７は、実施の形態２に係る溶接装置１００Ａの構成を示したブロック図である。以下の説明では、実施の形態１と異なる部分のみについて説明し、実施の形態１と同様な部分については同一の符号を付して説明は繰返さない。
【００７５】
図７を参照して、溶接装置１００Ａは、電源回路１０２と、電源制御装置１０４Ａと、ワイヤ送給装置１０６と、溶接トーチ４とを含む。
【００７６】
電源制御装置１０４Ａは、図１に示した電源制御装置１０４の構成において、ゲイン設定回路Ｇ１Ｒに代えてゲイン設定回路Ｇ２Ｒを含む。ゲイン設定回路Ｇ２Ｒは、予め定めた第２ゲイン設定信号Ｇ２ｒを出力する。ゲイン設定回路Ｇ２Ｒの出力はタイマー回路ＴＭに入力される。
【００７７】
図１においては、振幅中心電流設定回路ＩＨＣＲは、基準電圧誤差信号Ｅｃとに基づいて振幅中心電流設定信号Ｉｈｃｒを出力していたが、図７においては、振幅中心電流設定回路ＩＨＣＲは、予め定めた振幅中心電流設定信号Ｉｈｃｒを出力する。
【００７８】
また、電圧誤差回路ＥＣが出力する基準電圧誤差信号Ｅｃは、振幅中心電流設定回路ＩＨＣＲに入力される代わりにタイマー回路ＴＭに入力される。
【００７９】
タイマー回路ＴＭは、アーク検出信号Ａｄと第２ゲイン設定信号Ｇ２ｒと基準電圧誤差信号Ｅｃを入力として、アーク検出信号Ａｄがロウ（Ｌｏｗ）レベルである期間及びアーク検出信号Ａｄがハイレベルになってから第１アーク期間Ｔａ１だけハイレベルになるタイマー信号Ｔｍを出力する。第１アーク期間Ｔａ１は次の式（２）で示される。
Ｔａ１＝Ｔａ１０＋Ｇ２ｒ＊（Ｖｒ−Ｖｃｒ） …（２）
ここで、Ｔａ１は第１アーク期間を示し、Ｔａ１０は、基準電圧設定信号Ｖｃｒに対応する基準第１アーク期間を示し、Ｇ２ｒは第２ゲイン設定信号を示し、Ｖｒは溶接電圧設定信号を示し、Ｖｃｒは基準電圧設定信号を示す。なお、Ｇ２ｒは、たとえば１００〜５００（μｓ／Ｖ）とすることができる。これは電圧偏差１Ｖに対して第１アーク期間Ｔａ１の変化幅が１００〜５００μｓとなることを示す。
【００８０】
なお、電源制御装置１０４Ａの他の部分の構成は、図１に示した電源制御装置１０４と同様であるので説明は繰返さない。
【００８１】
実施の形態２の溶接装置１００Ａは、第１アーク期間Ｔａ１を設定電圧Ｖｒと基準電圧Ｖｃｒとの電圧差に基づいて変化させることによって、設定電圧Ｖｒを変化させた場合でも実施の形態１と同様にアークが不安定になるのを防ぐことができる。
【００８２】
［実施の形態３］
実施の形態１では、電圧差（Ｖｒ−Ｖｃｒ）に応じて振幅中心電流設定信号Ｉｈｃｒのみを増減させ、実施の形態２では、第１アーク期間Ｔａ１のみを増減させた。
【００８３】
実施の形態３では、電圧差に上下のしきい値を設けておき、しきい値までは振幅中心電流設定信号Ｉｈｃｒのみを増減させ、しきい値を超えた電圧差またはしきい値未満の電圧差については、第１アーク期間Ｔａ１のみを増減させる。
【００８４】
図８は、実施の形態３に係る溶接装置１００Ｂの構成を示したブロック図である。以下の説明では、実施の形態１と異なる部分のみについて説明し、実施の形態１と同様な部分については同一の符号を付して説明は繰返さない。
【００８５】
図８を参照して、溶接装置１００Ｂは、電源回路１０２と、電源制御装置１０４Ｂと、ワイヤ送給装置１０６と、溶接トーチ４とを含む。
【００８６】
電源制御装置１０４Ｂは、図１に示した電源制御装置１０４の構成に加えて、基準電圧誤差信号分配回路ＤＥＣと、ゲイン設定回路Ｇ２Ｒとを含む。ゲイン設定回路Ｇ２Ｒは、予め定めた第２ゲイン設定信号Ｇ２ｒを出力する。
【００８７】
基準電圧誤差信号分配回路ＤＥＣは、上限しきい値Ｔｖ１および下限しきい値Ｔｖ２と基準電圧誤差信号Ｅｃとを受けて、基準電圧誤差分配電流信号Ｅｒｉおよび基準電圧分配時間信号Ｅｒｔを出力する。
【００８８】
基準電圧誤差分配電流信号Ｅｒｉは、基準電圧誤差信号Ｅｃに代えて、第１ゲイン設定信号Ｇ１ｒとともに振幅中心電流設定回路ＩＨＣＲに入力される。
【００８９】
また、基準電圧分配時間信号Ｅｒｔは、第２ゲイン設定信号Ｇ２ｒとともにタイマー回路ＴＭに入力される。
【００９０】
振幅中心電流設定信号Ｉｈｃｒの基準振幅中心電流設定信号Ｉｈｃｒ０からの増加量の上限をＩｈ１とする。式（１）において増加量はＧ１ｒ＊（Ｖｒ−Ｖｃｒ）であるから、電圧差（Ｖｒ−Ｖｃｒ）の予め定めた上限しきい値Ｔｖ１は、次式（３）で表される。
Ｔｖ１＝Ｉｈ１／Ｇ１ｒ …（３）
たとえば、第１ゲイン設定信号Ｇ１ｒが１０Ａ／Ｖのとき、増加量の上限Ｉｈ１が５０Ａとすると、Ｔｖ１は５Ｖとなる。
【００９１】
基準電圧誤差信号分配回路ＤＥＣは、基準電圧誤差信号Ｅｃが上限しきい値Ｔｖ１に達するまでは、基準電圧誤差信号Ｅｃを基準電圧誤差分配電流信号Ｅｒｉとして出力する。この場合、実施の形態１と同様に式（１）に基づいてハイレベル電流の振幅中心が変更される。
【００９２】
また基準電圧誤差信号分配回路ＤＥＣは、基準電圧誤差信号Ｅｃが上限しきい値Ｔｖ１を超えたときは、上限しきい値Ｔｖ１を基準電圧誤差分配電流信号Ｅｒｉとして出力し、（基準電圧誤差信号Ｅｃ−上限しきい値Ｔｖ１）を基準電圧分配時間信号Ｅｒｔとして出力する。この場合、上限しきい値Ｔｖ１に対応する電圧分、ハイレベル電流の振幅中心が変更される。そして上限しきい値Ｔｖ１を超える変化分については、実施の形態２で説明したように第１アーク期間Ｔａ１が対応する時間だけ変更される。
【００９３】
また、振幅中心電流設定信号Ｉｈｃｒの基準振幅中心電流設定信号Ｉｈｃｒ０からの減少量の下限をＩｈ２とする。式（１）において増加量はＧ１ｒ＊（Ｖｒ−Ｖｃｒ）であるから、電圧差（Ｖｒ−Ｖｃｒ）の予め定めた下限しきい値Ｔｖ２は、次式（４）で表される。
Ｔｖ２＝Ｉｈ２／Ｇ１ｒ …（４）
基準電圧誤差信号分配回路ＤＥＣは、基準電圧誤差信号Ｅｃが下限しきい値Ｔｖ２に達するまでは、基準電圧誤差信号Ｅｃを基準電圧誤差分配電流信号Ｅｒｉとして出力する。この場合、実施の形態１と同様に式（１）に基づいてハイレベル電流の振幅中心が変更される。
【００９４】
また基準電圧誤差信号分配回路ＤＥＣは、基準電圧誤差信号Ｅｃが下限しきい値Ｔｖ２未満となったときは、下限しきい値Ｔｖ２を基準電圧誤差分配電流信号Ｅｒｉとして出力し、（基準電圧誤差信号Ｅｃ−下限しきい値Ｔｖ２）を基準電圧分配時間信号Ｖｒｔとして出力する。この場合、下限しきい値Ｔｖ２に対応する電圧分、ハイレベル電流の振幅中心が変更される。そして下限しきい値Ｔｖ２より低い変化分については、実施の形態２で説明したように第１アーク期間Ｔａ１が対応する時間だけ変更される。
【００９５】
実施の形態３では、実施の形態１で説明したハイレベル電流の振幅中心電流Ｉｈｃｒの増減と、実施の形態２で説明した第１アーク期間Ｔａ１の変更を、設定電圧の変動の度合いに合わせて組み合わせて用いることで、アークが不安定になるのを防止している。
【００９６】
なお実施の形態３では、電圧差が所定範囲であるときにハイレベル電流の振幅中心電流Ｉｈｃｒを増減させ、電圧差が所定範囲の外である場合に第１アーク期間Ｔａ１を変化させる例を示したが、振幅中心電流Ｉｈｃｒと第１アーク期間Ｔａ１を同時に変化させても良い。
【００９７】
［実施の形態４］
実施の形態４では、実施の形態１で説明した溶接方法に加え、アークが発生する前に溶滴のくびれを検出することによって、アークが発生する前に電流を下げてスパッタを低減させる。
【００９８】
図９は、実施の形態４に係る溶接装置１００Ｃの構成を示したブロック図である。以下の説明では、実施の形態１と異なる部分のみについて説明し、実施の形態１と同様な部分については同一の符号を付して説明は繰返さない。
【００９９】
図９を参照して、溶接装置１００Ｃは、電源回路１０２Ａと、電源制御装置１０４Ｃと、ワイヤ送給装置１０６と、溶接トーチ４とを含む。
【０１００】
電源回路１０２Ａは、図１に示した電源回路１０２の構成に加えて、トランジスタＴＲ２と限流抵抗器Ｒとを含む。トランジスタＴＲ２は電源主回路ＰＭの出力にリアクトルＷＬ１およびＷＬ２と直列に挿入される。トランジスタＴＲ２に並列に限流抵抗器Ｒが接続されている。電源回路１０２Ａの他の部分の構成は、図１の電源回路１０２と同様であるので説明は繰返さない。
【０１０１】
電源制御装置１０４Ｃは、図１に示した電源制御装置１０４の構成に加えて、くびれ検出回路ＮＤと、くびれ検出基準値設定回路ＶＴＮと、駆動回路ＤＲとを含む。電源制御装置１０４Ｃの他の部分の構成は、図１の電源制御装置１０４と同様であるので説明は繰返さない。
【０１０２】
図１０は、実施の形態４に係る溶接装置で溶接を行なう際の溶接電圧および溶接電流と制御信号とを示した動作波形図である。
【０１０３】
図１０の波形が、図２の実施の形態１の波形と異なる箇所は、時刻ｔ１ａにおいて、溶滴のくびれが検出されると溶接電流を減少させて、その後時刻ｔ２において、アークが発生するようにした点である。
【０１０４】
時刻ｔ２におけるアークが発生したときの電流値の大きさにスパッタの量は比例するので、アークが発生するときに電流値を下げておくとスパッタの発生を低減させることができる。
【０１０５】
図９、図１０を参照して、くびれ検出基準値設定回路ＶＴＮは、予め定めたくびれ検出基準値信号Ｖｔｎを出力する。くびれ検出回路ＮＤは、このくびれ検出基準値信号Ｖｔｎと、図１で説明した溶接電圧検出信号Ｖｄ及び溶接電流検出信号Ｉｄとを入力として、短絡期間中の電圧上昇値ΔＶがくびれ検出基準値信号Ｖｔｎの値に達した時点（時刻ｔ１ａ）でハイレベルとなり、アークが再発生して溶接電圧検出信号Ｖｄの値がアーク判別値Ｖｔａ以上になった時点（時刻ｔ２）でローレベルになるくびれ検出信号Ｎｄを出力する。したがって、このくびれ検出信号Ｎｄがハイレベルの期間がくびれ検出期間Ｔｎとなる。
【０１０６】
なお、短絡期間中の溶接電圧検出信号Ｖｄの微分値が、これに対応するように設定したくびれ検出基準値信号Ｖｔｎの値に達した時点で、くびれ検出信号Ｎｄをハイレベルに変化させるようにしても良い。さらに、溶接電圧検出信号Ｖｄの値を溶接電流検出信号Ｉｄの値で除算して溶滴の抵抗値を算出し、この抵抗値の微分値がこれに対応するように設定したくびれ検出基準値信号Ｖｔｎの値に達した時点で、くびれ検出信号Ｎｄをハイレベルに変化させるようにしても良い。くびれ検出信号Ｎｄは、電源主回路ＰＭに入力される。電源主回路ＰＭは、くびれ検出期間Ｔｎにおいては出力を停止する。
【０１０７】
駆動回路ＤＲは、このくびれ検出信号Ｎｄがローレベルのとき（非くびれ検出時）はトランジスタＴＲ２をオン状態にする駆動信号Ｄｒを出力する。くびれ検出期間Ｔｎにおいては駆動信号Ｄｒはローレベルであるので、トランジスタＴＲ２はオフ状態になる。この結果、限流抵抗器Ｒが溶接電流Ｉｗの通電路（電源主回路ＰＭから溶接トーチ４に至る経路）に挿入される。この限流抵抗器Ｒの値は、短絡負荷（０．０１〜０．０３Ω程度）の１０倍以上大きな値（０．５〜３Ω程度）に設定される。このために、溶接電源内の直流リアクトル及びケーブルのリアクトルに蓄積されたエネルギーが急放電されて、図１０の時刻ｔ１ａ〜ｔ２に示すように、溶接電流Ｉｗは急激に減少して小電流値となる。
【０１０８】
時刻ｔ２において、短絡が開放されてアークが再発生すると、溶接電圧Ｖｗが予め定めたアーク判別値Ｖｔａ以上になる。これを検出して、くびれ検出信号Ｎｄはローレベルになり、駆動信号Ｄｒはハイレベルになる。この結果、トランジスタＴＲ２はオン状態になり、以降は図２を用いて実施の形態１で説明したアーク溶接の制御となる。以降の第１アーク期間Ｔａ１と第２アーク期間Ｔａ２については、図２で説明しているので説明は繰返さない。
【０１０９】
実施の形態４に係る溶接装置は、アーク再発生時（時刻ｔ２）のアーク再発生時電流値を小さくすることができるので、実施の形態１で説明した溶接装置が奏する効果に加えて、アーク発生開始時のスパッタをさらに低減させることができる。
【０１１０】
なお、実施の形態４では、くびれを検出したときに溶接電流Ｉｗを急速に減少させる手段として、限流抵抗器Ｒを通電路に挿入する方法を説明した。これ以外の手段として、溶接装置の出力端子間にスイッチング素子を介してコンデンサを並列に接続し、くびれを検出するとスイッチング素子をオン状態にしコンデンサから放電電流を通電して溶接電流Ｉｗを急速に減少させる方法を用いても良い。
【０１１１】
［実施の形態５］
実施の形態５では、実施の形態２で説明した溶接方法に加え、アークが発生する前に溶滴のくびれを検出することによって、アークが発生する前に電流を下げてスパッタを低減させる。
【０１１２】
図１１は、実施の形態５に係る溶接装置１００Ｄの構成を示したブロック図である。以下の説明では、実施の形態２と異なる部分のみについて説明し、実施の形態２と同様な部分については同一の符号を付して説明は繰返さない。
【０１１３】
図１１を参照して、溶接装置１００Ｄは、電源回路１０２Ａと、電源制御装置１０４Ｄと、ワイヤ送給装置１０６と、溶接トーチ４とを含む。
【０１１４】
電源回路１０２Ａは、図７に示した電源回路１０２の構成に加えて、トランジスタＴＲ２と限流抵抗器Ｒとを含む。トランジスタＴＲ２は電源主回路ＰＭの出力にリアクトルＷＬ１およびＷＬ２と直列に挿入される。トランジスタＴＲ２に並列に限流抵抗器Ｒが接続されている。電源回路１０２Ａの他の部分の構成は、図７の電源回路１０２と同様であるので説明は繰返さない。
【０１１５】
電源制御装置１０４Ｄは、図７に示した電源制御装置１０４Ａの構成に加えて、くびれ検出回路ＮＤと、くびれ検出基準値設定回路ＶＴＮと、駆動回路ＤＲとを含む。電源制御装置１０４Ｃの他の部分の構成は、図７の電源制御装置１０４Ａと同様であるので説明は繰返さない。
【０１１６】
また、くびれ検出に関連するくびれ検出回路ＮＤと、くびれ検出基準値設定回路ＶＴＮと、駆動回路ＤＲの各々の動作については、実施の形態４で説明したので説明は繰返さない。
【０１１７】
実施の形態５の溶接装置１００Ｄも、アーク再発生時のアーク再発生時電流値を小さくすることができるので、実施の形態２で説明した溶接装置が奏する効果に加えて、アーク発生開始時のスパッタをさらに低減させることができる。
【０１１８】
［実施の形態６］
実施の形態６では、実施の形態３で説明した溶接方法に加え、アークが発生する前に溶滴のくびれを検出することによって、アークが発生する前に電流を下げてスパッタを低減させる。
【０１１９】
図１２は、実施の形態６に係る溶接装置１００Ｅの構成を示したブロック図である。以下の説明では、実施の形態３と異なる部分のみについて説明し、実施の形態３と同様な部分については同一の符号を付して説明は繰返さない。
【０１２０】
図１２を参照して、溶接装置１００Ｅは、電源回路１０２Ａと、電源制御装置１０４Ｅと、ワイヤ送給装置１０６と、溶接トーチ４とを含む。
【０１２１】
電源回路１０２Ａは、図８に示した電源回路１０２の構成に加えて、トランジスタＴＲ２と限流抵抗器Ｒとを含む。トランジスタＴＲ２は電源主回路ＰＭの出力にリアクトルＷＬ１およびＷＬ２と直列に挿入される。トランジスタＴＲ２に並列に限流抵抗器Ｒが接続されている。電源回路１０２Ａの他の部分の構成は、図８の電源回路１０２と同様であるので説明は繰返さない。
【０１２２】
電源制御装置１０４Ｅは、図８に示した電源制御装置１０４Ｂの構成に加えて、くびれ検出回路ＮＤと、くびれ検出基準値設定回路ＶＴＮと、駆動回路ＤＲとを含む。電源制御装置１０４Ｃの他の部分の構成は、図７の電源制御装置１０４Ｂと同様であるので説明は繰返さない。
【０１２３】
また、くびれ検出に関連するくびれ検出回路ＮＤと、くびれ検出基準値設定回路ＶＴＮと、駆動回路ＤＲの各々の動作については、実施の形態４で説明したので説明は繰返さない。
【０１２４】
実施の形態６の溶接装置１００Ｅも、アーク再発生時のアーク再発生時電流値を小さくすることができるので、実施の形態３で説明した溶接装置が奏する効果に加えて、アーク発生開始時のスパッタをさらに低減させることができる。
【０１２５】
なお実施の形態６では、電圧差が所定範囲であるときにハイレベル電流の振幅中心電流Ｉｈｃｒを増減させ、電圧差が所定範囲の外である場合に第１アーク期間Ｔａ１を変化させる例を示したが、振幅中心電流Ｉｈｃｒと第１アーク期間Ｔａ１を同時に変化させても良い。
【０１２６】
最後に、再び実施の形態１〜６について、図１等を参照して総括する。
実施の形態１〜６の溶接装置は、炭酸ガスをシールドガスに使用し、短絡状態とアーク状態とを交互に繰返す炭酸ガスアーク溶接方法によって溶接を行なう溶接装置である。溶接装置１００，１００Ａ〜１００Ｅは、トーチ４と母材２との間に電圧を与えるための電源回路１０２，１０２Ａと、電源回路１０２，１０２Ａの電圧を制御する電源制御装置１０４，１０４Ａ〜１０４Ｅとを備える。電源制御装置１０４，１０４Ａ〜１０４Ｅは、短絡期間の後に続くアーク期間の初期の第１アーク期間Ｔａ１にハイレベル電流が出力され、アーク期間の後期の第２アーク期間Ｔａ２に定電圧制御された溶接電圧に対応したアーク電流が出力されるように、電源回路１０２，１０２Ａを制御する。電源制御装置１０４，１０４Ａ〜１０４Ｅは、さらに、増減を繰返す波形を振幅中心電流に重畳してハイレベル電流が発生されるように電源回路１０２，１０２Ａを制御する。
【０１２７】
実施の形態１、４の電源制御装置１０４，１０４Ｃは、さらに、溶接電流の電流設定値に対応して推奨電圧値（基準電圧Ｖｃｒ）を算出し、推奨電圧値（基準電圧Ｖｃｒ）と溶接電圧の電圧設定値Ｖｒとの電圧差に応じて振幅中心電流Ｉｈｃｒを増減させる。
【０１２８】
実施の形態２、５の電源制御装置１０４Ａ，１０４Ｄは、さらに、溶接電流の電流設定値に対応して推奨電圧値（基準電圧Ｖｃｒ）を算出し、推奨電圧値（基準電圧Ｖｃｒ）と溶接電圧の電圧設定値Ｖｒとの電圧差に応じて第１アーク期間Ｔａ１を増減させる。
【０１２９】
実施の形態３、６の電源制御装置１０４Ｂ，１０４Ｅは、さらに、溶接電流の電流設定値に対応して推奨電圧値（基準電圧Ｖｃｒ）を算出し、推奨電圧値（基準電圧Ｖｃｒ）と溶接電圧の電圧設定値Ｖｒとの電圧差が第１の範囲（上限しきい値Ｔｈ１と下限しきい値Ｔｈ２の間）である場合には電圧差に応じて振幅中心電流を増減させ、電圧差が第１の範囲と異なる第２の範囲（上限しきい値Ｔｈ１より上、または下限しきい値Ｔｈ２より下）である場合には、電圧差に応じて第１アーク期間を増減させる。
【０１３０】
好ましくは、溶接装置１００、１００Ａ〜１００Ｅにおいて、増減を繰返す波形は、三角波または正弦波である。
【０１３１】
好ましくは、溶接装置１００Ｃ〜１００Ｅにおいて、電源制御装置１０４Ｃ〜１０４Ｅは、図１０で説明したように、短絡期間中に溶滴のくびれを検出した場合には短絡電流を減少させるくびれ検出制御を行なう。
【０１３２】
今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【符号の説明】
【０１３３】
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、６ 溶滴、７ 溶融池、１００，１００Ａ〜１００Ｅ 溶接装置、１０２，１０２Ａ 電源回路、１０４，１０４Ａ〜１０４Ｅ 電源制御装置、１０６ 送給装置、ＡＤ アーク検出回路、ＤＥＣ 基準電圧誤差信号分配回路、ＤＲ 駆動回路、ＥＣ 電圧誤差回路、ＥＶ 電圧誤差増幅回路、ＥＩ 電流誤差増幅回路、ＦＣ 送給制御回路、ＦＨ 周波数設定回路、ＦＲ 給速度設定回路、Ｇ１Ｒ，Ｇ２Ｒ ゲイン設定回路、ＩＤ 電流検出回路、ＩＨＣＲ 振幅中心電流設定回路、ＩＲ 溶接電流設定回路、ＮＡ ナンド回路、ＮＤ くびれ検出回路、ＮＯＴ 反転回路、Ｒ 限流抵抗器、ＳＷ 外部特性切換回路、ＴＭ タイマー回路、ＴＲ１，ＴＲ２ トランジスタ、ＶＡ 電圧平均化回路、ＶＣＲ 基準電圧設定回路、ＶＤ 電圧検出回路、ＶＲ 溶接電圧設定回路、ＶＴＮ 検出基準値設定回路、ＷＨ 振幅設定回路、ＷＬ１，ＷＬ２ リアクトル。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
炭酸ガスをシールドガスに使用し、短絡状態とアーク状態とを交互に繰返す炭酸ガスアーク溶接方法によって溶接を行なう溶接装置であって、
トーチと母材との間に電圧を与えるための電源回路と、
前記電源回路の電圧を制御する制御部とを備え、
前記制御部は、短絡期間の後に続くアーク期間の初期の第１アーク期間にハイレベル電流が出力され、前記アーク期間の後期の第２アーク期間に定電圧制御された溶接電圧に対応したアーク電流が出力されるように、前記電源回路を制御し、
前記制御部は、増減を繰返す波形を振幅中心電流に重畳して前記ハイレベル電流が発生されるように前記電源回路を制御し、
前記制御部は、溶接電流の電流設定値に対応して推奨電圧値を算出し、前記推奨電圧値と溶接電圧の電圧設定値との電圧差に応じて前記振幅中心電流を増減させる、溶接装置。
【請求項２】
炭酸ガスをシールドガスに使用し、短絡状態とアーク状態とを交互に繰返す炭酸ガスアーク溶接方法によって溶接を行なう溶接装置であって、
トーチと母材との間に電圧を与えるための電源回路と、
前記電源回路の電圧を制御する制御部とを備え、
前記制御部は、短絡期間の後に続くアーク期間の初期の第１アーク期間にハイレベル電流が出力され、前記アーク期間の後期の第２アーク期間に定電圧制御された溶接電圧に対応したアーク電流が出力されるように、前記電源回路を制御し、
前記制御部は、増減を繰返す波形を振幅中心電流に重畳して前記ハイレベル電流が発生されるように前記電源回路を制御し、
前記制御部は、溶接電流の電流設定値に対応して推奨電圧値を算出し、前記推奨電圧値と溶接電圧の電圧設定値との電圧差に応じて前記第１アーク期間を増減させる、溶接装置。
【請求項３】
炭酸ガスをシールドガスに使用し、短絡状態とアーク状態とを交互に繰返す炭酸ガスアーク溶接方法によって溶接を行なう溶接装置であって、
トーチと母材との間に電圧を与えるための電源回路と、
前記電源回路の電圧を制御する制御部とを備え、
前記制御部は、短絡期間の後に続くアーク期間の初期の第１アーク期間にハイレベル電流が出力され、前記アーク期間の後期の第２アーク期間に定電圧制御された溶接電圧に対応したアーク電流が出力されるように、前記電源回路を制御し、
前記制御部は、増減を繰返す波形を振幅中心電流に重畳して前記ハイレベル電流が発生されるように前記電源回路を制御し、
前記制御部は、溶接電流の電流設定値に対応して推奨電圧値を算出し、前記推奨電圧値と溶接電圧の電圧設定値との電圧差が第１の範囲である場合には前記電圧差に応じて前記振幅中心電流を増減させ、前記電圧差が前記第１の範囲と異なる第２の範囲である場合には、前記電圧差に応じて前記第１アーク期間を増減させる、溶接装置。
【請求項４】
前記波形は、三角波または正弦波である、請求項１〜３のいずれか１項に記載の溶接装置。
【請求項５】
前記制御部は、前記短絡期間中に溶滴のくびれを検出した場合には短絡電流を減少させるくびれ検出制御を行なう、請求項１〜４のいずれか１項に記載の溶接装置。
【請求項１】
炭酸ガスをシールドガスに使用し、短絡状態とアーク状態とを交互に繰返す炭酸ガスアーク溶接方法によって溶接を行なう溶接装置であって、
トーチと母材との間に電圧を与えるための電源回路と、
前記電源回路の電圧を制御する制御部とを備え、
前記制御部は、短絡期間の後に続くアーク期間の初期の第１アーク期間にハイレベル電流が出力され、前記アーク期間の後期の第２アーク期間に定電圧制御された溶接電圧に対応したアーク電流が出力されるように、前記電源回路を制御し、
前記制御部は、増減を繰返す波形を振幅中心電流に重畳して前記ハイレベル電流が発生されるように前記電源回路を制御し、
前記制御部は、溶接電流の電流設定値に対応して推奨電圧値を算出し、前記推奨電圧値と溶接電圧の電圧設定値との電圧差に応じて前記振幅中心電流を増減させる、溶接装置。
【請求項２】
炭酸ガスをシールドガスに使用し、短絡状態とアーク状態とを交互に繰返す炭酸ガスアーク溶接方法によって溶接を行なう溶接装置であって、
トーチと母材との間に電圧を与えるための電源回路と、
前記電源回路の電圧を制御する制御部とを備え、
前記制御部は、短絡期間の後に続くアーク期間の初期の第１アーク期間にハイレベル電流が出力され、前記アーク期間の後期の第２アーク期間に定電圧制御された溶接電圧に対応したアーク電流が出力されるように、前記電源回路を制御し、
前記制御部は、増減を繰返す波形を振幅中心電流に重畳して前記ハイレベル電流が発生されるように前記電源回路を制御し、
前記制御部は、溶接電流の電流設定値に対応して推奨電圧値を算出し、前記推奨電圧値と溶接電圧の電圧設定値との電圧差に応じて前記第１アーク期間を増減させる、溶接装置。
【請求項３】
炭酸ガスをシールドガスに使用し、短絡状態とアーク状態とを交互に繰返す炭酸ガスアーク溶接方法によって溶接を行なう溶接装置であって、
トーチと母材との間に電圧を与えるための電源回路と、
前記電源回路の電圧を制御する制御部とを備え、
前記制御部は、短絡期間の後に続くアーク期間の初期の第１アーク期間にハイレベル電流が出力され、前記アーク期間の後期の第２アーク期間に定電圧制御された溶接電圧に対応したアーク電流が出力されるように、前記電源回路を制御し、
前記制御部は、増減を繰返す波形を振幅中心電流に重畳して前記ハイレベル電流が発生されるように前記電源回路を制御し、
前記制御部は、溶接電流の電流設定値に対応して推奨電圧値を算出し、前記推奨電圧値と溶接電圧の電圧設定値との電圧差が第１の範囲である場合には前記電圧差に応じて前記振幅中心電流を増減させ、前記電圧差が前記第１の範囲と異なる第２の範囲である場合には、前記電圧差に応じて前記第１アーク期間を増減させる、溶接装置。
【請求項４】
前記波形は、三角波または正弦波である、請求項１〜３のいずれか１項に記載の溶接装置。
【請求項５】
前記制御部は、前記短絡期間中に溶滴のくびれを検出した場合には短絡電流を減少させるくびれ検出制御を行なう、請求項１〜４のいずれか１項に記載の溶接装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【公開番号】特開２０１３−４３２１３（Ｐ２０１３−４３２１３Ａ）
【公開日】平成２５年３月４日（２０１３．３．４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１８３６３２（Ｐ２０１１−１８３６３２）
【出願日】平成２３年８月２５日（２０１１．８．２５）
【出願人】（００００００２６２）株式会社ダイヘン (990)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年３月４日（２０１３．３．４）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年８月２５日（２０１１．８．２５）
【出願人】（００００００２６２）株式会社ダイヘン (990)
【Ｆターム（参考）】
[ Back to top ]