非消耗電極アーク溶接方法
【課題】非消耗電極アーク溶接において、明瞭なリップルパターンの溶接ビードを形成した上で、リップルパターンごとの溶け込みの変動を抑制し、熟練技能を有しない溶接作業者によっても容易に手動溶接を行うことができるようにする。
【解決手段】本発明は、第１電流波形Ｉａと第２電流波形Ｉｂとを低周波で切り換えて溶接電流Ｉｗを通電し、前記第１電流波形Ｉａは平滑された直流波形であり、前記第２電流波形Ｉｂはその振幅が振動する波形であり、前記第１電流波形Ｉａの平均値と前記第２電流波形Ｉｂの平均値とが略等しい非消耗電極アーク溶接方法である。。また、前記第２電流波形Ｉｂは、矩形波、三角波又はサイン波状に振動する波形である。
【解決手段】本発明は、第１電流波形Ｉａと第２電流波形Ｉｂとを低周波で切り換えて溶接電流Ｉｗを通電し、前記第１電流波形Ｉａは平滑された直流波形であり、前記第２電流波形Ｉｂはその振幅が振動する波形であり、前記第１電流波形Ｉａの平均値と前記第２電流波形Ｉｂの平均値とが略等しい非消耗電極アーク溶接方法である。。また、前記第２電流波形Ｉｂは、矩形波、三角波又はサイン波状に振動する波形である。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、溶接ビードに明瞭なリップルパターンを形成するための非消耗電極アーク溶接方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
自転車、オートバイ等のように溶接ビードが製品の外観に存在する場合には、デザイン面から美しい溶接ビードが要求されることがある。このために、非消耗電極アーク溶接にあっては、美しい溶接ビードとして明瞭なリップルパターンの溶接ビードが求められる。以下、非消耗電極アーク溶接において、明瞭なリップルパターンの溶接ビードを得るための従来技術について説明する。
【０００３】
［従来技術１］
従来技術１は、低電流のベース電流と高電流のピーク電流とを低周波で切り換えて通電するパルス溶接方法である。ベース電流通電期間とピーク電流通電期間とで溶融池の大きさが異なるために、明瞭なリップルパターンの溶接ビードが形成される。この方法が、明瞭なリップルパターンの溶接ビードを得るための最も一般的な方法である。
【０００４】
［従来技術２］
従来技術２は、手動溶接において、明瞭なリップルパターンの溶接ビードが形成されるように、溶接トーチの操作及びフィラーワイヤの添加タイミングを目視で調整しながら行う方法である。フィラーワイヤの添加とアークによる溶融とをタイミングよく行うと、明瞭なリップルパターンの溶接ビードを形成することができる。
【０００５】
［従来技術３］
従来技術３は、溶接トーチのウィービングと同期させて溶接電流値を変化させる方法である（特許文献１参照）。ウィービングど同期させて溶接電流値を変化させることによって溶融池の大きさが変化するので、明瞭なリップルパターンの溶接ビードを得ることができる。
【特許文献１】特開２００５−２１９７７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上述した従来技術１では、低周波でベース電流とピーク電流とが切り換わるために、溶け込み深さが変動するという問題があった。周波数を高くするか又はベース電流とピーク電流との差を小さくすれば、溶け込み深さの変動は小さくなるが、リップルパターンが明瞭でなくなる。
【０００７】
上述した従来技術２では、溶接作業者がトーチ操作とフィラーワイヤの添加とを微妙に調整しながら溶接を行うために、熟練した技能が必要になる。しかし、現在にあっては熟練した溶接作業者を確保することは難しいという問題があった。
【０００８】
上述した従来技術３では、溶接トーチのウィービングと溶接電流値の変化を同期させる必要があり、手動溶接では実施することが困難であるという問題があった。
【０００９】
そこで、本発明では、溶け込み深さの変動を抑制し、かつ、熟練した技能を必要としない手動溶接が可能であり、かつ、明瞭なリップルパターンの溶接ビードを得ることができる非消耗電極アーク溶接方法を提供する。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上述した課題を解決するために、第１の発明は、第１電流波形と第２電流波形とを低周波で切り換えて溶接電流を通電し、前記第１電流波形は平滑された直流波形であり、前記第２電流波形はその振幅が振動する波形であり、前記第１電流波形の平均値と前記第２電流波形の平均値とが略等しい、ことを特徴とする非消耗電極アーク溶接方法である。
【００１１】
第２の発明は、前記第２電流波形は、矩形波、三角波又はサイン波状に振動する波形である、ことを特徴とする第１の発明記載の非消耗電極アーク溶接方法である。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、直流電流の第１電流波形と振動電流の第２
電流波形とを低周波で切り換え、かつ、両電流波形の平均値を略同一にすることによって、明瞭なリップルパターンの溶接ビードを形成することができる。このときに、両電流波形の平均値が略同一であるので、溶け込み深さも略同一となる。さらに、本発明によれば、フィラーワイヤを添加しながら行う手動溶接において、上述したように電流波形の切り換えによって明瞭なリップルパターンの溶接ビードを形成しながら、電流波形の切り換えによってアーク音が変化するのでそれに同期させてフィラーワイヤの添加を容易に行うことができる。したがって、熟練した技能がなくても手動溶接によって明瞭なリップルパターンの溶接ビードを形成することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
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。
【００１４】
図１は、本発明の実施の形態に係る非消耗電極アーク溶接方法を示す溶接電流Ｉｗの波形図である。同図（Ａ）は後述する振動波形が矩形波の場合であり、同図（Ｂ）は振動波形が三角波の場合であり、同図（Ｃ）は振動波形がサイン波の場合である。以下、同図を参照して説明する。
【００１５】
同図（Ａ）に示すように、予め定めた第１電流波形期間Ｔａ中は、直流波形の第１電流波形電流Ｉａを通電する。この第１電流波形電流Ｉａは、十分に平滑されたリップルの小さな電流である。また、予め定めた第２電流波形期間Ｔｂ中は、振幅が振動する第２電流波形電流Ｉｂを通電する。その振幅は、溶接条件に応じて５〜２０Ａ程度の範囲で適正値に設定する。低周波の切換周波数ｆ＝１／（Ｔａ＋Ｔｂ）は、明瞭なリップルパターンの溶接ビードを形成するために、１０Ｈｚ程度以下に設定する。また、第１電流波形電流Ｉａの平均値と第２電流波形電流Ｉｂの平均値とが略等しくなるように設定する。これにより、第１の電流波形期間Ｔａ及び第２電流波形期間Ｔｂの溶け込み深さを略等しくできる。上記の第２電流波形電流Ｉｂは、同図（Ａ）に示す矩形波、同図（Ｂ）に示す三角波又は同図（Ｃ）に示すサイン波状に振動する電流である。
【００１６】
図２は、上述した本発明の実施の形態に係る非消耗電極アーク溶接方法を実施するための溶接電源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。
【００１７】
電源主回路ＰＭ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等の出力制御を行い、溶接電流Ｉｗを出力する。この溶接電源は非消耗電極アーク溶接用であるので、出力は定電流特性となる。タングステン等の非消耗電極１は、溶接トーチ４の先端に装着されて、母材２との間にアーク３が発生する。
【００１８】
第１電流波形期間設定回路ＴＡは、予め定めた第１電流波形期間設定信号Ｔａを出力する。第２電流波形期間設定回路ＴＢは、予め定めた第２電流波形期間設定信号Ｔｂを出力する。第１電流波形電流設定回路ＩＡＲは、予め定めた第１電流波形電流設定信号Ｉarを出力する。第２電流波形電流設定回路ＩＢＲは、図１で上述したように、矩形波、三角波又はサイン波状に振動する予め定めた第２電流波形電流設定信号Ｉbrを出力する。このときに、第１電流波形電流設定信号Ｉarの値と、第２電流波形電流設定信号Ｉbrの平均値とが略等しくなるように設定される。電流制御設定回路ＩＣＲは、上記の第１電流波形期間設定信号Ｔａによって定まる期間中は上記の第１電流波形電流設定信号Ｉarのを電流設定信号Ｉｒとして出力し、続けて上記の第２電流波形期間設定信号Ｔｂによって定まる期間中は上記の第２電流波形電流設定信号Ｉbrを電流設定信号Ｉｒとして出力し、この動作を繰り返す。
【００１９】
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。電流誤差増幅回路ＥＩは、上記の電流設定信号Ｉｒと電流検出信号Ｉｄとの誤差を増幅して、電流誤差増幅信号Ｅｉを出力する。上述した溶接電源によって、図１の溶接電流Ｉｗを通電することができる。
【００２０】
本発明の実施の形態によれば、直流電流の第１電流波形と振動電流の第２
電流波形とを低周波で切り換え、かつ、両電流波形の平均値を略同一にすることによって、明瞭なリップルパターンの溶接ビードを形成することができる。これは、第２電流波形が振動する電流であるので平均値よりも大きな瞬時電流が通電することになり、それに対応してアークも瞬時的に広くなる。この結果、第１電流波形の通電時と第２電流波形の通電時とでビード形成が変化し明瞭なリップルパターンの溶接ビードとなる。このときに、両電流波形の平均値が略同一であるので、溶け込み深さも略同一となる。さらに、本発明の実施の形態によれば、フィラーワイヤを添加しながら行う手動溶接において、上述したように電流波形の切り換えによって明瞭なリップルパターンの溶接ビードを形成しながら、電流波形の切り換えによってアーク音が変化するのでそれに同期させてフィラーワイヤの添加を容易に行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本発明の実施の形態に係る非消耗電極アーク溶接方法を示す溶接電流Ｉｗの波形図である。
【図２】本発明の実施の形態に係る非消耗電極アーク溶接方法を実施するための溶接電源のブロック図である。
【符号の説明】
【００２２】
１ 非消耗電極
２ 母材
３ アーク
４ 溶接トーチ
ＥＩ 電流誤差増幅回路
Ｅｉ 電流誤差増幅信号
ｆ 切換周波数
Ｉａ 第１電流波形電流
ＩＡＲ 第１電流波形電流設定回路
Ｉar 第１電流波形電流設定信号
Ｉｂ 第２電流波形電流
ＩＢＲ 第２電流波形電流設定回路
Ｉbr 第２電流波形電流設定信号
ＩＣＲ 電流制御設定回路
ＩＤ 電流検出回路
Ｉｄ 電流検出信号
Ｉｒ 電流設定信号
Ｉｗ 溶接電流
ＰＭ 電源主回路
ＴＡ 第１電流波形期間設定回路
Ｔａ 第１電流波形期間（設定信号）
ＴＢ 第２電流波形期間設定回路
Ｔｂ 第２電流波形期間（設定信号）
【技術分野】
【０００１】
本発明は、溶接ビードに明瞭なリップルパターンを形成するための非消耗電極アーク溶接方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
自転車、オートバイ等のように溶接ビードが製品の外観に存在する場合には、デザイン面から美しい溶接ビードが要求されることがある。このために、非消耗電極アーク溶接にあっては、美しい溶接ビードとして明瞭なリップルパターンの溶接ビードが求められる。以下、非消耗電極アーク溶接において、明瞭なリップルパターンの溶接ビードを得るための従来技術について説明する。
【０００３】
［従来技術１］
従来技術１は、低電流のベース電流と高電流のピーク電流とを低周波で切り換えて通電するパルス溶接方法である。ベース電流通電期間とピーク電流通電期間とで溶融池の大きさが異なるために、明瞭なリップルパターンの溶接ビードが形成される。この方法が、明瞭なリップルパターンの溶接ビードを得るための最も一般的な方法である。
【０００４】
［従来技術２］
従来技術２は、手動溶接において、明瞭なリップルパターンの溶接ビードが形成されるように、溶接トーチの操作及びフィラーワイヤの添加タイミングを目視で調整しながら行う方法である。フィラーワイヤの添加とアークによる溶融とをタイミングよく行うと、明瞭なリップルパターンの溶接ビードを形成することができる。
【０００５】
［従来技術３］
従来技術３は、溶接トーチのウィービングと同期させて溶接電流値を変化させる方法である（特許文献１参照）。ウィービングど同期させて溶接電流値を変化させることによって溶融池の大きさが変化するので、明瞭なリップルパターンの溶接ビードを得ることができる。
【特許文献１】特開２００５−２１９７７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上述した従来技術１では、低周波でベース電流とピーク電流とが切り換わるために、溶け込み深さが変動するという問題があった。周波数を高くするか又はベース電流とピーク電流との差を小さくすれば、溶け込み深さの変動は小さくなるが、リップルパターンが明瞭でなくなる。
【０００７】
上述した従来技術２では、溶接作業者がトーチ操作とフィラーワイヤの添加とを微妙に調整しながら溶接を行うために、熟練した技能が必要になる。しかし、現在にあっては熟練した溶接作業者を確保することは難しいという問題があった。
【０００８】
上述した従来技術３では、溶接トーチのウィービングと溶接電流値の変化を同期させる必要があり、手動溶接では実施することが困難であるという問題があった。
【０００９】
そこで、本発明では、溶け込み深さの変動を抑制し、かつ、熟練した技能を必要としない手動溶接が可能であり、かつ、明瞭なリップルパターンの溶接ビードを得ることができる非消耗電極アーク溶接方法を提供する。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上述した課題を解決するために、第１の発明は、第１電流波形と第２電流波形とを低周波で切り換えて溶接電流を通電し、前記第１電流波形は平滑された直流波形であり、前記第２電流波形はその振幅が振動する波形であり、前記第１電流波形の平均値と前記第２電流波形の平均値とが略等しい、ことを特徴とする非消耗電極アーク溶接方法である。
【００１１】
第２の発明は、前記第２電流波形は、矩形波、三角波又はサイン波状に振動する波形である、ことを特徴とする第１の発明記載の非消耗電極アーク溶接方法である。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、直流電流の第１電流波形と振動電流の第２
電流波形とを低周波で切り換え、かつ、両電流波形の平均値を略同一にすることによって、明瞭なリップルパターンの溶接ビードを形成することができる。このときに、両電流波形の平均値が略同一であるので、溶け込み深さも略同一となる。さらに、本発明によれば、フィラーワイヤを添加しながら行う手動溶接において、上述したように電流波形の切り換えによって明瞭なリップルパターンの溶接ビードを形成しながら、電流波形の切り換えによってアーク音が変化するのでそれに同期させてフィラーワイヤの添加を容易に行うことができる。したがって、熟練した技能がなくても手動溶接によって明瞭なリップルパターンの溶接ビードを形成することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
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。
【００１４】
図１は、本発明の実施の形態に係る非消耗電極アーク溶接方法を示す溶接電流Ｉｗの波形図である。同図（Ａ）は後述する振動波形が矩形波の場合であり、同図（Ｂ）は振動波形が三角波の場合であり、同図（Ｃ）は振動波形がサイン波の場合である。以下、同図を参照して説明する。
【００１５】
同図（Ａ）に示すように、予め定めた第１電流波形期間Ｔａ中は、直流波形の第１電流波形電流Ｉａを通電する。この第１電流波形電流Ｉａは、十分に平滑されたリップルの小さな電流である。また、予め定めた第２電流波形期間Ｔｂ中は、振幅が振動する第２電流波形電流Ｉｂを通電する。その振幅は、溶接条件に応じて５〜２０Ａ程度の範囲で適正値に設定する。低周波の切換周波数ｆ＝１／（Ｔａ＋Ｔｂ）は、明瞭なリップルパターンの溶接ビードを形成するために、１０Ｈｚ程度以下に設定する。また、第１電流波形電流Ｉａの平均値と第２電流波形電流Ｉｂの平均値とが略等しくなるように設定する。これにより、第１の電流波形期間Ｔａ及び第２電流波形期間Ｔｂの溶け込み深さを略等しくできる。上記の第２電流波形電流Ｉｂは、同図（Ａ）に示す矩形波、同図（Ｂ）に示す三角波又は同図（Ｃ）に示すサイン波状に振動する電流である。
【００１６】
図２は、上述した本発明の実施の形態に係る非消耗電極アーク溶接方法を実施するための溶接電源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。
【００１７】
電源主回路ＰＭ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等の出力制御を行い、溶接電流Ｉｗを出力する。この溶接電源は非消耗電極アーク溶接用であるので、出力は定電流特性となる。タングステン等の非消耗電極１は、溶接トーチ４の先端に装着されて、母材２との間にアーク３が発生する。
【００１８】
第１電流波形期間設定回路ＴＡは、予め定めた第１電流波形期間設定信号Ｔａを出力する。第２電流波形期間設定回路ＴＢは、予め定めた第２電流波形期間設定信号Ｔｂを出力する。第１電流波形電流設定回路ＩＡＲは、予め定めた第１電流波形電流設定信号Ｉarを出力する。第２電流波形電流設定回路ＩＢＲは、図１で上述したように、矩形波、三角波又はサイン波状に振動する予め定めた第２電流波形電流設定信号Ｉbrを出力する。このときに、第１電流波形電流設定信号Ｉarの値と、第２電流波形電流設定信号Ｉbrの平均値とが略等しくなるように設定される。電流制御設定回路ＩＣＲは、上記の第１電流波形期間設定信号Ｔａによって定まる期間中は上記の第１電流波形電流設定信号Ｉarのを電流設定信号Ｉｒとして出力し、続けて上記の第２電流波形期間設定信号Ｔｂによって定まる期間中は上記の第２電流波形電流設定信号Ｉbrを電流設定信号Ｉｒとして出力し、この動作を繰り返す。
【００１９】
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。電流誤差増幅回路ＥＩは、上記の電流設定信号Ｉｒと電流検出信号Ｉｄとの誤差を増幅して、電流誤差増幅信号Ｅｉを出力する。上述した溶接電源によって、図１の溶接電流Ｉｗを通電することができる。
【００２０】
本発明の実施の形態によれば、直流電流の第１電流波形と振動電流の第２
電流波形とを低周波で切り換え、かつ、両電流波形の平均値を略同一にすることによって、明瞭なリップルパターンの溶接ビードを形成することができる。これは、第２電流波形が振動する電流であるので平均値よりも大きな瞬時電流が通電することになり、それに対応してアークも瞬時的に広くなる。この結果、第１電流波形の通電時と第２電流波形の通電時とでビード形成が変化し明瞭なリップルパターンの溶接ビードとなる。このときに、両電流波形の平均値が略同一であるので、溶け込み深さも略同一となる。さらに、本発明の実施の形態によれば、フィラーワイヤを添加しながら行う手動溶接において、上述したように電流波形の切り換えによって明瞭なリップルパターンの溶接ビードを形成しながら、電流波形の切り換えによってアーク音が変化するのでそれに同期させてフィラーワイヤの添加を容易に行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本発明の実施の形態に係る非消耗電極アーク溶接方法を示す溶接電流Ｉｗの波形図である。
【図２】本発明の実施の形態に係る非消耗電極アーク溶接方法を実施するための溶接電源のブロック図である。
【符号の説明】
【００２２】
１ 非消耗電極
２ 母材
３ アーク
４ 溶接トーチ
ＥＩ 電流誤差増幅回路
Ｅｉ 電流誤差増幅信号
ｆ 切換周波数
Ｉａ 第１電流波形電流
ＩＡＲ 第１電流波形電流設定回路
Ｉar 第１電流波形電流設定信号
Ｉｂ 第２電流波形電流
ＩＢＲ 第２電流波形電流設定回路
Ｉbr 第２電流波形電流設定信号
ＩＣＲ 電流制御設定回路
ＩＤ 電流検出回路
Ｉｄ 電流検出信号
Ｉｒ 電流設定信号
Ｉｗ 溶接電流
ＰＭ 電源主回路
ＴＡ 第１電流波形期間設定回路
Ｔａ 第１電流波形期間（設定信号）
ＴＢ 第２電流波形期間設定回路
Ｔｂ 第２電流波形期間（設定信号）
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１電流波形と第２電流波形とを低周波で切り換えて溶接電流を通電し、前記第１電流波形は平滑された直流波形であり、前記第２電流波形はその振幅が振動する波形であり、前記第１電流波形の平均値と前記第２電流波形の平均値とが略等しい、ことを特徴とする非消耗電極アーク溶接方法。
【請求項２】
前記第２電流波形は、矩形波、三角波又はサイン波状に振動する波形である、ことを特徴とする請求項１記載の非消耗電極アーク溶接方法。
【請求項１】
第１電流波形と第２電流波形とを低周波で切り換えて溶接電流を通電し、前記第１電流波形は平滑された直流波形であり、前記第２電流波形はその振幅が振動する波形であり、前記第１電流波形の平均値と前記第２電流波形の平均値とが略等しい、ことを特徴とする非消耗電極アーク溶接方法。
【請求項２】
前記第２電流波形は、矩形波、三角波又はサイン波状に振動する波形である、ことを特徴とする請求項１記載の非消耗電極アーク溶接方法。
【図１】
【図２】
【図２】
【公開番号】特開２００８−１８３５８４（Ｐ２００８−１８３５８４Ａ）
【公開日】平成２０年８月１４日（２００８．８．１４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００７−１８６５６（Ｐ２００７−１８６５６）
【出願日】平成１９年１月３０日（２００７．１．３０）
【出願人】（００００００２６２）株式会社ダイヘン (990)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２０年８月１４日（２００８．８．１４）
【国際特許分類】
【出願日】平成１９年１月３０日（２００７．１．３０）
【出願人】（００００００２６２）株式会社ダイヘン (990)
【Ｆターム（参考）】
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