JP3990151B2 - アークスタート制御方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、正逆回転が可能なワイヤ送給モータによって、溶接ワイヤを母材へ前進送給及び後退送給してアークスタートさせ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。
【０００２】
【従来の技術】
ワイヤ送給モータを正回転させて溶接ワイヤを母材へ前進送給し、溶接ワイヤが母材に接触したことを判別するとワイヤ送給モータを逆回転させて溶接ワイヤを母材から後退送給し、同時に予め定めた小電流値の初期電流を通電し、上記の後退送給によって溶接ワイヤが母材から離れて初期アークが発生すると溶接ワイヤを再前進送給し、同時に定常の溶接電流を通電して、初期アーク発生状態から定常のアーク発生状態へと移行させる消耗電極アーク溶接のアークスタート制御方法（一般的には、リトラクトアークスタート方法と呼ばれる）が従来から知られている。以下、この従来技術のアークスタート制御方法について、図面を参照して説明する。
【０００３】
図１は、従来技術のアーク溶接装置の構成図である。以下、同図を参照して説明する。
溶接電源装置ＰＳは、外部に設けられた溶接開始回路ＳＴから溶接開始信号Ｓｔが入力されると、アークを発生させるための溶接電圧Ｖｗ及び溶接電流Ｉｗを出力すると共に、溶接ワイヤ１の送給を制御するための送給制御信号Ｆｃをワイヤ送給モータＷＭへ出力する。溶接ワイヤ１は、ワイヤ送給モータＷＭと直結した送給ロール５によって、溶接トーチ４内を通って送給される。ワイヤ送給モータＷＭが正回転すると溶接ワイヤ１は母材２へ前進送給され、逆回転すると溶接ワイヤ１は母材２から離れる方向に後退送給される。上記の溶接電源装置ＰＳから出力される溶接電圧Ｖｗは、溶接トーチ４の先端に取り付けられたコンタクトチップ４ａによって溶接ワイヤ１に給電される。溶接ワイヤ１と母材２との間が接触（短絡）状態又はアーク３発生状態にあるときは溶接電流Ｉｗが通電する。他方、溶接ワイヤ１と母材２とが離れていてアーク３も発生していない無負荷状態のときは溶接電圧Ｖｗは最大値の無負荷電圧となり、溶接電流Ｉｗは通電しない。また、溶接ワイヤ１の先端と母材２との最短距離がワイヤ先端・母材間距離Ｌｗ［mm］となる。したがって、アーク３発生中のワイヤ先端・母材間距離Ｌｗはアーク長と略等しくなる。
【０００４】
図２は、上述した溶接装置の各信号のタイミングチャートであり、図３は溶接トーチの長さが０．３［ｍ］と短い場合の溶接トーチ内の溶接ワイヤの送給状態を示す図である。同図（Ａ）は溶接開始信号Ｓｔの時間変化を示し、同図（Ｂ）は送給制御信号Ｆｃ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の時間変化を示す。また、図３（Ｆ１）は時刻ｔ２直前の、（Ｆ２）は時刻ｔ３直前の、（Ｆ３）は時刻ｔ４の、（Ｆ４）は時刻ｔ５の各時刻における溶接ワイヤの送給状態を示す。以下、同図及び図３を参照して説明する。
【０００５】
▲１▼ 時刻ｔ１〜ｔ２の期間（前進送給期間）
時刻ｔ１において、同図（Ａ）に示すように、溶接開始信号Ｓｔが入力（Ｈｉｇｈレベル）されると、同図（Ｂ）に示すように、送給制御信号Ｆｃは正の値の初期送給速度設定値Ｆsiとなり、溶接ワイヤは母材へ初期送給速度で前進送給される。なお、送給制御信号Ｆｃが正の値のときは前進送給となり、負の値のときは後退送給となる。また、時刻ｔ１〜ｔ４の期間中の溶接電源装置の外部特性は、後述する初期電流Ｉｓを通電するために定電流特性又は垂下特性に出力制御される。しかし、時刻ｔ１〜ｔ２の本期間中は、溶接ワイヤと母材との間は無負荷状態にあるために、同図（Ｃ）に示すように、溶接電圧Ｖｗは無負荷電圧Ｖnlとなり、同図（Ｄ）に示すように、溶接電流Ｉｗは通電しない。一方、同図（Ｅ）に示すように、ワイヤ先端・母材間距離Ｌｗは、前進送給によって時間経過と共に次第に短くなる。
また、図３（Ｆ１）に示すように、この期間中は送給ロール５は正回転して溶接ワイヤ１は溶接トーチ４内に挿入されたライナ４ｂ内を前進送給され、ワイヤ先端は次第に母材へと接近する。このときに、２つの送給ロール５の加圧点Ｐ１から溶接ワイヤ１に前進送給の推進力が働く。他方、コンタクトチップ４ａ内部の給電点Ｐ２から溶接ワイヤ１に安定した給電を行うために、給電点Ｐ２の接触抵抗は大きくなるように設計されている。このために、溶接ワイヤ１には加圧点Ｐ１で推進力が働き、給電点Ｐ２で抵抗力が働くことになり、加圧点Ｐ１と給電点Ｐ２との間（溶接トーチ長さに相当）で溶接ワイヤ１は左右に何回も曲がった状態（以下、溶接ワイヤの遊び分という）で前進送給されることになる。したがって、溶接トーチ長さに比例して、溶接ワイヤの遊び分は長くなる。
【０００６】
▲２▼ 時刻ｔ２〜ｔ３の期間（後退送給期間）
時刻ｔ２において、上記▲１▼項の前進送給によって溶接ワイヤが母材に接触して、同図（Ｃ）に示すように、溶接電圧Ｖｗが予め定めた基準電圧値Ｖth［Ｖ］以下の短絡電圧値に変化すると、同図（Ｂ）に示すように、送給制御信号Ｆｃは負の値の後退送給速度設定値Ｆsrとなり、溶接ワイヤは母材から後退送給速度で後退送給される。同時に、同図（Ｄ）に示すように、前述した定電流特性又は垂下特性によって予め定めた小電流値の初期電流Ｉｓが通電する。この初期電流Ｉｓの値は、数［Ａ］〜数十［Ａ］程度の小電流値に設定される。
一方、時刻ｔ２において、ワイヤ送給モータは正回転（前進送給）から逆回転（後退送給）へと切り換えられるが、この正逆反転のための遅れ時間（以下、モータ反転遅れ時間という）の間は、溶接ワイヤは慣性によって前進送給が継続される。ただし、溶接ワイヤは既に母材と接触しているために、その接触状態を維持することになる。その後、図３（Ｆ２）に示すように、ワイヤ送給モータの逆回転によって溶接ワイヤ１には加圧点Ｐ１から後退送給のための推進力が働くが、給電点Ｐ２の接触抵抗のために、溶接ワイヤの遊び分が後退送給されて加圧点Ｐ１と給電点Ｐ２との間の溶接ワイヤの曲がりがなくなり略直線になるまでの遅れ時間（以下、遊び分送給遅れ時間という）の間は、ワイヤ先端は移動しない。したがって、時刻ｔ２の後退送給への切り換え時点から、上記のモータ反転遅れ時間が経過し、さらに上記の遊び分送給遅れ時間が経過するまでの時刻ｔ３までは、同図（Ｅ）に示すように、ワイヤ先端は移動しないために、ワイヤ先端・母材間距離Ｌｗは０［mm］のままである。
【０００７】
▲３▼ 時刻ｔ３〜ｔ４の期間（後退送給期間）
時刻ｔ３直後において、上記▲２▼項の後退送給によって溶接ワイヤと母材とが離れると、上記の初期電流Ｉｓが通電する初期アーク３ａが発生する。初期アーク３ａが発生すると、同図（Ｃ）に示すように、溶接電圧Ｖｗは上記の基準電圧値Ｖthを超えるアーク電圧値となる。この初期アーク発生時点の時刻ｔ３から予め定めた遅延時間Ｔｄが経過する時刻ｔ４までの期間は、後退送給が継続されるので、同図（Ｅ）に示すように、初期アーク３ａのアーク長（ワイヤ先端・母材間距離Ｌｗ）は次第に長くなる。上記の遅延時間Ｔｄを設ける理由は、初期アーク３ａの発生直後に次の▲４▼項で説明する再前進送給を開始すると、再び接触状態になるおそれがあるためである。ただし、再前進送給開始時にも、前述したモータ反転遅れ時間及び遊び分送給遅れ時間が発生するために、上記の遅延時間Ｔｄをわざわざ設ける必要がない場合もある。
【０００８】
▲４▼ 時刻ｔ４〜ｔ５の期間（再前進送給期間）
時刻ｔ４において、上記の遅延時間Ｔｄが経過すると、同図（Ｂ）に示すように、送給制御信号Ｆｃは正の値の定常送給速度設定値Ｆｓとなり、溶接ワイヤは定常送給速度で再前進送給される。同時に、溶接電源装置の外部特性は、予め定めた電圧設定値Ｖｓに相当する定電圧特性に出力制御されるので、同図（Ｃ）に示すように、溶接電圧Ｖｗはこの電圧設定値Ｖｓに相当する電圧値となると共に、同図（Ｄ）に示すように、定常の溶接電流Ｉｃが通電する。
一方、図３（Ｆ３）に示すように、時刻ｔ４においてワイヤ送給モータは逆回転（後退送給）から正回転（再前進送給）に切り換えられるが、前述したように、時刻ｔ４からモータ反転遅れ時間が経過するまでの期間は、慣性によって溶接ワイヤ１の後退送給が継続されるために、同図（Ｅ）に示すように、アーク長（ワイヤ先端・母材間距離Ｌｗ）は長くなり続ける。さらに、その後、遊び分送給遅れ時間が経過するまでの時刻ｔ５までの期間は、溶接ワイヤ１は再前進送給されるが、図３（Ｆ４）に示すように、溶接ワイヤ１の遊び分を送給するまではワイヤ先端は移動しない。しかし、同図（Ｄ）に示すように、この時点では初期電流Ｉｓよりも大きな値の定常の溶接電流Ｉｃが通電しているために、その通電による溶融によって、同図（Ｅ）に示すように、アーク長Ｌｗは長くなり続けて、時刻ｔ５において、最大アーク長Ｌp1［mm］に達する。すなわち、時刻ｔ４〜ｔ５の再前進送給時遅れ時間Ｔa1の間は、アーク長Ｌｗは長くなり続けることになる。
【０００９】
▲５▼ 時刻ｔ５以降の期間（定常送給期間）
時刻ｔ５において、前述した再前進送給時遅れ時間Ｔa1が経過すると、溶接ワイヤの送給速度は略定常送給速度になるので、同図（Ｅ）に示すように、収束時間Ｔb1の経過後に定常のアーク長Ｌｃ［mm］に収束し、定常のアーク３発生状態となる。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
図２で前述したように、溶接トーチ長さが０．３［ｍ］程度と短い場合の再前進送給時遅れ時間Ｔa1は、例えばモータ反転遅れ時間が１０［ms］程度であり、遊び分送給遅れ時間が１０［ms］程度であり、合計して２０［ms］程度となる。この程度の再前進送給時遅れ時間Ｔa1であれば、アーク長のオーバーシュートは小さいために最大アーク長Ｌp1と定常アーク長Ｌｃとの差は小さくなる。このために、アークスタート部のビード外観、溶け込み等の溶接品質は略良好な状態である。しかしながら、溶接トーチ長さが上述したように０．３［ｍ］と短いものを使用することは作業性が悪いために希であり、１〜３［ｍ］程度のものを使用することが通常である。このように、通常の長さの溶接トーチを使用した場合には、従来技術では以下のような問題が発生する。
【００１１】
図４は、溶接トーチ長さが１［ｍ］の場合の図２に対応するタイミングチャートである。同図（Ａ）〜（Ｅ）の各信号は図２と同一であり、その動作も以下に説明すること以外は図２と同様である。溶接トーチ長さが０．３［ｍ］から１［ｍ］へと長くなると、遊び分送給遅れ時間が長くなる。したがって、同図（Ｅ）に示すように、再前進送給時遅れ時間Ｔa2が、図２のときのＴa1よりもかなり長くなる。前述したように、この再前進送給時遅れ時間Ｔa2が長くなると、この期間中アーク長はどんどん長くなりオーバーシュートが大きくなるために、最大アーク長Ｌp2［ｍｍ］は定常アーク長Ｌｃ［mm］よりも非常に長くなる。また、再前進送給時遅れ時間Ｔa2が長くなると、略比例して収束時間Ｔb2も長くなるために、定常アーク長Ｌｃよりもアーク長が長い期間が長く継続することになる。この結果、再前進送給時遅れ時間Ｔa2及び収束時間Ｔb2のオーバーシュート期間中のビード外観が悪くなり、溶け込みも変動して不良な溶接品質となることがある。１［ｍ］よりもさらに溶接トーチ長さが長くなると、オーバーシュートはますます大きくなり、溶接品質もますます悪くなる。溶接トーチ長さが１［ｍ］の場合には、モータ反転遅れ時間は１０［ms］程度であり、遊び分送給遅れ時間は５０［ms］程度へと長くなり、再前進送給時遅れ時間Ｔa2は６０［ms］程度となる。したがって、再前進送給時遅れ時間は溶接トーチ長さが０．３［ｍ］のときの３倍に長くなる。
【００１２】
そこで、本発明では、溶接トーチ長さが長い場合でも、上述した再前進送給時遅れ時間によるアーク長のオーバーシュートに起因する溶接品質の悪化を防止することができるアークスタート制御方法を提供する。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
第１の発明は、図５〜６に示すように、
溶接電源装置に溶接開始信号Ｓｔが入力されると溶接ワイヤの母材への前進送給を開始すると共に上記溶接電源装置の出力を開始し、この前進送給によって溶接ワイヤが母材に接触すると溶接ワイヤの母材からの後退送給を開始すると共に小電流値の初期電流Ｉｓを通電し、この後退送給によって溶接ワイヤが母材から離れて初期アーク３ａが発生した後に定常送給速度Ｆｓで溶接ワイヤの再前進送給を開始すると共に定常の溶接電流Ｉｃを通電して上記初期アーク発生状態３ａから定常のアーク発生状態へと移行させる消耗電極アーク溶接のアークスタート制御方法において、
上記再前進送給の開始時点から予め定めた初期高速送給時間Ｔｈの間は溶接ワイヤを上記定常送給速度Ｆｓよりも速い初期高速送給速度Ｆshで前進送給し、それ以降は上記定常送給速度Ｆｓで前進送給することを特徴とするアークスタート制御方法である。
【００１４】
第２の発明は、図５〜６に示すように、
第１の発明に記載する初期高速送給時間Ｔｈ又は初期高速送給速度Ｆsh又はそれら両方の値を、溶接トーチの長さに応じて適正値に設定することを特徴とするアークスタート制御方法である。
【００１５】
第３の発明は、図７に示すように、
第１の発明に記載する初期高速送給時間Ｔｈの値を、後退送給の開始時点から初期アーク発生時点までの時間長さＴｒに応動して設定することを特徴とするアークスタート制御方法である。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明の実施の形態の例として、実施例１〜２について図面を参照して説明する。
［実施例１］
実施例１の発明は、溶接ワイヤの再前進送給の開始時点から予め定めた初期高速送給時間の間は溶接ワイヤを定常送給速度よりも速い初期高速送給速度で前進送給し、それ以降は定常送給速度で前進送給するアークスタート制御方法である。この初期高速送給時間又は初期高速送給速度又はそれら両方の値は、溶接トーチの長さに応じて適正値に設定される。実施例１の発明では、再送給開始時点から初期高速送給時間の間は、溶接ワイヤを定常送給速度よりも速い初期高速送給速度で送給することによって、遊び分送給遅れ時間を短くすることができ、その結果、再前進送給時遅れ時間を短くすることができる。このために、アーク長のオーバーシュートを小さくすることができ、最大アーク長と定常アーク長との差を小さくすることができるので、アークスタート部のビード外観、溶け込み等の溶接品質の悪化を防止することができる。以下、実施例１の発明について、図面を参照して説明する。
【００１７】
図５は、実施例１の発明を実施するための溶接電源装置ＰＳのブロック図である。以下、同図を参照して説明する。
出力制御回路ＩＮＶは、商用電源（３相２００［Ｖ］等）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、サイリスタ制御等の出力制御を行い、溶接に適した溶接電圧Ｖｗ及び溶接電流Ｉｗを出力する。
【００１８】
電圧検出回路ＶＤは、溶接電圧Ｖｗを検出して、電圧検出信号Ｖｄを出力する。短絡判別回路ＳＤは、上記の電圧検出信号Ｖｄが図２で前述したように予め定めた基準電圧値Ｖth以下であるときにはＨｉｇｈレベルとなる短絡判別信号Ｓｄを出力する。遅延回路ＴＤは、上記の短絡判別信号ＳｄがＨｉｇｈレベル（短絡）からＬｏｗレベル（非短絡）に変化した時点から予め定めた所定時間だけＨｉｇｈレベルとなる遅延時間信号Ｔｄを出力する。初期送給速度設定回路ＦＳＩは、予め定めた初期送給速度設定信号Ｆsiを出力する。論理否定回路ＮＯＴは、上記の短絡判別信号Ｓｄを論理反転して切換信号Ｎotを出力する。初期送給切換回路ＳＩは、上記の切換信号ＮotがＨｉｇｈレベル（非短絡）からＬｏｗレベル（短絡）に変化するまではａ側に接続されて上記の初期送給速度設定信号Ｆsiを送給速度制御設定信号Ｆscとして出力し、ＨｉｇｈレベルからＬｏｗレベルへと変化した後はｂ側に切り換わり後述する後退送給切換回路出力信号Ｓｒを送給速度制御設定信号Ｆscとして出力する。後退送給速度設定回路ＦＳＲは、予め定めた後退送給速度設定信号Ｆsrを出力する。後退送給切換回路ＳＲは、上記の遅延時間信号ＴｄがＨｉｇｈレベルからＬｏｗレベルに変化するまではａ側に接続されて上記の後退送給速度設定信号Ｆsrを後退送給切換回路出力信号Ｓｒとして出力し、ＨｉｇｈレベルからＬｏｗレベルへと変化した後はｂ側に切り換わり後述する初期高速送給切換回路出力信号Ｓｈを後退送給切換回路出力信号Ｓｒとして出力する。初期高速送給速度設定回路ＦＳＨは、予め定めた初期高速送給速度設定信号Ｆshを出力する。定常送給速度設定回路ＦＳは、予め定めた定常送給速度設定信号Ｆｓを出力する。初期高速送給時間タイマ回路ＴＨは、上記の遅延時間信号ＴｄがＨｉｇｈレベルからＬｏｗレベルに変化した時点から予め定めた所定時間だけＨｉｇｈレベルとなる初期高速送給時間信号Ｔｈを出力する。初期高速送給切換回路ＳＨは、上記の初期高速送給時間信号ＴｈがＨｉｇｈレベルからＬｏｗレベルに変化するまではａ側に接続されて上記の初期高速送給速度設定信号Ｆshを初期高速送給切換回路出力信号Ｓｈとして出力し、ＨｉｇｈレベルからＬｏｗレベルへと変化した後はｂ側に切り換わり上記の定常送給速度設定信号Ｆｓを初期高速送給切換回路出力信号Ｓｈとして出力する。送給制御回路ＦＣは、溶接開始信号ＳｔがＨｉｇｈレベル（開始）であるときは、上記の送給速度制御設定信号Ｆsc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Ｆｃをワイヤ送給モータＷＭへ出力する。
【００１９】
電圧設定回路ＶＳは、予め定めた電圧設定信号Ｖｓを出力する。初期電流設定回路ＩＳＩは、予め定めた初期電流設定信号Ｉsiを出力する。電圧誤差増幅回路ＥＶは、上記の電圧設定信号Ｖｓと電圧検出信号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によるフィードバック制御によって、溶接電源装置の外部特性は定常の溶接電流を通電するための定電圧特性となる。電流検出回路ＩＤは、溶接電流Ｉｗを検出して、電流検出信号Ｉｄを出力する。電流誤差増幅回路ＥＩは、上記の初期電流設定信号Ｉsi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。この電流誤差増幅回路ＥＩによるフィードバック制御によって、溶接電源装置の外部特性は初期電流を通電するための定電流特性又は垂下特性となる。外部特性切換回路ＳＰは、上記の遅延時間信号ＴｄがＨｉｇｈレベルからＬｏｗレベルに変化するまではａ側に接続されて上記の電流誤差増幅信号Ｅｉを誤差増幅信号Ｅａとして出力し、ＨｉｇｈレベルからＬｏｗレベルに変化した後は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。駆動回路ＤＶは、上記の溶接開始信号ＳｔがＨｉｇｈレベル（開始）のときは上記の誤差増幅信号Ｅａに従って駆動信号Ｄｖを出力し、Ｌｏｗレベル（停止）のときは駆動信号Ｄｖは出力しない。
【００２０】
図６は、溶接トーチ長さが１［ｍ］の場合の上述した溶接電源装置の各信号のタイミングチャートである。同図（Ａ）は溶接開始信号Ｓｔの時間変化を示し、同図（Ｂ）は送給制御信号Ｆｃの時間変化を示し、同図（Ｃ）は短絡判別信号Ｓｄの時間変化を示し、同図（Ｄ）は遅延時間信号Ｔｄの時間変化を示し、同図（Ｅ）は初期高速送給時間信号Ｔｈの時間変化を示し、同図（Ｆ）は溶接電圧Ｖｗの時間変化を示し、同図（Ｇ）は溶接電流Ｉｗの時間変化を示し、同図（Ｈ）はワイヤ先端・母材間距離Ｌｗの時間変化を示し、同図（Ｉ１）〜（Ｉ５）は各時刻における溶接ワイヤの送給状態を示す。以下、同図を参照して説明する。
【００２１】
▲１▼ 時刻ｔ１〜ｔ２の期間
時刻ｔ１において、同図（Ａ）に示すように、溶接開始信号Ｓｔが入力（Ｈｉｇｈレベル）されると、同図（Ｂ）に示すように、送給制御信号Ｆｃは正の値の初期送給速度設定値Ｆsiとなり、同図（Ｉ１）に示すように、溶接ワイヤ１は母材２へ初期送給速度で前進送給される。この期間中は、同図（Ｉ１）に示すように、溶接ワイヤ１と母材２とは無負荷状態であるために、同図（Ｆ）に示すように、溶接電圧Ｖｗは無負荷電圧Ｖnlとなり、同図（Ｇ）に示すように、初期電流Ｉｓは通電しない。一方、同図（Ｈ）に示すように、ワイヤ先端・母材間距離Ｌｗは、前進送給によって時間経過と共に次第に短くなる。
【００２２】
▲２▼ 時刻ｔ２〜ｔ３の期間
時刻ｔ２において、同図（Ｉ２）に示すように、上記▲１▼項の前進送給によって溶接ワイヤ１と母材２とが接触すると、同図（Ｆ）に示すように、溶接電圧Ｖｗは基準電圧値Ｖth以下の短絡電圧値になる。これに応動して、同図（Ｃ）に示すように、短絡判別信号ＳｄがＨｉｇｈレベル（短絡）に変化すると、同図（Ｂ）に示すように、送給制御信号Ｆｃは負の値の後退送給速度設定値Ｆsrとなり、溶接ワイヤは母材から後退送給速度で後退送給される。同時に、同図（Ｇ）に示すように、初期電流Ｉｓが通電する。また、この期間中は、前述したようにモータ反転遅れ時間及び遊び分送給遅れ時間のために、同図（Ｈ）に示すように、ワイヤ先端は移動せずワイヤ先端・母材間距離Ｌｗは０［mm］のままである。
【００２３】
▲３▼ 時刻ｔ３〜ｔ４の期間
時刻ｔ３直後において、同図（Ｉ３）に示すように、上記▲２▼項の後退送給によって溶接ワイヤ１と母材２とが離れると、初期電流Ｉｓが通電する初期アーク３ａが発生する。初期アーク３ａが発生すると、同図（Ｆ）に示すように、溶接電圧Ｖｗは基準電圧値Ｖthを超えるアーク電圧値となる。このために、同図（Ｃ）に示すように、短絡判別信号ＳｄはＬｏｗレベル（非短絡）に変化する。しかし、この期間中は、初期アーク発生状態３ａを維持したままで後退送給が継続する。したがって、同図（Ｈ）に示すように、この期間中のワイヤ先端・母材間距離Ｌｗは、時間経過と共に次第に長くなる。
【００２４】
▲４▼ 時刻ｔ４〜ｔ５の期間
時刻ｔ４において、同図（Ｄ）に示すように、遅延時間信号ＴｄがＨｉｇｈレベルからＬｏｗレベルに変化すると、同図（Ｂ）に示すように、予め定めた初期高速送給時間Ｔｈの間は送給制御信号Ｆｃは正の値の初期高速送給速度設定値Ｆshとなり、溶接ワイヤは初期高速送給速度で再前進送給される。同時に、溶接電源装置の外部特性は、予め定めた電圧設定信号Ｖｓに相当する定電圧特性に出力制御されるので、同図（Ｆ）に示すように、溶接電圧Ｖｗはこの電圧設定信号Ｖｓに相当する電圧値となり、同図（Ｇ）に示すように、定常の溶接電流Ｉｃが通電する。
一方、前述したように、この期間中はモータ反転遅れ時間及び遊び分送給遅れ時間によって、同図（Ｈ）に示すように、アーク長は長くなり続ける。しかし、定常送給速度よりも速い初期高速送給速度で送給するので、遊び分送給遅れ時間が短くなり、その結果、再前進送給時遅れ時間Ｔa3も短くなる。このために、アーク長のオーバーシュートも小さくなり、最大アーク長Ｌp3と定常アーク長Ｌｃとの差も小さくなる。
【００２５】
▲５▼ 時刻ｔ５以降の期間
時刻ｔ５において、初期高速送給時間Ｔｈが経過すると、同図（Ｂ）に示すように、送給制御信号Ｆｃは正の値の定常送給速度設定値Ｆｓに変化し、溶接ワイヤは定常送給速度で送給される。前述したようにオーバーシュートが小さく最大アーク長Ｌp3と定常アーク長Ｌｃとの差が小さいので、同図（Ｈ）に示すように、収束時間Ｔb3も短くなり、短時間で円滑に定常のアーク長Ｌｃに収束する。
【００２６】
上述した初期高速送給時間Ｔｈ又は初期高速送給速度Ｆsh又はそれら両方の値は、溶接トーチ長さによって再前進送給時遅れ時間Ｔa3が変化するので、その長さに応じて適正値に設定される。
【００２７】
［実施例２］
実施例２の発明は、初期高速送給時間の値を、後退送給の開始時点から初期アーク発生時点までの時間長さに応動して設定するアークスタート制御方法である。すなわち、前述した図６において、時刻ｔ２（後退送給開始時点）から時刻ｔ３（初期アーク発生時点）までの後退送給時遅れ時間Ｔｒに応動して、初期高速送給時間Ｔｈを設定する。後退送給時遅れ時間Ｔｒは、図６（Ｃ）に示す短絡判別信号ＳｄがＨｉｇｈレベル（短絡）にある時間長さとなり、容易に測定することができる。他方、再前進送給時遅れ時間Ｔａは、再前進送給開始時点から最大アーク長となる時点までの時間であるために、測定が困難である。そこで、溶接トーチ長さに略比例して、後退送給時遅れ時間Ｔｒ及び再前進送給時遅れ時間Ｔａが変化することを利用して、測定の容易な後退送給時遅れ時間Ｔｒによって再前進送給時遅れ時間Ｔａ推定し、初期高速送給時間Ｔｈを設定するものである。このときに、溶接施工前に後退送給時遅れ時間Ｔｒを測定して、予め初期高速送給時間Ｔｈを設定する方法もある。また、後退送給時遅れ時間Ｔｒを自動測定して初期高速送給時間Ｔｈを自動設定する方法もある。以下、後者の場合である実施例２の発明について図面を参照して説明する。
【００２８】
図７は、実施例２の発明を実施するための溶接電源装置のブロック図である。同図において、前述した図５と同一の回路ブロックには同一符号を付し、それらの説明は省略する。以下、図５とは異なる点線で示す回路ブロックについて説明する。短絡時間計測回路ＣＳは、短絡判別信号ＳｄがＨｉｇｈレベル（短絡）である時間長さを計測して、短絡時間信号Ｃｓを出力する。実施例２の初期高速送給時間タイマ回路ＴＨは、遅延時間信号ＴｄがＨｉｇｈレベルからＬｏｗレベルに変化した時点から上記の短絡時間信号Ｃｓによって定まる所定時間だけＨｉｇｈレベルとなる初期高速送給時間信号Ｔｈを出力する。
【００２９】
［効果］
図８は、上述した実施例１〜２の発明の効果を示すためのアークスタート時におけるアーク長（ワイヤ先端・母材間距離Ｌｗ）の変化を示す図である。同図の横軸は後退送給開始時点からの経過時間を示し、縦軸はアーク長Ｌｗを示す。同図において、点線は従来技術の場合であり、実線は本発明の場合を示す。また、溶接条件は、溶接トーチ長さ １［ｍ］、溶接ワイヤ アルミニウム合金Ａ５１８３直径１．２［mm］、定常送給速度Ｆｓ＝６［m/min］（溶接電流Ｉｗ＝１００［Ａ］相当）、初期高速送給速度Ｆsh＝９［m/min］の場合である。
【００３０】
経過時間０［ｓ］の時点が図６の時刻ｔ２に対応し、アーク長Ｌｗが０［mm］でなくなる経過時間６０［ms］時点が図６の時刻ｔ３に対応する。従来技術では、アーク長Ｌｗは大きくオーバーシュートして定常アーク長に収束するのに長い時間がかかるために、アークスタート部のビード外観、溶け込み等の溶接品質が不良になる。これに対して、本発明では、アーク長Ｌｗのオーバーシュートが小さく短時間で収束するので、アークスタート部の溶接品質の悪化は生じない。
【００３１】
【発明の効果】
本発明のアークスタート制御方法では、再前進送給開始時点から初期高速送給時間の間は定常送給速度よりも速い初期高速送給速度で送給することによって、溶接トーチ長さが長くなっても再前進送給時遅れ時間を短くすることができるので、アーク長のオーバーシュートを小さくすることができ、アークスタート部の溶接品質を常に良好にすることができる。
さらに、実施例２の発明では、測定が容易な後退送給時遅れ時間に応動して初期高速送給時間を設定するので、溶接トーチ長さに対応した適正値に設定することができる。その結果、アーク長のオーバーシュートを最も小さくすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】従来溶接装置の構成図
【図２】従来溶接装置のタイミングチャート
【図３】従来溶接装置での溶接ワイヤの送給状態図
【図４】従来技術の解決課題を説明するためのタイミングチャート
【図５】実施例１の溶接電源装置のブロック図
【図６】実施例１の溶接電源装置のタイミングチャート
【図７】実施例２の溶接電源装置のブロック図
【図８】本発明の効果を示すアークスタート時のアーク長変化図
【符号の説明】
１ 溶接ワイヤ
２ 母材
３ アーク
３ａ 初期アーク
４ 溶接トーチ
４ａ コンタクトチップ
４ｂ ライナ
５ ワイヤ送給装置の送給ロール
ＣＳ 短絡時間計測回路
Ｃｓ 短絡時間信号
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
ＦＣ 送給制御回路
Ｆｃ 送給制御信号
ＦＳ 定常送給速度設定回路
Ｆｓ 定常送給速度設定（値／信号）
ＦＳＨ 初期高速送給速度設定回路
Ｆsh 初期高速送給速度設定（値／信号）
ＦＳＩ 初期送給速度設定回路
Ｆsi 初期送給速度設定（値／信号）
ＦＳＲ 後退送給速度設定回路
Ｆsr 後退送給速度設定（値／信号）
Ｉｃ 定常の溶接電流
ＩＤ 電流検出回路
Ｉｄ 電流検出信号
Ｉｓ 初期電流
ＩＳＩ 初期電流設定回路
Ｉsi 初期電流設定信号
Ｉｗ 溶接電流
Ｌｃ 定常アーク長
Ｌｐ 最大アーク長
Ｌｗ ワイヤ先端・母材間距離／アーク長
ＮＯＴ 論理否定回路
Ｎot 切換信号
Ｐ１ 加圧点
Ｐ２ 給電点
ＰＳ 溶接電源装置
ＳＤ 短絡判別回路
Ｓｄ 短絡判別信号
ＳＨ 初期高速送給切換回路
Ｓｈ 初期高速送給切換回路出力信号
ＳＩ 初期送給切換回路
ＳＰ 外部特性切換回路
ＳＲ 後退送給切換回路
Ｓｒ 後退送給切換回路出力信号
ＳＴ 溶接開始回路
Ｓｔ 溶接開始信号
Ｔａ 再前進送給時遅れ時間
Ｔｂ 収束時間
ＴＤ 遅延回路
Ｔｄ 遅延時間（信号）
ＴＨ 初期高速送給時間タイマ回路
Ｔｈ 初期高速送給時間（信号）
Ｔｒ 後退送給時遅れ時間
ＶＤ 電圧検出回路
Ｖｄ 電圧検出信号
Ｖnl 無負荷電圧
ＶＳ 電圧設定回路
Ｖｓ 電圧設定（値／信号）
Ｖth 基準電圧値
Ｖｗ 溶接電圧
ＷＭ ワイヤ送給モータ
【発明の属する技術分野】
本発明は、正逆回転が可能なワイヤ送給モータによって、溶接ワイヤを母材へ前進送給及び後退送給してアークスタートさせ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。
【０００２】
【従来の技術】
ワイヤ送給モータを正回転させて溶接ワイヤを母材へ前進送給し、溶接ワイヤが母材に接触したことを判別するとワイヤ送給モータを逆回転させて溶接ワイヤを母材から後退送給し、同時に予め定めた小電流値の初期電流を通電し、上記の後退送給によって溶接ワイヤが母材から離れて初期アークが発生すると溶接ワイヤを再前進送給し、同時に定常の溶接電流を通電して、初期アーク発生状態から定常のアーク発生状態へと移行させる消耗電極アーク溶接のアークスタート制御方法（一般的には、リトラクトアークスタート方法と呼ばれる）が従来から知られている。以下、この従来技術のアークスタート制御方法について、図面を参照して説明する。
【０００３】
図１は、従来技術のアーク溶接装置の構成図である。以下、同図を参照して説明する。
溶接電源装置ＰＳは、外部に設けられた溶接開始回路ＳＴから溶接開始信号Ｓｔが入力されると、アークを発生させるための溶接電圧Ｖｗ及び溶接電流Ｉｗを出力すると共に、溶接ワイヤ１の送給を制御するための送給制御信号Ｆｃをワイヤ送給モータＷＭへ出力する。溶接ワイヤ１は、ワイヤ送給モータＷＭと直結した送給ロール５によって、溶接トーチ４内を通って送給される。ワイヤ送給モータＷＭが正回転すると溶接ワイヤ１は母材２へ前進送給され、逆回転すると溶接ワイヤ１は母材２から離れる方向に後退送給される。上記の溶接電源装置ＰＳから出力される溶接電圧Ｖｗは、溶接トーチ４の先端に取り付けられたコンタクトチップ４ａによって溶接ワイヤ１に給電される。溶接ワイヤ１と母材２との間が接触（短絡）状態又はアーク３発生状態にあるときは溶接電流Ｉｗが通電する。他方、溶接ワイヤ１と母材２とが離れていてアーク３も発生していない無負荷状態のときは溶接電圧Ｖｗは最大値の無負荷電圧となり、溶接電流Ｉｗは通電しない。また、溶接ワイヤ１の先端と母材２との最短距離がワイヤ先端・母材間距離Ｌｗ［mm］となる。したがって、アーク３発生中のワイヤ先端・母材間距離Ｌｗはアーク長と略等しくなる。
【０００４】
図２は、上述した溶接装置の各信号のタイミングチャートであり、図３は溶接トーチの長さが０．３［ｍ］と短い場合の溶接トーチ内の溶接ワイヤの送給状態を示す図である。同図（Ａ）は溶接開始信号Ｓｔの時間変化を示し、同図（Ｂ）は送給制御信号Ｆｃ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の時間変化を示す。また、図３（Ｆ１）は時刻ｔ２直前の、（Ｆ２）は時刻ｔ３直前の、（Ｆ３）は時刻ｔ４の、（Ｆ４）は時刻ｔ５の各時刻における溶接ワイヤの送給状態を示す。以下、同図及び図３を参照して説明する。
【０００５】
▲１▼ 時刻ｔ１〜ｔ２の期間（前進送給期間）
時刻ｔ１において、同図（Ａ）に示すように、溶接開始信号Ｓｔが入力（Ｈｉｇｈレベル）されると、同図（Ｂ）に示すように、送給制御信号Ｆｃは正の値の初期送給速度設定値Ｆsiとなり、溶接ワイヤは母材へ初期送給速度で前進送給される。なお、送給制御信号Ｆｃが正の値のときは前進送給となり、負の値のときは後退送給となる。また、時刻ｔ１〜ｔ４の期間中の溶接電源装置の外部特性は、後述する初期電流Ｉｓを通電するために定電流特性又は垂下特性に出力制御される。しかし、時刻ｔ１〜ｔ２の本期間中は、溶接ワイヤと母材との間は無負荷状態にあるために、同図（Ｃ）に示すように、溶接電圧Ｖｗは無負荷電圧Ｖnlとなり、同図（Ｄ）に示すように、溶接電流Ｉｗは通電しない。一方、同図（Ｅ）に示すように、ワイヤ先端・母材間距離Ｌｗは、前進送給によって時間経過と共に次第に短くなる。
また、図３（Ｆ１）に示すように、この期間中は送給ロール５は正回転して溶接ワイヤ１は溶接トーチ４内に挿入されたライナ４ｂ内を前進送給され、ワイヤ先端は次第に母材へと接近する。このときに、２つの送給ロール５の加圧点Ｐ１から溶接ワイヤ１に前進送給の推進力が働く。他方、コンタクトチップ４ａ内部の給電点Ｐ２から溶接ワイヤ１に安定した給電を行うために、給電点Ｐ２の接触抵抗は大きくなるように設計されている。このために、溶接ワイヤ１には加圧点Ｐ１で推進力が働き、給電点Ｐ２で抵抗力が働くことになり、加圧点Ｐ１と給電点Ｐ２との間（溶接トーチ長さに相当）で溶接ワイヤ１は左右に何回も曲がった状態（以下、溶接ワイヤの遊び分という）で前進送給されることになる。したがって、溶接トーチ長さに比例して、溶接ワイヤの遊び分は長くなる。
【０００６】
▲２▼ 時刻ｔ２〜ｔ３の期間（後退送給期間）
時刻ｔ２において、上記▲１▼項の前進送給によって溶接ワイヤが母材に接触して、同図（Ｃ）に示すように、溶接電圧Ｖｗが予め定めた基準電圧値Ｖth［Ｖ］以下の短絡電圧値に変化すると、同図（Ｂ）に示すように、送給制御信号Ｆｃは負の値の後退送給速度設定値Ｆsrとなり、溶接ワイヤは母材から後退送給速度で後退送給される。同時に、同図（Ｄ）に示すように、前述した定電流特性又は垂下特性によって予め定めた小電流値の初期電流Ｉｓが通電する。この初期電流Ｉｓの値は、数［Ａ］〜数十［Ａ］程度の小電流値に設定される。
一方、時刻ｔ２において、ワイヤ送給モータは正回転（前進送給）から逆回転（後退送給）へと切り換えられるが、この正逆反転のための遅れ時間（以下、モータ反転遅れ時間という）の間は、溶接ワイヤは慣性によって前進送給が継続される。ただし、溶接ワイヤは既に母材と接触しているために、その接触状態を維持することになる。その後、図３（Ｆ２）に示すように、ワイヤ送給モータの逆回転によって溶接ワイヤ１には加圧点Ｐ１から後退送給のための推進力が働くが、給電点Ｐ２の接触抵抗のために、溶接ワイヤの遊び分が後退送給されて加圧点Ｐ１と給電点Ｐ２との間の溶接ワイヤの曲がりがなくなり略直線になるまでの遅れ時間（以下、遊び分送給遅れ時間という）の間は、ワイヤ先端は移動しない。したがって、時刻ｔ２の後退送給への切り換え時点から、上記のモータ反転遅れ時間が経過し、さらに上記の遊び分送給遅れ時間が経過するまでの時刻ｔ３までは、同図（Ｅ）に示すように、ワイヤ先端は移動しないために、ワイヤ先端・母材間距離Ｌｗは０［mm］のままである。
【０００７】
▲３▼ 時刻ｔ３〜ｔ４の期間（後退送給期間）
時刻ｔ３直後において、上記▲２▼項の後退送給によって溶接ワイヤと母材とが離れると、上記の初期電流Ｉｓが通電する初期アーク３ａが発生する。初期アーク３ａが発生すると、同図（Ｃ）に示すように、溶接電圧Ｖｗは上記の基準電圧値Ｖthを超えるアーク電圧値となる。この初期アーク発生時点の時刻ｔ３から予め定めた遅延時間Ｔｄが経過する時刻ｔ４までの期間は、後退送給が継続されるので、同図（Ｅ）に示すように、初期アーク３ａのアーク長（ワイヤ先端・母材間距離Ｌｗ）は次第に長くなる。上記の遅延時間Ｔｄを設ける理由は、初期アーク３ａの発生直後に次の▲４▼項で説明する再前進送給を開始すると、再び接触状態になるおそれがあるためである。ただし、再前進送給開始時にも、前述したモータ反転遅れ時間及び遊び分送給遅れ時間が発生するために、上記の遅延時間Ｔｄをわざわざ設ける必要がない場合もある。
【０００８】
▲４▼ 時刻ｔ４〜ｔ５の期間（再前進送給期間）
時刻ｔ４において、上記の遅延時間Ｔｄが経過すると、同図（Ｂ）に示すように、送給制御信号Ｆｃは正の値の定常送給速度設定値Ｆｓとなり、溶接ワイヤは定常送給速度で再前進送給される。同時に、溶接電源装置の外部特性は、予め定めた電圧設定値Ｖｓに相当する定電圧特性に出力制御されるので、同図（Ｃ）に示すように、溶接電圧Ｖｗはこの電圧設定値Ｖｓに相当する電圧値となると共に、同図（Ｄ）に示すように、定常の溶接電流Ｉｃが通電する。
一方、図３（Ｆ３）に示すように、時刻ｔ４においてワイヤ送給モータは逆回転（後退送給）から正回転（再前進送給）に切り換えられるが、前述したように、時刻ｔ４からモータ反転遅れ時間が経過するまでの期間は、慣性によって溶接ワイヤ１の後退送給が継続されるために、同図（Ｅ）に示すように、アーク長（ワイヤ先端・母材間距離Ｌｗ）は長くなり続ける。さらに、その後、遊び分送給遅れ時間が経過するまでの時刻ｔ５までの期間は、溶接ワイヤ１は再前進送給されるが、図３（Ｆ４）に示すように、溶接ワイヤ１の遊び分を送給するまではワイヤ先端は移動しない。しかし、同図（Ｄ）に示すように、この時点では初期電流Ｉｓよりも大きな値の定常の溶接電流Ｉｃが通電しているために、その通電による溶融によって、同図（Ｅ）に示すように、アーク長Ｌｗは長くなり続けて、時刻ｔ５において、最大アーク長Ｌp1［mm］に達する。すなわち、時刻ｔ４〜ｔ５の再前進送給時遅れ時間Ｔa1の間は、アーク長Ｌｗは長くなり続けることになる。
【０００９】
▲５▼ 時刻ｔ５以降の期間（定常送給期間）
時刻ｔ５において、前述した再前進送給時遅れ時間Ｔa1が経過すると、溶接ワイヤの送給速度は略定常送給速度になるので、同図（Ｅ）に示すように、収束時間Ｔb1の経過後に定常のアーク長Ｌｃ［mm］に収束し、定常のアーク３発生状態となる。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
図２で前述したように、溶接トーチ長さが０．３［ｍ］程度と短い場合の再前進送給時遅れ時間Ｔa1は、例えばモータ反転遅れ時間が１０［ms］程度であり、遊び分送給遅れ時間が１０［ms］程度であり、合計して２０［ms］程度となる。この程度の再前進送給時遅れ時間Ｔa1であれば、アーク長のオーバーシュートは小さいために最大アーク長Ｌp1と定常アーク長Ｌｃとの差は小さくなる。このために、アークスタート部のビード外観、溶け込み等の溶接品質は略良好な状態である。しかしながら、溶接トーチ長さが上述したように０．３［ｍ］と短いものを使用することは作業性が悪いために希であり、１〜３［ｍ］程度のものを使用することが通常である。このように、通常の長さの溶接トーチを使用した場合には、従来技術では以下のような問題が発生する。
【００１１】
図４は、溶接トーチ長さが１［ｍ］の場合の図２に対応するタイミングチャートである。同図（Ａ）〜（Ｅ）の各信号は図２と同一であり、その動作も以下に説明すること以外は図２と同様である。溶接トーチ長さが０．３［ｍ］から１［ｍ］へと長くなると、遊び分送給遅れ時間が長くなる。したがって、同図（Ｅ）に示すように、再前進送給時遅れ時間Ｔa2が、図２のときのＴa1よりもかなり長くなる。前述したように、この再前進送給時遅れ時間Ｔa2が長くなると、この期間中アーク長はどんどん長くなりオーバーシュートが大きくなるために、最大アーク長Ｌp2［ｍｍ］は定常アーク長Ｌｃ［mm］よりも非常に長くなる。また、再前進送給時遅れ時間Ｔa2が長くなると、略比例して収束時間Ｔb2も長くなるために、定常アーク長Ｌｃよりもアーク長が長い期間が長く継続することになる。この結果、再前進送給時遅れ時間Ｔa2及び収束時間Ｔb2のオーバーシュート期間中のビード外観が悪くなり、溶け込みも変動して不良な溶接品質となることがある。１［ｍ］よりもさらに溶接トーチ長さが長くなると、オーバーシュートはますます大きくなり、溶接品質もますます悪くなる。溶接トーチ長さが１［ｍ］の場合には、モータ反転遅れ時間は１０［ms］程度であり、遊び分送給遅れ時間は５０［ms］程度へと長くなり、再前進送給時遅れ時間Ｔa2は６０［ms］程度となる。したがって、再前進送給時遅れ時間は溶接トーチ長さが０．３［ｍ］のときの３倍に長くなる。
【００１２】
そこで、本発明では、溶接トーチ長さが長い場合でも、上述した再前進送給時遅れ時間によるアーク長のオーバーシュートに起因する溶接品質の悪化を防止することができるアークスタート制御方法を提供する。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
第１の発明は、図５〜６に示すように、
溶接電源装置に溶接開始信号Ｓｔが入力されると溶接ワイヤの母材への前進送給を開始すると共に上記溶接電源装置の出力を開始し、この前進送給によって溶接ワイヤが母材に接触すると溶接ワイヤの母材からの後退送給を開始すると共に小電流値の初期電流Ｉｓを通電し、この後退送給によって溶接ワイヤが母材から離れて初期アーク３ａが発生した後に定常送給速度Ｆｓで溶接ワイヤの再前進送給を開始すると共に定常の溶接電流Ｉｃを通電して上記初期アーク発生状態３ａから定常のアーク発生状態へと移行させる消耗電極アーク溶接のアークスタート制御方法において、
上記再前進送給の開始時点から予め定めた初期高速送給時間Ｔｈの間は溶接ワイヤを上記定常送給速度Ｆｓよりも速い初期高速送給速度Ｆshで前進送給し、それ以降は上記定常送給速度Ｆｓで前進送給することを特徴とするアークスタート制御方法である。
【００１４】
第２の発明は、図５〜６に示すように、
第１の発明に記載する初期高速送給時間Ｔｈ又は初期高速送給速度Ｆsh又はそれら両方の値を、溶接トーチの長さに応じて適正値に設定することを特徴とするアークスタート制御方法である。
【００１５】
第３の発明は、図７に示すように、
第１の発明に記載する初期高速送給時間Ｔｈの値を、後退送給の開始時点から初期アーク発生時点までの時間長さＴｒに応動して設定することを特徴とするアークスタート制御方法である。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明の実施の形態の例として、実施例１〜２について図面を参照して説明する。
［実施例１］
実施例１の発明は、溶接ワイヤの再前進送給の開始時点から予め定めた初期高速送給時間の間は溶接ワイヤを定常送給速度よりも速い初期高速送給速度で前進送給し、それ以降は定常送給速度で前進送給するアークスタート制御方法である。この初期高速送給時間又は初期高速送給速度又はそれら両方の値は、溶接トーチの長さに応じて適正値に設定される。実施例１の発明では、再送給開始時点から初期高速送給時間の間は、溶接ワイヤを定常送給速度よりも速い初期高速送給速度で送給することによって、遊び分送給遅れ時間を短くすることができ、その結果、再前進送給時遅れ時間を短くすることができる。このために、アーク長のオーバーシュートを小さくすることができ、最大アーク長と定常アーク長との差を小さくすることができるので、アークスタート部のビード外観、溶け込み等の溶接品質の悪化を防止することができる。以下、実施例１の発明について、図面を参照して説明する。
【００１７】
図５は、実施例１の発明を実施するための溶接電源装置ＰＳのブロック図である。以下、同図を参照して説明する。
出力制御回路ＩＮＶは、商用電源（３相２００［Ｖ］等）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、サイリスタ制御等の出力制御を行い、溶接に適した溶接電圧Ｖｗ及び溶接電流Ｉｗを出力する。
【００１８】
電圧検出回路ＶＤは、溶接電圧Ｖｗを検出して、電圧検出信号Ｖｄを出力する。短絡判別回路ＳＤは、上記の電圧検出信号Ｖｄが図２で前述したように予め定めた基準電圧値Ｖth以下であるときにはＨｉｇｈレベルとなる短絡判別信号Ｓｄを出力する。遅延回路ＴＤは、上記の短絡判別信号ＳｄがＨｉｇｈレベル（短絡）からＬｏｗレベル（非短絡）に変化した時点から予め定めた所定時間だけＨｉｇｈレベルとなる遅延時間信号Ｔｄを出力する。初期送給速度設定回路ＦＳＩは、予め定めた初期送給速度設定信号Ｆsiを出力する。論理否定回路ＮＯＴは、上記の短絡判別信号Ｓｄを論理反転して切換信号Ｎotを出力する。初期送給切換回路ＳＩは、上記の切換信号ＮotがＨｉｇｈレベル（非短絡）からＬｏｗレベル（短絡）に変化するまではａ側に接続されて上記の初期送給速度設定信号Ｆsiを送給速度制御設定信号Ｆscとして出力し、ＨｉｇｈレベルからＬｏｗレベルへと変化した後はｂ側に切り換わり後述する後退送給切換回路出力信号Ｓｒを送給速度制御設定信号Ｆscとして出力する。後退送給速度設定回路ＦＳＲは、予め定めた後退送給速度設定信号Ｆsrを出力する。後退送給切換回路ＳＲは、上記の遅延時間信号ＴｄがＨｉｇｈレベルからＬｏｗレベルに変化するまではａ側に接続されて上記の後退送給速度設定信号Ｆsrを後退送給切換回路出力信号Ｓｒとして出力し、ＨｉｇｈレベルからＬｏｗレベルへと変化した後はｂ側に切り換わり後述する初期高速送給切換回路出力信号Ｓｈを後退送給切換回路出力信号Ｓｒとして出力する。初期高速送給速度設定回路ＦＳＨは、予め定めた初期高速送給速度設定信号Ｆshを出力する。定常送給速度設定回路ＦＳは、予め定めた定常送給速度設定信号Ｆｓを出力する。初期高速送給時間タイマ回路ＴＨは、上記の遅延時間信号ＴｄがＨｉｇｈレベルからＬｏｗレベルに変化した時点から予め定めた所定時間だけＨｉｇｈレベルとなる初期高速送給時間信号Ｔｈを出力する。初期高速送給切換回路ＳＨは、上記の初期高速送給時間信号ＴｈがＨｉｇｈレベルからＬｏｗレベルに変化するまではａ側に接続されて上記の初期高速送給速度設定信号Ｆshを初期高速送給切換回路出力信号Ｓｈとして出力し、ＨｉｇｈレベルからＬｏｗレベルへと変化した後はｂ側に切り換わり上記の定常送給速度設定信号Ｆｓを初期高速送給切換回路出力信号Ｓｈとして出力する。送給制御回路ＦＣは、溶接開始信号ＳｔがＨｉｇｈレベル（開始）であるときは、上記の送給速度制御設定信号Ｆsc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Ｆｃをワイヤ送給モータＷＭへ出力する。
【００１９】
電圧設定回路ＶＳは、予め定めた電圧設定信号Ｖｓを出力する。初期電流設定回路ＩＳＩは、予め定めた初期電流設定信号Ｉsiを出力する。電圧誤差増幅回路ＥＶは、上記の電圧設定信号Ｖｓと電圧検出信号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によるフィードバック制御によって、溶接電源装置の外部特性は定常の溶接電流を通電するための定電圧特性となる。電流検出回路ＩＤは、溶接電流Ｉｗを検出して、電流検出信号Ｉｄを出力する。電流誤差増幅回路ＥＩは、上記の初期電流設定信号Ｉsi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。この電流誤差増幅回路ＥＩによるフィードバック制御によって、溶接電源装置の外部特性は初期電流を通電するための定電流特性又は垂下特性となる。外部特性切換回路ＳＰは、上記の遅延時間信号ＴｄがＨｉｇｈレベルからＬｏｗレベルに変化するまではａ側に接続されて上記の電流誤差増幅信号Ｅｉを誤差増幅信号Ｅａとして出力し、ＨｉｇｈレベルからＬｏｗレベルに変化した後は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。駆動回路ＤＶは、上記の溶接開始信号ＳｔがＨｉｇｈレベル（開始）のときは上記の誤差増幅信号Ｅａに従って駆動信号Ｄｖを出力し、Ｌｏｗレベル（停止）のときは駆動信号Ｄｖは出力しない。
【００２０】
図６は、溶接トーチ長さが１［ｍ］の場合の上述した溶接電源装置の各信号のタイミングチャートである。同図（Ａ）は溶接開始信号Ｓｔの時間変化を示し、同図（Ｂ）は送給制御信号Ｆｃの時間変化を示し、同図（Ｃ）は短絡判別信号Ｓｄの時間変化を示し、同図（Ｄ）は遅延時間信号Ｔｄの時間変化を示し、同図（Ｅ）は初期高速送給時間信号Ｔｈの時間変化を示し、同図（Ｆ）は溶接電圧Ｖｗの時間変化を示し、同図（Ｇ）は溶接電流Ｉｗの時間変化を示し、同図（Ｈ）はワイヤ先端・母材間距離Ｌｗの時間変化を示し、同図（Ｉ１）〜（Ｉ５）は各時刻における溶接ワイヤの送給状態を示す。以下、同図を参照して説明する。
【００２１】
▲１▼ 時刻ｔ１〜ｔ２の期間
時刻ｔ１において、同図（Ａ）に示すように、溶接開始信号Ｓｔが入力（Ｈｉｇｈレベル）されると、同図（Ｂ）に示すように、送給制御信号Ｆｃは正の値の初期送給速度設定値Ｆsiとなり、同図（Ｉ１）に示すように、溶接ワイヤ１は母材２へ初期送給速度で前進送給される。この期間中は、同図（Ｉ１）に示すように、溶接ワイヤ１と母材２とは無負荷状態であるために、同図（Ｆ）に示すように、溶接電圧Ｖｗは無負荷電圧Ｖnlとなり、同図（Ｇ）に示すように、初期電流Ｉｓは通電しない。一方、同図（Ｈ）に示すように、ワイヤ先端・母材間距離Ｌｗは、前進送給によって時間経過と共に次第に短くなる。
【００２２】
▲２▼ 時刻ｔ２〜ｔ３の期間
時刻ｔ２において、同図（Ｉ２）に示すように、上記▲１▼項の前進送給によって溶接ワイヤ１と母材２とが接触すると、同図（Ｆ）に示すように、溶接電圧Ｖｗは基準電圧値Ｖth以下の短絡電圧値になる。これに応動して、同図（Ｃ）に示すように、短絡判別信号ＳｄがＨｉｇｈレベル（短絡）に変化すると、同図（Ｂ）に示すように、送給制御信号Ｆｃは負の値の後退送給速度設定値Ｆsrとなり、溶接ワイヤは母材から後退送給速度で後退送給される。同時に、同図（Ｇ）に示すように、初期電流Ｉｓが通電する。また、この期間中は、前述したようにモータ反転遅れ時間及び遊び分送給遅れ時間のために、同図（Ｈ）に示すように、ワイヤ先端は移動せずワイヤ先端・母材間距離Ｌｗは０［mm］のままである。
【００２３】
▲３▼ 時刻ｔ３〜ｔ４の期間
時刻ｔ３直後において、同図（Ｉ３）に示すように、上記▲２▼項の後退送給によって溶接ワイヤ１と母材２とが離れると、初期電流Ｉｓが通電する初期アーク３ａが発生する。初期アーク３ａが発生すると、同図（Ｆ）に示すように、溶接電圧Ｖｗは基準電圧値Ｖthを超えるアーク電圧値となる。このために、同図（Ｃ）に示すように、短絡判別信号ＳｄはＬｏｗレベル（非短絡）に変化する。しかし、この期間中は、初期アーク発生状態３ａを維持したままで後退送給が継続する。したがって、同図（Ｈ）に示すように、この期間中のワイヤ先端・母材間距離Ｌｗは、時間経過と共に次第に長くなる。
【００２４】
▲４▼ 時刻ｔ４〜ｔ５の期間
時刻ｔ４において、同図（Ｄ）に示すように、遅延時間信号ＴｄがＨｉｇｈレベルからＬｏｗレベルに変化すると、同図（Ｂ）に示すように、予め定めた初期高速送給時間Ｔｈの間は送給制御信号Ｆｃは正の値の初期高速送給速度設定値Ｆshとなり、溶接ワイヤは初期高速送給速度で再前進送給される。同時に、溶接電源装置の外部特性は、予め定めた電圧設定信号Ｖｓに相当する定電圧特性に出力制御されるので、同図（Ｆ）に示すように、溶接電圧Ｖｗはこの電圧設定信号Ｖｓに相当する電圧値となり、同図（Ｇ）に示すように、定常の溶接電流Ｉｃが通電する。
一方、前述したように、この期間中はモータ反転遅れ時間及び遊び分送給遅れ時間によって、同図（Ｈ）に示すように、アーク長は長くなり続ける。しかし、定常送給速度よりも速い初期高速送給速度で送給するので、遊び分送給遅れ時間が短くなり、その結果、再前進送給時遅れ時間Ｔa3も短くなる。このために、アーク長のオーバーシュートも小さくなり、最大アーク長Ｌp3と定常アーク長Ｌｃとの差も小さくなる。
【００２５】
▲５▼ 時刻ｔ５以降の期間
時刻ｔ５において、初期高速送給時間Ｔｈが経過すると、同図（Ｂ）に示すように、送給制御信号Ｆｃは正の値の定常送給速度設定値Ｆｓに変化し、溶接ワイヤは定常送給速度で送給される。前述したようにオーバーシュートが小さく最大アーク長Ｌp3と定常アーク長Ｌｃとの差が小さいので、同図（Ｈ）に示すように、収束時間Ｔb3も短くなり、短時間で円滑に定常のアーク長Ｌｃに収束する。
【００２６】
上述した初期高速送給時間Ｔｈ又は初期高速送給速度Ｆsh又はそれら両方の値は、溶接トーチ長さによって再前進送給時遅れ時間Ｔa3が変化するので、その長さに応じて適正値に設定される。
【００２７】
［実施例２］
実施例２の発明は、初期高速送給時間の値を、後退送給の開始時点から初期アーク発生時点までの時間長さに応動して設定するアークスタート制御方法である。すなわち、前述した図６において、時刻ｔ２（後退送給開始時点）から時刻ｔ３（初期アーク発生時点）までの後退送給時遅れ時間Ｔｒに応動して、初期高速送給時間Ｔｈを設定する。後退送給時遅れ時間Ｔｒは、図６（Ｃ）に示す短絡判別信号ＳｄがＨｉｇｈレベル（短絡）にある時間長さとなり、容易に測定することができる。他方、再前進送給時遅れ時間Ｔａは、再前進送給開始時点から最大アーク長となる時点までの時間であるために、測定が困難である。そこで、溶接トーチ長さに略比例して、後退送給時遅れ時間Ｔｒ及び再前進送給時遅れ時間Ｔａが変化することを利用して、測定の容易な後退送給時遅れ時間Ｔｒによって再前進送給時遅れ時間Ｔａ推定し、初期高速送給時間Ｔｈを設定するものである。このときに、溶接施工前に後退送給時遅れ時間Ｔｒを測定して、予め初期高速送給時間Ｔｈを設定する方法もある。また、後退送給時遅れ時間Ｔｒを自動測定して初期高速送給時間Ｔｈを自動設定する方法もある。以下、後者の場合である実施例２の発明について図面を参照して説明する。
【００２８】
図７は、実施例２の発明を実施するための溶接電源装置のブロック図である。同図において、前述した図５と同一の回路ブロックには同一符号を付し、それらの説明は省略する。以下、図５とは異なる点線で示す回路ブロックについて説明する。短絡時間計測回路ＣＳは、短絡判別信号ＳｄがＨｉｇｈレベル（短絡）である時間長さを計測して、短絡時間信号Ｃｓを出力する。実施例２の初期高速送給時間タイマ回路ＴＨは、遅延時間信号ＴｄがＨｉｇｈレベルからＬｏｗレベルに変化した時点から上記の短絡時間信号Ｃｓによって定まる所定時間だけＨｉｇｈレベルとなる初期高速送給時間信号Ｔｈを出力する。
【００２９】
［効果］
図８は、上述した実施例１〜２の発明の効果を示すためのアークスタート時におけるアーク長（ワイヤ先端・母材間距離Ｌｗ）の変化を示す図である。同図の横軸は後退送給開始時点からの経過時間を示し、縦軸はアーク長Ｌｗを示す。同図において、点線は従来技術の場合であり、実線は本発明の場合を示す。また、溶接条件は、溶接トーチ長さ １［ｍ］、溶接ワイヤ アルミニウム合金Ａ５１８３直径１．２［mm］、定常送給速度Ｆｓ＝６［m/min］（溶接電流Ｉｗ＝１００［Ａ］相当）、初期高速送給速度Ｆsh＝９［m/min］の場合である。
【００３０】
経過時間０［ｓ］の時点が図６の時刻ｔ２に対応し、アーク長Ｌｗが０［mm］でなくなる経過時間６０［ms］時点が図６の時刻ｔ３に対応する。従来技術では、アーク長Ｌｗは大きくオーバーシュートして定常アーク長に収束するのに長い時間がかかるために、アークスタート部のビード外観、溶け込み等の溶接品質が不良になる。これに対して、本発明では、アーク長Ｌｗのオーバーシュートが小さく短時間で収束するので、アークスタート部の溶接品質の悪化は生じない。
【００３１】
【発明の効果】
本発明のアークスタート制御方法では、再前進送給開始時点から初期高速送給時間の間は定常送給速度よりも速い初期高速送給速度で送給することによって、溶接トーチ長さが長くなっても再前進送給時遅れ時間を短くすることができるので、アーク長のオーバーシュートを小さくすることができ、アークスタート部の溶接品質を常に良好にすることができる。
さらに、実施例２の発明では、測定が容易な後退送給時遅れ時間に応動して初期高速送給時間を設定するので、溶接トーチ長さに対応した適正値に設定することができる。その結果、アーク長のオーバーシュートを最も小さくすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】従来溶接装置の構成図
【図２】従来溶接装置のタイミングチャート
【図３】従来溶接装置での溶接ワイヤの送給状態図
【図４】従来技術の解決課題を説明するためのタイミングチャート
【図５】実施例１の溶接電源装置のブロック図
【図６】実施例１の溶接電源装置のタイミングチャート
【図７】実施例２の溶接電源装置のブロック図
【図８】本発明の効果を示すアークスタート時のアーク長変化図
【符号の説明】
１ 溶接ワイヤ
２ 母材
３ アーク
３ａ 初期アーク
４ 溶接トーチ
４ａ コンタクトチップ
４ｂ ライナ
５ ワイヤ送給装置の送給ロール
ＣＳ 短絡時間計測回路
Ｃｓ 短絡時間信号
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
ＦＣ 送給制御回路
Ｆｃ 送給制御信号
ＦＳ 定常送給速度設定回路
Ｆｓ 定常送給速度設定（値／信号）
ＦＳＨ 初期高速送給速度設定回路
Ｆsh 初期高速送給速度設定（値／信号）
ＦＳＩ 初期送給速度設定回路
Ｆsi 初期送給速度設定（値／信号）
ＦＳＲ 後退送給速度設定回路
Ｆsr 後退送給速度設定（値／信号）
Ｉｃ 定常の溶接電流
ＩＤ 電流検出回路
Ｉｄ 電流検出信号
Ｉｓ 初期電流
ＩＳＩ 初期電流設定回路
Ｉsi 初期電流設定信号
Ｉｗ 溶接電流
Ｌｃ 定常アーク長
Ｌｐ 最大アーク長
Ｌｗ ワイヤ先端・母材間距離／アーク長
ＮＯＴ 論理否定回路
Ｎot 切換信号
Ｐ１ 加圧点
Ｐ２ 給電点
ＰＳ 溶接電源装置
ＳＤ 短絡判別回路
Ｓｄ 短絡判別信号
ＳＨ 初期高速送給切換回路
Ｓｈ 初期高速送給切換回路出力信号
ＳＩ 初期送給切換回路
ＳＰ 外部特性切換回路
ＳＲ 後退送給切換回路
Ｓｒ 後退送給切換回路出力信号
ＳＴ 溶接開始回路
Ｓｔ 溶接開始信号
Ｔａ 再前進送給時遅れ時間
Ｔｂ 収束時間
ＴＤ 遅延回路
Ｔｄ 遅延時間（信号）
ＴＨ 初期高速送給時間タイマ回路
Ｔｈ 初期高速送給時間（信号）
Ｔｒ 後退送給時遅れ時間
ＶＤ 電圧検出回路
Ｖｄ 電圧検出信号
Ｖnl 無負荷電圧
ＶＳ 電圧設定回路
Ｖｓ 電圧設定（値／信号）
Ｖth 基準電圧値
Ｖｗ 溶接電圧
ＷＭ ワイヤ送給モータ
Claims (3)
- 溶接電源装置に溶接開始信号が入力されると溶接ワイヤの母材への前進送給を開始すると共に前記溶接電源装置の出力を開始し、この前進送給によって溶接ワイヤが母材に接触すると溶接ワイヤの母材からの後退送給を開始すると共に小電流値の初期電流を通電し、この後退送給によって溶接ワイヤが母材から離れて初期アークが発生した後に定常送給速度で溶接ワイヤの再前進送給を開始すると共に定常の溶接電流を通電して前記初期アーク発生状態から定常のアーク発生状態へと移行させる消耗電極アーク溶接のアークスタート制御方法において、
前記再前進送給の開始時点から予め定めた初期高速送給時間の間は溶接ワイヤを前記定常送給速度よりも速い初期高速送給速度で前進送給し、それ以降は前記定常送給速度で前進送給することを特徴とするアークスタート制御方法。 - 請求項１に記載する初期高速送給時間又は初期高速送給速度又はそれら両方の値を、溶接トーチの長さに応じて適正値に設定することを特徴とするアークスタート制御方法。
- 請求項１に記載する初期高速送給時間の値を、後退送給の開始時点から初期アーク発生時点までの時間長さに応動して設定することを特徴とするアークスタート制御方法。
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