JP4080666B2 - 多電極パルスアーク溶接制御方法及び溶接装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、１つの溶接トーチから互いに電気的に絶縁された２本の溶接ワイヤと被溶接物との間に２つのアークを発生させて溶接する多電極パルスアーク溶接方法において、２つのアークの相互間に作用する力によるアークの相互干渉によってアーク発生状態が不安定になることを抑制することができる多電極パルスアーク溶接制御方法及び溶接装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
多電極パルスアーク溶接方法では、１つの溶接トーチに設けた電気的に絶縁した２つのコンタクトチップを通して２本の溶接ワイヤを送給して、それらの溶接ワイヤと被溶接物との間に２つのパルスアークを発生させて溶接を行う。この溶接方法は、２本の溶接ワイヤが同時に溶融するので高溶着量を得ることができるので、薄板の溶接では４［ｍ／分］を超える高速溶接を行うことができ、また、厚板の多層溶接では層数を減らして溶接を行うことができ、溶接作業の高効率化を図ることができる。かつ、本溶接方法はパルスアーク溶接方法であるので、スパッタの発生が少なく、美しいビード外観を得ることができる。この溶接方法は、鉄鋼、ステンレス鋼、アルミニウム合金等の種々の金属に対して使用することができる。しかしながら、従来技術の多電極パルスアーク溶接方法では、後述するように、２つのアークの相互間に作用する力によるアークの相互干渉によってアーク発生状態が不安定になるという解決すべき課題がある。以下、従来技術の多電極パルスアーク溶接制御方法及び溶接装置について説明する。
【０００３】
図１は、従来技術の多電極パルスアーク溶接装置（以下、従来溶接装置という）の構成図である。同図に示すように、この溶接装置は、第１の溶接電源装置ＡＰＳ、第１のワイヤ送給装置ＡＷＦ、第２の溶接電源装置ＢＰＳ、第２のワイヤ送給装置ＢＷＦ及び溶接トーチ４から構成されている。
溶接トーチ４には、相互に電気的に絶縁された第１のコンタクトチップＡ４１及び第２のコンタクトチップＢ４１が装着されており、これらのコンタクトチップＡ４１及びＢ４１を通して第１の溶接ワイヤＡ１及び第２の溶接ワイヤＢ１が送給及び給電されて、被溶接物２との間に第１のアークＡ３及び第２のアークＢ３が発生する。これらの２つのアークによって１つの溶融池２１が形成される。
【０００４】
第１の溶接電源装置ＡＰＳは、一般的なパルスアーク溶接用の溶接電源装置であり、第１のワイヤ送給装置ＡＷＦに送給制御信号Ｗｃを出力すると共に、第１の溶接ワイヤＡ１に第１の溶接電圧ＡＶｗを供給して、その結果、第１の溶接電流ＡＩｗが通電する。第１のワイヤ送給装置ＡＷＦは、上記の送給制御信号Ｗｃに従って第1の溶接ワイヤＡ１の送給を制御する。また、第２の溶接電源装置ＢＰＳ及び第２のワイヤ送給装置ＢＷＦについても、上記と同様であるので説明を省略する。
【０００５】
上記の第１の溶接電源装置ＡＰＳ及び第２の溶接電源装置ＢＰＳでは、図２で後述するように、電圧フィードバック制御によるアーク長制御及び電流フィードバック制御による電流波形制御の２つの制御が同時に行われている。従来技術においては、これらの制御は両電源装置間で完全に独立して行われている。
【０００６】
図２は、上述した第１の溶接電源装置ＡＰＳ及び第２の溶接電源装置ＢＰＳの出波形を示す電流・電圧波形図である。同図（Ａ）は第１の溶接電流ＡＩｗの時間変化を示しており、同図（Ｂ）は第１の溶接電圧ＡＶｗの時間変化を示しており、同図（Ｃ）は第２の溶接電流ＢＩｗの時間変化を示しており、同図（Ｄ）は第２の溶接電圧ＢＶｗの時間変化を示している。以下、同図を参照して動作を説明する。
【０００７】
▲１▼ 時刻ｔ１〜ｔ２の期間（第１のピーク電流通電時間ＡＴｐ）
同図（Ａ）に示すように、第１のピーク電流通電時間ＡＴｐの間は第１のピーク電流ＡＩｐが通電する。通常、この第１のピーク電流通電時間ＡＴｐ及び第１のピーク電流ＡＩｐの両値は、溶接ワイヤがアーク熱によって１パルス１溶滴移行するように予め設定する。また、同図（Ｂ）に示すように、第１のピーク電流通電時間ＡＴｐの間は第１のピーク電流ＡＩｐに対応した第１のピーク電圧ＡＶｐが第１の溶接ワイヤと被溶接物との間に印加する。
【０００８】
▲２▼ 時刻ｔ２〜ｔ３の期間
同図（Ａ）に示すように、時刻ｔ２から第１のパルス周期ＡＴｆ期間が終了する時刻ｔ３までの間は、溶滴移行しない範囲で予め設定した第１のベース電流ＡＩｂが通電する。この第１のパルス周期ＡＴｆの継続時間は、第１の溶接電圧ＡＶｗの平均値と電源装置の外部から設定される第１の電圧設定信号ＡＶｓとの誤差による周波数変調制御又はパルス幅変調制御（電圧フィードバック制御）によって自動的に決定される。一般的に、溶接電圧の平均値とアーク長とは比例関係にあるので、上記の電圧フィードバック制御は、溶接品質に重大な影響を及ぼすアーク長の制御を行っていることになる。
また、同図（Ｂ）に示すように、この期間中は第１のベース電流ＡＩｂに対応した第１のベース電圧ＡＶｂが第１の溶接ワイヤと被溶接物との間に印加する。
時刻ｔ１以前及び時刻ｔ３以後の期間は、上記の▲１▼項及び▲２▼項の動作を繰り返して第１の溶接電源装置ＡＰＳによる溶接が行われる。
【０００９】
▲３▼ 時刻ｔ４〜ｔ５の期間（第２のピーク電流通電時間ＢＴｐ）
同図（Ｃ）に示すように、第２のピーク電流通電時間ＢＴｐの間は第２のピーク電流ＢＩｐが通電する。通常、この第２のピーク電流通電時間ＢＴｐ及び第２のピーク電流ＢＩｐの両値を、前述したように溶接ワイヤがアーク熱によって１パルス１溶滴移行するように予め設定する。なお、この両値はワイヤ送給速度（溶接電流の平均値）によって異なる値に設定されるので、上記の第１の溶接電流ＡＩｗの平均値と上記の第２の溶接電流ＢＩｗの平均値とが異なれば、第１のピーク電流通電時間ＡＴｐと第２のピーク電流通電時間ＢＴｐとは異なった値となり、第１のピーク電流ＡＩｐと第２のピーク電流ＢＩｐとは異なった値になる。
また、同図（Ｄ）に示すように、第２のピーク電流通電時間ＢＴｐの間は第２のピーク電流ＢＩｐに対応した第２のピーク電圧ＢＶｐが第２の溶接ワイヤと被溶接物との間に印加する。
【００１０】
▲４▼ 時刻ｔ５〜ｔ６の期間
同図（Ｃ）に示すように、時刻ｔ５から第２のパルス周期ＢＴｆ期間が終了する時刻ｔ６までの間は、溶滴移行しない範囲で予め設定した第２のベース電流ＢＩｂが通電する。通常、このベース電流の値は、ワイヤ送給速度（溶接電流の平均値）によって異なる値に設定されるので、上記の第１の溶接電流ＡＩｗの平均値と上記の第２の溶接電流ＢＩｗの平均値とが異なれば、第１のベース電流ＡＩｂと第２のベース電流ＢＩｂとは異なった値となる。
上記の第２のパルス周期ＢＴｆの継続時間は、上記の▲２▼項と同様に、第２の溶接電圧ＢＶｗの平均値と電源装置の外部から設定される第２の電圧設定信号ＢＶｓとの誤差による周波数変調制御又はパルス幅変調制御（電圧フィードバック制御）によって自動的に決定される。
また、同図（Ｄ）に示すように、この期間中は第２のベース電流ＢＩｂに対応した第２のベース電圧ＢＶｂが第２の溶接ワイヤと被溶接物との間に印加する。
時刻ｔ４以前及び時刻ｔ６以後の期間は、上記の▲３▼項及び▲４▼項の動作を繰り返して第２の溶接電源装置ＢＰＳによる溶接が行われる。
【００１１】
上記の▲１▼項及び▲２▼項に示す第１の溶接電源装置ＡＰＳにおける電圧フィードバック制御及び溶接電流の通電を制御する電流波形制御並びに上記の▲３▼項及び▲４▼項に示す第２の溶接電源装置ＢＰＳにおける電圧フィードバック制御及び電流波形制御は、完全に独立して行われる。そのために、第１のピーク電流ＡＩｐ及び第１のベース電流ＡＩｂの通電するタイミングと、第２のピーク電流ＢＩｐ及び第２のベース電流ＢＩｂが通電するタイミングとは、同図（Ａ）及び（Ｃ）に示すようにアトランダムになる。
なお、第１のベース電圧ＡＶｂが同図（Ｂ）のイ部に示すように持ち上がる期間は、第２のピーク電流ＢＩｐの通電期間と一致し、同様に第２のベース電圧ＢＶｂが同図（Ｄ）のロ部に示すように持ち上がる期間は、第１のピーク電流ＡＩｐの通電期間に一致する。この現象は、第１のアークと第２のアークとの間のアークの相互干渉によって発生しており、詳細は図８で後述する。
【００１２】
図３は、前述した従来技術の第１の溶接電源装置ＡＰＳ及び第２の溶接電源装置ＢＰＳの回路構成を示すブロック図である。以下、同図を参照して各回路ブロックについて説明する。
【００１３】
第１の溶接電源装置ＡＰＳは、一点鎖線で囲んだ範囲内の各回路ブロックから構成されており、以下これらの回路ブロックについて説明する。
出力制御回路ＩＮＶは、商用電源を入力として出力制御を行い、アーク負荷に適した出力を供給する。一般的に、この出力制御回路ＩＮＶとしては、インバータ制御回路、チョッパ制御回路、サイリスタ位相制御回路等が慣用されている。例えば、上記のインバータ制御回路は、商用電源を整流する１次側整流回路と、整流されたリップルのある電圧を平滑する平滑回路と、平滑された直流電圧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負荷に適した電圧に降圧する高周波変圧器と、降圧された交流を再び整流する２次側整流回路と、整流されたリップルのある直流を平滑する直流リアクトルとから構成されており、後述する電流誤差増幅信号Ｅｉに従って上記のインバータ回路を形成する複数組のパワートランジスタが制御されて出力制御が行われる。
【００１４】
電圧検出回路ＶＤは、第１の溶接電圧ＡＶｗを検出して平均化した電圧検出信号Ｖｄを出力する。第１の電圧設定回路ＡＶＳは、電源装置の外部に設けられており、第１の電圧設定信号ＡＶｓを出力する。電圧誤差増幅増幅回路ＥＶは、フィードバック信号である上記の電圧検出設定信号Ｖｄと、目標値である第１の電圧設定信号ＡＶｓとの誤差を増幅して、電圧誤差増幅信号Ｅｖを出力する。Ｖ／Ｆ変換回路ＶＦは、上記の電圧誤差増幅信号Ｅｖを入力としてＶ／Ｆ変換を行い、Ｖ／Ｆ変換信号Ｖｆを出力する。ピーク電流通電時間設定回路ＴＰは、予め設定したピーク電流通電時間設定信号Ｔｐを出力する。モノマルチバイブレータＭＭは、上記のＶ／Ｆ変換信号ＶｆがＬｏｗレベルからＨｉｇｈレベルに変化することをトリガとして、上記のピーク電流通電時間設定信号Ｔｐによって設定した時間だけＨｉｇｈレベルとなる、図２で前述した第１のパルス周期信号ＡＴｆを出力する。
【００１５】
上記の電圧誤差増幅回路ＥＶ、Ｖ／Ｆ変換回路ＶＦ、ピーク電流通電時間設定回路ＴＰ及びモノマルチバイブレータＭＭによって点線で囲んだ変調回路ＭＣが形成される。この変調回路ＭＣは、上記の電圧検出信号Ｖｄと上記の第１の電圧設定信号ＡＶｓとを入力としてそれらの信号間の誤差による周波数変調制御によって上記の第１のパルス周期信号ＡＴｆを出力する。この変調方式としては、上記の周波数変調制御の他にパルス幅変調制御も慣用技術として使用されている。
【００１６】
第１のピーク電流設定回路ＡＩＰは、予め設定した第１のピーク電流設定信号ＡＩｐを出力する。第１のベース電流設定回路ＡＩＢは、予め設定した第１のベース電流設定信号ＡＩｂを出力する。第１の切換回路ＡＳＷは、上記の第１のパルス周期信号ＡＴｆがＨｉｇｈレベルのときはａ側に接続されて上記の第１のピーク電流設定信号ＡＩｐを第１の電流制御設定信号ＡＩscとして出力し、上記の第１のパルス周期信号ＡＴｆがＬｏｗレベルのときはｂ側に接続されて上記の第１のベース電流設定信号ＡＩｂを第１の電流制御設定信号ＡＩscとして出力する。電流検出回路ＩＤは、第１の溶接電流ＡＩｗ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、フィードバック信号である電流検出信号Ｉｄと、目標値である第１の電流制御設定信号ＡＩscとの誤差を増幅して、電流誤差増幅信号Ｅｉを出力する。この電流誤差増幅信号Ｅｉに従って出力制御が行われて、第１の溶接電圧ＡＶｗが印加する。
【００１７】
第１の送給速度設定回路ＡＷＳは、電源装置の外部に設けられており、第１の送給速度設定信号ＡＷｓを出力する。送給制御回路ＷＣは、第１の送給速度設定信号ＡＷｓを入力として送給制御信号Ｗｃを出力する。第１のワイヤ送給装置ＡＷＦは、上記の送給制御信号Ｗｃに従って第１の溶接ワイヤＡ１の送給を制御する。
【００１８】
次に、第２の溶接電源装置ＢＰＳ及び第２のワイヤ送給装置ＢＷＦの回路ブロックの説明は、上記の第１の溶接電圧ＡＶｗ及び第１の溶接電流ＡＩｗを第２の溶接電圧ＢＶｗ及び第２の溶接電流ＢＩｗに、第１の電圧設定回路ＡＶＳ及び第１の電圧設定信号ＡＶｓを第２の電圧設定回路ＢＶＳ及び第２の電圧設定信号ＢＶｓに、第１のピーク電流設定回路ＡＩＰ及び第１のピーク電流設定信号ＡＩｐを第２のピーク電流設定回路ＢＩＰ及び第２のピーク電流設定信号ＢＩｐに、第１のベース電流設定回路ＡＩＢ及び第１のベース電流設定信号ＡＩｂを第２のベース電流設定回路ＢＩＢ及び第２のピーク電流設定信号ＢＩｂに、第１のパルス周期信号ＡＴｆを第２のパルス周期信号ＢＴｆに、第１の切換回路ＡＳＷ及び第１の電流制御設定信号ＡＩscを第２の切換回路ＢＳＷ及び第２の電流制御設定信号ＢＩscに、それぞれ読み替えると同様になるので省略する。結果的に、上記の第２の溶接電源装置ＢＰＳによって第２の溶接電圧ＢＶｗが印加すると共に、上記の第２のワイヤ送給装置ＢＷＦによって第２の溶接ワイヤＢ１が送給されて、被溶接物２との間に第２のアークＢ３が発生して第２の溶接電流ＢＩｗが通電する。
【００１９】
上述したように、第１の溶接電源装置ＡＰＳ及び第２の溶接電源装置ＢＰＳにおいて、電圧フィードバック制御を行う電圧誤差増幅回路ＥＶ及び電流フィードバック制御を行う電流誤差増幅回路ＥＩは、両電源装置間では独立しているために、図２で前述したように、第１の溶接電流ＡＩｗと第２の溶接電流ＢＩｗとの通電タイミングはアトランダムになる。
【００２０】
【発明が解決しようとする課題】
上述した従来技術の多電極パルスアーク溶接方法では、２つのアークの相互間に作用する力によってアークの形状が変形するアークの相互干渉に起因して、アーク長が変動してアーク発生状態が不安定になる現象が生じる。以下、まずこのアークの相互干渉の発生原因について説明し、続いてアークの相互干渉によって発生する従来技術の問題点について説明する。
【００２１】
図４は、単独で発生しているアーク３に作用する力を説明するためのアーク発生部模式図である。同図（Ａ）は、発生しているアーク３の形状が溶接ワイヤ１の送給方向（以下、送給方向という）ａ−ｂを中心線として対称形状である場合であり、同図（Ｂ）は、発生しているアーク３の形状が送給方向ａ−ｂを中心線として対称形状でない場合である。
同図（Ａ）に示すように、溶接ワイヤ１と被溶接物２との間にアーク３が発生しており、溶接電流Ｉｗが通電している。この溶接電流Ｉｗは、溶接電源装置の図示していないプラス端子から溶接ワイヤ１→アーク３→被溶接物２と順次に通電した後にマイナス端子へと戻る。溶接ワイヤ１を通電する電流によって同図（Ａ）に示すような磁界が形成される。しかしこの場合は、アーク３の形状が対象形状であるので、この磁界によってアーク３に力は作用しない。一方、アーク３を通電する電流により形成された磁界によって、同図（Ａ）に示すようにアーク３を収縮させる力（以下、アークによる収縮力という）ＦＸが作用する。したがって、対称形状のアークには、アークによる収縮力のみが作用する。
【００２２】
次に、同図（Ｂ）においては、溶接ワイヤ１と被溶接物２との間に、後述する図８（Ｂ）の第２のアークＢ３のように非対称形状のアーク３がａ−ｃ方向に発生して溶接電流Ｉｗが通電している。この溶接ワイヤ１を通電する電流によって、図示するような磁界が形成される。この場合には同図（Ａ）とは異なり、アーク３の形状が対称形状でないので、この磁界によってアーク３には力（以下、磁界による力という）ＦＹが作用する。一方、アーク３を通電する電流により形成される磁界によって、同図（Ｂ）に示すようにアーク３にはアークによる収縮力ＦＸが作用する。上記の磁界による力ＦＹはアーク３を送給方向ａ−ｂに引き戻すように作用し、かつ、上記のアークによる収縮力ＦＸはアークの形状を維持するように作用するので、アークは同図（Ａ）に示すような対象形状に戻り、その形状を保持する性質（アークの硬直性）を有する。また、上記の磁界による力ＦＹ及びアークによる収縮力ＦＸの力の大きさは、磁界を形成する電流値の大きさに比例する。
【００２３】
次に、従来技術の多電極パルスアーク溶接方法における２つのアーク相互間に作用する力について図５〜図８を参照して説明する。
図５は、前述した図２と同様に、従来技術の多電極パルスアーク溶接方法の電流・電圧波形図であり、同図（Ａ）は第１の溶接電流ＡＩｗの時間変化を示しており、同図（Ｂ）は第１の溶接電圧ＡＶｗの時間変化を示しており、同図（Ｃ）は第２の溶接電流ＢＩｗの時間変化を示しており、同図（Ｄ）は第２の溶接電圧ＢＶｗの時間変化を示している。前述したように、第１の溶接電流ＡＩｗと第２の溶接電流ＢＩｗとはアトランダムに通電しているために、それぞれのピーク電流とベース電流との通電の組み合わせは下記の４通りとなる。
【００２４】
すなわち、時刻ｔ１においては、第１の溶接電流ＡＩｗとして第１のピーク電流ＡＩｐが通電し、かつ、第２の溶接電流ＢＩｗとして第２のピーク電流ＢＩｐが通電している。この状態でのアークの相互干渉については図６で後述する。次に、時刻ｔ２においては、第１の溶接電流ＡＩｗとして第１のベース電流ＡＩｂが通電し、かつ、第２の溶接電流ＢＩｗとして第２のベース電流ＢＩｂが通電している。この状態でのアークの相互干渉については図７で後述する。
【００２５】
さらに、時刻ｔ３においては、第１の溶接電流ＡＩｗとして第１のピーク電流ＡＩｐが通電し、かつ、第２の溶接電流ＢＩｗとして第２のベース電流ＢＩｂが通電している。時刻ｔ４においては、上記とは逆に、第１の溶接電流ＡＩｗとして第１のベース電流ＡＩｂが通電し、かつ、第２の溶接電流ＢＩｗとして第２のピーク電流ＢＩｐが通電している。これらの状態でのアークの相互干渉については図８で後述する。
【００２６】
図６は、２つのアークに通電する第１及び第２の溶接電流が共にピーク電流である前述した図５の時刻ｔ１におけるアーク発生部の模式図である。以下、同図を参照して、この状態でのアークの相互干渉について説明する。
同図に示すように、第１の溶接ワイヤＡ１には第１のピーク電流ＡＩｐが通電して、前述した図４（Ａ）のときと同様に第１のアークＡ３が対象形状で発生している。他方、第２の溶接ワイヤＡ２には第２のピーク電流ＢＩｐが通電して、上記と同様に第２のアークＢ３が対象形状で発生している。
【００２７】
この状態では、前述した図４（Ａ）のときと同様に、第１のアークＡ３には、第１の溶接ワイヤＡ１を通電する第１のピーク電流ＡＩｐによる磁界による力は作用せず、第１のアークＡ３を通電する第１のピーク電流ＡＩｐによるアークによる収縮力ＡＦＸ１のみが作用する。また、第１のアークＡ３の周囲には第２の溶接ワイヤＢ１を通電する第２のピーク電流ＢＩｐによって磁界が形成されており、この磁界に対しては第１のアークＡ３は対象形状ではないために、第１のアークＡ３には、上記のアークによる収縮力ＡＦＸ１に加えて磁界による力ＡＦＺ１が作用する。通常、２つのアークを通電する電流値が略等しいときは、アーク形状を維持する力であるアークによる収縮力ＡＦＸ１が、アーク形状を変形させる力である磁界による力ＡＦＺ１よりも大きいので、第１のアークＡ３の形状は変化しない。同様に、第２のアークＢ３の形状も変化しない。
【００２８】
上述したように時刻ｔ１の状態では、自己のアークによる収縮力（ＡＦＸ１及びＢＦＸ１）が他方のアークからの干渉である磁界による力（ＡＦＺ１及びＢＦＺ１）よりも大きいので、アークの形状は変化しない。すなわち、２つのアークに略等しい値の電流が通電しているときは、アークの相互干渉によるアーク発生状態への影響はほとんどない。
【００２９】
図７は、２つのアークに通電する第１及び第２の溶接電流が共にベース電流である前述した図５の時刻ｔ２におけるアーク発生部の模式図である。
同図に示す状態は、上述した図６において２つのアークを通電する電流がピーク電流からベース電流に代わっただけであり、その動作は同様である。すなわち、自己のアークによる収縮力（ＡＦＸ２及びＢＦＸ２）が他方のアークからの干渉である磁界による力（ＡＦＺ２及びＢＦＺ２）よりも大きいので、アークの形状は変化しない。したがって、図６のときと同様に、２つのアークに略等しい値の電流が通電しているときは、アークの相互干渉によるアーク発生状態への影響はほとんどない。
【００３０】
図８は、第１のアークＡ３に第１のピーク電流ＡＩｐが通電し、第２のアークＢ３に第２のベース電流ＢＩｂが通電する前述した図５の時刻ｔ３におけるアーク発生部の模式図であり、同図（Ａ）は時刻ｔ３の時点でのアーク発生状態を示しており、同図（Ｂ）は時刻ｔ３直後のアーク発生状態を示している。以下、同図を参照して、この状態でのアークの相互干渉について説明する。
【００３１】
▲１▼ 同図（Ａ）に示すように、第１の溶接ワイヤＡ１には第１のピーク電流ＡＩｐが通電し、前述した図４（Ａ）のときと同様に、第１のアークＡ３が対象形状で発生している。他方、第２の溶接ワイヤＡ２には第２のベース電流ＢＩｂが通電し、前述した図４（Ａ）のときと同様に、第２のアークＢ３が対象形状で発生している。
【００３２】
この状態では、第１のアークＡ３には、第１のアークＡ３を通電する第１のピーク電流ＡＩｐによるアークによる収縮力ＡＦＸ１が作用する。さらに、第１のアークＡ３には、他方の第２の溶接ワイヤＢ１を通電する第２のベース電流ＢＩｂによる磁界による力ＡＦＺ２が作用する。ここで、第１のピーク電流ＡＩｐの値は第２のベース電流ＢＩｂの値に比べてかなり大きな値であるので、上記のアークによる収縮力ＡＦＸ１が上記の磁界による力ＡＦＺ２よりも大きくなり、その結果、第１のアークＡ３の形状は変化しない。
【００３３】
他方、第２のアークＢ３には、第２のアークＢ３を通電する第２のベース電流ＢＩｂによるアークによる収縮力ＢＦＸ２が作用する。さらに、第２のアークＢ３には、他方の第１の溶接ワイヤＡ１を通電する第１のピーク電流ＡＩｐによる磁界による力ＢＦＺ１が作用する。ここで、第２のベース電流ＢＩｂの値は第１のピーク電流ＡＩｐの値に比べてかなり小さい値であるので、上記のアークによる収縮力ＢＦＸ２は上記の磁界による力ＢＦＺ１よりも小さくなり、その結果、第２のアークＢ３の形状は次の▲２▼項で説明する同図（Ｂ）のように変形する。
【００３４】
▲２▼ 同図（Ｂ）に示すように、時刻ｔ３直後においても、第１のアークＡ３の形状は上記▲１▼項と同様に変化しない。他方、第２のアークＢ３は上記▲１▼項の動作によって第１のアークＡ３方向に吸引されるために、同図（Ｂ）に示すようにアークの陰極点がｂ点からｃ点に移動して、アークの形状も非対称形状に大きく変形する。この変形した第２のアークＢ３の状態は、図４（Ｂ）で前述した状態と同じであるので、第２のアークＢ３には、上記▲１▼項で説明した力に加えて第２の溶接ワイヤＢ１を通電する第２のベース電流ＢＩｂによる磁界による力ＢＦＹ２が新たに作用する。その結果、ＢＦＺ１＝ＢＦＸ２＋ＢＦＹ２となり第２のアークＢ３に作用する力の均衡が保たれることになるので、第２のアークＢ３は同図（Ｂ）に示す形状を保持することになる。
【００３５】
また、第２のアークＢ３が同図（Ｂ）に示すように変形してアーク長がａ−ｂからａ−ｃに変化するために、アーク長は変形前よりも長くなる。アーク長が長くなると、アーク長に比例する溶接電圧値が大きくなるので、図５（Ｄ）の時刻ｔ３に示すように、第２の溶接電圧ＢＶｗの値は、通常の値よりも持ち上がって大きな値となる。
【００３６】
上述したように、自己のアークを通電する電流値よりも、他方のアークを通電する電流値が大きいときは、自己のアークは他方のアークの干渉によって吸引されて、その形状が変形すると共にアーク長も長くなる。特に、パルスアーク溶接では、一般的にピーク電流値は４００〜６００［Ａ］程度に設定し、ベース電流値は３０〜６０［Ａ］程度に設定するために、その電流差はかなり大きくなり、その結果、上記のアークの相互干渉は強くなり、アークの変形も大きくなる。
【００３７】
▲３▼ 上記▲１▼項及び▲２▼項の場合とは逆に、第1のアークＡ３に第１のベース電流ＡＩｂが通電し、第２のアークＢ３に第２のピーク電流ＢＩｐが通電する前述した図５の時刻ｔ４においては、第２のアークＢ３の形状は変化しないが、他方、第１のアークＡ３は第２のアークＢ３からの干渉によって吸引されて、そのアークの形状は変形してアーク長は長くなる。そのために、図５（Ｂ）の時刻ｔ４に示すように、第２の溶接電圧ＢＶｗは持ち上がり通常値よりも大きな値となる。
【００３８】
上述したように、２つのアークに略等しい値の電流が通電しているときは、アークの相互干渉の影響は少ないが、通電する電流値の差が大きいときには、アークの相互干渉によって通電する電流値の小さな方のアークは大きく影響されて、その形状が大きく変形する。この後者の状態が発生すると、以下に説明するように、アーク発生状態が不安定になり、溶接品質が不良となる。
すなわち、前述した図５の時刻ｔ３では第２のアークＢ３の形状が、また時刻ｔ４では第１のアークＡ３の形状が、上述したアークの相互干渉によって変形してアーク長も長くなるために、溶滴移行が１パルス１溶滴移行の安定状態から外れて不安定になり、その結果、スパッタの大量発生、ビード外観の悪化、溶け込み不良等が生じて溶接品質が著しく悪化する。
さらに、図５の時刻ｔ５に示すように、上述したアークの相互干渉によってアーク長が長くなり過ぎるとアークを維持することができなくなり、ついにはアーク切れが発生する。溶接中にアーク切れが頻繁に発生すると、溶け込み不良、ビード外観の悪化等の溶接欠陥が生じる。
【００３９】
そこで、本発明は、多電極パルスアーク溶接方法において、２つのアークの相互干渉によって生じるアーク発生状態の不安定を抑制することができ、常に良好な溶接品質を得ることができる多電極パルスアーク溶接制御方法及び溶接装置を提供する。
【００４０】
【課題を解決するための手段】
【００４２】
請求項１の発明は、図１１及び図１３に示すように、
１つの溶接トーチ４から互いに電気的に絶縁された第１の溶接ワイヤＡ１及び第２の溶接ワイヤＢ１をそれぞれ予め設定した送給速度で送給し、上記第１の溶接ワイヤＡ１には予め設定した第１のピーク電流ＡＩｐの通電と予め設定した第１のベース電流ＡＩｂの通電とを１周期とする通電を繰り返すと共に、上記第２の溶接ワイヤＢ１には予め設定した第２のピーク電流ＢＩｐの通電と予め設定した第２のベース電流ＢＩｂの通電とを１周期とする通電を繰り返し、上記第１の溶接ワイヤＡ１及び上記第２の溶接ワイヤＢ１と被溶接物２との間に２つのアークＡ３及びＢ３を発生させて溶接する多電極パルスアーク溶接制御方法において、
上記第２の溶接ワイヤに、第１回目の上記第１のピーク電流ＡＩｐの通電期間は上記第２のピーク電流ＢＩｐを通電し上記第１のベース電流ＡＩｂの通電期間は予め設定した通常値の上記第２のベース電流ＢＩｂを通電し、続いて第２回目の上記第１のピーク電流ＡＩｐの通電期間は予め設定した通常値よりも大きな値の上記第２のベース電流ＢＩｂを通電し上記第１のベース電流ＡＩｂの通電期間は上記通常値の第２のベース電流ＢＩｂを通電し、上記第１回目及び第２回目の通電を１組として繰り返して通電する多電極パルスアーク溶接制御方法である。
【００４３】
請求項２の発明は、図１２及び図１３に示すように、
請求項１に記載する第２の溶接ワイヤＢ１の送給速度が、予め設定した第１の溶接ワイヤＡ１の送給速度を１／２倍した値をさらに微調整した値である請求項１の多電極パルスアーク溶接制御方法である。
【００４４】
請求項３の発明は、図１２及び図１３に示すように、
１つの溶接トーチ４から互いに電気的に絶縁された第１の溶接ワイヤＡ１及び第２の溶接ワイヤＢ１をそれぞれ予め設定した送給速度で送給し、上記第１の溶接ワイヤＡ１には予め設定した第１のピーク電流ＡＩｐの通電と予め設定した第１のベース電流ＡＩｂの通電とを１周期とする通電を繰り返すと共に、上記第２の溶接ワイヤＢ１には予め設定した第２のピーク電流ＢＩｐの通電と予め設定した第２のベース電流ＢＩｂの通電とを１周期とする通電を繰り返し、上記第１の溶接ワイヤＡ１及び上記第２の溶接ワイヤＢ１と被溶接物２との間に２つのアークＡ３及びＢ３を発生させて溶接する多電極パルスアーク溶接制御方法において、
上記第２の溶接ワイヤに、第１回目の上記第１のピーク電流ＡＩｐの通電期間は上記第２のピーク電流ＢＩｐを通電し上記第１のベース電流ＡＩｂの通電期間は予め設定した通常値の上記第２のベース電流ＢＩｂを通電し、続いて第２回目の上記第１のピーク電流ＡＩｐの通電期間は予め設定した通常値よりも大きな値の上記第２のベース電流ＢＩｂを通電し上記第１のベース電流ＡＩｂの通電期間は上記通常値の第２のベース電流ＢＩｂを通電し、さらに上記第２回目と同様の通電を予め設定した３以上の整数である第ｎ回目まで繰り返し、上記第１回目乃至第ｎ回目の通電を１組として繰り返して通電する多電極パルスアーク溶接制御方法である。
【００４５】
請求項４の発明は、図１２及び図１３に示すように、
請求項３に記載する第２の溶接ワイヤＢ１の送給速度が、予め設定した第１の溶接ワイヤＡ１の送給速度を１／ｎ倍した値をさらに微調整した値である請求項３の多電極パルスアーク溶接制御方法である。
【００４６】
請求項５の発明は、図９乃至図１３に示すように、
請求項１乃至４に記載する第１の溶接ワイヤＡ１を通電する予め設定した第１のピーク電流ＡＩｐの通電と予め設定した第１のベース電流ＡＩｂの通電との１周期の時間長さＡＴｆが、第１の溶接ワイヤＡ１と被溶接物２との間の溶接電圧ＡＶｗを検出した電圧検出信号ＡＶｄと予め設定した電圧設定信号ＡＶｓとの誤差に基づく周波数変調制御又はパルス幅変調制御によって定まる請求項１〜４のいずれか１項に記載の多電極パルスアーク溶接制御方法である。
【００４９】
請求項６の発明は、図１１乃至図１３に示すように、
１つの溶接トーチ４から互いに電気的に絶縁された第１の溶接ワイヤＡ１及び第２の溶接ワイヤＢ１をそれぞれ予め設定した送給速度で送給し、上記第１の溶接ワイヤＡ１には予め設定した第１のピーク電流ＡＩｐの通電と予め設定した第１のベース電流ＡＩｂの通電とを１周期とする通電を繰り返すと共に、上記第２の溶接ワイヤＢ１には予め設定した第２のピーク電流ＢＩｐの通電と予め設定した第２のベース電流ＢＩｂの通電とを１周期とする通電を繰り返し、上記第１の溶接ワイヤＡ１及び上記第２の溶接ワイヤＢ１と被溶接物２との間に２つのアークＡ３及びＢ３を発生させて溶接する多電極パルスアーク溶接装置において、
上記第１の溶接ワイヤＡ１と被溶接物２との間の溶接電圧ＡＶｗを検出して電圧検出信号Ｖｄを出力する電圧検出回路ＶＤと、電圧設定信号ＡＶｓを出力する電圧設定回路ＡＶＳと、上記電圧検出信号Ｖｄ及び上記電圧設定信号ＡＶｓを入力としてそれらの信号間の誤差による周波数変調制御又はパルス幅変調制御によって第１のパルス周期信号ＡＴｆを出力する変調回路ＭＣと、第１のピーク電流設定信号ＡＩｐを出力する第１のピーク電流設定回路ＡＩＰと、第１のベース電流設定信号ＡＩｂを出力する第１のベース電流設定回路ＡＩＢと、上記第１のパルス周期信号ＡＴｆ、上記第１のピーク電流設定信号ＡＩｐ及び上記第１のベース電流設定信号ＡＩｂを入力として上記第１のパルス周期信号ＡＴｆによって上記第１のピーク電流設定信号ＡＩｐと上記第１のベース電流設定信号ＡＩｂとを切り換えて第１の電流制御設定信号ＡＩscとして出力する第１の切換回路ＡＳＷとから成り、上記第１の電流制御設定信号ＡＩscによって上記第１のピーク電流ＡＩｐの通電開始及び通電終了と上記第１のベース電流ＡＩｂの通電開始及び通電終了とを制御する第１の溶接電源装置ＡＰＳ並びに
２以上の整数である倍率設定信号ｎを出力する倍率設定回路ＮＳと、上記第１のパルス周期信号ＡＴｆを入力としてその信号と同期しかつその信号の上記倍率設定信号ｎ倍の周期を有する信号に変換して第２のパルス周期信号ＢＴｆを出力する周期変換回路ＴＣと、第２のピーク電流設定信号ＢＩｐを出力する第２のピーク電流設定回路ＢＩＰと、上記第１のパルス周期信号ＡＴｆを入力としてその入力信号が上記第1のピーク電流設定信号ＡＩｐに切り換える信号であるときは予め設定した通常値よりも大きな値の第２のベース電流設定信号ＢＩｂを出力しその入力信号が上記第1のベース電流設定信号ＡＩｂに切り換える信号であるときは予め設定した通常値の上記第２のベース電流設定信号ＢＩｂを出力する第２のベース電流設定回路ＢＩＢと、上記第２のパルス周期信号ＢＴｆ、上記第２のピーク電流設定信号ＢＩｐ及び上記第２のベース電流設定信号ＢＩｂを入力として上記第２のパルス周期信号ＢＴｆによって上記第２のピーク電流設定信号ＢＩｐと上記第２のベース電流設定信号ＢＩｂとを切り換えて第２の電流制御設定信号ＢＩscとして出力する第２の切換回路ＢＳＷとから成り、上記第２の電流制御設定信号ＢＩscによって上記第２のピーク電流ＢＩｐの通電開始及び通電終了と上記第２のベース電流ＢＩｂの通電開始及び通電終了とを制御する第２の溶接電源装置ＢＰＳから構成される多電極パルスアーク溶接装置である。
【００５０】
請求項７の発明は、図１１乃至図１３に示すように、
請求項６に記載する第２の溶接電源装置ＢＰＳが、第１の溶接ワイヤＡ１のめ設定した第１の送給速度設定信号ＡＷｓを入力としてその信号を１／ｎ倍してさらに微調整した第２の送給速度設定信号ＢＷｓを出力する送給速度調整回路ＷＢを具備し、上記第２の送給速度設定信号ＢＷｓによって第２の溶接ワイヤＢ１の送給を制御する第２の溶接電源装置ＢＰＳである請求項６の多電極パルスアーク溶接装置である。
【００５１】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態は、図１３に示すように、
１つの溶接トーチ４から互いに電気的に絶縁された第１の溶接ワイヤＡ１及び第２の溶接ワイヤＢ１をそれぞれ予め設定した送給速度で送給し、上記第１の溶接ワイヤＡ１には予め設定した第１のピーク電流ＡＩｐの通電と予め設定した第１のベース電流ＡＩｂの通電とを１周期とする通電を繰り返すと共に、上記第２の溶接ワイヤＢ１には予め設定した第２のピーク電流ＢＩｐの通電と予め設定した第２のベース電流ＢＩｂの通電とを１周期とする通電を繰り返し、上記第１の溶接ワイヤＡ１及び上記第２の溶接ワイヤＢ１と被溶接物２との間に２つのアークＡ３及びＢ３を発生させて溶接する多電極パルスアーク溶接装置において、
上記第１の溶接ワイヤＡ１と被溶接物２との間の溶接電圧ＡＶｗを検出して電圧検出信号Ｖｄを出力する電圧検出回路ＶＤと、電圧設定信号ＡＶｓを出力する電圧設定回路ＡＶＳと、上記電圧検出信号Ｖｄ及び上記電圧設定信号ＡＶｓを入力としてそれらの信号間の誤差による周波数変調制御又はパルス幅変調制御によって第１のパルス周期信号ＡＴｆを出力する変調回路ＭＣと、第１のピーク電流設定信号ＡＩｐを出力する第１のピーク電流設定回路ＡＩＰと、第１のベース電流設定信号ＡＩｂを出力する第１のベース電流設定回路ＡＩＢと、上記第１のパルス周期信号ＡＴｆ、上記第１のピーク電流設定信号ＡＩｐ及び上記第１のベース電流設定信号ＡＩｂを入力として上記第１のパルス周期信号ＡＴｆによって上記第１のピーク電流設定信号ＡＩｐと上記第１のベース電流設定信号ＡＩｂとを切り換えて第１の電流制御設定信号ＡＩscとして出力する第１の切換回路ＡＳＷとから成り、上記第１の電流制御設定信号ＡＩscによって上記第１のピーク電流ＡＩｐの通電開始及び通電終了と上記第１のベース電流ＡＩｂの通電開始及び通電終了とを制御する第１の溶接電源装置ＡＰＳ並びに
２以上の整数である倍率設定信号ｎを出力する倍率設定回路ＮＳと、上記第１のパルス周期信号ＡＴｆを入力としてその信号と同期しかつその信号の上記倍率設定信号ｎ倍の周期を有する信号に変換して第２のパルス周期信号ＢＴｆを出力する周期変換回路ＴＣと、第２のピーク電流設定信号ＢＩｐを出力する第２のピーク電流設定回路ＢＩＰと、上記第１のパルス周期信号ＡＴｆを入力としてその入力信号が上記第1のピーク電流設定信号ＡＩｐに切り換える信号であるときは予め設定した通常値よりも大きな値の第２のベース電流設定信号ＢＩｂを出力しその入力信号が上記第1のベース電流設定信号ＡＩｂに切り換える信号であるときは予め設定した通常値の上記第２のベース電流設定信号ＢＩｂを出力する第２のベース電流設定回路ＢＩＢと、上記第２のパルス周期信号ＢＴｆ、上記第２のピーク電流設定信号ＢＩｐ及び上記第２のベース電流設定信号ＢＩｂを入力として上記第２のパルス周期信号ＢＴｆによって上記第２のピーク電流設定信号ＢＩｐと上記第２のベース電流設定信号ＢＩｂとを切り換えて第２の電流制御設定信号ＢＩscとして出力する第２の切換回路ＢＳＷとから成り、上記第２の電流制御設定信号ＢＩscによって上記第２のピーク電流ＢＩｐの通電開始及び通電終了と上記第２のベース電流ＢＩｂの通電開始及び通電終了とを制御する第２の溶接電源装置ＢＰＳから構成される多電極パルスアーク溶接装置である。
【００５２】
【実施例】
以下に説明する本発明の第１及び第２の実施例の概要を下記に示す。
▲１▼ 第１の実施例
図９に示すように、本発明の第１の実施例は、
第１の溶接ワイヤＡ１には、第１のピーク電流ＡＩｐの通電と第１のベース電流ＡＩｂの通電とを１周期とする通電を繰り返すと共に、
第２の溶接ワイヤＢ１に、上記第１のピーク電流ＡＩｐの通電期間は第２のピーク電流ＢＩｐを通電し、上記第１のベース電流ＡＩｂの通電期間は第２のベース電流ＢＩｂを通電する多電極パルスアーク溶接制御方法である。また、上述した第１の実施例のための溶接装置のブロック図を図１０に示す。
【００５３】
▲２▼ 第２の実施例
図１１及び図１２に示すように、本発明の第２の実施例は、
第１の溶接ワイヤＡ１には、第１のピーク電流ＡＩｐの通電と第１のベース電流ＡＩｂの通電とを１周期とする通電を繰り返すと共に、
第２の溶接ワイヤＢ１に、第１回目の上記第１のピーク電流ＡＩｐの通電期間は第２のピーク電流ＢＩｐを通電し上記第１のベース電流ＡＩｂの通電期間は予め設定した通常値の第２のベース電流ＢＩｂを通電し、続いて第２回目の上記第１のピーク電流ＡＩｐの通電期間は予め設定した通常値よりも大きな値の上記第２のベース電流ＢＩｂを通電し上記第１のベース電流ＡＩｂの通電期間は予め設定した通常値の上記第２のベース電流ＢＩｂを通電し、さらに上記第２回目と同様の通電を予め設定した整数である第ｎ回目まで繰り返し、上記第１回目乃至第ｎ回目の通電を１組として繰り返して通電する多電極パルスアーク溶接制御方法である。なお、図１１は上記のｎ＝２の場合であり、図１２は上記のｎ＝３の場合を例示している。また、上述した第２の実施例のための溶接装置のブロック図を図１３に示す。
以下、上記の第１及び第２の実施例の詳細について説明する。
【００５４】
［実施例１］
図９は、本発明の第１の実施例（以下、実施例１という）の多電極パルスアーク溶接制御方法を示す電流・電圧波形図であり、同図（Ａ）は第１の溶接電流ＡＩｗの時間変化を示しており、同図（Ｂ）は第１の溶接電圧ＡＶｗの時間変化を示しており、同図（Ｃ）は第２の溶接電流ＢＩｗの時間変化を示しており、同図（Ｄ）は第２の溶接電圧ＢＶｗの時間変化を示している。
同図に示すように、時刻ｔ１〜ｔ２期間中は、第１のアークに同図（Ａ）に示すように第１のピーク電流ＡＩｐが通電しており、このとき第２のアークには同図（Ｃ）に示すように第２のピーク電流ＢＩｐを通電する。さらに。時刻ｔ２〜ｔ３期間中は、第１のアークに同図（Ａ）に示すように第１のベース電流ＡＩｂが通電しており、このとき第２のアークには同図（Ｃ）に示すように第２のベース電流ＢＩｂを通電する。したがって、第１のピーク電流ＡＩｐの通電と第２のピーク電流ＢＩｐの通電とは同期しており、かつ、第１のベース電流ＡＩｂの通電と第２のベース電流ＢＩｂの通電とは同期している。
そのために、２つのアークを通電する電流値はどの期間中も略等しい値となるので、２つのアークの相互干渉によるアーク発生状態への影響はなく、常に安定したアーク発生状態を維持することができる。
【００５５】
図１０は、上述した実施例１の多電極パルスアーク溶接制御方法を実施するための溶接装置のブロック図である。同図において、図３で前述した従来溶接装置と同一の回路ブロックには同一の符号を付しており、説明は省略する。以下、点線で示す図３とは異なる回路ブロックである第１の溶接電源装置ＡＰＳの変調回路ＭＣ並びに第２の溶接電源装置ＢＰＳの第２の切換回路ＢＳＷ及び送給速度調整回路ＷＢについて説明する。
第１の溶接電源装置ＡＰＳの変調回路ＭＣの出力信号である第１のパルス周期信号ＡＴｆを第２の溶接電源装置ＢＰＳに出力する。
第２の溶接電源装置ＢＰＳの第２の切換回路ＢＳＷは、上記の第１のパルス周期信号ＡＴｆがＨｉｇｈレベルのときはａ側に接続されて第２のピーク電流設定信号ＢＩｐを第２の電流制御設定信号ＢＩscとして出力し、上記信号がＬｏｗレベルのときはｂ側に接続されて第２のベース電流設定信号ＢＩｂを第２の電流制御設定信号ＢＩscとして出力する。
第２の溶接電源装置ＢＰＳの送給速度調整回路ＷＢは、第１の送給速度設定信号ＡＷｓを入力として、その値を中心値として微調整した第２の送給速度設定信号ＢＷｓを出力する。
【００５６】
上述した実施例１の溶接装置においては、第２の溶接電源装置ＢＰＳの電圧フィードバック制御を第１の溶接電源装置ＡＰＳの電圧フィードバック制御によって併用して、第１のピーク電流ＡＩｐと第２のピーク電流ＢＩｐとの通電のタイミング及び第１のベース電流ＡＩｂと第２のベース電流ＢＩｂとの通電のタイミングを同期させている。また、第２の溶接ワイヤＢ１の送給速度は、第１の送給速度設定信号ＡＷｓを微調整した第２の送給速度設定信号ＢＷｓによって制御される。
【００５７】
［実施例２］
図１１は、本発明の第２の実施例（以下、実施例２という）の多電極パルスアーク溶接制御方法を示す電流・電圧波形図であり、同図（Ａ）は第１の溶接電流ＡＩｗの時間変化を示しており、同図（Ｂ）は第１の溶接電圧ＡＶｗの時間変化を示しており、同図（Ｃ）は第２の溶接電流ＢＩｗの時間変化を示しており、同図（Ｄ）は第２の溶接電圧ＢＶｗの時間変化を示している。また、同図は後述するパルス周期の倍率ｎが２の場合を例示している。したがって、同図（Ｃ）に示す第２の溶接電流ＢＩｗの第２のパルス周期ＢＴｆは、同図（Ａ）に示す第１の溶接電流ＡＩｗの第１のパルス周波ＡＴｆの２倍になっている。以下、同図を参照して各期間の動作を説明する。
【００５８】
第１のアークには、時刻ｔ１〜ｔ２期間中の第１のピーク電流ＡＩｐの通電と時刻ｔ２〜ｔ３期間中の第１のベース電流ＡＩｂの通電とを１周期（時刻ｔ１〜ｔ３期間）とする通電を繰り返して行う。
他方、第２のアークには、時刻ｔ１〜ｔ２期間中の第１回目の上記第１のピーク電流ＡＩｐの通電期間は第２のピーク電流ＢＩｐを通電し、時刻ｔ２〜ｔ３期間中の上記第１のベース電流ＡＩｂの通電期間は通常値の第２のベース電流ＢＩｂを通電し、続いて時刻ｔ３〜ｔ４期間中の第２回目の上記第１のピーク電流ＡＩｐの通電期間は通常値よりも大きな値の上記第２のベース電流ＢＩｂを通電し、時刻ｔ４〜ｔ５期間中の上記第１のベース電流ＡＩｂの通電期間は通常値の上記第２のベース電流ＢＩｂを通電し、上記第１回目の通電（時刻ｔ１〜ｔ３期間）及び第２回目の通電（時刻ｔ３〜ｔ５期間）を１組として繰り返して通電する。
【００５９】
上述したように、時刻ｔ１〜ｔ３期間及び時刻ｔ４〜ｔ５期間中は、２つのアークを通電する電流値は略等しいので、２つのアークの相互干渉によるアーク発生状態への影響はなく、安定したアーク発生状態である。
一方、時刻ｔ３〜ｔ４期間中のアーク発生状態は、前述した図８（Ａ）の状態と同様である。図８（Ａ）では、第２のアークＢ３には磁界による力ＢＦＺ１及びアークによる収縮力ＢＦＸ２が作用しており、ＢＦＺ１＞ＢＦＸ２であるので、第２のアークＢ３は変形する。しかし、図１１では、第２のアークＢ３には通常値よりも大きな値の第２のベース電流ＢＩｂが通電しているので、アークによる収縮力ＢＦＸ２は図８（Ａ）のときよりも大きくなる。その結果、ＢＦＺ１＜ＢＦＸ２となるので、第２のアークＢ３は変形しないで安定したアーク発生状態を維持することができる。上記の第２のベース電流ＢＩｂの通常値よりも大きな値としては、ＢＦＺ１＜ＢＦＸ２となるように設定する。その設定値は８０〜１５０［Ａ］程度となる。
【００６０】
図１２は、上述した実施例２において倍率ｎが３のときの多電極パルスアーク溶接制御方法を示す電流・電圧波形図であり、同図（Ａ）は第１の溶接電流ＡＩｗの時間変化を示しており、同図（Ｂ）は第１の溶接電圧ＡＶｗの時間変化を示しており、同図（Ｃ）は第２の溶接電流ＢＩｗの時間変化を示しており、同図（Ｄ）は第２の溶接電圧ＢＶｗの時間変化を示している。ここで倍率ｎ＝３であるので、同図（Ｃ）に示す第２の溶接電流ＢＩｗの第２のパルス周期ＢＴｆは、同図（Ａ）に示す第１の溶接電流ＡＩｗの第１のパルス周期ＡＴｆの３倍になっている。また、同図において時刻ｔ１〜ｔ５期間の動作は、図１１の時刻ｔ１〜ｔ５期間と同様であり、時刻ｔ５〜ｔ６期間の動作は、図１１の時刻ｔ３〜ｔ５期間と同様であるので説明は省略する。
【００６１】
さらに、上記の倍率ｎが４のときには、図１１において時刻ｔ５の後に時刻ｔ３〜ｔ５期間と同様の通電を３回追加する。したがって、倍率がｎのときには、時刻ｔ５の後に時刻ｔ３〜ｔ５期間と同様の通電をｎ−２回追加することになる。
【００６２】
図１３は、図１１及び図１２で上述した実施例２の多電極パルスアーク溶接制御方法を実施するための溶接装置のブロック図である。同図において、図３及び図１０で前述した溶接装置と同一の回路ブロックには同一の符号を付しており、説明は省略する。以下、点線で示す図３及び図１０とは異なる回路ブロックである第２の溶接電源装置ＢＰＳの倍率設定回路ＮＳ、周期変換回路ＴＣ、第２のベース電流設定回路ＢＩＢ、第２の切換回路ＢＳＷ及び送給速度調整回路ＷＢについて説明する。
倍率設定回路ＮＳは、２以上の整数である倍率設定信号ｎを出力する。
周期変換回路ＴＣは、第１の溶接電源装置ＡＰＳから出力された第１のパルス周期信号ＡＴｆ及び上記の倍率設定信号ｎを入力として、前述したように、その信号と同期しかつその信号のｎ倍の周期を有する信号に変換して第２のパルス周期信号ＢＴｆを出力する。なお、前述した図１１ではこの倍率設定信号ｎが２の場合であり、図１２ではこの倍率設定信号ｎが３の場合を例示する。
第２のベース電流設定回路ＢＩＢは、上記の第１のパルス周期信号ＡＴｆを入力として、その入力がＬｏｗレベルのときは予め設定した通常値の第２のベース電流設定信号ＢＩｂを出力し、その入力信号がＨｉｇｈレベルのときは予め設定した通常値よりも大きな値の第２のベース電流設定信号を出力する。
第２の切換回路ＢＳＷは、上記の第２のパルス周期信号ＢＴｆがＨｉｇｈレベルのときはａ側に接続されて第２のピーク電流設定信号ＢＩｐを第２の電流制御設定信号ＢＩscとして出力し、上記信号がＬｏｗレベルのときはｂ側に接続されて上記の第２のベース電流設定信号ＢＩｂを第２の電流制御設定信号ＢＩscとして出力する。
送給速度調整回路ＷＢは、第１の送給速度設定信号ＡＷｓを入力として、その値を上記の倍率ｎで除算した値を中心値として微調整した第２の送給速度設定信号ＢＷｓを出力する。
【００６３】
上述した実施例２の溶接装置においては、上記の倍率ｎの設定によって、第２の溶接ワイヤＢ１の送給速度を第１の溶接ワイヤＡ１の送給速度の１／ｎ倍に調整することができると共に、第２の溶接電源装置ＢＰＳは、上記の第２のパルス周期信号ＢＴｆによる電圧フィードバック制御によって、その送給速度に対応した溶接電圧を出力することができる。すなわち、実施例１では２つの溶接ワイヤの送給速度は略等しい値である必要があるが、実施例２では一方の溶接ワイヤの送給速度を他方の１／ｎ倍に調整することができる。したがって、溶接施工における溶接条件の選定の自由度が拡大するので、本発明の溶接方法の適用範囲が広くなる。
【００６４】
前述した図９〜図１３の実施例では、第１の溶接電源装置ＡＰＳの電圧フィードバック制御を基準として第２の溶接電源装置ＢＰＳの電圧フィードバック制御を行っている。反対に第２の溶接電源装置ＢＰＳの電圧フィードバック制御を基準として第１の溶接電源装置ＡＰＳの電圧フィードバック制御を行うようにしてもよい。
【００６５】
図１４は、本発明の効果を示すためのアーク切れ回数の比較図である。図３に示す従来溶接装置及び図１３に示す本発明（実施例２）の溶接装置を使用して、溶接中に発生したアーク切れ回数の比較を行った。このときの主な溶接条件は以下のとおりである。すなわち、第１の溶接電流ＡＩｗは４００［Ａ］であり、第１の溶接電圧ＡＶｗは３２［Ｖ］であり、他方、第２の溶接電流ＢＩｗは２００［Ａ］であり、第２の溶接電圧ＢＶｗは２８［Ｖ］ある。したがって、倍率ｎは２の場合である。試験方法としては、溶接速度５［ｍ／分］でビード長が５０［cm］の溶接を１０回繰り返して行い、１回の溶接当りのアーク切れ回数を計数して比較した。
【００６６】
同図に示すように、従来技術では１回の溶接当り１８回もアーク切れが発生して、スパッタも多く発生して、不良なビード外観となった。これに対して、本発明では、アーク切れは１回も発生しないで良好な溶接品質となった。
【００６７】
図１５は、本発明の効果を示すためのスパッタ発生量の比較図である。図３に示す従来溶接装置及び図１３に示す本発明（実施例２）の溶接装置を使用して、溶接中に発生したスパッタ発生量の比較を行った。このときの主な溶接条件は前述した図１４のときと同様である。試験方法としては、溶接速度５［ｍ／分］の溶接を行い、その溶接中に発生した１分間当りのスパッタ発生量を測定して比較した。
同図に示すように、従来技術では２２［ｇ／分］と大量のスパッタが発生して、不良なビード外観となった。これに対して、本発明では７［ｇ／分］と従来技術の場合の１／３に減少して、良好な溶接品質となった。
【００６８】
【本発明の効果】
本発明は、多電極パルスアーク溶接方法において２つのアークの相互干渉によって発生するアーク形状の変形、アーク長の変動等のアーク発生状態の不安定を抑制することができ、常に良好な溶接品質を得ることができる。
さらに、実施例２の発明は、一方の溶接ワイヤの送給速度を他方の溶接ワイヤの送給速度の１／ｎ倍に調整することができ、かつ、その送給速度に最適な溶接電圧を電圧フィードバック制御によって出力することができるので、実施例１の発明よりも溶接施工の適用範囲を拡大することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は、多電極パルスアーク溶接装置の構成図である。
【図２】図２は、図１に示す第１の溶接電源装置ＡＰＳ及び第２の溶接電源装置ＢＰＳの出波形を示す電流・電圧波形図である。
【図３】図３は、図１に示す従来技術の第１の溶接電源装置ＡＰＳ及び第２の溶接電源装置ＢＰＳの回路構成を示すブロック図である。
【図４】図４は、単独で発生しているアーク３に作用する力を説明するためのアーク発生部模式図である。
【図５】図５は、従来技術の多電極パルスアーク溶接方法の電流・電圧波形図である。
【図６】図６は、２つのアークに通電する第１及び第２の溶接電流が共にピーク電流である図５の時刻ｔ１におけるアーク発生部の模式図である。
【図７】図７は、２つのアークに通電する第１及び第２の溶接電流が共にベース電流である図５の時刻ｔ２におけるアーク発生部の模式図である。
【図８】図８は、第１のアークＡ３に第１のピーク電流ＡＩｐが通電し、第２のアークＢ３に第２のベース電流ＢＩｂが通電する図５の時刻ｔ３におけるアーク発生部の模式図である。
【図９】図９は、本発明の第１の実施例の多電極パルスアーク溶接制御方法を示す電流・電圧波形図である。
【図１０】図１０は、実施例１の多電極パルスアーク溶接制御方法を実施するための溶接装置のブロック図である。
【図１１】図１１は、本発明の第２の実施例（以下、実施例２という）の多電極パルスアーク溶接制御方法を示す電流・電圧波形図である。
【図１２】図１２は、実施例２において倍率ｎが３のときの多電極パルスアーク溶接制御方法を示す電流・電圧波形図である。
【図１３】図１３は、実施例２の多電極パルスアーク溶接制御方法を実施するための溶接装置のブロック図である。
【図１４】図１４は、本発明の効果を示すためのアーク切れ回数の比較図である。
【図１５】図１５は、本発明の効果を示すためのスパッタ発生量の比較図である。
【符号の説明】
１ 溶接ワイヤ
２ 被溶接物
２１ 溶融池
３ アーク
４ 溶接トーチ
Ａ１ 第１の溶接ワイヤ
Ａ３ 第１のアーク
Ａ４１ 第１のコンタクトチップ
ＡＦＺ１〜２、ＢＦＺ１〜２ 磁界による力
ＡＩＢ 第１のベース電流設定回路
ＡＩｂ 第１のベース電流、第１のピーク電流設定信号
ＡＩＰ 第１のピーク電流設定回路
ＡＩｐ 第１のピーク電流、第１のピーク電流設定信号
ＡＩsc 第１の電流制御設定信号
ＡＩｗ 第１の溶接電流
ＡＰＳ 第１の溶接電源装置
ＡＳＷ 第１の切換回路
ＡＴｆ 第１のパルス周期、第１のパルス周期信号
ＡＴｐ 第１のピーク電流通電時間
ＡＶｂ 第１のベース電圧
ＡＶｐ 第１のピーク電圧
ＡＶＳ 第１の電圧設定回路
ＡＶｓ 第１の電圧設定信号
ＡＶｗ 第１の溶接電圧
ＡＷＦ 第１のワイヤ送給装置
ＡＷＳ 第１の送給速度設定回路
ＡＷｓ 第１の送給速度設定信号
Ｂ１ 第２の溶接ワイヤ
Ｂ３ 第２のアーク
Ｂ４１ 第２のコンタクトチップ
ＢＩＢ 第２のベース電流設定回路
ＢＩｂ 第２のベース電流、第２のピーク電流設定信号
ＢＩＰ 第２のピーク電流設定回路
ＢＩｐ 第２のピーク電流、第２のピーク電流設定信号
ＢＩsc 第２の電流制御設定信号
ＢＩｗ 第２の溶接電流
ＢＰＳ 第２の溶接電源装置
ＢＳＷ 第２の切換回路
ＢＴｆ 第２のパルス周期、第２のパルス周期信号
ＢＴｐ 第２のピーク電流通電時間
ＢＶｂ 第２のベース電圧
ＢＶｐ 第２のピーク電圧
ＢＶＳ 第２の電圧設定回路
ＢＶｓ 第２の電圧設定信号
ＢＶｗ 第２の溶接電圧
ＢＷＦ 第２のワイヤ送給装置
ＢＷＳ 第２の送給速度設定回路
ＢＷｓ 第２の送給速度設定信号
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
ＦＸ、ＡＦＸ１〜２、ＢＦＸ１〜２ アークによる収縮力
ＦＹ、ＢＦＹ２ 磁界による力
ＩＤ 電流検出回路
ＩＮＶ 出力制御回路
Ｉｗ 溶接電流
ＭＣ 変調回路
ＭＭ モノマルチバイブレータ
ＮＳ 倍率設定回路
ｎ 倍率、倍率設定信号
ＴＣ 周期変換回路
ＴＰ ピーク電流通電時間設定回路
Ｔｐ ピーク電流通電時間設定信号
ＶＤ 電圧検出回路
Ｖｄ 電圧検出信号
ＶＦ Ｖ／Ｆ変換回路
Ｖｆ Ｖ／Ｆ変換信号
ＷＢ 送給速度調整回路
ＷＣ 送給制御回路
Ｗｃ 送給制御信号

Claims (7)

1. １つの溶接トーチから互いに電気的に絶縁された第１の溶接ワイヤ及び第２の溶接ワイヤをそれぞれ予め設定した送給速度で送給し、前記第１の溶接ワイヤには予め設定した第１のピーク電流の通電と予め設定した第１のベース電流の通電とを１周期とする通電を繰り返すと共に、前記第２の溶接ワイヤには予め設定した第２のピーク電流の通電と予め設定した第２のベース電流の通電とを１周期とする通電を繰り返し、前記第１の溶接ワイヤ及び前記第２の溶接ワイヤと被溶接物との間に２つのアークを発生させて溶接する多電極パルスアーク溶接制御方法において、前記第２の溶接ワイヤに、第１回目の前記第１のピーク電流の通電期間は前記第２のピーク電流を通電し前記第１のベース電流の通電期間は予め設定した通常値の前記第２のベース電流を通電し、続いて第２回目の前記第１のピーク電流の通電期間は予め設定した通常値よりも大きな値の前記第２のベース電流を通電し前記第１のベース電流の通電期間は前記通常値の第２のベース電流を通電し、前記第１回目及び第２回目の通電を１組として繰り返して通電する多電極パルスアーク溶接制御方法。
2. 前記第２の溶接ワイヤの送給速度が、予め設定した第１の溶接ワイヤの送給速度を１／２倍した値をさらに微調整した値である請求項１の多電極パルスアーク溶接制御方法。
3. １つの溶接トーチから互いに電気的に絶縁された第１の溶接ワイヤ及び第２の溶接ワイヤをそれぞれ予め設定した送給速度で送給し、前記第１の溶接ワイヤには予め設定した第１のピーク電流の通電と予め設定した第１のベース電流の通電とを１周期とする通電を繰り返すと共に、前記第２の溶接ワイヤには予め設定した第２のピーク電流の通電と予め設定した第２のベース電流の通電とを１周期とする通電を繰り返し、前記第１の溶接ワイヤ及び前記第２の溶接ワイヤと被溶接物との間に２つのアークを発生させて溶接する多電極パルスアーク溶接制御方法において、前記第２の溶接ワイヤに、第１回目の前記第１のピーク電流の通電期間は前記第２のピーク電流を通電し前記第１のベース電流の通電期間は予め設定した通常値の前記第２のベース電流を通電し、続いて第２回目の前記第１のピーク電流の通電期間は予め設定した通常値よりも大きな値の前記第２のベース電流を通電し前記第１のベース電流の通電期間は前記通常値の第２のベース電流を通電し、さらに前記第２回目と同様の通電を予め設定した３以上の整数である第ｎ回目まで繰り返し、前記第１回目乃至第ｎ回目の通電を１組として繰り返して通電する多電極パルスアーク溶接制御方法。
4. 前記第２の溶接ワイヤの送給速度が、予め設定した第１の溶接ワイヤの送給速度を１／ｎ倍した値をさらに微調整した値である請求項３の多電極パルスアーク溶接制御方法。
5. 前記第１の溶接ワイヤを通電する予め設定した第１のピーク電流の通電と予め設定した第１のベース電流の通電との１周期の時間長さが、第１の溶接ワイヤと被溶接物との間の溶接電圧を検出した電圧検出信号と予め設定した電圧設定信号との誤差に基づく周波数変調制御又はパルス幅変調制御によって定まる請求項１〜４のいずれか１項に記載の多電極パルスアーク溶接制御方法。
6. １つの溶接トーチから互いに電気的に絶縁された第１の溶接ワイヤ及び第２の溶接ワイヤをそれぞれ予め設定した送給速度で送給し、前記第１の溶接ワイヤには予め設定した第１のピーク電流の通電と予め設定した第１のベース電流の通電とを１周期とする通電を繰り返すと共に、前記第２の溶接ワイヤには予め設定した第２のピーク電流の通電と予め設定した第２のベース電流の通電とを１周期とする通電を繰り返し、前記第１の溶接ワイヤ及び前記第２の溶接ワイヤと被溶接物との間に２つのアークを発生させて溶接する多電極パルスアーク溶接装置において、前記第１の溶接ワイヤと被溶接物２との間の溶接電圧を検出して電圧検出信号を出力する電圧検出回路と、電圧設定信号を出力する電圧設定回路と、前記電圧検出信号及び前記電圧設定信号を入力としてそれらの信号間の誤差による周波数変調制御又はパルス幅変調制御によって第１のパルス周期信号を出力する変調回路と、第１のピーク電流設定信号を出力する第１のピーク電流設定回路と、第１のベース電流設定信号を出力する第１のベース電流設定回路と、前記第１のパルス周期信号、前記第１のピーク電流設定信号及び前記第１のベース電流設定信号を入力として前記第１のパルス周期信号によって前記第１のピーク電流設定信号と前記第１のベース電流設定信号とを切り換えて第１の電流制御設定信号として出力する第１の切換回路とから成り、前記第１の電流制御設定信号によって前記第１のピーク電流の通電開始及び通電終了と前記第１のベース電流の通電開始及び通電終了とを制御する第１の溶接電源装置並びに２以上の整数である倍率設定信号ｎを出力する倍率設定回路と、前記第１のパルス周期信号を入力としてその信号と同期しかつその信号の前記倍率設定信号ｎ倍の周期を有する信号に変換して第２のパルス周期信号を出力する周期変換回路と、第２のピーク電流設定信号を出力する第２のピーク電流設定回路と、前記第１のパルス周期信号を入力としてその入力信号が前記第1のピーク電流設定信号に切り換える信号であるときは予め設定した通常値よりも大きな値の第２のベース電流設定信号を出力しその入力信号が前記第1のベース電流設定信号に切り換える信号であるときは予め設定した通常値の前記第２のベース電流設定信号を出力する第２のベース電流設定回路と、前記第２のパルス周期信号、前記第２のピーク電流設定信号及び前記第２のベース電流設定信号を入力として前記第２のパルス周期信号によって前記第２のピーク電流設定信号と前記第２のベース電流設定信号とを切り換えて第２の電流制御設定信号として出力する第２の切換回路とから成り、前記第２の電流制御設定信号によって前記第２のピーク電流の通電開始及び通電終了と前記第２のベース電流の通電開始及び通電終了とを制御する第２の溶接電源装置から構成される多電極パルスアーク溶接装置。
7. 前記第２の溶接電源装置が、第１の溶接ワイヤの予め設定した第１の送給速度設定信号を入力としてその信号を１／ｎ倍してさらに微調整した第２の送給速度設定信号を出力する送給速度調整回路を具備し、前記第２の送給速度設定信号によって第２の溶接ワイヤの送給を制御する第２の溶接電源装置である請求項６の多電極パルスアーク溶接装置。

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