JP5877316B2 - 交流アーク溶接装置 - Google Patents

Description

本発明は、逆極性と正極性とを交互に繰り返してアーク溶接を行う交流アーク溶接装置に関する。

近年、環境への配慮から軽量かつリサイクル性に優れたアルミニウム材やマグネシウム材が建造物や車両等で多く利用され、その接合に交流アーク溶接装置が多く利用されている。交流アーク溶接装置は、逆極性と正極性とを交互に繰り返してアーク溶接を行うものである（例えば、特許文献１参照）。

特に、大型建造物を生産する作業現場では、溶接装置を溶接作業場の近傍に配置できないことから、溶接トーチや母材ケーブルを延長する必要がある。溶接トーチや母材ケーブルを延長した結果、溶接負荷側のインダクタンスが増加し、交流溶接の極性反転の時のスイッチングの時に発生するサージ電圧で２次インバータを構成する半導体素子が破損するといった問題があった。

そのため、従来から、半導体保護のため、極性反転発生前に、低い電流（例えば、１００Ａ以下）を通電した後に、極性反転のスイッチングを行い、発生するサージ電圧を低く抑える対策が実施されてきた。

図６から図８を用いて、従来から慣用されている交流アーク溶接装置の動作に関して説明する。図６は従来の交流アーク溶接装置の概略構成を示す図、図７Ａ、図７Ｂは、従来の交流アーク溶接装置における溶接電流波形の時間変化を示す図、図８Ａ、図８Ｂは、従来の交流アーク溶接装置に溶接トーチを接続した状態を示す図である。図６のように構成された交流アーク溶接装置について、図７Ａ、図７Ｂを用いてその動作を説明する。以下、逆極性期間と正極性期間とを交互に繰り返して溶接を行う非消耗電極式の交流アーク溶接装置を用いた例にて説明する。

図６と図８Ａ、図８Ｂにおいて、交流アーク溶接装置１は、溶接出力部２と、溶接制御部３と、算出部４と、交流周波数設定部７と、逆極性期間設定部８と、記憶部１６と、を備えている。そして、交流アーク溶接装置１は、ケーブル１ａを介して第１の溶接トーチ１０または第２の溶接トーチ１３を駆動することにより、電極９から母材１２に対してアーク１１を発生させて溶接を行う。なお、図８Ａは、交流アーク溶接装置１に第１の溶接トーチ１０を接続した例を示している。図８Ｂは、図８ａに示される第１の溶接トーチ１０のケーブル１ａよりも、長さが長いケーブル１ａを備えた第２の溶接トーチ１３を交流アーク溶接装置１に接続した例を示している。

また、図７Ａ、図７Ｂにおいて、Ｔ１は交流周波数Ｆ１の周期、ＲＥＮは逆極性期間、Ｒ５は正極性ベース期間、Ｒ６は逆極性ベース期間、ＩＥＮＰは正極性ピーク電流、ＩＥＰＰは逆極性ピーク電流、ＩＥＮＢは正極性ベース電流、ＩＥＰＢは逆極性ベース電流、ＩＥＮ３は極性反転前の溶接電流（第２の溶接用トーチ１３接続時の正極性期間における極性反転前の溶接電流）、ＩＥＰ３は極性反転前の溶接電流（第２の溶接用トーチ１３接続時の逆極性期間における極性反転前の溶接電流）である。

図６において、交流アーク溶接装置１の溶接出力部２は、外部から給電される商用電源（例えば、３相２００Ｖ等）を入力とし、溶接制御部３からの出力に基づいて１次インバータ動作及び２次インバータ動作を行い、正極性と逆極性とを適正に切り替えて、実際に行う溶接に適した溶接電圧や溶接電流を出力する。

１次インバータは、通常、ＰＷＭ（Ｐｕｌｓｅ Ｗｉｄｅ Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ）動作により駆動される、図示しないＩＧＢＴ（Ｉｎｓｕｌａｔｅｄ Ｇａｔｅ Ｂｉｐｏｌａｒ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）や、１次整流ダイオードや、平滑用電解コンデンサや、電力変換用変圧器等で構成される。

また、２次インバータは、通常、図示しないＩＧＢＴを用いたハーフブリッジやフルブリッジで構成され、出力極性を切り替える。

ここで、正極性とは、アークプラズマ中の電子の移動方向が、電極９から母材１２へ移動する現象であって、電極９がマイナスであり、母材がプラスの場合をいう。また、逆極性とは、アークプラズマ中の電子の移動方向が、母材１２から電極９へ移動する現象であって、電極９がプラスであり、母材１２がマイナスの場合をいう。

ＣＰＵ等で構成される交流周波数設定部７は、交流周波数Ｆ１（例えば、７０Ｈｚ）を設定するためのものであり、算出部４へ出力する。ＣＰＵ等で構成される逆極性期間設定部８は、逆極性期間を設定するためのものであり、算出部４へ出力する。

逆極性期間は、一般的にはクリーニング期間ともよばれ、例えば、交流周期全期間に対する逆極性期間の比率である逆極性比率（例えば、３０％等）が設定され、この逆極性比率に基づいて決定される。

ＣＰＵ等で構成される記憶部１６は、正極性ベース比率と、逆極性ベース比率との組み合わせを記憶しており、記憶している内容を算出部４へ出力する。ここで、正極性ベース比率は、正極性期間における極性反転前に、ピーク電流よりも低いベース電流を通電する期間の正極性期間に対する比率である。また、逆極性ベース比率は、逆極性期間における極性反転前に、ピーク電流よりも低いベース電流を通電する期間の逆極性期間に対する比率である。

ＣＰＵ等で構成される算出部４は、交流周波数Ｆ１と、逆極性期間と、正極性ベース比率と、逆極性ベース比率と、を用いて、正極性ピーク期間、正極性ベース期間、逆極性ピーク期間および逆極性ベース期間を算出し、溶接制御部３へ出力する。ここで、交流周波数Ｆ１は、交流周波数設定部７により出力される。逆極性期間は、逆極性期間設定部８により出力される。正極性ベース比率と逆極性ベース比率は、組み合わせ記憶部１６により出力される。

溶接制御部３は、算出部４の出力する各期間に基づき、正極性ピーク期間中は正極性ピーク電流を、正極性ベース期間中は正極性ピーク電流よりも低い正極性ベース電流を出力するように、出力指令信号を溶接出力部２へ出力する。また、溶接制御部３は、算出部４の出力する各期間に基づき、逆極性ピーク期間中は逆極性ピーク電流を、逆極性ベース期間中は逆極性ピーク電流よりも低い逆極性ベース電流を出力するように、出力指令信号を溶接出力部２へ出力する。

溶接出力部２は、この出力指令信号に基づいて出力制御を行う。溶接出力部２は、２次インバータの動作により、正極性期間中は正極性期間として動作し、電極９から母材１２へ電子が移動する方向に出力極性を切り替える。また、逆極性期間中は、逆極性期間として動作し、母材１２から電極９へ電子が移動する方向に出力極性を切り替える。また、溶接出力部２は、１次インバータの動作により、正極性ピーク期間中は正極性ピーク電流（例えば、４００Ａ）を出力し、正極性ベース期間中は正極性ベース電流（例えば１００Ａ）を出力する。また、溶接出力部２は、１次インバータの動作により、逆極性ピーク期間中は逆極性ピーク電流（例えば、−４００Ａ）を出力し、逆極性ベース期間中は逆極性ベース電流（例えば、−１００Ａ）を出力する。

溶接出力部２が出力する溶接電流や溶接電圧は、第１の溶接トーチ１０あるいは第２の溶接トーチ１３に給電され、タングステン等で構成される電極９の先端とアルミニウム材等である母材１２との間にアーク１１を発生し、交流アーク溶接を行う。

次に、図７Ａを用いて、第１の溶接用トーチ１０を接続した時の溶接電流波形の時間変化について説明する。

算出部４は、交流周波数Ｆ１（例えば、７０Ｈｚ）の周期Ｔ１と、逆極性期間ＲＥＮ（逆極性比率が、例えば３０％）と、正極性ベース比率Ｒ１（例えば、５％）と、逆極性ベース比率Ｒ２（例えば、１１％）とを用いて、正極性ピーク期間（例えば、９．５ｍｓｅｃ）と、正極性ベース期間（例えば、０．５ｍｓｅｃ）と、逆極性ピーク期間（例えば、３．８１ｍｓｅｃ）と、逆極性ベース期間（例えば、０．４７ｍｓｅｃ）を算出する。

図７Ａに示すように、正極性期間において、正極性ピーク期間が完了して正極性ベース期間に移行した時を考える。この時に、溶接電流は、その電流値が、正極性ピーク電流ＩＥＮＰ（例えば、４００Ａ）から正極性ベース電流ＩＥＮＢ（例えば、１００Ａ）まで低下する。そして、正極性ベース期間が終了すると、溶接電流波形は逆極性期間に移行する。

また、逆極性期間において、逆極性ピーク期間が完了して逆極性ベース期間に移行した時を考える。この時に、溶接電流は、逆極性ピーク電流ＩＥＰＰ（例えば、−４００Ａ）から逆極性ベース電流ＩＥＰＢ（例えば、−１００Ａ）まで低下する。そして、逆極性ベース期間が終了すると、溶接電流波形は正極性期間に移行する。

上述のように、極性反転前に、正極性ピーク電流ＩＥＮＰから正極性ベース電流ＩＥＮＢまで溶接電流が低下する、あるいは、極性反転前に、逆極性ピーク電流ＩＥＰＰから逆極性ベース電流ＩＥＰＢまで溶接電流が低下する。この溶接電流の低下により、極性反転の際の２次インバータのスイッチングにより発生するサージ電圧は低く抑えられる（例えば、３００Ｖ程度）。これにより、溶接出力部２の２次インバータを構成する半導体素子が破損することがない。

次に、図７Ｂを用いて、図８Ｂに示す第１の長さのケーブル１ａよりも長い第２の長さ（例えば、４０ｍ）のケーブル１ａを備えた第２の溶接用トーチ１３を接続した場合の溶接電流波形の動作について説明する。

図７Ｂに示すように、正極性期間において、正極性ピーク期間が完了し正極性ベース期間に移行した時を考える。この時に、溶接電流は、正極性ベース電流ＩＥＮＢとなるように制御信号を出力していても、正極性ピーク電流ＩＥＮＰ（例えば、４００Ａ）から正極性ベース電流ＩＥＮＢ（例えば１００Ａ）まで低下できない。そして、溶接電流は、正極性ベース電流ＩＥＮＢよりも大きい極性反転前溶接電流ＩＥＮ３（例えば、３００Ａ）までしか低下せずに、逆極性期間に移行する。その理由は後述する。

また、逆極性期間において、逆極性ピーク期間が完了して逆極性ベース期間に移行した時を考える。この時に、溶接電流は、逆極性ベース電流ＩＥＰＢとなるように制御信号を出力していても、逆極性ピーク電流ＩＥＰＰ（例えば、−４００Ａ）から逆極性ベース電流ＩＥＰＢ（例えば、−１００Ａ）まで低下できない。そして、溶接電流は、逆極性ベース電流ＩＥＰＢよりも大きい、極性反転前溶接電流ＩＥＰ３（例えば、−３００Ａ）までしか低下せずに、正極性期間に移行する。その理由は以下に示す。

以上のように、従来技術では、溶接トーチに接続された溶接ケーブルが長くなることで、溶接負荷側のインダクタンスが増加し、溶接ケーブルが保持する電磁エネルギーにより溶接電流を急峻に低下させることができない。そのため、極性反転前の溶接電流が、目標指令値の正極性ベース電流ＩＥＮＢや逆極性ベース電流ＩＥＰＢまで低下できない。そして、目標指令値である正極性ベース電流ＩＥＮＢや逆極性ベース電流ＩＥＰＢよりも高い電流である極性反転前溶接電流ＩＥＮ３や極性反転前溶接電流ＩＥＰ３の状態で極性反転が発生する。従って、２次インバータのスイッチングにより発生するサージ電圧が高くなり（例えば、６００Ｖ程度）、２次インバータを構成する半導体素子が破損するといった問題があった。

また、従来の交流アーク溶接装置は、インダクタンスが大きいケーブルを備えた溶接用トーチを接続した場合には、極性反転前に溶接電流が十分に低下できない状態で極性反転が行われる。このため、２次インバータのスイッチングにより発生するサージ電圧が高くなり、２次インバータを構成する半導体素子が破損することがあった。

特開平２−２３５５７４号公報

本発明の交流アーク溶接装置は、インダクタンスが大きいケーブルを備えた溶接用トーチを接続しても、通常の正極性ベース期間と逆極性ベース期間より長い第２の組み合わせにおける正極性ベース期間と逆極性ベース期間を選択する。これにより、極性反転時の半導体素子のスイッチングにより発生するサージ電圧を低く抑えることができ、半導体素子が破損することがない高い品質の交流アーク溶接装置を提供する。

本発明の交流アーク溶接装置は、溶接出力部と、溶接制御部と、記憶部とを備え、逆極性期間と正極性期間とを交互に繰り返して溶接を行う、交流アーク溶接装置であって、上記交流アーク溶接装置はさらに、交流周波数を設定する交流周波数設定部と、逆極性期間を設定する逆極性期間設定部と、上記正極性期間と上記逆極性期間とを算出し、上記溶接制御部に出力する算出部と、上記記憶部の複数の出力から１つを選択して上記算出部へ出力する選択部と、を備え、上記溶接制御部は上記正極性期間が完了する極性反転前に上記正極性期間のピーク電流よりも低い正極性ベース電流を通電し、上記逆極性期間が完了する極性反転前に上記逆極性期間のピーク電流よりも低い逆極性ベース電流を通電し、上記記憶部は、
ａ）上記正極性期間における上記正極性ベース電流を通電する期間の比率である正極性ベース比率と、上記逆極性期間における上記逆極性ベース電流を通電する期間の比率である逆極性ベース比率との複数の組み合わせ、または、
ｂ）上記正極性期間における上記ピーク電流を通電する期間である正極性ピーク期間と、上記正極性ベース電流を通電する期間である正極性ベース期間と、上記逆極性期間におけるピーク電流を通電する期間である逆極性ピーク期間と、上記逆極性ベース電流を通電する期間である逆極性ベース期間との複数の組み合わせを記憶し、
上記選択部は、溶接負荷側のインダクタンスに基づいて、上記記憶部に記憶している複数の上記組み合わせの中から１つの組み合わせを選択し、上記交流アーク溶接装置は、前記選択部で選択した前記１つの組み合わせに基づいて溶接を行う構成からなる。

この構成により、インダクタンスが大きいケーブルを備えた溶接用トーチを接続しても、通常の正極性ベース期間と逆極性ベース期間より長い第２の組み合わせにおける正極性ベース期間と逆極性ベース期間を選択して溶接を行うことができる。これにより、極性反転時のスイッチングにより発生するサージ電圧を低く抑えることができ、半導体素子が破損することがない高い品質の交流アーク溶接装置を実現することができる。

本発明の実施の形態１における交流アーク溶接装置の概略構成を示す図 本発明の実施の形態１における溶接電流波形の時間変化を示す図 本発明の実施の形態１における溶接電流波形の時間変化を示す図 本発明の実施の形態１における溶接電流波形の時間変化を示す図 本発明の交流アーク溶接装置に第１の溶接トーチを接続した状態を示す図 本発明の交流アーク溶接装置に第２の溶接トーチを接続した状態を示す図 本発明の実施の形態２における交流アーク溶接装置の概略構成を示す図 本発明の実施の形態２における溶接電流波形の時間変化を示す図 本発明の実施の形態２における溶接電流波形の時間変化を示す図 本発明の実施の形態２における溶接電流波形の時間変化を示す図 従来の交流アーク溶接装置の概略構成を示す図 従来の交流アーク溶接装置における溶接電流波形の時間変化を示す図 従来の交流アーク溶接装置における溶接電流波形の時間変化を示す図 従来の交流アーク溶接装置に第１の溶接トーチを接続した状態を示す図 従来の交流アーク溶接装置に第２の溶接トーチを接続した状態を示す図

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。以下の図面においては、同じ構成要素については同じ符号を付しているので説明を省略する場合がある。

（実施の形態１）
本実施の形態１について、図１から図３を用いて説明する。図１は、本発明の実施の形態１における交流アーク溶接装置２１の概略構成を示す図である。図２Ａ、図２Ｂ、図２Ｃは、それぞれ本発明の実施の形態１における溶接電流波形の時間変化を示す図である。図３Ａは、本発明の交流アーク溶接装置２１に第１の溶接トーチ１０を接続した状態を示す図、図３Ｂは、本発明の交流アーク溶接装置２１に第２の溶接トーチ１３を接続した状態を示す図である。

図１に示すように構成された交流アーク溶接装置２１について、図２と図３を用いてその動作を説明する。以下、逆極性期間と正極性期間とを交互に繰り返して溶接を行う非消耗電極式の交流アーク溶接装置を用いた例について説明する。

図１と図３に示すように、交流アーク溶接装置２１は、溶接出力部２と、溶接制御部３と、算出部４と、選択部５と、記憶部６と、交流周波数設定部７と、逆極性期間設定部８と、を備えている。なお、記憶部６は、第１の記憶部１４と第２の記憶部１５と、を備えている。

また、図３Ａに示すように、交流アーク溶接装置２１には、ケーブル１ａと電極９を有する第１の溶接トーチ１０が接続されており、電極９と母材１２との間に溶接出力を供給することにより、電極９と母材１２との間にアーク１１が発生する。

なお、図３Ｂに示すように、交流アーク溶接装置２１に、第２の溶接トーチ１３が接続された状態を示している。そして、第２の溶接トーチ１３のケーブル１ａは、第１の溶接トーチ１０のケーブル１ａよりも長いものである。

また、図２Ａ、図２Ｂ、図２Ｃに示すように、Ｔ１は交流周波数Ｆ１における周期、ＲＥＮは逆極性期間を示す。ＴＢ１は正極性ベース期間を示し、正極性期間と第１の組み合わせ時の正極性ベース比率Ｒ１とに基づき決められる。ＴＢ２は逆極性ベース期間を示し、逆極性期間ＲＥＮと第１の組み合わせ時の逆極性ベース比率Ｒ２に基づき決められる。ＴＢ３は正極性ベース期間を示し、正極性期間と第２の組み合わせ時の正極性ベース比率Ｒ３に基づき決められる。ＴＢ４は逆極性ベース期間を示し、逆極性期間ＲＥＮと第２の組み合わせ時の逆極性ベース比率Ｒ４に基づき決められる。ＩＥＮＰは正極性ピーク電流、ＩＥＰＰは逆極性ピーク電流を示す。ＩＥＮＢは正極性ベース電流、ＩＥＰＢは逆極性ベース電流を示す。ＩＥＮ１は極性反転前溶接電流で、第２の溶接用トーチ接続時の第１の組み合わせ選択時の正極性期間における極性反転前溶接電流である。ＩＥＰ１は極性反転前溶接電流で、第２の溶接用トーチ接続時の第１の組み合わせ選択時の逆極性期間における極性反転前溶接電流である。

図１に示すように、交流アーク溶接装置２１の溶接出力部２は、外部から給電される商用電源（例えば、３相２００Ｖ等）を入力とし、溶接制御部３からの出力に基づいて１次インバータ動作及び２次インバータ動作を行う。溶接出力部２は、正極性と逆極性とを適正に切り替えて、溶接に適した溶接電圧や溶接電流を出力する。

１次インバータは、通常、ＰＷＭ（Ｐｕｌｓｅ Ｗｉｄｅ Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ）動作やフェーズシフト動作にて駆動される図示しないＩＧＢＴ（Ｉｎｓｕｌａｔｅｄ Ｇａｔｅ Ｂｉｐｏｌａｒ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）や、図示しないＭＯＳＦＥＴ（Ｍｅｔａｌ−Ｏｘｉｄｅ Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ Ｆｉｅｌｄ Ｅｆｆｅｃｔ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）や、図示しない１次整流ダイオードや、平滑用電解コンデンサや、電力変換用変圧器等で構成される。

また、２次インバータは、通常、図示しないＩＧＢＴを用いてハーフブリッジやフルブリッジで構成され、出力極性を切り替える。

ここで、正極性とは、アークプラズマ中の電子の移動方向が、電極９から母材１２へ向かう方向であり、電極９がマイナスであって母材がプラスの場合をいう。また、逆極性とは、アークプラズマ中の電子の移動方向が、母材１２から電極９へ向かう方向であり、電極９がプラスであって母材１２がマイナスの場合をいう。

また、ＣＰＵ等で構成される交流周波数設定部７は、交流周波数Ｆ１（例えば、７０Ｈｚ）を設定するためのものであり、設定された値を算出部４へ出力する。ＣＰＵ等で構成される逆極性期間設定部８は、逆極性期間を設定するためのものであり、設定された値を算出部４へ出力する。なお、逆極性期間は、一般的にはクリーニング期間とよばれ、例えば、交流周期全期間に対する逆極性期間の比率（例えば、３０％等）等に基づいて決定される。

ＣＰＵ等で構成される記憶部６は、正極性ベース比率と、逆極性ベース比率との組み合わせを複数記憶しており、記憶している情報を選択部５へ出力する。ここで、正極性ベース比率は、正極性期間における極性反転前にピーク電流よりも低いベース電流を通電する期間の正極性期間に対する比率である。逆極性ベース比率は、逆極性期間における極性反転前にピーク電流よりも低いベース電流を通電する期間の逆極性期間に対する比率である。

第１の記憶部１４は、記憶部６に含まれ、正極性ベース比率Ｒ１と逆極性ベース比率Ｒ２との複数の組み合わせのうち第１の組み合わせを記憶している。また、第２の記憶部１５は、記憶部６に含まれ、正極性ベース比率Ｒ３と、逆極性ベース比率Ｒ４との組み合わせである第２の組み合わせを記憶している。ここで、正極性ベース比率Ｒ３は、第１の記憶部１４に記憶されている第１の組み合わせにおける正極性ベース比率Ｒ１より大きい。逆極性ベース比率Ｒ４は、第１の記憶部１４に記憶されている第１の組み合わせにおける逆極性ベース比率Ｒ２より大きい。

ＣＰＵ等で構成される選択部５は、記憶部６からの複数の出力から１つを選択して、算出部４へ出力する。なお、選択部５による選択の方法については後述する。そして、図３Ａに示す第１の長さのケーブル１ａ（例えば、４ｍ）を備えた第１の溶接トーチ１０を接続して溶接を行う場合には、第１の組み合わせを記憶している第１の記憶部１４の出力を選択する。また、図３Ａに示す第１の長さのケーブル１ａよりも長い、図３Ｂに示す第２の長さのケーブル１ａ（例えば、４０ｍ）を備えた第２の溶接トーチ１３を接続して溶接を行う場合には、第２の組み合わせを記憶している第２の記憶部１５の出力を選択する。

ＣＰＵ等で構成される算出部４は、交流周波数設定部７が出力する交流周波数Ｆ１と逆極性期間設定部８が出力する逆極性期間と選択部５が出力する正極性ベース比率および逆極性ベース比率とを用いて、正極性ピーク期間、正極性ベース期間、逆極性ピーク期間および逆極性ベース期間を算出し、溶接制御部３へ出力する。

溶接制御部３は、算出部４の出力する各期間に基づき、正極性ピーク期間中は正極性ピーク電流を、正極性ベース期間中は正極性ピーク電流よりも低い正極性ベース電流を出力する出力指令信号を、溶接出力部２へ出力する。また、溶接制御部３は、逆極性ピーク期間中は逆極性ピーク電流を、逆極性ベース期間中は逆極性ピーク電流よりも低い（絶対値が小さい）逆極性ベース電流を出力する出力指令信号を、溶接出力部２へ出力する。

溶接出力部２は、溶接制御部３からの出力指令信号に基づき、２次インバータの動作により、正極性期間中は正極性期間として動作し、電極９から母材１２へ電子が移動する方向に出力極性を切り替える。逆極性期間中は逆極性期間として動作し、溶接出力部２は、母材１２から電極９へ電子が移動する方向に出力極性を切り替える。また、溶接出力部２は、１次インバータの動作により、正極性ピーク期間中は正極性ピーク電流（例えば、４００Ａ）を出力し、正極性ベース期間中は正極性ベース電流（例えば１００Ａ）を出力し、逆極性ピーク期間中は逆極性ピーク電流（例えば−４００Ａ）を出力し、逆極性ベース期間中は逆極性ベース電流（例えば−１００Ａ）を出力する。

溶接出力部２が出力する溶接電流や溶接電圧は、接続されている第１の溶接トーチ１０あるいは第２の溶接トーチ１３に給電され、タングステン等で構成される電極９の先端とアルミニウム材等である母材１２との間でアーク１１が発生し、交流アーク溶接を行う。

次に、図２Ａを用いて、交流アーク溶接装置２１に第１の溶接トーチ１０を接続している時に、選択部５が第１の組み合わせを記憶している第１の記憶部１４の出力を選択した場合の動作および溶接電流波形について説明する。

第１の長さのケーブル（例えば、４ｍ）を備えた第１の溶接トーチ１０を交流アーク溶接装置２１に接続して溶接を行う場合、選択部５は、第１の記憶部１４の出力を選択する。そして、算出部４は、交流周波数設定部７により設定された交流周波数Ｆ１（例えば、７０Ｈｚ）と、逆極性期間設定部８で設定された逆極性期間ＲＥＮ（例えば、逆極性比率３０％）と、第１の記憶部１４に記憶されている第１の組み合わせの正極性ベース比率Ｒ１（例えば、５％）と第１の組み合わせの逆極性ベース比率Ｒ２（例えば、１１％）とを用いて、正極性ピーク期間（例えば、９．５ｍｓｅｃ）と、正極性ベース期間（例えば、０．５ｍｓｅｃ）と、逆極性ピーク期間（例えば、３．８１ｍｓｅｃ）と、逆極性ベース期間（例えば、０．４７ｍｓｅｃ）と、を算出する。

図２Ａに示すように、正極性期間において、正極性ピーク期間が完了して正極性ベース期間に移行した際に、溶接電流は、正極性ピーク電流ＩＥＮＰ（例えば、４００Ａ）から正極性ベース電流ＩＥＮＢ（例えば、１００Ａ）まで低下する。正極性ベース期間が終了すると、溶接電流は、逆極性期間に移行する。

また、逆極性期間において、逆極性ピーク期間が完了して逆極性ベース期間に移行した際に、溶接電流は、逆極性ピーク電流ＩＥＰＰ（例えば、−４００Ａ）から逆極性ベース電流ＩＥＰＢ（例えば、−１００Ａ）まで低下する。逆極性ベース期間が終了すると、溶接電流は、正極性期間に移行する。

このように、溶接電流は、極性反転の前に、目標指令値である、正極性ベース電流ＩＥＮＢや逆極性ベース電流ＩＥＰＢまで溶接電流が低下する。これにより、極性反転の際の２次インバータのスイッチングにより発生するサージ電圧は低く抑えられる（例えば、３００Ｖ程度）。その結果、溶接出力部２の２次インバータを構成する半導体素子が破損することがない。

次に、図３Ｂに示す第１の長さのケーブルよりも長い、第２の長さ（例えば、４０ｍ）のケーブル１ａを備えた第２の溶接トーチ１３を交流アーク溶接装置２１に接続した状態を考える。この状態で、選択部５が、第１の組み合わせを記憶している第１の記憶部１４の出力を選択した場合の溶接電流波形の動作について、図２Ｂを用いて説明する。

選択部５は、第１の組み合わせを記憶している第１の記憶部１４の出力を選択して算出部４に出力する。算出部４は、交流周波数設定部７で設定された交流周波数Ｆ１（例えば、７０Ｈｚ）と、逆極性期間設定部８で設定された逆極性期間ＲＥＮ（例えば、逆極性比率３０％）と、記憶部６に記憶されている第１の組み合わせの正極性ベース比率Ｒ１（例えば、５％）と第１の組み合わせの逆極性ベース比率Ｒ２（例えば、１１％）とを用いて、正極性ピーク期間（例えば、９．５ｍｓｅｃ）と正極性ベース期間（例えば、０．５ｍｓｅｃ）と逆極性ピーク期間（例えば、３．８１ｍｓｅｃ）と逆極性ベース期間（例えば、０．４７ｍｓｅｃ）とを算出する。

図２Ｂに示すように、正極性期間において、正極性ピーク期間が完了して正極性ベース期間に移行した際に、溶接電流は、正極性ベース電流ＩＥＮＢとなるように指令がされていたとする。ところが、溶接電流は、正極性ピーク電流ＩＥＮＰ（例えば、４００Ａ）から正極性ベース電流ＩＥＮＢ（例えば、１００Ａ）まで低下できない。その結果、溶接電流は、正極性ベース電流ＩＥＮＢよりも大きい極性反転前溶接電流ＩＥＮ１（例えば、３００Ａ）までしか低下せずに、逆極性期間に移行する。この理由は後述する。

また、逆極性期間において、逆極性ピーク期間が完了して逆極性ベース期間に移行した際に、溶接電流は、逆極性ベース電流ＩＥＰＢとなるように指令がされていたとする。ところが、溶接電流は、逆極性ピーク電流ＩＥＰＰ（例えば、−４００Ａ）から逆極性ベース電流ＩＥＰＢ（例えば、−１００Ａ）まで低下できない。その結果、溶接電流は、逆極性ベース電流ＩＥＰＢよりも大きい極性反転前溶接電流ＩＥＰ１（例えば、−３００Ａ）までしか低下せずに、正極性期間に移行する。この理由について以下に示す。

図３Ｂに示す第２の溶接トーチ１３のように、溶接ケーブルが長くなることで、溶接負荷側のインダクタンスが増加する。そうすると、溶接ケーブルが保持する電磁エネルギーが増加することにより、溶接電流が急峻に低下できなくなる。そして、極性反転前の溶接電流が、所定の時間内で、目標指令値の正極性ベース電流ＩＥＮＢや逆極性ベース電流ＩＥＰＢまで低下することができない。このように、目標指令値である正極性ベース電流ＩＥＮＢや逆極性ベース電流ＩＥＰＢよりも高い電流である極性反転前溶接電流ＩＥＮ１や極性反転前溶接電流ＩＥＰ１の状態で極性反転が発生する。これにより、２次インバータのスイッチングにより発生するサージ電圧が高くなり（例えば、６００Ｖ程度）、２次インバータを構成する半導体素子が破損する恐れがある。

次に、交流アーク溶接装置２１に第２の溶接トーチ１３が接続されている時に、選択部５が第２の組み合わせを記憶している第２の記憶部１５の出力を選択した場合の溶接電流波形の動作について、図２Ｃを用いて説明する。

第２の長さのケーブル（例えば、４０ｍ）を備えた第２の溶接トーチ１３を接続して溶接を行う場合、選択部５は、第２の組み合わせを記憶している第２の記憶部１５の出力を選択して算出部４に出力する。算出部４は、交流周波数設定部７で設定された交流周波数Ｆ１（例えば、７０Ｈｚ）と、逆極性期間設定部８で設定された逆極性期間ＲＥＮ（例えば、逆極性比率３０％）と、第２の組み合わせの正極性ベース比率Ｒ３（例えば、２０％）と、第２の組み合わせの逆極性ベース比率Ｒ４（例えば、４４％）と、を用いて次の期間を算出する。ここで、第２の組み合わせの正極性ベース比率Ｒ３は、第１の記憶部１４に記憶された第１の組み合わせにおける正極性ベース比率と逆極性ベース比率より大きく、第２の記憶部１５に記憶されている。

そして、算出部４は、正極性ピーク期間（例えば、８．０ｍｓｅｃ）と正極性ベース期間（例えば、２．０ｍｓｅｃ）と、逆極性ピーク期間（例えば、２．４ｍｓｅｃ）と、逆極性ベース期間（例えば、１．９ｍｓｅｃ）とを算出する。このように、第２の組み合わせに基づいて正極性ピーク期間、正極性ベース期間、逆極性ピーク期間および逆極性ベース期間が算出される。これにより、第１の組み合わせに基づいて算出する場合と比べて、正極性ベース期間と逆極性ベース期間は長くなる。そして、正極性ピーク期間と逆極性ピーク期間は短くなる。

図２Ｃに示すように、正極性期間において、正極性ピーク期間が完了して正極性ベース期間に移行した際に、溶接電流は、正極性ピーク電流ＩＥＮＰ（例えば、４００Ａ）から溶接電流指令値である正極性ベース電流ＩＥＮＢ（例えば、１００Ａ）まで低下して、逆極性期間に移行する。

また、逆極性期間において、逆極性ピーク期間が完了して逆極性ベース期間に移行した際に、溶接電流は、逆極性ピーク電流ＩＥＰＰ（例えば、−４００Ａ）から溶接電流指令値である逆極性ベース電流ＩＥＰＢ（例えば、−１００Ａ）まで低下して、正極性期間に移行する。

溶接ケーブルが長くなることで溶接負荷側のインダクタンスが増加し、溶接ケーブルが保持する電磁エネルギーが増加することにより、溶接電流が急峻に低下できなくなる。しかし、第２の組み合わせの正極性ベース比率Ｒ３は、算出される正極性ベース期間内に正極性ベース電流ＩＥＮＢまで低下可能な十分な大きさに設定されている。また、第２の組み合わせの逆極性ベース比率Ｒ４は、算出される逆極性ベース期間内に逆極性ベース電流ＩＥＰＢまで低下可能な十分な大きさに設定されている。従って、極性反転前の溶接電流が、目標指令値の正極性ベース電流ＩＥＮＢや逆極性ベース電流ＩＥＰＢまで低下する。なお、正極性ベース比率Ｒ３や逆極性ベース比率Ｒ４は、例えば、実験や施工等によってデータを収集して求めておき、その結果を記憶部６に記憶させておくことができる。

上述のように、本発明を用いれば、極性反転前に、目標指令値である正極性ベース電流ＩＥＮＢや逆極性ベース電流ＩＥＰＢまで溶接電流が垂下する。これにより、極性反転の際の２次インバータのスイッチングにより発生するサージ電圧は低く抑えられ（例えば、３００Ｖ程度）、２次インバータを構成する半導体素子が破損することがない。

以上のように、第１の溶接トーチ１０が備えたケーブルよりもインダクタンスが大きい第２の長さ（例えば、４０ｍ）のケーブルを備えた第２の溶接トーチ１３を接続し、交流アーク溶接を行う場合でも、交流アーク溶接装置２１に搭載された半導体素子が破損することがない。なぜなら、第１の組み合わせにおける正極性ベース比率と逆極性ベース比率より大きい第２の組み合わせの正極性ベース比率と逆極性ベース比率を選択することで、極性反転前に溶接電流が十分低下できる。その結果、極性反転時の半導体素子のスイッチングで発生するサージ電圧を低く抑えることができるからである。

すなわち、本発明の交流アーク溶接装置２１は、逆極性期間と正極性期間とを交互に繰り返して溶接を行う交流アーク溶接装置であって、交流周波数設定部７と、逆極性期間設定部８と、記憶部６と、選択部５を備え、選択部５で選択した１つの組み合わせに基づいて溶接を行う構成としている。ここで、交流周波数設定部７は、交流周波数を設定し、逆極性期間設定部８は、逆極性期間を設定する。記憶部６は、正極性ベース比率と逆極性ベース比率との組み合わせを複数記憶する。なお、正極性ベース比率は、正極性期間に対する正極性期間における極性反転前にピーク電流よりも低いベース電流を通電する期間の比率である。逆極性ベース比率は、逆極性期間に対する逆極性期間における極性反転前にピーク電流よりも低いベース電流を通電する期間の比率である。

この構成により、インダクタンスが大きいケーブル１ａを備えた第２の溶接トーチ１３を接続しても、通常の正極性ベース期間と逆極性ベース期間より長い第２の組み合わせにおける正極性ベース期間と逆極性ベース期間を選択して溶接を行うことができる。これにより、極性反転時のスイッチングにより発生するサージ電圧を低く抑えることができ、半導体素子が破損することがない高い品質の交流アーク溶接装置２１を実現することができる。

また、記憶部６は、正極性ベース比率と前記逆極性ベース比率との組み合わせを少なくとも２つ記憶しており、第１の組み合わせにおける正極性ベース比率と逆極性ベース比率は、第２の組み合わせにおける正極性ベース比率と逆極性ベース比率よりも小さく、溶接条件に応じてこの組み合わせを選択して溶接を行う構成としてもよい。ここで、溶接条件に応じて溶接を行うとは、例えば、第１の長さのケーブル１ａを備えた第１の溶接トーチ１０を接続して溶接を行う場合には、選択部５により第１の組み合わせを選択して溶接を行うことを意味する。また、同様に、第１の長さのケーブル１ａよりも長い第２の長さのケーブル１ａを備えた第２の溶接トーチ１３を接続して溶接を行う場合には、選択部５により第２の組み合わせを選択して溶接を行うことを意味する。

この構成により、溶接条件が異なるそれぞれの場合に対しても、溶接電流は、正極性ベース電流ＩＥＮＢや逆極性ベース電流ＩＥＰＢの電流値のレベルまで十分に低下した後に、極性反転を行う。これにより、極性反転時のスイッチングにより発生するサージ電圧を低く抑えることができ、半導体素子が破損することがない高い品質の交流アーク溶接装置２１を実現することができる。

なお、第２の組み合わせを選択することで、ベース期間が長くなるため、溶接電流の実際の出力値が下がる、あるいは、正極性期間の入熱と逆極性期間の入熱とのバランスが変わるといった溶接施工条件が変わる場合がある。このような場合には、例えばピーク電流を増加させる制御を併せて行う等、必要に応じて出力調整を行うことも考えられる。

また、本実施の形態１では、第２の溶接トーチ１３を接続した際に、第２の組み合わせを選択した。この場合に限らず、溶接負荷側のインダクタンスが通常時より大きく増加した状態で使用する場合は、同様に第２の組み合わせを選択するようにしてもよい。このようなインダクタンスの増加状態は、例えばケーブル１ａが短い第１の溶接トーチ１０を使用しているが長い母材側ケーブル（例えば、４０ｍ）が接続された場合や、溶接ケーブルが巻かれた状態（例えば、１０回巻かれる）で接続されるといった場合に生じると考えられる。

また、正極性ピーク電流および逆極性ピーク電流は、図２Ａ、図２Ｂ、図２Ｃ中では任意の固定値として説明したが、正極性ピーク期間中に変動する波形であってもよい。

また、選択部５による選択は、手動で切り替えてもよいし、交流アーク溶接装置２１に溶接負荷側のインダクタンスを自動測定する自動測定部１７を設け、この自動測定部１７の測定結果に基づいて自動で選択して切り替えてもよい。なお、自動測定部１７は、選択のための閾値を有しており、インダクタンスが閾値より小さい場合は第１の組み合わせを選択し、インダクタンスが閾値以上の場合には第２の組み合わせを選択する。

なお、手動で切り替える場合は、例えば、２つのモードを切り替えるためのモード切替ボタン１８を別途交流アーク溶接装置２１に設け、このモード切替ボタン１８の状態に基づいて選択部５が選択するようにしてもよい。このように、交流アーク溶接装置２１の動作について、操作者による選択ができるようにしてもよい。

また、本実施の形態１では、交流アーク溶接について説明したが、消耗電極式の交流アーク溶接においても同様である。

（実施の形態２）
本実施の形態２について、図３から図５を用いて説明する。図４は、本実施の形態２における交流アーク溶接装置３１の概略構成を示す図である。図５Ａ、図５Ｂ、図５Ｃは、それぞれ本発明の実施の形態２における溶接電流波形の時間変化を示す図である。図３Ａは、本発明の交流アーク溶接装置３１に第１の溶接トーチ１０を接続した状態を示す図、図３Ｂは、本発明の交流アーク溶接装置３１に第２の溶接トーチ１３を接続した状態を示す図である。図４に示すように構成された交流アーク溶接装置３１について、図３Ａ、図３Ｂおよび図５Ａ、図５Ｂ、図５Ｃを用いてその動作を説明する。

本実施の形態２が実施の形態１と異なる主な点は、正極性ベース期間や逆極性ベース期間の決定方法である。すなわち、実施の形態１では、正極性ベース期間や逆極性ベース期間を、交流周波数、逆極性期間、正極性ベース比率および逆極性ベース比率に基づいて算出する例を示した。一方、本実施の形態２では、正極性ベース期間、逆極性ベース期間、正極性ピーク期間および逆極性ピーク期間の組み合わせを複数個、それぞれの組み合わせとして区別して記憶部に記憶しておき、この複数個の中から選択するようにしている。以下、逆極性期間と正極性期間とを交互に繰り返して溶接を行う非消耗電極式の交流アーク溶接装置を用いた例について説明する。

図５Ａに示すように、ＴＰ１は第１の組み合わせにおける正極性ピーク期間、ＴＢ１は第１の組み合わせにおける正極性ベース期間、ＴＰ２は第１の組み合わせにおける逆極性ピーク期間、ＴＢ２は第１の組み合わせにおける逆極性ベース期間を示している。また、図５Ｃに示すように、ＴＰ３は第２の組み合わせにおける正極性ピーク期間、ＴＢ３は第２の組み合わせにおける正極性ベース期間、ＴＰ４は第２の組み合わせにおける逆極性ピーク期間、ＴＢ４は第２の組み合わせにおける逆極性ベース期間を示している。また、図５Ｂに示すように、ＩＥＮ２は第２の溶接トーチ１３を接続した時の第１の組み合わせにおける正極性期間の極性反転前溶接電流を示している。ＩＥＰ２は第２の溶接トーチ１３を接続した時の第１の組み合わせにおける逆極性期間の極性反転前溶接電流を示している。

図４に示すように、ＣＰＵ等で構成される記憶部６は、正極性ピーク期間と、正極性ベース期間と、逆極性ピーク期間と、逆極性ベース期間との組み合わせを複数個記憶しており、選択部５により選択された組み合わせを選択部５へ出力する。ここで、正極性ピーク期間は、正極性期間におけるピーク電流を通電する期間である。正極性ベース期間は、正極性期間における極性反転前にピーク電流よりも低いベース電流を通電する期間である。逆極性ピーク期間は、逆極性期間におけるピーク電流を通電する期間である。逆極性ベース期間は、逆極性期間における極性反転前にピーク電流よりも低い（絶対値が小さい）ベース電流を通電する期間である。

第１の記憶部１４は、記憶部６に含まれ、正極性ピーク期間と、正極性ベース期間と、逆極性ピーク期間と、逆極性ベース期間との第１の組み合わせを記憶する。また、第２の記憶部１５は、記憶部６に含まれ、正極性ピーク期間と、第１の組み合わせの正極性ベース期間より長い正極性ベース期間と、逆極性ピーク期間と、第１の組み合わせの逆極性ベース期間より長い逆極性ベース期間と、の第２の組み合わせを記憶する。

ＣＰＵ等で構成される選択部５は、記憶部６からの複数の組み合わせの出力から１つを選択して、溶接制御部３へ出力する。図３Ａに示す第１の長さのケーブル１ａ（例えば、４ｍ）を備えた第１の溶接トーチ１０を接続して溶接を行う場合を考える。この場合に、選択部５は、第１の組み合わせを記憶している第１の記憶部１４の出力を選択して溶接制御部３に出力する。一方、第１の長さのケーブル１ａよりも長い、図３Ｂに示す第２の長さのケーブル１ａ（例えば、４０ｍ）を備えた第２の溶接トーチ１３を接続して溶接を行う場合を考える。この場合に、選択部５は、第２の組み合わせを記憶している第２の記憶部１５の出力を選択する。

溶接制御部３は、選択部５の出力する各期間に基づき、正極性ピーク期間中は正極性ピーク電流を、正極性ベース期間中は正極性ピーク電流よりも低い正極性ベース電流を出力する出力指令信号を、溶接出力部２へ出力する。そして、溶接制御部３は、選択部５の出力する各期間に基づき、逆極性ピーク期間中は逆極性ピーク電流を、逆極性ベース期間中は逆極性ピーク電流よりも低い逆極性ベース電流を出力する出力指令信号を、溶接出力部２へ出力する。

溶接出力部２は、溶接制御部３からの出力指令信号に基づき、２次インバータの動作により、正極性期間中は正極性期間として動作し、電極９から母材１２へ電子が移動する方向に出力極性を切り替える。また、溶接出力部２は、溶接制御部３からの出力指令信号に基づき、逆極性期間中は逆極性期間として動作し、母材１２から電極９へ電子が移動する方向に出力極性を切り替える。また、溶接出力部２は、１次インバータの動作により、正極性ピーク期間中は正極性ピーク電流（例えば、４００Ａ）を出力し、正極性ベース期間中は正極性ベース電流（例えば、１００Ａ）を出力する。そして、溶接出力部２は、逆極性ピーク期間中は逆極性ピーク電流（例えば、−４００Ａ）を出力し、逆極性ベース期間中は逆極性ベース電流（例えば、−１００Ａ）を出力する。

溶接出力部２が出力する溶接電流や溶接電圧は、交流アーク溶接装置３１に接続されている第１の溶接トーチ１０あるいは第２の溶接トーチ１３に給電される。そうすると、タングステン等で構成される電極９の先端とアルミニウム材等である母材１２との間にアーク１１が発生し、交流アーク溶接装置３１は、交流アーク溶接を行う。

次に、交流アーク溶接装置３１に第１の溶接トーチ１０が接続されており、選択部５が、第１の組み合わせを記憶している第１の記憶部１４の出力を選択した場合の溶接電流波形の動作について、図５Ａを用いて説明する。

第１の長さのケーブル１ａ（例えば、４ｍ）を備えた第１の溶接トーチ１０を交流アーク溶接装置３１に接続して溶接を行う場合に、選択部５は、第１の組み合わせを記憶している第１の記憶部１４の出力を選択する。そして、選択部５は、第１の組み合わせの正極性ピーク期間ＴＰ１（例えば、９．５ｍｓｅｃ）と、第１の組み合わせの正極性ベース期間ＴＢ１（例えば、０．５ｍｓｅｃ）と、第１の組み合わせの逆極性ピーク期間ＴＰ２（例えば、３．８１ｍｓｅｃ）と、第１の組み合わせの逆極性ベース期間ＴＢ２（例えば、０．４７ｍｓｅｃ）とを溶接制御部３へ出力する。

図５Ａに示すように、正極性期間において、正極性ピーク期間が完了して正極性ベース期間に移行した場合を考える。この際に、溶接電流は、正極性ベース期間ＴＢ１内に、正極性ピーク電流ＩＥＮＰ（例えば、４００Ａ）から溶接電流指令値である正極性ベース電流ＩＥＮＢ（例えば、１００Ａ）まで低下して逆極性期間に移行する。

また、逆極性期間において、逆極性ピーク期間が完了して逆極性ベース期間に移行した場合を考える。この際に、溶接電流は、逆極性ベース期間ＴＢ２内に、逆極性ピーク電流ＩＥＰＰ（例えば、−４００Ａ）から溶接電流指令値である逆極性ベース電流ＩＥＰＢ（例えば、−１００Ａ）まで低下して正極性期間に移行する。

このように、極性反転前に、目標指令値である、正極性ベース電流ＩＥＮＢや逆極性ベース電流ＩＥＰＢまで溶接電流が低下する。これにより、極性反転の際の２次インバータのスイッチングにより発生するサージ電圧は低く抑えられる（例えば、３００Ｖ程度）。その結果、溶接出力部２の２次インバータを構成する半導体素子が破損することがない。

次に、図５Ｂを用いて、第１の長さのケーブル１ａよりも長い第２の長さ（例えば、４０ｍ）のケーブル１ａを備えた第２の溶接トーチ１３を交流アーク溶接装置３１に接続して溶接を行う場合を考える。この場合に、選択部５が、第１の記憶部１４の出力を選択した場合の溶接電流波形の動作について説明する。

選択部５は、第１の組み合わせを記憶している第１の記憶部１４の出力を選択し、第１の組み合わせの正極性ピーク期間ＴＰ１（例えば、９．５ｍｓｅｃ）と、第１の組み合わせの正極性ベース期間ＴＢ１（例えば、０．５ｍｓｅｃ）と、第１の組み合わせの逆極性ピーク期間ＴＰ２（例えば、３．８１ｍｓｅｃ）と、第１の組み合わせの逆極性ベース期間ＴＢ２（例えば、０．４７ｍｓｅｃ）とを溶接制御部３へ出力する。

図５Ｂに示すように、正極性期間において、正極性ピーク期間が完了して正極性ベース期間に移行した際に、溶接電流は、正極性ベース期間ＴＢ１内に、正極性ピーク電流ＩＥＮＰ（例えば、４００Ａ）から溶接電流指令値である正極性ベース電流ＩＥＮＢ（例えば、１００Ａ）まで低下できない。すなわち、溶接電流は、正極性ベース電流ＩＥＮＢよりも大きい極性反転前溶接電流ＩＥＮ２（例えば、３００Ａ）までしか低下できずに、逆極性期間に移行する。この理由は後述する。

また、逆極性期間において、逆極性ピーク期間が完了して逆極性ベース期間に移行した際に、溶接電流は、逆極性ベース期間ＴＢ２内に、逆極性ピーク電流ＩＥＰＰ（例えば、−４００Ａ）から溶接電流指令値である逆極性ベース電流ＩＥＰＢ（例えば、−１００Ａ）まで低下できない。溶接電流は、逆極性ベース電流ＩＥＰＢよりも大きい極性反転前溶接電流ＩＥＰ２（例えば、−３００Ａ）までしか低下できずに、正極性期間に移行する。この理由を以下に示す。

溶接ケーブルが長くなることで溶接負荷側のインダクタンスが増加し、溶接ケーブルが保持する電磁エネルギーが増加することにより、溶接電流が急峻に低下できなくなる。極性反転前の溶接電流が、目標指令値の正極性ベース電流ＩＥＮＢや逆極性ベース電流ＩＥＰＢまで垂下できず、目標指令値の正極性ベース電流ＩＥＮＢや逆極性ベース電流ＩＥＰＢよりも高い電流である極性反転前溶接電流ＩＥＮ２や極性反転前溶接電流ＩＥＰ２の状態で極性が反転する。これにより、２次インバータのスイッチングにより発生するサージ電圧が高くなり（例えば、６００Ｖ程度）、２次インバータを構成する半導体素子が破損する恐れがある。

次に、交流アーク溶接装置３１に第２の溶接トーチ１３を接続した時に、選択部５が第２の組み合わせを記憶している第２の記憶部１５の出力を選択した場合の溶接電流波形の動作について、図５Ｃを用いて説明する。

第２の長さのケーブル１ａ（例えば、４０ｍ）を備えた第２の溶接トーチ１３を交流アーク溶接装置３１に接続して溶接を行う場合に、選択部５は、第２の組み合わせを記憶している第２の記憶部１５の出力を選択する。そして、選択部５は、第２の組み合わせの正極性ピーク期間ＴＰ３（例えば、８．０ｍｓｅｃ）と、第２の組み合わせの正極性ベース期間ＴＢ３（例えば、２．０ｍｓｅｃ）と、第２の組み合わせの逆極性ピーク期間ＴＰ４（例えば、２．４ｍｓｅｃ）と、第２の組み合わせの逆極性ベース期間ＴＢ４（例えば、１．９ｍｓｅｃ）とを溶接制御部３へ出力する。

図５Ｃに示すように、正極性期間において、正極性ピーク期間が完了して正極性ベース期間に移行した場合を考える。この際に、溶接電流は、正極性ベース期間ＴＢ３内に、正極性ピーク電流ＩＥＮＰ（例えば、４００Ａ）から溶接電流指令値である正極性ベース電流ＩＥＮＢ（例えば、１００Ａ）まで低下して逆極性期間に移行する。

また、逆極性期間において、逆極性ピーク期間が完了して逆極性ベース期間に移行した場合を考える。この際に、溶接電流は、逆極性ベース期間ＴＢ４内に、逆極性ピーク電流ＩＥＰＰ（例えば、−４００Ａ）から溶接電流指令値である逆極性ベース電流ＩＥＰＢ（例えば、−１００Ａ）まで低下して正極性期間に移行する。

溶接ケーブルが長くなることで溶接負荷側のインダクタンスが増加し、溶接ケーブルが保持する電磁エネルギーが増加することにより、溶接電流が急峻に低下できなくなる。しかしながら、第２の組み合わせの正極性ベース期間ＴＢ３が、正極性ベース期間ＴＢ３内に、正極性ベース電流ＩＥＮＢまで低下可能な十分な大きさに設定されている。また、第２の組み合わせの逆極性ベース期間ＴＢ４が、逆極性ベース期間ＴＢ４内に、逆極性ベース電流ＩＥＰＢまで低下可能な十分な大きさに設定されている。これらの設定により、極性反転前の溶接電流が、目標指令値の正極性ベース電流ＩＥＮＢや逆極性ベース電流ＩＥＰＢまで低下できる。

極性反転前に、目標指令値である、正極性ベース電流ＩＥＮＢや逆極性ベース電流ＩＥＰＢまで溶接電流が低下する。これにより、極性反転の際の２次インバータのスイッチングにより発生するサージ電圧は低く抑えられ（例えば、３００Ｖ程度）、２次インバータを構成する半導体素子が破損することがない。

以上のように、インダクタンスが大きい第２の長さ１ａ（例えば、４０ｍ）のケーブルを備えた第２の溶接トーチ１３を交流アーク溶接装置３１に接続して交流アーク溶接を行う際に、次のような組み合わせが選択される。すなわち、第１の組み合わせにおける正極性ベース期間および逆極性ベース期間よりも長い、第２の組み合わせにおける正極性ベース期間および逆極性ベース期間が選択される。これにより、極性反転前に溶接電流を十分低下させることができ、極性反転のスイッチングで発生するサージ電圧を低く抑えることができるので、半導体素子が破損することがない。

すなわち、本発明の交流アーク溶接装置３１は、逆極性期間と正極性期間とを交互に繰り返して溶接を行う交流アーク溶接装置であって、記憶部６と、選択部５と、を備え、選択部５で選択した１つの組み合わせに基づいて溶接を行う構成としている。ここで、記憶部６は、正極性ピーク期間と、正極性ベース期間と、逆極性ピーク期間と、逆極性ベース期間との組み合わせを複数記憶する。なお、正極性ピーク期間は、正極性期間におけるピーク電流を通電する期間である。正極性ベース期間は、正極性期間における極性反転前にピーク電流よりも低いベース電流を通電する期間である。逆極性ピーク期間は、逆極性期間におけるピーク電流を通電する期間である。逆極性ベース期間は、逆極性期間における極性反転前にピーク電流よりも低いベース電流を通電する期間である。また、選択部５は、記憶部６に記憶している複数の組み合わせの中から１つの組み合わせを選択する。

この構成により、インダクタンスが大きいケーブル１ａを備えた第２の溶接トーチ１３を接続しても、通常の正極性ベース期間と逆極性ベース期間より長い第２の組み合わせにおける正極性ベース期間と逆極性ベース期間を選択して溶接を行うことができる。これにより、極性反転時のスイッチングにより発生するサージ電圧を低く抑えることができ、半導体素子が破損することがない高い品質の交流アーク溶接装置３１を実現することができる。

また、記憶部６は、正極性ピーク期間、正極性ベース期間、逆極性ピーク期間および逆極性ベース期間の組み合わせを少なくとも２つ記憶しており、第１の組み合わせにおける正極性ベース期間と逆極性ベース期間は、第２の組み合わせにおける正極性ベース期間と逆極性ベース期間よりも短く、溶接条件に応じてこの組み合わせを選択して溶接を行う構成としてもよい。ここで、溶接条件に応じて溶接を行うとは、例えば、第１の長さのケーブル１ａを備えた第１の溶接トーチ１０を接続して溶接を行う場合には、選択部５により第１の組み合わせを選択して溶接を行うことを意味する。また、第１の長さのケーブル１ａよりも長い第２の長さのケーブル１ａを備えた第２の溶接トーチ１３を接続して溶接を行う場合には、選択部５により前記第２の組み合わせを選択して溶接を行うことを意味する。

この構成により、溶接条件が異なるそれぞれの場合に対しても、溶接電流は、正極性ベース電流ＩＥＮＢや逆極性ベース電流ＩＥＰＢの電流値のレベルまで十分に低下した後に、極性反転を行う。これにより、極性反転時のスイッチングにより発生するサージ電圧を低く抑えることができ、半導体素子が破損することがない高い品質の交流アーク溶接装置３１を実現することができる。

なお、第２の組み合わせを選択することで、ベース期間が長くなるため、溶接電流の実際の出力値が下がる、あるいは、正極性期間の入熱と逆極性期間の入熱とのバランスが変わるといった溶接施工条件が変わる場合がある。このような場合には、例えばピーク電流を増加させる制御を併せて行う等、必要に応じて出力調整を行うことも考えられる。

また、本実施の形態２では、交流アーク溶接装置３１に第２の溶接トーチ１３を接続した際に、第２の組み合わせを選択した。この場合に限らず、溶接負荷側のインダクタンスが通常時より大きく増加した状態で使用する場合は、同様に第２の組み合わせを選択してもよい。このようなインダクタンスの増加状態は、例えばケーブル１ａが短い第１の溶接トーチ１０を使用しているが、長い母材側ケーブル（例えば、４０ｍ）が接続された場合や、溶接ケーブルが巻かれた状態（例えば、１０回巻かれる）で接続されるといった場合に生じると考えられる。

また、正極性ピーク電流および逆極性ピーク電流は、図５Ａ、図５Ｂ，図５Ｃ中では任意の固定値として説明したが、正極性ピーク期間中に変動する波形であってもよい。

また、選択部５による選択は、手動で切り替えてもよいし、交流アーク溶接装置３１に溶接負荷側のインダクタンスを自動測定する自動測定部１７を設け、この自動測定部１７の測定結果に基づいて自動で選択して切り替えてもよい。なお、自動測定部１７は、選択のための閾値を有しており、インダクタンスが閾値より小さい場合は第１の組み合わせを選択し、インダクタンスが閾値以上の場合には第２の組み合わせを選択する。

なお、手動で切り替える場合は、例えば、２つのモードを切り替えるための図示しないモード切替ボタン１８を別途交流アーク溶接装置３１に設け、このモード切替ボタン１８の状態に基づいて選択部５が選択するようにしてもよい。このように、交流アーク溶接装置３１の動作について、操作者による選択ができるようにしてもよい。

また、本実施の形態２では、交流アーク溶接について説明したが、消耗電極式の交流アーク溶接においても同様である。

また、正極性ベース期間ＴＢ１、逆極性ベース期間ＴＢ２、正極性ベース電流ＩＥＮＢおよび逆極性ベース電流ＩＥＰＢ等は、例えば、実験や施工等によってデータを収集して求めておき、その結果を記憶部６に記憶させておくことができる。

以上のように、本願発明は、インダクタンスが大きいケーブルを備えた溶接用トーチを接続しても、通常の第１の組み合わせにおける正極性ベース期間と逆極性ベース期間よりも長い第２の組み合わせにおける正極性ベース期間と逆極性ベース期間を選択する。これにより、極性反転のスイッチングで発生するサージ電圧を低く抑えることができるとともに半導体素子が破損することがない。したがって、本発明の交流アーク溶接装置は、交流アーク溶接施工を行う、例えば自動車業界や建設業界といった、特にアルミニウム材やマグネシウム材を用いた生産を行う業界における交流アーク溶接装置として産業上有用である。

１ａ ケーブル
２ 溶接出力部
３ 溶接制御部
４ 算出部
５ 選択部
６，１６ 記憶部
７ 交流周波数設定部
８ 逆極性期間設定部
９ 電極
１０ 第１の溶接トーチ
１１ アーク
１２ 母材
１３ 第２の溶接トーチ
１４ 第１の記憶部
１５ 第２の記憶部
１７ 自動測定部
１８ モード切替ボタン
２１，３１ 交流アーク溶接装置

Claims (3)

1. 溶接出力部と、溶接制御部と、記憶部とを備え、逆極性期間と正極性期間とを交互に繰り返して溶接を行う、交流アーク溶接装置であって、
   前記交流アーク溶接装置はさらに、
   交流周波数を設定する交流周波数設定部と、
   逆極性期間を設定する逆極性期間設定部と、
   前記正極性期間と前記逆極性期間とを算出し、前記溶接制御部に出力する算出部と、
   前記記憶部の複数の出力から１つを選択して前記算出部へ出力する選択部と、を備え、
   前記溶接制御部は前記正極性期間が完了する極性反転前に前記正極性期間のピーク電流よりも低い正極性ベース電流を通電し、前記逆極性期間が完了する極性反転前に前記逆極性期間のピーク電流よりも低い逆極性ベース電流を通電し、
   前記記憶部は、
   ａ）前記正極性期間における前記正極性ベース電流を通電する期間の比率である正極性ベース比率と、前記逆極性期間における前記逆極性ベース電流を通電する期間の比率である逆極性ベース比率との複数の組み合わせ、または、
   ｂ）前記正極性期間における前記ピーク電流を通電する期間である正極性ピーク期間と、
   前記正極性ベース電流を通電する期間である正極性ベース期間と、前記逆極性期間におけるピーク電流を通電する期間である逆極性ピーク期間と、前記逆極性ベース電流を通電する期間である逆極性ベース期間との複数の組み合わせを記憶し、
   前記選択部は、溶接負荷側のインダクタンスに基づいて、前記記憶部に記憶している複数の前記組み合わせの中から１つの組み合わせを選択し、
   前記交流アーク溶接装置は、前記選択部で選択した前記１つの組み合わせに基づいて溶接を行うことを特徴とする交流アーク溶接装置。
2. 前記記憶部は、前記正極性ベース比率と前記逆極性ベース比率との組み合わせを少なくとも２つ記憶しており、
   第１の組み合わせにおける正極性ベース比率と逆極性ベース比率は、第２の組み合わせにおける正極性ベース比率と逆極性ベース比率よりも小さく、
   第１の長さのケーブルを備えた第１の溶接用トーチを接続して溶接を行う場合には、前記選択部により前記第１の組み合わせを選択して溶接を行い、
   前記第１の長さのケーブルよりも長い第２の長さのケーブルを備えた第２の溶接用トーチを接続して溶接を行う場合には、前記選択部により前記第２の組み合わせを選択して溶接を行う請求項１記載の交流アーク溶接装置。
3. 前記記憶部は、前記正極性ピーク期間、前記正極性ベース期間、前記逆極性ピーク期間および前記逆極性ベース期間の組み合わせを少なくとも２つ記憶しており、
   第１の組み合わせにおける正極性ベース期間と逆極性ベース期間は、第２の組み合わせにおける正極性ベース期間と逆極性ベース期間よりも短く、
   第１の長さのケーブルを備えた第１の溶接用トーチを接続して溶接を行う場合には、選択部により前記第１の組み合わせを選択して溶接を行い、
   前記第１の長さのケーブルよりも長い第２の長さのケーブルを備えた第２の溶接用トーチを接続して溶接を行う場合には、前記選択部により前記第２の組み合わせを選択して溶接を行う請求項１記載の交流アーク溶接装置。

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