JP6144137B2 - ２ワイヤ溶接制御方法 - Google Patents

Description

本発明は、消耗電極と母材との間にアークを発生させて溶融池を形成し、フィラーワイヤが溶融池と短絡状態になるように送給して溶接する２ワイヤ溶接制御方法に関するものである。

消耗電極（以下、溶接ワイヤという）と母材との間にアークを発生させて溶融池を形成すると共に、その溶融池に短絡状態でフィラーワイヤを送給して溶接する２ワイヤ溶接方法（特許文献１参照）が従来から知られている。この２ワイヤ溶接方法では、溶接ワイヤの溶融金属にフィラーワイヤの溶融金属が加わるために、溶融金属量が増加し、高速で高効率な溶接が可能となる。特に、２ワイヤ溶接方法によって高速溶接を行うときには、ハンピングビードになるのを防止するために、フィラーワイヤを消耗電極アークよりも後方から溶融池に短絡させて送給することが重要である。これは、フィラーワイヤを消耗電極アーク中に送給して溶融すると、溶融池はほとんど冷却されず、かつ、フィラーワイヤによって溶融池後半部の盛り上がりを押さえることもできないためにハンピングビードを抑制する効果はないからである。これに対して、フィラーワイヤをアーク周縁部の溶融池の後部に短絡させて送給し、溶融池の熱によって溶融するようにすれば溶融池が冷却され、かつ、フィラーワイヤによって溶融池後半部が抑えられてハンピングビードの形成を抑制することができる。したがって、従来技術の２ワイヤ溶接方法では、フィラーワイヤには過熱させるような電流を通電せずに冷たい状態で溶融池と短絡させることによって、溶融池を冷却するようにしている。

２ワイヤ溶接方法では、溶接ワイヤと母材との間にアークを発生させる方法として、炭酸ガスアーク溶接法、マグ溶接法、ミグ溶接法、パルスアーク溶接法、交流アーク溶接法等の種々な消耗電極式アーク溶接法を使用することができる。また、フィラーワイヤは基本的にワイヤ先端が溶融池と短絡しており、溶融池からの熱によって溶融する。したがって、フィラーワイヤと溶融池との間にはアークは発生していない。本発明では、上記の消耗電極式アーク溶接法としてパルスアーク溶接法を使用する場合について説明するが、他の溶接法であっても良い。また、以下の説明において、母材と溶融池とは略同じ意味で使用している。

図７は、パルスアーク溶接を使用した２ワイヤ溶接方法における電流・電圧波形図である。同図（Ａ）は溶接ワイヤを通電する溶接電流Ｉｗの時間変化を示し、同図（Ｂ）は溶接ワイヤと母材（溶融池）との間に印加する溶接電圧Ｖｗの時間変化を示し、同図（Ｃ）はフィラーワイヤの送給速度Ｆｗを示す。溶接ワイヤの送給速度は、図示しないが、所定値で定速送給されている。フィラーワイヤと溶融池との間には電圧は印加されておらず、電流も通電していない。フィラーワイヤは、上述したように、溶融池と短絡した状態で送給されている。フィラーワイヤが溶融池と離反しても、電圧が印加されていないので、フィラーワイヤと溶融池との間にはアークは発生しない。以下、同図を参照して説明する。

時刻ｔ１〜ｔ２のピーク期間Ｔｐ中は、同図（Ａ）に示すように、溶接ワイヤから溶滴を移行させるために臨界値以上の大電流値のピーク電流Ｉｐが通電し、同図（Ｂ）に示すように、溶接ワイヤと溶融池との間にアーク長に比例したピーク電圧Ｖｐが印加する。

時刻ｔ２〜ｔ３のベース期間Ｔｂ中は、同図（Ａ）に示すように、溶滴を形成しないようにするために臨界値未満の小電流値のベース電流Ｉｂが通電し、同図（Ｂ）に示すように、ベース電圧Ｖｂが印加する。時刻ｔ１〜ｔ３までの期間を１周期（パルス周期Ｔｆ）として繰り返して溶接が行われる。時刻ｔ３〜ｔ４のピーク期間Ｔｐ及び時刻ｔ４〜ｔ５のベース期間Ｔｂは、再び上記と同様の動作を繰り返す。

他方、同図（Ｃ）に示すように、フィラーワイヤの送給速度Ｆｗは、一定値の定常フィラーワイヤ送給速度Ｆｃで溶融池と短絡した状態で送給される。定常フィラーワイヤ送給速度Ｆｃは、安定して溶融するために溶接ワイヤの送給速度の１０〜３０％程度の範囲に設定されることが多い。

ところで、良好なパルスアーク溶接を行うためには、アーク長を適正値に維持することが重要である。アーク長を適正値に維持するために以下のような溶接電源の出力制御（アーク長制御）が行われる。アーク長は、同図（Ｂ）で破線で示す溶接電圧平均値Ｖavと略比例関係にある。このために、溶接電圧平均値Ｖavを検出し、この検出値が適正アーク長に相当する溶接電圧設定値と等しくなるように同図（Ａ）の破線で示す溶接電流平均値Ｉavを変化させる出力制御を行う。溶接電圧平均値Ｖavが溶接電圧設定値よりも大きいときはアーク長が適正値よりも長いときであるので、溶接電流平均値Ｉavを小さくしてワイヤ溶融速度を小さくしアーク長が短くなるようにする。逆に、溶接電圧平均値Ｖavが溶接電圧設定値よりも小さいときはアーク長が適正値よりも短いときであるので、溶接電流平均値Ｉavを大きくしてワイヤ溶融速度を大きくしアーク長が長くなるようにする。上記の溶接電圧平均値Ｖavとしては、一般的に溶接電圧Ｖｗをローパスフィルタ（カットオフ周波数１〜１０Ｈｚ程度）に通した値が使用される。また、溶接電流平均値Ｉavを変化させる操作量として、ピーク期間Ｔｐ、パルス周期Ｔｆ、ピーク電流Ｉｐ又はベース電流Ｉｂの少なくとも１つを変化させることが行われている。例えば、パルス周期Ｔｆを操作量としてフィードバック制御するときには、ピーク期間Ｔｐ、ピーク電流Ｉｐ及びベース電流Ｉｂは所定値に設定される（周波数変調制御方式と呼ばれる）。また、ピーク期間（パルス幅）Ｔｐを操作量としてフィードバック制御するときには、ピーク電流Ｉｐ、ベース電流Ｉｂ及びパルス周期Ｔｆが所定値に設定される（パルス幅変調制御方式と呼ばれる）。

特許文献２に示すＴＩＧフィラー溶接においては、フィラーワイヤと母材との間に微小電圧（非短絡検出電圧）を印加し、フィラーワイヤと母材との間に電流が通電しなくなったことによってフィラーワイヤ切れを判別して警報を発するものである。すなわち、フィラーワイヤと母材との間にアークが発生しない数Ｖの非短絡検出電圧を印加すると、フィラーワイヤと母材とが短絡状態にあるときは電流が通電し、離反状態（非短絡状態）にあるときは電流が通電しない。この電流の通電によって、フィラーワイヤが短絡状態にあるか非短絡状態にあるかを判別している。そして、非短絡状態にあると判別したときは、フィラーワイヤの残量が０となりフィラーワイヤ切れとなったことを判別している。

上記においては電流の通電によって短絡状態又は非短絡状態を判別しているが、以下のようにして電圧値によって判別することもできる。すなわち、フィラーワイヤと母材との間にアークが発生しない数Ｖ（例えば５Ｖ）の非短絡検出電圧を印加すると、フィラーワイヤと母材とが短絡状態にあるときはフィラーワイヤと母材との間の電圧（フィラーワイヤ電圧）は０Ｖとなり、非短絡状態にあるときは５Ｖとなる。したがって、このフィラーワイヤ電圧の値によって短絡状態又は非短絡状態を判別することができる。

また、上記のフィラーワイヤと母材とが短絡状態にあるときに通電する電流値は、フィラーワイヤを過熱しないように０．０５〜１．０Ａ程度の範囲に設定される。このようにすれば、上述したハンピングビードを抑制する効果が減じることはない。

特開２０１２−１７０９５８号公報 特開平５−３０５４４１号公報

長時間の間溶接をくりかえしていると、フィラーワイヤの送給路（ライナ）内部にフィラーワイヤの削れたカスが次第に蓄積されて、送給の変動が大きくなってくる。この結果、溶接中にフィラーワイヤの非短絡状態が時々発生するようになる。この非短絡状態が一定期間よりも短い場合には、溶接ビードへの影響はあまりない。しかし、この非短絡状態が一定期間を超えると溶接ビードが悪化するようになる。

そこで、本発明では、フィラーワイヤの送給の変動に起因して非短絡状態が発生しても、溶接ビードが悪くなることを抑制することができる２ワイヤ溶接制御方法を提供することを目的とする。

上述した課題を解決するために、請求項１の発明は、
消耗電極と母材との間にアークを発生させて溶融池を形成し、フィラーワイヤが前記溶融池と短絡状態になるように送給して溶接する２ワイヤ溶接制御方法において、
前記溶接中に前記フィラーワイヤと前記溶融池とが非短絡状態になったことを判別し、この非短絡状態が予め定めた第１基準値以上継続しているときは前記フィラーワイヤの送給速度を予め定めた定常フィラーワイヤ送給速度から予め定めた加速フィラーワイヤ送給速度へと加速させ、
前記フィラーワイヤと前記溶融池との間が前記第１基準値以上の前記非短絡状態から前記短絡状態に復帰したことを判別したときは、前記フィラーワイヤの送給速度を前記溶接が終了するまで前記加速フィラーワイヤ送給速度に維持する、
ことを特徴とする２ワイヤ溶接制御方法である。

請求項２の発明は、前記非短絡状態の継続時間が前記第１基準値よりも長い値の予め定めた第２基準値に達したときは、前記溶接を停止する、
ことを特徴とする請求項１に記載の２ワイヤ溶接制御方法である。

本発明によれば、非短絡状態を速やかに短絡状態に復帰させることができる。このために、本発明では、フィラーワイヤの送給の変動に起因して非短絡状態が発生しても、溶接ビードが悪くなることを抑制することができる。

本発明の実施の形態１に係る２ワイヤ溶接制御方法を示す電流・電圧波形図である。 本発明の実施の形態１に係る２ワイヤ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。 本発明の実施の形態２に係る２ワイヤ溶接制御方法を示す電流・電圧波形図である。 本発明の実施の形態２に係る２ワイヤ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。 本発明の実施の形態３に係る２ワイヤ溶接制御方法を示す電流・電圧波形図である。 本発明の実施の形態３に係る２ワイヤ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。 従来技術において、パルスアーク溶接を使用した２ワイヤ溶接方法における電流・電圧波形図である。

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。

［実施の形態１］
図１は、本発明の実施の形態１に係る２ワイヤ溶接制御方法を示す電流・電圧波形図である。同図（Ａ）は溶接ワイヤを通電する溶接電流の平均値Ｉavの時間変化を示し、同図（Ｂ）は溶接ワイヤと母材（溶融池）との間に印加する溶接電圧の平均値Ｖavの時間変化を示し、同図（Ｃ）はフィラーワイヤの送給速度Ｆｗの時間変化を示し、同図（Ｄ）はフィラーワイヤと母材（溶融池）との間に印加するフィラーワイヤ電圧Ｖｆの時間変化を示す。溶接ワイヤの送給速度は、図示しないが、所定値で定速送給されている。同図（Ａ）に示す溶接電流平均値Ｉav及び同図（Ｂ）に示す溶接電圧平均値Ｖavは、上述した図７に示すパルス波形を平均化したものであり、略一定値となる。以下、同図を参照して説明する。

同図（Ｃ）に示すフィラーワイヤの送給速度Ｆｗは、フィラーワイヤが溶融池と短絡状態になるように定常フィラーワイヤ送給速度Ｆｃに設定されている。フィラーワイヤと溶融池との間には例えば５Ｖの非短絡検出電圧が印加されており、同図（Ｄ）に示すフィラーワイヤ電圧Ｖｆはフィラーワイヤが非短絡状態にあるときは５Ｖとなり、短絡状態にあるときは０Ｖとなる。

時刻ｔ１〜ｔ２の期間及び時刻ｔ３〜ｔ５の期間は、上述したようにフィラーワイヤのライナが消耗して送給の変動が発生して、フィラーワイヤが非短絡状態になった期間である。これ以外の期間は、フィラーワイヤは短絡状態にある。時刻ｔ１〜ｔ２の非短絡期間は予め定めた第１基準値Ｔt1（秒）未満の時間長さの場合であり、時刻ｔ３〜ｔ５の非短絡期間は第１基準値Ｔt1を超える時間長さの場合である。この第１基準値Ｔt1は、フィラーワイヤが非短絡状態になっても溶接ビードにほとんど影響がない時間長さに設定される。第１基準値Ｔt1は、例えば０．０５〜０．２秒程度に設定される。

同図（Ａ）に示すように、溶接電流平均値Ｉavは全期間中略一定値となっている。同図（Ｂ）に示すように、溶接電圧平均値Ｖavも全期間中略一定値になっている。同図（Ｄ）に示すように、フィラーワイヤ電圧Ｖｆは、時刻ｔ１〜ｔ２の期間及び時刻ｔ３〜ｔ５の期間中は５Ｖとなり、それ以外の期間中は０Ｖとなる。

同図（Ｃ）に示すように、フィラーワイヤの送給速度Ｆｗは、時刻ｔ１〜ｔ２の期間及び時刻ｔ３〜ｔ５の期間以外の期間中は予め定めた定常フィラーワイヤ送給速度Ｆｃになる。時刻ｔ１〜ｔ２の非短絡状態は第１基準値Ｔt1未満であるので、フィラーワイヤの送給速度Ｆｗは定常フィラーワイヤ送給速度Ｆｃのままである。時刻ｔ３〜ｔ４の期間は非短絡状態が第１基準値Ｔt1未満の期間であるのでフィラーワイヤの送給速度Ｆｗは定常フィラーワイヤ送給速度Ｆｃのままである。時刻ｔ４において非短絡状態の継続時間が第１基準値Ｔt1に達すると、フィラーワイヤの送給速度は予め定めた加速フィラーワイヤ送給速度Ｆｈにステップ状に速くなる。時刻ｔ５において、フィラーワイヤが短絡状態に復帰すると、フィラーワイヤの送給速度Ｆｗは定常フィラーワイヤ送給速度Ｆｃに戻る。したがって、フィラーワイヤの非短絡状態の継続時間が第１基準値Ｔt1以上となる時刻ｔ４〜ｔ５の期間中のみ、フィラーワイヤの送給速度Ｆｗは加速フィラーワイヤ送給速度Ｆｈになる。この加速フィラーワイヤ送給速度Ｆｈは、非短絡状態を速やかに短絡状態に復帰させるために、定常フィラーワイヤ送給速度Ｆｃよりも３０〜１００％早い速度に設定される。加速フィラーワイヤ送給速度Ｆｈが早すぎると、短絡状態に復帰したときにフィラーワイヤの溶融が不足して不安定になることになる。

上記においては、同図（Ｃ）に示すように、時刻ｔ４〜ｔ５の期間中の加速フィラーワイヤ送給速度Ｆｈが一定値である場合を示したが、時間の経過に伴ってその値が所定値に達するまでは早くなるように変化させても良い。すなわち、時刻ｔ４から傾斜を有して早くなり所定値に収束するようにしても良い。このようにすると、非短絡状態が長く継続するほど加速フィラーワイヤ送給速度Ｆｈの値が早くなるので、短絡状態に復帰させる作用が強くなる。逆に、非短絡状態が早期に短絡状態に復帰したときは、加速フィラーワイヤ送給速度Ｆｈの値はそれほど早くなっていないので、短絡状態に復帰した後のフィラーワイヤの溶融が早急に安定化する。

フィラーワイヤの送給が安定しているときには、溶接中に非短絡状態が発生することはほとんどない。したがって、同図のように非短絡状態が発生するときは、フィラーワイヤの送給の変動がある場合と言える。特に、第１基準値Ｔt1以上の非短絡状態が発生する場合には、その変動が大きいことを示している。このために、溶接中の非短絡状態の発生があるときには、その頻度及びその継続時間に基づいて警報を発するようにしている。警報が出た場合には、溶接作業者はワークの溶接を終えた後に、フィラーワイヤ用のライナを新品に交換する等の送給系のメンテナンスを行うことになる。

図２は、上述した本発明の実施の形態１に係る２ワイヤ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。同図は、溶接ワイヤ１と溶融池２との間のアーク３が、消耗電極式パルスアーク溶接によって発生する場合であり、出力制御（アーク長制御）が上述した周波数変調制御の場合である。以下、同図を参照して各ブロックについて説明する。

電源主回路ＰＭは、３相２００Ｖ等の商用電源（図示は省略）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によって出力制御を行い、アーク３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。この電源主回路ＰＭは、図示は省略するが、商用電源を整流する１次整流回路、整流された直流を平滑するコンデンサ、平滑された直流を上記の駆動信号Ｄｖに従って高周波交流に変換するインバータ回路、高周波交流をアーク３を発生させるために適正な電圧値に降圧する高周波トランス、降圧された高周波交流を整流する２次整流回路、整流された直流を平滑するリアクトルを備えている。

非短絡検出電圧印加回路ＶＳは、定電圧源（図示は省略）と抵抗器（図示は省略）とが直列になった構成であり、フィラーワイヤ６と溶融池２との間に接続される。この定電圧源の値は、上述した非短絡検出電圧Ｖｓとなる。この非短絡検出電圧Ｖｓは、フィラーワイヤ６が非短絡状態になってもアークが発生しない値に設定され、１〜８Ｖ程度に設定される。例えば、非短絡検出電圧Ｖｓ＝５Ｖ及び抵抗器＝５０Ωに設定する。フィラーワイヤ６と溶融池２との間の電圧をフィラーワイヤ電圧Ｖｆと表記すると、フィラーワイヤ６と溶融池２とが非短絡状態にあるときはフィラーワイヤ電圧Ｖｆ＝５Ｖとなり、短絡状態にあるときはＶｆ＝０Ｖとなる。短絡状態にあるときは、０．１Ａの電流がフィラーワイヤ６に通電する。

溶接ワイヤ１は、溶接ワイヤ送給モータＷＭに結合された溶接ワイヤ送給ロール５の回転によって溶接トーチ４内を送給され、上記の電源主回路ＰＭから給電チップ（図示は省略）を介して給電されて、母材（溶融池）２との間にアーク３が発生する。

フィラーワイヤ６は、フィラーワイヤ送給モータＦＭに結合されたフィラーワイヤ送給ロール８の回転によってフィラーワイヤ用ライナ７内を送給され、上記の非短絡検出電圧印加回路ＶＳから給電チップ（図示は省略）を介して非短絡検出電圧Ｖｓが給電されて、アーク３によって形成された溶融池２と短絡した状態で溶融される。同図においては、溶接トーチ４とフィラーワイヤ用ライナ７とが別の構成である場合を示しているが、１つの溶接トーチから２つのワイヤ（溶接ワイヤ１及びフィラーワイヤ６）が送給されるようにしても良い。

非常停止回路ＳＴは、非常停止時にＨｉｇｈレベルとなる非常停止信号Ｓｔを出力する。

電圧検出回路ＶＤは、上記の溶接電圧Ｖｗを検出して、電圧検出信号Ｖｄを出力する。電圧平滑回路ＶＡＶは、この電圧検出信号Ｖｄを入力として、平均化（カットオフ周波数１〜１０Ｈｚ程度のローパスフィルタを通す）して、溶接電圧平均値信号Ｖavを出力する。電圧設定回路ＶＲは、予め定めた溶接電圧設定信号Ｖｒを出力する。電圧誤差増幅回路ＥＶは、この溶接電圧設定信号Ｖｒと上記の溶接電圧平均値信号Ｖavとの誤差を増幅して、電圧誤差増幅信号Ｅｖを出力する。

電圧／周波数変換回路ＶＦＣは、上記の電圧誤差増幅信号Ｅｖの値に比例した周波数の信号に変換して、この周波数（パルス周期）ごとに短時間Ｈｉｇｈレベルになるパルス周期信号Ｔｆを出力する。この電圧／周波数変換回路ＶＦＣによって上述した周波数変調制御を行っている。ピーク期間設定回路ＴＰＲは、予め定めたピーク期間設定信号Ｔprを出力する。ピーク期間タイマ回路ＴＰは、上記のパルス周期信号Ｔｆ及び上記のピーク期間設定信号Ｔprを入力として、パルス周期信号ＴｆがＨｉｇｈレベルに変化した時点からピーク期間設定信号Ｔprによって定まる期間だけＨｉｇｈレベルになるピーク期間信号Ｔｐを出力する。したがって、このピーク期間信号Ｔｐは、その周期がパルス周期となり、ピーク期間の間はＨｉｇｈレベルになり、ベース期間の間はＬｏｗレベルになる信号である。

ピーク電流設定回路ＩＰＲは、予め定めたピーク電流設定信号Ｉprを出力する。ベース電流設定回路ＩＢＲは、予め定めたベース電流設定信号Ｉbrを出力する。電流設定切換回路ＳＩは、上記のピーク期間信号Ｔｐ、上記のピーク電流設定信号Ｉpr及び上記のベース電流設定信号Ｉbrを入力として、ピーク期間信号ＴｐがＨｉｇｈレベル（ピーク期間）のときはピーク電流設定信号Ｉprを電流設定信号Ｉｒとして出力し、Ｌｏｗレベル（ベース期間）のときはベース電流設定信号Ｉbrを電流設定信号Ｉｒとして出力する。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と上記の電流検出信号Ｉｄとの誤差を増幅して、電流誤差増幅信号Ｅｉを出力する。駆動回路ＤＶは、この電流誤差増幅信号Ｅｉ及び上記の非常停止信号Ｓｔを入力として、非常停止信号ＳｔがＬｏｗレベルのときは電流誤差増幅信号Ｅｉに基づいてＰＷＭ変調制御を行い、その結果に基づいて上記の電源主回路ＰＭ内のインバータ回路を駆動するための駆動信号Ｄｖを出力し、非常停止信号ＳｔがＨｉｇｈレベルのときは駆動信号Ｄｖを出力しない。

溶接ワイヤ送給速度設定回路ＷＲは、予め定めた溶接ワイヤ送給速度設定信号Ｗｒを出力する。溶接ワイヤ送給制御回路ＷＣは、この溶接ワイヤ送給速度設定信号Ｗｒ及び上記の非常停止信号Ｓｔを入力として、非常停止信号ＳｔがＬｏｗレベルのときは溶接ワイヤ送給速度設定信号Ｗｒの値に相当する送給速度で溶接ワイヤ１を送給するための溶接ワイヤ送給制御信号Ｗｃを上記の溶接ワイヤ送給モータＷＭに出力し、非常停止信号ＳｔがＨｉｇｈレベルのときは溶接ワイヤ送給制御信号Ｗｃを出力しない。

フィラーワイヤ電圧検出回路ＶＦＤは、上記のフィラーワイヤ電圧Ｖｆを検出して、フィラーワイヤ電圧検出信号Ｖfdを出力する。非短絡判別回路ＳＤは、このフィラーワイヤ電圧検出信号Ｖfdを入力として、この値が予め定めた短絡判別基準値（２．５Ｖ）未満のときは短絡状態であると判別してＬｏｗレベルとなり、以上のときは非短絡状態にあると判別してＨｉｇｈレベルとなる非短絡判別信号Ｓｄを出力する。第１基準値設定回路ＴＴ１は、予め定めた第１基準値設定信号Ｔt1を出力する。非短絡後期判別回路ＳＤＤは、上記の非短絡判別信号Ｓｄ及びこの第１基準値設定信号Ｔt1を入力として、非短絡判別信号Ｓｄを第１基準値設定信号Ｔt1によって定まる期間だけオンディレイした非短絡後期判別信号Ｓddを出力する。この非短絡後期判別信号Ｓddは、非短絡状態の継続時間が第１基準値設定信号Ｔt1の値よりも長くなった期間（図１の時刻ｔ４〜ｔ５の期間）だけＨｉｇｈレベルになる信号である。

定常フィラーワイヤ送給速度設定回路ＦＣＲは、予め定めた定常フィラーワイヤ送給速度設定信号Ｆcrを出力する。加速フィラーワイヤ送給速度設定回路ＦＨＲは、予め定めた加速フィラーワイヤ送給速度設定信号Ｆhrを出力する。フィラーワイヤ送給速度設定切換回路ＳＦは、上記の定常フィラーワイヤ送給速度設定信号Ｆcr、上記の加速フィラーワイヤ送給速度設定信号Ｆhr及び上記の非短絡後期判別信号Ｓddを入力として、非短絡後期判別信号ＳddがＨｉｇｈレベルのときは加速フィラーワイヤ送給速度設定信号Ｆhrをフィラーワイヤ送給速度設定信号Ｆｒとして出力し、Ｌｏｗレベルのときは定常フィラーワイヤ送給速度設定信号Ｆcrをフィラーワイヤ送給速度設定信号Ｆｒとして出力する。フィラーワイヤ送給制御回路ＦＣＴは、このフィラーワイヤ送給速度設定信号Ｆｒ及び上記の非常停止信号Ｓｔを入力として、非常停止信号ＳｔがＬｏｗレベルのときはフィラーワイヤ送給速度設定信号Ｆｒの値に相当する送給速度でフィラーワイヤ６を送給するためのフィラーワイヤ送給制御信号Ｆctを上記のフィラーワイヤ送給モータＦＭに出力し、非常停止信号ＳｔがＨｉｇｈレベルのときはフィラーワイヤ送給制御信号Ｆctを出力しない。

同図において、加速フィラーワイヤ送給速度Ｆｈが時間経過に伴って次第に大きくなるようにするためには、上記の加速フィラーワイヤ送給速度設定回路ＦＨＲを以下のように変更すれば良い。すなわち、加速フィラーワイヤ送給速度設定回路ＦＨＲは、上記の非短絡後期判別信号Ｓddを入力として、非短絡後期判別信号ＳddがＨｉｇｈレベルに変化した時点からの時間経過に伴って次第に大きくなる加速フィラーワイヤ送給速度設定信号Ｆhrを出力する。同図は、アーク長制御を周波数変調制御によって行う場合であるが、パルス幅変調制御等の他の変調制御を使用しても良い。

上述した実施の形態１によれば、溶接中にフィラーワイヤと溶融池とが非短絡状態になったことを判別し、この非短絡状態が予め定めた第１基準値以上継続しているときは、フィラーワイヤの送給速度を予め定めた定常フィラーワイヤ送給速度から予め定めた加速フィラーワイヤ送給速度へと加速させる。これにより、非短絡状態を速やかに短絡状態に復帰させることができる。このために、本実施の形態では、フィラーワイヤの送給の変動に起因して非短絡状態が発生しても、溶接ビードが悪くなることを抑制することができる。

上述した実施の形態１では、アークをパルスアーク溶接によって発生させる場合について説明したが、消耗電極式アーク溶接全般を使用することができる。

［実施の形態２］
本発明の実施の形態２は、フィラーワイヤと溶融池との間が第１基準値以上の非短絡状態から短絡状態に復帰したときは、フィラーワイヤの送給速度を溶接が終了するまで加速フィラーワイヤ送給速度に維持するものである。上述した実施の形態１では、短絡状態に復帰すると定常フィラーワイヤ送給速度に戻していたが、実施の形態２では加速フィラーワイヤ送給速度をそのまま維持するものである。

図３は、本発明の実施の形態２に係る２ワイヤ溶接制御方法を示す電流・電圧波形図である。同図（Ａ）は溶接ワイヤを通電する溶接電流の平均値Ｉavの時間変化を示し、同図（Ｂ）は溶接ワイヤと母材（溶融池）との間に印加する溶接電圧の平均値Ｖavの時間変化を示し、同図（Ｃ）はフィラーワイヤの送給速度Ｆｗの時間変化を示し、同図（Ｄ）はフィラーワイヤと母材（溶融池）との間のフィラーワイヤ電圧Ｖｆの時間変化を示す。溶接ワイヤの送給速度は、図示しないが、所定値で定速送給されている。同図は上述した図１と対応しており、時刻ｔ５以降の動作のみが異なっている。以下、同図を参照して時刻ｔ５以降の動作について説明する。

時刻ｔ３〜ｔ４の期間は非短絡状態が第１基準値Ｔt1未満の期間であるのでフィラーワイヤの送給速度Ｆｗは定常フィラーワイヤ送給速度Ｆｃのままである。時刻ｔ４において非短絡状態の継続時間が第１基準値Ｔt1に達すると、フィラーワイヤの送給速度は加速フィラーワイヤ送給速度Ｆｈにステップ状に速くなる。時刻ｔ５において、フィラーワイヤが短絡状態に復帰しても、フィラーワイヤの送給速度Ｆｗは加速フィラーワイヤ送給速度Ｆｈを当該ワークの溶接終了まで維持する。したがって、フィラーワイヤの非短絡状態の継続時間が第１基準値Ｔt1以上となる時刻ｔ４から溶接終了までの期間中は、フィラーワイヤの送給速度Ｆｗは加速フィラーワイヤ送給速度Ｆｈになる。

上記においては、同図（Ｃ）に示すように、時刻ｔ４以降の加速フィラーワイヤ送給速度Ｆｈが一定値である場合を示したが、実施の形態１と同様に、時間の経過に伴ってその値が所定値に達するまで早くなるように変化させても良い。すなわち、時刻ｔ４から傾斜を有して早くなり所定値に収束するようにしても良い。

図４は、上述した本発明の実施の形態２に係る２ワイヤ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。同図は上述した図２と対応しており、同一ブロックには同一の符号を付して、それらの説明は省略する。同図は、図２の非短絡後期判別回路ＳＤＤを第２非短絡後期判別回路ＳＤＤ２に置換したものである。以下、同図を参照してこのブロックについて説明する。

第２非短絡後期判別回路ＳＤＤ２は、非短絡判別信号Ｓｄ及び第１基準値設定信号Ｔt1を入力として、非短絡判別信号ＳｄがＨｉｇｈレベルに変化した時点から第１基準値設定信号Ｔt1によって定まる期間だ経過したときはＨｉｇｈレベルにセットされ、溶接が終了するとＬｏｗレベルにリセットされる非短絡後期判別信号Ｓddを出力する。この非短絡後期判別信号Ｓddは、非短絡状態の継続時間が第１基準値設定信号Ｔt1の値に達した時点以降の期間（図３の時刻ｔ４以降の期間）はＨｉｇｈレベルになる信号である。

上述した実施の形態２によれば、フィラーワイヤと溶融池との間が第１基準値以上の非短絡状態から短絡状態に復帰したことを判別したときは、フィラーワイヤの送給速度を溶接が終了するまで加速フィラーワイヤ送給速度に維持する。第１基準値以上の非短絡状態が発生するような場合は、フィラーワイヤの送給に大きな変動がある場合である。したがって、このような場合には、フィラーワイヤの送給速度を短絡状態においても速くすることによって、再び非短絡状態が発生することを抑制している。

［実施の形態３］
本発明の実施の形態３では、非短絡状態の継続時間が第１基準値よりも長い値の予め定めた第２基準値に達したときは、非常停止をかけて溶接を停止するものである。

図５は、本発明の実施の形態３に係る２ワイヤ溶接制御方法を示す電流・電圧波形図である。同図（Ａ）は溶接ワイヤを通電する溶接電流の平均値Ｉavの時間変化を示し、同図（Ｂ）は溶接ワイヤと母材（溶融池）との間に印加する溶接電圧の平均値Ｖavの時間変化を示し、同図（Ｃ）はフィラーワイヤの送給速度Ｆｗの時間変化を示し、同図（Ｄ）はフィラーワイヤと母材（溶融池）との間のフィラーワイヤ電圧Ｖｆの時間変化を示す。溶接ワイヤの送給速度は、図示しないが、所定値で定速送給されている。同図は上述した図１と対応しており、時刻ｔ５以降の動作のみが異なっている。以下、同図を参照して時刻ｔ５以降の動作について説明する。

同図（Ｃ）に示すように、時刻ｔ３〜ｔ４の期間は非短絡状態が第１基準値Ｔt1未満の期間であるのでフィラーワイヤの送給速度Ｆｗは定常フィラーワイヤ送給速度Ｆｃのままである。時刻ｔ４において非短絡状態の継続時間が第１基準値Ｔt1に達すると、フィラーワイヤの送給速度は加速フィラーワイヤ送給速度Ｆｈにステップ状に速くなる。そして、時刻ｔ５において非短絡状態の継続時間が第１基準値よりも長い値に予め定めた第２基準値Ｔt2に達すると、非常停止がかかり溶接を停止する。溶接の停止とは、溶接電圧Ｖｗ及び溶接電流Ｉｗの出力を停止し、溶接ワイヤ１の送給を停止し、フィラーワイヤ６の送給を停止することである。したがって、時刻ｔ５において、同図（Ａ）に示すように、溶接電流平均値Ｉavは０Ａになり、同図（Ｂ）に示すように、溶接電圧平均値Ｖavは０Ｖとなり、同図（Ｃ）に示すように、フィラーワイヤの送給速度Ｆｗは０になり、同図（Ｄ）に示すように、フィラーワイヤ電圧Ｖｆは０Ｖになる。

上記の第２基準値Ｔt2は、非短絡状態がこの時間長さ以上継続すると溶接欠陥となる値として設定される。その設定範囲は、０．３〜１．０秒程度である。

図６は、上述した本発明の実施の形態３に係る２ワイヤ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。同図は上述した図２と対応しており、同一ブロックには同一の符号を付して、それらの説明は省略する。同図は、図２の非常停止回路ＳＴを第２非常停止回路ＳＴ２に置換したものである。以下、同図を参照してこのブロックについて説明する。

第２非常停止回路ＳＴ２は、非短絡判別信号Ｓｄを入力として、非短絡判別信号ＳｄがＨｉｇｈレベルに変化した時点からの経過時間が予め定めた第２基準値Ｔt2に達したときは、Ｈｉｇｈレベルになる非常停止信号Ｓｔを出力する。

上述した実施の形態３によれば、フィラーワイヤの非短絡状態の継続時間が第１基準値よりも長い値の予め定めた第２基準値に達したときは、溶接を停止する。これにより、溶接ビードが不良になると判別することができたときは、溶接を停止することができる。このために、ムダな溶接を行う必要がなく、フィラーワイヤのライナ等の送給系のメンテナンスを実施した上で溶接の再開を早期に行うことができる。

実施の形態３は、実施の形態１を元にして非常停止機能を追加したが、実施の形態２を元にして追加しても良い。

１ 溶接ワイヤ
２ 母材、溶融池
３ アーク
４ 溶接トーチ
５ 溶接ワイヤ送給ロール
６ フィラーワイヤ
７ フィラーワイヤ用ライナ
８ フィラーワイヤ送給ロール
ＤＶ 駆動回路
Ｄｖ 駆動信号
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 定常フィラーワイヤ送給速度
ＦＣＲ 定常フィラーワイヤ送給速度設定回路
Ｆcr 定常フィラーワイヤ送給速度設定信号
ＦＣＴ フィラーワイヤ送給制御回路
Ｆct フィラーワイヤ送給制御信号
Ｆｈ 加速フィラーワイヤ送給速度
ＦＨＲ 加速フィラーワイヤ送給速度設定回路
Ｆhr 加速フィラーワイヤ送給速度設定信号
ＦＭ フィラーワイヤ送給モータ
Ｆｒ フィラーワイヤ送給速度設定信号
Ｆｗ 送給速度
Ｉav 溶接電流平均値
Ｉｂ ベース電流
ＩＢＲ ベース電流設定回路
Ｉbr ベース電流設定信号
ＩＤ 電流検出回路
Ｉｄ 電流検出信号
Ｉｐ ピーク電流
ＩＰＲ ピーク電流設定回路
Ｉpr ピーク電流設定信号
Ｉｒ 電流設定信号
Ｉｗ 溶接電流
ＰＭ 電源主回路
ＳＤ 非短絡判別回路
Ｓｄ 非短絡判別信号
ＳＤＤ 非短絡後期判別回路
Ｓdd 非短絡後期判別信号
ＳＤＤ２ 第２非短絡後期判別回路
ＳＦ フィラーワイヤ送給速度設定切換回路
ＳＩ 電流設定切換回路
ＳＴ 非常停止回路
Ｓｔ 非常停止信号
ＳＴ２ 第２非常停止回路
Ｔｂ ベース期間
Ｔｆ パルス周期（信号）
ＴＰ ピーク期間タイマ回路
Ｔｐ ピーク期間（信号）
ＴＰＲ ピーク期間設定回路
Ｔpr ピーク期間設定信号
ＴＴ１ 第１基準値設定回路
Ｔt1 第１基準値（設定信号）
Ｔt2 第２基準値
ＶＡＶ 電圧平滑回路
Ｖav 溶接電圧平均値（信号）
Ｖｂ ベース電圧
ＶＤ 電圧検出回路
Ｖｄ 電圧検出信号
Ｖｆ フィラーワイヤ電圧
ＶＦＣ 電圧／周波数変換回路
ＶＦＤ フィラーワイヤ電圧検出回路
Ｖfd フィラーワイヤ電圧検出信号
Ｖｐ ピーク電圧
ＶＲ 電圧設定回路
Ｖｒ 溶接電圧設定信号
ＶＳ 非短絡検出電圧印加回路
Ｖｓ 非短絡検出電圧
Ｖｗ 溶接電圧
ＷＣ 溶接ワイヤ送給制御回路
Ｗｃ 溶接ワイヤ送給制御信号
ＷＭ 溶接ワイヤ送給モータ
ＷＲ 溶接ワイヤ送給速度設定回路
Ｗｒ 溶接ワイヤ送給速度設定信号

Claims (2)

1. 消耗電極と母材との間にアークを発生させて溶融池を形成し、フィラーワイヤが前記溶融池と短絡状態になるように送給して溶接する２ワイヤ溶接制御方法において、
   前記溶接中に前記フィラーワイヤと前記溶融池とが非短絡状態になったことを判別し、この非短絡状態が予め定めた第１基準値以上継続しているときは前記フィラーワイヤの送給速度を予め定めた定常フィラーワイヤ送給速度から予め定めた加速フィラーワイヤ送給速度へと加速させ、
   前記フィラーワイヤと前記溶融池との間が前記第１基準値以上の前記非短絡状態から前記短絡状態に復帰したことを判別したときは、前記フィラーワイヤの送給速度を前記溶接が終了するまで前記加速フィラーワイヤ送給速度に維持する、
   ことを特徴とする２ワイヤ溶接制御方法。
2. 前記非短絡状態の継続時間が前記第１基準値よりも長い値の予め定めた第２基準値に達したときは、前記溶接を停止する、
   ことを特徴とする請求項１に記載の２ワイヤ溶接制御方法。

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