JP6525625B2 - ２ワイヤ溶接制御方法 - Google Patents

Description

本発明は、給電チップから給電される消耗電極と母材との間に溶接電圧を印加してアークを発生させて溶融池を形成し、前進角を持たせたフィラーワイヤを溶融池の後部に送給しながら溶接する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５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、所定値で一定送給されている。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。

同図（Ｃ）に示すように、フィラーワイヤの送給速度Ｆｗは一定値であり、溶融地と短絡した状態で溶融地からの入熱によって安定して溶融する送給速度に設定される。フィラーワイヤの送給速度Ｆｗは、溶接ワイヤの送給速度の２０〜３０％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）で破線で示す平均溶接電圧Ｖavと略比例関係にある。このために、平均溶接電圧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）の破線で示す平均溶接電流Ｉavを変化させる出力制御を行う。平均溶接電圧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、平均溶接電流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。他方、平均溶接電圧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、平均溶接電流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。上記の平均溶接電圧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、平均溶接電流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）。溶接ワイヤが直径１．２mmの鉄鋼材であるときは、Ｉｐ＝４５０Ａ、Ｉｂ＝５０Ａ及びＴｐ＝１．２ms程度に設定される。この場合、フィラーワイヤも直径１．２mmの鉄鋼ワイヤが使用されることが多い。

特許文献２に示す２ワイヤ溶接方法では、フィラーワイヤの送給により発生する送給速度、送給抵抗、振動等の特性の一つを検出し、フィラーワイヤの送給速度あるいはフィラーワイヤに印加する予熱用の電流を制御する。このために、母材に対する入熱量を制限したまま、あるいは溶着量や脚長を保ったまま、外乱による溶接条件の変動や溶接条件の設定ミスにより生じるフィラーワイヤ溶け残りの溶接欠陥を防止することができると記載されている。

図６は、２ワイヤ溶接方法において、給電チップ・母材間距離Ｌｔが変化したときに溶接ワイヤ１とフィラーワイヤ６とのワイヤ間距離Ｌｗが変化することを説明するための溶接トーチ先端部の概要図である。同図（Ａ）は給電チップ・母材間距離Ｌｔ＝Ｌt1が設定値の場合であり、同図（Ｂ）は給電チップ・母材間距離Ｌｔ＝Ｌt2が設定値よりも短くなった場合であり、同図（Ｃ）は給電チップ・母材間距離Ｌｔ＝Ｌt3が設定値よりも長くなった場合である。以下、同図を参照して説明する。

同図（Ａ）に示すように、溶接は左方向に進行している。溶接トーチ４内の給電チップ４１から溶接ワイヤ１が母材２に面直に送給されており、アーク３が発生している。このアーク３によって溶融地２１が形成されている。溶接ワイヤ１よりも後方の溶融地２１上にフィラーワイヤ６が短絡状態で送給されている。フィラーワイヤガイド７は溶接トーチ４に固定されており、フィラーワイヤガイド７からフィラーワイヤ６が送給される。フィラーワイヤ６は、前進角を有しており、斜め後方から送給されている。前進角は３５度程度に設定されている。同図（Ａ）では、給電チップ・母材間距離はＬt1［mm］の設定値になっている。Ｌt1は１５mm程度に設定される。溶接ワイヤ１の送給方向と母材２の表面が交差する位置Ｐ１とフィラーワイヤ６が母材２（溶融地２１）と短絡している位置Ｐ２との距離がワイヤ間距離Ｌｗであり、同図（Ａ）ではＬw1［mm］となっている。Ｌw1は３mm程度である。

同図（Ｂ）は、溶接中に給電チップ・母材間距離ＬｔがＬt2に短くなった場合である。したがって、Ｌt2＜Ｌt1である。フィラーワイヤガイド７が溶接トーチ４と一体となっているので、給電チップ・母材間距離Ｌｔが短くなると、フィラーワイヤ６も母材２側に近づくことになる。この結果、ワイヤ間距離ＬｗはＬw2となり、Ｌw1よりも長くなる。すなわち、給電チップ・母材間距離Ｌｔが短くなる方向に変動すると、ワイヤ間距離Ｌｗは長くなる方向に変化する。

同図（Ｃ）は、給電チップ・母材間距離ＬｔがＬt3に長くなった場合である。この場合には、ワイヤ間距離ＬｗはＬw3へと短くなる。

ワークの加工精度のばらつき、ワークの固定位置のばらつき、溶接中のワークの熱変形等によって給電チップ・母材間距離Ｌｔは溶接中に変動する。この給電チップ・母材間距離Ｌｔの変動によっってワイヤ間距離Ｌｗが変化する。上述したように、ワイヤ間距離Ｌｗの設定値は３mm程度と小さな値であるので、給電チップ・母材間距離Ｌｔが数mm変動しただけでワイヤ間距離Ｌｗも数mm変化することになる。ワイヤ間距離Ｌｗが変化すると、溶融地２１からのフィラーワイヤ６への入熱量が変化するために、溶融状態が変化する。このために、安定した溶融状態が崩れて、ビード外観等の溶接品質が悪化することになる。

特開２０１０−１６７４８９号公報 特開２００２−２８７８４号公報

上述した課題を解決するために、請求項１の発明は、
給電チップから給電される消耗電極と母材との間に溶接電圧を印加してアークを発生させて溶融池を形成し、前進角を持たせたフィラーワイヤを前記溶融池の後部に送給しながら溶接する２ワイヤ溶接制御方法において、
溶接中の給電チップ・母材間距離の変動を検出し、
前記給電チップ・母材間距離が予め定めた設定値よりも予め定めた基準値以上短くなったときにのみ、前記給電チップ・母材間距離の変動に応じて前記フィラワイヤへの入熱量と相関するパラメータをフィードバック制御する、
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、前記パラメータが、前記溶接電圧、前記フィラワイヤの送給速度、前記消耗電極と前記フィラワイヤとのワイヤ間距離又は溶接速度の少なくとも１つである、ことを特徴とする請求項１記載の２ワイヤ溶接制御方法である。

請求項４の発明は、前記パラメータが、前記溶接電圧、前記フィラワイヤの送給速度、前記消耗電極と前記フィラワイヤとのワイヤ間距離又は溶接速度の少なくとも１つである、
ことを特徴とする請求項３記載の２ワイヤ溶接制御方法である。

本発明によれば、溶接中に給電チップ・母材間距離が変動してワイヤ間距離が変動し、フィラーワイヤへの入熱量が変化しても、入熱量と相関するパラメータがフィードバック制御されることによって、入熱量を補償することができる。このために、本発明では、２ワイヤ溶接方法において、溶接中に給電チップ・母材間距離が変動してもフィラーワイヤの溶融状態を安定に保ち、良好な溶接品質を得ることができる。

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タイミングチャートである。 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タイミングチャートである。 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。 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。 ２ワイヤ溶接方法において、給電チップ・母材間距離Ｌｔが変化したときに溶接ワイヤ１とフィラーワイヤ６とのワイヤ間距離Ｌｗが変化することを説明するための溶接トーチ先端部の概要図である。

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］
実施の形態１の発明は、溶接中の給電チップ・母材間距離の変動を検出し、この給電チップ・母材間距離の変動に応じてフィラワイヤへの入熱量と相関するパラメータをフィードバック制御するものである。パラメータは、溶接電圧、フィラワイヤの送給速度又は消耗電極とフィラワイヤとのワイヤ間距離の少なくとも１つである。

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タイミングチャートである。同図（Ａ）は給電チップ・母材間距離Ｌｔの時間変化を示し、同図（Ｂ）は平均溶接電流Ｉavの時間変化を示し、同図（Ｃ）は平均溶接電圧Ｖavの時間変化を示し、同図（Ｄ）はフィラーワイヤの送給速度Ｆｗの時間変化を示し、同図（Ｅ）は溶接電圧設定信号Ｖｒの時間変化を示し、同図（Ｆ）はワイヤ間距離設定信号Ｌwrの時間変化を示す。図５で上述したように、平均溶接電流Ｉavはパルス波形の溶接電流Ｉｗを平均化（平滑）したものであり、平均溶接電圧Ｖavはパルス波形の溶接電圧Ｖｗを平均化（平滑）したものである。溶接ワイヤの送給速度は、図示しないが、所定の一定値で送給されている。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、前進角を有して溶融地の後部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。

（１）時刻ｔ１〜ｔ２の給電チップ・母材間距離Ｌｔが設定値Ｌt1である期間
時刻ｔ１〜ｔ２の期間中は、同図（Ａ）に示すように、給電チップ・母材間距離Ｌｔは設定値のＬt1となっている。このために、同図（Ｂ）に示すように、平均溶接電流Ｉavは基準電流値Ｉｔとなっている。同図（Ｅ）に示すように、溶接電圧設定信号Ｖｒは基準電圧設定値Ｖtrとなっており、同図（Ｃ）に示すように、平均溶接電圧Ｖavは基準電圧設定値Ｖtrに相当する基準電圧値Ｖｔとなっている。同図（Ｄ）に示すように、フィラーワイヤの送給速度Ｆｗは基準送給速度Ｆｔとなっている。同図（Ｆ）に示すように、ワイヤ間距離設定信号Ｌwrは設定値Ｌwtrとなっている。すなわち、溶接作業者によって、給電チップ・母材間距離Ｌｔは設定値Ｌt1に、ワイヤ間距離Ｌｗは設定値Ｌw1に、溶接電圧設定信号Ｖｒは基準電圧設定値Ｖtrに、フィラーワイヤの送給速度Ｆｗは基準送給速度Ｆｔに、それぞれ設定されている。

（２）時刻ｔ２〜ｔ３の給電チップ・母材間距離ＬｔがＬt2に短くなる方向に変動した期間
時刻ｔ２〜ｔ３の期間中は、同図（Ａ）に示すように、溶接中に給電チップ・母材間距離Ｌｔが変動してＬt2に短くなった期間である。これに応動して、同図（Ｂ）に示すように、平均溶接電流ＩavはＩ２に増加する。溶接電流変化分ΔＩ＝Ｉ２−Ｉｔとなり、ワイヤ間距離変化分ΔＬｗ＝Ｇ・ΔＩとして算出することができる。ここで、Ｇは正の定数である。

同図（Ｅ）に示すように、溶接電圧設定信号Ｖｒ＝Ｖrt＋ΔＬｗに増加させる。これに応動して、同図（Ｃ）に示すように、平均溶接電圧Ｖavはこの溶接電圧設定信号Ｖｒに相当する値Ｖ２に増加する。給電チップ・母材間距離ＬｔがＬt2に短くなっているので、ワイヤ間距離ＬｗはＬw2に長くなり、アーク発生部から遠ざかるためにフィラーワイヤへの入熱量は小さくなる。しかし、平均溶接電圧Ｖavを大きくすることによって、アーク長を長くして溶融地のサイズが大きくなるので、フィラーワイヤへの入熱量を増加させることができる。したがって、給電チップ・母材間距離Ｌｔの変動に伴うフィラーワイヤへの入熱量の減少を補償することができる。この結果、フィラーワイヤの溶融状態を安定に保つことができ、良好な溶接品質を得ることができる。

同図（Ｄ）に示すように、フィラーワイヤの送給速度Ｆｗ＝Ｆｔ−ΔＬｗに減少させる。給電チップ・母材間距離ＬｔがＬt2に短くなっているので、ワイヤ間距離ＬｗはＬw2に長くなり、アーク発生部から遠ざかるためにフィラーワイヤへの入熱量は小さくなる。しかし、フィラーワイヤの送給速度Ｆｗも減少するので、フィラーワイヤへの入熱量と送給速度とのバランスが保たれるために、フィラーワイヤの溶融状態を安定に維持することができ、良好な溶接品質を得ることができる。

同図（Ｆ）に示すように、ワイヤ間距離設定信号Ｌwr＝Ｌwtr−ΔＬｗに減少させる。給電チップ・母材間距離ＬｔがＬt2に短くなっているので、ワイヤ間距離ＬｗはＬw2に長くなり、アーク発生部から遠ざかるためにフィラーワイヤへの入熱量は小さくなる。しかし、ワイヤ間距離設定信号Ｌwrが減少するので、フィラーワイヤの挿入位置を溶接方向の前後に調整する機構によってワイヤ間距離Ｌｗが近づくことになる。この結果、フィラーワイヤへの入熱量の減少を補償することができるために、フィラーワイヤの溶融状態を安定に維持することができ、良好な溶接品質を得ることができる。

（３）時刻ｔ３〜ｔ４の給電チップ・母材間距離ＬｔがＬt3に長くなる方向に変動した期間
時刻ｔ３〜ｔ４の期間中は、同図（Ａ）に示すように、溶接中に給電チップ・母材間距離Ｌｔが変動してＬt3に長くなった期間である。これに応動して、同図（Ｂ）に示すように、平均溶接電流ＩavはＩ３に減少する。溶接電流変化分ΔＩ＝Ｉ３−Ｉｔとなり、ワイヤ間距離変化分ΔＬｗ＝Ｇ・ΔＩとして算出することができる。ここでＧは正の定数であるので、ワイヤ間距離変化分ΔＬｗ＜０となる。

同図（Ｅ）に示すように、溶接電圧設定信号Ｖｒ＝Ｖrt＋ΔＬｗに減少させる。これに応動して、同図（Ｃ）に示すように、平均溶接電圧Ｖavはこの溶接電圧設定信号Ｖｒに相当する値Ｖ３に減少する。給電チップ・母材間距離ＬｔがＬt3に長くなっているので、ワイヤ間距離ＬｗはＬw3に短くなり、アーク発生部に近づくためにフィラーワイヤへの入熱量は大きくなる。しかし、平均溶接電圧Ｖavを小さくすることによって、アーク長を短くして溶融地のサイズが小さくなるので、フィラーワイヤへの入熱量を減少させることができる。したがって、給電チップ・母材間距離Ｌｔの変動に伴うフィラーワイヤへの入熱量の増加を補償することができる。この結果、フィラーワイヤの溶融状態を安定に保つことができ、良好な溶接品質を得ることができる。

同図（Ｄ）に示すように、フィラーワイヤの送給速度Ｆｗ＝Ｆｔ−ΔＬｗに増加させる。給電チップ・母材間距離ＬｔがＬt3に長くなっているので、ワイヤ間距離ＬｗはＬw3に短くなり、アーク発生部に近づくためにフィラーワイヤへの入熱量は大きくなる。しかし、フィラーワイヤの送給速度Ｆｗも増加するので、フィラーワイヤへの入熱量と送給速度とのバランスが保たれるために、フィラーワイヤの溶融状態を安定に維持することができ、良好な溶接品質を得ることができる。

同図（Ｆ）に示すように、ワイヤ間距離設定信号Ｌwr＝Ｌwtr−ΔＬｗに増加させる。給電チップ・母材間距離ＬｔがＬt3に長くなっているので、ワイヤ間距離ＬｗはＬw3に短くなり、アーク発生部に近づくためにフィラーワイヤへの入熱量は大きくなる。しかし、ワイヤ間距離設定信号Ｌwrが増加するので、フィラーワイヤの挿入位置を溶接方向の前後に調整する機構によってワイヤ間距離Ｌｗが遠ざかることになる。この結果、フィラーワイヤへの入熱量の増加を補償することができるために、フィラーワイヤの溶融状態を安定に維持することができ、良好な溶接品質を得ることができる。

上記においては、溶接電圧設定信号Ｖｒ（平均溶接電圧Ｖav）、フィラーワイヤの送給速度Ｆｗ及びワイヤ間距離設定信号Ｌwr（ワイヤ間距離Ｌｗ）を全て変化させる場合について説明したが、これらのパラメータの内の少なくとも１つを変化させるようにすれば良い。

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、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。

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ガイド７内を送給され、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。

溶接トーチ４とフィラーワイヤガイド７とは駆動機構９を介して一体化されている。したがって、溶接トーチ４が上下方向に変化すると、フィラーワイヤガイド７も同様に上下方向に変化する。駆動機構９は、後述するワイヤ間距離設定信号Ｌwrを入力として、フィラーワイヤ６を溶接方向の前後方向に移動させるためのモータを含む機構である。この機構としては、従来から、モータの回転運動を滑子クランク機構により直線運動に変換する機構、モータの回転運動をクランクと揺動梃により揺動運動に変換する機構等が用いられている。

溶接電流検出回路ＩＤは、上記の溶接電流Ｉｗを検出して溶接電流検出信号Ｉｄを出力する。平均溶接電流算出回路ＩＡＶは、この溶接電流検出信号Ｉｄ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、平均溶接電流信号Ｉavを出力する。

基準電流値設定回路ＩＴＲは、予め定めた基準電流値設定信号Ｉtrを出力する。この基準電流値設定信号Ｉtrは、溶接ワイヤ１の直径、材質及び送給速度が決まり、給電チップ・母材間距離Ｌｔが設定値Ｌtであるときの平均溶接電流値である。溶接電流変化分算出回路ＤＩは、上記の平均溶接電流信号Ｉav及び上記の基準電流値設定信号Ｉtrを入力として、ΔＩ＝Ｉav−Ｉtrを算出して、溶接電流変化分信号ΔＩを出力する。ワイヤ間距離変化分算出回路ＤＬＷは、この溶接電流変化分信号ΔＩを入力として、ΔＬｗ＝Ｇ・ΔＩを算出して、ワイヤ間距離変化分信号ΔＬｗを出力する。Ｇは、上述したように、正の定数である。

基準電圧値設定回路ＶＴＲは、予め定めた基準電圧値設定信号Ｖtrを出力する。溶接電圧設定回路ＶＲは、この基準電圧値設定信号Ｖtr及び上記のワイヤ間距離変化分信号ΔＬｗを入力として、Ｖｒ＝Ｖtr＋ΔＬｗを算出して、溶接電圧設定信号Ｖｒを出力する。

基準送給速度設定回路ＦＴＲは、予め定めた基準送給速度設定信号Ｆtrを出力する。フィラーワイヤ送給速度設定回路ＦＲは、この基準送給速度設定信号Ｆtr及び上記のワイヤ間距離変化分信号ΔＬｗを入力として、Ｆｒ＝Ｆtr−ΔＬｗを算出して、フィラーワイヤ送給速度設定信号Ｆｒを出力する。

基準ワイヤ間距離設定回路ＬＷＴＲは、予め定めた基準ワイヤ間距離設定信号Ｌwtrを出力する。ワイヤ間距離設定回路ＬＷＲは、この基準ワイヤ間距離設定信号Ｌwtr及び上記のワイヤ間距離変化分信号ΔＬｗを入力として、Ｌwr＝Ｌwtr−ΔＬｗを算出して、ワイヤ間距離設定信号Ｌwrを出力する。

溶接電圧検出回路ＶＤは、上記の溶接電圧Ｖｗを検出して、溶接電圧検出信号Ｖｄを出力する。平均溶接電圧算出回路ＶＡＶは、この溶接電圧検出信号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、平均溶接電圧信号Ｖavを出力する。電圧誤差増幅回路ＥＶは、上記の溶接電圧設定信号Ｖｒと上記の平均溶接電圧信号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ＶＦ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ＶＦ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。溶接電流設定回路ＩＲ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を溶接電流設定信号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を溶接電流設定信号Ｉｒとして出力する。電流誤差増幅回路ＥＩは、上記の溶接電流設定信号Ｉｒと上記の溶接電流検出信号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を入力として、この信号に基づいて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を出力する。

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に出力する。

フィラーワイヤ送給制御回路ＦＣＴは、上記の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に出力する。

同図においては、ワイヤ間距離変化分信号ΔＬｗによって溶接電圧設定信号Ｖｒ、フィラーワイヤ送給速度設定信号Ｆｒ及びワイヤ間距離設定信号Ｌwrをフィードバック制御する場合であるが、これらの内の少なくとも１つをフィードバック制御するようにしても良い。

［実施の形態２］
実施の形態２の発明は、給電チップ・母材間距離が予め定めた設定値よりも予め定めた基準値以上短くなったときにのみ、パラメータを変化させるものである。パラメータは、溶接電圧、フィラワイヤの送給速度、消耗電極とフィラワイヤとのワイヤ間距離又は溶接速度の少なくとも１つである。

［実施の形態２］
実施の形態２の発明は、給電チップ・母材間距離の変動が予め定めた基準値以上短くなったときにのみ、パラメータを変化させるものである。パラメータは、溶接電圧、フィラワイヤの送給速度、消耗電極とフィラワイヤとのワイヤ間距離又は溶接速度の少なくとも１つである。

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タイミングチャートである。同図（Ａ）は給電チップ・母材間距離Ｌｔの時間変化を示し、同図（Ｂ）は平均溶接電流Ｉavの時間変化を示し、同図（Ｃ）は平均溶接電圧Ｖavの時間変化を示し、同図（Ｄ）はフィラーワイヤの送給速度Ｆｗの時間変化を示し、同図（Ｅ）は溶接電圧設定信号Ｖｒの時間変化を示し、同図（Ｆ）はワイヤ間距離設定信号Ｌwrの時間変化を示し、同図（Ｇ）は溶接速度Ｓｗの時間変化を示す。同図は上述した図１と対応しており、同一の動作についての説明は繰り返さない。以下、同図を参照して説明する。

同図（Ａ）に示すように、給電チップ・母材間距離Ｌｔは、時刻ｔ１〜ｔ２の期間中は設定値のＬt1であり、時刻ｔ２〜ｔ３の期間中は設定値よりも短いＬt2であり、時刻ｔ３〜ｔ４の期間中は設定値よりも長いＬt3である。ここで、Ｌt2は、設定値Ｌt1よりも基準値以上短い場合である。Ｌt2が基準値以上短くなったことを、溶接電流変化分ΔＩが正の値であり、かつ、基準値以上であることによって判別する。

（１）時刻ｔ１〜ｔ２の給電チップ・母材間距離Ｌｔが設定値Ｌt1である期間
同図（Ｂ）に示すように、溶接電流変化分ΔＩ＝Ｉav−Ｉｔ≒０であり、基準値未満であるために、この期間中の動作は、図１と同一となるので、説明は繰り返さない。但し、同図（Ｇ）に示すように、溶接速度Ｓｗは基準溶接速度Ｓｔとなっている。

（２）時刻ｔ２〜ｔ３の給電チップ・母材間距離ＬｔがＬt2に短くなる方向に変動した期間
同図（Ｂ）に示すように、溶接電流変化分ΔＩ＝Ｉav−Ｉｔ＝Ｉ２−Ｉｔが正の値であり、かつ、基準値以上であるために、給電チップ・母材間距離Ｌt2は設定値Ｌt1よりも基準値以上短くなっている。このために、各パラメータがフィードバック制御される。したがって、この期間中の動作は、図１と同一となる。すなわち、同図（Ｅ）に示すように、溶接電圧設定信号Ｖｒ＝Ｖrt＋ΔＬｗに増加し、同図（Ｃ）に示すように、平均溶接電圧Ｖavはこの溶接電圧設定信号Ｖｒに相当する値Ｖ２に増加する。同図（Ｄ）に示すように、フィラーワイヤの送給速度Ｆｗ＝Ｆｔ−ΔＬｗに減少する。同図（Ｆ）に示すように、ワイヤ間距離設定信号Ｌwr＝Ｌtr−ΔＬｗに減少する。

さらに、同図（Ｇ）に示すように、溶接速度Ｓｗ＝Ｓｔ＋ΔＬｗに早くなる。給電チップ・母材間距離ＬｔがＬt2に短くなっているので、ワイヤ間距離ＬｗはＬw2に長くなり、アーク発生部から遠ざかるためにフィラーワイヤへの入熱量は小さくなる。しかし、溶接速度Ｓｗが早くなるので、溶融地が細長い形状となる。この結果、フィラーワイヤの挿入位置が溶融地の中央部に近づくことになり、フィラーワイヤへの入熱量の減少を補償することができるために、フィラーワイヤの溶融状態を安定に維持することができ、良好な溶接品質を得ることができる。

（３）時刻ｔ３〜ｔ４の給電チップ・母材間距離ＬｔがＬt3に長くなる方向に変動した期間
同図（Ｂ）に示すように、溶接電流変化分ΔＩ＝ｉAV−Ｉｔ＝Ｉ３−Ｉｔは負の値となるので、全てのパラメータはフィードバック制御されない。したがって、この期間中の同図（Ｃ）〜（Ｇ）の各パラメータの動作は、図１とは異なり、同図の時刻ｔ１〜ｔ２の期間と同一の動作となる。

上記の時刻ｔ２〜ｔ３の期間においても、溶接電流変化分ΔＩの正の値が基準値未満であるときには、全てのパラメータはフィードバック制御されない。

給電チップ・母材間距離が設定値よりも基準値以上短くなったときにのみパラメータをフィードバック制御する理由は、以下の通りである。まず、給電チップ・母材間距離が設定値よりも長い方向であるときは、ワイヤ間距離は短くなるので、フィラーワイヤへの入熱量が増加することになる。このために、溶接品質を著しく悪化させることになるフィラーワイヤのとけ残り状態は発生しない。この場合には、ビード外観が少し悪くなる程度であり、溶接品質への影響は小さい。同様に、給電チップ・母材間距離が設定値よりも基準値未満だけ短くなった場合は、ワイヤ間距離は少し長くなる。このために、フィラーワイヤへの入熱量は減少する。しかし、現象量が小さいので、溶接品質への影響は小さい。これに対して、給電チップ・母材間距離が設定値よりも基準値以上短くなった場合は、ワイヤ間距離が長くなり、フィラーワイヤへの入熱量はかなり減少する。この結果、フィラーワイヤのとけ残り状態が発生することになる。したがって、この場合には、上述したように各パラメータをフィードバック制御することによって、フィラーワイヤの入熱量の減少を補償している。このようにすると、パラメータの選択、フィードバック制御のゲインの適正化等の実験に要する時間を短縮することができ、生産効率が向上する。上記の基準値は、溶接品質が要求品質を確保することができなくなる値に設定される。

給電チップ・母材間距離の変動が基準値以上短くなったときにのみパラメータをフィードバック制御する理由は、以下の通りである。まず、給電チップ・母材間距離の変動が長い方向であるときは、ワイヤ間距離は短くなるので、フィラーワイヤへの入熱量が増加することになる。このために、溶接品質を著しく悪化させることになるフィラーワイヤのとけ残り状態は発生しない。この場合には、ビード外観が少し悪くなる程度であり、溶接品質への影響は小さい。同様に、給電チップ・母材間距離の変動が基準値未満だけ短くなった場合は、ワイヤ間距離は少し長くなる。このために、フィラーワイヤへの入熱量は減少する。しかし、現象量が小さいので、溶接品質への影響は小さい。これに対して、給電チップ・母材間距離の変動が基準値以上短くなった場合は、ワイヤ間距離が長くなり、フィラーワイヤへの入熱量はかなり減少する。この結果、フィラーワイヤのとけ残り状態が発生することになる。したがって、この場合には、上述したように各パラメータをフィードバック制御することによって、フィラーワイヤの入熱量の減少を補償している。このようにすると、パラメータの選択、フィードバック制御のゲインの適正化等の実験に要する時間を短縮することができ、生産効率が向上する。上記の給電チップ・母材間距離の変動の基準値は、溶接品質が要求品質を確保することができなくなる値に設定される。

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、同一のブロックには同一符号を付してそれらの説明は繰り返さない。同図は、図２に基準溶接速度設定回路ｓＴＲ及び溶接速度設定回路ｓＲを追加したものである。以下、同図を参照してこれらのブロックについて説明する。

基準溶接速度設定回路ｓＴＲは、予め定めた基準溶接速度設定信号ｓtrを出力する。溶接速度設定回路ｓＲは、この基準溶接速度設定信号ｓtr及び上記のワイヤ間距離変化分信号ΔＬｗを入力として、ｓｒ＝ｓtr＋ΔＬｗを算出して、溶接速度設定信号ｓｒを溶接電源外部の溶接トーチ移動装置（図示は省略）に出力する。溶接トーチ移動装置は、自動台車、ロボット装置等である。溶接トーチ移動装置は、溶接トーチ４をこの溶接速度設定信号Ｓｒによって定まる溶接速度Ｓｗで移動させる。

上述した実施の形態２によれば、給電チップ・母材間距離の変動が予め定めた基準値以上短くなったときにのみ、パラメータを変化させるものである。パラメータは、溶接電圧、フィラワイヤの送給速度、消耗電極とフィラワイヤとのワイヤ間距離又は溶接速度の少なくとも１つである。これにより、実施の形態１の効果に加えて、必要最小限の場合のみパラメータのフィードバック制御を行うので、パラメータの選択、フィードバック制御のゲインの適正化等の実験に要する時間を短縮することができ、生産効率を向上させることができる。

１ 溶接ワイヤ
２ 母材
２１ 溶融池
３ アーク
４ 溶接トーチ
４１ 給電チップ
５ 溶接ワイヤ送給ロール
６ フィラーワイヤ
７ フィラーワイヤガイド
８ フィラーワイヤ送給ロール
９ 駆動機構
ＤＩ 溶接電流変化分算出回路
ＤＬＷ ワイヤ間距離変化分算出回路
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
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
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回路
Ｆｒ フィラーワイヤ送給速度設定信号
Ｆｔ 基準送給速度
ＦＴＲ 基準送給速度設定回路
Ｆtr 基準送給速度設定信号
Ｆｗ 送給速度
ＩＡＶ 平均溶接電流算出回路
Ｉav 平均溶接電流（信号）
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 溶接電流検出回路
Ｉｄ 溶接電流検出信号
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 溶接電流設定回路
Ｉｒ 溶接電流設定信号
Ｉｔ 基準電流値
ＩＴＲ 基準電流値設定回路
Ｉtr 基準電流値設定信号
Ｉｗ 溶接電流
Ｌｔ 給電チップ・母材間距離
Ｌｗ ワイヤ間距離
ＬＷＲ ワイヤ間距離設定回路
Ｌwr ワイヤ間距離設定信号
ＬＷＴＲ 基準ワイヤ間距離設定回路
Ｌwtr 基準ワイヤ間距離設定信号
Ｐ１、ｐ２ 位置
ＰＭ 電源主回路
ｓＲ 溶接速度設定回路
Ｓｒ 溶接速度設定信号
Ｓｔ 基準溶接速度
ｓＴＲ 基準溶接速度設定回路
ｓtr 基準溶接速度設定信号
Ｓｗ 溶接速度
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
ＶＡＶ 平均溶接電圧算出回路
Ｖav 平均溶接電圧（信号）
Ｖｂ ベース電圧
ＶＤ 溶接電圧検出回路
Ｖｄ 溶接電圧検出信号
ＶＦ 電圧／周波数変換回路
Ｖｐ ピーク電圧
ＶＲ 溶接電圧設定回路
Ｖｒ 溶接電圧設定信号
Ｖｔ 基準電圧値
ＶＴＲ 基準電圧値設定回路
Ｖtr 基準電圧値設定信号
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
ΔＩ 溶接電流変化分（信号）
ΔＬｗ ワイヤ間距離変化分（信号）

Claims (2)

1. 給電チップから給電される消耗電極と母材との間に溶接電圧を印加してアークを発生させて溶融池を形成し、前進角を持たせたフィラーワイヤを前記溶融池の後部に送給しながら溶接する２ワイヤ溶接制御方法において、
   溶接中の給電チップ・母材間距離の変動を検出し、
   前記給電チップ・母材間距離が予め定めた設定値よりも予め定めた基準値以上短くなったときにのみ、前記給電チップ・母材間距離の変動に応じて前記フィラワイヤへの入熱量と相関するパラメータをフィードバック制御する、
   ことを特徴とする２ワイヤ溶接制御方法。
2. 前記パラメータが、前記溶接電圧、前記フィラワイヤの送給速度、前記消耗電極と前記フィラワイヤとのワイヤ間距離又は溶接速度の少なくとも１つである、
   ことを特徴とする請求項１記載の２ワイヤ溶接制御方法。

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