JP7744236B2 - パルスアーク溶接方法 - Google Patents

Description

本発明は、溶接ワイヤを送給し、アルミニウム材を溶接するパルスアーク溶接方法に関するものである。

母材への入熱を小さくして薄板を高品質に溶接するために特許文献１、２等の発明が慣用されている。
特許文献１に係る交流パルスアーク溶接方法では、溶接ワイヤを送給し、電極プラス極性期間中のピーク電流及びベース電流の通電と、電極マイナス極性期間中の電極マイナス極性電流の通電とを１周期として繰り返すことによって溶接が行われる。この交流パルスアーク溶接では、電極マイナス極性期間を調整することによって、１周期に占める電極マイナス極性期間の時間比率である電極マイナス極性比率を変化させて、母材への入熱を制御することができる。このために、低入熱溶接が可能となり、高品質な薄板溶接を行うことができる。

特許文献２に係る溶接方法では、溶接ワイヤを送給し、パルスアーク溶接を行う期間と直流パルスアーク溶接を行う期間とを交互に切り換えて溶接が行われる。この溶接方法では、パルスアーク溶接の期間と直流パルスアーク溶接の期間との比率を調整することによって、母材への入熱制御を行うことができる。このために、低入熱溶接が可能となり、高品質な薄板溶接を行うことができる

国際公開ＷＯ２０１８／０７９３４５号公報 特開２０２１－５３６４９号公報

薄板溶接において、溶接継手部にギャップがある場合には、溶け込み部を小さくし、余盛り部を大きくした希釈率の小さなビード形状を形成する必要がある。しかし、特許文献１、２等の従来技術の溶接方法では、母材がアルミニウム材であるときに、大きなギャップを有する薄板を高品質に溶接することは困難であった。

そこで、本発明では、母材の材質がアルミニウム材であり、溶接継手部に大きなギャップを有する薄板に対して、高品質な溶接を行うことができるパルスアーク溶接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、
溶接ワイヤを送給し、アルミニウム材を溶接するパルスアーク溶接方法において、
電極プラス極性期間と電極マイナス極性期間とを繰り返す交流パルスアーク溶接を行う期間と、電極マイナス極性でピーク電流を通電するピーク期間とベース電流を通電するベース期間とを繰り返す直流パルスアーク溶接を行う期間とを交互に切り換えて溶接する、
ことを特徴とするパルスアーク溶接方法である。

請求項２の発明は、
全溶接期間に占める前記交流パルスアーク溶接を行う期間の時間比率が、３０％以上７０％以下の範囲である、
ことを特徴とする請求項１に記載のパルスアーク溶接方法である。

本発明によれば、母材の材質がアルミニウム材であり、溶接継手部に大きなギャップを有する薄板に対して、高品質な溶接を行うことができる。

本発明の実施の形態に係るパルスアーク溶接方法を実施するための溶接電源のブロック図である。 本発明の実施の形態に係るパルスアーク溶接方法を示す図１における各信号のタイミングチャートである。

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。

図１は、本発明の実施の形態に係るパルスアーク溶接方法を実施するための溶接電源のブロック図である。同図において、極性切換時の高電圧印加回路については省略している。以下、同図を参照して各ブロックについて説明する。

インバータ回路ＩＮＶは、３相２００Ｖ等の交流商用電源（図示は省略）を入力として、整流及び平滑した直流電圧を、後述する電流誤差増幅信号Ｅｉによるパルス幅変調制御によりインバータ制御を行い、高周波交流を出力する。インバータトランスＩＮＴは、高周波交流電圧をアーク溶接に適した電圧値に降圧する。２次整流器Ｄ２ａ～Ｄ２ｄは、降圧された高周波交流を直流に整流する。

電極プラス極性トランジスタＰＴＲは後述する電極プラス極性駆動信号Ｐｄによってオン状態になり、このときは溶接電源の出力は電極プラス極性ＥＰになる。電極マイナス極性トランジスタＮＴＲは後述する電極マイナス極性駆動信号Ｎｄによってオン状態になり、このときは溶接電源の出力は電極マイナス極性ＥＮになる。

リアクトルＷＬは、リップルのある出力を平滑する。

溶接ワイヤ１は、ワイヤ送給モータＷＭに結合された送給ロール５の回転によって溶接トーチ４内を送給されて、母材２との間にアーク３が発生する。溶接ワイヤ１と母材２との間には溶接電圧Ｖｗが印加し、溶接電流Ｉｗが通電する。母材２の材質はアルミニウム材である。溶接トーチ４の先端から噴出されるシールドガスは１００％アルゴンガスである。

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。電圧平均化回路ＶＡＶは、この電圧検出信号Ｖｄの絶対値を平均化して、電圧平均値信号Ｖavを出力する。電圧設定回路ＶＲは、予め定めた電圧設定信号Ｖｒを出力する。電圧誤差増幅回路ＥＶは、この電圧設定信号Ｖｒと上記の電圧平均値信号Ｖavとの誤差を増幅して、電圧誤差増幅信号Ｅｖを出力する。

電極プラス極性ピーク期間設定回路ＴＰＲは、予め定めた電極プラス極性ピーク期間設定信号Ｔprを出力する。電極プラス極性ベース期間設定回路ＴＢＲは、予め定めた電極プラス極性ベース期間設定信号Ｔbrを出力する。

電極マイナス極性期間設定回路ＴＮＲは、予め定めた電極マイナス極性期間設定信号Ｔnrを出力する。

タイマ回路ＴＭは、後述する溶接法切換信号Ｓｍ、上記の電極マイナス極性期間設定信号Ｔnr、上記の電極プラス極性ピーク期間設定信号Ｔpr及び上記の電極プラス極性ベース期間設定信号Ｔbrを入力として、以下の処理を行い、タイマ信号Ｔｍを出力する。
１）溶接法切換信号Ｓｍ＝１に変化したとき、又は、電極プラス極性ベース期間Ｔｂが終了したときは、電極マイナス極性期間設定信号Ｔnrによって設定される電極マイナス極性期間Ｔｎとなり、タイマ信号Ｔｍ＝１を出力する。
２）続けて、電極プラス極性ピーク期間設定信号Ｔprによって設定される電極プラス極性ピーク期間Ｔｐとなり、タイマ信号Ｔｍ＝２を出力する。
３）続けて、電極プラス極性ベース期間設定信号Ｔbrによって設定される電極プラス極性ベース期間Ｔｂとなり、タイマ信号Ｔｍ＝３を出力する。
４）溶接法切換信号Ｓｍ＝１の期間中は上記の１）～３）を繰り返す。

電極プラス極性ピーク電流設定回路ＩＰＲは、上記の電圧誤差増幅信号Ｅｖを入力として、電圧平均値信号Ｖavの値が電圧設定信号Ｖｒの値と等しくなるようにフィードバック制御して、電極プラス極性ピーク電流設定信号Ｉprを出力する。この回路によって、アーク長が適正値になるように電極プラス極性ピーク電流Ｉｐがフィードバック制御される。

電極プラス極性ベース電流設定回路ＩＢＲは、予め定めた電極プラス極性ベース電流設定信号Ｉbrを出力する。

電極マイナス極性電流設定回路ＩＮＲは、予め定めた電極マイナス極性電流設定信号Ｉnrを出力する。

切換回路ＳＷは、上記のタイマ信号Ｔｍ、上記の電極プラス極性ピーク電流設定信号Ｉpr、上記の電極プラス極性ベース電流設定信号Ｉbr及び上記の電極マイナス極性電流設定信号Ｉnrを入力として、以下の処理を行い、電流設定信号Ｉｒを出力する。
１）タイマ信号Ｔｍ＝１のときは、電極マイナス極性電流設定信号Ｉnrを電流設定信号Ｉｒとして出力する。
２）タイマ信号Ｔｍ＝２のときは、電極プラス極性ピーク電流設定信号Ｉprを電流設定信号Ｉｒとして出力する。
３）タイマ信号Ｔｍ＝３のときは、電極プラス極性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。

直流パルスアーク溶接電流設定回路ＩＳＲは、後述する溶接法切換信号Ｓｍを入力として、溶接法切換信号Ｓｍ＝２（直流パルスアーク溶接期間Ｔｓ）に変化した時点から予め定めたベース期間中の予め定めたベース電流設定値と、予め定めたピーク期間中の予め定めたピーク電流設定値とを交互に繰り返して、直流パルスアーク溶接電流設定信号Ｉsrを出力する。

交流パルスアーク溶接期間設定回路ＴＡＲは、予め定めた交流パルスアーク溶接期間設定信号Ｔarを出力する。

直流パルスアーク溶接期間設定回路ＴＳＲは、予め定めた直流パルスアーク溶接期間設定信号Ｔsrを出力する。

溶接法切換回路ＳＭは、上記の交流パルスアーク溶接期間設定信号Ｔar、上記の直流パルスアーク溶接期間設定信号Ｔsr、上記のタイマ信号Ｔｍ及び上記の直流パルスアーク溶接電流設定信号Ｉsrを入力として、以下の処理を行い、溶接法切換信号Ｓｍを出力する。
１）溶接法切換信号Ｓｍ＝１に変化した時点から交流パルスアーク溶接期間設定信号Ｔarによって設定される期間が経過し、かつ、タイマ信号Ｔｍ＝１（電極マイナス極性期間Ｔｎ）のときは、溶接法切換信号Ｓｍ＝２を出力する。
２）溶接法切換信号Ｓｍ＝２に変化した時点から電極マイナス極性直流パルスアーク溶接期間設定信号Ｔsrによって設定された期間が経過し、かつ、直流パルスアーク溶接電流設定信号Ｉsrの値が予め定めたベース電流設定値のときは、溶接法切換信号Ｓｍ＝１を出力する。
３）上記の１）及び２）を繰り返す。

電流検出回路ＩＤは、上記の溶接電流Ｉｗの絶対値を検出して、電流検出信号Ｉｄを出力する。

電流制御設定回路ＩＣＲは、上記の電流設定信号Ｉｒ、上記の直流パルスアーク溶接電流設定信号Ｉsr及び上記の溶接法切換信号Ｓｍを入力として、溶接法切換信号Ｓｍ＝１（交流パルスアーク溶接期間Ｔａ）のときは、電流設定信号Ｉｒとなり、溶接法切換信号Ｓｍ＝２（直流パルスアーク溶接期間Ｔｓ）のときは直流パルスアーク溶接電流設定信号Ｉsrとなる電流制御設定信号Ｉcrを出力する。

電流誤差増幅回路ＥＩは、上記の電流制御設定信号Ｉcr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、上記の溶接法切換信号Ｓｍ及び上記のタイマ信号Ｔｍを入力として、以下の処理を行い、駆動信号Ｄｖを出力する。駆動信号Ｄｖは、電極マイナス極性駆動信号Ｎｄ及び電極プラス極性駆動信号Ｐｄから形成されている。
１）溶接法切換信号Ｓｍ＝２又はタイマ信号Ｔｍ＝１のときは、電極マイナス極性駆動信号Ｎｄを出力する。
２）溶接法切換信号Ｓｍ＝１であり、タイマ信号Ｔｍ＝２又は３のとき電極プラス極性駆動信号Ｐｄを出力する。
したがって、直流パルスアーク溶接期間Ｔｓのときは電極マイナス極性ＥＮとなる。交流パルスアーク溶接期間Ｔａ中の、電極マイナス極性期間Ｔｎのときは電極マイナス極性ＥＮとなり、電極プラス極性ピーク期間Ｔｐ及び電極プラス極性ベース期間Ｔｂのときは電極プラス極性ＥＰとなる。

交流パルスアーク溶接送給速度設定回路ＦＡＲは、予め定めた交流パルスアーク溶接送給速度設定信号Ｆarを出力する。

直流パルスアーク溶接送給速度設定回路ＦＳＲは、予め定めた直流パルスアーク溶接送給速度設定信号Ｆsrを出力する。

送給速度設定回路ＦＲは、上記の溶接法切換信号Ｓｍ、上記の交流パルスアーク溶接送給速度設定信号Ｆar及び上記の直流パルスアーク溶接送給速度設定信号Ｆsrを入力として、溶接法切換信号Ｓｍ＝１のときは交流パルスアーク溶接送給速度設定信号Ｆarを送給速度設定信号Ｆｒとして出力し、溶接法切換信号Ｓｍ＝２のときは直流パルスアーク溶接送給速度設定信号Ｆsrを送給速度設定信号Ｆｒとして出力する。

送給制御回路ＦＣは、上記の送給速度設定信号Ｆｒを入力として、この値に対応した送給速度Ｆｗで溶接ワイヤ１を送給するための送給制御信号Ｆｃを上記のワイヤ送給モータＷＭに出力する。

図２は、本発明の実施の形態に係るパルスアーク溶接方法を示す図１の溶接電源における各信号のタイミングチャートである。同図（Ａ）は溶接法切換信号Ｓｍの時間変化を示し、同図（Ｂ）はタイマ信号Ｔｍの時間変化を示し、同図（Ｃ）は送給速度Ｆｗ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）は溶接電圧Ｖｗの時間変化を示し、同図（Ｆ）は駆動信号Ｄｖの時間変化を示す。以下、同図を参照して各信号の動作について説明する。

同図（Ａ）に示す溶接法切換信号Ｓｍは、Ｓｍ＝１のときは交流パルスアーク溶接期間Ｔａとなり、Ｓｍ＝２のときは電極マイナス極性直流パルスアーク溶接期間Ｔｓとなる。同図（Ｂ）に示すタイマ信号Ｔｍは、Ｔｍ＝１のときは電極マイナス極性期間Ｔｎとなり、Ｔｍ＝２のときは電極プラス極性ピーク期間Ｔｐとなり、Ｔｍ＝３のときは電極プラス極性ベース期間Ｔｂとなる。同図（Ｄ）に示す溶接電流Ｉｗは、正の値が溶接ワイヤから母材側へと通電する電極プラス極性ＥＰであることを示し、負の値が母材から溶接ワイヤ側へと通電する電極マイナス極性ＥＮであることを示す。同図（Ｅ）に示す溶接電圧Ｖｗは、正の値が溶接ワイヤがプラスとなり母材がマイナスとなる電極プラス極性ＥＰであることを示し、負の値が母材がプラスとなり溶接ワイヤがマイナスとなる電極マイナス極性ＥＮであることを示す。溶接電流Ｉｗ及び溶接電圧Ｖｗの値の大小を記載するときは、電極極性に関わりなくその絶対値を示している。同図（Ｆ）に示す駆動信号Ｄｖは、Ｈｉｇｈレベルのときに図１の電極マイナス極性駆動信号Ｎｄが出力されて電極マイナス極性ＥＮとなっていることを示しており、Ｌｏｗレベルのときに図１の電極プラス極性駆動信号Ｐｄが出力されて電極プラス極性ＥＰになっていることを示している。極性切換時のアーク切れを防止するために、溶接ワイヤと母材との間に短時間数百Ｖの再点弧電圧が印加されるが、図示は省略している。

同図（Ａ）に示すように、溶接法切換信号Ｓｍは、時刻ｔ２以前の期間はＳｍ＝２（直流パルスアーク溶接期間Ｔｓ）となり、時刻ｔ２～ｔ３の期間中は１（交流パルスアーク溶接期間Ｔａ）となり、時刻ｔ３～ｔ４の期間中は２（直流パルスアーク溶接期間Ｔｓ）となり、時刻ｔ４以降の期間は１（交流パルスアーク溶接期間Ｔａ）となる。

（１）時刻ｔ２以前の電極マイナス極性の直流パルスアーク溶接期間Ｔｓの動作
この期間中は、同図（Ａ）に示すように、溶接法切換信号Ｓｍ＝２となり、電極マイナス極性の直流パルスアーク溶接期間Ｔｓとなる。同図（Ｆ）に示すように、駆動信号ＤｖはＨｉｇｈレベルとなり電極マイナス極性ＥＮとなる。したがって、同図（Ｄ）に示す溶接電流Ｉｗ及び同図（Ｅ）に示す溶接電圧Ｖｗは負の値となっている。 時刻ｔ１～ｔ１１の期間が予め定めたピーク期間となり、時刻ｔ１１～ｔ２の期間が予め定めたベース期間となっている。同図（Ｄ）に示すように、溶接電流Ｉｗは図１の直流パルスアーク溶接電流設定信号Ｉsrによって設定され、ピーク期間中は予め定めたピーク電流値となり、ベース期間中は予め定めたベース電流値となる。同図（Ｅ）に示すように、溶接電圧Ｖｗはアーク長に比例した値となり、ピーク期間中はピーク電圧値となり、ベース期間中はベース電圧値となる。同図（Ｃ）に示すように、送給速度Ｆｗは、図１の直流パルスアーク溶接送給速度設定信号Ｆsrによって設定された値となる。ここでは、直流パルスアーク溶接期間Ｔｓ中はアーク長制御を行わない場合について記載したが、後述するように、交流パルスアーク溶接期間Ｔａと同様のアーク長制御を行っても良い。

（２）時刻ｔ２～ｔ３の交流パルスアーク溶接期間Ｔａの動作
時刻ｔ２において、溶接法切換信号Ｓｍ＝２に変化した時点から図１の直流パルスアーク溶接期間設定信号Ｔsrによって設定された期間が経過し、かつ、溶接電流Ｉｗがベース電流値（ベース期間）であるので、溶接法切換信号Ｓｍ＝１に切り換わり交流パルスアーク溶接期間Ｔａが開始する。したがって、溶接法切換信号Ｓｍ＝２に変化した時点から図１の直流パルスアーク溶接期間設定信号Ｔsrによって設定された期間が経過したときにピーク期間であったときは、ベース期間となるまで遅延させて交流パルスアーク溶接期間Ｔａに移行させることになる。交流パルスアーク溶接期間Ｔａは、必ず電極マイナス極性期間Ｔｎから開始される。このために、同図（Ｂ）に示すように、タイマ信号Ｔｍは、時刻ｔ２～ｔ２１の期間中は１（電極マイナス極性期間Ｔｎ）となり、時刻ｔ２１～ｔ２２の期間中は２（電極プラス極性ピーク期間Ｔｐ）となり、時刻ｔ２２～ｔ２３の期間中は３（電極プラス極性ベース期間Ｔｂ）となる。同図（Ｃ）に示すように、送給速度Ｆｗは図１の交流パルスアーク溶接送給速度設定信号Ｆarによって設定される値へと変化する。
（２１）時刻ｔ２～ｔ２１の電極マイナス極性期間Ｔｎ中は、同図（Ｆ）に示すように、駆動信号ＤｖはＨｉｇｈレベルとなり、電極マイナス極性ＥＮとなる。同図（Ｄ）に示すように、溶接電流Ｉｗは負の値に予め定めた電極マイナス極性電流となり、同図（Ｅ）に示すように、溶接電圧Ｖｗはアーク長に比例した負の値のアーク電圧値となる。電極マイナス極性期間を、電極マイナス極性ベース電流を通電する電極マイナス極性ベース期間と電極マイナス極性ピーク電流を通電する電極マイナス極性ピーク期間から形成するようにしても良い。
（２２）時刻ｔ２１～ｔ２２の電極プラス極性ピーク期間Ｔｐ中は、同図（Ｆ）に示すように、駆動信号ＤｖはＬｏｗレベルとなり、電極プラス極性ＥＰへと極性が反転する。同図（Ｄ）に示すように、溶接電流Ｉｗは正の値のフィードバック制御される電極プラス極性ピーク電流となり、同図（Ｅ）に示すように、溶接電圧Ｖｗはアーク長に比例した正の値のアーク電圧値となる。電極プラス極性ピーク電流の値は、溶接電圧Ｖｗの平均値が図１の電圧設定信号Ｖｒの値と等しくなるようにフィードバック制御される。これにより、アーク長が適正値になるように制御される。電極プラス極性ピーク期間Ｔｐは、立上り期間、最大値期間及び立下り期間から形成される。アーク長制御の方式としては、上記の電極プラス極性ピーク電流変調方式以外に、周期変調方式、電極プラス極性ピーク期間変調方式等がある。
（２３）時刻ｔ２２～ｔ２３の電極プラス極性ベース期間Ｔｂ中は、同図（Ｆ）に示すように、駆動信号ＤｖはＬｏｗレベルとなり、電極プラス極性ＥＰを維持する。同図（Ｄ）に示すように、溶接電流Ｉｗは正の値の予め定めた電極プラス極性ベース電流となり、同図（Ｅ）に示すように、溶接電圧Ｖｗはアーク長に比例した正の値のアーク電圧値となる。
同図では、時刻ｔ２～ｔ３の期間中には２周期分の波形を表示している。

（３）時刻ｔ３～ｔ４の電極マイナス極性の直流パルスアーク溶接期間Ｔｓの動作
時刻ｔ３において、溶接法切換信号Ｓｍが時刻ｔ１にＳｍ＝１に変化した時点から図１の交流パルスアーク溶接期間設定信号Ｔarによって設定された期間が経過し、かつ、タイマ信号Ｔｍ＝１（電極マイナス極性期間Ｔｎ）であるので、溶接法切換信号Ｓｍ＝２に切り換わり電極マイナス極性の直流パルスアーク溶接期間Ｔｓが開始する。したがって、溶接法切換信号Ｓｍ＝１に変化した時点から図１の交流パルスアーク溶接期間設定信号Ｔarによって設定された期間が経過したときに電極マイナス極性期間Ｔｎ以外の期間であったときは、電極マイナス極性期間Ｔｎとなるまで遅延させて電極マイナス極性の直流パルスアーク溶接期間Ｔｓに移行させることになる。この期間は、必ずベース期間から開始される。この期間中は、同図（Ｆ）に示すように、駆動信号ＤｖはＨｉｇｈレベルとなり、電極マイナス極性ＥＮとなる。同図（Ｃ）に示すように、送給速度Ｆｗは、図１の直流パルスアーク溶接送給速度設定信号Ｆsrによって設定される値へと変化する。
（３１）時刻ｔ３～ｔ３１のベース期間中は、同図（Ｄ）に示すように、溶接電流Ｉｗは負の値のベース電流値となり、同図（Ｅ）に示すように、溶接電圧Ｖｗは負の値のベース電圧値となる。
（３２）時刻ｔ３１～ｔ３２のピーク期間中は、同図（Ｄ）に示すように、溶接電流Ｉｗは負の値のピーク電流値となり、同図（Ｅ）に示すように、溶接電圧Ｖｗは負の値のピーク電圧値となる。
（３３）時刻ｔ３２～ｔ３３の期間は、再びベース期間となり、上記の動作を繰り返す。時刻ｔ３３からは再びピーク期間となる。同図では、時刻ｔ３～ｔ４の期間中には２周期分の波形を表示している。

時刻ｔ４において、時刻ｔ２の動作に戻り、上記の動作を繰り返す。交流パルスアーク溶接期間Ｔａ及び電極マイナス極性直流パルスアーク溶接期間Ｔｓは、それぞれ１周期が１０ms程度である。各期間は、少なくとも１周期を含んでおり、１～５０周期程度の範囲である。

上記の各パラメータの数値例を以下に示す。
母材＝アルミニウム材、シールドガス＝１００％アルゴンガス
（１）交流パルスアーク溶接のパラメータ
送給速度＝１０m/min（１５０Ａ）、溶接電圧＝１８Ｖ、電極マイナス極性比率＝２０％
電極マイナス極性期間＝１．５ms、電極マイナス極性電流＝１５０Ａ
電極プラス極性ピーク期間＝３．０ms（立上り期間＝１．０ms＋最大値期間＝１．０ms＋立下り期間＝１．０ms）、電極プラス極性ピーク電流（フィードバック値）＝約３５０Ａ
電極プラス極性ベース期間＝４．０ms、電極プラス極性ベース電流＝５０Ａ
（２）電極マイナス極性の直流パルスアーク溶接のパラメータ
送給速度＝１２m/min（１２５Ａ）、溶接電圧＝１４Ｖ
ピーク期間＝２ms、ベース期間＝２ms
ピーク電流＝１５０Ａ、ベース電流＝１００Ａ

以下、本実施の形態の作用効果について説明する。
本実施の形態によれば、溶接ワイヤを送給し、アルミニウム材を溶接するパルスアーク溶接方法において、電極プラス極性期間と電極マイナス極性期間とを繰り返す交流パルスアーク溶接を行う期間と、電極マイナス極性でピーク電流を通電するピーク期間とベース電流を通電するベース期間とを繰り返す直流パルスアーク溶接を行う期間とを交互に切り換えて溶接する。溶接継手部に大きなギャップを有する薄板に対して低入熱高溶着溶接を行うためには、溶接ワイヤを送給して電極マイナス極性の直流パルスアーク溶接を行うのが最も有効である。しかし、母材の材質がアルミニウム材であるときは、電極マイナス極性直流パルスアーク溶接では酸化被膜を除去するクリーニング作用が働かないために、溶接不良となる。これを解決するために、交流パルスアーク溶接を行う期間を付加している。交流パルスアーク溶接を付加することによって、電極プラス極性ピーク期間及び電極プラス極性ベース期間においてクリーニング作用が働くので、酸化被膜を除去して良好な溶接を行うことができる。さらには、交流パルスアーク溶接は電極マイナス極性期間を有するので、低入熱高溶着溶接となる。この結果、本実施の形態では、母材の材質がアルミニウム材であり、溶接継手部に大きなギャップを有する薄板に対して、高品質な溶接を行うことができる。

さらに好ましくは、本実施の形態によれば、全溶接期間に占める交流パルスアーク溶接を行う期間の時間比率が、３０％以上７０％以下の範囲である。上記の時間比率が３０％未満になると、十分なクリーニング作用を働かせることができずに、溶接不良となる。時間比率が７０％を超えると、電極マイナス極性の直流パルスアーク溶接による低入熱高溶着効果が低下するので、適用範囲が狭くなる。

さらに好ましくは、本実施の形態によれば、交流パルスアーク溶接が電極マイナス極性期間であるときに、直流パルスアーク溶接のベース期間に切り換える。交流パルスアーク溶接の電極マイナス極性期間から電極マイナス極性の直流パルスアーク溶接のベース期間への移行は、両者ともに同一極性であり、かつ、両電流値の差が小さいので、移行状態が円滑になり、溶接状態が安定化する。

さらに好ましくは、本実施の形態によれば、電極マイナス極性直流パルスアーク溶接がベース期間であるときに、交流パルスアーク溶接の電極マイナス極性期間に切り換える。電極マイナス極性の直流パルスアーク溶接のベース期間から交流パルスアーク溶接の電極マイナス極性期間への移行は、両者ともに同一極性であり、かつ、両電流値の差が小さいので、移行状態が円滑になり、溶接状態が安定化する。

1 溶接ワイヤ
2 母材
3 アーク
4 溶接トーチ
5 送給ロール
Ｄ２ａ～Ｄ２ｄ ２次整流器
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
ＥＮ 電極マイナス極性
ＥＰ 電極プラス極性
ＥＶ 電圧誤差増幅回路
Ｅｖ 電圧誤差増幅信号
ＦＡＲ 交流パルスアーク溶接送給速度設定回路
Ｆar 交流パルスアーク溶接送給速度設定信号
ＦＣ 送給制御回路
Ｆｃ 送給制御信号
ＦＲ 送給速度設定回路
Ｆｒ 送給速度設定信号
ＦＳＲ 直流パルスアーク溶接送給速度設定回路
Ｆsr 直流パルスアーク溶接送給速度設定信号
Ｆｗ 送給速度
ＩＢＲ 電極プラス極性ベース電流設定回路
Ｉbr 電極プラス極性ベース電流設定信号
ＩＣＲ 電流制御設定回路
Ｉcr 電流制御設定信号
ＩＤ 電流検出回路
Ｉｄ 電流検出信号
ＩＮＲ 電極マイナス極性電流設定回路
Ｉnr 電極マイナス極性電流設定信号
ＩＮＴ インバータトランス
ＩＮＶ インバータ回路
Ｉｐ 電極プラス極性ピーク電流
ＩＰＲ 電極プラス極性ピーク電流設定回路
Ｉpr 電極プラス極性ピーク電流設定信号
Ｉｒ 電流設定信号
ＩＳＲ 直流パルスアーク溶接電流設定回路
Ｉsr 直流パルスアーク溶接電流設定信号
Ｉｗ 溶接電流
Ｎｄ 電極マイナス極性駆動信号
ＮＴＲ 電極マイナス極性トランジスタ
Ｐｄ 電極プラス極性駆動信号
ＰＴＲ 電極プラス極性トランジスタ
ＳＭ 溶接法切換回路
Ｓｍ 溶接法切換信号
ＳＷ 切換回路
Ｔａ 交流パルスアーク溶接期間
ＴＡＲ 交流パルスアーク溶接期間設定回路
Ｔar 交流パルスアーク溶接期間設定信号
Ｔｂ 電極プラス極性ベース期間
ＴＢＲ 電極プラス極性ベース期間設定回路
Ｔbr 電極プラス極性ベース期間設定信号
ＴＭ タイマ回路
Ｔｍ タイマ信号
Ｔｎ 電極マイナス極性期間
ＴＮＲ 電極マイナス極性期間設定回路
Ｔnr 電極マイナス極性期間設定信号
Ｔｐ 電極プラス極性ピーク期間
ＴＰＲ 電極プラス極性ピーク期間設定回路
Ｔpr 電極プラス極性ピーク期間設定信号
Ｔｓ 直流パルスアーク溶接期間
ＴＳＲ 直流パルスアーク溶接期間設定回路
Ｔsr 直流パルスアーク溶接期間設定信号
ＶＡＶ 電圧平均化回路
Ｖav 電圧平均値信号
ＶＤ 電圧検出回路
Ｖｄ 電圧検出信号
ＶＲ 電圧設定回路
Ｖｒ 電圧設定信号
Ｖｗ 溶接電圧
ＷＬ リアクトル
ＷＭ ワイヤ送給モータ

Claims (2)

1. 溶接ワイヤを送給し、アルミニウム材を溶接するパルスアーク溶接方法において、
   電極プラス極性期間と電極マイナス極性期間とを繰り返す交流パルスアーク溶接を行う期間と、電極マイナス極性でピーク電流を通電するピーク期間とベース電流を通電するベース期間とを繰り返す直流パルスアーク溶接を行う期間とを交互に切り換えて溶接する、
   ことを特徴とするパルスアーク溶接方法。
2. 全溶接期間に占める前記交流パルスアーク溶接を行う期間の時間比率が、３０％以上７０％以下の範囲である、
   ことを特徴とする請求項１に記載のパルスアーク溶接方法。