JPH0592269A

JPH0592269A - 消耗電極式交流パルスアーク溶接方法

Info

Publication number: JPH0592269A
Application number: JP28051991A
Authority: JP
Inventors: Tokuji Maruyama; 徳治丸山; Masashi Okada; 雅志岡田; Masahiro Honma; 正浩本間
Original assignee: Kobe Steel Ltd
Current assignee: Kobe Steel Ltd
Priority date: 1991-09-30
Filing date: 1991-09-30
Publication date: 1993-04-16
Anticipated expiration: 2014-05-17
Also published as: JP2892198B2

Abstract

(57)【要約】【目的】正極性アークと逆極性アークとの通電比率
を任意に設定することができて、安定した細粒移行の交
流溶接を行なうことができる消耗電極式交流パルスアー
ク溶接方法を提供することを目的とする。【構成】比率設定器１９、正極性期間設定回路１８
及び正極性電流設定回路１５により正極性期間Ｔ_EN及び
正極性電流Ｉ_ENを設定すると共に、パルス電流設定回路
１３、パルス電流期間設定回路１６、ベース電流設定回
路１４及びベース電流期間設定回路１７により、逆極性
期間としてベース電流期間Ｔ_B 及びパルス電流期間Ｔ_P
を設定する。また、ワイヤ送給速度設定器３２及び比率
設定器１９の出力に基づいて、交流パルスの周波数を決
定する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、消耗電極（以下、ワイ
ヤという）を母材に向かって定速度で送給し、ワイヤと
母材との間に、ワイヤがプラスの逆極性期間に臨界溶接
電流値以上のパルス電流を含む逆極性パルス溶接電流を
供給し、ワイヤがマイナスの正極性期間に正極性溶接電
流を供給し、この逆極性期間と正極性期間とを交互に繰
り返して溶接を行なう消耗電極式交流パルスアーク溶接
方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】ワイヤを予め設定した所定の速度で母材
に向けて供給しつつ、このワイヤと母材との間にワイヤ
がマイナスの通電期間（以下、正極性期間という）にワ
イヤ先端に溶滴を形成させる正極性溶接電流と、ワイヤ
がプラスの通電期間（以下、逆極性期間という）にパル
ス電流を供給して溶滴を母材に移行させる逆極性パルス
溶接電流とを交互に供給する消耗電極式パルス溶接方法
として、アークを安定させるためにワイヤ及びシールド
ガス等の条件に応じた逆極性期間のパルス電流通電期間
Ｔ_P 及びパルス電流Ｉ_P を設定し、ワイヤ送給速度に対
して周波数と正極性電流Ｉ_ENとを一元的に設定する方法
がある（特開平1-186279号）。

【０００３】この従来の技術においては、図１１に示す
ように、設定されたワイヤ送給速度に応じて、正極性電
流Ｉ_ENと正極性期間Ｔ_ENに依存する周波数とを調節する
ことにより、平均溶接電流を調整することが行なわれ
る。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述し
た従来の技術においては、正極性電流Ｉ_ENと正極性期間
Ｔ_ENとがワイヤ送給速度に応じて一元的に定められてし
まうため、逆極性アークと正極性アークとの通電比率を
任意に変更できず、溶け込み深さ及び溶接ビード幅を制
御するとの消耗電極式交流パルス溶接の最大の特長を活
かすことができないという欠点がある。

【０００５】本発明はかかる問題点に鑑みてなされたも
のであって、１パルス１溶滴移行を確実なものとするこ
とで、スパッタの発生を抑制すると共に、逆極性アーク
と正極性アークとの通電比率を任意に変更させて溶け込
み深さを制御する消耗電極式交流パルス溶接の本来の特
長を最大限に発揮することができる消耗電極式交流パル
スアーク溶接方法を提供することを目的とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明に係る消耗電極式
交流パルスアーク溶接方法は、ワイヤに、アークを維持
するベース電流と溶滴を母材に移行させるパルス電流と
からなる逆極性アークと、ワイヤ送給速度に基づいて電
流量が設定された正極性アークとを交互に供給しつつ溶
接を行なう消耗電極式交流パルスアーク溶接方法におい
て、前記逆極性アークと前記正極性アークとの通電比率
に対応してパルス周波数を変化させることを特徴とす
る。

【０００７】

【作用】本発明においては、定速度で母材に向かって送
給するワイヤに供給する逆極性アークと正極性アークと
の通電比率の増減により、その正極性アークの印加期間
でのワイヤの溶融速度が増減してしまうことを回避する
ために周波数を変化させて、ワイヤ溶融速度とワイヤ送
給速度とをバランスさせる。これにより、通電比率を増
減しても母材の溶け込みを任意に制御して良好な溶接を
行なうことができる。

【０００８】

【実施例】次に、本発明の実施例について添付の図面を
参照して説明する。

【０００９】図１は、本発明の第１の実施例方法を実現
する溶接装置を示すブロック図である。

【００１０】先ず、溶接電力を供給するパワー部につい
て説明する。三相交流電源供給部１から供給される交流
電流は第１の整流部２で直流に整流され、平滑用コンデ
ンサ３にて平滑される。１次インバータ４はこの電流を
高周波交流電流に変換する。ダウントランス５は、１次
インバータ４の出力を溶接用電圧に降圧変換する。第２
の整流部６は、ダウントランス５から出力された高周波
交流電流を溶接用直流電流に整流する。この直流電流は
リアクトル７で平滑され２次インバータ８で極性変換さ
れて低周波の交流電流としてワイヤ９と母材１０との間
に供給され、溶接が実行される。

【００１１】なお、２次インバータ８の出力端子間には
電圧検出器１１が接続されており、溶接時のワイヤ９と
母材１０との間の溶接電圧を検出する。また、リアクト
ル７と２次インバータ８との間には電流検出器１２が介
装されており、溶接電流値を検出する。この電圧検出器
１１及び電流検出器１２の出力は、いずれも後述する制
御回路に与えられる。

【００１２】ワイヤ９は、ワイヤ送給モータ３０で駆動
されるワイヤ送給ローラ２９によって母材１０に向かっ
て所定の速度で送給され、ワイヤ９と母材１０との間に
アークを発生させて溶接が行なわれる。この場合に、ワ
イヤ送給モータ制御回路３１は、ワイヤ送給速度設定器
３２からの設定信号に基づきワイヤ送給モータ３０の回
転速度を制御する。

【００１３】制御回路は、電圧検出器１１及び電流検出
器１２の出力に基づいて、１次インバータ４及び２次イ
ンバータ８を制御し、例えば図２（ａ）乃至（ｃ）に示
すように、ベース電流Ｉ_B を供給するベース電流期間Ｔ
_B 、パルス電流Ｉ_P を供給するパルス電流期間Ｔ_P 及び
正極性電流Ｉ_ENを供給する正極性期間Ｔ_ENからなる交流
パルスを形成するものである。この場合に、前記交流パ
ルスの周波数ｆは、ｆ＝１／Ｔ＝１／（Ｔ_P ＋Ｔ_B ＋Ｔ
_EN）で表される。

【００１４】次に、制御回路の構成について説明する。
パルス電流設定回路１３及びパルス電流期間設定回路１
６には、図３に斜線範囲で示すように、ワイヤの材質、
直径及びシールドガス等によって決まる１パルス１溶滴
移行に適したエネルギを満足するパルス電流Ｉ_P 及びパ
ルス電流期間Ｔ_P が設定されており、パルス電流設定回
路１３及びパルス電流期間設定回路１６はこれらの設定
値をパルス波形選択回路２４に出力する。また、ベース
電流設定回路１４には、アークを維持するために必要な
電流値Ｉ_B が設定されており、ベース電流設定回路１４
はこの設定値をパルス波形選択回路２４に出力する。

【００１５】正極性電流設定回路１５には、例えば図４
に示すように、ワイヤ送給速度（Ｗ_fs）に対して正極性
電流（Ｉ_EN）が一元的に設定されている。そして、ワイ
ヤ送給速度設定器３２からの信号に基づいて、所定の値
を出力する。これにより、ワイヤ送給速度の増加に基づ
いて正極性電流Ｉ_ENを増やすことにより、中高電流域に
おいても、溶け込みコントロールの効果を十分に発揮す
ることができる。即ち、低電流域においては、正極性電
流Ｉ_ENが高いと溶滴が異常成長したり、燃え上りが激し
く作業性が劣化するので、正極性電流Ｉ_ENを低めに設定
しておくことが望ましい。一方、中高電流域において
は、正極性電流Ｉ_ENが低いと、大きな極性比率を設定で
きず、溶け込みを大きくコントロールすることができな
いので、正極性電流Ｉ_ENを比較的高目に設定しておくこ
とが望ましい。この正極性電流Ｉ_ENは、使用ワイヤの材
質、直径及びシールドガス等に応じて最適値を選べば良
く、また、その増加のしかたは、図４に示すワイヤ送給
速度の一次関数に限らず、例えば指数関数的に増加させ
てもよい。

【００１６】極性比率設定器１９は正極性アークの通電
比率を設定するもので、この極性比率設定器１９から極
性比率設定信号が正極性期間設定回路１８と周波数設定
器２０に出力される。正極性期間設定回路１８は前記極
性比率設定信号に基づいて正極性期間Ｔ_ENを設定して、
パルス波形選択回路２４に設定値を出力する。ここで、
正極性アークの通電比率＝極性比率γを、ワイヤの溶融
や溶け込みに殆ど影響を与えないベース電流Ｉ_B 及びベ
ース電流期間Ｔ_B を無視できるものとして、γ＝（Ｉ_EN
×Ｔ_EN）／（Ｉ_P ×Ｔ_P ＋Ｉ_EN×Ｔ_EN）とすれば、パル
ス電流Ｉ_P 、パルス電流期間Ｔ_P 、正極性電流Ｉ_EN及び
極性比率γは夫々設定されているので、正極性期間Ｔ_EN
の値は一義的に決定される。

【００１７】周波数設定器２０は、ワイヤ送給速度設定
器３２からの信号を入力し、ワイヤ送給速度に比例した
周波数を設定し、更に極性比率設定器１９からの信号に
応じて周波数ｆとワイヤ送給速度Ｗ_fsとの比（ｆ／
Ｗ_fs）を調整する。即ち、図５に示すように、極性比率
に対応して、ワイヤ送給速度と周波数との関係を変化さ
せる。

【００１８】誤差増幅器２２は電圧設定器２１に設定さ
れた値と電圧検出器１１から出力された電圧検出値とを
入力し、この２つの値が一致するように周波数設定器２
０で設定された周波数を微調整すべく、加算器２３に信
号を出力する。加算器２３は、誤差増幅器２２の出力を
周波数設定器２０から出力された周波数設定信号に加算
して、周波数設定信号を微調整する。これにより、アー
ク長を一定に維持することができる。

【００１９】ベース電流期間設定回路１７は、加算器２
３からの周波数設定信号と、パルス電流期間設定回路１
６からのパルス電流期間Ｔ_P 設定信号と、正極性期間設
定回路１８からの正極性期間Ｔ_EN設定信号とを入力し、
周波数ｆ＝１／Ｔ及びＴ＝Ｔ_P ＋Ｔ_EN＋Ｔ_B の関係よ
り、ベース電流期間Ｔ_B を決定し、この値をパルス波形
選択回路２４に出力する。

【００２０】パルス波形選択回路２４は、各電流設定回
路１３〜１５の出力及び各期間設定回路１６〜１８の出
力に基づいて、パルス電流Ｉ_P 、ベース電流Ｉ_B 又は正
極性電流Ｉ_ENの設定信号のいずれかを選択して、誤差増
幅器２５に対して電流設定値として出力する。また、こ
のパルス波形選択回路２４からは、極性変換制御回路２
７に対してどの電流設定信号が出力されているかを示す
電流選択信号が出力される。

【００２１】誤差増幅器２５は、電流検出器１２により
検出した電流値と前記電流設定値とを比較する。出力制
御回路２６は、この誤差増幅器２５の出力に基づいて、
電流検出器１２を流れる電流値がパルス電流Ｉ_P 、ベー
ス電流Ｉ_B 又は正極性電流Ｉ_ENに対応する電流値になる
ように１次インバータ４を駆動制御する。

【００２２】極性変換制御回路２７は、パルス波形選択
回路２４から前記電流選択信号を入力し、パルス電流Ｉ
_P 又はベース電流Ｉ_B が選択されているときには逆特性
となるように、即ち、ワイヤ側がプラス、母材側がマイ
ナスとなるように２次インバータ８を駆動する信号を出
力する。

【００２３】なお、交流出力を得るためのパワー回路部
分は、交流出力値及び各極性時の通電時間を制御できる
構成であれば、上述の構成に限定されるものではない。

【００２４】以下、上述の装置を利用した溶接方法につ
いて説明する。

【００２５】先ず、溶接に先立ち、ワイヤ送給速度設定
器３２により、ワイヤ９の送り量を設定する。また、電
圧設定器２１により電圧値を設定すると共に、極性比率
設定器１９により正極性比率を設定する。

【００２６】溶接を開始すると、ワイヤ９が母材１０に
向けて所定の速度で供給されると共に、ワイヤ９と母材
１０との間に、例えば図２（ａ）乃至（ｃ）で示す交流
パルスが供給される。この交流パルスの正極性期間Ｔ_EN
ではワイヤ先端に溶滴が成長する。そして、パルス電流
期間Ｔ_P 又はそれに続くベース電流期間Ｔ_B において溶
滴が母材１０側の溶融池に移行する。また、ベース電流
期間Ｔ_B 期間においては、アークの維持及び若干の溶滴
形成が行なわれる。そして、次の正極性期間Ｔ_ENでは、
溶滴は移行せず、再びワイヤ先端に溶滴が成長する。こ
のように、交流パルスの１周期に同期して、確実に１パ
ルスで１溶滴が母材１０側に移行する。

【００２７】ここで、極性比率を０％として逆極性パル
スアーク溶接を行なう場合には、平均電流Ｉ_av＝ｆ・Ｔ
_P （Ｉ_P −Ｉ_B ）＋Ｉ_B であり、ベース電流Ｉ_B は非常
に小さい電流であるから、平均電流に比例して周波数ｆ
を連続的に変えられるようにする。つまり、送給速度に
合致した溶融速度になるような平均電流とすべく、周波
数をプリセットしておくことにより、全電流範囲に亘っ
て安定した溶滴移行が行なわれる。

【００２８】ところが、極性比率を増加させると、正極
性溶接期間での溶融速度が速いために、同一のワイヤ送
給速度に対してワイヤを溶融させるのに必要な平均電流
が低くなる。従って、ワイヤの溶融速度とワイヤの送給
速度とをバランスさせるために、周波数を下げることに
より平均電流を下げる必要がある。このため、周波数設
定器２０は、極性比率設定器１９からの信号に応じて、
送給速度に対して設定された周波数を減少させるべく、
極性比率の増加に応じて周波数ｆとワイヤ送給速度Ｗ_fs
との比ｆ／Ｗ_fsを下げる。この比を下げる割合いは、使
用するワイヤの種類及び直径、シールドガスの材質等並
びに予め設定されたパルス電流期間Ｔ_P、パルス電流Ｉ_P
及び正極性電流Ｉ_EN等のパルスパラメータによって最
適値が存在する。即ち、周波数とワイヤ送給速度との比
は、前述のワイヤの種類等やパルスパラメータ等によっ
て決まる最適値になるならば、比例的に下げてもよい
し、指数関数的に下げる等の方法によってもよい。ま
た、本実施例においては、平均電流の増減の方法として
周波数を可変しているが、正極性電流Ｉ_EN及び正極性期
間Ｔ_EN以外の他のパルスパラメータ、即ちパルス電流Ｉ
_P 、パルス電流期間Ｔ_P、ベース電流Ｉ_B 及びベース電
流期間Ｔ_B のいずれか１つ又は２つ以上の組合せにより
行なうことも可能である。しかしながら、パルス電流Ｉ
_P 及びパルス電流期間Ｔ_Pは、１パルスで１溶滴移行の
ためのピンチエネルギを確保する必要上、その値の可変
範囲は極めて狭い。また、パルス電流Ｉ_P 及びパルス電
流期間Ｔ_Pは、正極性電流Ｉ_EN及び正極性期間Ｔ_ENと同
様に、母材への入熱コントロールの点で最重要なパラメ
ータであり、極性比率の変動を防止するために調整は困
難である。更に、ベース電流Ｉ_B は過剰に変化させる
と、下げた場合はアーク切れ等のトラブルが生じやす
く、上げた場合は溶け込みに影響しやすい。よって、ベ
ース電流期間Ｔ_B を可変として、これにより周波数を可
変とすることにより、平均電流を調整することが好まし
い。

【００２９】以上のように、極性比率に応じて周波数を
変更することにより、ワイヤ溶融速度とワイヤ送給速度
とがバランスし、良好な状態で溶接を行なうことができ
る。つまり、溶融量を一定にして母材の溶け込みを自在
にコントロールすることができる。

【００３０】なお、ここでは、極性比率γのパラメータ
として、γ＝（Ｉ_EN×Ｔ_EN）／（Ｉ_P ×Ｔ_P ＋Ｉ_EN×Ｔ
_EN）を用いたが、正極性アークと逆極性アークとの通電
比率を示すものであればこれに限定されるものではな
い。また、本実施例においては、正極性電流Ｉ_ENを固定
として正極性期間Ｔ_ENを可変としたが、正極性期間Ｔ_EN
を固定にして、設定された送給速度において決められた
電流Ｉ_ONを基準にして正極性電流Ｉ_ENを更に可変とする
か、又は、正極性電流Ｉ_EN及び正極性期間Ｔ_ENの両方を
可変としてもよい。

【００３１】更に、この第１の実施例では、パルス電流
期間Ｔ_P 、ベース電流期間Ｔ_B 及び正極性期間Ｔ_ENにお
ける出力は全て定電流特性としているが、上記３つの期
間のうち、１つ以上の期間における出力を定電圧特性と
しても同様の効果を得ることができる。

【００３２】図６は、本発明の第２の実施例方法を実現
する溶接装置を示すブロック図である。

【００３３】この溶接装置が図１に示す溶接装置と異な
る点はパルス電流設定回路１３ａがワイヤ送給速度設定
器３２の出力に基づいてパルス電流Ｉ_P を設定すること
にあり、その他の構成は基本的には図１に示す装置と同
様であるので、図６において図１と同一物には同一符号
を付してその詳しい説明は省略する。

【００３４】本実施例は、第１の実施例に比して更に薄
板の溶接において溶け込みを浅くして溶け落ち等を防止
しやすくしたものである。つまり、パルス電流設定回路
１３ａはワイヤ送給速度設定器３２からの信号を入力
し、ワイヤ送給速度の増加に比例してパルス電流Ｉ_P を
大きく設定する。即ち、パルス電流Ｉ_P が中高電流域の
ときと同一では、パルスによるアーク力で溶け込みが過
大となり、溶け落ちが発生しやすくなったり、プールの
安定性が損なわれて作業性が悪くなる。このため、薄板
に使用される低電流域ではパルス電流Ｉ_P を低く設定
し、アーク力を緩和することが好ましい。この場合に、
１パルス１溶滴移行に必要なエネルギとなるように、必
要に応じてパルス電流Ｉ_P を下げた分に対応させてパル
ス電流期間Ｔ_P を増加するといった微調整を行なう。こ
れにより、薄板でより浅い溶け込みが得られ、許容最小
板厚やギャップに対応することができると共に、アーク
力によるプールの振動及びビード端のひれによる不均一
ビード等の発生が抑制される。

【００３５】なお、あまりパルス電流Ｉ_P が大きくなる
と、アーク力が大きくなり、プールが乱れたり、アルミ
ニウム溶接ではパッカリング等のトラブルが生じやす
い。このため、図７に示すように、ワイヤ送給速度Ｗ_fs
が特定の速度以上の場合は、パルス電流Ｉ_P を一定にす
ることが好ましい。

【００３６】図８は本発明の第３の実施例を実現する溶
接装置を示すブロック図である。この装置が図１に示す
装置と異なる点はパルス電流期間設定回路１６ａが比率
設定器１９の出力に基づいてパルス電流期間Ｔ_P を設定
することにあり、その他の構成は基本的には図１に示す
装置と同様であるので、図８において図１と同一物には
同一符号を付してその詳しい説明は省略する。

【００３７】本実施例においては、パルス電流期間設定
回路１６ａは、図９に示すように、極性比率設定器１９
から出力された極性比率の増加に比例して、パルス電流
期間Ｔ_P を長く設定する。

【００３８】極性比率が増加すると、正極性期間で溶滴
が成長して大粒になり、溶滴を移行させるために必要な
エネルギが増大してくる。この傾向はワイヤ径が大きい
ほど顕著になる。この場合に、予めパルス電流期間Ｔ_P
を長めに設定しておいてもよく、これでも一応溶接は可
能である。しかしながら、極性比率が少ないときや、逆
極性で溶接するときは、パルス電流期間中に溶滴が必要
以上のエネルギを受け、溶滴がふらついてアークが不安
定となったり、パルス電流期間Ｔ_P が長い分周波数が低
いため、単位時間当たりの溶滴移行回数が減少し、ビー
ド外観や作業性が劣化する。また、ワイヤやガスの種類
によっては、最悪の場合、１パルス多溶滴移行となって
しまうこともある。このように、１パルス１溶滴のピン
チエネルギＩ_P ^K・Ｔ_P は、直流逆極性の場合と、正極性
が混合された交流溶接時とでは異なり、同じ交流溶接で
もその極性比率によって異なることが判明した。

【００３９】同一のワイヤ送給速度においては、溶け込
みの観点よりパルス中のアーク力、つまり、パルス電流
Ｉ_P は一定とすることが望ましいので、本実施例におい
ては、パルス電流期間Ｔ_P を増加することによって、１
パルスで１溶滴移行に必要なエネルギを確保している。
これにより、極性比率を変更しても常に安定したアーク
とビード外観を得ることができる。

【００４０】なお、上述の例では、極性比率の増加に比
例してパルス電流期間Ｔ_P を長く設定したが、１パルス
１溶滴移行を満たすのであれば、極性比率に対してパル
ス期間Ｔ_P を、例えば指数関数的又は段階的に増加させ
てもよい。

【００４１】図１０は本発明の第４の実施例を実現する
溶接装置を示すブロック図である。

【００４２】この装置が図１に示す装置と異なる点はパ
ルス電流設定方法及びベース電流期間設定方法が異なる
ことにあり、その他の構成は図１に示す装置と同様であ
るので、異なる部分についてのみ説明する。

【００４３】パルス電圧検出器３３は、電圧検出器１１
から電圧値を入力してパルス電流期間の電圧を検出し、
パルス電圧検出値Ｖ_Pfを出力する。また、パルス電圧設
定器３４には溶接に適したアーク長となるような値が設
定される。パルス電流制御回路３５は、パルス電圧検出
器３３から与えられたパルス電圧検出値とパルス電圧設
定器３４から与えられた設定値とが一致するようなパル
ス電流の指令値をパルス波形選択回路２４に出力する。

【００４４】また、パルス電流検出器３６は、電流検出
器１２から電流検出値を入力し、パルス電流期間の平均
パルス電流値を検出して、パルス電流検出値ｉ_Pfを出力
する。パルス電流設定回路３７では、１パルス１溶滴移
行に必要なパルス電流の基準値Ｉ_P ’を設定し、この基
準値Ｉ_P’を誤差増幅器３８に出力する。誤差増幅器３
８はこの値Ｉ_P ’と前記パルス電流検出器３６から与え
られたパルス電流検出値ｉ_Pfとを比較し、両者が一致す
るように周波数を微調整すべく、加算器２３に調整信号
を出力する。加算器２３は、前記誤差増幅器３８からの
周波数設定信号を周波数設定器２０からの周波数設定信
号に加え、ベース電流期間設定回路１７に出力する。

【００４５】ベース電流期間設定回路１７は、加算器２
３から与えられた周波数設定信号と、パルス電流期間設
定回路１６から与えられたＴ_P 設定信号と、正極性期間
設定回路１８から与えられたＴ_EN設定信号とからベース
電流期間Ｔ_B を決定し、その信号をパルス波形選択回路
２４に出力する。

【００４６】本実施例においては、パルス電流期間は定
電圧特性であり、その他の期間は定電流特性である外部
特性を持つ出力が得られる。

【００４７】以下、本実施例におけるアーク長制御につ
いて説明する。溶接時に手ブレ等の何らかの外乱により
アーク長が長くなったとする。このとき、パルス電圧は
定電圧特性であるため、アーク長が長くなって抵抗が増
えることで、パルス電流値が大きくなる。このパルス電
流値の増加はパルス電流検出器３６で検出され、パルス
電流の基準値と比較されて、周波数を下げるべく、ベー
ス電流期間Ｔ_B を長くする。これによって、平均電流が
減少すると共に、ワイヤの溶融速度が減少して、アーク
長が短かくなる。

【００４８】逆に、アーク長が短くなった場合には、ア
ークの抵抗が減少し、パルス電流値は増加するので、パ
ルス電流検出値がパルス電流設定回路３７で決められた
基準値になるまで周波数を上げるべくベース電流期間Ｔ
_B を短く調整してアーク長を略一定値に保つ。

【００４９】このように、パルス電流期間の電圧を所定
値になるように定電圧制御しておき、この期間の電流値
の検出値が基準値に一致するように周波数を変更して平
均電流を微調整することによってアーク長を制御するこ
とができて、アーク長補償が行なわれる。

【００５０】ここで、極性比率設定器１９で極性比率の
設定値を大きくすると、正極性期間Ｔ_ENが増加すると共
にベース電流期間Ｔ_B が調整されて、周波数／ワイヤ送
給速度の比が下がる。逆に、極性比率設定器１９で極性
比率の設定値を小さくすると、正極性期間Ｔ_ENが減少す
ると共にベース電流期間Ｔ_B が調整されて、周波数／ワ
イヤ送給速度の比が上がる。

【００５１】このように、第１の実施例と同様に、極性
比率の増減に応じて、ベース電流期間Ｔ_B を調節し（即
ち、周波数を増減し）、ワイヤ送給速度とワイヤ溶融速
度とのバランスをとることにより、極性比率を変更して
も安定したアーク溶接を行うことができる。なお、この
第４の実施例に、第２及び第３の実施例と同様にして、
ワイヤ送給速度設定器の出力に基づいて正極性電流Ｉ_EN
を設定したり、比率設定器の出力に基づいてパルス電流
期間Ｔ_P を設定してもよい。

【００５２】

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、正
極性アークと逆特性アークとの通電比率に応じてパルス
周波数を変化させるから、１パルスで１溶滴移行を実現
でき、且つ略一定のアーク長で溶接が行なうことができ
る。このため、スパッタが少なく、極めて安定したアー
クを得ることができる。また、溶接可能な板厚及びギャ
ップ等の薄板溶接の適用範囲が拡がるため、本発明は極
めて有用である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施例方法を実現する溶接装置
を示すブロック図である。

【図２】（ａ）乃至（ｃ）はいずれも本発明方法におけ
る溶接電流の交流パルスの例を示す波形図である。

【図３】１パルス１溶滴移行に必要なパルス条件を示す
グラフ図である。

【図４】ワイヤ送給速度と正極性電流との関係を示すグ
ラフ図である。

【図５】極性比率と周波数との関係を示すグラフ図であ
る。

【図６】本発明の第２の実施例方法を実現する溶接装置
を示すブロック図である。

【図７】ワイヤ送給速度とパルス電流との関係を示すグ
ラフ図である。

【図８】本発明の第３の実施例方法を実現する溶接装置
を示すブロック図である。

【図９】極性比率とパルス周期との関係を示すグラフ図
である。

【図１０】本発明の第４の実施例方法を実現する溶接装
置を示すブロック図である。

【図１１】従来の交流パルス溶接方法の一例を示す電流
波形図である。

【符号の説明】

１；三相交流電源供給部２，６；整流器３；平滑用コンデンサ４，８；インバータ５；ダウントランス７；リアクトル９；ワイヤ１０；母材１１；電圧検出器１２；電流検出器１３，１３ａ；パルス電流設定回路１４；ベース電流設定回路１５；正極性電流設定回路１６，１６ａ；パルス電流期間設定回路１７；ベース電流期間設定回路１８；正極性期間設定回路１９；比率設定器２０；周波数設定器２１；電圧設定器２２，２５；誤差増幅器２４；パルス波形選択回路２６；出力制御回路２７；極性変換制御回路

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【手続補正書】

【提出日】平成４年９月２８日

【手続補正１】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】発明の詳細な説明

【補正方法】変更

【補正内容】

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、消耗電極（以下、ワイ
ヤという）を母材に向かって定速度で送給し、ワイヤと
母材との間に、ワイヤがプラスの逆極性期間に臨界電流
値以上のパルス電流を含む逆極性溶接電流を供給し、ワ
イヤがマイナスの正極性期間に正極性溶接電流を供給
し、この逆極性期間と正極性期間とを交互に繰り返して
溶接を行なう消耗電極式交流パルスアーク溶接方法に関
する。

【０００２】

【従来の技術】ワイヤを予め設定した所定の速度で母材
に向けて供給しつつ、このワイヤと母材との間にワイヤ
がマイナスの通電期間（以下、正極性期間という）にワ
イヤ先端に溶滴を形成させる正極性溶接電流と、ワイヤ
がプラスの通電期間（以下、逆極性期間という）にパル
ス電流を供給して溶滴を母材に移行させる逆極性パルス
溶接電流とを交互に供給する消耗電極式パルス溶接方法
として、アークを安定させるためにワイヤ及びシールド
ガス等の条件に応じた逆極性期間の一定のパルス電流通
電期間Ｔ_P 及び一定のパルス電流Ｉ_P を設定し、ワイヤ
送給速度に対して周波数と正極性電流Ｉ_ENとを一元的に
設定する方法がある（特開平1-186279号）。

【０００３】この従来の技術においては、図１１に示す
ように、正極性電流Ｉ_ENと、正極性期間Ｔ_ENに依存する
周波数とを調節することにより、平均溶接電流を調整す
ることが行なわれる。

【０００４】

【０００５】本発明はかかる問題点に鑑みてなされたも
のであって、逆極性アークと正極性アークとの通電比率
を任意に変更させて溶け込み深さを制御する消耗電極式
交流パルス溶接の本来の特長を最大限に発揮することが
できる消耗電極式交流パルスアーク溶接方法を提供する
ことを目的とする。

【０００６】

【０００７】

【作用】本発明においては、定速度で母材に向かって送
給するワイヤに供給する逆極性アークと正極性アークと
の通電比率を増減すると、ワイヤの溶融速度が増減して
しまうので、周波数を変化させて平均電流を調節し、ワ
イヤ溶融速度とワイヤ送給速度とをバランスさせる。こ
れにより、通電比率を増減してもアーク長が一定に保た
れるので、母材の溶け込みを任意に制御して良好な溶接
を行なうことができる。

【０００８】

【００１４】次に、制御回路の構成について説明する。
パルス電流設定回路１３及びパルス電流期間設定回路１
６には、図３に斜線範囲で示すように、ワイヤの材質、
直径及びシールドガス等によって決まる１パルス１溶滴
移行に適したエネルギＩ_P ^K・Ｔ_P を満足するパルス電流
Ｉ_P 及びパルス電流期間Ｔ_P が設定されており、パルス
電流設定回路１３及びパルス電流期間設定回路１６はこ
れらの設定値をパルス波形選択回路２４に出力する。ま
た、ベース電流設定回路１４には、アークを維持するた
めに必要な電流値Ｉ_B が設定されており、ベース電流設
定回路１４はこの設定値をパルス波形選択回路２４に出
力する。

【００１５】正極性電流設定回路１５には、例えば図４
に示すように、ワイヤ送給速度（Ｗ_fs）に対して正極性
電流（Ｉ_EN）が一元的に設定されている。そして、ワイ
ヤ送給速度設定器３２からの信号に基づいて、所定の値
を出力する。これにより、ワイヤ送給速度の増加に基づ
いて正極性電流Ｉ_ENを増やすことにより、中高電流域に
おいても、溶け込みコントロールの効果を十分に発揮す
ることができる。即ち、低電流域においては、正極性電
流Ｉ_ENが高いと溶滴が異常成長したり、燃え上りが激し
く作業性が劣化するので、正極性電流Ｉ_ENを低めに設定
しておくことが望ましい。一方、中高電流域において
は、正極性電流Ｉ_ENが低いと、大きな極性比率を設定で
きず、溶け込みを広範囲にコントロールすることができ
ないので、正極性電流Ｉ_ENを比較的高目に設定しておく
ことが望ましい。この正極性電流Ｉ_ENは、使用ワイヤの
材質、直径及びシールドガス等に応じて最適値を選べば
良く、また、その増加のしかたは、図４に示すワイヤ送
給速度の一次関数に限らず、例えば指数関数的に増加さ
せてもよい。

【００１８】誤差増幅器２２は電圧設定器２１に設定さ
れた値と電圧検出器１１から出力された電圧検出値とを
入力し、この２つの値が一致するように周波数設定器２
０で設定された周波数を微調整すべく、加算器２３に信
号を出力する。加算器２３は、誤差増幅器２２の出力を
周波数設定器２０から出力された周波数設定信号に加算
して、周波数設定信号を微調整する。これにより、手振
れなど外乱があってもアーク長を一定に維持することが
できる。

【００３８】極性比率が増加すると、正極性期間で溶滴
が成長して大粒になり、溶滴を移行させるために必要な
エネルギが増大してくる。この傾向はワイヤ径が大きい
ほど顕著になる。この場合に、予めパルス電流期間Ｔ_P
を長めに設定しておいてもよく、これでも一応溶接は可
能である。しかしながら、極性比率が少ないときや、逆
極性で溶接するときは、パルス電流期間中に溶滴が必要
以上のエネルギを受け、溶滴がふらついてアークが不安
定となったり、パルス電流期間Ｔ_P が長い分周波数が低
いため、単位時間当たりの溶滴移行回数が減少し、ビー
ド外観や作業性が劣化する。また、ワイヤやガスの種類
によっては、最悪の場合、１パルス多溶滴移行となって
しまうこともある。このように、１パルス１溶滴の移行
に必要なピンチエネルギＩ_P ^K・Ｔ_P は、直流逆極性の場
合と、正極性が混合された交流溶接時とでは異なり、同
じ交流溶接でもその極性比率によって異なることが判明
した。

【００４７】以下、本実施例におけるアーク長制御につ
いて説明する。溶接時に手ブレ等の何らかの外乱により
アーク長が長くなったとする。このとき、パルス電圧は
定電圧特性であるため、アーク長が長くなって抵抗が増
えることで、パルス電流値が小さくなる。このパルス電
流値の減少はパルス電流検出器３６で検出され、パルス
電流の基準値と比較されて、周波数を下げるべく、ベー
ス電流期間Ｔ_B を長くする。これによって、平均電流が
減少すると共に、ワイヤの溶融速度が減少して、アーク
長が短かくなる。

【００５２】

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、正
極性アークと逆極性アークとの通電比率に応じてパルス
周波数を変化させるから、略一定のアーク長で溶接を行
うことができる。更に、極性比率を変えても１パルス１
溶滴移行が実現でき、スパッタが極めて少ない安定した
アークを得られる。このため、従来不可能であった極性
比率の任意可変ができるようになり、溶け込み深さを自
在にコントロールできるようになるので、溶接可能な板
厚及びギャップ等の薄板溶接の適用範囲が拡がるため、
本発明は極めて有用である。

【手続補正２】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】図９

【補正方法】変更

【補正内容】

【図９】極性比率とパルス電流期間との関係を示すグラ
フ図である。

【手続補正３】

【補正対象書類名】図面

【補正対象項目名】全図

【補正方法】変更

【補正内容】

【図１】

【図２】

【図３】

【図４】

【図７】

【図５】

【図６】

【図８】

【図９】

【図１０】

【図１１】

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】ワイヤに、アークを維持するベース電流
と溶滴を母材に移行させるパルス電流とからなる逆極性
アークと、ワイヤ送給速度に基づいて電流量が設定され
た正極性アークとを交互に供給しつつ溶接を行なう消耗
電極式交流パルスアーク溶接方法において、前記逆極性
アークと前記正極性アークとの通電比率に対応してパル
ス周波数を変化させることを特徴とする消耗電極式交流
パルスアーク溶接方法。
【請求項２】ワイヤ送給速度に基づいて前記パルス電
流の電流値を変化させることを特徴とする請求項１に記
載の消耗電極式交流パルスアーク溶接方法。
【請求項３】前記通電比率に応じて前記パルス電流の
通電期間を設定することを特徴とする請求項１又は２に
記載の消耗電極式交流パルスアーク溶接方法。