JPH09150267A - 炭酸ガスシールドアーク溶接方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 溶接状態をパルスアーク溶接状態から短絡移
行アーク溶接状態に切り換える制御を行うことで低溶接
条件にて炭酸ガスパルスアーク溶接を行うときに比べて
スパッタ発生量を減らす。 【解決手段】 予め、パルスアーク溶接条件に関し、ワ
イヤ送給速度下限設定値、平均溶接電流下限設定値及び
平均溶接電圧下限設定値を設定しておき、パルスアーク
溶接状態にて溶接中にワイヤ送給速度、平均溶接電流検
出値及び平均溶接電圧検出値のうち少なくとも一つがそ
の対応する前記下限設定値を下回ったときに、パルスア
ーク溶接状態から短絡移行アーク溶接状態に溶接状態を
切り換える制御を行う。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、炭酸ガスシール
ドアーク溶接方法に関し、溶接状態をパルスアーク溶接
状態から短絡移行アーク溶接状態に切り換える制御を行
うことにより、低ワイヤ送給速度時、ワイヤ突出し長さ
の増加による低溶接電流時、低溶接電圧時等の低溶接条
件にてパルスアーク溶接を行うときに比べてスパッタ発
生量を少なくできるようにした、炭酸ガスシールドアー
ク溶接方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】周知のように、炭酸ガスシールドパルス
アーク溶接（以下、炭酸ガスパルス溶接という）は、シ
ールドガスとして炭酸ガス単体または炭酸ガスを主成分
として含む混合ガスを用い、図８に示すように、溶接ワ
イヤと母材間に、溶接電流としてパルス電流とベース電
流とを交互に繰り返し供給し、パルス電流を流すパルス
期間の前半部にて溶接ワイヤ先端の溶滴をピンチ力によ
って離脱させ、続いてパルス期間の後半部にて溶接ワイ
ヤ先端を溶融して溶滴を形成し、ベース電流を流すベー
ス期間で溶接ワイヤ先端の溶滴の整形を行い、前記パル
ス期間後半部で形成された溶滴を次のパルス期間の前半
部で離脱・移行させるようにしたものである。炭酸ガス
パルス溶接は、このようにして１パルス周期ごとに１個
の溶滴を溶接ワイヤ先端から離脱し移行させる１パルス
１溶滴移行を規則正しく行うことで、パルス電流を流さ
ない通常の溶接に比べてスパッタの発生量を減らすよう
にしている。なお炭酸ガスパルス溶接でのパルス周波数
ｆは、パルス期間をＴＰ、ベース期間をＴＢとすると、
ｆ＝１／（ＴＰ＋ＴＢ）で表され、パルス電流をＩ_P、
ベース電流をＩ_B とすると、平均溶接電流Ｉ_AVは、Ｉ_AV
＝（Ｉ_P ・ＴＰ＋Ｉ_B・ＴＢ）／（ＴＰ＋ＴＢ）で表さ
れる。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかし炭酸ガスパルス
溶接では、低溶接条件になるとスパッタ発生量が大幅に
増加するという欠点がある。

【０００４】すなわち、炭酸ガスパルス溶接では、ワイ
ヤ送給速度を低下させるに伴い平均溶接電流値を減らす
ためにパルス周波数が低くなるようになされており、図
５に示すようにワイヤ送給速度がある値（図５では７ｍ
／ｍｉｎ）を下回ると、パルス周波数の大幅な低下によ
ってベース期間が長くなり過ぎ、このベース期間中に溶
接ワイヤ先端の溶滴と溶融池とが接触短絡し、スパッタ
発生量が多くなる。

【０００５】一方、溶接ワイヤを定速度送給する炭酸ガ
スパルス溶接では、ワイヤ突出し長さが変動すると、通
電チップからのワイヤ突出し部分でのジュール発熱量が
変化してワイヤ溶融速度が変化し、これによってアーク
長が変化するので、ワイヤ突出し長さの変動によるアー
ク長変動を防ぐためのアーク長制御が行われている。例
えばワイヤ突出し長さが設定値より長くなると、ジュー
ル発熱量の増加によってワイヤ溶融速度が大きくなって
ワイヤが溶融しやすくなるので、平均溶接電流値を減少
させることでアーク長を一定に保持するようにしてい
る。そしてこのアーク長制御には、周知のように、パル
ス周波数変調方式によるものと、パルス幅変調方式によ
るものとがある。

【０００６】パルス周波数変調方式のアーク長制御を実
施すると、パルス期間は一定にし、ベース期間を変えて
パルス周波数を変化させ、これによってワイヤ突出し長
さの変動に対してアーク長が一定に保持されるように平
均溶接電流値を増減制御するようにしたものであるか
ら、図６に示すようにワイヤ突出し長さがある値（図６
では３０ｍｍ）を超えると、つまり平均溶接電流がある
値（図６では２００Ａ）を下回ると、電流値を減らすた
めにパルス周波数が大幅に低下してベース期間が長くな
り過ぎ、このベース期間中に溶接ワイヤ先端の溶滴と溶
融池とが接触短絡し、スパッタ発生量が多くなる。

【０００７】またパルス幅変調方式のアーク長制御を実
施すると、パルス周波数は一定にし、パルス期間を変化
させ、これによってワイヤ突出し長さの変動に対してア
ーク長が一定になるように平均溶接電流値を増減制御す
るようにしたものであるから、ワイヤ突出し長さが長く
なって溶接電流がある値（図６では２００Ａ）を下回る
と、電流値を減らすためにパルス期間が短くなり過ぎ、
パルス期間において溶滴の離脱と溶滴離脱後の溶滴形成
ができなくなり、１パルス１溶滴移行からはずれて溶滴
移行現象が不安定になり、これによりスパッタ発生量が
多くなる。

【０００８】平均溶接電圧値についても、図７に示すよ
うに平均溶接電圧がある値（図７では２９Ｖ）を下回る
と、アーク長が短くなり過ぎ、溶接ワイヤ先端の溶滴と
溶融池とが接触短絡し、スパッタ発生量が多くなる。

【０００９】そこでこの発明は、溶接状態をパルスアー
ク溶接状態から短絡移行アーク溶接状態に切り換える制
御を行うことにより低溶接条件にてパルスアーク溶接を
行うときに比べてスパッタの発生量を減らすことがで
き、溶接母材や溶接トーチに付着したスパッタを除去す
る手間が少なくてすむようにした、炭酸ガスシールドア
ーク溶接方法を提供することを目的とする。

【００１０】

【発明を解決するための手段】請求項１の発明は、炭酸
ガス単体または炭酸ガスを主成分として含む混合ガスを
シールドガスとして用い、定速度送給される溶接ワイヤ
と母材との間にアークを発生させて母材の溶接を行う炭
酸ガスシールドアーク溶接方法において、予め、パルス
アーク溶接条件に関し、ワイヤ送給速度下限設定値、平
均溶接電流下限設定値及び平均溶接電圧下限設定値を設
定しておき、パルスアーク溶接状態にて溶接中にワイヤ
送給速度、平均溶接電流検出値及び平均溶接電圧検出値
のうち少なくとも一つがその対応する前記下限設定値を
下回ったときに、パルスアーク溶接状態から短絡移行ア
ーク溶接状態に溶接状態を切り換える制御を行うことを
特徴とするものである。

【００１１】請求項２の発明は、前記請求項１の炭酸ガ
スシールドアーク溶接方法において、前記ワイヤ送給速
度下限設定値、前記平均溶接電流下限設定値及び前記平
均溶接電圧下限設定値は、ヒステリシス幅を持つもので
あることを特徴とするものである。また、請求項３の発
明は、前記請求項１又は２の炭酸ガスシールドアーク溶
接方法において、前記平均溶接電流下限設定値及び前記
平均溶接電圧下限設定値は、ワイヤ送給速度の増加につ
れて大きくなる関数関係を持つようなワイヤ送給速度の
関数として設定されることを特徴とするものである。

【００１２】炭酸ガス単体をシールドガスとし、代表的
ワイヤ径である直径１．２ｍｍの溶接ワイヤを使用する
炭酸ガスパルス溶接では、図５〜図７に示すように、ワ
イヤ送給速度が７．５ｍ／ｍｉｎより小の場合、ワイヤ
突出し長さが３０ｍｍを超えることによって平均溶接電
流が２００Ａより低くなる場合（ワイヤ送給速度１０ｍ
／ｍｉｎのとき）、平均溶接電圧が２９Ｖより低い場合
（ワイヤ送給速度１０ｍ／ｍｉｎのとき）、のいずれか
の場合には、スパッタ発生量が約１ｇ／ｍｉｎより大き
くなり大幅に増大する。一方、炭酸ガスパルス溶接では
スパッタが多発する前記溶接条件領域においては、図５
〜図７に示すように、短絡期間とアーク発生期間とを交
互に繰り返すいわゆる短絡移行アーク溶接（ショートア
ーク溶接）によると、スパッタ発生量は炭酸ガスパルス
溶接に比べて大幅に少ない。

【００１３】そこで、予め、パルスアーク溶接条件に関
し、ワイヤ送給速度下限設定値、平均溶接電流下限設定
値及び平均溶接電圧下限設定値を設定しておき、パルス
アーク溶接状態にて溶接中にワイヤ送給速度、平均溶接
電流検出値及び平均溶接電圧検出値のうち少なくとも一
つがその対応する前記下限設定値を下回ったときに、パ
ルスアーク溶接状態から短絡移行アーク溶接状態に溶接
状態を切り換える制御を行うことで、従来よりスパッタ
発生量を減らすことができる。

【００１４】そしてパルスアーク溶接状態から短絡移行
アーク溶接状態へ、逆に短絡移行アーク溶接状態から元
のパルスアーク溶接状態に溶接状態を切り換えるための
基準値である前記各下限設定値は、図３及び図４に示す
ように、ヒステリシス幅を持たせるとよい。ワイヤ送給
速度、平均溶接電流及び平均溶接電圧の各下限設定値に
ついて、ヒステリシス幅における上側を上側下限設定値
（図３及び図４ではＵＬで示す）、ヒステリシス幅にお
ける下側を下側下限設定値（図３及び図４ではＬＬで示
す）と称する。このようなヒステリシス幅を持たせるこ
とにより、例えば平均溶接電流がヒステリシス幅のない
下限設定値を境にして微小増減変動したときにパルスア
ーク溶接状態と短絡移行アーク溶接状態とが微小時間間
隔で頻繁に切り換わって溶接が不安定になることを確実
に防止することができる。

【００１５】前記ヒステリシス幅を持つ各下限設定値の
うち、平均溶接電流下限設定値及び平均溶接電圧下限設
定値については、ワイヤ送給速度の増加に伴いパルスア
ーク溶接条件の適正条件範囲が高溶接電流・高溶接電圧
側にシフトすることから、ワイヤ送給速度の増加につれ
て大きくなる関数関係を持つようなワイヤ送給速度の関
数として設定するとよい。

【００１６】

【発明の実施の形態】図１はこの発明による溶接方法を
実施するための消耗電極式ガスシールド溶接電源の一例
を示すブロック図である。

【００１７】図１において、１は３相交流電力供給部で
ある。この３相交流電力供給部１から供給される交流電
流は、第１整流回路２で直流に整流され、平滑用コンデ
ンサ３により平滑される。この直流電流は、トランジス
タをスイッチング素子として用いたインバータ４によっ
て高周波交流電流に変換される。トランス５はインバー
タ４の出力を溶接用電圧に降圧する。トランス５からの
溶接用に降圧された高周波交流電流は第２整流回路６に
より溶接用直流電流に整流される。この直流電流が平滑
用のリアクトル７を介して溶接ワイヤ８と母材９間に供
給されて、アーク溶接が行われるようになっている。

【００１８】１０は平均溶接電圧を検出するための平均
溶接電圧検出器、１１は溶接電流（瞬時値）を検出する
ための溶接電流検出器である。平均溶接電圧検出器１０
及び溶接電流検出器１１の出力は後述する制御部４０に
与えられる。溶接ワイヤ８はワイヤ送給モータ２８で駆
動されるワイヤ送給ローラ２７によって母材９に向けて
送給され、溶接ワイヤ８と母材９間にアークを発生させ
て溶接が行われる。ワイヤ送給モータ制御回路２９は、
ワイヤ送給速度設定器２６からのワイヤ送給速度信号Ｅ
_W に基づき送給モータ２８の回転速度を制御するもので
ある。

【００１９】制御部４０は、後述するパルス溶接指令信
号ＰＳの有無に基づく溶接状態切り換え制御を行い、パ
ルスアーク溶接状態のときには、設定された値のベース
電流及びパルス電流が流れるようにインバータ４のトラ
ンジスタをスイッチング制御し、短絡移行アーク溶接状
態のときには、溶接電源出力特性を定電圧特性とし、設
定された値の短絡移行アーク溶接電圧が得られるように
インバータ４のトランジスタをスイッチング制御するた
めのものである。なおこの例では、パルスアーク溶接時
の溶接電源出力特性は、パルス期間は定電圧特性、ベー
ス期間は定電流特性としている。

【００２０】前記制御部４０について説明する。パルス
電流設定回路１２は、ワイヤ送給速度設定器２６からワ
イヤ送給速度信号Ｅ_W が入力され、ワイヤ送給速度の値
に応じて適正なパルス電流値を設定し、このパルス電流
の設定信号を出力波形選択回路２３に出力する。

【００２１】同様に、ベース電流設定回路１３は、ワイ
ヤ送給速度設定器２６からワイヤ送給速度信号Ｅ_W が入
力され、ワイヤ送給速度の値に応じてアークを維持する
ために必要なベース電流を設定し、このベース電流の設
定信号を出力波形選択回路２３に出力する。また、パル
ス期間設定回路１４は、ワイヤ送給速度設定器２６から
ワイヤ送給速度信号Ｅ_W が入力され、ワイヤ送給速度の
値に応じて適正なパルス期間を設定し、このパルス期間
の設定信号を出力波形選択回路２３に出力する。

【００２２】周波数設定器１５は、ワイヤ送給速度設定
器２６からワイヤ送給速度信号Ｅ_Wが入力され、ワイヤ
送給速度の値に応じてパルスアーク溶接時のパルス周波
数を設定し、そのパルス周波数を加算器２０に出力す
る。

【００２３】短絡移行アーク溶接電圧設定器１６は、ワ
イヤ送給速度設定器２６からワイヤ送給速度信号Ｅ_W が
入力され、ワイヤ送給速度の値に応じて短絡移行アーク
溶接時の適正な平均溶接電圧を設定し、その短絡移行ア
ーク溶接電圧設定信号を電圧選択回路１８に与える。ま
た、パルスアーク溶接電圧設定器１７は、ワイヤ送給速
度設定器２６からワイヤ送給速度信号Ｅ_W が入力され、
ワイヤ送給速度の値に応じてパルスアーク溶接時の適正
な平均溶接電圧を設定し、そのパルスアーク溶接電圧設
定信号を前記電圧選択回路１８に与える。

【００２４】前記電圧選択回路１８は、後述するパルス
溶接指令信号ＰＳが入力されているとき、スイッチＳ２
をオフしスイッチＳ１をオンさせて、前記パルスアーク
溶接電圧設定信号を誤差増幅器１９に出力し、前記信号
ＰＳが入力されていないとき、逆にスイッチＳ１をオフ
しスイッチＳ２をオンさせて、前記短絡移行アーク溶接
電圧設定信号を誤差増幅器１９に出力する。

【００２５】前記誤差増幅器１９は、パルス溶接指令信
号ＰＳが入力されている時には、パルスアーク溶接電圧
設定器１７によるパルスアーク溶接電圧設定値と平均溶
接電圧検出器１０によって検出された溶接電圧検出値と
が一致するように周波数設定器１５で設定されたパルス
周波数を調整すべく、加算器２０に電圧偏差信号を出力
する。

【００２６】加算器２０は、周波数設定器１５からのパ
ルス周波数の信号に誤差増幅器１９の出力を加算し、そ
の結果をパルス周波数設定回路３０に出力する。このよ
うにパルス溶接指令信号ＰＳが入力されているときに
は、パルスアーク溶接電圧設定値と溶接電圧検出値との
差に基づいて周波数設定器１５によるパルス周波数を調
整することで、パルス周波数変調方式によるアーク長制
御が行われる。そして、パルス周波数設定回路３０は、
加算器２０からのパルス周波数に基づきパルス周波数を
決定し、パルス開始信号を１パルス周期ごとに出力波形
選択回路２３に出力する。

【００２７】また前記誤差増幅器１９は、パルス溶接指
令信号ＰＳが入力されていない時、つまり短絡移行アー
ク溶接時には、短絡移行アーク溶接電圧設定器１６によ
る短絡移行アーク溶接電圧設定値と平均溶接電圧検出器
１０によって検出された溶接電圧検出値との電圧偏差を
電圧電流変換回路２２に出力する。電圧電流変換回路２
２は、前記誤差増幅器１９からの前記電圧偏差を解消す
るための溶接電流値信号を出力波形選択回路２３に出力
する。これによって短絡移行アーク溶接時のアーク長制
御が行われる。

【００２８】前記出力波形選択回路２３は、パルス溶接
指令信号ＰＳが入力されている時には、パルス周波数設
定回路３０からパルス開始信号が与えられると、誤差増
幅器２４にパルス電流設定信号を出力し、パルス期間設
定回路１４で設定されたパルス期間が経過するとベース
電流設定信号を次のパルス開始信号が入力されるまで誤
差増幅器２４に出力する。短絡移行アーク溶接時には、
誤差増幅器２４に電圧電流変換回路２２からの溶接電流
値信号を出力する。

【００２９】誤差増幅器２４は、溶接電流検出器１１に
よる溶接電流検出値と出力波形選択回路２３からの各電
流設定値とを比較し、その偏差を出力制御回路２５に出
力する。そして、出力制御回路２５は、誤差増幅器２４
からの偏差出力に基づいて、溶接電流検出器１１を流れ
る電流値が出力波形選択回路２３から出力される各電流
設定値に一致すべくインバータ４を制御するように構成
されている。

【００３０】なお３１は平均溶接電流検出器である。こ
の検出器３１からの平均溶接電流検出信号Ｅ_I 、前記平
均溶接電圧検出器１０からの平均溶接電圧信号Ｅ_V 、及
び前記ワイヤ送給速度設定器２６からのワイヤ送給速度
信号Ｅ_W が、後述する溶接状態切り換え用のパルス溶接
指令信号発生回路に入力されるようになっている。

【００３１】図２は図１に示す溶接電源に設けられたパ
ルス溶接指令信号発生回路の回路図である。

【００３２】図２において、まず、ワイヤ送給速度とヒ
ステリシス幅を持つワイヤ送給速度下限設定値とを比較
し、比較結果から溶接状態の切り換えを行う構成につい
て説明する。

【００３３】５１は、ワイヤ送給速度設定器２６からの
ワイヤ送給速度信号Ｅ_W とヒステリシス幅が設けられる
基準電圧Ｅ_WRとを比較するヒステリシス付き比較器であ
って、基準電圧Ｅ_WRの値を決める可変抵抗器ＶＲと、比
較器専用演算増幅器ＩＣ₁ と、ヒステリシス幅を決定す
る抵抗Ｒ₁ ，Ｒ₂ により構成される。このヒステリシス
付き比較器５１によると、ワイヤ送給速度のヒステリシ
ス上側下限設定値（例えば８ｍ／ｍｉｎ）に対応する上
側下限設定信号Ｅ_WRＵの値は、Ｅ_WRＵ＝Ｅ_WR＋（Ｖ_OH−
Ｅ_WR）×（Ｒ₁ ／（Ｒ₁ ＋Ｒ₂ ））となる。またワイヤ
送給速度のヒステリシス下側下限設定値（例えば７ｍ／
ｍｉｎ）に対応する下側下限設定信号Ｅ _WRＬの値は、Ｅ
_WRＬ＝Ｅ_WR−Ｅ_WR×（Ｒ₁ ／（Ｒ₁ ＋Ｒ₂ ））となる。
なお、Ｖ _OH≒５Ｖである。

【００３４】次に動作説明をすると、理解を容易にする
ため、いまパルスアーク溶接中であって、このワイヤ送
給速度とともに、平均溶接電流及び平均溶接電圧につい
てもその各下限設定値より大で、３入力アンドゲートＩ
Ｃ₇ の第１から第３の入力端子はいずれもＨレベル（ハ
イレベル）で、その結果、３入力アンドゲートＩＣ₇か
らＨレベル信号としてのパルス溶接指令信号ＰＳが出力
されているものとする。

【００３５】さて、図３に示すように、パルスアーク溶
接中にワイヤ送給速度を低下させてワイヤ送給速度信号
Ｅ_W が前記下側下限設定信号Ｅ_WRＬの値を下回ると、演
算増幅器ＩＣ₁ の出力はＨレベル（約５Ｖ）となり、こ
れがインバータゲートＩＣ₄で反転されて３入力アンド
ゲートＩＣ₇ の第１入力端子はＬレベルとなる。その結
果、３入力アンドゲートＩＣ₇ の出力はＬレベルとな
り、それまで出力されていたパルス溶接指令信号ＰＳが
オフされて、パルスアーク溶接状態から短絡移行アーク
溶接状態に切り換えられる。

【００３６】そして、この短絡移行アーク溶接中にワイ
ヤ送給速度を増大させて、図３に示すように、ワイヤ送
給速度信号Ｅ_W が前記上側下限設定信号Ｅ_WRＵの値を超
えると、演算増幅器ＩＣ₁ の出力はＨレベルからＬレベ
ル（約ゼロボルト）となり、これがインバータゲートＩ
Ｃ₄ で反転されて３入力アンドゲートＩＣ₇ の第１入力
端子はＨレベルとなる。その結果、３入力アンドゲート
ＩＣ₇ の出力はＨレベルとなり、再びパルス溶接指令信
号ＰＳが出力されて、短絡移行アーク溶接状態からもと
のパルスアーク溶接状態に切り換えられる。

【００３７】次に、平均溶接電流検出値とヒステリシス
幅を持つ平均溶接電流下限設定値とを比較し、比較結果
から溶接状態の切り換えを行う構成について説明する。

【００３８】５２は、ワイヤ送給速度設定器２６からの
ワイヤ送給速度信号Ｅ_W の大きさに比例させた基準電圧
Ｅ_IRを設定するための増幅器である。この増幅器５２
は、演算増幅器ＩＣ₈ と増幅率を決定する抵抗Ｒ₅ ，Ｒ
₆ により構成される１段目の増幅器と、演算増幅器ＩＣ
₉ と抵抗Ｒ₈ ，Ｒ₉ により構成され、増幅率１（Ｒ₈ ＝
Ｒ₉ ）であって、１段目の増幅器の出力の符号を反転さ
せて正の出力とするための２段目の増幅器とにより構成
されており、ワイヤ送給速度信号Ｅ_W の大きさに比例し
た基準電圧Ｅ_IR（Ｅ_IR＝（Ｒ₆ ／Ｒ₅ ）×Ｅ_W ）を出力
する。

【００３９】５３は、前記ヒステリシス付き比較器５１
と同構成のもので、検出器３１からの平均溶接電流検出
信号Ｅ_I と、前記増幅器５２から出力され、ヒステリシ
ス幅が設けられる前記基準電圧Ｅ_IRとを比較するヒステ
リシス付き比較器であって、比較器専用演算増幅器ＩＣ
₂ と、ヒステリシス幅を決定する抵抗Ｒ₁₁，Ｒ₁₂により
構成される。このヒステリシス付き比較器５３による
と、平均溶接電流のヒステリシス上側下限設定値（例え
ばワイヤ送給速度１０ｍ／ｍｉｎのとき、２１０Ａ）に
対応する上側下限設定信号Ｅ_IRＵの値は、Ｅ_IRＵ＝Ｅ_IR
＋（Ｖ_OH−Ｅ_IR）×（Ｒ₁₁／（Ｒ₁₁＋Ｒ₁₂））となる。
またワイヤ送給速度のヒステリシス下側下限設定値（例
えばワイヤ送給速度１０ｍ／ｍｉｎのとき、１９０Ａ）
に対応する下側下限設定信号Ｅ_IRＬの値は、Ｅ_IRＬ＝Ｅ
_IR−Ｅ_IR×（Ｒ₁₁／（Ｒ₁₁＋Ｒ₁₂））となる。

【００４０】次に動作説明をすると、理解を容易にする
ため、いまパルスアーク溶接中であって、この平均溶接
電流とともに、ワイヤ送給速度及び平均溶接電圧につい
てもその各下限設定値より大で、３入力アンドゲートＩ
Ｃ₇ の全入力端子はいずれもＨレベルで、３入力アンド
ゲートＩＣ₇ からＨレベル信号としてのパルス溶接指令
信号ＰＳが出力されているものとする。

【００４１】さて、パルスアーク溶接中にワイヤ突出し
長さが基準値より長くなって平均溶接電流が低下し、図
３に示すように、平均溶接電流検出信号Ｅ_I が前記下側
下限設定信号Ｅ_IRＬの値を下回ると、演算増幅器ＩＣ₂
の出力はＨレベル（約５Ｖ）となり、これがインバータ
ゲートＩＣ₅ で反転されて３入力アンドゲートＩＣ₇の
第１入力端子はＬレベルとなる。その結果、３入力アン
ドゲートＩＣ₇ の出力はＬレベルとなり、それまで出力
されていたパルス溶接指令信号ＰＳがオフされて、パル
スアーク溶接状態から短絡移行アーク溶接状態に切り換
えられる。

【００４２】そして、この短絡移行アーク溶接中にワイ
ヤ突出し長さを基準値に戻すことで平均溶接電流が上昇
し、図３に示すように、平均溶接電流検出信号Ｅ_I が前
記上側下限設定信号Ｅ_IRＵの値を超えると、演算増幅器
ＩＣ₂ の出力はＨレベルからＬレベル（約ゼロボルト）
となり、これがインバータゲートＩＣ₅ で反転されて３
入力アンドゲートＩＣ₇ の第１入力端子はＨレベルとな
る。その結果、３入力アンドゲートＩＣ₇ の出力はＨレ
ベルとなり、再びパルス溶接指令信号ＰＳが出力され
て、短絡移行アーク溶接状態からもとのパルスアーク溶
接状態に切り換えられる。

【００４３】次に、平均溶接電圧検出値とヒステリシス
幅を持つ平均溶接電圧下限設定値とを比較し、比較結果
から溶接状態の切り換えを行う構成について説明する。

【００４４】５４は、ワイヤ送給速度設定器２６からの
ワイヤ送給速度信号Ｅ_W の大きさに比例させた基準電圧
Ｅ_VRを設定するための増幅器である。この増幅器５４
は、前記増幅器５２と同構成であり、ワイヤ送給速度信
号Ｅ_W の大きさに比例した基準電圧Ｅ_VR（Ｅ_VR＝（Ｒ₁₆
／Ｒ₁₅）×Ｅ_W ）を出力する。

【００４５】５５は、前記ヒステリシス付き比較器５３
と同構成のもので、平均溶接電圧検出器１０からの平均
溶接電圧信号Ｅ_V と、増幅器５４から出力され、ヒステ
リシス幅が設けられる前記基準電圧Ｅ_VRとを比較するヒ
ステリシス付き比較器であって、比較器専用演算増幅器
ＩＣ₃ と、ヒステリシス幅を決定する抵抗Ｒ₂₁，Ｒ₂₂に
より構成される。このヒステリシス付き比較器５５によ
ると、平均溶接電圧のヒステリシス上側下限設定値（例
えばワイヤ送給速度１０ｍ／ｍｉｎのとき、３０Ｖ）に
対応する上側下限設定信号Ｅ_VRＵの値は、Ｅ_VRＵ＝Ｅ_VR
＋（Ｖ_OH−Ｅ_VR）×（Ｒ₂₁／（Ｒ₂₁＋Ｒ₂₂））となる。
またワイヤ送給速度のヒステリシス下側下限設定値（例
えばワイヤ送給速度１０ｍ／ｍｉｎのとき、２８Ｖ）に
対応する下側下限設定信号Ｅ_VRＬの値は、Ｅ_VRＬ＝Ｅ_VR
−Ｅ_VR×（Ｒ₂₁／（Ｒ₂₁＋Ｒ₂₂））となる。前記増幅器
５４、ヒステリシス付き比較器５３による動作は、前述
した平均溶接電流についてのものと同様であるから、そ
の説明を省略する。

【００４６】このようにして、パルスアーク溶接状態に
て溶接中にワイヤ送給速度、平均溶接電流検出値及び平
均溶接電圧検出値のうち少なくとも一つがその対応する
下限設定値を下回ったときに、パルスアーク溶接状態か
ら短絡移行アーク溶接状態に溶接状態を切り換える制御
が行われるように構成されている。

【００４７】

【実施例】前記構成になる溶接電源を使用し、試験板
（母材）をビードオンプレートで溶接し、スパッタ発生
量を測定した。基本的溶接条件は、シールドガス：炭酸
ガス、溶接ワイヤ：神戸製鋼所製のＭＧ−５０（ＪＩＳ
のＹＧＷ−１１相当品），ワイヤ直径１．２ｍｍ、母
材：ＳＭ４００、溶接速度：３０ｃｍ／ｍｉｎ、であ
る。結果を表２〜表４に示す。

【００４８】なお、実施例１〜３において、ワイヤ送給
速度のヒステリシス上側下限設定値は８ｍ／ｍｉｎ、ヒ
ステリシス下側下限設定値は７ｍ／ｍｉｎであり、平均
溶接電流及び平均溶接電圧の各下限設定値については、
図２でも説明したようにワイヤ送給速度に比例してその
値が設定されるようになっており、表１に示す通りであ
る。

【００４９】

【表１】

【００５０】

【表２】

【００５１】

【表３】

【００５２】

【表４】

【００５３】表２に示すように、実施例１では、ワイヤ
送給速度を１４ｍ／ｍｉｎから４ｍ／ｍｉｎに段階的に
低下させ、しかる後に元にもどすよう１２ｍ／ｍｉｎま
で段階的に増加させ、炭酸ガスパルス溶接の途中で一時
的に短絡移行アーク溶接状態とする溶接状態切り換え制
御を行った。この発明による溶接方法では、実施例１の
（５）〜（７）に示すように、ワイヤ送給速度が４〜６
ｍ／ｍｉｎのような低い範囲では短絡移行アーク溶接状
態としたので、比較例１に示す通常の炭酸ガスパルス溶
接に比べてスパッタ発生量を減らすことができた。な
お、実施例１の（８）のワイヤ送給速度は、厳密には８
ｍ／ｍｉｎをわずかに超える値であり、これによりワイ
ヤ送給速度の上側下限設定値８ｍ／ｍｉｎを超えて炭酸
ガスパルス溶接状態に切り換わったものである。

【００５４】表３に示すように、実施例２では、ワイヤ
送給速度を一定（１０ｍ／ｍｉｎ）とし、ワイヤ突出し
長さを１５ｍｍから４０ｍｍに段階的に長くすることで
平均溶接電流が減少するようにし、しかる後に元の１５
ｍｍになるまで段階的に短くすることで平均溶接電流が
増加するようにし、炭酸ガスパルス溶接の途中で一時的
に短絡移行アーク溶接状態とする溶接状態切り換え制御
を行った。この発明による溶接方法では、実施例２の
（５）〜（７）に示すように、ワイヤ突出し長さが長く
なって平均溶接電流が１６０〜１８０Ａのような低い範
囲では短絡移行アーク溶接状態としたので、比較例２に
示す通常の炭酸ガスパルス溶接に比べてスパッタ発生量
を減らすことができた。

【００５５】表４に示すように、実施例３では、ワイヤ
送給速度を一定（１０ｍ／ｍｉｎ）とし、平均溶接電圧
を３６Ｖから２６Ｖに段階的に低下させ、しかる後に元
にもどすよう３４Ｖまで段階的に増加させ、炭酸ガスパ
ルス溶接の途中で一時的に短絡移行アーク溶接状態とす
る溶接状態切り換え制御を行った。この発明による溶接
方法では、実施例３の（５）〜（７）に示すように、平
均溶接電圧が２６〜２８Ｖのような低い範囲では短絡移
行アーク溶接状態としたので、比較例３に示す通常の炭
酸ガスパルス溶接に比べてスパッタ発生量を減らすこと
ができた。なお、実施例３の（５）の平均溶接電圧は、
厳密には２８Ｖよりわずかに小さい値であり、これによ
り平均溶接電圧の下側下限設定値２８Ｖを下回って短絡
移行アーク溶接状態に切り換わったものである。

【００５６】

【発明の効果】以上述べたように、この発明による炭酸
ガスシールドアーク溶接方法によると、パルスアーク溶
接中にワイヤ送給速度、平均溶接電流検出値及び平均溶
接電圧検出値のうち少なくとも一つがパルスアーク溶接
について予め設定した下限設定値を下回った場合、溶接
状態をパルスアーク溶接状態から短絡移行アーク溶接状
態に切り換える制御を行うようにしたものであるから、
低ワイヤ送給速度時、ワイヤ突出し長さの増加による低
溶接電流時、低溶接電圧時等の低溶接条件にてパルスア
ーク溶接を行うときに比べてスパッタの発生量を減らす
ことができ、これによってスパッタの発生の少ない溶接
物が得られ、溶接母材や溶接トーチに付着したスパッタ
を除去する手間が少なくてすむ。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の溶接方法を実施するための消耗電極
式ガスシールド溶接電源の一例を示すブロック図であ
る。

【図２】図１に示す溶接電源に設けられたパルス溶接指
令信号発生回路の回路図である。

【図３】この発明の溶接方法に係るヒステリシス幅を有
する下限設定値の説明図である。

【図４】この発明の溶接方法を平均溶接電圧を例にして
説明するための図である。

【図５】炭酸ガスパルス溶接及び短絡移行アーク溶接に
おけるワイヤ送給速度とスパッタ発生量との関係を示す
図である。

【図６】炭酸ガスパルス溶接及び短絡移行アーク溶接に
おける平均溶接電流（ワイヤ突出し長さ）とスパッタ発
生量との関係を示す図である。

【図７】炭酸ガスパルス溶接及び短絡移行アーク溶接に
おける平均溶接電圧とスパッタ発生量との関係を示す図
である。

【図８】炭酸ガスパルス溶接を説明するための図であ
る。

【符号の説明】

１…３相交流電力供給部 ２…第１整流回路 ４…イン
バータ ５…トランス ６…第２整流回路 ８…溶接ワイヤ ９…母材 １０…
平均溶接電圧検出器 １１…溶接電流検出器 １２…パルス電流設定回路 １
３…ベース電流設定回路 １４…パルス期間設定回路 １５…周波数設定器 １６
…短絡移行アーク溶接電圧設定器 １７…パルスアーク
溶接電圧設定器 １８…電圧選択回路 １９…誤差増幅
器 ２０…加算器 ２２…電圧電流変換回路 ２３…出
力波形選択回路 ２４…誤差増幅器 ２５…出力制御回路 ２６…ワイヤ
送給速度設定器 ２９…ワイヤ送給モータ制御回路 ３
０…パルス周波数設定回路 ３１…平均溶接電流検出器
４０…制御部 ５１，５３，５５…ヒステリシス付き
比較器 ５２，５４…増幅器 ＰＳ…パルス溶接指令信
号

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 炭酸ガス単体または炭酸ガスを主成分と
   して含む混合ガスをシールドガスとして用い、定速度送
   給される溶接ワイヤと母材との間にアークを発生させて
   母材の溶接を行う炭酸ガスシールドアーク溶接方法にお
   いて、 予め、パルスアーク溶接条件に関し、ワイヤ送給速度下
   限設定値、平均溶接電流下限設定値及び平均溶接電圧下
   限設定値を設定しておき、パルスアーク溶接状態にて溶
   接中にワイヤ送給速度、平均溶接電流検出値及び平均溶
   接電圧検出値のうち少なくとも一つがその対応する前記
   下限設定値を下回ったときに、パルスアーク溶接状態か
   ら短絡移行アーク溶接状態に溶接状態を切り換える制御
   を行うことを特徴とする炭酸ガスシールドアーク溶接方
   法。
2. 【請求項２】 前記ワイヤ送給速度下限設定値、前記平
   均溶接電流下限設定値及び前記平均溶接電圧下限設定値
   は、ヒステリシス幅を持つものであることを特徴とする
   請求項１記載の炭酸ガスシールドアーク溶接方法。
3. 【請求項３】 前記平均溶接電流下限設定値及び前記平
   均溶接電圧下限設定値は、ワイヤ送給速度の増加につれ
   て大きくなる関数関係を持つようなワイヤ送給速度の関
   数として設定されることを特徴とする請求項１又は２記
   載の炭酸ガスシールドアーク溶接方法。