JP2001232468A - パルス溶接方法及びパルス溶接装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 パルスの周波数を高くしても、溶接電力又は
入熱量の一定化が容易に得られ、常に安定した溶接が確
実に行えるようにした高周波パルス溶接方法とパルス溶
接装置を提供すること。 【解決手段】 パルス発生器Ｐug で発生した高周波の
パルスをケーブルＣabによりアーク部に供給してアーク
Ａrd を発生させるようにしたパルス溶接装置におい
て、電流センサＤＣで検出したアーク電流ｉと、アーク
部から配線Ｈにより取込んだアーク電圧Ｖt を乗算器Ｍ
ut に入力し、アーク電流ｉとアーク電圧Ｖt の積から
アーク電力を演算し、このアーク電力と、指令アーク電
力として与えられている基準値Ｖewf を比較し、比較結
果をパルス幅制御器ＰＷＭ２に入力して、パルス発生器
Ｐug から出力されるパルス電力が指令アーク電力に収
斂するようにし、パルスの周波数を高くしても、溶接電
力又は入熱量が指令アーク電力に安定した一定値になる
ようにしたもの。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、溶接用の電源にパ
ルス電源を用いたアーク溶接装置に係り、特に、高周波
のパルスを用いたパルス溶接に好適なパルス溶接方法と
パルス溶接装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来は、アーク溶接には直流電力を用い
たアーク溶接と交流電力を用いたアーク溶接が主流であ
ったが、近年、アーク直線性などの見地から、パルス電
力を用いたパルスアーク溶接が使用されるようになって
きた。

【０００３】ここで、このパルスアーク溶接では、図１
１に示すように、商用電源Ｓoy から供給される交流電
力を、直流電源部ＡＤＣとパルス発生部Ｐug からなる
パルス電源部Ｄng に入力し、ここでパルス電力に変換
してからケーブルＣab を介してトーチ部Ｔh にパルス
電圧を供給し、溶接ワイヤからなる電極Ｐol と溶接母
材Ｂo の間にアークＡrc を発生させ、溶接を行うよう
になっているのが一般的である。

【０００４】図１２は、このような従来技術によるパル
スアーク溶接で使用されているパルス発生部Ｐug の一
例で、ＩＧＢＴなどのスイッチング素子Ｑ３、Ｑ４及び
ダイオードＤ５、Ｄ６からなるブリッジ回路と、パルス
幅制御器ＰＷＭ２を備えている。

【０００５】そして、パルス幅制御器ＰＷＭ２からスイ
ッチング素子Ｑ３、Ｑ４にＰＷＭ制御信号を供給し、所
定の周波数でオンオフ制御して電圧Ｖの一定の直流電圧
をスイッチングすることにより、出力端子Ｔ１、Ｔ２に
パルス電圧を発生し、ケーブルＣab を介して溶接トー
チ部Ｔh に供給することにより、パルス溶接が得られ
る。

【０００６】このとき、ケーブルＣab の電流を電流セ
ンサＣＤにより電圧変換して検出し、平滑回路Ｈei で
直流電圧にした上で加算器Ａd1 で基準値Ｖref と比較
し、その出力をパルス幅制御器ＰＷＭ２に供給し、スイ
ッチング素子Ｑ３、Ｑ４に供給されているＰＷＭ信号の
パルス幅とパルス間隔の比(デューティ比)を制御し、こ
れによりアーク電力が基準値に対応した指令電力に等し
くなるように制御している。

【０００７】ところで、このパルスアーク溶接に使用さ
れているパルスとしては、従来は１００Ｈｚ程度の周波
数のパルスが用いられていたが、最近、数１０ＭＨｚに
も達する高周波のパルスを用いた高周波パルスアーク溶
接が提案されており、その例を例えば特開平１１−２８
５６８号公報の開示にみることができる。

【０００８】そして、このような高周波パルスアーク溶
接の場合、アークの直進性が良く、開先が狭くても深い
溶け込みが容易に得られ、狭開先溶接が可能になるなど
の利点を有することが知られている。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】上記従来技術は、アー
ク溶接に使用するパルスの高周波化について配慮がされ
ておらず、溶接電力又は入熱量の一定化に問題があっ
た。このことを、図１２により説明すると、パルス溶接
では、パルス発生部Ｐugと溶接トーチ部Ｔh の間にケー
ブルＣab があるが、このケーブルＣab には、図示のよ
うに、インダクタンスＬｈと抵抗Ｒｈがある。

【００１０】なお、ここでの符号ＬｈとＲｈは、使用す
るパルスの周波数が高くなったことによる損失の増加や
表皮効果により、低周波のときのインダクタンスＬと抵
抗Ｒから変化したことを表わしているが、とにかく使用
するパルスの周波数を高くしてゆくと、これらのインダ
クタンスＬｈと抵抗Ｒｈにより、溶接トーチ部Ｔh で
は、供給されたパルスの波形が大きくなまってしまう。

【００１１】そこで、従来技術では、パルス電源部Ｄng
に入力される直流電圧を、直流溶接や周波数の低いパ
ルス溶接の場合よりも高い電圧にし、これによりパルス
の立ち上がり、立ち下がりにシャープさが保たれるよう
にしている。

【００１２】ところで、安定した溶接のためには、アー
ク電力(溶接トーチ部で溶接のために使われる電力)又は
アーク入熱量を一定にすることが必要とされる。そこ
で、従来技術では、平均電流又は平均電圧を基準値と比
較して制御し、平均電流又は平均電圧が一定になるよう
に制御しているが、しかし、この場合は、溶接条件によ
りアーク電力やアーク入熱量が変化し、一定にならなら
ない。

【００１３】これは、上記したシャープな立上りと立ち
下がりを持つ高周波のパルスによる溶接の場合には、溶
接トーチ部で溶接のために使われるアーク電力又はアー
ク入熱量が、平均電流や平均トーチ電圧に単純に比例し
た値にならないからであり、従って、従来技術では、溶
接電力又は入熱量の一定化に問題が生じてしまうのであ
る。

【００１４】この結果、従来技術では、溶接の溶け込み
深さや溶接幅が時間と共に変化したりして、種々の条件
に対して安定した溶接が困難であった。本発明の目的
は、パルスの周波数を高くしても、溶接電力又は入熱量
の一定化が容易に得られ、常に安定した溶接が確実に行
えるようにした高周波パルス溶接方法とパルス溶接装置
を提供することにある。

【００１５】

【課題を解決するための手段】本発明によれば、上記目
的は、パルス発生部からケーブルを介して溶接部にパル
ス電流を供給し、パルス電力により溶接を行う方式のパ
ルス溶接方法において、前記溶接部に入力される溶接電
力を一定値にするフィードバック制御が働くようにして
達成される。

【００１６】次に、本発明によれば、上記目的は、スイ
ッチングにより直流をパルスに変換するパルス発生部を
備え、該パルス発生部からケーブルを介して電極と溶接
母材にパルス電流を流して溶接を行う方式のパルス溶接
方法において、前記ケーブルに流れるパルス電流と、前
記電極と溶接母材に現われるアーク電圧の乗算結果が指
令アーク電力に等しくなるように、前記パルス発生部を
制御することにより達成される。

【００１７】このとき、前記乗算結果が、パルス電流の
実効値又は平均値と、アーク電圧の実効値又は平均値の
乗算結果になるようにしてもよい。

【００１８】また、本発明によれば、上記目的は、スイ
ッチングにより直流をパルスに変換するパルス発生部を
備え、該パルス発生部からケーブルを介して電極と溶接
母材にパルス電流を流して溶接を行う方式のパルス溶接
方法において、前記ケーブルに流れるパルス電流の二乗
値が指令アーク電力に等しくなるように、前記パルス発
生部を制御することにより達成される。

【００１９】このとき、前記二乗値が、前記パルス電流
の実効値又は平均値の二乗値になるようにしてもよい。

【００２０】更に、本発明によれば、スイッチングによ
り直流をパルスに変換するパルス発生部を備え、該パル
ス発生部からケーブルを介して電極と溶接母材にパルス
電流を流して溶接を行う方式のパルス溶接方法におい
て、前記アーク電圧の二乗値が指令アーク電力に等しく
なるように、前記パルス発生部を制御することにより達
成される。

【００２１】このとき、前記二乗値が、前記アーク電圧
の実効値又は平均値の二乗値であるようにしてもよく、
さらには、前記指令アーク電力が、指令されたアーク入
熱量と溶接速度から演算されるようにしてもよい。

【００２２】次に、本発明によれば、上記目的は、スイ
ッチングにより直流をパルスに変換するパルス発生部を
備え、該パルス発生部からケーブルを介して電極と溶接
母材にパルス電流を流して溶接を行う方式のパルス溶接
方法において、検出したパルス電流とアーク電圧の乗算
値とパルス電流の二乗値、及びアーク電圧の二乗値の何
れかを溶接速度で除した値が、アーク入熱量の指令値に
等しくなるようにパルス電流を制御することにより達成
される。

【００２３】そして、また、本発明によれば、スイッチ
ングにより直流をパルスに変換するパルス発生部を備
え、該パルス発生部からケーブルを介して電極と溶接母
材にパルス電流を流して溶接を行う方式のパルス溶接装
置において、パルス電流とアーク電圧を検出する手段
と、前記手段により検出されたパルス電流とアーク電圧
からアーク溶接電力を求める手段と、このアーク溶接電
力に基づいて前記パルス発生部をフィードバック制御す
る手段とを設け、アーク溶接電力の指令値に前記アーク
溶接電力が等しくなるように、前記パルス発生部が制御
されるようにして達成される

【００２４】

【発明の実施の形態】以下、本発明によるパルス溶接方
法とパルス溶接装置について、図示の実施の形態により
詳細に説明する。図１は、本発明の一実施形態で、この
実施形態でも、溶接のための一般的な構成は、図１１に
示すように、商用電源Ｓoy から与えられる交流をパル
ス電源部Ｄng でパルスに変換し、ケーブルＣab を介し
てトーチ部Ｔh の先端にある電極Ｐol に供給し、この
電極Ｐol からアークＡrc を発生させ、溶接母材Ｂo を
溶接するようになっているものである。

【００２５】図１０は、この場合の各部の波形の一例を
示したもので、図の(a)は、パルス電流ｉの波形で、図
示のように、ピーク値がｉｐで、急峻な立上り、立ち下
がりを持っている。そして、本発明の実施形態では、周
波数が５００Ｈｚ以上で、数１０ＭＨｚにも達する高い
周波数になっており、これにより、既に説明したよう
に、アークの直進性が良く開先の狭い狭開先溶接が可能
であり、溶け込み深さが深く出来るなどの極めて好まし
い溶接特性が得られるようになっている。

【００２６】次に、図１０(b)は、このときのパルス電
流ｉを流すのに必要なパルス電圧の波形Ｖｂを示したも
ので、これは、ケーブルＣab のインダクタンスＬｈと
抵抗Ｒｈの存在を考慮して決められたもので、これがパ
ルス電源部Ｐug の出力パルス電圧の波形となる。

【００２７】そして、図１０(c)は、アーク電圧Ｖｔ(電
極Ｐol 又はトーチ部Ｔh と溶接母材Ｂｏの間に現われ
るトーチ電圧)の波形で、ケーブルＣab に存在するイン
ダクタンスＬｈと抵抗Ｒｈの影響により、このような波
形になり、パルス電流ｉに近い波形ではあるが、完全に
比例した波形にはならない。

【００２８】従って、アーク部での溶接電力を求めるた
めには、パルス電流ｉの波形とアーク電圧Ｖｔの波形の
瞬時掛算が必要であることが判り、従来技術での平均電
圧又は平均電流の検出では正確な制御が出来ないことが
判る。ここで、実測によると、従来技術のように、電圧
と電流の平均値の場合、実効値のほぼ半分しか示さなか
った。

【００２９】次に、図１１は、パルス電圧にバイアス電
圧を与えた場合の波形の一例で、この場合は、同図(b)
に示すように、パルス電圧Ｖb にバイアス電圧ｖb が与
えられている結果、同図(a)に示すように、パルス電流
ｉの波形の間でもバイアス電流ｉｂが流れ、同図(c)に
示すように、アーク電圧Ｖt にもバイアス電圧ｖtb が
現われているが、この場合でも、パルス電流ｉに近い波
形ではあるが、完全に比例した波形にはならないことが
判る。

【００３０】ここで、図１の実施形態に戻り、各ブロッ
ク毎に詳しく説明する。まず、直流電源部ＤＡＣは、商
用電源Ｓoy から供給された交流電圧をダイオードブリ
ッジＲec で整流し、コンデンサＣ１の端子間に平滑化
された直流電圧を発生する。

【００３１】そして、このコンデンサＣ１の両端子に現
われた直流電圧を、パルス幅制御器ＰＷＭ１から出力さ
れるＰＷＭ信号によりオンオフ制御されるスイッチング
素子Ｑ１、Ｑ２と、ダイオードＤ１、Ｄ２からなるハー
フブリッジ回路を介してトランスＴＦの１次側に供給す
る。

【００３２】これによりトランスＴＦの２次側に発生し
た交流電圧をダイオードＤ３、Ｄ４で整流し、チョーク
コイルＬ１とコンデンサＣ２により平滑化して、パルス
電源部Ｐug に供給すべき直流電圧Ｖを出力するのであ
る。ここでダイオードＤ４はフライホィールダイオード
として機能する。

【００３３】一方、このとき出力された直流電圧Ｖは加
算器Ａd0 にも入力され、ここで基準電圧Ｖrv と比較さ
れ、比較結果をパルス幅制御器ＰＷＭ１に供給し、スイ
ッチング素子Ｑ１、Ｑ２に供給すべきＰＷＭ信号のデュ
ーティ比を制御することにより、一般的なダブルフォワ
ード型のＤＣ−ＤＣコンバータが構成され、この結果、
一定電圧の直流電圧Ｖが得られることになる。

【００３４】次に、パルス発生部Ｐug は、スイッチン
グ素子Ｑ３、Ｑ４と、ダイオードＤ５、Ｄ６からなるハ
ーフブリッジ回路と、パルス幅制御器ＰＷＭ２とを備
え、直流電源部ＤＡＣから供給された一定電圧の直流電
源Ｖを入力とし、例えば１０ＭＨｚの高周波のパルス電
圧Ｖｂを端子Ｔ１、Ｔ２に出力する働きをする。

【００３５】そして、この端子Ｔ１、Ｔ２に出力された
高周波のパルス電圧Ｖb がケーブルＣab を介して溶接
トーチ部に供給され、アークＡrc を発生させ、パルス
溶接が得られることになる。このとき、ケーブルＣab
には高い周波数のパルス電流が流れるので、図示のよう
に、高周波のパルスによるインダクタンスＬｈと抵抗Ｒ
ｈが発生する。

【００３６】そこで、ハーフブリッジ回路の出力と端子
Ｔ２の間に電流センサＣＤを設け、これによりパルス電
流ｉを電圧に変換して取込むと共に、配線Ｈにより、溶
接トーチ部から直接、アーク電圧Ｖt を取込む。そし
て、これらパルス電流ｉを表わす電圧とアーク電圧Ｖt
を乗算器Ｍut に入力し、乗算結果を加算器Ａd1 に供給
して基準値Ｖref と比較し、比較結果をパルス幅制御器
ＰＷＭ２に供給する。

【００３７】これにより、パルス幅制御器ＰＷＭ２は、
アーク電力が基準値Ｖref に等しくなるようにスイッチ
ング素子Ｑ３、Ｑ４のオンオフ動作を制御する。そこ
で、基準値Ｖref として、アーク電力の指令値、すなわ
ち指令アーク電力を入力することにより、所望のアーク
電力によるパルス溶接が得られることになる。

【００３８】ここで、この実施形態では、乗算器Ｍut
の入力が、電流センサＣＤで検出したパルス電流ｉによ
る電圧と、溶接トーチ部から直接取込んだアーク電圧Ｖ
t になっているので、乗算器Ｍut の入力の積は、実際
にアークＡrc に入力されているアーク電力を正確に表
わす値になっている。

【００３９】従って、この実施形態によれば、パルスの
周波数を高くしても、溶接電力又は入熱量が不安定にな
る虞れがなく、常に所望の溶接電力又は入熱量による安
定したパルス溶接を容易に、しかも確実に得ることがで
き、この結果、アークの直進性が良く、開先が狭くても
深い溶け込みが容易に得られ、狭開先溶接が可能になる
などのパルスの高周波化による利点を充分に享受するこ
とができる。

【００４０】なお、上記実施形態では、パルス発生部Ｐ
ug で発生するパルスの周波数が１０ＭＨｚの場合につ
いて説明したが、高周波パルス溶接で使用されるパルス
の周波数の下限は概ね５００Ｈｚであり、従って、本発
明の実施形態としては、５００Ｈｚ以上の周波数のパル
スなら、周波数は問わず実施することができる。

【００４１】次に、図２は、本発明の他の一実施形態
で、この図２では、図１の実施形態におけるパルス発生
部Ｐug 以降の部分だけが示されており、ここで、図１
と同じ記号は同じ働きをする。

【００４２】この図２の実施形態では、アーク電圧Ｖt
(トーチ部で測定したトーチ電圧とほぼ同じである)と、
電流センサＣＤで検出した電流ｉを乗算器Ｍut で掛け
合わせ、その出力を平滑回路Ｈei で平滑化して加算器
Ａd1 に入力し、ここで指令アーク電力を表わす基準値
Ｖref と比較し、その出力をパルス幅制御器ＰＷＭ２に
供給する。

【００４３】そこで、パルス幅制御器ＰＷＭ２は、加算
器Ａd1 の出力である基準値Ｖrefに対する実測電力の誤
差分に比例したパルス幅の信号を発生し、これをＡＮＤ
ゲートＡn2 に供給する。また、電流センサＣＤで検出
した電流ｉは比較器Ｃm1、Ｃm2 にも入力され、基準値
Ｖr1、Ｖr2 と比較され、その出力は、ＡＮＤゲートＡn
1 とＮＡＮＤゲートＮa1 の一方の入力端子に印加され
る。

【００４４】更に、配線Ｈにより取込んだアーク電圧Ｖ
t は比較器Ｃm3 にも供給され、ここで基準値Ｖr3 と比
較され、その出力はＮＡＮＤゲートＮa1 の他方の入力
端子に印加される。一方、ＮＡＮＤゲートＮa1 の出力
はフリップフロップＦＦのリセット端子に接続され、フ
リップフロップＦＦの出力はＡＮＤゲートＡn2 の一方
の入力端子に接続され、フリップフロップＦＦのセット
入力端子はスイッチＳＷ１を介して電圧Ｖcc に接続さ
れる。

【００４５】そして、ＡＮＤゲートＡn2 の出力はスイ
ッチング素子Ｑ３のゲートとＡＮＤゲートＡn1 の他方
の入力端子に接続され、ＡＮＤゲートＡn1 の出力はス
イッチング素子Ｑ４のゲートに接続される。ここで、ま
ず、電流ｉとアーク電圧Ｖt が基準値Ｖr2、Ｖr3 以下
であったとし、フリップフロップＦＦはＳＷ１によって
セットされていたとする。

【００４６】そうすると、電流ｉが基準値Ｖr1 よりも
小さくなっている間は、ＡＮＤゲートＡn1 の入力の一
方はＨレベルであり、従ってＡＮＤゲートＡn1 の出力
はＡＮＤゲートＡn2 の出力と同じ動作する。また、こ
のときＮＡＮＤゲートＮa1 の２入力はＨレベルなの
で、その出力はＬレベルで、フリップフロップＦＦの出
力もＨレベルであり、このためＡＮＤゲートＡn2 の出
力はパルス幅制御器ＰＷＭ２の出力信号と同じになる。

【００４７】ここで、電流ｉは、図１０と図１１に示す
ように、流れ始めは小さいが徐々に大きくなる波形であ
り、ピーク電流設定値である基準値Ｖr1 より小さくな
っいる間は、電力指令値Ｖref とアーク電力が比較さ
れ、その誤差がフィードバックされるので、この誤差に
応じたパルス幅のＰＷＭ信号によりスイッチング素子Ｑ
３、Ｑ４がオンになり、アークＡrc には、ケーブルＣa
b を介して、電源電圧Ｖが印加されることになり、電流
ｉは急速に立ち上がる。

【００４８】この結果、ケーブルＣab のインダクタン
スＬｈに、次に示す値のエネルギーＥが貯えられる。 Ｅ＝（１／２）Ｌｈ・ｉ²（Ｊ） そして、電流ｉがピーク電流設定値である基準値Ｖr1
を越えると、ＡＮＤゲートＡn1 の出力がＬレベルにな
って、スイッチング素子Ｑ４だけがオフされるので、ケ
ーブルＣab のインダクタンスＬｈに貯えられたエネル
ギーにより、ダイオードＤ６が順バイアスされ、この結
果、スイッチング素子Ｑ３を介して電流ｉが流れ続け
る。

【００４９】次に、パルス幅制御器ＰＷＭ２で作られた
パルスがオフになると、スイッチング素子Ｑ３、Ｑ４が
オフされるので、ケーブルＣab のインダクタンスＬｈ
に貯えられたエネルギーによる電圧によりダイオードＤ
６、Ｄ５が順バイアスされ、アーク部には、ケーブルＣ
ab を介して電源電圧Ｖの逆電圧が加えられるので、電
流ｉは急速に立ち下がり、零になるとダイオードが順バ
イアスされなり、オフする。

【００５０】このように、指令アーク電力値Ｖref と実
アーク電力が比較され、それらの誤差がフィードバック
され、高周波パルスの幅を制御するのでるので、アーク
電力が指令アーク電力値Ｖref 一定に制御され、これが
繰り返されるので、高周波パルスの電流が流れ続けるこ
とになる。

【００５１】次に、この状態で、例えば仮に部品が故障
し、大電流又は大電圧が加えられた場合を想定する。こ
こで、まず、基準値Ｖr1 は、電流ｉのピーク電流設定
値で、基準値Ｖr2 は異常電流判定値であり、Ｖr1＜Ｖr
2 に設定されているものとする。いま、大電流により電
流ｉが基準値Ｖr2 以上になったとすると、比較器Ｃm2
の出力がＨレベルになるので、ＮＡＮＤゲートＮa1 の
出力がＬからＨレベルに変化し、フリップフロップＦＦ
をリセットして出力をＬレベルにする。

【００５２】そうすると、ＡＮＤゲートＡn2 の出力が
Ｌレベルになり、これによりＡＮＤゲートＡn1 の出力
もＬレベルになるので、この結果、スイッチング素子Ｑ
３、Ｑ４共にオフにされ、この状態を持続することにな
り、従って、大電流による故障の拡大を防止し、安全性
を確保する働きが得られる。

【００５３】アーク部に大電圧が発生した場合も同様
で、アーク電圧Ｖt が基準値Ｖr3 より大きくなったこ
とにより、比較器Ｃm3 の出力がＬからＨレベルとな
り、ＮＡＮＤゲートＮa1 の出力がＬからＨレベルに変
化してフリップフロップＦＦをリセットし、出力をＬレ
ベルにするので、同様にスイッチング素子Ｑ３、Ｑ４共
にオフを持続して故障の拡大を防止し、安全性を確保す
ることになる。

【００５４】図３は、図２の実施形態を具体化して詳細
に示した回路図で、図２と同じ記号は同じ働きをする。
そして、この図３の実施形態では、まずアーク電圧Ｖt
(トーチ部で測定したトーチ電圧とほぼ同じである)を、
抵抗Ｒ４、Ｒ５で分圧してからアンプＡm1 で増幅して
取込み、これを乗算器Ｍut とコンパレータＣm3 に入力
し、電流ｉは、電流センサＣＤの出力をアンプＡm2 で
増幅した後、乗算器Ｍut とコンパレータＣm1、Ｃm2 に
入力している。

【００５５】従って、アーク電圧Ｖt とパルス電流ｉが
乗算器Ｍut で乗算されてアーク電力として出力される
ことになり、これが平滑回路Ｈei を介して、図２の加
算器Ａd1 と同じ動作をするアンプＡm3 に供給され、こ
こで基準値Ｖref と加算される。

【００５６】そして、この結果がパルス幅制御器ＰＷＭ
に供給され、そのパルス出力がＡＮＤゲートＡn1、Ａn2
を通り、スイッチング素子駆動用のドライバー回路Ｄ
ｒを介してスイッチング素子Ｑ３、Ｑ４に供給され、ス
イッチング駆動する。

【００５７】このとき、コンパレータＣm1、Ｃm2、Ｃm3
は、アーク電圧Ｖt とパルス電流ｉを基準値Ｖr1、Ｖr
2、Ｖr3 とそれぞれ比較し、その値をＡＮＤゲートＡn1
とＮＡＮＤゲートＮa1 に入力するので、従って、図２
の実施形態と同じく動作する。

【００５８】次に、図４は、図１の実施形態の制御内容
にピーク電流制御を加えた場合の本発明の一実施形態
で、図１と同じ記号は同じ動作をするので説明は省略
し、異なる点について以下に説明する。電流センサＣＤ
により検出された電流ｉを表わす信号は比較器Ｃm1 に
入力され、基準値Ｖr1 と比較される。そして、比較結
果がＡＮＤゲートＡn1 に入力される。

【００５９】ＡＮＤゲートＡn1 の他方の入力には、パ
ルス幅制御器ＰＷＭ２の出力が接続されており、このＡ
ＮＤゲートＡn1 の出力によりスイッチング素子Ｑ３、
Ｑ４がオン、オフ制御される。従って、電流ｉが基準値
Ｖr1 で決められている大きさを越えると、ＡＮＤゲー
トＡn1 が閉じられるので、スイッチング素子Ｑ３、Ｑ
４はオフされたままにされるので、ピーク電流制御が得
られることになる。

【００６０】ところで、図１０と図１１を見れば明らか
なように、アーク電流ｉとアーク電圧Ｖt の波形を比較
すると、これらはかなり似ており、従って、アーク電力
は次の(1)式で近似することができる。 アーク電力Ｐ＝電流波形ｉ×アーク電圧波形Ｖｔ ≒アーク電圧波形Ｖｔ×アーク電圧波形Ｖｔ ≒電流波形ｉ×電流波形ｉ ……… (1) そこで、まず図５の本発明の実施形態では、アーク電力
を検出する簡易な方法として、アーク電圧Ｖt を二乗す
る方法を採用したものであり、その他の点は、図４の実
施形態と同じである。

【００６１】すなわち、この図５の実施形態では、アー
ク電圧Ｖt を乗算器Ｍut に取込んで二乗してアーク電
力とし、平滑回路Ｈei で平滑化してＡＮＤゲートＡn1
に加えるようにしたものであり、その他の構成は、図４
の実施形態と同じであり、従って、この図５の実施形態
でも、ピーク電流制御機能を持っている。

【００６２】ここで、アーク電圧の実効値を二乗して使
用してもほぼ電力に比例することが分っている。なお、
平均値の場合と実効値の場合では大幅に異なり、波形に
よっても異なるが、一例によると、平均値の二乗では、
実効値の１／２以下のアーク電力となった。

【００６３】次に、図６は、アーク電力を、電流波形ｉ
×電流波形ｉ＝電流波形ｉの二乗から演算するようにし
た場合の本発明の一実施形態であり、このため乗算器Ｍ
utの入力が電流センサＣＤにより検出された電流ｉを表
わす信号になっている点が図５の実施形態と異なってい
るだけである。

【００６４】従って、この図６の実施形態でも、アーク
電力の演算以外は図４の実施形態と同じ動作をする。

【００６５】そして、この図６の実施形態によれば、ア
ーク部の電圧を必要しないので、配線が簡単になり、か
つアークの近くに配線が無いのでノイズの影響も少なく
できる。

【００６６】ところで、以上の実施形態は、基準値Ｖre
f を指令アーク電力にし、これにより高周波のパルス発
生部Ｐug を制御しアーク電力を制御する方式である。
従って、この方式による制御系は図７に示すように表わ
される。

【００６７】すなわち、指令値として電力指令Ｐｒ(Ｗ)
を与え、これと、検出されたアーク電力Ｐｏ(Ｗ)を突き
合わせて加算し、その誤差に比例したパルス幅を発生
し、アーク電力を制御することで、指令値とアーク電力
の誤差が無くなるように制御するものである。

【００６８】しかし、ある種の溶接では、アーク入熱量
と溶接速度によって電力指令を変化するようにしたいと
いう要求がある。この方式の場合、その実施形態として
は、図８に示す制御構成になる。すなわち、この例で
は、指令値として、溶接単位長さ当りのエネルギーであ
る入熱量Ｅnr(Ｊ／ｍ)と、溶接速度指令Ｓpr(ｍ／Ｓ)が
与えられる。

【００６９】そこで、これら２種の指令値を演算して、
電力指令Ｐr(Ｗ)として扱えるようにできれば、図７の
場合と同じように制御できることになる。

【００７０】ここで、この演算は、次の(2)式で表わさ
れる。 Ｐｒ＝Ｅnr／Ｓpr ……… (2) すなわち、アーク電力は、アーク入熱量を溶接速度で除
算した値となる。従って、この図８の実施形態によれ
ば、溶接中に溶接速度や入熱量の値を希望値に任意に変
化させることができ、種々の溶接条件にも容易に対応で
きることになる。

【００７１】次に、図９は本発明の他の一実施形態で、
これは、指令値として、入熱量指令Ｅnr(Ｊ／ｍ)だけが
与えられ、速度指令が無い場合の実施形態であり、この
場合は、アーク部の速度Ｓpo を検出し、その検出値と
アーク電力Ｐo から、図示のブロックに示す(3)式によ
る演算を行い、入熱量の値Ｅno を求め、これを入熱量
指令Ｅnr と突き合わせ、これらの差が無くなるように
制御する。

【００７２】Ｅｎｏ＝Ｐｏ／Ｓｐｏ ……… (3) これらの実施形態では、入熱量を制御するようになって
いるので、溶接母材がごく薄い板材で、低熱量(Ｊ／ｍ)
のパルス溶接の場合でも、板を焼き切ってしまうことも
なく、極めて安定した溶接を得ることができる。

【００７３】

【発明の効果】発明によれば、アークの直進性の優れた
高周波パルス溶接においても、時間と共に溶接の溶け込
み深さや溶接幅が変化すること無く、種々の溶接条件に
対して常に安定した溶接が得られるという効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明によるパルス溶接方法とパルス溶接装置
の第１の実施形態を示す構成図である。

【図２】本発明によるパルス溶接方法とパルス溶接装置
の第２の実施形態を示す構成図である。

【図３】本発明によるパルス溶接方法とパルス溶接装置
の第２の実施形態の詳細構成図である。

【図４】本発明によるパルス溶接方法とパルス溶接装置
の第３の実施形態を示す構成図である。

【図５】本発明によるパルス溶接方法とパルス溶接装置
の第４の実施形態を示す構成図である。

【図６】本発明によるパルス溶接方法とパルス溶接装置
の第５の実施形態を示す構成図である。

【図７】本発明によるパルス溶接方法とパルス溶接装置
の一例における制御ブロック図である。

【図８】本発明によるパルス溶接方法とパルス溶接装置
の第６の実施形態を示す制御ブロック図である。

【図９】本発明によるパルス溶接方法とパルス溶接装置
の第７の実施形態を示す制御ブロック図である。

【図１０】高周波パルス溶接における各部の電流波形と
電圧波形の一例を示す波形図である。

【図１１】高周波パルス溶接における各部の電流波形と
電圧波形の他の一例を示す波形図である。

【図１２】パルス溶接の一般的な構成例を示す説明図で
ある。

【図１３】従来技術によるパルス溶接装置の一例を示す
構成図である。

【符号の説明】

Ｓoy 商用電源 ＡＤＣ 直流電源部 Ｄng パルス電源部 Ｐug パルス発生部 Ｃab ケーブル Ａrc アーク Ｌｈ ケーブルの高周波インダクタンス Ｒｈ ケーブルの高周波抵抗 Ｈ 配線 Ｒec ダイオードブリッジ Ｑ１、Ｑ２、Ｑ３、Ｑ４ スイッチング素子 Ｄ１、Ｄ２、Ｄ３、Ｄ４、Ｄ５、Ｄ６ ダイオード Ｌ１ チョークコイル ＣＤ 電流センサ ＰＷＭ１、ＰＷＭ２ パルス幅制御器 Ｍut 乗算器 Ａd0、Ａd1 加算器 Ｃm1、Ｃm2、Ｃm3 コンパレータ Ｈei 平滑回路 Ｄｒ ドライバー回路 Ｒ１〜Ｒ１７ 抵抗

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 熊坂 隆夫 茨城県日立市大みか町七丁目１番１号 株 式会社日立製作所日立研究所内 (72)発明者 小沼 昭 茨城県日立市大みか町七丁目１番１号 株 式会社日立製作所日立研究所内 Ｆターム(参考） 4E001 AA03 DE04 EA01 EA02 EA03 4E082 AA20 BA04 CA01 DA01 EA01 EB11 EC03 EC13 ED01 EE04 EF30

Claims (10)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 パルス発生部からケーブルを介して溶接
   部にパルス電流を供給し、パルス電力により溶接を行う
   方式のパルス溶接方法において、 前記溶接部に入力される溶接電力を一定値にするフィー
   ドバック制御が働くことを特徴とするパルス溶接方法。
2. 【請求項２】 スイッチングにより直流をパルスに変換
   するパルス発生部を備え、該パルス発生部からケーブル
   を介して電極と溶接母材にパルス電流を流して溶接を行
   う方式のパルス溶接方法において、 前記ケーブルに流れるパルス電流と、前記電極と溶接母
   材に現われるアーク電圧の乗算結果が指令アーク電力に
   等しくなるように、前記パルス発生部を制御することを
   特徴とするパルス溶接方法。
3. 【請求項３】 請求項２に記載の発明において、 前記乗算結果が、パルス電流の実効値又は平均値と、ア
   ーク電圧の実効値又は平均値の乗算結果であることを特
   徴とするパルス溶接方法。
4. 【請求項４】 スイッチングにより直流をパルスに変換
   するパルス発生部を備え、該パルス発生部からケーブル
   を介して電極と溶接母材にパルス電流を流して溶接を行
   う方式のパルス溶接方法において、 前記ケーブルに流れるパルス電流の二乗値が指令アーク
   電力に等しくなるように、前記パルス発生部を制御する
   ことを特徴とするパルス溶接方法。
5. 【請求項５】 請求項４に記載の発明において、 前記二乗値が、前記パルス電流の実効値又は平均値の二
   乗値であることを特徴とするパルス溶接方法。
6. 【請求項６】 スイッチングにより直流をパルスに変換
   するパルス発生部を備え、該パルス発生部からケーブル
   を介して電極と溶接母材にパルス電流を流して溶接を行
   う方式のパルス溶接方法において、 前記アーク電圧の二乗値が指令アーク電力に等しくなる
   ように、前記パルス発生部を制御することを特徴とする
   パルス溶接方法。
7. 【請求項７】 請求項６に記載の発明において、 前記二乗値が、前記アーク電圧の実効値又は平均値の二
   乗値であることを特徴とするパルス溶接方法。
8. 【請求項８】 請求項１乃至請求項７に記載の発明の何
   れかにおいて、 前記指令アーク電力が、指令されたアーク入熱量と溶接
   速度から演算されることを特徴とするパルス溶接方法。
9. 【請求項９】 スイッチングにより直流をパルスに変換
   するパルス発生部を備え、該パルス発生部からケーブル
   を介して電極と溶接母材にパルス電流を流して溶接を行
   う方式のパルス溶接方法において、 検出したパルス電流とアーク電圧の乗算値とパルス電流
   の二乗値、及びアーク電圧の二乗値の何れかを溶接速度
   で除した値が、アーク入熱量の指令値に等しくなるよう
   にパルス電流を制御したことを特徴とするパルス溶接方
   法。
10. 【請求項１０】 スイッチングにより直流をパルスに変
    換するパルス発生部を備え、該パルス発生部からケーブ
    ルを介して電極と溶接母材にパルス電流を流して溶接を
    行う方式のパルス溶接装置において、 パルス電流とアーク電圧を検出する手段と、 前記手段により検出されたパルス電流とアーク電圧から
    アーク溶接電力を求める手段と、 このアーク溶接電力に基づいて前記パルス発生部をフィ
    ードバック制御する手段とを設け、 アーク溶接電力の指令値に前記アーク溶接電力が等しく
    なるように、前記パルス発生部が制御されることを特徴
    とするパルス溶接装置。