JP2002254172A - 溶接電源装置の外部特性制御方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 溶接ワイヤを送給すると共に、溶接電源装置
によって大きな傾きＳｃを有する外部特性Ｌ１を形成し
て行う消耗電極ガスシールドアーク溶接において、溶接
中にチップ・被溶接物間距離が変化するとアーク長が変
化し不良な溶接品質となる。 【解決手段】 本発明は、溶接中のチップ・被溶接物間
距離の変化（アーク特性Ｙ１からＹ３への変化）に伴う
溶接電圧Ｖｗの約１０［Ｈｚ］以下の遅い速度の変動に
応じて、溶接電圧の平滑信号Ｖａが予め定めた電圧設定
信号Ｖｓと略等しくなるように、外部特性Ｌ１を電圧値
が増減する方向（縦軸方向）に平行移動させて外部特性
Ｌ２を再形成する溶接電源装置の外部特性制御方法であ
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、消耗電極ガスシー
ルドアーク溶接に使用する溶接電源装置の外部特性制御
方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】溶接ワイヤを送給し、溶接ワイヤと被溶
接物との間にアークを発生させて行う消耗電極ガスシー
ルドアーク溶接では、略定電圧特性又は垂下特性の外部
特性を有する溶接電源装置が使用される。図２は、上述
した溶接電源装置の外部特性を例示する外部特性図であ
る。同図において、横軸は出力電流を示し、縦軸は出力
電圧を示す。以下、同図を参照して説明する。

【０００３】同図に示すように、溶接電源装置の外部特
性は、出力電流が増加すると出力電圧が減少する負の傾
きＳｃを有する。この外部特性の傾きＳｃは、図４で後
述するように、アーク長の変動を抑制する作用（自己制
御作用）があり、溶接法に応じて適正値に設定される。
同図に示す外部特性Ｌ１は、傾きＳｃ＝−３［Ｖ／100
Ａ］の略定電圧特性の場合であり、炭酸ガスアーク溶
接、ミグ溶接、マグ溶接等の直流ガスシールドアーク溶
接法に使用される。一方、同図に示す外部特性Ｌ２は、
傾きＳｃ＝−１０［Ｖ／100Ａ］の垂下特性の場合であ
り、マグパルスアーク溶接、ミグパルスアーク溶接、交
流パルスアーク溶接等のパルスアーク溶接法に使用され
る。

【０００４】一般的に、外部特性の傾きＳｃの適正値
は、直流ガスシールドアーク溶接法では−２〜−５［Ｖ
／100Ａ］程度であり、パルスアーク溶接法では−５〜
−１５［Ｖ／100Ａ］程度である。したがって、外部特
性の傾きＳｃの絶対値は、直流ガスシールドアーク溶接
法のときよりもパルスアーク溶接法のときが大きくな
る。以下、後述する本発明の効果が顕著である外部特性
の傾きＳｃの絶対値が大きいパルスアーク溶接法に関し
て、従来技術の溶接電源装置の外部特性制御方法につい
て説明する。

【０００５】図３は、パルスアーク溶接の電流・電圧波
形図である。同図（Ａ）は溶接電流瞬時値Ｉｏの時間変
化を示し、同図（Ｂ）は溶接電圧瞬時値Ｖｏの時間変化
を示す。以下、同図を参照して説明する。

【０００６】 時刻ｔ１〜ｔ２の期間（ピーク期間Ｔ
ｐ） 予め定めたピーク期間Ｔｐの間は、同図（Ａ）に示すよ
うに、溶滴移行をさせるために４００〜６００［Ａ］程
度に予め定めたピーク電流Ｉｐを通電し、同図（Ｂ）に
示すように、溶接電圧瞬時値Ｖｏは、上記の通電に応じ
たピーク電圧Ｖｐとなる。上記のピーク期間Ｔｐの時間
長さは、溶接ワイヤの材質、直径等に応じて、１〜３
［ms］程度に予め設定される。

【０００７】 時刻ｔ２〜ｔ３の期間（ベース期間Ｔ
ｂ） ベース期間Ｔｂの間は、同図（Ａ）に示すように、溶滴
移行をさせないために３０〜６０［Ａ］程度に予め定め
たベース電流Ｉｂを通電し、同図（Ｂ）に示すように、
溶接電圧瞬時値Ｖｏは、上記の通電に応じたベース電圧
Ｖｂとなる。

【０００８】同図（Ａ）に示すように、溶接電流瞬時値
Ｉｏを１周期（パルス周期Ｔｆ）又は数周期にわたって
平滑した信号が溶接電流Ｉｗとなる。同様に、同図
（Ｂ）に示すように、溶接電圧瞬時値Ｖｏを１周期又は
数周期にわたって平滑した信号が溶接電圧Ｖｗとなる。
この溶接電流Ｉｗが図２で前述した出力電流に相当し、
溶接電圧Ｖｗが出力電圧に相当する。

【０００９】パルスアーク溶接においては、溶接電圧Ｖ
ｗの出力制御は以下のように行われる。溶接電圧Ｖｗ
は、下式で表わされる。 Ｖｗ＝（Ｖｐ×Ｔｐ＋Ｖｂ×（Ｔｆ−Ｔｐ））／Ｔｆ （１）式 ここで、ピーク期間Ｔｐは定数であり、ピーク電圧Ｖｐ
及びベース電圧Ｖｂも略一定値であるので、パルス周期
Ｔｆを可変することによって溶接電圧Ｖｗを制御するこ
とができる（周波数変調）。したがって、予め定めた電
圧設定値と溶接電圧Ｖｗの検出値とが等しくなるよう
に、上記のパルス周期Ｔｆを制御する。

【００１０】消耗電極ガスシールドアーク溶接におい
て、溶接中のアーク長を安定化することは、良好な溶接
品質を得るために不可欠な要件である。以下、外部特性
によって溶接中のアーク長が安定化する原理（外部特性
による自己制御作用と呼ばれる）について説明する。

【００１１】図４は、外部特性による自己制御作用を説
明するための外部特性・アーク特性関係図である。同図
（Ａ）は、横軸に溶接電流Ｉｗを示し、縦軸に溶接電圧
Ｖｗを示す外部特性・アーク特性関係図であり、同図
（Ｂ）は各動作点におけるアーク発生部模式図である。
同図（Ａ）に示すアーク特性Ｙ１及びＹ２は、アーク長
を一定値に維持したときの溶接電流Ｉｗと溶接電圧Ｖｗ
との関係を示す。そして、アーク長をＬa1［mm］に維持
したときのアーク特性はＹ１となり、それよりも長いア
ーク長Ｌa2［mm］に維持したときのアーク特性はＹ２と
なる。同図（Ａ）において、アーク特性Ｙ１のときにア
ーク長が適正値となり、安定した定常状態にある。以
下、同図を参照して説明する。

【００１２】 動作点Ｐ１の説明（定常状態） 同図（Ａ）に示すように、溶接電源装置は外部特性Ｌ１
を形成して出力し、アーク特性は適正なアーク長Ｌa1に
対応する特性Ｙ１であるので、その交点Ｐ１が定常状態
のときの動作点Ｐ１となる。動作点Ｐ１では、溶接電流
はＩw1［Ａ］となり、溶接電圧はＶw1［Ｖ］となる。こ
のときのアーク発生状態を同図（Ｂ）のＰ１に示す。溶
接ワイヤ１と被溶接物２との間には適正なアーク長Ｌa1
のアーク３が発生している。溶接トーチの先端部に取り
付けられたコンタクトチップ４ａと被溶接物２とのチッ
プ・被溶接物間距離はＬw1［mm］であり、ワイヤ突出し
長さはＬx1［mm］である。上述したように、動作点Ｐ１
では、適正なアーク長Ｌa1が維持された安定した定常状
態にある。

【００１３】 動作点Ｐ２の説明（外乱による過渡状
態） ワイヤ送給速度の変動、溶融池及び溶滴の不規則な運
動、被溶接物の表面状態の影響によるアーク陰極点の発
生位置のランダムな移動等によって、溶接中のアーク長
は常に変動している（以下、外乱によるアーク長の変動
という）。上述した動作点Ｐ１の状態において、上記の
外乱によってアーク長がＬa2［mm］へと瞬時に長くなる
と、同図（Ａ）に示すように、アーク特性は特性Ｙ１か
ら特性Ｙ２へと変化する。一方、外部特性Ｌ１は変化し
ないために、動作点はＰ１からＰ２へ移動する。動作点
Ｐ２では、溶接電流は減少してＩw2［Ａ］となり、溶接
電圧は増加してＶw2［Ｖ］となる。このときのアーク発
生状態を同図（Ｂ）のＰ２に示す。チップ・被溶接物間
距離はＬw1［mm］のままであり、アーク長はＬa2［mm］
へと長くなり、それに応じてワイヤ突出し長さはＬx2
［mm］に短くなる。

【００１４】動作点Ｐ１では、ワイヤ送給速度Ｗf1［mm
/s］と、溶接電流値Ｉw1に比例したワイヤ溶融速度Ｗm1
［mm/s］とが等しいので、アーク長はＬa1［mm］に維持
される。しかし、動作点Ｐ２では、溶接電流値がＩw2
［Ａ］に減少するためにそれに比例してワイヤ溶融速度
はＷm2［mm/s］へと小さくなる。そのために、動作点Ｐ
２ではワイヤ送給速度Ｗf1よりもワイヤ溶融速度Ｗm2が
小さくなり、アーク長はＬa2［mm］から短くなる方向へ
と変化する。この変化は、ワイヤ送給速度とワイヤ溶融
速度とがバランスするアーク長がＬa1［mm］に復帰する
まで続く。したがって、定常の動作点Ｐ１から外乱によ
って動作点Ｐ２へと過渡的に変化しても、外部特性によ
る溶接電流の変化によって動作点はＰ１へと復帰する。
このアーク長の復帰作用を、外部特性による自己制御作
用と呼ぶ。ただし、自己制御作用によるアーク長の安定
化作用が働くためには、チップ・被溶接物間距離が一定
であることが前提条件となる。

【００１５】図５は、従来技術のパルスアーク溶接用の
溶接電源装置ＰＳのブロック図である。以下、同図を参
照して各回路ブロックについて説明する。電圧検出回路
ＶＤは、溶接電圧瞬時値Ｖｏを検出して、電圧検出信号
Ｖｄを出力する。電圧数周期平滑回路ＦＶは、図３の説
明の項で前述したように、上記の電圧検出信号Ｖｄの１
周期又は数周期を平滑して、溶接電圧検出信号Ｖｗを出
力する。電流検出回路ＩＤは、溶接電流瞬時値Ｉｏを検
出して、電流検出信号Ｉｄを出力する。電流数周期平滑
回路ＦＩは、図３の説明の項で前述したように、上記の
電流検出信号Ｉｄの１周期又は数周期を平滑して、溶接
電流検出信号Ｉｗを出力する。

【００１６】基準電流時電圧設定回路ＶＳＩは、予め定
めた基準電流時電圧設定信号Ｖsiを出力する。この信号
を溶接電源装置の外部から設定する場合もある。外部特
性制御回路ＳＣは、上記の溶接電流検出信号Ｉｗ及び基
準電流時電圧設定信号Ｖsiを入力として、下式の演算を
行い、外部特性を形成するための電圧制御設定信号Ｖsc
を出力する。 Ｖsc＝（Ｓｃ／100）×（Ｉｗ−Ｉst）＋Ｖsi （２）式 ただし、外部特性の傾きＳｃ［Ｖ／100Ａ］及び基準電
流値Ｉst［Ａ］は定数である。この外部特性の制御方法
については、図７で後述する。

【００１７】電圧誤差増幅回路ＥＶは、上記の溶接電圧
検出信号Ｖｗと電圧制御設定信号Ｖsc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に比例した
パルス周期信号Ｔｆを出力する。タイマ回路ＭＭは、上
記のパルス周期信号Ｔｆの立上りをトリガとして、予め
定めたピーク期間Ｔｐの間Ｈｉｇｈレベルとなるパルス
／ベース切換信号Ｍｍを出力する。

【００１８】ピーク電流設定回路ＩＰは、予め定めたピ
ーク電流設定信号Ｉｐを出力する。ベース電流設定回路
ＩＢは、予め定めたベース電流設定信号Ｉｂを出力す
る。ピーク／ベース切換回路ＳＷは、上記のピーク／ベ
ース切換信号Ｍｍを入力として、入力信号ＭｍがＨｉｇ
ｈレベルのときはａ側に切り換わり上記のピーク電流設
定信号Ｉｐを、入力信号がＬｏｗレベルのときはｂ側に
切り換わり上記のベース電流設定信号Ｉｂを、電流制御
設定信号Ｉscとして出力する。電流誤差増幅回路ＥＩ
は、上記の電流制御設定信号Ｉscと電流検出信号Ｉｄと
の誤差を増幅して、電流誤差増幅信号Ｅｉを出力する。

【００１９】出力制御回路ＩＮＶは、上記の電流誤差増
幅信号Ｅｉを制御信号とし、交流商用電源（３相２００
［Ｖ］）を入力としてインバータ制御、サイリスタ位相
制御等によって出力制御して、上記の電流制御設定信号
Ｉscに相当する溶接電流瞬時値Ｉｏを通電する。また、
溶接ワイヤ１はワイヤ送給装置の送給ロール５ａによっ
て溶接トーチ４を通って送給されて、被溶接物２との間
にアーク３が発生する。

【００２０】同図において、点線で示す変調回路ＭＣ
は、上述した電圧／周波数変換回路ＶＦ、タイマ回路Ｍ
Ｍ、ピーク電流設定回路ＩＰ、ベース電流設定回路ＩＢ
及びピーク／ベース切換回路ＳＷから形成される。この
変調回路ＭＣは、図３の説明の項で前述したように、
（１）式に基づいて電圧制御設定信号Ｖscと溶接電圧検
出信号Ｖｗとが等しくなるように、パルス周期信号Ｔｆ
の時間長さを制御する周波数変調を行う。上記の周波数
変調以外の変調方式としては、パルス幅変調（ＰＷＭ）
が知られている。このパルス幅変調では、前述した図３
において、パルス周期Ｔｆを固定してピーク期間Ｔｐを
増減させて、溶接電圧Ｖｗを制御する。

【００２１】図６は、上述した溶接電源装置ＰＳの各信
号のタイミングチャートである。同図（Ａ）は溶接電流
瞬時値Ｉｏの時間変化を示し、同図（Ｂ）は溶接電圧瞬
時値Ｖｏの時間変化を示し、同図（Ｃ）はパルス周期信
号Ｔｆの時間変化を示し、同図（Ｄ）はピーク／ベース
切換信号Ｍｍの時間変化を示し、同図（Ｅ）は電流制御
設定信号Ｉscの時間変化を示す。同図（Ａ）及び（Ｂ）
は、前述した図３と同一である。以下、同図を参照して
説明する。

【００２２】 時刻ｔ１〜ｔ２の期間（パルス期間Ｔ
ｐ） 図５の説明の項で前述したように、電圧制御設定信号Ｖ
scと溶接電圧検出信号Ｖｗとが等しくなるように、同図
（Ｃ）に示すパルス周期信号Ｔｆの周期（時刻ｔ１〜ｔ
３）が制御される。時刻ｔ１において、同図（Ｃ）に示
すように、パルス周期信号Ｔｆが短時間Ｈｉｇｈレベル
になると、同図（Ｄ）に示すように、ピーク／ベース切
換信号Ｍｍは予め定めたピーク期間Ｔｐの間Ｈｉｇｈレ
ベルとなる。このピーク／ベース切換信号ＭｍがＨｉｇ
ｈレベルの間は、同図（Ｅ）に示すように、電流制御設
定信号Ｉscはピーク電流設定信号Ｉｐとなるので、同図
（Ａ）に示すように、ピーク電流Ｉｐが通電する。

【００２３】 時刻ｔ２〜ｔ３（ベース期間Ｔｂ） 時刻ｔ２において、同図（Ｄ）に示すように、ピーク／
ベース切換信号ＭｍがＬｏｗレベルに変化すると、同図
（Ｅ）に示すように、電流制御設定信号Ｉscはベース電
流設定信号Ｉｂとなるので、同図（Ａ）に示すように、
ベース電流Ｉｂが通電する。上述したように、パルス周
期信号Ｔｆの時間長さが変化し、これに応じて上記項
及び項の動作を繰り返す。

【００２４】図７は、外部特性の制御方法を説明する外
部特性図である。同図において、横軸は溶接電流検出信
号Ｉｗの値を示し、縦軸は電圧制御設定信号Ｖscの値を
示す。縦軸の電圧制御設定信号Ｖscは溶接電圧Ｖｗに対
応する。以下、同図を参照して説明する。

【００２５】同図において、横軸に示す溶接電流検出信
号Ｉｗの値が予め定めた基準電流値Ｉst［Ａ］であると
きの縦軸に示す電圧制御設定信号Ｖscの値が基準電流時
電圧設定信号Ｖsiとなる（Ａ１点）。かつ、外部特性Ｌ
１の傾きがＳｃ［Ｖ／100Ａ］であるので、外部特性Ｌ
１の直線の式は、前述した（２）式で表わされる。ここ
で、溶接電流検出信号Ｉｗの値がＡ１点のＩw1（Ｉst）
［Ａ］からＡ２点のＩw2［Ａ］に変化すると、（２）式
によって下記のようにＶsc2［Ｖ］が演算される。 Ｖsc2＝（Ｓｃ／100）×（Ｉw2−Ｉst）＋Ｖsi 同様に、溶接電流検出信号Ｉｗの値がＡ３点のＩw3
［Ａ］に変化すると、（２）式によって下記のようにＶ
sc３［Ｖ］が演算される。 Ｖsc3＝（Ｓｃ／100）×（Ｉw3−Ｉst）＋Ｖsi 上述したように、溶接電流検出信号Ｉｗに対応した電圧
制御設定信号Ｖscを（２）式に基づいて演算することに
よって、予め定めた外部特性の傾きＳｃを有する所定の
外部特性を形成することができる。

【００２６】図８は、基準電流時電圧設定信号Ｖsiの設
定を変化させたときの外部特性の変化を示す外部特性図
である。同図において、横軸は溶接電流検出信号Ｉｗの
値を示し、縦軸は電圧制御設定信号Ｖscの値を示す。縦
軸の電圧制御設定信号Ｖscは溶接電圧Ｖｗに対応する。
以下、同図を参照して説明する。

【００２７】同図において、基準電流時電圧設定信号Ｖ
siをＶsi1［Ｖ］に設定すると、基準電流値Ｉstのとき
の電圧制御設定信号ＶscはＶsi1［Ｖ］となり、外部特
性は特性Ｌ１となる。基準電流時電圧設定信号ＶsiをＶ
si2（＞Ｖsi1）［Ｖ］に設定すると、基準電流値Ｉstの
ときの電圧制御設定信号Ｖscの値はＶsi2［Ｖ］とな
り、外部特性は特性Ｌ１を電圧値が増加する方向に平行
移動した特性Ｌ２となる。基準電流時電圧設定信号Ｖsi
をＶsi3（＜Ｖsi1）［Ｖ］に設定すると、基準電流値Ｉ
stのときの電圧制御設定信号Ｖscの値はＶsi3［Ｖ］と
なり、外部特性は特性Ｌ１を電圧値が減少する方向に平
行移動した特性Ｌ３となる。

【００２８】上述したように、基準電流時電圧設定信号
Ｖsiの設定を変化させることによって、傾きＳｃを維持
したままで、電圧値の増減する方向に平行移動した外部
特性を形成することができる。このことによって、アー
ク長を所定の適正値に設定することができる。

【００２９】

【発明が解決しようとする課題】図４の説明の項で前述
したように、チップ・被溶接物間距離Ｌｗが略一定であ
る場合において、外乱によってアーク長Ｌａが変動して
も、外部特性による自己制御作用によって溶接電流値Ｉ
ｗが変化してワイヤ溶融速度Ｗｍが変化するのでアーク
長Ｌａは変動前の長さに復帰する。しかしながら、溶接
中にチップ・被溶接物間距離Ｌｗが変化した場合には、
アーク長Ｌａが大きく変化し、その結果、溶込み不良、
ビード外観不良等の不良な溶接品質となるという解決す
べき課題がある。以下、この解決課題について説明す
る。

【００３０】図９は、解決課題を説明するための前述し
た図４に対応する外部特性・アーク特性関係図である。
同図（Ａ）は、横軸に溶接電流Ｉｗを示し、縦軸に溶接
電圧Ｖｗを示す外部特性・アーク特性関係図であり、同
図（Ｂ）は各動作点におけるアーク発生部模式図であ
る。同図（Ａ）に示す特性Ｙ１はチップ・被溶接物間距
離がＬw1［mm］のときのアーク特性を示し、特性Ｙ３は
チップ・被溶接物間距離がＬw3［mm］へと長くなったと
きのアーク特性を示す。同図は、チップ・被溶接物間距
離がＬw1［mm］のときのアーク特性Ｙ１と外部特性Ｌ１
との交点である動作点Ｐ１が、溶接中にチップ・被溶接
物間距離がＬw3［mm］へと長くなりアーク特性Ｙ３と外
部特性Ｌ１との交点である動作点Ｐ３へと移動した場合
を示す。以下、同図を参照して説明する。

【００３１】 動作点Ｐ１の説明（チップ・被溶接物
間距離がＬw1［mm］のとき） 同図（Ａ）に示すように、溶接電源装置は外部特性Ｌ１
を形成して出力し、チップ・被溶接物間距離がＬw1［m
m］のときのアーク特性は特性Ｙ１であるので、その交
点が動作点Ｐ１となる。動作点Ｐ１では、溶接電流はＩ
w1［Ａ］となり、溶接電圧はＶw1［Ｖ］となる。このと
きのアーク発生状態を同図（Ｂ）のＰ１に示す。溶接ワ
イヤ１と被溶接物２との間には適正なアーク長Ｌa1［m
m］のアーク３が発生している。チップ・被溶接物間距
離はＬw1［mm］であり、ワイヤ突出し長さはＬx1［mm］
である。上述したように、動作点Ｐ１では、適正なアー
ク長Ｌa1が維持された安定した定常状態にある。

【００３２】 動作点Ｐ３の説明（チップ・被溶接物
間距離がＬw3［mm］のとき） 溶接中の被溶接物の形状の変化、溶接姿勢の変化、溶接
トーチのオシレート等に起因してチップ・被溶接物間距
離Ｌｗが変化することは多い。上述した動作点Ｐ１の状
態において、チップ・被溶接物間距離がＬw3[mm]へと長
くなると、同図（Ａ）に示すように、アーク特性は特性
Ｙ１から特性Ｙ３へ変化する。一方、外部特性Ｌ１は変
化しないために、動作点はＰ１からＰ３へと移動する。
動作点Ｐ２では、溶接電流は減少してＩw３［Ａ］とな
り、溶接電圧は増加してＶw３［Ｖ］となる。前述した
図４はチップ・被溶接物間距離は変化しない状態でアー
ク長が過渡的に変動した場合であるが、同図はチップ・
被溶接物間距離が変化した場合である。チップ・被溶接
物間距離が変化すると、この変化に応じて溶接電流値が
定まる。すなわち、チップ・被溶接物間距離がＬw3［m
m］に変化すると、それに応じて溶接電流がＩw3［Ａ］
に変化して、外部特性Ｌ１との交点Ｐ３が動作点とな
り、その結果、溶接電圧はＶw3［Ｖ］となる。したがっ
て、チップ・被溶接物間距離がＬw3［mm］に変化する
と、外部特性Ｌ１とは関係なく溶接電流は略Ｉw3［Ａ］
に定まる。他方、溶接電圧はＩw３［Ａ］と外部特性Ｌ
１との交点の電圧値となるために、外部特性Ｌ１の傾き
Ｓｃによってその値が変化する。

【００３３】動作点Ｐ３では溶接電圧がＶw3［Ｖ］へと
大きく増加するために、それに比例してアーク長が長く
なる。このときのアーク発生状態を同図（Ｂ）のＰ３に
示す。チップ・被溶接物間距離がＬw3［mm］へと長くな
り、アーク長はＬa３［mm］へと非常に長くなり、それ
に応じてワイヤ突出し長さはＬx3［mm］へと変化する。
他方、溶接中にチップ・被溶接物間距離が短くなった場
合は、上記とは逆にアーク長は短くなる。溶接中にアー
ク長が変化すると、溶込み不良、ビード外観不良等の不
良な溶接品質となる。

【００３４】溶接中のチップ・被溶接物間距離の変化に
よるアーク長の変化幅は、上述したように、外部特性の
傾きが大きいほど大きくなる。前述したように、パルス
アーク溶接法における外部特性の傾きは大きいために、
チップ・被溶接物間距離の変化によるアーク長の変化幅
は大きくなり、不良な溶接品質になりやすい。上述した
チップ・被溶接物間距離の変化には溶接トーチの移動を
伴うために、その変化速度は約１０［Ｈｚ］以下の遅い
速度となる。一方、前述した外乱によるアーク長の変動
速度は、約数十［Ｈｚ］以上の速い速度となる。

【００３５】そこで、本発明では、溶接中にチップ・被
溶接物間距離が変化しても、アーク長はほとんど変化し
ないで適正値を維持することができる溶接電源装置の外
部特性制御方法を提供する。

【００３６】

【課題を解決するための手段】出願時の請求項１の発明
は、図１０〜１１に示すように、溶接ワイヤを送給する
と共に、溶接電源装置によって傾きＳｃを有する外部特
性を形成して行う消耗電極ガスシールドアーク溶接に使
用する溶接電源装置の外部特性制御方法において、溶接
中の溶接電圧Ｖｗの約１０［Ｈｚ］以下の遅い速度の変
動に応じて、上記溶接電圧の平滑信号Ｖａが予め定めた
電圧設定信号Ｖｓと略等しくなるように、上記外部特性
を電圧値が増減する方向に平行移動させて再形成する溶
接電源装置の外部特性制御方法である。

【００３７】出願時の請求項２の発明は、図１２に示す
ように、出願時の請求項１に記載する溶接電圧の平滑信
号Ｖａが、溶接電圧の検出信号Ｖｗから予め定めた除去
周波数ｆｃ以上の周波数成分を除去した信号である出願
時の請求項１に記載する溶接電源装置の外部特性制御方
法である。

【００３８】出願時の請求項３の発明は、図１３に示す
ように、被溶接物の材質、ワイヤ送給速度、溶接ワイヤ
の直径又は溶接法の少なくとも１つ以上の設定に対応し
て、出願時の請求項２に記載する除去周波数ｆｃの設定
値を変化させる出願時の請求項２に記載する溶接電源装
置の外部特性制御方法である。

【００３９】

【発明の実施の形態】本発明の実施の形態の一例は、図
１（図１０と同一図）に示すように、溶接ワイヤを送給
すると共に、溶接電源装置によって傾きＳｃを有する外
部特性Ｌ１を形成して行う消耗電極ガスシールドアーク
溶接に使用する溶接電源装置の外部特性制御方法におい
て、溶接中のチップ・被溶接物間距離の変化（アーク特
性Ｙ１からＹ３への変化）に伴う溶接電圧Ｖｗの約１０
［Ｈｚ］以下の遅い速度の変動に応じて、溶接電圧の平
滑信号Ｖａが予め定めた電圧設定信号Ｖｓと略等しくな
るように、外部特性Ｌ１を電圧値が増減する方向（縦軸
方向）に平行移動させて外部特性Ｌ２を再形成する溶接
電源装置の外部特性制御方法である。

【００４０】

【実施例】［実施例１］以下に説明する実施例１の発明
は、出願時の請求項１の発明に対応する。実施例１の発
明は、溶接中の溶接電圧Ｖｗの約１０［Ｈｚ］以下の遅
い速度の変動に応じて、溶接電圧の平滑信号Ｖａが予め
定めた電圧設定信号Ｖｓと略等しくなるように、外部特
性を電圧値が増減する方向に平行移動させて再形成する
溶接電源装置の外部特性制御方法である。以下、図面を
参照して実施例１の発明について説明する。

【００４１】図１０は、実施例１の発明の原理を説明す
るための前述した図９に対応する外部特性・アーク特性
関係図である。同図（Ａ）は、横軸に溶接電流Ｉｗを示
し、縦軸に溶接電圧Ｖｗを示す外部特性・アーク特性関
係図であり、同図（Ｂ）は各動作点におけるアーク発生
部模式図である。同図において、溶接中にチップ・被溶
接物間距離がＬw1［mm］からＬw3［mm］へと変化したと
きに、動作点がＰ１からＰ３へと移動することの説明
は、前述した図９のときと同様であるので、その説明は
省略する。以下、同図を参照して実施例１の発明の原理
について説明する。

【００４２】同図は、動作点Ｐ１のときの溶接電圧の平
滑値がＶa1［Ｖ］であり、その値が予め定めた目標値で
ある電圧設定信号Ｖｓと等しい場合を示している。そし
て、溶接中にチップ・被溶接物間距離がＬw1［mm］から
Ｌw3［mm］へと長くなると、動作点はＰ１からＰ３へと
移動する。同図（Ａ）に示すように、動作点Ｐ３のとき
の溶接電圧の平滑値はＶa3［Ｖ］となり、その値は上記
の電圧設定信号Ｖｓよりも大きくなる。ここで、溶接電
圧の平滑値Ｖa3が電圧設定信号Ｖｓと略等しくなるよう
に、外部特性Ｌ１を電圧値が増減する方向（縦軸方向）
に平行移動して外部特性Ｌ２を再形成する。外部特性Ｌ
２が再形成されると、前述したように、溶接電流Ｉw3と
外部特性Ｌ２との交点Ｐ４が新たな動作点となる。動作
点Ｐ４では、溶接電圧の平滑値はＶa1［Ｖ］となり、動
作点Ｐ１と同一になる。このために、同図（Ｂ）のＰ４
に示すように、アーク長はＬa1［mm］となり、同図
（Ｂ）のＰ１と同一になる。したがって、溶接中にチッ
プ・被溶接物間距離が変化しても、溶接電圧の平滑値Ｖ
ａが電圧設定信号Ｖｓと略等しくなるように、外部特性
Ｌ１を外部特性Ｌ２に平行移動して再形成することによ
って、動作点はＰ１→Ｐ３→Ｐ４へと移動する。その結
果、チップ・被溶接物間距離が変化してもアーク長は常
に適正値に維持される。

【００４３】上記において、溶接電圧の平滑値Ｖａを使
用する理由は、以下のとおりである。すなわち、前述し
たように、チップ・被溶接物間距離の変化速度は約１０
［Ｈｚ］以下の遅い変化速度でるために、溶接電圧Ｖｗ
を平滑することによって、チップ・被溶接物間距離の遅
い変化を正確に検出するためである。さらには、前述し
た外乱によるアーク長の過渡的変動に伴う、溶接電圧Ｖ
ｗの数十［Ｈｚ］以上の速い変化に対しては、不必要な
外部特性の平行移動をさせないためである。すなわち、
溶接電圧Ｖｗを平滑することによって、外乱によるアー
ク長の過渡的変動を検出することなくチップ・被溶接物
間距離の遅い変化のみを選別して検出することができ
る。

【００４４】図１１は、実施例１の発明を実施するため
の外部特性移動溶接電源装置ＡＰＳのブロック図であ
る。同図において、前述した図５と同一の回路ブロック
には同一符号を付し、それらの説明は省略する。以下、
図５とは異なる回路ブロックである点線で示す溶接電圧
平滑回路ＬＦＶ、電圧設定回路ＶＳ及び電圧平滑値誤差
増幅回路ＥＡについて説明する。

【００４５】溶接電圧平滑回路ＬＦＶは、溶接電圧Ｖｗ
を平滑して、溶接電圧平滑信号Ｖａを出力する。電圧設
定回路ＶＳは、電圧設定信号Ｖｓを出力する。この信号
は、溶接電源装置の外部から入力される場合もある。電
圧平滑値誤差増幅回路ＥＡは、上記の溶接電圧平滑信号
Ｖａと電圧設定信号Ｖｓとの誤差を増幅して、基準電流
時電圧設定信号Ｖsiを出力する。

【００４６】上記の回路ブロックによって、溶接電圧平
滑信号Ｖａと電圧設定信号Ｖｓとが略等しくなるよう
に、基準電流時電圧設定信号Ｖsiが変化する。この基準
電流時電圧設定信号Ｖsiが変化すると、図８の説明の項
で前述したように、外部特性は電圧値が増減する方向に
平行移動する。したがって、図１０の説明の項で前述し
たように、溶接電圧の平滑値Ｖａが電圧設定信号Ｖｓと
略等しくなるように、外部特性Ｌ１は外部特性Ｌ２へと
平行移動して再形成される。

【００４７】［実施例２］以下に説明する実施例２の発
明は、出願時の請求項２の発明に対応する。実施例２の
発明は、前述した実施例１における溶接電圧の平滑信号
Ｖａが、溶接電圧の検出信号Ｖｗから予め定めた除去周
波数ｆｃ以上の周波数成分を除去した信号である溶接電
源装置の外部特性制御方法である。以下、図１２を参照
して実施例２の発明について説明する。

【００４８】実施例２の発明を実施するための溶接電源
装置は、前述した図１１において溶接電圧平滑回路ＬＦ
Ｖを図１２に示す回路に置換したブロック図となる。し
たがって、溶接電圧平滑回路ＬＦＶ以外の回路ブロック
は図１１と同様であるので、それらの説明は省略する。
図１２は、実施例２の発明に対応する溶接電圧平滑回路
ＬＦＶのブロック図である。除去周波数設定回路ＦＣ
は、予め定めた除去周波数設定信号Ｆｃを出力する。ロ
ーパスフィルタ回路ＬＰＦは、図１１で前述した溶接電
圧検出信号Ｖｗを入力として、その信号から上記の除去
周波数設定信号Ｆｃによって定まる除去周波数ｆｃ以上
の周波数成分を除去して、溶接電圧平滑信号Ｖａを出力
する。

【００４９】上述した実施例２の発明では、外乱による
アーク長の過渡的変動に伴う溶接電圧の速い変化（高い
周波数成分）と、チップ・被溶接物間距離の遅い変化に
伴う溶接電圧の遅い変化（低い周波数成分）とを予め定
めた除去周波数ｆｃによって正確に選別して検出するこ
とができる。このために、外乱によるアーク長の過渡的
変動を抑制する自己制御作用を保持したままで、チップ
・被溶接物間距離の遅い変化によるアーク長の変化のみ
を効果的に抑制することができる。

【００５０】［実施例３］以下に説明する実施例３の発
明は、出願時の請求項３の発明に対応する。実施例３の
発明は、前述した実施例２の発明における除去周波数ｆ
ｃの設定値を、被溶接物の材質、ワイヤ送給速度、溶接
ワイヤの直径又は溶接法の少なくとも１つ以上の設定に
対応して、変化させる溶接電源装置の外部特性制御方法
である。以下、図１３を参照して実施例３の発明につい
て説明する。

【００５１】実施例３の発明を実施するための溶接電源
装置は、前述した図１１において溶接電圧平滑回路ＬＦ
Ｖを図１３に示す回路に置換したブロック図となる。し
たがって、溶接電圧平滑回路ＬＦＶ以外の回路ブロック
は図１１と同様であるので、それらの説明は省略する。
図１３は、実施例３の発明に対応する溶接電圧平滑回路
ＬＦＶのブロック図である。ローパスフィルタ回路ＬＰ
Ｆは、前述した図１２と同様であるので説明を省略す
る。点線で示す実施例３の発明に対応する除去周波数設
定回路ＦＣは、被溶接物の材質、ワイヤ送給速度、溶接
ワイヤの直径又は溶接法の少なくとも１つ以上の設定に
対応して、定まる除去周波数設定信号Ｆｃを出力する。

【００５２】除去周波数ｆｃの設定値を、被溶接物の材
質、ワイヤ送給速度、溶接ワイヤの直径又は溶接法に対
応して変化させる理由は、以下のとおりである。すなわ
ち、上記の溶接条件の設定が変更されると、前述した外
乱によるアーク長の過渡的変動に伴う溶接電圧の変化及
びチップ・被溶接物間距離の遅い変化に伴う溶接電圧の
変化の状態が大きく影響される。このために、上記の溶
接条件の設定に応じて、除去周波数ｆｃを適正値に変化
させる必要がある。ところで、上記の溶接法としては、
炭酸ガスアーク溶接、マグ溶接、パルスアーク溶接、交
流パルスアーク溶接等がある。

【００５３】上述した実施例３の発明では、被溶接物の
材質、ワイヤ送給速度、溶接ワイヤの直径又は溶接法が
変わっても、外乱によるアーク長の過渡的変動を抑制す
る自己制御作用を保持したままで、チップ・被溶接物間
距離の遅い変化によるアーク長の変化を効果的に抑制す
ることができる。

【００５４】［効果］図１４は、本発明の効果を示すア
ーク長変化幅比較図である。同図は、溶接中に横軸に示
すチップ・被溶接物間距離Ｌｗを変化させたときの、縦
軸に示すアーク長Ｌａの変動を、従来技術と本発明とで
比較した図である。試験条件は、直径１．２［mm］のス
テンレス鋼の溶接ワイヤを使用してパルスアーク溶接を
行い、チップ・被溶接物間距離Ｌｗが１５［mm］のとき
のアーク長Ｌａを４［mm］に設定した上で、チップ・被
溶接物間距離Ｌｗを１０［mm］及び２０［mm］に変化さ
せたときのアーク長Ｌａの変化を測定した。

【００５５】同図から明らかなように、従来技術では、
チップ・被溶接物間距離Ｌｗが１０［mm］になるとアー
ク長Ｌａは２［mm］へと短くなり、チップ・被溶接物間
距離Ｌｗが２０［mm］になるとアーク長Ｌａは６［mm］
へと長くなる。溶接中にアーク長が２［mm］も変化する
と、溶込み不良、ビード外観不良等の不良な溶接品質と
なる。これに対して、本発明では、チップ・被溶接物間
距離Ｌｗが変化しても、アーク長Ｌａはほとんど変化し
ないので、良好な溶接品質を得ることができる。

【００５６】

【発明の効果】本発明では、溶接電圧平滑信号Ｖａが電
圧設定信号Ｖｓと略等しくなるように外部特性を電圧値
が増減する方向に平行移動させて再形成することによっ
て、チップ・被溶接物間距離の変化によるアーク長の変
化を抑制することができるので、常に良好な溶接品質を
得ることができる。さらに、実施例２の発明では、溶接
電圧検出信号Ｖｗから予め定めた除去周波数ｆｃ以上の
周波数成分を除去することによって、外乱によるアーク
長の過渡的変動を抑制する自己制御作用に影響を与える
ことなく、チップ・被溶接物間距離の変化によるアーク
長の変化を効果的に抑制することができるので、良好な
溶接品質を得ることができる。さらに、実施例３の発明
では、被溶接物の材質、ワイヤ送給速度、溶接ワイヤの
直径又は溶接法の設定が変わっても、外乱によるアーク
長の過渡的変動を抑制する自己制御作用に影響を与える
ことなく、チップ・被溶接物間距離の遅い変化によるア
ーク長の変化を効果的に抑制することができるので、良
好な溶接品質を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】実施の形態を例示する外部特性・アーク特性関
係図

【図２】溶接電源装置の外部特性図

【図３】パルスアーク溶接の電流・電圧波形図

【図４】外部特性による自己制御作用を説明するための
外部特性・アーク特性関係図

【図５】従来の溶接電源装置のブロック図

【図６】従来の溶接電源装置のタイミングチャート

【図７】従来の外部特性制御方法を説明する外部特性図

【図８】基準電流時電圧設定信号Ｖsiを変化させたとき
の外部特性図

【図９】解決課題を説明するための外部特性・アーク特
性関係図

【図１０】実施例１の発明を示す外部特性・アーク特性
関係図

【図１１】実施例１の溶接電源装置のブロック図

【図１２】実施例２の溶接電圧平滑回路のブロック図

【図１３】実施例３の溶接電圧平滑回路のブロック図

【図１４】本発明の効果を示すアーク長変化幅比較図

【符号の説明】

１ 溶接ワイヤ ２ 被溶接物 ３ アーク ４ 溶接トーチ ４ａ コンタクトチップ ５ａ ワイヤ送給装置の送給ロール ＡＰＳ 外部特性移動溶接電源装置 ＥＡ 電圧平滑値誤差増幅回路 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 ＦＣ 除去周波数設定回路 Ｆｃ 除去周波数設定信号 ｆｃ 除去周波数 ＦＩ 電流数周期平滑回路 ＦＶ 電圧数周期平滑回路 ＩＢ ベース電流設定回路 Ｉｂ ベース電流（設定信号） ＩＤ 電流検出回路 Ｉｄ 電流検出信号 ＩＮＶ 出力制御回路 Ｉｏ 溶接電流瞬時値 ＩＰ ピーク電流設定回路 Ｉｐ ピーク電流（設定信号） Ｉsc 電流制御設定信号 Ｉst 基準電流値 Ｉｗ 溶接電流（検出信号） Ｌ１〜Ｌ３ 外部特性 Ｌａ アーク長 ＬＦＶ 溶接電圧平滑回路 ＬＰ ローパスフィルタ回路 Ｌｗ チップ・被溶接物間距離 Ｌｘ ワイヤ突出し長さ ＭＭ タイマ回路 Ｍｍ ピーク／ベース切換信号 Ｐ１〜Ｐ４ 動作点 ＰＳ 溶接電源装置 ＳＣ 外部特性制御回路 Ｓｃ 外部特性の傾き ＳＷ ピーク／ベース切換回路 Ｔｂ ベース期間 Ｔｆ パルス周期（信号） Ｔｐ ピーク期間（設定値） Ｖｂ ベース電圧 ＶＤ 電圧検出回路 Ｖｄ 電圧検出信号 ＶＦ 電圧／周波数変換回路 Ｖｏ 溶接電圧瞬時値 Ｖｐ ピーク電圧 ＶＳ 電圧設定回路 Ｖｓ 電圧設定信号 Ｖsc 電圧制御設定信号 ＶＳＩ 基準電流時電圧設定回路 Ｖsi 基準電流時電圧設定信号 Ｖｗ 溶接電圧（検出信号） Ｙ１〜Ｙ３ アーク特性

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 溶接ワイヤを送給すると共に、溶接電源
   装置によって傾きを有する外部特性を形成して行う消耗
   電極ガスシールドアーク溶接に使用する溶接電源装置の
   外部特性制御方法において、 溶接中の溶接電圧の約１０［Ｈｚ］以下の遅い速度の変
   動に応じて、前記溶接電圧の平滑信号が予め定めた電圧
   設定信号と略等しくなるように、前記外部特性を電圧値
   が増減する方向に平行移動させて再形成する溶接電源装
   置の外部特性制御方法。
2. 【請求項２】 溶接電圧の平滑信号が、溶接電圧の検出
   信号から予め定めた除去周波数以上の周波数成分を除去
   した信号である請求項１に記載する溶接電源装置の外部
   特性制御方法。
3. 【請求項３】 被溶接物の材質、ワイヤ送給速度、溶接
   ワイヤの直径又は溶接法の少なくとも１つ以上の設定に
   対応して、除去周波数の設定値を変化させる請求項２に
   記載する溶接電源装置の外部特性制御方法。