JP2002283050A - パルスアーク溶接電源装置の出力制御方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 ピーク期間Ｔｐ中は溶滴移行をさせる値のピ
ーク電流Ｉｐを通電し、続けてベース期間Ｔｂ中は溶接
ワイヤの溶融を促進させない値のベース電流Ｉｂを通電
する消耗電極パルスアーク溶接にあって、溶接電源装置
の外部特性を、上記ピーク期間Ｔｐ中は定電圧特性に制
御し、上記ベース期間Ｔｂ中は定電流特性に制御するピ
ーク電流変調制御方法において、溶接中に外乱によって
アーク長が大きく変化すると、ピーク電流値Ｉｐも大き
く変化して１パルス１溶滴移行の電流範囲外になるため
に、大粒のスパッタが発生して不良なビード外観とな
る。 【解決手段】 本発明は、上記ピーク期間Ｔｐ中は、溶
接電源装置の外部特性を、−５［Ｖ／100Ａ］以下−２
０［Ｖ／100Ａ］以上の範囲内でワイヤ送給速度、溶接
ワイヤの直径又は被溶接物の材質の少なくとも１つ以上
に対応して適正値に変化する傾きＳｓを有する垂下特性
Ｌ２に制御するピーク電流変調制御方法である。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、消耗電極パルスア
ーク溶接電源装置において、外部特性を形成するための
出力制御方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】消耗電極パルスアーク溶接において、良
好な溶接品質を得るためには溶接中のアーク長を適正値
に維持する必要がある。このアーク長を適正値に維持す
るための溶接電源装置の出力制御方法としては、図３で
後述するように、周波数変調制御、パルス幅変調制御、
ピーク電流変調等がある。本発明では、図３で後述する
ように、溶接ワイヤを複数使用する多電極パルスアーク
溶接において、上記の出力制御方法の中で優れた特質を
有するピーク電流変調制御方法を対象とする。以下、従
来技術のピーク電流変調制御方法について説明する。

【０００３】図２は、パルスアーク溶接の電流・電圧波
形図である。同図（Ａ）は出力電流Ｉｏの時間変化を示
し、同図（Ｂ）は出力電圧Ｖｏの時間変化を示し、同図
（Ｃ１）〜（Ｃ３）は各時刻におけるアーク発生状態を
示す。以下、同図を参照して説明する。

【０００４】 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（約１〜３［ms］の範囲）中
は、同図（Ｂ）に示すように、予め定めたピーク電圧設
定値Ｖspに相当するピーク電圧Ｖｐが溶接ワイヤ・被溶
接物間に印加する。このピーク電圧設定値Ｖspによっ
て、適正なアーク長となるようにピーク電圧Ｖｐを設定
する。一方、この期間中は、同図（Ａ）に示すように、
上記のピーク電圧Ｖｐとアーク負荷によって定まるピー
ク電流Ｉｐが通電する。したがって、ピーク電流Ｉｐの
値は、ピーク電圧Ｖｐ及びアーク負荷によって変化す
る。ただし、スパッタの付着のない良好なビード外観を
得るためには、このピーク電流Ｉｐの変化幅は、１パル
ス１溶滴移行の電流範囲内であることが必要である。直
径１．２［mm］の軟鋼ワイヤでは、この電流範囲は約４
００〜５５０［Ａ］の範囲となる。また、このときのア
ーク発生状は、同図（Ｃ１）に示すように、大電流値の
ピーク電流Ｉｐの通電によって、溶接ワイヤ１の溶融が
促進されてワイヤ先端部に溶滴１ａが形成された状態と
なる。

【０００５】 時刻ｔ２〜ｔ３の期間（ベース期間Ｔ
ｂ） 予め定めたベース期間Ｔｂ（約２〜２０［ms］の範囲）
中は、同図（Ａ）に示すように、溶接ワイヤの溶融を促
進させない値に予め定めたベース電流Ｉｂが通電する。
このベース電流Ｉｂの値は、３０〜８０［Ａ］程度であ
る。一方、この期間中は、同図（Ｂ）に示すように、上
記のベース電流Ｉｂの通電に対応したベース電圧Ｖｂが
印加する。このときのアーク発生状態は、同図（Ｃ２）
に示すように、ピーク期間Ｔｐ終了直後に溶滴がワイヤ
先端から離脱して被溶接物２へ移行する。その後は、同
図（Ｃ３）に示すように、ベース電流Ｉｂの値が小さい
ために溶接ワイヤの溶融はほとんど行われず、ワイヤ送
給によってワイヤ先端位置が被溶接物２に接近する。

【０００６】上述したように、溶接ワイヤ１はピーク期
間Ｔｐ中のみ溶融し、ベース期間Ｔｂ中はほとんど溶融
しない。ここで、ワイヤ送給速度をＷｆ［mm/ｓ］とす
ると、時刻ｔ１〜ｔ３期間中のワイヤ送給量はＷf1＝Ｗ
ｆ×（Ｔｐ＋Ｔｂ）［mm］となる。他方、ピーク期間Ｔ
ｐ中のワイヤ溶融量をＷm1［mm］とすると、アーク長を
一定値に維持するためには、Ｗf1＝Ｗm1が成立する必要
がある。上記のワイヤ溶融量Ｗm1は、ピーク期間Ｔｐの
時間長さとピーク電流値Ｉｐとの積に比例する。ピーク
期間Ｔｐが一定値のときには、ピーク電流Ｉｐの値によ
ってワイヤ溶融量Ｗm1が変化する。また、ワイヤ溶融量
Ｗm1とワイヤ送給量Ｗf1との差によって、時刻ｔ１〜ｔ
３期間中のアーク長が変化する。したがって、ピーク電
流Ｉｐの値の変化によってアーク長を制御することがで
きる。このアーク長を制御するための出力制御方法を、
ピーク電流変調制御方法という。

【０００７】図３は、上述したパルス電流変調制御方法
の優れた特質を説明するための２電極パルスアーク溶接
における電流波形図である。同図は、同図（Ａ）に示す
ように、２本の溶接ワイヤＡ１及びＢ１を使用して、同
時に２つのアークＡ３及びＢ３を発生させて行う２電極
パルスアーク溶接の場合である。同図（Ｂ１）及び（Ｂ
２）は、出力制御方法が周波数変調制御の場合であり、
同図（Ｂ１）は第１のアークＡ３を通電する第１の出力
電流ＡＩｏの時間変化を示し、同図（Ｂ２）は第２のア
ークＢ３を通電する第２の出力電流ＢＩｏの時間変化を
示す。また、同図（Ｃ１）及び（Ｃ２）は、出力制御方
法がパルス電流変調制御の場合であり、同図（Ｃ１）は
第１のアークＡ３を通電する第１の出力電流ＡＩｏの時
間変化を示し、同図（Ｃ２）は第２のアークＢ３を通電
する第２の出力電流ＢＩｏの時間変化を示す。以下、同
図を参照して説明する。

【０００８】 周波数変調制御の場合 同図（Ｂ１）に示すように、第１のアークＡ３には、時
刻ｔ１〜ｔ２の予め定めたピーク期間Ｔｐ中は予め定め
たピーク電流Ｉｐを通電し、続けて時刻ｔ３までの第１
のパルス周期Ｔf1の期間中は予め定めたベース電流Ｉｂ
を通電する。周波集変調制御では、出力電圧Ｖｏの平均
値が予め定めた電圧設定値と等しくなるように、上記の
第１のパルス周期Ｔf1を制御してアーク長制御を行う。
したがって、第１のパルス周期Ｔf1はアーク負荷の変動
に応じて、毎周期ごとに刻々と変化する。他方、同図
（Ｂ２）に示すように、第２のアークＢ３にも。上記と
同様に、時刻ｔ１〜ｔ２のピーク期間Ｔｐ中はピーク電
流Ｉｐを通電し、続けて時刻ｔ４までの第２のパルス周
期Ｔf2の期間中はベース電流Ｉｂが通電する。２つのア
ークＡ３及びＢ３はそれぞれ独立して周波数変調制御
（アーク長制御）されているために、上記の第１のパル
ス周期Ｔf1の時間長さと上記の第２のパルス周期Ｔf2の
時間長さとは異なった値となる。このために、時刻ｔ１
〜ｔ２のピーク期間Ｔｐは同期を取ることができても、
次のピーク期間Ｔｐの同期を取ることはできない。

【０００９】２電極パルスアーク溶接では、隣接して２
つのアークＡ３及びＢ３が発生するために、互いに干渉
してアーク発生状態が不安定になりやすい。これを解決
するためには、２つのアークＡ３及びＢ３を通電する大
電流値のピーク電流Ｉｐを完全に同期させて通電する方
法が提案されている。しかし、上述したように、周波数
変調制御では、２つのアークのピーク電流Ｉｐを完全に
同期させて通電することはできないために、アークの相
互干渉を抑制してアーク発生状態を安定化することはで
きない。

【００１０】また、図は省略しているが、パルス幅変調
制御では、上記のパルス周期Ｔｆを一定値とし、ピーク
期間Ｔｐを変化させてアーク長制御を行う。このため
に、パルス幅変調制御においても、ピーク期間Ｔｐの完
全な同期を取ることはできず、その結果、アークの相互
干渉を抑制してアーク発生状態を安定化することはでき
ない。

【００１１】 ピーク電流変調制御の場合 同図（Ｃ１）に示すように、第１のアークＡ３には、時
刻ｔ１〜ｔ２の予め定めたピーク期間Ｔｐ中はピーク電
流Ｉp1が通電し、続けて時刻ｔ２〜ｔ３の予め定めたベ
ース期間Ｔｂ中は予め定めたベース電流Ｉｂが通電す
る。他方、同図（Ｃ２）に示すように、第２のアークＢ
３には、上記と同様にピーク期間Ｔｐ中はピーク電流Ｉ
p2が通電し、続いて上記と同様にベース期間Ｔｂ中はベ
ース電流Ｉｂが通電する。したがって、２つのアークＡ
３及びＢ３を通電するピーク電流Ｉp1及びＩp2の完全な
同期を取ることができるので、アークの相互干渉を抑制
してアーク発生状態を安定化することができる。上述し
たように、多電極アーク溶接においては、ピーク電流変
調制御は、他の変調制御にはない優れた特質を有してい
る。

【００１２】図４は、上述した従来技術のピーク電流変
調制御方法を搭載した溶接電源装置ＰＳのブロック図で
ある。以下、同図を参照して説明する。出力制御回路Ｉ
ＮＶは、商用交流電源（３相２００［Ｖ］等）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、後述する誤差増幅信号Ｅａに従ってアーク負荷に適
した出力電圧Ｖｏ及び出力電流Ｉｏを出力する。直流リ
アクトルＤＣＬは、出力電流Ｉｏの平滑を行う。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との間でア
ーク３が発生する。

【００１３】電圧検出回路ＶＤは、直流リアクトルＤＣ
Ｌによる平滑前の出力電圧を検出して、電圧検出信号Ｖ
ｄを出力する。ピーク電圧設定回路ＶＳＰは、予め定め
たピーク電圧設定信号Ｖspを出力する。この信号Ｖsp
は、溶接電源装置の外部から設定される場合もある。電
圧誤差増幅回路ＥＶは、上記の電圧検出信号Ｖｄとピー
ク電圧設定信号Ｖspとの誤差を増幅して、電圧誤差増幅
信号Ｅｖを出力する。電流検出回路ＩＤは、出力電流Ｉ
ｏを検出して、電流検出信号Ｉｄを出力する。ベース電
流設定回路ＩＳＢは、予め定めたベース電流設定信号Ｉ
sbを出力する。この信号Ｉsbは、溶接電源装置の外部か
ら設定される場合もある。電流誤差増幅回路ＥＩは、上
記の電流検出信号Ｉｄとベース電流設定信号Ｉsbとの誤
差を増幅して、電流誤差増幅信号Ｅｉを出力する。

【００１４】切換タイマ回路ＴＰＢは、予め定めたピー
ク期間Ｔｐ中はＨｉｇｈレベルとなり、続けて予め定め
たベース期間Ｔｂ中はＬｏｗレベルとなり、これらの出
力を繰り返す切換信号Ｔpbを出力する。切換回路ＳＷ
は、上記の切換信号ＴpbがＨｉｇｈレベルのときはａ側
に切り換って上記の電圧誤差増幅信号Ｅｖを誤差増幅信
号Ｅａとして出力し、上記の切換信号ＴpbがＬｏｗレベ
ルのときはｂ側に切り換って上記の電流誤差増幅信号Ｅ
ｉを誤差増幅信号Ｅａとして出力する。したがって、切
換信号ＴpbがＨｉｇｈレベルとなるピーク期間Ｔｐ中は
ピーク電圧設定信号Ｖspを目標値とする定電圧制御によ
って溶接電源装置の外部特性は定電圧特性となり、他
方、切換信号ＴpbがＬｏｗレベルとなるベース期間Ｔｂ
中はベース電流設定信号Ｉsbを目標値とする定電流制御
によって溶接電源装置の外部特性は定電流特性となる。

【００１５】図５は、上述したピーク電流変調制御方法
によるアーク長制御を説明するための外部特性・アーク
特性関係図である。同図はピーク期間中の外部特性Ｌ１
を示しており、横軸はピーク電流Ｉｐを示し、縦軸はピ
ーク電圧Ｖｐを示す。以下、同図を参照して説明する。
図４の説明の項で前述したように、ピーク期間Ｔｐ中は
ピーク電圧設定信号Ｖspを目標値とする定電圧制御によ
って溶接電源装置の外部特性Ｌ１は定電圧特性となる。
一般的に、溶接電源装置の内部インピーダンスの影響に
よって、上記の定電圧特性Ｌ１の傾きＳｓは−２［Ｖ／
100Ａ］程度となる。

【００１６】アーク長が適正値の定常状態のときのアー
ク特性を特性Ｙ１とすると、上記の外部特性Ｌ１とアー
ク特性Ｙ１との交点Ｐ１が、定常状態での動作点とな
る。この動作点Ｐ１では、ピーク電流ＩｐはＩp1［Ａ］
となり、ピーク電圧Ｖｐはピーク電圧設定信号Ｖspに相
当するＶp1［Ｖ］となる。この動作点Ｐ１の定常状態に
おいて、ワイヤ送給速度の変動、溶融池の不規則運動、
手触れ等によるチップ・被溶接物間距離の変動等（以
下、外乱という）によって、過渡的にアーク長が長くな
ると、それに応じてアーク特性は特性Ｙ１から特性Ｙ２
へと変化する。外部特性Ｌ１は変化しないので、外部特
性Ｌ１とアーク特性Ｙ２との交点Ｐ２が変化後の動作点
となる。この動作点Ｐ２では、ピーク電流Ｉｐは減少し
てＩp2［Ａ］となり、ピーク電圧Ｖｐはアーク長が長く
なったために増加してＶp2［Ｖ］となる。図２の説明の
項で前述したように、ピーク電流Ｉｐが動作点Ｐ１のと
きのＩp1［Ａ］から動作点Ｐ２のときのＩp2［Ａ］へと
減少するために、ワイヤ溶融速度Ｗｍは動作点Ｐ１のと
きのＷm1［mm/s］から動作点Ｐ２のときのＷm2［mm/s］
へと小さくなる。一方、ワイヤ送給速度Ｗｆ［mm/s］は
溶接中は一定値である。動作点Ｐ１のときはアーク長は
適正値に維持されているので、Ｖｆ＝Ｗm1となる。しか
し、動作点Ｐ２では、ワイヤ送給速度Ｗｆ＞ワイヤ溶融
速度Ｗm2となるので、アーク長は短くなる方向へと変化
する。この変化は、動作点Ｐ２が外部特性Ｌ１上を右方
向へと移動して動作点Ｐ１に戻るまで続く。したがっ
て、外乱によって過渡的に長くなったアーク長は、上記
の動作点の移動に伴い適正値の定常状態に戻る。

【００１７】上記の動作を具体的な数字によって説明す
ると、以下のようになる。以下の説明は、直径１．２
［mm］の軟鋼ワイヤを使用したパルスアーク溶接の場合
である。上記の動作点Ｐ１でのピーク電流Ｉp1＝５００
［Ａ］、ピーク電圧Ｖp1＝４５［Ｖ］とする。外乱によ
ってアーク長が少し長くなり、その結果、動作点Ｐ２の
ピーク電圧Ｖp2＝４６［Ｖ］に増加すると、ピーク電流
Ｉp2＝５００＋（１／−２）×１００＝４５０［Ａ］へ
と減少する。図２の説明の項で前述したように、この変
化後のピーク電流Ｉp2＝４５０［Ａ］は、１パルス１溶
滴移行の電流範囲内にある。

【００１８】上述したように、溶接中に外乱によってア
ーク長が過渡的に長くなると、定電圧特性Ｌ１によって
ピーク電流Ｉｐが減少してワイヤ溶融量が小さくなり、
その結果、アーク長は元の状態に引き戻される。逆に、
溶接中に外乱によってアーク長が短くなると、定電圧特
性Ｌ１によってピーク電流Ｉｐが増加してワイヤ溶融量
が大きくなり、その結果、アーク長は元の状態に引き戻
される。この作用を、一般的に、外部特性によるアーク
長の自己制御作用という。

【００１９】図６は、上述したアーク長が過渡的に長く
なったときの電流波形・アーク長関係図である。同図
（Ａ）は出力電流Ｉｏの時間変化を示し、同図（Ｂ１）
〜（Ｂ６）は各時刻におけるアーク発生状態を示す。同
図は、時刻ｔ１〜ｔ２の期間中に外乱によってアーク長
が瞬間的に長くなった場合である。以下、同図を参照し
て説明する。

【００２０】 時刻ｔ１以前の期間（動作点Ｐ１） 時刻ｔ１以前の動作点は図５で前述した動作点Ｐ１とな
るので、同図（Ａ）に示すように、ピーク電流はＩp1
［Ａ］となり、ベース電流はＩｂ［Ａ］となる。また、
同図（Ｂ１）に示すように、アーク長は適正値のＬa1
［mm］の定常状態にある。 時刻ｔ１〜ｔ２の期間（動作点Ｐ２） 時刻ｔ１〜ｔ２の期間中に、同図（Ｂ２）に示すよう
に、外乱によってアーク長がＬa2［mm］へと瞬間的に長
くなる。 時刻ｔ２〜ｔ３の期間（動作点Ｐ２） 前述した外部特性によるアーク長の自己制御作用によっ
て、時刻ｔ２〜ｔ３の期間中の動作点はＰ２となり、同
図（Ａ）に示すように、ピーク電流はＩp2［Ａ］へと減
少するし、同図（Ｂ３）に示すように、アーク長はＬa3
［mm］へと短くなる方向へ変化する。

【００２１】 時刻ｔ３〜ｔ４の期間（動作点Ｐ２か
ら動作点Ｐ１への移動途中） 前述した外部特性によるアーク長の自己制御作用によっ
て、時刻ｔ３〜ｔ４の期間中の動作点はＰ２からＰ１へ
の移動の途中となり、同図（Ａ）に示すように、ピーク
電流はＩp21［Ａ］へと増加する方向へ変化し、同図
（Ｂ４）に示すように、アーク長はＬa31［mm］へと短
くなる方向へ変化する。 時刻ｔ４〜ｔ５の期間（動作点Ｐ２から動作点Ｐ１
への移動途中） 前述した外部特性によるアーク長の自己制御作用によっ
て、時刻ｔ４〜ｔ５の期間中の動作点はＰ２からＰ１へ
の移動の途中となり、同図（Ａ）に示すように、ピーク
電流はＩp22［Ａ］へと増加する方向へ変化し、同図
（Ｂ５）に示すように、アーク長はＬa32［mm］へと短
くなる方向へ変化する。 時刻ｔ５以降の期間（動作点Ｐ１） 時刻ｔ５以降の期間中の動作点はＰ１となるので、同図
（Ａ）に示すように、ピーク電流はＩp1［Ａ］へと戻
り、同図（Ｂ６）に示すように、アーク長はＬa1［mm］
へと戻る。

【００２２】

【発明が解決しようとする課題】図７は、本発明の解決
課題を説明するための前述した図５に対応する外部特性
・アーク特性関係図である。同図はピーク期間中の外部
特性Ｌ１を示しており、横軸はピーク電流Ｉｐを示し、
縦軸はピーク電圧Ｖｐを示す。また、同図に示す外部特
性Ｌ１及びアーク特性Ｙ１は、図５のときと同一であ
る。以下、同図を参照して説明する。

【００２３】前述した図５のときと同様に、外部特性Ｌ
１とアーク特性Ｙ１との交点Ｐ１が定常状態での動作点
となる。この動作点Ｐ１では、ピーク電流ＩｐはＩp1
［Ａ］となり、ピーク電圧Ｖｐはピーク電圧設定信号Ｖ
spに相当するＶp1［Ｖ］となる。この動作点Ｐ１の定常
状態において、外乱によって過渡的にアーク長が非常に
長くなると、アーク特性は特性Ｙ１から特性Ｙ３へと変
化する。外部特性Ｌ１は変化しないので、外部特性Ｌ１
とアーク特性Ｙ３との交点Ｐ３が変化後の動作点とな
る。この動作点Ｐ３では、ピーク電流Ｉｐは大きく減少
してＩp3［Ａ］となり、ピーク電圧Ｖｐはアーク長が非
常に長くなったために大きく増加してＶp3［Ｖ］とな
る。したがって、同図に示すように、動作点Ｐ３でのピ
ーク電流値Ｉp3は、１パルス１溶滴移行の電流範囲外の
値となる。このために、動作点Ｐ３では、１パルス１溶
滴移行とならないために、大粒のスパッタが発生して不
良なビード外観となる。

【００２４】前述した図５のときと同様に、上記の動作
を具体的な数字によって説明すると、以下のようにな
る。以下の説明は、直径１．２［mm］の軟鋼ワイヤを使
用したパルスアーク溶接の場合である。動作点Ｐ１での
ピーク電流Ｉp1＝５００［Ａ］、ピーク電圧Ｖp1＝４５
［Ｖ］とする。外乱によってアーク長が非常に長くな
り、動作点Ｐ３のピーク電圧Ｖp3＝４８［Ｖ］へと増加
すると、ピーク電流Ｉp3＝５００＋（３／−２）×１０
０＝３５０［Ａ］へと減少する。したがって、変化後の
ピーク電流Ｉp3＝３５０［Ａ］は、前述したように、約
４００〜５５０［Ａ］の１パルス１溶滴移行の電流範囲
外の値となる。

【００２５】前述したように、パルスアーク溶接では、
ピーク電流Ｉｐの通電によって１パルス１溶滴移行させ
ることで、溶滴移行を微細化してスパッタの付着のない
良好なビード外観を得ることができる。しかし、上述し
たように、外乱によってアーク長が大きく変化すると、
定電圧特性Ｌ１によってピーク電流がＩp3［Ａ］へと大
きく減少する。このために、ピーク電流値Ｉp3が１パル
ス１溶滴移行の電流範囲外となり、１パルス１溶滴移行
が維持されなくなるために、溶滴移行が大粒になり、大
粒のスパッタの付着した不良なビード外観となる。前述
したように、直径１．２［mm］の軟鋼ワイヤの場合、１
パルス１溶滴移行をさせる電流範囲は約４００〜５５０
［Ａ］の範囲である。したがって、Ｉp3＝３５０［Ａ］
では、１パルス１溶滴移行させることはできない。ピー
ク電流Ｉｐの変化幅を４００〜５５０［Ａ］の範囲内に
収めるためには、アーク長の変化に伴うピーク電圧Ｖｐ
の変化幅が＋２〜−１［Ｖ］の非常に狭い範囲内での変
化である必要がある。しかしながら、実際の溶接におい
て、外乱によるアーク長の変化に伴うピーク電圧Ｖｐの
変化幅は、±５［Ｖ］程度になることも多い。したがっ
て、従来技術のピーク電流変調制御方法では、常に１パ
ルス１溶滴移行の状態を維持することができない場合が
生じるために、常にスパッタの付着のない良好なビード
外観を得ることは困難であった。

【００２６】そこで、本発明では、溶接中に外乱によっ
てアーク長が大きく変化したときでも、１パルス１溶滴
移行の状態を維持したままでピーク電流値Ｉｐが変化し
て、アーク長を元の適正値に戻すことができるピーク電
流変調制御方法を提供する。

【００２７】

【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8〜１１に示すように、予め定めたピーク期間Ｔ
ｐ中は溶滴移行をさせる値のピーク電流Ｉｐを通電し、
続けて予め定めたベース期間Ｔｂ中は溶接ワイヤの溶融
を促進させない値のベース電流Ｉｂを通電する消耗電極
パルスアーク溶接電源装置の出力制御方法において、上
記ピーク期間Ｔｐ中は上記溶接電源装置の外部特性を垂
下特性に制御し、上記ベース期間Ｔｂ中は上記溶接電源
装置の外部特性を略定電流特性に制御するパルスアーク
溶接電源装置の出力制御方法である。

【００２８】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に記載するピーク期間Ｔｐ中
の垂下特性の傾きＳｓが、−５［Ｖ／100Ａ］以下−２
０［Ｖ／100Ａ］以上の範囲内の値である出願時の請求
項１に記載するパルスアーク溶接電源装置の出力制御方
法である。

【００２９】出願時の請求項３の発明は、図１２〜１３
に示すように、出願時の請求項２に記載するピーク期間
Ｔｐ中の垂下特性の傾きＳｓが、ワイヤ送給速度、溶接
ワイヤの直径又は被溶接物の材質の少なくとも１つ以上
に対応して適正値に変化する出願時の請求項２に記載す
るパルスアーク溶接電源装置の出力制御方法である。

【００３０】

【発明の実施の形態】本発明の実施の形態の一例は、図
１（図８と同一図）に示すように、予め定めたピーク期
間Ｔｐ中は溶滴移行をさせる値のピーク電流Ｉｐを通電
し、続けて予め定めたベース期間Ｔｂ中は溶接ワイヤの
溶融を促進させない値のベース電流Ｉｂを通電する消耗
電極パルスアーク溶接電源装置の出力制御方法におい
て、上記ピーク期間Ｔｐ中は、溶接電源装置の外部特性
を、−５［Ｖ／100Ａ］以下−２０［Ｖ／100Ａ］以上の
範囲内でワイヤ送給速度、溶接ワイヤの直径又は被溶接
物の材質の少なくとも１つ以上に対応して適正値に変化
する傾きＳｓを有する垂下特性Ｌ２に制御し、上記ベー
ス期間Ｔｂ中は溶接電源装置の外部特性を略定電流特性
に制御するパルスアーク溶接電源装置の出力制御方法
（ピーク電流変調制御方法）である。

【００３１】

【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、予め定めたピーク期間Ｔｐ中は溶接電源装置の外
部特性を前述した従来技術のときの定電圧特性ではなく
垂下特性に制御し、予め定めたベース期間Ｔｂ中は溶接
電源装置の外部特性を前述した従来技術と同様に略定電
流特性に制御するピーク電流変調制御方法である。以
下、図面を参照して、実施例１の発明について説明す
る。

【００３２】図８は、実施例１のピーク電流変調制御方
法を説明するための前述した図７に対応する外部特性・
アーク特性関係図である。同図はピーク期間中の外部特
性Ｌ２を示しており、横軸はピーク電流Ｉｐを示し、縦
軸はピーク電圧Ｖｐを示す。また、同図において、ピー
ク期間Ｔｐ中の外部特性Ｌ２は、傾きＳｓ＝−１０［Ｖ
／100Ａ］を有する垂下特性に制御されている。アーク
特性Ｙ１及びＹ３は、図７のときと同一である。以下、
同図を参照して説明する。

【００３３】前述した図７と同様に、外部特性Ｌ２とア
ーク特性Ｙ１との交点Ｐ１が定常状態での動作点とな
る。この動作点Ｐ１では、ピーク電流ＩｐはＩp1［Ａ］
となり、ピーク電圧Ｖｐはピーク電圧設定信号Ｖspに相
当するＶp1［Ｖ］となる。この動作点Ｐ１の定常状態に
おいて、前述した図７のときと同様に、外乱によって過
渡的にアーク長が非常に長くなると、アーク特性は特性
Ｙ１から特性Ｙ３へと変化する。外部特性Ｌ２は変化し
ないので、外部特性Ｌ２とアーク特性Ｙ３との交点Ｐ４
が変化後の動作点となる。この動作点Ｐ４では、ピーク
電流ＩｐはＩp4［Ａ］となり、ピーク電圧Ｖｐはアーク
長が非常に長くなったために増加してＶp4［Ｖ］とな
る。

【００３４】前述した図７のときと同様に、上記の動作
を具体的な数字によって説明すると、以下のようにな
る。動作点Ｐ１でのピーク電流Ｉp1＝５００［Ａ］、ピ
ーク電圧Ｖp1＝４５［Ｖ］とする。外乱によってアーク
長が非常に長くなり、動作点Ｐ４のピーク電圧Ｖp4が４
８［Ｖ］に増加すると、ピーク電流Ｉp4＝５００＋（３
／−１０）×１００＝４６７［Ａ］へと減少する。この
ピーク電流Ｉp4＝４６７［Ａ］は１パルス１溶滴移行の
電流範囲内にあるので、溶滴移行は微細化してスパッタ
の発生量は非常に少ない。かつ、アーク長の変化に応じ
てピーク電流値Ｉｐが変化してアーク長を元の適正値に
戻す外部特性によるアーク長の自己制御作用も有してい
る。

【００３５】さらに、溶接中に外乱によってアーク長が
上記の場合よりもさらに大きく変化しても、変化後のピ
ーク電圧Ｖｐが＋１０〜−５［Ｖ］の変化であれば、ピ
ーク電流Ｉｐは４００〜５５０［Ａ］の１パルス１溶滴
移行の電流範囲内の変化となるので、スパッタの付着の
ない良好なビード外観を得ることができる。

【００３６】図９は、図８で上述したアーク長が過渡的
に長くなったときの電流波形・アーク長関係図である。
同図（Ａ）は出力電流Ｉｏの時間変化を示し、同図（Ｂ
１）〜（Ｂ６）は各時刻におけるアーク発生状態を示
す。同図は、前述した図６のときと同様に、時刻ｔ１〜
ｔ２の期間中に外乱によってアーク長が、適正値Ｌa1
［mm］からＬa2［mm］へと長くなった場合である。以
下、同図を参照して説明する。

【００３７】 時刻ｔ１以前の期間（動作点Ｐ１） 時刻ｔ１以前の動作点は図８で前述した動作点Ｐ１とな
るので、同図（Ａ）に示すように、ピーク電流はＩp1
［Ａ］となり、ベース電流はＩｂ［Ａ］となる。また、
同図（Ｂ１）に示すように、アーク長は適正値のＬa1
［mm］となる。 時刻ｔ１〜ｔ２の期間（動作点Ｐ４） 時刻ｔ１〜ｔ２の期間中に、同図（Ｂ２）に示すよう
に、外乱によってアーク長がＬa2［mm］へと瞬間的に長
くなる。 時刻ｔ２〜ｔ３の期間（動作点Ｐ４） 前述した外部特性によるアーク長の自己制御作用によっ
て、時刻ｔ２〜ｔ３の期間中の動作点はＰ４となり、同
図（Ａ）に示すように、ピーク電流はＩp4［Ａ］に減少
し、同図（Ｂ３）に示すように、アーク長はＬa4［mm］
へと短くなる方向へ変化する。

【００３８】 時刻ｔ３〜ｔ４の期間（動作点Ｐ４か
ら動作点Ｐ１への移動途中） 前述した外部特性によるアーク長の自己制御作用によっ
て、時刻ｔ３〜ｔ４の期間中の動作点はＰ４からＰ１へ
の移動の途中となり、同図（Ａ）に示すように、ピーク
電流はＩp41［Ａ］へと増加する方向へ変化し、同図
（Ｂ４）に示すように、アーク長はＬa41［mm］へと短
くなる方向へ変化する。 時刻ｔ４〜ｔ５の期間（動作点Ｐ４から動作点Ｐ１
への移動途中） 前述した外部特性によるアーク長の自己制御作用によっ
て、時刻ｔ４〜ｔ５の期間中の動作点はＰ４からＰ１へ
の移動の途中となり、同図（Ａ）に示すように、ピーク
電流はＩp42［Ａ］へと増加する方向へ変化し、同図
（Ｂ５）に示すように、アーク長はＬa42［mm］へと短
くなる方向へ変化する。 時刻ｔ５以降の期間（動作点Ｐ４） 時刻ｔ５以降の期間中の動作点はＰ１となるので、同図
（Ａ）に示すように、ピーク電流はＩp1［Ａ］へと戻
り、同図（Ｂ６）に示すように、アーク長は適正値Ｌa1
［mm］へと戻る。上述したピーク電流Ｉp1、Ｉp2、Ｉp
4、Ｉp41及びＩp42は、１パルス１溶滴移行の電流範囲
内にあるので、スパッタの付着のない良好なビード外観
となる。

【００３９】図１０は、実施例１のピーク電流変調制御
方法を実施するための外部特性制御溶接電源装置ＣＰＳ
のブロック図である。同図において、前述した図４と同
一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４とは異なる回路ブロックである点線
で示す外部特性傾き設定回路ＳＳ及び外部特性制御回路
ＶＳＣについて、同図を参照して説明する。

【００４０】外部特性傾き設定回路ＳＳは、予め定めた
１００［Ａ］当たりの外部特性傾き設定信号Ｓｓを出力
する。外部特性制御回路ＶＳＣは、上記の外部特性傾き
設定信号Ｓｓ、電流検出信号Ｉｄ及びピーク電圧設定信
号Ｖsp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＝（Ｓｓ／100）×（Ｉｄ−Ｉst）＋Ｖsp （１）式 ただし、基準電流値Ｉst［Ａ］は予め定めた定数であ
る。この外部特性の制御方法については、図１１で後述
する。

【００４１】図１１は、外部特性の制御方法を説明する
ための外部特性図である。同図において、横軸は電流検
出信号Ｉｄを示し、縦軸は電圧制御設定信号Ｖscを示
す。同図はピーク期間Ｔｐ中の外部特性であるので、横
軸の電流検出信号Ｉｄはピーク電流Ｉｐに対応し、縦軸
の電圧制御設定信号Ｖscはピーク電圧Ｖｐに対応する。
以下、同図を参照して説明する。

【００４２】同図において、横軸に示す電流検出信号Ｉ
ｄの値が予め定めた定数の基準電流値Ｉst［Ａ］である
ときの、縦軸に示す電圧制御設定信号Ｖscの値がピーク
電圧設定信号Ｖspとなる（Ｐ５点）。かつ、外部特性Ｌ
３の傾きがＳｓ［Ｖ／100Ａ］であるので、外部特性Ｌ
３の直線の式は、前述した（１）式で表わされる。ここ
で、電流検出信号Ｉｄの値がＰ５点のＩd1（Ｉst）
［Ａ］からＰ６点のＩd2［Ａ］に変化すると、（１）式
によって下記のようにＶsc2［Ｖ］が演算される。 Ｖsc2＝（Ｓｓ／100）×（Ｉd2−Ｉst）＋Ｖsp 同様に、電流検出信号Ｉｄの値がＰ７点のＩd3［Ａ］に
変化すると、（１）式によって下記のようにＶsc３
［Ｖ］が演算される。 Ｖsc3＝（Ｓｓ／100）×（Ｉd3−Ｉst）＋Ｖsp 上述したように、電流検出信号Ｉｄに対応した電圧制御
設定信号Ｖscを（１）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傾きＳｓを有する所定の外部特
性（垂下特性）を形成することができる。

【００４３】［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の発明におけるピーク期間Ｔ
ｐ中の垂下特性の傾きＳｓが、−５［Ｖ／100Ａ］以下
−２０［Ｖ／100Ａ］以上の範囲内の値であるピーク電
流変調制御方法である。以下、実施例２の発明につい
て、図１２を参照して説明する。

【００４４】実施例２のピーク電流変調制御方法は、前
述した図１０の外部特性制御溶接電源装置ＣＰＳによっ
て実施することができる。すなわち、図１０の外部特性
傾き設定信号Ｓｓの値を、−５以下−２０以上の範囲内
で所定値に設定すればよい。図１２は、種々の溶接条件
下におぇる外部特性傾きＳｓの適正範囲を示す図であ
る。同図において、横軸はワイヤ送給速度［ｍ／分］を
示し、縦軸はピーク期間Ｔｐ中の外部特性の傾きＳｓ
［Ｖ／100Ａ］を示す。同図は、溶接ワイヤが直径１．
２［mm］の軟鋼ワイヤ、直径１．６［mm］の軟鋼ワイ
ヤ、直径１．２［mm］のステンレス鋼（ＳＵＳ）ワイヤ
及び直径１．２［mm］のアルミニウム合金（Ａｌ）ワイ
ヤであるときの、ワイヤ送給速度に対する外部特性傾き
Ｓｓの適正値を示す。同図から明らかなように、外部特
性傾きＳｓの適正範囲は、−５以下−２０以上の範囲で
あることがわかる。

【００４５】［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の発明におけるピーク期間Ｔ
ｐ中の垂下特性の傾きＳｓが、ワイヤ送給速度、溶接ワ
イヤの直径又は被溶接物の材質の少なくとも１つ以上に
対応して適正値に変化するピーク電流変調制御方法であ
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。

【００４６】実施例３のピーク電流変調制御方法を実施
するための溶接電源装置のブロック図は、前述した図１
０の外部特性傾き設定回路ＳＳを後述する図１３の回路
に置換したブロック図となる。上記以外の回路ブロック
は図１０と同一であるので、それらの説明は省略する。
図１３は、実施例３の外部特性傾き設定回路ＳＳのブロ
ック図である。外部特性傾き設定回路ＳＳは、ワイヤ送
給速度、溶接ワイヤの直径及び被溶接物の材質に対応し
た適正値の外部特性傾き設定信号Ｓｓを出力する。ワイ
ヤ送給速度、溶接ワイヤの直径及び被溶接物の材質に対
応した外部特性傾きＳｓの適正値は、前述した図１２の
ようになる。例えば、ワイヤ送給速度が１０［ｍ／分］
であり、溶接ワイヤの直径が１．２［mm］であり、被溶
接物の材質が軟鋼のときの外部特性傾きＳｓの適正値
は、同図に示すように、−９［Ｖ／100Ａ］となる。ま
た、ワイヤ送給速度が１０［ｍ／分］であり、溶接ワイ
ヤの直径が１．２［mm］であり、被溶接物の材質がアル
ミニウム合金のときの外部特性傾きＳｓの適正値は、同
図に示すように、−２０［Ｖ／100Ａ］となる。

【００４７】上述した実施例１〜３においては、パルス
アーク溶接法として直流パルスアーク溶接法について説
明したが、交流パルスアーク溶接法についても同様であ
る。すなわち、交流パルスアーク溶接において、電極プ
ラス極性のピーク期間中は外部特性を垂下特性に制御
し、電極プラス極性のベース期間中及び電極マイナス極
性の電極マイナス期間中は外部特性を略定電流特性に制
御するピーク電流変調制御方法である。また、上述した
実施例１〜３において、ベース期間Ｔｂ中の外部特性を
略定電流特性としたが、略定電流特性には急な傾きＳｓ
を有する垂下特性を含んでいる。

【００４８】

【発明の効果】本発明では、ピーク期間Ｔｐ中の外部特
性を垂下特性とすることによって、溶接中に外乱によっ
てアーク長が大きく変化しても、常に１パルス１溶滴移
行の電流範囲内でピーク電流Ｉｐが変化してアーク長を
適正値速やかに戻すので、スパッタの付着のない良好な
ビード外観を得ることができる。さらに、実施例３の発
明では、ピーク期間Ｔｐ中の外部特性の傾きＳｓがワイ
ヤ送給速度、溶接ワイヤの直径又は被溶接物の材質の少
なくとも１つ以上に対応して適正値に変化するので、種
々の溶接条件下においても上記の効果を発揮することが
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】パルスアーク溶接の電流・電圧波形図

【図３】２電極パルスアーク溶接の電流波形図

【図４】従来の溶接電源装置のブロック図

【図５】従来技術のときの外部特性・アーク特性関係図

【図６】従来技術のときの電流波形・アーク長関係図

【図７】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８】実施例１の外部特性・アーク特性関係図

【図９】実施例１の電流波形・アーク長関係図

【図１０】実施例１の溶接電源装置のブロック図

【図１１】実施例１の外部特性図

【図１２】外部特性の傾きの適正範囲図

【図１３】実施例３の外部特性傾き設定回路ＳＳのブロ
ック図

【符号の説明】

１ 溶接ワイヤ １ａ 溶滴 ２ 被溶接物 ３ アーク ４ａ 溶接トーチのコンタクトチップ ５ａ ワイヤ送給装置の送給ロール Ａ１ 第１の溶接ワイヤ Ａ３ 第１のアーク ＡＩｏ 第１の出力電流 Ｂ１ 第２の溶接ワイヤ Ｂ３ 第２のアーク ＢＩｏ 第２の出力電流 ＣＰＳ 外部特性制御溶接電源装置 ＤＣＬ 直流リアクトル Ｅａ 誤差増幅信号 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 Ｉｂ ベース電流 ＩＤ 電流検出回路 Ｉｄ 電流検出信号 ＩＮＶ 出力制御回路 Ｉｏ 出力電流 Ｉｐ ピーク電流 ＩＳＢ ベース電流設定回路 Ｉsb ベース電流設定（値／信号） Ｉst 基準電流値 Ｌ１〜Ｌ３ 外部特性 Ｌａ アーク長 Ｐ１〜Ｐ７ 動作点 ＰＳ 溶接電源装置 ＳＳ 外部特性傾き設定回路 Ｓｓ 外部特性傾き（設定信号） ＳＷ 切換回路 Ｔｂ ベース期間 Ｔｆ パルス周期 Ｔｐ ピーク期間 ＴＰＢ 切換タイマ回路 Ｔpb 切換信号 Ｖｂ ベース電圧 ＶＤ 電圧検出回路 Ｖｄ 電圧検出信号 Ｖｏ 出力電圧 Ｖｐ ピーク電圧 ＶＳＣ 外部特性制御回路 Ｖsc 電圧制御設定信号 ＶＳＰ ピーク電圧設定回路 Ｖsp ピーク電圧設定（値／信号） Ｙ１〜Ｙ３ アーク特性

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 予め定めたピーク期間中は溶滴移行をさ
   せる値のピーク電流を通電し、続けて予め定めたベース
   期間中は溶接ワイヤの溶融を促進させない値のベース電
   流を通電する消耗電極パルスアーク溶接電源装置の出力
   制御方法において、 前記ピーク期間中は前記溶接電源装置の外部特性を垂下
   特性に制御し、前記ベース期間中は前記溶接電源装置の
   外部特性を略定電流特性に制御するパルスアーク溶接電
   源装置の出力制御方法。
2. 【請求項２】 ピーク期間中の垂下特性の傾きが、−５
   ［Ｖ／100Ａ］以下−２０［Ｖ／100Ａ］以上の範囲内の
   値である請求項１に記載するパルスアーク溶接電源装置
   の出力制御方法。
3. 【請求項３】 ピーク期間中の垂下特性の傾きが、ワイ
   ヤ送給速度、溶接ワイヤの直径又は被溶接物の材質の少
   なくとも１つ以上に対応して適正値に変化する請求項２
   に記載するパルスアーク溶接電源装置の出力制御方法。