JP2003230958A - パルスアーク溶接のアーク長制御方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 ピーク期間Ｔｐとベース期間とをパルス周期
として繰り返すパルスＭＩＧ溶接において、ピーク期間
Ｔｐ中のピーク電圧値によってアーク長を制御するとき
に、過渡的な電圧変動又は溶滴破裂、陰極点移動等の外
乱に起因してピーク電圧値が変動するために、精密なア
ーク長制御を行うことができない。 【解決手段】 本発明では、ピーク期間Ｔｐの開始時
（時刻ｔ１）の過渡ピーク期間Ｔpaを除いた定常ピーク
期間Ｔpb中の定常ピーク電圧を検出し、この定常ピーク
電圧値が予め定めたピーク電圧設定値と略等しくなるよ
うに、平均電流設定値に応じて設定される中心パルス周
期を中心値としてパルス周期を制御することによって、
アーク長を適正値に維持する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、溶接ワイヤを定速
で送給すると共に、ピーク期間中のピーク電流の通電と
ベース期間中のベース電流の通電とをパルス周期として
繰り返して通電するパルスアーク溶接において、上記ピ
ーク期間中のピーク電圧によるアーク長制御方法に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】消耗電極式アーク溶接においては、一般
的に、溶接ワイヤの先端部に陽極点が形成され、母材表
面上に陰極点が形成されて、これら両極点間にアークが
発生する。このときの陽極点と陰極点との間の距離は、
一般的に真のアーク長と呼ばれる。一方、溶接ワイヤの
先端部とその直下の母材表面との最短距離は、一般的に
見かけのアーク長（以下、単にアーク長という）と呼ば
れる。溶け込み深さ、ビード外観、溶接欠陥等の重要な
溶接品質は、上記の見かけのアーク長と強い相関関係が
あるので、良好な溶接品質を得るためには溶接中の見か
けのアーク長を適正値に維持すること（以下、アーク長
制御という）が重要である。他方、溶接電圧値は真のア
ーク長と略比例関係にある。炭酸ガスアーク溶接、ＭＡ
Ｇ溶接等では、陰極点は溶接ワイヤ直下の母材表面上
（以下、溶接狙い位置という）に形成されるので、上記
の真のアーク長と見かけのアーク長とは結果的に略等し
くなる。このために、溶接電圧の平均値を目標値と略等
しくなるように制御することによって、真のアーク長を
制御し、そのことで本来の制御目的である見かけのアー
ク長を制御することができる。これに対して、アルミニ
ウム合金、ステンレス鋼等に用いられるＭＩＧ溶接にお
いては、陰極点は、母材表面上の酸化皮膜がまだクリー
ニング作用によって除去されずに残っている部分に形成
されやすいという性質がある。このために、陰極点は、
溶接狙い位置近傍ではなく、そこから離れた酸化皮膜の
ある位置に形成されることが多い。この場合、真のアー
ク長と見かけのアーク長とは、かなり異なった値となる
ために、見かけのアーク長と比例関係にない溶接電圧平
均値によって、精密に見かけのアーク長を制御すること
はできない。このＭＩＧ溶接の１種であるパルスＭＩＧ
溶接において、上述の問題を解決するための１つの方法
として、以下に説明するピーク電圧によるアーク長制御
方法が従来から提案されている。以下、従来技術とし
て、このピーク電圧によるアーク長制御方法について図
面を参照して説明する。

【０００３】図１は、パルスＭＩＧ溶接の電流・電圧波
形図であり、同図（Ａ）は溶接電流Ｉｗの時間変化を示
し、同図（Ｂ）は溶接電圧Ｖｗの時間変化を示す。ま
た、図２は、アーク発生状態を示す図であり、図２
（Ａ）はピーク期間Ｔｐ中のアーク発生状態を示し、図
２（Ｂ）はベース期間Ｔｂ中のアーク発生状態を示す。
以下、同図及び図２を参照して説明する。

【０００４】 時刻ｔ１〜ｔ３のピーク期間Ｔｐ 同図（Ａ）に示すように、時刻ｔ１〜ｔ２のピーク立上
り期間Ｔup中は、ベース電流Ｉｂからピーク電流Ｉｐへ
と上昇する遷移電流が通電し、その後の時刻ｔ２〜ｔ３
の最大ピーク期間Ｔpp中は、ピーク電流Ｉｐが通電す
る。同様に、同図（Ｂ）に示すように、ピーク立上り期
間Ｔup中は、ベース電圧Ｖｂからピーク電圧Ｖｐへと上
昇する遷移電圧が印加し、その後の最大ピーク期間Ｔpp
中は、ピーク電圧Ｖｐが印加する。したがって、ピーク
期間Ｔｐは、上記のピーク立上り期間Ｔup及び最大ピー
ク期間Ｔppから形成される。また、上記のピーク期間Ｔ
ｐ及びピーク電流Ｉｐの値は、溶接ワイヤの種類、シー
ルドガスの種類、送給速度等に応じて１パルス１溶滴移
行になるように適正値に設定される。

【０００５】 時刻ｔ３〜ｔ５のベース期間Ｔｂ 同図（Ａ）に示すように、時刻ｔ３〜ｔ４のピーク立下
り期間Ｔdw中は、ピーク電流Ｉｐからベース電流Ｉｂへ
と下降する遷移電流が通電し、その後の時刻ｔ４〜ｔ５
の定常ベース期間Ｔbb中は、ベース電流Ｉｂが通電す
る。同様に、同図（Ｂ）に示すように、ピーク立下り期
間Ｔdw中は、ピーク電圧Ｖｐからベース電圧Ｖｂへと下
降する遷移電圧が印加し、その後の定常ベース期間Ｔbb
中は、ベース電圧Ｖｂが印加する。したがって、ベース
期間Ｔｂは、上記のピーク立下り期間Ｔdw及び定常ベー
ス期間Ｔbbから形成される。また、上記のベース電流Ｉ
ｂの値は、溶接ワイヤの先端部を溶融させないように数
十［Ａ］程度に設定される。上記のベース期間Ｔｂの時
間長さは、後述するアーク長制御に従って制御される。

【０００６】したがって、時刻ｔ１〜ｔ５のパルス周期
Ｔｆは、ピーク期間Ｔｐ及びベース期間Ｔｂから形成さ
れ、さらにはピーク立上り期間Ｔup、最大ピーク期間Ｔ
pp、ピーク立下り期間Ｔdw及び定常ベース期間Ｔbbから
形成される。また、上記のピーク立上り期間Ｔup及びピ
ーク立下り期間Ｔdwの値は、溶接電源装置の内部及び外
部のインダクタンス値及び抵抗値によって定まる。ま
た、スパッタの発生量を削減しビード外観を良好にする
ために、上記のピーク立上り期間Ｔup及びピーク立下り
Ｔdwの値を数［ms］に設定する場合もある。また、同図
（Ａ）に示すように、溶接電流Ｉｗの平均値が平均電流
値Ｉavとなり、同図（Ｂ）に示すように、溶接電圧Ｖｗ
の平均値が平均電圧値Ｖavとなる。

【０００７】図２（Ａ）に、ピーク期間Ｔｐ中のアーク
発生状態を示す。ピーク電流Ｉｐは３００〜６００
［Ａ］程度の大電流であるために、アーク３がワイヤ送
給方向に形成されやすい性質（アークの硬直性）が高く
なる。このために、陰極点Ｎ１は、酸化皮膜が除去され
ていてもアークの硬直性によってワイヤ送給方向である
溶接狙い位置近傍に形成される。アークの硬直性は、電
流値の大きさに比例して高くなり、ピーク電流Ｉｐが３
００［Ａ］以上の場合には、陰極点Ｎ１は酸化皮膜上に
形成される性質よりもアークの硬直性によって溶接狙い
位置近傍に形成される性質が勝ることになる。したがっ
て、図２（Ａ）に示すように、ピーク期間Ｔｐ中は、溶
接ワイヤ１の先端の溶滴１ａに陽極点が形成され、その
直下の溶接狙い位置近傍に陰極点Ｎ１が形成されて、両
極点間にアーク３が発生する。この結果、真のアーク長
Ｌa1［mm］と見かけのアーク長Ｌb1［mm］とは略等しく
なる。さらに、ピーク電圧Ｖｐと真のアーク長Ｌa1とは
略比例関係にあり、上述したように真のアーク長Ｌa1と
見かけのアーク長Ｌb1とは略等しいので、結果的に、ピ
ーク電圧Ｖｐと見かけのアーク長Ｌb1とは、略比例関係
になる。したがって、ピーク電圧Ｖｐによるアーク長制
御によって、見かけのアーク長Ｌb1を制御することがで
きる。

【０００８】図２（Ｂ）に、ベース期間Ｔｂ中のアーク
発生状態を示す。ベース電流Ｉｂは、前述したように数
十［Ａ］程度と小電流であるために、アークの硬直性は
低く、陰極点Ｎ２は母材表面の酸化皮膜の除去されてい
ない部分に形成される。通常、溶接狙い位置近傍の酸化
皮膜は、ピーク電流Ｉｐの通電等によって真っ先に除去
されるために、陰極点Ｎ２はそこから離れた酸化皮膜が
残る位置に形成される。このために、図２（Ｂ）に示す
ように、ベース期間Ｔｂ中は、溶滴１ａに陽極点が形成
され、溶接狙い位置から離れた酸化皮膜が残る母材表面
上に陰極点Ｎ２が形成されて、両極点間にアーク３が発
生する。この結果、真のアーク長Ｌa2［mm］と見かけの
アーク長Ｌb2［mm］とは、かなり異なった値となる。し
かも、陰極点Ｎ２は、酸化皮膜を求めてその形成位置を
高速に移動するために、ベース期間Ｔｂの開始直後の時
点、中間の時点、終了直前の時点等のそれぞれの時点に
よって陰極点Ｎ２の形成位置が変化する。ベース電圧Ｖ
ｂは真のアーク長Ｌa2と略比例関係にあるために、陰極
点Ｎ２の移動に伴って真のアーク長Ｌa2が変化すると、
ベース電圧Ｖｂも変化することになる。したがって、ベ
ース期間Ｔｂ中のベース電圧Ｖｂによって見かけのアー
ク長を制御することはできない。また、同図（Ｂ）に示
すように、上記の平均電圧Ｖavは、上記のピーク電圧Ｖ
ｐとベース電圧Ｖｂとの平均値となるために、見かけの
アーク長と比例しておらず、かつ、たえず変化するベー
ス電圧Ｖｂを含んでいる。したがって、パルスＭＩＧ溶
接において、平均電圧Ｖavによって精密なアーク長制御
を行うことはできない。

【０００９】以下、上記のピーク電圧Ｖｐによるパルス
周期Ｔｆの制御方法について説明する。見かけのアーク
長は、送給速度と溶融速度とのバランスによって定ま
り、両値の差に応じて変化する。通常、送給速度は定速
であり、溶融速度は平均電流値Ｉavに略比例する。すな
わち、パルス周期Ｔｆ毎の見かけのアーク長の変化分Δ
Ｌｂ［mm］は、送給速度Ｗｆ［mm/min］と溶融速度Ｍｓ
［mm/min］との差となる。溶融速度Ｍｓは平均電流値Ｉ
av［Ａ］と略比例するので、見かけのアーク長の変化分
ΔＬｂは、送給速度Ｗｆと平均電流値Ｉavに係数を乗じ
た値との差に等しくなる。したがって、パルス周期Ｔｆ
を変化させて平均電流値Ｉavを変化させることによっ
て、溶融速度を変化させて見かけのアーク長を適正値に
導くことができる。

【００１０】ところで、前述した図１（Ａ）において、
平均電流値Ｉav［Ａ］は下式で表わすことができる。 Ｉav＝（（Ｉｐ−Ｉｂ）・（（1/2）・Ｔup＋（1/2）・Ｔdw＋Ｔpp）／Ｔｆ） ＋Ｉｂ （１）式 上式の右辺において、パルス周期Ｔｆ［ms］以外の値は
定数とみなすことができるので、パルス周期Ｔｆを変化
させることによって平均電流値Ｉavを変化させることが
できる。したがって、前述したように、ピーク電圧Ｖｐ
で見かけのアーク長を検出し、このピーク電圧値Ｖｐと
目標値のピーク電圧設定値Ｖpsとの電圧誤差ΔＶ＝Ｖps
―Ｖｐを演算し、この電圧誤差ΔＶを入力として、下式
によってパルス周期Ｔｆ(n)を演算することができる。 Ｔｆ(n)＝Ｔfi−Ｂ・ΣΔＶ＝Ｔｆ(n-1)−Ｂ・ΔＶ （２）式 但し、Ｔｆ(n)は今周期のパルス周期、Ｔfiはパルス周
期の初期値、Ｂは正の数の増幅率、Ｔｆ(n-1)は前周期
のパルス周期である。電圧誤差ΔＶを入力として上式に
従って今周期のパルス周期Ｔｆ(n)が決定される。以上
のように、ピーク電圧値Ｖｐとピーク電圧設定値Ｖpsと
が略等しくなる（電圧誤差ΔＶ≒０）ように、パルス周
期Ｔｆ(n)を制御することによって、（１）式で前述し
たように、平均電流値Ｉavを変化させて溶融速度Ｍｓを
変化させ見かけのアーク長を制御する。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】図３は、従来技術の解
決課題を説明するためのピーク電圧波形図である。同図
において、時刻ｔ１〜ｔ３は、前述した図１の同時刻に
対応している。以下、同図を参照して説明する。ピーク
期間Ｔｐは、前述したように、ピーク立上り期間Ｔup
と、それ以降の最大ピーク期間Ｔppとからなる。このピ
ーク期間Ｔｐ中の溶接電圧値Ｖｗが、ピーク電圧Ｖｐと
なる。従来技術では、アーク長制御のためのピーク電圧
としては、上記のピーク立上り期間Ｔupを除いた上記の
最大ピーク期間Ｔpp中のピーク電圧の平均値（以下、最
大ピーク電圧平均値Ｖppという）が用いられていた。

【００１２】しかし、時刻ｔ１のピーク期間Ｔｐの開始
時点から定常値に収束する時点までの過渡期間中のピー
ク電圧は、曲線Ｙ１に示すように理想的な波形となる場
合、曲線Ｙ２に示すように大きくオーバーシュートする
場合又は曲線Ｙ３に示すように理想波形を下回って収束
する場合等種々な場合がある。この理由は、以下のとお
りである。すなわち、時刻ｔ１以前のベース期間中のア
ークは、前述した図２（Ｂ）の状態にあり、陰極点Ｎ２
は溶接狙い位置から離れた位置に形成されている。そし
て、時刻ｔ１以降のピーク期間Ｔｐ中の収束状態でのア
ークは、前述した図２（Ａ）の状態にあり、陰極点Ｎ１
は溶接狙い位置近傍に形成される。したがって、時刻ｔ
１以前の陰極点の形成位置によって、又は陰極点の過渡
的な移動経路によって、それに伴うピーク電圧も、曲線
Ｙ１〜Ｙ３に示すような種々な過渡的変化を示すことに
なる。

【００１３】また、ピーク期間Ｔｐの終了時点（時刻ｔ
３）前後において溶滴が移行するように、ピーク期間Ｔ
ｐは設定されるのが通常である。このために、ピーク期
間Ｔｐの終了直前に溶滴移行が行われると、同図の曲線
Ｙ４に示すように、溶滴に形成されていた陽極点の形成
位置が移動することになり、これに伴いピーク電圧が変
動する場合がある。

【００１４】上述したように、最大ピーク電圧平均値Ｖ
ppには、ピーク期間開始時の陰極点の移動に伴う過渡的
変動及び溶滴移行時の陽極点の移動に伴う過渡的変動が
含まれているために、見かけのアーク長の検出に誤差を
生じることになる。特に、上記のピーク期間開始時の電
圧変動値は大きいために、これを含んだ最大ピーク電圧
平均値Ｖppによっては精密なアーク長制御を行うことは
できなかった。

【００１５】さらに、以下に従来技術の別の解決課題に
ついて説明する。図４は、従来技術における外乱発生時
のアーク長の変動を示す図である。同図（Ａ）は溶接電
圧Ｖｗの時間変化を示し、同図（Ｂ）はアーク長（点線
で示す真のアーク長Ｌａ及び実線で示す見かけのアーク
長Ｌｂ）の時間変化を示す。従来技術では、前述したよ
うに、アーク長Ｌｂを最大ピーク電圧平均値Ｖppで検出
し、同図（Ｂ）に示すアーク長の目標値に対応するピー
ク電圧設定値Ｖpsと最大ピーク電圧平均値Ｖppとの電圧
誤差ΔＶを演算し、上記（２）式に基づいて同図（Ａ）
に示すパルス周期Ｔｆを制御する。したがって、アーク
長Ｌｂの変化に応答して、パルス周期Ｔｆが変化する。

【００１６】 時刻ｔ１〜ｔ２の期間 この期間中は、見かけのアーク長Ｌｂと真のアーク長Ｌ
ａとは共に目標値と一致して良好な溶接状態にあるの
で、最大ピーク電圧平均値Ｖpp1［Ｖ］は、ピーク電圧
設定値Ｖps［Ｖ］と略等しくなり、このときのパルス周
期はＴf1［ms］になっている。

【００１７】 時刻ｔ２〜ｔ３の期間 この期間中も上記項と同様に、見かけのアーク長Ｌｂ
と真のアーク長Ｌａとは共に目標値と一致して良好な溶
接状態にあるので、最大ピーク電圧平均値Ｖpp1［Ｖ］
は、ピーク電圧設定値Ｖps［Ｖ］と略等しくなり、この
ときのパルス周期は上記項と同様にＴf1［ms］にな
る。

【００１８】 時刻ｔ３〜ｔ４の期間 アルミニウム合金のＭＩＧ溶接において、溶滴に含まれ
るマグネシウム等が高温のために蒸発して溶滴が破裂す
る現象（以下、溶滴破裂という）がときたま発生する。
この溶滴破裂が発生すると、その破裂時の爆風によって
真のアーク長Ｌａが変動する場合が生する。この場合、
見かけのアーク長Ｌｂは変化していないが、真のアーク
長Ｌａが長くなるために、溶接電圧値が高くなる。上記
の溶滴破裂以外にも。母材表面の酸化状態、汚れ状態、
溶融池の状態、溶滴の状態等が複雑に複合化された溶接
状態において、突然に陰極点の形成位置が溶接狙い位置
から離れた位置に高速に移動する場合も、ときたま発生
する。このような溶滴破裂、陰極点移動等の外乱がピー
ク期間中に発生すると、同図（Ｂ）に示すように、真の
アーク長Ｌａは大きく変動して、それに対応して最大ピ
ーク電圧平均値もＶpp2［Ｖ］に大きくなる。この最大
ピーク電圧平均値Ｖpp2が上記（２）式に入力される
と、下記のようにこの期間のパルス周期Ｔｆが演算され
る。 Ｔｆ＝Ｔf1−Ｂ・（Ｖps−Ｖpp2）＝Ｔf2［ms］ ここで、電圧誤差ΔＶ＝Ｖps−Ｖpp2＜０であるので、
Ｔf2＞Ｔf1となり、この期間のパルス周期Ｔf2は前期間
よりも長くなる。したがって、見かけのアーク長Ｌｂは
目標値のままであるにもかかわらず、パルス周期がＴf1
からＴf2へと長くなる。

【００１９】 時刻ｔ４〜ｔ５の期間 前期間に発生した溶滴破裂、陰極点移動等の外乱は、過
渡的なものであるために短時間で消滅することが多い。
このために、時刻ｔ４の開始時点では、外乱は消滅して
おり、真のアーク長Ｌａは目標値に復帰している。見か
けのアーク長Ｌｂは、もともと変化していないので、目
標値のままである。この期間の最大ピーク電圧平均値
は、上記〜項の期間と同様にＶpp1［Ｖ］になる。
この値が上記（２）式に入力されると、下記のようにこ
の期間のパルス周期Ｔｆが演算される。 Ｔｆ＝Ｔf2−Ｂ・（Ｖps−Ｖpp1）＝Ｔf2［ms］ ここで、電圧誤差ΔＶ＝Ｖps−Ｖpp1＝０であるので、
この期間のパルス周期はＴf2［ms］となり、上記〜
項のアーク長が一定のときのパルス周期Ｔf1よりも長い
ままとなる。このために、平均電流値は、上記〜項
のときよりも小さくなり、溶融速度が遅くなるために、
見かけのアーク長Ｌｂは目標値よりも短くなる。

【００２０】 時刻ｔ５〜ｔ６の期間 前期間中に見かけのアーク長Ｌｂが目標値よりも短くな
るために、この期間の最大ピーク電圧平均値Ｖpp3
［Ｖ］は、ピーク電圧設定値Ｖpsよりも小さくなる。こ
の値が上記（２）式に入力されると、下記のようにこの
期間のパルス周期Ｔｆが演算される。 Ｔｆ＝Ｔf2−Ｂ・（Ｖps−Ｖpp3）＝Ｔf3［ms］ ここで、電圧誤差ΔＶ＝Ｖps−Ｖpp3＞０であるので、
パルス周期は前期間のパルス周期Ｔf2よりも短くなる。
これに伴い、平均電流値も前期間よりも大きくなり、溶
融速度が速くなるので、見かけのアーク長Ｌｂは長くな
り目標値に近づく。

【００２１】 時刻ｔ６〜ｔ７の期間 見かけのアーク長Ｌｂがまだ目標値よりも短いために、
この期間の最大ピーク電圧平均値Ｖpp4も、ピーク電圧
設定値Ｖpsよりも小さくなる。この値が上記（２）式に
入力されると、下記のようにこの期間のパルス周期Ｔｆ
が演算される。 Ｔｆ＝Ｔf3−Ｂ・（Ｖps−Ｖpp4）＝Ｔf4［ms］ ここで、電圧誤差ΔＶ＝Ｖps−Ｖpp4＞０であるので、
パルス周期は前期間のパルス周期Ｔf3よりも短くなる。
これに伴い、平均電流値も前期間よりも大きくなり、溶
融速度が速くなるので、見かけのアーク長Ｌｂは長くな
り目標値にさらに近づく。この期間の動作を数回程度繰
り返した後に、パルス周期は上記〜項の安定状態の
パルス周期Ｔf1に戻り、見かけのアーク長Ｌｂも目標値
に復帰する。

【００２２】上述したように、従来技術では、溶滴破
裂、陰極点移動等の外乱が発生すると、見かけのアーク
長は目標値に維持されているにもかかわらず、見かけの
アーク長が変化したと誤検出して、パルス周期を変化さ
せて見かけのアーク長を目標値から変化させてしまう。
このような外乱に起因するアーク長の誤検出に伴うアー
ク長変動が生じると、溶接品質が悪くなる。

【００２３】そこで、本発明では、電圧変動の影響を受
けることなく見かけのアーク長を正確に検出すると共
に、外乱に起因するアーク長の誤検出に伴うアーク長変
動を抑制することによって、精密にアーク長を制御する
ことができるパルスアーク溶接のアーク長制御方法を提
供する。

【００２４】

【課題を解決するための手段】第１の発明は、図５〜８
及び（４）式に示すように、溶接ワイヤを平均電流設定
値Ｉasに対応する送給速度設定値Ｆｓに相当する速度で
送給すると共に、ピーク期間Ｔｐ中のピーク電流Ｉｐの
通電とベース期間Ｔｂ中のベース電流Ｉｂの通電とをパ
ルス周期Ｔｆとして繰り返して通電するパルスアーク溶
接のアーク長制御方法において、上記平均電流設定値Ｉ
asに応じて中心パルス周期Ｔｃを設定し、上記ピーク期
間の開始時の電圧が過渡的に変動する過渡ピーク期間Ｔ
paを除いた定常ピーク期間Ｔpb中の定常ピーク電圧Ｖpa
を検出し、この定常ピーク電圧値Ｖpaと予め定めたピー
ク電圧設定値Ｖpsとの電圧誤差ΔＶ及び上記中心パルス
周期Ｔｃ及び予め定めた正の数の増幅率Ｋによってパル
ス周期演算Ｔｃ−Ｋ・ΔＶを行い、この演算値に従って
パルス周期Ｔｆを制御することによってアーク長を適正
値に維持することを特徴とするパルスアーク溶接のアー
ク長制御方法である。

【００２５】第２の発明は、図９及び（４）式〜（５）
式に示すように、溶接ワイヤを平均電流設定値Ｉasに対
応する送給速度設定値Ｆｓに相当する速度で送給すると
共に、ピーク期間Ｔｐ中のピーク電流Ｉｐの通電とベー
ス期間Ｔｂ中のベース電流Ｉｂの通電とをパルス周期Ｔ
ｆとして繰り返して通電するパルスアーク溶接のアーク
長制御方法において、上記平均電流設定値Ｉasに応じて
中心パルス周期Ｔｃを設定し、上記ピーク期間の開始時
の電圧が過渡的に変動する過渡ピーク期間Ｔpaを除いた
定常ピーク期間Ｔpb中の定常ピーク電圧Ｖpaを検出し、
この定常ピーク電圧値Ｖpaと予め定めたピーク電圧設定
値Ｖpsとの電圧誤差ΔＶ及び上記中心パルス周期Ｔｃ及
び予め定めた正の数の増幅率Ｋによってパルス周期演算
Ｔｃ−Ｋ・ΔＶを行い、この演算値に従ってパルス周期
Ｔｆを制御すると共に、上記電圧誤差ΔＶに応じて上記
ピーク電流Ｉｐを増減させることによって、アーク長を
適正値に維持することを特徴とするパルスアーク溶接の
アーク長制御方法である。

【００２６】第３の発明は、（41）式に示すように、上
記パルス周期演算が、電圧誤差ΔＶ及び中心パルス周期
Ｔｃ及び予め定めた正の数の増幅率Ｋ１によってＴｃ−
Ｔｃ・Ｋ１・ΔＶであることを特徴とする第１又は第２
の発明記載のパルスアーク溶接のアーク長制御方法であ
る。

【００２７】第４の発明は、（３）式に示すように、パ
ルス周期Ｔｆがピーク立上り期間Ｔup及び最大ピーク期
間Ｔpp及びピーク立下り期間Ｔdw及び定常ベース期間Ｔ
bbから形成されており、ピーク電流設定値Ｉps及びベー
ス電流設定値Ｉbs及び平均電流設定値Ｉasを予め設定
し、これらの値によって中心パルス周期Ｔｃ＝（（Ｉps
−Ｉbs）／（Ｉas−Ｉbs））・（（1/2）・Ｔup＋（1/
2）・Ｔdw＋Ｔpp）を演算して設定することを特徴とす
る第１又は第２又は第３の発明記載のパルスアーク溶接
のアーク長制御方法である。

【００２８】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て、図面を参照して説明する。 ［実施例１］図５は、本発明のピーク電圧検出方法を説
明するための前述した図３に対応するピーク電圧波形図
である。同図のピーク電圧波形は、図３のときと同一で
ある。以下、同図を参照して説明する。同図に示すよう
に、時刻ｔ１のピーク期間Ｔｐの開始時において、前述
したように陰極点の移動に伴う過渡ピーク期間Ｔpa中の
ピーク電圧は、曲線Ｙ１〜Ｙ３のように陰極点の移動経
路等によって大きく変動する。そして、この過渡ピーク
期間Ｔpaが経過して定常ピーク期間Ｔpbに入ると、図２
（Ａ）で前述したように、陰極点は溶接狙い位置近傍に
安定的に形成されるので、このときのピーク電圧は安定
した略定常値（以下、定常ピーク電圧値Ｖpaという）に
なる。陰極点が溶接狙い位置近傍に安定して形成されて
いるので、上記の定常ピーク電圧値Ｖpaによって見かけ
のアーク長を誤差がほとんどなく正確に検出することが
できる。したがって、この定常ピーク電圧値Ｖpaを検出
して予め定めたピーク電圧設定値Ｖos（目標値）と略等
しくなるように、パルス周期Ｔｆを制御することによっ
て、適正なアーク長に制御することができる。

【００２９】上記の定常ピーク電圧値Ｖpaとしては、以
下のような検出値を使用することができる。 特定時点の定常ピーク電圧瞬時値Ｖpc 同図に示すように、ピーク期間Ｔｐの開始時点から予め
定めた遅延時間Ｔpcが経過した時点の定常ピーク電圧瞬
時値Ｖpcを、定常ピーク電圧値Ｖpaとして使用すること
ができる。上記の遅延時間Ｔpcは、過渡ピーク期間Ｔpa
が経過した後から、曲線Ｙ４に示す溶滴移行時の陽極点
の移動に伴う電圧変動が発生する前までの期間中の時点
になるように、予め設定される。例えば、前述した図３
に示す最大ピーク期間Ｔppの真ん中の時点に設定するこ
とが考えられる。

【００３０】 所定期間中の定常ピーク電圧平均値Ｖ
pd 上記項は瞬時値であるが、検出誤差を減少させるため
に、上記の遅延時間Ｔpc経過後から所定の平均化期間Ｔ
pd中の定常ピーク電圧の平均値Ｖpdを、定常ピーク電圧
値Ｖpaとして使用することができる。

【００３１】 定常ピーク期間中の定常ピーク電圧平
均値Ｖpb 上記項においてピーク電圧を平均化する期間を、定常
ピーク期間Ｔpbの全期間中とするのが、定常ピーク期間
中の定常ピーク電圧平均値Ｖpbである。

【００３２】 上記〜項の移動平均値 第ｎ回目のピーク期間Ｔｐ(n)中の上記項の定常ピー
ク電圧瞬時値をＶpc(n)とし、今周期から前の所定周期
ｍ回にわたる移動平均値Ｖpcrは、下式となる。 Ｖpcr＝（Ｖpc(n)＋Ｖpc(n-1)＋…＋Ｖpc(n-m+1)）／ｍ 上式では、各周期の定常ピーク電圧瞬時値Ｖpcは均等の
重みで平均化しているが、今周期に近い周期の値の重み
を重くする重み付け移動平均値であってもよい。このよ
うに移動平均値を算出して定常ピーク電圧値Ｖpaとする
理由は、以下のとおりである。すなわち、定常ピーク期
間Ｔpb中は、陰極点が溶接狙い位置近傍に形成されてい
ても、溶融池の状態、溶滴の状態等は毎周期ごとに少し
は変動しているために、見かけのアーク長も変動するこ
とになる。この変動を平均化してより正確な見かけのア
ーク長を検出するために移動平均値を算出している。ま
た、上記項及び項の定常ピーク電圧平均値Ｖpd及び
Ｖpbの過去所定周期にわたる移動平均値についても、上
記と同様にして算出することができる。

【００３３】次に、外乱に起因するアーク長の誤検出に
伴うアーク長変動を抑制するための、上記の定常ピーク
電圧値Ｖpaを使用した本発明のパルス周期制御方法につ
いて説明する。アーク長が適正値に維持されている良好
な溶接状態においては、アーク長の変化はないので、送
給速度Ｗｆと溶融速度Ｍｓ（平均電流値Ｉav）とはバラ
ンスしている。したがって、アーク長一定状態において
は、送給速度Ｗｆが設定されれば、それに対応する平均
電流値Ｉavが一義的に定まり、反対に平均電流値Ｉavが
設定されれば、送給速度は一義的に定まる。この関係を
表わした図を溶融特性図という。

【００３４】図６に、この溶融特性図の一例を示す。同
図は、溶接ワイヤが直径１．２［mm］のアルミニウム合
金ワイヤ（ＪＩＳ Ａ５３５６相当材）のときの溶融特
性であり、横軸に平均電流値Ｉav［Ａ］を示し、縦軸に
送給速度Ｗｆ［cm/min］を示す。例えば、平均電流値Ｉ
av＝１００［Ａ］のときの送給速度Ｗｆ＝６８０［cm/m
in］となる。

【００３５】ところで、平均電流値Ｉavとパルス周期Ｔ
ｆとの関係は、上記（１）式によって下記のようにな
る。 Ｉav＝（（Ｉｐ−Ｉｂ）・（（1/2）・Ｔup＋（1/2）・
Ｔdw＋Ｔpp）／Ｔｆ）＋Ｉｂ ここで、ピーク電流の設定値をＩps［Ａ］とし、ベース
電流の設定値をＩbs［Ａ］とし、ピーク立上り期間をＴ
up［ms］とし、最大ピーク期間をＴpp［ms］とし、ピー
ク立下り期間をＴdw［ms］とすると、変数の平均電流の
設定値Ｉas［Ａ］を入力とする変数のパルス周期Ｔｆ
［ms］は、上記（１）式を整理して下式となる。 Ｔｆ＝（（Ｉps−Ｉbs）／（Ｉas−Ｉbs））・（（1/2）・Ｔup＋（1/2）・Ｔ dw＋Ｔpp） （３）式 上式の右辺において、平均電流設定値Ｉas以外の波形パ
ラメータは全て定数とみなすことができるので、平均電
流設定値Ｉasが設定されるとそれに対応するパルス周期
Ｔｆが演算される。この平均電流設定値Ｉasに対応する
パルス周期を中心パルス周期Ｔｃと定義することにす
る。

【００３６】平均電流設定値Ｉasが設定されると、前述
した図６からそれに対応する送給速度Ｗｆを算出するこ
とができる。同時に、平均電流設定値Ｉasに対応した中
心パルス周期Ｔｃを上記（３）式によって演算すること
ができる。前述したように、アーク長一定状態において
は、送給速度Ｗｆと溶融速度（平均電流値）がバランス
しており、このときのパルス周期Ｔｆは中心パルス周期
Ｔｃと一致する。すなわち、平均電流設定値Ｉasが設定
されると、アーク長一定状態でのパルス周期が定まるこ
とになる。

【００３７】上記の中心パルス周期Ｔｃを使用した本発
明のパルス周期制御方法は、下式として表わすことがで
きる。 Ｔｆ(n)＝Ｔｃ−Ｋ・ΔＶ （４）式 唯し、Ｋは正の数の増幅率、電圧誤差ΔＶ＝Ｖps−Ｖp
a、Ｖpaは定常ピーク電圧値である。上式において、見
かけのアーク長が目標値よりも長くなると、定常ピーク
電圧値Ｖpaがピーク電圧設定値Ｖpsよりも大きくなるの
で、ΔＶ＜０となり、今周期のパルス周期Ｔｆ(n)は中
心パルス周期Ｔｃよりも長くなる。この結果、平均電流
値が小さくなり、溶融速度が遅くなるので、見かけのア
ーク長は短くなり目標値に復帰する。逆に、見かけのア
ーク長が短くなると、定常ピーク電圧値Ｖpaがピーク電
圧設定値Ｖpsよりも小さくなるので、ΔＶ＞０となり、
今周期のパルス周期Ｔｆ(n)は中心パルス周期Ｔｃより
も短くなる。この結果、平均電流値が大きくなり、溶融
速度が速くなるので、見かけのアーク長は長くなり目標
値に復帰する。

【００３８】上記（４）式において、中心パルス周期Ｔ
ｃに比例して下式のように増幅率Ｋを変化させてもよ
い。これは、中心パルス周期Ｔｃの時間長さに比例し
て、同じ値の電圧誤差ΔＶに対するパルス周期Ｔｆの変
化幅を大きくして、フィードバック制御における過渡応
答性を改善するためである。 Ｋ＝Ｔｃ・Ｋ１ （41）式 但し、Ｋ１は定数の増幅率（正の数）である。

【００３９】本発明において、中心パルス周期Ｔｃは、
平均電流設定値Ｉasを入力として、上記（３）式を実施
する演算回路によって求めてもよい。図７に、平均電流
設定値Ｉas［Ａ］に対する中心パルス周期Ｔｃ［ms］を
示す。同図は、直径１．２［mm］のアルミニウム合金ワ
イヤ（ＪＩＳ Ａ５３５６相当材）を使用し、波形パラ
メータが以下の場合である。すなわち、ピーク電流設定
値Ｉps＝３３０［Ａ］、ベース電流設定値Ｉbs＝３０
［Ａ］、ピーク立上り期間Ｔup＝１．０［ms］、最大ピ
ーク期間Ｔpp＝０．８［ms］、ピーク立下り期間Ｔdw＝
１．０［ms］の場合である。同図は、上記（３）式に基
づいて算出することができる。また、予め実験によって
測定することもできる。そして、同図の特性を記憶した
演算回路によって、平均電流設定値Ｉasを入力として中
心パルス周期Ｔｃを出力してもよい。同図において、例
えば、平均電流設定値Ｉas＝１００［Ａ］のときの中心
パルス周期Ｔｃ＝７．７［ms］となり、平均電流設定値
Ｉas＝１５０［Ａ］のときの中心パルス周期Ｔｃ＝４．
５［ms］となる。

【００４０】これ以降においては、上述した本発明のア
ーク長制御方法を実施するための溶接電源装置について
説明する。図８は、本発明を実施するための溶接電源装
置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。出力制御回路ＩＮＶは、商
用交流電源（３相２００［Ｖ］等）を入力として、後述
する電流誤差増幅信号Ｅｉに従って、インバータ制御、
サイリスタ位相制御等の出力制御を行い、溶接を行うた
めの溶接電圧Ｖｗ及び溶接電流Ｉｗを出力する。溶接ワ
イヤ１はワイヤ送給装置の送給ロール５によって溶接ト
ーチ４を通って定速で送給されて、母材２との間にアー
ク３が発生する。

【００４１】電圧検出回路ＶＤは、溶接電圧Ｖｗを検出
して、電圧検出信号Ｖｄを出力する。定常ピーク電圧検
出回路ＶＰＡは、上記の電圧検出信号Ｖｄ及び後述する
ピーク期間信号Ｓtpを入力として、図５で前述したよう
に過渡ピーク期間Ｔpa経過後のピーク電圧Ｖｐを検出し
て、定常ピーク電圧検出信号Ｖpaを出力する。ピーク電
圧設定回路ＶＰＳは、予め定めたピーク電圧設定信号Ｖ
psを出力する。電圧誤差回路ＥＶは、上記の定常ピーク
電圧検出信号Ｖpaと上記のピーク電圧設定信号Ｖpsとの
電圧誤差Ｖps−Ｖpaを演算して、電圧誤差信号ΔＶを出
力する。

【００４２】平均電流設定回路ＩＡＳは、予め定めた平
均電流設定信号Ｉasを出力する。送給速度設定回路ＦＳ
は、図６で前述した溶融特性を予め記憶し、上記の平均
電流設定信号Ｉasに対応する送給速度設定信号Ｆｓを出
力する。送給制御回路ＦＣは、上記の送給速度設定信号
Ｆｓに相当する速度でワイヤ送給モータＷＭを回転させ
るための送給制御信号Ｆｃを出力する。中心パルス周期
演算回路ＴＣＳは、上記の平均電流設定信号Ｉas及び予
め定めた波形パラメータによって、上記（３）式の演算
を行い、中心パルス周期設定信号Ｔcsを出力する。パル
ス周期演算回路ＴＦＳは、上記の電圧誤差信号ΔＶ、中
心パルス周期設定信号Ｔcs及び予め定めた正の数の増幅
率Ｋによって、上記（４）式を演算し、パルス周期設定
信号Ｔfsを出力する。

【００４３】パルス周期タイマ回路ＴＦは、上記のパル
ス周期設定信号Ｔfsによって定まる時間毎に短時間だけ
Ｈｉｇｈレベルとなるパルス周期信号Ｓtfを出力する。
ピーク期間タイマ回路ＴＰは、上記のパルス周期信号Ｓ
tfが短時間Ｈｉｇｈレベルに変化した時点から、予め定
めた時間長さだけＨｉｇｈレベルとなるピーク期間信号
Ｓtpを出力する。したがって、このピーク期間信号Ｓtp
は、ピーク期間Ｔｐ中はＨｉｇｈレベルとなり、ベース
期間Ｔｂ中はＬｏｗレベルとなる信号である。

【００４４】ピーク電流設定回路ＩＰＳは、予め定めた
ピーク電流設定信号Ｉpsを出力する。ベース電流設定回
路ＩＢＳは、予め定めたベース電流設定信号Ｉbsを出力
する。電流設定切換回路ＳＷは、上記のピーク期間信号
ＳtpがＨｉｇｈレベルのときにはａ側に切り換わり上記
のピーク電流設定信号Ｉpsを電流制御設定信号Ｉscとし
て出力し、Ｌｏｗレベルのときには上記のベース電流設
定信号Ｉbsを電流制御設定信号Ｉscとして出力する。

【００４５】電流検出回路ＩＤは、溶接電流Ｉｗを検出
して、電流検出信号Ｉｄを出力する。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Ｉ
ｄとの誤差を増幅して、電流誤差増幅信号Ｅｉを出力す
る。この電流誤差増幅回路ＥＩによって、溶接電源装置
ＰＳの外部特性は定電流特性に出力制御されて、上記の
電流制御設定信号Ｉscに相当する溶接電流Ｉｗが通電す
る。

【００４６】上述した溶接電源装置ＰＳによって、定常
ピーク電圧検出信号Ｖpaの値が目標値のピーク電圧設定
信号Ｖpsの値と略等しくなるように、上記（３）式によ
って演算された中心パルス周期設定信号Ｔcsを中心値と
して、上記（４）式に基づいてパルス周期Ｔｆが制御さ
れて、見かけのアーク長を適正値に維持する。

【００４７】［実施例２］実施例２の発明では、ピーク
電圧設定値Ｖpsと定常ピーク電圧値Ｖpaとの電圧誤差Δ
Ｖ＝Ｖps−Ｖpaを入力として、上記（４）式Ｔｆ(n)＝
Ｔｃ−Ｋ・ΔＶによって今周期のパルス周期Ｔｆ(n)を
制御すると共に、上記の電圧誤差ΔＶに応じて次周期の
ピーク電流Ｉｐ(n+1)を制御するアーク長制御方法であ
る。ピーク電流Ｉｐの制御方法の一例を、下式に示す。 Ｉpsc(n+1)＝Ｉps＋Ｇ・ΔＶ （５）式 但し、Ｉps c(n+1)は次周期のピーク電流制御設定値、
Ｉpsは予め定めたピーク電流設定値、Ｇは予め定めた正
の数の増幅率である。上式において、見かけのアーク長
が目標値よりも長くなると、定常ピーク電圧値Ｖpaがピ
ーク電圧設定値Ｖpsよりも大きくなるので、ΔＶ＜０と
なり、次周期のピーク電流Ｉｐは小さくなる。この結
果、平均電流値が小さくなり溶融速度が遅くなるので、
見かけのアーク長は短くなり目標値に復帰する。逆に、
見かけのアーク長が短くなると、定常ピーク電圧値Ｖpa
がピーク電圧設定値Ｖpsよりも小さくなるので、ΔＶ＞
０となり、次周期のピーク電流Ｉｐは大きくなる。この
結果、平均電流値が大きくなり溶融速度が速くなるの
で、見かけのアーク長は長くなり目標値に復帰する。こ
のときに、ピーク電流Ｉｐの変化幅は、上記のピーク電
流設定値Ｉpsを中心値として±数十［Ａ］程度の範囲に
制限してもよい。これは、ピーク電流Ｉｐの値が、１パ
ルス１溶滴移行の範囲内で変化するようにするためであ
る。

【００４８】上述したように、パルス周期及びピーク電
流を同時に制御する理由は、電圧誤差ΔＶが大きな値と
なると、パルス周期が大きく変化することになり、その
結果、溶接状態が過渡的に不安定になる場合がある。こ
のような場合に、パルス周期及びピーク電流を同時に制
御すると、大きな値の電圧誤差ΔＶを２つで分担するこ
とになり、パルス周期の変化幅を小さくすることがで
き、溶接状態が過渡的に不安定になるのを抑制すること
ができる。

【００４９】実施例２の発明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８のブロック図におい
てピーク電流設定回路ＩＰＳを図９に示すピーク電流制
御設定回路ＩＰＳＣに置換したものとなる。以下、同図
を参照して説明する。増幅回路ＡＭＰは、電圧誤差信号
ΔＶに予め定めた増幅率Ｇを乗じて、増幅信号Ｇ・ΔＶ
を出力する。ピーク電流設定回路ＩＰＳは、予め定めた
ピーク電流設定信号Ｉpsを出力する。加算回路ＡＤは、
上記の増幅信号Ｇ・ΔＶとピーク電流設定信号Ｉpsとの
加算を行い、ピーク電流制御設定信号Ｉpscを出力す
る。したがって、このピーク電流制御設定回路ＩＰＳＣ
は、上記（５）式の演算を行う。

【００５０】上述したように、本発明のアーク長制御方
法は、パルスＭＩＧ溶接において大きな効果を奏する
が、パルスＭＡＧ溶接においても同様にアーク長を精密
に制御することができる。したがって、本発明はパルス
アーク溶接全体に適用することができる。

【００５１】［効果］以下に、本発明の効果について、
図面を参照して説明する。図１０は、前述した図４に対
応する本発明における外乱発生時のアーク長の変動を示
す図である。同図（Ａ）は溶接電圧Ｖｗの時間変化を示
し、同図（Ｂ）はアーク長（点線で示す真のアーク長Ｌ
ａ及び実線で示す見かけのアーク長Ｌｂ）の時間変化を
示す。前述したように、アーク長Ｌｂを定常ピーク電圧
値Ｖpaで検出し、同図（Ｂ）に示すアーク長の目標値に
対応するピーク電圧設定値Ｖpsと定常ピーク電圧値Ｖpa
との電圧誤差ΔＶを演算し、上記（４）式に基づいて同
図（Ａ）に示すパルス周期Ｔｆを制御する。したがっ
て、アーク長Ｌｂの変化に応答して、パルス周期Ｔｆが
変化する。以下、同図を参照して説明する。

【００５２】 時刻ｔ１〜ｔ２の期間 この期間中は、見かけのアーク長Ｌｂと真のアーク長Ｌ
ａとは共に目標値と一致して良好な溶接状態にあるの
で、定常ピーク電圧値Ｖpa1［Ｖ］はピーク電圧設定値
Ｖps［Ｖ］と略等しくなる。この定常ピーク電圧値Ｖpa
1が上記（４）式に入力されると、下記のようにこの期
間のパルス周期Ｔｆが演算される。 Ｔｆ＝Ｔｃ−Ｋ・（Ｖps−Ｖpa1）＝Ｔf1［ms］ ここで、電圧誤差ΔＶ＝Ｖps−Ｖpa1＝０であるので、
パルス周期Ｔf1＝Ｔｃとなる。したがって、この期間の
パルス周期Ｔf1は中心パルス周期Ｔｃと等しくなる。

【００５３】 時刻ｔ２〜ｔ３の期間 この期間中も上記項と同様に、見かけのアーク長Ｌｂ
と真のアーク長Ｌａとは共に目標値と一致して良好な溶
接状態にあるので、定常ピーク電圧値Ｖpa1［Ｖ］はピ
ーク電圧設定値Ｖps［Ｖ］と略等しくなり、パルス周期
は上記項と同様にＴf1［ms］になる。

【００５４】 時刻ｔ３〜ｔ４の期間 図４のときと同様に、溶滴破裂、陰極点移動等の外乱が
ピーク期間中に発生すると、同図（Ｂ）に示すように、
真のアーク長Ｌａは大きく変動して、それに対応して定
常ピーク電圧値もＶpa1［Ｖ］からＶpa2［Ｖ］に大きく
なる。この定常ピーク電圧値Ｖpa2が上記（４）式に入
力されると、下記のようにこの期間のパルス周期Ｔｆが
演算される。 Ｔｆ＝Ｔｃ−Ｋ・（Ｖps−Ｖpa2）＝Ｔf2［ms］ ここで、電圧誤差ΔＶ＝Ｖps−Ｖpa2＜０であるので、
Ｔf2＞Ｔｃとなり、この期間のパルス周期は中心パルス
周期Ｔｃよりも長くなる。したがって、見かけのアーク
長Ｌｂは目標値のままであるにもかかわらず、パルス周
期がＴf1からＴf2へと長くなる。

【００５５】 時刻ｔ４〜ｔ５の期間 前期間に発生した溶滴破裂、陰極点移動等の外乱は、過
渡的なものであるために短時間で消滅することが多い。
このために、時刻ｔ４の開始時点では、外乱は消滅して
いるために、真のアーク長Ｌａは目標値に復帰してい
る。他方、見かけのアーク長Ｌｂは、もともと変化して
いないので、目標値のままである。このために、この期
間の定常ピーク電圧値は、上記〜項の期間と同様に
Ｖpa1［Ｖ］になる。この値が上記（４）式に入力され
ると、下記のようにこの期間のパルス周期Ｔｆが演算さ
れる。 Ｔｆ＝Ｔｃ−Ｋ・（Ｖps−Ｖpa1）＝Ｔf1［ms］ ここで、電圧誤差ΔＶ＝Ｖps−Ｖpa1＝０であるので、
この期間のパルス周期Ｔf1は中心パルス周期Ｔｃと等し
くなる。

【００５６】上述したように、本発明では、溶滴破裂、
陰極点移動等の外乱が発生してもその外乱が短時間で消
滅すれば、見かけのアーク長は目標値に維持される。

【００５７】図１１は、溶接状態が安定する電流範囲を
従来技術と本発明とで比較した図である。同図は、溶接
ワイヤに直径１．２［mm］のアルミニウム合金ワイヤ
（ＪＩＳ Ａ５３５６相当材）を使用して、パルスＭＩ
Ｇ溶接を行い、溶接状態が安定して溶接品質が良好であ
る平均電流値Ｉav［Ａ］の範囲を測定したものである。
同図から明らかなように、従来技術では、安定電流範囲
は６０〜２３０［Ａ］になっている。これに対して、本
発明では、安定電流範囲は３０〜２７０［Ａ］に拡大し
ている。特に、本発明では、不安定になりやすい小電流
域の安定性が大幅に改善されている。

【００５８】

【発明の効果】本発明では、パルスアーク溶接におい
て、定常ピーク電圧値Ｖpaと目標値との電圧誤差ΔＶに
応じて中心パルス周期Ｔｃを中心値としてパルス周期Ｔ
ｆを制御することでアーク長制御を行うことによって、
溶滴破裂、陰極点移動等の外乱の影響を抑制してアーク
長を精密に制御することができるので、高品質な溶接結
果を得ることができる。さらに、定常ピーク電圧値Ｖpa
と目標値との電圧誤差ΔＶに応じてパルス周期Ｔｆ及び
ピーク電流Ｉｐを制御することによって、トーチ高さ等
の大きな変動に伴って上記電圧誤差ΔＶが大きく変化し
たときでも、溶接状態が過渡的に不安定になることがな
いので、常に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】従来技術のパルスＭＩＧ溶接の電流・電圧波形
図

【図２】従来技術のピーク期間Ｔｐ及びベース期間Ｔｂ
のアーク発生状態図

【図３】本発明の解決課題を説明するための従来技術の
ピーク電圧波形図

【図４】本発明の解決課題を説明するための従来技術の
アーク長変動図

【図５】本発明のアーク長検出方法を示すピーク電圧波
形図

【図６】本発明の溶融特性図

【図７】本発明の平均電流設定値Ｉasと中心パルス周期
Ｔｃとの関係図

【図８】本発明の溶接電源装置のブロック図

【図９】本発明のピーク電流制御設定回路ＩＰＳＣのブ
ロック図

【図１０】本発明の効果を示す図４に対応するアーク長
変動図

【図１１】本発明の効果を示す安定電流範囲の比較図

【符号の説明】

１ 溶接ワイヤ １ａ 溶滴 ２ 母材 ３ アーク ４ 溶接トーチ ５ 送給ロール ＡＭＰ 増幅回路 Ｂ，Ｇ，Ｋ 増幅率 ＥＩ 電流誤差増幅回路 Ｅｉ 電流誤差増幅信号 ＥＶ 電圧誤差回路 ＦＣ 送給制御回路 Ｆｃ 送給制御信号 ＦＳ 送給速度設定回路 Ｆｓ 送給速度設定信号 Ｇ・ΔＶ 増幅信号 ＩＡＳ 平均電流設定回路 Ｉas 平均電流設定信号 Ｉav 平均電流値 Ｉｂ ベース電流 ＩＢＳ ベース電流設定回路 Ｉbs ベース電流設定信号 ＩＮＶ 出力制御回路 Ｉｐ ピーク電流 ＩＰＳ ピーク電流設定回路 Ｉps ピーク電流設定信号 ＩＰＳＣ ピーク電流制御設定回路 Ｉpsc ピーク電流制御設定信号 Ｉsc 電流制御設定信号 Ｉｗ 溶接電流 Ｌａ 真のアーク長 Ｌｂ 見かけのアーク長 Ｎ１，Ｎ２ 陰極点 ＰＳ 溶接電源装置 Ｓtf パルス周期信号 Ｓtp ピーク期間信号 ＳＷ 電流設定切換回路 Ｔｂ ベース期間 ＴＣＳ 中心パルス周期演算回路 Ｔcs 中心パルス周期設定信号 Ｔdw ピーク立下り期間 ＴＦ パルス周期タイマ回路 Ｔｆ パルス周期 ＴＦＳ パルス周期演算回路 Ｔfs パルス周期設定信号 ＴＰ ピーク期間タイマ回路 Ｔｐ ピーク期間 Ｔpa 過渡ピーク期間 Ｔpb 定常ピーク期間 Ｔpc 遅延時間 Ｔpd 平均化時間 Ｔpp 最大ピーク期間 Ｔup ピーク立上り期間 Ｖav 平均電圧値 Ｖｂ ベース電圧 ＶＤ 電圧検出回路 Ｖｄ 電圧検出信号 Ｖｐ ピーク電圧 ＶＰＡ 定常ピーク電圧検出回路 Ｖpa 定常ピーク電圧（検出信号） Ｖpb，Ｖpd 定常ピーク電圧平均値 Ｖpc 定常ピーク電圧瞬時値 Ｖpp 最大ピーク電圧平均値 ＶＰＳ ピーク電圧設定回路 Ｖps ピーク電圧設定信号 Ｖｗ 溶接電圧 ＷＭ ワイヤ送給モータ Ｙ１〜Ｙ４ 電圧変動の曲線 ΔＶ 電圧誤差（信号）

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 溶接ワイヤを平均電流設定値に対応する
   送給速度設定値に相当する速度で送給すると共に、ピー
   ク期間中のピーク電流の通電とベース期間中のベース電
   流の通電とをパルス周期として繰り返して通電するパル
   スアーク溶接のアーク長制御方法において、 前記平均電流設定値に応じて中心パルス周期Ｔｃを設定
   し、前記ピーク期間の開始時の電圧が過渡的に変動する
   過渡ピーク期間を除いた定常ピーク期間中の定常ピーク
   電圧を検出し、この定常ピーク電圧値と予め定めたピー
   ク電圧設定値との電圧誤差ΔＶ及び前記中心パルス周期
   Ｔｃ及び予め定めた正の数の増幅率Ｋによってパルス周
   期演算Ｔｃ−Ｋ・ΔＶを行い、この演算値に従ってパル
   ス周期を制御することによってアーク長を適正値に維持
   することを特徴とするパルスアーク溶接のアーク長制御
   方法。
2. 【請求項２】 溶接ワイヤを平均電流設定値に対応する
   送給速度設定値に相当する速度で送給すると共に、ピー
   ク期間中のピーク電流の通電とベース期間中のベース電
   流の通電とをパルス周期として繰り返して通電するパル
   スアーク溶接のアーク長制御方法において、 前記平均電流設定値に応じて中心パルス周期Ｔｃを設定
   し、前記ピーク期間の開始時の電圧が過渡的に変動する
   過渡ピーク期間を除いた定常ピーク期間中の定常ピーク
   電圧を検出し、この定常ピーク電圧値と予め定めたピー
   ク電圧設定値との電圧誤差ΔＶ及び前記中心パルス周期
   Ｔｃ及び予め定めた正の数の増幅率Ｋによってパルス周
   期演算Ｔｃ−Ｋ・ΔＶを行い、この演算値に従ってパル
   ス周期を制御すると共に、前記電圧誤差ΔＶに応じて前
   記ピーク電流を増減させることによって、アーク長を適
   正値に維持することを特徴とするパルスアーク溶接のア
   ーク長制御方法。
3. 【請求項３】 前記パルス周期演算が、電圧誤差ΔＶ及
   び中心パルス周期Ｔｃ及び予め定めた正の数の増幅率Ｋ
   １によってＴｃ−Ｔｃ・Ｋ１・ΔＶであることを特徴と
   する請求項１又は請求項２記載のパルスアーク溶接のア
   ーク長制御方法。
4. 【請求項４】 パルス周期がピーク立上り期間Ｔup及び
   最大ピーク期間Ｔpp及びピーク立下り期間Ｔdw及び定常
   ベース期間Ｔbbから形成されており、ピーク電流設定値
   Ｉps及びベース電流設定値Ｉbs及び平均電流設定値Ｉas
   を予め設定し、これらの値によって中心パルス周期Ｔｃ
   ＝（（Ｉps−Ｉbs）／（Ｉas−Ｉbs））・（（1/2）・
   Ｔup＋（1/2）・Ｔdw＋Ｔpp）を演算して設定すること
   を特徴とする請求項１又は請求項２又は請求項３記載の
   パルスアーク溶接のアーク長制御方法。