JP2004034073A - パルスアーク溶接制御方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】ピーク期間Ｔｐ中はアーク負荷によって定まるピーク電流Ｉｐを通電し続けてベース期間Ｔｂ中はベース電流Ｉｂを通電し、上記ピーク期間Ｔｐ中は溶接電源装置を定電圧制御し上記ベース期間Ｔｂ中は定電流制御するパルスアーク溶接制御方法において、アーク負荷の変動によってピーク立上り期間Ｔｕ及び最大ピーク期間Ｔｐｐの時間長さが大きく変化するために、溶滴移行状態が不安定になり溶接品質が悪くなる。
【解決手段】本発明は、上記ピーク期間Ｔｐに予め定めたピーク立上り期間Ｔｕを設け、このピーク立上り期間Ｔｕ中は定電流制御によって上記ベース電流値Ｉｂから予め定めたピーク立上り電流最大値Ｉｐｍへと上昇するピーク立上り電流Ｉｐｕを通電し、それ以降の上記最大ピーク期間Ｔｐｐ中は定電圧制御によって上記ピーク電流Ｉｐを通電するパルスアーク溶接制御方法である。
【選択図】 図１
【解決手段】本発明は、上記ピーク期間Ｔｐに予め定めたピーク立上り期間Ｔｕを設け、このピーク立上り期間Ｔｕ中は定電流制御によって上記ベース電流値Ｉｂから予め定めたピーク立上り電流最大値Ｉｐｍへと上昇するピーク立上り電流Ｉｐｕを通電し、それ以降の上記最大ピーク期間Ｔｐｐ中は定電圧制御によって上記ピーク電流Ｉｐを通電するパルスアーク溶接制御方法である。
【選択図】 図１
Description
【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、ピーク期間中はアーク負荷によって定まるピーク電流を通電し、続けてベース期間中は予め定めたベース電流を通電し、上記のピーク期間中は溶接電源装置を定電圧制御し上記のベース期間中は溶接電源装置を定電流制御するパルスアーク溶接制御方法に関し、特に、上記のピーク電流の立上り／立下り制御に関する。
【０００２】
【従来の技術】
消耗電極式アーク溶接においては、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、この陽極点と陰極点との間にアークが発生する。このときの陽極点と陰極点との距離は、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、ビード外観等の重要な溶接品質は、上記の真のアーク長よりも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、ＭＡＧ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）に形成されやすいので、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、溶接電圧値を目標値と一致させ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性質を有する。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残っている位置に形成されることが多い。この場合には、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値によっては精密なアーク長制御を行うことはできない。パルスＭＩＧ溶接において、この問題を解決するための方法の１つとして、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説明する。
【０００３】
図７は、パルスＭＩＧ溶接における電流・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８はアーク発生状態の模式図であり、図８（Ａ）はピーク期間Ｔｐ中のアーク発生状態を示し，図８（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８を参照して説明する。
【０００４】
▲１▼ 時刻ｔ１〜ｔ２の期間（ピーク期間Ｔｐ）
この期間中、溶接電源装置は定電圧制御（ＣＰ）されるので、溶接電圧Ｖｗ（ピーク電圧Ｖｐ）は予め定めたピーク電圧設定値Ｖｓｐと略等しくなる。同図（Ａ）に示すように、予め定めたピーク期間Ｔｐ中は、定電圧制御されるのでアーク負荷によって定まるスプレー移行の臨界値以上のピーク電流Ｉｐが通電する。同時に、同図（Ｂ）に示すように、ピーク電圧Ｖｐは予め定めたピーク電圧設定値Ｖｓｐと略等しくなる。このピーク期間Ｔｐ中のピーク電流Ｉｐの積分値（以下、ユニットパルス積分値という）は、溶接ワイヤが１パルス１溶滴移行になるように選択される。上記のピーク電圧設定値Ｖｓｐは、見かけのアーク長が適正値になるように設定される。
【０００５】
図８（Ａ）はこの期間中のアーク発生状態を示す。ピーク電流Ｉｐは３００〜６００Ａ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に比例して高くなり、上記のようにピーク電流Ｉｐが３００Ａ以上の場合には、酸化皮膜上に陰極点が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８（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、その間にアーク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。ここで、ピーク電圧Ｖｐと真のアーク長Ｌａ１とは略比例関係にあり、上記の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がピーク電圧設定値Ｖｓｐと略等しくなるように定電圧制御することによって、見かけのアーク長Ｌｂ１を適正値に制御することができる。
【０００６】
▲２▼ 時刻ｔ２〜ｔ３の期間（ベース期間Ｔｂ）
この期間中、溶接電源装置は定電流制御（ＣＣ）されるので、溶接電流Ｉｗ（ベース電流Ｉｂ）は予め定めたベース電流設定値Ｉｓｂと略等しくなる。同図（Ａ）に示すように、予め定めたベース期間Ｔｂ中は、定電流制御されるので予め定めたベース電流Ｉｂが通電する。同時に、同図（Ｂ）に示すように、ベース電圧Ｖｂはアーク負荷によって定まる値となる。このベース電流Ｉｂは溶接ワイヤの先端部が溶融しないように数十Ａの小電流値に設定される。
【０００７】
図８（Ｂ）はこの期間中のアーク発生状態を示す。ベース電流Ｉｂは数十Ａ程度と小電流であるために、上記の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大電流値のピーク電流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はそこから離れた位置に形成される。このために、図８（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の残る母材表面上に陰極点Ｎ２が形成されて、その間にアーク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ために、それに伴って真のアーク長Ｌａ２の長さもたえず変化することになる。そして、ベース電圧Ｖｂは真のアーク長Ｌａ２と略比例関係にあるために、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正確に制御することはできない。
【０００８】
上記のように、ピーク期間Ｔｐとベース期間Ｔｂとをパルス周期Ｔｆとして繰り返す。従来技術のアーク長制御方法では、見かけのアーク長と略比例関係にあるピーク電圧Ｖｐをピーク電圧設定値Ｖｓｐと略等しくなるようにアーク負荷に応じてピーク電流Ｉｐを変化させて、アーク長を適正値に維持する。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
図９は、従来技術の課題を説明するためのピーク期間中の電流・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。同図における時刻ｔ１〜ｔ２の期間は、上述した図７の時刻ｔ１〜ｔ２の期間に対応している。また、同図において、実線で示す立上り特性Ｘ１及びＹ１は立上り時のアーク負荷が小さい場合を示し、他方、一点鎖線で示す立上り特性Ｘ２は立上り時のアーク負荷が大きい場合を示す。以下、同図を参照して説明する。
【００１０】
同図において、時刻ｔ１〜ｔ２のピーク期間Ｔｐ中は定電圧制御（ＣＰ）されるので、同図（Ｂ）に示すように、ピーク電圧の定常値Ｖｐ０は予め定めたピーク電圧設定値Ｖｓｐと略等しくなる。上述したように、時刻ｔ１のアーク発生状態は図８（Ｂ）の状態にあり、陰極店Ｎ２はワイヤ直下の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ｔ１１又はｔ１２以降の最大ピーク期間Ｔｐｐのアーク発生状態は図８（Ａ）の状態にあり、陰極点Ｎ１はワイヤ直下の溶接狙い位置近傍に形成される。したがって、時刻ｔ１〜ｔ１１（又はｔ１２）のピーク立上り期間において、陰極点は外周部（Ｎ２）からワイヤ直下（Ｎ１）へと移動する。この陰極点の移動経路は時刻ｔ１時点での陰極点の位置、母材表面の酸化皮膜の状態、シールドガスによるシールド状態、溶融池の状態等の種種の要因によって変化する。この陰極点移動中のアーク負荷が小さい場合の溶接電流Ｉｗの立上り特性は同図（Ａ）のＸ１となり、溶接電圧Ｖｗの立上り特性は同図（Ｂ）のＹ１となる。他方、この陰極点移動中のアーク負荷が大きい場合の溶接電流Ｉｗの立上り特性は同図（Ａ）のＸ２となり、溶接電圧Ｖｗの立上り特性は定電圧制御されているのでアーク負荷によらず上同図（Ｂ）の上記のＹ１となる。上述したように、時刻ｔ１時点での陰極点はワイヤ直下から離れた位置に形成される確率が高いために、上記の陰極点移動中のアーク負荷は大きくなる確率が高く、この結果、立上り特性はＸ２になる確率が高い。
【００１１】
▲１▼ 立上り特性がＸ１及びＹ１の場合
同図（Ｂ）に示すように、立上り時のアーク負荷が小さいので、溶接電圧Ｖｗは短時間で立ち上がり、時刻ｔ１１においてピーク電圧の定常値Ｖｐ０に収束する。同様に、同図（Ａ）に示すように、溶接電流Ｉｗも短時間で立ち上がり、時刻ｔ１１においてピーク電流の定常値Ｉｐ０に収束する。このピーク電流の定常値Ｉｐ０の値は、適正アーク長に設定するためのピーク電圧設定値Ｖｓｐ０と略等しくなるピーク電圧の定常値Ｖｐ０と適正アーク長時のアーク負荷によって定まる。時刻ｔ１１以降の最大ピーク期間はＴｐｐ１となる。
【００１２】
▲２▼ 立上り特性がＸ２の場合
同図（Ｂ）に示すように、立上り時のアーク負荷が大きいときでも定電圧制御されているので、溶接電圧ＶｗはＹ１のように略一定時間で立ち上がり、時刻ｔ１１において上記▲１▼項と略同一値のピーク電圧の定常値Ｖｐ０に収束する。同様に、同図（Ａ）に示すように、溶接電流Ｉｗも緩やかに立ち上がり、時刻ｔ１２において上記▲１▼項と略同一値のピーク電流の定常値Ｉｐ０に収束する。時刻ｔ１２以降の最大ピーク期間はＴｐｐ２となる。
【００１３】
上記のように、立上り時のアーク負荷によってピーク電流の立上り時間（時刻ｔ１〜ｔ１１又は時刻ｔ１〜ｔ１２）が大きく変化する。一般的に、ピーク電流の立上り時間はアーク力の変化と密接な関係にあるために、ビード外観、溶接作業性等に大きな影響を及ぼす。したがって、ピーク電流の立上り時間には適正値が存在するが、従来技術ではこのピーク電流の立上り時間を所定値に設定することができず、かつ、立上り時のアーク負荷によって変動することになるという課題がある。
【００１４】
さらに、立上り時のアーク負荷によって最大ピーク期間Ｔｐｐ１、Ｔｐｐ２が大きく変化する。この最大ピーク期間が変化すると上述したユニットパルス積分値が変化するために、１パルス１溶滴移行の範囲外になる場合も発生する。この場合には、溶滴移行状態が不安定になるためにスパッタの発生量が多くなりビード外観も悪くなる。
【００１５】
そこで、本発明では、ピーク電圧によるアーク長制御において、ピーク電流の立上り時間を所定値に設定することができるパルスアーク溶接制御方法を提供する。
【００１６】
【課題を解決するための手段】
請求項１の発明は、予め定めたピーク期間中はアーク負荷によって定まるピーク電流を通電し、続けて予め定めたベース期間中は予め定めたベース電流を通電し、上記ピーク期間中は溶接電源装置を定電圧制御し上記ベース期間中は溶接電源装置を定電流制御するパルスアーク溶接制御方法において、
上記ピーク期間に予め定めたピーク立上り期間を設け、このピーク立上り期間中は上記定電流制御によって上記ベース電流値から予め定めたピーク立上り電流最大値へと上昇するピーク立上り電流を通電し、それ以降の上記ピーク期間中は上記定電圧制御によって上記ピーク電流を通電し、上記ピーク立上り電流最大値を適正アーク長に対応したアーク負荷時の上記ピーク電流値と略等しい値に設定することを特徴とするパルスアーク溶接制御方法である。
【００１７】
請求項２の発明は、上記ピーク立上り電流最大値を、適正アーク長に対応したアーク負荷時のピーク電流値よりも予め定めた電流値だけ小さな値に設定することを特徴とする請求項１記載のパルスアーク溶接制御方法である。
【００１８】
請求項３の発明は、上記ベース期間に予め定めたピーク立下り期間を設け、このピーク立下り期間中は定電流制御によってピーク電流値からベース電流値へと下降するピーク立下り電流を通電し、それ以降の上記ベース期間中は上記定電流制御によって上記ベース電流を通電す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制御方法である。
【００１９】
【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。本発明は、以下の実施の形態のみに限定されるものではない。
【００２０】
［実施の形態１］
本発明の実施の形態１は、ピーク期間に予め定めたピーク立上り期間を設け、このピーク立上り期間中は定電流制御によってベース電流値から予め定めたピーク立上り電流最大値へと上昇するピーク立上り電流を通電し、それ以降の最大ピーク期間中は定電圧制御によってアーク負荷によって定まるピーク電流を通電するパルスアーク溶接制御方法である。以下、図面を参照して説明する。
【００２１】
図１は、実施の形態１におけるピーク期間中の電流・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。同図は、上述した従来技術の図９と対応している。以下、同図を参照して説明する。
【００２２】
▲１▼ 時刻ｔ１〜ｔ１３の期間（ピーク立上り期間Ｔｕ）
同図（Ａ）に示すように、時刻ｔ１のピーク期間Ｔｐの開始時点から予め定めたピーク立上り期間Ｔｕを設け、この期間中は溶接電源装置を定電流制御（ＣＣ）してベース電流値Ｉｂから予め定めたピーク立上り電流最大値Ｉｐｍへと上昇するピーク立上り電流Ｉｐｕを通電する。同時に、同図（Ｂ）に示すように、この期間中のピーク電圧の立上り特性は、上述したように陰極点のワイヤ直下への移動経路に応じてＹ２、Ｙ３のように種種に変化する。しかし、本発明ではこの期間中は定電流制御されているので、同図（Ａ）に示すように、ピーク電流の立上り特性は一定である。この結果、この期間中の半ば以降ではピーク立上り電流Ｉｐｕの値が大きくなるので上述したようにアークの硬直性が高くなり、陰極点のワイヤ直下への移動が促進される。このために、同図（Ｂ）に示すように、遅くとも時刻ｔ１３までにはピーク電圧は定常値Ｖｐ０に達する。
【００２３】
▲２▼ 時刻ｔ１３〜ｔ２の期間（最大ピーク期間Ｔｐｐ）
上記のピーク立上り期間Ｔｕが終了した後の残りのピーク期間Ｔｐを最大ピーク期間Ｔｐｐとすると、Ｔｐ＝Ｔｕ＋Ｔｐｐとなる。この最大ピーク期間Ｔｐｐ中は、溶接電源装置を定電圧制御（ＣＰ）する。同図（Ｂ）に示すように、適正アーク長になるようにピーク電圧設定値をＶｓｐ０［Ｖ］に設定すると、ピーク電圧は設定値と略等しいＶｐ０［Ｖ］となる。すなわち、適正アーク長のときのピーク電圧がＶｐ０となる。他方、同図（Ａ）に示すように、この期間中のピーク電流値Ｉｐ０［Ａ］は、適正アーク長に対応したアーク負荷と上記のピーク電圧値Ｖｐ０とによって定まる電流値となる。
【００２４】
ところで、上記のピーク立上り電流最大値Ｉｐｍは、上記の適正アーク長に対応したアーク負荷のときのピーク電流値Ｉｐ０と略等しくなるように予め設定される。この理由は、時刻ｔ１３において定電流制御から定電圧制御へと切り換わる時点前後でのピーク立上り電流最大値Ｉｐｍとピーク電流値Ｉｐ０とが略等しい場合には、時刻ｔ１３以降の電流波形にはオーバーシュート等がない円滑な電流波形になるためである。後述するが、オーバーシュートが生じるとアークからの騒音が大きくなり、作業環境が悪くなるために、これを抑制することができる。
【００２５】
この実施の形態１によれば、ピーク立上り期間Ｔｕを所定値に設定することができ、かつ、最大ピーク期間Ｔｐｐも所定値に設定することができる。このために、上述したようにアーク力の変化及びユニットパルス積分値を適正値に設定することができるので、溶滴移行状態が安定化してスパッタの少ない良好なビード外観を得ることができる。しかも、最大ピーク期間中はピーク電圧によるアーク長制御を行うので、アーク長を常に適正値に維持することができる。
【００２６】
図２は、実施の形態１における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。
【００２７】
出力制御回路ＩＮＶは、交流商用電源（３相２００Ｖ等）を入力として、後述する誤差増幅信号Ｅａ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、溶接に適した溶接電流Ｉｗ及び溶接電圧Ｖｗを出力する。溶接ワイヤ１は送給ロール５の回転によって溶接トーチ４を通って母材２へ送給されて、母材２との間にアーク３が発生して溶接が行われる。
【００２８】
シフトレジスタ回路ＳＲは、予め定めたピーク立上り期間Ｔｕ中はＬｏｗレベルとなりこれに続く予め定めた最大ピーク期間Ｔｐｐ中はＨｉｇｈレベルとなりこれに続く予め定めたベース期間Ｔｂ中はＬｏｗレベルとなりこれらの動作を繰り返す制御切換信号Ｓｃを出力すると共に、ピーク立上り期間Ｔｕ中は０となりこれに続く最大ピーク期間Ｔｐｐ中は１となりこれに続くベース期間Ｔｂ中は２となる電流設定切換信号Ｓｉ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Ｉｓｂを出力する。ピーク立上り電流最大値設定回路ＩＳＰＭは、予め定めたピーク立上り電流最大値設定信号Ｉｓｐｍを出力する。電流制御設定回路ＩＳＣは、上記の電流設定切換信号Ｓｉ＝０のときは上記のベース電流設定信号Ｉｓｂの値から上記のピーク立上り電流最大値設定信号Ｉｓｐｍの値へと上昇し、これに続きＳｉ＝１のときはその値を保持し、これに続きＳｉ＝２のときは上記のベース電流設定信号Ｉｓｂの値となりこれらの動作を繰り返す電流制御設定信号Ｉｓｃを出力する。
【００２９】
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。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。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。この回路によって溶接電源装置は定電流制御される。電圧誤差増幅回路ＥＶは、上記のピーク電圧設定信号Ｖｓｐと電圧検出信号Ｖｄとの誤差を増幅して電圧誤差増幅信号Ｅｖを出力する。この回路によって溶接電源装置は定電圧制御される。
【００３０】
制御切換回路ＳＷＣは、上記の制御切換信号ＳｃがＬｏｗレベルのときはｂ側に切り換わり上記の電流誤差増幅信号Ｅｉを誤差増幅信号Ｅａとして出力し、Ｈｉｇｈレベルのときはａ側に切り換わり上記の電圧誤差増幅信号Ｅｖを誤差増幅信号Ｅａとして出力する。この回路によって、ピーク立上り期間Ｔｕ中は定電流制御され、続く最大ピーク期間Ｔｐｐ中は定電圧制御され、続くベース期間Ｔｂ中は再び定電流制御される。
【００３１】
［実施の形態２］
本発明の実施の形態２は、実施の形態１において、ピーク立上り電流最大値Ｉｐｍを、適正アーク長に対応したアーク負荷時のピーク電流値Ｉｐ０よりも予め定めた電流値ΔＩｐだけ小さな値Ｉｐ１に設定するパルスアーク溶接制御方法である。以下、図面を参照して説明する。
【００３２】
図３は、上述した図１においてアーク長が適正値よりも長くなるように設定したときのピーク期間中の電流・電圧波形図である。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。以下、同図を参照して説明する。
【００３３】
母材、溶接ワイヤの材質、溶接継手、要求される溶接品質等の溶接条件によってはアーク長を標準的な溶接条件のときの適正値よりも長く又は短く設定する場合がよくある。同図は、ピーク電圧設定値を上述した図１のときのＶｓｐ０［Ｖ］よりも大きな値のＶｓｐ１［Ｖ］に設定することによってアーク長を標準溶接条件時の適正値よりも長くなるように設定した場合である。同図（Ｂ）に示すように、ピーク電圧値は図１のときのＶｐ０［Ｖ］よりも大きな値のＶｐ１［Ｖ］になる。このときのピーク電流値は、同図（Ａ）に示すように、アーク長が長いためにアーク負荷が大きくなり、図１のときのＩｐ０［Ａ］よりも小さな値のＩｐ１［Ａ］になる。上述したように、ピーク立上り電流最大値Ｉｐｍ＝Ｉｐ０に設定されているために、Ｉｐｍ＞Ｉｐ１となる。この結果、時刻ｔ１３前後のピーク立上り電流最大値Ｉｐｍとピーク電流の定常値Ｉｐ１との差が大きくなり、オーバーシュートが発生する。オーバーシュートが大きくなると、アークからの騒音が大きくなるために作業環境が悪くなる場合もあるという課題が生じる。
【００３４】
図４は、この課題を解決するための実施の形態２におけるピーク期間中の電流・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。同図は、ピーク立上り電流最大値Ｉｐｍを、図１のときのＩｐ０よりも予め定めた電流値ΔＩｐだけ小さな値Ｉｐ２に設定した場合である。このように設定すると、同図（Ａ）に示すように、実線で示すアーク長が長い場合でもオーバーシュートは生じない。また、一点鎖線で示すアーク長が適正値の場合でもオーバーシュートは生じない。さらに、図示していないがアーク長を適正値よりも短く設定した場合でもオーバーシュートは生じない。したがって、ピーク立上り電流最大値Ｉｐｍ＝Ｉｐ２に設定することによって、時刻ｔ１３以降のオーバーシュートを防止することができるので、アークからの不快な騒音を低減することができる。
【００３５】
［実施の形態３］
本発明の実施の形態３は、実施の形態１又は２において、ベース期間Ｔｂに予め定めたピーク立下り期間Ｔｄを設け、このピーク立下り期間中は定電流制御によってピーク電流値Ｉｐからベース電流値Ｉｂへと下降するピーク立下り電流Ｉｐｄを通電し、それ以降の定常ベース期間Ｔｂｂ中は定電流制御によってベース電流Ｉｂを通電するパルスアーク溶接制御方法である。以下、図面を参照して説明する。
【００３６】
図５は、実施の形態３における電流波形図である。時刻ｔ１〜ｔ２のピーク期間Ｔｐ中は上述した図１又は図４と同一であり、同図は時刻ｔ１〜ｔ２の期間が図４の場合を例示している。同図において、時刻ｔ２のベース期間Ｔｂの開始時点から予め定めたピーク立下り期間Ｔｄを設け、この期間中は定電流制御によってピーク電流値Ｉｐからベース電流値Ｉｂへと下降するピーク立下り電流Ｉｐｄを通電する。時刻ｔ２１以降の定常ベース期間Ｔｂｂ中は定電流制御によってベース電流Ｉｂを通電する。このようにピーク立下り期間Ｔｄを所定値に設定することによって、ピーク電流の立下り時のアーク力の変化を緩やかにすることができるので、ビード外観、溶接作業性等を良好にすることができる。同図はピーク期間Ｔｐ中の制御が図４の実施の形態２の場合であるが、図１の実施の形態１の場合も同様である。
【００３７】
図６は、上記の実施の形態３における溶接電源装置のブロック図である。同図において、上述した図２と同一の回路には同一符号を付してそれらの説明は省略する。以下、図２とは異なる点線で示す回路について同図を参照して説明する。
【００３８】
第２のシフトレジスタ回路ＳＲは、予め定めたピーク立上り期間Ｔｕ中はＬｏｗレベルとなりこれに続く予め定めた最大ピーク期間Ｔｐｐ中はＨｉｇｈレベルとなりこれに続く予め定めたピーク立下り期間Ｔｄ中はＬｏｗレベルとなりこれに続く予め定めた定常ベース期間Ｔｂｂ中はＬｏｗレベルとなりこれらの動作を繰り返す制御切換信号Ｓｃを出力すると共に、ピーク立上り期間Ｔｕ中は０となりこれに続く最大ピーク期間Ｔｐｐ中は１となりこれに続くピーク立下り期間Ｔｄ中は２となりこれに続く定常ベース期間Ｔｂｂ中は３となる電流設定切換信号Ｓｉを出力する。ピーク電流ホールド回路ＩＤＨは、最大ピーク期間Ｔｐｐ中のピーク電流値をサンプル／ホールドしてピーク電流ホールド信号Ｉｄｈを出力する。第２の電流制御設定回路ＩＳＣ２は、上記の電流設定切換信号Ｓｉ＝０のときはベース電流設定信号Ｉｓｂの値からピーク立上り電流最大値設定信号Ｉｓｐｍの値へと上昇し、Ｓｉ＝１のときはその値を保持し、Ｓｉ＝２のときは上記のピーク電流ホールド信号Ｉｄｈの値からベース電流設定信号Ｉｓｂの値へと下降し、Ｓｉ＝３のときはその値を保持しこれらの動作を繰り返す電流制御設定信号Ｉｓｃを出力する。
【００３９】
【発明の効果】
請求項１記載のパルスアーク溶接制御方法によれば、ピーク電圧によるアーク長制御を行うと共に、ピーク立上り期間及び最大ピーク期間を所定値に正確に設定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、請求項２記載のパルスアーク溶接制御方法によれば、上記の効果に加えて、ピーク立上り期間後のピーク電流のオーバーシュートを抑制することができるので、アークからの不快な騒音を低減することができる。
さらに、請求項３記載のパルスアーク溶接制御方法によれば、上記の効果に加えて、ピーク立下り期間を所定値に正確に設定することができるので、溶接品質をさらに良好にすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態１に係る電流・電圧波形図である。
【図２】実施の形態１の溶接電源装置のブロック図である。
【図３】実施の形態１におけるピーク電流のオーバーシュートを示す電流・電圧波形図である。
【図４】実施の形態２に係る電流・電圧波形図である。
【図５】実施の形態３に係る電流・電圧波形図である。
【図６】実施の形態３の溶接電源装置のブロック図である。
【図７】従来技術における電流・電圧波形図である。
【図８】従来技術におけるピーク期間Ｔｐ及びベース期間Ｔｂのアーク発生状態を示す図である。
【図９】従来技術の課題を説明するための電流・電圧波形図である。
【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
ＣＣ 定電流制御
ＣＰ 定電圧制御
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
ＩＤＨ ピーク電流ホールド回路
Ｉｄｈ ピーク電流ホールド信号
ＩＮＶ 出力制御回路
Ｉｐ ピーク電流
Ｉｐ０ 適正アーク長のアーク負荷時のピーク電流
Ｉｐ１ アーク長が長いアーク負荷時のピーク電流
Ｉｐ２ 適正アーク長のアーク負荷時のピーク電流Ｉｐ０から電流値ΔＩｐを減算した値のピーク電流
Ｉｐｄ ピーク立下り電流
Ｉｐｍ ピーク立上り電流最大値
Ｉｐｕ ピーク立上り電流
ＩＳＢ ベース電流設定回路
Ｉｓｂ ベース電流設定信号
ＩＳＣ 電流制御設定回路
Ｉｓｃ 電流制御設定信号
ＩＳＣ２ 第２の電流制御設定回路
ＩＳＰＭ ピーク立上り電流最大値設定回路
Ｉｓｐｍ ピーク立上り電流最大値設定信号
Ｉｗ 溶接電流
Ｌａ１、Ｌａ２ 真のアーク長
Ｌｂ１、Ｌｂ２ 見かけのアーク長
Ｎ１、Ｎ２ 陰極点
Ｓｃ 制御切換信号
Ｓｉ 電流設定切換信号
ＳＲ シフトレジスタ回路
ＳＲ２ 第２のシフトレジスタ回路
ＳＷＣ 制御切換回路
Ｔｄ ピーク立下り期間
Ｔｆ パルス周期
Ｔｐ ピーク期間
Ｔｐｐ 最大ピーク期間
Ｔｕ ピーク立上り期間
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
Ｖｐ０ 適正アーク長のピーク電圧
Ｖｐ１ アーク長が長いときのピーク電圧
ＶＳＰ ピーク電圧設定回路
Ｖｓｐ ピーク電圧設定（値／信号）
Ｖｓｐ０ 適正アーク長のピーク電圧設定値
Ｖｓｐ１ アーク長を長く設定したときのピーク電圧設定値
Ｖｗ 溶接電圧
Ｘ１、Ｘ２ 電流立上り特性
Ｙ１〜Ｙ３ 電圧立上り特性
ΔＩｐ 電流値
【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、ピーク期間中はアーク負荷によって定まるピーク電流を通電し、続けてベース期間中は予め定めたベース電流を通電し、上記のピーク期間中は溶接電源装置を定電圧制御し上記のベース期間中は溶接電源装置を定電流制御するパルスアーク溶接制御方法に関し、特に、上記のピーク電流の立上り／立下り制御に関する。
【０００２】
【従来の技術】
消耗電極式アーク溶接においては、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、この陽極点と陰極点との間にアークが発生する。このときの陽極点と陰極点との距離は、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、ビード外観等の重要な溶接品質は、上記の真のアーク長よりも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、ＭＡＧ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）に形成されやすいので、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、溶接電圧値を目標値と一致させ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性質を有する。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残っている位置に形成されることが多い。この場合には、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値によっては精密なアーク長制御を行うことはできない。パルスＭＩＧ溶接において、この問題を解決するための方法の１つとして、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説明する。
【０００３】
図７は、パルスＭＩＧ溶接における電流・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８はアーク発生状態の模式図であり、図８（Ａ）はピーク期間Ｔｐ中のアーク発生状態を示し，図８（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８を参照して説明する。
【０００４】
▲１▼ 時刻ｔ１〜ｔ２の期間（ピーク期間Ｔｐ）
この期間中、溶接電源装置は定電圧制御（ＣＰ）されるので、溶接電圧Ｖｗ（ピーク電圧Ｖｐ）は予め定めたピーク電圧設定値Ｖｓｐと略等しくなる。同図（Ａ）に示すように、予め定めたピーク期間Ｔｐ中は、定電圧制御されるのでアーク負荷によって定まるスプレー移行の臨界値以上のピーク電流Ｉｐが通電する。同時に、同図（Ｂ）に示すように、ピーク電圧Ｖｐは予め定めたピーク電圧設定値Ｖｓｐと略等しくなる。このピーク期間Ｔｐ中のピーク電流Ｉｐの積分値（以下、ユニットパルス積分値という）は、溶接ワイヤが１パルス１溶滴移行になるように選択される。上記のピーク電圧設定値Ｖｓｐは、見かけのアーク長が適正値になるように設定される。
【０００５】
図８（Ａ）はこの期間中のアーク発生状態を示す。ピーク電流Ｉｐは３００〜６００Ａ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に比例して高くなり、上記のようにピーク電流Ｉｐが３００Ａ以上の場合には、酸化皮膜上に陰極点が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８（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、その間にアーク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。ここで、ピーク電圧Ｖｐと真のアーク長Ｌａ１とは略比例関係にあり、上記の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がピーク電圧設定値Ｖｓｐと略等しくなるように定電圧制御することによって、見かけのアーク長Ｌｂ１を適正値に制御することができる。
【０００６】
▲２▼ 時刻ｔ２〜ｔ３の期間（ベース期間Ｔｂ）
この期間中、溶接電源装置は定電流制御（ＣＣ）されるので、溶接電流Ｉｗ（ベース電流Ｉｂ）は予め定めたベース電流設定値Ｉｓｂと略等しくなる。同図（Ａ）に示すように、予め定めたベース期間Ｔｂ中は、定電流制御されるので予め定めたベース電流Ｉｂが通電する。同時に、同図（Ｂ）に示すように、ベース電圧Ｖｂはアーク負荷によって定まる値となる。このベース電流Ｉｂは溶接ワイヤの先端部が溶融しないように数十Ａの小電流値に設定される。
【０００７】
図８（Ｂ）はこの期間中のアーク発生状態を示す。ベース電流Ｉｂは数十Ａ程度と小電流であるために、上記の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大電流値のピーク電流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はそこから離れた位置に形成される。このために、図８（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の残る母材表面上に陰極点Ｎ２が形成されて、その間にアーク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ために、それに伴って真のアーク長Ｌａ２の長さもたえず変化することになる。そして、ベース電圧Ｖｂは真のアーク長Ｌａ２と略比例関係にあるために、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正確に制御することはできない。
【０００８】
上記のように、ピーク期間Ｔｐとベース期間Ｔｂとをパルス周期Ｔｆとして繰り返す。従来技術のアーク長制御方法では、見かけのアーク長と略比例関係にあるピーク電圧Ｖｐをピーク電圧設定値Ｖｓｐと略等しくなるようにアーク負荷に応じてピーク電流Ｉｐを変化させて、アーク長を適正値に維持する。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
図９は、従来技術の課題を説明するためのピーク期間中の電流・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。同図における時刻ｔ１〜ｔ２の期間は、上述した図７の時刻ｔ１〜ｔ２の期間に対応している。また、同図において、実線で示す立上り特性Ｘ１及びＹ１は立上り時のアーク負荷が小さい場合を示し、他方、一点鎖線で示す立上り特性Ｘ２は立上り時のアーク負荷が大きい場合を示す。以下、同図を参照して説明する。
【００１０】
同図において、時刻ｔ１〜ｔ２のピーク期間Ｔｐ中は定電圧制御（ＣＰ）されるので、同図（Ｂ）に示すように、ピーク電圧の定常値Ｖｐ０は予め定めたピーク電圧設定値Ｖｓｐと略等しくなる。上述したように、時刻ｔ１のアーク発生状態は図８（Ｂ）の状態にあり、陰極店Ｎ２はワイヤ直下の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ｔ１１又はｔ１２以降の最大ピーク期間Ｔｐｐのアーク発生状態は図８（Ａ）の状態にあり、陰極点Ｎ１はワイヤ直下の溶接狙い位置近傍に形成される。したがって、時刻ｔ１〜ｔ１１（又はｔ１２）のピーク立上り期間において、陰極点は外周部（Ｎ２）からワイヤ直下（Ｎ１）へと移動する。この陰極点の移動経路は時刻ｔ１時点での陰極点の位置、母材表面の酸化皮膜の状態、シールドガスによるシールド状態、溶融池の状態等の種種の要因によって変化する。この陰極点移動中のアーク負荷が小さい場合の溶接電流Ｉｗの立上り特性は同図（Ａ）のＸ１となり、溶接電圧Ｖｗの立上り特性は同図（Ｂ）のＹ１となる。他方、この陰極点移動中のアーク負荷が大きい場合の溶接電流Ｉｗの立上り特性は同図（Ａ）のＸ２となり、溶接電圧Ｖｗの立上り特性は定電圧制御されているのでアーク負荷によらず上同図（Ｂ）の上記のＹ１となる。上述したように、時刻ｔ１時点での陰極点はワイヤ直下から離れた位置に形成される確率が高いために、上記の陰極点移動中のアーク負荷は大きくなる確率が高く、この結果、立上り特性はＸ２になる確率が高い。
【００１１】
▲１▼ 立上り特性がＸ１及びＹ１の場合
同図（Ｂ）に示すように、立上り時のアーク負荷が小さいので、溶接電圧Ｖｗは短時間で立ち上がり、時刻ｔ１１においてピーク電圧の定常値Ｖｐ０に収束する。同様に、同図（Ａ）に示すように、溶接電流Ｉｗも短時間で立ち上がり、時刻ｔ１１においてピーク電流の定常値Ｉｐ０に収束する。このピーク電流の定常値Ｉｐ０の値は、適正アーク長に設定するためのピーク電圧設定値Ｖｓｐ０と略等しくなるピーク電圧の定常値Ｖｐ０と適正アーク長時のアーク負荷によって定まる。時刻ｔ１１以降の最大ピーク期間はＴｐｐ１となる。
【００１２】
▲２▼ 立上り特性がＸ２の場合
同図（Ｂ）に示すように、立上り時のアーク負荷が大きいときでも定電圧制御されているので、溶接電圧ＶｗはＹ１のように略一定時間で立ち上がり、時刻ｔ１１において上記▲１▼項と略同一値のピーク電圧の定常値Ｖｐ０に収束する。同様に、同図（Ａ）に示すように、溶接電流Ｉｗも緩やかに立ち上がり、時刻ｔ１２において上記▲１▼項と略同一値のピーク電流の定常値Ｉｐ０に収束する。時刻ｔ１２以降の最大ピーク期間はＴｐｐ２となる。
【００１３】
上記のように、立上り時のアーク負荷によってピーク電流の立上り時間（時刻ｔ１〜ｔ１１又は時刻ｔ１〜ｔ１２）が大きく変化する。一般的に、ピーク電流の立上り時間はアーク力の変化と密接な関係にあるために、ビード外観、溶接作業性等に大きな影響を及ぼす。したがって、ピーク電流の立上り時間には適正値が存在するが、従来技術ではこのピーク電流の立上り時間を所定値に設定することができず、かつ、立上り時のアーク負荷によって変動することになるという課題がある。
【００１４】
さらに、立上り時のアーク負荷によって最大ピーク期間Ｔｐｐ１、Ｔｐｐ２が大きく変化する。この最大ピーク期間が変化すると上述したユニットパルス積分値が変化するために、１パルス１溶滴移行の範囲外になる場合も発生する。この場合には、溶滴移行状態が不安定になるためにスパッタの発生量が多くなりビード外観も悪くなる。
【００１５】
そこで、本発明では、ピーク電圧によるアーク長制御において、ピーク電流の立上り時間を所定値に設定することができるパルスアーク溶接制御方法を提供する。
【００１６】
【課題を解決するための手段】
請求項１の発明は、予め定めたピーク期間中はアーク負荷によって定まるピーク電流を通電し、続けて予め定めたベース期間中は予め定めたベース電流を通電し、上記ピーク期間中は溶接電源装置を定電圧制御し上記ベース期間中は溶接電源装置を定電流制御するパルスアーク溶接制御方法において、
上記ピーク期間に予め定めたピーク立上り期間を設け、このピーク立上り期間中は上記定電流制御によって上記ベース電流値から予め定めたピーク立上り電流最大値へと上昇するピーク立上り電流を通電し、それ以降の上記ピーク期間中は上記定電圧制御によって上記ピーク電流を通電し、上記ピーク立上り電流最大値を適正アーク長に対応したアーク負荷時の上記ピーク電流値と略等しい値に設定することを特徴とするパルスアーク溶接制御方法である。
【００１７】
請求項２の発明は、上記ピーク立上り電流最大値を、適正アーク長に対応したアーク負荷時のピーク電流値よりも予め定めた電流値だけ小さな値に設定することを特徴とする請求項１記載のパルスアーク溶接制御方法である。
【００１８】
請求項３の発明は、上記ベース期間に予め定めたピーク立下り期間を設け、このピーク立下り期間中は定電流制御によってピーク電流値からベース電流値へと下降するピーク立下り電流を通電し、それ以降の上記ベース期間中は上記定電流制御によって上記ベース電流を通電す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制御方法である。
【００１９】
【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。本発明は、以下の実施の形態のみに限定されるものではない。
【００２０】
［実施の形態１］
本発明の実施の形態１は、ピーク期間に予め定めたピーク立上り期間を設け、このピーク立上り期間中は定電流制御によってベース電流値から予め定めたピーク立上り電流最大値へと上昇するピーク立上り電流を通電し、それ以降の最大ピーク期間中は定電圧制御によってアーク負荷によって定まるピーク電流を通電するパルスアーク溶接制御方法である。以下、図面を参照して説明する。
【００２１】
図１は、実施の形態１におけるピーク期間中の電流・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。同図は、上述した従来技術の図９と対応している。以下、同図を参照して説明する。
【００２２】
▲１▼ 時刻ｔ１〜ｔ１３の期間（ピーク立上り期間Ｔｕ）
同図（Ａ）に示すように、時刻ｔ１のピーク期間Ｔｐの開始時点から予め定めたピーク立上り期間Ｔｕを設け、この期間中は溶接電源装置を定電流制御（ＣＣ）してベース電流値Ｉｂから予め定めたピーク立上り電流最大値Ｉｐｍへと上昇するピーク立上り電流Ｉｐｕを通電する。同時に、同図（Ｂ）に示すように、この期間中のピーク電圧の立上り特性は、上述したように陰極点のワイヤ直下への移動経路に応じてＹ２、Ｙ３のように種種に変化する。しかし、本発明ではこの期間中は定電流制御されているので、同図（Ａ）に示すように、ピーク電流の立上り特性は一定である。この結果、この期間中の半ば以降ではピーク立上り電流Ｉｐｕの値が大きくなるので上述したようにアークの硬直性が高くなり、陰極点のワイヤ直下への移動が促進される。このために、同図（Ｂ）に示すように、遅くとも時刻ｔ１３までにはピーク電圧は定常値Ｖｐ０に達する。
【００２３】
▲２▼ 時刻ｔ１３〜ｔ２の期間（最大ピーク期間Ｔｐｐ）
上記のピーク立上り期間Ｔｕが終了した後の残りのピーク期間Ｔｐを最大ピーク期間Ｔｐｐとすると、Ｔｐ＝Ｔｕ＋Ｔｐｐとなる。この最大ピーク期間Ｔｐｐ中は、溶接電源装置を定電圧制御（ＣＰ）する。同図（Ｂ）に示すように、適正アーク長になるようにピーク電圧設定値をＶｓｐ０［Ｖ］に設定すると、ピーク電圧は設定値と略等しいＶｐ０［Ｖ］となる。すなわち、適正アーク長のときのピーク電圧がＶｐ０となる。他方、同図（Ａ）に示すように、この期間中のピーク電流値Ｉｐ０［Ａ］は、適正アーク長に対応したアーク負荷と上記のピーク電圧値Ｖｐ０とによって定まる電流値となる。
【００２４】
ところで、上記のピーク立上り電流最大値Ｉｐｍは、上記の適正アーク長に対応したアーク負荷のときのピーク電流値Ｉｐ０と略等しくなるように予め設定される。この理由は、時刻ｔ１３において定電流制御から定電圧制御へと切り換わる時点前後でのピーク立上り電流最大値Ｉｐｍとピーク電流値Ｉｐ０とが略等しい場合には、時刻ｔ１３以降の電流波形にはオーバーシュート等がない円滑な電流波形になるためである。後述するが、オーバーシュートが生じるとアークからの騒音が大きくなり、作業環境が悪くなるために、これを抑制することができる。
【００２５】
この実施の形態１によれば、ピーク立上り期間Ｔｕを所定値に設定することができ、かつ、最大ピーク期間Ｔｐｐも所定値に設定することができる。このために、上述したようにアーク力の変化及びユニットパルス積分値を適正値に設定することができるので、溶滴移行状態が安定化してスパッタの少ない良好なビード外観を得ることができる。しかも、最大ピーク期間中はピーク電圧によるアーク長制御を行うので、アーク長を常に適正値に維持することができる。
【００２６】
図２は、実施の形態１における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。
【００２７】
出力制御回路ＩＮＶは、交流商用電源（３相２００Ｖ等）を入力として、後述する誤差増幅信号Ｅａ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、溶接に適した溶接電流Ｉｗ及び溶接電圧Ｖｗを出力する。溶接ワイヤ１は送給ロール５の回転によって溶接トーチ４を通って母材２へ送給されて、母材２との間にアーク３が発生して溶接が行われる。
【００２８】
シフトレジスタ回路ＳＲは、予め定めたピーク立上り期間Ｔｕ中はＬｏｗレベルとなりこれに続く予め定めた最大ピーク期間Ｔｐｐ中はＨｉｇｈレベルとなりこれに続く予め定めたベース期間Ｔｂ中はＬｏｗレベルとなりこれらの動作を繰り返す制御切換信号Ｓｃを出力すると共に、ピーク立上り期間Ｔｕ中は０となりこれに続く最大ピーク期間Ｔｐｐ中は１となりこれに続くベース期間Ｔｂ中は２となる電流設定切換信号Ｓｉ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Ｉｓｂを出力する。ピーク立上り電流最大値設定回路ＩＳＰＭは、予め定めたピーク立上り電流最大値設定信号Ｉｓｐｍを出力する。電流制御設定回路ＩＳＣは、上記の電流設定切換信号Ｓｉ＝０のときは上記のベース電流設定信号Ｉｓｂの値から上記のピーク立上り電流最大値設定信号Ｉｓｐｍの値へと上昇し、これに続きＳｉ＝１のときはその値を保持し、これに続きＳｉ＝２のときは上記のベース電流設定信号Ｉｓｂの値となりこれらの動作を繰り返す電流制御設定信号Ｉｓｃを出力する。
【００２９】
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。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。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。この回路によって溶接電源装置は定電流制御される。電圧誤差増幅回路ＥＶは、上記のピーク電圧設定信号Ｖｓｐと電圧検出信号Ｖｄとの誤差を増幅して電圧誤差増幅信号Ｅｖを出力する。この回路によって溶接電源装置は定電圧制御される。
【００３０】
制御切換回路ＳＷＣは、上記の制御切換信号ＳｃがＬｏｗレベルのときはｂ側に切り換わり上記の電流誤差増幅信号Ｅｉを誤差増幅信号Ｅａとして出力し、Ｈｉｇｈレベルのときはａ側に切り換わり上記の電圧誤差増幅信号Ｅｖを誤差増幅信号Ｅａとして出力する。この回路によって、ピーク立上り期間Ｔｕ中は定電流制御され、続く最大ピーク期間Ｔｐｐ中は定電圧制御され、続くベース期間Ｔｂ中は再び定電流制御される。
【００３１】
［実施の形態２］
本発明の実施の形態２は、実施の形態１において、ピーク立上り電流最大値Ｉｐｍを、適正アーク長に対応したアーク負荷時のピーク電流値Ｉｐ０よりも予め定めた電流値ΔＩｐだけ小さな値Ｉｐ１に設定するパルスアーク溶接制御方法である。以下、図面を参照して説明する。
【００３２】
図３は、上述した図１においてアーク長が適正値よりも長くなるように設定したときのピーク期間中の電流・電圧波形図である。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。以下、同図を参照して説明する。
【００３３】
母材、溶接ワイヤの材質、溶接継手、要求される溶接品質等の溶接条件によってはアーク長を標準的な溶接条件のときの適正値よりも長く又は短く設定する場合がよくある。同図は、ピーク電圧設定値を上述した図１のときのＶｓｐ０［Ｖ］よりも大きな値のＶｓｐ１［Ｖ］に設定することによってアーク長を標準溶接条件時の適正値よりも長くなるように設定した場合である。同図（Ｂ）に示すように、ピーク電圧値は図１のときのＶｐ０［Ｖ］よりも大きな値のＶｐ１［Ｖ］になる。このときのピーク電流値は、同図（Ａ）に示すように、アーク長が長いためにアーク負荷が大きくなり、図１のときのＩｐ０［Ａ］よりも小さな値のＩｐ１［Ａ］になる。上述したように、ピーク立上り電流最大値Ｉｐｍ＝Ｉｐ０に設定されているために、Ｉｐｍ＞Ｉｐ１となる。この結果、時刻ｔ１３前後のピーク立上り電流最大値Ｉｐｍとピーク電流の定常値Ｉｐ１との差が大きくなり、オーバーシュートが発生する。オーバーシュートが大きくなると、アークからの騒音が大きくなるために作業環境が悪くなる場合もあるという課題が生じる。
【００３４】
図４は、この課題を解決するための実施の形態２におけるピーク期間中の電流・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。同図は、ピーク立上り電流最大値Ｉｐｍを、図１のときのＩｐ０よりも予め定めた電流値ΔＩｐだけ小さな値Ｉｐ２に設定した場合である。このように設定すると、同図（Ａ）に示すように、実線で示すアーク長が長い場合でもオーバーシュートは生じない。また、一点鎖線で示すアーク長が適正値の場合でもオーバーシュートは生じない。さらに、図示していないがアーク長を適正値よりも短く設定した場合でもオーバーシュートは生じない。したがって、ピーク立上り電流最大値Ｉｐｍ＝Ｉｐ２に設定することによって、時刻ｔ１３以降のオーバーシュートを防止することができるので、アークからの不快な騒音を低減することができる。
【００３５】
［実施の形態３］
本発明の実施の形態３は、実施の形態１又は２において、ベース期間Ｔｂに予め定めたピーク立下り期間Ｔｄを設け、このピーク立下り期間中は定電流制御によってピーク電流値Ｉｐからベース電流値Ｉｂへと下降するピーク立下り電流Ｉｐｄを通電し、それ以降の定常ベース期間Ｔｂｂ中は定電流制御によってベース電流Ｉｂを通電するパルスアーク溶接制御方法である。以下、図面を参照して説明する。
【００３６】
図５は、実施の形態３における電流波形図である。時刻ｔ１〜ｔ２のピーク期間Ｔｐ中は上述した図１又は図４と同一であり、同図は時刻ｔ１〜ｔ２の期間が図４の場合を例示している。同図において、時刻ｔ２のベース期間Ｔｂの開始時点から予め定めたピーク立下り期間Ｔｄを設け、この期間中は定電流制御によってピーク電流値Ｉｐからベース電流値Ｉｂへと下降するピーク立下り電流Ｉｐｄを通電する。時刻ｔ２１以降の定常ベース期間Ｔｂｂ中は定電流制御によってベース電流Ｉｂを通電する。このようにピーク立下り期間Ｔｄを所定値に設定することによって、ピーク電流の立下り時のアーク力の変化を緩やかにすることができるので、ビード外観、溶接作業性等を良好にすることができる。同図はピーク期間Ｔｐ中の制御が図４の実施の形態２の場合であるが、図１の実施の形態１の場合も同様である。
【００３７】
図６は、上記の実施の形態３における溶接電源装置のブロック図である。同図において、上述した図２と同一の回路には同一符号を付してそれらの説明は省略する。以下、図２とは異なる点線で示す回路について同図を参照して説明する。
【００３８】
第２のシフトレジスタ回路ＳＲは、予め定めたピーク立上り期間Ｔｕ中はＬｏｗレベルとなりこれに続く予め定めた最大ピーク期間Ｔｐｐ中はＨｉｇｈレベルとなりこれに続く予め定めたピーク立下り期間Ｔｄ中はＬｏｗレベルとなりこれに続く予め定めた定常ベース期間Ｔｂｂ中はＬｏｗレベルとなりこれらの動作を繰り返す制御切換信号Ｓｃを出力すると共に、ピーク立上り期間Ｔｕ中は０となりこれに続く最大ピーク期間Ｔｐｐ中は１となりこれに続くピーク立下り期間Ｔｄ中は２となりこれに続く定常ベース期間Ｔｂｂ中は３となる電流設定切換信号Ｓｉを出力する。ピーク電流ホールド回路ＩＤＨは、最大ピーク期間Ｔｐｐ中のピーク電流値をサンプル／ホールドしてピーク電流ホールド信号Ｉｄｈを出力する。第２の電流制御設定回路ＩＳＣ２は、上記の電流設定切換信号Ｓｉ＝０のときはベース電流設定信号Ｉｓｂの値からピーク立上り電流最大値設定信号Ｉｓｐｍの値へと上昇し、Ｓｉ＝１のときはその値を保持し、Ｓｉ＝２のときは上記のピーク電流ホールド信号Ｉｄｈの値からベース電流設定信号Ｉｓｂの値へと下降し、Ｓｉ＝３のときはその値を保持しこれらの動作を繰り返す電流制御設定信号Ｉｓｃを出力する。
【００３９】
【発明の効果】
請求項１記載のパルスアーク溶接制御方法によれば、ピーク電圧によるアーク長制御を行うと共に、ピーク立上り期間及び最大ピーク期間を所定値に正確に設定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、請求項２記載のパルスアーク溶接制御方法によれば、上記の効果に加えて、ピーク立上り期間後のピーク電流のオーバーシュートを抑制することができるので、アークからの不快な騒音を低減することができる。
さらに、請求項３記載のパルスアーク溶接制御方法によれば、上記の効果に加えて、ピーク立下り期間を所定値に正確に設定することができるので、溶接品質をさらに良好にすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態１に係る電流・電圧波形図である。
【図２】実施の形態１の溶接電源装置のブロック図である。
【図３】実施の形態１におけるピーク電流のオーバーシュートを示す電流・電圧波形図である。
【図４】実施の形態２に係る電流・電圧波形図である。
【図５】実施の形態３に係る電流・電圧波形図である。
【図６】実施の形態３の溶接電源装置のブロック図である。
【図７】従来技術における電流・電圧波形図である。
【図８】従来技術におけるピーク期間Ｔｐ及びベース期間Ｔｂのアーク発生状態を示す図である。
【図９】従来技術の課題を説明するための電流・電圧波形図である。
【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
ＣＣ 定電流制御
ＣＰ 定電圧制御
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
ＩＤＨ ピーク電流ホールド回路
Ｉｄｈ ピーク電流ホールド信号
ＩＮＶ 出力制御回路
Ｉｐ ピーク電流
Ｉｐ０ 適正アーク長のアーク負荷時のピーク電流
Ｉｐ１ アーク長が長いアーク負荷時のピーク電流
Ｉｐ２ 適正アーク長のアーク負荷時のピーク電流Ｉｐ０から電流値ΔＩｐを減算した値のピーク電流
Ｉｐｄ ピーク立下り電流
Ｉｐｍ ピーク立上り電流最大値
Ｉｐｕ ピーク立上り電流
ＩＳＢ ベース電流設定回路
Ｉｓｂ ベース電流設定信号
ＩＳＣ 電流制御設定回路
Ｉｓｃ 電流制御設定信号
ＩＳＣ２ 第２の電流制御設定回路
ＩＳＰＭ ピーク立上り電流最大値設定回路
Ｉｓｐｍ ピーク立上り電流最大値設定信号
Ｉｗ 溶接電流
Ｌａ１、Ｌａ２ 真のアーク長
Ｌｂ１、Ｌｂ２ 見かけのアーク長
Ｎ１、Ｎ２ 陰極点
Ｓｃ 制御切換信号
Ｓｉ 電流設定切換信号
ＳＲ シフトレジスタ回路
ＳＲ２ 第２のシフトレジスタ回路
ＳＷＣ 制御切換回路
Ｔｄ ピーク立下り期間
Ｔｆ パルス周期
Ｔｐ ピーク期間
Ｔｐｐ 最大ピーク期間
Ｔｕ ピーク立上り期間
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
Ｖｐ０ 適正アーク長のピーク電圧
Ｖｐ１ アーク長が長いときのピーク電圧
ＶＳＰ ピーク電圧設定回路
Ｖｓｐ ピーク電圧設定（値／信号）
Ｖｓｐ０ 適正アーク長のピーク電圧設定値
Ｖｓｐ１ アーク長を長く設定したときのピーク電圧設定値
Ｖｗ 溶接電圧
Ｘ１、Ｘ２ 電流立上り特性
Ｙ１〜Ｙ３ 電圧立上り特性
ΔＩｐ 電流値
Claims (3)
- 予め定めたピーク期間中はアーク負荷によって定まるピーク電流を通電し、続けて予め定めたベース期間中は予め定めたベース電流を通電し、前記ピーク期間中は溶接電源装置を定電圧制御し前記ベース期間中は溶接電源装置を定電流制御するパルスアーク溶接制御方法において、
前記ピーク期間に予め定めたピーク立上り期間を設け、このピーク立上り期間中は前記定電流制御によって前記ベース電流値から予め定めたピーク立上り電流最大値へと上昇するピーク立上り電流を通電し、それ以降の前記ピーク期間中は前記定電圧制御によって前記ピーク電流を通電し、前記ピーク立上り電流最大値を適正アーク長に対応したアーク負荷時の前記ピーク電流値と略等しい値に設定することを特徴とするパルスアーク溶接制御方法。 - 前記ピーク立上り電流最大値を、適正アーク長に対応したアーク負荷時のピーク電流値よりも予め定めた電流値だけ小さな値に設定することを特徴とする請求項１記載のパルスアーク溶接制御方法。
- 前記ベース期間に予め定めたピーク立下り期間を設け、このピーク立下り期間中は定電流制御によってピーク電流値からベース電流値へと下降するピーク立下り電流を通電し、それ以降の前記ベース期間中は前記定電流制御によって前記ベース電流を通電す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制御方法。
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