JP2005034853A - パルスアーク溶接のアーク長制御方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】ピーク期間中のピーク電圧Ｖｐ及びベース期間中のベース電圧Ｖｂからなる溶接電圧の平均値Ｖａが予め定めた電圧設定値Ｖｓと略等しくなるように出力制御してアーク長を適正値に維持するパルスアーク溶接のアーク長制御方法において、短絡開放直後（時刻ｔ４）の陰極点の形成によるアーク長とは関係しない異常電圧Ｖｅが溶接電圧に重畳し、アーク長の検出が不正確になりアーク長の変動が大きくなる。
【解決手段】本発明は、前記ベース電圧Ｖｂの上限値を、前記電圧設定値Ｖｓ又は前記溶接電圧平均値Ｖａに制限した値及び前記ピーク電圧値Ｖｐによって前記溶接電圧平均値Ｖａを算出することで前記異常電圧Ｖｅを除去することができるので、アーク長を正確に検出することができ高精度なアーク長制御を行うことができる。
【選択図】 図１
【解決手段】本発明は、前記ベース電圧Ｖｂの上限値を、前記電圧設定値Ｖｓ又は前記溶接電圧平均値Ｖａに制限した値及び前記ピーク電圧値Ｖｐによって前記溶接電圧平均値Ｖａを算出することで前記異常電圧Ｖｅを除去することができるので、アーク長を正確に検出することができ高精度なアーク長制御を行うことができる。
【選択図】 図１
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、溶接電圧平均値が予め定めた電圧設定値と略等しくなるようにパルス周期等を制御してアーク長を適正値に維持する消耗電極式パルスアーク溶接のアーク長制御方法に関し、特に、溶接電圧に重畳する異常電圧を除去して正確な溶接電圧平均値を算出する方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
消耗電極式アーク溶接において、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。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１パルス周期として繰り返して通電する消耗電極式パルスアーク溶接においては、溶接電圧平均値が予め定めた電圧設定値と略等しくなるようにパルス周期等を制御してアーク長を適正値に維持するアーク長制御方法が従来から使用されている。以下、この従来技術のパルスアーク溶接のアーク長制御方法について説明する。
【０００３】
図６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Ｉｗの、同図（Ｂ）は溶接電圧Ｖｗの波形図を示す。以下、同図を参照して説明する。
【０００４】
同図（Ａ）に示すように、時刻ｔ１〜ｔ２のピーク期間Ｔｐ中は、溶滴移行させるための大電流値のピーク電流Ｉｐが通電し、同図（Ｂ）に示すように、アーク長に略比例したピーク電圧Ｖｐが印加する。続いて，同図（Ａ）に示すように、時刻ｔ２〜ｔ３のベース期間Ｔｂ中は、アークを維持しつつ溶滴を成長させないための小電流値のベース電流Ｉｂが通電し、同図（Ｂ）に示すように、アーク長に略比例したベース電圧Ｖｂが印加する。
【０００５】
溶接品質は、ピーク期間Ｔｐ及びベース期間Ｔｂからなるパルス周期Ｔｆ中の平均アーク長に大きく影響される。したがって、良好な溶接品質を得るためには、平均アーク長を適正値に制御する必要がある。一般的に、瞬時瞬時のアーク長は、ピーク電圧Ｖｐ及びベース電圧Ｖｂからなる溶接電圧Ｖｗに略比例する。したがって、平均アーク長は溶接電圧平均値Ｖａと略比例する。この関係を利用して、溶接電圧平均値Ｖａを検出し、この値が予め定めた電圧設定値Ｖｓと略等しくなるように溶接電圧Ｖｗを制御する。この溶接電圧Ｖｗの制御方法としては、同図に示すように、パルス周期Ｔｆ、ピーク期間Ｔｐ、ピーク電流Ｉｐ又はベース電流Ｉｂの少なくとも１つ以上の値をフィードバック制御する方法がある。
【０００６】
上述したように、従来技術では、溶接電圧Ｖｗを検出し、この溶接電圧検出値から溶接電圧平均値Ｖａを算出してアーク長を制御する。しかしながら、後述するように、溶接中には外乱となる種々のアーク現象がランダムに発生しており、これらのアーク現象に起因して溶接電圧Ｖｗに異常電圧が重畳することがある。本来、この異常電圧は、アーク長とは何ら関係しない電圧であるために、異常電圧が重畳した溶接電圧Ｖｗによってはアーク長を正確に検出することはできない。このようにアーク長を誤検出するると、アーク長を適正値に維持することができないために、溶接中にアーク長が大きく変動して溶け込み深さ、ビード外観等の重要な溶接品質が悪くなる。一般的に、上記の異常電圧の発生は、シールドガス中に酸化性成分が少ないほど顕著である。したがって、アルゴンガス、ヘリウムガス等の不活性ガスを主成分とするシールドガスを使用するパルスＭＩＧ溶接では、異常電圧の発生頻度が高く、アーク長の誤検出の悪影響は大きくなる。以下、アルミニウム合金のパルスＭＩＧ溶接において、異常電圧が発生する２つの典型的なケースについて説明する。
【０００７】
▲１▼ 短絡開放直後の陰極点形成に伴う異常電圧
図７は、時刻ｔ２〜ｔ６のベース期間中に微小短絡（時刻ｔ３〜ｔ４）が発生したときの溶接電圧Ｖｗの波形図である。以下、同図を参照して説明する。
【０００８】
パルスアーク溶接では、１回のピーク電流の通電によって１パルス１溶滴移行するようにピーク期間（時刻ｔ１〜ｔ２）を設定する。したがって、同図に示すように、溶滴移行は、ピーク期間終了時点（時刻ｔ２）の直後に行われることが多い。この溶滴移行時において、溶接ワイヤ先端の溶滴と母材とが短時間接触（以下、微小短絡という）することがよくある。時刻ｔ３に短絡が発生し短時間後の時刻ｔ４に短絡が開放されると、その直後の時刻ｔ４〜ｔ５の間は非常に大きな値の異常電圧Ｖｅが重畳することがある。この理由は、時刻ｔ３の短絡発生によってアークが一旦消滅し、時刻ｔ４においてアークが再点弧する。この再点弧時には、陰極点は溶接ワイヤ直下の最短距離となる溶融池上に形成される。しかし、溶融池表面の酸化皮膜は既にクリーニングされているために、陰極点は酸化皮膜のない部分に形成されることになる。このために、陰極点を形成するための陰極降下電圧値が非常に大きな値となり、異常電圧Ｖｅとして重畳することになる。この陰極降下電圧値は、アーク長とは比例関係にないために、異常電圧Ｖｅが重畳した溶接電圧Ｖｗによる溶接電圧平均値によっては、アーク長を正確に検出することができない。陰極降下電圧値は、母材の酸化皮膜のクリーニング状態、陰極点の形成位置等によって影響されるために、その値が小さく発生期間も短い場合もある。逆に、異常電圧Ｖｅの値が大きく発生期間も長い場合もある。また、この異常電圧Ｖｅは、ベース期間中だけでなくピーク期間中にも発生するが、その頻度は稀であるために、ほとんどベース期間中に発生する。
【０００９】
▲２▼ ベース期間中の陰極点の移動に伴う異常電圧
図８は、時刻ｔ２〜ｔ５のベース期間中に陰極点が移動したときの溶接電圧Ｖｗの波形図である。以下、同図を参照して説明する。
【００１０】
上述したように、ベース電流値は数十Ａと低いために、アークの指向性が弱くなり、ベース期間中の陰極点は酸化皮膜を求めて移動しやすい状態にある。陰極点が移動して新たに形成されると、母材表面の酸化皮膜の状態によって上記の陰極降下電圧値が変化して、溶接電圧Ｖｗに異常電圧Ｖｅが重畳することがある。時刻ｔ３〜ｔ４の期間中に陰極点が移動すると、この期間中の溶接電圧値Ｖｗは変動して異常電圧Ｖｅとなる。この異常電圧Ｖｅは、通常値から大きく変動しており、かつ、アーク長とは関係しない値である。このために、異常電圧Ｖｅを含む溶接電圧平均値によっては、アーク長を正確に検出することはできない。
【００１１】
上述したように、種々のアーク現象に伴ってアーク長とは関係のない異常電圧Ｖｅが発生すると、この異常電圧Ｖｅを含む溶接電圧平均値によっては、アーク長を正確に検出することができない。このために、従来技術では、異常電圧Ｖｅが発生すると溶接中のアーク長が変動して溶接品質が悪化していた。上述したように、この現象はパルスＭＩＧ溶接において顕著であるが、パルスＭＡＧ溶接においても発生する。すなわち、パルスアーク溶接全般に発生する問題である。
【００１２】
上述した異常電圧による影響を抑制する方法として、溶接電圧から溶接電圧平均値を算出するときの平滑時定数を大きくする方法が提案されている。この方法は、平滑時定数を大きく設定することによって、異常電圧の影響を小さくしている（例えば、特許文献１参照）。
【００１３】
【特許文献１】
特開平１１ー１０４８２８号公報
【００１４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述した平滑時定数を大きくする方法では、異常電圧による影響を小さくすることができるが、アーク長制御系の過渡応答性が非常に悪くなる。これは、フィードバック量である溶接電圧平均値の平滑時定数が大きくなるためであり、回避することは難しい。アーク長制御系の過渡応答性が悪くなると、アーク長の変動幅が大きくなり、溶接品質が悪くなる場合が生じる。例えば、溶接トーチ高さが周期的に変化するウィービング溶接時、高速溶接時等では、過渡応答性が悪いとアーク長の変動が大きくなりやすいために溶接品質は悪くなる。
【００１５】
そこで、本発明では、異常電圧の影響を抑制し、かつ、アーク長制御系の過渡応答性も良好なパルスアーク溶接のアーク長制御方法を提供する。
【００１６】
【課題を解決するための手段】
上記の課題を解決するために、請求項１の発明は、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１パルス周期として繰り返して通電すると共に、前記ピーク期間中のピーク電圧及び前記ベース期間中のベース電圧からなる溶接電圧の平均値を算出し、この溶接電圧平均値が予め定めた電圧設定値と略等しくなるように前記パルス周期又は前記ピーク期間又は前記ピーク電流又は前記ベース電流の少なくとも１つ以上を制御してアーク長を適正値に維持するパルスアーク溶接のアーク長制御方法において、
前記ベース電圧の上限値を前記電圧設定値又は前記溶接電圧平均値に制限した値及び前記ピーク電圧値によって前記溶接電圧平均値を算出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。
【００１７】
また、請求項２の発明は、ベース電圧の上限値を、電圧設定値又は溶接電圧平均値に予め定めた修正値を加算した値と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のアーク長制御方法である。
【００１８】
【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。
【００１９】
［実施の形態１］
本発明の実施の形態１は、ベース電圧Ｖｂの上限値を、電圧設定値Ｖｓ又は溶接電圧平均値Ｖａに制限した値及びピーク電圧値Ｖｐからなる溶接電圧制限値Ｖｆによって溶接電圧平均値Ｖａを算出するパルスアーク溶接のアーク長制御方法法である。以下、図面を参照して説明する。
【００２０】
図１は、実施の形態１に係る異常電圧Ｖｅの除去方法を示す上述した図７に対応する溶接電圧制限値Ｖｆの波形図である。同図は、短絡開放直後の陰極点形成に伴う異常電圧が発生した場合である。以下、同図を参照して説明する。
【００２１】
同図に示す溶接電圧制限値Ｖｆは、以下のように算出される。まず、時刻ｔ１〜ｔ２のピーク期間中の溶接電圧制限値Ｖｆは、ピーク電圧Ｖｐをそのままの値とする。次に、時刻ｔ２〜ｔ６のベース期間中の溶接電圧制限値Ｖｆは、ベース電圧Ｖｂの上限値を電圧設定値Ｖｓ又は溶接電圧平均値Ｖａに制限する。したがって、時刻ｔ４〜ｔ５の期間中のベース電圧値Ｖｂは、電圧設定値Ｖｓ又は溶接電圧平均値Ｖａに制限される。それ以外のベース期間中の溶接電圧制限値Ｖｆは、ベース電圧値Ｖｂと等しくなる。すなわち、時刻ｔ１〜ｔ２の期間中はＶｆ＝Ｖｐとなり、時刻ｔ２〜ｔ４の期間中はＶｆ＝Ｖｂとなり、時刻ｔ４〜ｔ５の期間中はＶｆ＝Ｖｓ又はＶａとなり、時刻ｔ５〜ｔ６の期間中はＶｆ＝Ｖｂとなる。そして、この溶接電圧制限値Ｖｆによって溶接電圧平均値Ｖａを算出する。この場合、溶接電圧制限値Ｖｆには異常電圧Ｖｅはほとんど含まれていないので、平滑時定数を小さくすることができる。このために、異常電圧Ｖｅを除去しかつ平滑時定数も小さくして溶接電圧平均値Ｖａを正確に算出することができ、高精度のアーク長制御を行うことができる。
【００２２】
上記において、ベース電圧値Ｖｂの上限値を電圧設定値Ｖｓ又は溶接電圧平均値Ｖａに制限する理由は、以下のとおりである。すなわち、電圧設定値Ｖｓは、上述したように、ピーク電圧Ｖｐとベース電圧Ｖｂとの平均値を設定する。ここで、通常のアーク状態ではＶｐ＞ＶｂとなるのでＶｓ＞Ｖｂとなる。異常電圧Ｖｅが重畳するとＶｓ＜Ｖｂとなるので、ベース電圧Ｖｂの上限値を電圧設定値Ｖｓで制限することによって異常電圧Ｖｅを除去することができる。溶接電圧平均値Ｖａを上限値とするときも同様である。
【００２３】
図２は、実施の形態１に係る異常電圧Ｖｅの除去方法を示す上述した図８に対応する溶接電圧制限値Ｖｆの波形図である。同図は、ベース期間中の陰極点の移動に伴う異常電圧が発生した場合である。以下、同図を参照して説明する。
【００２４】
同図に示す溶接電圧制限値Ｖｆは、以下のように算出される。まず、時刻ｔ１〜ｔ２のピーク期間中の溶接電圧制限値Ｖｆは、ピーク電圧Ｖｐをそのままの値とする。次に、時刻ｔ２〜ｔ５のベース期間中の溶接電圧制限値Ｖｆは、ベース電圧Ｖｂの上限値を電圧設定値Ｖｓ又は溶接電圧平均値Ｖａに制限する。したがって、時刻ｔ３〜ｔ４の期間中のベース電圧値Ｖｂの上限値は電圧設定値Ｖｓ又は溶接電圧平均値Ｖａに制限される。それ以外のベース期間中の溶接電圧制限値Ｖｆは、ベース電圧値Ｖｂと等しくなる。すなわち、時刻ｔ１〜ｔ２の期間中はＶｆ＝Ｖｐとなり、時刻ｔ２〜ｔ３の期間中はＶｆ＝Ｖｂとなり、時刻ｔ３〜ｔ４の期間中はＶｆ＝Ｖｓ又はＶａとなり、時刻ｔ４〜ｔ５の期間中はＶｆ＝Ｖｂとなる。そして、この溶接電圧制限値Ｖｆによって溶接電圧平均値Ｖａを算出する。この場合、溶接電圧制限値Ｖｆには異常電圧Ｖｅはほとんど含まれていないので、平滑時定数を小さくすることができる。このために、異常電圧Ｖｅを除去しかつ平滑時定数も小さくして溶接電圧平均値Ｖａを正確に算出することができ、高精度のアーク長制御を行うことができる。
【００２５】
上記において、ベース電圧値Ｖｂの上限値を電圧設定値Ｖｓ又は溶接電圧平均値Ｖａに制限する理由は、以下のとおりである。すなわち、電圧設定値Ｖｓは、上述したように、ピーク電圧Ｖｐとベース電圧Ｖｂとの平均値を設定する。ここで、通常のアーク状態ではＶｐ＞ＶｂとなるのでＶｓ＞Ｖｂとなる。異常電圧Ｖｅが重畳するとＶｓ＜Ｖｂとなるので、ベース電圧Ｖｂの上限値を電圧設定値Ｖｓで制限することによって異常電圧Ｖｅを除去することができる。溶接電圧平均値Ｖａを上限値とするときも同様である。
【００２６】
上記において、ベース電圧Ｖｂの上限値のみを制限しピーク電圧Ｖｐには制限を設けない理由は、上述したように、異常電圧Ｖｅはその発生原因からベース期間中に発生し、ピーク期間中にはほとんど発生しないからである。このために、ベース電圧Ｖｂの上限値のみを制限することで十分に正確な溶接電圧平均値を算出して高精度なアーク長制御が可能となる。
【００２７】
図３は、上述した実施の形態１に係るパルスアーク溶接のアーク長制御方法を実施するための溶接電源装置のブロック図である。同図は、溶接電圧の制御方法としてパルス周期を制御する場合を例示する。以下、同図を参照して各回路について説明する。
【００２８】
電源主回路ＰＭは、交流商用電源（３相２００Ｖ等）を入力して、後述する電流誤差増幅信号Ｅｉに従ってインバータ制御等の出力制御を行い、溶接に適した溶接電圧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の回転によって溶接トーチ４を通って送給されて、母材２との間にアーク３が発生する。
【００２９】
電圧検出回路ＶＤは、上記の溶接電圧Ｖｗを検出して、電圧検出信号Ｖｄを出力する。溶接電圧制限回路ＶＦは、上記の電圧検出信号Ｖｄを入力し、後述するピーク期間信号ＴｔｐがＨｉｇｈレベル（ピーク期間）のときはそのままピーク電圧値となり、Ｌｏｗレベル（ベース期間）のときは電圧設定信号Ｖｓに上限値を制限されたベース電圧値となる溶接電圧制限信号Ｖｆを出力する。上記の電圧設定信号Ｖｓの代りに後述する溶接電圧平均信号Ｖａに制限することもできる。溶接電圧平均化回路ＶＡは、上記の溶接電圧制限信号Ｖｆを小さな平滑時定数で平均化して、溶接電圧平均信号Ｖａを出力する。電圧設定回路ＶＳは、所望値の電圧設定信号Ｖｓを出力する。電圧誤差増幅回路ＥＶは、上記の電圧設定信号Ｖｓと上記の溶接電圧平均信号Ｖａ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Ｖ／Ｆは、上記の電圧誤差増幅信号Ｅｖに応じて定まる周波数を有するパルス周期信号Ｔｆを出力する。このパルス周期信号Ｔｆは、図６に示すパルス周期ごとに短時間だけＨｉｇｈレベルとなる信号である。ピーク期間タイマ回路ＴＴＰは、上記のパルス周期信号ＴｆがＨｉｇｈレベルに変化した時点から予め定めたピーク期間だけＨｉｇｈレベルとなり、ベース期間中はＬｏｗレベルとなるピーク期間信号Ｔｔｐを出力する。
【００３０】
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。電流制御設定回路ＩＳＣは、上記のピーク期間信号ＴｔｐがＨｉｇｈレベル（ピーク期間）のときは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（ベース期間）のとき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。電流検出回路ＩＤは、上記の溶接電流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と上記の電流検出信号Ｉｄとの誤差を増幅して電流誤差増幅信号Ｅｉを出力する。
【００３１】
同図において、電圧誤差増幅信号Ｅｖに応じて、ピーク期間信号Ｔｔｐ、ピーク電流設定信号Ｉｐｓ又はベース電流設定信号Ｉｂｓの値を変化させて溶接電圧Ｖｗを制御するように構成することもできる。
【００３２】
［実施の形態２］
本発明の実施の形態２は、上述した実施の形態１において、ベース電圧の上限値を、電圧設定値Ｖｓ又は溶接電圧平均値Ｖａに予め定めた修正値ΔＶを加算した値に制限するパルスアーク溶接のアーク長制御方法である。以下、図面を参照して説明する。
【００３３】
図４は、実施の形態２に係る異常電圧Ｖｅの除去方法を示す上述した図１に対応する溶接電圧制限値Ｖｆの波形図である。同図は、短絡開放直後の陰極点形成に伴う異常電圧が発生した場合である。以下、同図を参照して説明する。
【００３４】
同図に示す溶接電圧制限値Ｖｆは、以下のように算出される。まず、時刻ｔ１〜ｔ２のピーク期間中の溶接電圧制限値Ｖｆは、ピーク電圧Ｖｐをそのままの値とする。次に、時刻ｔ２〜ｔ６のベース期間中の溶接電圧制限値Ｖｆは、ベース電圧Ｖｂの上限値を、電圧設定値Ｖｓ又は溶接電圧平均値Ｖａに予め定めた修正値ΔＶを加算した値Ｖｂｍ＝Ｖｓ＋ΔＶ（又はＶａ＋ΔＶ）に制限する。ここで、修正値ΔＶは正又は負の値であり、同図では負の値の場合である。したがって、時刻ｔ４〜ｔ５の期間中のベース電圧値Ｖｂの上限値は上限修正値Ｖｂｍに制限される。それ以外のベース期間中の溶接電圧制限値Ｖｆは、ベース電圧値Ｖｂとなる。すなわち、時刻ｔ１〜ｔ２の期間中はＶｆ＝Ｖｐとなり、時刻ｔ２〜ｔ４の期間中はＶｆ＝Ｖｂとなり、時刻ｔ４〜ｔ５の期間中はＶｆ＝Ｖｂｍとなり、時刻ｔ５〜ｔ６の期間中はＶｆ＝Ｖｂとなる。そして、この溶接電圧制限値Ｖｆによって溶接電圧平均値Ｖａを算出する。この場合、溶接電圧制限値Ｖｆには異常電圧Ｖｅはほとんど含まれていないので、平滑時定数を小さくすることができる。このために、異常電圧Ｖｅを除去しかつ平滑時定数も小さくして溶接電圧平均値Ｖａを正確に算出することができ、高精度のアーク長制御を行うことができる。
【００３５】
上記の上限修正値Ｖｂｍは、電圧設定値Ｖｓ又は溶接電圧平均値Ｖａを中心値として修正値ΔＶを微調整することによって適正化され、同図に示すように、異常電圧Ｖｅをより完全に除去することができる。この結果、アーク長制御の精度がより向上する。上述した図２の場合も同様である。
【００３６】
図５は、上述した実施の形態２に係るパルスアーク溶接のアーク長制御方法を実施するための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３と同一のブロックには同一符号を付してそれらの説明は省略する。以下、図３とは異なる点線で示す加算回路ＡＤについて説明する。
【００３７】
加算回路ＡＤは、電圧設定信号Ｖｓと予め定めた修正信号ΔＶとを加算して、上限修正信号Ｖｂｍ＝Ｖｓ＋ΔＶを溶接電圧制限回路ＶＦへ出力する。電圧設定信号Ｖｓの代りに溶接電圧平均信号Ｖａを使用して、上記の上限修正信号Ｖｂｍ＝Ｖａ＋ΔＶとすることもできる。
【００３８】
【発明の効果】
請求項１記載のパルスアーク溶接のアーク長制御方法によれば、ベース電圧の上限値を制限することによって異常電圧を除去し、かつ、溶接電圧平均値を算出するときの平滑時定数を小さくすることができるので、高精度で過渡応答性のよいアーク長制御を行うことができ、良好な溶接品質を得ることができる。
【００３９】
請求項２記載のパルスアーク溶接のアーク長制御方法によれば、ベース電圧の上限値を微調整することができるので、上記の効果に加えて、より完全に近く異常電圧を除去することができ、アーク長制御の精度がより向上する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態１に係るパルスアーク溶接のアーク長制御方法によって短絡開放直後の異常電圧を除去する方法を示す溶接電圧制限値Ｖｆの波形図である。
【図２】本発明の実施の形態１に係るパルスアーク溶接のアーク長制御方法によってベース期間中の陰極点の移動に伴う異常電圧を除去する方法を示す溶接電圧制限値Ｖｆの波形図である。
【図３】本発明の実施の形態１に係る溶接電源装置のブロック図である。
【図４】本発明の実施の形態２に係るパルスアーク溶接のアーク長制御方法によって短絡開放直後の異常電圧を除去する方法を示す溶接電圧制限値Ｖｆの波形図である。
【図５】本発明の実施の形態２に係る溶接電源装置のブロック図である。
【図６】従来技術のパルスアーク溶接のアーク長制御方法を示す電流・電圧波形図である。
【図７】短絡開放直後の異常電圧を示す溶接電圧Ｖｗの波形図である。
【図８】ベース期間中の陰極点の移動に伴う異常電圧を示す溶接電圧Ｖｗの波形図である。
【符号の説明】
１ 溶接ワイヤ
２ 母材
３ アーク
４ 溶接トーチ
５ 送給ロール
ＡＤ 加算回路
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
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
ＩＤ 電流検出回路
Ｉｄ 電流検出信号
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
ＩＳＣ 電流制御設定回路
Ｉｓｃ 電流制御設定信号
Ｉｗ 溶接電流
ＰＭ 電源主回路
Ｔｂ ベース期間
Ｔｆ パルス周期（信号）（信号）
Ｔｐ ピーク期間
ＴＴＰ ピーク期間タイマ回路
Ｔｔｐ ピーク期間信号
Ｖ／Ｆ 電圧／周波数変換回路
ＶＡ 溶接電圧平均化回路
Ｖａ 溶接電圧平均（値／信号）
Ｖｂ ベース電圧
Ｖｂｍ 上限修正（値／信号）
ＶＤ 電圧検出回路
Ｖｄ 電圧検出信号
Ｖｅ 異常電圧
ＶＦ 溶接電圧制限回路
Ｖｆ 溶接電圧制限（値／信号）
Ｖｐ ピーク電圧
ＶＳ 電圧設定回路
Ｖｓ 電圧設定（値／信号）
Ｖｗ 溶接電圧
ΔＶ 修正（値／信号）
【発明の属する技術分野】
本発明は、溶接電圧平均値が予め定めた電圧設定値と略等しくなるようにパルス周期等を制御してアーク長を適正値に維持する消耗電極式パルスアーク溶接のアーク長制御方法に関し、特に、溶接電圧に重畳する異常電圧を除去して正確な溶接電圧平均値を算出する方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
消耗電極式アーク溶接において、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。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１パルス周期として繰り返して通電する消耗電極式パルスアーク溶接においては、溶接電圧平均値が予め定めた電圧設定値と略等しくなるようにパルス周期等を制御してアーク長を適正値に維持するアーク長制御方法が従来から使用されている。以下、この従来技術のパルスアーク溶接のアーク長制御方法について説明する。
【０００３】
図６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Ｉｗの、同図（Ｂ）は溶接電圧Ｖｗの波形図を示す。以下、同図を参照して説明する。
【０００４】
同図（Ａ）に示すように、時刻ｔ１〜ｔ２のピーク期間Ｔｐ中は、溶滴移行させるための大電流値のピーク電流Ｉｐが通電し、同図（Ｂ）に示すように、アーク長に略比例したピーク電圧Ｖｐが印加する。続いて，同図（Ａ）に示すように、時刻ｔ２〜ｔ３のベース期間Ｔｂ中は、アークを維持しつつ溶滴を成長させないための小電流値のベース電流Ｉｂが通電し、同図（Ｂ）に示すように、アーク長に略比例したベース電圧Ｖｂが印加する。
【０００５】
溶接品質は、ピーク期間Ｔｐ及びベース期間Ｔｂからなるパルス周期Ｔｆ中の平均アーク長に大きく影響される。したがって、良好な溶接品質を得るためには、平均アーク長を適正値に制御する必要がある。一般的に、瞬時瞬時のアーク長は、ピーク電圧Ｖｐ及びベース電圧Ｖｂからなる溶接電圧Ｖｗに略比例する。したがって、平均アーク長は溶接電圧平均値Ｖａと略比例する。この関係を利用して、溶接電圧平均値Ｖａを検出し、この値が予め定めた電圧設定値Ｖｓと略等しくなるように溶接電圧Ｖｗを制御する。この溶接電圧Ｖｗの制御方法としては、同図に示すように、パルス周期Ｔｆ、ピーク期間Ｔｐ、ピーク電流Ｉｐ又はベース電流Ｉｂの少なくとも１つ以上の値をフィードバック制御する方法がある。
【０００６】
上述したように、従来技術では、溶接電圧Ｖｗを検出し、この溶接電圧検出値から溶接電圧平均値Ｖａを算出してアーク長を制御する。しかしながら、後述するように、溶接中には外乱となる種々のアーク現象がランダムに発生しており、これらのアーク現象に起因して溶接電圧Ｖｗに異常電圧が重畳することがある。本来、この異常電圧は、アーク長とは何ら関係しない電圧であるために、異常電圧が重畳した溶接電圧Ｖｗによってはアーク長を正確に検出することはできない。このようにアーク長を誤検出するると、アーク長を適正値に維持することができないために、溶接中にアーク長が大きく変動して溶け込み深さ、ビード外観等の重要な溶接品質が悪くなる。一般的に、上記の異常電圧の発生は、シールドガス中に酸化性成分が少ないほど顕著である。したがって、アルゴンガス、ヘリウムガス等の不活性ガスを主成分とするシールドガスを使用するパルスＭＩＧ溶接では、異常電圧の発生頻度が高く、アーク長の誤検出の悪影響は大きくなる。以下、アルミニウム合金のパルスＭＩＧ溶接において、異常電圧が発生する２つの典型的なケースについて説明する。
【０００７】
▲１▼ 短絡開放直後の陰極点形成に伴う異常電圧
図７は、時刻ｔ２〜ｔ６のベース期間中に微小短絡（時刻ｔ３〜ｔ４）が発生したときの溶接電圧Ｖｗの波形図である。以下、同図を参照して説明する。
【０００８】
パルスアーク溶接では、１回のピーク電流の通電によって１パルス１溶滴移行するようにピーク期間（時刻ｔ１〜ｔ２）を設定する。したがって、同図に示すように、溶滴移行は、ピーク期間終了時点（時刻ｔ２）の直後に行われることが多い。この溶滴移行時において、溶接ワイヤ先端の溶滴と母材とが短時間接触（以下、微小短絡という）することがよくある。時刻ｔ３に短絡が発生し短時間後の時刻ｔ４に短絡が開放されると、その直後の時刻ｔ４〜ｔ５の間は非常に大きな値の異常電圧Ｖｅが重畳することがある。この理由は、時刻ｔ３の短絡発生によってアークが一旦消滅し、時刻ｔ４においてアークが再点弧する。この再点弧時には、陰極点は溶接ワイヤ直下の最短距離となる溶融池上に形成される。しかし、溶融池表面の酸化皮膜は既にクリーニングされているために、陰極点は酸化皮膜のない部分に形成されることになる。このために、陰極点を形成するための陰極降下電圧値が非常に大きな値となり、異常電圧Ｖｅとして重畳することになる。この陰極降下電圧値は、アーク長とは比例関係にないために、異常電圧Ｖｅが重畳した溶接電圧Ｖｗによる溶接電圧平均値によっては、アーク長を正確に検出することができない。陰極降下電圧値は、母材の酸化皮膜のクリーニング状態、陰極点の形成位置等によって影響されるために、その値が小さく発生期間も短い場合もある。逆に、異常電圧Ｖｅの値が大きく発生期間も長い場合もある。また、この異常電圧Ｖｅは、ベース期間中だけでなくピーク期間中にも発生するが、その頻度は稀であるために、ほとんどベース期間中に発生する。
【０００９】
▲２▼ ベース期間中の陰極点の移動に伴う異常電圧
図８は、時刻ｔ２〜ｔ５のベース期間中に陰極点が移動したときの溶接電圧Ｖｗの波形図である。以下、同図を参照して説明する。
【００１０】
上述したように、ベース電流値は数十Ａと低いために、アークの指向性が弱くなり、ベース期間中の陰極点は酸化皮膜を求めて移動しやすい状態にある。陰極点が移動して新たに形成されると、母材表面の酸化皮膜の状態によって上記の陰極降下電圧値が変化して、溶接電圧Ｖｗに異常電圧Ｖｅが重畳することがある。時刻ｔ３〜ｔ４の期間中に陰極点が移動すると、この期間中の溶接電圧値Ｖｗは変動して異常電圧Ｖｅとなる。この異常電圧Ｖｅは、通常値から大きく変動しており、かつ、アーク長とは関係しない値である。このために、異常電圧Ｖｅを含む溶接電圧平均値によっては、アーク長を正確に検出することはできない。
【００１１】
上述したように、種々のアーク現象に伴ってアーク長とは関係のない異常電圧Ｖｅが発生すると、この異常電圧Ｖｅを含む溶接電圧平均値によっては、アーク長を正確に検出することができない。このために、従来技術では、異常電圧Ｖｅが発生すると溶接中のアーク長が変動して溶接品質が悪化していた。上述したように、この現象はパルスＭＩＧ溶接において顕著であるが、パルスＭＡＧ溶接においても発生する。すなわち、パルスアーク溶接全般に発生する問題である。
【００１２】
上述した異常電圧による影響を抑制する方法として、溶接電圧から溶接電圧平均値を算出するときの平滑時定数を大きくする方法が提案されている。この方法は、平滑時定数を大きく設定することによって、異常電圧の影響を小さくしている（例えば、特許文献１参照）。
【００１３】
【特許文献１】
特開平１１ー１０４８２８号公報
【００１４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述した平滑時定数を大きくする方法では、異常電圧による影響を小さくすることができるが、アーク長制御系の過渡応答性が非常に悪くなる。これは、フィードバック量である溶接電圧平均値の平滑時定数が大きくなるためであり、回避することは難しい。アーク長制御系の過渡応答性が悪くなると、アーク長の変動幅が大きくなり、溶接品質が悪くなる場合が生じる。例えば、溶接トーチ高さが周期的に変化するウィービング溶接時、高速溶接時等では、過渡応答性が悪いとアーク長の変動が大きくなりやすいために溶接品質は悪くなる。
【００１５】
そこで、本発明では、異常電圧の影響を抑制し、かつ、アーク長制御系の過渡応答性も良好なパルスアーク溶接のアーク長制御方法を提供する。
【００１６】
【課題を解決するための手段】
上記の課題を解決するために、請求項１の発明は、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１パルス周期として繰り返して通電すると共に、前記ピーク期間中のピーク電圧及び前記ベース期間中のベース電圧からなる溶接電圧の平均値を算出し、この溶接電圧平均値が予め定めた電圧設定値と略等しくなるように前記パルス周期又は前記ピーク期間又は前記ピーク電流又は前記ベース電流の少なくとも１つ以上を制御してアーク長を適正値に維持するパルスアーク溶接のアーク長制御方法において、
前記ベース電圧の上限値を前記電圧設定値又は前記溶接電圧平均値に制限した値及び前記ピーク電圧値によって前記溶接電圧平均値を算出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。
【００１７】
また、請求項２の発明は、ベース電圧の上限値を、電圧設定値又は溶接電圧平均値に予め定めた修正値を加算した値と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のアーク長制御方法である。
【００１８】
【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。
【００１９】
［実施の形態１］
本発明の実施の形態１は、ベース電圧Ｖｂの上限値を、電圧設定値Ｖｓ又は溶接電圧平均値Ｖａに制限した値及びピーク電圧値Ｖｐからなる溶接電圧制限値Ｖｆによって溶接電圧平均値Ｖａを算出するパルスアーク溶接のアーク長制御方法法である。以下、図面を参照して説明する。
【００２０】
図１は、実施の形態１に係る異常電圧Ｖｅの除去方法を示す上述した図７に対応する溶接電圧制限値Ｖｆの波形図である。同図は、短絡開放直後の陰極点形成に伴う異常電圧が発生した場合である。以下、同図を参照して説明する。
【００２１】
同図に示す溶接電圧制限値Ｖｆは、以下のように算出される。まず、時刻ｔ１〜ｔ２のピーク期間中の溶接電圧制限値Ｖｆは、ピーク電圧Ｖｐをそのままの値とする。次に、時刻ｔ２〜ｔ６のベース期間中の溶接電圧制限値Ｖｆは、ベース電圧Ｖｂの上限値を電圧設定値Ｖｓ又は溶接電圧平均値Ｖａに制限する。したがって、時刻ｔ４〜ｔ５の期間中のベース電圧値Ｖｂは、電圧設定値Ｖｓ又は溶接電圧平均値Ｖａに制限される。それ以外のベース期間中の溶接電圧制限値Ｖｆは、ベース電圧値Ｖｂと等しくなる。すなわち、時刻ｔ１〜ｔ２の期間中はＶｆ＝Ｖｐとなり、時刻ｔ２〜ｔ４の期間中はＶｆ＝Ｖｂとなり、時刻ｔ４〜ｔ５の期間中はＶｆ＝Ｖｓ又はＶａとなり、時刻ｔ５〜ｔ６の期間中はＶｆ＝Ｖｂとなる。そして、この溶接電圧制限値Ｖｆによって溶接電圧平均値Ｖａを算出する。この場合、溶接電圧制限値Ｖｆには異常電圧Ｖｅはほとんど含まれていないので、平滑時定数を小さくすることができる。このために、異常電圧Ｖｅを除去しかつ平滑時定数も小さくして溶接電圧平均値Ｖａを正確に算出することができ、高精度のアーク長制御を行うことができる。
【００２２】
上記において、ベース電圧値Ｖｂの上限値を電圧設定値Ｖｓ又は溶接電圧平均値Ｖａに制限する理由は、以下のとおりである。すなわち、電圧設定値Ｖｓは、上述したように、ピーク電圧Ｖｐとベース電圧Ｖｂとの平均値を設定する。ここで、通常のアーク状態ではＶｐ＞ＶｂとなるのでＶｓ＞Ｖｂとなる。異常電圧Ｖｅが重畳するとＶｓ＜Ｖｂとなるので、ベース電圧Ｖｂの上限値を電圧設定値Ｖｓで制限することによって異常電圧Ｖｅを除去することができる。溶接電圧平均値Ｖａを上限値とするときも同様である。
【００２３】
図２は、実施の形態１に係る異常電圧Ｖｅの除去方法を示す上述した図８に対応する溶接電圧制限値Ｖｆの波形図である。同図は、ベース期間中の陰極点の移動に伴う異常電圧が発生した場合である。以下、同図を参照して説明する。
【００２４】
同図に示す溶接電圧制限値Ｖｆは、以下のように算出される。まず、時刻ｔ１〜ｔ２のピーク期間中の溶接電圧制限値Ｖｆは、ピーク電圧Ｖｐをそのままの値とする。次に、時刻ｔ２〜ｔ５のベース期間中の溶接電圧制限値Ｖｆは、ベース電圧Ｖｂの上限値を電圧設定値Ｖｓ又は溶接電圧平均値Ｖａに制限する。したがって、時刻ｔ３〜ｔ４の期間中のベース電圧値Ｖｂの上限値は電圧設定値Ｖｓ又は溶接電圧平均値Ｖａに制限される。それ以外のベース期間中の溶接電圧制限値Ｖｆは、ベース電圧値Ｖｂと等しくなる。すなわち、時刻ｔ１〜ｔ２の期間中はＶｆ＝Ｖｐとなり、時刻ｔ２〜ｔ３の期間中はＶｆ＝Ｖｂとなり、時刻ｔ３〜ｔ４の期間中はＶｆ＝Ｖｓ又はＶａとなり、時刻ｔ４〜ｔ５の期間中はＶｆ＝Ｖｂとなる。そして、この溶接電圧制限値Ｖｆによって溶接電圧平均値Ｖａを算出する。この場合、溶接電圧制限値Ｖｆには異常電圧Ｖｅはほとんど含まれていないので、平滑時定数を小さくすることができる。このために、異常電圧Ｖｅを除去しかつ平滑時定数も小さくして溶接電圧平均値Ｖａを正確に算出することができ、高精度のアーク長制御を行うことができる。
【００２５】
上記において、ベース電圧値Ｖｂの上限値を電圧設定値Ｖｓ又は溶接電圧平均値Ｖａに制限する理由は、以下のとおりである。すなわち、電圧設定値Ｖｓは、上述したように、ピーク電圧Ｖｐとベース電圧Ｖｂとの平均値を設定する。ここで、通常のアーク状態ではＶｐ＞ＶｂとなるのでＶｓ＞Ｖｂとなる。異常電圧Ｖｅが重畳するとＶｓ＜Ｖｂとなるので、ベース電圧Ｖｂの上限値を電圧設定値Ｖｓで制限することによって異常電圧Ｖｅを除去することができる。溶接電圧平均値Ｖａを上限値とするときも同様である。
【００２６】
上記において、ベース電圧Ｖｂの上限値のみを制限しピーク電圧Ｖｐには制限を設けない理由は、上述したように、異常電圧Ｖｅはその発生原因からベース期間中に発生し、ピーク期間中にはほとんど発生しないからである。このために、ベース電圧Ｖｂの上限値のみを制限することで十分に正確な溶接電圧平均値を算出して高精度なアーク長制御が可能となる。
【００２７】
図３は、上述した実施の形態１に係るパルスアーク溶接のアーク長制御方法を実施するための溶接電源装置のブロック図である。同図は、溶接電圧の制御方法としてパルス周期を制御する場合を例示する。以下、同図を参照して各回路について説明する。
【００２８】
電源主回路ＰＭは、交流商用電源（３相２００Ｖ等）を入力して、後述する電流誤差増幅信号Ｅｉに従ってインバータ制御等の出力制御を行い、溶接に適した溶接電圧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の回転によって溶接トーチ４を通って送給されて、母材２との間にアーク３が発生する。
【００２９】
電圧検出回路ＶＤは、上記の溶接電圧Ｖｗを検出して、電圧検出信号Ｖｄを出力する。溶接電圧制限回路ＶＦは、上記の電圧検出信号Ｖｄを入力し、後述するピーク期間信号ＴｔｐがＨｉｇｈレベル（ピーク期間）のときはそのままピーク電圧値となり、Ｌｏｗレベル（ベース期間）のときは電圧設定信号Ｖｓに上限値を制限されたベース電圧値となる溶接電圧制限信号Ｖｆを出力する。上記の電圧設定信号Ｖｓの代りに後述する溶接電圧平均信号Ｖａに制限することもできる。溶接電圧平均化回路ＶＡは、上記の溶接電圧制限信号Ｖｆを小さな平滑時定数で平均化して、溶接電圧平均信号Ｖａを出力する。電圧設定回路ＶＳは、所望値の電圧設定信号Ｖｓを出力する。電圧誤差増幅回路ＥＶは、上記の電圧設定信号Ｖｓと上記の溶接電圧平均信号Ｖａ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Ｖ／Ｆは、上記の電圧誤差増幅信号Ｅｖに応じて定まる周波数を有するパルス周期信号Ｔｆを出力する。このパルス周期信号Ｔｆは、図６に示すパルス周期ごとに短時間だけＨｉｇｈレベルとなる信号である。ピーク期間タイマ回路ＴＴＰは、上記のパルス周期信号ＴｆがＨｉｇｈレベルに変化した時点から予め定めたピーク期間だけＨｉｇｈレベルとなり、ベース期間中はＬｏｗレベルとなるピーク期間信号Ｔｔｐを出力する。
【００３０】
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。電流制御設定回路ＩＳＣは、上記のピーク期間信号ＴｔｐがＨｉｇｈレベル（ピーク期間）のときは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（ベース期間）のとき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。電流検出回路ＩＤは、上記の溶接電流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と上記の電流検出信号Ｉｄとの誤差を増幅して電流誤差増幅信号Ｅｉを出力する。
【００３１】
同図において、電圧誤差増幅信号Ｅｖに応じて、ピーク期間信号Ｔｔｐ、ピーク電流設定信号Ｉｐｓ又はベース電流設定信号Ｉｂｓの値を変化させて溶接電圧Ｖｗを制御するように構成することもできる。
【００３２】
［実施の形態２］
本発明の実施の形態２は、上述した実施の形態１において、ベース電圧の上限値を、電圧設定値Ｖｓ又は溶接電圧平均値Ｖａに予め定めた修正値ΔＶを加算した値に制限するパルスアーク溶接のアーク長制御方法である。以下、図面を参照して説明する。
【００３３】
図４は、実施の形態２に係る異常電圧Ｖｅの除去方法を示す上述した図１に対応する溶接電圧制限値Ｖｆの波形図である。同図は、短絡開放直後の陰極点形成に伴う異常電圧が発生した場合である。以下、同図を参照して説明する。
【００３４】
同図に示す溶接電圧制限値Ｖｆは、以下のように算出される。まず、時刻ｔ１〜ｔ２のピーク期間中の溶接電圧制限値Ｖｆは、ピーク電圧Ｖｐをそのままの値とする。次に、時刻ｔ２〜ｔ６のベース期間中の溶接電圧制限値Ｖｆは、ベース電圧Ｖｂの上限値を、電圧設定値Ｖｓ又は溶接電圧平均値Ｖａに予め定めた修正値ΔＶを加算した値Ｖｂｍ＝Ｖｓ＋ΔＶ（又はＶａ＋ΔＶ）に制限する。ここで、修正値ΔＶは正又は負の値であり、同図では負の値の場合である。したがって、時刻ｔ４〜ｔ５の期間中のベース電圧値Ｖｂの上限値は上限修正値Ｖｂｍに制限される。それ以外のベース期間中の溶接電圧制限値Ｖｆは、ベース電圧値Ｖｂとなる。すなわち、時刻ｔ１〜ｔ２の期間中はＶｆ＝Ｖｐとなり、時刻ｔ２〜ｔ４の期間中はＶｆ＝Ｖｂとなり、時刻ｔ４〜ｔ５の期間中はＶｆ＝Ｖｂｍとなり、時刻ｔ５〜ｔ６の期間中はＶｆ＝Ｖｂとなる。そして、この溶接電圧制限値Ｖｆによって溶接電圧平均値Ｖａを算出する。この場合、溶接電圧制限値Ｖｆには異常電圧Ｖｅはほとんど含まれていないので、平滑時定数を小さくすることができる。このために、異常電圧Ｖｅを除去しかつ平滑時定数も小さくして溶接電圧平均値Ｖａを正確に算出することができ、高精度のアーク長制御を行うことができる。
【００３５】
上記の上限修正値Ｖｂｍは、電圧設定値Ｖｓ又は溶接電圧平均値Ｖａを中心値として修正値ΔＶを微調整することによって適正化され、同図に示すように、異常電圧Ｖｅをより完全に除去することができる。この結果、アーク長制御の精度がより向上する。上述した図２の場合も同様である。
【００３６】
図５は、上述した実施の形態２に係るパルスアーク溶接のアーク長制御方法を実施するための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３と同一のブロックには同一符号を付してそれらの説明は省略する。以下、図３とは異なる点線で示す加算回路ＡＤについて説明する。
【００３７】
加算回路ＡＤは、電圧設定信号Ｖｓと予め定めた修正信号ΔＶとを加算して、上限修正信号Ｖｂｍ＝Ｖｓ＋ΔＶを溶接電圧制限回路ＶＦへ出力する。電圧設定信号Ｖｓの代りに溶接電圧平均信号Ｖａを使用して、上記の上限修正信号Ｖｂｍ＝Ｖａ＋ΔＶとすることもできる。
【００３８】
【発明の効果】
請求項１記載のパルスアーク溶接のアーク長制御方法によれば、ベース電圧の上限値を制限することによって異常電圧を除去し、かつ、溶接電圧平均値を算出するときの平滑時定数を小さくすることができるので、高精度で過渡応答性のよいアーク長制御を行うことができ、良好な溶接品質を得ることができる。
【００３９】
請求項２記載のパルスアーク溶接のアーク長制御方法によれば、ベース電圧の上限値を微調整することができるので、上記の効果に加えて、より完全に近く異常電圧を除去することができ、アーク長制御の精度がより向上する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態１に係るパルスアーク溶接のアーク長制御方法によって短絡開放直後の異常電圧を除去する方法を示す溶接電圧制限値Ｖｆの波形図である。
【図２】本発明の実施の形態１に係るパルスアーク溶接のアーク長制御方法によってベース期間中の陰極点の移動に伴う異常電圧を除去する方法を示す溶接電圧制限値Ｖｆの波形図である。
【図３】本発明の実施の形態１に係る溶接電源装置のブロック図である。
【図４】本発明の実施の形態２に係るパルスアーク溶接のアーク長制御方法によって短絡開放直後の異常電圧を除去する方法を示す溶接電圧制限値Ｖｆの波形図である。
【図５】本発明の実施の形態２に係る溶接電源装置のブロック図である。
【図６】従来技術のパルスアーク溶接のアーク長制御方法を示す電流・電圧波形図である。
【図７】短絡開放直後の異常電圧を示す溶接電圧Ｖｗの波形図である。
【図８】ベース期間中の陰極点の移動に伴う異常電圧を示す溶接電圧Ｖｗの波形図である。
【符号の説明】
１ 溶接ワイヤ
２ 母材
３ アーク
４ 溶接トーチ
５ 送給ロール
ＡＤ 加算回路
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
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
ＩＤ 電流検出回路
Ｉｄ 電流検出信号
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
ＩＳＣ 電流制御設定回路
Ｉｓｃ 電流制御設定信号
Ｉｗ 溶接電流
ＰＭ 電源主回路
Ｔｂ ベース期間
Ｔｆ パルス周期（信号）（信号）
Ｔｐ ピーク期間
ＴＴＰ ピーク期間タイマ回路
Ｔｔｐ ピーク期間信号
Ｖ／Ｆ 電圧／周波数変換回路
ＶＡ 溶接電圧平均化回路
Ｖａ 溶接電圧平均（値／信号）
Ｖｂ ベース電圧
Ｖｂｍ 上限修正（値／信号）
ＶＤ 電圧検出回路
Ｖｄ 電圧検出信号
Ｖｅ 異常電圧
ＶＦ 溶接電圧制限回路
Ｖｆ 溶接電圧制限（値／信号）
Ｖｐ ピーク電圧
ＶＳ 電圧設定回路
Ｖｓ 電圧設定（値／信号）
Ｖｗ 溶接電圧
ΔＶ 修正（値／信号）
Claims (2)
- 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１パルス周期として繰り返して通電すると共に、前記ピーク期間中のピーク電圧及び前記ベース期間中のベース電圧からなる溶接電圧の平均値を算出し，この溶接電圧平均値が予め定めた電圧設定値と略等しくなるように前記パルス周期又は前記ピーク期間又は前記ピーク電流又は前記ベース電流の少なくとも１つ以上を制御してアーク長を適正値に維持するパルスアーク溶接のアーク長制御方法において、
前記ベース電圧の上限値を前記電圧設定値又は前記溶接電圧平均値に制限した値及び前記ピーク電圧値によって前記溶接電圧平均値を算出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。 - ベース電圧の上限値を、電圧設定値又は溶接電圧平均値に予め定めた修正値を加算した値と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のアーク長制御方法。
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