JP2006043736A - Consumable electrode gas shielded arc welding method - Google Patents

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Hongjun Tong
紅軍 仝
Takanori Onishi
孝典 大西
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To obtain satisfactory welding quality by improving the controllability of arc length when the arc length is set to be high in a consumable electrode gas shielded arc welding using a welding source having constant current properties, . <P>SOLUTION: In the consumable electrode gas shielded arc welding method, welding voltage Vw between a base metal and a welding wire is set by the set value Vs of the welding voltage; the welding voltage Vw under welding is detected; the detected value Vd of the welding voltage is subjected to moving averaging to calculate the average value Vra in the movement of the welding voltage; at this time, when the set value Vs of the welding voltage is less than a beforehand decided standard value of high arc length, the average value Vra in the movement of the welding voltage is decided as the control set value Vs of the welding voltage; at the time when the set value Vs of the welding voltage is higher than the standard value of high arc length, the set value Vs of the welding voltage is decided as the control set value Vsc of the welding voltage; and the welding current values Isc, Iw by constant current properties are changed in such a manner that the detected value Vd of the welding voltage is made almost equal to the control set value Vsc of the welding voltage. <P>COPYRIGHT: (C)2006,JPO&NCIPI

Description

本発明は、定電流特性の溶接電源を使用してアーク制御性を向上させるための消耗電極ガスシールドアーク溶接方法に関するものである。   The present invention relates to a consumable electrode gas shielded arc welding method for improving arc controllability using a welding power source having a constant current characteristic.

以下の従来技術については、特許文献1及び特願2004−088631に記載されている。
図10は、アルミニウムMIG溶接における溶接ワイヤの溶融特性L1と溶接電源の外部特性CC1、CC2との関係を示す図である。同図の横軸はアークに通電する溶接電流Iwを示し、縦軸はアーク長Laを示す。溶融特性L1は、溶接ワイヤの送給速度を予め定めた一定値に設定し、溶接ワイヤ・母材間の溶接電圧Vwを変化させたときの溶接電流Iwとアーク長Laとの関係を測定したものである。Q1点においてアーク長La=2mm程度となり、これよりも下の溶融特性L1上の各点では溶滴移行形態が短絡移行形態になる。Q2点においてアーク長La=6mm程度となり、これよりも上の溶融特性L1上の各点では溶滴移行形態がスプレー移行形態になる。Q1〜Q2点の間の各点では溶滴移行形態はメソスプレー移行形態になる。このメソスプレー移行形態では、1ms以下の微小時間の短絡が発生しつつ溶滴はスプレー移行する。スパッタ、ビード外観、ブローホール等の溶接品質を考慮して実用上多く使用されるアーク長Laの範囲は、2〜5mm程度である。したがって実用上多く使用されるアーク長Laの範囲では、溶滴移行形態はメソスプレー移行形態となる。ただし、メソスプレー移行形態よりも高いアーク長で使用される場合もある。
The following conventional techniques are described in Patent Document 1 and Japanese Patent Application No. 2004-088631.
FIG. 10 is a diagram showing the relationship between the melting characteristics L1 of the welding wire and the external characteristics CC1 and CC2 of the welding power source in aluminum MIG welding. In the figure, the horizontal axis represents the welding current Iw energized to the arc, and the vertical axis represents the arc length La. The melting characteristic L1 was measured by measuring the relationship between the welding current Iw and the arc length La when the welding wire feed speed was set to a predetermined constant value and the welding voltage Vw between the welding wire and the base metal was changed. Is. At the point Q1, the arc length La is about 2 mm, and at each point on the melting characteristic L1 lower than this, the droplet transfer form becomes a short-circuit transfer form. At point Q2, the arc length La is about 6 mm, and at each point on the melting characteristic L1 above this point, the droplet transfer form becomes a spray transfer form. At each point between points Q1 and Q2, the droplet transfer form is a mesospray transfer form. In this mesospray transfer mode, the droplets are transferred to the spray while a short time of 1 ms or less occurs. Considering welding quality such as spatter, bead appearance, blow hole, etc., the arc length La that is frequently used in practice is about 2 to 5 mm. Therefore, in the range of the arc length La that is frequently used in practice, the droplet transfer form is a mesospray transfer form. However, it may be used with a higher arc length than the mesospray transfer configuration.

ところで、アーク長Laは溶接ワイヤの送給速度と溶融速度とのバランスによって定まる。溶融速度は溶接電流Iwの値に略比例する。溶融特性L1は送給速度が一定の場合であるので、各アーク長において溶融速度と送給速度とが等しくなるように溶接電流Iwの値が定まる。溶融特性L1において、アーク長La=6mmのQ2点の溶接電流値がアーク長La=2mmのQ1点の溶接電流値よりも大きいので、Q2点の方が単位溶接電流値当りの溶融量(以下,比溶融量という)は小さくなる。すなわち、メソスプレー移行形態においては、アーク長Laに反比例して比溶融量が小さくなる。このために、溶接電流Iwが一定値である場合(定電流特性の溶接電源を使用した場合)、送給速度の変動、給電チップ・母材間距離の変動等の外乱(以下、単に外乱という)によってアーク長Laが過渡的に長くなると比溶融量が小さくなり溶融速度が遅くなるために、アーク長Laは短くなる方向に制御される。逆にアーク長Laが外乱によって短くなった場合は、比溶融量が大きくなり溶融速度が速くなるために、アーク長Laは長くなる方向に制御される。このようにアーク長の変動を復元する作用を「アーク固有の自己制御作用」と呼んでいる。   By the way, the arc length La is determined by the balance between the welding wire feeding speed and the melting speed. The melting rate is substantially proportional to the value of the welding current Iw. Since the melting characteristic L1 is when the feeding speed is constant, the value of the welding current Iw is determined so that the melting speed and the feeding speed are equal for each arc length. In the melting characteristic L1, the welding current value at the point Q2 with an arc length La = 6 mm is larger than the welding current value at the point Q1 with an arc length La = 2 mm. , The specific melting amount) becomes smaller. That is, in the mesospray transfer mode, the specific melting amount decreases in inverse proportion to the arc length La. For this reason, when the welding current Iw is a constant value (when using a welding power source having a constant current characteristic), disturbances such as fluctuations in the feeding speed, fluctuations in the distance between the power supply tip and the base material (hereinafter simply referred to as disturbances) ), The arc length La is controlled so that the arc length La becomes shorter because the specific melting amount becomes smaller and the melting speed becomes slower when the arc length La becomes transiently longer. On the contrary, when the arc length La is shortened due to a disturbance, the specific melting amount is increased and the melting rate is increased, so that the arc length La is controlled to become longer. This action of restoring the variation in arc length is called “arc-specific self-control action”.

一般的に、アルミニウムMIG溶接を含む消耗電極ガスシールドアーク溶接には定電圧特性の溶接電源が使用される。これは、アーク長Laが溶接電圧Vwと比例関係にあることを利用してアーク長Laを溶接電圧Vwで検出し、その検出値が目標値(溶接電圧設定値)と一致するように定電圧制御することによってアーク長を制御するものである。アルミニウムワイヤの材質、直径、シールドガスの種類等の溶接条件が決まり、送給速度が設定されると溶融特性L1が定まる。このために所望のアーク長になるように定電圧特性を設定すればよい。しかし、アルミニウムMIG溶接においては、母材の酸化皮膜の状態によって溶融特性L1が変化するという性質がある。MIG溶接では、母材の酸化皮膜をアークによって除去(クリーニング作用)しながら溶接が行われる。この酸化皮膜のクリーニング状態は、母材表面の汚れ具合、母材の温度、シールドガスのシールド状態等の変動によって大きく影響される。しかもクリーニング状態は溶接中にも刻々と変化する。   Generally, a welding power source having constant voltage characteristics is used for consumable electrode gas shielded arc welding including aluminum MIG welding. This is because the arc length La is detected by the welding voltage Vw by utilizing the fact that the arc length La is proportional to the welding voltage Vw, and a constant voltage is set so that the detected value matches the target value (welding voltage set value). The arc length is controlled by controlling. When the welding conditions such as the material of the aluminum wire, the diameter, the type of the shielding gas, etc. are determined and the feeding speed is set, the melting characteristic L1 is determined. For this purpose, the constant voltage characteristic may be set so as to obtain a desired arc length. However, aluminum MIG welding has a property that the melting characteristic L1 changes depending on the state of the oxide film of the base material. In MIG welding, welding is performed while removing (cleaning action) the base oxide film with an arc. The cleaning state of the oxide film is greatly affected by fluctuations in the condition of the surface of the base material, the temperature of the base material, the shielding state of the shielding gas, and the like. Moreover, the cleaning state changes every time during welding.

クリーニング状態が変化すると、溶融特性L1が変化する。これはクリーニング状態の変化によってアーク形状が変化しアークから溶接ワイヤへの入熱が変化し溶融速度が変化するためである。溶融特性L1のときにアーク長La=4mmの所望値に設定するために定電圧特性を設定する。この状態で溶融特性L1が変化したときに、アーク長Laを4mmに維持するためには定電圧特性の設定を変更する必要がある。すなわち、アルミニウムMIG溶接においては、クリーニング状態が変化するごとにアーク長を所望値に維持するためには定電圧特性の設定を修正しなければならなかった。上述したように、クリーニング状態は溶接中にも変化するために、定電圧特性も溶接中に設定変更する必要があった。このために、溶接作業者がクリーニング状態の変動によるアーク長の変動を目視で確認しながら手動で定電圧特性を調整することが現場では行われてきた。しかし、この方法では自動化が困難であり、かつ、アーク長を正確に所望値に維持することができないという問題があった。   When the cleaning state changes, the melting characteristic L1 changes. This is because the arc shape changes due to the change in the cleaning state, the heat input from the arc to the welding wire changes, and the melting rate changes. In order to set the arc length La to a desired value of 4 mm when the melting characteristic is L1, the constant voltage characteristic is set. When the melting characteristic L1 changes in this state, it is necessary to change the setting of the constant voltage characteristic in order to maintain the arc length La at 4 mm. That is, in aluminum MIG welding, the setting of the constant voltage characteristic has to be corrected in order to maintain the arc length at a desired value every time the cleaning state changes. As described above, since the cleaning state also changes during welding, it is necessary to change the setting of the constant voltage characteristic during welding. For this reason, it has been practiced in the field that the welding operator manually adjusts the constant voltage characteristic while visually confirming the variation in the arc length due to the variation in the cleaning state. However, this method has a problem that automation is difficult and the arc length cannot be accurately maintained at a desired value.

上述した問題を解決するために、同図に示す定電流特性によるアルミニウムMIG溶接が従来から実施されている。上述したように、横軸を溶接電流Iw、縦軸を溶接電圧Vwとして溶融特性を表わすと、クリーニング状態に影響されて溶融特性は変化する。しかし、同図に示すように、横軸を溶接電流Iw、縦軸をアーク長Laとして溶融特性を表わした場合には、クリーニング状態が変化しても溶融特性はL1のままでほとんど変化しない。したがって、アーク長Laが所望値4mmになるように定電流特性CC1を設定すれば、動作点はP1となり所望値のアーク長Laに制御することができる。この場合、クリーニング状態が変化しても溶融特性はL1のままであるので、動作点P1もそのままであり、アーク長La=4mmに維持される。この定電流特性によるアーク長制御を基本として、外乱によるアーク長の変動を抑制する制御を加味したのが、以下に説明する従来技術である。   In order to solve the above-described problems, aluminum MIG welding with constant current characteristics shown in the figure has been conventionally performed. As described above, when the melting characteristic is expressed with the welding current Iw on the horizontal axis and the welding voltage Vw on the vertical axis, the melting characteristic changes depending on the cleaning state. However, as shown in the figure, when the melting characteristics are expressed with the welding current Iw on the horizontal axis and the arc length La on the vertical axis, the melting characteristics remain almost L1 even when the cleaning state changes. Therefore, if the constant current characteristic CC1 is set so that the arc length La has a desired value of 4 mm, the operating point becomes P1 and the arc length La can be controlled to a desired value. In this case, even if the cleaning state changes, the melting characteristic remains L1, so the operating point P1 is also maintained and the arc length La = 4 mm is maintained. The conventional technology described below is based on the arc length control based on the constant current characteristics and the control for suppressing the fluctuation of the arc length due to disturbance.

動作点P1の定常アーク状態において外乱が発生してアーク長Laが過渡的に長くなると、動作点はP1からP2へ移動する。従来技術では、溶接電圧Vw及び溶接電圧移動平均値Vraを検出し、これらの電圧誤差増幅値ΔV=G・(Vra−Vw)に応じて定電流特性による溶接電流値Iwを変化させる。ここでGは予め定めた増幅率である。すなわち、Iw2=Iw1+ΔVとなる。溶接電流Iw1は定電流特性CC1の電流値である。外乱によってアーク長Laが長くなると、溶接電圧Vwが溶接電圧移動平均値Vraよりも大きくなり、上記の電圧誤差増幅値ΔV<0となる。この結果、Iw2<Iw1となり定電流特性はCC2に変化する。これに応動して動作点はP2からP3へと移動する。動作点がP3になると溶接電流は減少するので、溶融速度が遅くなり、アーク長Laは短くなる方向へ制御される。すなわち、外乱によるアーク長Laの変動を上記の電圧誤差増幅値ΔVによって検出し、定電流特性を変化させて外部特性による自己制御作用を働かせている。上述したように、アーク固有の自己制御作用に比べて外部特性による自己制御作用の方がアーク長制御の過渡応答性が良くアーク長変動幅も小さくなる。   When a disturbance occurs in the steady arc state at the operating point P1 and the arc length La becomes transiently long, the operating point moves from P1 to P2. In the prior art, the welding voltage Vw and the welding voltage moving average value Vra are detected, and the welding current value Iw based on the constant current characteristic is changed according to these voltage error amplification values ΔV = G · (Vra−Vw). Here, G is a predetermined amplification factor. That is, Iw2 = Iw1 + ΔV. The welding current Iw1 is a current value of the constant current characteristic CC1. When the arc length La becomes longer due to disturbance, the welding voltage Vw becomes larger than the welding voltage moving average value Vra, and the voltage error amplification value ΔV <0. As a result, Iw2 <Iw1, and the constant current characteristic changes to CC2. In response to this, the operating point moves from P2 to P3. Since the welding current decreases when the operating point becomes P3, the melting rate is slowed down, and the arc length La is controlled to be shortened. That is, the fluctuation of the arc length La due to the disturbance is detected by the voltage error amplification value ΔV, and the constant current characteristic is changed to make the self-control action by the external characteristic work. As described above, the self-control action based on the external characteristics has better transient response of the arc length control and the arc length fluctuation width is smaller than the self-control action inherent to the arc.

次に、動作点P1の定常アーク状態においてクリーニング状態が変動すると、溶接電圧Vwが変化する。しかし、クリーニング状態の変動速度は上記の外乱による変動速度よりも緩やかである。例えば、外乱による変動速度は数ms〜十数ms程度であり、他方クリーニング状態の変動速度は数十ms〜数百ms程度である。そこで、溶接電圧移動平均値Vraを算出するための移動平均期間を、外乱の変動速度よりも長く、かつ、クリーニング状態の変動速度よりも短く設定する。これによって、クリーニング状態の緩やかな変動が発生した場合には、Vw≒Vraとなり定電流特性はCC1のままで変化しない。このために、クリーニング状態が変動してもアーク長Laは所望値のままである。他方、外乱が発生したときは上述したようにVa≠Vraとなり定電流特性がCC1からCC2等に過渡的に変化して外部特性による自己制御作用が働く。定常アーク状態に戻ると定電流特性はCC1に戻る。   Next, when the cleaning state changes in the steady arc state at the operating point P1, the welding voltage Vw changes. However, the changing speed of the cleaning state is slower than the changing speed due to the above disturbance. For example, the fluctuation speed due to the disturbance is about several ms to several tens of ms, while the fluctuation speed of the cleaning state is about several tens ms to several hundred ms. Therefore, the moving average period for calculating the welding voltage moving average value Vra is set longer than the fluctuation speed of the disturbance and shorter than the fluctuation speed of the cleaning state. As a result, when a gradual change in the cleaning state occurs, Vw≈Vra, and the constant current characteristic remains CC1. For this reason, the arc length La remains at a desired value even when the cleaning state varies. On the other hand, when a disturbance occurs, Va ≠ Vra as described above, and the constant current characteristic changes transiently from CC1 to CC2 and the like, and the self-control action by the external characteristic works. When returning to the steady arc state, the constant current characteristic returns to CC1.

特許第2993174号公報Japanese Patent No. 2993174

図11は、上述した図10においてアーク長Laを6mm超に設定する場合の溶融特性L1と定電流特性CC3との関係を示す図である。同図において、上述したように、アーク長Laが2〜6mm程度の範囲がメソスプレー移行形態の領域であり、この範囲内ではアーク固有の自己制御作用が働き、クリーニング状態の変動に対してアーク長Laを適正値に維持することができる。しかし、Q2点の6mm超では、溶融特性L1が略垂直になるために、定電流特性CC3を調整しても、アーク長Laを例えば6.5mmに設定することは困難であった。通常はメソスプレー移行領域で使用することが多いが、溶接継手、溶接姿勢、溶接速度等によってはメソスプレー移行領域外で使用する場合もある。このような場合に従来技術ではアーク長をメソスプレー移行領域外に設定することは困難であった。   FIG. 11 is a diagram showing the relationship between the melting characteristic L1 and the constant current characteristic CC3 when the arc length La is set to be more than 6 mm in FIG. 10 described above. In the figure, as described above, the range of arc length La of about 2 to 6 mm is the mesospray transition region, and within this range, the arc-specific self-control action works, and the arc is controlled against the variation of the cleaning state. The length La can be maintained at an appropriate value. However, when the Q2 point exceeds 6 mm, the melting characteristic L1 becomes substantially vertical, and therefore it is difficult to set the arc length La to, for example, 6.5 mm even if the constant current characteristic CC3 is adjusted. Usually, it is often used in the mesospray transition region, but depending on the weld joint, welding position, welding speed, etc., it may be used outside the mesospray transition region. In such a case, it has been difficult for the prior art to set the arc length outside the mesospray transition region.

さらに、メソスプレー移行領域であっても、Q2点を境界値としてアーク固有の自己制御作用が働かなくなるのではない。上記の境界値よりも少し短いアーク長のときから少しずつアーク固有の自己制御作用の効果が小さくなり、境界値でほとんど働かなくなるのである。この領域を遷移領域ということにする。この遷移領域では、アーク固有の自己制御作用が弱くなるので、境界値Q2に近いアーク長に設定するほど、クリーニング状態の変化に伴ってアーク長の変動が少しずつ大きくなるという課題があった。   Furthermore, even in the mesospray transition region, the arc-specific self-control action does not stop with the Q2 point as a boundary value. Since the arc length is slightly shorter than the above-mentioned boundary value, the effect of the arc-specific self-control action gradually decreases, and the boundary value hardly works. This area is referred to as a transition area. In this transition region, since the arc-specific self-control action is weakened, there is a problem that as the arc length is set closer to the boundary value Q2, the variation in the arc length gradually increases with the change in the cleaning state.

ぞこで、本発明では、アーク長をメソスプレー移行領域を越える範囲又は遷移領域の所望値に正確に設定することができ、かつ、クリーニング状態及び外乱によるアーク長の変動を抑制することができる消耗電極ガスシールドアーク溶接方法を提供する。   In the present invention, the arc length can be accurately set to a range exceeding the mesospray transition region or a desired value in the transition region, and fluctuations in the arc length due to the cleaning state and disturbance can be suppressed. A consumable electrode gas shield arc welding method is provided.

上述した課題を解決するために、第1の発明は、溶接ワイヤを予め定めた速度で送給すると共に、溶接電源の定電流特性によって予め定めた溶接電流をアークに通電して溶接する消耗電極ガスシールドアーク溶接方法において、
母材・溶接ワイヤ間の溶接電圧を溶接電圧設定値によって設定し、溶接中の溶接電圧を検出し、この溶接電圧検出値を移動平均して溶接電圧移動平均値を算出し、前記溶接電圧設定値が予め定めた高アーク長基準値未満のときは前記溶接電圧移動平均値を溶接電圧制御設定値とし、前記溶接電圧設定値が前記高アーク長基準値以上のときは前記溶接電圧設定値を前記溶接電圧制御設定値とし、前記溶接電圧検出値が前記溶接電圧制御設定値と略等しくなるように前記定電流特性による前記溶接電流値を変化させることを特徴とする消耗電極ガスシールドアーク溶接方法である。
In order to solve the above-described problem, the first invention is a consumable electrode that feeds a welding wire at a predetermined speed, and conducts welding by applying a predetermined welding current to the arc by a constant current characteristic of a welding power source. In the gas shielded arc welding method,
The welding voltage between the base metal and the welding wire is set by the welding voltage setting value, the welding voltage during welding is detected, the welding voltage moving average value is calculated by moving the welding voltage detection value, and the welding voltage setting is performed. When the value is less than a predetermined high arc length reference value, the welding voltage moving average value is set as a welding voltage control set value, and when the welding voltage set value is equal to or higher than the high arc length reference value, the welding voltage set value is set. A consumable electrode gas shielded arc welding method characterized in that the welding current control value is changed, and the welding current value according to the constant current characteristic is changed so that the welding voltage detection value is substantially equal to the welding voltage control setting value. It is.

また、第2の発明は、前記溶接電圧設定値が前記高アーク長基準値よりも小さな値に予め定めた中間アーク長基準値未満のときは前記溶接電圧移動平均値を前記溶接電圧制御設定値とし、前記溶接電圧設定値が前記中間アーク長基準値以上でかつ前記高アーク長基準値未満のときは前記溶接電圧移動平均値と前記溶接電圧設定値とを予め定めた混合関数によって混合して前記溶接電圧制御設定値とし、前記溶接電圧設定値が前記高アーク長基準値以上のときは前記溶接電圧設定値を前記溶接電圧制御設定値とすることを特徴とする第1の発明記載の消耗電極ガスシールドアーク溶接方法である。   Further, in the second invention, when the welding voltage set value is less than the intermediate arc length reference value set in advance to a value smaller than the high arc length reference value, the welding voltage moving average value is set to the welding voltage control set value. And when the welding voltage set value is not less than the intermediate arc length reference value and less than the high arc length reference value, the welding voltage moving average value and the welding voltage set value are mixed by a predetermined mixing function. The consumable according to the first aspect, wherein the welding voltage control set value is used, and when the welding voltage set value is greater than or equal to the high arc length reference value, the welding voltage set value is used as the welding voltage control set value. This is an electrode gas shield arc welding method.

また、第3の発明は、前記消耗電極ガスシールドアーク溶接がピーク期間中のピーク電流の通電及びベース期間中のベース電流の通電をパルス周期として繰り返す消耗電極パルスアーク溶接であり、前記溶接電流値が前記パルス周期ごとの溶接電流平均値であり、前記溶接電圧値が前記パルス周期ごとの溶接電圧平均値であり、前記ピーク期間又は前記ピーク電流又は前記ベース期間又は前記ベース電流の少なくとも1つ以上を変化させて前記パルス周期ごとの溶接電流平均値を変化させることを特徴とする第1又は第2の発明記載の消耗電極ガスシールドアーク溶接方法である。   Further, the third invention is consumable electrode pulse arc welding in which the consumable electrode gas shield arc welding repeats energization of a peak current during a peak period and energization of a base current during a base period as a pulse period, and the welding current value Is a welding current average value for each pulse period, the welding voltage value is a welding voltage average value for each pulse period, and at least one or more of the peak period, the peak current, the base period, or the base current The consumable electrode gas shielded arc welding method according to the first or second invention, wherein the welding current average value for each pulse period is changed by changing.

上記第1の発明によれば、高アーク長基準値Vth未満のアーク長では溶接電圧移動平均値Vraによって溶接電流を変化させ、高アーク長基準値Vth以上のアーク長では溶接電圧設定値Vsによって溶接電流を変化させることによって、アーク長を低い値にも高い値にも所望値に正確に設定することができる。さらに、外乱及びクリーニング状態の変動に対してもアーク長変動を抑制することができる。特に、アーク長がメソスプレー移行領域を超える高い範囲であっても、アーク長を所望値に正確に設定することができる。   According to the first aspect of the invention, the welding current is changed by the welding voltage moving average value Vra when the arc length is less than the high arc length reference value Vth, and the welding voltage set value Vs is used when the arc length is higher than the high arc length reference value Vth. By changing the welding current, the arc length can be accurately set to a desired value for both low and high values. Furthermore, the arc length variation can be suppressed against disturbance and cleaning state variation. In particular, even when the arc length is in a high range exceeding the mesospray transition region, the arc length can be accurately set to a desired value.

上記第2の発明によれば、上記第1の発明の効果に加えて、中間アーク長基準値Vtm以上で高アーク長基準値Vth未満の遷移領域の中間アーク長範囲において、溶接電圧移動平均値Vraと溶接電圧設定値Vsとを適切に混合した溶接電圧制御設定値Vscによって溶接電流を変化させる。このために、中間アーク長範囲でのアーク長制御性がさらに良好になる。   According to the second aspect of the invention, in addition to the effect of the first aspect of the invention, the welding voltage moving average value in the intermediate arc length range of the transition region that is greater than the intermediate arc length reference value Vtm and less than the high arc length reference value Vth. The welding current is changed by a welding voltage control set value Vsc obtained by appropriately mixing Vra and the welding voltage set value Vs. For this reason, the arc length controllability in the intermediate arc length range is further improved.

上記第3の発明によれば、上記第1及び第2の発明の効果をパルスアーク溶接において奏することができる。   According to the third aspect, the effects of the first and second aspects can be achieved in pulse arc welding.

以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。   Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.

[実施の形態1]
図1は、実施の形態1に係る消耗電極ガスシールドアーク溶接方法を実施するための溶接電源のブロック図である。以下、同図を参照して各ブロックについて説明する。
[Embodiment 1]
FIG. 1 is a block diagram of a welding power source for carrying out the consumable electrode gas shield arc welding method according to the first embodiment. Hereinafter, each block will be described with reference to FIG.

電源主回路MCは、商用交流電源(3相200V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、チョッパ制御等によって出力制御を行い、溶接電流Iw及び溶接電圧Vw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内を通って送給され、母材2との間にアーク3が発生する。   The main power supply circuit MC receives a commercial AC power supply (three-phase 200 V, etc.) as an input, performs output control by inverter control, chopper control, etc. according to a current error amplification signal Ei described later, and outputs a welding current Iw and a welding voltage Vw. The welding wire 1 is fed through the welding torch 4 by the rotation of the feeding roll 5 of the wire feeding device, and an arc 3 is generated between the welding wire 1 and the base material 2.

溶接電圧検出回路VDは、上記の溶接電圧Vwを検出して溶接電圧検出信号Vdを出力する。溶接電圧移動平均値算出回路VRAは、上記の溶接電圧検出信号Vdを移動平均して溶接電圧移動平均値信号Vraを出力する。溶接電圧設定回路VSは、所望値の溶接電圧設定信号Vsを出力する。溶接電圧設定切換回路SWVは、上記の溶接電圧設定信号Vsの値が予め定めた高アーク長基準値Vth未満のときはa側に切り換わり上記の溶接電圧移動平均値信号Vraを溶接電圧制御設定信号Vscとして出力し、上記の高アーク長基準値Vth以上のときはb側に切り換わり上記の溶接電圧設定信号Vsを上記の溶接電圧制御設定信号Vscとして出力する。この回路の作用については後述する。電圧誤差増幅回路EVは、上記の溶接電圧制御設定信号Vscと上記の溶接電圧検出信号Vdとの誤差を増幅して電圧誤差増幅信号ΔV=G・(Vsc−Vd)を出力する。ここでGは予め定めた増幅率である。   The welding voltage detection circuit VD detects the welding voltage Vw and outputs a welding voltage detection signal Vd. The welding voltage moving average value calculation circuit VRA averages the welding voltage detection signal Vd and outputs a welding voltage moving average value signal Vra. The welding voltage setting circuit VS outputs a welding voltage setting signal Vs having a desired value. The welding voltage setting switching circuit SWV switches to the a side when the value of the welding voltage setting signal Vs is less than the predetermined high arc length reference value Vth, and sets the welding voltage moving average value signal Vra to the welding voltage control setting. When it is equal to or higher than the high arc length reference value Vth, it is switched to the b side and the welding voltage setting signal Vs is output as the welding voltage control setting signal Vsc. The operation of this circuit will be described later. The voltage error amplification circuit EV amplifies an error between the welding voltage control setting signal Vsc and the welding voltage detection signal Vd and outputs a voltage error amplification signal ΔV = G · (Vsc−Vd). Here, G is a predetermined amplification factor.

電流設定回路ISは、予め定めた電流設定信号Isを出力する。加算回路ADは、上記の電流設定信号Isと上記の電圧誤差増幅信号ΔVとの加算を行い、電流制御設定信号Isc=Is+ΔVを出力する。電流検出回路IDは、上記の溶接電流Iwを検出して溶接電流検出信号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と上記の溶接電流検出信号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、電流制御設定信号Iscにより定まる定電流特性が形成される。上記の電圧誤差増幅信号ΔV=0の定常アーク状態においては、Isc=Isとなるので、電流設定信号Isにより定まる定電流特性が形成される。   The current setting circuit IS outputs a predetermined current setting signal Is. The adder circuit AD adds the current setting signal Is and the voltage error amplification signal ΔV, and outputs a current control setting signal Isc = Is + ΔV. The current detection circuit ID detects the welding current Iw and outputs a welding current detection signal Id. The current error amplification circuit EI amplifies an error between the current control setting signal Isc and the welding current detection signal Id and outputs a current error amplification signal Ei. By this circuit, a constant current characteristic determined by the current control setting signal Isc is formed. In the steady arc state of the voltage error amplification signal ΔV = 0, Isc = Is, and thus a constant current characteristic determined by the current setting signal Is is formed.

また、溶接電圧制御設定信号Vscが溶接電圧移動平均値信号Vraであるとき(Vs<Vthのとき)は、図10で上述した従来技術の消耗電極ガスシールドアーク溶接方法を実施することになる。すなわち、外乱による急速なアーク長変動に対しては電圧誤差増幅信号ΔVによって定電流特性を変化させてアーク長の変動を抑制する。クリーニング状態のような緩やかなアーク長変動に対しては、Vra≒Vdとなり電圧誤差増幅信号ΔV≒0となるので、溶接電流設定信号Isによる定電流特性は変化せず、アーク固有の自己制御作用によってアーク長の変動は抑制される。   When the welding voltage control setting signal Vsc is the welding voltage moving average value signal Vra (when Vs <Vth), the conventional consumable electrode gas shield arc welding method described above with reference to FIG. 10 is performed. That is, for a rapid arc length variation due to disturbance, the constant current characteristic is changed by the voltage error amplification signal ΔV to suppress the arc length variation. For a gradual arc length variation such as a cleaning state, Vra≈Vd and the voltage error amplification signal ΔV≈0, so that the constant current characteristic by the welding current setting signal Is does not change, and the arc-specific self-control action Therefore, the fluctuation of the arc length is suppressed.

他方、溶接電圧制御設定信号Vscが溶接電圧設定信号Vsであるとき(Vs≧Vthのとき)は、定電圧特性による消耗電極ガスシールドアーク溶接を実施することになる。すなわち、アーク長がメソスプレー移行領域よりも長くなるとクリーニング状態の変動によるアーク長の変動幅は小さくなる。したがって、クリーニング状態の変動によるアーク長の変動は考慮する必要性が小さくなる。このために、アーク長は溶接電圧Vwと略比例になるために、溶接電圧設定信号Vsによって所望値のアーク長に設定し、電圧誤差増幅信号ΔVによって定電圧特性を形成してアーク長を制御することができる。   On the other hand, when the welding voltage control setting signal Vsc is the welding voltage setting signal Vs (when Vs ≧ Vth), consumable electrode gas shield arc welding with constant voltage characteristics is performed. That is, when the arc length becomes longer than the mesospray transition region, the variation range of the arc length due to the variation of the cleaning state becomes small. Therefore, it is less necessary to consider the variation in the arc length due to the variation in the cleaning state. For this reason, since the arc length is substantially proportional to the welding voltage Vw, the arc length is set to a desired value by the welding voltage setting signal Vs, and the constant voltage characteristic is formed by the voltage error amplification signal ΔV to control the arc length. can do.

図2は、本発明の実施の形態1に係る消耗電極ガスシールドアーク溶接方法の動作原理を説明するための特性図である。アルミニウムMIG溶接において、同図は、送給速度を所定値に固定したときの横軸に示すアーク長Laと縦軸に示す溶接電流Iw及び溶接電圧Vwとの関係を示す。以下、同図を参照して説明する。   FIG. 2 is a characteristic diagram for explaining the operating principle of the consumable electrode gas shield arc welding method according to Embodiment 1 of the present invention. In aluminum MIG welding, the figure shows the relationship between the arc length La shown on the horizontal axis and the welding current Iw and welding voltage Vw shown on the vertical axis when the feeding speed is fixed to a predetermined value. Hereinafter, a description will be given with reference to FIG.

上述したように、アーク長が2〜6mm程度のメソスプレー移行領域では、溶接電流Iw(定電流特性)を変化させることによってアーク長Laを設定することができる。特に、アーク長4mm程度未満では溶接電流Iwの特性の傾きが急であるために、アーク長の制御性に優れている。アーク長が6mmに近づくにつれて傾きは緩やかになり、アーク長の制御性は弱くなる。アーク長が6mmを超えると傾きは略水平になり、アーク長の制御性はほとんどなくなる。   As described above, in the mesospray transition region where the arc length is about 2 to 6 mm, the arc length La can be set by changing the welding current Iw (constant current characteristic). In particular, when the arc length is less than about 4 mm, the inclination of the characteristic of the welding current Iw is steep, so that the controllability of the arc length is excellent. As the arc length approaches 6 mm, the inclination becomes gentler and the controllability of the arc length becomes weaker. When the arc length exceeds 6 mm, the inclination becomes substantially horizontal, and the controllability of the arc length is almost lost.

他方、溶接電圧Vwは、アーク長Laが6mmを超えると、上述したように、アーク長Laと略比例関係の特性となる。これは、クリーニング状態の変化によってアーク長Laがあまり影響されなくなるからである。アーク長が6mmよりも短くなるにつれ、同一アーク長Laとなる溶接電圧Vwの幅が大きくなる。これは、アーク長Laが短いとクリーニング状態の少しの変化でアーク長Laが大きく影響されて、その結果溶接電圧Vwが変化するからである。すなわち、アーク長Laが短い場合には、アーク長Laに対する溶接電圧Vwの変化幅は大きくなり、アーク長の制御性は弱い。アーク長Laが長くなると溶接電圧Vwとアーク長Laとは比例関係を示し、アーク長の制御性は良好になる。   On the other hand, when the arc length La exceeds 6 mm, the welding voltage Vw becomes a characteristic substantially proportional to the arc length La as described above. This is because the arc length La is less affected by the change in the cleaning state. As the arc length becomes shorter than 6 mm, the width of the welding voltage Vw having the same arc length La increases. This is because if the arc length La is short, the arc length La is greatly influenced by a slight change in the cleaning state, and as a result, the welding voltage Vw changes. That is, when the arc length La is short, the change width of the welding voltage Vw with respect to the arc length La becomes large, and the controllability of the arc length is weak. When the arc length La becomes longer, the welding voltage Vw and the arc length La show a proportional relationship, and the controllability of the arc length becomes better.

そこで、実施の形態1では、5mm、6mm等の高アーク長を予め設定し、溶接電圧設定値Vsをこの高アーク長に相当する値(高アーク長基準値Vth)と比較して、Vs<Vthのときは溶接電流Iwによるアーク長制御性を利用し、Vs≧Vthのときは溶接電圧Vwによるアーク長制御性を利用する。これは、アーク長Laの長さによって制御性を有するパラメータが異なることを利用したものである。   Therefore, in the first embodiment, a high arc length such as 5 mm or 6 mm is set in advance, and the welding voltage set value Vs is compared with a value corresponding to the high arc length (high arc length reference value Vth), and Vs < When Vth, arc length controllability by the welding current Iw is used, and when Vs ≧ Vth, arc length controllability by the welding voltage Vw is used. This utilizes the fact that the parameter having controllability differs depending on the length of the arc length La.

[実施の形態2]
本発明の実施の形態2では、溶接電圧移動平均値Vraと溶接電圧設定値Vsとを予め定めた混合関数Vsc=fm(Vra,Vs)によって混合して溶接電圧制御設定値Vscを算出する。以下,詳細を説明する。
[Embodiment 2]
In Embodiment 2 of the present invention, welding voltage control set value Vsc is calculated by mixing welding voltage moving average value Vra and welding voltage set value Vs by a predetermined mixing function Vsc = fm (Vra, Vs). Details will be described below.

図3は、実施の形態2に係る消耗電極ガスシールドアーク溶接方法を実施するための溶接電源のブロック図である。同図において、上述した図1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1とは異なる点線で示すブロックについて説明する。   FIG. 3 is a block diagram of a welding power source for carrying out the consumable electrode gas shield arc welding method according to the second embodiment. In the figure, the same blocks as those in FIG. 1 described above are denoted by the same reference numerals, and description thereof is omitted. Hereinafter, blocks indicated by dotted lines different from those in FIG. 1 will be described.

混合関数回路FMは、上記の高アーク長基準値Vthに加えてこれよりも小さな値の中間アーク長基準値Vtmを予め設定し、
(1)溶接電圧設定信号Vsが上記の中間アーク長基準値Vtm未満のときは溶接電圧移動平均値信号Vraを溶接電圧制御設定信号Vscとして出力し、
(2)上記の溶接電圧設定信号Vsが上記の中間アーク長基準値Vtm以上でかつ上記の高アーク長基準値Vth未満のときは溶接電圧移動平均値信号Vraと溶接電圧設定信号Vsとを予め定めた混合関数fmによって混合して上記の溶接電圧制御設定信号Vscとして出力し、
(3)上記の溶接電圧設定信号Vsが上記の高アーク長基準値Vth以上のときは溶接電圧設定信号Vsを上記の溶接電圧制御設定信号Vscとして出力する。上記の混合関数fmについては、図4〜5で後述する。
The mixing function circuit FM presets an intermediate arc length reference value Vtm having a smaller value in addition to the high arc length reference value Vth,
(1) When the welding voltage setting signal Vs is less than the intermediate arc length reference value Vtm, the welding voltage moving average value signal Vra is output as the welding voltage control setting signal Vsc,
(2) When the welding voltage setting signal Vs is not less than the intermediate arc length reference value Vtm and less than the high arc length reference value Vth, the welding voltage moving average value signal Vra and the welding voltage setting signal Vs are previously set. Mixed by a predetermined mixing function fm and output as the welding voltage control setting signal Vsc,
(3) When the welding voltage setting signal Vs is equal to or higher than the high arc length reference value Vth, the welding voltage setting signal Vs is output as the welding voltage control setting signal Vsc. The mixing function fm will be described later with reference to FIGS.

上述した図2において、アーク長Laが2〜6mm程度の範囲はメソスプレー移行領域となり、例えばLa=6mmに対応する溶接電圧設定信号Vsの値を高アーク長基準値Vthとし、La=3mmに対応する溶接電圧設定信号Vsの値を中間アーク長基準値Vtmとして予め設定する。上記の中間アーク長基準値Vtm未満のアーク長では、溶接電流Iwがアーク長と強い相関関係を有するので溶接電圧移動平均値信号Vra及び溶接電流設定信号Isを使用する従来技術の制御を行う。上記の高アーク長基準値Vth以上のアーク長では、溶接電圧Vwとアーク長とは強い相関関係を有するために、溶接電圧設定信号Vsを使用する定電圧制御を行う。そして、中間アーク長基準値Vtm〜高アーク長基準値Vthの間のアーク長では、溶接電圧移動平均値信号Vra及び溶接電圧設定信号Vsとを混合して上記両制御を併用する。   In FIG. 2 described above, the range where the arc length La is about 2 to 6 mm is a mesospray transition region. For example, the value of the welding voltage setting signal Vs corresponding to La = 6 mm is set as the high arc length reference value Vth, and La = 3 mm. The value of the corresponding welding voltage setting signal Vs is preset as the intermediate arc length reference value Vtm. In the case of an arc length less than the above-mentioned intermediate arc length reference value Vtm, the welding current Iw has a strong correlation with the arc length, so the conventional control using the welding voltage moving average value signal Vra and the welding current setting signal Is is performed. Since the welding voltage Vw and the arc length have a strong correlation when the arc length is equal to or higher than the high arc length reference value Vth, constant voltage control using the welding voltage setting signal Vs is performed. For the arc length between the intermediate arc length reference value Vtm and the high arc length reference value Vth, the welding voltage moving average value signal Vra and the welding voltage setting signal Vs are mixed and the above two controls are used together.

混合関数fmの例を下式に示す。
Vsc=Vra・(100-α)/100+Vs・α/100 (1)式
ここでαは混合率[%]である。また、図4及び図5は、この混合率αと溶接電圧設定信号Vsとの関係の一例である。両図は、アルミニウムMIG溶接において、直径1.2mmのアルミニウム合金ワイヤを使用した場合であり、図4は平均溶接電流が50Aのときであり、図5は平均溶接電流が150Aのときである。溶接電流設定信号Is(平均溶接電流)及び溶接電圧設定信号Vsの値によって混合率αが定まる。そして、上記(1)式によって溶接電圧制御設定信号Vscが算出される。
An example of the mixing function fm is shown in the following equation.
Vsc = Vra · (100−α) / 100 + Vs · α / 100 (1) where α is the mixing ratio [%]. 4 and 5 are examples of the relationship between the mixing ratio α and the welding voltage setting signal Vs. Both figures show a case where an aluminum alloy wire having a diameter of 1.2 mm is used in aluminum MIG welding. FIG. 4 shows the case where the average welding current is 50 A, and FIG. 5 shows the case where the average welding current is 150 A. The mixing rate α is determined by the values of the welding current setting signal Is (average welding current) and the welding voltage setting signal Vs. Then, the welding voltage control setting signal Vsc is calculated by the above equation (1).

[実施の形態3]
本発明の実施の形態3は、実施の形態1における消耗電極ガスシールドアーク溶接として消耗電極パルスアーク溶接を使用する場合である。図6は、パルスアーク溶接の電流・電圧波形を示す。同図(A)は溶接電流瞬時値iwの時間変化を示し、同図(B)は溶接電圧瞬時値vwの時間変化を示す。時刻t1〜t2のピーク期間Tp中は、同図(A)に示すように、溶滴を移行させるために大電流値のピーク電流Ipを通電し、同図(B)に示すように、溶接ワイヤと母材との間にピーク電圧Vpが印加する。時刻t2〜t3のベース期間Tb中は、同図(A)に示すように、溶接ワイヤを溶融させないために小電流値のベース電流Ibを通電し、同図(B)に示すように、溶接ワイヤと母材との間にベース電圧Vbが印加する。ピーク期間Tp及びベース期間Tbからパルス周期Tfが形成される。パルスアーク溶接においては、パルス周期Tfごとに1溶滴が母材に移行するいわゆる1パルス1溶滴移行となるのが通常である。したがって、アーク長Laは1パルス周期Tfごとに大きく変化する。このため、上述した実施の形態1における溶接電流Iw及び溶接電圧Vwとして、実施の形態3ではパルス周期Tfごとの溶接電流平均値Iwa及びパルス周期Tfごとの溶接電圧平均値Vwaを使用する必要がある。すなわち、実施の形態3では、上記のパルス周期溶接電流平均値Iwaが一定値になるように定電流特性が形成される。また、溶接電圧移動平均値Vraは、上記のパルス周期溶接電圧平均値Vwaを移動平均して算出する。したがって、電圧誤差増幅値ΔV=G・(Vra−Vwa)となる。同図(A)において、ピーク期間Tp、ピーク電流Ip、ベース期間Tb及びベース電流Ibを設定すると、パルス周期溶接電流平均値Iwaが所定値に定まる.したがって、パルス周期溶接電流平均値Iwaを変化させるためには、これらピーク期間Tp、ピーク電流Ip、ベース期間Tb又はベース電流Ibの少なくとも1つ以上を変化させれば良い。上記以外は実施の形態1と同様である。
[Embodiment 3]
The third embodiment of the present invention is a case where consumable electrode pulse arc welding is used as the consumable electrode gas shield arc welding in the first embodiment. FIG. 6 shows current / voltage waveforms of pulse arc welding. FIG. 4A shows the time change of the welding current instantaneous value iw, and FIG. 4B shows the time change of the welding voltage instantaneous value vw. During the peak period Tp from time t1 to t2, as shown in FIG. 4A, a large current peak current Ip is applied to transfer the droplet, and welding is performed as shown in FIG. A peak voltage Vp is applied between the wire and the base material. During the base period Tb from time t2 to t3, as shown in FIG. 6A, the base current Ib having a small current value is energized so as not to melt the welding wire, and as shown in FIG. A base voltage Vb is applied between the wire and the base material. A pulse period Tf is formed from the peak period Tp and the base period Tb. In pulse arc welding, the so-called 1-pulse 1-droplet transfer is generally performed in which one droplet transfers to the base material at each pulse period Tf. Therefore, the arc length La changes greatly every pulse period Tf. For this reason, as welding current Iw and welding voltage Vw in Embodiment 1 described above, it is necessary to use welding current average value Iwa for each pulse period Tf and welding voltage average value Vwa for each pulse period Tf in Embodiment 3. is there. That is, in the third embodiment, the constant current characteristic is formed so that the above-described pulse cycle welding current average value Iwa becomes a constant value. The welding voltage moving average value Vra is calculated by moving average the above-mentioned pulse period welding voltage average value Vwa. Therefore, the voltage error amplification value ΔV = G · (Vra−Vwa). In FIG. 5A, when the peak period Tp, peak current Ip, base period Tb, and base current Ib are set, the pulse cycle welding current average value Iwa is set to a predetermined value. Therefore, in order to change the pulse period welding current average value Iwa, at least one of the peak period Tp, peak current Ip, base period Tb, or base current Ib may be changed. Other than the above, the second embodiment is the same as the first embodiment.

図7は、実施の形態3に係る消耗電極ガスシールドアーク溶接方法を実施するための溶接電源のブロック図である。同図において、上述した図1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1とは異なる点線で示すブロックについて説明する。   FIG. 7 is a block diagram of a welding power source for carrying out the consumable electrode gas shield arc welding method according to the third embodiment. In the figure, the same blocks as those in FIG. 1 described above are denoted by the same reference numerals, and description thereof is omitted. Hereinafter, blocks indicated by dotted lines different from those in FIG. 1 will be described.

パルス周期溶接電圧平均値算出回路VWAは、溶接電圧瞬時値vwを検出した溶接電圧検出信号Vdをパルス周期Tfごとに平均値を算出し、パルス周期溶接電圧平均値信号Vwaを出力する。溶接電圧移動平均値算出回路VRAは、上記のパルス周期溶接電圧平均値信号Vwaを移動平均して溶接電圧移動平均値信号Vraを出力する。電圧誤差増幅回路EVは、溶接電圧制御設定信号Vscと上記のパルス周期溶接電圧平均値信号Vwaとの誤差を増幅して、電圧誤差増幅信号ΔV=G・(Vra−Vwa)を出力する。ここでGは予め定めた増幅率である。   The pulse cycle welding voltage average value calculation circuit VWA calculates an average value of the welding voltage detection signal Vd, which has detected the welding voltage instantaneous value vw, for each pulse cycle Tf, and outputs a pulse cycle welding voltage average value signal Vwa. The welding voltage moving average value calculation circuit VRA moves and averages the pulse period welding voltage average value signal Vwa and outputs a welding voltage moving average value signal Vra. The voltage error amplification circuit EV amplifies an error between the welding voltage control setting signal Vsc and the pulse period welding voltage average value signal Vwa, and outputs a voltage error amplification signal ΔV = G · (Vra−Vwa). Here, G is a predetermined amplification factor.

ベース期間設定回路TBSは、予め定めたベース期間設定信号Tbsを出力する。減算回路SBは、上記のベース期間設定信号Tbsから上記の電圧誤差増幅信号ΔVを減算して、ベース期間制御設定信号Tbsc=Tbs−ΔVを出力する。ピーク期間設定回路TPSは、予め定めたピーク期間設定信号Tpsを出力する。タイマ回路TMは、上記のピーク期間設定信号Tpsによって定まる期間中はHighレベルになり、続く上記のベース期間制御設定信号Tbscによって定まる期間中はLowレベルになり、以後この動作を繰り返すタイマ信号Tmを出力する。すなわち、このタイマ信号TmがHighレベルのときはピーク期間となり、Lowレベルのときはベース期間となる。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。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。切換回路SWは、上記のタイマ信号TmがHigh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Ipsを溶接電流制御設定信号Iscとして出力し、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Ibsを溶接電流制御設定信号Iscとして出力する。この溶接電流制御設定信号Iscに相当する図6で上述した溶接電流瞬時値iwが通電する。   The base period setting circuit TBS outputs a predetermined base period setting signal Tbs. The subtraction circuit SB subtracts the voltage error amplification signal ΔV from the base period setting signal Tbs, and outputs a base period control setting signal Tbsc = Tbs−ΔV. The peak period setting circuit TPS outputs a predetermined peak period setting signal Tps. The timer circuit TM becomes High level during the period determined by the peak period setting signal Tps, and becomes Low level during the period determined by the subsequent base period control setting signal Tbsc. Thereafter, the timer circuit Tm repeats this operation. Output. That is, when the timer signal Tm is at a high level, it is a peak period, and when it is at a low level, it is a base period. The peak current setting circuit IPS outputs a predetermined peak current setting signal Ips. The base current setting circuit IBS outputs a predetermined base current setting signal Ibs. The switching circuit SW switches to the a side when the timer signal Tm is at the high level and outputs the peak current setting signal Ips as the welding current control setting signal Isc, and switches to the b side when the timer signal Tm is at the low level. The base current setting signal Ibs is output as a welding current control setting signal Isc. The welding current instantaneous value iw described above with reference to FIG. 6 corresponding to the welding current control setting signal Isc is energized.

同図において定常アーク状態にあるときは電圧誤差増幅信号ΔV=0となるので、Tbsc=Tbsとなる。したがって、ピーク期間設定信号Tpsによって定まる期間中はピーク電流設定信号Ipsによって定まる電流が通電し、ベース期間設定信号Tbsによって定まる期間中はベース電流設定信号Ibsによって定まる電流が通電する。したがって、同図のベース期間設定信号Tbsが図1の溶接電流設定信号Isに対応する。   In the figure, since the voltage error amplification signal ΔV = 0 when in the steady arc state, Tbsc = Tbs. Therefore, a current determined by the peak current setting signal Ips is energized during the period determined by the peak period setting signal Tps, and a current determined by the base current setting signal Ibs is energized during the period determined by the base period setting signal Tbs. Therefore, the base period setting signal Tbs shown in the figure corresponds to the welding current setting signal Is shown in FIG.

定常アーク状態において外乱が発生してアーク長Laが過渡的に長くなると、電圧誤差増幅信号ΔV>0となる。したがって、Tbsc<Tbsとなり、ベース期間は定常アーク状態よりも短くなる。この結果、パルス周期溶接電流平均値Iwaは小さくなり、外部特性による自己制御作用を働かせてアーク長Laの変動を抑制する。   When a disturbance occurs in the steady arc state and the arc length La becomes transiently long, the voltage error amplification signal ΔV> 0. Therefore, Tbsc <Tbs, and the base period is shorter than the steady arc state. As a result, the pulse cycle welding current average value Iwa becomes small, and the fluctuation of the arc length La is suppressed by acting a self-control action by the external characteristics.

上記においてはベース期間Tbを可変してパルス周期溶接電流平均値Iwaを変化させる場合を説明した。これ以外にもピーク期間Tpを可変する場合はTp=Tps+ΔVとすれば良い。同様に、ベース電流Ibを可変する場合はIb=Ibs+ΔVとすれば良い。さらにピーク電流Ipを可変する場合はIp=Ips+ΔVとすれば良い。   In the above description, the base period Tb is varied to change the pulse period welding current average value Iwa. In addition to this, when the peak period Tp is varied, Tp = Tps + ΔV may be set. Similarly, when the base current Ib is varied, Ib = Ibs + ΔV. Further, when the peak current Ip is varied, Ip = Ips + ΔV may be set.

溶接電圧設定信号Vsの値が高アーク長基準値Vth以上になると、溶接電圧制御設定信号Vsc=Vsとなる。このため、パルス周期溶接電圧平均値信号Vwa=Vsとなるように定電圧制御される。この結果、メソスプレー移行領域を超える範囲のアーク長の制御を行うことができる。   When the value of the welding voltage setting signal Vs becomes equal to or higher than the high arc length reference value Vth, the welding voltage control setting signal Vsc = Vs. For this reason, constant voltage control is performed so that the pulse cycle welding voltage average value signal Vwa = Vs. As a result, it is possible to control the arc length in a range exceeding the mesospray transition region.

[実施の形態4]
本発明の実施の形態4は、実施の形態2における消耗電極ガスシールドアーク溶接として実施の形態3で上述した消耗電極パルスアーク溶接を使用するものである。図8は、実施の形態4に係る消耗電極ガスシールドアーク溶接方法を実施するための溶接電源のブロック図である。同図は、図7で上述したブロック図に図3で上述した混合関数回路FMを組み込んだものである。したがって、各ブロックの説明は図7及び図3の各ブロックと同一である。
[Embodiment 4]
The fourth embodiment of the present invention uses the consumable electrode pulse arc welding described in the third embodiment as the consumable electrode gas shielded arc welding in the second embodiment. FIG. 8 is a block diagram of a welding power source for carrying out the consumable electrode gas shield arc welding method according to the fourth embodiment. In this figure, the mixed function circuit FM described in FIG. 3 is incorporated in the block diagram described in FIG. Therefore, description of each block is the same as each block of FIG.7 and FIG.3.

上記はアルミニウムMIG溶接について説明したが、母材に酸化皮膜が形成されるマグネシウム等のMIG溶接にも適用することができる。   Although the above has described aluminum MIG welding, it can also be applied to MIG welding of magnesium or the like in which an oxide film is formed on the base material.

[効果]
図9は、本発明の効果の一例を示す上限電圧比較図である。同図は、直径1.2mmのアルミニウムワイヤを使用したMIG溶接において、横軸に示す平均溶接電流に対して安定した溶接が可能な溶接電圧の最大値(上限電圧)を測定したものである。上限電圧はアーク長と略比例するので、結局、同図は安定した溶接が可能なアーク長の最大値を測定していることになる。同図から明らかなように、本発明の上限電圧は従来技術よりも約2V大きくなっている。この結果から、本発明の方がより高いアーク長の範囲まで安定に制御することができることが分かる。これは、アーク長の高い範囲では定電流制御から定電圧制御に徐々に切り換えてアーク長の制御性を確保しているためである。
[effect]
FIG. 9 is an upper limit voltage comparison diagram showing an example of the effect of the present invention. In the figure, in MIG welding using an aluminum wire having a diameter of 1.2 mm, the maximum value (upper limit voltage) of the welding voltage capable of stable welding with respect to the average welding current shown on the horizontal axis is measured. Since the upper limit voltage is substantially proportional to the arc length, the figure shows that the maximum arc length that enables stable welding is measured. As is clear from the figure, the upper limit voltage of the present invention is about 2V larger than that of the prior art. From this result, it can be seen that the present invention can be stably controlled to a higher arc length range. This is because the controllability of the arc length is secured by gradually switching from the constant current control to the constant voltage control in the high arc length range.

本発明の実施の形態1に係る溶接電源のブロック図である。It is a block diagram of the welding power supply which concerns on Embodiment 1 of this invention. 本発明の消耗電極ガスシールドアーク溶接方法の動作原理を説明するためのアーク長Laと溶接電流Iw及び溶接電圧Vwとの関係図である。It is a relationship figure of arc length La, welding current Iw, and welding voltage Vw for explaining the principle of operation of the consumable electrode gas shield arc welding method of the present invention. 本発明の実施の形態2に係る溶接電源のブロック図である。It is a block diagram of the welding power supply which concerns on Embodiment 2 of this invention. 実施の形態2における溶接電圧設定信号Vsと混合率αとの関係図の一例である。FIG. 10 is an example of a relationship diagram between a welding voltage setting signal Vs and a mixing rate α in the second embodiment. 実施の形態2における溶接電圧設定信号Vsと混合率αとの関係図の一例である。FIG. 10 is an example of a relationship diagram between a welding voltage setting signal Vs and a mixing rate α in the second embodiment. パルスアーク溶接の電流・電圧波形図である。It is a current / voltage waveform diagram of pulse arc welding. 本発明の実施の形態3に係る溶接電源のブロック図である。It is a block diagram of the welding power supply which concerns on Embodiment 3 of this invention. 本発明の実施の形態4に係る溶接電源のブロック図である。It is a block diagram of the welding power supply which concerns on Embodiment 4 of this invention. 効果の一例を示す平均溶接電流に対する上限電圧の比較図である。It is a comparison figure of the upper limit voltage with respect to the average welding current which shows an example of an effect. 従来技術の定電流特性による消耗電極ガスシールドアーク溶接方法を示すワイヤ溶融特性図である。It is a wire-melting characteristic figure which shows the consumable electrode gas-shield arc welding method by the constant current characteristic of a prior art. 従来技術の課題を示すワイヤ溶融特性図である。It is a wire-melting characteristic figure which shows the subject of a prior art.

符号の説明Explanation of symbols

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
CC1〜CC3 定電流特性
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
FM 混合関数回路
fm 混合関数
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 溶接電流検出信号
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
IS 溶接電流設定回路
Is 溶接電流設定信号
Isc 溶接電流制御設定信号
Iw 溶接電流
iw 溶接電流瞬時値
Iwa パルス周期溶接電流平均値(信号)
L1 溶融特性
La アーク長
MC 電源主回路
SB 減算回路
SW 切換回路
SWV 溶接電圧設定切換回路
Tb ベース期間
TBS ベース期間設定回路
Tbs ベース期間設定信号
Tbsc ベース期間制御設定信号
Tf パルス周期
TM タイマ回路
Tm タイマ信号
Tp ピーク期間
TPS ピーク期間設定回路
Tps ピーク期間設定信号
Vb ベース電圧
VD 溶接電圧検出回路
Vd 溶接電圧検出信号
Vp ピーク電圧
VRA 溶接電圧移動平均値算出回路
Vra 溶接電圧移動平均値(信号)
VS 溶接電圧設定回路
Vs 溶接電圧設定(値/信号)
Vsc 溶接電圧制御設定(値/信号)
Vth 高アーク長基準値
Vtm 中間アーク長基準値
Vw 溶接電圧
vw 溶接電圧瞬時値
VWA パルス周期溶接電圧平均値算出回路
Vwa パルス周期溶接電圧平均値(値/信号)
α 混合率
ΔV 電圧誤差増幅(値/信号)

DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Welding wire 2 Base material 3 Arc 4 Welding torch 5 Feed roll AD Adder circuit CC1-CC3 Constant current characteristic EI Current error amplification circuit Ei Current error amplification signal EV Voltage error amplification circuit FM Mixing function circuit fm Mixing function Ib Base current IBS Base current setting circuit Ibs Base current setting signal ID Current detection circuit Id Welding current detection signal Ip Peak current IPS Peak current setting circuit Ips Peak current setting signal IS Welding current setting circuit Is Welding current setting signal Isc Welding current control setting signal Iw Welding current iw welding current instantaneous value Iwa pulse period welding current average value (signal)
L1 Melting characteristic La Arc length MC Power supply main circuit SB Subtraction circuit SW Switching circuit SWV Welding voltage setting switching circuit Tb Base period TBS Base period setting circuit Tbs Base period setting signal Tbsc Base period control setting signal Tf Pulse period TM Timer circuit Tm Timer signal Tp peak period TPS peak period setting circuit Tps peak period setting signal Vb base voltage VD welding voltage detection circuit Vd welding voltage detection signal Vp peak voltage VRA welding voltage moving average calculation circuit Vra welding voltage moving average (signal)
VS Welding voltage setting circuit Vs Welding voltage setting (value / signal)
Vsc Welding voltage control setting (value / signal)
Vth High arc length reference value Vtm Intermediate arc length reference value Vw Welding voltage vw Welding voltage instantaneous value VWA Pulse cycle welding voltage average value calculation circuit Vwa Pulse cycle welding voltage average value (value / signal)
α Mixing ratio ΔV Voltage error amplification (value / signal)

Claims (3)

溶接ワイヤを予め定めた速度で送給すると共に、溶接電源の定電流特性によって予め定めた溶接電流をアークに通電して溶接する消耗電極ガスシールドアーク溶接方法において、
母材・溶接ワイヤ間の溶接電圧を溶接電圧設定値によって設定し、溶接中の溶接電圧を検出し、この溶接電圧検出値を移動平均して溶接電圧移動平均値を算出し、前記溶接電圧設定値が予め定めた高アーク長基準値未満のときは前記溶接電圧移動平均値を溶接電圧制御設定値とし、前記溶接電圧設定値が前記高アーク長基準値以上のときは前記溶接電圧設定値を前記溶接電圧制御設定値とし、前記溶接電圧検出値が前記溶接電圧制御設定値と略等しくなるように前記定電流特性による前記溶接電流値を変化させることを特徴とする消耗電極ガスシールドアーク溶接方法。
In the consumable electrode gas shielded arc welding method of feeding a welding wire at a predetermined speed and welding by welding a predetermined welding current according to a constant current characteristic of a welding power source to the arc,
The welding voltage between the base metal and the welding wire is set by the welding voltage setting value, the welding voltage during welding is detected, the welding voltage moving average value is calculated by moving the welding voltage detection value, and the welding voltage setting is performed. When the value is less than a predetermined high arc length reference value, the welding voltage moving average value is set as a welding voltage control set value, and when the welding voltage set value is equal to or higher than the high arc length reference value, the welding voltage set value is set. A consumable electrode gas shielded arc welding method characterized in that the welding current control value is changed, and the welding current value according to the constant current characteristic is changed so that the welding voltage detection value is substantially equal to the welding voltage control setting value. .
前記溶接電圧設定値が前記高アーク長基準値よりも小さな値に予め定めた中間アーク長基準値未満のときは前記溶接電圧移動平均値を前記溶接電圧制御設定値とし、前記溶接電圧設定値が前記中間アーク長基準値以上でかつ前記高アーク長基準値未満のときは前記溶接電圧移動平均値と前記溶接電圧設定値とを予め定めた混合関数によって混合して前記溶接電圧制御設定値とし、前記溶接電圧設定値が前記高アーク長基準値以上のときは前記溶接電圧設定値を前記溶接電圧制御設定値とすることを特徴とする請求項1記載の消耗電極ガスシールドアーク溶接方法。   When the welding voltage set value is less than the predetermined intermediate arc length reference value smaller than the high arc length reference value, the welding voltage moving average value is set as the welding voltage control set value, and the welding voltage set value is When the intermediate arc length reference value is equal to or greater than and less than the high arc length reference value, the welding voltage moving average value and the welding voltage set value are mixed by a predetermined mixing function as the welding voltage control set value, 2. The consumable electrode gas shielded arc welding method according to claim 1, wherein when the welding voltage set value is equal to or greater than the high arc length reference value, the welding voltage set value is set as the welding voltage control set value. 前記消耗電極ガスシールドアーク溶接がピーク期間中のピーク電流の通電及びベース期間中のベース電流の通電をパルス周期として繰り返す消耗電極パルスアーク溶接であり、前記溶接電流値が前記パルス周期ごとの溶接電流平均値であり、前記溶接電圧値が前記パルス周期ごとの溶接電圧平均値であり、前記ピーク期間又は前記ピーク電流又は前記ベース期間又は前記ベース電流の少なくとも1つ以上を変化させて前記パルス周期ごとの溶接電流平均値を変化させることを特徴とする請求項1又は請求項2記載の消耗電極ガスシールドアーク溶接方法。

The consumable electrode gas shielded arc welding is consumable electrode pulse arc welding in which energization of a peak current during a peak period and energization of a base current during a base period are repeated as a pulse period, and the welding current value is a welding current for each pulse period. Average value, the welding voltage value is a welding voltage average value for each pulse period, and at least one of the peak period or the peak current or the base period or the base current is changed for each pulse period. 3. The consumable electrode gas shielded arc welding method according to claim 1, wherein an average value of the welding current is changed.

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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2007307564A (en) * 2006-05-16 2007-11-29 Daihen Corp Method for controlling arc length in pulse arc welding

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