JP2007283397A - 消耗電極アーク溶接電源の出力制御方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】 本発明は、溶接電流iの全通電範囲を多数の電流領域CZに細分化し、これらの電流領域CZごとに基準溶接電圧値Vcを設定し、溶接電流i及び溶接電圧vを微小周期ごとに検出し、この溶接電流検出値によって適合する前記電流領域CZを選択し、この選択された電流領域CZの前記基準溶接電圧値Vcを中心値として変動範囲Vc±ΔVcを算出し、前記溶接電圧検出値をこの変動範囲内に制限して溶接電圧制限値vfを算出し、この溶接電圧制限値vfに基づいて溶接電源の出力を制御する、消耗電極アーク溶接電源の出力制御方法である。
【選択図】図3
Description
(11)0≦t<Tup
Vc=((Vpc−Vbc)/Tup)・t+Vbc (11)式
(12)Tup≦t<Tup+Tp
Vc=Vpc (12)式
(13)Tup+Tp≦t<Tup+Tp+Tdw
Vc=((Vbc−Vpc)/Tdw)・(t−Tup−Tp)+Vpc (13)式
(14)Tup+Tp+Tdw≦t<Tup+Tp+Tdw+Tb
Vc=Vbc (14)式
Vc1=((Vbc−Vpc)/Tdw)・(ta−Tup−Tp)+Vpc
したがって、経過時間taのときの溶接電圧検出値vd1は、変動範囲Vc1±ΔVc内に制限される。すなわち、vd1≧Vc1+ΔVcのときにはvd1=Vc+ΔVcに制限され、vd1≦Vc1−ΔVcのときにはvd1=Vc−ΔVcに制限される。このようにして算出された溶接電圧制限値vfに基づいて溶接電源の出力制御が行われる。
溶接電流の全通電範囲を多数の電流領域に細分化し、これらの電流領域ごとに基準溶接電圧値を設定し、溶接電流及び溶接電圧を微小周期ごとに検出し、この溶接電流検出値によって適合する前記電流領域を選択し、この選択された電流領域の前記基準溶接電圧値を中心値として変動範囲を算出し、前記溶接電圧検出値をこの変動範囲内に制限して溶接電圧制限値を算出し、前記誤差増幅値を前記電圧設定値と前記溶接電圧制限値とによって算出する、ことを特徴とする消耗電極アーク溶接電源の出力制御方法である。
アーク発生中の溶接電流と溶接電圧との関係を示すアーク特性曲線の基準特性を設定し、溶接電流及び溶接電圧を微小周期ごとに検出し、この溶接電流検出値に対応する前記基準特性上の基準溶接電圧値を算出し、この基準溶接電圧値を中心値として変動範囲を算出し、前記溶接電圧検出値をこの変動範囲内に制限して溶接電圧制限値を算出し、前記誤差増幅値を前記電圧設定値と前記溶接電圧制限値とによって算出する、ことを特徴とする消耗電極アーク溶接電源の出力制御方法である。
図1は、本発明における異常電圧の除去方法の原理を説明するための電流−電圧関係図である。同図の横軸は溶接電流iを示し、縦軸は溶接電圧vを示す。同図は、図18で上述した電圧・電流波形を微小時間(数十μs〜数百μs)ごとにサンプリングして各動作点を丸印で表示したものである。以下、同図を参照して説明する。
図6は、本発明の実施の形態2に係る電流領域ごとの基準溶接電圧値を溶接中に移動平均によって算出する方法を示す図である。同図において、電流領域はCZ(1)〜CZ(4)の4つに細分化されている場合である。微小時間ごとに溶接電流i(n)及び溶接電圧v(n)を検出し、溶接電流i(n)に対応する電流領域がCZ(p)が選択され、溶接電圧制限値がvf(n)にななる。この関係をvf(p,n)と表記することにする。vf(p,n)は第n回目の溶接電圧制限値Vf(n)が電流領域CZ(p)に属していることを表している。
Vc(4)=(vf(4,20)+…+vf(4,1))/8
ここでは過去8個のデータを移動平均する例である。移動平均は同一電流領域の溶接電圧制限値のみによって行う。この算出された基準溶接電圧値Vc(4)によって次のv(21)が制限されてvf(4,21)が算出される。
Vc(3)=(vf(3,23)+…+vf(3,4))/8
さらに、vf(2,26)が算出された時点での電流領域CZ(2)の基準溶接電圧値Vc(2)は下式で算出される。
Vc(2)=(vf(2,26)+…+vf(2,6))/8
図8は、本発明の実施の形態3において、図1で上述した基準動作点軌跡x1−x2から基準溶接電圧値Vcを段出する方法を示す電流−電圧関係図である。同図の横軸は溶接電流iを示し、縦軸は溶接電圧v及び基準溶接電圧値Vcを示す。同図に示す基準動作点軌跡x1−x2は、図1で上述したものと同一である。同図に示すように、基準動作点軌跡x1−x2は、アーク発生中の溶接電流iと溶接電圧vとの関係を示すアーク特性曲線である。この基準動作点軌跡x1−x2を近似曲線Laによって基準特性として設定する。同図は、1次近似(直線近似)の場合であり、近似曲線LaはVc=a×i+bとなる。ここで、a及びbは定数である。したがって、溶接電流iが決まれば、それに対応する基準溶接電圧値Vcが定まる。例えば、溶接電流i=i1のときの基準溶接電圧値はVc1=a×i1+bとなる。近似曲線Laは、基準動作点軌跡x1−x2の2次以上の近似でも良い。
図11は、本発明の実施の形態4において、図8で上述した基準動作点軌跡x1−x2の近似曲線Laを溶接中に刻々と算出して更新する方法を示す電流−電圧関係図である。同図の横軸は溶接電流iを示し、縦軸は溶接電圧制限値vf及び基準溶接電圧値Vcを示す。同図に示す丸印は、予め定めた算出周期ごとに、この算出周期中のアーク期間における溶接電流iと溶接電圧制限値vfとの動作点をプロットしたものである。この動作点は、微小周期ごとに、溶接電流iと溶接電圧制限値vfとの組み合わせとして算出される。算出周期は、例えば数十ms〜数sの範囲で設定される。この算出周期ごとに、検出された多数の動作点データを入力として近似曲線Laを算出する。近似曲線Laが1次近似でありVc=a×i+bで表せる場合、算出周期ごとにa及びbが再算出されて更新される。
図13は、本発明の実施の形態5に係る消耗電極アーク溶接電源のブロック図である。同図において上述した図5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。上述した実施の形態1〜4に係る溶接電源は、電源主回路PMに含まれる図示していないリアクトルを通った電圧値である溶接電圧vを出力制御のためにフィードバックしている。すなわち、溶接電圧vは、溶接電源の出力端子間電圧であり、溶接ワイヤ・母材間電圧でもある。したがって、実施の形態1〜4では、溶接電圧vから異常電圧を除去した溶接電圧制限値vfをフィードバックして溶接安定性を向上させる。これに対して、実施の形態5では、リアクトルを通る前の電圧値である出力電圧eをフィードバック制御するタイプの溶接電源において、本発明を適用した場合である。以下、図5とは異なる点線で示すブロックについて同図を参照して説明する。
上述した実施の形態1、2において、電圧設定値Vr=Vr1のときの各電流領域における基準溶接電圧値は、以下のとおりである。
Vc(0)、Vc(2)、…Vc(n)…、Vc(20)
電圧設定値VrがVr1からVr2にΔVr変化したときは、上記の基準溶接電圧値を以下のように修正する。
Vc(0)+K・ΔVr、Vc(2) +K・ΔVr、…Vc(n) +K・ΔVr…、Vc(20) +K・ΔVr
但し係数Kは0.1〜3.0程度の定数である。
上述した実施の形態3、4において、電圧設定値Vr=Vr1のときの基準特性は、以下のとおりである。
Vc=a×i+b
電圧設定値VrがVr1からVr2にΔVr変化したときは、上記の基準特性を以下のように修正する。
Vc=a×i+b+K・ΔVr
但し係数Kは0.1〜3.0程度の定数である。
複数の溶接箇所を溶接する場合において、各溶接箇所の溶接条件が異なっているときは、上述した実施の形態3、4、7における基準特性を溶接箇所ごとに異なる特性に設定した方が良い。例えば、溶接箇所1の基準特性をVc=a10×i+b10とし、溶接箇所2の基準特性をVc=a20×i+b20とし、溶接箇所3の基準特性をVc=a3×i+b3として設定する。実施の形態4で上述したように、基準特性が溶接中に近似曲線によって更新される場合には、溶接箇所ごとの基準特性が更新される。例えば、第1回目の溶接箇所1の溶接中に基準特性がVc=a11×i+b11に更新され、第1回目の溶接箇所2の溶接中に基準特性がVc=a21×i+b21に更新された場合、第2回目の溶接箇所1の溶接開始時の基準特性は更新値を引き継いでVc=a11×i+b11になり、第2回目の溶接箇所2の溶接開始時の基準特性は更新値を引き継いでVc=a21×i+b21になる。
2 母材
3 アーク
4 溶接トーチ
5 送給ロール
a 定数
AD 加算回路
b 定数
CZ 電流領域
e 出力電圧
EA 出力電圧誤差増幅信号
ED 出力電圧検出回路
ed 出力電圧検出信号
EP 電極プラス極性
EV 電圧誤差増幅回路
Ev 電圧誤差増幅信号
FT フィルタ回路
i 溶接電流
ID 電流検出回路
id 電流検出信号
L1 曲線
L2 曲線
L3 曲線
LA 近似曲線算出回路
La 近似曲線(設定信号)
PM 電源主回路
SB 偏差算出回路
Ta アーク期間
Tb ベース期間
Tdw ピーク立下り期間
Tp ピーク期間
Ts 短絡期間
Tup ピーク立上り期間
v 溶接電圧
Vbc 基準ベース電圧値
Vc 基準溶接電圧値(信号)
VC 基準溶接電圧値設定回路
VC2 第2基準溶接電圧値設定回路
VC3 第3基準溶接電圧値設定回路
VC4 第4基準溶接電圧値設定回路
VCA 基準溶接電圧値算出回路
Vca 基準溶接電圧値算出信号
Vcr 電圧制御設定信号
VD 電圧検出回路
vd 電圧検出信号
vf 溶接電圧制限値(信号)
Vpc 基準ピーク電圧値
VR 電圧設定回路
Vr 電圧設定信号
WL リアクトル
x1−x2 基準動作点軌跡
ΔVC 変動範囲設定回路
ΔVc 変動範囲(設定信号)
ΔVr 偏差信号
Claims (8)
- 予め定めた電圧設定値と溶接電圧との誤差増幅値に基づいて溶接電源の出力を制御する消耗電極アーク溶接電源の出力制御方法において、
溶接電流の全通電範囲を多数の電流領域に細分化し、これらの電流領域ごとに基準溶接電圧値を設定し、溶接電流及び溶接電圧を微小周期ごとに検出し、この溶接電流検出値によって適合する前記電流領域を選択し、この選択された電流領域の前記基準溶接電圧値を中心値として変動範囲を算出し、前記溶接電圧検出値をこの変動範囲内に制限して溶接電圧制限値を算出し、前記誤差増幅値を前記電圧設定値と前記溶接電圧制限値とによって算出する、ことを特徴とする消耗電極アーク溶接電源の出力制御方法。 - 前記電流領域ごとに前記溶接電圧制限値を移動平均して前記電流領域ごとの前記基準溶接電圧値を算出する、ことを特徴とする請求項1記載の消耗電極アーク溶接電源の出力制御方法。
- 予め定めた電圧設定値と溶接電圧との誤差増幅値に基づいて溶接電源の出力を制御する消耗電極アーク溶接電源の出力制御方法において、
アーク発生中の溶接電流と溶接電圧との関係を示すアーク特性曲線の基準特性を設定し、溶接電流及び溶接電圧を微小周期ごとに検出し、この溶接電流検出値に対応する前記基準特性上の基準溶接電圧値を算出し、この基準溶接電圧値を中心値として変動範囲を算出し、前記溶接電圧検出値をこの変動範囲内に制限して溶接電圧制限値を算出し、前記誤差増幅値を前記電圧設定値と前記溶接電圧制限値とによって算出する、ことを特徴とする消耗電極アーク溶接電源の出力制御方法。 - 前記微小周期ごとの前記溶接電流検出値とそれに対応する前記溶接電圧制限値とから形成される動作点データによって近似曲線を溶接中の予め定めた算出周期ごとに算出し、この近似曲線を前記基準特性として設定する、ことを特徴とする請求項3記載の消耗電極アーク溶接電源の出力制御方法。
- 溶接電源内の出力経路に設けられたリアクトルを通る前の電圧値である出力電圧を検出し、前記溶接電圧検出値と前記溶接電圧制限値との偏差を算出し、この偏差を前記電圧設定値に加算して電圧制御設定値を算出し、前記誤差増幅値を前記電圧制御設定値と前記出力電圧検出値とによって算出する、ことを特徴とする請求項1〜4のいずれか1項に記載の消耗電極アーク溶接電源の出力制御方法。
- 前記電圧設定値が変化したときは、その変化量に応じて全ての電流領域の前記基準溶接電圧値を修正する、ことを特徴とする請求項1又は請求項2記載の消耗電極アーク溶接電源の出力制御方法。
- 前記電圧設定値が変化したときは、その変化量に応じて前記基準特性を溶接電圧軸方向に修正する、ことを特徴とする請求項3又は請求項4記載の消耗電極アーク溶接電源の出力制御方法。
- 複数の溶接箇所ごとに異なった前記基準特性を設定する、ことを特徴とする請求項3、請求項4又は請求項7記載の消耗電極アーク溶接電源の出力制御方法。
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