JP2009045662A - 溶接電源 - Google Patents

Abstract

【課題】消耗電極アーク溶接において、真のアーク電圧を算出することによって高精度なアーク長制御を実現する。
【解決手段】出力電圧Ｖｏの瞬時値を検出して電圧検出値Ｖｄを出力する電圧検出手段ＶＤと、溶接電流Ｉｗの瞬時値を検出して電流検出値Ｉｄを出力する電流検出手段ＩＤと、短絡期間中の電圧検出値Ｖｄ及び前記電流検出値Ｉｄを入力として外部抵抗値Ｒｏ＝Ｖｄ／Ｉｄを算出する外部抵抗値算出部ＲＯと、アーク電圧の瞬時値をＶａ＝Ｖｄ−（Ｒｏ・Ｉｄ）によって算出するアーク電圧算出部ＶＡと、アーク電圧設定値Ｖarを出力するアーク電圧設定部ＶＡＲと、算出されたアーク電圧Ｖａがアーク電圧設定値Ｖarに略等しくなるように溶接電源の出力を制御する出力制御部ＥＩ、ＰＭと、を備えた溶接電源である。これにより、配線抵抗及びワイヤ突出し部抵抗が変化しても良好なアーク長制御を行うことができる。
【選択図】 図２

Description

本発明は、短絡期間とアーク期間とを繰り返す短絡アーク溶接において、アーク電圧を正確に算出して良好なアーク長制御を行うための溶接電源に関するものである。

消耗電極アーク溶接において、母材の溶接品質に影響を及ぼす溶接条件には、アーク長、溶接電流平均値（ワイヤ送給速度）、溶接速度、ワイヤの種類、シールドガスの種類等がある。母材の溶接品質としては、溶け込みが適正であること、アンダーカット、オーバーラップ、ブローホール等の溶接欠陥がないこと、ビード外観が良好であること、母材へのスパッタの付着が少ないこと等がある。

溶接施工にあたって、上記の溶接条件の中で溶接電流平均値（ワイヤ送給速度）、溶接速度、ワィヤの種類、シールドガスの種類等の設定は、母材の材質、形状等に対応して予め設定することができる。しかし、上記の溶接条件の中でアーク長は、溶接中に生じる溶滴移行、溶融池の不規則な運動等のアーク現象的な不安定要因、溶接ワイヤが溶接トーチ内を送給されるときに受ける摩擦力によるワイヤ送給速度（以下、単に送給速度という）の変動、溶接作業者の手振れによるトーチ高さの変動等の機械的な不安定要因等によってたえず急激に変化している。アーク長が溶接中に変化すると、溶け込みの不良、アンダーカットの発生、ビード外観の悪化、母材へのスパッタの大量の付着等の溶接品質の不良が生じる。したがって、良好な溶接品質を確保するためには、上記のアーク現象的な不安定要因及び機械的な不安定要因に対応してアーク長を常に適正な一定値に維持するためのアーク長制御が必要となる。

このアーク長制御を行うためには、アーク長の適正値を目標値として予め設定し、フィードバック信号としてアーク長を検出する必要がある。しかし、アーク長を直接的に検出することは困難である。そこで通常は、アーク長の検出の代替として、一定の条件下ではアーク長と正比例の関係にある溶接電圧値を検出して、フィードバック信号として使用している。すなわち、適正なアーク長に相当する電圧設定値を目標値として、溶接電圧検出値をフィードバック信号とするアーク長制御が慣用技術として使用されている。この慣用技術のアーク長制御によって、上述した不安定要因によるアーク長の変化を抑制することができ、良好な溶接品質を得ることができる。

ここで、アーク長制御をより精密に行い溶接品質をさらに向上させるためには、上記の慣用技術には以下のような問題がある。
（１）溶接電源の正端子と溶接トーチとを接続するための溶接用ケーブル及び溶接電源の負端子と母材とを接続するための母材ケーブルが有する配線抵抗によって、溶接電圧の検出に誤差が生じるためにアーク長制御が不安定になることがある。
（２）トーチ高さが変化するとワイヤ突出し長さが変化してアーク長制御が不安定になることがある。
以下、（１）及び（２）の問題を解決するための従来技術について説明する。

図４は、消耗電極アーク溶接装置の構成図である。以下、同図を参照して説明する。

溶接電源ＰＳは、アーク溶接を行うための出力電圧Ｖｏ及び溶接電流Ｉｗを出力する。溶接電源ＰＳの正端子と給電チップ４ａとは溶接用ケーブル６ａによって接続され、負端子と母材２とは母材ケーブル６ｂによって接続される。この溶接用ケーブル６ａ及び母材ケーブル６ｂの配線抵抗値をＲｃ［Ω］とする。溶接ワイヤ１は、ワイヤ送給装置の送給ロール５によって送給されて、溶接トーチ４の先端部部に取り付けられた給電チップ４ａから給電される。ワイヤ先端部１ａと母材２との間でアーク３が発生して、ワイヤ先端部１ａが溶融すると共に、母材２も溶融して溶融池２ａが形成される。溶接ワイヤ１は、予め設定した送給速度Ｗｆ［mm/s］で送給されており、溶接電流Ｉｗ［Ａ］が通電している。ワイヤ先端部１ａは、アーク熱及びワイヤ突出し部のジュール熱によって、ワイヤ溶融速度（以下、単に溶融速度という）Ｗｍ［mm/s］でワイヤ送給方向とは逆方向に溶融する。このときの給電チップ・母材間距離はＬｗ［mm］であり、給電チップ・母材間の溶接電圧値はＶｗ［Ｖ］である。また、アーク長はＬａ［mm］であり、アーク電圧値はＶａ［Ｖ］である。さらに、ワイヤ突出し長はＬｘ［mm］であり、ワイヤ突出し部電圧値はＶｘ［Ｖ］である。同図から明らかなようにＬｗ＝Ｌａ＋Ｌｘであり、Ｖｗ＝Ｖａ＋Ｖｘである。

［従来技術１（特許文献１参照）］
上述したように、慣用されているアーク長制御では、溶接電源ＰＳの出力端子電圧である出力電圧Ｖｏを検出して、この出力電圧検出値が予め定めた電圧設定値と等しくなるように溶接電源ＰＳの出力を制御してアーク長制御を行う。この場合に、配線抵抗値Ｒｃが小さな値であるときは出力電圧Ｖｏと溶接電圧Ｖｗとは略等しいと見なして良いので、出力電圧検出値は溶接電圧検出値と略等しくなり、良好なアーク長制御が可能である。しかし、工場内では溶接電源ＰＳの設置場所とアーク発生個所とが２０〜３０ｍ離れていることも多く、このような場合には配線抵抗値Ｒｃは大きな値となる。配線抵抗値Ｒｃが大きくなると、出力電圧Ｖｏと溶接電圧Ｖｗとの差が大きくなり、アーク長制御が不安定になる場合が生じる。この上述した問題（１）を解決するために、従来技術１が提案されている。従来技術１では、溶接装置の設置が終了した後に、給電チップ４ａと母材２とを接触させて、溶接電源ＰＳから定電流を通電する。この定電流値とそのときの出力電圧値Ｖｏとから配線抵抗値Ｒｃを算出する。そして、溶接を行うときには、溶接電流平均値の設定値及び算出した配線抵抗値Ｒｃによって配線抵抗による電圧降下値を算出し、電圧設定値にこの電圧降下値を加算して電圧設定修正値を算出する。アーク長制御は、この電圧設定修正値と出力電圧Ｖｏとが等しくなるように行われる。このために、配線抵抗値Ｒｃの値によらず安定したアーク長制御を行うことができる。

［従来技術２（特許文献２参照）］
上述したように、慣用されているアーク長制御では、溶接電圧Ｖｗをフィードバックしている。しかし、アーク長と比例関係にあるのはアーク電圧Ｖａであるので、本来はアーク電圧Ｖａをフィードバック信号として検出することが望ましい。しかし、そのためにはアーク電圧Ｖａを検出する必要があるがそれは困難である。また、ワイヤ突出し部電圧Ｖｘが検出できれば、Ｖａ＝Ｖｗ−Ｖｘによってアーク電圧Ｖａを検出することができるが、ワイヤ突出し部電圧Ｖｘを検出することも困難である。このために、溶接電圧Ｖｗをフィードバック信号として使用している。この結果、当然ながらワイヤ突出し長さＬｘが変化すると、ワイヤ突出し部電圧Ｖｘが変化するために、溶接電圧Ｖｗが一定値に制御されていてもアーク電圧Ｖａは変化することになり、これに伴いアーク長も変動することになる。したがって、より精密なアーク長制御を行うためには、アーク長Ｌａ又はアーク電圧Ｖａを検出する方法が必要である。この上述した問題（２）を解決するために従来技術２が提案されている。以下、この従来技術２について説明する。

従来技術２では、以下のステップを繰り返すことによってアーク長Ｌａを演算によって求める。
（１）溶接中の溶接電流値Ｉｗ、溶接電圧値Ｖｗ及び送給速度Ｗｆを、微小時間ΔＴごとに繰り返し検出する。
（２）上記第ｎ回目の検出した溶接電流値Ｉｗと前回ワイヤ突出し長演算値Ｌｘ(n-1)とを入力として、予め設定した定数α及びβによって第ｎ回目の溶融速度演算値Ｗｍ＝α・Ｉｗ＋β・Ｌx(n-1)・Ｉｗ^２である溶融速度演算過程を行う。
（３）上記第ｎ回目の検出した送給速度Ｗｆと上記第ｎ回目の溶融速度演算値Ｗｍとを入力として、上記の微小時間（定数）ΔＴによって第ｎ回目のワイヤ突出し長変化分演算値ΔＬｘ＝（Ｗｆ−Ｗｍ）・ΔＴであるワイヤ突出し長変化分演算過程を行う。

（４）上記第ｎ回目のワイヤ突出し長変化分演算値ΔＬｘと上記前回ワイヤ突出し長演算値Ｌx(n-1)とを入力として、第ｎ回目のワイヤ突出し長演算値Ｌｘ＝Ｌx(n-1)＋ΔＬｘであるワイヤ突出し長加算演算過程を行う。
（５）上記第ｎ回目のワイヤ突出し長演算値Ｌｘと上記第ｎ回目の検出した溶接電流値Ｉｗとを入力として、予め設定した定数ｒｘによって第ｎ回目のワイヤ突出し部電圧演算値Ｖｘ＝ｒｘ・Ｌｘ・Ｉｗであるワイヤ突出し部電圧演算過程を行う。
（６）上記第ｎ回目の検出した溶接電圧値Ｖｗと上記第ｎ回目のワイヤ突出し部電圧演算値Ｖｘとを入力として、第ｎ回目のアーク電圧演算値Ｖａ＝Ｖｗ−Ｖｘであるアーク電圧演算過程を行う。
（７）上記第ｎ回目のアーク電圧演算値Ｖａと上記第ｎ回目の検出した溶接電流値Ｉｗとを入力として、予め設定した定数ａ〜ｄによって第ｎ回目のアーク長算出値Ｌａ＝（Ｖａ−ａ−ｃ・Ｉｗ）／（ｂ＋ｄ・Ｉｗ）であるアーク長演算過程から成るアーク長算出過程によって上記第ｎ回目のアーク長算出値Ｌａを出力する。
（８）上記第ｎ回目のアーク長算出値Ｌａをフィードバック信号とし、予め設定したアーク長設定値Ｌｓを目標値とするフィードバック制御によって溶接電源の出力制御を行い溶接中のアーク長を目標値に維持する。

上記の方法によってアーク長Ｌａ又はアーク電圧Ｖａを微小時間ΔＴごとに刻々と演算することができる。したがって、ワイヤ突出し長さＬｘが変化してもアーク長Ｌａ又はアーク電圧Ｖａを演算することができるので、これらの演算値をフィードバック信号とすることによってより精密なアーク長制御を行うことができる。

特開平６−２３８４４５号公報 特開２００１−１６２３７３号公報

上述した従来技術１では、配線抵抗値Ｒｃを算出して電圧設定値を修正することができるので、配線抵抗値Ｒｃの影響によるアーク長制御の不安定を抑制することができる。しかし、トーチ高さが変化したことに伴うワイヤ突出し長さＬｘの変化によってアーク長制御が不安定になることを抑制することができない。ワイヤ突出し長さは、溶接個所ごとに異なった値に設定されることも多い。さらに、ワイヤ突出し長さが溶接途中で変化する場合もある。

上述した従来技術２では、アーク長Ｌａ及びアーク電圧Ｖａを演算によって求めることができるので、これらの演算値をフィードバック信号に使用することによってワイヤ突出し長さＬｘが変化しても安定したアーク長制御を行うことができる。しかし、従来技術２では、上述した（２）〜（７）の演算を微小時間ΔＴごとに行う必要があるために、溶接電源に高性能な演算処理器を内蔵しなければならない。このために、溶接電源の制御回路が高価になるという問題があった。さらに、上記（２）〜（７）の演算において、溶接ワイヤの材質、溶接ワイヤの直径、母材の材質、シールドガスの種類等に応じて定まる定数Α、Β、ｒｘ及びａ〜ｄを予め設定する必要がある。しかし、種々な溶接条件に応じてこれらの定数を設定するには、予備的な試験も含めて多くの時間が必要である。このために、従来技術２の方法は、限定された溶接条件下において使用されることが多く、汎用的に使用されるには至っていない。

そこで、本発明は、配線抵抗及びワイヤ突出し長さが変化しても、複雑な演算処理を行うことなく精密なアーク長制御を実行することができる溶接電源を提供することを目的とする。

上述した課題を解決するために、第１の発明は、
溶接ワイヤを送給し短絡期間とアーク期間とを繰り返す短絡アーク溶接に使用される溶接電源において、
出力電圧の瞬時値を検出して電圧検出値Ｖｄを出力する電圧検出手段と、
溶接電流の瞬時値を検出して電流検出値Ｉｄを出力する電流検出手段と、
前記短絡期間中の前記電圧検出値Ｖｄ及び前記電流検出値Ｉｄを入力として外部抵抗値Ｒｏを算出する外部抵抗値算出部と、
アーク電圧の瞬時値をＶａ＝Ｖｄ−（Ｒｏ・Ｉｄ）によって算出するアーク電圧算出部と、
アーク電圧設定値Ｖarを出力するアーク電圧設定部と、
算出された前記アーク電圧Ｖａが前記アーク電圧設定値Ｖarに略等しくなるように溶接電源の出力を制御する出力制御部と、
を備えたことを特徴とする溶接電源である。

第２の発明は、溶接ワイヤを送給し短絡期間とアーク期間とを繰り返す短絡アーク溶接に使用される溶接電源において、
出力電圧の瞬時値を検出して電圧検出値Ｖｄを出力する電圧検出手段と、
溶接電流の瞬時値を検出して電流検出値Ｉｄを出力する電流検出手段と、
前記短絡期間中の前記電圧検出値Ｖｄ及び前記電流検出値Ｉｄを入力として外部抵抗値Ｒｏを算出する外部抵抗値算出部と、
アーク電圧設定値Ｖarを出力するアーク電圧設定部と、
アーク電圧設定修正値をＶac＝Ｖar＋（Ｒｏ・Ｉｄ）によって算出するアーク電圧設定修正部と、
前記電圧検出値Ｖｄが前記アーク電圧設定修正値Ｖacに略等しくなるように溶接電源の出力を制御する出力制御部と、
を備えたことを特徴とする溶接電源である。

第３の発明は、前記外部抵抗値Ｒｏを、前記短絡期間中の前記電圧検出値Ｖｄを前記電流検出値Ｉｄで除算して算出する、ことを特徴とする第１又は第２の発明記載の溶接電源である。

第４の発明は、前記外部抵抗値の算出を１回の短絡期間中に複数回行い、これらの平均値を算出して前記外部抵抗値Ｒｏとする、ことを特徴とする第３の発明記載の溶接電源である。

上記第１の発明によれば、短絡期間中の溶接電流及び出力電圧によって外部抵抗値を算出し、アーク期間中の出力電圧から外部抵抗値による電圧降下を減算することによってアーク電圧を算出することができる。このアーク電圧をフィードバック信号としてアーク長制御を行うことによって、外部抵抗値（配線抵抗値及びワイヤ突出し部抵抗値）が変化しても安定した溶接状態を維持することができ、高品質な溶接が可能となる。さらに、外部抵抗値及びアーク電圧の算出も簡単な演算であるので、高性能な演算処理器は不要である。また、演算には予め設定しなければならない定数（パラメータ）もないので施工準備に余分な工数をかける必要もない。

上記第２の発明によれば、短絡期間中の溶接電流及び出力電圧によって外部抵抗値を算出し、アーク電圧設定値に外部抵抗値による電圧降下分を加算することによってアーク電圧設定修正値を算出することができる。このアーク電圧設定修正値を目標値としてアーク長制御を行うことによって、外部抵抗値（配線抵抗値及びワイヤ突出し部抵抗値）が変化しても安定した溶接状態を維持することができ、高品質な溶接が可能となる。さらに、外部抵抗値及びアーク電圧設定修正値の算出も簡単な演算であるので、高性能な演算処理器は不要である。また、演算には予め設定しなければならない定数（パラメータ）もないので施工準備に余分な工数をかける必要もない。

上記第３の発明によれば、上記の外部抵抗値を短絡期間中の出力電圧を溶接電流で除算することによって算出することができる。この演算は短絡期間ごとに実行すれば良いので、高性能な演算処理器は不要である。このために、溶接電源の制御回路が高価になることを抑制することができる。

上記第４の発明によれば、外部抵抗値の演算を１回の短絡期間中に複数回行い、これらの平均値を外部抵抗値とすることによって、算出誤差を小さくすることができ、正確な値を算出することができる。このために、アーク長制御の精度がさらに向上する。

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。

［実施の形態１］
図１は、本発明の実施の形態１に係るアーク長制御方法を示すための波形図である。同図（Ａ）は出力電圧Ｖｏの時間変化を示し、同図（Ｂ）は溶接電流Ｉｗの時間変化を示す。以下、同図を参照して説明する。

同図は、短絡期間Ｔｓとアーク期間Ｔａとを繰り返す短絡アーク溶接の場合である。ここで言う短絡アーク溶接には、ＣＯ2／ＭＡＧ溶接における短絡移行溶接及び短絡を伴うグロビュール移行溶接、短絡を伴うパルスアーク溶接等が含まれる。

時刻ｔ１〜ｔ２の短絡期間Ｔｓ中は、同図（Ａ）に示すように、出力電圧Ｖｏは低い値の短絡電圧値Ｖｓになり、同図（Ｂ）に示すように、溶接電流Ｉｗは設定した傾きで上昇する短絡電流Ｉｓが通電する。この状態では、上述した図４において、溶接ワイヤ１の先端部１ａが母材２と短絡状態にある。ここでワイヤ突出し部の抵抗値をＲｘとすると、下式が成立する。
Ｖｓ＝（Ｒｃ＋Ｒｘ）・Ｉｓ
ここで、配線抵抗値Ｒｃとワイヤ突出し部抵抗値Ｒｘを合わせて外部抵抗値Ｒｏとして定義すると、下式が成立する。
Ｒｏ＝Ｖｓ／Ｉｓ
同図において、時刻ｔ１１の短絡電圧値をＶs1とし、短絡電流値をＩs1とすると、これらを上式に代入して下式が成立する。
Ｒｏ＝Ｉs1／Ｖs1 …（１）式
したがって、短絡期間Ｔｓ中の溶接電流Ｉｗ（短絡電流Ｉs1）及び出力電圧Ｖｏ（短絡電圧Ｖs1）によって外部抵抗値Ｒｏを算出することができる。

ワイヤ突出し長さＬｘは、短絡期間Ｔｓ中とアーク期間Ｔａ中とではアーク長Ｌａだけ異なるので、ワイヤ突出し部抵抗値もその分だけ異なることになる。しかし、短絡期間Ｔｓ中のワイヤ突出し長さＬｘ＝２０mm程度であり、アーク長Ｌａ＝２mm程度であるので、その差は小さいために無視することができる。したがって、上記（１）式によってアーク期間Ｔａ中のワイヤ突出し部抵抗値Ｒｘを含む外部抵抗値Ｒｏを算出することができる。

時刻ｔ２からｔ３のアーク期間Ｔａ中は、同図（Ａ）に示すように、出力電圧Ｖｏはアーク発生に伴う高い値になり、同図（Ｂ）に示すように、溶接電流Ｉｗは次第に降下する電流となる。ここで、図４で上述したように、下式が成立する。
ＶＯ＝Ｒｏ・Ｉｗ＋Ｖａ
したがって、アーク電圧Ｖａは下式で算出することができる。
Ｖａ＝Ｖｏ−Ｒｏ・Ｉｗ …（２）式
ここで、外部抵抗値Ｒｏは上記（１）式によって算出された値である。このアーク電圧Ｖａをフィードバック信号としてアーク長制御を行うことによって、精密なアーク長制御が可能となる。

上記において、外部抵抗値Ｒｏを算出するときに、１回の短絡期間Ｔｓ中の複数時点での外部抵抗値を算出して、これらの平均値を外部抵抗値Ｒｏとすることで、精度を向上させることができる。さらに、複数回にわたる短絡期間Ｔｓの外部抵抗値を平均かしても良い。また、予備試験において外部抵抗値Ｒｏを算出するようにしても良い。また、アーク長Ｌａの分だけワイヤ突出し長さＬｘが短絡期間Ｔｓよりも短くなることを考慮して、算出した外部抵抗値Ｒｏに係数Ｋを乗じても良い。Ｋとしては、例えば、０．９５等とする。

図２は、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。本溶接電源は図１で上述したアーク長制御方法を搭載している。以下、同図を参照して各ブロックについて説明する。

電源主回路ＰＭは、３相２００Ｖ等の商用電源を入力として、後述する電流誤差増幅信号Ｅｉに従ってインバータ制御等の出力制御を行い、出力電圧Ｖｏ及び溶接電流Ｉｗを出力する。ここで、この電源主回路ＰＭには、商用電源を整流する１次整流器、整流された直流電圧を平滑する平滑コンデンサ、直流電圧を高周波交流に変換するインバータ回路、高周波交流をアークに適した電圧値に降圧する高周波トランス、降圧された高周波交流を再び整流する２次整流器、整流された直流電圧を平滑するリアクトル、インバータ回路をＰＷＭ制御するＰＷＭ制御回路を含んでいる。

溶接電源の正端子と溶接トーチ４との間は溶接用ケーブル６ａによって接続され、負端子と母材２との間は母材ケーブル６ｂによって接続されている。溶接ワイヤ１は、ワイヤ送給装置の送給ロール５によって溶接トーチ４内を送給され、母材２との間にアーク３が発生する。

電圧検出回路ＶＤは、出力電圧Ｖｏを検出して、電圧検出信号Ｖｄを出力する。短絡／アーク判別回路ＳＡは、この電圧検出信号Ｖｄの値によって短絡／アークを判別して短絡／アーク判別信号Ｓａ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。

外部抵抗値算出回路ＲＯは、上記の短絡／アーク判別信号Ｓａ、電圧検出信号Ｖｄ及び電流検出信号Ｉｄを入力として、上記（１）式に基づいて外部抵抗値を算出し、外部抵抗値信号Ｒｏを出力する。アーク電圧算出回路ＶＡは、上記の短絡／アーク判別信号Ｓａ、電圧検出信号Ｖｄ、電流検出信号Ｉｄ及び外部抵抗値信号Ｒｏを入力として、上記（２）式に基づいてアーク電圧を算出して、アーク電圧信号Ｖａを出力する。

アーク電圧設定回路ＶＡＲは、予め定めたアーク電圧設定信号Ｖarを出力する。電圧誤差増幅回路ＥＶは、上記のアーク電圧設定信号Ｖarとアーク電圧信号Ｖａとの誤差を増幅して、電圧誤差増幅信号Ｅｖを出力する。アーク電流設定回路ＩＡＲは、この電圧誤差増幅信号Ｅｖを積分して、アーク電流設定信号Ｉarを出力する。短絡電流設定回路ＩＳＲは、予め定めた短絡電流設定信号Ｉsrを出力する。

電流制御設定回路ＩＣＲは、短絡／アーク判別信号Ｓａを入力として、アーク時は上記のアーク電流設定信号Ｉarを電流制御設定信号Ｉcrとして出力し、短絡時は上記の短絡電流設定信号Ｉsrを電流制御設定信号Ｉcrとして出力する。電流誤差増幅回路ＥＩは、上記の電流制御設定信号Ｉcr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。これらの構成によって、アーク電圧によるアーク長制御が行われる。

上述した実施の形態１によれば、短絡期間中の溶接電流及び出力電圧によって外部抵抗値を算出し、アーク期間中の出力電圧から外部抵抗値による電圧降下を減算することによってアーク電圧を算出することができる。このアーク電圧をフィードバック信号としてアーク長制御を行うことによって、外部抵抗値（配線抵抗値及びワイヤ突出し部抵抗値）が変化しても安定した溶接状態を維持することができ、高品質な溶接が可能となる。さらに、外部抵抗値及びアーク電圧の算出も簡単な演算であるので、高性能な演算処理器は不要である。また、演算には予め設定しなければならない定数（パラメータ）もないので施工準備に余分な工数をかける必要もない。

［実施の形態２］
図３は、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。同図において上述した図２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２とは異なる点線で示すブロックについて説明する。

上述した（２）式は下記の通りである。
Ｖａ＝Ｖｏ−Ｒｏ・Ｉｗ
ここでアーク電圧設定値をＶarとして上記のアーク電圧Ｖａに代入して整理すると下式が得られる。
Ｖｏ＝Ｖar＋Ｒｏ・Ｉｗ
したがって、出力電圧Ｖｏをフィードバック信号とする場合には、アーク電圧設定修正値Ｖacを下式のようにすれば良い。
Ｖac＝Ｖar＋Ｒｏ・Ｉｗ …（３）式
すなわち、出力電圧Ｖｏをフィードバック信号とし、このアーク電圧設定修正値Ｖacを目標値としてアーク長制御を行うことによって、実施の形態１と同様にアーク電圧Ｖａを制御することができる。

アーク電圧設定修正回路ＶＡＣは、短絡／アーク判別信号Ｓａ、電圧検出信号Ｖｄ、電流検出信号Ｉｄ、外部抵抗値信号Ｒｏ及びアーク電圧設定信号Ｖarを入力として、上記（３）式に基づいてアーク電圧設定修整値を算出して、アーク電圧設定修正信号Ｖacを出力する。第２電圧誤差増幅回路ＥＶ２は、このアーク電圧設定修正信号Ｖac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。これ以外は図２と同一である。

上述した実施の形態２によれば、短絡期間中の溶接電流及び出力電圧によって外部抵抗値を算出し、アーク電圧設定信号に外部抵抗値による電圧降下分を加算することによってアーク電圧設定修正信号を算出することができる。このアーク電圧設定修正信号を目標値としてアーク長制御を行うことによって、外部抵抗値（配線抵抗値及びワイヤ突出し部抵抗値）が変化しても安定した溶接状態を維持することができ、高品質な溶接が可能となる。さらに、外部抵抗値及びアーク電圧設定修正信号の算出も簡単な演算であるので、高性能な演算処理器は不要である。また、演算には予め設定しなければならない定数（パラメータ）もないので施工準備に余分な工数をかける必要もない。

本発明は、短絡移行溶接、短絡を伴うグロビュール移行溶接、短絡を伴うスプレー移行溶接、短絡を伴うパルスアーク溶接、短絡を伴う交流パルスアーク溶接等に適用することができる。

本発明の実施の形態１に係るアーク長制御方法を示す波形図である。 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。 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。 従来技術における消耗電極アーク溶接装置の構成図である。

符号の説明

１ 溶接ワイヤ
１ａ ワイヤ先端部
２ 母材
２ａ 溶融池
３ アーク
４ 溶接トーチ
４ａ 給電チップ
５ 送給ロール
６ａ 溶接用ケーブル
６ｂ 母材ケーブル
ａ〜ｄ 定数
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
ＥＶ２ 第２電圧誤差増幅回路
ＩＡＲ アーク電流設定回路
Ｉar アーク電流設定信号
ＩＣＲ 電流制御設定回路
Ｉcr 電流制御設定信号
ＩＤ 電流検出回路
Ｉｄ 電流検出信号
Ｉｓ 短絡電流
ＩＳＲ 短絡電流設定回路
Ｉsr 短絡電流設定信号
Ｉｗ 溶接電流
Ｋ 係数
Ｌａ アーク長
Ｌｓ アーク長設定値
Ｌｗ 宮殿チップ・母材間距離
Ｌｘ ワイヤ突出し長さ
ＰＭ 電源主回路
ＰＳ 溶接電源
Ｒｃ 配線抵抗値
ＲＯ 外部抵抗値算出回路
Ｒｏ 外部抵抗値（信号）
ｒｘ 定数
Ｒｘ ワイヤ突出し部抵抗値
ＳＡ 短絡／アーク判別回路
Ｓａ 短絡／アーク判別信号
Ｔａ アーク期間
Ｔｓ 短絡期間
ＶＡ アーク電圧算出回路
Ｖａ アーク電圧（信号）
ＶＡＣ アーク電圧設定修正回路
Ｖac アーク電圧設定修正信号
ＶＡＲ アーク電圧設定回路
Ｖar アーク電圧設定信号
ＶＤ 電圧検出回路
Ｖｄ 電圧検出信号
Ｖｏ 出力電圧
Ｖｓ 短絡電圧値
Ｖｗ 溶接電圧
Ｖｘ ワイヤ突出し部電圧
Ｗｆ 送給速度
Ｗｍ 溶融速度
α、β 定数
ΔＬｘ ワイヤ突出し長変化分演算値
ΔＴ 微小時間

Claims (4)

1. 溶接ワイヤを送給し短絡期間とアーク期間とを繰り返す短絡アーク溶接に使用される溶接電源において、
   出力電圧の瞬時値を検出して電圧検出値Ｖｄを出力する電圧検出手段と、
   溶接電流の瞬時値を検出して電流検出値Ｉｄを出力する電流検出手段と、
   前記短絡期間中の前記電圧検出値Ｖｄ及び前記電流検出値Ｉｄを入力として外部抵抗値Ｒｏを算出する外部抵抗値算出部と、
   アーク電圧の瞬時値をＶａ＝Ｖｄ−（Ｒｏ・Ｉｄ）によって算出するアーク電圧算出部と、
   アーク電圧設定値Ｖarを出力するアーク電圧設定部と、
   算出された前記アーク電圧Ｖａが前記アーク電圧設定値Ｖarに略等しくなるように溶接電源の出力を制御する出力制御部と、
   を備えたことを特徴とする溶接電源。
2. 溶接ワイヤを送給し短絡期間とアーク期間とを繰り返す短絡アーク溶接に使用される溶接電源において、
   出力電圧の瞬時値を検出して電圧検出値Ｖｄを出力する電圧検出手段と、
   溶接電流の瞬時値を検出して電流検出値Ｉｄを出力する電流検出手段と、
   前記短絡期間中の前記電圧検出値Ｖｄ及び前記電流検出値Ｉｄを入力として外部抵抗値Ｒｏを算出する外部抵抗値算出部と、
   アーク電圧設定値Ｖarを出力するアーク電圧設定部と、
   アーク電圧設定修正値をＶac＝Ｖar＋（Ｒｏ・Ｉｄ）によって算出するアーク電圧設定修正部と、
   前記電圧検出値Ｖｄが前記アーク電圧設定修正値Ｖacに略等しくなるように溶接電源の出力を制御する出力制御部と、
   を備えたことを特徴とする溶接電源。
3. 前記外部抵抗値Ｒｏを、前記短絡期間中の前記電圧検出値Ｖｄを前記電流検出値Ｉｄで除算して算出する、ことを特徴とする請求項１又は２記載の溶接電源。
4. 前記外部抵抗値の算出を１回の短絡期間中に複数回行い、これらの平均値を算出して前記外部抵抗値Ｒｏとする、ことを特徴とする請求項３記載の溶接電源。

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