JP2011050981A - Output control method for pulsed arc welding - Google Patents

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太志 西坂
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To improve transient responsiveness while arc stability is maintained, when an arc length is largely fluctuated in consumable electrode pulsed arc welding. <P>SOLUTION: An output control method for pulsed arc welding is disclosed in which a welding wire is fed at a first feeding speed Fs1, forming the external characteristic of the welding power source set by a first slope Ks1, a welding current reference value Is and a welding voltage reference value Vs, and forming the external characteristic by replacing the first slope Ks1 with a second slope Ks2 having a smaller value than that of the first slope when an arc length is largely fluctuated during the welding. In the method, during the period when the external characteristic is formed by the second slope Ks2, the feeding speed Fsc is varied from the first feeding speed Fs1 to the second feeding speed Fs2 so that the fluctuation of the arc length converges. The gain of the arc length control system is increased by reducing the slope, with the feeding speed variably controlled, thereby improving the transient responsiveness. <P>COPYRIGHT: (C)2011,JPO&INPIT

Description

本発明は、所望の傾きを有する溶接電源の外部特性を形成することができる消耗電極パルスアーク溶接の出力制御方法の改善に関するものである。   The present invention relates to an improvement in an output control method of consumable electrode pulse arc welding that can form an external characteristic of a welding power source having a desired inclination.

消耗電極パルスアーク溶接では、美しいビード外観、均一な溶込み深さ等の良好な溶接品質を得るために、溶接中のアーク長を適正値に維持することが極めて重要である。一般的に、アーク長は溶接ワイヤの送給速度とアーク入熱による溶融速度とのバランスによって決まる。したがって、溶接電流の平均値に略比例する溶融速度が送給速度と等しくなるとアーク長は常に一定となる。しかし、送給モータの回転速度の変動、溶接トーチケーブルの引き回しによる送給経路の摩擦力の変動等によって、溶接中の送給速度が変動する。このために、溶融速度とのバランスが崩れてアーク長が変化することになる。さらには、溶接作業者の手振れ等による給電チップ・母材間距離の変動、溶融池の不規則な振動等によっても、アーク長は変動する。したがって、これらの種々の変動要因(以下、外乱という)によるアーク長の変動を抑制するためには、外乱に応じて常に溶融速度を調整してアーク長の変化を抑制するアーク長制御が必要となる。   In consumable electrode pulse arc welding, it is extremely important to maintain the arc length during welding at an appropriate value in order to obtain good welding quality such as a beautiful bead appearance and uniform penetration depth. In general, the arc length is determined by the balance between the welding wire feeding speed and the melting speed by arc heat input. Therefore, the arc length is always constant when the melting rate approximately proportional to the average value of the welding current becomes equal to the feed rate. However, the feeding speed during welding varies due to fluctuations in the rotational speed of the feeding motor, fluctuations in the frictional force of the feeding path due to the routing of the welding torch cable, and the like. For this reason, the balance with the melting rate is lost, and the arc length changes. Furthermore, the arc length also fluctuates due to fluctuations in the distance between the power supply tip and the base material due to the shaking of the welding operator, irregular vibrations in the molten pool, and the like. Therefore, in order to suppress the fluctuation of the arc length due to these various fluctuation factors (hereinafter referred to as disturbance), arc length control is required which always adjusts the melting rate according to the disturbance and suppresses the change in the arc length. Become.

消耗電極パルスアーク溶接を含む消耗電極ガスシールドアーク溶接において、上述した種々の外乱に起因するアーク長の変動を抑制する方法として、溶接電源の外部特性を所望値に出力制御する方法が慣用されている。この外部特性の例を図4に示す。同図の横軸は溶接ワイヤを通電する溶接電流の平均値Iwであり、縦軸は溶接ワイヤと母材との間に印加される溶接電圧の平均値Vwである。特性L1は、傾きKs=0V/Aの完全な定電圧特性の場合である。また、特性L2は、傾きKs=−0.1V/Aと右肩下がりの傾きを有する定電圧特性の場合である。外部特性は直線として表わすことができるので、溶接電流基準値Isと溶接電圧基準値Vsとの交点P0を通り傾きがKsである外部特性は下式で表わされる。
Vw=Ks・(Iw−Is)+Vs ……(1)式
In consumable electrode gas shielded arc welding including consumable electrode pulse arc welding, a method of controlling the output of the external characteristics of the welding power source to a desired value is commonly used as a method for suppressing fluctuations in arc length caused by the various disturbances described above. Yes. An example of this external characteristic is shown in FIG. In the figure, the horizontal axis represents the average value Iw of the welding current passing through the welding wire, and the vertical axis represents the average value Vw of the welding voltage applied between the welding wire and the base material. The characteristic L1 is a case of a complete constant voltage characteristic with a slope Ks = 0 V / A. The characteristic L2 is a case of a constant voltage characteristic having a slope Ks = −0.1 V / A and a slope with a downward slope. Since the external characteristic can be expressed as a straight line, the external characteristic having an inclination Ks passing through the intersection point P0 between the welding current reference value Is and the welding voltage reference value Vs is expressed by the following equation.
Vw = Ks · (Iw−Is) + Vs (1)

ところで、溶接電源の外部特性の傾きKsによってアーク長制御の安定性(自己制御作用と呼ばれる)が大きく影響されることが従来から知られている。すなわち、外乱に対してアーク長を安定化するためには、溶接法を含む溶接条件に応じて外部特性の傾きKsを適正値に制御する必要がある。例えば、傾きKsの適正値は、炭酸ガスアーク溶接法では0〜−0.03V/A程度の範囲であり、パルスアーク溶接法では−0.05〜−0.3V/A程度の範囲である。したがって、本発明の対象であるパルスアーク溶接法においては、アーク長制御を安定化するためには、同図に示す特性L1ではなく−0.05〜−0.3V/A程度の範囲内で予め定めた傾きKsを有する特性L2等を形成する必要がある。ところで、傾きを変化させることはアーク長制御系のゲインを変化させることになる。傾きKsの絶対値が小さくなると(負の値から0に近づくと)ゲインは大きくなり、傾きKsの絶対値が大きくなると(傾きが急勾配になると)ゲインは小さくなる。したがって、パルスアーク溶接法では炭酸ガスアーク溶接法に比べてゲインを小さくしないとアーク安定性が悪くなる。他方、ゲインをあまり小さくすると過渡応答が悪くなる。このために、定常のアーク安定性及び過渡応答性を考量して傾きの適正値の設定を行う必要がある。以下、パルスアーク溶接において所望の傾きKsを有する外部特性を形成する従来技術(例えば、特許文献1〜3を参照)について説明する。これ以降の説明において、傾きKsの値とは、絶対値と記載しない場合でも絶対値のことを意味するものとする。これは、上述したように、傾きKsの値は、0又は負の値となり、正の値とはならないので、記載を簡略化するためである。   By the way, it has been conventionally known that the stability of arc length control (referred to as self-control action) is greatly influenced by the slope Ks of the external characteristic of the welding power source. That is, in order to stabilize the arc length against disturbance, it is necessary to control the slope Ks of the external characteristic to an appropriate value according to the welding conditions including the welding method. For example, the appropriate value of the slope Ks is in the range of about 0 to -0.03 V / A in the carbon dioxide arc welding method, and in the range of about -0.05 to -0.3 V / A in the pulse arc welding method. Therefore, in the pulse arc welding method which is the object of the present invention, in order to stabilize the arc length control, not within the characteristic L1 shown in the figure but in the range of about -0.05 to -0.3 V / A. It is necessary to form a characteristic L2 or the like having a predetermined slope Ks. By the way, changing the inclination changes the gain of the arc length control system. When the absolute value of the slope Ks decreases (when the negative value approaches 0), the gain increases. When the absolute value of the slope Ks increases (when the slope becomes steep), the gain decreases. Therefore, the arc stability is deteriorated in the pulse arc welding method unless the gain is reduced as compared with the carbon dioxide arc welding method. On the other hand, if the gain is made too small, the transient response becomes worse. For this reason, it is necessary to set an appropriate value for the slope by taking into account steady-state arc stability and transient response. Hereinafter, a conventional technique (for example, see Patent Documents 1 to 3) for forming an external characteristic having a desired inclination Ks in pulse arc welding will be described. In the following description, the value of the slope Ks means an absolute value even when not described as an absolute value. This is because, as described above, the value of the slope Ks is 0 or a negative value and does not become a positive value, so that the description is simplified.

図5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(瞬時値)ioの波形を示し、同図(B)は溶接電圧(瞬時値)voの波形を示す。以下,同図を参照して説明する。   FIG. 5 is a current / voltage waveform diagram of pulse arc welding. FIG. 4A shows the waveform of the welding current (instantaneous value) io, and FIG. 4B shows the waveform of the welding voltage (instantaneous value) vo. Hereinafter, description will be given with reference to FIG.

(1)時刻t1〜t2のピーク期間Tp
予め定めたピーク期間Tp中は、同図(A)に示すように、溶接ワイヤを溶滴移行させるために大電流値の予め定めたピーク電流Ipを通電し、同図(B)に示すように、この期間中のアーク長に略比例したピーク電圧Vpが溶接ワイヤ・母材間に印加する。
(1) Peak period Tp between times t1 and t2
During the predetermined peak period Tp, a predetermined peak current Ip having a large current value is applied to transfer the welding wire to the droplet as shown in FIG. In addition, a peak voltage Vp substantially proportional to the arc length during this period is applied between the welding wire and the base material.

(2)時刻t2〜t3のベース期間Tb
後述する溶接電源の出力制御によって定まるベース期間Tb中は、同図(A)に示すように、溶接ワイヤ先端の溶滴を成長させないために小電流値の予め定めたベース電流Ibを通電し、同図(B)に示すように、この期間中のアーク長に略比例したベース電圧Vbが印加する。
(2) Base period Tb between times t2 and t3
During the base period Tb determined by the output control of the welding power source described later, as shown in FIG. 5A, a predetermined base current Ib having a small current value is applied so as not to grow the droplets at the tip of the welding wire, As shown in FIG. 5B, a base voltage Vb that is substantially proportional to the arc length during this period is applied.

上記のピーク期間Tp及びベース期間Tbからなる時刻t1〜t3の期間を1パルス周期Tpbとして繰り返して溶接を行う。同図(A)に示すように、このパルス周期Tpbごとの溶接電流の平均値がIwとなり、同様に同図(B)に示すように、このパルス周期Tpbごとの溶接電圧の平均値がVwとなる。溶接電源の外部特性を形成するための出力制御は、パルス周期Tpbの時間長さを操作量としてフィードバック制御することで行われる。すなわち、ピーク期間Tpを一定値としてパルス周期Tpbを増減させることによって出力制御を行う。   Welding is performed by repeating the period from time t1 to t3, which includes the peak period Tp and the base period Tb, as one pulse period Tpb. As shown in FIG. 6A, the average value of the welding current for each pulse period Tpb is Iw. Similarly, as shown in FIG. 5B, the average value of the welding voltage for this pulse period Tpb is Vw. It becomes. Output control for forming external characteristics of the welding power source is performed by feedback control using the time length of the pulse period Tpb as an operation amount. That is, output control is performed by increasing or decreasing the pulse period Tpb with the peak period Tp as a constant value.

図6に示すように、時刻t(n)〜t(n+1)の第n回目のパルス周期Tpb(n)の溶接電流平均値がIw(n)となり、溶接電圧平均値がVw(n)となる。上述した図4において、これらIw(n)とVw(n)との交点(動作点)P1が、設定された特性L2上に乗るように出力制御される。以下、所望の傾きKsを有する外部特性を形成するための溶接電源の出力制御方法について説明する。   As shown in FIG. 6, the welding current average value of the n-th pulse period Tpb (n) from time t (n) to t (n + 1) is Iw (n), and the welding voltage average value is Vw (n ). In FIG. 4 described above, output control is performed so that the intersection (operating point) P1 between these Iw (n) and Vw (n) is on the set characteristic L2. Hereinafter, the output control method of the welding power source for forming the external characteristic having the desired inclination Ks will be described.

図5で上述したパルスアーク溶接の波形図を参照して、従来技術の外部特性形成方法を説明する。形成すべき目標の外部特性は、上述した(1)式の外部特性である。第n回目のパルス周期Tpb(n)における溶接電流平均値Iw及び溶接電圧平均値Vwは下式で表わすことができる。
Iw=(1/Tpb(n))・∫io・dt ……(2)式
Vw=(1/Tpb(n))・∫vo・dt ……(3)式
但し、積分は第n回目のパルス周期Tpb(n)の間行う。
With reference to the waveform diagram of the pulse arc welding described above with reference to FIG. 5, a conventional external characteristic forming method will be described. The target external characteristic to be formed is the external characteristic of the above-described equation (1). The welding current average value Iw and welding voltage average value Vw in the n-th pulse period Tpb (n) can be expressed by the following equations.
Iw = (1 / Tpb (n)) · ∫io · dt (2) Equation Vw = (1 / Tpb (n)) · ∫vo · dt (3) However, the integration is the nth time This is performed for the pulse period Tpb (n).

これら(2)式及び(3)式を上記の(1)式に代入して整理すると下式となる。
∫(Ks・io−Ks・Is+Vs−vo)・dt=0 ……(4)式
但し、積分は第n回目のパルス周期Tpb(n)の間行い、上述したように、Ksは外部特性の傾きであり、Isは溶接電流基準値であり、Vsは溶接電圧基準値である。
Substituting these equations (2) and (3) into the above equation (1) and rearranging them gives the following equation.
∫ (Ks · io−Ks · Is + Vs−vo) · dt = 0 (4) However, integration is performed during the nth pulse period Tpb (n), and as described above, Ks is an external characteristic. It is a slope, Is is a welding current reference value, and Vs is a welding voltage reference value.

したがって、第n回目のパルス周期Tpb(n)が終了した時点においては上記(4)式が成立することになる。ここで、上記(4)式の左辺を積分値Svbとして定義すると下式となる。
Svb=∫(Ks・io−Ks・Is+Vs−vo)・dt ……(5)式
Therefore, when the nth pulse cycle Tpb (n) ends, the above equation (4) is established. Here, when the left side of the above equation (4) is defined as the integral value Svb, the following equation is obtained.
Svb = ∫ (Ks · io−Ks · Is + Vs−vo) · dt (5)

第n回目のパルス周期Tpb(n)が開始した時点から上記(5)式の積分値Svbの演算を開始する。第n回目の予め定めたピーク期間が終了して第n回目のベース期間中に上記の積分値Svb=0(又はSvb≧0)となった時点で第n回目のパルス周期Tpb(n)を終了する。この動作を繰り返すことによって、上記(1)式の外部特性を形成することができる。   The calculation of the integral value Svb of the above equation (5) is started from the time when the nth pulse cycle Tpb (n) starts. The n-th pulse period Tpb (n) is set when the above-mentioned integral value Svb = 0 (or Svb ≧ 0) is reached during the n-th base period after the n-th predetermined peak period ends. finish. By repeating this operation, the external characteristic of the above equation (1) can be formed.

上述した従来技術の外部特性形成方法を以下に整理して記載する。
(1)傾きKs、溶接電流基準値Is及び溶接電圧基準値Vsによって上記(1)式に基づいて目標の溶接電源の外部特性を予め設定する。
(2)溶接中の溶接電圧vo及び溶接電流ioを検出する。
(3)第n回目のパルス周期Tpb(n)の開始時点から上記(5)式に基づいて積分値Svb=∫(Ks・io−Ks・Is+Vs−vo)・dtの演算を開始する。
(4)第n回目の予め定めたピーク期間Tpに続く第n回目のベース期間Tb中の上記積分値Svbが零以上(Svb≧0)になった時点で第n回目のパルス周期Tpb(n)を終了する。
(5)続けて第n+1回目のパルス周期Tpb(n+1)を開始して、上記(3)〜(4)の動作を繰り返し行うことによって、所望の外部特性を形成する。
The above-described conventional external characteristic forming method is summarized and described below.
(1) The external characteristics of the target welding power source are set in advance based on the above equation (1) based on the inclination Ks, the welding current reference value Is, and the welding voltage reference value Vs.
(2) Detect welding voltage vo and welding current io during welding.
(3) Calculation of the integral value Svb = ∫ (Ks · io−Ks · Is + Vs−vo) · dt is started from the start point of the nth pulse cycle Tpb (n) based on the above equation (5).
(4) When the integrated value Svb in the nth base period Tb following the nth predetermined peak period Tp becomes zero or more (Svb ≧ 0), the nth pulse period Tpb (n ) Ends.
(5) Subsequently, the (n + 1) th pulse cycle Tpb (n + 1) is started, and the operations (3) to (4) are repeated to form desired external characteristics.

図7は、上述した外部特性形成方法を搭載した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。   FIG. 7 is a block diagram of a welding power source equipped with the above-described external characteristic forming method. Hereinafter, each block will be described with reference to FIG.

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による出力制御を行い、アーク溶接に適した溶接電流io及び溶接電圧voを出力する。この電源主回路PMは、図示は省略するが、商用電源を整流する1次整流器、整流された直流を平滑するコンデンサ、平滑された直流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溶接に適した電圧値に降圧する高周波変圧器、降圧された高周波交流を整流する2次整流器、整流された直流を平滑するリアクトル、上記の電流誤差増幅信号Eiを入力としてパルス幅変調制御を行いこの結果に基づいて上記のインバータ回路を駆動する駆動回路から成る。溶接ワイヤ1は、送給モータWMに結合された送給ロール5の回転によって溶接トーチ4内を通って送給されて、母材2との間にアーク3が発生する。   The power supply main circuit PM receives a commercial power supply such as a three-phase 200 V input, performs output control by inverter control according to a current error amplification signal Ei described later, and outputs a welding current io and a welding voltage vo suitable for arc welding. This power supply main circuit PM is omitted in the drawing, but a primary rectifier for rectifying commercial power, a capacitor for smoothing the rectified direct current, an inverter circuit for converting the smoothed direct current to high frequency alternating current, and high frequency alternating current for arc welding. A high-frequency transformer that steps down the voltage to an appropriate voltage value, a secondary rectifier that rectifies the stepped-down high-frequency alternating current, a reactor that smoothes the rectified direct current, and pulse width modulation control using the current error amplification signal Ei as an input. And a driving circuit for driving the above inverter circuit. The welding wire 1 is fed through the welding torch 4 by the rotation of the feeding roll 5 coupled to the feeding motor WM, and an arc 3 is generated between the welding wire 1 and the base material 2.

電流検出回路IDは、上記の溶接電流ioを検出して、電流検出信号idを出力する。電圧検出回路VDは、上記の溶接電圧voを検出して、電圧検出信号vdを出力する。溶接電圧基準値設定回路VSは、予め定めた溶接電圧基準値信号Vsを出力する。溶接電流基準値設定回路ISは、予め定めた溶接電流基準値信号Isを出力する。溶接電圧平均値検出回路VAは、上記の電圧検出信号vdを数パルス周期〜数十パルス周期の時定数で平滑して、溶接電圧平均値信号Vaを出力する。差算出回路DVは、この溶接電圧平均値信号Vaと上記の溶接電圧基準値信号Vsとの差を算出して、差信号ΔV=Va−Vsを出力する。第1傾き設定回路KS1はアーク長が通常範囲で変動しているときの外部特性の傾きを設定するための第1傾き設定信号Ks1を出力する。第2傾き設定回路KS2は、アーク長が大きく変動したときの外部特性の傾きを設定するための第2傾き設定信号Ks2を出力する。傾き制御設定回路KSCは、上記の差信号ΔVの絶対値と予め定めた電圧しきい値ΔVtとを比較して、|ΔV|<ΔVtのときは上記の第1傾き設定信号Ks1を傾き設定信号Ksとして出力し、|ΔV|≧ΔVtのときは上記の第2傾き設定信号Ks2を傾き設定信号Ksとして出力する。   The current detection circuit ID detects the welding current io and outputs a current detection signal id. The voltage detection circuit VD detects the welding voltage vo and outputs a voltage detection signal vd. The welding voltage reference value setting circuit VS outputs a predetermined welding voltage reference value signal Vs. The welding current reference value setting circuit IS outputs a predetermined welding current reference value signal Is. The welding voltage average value detection circuit VA smoothes the voltage detection signal vd with a time constant of several pulse periods to several tens of pulse periods, and outputs a welding voltage average value signal Va. The difference calculation circuit DV calculates a difference between the welding voltage average value signal Va and the welding voltage reference value signal Vs, and outputs a difference signal ΔV = Va−Vs. The first inclination setting circuit KS1 outputs a first inclination setting signal Ks1 for setting the inclination of the external characteristic when the arc length varies in the normal range. The second gradient setting circuit KS2 outputs a second gradient setting signal Ks2 for setting the gradient of the external characteristic when the arc length varies greatly. The slope control setting circuit KSC compares the absolute value of the difference signal ΔV with a predetermined voltage threshold value ΔVt. When | ΔV | <ΔVt, the slope control setting circuit KSC uses the first slope setting signal Ks1 as the slope setting signal. Ks is output. When | ΔV | ≧ ΔVt, the second inclination setting signal Ks2 is output as the inclination setting signal Ks.

積分値演算回路SVBは、上記の電流検出信号id、上記の電圧検出信号vd、上記の溶接電圧基準値信号Vs、上記の溶接電流基準値信号Is及び上記の傾き設定信号Ksを入力として、各パルス周期の開始時点から上記(5)式によって積分演算を行い積分値信号Svbを出力する。比較回路CMは、この積分値信号Svbの値が零以上になった時点で短時間Highレベルになる比較信号Cmを出力する。この比較信号Cmの周期がパルス周期となる。タイマ回路MMは、上記の比較信号CmがHighレベルに変化した時点から予め定めたピーク期間設定値Tpsによって定まる期間だけHighレベルとなるタイマ信号Mmを出力する。このタイマ信号MmがHighレベルのときがピーク期間となり、Lowレベルのときがベース期間となる。   The integrated value calculation circuit SVB receives the current detection signal id, the voltage detection signal vd, the welding voltage reference value signal Vs, the welding current reference value signal Is, and the inclination setting signal Ks as inputs. From the start of the pulse period, the integral calculation is performed according to the above equation (5), and the integral value signal Svb is output. The comparison circuit CM outputs a comparison signal Cm that becomes a high level for a short time when the value of the integral value signal Svb becomes zero or more. The period of the comparison signal Cm is a pulse period. The timer circuit MM outputs a timer signal Mm that is at a high level for a period determined by a predetermined peak period setting value Tps from the time when the comparison signal Cm changes to a high level. The peak period is when the timer signal Mm is at a high level, and the base period is when the timer signal Mm is at a low level.

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Mm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を電流制御設定信号Ics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を電流制御設定信号Icsとして出力する。   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 Mm is at the High level and outputs the peak current setting signal Ips as the current control setting signal Ics, and switches to the b side when the timer signal Mm is at the Low level. The base current setting signal Ibs is output as the current control setting signal Ics.

電流誤差増幅回路EIは、上記の電流制御設定信号Ics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。第1送給速度設定回路FS1は、予め定めた第1送給速度設定信号Fs1を出力する。送給制御回路FCは、この第1送給速度設定信号Fs1を入力として、溶接ワイヤ1の送給速度を制御するための送給制御信号Fcを上記の送給モータWMに出力する。これらのブロックによって、図5で上述したような溶接電流ioが通電し、上記(1)式で設定された外部特性が形成される。   The current error amplification circuit EI amplifies an error between the current control setting signal Ics and the current detection signal id, and outputs a current error amplification signal Ei. The first feed speed setting circuit FS1 outputs a predetermined first feed speed setting signal Fs1. The feed control circuit FC receives the first feed speed setting signal Fs1 and outputs a feed control signal Fc for controlling the feed speed of the welding wire 1 to the feed motor WM. With these blocks, the welding current io as described above with reference to FIG. 5 is applied, and the external characteristics set by the above equation (1) are formed.

上記の溶接電圧平均値信号Vaの値はアーク長に略比例し、上記の溶接電圧基準値信号Vsは適正アーク長を設定する。したがって、上記の差信号ΔVの絶対値は、アーク長の変動の大きさを示している。そこで、上記の差信号ΔVの絶対値が予め定めた電圧しきい値ΔVt未満(|ΔV|<ΔVt)のときは通常の傾き(上記の第1傾き設定信号Ks1)の第1外部特性を形成し、差信号ΔVの絶対値が電圧しきい値ΔVt以上(|ΔV|≧ΔVt)のときは傾きの絶対値が通常よりも小さい(上記の第2傾き設定信号Ks2)の第2外部特性を形成する。上記の第1外部特性は、上記の第1傾き設定信号Ks1、上記の溶接電圧基準値信号Vs及び上記の溶接電流基準値信号Isによって設定され、上記の第2外部特性は上記の第2傾き設定信号Ks2、上記の溶接電圧基準値信号Vs及び上記の溶接電流基準値信号Isによって設定される。|Ks1|>|Ks2|である。アーク長が大きく変動したときは第2外部特性が形成されるので、アーク長制御系のゲインが大きくなり、過渡応答性が速くなる。アーク長の変動が小さいときは第1外部特性が形成されるので、ゲインが小さくなりアーク安定性は良好になる。   The value of the welding voltage average value signal Va is substantially proportional to the arc length, and the welding voltage reference value signal Vs sets an appropriate arc length. Therefore, the absolute value of the difference signal ΔV indicates the magnitude of the arc length variation. Therefore, when the absolute value of the difference signal ΔV is less than a predetermined voltage threshold value ΔVt (| ΔV | <ΔVt), the first external characteristic of the normal inclination (the first inclination setting signal Ks1) is formed. When the absolute value of the difference signal ΔV is equal to or greater than the voltage threshold value ΔVt (| ΔV | ≧ ΔVt), the second external characteristic of the absolute value of the slope is smaller than usual (the above-described second slope setting signal Ks2). Form. The first external characteristic is set by the first inclination setting signal Ks1, the welding voltage reference value signal Vs, and the welding current reference value signal Is, and the second external characteristic is the second inclination. It is set by the setting signal Ks2, the welding voltage reference value signal Vs and the welding current reference value signal Is. | Ks1 |> | Ks2 |. Since the second external characteristic is formed when the arc length fluctuates greatly, the gain of the arc length control system is increased and the transient response is accelerated. When the variation in the arc length is small, the first external characteristic is formed, so that the gain is reduced and the arc stability is improved.

特開2002−361417号公報JP 2002-361417 A 特開2005−118872号公報Japanese Patent Laid-Open No. 2005-118872 特開2008−105095号公報JP 2008-105095 A

上述した従来技術では、所望の傾きを有する外部特性を形成することができると共に、アーク長が大きく変動しているときは傾きを小さくしてゲインを大きくし過渡応答性を速くすることによりアーク長を迅速に適正範囲に戻すことができ、アーク長の変動が小さいときは傾きを大きくしてゲインを小さくし定常安定性を良好にしている。   In the above-described prior art, an external characteristic having a desired slope can be formed, and when the arc length fluctuates greatly, the arc length is reduced by reducing the slope and increasing the gain to increase the transient response. Can be quickly returned to the proper range, and when the fluctuation of the arc length is small, the slope is increased to reduce the gain and to improve the steady stability.

しかしながら、アーク長の変動が大きいときに、外部特性の傾きをあまり小さくすると、過渡状態におけるアーク安定性が悪くなり、逆に定常状態になかなか収束しなくなるような状態に陥る場合も生じる。すなわち、アーク長の変動が大きいときの傾きを小さくするには、限界があり、このために、過渡応答性の迅速化にも一定の限界があった。特に、送給速度が比較的遅いとき(溶接電流値が小電流域のとき)は、外部特性の傾きを小さくできる範囲がより限られているために、アーク長が大きく変動したときの過渡応答性の迅速化に課題を残していた。   However, if the gradient of the external characteristic is made too small when the variation in the arc length is large, the arc stability in the transient state is deteriorated, and conversely, there is a case where the steady state is not easily converged. In other words, there is a limit to reducing the slope when the fluctuation of the arc length is large. For this reason, there is a certain limit to speeding up the transient response. In particular, when the feed rate is relatively slow (when the welding current value is in a small current range), the range in which the slope of the external characteristics can be reduced is more limited, so the transient response when the arc length varies greatly There was a problem in speeding up sex.

そこで、本発明は、所望の外部特性を形成すると共に、アーク長が大きく変動したときにアーク安定性を維持しつつ、過渡応答性を迅速化することができるパルスアーク溶接の出力制御方法を提供することを目的とする。   Therefore, the present invention provides an output control method for pulsed arc welding that can form desired external characteristics and maintain transient stability when the arc length greatly fluctuates, while speeding up transient response. The purpose is to do.

上述した課題を解決するために、請求項1の発明は、溶接ワイヤを第1送給速度で送給すると共に、第1傾き及び溶接電流基準値及び溶接電圧基準値によって設定された溶接電源の外部特性を形成して溶接するパルスアーク溶接の出力制御方法であって、
溶接中にアーク長が大きく変動したときは、前記第1傾きを第1傾きの絶対値よりも小さな絶対値の第2傾きに置換して外部特性を形成するパルスアーク溶接の出力制御方法において、
前記第2傾きによって前記外部特性が形成されている期間中は、送給速度を前記第1送給速度から第2送給速度にアーク長の変動が収束するように変化させる、
ことを特徴とするパルスアーク溶接の出力制御方法である。
In order to solve the above-described problems, the invention of claim 1 is directed to a welding power source that is fed by a first feeding speed and is set by a first inclination, a welding current reference value, and a welding voltage reference value. An output control method of pulse arc welding that forms and welds external characteristics,
When the arc length greatly fluctuates during welding, in the output control method of pulse arc welding in which the first inclination is replaced with a second inclination having an absolute value smaller than the absolute value of the first inclination to form external characteristics,
During the period in which the external characteristic is formed by the second inclination, the feeding speed is changed so that the fluctuation of the arc length converges from the first feeding speed to the second feeding speed.
An output control method of pulse arc welding characterized by the above.

請求項2の発明は、前記第1送給速度が送給速度基準値以下のときにのみ、送給速度を第2送給速度に変化させる、
ことを特徴とする請求項1記載のパルスアーク溶接の出力制御方法である。
The invention of claim 2 changes the feed speed to the second feed speed only when the first feed speed is equal to or less than the feed speed reference value.
The output control method for pulse arc welding according to claim 1, wherein:

請求項3の発明は、前記アーク長が大きく変動したことを、溶接電圧平均値と前記溶接電圧基準値との差の絶対値が予め定めた電圧しきい値以上になったことによって判別する、
ことを特徴とする請求項1又は2記載のパルスアーク溶接の出力制御方法である。
Invention of Claim 3 discriminate | determines that the said arc length changed greatly by the absolute value of the difference of a welding voltage average value and the said welding voltage reference value becoming more than the predetermined voltage threshold value,
The output control method for pulse arc welding according to claim 1 or 2, wherein the output control method is used.

請求項4の発明は、前記アーク長が大きく変動したことを、溶接電流平均値と前記溶接電流基準値との差の絶対値が予め定めた電流しきい値以上になったことによって判別する、
ことを特徴とする請求項1又は2記載のパルスアーク溶接の出力制御方法である。
Invention of Claim 4 discriminate | determines that the said arc length changed greatly when the absolute value of the difference of a welding current average value and the said welding current reference value became more than the predetermined current threshold value,
The output control method for pulse arc welding according to claim 1 or 2, wherein the output control method is used.

本発明によれば、アーク長が大きく変動したときに、外部特性の傾きの絶対値を小さくしてアーク長制御系のゲインを大きくし、かつ、送給速度をアーク長が収束するように変化させることによって、アーク安定性を維持しつつ過渡応答性を向上させることができる。このために、アーク長が大きく変動したときでも良好な溶接品質を得ることができる。   According to the present invention, when the arc length fluctuates greatly, the absolute value of the slope of the external characteristic is reduced to increase the gain of the arc length control system, and the feed speed is changed so that the arc length converges. By doing so, the transient response can be improved while maintaining the arc stability. For this reason, good welding quality can be obtained even when the arc length varies greatly.

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. 図1の溶接電源における各信号のタイミングチャートである。It is a timing chart of each signal in the welding power supply of FIG. 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. 従来技術における溶接電源の外部特性を示す図である。It is a figure which shows the external characteristic of the welding power supply in a prior art. 従来技術における、パルスアーク溶接の電流・電圧波形図である。It is a current and voltage waveform diagram of pulse arc welding in the prior art. 従来技術における第n回目のパルス周期の溶接電流平均値Iw(n)と溶接電圧平均値Vw(n)との関係を説明するための波形図である。It is a wave form diagram for demonstrating the relationship between the welding current average value Iw (n) of the nth pulse period in the prior art, and welding voltage average value Vw (n). 従来技術における外部特性形成方法を搭載した溶接電源のブロック図である。It is a block diagram of the welding power source carrying the external characteristic formation method in a prior art.

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、本発明の実施の形態1に係るパルスアーク溶接の出力制御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7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。同図は、図7の第1送給速度設定回路FS1と送給制御回路FCとの間に、破線で示す送給制御設定回路FSCを挿入したものである。以下、この回路について同図を参照して説明する。
[Embodiment 1]
FIG. 1 is a block diagram of a welding power source for carrying out an output control method of pulse arc welding according to Embodiment 1 of the present invention. In the figure, the same blocks as those in FIG. 7 described above are denoted by the same reference numerals, and description thereof is omitted. In this figure, a feed control setting circuit FSC indicated by a broken line is inserted between the first feed speed setting circuit FS1 and the feed control circuit FC of FIG. Hereinafter, this circuit will be described with reference to FIG.

送給制御設定回路FSCは、第1送給速度設定信号Fs1及び差信号ΔVを入力として、以下のような処理を行い、送給速度の可変速制御を行なうための送給速度制御設定信号Fscを出力する。
(1)差信号ΔVの絶対値が電圧しきい値ΔVt未満のときは第1送給速度設定信号Fs1の値を送給速度制御設定信号Fscとして出力する。
(2)差信号ΔVの絶対値が電圧しきい値ΔVt以上でありかつ差信号ΔVの符号が正であるときは、第2送給速度設定値Fs2=Fs1×(1+a)を算出して送給速度制御設定信号Fscとして出力する。
(3)差信号ΔVの絶対値が電圧しきい値ΔVt以上でありかつ差信号ΔVの符号が負であるときは、第2送給速度設定値Fs2=Fs1×(1−a)を算出して送給速度制御設定信号Fscとして出力する。
ここで、aは予め定めた補正係数であり、例えば、0.05〜0.3程度である。上記(1)の場合は、アーク長の変動が小さいときであり、外部特性の傾きは第1傾き設定信号Ks1の値となる。このために、アーク長制御系のゲインが小さくなるので、定常安定性が良好になる。この場合には、送給速度は変化させずに、第1送給速度設定信号Fs1によって定まる値のままである。上記(2)の場合は、アーク長が長くなる方向に大きく変動しているときであり、外部特性の傾きは第2傾き設定信号Ks2の値となる。このときに、送給速度は第1送給速度よりも速い第2送給速度になる。外部特性の傾きが(1)の場合よりも小さくなるのでアーク長制御系のゲインが大きくなり、かつ、送給速度が(1)の場合よりも速くなるのでアーク長を短くする方向に作用するために、過渡応答性が向上してアーク長が定常値に迅速に収束する。上記(3)の場合は、アーク長が短くなる方向に大きく変動しているときであり、外部特性の傾きは第2傾き設定信号Ks2の値となる。このときに、送給速度は第1送給速度よりも遅い第2送給速度になる。外部特性の傾きが(1)の場合よりも小さくなるのでアーク長制御系のゲインが大きくなり、かつ、送給速度が(1)の場合よりも遅くなるのでアーク長を長くする方向に作用するために、過渡応答性が向上してアーク長が定常値に迅速に収束する。すなわち、(2)及び(3)の場合のように、アーク長が大きく変動しているときは、外部特性の傾きを小さくし、かつ、送給速度をアーク長の変動が収束するように変化させることによって、外部特性の傾きをあまり小さく(ゲインを大きく)することなく過渡応答性を向上させることができる。「送給速度をアーク長の変動が収束するように変化させる」とは、アーク長が長くなる方向に大きく変動しているときは送給速度を速くすることになり、逆にアーク長が短くなる方向に大きく変動しているときは送給速度を遅くすることになる。上記において、補正係数aは、上記(2)の場合と上記(3)の場合とで異なる値に設定しても良い。また、補正係数aは、溶接ワイヤの材質、直径、溶接速度、第1送給速度等に応じて適正値に設定される。
The feed control setting circuit FSC receives the first feed speed setting signal Fs1 and the difference signal ΔV as input, performs the following processing, and feed speed control setting signal Fsc for performing variable speed control of the feed speed. Is output.
(1) When the absolute value of the difference signal ΔV is less than the voltage threshold value ΔVt, the value of the first feed speed setting signal Fs1 is output as the feed speed control setting signal Fsc.
(2) When the absolute value of the difference signal ΔV is equal to or greater than the voltage threshold value ΔVt and the sign of the difference signal ΔV is positive, the second feed speed setting value Fs2 = Fs1 × (1 + a) is calculated and sent. It is output as a feed speed control setting signal Fsc.
(3) When the absolute value of the difference signal ΔV is equal to or greater than the voltage threshold value ΔVt and the sign of the difference signal ΔV is negative, the second feed speed setting value Fs2 = Fs1 × (1-a) is calculated. And output as a feed speed control setting signal Fsc.
Here, a is a predetermined correction coefficient, for example, about 0.05 to 0.3. In the case of (1) above, the variation in the arc length is small, and the slope of the external characteristic is the value of the first slope setting signal Ks1. For this reason, since the gain of the arc length control system is reduced, the steady stability is improved. In this case, the feeding speed is not changed, and the value determined by the first feeding speed setting signal Fs1 remains. In the case of (2), the arc length greatly fluctuates in the direction of increasing, and the slope of the external characteristic becomes the value of the second slope setting signal Ks2. At this time, the feeding speed becomes a second feeding speed that is faster than the first feeding speed. Since the slope of the external characteristic is smaller than in the case of (1), the gain of the arc length control system is increased, and since the feeding speed is faster than in the case of (1), the arc length is shortened. Therefore, the transient response is improved and the arc length quickly converges to a steady value. In the case of (3), the arc length is greatly fluctuating in the direction of shortening, and the slope of the external characteristic becomes the value of the second slope setting signal Ks2. At this time, the feeding speed becomes a second feeding speed that is slower than the first feeding speed. Since the slope of the external characteristic is smaller than in the case of (1), the gain of the arc length control system is increased, and since the feeding speed is slower than in the case of (1), the arc length is increased. Therefore, the transient response is improved and the arc length quickly converges to a steady value. That is, as in (2) and (3), when the arc length fluctuates greatly, the slope of the external characteristics is reduced and the feed speed is changed so that the fluctuation of the arc length converges. By doing so, the transient response can be improved without making the slope of the external characteristic very small (increasing the gain). “Change the feed speed so that the fluctuation of the arc length converges” means that when the arc length greatly fluctuates in the direction of increasing the arc length, the feed speed is increased, and conversely, the arc length is shortened. If the direction is greatly fluctuated, the feeding speed will be slowed down. In the above, the correction coefficient a may be set to a different value between the case (2) and the case (3). The correction coefficient a is set to an appropriate value according to the material of the welding wire, the diameter, the welding speed, the first feeding speed, and the like.

課題の項で上述したように、第1送給速度設定信号Fs1の値が予め定めた送給速度基準値Ft以下の場合(小電流域の場合)には、外部特性の第2傾きをアーク安定性の点からあまり小さくできないという課題が顕著となるために過渡応答性の向上には限界があった。このために、上記の送給制御設定回路FSCにおいて、第1送給速度設定信号Fs1の値が上記の送給速度基準値Ft以下のときは上記の補正係数aを所定値に設定し、第1送給速度設定信号Fs1の値が上記の送給速度基準値Ftを超えるときは上記の補正係数aを0に設定するようにしても良い。このようにすると、Fs1≦Ftのときは送給速度の可変速制御が行なわれ、Fs1>Ftのときは送給速度の可変速制御は行なわれなくなる。送給速度基準値Ftとしては、例えば、直径1.2mmの軟鋼ワイヤを用いたマグパルス溶接の場合には、5m/min(150Aに相当)に設定される。   As described above in the section of the problem, when the value of the first feed speed setting signal Fs1 is less than or equal to the predetermined feed speed reference value Ft (in the case of a small current region), the second slope of the external characteristic is arced. Since the problem that it cannot be made very small from the viewpoint of stability becomes remarkable, there is a limit to improving the transient response. Therefore, in the feed control setting circuit FSC, when the value of the first feed speed setting signal Fs1 is equal to or less than the feed speed reference value Ft, the correction coefficient a is set to a predetermined value. When the value of the 1 feeding speed setting signal Fs1 exceeds the feeding speed reference value Ft, the correction coefficient a may be set to 0. In this way, variable speed control of the feed speed is performed when Fs1 ≦ Ft, and variable speed control of the feed speed is not performed when Fs1> Ft. The feed speed reference value Ft is set to 5 m / min (corresponding to 150 A), for example, in the case of mag pulse welding using a mild steel wire having a diameter of 1.2 mm.

同図において、差信号ΔVが電圧しきい値ΔVt以上のときに、外部特性を第2傾き設定信号Ks2に切り替え、送給速度の可変速制御を行なうようにしている。しかし、電圧しきい値を2つ設けて、外部特性の傾きを切り換えるしきい値と、可変速制御を開始するしきい値とを別個に設定できるようにしても良い。   In the figure, when the difference signal ΔV is equal to or greater than the voltage threshold value ΔVt, the external characteristic is switched to the second inclination setting signal Ks2 to perform variable speed control of the feeding speed. However, two voltage threshold values may be provided so that the threshold value for switching the slope of the external characteristic and the threshold value for starting the variable speed control can be set separately.

また、高速溶接時には、アーク長はアンダーカットの発生を防ぐために短めに設定されるのが一般的である。このために、アーク長が短くなる方向に大きく変動することはない。したがって、このような場合には、アーク長が長くなる方向に大きく変動したことだけを判別して、外部特性の傾きの切り換えと送給速度の可変速制御の開始を行うようにしても良い。   In high-speed welding, the arc length is generally set to be short in order to prevent the occurrence of undercut. For this reason, it does not fluctuate greatly in the direction of decreasing the arc length. Therefore, in such a case, it may be determined only that the arc length has greatly changed in the direction in which the arc length increases, and the switching of the slope of the external characteristic and the start of the variable speed control of the feeding speed may be performed.

図2は、上述した溶接電源における各信号のタイミングチャートである。同図(A)は溶接電圧平均値信号Vaの時間変化を示し、同図(B)は傾き設定信号Ks(絶対値)の時間変化を示し、同図(C)は送給速度制御設定信号Fscの時間変化を示す。同図において、時刻t1〜t4の期間はアーク長が長くなる方向に大きく変動したときであり、時刻t5〜t8の期間はアーク長が短くなる方向に大きく変動したときである。以下、同図を参照して説明する。   FIG. 2 is a timing chart of each signal in the above-described welding power source. FIG. 4A shows the change over time of the welding voltage average value signal Va, FIG. 4B shows the change over time of the inclination setting signal Ks (absolute value), and FIG. 4C shows the feed speed control setting signal. The time change of Fsc is shown. In the figure, the period from time t1 to t4 is when the arc length is greatly changed in the increasing direction, and the period from time t5 to t8 is when the arc length is greatly changed in the decreasing direction. Hereinafter, a description will be given with reference to FIG.

(1)時刻t1〜t4のアーク長が長くなる方向に大きく変動したとき
同図(A)に示すように、真ん中の破線は溶接電圧基準値Vsを示し、上の破線はVs+ΔVt(ΔVtは電圧しきい値)を示し、下の破線はVs−ΔVtを示す。溶接電圧平均値信号Vaの値は、時刻t1以前は真ん中の破線近傍で変動しており、アーク長の変動が小さいことを示している。時刻t1において外乱によってアーク長が長くなる方向に変動すると、溶接電圧平均値信号Vaの値は、時刻t1から急峻に上昇し、時刻t2において上の破線と交差し、さらに上昇してピーク値となった後に反転して下降し、時刻t3において再び上の破線と交差し、さらに下降し時刻t4において真ん中の破線近傍に収束する。同図(B)に示すように、傾き設定信号Ksは、時刻t2以前は第1傾き設定信号Ks1となり、時刻t2〜t3の期間中はその値が小さくなり第2傾き設定信号Ks2となり、時刻t3〜t4の期間中はその値が大きくなり再び第1傾き設定信号Ks1となる。また、同図(C)に示すように、送給速度制御設定信号Fscは、時刻t2以前は第1送給速度設定信号Fs1となり、時刻t2〜t3の期間中はその値は大きくなりFs2=Fs1×(1+a)となり、時刻t3〜t4の期間中は再び第1送給速度設定信号Fs1となる。したがって、アーク長が長くなる方向に大きく変動している期間(時刻t2〜t3の期間)中は、外部特性の傾きの絶対値を小さくし、かつ、送給速度を速くすることによって、アーク安定性を維持しつつ、過渡応答性を向上させている。
(1) When the arc length at times t1 to t4 changes greatly in the direction of increasing As shown in FIG. 5A, the middle broken line indicates the welding voltage reference value Vs, and the upper broken line indicates Vs + ΔVt (ΔVt is voltage Threshold), and the lower broken line indicates Vs−ΔVt. The value of welding voltage average value signal Va fluctuates in the vicinity of the middle broken line before time t1, indicating that the variation in arc length is small. When the arc length becomes longer due to disturbance at time t1, the value of the welding voltage average value signal Va rises sharply from time t1, intersects with the upper broken line at time t2, and further rises to the peak value. After that, it reverses and descends, crosses the upper broken line again at time t3, further descends and converges to the vicinity of the middle broken line at time t4. As shown in FIG. 5B, the slope setting signal Ks becomes the first slope setting signal Ks1 before the time t2, the value decreases during the period from the time t2 to the time t3, and becomes the second slope setting signal Ks2. During the period from t3 to t4, the value increases and becomes the first inclination setting signal Ks1 again. Further, as shown in FIG. 5C, the feed speed control setting signal Fsc becomes the first feed speed setting signal Fs1 before time t2, and its value increases during the period from time t2 to t3, and Fs2 = Fs1 × (1 + a), and during the period from time t3 to t4, the first feed speed setting signal Fs1 is obtained again. Therefore, during a period in which the arc length is greatly fluctuated (period t2 to t3), the absolute value of the slope of the external characteristic is reduced and the feed speed is increased to stabilize the arc. The transient response is improved while maintaining the performance.

(2)時刻t5〜t8のアーク長が短くなる方向に大きく変動したとき
同図(A)に示すように、溶接電圧平均値信号Vaの値は、時刻t4〜t5の期間中は真ん中の破線近傍で変動しており、アーク長の変動が小さいことを示している。時刻t5において外乱によってアーク長が短くなる方向に変動すると、溶接電圧平均値信号Vaの値は、時刻t5から急峻に下降し、時刻t6において下の破線と交差し、さらに下降して最小値となった後に反転して上昇し、時刻t7において再び下の破線と交差し、さらに上昇し時刻t8において真ん中の破線近傍に収束する。同図(B)に示すように、傾き設定信号Ksは、時刻t4〜t6の期間中は第1傾き設定信号Ks1となり、時刻t6〜t7の期間中はその値が小さくなり第2傾き設定信号Ks2となり、時刻t7以降の期間はその値が大きくなり再び第1傾き設定信号Ks1となる。また、同図(C)に示すように、送給速度制御設定信号Fscは、時刻t4〜t6の期間中は第1送給速度設定信号Fs1となり、時刻t6〜t7の期間中はその値は小さくなりFs2=Fs1×(1−a)となり、時刻t7以降の期間は再び第1送給速度設定信号Fs1となる。したがって、アーク長が短くなる方向に大きく変動している期間(時刻t6〜t7の期間)中は、外部特性の傾きの絶対値を小さくし、かつ、送給速度を遅くすることによって、アーク安定性を維持しつつ、過渡応答性を向上させている。
(2) When the arc length at times t5 to t8 changes greatly in the direction of shortening As shown in FIG. 5A, the value of the welding voltage average value signal Va is the middle broken line during the period of times t4 to t5. It fluctuates in the vicinity, indicating that the variation in arc length is small. When the arc length is shortened due to disturbance at time t5, the value of the welding voltage average value signal Va decreases sharply from time t5, crosses the lower broken line at time t6, and further decreases to the minimum value. Then, it reverses and rises, crosses the lower broken line again at time t7, rises further, and converges to the vicinity of the middle broken line at time t8. As shown in FIG. 5B, the inclination setting signal Ks becomes the first inclination setting signal Ks1 during the period from the time t4 to t6, and its value becomes small during the period from the time t6 to t7. Ks2, and during the period after time t7, the value increases and becomes the first inclination setting signal Ks1 again. Further, as shown in FIG. 5C, the feed speed control setting signal Fsc becomes the first feed speed setting signal Fs1 during the period from time t4 to t6, and its value during the period from time t6 to t7. Fs2 = Fs1 × (1−a), and becomes the first feed speed setting signal Fs1 again during the period after time t7. Therefore, during a period in which the arc length greatly varies in the direction of shortening (period from time t6 to t7), the absolute value of the slope of the external characteristic is decreased and the feed speed is decreased to stabilize the arc. The transient response is improved while maintaining the performance.

上述した実施の形態1によれば、アーク長が大きく変動したときに、外部特性の傾きの絶対値を小さくしてアーク長制御系のゲインを大きくし、かつ、送給速度をアーク長が収束するように変化させることによって、アーク安定性を維持しつつ過渡応答性を向上させることができる。このために、アーク長が大きく変動したときでも、良好な溶接品質を得ることができる。実施の形態1では、アーク長が大きく変動したことを、溶接電圧平均値が予め定めた溶接電圧基準値から電圧しきい値だけ変動したことによって判別している。   According to the first embodiment described above, when the arc length fluctuates greatly, the absolute value of the slope of the external characteristic is reduced to increase the gain of the arc length control system, and the arc length converges on the feeding speed. By changing in such a manner, the transient response can be improved while maintaining the arc stability. For this reason, even when the arc length fluctuates greatly, good welding quality can be obtained. In the first embodiment, it is determined that the arc length has greatly fluctuated by the fact that the welding voltage average value has fluctuated by a voltage threshold value from a predetermined welding voltage reference value.

[実施の形態2]
図3は、本発明の実施の形態2に係るパルスアーク溶接の出力制御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。同図は、図1の溶接電圧平均値検出回路VAを破線で示す溶接電流平均値検出回路IAに置換し、図1の差算出回路DVを破線で示す電流差算出回路DIに置換し、図1の傾き制御設定回路KSCを破線で示す第2傾き制御設定回路KSC2に置換し、図1の送給制御設定回路FSCを、破線で示す第2送給制御設定回路FSC2に置換したものである。以下、同図を参照して、これらのブロックについて説明する。
[Embodiment 2]
FIG. 3 is a block diagram of a welding power source for carrying out the output control method of pulse arc welding according to Embodiment 2 of the present invention. 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. In the figure, the welding voltage average value detection circuit VA in FIG. 1 is replaced with a welding current average value detection circuit IA indicated by a broken line, and the difference calculation circuit DV in FIG. 1 is replaced by a current difference calculation circuit DI indicated by a broken line. 1 is replaced by a second inclination control setting circuit KSC2 indicated by a broken line, and the feeding control setting circuit FSC of FIG. 1 is replaced by a second feeding control setting circuit FSC2 indicated by a broken line. . Hereinafter, these blocks will be described with reference to FIG.

溶接電流平均値検出回路IAは、電流検出信号idを数パルス周期〜数十パルス周期の時定数で平滑して、溶接電流平均値信号Iaを出力する。電流差算出回路DIは、この溶接電流平均値信号Iaと溶接電流基準値信号Isとの偏差を算出して、電流差信号ΔI=Ia−Isを出力する。第2傾き制御設定回路KSC2は、この電流差信号ΔIの絶対値と予め定めた電流しきい値ΔItとを比較して、|ΔI|<ΔItのときは第1傾き設定信号Ks1を傾き設定信号Ksとして出力し、|ΔI|≧ΔItのときは第2傾き設定信号Ks2を傾き設定信号Ksとして出力する。第2送給制御設定回路FSC2は、第1送給速度設定信号Fs1及び上記の電流差信号ΔIを入力として、以下のような処理を行い、送給速度の可変速制御を行なうための送給速度制御設定信号Fscを出力する。
(1)電流差信号ΔIの絶対値が電流しきい値ΔIt未満のときは第1送給速度設定信号Fs1の値を送給速度制御設定信号Fscとして出力する。
(2)電流差信号ΔIの絶対値が電流しきい値ΔIt以上でありかつ電流差信号ΔIの符号が負であるときは、第2送給速度設定値Fs2=Fs1×(1+a)を算出して送給速度制御設定信号Fscとして出力する。
(3)電流差信号ΔIの絶対値が電流しきい値ΔIt以上でありかつ電流差信号ΔIの符号が正であるときは、第2送給速度設定値Fs2=Fs1×(1−a)を算出して送給速度制御設定信号Fscとして出力する。
但し、aは実施の形態1と同様に補正係数である。アーク長が長くなる方向に変動したとき、溶接電流平均値信号Iaの値は、溶接電圧平均値信号Vaの値とは異なり、小さくなる方向に変化する。アーク長が短くなる方向に変動したとき、溶接電流平均値信号Iaの値は、溶接電圧平均値信号Vaの値とは異なり、大きくなる方向に変化する。したがって、上記(2)に示すように、アーク長が長くなる方向に変動したことを判別するときは、電流差信号ΔIの符号は負となる。他方、上記(3)に示すように、アーク長が短くなる方向に変動したことを判別するときは、電流差信号ΔIの符号は正となる。
The welding current average value detection circuit IA smoothes the current detection signal id with a time constant of several pulse periods to several tens of pulse periods, and outputs a welding current average value signal Ia. The current difference calculation circuit DI calculates a deviation between the welding current average value signal Ia and the welding current reference value signal Is, and outputs a current difference signal ΔI = Ia−Is. The second slope control setting circuit KSC2 compares the absolute value of the current difference signal ΔI with a predetermined current threshold value ΔIt, and when | ΔI | <ΔIt, the first slope setting signal Ks1 is used as the slope setting signal. Ks is output, and when | ΔI | ≧ ΔIt, the second inclination setting signal Ks2 is output as the inclination setting signal Ks. The second feed control setting circuit FSC2 receives the first feed speed setting signal Fs1 and the current difference signal ΔI as described above, performs the following processing, and performs feed for variable speed control of the feed speed. A speed control setting signal Fsc is output.
(1) When the absolute value of the current difference signal ΔI is less than the current threshold value ΔIt, the value of the first feed speed setting signal Fs1 is output as the feed speed control setting signal Fsc.
(2) When the absolute value of the current difference signal ΔI is equal to or greater than the current threshold value ΔIt and the sign of the current difference signal ΔI is negative, the second feed speed setting value Fs2 = Fs1 × (1 + a) is calculated. And output as a feed speed control setting signal Fsc.
(3) When the absolute value of the current difference signal ΔI is equal to or greater than the current threshold value ΔIt and the sign of the current difference signal ΔI is positive, the second feed speed setting value Fs2 = Fs1 × (1-a) Calculate and output as a feed speed control setting signal Fsc.
However, a is a correction coefficient as in the first embodiment. When the arc length varies in the increasing direction, the value of the welding current average value signal Ia is different from the value of the welding voltage average value signal Va and changes in the decreasing direction. When the arc length varies in the direction of shortening, the value of the welding current average value signal Ia differs from the value of the welding voltage average value signal Va in a direction of increasing. Therefore, as shown in (2) above, when it is determined that the arc length has changed in the increasing direction, the sign of the current difference signal ΔI is negative. On the other hand, as shown in (3) above, when it is determined that the arc length has changed in the direction of shortening, the sign of the current difference signal ΔI is positive.

アーク長が大きく変動しているときは、溶接電流平均値も溶接電流基準値から大きく変動している。そこで、溶接電流平均値信号Iaの値と溶接電流基準値信号Isの値との電流差ΔIの絶対値が、予め定めた電流しきい値ΔIt以上のときはアーク長が大きく変動していると判別する。そして、アーク長が大きく変動しているときは、第2傾き設定信号Ks2を傾き設定信号Ksとし、かつ、送給速度の可変速制御を行う。他方、アーク長が大きく変動していないときは、第1傾き設定信号Ks1を傾き設定信号とし、送給速度の可変速制御は行わない。   When the arc length varies greatly, the welding current average value also varies greatly from the welding current reference value. Therefore, when the absolute value of the current difference ΔI between the value of the welding current average value signal Ia and the value of the welding current reference value signal Is is greater than or equal to a predetermined current threshold value ΔIt, the arc length varies greatly. Determine. When the arc length fluctuates greatly, the second inclination setting signal Ks2 is used as the inclination setting signal Ks, and variable speed control of the feeding speed is performed. On the other hand, when the arc length does not fluctuate greatly, the first inclination setting signal Ks1 is used as the inclination setting signal, and the variable speed control of the feeding speed is not performed.

上述した実施の形態2によれば、溶接電流平均値と予め定めた溶接電流基準値との差の絶対値及びその符号によって、アーク長が長くなる方向又は短くなる方向に大きく変動していることを判別することができる。そして、この判別を利用することによって、実施の形態1と同様の効果を奏することができる。   According to the second embodiment described above, the arc length increases or decreases greatly depending on the absolute value of the difference between the welding current average value and the predetermined welding current reference value and its sign. Can be determined. By using this discrimination, the same effect as that of the first embodiment can be obtained.

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
a 補正係数
CM 比較回路
Cm 比較信号
DI 電流差算出回路
DV 差算出回路
EI 電流誤差増幅回路
Ei 電流誤差増幅信号
FC 送給制御回路
Fc 送給制御信号
FS1 第1送給速度設定回路
Fs1 第1送給速度設定信号
Fs2 第2送給速度設定値
FSC 送給制御設定回路
Fsc 送給速度制御設定信号
FSC2 第2送給制御設定回路
Ft 送給速度基準値
IA 溶接電流平均値検出回路
Ia 溶接電流平均値信号
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
Ics 電流制御設定信号
ID 電流検出回路
id 電流検出信号
io 溶接電流(瞬時値)
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 溶接電流基準値設定回路
Is 溶接電流基準値(信号)
Iw 1パルス周期ごとの溶接電流平均値
Ks 傾き設定信号
KS1第1傾き 設定回路
Ks1 第1傾き設定信号
KS2 設定回路
Ks2 設定信号
KSC 制御設定回路
KSC2 制御設定回路
L1 特性
L2 特性
MM タイマ回路
Mm タイマ信号
n 第
P0 交点
PM 電源主回路
Svb 積分値
SVB 積分値演算回路
Svb 積分値信号
SW 切換回路
t 時刻
t1 時刻
t1-t2 時刻
t1-t3 時刻
t1-t4 時刻
t2 時刻
t2-t3 時刻
t3 時刻
t3-t4 時刻
t4 時刻
t4-t5 時刻
t4-t6 時刻
t5 時刻
t5-t8 時刻
t6 時刻
t6-t7 時刻
t7 時刻
t8 時刻
Tb ベース期間
Tp ピーク期間
Tpb パルス周期
Tps ピーク期間設定値
VA 溶接電圧平均値検出回路
Va 溶接電圧平均値信号
Vb ベース電圧
VD 電圧検出回路
vd 電圧検出信号
vo 溶接電圧
Vp ピーク電圧
VS 溶接電圧基準値設定回路
Vs 溶接電圧基準値(信号)

Vw 1パルス周期ごとの溶接電圧平均値
WM 送給モータ
ΔI 電流差(信号)
ΔV 差(信号)
ΔVt 電圧しきい値
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Welding wire 2 Base material 3 Arc 4 Welding torch 5 Feed roll a Correction coefficient CM Comparison circuit Cm Comparison signal DI Current difference calculation circuit DV Difference calculation circuit EI Current error amplification circuit Ei Current error amplification signal FC Feed control circuit Fc Feed control signal FS1 First feed speed setting circuit Fs1 First feed speed setting signal Fs2 Second feed speed setting value FSC Feed control setting circuit Fsc Feed speed control setting signal FSC2 Second feed control setting circuit Ft Feed speed reference value IA Welding current average value detection circuit Ia Welding current average value signal Ib Base current IBS Base current setting circuit Ibs Base current setting signal Ics Current control setting signal ID Current detection circuit id Current detection signal io Welding current (instantaneous value)
Ip peak current IPS peak current setting circuit Ips peak current setting signal IS welding current reference value setting circuit Is welding current reference value (signal)
Iw welding current average value per pulse period Ks inclination setting signal KS1 first inclination setting circuit Ks1 first inclination setting signal KS2 setting circuit Ks2 setting signal KSC control setting circuit KSC2 control setting circuit L1 characteristic L2 characteristic MM timer circuit Mm timer signal n P0th intersection PM power supply main circuit Svb integral value SVB integral value calculation circuit Svb integral value signal SW switching circuit t time t1 time t1-t2 time t1-t3 time t1-t4 time t2 time t2-t3 time t3 time t3-t4 Time t4 Time t4-t5 Time t4-t6 Time t5 Time t5-t8 Time t6 Time t6-t7 Time t7 Time t8 Time Tb Base period Tp Peak period Tpb Pulse period Tps Peak period set value VA Welding voltage average value detection circuit Va Welding Voltage average value signal Vb Base voltage VD Voltage detection circuit vd Voltage detection signal vo Welding voltage V Peak voltage VS welding voltage reference value setting circuit Vs welding voltage reference value (signal)

Vw Welding voltage average value WM per pulse period Feed motor ΔI Current difference (signal)
ΔV difference (signal)
ΔVt Voltage threshold

Claims (4)

溶接ワイヤを第1送給速度で送給すると共に、第1傾き及び溶接電流基準値及び溶接電圧基準値によって設定された溶接電源の外部特性を形成して溶接するパルスアーク溶接の出力制御方法であって、
溶接中にアーク長が大きく変動したときは、前記第1傾きを第1傾きの絶対値よりも小さな絶対値の第2傾きに置換して外部特性を形成するパルスアーク溶接の出力制御方法において、
前記第2傾きによって前記外部特性が形成されている期間中は、送給速度を前記第1送給速度から第2送給速度にアーク長の変動が収束するように変化させる、
ことを特徴とするパルスアーク溶接の出力制御方法。
An output control method for pulse arc welding that feeds a welding wire at a first feed speed and welds by forming external characteristics of a welding power source set by a first slope, a welding current reference value, and a welding voltage reference value. There,
When the arc length greatly fluctuates during welding, in the output control method of pulse arc welding in which the first inclination is replaced with a second inclination having an absolute value smaller than the absolute value of the first inclination to form external characteristics,
During the period in which the external characteristic is formed by the second inclination, the feeding speed is changed so that the fluctuation of the arc length converges from the first feeding speed to the second feeding speed.
An output control method of pulse arc welding characterized by the above.
前記第1送給速度が送給速度基準値以下のときにのみ、送給速度を第2送給速度に変化させる、
ことを特徴とする請求項1記載のパルスアーク溶接の出力制御方法。
Only when the first feed speed is equal to or less than the feed speed reference value, the feed speed is changed to the second feed speed.
The output control method of pulse arc welding according to claim 1.
前記アーク長が大きく変動したことを、溶接電圧平均値と前記溶接電圧基準値との差の絶対値が予め定めた電圧しきい値以上になったことによって判別する、
ことを特徴とする請求項1又は2記載のパルスアーク溶接の出力制御方法。
It is determined that the arc length has fluctuated greatly by the absolute value of the difference between the welding voltage average value and the welding voltage reference value being equal to or greater than a predetermined voltage threshold value.
The output control method of pulse arc welding according to claim 1 or 2, characterized in that.
前記アーク長が大きく変動したことを、溶接電流平均値と前記溶接電流基準値との差の絶対値が予め定めた電流しきい値以上になったことによって判別する、
ことを特徴とする請求項1又は2記載のパルスアーク溶接の出力制御方法。
It is determined that the arc length has fluctuated greatly by the absolute value of the difference between the welding current average value and the welding current reference value being equal to or greater than a predetermined current threshold value.
The output control method of pulse arc welding according to claim 1 or 2, characterized in that.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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JP2013173161A (en) * 2012-02-24 2013-09-05 Daihen Corp Consumable electrode arc welding control method
JP7327892B2 (en) 2020-03-02 2023-08-16 株式会社ダイヘン pulse arc welding equipment

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