JP2014184457A - 溶接電源の出力制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】短絡回数による溶接電源の出力制御方法において、溶滴移行形態に関わりなくアーク長を適性値に制御すること。
【解決手段】アーク溶接中の溶接ワイヤ１と母材２との所定周期ごとの短絡回数Ｎｄを検出し、この短絡回数Ｎｄが予め定めた短絡回数設定値Ｎｒと等しくなるように出力を制御する溶接電源の出力制御方法において、上記の所定周期中に計数された各短絡をその期間長さが予め定めた第１基準値未満である個数ｍと以上である個数ｎとに区別し、第１係数ａｒ及び第２係数ｂｒを予め設定し、上記の短絡回数ＮｄをＮｄ＝ｍ×ａ＋ｎ×ｂによって算出する。この算出された短絡回数Ｎｄは全ての溶滴移行形態においてアーク長との相関度が高いので、溶滴移行形態に関わりなくアーク長を適正値に制御することができる。
【選択図】 図１

Description

本発明は、アーク溶接中の溶接ワイヤと母材との所定周期ごとの短絡回数を検出し、この短絡回数が予め定めた短絡回数設定値と等しくなるように出力を制御する溶接電源の出力制御方法に関するものである。

消耗電極式アーク溶接において、溶接中のアーク長を適正値に維持することは良好な溶接品質を得るために重要である。アーク長と溶接電圧平均値とは相関関係がある。したがって、アーク長を適正値に維持するためには、溶接電圧平均値が適正値になるように溶接電源の出力制御を行えば良い。

しかしながら、溶接法、溶接ワイヤの直径及び送給速度が同一値であっても、溶接速度、チップ・母材間距離（トーチ高さ）等が異なるとアーク長と溶接電圧平均値との相関関係が変化する。このために、アーク長を適正値に維持するためには、溶接電圧平均値の設定値（電圧設定値）を再調整する必要がある。この作業は煩雑であるので、再調整を必要としない短絡回数による出力制御方法（特許文献１参照）が慣用されている。

この短絡回数による出力制御方法は、アーク溶接中の溶接ワイヤと母材との所定周期ごとの短絡回数を検出し、この短絡回数が予め定めた短絡回数設定値と等しくなるように溶接電源の出力を制御するものである。所定周期は、０．１〜１．０秒程度に設定される。アーク長が短くなると短絡回数は多くなり、アーク長が長くなると短絡回数は少なくなる。すなわち、アーク長と短絡回数とは相関関係があるので、溶接法、溶接ワイヤの直径及び送給速度に応じてアーク長が適正値となる短絡回数が決まる。したがって、短絡回数を適正値に制御することでアーク長を適正値に維持することができる。この短絡回数による出力制御方法では、溶接速度及びチップ・母材間距離が変化しても短絡回数設定値の適正値は変化しないので、再調整は不要となる。但し、溶接法、溶接ワイヤの直径及び送給速度が変化すると溶滴移行形態が変化するので、短絡回数の適正値は変化することになる。このために、溶接法、溶接ワイヤの直径及び送給速度に応じて短絡回数設定値を変化させる必要はある。炭酸ガスアーク溶接法、マグ溶接法、ミグ溶接法、パルスマグ溶接法、パルスミグ溶接法等の溶接法及び溶接ワイヤの直径については、溶接電源のフロントパネルのスイッチによって使用する溶接法及び溶接ワイヤの直径を選択するようになっている。また、送給速度は溶接電源の内部回路で認識することができる。このために、これらの値が設定されると、記憶されているテーブル、関数等によって短絡回数設定値は自動的に設定される。したがって、これらの値に応じて短絡回数設定値を設定することは煩雑ではない。

特開２００１−１１４２号公報

各短絡の期間長さには短いものと長いものとが混在している。溶接法、溶接ワイヤの直径及び送給速度が変化して溶滴移行形態が変化すると、短絡期間の分布も変化する。、従来技術では、短絡の期間長さとは関係なく全ての短絡を１として計数して短絡回数を検出している。しかし、短絡期間が短いものと長いものとはアーク長との相関度が異なっている。したがって、短絡移行形態、グロビュール移行形態、スプレー移行形態等の溶滴移行形態が異なると、短絡期間の分布が異なるので、同じ短絡回数であってもアーク長は少し異なることになる。より高品質の溶接を行うためには、より厳密なアーク長制御を行う必要がある。

そこで、本発明では、多様な溶滴移行形態において、アーク長をより精密に適正値に維持することができる短絡回数による溶接電源の出力制御方法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、請求項１の発明は、アーク溶接中の溶接ワイヤと母材との所定周期ごとの短絡回数Ｎｄを検出し、この短絡回数Ｎｄが予め定めた短絡回数設定値と等しくなるように出力を制御する溶接電源の出力制御方法において、
前記所定周期中に計数された各短絡をその期間長さが予め定めた第１基準値未満である個数ｍと以上である個数ｎとに区別し、第１係数ａ及び第２係数ｂを予め設定し、前記短絡回数ＮｄをＮｄ＝ｍ×ａ＋ｎ×ｂによって算出する、
ことを特徴とする溶接電源の出力制御方法である。

請求項２の発明は、前記第１係数ａ及び前記第２係数ｂを、溶接法、溶接ワイヤの直径及び送給速度に応じて変化させる、
ことを特徴とする請求項１記載の溶接電源の出力制御方法である。

請求項３の発明は、前記第１基準値よりも大きな値の第２基準値を新たに設け、前記個数ｎをさらに前記第２基準値未満の個数ｎ１と以上の個数ｎ２とに区別し、第３係数ｃを予め設定し、前記短絡回数ＮｄをＮｄ＝ｍ×ａ＋ｎ１×ｂ＋ｎ２×ｃによって算出する、
ことを特徴とする請求項１記載の溶接電源の出力制御方法である。

請求項４の発明は、前記第１係数ａ、前記第２係数ｂ及び前記第３係数ｃを、溶接法、溶接ワイヤの直径及び送給速度に応じて変化させる、
ことを特徴とする請求項３記載の溶接電源の出力制御方法である。

本発明によれば、第１基準値によって微小短絡の個数ｍと通常短絡の個数ｎとに区分して計数している。そして、微小短絡の回数とアーク長との相関度を示す第１係数ａ及び通常短絡の回数とアーク長との相関度を示す第２係数ｂを、溶滴移行形態に応じて適正値に設定する。このために、本発明では、アーク長とより厳密に相関する短絡回数Ｎｄを算出することができるので、多様な溶滴移行形態において、アーク長をより精密に適正値に維持することができる。

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。 図１で上述した溶接電源の電圧・電流波形図である。 図１で上述した係数設定回路ＫＲに内蔵されている第１関数及び第２関数を例示する図である。 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。 図４で上述した係数設定回路ＫＲ２に内蔵されている第１関数〜第３関数を例示する図である。

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］
実施の形態１に係る溶接電源の出力制御方法の基本的な原理について、以下に説明する。従来技術では、各短絡をその期間長さとは無関係に１回として計数して、所定周期ごとの短絡回数を検出している。これに対して、実施の形態１では、以下のような処理によって短絡回数Ｎｄを算出している。本実施の形態では、説明を理解しやすくするために、母材の材質が鉄鋼である場合を例示する。

処理１）短絡をその期間長さによって２つに区分するための第１基準値Ｔt1（ms）を予め設定する。第１基準値Ｔt1は、０．５〜２．０ms程度の範囲で設定される。従来から短絡期間Ｔｓが１ms未満の短絡を微小短絡と呼び、１ms以上の短絡を通常短絡と呼ぶことが慣用されている。これは、微小短絡では溶滴移行は行われず、通常短絡では溶滴移行が行われるというアーク現象の差から来る区別である。したがって、上記の第１基準値Ｔt1は、この区別を行うためのものである。これを踏まえて、短絡期間Ｔｓが第１基準値Ｔt1未満のものを微小短絡と呼び、以上のものを通常短絡と呼ぶことにする。

処理２）所定周期Ｔｃ中に検出された各短絡をその期間長さＴｓが上記の第１基準値Ｔt1未満である個数ｍと、以上である個数ｎとに区別して計数する。したがって、この周期中には、Ｔｓ＜Ｔt1である微小短絡がｍ回発生し、Ｔｓ≧Ｔt1である通常短絡がｎ回発生したことになる。

処理３）第１係数ａ及び第２係数ｂを予め設定する。これらの係数は、０．０〜２．０の範囲の実数として設定される。これらの係数は、アーク長との相関度を示している。係数の値が大きいほどアーク長との相関度が高いことを意味している。これらの係数の値は、溶接法、溶接ワイヤの直径及び送給速度に応じて変化するように設定される。詳細については、後述する。

処理４）短絡回数Ｎｄを、下式によって算出する。
Ｎｄ＝ｍ×ａ＋ｎ×ｂ …（１）式

処理５）所定周期Ｔｃごとに、上記の短絡回数Ｎｄと予め定めた短絡回数設定値Ｎｒとの回数誤差増幅値ΔＮ＝Ｇ×（Ｎｄ−Ｎｒ）を算出して、電圧制御設定値Ｖcrを下式によって算出する。Ｇはアーク長フィードバック制御系の増幅率を示しており、制御系が安定になるように正の値に予め設定される。
Ｖcr＝Ｖｒ＋ΣΔＮ …（２）式
ここで、Ｖｒは電圧設定値であり、予め設定される。短絡回数Ｎｄが短絡回数設定値Ｎｒと等しくなるように電圧設定値Ｖｒを初期値として自動的に修正された信号が電圧制御設定値Ｖcrとなる。溶接電圧Ｖｗがこの電圧制御設定値Ｖcrと等しくなるように溶接電源の出力が制御される。

図１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。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（図示は省略）を入力として、後述する電圧誤差増幅信号Ｅｖに従ってインバータ制御等の出力制御を行い、溶接電圧Ｖｗ及び溶接電流Ｉｗ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平滑コンデンサ、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直流に整流する２次整流器、整流された直流を平滑するリアクトル、上記の電圧誤差増幅信号Ｅｖを入力としてパルス幅変調制御を行う変調回路、パルス幅変調制御信を入力としてインバータ回路のスイッチング素子を駆動する駆動回路を備えている。

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内を送給されて、母材２との間にアーク３が発生する。溶接ワイヤ１は、定常溶接中は一定の速度で送給される。

電圧検出回路ＶＤは、溶接電圧Ｖｗを検出して、電圧検出信号Ｖｄを出力する。短絡判別回路ＳＤは、この電圧検出信号Ｖｄを入力として、その値が予め定めたしきい値未満であるときはＨｉｇｈレベルとなる短絡判別信号Ｓｄを出力する。しきい値は、１０Ｖ程度に設定される。

送給速度設定回路ＦＲは、予め定めた送給速度設定信号Ｆｒを出力する。送給制御回路ＦＣは、この送給速度設定信号Ｆｒを入力として、溶接ワイヤ１をこの送給速度設定信号Ｆｒによって定まる速度で送給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。

溶接法選択スイッチＭＳは、溶接電源のフロントパネルに設けられており、「炭酸ガスアーク溶接」を選択するとその値が１となり、「マグ溶接」を選択するとその値が２となる溶接法選択信号Ｍｓを出力する。ワイヤ径選択スイッチＤＳは、溶接電源のフロントパネルに設けられており、「１．２mm」を選択するとその値が１となり、「１．０mm」を選択するとその値が２となるワイヤ径選択信号Ｄｓを出力する。

係数設定回路ＫＲは、上記の送給速度設定信号Ｆｒ、上記の溶接法選択信号Ｍｓ及び上記のワイヤ径選択信号Ｄｓを入力として、予め定めた第１関数にこれらの３つの信号を入力して第１係数設定信号ａｒを算出して出力し、予め定めた第２関数にこれら３つの信号を入力して第２係数設定信号ｂｒを算出して出力する。第１関数及び第２関数については、後述する。

短絡回数検出回路ＮＤは、上記の短絡判別信号Ｓｄ、上記の第１係数設定信号ａｒ及び上記の第２係数設定信号ｂｒを入力として、所定周期Ｔｃ中に短絡判別信号ＳｄがＨｉｇｈレベル（短絡）である期間長さＴｓが予め定めた第１基準値Ｔt1未満である個数ｍと、以上である個数ｎとに区別して係数し、上記（１）式によって短絡回数信号Ｎｄ＝ｍ×ａｒ＋ｎ×ｂｒを算出して出力する。この回路の処理は、上述した処理１）〜４）を実施している。短絡回数信号Ｎｄは、所定周期Ｔｃごとに算出される。

短絡回数設定回路ＮＲは、予め定めた短絡回数設定信号Ｎｒを出力する。回数誤差増幅回路ＥＮは、上記の短絡回数信号Ｎｄ（＋）とこの短絡回数設定信号Ｎｒ（−）との誤差を増幅して、回数誤差増幅信号ΔＮを出力する。電圧設定回路ＶＲは、予め定めた電圧設定信号Ｖｒを出力する。電圧制御設定回路ＶＣＲは、この電圧設定信号Ｖｒ及び上記の回数誤差増幅信号ΔＮを入力として、上記（２）式によって電圧制御設定信号Ｖcr＝Ｖｒ＋ΣΔＮを算出して出力する。電圧誤差増幅回路ＥＶは、この電圧制御設定信号Ｖcr（＋）と上記の電圧検出信号Ｖｄ（−）との誤差を増幅して、電圧誤差増幅信号Ｅｖを出力する。これらの回路は、上述した処理５）を実施している。

図２は、図１で上述した溶接電源の電圧・電流波形図である。同図（Ａ）は溶接電圧Ｖｗの波形を示し、同図（Ｂ）は溶接電流Ｉｗの波形を示す。以下、同図を参照して説明する。

同図に示すように、短絡期間Ｔｓとアーク期間Ｔａとが繰り返されている。時刻ｔ１〜ｔ２の短絡期間Ｔｓは、第１基準値Ｔt1以上の通常短絡の場合であり、時刻ｔ３〜ｔ４の短絡期間Ｔｓは第１基準値Ｔt1未満の微小短絡の場合である。時刻ｔ１〜ｔ２の短絡期間Ｔｓ中は、同図（Ａ）に示すように、溶接電圧Ｖｗは数Ｖの短絡電圧値となり、同図（Ｂ）に示すように、溶接電流Ｉｗは次第に増加する。時刻ｔ２〜ｔ３のアーク期間Ｔａ中は、同図（Ａ）に示すように、溶接電圧Ｖｗは数十Ｖのアーク電圧値となり、同図（Ｂ）に示すように、溶接電流Ｉｗは次第に減少する。溶接ワイヤはアーク期間Ｔａ中に溶融されて溶滴が形成され、短絡期間Ｔｓ中に溶融池へと移行する。

時刻ｔ３〜ｔ４の短絡期間Ｔｓ中は、同図（Ａ）に示すように、溶接電圧Ｖｗは数Ｖの短絡電圧値となり、同図（Ｂ）に示すように、溶接電流Ｉｗは微小短絡であるのでほとんど増加しない。時刻ｔ４〜ｔ５のアーク期間Ｔａ中は、同図（Ａ）に示すように、溶接電圧Ｖｗは数十Ｖのアーク電圧値となり、同図（Ｂ）に示すように、溶接電流Ｉｗはほとんど変化しない。微小短絡は、溶滴が溶融池に短絡した瞬間に溶滴先端部に溶接電流Ｉｗが集中して通電し、これにより溶滴先端部が溶融して再びアークが発生したときに生じる。また、アーク期間Ｔａ中に溶滴がまだ少ししか形成されていないときに、溶融池の不規則な振動によって短絡が発生したときに生じる。どちらの場合でも、微小短絡時には溶滴の移行はほとんど行われない。

図３は、図１で上述した係数設定回路ＫＲに内蔵されている第１関数及び第２関数を例示する図である。同図の横軸は送給速度設定信号Ｆｒ（m/min）を示し、その範囲は０〜１５m/minである。縦軸は第１係数設定信号ａｒ及び第２係数設定信号ｂｒを示し、その範囲は０．０〜２．０である。第１関数は実線で示しており、第２関数は破線で示している。同図は、溶接法が炭酸ガスアーク溶接であり、ワイヤ径が１．２mmの場合である。以下、同図を参照して説明する。

実線の第１関数は送給速度設定信号Ｆｒに対する第１係数設定信号ａｒの変化を示している。破線の第２関数は送給速度設定信号Ｆｒに対する第２係数設定信号ｂｒの変化を示している。第１係数設定信号ａｒの値は、Ｆｒ＜４．５ではａｒ＝０．２となり、４．５≦Ｆｒ＜７．０ではａｒ＝０．５となり、７．０≦Ｆｒではａｒ＝１．０となるように階段状に変化している。また、第２係数設定信号ｂｒの値は、Ｆｒ＜４．５ではｂｒ＝１．０となり、４．５≦Ｆｒ＜７．０ではｂｒ＝１．２となり、７．０≦Ｆｒではｂｒ＝１．４となるように階段状に変化している。

溶接法が炭酸ガスアーク溶接であり、ワイヤ径が１．２mmである場合には、Ｆｒが４．５と７．０のときが溶滴移行形態の境界値となる。すなわち、Ｆｒ＜４．５の範囲では短絡移行形態となり、４．５≦Ｆｒ＜７．０の範囲では短絡移行形態とグロビュール移行形態との混在した溶滴移行形態となり、７．０≦Ｆｒの範囲ではグロビュール移行形態となる。

第１係数設定信号ａｒの値は、上述したように微小短絡の回数ｍとアーク長との相関度を示している。したがって、微小短絡の回数ｍとアーク長との相関度は、短絡移行形態では低く、グロビュール移行形態では高いことを示している。

第２係数設定信号ｂｒの値は、上述したように通常短絡の回数ｎとアーク長との相関度を示している。したがって、通常短絡の回数ｎとアーク長との相関度は、短絡移行形態でも高く、グロビュール移行形態ではさらに高くなることを示している。Ｆｒ＝４．５のときは溶接電流平均値は１７０Ａとなり、Ｆｒ＝７．０のときは溶接電流平均値は２３０Ａとなる。

溶接法が炭酸ガスアーク溶接であり、ワイヤ径が１．０mmであるときは、送給速度設定信号Ｆｒの境界値が４．０と６．０になる。すなわち、Ｆｒ＜４．０の範囲では短絡移行形態となり、４．０≦Ｆｒ＜６．０の範囲では短絡移行形態とグロビュール移行形態とが混在した溶滴移行形態となり、６．０≦Ｆｒの範囲ではグロビュール移行形態となる。第１関数及び第２関数については、これら境界値が変化するだけで第１係数設定信号ａｒ及び第２係数設定信号ｂｒの値はそのままで良い。Ｆｒ＝４．０のときは溶接電流平均値は１５０Ａとなり、Ｆｒ＝６．０のときは溶接電流平均値は２００Ａとなる。

溶接法がマグ溶接であり、ワイヤ径が１．２mmであるときは、送給速度設定信号Ｆｒの境界値が４．５と７．５になる。すなわち、Ｆｒ＜４．５の範囲では短絡移行形態となり、４．５≦Ｆｒ＜７．５の範囲では短絡移行形態とスプレー移行形態とが混在した溶滴移行形態となり、７．５≦Ｆｒの範囲ではスプレー移行形態となる。第１関数及び第２関数については、これら境界値が変化するだけで第１係数設定信号ａｒ及び第２係数設定信号ｂｒの値はそのままで良い。Ｆｒ＝４．５のときは溶接電流平均値は１７０Ａとなり、Ｆｒ＝７．５のときは溶接電流平均値は２５０Ａとなる。

溶接法がマグ溶接であり、ワイヤ径が１．０mmであるときは、送給速度設定信号Ｆｒの境界値が４．０と６．５になる。すなわち、Ｆｒ＜４．０の範囲では短絡移行形態となり、４．０≦Ｆｒ＜６．５の範囲では短絡移行形態とスプレー移行形態とが混在した溶滴移行形態となり、６．５≦Ｆｒの範囲ではスプレー移行形態となる。第１関数及び第２関数については、これら境界値が変化するだけで第１係数設定信号ａｒ及び第２係数設定信号ｂｒの値はそのままで良い。Ｆｒ＝４．０のときは溶接電流平均値は１５０Ａとなり、Ｆｒ＝６．５のときは溶接電流平均値は２１０Ａとなる。

同図においては、関数が階段状に変化する場合を例示したが、複数の直線の組合せ又は曲線状に変化するように設定しても良い。母材の材質が鉄鋼以外の場合も、同様にして実験から第１関数及び第２関数を設定すれば良い。そして、材質に対応した溶接法を選択すれば良い。例えば、母材の材質がアルミニウムである場合には、溶接法としてミグ溶接又はパルスミグ溶接を選択することになる。

上述した実施の形態１によれば、所定周期Ｔｃ中に計数された各短絡をその期間長さＴｓが予め定めた第１基準値Ｔt1未満である個数ｍと以上である個数ｎとに区別し、第１係数ａ及び第２係数ｂを予め設定し、短絡回数ＮｄをＮｄ＝ｍ×ａ＋ｎ×ｂによって算出し、この算出された短絡回数Ｎｄが予め定めた短絡回数設定値Ｎｒと等しくなるように溶接電源の出力を制御する。上記の第１基準値によって微小短絡の個数ｍと通常短絡の個数ｎとに区分して計数している。そして、微小短絡の回数とアーク長との相関度を示す第１係数ａ及び通常短絡の回数とアーク長との相関度を示す第２係数ｂを、溶滴移行形態に応じて適正値に設定する。このために、本実施の形態では、アーク長とより厳密に相関する短絡回数Ｎｄを算出することができるので、多様な溶滴移行形態において、アーク長をより精密に適正値に維持することができる。本実施の形態では、第１係数ａ及び第２係数ｂを、溶滴移行形態に応じて適正値になるように設定している。溶接法、溶接ワイヤの直径及び送給速度を入力としてこれら係数の設定を自動化すると、操作性が向上する。

［実施の形態２］
実施の形態２に係る溶接電源の出力制御方法では、第１基準値Ｔt1よりも大きな値の第２基準値Ｔt2を新たに設け、所定周期Ｔｃ中に短絡の期間長さＴｓが第１基準値Ｔt1以上であった個数ｎをさらに第２基準値Ｔt2未満の個数ｎ１と以上の個数ｎ２とに区別し、第１基準値Ｔt1未満の個数ｍ、第１基準値Ｔt1以上で第２基準値Ｔt2未満の個数ｎ１及び第２基準値Ｔt2以上の個数ｎ２によって短絡回数Ｎｄを算出するものである。以下、実施の形態２に係る溶接電源の出力制御方法の処理について説明する。本実施の形態では、説明を理解しやすくするために、母材の材質が鉄鋼である場合を例示する。

処理１０）短絡をその期間長さＴｓによって３つに区分するための第１基準値Ｔt1（ms）及び第２基準値Ｔt2（ms）を予め設定する。ここで、Ｔt1＜Ｔt2である。第１基準値Ｔt1は、０．５〜２．０ms程度の範囲で設定される。また、第２基準値Ｔt2は、５．０〜１０．０ms程度の範囲で設定される。従来から短絡期間Ｔｓが１ms未満の短絡を微小短絡と呼び、１〜５msの範囲の短絡を通常短絡と呼び、５ms以上の短絡を長期短絡とぶことが慣用されている。これは、微小短絡では溶滴移行は行われず、通常短絡では溶滴移行が安定して行われ、長期短絡では溶滴移行は不安定な状態で行われるというアーク現象の差から来る区別である。したがって、上記の第１基準値Ｔt1及び第２基準値Ｔt2は、この区別を行うためのものである。これを踏まえて、短絡期間Ｔｓが第１基準値Ｔt1未満のものを微小短絡と呼び、第１基準値Ｔt1以上で第２基準値Ｔt2未満のものを通常短絡と呼び、第２基準値Ｔt2以上のものを長期短絡と呼ぶことにする。

処理２０）所定周期Ｔｃ中に検出された各短絡をその期間長さＴｓが上記の第１基準値Ｔt1未満である個数ｍと、第１基準値Ｔt1以上で第２基準値Ｔt2未満である個数ｎ１と、第２基準値Ｔt2以上である個数ｎ２とに区別して計数する。したがって、この周期中には、Ｔｓ＜Ｔt1である微小短絡がｍ回発生し、Ｔt1≦Ｔｓ＜Ｔt2である通常短絡がｎ１回発生し、Ｔｓ≧Ｔt2である長期短絡がｎ２回発生したことになる。

処理３０）第１係数ａ、第２係数ｂ及び第３係数ｃを予め設定する。これらの係数は、０．０〜２．０の範囲の実数として設定される。これらの係数は、アーク長との相関度を示している。係数の値が大きいほどアーク長との相関度が高いことを意味している。これらの係数の値は、溶接法、溶接ワイヤの直径及び送給速度に応じて変化するように設定される。詳細については、後述する。

処理４０）短絡回数Ｎｄを、下式によって算出する。
Ｎｄ＝ｍ×ａ＋ｎ１×ｂ＋ｎ２×ｃ …（３）式

処理５０）実施の形態１の処理５）と同様であるので、説明は省略する。

図４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。同図は上述した図１と対応しており、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の係数設定回路ＫＲを係数設定回路ＫＲ２に置換し、図１の短絡回数検出回路ＮＤを短絡回数検出回路ＮＤ２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。

係数設定回路ＫＲ２は、送給速度設定信号Ｆｒ、溶接法選択信号Ｍｓ及びワイヤ径選択信号Ｄｓを入力として、予め定めた第１関数にこれらの３つの信号を入力して第１係数設定信号ａｒを算出して出力し、予め定めた第２関数にこれら３つの信号を入力して第２係数設定信号ｂｒを算出して出力し、予め定めた第３関数にこれら３つの信号を入力して第３係数設定信号ｃｒを算出して出力する。第１関数〜第３関数については、後述する。

短絡回数検出回路ＮＤ２は、短絡判別信号Ｓｄ、上記の第１係数設定信号ａｒ、上記の第２係数設定信号ｂｒ及び上記の第３係数設定信号ｃｒを入力として、所定周期Ｔｃ中に短絡判別信号ＳｄがＨｉｇｈレベル（短絡）である期間長さＴｓが予め定めた第１基準値Ｔt1未満である個数ｍと、この第１基準値Ｔt1以上で予め定めた第２基準値Ｔt2未満である個数ｎ１と、この第２基準値Ｔt2以上である個数ｎ２とに区別して計数し、上記（３）式によって短絡回数信号Ｎｄ＝ｍ×ａｒ＋ｎ１×ｂｒ＋ｎ２×ｃｒを算出して出力する。この回路の処理は、上述した処理１０）〜４０）を実施している。短絡回数信号Ｎｄは、所定周期Ｔｃごとに算出される。

図５は、図４で上述した係数設定回路ＫＲ２に内蔵されている第１関数〜第３関数を例示する図である。同図の横軸は送給速度設定信号Ｆｒ（m/min）を示し、その範囲は０〜１５m/minである。縦軸は第１係数設定信号ａｒ、第２係数設定信号ｂｒ及び第３係数設定信号ｃｒを示し、その範囲は０．０〜２．０である。第１関数は実線で示しており、第２関数は破線で示しており、第３関数は一点鎖線で示している。同図は、溶接法が炭酸ガスアーク溶接であり、ワイヤ径が１．２mmの場合である。同図において、第１関数及び第２関数は上述した図３と同一であるので、それらの説明は省略する。以下、同図を参照して第３関数について説明する。

一点鎖線の第３関数は送給速度設定信号Ｆｒに対する第３係数設定信号ｃｒの変化を示している。第３係数設定信号ｃｒの値は、Ｆｒ＜４．５ではｃｒ＝１．２となり、４．５≦Ｆｒ＜７．０ではｃｒ＝１．４となり、７．０≦Ｆｒではｃｒ＝１．６となるように階段状に変化している。

第３係数設定信号ｃｒの値は、上述したように長期短絡の回数ｎ２とアーク長との相関度を示している。したがって、長期短絡の回数ｎ２とアーク長との相関度は、短絡移行形態でも高く、グロビュール移行形態ではさらに高くなることを示している。

上述した実施の形態１によれば、所定周期Ｔｃ中に計数された各短絡をその期間長さＴｓが予め定めた第１基準値Ｔt1未満である個数ｍと、第１基準値Ｔt1以上で予め定めた第２基準値Ｔt2未満である個数ｎ１と、第２基準値Ｔt2以上である個数ｎ２とに区別し、第１係数ａ、第２係数ｂ及び第３係数ｃを予め設定し、短絡回数ＮｄをＮｄ＝ｍ×ａ＋ｎ１×ｂ＋ｎ２×ｃによって算出し、この算出された短絡回数Ｎｄが予め定めた短絡回数設定値Ｎｒと等しくなるように溶接電源の出力を制御する。上記の第１基準値によって微小短絡の個数ｍと、通常短絡の個数ｎ１と、長期短絡の個数ｎ２とに区分して計数している。そして、微小短絡の回数とアーク長との相関度を示す第１係数ａ、通常短絡の回数とアーク長との相関度を示す第２係数ｂ及び長期短絡の回数とアーク長との相関度を示す第３係数ｃを、溶滴移行形態に応じて適正値に設定する。このために、本実施の形態では、実施の形態１よりもさらにアーク長と厳密に相関する短絡回数Ｎｄを算出することができるので、多様な溶滴移行形態において、アーク長をより精密に適正値に維持することができる。

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 第１係数
ａｒ 第１係数設定信号
ｂ 第２係数
ｂｒ 第２係数設定信号
ｃ 第３係数
ｃｒ 第３係数設定信号
ＤＳ ワイヤ径選択スイッチ
Ｄｓ ワイヤ径選択信号
ＥＮ 回数誤差増幅回路
ＥＶ 電圧誤差増幅回路
Ｅｖ 電圧誤差増幅信号
ＦＣ 送給制御回路
Ｆｃ 送給制御信号
ＦＲ 送給速度設定回路
Ｆｒ 送給速度設定信号
Ｉｗ 溶接電流
ＫＲ 係数設定回路
ＫＲ２ 係数設定回路
ｍ 個数
ＭＳ 溶接法選択スイッチ
Ｍｓ 溶接法選択信号
ｎ 個数
ｎ１ 個数
ｎ２ 個数
ＮＤ 短絡回数検出回路
Ｎｄ 短絡回数（信号）
ＮＤ２ 短絡回数検出回路
ＮＲ 短絡回数設定回路
Ｎｒ 短絡回数設定信号
ＰＭ 電源主回路
ＳＤ 短絡判別回路
Ｓｄ 短絡判別信号
Ｔｃ 所定周期
Ｔｓ 短絡期間
Ｔt1 第１基準値
Ｔt2 第２基準値
ＶＣＲ 電圧制御設定回路
Ｖcr 電圧制御設定信号
ＶＤ 電圧検出回路
Ｖｄ 電圧検出信号
ＶＲ 電圧設定回路
Ｖｒ 電圧設定信号
Ｖｗ 溶接電圧
ＷＭ 送給モータ
ΔＮ 回数誤差増幅信号

Claims (4)

1. アーク溶接中の溶接ワイヤと母材との所定周期ごとの短絡回数Ｎｄを検出し、この短絡回数Ｎｄが予め定めた短絡回数設定値と等しくなるように出力を制御する溶接電源の出力制御方法において、
   前記所定周期中に計数された各短絡をその期間長さが予め定めた第１基準値未満である個数ｍと以上である個数ｎとに区別し、第１係数ａ及び第２係数ｂを予め設定し、前記短絡回数ＮｄをＮｄ＝ｍ×ａ＋ｎ×ｂによって算出する、
   ことを特徴とする溶接電源の出力制御方法。
2. 前記第１係数ａ及び前記第２係数ｂを、溶接法、溶接ワイヤの直径及び送給速度に応じて変化させる、
   ことを特徴とする請求項１記載の溶接電源の出力制御方法。
3. 前記第１基準値よりも大きな値の第２基準値を新たに設け、前記個数ｎをさらに前記第２基準値未満の個数ｎ１と以上の個数ｎ２とに区別し、第３係数ｃを予め設定し、前記短絡回数ＮｄをＮｄ＝ｍ×ａ＋ｎ１×ｂ＋ｎ２×ｃによって算出する、
   ことを特徴とする請求項１記載の溶接電源の出力制御方法。
4. 前記第１係数ａ、前記第２係数ｂ及び前記第３係数ｃを、溶接法、溶接ワイヤの直径及び送給速度に応じて変化させる、
   ことを特徴とする請求項３記載の溶接電源の出力制御方法。

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