JP2015208760A - パルスアーク溶接の終了制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】消耗電極式パルスアーク溶接において、溶接が終了したときに溶接ワイヤの先端に形成される溶融球を、種々の溶接条件に応じて適正化するためのパラメータの設定に時間がかかっていた。【解決手段】最終ベース電流ＬＩｂを最終ベース期間ＬＴｂだけ通電して溶接を終了するパルスアーク溶接の終了制御方法において、アークスタート時のアーク状態が定常状態に収束するまでの過渡期間の時間長さに応じて、最終ベース期間ＬＴｂの時間長さを自動的に変化させる。過渡期間の時間長さは、ローパスフィルタを通した溶接電圧又は溶接電流が定常状態に収束するまでの時間長さで検出する。これにより、種々な溶接条件に応じて最終ベース期間ＬＴｂが自動的に適正化されるので、設定の時間が不要となる。【選択図】 図１

Description

本発明は、溶接終了後のワイヤ先端に形成される溶融球のサイズを適正化することができるパルスアーク溶接の終了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は、溶接を終了した後の溶接ワイヤ先端に形成された溶融球のサイズが、次のアークスタートの良否を決める主要因の１つである。消耗電極式パルスアーク溶接も消耗電極式アーク溶接の１つであるので、溶融球のサイズが次のアークスタート性に大きな影響を与えることは同様である。溶融球のサイズをどの程度にすれば、次のアークスタート性が良好になるかは、溶接ワイヤの材質によって異なっている。溶接ワイヤの材質がアルミミウム又はステンレスである場合には、溶融球は小さい方が次のアークスタート性が良好になるので、溶接ワイヤの直径と略同一になるように制御される。他方、溶接ワイヤの材質が鉄鋼である場合には、溶融球をあまり小さくするとその底部にスラグが付着した状態になることが多い。スラグは絶縁物であるので、底部にスラグが付着していると、次のアークスタート時にワイヤ先端が母材と接触して最初の短絡が発生してアークが発生した後に、アーク状態が定常状態に収束するまでの過渡期間が長くなる。ときには、最初の短絡のままでアークが発生しない場合も生じる。過渡期間が長くなると、溶接開始部のビード形成が悪くなる。ワイヤ底部へのスラグの付着は、溶融球が直径の１．０倍から２．０倍程度へと大きくなるほど少なくなる傾向がある。反面、溶融球が大きくなるほど、アークスタート時のスパッタの発生が多くなる。したがって、溶融球のサイズは、スラグの付着状態とスパッタの発生状態とを観察して適正サイズに制御する必要がある。以下に、鉄鋼材のパルスアーク溶接（パルスマグ溶接と呼ばれる）において、溶融球を適正なサイズに形成するための従来技術の終了制御方法について説明する（例えば、特許文献１参照）。

図４は、従来技術におけるパルスアーク溶接の終了制御方法を示すタイミングチャートである。同図（Ａ）は溶接開始信号Ｓｔを示し、同図（Ｂ）は起動信号Ｏｎを示し、同図（Ｃ）は溶接ワイヤの送給速度Ｆｗを示し、同図（Ｄ）は送給停止判別信号Ｓｄを示し、同図（Ｅ）は最終ピーク電流判別信号Ｐｄを示し、同図（Ｆ）は溶接電流Ｉｗを示し、同図（Ｇ）は溶接電圧Ｖｗを示す。上記の溶接開始信号Ｓｔは、溶接電源の外部から入力される信号であり、Ｈｉｇｈレベルになると溶接開始を指令する信号となり、Ｌｏｗレベルになると溶接終了を指令する信号となる。半自動溶接にあっては、溶接開始信号Ｓｔはトーチスイッチのオン／オフに対応する信号であり、ロボット溶接にあっては、ロボット制御装置から送信される溶接の開始又は終了を指令する信号である。以下、同図を参照して説明する。

時刻ｔ１以前の定常状態中は、同図（Ａ）に示すように、溶接開始信号ＳｔはＨｉｇｈレベルになっているので、同図（Ｂ）に示すように、起動信号ＯｎはＨｉｇｈレベル（起動）になり、溶接電源から溶接電圧Ｖｗ及び溶接電流Ｉｗが出力されて定常のアークが発生している。この期間中は、同図（Ｃ）に示すように、送給速度Ｆｗは予め定めた定常送給速度になっている。同図（Ｃ）に示すように、破線の送給停止判別基準値Ｆｔは、送給停止を判別するための基準値であり、０よりも少し大きな値（例えば０．５m/min）に設定されている。同図（Ｄ）に示す送給停止判別信号Ｓｄは、送給速度Ｆｗと送給停止判別基準値Ｆｔとを比較して、Ｆｗ＜ＦｔのときにＨｉｇｈレベルになる信号である。すなわち、送給速度Ｆｗが略０となった時点で、送給停止判別信号ＳｄがＨｉｇｈレベルに変化する。時刻ｔ１以前の期間では、Ｆｗ＞Ｆｔであるので、同図（Ｄ）に示すように、送給停止判別信号ＳｄはＬｏｗレベルの状態にある。また、同図（Ｅ）に示すように、最終ピーク電流判別信号Ｐｄは、時刻ｔ１以前の期間中はＬｏｗレベルの状態にある。同図（Ｆ）に示すように、溶接電流Ｉｗは、ピーク期間Ｔｐ中のピーク電流Ｉｐとベース期間Ｔｂ中のベース電流Ｉｂとの通電を１パルス周期Ｔｆとして繰り返している。同図（Ｇ）に示すように、溶接電圧Ｖｗは、ピーク期間Ｔｐ中はピーク電圧となり、ベース期間Ｔｂ中はベース電圧となる。上記のピーク電流Ｉｐは臨界値以上の４５０Ａ程度に設定され、上記のベース電流Ｉｂは臨界値未満の２０〜１００Ａの範囲に設定される。ピーク電圧及びベース電圧は、アーク長に比例した値となる。上記のピーク期間Ｔｐとピーク電流Ｉｐとの組合せは、ユニットパルス条件と呼ばれ、実験によって溶接ワイヤの材質、直径、定常送給速度等に応じて、いわゆる１パルス周期１溶滴移行となる適正値を算出し、この適正値に設定される。溶接電圧Ｖｗの平均値が予め定めた定常溶接電圧設定値と等しくなるように上記のパルス周期Ｔｆがフィードバック制御されて、アーク長制御が行われる。溶接電圧Ｖｗの平均値は、溶接電圧Ｖｗをローパスフィルタに通すことによって検出する。このアーク長制御の方式を周波数変調制御と呼ぶ。また、パルス周期Ｔｆを固定してピーク期間Ｔｐを変化させるパルス幅変調制御も慣用されている。

時刻ｔ１において、同図（Ａ）に示すように、溶接開始信号ＳｔがＬｏｗレベルに変化する。しかし、同図（Ｂ）に示すように、起動信号Ｏｎは、後述する最終ベース電流ＬＩｂの通電が終了する時刻ｔ４までＨｉｇｈレベルを継続する。時刻ｔ１〜ｔ４の期間が、アンチスティック期間Ｔａとなる。溶接開始信号Ｓｔの変化に応動して送給モータへの電力の供給が遮断されるが、慣性によって回転速度はスロープ状に遅くなるので、完全に停止するまでには時間がかかる。したがって、同図（Ｃ）に示すように、送給速度Ｆｗは時刻ｔ１からスロープ状に遅くなり、時刻ｔ２において上記の送給停止判別基準値Ｆｔ未満となり、その直後に０となる。送給速度Ｆｗが慣性によって０となるまでの期間は、送給モータの種類、定常送給速度等によって変化するが、１００ms程度である。同図（Ｄ）に示すように、送給停止判別信号Ｓｄは、時刻ｔ２においてＦｗ＜ＦｔとなるのでＨｉｇｈレベルとなる。また、同図（Ｆ）に示すように、溶接電流Ｉｗは、時刻ｔ１以降もピーク電流Ｉｐ及びベース電流Ｉｂの通電を繰り返す。そして、同図（Ｄ）に示す送給停止判別信号ＳｄがＨｉｇｈレベルに変化した時点（時刻ｔ２）以降の最初のピーク電流の通電が終了する時刻ｔ３において、同図（Ｅ）に示すように、最終ピーク電流判別信号ＰｄがＨｉｇｈレベルに変化する。さらに、時刻ｔ３〜ｔ４の最終ベース期間ＬＴｂ中は最終ベース電流ＬＩｂを通電する。時刻ｔ４において最終ベース電流ＬＩｂの通電が終了すると、同図（Ｂ）に示す起動信号ＯｎがＬｏｗレベルになり、溶接電源の出力は停止されて溶接が終了する。同図（Ｇ）に示すように、溶接電圧Ｖｗは、上述したピーク電流Ｉｐ及びベース電流Ｉｂの通電に応じたピーク電圧及びベース電圧が繰り返される。アンチスティック期間Ｔａ中は、溶接電圧Ｖｗの平均値が定常溶接電圧設定値よりも小さな値に予め定めたアンチスティック用溶接電圧設定値と等しくなるようにパルス周期Ｔｆが、上述したようにフィードバック制御される。アンチスティック期間Ｔａ中のピーク電流（最終ピーク電流も含む）、ピーク期間（最終ピーク期間も含む）及びベース電流は、定常状態中と同一値に設定しても良いし、１パルス周期１溶滴移行が成立する範囲において異なる値に設定しても良い。

以下、従来技術における溶融球の形成について説明する。時刻ｔ３において、同図（Ｆ）に示すように、最終ピーク電流ＬＩｐの通電が終了した時点で、最終ピーク電流ＬＩｐの通電によって形成された溶滴が溶融池に移行する。したがって、この時点においては、ワイヤ先端の溶融球は形成されていない状態（１．０倍の状態）である。最終ベース電流ＬＩｂの通電に伴って、ワイヤ先端が溶融されて溶融球が次第に大きくなる。そして、時刻ｔ４において、最終ベース電流ＬＩｂの通電が終了すると、それまでに形成された溶融球が冷却されて凝固する。この溶融球の形状の一例を図５に示す。溶接ワイヤ１の先端に形成された溶融球１ａは略球形となっており、ワイヤ直径の１．２５倍程度の大きさである。溶融球のサイズは、最終ベース電流ＬＩｂ及び最終ベース期間ＬＴｂの値によって定まることになる。最終ベース電流ＬＩｂの値が大きくなるとアーク力も大きくなり、溶融池からスパッタが発生しやすくなる。逆に、最終ベース電流ＬＩｂの値が小さくなるとアーク切れが発生しやすくなる。したがって、最終ベース電流ＬＩｂの値は、時刻ｔ１以前の定常状態と同程度の２０〜１００Ａの範囲で設定される。直系１．２mmの鉄鋼ワイヤの場合、ＬＩｂ＝５０Ａ及び最終ベース期間ＬＴｂ＝０〜７０ms程度に設定される。アンチスティック期間Ｔａ中のピーク期間Ｔｐ、ピーク電流Ｉｐ及びベース電流Ｉｂは、時刻ｔ１以前の定常状態と同一値又は異なった値に設定される。最終ベース期間ＬＴｂ＝０のときは、最終ピーク電流ＬＩｐの通電によって溶接が終了することになる。このようにすると、溶融球のサイズは１．０倍程度となり、最も小さくすることができる。

特開２０１２−１３０９６１号公報

上述したように、鉄鋼ワイヤの場合には、溶融球の底部へのスラグの付着状態とアークスタート時のスパッタの発生状態とのバランスを考量して、形成する溶融球のサイズを決定する必要がある。この溶融球のサイズとしては、ワイヤ直径の１．２５倍程度が１つの目安となっている。

適正な溶融球のサイズは、溶接ワイヤの種類、直径、シールドガスの混合比率、溶接継手、溶接姿勢等の種々の溶接条件によって異なっている。これは、溶接条件によって、上述したスラグの付着状態及びアークスタート時のスパッタの発生状態が変化するためである。上記の溶接ワイヤ種類とは、鉄鋼ワイヤであっても、様々な成分のワイヤが市販されていることを示しており、その成分比率によってスラグの付着状態及びスパッタの発生状態が変化する。パルスマグ溶接では、シールドガスとして８０％Ａｒ＋２０％ＣＯ2の混合ガスが使用されることが多い。しかし、５〜２０％の範囲でＣＯ2の混合比率を少なくしたシールドガスも使用される。シールドガスの混合比率が変化すると、スラグの付着状態及びスパッタの発生状態が変化することになる。

上述したような種々の溶接条件ごとに、スラグの付着状態とスパッタの発生状態とのバランスを考量して適正な溶融球になるように、制御パラメータを設定するには、多くの工数が必要になる。さらには、スラグの付着状態及びスパッタの発生状態には、同一溶接条件であってもばらつきがあるために、アークスタート性の良否をオペレータ、溶接作業者等の人が感覚によって行うことは難しい。

そこで、本発明では、種々な溶接条件に応じて、適正な溶融球を形成するための制御パラメータを自動設定することができるパルスアーク溶接の終了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、
ピーク電流とベース電流とを繰り返し通電して溶接するパルスアーク溶接方法にあって、溶接を終了する際に最終ピーク電流の通電を判別すると予め定めた最終ベース電流を予め定めた最終ベース期間だけ通電して溶接を終了するパルスアーク溶接の終了制御方法において、
アークスタート時のアーク状態が定常状態に収束するまでの過渡期間の時間長さに応じて、前記最終ベース期間の時間長さを変化させる、
ことを特徴とするパルスアーク溶接の終了制御方法である。

請求項２の発明は、前記過渡期間の時間長さを、ローパスフィルタを通した溶接電圧が定常状態に収束するまでの時間長さで検出する、
ことを特徴とする請求項１記載のパルスアーク溶接の終了制御方法である。

請求項３の発明は、前記過渡期間の時間長さを、ローパスフィルタを通した溶接電流が定常状態に収束するまでの時間長さで検出する、
ことを特徴とする請求項１記載のパルスアーク溶接の終了制御方法である。

本発明によれば、アークスタート時のアーク状態が定常状態に収束するまでの過渡期間の時間長さに応じて、最終ベース期間の時間長さを変化させて適正値に自動設定することができる。これにより、溶融球のサイズを自動的に適正化することができるので、アークスタート時にアーク状態を定常状態に速やかに収束させることができ、かつ、アークスタート時のスパッタの発生を少なくすることができる。そして、種々の溶接条件に応じて最終ベース期間を適正化するためには複雑な作業と豊富な経験が必要であったが、本発明では適正化は自動的におこなわれるので、生産準備のための工数を、大幅に削減することができる。

本発明の実施の形態に係るパルスアーク溶接の終了制御方法を示すタイミングチャートである。 本発明の実施の形態に係るパルスアーク溶接のアークスタート時のタイミングチャートである。 本発明の実施の形態に係るパルスアーク溶接の終了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。 従来技術におけるパルスアーク溶接の終了制御方法を示すタイミングチャートである。 従来技術におけるパルスアーク溶接の終了制御方法によって形成された溶融球の形状を示す図である。

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。

図１は、本発明の実施の形態に係るパルスアーク溶接の終了制御方法を示すタイミングチャートである。同図（Ａ）は溶接開始信号Ｓｔを示し、同図（Ｂ）は起動信号Ｏｎを示し、同図（Ｃ）は溶接ワイヤの送給速度Ｆｗを示し、同図（Ｄ）は送給停止判別信号Ｓｄを示し、同図（Ｅ）は最終ピーク電流判別信号Ｐｄを示し、同図（Ｆ）は溶接電流Ｉｗを示し、同図（Ｇ）は溶接電圧Ｖｗを示す。同図は上述した図４と同一波形であり、最終ベース期間ＬＴｂが所定値ではなく、後述するようにアークスタート時のアーク状態が定常状態に収束するまでの過渡期間の時間長さに応じて自動的に最適化される点が異なっている。以下、図４と同一の動作については説明を省略し、異なる点を中心として説明する。

時刻ｔ１において、同図（Ａ）に示すように、溶接開始信号ＳｔがＬｏｗレベル（溶接終了指令）になると、同図（Ｃ）に示すように、送給モータへの電力供給が遮断されるので送給速度Ｆｗは慣性によって次第に遅くなる。そして、時刻ｔ２において、送給速度Ｆｗが送給停止判別基準値Ｆｔ未満になると、同図（Ｄ）に示すように、送給停止判別信号ＳｄがＨｉｇｈレベルになる。同図（Ｆ）に示すように、時刻ｔ１以降の期間（アンチスティック期間Ｔａ）中の溶接電流Ｉｗは、ピーク電流Ｉｐ及びベース電流Ｉｂの通電を上述した周波数変調制御によって定まるパルス周期Ｔｆごとに繰り返す。そして、同図（Ｄ）に示す送給停止判別信号ＳｄがＨｉｇｈレベルに変化した時点（時刻ｔ２）移行の最初のピーク電流を最終ピーク電流ＬＩｐとして判別する。そして、時刻ｔ３において、この最終ピーク電流ＬＩｐの通電終了を判別すると、同図（Ｅ）に示すように、最終ピーク電流判別信号ＰｄがＨｉｇｈレベルに変化する。この最終ピーク電流判別信号ＰｄがＨｉｇｈレベルに変化すると、自動設定された最終ベース期間ＬＴｂの間予め定めた最終ベース電流ＬＩｂを通電する。時刻ｔ４において、最終ベース電流ＬＩｂの通電が終了すると、同図（Ｂ）に示すように、起動信号ＯｎがＬｏｗレベル（停止）に変化し、溶接電源の出力は停止されて溶接が終了する。

上記の最終ベース電流ＬＩｂの設定については、図４と同一である。上記の最終ベース期間ＬＴｂは、後述するように、アークスタート時のアーク状態が定常状態に収束するまでの過渡期間の時間長さを検出し、この過渡期間の時間長さに応じて自動的に設定される。以下、このアークスタート時のアーク状態が定常状態に収束するまでの過渡期間の時間長さについて説明する。

図２は、本発明の実施の形態に係るパルスアーク溶接のアークスタート時のタイミングチャートである。同図（Ａ）は溶接開始信号Ｓｔを示し、同図（Ｂ）は起動信号Ｏｎを示し、同図（Ｃ）は溶接ワイヤの送給速度Ｆｗを示し、同図（Ｄ）は溶接電流平滑信号Ｉavを示し、同図（Ｅ）は溶接電圧平滑信号Ｖavを示し、同図（Ｆ）は過渡期間判別信号Ａｄを示す。以下、同図を参照して説明する。

同図（Ｄ）に示す溶接電流平滑信号Ｉavは、溶接電流Ｉｗをカットオフ周波数１〜１０Ｈｚのローパスフィルタに通して平滑した信号である。同図（Ｅ）に示す溶接電圧平滑信号Ｖavは、溶接電圧Ｖｗをカットオフ周波数１〜１０Ｈｚのローパスフィルタに通して平滑した信号である。溶接電流Ｉｗはピーク電流とベース電流とから形成されるパルス波形であるが、溶接電流平滑信号Ｉavはローパスフィルタの作用によってパルス波形ではない平滑化された波形となる。溶接電圧平滑信号Ｖavについても同様である。

同図（Ａ）に示すように、時刻ｔ１において、溶接開始信号ＳｔがＨｉｇｈレベルになると、同図（Ｂ）に示すように、起動信号ＯｎがＨｉｇｈレベルに変化する。これに応動して、溶接電源の出力が開始されるので、同図（Ｇ）に示すように、無負荷電圧が溶接ワイヤと母材との間に印加する。同時に、同図（Ｃ）に示すように、送給速度Ｆｗは１〜２m/min程度の遅いスローダウン速度となり、溶接ワイヤは母材へと次第に接近する。

時刻ｔ２において、上記のスローダウン送給によって溶接ワイヤ先端の溶融球の底部が母材と接触すると、アークが発生する。アークが発生すると、時刻ｔ２〜ｔ３の期間中は、同図（Ｄ）に示すように、溶接電流平滑信号Ｉavは急速に増加し、同図（Ｅ）に示すように、溶接電圧平滑信号Ｖavは無負荷電圧値から急速に減少する。時刻ｔ２において、同図（Ｃ）に示すように、送給速度Ｆｗはスローダウン速度からスロープ状に増加して、時刻ｔ４において予め定めた定常の送給速度に収束する。

時刻ｔ２〜ｔ５の期間中は、同図（Ｄ）に示すように、溶接電流平滑信号Ｉavは緩やかに減少して、時刻ｔ５以降は略一定値に収束する。同様に、時刻ｔ２〜ｔ５の期間中は、同図（Ｅ）に示すように、溶接電圧平滑信号Ｖavは緩やかに増加して、時刻ｔ５以降は略一定値に収束する。

同図（Ｆ）に示すように、過渡期間判別信号Ａｄは、アークが発生して溶接電流Ｉｗが通電を開始する時刻ｔ２にＨｉｇｈレベルにセットされ、溶接電流平滑信号Ｉav又は溶接電圧平滑信号Ｖavの変化率が基準変化率未満となる時刻ｔ５にＬｏｗレベルにリセットされる。この過渡期間判別信号ＡｄがＨｉｇｈレベルになっている時刻ｔ２〜ｔ５の期間が過渡期間Ｔｋとなる。時刻ｔ５以降は、定常状態となる。

アークスタートを開始する際のワイヤ先端の溶滴球が小さい場合には、底部にスラグが付着するために、アークが底部の局所から発生してアーク状態が安定するのに時間がかかるので、上記の過渡期間Ｔｋが長くなる。他方、アークスタートを開始する際のワイヤ先端の溶滴球が大きい場合には、大きな溶滴球を溶融してアーク状態が安定するのに時間がかかるので、やはり上記の過渡期間Ｔｋが長くなる。すなわち、アークスタートを開始する際のワイヤ先端の溶滴球が適正である場合には、アーク状態は速やかに安定するために、上記の過渡期間Ｔｋは短くなり、スパッタ発生量も少なくなる。この知見に基づいて、以下に説明するように、過渡期間Ｔｋを使用して、最終ベース期間ＬＴｂを自動調整することによって溶滴球のサイズの適正化を測ることができる。

過渡期間Ｔｋに基づいて最終ベース期間ＬＴｂの時間長さをどのように変化させて自動設定するかについて説明する。この自動設定は、以下のステップによって行われる。
ステップ１）最終ベース期間ＬＴｂを０ms、２０ms、４０ms、６０ms、８０ms、１００msと変化させて、実際の溶接工程において実溶接を行い、過渡期間Ｔｋを計測する。
ステップ２）過渡期間Ｔｋが最小となった最終ベース期間ＬＴｂの値に固定する。

図３は、上述した本発明の実施の形態に係るパルスアーク溶接の終了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。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、後述する駆動信号Ｄｖに従ってインバータ制御による出力制御を行い、溶接電流Ｉｗ及び溶接電圧Ｖｗ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、平滑された直流を上記の駆動信号Ｄｖに従って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を備える。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が発生して溶接が行われる。

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。溶接電圧平滑回路ＶＡＶは、この溶接電圧検出信号Ｖｄを入力として、ローパスフィルタを通して平均化して、溶接電圧平滑信号Ｖavを出力する。

溶接電圧設定回路ＶＲは、定常状態中は予め定めた定常溶接電圧設定値となり、アンチスティック期間中は予め定めたアンチスティック用溶接電圧設定値となる溶接電圧設定信号Ｖｒを出力する。電圧誤差増幅回路ＥＶは、上記の溶接電圧設定信号Ｖｒと上記の溶接電圧平滑信号Ｖavとの誤差を増幅して、電圧誤差増幅信号Ｅｖを出力する。

Ｖ／Ｆコンバータ回路ＶＦは、この電圧誤差増幅信号Ｅｖに比例した周波数の信号に変換して、パルス周期信号Ｔfsを出力する。したがって、このパルス周期信号Ｔfsは、パルス周期ごとに短時間Ｈｉｇｈレベルになる信号である。

送給速度検出回路ＦＤは、上記の送給モータＷＭからの回転速度信号を入力として、送給速度Ｆｗに換算し、送給速度検出信号Ｆｄとして出力する。回転速度の検出は、直流モータにあっては回転速度と比例関係にある電機子電圧を検出することによって行うことができる。また、回転速度に比例した電圧を発生するタコジェネレータを送給モータＷＭに取り付けることによっても、回転速度を検出することができる。さらに、エンコーダ付き送給モータＷＭの場合には、エンコーダからのパルス信号によって回転速度を検出することができる。送給停止判別回路ＳＤは、上記の送給速度検出信号Ｆｄを入力として、この送給速度検出信号Ｆｄの値が予め定めた送給停止判別基準値Ｆｔ未満になったときはＨｉｇｈレベルになる送給停止判別信号Ｓｄを出力する。

ピーク期間回路ＴＰＳは、上記のパルス周期信号Ｔfsを入力として、この信号が短時間Ｈｉｇｈレベルに変化するごとに予め定めたピーク期間だけＨｉｇｈレベルになり、それ以降は次の短時間のＨｉｇｈレベルの信号が来るまではＬｏｗレベルになるピーク期間信号Ｔpsを出力する。このピーク期間信号Ｔpsは、ピーク期間中はＨｉｇｈレベルになり、ベース期間中はＬｏｗレベルになる信号である。

最終ピーク電流判別回路ＰＤは、このピーク期間信号Ｔps及び上記の送給停止判別信号Ｓｄを入力として、送給停止判別信号ＳｄがＨｉｇｈレベル（送給停止）に変化した時点からピーク期間信号ＴpsがＬｏｗレベルに変化した時点でＨｉｇｈレベルに変化する最終ピーク電流判別信号Ｐｄを出力する。この最終ピーク電流判別信号Ｐｄは、図１において、時刻ｔ２に送給停止判別信号ＳｄがＨｉｇｈレベルになってから、時刻ｔ３において、ピーク期間信号ＴpsがＬｏｗレベルに変化した時点で、Ｈｉｇｈレベルに変化する信号である。すなわち、最終ピーク電流ＬＩｐの通電終了を判別してＨｉｇｈレベルになる信号である。

溶接開始回路ＳＴは、溶接開始指令のときはＨｉｇｈレベルになり、溶接終了指令のときはＬｏｗレベルになる溶接開始信号Ｓｔを出力する。起動回路ＯＮは、上記の溶接開始信号Ｓｔ、上記の最終ピーク電流判別信号Ｐｄ及び後述する最終ベース期間設定信号ＬＴbrを入力として、溶接開始信号ＳｔがＨｉｇｈレベルになるとＨｉｇｈレベルに変化し、最終ピーク電流判別信号ＰｄがＨｉｇｈレベルになった時点から最終ベース期間設定信号ＬＴbrによって定まる期間が経過した後にＬｏｗレベルに変化する起動信号Ｏｎを出力する。

溶接電流検出回路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。溶接電流平滑回路ＩＡＶは、この溶接電流検出信号Ｉｄを入力として、ローパスフィルタを通して平均化して、溶接電流平滑信号Ｉavを出力する。電流通電判別回路ＣＤは、上記の溶接電流検出信号Ｉｄを入力として、その値が０よりも大きくなったことを判別して、Ｈｉｇｈレベルになる電流通電判別信号Ｃｄを出力する。この電流通電判別信号Ｃｄは、溶接電流Ｉｗが通電するとＨｉｇｈレベルになる信号である。

過渡期間判別回路ＡＤは、上記の電流通電判別信号Ｃｄ、上記の溶接電圧平滑信号Ｖav及び上記の溶接電流平滑信号Ｉavを入力として、電流通電判別信号ＣｄがＨｉｇｈレベルに変化するとＨｉｇｈレベルにセットされ、溶接電圧平滑信号Ｖav又は溶接電流平滑信号Ｉavの変化率が基準変化率未満になるとＬｏｗレベルにリセットされる過渡期間判別信号Ａｄを出力する。

期間設定回路ＭＳは、上記の最終ピーク電流判別信号Ｐｄ、上記の電流通電判別信号Ｃｄ及び上記のピーク期間信号Ｔpsを入力として、以下のような処理を行い期間設定信号Ｍｓを出力する。
１）起動後に電流通電判別信号ＣｄがＨｉｇｈレベル（電流通電）に変化するまでは、その値が１となる期間設定信号Ｍｓを出力する。
２）それ以降において、最終ピーク電流判別信号ＰｄがＬｏｗレベル（最終ピーク電流の判別以前）のときは、ピーク期間信号ＴpsがＨｉｇｈレベル（ピーク期間）のときその値が２となり、Ｌｏｗレベル（ベース期間）のときその値が３となる期間設定信号Ｍｓを出力する。
３）最終ピーク電流判別信号ＰｄがＨｉｇｈレベル（最終ピーク電流の判別以降）のときは、その値が４となる期間設定信号Ｍｓを出力する。
したがって、図２において、この期間設定信号Ｍｓは、時刻ｔ１〜ｔ２の期間中は１となり、それ以降のピーク期間Ｔｐ中は２となり、ベース期間Ｔｂ中は３となる。さらに、図１において、この期間設定信号Ｍｓは、時刻ｔ３以前のピーク期間Ｔｐ中は２となり、ベース期間Ｔｂ中は３となり、時刻ｔ３以降の最終ベース期間ＬＴｂ中は４となる。

ピーク電流設定回路ＩＰＲは、予め定めたピーク電流設定信号Ｉprを出力する。ベース電流設定回路ＩＢＲは、予め定めたベース電流設定信号Ｉbrを出力する。最終ベース電流設定回路ＬＩＢＲは、予め定めた最終ベース電流設定信号ＬＩbrを出力する。

最終ベース期間設定回路ＬＴＢＲは、上記の起動信号Ｏｎ及び上記の過渡期間判別信号Ａｄを入力として、上述したように、最終ベース期間設定信号ＬＴbrの値を起動信号ＯｎがＨｉｇｈレベルに変化するごとに０ms、２０ms、４０ms、６０ms、８０ms、１００msと変化させて出力し、各値のときの過渡期間判別信号ＡｄのＨｉｇｈレベルの期間から過渡期間Ｔｋを計測して記憶し、その後は過渡期間Ｔｋが最小となった最終ベース期間設定信号ＬＴbrの値に固定して出力する。

電流設定回路ＩＲは、上記の最終ベース電流設定信号ＬＩbr、上記のピーク電流設定信号Ｉpr、上記のベース電流設定信号Ｉbr及び上記の期間設定信号Ｍｓを入力として、期間設定信号Ｍｓ＝１のときはピーク電流設定信号Ｉprを電流設定信号Ｉｒとして出力し、Ｍｓ＝２のときはピーク電流設定信号Ｉprを電流設定信号Ｉｒとして出力し、Ｍｓ＝３のときはベース電流設定信号Ｉbrを電流設定信号Ｉｒとして出力し、Ｍｓ＝４のときは最終ベース電流設定信号ＬＩbrを電流設定信号Ｉｒとして出力する。

電流誤差増幅回路ＥＩは、上記の電流設定信号Ｉｒ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。駆動回路ＤＶは、この電流誤差増幅信号Ｅｉ及び上記の起動信号Ｏｎを入力として、起動信号ＯｎがＨｉｇｈレベルのときは電流誤差増幅信号Ｅｉに基づいてパルス幅変調制御を行い、上記の電源主回路ＰＭ内のインバータ回路を駆動するための駆動信号Ｄｖを出力し、起動信号ＯｎがＬｏｗレベルのときは駆動信号Ｄｖの出力を停止する。

送給速度設定回路ＦＲは、上記の電流通電判別信号Ｃｄを入力として、電流通電判別信号ＣｄがＬｏｗレベル（非通電）のときは予め定めたスローダウン送給速度となり、Ｈｉｇｈレベル（通電）のときは定常送給速度となる送給速度設定信号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及び上記の溶接開始信号Ｓｔを入力として、溶接開始信号ＳｔがＨｉｇｈレベルのときは溶接ワイヤ１を送給速度設定信号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に出力し、溶接開始信号ＳｔがＬｏｗレベルのときは送給を停止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。

上記においては、送給速度を検出し、送給が略停止した時点から最初のピーク電流を最終ピーク電流ＬＩｐとして判別している。これ以外の最終ピーク電流ＬＩｐの判別方法として、以下のような方法もある。図１において、同図（Ａ）に示す溶接開始信号ＳｔがＬｏｗレベルになった時点（時刻ｔ１）から、予め定めたｎ会目のピーク電流を最終ピーク電流ＬＩｐとして判別する。ｎは正の整数であり、例えば３〜２０の範囲で設定する。このｎの設定は、送給モータの種類、溶接ワイヤの材質、直径、定常送給速度等の溶接条件に応じて適正値に設定する。さらに、別の判別方法として、図１において、同図（Ａ）に示す溶接開始信号ＳｔがＬｏｗレベルになった時点（時刻ｔ１）から所定期間経過した後のピーク電流を最終ピーク電流ＬＩｐとして判別する方法もある。この所定期間とは、送給モータが完成によって停止するまでの期間に相当する。したがって、この所定期間は、送給モータの種類、溶接ワイヤの材質、直径、定常送給速度等の溶接条件に応じて適正値に設定する。

上述した実施の形態においては、過渡期間Ｔｋによって、最終ベース期間ＬＴｂを自動的に最適化している。これに加えて、過渡期間Ｔｋによって、最終ベース電流ＬＩｂの値を自動的に最適化するようにしても良い。

上述した実施の形態によれば、アークスタート時のアーク状態が定常状態に収束するまでの過渡期間の時間長さに応じて、最終ベース期間の時間長さを変化させて適正値に自動設定することができる。これにより、溶融球のサイズを自動的に適正化することができるので、アークスタート時にアーク状態を定常状態に速やかに収束させることができ、かつ、アークスタート時のスパッタの発生を少なくすることができる。そして、種々の溶接条件に応じて最終ベース期間を適正化するためには複雑な作業と豊富な経験が必要であったが、本実施の形態では適正化は自動的におこなわれるので、生産準備のための工数を、大幅に削減することができる。

１ 溶接ワイヤ
１ａ 溶融球
１ｂ スラグ
２ 母材
３ アーク
４ 溶接トーチ
５ 送給ロール
ＡＤ 過渡期間判別回路
Ａｄ 過渡期間判別信号
ＣＤ 電流通電判別回路
Ｃｄ 電流通電判別信号
ＤＶ 駆動回路
Ｄｖ 駆動信号
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
ＦＣ 送給制御回路
Ｆｃ 送給制御信号
ＦＤ 送給速度検出回路
Ｆｄ 送給速度検出信号
ＦＲ 送給速度設定回路
Ｆｒ 送給速度設定信号
Ｆｔ 送給停止判別基準値
Ｆｗ 送給速度
ＩＡＶ 溶接電流平滑回路
Ｉav 溶接電流平滑信号
Ｉｂ ベース電流
ＩＢＲ ベース電流設定回路
Ｉbr ベース電流設定信号
ＩＤ 溶接電流検出回路
Ｉｄ 溶接電流検出信号
Ｉｐ ピーク電流
ＩＰＲ ピーク電流設定回路
Ｉpr ピーク電流設定信号
ＩＲ 電流設定回路
Ｉｒ 電流設定信号
Ｉｗ 溶接電流
ＬＩｂ 最終ベース電流
ＬＩＢＲ 最終ベース電流設定回路
ＬＩbr 最終ベース電流設定信号
ＬＩｐ 最終ピーク電流
ＬＴｂ 最終ベース期間
ＬＴＢＲ 最終ベース期間設定回路
ＬＴbr 最終ベース期間設定信号
ＭＳ 期間設定回路
Ｍｓ 期間設定信号
ＯＮ 起動回路
Ｏｎ 起動信号
ＰＤ 最終ピーク電流判別回路
Ｐｄ 最終ピーク電流判別信号
ＰＭ 電源主回路
ＳＤ 送給停止判別回路
Ｓｄ 送給停止判別信号
ＳＴ 溶接開始回路
Ｓｔ 溶接開始信号
Ｔａ アンチスティック期間
Ｔｂ ベース期間
Ｔｆ パルス周期
Ｔfs パルス周期信号
Ｔｋ 過渡期間
Ｔｐ ピーク期間
ＴＰＳ ピーク期間回路
Ｔps ピーク期間信号
ＶＡＶ 溶接電圧平滑回路
Ｖav 溶接電圧平滑信号
ＶＤ 溶接電圧検出回路
Ｖｄ 溶接電圧検出信号
ＶＦ Ｖ／Ｆコンバータ回路
ＶＲ 溶接電圧設定回路
Ｖｒ 溶接電圧設定信号
Ｖｗ 溶接電圧
ＷＭ 送給モータ

Claims (3)

1. ピーク電流とベース電流とを繰り返し通電して溶接するパルスアーク溶接方法にあって、溶接を終了する際に最終ピーク電流の通電を判別すると予め定めた最終ベース電流を予め定めた最終ベース期間だけ通電して溶接を終了するパルスアーク溶接の終了制御方法において、
   アークスタート時のアーク状態が定常状態に収束するまでの過渡期間の時間長さに応じて、前記最終ベース期間の時間長さを変化させる、
   ことを特徴とするパルスアーク溶接の終了制御方法。
2. 前記過渡期間の時間長さを、ローパスフィルタを通した溶接電圧が定常状態に収束するまでの時間長さで検出する、
   ことを特徴とする請求項１記載のパルスアーク溶接の終了制御方法。
3. 前記過渡期間の時間長さを、ローパスフィルタを通した溶接電流が定常状態に収束するまでの時間長さで検出する、
   ことを特徴とする請求項１記載のパルスアーク溶接の終了制御方法。

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