JP2019130588A - アーク溶接制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】溶接ワイヤの送給を正送期間と逆送期間とに交互に切り換える溶接方法において、短絡期間の変動に伴う溶接状態の変動を抑制する。【解決手段】溶接ワイヤの送給速度Ｆｗを正の値の正送期間と負の値の逆送期間とに交互に切り換え、短絡期間(時刻ｔ１〜ｔ４)とアーク期間(時刻ｔ４〜ｔ７)とを繰り返し、逆送期間中にアークが発生すると正送期間に移行し、正送期間中に短絡が発生すると逆送期間に移行して溶接するアーク溶接制御方法において、時刻ｔ１〜ｔ４の短絡期間の時間長さが長くなると、時刻ｔ４〜ｔ５の逆送減速期間の時間長さを短くし、短絡期間の時間長さが短くなると、逆送減速期間の時間長さを長くする。これにより、短絡期間が変動しても、アーク期間を調整して短絡とアークとの繰り返し周期を安定化することができ、溶接状態の変動を抑制することができる。【選択図】 図２

Description

本発明は、溶接ワイヤの送給を正送期間と逆送期間とに交互に切り換え、短絡期間とアーク期間とを繰り返して溶接するアーク溶接制御方法に関するものである。

一般的な消耗電極式アーク溶接では、消耗電極である溶接ワイヤを一定速度で送給し、溶接ワイヤと母材との間にアークを発生させて溶接が行なわれる。消耗電極式アーク溶接では、溶接ワイヤと母材とが短絡期間とアーク期間とを交互に繰り返す溶接状態になることが多い。

溶接品質をさらに向上させるために、溶接ワイヤの正送と逆送とを繰り返して溶接する正逆送給アーク溶接方法が提案されている。特許文献１の発明では、溶接ワイヤの送給を正送期間と逆送期間とに交互に切り換え、短絡期間とアーク期間とを繰り返し、逆送期間中にアークが発生すると正送期間に移行し、正送期間中に短絡が発生すると逆送期間に移行して溶接するアーク溶接方法が開示されている。

国際公開ＷＯ２０１６／０３９１１３号公報 図７

短絡期間の時間長さは、溶融池の不規則な運動、溶接ワイヤの溶融状態等の外乱によって変動する。正逆送給アーク溶接では、正送のみの通常のアーク溶接に比べて、溶接状態が短絡期間の変動の影響を受けやすいという問題がある。

そこで、本発明では、正逆送給アーク溶接において、短絡期間が変動しても溶接状態を安定に維持することができるアーク溶接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、
溶接ワイヤの送給を正送期間と逆送期間とに交互に切り換え、短絡期間とアーク期間とを繰り返し、前記逆送期間中にアークが発生すると前記正送期間に移行し、前記正送期間中に短絡が発生すると前記逆送期間に移行して溶接するアーク溶接制御方法において、
前記短絡期間の時間長さに応じて逆送減速期間の時間長さを制御する、
ことを特徴とするアーク溶接制御方法である。

請求項２の発明は、前記逆送減速期間の時間長さの制御は、前記逆送期間の時間長さが所定値になるように行う、
ことを特徴とする請求項１に記載のアーク溶接制御方法である。

請求項３の発明は、前記アーク期間に移行した時点から遅延時間が経過した後に溶接電流を増加させ、前記遅延時間は前記逆送減速期間の時間長さに応じて変化する、
ことを特徴とする請求項１〜２のいずれか１項に記載のアーク溶接制御方法である。

請求項４の発明は、前記アーク期間の時間長さに応じて正送加速期間の時間長さを制御する、
ことを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載のアーク溶接制御方法である。

請求項５の発明は、前記正送加速期間の時間長さの制御は、前記正送期間の時間長さが所定値になるように行う、
ことを特徴とする請求項４に記載のアーク溶接制御方法である。

本発明によれば、正逆送給アーク溶接において、短絡期間が変動しても溶接状態を安定に維持することができる。

本発明の実施の形態１に係るアーク溶接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。 本発明の実施の形態１に係るアーク溶接制御方法を示す図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。 本発明の実施の形態２に係るアーク溶接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、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の発明は、短絡期間の時間長さに応じて逆送減速期間の時間長さを制御するものである。

図１は、本発明の実施の形態１に係るアーク溶接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、後述する誤差増幅信号Ｅａに従ってインバータ制御等による出力制御を行い、出力電圧Ｅ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上記の誤差増幅信号Ｅａによって駆動されるインバータ回路、高周波交流を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次整流器を備えている。

リアクトルＷＬは、上記の出力電圧Ｅを平滑する。このリアクトルＷＬのインダクタンス値は、例えば１００μＨである。

送給モータＷＭは、後述する送給制御信号Ｆｃを入力として、正送と逆送とを交互に繰り返して溶接ワイヤ１を送給速度Ｆｗで送給する。送給モータＷＭには、過渡応答性の速いモータが使用される。溶接ワイヤ１の送給速度Ｆｗの変化率及び送給方向の反転を速くするために、送給モータＷＭは溶接トーチ４の先端の近くに設置される場合がある。また、送給モータＷＭを２個使用して、プッシュプル方式の送給系とする場合もある。

溶接ワイヤ１は、上記の送給モータ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。溶接トーチ４内の給電チップ（図示は省略）と母材２との間には溶接電圧Ｖｗが印加し、溶接電流Ｉｗが通電する。

電流検出回路ＩＤは、上記の溶接電流Ｉｗ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、上記の電圧検出信号Ｖｄを入力として、この値が予め定めた短絡判別値（１０Ｖ程度）未満のときは短絡期間にあると判別してＨｉｇｈレベルになり、以上のときはアーク期間にあると判別してＬｏｗレベルになる短絡判別信号Ｓｄ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。

電圧誤差増幅回路ＥＶは、上記の電圧設定信号Ｖｒ及び上記の電圧検出信号Ｖｄを入力として、電圧設定信号Ｖｒ（＋）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。

平均送給速度設定回路ＦＡＲは、予め定めた平均送給速度設定信号Ｆarを出力する。

正送加速期間設定回路ＴＳＵＲは、予め定めた正送加速期間設定信号Ｔsurを出力する。

正送減速期間設定回路ＴＳＤＲは、予め定めた正送減速期間設定信号Ｔsdrを出力する。

逆送加速期間設定回路ＴＲＵＲは、予め定めた逆送加速期間設定信号Ｔrurを出力する。

正送ピーク値設定回路ＷＳＲは、上記の平均送給速度設定信号Ｆarを入力として、平均送給速度設定信号Ｆarに対応して予め定めた正送ピーク値設定信号Ｗsrを出力する。正送ピーク値設定信号Ｗsrは、送給速度Ｆｗの平均値と平均送給速度設定信号Ｆarの値とが等しくなるように実験によって予め算出される。そして、平均送給速度設定信号Ｆarに応じた正送ピーク値設定信号Ｗsrの値が記憶される。

逆送ピーク値設定回路ＷＲＲは、上記の平均送給速度設定信号Ｆarを入力として、平均送給速度設定信号Ｆarに対応して予め定めた逆送ピーク値設定信号Ｗrrを出力する。逆送ピーク値設定信号Ｗrrは、送給速度Ｆｗの平均値と平均送給速度設定信号Ｆarの値とが等しくなるように実験によって予め算出される。そして、平均送給速度設定信号Ｆarに応じた逆送ピーク値設定信号Ｗrrの値が記憶される。

逆送期間設定回路ＴＲＲは、予め定めた逆送期間設定信号Ｔrrを出力する。

逆送期間測定回路ＭＴＲは、後述する送給速度設定信号Ｆｒを入力として、送給速度設定信号Ｆｒが正の値から負の値に変化した時点(逆送期間の開始時点)からの経過時間を測定して逆送期間測定信号Ｍtrを出力する。

送給速度設定回路ＦＲは、上記の正送加速期間設定信号Ｔsur、上記の正送減速期間設定信号Ｔsdr、上記の逆送加速期間設定信号Ｔrur、上記の正送ピーク値設定信号Ｗsr、上記の逆送ピーク値設定信号Ｗrr、上記の短絡判別信号Ｓｄ、上記の逆送期間設定信号Ｔrr及び上記の逆送期間測定信号Ｍtrを入力として、以下の処理によって生成された送給速度パターンを送給速度設定信号Ｆｒとして出力すると共に、算出された逆送減速期間設定信号Ｔrdrを出力する。この送給速度設定信号Ｆｒが正の値のときは正送期間となり、負の値のときは逆送期間となる。
１）正送加速期間設定信号Ｔsurによって定まる正送加速期間Ｔsu中は０から正送ピーク値設定信号Ｗsrによって定まる正の値の正送ピーク値Ｗspまで直線状に加速する送給速度設定信号Ｆｒを出力する。
２）続いて、正送ピーク期間Ｔsp中は、上記の正送ピーク値Ｗspを維持する送給速度設定信号Ｆｒを出力する。
３）短絡判別信号ＳｄがＬｏｗレベル(アーク期間)からＨｉｇｈレベル(短絡期間)に変化すると、正送減速期間設定信号Ｔsdrによって定まる正送減速期間Ｔsdに移行し、上記の正送ピーク値Ｗspから０まで直線状に減速する送給速度設定信号Ｆｒを出力する。
４）続いて、逆送加速期間設定信号Ｔrurによって定まる逆送加速期間Ｔru中は０から逆送ピーク値設定信号Ｗrrによって定まる負の値の逆送ピーク値Ｗrpまで直線状に加速する送給速度設定信号Ｆｒを出力する。
５）続いて、逆送ピーク期間Ｔrp中は、上記の逆送ピーク値Ｗrpを維持する送給速度設定信号Ｆｒを出力する。
６）短絡判別信号ＳｄがＨｉｇｈレベル(短絡期間)からＬｏｗレベル(アーク期間)に変化した時点において、逆送期間設定信号Ｔrrの値から逆送期間測定信号Ｍtrの値を減算して逆送減速期間設定信号Ｔrdrを算出して出力する。そして、この逆送減速期間設定信号Ｔrdrによって定まる逆送減速期間Ｔrd中は上記の逆送ピーク値Ｗrpから０まで直線状に減速する送給速度設定信号Ｆｒを出力する。この動作により、短絡期間が変動しても、逆送期間Ｔｒは、常に逆送期間設定信号Ｔrrの値と等しくなる。
７）上記の１）〜６）を繰り返すことによって正負の台形波状に変化する送給パターンの送給速度設定信号Ｆｒが生成される。

送給制御回路ＦＣは、上記の送給速度設定信号Ｆｒを入力として、送給速度設定信号Ｆｒの値に相当する送給速度Ｆｗで溶接ワイヤ１を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。

減流抵抗器Ｒは、上記のリアクトルＷＬと溶接トーチ４との間に挿入される。この減流抵抗器Ｒの値は、短絡負荷（０．０１〜０．０３Ω程度）の１０倍以上大きな値（０．５〜３Ω程度）に設定される。この減流抵抗器Ｒが通電路に挿入されると、リアクトルＷＬ及び外部ケーブルのリアクトルに蓄積されたエネルギーが急放電される。

トランジスタＴＲは、上記の減流抵抗器Ｒと並列に接続されて、後述する駆動信号Ｄｒに従ってオン又はオフ制御される。

くびれ検出回路ＮＤは、上記の短絡判別信号Ｓｄ、上記の電圧検出信号Ｖｄ及び上記の電流検出信号Ｉｄを入力として、短絡判別信号ＳｄがＨｉｇｈレベル（短絡期間）であるときの電圧検出信号Ｖｄの電圧上昇値が基準値に達した時点でくびれの形成状態が基準状態になったと判別してＨｉｇｈレベルとなり、短絡判別信号ＳｄがＬｏｗレベル（アーク期間）に変化した時点でＬｏｗレベルになるくびれ検出信号Ｎｄを出力する。また、短絡期間中の電圧検出信号Ｖｄの微分値がそれに対応した基準値に達した時点でくびれ検出信号ＮｄをＨｉｇｈレベルに変化させるようにしても良い。さらに、電圧検出信号Ｖｄの値を電流検出信号Ｉｄの値で除算して溶滴の抵抗値を算出し、この抵抗値の微分値がそれに対応する基準値に達した時点でくびれ検出信号ＮｄをＨｉｇｈレベルに変化させるようにしても良い。

低レベル電流設定回路ＩＬＲは、予め定めた低レベル電流設定信号Ｉlrを出力する。電流比較回路ＣＭは、この低レベル電流設定信号Ｉlr及び上記の電流検出信号Ｉｄを入力として、Ｉｄ＜ＩlrのときはＨｉｇｈレベルになり、Ｉｄ≧ＩlrのときはＬｏｗレベルになる電流比較信号Ｃｍを出力する。

駆動回路ＤＲは、上記の電流比較信号Ｃｍ及び上記のくびれ検出信号Ｎｄを入力として、くびれ検出信号ＮｄがＨｉｇｈレベルに変化するとＬｏｗレベルに変化し、その後に電流比較信号ＣｍがＨｉｇｈレベルに変化するとＨｉｇｈレベルに変化する駆動信号Ｄｒを上記のトランジスタＴＲのベース端子に出力する。したがって、この駆動信号Ｄｒはくびれが検出されるとＬｏｗレベルになり、トランジスタＴＲがオフ状態になり通電路に減流抵抗器Ｒが挿入されるので、短絡負荷を通電する溶接電流Ｉｗは急減する。そして、急減した溶接電流Ｉｗの値が低レベル電流設定信号Ｉlrの値まで減少すると、駆動信号ＤｒはＨｉｇｈレベルになり、トランジスタＴＲがオン状態になるので、減流抵抗器Ｒは短絡されて通常の状態に戻る。

電流制御設定回路ＩＣＲは、上記の短絡判別信号Ｓｄ、上記の低レベル電流設定信号Ｉlr及び上記のくびれ検出信号Ｎｄを入力として、以下の処理を行い、電流制御設定信号Ｉcrを出力する。
１）短絡判別信号ＳｄがＬｏｗレベル(アーク期間)のときは、低レベル電流設定信号Ｉlrとなる電流制御設定信号Ｉcrを出力する。
２）短絡判別信号ＳｄがＨｉｇｈレベル(短絡期間)に変化すると、予め定めた初期期間中は予め定めた初期電流設定値となり、その後は予め定めた短絡時傾斜で予め定めた短絡時ピーク設定値まで上昇してその値を維持する電流制御設定信号Ｉcrを出力する。
３）その後に、くびれ検出信号ＮｄがＨｉｇｈレベルに変化すると、低レベル電流設定信号Ｉlrの値となる電流制御設定信号Ｉcrを出力する。

電流誤差増幅回路ＥＩは、上記の電流制御設定信号Ｉcr及び上記の電流検出信号Ｉｄを入力として、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。

電流降下時間設定回路ＴＤＲは、上記の平均送給速度設定信号Ｆarを入力とする予め定めた電流降下時間算出関数によって電流降下時間Ｔｄを算出して、電流降下時間設定信号Ｔdrを出力する。電流降下時間算出関数は、例えばＴd(ms)＝０．５×Ｆar(m/min)＋４である。Ｆar＝０〜１０m/minの範囲で設定される場合、Ｔｄ＝４〜９msの範囲で変化することになる。電流降下時間算出関数は、溶接ワイヤの直径及び材質に対応して、実験によって適正値に設定される。

小電流期間回路ＳＴＤは、上記の短絡判別信号Ｓｄ及び上記の電流降下時間設定信号Ｔdrを入力として、短絡判別信号ＳｄがＬｏｗレベル(アーク期間)に変化した時点から電流降下時間設定信号Ｔdrによって定まる電流降下時間Ｔｄが経過した時点でＨｉｇｈレベルになり、その後に短絡判別信号ＳｄがＨｉｇｈレベル(短絡期間)になるとＬｏｗレベルになる小電流期間信号Ｓtdを出力する。

遅延時間設定回路ＴＣＲは、上記の逆送減速期間設定信号Ｔrdrを入力として、この値に予め定めた係数を乗じて遅延時間設定信号Ｔcrを出力する。係数は、例えば０．８である。したがって、遅延時間設定信号Ｔcrの値は、逆送減速期間設定信号Ｔrdrの値に比例して変化する。

電源特性切換回路ＳＷは、上記の電流誤差増幅信号Ｅｉ、上記の電圧誤差増幅信号Ｅｖ、上記の短絡判別信号Ｓｄ、上記の遅延時間設定信号Ｔcr及び上記の小電流期間信号Ｓtdを入力として、以下の処理を行い、誤差増幅信号Ｅａを出力する。
１）短絡判別信号ＳｄがＨｉｇｈレベル(短絡期間)に変化した時点から、短絡判別信号ＳｄがＬｏｗレベル(アーク期間)に変化して遅延時間設定信号Ｔcrによって定まる遅延時間Ｔｃが経過した時点までの期間中は、電流誤差増幅信号Ｅｉを誤差増幅信号Ｅａとして出力する。
２）その後のアーク期間中は、電圧誤差増幅信号Ｅｖを誤差増幅信号Ｅａとして出力する。
３）その後のアーク期間中に小電流期間信号ＳtdがＨｉｇｈレベルとなる期間中は、電流誤差増幅信号Ｅｉを誤差増幅信号Ｅａとして出力する。
この回路によって、溶接電源の特性は、短絡期間、遅延期間及び小電流期間中は定電流特性となり、それ以外のアーク期間中は定電圧特性となる。

図２は、本発明の実施の形態１に係るアーク溶接制御方法を示す図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。同図（Ａ）は送給速度Ｆｗの時間変化を示し、同図（Ｂ）は溶接電流Ｉｗの時間変化を示し、同図（Ｃ）は溶接電圧Ｖｗの時間変化を示し、同図(Ｄ)は短絡判別信号Ｓｄの時間変化を示し、同図(Ｅ)は小電流期間信号Ｓtdの時間変化を示す。以下、同図を参照して各信号の動作について説明する。

同図（Ａ）に示す送給速度Ｆｗは、図１の送給速度設定回路ＦＲから出力される送給速度設定信号Ｆｒの値に制御される。送給速度Ｆｗは、図１の正送加速期間設定信号Ｔsurによって定まる正送加速期間Ｔsu、短絡が発生するまで継続する正送ピーク期間Ｔsp、図１の正送減速期間設定信号Ｔsdrによって定まる正送減速期間Ｔsd、図１の逆送加速期間設定信号Ｔrurによって定まる逆送加速期間Ｔru、アークが発生するまで継続する逆送ピーク期間Ｔrp及び逆送期間Ｔｒが図１の逆送期間設定信号Ｔrrの値となるように自動調整される逆送減速期間Ｔrdから形成される。さらに、正送ピーク値Ｗspは図１の正送ピーク値設定信号Ｗsrによって平均送給速度設定信号Ｆarに応じた値として定まり、逆送ピーク値Ｗrpは図１の逆送ピーク値設定信号Ｗrrによって平均送給速度設定信号Ｆarに応じた値として定まる。この結果、送給速度設定信号Ｆｒは、正負の略台形波波状に変化する送給パターンとなる。

［時刻ｔ１〜ｔ４の短絡期間の動作］
正送ピーク期間Ｔsp中の時刻ｔ１において短絡が発生すると、同図(Ｃ)に示すように、溶接電圧Ｖｗは数Ｖの短絡電圧値に急減するので、同図(Ｄ)に示すように、短絡判別信号ＳｄがＨｉｇｈレベル(短絡期間)に変化する。これに応動して、時刻ｔ１〜ｔ２の予め定めた正送減速期間Ｔsdに移行し、同図(Ａ)に示すように、送給速度Ｆｗは上記の正送ピーク値Ｗspから０まで減速する。例えば、正送減速期間Ｔsd＝１msに設定される。

同図（Ａ）に示すように、送給速度Ｆｗは時刻ｔ２〜ｔ３の予め定めた逆送加速期間Ｔruに入り、０から上記の逆送ピーク値Ｗrpまで加速する。この期間中は短絡期間が継続している。例えば、逆送加速期間Ｔru＝１msに設定される。

時刻ｔ３において逆送加速期間Ｔruが終了すると、同図（Ａ）に示すように、送給速度Ｆｗは逆送ピーク期間Ｔrpに入り、上記の逆送ピーク値Ｗrpになる。逆送ピーク期間Ｔrpは、時刻ｔ４にアークが発生するまで継続する。したがって、時刻ｔ１〜ｔ４の期間が短絡期間となる。逆送ピーク期間Ｔrpは所定値ではないが、２ms程度となる。また、逆送ピーク値Ｗrpは平均送給速度設定信号Ｆarによって変化するが、−３０〜−５０m/min程度に設定される。

同図(Ｂ)に示すように、時刻ｔ１〜ｔ４の短絡期間中の溶接電流Ｉｗは、予め定めた初期期間中は予め定めた初期電流値となる。その後、溶接電流Ｉｗは、予め定めた短絡時傾斜で上昇し、予め定めた短絡時ピーク値に達するとその値を維持する。

同図（Ｃ）に示すように、溶接電圧Ｖｗは、溶接電流Ｉｗが短絡時ピーク値となるあたりから上昇する。これは、溶接ワイヤ１の逆送及び溶接電流Ｉｗによるピンチ力の作用により、溶接ワイヤ１の先端の溶滴にくびれが次第に形成されるためである。

その後に溶接電圧Ｖｗの電圧上昇値が基準値に達すると、くびれの形成状態が基準状態になったと判別して、図１のくびれ検出信号ＮｄはＨｉｇｈレベルに変化する。

くびれ検出信号ＮｄがＨｉｇｈレベルになったことに応動して、図１の駆動信号ＤｒはＬｏｗレベルになるので、図１のトランジスタＴＲはオフ状態となり図１の減流抵抗器Ｒが通電路に挿入される。同時に、図１の電流制御設定信号Ｉcrが低レベル電流設定信号Ｉlrの値に小さくなる。このために、同図（Ｂ）に示すように、溶接電流Ｉｗは短絡時ピーク値から低レベル電流値へと急減する。そして、溶接電流Ｉｗが低レベル電流値まで減少すると、駆動信号ＤｒはＨｉｇｈレベルに戻るので、トランジスタＴＲはオン状態となり減流抵抗器Ｒは短絡される。同図（Ｂ）に示すように、溶接電流Ｉｗは、電流制御設定信号Ｉcrが低レベル電流設定信号Ｉlrのままであるので、アーク再発生から図１の遅延時間設定信号Ｔcrによって定まる遅延時間Ｔｃが経過するまでは低レベル電流値を維持する。したがって、トランジスタＴＲは、くびれ検出信号ＮｄがＨｉｇｈレベルに変化した時点から溶接電流Ｉｗが低レベル電流値に減少するまでの期間のみオフ状態となる。同図（Ｃ）に示すように、溶接電圧Ｖｗは、溶接電流Ｉｗが小さくなるので一旦減少した後に急上昇する。上述した各パラメータは、例えば以下の値に設定される。初期電流＝４０Ａ、初期期間＝０．５ms、短絡時傾斜＝１８０Ａ／ms、短絡時ピーク値＝４００Ａ、低レベル電流値＝５０Ａ。

［時刻ｔ４〜ｔ７のアーク期間の動作］
時刻ｔ４において、溶接ワイヤの逆送及び溶接電流Ｉｗの通電によるピンチ力によってくびれが進行してアークが発生すると、同図(Ｃ)に示すように、溶接電圧Ｖｗは数十Ｖのアーク電圧値に急増するので、図(Ｄ)に示すように、短絡判別信号ＳｄがＬｏｗレベル(アーク期間)に変化する。図１の逆送期間測定回路ＭＴＲは、送給速度Ｆｗが正の値から負の値へと変化する時刻ｔ２からの経過時間を逆送期間測定信号Ｍtrとして出力している。すなわち、逆送期間測定信号Ｍtrは、逆送期間の時間長さを測定している。時刻ｔ４における逆送期間測定信号Ｍtr＝Ｍtr4であったとする。このときに、時刻ｔ４において、図１の逆送期間設定信号Ｔrrの値から上記のＭtr4を減算して逆送減速期間Ｔrdを算出する。そして、時刻ｔ４〜ｔ５の算出された逆送減速期間Ｔrdに移行し、同図(Ａ)に示すように、送給速度Ｆｗは上記の逆送ピーク値Ｗrpから０まで減速する。例えば、逆送減速期間Ｔrdは、０．５から２ms程度の範囲で変化する。

時刻ｔ５において逆送減速期間Ｔrdが終了すると、時刻ｔ５〜ｔ６の予め定めた正送加速期間Ｔsuに移行する。この正送加速期間Ｔsu中は、同図（Ａ）に示すように、送給速度Ｆｗは０から上記の正送ピーク値Ｗspまで加速する。この期間中はアーク期間が継続している。例えば、正送加速期間Ｔsu＝１msに設定される。

時刻ｔ６において正送加速期間Ｔsuが終了すると、同図（Ａ）に示すように、送給速度Ｆｗは正送ピーク期間Ｔspに入り、上記の正送ピーク値Ｗspになる。この期間中もアーク期間が継続している。正送ピーク期間Ｔspは、時刻ｔ７に短絡が発生するまで継続する。したがって、時刻ｔ４〜ｔ７の期間がアーク期間となる。そして、短絡が発生すると、時刻ｔ１の動作に戻る。正送ピーク期間Ｔspは所定値ではないが、４ms程度となる。また、正送ピーク値Ｗspは平均送給速度設定信号Ｆarによって変化するが、３０〜５０m/min程度に設定される。

時刻ｔ４においてアークが発生すると、同図(Ｃ)に示すように、溶接電圧Ｖｗは数十Ｖのアーク電圧値に急増する。他方、同図(Ｂ)に示すように、溶接電流Ｉｗは、時刻ｔ４から図１の遅延時間設定信号Ｔcrによって定まる遅延時間Ｔｃの間は低レベル電流値を継続する。遅延時間Ｔｃは、逆送減速期間Ｔrdと比例関係にあるので、逆送減速期間Ｔrdが変化しても自動的に適正値に設定される。これは、逆送減速期間Ｔrd中の電流値を小さくすることで、溶接ワイヤ１の溶融を抑制するためである。このようにすると、逆送減速期間Ｔrdが終了した時点におけるアーク長を逆送の送給速度Ｆｗによって精密に制御することができる。この結果、アーク発生状態を安定化し、かつ、アーク期間を正確に調整することができる。

その後、溶接電流Ｉｗは増加して高電流値となる。この高電流値となるアーク期間中は、図１の電圧誤差増幅信号Ｅｖによって溶接電源のフィードバック制御が行われるので、定電圧特性となる。

時刻ｔ４にアークが発生してから、図１の電流降下時間設定信号Ｔdrによって定まる電流降下時間Ｔｄが経過する時刻ｔ６１において、同図(Ｅ)に示すように、小電流期間信号ＳtdがＨｉｇｈレベルに変化する。これに応動して、溶接電源は定電圧特性から定電流特性に切り換えられる。このために、同図(Ｂ)に示すように、溶接電流Ｉｗは低レベル電流値に低下し、短絡が発生する時刻ｔ７までその値を維持する。同様に、同図(Ｃ)に示すように、溶接電圧Ｖｗも低下する。小電流期間信号Ｓtdは、時刻ｔ７に短絡が発生するとＬｏｗレベルに戻る。

電流降下時間Ｔｄは平均送給速度設定信号Ｆarに応じた値となる。電流降下時間Ｔｄは、溶接電流Ｉｗが小電流値となるタイミング (小電流期間信号ＳtdがＨｉｇｈレベルとなる時刻ｔ６１)が短絡が発生する時刻ｔ７よりも０．５〜１ms程度前のタイミングになることが望ましい。この結果、時刻ｔ６１のタイミングは正送ピーク期間Ｔsp中となる。電流降下時間Ｔｄが短すぎると、小電流値の期間ｔ６１〜ｔ７が長くなり、アーク状態が不安定になる。逆に、電流降下時間Ｔｄが長すぎると、短絡が発生しても小電流値になっていないので、スパッタが増加することになる。すなわち、電流降下時間Ｔｄが溶接条件に応じて適正値に設定されることが重要である。

以下、上述した実施の形態１の作用効果について説明する。実施の形態１によれば、短絡期間の時間長さに応じて逆送減速期間の時間長さを制御する。これにより、以下の作用効果を奏する。
(１)外乱によって短絡期間が変動して長くなると、逆送減速期間は短くなるように制御される。逆送減速期間中は、アーク発生状態において溶接ワイヤを逆送によって引き上げている状態となる。このときに、逆送減速期間を短くすると、引き上げ距離が短くなるので、アーク長が短い状態で正送期間に入ることになる。この結果、次の短絡が早く発生してアーク期間が短くなる。このために、短絡期間とアーク期間の繰り返し周期が安定化し、溶接状態の変動が抑制される。
(２)他方、外乱によって短絡期間が変動して短くなると、逆送減速期間は長くなるように制御される。逆送減速期間中は、アーク発生状態において溶接ワイヤを逆送によって引き上げている状態となる。このときに、逆送減速期間を長くすると、引き上げ距離が長くなるので、アーク長が長い状態で正送期間に入ることになる。この結果、次の短絡が遅く発生してアーク期間が長くなる。このために、短絡期間とアーク期間の繰り返し周期が安定化し、溶接状態の変動が抑制される。

さらに、実施の形態１においては、逆送減速期間の時間長さの制御は、逆送期間が所定値になるように行う。この場合も、短絡期間が長くなると、逆送減速期間は短くなる。短絡期間が短くなると、逆送減速期間は長くなる。これにより、上述した作用効果を奏する。また、このようにすると、逆送減速期間の制御が簡素となるので、制御系の安定性が向上する。

さらに、実施の形態１においては、アーク期間に移行した時点から遅延時間が経過した後に溶接電流を増加させ、遅延時間は逆送減速期間の時間長さに応じて変化する。このようにすると、遅延時間は、逆送減速期間が変化しても自動的に適正値に設定される。このために、逆送減速期間中の電流値を小さくすることで、溶接ワイヤの溶融を抑制してアーク長を精密に制御することができる。この結果、アーク発生状態を安定化し、かつ、アーク期間を正確に調整することができる。

［実施の形態２］
実施の形態２の発明は、実施の形態１に追加して、アーク期間の時間長さに応じて正送加速期間の時間長さを制御するものである。

図３は、本発明の実施の形態２に係るアーク溶接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。同図は、上述した図１と対応しており、同一ブロックには同一符号を付して、それらの説明は繰り返さない。同図は、図１に正送ピーク期間測定回路ＭＴＳＰ及び正送期間設定回路ＴＳＲを追加し、図１の正送加速期間設定回路ＴＳＵＲを第２正送加速期間設定回路ＴＳＵＲ２ニ置換したものである。以下、これらのブロックについて同図を参照して説明する。

正送期間設定回路ＴＳＲは、予め定めた正送期間設定信号Ｔsrを出力する。

正送ピーク期間測定回路ＭＴＳＰは、上記の正送ピーク値設定信号Ｗsr及び上記の送給速度設定信号Ｆｒを入力として、送給速度設定信号Ｆｒ＝Ｗsrとなる正送ピーク期間の時間長さを測定して正送ピーク期間測定信号Ｍtspを出力する。

第２正送加速期間設定回路ＴＳＵＲ２は、上記の正送減速期間設定信号Ｔsdr、上記の正送期間設定信号Ｔsr及び上記の正送ピーク期間測定信号Ｍtspを入力として、正送加速期間設定信号Ｔsur＝Ｔsr−Ｔsdr−Ｍtspを算出して出力する。この回路によって、正送期間の時間長さが正送期間設定信号Ｔsrの値と等しくなるように、正送加速期間の時間長さが制御される。

本発明の実施の形態２に係るアーク溶接制御方法を示す図３の溶接電源における各信号のタイミングチャートは、上述した図２と同一である。但し、図２の時刻ｔ５〜ｔ６の正送加速期間Ｔsuの動作が異なっている。図３の正送ピーク期間測定回路ＭＴＳＰは、正送ピーク期間Ｔspの時間長さを測定している。時刻ｔ５において、正送期間測定信号Ｍtspの値は、前周期の正送ピーク期間Ｔspの時間長さとなっている。ここで、図３の正送期間設定信号Ｔsrの値から上記の正送ピーク期間測定信号Ｍtsp及び正送減速期間設定信号Ｔsdrを減算して正送加速期間設定信号Ｔsurを算出する。そして、時刻ｔ５〜ｔ６の算出された正送加速期間Ｔsuに移行する。この正送加速期間Ｔsu中は、同図（Ａ）に示すように、送給速度Ｆｗは０から上記の正送ピーク値Ｗspまで加速する。この期間中はアーク期間が継続している。例えば、正送加速期間Ｔsuは、０．５から２ms程度の範囲で変化する。

以下、上述した実施の形態２の作用効果について説明する。実施の形態２によれば、実施の形態１に追加して、アーク期間の時間長さに応じて正送加速期間の時間長さを制御する。これにより、実施の形態１の効果に加えて、以下の作用効果を奏する。
(１)外乱によってアーク期間が変動して長くなると、次周期の正送加速期間は短くなるように制御される。正送加速期間中は、アーク発生状態において溶接ワイヤを正送しているので、アーク長が短くなる。このときに、正送加速期間を短くすると、アーク長が迅速に短くなるために、短絡が早く発生してアーク期間が短くなる。この結果、短絡期間とアーク期間の繰り返し周期が安定化し、溶接状態の変動が抑制される。
(２)他方、外乱によってアーク期間が変動して短くなると、次周期の正送加速期間は長くなるように制御される。正送加速期間を長くすると、アーク長が短くなるのに時間がかかり、短絡が遅く発生してアーク期間が長くなる。この結果、短絡期間とアーク期間の繰り返し周期が安定化し、溶接状態の変動が抑制される。

さらに、実施の形態２においては、正送加速期間の時間長さの制御は、正送期間が所定値になるように行う。この場合も、アーク期間が長くなると、正送加速期間は短くなる。アーク期間が短くなると、正送加速期間は長くなる。これにより、上述した作用効果を奏する。また、このようにすると、正送加速期間の制御が簡素となるので、制御系の安定性が向上する。

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
ＣＭ 電流比較回路
Ｃｍ 電流比較信号
ＤＲ 駆動回路
Ｄｒ 駆動信号
Ｅ 出力電圧
Ｅａ 誤差増幅信号
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
ＦＡＲ 平均送給速度設定回路
Ｆar 平均送給速度設定信号
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
Ｆｗ 送給速度
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
ＩＬＲ 低レベル電流設定回路
Ｉlr 低レベル電流設定信号
Ｉｗ 溶接電流
ＭＴＲ 逆送期間測定回路
Ｍtr 逆送期間測定信号
ＮＤ くびれ検出回路
Ｎｄ くびれ検出信号
ＭＴＳＰ 正送ピーク期間測定回路
Ｍtsp 正送ピーク期間測定信号
ＰＭ 電源主回路
Ｒ 減流抵抗器
ＳＤ 短絡判別回路
Ｓｄ 短絡判別信号
ＳＴＤ 小電流期間回路
Ｓtd 小電流期間信号
ＳＷ 電源特性切換回路
Ｔｃ 遅延時間
ＴＣＲ 遅延時間設定回路
Ｔcr 遅延時間設定信号
Ｔｄ 電流降下時間
ＴＤＲ 電流降下時間設定回路
Ｔdr 電流降下時間設定信号
ＴＲ トランジスタ
Ｔｒ 逆送期間
Ｔrd 逆送減速期間
Ｔrdr 逆送減速期間設定信号
Ｔrp 逆送ピーク期間
ＴＲＲ 逆送期間設定回路
Ｔrr 逆送期間設定信号
Ｔru 逆送加速期間
ＴＲＵＲ 逆送加速期間設定回路
Ｔrur 逆送加速期間設定信号
Ｔsd 正送減速期間
ＴＳＤＲ 正送減速期間設定回路
Ｔsdr 正送減速期間設定信号
Ｔsp 正送ピーク期間
ＴＳＲ 正送期間設定回路
Ｔsr 正送期間設定信号
Ｔsu 正送加速期間
ＴＳＵＲ 正送加速期間設定回路
Ｔsur 正送加速期間設定信号
ＴＳＵＲ２ 第２正送加速期間設定回路
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
ＷＬ リアクトル
ＷＭ 送給モータ
Ｗrp 逆送ピーク値
ＷＲＲ 逆送ピーク値設定回路
Ｗrr 逆送ピーク値設定信号
Ｗsp 正送ピーク値
ＷＳＲ 正送ピーク値設定回路
Ｗsr 正送ピーク値設定信号

Claims (5)

1. 溶接ワイヤの送給を正送期間と逆送期間とに交互に切り換え、短絡期間とアーク期間とを繰り返し、前記逆送期間中にアークが発生すると前記正送期間に移行し、前記正送期間中に短絡が発生すると前記逆送期間に移行して溶接するアーク溶接制御方法において、
   前記短絡期間の時間長さに応じて逆送減速期間の時間長さを制御する、
   ことを特徴とするアーク溶接制御方法。
2. 前記逆送減速期間の時間長さの制御は、前記逆送期間の時間長さが所定値になるように行う、
   ことを特徴とする請求項１に記載のアーク溶接制御方法。
3. 前記アーク期間に移行した時点から遅延時間が経過した後に溶接電流を増加させ、前記遅延時間は前記逆送減速期間の時間長さに応じて変化する、
   ことを特徴とする請求項１〜２のいずれか１項に記載のアーク溶接制御方法。
4. 前記アーク期間の時間長さに応じて正送加速期間の時間長さを制御する、
   ことを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載のアーク溶接制御方法。
5. 前記正送加速期間の時間長さの制御は、前記正送期間の時間長さが所定値になるように行う、
   ことを特徴とする請求項４に記載のアーク溶接制御方法。

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