JP2021079427A - アーク溶接制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】正逆送給アーク溶接において、長期短絡が発生しても溶接状態を安定に保つこと。【解決手段】短絡期間中は溶接ワイヤの逆送速度を所定逆送値にし、アーク期間中は正送速度を所定正送値にして溶接するアーク溶接制御方法において、短絡期間の経過時間が基準時間以上になる時刻ｔ１１において、逆送速度Ｆｗの絶対値を大きくし、続くアーク期間中の正送速度Ｆｗを所定正送値よりも大きくする。さらに、基準時間以上の短絡期間が所定回数以上連続して発生したときは、次周期の短絡期間の開始時点から逆送速度Ｆｗの絶対値を所定逆送値の絶対値よりも大きくする。本発明では、逆送速度を大きくして長期短絡状態を早期に解除し、かつ、次周期の正送速度を連動して大きくして平均送給速度の変動を抑制している。このために、長期短絡が発生しても溶接状態を安定に保つことができる。【選択図】 図３

Description

本発明は、短絡期間中は溶接ワイヤの逆送速度を所定逆送値にし、アーク期間中は正送速度を所定正送値に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、溶接ワイヤの送給速度を正送速度と逆送速度とに交互に切り換えて溶接する正逆送給アーク溶接方法が提案されている（例えば、特許文献１参照）。この正逆送給アーク溶接方法では、一定の送給速度の従来技術に比べて、短絡とアークとの繰り返しの周期を安定化することができるので、スパッタ発生量の削減、ビード外観の改善等の溶接品質の向上を図ることができる。

特開２０１８−１２７０号公報

正逆送給アーク溶接においては、アーク期間及び短絡期間の各時間長さが略一定になるために、安定した溶接状態となる。しかし、ワイヤ突き出し長さの変動、溶融池の不規則な運動、送給速度の変動等が発生すると、短絡期間の時間長さが基準時間以上になる長期短絡が発生しやすくなる。長期短絡状態において、アーク発生までの経過時間が長くなるほど溶滴移行状態が不安定になり、溶接状態が悪くなるという問題がある。

そこで、本発明では、正逆送給アーク溶接において、長期短絡が発生しても、溶接状態を安定に保つ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、
短絡期間中は溶接ワイヤの逆送速度を所定逆送値にし、アーク期間中は正送速度を所定正送値にして溶接するアーク溶接制御方法において、
前記短絡期間の経過時間が基準時間以上になると前記逆送速度の絶対値を大きくし、
続く前記アーク期間中の前記正送速度を前記所定正送値よりも大きくする、
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、
前記基準時間以上の前記短絡期間が所定回数以上連続して発生したときは、次周期の前記短絡期間の開始時点から前記逆送速度の絶対値を前記所定逆送値の絶対値よりも大きくする、
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。

本発明によれば、正逆送給アーク溶接において、長期短絡が発生しても、溶接状態を安定に保つことができる。

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通常短絡のときの図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１に係るアーク溶接制御方法を示す長期短絡のときの図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１に係るアーク溶接制御方法を示す長期短絡が連続して発生したときの図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。

以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。

［実施の形態１］
図１は、本発明の実施の形態１に係るアーク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が印加され、溶接電流Ｉｗが通電する。溶接トーチ４の先端からはシールドガスが噴出して、アーク３を大気から遮蔽する。

出力電圧設定回路ＥＲは、予め定めた出力電圧設定信号Ｅｒを出力する。出力電圧検出回路ＥＤは、上記の出力電圧Ｅを検出し平滑して、出力電圧検出信号Ｅｄを出力する。

電圧誤差増幅回路ＥＶは、上記の出力電圧設定信号Ｅｒ及び上記の出力電圧検出信号Ｅｄを入力として、出力電圧設定信号Ｅｒ（＋）と出力電圧検出信号Ｅｄ（−）との誤差を増幅して、電圧誤差増幅信号Ｅｖを出力する。

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。

長期短絡判別回路ＬＳＤは、上記の短絡判別信号Ｓｄを入力として、短絡判別信号ＳｄがＨｉｇｈレベル（短絡）に変化するとＬｏｗレベルにリセットされ、短絡判別信号ＳｄがＨｉｇｈレベルに変化した時点からの経過時間が基準時間に達するとＨｉｇｈレベルにセットされる、長期短絡判別信号Ｌsdを出力する。

長期短絡連続発生判別回路ＮＳＤは、上記の短絡判別信号Ｓｄ及び上記の長期短絡判別信号Ｌsdを入力として、短絡判別信号ＳｄがＬｏｗレベル（アーク）に変化した時点の長期短絡判別信号ＬsdがＨｉｇｈレベルであることが所定回数連続して発生したときは、Ｈｉｇｈレベルとなる長期短絡連続発生判別信号Ｎsdを出力する。したがって、長期短絡連続発生判別信号ＮsdがＨｉｇｈレベルとなるのは、長期短絡が所定回数連続して発生したときである。

逆送速度設定回路ＷＲＲは、上記の長期短絡判別信号Ｌsd及び上記の長期短絡連続発生判別信号Ｎsdを入力として、長期短絡判別信号ＬsdがＬｏｗレベル（通常短絡）であり、かつ、長期短絡連続発生判別信号ＮsdがＬｏｗレベルのときは所定逆送値となり、それ以外のときは所定長期短絡逆送値となる、逆送速度設定信号Ｗrrを出力する。ここで、所定逆送値及び所定長期短絡逆送値は負の値であり、その絶対値は所定長期短絡逆送値の方が大きくなるように設定される。したがって、
１）短絡期間の経過時間が基準時間以上の長期短絡になった時点から短絡期間が終了するまでの期間中は、逆送速度設定信号Ｗrrは所定長期短絡逆送値となり、
２）基準時間以上の短絡期間となる長期短絡が所定回数以上連続して発生したときは、次周期の短絡期間の開始時点から短絡期間が終了するまでの期間中は、逆送速度設定信号Ｗrrは所定長期短絡逆送値となり、
３）直前に長期短絡が所定回数以上連続して発生しておらず、短絡期間の経過時間が基準時間に達していない期間中は、逆送速度設定信号Ｗrrは所定逆送値となる。
所定逆送値は、平均送給速度（平均溶接電流値）に応じた値として設定される。

正送速度設定回路ＷＳＲは、上記の逆送速度設定信号Ｗrrを入力として、逆送速度設定信号Ｗrrが所定逆送値であるときは所定正送値となり、所定長期短絡逆送値であるときは所定長期短絡正送値となる、正送速度設定信号Ｗsrを出力する。ここで、所定正送値及び所定長期短絡正送値は正の値であり、その値は所定長期短絡正送値の方が大きくなるように設定される。所定正送値は、平均送給速度（平均溶接電流値）に応じた値として設定される。

送給速度設定回路ＦＲは、上記の逆送速度設定信号Ｗrr、上記の正送速度設定信号Ｗsr及び上記の短絡判別信号Ｓｄを入力として、短絡判別信号ＳｄがＨｉｇｈレベル（短絡期間）のときは逆送速度設定信号Ｗrrを送給速度設定信号Ｆｒとして出力し、短絡判別信号ＳｄがＬｏｗレベル（アーク期間）のときは正送速度設定信号Ｗsr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、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、上記のくびれ検出信号Ｎｄ及び上記の長期短絡判別信号Ｌsd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。
４）短絡期間中に長期短絡判別信号ＬsdがＨｉｇｈレベルになると、予め定めた短絡解除電流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、予め定めた電流降下時間設定信号Ｔdrを出力する。

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によって定まる時間が経過した時点で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。

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)に変化して予め定めた遅延期間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）その後の大電流アーク期間中は、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レベルとなる小電流アーク期間中は、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アーク期間中は定電流特性となり、それ以外の大電流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通常短絡のときの図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の時間変化を示し、同図（Ｆ）は長期短絡判別信号Ｌsdの時間変化を示し、同図（Ｇ）は長期短絡連続発生判別信号Ｎsd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。

同図は、時刻ｔ１〜ｔ２の短絡期間が、直前に長期短絡が所定回数以上連続して発生しておらず、短絡期間の経過時間が基準時間未満となる通常短絡の場合である。したがって、同図は従来技術に相当する。同図（Ｆ）に示す長期短絡判別信号Ｌsd及び同図（Ｇ）に示す長期短絡連続発生判別信号Ｎsdは、Ｌｏｗレベルのままである。

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、短絡期間中は負の値の逆送速度となり、アーク期間中は正の値の正送速度となる。送給速度Ｆｗは、正負の台形波形となる。

［時刻ｔ１〜ｔ２の通常短絡期間の動作］
正送期間中の時刻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、同図(Ａ)に示すように、送給速度Ｆｗは正の値の正送速度から傾斜を有して負の値の逆送速度へと変化し、時刻ｔ２にアークが発生するまでこの値を維持する。正送速度は図１の正送速度設定信号Ｗsrによって設定され、逆送速度は図１の逆送速度設定信号Ｗrrによって設定される。この短絡期間は、上述したように、直前に長期短絡が所定回数以上連続して発生しておらず、短絡期間の経過時間が基準時間未満となる通常短絡であるので、逆送速度設定信号Ｗrrは所定逆送値となる。正送速度から０までの傾斜及び０から逆送速度までの傾斜は、図１の送給モータＷＭの過渡特性によって決まる。これらの傾斜を所望値に設定しても良い。この各傾斜期間は、例えば１msである。

同図(Ｂ)に示すように、時刻ｔ１〜ｔ２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、アーク再発生から予め定めた遅延期間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、遅延期間＝０．５ms。

［時刻ｔ２〜ｔ３のアーク期間の動作］
時刻ｔ２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、同図(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。これに応動して、同図(Ａ)に示すように、送給速度Ｆｗは負の値の逆送速度から傾斜を有して正の値の正送速度へと変化し、時刻ｔ３に短絡が発生するまでこの値を維持する。このアーク期間の開始時点における逆送速度は所定逆送値であるので、正送速度は所定正送値となる。逆送速度から０までの傾斜及び０から正送速度までの傾斜は、図１の送給モータＷＭの過渡特性によって決まる。これらの傾斜を所望値に設定しても良い。この各傾斜期間は、例えば１msである。

時刻ｔ２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ｔ２〜ｔ２１の遅延期間の間は低レベル電流値を継続する。その後、時刻ｔ２１から溶接電流Ｉｗは急速に増加してピーク値となり、その後は徐々に減少する大電流値となる。この時刻ｔ２１〜ｔ２２の大電流アーク期間中は、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。したがって、大電流アーク期間中の溶接電流Ｉｗの値はアーク負荷によって変化する。

時刻ｔ２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が経過する時刻ｔ２３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ｔ３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ｔ３に短絡が発生するとＬｏｗレベルに戻る。

各パラメータの数値例を以下に示す。
所定逆送速度＝−４０m/min、所定正送値＝７０m/min

図３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長期短絡のときの図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の時間変化を示し、同図（Ｆ）は長期短絡判別信号Ｌsdの時間変化を示し、同図（Ｇ）は長期短絡連続発生判別信号Ｎsdの時間変化を示す。同図の説明において、図２と同一の点については説明を繰り返さない。以下、同図を参照して、図２とは異なる点を中心に各信号の動作について説明する。

同図は、時刻ｔ１〜ｔ２の短絡期間が、直前に長期短絡が所定回数以上連続して発生しておらず、短絡期間の経過時間が基準時間以上となる長期短絡の場合である。したがって、長期短絡は連続していないので、同図（Ｇ）に示すように、長期短絡連続発生判別信号ＮsdはＬｏｗレベルのままである。

［時刻ｔ１〜ｔ２の長期短絡期間の動作］
正送期間中の時刻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、同図(Ａ)に示すように、送給速度Ｆｗは正の値の正送速度から傾斜を有して負の値の逆送速度へと変化し、時刻ｔ２にアークが発生するまでこの値を維持する。この短絡期間は、上述したように、直前に長期短絡が所定回数以上連続して発生しておらず、短絡期間の経過時間が時刻ｔ１１に基準時間以上となる長期短絡の場合である。したがって、同図（Ａ）に示すように、時刻ｔ１〜ｔ１１までの期間中の送給速度Ｆｗの逆送速度は、所定逆送値となる。そして、時刻ｔ１１において、短絡期間の経過時間が基準時間に達すると、同図（Ｆ）に示すように、長期短絡判別信号ＬsdがＨｉｇｈレベルに変化する。これに応動して、同図（Ａ）に示すように、送給速度Ｆｗの逆送速度は、所定長期短絡逆送値へと絶対値が大きくなる。この結果、溶接ワイヤの逆送速度が加速されるので、長期短絡は時刻ｔ２において早期に解除される。長期短絡判別信号Ｌsdは、時刻ｔ３に次周期の短絡が発生した時点でＬｏｗレベルに戻る。

同図(Ｂ)に示すように、時刻ｔ１〜ｔ１１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。時刻ｔ１１において同図（Ｆ）に示す長期短絡判別信号ＬsdがＨｉｇｈレベルになると、溶接電流Ｉｗは予め定めた短絡解除電流値へと大きくなる。長期短絡のときは、溶滴移行状態が不安定になっているので、溶滴のくびれを検出することなくアークが発生することになる。このために、時刻ｔ２にアークが発生したときの溶接電流Ｉｗは、短絡解除電流値となることが多い。短絡解除電流値は、例えば５００Ａである。

同図（Ｃ）に示すように、溶接電圧Ｖｗは、時刻ｔ１〜ｔ２の短絡期間中は数Ｖの短絡電圧値となる。

［時刻ｔ２〜ｔ３のアーク期間の動作］
時刻ｔ２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、同図(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。これに応動して、同図(Ａ)に示すように、送給速度Ｆｗは負の値の逆送速度から傾斜を有して正の値の正送速度へと変化し、時刻ｔ３に短絡が発生するまでこの値を維持する。このアーク期間の開始時点における逆送速度は所定長期短絡逆送値であるので、正送速度は所定長期短絡正送値となる。

時刻ｔ２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。

同図(Ｂ)に示すように、溶接電流Ｉｗは、時刻ｔ２時点での短絡解除電流値から徐々に減少する。時刻ｔ２〜ｔ２１のアーク期間中は、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。したがって、この期間中の溶接電流Ｉｗの値はアーク負荷によって変化する。

時刻ｔ２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が経過する時刻ｔ２１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ｔ３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ｔ３に短絡が発生するとＬｏｗレベルに戻る。

上述した各パラメータの数値例を以下に示す。
所定逆送速度＝−４０m/min、所定長期短絡逆送値＝−６０m/min、所定正送値＝７０m/min、所定長期短絡正送値＝８０m/min、基準時間＝１０ms

上述した実施の形態１によれば、正逆送給アーク溶接において、短絡期間の経過時間が基準時間以上になると逆送速度の絶対値を大きくし、続くアーク期間中の正送速度を所定正送値よりも大きくする。 正逆送給アーク溶接において、ワイヤ突き出し長さの変動、溶融池の不規則な運動、送給速度の変動等が発生すると、短絡期間の時間長さが基準時間以上になる長期短絡が発生しやすくなる。長期短絡状態において、アーク発生までの経過時間が長くなるほど溶滴移行状態が不安定になり、溶接状態が悪くなる。したがって、長期短絡状態になった場合は、速やかに長期短絡状態を解除してアーク発生状態へと導く必要がある。本実施の形態では、長期短絡状態になると、逆送速度を大きくすることによって、早期に長期短絡状態を解除することができる。反面、逆送速度が大きくなると、平均送給速度が変化することになり、溶接ビードが悪くなる問題が発生する。本実施の形態では、逆送速度を大きくした場合には、次周期の正送速度を連動して大きくするようにしている。これにより、平均送給速度の変動を抑制している。この結果、本実施の形態では、長期短絡が発生しても、溶接状態を安定に保つことができ、溶接ビードも良好にすることができる。

図４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長期短絡が連続して発生したときの図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の時間変化を示し、同図（Ｆ）は長期短絡判別信号Ｌsdの時間変化を示し、同図（Ｇ）は長期短絡連続発生判別信号Ｎsdの時間変化を示す。同図の説明において、図２と同一の点については説明を繰り返さない。以下、同図を参照して、図２とは異なる点を中心に各信号の動作について説明する。

同図は、時刻ｔ１〜ｔ２の短絡期間の直前に長期短絡が所定回数以上連続して発生した場合である。したがって、同図（Ｇ）に示すように、長期短絡連続発生判別信号Ｎsdは、時刻ｔ１以前においてＨｉｇｈレベルとなっており、時刻ｔ２においてＬｏｗレベルに戻る。

［時刻ｔ１〜ｔ２の短絡期間の動作］
正送期間中の時刻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、同図(Ａ)に示すように、送給速度Ｆｗは正の値の正送速度から傾斜を有して負の値の逆送速度へと変化し、時刻ｔ２にアークが発生するまでこの値を維持する。時刻ｔ１において同図（Ｇ）に示す長期短絡連続発生判別信号ＮsdがＨｉｇｈレベルであるので、同図（Ａ）に示すように、送給速度Ｆｗの逆送速度は、短絡期間の開始時点から所定逆送値よりも大きな値の所定長期短絡逆送値となる。長期短絡が連続して発生している場合には、溶接状態が不安定になっているので、次の短絡も長期短絡状態になる可能性が高い。そこで、短絡の発生時点から逆送速度を通常値よりも大きくすることによって、長期短絡状態になることを抑制している。この結果、時刻ｔ１〜ｔ２の短絡期間は、通常短絡期間となっている。これ以外の各信号の動作は、図２と同様であるので、説明は繰り返さない。上記の所定回数は、例えば２〜５回程度である。

［時刻ｔ２〜ｔ３のアーク期間の動作］
時刻ｔ２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、同図(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。これに応動して、同図(Ａ)に示すように、送給速度Ｆｗは負の値の逆送速度から傾斜を有して正の値の正送速度へと変化し、時刻ｔ３に短絡が発生するまでこの値を維持する。このアーク期間の開始時点における逆送速度は所定逆送値であるので、正送速度は所定正送値となる。時刻ｔ２にアークが発生した時点において、同図（Ｆ）に示す長期短絡判別信号ＬsdはＬｏｗレベルであるので、同図（Ｇ）に示すように、長期短絡連続発生判別信号ＮsdはＬｏｗレベルに戻る。すなわち、時刻ｔ２〜ｔ３のアーク期間中の動作は、図２と同様であるので、説明は繰り返さない。

上述した実施の形態１によれば、基準時間以上の前記短絡期間が所定回数以上連続して発生したときは、次周期の短絡期間の開始時点から逆送速度の絶対値を所定逆送値の絶対値よりも大きくする。長期短絡が所定回数以上連続して発生している場合には、溶接状態が不安定になっているので、次の短絡も長期短絡状態になる可能性が高い。そこで、短絡の発生時点から逆送速度を通常値よりも大きくすることによって、長期短絡状態になることを抑制している。これにより、本実施の形態では、長期短絡が連続して発生している状態から早期に抜け出すことができるので、溶接不良となることを抑制することができる。

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
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
ＥＤ 出力電圧検出回路
Ｅｄ 出力電圧検出信号
ＥＩ 電流誤差増幅回路
Ｅｉ 電流誤差増幅信号
ＥＲ 出力電圧設定回路
Ｅｒ 出力電圧設定信号
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
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
ＬＳＤ 長期短絡判別回路
Ｌsd 長期短絡判別信号
ＮＤ くびれ検出回路
Ｎｄ くびれ検出信号
ＮＳＤ 長期短絡連続発生判別回路
Ｎsd 長期短絡連続発生判別信号
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
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
ＶＤ 電圧検出回路
Ｖｄ 電圧検出信号
Ｖｗ 溶接電圧
ＷＬ リアクトル
ＷＭ 送給モータ
ＷＲＲ 逆送速度設定回路
Ｗrr 逆送速度設定信号
ＷＳＲ 正送速度設定回路
Ｗsr 正送速度設定信号

Claims (2)

1. 短絡期間中は溶接ワイヤの逆送速度を所定逆送値にし、アーク期間中は正送速度を所定正送値にして溶接するアーク溶接制御方法において、
   前記短絡期間の経過時間が基準時間以上になると前記逆送速度の絶対値を大きくし、
   続く前記アーク期間中の前記正送速度を前記所定正送値よりも大きくする、
   ことを特徴とするアーク溶接制御方法。
2. 前記基準時間以上の前記短絡期間が所定回数以上連続して発生したときは、次周期の前記短絡期間の開始時点から前記逆送速度の絶対値を前記所定逆送値の絶対値よりも大きくする、
   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。

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