JP2022099369A - 消耗電極アーク溶接電源 - Google Patents

Abstract

【課題】溶接ケーブルの敷設状態に関わらず、出力端子電圧によってくびれの検出を正確に行う方法を提供する。【解決手段】出力端子電圧検出信号Ｖｔｄを出力する出力端子電圧検出部ＶＴＤと、増幅率Ｇｒを設定する増幅率設定部ＧＲと、溶接電流変化率増幅信号Ｇ・ｄＩｄ／ｄｔを出力する溶接電流変化率増幅部ＧＤＩと、出力端子電圧検出信号Ｖｔｄから溶接電流変化率増幅信号Ｇ・ｄＩｄ／ｄｔを減算して電圧検出信号Ｖｄを出力する電圧検出部ＶＤと、電圧検出信号Ｖｄに基づいてくびれ検出信号Ｎｄを出力するくびれ検出部ＮＤと、を備えており、くびれ検出信号Ｎｄが出力されると溶接電流Ｉｗを減少させてアークを再発生させて溶接する消耗電極アーク溶接電源において、くびれ時間検出信号Ｔｎｄを出力するくびれ時間検出部ＴＮＤを備え、増幅率設定部ＧＲは、くびれ時間検出信号Ｔｎｄに基づいて増幅率Ｇｒを調整する。【選択図】図１

Description

本発明は、短絡期間中にアークが再発生する前兆現象である溶滴のくびれを検出して溶接電流を減少させる消耗電極アーク溶接電源に関するものである。

溶接ワイヤと母材との間で短絡期間とアーク期間とを繰り返し、短絡期間中にアークが再発生する前兆現象である溶滴のくびれを検出し、くびれを検出すると溶接電流を減少させてアークを再発生させる消耗電極アーク溶接のくびれ検出制御方法が提案されている（例えば、特許文献１参照）。このくびれ検出制御方法によって、アーク再発生時の溶接電流の値が小さくなるために、スパッタ発生量が非常に少なくなり、溶融池の振動が小さくなりビード外観が良好になる。

消耗電極アーク溶接電源を使用する場合、溶接電源と溶接を行う場所とが離れていることが多くある。この場合には、両者の間を溶接ケーブルで接続して溶接を行うことになる。このときに、溶接ケーブルによる抵抗分及びインダクタンス分が通電路に挿入されることになる。抵抗分は、溶接状態にあまり影響を与えない程度の小さな値であることが多いので無視することができる。しかし、インダクタンス分は、溶接ケーブルが数十ｍと長くなると溶接状態に影響を与えることになる。

ここで、出力端子電圧をＶｔ、溶接個所の電圧を溶接電圧をＶｗ、溶接電流をＩｗ、溶接ケーブルのインダクタンス値をＬ、ｄＩｗ／ｄｔを溶接電流の変化率とすると、下式が成立する。
Ｖｔ＝Ｖｗ＋Ｌ・ｄＩｗ／ｄｔ

上記のくびれの検出は、短絡期間中の溶接電圧Ｖｗに基づいて行われるのが通常である。しかし、溶接個所の電圧である溶接電圧Ｖｗを検出するためには、専用の検出線を配線する必要がある。数十ｍの検出線を配線するには工数がかかり、手間である。また、溶接トーチは移動を繰り返すので、検出線の断線も発生する。

このために、くびれの検出を出力端子電圧Ｖｔで行うことができると、上記の問題は解消する。しかし、出力端子電圧Ｖｔには、インダクタンス値による逆起電圧Ｌ・ｄＩｗ／ｄｔがノイズとして重畳する。インダクタンス値Ｌ及び溶接電流変化率ｄＩｗ／ｄｔが大きくなると、この逆起電圧は大きな値となる。この結果、出力端子電圧Ｖｔには大きなノイズが重畳することになる。このために、出力端子電圧Ｖｔによってくびれの検出を行うと誤検出が生じる。

特許文献２の発明には、この誤判別を防止する方法が記載されている。すなわち出力端子電圧検出信号Ｖtdから溶接電流変化率検出信号ｄＩｄ／ｄｔに予め定めた増幅率Ｇを乗じた溶接電流変化率増幅信号Ｇ・ｄＩｄ／ｄｔを減算した値を電圧検出信号Ｖｄとすると、下式が成立する。
Ｖｄ＝Ｖtd－Ｇ・ｄＩｄ／ｄｔ＝Ｖｗ＋Ｌ・ｄＩｗ／ｄｔ－Ｇ・ｄＩｄ／ｄｔ …（１）式
この式において、ｄＩｗ／ｄｔ＝ｄＩｄ／ｄｔであるので、増幅率Ｇを溶接ケーブルによるインダクタンス値Ｌと等しくなるように設定すると、Ｖｄ＝Ｖｗとなる。したがって、この電圧検出信号Ｖｄによってくびれの検出を行うと、誤判別することなく正確に判別することができる。

特許第５８５１７９８号公報 特許第５９０１９２１号公報

上述した従来技術の出力端子電圧Ｖｔによるくびれ検出方法においては、（１）式に示すように、溶接ケーブルによるインダクタンス値Ｌと増幅率Ｇとが等しいことが要求される。実際の溶接施工においては、溶接ケーブルの長さ、敷設状態等が多様であるので、インダクタンス値Ｌも種々な値となる。増幅率Ｇがインダクタンス値Ｌと近似した値でないときは、補正した電圧検出信号Ｖｄによってくびれの検出を正確に行うことができない。しかし、溶接ケーブルによるインダクタンス値Ｌを正確に測定することは困難であり、かつ、測定には手間がかかるために、増幅率Ｇをインダクタンス値Ｌと近似した値に設定することは困難であるという問題がある。

そこで、本発明では、溶接ケーブルの敷設状態に関わらず、出力端子電圧によってくびれの検出を正確に行うことができ、良好な溶接品質を得ることができる消耗電極アーク溶接電源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、
溶接電源の出力端子の電圧を検出して出力端子電圧検出信号を出力する出力端子電圧検出部と、
溶接電流の変化率を検出して溶接電流変化率検出信号を出力する溶接電流変化率検出部と、
増幅率を設定する増幅率設定部と、
前記溶接電流変化率検出信号に前記増幅率を乗じて溶接電流変化率増幅信号を出力する溶接電流変化率増幅部と、
前記出力端子電圧検出信号から前記溶接電流変化率増幅信号を減算して電圧検出信号を出力する電圧検出部と、
前記電圧検出信号によって短絡期間中の溶滴のくびれを検出してくびれ検出信号を出力するくびれ検出部と、を備えており、
前記くびれ検出信号が出力されると溶接電流を減少させてアークを再発生させて溶接する消耗電極アーク溶接電源において、
前記くびれ検出信号が出力された時点から前記アークが再発生する時点までのくびれ時間を検出してくびれ時間検出信号を出力するくびれ時間検出部を備え、
前記増幅率設定部は、前記くびれ時間検出信号に基づいて前記増幅率を調整する、
ことを特徴とする消耗電極アーク溶接電源である。

請求項２の発明は、
前記くびれ時間の目標値を設定するくびれ時間設定信号を出力するくびれ時間設定部をさらに備え、
前記増幅率設定部は、前記くびれ時間検出信号が前記くびれ時間設定信号と等しくなるように前記増幅率を調整する、
ことを特徴とする請求項１に記載の消耗電極アーク溶接電源である。

請求項３の発明は、
前記増幅率設定部は、溶接が終了したときの前記増幅率の値を保存する、
ことを特徴とする請求項１又は２に記載の消耗電極アーク溶接電源である。

本発明によれば、溶接ケーブルの敷設状態に関わらず、出力端子電圧によってくびれの検出を正確に行うことができ、良好な溶接品質を得ることができる。

本発明の実施の形態に係る消耗電極アーク溶接電源のブロック図である。 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。

図１は、本発明の実施の形態に係る消耗電極アーク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、誤差増幅信号Ｅａ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インバータ駆動回路を備えている。

上記の電源主回路ＰＭの出力端子６ａと溶接トーチ４とは溶接ケーブル７ａで接続されており、もう一方の出力端子６ｂと母材２とは溶接ケーブル７ｂで接続されている。この溶接ケーブル７ａ、７ｂの長さは往復５０ｍ以上になる場合もある。この溶接ケーブル７ａ、７ｂによるインダクタンス値がＬ（μＨ）となる。インダクタンス値Ｌは、長さ、敷設状態によって１０～２００μＨ程度の範囲で種々な値となる。

減流抵抗器Ｒは、上記の電源主回路ＰＭと出力端子６ａ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５０倍以上大きな値（０．５～３Ω程度）に設定される。このために、くびれ検出制御によって減流抵抗器Ｒが通電路に挿入されると、溶接電源内の直流リアクトル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、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。

溶接ワイヤ１は、送給機ＦＤ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。

出力端子電圧検出回路ＶＴＤは、出力端子６ａと６ｂとの間の出力端子電圧Ｖｔを検出して、出力端子電圧検出信号Ｖtd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。

溶接電流変化率検出回路ＤＩは、上記の溶接電流検出信号Ｉｄを入力として、微分して溶接電流変化率検出信号ｄＩｄ／ｄｔを出力する。

増幅率設定回路ＧＲは、後述するくびれ時間誤差増幅信号Ｅｔを入力として、予め定めた初期値に、くびれ時間誤差増幅信号Ｅｔの値が更新されるごとに加算して増幅率設定信号Ｇｒを出力する。初期値は、例えば、溶接ケーブルの敷設状態が標準的であるときのインダクタンス値である３０μＨ程度に設定される。また、増幅率設定回路ＧＲは、溶接が終了したときの増幅率設定信号Ｇｒの値を保存する。

溶接電流変化率増幅回路ＧＤＩは、上記の溶接電流変化率検出信号ｄＩｄ／ｄｔ及び上記の増幅率設定信号Ｇｒを入力として、両値を乗算して、溶接電流変化率増幅信号Ｇ・ｄＩｄ／ｄｔを出力する。

電圧検出回路ＶＤは、上記の出力端子電圧検出信号Ｖtd及び上記の溶接電流変化率増幅信号Ｇ・ｄＩｄ／ｄｔを入力として、上述した（１）式に基づいてＶｄ＝Ｖtd－Ｇ・ｄＩｄ／ｄｔを演算して、電圧検出信号Ｖｄを出力する。

短絡判別回路ＳＤは、上記の溶接電圧検出信号Ｖｄを入力として、この値が予め定めた短絡／アーク判別値Ｖta（１０Ｖ程度）未満であるときは短絡期間にあると判別してＨｉｇｈレベルとなり、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。

くびれ検出基準値設定回路ＶＴＮは、予め定めたくびれ検出基準値信号Ｖtnを出力する。溶接法、送給速度、溶接ワイヤ１の材質、直径等の溶接条件に応じて、このくびれ検出基準値信号Ｖtnの値は適正値に設定される。

くびれ検出回路ＮＤは、上記のくびれ検出基準値信号Ｖtn、上記の短絡判別信号Ｓｄ、上記の電圧検出信号Ｖｄ及び上記の溶接電流検出信号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の電圧上昇値がくびれ検出基準値信号Ｖtnの値に達した時点でくびれが形成されたと判別して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くびれ検出基準値信号Ｖtnの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の値を溶接電流検出信号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くびれ検出基準値信号Ｖtnの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。

くびれ時間検出回路ＴＮＤは、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レベルとなるくびれ時間Ｔｎを検出し、所定期間ごとにくびれ時間Ｔｎの平均値を算出して、くびれ時間検出信号Ｔndを出力する。くびれ時間Ｔｎは、短絡期間中にくびれを検出した時点からアークが再発生するまでの時間である。このくびれ時間Ｔｎが短いときは、アーク再発生時の溶接電流Ｉｗの値が十分小さな値まで減少することができないために、スパッタが発生することになる。他方、くびれ時間Ｔｎが長いときは、低レベル電流値Ｉｌの状態が長く続くために、アークの再発生に失敗する場合も発生する。したがって、くびれ時間Ｔｎが適正値とほぼ等しい状態にあるときは、くびれ検出制御が適正に動作しているときである。所定期間の平均値を算出しているのは、くびれ時間Ｔｎにはある程度のばらつきがあるので、それを平均化するためである。所定期間は、例えば０．５ms程度である。

くびれ時間設定回路ＴＮＲは、予め定めたくびれ時間Ｔｎの適正値のくびれ時間設定信号Ｔnrを出力する。

くびれ時間誤差増幅回路ＥＴは、上記のくびれ時間検出信号Ｔnd及び上記のくびれ時間設定信号Ｔnrを入力として、両値の誤差（Ｔnr－Ｔnd）を増幅してくびれ時間誤差増幅信号Ｅｔを出力する。

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、上記の低レベル電流設定信号Ｉlr及び上記の溶接電流検出信号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。この結果、溶接電流Ｉｗは、低レベル電流設定信号Ｉlrの値を維持する。

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Ｈｉｇｈレベル（短絡）に変化した時点から予め定めた初期期間中は、予め定めた初期電流設定値を電流制御設定信号Ｉcrとして出力する。
２）その後は、電流制御設定信号Ｉcrの値を、上記の初期電流設定値から予め定めた短絡時傾斜で予め定めたピーク設定値まで上昇させ、その値を維持する。
３）くびれ検出信号ＮｄがＨｉｇｈレベル（くびれ検出）に変化すると、電流制御設定信号Ｉcrの値を低レベル電流設定信号Ｉlrの値に切り換えて維持する。
４）短絡判別信号ＳｄがＬｏｗレベル（アーク期間）に変化し、予め定めた遅延期間Ｔｄが経過すると、電流制御設定信号Ｉcrを、予め定めたアーク時傾斜で予め定めた高レベル電流設定値まで上昇させ、その値を維持する。

電流誤差増幅回路ＥＩは、上記の電流制御設定信号Ｉcr（＋）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。

電圧設定回路ＶＲは、アーク期間中の溶接電圧を設定するための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、この電圧設定信号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。

制御切換回路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）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）に変化して上記の遅延期間及び上記の高電流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として出力し、それ以外の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。この回路により、短絡期間＋遅延期間Ｔｄ＋高電流期間中は定電流制御となり、それ以外のアーク期間中は定電圧制御となる。

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、この設定値に相当する送給速度で溶接ワイヤ１を送給するための送給制御信号Ｆｃを上記の送給機ＦＤに出力する。

図２は、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）は溶接電流Ｉｗの時間変化を示し、同図（Ｂ）は溶接電圧Ｖｗの時間変化を示し、同図（Ｃ）はくびれ検出信号Ｎｄの時間変化を示し、同図（Ｄ）は駆動信号Ｄｒの時間変化を示し、同図（Ｅ）は短絡判別信号Ｓｄの時間変化を示し、同図（Ｆ）は電流制御設定信号Ｉcr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。

図１の電圧検出信号Ｖｄは、上述した（１）式に基づいて、出力端子電圧検出信号Ｖtd、増幅率Ｇ及び溶接電流変化率検出信号ｄＩｄ／ｄｔによって下式で算出される。
Ｖｄ＝Ｖtd－Ｇ・ｄＩｄ／ｄｔ＝Ｖｗ＋Ｌ・ｄＩｗ／ｄｔ－Ｇ・ｄＩｄ／ｄｔ
ここで、増幅率Ｇを溶接ケーブルによるインダクタンス値Ｌと等しくなるように設定すると、Ｖｄ＝Ｖｗとなり、出力端子電圧検出信号Ｖtdによって溶接電圧Ｖｗを検出することができる。

（１）時刻ｔ１の短絡発生から時刻ｔ２のくびれ検出時点までの動作
時刻ｔ１において溶接ワイヤ１が母材２と接触すると短絡期間になり、同図（Ｂ）に示すように、溶接電圧Ｖｗは数Ｖ程度の短絡電圧値に急減する。そして、図１の電圧検出信号Ｖｄの値が短絡／アーク判別値Ｖta未満になったことを判別して、同図（Ｅ）に示すように、短絡判別信号ＳｄはＬｏｗレベルからＨｉｇｈレベルに変化する。これに応動して、同図（Ｆ）に示すように、電流制御設定信号Ｉcrは時刻ｔ１において予め定めた高レベル電流設定値から小さな値である予め定めた初期電流設定値に変化する。時刻ｔ１～ｔ１１の予め定めた初期期間中は上記の初期電流設定値となり、時刻ｔ１１～ｔ１２の期間中は予め定めた短絡時傾斜で上昇し、時刻ｔ１２～ｔ２の期間中は予め定めたピーク設定値となる。短絡期間中は上述したように定電流制御されているので溶接電流Ｉｗは電流制御設定信号Ｉcrに相当する値に制御される。このために、同図（Ａ）に示すように、溶接電流Ｉｗは、時刻ｔ１においてアーク期間の溶接電流値から減少し、時刻ｔ１～ｔ１１の初期期間中は初期電流値となり、時刻ｔ１１～ｔ１２の期間中は短絡時傾斜で上昇し、時刻ｔ１２～ｔ２の期間中はピーク値となる。同図（Ｃ）に示すように、くびれ検出信号Ｎｄは、後述する時刻ｔ２～ｔ３のくびれ時間Ｔｎ中はＨｉｇｈレベルとなり、それ以外の期間はＬｏｗレベルとなる。同図（Ｄ）に示すように、駆動信号Ｄｒは、後述する時刻ｔ２～ｔ２１の期間はＬｏｗレベルとなり、それ以外の期間はＨｉｇｈレベルとなる。したがって、同図において時刻ｔ２以前の期間中は、駆動信号ＤｒはＨｉｇｈレベルとなり、図１のトランジスタＴＲがオン状態となるので、減流抵抗器Ｒは短絡されて通常の消耗電極アーク溶接電源と同一の状態となる。例えば、上記の初期期間は１ms程度であり、初期電流値は５０Ａ程度であり、短絡時傾斜は４００Ａ／ms程度であり、ピーク値は４５０Ａ程度である。

同図（Ｂ）に示すように、溶接電圧Ｖｗは、溶接電流Ｉｗがピーク値となる時刻ｔ１２あたりから上昇する。これは、溶滴にくびれが次第に形成されるためである。この溶接電圧Ｖｗの変化を電圧検出信号Ｖｄによって検出する。時刻ｔ１２からの期間がくびれを検出する期間となる。

（２）時刻ｔ２のくびれ検出時点から時刻ｔ３のアーク再発生時点までの動作
時刻ｔ２において、同図（Ｂ）に示すように、溶接電圧Ｖｗが上昇して、電圧検出信号Ｖｄの初期期間中の電圧値からの電圧上昇値ΔＶが予め定めたくびれ検出基準値Ｖtnと等しくなったことによってくびれを検出すると、同図（Ｃ）に示すように、くびれ検出信号ＮｄはＨｉｇｈレベルに変化する。これに応動して、同図（Ｄ）に示すように、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はオフ状態となり減流抵抗器Ｒが通電路に挿入される。同時に、同図（Ｆ）に示すように、電流制御設定信号Ｉcrは低レベル電流設定信号Ｉlrの値へと小さくなる。このために、同図（Ａ）に示すように、溶接電流Ｉｗはピーク値から急減する。そして、時刻ｔ２１において、溶接電流Ｉｗが低レベル電流値Ｉｌまで減少すると、同図（Ｄ）に示すように、駆動信号ＤｒはＨｉｇｈレベルに戻るので、図１のトランジスタＴＲはオン状態となり減流抵抗器Ｒは短絡される。この結果、同図（Ａ）に示すように、溶接電流Ｉｗは、時刻ｔ２１からアークが再発生する時刻ｔ３まで低レベル電流値Ｉｌを維持する。したがって、トランジスタＴＲは、時刻ｔ２にくびれが検出されてから時刻ｔ２１に溶接電流Ｉｗが低レベル電流値Ｉｌに減少するまでの期間のみオフ状態となる。同図（Ｂ）に示すように、溶接電圧Ｖｗは、溶接電流Ｉｗが小さくなるので時刻ｔ２から一旦減少した後に急上昇する。

（３）時刻ｔ３のアーク再発生から遅延期間Ｔｄが経過して時刻ｔ４の高電流期間が終了するまでの動作
時刻ｔ３においてアーク３が再発生すると、同図（Ｂ）に示すように、溶接電圧Ｖｗは急増し、電圧検出信号Ｖｄの値は短絡／アーク判別値Ｖta以上となる。時刻ｔ３～ｔ３１の期間が予め定めた遅延期間Ｔｄとなる。同図（Ｆ）に示すように、電流制御設定信号Ｉcrの値は、時刻３１まで低レベル電流設定信号値Ｉlrのままとなる。そして、時刻ｔ３１～ｔ４の期間が予め定めた高電流期間となる。電流制御設定信号Ｉcrの値は、時刻ｔ３１から予め定めたアーク時傾斜で上昇し、上記の高レベル電流設定値に達するとその値を維持する。時刻ｔ３にアークが再発生してから遅延期間Ｔｄ及び高電流期間が経過する時刻ｔ４まで溶接電源は定電流制御されているので、同図（Ａ）に示すように、溶接電流Ｉｗは、時刻ｔ３～ｔ３１の遅延期間Ｔｄ中は低レベル電流値Ｉｌとなり、時刻ｔ３１からはアーク時傾斜で上昇し、高レベル電流値に達するとその値を時刻ｔ４まで維持する。同図（Ｂ）に示すように、溶接電圧Ｖｗは、時刻ｔ３～ｔ３１の遅延期間Ｔｄ中はアーク電圧値となり、時刻ｔ３１～ｔ４の高電流期間中はそれよりも大の高レベル電圧値となる。同図（Ｃ）に示すように、くびれ検出信号Ｎｄは、時刻ｔ３にアークが再発生するので、Ｌｏｗレベルに変化する。

（４）時刻ｔ４の高電流終了時点から時刻ｔ５の次の短絡発生までのアーク期間の動作
時刻ｔ４において高電流期間が終了すると、溶接電源は定電流制御から定電圧制御へと切り換えられる。このために、同図（Ａ）に示すように、溶接電流Ｉｗは高レベル電流値から次第に減少する。同様に、同図（Ｂ）に示すように、溶接電圧Ｖｗは高レベル電圧値から次第に減少する。

本実施の形態においては、くびれが検出される時刻ｔ２からアークが再発生する時刻ｔ３までのくびれ時間Ｔｎを検出し、所定期間ごとに平均値を算出して図１のくびれ時間検出信号Ｔndを出力する。このくびれ時間検出信号Ｔndの値が図１の予め定めたくびれ時間設定信号Ｔnrの値と等しくなるように図１の増幅率設定信号Ｇｒの値が自動的に調整される。このようにして、くびれ検出制御が最も有効に動作するように、増幅率Ｇが自動調整される。したがって、溶接ケーブルの敷設状態に関わらず、出力端子電圧によってくびれの検出を正確に行うことができ、良好な溶接品質を得ることができる。

上述した実施の形態によれば、くびれ検出信号が出力された時点からアークが再発生する時点までのくびれ時間を検出してくびれ時間検出信号を出力するくびれ時間検出部を備え、増幅率設定部は、くびれ時間検出信号に基づいて増幅率を調整する。これにより、溶接ケーブルの敷設状態が変化しても、くびれ時間を指標としてくびれ検出制御が適切に動作するように、増幅率を自動調整することができる。このために、溶接ケーブルの敷設状態に関わらず、出力端子電圧によってくびれの検出を正確に行うことができ、良好な溶接品質を得ることができる

さらに、本実施の形態によれば、くびれ時間の目標値を設定するくびれ時間設定信号を出力するくびれ時間設定部をさらに備え、増幅率設定部は、くびれ時間検出信号がくびれ時間設定信号と等しくなるように増幅率を調整することが好ましい。これにより、くびれ検出制御が最も有効に動作するように増幅率が自動調整される。

さらに、本実施の形態によれば、増幅率設定部は、溶接が終了したときの増幅率の値を保存することが好ましい。このようにすると、溶接開始時点からくびれ検出制御が適正に動作するので、溶接品質をさらに向上させることができる。

1 溶接ワイヤ
2 母材
3 アーク
4 溶接トーチ
ＣＭ 電流比較回路
Ｃｍ 電流比較信号
ＤＩ 溶接電流変化率検出回路
ｄＩｄ／ｄｔ 溶接電流変化率検出信号
ＤＲ 駆動回路
Ｄｒ 駆動信号
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
ＥＴ くびれ時間誤差増幅回路
Ｅｔ くびれ時間誤差増幅信号
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 送給機
ＦＲ 送給速度設定回路
Ｆｒ 送給速度設定信号
Ｇ 増幅率
ＧＤＩ 溶接電流変化率増幅回路
Ｇ・ｄＩｄ／ｄｔ 溶接電流変化率増幅信号
ＧＲ 増幅率設定回路
Ｇｒ 増幅率設定信号
ＩＣＲ 電流制御設定回路
Ｉcr 電流制御設定信号
ＩＤ 溶接電流検出回路
Ｉｄ 溶接電流検出信号
Ｉｌ 低レベル電流値
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
ＮＤ くびれ検出回路
Ｎｄ くびれ検出信号
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
ＳＷ 制御切換回路
Ｔｄ 遅延期間
ＴＮＤ くびれ時間検出回路
Ｔnd くびれ時間検出信号
ＴＮＲ くびれ時間設定回路
Ｔnr くびれ時間設定信号
ＴＲ トランジスタ
ＶＤ 電圧検出回路
Ｖｄ 電圧検出信号
ＶＲ 電圧設定回路
Ｖｒ 電圧設定信号
Ｖｔ 出力端子電圧
Ｖta 短絡／アーク判別値
ＶＴＤ 出力端子電圧検出回路
Ｖtd 出力端子電圧検出信号
ＶＴＮ くびれ検出基準値設定回路
Ｖtn くびれ検出基準値（信号）
Ｖｗ 溶接電圧
ΔＶ 電圧上昇値

Claims (3)

1. 溶接電源の出力端子の電圧を検出して出力端子電圧検出信号を出力する出力端子電圧検出部と、
   溶接電流の変化率を検出して溶接電流変化率検出信号を出力する溶接電流変化率検出部と、
   増幅率を設定する増幅率設定部と、
   前記溶接電流変化率検出信号に前記増幅率を乗じて溶接電流変化率増幅信号を出力する溶接電流変化率増幅部と、
   前記出力端子電圧検出信号から前記溶接電流変化率増幅信号を減算して電圧検出信号を出力する電圧検出部と、
   前記電圧検出信号によって短絡期間中の溶滴のくびれを検出してくびれ検出信号を出力するくびれ検出部と、を備えており、
   前記くびれ検出信号が出力されると溶接電流を減少させてアークを再発生させて溶接する消耗電極アーク溶接電源において、
   前記くびれ検出信号が出力された時点から前記アークが再発生する時点までのくびれ時間を検出してくびれ時間検出信号を出力するくびれ時間検出部を備え、
   前記増幅率設定部は、前記くびれ時間検出信号に基づいて前記増幅率を調整する、
   ことを特徴とする消耗電極アーク溶接電源。
2. 前記くびれ時間の目標値を設定するくびれ時間設定信号を出力するくびれ時間設定部をさらに備え、
   前記増幅率設定部は、前記くびれ時間検出信号が前記くびれ時間設定信号と等しくなるように前記増幅率を調整する、
   ことを特徴とする請求項１に記載の消耗電極アーク溶接電源。
3. 前記増幅率設定部は、溶接が終了したときの前記増幅率の値を保存する、
   ことを特徴とする請求項１又は２に記載の消耗電極アーク溶接電源。

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