JP2023066022A - アーク溶接制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】正逆送給アーク溶接方法において、、送給抵抗が急峻かつ大幅に変動した場合でも、プル送給速度の平均値を所定値に維持して良好な溶接品質を得ること。【解決手段】正送回転するプッシュ側送給モータＷＭＰ及び正送回転と逆送回転とを繰り返すプル側送給モータＷＭによるプッシュプル送給制御によって溶接ワイヤ１を送給し、プッシュ側送給モータＷＭＰとプル側送給モータＷＭとの送給経路の間に溶接ワイヤ１を一時的に収容する中間ワイヤ収容部ＷＢを設け、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おいて、中間ワイヤ収容部ＷＢの収容量Ｗｂに基づいてプッシュ側送給モータＷＭＰのプッシュ送給速度Ｆｗｐを補正し、プル側送給モータＷＭの平均送給速度Ｆａｄが予め定めたプル平均送給速度設定値Ｆａｒと等しくなるように、プル送給速度Ｆｗの波形パラメータを補正する。【選択図】 図１

Description

本発明は、正送回転するプッシュ側送給モータ及び正送回転と逆送回転とを繰り返すプル側送給モータによるプッシュプル送給制御によって溶接ワイヤを送給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、溶接ワイヤの送給を正送と逆送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。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。

正逆送給アーク溶接方法では、溶接ワイヤの正送及び逆送を１００Ｈｚ程度で高速・高精度に切り換える必要がある。このために、送給方式としてプッシュプル送給方式を採用することが多い。さらに、プッシュ側送給モータとプル側送給モータとの送給経路の間に溶接ワイヤを一時的に収容する中間ワイヤ収容部を設けることも多い。

正逆送給アーク溶接方法においては、短絡期間及びアーク期間の発生タイミングに同期して、正送期間と逆送期間とが切り換えられる。このために、溶接電圧の設定値、突き出し長さ等の溶接条件が変化して短絡期間とアーク期間との時間比率が変化すると、正送期間と逆送期間との時間比率も変化するので溶接ワイヤの平均送給速度が変化する。平均送給速度が変化すると、溶着量が変化するので、溶接品質が悪くなる。この問題に対処するために、特許文献１の発明では、プッシュ側モータによって一定速度で正送送給し、中間ワイヤ収容部の収容量を検出し、この収容量に基づいてプル側モータのプル送給速度を補正制御している。この補正制御によって、平均送給速度が変化することを抑制している。

特開２０２０－９９９４５号公報

正逆送給アーク溶接方法において、従来技術の補正制御では、中間ワイヤ収容部の収容量に基づいてプル送給速度の正送ピーク値及び逆送ピーク値を変化させている。しかし、溶接中に送給経路が急峻かつ大幅に変化すると、送給抵抗が大きくなり、プル送給速度の補正制御が追従することができない場合が発生する。この結果、プル送給速度の平均値が変動することになり、溶接品質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方法において、、送給抵抗が急峻かつ大幅に変動した場合でも、プル送給速度の平均値を所定値に維持して良好な溶接品質を得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、
正送回転するプッシュ側送給モータ及び正送回転と逆送回転とを繰り返すプル側送給モータによるプッシュプル送給制御によって溶接ワイヤを送給し、
前記プッシュ側送給モータと前記プル側送給モータとの送給経路の間に前記溶接ワイヤを一時的に収容する中間ワイヤ収容部を設け、
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おいて、
前記中間ワイヤ収容部の収容量に基づいて前記プッシュ側送給モータのプッシュ送給速度を補正し、
前記プル側送給モータの平均送給速度が予め定めたプル平均送給速度設定値と等しくなるように、前記プル送給速度の波形パラメータを補正する、
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、
前記波形パラメータが、正送ピーク値及び／又は逆送ピーク値である、
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。

請求項３の発明は、
前記波形パラメータの補正は、前記波形パラメータの所定位相に同期して行う、
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、
前記所定位相が、前記プル送給速度が０となる位相である、
ことを特徴とする請求項３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方法において、、送給抵抗が急峻かつ大幅に変動した場合でも、プル送給速度の平均値を所定値に維持して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］
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。

プッシュ側送給モータＷＭＰは、後述するプッシュ送給制御信号Ｆcpを入力として、正送回転してプッシュ送給速度Ｆwpで溶接ワイヤ１を正送送給する。プル側送給モータＷＭは、後述するプル送給制御信号Ｆｃを入力として、正送回転と逆送回転とを交互に繰り返して溶接ワイヤ１を正逆送給速度Ｆｗで送給する。プッシュ側送給モータＷＭＰが送給経路の上流側に設けられており、プル側送給モータＷＭは下流側に設けられている。両送給モータともに速度制御されている。両送給モータでプッシュプル送給制御系を構成している。

中間ワイヤ収容部ＷＢは、プッシュ側送給モータＷＭＰとプル側送給モータＷＭとの間の送給経路に設けられ、溶接ワイヤ１を一時的に収容収容し、収容量に応じた収容量信号Ｗｂを出力する。中間ワイヤ収容部ＷＢは、従来技術で慣用されているので、詳細な構造については省略する。溶接ワイヤ１の収容量の検出は、機械的原理、電気的原理、光学的原理、磁気的原理、又はこれらの原理の組合せによって行う。

溶接ワイヤ１は、上記のプル側送給モータ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。溶接トーチ４の先端からはシールドガス（図示は省略）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。

プッシュ送給速度初期値設定回路ＦＳＲＰは、正の値の予め定めたプッシュ送給速度初期値設定信号Ｆsrpを出力する。

収容量設定回路ＷＢＲは、目標値となる予め定めた収容量設定信号Ｗbrを出力する。収容量誤差増幅回路ＥＷは、上記の収容量設定信号Ｗbr及び上記の収容量信号Ｗｂを入力として、収容量設定信号Ｗbr（＋）と収容量信号Ｗｂ（－）との誤差を増幅して、収容量誤差増幅信号Ｅｗを出力する。Ｅｗ＝Ｇ・（Ｗbr－Ｗｂ）であり、Ｇは正の値の増幅率である。したがって、収容量信号Ｗｂが目標値の収容量設定信号Ｗbrよりも大のときは収容量誤差増幅信号Ｅｗは負の値となり、収容量信号Ｗｂが目標値の収容量設定信号Ｗbrよりも小のときは収容量誤差増幅信号Ｅｗは正の値となる。

プッシュ送給速度補正回路ＦＨＰは、上記のプッシュ送給速度初期値設定信号Ｆsrp及び上記の収容量誤差増幅信号Ｅｗを入力として、Ｆrp＝Ｆsrp＋∫Ｅｗ・ｄｔの補正制御を行い、プッシュ送給速度設定信号Ｆrpを出力する。

プッシュ送給制御回路ＦＣＰは、上記のプッシュ送給速度設定信号Ｆrpを入力として、プッシュ送給速度設定信号Ｆrpの値に相当するプッシュ送給速度Ｆwpで溶接ワイヤ１を送給するためのプッシュ送給制御信号Ｆcpを上記のプッシュ側送給モータＷＭＰに出力する。

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。

逆送減速期間設定回路ＴＲＤＲは、予め定めた逆送減速期間設定信号Ｔrdrを出力する。

正送ピーク初期値設定回路ＷＳＳは、予め定めた正送ピーク初期値設定信号Ｗssを出力する。

逆送ピーク初期値設定回路ＷＲＳは、予め定めた逆送ピーク初期値設定信号Ｗrsを出力する。

プル平均送給速度設定回路ＦＡＲは、目標値となる予め定めたプル平均送給速度設定信号Ｆarを出力する。プル平均送給速度検出回路ＦＡＤは、後述するプル送給速度設定信号Ｆｒを入力として、平均値を算出してプル平均送給速度検出信号Ｆadを出力する。また、プル側送給モータＷＭの回転数をエンコーダ等によって検出して、プル平均送給速度検出信号Ｆadを出力するようにしても良い。プル平均送給速度誤差増幅回路ＥＦは、上記のプル平均送給速度設定信号Ｆar及び上記のプル平均送給速度検出信号Ｆadを入力として、プル平均送給速度設定信号Ｆar（＋）とプル平均送給速度検出信号Ｆad（－）との誤差を増幅して、プル平均送給速度誤差増幅信号Ｅｆを出力する。Ｅｆ＝Ｇｆ・（Ｆar－Ｆad）であり、Ｇｆは正の値の増幅率である。したがって、プル平均送給速度検出信号Ｆadが目標値のプル平均送給速度設定信号Ｆarよりも大のときはプル平均送給速度誤差増幅信号Ｅｆは負の値となり、プル平均送給速度検出信号Ｆadが目標値のプル平均送給速度設定信号Ｆarよりも小のときはプル平均送給速度誤差増幅信号Ｅｆは正の値となる。

プル送給速度補正回路ＦＨは、上記の正送ピーク初期値設定信号Ｗss、上記の逆送ピーク初期値設定信号Ｗrs及び上記のプル平均送給速度誤差増幅信号Ｅｆを入力として、以下に示す処理１）～５）の中から一つを選択して補正制御を行い、正送ピーク値設定信号Ｗsr及び逆送ピーク値設定信号Ｗrrを出力する。以下に示す補正制御（変調制御）は、予め定めた制御周期ごとに行われる。制御周期は正逆送給の１周期である５ms程度よりも長い周期であり、例えば５～１００msである。また、以下に示す補正制御は、制御系がＰ制御の場合であるが、ＰＩ制御、ＰＩＤ制御であっても良い。
処理１）正送ピーク値のみを補正制御する場合
正送ピーク初期値設定信号Ｗssをプル平均送給速度誤差増幅信号Ｅｆによって補正制御（変調制御）して正送ピーク値設定信号Ｗsr＝Ｗss＋Ｅｆを出力する。そして、逆送ピーク初期値設定信号Ｗrsをそのまま逆送ピーク値設定信号Ｗrr＝Ｗrsとして出力する。
処理２）逆送ピーク値のみを補正制御する場合
逆送ピーク初期値設定信号Ｗrsをプル平均送給速度誤差増幅信号Ｅｆによって補正制御（変調制御）して逆送ピーク値設定信号Ｗrr＝Ｗrs＋Ｅｆを出力する。そして、正送ピーク初期値設定信号Ｗssをそのまま正送ピーク値設定信号Ｗsr＝Ｗssとして出力する。
処理３）正送ピーク値及び逆送ピーク値を補正制御する場合
正送ピーク初期値設定信号Ｗssをプル平均送給速度誤差増幅信号Ｅｆによって補正制御（変調制御）して正送ピーク値設定信号Ｗsr＝Ｗss＋Ｅｆを出力する。そして、逆送ピーク初期値設定信号Ｗrsをプル平均送給速度誤差増幅信号Ｅｆによって補正制御（変調制御）して逆送ピーク値設定信号Ｗrr＝Ｗrs＋Ｅｆを出力する。
処理４）プル平均送給速度誤差増幅信号Ｅｆの符号に応じて正送ピーク値及び逆送ピーク値を補正制御する第１の場合
プル平均送給速度誤差増幅信号Ｅｆ≧０のときは、正送ピーク初期値設定信号Ｗssをプル平均送給速度誤差増幅信号Ｅｆによって補正制御（変調制御）して正送ピーク値設定信号Ｗsr＝Ｗss＋Ｅｆを出力する。他方、プル平均送給速度誤差増幅信号Ｅｆ＜０のときは、逆送ピーク初期値設定信号Ｗrsをプル平均送給速度誤差増幅信号Ｅｆによって補正制御（変調制御）して逆送ピーク値設定信号Ｗrr＝Ｗrs＋Ｅｆを出力する。
処理５）プル平均送給速度誤差増幅信号Ｅｆの符号に応じて正送ピーク値及び逆送ピーク値を補正制御する第２の場合
プル平均送給速度誤差増幅信号Ｅｆ＜０のときは、正送ピーク初期値設定信号Ｗssをプル平均送給速度誤差増幅信号Ｅｆによって補正制御（変調制御）して正送ピーク値設定信号Ｗsr＝Ｗss＋Ｅｆを出力する。他方、プル平均送給速度誤差増幅信号Ｅｆ≧０のときは、逆送ピーク初期値設定信号Ｗrsをプル平均送給速度誤差増幅信号Ｅｆによって補正制御（変調制御）して逆送ピーク値設定信号Ｗrr＝Ｗrs＋Ｅｆを出力する。

プル送給速度設定回路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、上記の逆送減速期間設定信号Ｔrdr、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及び上記の短絡判別信号Ｓｄを入力として、以下の処理によって生成されたプル送給速度パターンをプル送給速度設定信号Ｆｒとして出力する。このプル送給速度設定信号Ｆｒが０以上のときは正送期間となり、０未満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プル送給速度設定信号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を維持するプル送給速度設定信号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プル送給速度設定信号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プル送給速度設定信号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を維持するプル送給速度設定信号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)に変化すると、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に移行し、上記の逆送ピーク値Ｗrpから０まで直線状に減速するプル送給速度設定信号Ｆｒを出力する。
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プル送給速度設定信号Ｆｒが生成される。

プル送給制御回路ＦＣは、上記のプル送給速度設定信号Ｆｒを入力として、プル送給速度設定信号Ｆｒの値に相当するプル送給速度Ｆｗで溶接ワイヤ１を送給するためのプル送給制御信号Ｆｃを上記のプル側送給モータ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５０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、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）はプル送給速度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）はプッシュ送給速度Ｆwp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）に示すプル送給速度Ｆｗは、図１のプル送給速度設定回路ＦＲから出力されるプル送給速度設定信号Ｆｒの値に制御される。プル送給速度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及び図１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によって定まる。この結果、プル送給速度設定信号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。また、同図（Ｆ）に示すプッシュ送給速度Ｆwpは、図１のプッシュ送給速度設定信号Ｆrpによって定まる正送速度となる。

［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、プル送給速度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、プル送給速度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、プル送給速度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。

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＝１７５A/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、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、時刻ｔ４～ｔ５の予め定めた逆送減速期間Ｔrdに移行し、同図(Ａ)に示すように、プル送給速度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＝１msに設定される。

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、プル送給速度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、プル送給速度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。

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～ｔ４１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ｔ４１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ｔ４１～ｔ６１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。

同図において、正送ピーク値Ｗsp（正送ピーク値設定信号Ｗsr）及び／又は逆送ピーク値Ｗrp（逆送ピーク値設定信号Ｗrr）は、図１のプル送給速度補正回路ＦＨによって、処理１）～５）の中から一つが選択されて補正制御される。補正制御は、図１のプル平均送給速度検出信号Ｆadの値が図１の予め定めたプル平均送給速度設定信号Ｆarの値と等しくなるように、正送ピーク値Ｗsp及び／又は逆送ピーク値Ｗrpが補正される。これにより、プル送給速度Ｆｗの平均値は、プル平均送給速度設定信号Ｆarの値となる。

また、同図（Ｆ）に示すプッシュ送給速度Ｆwp(図１のプッシュ送給速度設定信号Ｆrp)は、図１のプッシュ送給速度補正回路ＦＨＰによって補正制御される。補正制御は、図１の中間ワイヤ収容部ＷＢからの収容量信号Ｗｂの値が図１の予め定めた収容量設定信号Ｗbrの値と等しくなるように、プッシュ送給速度Ｆwpが補正される。

上述した実施の形態１によれば、中間ワイヤ収容部の収容量に基づいてプッシュ側送給モータのプッシュ送給速度を補正し、プル側送給モータの平均送給速度が予め定めたプル平均送給速度設定値と等しくなるように、プル送給速度の波形パラメータを補正する。波形パラメータは、正送ピーク値及び／又は逆送ピーク値である。従来技術においては、溶接中に送給経路が急峻かつ大幅に変化すると、送給抵抗が大きくなり、プル送給速度の補正制御が追従することができなくなり、プル送給速度の平均値が変動するという問題がある。これに対して、本実施の形態では、送給抵抗が急峻に変化しても、中間ワイヤ収容部の収容量が目標値となるようにプッシュ送給速度が補正制御される。この結果、プル側送給モータへの負荷が軽減されるので、プル送給速度の補正制御の追従性を向上させることができる。したがって、本実施の形態では、送給抵抗が大きく変化しても、プル送給速度の平均値を一定に維持することができ、溶接品質を良好に保つことができる。

［実施の形態２］
実施の形態２の発明は、実施の形態１で上述したプル送給速度の補正制御を、プル送給速度の波形パラメータの所定位相に同期して行う。所定位相は、例えば、プル送給速度が０となる位相である。

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のプル送給速度補正回路ＦＨを第２プル送給速度補正回路ＦＨ２に置換したものである。以下、同図を参照して、このブロックについて説明する。

第２プル送給速度補正回路ＦＨ２は、上記のプル送給速度設定信号Ｆｒ、上記の正送ピーク初期値設定信号Ｗss、上記の逆送ピーク初期値設定信号Ｗrs及び上記のプル平均送給速度誤差増幅信号Ｅｆを入力として、実施の形態１で上述した処理１）～５）の中から一つを選択し、プル送給速度設定信号Ｆｒの波形が所定位相になった時点におけるプル平均送給速度誤差増幅信号Ｅｆに基づいて補正制御を行い、正送ピーク値設定信号Ｗsr及び逆送ピーク値設定信号Ｗrrを出力する。

図３における各信号のタイミングチャートは、上述した図２と同一であるので省略する。但し、補正制御によるプル送給速度Ｆｗの更新が、プル送給速度Ｆｗの所定位相に同期して行われる点は異なっている。所定位相としては、図２（Ａ）に示す以下の場合がある。
１）時刻ｔ１の正送減速期間Ｔsdの開始時点（短絡発生時点）
２）時刻ｔ２の正送から逆送に切り替わるプル送給速度Ｆｗ＝０の時点
３）時刻ｔ３の逆送ピーク期間Ｔrpの開始時点
４）時刻ｔ４の逆送減速期間Ｔrdの開始時点（アーク発生時点）
５）時刻ｔ５の逆送から正送に切り替わるプル送給速度Ｆｗ＝０の時点
６）時刻ｔ６の正送ピーク期間Ｔspの開始時点

上述した実施の形態２によれば、プル送給速度の波形パラメータの所定位相に同期して、プル送給速度の補正を行う。このようにすると、プル送給速度の更新が同じ溶接状態のときに行われるので、溶接状態が安定化する。

さらに、所定位相が、プル送給速度が０となる位相であることがより好ましい。このようにすると、プル送給速度が急峻に変化することなく円滑に更新されるので、溶接状態がより安定化する。

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
ＥＤ 出力電圧検出回路
Ｅｄ 出力電圧検出信号
ＥＦ プル平均送給速度誤差増幅回路
Ｅｆ プル平均送給速度誤差増幅信号
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
ＥＷ 収容量誤差増幅回路
Ｅｗ 収容量誤差増幅信号
ＦＡＤ プル平均送給速度検出回路
Ｆad プル平均送給速度検出信号
ＦＡＲ プル平均送給速度設定回路
Ｆar プル平均送給速度設定信号
ＦＣ プル送給制御回路
Ｆｃ プル送給制御信号
ＦＣＰ プッシュ送給制御回路
Ｆcp プッシュ送給制御信号
ＦＨ プル送給速度補正回路
ＦＨ２ 第２プル送給速度補正回路
ＦＨＰ プッシュ送給速度補正回路
ＦＲ プル送給速度設定回路
Ｆｒ プル送給速度設定信号
Ｆrp プッシュ送給速度設定信号
ＦＳＲＰ プッシュ送給速度初期値設定回路
Ｆsrp プッシュ送給速度初期値設定信号
Ｆｗ プル送給速度
Ｆwp プッシュ送給速度
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
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
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
Ｔrd 逆送減速期間
ＴＲＤＲ 逆送減速期間設定回路
Ｔrdr 逆送減速期間設定信号
Ｔrp 逆送ピーク期間
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
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
ＶＤ 電圧検出回路
Ｖｄ 電圧検出信号
Ｖｗ 溶接電圧
ＷＢ 中間ワイヤ収容部
Ｗｂ 収容量信号
ＷＢＲ 収容量設定回路
Ｗbr 収容量設定信号
ＷＬ リアクトル
ＷＭ プル側送給モータ
ＷＭＰ プッシュ側送給モータ
Ｗrp 逆送ピーク値
Ｗrr 逆送ピーク値設定信号
ＷＲＳ 逆送ピーク初期値設定回路
Ｗrs 逆送ピーク初期値設定信号
Ｗsp 正送ピーク値
Ｗsr 正送ピーク値設定信号
ＷＳＳ 正送ピーク初期値設定回路
Ｗss 正送ピーク初期値設定信号

Claims (4)

1. 正送回転するプッシュ側送給モータ及び正送回転と逆送回転とを繰り返すプル側送給モータによるプッシュプル送給制御によって溶接ワイヤを送給し、
   前記プッシュ側送給モータと前記プル側送給モータとの送給経路の間に前記溶接ワイヤを一時的に収容する中間ワイヤ収容部を設け、
   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おいて、
   前記中間ワイヤ収容部の収容量に基づいて前記プッシュ側送給モータのプッシュ送給速度を補正し、
   前記プル側送給モータの平均送給速度が予め定めたプル平均送給速度設定値と等しくなるように、前記プル送給速度の波形パラメータを補正する、
   ことを特徴とするアーク溶接制御方法。
2. 前記波形パラメータが、正送ピーク値及び／又は逆送ピーク値である、
   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。
3. 前記波形パラメータの補正は、前記波形パラメータの所定位相に同期して行う、
   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. 前記所定位相が、前記プル送給速度が０となる位相である、
   ことを特徴とする請求項３に記載のアーク溶接制御方法。

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