JP2023117111A - アーク溶接制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】消耗電極アーク溶接において、溶接ケーブルによるインダクタンス値が大きい場合でも、アーク期間中の溶接電流が振動状態に陥ることを抑制し、溶接状態を安定に維持すること。【解決手段】溶接ワイヤを送給し、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、アーク期間は時刻ｔ３～ｔ４の第１アーク期間とそれに続く時刻ｔ４～ｔ５の第２アーク期間とを備え、第１アーク期間は定電流制御によって溶接電流Ｉｗを通電し、第２アーク期間は所定の外部特性を形成して溶接電流Ｉｗを通電して溶接するアーク溶接制御方法において、第２アーク期間中の溶接電流Ｉｗの振動状態を判別したときは、第２アーク期間中の溶接電流Ｉｗが上昇しないように制御する。振動状態の判別を、溶接電流Ｉｗの振幅に基づいて自動的に行う。【選択図】 図４

Description

本発明は、消耗電極アーク溶接の制御方法に関するものである。

溶接ワイヤを送給して行う消耗電極アーク溶接では、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て溶接が行われることが多い。アーク期間中は、アーク長を適正値に維持するために溶接電源は所望の外部特性を形成するように出力制御されている。このために、アーク期間中の溶接電流はアーク負荷に応じて変化することになる。アーク期間中にアーク付加が変動して溶接電流が変動すると、溶接状態が不安定になることがある。特許文献１の発明では、外乱によってアーク期間中の溶接電流が急峻に変化したときは溶接電流の変化率を抑制することによって、溶接状態を安定化している。

特許第４４７２２４９号公報

溶接トーチ及び母材と溶接電源との間は溶接ケーブルによって接続されている。溶接個所と溶接電源とが離れている場合には、溶接ケーブルが長くなる。溶接ケーブルが長い場合や円状に巻かれている等の敷設状態によって、溶接ケーブルによるインダクタンス値が大きくなる。溶接ケーブルによるインダクタンス値が大きくなると、アーク期間中の溶接電流が振動状態となり、溶接状態が不安定になるという問題が発生する。

そこで、本発明では、溶接ケーブルによるインダクタンス値が大きい場合でも、溶接電流が振動状態に陥ることを抑制し、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、
溶接ワイヤを送給し、前記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、
前記アーク期間は第１アーク期間とそれに続く第２アーク期間とを備え、前記第１アーク期間は定電流制御によって溶接電流を通電し、前記第２アーク期間は所定の外部特性を形成して前記溶接電流を通電して溶接するアーク溶接制御方法において、
前記第２アーク期間中の前記溶接電流の振動状態を判別したときは、前記第２アーク期間中の前記溶接電流が上昇しないように制御する、
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、
前記振動状態の判別を、溶接ケーブルの長さ及び敷設状態に基づいて行う、
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、
前記振動状態の判別を、前記溶接電流の振幅に基づいて行う、
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４の発明は、
前記第２アーク期間の開始時点から所定期間中は、前記第２アーク期間中の前記溶接電流が上昇しないように制御する、
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。

本発明によれば、溶接ケーブルによるインダクタンス値が大きい場合でも、溶接電流が振動状態に陥ることを抑制し、溶接状態を安定に維持することができる。

溶接電源の外部特性の一例を示す図である。 、溶接電源の等価回路図である。 本発明の実施の形態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、溶接電源の外部特性の一例を示す図である。同図の横軸は溶接電流Ｉｗ［Ａ］を示し、縦軸は溶接電圧Ｖｗ［Ｖ］を示す。同図は、一般的な消耗電極式アーク溶接に使用される定電圧特性の場合である。同図において、Ｉｗ＝０のときにＶｗ＝Ｅであり、外部特性の傾きをＲｍ［V/A］とすると、外部特性は下式となる。
Ｖｗ＝Ｅ－Ｒｍ・Ｉｗ

外部特性の傾きＲｍは、正の値であり、この値が大きいほど傾きは大きくなる。外部特性の傾きＲｍの範囲は、１～１０（V/100A）程度である。

図２（Ａ）は、溶接電源の等価回路図である。Ｅは定電圧源を示し、Ｌｍは適正インダクタンス値を示し、Ｒｍは適正抵抗値を示す。抵抗値は溶接電源内部の配線抵抗値及び溶接用ケーブルの抵抗値の合算値となり、この値が外部特性の傾きを決めることになる。

同図の等価回路は下式で表すことができる。
Ｅ＝Ｒｍ・Ｉｗ＋Ｌｍ・ｄＩｗ／ｄｔ＋Ｖｗ ……（１）式
この式において、電流変化ｄＩｗ／ｄｔ＝０のときの溶接電圧Ｖｗと溶接電流Ｉｗとの関係が外部特性となる。ｄＩｗ／ｄｔ＝０を上式に代入すると、下式となる。
Ｖｗ＝Ｅ－Ｒｍ・Ｉｗ
上式は図１で上述した外部特性を表すことになる。
上記（１）式を整理すると、下式となる。
ｄＩｗ／ｄｔ＝（Ｅ－Ｖｗ－Ｒｍ・Ｉｗ）／Ｌｍ
両辺を積分すると、下式となる。
Ｉｗ＝∫（（Ｅ－Ｖｗ－Ｒｍ・Ｉｗ）／Ｌｍ）・ｄｔ
ここで、左辺の溶接電流Ｉｗを溶接電流設定信号Ｉｒに、出力電圧Ｅを出力電圧設定信号Ｅｒに、溶接電流Ｉｗを溶接電流検出信号Ｉｄに、溶接電圧Ｖｗを溶接電圧検出信号Ｖｄに、適正外部特性傾きＲｍを外部特性傾き設定値Ｒｒに、適正インダクタンス値Ｌｍをインダクタンス設定値Ｌｒにそれぞれ置換すると、下式となる。
Ｉｒ＝∫（（Ｅｒ－Ｖｄ－Ｒｒ・Ｉｄ）／Ｌｒ）・ｄｔ ……（２）式
この式に対応する等価回路を図２（Ｂ）に示す。同図において、溶接電圧Ｖｗ及び溶接電流Ｉｗを検出し、定電流源ＣＣの溶接電流Ｉｗに相当する溶接電流設定信号Ｉｒが、上記（２）式の演算値となるように制御する。

上述した制御を行うことによって、所望のインダクタンス値Ｌｒ及び所望の外部特性の傾きＲｒを電子的に形成することができる。

図３は、本発明の実施の形態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。

電力制御回路ＰＭは、３相２００Ｖ等の商用電源（図示は省略）を入力として、後述する電流誤差増幅信号Ｅｉ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。この電力制御回路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、電流誤差増幅信号Ｅｉ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。

上記の電力制御回路ＰＭの出力端子５ａと溶接トーチ４とは溶接ケーブル６ａで接続されており、もう一方の出力端子５ｂと母材２とは溶接ケーブル６ｂで接続されている。この溶接ケーブル６ａ、６ｂの長さは往復で最大４０ｍになる場合もある。溶接ケーブル６ａ、６ｂによ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、上記の電力制御回路ＰＭと出力端子５ａ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、送給モータ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。

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。

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、上記の溶接電圧検出信号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）であるときの溶接電圧検出信号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、短絡期間中の溶接電圧検出信号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、溶接電圧検出信号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。

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はくびれ検出信号ＮｄがＨｉｇｈレベルになると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。

高レベル電流設定回路ＩＨＲは、予め定めた高レベル電流設定信号Ｉhrを出力する。

第１アーク期間設定回路ＴＡＲは、予め定めた第１アーク期間設定信号Ｔarを出力する。

電流上昇禁止期間判別回路Ｔｃは、上記の短絡判別信号Ｓｄ及び上記の第１アーク期間設定信号Ｔarを入力として、以下の１）又は２）の処理を行い、電流上昇禁止期間判別信号Ｔｃを出力する。
１）短絡判別信号ＳｄがＬｏｗレベル(アーク期間)に変化して第１アーク期間設定信号Ｔarによって設定される第１アーク期間が経過した時点から、短絡判別信号ＳｄがＨｉｇｈレベル(短絡期間)に変化するまでの第２アーク期間中にＨｉｇｈレベルとなる電流上昇禁止期間判別信号Ｔｃを出力する。
２）短絡判別信号ＳｄがＬｏｗレベル(アーク期間)に変化して第１アーク期間設定信号Ｔarによって設定される第１アーク期間が経過した時点から、所定期間中にＨｉｇｈレベルとなる電流上昇禁止期間判別信号Ｔｃを出力する。

振動状態判別回路ＢＤは、上記の溶接電流検出信号Ｉｄ及び上記の電流上昇禁止期間判別信号Ｔｃを入力として、以下の１）又は２）の処理を行い、振動状態判別信号Ｂｄを出力する。
１）溶接作業者は、溶接ケーブルの往復長が約２０ｍ未満であると判別すると振動判別信号Ｂｄ＝Ｌｏｗレベルを選択し、
往復長が約２０ｍ以上であると判別すると振動状態判別信号Ｂｄ＝Ｈｉｇｈレベルを選択し、
溶接ケーブルが円状に巻かれて敷設されていると判別すると振動状態判別信号Ｂｄ＝Ｈｉｇｈレベルを選択する。
２）電流上昇禁止期間ＴｃがＨｉｇｈレベルである期間に、溶接電流検出信号Ｉｄが基準振幅以上で２周期以上の振動状態にあると判別したときは、振動状態判別信号Ｂｄ＝Ｈｉｇｈレベルを出力する。

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。

溶接電流設定回路ＩＲは、上記の出力電圧設定信号Ｅｒ、上記の溶接電流検出信号Ｉｄ、上記の溶接電圧検出信号Ｖｄ、上記の電流上昇禁止期間判別信号Ｔｃ及び上記の振動状態判別信号Ｂｄを入力として、制御周期ごとに上述した（２）式に基づいて、Ｉｒ＝∫（（Ｅｒ－Ｖｄ－Ｒｒ・Ｉｄ）／Ｌｒ）・ｄｔを演算し、その後に以下の処理を行い、溶接電流設定信号Ｉｒを出力する。
１）電流上昇禁止期間判別信号Ｔｃ＝Ｈｉｇｈレベルであり、かつ、振動状態判別信号ＢｄがＨｉｇｈレベルであるときは、現制御周期の演算値と前制御周期の演算値を比較して小さい方の演算値を溶接電流設定信号Ｉｒとして出力する。
２）それ以外の場合は、現制御周期の演算値を溶接電流設定信号Ｉｒとして出力する。
ここで、制御周期は０．１ms程度である。また、Ｒｒは外部特性の傾き設定値であり、、Ｌｒは溶接電流Ｉｗの変化率を制御(電子リアクトル制御)するためのインダクタンス設定ちである。この回路によって所定の外部特性を形成することができる。さらに、電流上昇禁止期間判別信号Ｔｃ＝Ｈｉｇｈレベルであり、かつ、振動状態判別信号ＢｄがＨｉｇｈレベルであるときは、上記の１）の処理によって溶接電流Ｉｗの上昇が禁止される。

電流制御設定回路ＩＣＲは、上記の第１アーク期間設定信号Ｔar、上記の溶接電流設定信号Ｉｒ、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及び上記の高レベル電流設定信号Ｉhr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となる電流制御設定信号Ｉcrを出力する。
２）その後は、予め定めた短絡時傾斜で上昇し、予め定めたピーク値に達すると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（くびれ検出）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）その後に短絡判別信号ＳｄがＬｏｗレベル（アーク期間）に変化すると第１アーク期間設定信号Ｔarによって設定される第１アーク期間に入り、予め定めた遅延期間Ｔｄが経過した時点から、予め定めたアーク時傾斜で上昇し高レベル電流設定信号Ｉhrの値に達するとその値を維持する電流制御設定信号Ｉcrを出力する。
５）その後に第１アーク期間が終了すると第２アーク期間に入り、溶接電流設定信号Ｉｒを電流制御設定信号Ｉcrとして出力する。

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。

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を上記の送給モータＦＤに出力する。

図４は、本発明の実施の形態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）は電流上昇禁止期間判別信号Ｔｃ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、図３の振動状態判別回路ＢＤによって、図示しない振動状態判別信号ＢｄがＨｉｇｈレベルになっている場合である。これは、以下の１）又は２）が判別されているためである。
１）溶接作業者が、溶接ケーブルの往復長が約２０ｍ以上である、又は、溶接ケーブルが円状に巻かれて敷設されていると判別したために、振動状態判別信号ＢｄはＨｉｇｈレベルとなっている。
２）電流上昇禁止期間ＴｃがＨｉｇｈレベルである期間に、溶接電流検出信号Ｉｄが基準振幅以上で１周期以上の振動状態にあると判別したために、振動状態判別信号ＢｄはＨｉｇｈレベルとなっている。この判別は、電流上昇禁止制御が動作する前に行われる。

（１）時刻ｔ１の短絡発生から時刻ｔ２のくびれ検出信号ＮｄがＨｉｇｈレベルとなるまでの動作
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。この溶接電圧Ｖｗ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。時刻ｔ１～ｔ３の短絡期間中は、溶接電源は定電流制御される。同図（Ａ）に示すように、図３の電流制御設定信号Ｉcrによって設定される溶接電流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の予め定めた初期期間中は予め定めた初期電流値となり、時刻ｔ１１～ｔ１２の電流上昇期間中は予め定めた短絡時傾斜で上昇し、時刻ｔ１２～ｔ２のピーク期間中は予め定めたピーク値Ｉｐ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の期間は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４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程度である。短絡時傾斜は２６０Ａ／ms程度であり、電流上昇期間は１．５ms程度である。ピーク期間は所定値ではないが１ms程度であり、ピーク値Ｉｐは４４０Ａ程度である。

（２）時刻ｔ２のくびれ検出信号ＮｄがＨｉｇｈレベルに変化した時点から時刻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３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。このために、同図（Ａ）に示すように、溶接電流Ｉｗはピーク電流値から急減する。そして、時刻ｔ２１において、溶接電流Ｉｗが図３の低レベル電流設定信号Ｉlrで設定される低レベル電流値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３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にくびれ検出信号ＮｄがＨｉｇｈレベルに変化してから時刻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、その後に急上昇する。

（３）時刻ｔ３～ｔ４の第１アーク期間の動作
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の値は短絡／アーク判別値Ｖta以上となり、同図（Ｅ）に示すように、短絡判別信号ＳｄはＬｏｗレベルに変化し、時刻ｔ３～ｔ４の第１アーク期間となる。この第１アーク期間中も引き続き溶接電源は定電流制御される。時刻ｔ３～ｔ３１の期間が予め定めた遅延期間Ｔｄとなり、時刻ｔ３１～ｔ４の期間が予め定めた高電流期間となる。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からは予め定めたアーク時傾斜で上昇し、図３の高レベル電流設定信号Ｉhrの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。時刻ｔ３にアークが再発生するので、同図（Ｃ）に示すくびれ検出信号ＮｄはＬｏｗレベルに戻る。例えば、上記の遅延期間Ｔｄは０．５ms程度であり、上記のアーク時傾斜は４００Ａ／ms程度であり、上記の高レベル電流値は４５０Ａ程度であり、上記の高電流期間は１．５ms程度であり、第１アーク期間は２ms程度となる。

（４）時刻ｔ４～ｔ５の第２アーク期間の動作
時刻ｔ４において第１アーク期間が終了して第２アーク期間に入ると、溶接電源は定電流制御から所定の外部特性を形成する制御へと切り換えられる。外部特性は、図３の溶接電流設定回路ＩＲにおける上述した（２）式に基づく制御によって形成される。第２アーク期間に入ると、同図（Ｆ）に示すように、電流上昇禁止期間判別信号ＴｃがＨｉｇｈレベルに変化する。電流上昇禁止期間判別信号Ｔｃは、第２アーク期間の全期間中Ｈｉｇｈレベルとなるか、又は、時刻ｔ４から所定期間だけＨｉｇｈレベルになるかを選択することができる。同図は、時刻ｔ４～ｔ４１の所定期間だけＨｉｇｈレベルとなる場合である。ここで、上述したように、図３の振動状態判別信号ＢｄがＨｉｇｈレベルであり、かつ、電流上昇禁止期間判別信号ＴｃもＨｉｇｈレベルであるので、時刻ｔ４～ｔ４１の期間中は、（２）式の現制御周期の演算値と前制御周期の演算値を比較して小さい方の演算値が溶接電流設定信号Ｉｒとして出力される。このために、溶接電流の上昇は禁止された状態となる。この結果、同図（Ａ）に示すように、溶接電流Ｉｗは、時刻ｔ４の高レベル電流値から急速に減少し、その後は振動することなく次第に減少する。同図（Ｂ）に示すように、溶接電圧Ｖｗについても、溶接電流Ｉｗと相似した波形となり、次第に減少する。

従来技術のように、上記の電流上昇禁止制御が動作していない場合は、高レベル電流値から急速に減少して振動状態に陥り、第２アーク期間中ずっと振動状態が継続することになり、溶接状態は不安定になる。振動状態は、第２アーク期間の開始直後にほとんど発生する。このために、第２アーク期間の開始時点から所定期間だけ制御を動作させるようにしている。しかし、それ以外の期間中にも、アーク負荷の変動に伴って振動状態が発生する場合がある。このために、第２アーク期間の全期間中制御を動作させるようにしても良い。例えば、上記の所定期間は３ms程度であり、第２アーク期間は所定値ではないが６ms程度である。

以下、本実施の形態の作用効果について説明する。
本実施の形態によれば、第２アーク期間中の溶接電流の振動状態を判別したときは、第２アーク期間中の溶接電流が上昇しないように制御する。このために、本実施の形態では、溶接ケーブルによるインダクタンス値が大きい場合でも、溶接電流が振動状態に陥ることを抑制し、溶接状態を安定に維持することができる。

さらに、本実施の形態によれば、振動状態の判別を、溶接ケーブルの長さ及び敷設状態に基づいて行う。溶接作業者が溶接ケーブルの長さ及び敷設状態を観察して、溶接電流が振動状態に陥るおそれがあるかを判別して、上記の電流上昇禁止制御を動作させる。このために、溶接電流が振動状態に陥ることを抑制し、溶接状態を安定に維持することができる。

さらに、本実施の形態によれば、振動状態の判別を、溶接電流の振幅に基づいて行う。振動状態の判別を、溶接電流の振幅に基づいて自動的に判別して、上記の電流上昇禁止制御を動作させる。このために、操作性が向上する。

さらに、本実施の形態によれば、第２アーク期間の開始時点から所定期間中は、第２アーク期間中の溶接電流が上昇しないように制御する。溶接電流の振動状態が発生するのは、ほとんどの場合、第２アーク期間に移行した直後である。したがって、第２アーク期間の開始時点から所定期間の間、上記の電流上昇禁止制御を行うことによって、振動状態に陥ることを抑制して、溶接状態を安定に維持することができる。

1 溶接ワイヤ
2 母材
3 アーク
4 溶接トーチ
５ａ、５ｂ 出力端子
６ａ、６ｂ 溶接ケーブル
ＢＤ 振動状態判別回路
Ｂｄ 振動状態判別信号
ＣＣ 定電流源
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 定電圧源
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
ＦＣ 送給制御回路
Ｆｃ 送給制御信号
ＦＤ 送給モータ
ＦＲ 送給速度設定回路
Ｆｒ 送給速度設定信号
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
ＩＨＲ 高レベル電流設定回路
Ｉhr 高レベル電流設定信号
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
Ｉｐ ピーク値
ＩＲ 溶接電流設定回路
Ｉｒ 溶接電流設定信号
Ｉｗ 溶接電流
Ｌｍ 適正インダクタンス値
Ｌｒ インダクタンス設定値
ＮＤ くびれ検出回路
Ｎｄ くびれ検出信号
ＰＭ 電力制御回路
Ｒ 減流抵抗器
Ｒｍ 適正抵抗値
Ｒｒ 外部特性傾き設定値
ＳＤ 短絡判別回路
Ｓｄ 短絡判別信号
ＴＡＲ 第１アーク期間設定回路
Ｔar 第１アーク期間設定信号
ＴＣ 電流上昇禁止期間判別回路
Ｔｃ 電流上昇禁止期間判別信号
Ｔｄ 遅延期間
ＴＲ トランジスタ
ＶＤ 溶接電圧検出回路
Ｖｄ 溶接電圧検出信号
Ｖta 短絡／アーク判別値
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 (4)

1. 溶接ワイヤを送給し、前記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、
   前記アーク期間は第１アーク期間とそれに続く第２アーク期間とを備え、前記第１アーク期間は定電流制御によって溶接電流を通電し、前記第２アーク期間は所定の外部特性を形成して前記溶接電流を通電して溶接するアーク溶接制御方法において、
   前記第２アーク期間中の前記溶接電流の振動状態を判別したときは、前記第２アーク期間中の前記溶接電流が上昇しないように制御する、
   ことを特徴とするアーク溶接制御方法。
2. 前記振動状態の判別を、溶接ケーブルの長さ及び敷設状態に基づいて行う、
   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. 前記振動状態の判別を、前記溶接電流の振幅に基づいて行う、
   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。
4. 前記第２アーク期間の開始時点から所定期間中は、前記第２アーク期間中の前記溶接電流が上昇しないように制御する、
   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。

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