JP2024037473A - Arc welding control method - Google Patents

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JP2024037473A JP2022142366A JP2022142366A JP2024037473A JP 2024037473 A JP2024037473 A JP 2024037473A JP 2022142366 A JP2022142366 A JP 2022142366A JP 2022142366 A JP2022142366 A JP 2022142366A JP 2024037473 A JP2024037473 A JP 2024037473A
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賢人 高田
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Abstract

【課題】消耗電極アーク溶接において、板厚が1mm以下の鋼材に対しても、溶け落ちの発生を防止し、かつ、ギャップ裕度の広い溶接を行うこと。【解決手段】溶接ワイヤを送給し、短絡期間とアーク期間とを繰り返し、アーク期間は時刻t4~t61の第1アーク期間とそれに続く時刻t61~t62の第2アーク期間とを備えており、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アーク期間は定電圧制御によって溶接電流Iwを通電して溶接するアーク溶接制御方法において、第1アーク期間を電極マイナス極性ENとし、第2アーク期間を電極プラス極性EPとし、第1アーク期間中はベース電流及びピーク電流から形成されるパルス波形の溶接電流Iwを通電する。【選択図】図2[Problem] To perform welding with a wide gap tolerance and prevent burn-through even for steel materials with a plate thickness of 1 mm or less in consumable electrode arc welding. [Solution] A method of controlling arc welding in which a welding wire is fed, a short circuit period and an arc period are repeated, the arc period includes a first arc period from time t4 to t61 and a subsequent second arc period from time t61 to t62, a welding current Iw is supplied by constant current control during the first arc period, and a welding current Iw is supplied by constant voltage control during the second arc period, in which the first arc period has electrode negative polarity EN and the second arc period has electrode positive polarity EP, and during the first arc period, a welding current Iw having a pulse waveform formed from a base current and a peak current is supplied. [Selected Figure] Figure 2

Description

本発明は、溶接ワイヤを送給して行うアーク溶接制御方法に関するものである。 The present invention relates to an arc welding control method performed by feeding a welding wire.

母材への入熱を小さくして薄板を高品質に溶接するために特許文献1、2等の発明が慣用されている。
特許文献1に係る交流パルスアーク溶接方法では、溶接ワイヤを送給し、電極プラス極性期間中のピーク電流及びベース電流の通電と、電極マイナス極性期間中の電極マイナス極性電流の通電とを1周期として繰り返すことによって溶接が行われる。この交流パルスアーク溶接では、電極マイナス極性期間を調整することによって、1周期に占める電極マイナス極性期間の時間比率である電極マイナス極性比率を変化させて、母材への入熱を制御することができる。このために、低入熱溶接が可能となり、高品質な薄板溶接を行うことができる。
Inventions such as Patent Documents 1 and 2 are commonly used to weld thin plates with high quality by reducing heat input to the base material.
In the AC pulsed arc welding method according to Patent Document 1, a welding wire is fed, and the peak current and base current are applied during the electrode positive polarity period, and the electrode negative polarity current is applied during the electrode negative polarity period in one cycle. Welding is performed by repeating as follows. In this AC pulsed arc welding, by adjusting the electrode negative polarity period, the electrode negative polarity ratio, which is the time ratio of the electrode negative polarity period in one cycle, can be changed to control the heat input to the base material. can. Therefore, low heat input welding is possible, and high quality thin plate welding can be performed.

特許文献2に係る溶接方法では、溶接ワイヤを送給し、パルスアーク溶接を行う期間と短絡移行アーク溶接を行う期間とを交互に切り換えて溶接が行われる。この溶接方法では、パルスアーク溶接の期間と短絡移行アーク溶接の期間との比率を調整することによって、母材への入熱制御を行うことができる。このために、低入熱溶接が可能となり、高品質な薄板溶接を行うことができる In the welding method according to Patent Document 2, welding is performed by feeding a welding wire and alternately switching a period of performing pulsed arc welding and a period of performing short-circuit transition arc welding. In this welding method, heat input to the base metal can be controlled by adjusting the ratio between the pulse arc welding period and the short-circuit transfer arc welding period. This makes it possible to perform low heat input welding and high-quality thin plate welding.

国際公開WO2018/079345号公報International Publication WO2018/079345 Publication 特開2021-53649号公報JP 2021-53649 Publication

自動車業界等では、燃費向上を目的とした車体の軽量化のために、鋼材の薄板化が進んでいる。鋼材が薄板化すると、溶接中に溶け落ちが発生し、継手部のギャップによるビード形成が困難になる等の問題が発生する。薄板に対して従来技術の交流パルスアーク溶接を適用した場合、板厚が1mm以下になると、溶け落ちの発生及びギャップ裕度が狭いという課題を解決することができない。 In the automobile industry, steel sheets are increasingly being made thinner in order to reduce the weight of vehicle bodies with the aim of improving fuel efficiency. When the steel material becomes thinner, problems such as burn-through occur during welding and it becomes difficult to form a bead due to the gap at the joint. When conventional AC pulse arc welding is applied to a thin plate, when the plate thickness is 1 mm or less, the problems of burn-through and narrow gap tolerance cannot be solved.

そこで、本発明では、板厚が1mm以下の鋼材に対しても、溶け落ちの発生を防止し、かつ、ギャップ裕度の広い溶接を行う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。 Therefore, an object of the present invention is to provide an arc welding control method that can prevent burn-through and perform welding with a wide gap tolerance even on steel materials with a plate thickness of 1 mm or less. do.

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、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ており、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アーク期間は定電圧制御によっ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1アーク期間を電極マイナス極性とし、前記第2アーク期間を電極プラス極性とし、
前記第1アーク期間中はベース電流及びピーク電流から形成されるパルス波形の前記溶接電流を通電する、
ことを特徴とするアーク溶接制御方法である。
In order to solve the above-mentioned problem, the invention of claim 1:
Feed the welding wire, repeat the short circuit period and the arc period,
The arc period includes a first arc period and a second arc period following it, in which the welding current is applied by constant current control during the first arc period, and the welding current is applied by constant voltage control during the second arc period. In the arc welding control method for welding by applying current,
The first arc period has a negative electrode polarity, and the second arc period has a positive electrode polarity,
During the first arc period, the welding current is applied with a pulse waveform formed from a base current and a peak current;
This is an arc welding control method characterized by the following.

請求項2の発明は、
前記第1アーク期間中の前記ベース電流が通電しているときに極性を切り換えて、第2アーク期間に移行させる、
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。
The invention of claim 2 is:
Switching the polarity while the base current is energized during the first arc period to transition to a second arc period;
The arc welding control method according to claim 1, characterized in that:

請求項3の発明は、
前記溶接電流の平均値に占める前記第1アーク期間中の前記溶接電流の比率である電極マイナス極性電流比率が40%~70%の範囲になるように前記第1アーク期間中の前記溶接電流を設定する、
ことを特徴とする請求項1又は2に記載のアーク溶接制御方法である。
The invention of claim 3 is:
The welding current during the first arc period is adjusted so that the electrode negative polarity current ratio, which is the ratio of the welding current during the first arc period to the average value of the welding current, is in the range of 40% to 70%. set,
The arc welding control method according to claim 1 or 2, characterized in that:

請求項4の発明は、
前記溶接ワイヤを前記短絡期間中は逆送し、前記アーク期間中は正送する、
ことを特徴とする請求項1又は2に記載のアーク溶接制御方法である。
The invention of claim 4 is:
The welding wire is fed backward during the short circuit period and forward fed during the arc period,
The arc welding control method according to claim 1 or 2, characterized in that:

請求項5の発明は、
前記短絡期間中に前記溶接ワイヤに形成された溶滴のくびれを検出して前記溶接電流を減少させた状態で、前記第1アーク期間に移行させる、
ことを特徴とする請求項1又は2に記載のアーク溶接制御方法である。
The invention of claim 5 is:
Detecting a constriction of a droplet formed on the welding wire during the short circuit period and reducing the welding current, and then transitioning to the first arc period;
The arc welding control method according to claim 1 or 2, characterized in that:

本発明によれば、板厚が1mm以下の鋼材に対しても、溶け落ちの発生を防止し、かつ、ギャップ裕度の広い溶接を行うことができる。 According to the present invention, it is possible to prevent burn-through and perform welding with a wide gap tolerance even on steel materials with a plate thickness of 1 mm or less.

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アーク溶接装置のブロック図である。1 is a block diagram of an arc welding apparatus for implementing an arc welding control method according to an embodiment of the present invention. 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1のアーク溶接装置における各信号のタイミングチャートである。2 is a timing chart of each signal in the arc welding apparatus of FIG. 1 illustrating an arc welding control method according to an embodiment of the present invention.

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。 Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.

図1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アーク溶接装置のブロック図である。同図において、極性切換を円滑にするために、溶接ワイヤ1と母材2との間に数百Vの高電圧を短時間印加する回路については省略している。以下、同図を参照して各ブロックについて説明する。 FIG. 1 is a block diagram of an arc welding apparatus for carrying out an arc welding control method according to an embodiment of the present invention. In the figure, a circuit for applying a high voltage of several hundred volts for a short period of time between the welding wire 1 and the base material 2 is omitted in order to facilitate polarity switching. Each block will be explained below with reference to the same figure.

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、後述する極性切換信号Drによって電極プラス極性EPと電極マイナス極性ENとを切り換えて溶接ワイヤ1と母材2との間に溶接電圧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、整流された直流を平滑するリアクトル、平滑された直流を上記の極性切換信号Drに基づいて数十~数百Hzの交流に変換する2次側インバータ回路を備えている。 The power control circuit PM receives a commercial power source (not shown) such as a three-phase 200V power source, performs output control by inverter control, etc. according to an error amplification signal Ea, which will be described later, and changes the polarity between the electrodes and the positive polarity EP by a polarity switching signal Dr, which will be described later. The welding voltage Vw and welding current Iw are output between the welding wire 1 and the base metal 2 by switching the electrode negative polarity EN. Although not shown, this power control circuit PM is driven by a primary rectifier that rectifies commercial power, a smoothing capacitor that smoothes the rectified DC, and the above-mentioned error amplification signal Ea that converts the smoothed DC into high-frequency AC. A high-frequency transformer that steps down high-frequency AC to a voltage value suitable for welding, a secondary rectifier that rectifies the stepped-down high-frequency AC to DC, a reactor that smoothes the rectified DC, and a high-frequency transformer that steps down high-frequency AC to a voltage value suitable for welding. It is equipped with a secondary inverter circuit that converts the alternating current to several tens to several hundreds of Hz based on the polarity switching signal Dr.

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。また、一般的なように、溶接ワイヤ1を予め定めた速度で定速送給するようにしても良い。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。 The feed motor WM receives a feed control signal Fc, which will be described later, as an input, and feeds the welding wire 1 at a feed speed Fw by alternately repeating forward feed and reverse feed. Further, as is generally the case, the welding wire 1 may be fed at a constant speed at a predetermined speed. A motor with fast transient response is used as the feed motor WM. In order to speed up the rate of change in the feed speed Fw of the welding wire 1 and the reversal of the feed direction, the feed motor WM may be installed near the tip of the welding torch 4. Further, two feeding motors WM may be used to form a push-pull feeding system.

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。溶接ワイヤ1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。溶接ワイヤ1には、鉄鋼ワイヤ、アルミニウムワイヤ等が使用される。溶接トーチ4の先端からはシールドガス(図示は省略)が噴出される。 The welding wire 1 is fed through the welding torch 4 by the rotation of the feed roll 5 coupled to the above-mentioned feed motor WM, and an arc 3 is generated between the welding wire 1 and the base metal 2. A welding voltage Vw is applied between the welding wire 1 and the base metal 2, and a welding current Iw is applied. As the welding wire 1, a steel wire, an aluminum wire, or the like is used. Shielding gas (not shown) is ejected from the tip of the welding torch 4.

電流検出回路IDは、上記の溶接電流Iwの絶対値を検出して、電流検出信号Idを出力する。 The current detection circuit ID detects the absolute value of the welding current Iw and outputs a current detection signal Id.

電圧検出回路VDは、上記の溶接電圧Vwの絶対値を検出して、電圧検出信号Vdを出力する。電圧設定回路VRは、第2アーク期間中の溶接電圧Vwを設定するための電圧設定信号Vrを出力する。 The voltage detection circuit VD detects the absolute value of the welding voltage Vw and outputs a voltage detection signal Vd. The voltage setting circuit VR outputs a voltage setting signal Vr for setting the welding voltage Vw during the second arc period.

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、両値の誤差を増幅して、電圧誤差増幅信号Evを出力する。 The voltage error amplification circuit EV receives the above voltage setting signal Vr and the above voltage detection signal Vd as input, amplifies the error between both values, and outputs a voltage error amplification signal Ev.

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。 The short-circuit discrimination circuit SD inputs the above-mentioned voltage detection signal Vd, and when this value is less than a predetermined short-circuit discrimination value (approximately 10V), it determines that there is a short-circuit period and becomes High level; It determines that it is in the arcing period and outputs a short circuit determination signal Sd that goes to Low level.

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。 The normal feed acceleration period setting circuit TSUR outputs a predetermined normal feed acceleration period setting signal Tsur.

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。 The normal feed deceleration period setting circuit TSDR outputs a predetermined normal feed deceleration period setting signal Tsdr.

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。 The reverse acceleration period setting circuit TRUR outputs a predetermined reverse acceleration period setting signal Trur.

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。 The reverse deceleration period setting circuit TRDR outputs a predetermined reverse deceleration period setting signal Trdr.

正送ピーク値設定回路WSRは、予め定めた正送ピーク値設定信号Wsrを出力する。 The normal feed peak value setting circuit WSR outputs a predetermined normal feed peak value setting signal Wsr.

逆送ピーク値設定回路WRRは、予め定めた逆送ピーク値設定信号Wrrを出力する。 The reverse transmission peak value setting circuit WRR outputs a predetermined reverse transmission peak value setting signal Wrr.

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。この送給速度設定信号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まで減速する送給速度設定信号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送給速度設定信号Frが生成される。
The feeding speed setting circuit FR has the above-mentioned forward feed acceleration period setting signal Tsur, the above-mentioned forward feed deceleration period setting signal Tsdr, the above-mentioned reverse feed acceleration period setting signal Trur, the above-mentioned reverse feed deceleration period setting signal Trdr, and the above-mentioned forward feed deceleration period setting signal Trdr. The forward feed peak value setting signal Wsr, the above reverse feed peak value setting signal Wrr, and the above short circuit determination signal Sd are inputted, and a feed speed pattern generated by the following processing is output as a feed speed setting signal Fr. When this feeding speed setting signal Fr is 0 or more, it is a forward feeding period, and when it is less than 0, it is a reverse feeding period.
1) During the normal feed acceleration period Tsu determined by the normal feed acceleration period setting signal Tsur, a feed speed setting signal Fr is output that accelerates from 0 to a positive forward feed peak value Wsp determined by the normal feed peak value setting signal Wsr. .
2) Subsequently, during the normal feed peak period Tsp, the feed speed setting signal Fr is output to maintain the above-mentioned normal feed peak value Wsp.
3) When the short circuit determination signal Sd changes from Low level (arc period) to High level (short circuit period), it shifts to the normal feed deceleration period Tsd determined by the normal feed deceleration period setting signal Tsdr, and from the above normal feed peak value Wsp. Outputs a feed speed setting signal Fr that decelerates to 0.
4) Subsequently, during the reverse feed acceleration period Tru determined by the reverse feed acceleration period setting signal Trur, the feed rate setting signal Fr is accelerated from 0 to a negative reverse feed peak value Wrp determined by the reverse feed peak value setting signal Wrr. Output.
5) Subsequently, during the reverse feed peak period Trp, a feed speed setting signal Fr is output to maintain the above-mentioned reverse feed peak value Wrp.
6) When the short circuit determination signal Sd changes from High level (short circuit period) to Low level (arc period), it shifts to the reverse feed deceleration period Trd determined by the reverse feed deceleration period setting signal Trdr, and from the above reverse feed peak value Wrp. Outputs a feed speed setting signal Fr that decelerates to 0.
7) By repeating steps 1) to 6) above, a feeding speed setting signal Fr having a feeding pattern that changes in the form of a positive and negative trapezoidal wave is generated.

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。 The feed control circuit FC inputs the above feed speed setting signal Fr and generates a feed control signal Fc for feeding the welding wire 1 at a feed speed Fw corresponding to the value of the feed speed setting signal Fr. Output to the above feed motor WM.

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。 The low level current setting circuit ILR outputs a predetermined low level current setting signal Ilr.

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の電圧上昇値がくびれ検出基準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くびれ検出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、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所定期間が経過した時点でくびれが形成されたと推定して、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。 The constriction detection circuit ND inputs the short circuit determination signal Sd, the voltage detection signal Vd, and the current detection signal Id, and detects the voltage detection signal Vd when the short circuit determination signal Sd is at a high level (short circuit period). When the voltage rise value reaches the constriction detection reference value, it is determined that a constriction has been formed, and the constriction detection signal Nd becomes High level, and when the short circuit determination signal Sd changes to Low level (arc period), the constriction detection signal Nd becomes Low level. Output. Further, the constriction detection signal Nd may be changed to High level at the time when the differential value of the voltage detection signal Vd during the short-circuit period reaches the corresponding constriction detection reference value. Furthermore, the resistance value of the droplet is calculated by dividing the value of the voltage detection signal Vd by the value of the current detection signal Id, and when the differential value of this resistance value reaches the corresponding waist detection reference value, a waist detection signal is sent. Alternatively, Nd may be changed to a high level. Furthermore, the constriction detection signal Nd may be changed to High level by estimating that a constriction has been formed when a predetermined period of time has elapsed since the short circuit determination signal Sd changed to High level (short circuit period).

短絡電流設定回路ISR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、短絡電流設定信号Isr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短絡電流設定信号Isrを出力する。
2)その後は、予め定めた短絡時傾斜で上昇し、予め定めた短絡時ピーク値に達するとその値を維持する短絡電流設定信号Isr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の値となる短絡電流設定信号Isrを出力する。
The short circuit current setting circuit ISR receives the above short circuit discrimination signal Sd, the above low level current setting signal Ilr, and the above constriction detection signal Nd, performs the following processing, and outputs a short circuit current setting signal Isr.
1) During a predetermined initial period from the time when the short circuit discrimination signal Sd changes to High level (short circuit), a short circuit current setting signal Isr having a predetermined initial current setting value is output.
2) Thereafter, the short-circuit current setting signal Isr is outputted, which increases at a predetermined short-circuit slope and maintains the value when it reaches a predetermined short-circuit peak value.
3) After that, when the constriction detection signal Nd changes to High level (constriction detection), the short-circuit current setting signal Isr having the value of the low-level current setting signal Ilr is output.

第1アーク期間設定回路TA1Rは、予め定めた第1アーク期間設定信号Ta1rを出力する。 The first arc period setting circuit TA1R outputs a predetermined first arc period setting signal Ta1r.

第1アーク期間回路STA1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Ta1r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第1アーク期間設定信号Ta1rによって設定される第1アーク期間Ta1中はHighレベルとなる第1アーク期間信号Sta1を出力する。 The first arc period circuit STA1 inputs the short circuit determination signal Sd and the first arc period setting signal Ta1r, and starts the first arc period setting signal from the time when the short circuit determination signal Sd changes to Low level (arc period). During the first arc period Ta1 set by Ta1r, the first arc period signal Sta1 which is at High level is output.

第1アーク電流設定回路IA1Rは、上記の第1アーク期間信号Sta1を入力として、第1アーク期間信号Sta1がHighレベルに変化し、予め定めた遅延期間Tcが経過した時点から第1アーク期間信号Sta1がLowレベルに変化する期間において、予め定めたベース期間中の予め定めたベース電流設定値及び予め定めたピーク期間中の予め定めたピーク電流設定値とを1周期以上繰り返し、その後にベース電流設定値となる第1アーク電流設定信号Ia1rを出力する。 The first arc current setting circuit IA1R inputs the first arc period signal Sta1 and starts the first arc period signal Sta1 from the time when the first arc period signal Sta1 changes to High level and a predetermined delay period Tc has elapsed. During the period in which Sta1 changes to Low level, the predetermined base current setting value during the predetermined base period and the predetermined peak current setting value during the predetermined peak period are repeated for one cycle or more, and then the base current A first arc current setting signal Ia1r, which is a set value, is output.

第3アーク期間回路STA3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Lowレベル(アーク期間)に変化した時点から予め定めた電流降下時間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レベルになる第3アーク期間信号Sta3を出力する。 The third arc period circuit STA3 inputs the above-mentioned short circuit determination signal Sd and becomes High level when a predetermined current drop time Td has elapsed from the time when the short circuit determination signal Sd changed to Low level (arc period). Then, when the short circuit determination signal Sd becomes High level (short circuit period), the third arc period signal Sta3 that becomes Low level is output.

第3アーク電流設定回路IA3Rは、予め定めた第3アーク電流設定信号Ia3rを出力する。 The third arc current setting circuit IA3R outputs a predetermined third arc current setting signal Ia3r.

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、上記の短絡電流設定信号Isr、上記の第1アーク期間信号Sta1、上記の第3アーク期間信号Sta3、上記の第1アーク電流設定信号Ia1r及び上記の第3アーク電流設定信号Ia3r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)に変化し、第1アーク期間信号Sta1がHighレベルに変化した時点から上記の遅延期間Tc中は、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。
2)その後は、第1アーク電流設定信号Ia1rの値となる電流制御設定信号Icrを出力する。
3)第1アーク期間信号Sta1がLowレベルに変化した時点から第3アーク期間信号Sta3がLowレベルに変化するまでの期間(第2アーク期間及び第3アーク期間)中は、第3アーク電流設定信号Ia3rの値となる電流制御設定信号Icrを出力する。
4)短絡判別信号SdがHighレベル(短絡期間)のときは、短絡電流設定信号Isrの値となる電流制御設定信号Icrを出力する。
The current control setting circuit ICR includes the above short circuit determination signal Sd, the above low level current setting signal Ilr, the above short circuit current setting signal Isr, the above first arc period signal Sta1, the above third arc period signal Sta3, and the above The first arc current setting signal Ia1r and the third arc current setting signal Ia3r described above are input, the following processing is performed, and a current control setting signal Icr is output.
1) During the above delay period Tc from the time when the short circuit determination signal Sd changes to Low level (arc period) and the first arc period signal Sta1 changes to High level, the current becomes the value of the low level current setting signal Ilr. Outputs control setting signal Icr.
2) After that, a current control setting signal Icr having the value of the first arc current setting signal Ia1r is output.
3) During the period from the time when the first arc period signal Sta1 changes to Low level until the third arc period signal Sta3 changes to Low level (second arc period and third arc period), the third arc current setting is A current control setting signal Icr having the value of the signal Ia3r is output.
4) When the short circuit determination signal Sd is at High level (short circuit period), a current control setting signal Icr having the value of the short circuit current setting signal Isr is output.

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、両値の誤差を増幅して、電流誤差増幅信号Eiを出力する。 The current error amplification circuit EI receives the above current control setting signal Icr and the above current detection signal Id, amplifies the error between both values, and outputs a current error amplified signal Ei.

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、上記の第1アーク期間信号Sta1及び上記の第3アーク期間信号Sta3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)第1アーク期間信号Sta1がLowレベルに変化し、第3アーク期間信号Sta3がHighレベルに変化するまでの第2アーク期間Ta2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。
2)それ以外の期間中は、電流誤差増幅信号Eiを誤差増幅信号Eaとして出力する。
この回路によって、溶接電源の特性は、短絡期間、第1アーク期間Ta1及び第3アーク期間Ta3中は定電流特性となり、第2アーク期間Ta2中は定電圧特性となる。
The power supply characteristic switching circuit SW receives the current error amplification signal Ei, the voltage error amplification signal Ev, the first arc period signal Sta1, and the third arc period signal Sta3 as input, and performs the following processing, Outputs an error amplified signal Ea.
1) During the second arc period Ta2 until the first arc period signal Sta1 changes to Low level and the third arc period signal Sta3 changes to High level, the voltage error amplification signal Ev is output as the error amplification signal Ea. .
2) During other periods, the current error amplification signal Ei is output as the error amplification signal Ea.
With this circuit, the characteristics of the welding power source are constant current characteristics during the short circuit period, the first arc period Ta1, and the third arc period Ta3, and are constant voltage characteristics during the second arc period Ta2.

極性切換回路DRは、上記の電流検出信号Id、上記の低レベル電流設定信号Ilr及び上記の第1アーク期間信号Sta1を入力として、電流検出信号Idの値がくびれ検出によって減少して低レベル電流設定信号Ilrの値と等しくなっている期間中にHighレベル(電極マイナス極性EN)に変化し、その後に第1アーク期間信号Sta1がLowレベルに変化するとLowレベル(電極プラス極性EP)に戻る極性切換信号Drを出力する。 The polarity switching circuit DR inputs the above current detection signal Id, the above low level current setting signal Ilr and the above first arc period signal Sta1, and the value of the current detection signal Id is decreased by the waist detection, and the low level current is set. The polarity changes to High level (electrode negative polarity EN) during the period when it is equal to the value of the setting signal Ilr, and then returns to Low level (electrode positive polarity EP) when the first arc period signal Sta1 changes to Low level. Outputs the switching signal Dr.

図2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1のアーク溶接装置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)は第1アーク期間信号Sta1の時間変化を示し、同図(F)は第3アーク期間信号Sta3の時間変化を示し、同図(G)は極性切換信号Drの時間変化を示し、同図(H)はくびれ検出信号Nd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。 FIG. 2 is a timing chart of each signal in the arc welding apparatus of FIG. 1 illustrating the arc welding control method according to the embodiment of the present invention. The same figure (A) shows the time change of the feeding speed Fw, the same figure (B) shows the time change of the welding current Iw, the same figure (C) shows the time change of the welding voltage Vw, the same figure (D ) shows the time change of the short circuit determination signal Sd, the same figure (E) shows the time change of the first arc period signal Sta1, the same figure (F) shows the time change of the third arc period signal Sta3, and the same figure (E) shows the time change of the third arc period signal Sta3. (G) shows the time change of the polarity switching signal Dr, and (H) of the figure shows the time change of the constriction detection signal Nd. The operation of each signal will be explained below with reference to the same figure.

同図(A)に示す送給速度Fwは、正の値のときは溶接ワイヤ1を母材2に向けて前進送給する正送状態を示し、負の値のときは母材2から離反する方向に後退送給する逆送状態を示す。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、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。同図(B)に示す溶接電流Iw及び同図(C)に示す溶接電圧Vwは、正の値のときは電極プラス極性EPのときの波形を示し、負の値のときは電極マイナス極性ENのときの波形を示す。 When the feeding speed Fw shown in FIG. 2 (A) is a positive value, it indicates a forward feeding state in which the welding wire 1 is fed forward toward the base material 2, and when it is a negative value, it is separated from the base material 2. This shows a reverse feeding state in which the paper is fed backwards in the direction in which it is fed. The feed rate Fw is controlled by the value of the feed rate setting signal Fr output from the feed rate setting circuit FR of FIG. The feeding speed Fw is a normal feed acceleration period Tsu determined by the normal feed acceleration period setting signal Tsur in FIG. 1, a normal feed peak period Tsp that continues until a short circuit occurs, and a normal feed speed determined by the normal feed deceleration period setting signal Tsdr in FIG. A feed deceleration period Tsd, a reverse feed acceleration period Tru determined by the reverse feed acceleration period setting signal Trur in FIG. 1, a reverse feed peak period Trp that continues until an arc occurs, and a reverse feed determined by the reverse feed deceleration period setting signal Trdr in FIG. It is formed from the deceleration period Trd. Further, the forward feed peak value Wsp is determined by the forward feed peak value setting signal Wsr in FIG. 1, and the reverse feed peak value Wrp is determined by the reverse feed peak value setting signal Wrr in FIG. As a result, the feed rate setting signal Fr has a feed pattern that changes in the shape of a substantially trapezoidal wave of positive and negative values. When the welding current Iw shown in the same figure (B) and the welding voltage Vw shown in the same figure (C) are positive values, they indicate the waveforms for the electrode positive polarity EP, and when they are negative values, they indicate the waveforms for the electrode negative polarity EN. The waveform when .

[時刻t1~t4の短絡期間の動作]
短絡期間の途中までは、同図(G)に示すように、極性切換信号DrはLowレベルであるので、溶接電源の出力は電極プラス極性EPとなる。したがって、短絡期間中は、同図(B)に示す溶接電流Iw及び同図(C)に示す溶接電圧Vwは正の値となる。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。
[Operation during the short circuit period from time t1 to t4]
Until the middle of the short-circuit period, the polarity switching signal Dr is at a low level, as shown in FIG. Therefore, during the short-circuit period, the welding current Iw shown in FIG. 5B and the welding voltage Vw shown in FIG. When a short circuit occurs at time t1 during the forward feed peak period Tsp, the welding voltage Vw suddenly decreases to a short circuit voltage value of several volts, as shown in (D) of the same figure, as shown in (C) of the same figure. The short circuit determination signal Sd changes to High level (short circuit period). In response to this, a transition is made to a predetermined normal feed deceleration period Tsd from time t1 to t2, and the feeding speed Fw is decelerated from the above normal feed peak value Wsp to 0, as shown in FIG. .

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。 As shown in FIG. 3A, the feed rate Fw enters a predetermined reverse feed acceleration period Tru from time t2 to t3, and accelerates from 0 to the above-mentioned reverse feed peak value Wrp. During this period, the short circuit period continues.

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。 When the reverse feed acceleration period Tru ends at time t3, the feed rate Fw enters the reverse feed peak period Trp and reaches the above-mentioned reverse feed peak value Wrp, as shown in FIG. The reverse feed peak period Trp continues until an arc occurs at time t4. Therefore, the period from time t1 to t4 becomes a short circuit period.

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、図1の短絡電流設定信号Isrの値に定電流制御される。 As shown in FIG. 1B, the welding current Iw during the short-circuit period from time t1 to t4 is constant-current controlled to the value of the short-circuit current setting signal Isr shown in FIG.

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。上記の初期期間は0.5ms程度であり、初期電流値は40A程度であり、短絡時傾斜は300A/ms程度であり、短絡時ピーク値は340A程度である。 As shown in FIG. 3B, the welding current Iw during the short circuit period from time t1 to t4 has a predetermined initial current value during the predetermined initial period. Thereafter, the welding current Iw increases at a predetermined short-circuit slope, and when it reaches a predetermined short-circuit peak value, it maintains that value. The above initial period is about 0.5 ms, the initial current value is about 40 A, the slope at the time of short circuit is about 300 A/ms, and the peak value at the time of short circuit is about 340 A.

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。 As shown in FIG. 3C, the welding voltage Vw increases from around the point where the welding current Iw reaches its peak value at the time of short circuit. This is because a constriction is gradually formed in the droplet at the tip of the welding wire 1 due to the reverse feeding of the welding wire 1 and the action of the pinch force due to the welding current Iw.

その後に溶接電圧Vwの電圧上昇値がくびれ検出基準値に達すると、くびれの形成状態が基準状態になったと判別して、同図(H)に示すように、時刻t31においてくびれ検出信号NdはHighレベルに変化する。これに応動して、図1の短絡電流設定信号Isr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。上記の溶接電流Iwの急減をより高速にするために、通電路に限流抵抗を挿入するようにしても良い。この場合には、急減させるとき以外は、限流抵抗を並列に接続したトランジスタによって短絡させておく。 After that, when the voltage increase value of the welding voltage Vw reaches the constriction detection reference value, it is determined that the constriction formation state has reached the reference state, and the constriction detection signal Nd changes at time t31 as shown in FIG. Changes to High level. In response to this, the short circuit current setting signal Isr in FIG. 1 is reduced to the value of the low level current setting signal Ilr. For this reason, as shown in the same figure (B), the welding current Iw rapidly decreases from the peak value at the time of short circuit to the low level current value. In order to make the above-mentioned rapid decrease in welding current Iw faster, a current limiting resistor may be inserted in the energizing path. In this case, the current limiting resistor is short-circuited by a transistor connected in parallel, except when the current is suddenly reduced.

溶接電流Iwが低レベル電流値の状態になっている時刻t32において、同図(G)に示すように、極性切換信号DrがLowレベルからHighレベルに変化するので、溶接電源の出力は電極マイナス極性ENに切り替わる。これに応動して、同図(B)に示すように、溶接電流Iwは正の値の低レベル電流値から負の値の低レベル電流値へと変化する。同様に、同図(C)に示すように、溶接電圧Vwは正の値の短絡電圧値から負の値の短絡電圧値へと変化する。電極マイナス極性ENへの切り換えは溶接電流Iwの値がくびれ検出によって減少して低レベル電流設定値の値と等しくなっている期間中に行われる。したがって、時刻t31にくびれを検出し、その後に溶接電流Iwが低レベル電流値まで減少した時点から、アークが発生して遅延期間Tcが終了する時刻t51までの期間中に電極マイナス極性ENに切り換えられる。このようにすると、溶接電流Iwが小さな値のときに極性を切り換えるので、2時側インバータ回路を構成するトランジスタに課題なサージ電圧が印加することを抑制して、トランジスタが故障することを防止することができる。 At time t32 when the welding current Iw is at a low level current value, the polarity switching signal Dr changes from Low level to High level as shown in FIG. Switches to polarity EN. In response to this, the welding current Iw changes from a positive low-level current value to a negative low-level current value, as shown in FIG. Similarly, as shown in FIG. 3C, the welding voltage Vw changes from a positive short-circuit voltage value to a negative short-circuit voltage value. Switching to the negative electrode polarity EN is performed during a period in which the value of the welding current Iw decreases due to waist detection and becomes equal to the value of the low-level current setting value. Therefore, the constriction is detected at time t31, and the electrode polarity is switched to negative polarity EN during the period from the time when the welding current Iw decreases to a low level current value until time t51 when an arc occurs and the delay period Tc ends. It will be done. In this way, since the polarity is switched when the welding current Iw is a small value, application of a problematic surge voltage to the transistors forming the 2 o'clock side inverter circuit is suppressed, and failure of the transistors is prevented. be able to.

時刻t4において、溶接ワイヤの逆送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は負の値の数十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(H)に示すように、くびれ検出信号NdはLowレベルに変化する。同時に、同図(E)に示すように、第1アーク期間信号Sta1がHighレベルに変化して、時刻t4~t61の期間が予め定めた第1アーク期間Ta1となる。第1アーク期間中は、同図(G)に示すように、極性切換信号DrはHighレベルのままであるので、溶接電源の出力は電極マイナス極性ENを継続する。さらに、第1アーク期間Ta1中は定電流制御が継続する。 At time t4, when the constriction progresses due to the reverse feeding of the welding wire and an arc is generated, the welding voltage Vw rapidly increases to a negative arc voltage value of several tens of V, as shown in FIG. As shown in FIG. 3D, the short circuit determination signal Sd changes to Low level (arc period). In response to this, the constriction detection signal Nd changes to Low level, as shown in FIG. At the same time, as shown in FIG. 3E, the first arc period signal Sta1 changes to High level, and the period from time t4 to t61 becomes the predetermined first arc period Ta1. During the first arc period, the polarity switching signal Dr remains at the High level, as shown in FIG. Furthermore, constant current control continues during the first arc period Ta1.

同時に、時刻t4~t5の期間は、予め定めた逆送減速期間Trdとなる。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。 At the same time, the period from time t4 to time t5 becomes a predetermined reverse feed deceleration period Trd. As shown in FIG. 3A, the feeding speed Fw is decelerated from the above-mentioned reverse feeding peak value Wrp to 0.

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。 When the reverse deceleration period Trd ends at time t5, a transition begins to a predetermined forward acceleration period Tsu from time t5 to t6. During this normal feed acceleration period Tsu, as shown in FIG. 2A, the feeding speed Fw accelerates from 0 to the above normal feed peak value Wsp. During this period, the arc period continues.

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。 When the normal feed acceleration period Tsu ends at time t6, the feeding speed Fw enters the normal feed peak period Tsp and reaches the above-mentioned normal feed peak value Wsp, as shown in FIG. The arc period continues during this period as well. The forward transmission peak period Tsp continues until a short circuit occurs at time t7. Therefore, the period from time t4 to t7 becomes an arc period. Then, when a short circuit occurs, the operation returns to time t1.

溶接電流Iwは、同図(B)に示すように、時刻t4から予め定めた遅延期間Tcの間は図1の低レベル電流設定信号Ilrの値となる。 As shown in the figure (B), the welding current Iw takes the value of the low-level current setting signal Ilr in FIG. 1 during a predetermined delay period Tc from time t4.

時刻t51において、遅延期間Tcが終了すると、同図(B)に示すように、時刻t61までの第1アーク期間中の溶接電流Iwは、図1の第1アーク電流設定信号Ia1rによって設定される第1アーク電流Ia1となる。第1アーク電流Ia1は、予め定めたベース期間中の予め定めたベース電流及び予め定めたピーク期間中の予め定めたピーク電流から形成されるパルス波形を1周期以上繰り返し、その後にベース電流となる。同図においては、2周期のパルス波形の場合を例示している。第1アーク電流Ia1を小電流値のベース電流から開始することによって、アーク発生直後にアーク長が急速に長くなり、アーク発生状態が不安定になることを抑制することができる。また、電極マイナス極性ENではアークの発生状態が電極プラス極性EPに比べて不安定である。そこで、第1アーク電流Ia1をパルス波形にすると、一定値の直流波形のときに比べてアークの硬直性が高くなり、アークの安定性を向上させることができる。さらに、第1アーク電流Ia1をパルス波形にすることによって、一定値の直流波形とするときに比べて溶接ワイヤの溶融量を増加させることができる。そして、第1アーク電流Ia1はベース電流の通電によって終了する。このようにすると、小電流値のベース電流の通電中に電極プラス極性EPに切り換えることになり、上述したように、2次側インバータ回路を構成するトランジスタをサージ電圧から保護することができる。同図(C)に示すように、溶接電圧Vwも溶接電流Iwと相似した波形となる。 When the delay period Tc ends at time t51, the welding current Iw during the first arc period up to time t61 is set by the first arc current setting signal Ia1r in FIG. 1, as shown in FIG. This becomes the first arc current Ia1. The first arc current Ia1 repeats a pulse waveform formed from a predetermined base current during a predetermined base period and a predetermined peak current during a predetermined peak period for one period or more, and then becomes the base current. . In the figure, a case of a two-cycle pulse waveform is illustrated. By starting the first arc current Ia1 from a base current with a small current value, it is possible to prevent the arc length from rapidly increasing immediately after the arc occurs, thereby preventing the arc generation state from becoming unstable. Furthermore, the state of arc generation in the negative electrode polarity EN is more unstable than in the electrode positive polarity EP. Therefore, when the first arc current Ia1 has a pulse waveform, the rigidity of the arc becomes higher than when the first arc current Ia1 has a constant value DC waveform, and the stability of the arc can be improved. Furthermore, by making the first arc current Ia1 a pulse waveform, the amount of melting of the welding wire can be increased compared to when the first arc current Ia1 is a constant value DC waveform. Then, the first arc current Ia1 is terminated by supplying the base current. In this way, the electrode polarity is switched to the positive polarity EP while the base current having a small current value is flowing, and as described above, the transistors forming the secondary side inverter circuit can be protected from surge voltage. As shown in FIG. 3C, the welding voltage Vw also has a waveform similar to the welding current Iw.

時刻t61において第1アーク期間Ta1が終了すると、同図(G)に示すように、極性切換信号DrがLowレベルに変化して、溶接電源の出力は電極プラス極性EPとなる。これに応動して、同図(B)に示すように、溶接電流Iwは正の値になり、同図(C)に示すように、溶接電圧Vwも正の値となる。時刻t61~t62の期間が第2アーク期間Ta2となり、溶接電源は定電圧制御に切り換えられる。同図(B)に示すように、第2アーク電流Ia2はアーク負荷に応じた値となり、同図(C)に示すように、溶接電圧Vwは図1の電圧設定信号Vrによって制御された値となる。この第2アーク期間Ta2を定電圧制御することによって、アーク長が適正値になるように制御している。上述したように、電極マイナス極性ENではアーク発生状態が不安定になりやすい。このために、電極マイナス極性ENでアーク長制御を行うと、電極プラス極性EPで行うときに比べてアーク長を適正値に維持する性能が劣ることになる。したがって、アーク長制御は電極プラス極性EPで行うことが好ましい。 When the first arc period Ta1 ends at time t61, the polarity switching signal Dr changes to Low level as shown in FIG. In response to this, the welding current Iw takes on a positive value, as shown in FIG. 4(B), and the welding voltage Vw also takes a positive value, as shown in FIG. 2(C). The period from time t61 to t62 becomes the second arc period Ta2, and the welding power source is switched to constant voltage control. As shown in the same figure (B), the second arc current Ia2 has a value according to the arc load, and as shown in the same figure (C), the welding voltage Vw is a value controlled by the voltage setting signal Vr of Fig. 1. becomes. By controlling this second arc period Ta2 at a constant voltage, the arc length is controlled to an appropriate value. As described above, when the electrode has negative polarity EN, the arc generation state tends to become unstable. For this reason, when arc length control is performed with the electrode negative polarity EN, the performance for maintaining the arc length at an appropriate value is inferior to when it is performed with the electrode positive polarity EP. Therefore, it is preferable to control the arc length using the electrode positive polarity EP.

時刻t62において、アーク発生時点t4から予め定めた電流降下時間Tdが経過すると、同図(F)に示すように、第3アーク期間信号Sta3がHighレベルに変化する。この時点から次の短絡が発生する時刻t7までの期間が、第3アーク期間Ta3となる。第3アーク期間Ta3中は、同図(G)に示すように、極性切換信号DrはLowレベルを継続するので、溶接電源の出力は電極プラス極性EPとなる。第3アーク期間Ta3中は、定電流制御される。同図(B)に示すように、図1の第3アーク電流設定信号Ia3rによって定まる所定の第3アーク電流Ia3が通電する。同図(C)に示すように、溶接電圧Vwは電流値及びアーク負荷によって定まる値となる。短絡直前の第3アーク電流値Ia3を小さな値にすることによって、短絡の発生を導き、短絡発生時のスパッタ発生を抑制することができる。この第3アーク期間を設けないようにしても良い。その場合は、第1アーク期間及び第2アーク期間がアーク期間を構成することになる。 At time t62, when a predetermined current drop time Td has elapsed from arc occurrence time t4, the third arc period signal Sta3 changes to High level, as shown in FIG. The period from this point to time t7 when the next short circuit occurs is the third arc period Ta3. During the third arc period Ta3, the polarity switching signal Dr continues to be at the Low level, as shown in FIG. During the third arc period Ta3, constant current control is performed. As shown in FIG. 3B, a predetermined third arc current Ia3 determined by the third arc current setting signal Ia3r in FIG. 1 is applied. As shown in the same figure (C), the welding voltage Vw becomes a value determined by the current value and the arc load. By setting the third arc current value Ia3 immediately before a short circuit to a small value, it is possible to guide the occurrence of a short circuit and suppress the occurrence of spatter when a short circuit occurs. This third arc period may not be provided. In that case, the first arc period and the second arc period constitute an arc period.

上記の各パラメータの数値例を以下に示す。
溶接ワイヤ:軟鋼1.2mm、シールドガス:アルゴン80%+炭酸ガス20%
平均溶接電流:170A、平均溶接電圧:17V、平均送給速度:9m/min
正送ピーク値:30m/min、逆送ピーク値:-40m/min
短絡期間(所定値ではない):3ms、アーク期間(所定値ではない):7ms
遅延期間:0.5ms、第1アーク期間:4ms、
ベース電流:150A、ピーク電流:250A、3周期繰り返す
第2アーク期間:2.5ms
第3アーク期間(所定値ではない):0.5ms、電流降下時間:6.5ms
低レベル電流値:50A、第3アーク電流値:50A、
Numerical examples of each of the above parameters are shown below.
Welding wire: 1.2mm mild steel, shielding gas: 80% argon + 20% carbon dioxide
Average welding current: 170A, average welding voltage: 17V, average feeding speed: 9m/min
Forward feed peak value: 30m/min, reverse feed peak value: -40m/min
Short circuit period (not specified value): 3ms, arc period (not specified value): 7ms
Delay period: 0.5ms, 1st arc period: 4ms,
Base current: 150A, peak current: 250A, 2nd arc period repeated for 3 cycles: 2.5ms
3rd arc period (not a predetermined value): 0.5ms, current drop time: 6.5ms
Low level current value: 50A, 3rd arc current value: 50A,

溶接電流の平均値に占める電極マイナス極性ENの第1アーク電流Ia1の比率を電極マイナス極性電流比率ren(%)とすると、下式で定義できる。
Ren=(∫|Ia1|・dt/∫|Iw|・dt)×100
但し、各積分は短絡期間及びアーク期間の1周期の間行う。
上述した数値例の場合には、電極マイナス極性電流比率Ren=50%となる。
If the ratio of the first arc current Ia1 of the electrode negative polarity EN to the average value of the welding current is defined as the electrode negative polarity current ratio ren (%), it can be defined by the following formula.
Ren=(∫|Ia1|・dt/∫|Iw|・dt)×100
However, each integration is performed during one cycle of the short circuit period and the arc period.
In the case of the numerical example mentioned above, the electrode negative polarity current ratio Ren=50%.

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1アーク期間を電極マイナス極性とし、第2アーク期間を電極プラス極性とし、第1アーク期間中はベース電流及びピーク電流から形成されるパルス波形の溶接電流を通電する。これにより、第1アーク期間中は、電極マイナス極性ENであるので、母材への入熱を少なくした上で、溶接ワイヤの溶融量を増加させることができる。また、電極マイナス極性ENではアークの発生状態が電極プラス極性EPに比べて不安定である。そこで、第1アーク電流をパルス波形にすることによって、一定値の直流波形のときに比べてアークの硬直性が高くなり、アークの安定性を向上させることができる。さらに、第1アーク電流をパルス波形にすることによって、一定値の直流波形とするときに比べて溶接ワイヤの溶融量をさらに増加させることができる。この結果、本実施の形態では、板厚が1mm以下の鋼材に対しても、溶け落ちの発生を防止し、かつ、ギャップ裕度の広い溶接を行うことができる。
The effects of this embodiment will be explained below.
According to this embodiment, the electrode has negative polarity during the first arc period, the electrode has positive polarity during the second arc period, and a welding current with a pulse waveform formed from a base current and a peak current is applied during the first arc period. do. Thereby, during the first arc period, the electrode polarity is negative EN, so it is possible to increase the amount of melting of the welding wire while reducing the heat input to the base metal. Furthermore, the state of arc generation in the negative electrode polarity EN is more unstable than in the electrode positive polarity EP. Therefore, by making the first arc current a pulse waveform, the rigidity of the arc becomes higher than when the first arc current has a constant value DC waveform, and the stability of the arc can be improved. Furthermore, by making the first arc current a pulse waveform, the amount of melting of the welding wire can be further increased compared to when the first arc current is a constant DC waveform. As a result, in this embodiment, it is possible to prevent burn-through and perform welding with a wide gap tolerance even on steel materials with a plate thickness of 1 mm or less.

さらに好ましくは、本実施の形態によれば、第1アーク期間中のベース電流が通電しているときに極性を切り換えて、第2アーク期間に移行させる。このようにすると、小電流値のベース電流の通電中に電極プラス極性EPに切り換えることになり、2次側インバータ回路を構成するトランジスタをサージ電圧から保護することができる。 More preferably, according to the present embodiment, the polarity is switched while the base current is flowing during the first arc period, and the transition is made to the second arc period. In this way, the electrode polarity is switched to the positive polarity EP while the base current having a small current value is flowing, and the transistors constituting the secondary side inverter circuit can be protected from surge voltage.

さらに好ましくは、本実施の形態によれば、溶接電流の平均値に占める第1アーク期間中の溶接電流の比率である電極マイナス極性電流比率が40%~70%の範囲になるように第1アーク期間中の溶接電流を設定する。第1アーク期間の溶接電流(第1アーク電流)の設定は、ベース期間、ベース電流、ピーク期間、ピーク電流及び繰り返し周期を設定することによって行う。電極マイナス極性電流比率を上記の範囲に設定すると、板厚が1mm以下の鋼材に対しても、溶け落ちの発生を防止し、かつ、ギャップ裕度の広い溶接を行うことができる。電極マイナス極性電流比率が40%未満になると、鋼材への入熱が大きくなり、板厚1mm以下の溶接において、溶け落ちが発生するおそれがある。電極マイナス極性電流比率が70%を超えると、溶接状態が不安定になり、良好なビードを形成することが困難となる。 More preferably, according to the present embodiment, the electrode negative polarity current ratio, which is the ratio of the welding current during the first arc period to the average value of the welding current, is in the range of 40% to 70%. Set the welding current during the arc period. The welding current (first arc current) for the first arc period is set by setting the base period, base current, peak period, peak current, and repetition period. When the electrode negative polarity current ratio is set within the above range, it is possible to prevent burn-through and perform welding with a wide gap tolerance even on steel materials with a plate thickness of 1 mm or less. If the electrode negative polarity current ratio is less than 40%, the heat input to the steel material will increase, and burn-through may occur when welding plates with a thickness of 1 mm or less. When the electrode negative polarity current ratio exceeds 70%, the welding condition becomes unstable and it becomes difficult to form a good bead.

さらに好ましくは、本実施の形態によれば、溶接ワイヤを短絡期間中は逆送し、アーク期間中は正送する。このようにすると、短絡期間及びアーク期間の繰り返し周期が安定化するので、母材への入熱が均一になり、溶接品質が向上する。 More preferably, according to the present embodiment, the welding wire is fed backward during the short circuit period and forward fed during the arc period. In this way, the repetition period of the short circuit period and the arc period is stabilized, so that the heat input to the base metal becomes uniform and the welding quality is improved.

さらに好ましくは、本実施の形態によれば、短絡期間中に溶接ワイヤに形成された溶滴のくびれを検出して溶接電流を減少させた状態で、第1アーク期間に移行させる。このようにすると、アーク発生時の電流値を小さくすることができるので、スパッタ発生量を少なくすることができる。さらに、電極マイナス極性ENへの切り換え時の電流値を小さくすることができるので、2次側インバータ回路を構成するトランジスタをサージ電圧から保護することができる。 More preferably, according to the present embodiment, the constriction of a droplet formed on the welding wire during the short-circuit period is detected and the welding current is reduced, and then the first arc period is started. In this way, the current value at the time of arc generation can be reduced, so the amount of spatter generated can be reduced. Furthermore, since the current value when switching to the negative electrode polarity EN can be reduced, the transistors forming the secondary side inverter circuit can be protected from surge voltage.

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
DR 極性切換回路
Dr 極性切換信号
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
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
Ia1 第1アーク電流
IA1R 第1アーク電流設定回路
Ia1r 第1アーク電流設定信号
Ia2 第2アーク電流
Ia3 第3アーク電流
IA3R 第3アーク電流設定回路
Ia3r 第3アーク電流設定信号
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
ISR 短絡電流設定回路
Isr 短絡電流設定信号
Iw 溶接電流
ND くびれ検出回路
Nd くびれ検出信号
PM 電力制御回路
Ren 電極マイナス極性電流比率
SD 短絡判別回路
Sd 短絡判別信号
STA1 第1アーク期間回路
Sta1 第1アーク期間信号
STA3 第3アーク期間回路
Sta3 第3アーク期間信号
SW 電源特性切換回路
TA1R 第1アーク期間設定回路
Ta1r 第1アーク期間設定信号
Tc 遅延期間
Td 電流降下時間
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
VR 電圧設定回路
Vr 電圧設定信号
Vw 溶接電圧
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
1 welding wire
2 Base material
3 arc
4 welding torch
5 Feed roll DR Polarity switching circuit Dr Polarity switching signal Ea Error amplification signal EI Current error amplification circuit Ei Current error amplification signal EV Voltage error amplification circuit Ev Voltage error amplification signal FC Feed control circuit Fc Feed control signal FR Feed speed Setting circuit Fr Feeding speed setting signal Fw Feeding speed Ia1 First arc current IA1R First arc current setting circuit Ia1r First arc current setting signal Ia2 Second arc current Ia3 Third arc current IA3R Third arc current setting circuit Ia3r 3 Arc current setting signal ICR Current control setting circuit Icr Current control setting signal ID Current detection circuit Id Current detection signal ILR Low level current setting circuit Ilr Low level current setting signal ISR Short circuit current setting circuit Isr Short circuit current setting signal Iw Welding current ND Constriction Detection circuit Nd Constriction detection signal PM Power control circuit Ren Electrode negative polarity current ratio SD Short circuit discrimination circuit Sd Short circuit discrimination signal STA1 First arc period circuit Sta1 First arc period signal STA3 Third arc period circuit Sta3 Third arc period signal SW Power supply Characteristic switching circuit TA1R First arc period setting circuit Ta1r First arc period setting signal Tc Delay period Td Current drop time Trd Reverse feed deceleration period TRDR Reverse feed deceleration period setting circuit Trdr Reverse feed deceleration period setting signal Trp Reverse feed peak period Tru Reverse Forward acceleration period TRUR Reverse feed acceleration period setting circuit Trur Reverse feed acceleration period setting signal Tsd Forward feed deceleration period TSDR Forward feed deceleration period setting circuit Tsdr Forward feed deceleration period setting signal Tsp Forward feed peak period Tsu Forward feed acceleration period TSUR Forward feed acceleration Period setting circuit Tsur Forward feed acceleration period setting signal VD Voltage detection circuit Vd Voltage detection signal VR Voltage setting circuit Vr Voltage setting signal Vw Welding voltage WM Feed motor Wrp Reverse feed peak value WRR Reverse feed peak value setting circuit Wrr Reverse feed peak value Setting signal Wsp Forward feed peak value WSR Forward feed peak value setting circuit Wsr Forward feed peak value setting signal

Claims (5)

溶接ワイヤを送給し、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ており、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アーク期間は定電圧制御によっ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1アーク期間を電極マイナス極性とし、前記第2アーク期間を電極プラス極性とし、
前記第1アーク期間中はベース電流及びピーク電流から形成されるパルス波形の前記溶接電流を通電する、
ことを特徴とするアーク溶接制御方法。
Feed the welding wire, repeat the short circuit period and the arc period,
The arc period includes a first arc period and a second arc period following it, in which the welding current is applied by constant current control during the first arc period, and the welding current is applied by constant voltage control during the second arc period. In the arc welding control method for welding by applying current,
The first arc period has a negative electrode polarity, and the second arc period has a positive electrode polarity,
During the first arc period, the welding current is applied with a pulse waveform formed from a base current and a peak current;
An arc welding control method characterized by:
前記第1アーク期間中の前記ベース電流が通電しているときに極性を切り換えて、第2アーク期間に移行させる、
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。
Switching the polarity while the base current is energized during the first arc period to transition to a second arc period;
The arc welding control method according to claim 1, characterized in that:
前記溶接電流の平均値に占める前記第1アーク期間中の前記溶接電流の比率である電極マイナス極性電流比率が40%~70%の範囲になるように前記第1アーク期間中の前記溶接電流を設定する、
ことを特徴とする請求項1又は2に記載のアーク溶接制御方法。
The welding current during the first arc period is adjusted so that the electrode negative polarity current ratio, which is the ratio of the welding current during the first arc period to the average value of the welding current, is in the range of 40% to 70%. set,
The arc welding control method according to claim 1 or 2, characterized in that:
前記溶接ワイヤを前記短絡期間中は逆送し、前記アーク期間中は正送する、
ことを特徴とする請求項1又は2に記載のアーク溶接制御方法。
The welding wire is fed backward during the short circuit period and forward fed during the arc period,
The arc welding control method according to claim 1 or 2, characterized in that:
前記短絡期間中に前記溶接ワイヤに形成された溶滴のくびれを検出して前記溶接電流を減少させた状態で、前記第1アーク期間に移行させる、
ことを特徴とする請求項1又は2に記載のアーク溶接制御方法。
Detecting a constriction of a droplet formed on the welding wire during the short circuit period and reducing the welding current, and then transitioning to the first arc period;
The arc welding control method according to claim 1 or 2, characterized in that:
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