JP4294149B2 - アーク電流制御方法及び溶接装置 - Google Patents
アーク電流制御方法及び溶接装置 Download PDFInfo
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、消耗電極ガスシールドアーク溶接において、溶接品質の向上を図ることができるアーク電流制御方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
消耗電極ガスシールドアーク溶接方法は、鉄鋼、ステンレス鋼、アルミニウム及びアルミニウム合金等の種々の金属材料を対象とする接合方法として、広く産業界で使用されている。
【０００３】
消耗電極ガスシールドアーク溶接においては、溶接ワイヤ先端の溶滴、被溶接物上の溶融池、アークの陰極点等のアーク現象に起因する不規則な運動、溶接ワイヤの機械的な送給変動等の種々の外乱によって溶接品質に重大な影響を及ぼす要因となるアーク長が大きく変動する。アーク長が変動すると、溶接状態が不安定になり大粒のスパッタの大量発生、アンダーカット等のビード外観の不良、ブローホール等の溶接欠陥の発生等の溶接品質が不良となる。したがって、良好な溶接品質を得るためには、アーク長の変動を抑制することができるアーク電流制御が必要となる。以下に、従来技術におけるアーク電流制御方法について説明する。
【０００４】
図１は、従来技術のアーク電流制御方法を示す電圧・電流波形図であり、同図（Ａ）は溶接電源装置の出力端子電圧Ｖｔの時間変化を示しており、同図（Ｂ）は溶接電流Ｉｗの時間変化を示している。
【０００５】
溶接装置は溶接電源装置、ワイヤ送給装置、溶接トーチ等から構成されている。通常、溶接電源装置のプラスの出力端子は溶接用ケーブルによって溶接トーチを装着したワイヤ送給装置と接続されており、マイナスの出力端子は溶接用ケーブルによって被溶接物と接続されている。溶接ワイヤはワイヤ送給装置から溶接トーチを通って送給されて被溶接物との間でアークが発生して溶接が行われる。このときに、溶接トーチから被溶接物の方向に溶接電流Ｉｗが通電して、溶接トーチと被溶接物との間に溶接トーチ・被溶接物間電圧（以下、溶接電圧Ｖｗという。）が印加され、出力端子間には出力端子電圧Ｖｔが印加される。上記の溶接電圧Ｖｗ及び出力端子電圧Ｖｔを総称して溶接電源装置の出力電圧Ｖｏと呼ぶ。
【０００６】
同図は、消耗電極ガスシールドアーク溶接において平均溶接電流値が約２００［Ａ］未満の短絡移行領域での電圧・電流波形図であり、溶接ワイヤ先端の溶滴と被溶接物上の溶融池との間で短絡状態とアーク発生状態とを繰り返す短絡移行溶接の場合である。
【０００７】
以下、同図を参照して従来技術のアーク電流制御方法を説明する。
▲１▼時刻ｔ１乃至ｔ２（短絡初期電流通電時間Ｔsi）
時刻ｔ１において溶接ワイヤ先端に形成された溶滴と被溶接物上の溶融池とが短絡状態となったことを判別して、短絡状態を安定化するために数十［Ａ］の小電流値である予め設定した短絡初期電流Ｉsiを予め設定した短絡初期電流通電時間Ｔsiの間通電する。
【０００８】
▲２▼時刻ｔ２乃至ｔ３
時刻ｔ２において短絡初期電流通電時間Ｔsiが経過すると、溶融池への溶滴移行を促進して短絡状態を早期に解除するために３００［Ａ］乃至６００［Ａ］程度の大電流値である予め設定した短絡電流Ｉｓを短絡状態が解除されてアークが再発生するまで通電する。
【０００９】
▲３▼時刻ｔ３乃至ｔ４
時刻ｔ３においてアークが再発生したことを判別すると、次式で示すアーク電流制御を行い、その結果算出されたアーク電流値Ｉａを通電する。
Ｉａ＝Ｉai−Ｇ×（Ｖｔ−Ｖｒ） …（１）
ただし、Ｉaiはアーク基準電流値、Ｇは電圧誤差増幅率、Ｖｔは出力端子電圧値及びＶｒは電圧設定値である。
【００１０】
アーク長はアーク発生時の溶接電圧値Ｖｗに比例する。溶接用ケーブルの長さが５［ｍ］程度と短いときには、溶接用ケーブルのインピーダンス値は小さいために溶接電圧値Ｖｗと出力端子電圧値Ｖｔとは略等しくなる。したがって、アーク長を出力端子電圧値Ｖｔで検出することができる。電圧設定値Ｖｒは、適正なアーク長になるように予め設定する。また、アーク基準電流値Ｉaiは、ワイヤ送給速度に応じて適正値に予め設定する。
【００１１】
（１）式におけるＧ×（Ｖｔ−Ｖｒ）は、アーク長の検出値に相当するＶｔとアーク長の設定値に相当するＶｒとの電圧誤差を増幅していることになる。この電圧誤差増幅値をアーク基準電流値Ｉaiから減算した値のアーク電流値Ｉａを通電する。
【００１２】
ワイヤ溶融速度はアーク電流値Ｉａに比例する。アーク電流値Ｉａが小さくなるとワイヤ溶融速度は小さくなるがワイヤ送給速度は一定値であるので、それらの値の差によってアーク長は短くなる。逆にアーク電流値Ｉａが大きくなるとワイヤ溶融速度は大きくなるのでアーク長は長くなる。したがって、アーク長の検出値に相当する出力端子電圧Ｖｔがアーク長の設定値に相当する電圧設定値Ｖｒよりも大きいときは、（１）式から電圧誤差増幅値は正の値となるためにアーク電流値Ｉａはアーク基準電流値Ｉaiよりも小さくなる。その結果、ワイヤ溶融速度が小さくなるのでアーク長は短くなる。つまり、前述したように種々の外乱によってアーク長が長くなると、（１）式のアーク電流制御によってアーク長は短くなるように制御されて設定値に戻る。逆に、外乱によってアーク長が短くなると、（１）式のアーク電流制御によってアーク長は長くなるように制御されて設定値に戻る。
【００１３】
この時刻ｔ３乃至ｔ４期間中にはアーク長の変動がなかったために、出力端子電圧Ｖｔは電圧設定値Ｖｒと略等しい状態を維持しており、アーク電流Ｉａはアーク基準電流値Ｉaiと略等しい状態を維持している。
【００１４】
▲４▼時刻ｔ４乃至ｔ５
時刻ｔ４において、種々の外乱によってアーク長が変動して短くなると、出力端子電圧Ｖｔは小さくなり電圧設定値Ｖｒよりも小さくなる。これに応答して（１）式に示すアーク電流制御が行われる。この時点での電圧誤差増幅値Ｇ×（Ｖｔ−Ｖｒ）は負の値になるので算出されたアーク電流値Ｉａはアーク基準電流値Ｉaiよりも大きな値となり、アーク電流Ｉａは増加する。アーク電流Ｉａがアーク基準電流値Ｉaiよりも大きくなると、前述したようにワイヤ溶融速度が大きくなるのでアーク長は長くなり、出力端子電圧Ｖｔは電圧設定値Ｖｒに近づく方向に大きくなる。
【００１５】
その結果、出力端子電圧Ｖｔと電圧設定値Ｖｒとの電圧誤差が小さくなるので、（１）式における電圧誤差増幅値Ｇ×（Ｖｔ−Ｖｒ）の絶対値も小さくなり、アーク電流Ｉａはアーク基準電流値Ｉaiに近づく方向に減少する。
【００１６】
以上の動作が繰り返されて、時刻ｔ５においてアーク長は設定値に戻り、出力端子電圧Ｖｔは電圧設定値Ｖｒと略等しくなり、アーク電流Ｉａはアーク基準電流値Ｉaiと略等しくなる。
【００１７】
▲５▼時刻ｔ５乃至ｔ６
この期間中にはアーク長の変動がなかったために、出力端子電圧Ｖｔは電圧設定値Ｖｒと略等しい状態を維持し、アーク電流Ｉａはアーク基準電流値Ｉaiと略等しい状態を維持する。
▲６▼時刻ｔ６乃至ｔ８
時刻ｔ６において溶滴と溶融池とが短絡状態となると、前述した▲１▼及び▲２▼と同一の動作を行う。
【００１８】
▲７▼時刻ｔ８乃至ｔ９
時刻ｔ８においてアークが再発生すると、前述した▲３▼と同一の動作を行う。
【００１９】
▲８▼時刻ｔ９乃至ｔ10
時刻ｔ９において、種々の外乱によってアーク長が変動して長くなると、出力端子電圧Ｖｔは大きくなり電圧設定値Ｖｒよりも大きくなる。これに応答して（１）式に示すアーク電流制御が行われる。この時点での電圧誤差増幅値Ｇ×（Ｖｔ−Ｖｒ）は正の値になるので算出されたアーク電流値Ｉａはアーク基準電流値Ｉaiよりも小さな値となり、アーク電流Ｉａは減少する。アーク電流Ｉａがアーク基準電流値Ｉaiよりも小さくなると、前述したようにワイヤ溶融速度が小さくなるのでアーク長は短くなり、出力端子電圧Ｖｔは電圧設定値Ｖｒに近づく方向に小さくなる。
【００２０】
その結果、出力端子電圧Ｖｔと電圧設定値Ｖｒとの電圧誤差が小さくなるので、（１）式における電圧誤差増幅値Ｇ×（Ｖｔ−Ｖｒ）の絶対値も小さくなり、アーク電流Ｉａはアーク基準電流値Ｉaiに近づく方向に増加する。
【００２１】
以上の動作が繰り返されて、時刻ｔ10においてアーク長は設定値に戻り、出力端子電圧Ｖｔは電圧設定値Ｖｒと略等しくなり、アーク電流Ｉａはアーク基準電流値Ｉaiと略等しくなる。
【００２２】
▲９▼時刻ｔ10乃至ｔ11
この期間中にはアーク長の変動がなかったために、前述した▲５▼と同一の動作を行う。
【００２３】
上述したように、（１）式に示す従来技術のアーク電流制御方法は後述するように溶接用ケーブルが短い場合には、種々の外乱によるアーク長の変動を抑制することができるために、前述したように良好な溶接品質を得ることができる。
【００２４】
図２は、図１で示した従来技術のアーク電流制御方法を実施するための溶接装置のブロック図である。
【００２５】
同図において、商用電源ＡＣは本装置の入力電源であり、通常は３相２００／２２０Ｖが多く使用されている。
【００２６】
出力制御回路ＰＳは、商用電源ＡＣを入力として出力制御を行い溶接アーク負荷に適した出力を供給する。一般的に出力制御方式としては、サイリスタ位相制御方式、トランジスタチョッパ制御方式、インバータ制御方式等がある。インバータ制御方式での出力制御回路ＰＳには、商用電源ＡＣを整流する１次側整流回路、整流されたリップルのある電圧を平滑する平滑回路、平滑された直流電圧を高周波交流に変換するインバータ回路、高周波交流を溶接アーク負荷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次整流回路及び整流されたリップルのある直流電圧を平滑するリアクトルを含んでいる。さらに、インバータ回路を構成するパワートランジスタのドライブ回路及び後述する誤差増幅信号Ｅａを入力としてインバータ回路のＰＷＭ制御を行うＰＷＭ制御回路も含んでいる。
【００２７】
同図に示す６は溶接電源装置の出力端子であり、７は出力端子と溶接トーチ４及び被溶接物２とを接続する溶接用ケーブルである。８は溶接用ケーブル７による外部インダクタンスであり、その外部インダクタンス値はＬ０［μＨ］となる。
【００２８】
溶接用ケーブルによるインピーダンスは抵抗値とインダクタンス値から成るが、溶接用ケーブルは充分に断面積の大きなケーブルを使用することが多いので抵抗値については略無視することができる。
【００２９】
溶接ワイヤ１は、予め設定したワイヤ送給速度でワイヤ送給装置５によって溶接トーチ４を通って送給されると共に、溶接トーチ先端部に取り付けられたチップから給電されて、溶接電流Ｉｗが通電して被溶接物２との間にアーク３が発生する。そのときに、溶接トーチ４と被溶接物２との間に溶接電圧Ｖｗが印加されており、出力端子６及び７との間に出力端子電圧Ｖｔが印加されている。
【００３０】
溶接電圧検出回路ＶＤは、出力端子電圧Ｖｔを検出して出力端子電圧検出信号Ｖｄを出力する。出力端子電圧Ａ／Ｄ変換回路ＡＤＶは、上記の出力端子電圧検出信号Ｖｄを入力としてＡ／Ｄ変換した出力端子電圧Ａ／Ｄ変換信号Ａdvを出力する。
【００３１】
制御周期設定回路ＤＴは、制御周期設定信号ΔＴを出力する。割り込み発生回路ＩＴは、上記の制御周期設定信号ΔＴを入力として、制御周期ΔＴ毎にＨレベルのトリガ信号である割り込み発生信号Ｉｔを出力する。
【００３２】
短絡初期電流設定回路ＩＳＩは、予め設定又は送給速度に応じて設定される短絡初期電流設定信号Ｉsiを出力する。短絡初期電流通電時間設定回路ＴＳＩは、予め設定又は送給速度に応じて設定される短絡初期電流通電時間設定信号Ｔsiを出力する。短絡電流設定回路ＩＳは、予め設定又は送給速度に応じて設定される短絡電流設定信号Ｉｓを出力する。アーク基準電流値設定回路ＩＡＩは、予め設定又はワイヤ送給速度に応じて設定されるアーク基準電流値設定信号Ｉaiを出力する。
【００３３】
電圧設定回路ＶＲは、アーク長を適正値に設定するための電圧設定信号Ｖｒを出力する。短絡判別閾値設定回路ＶＴＨは、上記の出力端子電圧Ｖｔから短絡状態とアーク発生状態とを判別するための閾値の電圧値である短絡判別閾値設定信号Ｖthを出力する。
【００３４】
溶接電流制御回路ＷＣは、上記の出力端子電圧Ａ／Ｄ変換信号Ａdv、制御周期設定信号ΔＴ、割り込み発生信号Ｉｔ、短絡初期電流設定信号Ｉsi、短絡初期電流通電時間設定信号Ｔsi、短絡電流設定信号Ｉｓ，アーク基準電流値設定信号Ｉai、電圧設定信号Ｖｒ及び短絡判別閾値設定信号Ｖthを入力として、それらの信号をソフトウェアで処理して電流設定信号Ｉｒを出力する。この従来技術のソフトウェア処理の詳細については図３で後述する。
【００３５】
電流設定Ｄ／Ａ変換回路ＤＡＩは、上記の電流設定信号Ｉｒを入力として、Ｄ／Ａ変換した電流設定Ｄ／Ａ変換信号Ｄaiを出力する。溶接電流検出回路ＩＤは、溶接電流Ｉｗを検出して溶接電流検出信号Ｉｄを出力する。誤差増幅回路ＥＡは、上記の電流設定Ｄ／Ａ変換信号Ｄaiと溶接電流検出信号Ｉｄとの誤差を増幅して誤差増幅信号Ｅａを出力する。
【００３６】
以上の回路ブロック構成によって、電流設定信号Ｉｒに対応する溶接電流Ｉｗを通電することができるために、図１で示した短絡電流及びアーク電流の制御を行うことができる。
【００３７】
図３は、上述した溶接電流制御回路ＷＣのソフトウェア処理の内容を示すフローチャートである。
【００３８】
ステップ１におい、短絡初期電流設定信号Ｉsi、短絡初期電流通電時間設定信号Ｔsi、短絡電流設定信号Ｉｓ、アーク基準電流値設定信号Ｉai、制御周期設定信号ΔＴ、電圧設定信号Ｖｒ及び短絡判別閾値設定信号Ｖthを読み込む。
【００３９】
ステップ２において、時間カウンタ値ｎを０にリセットする。
【００４０】
ステップ３において、制御周期ΔＴ毎に発生する割り込み発生信号ＩｔがＨレベルかを判定して、ＹＥＳならばステップ４に進み、ＮＯならばＨレベルになるまで待機する。
【００４１】
ステップ４において、出力端子電圧Ａ／Ｄ変換信号Ａdvを読み込む。
【００４２】
ステップ５において、出力端子電圧Ａ／Ｄ変換信号Ａdvが短絡判別閾値設定信号Ｖth以下かを判定して、ＹＥＳならばステップ６に進み、ＮＯならばステップ10に進む。このステップ５では、短絡状態とアーク発生状態との判別を行い、短絡状態ならばステップ６に進み、アーク発生状態ならばステップ10に進む。
【００４３】
ステップ６において、時間カウンタ値ｎに１を加算する。
【００４４】
ステップ７において、時間カウンタ値ｎと制御周期設定信号ΔＴとの乗算値が短絡初期電流通電時間設定信号Ｔsi以下かを判定して、ＹＥＳならばステップ８に進み、ＮＯならばステップ９に進む。ｎ×ΔＴの乗算値は短絡状態になってからの経過時間を表わしている。
【００４５】
ステップ８において、短絡初期電流設定信号Ｉsiを電流設定信号Ｉｒに代入する。
【００４６】
ステップ９において、短絡電流設定信号Ｉｓを電流設定信号Ｉｒに代入する。
【００４７】
ステップ10において、時間カウンタ値ｎを０にリセットする。
【００４８】
ステップ11において、上記のアーク基準電流値設定信号Ｉai、出力端子電圧Ａ／Ｄ変換信号Ａdv及び電圧設定信号Ｖｒ並びに予め設定した電圧誤差増幅率ＧからＩai−Ｇ×（Ａdv−Ｖｒ）を計算して、電流設定信号Ｉｒに代入する。このステップ11では前述した（１）式で示すアーク電流制御を行っている。
【００４９】
ステップ12において、電流設定信号Ｉｒを出力する。
【００５０】
ステップ13において、溶接終了かを判定して、ＹＥＳならば終了し、ＮＯならばステップ３に戻る。
【００５１】
上述した各ステップを実行することで、前述した図１の短絡電流及びアーク電流の制御を行うことができる。
【００５２】
図４は、図２の従来技術のブロック図で示した各信号のタイミングチャートである。同図（Ａ）は溶接電圧Ｖｗの時間変化を示しており、同図（Ｂ）は出力端子電圧Ｖｔの時間変化を示しており、同図（Ｃ）は電流設定信号Ｉｒの時間変化を示しており、同図（Ｄ）は溶接電流Ｉｗの時間変化を示している。同図において点線で表わした等間隔の縦線は、制御周期ΔＴ毎に発生する割り込み発生信号のタイミングを示している。
【００５３】
同図は従来技術のアーク電流制御方法を説明するため
に、図１で示したアーク長の変動が発生した時刻ｔ４乃至ｔ５期間中の上記の各信号のタイミングチャ−トを示している。また、同図は溶接用ケーブルの長さが約５［ｍ］以下と短い場合であるので、図２に示した外部インダクタンス値Ｌ０は小さな値となり、出力端子電圧Ｖｔと溶接電圧Ｖｗとは略等しくなる。以下、図４を参照して動作を説明する。
【００５４】
▲１▼時刻ｔ４において種々の外乱によってアーク長が変動して短くなると、溶接電圧Ｖｗはアーク長に比例して小さくなり、出力端子電圧Ｖｔも小さくなる。
【００５５】
▲２▼時刻ｔ41において割り込みが発生すると、その時点での出力端子電圧値Ｖt1が検出されてソフトウェア内部に読み込まれ、前述した（１）式によってＩai-Ｇ×（Ｖｔ−Ｖｒ）が計算されて電流設定信号Ｉr1が算出される。このときＶt1＜ＶｒであるのでＩr1＞Ｉaiとなり、溶接電流Ｉｗはアーク基準電流値Ｉaiよりも増加する。溶接電流Ｉｗがアーク基準電流値Ｉaiよりも大きくなると前述したようにワイヤ溶融速度がワイヤ送給速度よりも大きくなるために、アーク長は徐々に長くなり溶接電圧Ｖｗ及び出力端子電圧Ｖｔは徐々に大きくなる。
【００５６】
▲３▼時刻ｔ42において割り込みが発生すると、上記▲２▼と同様の処理により時刻ｔ42時点での出力端子電圧値Ｖt2から電流設定信号Ｉr2が算出される。このときＶt1＜Ｖt2＜Ｖｒであるので電流設定信号Ｉr2はＩr1＞Ｉr2＞Ｉaiとなる。しかし、時刻t42時点での溶接電流値Ｉw2はまだ電流設定信号Ｉr2に達していないので、溶接電流Ｉｗは時刻ｔ42以降も増加し続ける。溶接電流Ｉｗがアーク基準電流値Ｉaiよりも大きいので前述したようにワイヤ溶融速度がワイヤ送給速度よりも大きくなるために、アーク長は徐々に長くなり溶接電圧Ｖｗ及び出力端子電圧Ｖｔは徐々に大きくなる。
【００５７】
▲４▼時刻ｔ43において割り込みが発生すると、上記▲２▼と同様の処理により時刻ｔ43時点での出力端子電圧値Ｖt3から電流設定信号Ｉr3が算出される。このときＶt1＜Ｖt2＜Ｖt3＜Ｖｒであるので電流設定信号Ｉr3はＩr1＞Ｉr2＞Ｉr3＞Ｉaiとなる。時刻t43時点での溶接電流値Ｉw3は電流設定信号Ｉr3よりも大きくなっているので、溶接電流Ｉｗは減少に転じる。しかし、まだ溶接電流Ｉｗがアーク基準電流値Ｉaiよりも大きいので前述したようにワイヤ溶融速度がワイヤ送給速度よりも大きくなるために、アーク長は徐々に長くなり続け溶接電圧Ｖｗ及び出力端子電圧Ｖｔも徐々に大きくなり続ける。
【００５８】
▲５▼時刻ｔ44乃至ｔ５期間中は上記▲４▼と同様の動作となり、電流設定信号Ｉｒは徐々に小さくなり時刻ｔ５においてアーク基準電流値Ｉaiと略等しくなる。また、溶接電流Ｉｗも徐々に減少して時刻ｔ５を経過した直後にアーク基準電流値Ｉaiと略等しくなる。さらに、溶接電圧Ｖｗ及び出力端子電圧Ｖｔも徐々に大きくなり、時刻ｔ５において電圧設定信号Ｖｒと略等しくなる。その結果、時刻ｔ４で変動したアーク長は時刻ｔ５において予め設定した適正値に復帰することになる。
【００５９】
上述した▲１▼乃至▲５▼の動作によって従来技術のアーク電流制御方法が行われ、その結果種々の外乱によるアーク長の変動を抑制することができる。
【００６０】
【発明が解決しようとする課題】
従来技術のアーク電流制御方法においては、溶接用ケーブルの長さが約５［ｍ］以下と短い場合には上述したように、アーク長の変動を抑制することができ良好な溶接品質を得ることができる。しかし実際の溶接現場では、被溶接物が大型構造物であったり、溶接電源装置と被溶接物とが離れた場所にあったりすることが多い。このために、溶接用ケーブルの長さが１０［ｍ］以上になることは一般的であり、４０［ｍ］程度になることもある。
【００６１】
このような場合には、溶接用ケーブルによる外部インダクタンス値が大きくなるために、出力端子電圧Ｖｔは溶接電圧Ｖｗとは大きく異なった誤差を含んだ値になり、出力端子電圧Ｖｔによってアーク長に比例する溶接電圧Ｖｗを正確に誤差なく検出することができなくなる。したがって、誤差を含んだ出力端子電圧Ｖｔによるアーク電流制御が行われることになり、アーク長の変動を抑制することができないためにスパッタの大量発生、ビード外観の不良、溶接欠陥の発生等の不良な溶接品質結果となる。
【００６２】
また、出力端子電圧Ｖｔを検出する代わりに、直接溶接電圧Ｖｗを検出してアーク電流制御に使用することも考えられる。しかし、大型構造物の溶接において、溶接トーチと被溶接物との間の電圧である溶接電圧Ｖｗを直接検出することは困難である。さらに、溶接電源装置と被溶接物とが離れた場所にある場合及び被溶接物が複数個ある場合において、溶接電圧Ｖｗを直接検出するためには、追加の電圧検出線が必要になり手間がかかり使い勝手も悪くなる。また、電圧検出線が断線すると溶接電源装置に故障が発生する。
【００６３】
図５は、溶接用ケーブルの長さが約２０［ｍ］と長い場合における従来技術のアーク電流制御方法での電圧・電流波形図であり、同図（Ａ）は溶接電圧Ｖｗの時間変化を示しており、同図（Ｂ）は出力端子電圧Ｖｔの時間変化を示しており、同図（Ｃ）は溶接電流Ｉｗの時間変化を示している。同図は、図１と同様に平均溶接電流値が約２００［Ａ］未満の短絡移行領域での電圧・電流波形図であり、各時刻も同一符号を付している。
【００６４】
同図において溶接用ケーブルによる外部インダクタンス値はＬ０＜Ｌ１［μＨ］である。以下、同図を参照して従来技術のアーク電流制御方法の問題点を説明する。ただし、同図において時刻ｔ１乃至ｔ４期間中の動作は図１と同じであるので説明を省略する。
【００６５】
▲１▼時刻ｔ４において、図１と同様に外乱によってアーク長が変動して短くなると、溶接電圧Ｖｗはアーク長に比例して小さくなる。一方、出力端子電圧Ｖｔは次式で表わされる。
Ｖｔ＝Ｖｗ＋Ｌ１×（ｄＩａ／ｄｔ） …（２）
この時点では、アーク電流Ｉａは略一定値で変化していないので、外部インダクタンス値Ｌ１が大きな値であってもＬ１×（ｄＩａ／ｄｔ）≒０となり、Ｖｔ≒Ｖｗとなる。その結果、出力端子電圧Ｖｔは小さくなり電圧設定値Ｖｒよりも小さくなる。
【００６６】
▲２▼出力端子電圧Ｖｔが電圧設定値Ｖｒよりも小さくなると、（１）式で示したアーク電流制御によってアーク電流Ｉａは増加してアーク基準電流値Ｉaiよりも大きくなる。アーク電流Ｉａが大きくなると、前述したようにワイヤ溶融速度がワイヤ送給速度よりも大きくなるのでアーク長は長くなり溶接電圧Ｖｗも大きくなる。
【００６７】
▲３▼この時点ではアーク電流Ｉａは増加しておりかつ外部インダクタンス値Ｌ１も大きな値であるのでＬ１×（ｄＩａ／ｄｔ）＞０となり、出力端子電圧Ｖｔは溶接電圧Ｖｗよりも大きくなり電圧設定値Ｖｒよりも大きくなる。
【００６８】
▲４▼出力端子電圧Ｖｔが電圧設定値Ｖｒよりも大きくなると、（１）式で示したアーク電流制御によってアーク電流Ｉａは減少してアーク基準電流値Ｉaiに近づく。しかし、アーク電流Ｉａ＞Ｉaiであるので、前述したようにワイヤ溶融速度がワイヤ送給速度よりも大きい状態が継続してアーク長は徐々に長くなり続け溶接電圧Ｖｗも大きくなり続ける。
【００６９】
▲５▼さらに、この時点においてアーク電流Ｉａは減少しておりかつ外部インダクタンス値Ｌ１も大きな値であるのでＬ１×（ｄＩａ／ｄｔ）＜０となり、出力端子電圧Ｖｔは溶接電圧Ｖｗよりも小さくなり電圧設定値Ｖｒよりも小さくなる。
【００７０】
▲６▼出力端子電圧Ｖｔが電圧設定値Ｖｒよりも小さくなると、（１）式で示したアーク電流制御によってアーク電流Ｉａはアーク基準電流値Ｉaiよりもさらに増加する。アーク電流Ｉａ＞Ｉaiであるので、前述したようにワイヤ溶融速度がワイヤ送給速度よりも大きい状態が継続してアーク長は徐々に長くなり続け溶接電圧Ｖｗも大きくなり続ける。
【００７１】
▲７▼上記▲３▼乃至▲６▼の動作を短絡状態となる時刻ｔ６まで繰り返し、その期間中アーク電流Ｉａ及び出力端子電圧Ｖｔは上下に激しく振動するハンチング波形となる。また、このハンチング期間中はアーク電流Ｉａは常にアーク基準電流値Ｉaiよりも大きい状態を維持するので、アーク長は適正値を超えて長くなり続け、その結果アーク状態は不安定になる。
【００７２】
▲８▼時刻ｔ６乃至ｔ９期間中の動作は図１の同一符号を付した期間中と同じであるので説明を省略する。
【００７３】
▲９▼時刻ｔ９において、図１と同様に外乱によってアーク長が変動して長くなると、溶接電圧Ｖｗはアーク長に比例して大きくなる。これ以降の動作は上記の▲１▼乃至▲７▼と略同一であるので説明を省略する。その結果、短絡状態となる時刻ｔ11までアーク電流Ｉａ及び出力端子電圧Ｖｔは上下に激しく振動するハンチング波形となる。また、このハンチング期間中はアーク電流Ｉａは常にアーク基準電流値Ｉaiよりも大きい状態を維持するので、アーク長は適正値を超えても長くなり続け、アーク状態は不安定になる。
【００７４】
上述したように、従来技術のアーク電流制御方法においては、溶接用ケーブルが約１０［ｍ］以上と長くなり外部インダクタンス値が大きくなると、種々の外乱によってアーク長が変動した場合アーク電流波形及び出力端子電圧波形が激しくハンチングして、アーク長を適正値に復帰させることができなくなる。その結果、前述したようにスパッタの大量発生、ビード外観の不良、溶接欠陥の発生等の不良な溶接品質結果となる。
【００７５】
図６は、図５で示した時刻ｔ４乃至ｔ６期間中の図２で示したブロック図の各信号のタイミングチャートである。同図（Ａ）は溶接電圧Ｖｗの時間変化を示しており、同図（Ｂ）は出力端子電圧Ｖｔの時間変化を示しており、同図（Ｃ）は電流設定信号Ｉｒの時間変化を示しており、同図（Ｄ）は溶接電流Ｉｗの時間変化を示している。同図において点線で表わした等間隔の縦線は、制御周期ΔＴ毎に発生する割り込み発生信号のタイミングを示している。
【００７６】
▲１▼時刻ｔ４において種々の外乱によってアーク長が変動して短くなると、溶接電圧Ｖｗはアーク長に比例して小さくなり、出力端子電圧Ｖｔは（２）式で表わされる。この時点では、アーク電流Ｉａは略一定値で変化していないので、外部インダクタンス値Ｌ１が大きな値であってもＬ１×（ｄＩａ／ｄｔ）＝０となり、Ｖｔ≒Ｖｗとなる。その結果、出力端子電圧Ｖｔは小さくなり電圧設定値Ｖｒよりも小さくなる。
【００７７】
▲２▼時刻ｔ41において割り込みが発生すると、その時点での出力端子電圧値Ｖt1が検出されてソフトウェア内部に読み込まれ、前述した（１）式によってＩai-Ｇ×（Ｖｔ−Ｖｒ）が計算されて電流設定信号Ｉr1が算出される。このときＶt1＜ＶｒであるのでＩr1＞Ｉaiとなり、溶接電流Ｉｗはアーク基準電流値Ｉaiよりも増加する。溶接電流Ｉｗがアーク基準電流値Ｉaiよりも大きいので前述したようにワイヤ溶融速度がワイヤ送給速度よりも大きくなるために、アーク長は徐々に長くなり溶接電圧Ｖｗは徐々に大きくなる。
【００７８】
時刻ｔ41乃至ｔ42期間中では溶接電流Ｉｗは増加しておりかつ外部インダクタンス値Ｌ１も大きな値であるのでＬ１×（ｄＩａ／ｄｔ）＞０となり、（２）式で示す出力端子電圧Ｖｔは溶接電圧Ｖｗよりも大きくなり電圧設定値Ｖｒよりも大きくなる。
【００７９】
▲３▼時刻ｔ42において割り込みが発生すると、上記▲２▼と同様の処理により時刻ｔ42時点での出力端子電圧値Ｖt2から電流設定信号Ｉr2が算出される。このときＶt2＞Ｖｒになっているので電流設定信号Ｉr2はＩr2＜Ｉaiとなり、溶接電流Ｉｗは減少に転じる。しかし、溶接電流Ｉｗはアーク基準電流値Ｉaiよりも大きいので前述したようにワイヤ溶融速度がワイヤ送給速度よりも大きくなるために、アーク長は徐々に長くなり続け溶接電圧Ｖｗも徐々に大きくなり続ける。
【００８０】
時刻ｔ42乃至ｔ43期間中では溶接電流Ｉｗは減少しておりかつ外部インダクタンス値Ｌ１も大きな値であるのでＬ１×（ｄＩａ／ｄｔ）＜０となり、（２）式で示す出力端子電圧Ｖｔは溶接電圧Ｖｗよりも小さく電圧設定値Ｖｒよりも小さくなる。
【００８１】
▲４▼時刻ｔ43において割り込みが発生すると、上記▲２▼と同様の処理により時刻ｔ43時点での出力端子電圧値Ｖt3から電流設定信号Ｉr3が算出される。このときＶt3＜Ｖｒになっているので電流設定信号Ｉr3はＩr3＞Ｉaiとなり、溶接電流Ｉｗは増加に転じる。溶接電流Ｉｗはアーク基準電流値Ｉaiよりも大きいので前述したようにワイヤ溶融速度がワイヤ送給速度よりも大きくなるために、アーク長は徐々に長くなり続け溶接電圧Ｖｗも徐々に大きくなり続ける。
【００８２】
時刻ｔ43乃至ｔ44期間中では溶接電流Ｉｗは増加しておりかつ外部インダクタンス値Ｌ１も大きな値であるのでＬ１×（ｄＩａ／ｄｔ）＞０となり、（２）式で示す出力端子電圧Ｖｔは溶接電圧Ｖｗよりも大きくなり電圧設定値Ｖｒよりも大きくなる。
【００８３】
▲５▼上記▲３▼及び▲４▼の動作を短絡状態となるまで繰り返し、その期間中アーク電流Ｉａ及び出力端子電圧Ｖｔは上下に激しく振動するハンチング波形となる。また、このハンチング期間中はアーク電流Ｉａは常にアーク基準電流値Ｉaiよりも大きい状態を維持するので、アーク長は適正値を超えても長くなり続け、その結果アーク状態は不安定になる。
【００８４】
図７は、溶接用ケーブルの長さが約２０［ｍ］と長い場合における従来技術のアーク電流制御方法での溶接ビード外観の一例を示す図である。
溶接条件としては、溶接ワイヤには直径１．２［mm］のＹＧＷ１２を使用し、被溶接材２には板厚３．２［mm］の軟鋼を使用して、シールドガスには１００［％］の炭酸ガスを使用して炭酸ガスアーク溶接を行い、平均溶接電流値が１５０[Ａ]、平均溶接電圧が１９［Ｖ］、溶接速度が６０［cm／分］の場合である。
同図に示すように、大粒のスパッタ２ｂが大量に被溶接材２に付着しており、溶接ビード２ａの幅も不揃いであり不良な溶接ビード外観となっている。
【００８５】
上述したように、従来技術のアーク電流制御方法では、溶接用ケーブルの長さが約１０［ｍ］以上になりケーブルによる外部インダクタンス値が大きくなると、種々の外乱によるアーク長の変動を抑制することができなくなる。その結果、スパッタの大量発生、ビード外観の不良、溶接欠陥の発生等の不良な溶接品質結果となる。
【００８６】
そこで、本発明の目的は、溶接用ケーブル等による外部インダクタンス値が大きくなっても、種々の外乱によるアーク長の変動を抑制してアーク長を常に適正値に維持することで良好な溶接品質を得ることができるアーク電流制御方法及び溶接装置を実現することである。
【００８７】
【課題を解決するための手段】
【００８８】
【課題を解決するための手段】
出願時の請求項１の発明は、図８及び図９に示すように、
アーク発生期間中の溶接電源装置の出力電圧値Ｖｏを検出してその検出値が予め設定した電圧設定値Ｖｒと等しくなる新しい電流設定信号Ｉｒを算出してその算出値に相当するアーク電流値Ｉａの通電を制御する消耗電極ガスシールドアーク溶接のアーク電流制御方法において、
上記アーク電流値Ｉａを検出してその検出値に相当する電流設定信号Ｉｒを算出して予め設定した制御周期ΔＴの間その算出値に相当するアーク電流値Ｉａを通電する第１のアーク電流制御を行い、
上記制御周期ΔＴ経過時点の上記出力電圧値Ｖｏを検出してその検出値が上記電圧設定値Ｖｒと等しくなる新しい上記電流設定信号Ｉｒを算出して上記制御周期ΔＴの間その算出値に相当するアーク電流値Ｉａを通電する第２のアーク電流制御を行い、
上記第１及び第２のアーク電流制御を交互に繰り返して行うアーク電流制御方法である。
【００８９】
出願時の請求項２の発明は、図１０及び図１１に示すように、
アーク発生期間中の溶接電源装置の出力電圧値Ｖｏを検出してその検出値が予め設定した電圧設定値Ｖｒと等しくなる新しい電流設定信号Ｉｒを算出してその算出値に相当するアーク電流値Ｉａの通電を制御する消耗電極ガスシールドアーク溶接のアーク電流制御方法において、
上記アーク電流値Ｉａを検出して上記電流設定信号Ｉｒと比較し、
上記比較した値が等しいときは上記出力電圧値Ｖｏを検出してその検出値が上記電圧設定値Ｖｒと等しくなる新しい上記電流設定信号Ｉｒを算出してその算出値に相当するアーク電流値Ｉａを通電し、
上記比較した値が等しくないときは比較前の上記電流設定信号Ｉｒをそのまま維持し、その維持した値に相当するアーク電流値Ｉａを通電し、
上記制御を繰り返して行うアーク電流制御方法である。
【００９０】
出願時の請求項３の発明は、図８乃至図１１に示すように、
出願時請求項１又は出願時請求項２に記載する出力電圧値Ｖｏを検出してその検出値が電圧設定値Ｖｒと等しくなる新しい電流設定信号Ｉｒを算出する演算が、
予め設定したアーク基準電流値Ｉai及び予め設定した電圧誤差増幅率Ｇによって電流設定信号Ｉｒ＝アーク基準電流値Ｉai−電圧誤差増幅率Ｇ×（出力電圧値Ｖｏ−電圧設定値Ｖｒ）で表わされる演算である出願時請求項１又は出願時請求項２に記載するアーク電流制御方法である。
【００９１】
出願時の請求項４の発明は、図１２乃至図１４に示すように、
アーク発生期間中の溶接電源装置の出力電圧値Ｖｏを検出してその検出値が予め設定した電圧設定値Ｖｒと等しくなる新しい電流設定信号Ｉｒを算出してその算出値に相当するアーク電流値Ｉａの通電を制御する消耗電極ガスシールドアーク溶接のアーク電流制御方法において、
上記アーク電流値Ｉａを検出する検出回路と、
上記出力電圧値Ｖｏを検出する検出回路と、
上記電圧設定値Ｖｒを設定する設定回路と、
上記アーク電流値Ｉａの検出値に相当する電流設定信号Ｉｒを算出して予め設定した制御周期ΔＴの間その算出値を出力する過程と、上記制御周期ΔＴ経過時点の上記出力電圧値Ｖｏの検出値が上記電圧設定値Ｖｒと等しくなる新しい上記電流設定信号Ｉｒを算出して上記制御周期ΔＴの間出力する過程とを交互に繰り返して行うアーク電流制御回路ＡＷＣとから構成されて、
上記電流設定信号Ｉｒに相当するアーク電流値Ｉａを通電して溶接する溶接装置である。
【００９２】
出願時の請求項５の発明は、図１２、図１３及び図１５に示すように、
アーク発生期間中の溶接電源装置の出力電圧値Ｖｏを検出してその検出値が予め設定した電圧設定値Ｖｒと等しくなる新しい電流設定信号Ｉｒを算出してその算出値に相当するアーク電流値Ｉａの通電を制御する消耗電極ガスシールドアーク溶接のアーク電流制御方法において、
上記アーク電流値Ｉａを検出する検出回路と、
上記出力電圧値Ｖｏを検出する検出回路と、
上記電圧設定値Ｖｒを設定する設定回路と、
上記アーク電流値Ｉａの検出値と上記電流設定信号Ｉｒとを比較する過程と、上記比較した値が等しいときは上記出力電圧値Ｖｏの検出値が上記電圧設定値Ｖｒと等しくなる新しい上記電流設定信号Ｉｒを算出して出力する過程と、上記比較した値が等しくないときは比較前の上記電流設定信号Ｉｒをそのまま出力する過程とを繰り返し行うアーク電流制御回路ＡＷＣとから構成されて、
上記電流設定信号Ｉｒに相当するアーク電流値Ｉａを通電して溶接する溶接装置である。
【００９３】
出願時の請求項６の発明は、図１２乃至図１５に示すように、
出願時請求項４又は出願時請求項５に記載する出力電圧値Ｖｏの検出値が電圧設定値Ｖｒと等しくなる新しい電流設定信号Ｉｒを算出する演算が、
予め設定したアーク基準電流値Ｉai及び予め設定した電圧誤差増幅率Ｇによって電流設定信号Ｉｒ＝アーク基準電流値Ｉai−電圧誤差増幅率Ｇ×（出力電圧値Ｖｏ−電圧設定値Ｖｒ）で表わされる演算であるアーク電流制御回路ＡＷＣから構成される出願時請求項４又は出願時請求項５に記載する溶接装置である。
【００９４】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態は、図８及び図９に示すように、
アーク発生期間中の溶接電源装置の出力電圧値Ｖｏを検出してその検出値が予め設定した電圧設定値Ｖｒと等しくなる新しい電流設定信号Ｉｒを算出してその算出値に相当するアーク電流値Ｉａの通電を制御する消耗電極ガスシールドアーク溶接のアーク電流制御方法において、
上記アーク電流値Ｉａを検出してその検出値に相当する電流設定信号Ｉｒを算出して予め設定した制御周期ΔＴの間その算出値に相当するアーク電流値Ｉａを通電する第１のアーク電流制御を行い、
上記制御周期ΔＴ経過時点の上記出力電圧値Ｖｏを検出してその検出値及び上記電圧設定値Ｖｒを入力として、予め設定したアーク基準電流値Ｉai及び予め設定した電圧誤差増幅率Ｇによって電流設定信号Ｉｒ＝アーク基準電流値Ｉai−電圧誤差増幅率Ｇ×（出力電圧Ｖｏ−電圧設定値Ｖｒ）と表わされる演算を行い新しい上記電流設定信号Ｉｒを算出して上記制御周期ΔＴの間その算出値に相当するアーク電流値Ｉａを通電する第２のアーク電流制御を行い、
上記第１及び第２のアーク電流制御を交互に繰り返して行うアーク電流制御方法である。
【００９５】
【実施例】
図８は、溶接用ケーブルの長さが約２０［ｍ］と長い場合における本発明の実施例１によるアーク電流制御方法を示す電圧・電流波形図である。同図（Ａ）は溶接電圧Ｖｗの時間変化を示しており、同図（Ｂ）は出力端子電圧Ｖｔの時間変化を示しており、同図（Ｃ）は溶接電流Ｉｗの時間変化を示している。同図は、図５と同様に平均溶接電流値が約２００［Ａ］未満の短絡移行領域での電圧・電流波形図であり、各時刻も同一符号を付している。また、溶接用ケーブルによる外部インダクタンス値は図５と同一値Ｌ１の場合である。
【００９６】
同図において、アーク発生中にアーク長の変動が発生した時刻ｔ４乃至ｔ５及び時刻ｔ９乃至ｔ10の期間以外は図５と同一の動作であるので説明を省略する。
【００９７】
本発明の実施例１においては、アーク発生中に制御周期ΔＴ毎の制御タイミングに以下に示す▲１▼及び▲２▼の制御を交互に繰り返してアーク電流制御を行っている。
【００９８】
▲１▼第ｎ回目の制御タイミングにおいて、その時点での溶接電流値Ｉｗを検出して制御周期ΔＴの間その電流値の通電を維持するように第１のアーク電流制御を行う。そのことで、電流変化は略零になり前述した（２）式においてＬ１×（ｄＩａ／ｄｔ）≒０となるのでＶｔ≒Ｖｗとなり、アーク長に比例した溶接電圧値Ｖｗと出力端子電圧Ｖｔとが略等しくなる。
【００９９】
▲２▼次の第ｎ＋１回目の制御タイミングにおいて、その時点での出力端子電圧Ｖｔを検出して前述した（１）式に代入して算出したアーク電流値Ｉａを制御周期ΔＴの間通電する第２のアーク電流制御を行う。
【０１００】
上記▲１▼の制御期間中はアーク長に比例した溶接電圧Ｖｗを出力端子電圧Ｖｔによって正確に誤差なく検出するための準備期間となり、▲２▼の制御期間中は出力端子電圧Ｖｔの検出値によってアーク電流制御を行う期間となる。
【０１０１】
図８に示す時刻ｔ４において、種々の外乱によってアーク長が変動して短くなると上記▲１▼及び▲２▼の制御を繰り返すアーク電流制御が行われて、その結果時刻ｔ５においてアーク長が適正値に復帰するために溶接電圧Ｖｗも電圧設定値Ｖｒに戻る。この期間中の詳細な動作については後述する。
【０１０２】
また、時刻ｔ９乃至ｔ10の動作についても同様に上記▲１▼及び▲２▼のアーク電流制御によってアーク長は適正値に復帰して溶接電圧Ｖｗは電圧設定値Ｖｒに戻る。
【０１０３】
図９は、図８で示した時刻ｔ４乃至ｔ５期間中の制御動作を説明するための電圧・電流タイミングチャ−トである。同図（Ａ）は溶接電圧Ｖｗの時間変化を示しており、同図（Ｂ）は出力端子電圧Ｖｔの時間変化を示しており、同図（Ｃ）は電流設定信号Ｉｒの時間変化を示しており、同図（Ｄ）は溶接電流Ｉｗの時間変化を示している。同図において点線で表わした等間隔の縦線は、制御周期ΔＴ毎の制御タイミングを示している。
【０１０４】
▲１▼時刻ｔ４において種々の外乱によってアーク長が変動して短くなると、溶接電圧Ｖｗはアーク長に比例して小さくなり、出力端子電圧Ｖｔは（２）式で表わされる。この時点では、溶接電流Ｉｗは略一定値で変化していないので、外部インダクタンス値Ｌ１が大きな値であってもＬ１×（ｄＩａ／ｄｔ）≒０となり、Ｖｔ≒Ｖｗとなる。その結果、出力端子電圧Ｖｔは小さくなり電圧設定値Ｖｒよりも小さくなる。
【０１０５】
▲２▼時刻ｔ41の制御タイミングにおいて、その時点での出力端子電圧値Ｖt1を検出して前述した（１）式に代入し、溶接設定信号Ｉｒ＝Ｉai-Ｇ×（Ｖｔ−Ｖｒ）を算出する。このときＶt1＜ＶｒであるのでＩr1＞Ｉaiとなり、溶接電流Ｉｗはアーク基準電流値Ｉaiよりも増加する。溶接電流Ｉｗがアーク基準電流値Ｉaiよりも大きくなると前述したようにワイヤ溶融速度がワイヤ送給速度よりも大きくなるために、アーク長は徐々に長くなり溶接電圧Ｖｗは徐々に大きくなる。
【０１０６】
時刻ｔ41乃至ｔ42期間中では溶接電流Ｉｗは増加しておりかつ外部インダクタンス値Ｌ１も大きな値であるのでＬ１×（ｄＩａ／ｄｔ）＞０となり、（２）式で示す出力端子電圧Ｖｔは溶接電圧Ｖｗよりも大きくなり電圧設定値Ｖｒよりも大きくなる。
【０１０７】
▲３▼時刻ｔ42の制御タイミングにおいて、その時点での溶接電流値Ｉw2を検出してその値をそのまま代入して電流設定信号Ｉr2＝Ｉw2を設定することで、時刻ｔ42乃至ｔ43の間溶接電流値Ｉw2がそのまま通電される。そのことで、電流変化は略零になり前述した（２）式においてＬ１×（ｄＩａ／ｄｔ）≒０となるのでＶｔ≒Ｖｗとなり、アーク長に比例した溶接電圧値Ｖｗと出力端子電圧Ｖｔとが略等しくなる。
【０１０８】
▲４▼時刻ｔ43の制御タイミングにおいて、上記▲２▼と同様の処理により時刻ｔ43時点での出力端子電圧値Ｖt3から電流設定信号Ｉr3が算出される。このときＶt1＜Ｖt3＜Ｖｒになっているので電流設定信号Ｉr3はＩr1＞Ｉr3＞Ｉaiとなる。時刻ｔ43時点での溶接電流値Ｉw3は算出された電流設定値Ｉr3よりも小さいので、溶接電流Ｉｗは増加する。その結果、溶接電流Ｉｗはアーク基準電流値Ｉaiよりも大きい状態を維持するので前述したようにワイヤ溶融速度がワイヤ送給速度よりも大きくなるために、アーク長は徐々に長くなり続け溶接電圧Ｖｗも徐々に大きくなり続ける。
【０１０９】
▲５▼時刻ｔ44の制御タイミングにおいて、その時点での溶接電流値Ｉw4を検出してその値をそのまま代入して電流設定信号Ｉr4＝Ｉw4を設定することで、時刻ｔ44乃至ｔ45の間溶接電流値Ｉw4がそのまま通電される。そのことで、電流変化は略零になり前述した（２）式においてＬ１×（ｄＩａ／ｄｔ）≒０となるのでＶｔ≒Ｖｗとなり、アーク長に比例した溶接電圧値Ｖｗと出力端子電圧Ｖｔとが略等しくなる。
【０１１０】
▲６▼時刻ｔ45の制御タイミングにおいて、上記▲２▼と同様の処理により時刻ｔ45時点での出力端子電圧値Ｖt5から電流設定信号Ｉr5が算出される。このときＶt1＜Ｖt3＜Ｖt5＜Ｖｒになっているので電流設定信号Ｉr5はＩr1＞Ｉr3＞Ｉr5＞Ｉaiとなる。時刻ｔ45時点での溶接電流値Ｉw5は算出された電流設定値Ｉr５よりも大きいので、溶接電流Ｉｗは減少に転じる。しかし、溶接電流Ｉｗはアーク基準電流値Ｉaiよりも大きい状態を維持するので前述したようにワイヤ溶融速度がワイヤ送給速度よりも大きくなるために、アーク長は徐々に長くなり続け溶接電圧Ｖｗも徐々に大きくなり続ける。
【０１１１】
▲７▼上記▲５▼及び▲６▼の動作を出力端子電圧Ｖｔが電圧設定値Ｖｒと略等しくなる時刻ｔ５まで繰り返す。
【０１１２】
上述した本発明の実施例１によるアーク電流制御方法によって、外部インダクタンス値Ｌ１が大きい値のときでも種々の外乱によるアーク長の変動を抑制することができるので、スパッタ発生が少なくビード外観の良好な溶接欠陥もない良好な溶接品質を得ることができる。
【０１１３】
図１０は、溶接用ケーブルの長さが約２０［ｍ］と長い場合における本発明の実施例２によるアーク電流制御方法を示す電圧・電流波形図である。同図（Ａ）は溶接電圧Ｖｗの時間変化を示しており、同図（Ｂ）は出力端子電圧Ｖｔの時間変化を示しており、同図（Ｃ）は溶接電流Ｉｗの時間変化を示している。同図は、図５と同様に平均溶接電流値が約２００［Ａ］未満の短絡移行領域での電圧・電流波形図であり、各時刻も同一符号を付している。また、溶接用ケーブルによる外部インダクタンス値は図５と同一値Ｌ１の場合である。
【０１１４】
同図において、アーク発生中にアーク長の変動が発生した時刻ｔ４乃至ｔ５及び時刻ｔ９乃至ｔ10の期間以外は図５と同一の動作であるので説明を省略する。
【０１１５】
本発明の実施例２においては、アーク発生中に制御周期ΔＴ毎の制御タイミングに以下に示す制御を繰り返してアーク電流制御を行っている。
【０１１６】
第ｎ回目の制御タイミングにおいて、その時点での溶接電流値Ｉｗを検出して電流設定信号Ｉｒと比較し、それらの値が略等しいときはその時点での出力端子電圧Ｖｔを検出して前述した（１）式から算出したアーク電流値Ｉａを制御周期ΔＴの間通電する。
一方、比較した値が等しくないときには、次の第ｎ＋１回目の制御タイミングまで現時点での電流設定信号Ｉｒをそのまま維持する。
【０１１７】
上記の御期によって、電流設定信号Ｉｒの設定値の変化に応答した溶接電流Ｉｗの過渡的な変化が収束してＩｒ≒Ｉｗとなり溶接電流Ｉｗの変化が略零となった時点で（１）式によるアーク電流制御を行っている。電流変化が略零であるので前述した（２）式においてＬ１×（ｄＩａ／ｄｔ）≒０となりＶｔ≒Ｖｗとなり、アーク長に比例した溶接電圧値Ｖｗを外部インダクタンス値Ｌ１に影響されることなく出力端子電圧Ｖｔで正確に誤差なく検出することができる。
【０１１８】
図１０に示す時刻ｔ４において、種々の外乱によってアーク長が変動して短くなると上記の制御によってアーク電流制御が行われて、その結果時刻ｔ５においてアーク長が適正値に復帰するので溶接電圧Ｖｗも電圧設定値Ｖｒに戻る。この期間中の詳細な動作については後述する。
【０１１９】
また、時刻ｔ９乃至ｔ10の動作についても同様に上記のアーク電流制御によってアーク長は適正値に復帰して溶接電圧Ｖｗは電圧設定値Ｖｒに戻る。
【０１２０】
図１１は、図１０で示した時刻ｔ４乃至ｔ５期間中の制御動作を説明するための電圧・電流タイミングチャートである。同図（Ａ）は溶接電圧Ｖｗの時間変化を示しており、同図（Ｂ）は出力端子電圧Ｖｔの時間変化を示しており、同図（Ｃ）は電流設定信号Ｉｒの時間変化を示しており、同図（Ｄ）は溶接電流Ｉｗの時間変化を示している。同図において点線で表わした等間隔の縦線は、制御周期ΔＴ毎の制御タイミングを示している。
【０１２１】
▲１▼時刻ｔ４において種々の外乱によってアーク長が変動して短くなると、溶接電圧Ｖｗはアーク長に比例して小さくなり、出力端子電圧Ｖｔは（２）式で表わされる。この時点では、溶接電流Ｉｗは略一定値で変化していないので、外部インダクタンス値Ｌ１が大きな値であってもＬ１×（ｄＩａ／ｄｔ）≒０となり、Ｖｔ≒Ｖｗとなる。その結果、出力端子電圧Ｖｔは小さくなり電圧設定値Ｖｒよりも小さくなる。
【０１２２】
▲２▼時刻ｔ41の制御タイミングにおいて、その時点での溶接電流値Ｉw1及び出力端子電圧値Ｖt1を検出して、上記接電流値Ｉw1と電流設定信号Ｉr0とが略等しいかを判定する。この時点ではＩw1≒Ｉr0であるので判定はＹＥＳとなるので、上記の出力端子電圧Ｖt1から前述した（１）式によってＩai-Ｇ×（Ｖｔ−Ｖｒ）が計算されて電流設定信号はＩr1となる。このときＶt1＜ＶｒであるのでＩr1＞Ｉaiとなり、溶接電流Ｉｗはアーク基準電流値Ｉaiよりも増加する。溶接電流Ｉｗがアーク基準電流値Ｉaiよりも増加すると前述したようにワイヤ溶融速度がワイヤ送給速度よりも大きくなるために、アーク長は徐々に長くなり溶接電圧Ｖｗも徐々に大きくなる。
【０１２３】
時刻ｔ41乃至ｔ42期間中では溶接電流Ｉｗは増加しておりかつ外部インダクタンス値Ｌ１も大きな値であるのでＬ１×（ｄＩａ／ｄｔ）＞０となり、（２）式で示す出力端子電圧Ｖｔは溶接電圧Ｖｗよりも大きくなり電圧設定値Ｖｒよりも大きくなる。
【０１２４】
▲３▼時刻ｔ42の制御タイミングにおいて、その時点での溶接電流値Ｉw2及び出力端子電圧値Ｖt2を検出して、上記溶接電流値Ｉw2と電流設定信号Ｉr1とが略等しいかを判定する。この時点ではＩw2＜Ｉr1であるので判定はＮＯとなり電流設定信号Ｉr2＝Ｉr1が算出されてそのままの値を維持する。その結果、溶接電流Ｉｗは増加を続けた後に時刻ｔ42乃至時刻ｔ43の期間中にＩｗ≒Ｉr2となり電流変化は略零となる。しかがって、前述した（２）式においてＬ１×（ｄＩａ／ｄｔ）≒０となるのでＶｔ≒Ｖｗとなり、アーク長に比例した溶接電圧値Ｖｗと出力端子電圧Ｖｔとが略等しくなる。時刻ｔ42乃至ｔ43の間、溶接電流Ｉｗはアーク基準電流値Ｉaiよりも大きいので前述したようにワイヤ溶融速度がワイヤ送給速度よりも大きくなるために、アーク長は徐々に長くなり続け溶接電圧Ｖｗも徐々に大きくなり続ける。
【０１２５】
▲４▼時刻ｔ43の制御タイミングにおいて、その時点での溶接電流値Ｉw3及び出力端子電圧値Ｖt3を検出して、上記溶接電流値Ｉw3と電流設定信号Ｉr2とが略等しいかを判定する。この時点ではＩw3≒Ｉr2であるので判定はＹＥＳとなり上記の出力端子電圧Ｖt3から前述した（１）式によってＩai-Ｇ×（Ｖｔ−Ｖｒ）が計算されて電流設定信号はＩr3となる。このときＶt1＜Ｖt3＜ＶｒであるのでＩr2＞Ｉr3＞Ｉaiとなり、溶接電流Ｉｗは減少に転じる。しかし、溶接電流Ｉｗはアーク基準電流値Ｉaiよりも大きいので前述したようにワイヤ溶融速度がワイヤ送給速度よりも大きくなるために、アーク長は徐々に長くなり続け溶接電圧Ｖｗも徐々に大きくなり続ける。
【０１２６】
時刻ｔ43乃至ｔ44期間中では溶接電流Ｉｗは減少しておりかつ外部インダクタンス値Ｌ１も大きな値であるのでＬ１×（ｄＩａ／ｄｔ）＜０となり、（２）式で示す出力端子電圧Ｖｔは溶接電圧Ｖｗよりも小さくなる。
【０１２７】
▲５▼時刻ｔ44の制御タイミングにおいて、その時点での溶接電流値Ｉw4及び出力端子電圧値Ｖt4を検出して、上記溶接電流値Ｉw4と電流設定信号Ｉr3とが略等しいかを判定する。この時点ではＩw4＞Ｉr3であり判定はＮＯであるので電流設定信号Ｉr4＝Ｉr3となりそのままの値を維持する。その結果、溶接電流Ｉｗは減少を続けた後に時刻ｔ44乃至時刻ｔ45の期間中にＩａ≒Ｉr4となるので電流変化は略零となる。したがって、前述した（２）式においてＬ１×（ｄＩａ／ｄｔ）≒０となるのでＶｔ≒Ｖｗとなり、アーク長に比例した溶接電圧値Ｖｗと出力端子電圧Ｖｔとが略等しくなる。時刻ｔ44乃至ｔ45の間、溶接電流Ｉｗはアーク基準電流値Ｉaiよりも大きいので前述したようにワイヤ溶融速度がワイヤ送給速度よりも大きくなるために、アーク長は徐々に長くなり続け溶接電圧Ｖｗも徐々に大きくなり続ける。
【０１２８】
▲６▼上記▲４▼及び▲５▼の動作を出力端子電圧Ｖｔが電圧設定値Ｖｒと略等しくなる時刻ｔ５まで繰り返す。
【０１２９】
上述した本発明の実施例２によるアーク電流制御方法によって、外部インダクタンス値Ｌ１が大きい値のときでも種々の外乱によるアーク長の変動を抑制することができるので、スパッタ発生が少なくビード外観の良好な溶接欠陥もない良好な溶接品質を得ることができる。
さらに、実施例２では溶接電流値Ｉｗと電流設定信号Ｉｒとが略等しくなった時点で即時に（１）式のアーク電流制御が行われるので、実施例１に比べて制御の過渡応答特性が良い。
【０１３０】
図１２は、上述した本発明の実施例１及び２のアーク電流制御方法を実施するための溶接装置のブロック図である。同図において点線で示す溶接電流Ａ／Ｄ変換回路ＡＤＩ及びアーク電流制御回路ＡＷＣ以外は、図２で示した従来技術のブロック図と同じ回路ブロックであるので同一符号を付した上で説明を省略する。
【０１３１】
同図に示す８は溶接用ケーブル７による外部インダクタンスであり、その外部インダクタンス値はＬ１となる。
【０１３２】
溶接電流Ａ／Ｄ変換回路ＡＤＩは、溶接電流検出信号Ｉｄを入力としてＡ／Ｄ変換した溶接電流Ａ／Ｄ変換信号Ａdiを出力する。
【０１３３】
アーク電流制御回路ＡＷＣは、出力端子電圧Ａ／Ｄ変換信号Ａdv、制御周期設定信号ΔＴ、割り込み発生信号Ｉｔ、短絡初期電流設定信号Ｉsi、短絡初期電流通電時間設定信号Ｔsi、短絡電流設定信号Ｉｓ，アーク基準電流値設定信号Ｉai、電圧設定信号Ｖｒ、短絡判別閾値設定信号Ｖth及び溶接電流Ａ／Ｄ変換信号Ａdiを入力として、それらの信号をソフトウェアで処理して電流設定信号Ｉｒを出力する。本発明のソフトウェア処理の詳細については図１３乃至図１５で後述する。
【０１３４】
以上の回路ブロック構成によって、電流設定信号Ｉｒに対応する溶接電流Ｉｗを通電することができるために、実施例１及び２のアーク電流制御を行うことができる。
【０１３５】
図１３は、上述したアーク電流制御回路ＡＷＣのソフトウェア処理の内容を示すフローチャートである。同図において図３で示した従来技術のフローチャートと同一の処理を行うステップには同一符号を付した上で説明を省略する。
【０１３６】
ステップ１０２において、時間カウンタ値ｎ及び制御切換信号値ｍを０にリセットする。
ステップ１０４において、出力端子電圧Ａ／Ｄ変換信号Ａdv及び溶接電流Ａ／Ｄ変換信号Ａdiを読み込む。
ステップ１０６において、時間カウンタ値ｎに１を加算し、制御切換信号値ｍを０にリセットする。
ステップ１１１において、定義済のサブルーチンであるアーク電流制御処理を行い、電流設定信号Ｉｒを出力する。本発明の実施例１及び２におけるアーク電流制御処理の詳細については後述する。
【０１３７】
同図に示す各ステップを実行することで、本発明の実施例１及び２による短絡電流及びアーク電流の制御を行うことができる。
【０１３８】
図１４は、本発明の実施例１における上記のアーク電流制御処理サブルーチンの内容を示すフローチャートである。
【０１３９】
ステップ２０１において、アーク電流制御処理のサブルーチンに入る。
ステップ２０２において、制御切換信号値ｍが０であるかを判定して、ＹＥＳならばステップ２０３に進み、ＮＯならばステップ２０５に進む。
【０１４０】
ステップ２０３において、溶接電流Ａ／Ｄ変換信号Ａdiを電流設定信号Ｉｒに代入する。
ステップ２０４において、制御切換信号値ｍを０にリセットする。
【０１４１】
ステップ２０５において、アーク基準電流値設定信号Ｉai、出力端子電圧Ａ／Ｄ変換信号Ａdv及び電圧設定信号Ｖｒ並びに予め設定した電圧誤差増幅率ＧからＩai−Ｇ×（Ａdv−Ｖｒ）を計算して、電流設定信号Ｉｒに代入する。このステップ２０５で前述した（１）式で示すアーク電流制御を行っている。
【０１４２】
ステップ２０６において、制御切換信号値ｍに１を代入する。
ステップ２０７において、このサブルーチンを終了してメインルーチンである図１３のステップ１２に戻る。
【０１４３】
図１５は、本発明の実施例２における上記のアーク電流制御処理サブルーチンの内容を示すフローチャートである。
【０１４４】
ステップ３０１において、アーク電流制御処理のサブルーチンに入る。
ステップ３０２において、制御切換信号値ｍが０であるかを判定して、ＹＥＳならばステップ３０３に進み、ＮＯならばステップ３０５に進む。
ステップ３０３において、アーク基準電流値Ｉaiを電流設定信号Ｉｒに代入する。このステップ３０３はアークが再発生する毎に１度だけ処理されて、アーク電流の初期値を設定している。
ステップ３０４において、制御切換信号値ｍに１を代入する。
【０１４５】
ステップ３０５において、溶接電流Ａ／Ｄ変換信号Ａdiが電流設定信号Ｉｒと等しいかを判定して、ＹＥＳならばステップ３０６に進み、ＮＯならばステップ３０７に進む。
【０１４６】
ステップ３０６において、アーク基準電流値設定信号Ｉai、出力端子電圧Ａ／Ｄ変換信号Ａdv及び電圧設定信号Ｖｒ並びに予め設定した電圧誤差増幅率ＧからＩai−Ｇ×（Ａdv−Ｖｒ）を計算して、電流設定信号Ｉｒに代入する。このステップ３０６で前述した（１）式で示すアーク電流制御を行っている。
【０１４７】
ステップ３０７において、このサブルーチンを終了してメインルーチンである図１３のステップ１２に戻る。
【０１４８】
図１６は、溶接用ケーブルの長さが約２０［ｍ］と長い場合における本発明のアーク電流制御方法での溶接ビード外観の一例を示す図である。溶接条件は従来技術の場合の図７と同一である。
同図に示すように、小粒のスパッタ２ｂが被溶接材２に少し付着している程度であり、しかも溶接ビード２ａの幅も均一であり良好な溶接ビード外観となっている。
【０１４９】
図１７は、溶接用ケーブルの長さが約２０［ｍ］と長くかつ平均溶接電流値が２００［Ａ］以上の場合における本発明によるアーク電流制御方法での電圧・電流波形を示す図である。同図（Ａ）は溶接電圧Ｖｗの時間変化を示しており、同図（Ｂ）は出力端子電圧Ｖｔの時間変化を示しており、同図（Ｃ）は溶接電流Ｉｗの時間変化を示している。
【０１５０】
同図は、消耗電極ガスシールドアーク溶接において平均溶接電流値が約２００［Ａ］以上のグロビュール移行又はスプレー移行領域での電圧・電流波形図であり、溶接ワイヤ先端の溶滴と被溶接物上の溶融池との間で極短時間の短絡状態と長い継続時間のアーク発生状態とを繰り返すグロビュール移行溶接又はスプレー移行溶接の場合である。
【０１５１】
以下、同図を参照して動作を説明する。
▲１▼時刻ｔ１乃至ｔ２
時刻ｔ１において溶接ワイヤ先端に形成された溶滴と被溶接物上の溶融池とが短絡状態となったことを判別して、短絡状態を安定化させるために数十［Ａ］の小電流値である予め設定した短絡初期電流Ｉsiを通電する。グロビュール移行溶接又はスプレー移行溶接での短絡状態継続時間は、通常予め設定した短絡初期電流通電時間Ｔsi未満となり、アークが再発生する。
【０１５２】
▲２▼時刻ｔ２乃至ｔ３
時刻ｔ２においてアークが再発生したことを判別すると、前述した（１）式で示すアーク電流制御を行いアーク電流Ｉａを通電する。この期間中においては、種々の外乱によるアーク長の変動がなかったために、この期間中のアーク電流Ｉａはアーク基準電流値Ｉaiと略等しくなる。
【０１５３】
▲３▼時刻ｔ３乃至ｔ４
時刻ｔ３において種々の外乱によってアーク長が変動して短くなると、溶接電圧Ｖｗも小さくなる。本発明の実施例１又は２によるアーク電流制御方法は前述したように外部インダクタンス値が大きくてもアーク長に比例する溶接電圧Ｖｗを出力端子電圧Ｖｔによって正確に誤差なく検出することができるために、アーク長の変動を適正値に復帰させることができる。その結果、時刻ｔ４において、アーク長は適正値に復帰し、溶接電圧Ｖｗ及び出力端子電圧Ｖｔは電圧設定値Ｖｒと略等しくなる。
【０１５４】
これ以降の期間の動作は上記と同じであるので説明を省略する。このように本発明のアーク電流制御方法は、平均溶接電流値が２００［Ａ］以上となるグロビュール移行溶接及びスプレー移行溶接においても、溶接用ケーブル等による外部インダクタンス値の大小に影響されずにアーク長の変動を抑制することができるために、良好な溶接品質を得ることができる。
【０１５５】
【本発明の効果】
本発明のアーク電流制御方法は、溶接用ケーブルの長さが１０［ｍ］以上と長くなった場合でもアーク長に比例する溶接電圧Ｖｗを出力端子電圧Ｖｔによって正確に誤差なく検出することができるので、種々の外乱によるアーク長の変動を抑制することができ、その結果スパッタ発生が少なくビード外観の良好な溶接欠陥もない良好な溶接品質を得ることができる。
【０１５６】
また、本発明のアーク電流制御方法は、短絡移行溶接、グロビュール移行溶接及びスプレー移行溶接においても上記の効果を有する。
【０１５７】
さらに、従来技術では溶接用ケーブルが長くなると溶接トーチと被溶接物間の電圧である溶接電圧Ｖｗを直接検出する必要があるが、被溶接物が大型構造物の場合には直接検出することが困難であり、また被溶接物が複数個あり溶接箇所を移動しながら溶接する場合には使い勝手が悪くなっていた。
これに対して、本発明のアーク電流制御方法では、アーク長の検出を直接溶接電圧Ｖｗではなく溶接電源装置の出力端子電圧Ｖｔで行うことができるので、大型構造物の場合でも正確に検出することができ、また上記の移動を伴う溶接であっても使い勝手は悪くならない。
【０１５８】
出願時の請求項２又は請求項５の発明は、上記の効果に加えて溶接電流値Ｉｗと電流設定信号Ｉｒとが略等しくなった時点で即時に（１）式のアーク電流制御が行われるので、制御の過渡応答特性が良い。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は、従来技術のアーク電流制御方法を示す電圧・電流波形図である。
【図２】図２は、図１で示した従来技術のアーク電流制御方法を実施するための溶接装置のブロック図である。
【図３】図３は、従来技術の溶接電流制御回路ＷＣのソフトウェア処理の内容を示すフローチャートである。
【図４】図４は、図２の従来技術のブロック図で示した各信号のタイミングチャートである。
【図５】図５は、溶接用ケーブルの長さが約２０［ｍ］と長い場合における従来技術のアーク電流制御方法での電圧・電流波形図である。
【図６】図６は、図５で示した時刻ｔ４乃至ｔ６期間中の図２で示したブロック図の各信号のタイミングチャートである。
【図７】図７は、溶接用ケーブルの長さが約２０［ｍ］と長い場合における従来技術のアーク電流制御方法での溶接ビード外観の一例を示す図である。
【図８】図８は、溶接用ケーブルの長さが約２０［ｍ］と長い場合における本発明の実施例１によるアーク電流制御方法を示す電圧・電流波形図である。
【図９】図９は、図８で示した時刻ｔ４乃至ｔ５期間中の制御動作を説明するための電圧・電流タイミングチャ−トである。
【図１０】図１０は、溶接用ケーブルの長さが約２０［ｍ］と長い場合における本発明の実施例２によるアーク電流制御方法を示す電圧・電流波形図である。
【図１１】図１１は、図１０で示した時刻ｔ４乃至ｔ５期間中の制御動作を説明するための電圧・電流タイミングチャートである。
【図１２】図１２は、本発明の実施例１及び２のアーク電流制御方法を実施するための溶接装置のブロック図である。
【図１３】図１３は、本発明のアーク電流制御回路ＡＷＣのソフトウェア処理の内容を示すフローチャートである。
【図１４】図１４は、本発明の実施例１におけるアーク電流制御処理サブルーチンの内容を示すフローチャートである。
【図１５】図１５は、本発明の実施例２におけるアーク電流制御処理サブルーチンの内容を示すフローチャートである。
【図１６】図１６は、溶接用ケーブルの長さが約２０［ｍ］と長い場合における本発明のアーク電流制御方法での溶接ビード外観の一例を示す図である。
【図１７】図１７は、溶接用ケーブルの長さが約２０［ｍ］と長くかつ平均溶接電流値が２００［Ａ］以上の場合における本発明のによるアーク電流制御方法での電圧・電流波形を示す図である。
【符号の説明】
１…溶接ワイヤ
２…被溶接物／被溶接材
２ａ…溶接ビード
２ｂ…スパッタ
３…アーク
４…溶接トーチ
５…ワイヤ送給装置
６…溶接電源装置の出力端子
７…溶接用ケーブル
８…溶接用ケーブルの外部インダクタンス
ＡＣ…商用電源
ＡＤＩ…溶接電流Ａ／Ｄ変換回路
Ａdi…溶接電流Ａ／Ｄ変換信号
ＡＤＶ…出力端子電圧Ａ／Ｄ変換回路
Ａdv…出力端子電圧Ａ／Ｄ変換信号
ＡＷＣ…アーク電流制御回路
ＤＡＩ…電流設定Ｄ／Ａ変換回路
Ｄai…電流設定Ｄ／Ａ変換信号
ＤＴ…制御周期設定回路
ＥＡ…誤差増幅回路
Ｅａ…誤差増幅信号
Ｇ…電圧誤差増幅率
Ｉａ…アーク電流
ＩＡＩ…アーク基準電流値設定回路
Ｉai…アーク基準電流値（設定信号）
ＩＤ…溶接電流検出回路
Ｉｄ…溶接電流検出信号
Ｉｒ…電流設定信号
ＩＳ…短絡電流設定回路
Ｉｓ…短絡電流（設定信号）
ＩＳＩ…短絡初期電流設定回路
Ｉsi…短絡初期電流（設定信号）
ＩＴ…割り込み発生回路
Ｉｔ…割り込み発生信号
Ｉｗ…溶接電流
Ｌ０、ｌ１…溶接用ケーブルの外部インダクタンス値
ｍ…制御切換信号値
ｎ…時間カウンタ値
ＰＳ…出力制御回路
ＴＳＩ…短絡初期電流通電時間設定回路
Ｔsi…短絡初期電流通電時間（設定信号）
ＶＤ…出力端子電圧検出回路
Ｖｄ…出力端子電圧検出信号
ＶＲ…電圧設定回路
Ｖｒ…電圧設定値／設定信号
Ｖｔ…出力端子電圧
ＶＴＨ…短絡判別閾値設定回路
Ｖth…短絡判別閾値設定信号
Ｖｗ…溶接トーチ・被溶接物間電圧（溶接電圧）
ＷＣ…溶接電流制御回路
ΔＴ…制御周期（設定信号）
【発明の属する技術分野】
本発明は、消耗電極ガスシールドアーク溶接において、溶接品質の向上を図ることができるアーク電流制御方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
消耗電極ガスシールドアーク溶接方法は、鉄鋼、ステンレス鋼、アルミニウム及びアルミニウム合金等の種々の金属材料を対象とする接合方法として、広く産業界で使用されている。
【０００３】
消耗電極ガスシールドアーク溶接においては、溶接ワイヤ先端の溶滴、被溶接物上の溶融池、アークの陰極点等のアーク現象に起因する不規則な運動、溶接ワイヤの機械的な送給変動等の種々の外乱によって溶接品質に重大な影響を及ぼす要因となるアーク長が大きく変動する。アーク長が変動すると、溶接状態が不安定になり大粒のスパッタの大量発生、アンダーカット等のビード外観の不良、ブローホール等の溶接欠陥の発生等の溶接品質が不良となる。したがって、良好な溶接品質を得るためには、アーク長の変動を抑制することができるアーク電流制御が必要となる。以下に、従来技術におけるアーク電流制御方法について説明する。
【０００４】
図１は、従来技術のアーク電流制御方法を示す電圧・電流波形図であり、同図（Ａ）は溶接電源装置の出力端子電圧Ｖｔの時間変化を示しており、同図（Ｂ）は溶接電流Ｉｗの時間変化を示している。
【０００５】
溶接装置は溶接電源装置、ワイヤ送給装置、溶接トーチ等から構成されている。通常、溶接電源装置のプラスの出力端子は溶接用ケーブルによって溶接トーチを装着したワイヤ送給装置と接続されており、マイナスの出力端子は溶接用ケーブルによって被溶接物と接続されている。溶接ワイヤはワイヤ送給装置から溶接トーチを通って送給されて被溶接物との間でアークが発生して溶接が行われる。このときに、溶接トーチから被溶接物の方向に溶接電流Ｉｗが通電して、溶接トーチと被溶接物との間に溶接トーチ・被溶接物間電圧（以下、溶接電圧Ｖｗという。）が印加され、出力端子間には出力端子電圧Ｖｔが印加される。上記の溶接電圧Ｖｗ及び出力端子電圧Ｖｔを総称して溶接電源装置の出力電圧Ｖｏと呼ぶ。
【０００６】
同図は、消耗電極ガスシールドアーク溶接において平均溶接電流値が約２００［Ａ］未満の短絡移行領域での電圧・電流波形図であり、溶接ワイヤ先端の溶滴と被溶接物上の溶融池との間で短絡状態とアーク発生状態とを繰り返す短絡移行溶接の場合である。
【０００７】
以下、同図を参照して従来技術のアーク電流制御方法を説明する。
▲１▼時刻ｔ１乃至ｔ２（短絡初期電流通電時間Ｔsi）
時刻ｔ１において溶接ワイヤ先端に形成された溶滴と被溶接物上の溶融池とが短絡状態となったことを判別して、短絡状態を安定化するために数十［Ａ］の小電流値である予め設定した短絡初期電流Ｉsiを予め設定した短絡初期電流通電時間Ｔsiの間通電する。
【０００８】
▲２▼時刻ｔ２乃至ｔ３
時刻ｔ２において短絡初期電流通電時間Ｔsiが経過すると、溶融池への溶滴移行を促進して短絡状態を早期に解除するために３００［Ａ］乃至６００［Ａ］程度の大電流値である予め設定した短絡電流Ｉｓを短絡状態が解除されてアークが再発生するまで通電する。
【０００９】
▲３▼時刻ｔ３乃至ｔ４
時刻ｔ３においてアークが再発生したことを判別すると、次式で示すアーク電流制御を行い、その結果算出されたアーク電流値Ｉａを通電する。
Ｉａ＝Ｉai−Ｇ×（Ｖｔ−Ｖｒ） …（１）
ただし、Ｉaiはアーク基準電流値、Ｇは電圧誤差増幅率、Ｖｔは出力端子電圧値及びＶｒは電圧設定値である。
【００１０】
アーク長はアーク発生時の溶接電圧値Ｖｗに比例する。溶接用ケーブルの長さが５［ｍ］程度と短いときには、溶接用ケーブルのインピーダンス値は小さいために溶接電圧値Ｖｗと出力端子電圧値Ｖｔとは略等しくなる。したがって、アーク長を出力端子電圧値Ｖｔで検出することができる。電圧設定値Ｖｒは、適正なアーク長になるように予め設定する。また、アーク基準電流値Ｉaiは、ワイヤ送給速度に応じて適正値に予め設定する。
【００１１】
（１）式におけるＧ×（Ｖｔ−Ｖｒ）は、アーク長の検出値に相当するＶｔとアーク長の設定値に相当するＶｒとの電圧誤差を増幅していることになる。この電圧誤差増幅値をアーク基準電流値Ｉaiから減算した値のアーク電流値Ｉａを通電する。
【００１２】
ワイヤ溶融速度はアーク電流値Ｉａに比例する。アーク電流値Ｉａが小さくなるとワイヤ溶融速度は小さくなるがワイヤ送給速度は一定値であるので、それらの値の差によってアーク長は短くなる。逆にアーク電流値Ｉａが大きくなるとワイヤ溶融速度は大きくなるのでアーク長は長くなる。したがって、アーク長の検出値に相当する出力端子電圧Ｖｔがアーク長の設定値に相当する電圧設定値Ｖｒよりも大きいときは、（１）式から電圧誤差増幅値は正の値となるためにアーク電流値Ｉａはアーク基準電流値Ｉaiよりも小さくなる。その結果、ワイヤ溶融速度が小さくなるのでアーク長は短くなる。つまり、前述したように種々の外乱によってアーク長が長くなると、（１）式のアーク電流制御によってアーク長は短くなるように制御されて設定値に戻る。逆に、外乱によってアーク長が短くなると、（１）式のアーク電流制御によってアーク長は長くなるように制御されて設定値に戻る。
【００１３】
この時刻ｔ３乃至ｔ４期間中にはアーク長の変動がなかったために、出力端子電圧Ｖｔは電圧設定値Ｖｒと略等しい状態を維持しており、アーク電流Ｉａはアーク基準電流値Ｉaiと略等しい状態を維持している。
【００１４】
▲４▼時刻ｔ４乃至ｔ５
時刻ｔ４において、種々の外乱によってアーク長が変動して短くなると、出力端子電圧Ｖｔは小さくなり電圧設定値Ｖｒよりも小さくなる。これに応答して（１）式に示すアーク電流制御が行われる。この時点での電圧誤差増幅値Ｇ×（Ｖｔ−Ｖｒ）は負の値になるので算出されたアーク電流値Ｉａはアーク基準電流値Ｉaiよりも大きな値となり、アーク電流Ｉａは増加する。アーク電流Ｉａがアーク基準電流値Ｉaiよりも大きくなると、前述したようにワイヤ溶融速度が大きくなるのでアーク長は長くなり、出力端子電圧Ｖｔは電圧設定値Ｖｒに近づく方向に大きくなる。
【００１５】
その結果、出力端子電圧Ｖｔと電圧設定値Ｖｒとの電圧誤差が小さくなるので、（１）式における電圧誤差増幅値Ｇ×（Ｖｔ−Ｖｒ）の絶対値も小さくなり、アーク電流Ｉａはアーク基準電流値Ｉaiに近づく方向に減少する。
【００１６】
以上の動作が繰り返されて、時刻ｔ５においてアーク長は設定値に戻り、出力端子電圧Ｖｔは電圧設定値Ｖｒと略等しくなり、アーク電流Ｉａはアーク基準電流値Ｉaiと略等しくなる。
【００１７】
▲５▼時刻ｔ５乃至ｔ６
この期間中にはアーク長の変動がなかったために、出力端子電圧Ｖｔは電圧設定値Ｖｒと略等しい状態を維持し、アーク電流Ｉａはアーク基準電流値Ｉaiと略等しい状態を維持する。
▲６▼時刻ｔ６乃至ｔ８
時刻ｔ６において溶滴と溶融池とが短絡状態となると、前述した▲１▼及び▲２▼と同一の動作を行う。
【００１８】
▲７▼時刻ｔ８乃至ｔ９
時刻ｔ８においてアークが再発生すると、前述した▲３▼と同一の動作を行う。
【００１９】
▲８▼時刻ｔ９乃至ｔ10
時刻ｔ９において、種々の外乱によってアーク長が変動して長くなると、出力端子電圧Ｖｔは大きくなり電圧設定値Ｖｒよりも大きくなる。これに応答して（１）式に示すアーク電流制御が行われる。この時点での電圧誤差増幅値Ｇ×（Ｖｔ−Ｖｒ）は正の値になるので算出されたアーク電流値Ｉａはアーク基準電流値Ｉaiよりも小さな値となり、アーク電流Ｉａは減少する。アーク電流Ｉａがアーク基準電流値Ｉaiよりも小さくなると、前述したようにワイヤ溶融速度が小さくなるのでアーク長は短くなり、出力端子電圧Ｖｔは電圧設定値Ｖｒに近づく方向に小さくなる。
【００２０】
その結果、出力端子電圧Ｖｔと電圧設定値Ｖｒとの電圧誤差が小さくなるので、（１）式における電圧誤差増幅値Ｇ×（Ｖｔ−Ｖｒ）の絶対値も小さくなり、アーク電流Ｉａはアーク基準電流値Ｉaiに近づく方向に増加する。
【００２１】
以上の動作が繰り返されて、時刻ｔ10においてアーク長は設定値に戻り、出力端子電圧Ｖｔは電圧設定値Ｖｒと略等しくなり、アーク電流Ｉａはアーク基準電流値Ｉaiと略等しくなる。
【００２２】
▲９▼時刻ｔ10乃至ｔ11
この期間中にはアーク長の変動がなかったために、前述した▲５▼と同一の動作を行う。
【００２３】
上述したように、（１）式に示す従来技術のアーク電流制御方法は後述するように溶接用ケーブルが短い場合には、種々の外乱によるアーク長の変動を抑制することができるために、前述したように良好な溶接品質を得ることができる。
【００２４】
図２は、図１で示した従来技術のアーク電流制御方法を実施するための溶接装置のブロック図である。
【００２５】
同図において、商用電源ＡＣは本装置の入力電源であり、通常は３相２００／２２０Ｖが多く使用されている。
【００２６】
出力制御回路ＰＳは、商用電源ＡＣを入力として出力制御を行い溶接アーク負荷に適した出力を供給する。一般的に出力制御方式としては、サイリスタ位相制御方式、トランジスタチョッパ制御方式、インバータ制御方式等がある。インバータ制御方式での出力制御回路ＰＳには、商用電源ＡＣを整流する１次側整流回路、整流されたリップルのある電圧を平滑する平滑回路、平滑された直流電圧を高周波交流に変換するインバータ回路、高周波交流を溶接アーク負荷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次整流回路及び整流されたリップルのある直流電圧を平滑するリアクトルを含んでいる。さらに、インバータ回路を構成するパワートランジスタのドライブ回路及び後述する誤差増幅信号Ｅａを入力としてインバータ回路のＰＷＭ制御を行うＰＷＭ制御回路も含んでいる。
【００２７】
同図に示す６は溶接電源装置の出力端子であり、７は出力端子と溶接トーチ４及び被溶接物２とを接続する溶接用ケーブルである。８は溶接用ケーブル７による外部インダクタンスであり、その外部インダクタンス値はＬ０［μＨ］となる。
【００２８】
溶接用ケーブルによるインピーダンスは抵抗値とインダクタンス値から成るが、溶接用ケーブルは充分に断面積の大きなケーブルを使用することが多いので抵抗値については略無視することができる。
【００２９】
溶接ワイヤ１は、予め設定したワイヤ送給速度でワイヤ送給装置５によって溶接トーチ４を通って送給されると共に、溶接トーチ先端部に取り付けられたチップから給電されて、溶接電流Ｉｗが通電して被溶接物２との間にアーク３が発生する。そのときに、溶接トーチ４と被溶接物２との間に溶接電圧Ｖｗが印加されており、出力端子６及び７との間に出力端子電圧Ｖｔが印加されている。
【００３０】
溶接電圧検出回路ＶＤは、出力端子電圧Ｖｔを検出して出力端子電圧検出信号Ｖｄを出力する。出力端子電圧Ａ／Ｄ変換回路ＡＤＶは、上記の出力端子電圧検出信号Ｖｄを入力としてＡ／Ｄ変換した出力端子電圧Ａ／Ｄ変換信号Ａdvを出力する。
【００３１】
制御周期設定回路ＤＴは、制御周期設定信号ΔＴを出力する。割り込み発生回路ＩＴは、上記の制御周期設定信号ΔＴを入力として、制御周期ΔＴ毎にＨレベルのトリガ信号である割り込み発生信号Ｉｔを出力する。
【００３２】
短絡初期電流設定回路ＩＳＩは、予め設定又は送給速度に応じて設定される短絡初期電流設定信号Ｉsiを出力する。短絡初期電流通電時間設定回路ＴＳＩは、予め設定又は送給速度に応じて設定される短絡初期電流通電時間設定信号Ｔsiを出力する。短絡電流設定回路ＩＳは、予め設定又は送給速度に応じて設定される短絡電流設定信号Ｉｓを出力する。アーク基準電流値設定回路ＩＡＩは、予め設定又はワイヤ送給速度に応じて設定されるアーク基準電流値設定信号Ｉaiを出力する。
【００３３】
電圧設定回路ＶＲは、アーク長を適正値に設定するための電圧設定信号Ｖｒを出力する。短絡判別閾値設定回路ＶＴＨは、上記の出力端子電圧Ｖｔから短絡状態とアーク発生状態とを判別するための閾値の電圧値である短絡判別閾値設定信号Ｖthを出力する。
【００３４】
溶接電流制御回路ＷＣは、上記の出力端子電圧Ａ／Ｄ変換信号Ａdv、制御周期設定信号ΔＴ、割り込み発生信号Ｉｔ、短絡初期電流設定信号Ｉsi、短絡初期電流通電時間設定信号Ｔsi、短絡電流設定信号Ｉｓ，アーク基準電流値設定信号Ｉai、電圧設定信号Ｖｒ及び短絡判別閾値設定信号Ｖthを入力として、それらの信号をソフトウェアで処理して電流設定信号Ｉｒを出力する。この従来技術のソフトウェア処理の詳細については図３で後述する。
【００３５】
電流設定Ｄ／Ａ変換回路ＤＡＩは、上記の電流設定信号Ｉｒを入力として、Ｄ／Ａ変換した電流設定Ｄ／Ａ変換信号Ｄaiを出力する。溶接電流検出回路ＩＤは、溶接電流Ｉｗを検出して溶接電流検出信号Ｉｄを出力する。誤差増幅回路ＥＡは、上記の電流設定Ｄ／Ａ変換信号Ｄaiと溶接電流検出信号Ｉｄとの誤差を増幅して誤差増幅信号Ｅａを出力する。
【００３６】
以上の回路ブロック構成によって、電流設定信号Ｉｒに対応する溶接電流Ｉｗを通電することができるために、図１で示した短絡電流及びアーク電流の制御を行うことができる。
【００３７】
図３は、上述した溶接電流制御回路ＷＣのソフトウェア処理の内容を示すフローチャートである。
【００３８】
ステップ１におい、短絡初期電流設定信号Ｉsi、短絡初期電流通電時間設定信号Ｔsi、短絡電流設定信号Ｉｓ、アーク基準電流値設定信号Ｉai、制御周期設定信号ΔＴ、電圧設定信号Ｖｒ及び短絡判別閾値設定信号Ｖthを読み込む。
【００３９】
ステップ２において、時間カウンタ値ｎを０にリセットする。
【００４０】
ステップ３において、制御周期ΔＴ毎に発生する割り込み発生信号ＩｔがＨレベルかを判定して、ＹＥＳならばステップ４に進み、ＮＯならばＨレベルになるまで待機する。
【００４１】
ステップ４において、出力端子電圧Ａ／Ｄ変換信号Ａdvを読み込む。
【００４２】
ステップ５において、出力端子電圧Ａ／Ｄ変換信号Ａdvが短絡判別閾値設定信号Ｖth以下かを判定して、ＹＥＳならばステップ６に進み、ＮＯならばステップ10に進む。このステップ５では、短絡状態とアーク発生状態との判別を行い、短絡状態ならばステップ６に進み、アーク発生状態ならばステップ10に進む。
【００４３】
ステップ６において、時間カウンタ値ｎに１を加算する。
【００４４】
ステップ７において、時間カウンタ値ｎと制御周期設定信号ΔＴとの乗算値が短絡初期電流通電時間設定信号Ｔsi以下かを判定して、ＹＥＳならばステップ８に進み、ＮＯならばステップ９に進む。ｎ×ΔＴの乗算値は短絡状態になってからの経過時間を表わしている。
【００４５】
ステップ８において、短絡初期電流設定信号Ｉsiを電流設定信号Ｉｒに代入する。
【００４６】
ステップ９において、短絡電流設定信号Ｉｓを電流設定信号Ｉｒに代入する。
【００４７】
ステップ10において、時間カウンタ値ｎを０にリセットする。
【００４８】
ステップ11において、上記のアーク基準電流値設定信号Ｉai、出力端子電圧Ａ／Ｄ変換信号Ａdv及び電圧設定信号Ｖｒ並びに予め設定した電圧誤差増幅率ＧからＩai−Ｇ×（Ａdv−Ｖｒ）を計算して、電流設定信号Ｉｒに代入する。このステップ11では前述した（１）式で示すアーク電流制御を行っている。
【００４９】
ステップ12において、電流設定信号Ｉｒを出力する。
【００５０】
ステップ13において、溶接終了かを判定して、ＹＥＳならば終了し、ＮＯならばステップ３に戻る。
【００５１】
上述した各ステップを実行することで、前述した図１の短絡電流及びアーク電流の制御を行うことができる。
【００５２】
図４は、図２の従来技術のブロック図で示した各信号のタイミングチャートである。同図（Ａ）は溶接電圧Ｖｗの時間変化を示しており、同図（Ｂ）は出力端子電圧Ｖｔの時間変化を示しており、同図（Ｃ）は電流設定信号Ｉｒの時間変化を示しており、同図（Ｄ）は溶接電流Ｉｗの時間変化を示している。同図において点線で表わした等間隔の縦線は、制御周期ΔＴ毎に発生する割り込み発生信号のタイミングを示している。
【００５３】
同図は従来技術のアーク電流制御方法を説明するため
に、図１で示したアーク長の変動が発生した時刻ｔ４乃至ｔ５期間中の上記の各信号のタイミングチャ−トを示している。また、同図は溶接用ケーブルの長さが約５［ｍ］以下と短い場合であるので、図２に示した外部インダクタンス値Ｌ０は小さな値となり、出力端子電圧Ｖｔと溶接電圧Ｖｗとは略等しくなる。以下、図４を参照して動作を説明する。
【００５４】
▲１▼時刻ｔ４において種々の外乱によってアーク長が変動して短くなると、溶接電圧Ｖｗはアーク長に比例して小さくなり、出力端子電圧Ｖｔも小さくなる。
【００５５】
▲２▼時刻ｔ41において割り込みが発生すると、その時点での出力端子電圧値Ｖt1が検出されてソフトウェア内部に読み込まれ、前述した（１）式によってＩai-Ｇ×（Ｖｔ−Ｖｒ）が計算されて電流設定信号Ｉr1が算出される。このときＶt1＜ＶｒであるのでＩr1＞Ｉaiとなり、溶接電流Ｉｗはアーク基準電流値Ｉaiよりも増加する。溶接電流Ｉｗがアーク基準電流値Ｉaiよりも大きくなると前述したようにワイヤ溶融速度がワイヤ送給速度よりも大きくなるために、アーク長は徐々に長くなり溶接電圧Ｖｗ及び出力端子電圧Ｖｔは徐々に大きくなる。
【００５６】
▲３▼時刻ｔ42において割り込みが発生すると、上記▲２▼と同様の処理により時刻ｔ42時点での出力端子電圧値Ｖt2から電流設定信号Ｉr2が算出される。このときＶt1＜Ｖt2＜Ｖｒであるので電流設定信号Ｉr2はＩr1＞Ｉr2＞Ｉaiとなる。しかし、時刻t42時点での溶接電流値Ｉw2はまだ電流設定信号Ｉr2に達していないので、溶接電流Ｉｗは時刻ｔ42以降も増加し続ける。溶接電流Ｉｗがアーク基準電流値Ｉaiよりも大きいので前述したようにワイヤ溶融速度がワイヤ送給速度よりも大きくなるために、アーク長は徐々に長くなり溶接電圧Ｖｗ及び出力端子電圧Ｖｔは徐々に大きくなる。
【００５７】
▲４▼時刻ｔ43において割り込みが発生すると、上記▲２▼と同様の処理により時刻ｔ43時点での出力端子電圧値Ｖt3から電流設定信号Ｉr3が算出される。このときＶt1＜Ｖt2＜Ｖt3＜Ｖｒであるので電流設定信号Ｉr3はＩr1＞Ｉr2＞Ｉr3＞Ｉaiとなる。時刻t43時点での溶接電流値Ｉw3は電流設定信号Ｉr3よりも大きくなっているので、溶接電流Ｉｗは減少に転じる。しかし、まだ溶接電流Ｉｗがアーク基準電流値Ｉaiよりも大きいので前述したようにワイヤ溶融速度がワイヤ送給速度よりも大きくなるために、アーク長は徐々に長くなり続け溶接電圧Ｖｗ及び出力端子電圧Ｖｔも徐々に大きくなり続ける。
【００５８】
▲５▼時刻ｔ44乃至ｔ５期間中は上記▲４▼と同様の動作となり、電流設定信号Ｉｒは徐々に小さくなり時刻ｔ５においてアーク基準電流値Ｉaiと略等しくなる。また、溶接電流Ｉｗも徐々に減少して時刻ｔ５を経過した直後にアーク基準電流値Ｉaiと略等しくなる。さらに、溶接電圧Ｖｗ及び出力端子電圧Ｖｔも徐々に大きくなり、時刻ｔ５において電圧設定信号Ｖｒと略等しくなる。その結果、時刻ｔ４で変動したアーク長は時刻ｔ５において予め設定した適正値に復帰することになる。
【００５９】
上述した▲１▼乃至▲５▼の動作によって従来技術のアーク電流制御方法が行われ、その結果種々の外乱によるアーク長の変動を抑制することができる。
【００６０】
【発明が解決しようとする課題】
従来技術のアーク電流制御方法においては、溶接用ケーブルの長さが約５［ｍ］以下と短い場合には上述したように、アーク長の変動を抑制することができ良好な溶接品質を得ることができる。しかし実際の溶接現場では、被溶接物が大型構造物であったり、溶接電源装置と被溶接物とが離れた場所にあったりすることが多い。このために、溶接用ケーブルの長さが１０［ｍ］以上になることは一般的であり、４０［ｍ］程度になることもある。
【００６１】
このような場合には、溶接用ケーブルによる外部インダクタンス値が大きくなるために、出力端子電圧Ｖｔは溶接電圧Ｖｗとは大きく異なった誤差を含んだ値になり、出力端子電圧Ｖｔによってアーク長に比例する溶接電圧Ｖｗを正確に誤差なく検出することができなくなる。したがって、誤差を含んだ出力端子電圧Ｖｔによるアーク電流制御が行われることになり、アーク長の変動を抑制することができないためにスパッタの大量発生、ビード外観の不良、溶接欠陥の発生等の不良な溶接品質結果となる。
【００６２】
また、出力端子電圧Ｖｔを検出する代わりに、直接溶接電圧Ｖｗを検出してアーク電流制御に使用することも考えられる。しかし、大型構造物の溶接において、溶接トーチと被溶接物との間の電圧である溶接電圧Ｖｗを直接検出することは困難である。さらに、溶接電源装置と被溶接物とが離れた場所にある場合及び被溶接物が複数個ある場合において、溶接電圧Ｖｗを直接検出するためには、追加の電圧検出線が必要になり手間がかかり使い勝手も悪くなる。また、電圧検出線が断線すると溶接電源装置に故障が発生する。
【００６３】
図５は、溶接用ケーブルの長さが約２０［ｍ］と長い場合における従来技術のアーク電流制御方法での電圧・電流波形図であり、同図（Ａ）は溶接電圧Ｖｗの時間変化を示しており、同図（Ｂ）は出力端子電圧Ｖｔの時間変化を示しており、同図（Ｃ）は溶接電流Ｉｗの時間変化を示している。同図は、図１と同様に平均溶接電流値が約２００［Ａ］未満の短絡移行領域での電圧・電流波形図であり、各時刻も同一符号を付している。
【００６４】
同図において溶接用ケーブルによる外部インダクタンス値はＬ０＜Ｌ１［μＨ］である。以下、同図を参照して従来技術のアーク電流制御方法の問題点を説明する。ただし、同図において時刻ｔ１乃至ｔ４期間中の動作は図１と同じであるので説明を省略する。
【００６５】
▲１▼時刻ｔ４において、図１と同様に外乱によってアーク長が変動して短くなると、溶接電圧Ｖｗはアーク長に比例して小さくなる。一方、出力端子電圧Ｖｔは次式で表わされる。
Ｖｔ＝Ｖｗ＋Ｌ１×（ｄＩａ／ｄｔ） …（２）
この時点では、アーク電流Ｉａは略一定値で変化していないので、外部インダクタンス値Ｌ１が大きな値であってもＬ１×（ｄＩａ／ｄｔ）≒０となり、Ｖｔ≒Ｖｗとなる。その結果、出力端子電圧Ｖｔは小さくなり電圧設定値Ｖｒよりも小さくなる。
【００６６】
▲２▼出力端子電圧Ｖｔが電圧設定値Ｖｒよりも小さくなると、（１）式で示したアーク電流制御によってアーク電流Ｉａは増加してアーク基準電流値Ｉaiよりも大きくなる。アーク電流Ｉａが大きくなると、前述したようにワイヤ溶融速度がワイヤ送給速度よりも大きくなるのでアーク長は長くなり溶接電圧Ｖｗも大きくなる。
【００６７】
▲３▼この時点ではアーク電流Ｉａは増加しておりかつ外部インダクタンス値Ｌ１も大きな値であるのでＬ１×（ｄＩａ／ｄｔ）＞０となり、出力端子電圧Ｖｔは溶接電圧Ｖｗよりも大きくなり電圧設定値Ｖｒよりも大きくなる。
【００６８】
▲４▼出力端子電圧Ｖｔが電圧設定値Ｖｒよりも大きくなると、（１）式で示したアーク電流制御によってアーク電流Ｉａは減少してアーク基準電流値Ｉaiに近づく。しかし、アーク電流Ｉａ＞Ｉaiであるので、前述したようにワイヤ溶融速度がワイヤ送給速度よりも大きい状態が継続してアーク長は徐々に長くなり続け溶接電圧Ｖｗも大きくなり続ける。
【００６９】
▲５▼さらに、この時点においてアーク電流Ｉａは減少しておりかつ外部インダクタンス値Ｌ１も大きな値であるのでＬ１×（ｄＩａ／ｄｔ）＜０となり、出力端子電圧Ｖｔは溶接電圧Ｖｗよりも小さくなり電圧設定値Ｖｒよりも小さくなる。
【００７０】
▲６▼出力端子電圧Ｖｔが電圧設定値Ｖｒよりも小さくなると、（１）式で示したアーク電流制御によってアーク電流Ｉａはアーク基準電流値Ｉaiよりもさらに増加する。アーク電流Ｉａ＞Ｉaiであるので、前述したようにワイヤ溶融速度がワイヤ送給速度よりも大きい状態が継続してアーク長は徐々に長くなり続け溶接電圧Ｖｗも大きくなり続ける。
【００７１】
▲７▼上記▲３▼乃至▲６▼の動作を短絡状態となる時刻ｔ６まで繰り返し、その期間中アーク電流Ｉａ及び出力端子電圧Ｖｔは上下に激しく振動するハンチング波形となる。また、このハンチング期間中はアーク電流Ｉａは常にアーク基準電流値Ｉaiよりも大きい状態を維持するので、アーク長は適正値を超えて長くなり続け、その結果アーク状態は不安定になる。
【００７２】
▲８▼時刻ｔ６乃至ｔ９期間中の動作は図１の同一符号を付した期間中と同じであるので説明を省略する。
【００７３】
▲９▼時刻ｔ９において、図１と同様に外乱によってアーク長が変動して長くなると、溶接電圧Ｖｗはアーク長に比例して大きくなる。これ以降の動作は上記の▲１▼乃至▲７▼と略同一であるので説明を省略する。その結果、短絡状態となる時刻ｔ11までアーク電流Ｉａ及び出力端子電圧Ｖｔは上下に激しく振動するハンチング波形となる。また、このハンチング期間中はアーク電流Ｉａは常にアーク基準電流値Ｉaiよりも大きい状態を維持するので、アーク長は適正値を超えても長くなり続け、アーク状態は不安定になる。
【００７４】
上述したように、従来技術のアーク電流制御方法においては、溶接用ケーブルが約１０［ｍ］以上と長くなり外部インダクタンス値が大きくなると、種々の外乱によってアーク長が変動した場合アーク電流波形及び出力端子電圧波形が激しくハンチングして、アーク長を適正値に復帰させることができなくなる。その結果、前述したようにスパッタの大量発生、ビード外観の不良、溶接欠陥の発生等の不良な溶接品質結果となる。
【００７５】
図６は、図５で示した時刻ｔ４乃至ｔ６期間中の図２で示したブロック図の各信号のタイミングチャートである。同図（Ａ）は溶接電圧Ｖｗの時間変化を示しており、同図（Ｂ）は出力端子電圧Ｖｔの時間変化を示しており、同図（Ｃ）は電流設定信号Ｉｒの時間変化を示しており、同図（Ｄ）は溶接電流Ｉｗの時間変化を示している。同図において点線で表わした等間隔の縦線は、制御周期ΔＴ毎に発生する割り込み発生信号のタイミングを示している。
【００７６】
▲１▼時刻ｔ４において種々の外乱によってアーク長が変動して短くなると、溶接電圧Ｖｗはアーク長に比例して小さくなり、出力端子電圧Ｖｔは（２）式で表わされる。この時点では、アーク電流Ｉａは略一定値で変化していないので、外部インダクタンス値Ｌ１が大きな値であってもＬ１×（ｄＩａ／ｄｔ）＝０となり、Ｖｔ≒Ｖｗとなる。その結果、出力端子電圧Ｖｔは小さくなり電圧設定値Ｖｒよりも小さくなる。
【００７７】
▲２▼時刻ｔ41において割り込みが発生すると、その時点での出力端子電圧値Ｖt1が検出されてソフトウェア内部に読み込まれ、前述した（１）式によってＩai-Ｇ×（Ｖｔ−Ｖｒ）が計算されて電流設定信号Ｉr1が算出される。このときＶt1＜ＶｒであるのでＩr1＞Ｉaiとなり、溶接電流Ｉｗはアーク基準電流値Ｉaiよりも増加する。溶接電流Ｉｗがアーク基準電流値Ｉaiよりも大きいので前述したようにワイヤ溶融速度がワイヤ送給速度よりも大きくなるために、アーク長は徐々に長くなり溶接電圧Ｖｗは徐々に大きくなる。
【００７８】
時刻ｔ41乃至ｔ42期間中では溶接電流Ｉｗは増加しておりかつ外部インダクタンス値Ｌ１も大きな値であるのでＬ１×（ｄＩａ／ｄｔ）＞０となり、（２）式で示す出力端子電圧Ｖｔは溶接電圧Ｖｗよりも大きくなり電圧設定値Ｖｒよりも大きくなる。
【００７９】
▲３▼時刻ｔ42において割り込みが発生すると、上記▲２▼と同様の処理により時刻ｔ42時点での出力端子電圧値Ｖt2から電流設定信号Ｉr2が算出される。このときＶt2＞Ｖｒになっているので電流設定信号Ｉr2はＩr2＜Ｉaiとなり、溶接電流Ｉｗは減少に転じる。しかし、溶接電流Ｉｗはアーク基準電流値Ｉaiよりも大きいので前述したようにワイヤ溶融速度がワイヤ送給速度よりも大きくなるために、アーク長は徐々に長くなり続け溶接電圧Ｖｗも徐々に大きくなり続ける。
【００８０】
時刻ｔ42乃至ｔ43期間中では溶接電流Ｉｗは減少しておりかつ外部インダクタンス値Ｌ１も大きな値であるのでＬ１×（ｄＩａ／ｄｔ）＜０となり、（２）式で示す出力端子電圧Ｖｔは溶接電圧Ｖｗよりも小さく電圧設定値Ｖｒよりも小さくなる。
【００８１】
▲４▼時刻ｔ43において割り込みが発生すると、上記▲２▼と同様の処理により時刻ｔ43時点での出力端子電圧値Ｖt3から電流設定信号Ｉr3が算出される。このときＶt3＜Ｖｒになっているので電流設定信号Ｉr3はＩr3＞Ｉaiとなり、溶接電流Ｉｗは増加に転じる。溶接電流Ｉｗはアーク基準電流値Ｉaiよりも大きいので前述したようにワイヤ溶融速度がワイヤ送給速度よりも大きくなるために、アーク長は徐々に長くなり続け溶接電圧Ｖｗも徐々に大きくなり続ける。
【００８２】
時刻ｔ43乃至ｔ44期間中では溶接電流Ｉｗは増加しておりかつ外部インダクタンス値Ｌ１も大きな値であるのでＬ１×（ｄＩａ／ｄｔ）＞０となり、（２）式で示す出力端子電圧Ｖｔは溶接電圧Ｖｗよりも大きくなり電圧設定値Ｖｒよりも大きくなる。
【００８３】
▲５▼上記▲３▼及び▲４▼の動作を短絡状態となるまで繰り返し、その期間中アーク電流Ｉａ及び出力端子電圧Ｖｔは上下に激しく振動するハンチング波形となる。また、このハンチング期間中はアーク電流Ｉａは常にアーク基準電流値Ｉaiよりも大きい状態を維持するので、アーク長は適正値を超えても長くなり続け、その結果アーク状態は不安定になる。
【００８４】
図７は、溶接用ケーブルの長さが約２０［ｍ］と長い場合における従来技術のアーク電流制御方法での溶接ビード外観の一例を示す図である。
溶接条件としては、溶接ワイヤには直径１．２［mm］のＹＧＷ１２を使用し、被溶接材２には板厚３．２［mm］の軟鋼を使用して、シールドガスには１００［％］の炭酸ガスを使用して炭酸ガスアーク溶接を行い、平均溶接電流値が１５０[Ａ]、平均溶接電圧が１９［Ｖ］、溶接速度が６０［cm／分］の場合である。
同図に示すように、大粒のスパッタ２ｂが大量に被溶接材２に付着しており、溶接ビード２ａの幅も不揃いであり不良な溶接ビード外観となっている。
【００８５】
上述したように、従来技術のアーク電流制御方法では、溶接用ケーブルの長さが約１０［ｍ］以上になりケーブルによる外部インダクタンス値が大きくなると、種々の外乱によるアーク長の変動を抑制することができなくなる。その結果、スパッタの大量発生、ビード外観の不良、溶接欠陥の発生等の不良な溶接品質結果となる。
【００８６】
そこで、本発明の目的は、溶接用ケーブル等による外部インダクタンス値が大きくなっても、種々の外乱によるアーク長の変動を抑制してアーク長を常に適正値に維持することで良好な溶接品質を得ることができるアーク電流制御方法及び溶接装置を実現することである。
【００８７】
【課題を解決するための手段】
【００８８】
【課題を解決するための手段】
出願時の請求項１の発明は、図８及び図９に示すように、
アーク発生期間中の溶接電源装置の出力電圧値Ｖｏを検出してその検出値が予め設定した電圧設定値Ｖｒと等しくなる新しい電流設定信号Ｉｒを算出してその算出値に相当するアーク電流値Ｉａの通電を制御する消耗電極ガスシールドアーク溶接のアーク電流制御方法において、
上記アーク電流値Ｉａを検出してその検出値に相当する電流設定信号Ｉｒを算出して予め設定した制御周期ΔＴの間その算出値に相当するアーク電流値Ｉａを通電する第１のアーク電流制御を行い、
上記制御周期ΔＴ経過時点の上記出力電圧値Ｖｏを検出してその検出値が上記電圧設定値Ｖｒと等しくなる新しい上記電流設定信号Ｉｒを算出して上記制御周期ΔＴの間その算出値に相当するアーク電流値Ｉａを通電する第２のアーク電流制御を行い、
上記第１及び第２のアーク電流制御を交互に繰り返して行うアーク電流制御方法である。
【００８９】
出願時の請求項２の発明は、図１０及び図１１に示すように、
アーク発生期間中の溶接電源装置の出力電圧値Ｖｏを検出してその検出値が予め設定した電圧設定値Ｖｒと等しくなる新しい電流設定信号Ｉｒを算出してその算出値に相当するアーク電流値Ｉａの通電を制御する消耗電極ガスシールドアーク溶接のアーク電流制御方法において、
上記アーク電流値Ｉａを検出して上記電流設定信号Ｉｒと比較し、
上記比較した値が等しいときは上記出力電圧値Ｖｏを検出してその検出値が上記電圧設定値Ｖｒと等しくなる新しい上記電流設定信号Ｉｒを算出してその算出値に相当するアーク電流値Ｉａを通電し、
上記比較した値が等しくないときは比較前の上記電流設定信号Ｉｒをそのまま維持し、その維持した値に相当するアーク電流値Ｉａを通電し、
上記制御を繰り返して行うアーク電流制御方法である。
【００９０】
出願時の請求項３の発明は、図８乃至図１１に示すように、
出願時請求項１又は出願時請求項２に記載する出力電圧値Ｖｏを検出してその検出値が電圧設定値Ｖｒと等しくなる新しい電流設定信号Ｉｒを算出する演算が、
予め設定したアーク基準電流値Ｉai及び予め設定した電圧誤差増幅率Ｇによって電流設定信号Ｉｒ＝アーク基準電流値Ｉai−電圧誤差増幅率Ｇ×（出力電圧値Ｖｏ−電圧設定値Ｖｒ）で表わされる演算である出願時請求項１又は出願時請求項２に記載するアーク電流制御方法である。
【００９１】
出願時の請求項４の発明は、図１２乃至図１４に示すように、
アーク発生期間中の溶接電源装置の出力電圧値Ｖｏを検出してその検出値が予め設定した電圧設定値Ｖｒと等しくなる新しい電流設定信号Ｉｒを算出してその算出値に相当するアーク電流値Ｉａの通電を制御する消耗電極ガスシールドアーク溶接のアーク電流制御方法において、
上記アーク電流値Ｉａを検出する検出回路と、
上記出力電圧値Ｖｏを検出する検出回路と、
上記電圧設定値Ｖｒを設定する設定回路と、
上記アーク電流値Ｉａの検出値に相当する電流設定信号Ｉｒを算出して予め設定した制御周期ΔＴの間その算出値を出力する過程と、上記制御周期ΔＴ経過時点の上記出力電圧値Ｖｏの検出値が上記電圧設定値Ｖｒと等しくなる新しい上記電流設定信号Ｉｒを算出して上記制御周期ΔＴの間出力する過程とを交互に繰り返して行うアーク電流制御回路ＡＷＣとから構成されて、
上記電流設定信号Ｉｒに相当するアーク電流値Ｉａを通電して溶接する溶接装置である。
【００９２】
出願時の請求項５の発明は、図１２、図１３及び図１５に示すように、
アーク発生期間中の溶接電源装置の出力電圧値Ｖｏを検出してその検出値が予め設定した電圧設定値Ｖｒと等しくなる新しい電流設定信号Ｉｒを算出してその算出値に相当するアーク電流値Ｉａの通電を制御する消耗電極ガスシールドアーク溶接のアーク電流制御方法において、
上記アーク電流値Ｉａを検出する検出回路と、
上記出力電圧値Ｖｏを検出する検出回路と、
上記電圧設定値Ｖｒを設定する設定回路と、
上記アーク電流値Ｉａの検出値と上記電流設定信号Ｉｒとを比較する過程と、上記比較した値が等しいときは上記出力電圧値Ｖｏの検出値が上記電圧設定値Ｖｒと等しくなる新しい上記電流設定信号Ｉｒを算出して出力する過程と、上記比較した値が等しくないときは比較前の上記電流設定信号Ｉｒをそのまま出力する過程とを繰り返し行うアーク電流制御回路ＡＷＣとから構成されて、
上記電流設定信号Ｉｒに相当するアーク電流値Ｉａを通電して溶接する溶接装置である。
【００９３】
出願時の請求項６の発明は、図１２乃至図１５に示すように、
出願時請求項４又は出願時請求項５に記載する出力電圧値Ｖｏの検出値が電圧設定値Ｖｒと等しくなる新しい電流設定信号Ｉｒを算出する演算が、
予め設定したアーク基準電流値Ｉai及び予め設定した電圧誤差増幅率Ｇによって電流設定信号Ｉｒ＝アーク基準電流値Ｉai−電圧誤差増幅率Ｇ×（出力電圧値Ｖｏ−電圧設定値Ｖｒ）で表わされる演算であるアーク電流制御回路ＡＷＣから構成される出願時請求項４又は出願時請求項５に記載する溶接装置である。
【００９４】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態は、図８及び図９に示すように、
アーク発生期間中の溶接電源装置の出力電圧値Ｖｏを検出してその検出値が予め設定した電圧設定値Ｖｒと等しくなる新しい電流設定信号Ｉｒを算出してその算出値に相当するアーク電流値Ｉａの通電を制御する消耗電極ガスシールドアーク溶接のアーク電流制御方法において、
上記アーク電流値Ｉａを検出してその検出値に相当する電流設定信号Ｉｒを算出して予め設定した制御周期ΔＴの間その算出値に相当するアーク電流値Ｉａを通電する第１のアーク電流制御を行い、
上記制御周期ΔＴ経過時点の上記出力電圧値Ｖｏを検出してその検出値及び上記電圧設定値Ｖｒを入力として、予め設定したアーク基準電流値Ｉai及び予め設定した電圧誤差増幅率Ｇによって電流設定信号Ｉｒ＝アーク基準電流値Ｉai−電圧誤差増幅率Ｇ×（出力電圧Ｖｏ−電圧設定値Ｖｒ）と表わされる演算を行い新しい上記電流設定信号Ｉｒを算出して上記制御周期ΔＴの間その算出値に相当するアーク電流値Ｉａを通電する第２のアーク電流制御を行い、
上記第１及び第２のアーク電流制御を交互に繰り返して行うアーク電流制御方法である。
【００９５】
【実施例】
図８は、溶接用ケーブルの長さが約２０［ｍ］と長い場合における本発明の実施例１によるアーク電流制御方法を示す電圧・電流波形図である。同図（Ａ）は溶接電圧Ｖｗの時間変化を示しており、同図（Ｂ）は出力端子電圧Ｖｔの時間変化を示しており、同図（Ｃ）は溶接電流Ｉｗの時間変化を示している。同図は、図５と同様に平均溶接電流値が約２００［Ａ］未満の短絡移行領域での電圧・電流波形図であり、各時刻も同一符号を付している。また、溶接用ケーブルによる外部インダクタンス値は図５と同一値Ｌ１の場合である。
【００９６】
同図において、アーク発生中にアーク長の変動が発生した時刻ｔ４乃至ｔ５及び時刻ｔ９乃至ｔ10の期間以外は図５と同一の動作であるので説明を省略する。
【００９７】
本発明の実施例１においては、アーク発生中に制御周期ΔＴ毎の制御タイミングに以下に示す▲１▼及び▲２▼の制御を交互に繰り返してアーク電流制御を行っている。
【００９８】
▲１▼第ｎ回目の制御タイミングにおいて、その時点での溶接電流値Ｉｗを検出して制御周期ΔＴの間その電流値の通電を維持するように第１のアーク電流制御を行う。そのことで、電流変化は略零になり前述した（２）式においてＬ１×（ｄＩａ／ｄｔ）≒０となるのでＶｔ≒Ｖｗとなり、アーク長に比例した溶接電圧値Ｖｗと出力端子電圧Ｖｔとが略等しくなる。
【００９９】
▲２▼次の第ｎ＋１回目の制御タイミングにおいて、その時点での出力端子電圧Ｖｔを検出して前述した（１）式に代入して算出したアーク電流値Ｉａを制御周期ΔＴの間通電する第２のアーク電流制御を行う。
【０１００】
上記▲１▼の制御期間中はアーク長に比例した溶接電圧Ｖｗを出力端子電圧Ｖｔによって正確に誤差なく検出するための準備期間となり、▲２▼の制御期間中は出力端子電圧Ｖｔの検出値によってアーク電流制御を行う期間となる。
【０１０１】
図８に示す時刻ｔ４において、種々の外乱によってアーク長が変動して短くなると上記▲１▼及び▲２▼の制御を繰り返すアーク電流制御が行われて、その結果時刻ｔ５においてアーク長が適正値に復帰するために溶接電圧Ｖｗも電圧設定値Ｖｒに戻る。この期間中の詳細な動作については後述する。
【０１０２】
また、時刻ｔ９乃至ｔ10の動作についても同様に上記▲１▼及び▲２▼のアーク電流制御によってアーク長は適正値に復帰して溶接電圧Ｖｗは電圧設定値Ｖｒに戻る。
【０１０３】
図９は、図８で示した時刻ｔ４乃至ｔ５期間中の制御動作を説明するための電圧・電流タイミングチャ−トである。同図（Ａ）は溶接電圧Ｖｗの時間変化を示しており、同図（Ｂ）は出力端子電圧Ｖｔの時間変化を示しており、同図（Ｃ）は電流設定信号Ｉｒの時間変化を示しており、同図（Ｄ）は溶接電流Ｉｗの時間変化を示している。同図において点線で表わした等間隔の縦線は、制御周期ΔＴ毎の制御タイミングを示している。
【０１０４】
▲１▼時刻ｔ４において種々の外乱によってアーク長が変動して短くなると、溶接電圧Ｖｗはアーク長に比例して小さくなり、出力端子電圧Ｖｔは（２）式で表わされる。この時点では、溶接電流Ｉｗは略一定値で変化していないので、外部インダクタンス値Ｌ１が大きな値であってもＬ１×（ｄＩａ／ｄｔ）≒０となり、Ｖｔ≒Ｖｗとなる。その結果、出力端子電圧Ｖｔは小さくなり電圧設定値Ｖｒよりも小さくなる。
【０１０５】
▲２▼時刻ｔ41の制御タイミングにおいて、その時点での出力端子電圧値Ｖt1を検出して前述した（１）式に代入し、溶接設定信号Ｉｒ＝Ｉai-Ｇ×（Ｖｔ−Ｖｒ）を算出する。このときＶt1＜ＶｒであるのでＩr1＞Ｉaiとなり、溶接電流Ｉｗはアーク基準電流値Ｉaiよりも増加する。溶接電流Ｉｗがアーク基準電流値Ｉaiよりも大きくなると前述したようにワイヤ溶融速度がワイヤ送給速度よりも大きくなるために、アーク長は徐々に長くなり溶接電圧Ｖｗは徐々に大きくなる。
【０１０６】
時刻ｔ41乃至ｔ42期間中では溶接電流Ｉｗは増加しておりかつ外部インダクタンス値Ｌ１も大きな値であるのでＬ１×（ｄＩａ／ｄｔ）＞０となり、（２）式で示す出力端子電圧Ｖｔは溶接電圧Ｖｗよりも大きくなり電圧設定値Ｖｒよりも大きくなる。
【０１０７】
▲３▼時刻ｔ42の制御タイミングにおいて、その時点での溶接電流値Ｉw2を検出してその値をそのまま代入して電流設定信号Ｉr2＝Ｉw2を設定することで、時刻ｔ42乃至ｔ43の間溶接電流値Ｉw2がそのまま通電される。そのことで、電流変化は略零になり前述した（２）式においてＬ１×（ｄＩａ／ｄｔ）≒０となるのでＶｔ≒Ｖｗとなり、アーク長に比例した溶接電圧値Ｖｗと出力端子電圧Ｖｔとが略等しくなる。
【０１０８】
▲４▼時刻ｔ43の制御タイミングにおいて、上記▲２▼と同様の処理により時刻ｔ43時点での出力端子電圧値Ｖt3から電流設定信号Ｉr3が算出される。このときＶt1＜Ｖt3＜Ｖｒになっているので電流設定信号Ｉr3はＩr1＞Ｉr3＞Ｉaiとなる。時刻ｔ43時点での溶接電流値Ｉw3は算出された電流設定値Ｉr3よりも小さいので、溶接電流Ｉｗは増加する。その結果、溶接電流Ｉｗはアーク基準電流値Ｉaiよりも大きい状態を維持するので前述したようにワイヤ溶融速度がワイヤ送給速度よりも大きくなるために、アーク長は徐々に長くなり続け溶接電圧Ｖｗも徐々に大きくなり続ける。
【０１０９】
▲５▼時刻ｔ44の制御タイミングにおいて、その時点での溶接電流値Ｉw4を検出してその値をそのまま代入して電流設定信号Ｉr4＝Ｉw4を設定することで、時刻ｔ44乃至ｔ45の間溶接電流値Ｉw4がそのまま通電される。そのことで、電流変化は略零になり前述した（２）式においてＬ１×（ｄＩａ／ｄｔ）≒０となるのでＶｔ≒Ｖｗとなり、アーク長に比例した溶接電圧値Ｖｗと出力端子電圧Ｖｔとが略等しくなる。
【０１１０】
▲６▼時刻ｔ45の制御タイミングにおいて、上記▲２▼と同様の処理により時刻ｔ45時点での出力端子電圧値Ｖt5から電流設定信号Ｉr5が算出される。このときＶt1＜Ｖt3＜Ｖt5＜Ｖｒになっているので電流設定信号Ｉr5はＩr1＞Ｉr3＞Ｉr5＞Ｉaiとなる。時刻ｔ45時点での溶接電流値Ｉw5は算出された電流設定値Ｉr５よりも大きいので、溶接電流Ｉｗは減少に転じる。しかし、溶接電流Ｉｗはアーク基準電流値Ｉaiよりも大きい状態を維持するので前述したようにワイヤ溶融速度がワイヤ送給速度よりも大きくなるために、アーク長は徐々に長くなり続け溶接電圧Ｖｗも徐々に大きくなり続ける。
【０１１１】
▲７▼上記▲５▼及び▲６▼の動作を出力端子電圧Ｖｔが電圧設定値Ｖｒと略等しくなる時刻ｔ５まで繰り返す。
【０１１２】
上述した本発明の実施例１によるアーク電流制御方法によって、外部インダクタンス値Ｌ１が大きい値のときでも種々の外乱によるアーク長の変動を抑制することができるので、スパッタ発生が少なくビード外観の良好な溶接欠陥もない良好な溶接品質を得ることができる。
【０１１３】
図１０は、溶接用ケーブルの長さが約２０［ｍ］と長い場合における本発明の実施例２によるアーク電流制御方法を示す電圧・電流波形図である。同図（Ａ）は溶接電圧Ｖｗの時間変化を示しており、同図（Ｂ）は出力端子電圧Ｖｔの時間変化を示しており、同図（Ｃ）は溶接電流Ｉｗの時間変化を示している。同図は、図５と同様に平均溶接電流値が約２００［Ａ］未満の短絡移行領域での電圧・電流波形図であり、各時刻も同一符号を付している。また、溶接用ケーブルによる外部インダクタンス値は図５と同一値Ｌ１の場合である。
【０１１４】
同図において、アーク発生中にアーク長の変動が発生した時刻ｔ４乃至ｔ５及び時刻ｔ９乃至ｔ10の期間以外は図５と同一の動作であるので説明を省略する。
【０１１５】
本発明の実施例２においては、アーク発生中に制御周期ΔＴ毎の制御タイミングに以下に示す制御を繰り返してアーク電流制御を行っている。
【０１１６】
第ｎ回目の制御タイミングにおいて、その時点での溶接電流値Ｉｗを検出して電流設定信号Ｉｒと比較し、それらの値が略等しいときはその時点での出力端子電圧Ｖｔを検出して前述した（１）式から算出したアーク電流値Ｉａを制御周期ΔＴの間通電する。
一方、比較した値が等しくないときには、次の第ｎ＋１回目の制御タイミングまで現時点での電流設定信号Ｉｒをそのまま維持する。
【０１１７】
上記の御期によって、電流設定信号Ｉｒの設定値の変化に応答した溶接電流Ｉｗの過渡的な変化が収束してＩｒ≒Ｉｗとなり溶接電流Ｉｗの変化が略零となった時点で（１）式によるアーク電流制御を行っている。電流変化が略零であるので前述した（２）式においてＬ１×（ｄＩａ／ｄｔ）≒０となりＶｔ≒Ｖｗとなり、アーク長に比例した溶接電圧値Ｖｗを外部インダクタンス値Ｌ１に影響されることなく出力端子電圧Ｖｔで正確に誤差なく検出することができる。
【０１１８】
図１０に示す時刻ｔ４において、種々の外乱によってアーク長が変動して短くなると上記の制御によってアーク電流制御が行われて、その結果時刻ｔ５においてアーク長が適正値に復帰するので溶接電圧Ｖｗも電圧設定値Ｖｒに戻る。この期間中の詳細な動作については後述する。
【０１１９】
また、時刻ｔ９乃至ｔ10の動作についても同様に上記のアーク電流制御によってアーク長は適正値に復帰して溶接電圧Ｖｗは電圧設定値Ｖｒに戻る。
【０１２０】
図１１は、図１０で示した時刻ｔ４乃至ｔ５期間中の制御動作を説明するための電圧・電流タイミングチャートである。同図（Ａ）は溶接電圧Ｖｗの時間変化を示しており、同図（Ｂ）は出力端子電圧Ｖｔの時間変化を示しており、同図（Ｃ）は電流設定信号Ｉｒの時間変化を示しており、同図（Ｄ）は溶接電流Ｉｗの時間変化を示している。同図において点線で表わした等間隔の縦線は、制御周期ΔＴ毎の制御タイミングを示している。
【０１２１】
▲１▼時刻ｔ４において種々の外乱によってアーク長が変動して短くなると、溶接電圧Ｖｗはアーク長に比例して小さくなり、出力端子電圧Ｖｔは（２）式で表わされる。この時点では、溶接電流Ｉｗは略一定値で変化していないので、外部インダクタンス値Ｌ１が大きな値であってもＬ１×（ｄＩａ／ｄｔ）≒０となり、Ｖｔ≒Ｖｗとなる。その結果、出力端子電圧Ｖｔは小さくなり電圧設定値Ｖｒよりも小さくなる。
【０１２２】
▲２▼時刻ｔ41の制御タイミングにおいて、その時点での溶接電流値Ｉw1及び出力端子電圧値Ｖt1を検出して、上記接電流値Ｉw1と電流設定信号Ｉr0とが略等しいかを判定する。この時点ではＩw1≒Ｉr0であるので判定はＹＥＳとなるので、上記の出力端子電圧Ｖt1から前述した（１）式によってＩai-Ｇ×（Ｖｔ−Ｖｒ）が計算されて電流設定信号はＩr1となる。このときＶt1＜ＶｒであるのでＩr1＞Ｉaiとなり、溶接電流Ｉｗはアーク基準電流値Ｉaiよりも増加する。溶接電流Ｉｗがアーク基準電流値Ｉaiよりも増加すると前述したようにワイヤ溶融速度がワイヤ送給速度よりも大きくなるために、アーク長は徐々に長くなり溶接電圧Ｖｗも徐々に大きくなる。
【０１２３】
時刻ｔ41乃至ｔ42期間中では溶接電流Ｉｗは増加しておりかつ外部インダクタンス値Ｌ１も大きな値であるのでＬ１×（ｄＩａ／ｄｔ）＞０となり、（２）式で示す出力端子電圧Ｖｔは溶接電圧Ｖｗよりも大きくなり電圧設定値Ｖｒよりも大きくなる。
【０１２４】
▲３▼時刻ｔ42の制御タイミングにおいて、その時点での溶接電流値Ｉw2及び出力端子電圧値Ｖt2を検出して、上記溶接電流値Ｉw2と電流設定信号Ｉr1とが略等しいかを判定する。この時点ではＩw2＜Ｉr1であるので判定はＮＯとなり電流設定信号Ｉr2＝Ｉr1が算出されてそのままの値を維持する。その結果、溶接電流Ｉｗは増加を続けた後に時刻ｔ42乃至時刻ｔ43の期間中にＩｗ≒Ｉr2となり電流変化は略零となる。しかがって、前述した（２）式においてＬ１×（ｄＩａ／ｄｔ）≒０となるのでＶｔ≒Ｖｗとなり、アーク長に比例した溶接電圧値Ｖｗと出力端子電圧Ｖｔとが略等しくなる。時刻ｔ42乃至ｔ43の間、溶接電流Ｉｗはアーク基準電流値Ｉaiよりも大きいので前述したようにワイヤ溶融速度がワイヤ送給速度よりも大きくなるために、アーク長は徐々に長くなり続け溶接電圧Ｖｗも徐々に大きくなり続ける。
【０１２５】
▲４▼時刻ｔ43の制御タイミングにおいて、その時点での溶接電流値Ｉw3及び出力端子電圧値Ｖt3を検出して、上記溶接電流値Ｉw3と電流設定信号Ｉr2とが略等しいかを判定する。この時点ではＩw3≒Ｉr2であるので判定はＹＥＳとなり上記の出力端子電圧Ｖt3から前述した（１）式によってＩai-Ｇ×（Ｖｔ−Ｖｒ）が計算されて電流設定信号はＩr3となる。このときＶt1＜Ｖt3＜ＶｒであるのでＩr2＞Ｉr3＞Ｉaiとなり、溶接電流Ｉｗは減少に転じる。しかし、溶接電流Ｉｗはアーク基準電流値Ｉaiよりも大きいので前述したようにワイヤ溶融速度がワイヤ送給速度よりも大きくなるために、アーク長は徐々に長くなり続け溶接電圧Ｖｗも徐々に大きくなり続ける。
【０１２６】
時刻ｔ43乃至ｔ44期間中では溶接電流Ｉｗは減少しておりかつ外部インダクタンス値Ｌ１も大きな値であるのでＬ１×（ｄＩａ／ｄｔ）＜０となり、（２）式で示す出力端子電圧Ｖｔは溶接電圧Ｖｗよりも小さくなる。
【０１２７】
▲５▼時刻ｔ44の制御タイミングにおいて、その時点での溶接電流値Ｉw4及び出力端子電圧値Ｖt4を検出して、上記溶接電流値Ｉw4と電流設定信号Ｉr3とが略等しいかを判定する。この時点ではＩw4＞Ｉr3であり判定はＮＯであるので電流設定信号Ｉr4＝Ｉr3となりそのままの値を維持する。その結果、溶接電流Ｉｗは減少を続けた後に時刻ｔ44乃至時刻ｔ45の期間中にＩａ≒Ｉr4となるので電流変化は略零となる。したがって、前述した（２）式においてＬ１×（ｄＩａ／ｄｔ）≒０となるのでＶｔ≒Ｖｗとなり、アーク長に比例した溶接電圧値Ｖｗと出力端子電圧Ｖｔとが略等しくなる。時刻ｔ44乃至ｔ45の間、溶接電流Ｉｗはアーク基準電流値Ｉaiよりも大きいので前述したようにワイヤ溶融速度がワイヤ送給速度よりも大きくなるために、アーク長は徐々に長くなり続け溶接電圧Ｖｗも徐々に大きくなり続ける。
【０１２８】
▲６▼上記▲４▼及び▲５▼の動作を出力端子電圧Ｖｔが電圧設定値Ｖｒと略等しくなる時刻ｔ５まで繰り返す。
【０１２９】
上述した本発明の実施例２によるアーク電流制御方法によって、外部インダクタンス値Ｌ１が大きい値のときでも種々の外乱によるアーク長の変動を抑制することができるので、スパッタ発生が少なくビード外観の良好な溶接欠陥もない良好な溶接品質を得ることができる。
さらに、実施例２では溶接電流値Ｉｗと電流設定信号Ｉｒとが略等しくなった時点で即時に（１）式のアーク電流制御が行われるので、実施例１に比べて制御の過渡応答特性が良い。
【０１３０】
図１２は、上述した本発明の実施例１及び２のアーク電流制御方法を実施するための溶接装置のブロック図である。同図において点線で示す溶接電流Ａ／Ｄ変換回路ＡＤＩ及びアーク電流制御回路ＡＷＣ以外は、図２で示した従来技術のブロック図と同じ回路ブロックであるので同一符号を付した上で説明を省略する。
【０１３１】
同図に示す８は溶接用ケーブル７による外部インダクタンスであり、その外部インダクタンス値はＬ１となる。
【０１３２】
溶接電流Ａ／Ｄ変換回路ＡＤＩは、溶接電流検出信号Ｉｄを入力としてＡ／Ｄ変換した溶接電流Ａ／Ｄ変換信号Ａdiを出力する。
【０１３３】
アーク電流制御回路ＡＷＣは、出力端子電圧Ａ／Ｄ変換信号Ａdv、制御周期設定信号ΔＴ、割り込み発生信号Ｉｔ、短絡初期電流設定信号Ｉsi、短絡初期電流通電時間設定信号Ｔsi、短絡電流設定信号Ｉｓ，アーク基準電流値設定信号Ｉai、電圧設定信号Ｖｒ、短絡判別閾値設定信号Ｖth及び溶接電流Ａ／Ｄ変換信号Ａdiを入力として、それらの信号をソフトウェアで処理して電流設定信号Ｉｒを出力する。本発明のソフトウェア処理の詳細については図１３乃至図１５で後述する。
【０１３４】
以上の回路ブロック構成によって、電流設定信号Ｉｒに対応する溶接電流Ｉｗを通電することができるために、実施例１及び２のアーク電流制御を行うことができる。
【０１３５】
図１３は、上述したアーク電流制御回路ＡＷＣのソフトウェア処理の内容を示すフローチャートである。同図において図３で示した従来技術のフローチャートと同一の処理を行うステップには同一符号を付した上で説明を省略する。
【０１３６】
ステップ１０２において、時間カウンタ値ｎ及び制御切換信号値ｍを０にリセットする。
ステップ１０４において、出力端子電圧Ａ／Ｄ変換信号Ａdv及び溶接電流Ａ／Ｄ変換信号Ａdiを読み込む。
ステップ１０６において、時間カウンタ値ｎに１を加算し、制御切換信号値ｍを０にリセットする。
ステップ１１１において、定義済のサブルーチンであるアーク電流制御処理を行い、電流設定信号Ｉｒを出力する。本発明の実施例１及び２におけるアーク電流制御処理の詳細については後述する。
【０１３７】
同図に示す各ステップを実行することで、本発明の実施例１及び２による短絡電流及びアーク電流の制御を行うことができる。
【０１３８】
図１４は、本発明の実施例１における上記のアーク電流制御処理サブルーチンの内容を示すフローチャートである。
【０１３９】
ステップ２０１において、アーク電流制御処理のサブルーチンに入る。
ステップ２０２において、制御切換信号値ｍが０であるかを判定して、ＹＥＳならばステップ２０３に進み、ＮＯならばステップ２０５に進む。
【０１４０】
ステップ２０３において、溶接電流Ａ／Ｄ変換信号Ａdiを電流設定信号Ｉｒに代入する。
ステップ２０４において、制御切換信号値ｍを０にリセットする。
【０１４１】
ステップ２０５において、アーク基準電流値設定信号Ｉai、出力端子電圧Ａ／Ｄ変換信号Ａdv及び電圧設定信号Ｖｒ並びに予め設定した電圧誤差増幅率ＧからＩai−Ｇ×（Ａdv−Ｖｒ）を計算して、電流設定信号Ｉｒに代入する。このステップ２０５で前述した（１）式で示すアーク電流制御を行っている。
【０１４２】
ステップ２０６において、制御切換信号値ｍに１を代入する。
ステップ２０７において、このサブルーチンを終了してメインルーチンである図１３のステップ１２に戻る。
【０１４３】
図１５は、本発明の実施例２における上記のアーク電流制御処理サブルーチンの内容を示すフローチャートである。
【０１４４】
ステップ３０１において、アーク電流制御処理のサブルーチンに入る。
ステップ３０２において、制御切換信号値ｍが０であるかを判定して、ＹＥＳならばステップ３０３に進み、ＮＯならばステップ３０５に進む。
ステップ３０３において、アーク基準電流値Ｉaiを電流設定信号Ｉｒに代入する。このステップ３０３はアークが再発生する毎に１度だけ処理されて、アーク電流の初期値を設定している。
ステップ３０４において、制御切換信号値ｍに１を代入する。
【０１４５】
ステップ３０５において、溶接電流Ａ／Ｄ変換信号Ａdiが電流設定信号Ｉｒと等しいかを判定して、ＹＥＳならばステップ３０６に進み、ＮＯならばステップ３０７に進む。
【０１４６】
ステップ３０６において、アーク基準電流値設定信号Ｉai、出力端子電圧Ａ／Ｄ変換信号Ａdv及び電圧設定信号Ｖｒ並びに予め設定した電圧誤差増幅率ＧからＩai−Ｇ×（Ａdv−Ｖｒ）を計算して、電流設定信号Ｉｒに代入する。このステップ３０６で前述した（１）式で示すアーク電流制御を行っている。
【０１４７】
ステップ３０７において、このサブルーチンを終了してメインルーチンである図１３のステップ１２に戻る。
【０１４８】
図１６は、溶接用ケーブルの長さが約２０［ｍ］と長い場合における本発明のアーク電流制御方法での溶接ビード外観の一例を示す図である。溶接条件は従来技術の場合の図７と同一である。
同図に示すように、小粒のスパッタ２ｂが被溶接材２に少し付着している程度であり、しかも溶接ビード２ａの幅も均一であり良好な溶接ビード外観となっている。
【０１４９】
図１７は、溶接用ケーブルの長さが約２０［ｍ］と長くかつ平均溶接電流値が２００［Ａ］以上の場合における本発明によるアーク電流制御方法での電圧・電流波形を示す図である。同図（Ａ）は溶接電圧Ｖｗの時間変化を示しており、同図（Ｂ）は出力端子電圧Ｖｔの時間変化を示しており、同図（Ｃ）は溶接電流Ｉｗの時間変化を示している。
【０１５０】
同図は、消耗電極ガスシールドアーク溶接において平均溶接電流値が約２００［Ａ］以上のグロビュール移行又はスプレー移行領域での電圧・電流波形図であり、溶接ワイヤ先端の溶滴と被溶接物上の溶融池との間で極短時間の短絡状態と長い継続時間のアーク発生状態とを繰り返すグロビュール移行溶接又はスプレー移行溶接の場合である。
【０１５１】
以下、同図を参照して動作を説明する。
▲１▼時刻ｔ１乃至ｔ２
時刻ｔ１において溶接ワイヤ先端に形成された溶滴と被溶接物上の溶融池とが短絡状態となったことを判別して、短絡状態を安定化させるために数十［Ａ］の小電流値である予め設定した短絡初期電流Ｉsiを通電する。グロビュール移行溶接又はスプレー移行溶接での短絡状態継続時間は、通常予め設定した短絡初期電流通電時間Ｔsi未満となり、アークが再発生する。
【０１５２】
▲２▼時刻ｔ２乃至ｔ３
時刻ｔ２においてアークが再発生したことを判別すると、前述した（１）式で示すアーク電流制御を行いアーク電流Ｉａを通電する。この期間中においては、種々の外乱によるアーク長の変動がなかったために、この期間中のアーク電流Ｉａはアーク基準電流値Ｉaiと略等しくなる。
【０１５３】
▲３▼時刻ｔ３乃至ｔ４
時刻ｔ３において種々の外乱によってアーク長が変動して短くなると、溶接電圧Ｖｗも小さくなる。本発明の実施例１又は２によるアーク電流制御方法は前述したように外部インダクタンス値が大きくてもアーク長に比例する溶接電圧Ｖｗを出力端子電圧Ｖｔによって正確に誤差なく検出することができるために、アーク長の変動を適正値に復帰させることができる。その結果、時刻ｔ４において、アーク長は適正値に復帰し、溶接電圧Ｖｗ及び出力端子電圧Ｖｔは電圧設定値Ｖｒと略等しくなる。
【０１５４】
これ以降の期間の動作は上記と同じであるので説明を省略する。このように本発明のアーク電流制御方法は、平均溶接電流値が２００［Ａ］以上となるグロビュール移行溶接及びスプレー移行溶接においても、溶接用ケーブル等による外部インダクタンス値の大小に影響されずにアーク長の変動を抑制することができるために、良好な溶接品質を得ることができる。
【０１５５】
【本発明の効果】
本発明のアーク電流制御方法は、溶接用ケーブルの長さが１０［ｍ］以上と長くなった場合でもアーク長に比例する溶接電圧Ｖｗを出力端子電圧Ｖｔによって正確に誤差なく検出することができるので、種々の外乱によるアーク長の変動を抑制することができ、その結果スパッタ発生が少なくビード外観の良好な溶接欠陥もない良好な溶接品質を得ることができる。
【０１５６】
また、本発明のアーク電流制御方法は、短絡移行溶接、グロビュール移行溶接及びスプレー移行溶接においても上記の効果を有する。
【０１５７】
さらに、従来技術では溶接用ケーブルが長くなると溶接トーチと被溶接物間の電圧である溶接電圧Ｖｗを直接検出する必要があるが、被溶接物が大型構造物の場合には直接検出することが困難であり、また被溶接物が複数個あり溶接箇所を移動しながら溶接する場合には使い勝手が悪くなっていた。
これに対して、本発明のアーク電流制御方法では、アーク長の検出を直接溶接電圧Ｖｗではなく溶接電源装置の出力端子電圧Ｖｔで行うことができるので、大型構造物の場合でも正確に検出することができ、また上記の移動を伴う溶接であっても使い勝手は悪くならない。
【０１５８】
出願時の請求項２又は請求項５の発明は、上記の効果に加えて溶接電流値Ｉｗと電流設定信号Ｉｒとが略等しくなった時点で即時に（１）式のアーク電流制御が行われるので、制御の過渡応答特性が良い。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は、従来技術のアーク電流制御方法を示す電圧・電流波形図である。
【図２】図２は、図１で示した従来技術のアーク電流制御方法を実施するための溶接装置のブロック図である。
【図３】図３は、従来技術の溶接電流制御回路ＷＣのソフトウェア処理の内容を示すフローチャートである。
【図４】図４は、図２の従来技術のブロック図で示した各信号のタイミングチャートである。
【図５】図５は、溶接用ケーブルの長さが約２０［ｍ］と長い場合における従来技術のアーク電流制御方法での電圧・電流波形図である。
【図６】図６は、図５で示した時刻ｔ４乃至ｔ６期間中の図２で示したブロック図の各信号のタイミングチャートである。
【図７】図７は、溶接用ケーブルの長さが約２０［ｍ］と長い場合における従来技術のアーク電流制御方法での溶接ビード外観の一例を示す図である。
【図８】図８は、溶接用ケーブルの長さが約２０［ｍ］と長い場合における本発明の実施例１によるアーク電流制御方法を示す電圧・電流波形図である。
【図９】図９は、図８で示した時刻ｔ４乃至ｔ５期間中の制御動作を説明するための電圧・電流タイミングチャ−トである。
【図１０】図１０は、溶接用ケーブルの長さが約２０［ｍ］と長い場合における本発明の実施例２によるアーク電流制御方法を示す電圧・電流波形図である。
【図１１】図１１は、図１０で示した時刻ｔ４乃至ｔ５期間中の制御動作を説明するための電圧・電流タイミングチャートである。
【図１２】図１２は、本発明の実施例１及び２のアーク電流制御方法を実施するための溶接装置のブロック図である。
【図１３】図１３は、本発明のアーク電流制御回路ＡＷＣのソフトウェア処理の内容を示すフローチャートである。
【図１４】図１４は、本発明の実施例１におけるアーク電流制御処理サブルーチンの内容を示すフローチャートである。
【図１５】図１５は、本発明の実施例２におけるアーク電流制御処理サブルーチンの内容を示すフローチャートである。
【図１６】図１６は、溶接用ケーブルの長さが約２０［ｍ］と長い場合における本発明のアーク電流制御方法での溶接ビード外観の一例を示す図である。
【図１７】図１７は、溶接用ケーブルの長さが約２０［ｍ］と長くかつ平均溶接電流値が２００［Ａ］以上の場合における本発明のによるアーク電流制御方法での電圧・電流波形を示す図である。
【符号の説明】
１…溶接ワイヤ
２…被溶接物／被溶接材
２ａ…溶接ビード
２ｂ…スパッタ
３…アーク
４…溶接トーチ
５…ワイヤ送給装置
６…溶接電源装置の出力端子
７…溶接用ケーブル
８…溶接用ケーブルの外部インダクタンス
ＡＣ…商用電源
ＡＤＩ…溶接電流Ａ／Ｄ変換回路
Ａdi…溶接電流Ａ／Ｄ変換信号
ＡＤＶ…出力端子電圧Ａ／Ｄ変換回路
Ａdv…出力端子電圧Ａ／Ｄ変換信号
ＡＷＣ…アーク電流制御回路
ＤＡＩ…電流設定Ｄ／Ａ変換回路
Ｄai…電流設定Ｄ／Ａ変換信号
ＤＴ…制御周期設定回路
ＥＡ…誤差増幅回路
Ｅａ…誤差増幅信号
Ｇ…電圧誤差増幅率
Ｉａ…アーク電流
ＩＡＩ…アーク基準電流値設定回路
Ｉai…アーク基準電流値（設定信号）
ＩＤ…溶接電流検出回路
Ｉｄ…溶接電流検出信号
Ｉｒ…電流設定信号
ＩＳ…短絡電流設定回路
Ｉｓ…短絡電流（設定信号）
ＩＳＩ…短絡初期電流設定回路
Ｉsi…短絡初期電流（設定信号）
ＩＴ…割り込み発生回路
Ｉｔ…割り込み発生信号
Ｉｗ…溶接電流
Ｌ０、ｌ１…溶接用ケーブルの外部インダクタンス値
ｍ…制御切換信号値
ｎ…時間カウンタ値
ＰＳ…出力制御回路
ＴＳＩ…短絡初期電流通電時間設定回路
Ｔsi…短絡初期電流通電時間（設定信号）
ＶＤ…出力端子電圧検出回路
Ｖｄ…出力端子電圧検出信号
ＶＲ…電圧設定回路
Ｖｒ…電圧設定値／設定信号
Ｖｔ…出力端子電圧
ＶＴＨ…短絡判別閾値設定回路
Ｖth…短絡判別閾値設定信号
Ｖｗ…溶接トーチ・被溶接物間電圧（溶接電圧）
ＷＣ…溶接電流制御回路
ΔＴ…制御周期（設定信号）
Claims (6)
- アーク発生期間中の溶接電源装置の出力電圧値を検出してその検出値が予め設定した電圧設定値と等しくなる新しい電流設定信号を算出してその算出値に相当するアーク電流値の通電を制御する消耗電極ガスシールドアーク溶接のアーク電流制御方法において、前記アーク電流値を検出してその検出値に相当する電流設定信号を算出して予め設定した制御周期の間その算出値に相当するアーク電流値を通電する第１のアーク電流制御を行い、前記制御周期経過時点の前記出力電圧値を検出してその検出値が前記電圧設定値と等しくなる新しい前記電流設定信号を算出して前記制御周期の間その算出値に相当するアーク電流値を通電する第２のアーク電流制御を行い、前記第１及び第２のアーク電流制御を交互に繰り返して行うアーク電流制御方法。
- アーク発生期間中の溶接電源装置の出力電圧値を検出してその検出値が予め設定した電圧設定値と等しくなる新しい電流設定信号を算出してその算出値に相当するアーク電流値の通電を制御する消耗電極ガスシールドアーク溶接のアーク電流制御方法において、前記アーク電流値を検出して前記電流設定信号と比較し、前記比較した値が等しいときは前記出力電圧値を検出してその検出値が前記電圧設定値と等しくなる新しい前記電流設定信号を算出してその算出値に相当するアーク電流値を通電し、前記比較した値が等しくないときは比較前の前記電流設定信号をそのまま維持し、その維持した値に相当するアーク電流値を通電し、前記制御を繰り返して行うアーク電流制御方法。
- 出力電圧値を検出してその検出値が電圧設定値と等しくなる新しい電流設定信号を算出する演算が、予め設定したアーク基準電流値及び予め設定した電圧誤差増幅率によって電流設定信号＝アーク基準電流値−電圧誤差増幅率×（出力電圧値−電圧設定値）で表わされる演算である請求項１又は請求項２に記載するアーク電流制御方法。
- アーク発生期間中の溶接電源装置の出力電圧値を検出してその検出値が予め設定した電圧設定値と等しくなる新しい電流設定信号を算出してその算出値に相当するアーク電流値の通電を制御する消耗電極ガスシールドアーク溶接のアーク電流制御方法において、前記アーク電流値を検出する検出回路と、前記出力電圧値を検出する検出回路と、前記電圧設定値を設定する設定回路と、前記アーク電流値の検出値に相当する電流設定信号を算出して予め設定した制御周期の間その算出値を出力する過程と、前記制御周期経過時点の前記出力電圧値の検出値が前記電圧設定値と等しくなる新しい前記電流設定信号を算出して前記制御周期の間出力する過程とを交互に繰り返して行うアーク電流制御回路とから構成されて、前記電流設定信号に相当するアーク電流値を通電して溶接する溶接装置。
- アーク発生期間中の溶接電源装置の出力電圧値を検出してその検出値が予め設定した電圧設定値と等しくなる新しい電流設定信号を算出してその算出値に相当するアーク電流値の通電を制御する消耗電極ガスシールドアーク溶接のアーク電流制御方法において、前記アーク電流値を検出する検出回路と、前記出力電圧値を検出する検出回路と、前記電圧設定値を設定する設定回路と、前記アーク電流値の検出値と前記電流設定信号とを比較する過程と、前記比較した値が等しいときは前記出力電圧値の検出値が前記電圧設定値と等しくなる新しい前記電流設定信号を算出して出力する過程と、前記比較した値が等しくないときは比較前の前記電流設定信号をそのまま出力する過程とを繰り返し行うアーク電流制御回路とから構成されて、前記電流設定信号に相当するアーク電流値を通電して溶接する溶接装置。
- 出力電圧値の検出値が電圧設定値と等しくなる新しい電流設定信号を算出する演算が、予め設定したアーク基準電流値及び予め設定した電圧誤差増幅率によって電流設定信号＝アーク基準電流値−電圧誤差増幅率×（出力電圧値−電圧設定値）で表わされる演算であるアーク電流制御回路から構成される請求項４又は請求項５に記載する溶接装置。
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-
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