【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、消耗電極パルスアーク溶接において、予め定めた傾きＫｓを有する外部特性を形成する溶接電源装置の出力制御方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
消耗電極パルスアーク溶接では、美しいビード外観、均一な溶込み深さ等の溶接品質を良好にするためには、溶接中のアーク長を適正値に維持することが極めて重要である。一般的に、アーク長は溶接ワイヤの送給速度と溶融速度とのバランスによって決まる。したがって、溶接中の送給速度が略一定であり、かつ、この送給速度が、溶接電流の平均値に略比例する溶融速度と略等しくなると、アーク長は常に一定となる。しかし、送給モータの回転速度の変動、溶接トーチの曲がりによる送給経路の摩擦力の変動等によって、溶接中の送給速度は変動するために、溶融速度とのバランスが崩れてアーク長は変化する。また、溶接作業者の手振れ等によるチップ・被溶接物間距離の変動、溶融池の不規則な振動等によってもアーク長は変化する。したがって、これらの種々の変動（以下、外乱という）によるアーク長の変化を抑制するためには、外乱に応じて常に溶融速度を調整してアーク長の変化を抑制する必要がある（以下、アーク長制御という）。
【０００３】
このアーク長制御方法としては、アーク長と溶接電圧の平均値とが略比例関係にあることを利用して、溶接電圧の平均値が予め定めた目標値と等しくなるように溶接電源装置の出力を制御する方法が一般的に使用されている。以下、従来技術１の出力制御方法について説明する。
【０００４】
［従来技術１］
図１は、パルスアーク溶接の電流・電圧波形図である。同図（Ａ）は溶接電流瞬時値Ｉｏの時間変化を示し、同図（Ｂ）は溶接電圧瞬時値Ｖｏの時間変化を示す。以下、同図を参照して説明する。
【０００５】
▲１▼ 時刻ｔ１〜ｔ２の期間（ベース期間Ｔｂ）
予め定めたベース期間Ｔｂの間は、同図（Ａ）に示すように、溶滴移行をさせないために２０〜８０［Ａ］程度の低電流値に予め定めたベース電流Ｉｂを通電し、同図（Ｂ）に示すように、溶接電圧瞬時値Ｖｏは、上記の通電に応じてベース電圧Ｖｂとなる。また、上記のベース期間Ｔｂの時間長さは、溶接ワイヤの送給速度、材質、直径等に対応して適正値に予め設定される。
【０００６】
▲２▼ 時刻ｔ２〜ｔ３の期間（ピーク期間Ｔｐ）
ピーク期間Ｔｐの間は、同図（Ａ）に示すように、溶滴移行をさせるために３００〜６００［Ａ］程度に予め定めたピーク電流Ｉｐを通電し、同図（Ｂ）に示すように、溶接電圧瞬時値Ｖｏは、上記の通電に応じてピーク電圧Ｖｐとなる。
【０００７】
【０００８】
同図（Ａ）に示すように、溶接電流瞬時値Ｉｏの１周期（パルス周期Ｔpb）の間の平均値が１周期溶接電流平均値Ｉｗとなり、同様に、同図（Ｂ）に示すように、溶接電圧瞬時値Ｖｏの１周期（パルス周期Ｔpb）の間の平均値が１周期溶接電圧平均値Ｖｗとなる。
パルスアーク溶接電源装置において、前述したように、アーク長を適正値に維持するための出力制御は以下のように行われる。すなわち、１周期溶接電圧平均値Ｖｗは、下式で表わされる。
Ｖｗ＝（１／Ｔpb）・∫Ｖｏ・ｄｔ （１）式
但し、上記の積分はパルス周期Ｔpb（時刻ｔ１〜ｔ３）の間行う。
上式に示す１周期溶接電圧平均値Ｖｗが予め定めた目標値の溶接電圧設定値Ｖｓと略等しくなるように、パルス周期Ｔpbの時間長さが制御される。なお、（１）式にＶｗ＝Ｖｓを代入して変形すると下式となる。
∫（Ｖｓ−Ｖｏ）・ｄｔ＝０ （２）式
但し、上記の積分は、パルス周期Ｔpbの間行う。
上式において、電圧誤差積分値Ｓｖ＝∫（Ｖｓ−Ｖｏ）・ｄｔと定義する。時刻ｔ１のパルス周期Ｔpbの開始時点から上記電圧誤差積分値Ｓｖの演算を開始し、時刻ｔ２以降のピーク期間Ｔｐ中の上記の電圧誤差積分値Ｓｖが０［Ｖ］となった時点で、パルス周期Ｔpbを終了し、次のパルス周期Ｔpbを開始する。このように、従来技術１の出力制御方法では、各周期ごとの１周期溶接電圧平均値Ｖｗが電圧設定値Ｖｓと等しくなるようにパルス周期Ｔpbの時間長さを制御することによってアーク長を適正値に維持する。
【０００９】
［従来技術２］
図２は、横軸に示す１周期溶接電流平均値Ｉｗと縦軸に示す１周期溶接電圧平均値Ｖｗとの関係を示す溶接電源装置の外部特性図である。以下、同図を参照して説明する。
同図において、特性Ｌ１は傾きＫｓ＝０［Ｖ／Ａ］の外部特性を示し、特性Ｌ２は傾きＫｓ＝−０．１［Ｖ／Ａ］の外部特性を示す。前述した従来技術１の出力制御方法では、１周期溶接電圧平均値Ｖｗは、１周期溶接電流平均値Ｉｗの値とは関係なく予め定めた溶接電圧設定値Ｖｓと等しくなるように出力制御されるために、傾きＫｓ＝０の上記の外部特性Ｌ１を形成することになる。
【００１０】
ところで、溶接電源装置の外部特性の傾きＫｓによってアーク長制御系の安定性（自己制御作用と呼ばれる）が大きく影響されることが従来から広く知られている。すなわち、アーク長制御系を安定化するためには、種々の溶接法に対応して外部特性の傾きＫｓを適正値に設定する必要がある。例えば、炭酸ガスアーク溶接法では外部特性の傾きＫｓの適正値は（０〜−０．０３）［Ｖ／Ａ］程度であり、パルスアーク溶接法では外部特性の傾きＫｓの適正値は（-０．０５〜−０．３）［Ｖ／Ａ］程度であることが知られている。したがって、本発明の対象であるパルスアーク溶接法においては、アーク長制御系を安定化するためには、同図に示す外部特性Ｌ１ではなく、-０．０５〜−０．３［Ｖ／Ａ］程度の範囲内で予め定めた傾きＫｓを有する外部特性Ｌ２を形成する必要がある。しかしながら、前述したように、従来技術１の出力制御方法では０［Ｖ／Ａ］以外の傾きＫｓを有する外部特性を形成することはできない。そこで、この問題を解決するために、以下に説明する従来技術２の出力制御方法が提案されている。以下、図面を参照して従来技術２の出力制御方法について説明する。
【００１１】
以下の説明において、前述した図２の外部特性Ｌ２を、形成される目標の外部特性とする。したがって、外部特性Ｌ２の直線の式は、予め定めた溶接電流設定値Ｉｓ、溶接電圧設定値Ｖｓ及び傾きＫｓによって、下式となる。
Ｖｗ＝Ｋｓ・（Ｉｗ−Ｉｓ）＋Ｖｓ （３）式
以下、上式で示す外部特性Ｌ２を形成するための出力制御方法について説明する。
【００１２】
図３は、上記（３）式で示す外部特性Ｌ２を形成する従来技術２の出力制御方法を説明するための電流・電圧波形図である。同図（Ａ）は溶接電流瞬時値Ｉｏの時間変化を示し、同図（Ｂ）は溶接電圧瞬時値Ｖｏの時間変化を示す。以下、同図を参照して説明する。
【００１３】
第ｎ回目のパルス周期Ｔpb(n)が開始する時点ｔ(n)において、第ｎ−１回目のパルス周期Ｔpb(n-1)中の前周期溶接電流平均値Ｉｗ(n-1)を算出し、Ｉｗ＝Ｉｗ(n-1)を前述した（３）式に代入して１周期溶接電圧平均値Ｖｗの目標値である電圧制御設定値Ｖsc(n)＝Ｋｓ・（Ｉｗ(n-1)−Ｉｓ）＋Ｖｓを演算する。この演算は、前述した図２の外部特性Ｌ２上のＰ１点の電圧制御設定値Ｖsc(n)を演算することになる。続いて、この電圧制御設定値Ｖsc(n)及び溶接電圧瞬時値Ｖｏによって、時刻ｔ(n)からの（２）式で前述した電圧誤差積分値Ｓｖ＝∫（Ｖsc(n)−Ｖｏ）・ｄｔを演算する。そして、第ｎ回目のパルス周期Ｔpb(n)のピーク期間中の電圧誤差積分値Ｓｖが０［Ｖ］になった時点ｔ(n+1)で、第ｎ回目のパルス周期Ｔpb(n)を終了して第ｎ＋１回目のパルス周期Ｔpb(n+1)を開始する。したがって、第ｎ回目のパルス周期Ｔpb(n)中の１周期溶接電圧平均値Ｖｗ(n)＝Ｖsc(n)となる。以後、上記の動作を繰り返して出力制御を行う。上述した従来技術２の出力制御方法によって、予め定めた傾きＫｓを有する外部特性を形成することができる。
【００１４】
図４は、上述した従来技術２の出力制御方法を実施するための溶接電源装置ＰＳのブロック図である。以下、同図を参照して各回路ブロックについて説明する。
電圧検出回路ＶＤは、溶接電圧瞬時値Ｖｏを検出して、電圧検出信号Ｖｄを出力する。電流検出回路ＩＤは、溶接電流瞬時値Ｉｏを検出して、電流検出信号Ｉｄを出力する。１周期溶接電流平均値算出回路ＩＷは、上記の電流検出信号Ｉｄの１周期の間の平均値を算出して、１周期溶接電流平均値信号Ｉｗを出力する。
【００１５】
溶接電源装置の外部に設置された溶接電圧設定回路ＶＳは、予め定めた溶接電圧設定信号Ｖｓを出力する。溶接電源装置の外部に設置された溶接電流設定回路ＩＳは、予め定めた溶接電流設定信号Ｉｓを出力する。図示していないが、この溶接電流設定信号Ｉｓに対応した送給速度で溶接ワイヤ１が送給される。傾き設定回路ＫＳは、予め定めた外部特性の傾き設定信号Ｋｓを出力する。外部特性制御回路ＶＳＣは、上記の１周期溶接電流平均値信号Ｉｗ、溶接電圧設定信号Ｖｓ、溶接電流設定信号Ｉｓ及び傾き設定信号Ｋｓを入力として、前述した（３）式の演算によって、電圧制御設定信号Ｖscを出力する。電圧誤差積分回路ＳＶは、上記の電圧検出信号Ｖｄ及び電圧制御設定信号Ｖscを入力として、各パルス周期の開始時点から前述した（２）式の積分を行い、電圧誤差積分値信号Ｓｖを出力する。比較回路ＣＭは、上記の電圧誤差積分値信号Ｓｖと０［Ｖ］とを比較して、両値が等しくなった時点で、短時間Ｈｉｇｈレベルとなる比較信号Ｃｍを出力する。上記の外部特性制御回路ＶＳＣ、電圧誤差積分回路ＳＶ及び比較回路ＣＭによって、図３の説明の項で前述した従来技術２の出力制御方法の主要部を形成する。
【００１６】
タイマ回路ＭＭは、上記の比較信号Ｃｍをトリガ信号として、予め定めたベース期間Ｔｂの間Ｈｉｇｈレベルとなる切換信号Ｍｍを出力する。ベース電流設定回路ＩＢは、予め定めたベース電流設定信号Ｉｂを出力する。ピーク電流設定回路ＩＰは、予め定めたピーク電流設定信号Ｉｐを出力する。ベース／ピーク切換回路ＳＷは、上記の切換信号Ｍｍを入力として、入力信号がＨｉｇｈレベルのときはａ側に切り換わり上記のベース電流設定信号Ｉｂを電流制御設定信号Ｉscとして出力し、入力信号がＬｏｗレベルのときはｂ側に切り換わり上記のピーク電流設定信号Ｉｐを電流制御設定信号Ｉscとして出力する。電流誤差増幅回路ＥＩは、上記の電流制御設定信号Ｉscと電流検出信号Ｉｄとの誤差を増幅して、電流誤差増幅信号Ｅｉを出力する。
【００１７】
出力制御回路ＩＮＶは、上記の電流誤差増幅信号Ｅｉを制御信号とし、交流商用電源（３相２００［Ｖ］等）を入力としてインバータ制御、サイリスタ位相制御等によって出力制御して、上記の電流制御設定信号Ｉscに相当する溶接電流瞬時値Ｉｏを通電する。すなわち、Ｉsc＝Ｉｂのときにはベース電流Ｉｂが通電し、Ｉsc＝Ｉｐのときにはピーク電流Ｉｐが通電する。
また、溶接ワイヤ１はワイヤ送給装置の送給ロール５ａによって溶接トーチ４を通って送給されて、被溶接物２との間にアーク３が発生する。
【００１８】
図５は、上述した溶接電源装置ＰＳの各信号のタイミングチャートである。同図（Ａ）は溶接電流瞬時値Ｉｏの時間変化を示し、同図（Ｂ）は溶接電圧瞬時値Ｖｏの時間変化を示し、同図（Ｃ）は電圧誤差積分値信号Ｓｖの時間変化を示し、同図（Ｄ）は比較信号Ｃｍの時間変化を示し、同図（Ｅ）は切換信号Ｍｍの時間変化を示す。同図（Ａ）及び（Ｂ）は、前述した図１と同一である。以下、同図を参照して説明する。
【００１９】
▲１▼ 時刻ｔ(n-1)〜ｔ(n)の期間（第ｎ−１回目のパルス周期Ｔpb(n-1)）
時刻ｔ(n-1)において、同図（Ｃ）に示すように、電圧誤差積分値信号Ｓｖが０［Ｖ］になると、同図（Ｄ）に示すように、比較信号Ｃｍが短時間Ｈｉｇｈレベルになる。この変化に応じて、同図（Ｅ）に示すように、切換信号Ｍｍはベース期間Ｔｂの間Ｈｉｇｈレベルとなり、同図（Ａ）に示すように、溶接電流瞬時値信号Ｉｏはベース電流Ｉｂとなる。このベース期間Ｔｂ中は、電圧誤差積分値信号Ｓｖ＝∫（Ｖsc(n-1)−Ｖｏ）・ｄｔ＝∫（Ｖsc(n-1)−Ｖｂ）・ｄｔの演算が行われる。ここで、Ｖ(n-1)＞Ｖｂなので、同図（Ｃ）に示すように、電圧誤差積分値信号Ｓｖは、時間経過と共に増加する。
【００２０】
同図（Ｅ）に示すように、切換信号ＭｍがＬｏｗレベルに変化すると、同図（Ａ）に示すように、溶接電流瞬時値信号Ｉｏはピーク電流Ｉｐとなる。このピーク期間Ｔｐ中は、電圧誤差積分値信号Ｓｖ＝∫（Ｖsc(n-1)−Ｖｏ）・ｄｔ＝∫（Ｖsc(n-1)−Ｖｐ）・ｄｔの演算が行われる。ここで、Ｖ(n-1)＜Ｖｐなので、同図（Ｃ）に示すように、電圧誤差積分値信号Ｓｖは、時間経過と共に減少し、時刻ｔ(n)において０［Ｖ］になる。
【００２１】
▲２▼ 時刻ｔ(n)以降の期間（第ｎ回目のパルス周期Ｔpb(n)
第ｎ回目のパルス周期Ｔpb(n)の開始時点ｔ(n)において、図４の説明の項で前述したように、時刻ｔ(n-1)〜Ｔ(n)の間の前周期溶接電流平均値Ｉｗ(n-1)の算出値を（３）式に代入して、同図（Ｂ）に示すように、第ｎ回目のパルス周期Ｔpb(n)の電圧制御設定信号Ｖsc(n)が演算される。これ以降の動作は、上記▲１▼項の動作と同様であるので、説明を省略する。
上述したように、従来技術２の出力制御方法では、予め定めた傾きＫｓを有する外部特性を形成することができる。
【００２２】
【発明が解決しようとする課題】
▲１▼ 図６は、解決課題を説明するための前述した図３に対応する電流・電圧波形図である。同図（Ａ）は溶接電流瞬時値Ｉｏの時間変化を示し、同図（Ｂ）は溶接電圧瞬時値Ｖｏの時間変化を示す。同図は、第ｎ−１回目のパルス周期Ｔpb(n-1)中に溶接ワイヤと被溶接物との短絡が発生した場合である。一般的に、パルスアーク溶接においては、溶滴移行に伴って１秒間に数回〜数十回の短絡が発生する。以下、同図を参照して説明する。
【００２３】
同図（Ａ）に示すように、第ｎ−１回目のパルス周期Ｔpb(n-1)中に短絡が発生すると、通常、短絡状態を早期に解除してアークを再発生させるために大きな値の短絡解除電流Ｉｔを通電する。このために、第ｎ−１回目のパルス周期Ｔpb(n-1)中の前周期溶接電流平均値Ｉｗ(n-1)は、その前の周期の値よりも大きくなる。図３の説明の項で前述したように、傾きＫｓを有する外部特性を形成するために、この前周期溶接電流平均値Ｉｗ(n-1)を（３）式に代入して、次周期の電圧制御設定値Ｖsc(n)を演算する。したがって、前周期溶接電流平均値Ｉｗ(n-1)が大きくなると、第ｎ回目のパルス周期Ｔpb(n)の電圧制御設定値Ｖsc(n)は小さくなる。その結果、１周期溶接電圧平均値Ｖｗ(n)も小さくなるために、第ｎ回目のパルス周期Ｔpb(n)中のアーク長は前周期よりも短くなり、さらに短絡が発生しやすい状態となる。すなわち、１回の短絡の発生が次の短絡を誘発することになり、アーク状態は不安定になり、ビード外観の悪化、溶込み深さの不均一、スパッタの大量発生等の溶接不良が生じやすい。
特に、高速溶接時においては、アンダーカット等の溶接欠陥の発生を防止するために、通常、アーク長を短く設定して溶接を行う必要がある。このために、短絡が発生しやすい状態にあり、従来技術の出力制御方法ではアーク状態が不安定になりやすい。
【００２４】
▲２▼ 従来技術２の出力制御方法では、前周期の状態をフィードバックして、次周期の出力制御を行うために、原理的にフィードバック制御系の位相余裕が小さくなり、制御系が不安定になりやすい状態にある。例えば、第ｎ−１回目のパルス周期Ｔpb(n-1)中の外乱によって溶接電圧瞬時値Ｖｏが大きくなると、電圧制御設定値Ｖsc(n-1)と等しくなるようにパルス周期Ｔpb(n-1)の時間長さは長くなる。このため、第ｎ−１回目の前周期溶接電流平均値Ｉｗ(n-1)が小さくなるために、次周期の電圧制御設定値Ｖsc(n)は、次周期中のアーク状態とは関係なく大きくなる。このように、前周期中の外乱によって次周期の電圧制御設定値Ｖsc(n)が変化し、次周期のアーク長に影響を及ぼすことになる。その結果、１つの外乱の発生に誘発されて、次周期以降のアーク長が変化する場合が生じる。
【００２５】
そこで、本発明では、予め定めた傾きＫｓを有する外部特性を形成すると共に、安定した制御系によって現周期の外乱によるアーク長への影響を現周期中に抑制し、次周期のアーク長に影響を与えない溶接電源装置の出力制御方法を提供する。
【００２６】
【課題を解決するための手段】
第１の発明は、図７〜９に示すように、
予め定めたベース期間Ｔｂ中は溶滴移行をさせない値に予め定めたベース電流Ｉｂを通電し、続けてピーク期間Ｔｐ中は溶滴移行をさせる値に予め定めたピーク電流Ｉｐを通電し、これら１周期の通電をパルス周期Ｔpbとして繰り返し通電して溶接する消耗電極パルスアーク溶接に使用する溶接電源装置の出力制御方法において、
溶接電源装置の外部特性の傾きＫｓ及び溶接電流設定値Ｉｓ及び溶接電圧設定値Ｖｓを予め設定し、上記設定値によって第１の変数Ａ＝Ｋｓ・（Ｉｐ−Ｉｓ）及び第２の変数Ｂ＝Ｋｓ・（Ｉｐ−Ｉｂ）・Ｔｂを演算した後に、溶接中の溶接電圧瞬時値Ｖｏを検出して第ｎ回目のパルス周期Ｔpb(n)の開始時点からの傾き形成電圧誤差積分値Ｓva＝∫（Ａ＋Ｖｓ−Ｖｏ）・ｄｔを演算し、上記第ｎ回目のベース期間Ｔｂ(n)に続く第ｎ回目のピーク期間Ｔｐ(n)中の上記傾き形成電圧誤差積分値Ｓvaが上記第２の変数Ｂの値以下になった時点で上記第ｎ回目のパルス周期Ｔpb(n)を終了し、続けて第ｎ＋１回目のパルス周期Ｔpb(n+1)を開始して上記動作を繰り返し行うことによって上記傾きＫｓを有する外部特性を形成して溶接を行うパルスアーク溶接電源装置の出力制御方法である。
【００２７】
第２の発明は、第１の発明に記載する第１の変数Ａ及び第２の変数Ｂの演算を、溶接中の予め定めた変数演算周期Ｔｃ毎に又はパルス周期の開始時点毎に行うパルスアーク溶接電源装置の出力制御方法である。
【００２８】
第３の発明は、図１０〜１１に示すように、
溶接ワイヤの送給速度設定値Ｗｓ並びに溶接ワイヤの材質及び直径を設定し、これらによって溶接電流設定値Ｉｓを算出する第１又は第２の発明に記載するパルスアーク溶接電源装置の出力制御方法である。
【００２９】
以下、本発明の実施の形態を例示する実施例１〜３について説明する。
［実施例１］
図７は、本発明の出力制御方法の動作原理を説明するための電流・電圧波形図である。同図（Ａ）は溶接電流瞬時値Ｉｏの時間変化を示し、同図（Ｂ）は溶接電圧瞬時値Ｖｏの時間変化を示す。同図において、実施例１の出力制御方法によって形成される目標の外部特性は、前述した（３）式と同様に、予め定めた溶接電流設定値Ｉｓ、溶接電圧設定値Ｖｓ及び傾きＫｓによってＶｗ＝Ｋｓ・（Ｉｗ−Ｉｓ）＋Ｖｓで示す直線である。以下、同図を参照して説明する。
【００３０】
同図に示すように、第ｎ回目のパルス周期Ｔpb(n)中の１周期溶接電流平均値Ｉｗ(n)及び１周期溶接電圧平均値Ｖｗ(n)を算出し、両算出値にＶｗ(n)＝Ｋｓ・（Ｉｗ(n)−Ｉｓ）＋Ｖｓの関係が成立した時点ｔ(n+1)で、第ｎ回目のパルス周期Ｔpb(n)を終了し、第ｎ＋１回目のパルス周期Ｔpb(n+1)を開始するように出力制御する。これによって、（３）式で示す目標の外部特性が形成されると共に、従来技術２では前周期溶接電流平均値Ｉｗ(n-1)と現周期の１周期溶接電圧平均値Ｖｗ(n)とが（３）式の関係にあったのに対して、実施例１では、現周期の１周期溶接電流平均値Ｉｗ(n)と現周期の１周期溶接電圧平均値Ｖｗ(n)とが（３）式の関係にある。したがって、前周期に発生した外乱によって、現周期の出力制御が影響を受けることはない。以下、本発明の基礎となる前述した（２）式に対応する制御式を導出する。
【００３１】
下記のすべての式における積分は、第ｎ回目のパルス周期Ｔpb(n)の開始時点から終了時点までの間行うものとする。
(1) １周期溶接電流平均値Ｉｗ［Ａ］は、ピーク電流Ｉｐ［Ａ］、ベース電流Ｉｂ［Ａ］、ベース期間Ｔｂ［ｓ］及び第ｎ回目のピーク期間Ｔｐ(n)［ｓ］によって、下式で表わされる。
Ｉｗ＝Ｉｐ−（（Ｉｐ−Ｉｂ）・Ｔｂ／（Ｔｐ(n)＋Ｔｂ）） （41）式
(2) 上式において、Ｉｗ＝電流設定値Ｉｓ［Ａ］のときＴｐ＝Ｔpsとすると下式となる。
Ｉｓ＝Ｉｐ−（（Ｉｐ−Ｉｂ）・Ｔｂ／（Ｔps＋Ｔｂ） （42）式
(3) (41)式及び(42)式から下式が得られる。
Ｉｗ−Ｉｓ＝（Ｉｐ−Ｉｂ）・Ｔｂ・（（１／（Ｔps＋Ｔｂ））−（１／（Ｔｐ(n)＋Ｔｂ））） (43)式
【００３２】
(4) 外部特性の傾きＫｓ［Ｖ／Ａ］は、第ｎ回目の１周期溶接電圧平均値Ｖｗ(n)［Ｖ］、電圧設定値Ｖｓ［Ｖ］、第ｎ回目の１周期溶接電流平均値Ｉｗ(n)［Ａ］及び電流設定値Ｉｓ［Ａ］によって、下式で表わされる。
Ｋｓ＝（Ｖｗ(n)−Ｖｓ）／（Ｉｗ(n)−Ｉｓ） （44）式
(5) 上式に（43）式を代入すると下式となる。
Ｖｗ(n)−Ｖｓ＝Ｋｓ・（Ｉｐ−Ｉｂ）・Ｔｂ・（（１／（Ｔps＋Ｔｂ））−（１／（Ｔｐ(n)＋Ｔｂ））） （45）式
(6) １周期溶接電圧平均値Ｖｗ(n)は、溶接電圧瞬時値Ｖｏによって下式で定義される。
Ｖｗ(n)＝（１／（Ｔｐ(n)＋Ｔｂ））・∫Ｖｏ・ｄｔ （46）式
【００３３】
(7) 上式を(45)式に代入すると下式となる。
（１／（Ｔｐ(n)＋Ｔｂ））・∫（Ｖｏ−Ｖｓ）・ｄｔ＝Ｋｓ・（Ｉｐ−Ｉｂ）・Ｔｂ・（（１／（Ｔps＋Ｔｂ））−（１／（Ｔｐ(n)＋Ｔｂ））） （47）式
(8) 上式を変形すると下式となる。
∫（Ｖｏ−Ｖｓ）・ｄｔ＝Ｋｓ・（Ｉｐ−Ｉｂ）・Ｔｂ・（（Ｔｐ(n)＋Ｔｂ）／（Ｔps＋Ｔｂ））−Ｋｓ・（Ｉｐ−Ｉｂ）・Ｔｂ （48）式
(9) (42)式を変形すると下式となる。
（Ｉｐ−Ｉｂ）・Ｔｂ／（Ｔps＋Ｔｂ）＝Ｉｐ−Ｉｓ (49)式
(10) 上式を(48)式に代入すると下式となる。
∫（Ｖｏ−Ｖｓ）・ｄｔ＝Ｋｓ・（Ｉｐ−Ｉｓ）・（Ｔｐ(n)＋Ｔｂ）−Ｋｓ・（Ｉｐ−Ｉｂ）・Ｔｂ (410)式
(11) 上式を変形すると下式となる。
∫Ｋｓ・（Ｉｐ−Ｉｓ）・ｄｔ−∫（Ｖｏ−Ｖｓ）・ｄｔ＝Ｋｓ・（Ｉｐ−Ｉｂ）・Ｔｂ (411)式
【００３４】
(12) ここで、式を簡潔にするために、第１の変数Ａを導入して下式で定義する。
Ａ＝Ｋｓ・（Ｉｐ−Ｉｓ） （５）式
(13) 同様に、第２の変数Ｂを導入して下式で定義する。
Ｂ＝Ｋｓ・（Ｉｐ−Ｉｂ）・Ｔｂ （６）式
(14) （５）式及び（６）式を（411）式に代入すると、本発明の制御式である下式が得られる。
∫（Ａ＋Ｖｓ−Ｖｏ）・ｄｔ＝Ｂ （７）式
【００３５】
したがって、第ｎ回目のパルス周期Ｔpb(n)の終了時点において、上式が成立することになる。第ｎ回目のパルス周期Ｔpb(n)の開始時点においては、傾きＫｓ、ピーク電流Ｉｐ、電流設定値Ｉｓ、ベース電流Ｉｂ及びベース期間Ｔｂの設定値パラメータは定数とみなすことができるので、上記（５）式で示す第１の変数Ａ及び上記（６）式で示す第２の変数Ｂは共に定数とみなすことができる。ここで、第ｎ回目のパルス周期Ｔpb(n)の開始時点からの傾き形成電圧誤差積分値Ｓvaを上記（７）式の左辺である
Ｓva＝∫（Ａ＋Ｖｓ−Ｖｏ）・ｄｔ
と定義する。通常、Ｋｓ≦０、Ｉｂ＜Ｉｓ＜Ｉｐ、Ｔｂ＞０なので、Ａ＝Ｋｓ・（Ｉｐ−Ｉｓ）≦０及びＢ＝Ｋｓ・（Ｉｐ−Ｉｂ）・Ｔｂ≦０となる。図７において、ベース期間Ｔｂ中はＶｓ＞Ｖｏ（＝Ｖｂ）となるが、（Ａ＋Ｖｓ−Ｖｏ）の値は上記の設定値パラメータの値によって正の値にも負の値にもなる。他方、ピーク期間Ｔｐ中はＶｓ＜Ｖｏ（＝Ｖｐ）なので、（Ａ＋Ｖｓ−Ｖｏ）＜０となり、上記の傾き形成電圧誤差積分値Ｓvaの値は、ピーク期間Ｔｐ中は時間経過と共に次第に小さくなる。したがって、第ｎ回目のパルス周期Ｔpb(n)の開始時点からの傾き形成電圧誤差積分値Ｓvaを演算し、その演算値が第２の変数Ｂの値と等しくなるか又は第２の変数Ｂの値以下になった時点で、第ｎ回目のパルス周期Ｔpb(n)を終了する。すなわち、下式が成立した時点でパルス周期を終了する。
Ｓva＝∫（Ａ＋Ｖｓ−Ｖｏ）・ｄｔ≦Ｂ （８）式
但し、上記積分は、第ｎ回目のパルス周期Ｔpb(n)の間行う。
【００３６】
上述したように、本発明は、第１の変数Ａ＝Ｋｓ・（Ｉｐ−Ｉｓ）及び第２の変数Ｂ＝Ｋｓ・（Ｉｐ−Ｉｂ）・Ｔｂを演算した後に、溶接中の溶接電圧瞬時値Ｖｏを検出して第ｎ回目のパルス周期Ｔpb(n)の開始時点からの傾き形成電圧誤差積分値Ｓva＝∫（Ａ＋Ｖｓ−Ｖｏ）・ｄｔを演算し、上記第ｎ回目のベース期間Ｔｂに続く第ｎ回目のピーク期間Ｔｐ中の上記傾き形成電圧誤差積分値Ｓvaの値が上記第２の変数Ｂの値以下になった時点で、上記第ｎ回目のパルス周期Ｔpb(n)を終了し、続けて第ｎ＋１回目のパルス周期Ｔpb(n+1)を開始して上記動作を繰り返し行うことによって、上記傾きＫｓを有する外部特性を形成して溶接を行うパルスアーク溶接電源装置の出力制御方法である。
【００３７】
なお、傾きＫｓ＝０と設定すると、第１の変数Ａ＝０及び第２の変数Ｂ＝０となるので、（８）式は
Ｓva＝∫（Ｖｓ−Ｖｏ）・ｄｔ≦０
となり、前述した従来技術のときの（２）式と一致する。すなわち、本発明の出力制御方法を示す（８）式における特別な場合（Ｋｓ＝０）が、従来技術の出力制御方法を示す（２）式の場合となる。
【００３８】
図８は、上述した本発明を実施するための実施例１のパルス周期毎制御溶接電源装置ＰＳＡのブロック図である。同図において、前述した図４と同一の回路ブロックには同一符号を付し、それらの説明は省略する。以下、図４とは異なる点線で示す回路ブロックについて説明する。
【００３９】
第１の変数演算回路ＣＡは、傾き設定信号Ｋｓ、ピーク電流設定信号Ｉｐ及び溶接電流設定信号Ｉｓを入力として、前述した（５）式の演算を行い、第１の変数演算値信号Ｃａを出力する。第２の変数演算回路ＣＢは、傾き設定信号Ｋｓ、ピーク電流設定信号Ｉｐ、ベース電流設定信号Ｉｂ及びベース期間設定信号Ｔｂを入力として、前述した（６）式の演算を行い、第２の変数演算値信号Ｃｂを出力する。
【００４０】
傾き形成電圧誤差積分回路ＳＶＡは、上記の第１の変数演算値信号Ｃａ、溶接電圧設定信号Ｖｓ及び電圧検出信号Ｖｄを入力として、第ｎ回目のパルス周期Ｔpb(n)の開始時点から前述した（８）式左辺の積分を行い、傾き形成電圧誤差積分値信号Ｓvaを出力する。変数比較回路ＣＭＡは、上記の傾き形成電圧誤差積分値信号Ｓvaと上記の第２の変数演算値信号Ｃｂとを比較して、ＳVa≦Ｃｂになった時点で、短時間Ｈｉｇｈレベルとなる比較信号Ｃｍを出力する。すなわち、上記の傾き形成電圧誤差積分回路ＳＶＡ及び変数比較回路ＣＭＡによって、本発明の出力制御方法を示す前述した（８）式の演算を行う。
これ以降の動作の説明は、図４のときと同様であるので省略する。
【００４１】
図９は、前述した（８）式左辺に示す傾き形成電圧誤差積分値Ｓvaの時間変化とパルス周期Ｔpbとの関係を示す図である。同図（Ａ）は溶接電流瞬時値Ｉｏの時間変化を示し、同図（Ｂ）は、縦軸にパルス周期の開始時点（ｔ０）からの傾き形成電圧誤差積分値Ｓvaの時間変化を示し、横軸にパルス周期Ｔpbの時間長さを示す。同図に示す３つの特性Ｙ１〜Ｙ３は、図７の説明の項で前述した設定値パラメータが同一であり、そのために（８）式における第１の変数Ａ、第２の変数Ｂ及び溶接電圧設定値Ｖｓが同一である場合において、溶接中のアーク長が適正値の場合（特性Ｙ２）、適正値よりも短い場合（特性Ｙ１）及び適正値よりも長い場合（特性Ｙ３）を示す。以下、同図を参照して説明する。
【００４２】
▲１▼ アーク長が適正値の場合（特性Ｙ２）
アーク長が適正値の場合のベース電圧をＶb2とし、ピーク電圧をＶp2とする。同図（Ａ）に示す時刻ｔ０〜ｔ１までのベース期間Ｔｂ中は、傾き形成電圧誤差積分値ＳvaはＳva＝∫（Ａ＋Ｖｓ-Ｖb2）・ｄｔの演算値として時間経過と共に次第に小さくなる。そして、時刻ｔ１以降のピーク期間Ｔｐ中は、傾き形成電圧誤差積分値ＳvaはＳva＝∫（Ａ＋Ｖｓ-Ｖp2）・ｄｔの演算値として時間経過と共に、上記のベース期間Ｔｂ中とは異なる傾斜で次第に小さくなり、時刻ｔ３においてＳva≦Ｂとなるとパルス周期Ｔpb2が終了する。
【００４３】
▲２▼ アーク長が適正値よりも短い場合（特性Ｙ１）
溶接電圧瞬時値Ｖｏはアーク長に略比例するので、アーク長が適正値よりも短い場合のベース電圧はＶb1＜Ｖb2となり、ピーク電圧はＶp1＜Ｖp2となる。同図（Ａ）に示す時刻ｔ０〜ｔ１までのベース期間Ｔｂ中は、傾き形成電圧誤差積分値ＳvaはＳva＝∫（Ａ＋Ｖｓ-Ｖb1）・ｄｔの演算値として時間経過と共に、上記▲１▼項のときよりも緩やか勾配で小さくなる。そして、時刻ｔ１以降のピーク期間Ｔｐ中は、傾き形成電圧誤差積分値ＳvaはＳva＝∫（Ａ＋Ｖｓ-Ｖp1）・ｄｔの演算値として時間経過と共に、ベース期間Ｔｂ中とは異なる勾配で小さくなり、時刻ｔ４においてＳva≦Ｂとなるとパルス周期Ｔpb1が終了する。したがって、アーク長が適正値よりも短い場合には、パルス周期Ｔpb1は上記▲１▼項のときのＴpb2よりも長くなり、１周期溶接電圧平均値Ｖｗが大きくなるので、アーク長は長くなる方向に変化して適正値に近づくことになる。
【００４４】
▲３▼ アーク長が適正値よりも長い場合（特性Ｙ３）
前述したように、溶接電圧瞬時値Ｖｏはアーク長に略比例するので、アーク長が適正値よりも長い場合のベース電圧はＶb3＞Ｖb2となり、ピーク電圧はＶp3＞Ｖp2となる。同図（Ａ）に示す時刻ｔ０〜ｔ１までのベース期間Ｔｂ中は、傾き形成電圧誤差積分値ＳvaはＳva＝∫（Ａ＋Ｖｓ-Ｖb3）・ｄｔの演算値として時間経過と共に、上記▲１▼項のときよりも急な勾配で小さくなる。そして、時刻ｔ１以降のピーク期間Ｔｐ中は、傾き形成電圧誤差積分値ＳvaはＳva＝∫（Ａ＋Ｖｓ-Ｖp3）・ｄｔの演算値として時間経過と共にベース期間Ｔｂ中とは異なる勾配で小さくなり、時刻ｔ２においてＳva≦Ｂとなるとパルス周期Ｔpb3が終了する。したがって、アーク長が適正値よりも長い場合には、パルス周期Ｔpb3は上記▲１▼項のときのＴpb2よりも短くなり、１周期溶接電圧平均値Ｖｗが小さくなるので、アーク長は短くなる方向に変化して適正値に近づくことになる。
上述したように、溶接中のアーク長の変動に応じて、傾き形成電圧誤差積分値Ｓvaの勾配が変化することによってパルス周期が変化し、その結果、１周期溶接電圧平均値Ｖｗが変化してアーク長の変動を抑制する。
【００４５】
［実施例２］
実施例２の発明は、上述した実施例１の発明における第１の変数Ａ及び第２の変数Ｂの演算を、溶接中の予め定めた変数演算周期Ｔｃ［ｓ］毎に又はパルス周期Ｔpbの開始時点毎に行うパルスアーク溶接電源装置の出力制御方法である。以下、実施例２の発明について説明する。
【００４６】
実施例２の出力制御方法を実施するための溶接電源装置は、前述した図８における第１の変数演算回路ＣＡ及び第２の変数演算回路ＣＢの動作を以下のように変更した構成となる。
実施例２の第１の変数演算回路ＣＡは、傾き設定信号Ｋｓ、ピーク電流設定信号Ｉｐ及び溶接電流設定信号Ｉｓを入力として、予め定めた変数演算周期Ｔｃ毎に又は変数比較信号Ｃｍが短時間Ｈｉｇｈレベルとなるパルス周期Ｔpbの開始時点毎に、前述した（５）式の演算を行い、第１の変数演算値信号Ｃａを出力する。実施例２の第２の変数演算回路ＣＢは、傾き設定信号Ｋｓ、ピーク電流設定信号Ｉｐ、ベース電流設定信号Ｉｂ及びベース期間設定信号Ｔｂを入力として、予め定めた変数演算周期Ｔｃ毎に又は変数比較信号Ｃｍが短時間Ｈｉｇｈレベルとなるパルス周期Ｔpbの開始時点毎に、前述した（６）式の演算を行い、第２の変数演算値信号Ｃｂを出力する。
【００４７】
実施例２の発明では、溶接中に設定値パラメータが変化しても、その変化に対応して第１の変数Ａ及び第２の変数Ｂが再演算されるので、常にその時点での設定値パラメータに応じた適正な出力制御が行われる。
【００４８】
［実施例３］
実施例３の発明は、溶接ワイヤの送給速度設定値Ｗｓ並びに溶接ワイヤの材質及び直径を設定し、それらによって実施例１又は実施例２の発明における溶接電流設定値Ｉｓを算出するパルスアーク溶接電源装置の出力制御方法である。以下、実施例３の発明について説明する。
【００４９】
実施例３の発明を実施するための溶接電源装置は、前述した図８における溶接電流設定回路ＩＳを図１１０で後述する溶接電流設定値算出回路ＣＩＳに置換した構成となる。
図１０は、上記の溶接電流設定値算出回路ＣＩＳのブロック図である。溶接電源装置の外部に設置された送給速度設定回路ＷＳは、予め定めた送給速度設定信号Ｗｓを出力する。溶接電源装置に内蔵された溶接電流設定値算出回路ＣＩＳは、上記の送給速度設定信号Ｗｓ、溶接ワイヤの材質及び溶接ワイヤの直径を入力として、図１１に例示する溶融特性によって算出した溶接電流設定信号Ｉｓを出力する。
【００５０】
図１１は、縦軸に示す送給速度設定値Ｗｓと横軸に示す溶接電流設定値Ｉｓとの関係を示す溶融特性図である。同図は、溶接ワイヤの材質はアルミニウム合金Ａ５３５６の場合であり、溶接ワイヤの直径が１．２［mm］又は１．６［mm］の場合の溶融特性を示す。例えば、送給速度設定値Ｗｓ＝９００［cm/分］のときの溶接電流設定値Ｉｓは、直径１．２［mm］のときはＩｓ＝１５０［Ａ］となり、直径１．６［mm］のときはＩｓ＝２５０［Ａ］となる。
溶接ワイヤの材質が鉄鋼、ステンレス鋼等の場合にも、同図に相当する溶融特性図から溶接電流設定値Ｉｓを算出する。
【００５１】
上述した実施例３の発明では、実用上は溶接電流設定信号Ｉｓに代えて多く使用される送給速度設定信号Ｗｓが外部から入力される場合においても、本発明の出力制御方法を実施することができる。
【００５２】
【発明の効果】
本発明では、各パルス周期Ｔpb中の１周期溶接電流平均値Ｉｗと１周期溶接電圧平均値Ｖｗとの動作点は必ず目標の外部特性上に存在するので、各パルス周期Ｔpb中の外乱によるアーク長の変動は、その周期中に抑制される。したがって、外乱に対する過渡応答性に優れているので、溶接中のアーク長の変動が少なくなり、常に良好な溶接品質を得ることができる。
さらに、実施例２の発明では、溶接中に設定値パラメータが変化しても、それに応じて第１の変数Ａ及び第２の変数Ｂを再演算することによって、常に適正な出力制御を行うことができる。
さらに、実施例３の発明では、外部から溶接電流設定信号Ｉｓに代えて送給速度設定信号Ｗｓが入力される場合でも、本発明の出力制御方法を実施することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】パルスアーク溶接の電流・電圧波形図
【図２】溶接電源装置の外部特性図
【図３】従来技術２の出力制御方法を説明するための電流・電圧波形図
【図４】従来技術２の溶接電源装置のブロック図
【図５】従来技術２の溶接電源装置のタイミングチャート
【図６】解決課題を説明するための電流・電圧波形図
【図７】実施例１の出力制御方法を説明するための電流・電圧波形図
【図８】実施例１の溶接電源装置のブロック図
【図９】実施例１の傾き形成電圧誤差積分値Ｓvaの時間変化とパルス周期Ｔpbとの関係を示す図
【図１０】実施例３における溶接電流設定値算出回路ＣＩＳのブロック図
【図１１】送給速度設定値Ｗｓと溶接電流設定値Ｉｓとの関係を示す溶融特性図
【符号の説明】
１ 溶接ワイヤ
２ 被溶接物
３ アーク
４ 溶接トーチ
５ａ ワイヤ送給装置の送給ロール
Ａ 第１の変数
Ｂ 第２の変数
ＣＡ 第１の変数演算回路
Ｃａ 第１の変数演算値信号
ＣＢ 第２の変数演算回路
Ｃｂ 第２の変数演算値信号
ＣＩＳ 溶接電流設定値算出回路
ＣＭ 比較回路
Ｃｍ 比較信号
ＣＭＡ 変数比較回路
ＥＩ 電流誤差増幅回路
Ｅｉ 電流誤差増幅信号
ＩＢ ベース期間設定回路
Ｉｂ ベース電流（設定信号）
ＩＤ 電流検出回路
Ｉｄ 電流検出信号
ＩＮＶ 出力制御回路
Ｉｏ 溶接電流瞬時値
ＩＰ ピーク期間設定回路
Ｉｐ ピーク電流（設定信号）
ＩＳ 溶接電流設定回路
Ｉｓ 溶接電流設定（値／信号）
Ｉsc 電流制御設定信号
Ｉｔ 短絡解除電流
ＩＷ １周期溶接電流平均値算出回路
Ｉｗ、Ｉｗ(n) １周期溶接電流平均値（信号）
ＫＳ 傾き設定回路
Ｋｓ 外部特性の傾き（設定信号）
Ｌ１、Ｌ２ 外部特性
ＭＭ タイマ回路
Ｍｍ 切換信号
Ｐ１ 動作点
ＰＳ 溶接電源装置
ＰＳＡ パルス周期毎制御溶接電源装置
ＳＶ 電圧誤差積分回路
Ｓｖ 電圧誤差積分値（信号）
ＳＶＡ 傾き形成電圧誤差積分回路
Ｓva 傾き形成電圧誤差積分値（信号）
ＳＷ ベース／ピーク切換回路
Ｔｂ ベース期間（設定信号）
Ｔｐ ピーク期間
Ｔpb、Ｔpb(n) パルス周期
Ｖｂ ベース電圧
ＶＤ 電圧検出回路
Ｖｄ 電圧検出信号
Ｖｏ 溶接電圧瞬時値
Ｖｐ ピーク電圧
ＶＳ 溶接電圧設定回路
Ｖｓ 溶接電圧設定（値／信号）
ＶＳＣ 外部特性制御回路
Ｖsc 電圧制御設定（値／信号）
Ｖｗ、Ｖｗ(n) １周期溶接電圧平均値
ＷＳ 送給速度設定回路
Ｗｓ 送給速度設定（値／信号）
Ｙ１〜Ｙ３ 溶融特性[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to an output control method for a welding power source apparatus that forms external characteristics having a predetermined slope Ks in consumable electrode pulse arc welding.
[0002]
[Prior art]
In consumable electrode pulse arc welding, it is extremely important to maintain the arc length during welding at an appropriate value in order to improve the welding quality such as a beautiful bead appearance and uniform penetration depth. Generally, the arc length is determined by the balance between the welding wire feeding speed and the melting speed. Therefore, when the feeding speed during welding is substantially constant, and this feeding speed is substantially equal to the melting speed substantially proportional to the average value of the welding current, the arc length is always constant. However, because the feeding speed fluctuates due to fluctuations in the rotation speed of the feeding motor and fluctuations in the frictional force of the feeding path due to bending of the welding torch, the balance with the melting speed is lost and the arc length is Change. The arc length also changes due to fluctuations in the distance between the tip and the workpiece to be welded due to the shaking of the welding operator, irregular vibrations in the weld pool, and the like. Therefore, in order to suppress the change in arc length due to these various fluctuations (hereinafter referred to as disturbance), it is necessary to always adjust the melting rate according to the disturbance to suppress the change in arc length (hereinafter referred to as arc). Called long control).
[0003]
As this arc length control method, by utilizing the fact that the arc length and the average value of the welding voltage are in a substantially proportional relationship, the output of the welding power source device is set so that the average value of the welding voltage becomes equal to a predetermined target value. The method of controlling is generally used. Hereinafter, the output control method of the prior art 1 will be described.
[0004]
[Prior art 1]
FIG. 1 is a current / voltage waveform diagram of pulse arc welding. FIG. 4A shows the time change of the welding current instantaneous value Io, and FIG. 4B shows the time change of the welding voltage instantaneous value Vo. Hereinafter, a description will be given with reference to FIG.
[0005]
(1) Period from time t1 to t2 (base period Tb)
During the predetermined base period Tb, a predetermined base current Ib is applied to a low current value of about 20 to 80 [A] so as not to cause droplet transfer, as shown in FIG. As shown in FIG. (B), the welding voltage instantaneous value Vo becomes the base voltage Vb according to the energization. The time length of the base period Tb is set in advance to an appropriate value corresponding to the feeding speed, material, diameter, etc. of the welding wire.
[0006]
(2) Period from time t2 to t3 (peak period Tp)
During the peak period Tp, as shown in FIG. 4A, a predetermined peak current Ip of about 300 to 600 [A] is applied to cause droplet transfer, and as shown in FIG. In addition, the welding voltage instantaneous value Vo becomes the peak voltage Vp according to the energization.
[0007]
[0008]
As shown in FIG. 6A, the average value during one period (pulse period Tpb) of the welding current instantaneous value Io becomes the one-cycle welding current average value Iw. Similarly, as shown in FIG. The average value during one cycle of the welding voltage instantaneous value Vo (pulse cycle Tpb) becomes the one cycle welding voltage average value Vw.
In the pulse arc welding power supply device, as described above, output control for maintaining the arc length at an appropriate value is performed as follows. That is, the one-cycle welding voltage average value Vw is expressed by the following equation.
Vw = (1 / Tpb) · ∫Vo · dt (1) Formula
However, the above integration is performed during the pulse period Tpb (time t1 to t3).
The time length of the pulse period Tpb is controlled so that the one-cycle welding voltage average value Vw shown in the above equation is substantially equal to the predetermined target welding voltage setting value Vs. If Vw = Vs is substituted into equation (1) and transformed, the following equation is obtained.
∫ (Vs−Vo) · dt = 0 Equation (2)
However, the above integration is performed during the pulse period Tpb.
In the above equation, the voltage error integrated value Sv = ∫ (Vs−Vo) · dt is defined. The calculation of the voltage error integrated value Sv is started from the start time of the pulse period Tpb at time t1, and the pulse is detected when the voltage error integrated value Sv in the peak period Tp after time t2 becomes 0 [V]. The period Tpb is ended and the next pulse period Tpb is started. As described above, in the output control method of the prior art 1, the arc length is appropriately controlled by controlling the time length of the pulse period Tpb so that the one-cycle welding voltage average value Vw for each period becomes equal to the voltage setting value Vs. Keep the value.
[0009]
[Prior Art 2]
FIG. 2 is an external characteristic diagram of the welding power source apparatus showing the relationship between the one-cycle welding current average value Iw shown on the horizontal axis and the one-cycle welding voltage average value Vw shown on the vertical axis. Hereinafter, a description will be given with reference to FIG.
In the figure, a characteristic L1 indicates an external characteristic with a slope Ks = 0 [V / A], and a characteristic L2 indicates an external characteristic with a slope Ks = −0.1 [V / A]. In the output control method of the prior art 1 described above, the output control is performed so that the one-cycle welding voltage average value Vw becomes equal to the predetermined welding voltage setting value Vs irrespective of the value of the one-cycle welding current average value Iw. For this reason, the external characteristic L1 having the slope Ks = 0 is formed.
[0010]
By the way, it has been widely known that the stability (referred to as self-control action) of the arc length control system is greatly influenced by the slope Ks of the external characteristic of the welding power source device. That is, in order to stabilize the arc length control system, it is necessary to set the slope Ks of the external characteristic to an appropriate value corresponding to various welding methods. For example, the appropriate value of the slope Ks of the external characteristic is about (0 to −0.03) [V / A] in the carbon dioxide arc welding method, and the appropriate value of the slope Ks of the external characteristic is (−0) in the pulse arc welding method. .05 to -0.3) [V / A] or so. Therefore, in the pulse arc welding method which is the subject of the present invention, in order to stabilize the arc length control system, not the external characteristic L1 shown in the figure but -0.05 to -0.3 [V / A It is necessary to form the external characteristic L2 having a predetermined slope Ks within a range of about. However, as described above, the output control method of the prior art 1 cannot form an external characteristic having a slope Ks other than 0 [V / A]. Therefore, in order to solve this problem, an output control method according to prior art 2 described below has been proposed. Hereinafter, the output control method of the prior art 2 will be described with reference to the drawings.
[0011]
In the following description, the above-described external characteristic L2 in FIG. 2 is set as a target external characteristic to be formed. Accordingly, the equation of the straight line of the external characteristic L2 is represented by the following equation depending on the predetermined welding current set value Is, welding voltage set value Vs, and inclination Ks.
Vw = Ks · (Iw−Is) + Vs (3) Formula
Hereinafter, an output control method for forming the external characteristic L2 represented by the above formula will be described.
[0012]
FIG. 3 is a current / voltage waveform diagram for explaining the output control method of the prior art 2 for forming the external characteristic L2 expressed by the above equation (3). FIG. 4A shows the time change of the welding current instantaneous value Io, and FIG. 4B shows the time change of the welding voltage instantaneous value Vo. Hereinafter, a description will be given with reference to FIG.
[0013]
At the time point t (n) when the nth pulse cycle Tpb (n) starts, the previous cycle welding current average value Iw (n-1) in the (n-1) th pulse cycle Tpb (n-1) is calculated. Then, by substituting Iw = Iw (n-1) into the above-described equation (3), the voltage control set value Vsc (n) = Ks · (Iw (n-1) which is the target value of the one-cycle welding voltage average value Vw ) -Is) + Vs is calculated. This calculation is to calculate the voltage control set value Vsc (n) at the point P1 on the external characteristic L2 in FIG. Subsequently, based on the voltage control set value Vsc (n) and the welding voltage instantaneous value Vo, the voltage error integrated value Sv = ∫ (Vsc (n) −Vo) · Calculate dt. Then, at the time point t (n + 1) when the voltage error integrated value Sv during the peak period of the nth pulse cycle Tpb (n) becomes 0 [V], the nth pulse cycle Tpb (n) is set. When finished, the (n + 1) th pulse cycle Tpb (n + 1) is started. Therefore, the one-cycle welding voltage average value Vw (n) = Vsc (n) in the n-th pulse period Tpb (n). Thereafter, output control is performed by repeating the above operation. By the output control method of the conventional technique 2 described above, an external characteristic having a predetermined slope Ks can be formed.
[0014]
FIG. 4 is a block diagram of a welding power source apparatus PS for carrying out the above-described output control method of the prior art 2. Hereinafter, each circuit block will be described with reference to FIG.
The voltage detection circuit VD detects the welding voltage instantaneous value Vo and outputs a voltage detection signal Vd. The current detection circuit ID detects the welding current instantaneous value Io and outputs a current detection signal Id. The one-cycle welding current average value calculation circuit IW calculates an average value during one cycle of the current detection signal Id and outputs a one-cycle welding current average value signal Iw.
[0015]
A welding voltage setting circuit VS installed outside the welding power source device outputs a predetermined welding voltage setting signal Vs. The welding current setting circuit IS installed outside the welding power source device outputs a predetermined welding current setting signal Is. Although not shown, the welding wire 1 is fed at a feeding speed corresponding to the welding current setting signal Is. The inclination setting circuit KS outputs an inclination setting signal Ks having a predetermined external characteristic. The external characteristic control circuit VSC receives the one-cycle welding current average value signal Iw, the welding voltage setting signal Vs, the welding current setting signal Is, and the inclination setting signal Ks as input, and performs voltage control by the calculation of the above-described equation (3). A setting signal Vsc is output. The voltage error integration circuit SV receives the voltage detection signal Vd and the voltage control setting signal Vsc as described above, performs integration of the above-described equation (2) from the start of each pulse period, and outputs a voltage error integration value signal Sv. . The comparison circuit CM compares the voltage error integrated value signal Sv and 0 [V], and outputs a comparison signal Cm that becomes a high level for a short time when both values become equal. The external characteristic control circuit VSC, the voltage error integration circuit SV, and the comparison circuit CM form the main part of the output control method of the prior art 2 described above in the description of FIG.
[0016]
The timer circuit MM outputs a switching signal Mm that becomes High level during a predetermined base period Tb, using the comparison signal Cm as a trigger signal. The base current setting circuit IB outputs a predetermined base current setting signal Ib. The peak current setting circuit IP outputs a predetermined peak current setting signal Ip. The base / peak switching circuit SW takes the switching signal Mm as an input, switches to the a side when the input signal is at a high level, and outputs the base current setting signal Ib as the current control setting signal Isc. When it is at the low level, it switches to the b side and outputs the peak current setting signal Ip as the current control setting signal Isc. The current error amplification circuit EI amplifies the error between the current control setting signal Isc and the current detection signal Id and outputs a current error amplification signal Ei.
[0017]
The output control circuit INV uses the current error amplification signal Ei as a control signal, receives an AC commercial power supply (three-phase 200 [V], etc.) as an input, performs output control by inverter control, thyristor phase control, etc. The welding current instantaneous value Io corresponding to the setting signal Isc is energized. That is, the base current Ib is energized when Isc = Ib, and the peak current Ip is energized when Isc = Ip.
Further, the welding wire 1 is fed through the welding torch 4 by the feeding roll 5 a of the wire feeding device, and an arc 3 is generated between the welding wire 1 and the workpiece 2.
[0018]
FIG. 5 is a timing chart of each signal of the welding power source device PS described above. (A) shows the time change of the welding current instantaneous value Io, (B) shows the time change of the welding voltage instantaneous value Vo, and (C) shows the time change of the voltage error integrated value signal Sv. (D) shows the time change of the comparison signal Cm, and (E) shows the time change of the switching signal Mm. FIGS. 6A and 6B are the same as FIG. Hereinafter, a description will be given with reference to FIG.
[0019]
(1) Period from time t (n-1) to t (n) (n-1th pulse period Tpb (n-1))
At time t (n−1), when the voltage error integrated value signal Sv becomes 0 [V] as shown in FIG. 10C, the comparison signal Cm is high for a short time as shown in FIG. Become a level. In response to this change, as shown in FIG. 5E, the switching signal Mm is at the high level during the base period Tb, and as shown in FIG. 5A, the welding current instantaneous value signal Io is the base current Ib. Become. During the base period Tb, the calculation of the voltage error integrated value signal Sv = ∫ (Vsc (n−1) −Vo) · dt = ∫ (Vsc (n−1) −Vb) · dt is performed. Here, since V (n−1)> Vb, the voltage error integrated value signal Sv increases with time as shown in FIG.
[0020]
As shown in FIG. 5E, when the switching signal Mm changes to the low level, the welding current instantaneous value signal Io becomes the peak current Ip as shown in FIG. During this peak period Tp, the voltage error integrated value signal Sv = ∫ (Vsc (n−1) −Vo) · dt = ∫ (Vsc (n−1) −Vp) · dt is calculated. Here, since V (n−1) <Vp, the voltage error integrated value signal Sv decreases with time and becomes 0 [V] at time t (n) as shown in FIG.
[0021]
(2) Period after time t (n) (nth pulse period Tpb (n)
At the start time t (n) of the n-th pulse cycle Tpb (n), as described above in the description of FIG. 4, the previous cycle welding current between time t (n-1) and T (n). By substituting the calculated value of the average value Iw (n−1) into the equation (3), as shown in FIG. 5B, the voltage control setting signal Vsc (n) for the nth pulse period Tpb (n). Is calculated. Subsequent operations are the same as those described in the above item (1), and thus description thereof is omitted.
As described above, in the output control method of the related art 2, it is possible to form an external characteristic having a predetermined slope Ks.
[0022]
[Problems to be solved by the invention]
(1) FIG. 6 is a current / voltage waveform diagram corresponding to FIG. 3 described above for explaining the problem to be solved. FIG. 4A shows the time change of the welding current instantaneous value Io, and FIG. 4B shows the time change of the welding voltage instantaneous value Vo. This figure shows a case where a short circuit occurs between the welding wire and the workpiece during the (n-1) th pulse period Tpb (n-1). In general, in pulse arc welding, several to several tens of short circuits occur per second with droplet transfer. Hereinafter, a description will be given with reference to FIG.
[0023]
As shown in FIG. 5A, when a short circuit occurs during the (n-1) th pulse period Tpb (n-1), a large value is usually required to cancel the short circuit state early and regenerate the arc. The short-circuit releasing current It is applied. For this reason, the previous cycle welding current average value Iw (n-1) in the (n-1) th pulse cycle Tpb (n-1) is larger than the previous cycle value. As described above in the description of FIG. 3, in order to form the external characteristic having the slope Ks, this previous cycle welding current average value Iw (n−1) is substituted into the equation (3), and the next cycle The voltage control set value Vsc (n) is calculated. Therefore, when the previous cycle welding current average value Iw (n-1) increases, the voltage control set value Vsc (n) of the nth pulse cycle Tpb (n) decreases. As a result, since the one-cycle welding voltage average value Vw (n) is also reduced, the arc length in the n-th pulse cycle Tpb (n) is shorter than the previous cycle, and a short circuit is more likely to occur. . That is, the occurrence of one short circuit induces the next short circuit, and the arc state becomes unstable, resulting in poor weld appearance such as deterioration of the bead appearance, uneven penetration depth, and a large amount of spatter. Cheap.
In particular, during high-speed welding, in order to prevent the occurrence of welding defects such as undercuts, it is usually necessary to perform welding with a short arc length. For this reason, it is in the state which is easy to generate | occur | produce a short circuit, and an arc state tends to become unstable with the output control method of a prior art.
[0024]
(2) In the output control method of the prior art 2, in order to feed back the state of the previous cycle and perform the output control of the next cycle, in principle, the phase margin of the feedback control system becomes small and the control system becomes unstable. It is easy to become. For example, when the welding voltage instantaneous value Vo increases due to disturbance during the (n−1) th pulse period Tpb (n−1), the pulse period Tpb (n−) becomes equal to the voltage control set value Vsc (n−1). The time length of 1) becomes longer. For this reason, since the average welding current value Iw (n-1) of the previous cycle for the (n-1) th time becomes smaller, the voltage control set value Vsc (n) for the next cycle is independent of the arc state during the next cycle. growing. As described above, the voltage control set value Vsc (n) of the next cycle changes due to the disturbance in the previous cycle, which affects the arc length of the next cycle. As a result, the occurrence of one disturbance may cause the arc length after the next period to change.
[0025]
Therefore, in the present invention, an external characteristic having a predetermined slope Ks is formed, and the influence on the arc length due to disturbance of the current period is suppressed during the current period by a stable control system, and the arc length of the next period is affected. Provided is a method for controlling the output of a welding power supply apparatus that does not give any effect.
[0026]
[Means for Solving the Problems]
As shown in FIGS.
During the predetermined base period Tb, a predetermined base current Ib is applied to a value that does not cause droplet transfer. Subsequently, during a peak period Tp, a predetermined peak current Ip is applied to a value that causes droplet transfer. In an output control method of a welding power source apparatus used for consumable electrode pulse arc welding in which energization of one cycle is repeated as a pulse cycle Tpb and welding is performed,
The inclination Ks of the external characteristic of the welding power supply device, the welding current set value Is and the welding voltage set value Vs are set in advance, and the first variable A = Ks · (Ip−Is) and the second variable B = After calculating Ks · (Ip−Ib) · Tb, the welding voltage instantaneous value Vo during welding is detected, and the slope forming voltage error integrated value Sva = ∫ from the start of the nth pulse period Tpb (n) (A + Vs−Vo) · dt is calculated, and the slope forming voltage error integrated value Sva in the n-th peak period Tp (n) following the n-th base period Tb (n) is the second variable. The n-th pulse cycle Tpb (n) is terminated when the value becomes equal to or less than the value B, and then the n + 1-th pulse cycle Tpb (n + 1) is started to repeat the above operation. Pulsed arc welding power source for welding by forming an external characteristic having an inclination Ks Which is the output control method of location.
[0027]
According to a second aspect of the present invention, the first variable A and the second variable B described in the first aspect are calculated every predetermined variable calculation period Tc during welding or every start time of a pulse period. It is the output control method of an arc welding power supply device.
[0028]
As shown in FIGS.
In the output control method of the pulse arc welding power supply device according to the first or second invention, the welding wire feed speed setting value Ws and the material and diameter of the welding wire are set, and the welding current setting value Is is calculated based on these values. is there.
[0029]
Examples 1 to 3 illustrating the embodiment of the present invention will be described below.
[Example 1]
FIG. 7 is a current / voltage waveform diagram for explaining the operation principle of the output control method of the present invention. FIG. 4A shows the time change of the welding current instantaneous value Io, and FIG. 4B shows the time change of the welding voltage instantaneous value Vo. In the figure, the target external characteristic formed by the output control method of the first embodiment is Vw according to a predetermined welding current set value Is, welding voltage set value Vs, and slope Ks, as in the above-described equation (3). = Ks · (Iw−Is) + Vs. Hereinafter, a description will be given with reference to FIG.
[0030]
As shown in the figure, a one-cycle welding current average value Iw (n) and a one-cycle welding voltage average value Vw (n) in the n-th pulse period Tpb (n) are calculated, and Vw ( n) = Ks · (Iw (n) −Is) + Vs is satisfied at time t (n + 1), the nth pulse cycle Tpb (n) is terminated, and the (n + 1) th pulse cycle Tpb ( The output is controlled to start (n + 1). As a result, the target external characteristic shown by the equation (3) is formed, and in the prior art 2, the previous cycle welding current average value Iw (n-1) and the current cycle one cycle welding voltage average value Vw (n) In Example 1, the one-cycle welding current average value Iw (n) of the current cycle and the one-cycle welding voltage average value Vw (n) of the current cycle are ( 3) There is a relationship of the formula. Therefore, the output control in the current cycle is not affected by the disturbance generated in the previous cycle. Hereinafter, a control expression corresponding to the above-described expression (2) which is the basis of the present invention is derived.
[0031]
Integration in all of the following equations is performed from the start point to the end point of the n-th pulse period Tpb (n).
(1) One cycle welding current average value Iw [A] is determined by peak current Ip [A], base current Ib [A], base period Tb [s] and n-th peak period Tp (n) [s]. Is expressed by the following equation.
Iw = Ip − ((Ip−Ib) · Tb / (Tp (n) + Tb)) (41)
(2) In the above equation, when Iw = current set value Is [A], if Tp = Tps, the following equation is obtained.
Is = Ip − ((Ip−Ib) · Tb / (Tps + Tb) (42)
(3) The following equation is obtained from equations (41) and (42).
Iw-Is = (Ip-Ib) .Tb. ((1 / (Tps + Tb))-(1 / (Tp (n) + Tb))) (43)
[0032]
(4) The slope Ks [V / A] of the external characteristics is the average of the 1st cycle welding voltage Vw (n) [V] for the nth time, the voltage setting value Vs [V], and the 1st cycle welding current average of the nth time. The value Iw (n) [A] and the current set value Is [A] are expressed by the following equation.
Ks = (Vw (n) -Vs) / (Iw (n) -Is) (44) Formula
(5) Substituting equation (43) into the above equation yields the following equation.
Vw (n) −Vs = Ks · (Ip−Ib) · Tb · ((1 / (Tps + Tb)) − (1 / (Tp (n) + Tb))) (45)
(6) The one-cycle welding voltage average value Vw (n) is defined by the following equation by the welding voltage instantaneous value Vo.
Vw (n) = (1 / (Tp (n) + Tb)) · ∫Vo · dt (46)
[0033]
(7) Substituting the above equation into equation (45) yields the following equation.
(1 / (Tp (n) + Tb)) · ∫ (Vo−Vs) · dt = Ks · (Ip−Ib) · Tb · ((1 / (Tps + Tb)) − (1 / (Tp (n) + Tb) )) Equation (47)
(8) The above formula is transformed into the following formula.
∫ (Vo−Vs) · dt = Ks · (Ip−Ib) · Tb · ((Tp (n) + Tb) / (Tps + Tb)) − Ks · (Ip−Ib) · Tb (48)
(9) When formula (42) is modified, the following formula is obtained.
(Ip−Ib) · Tb / (Tps + Tb) = Ip−Is (49)
(10) Substituting the above equation into equation (48) yields the following equation.
∫ (Vo−Vs) · dt = Ks · (Ip−Is) · (Tp (n) + Tb) −Ks · (Ip−Ib) · Tb (410)
(11) The above equation is transformed into the following equation.
∫Ks · (Ip−Is) · dt−∫ (Vo−Vs) · dt = Ks · (Ip−Ib) · Tb (411)
[0034]
(12) Here, in order to simplify the formula, the first variable A is introduced and defined by the following formula.
A = Ks · (Ip−Is) (5) Formula
(13) Similarly, the second variable B is introduced and defined by the following equation.
B = Ks · (Ip−Ib) · Tb (6) Formula
(14) Substituting Equations (5) and (6) into Equation (411) yields the following equation that is the control equation of the present invention.
∫ (A + Vs−Vo) · dt = B (7)
[0035]
Therefore, the above equation is established at the end of the nth pulse cycle Tpb (n). Since the set value parameters of the slope Ks, peak current Ip, current set value Is, base current Ib, and base period Tb can be regarded as constants at the start time of the nth pulse cycle Tpb (n), the above ( Both the first variable A expressed by the equation (5) and the second variable B expressed by the equation (6) can be regarded as constants. Here, the slope forming voltage error integrated value Sva from the start point of the nth pulse period Tpb (n) is the left side of the above equation (7).
Sva = ∫ (A + Vs−Vo) · dt
It is defined as Since Ks ≦ 0 and Ib <Is <Ip, Tb> 0, A = Ks · (Ip−Is) ≦ 0 and B = Ks · (Ip−Ib) · Tb ≦ 0. In FIG. 7, Vs> Vo (= Vb) is satisfied during the base period Tb, but the value of (A + Vs−Vo) becomes a positive value or a negative value depending on the value of the set value parameter. On the other hand, since Vs <Vo (= Vp) during the peak period Tp, (A + Vs−Vo) <0, and the value of the slope forming voltage error integrated value Sva gradually decreases with time during the peak period Tp. Therefore, the slope forming voltage error integrated value Sva from the start point of the nth pulse period Tpb (n) is calculated, and the calculated value becomes equal to the value of the second variable B or the second variable B When the value becomes equal to or less than the value, the nth pulse cycle Tpb (n) is terminated. That is, the pulse cycle ends when the following expression is satisfied.
Sva = ∫ (A + Vs−Vo) · dt ≦ B (8)
However, the integration is performed during the nth pulse period Tpb (n).
[0036]
As described above, the present invention calculates the first variable A = Ks · (Ip−Is) and the second variable B = Ks · (Ip−Ib) · Tb, and then calculates the instantaneous value of the welding voltage during welding. Vo is detected, and the slope forming voltage error integrated value Sva = ∫ (A + Vs−Vo) · dt from the start time of the nth pulse period Tpb (n) is calculated, followed by the nth base period Tb. When the value of the slope forming voltage error integrated value Sva during the n-th peak period Tp becomes equal to or less than the value of the second variable B, the n-th pulse period Tpb (n) is terminated. Subsequently, an output control method of a pulse arc welding power source apparatus that performs welding by forming the external characteristic having the slope Ks by repeating the above operation by starting the (n + 1) th pulse cycle Tpb (n + 1). is there.
[0037]
If the slope Ks = 0 is set, the first variable A = 0 and the second variable B = 0.
Sva = ∫ (Vs−Vo) · dt ≦ 0
This agrees with the above-described equation (2) in the prior art. That is, the special case (Ks = 0) in the equation (8) showing the output control method of the present invention is the case of the equation (2) showing the conventional output control method.
[0038]
FIG. 8 is a block diagram of the welding power source apparatus PSA for each pulse period according to the first embodiment for carrying out the present invention. In this figure, the same circuit blocks as those in FIG. 4 described above are denoted by the same reference numerals, and description thereof is omitted. Hereinafter, circuit blocks indicated by dotted lines different from those in FIG. 4 will be described.
[0039]
The first variable calculation circuit CA receives the inclination setting signal Ks, the peak current setting signal Ip, and the welding current setting signal Is, performs the calculation of the above-described equation (5), and outputs the first variable calculation value signal Ca. To do. The second variable calculation circuit CB receives the inclination setting signal Ks, the peak current setting signal Ip, the base current setting signal Ib, and the base period setting signal Tb, and performs the calculation of the above-described equation (6) to obtain the second variable The calculated value signal Cb is output.
[0040]
The slope forming voltage error integration circuit SVA receives the first variable calculation value signal Ca, the welding voltage setting signal Vs, and the voltage detection signal Vd as described above, and has been described above from the start of the nth pulse cycle Tpb (n). (8) The left side of the equation is integrated to output a slope forming voltage error integrated value signal Sva. The variable comparison circuit CMA compares the slope forming voltage error integrated value signal Sva and the second variable calculation value signal Cb, and when S Va ≦ Cb is satisfied, the comparison signal becomes a high level for a short time. Cm is output. That is, the above-described slope forming voltage error integration circuit SVA and variable comparison circuit CMA perform the calculation of the above-described equation (8) showing the output control method of the present invention.
The description of the subsequent operation is the same as in FIG.
[0041]
FIG. 9 is a diagram showing the relationship between the time change of the slope forming voltage error integrated value Sva shown on the left side of the equation (8) and the pulse period Tpb. (A) shows the time change of the welding current instantaneous value Io, (B) shows the time change of the slope forming voltage error integrated value Sva from the start point (t0) of the pulse cycle on the vertical axis, The horizontal axis shows the time length of the pulse period Tpb. The three characteristics Y1 to Y3 shown in the figure have the same set value parameters as described above in the description of FIG. 7, and accordingly, the first variable A, the second variable B and the welding voltage in the equation (8). When the set value Vs is the same, the arc length during welding is an appropriate value (characteristic Y2), the case is shorter than the appropriate value (characteristic Y1), and the case is longer than the appropriate value (characteristic Y3). Hereinafter, a description will be given with reference to FIG.
[0042]
(1) When the arc length is an appropriate value (Characteristic Y2)
When the arc length is an appropriate value, the base voltage is Vb2, and the peak voltage is Vp2. During the base period Tb from time t0 to t1 shown in FIG. 5A, the slope forming voltage error integrated value Sva gradually decreases as time passes as the calculated value of Sva = ∫ (A + Vs−Vb2) · dt. Then, during the peak period Tp after the time t1, the slope forming voltage error integrated value Sva is gradually calculated as Sva = ∫ (A + Vs−Vp2) · dt as a calculation value with a slope different from that during the base period Tb. When it becomes smaller and Sva ≦ B at time t3, the pulse period Tpb2 ends.
[0043]
(2) When the arc length is shorter than the appropriate value (characteristic Y1)
Since the welding voltage instantaneous value Vo is substantially proportional to the arc length, when the arc length is shorter than the appropriate value, the base voltage is Vb1 <Vb2 and the peak voltage is Vp1 <Vp2. During the base period Tb from time t0 to time t1 shown in FIG. 5A, the slope forming voltage error integrated value Sva is calculated as Sva = ∫ (A + Vs−Vb1) · dt as time elapses. It becomes smaller with a gentle gradient than in the case of. Then, during the peak period Tp after the time t1, the slope forming voltage error integrated value Sva becomes smaller as the calculated value of Sva = ∫ (A + Vs−Vp1) · dt with a lapse of time and with a different gradient from that during the base period Tb. When Sva ≦ B at time t4, the pulse period Tpb1 ends. Therefore, when the arc length is shorter than the appropriate value, the pulse period Tpb1 is longer than Tpb2 in the above item (1), and the one-cycle welding voltage average value Vw is increased, so that the arc length becomes longer. It will change to the appropriate value.
[0044]
(3) When the arc length is longer than the appropriate value (Characteristic Y3)
As described above, since the welding voltage instantaneous value Vo is approximately proportional to the arc length, the base voltage when the arc length is longer than the appropriate value is Vb3> Vb2, and the peak voltage is Vp3> Vp2. During the base period Tb from time t0 to time t1 shown in FIG. 6A, the slope forming voltage error integrated value Sva is calculated as Sva = ∫ (A + Vs−Vb3) · dt as time elapses. It becomes smaller with a steep slope than in the case of. Then, during the peak period Tp after time t1, the slope forming voltage error integrated value Sva becomes smaller as the calculated value of Sva = ∫ (A + Vs−Vp3) · dt with a different slope from the base period Tb as time passes. When Sva ≦ B at t2, the pulse period Tpb3 ends. Therefore, when the arc length is longer than the appropriate value, the pulse period Tpb3 is shorter than Tpb2 in the above item (1), and the one-cycle welding voltage average value Vw becomes smaller, so the arc length becomes shorter. It will change to the appropriate value.
As described above, the pulse period is changed by changing the gradient of the slope forming voltage error integrated value Sva in accordance with the variation of the arc length during welding. As a result, the one-cycle welding voltage average value Vw is changed. Suppresses variation in arc length.
[0045]
[Example 2]
In the invention of the second embodiment, the calculation of the first variable A and the second variable B in the invention of the first embodiment described above is performed every predetermined variable calculation cycle Tc [s] during welding or the pulse cycle Tpb. It is the output control method of the pulse arc welding power supply device performed for every starting time. The invention of Example 2 will be described below.
[0046]
The welding power supply apparatus for carrying out the output control method of the second embodiment has a configuration in which the operations of the first variable arithmetic circuit CA and the second variable arithmetic circuit CB in FIG. 8 described above are changed as follows.
The first variable calculation circuit CA of the second embodiment receives the inclination setting signal Ks, the peak current setting signal Ip, and the welding current setting signal Is, and the variable comparison signal Cm is short for each predetermined variable calculation cycle Tc. For each start time of the pulse period Tpb that becomes High level, the calculation of the above-described equation (5) is performed and the first variable calculation value signal Ca is output. The second variable calculation circuit CB according to the second embodiment receives the slope setting signal Ks, the peak current setting signal Ip, the base current setting signal Ib, and the base period setting signal Tb as input, or at a predetermined variable calculation cycle Tc. Every time the pulse period Tpb at which the comparison signal Cm is at a high level for a short time starts, the calculation of the above-described equation (6) is performed and the second variable calculation value signal Cb is output.
[0047]
In the invention of the second embodiment, even if the set value parameter changes during welding, the first variable A and the second variable B are recalculated corresponding to the change, so the set value at that time is always set. Appropriate output control according to the parameters is performed.
[0048]
[Example 3]
The invention of Example 3 sets the feed rate setting value Ws of the welding wire and the material and diameter of the welding wire, and calculates the welding current set value Is in the invention of Example 1 or Example 2 by them. It is an output control method of a power supply device. The invention of Example 3 will be described below.
[0049]
The welding power source apparatus for carrying out the invention of Embodiment 3 has a configuration in which the welding current setting circuit IS in FIG. 8 described above is replaced with a welding current set value calculation circuit CIS described later in FIG.
FIG. 10 is a block diagram of the welding current set value calculation circuit CIS. A feed rate setting circuit WS installed outside the welding power source device outputs a preset feed rate setting signal Ws. The welding current set value calculation circuit CIS built in the welding power source apparatus has the welding current calculated based on the melting characteristics illustrated in FIG. 11 by using the feed speed setting signal Ws, the material of the welding wire, and the diameter of the welding wire as inputs. The setting signal Is is output.
[0050]
FIG. 11 is a melting characteristic diagram showing the relationship between the feeding speed set value Ws shown on the vertical axis and the welding current set value Is shown on the horizontal axis. The figure shows the melting characteristics when the material of the welding wire is aluminum alloy A5356 and the diameter of the welding wire is 1.2 [mm] or 1.6 [mm]. For example, the welding current set value Is when the feed speed set value Ws = 900 [cm / min] is Is = 150 [A] when the diameter is 1.2 [mm], and the diameter is 1.6 [mm]. In this case, Is = 250 [A].
Even when the material of the welding wire is steel, stainless steel or the like, the welding current set value Is is calculated from the melting characteristic diagram corresponding to FIG.
[0051]
In the invention of Embodiment 3 described above, the output control method of the present invention is carried out even when a feed speed setting signal Ws that is frequently used in place of the welding current setting signal Is is input from the outside. Can do.
[0052]
【The invention's effect】
In the present invention, since the operating point of the one-cycle welding current average value Iw and the one-cycle welding voltage average value Vw in each pulse period Tpb always exists on the target external characteristic, an arc caused by disturbance in each pulse period Tpb. Variations in length are suppressed during that cycle. Accordingly, since the transient response to disturbance is excellent, the fluctuation of the arc length during welding is reduced, and a good welding quality can always be obtained.
Furthermore, in the invention of the second embodiment, even if the set value parameter changes during welding, appropriate output control is always performed by recalculating the first variable A and the second variable B accordingly. Can do.
Furthermore, in the invention of Example 3, the output control method of the present invention can be implemented even when the feed speed setting signal Ws is input from the outside instead of the welding current setting signal Is.
[Brief description of the drawings]
Fig. 1 Current / voltage waveform diagram of pulse arc welding
Fig. 2 External characteristics diagram of welding power supply
FIG. 3 is a current / voltage waveform diagram for explaining an output control method of prior art 2;
FIG. 4 is a block diagram of a welding power source device of prior art 2;
FIG. 5 is a timing chart of a welding power source device according to prior art 2;
FIG. 6 is a current / voltage waveform diagram for explaining a problem to be solved;
FIG. 7 is a current / voltage waveform diagram for explaining an output control method according to the first embodiment;
FIG. 8 is a block diagram of a welding power source apparatus according to the first embodiment.
FIG. 9 is a diagram showing the relationship between the time change of the slope forming voltage error integrated value Sva and the pulse period Tpb in Example 1;
10 is a block diagram of a welding current set value calculation circuit CIS in Embodiment 3. FIG.
FIG. 11 is a melting characteristic diagram showing the relationship between the feed speed set value Ws and the welding current set value Is.
[Explanation of symbols]
1 Welding wire
2 Workpiece
3 Arc
4 Welding torch
5a Feeding roll of wire feeding device
A First variable
B Second variable
CA first variable arithmetic circuit
Ca first variable operation value signal
CB second variable arithmetic circuit
Cb Second variable operation value signal
CIS welding current set value calculation circuit
CM comparison circuit
Cm comparison signal
CMA variable comparison circuit
EI current error amplifier circuit
Ei Current error amplification signal
IB base period setting circuit
Ib Base current (setting signal)
ID current detection circuit
Id Current detection signal
INV output control circuit
Io Welding current instantaneous value
IP peak period setting circuit
Ip peak current (setting signal)
IS welding current setting circuit
Is welding current setting (value / signal)
Isc Current control setting signal
It short-circuit release current
IW 1-cycle welding current average value calculation circuit
Iw, Iw (n) 1-cycle welding current average value (signal)
KS inclination setting circuit
Ks Inclination of external characteristics (setting signal)
L1, L2 External characteristics
MM timer circuit
Mm switching signal
P1 operating point
PS welding power supply
PSA Pulse cycle control welding power supply
SV voltage error integration circuit
Sv Voltage error integral value (signal)
SVA slope forming voltage error integration circuit
Sva slope forming voltage error integrated value (signal)
SW base / peak switching circuit
Tb Base period (setting signal)
Tp peak period
Tpb, Tpb (n) Pulse period
Vb Base voltage
VD voltage detection circuit
Vd Voltage detection signal
Vo welding voltage instantaneous value
Vp peak voltage
VS welding voltage setting circuit
Vs Welding voltage setting (value / signal)
VSC external characteristic control circuit
Vsc Voltage control setting (value / signal)
Vw, Vw (n) 1 cycle welding voltage average value
WS Feeding speed setting circuit
Ws Feeding speed setting (value / signal)
Y1-Y3 melting characteristics
