JP4757426B2 - パルスアーク溶接制御方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、アークの集中性、広がり等のアーク特性を調整するためにピーク立上り期間及びピーク立下り期間を微調整したときに、ピーク期間を修正して溶接電流の通電を制御するパルスアーク溶接制御方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
図１は、消耗電極式パルスアーク溶接の電流・電圧波形図であり、同図（Ａ）は溶接電流Ｉｗの時間変化を示し、同図（Ｂ）は溶接電圧Ｖｗの時間変化を示す。以下、同図を参照して説明する。
【０００３】
同図（Ａ）に示すように、時刻ｔ１〜ｔ２のピーク立上り期間Ｔｕ中は、ベース電流Ｉｂからピーク電流Ｉｐへと上昇する遷移電流が通電し、続いて時刻ｔ２〜ｔ３のピーク期間Ｔｐ中は、上記のピーク電流Ｉｐが通電し、続いて時刻ｔ３〜ｔ４のピーク立下り期間Ｔｄ中は、上記のピーク電流Ｉｐから上記のベース電流Ｉｂへと下降する遷移電流が通電し、続いて時刻ｔ４〜ｔ５のベース期間Ｔｂ中は、上記のベース電流Ｉｂが通電する。これらの溶接電流の通電に対応して、同図（Ｂ）に示すように、上記のピーク立上り期間Ｔｕ中は、ベース電圧Ｖｂからピーク電圧Ｖｐへと上昇する遷移電圧が印加し、続いて上記のピーク期間Ｔｐ中は、上記のピーク電圧Ｖｐが印加し、続いて上記のピーク立下り期間Ｔｄ中は、上記のピーク電圧Ｖｐから上記のベース電圧Ｖｂへと下降する遷移電圧が印加し、続いて上記のベース期間Ｔｂ中は、上記のベース電圧Ｖｂが印加する。上記の時刻ｔ１〜ｔ５の期間をパルス周期Ｔｆとして繰り返して溶接が行われる。ところで、溶接中のアーク長を適正値に維持するために、同図（Ｂ）に示すように、溶接電圧Ｖｗの平均値が予め定めた電圧設定値Ｖｓと略等しくなるように、上記のパルス周期がフィードバック制御される。したがって、パルス周期Ｔｆ以外の波形パラメータ（Ｔｕ、Ｔｐ、Ｔｄ、Ｉｐ、Ｉｂ）は予め設定される。
【０００４】
同図（Ａ）において、時刻ｔ１〜ｔ４の期間（以下、ユニットパルス期間という）中の溶接電流Ｉｗの時間積分値（以下、ユニットパルス電流積分値という）Ｓｉ［A・ms］は、次式で表わすことができる。
Ｓｉ＝∫Ｉｗ・ｄｔ＝（Ｉｐ−Ｉｂ）・（1/2・Ｔｕ＋1/2・Ｔｄ＋Ｔｐ）＋Ｉｂ・（Ｔｕ＋Ｔｄ＋Ｔｐ） （１）式
パルスアーク溶接では、良好な溶接を行うためにはユニットパルス期間中に１回の溶滴移行が行われるいわゆる１パルス１溶滴移行の状態になるように、上記のユニットパルス電流積分値Ｓｉを適正値に設定する必要がある。すなわち、溶接ワイヤの材質、直径、シールドガスの種類等が決まると、１パルス１溶滴移行するために上記のユニットパルス電流積分値Ｓｉの範囲が定まる。直径１．２mmのアルミニウム−シリコン合金ワイヤでは、例えば、上記のユニットパルス電流積分値Ｓｉが５５０±１００A・ms程度の範囲内にあるときに１パルス１溶滴移行の状態になり、直径１．２mmの軟鋼ワイヤでは、ユニットパルス電流積分値Ｓｉ１が１０００±２００A・ms程度の範囲内にあるときに１パルス１溶滴移行の状態になる。ユニットパルス電流積分値Ｓｉが上記の下限値よりも小さくなると、溶滴移行は多パルス１溶滴移行の状態となり、逆に上記の上限値よりも大きくなると、溶滴移行は１パルス多溶滴移行の状態となり、どちらの場合も移行する溶滴のサイズがバラツクことになりスパッタが多く発生しビード外観も悪くなる。
【０００５】
したがって、上記の波形パラメータは、ユニットパルス電流積分値Ｓｉが上記の１パルス１溶滴移行の範囲内になるように設定される。例えば、上記の直径１．２mmのアルミニウム−シリコン合金ワイヤの場合には、波形パラメータは以下の通りである。
Ｔｕ＝1.2ms、Ｔｄ＝0.6ms、Ｔｐ＝1.0ms、Ｉｐ＝280Ａ、Ｉｂ＝30Ａ （設定１）
このときのユニットパルス電流積分値Ｓｉ＝５５９A・msとなり、上記の１パルス１溶滴移行の範囲の略中心値となる。同様に、上記の直径１．２mmの軟鋼ワイヤの場合には、波形パラメータは以下の通りである。
Ｔｕ＝0.4ms、Ｔｄ＝1.2ms、Ｔｐ＝1.4ms、Ｉｐ＝440Ａ、Ｉｂ＝40Ａ （設定２）
このときのユニットパルス電流積分値Ｓｉは１０５６A・msとなり、上記の１パルス１溶滴移行の範囲の略中心値となる。
【０００６】
図２は、ピーク立上り／立下り期間の時間長さとアーク特性との関係を示す図である。同図（Ａ１）はピーク立上り期間Ｔu1及びピーク立下り期間Ｔd1が長い場合の溶接電流波形を示し、同図（Ａ２）はそのときのアーク発生状態を示し、同図（Ｂ１）はピーク立上り期間Ｔu2及びピーク立下り期間Ｔd2が短い場合の溶接電流波形を示し、同図（Ｂ２）はそのときのアーク発生状態を示す。アークの集中性、アークの広がり、アーク力の強さ等のアーク特性は、ピーク立上り期間及びピーク立下り期間の時間長さによって変化することが知られている。同図（Ａ１）に示すように、ピーク立上り期間Ｔu1及びピーク立下り期間Ｔd1を長くすると、同図（Ａ２）に示すように、溶接ワイヤ１と母材２との間のアーク３はすそ野が広がった形状となり、アークの集中性が弱くなり、アークの広がりは広くなり、アーク力は弱くなり、ソフトなアーク特性になる。このために、姿勢溶接に適しており、アンダーカットの発生を抑制する効果もある。他方、同図（Ｂ１）に示すように、ピーク立上り期間Ｔu2及びピーク立下り期間Ｔd2を短くすると、同図（Ｂ２）に示すように、溶接ワイヤ１と母材２との間のアーク３はすそ野が狭い形状となり、アークの集中性が強くなり、アークの広がりは狭くなり、アーク力は強くなり、ハードなアーク特性になる。このために、溶け込み深さを深くする効果がある。上記の効果以外にも、アーク特性によって溶接の作業性が変化するために、溶接作業者は自分の好みに合ったアーク特性に調整する。したがって、従来技術では、継手形状、要求品質、作業性等を考慮して、ピーク立上り期間及びピーク立下り期間の時間長さを微調整することによってアーク特性を微調整することができるようにしている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
従来技術では、アーク特性を調整するために、ピーク期間Ｔｐは予め定めた標準値のままで、ピーク立上り期間及びピーク立下り期間を予め定めた標準値を中心として微調整することになる。このために、ピーク立上り期間及びピーク立下り期間の微調整値によっては、上記のユニットパルス電流積分値が１パルス１溶滴移行の範囲外になる場合が発生し、溶滴移行状態が不安定になり溶接品質が悪くなるという問題がある。以下、前述した設定１の場合である直径１．２mmのアルミニウム−シリコン合金ワイヤの場合を例として説明する。この場合の波形パラメータの標準値は、前述した設定１のように、Ｔu0＝1.2ms、Ｔd0＝0.6ms、Ｔp0＝1.0ms、Ｉｐ＝280Ａ、Ｉｂ＝30Ａ、Ｓｉ＝559A・msである。ここで、アーク特性をソフトにするためにピーク立上り期間Ｔｕ及びピーク立下り期間Ｔｄの微調整値ΔＴｕ＝ΔＴｄ＝＋0.6msとすると、ピーク立上り期間Ｔｕ＝1.8ms及びピーク立下り期間Ｔｄ＝1.2msへと修正される。ピーク期間Ｔｐ＝Ｔp0＝1.0msのままである。したがって、アーク特性微調整後のユニットパルス電流積分値Ｓｉ＝７４５A・msとなり、前述した１パルス１溶滴移行の範囲５５０±１００A・msの上限値を超えることになる。この結果、溶滴移行状態が不安定になり、スパッタが多く発生してビード外観も悪くなる。このビード外観の例を図３に示す。同図は、前述した設定１の溶接ワイヤ及び波形パラメータにおいて、溶接電流７５Ａ及び溶接電圧１８Ｖに設定してアルミニウム合金のパルスＭＩＧ溶接を行ったときのビード外観である。同図から明らかなように、母材２表面上に多くのスパッタ２ｂが付着して、ビード２ａの外観が悪くなっている。
【０００８】
上述したように、従来技術では、アーク特性を調整するために、ピーク立上り期間及びピーク立下り期間を微調整すると、ユニットパルス電流積分値が１パルス１溶滴移行の範囲外となる場合がよく起こり、その結果溶接品質が悪くなるという問題があった。
【０００９】
そこで、本発明では、アーク特性を調整するために、ピーク立上り期間及びピーク立下り期間を微調整しても、ユニットパルス電流積分値が常に１パルス１溶滴移行の範囲内になるようにピーク期間を自動修正することができるパルスアーク溶接制御方法を提供する。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
第１の発明は、図４に示すように、
溶接ワイヤを送給すると共に、予め定めたピーク立上り期間Ｔｕ中は予め定めたベース電流Ｉｂから予め定めたピーク電流Ｉｐへと上昇する遷移電流を通電し続けて予め定めたピーク期間Ｔｐ中は上記ピーク電流Ｉｐを通電し続けて予め定めたピーク立下り期間Ｔｄ中は上記ピーク電流Ｉｐから上記ベース電流Ｉｂへと下降する遷移電流を通電し続けてベース期間Ｔｂ中は上記ベース電流Ｉｂを通電しこれらの溶接電流の通電をパルス周期Ｔｆとして繰り返して通電し、溶接電圧Ｖｗの平均値が予め定めた電圧設定値Ｖｓと略等しくなるように上記ベース期間Ｔｂがフィードバック制御されるパルスアーク溶接制御方法において、
アーク特性の微調整のために上記ピーク立上り期間及び上記ピーク立下り期間が微調整されると、これに応動して上記ピーク立上り期間及び上記ピーク期間及び上記ピーク立下り期間中の溶接電流の時間積分値Ｓｉが上記アーク特性の微調整によらず常に予め定めた所定値と等しくなるように上記ピーク期間を修正して上記パルス周期Ｔｆの通電を繰り返すことを特徴とするパルスアーク溶接制御方法である。
【００１１】
第２の発明は、図４に示すように、
溶接ワイヤを送給すると共に、予め定めたピーク立上り期間Ｔｕ中は予め定めたベース電流Ｉｂから予め定めたピーク電流Ｉｐへと上昇する遷移電流を通電し続けて予め定めたピーク期間Ｔｐ中は上記ピーク電流Ｉｐを通電し続けて予め定めたピーク立下り期間Ｔｄ中は上記ピーク電流Ｉｐから上記ベース電流Ｉｂへと下降する遷移電流を通電し続けてベース期間Ｔｂ中は上記ベース電流Ｉｂを通電しこれらの溶接電流の通電をパルス周期Ｔｆとして繰り返して通電し、溶接電圧Ｖｗの平均値が予め定めた電圧設定値Ｖｓと略等しくなるように上記ベース期間Ｔｂがフィードバック制御されるパルスアーク溶接制御方法において、
アーク特性の微調整のために上記ピーク立上り期間の微調整値ΔＴｕ及び上記ピーク立下り期間の微調整値ΔＴｄが設定されると、これに応動して上記ピーク立上り期間をＴｕ＋ΔＴｕに修正しかつ上記ピーク立下り期間をＴｄ＋ΔＴｄに修正しかつ上記ピーク期間をＴｐ−（（Ｉｐ＋Ｉｂ）／Ｉｐ）・（ΔＴｕ＋ΔＴｄ）／２に修正して上記パルス周期Ｔｆの通電を繰り返すことを特徴とするパルスアーク溶接制御方法である。
【００１２】
第３の発明は、図５に示すように、
アーク特性の微調整のために傾斜微調整係数Ｋｓが設定されると、これに応動してピーク立上り期間の微調整値ΔＴｕ＝Ｋｓ・Ｔｕ及びピーク立下り期間の微調整値ΔＴｄ＝Ｋｓ・Ｔｄを演算して設定することを特徴とする第２の発明記載のパルスアーク溶接制御方法である。
【００１３】
第４の発明は、図６に示すように、
アーク特性の微調整のために傾斜微調整値ΔＴが設定されると、これに応動してピーク立上り期間の微調整値ΔＴｕ＝ΔＴとして設定しかつ予め定めた重み付け係数Ｗｓによってピーク立下り期間の微調整値ΔＴｄ＝Ｗｓ・ΔＴを演算して設定することを特徴とする第２の発明記載のパルスアーク溶接制御方法である。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して説明する。
［実施の形態１］
本発明の実施の形態１は、アーク特性を調整するために、ピーク立上り期間及びピーク立下り期間を微調整すると、これに連動して上記のユニットパルス電流積分値が予め定めた所定値になるようにピーク期間を自動修正して、パルス周期の溶接電流の通電を制御するパルスアーク溶接制御方法である。以下、ピーク期間の修正方法について説明する。
【００１５】
ピーク立上り期間Ｔｕ、ピーク立下り期間Ｔｄ及びピーク期間Ｔｐの標準値とは、ピーク立上り期間の微調整値ΔＴｕ及びピーク立下り期間の微調整値ΔＴｄが共に０であるアーク特性が標準値の場合の各値である。標準値のピーク立上り期間をＴu0［ms］、標準値のピーク立下り期間をＴd0［ms］、標準値のピーク期間をＴp0［ms］、ピーク電流をＩｐ［Ａ］、ベース電流をＩｂ［Ａ］、ピーク立上り期間微調整値をΔＴｕ［ms］、ピーク立下り期間微調整値をΔＴｄ［ms］、ユニットパルス電流積分値の所定値をＳｉ［［A・ms］及びピーク期間の修正値をΔＴｐ［ms］とする。ピーク立上り期間微調整値ΔＴｕ及びピーク立下り期間微調整値ΔＴｄが微調整されて変化してもユニットパルス電流積分値Ｓｉが上記の所定値になるためには、前述した（１）式において下式が成立する。
Ｓｉ＝（Ｉｐ−Ｉｂ）・（1/2・（Ｔu0＋ΔＴｕ）＋1/2・（Ｔd0＋ΔＴｄ）＋（Ｔp0＋ΔＴｐ））＋Ｉｂ・（Ｔu0＋ΔＴｕ＋Ｔd0＋ΔＴｄ＋Ｔp0＋ΔＴｐ）上式をΔＴｐについて整理すると下式が得られる。
ΔＴｐ＝−（（Ｉｐ＋Ｉｂ）／Ｉｐ）・(ΔＴｕ＋ΔＴｄ）／２ （２）式したがって、ピーク立上り期間及びピーク立下り期間が微調整されたときは、これに応動した上記（２）式に基づいてピーク期間修正値ΔＴｐを演算し、新しいピーク期間Ｔｐ＝Ｔp0＋ΔＴｐに修正すれば、ユニットパルス電流積分値は常に所定値Ｓｉになる。この結果、アーク特性の微調整後においては、ピーク立上り期間Ｔｕ＝Ｔu0＋ΔＴｕ中はベース電流Ｉｂからピーク電流Ｉｐへと上昇する遷移電流を通電し、続けてピーク期間Ｔｐ＝Ｔp0＋ΔＴｐ中はピーク電流Ｉｐを通電し、続けてピーク立下り期間Ｔｄ＝Ｔd0＋ΔＴｄ中はピーク電流Ｉｐからベース電流Ｉｂへと下降する遷移電流を通電し、続けてフィードバック制御によって定まるベース期間Ｔｂ中はベース電流Ｉｂを通電する。
【００１６】
課題の欄で前述したときと同一の設定１の波形パラメータにおいて、上述した本発明を適用すると以下のようになる。波形パラメータは、Ｔu0＝1.2ms、Ｔd0＝0.6ms、Ｔp0＝1.0ms、Ｉｐ＝280Ａ、Ｉｂ＝30Ａ、Ｓｉ＝559A・msである。ここで、アーク特性をソフトにするためにピーク立上り期間微調整値ΔＴｕ＝＋0.6ms及びピーク立下り期間微調整値ΔＴｄ＝＋0.6msに設定すると、上記（２）式によってピーク期間修正値ΔＴｐ＝−（（280＋30）／280）・（0.6＋0.6）／2＝0.66msとなる。したがって、ピーク立上り期間Ｔｕ＝1.2＋0.6＝1.8ms、ピーク立下り期間Ｔｄ＝0.6＋0.6＝1.2ms及びピーク期間Ｔｐ＝1.0−0.66＝0.34msに修正される。このときのユニットパルス電流積分値Ｓｉ＝560A・msとなり、アーク特性の微調整によっては変化しない。このために、１パルス１溶滴移行する良好な溶接状態が常に維持され、良好な溶接品質を得ることができる。
【００１７】
図４は、上述した実施の形態１を実施するための溶接電源装置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。
出力制御回路ＩＮＶは、商用交流電源３相２００Ｖ等を入力として、後述する電流誤差増幅信号Ｅｉに従って、インバータ制御、サイリスタ位相制御等の出力制御を行い、溶接に適した溶接電圧Ｖｗ及び溶接電流Ｉｗを出力する。溶接ワイヤ１は、ワイヤ送給装置の送給ロール５の回転によって、溶接トーチ４を通って送給されて、母材２との間でアーク３が発生して、溶接が行われる。
【００１８】
電圧検出回路ＶＤは、溶接電圧Ｖｗを検出して、溶接電圧検出信号Ｖｄを出力する。電圧平均化回路ＶＤＡは、上記の電圧検出信号Ｖｄを平均化して、平均電圧信号Ｖdaを出力する。電圧設定回路ＶＳは、予め定めた電圧設定信号Ｖｓを出力する。電圧誤差増幅回路ＥＶは、上記の平均電圧信号Ｖdaと上記の電圧設定信号Ｖｓとの誤差を増幅して、電圧誤差増幅信号Ｅｖを出力する。電圧・周波数変換回路Ｖ／Ｆは、上記の電圧誤差増幅信号Ｅｖの値に比例した周波数に変換し、その周波数（パルス周期）ごとに短時間Ｈｉｇｈレベルとなるパルス周期信号Ｔｆを出力する。
【００１９】
ピーク立上り期間微調整回路ΔＴＵは、アーク特性を調整するために微調整されて、ピーク立上り期間微調整信号ΔＴｕを出力する。ピーク立下り期間微調整回路ΔＴＤは、アーク特性を調整するために微調整されて、ピーク立下り期間微調整信号ΔＴｄを出力する。これらの回路ΔＴＵ、ΔＴＤ及び信号ΔＴｕ、ΔＴｄは、溶接電源装置のフロントパネルに設けられた可変抵抗器であってもよいし、溶接ロボットを使用する場合にはロボット制御装置からの指令信号に対応させてもよい。また、同図においてこれらの回路を点線で描いているのは、アーク特性の微調整のための回路であることを示すためであり、これ以降の図においても同様である。
【００２０】
ピーク立上り期間設定回路ＴＵＳは、上記のピーク立上り期間微調整信号ΔＴｕを入力として、予め定めたピーク立上り期間標準値Ｔu0＋ΔＴｕの演算を行い、ピーク立上り期間設定信号Ｔusを出力する。ピーク立下り期間設定回路ＴＤＳは、上記のピーク立下り期間微調整信号ΔＴｄを入力として、予め定めたピーク立下り期間標準値Ｔd0＋ΔＴｄの演算を行い、ピーク立下り期間設定信号Ｔdsを出力する。ピーク期間修正値演算回路ΔＴＰは、上記のピーク立上り期間微調整信号ΔＴｕ及びピーク立下り期間微調整信号ΔＴｄを入力として、上記（２）式の演算を行い、ピーク期間修正信号ΔＴｐを出力する。ピーク期間設定回路ＴＰＳは、上記のピーク期間修正信号ΔＴｐを入力として、予め定めたピーク期間標準値Ｔp0＋ΔＴｐの演算を行い、ピーク期間設定信号Ｔpsを出力する。
【００２１】
ピーク電流設定回路ＩＰＳは、予め定めたピーク電流設定信号Ｉpsを出力する。ベース電流設定回路ＩＢＳは、予め定めたベース電流設定信号Ｉbsを出力する。電流制御設定回路ＩＳＣは、上記のパルス周期信号ＴｆがＨｉｇｈレベルに変化した時点から上記のピーク立上り期間設定信号Ｔusによって定まる期間中は上記のベース電流設定信号Ｉbsから上記のピーク電流設定信号Ｉpsへと上昇する電流制御設定信号Ｉscを出力し、続いて上記のピーク期間設定信号Ｔpsによって定まる期間中は上記のピーク電流設定信号Ｉpsを電流制御設定信号Ｉscとして出力し、続いて上記のピーク立下り期間設定信号Ｔdsによって定まる期間中は上記のピーク電流設定信号Ｉpsから上記のベース電流設定信号Ｉbsへと下降する電流制御設定信号Ｉscを出力し、続いて上記のパルス周期信号ＴｆがＬｏｗレベルであるベース期間Ｔｂ中は上記のベース電流設定信号Ｉbsを電流制御設定信号Ｉscとして出力する。電流検出回路ＩＤは、溶接電流Ｉｗを検出して、電流検出信号Ｉｄを出力する。電流誤差増幅回路ＥＩは、上記の電流制御設定信号Ｉscと上記の電流検出信号Ｉｄとの誤差を増幅して、電流誤差増幅信号Ｅｉを出力する。上述した動作によって、上記の電流制御設定信号Ｉscに相当する溶接電流Ｉｗが通電する。
【００２２】
［実施の形態２］
本発明の実施の形態２は、上述した実施の形態１において、アーク特性の微調整として傾斜微調整係数Ｋｓを設定し、これに応動してピーク立上り期間微調整値ΔＴｕ＝Ｋｓ・Ｔu0及びピーク立下り期間微調整値ΔＴｄ＝Ｋｓ・Ｔd0を演算し、これらの演算値を上記（２）式に入力してピーク期間修正値ΔＴｐを演算して設定するパルスアーク溶接制御方法である。すなわち、実施の形態１では、アーク特性を調整するためには、ピーク立上り期間微調整値ΔＴｕ及びピーク立下り期間微調整値ΔＴｄの２つの信号を個別に調整する必要があり、所望のアーク特性に調整するのに手間がかかる。これに対して、実施の形態２では、上記の傾斜微調整係数Ｋｓのみによってアーク特性の調整を行うことができるので、所望のアーク特性に簡単に調整することができる。さらに、前述した波形パラメータの設定１及び設定２からもわかるように、アルミニウム合金ワイヤではピーク立上り期間を長くしピーク立下り期間を短く設定する方が溶接品質がよくなり、逆に軟鋼ワイヤではピーク立上り期間を短くしピーク立下り期間を長く設定した方が溶接品質がよくなる。したがって、ピーク立上り期間標準値Ｔu0とピーク立下り期間標準値Ｔd0との時間比率Ｔu0／Ｔd0を略一定値に保ったままで微調整をする方が溶接品質はさらによくなる。実施の形態２では、傾斜微調整係数Ｋｓを使用することで、アーク特性を調整しても上記の時間比率は一定となるので、アーク特性を変化させても溶接品質は常に良好になる。
【００２３】
前述した設定１の波形パラメータに実施の形態２を適用すると以下のようになる。波形パラメータは、Ｔu0＝1.2ms、Ｔd0＝0.6ms、Ｔp0＝1.0ms、Ｉｐ＝280Ａ、Ｉｂ＝30Ａ、Ｓｉ＝559A・msである。ここで、アーク特性をソフトにするために傾斜微調整係数Ｋｓ＝0.5が設定されると、ピーク立上り期間微調整値ΔＴｕ＝Ｋｓ・Ｔu0＝0.5・1.2ms＝0.6msが演算され、ピーク立下り期間微調整値ΔＴｄ＝Ｋｓ・Ｔd0＝0.5・0.6ms＝0.3msが演算される。そして、上記（２）式によってピーク期間修正値ΔＴｐ＝−（（280＋30）／280）・（0.6＋0.3）／2＝0.50msとなる。したがって、ピーク立上り期間Ｔｕ＝1.2＋0.6＝1.8ms、ピーク立下り期間Ｔｄ＝0.6＋0.3＝0.9ms及びピーク期間Ｔｐ＝1.0−0.50＝0.50msに修正される。この結果、ユニットパルス電流積分値Ｓｉは、アーク特性の微調整によって変化しないので、１パルス１溶滴移行する良好な溶接状態が常に維持される。
【００２４】
図５は、上述した実施の形態２を実施するための溶接電源装置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てそれらの説明は省略する。以下、図４とは異なる回路ブロックについて、同図を参照して説明する。
【００２５】
傾斜微調整係数設定回路ＫＳは、アーク特性を調整するために微調整されて、傾斜微調整係数設定信号Ｋｓを出力する。ピーク立上り期間微調整演算回路ＣＴＵは、上記の傾斜微調整係数設定信号Ｋｓを入力として、予め定めたピーク立上り期間標準値Ｔu0・Ｋｓを演算して、ピーク立上り期間微調整信号ΔＴｕを出力する。ピーク立下り期間微調整演算回路ＣＴＤは、上記の傾斜微調整係数設定信号Ｋｓを入力として、予め定めたピーク立下り期間標準値Ｔd0・Ｋｓを演算して、ピーク立下り期間微調整信号ΔＴｄを出力する。
【００２６】
［実施の形態３］
本発明の実施の形態３は、上述した実施の形態１において、アーク特性の微調整として傾斜微調整値ΔＴを設定し、これに応動してピーク立上り期間微調整値ΔＴｕ＝ΔＴとして設定し、かつ予め定めた重み付け係数Ｗｓによってピーク立下り期間微調整値ΔＴｄ＝Ｗｓ・ΔＴを演算して設定し、これらを上記（２）式に入力してピーク期間修正値ΔＴｐを演算して設定するパルスアーク溶接制御方法である。すなわち、実施の形態２と同様に、実施の形態３では、上記の傾斜微調整値ΔＴのみによってアーク特性の調整を行うことができるので、所望のアーク特性に簡単に調整することができる。
【００２７】
前述した設定１の波形パラメータに実施の形態３を適用すると以下のようになる。波形パラメータは、Ｔu0＝1.2ms、Ｔd0＝0.6ms、Ｔp0＝1.0ms、Ｉｐ＝280Ａ、Ｉｂ＝30Ａ、Ｓｉ＝559A・msである。ここで、アーク特性をソフトにするために傾斜微調整値ΔＴ＝0.6msが設定されると、ピーク立上り期間微調整値ΔＴｕ＝ΔＴ＝0.6msとなり、重み付け係数Ｗｓ＝0.5とするとピーク立下り期間微調整値ΔＴｄ＝Ｗｓ・ΔＴ＝0.5・0.6ms＝0.3msが演算される。そして、上記（２）式によってピーク期間修正値ΔＴｐ＝−（（280＋30）／280）・（0.6＋0.3）／2＝0.50msとなる。したがって、ピーク立上り期間Ｔｕ＝1.2＋0.6＝1.8ms、ピーク立下り期間Ｔｄ＝0.6＋0.3＝0.9ms及びピーク期間Ｔｐ＝1.0−0.50＝0.50msに修正される。この結果、ユニットパルス電流積分値Ｓｉは、アーク特性の微調整によって変化しないので、１パルス１溶滴移行する良好な溶接状態が常に維持される。
【００２８】
図６は、上述した実施の形態３を実施するための溶接電源装置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てそれらの説明は省略する。以下、図４とは異なる回路ブロックについて、同図を参照して説明する。
【００２９】
傾斜微調整設定回路ΔＴＳは、アーク特性を調整するために微調整されて、傾斜微調整設定信号ΔＴｓを出力する。第２のピーク立上り期間微調整演算回路ＴＵ２は、上記の傾斜微調整設定信号ΔＴｓをピーク立上り期間微調整信号ΔＴｕとして出力する。第２のピーク立下り期間微調整演算回路ＴＤ２は、上記の傾斜微調整設定信号ΔＴｓを入力として、予め定めた重み付け係数Ｗｓ・ΔＴｓを演算して、ピーク立下り期間微調整信号ΔＴｄを出力する。
【００３０】
［効果］
以下、本発明の効果について、図面を参照して説明する。
図７は、前述した図３に対応する本発明によるアルミニウム合金のパルスＭＩＧ溶接のビード外観である。波形パラメータは、図３のときと同様に、ピーク立上り期間標準値Ｔu0＝1.2ms、ピーク立下り期間標準値Ｔd0＝0.6ms、ピーク期間標準値Ｔp0＝1.0ms、ピーク電流Ｉｐ＝280Ａ、ベース電流Ｉｂ＝30Ａ、ピーク立上り期間微調整値ΔＴｕ＝0.6ms及びピーク立下り期間微調整値ΔＴｄ＝0.6msである。ピーク期間Ｔｐは、図３では上記のＩp0＝1.0msであるが、本発明では修正されて0.34msとなる。同図から明らかなように、母材２に付着するスパッタ２ｂは大幅に減少して、良好なビード２ａの外観となっている。
【００３１】
図８は、軟鋼のパルスＭＡＧ溶接事において従来技術と本発明とのスパッタ発生量の比較図である。溶接電流150Ａ、溶接電圧23Ｖ、シールドガス＝アルゴンガス＋炭酸ガス２０％、溶接ワイヤ＝直径１．２mmの軟鋼ワイヤ、ピーク立上り期間標準値Ｔu0＝0.4ms、ピーク立下り期間標準値Ｔd0＝1.2ms、ピーク期間標準値Ｔp0＝1.4ms、ピーク電流Ｉｐ＝440Ａ、ベース電流Ｉｂ＝40Ａ、傾斜微調整係数Ｋｓ＝0.5の場合であり、ピーク立上り期間Ｔｕ＝0.6ms及びピーク立下り期間Ｔｄ＝1.8msとなる。また、ピーク期間Ｔｐは、従来技術では上記のＴp0＝1.4msであるが、本発明では修正されて0.96msになる。同図から明らかなように、従来技術に比べて本発明では、スパッタ発生量が大幅に減少している。
【００３２】
【発明の効果】
本発明によれば、アーク特性を微調整するためにピーク立上り期間及びピーク立下り期間を微調整すると、これに連動してユニットパルス電流積分値が所定値になるようにピーク期間が修正されるので、常に１パルス１溶滴移行の状態を維持することができ、良好な溶接品質を得ることができる。
さらに、本発明の実施の形態２又は３によれば、アーク特性を１つの信号のみによって微調整することができるので。所望のアーク特性に簡単に設定することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】従来技術のパルスアーク溶接の電流・電圧波形図
【図２】従来技術でのアーク特性の調整方法を示す図
【図３】従来技術のビード外観図
【図４】本発明の実施の形態１を示す溶接電源装置のブロック図
【図５】本発明の実施の形態２を示す溶接電源装置のブロック図
【図６】本発明の実施の形態３を示す溶接電源装置のブロック図
【図７】本発明のビード外観図
【図８】本発明の効果を示すスパッタ発生量の比較図
【符号の説明】
１ 溶接ワイヤ
２ 母材
２ａ ビード
２ｂ スパッタ
３ アーク
４ 溶接トーチ
５ ワイヤ送給装置の送給ロール
ＣＴＤ ピーク立下り期間微調整演算回路
ＣＴＵ ピーク立上り期間微調整演算回路
ＥＩ 電流誤差増幅回路
Ｅｉ 電流誤差増幅信号
ＥＶ 電圧誤差増幅回路
Ｅｖ 電圧誤差増幅信号
Ｉｂ ベース電流
ＩＢＳ ベース電流設定回路
Ｉbs 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
Ｉｐ ピーク電流
ＩＰＳ ピーク電流設定回路
Ｉps ピーク電流設定信号
ＩＳＣ 電流制御設定回路
Ｉsc 電流制御設定信号
Ｉｗ 溶接電流
ＫＳ 傾斜微調整係数設定回路
Ｋｓ 傾斜微調整係数（設定信号）
Ｔｂ ベース期間
Ｔｄ ピーク立上り期間
Ｔd0 ピーク立下り期間標準値
ＴＤ２ 第２のピーク立下り期間微調整演算回路
ＴＤＳ ピーク立下り期間設定回路
Ｔds ピーク立下り期間設定信号
Ｔｆ パルス周期（信号）
Ｔｐ ピーク期間
Ｔp0 ピーク期間標準値
ＴＰＳ ピーク期間設定回路
Ｔps ピーク期間設定信号
Ｔｕ ピーク立上り期間
Ｔu0 ピーク立上り期間標準値
ＴＵ２ 第２のピーク立上り期間微調整演算回路
ＴＵＳ ピーク立上り期間設定回路
Ｔus ピーク立上り期間設定信号
Ｖ／Ｆ 電圧・周波数変換回路
Ｖｂ ベース電圧
ＶＤ 電圧検出回路
Ｖｄ 電圧検出信号
ＶＤＡ 電圧平均化回路
Ｖda 平均電圧信号
Ｖｐ ピーク電圧
ＶＳ 電圧設定回路
Ｖｓ 電圧設定（値／信号）
Ｖｗ 溶接電圧
Ｗｓ 重み付け係数
ΔＴＤ ピーク立下り期間微調整回路
ΔＴｄ ピーク立下り期間微調整（値／信号）
ΔＴＰ ピーク期間修正値演算回路
ΔＴｐ ピーク期間修正（値／信号）
ΔＴＳ 傾斜微調整設定回路
ΔＴｓ 傾斜微調整設定信号
ΔＴＵ ピーク立上り期間微調整回路
ΔＴｕ ピーク立上り期間微調整（値／信号）
【発明の属する技術分野】
本発明は、アークの集中性、広がり等のアーク特性を調整するためにピーク立上り期間及びピーク立下り期間を微調整したときに、ピーク期間を修正して溶接電流の通電を制御するパルスアーク溶接制御方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
図１は、消耗電極式パルスアーク溶接の電流・電圧波形図であり、同図（Ａ）は溶接電流Ｉｗの時間変化を示し、同図（Ｂ）は溶接電圧Ｖｗの時間変化を示す。以下、同図を参照して説明する。
【０００３】
同図（Ａ）に示すように、時刻ｔ１〜ｔ２のピーク立上り期間Ｔｕ中は、ベース電流Ｉｂからピーク電流Ｉｐへと上昇する遷移電流が通電し、続いて時刻ｔ２〜ｔ３のピーク期間Ｔｐ中は、上記のピーク電流Ｉｐが通電し、続いて時刻ｔ３〜ｔ４のピーク立下り期間Ｔｄ中は、上記のピーク電流Ｉｐから上記のベース電流Ｉｂへと下降する遷移電流が通電し、続いて時刻ｔ４〜ｔ５のベース期間Ｔｂ中は、上記のベース電流Ｉｂが通電する。これらの溶接電流の通電に対応して、同図（Ｂ）に示すように、上記のピーク立上り期間Ｔｕ中は、ベース電圧Ｖｂからピーク電圧Ｖｐへと上昇する遷移電圧が印加し、続いて上記のピーク期間Ｔｐ中は、上記のピーク電圧Ｖｐが印加し、続いて上記のピーク立下り期間Ｔｄ中は、上記のピーク電圧Ｖｐから上記のベース電圧Ｖｂへと下降する遷移電圧が印加し、続いて上記のベース期間Ｔｂ中は、上記のベース電圧Ｖｂが印加する。上記の時刻ｔ１〜ｔ５の期間をパルス周期Ｔｆとして繰り返して溶接が行われる。ところで、溶接中のアーク長を適正値に維持するために、同図（Ｂ）に示すように、溶接電圧Ｖｗの平均値が予め定めた電圧設定値Ｖｓと略等しくなるように、上記のパルス周期がフィードバック制御される。したがって、パルス周期Ｔｆ以外の波形パラメータ（Ｔｕ、Ｔｐ、Ｔｄ、Ｉｐ、Ｉｂ）は予め設定される。
【０００４】
同図（Ａ）において、時刻ｔ１〜ｔ４の期間（以下、ユニットパルス期間という）中の溶接電流Ｉｗの時間積分値（以下、ユニットパルス電流積分値という）Ｓｉ［A・ms］は、次式で表わすことができる。
Ｓｉ＝∫Ｉｗ・ｄｔ＝（Ｉｐ−Ｉｂ）・（1/2・Ｔｕ＋1/2・Ｔｄ＋Ｔｐ）＋Ｉｂ・（Ｔｕ＋Ｔｄ＋Ｔｐ） （１）式
パルスアーク溶接では、良好な溶接を行うためにはユニットパルス期間中に１回の溶滴移行が行われるいわゆる１パルス１溶滴移行の状態になるように、上記のユニットパルス電流積分値Ｓｉを適正値に設定する必要がある。すなわち、溶接ワイヤの材質、直径、シールドガスの種類等が決まると、１パルス１溶滴移行するために上記のユニットパルス電流積分値Ｓｉの範囲が定まる。直径１．２mmのアルミニウム−シリコン合金ワイヤでは、例えば、上記のユニットパルス電流積分値Ｓｉが５５０±１００A・ms程度の範囲内にあるときに１パルス１溶滴移行の状態になり、直径１．２mmの軟鋼ワイヤでは、ユニットパルス電流積分値Ｓｉ１が１０００±２００A・ms程度の範囲内にあるときに１パルス１溶滴移行の状態になる。ユニットパルス電流積分値Ｓｉが上記の下限値よりも小さくなると、溶滴移行は多パルス１溶滴移行の状態となり、逆に上記の上限値よりも大きくなると、溶滴移行は１パルス多溶滴移行の状態となり、どちらの場合も移行する溶滴のサイズがバラツクことになりスパッタが多く発生しビード外観も悪くなる。
【０００５】
したがって、上記の波形パラメータは、ユニットパルス電流積分値Ｓｉが上記の１パルス１溶滴移行の範囲内になるように設定される。例えば、上記の直径１．２mmのアルミニウム−シリコン合金ワイヤの場合には、波形パラメータは以下の通りである。
Ｔｕ＝1.2ms、Ｔｄ＝0.6ms、Ｔｐ＝1.0ms、Ｉｐ＝280Ａ、Ｉｂ＝30Ａ （設定１）
このときのユニットパルス電流積分値Ｓｉ＝５５９A・msとなり、上記の１パルス１溶滴移行の範囲の略中心値となる。同様に、上記の直径１．２mmの軟鋼ワイヤの場合には、波形パラメータは以下の通りである。
Ｔｕ＝0.4ms、Ｔｄ＝1.2ms、Ｔｐ＝1.4ms、Ｉｐ＝440Ａ、Ｉｂ＝40Ａ （設定２）
このときのユニットパルス電流積分値Ｓｉは１０５６A・msとなり、上記の１パルス１溶滴移行の範囲の略中心値となる。
【０００６】
図２は、ピーク立上り／立下り期間の時間長さとアーク特性との関係を示す図である。同図（Ａ１）はピーク立上り期間Ｔu1及びピーク立下り期間Ｔd1が長い場合の溶接電流波形を示し、同図（Ａ２）はそのときのアーク発生状態を示し、同図（Ｂ１）はピーク立上り期間Ｔu2及びピーク立下り期間Ｔd2が短い場合の溶接電流波形を示し、同図（Ｂ２）はそのときのアーク発生状態を示す。アークの集中性、アークの広がり、アーク力の強さ等のアーク特性は、ピーク立上り期間及びピーク立下り期間の時間長さによって変化することが知られている。同図（Ａ１）に示すように、ピーク立上り期間Ｔu1及びピーク立下り期間Ｔd1を長くすると、同図（Ａ２）に示すように、溶接ワイヤ１と母材２との間のアーク３はすそ野が広がった形状となり、アークの集中性が弱くなり、アークの広がりは広くなり、アーク力は弱くなり、ソフトなアーク特性になる。このために、姿勢溶接に適しており、アンダーカットの発生を抑制する効果もある。他方、同図（Ｂ１）に示すように、ピーク立上り期間Ｔu2及びピーク立下り期間Ｔd2を短くすると、同図（Ｂ２）に示すように、溶接ワイヤ１と母材２との間のアーク３はすそ野が狭い形状となり、アークの集中性が強くなり、アークの広がりは狭くなり、アーク力は強くなり、ハードなアーク特性になる。このために、溶け込み深さを深くする効果がある。上記の効果以外にも、アーク特性によって溶接の作業性が変化するために、溶接作業者は自分の好みに合ったアーク特性に調整する。したがって、従来技術では、継手形状、要求品質、作業性等を考慮して、ピーク立上り期間及びピーク立下り期間の時間長さを微調整することによってアーク特性を微調整することができるようにしている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
従来技術では、アーク特性を調整するために、ピーク期間Ｔｐは予め定めた標準値のままで、ピーク立上り期間及びピーク立下り期間を予め定めた標準値を中心として微調整することになる。このために、ピーク立上り期間及びピーク立下り期間の微調整値によっては、上記のユニットパルス電流積分値が１パルス１溶滴移行の範囲外になる場合が発生し、溶滴移行状態が不安定になり溶接品質が悪くなるという問題がある。以下、前述した設定１の場合である直径１．２mmのアルミニウム−シリコン合金ワイヤの場合を例として説明する。この場合の波形パラメータの標準値は、前述した設定１のように、Ｔu0＝1.2ms、Ｔd0＝0.6ms、Ｔp0＝1.0ms、Ｉｐ＝280Ａ、Ｉｂ＝30Ａ、Ｓｉ＝559A・msである。ここで、アーク特性をソフトにするためにピーク立上り期間Ｔｕ及びピーク立下り期間Ｔｄの微調整値ΔＴｕ＝ΔＴｄ＝＋0.6msとすると、ピーク立上り期間Ｔｕ＝1.8ms及びピーク立下り期間Ｔｄ＝1.2msへと修正される。ピーク期間Ｔｐ＝Ｔp0＝1.0msのままである。したがって、アーク特性微調整後のユニットパルス電流積分値Ｓｉ＝７４５A・msとなり、前述した１パルス１溶滴移行の範囲５５０±１００A・msの上限値を超えることになる。この結果、溶滴移行状態が不安定になり、スパッタが多く発生してビード外観も悪くなる。このビード外観の例を図３に示す。同図は、前述した設定１の溶接ワイヤ及び波形パラメータにおいて、溶接電流７５Ａ及び溶接電圧１８Ｖに設定してアルミニウム合金のパルスＭＩＧ溶接を行ったときのビード外観である。同図から明らかなように、母材２表面上に多くのスパッタ２ｂが付着して、ビード２ａの外観が悪くなっている。
【０００８】
上述したように、従来技術では、アーク特性を調整するために、ピーク立上り期間及びピーク立下り期間を微調整すると、ユニットパルス電流積分値が１パルス１溶滴移行の範囲外となる場合がよく起こり、その結果溶接品質が悪くなるという問題があった。
【０００９】
そこで、本発明では、アーク特性を調整するために、ピーク立上り期間及びピーク立下り期間を微調整しても、ユニットパルス電流積分値が常に１パルス１溶滴移行の範囲内になるようにピーク期間を自動修正することができるパルスアーク溶接制御方法を提供する。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
第１の発明は、図４に示すように、
溶接ワイヤを送給すると共に、予め定めたピーク立上り期間Ｔｕ中は予め定めたベース電流Ｉｂから予め定めたピーク電流Ｉｐへと上昇する遷移電流を通電し続けて予め定めたピーク期間Ｔｐ中は上記ピーク電流Ｉｐを通電し続けて予め定めたピーク立下り期間Ｔｄ中は上記ピーク電流Ｉｐから上記ベース電流Ｉｂへと下降する遷移電流を通電し続けてベース期間Ｔｂ中は上記ベース電流Ｉｂを通電しこれらの溶接電流の通電をパルス周期Ｔｆとして繰り返して通電し、溶接電圧Ｖｗの平均値が予め定めた電圧設定値Ｖｓと略等しくなるように上記ベース期間Ｔｂがフィードバック制御されるパルスアーク溶接制御方法において、
アーク特性の微調整のために上記ピーク立上り期間及び上記ピーク立下り期間が微調整されると、これに応動して上記ピーク立上り期間及び上記ピーク期間及び上記ピーク立下り期間中の溶接電流の時間積分値Ｓｉが上記アーク特性の微調整によらず常に予め定めた所定値と等しくなるように上記ピーク期間を修正して上記パルス周期Ｔｆの通電を繰り返すことを特徴とするパルスアーク溶接制御方法である。
【００１１】
第２の発明は、図４に示すように、
溶接ワイヤを送給すると共に、予め定めたピーク立上り期間Ｔｕ中は予め定めたベース電流Ｉｂから予め定めたピーク電流Ｉｐへと上昇する遷移電流を通電し続けて予め定めたピーク期間Ｔｐ中は上記ピーク電流Ｉｐを通電し続けて予め定めたピーク立下り期間Ｔｄ中は上記ピーク電流Ｉｐから上記ベース電流Ｉｂへと下降する遷移電流を通電し続けてベース期間Ｔｂ中は上記ベース電流Ｉｂを通電しこれらの溶接電流の通電をパルス周期Ｔｆとして繰り返して通電し、溶接電圧Ｖｗの平均値が予め定めた電圧設定値Ｖｓと略等しくなるように上記ベース期間Ｔｂがフィードバック制御されるパルスアーク溶接制御方法において、
アーク特性の微調整のために上記ピーク立上り期間の微調整値ΔＴｕ及び上記ピーク立下り期間の微調整値ΔＴｄが設定されると、これに応動して上記ピーク立上り期間をＴｕ＋ΔＴｕに修正しかつ上記ピーク立下り期間をＴｄ＋ΔＴｄに修正しかつ上記ピーク期間をＴｐ−（（Ｉｐ＋Ｉｂ）／Ｉｐ）・（ΔＴｕ＋ΔＴｄ）／２に修正して上記パルス周期Ｔｆの通電を繰り返すことを特徴とするパルスアーク溶接制御方法である。
【００１２】
第３の発明は、図５に示すように、
アーク特性の微調整のために傾斜微調整係数Ｋｓが設定されると、これに応動してピーク立上り期間の微調整値ΔＴｕ＝Ｋｓ・Ｔｕ及びピーク立下り期間の微調整値ΔＴｄ＝Ｋｓ・Ｔｄを演算して設定することを特徴とする第２の発明記載のパルスアーク溶接制御方法である。
【００１３】
第４の発明は、図６に示すように、
アーク特性の微調整のために傾斜微調整値ΔＴが設定されると、これに応動してピーク立上り期間の微調整値ΔＴｕ＝ΔＴとして設定しかつ予め定めた重み付け係数Ｗｓによってピーク立下り期間の微調整値ΔＴｄ＝Ｗｓ・ΔＴを演算して設定することを特徴とする第２の発明記載のパルスアーク溶接制御方法である。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して説明する。
［実施の形態１］
本発明の実施の形態１は、アーク特性を調整するために、ピーク立上り期間及びピーク立下り期間を微調整すると、これに連動して上記のユニットパルス電流積分値が予め定めた所定値になるようにピーク期間を自動修正して、パルス周期の溶接電流の通電を制御するパルスアーク溶接制御方法である。以下、ピーク期間の修正方法について説明する。
【００１５】
ピーク立上り期間Ｔｕ、ピーク立下り期間Ｔｄ及びピーク期間Ｔｐの標準値とは、ピーク立上り期間の微調整値ΔＴｕ及びピーク立下り期間の微調整値ΔＴｄが共に０であるアーク特性が標準値の場合の各値である。標準値のピーク立上り期間をＴu0［ms］、標準値のピーク立下り期間をＴd0［ms］、標準値のピーク期間をＴp0［ms］、ピーク電流をＩｐ［Ａ］、ベース電流をＩｂ［Ａ］、ピーク立上り期間微調整値をΔＴｕ［ms］、ピーク立下り期間微調整値をΔＴｄ［ms］、ユニットパルス電流積分値の所定値をＳｉ［［A・ms］及びピーク期間の修正値をΔＴｐ［ms］とする。ピーク立上り期間微調整値ΔＴｕ及びピーク立下り期間微調整値ΔＴｄが微調整されて変化してもユニットパルス電流積分値Ｓｉが上記の所定値になるためには、前述した（１）式において下式が成立する。
Ｓｉ＝（Ｉｐ−Ｉｂ）・（1/2・（Ｔu0＋ΔＴｕ）＋1/2・（Ｔd0＋ΔＴｄ）＋（Ｔp0＋ΔＴｐ））＋Ｉｂ・（Ｔu0＋ΔＴｕ＋Ｔd0＋ΔＴｄ＋Ｔp0＋ΔＴｐ）上式をΔＴｐについて整理すると下式が得られる。
ΔＴｐ＝−（（Ｉｐ＋Ｉｂ）／Ｉｐ）・(ΔＴｕ＋ΔＴｄ）／２ （２）式したがって、ピーク立上り期間及びピーク立下り期間が微調整されたときは、これに応動した上記（２）式に基づいてピーク期間修正値ΔＴｐを演算し、新しいピーク期間Ｔｐ＝Ｔp0＋ΔＴｐに修正すれば、ユニットパルス電流積分値は常に所定値Ｓｉになる。この結果、アーク特性の微調整後においては、ピーク立上り期間Ｔｕ＝Ｔu0＋ΔＴｕ中はベース電流Ｉｂからピーク電流Ｉｐへと上昇する遷移電流を通電し、続けてピーク期間Ｔｐ＝Ｔp0＋ΔＴｐ中はピーク電流Ｉｐを通電し、続けてピーク立下り期間Ｔｄ＝Ｔd0＋ΔＴｄ中はピーク電流Ｉｐからベース電流Ｉｂへと下降する遷移電流を通電し、続けてフィードバック制御によって定まるベース期間Ｔｂ中はベース電流Ｉｂを通電する。
【００１６】
課題の欄で前述したときと同一の設定１の波形パラメータにおいて、上述した本発明を適用すると以下のようになる。波形パラメータは、Ｔu0＝1.2ms、Ｔd0＝0.6ms、Ｔp0＝1.0ms、Ｉｐ＝280Ａ、Ｉｂ＝30Ａ、Ｓｉ＝559A・msである。ここで、アーク特性をソフトにするためにピーク立上り期間微調整値ΔＴｕ＝＋0.6ms及びピーク立下り期間微調整値ΔＴｄ＝＋0.6msに設定すると、上記（２）式によってピーク期間修正値ΔＴｐ＝−（（280＋30）／280）・（0.6＋0.6）／2＝0.66msとなる。したがって、ピーク立上り期間Ｔｕ＝1.2＋0.6＝1.8ms、ピーク立下り期間Ｔｄ＝0.6＋0.6＝1.2ms及びピーク期間Ｔｐ＝1.0−0.66＝0.34msに修正される。このときのユニットパルス電流積分値Ｓｉ＝560A・msとなり、アーク特性の微調整によっては変化しない。このために、１パルス１溶滴移行する良好な溶接状態が常に維持され、良好な溶接品質を得ることができる。
【００１７】
図４は、上述した実施の形態１を実施するための溶接電源装置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。
出力制御回路ＩＮＶは、商用交流電源３相２００Ｖ等を入力として、後述する電流誤差増幅信号Ｅｉに従って、インバータ制御、サイリスタ位相制御等の出力制御を行い、溶接に適した溶接電圧Ｖｗ及び溶接電流Ｉｗを出力する。溶接ワイヤ１は、ワイヤ送給装置の送給ロール５の回転によって、溶接トーチ４を通って送給されて、母材２との間でアーク３が発生して、溶接が行われる。
【００１８】
電圧検出回路ＶＤは、溶接電圧Ｖｗを検出して、溶接電圧検出信号Ｖｄを出力する。電圧平均化回路ＶＤＡは、上記の電圧検出信号Ｖｄを平均化して、平均電圧信号Ｖdaを出力する。電圧設定回路ＶＳは、予め定めた電圧設定信号Ｖｓを出力する。電圧誤差増幅回路ＥＶは、上記の平均電圧信号Ｖdaと上記の電圧設定信号Ｖｓとの誤差を増幅して、電圧誤差増幅信号Ｅｖを出力する。電圧・周波数変換回路Ｖ／Ｆは、上記の電圧誤差増幅信号Ｅｖの値に比例した周波数に変換し、その周波数（パルス周期）ごとに短時間Ｈｉｇｈレベルとなるパルス周期信号Ｔｆを出力する。
【００１９】
ピーク立上り期間微調整回路ΔＴＵは、アーク特性を調整するために微調整されて、ピーク立上り期間微調整信号ΔＴｕを出力する。ピーク立下り期間微調整回路ΔＴＤは、アーク特性を調整するために微調整されて、ピーク立下り期間微調整信号ΔＴｄを出力する。これらの回路ΔＴＵ、ΔＴＤ及び信号ΔＴｕ、ΔＴｄは、溶接電源装置のフロントパネルに設けられた可変抵抗器であってもよいし、溶接ロボットを使用する場合にはロボット制御装置からの指令信号に対応させてもよい。また、同図においてこれらの回路を点線で描いているのは、アーク特性の微調整のための回路であることを示すためであり、これ以降の図においても同様である。
【００２０】
ピーク立上り期間設定回路ＴＵＳは、上記のピーク立上り期間微調整信号ΔＴｕを入力として、予め定めたピーク立上り期間標準値Ｔu0＋ΔＴｕの演算を行い、ピーク立上り期間設定信号Ｔusを出力する。ピーク立下り期間設定回路ＴＤＳは、上記のピーク立下り期間微調整信号ΔＴｄを入力として、予め定めたピーク立下り期間標準値Ｔd0＋ΔＴｄの演算を行い、ピーク立下り期間設定信号Ｔdsを出力する。ピーク期間修正値演算回路ΔＴＰは、上記のピーク立上り期間微調整信号ΔＴｕ及びピーク立下り期間微調整信号ΔＴｄを入力として、上記（２）式の演算を行い、ピーク期間修正信号ΔＴｐを出力する。ピーク期間設定回路ＴＰＳは、上記のピーク期間修正信号ΔＴｐを入力として、予め定めたピーク期間標準値Ｔp0＋ΔＴｐの演算を行い、ピーク期間設定信号Ｔpsを出力する。
【００２１】
ピーク電流設定回路ＩＰＳは、予め定めたピーク電流設定信号Ｉpsを出力する。ベース電流設定回路ＩＢＳは、予め定めたベース電流設定信号Ｉbsを出力する。電流制御設定回路ＩＳＣは、上記のパルス周期信号ＴｆがＨｉｇｈレベルに変化した時点から上記のピーク立上り期間設定信号Ｔusによって定まる期間中は上記のベース電流設定信号Ｉbsから上記のピーク電流設定信号Ｉpsへと上昇する電流制御設定信号Ｉscを出力し、続いて上記のピーク期間設定信号Ｔpsによって定まる期間中は上記のピーク電流設定信号Ｉpsを電流制御設定信号Ｉscとして出力し、続いて上記のピーク立下り期間設定信号Ｔdsによって定まる期間中は上記のピーク電流設定信号Ｉpsから上記のベース電流設定信号Ｉbsへと下降する電流制御設定信号Ｉscを出力し、続いて上記のパルス周期信号ＴｆがＬｏｗレベルであるベース期間Ｔｂ中は上記のベース電流設定信号Ｉbsを電流制御設定信号Ｉscとして出力する。電流検出回路ＩＤは、溶接電流Ｉｗを検出して、電流検出信号Ｉｄを出力する。電流誤差増幅回路ＥＩは、上記の電流制御設定信号Ｉscと上記の電流検出信号Ｉｄとの誤差を増幅して、電流誤差増幅信号Ｅｉを出力する。上述した動作によって、上記の電流制御設定信号Ｉscに相当する溶接電流Ｉｗが通電する。
【００２２】
［実施の形態２］
本発明の実施の形態２は、上述した実施の形態１において、アーク特性の微調整として傾斜微調整係数Ｋｓを設定し、これに応動してピーク立上り期間微調整値ΔＴｕ＝Ｋｓ・Ｔu0及びピーク立下り期間微調整値ΔＴｄ＝Ｋｓ・Ｔd0を演算し、これらの演算値を上記（２）式に入力してピーク期間修正値ΔＴｐを演算して設定するパルスアーク溶接制御方法である。すなわち、実施の形態１では、アーク特性を調整するためには、ピーク立上り期間微調整値ΔＴｕ及びピーク立下り期間微調整値ΔＴｄの２つの信号を個別に調整する必要があり、所望のアーク特性に調整するのに手間がかかる。これに対して、実施の形態２では、上記の傾斜微調整係数Ｋｓのみによってアーク特性の調整を行うことができるので、所望のアーク特性に簡単に調整することができる。さらに、前述した波形パラメータの設定１及び設定２からもわかるように、アルミニウム合金ワイヤではピーク立上り期間を長くしピーク立下り期間を短く設定する方が溶接品質がよくなり、逆に軟鋼ワイヤではピーク立上り期間を短くしピーク立下り期間を長く設定した方が溶接品質がよくなる。したがって、ピーク立上り期間標準値Ｔu0とピーク立下り期間標準値Ｔd0との時間比率Ｔu0／Ｔd0を略一定値に保ったままで微調整をする方が溶接品質はさらによくなる。実施の形態２では、傾斜微調整係数Ｋｓを使用することで、アーク特性を調整しても上記の時間比率は一定となるので、アーク特性を変化させても溶接品質は常に良好になる。
【００２３】
前述した設定１の波形パラメータに実施の形態２を適用すると以下のようになる。波形パラメータは、Ｔu0＝1.2ms、Ｔd0＝0.6ms、Ｔp0＝1.0ms、Ｉｐ＝280Ａ、Ｉｂ＝30Ａ、Ｓｉ＝559A・msである。ここで、アーク特性をソフトにするために傾斜微調整係数Ｋｓ＝0.5が設定されると、ピーク立上り期間微調整値ΔＴｕ＝Ｋｓ・Ｔu0＝0.5・1.2ms＝0.6msが演算され、ピーク立下り期間微調整値ΔＴｄ＝Ｋｓ・Ｔd0＝0.5・0.6ms＝0.3msが演算される。そして、上記（２）式によってピーク期間修正値ΔＴｐ＝−（（280＋30）／280）・（0.6＋0.3）／2＝0.50msとなる。したがって、ピーク立上り期間Ｔｕ＝1.2＋0.6＝1.8ms、ピーク立下り期間Ｔｄ＝0.6＋0.3＝0.9ms及びピーク期間Ｔｐ＝1.0−0.50＝0.50msに修正される。この結果、ユニットパルス電流積分値Ｓｉは、アーク特性の微調整によって変化しないので、１パルス１溶滴移行する良好な溶接状態が常に維持される。
【００２４】
図５は、上述した実施の形態２を実施するための溶接電源装置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てそれらの説明は省略する。以下、図４とは異なる回路ブロックについて、同図を参照して説明する。
【００２５】
傾斜微調整係数設定回路ＫＳは、アーク特性を調整するために微調整されて、傾斜微調整係数設定信号Ｋｓを出力する。ピーク立上り期間微調整演算回路ＣＴＵは、上記の傾斜微調整係数設定信号Ｋｓを入力として、予め定めたピーク立上り期間標準値Ｔu0・Ｋｓを演算して、ピーク立上り期間微調整信号ΔＴｕを出力する。ピーク立下り期間微調整演算回路ＣＴＤは、上記の傾斜微調整係数設定信号Ｋｓを入力として、予め定めたピーク立下り期間標準値Ｔd0・Ｋｓを演算して、ピーク立下り期間微調整信号ΔＴｄを出力する。
【００２６】
［実施の形態３］
本発明の実施の形態３は、上述した実施の形態１において、アーク特性の微調整として傾斜微調整値ΔＴを設定し、これに応動してピーク立上り期間微調整値ΔＴｕ＝ΔＴとして設定し、かつ予め定めた重み付け係数Ｗｓによってピーク立下り期間微調整値ΔＴｄ＝Ｗｓ・ΔＴを演算して設定し、これらを上記（２）式に入力してピーク期間修正値ΔＴｐを演算して設定するパルスアーク溶接制御方法である。すなわち、実施の形態２と同様に、実施の形態３では、上記の傾斜微調整値ΔＴのみによってアーク特性の調整を行うことができるので、所望のアーク特性に簡単に調整することができる。
【００２７】
前述した設定１の波形パラメータに実施の形態３を適用すると以下のようになる。波形パラメータは、Ｔu0＝1.2ms、Ｔd0＝0.6ms、Ｔp0＝1.0ms、Ｉｐ＝280Ａ、Ｉｂ＝30Ａ、Ｓｉ＝559A・msである。ここで、アーク特性をソフトにするために傾斜微調整値ΔＴ＝0.6msが設定されると、ピーク立上り期間微調整値ΔＴｕ＝ΔＴ＝0.6msとなり、重み付け係数Ｗｓ＝0.5とするとピーク立下り期間微調整値ΔＴｄ＝Ｗｓ・ΔＴ＝0.5・0.6ms＝0.3msが演算される。そして、上記（２）式によってピーク期間修正値ΔＴｐ＝−（（280＋30）／280）・（0.6＋0.3）／2＝0.50msとなる。したがって、ピーク立上り期間Ｔｕ＝1.2＋0.6＝1.8ms、ピーク立下り期間Ｔｄ＝0.6＋0.3＝0.9ms及びピーク期間Ｔｐ＝1.0−0.50＝0.50msに修正される。この結果、ユニットパルス電流積分値Ｓｉは、アーク特性の微調整によって変化しないので、１パルス１溶滴移行する良好な溶接状態が常に維持される。
【００２８】
図６は、上述した実施の形態３を実施するための溶接電源装置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てそれらの説明は省略する。以下、図４とは異なる回路ブロックについて、同図を参照して説明する。
【００２９】
傾斜微調整設定回路ΔＴＳは、アーク特性を調整するために微調整されて、傾斜微調整設定信号ΔＴｓを出力する。第２のピーク立上り期間微調整演算回路ＴＵ２は、上記の傾斜微調整設定信号ΔＴｓをピーク立上り期間微調整信号ΔＴｕとして出力する。第２のピーク立下り期間微調整演算回路ＴＤ２は、上記の傾斜微調整設定信号ΔＴｓを入力として、予め定めた重み付け係数Ｗｓ・ΔＴｓを演算して、ピーク立下り期間微調整信号ΔＴｄを出力する。
【００３０】
［効果］
以下、本発明の効果について、図面を参照して説明する。
図７は、前述した図３に対応する本発明によるアルミニウム合金のパルスＭＩＧ溶接のビード外観である。波形パラメータは、図３のときと同様に、ピーク立上り期間標準値Ｔu0＝1.2ms、ピーク立下り期間標準値Ｔd0＝0.6ms、ピーク期間標準値Ｔp0＝1.0ms、ピーク電流Ｉｐ＝280Ａ、ベース電流Ｉｂ＝30Ａ、ピーク立上り期間微調整値ΔＴｕ＝0.6ms及びピーク立下り期間微調整値ΔＴｄ＝0.6msである。ピーク期間Ｔｐは、図３では上記のＩp0＝1.0msであるが、本発明では修正されて0.34msとなる。同図から明らかなように、母材２に付着するスパッタ２ｂは大幅に減少して、良好なビード２ａの外観となっている。
【００３１】
図８は、軟鋼のパルスＭＡＧ溶接事において従来技術と本発明とのスパッタ発生量の比較図である。溶接電流150Ａ、溶接電圧23Ｖ、シールドガス＝アルゴンガス＋炭酸ガス２０％、溶接ワイヤ＝直径１．２mmの軟鋼ワイヤ、ピーク立上り期間標準値Ｔu0＝0.4ms、ピーク立下り期間標準値Ｔd0＝1.2ms、ピーク期間標準値Ｔp0＝1.4ms、ピーク電流Ｉｐ＝440Ａ、ベース電流Ｉｂ＝40Ａ、傾斜微調整係数Ｋｓ＝0.5の場合であり、ピーク立上り期間Ｔｕ＝0.6ms及びピーク立下り期間Ｔｄ＝1.8msとなる。また、ピーク期間Ｔｐは、従来技術では上記のＴp0＝1.4msであるが、本発明では修正されて0.96msになる。同図から明らかなように、従来技術に比べて本発明では、スパッタ発生量が大幅に減少している。
【００３２】
【発明の効果】
本発明によれば、アーク特性を微調整するためにピーク立上り期間及びピーク立下り期間を微調整すると、これに連動してユニットパルス電流積分値が所定値になるようにピーク期間が修正されるので、常に１パルス１溶滴移行の状態を維持することができ、良好な溶接品質を得ることができる。
さらに、本発明の実施の形態２又は３によれば、アーク特性を１つの信号のみによって微調整することができるので。所望のアーク特性に簡単に設定することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】従来技術のパルスアーク溶接の電流・電圧波形図
【図２】従来技術でのアーク特性の調整方法を示す図
【図３】従来技術のビード外観図
【図４】本発明の実施の形態１を示す溶接電源装置のブロック図
【図５】本発明の実施の形態２を示す溶接電源装置のブロック図
【図６】本発明の実施の形態３を示す溶接電源装置のブロック図
【図７】本発明のビード外観図
【図８】本発明の効果を示すスパッタ発生量の比較図
【符号の説明】
１ 溶接ワイヤ
２ 母材
２ａ ビード
２ｂ スパッタ
３ アーク
４ 溶接トーチ
５ ワイヤ送給装置の送給ロール
ＣＴＤ ピーク立下り期間微調整演算回路
ＣＴＵ ピーク立上り期間微調整演算回路
ＥＩ 電流誤差増幅回路
Ｅｉ 電流誤差増幅信号
ＥＶ 電圧誤差増幅回路
Ｅｖ 電圧誤差増幅信号
Ｉｂ ベース電流
ＩＢＳ ベース電流設定回路
Ｉbs 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
Ｉｐ ピーク電流
ＩＰＳ ピーク電流設定回路
Ｉps ピーク電流設定信号
ＩＳＣ 電流制御設定回路
Ｉsc 電流制御設定信号
Ｉｗ 溶接電流
ＫＳ 傾斜微調整係数設定回路
Ｋｓ 傾斜微調整係数（設定信号）
Ｔｂ ベース期間
Ｔｄ ピーク立上り期間
Ｔd0 ピーク立下り期間標準値
ＴＤ２ 第２のピーク立下り期間微調整演算回路
ＴＤＳ ピーク立下り期間設定回路
Ｔds ピーク立下り期間設定信号
Ｔｆ パルス周期（信号）
Ｔｐ ピーク期間
Ｔp0 ピーク期間標準値
ＴＰＳ ピーク期間設定回路
Ｔps ピーク期間設定信号
Ｔｕ ピーク立上り期間
Ｔu0 ピーク立上り期間標準値
ＴＵ２ 第２のピーク立上り期間微調整演算回路
ＴＵＳ ピーク立上り期間設定回路
Ｔus ピーク立上り期間設定信号
Ｖ／Ｆ 電圧・周波数変換回路
Ｖｂ ベース電圧
ＶＤ 電圧検出回路
Ｖｄ 電圧検出信号
ＶＤＡ 電圧平均化回路
Ｖda 平均電圧信号
Ｖｐ ピーク電圧
ＶＳ 電圧設定回路
Ｖｓ 電圧設定（値／信号）
Ｖｗ 溶接電圧
Ｗｓ 重み付け係数
ΔＴＤ ピーク立下り期間微調整回路
ΔＴｄ ピーク立下り期間微調整（値／信号）
ΔＴＰ ピーク期間修正値演算回路
ΔＴｐ ピーク期間修正（値／信号）
ΔＴＳ 傾斜微調整設定回路
ΔＴｓ 傾斜微調整設定信号
ΔＴＵ ピーク立上り期間微調整回路
ΔＴｕ ピーク立上り期間微調整（値／信号）
Claims (4)
- 溶接ワイヤを送給すると共に、予め定めたピーク立上り期間中は予め定めたベース電流から予め定めたピーク電流へと上昇する遷移電流を通電し続けて予め定めたピーク期間中は前記ピーク電流を通電し続けて予め定めたピーク立下り期間中は前記ピーク電流から前記ベース電流へと下降する遷移電流を通電し続けてベース期間中は前記ベース電流を通電しこれらの溶接電流の通電をパルス周期として繰り返して通電し、溶接電圧の平均値が予め定めた電圧設定値と略等しくなるように前記ベース期間がフィードバック制御されるパルスアーク溶接制御方法において、
アーク特性の微調整のために前記ピーク立上り期間及び前記ピーク立下り期間が微調整されると、これに応動して前記ピーク立上り期間及び前記ピーク期間及び前記ピーク立下り期間中の溶接電流の時間積分値が前記アーク特性の微調整によらず常に予め定めた所定値と等しくなるように前記ピーク期間を修正して前記パルス周期の通電を繰り返すことを特徴とするパルスアーク溶接制御方法。 - 溶接ワイヤを送給すると共に、予め定めたピーク立上り期間Ｔｕ中は予め定めたベース電流Ｉｂから予め定めたピーク電流Ｉｐへと上昇する遷移電流を通電し続けて予め定めたピーク期間Ｔｐ中は前記ピーク電流Ｉｐを通電し続けて予め定めたピーク立下り期間Ｔｄ中は前記ピーク電流Ｉｐから前記ベース電流Ｉｂへと下降する遷移電流を通電し続けてベース期間中は前記ベース電流Ｉｂを通電しこれらの溶接電流の通電をパルス周期として繰り返して通電し、溶接電圧の平均値が予め定めた電圧設定値と略等しくなるように前記ベース期間がフィードバック制御されるパルスアーク溶接制御方法において、
アーク特性の微調整のために前記ピーク立上り期間の微調整値ΔＴｕ及び前記ピーク立下り期間の微調整値ΔＴｄが設定されると、これに応動して前記ピーク立上り期間をＴｕ＋ΔＴｕに修正しかつ前記ピーク立下り期間をＴｄ＋ΔＴｄに修正しかつ前記ピーク期間をＴｐ−（（Ｉｐ＋Ｉｂ）／Ｉｐ）・（ΔＴｕ＋ΔＴｄ）／２に修正して前記パルス周期の通電を繰り返すことを特徴とするパルスアーク溶接制御方法。 - アーク特性の微調整のために傾斜微調整係数Ｋｓが設定されると、これに応動してピーク立上り期間の微調整値ΔＴｕ＝Ｋｓ・Ｔｕ及びピーク立下り期間の微調整値ΔＴｄ＝Ｋｓ・Ｔｄを演算して設定することを特徴とする請求項２記載のパルスアーク溶接制御方法。
- アーク特性の微調整のために傾斜微調整値ΔＴが設定されると、これに応動してピーク立上り期間の微調整値ΔＴｕ＝ΔＴとして設定しかつ予め定めた重み付け係数Ｗｓによってピーク立下り期間の微調整値ΔＴｄ＝Ｗｓ・ΔＴを演算して設定することを特徴とする請求項２記載のパルスアーク溶接制御方法。
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