JP4847142B2 - 消耗電極パルスアーク溶接の出力制御方法 - Google Patents
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Vav=Ks・(Iav−Is)+Vs ……(1)式
予め定めたピーク期間Tp中は、同図(A)に示すように、溶接ワイヤを溶滴移行させるために大電流値の予め定めたピーク電流Ipを通電し、同図(B)に示すように、この期間中のアーク長に略比例したピーク電圧Vpが印加する。
後述する溶接電源の出力制御によって定まるベース期間Tb中は、同図(A)に示すように、溶接ワイヤ先端の溶滴を成長させないために小電流値の予め定めたベース電流Ibを通電し、同図(B)に示すように、この期間中のアーク長に略比例したベース電圧Vbが印加する。
Tpbとして繰り返して溶接を行う。同図(A)に示すように、このパルス周期Tpbごとの溶接電流の平均値がIavとなり、同様に、同図(B)に示すように、このパルス周期Tpbごとの溶接電圧の平均値がVavとなる。溶接電源の外部特性を形成するための出力制御は、パルス周期Tpbの時間長さを操作量としてフィードバック制御することで行われる。すなわち、ピーク期間Tpを一定値としてパルス周期Tpb(ベース期間Tb)を増減させることによって出力制御を行う。
Iav=(1/Tpb(n))・∫ia・dt ……(2)式
Vav=(1/Tpb(n))・∫va・dt ……(3)式
但し、積分は第n回目のパルス周期Tpb(n)の間行い、iaは溶接電流ioの絶対値であり、vaは溶接電圧voの絶対値である。
∫(Ks・ia−Ks・Is+Vs−va)・dt=0 ……(4)式
但し、積分は第n回目のパルス周期Tpb(n)の間行い、Ksは外部特性の傾きであり、Isは溶接電流基準値であり、Vsは溶接電圧基準値である。
Svj=∫(Ks・ia−Ks・Is+Vs−va)・dt ……(5)式
(1)傾きKs、溶接電流基準値Is及び溶接電圧基準値Vsによって目標の溶接電源の外部特性を予め設定する。
(2)溶接中の溶接電圧voの絶対値va及び溶接電流ioの絶対値iaを検出する。
(3)第n回目のパルス周期Tpb(n)の開始時点から積分値Svi=∫(Ks・ia−Ks・Is+Vs−va)・dtの演算を開始する。
(4)第n回目の予め定めたピーク期間Tpに続く第n回目のベース期間Tb中の上記積分値Sviが0以上(Svi≧0)になった時点で第n回目のパルス周期Tpb(n)を終了する。
(5)続けて第n+1回目のパルス周期Tpb(n+1)を開始して、上記(3)〜(4)の動作を繰り返し行うことによって、上記(1)で設定した所望の外部特性を形成する。
第n回目のパルス周期の開始時点から平均溶接電流値を刻々と算出し、前記ピーク期間中のピーク電圧値を検出し、このピーク電圧値を入力として予め定めた外部特性によって平均溶接電流設定値を算出し、
前記ピーク期間に続くベース期間中に前記平均溶接電流値と前記平均溶接電流設定値とが等しくなった時点で前記第n回目のパルス周期を終了し、続けて第n+1回目のパルス周期を開始する、ことを特徴とする消耗電極パルスアーク溶接の出力制御方法である。
図1は、本発明の実施の形態1に係る溶接電源の外部特性を示す図である。同図の横軸は平均溶接電流Iavを示し、縦軸はピーク電圧値Vpを示す。従来技術を示す図6とは異なり、縦軸をピーク電圧値Vpに変更した理由は以下のとおりである。図11で上述したように、ピーク期間Tp中は大電流値のピーク電流Ipが通電するためにアークの指向性が強くなり、アークは溶接ワイヤ直下に発生する。この結果、見かけのアーク長と真のアーク長とが略等しくなるために、真のアーク長と比例するピーク電圧値Vpによって見かけのアーク長を検出することができる。したがって、パルス周期ごとの見かけのアーク長の変化をピーク期間Tp中の見かけのアーク長の変化によって検出するものである。溶接品質には数周期〜十数周期のパルス周期における見かけのアーク長の変化が問題になるので、1パルス周期中の平均の見かけのアーク長をk検出する必要はない。パルス周期ごとのピーク期間Tpの見かけのアーク長を検出し、数数周期〜十数周期にわたる見かけのアーク長の変化幅を正確に検出することが重要である。
Vp=Ks・(Iav−Is)+Vps …(6)式
Iavs=((Vpd−Vps)/Ks)+Is …(7)
によって演算して、平均溶接電流設定信号Iavsを出力する。これにより、ピーク電圧検出信号Vpdに対応する図1の外部特性上の平均溶接電流値Iav(平均溶接電流設定信号Iavs)を算出している。第2比較回路CM2は、ピーク期間に続くベース期間に上記の平均溶接電流値信号Iavの値と平均溶接電流設定信号Iavsの値とが等しくなった時点で現パルス周期を終了するための短時間Highレベルになる比較信号Cmを出力する。
Iav=(1/t)・∫ia・dt …(8)式
但し、iaは溶接電流絶対値信号であり、積分は経過時間tの間行う。
同図(C)に示すように、平均溶接電流値信号Iavの値は、上記(8)式に従い変化し、ピーク期間Tp中はIav>Iavsとなり、ベース期間Tb中は次第に減少し、時刻t3においてIav=Iavsになる。この時刻t3の時点で第n回目のパルス周期Tpb(n)を終了する。
(1)溶接電流基準値信号Is、ピーク電圧基準値信号Vps及び傾き設定信号Ksによって所望の外部特性を上記(6)式で設定する。
(2)第n回目のパルス周期Tpb(n)のピーク電圧検出信号Vpdを入力として、上記(7)式によって平均溶接電流設定信号Iavsを算出する。
(3)第n回目のパルス周期Tpb(n)の開始時点から上記(8)式によって平均溶接電流値信号Iavを刻々と算出する。
(4)第n回目のパルス周期Tpb(n)のピーク期間Tpに続くベース期間Tb中において、平均溶接電流値信号Iavの値が平均溶接電流設定信号Iavsの値と等しくなった時点で第n回目のパルス周期Tpb(n)を終了する。
図4は、溶接電流・電圧波形においてピーク期間Tpの前後に立上り期間Tu及び立下り期間Tdを設けた場合の図3に対応するタイミングチャートである。立上り期間Tu中は、同図(A)に示すように、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、同図(B)に示すように、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する。続くピーク期間Tp中は、同図(A)に示すように、ピーク電流Ipが通電し、同図(B)に示すように、ピーク電圧Vpが印加する。続く立下り期間Td中は、同図(A)に示すように、ピーク電流Ipからベース電流Ibへと下降する遷移電流が通電し、同図(B)に示すように、ピーク電圧Vpからベース電圧Vbへと下降する遷移電圧が印加する。続くベース期間Tb中は、同図(A)に示すように、ベース電流Ibが通電し、同図(B)に示すように、ベース電圧Vbが印加する。
図5は、溶接電流・電圧波形においてピーク期間Tpの前に電極マイナス期間Tnを設けた交流パルスアーク溶接の場合の図3に対応するタイミングチャートである。電極マイナス期間Tn中は、同図(A)に示すように、電極マイナス極性で電極マイナス電流In流が通電し、同図(B)に示すように、電極マイナス電圧Vnが印加する。続くピーク期間Tp中は、同図(A)に示すように、通常の電極プラス極性に切り換えてピーク電流Ipが通電し、同図(B)に示すように、ピーク電圧Vpが印加する。続くベース期間Tb中は、同図(A)に示すように、ベース電流Ibが通電し、同図(B)に示すように、ベース電圧Vbが印加する。
上述したように、平均溶接電流平均値Iavは、上記(8)式によって算出される。図3(A)で上述した溶接電流波形において、ピーク電流Ip及びベース電流Ibは、図2で上述した溶接電流設定信号Icsによって設定される。したがって、溶接電流ioの絶対値iaの代わりに溶接電流設定信号Icsを使用すると、上記(8)式は下式に修正される。
Iav=(1/t)・∫Ics・dt …(81)式
但し、経過時間tはパルス周期開始時点からの経過時間であり、積分はこの経過時間tの間行う。溶接電流波形が、上述した図4及び図5のときも同様である。
Iavs=(Ips・Tps+Ibs・Tb)/(Tps+Tb)
上式をベース期間Tbによって整理すると下式となる。
Tb=(Ips−Iavs)・Tps/(Iavs−Ibs) …(91)式
したがって、パルス周期を開始し、ピーク電圧値Vpによって平均溶接電流設定信号Iavsが算出されると、上記(91)式によって現パルス周期のベース期間Tbを算出することができる。
Tb=((A・Tus+Ips・Tps+A・Tds)/(Iavs−Ibs))−Tus−Tps−Tds
…(92)式
但し、A=(1/2)・(Ips−Ibs)であり、Tusは予め定めた立上り期間設定値であり、Tdsは予め定めた立下り期間設定値である。
Tb=((Ins−Iavs)・Tns+(Ips−Iavs)・Tps)/(Iavs−Ibs)
…(93)式
但し、Insは予め定めた電極マイナス電流設定値であり、Tnsは予め定めた電極マイナス期間設定値である。
2 母材
3 アーク
4 溶接トーチ
5 送給ロール
CM 比較回路
Cm 比較信号
CM2 第2比較回路
EI 電流誤差増幅回路
Ei 電流誤差増幅信号
ia 溶接電流絶対値(信号)
IAV 平均電流算出回路
Iav 平均溶接電流値(信号)
IAVS 平均溶接電流設定回路
Iavs 平均溶接電流設定信号
Ib ベース電流
Ibs ベース電流設定値
ICS 電流設定回路
Ics 溶接電流設定信号
ID 電流検出回路
In 電極マイナス電流
Ins 電極マイナス電流設定値
io 溶接電流
Ip ピーク電流
Ips ピーク電流設定値
IS 溶接電流基準値設定回路
Is 溶接電流基準値(信号)
KS 傾き設定回路
Ks 傾き設定信号
L1〜L3 外部特性
La1、La2 見かけのアーク長
Lt1、Lt2 真のアーク長
PF 溶接電流波形パラメータ設定回路
Pf 溶接電流波形パラメータ設定信号
SVI 積分回路
Svi 積分値(信号)
Tb ベース期間
Td 立下り期間
Tds 立下り期間設定値
Tn 電極マイナス期間
Tns 電極マイナス期間設定値
Tp ピーク期間
Tpb パルス周期
Tps ピーク期間設定値
Tu 立下り期間
Tus 立下り期間設定値
va 溶接電圧絶対値(信号)
Vav 平均溶接電圧値
Vb ベース電圧
VD 電圧検出回路
Vn 電極マイナス電圧
vo 溶接電圧
Vp ピーク電圧
VPD ピーク電圧検出回路
Vpd ピーク電圧検出信号
VPS ピーク電圧基準値設定回路
Vps ピーク電圧基準値(信号)
VS 溶接電圧基準値設定回路
Vs 溶接電圧基準値(信号)
Claims (4)
- ピーク期間中のピーク電流の通電とベース期間中のベース電流の通電とを1パルス周期として溶接電流を通電して溶接する消耗電極パルスアーク溶接の出力制御方法において、
第n回目のパルス周期の開始時点から平均溶接電流値を刻々と算出し、前記ピーク期間中のピーク電圧値を検出し、このピーク電圧値を入力として予め定めた外部特性によって平均溶接電流設定値を算出し、
前記ピーク期間に続くベース期間中に前記平均溶接電流値と前記平均溶接電流設定値とが等しくなった時点で前記第n回目のパルス周期を終了し、続けて第n+1回目のパルス周期を開始する、ことを特徴とする消耗電極パルスアーク溶接の出力制御方法。 - 前記ピーク電流が立上り及び/又は立下りに傾斜を有する、ことを特徴とする請求項1記載の消耗電極パルスアーク溶接の出力制御方法。
- 前記ピーク期間の前に電極マイナス期間を設け、この電極マイナス期間中は電極マイナス極性に切り換えて電極マイナス電流を通電する、ことを特徴とする請求項1又は請求項2記載の消耗電極パルスアーク溶接の出力制御方法。
- 前記平均溶接電流値の算出を前記溶接電流の設定信号によって行う、ことを特徴とする請求項1〜3のいずれか1項に記載の消耗電極パルスアーク溶接の出力制御方法。
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