JP4890281B2 - パルスアーク溶接制御方法 - Google Patents

Description

本発明は、アーク長と比例関係にない異常電圧を除去した溶接電圧によってアーク長を制御するパルスアーク溶接制御方法に関するものである。

図５は、本発明が対象とする消耗電極パルスアーク溶接における溶接電流Ｉｗ及び溶接電圧Ｖｗの波形図である。以下、同図を参照して説明する。

時刻ｔ１〜ｔ２のピーク立上り期間Ｔup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電極・母材間に印加する。時刻ｔ２〜ｔ３のピーク期間Ｔｐ中は、同図（Ａ）に示すように、溶滴移行させるための大電流値のピーク電流Ｉｐが通電し、同図（Ｂ）に示すように、ピーク電圧Ｖｐが電極・母材間に印加する。時刻ｔ３〜ｔ４のピーク立下り期間Ｔdw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電極・母材間に印加する。時刻ｔ４〜ｔ５のベース期間Ｔｂ中は、同図（Ａ）に示すように、溶滴を成長させないための小電流値のベース電流Ｉｂが通電し、同図（Ｂ）に示すように、ベース電圧Ｖｂが電極・母材間に印加する。上記の時刻ｔ１〜ｔ５の期間をパルス周期Ｔｆとして繰り返し溶接が行われる。上記のピーク立上り期間Ｔup及びピーク立下り期間Ｔdwは、溶接電源の内部及び外部に存在するリアクトル等による場合は０．３ms程度と短時間である。この場合、略矩形波の溶接電流Ｉｗ及び溶接電圧Ｖｗとなる。他方、溶接条件によってはピーク立上り期間Ｔup及びピーク立下り期間Ｔdwを数ms程度に設定する場合もある。この場合、台形波の溶接電流Ｉｗ及び溶接電圧Ｖｗとなる。

同図（Ａ）に示すパルス波形の溶接電流Ｉｗを平均化したのが溶接電流平均値Ｉavであり、同図（Ｂ）に示すように、パルス波形の溶接電圧Ｖｗを平均化したのが溶接電圧平均値Ｖavである。さらに、同図（Ｂ）に示すように、各周期のピーク電圧Ｖｐだけを取り出した平均値がピーク電圧平均値Ｖpaとなり、各周期のベース電圧Ｖｂだけを取り出した平均値がベース電圧平均値Ｖbaとなる。

パルスアーク溶接のアーク長制御は、以下のように行われる。以下で説明するアーク長とは見かけのアーク長のことを意味し、見かけのアーク長とは溶接ワイヤ直下の母材までの距離である。この見かけのアーク長が溶接品質と重大な関係にある。したがって、アーク長制御とは一般的に見かけのアーク長制御を意味する。アーク長（見かけのアーク長）と上記の溶接電圧平均値Ｖavとは略比例関係にあるので、溶接中のアーク長を溶接電圧平均値Ｖavによって検出することができる。そして、この溶接電圧平均値Ｖavの検出値が目標値である電圧設定値Ｖｓと略等しくなるように、パルス周期Ｔｆ、ピーク期間Ｔｐ、ピーク電流Ｉｐ又はベース電流Ｉｂの少なくとも１つ以上を変化させて溶接電流平均値Ｉavを変化させることによって、ワイヤ溶融速度を変化させてアーク長を適正値に制御する。以下の説明においては、フィードバック制御によってパルス周期Ｔｆが変化する場合を例示する。したがって、このアーク長制御では、上記の溶接電圧平均値Ｖavによってアーク長を正確に検出できることが、良好なアーク長制御の前提条件となる。

ところで、パルスアーク溶接においては、消耗電極である溶接ワイヤと母材とが短絡しその短絡が解除されてアークが再点弧したとき、母材表面の酸化皮膜の不均一に起因するアーク陰極点のふらつき現象が発生したとき等において、異常電圧が溶接電圧Ｖｗに重畳することがある。この異常電圧は、これ以外にも種々の原因によって発生する。
この異常電圧はアーク長とは比例しない電圧であるので、アーク長を検出するためには溶接電圧Ｖｗに重畳した異常電圧を除去する必要がある。この除去のための方法としては、パルス波形の基準電圧波形Ｖｃ及び変動幅ΔＶｃを予め設定し、溶接電圧ＶｗがＶｃ±ΔＶｃの範囲外になる部分は異常電圧であるとしてカットして制限する従来技術が提案されている。以下、この従来技術について説明する（特許文献１、２参照）。

図６は、上記の基準電圧波形Ｖｃの設定方法を示す図である。まず、溶接ワイヤの種類、送給速度等に応じて、基準ピーク電圧値Ｖpc、基準ベース電圧値Ｖbc及び変動幅ΔＶｃを、実験等によって予め設定する。そして、同図に示すように、ピーク立上り期間Ｔupの開始時点を０秒とする経過時間ｔによって、下式のように基準電圧波形Ｖｃが定義される。
０≦ｔ＜Ｔup
Ｖｃ＝（（Ｖpc−Ｖbc）／Ｔup）・ｔ＋Ｖbc （11）式
Ｔup≦ｔ＜Ｔup＋Ｔｐ
Ｖｃ＝Ｖpc （12）式
Ｔup＋Ｔｐ≦ｔ＜Ｔup＋Ｔｐ＋Ｔdw
Ｖｃ＝（（Ｖbc−Ｖpc）／Ｔdw）・（ｔ−Ｔup−Ｔｐ）＋Ｖpc （13）式
Ｔup＋Ｔｐ＋Ｔdw≦ｔ＜Ｔup＋Ｔｐ＋Ｔdw＋Ｔｂ
Ｖｃ＝Ｖbc （14）式

例えば、同図に示すように、経過時間ｔａにおける溶接電圧検出値がＶd1であったとする。経過時間ｔａはＴup＋Ｔｐ≦ｔａ＜Ｔup＋Ｔｐ＋Ｔdwのときであるので、上記（13）式に代入して、基準電圧波形の中心電圧値Ｖc1は以下となる。
Ｖｃ1＝（（Ｖbc−Ｖpc）／Ｔdw）・（ｔａ−Ｔup−Ｔｐ）＋Ｖpc
したがって、経過時間ｔａのときの溶接電圧検出値Ｖd1は、変動幅Ｖｃ１±ΔＶｃ内に制限される。すなわち、Ｖd1≧Ｖc1＋ΔＶｃのときにはＶd1＝Ｖｃ＋ΔＶｃに制限され、Ｖd1≦Ｖc1−ΔＶｃのときにはＶd1＝Ｖｃ−ΔＶｃに制限される。このようにして算出された溶接電圧制限値Ｖftは、異常電圧が略除去されたアーク長に略比例する電圧値となる。

図７は、短絡解除直後のアーク再点弧に伴う異常電圧発生時の電圧波形図である。同図（Ａ）は溶接電圧Ｖｗの時間変化を示し、同図（Ｂ）は基準電圧波形によって異常電圧を除去した後の溶接電圧制限値Ｖftの時間変化を示す。同図（Ｂ）に示すように、溶接電圧Ｖｗは基準電圧波形を中心電圧値Ｖｃとする変動幅Ｖｃ±ΔＶｃ内に制限される。この結果、時刻ｔ１〜ｔ２の短絡期間中の溶接電圧制限値Ｖft＝Ｖｃ−ΔＶｃとなり、時刻ｔ２〜ｔ３の異常電圧発生期間中の溶接電圧制限値Ｖft＝Ｖｃ＋ΔＶｃとなる。このように、異常電圧を略除去することができる。

図８は、図６で上述した基準電圧波形Ｖｃを自動設定する方法を説明するための溶接電圧制限値Ｖftの時間変化を示す図である。同図において、現時点は時刻ｔｎであり、第ｎ回目のパルス周期Ｔｆ(n)の開始時点である。また、第ｎ−１回目のパルス周期Ｔｆ(n-1)におけるピーク期間のみの溶接電圧制限値の平均値がピーク電圧制限値Ｖpf(n-1)であり、ベース期間のみの溶接電圧制限値の平均値がベース電圧制限値Ｖbf(n-1)である。同様に、第ｎ−ｍ回目のパルス周期Ｔｆ(n-m)におけるピーク期間のみの溶接電圧制限値の平均値がピーク電圧制限値Ｖpf(n-m)であり、ベース期間のみの溶接電圧制限値の平均値がベース電圧制限値Ｖbf(n-m)である。

時刻ｔｎにおいて、上記の第(ｎ-1)〜第(n-m)回目のピーク電圧制限値Ｖpfを入力として、下式のようにピーク電圧移動平均値Ｖpr(n)を算出する。
Ｖpr(n)＝（Ｖpf(n-1)＋…＋Ｖpf(n-m)）／ｍ （21）式
同様に、時刻ｔｎにおいて、上記の第(ｎ-1)〜第(n-m)回目のベース電圧制限値Ｖbfを入力として、下式のようにベース電圧移動平均値Ｖbr(n)を算出する。
Ｖbr(n)＝（Ｖbf(n-1)＋…＋Ｖbf(n-m)）／ｍ （22）式

そして、上述した（11）〜（14）式において、基準ピーク電圧値Ｖpcに上記のピーク電圧移動平均値Ｖprを代入し、かつ、基準ベース電圧値Ｖbcに上記のベース電圧移動平均値Ｖbrを代入すると、下式のように第ｎ回目のパルス周期Ｔｆ(n)期間中の基準電圧波形が自動設定される。
０≦ｔ＜Ｔup
Ｖｃ(n)＝（（Ｖpr(n）−Ｖbr(n)）／Ｔup）・ｔ＋Ｖbr(n) （31）式
Ｔup≦ｔ＜Ｔup＋Ｔｐ
Ｖｃ(n)＝Ｖpr(n) （32）式
Ｔup＋Ｔｐ≦ｔ＜Ｔup＋Ｔｐ＋Ｔdw
Ｖｃ(n)＝（（Ｖbr(n)−Ｖpr(n)）／Ｔdw）・（ｔ−Ｔup−Ｔｐ）＋Ｖpr(n) （33）式
Ｔup＋Ｔｐ＋Ｔdw≦ｔ＜Ｔup＋Ｔｐ＋Ｔdw＋Ｔｂ
Ｖｃ(n)＝Ｖbr(n) （34）式

上述したように、パルス周期の開始時点ごとに、上記のピーク電圧移動平均値Ｖpr及びベース電圧移動平均値Ｖbrを算出し、上記（31）式〜（34）式によって基準電圧波形が自動設定される。上記において、ピーク電圧移動平均値Ｖprを算出するときに、ピーク電圧制限値Ｖpfを重み付け移動平均して算出してもよい。同様に、ベース電圧移動平均値Ｖbrを算出するときに、ベース電圧制限値Ｖbfを重み付け移動平均して算出してもよい。また、移動平均する期間の長さは、過去数周期〜数十周期程度に設定する。

特開２００３−３１１４０９号公報 特開２００６−６８７８４号公報

アルゴンガス、ヘリウム等の不活性ガスと炭酸ガスとの混合ガスを使用して鉄鋼材料を溶接するパルスマグ溶接及び不活性ガス１００％でアルミニウム材料を溶接するパルスミグ溶接においては、図７に示すように、パルス周期Ｔｆの一部の期間又は２周期程度にまたがった期間に異常電圧が重畳することが多い、このような異常電圧に対しては従来技術の異常電圧除去方法によって異常電圧を略除去することができ、良好なパルスアーク溶接を行うことができる。

他方、不活性ガス１００％を使用してステンレス鋼、インコネル等の鉄鋼系材料を溶接する場合、母材表面上に酸化皮膜が極端に少ないために、酸化皮膜のあるところに形成されやすいという性質を有する陰極点が溶接ワイヤ直下から大きく離れた位置に酸化被膜を求めて瞬間的に移動して形成される現象が生じることがある。一度大きく離れた位置に陰極点が形成されると、その位置で陰極点が安定してしまい、数百ms〜数秒間は陰極点が溶接ワイヤ直下に戻ってこない現象が発生する。このような状態では、溶接電圧Ｖｗは溶接ワイヤ直下から母材までの距離であるアーク長とは比例せず、電圧が大きく持ち上がった異常電圧（以下、長期間異常電圧という）になる。以下、図を参照してこの長期間異常電圧が発生したときの従来技術の課題について説明する。

図９は、上述した長期間異常電圧が発生したときの溶接電圧Ｖｗ及び溶接電圧制限値Ｖftの時間変化を示す。同図において、時刻ｔ１〜ｔ２の期間、陰極点がワイヤ直下から大きく離れた位置に数百msの間突然形成されて、長期間異常電圧が発生している場合である。同図（Ａ）に示すように、時刻ｔ１〜ｔ２の期間中、パルス波形の溶接電圧Ｖｗは電圧値が持ち上げられた波形になっている。同図において、斜線で囲まれた四角は基準電圧波形の中心電圧値Ｖｃ及び変動幅Ｖｃ±ΔＶｃを模式的に示している。各パルス周期の溶接電圧Ｖｗはこの変動幅Ｖｃ±ΔＶｃ内に制限されて、同図（Ｂ）に示す溶接電圧制限値Ｖftが生成される。同図では、説明を分かりやすくするために、パルス波形が矩形波の場合を例示する。台形波の場合でも同様である。以下、同図を参照して、説明する。

パルス周期Ｔｆ(1)中は、同図（Ａ）に示すように、溶接電圧Ｖｗには異常電圧は重畳しておらず基準電圧波形からの変動幅Ｖｃ±ΔＶｃ内にあるので、同図（Ｂ）に示すように、溶接電圧制限値Ｖftは溶接電圧Ｖｗと等しくなる。パルス周期Ｔｆ(2)において上述した長期間異常電圧が発生するために、同図（Ａ）に示すように、溶接電圧Ｖｗは全体的に電圧が持ち上がり変動幅の上限値Ｖｃ＋ΔＶｃを超えた波形になっている。このために、同図（Ｂ）に示すように、溶接電圧制限値Ｖftは変動幅の上限値Ｖｃ＋ΔＶｃに制限される。このときの基準電圧波形の中心電圧値Ｖｃはパルス周期Ｔｆ(1)のときと略同一である。

パルス周期Ｔｆ(3)においても、同図（Ａ）に示すように、長期間異常電圧が発生した状態であるので、同図（Ｂ）に示すように、溶接電圧制限値Ｖftは変動幅の上限値Ｖｃ＋ΔＶｃに制限される。また、この周期における基準電圧波形の中心電圧値Ｖｃは、過去所定周期の溶接電圧制限値Ｖftの移動平均値によって算出されるので、前周期よりも大きくなる。同様に、パルス周期Ｔｆ(4)においても、溶接電圧制限値Ｖftは前周期よりも大きくなり、基準電圧波形の中心電圧値Ｖｃも大きくなる。長期間異常電圧が発生している間（時刻ｔ１〜ｔ２の間）、この状態が続くことになる。

この長期間異常電圧が発生した時点では、陰極点が離れた位置に移動しただけであり、アーク長（見かけのアーク長）は適正状態のままであるのでアーク長に比例する電圧波形は、パルス周期Ｔｆ(1)の電圧波形と同じである。しかし、上述したように、溶接電圧制限値Ｖft及び中心電圧値Ｖｃは徐々に大きくなるために、長期間異常電圧発生期間が数百ms〜数秒間も継続すると溶接電圧制限値Ｖftは異常電圧で持ち上がった溶接電圧Ｖｗと変わらなくなる。この結果、フィードバック信号である溶接電圧制限値の平均値Ｖfaが次第に大きくなるために、パルス周期も次第に長くなり、アーク量は適正値よりも短くなり、溶接状態は不安定になる。

そこで、本発明では、長期間異常電圧が発生しても異常電圧を除去して安定した溶接状態を維持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。

上述した課題を解決するために、第１の発明は、ピーク電流及びベース電流を１周期とするパルス波形の溶接電流をアークに通電すると共に、消耗電極と母材との間のパルス波形の溶接電圧を検出しこの溶接電圧検出値をパルス波形の基準電圧波形からの所定変動幅内で制限して溶接電圧制限値を算出し、前記基準電圧波形は前記溶接電圧制限値を移動平均して生成した電圧波形に自動的に更新し、前記溶接電圧制限値を平均化した溶接電圧制限平均値が予め定めた電圧設定値と略等しくなるように溶接電源の出力を制御するパルスアーク溶接制御方法において、
前記溶接電圧検出値の平均値を算出し、この溶接電圧平均値の上昇率が基準上昇率に達したときは前記基準電圧波形の更新を中断し、その後に前記溶接電圧平均値の減少率が基準減少率に達したときは前記基準電圧波形の更新を再開する、ことを特徴とするパルスアーク溶接制御方法である。

また、第２の発明は、前記基準電圧波形の更新の中断を、前記変動幅を０に変化させることによって等価的に行う、ことを特徴とする第１の発明記載のパルスアーク溶接制御方法である。

上記第１の発明によれば、溶接電圧平均値の上昇率が基準上昇率に達した時点から減少率が基準減少率に達するまでの期間中は、基準電圧波形の中心電圧値の更新を中断することによって、長期間異常電圧を略除去することができる。このために、長期間異常電圧が発生しても見掛けのアーク長を適正値に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。

上記第２の発明によれば、溶接電圧平均値の上昇率が基準上昇率に達した時点から減少率が基準減少率に達するまでの期間中は、基準電圧波形の変動幅を０にすることによって、長期間異常電圧を略除去することができる。このために、長期間異常電圧が発生しても見掛けのアーク長を適正値に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。

以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。

［実施の形態１］
図１は、本発明の実施の形態１に係るパルスアーク溶接制御方法を示す電圧波形図である。同図（Ａ）は溶接電圧Ｖｗを示し、同図（Ｂ）は溶接電圧平均値Ｖavの微分値Ｂｖを示し、同図（Ｃ）は溶接電圧制限値Ｖftを示す。同図は上述した図９と対応しており、時刻ｔ１〜ｔ２の間は長期間異常電圧が発生している。同図（Ａ）に示すように、各パルス波形の上に記載した数字(１)〜(７)は、パルス周期Ｔｆ(1)〜パルス周期Ｔｆ(7)を表している。また、同図（Ｃ）に示す斜線の四角は、基準電圧波形の中心電圧値Ｖｃからの変動幅Ｖｃ±ΔＶｃを示す。同図はパルス波形が矩形波の場合であるが、台形波の場合も同様である。以下、同図を参照して説明する。

同図（Ａ）に示すように、溶接電圧平均値Ｖavは、溶接電圧Ｖｗを移動平均した値である。また、同図（Ｂ）に示す溶接電圧平均微分値Ｂｖは、溶接電圧平均値Ｖavを微分した値（Ｂｖ＝Ｇ・ｄＶav／ｄｔ、Ｇは増幅率）であり、溶接電圧平均値Ｖavが上昇するときは正の値になり、減少するときは負の値になる。

パルス周期Ｔｆ(1)においては、同図（Ａ）に示すように、異常電圧は発生しておらず安定した溶接状態にあり、同図（Ｃ）に示すように、溶接電圧制限値Ｖftは、溶接電圧Ｖｗが基準電圧波形の中心電圧値Ｖｃからの変動幅Ｖｃ±ΔＶｃ内にあるので溶接電圧Ｖｗと等しくなる。

パルス周期Ｔｆ(2)において、同図（Ａ）に示すように、長期間異常電圧が発生して電圧が持ち上げられた波形になる。この周期における基準電圧波形の中心電圧値Ｖｃは、前周期までの溶接電圧制限値Ｖftが変動幅Ｖｃ±ΔＶｃ内にあるので、前周期と略同一になる。そして、溶接電圧Ｖｗが変動幅の上限値Ｖｃ＋ΔＶｃを越えているので、溶接電圧制限値Ｖftは、変動幅の上限値Ｖｃ＋ΔＶｃに制限された波形となる。

パルス周期Ｔｆ(2)中の時刻ｔ１２において、同図（Ｂ）に示すように、溶接電圧平均微分値Ｂｖが予め定めた基準上昇率Ｂt1に達すると、基準電圧波形の移動平均による更新を中断する。したがって、次のパルス周期Ｔｆ(3)の基準電圧波形はパルス周期Ｔｆ(2)と同一となる。このために、同図（Ｃ）に示すように、パルス周期Ｔｆ(3)における溶接電圧制限値Ｖftは、前周期と同一となる。同様に、パルス周期Ｔｆ(4)〜(5)における溶接電圧制限値Ｖftはパルス周期Ｔｆ(2)と同一となる。この結果、時刻ｔ１〜ｔ２の
長期間異常電圧発生期間中、溶接電圧制限値Ｖftは異常電圧が除去された波形になるので、アーク長（見かけのアーク長）はパルス周期Ｔｆ(1)のときと同様に適正な値を維持することができる。

パルス周期Ｔｆ(6)において、長期間異常電圧の発生は終了して陰極点がワイヤ直下に復帰するので、同図（Ａ）に示すように、溶接電圧Ｖｗは正常値に減少する。このパルス周期Ｔｆ(6)における基準電圧波形はまだ更新が中断されたままであるために、パルス周期Ｔｆ(2)と同一のままである。しかし、溶接電圧Ｖｗが変動幅Ｖｃ±ΔＶｃ内にあるために、同図（Ｃ）に示すように、溶接電圧制限値Ｖftは溶接電圧Ｖｗと等しくなる。

パルス周期Ｔｆ(6)中において、同図（Ｂ）に示すように、溶接電圧平均微分値Ｂｖが基準減少率Ｂt2に達した時点ｔ12から基準電圧波形の更新を再開する。このために、パルス周期Ｔｆ(7)において、基準電圧波形の中心電圧値Ｖｃの移動平均による更新が再開される。移動平均は、長期間異常電圧発生期間中のパルス周期を使用せずにパルス周期Ｔｆ(2)以前の所定周期で行っても良いし、パルス周期Ｔｆ(6)以前の所定周期によって行っても良い。このパルス周期Ｔｆ(7)以降の動作は従来技術と同一である。

図２は、実施の形態１に係るパルスアーク溶接制御方法を実施するための溶接電源のブロック図である。以下、同図を参照して各ブロックについて説明する。

電源主回路ＰＭ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、チョッパ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内を通って送給されて、母材２との間でアーク３が発生する。

電圧検出回路ＶＤは、上記の溶接電圧Ｖｗを検出して、溶接電圧検出信号Ｖｄを出力する。溶接電圧平均値算出回路ＶＡＶは、この溶接電圧検出信号Ｖｄを所定周期（１〜十数周期）で移動平均して溶接電圧平均値信号Ｖavを出力する。微分回路ＢＶは、この溶接電圧平均値信号Ｖavを微分して溶接電圧平均微分値信号Ｂｖを出力する。比較回路ＣＰは、図１（Ｂ）に示すように、この溶接電圧平均微分値信号Ｂｖが基準上昇率Ｂt1に達するとＨｉｇｈレベルにセットされ、その後基準減少率に達するとＬｏｗレベルにリセットされる比較信号Ｃｐを出力する。すなわち、この比較信号ＣｐがＨｉｇｈレベルの期間は長期間異常電圧が発生している期間に略相当する。

溶接電圧制限移動平均値算出回路ＶＲＡは、後述する溶接電圧制限値信号Ｖft、後述する経過時間信号Ｓｔ及び上記の比較信号Ｃｐを入力として、図８で上述したように、比較信号ＣｐがＬｏｗレベルのときは溶接電圧制限値信号Ｖftを移動平均してピーク電圧移動平均値信号Ｖpr及びベース電圧移動平均値信号Ｖbrを更新し、比較信号ＣｐがＨｉｇｈレベルのときは更新を中断して出力する。基準電圧波形生成回路ＶＣは、上述したように、これらのピーク電圧移動平均値信号Ｖpr及びベース電圧移動平均値信号Ｖbrによって自動設定された基準電圧波形を生成し、後述する経過時間信号Ｓｔに対応する中心電圧値信号Ｖｃを出力する。したがって、上記の比較信号ＣｐがＬｏｗレベルのとき（長期間異常電圧が発生していないとき）は、上記の中心電圧値信号Ｖｃはパルス周期ごとに更新され、Ｈｉｇｈレベルのとき（長期間異常電圧が発生しているとき）は、更新は中断される。

変動幅設定回路ΔＶＣは、予め定めた変動幅信号ΔＶｃを出力する。制限フィルタ回路ＦＴは、上記の溶接電圧検出信号Ｖｄを入力として、上記の中心電圧値からの変動幅Ｖｃ±ΔＶｃ内に制限して、溶接電圧制限値信号Ｖftを出力する。平均値算出回路ＶＦＡは、上記の溶接電圧制限値信号Ｖftを入力として平均値を算出し、溶接電圧制限平均値信号Ｖfa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、上記の溶接電圧制限平均値信号Ｖfaと電圧設定信号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。経過時間計数回路ＳＴは、上記のパルス周期信号ＴｆがＨｉｇｈレベルに変化した時点（ピーク立上り期間の開始時点）からの経過時間を計数して、経過時間信号Ｓｔを出力する。

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、上記の経過時間信号Ｓｔを入力として、ピーク立上り期間Ｔup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、その後のピーク期間Ｔｐ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、その後のピーク立下り期間Ｔdw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、その後のベース期間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、上記の溶接電流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。上記ブロックにより、上記の電流制御設定信号Ｉscに相当する図５で上述した溶接電流Ｉｗが通電する。

上述した実施の形態１によれば、溶接電圧平均値の微分値が基準上昇率に達した時点から基準減少率に達するまでの期間中は、基準電圧波形の中心電圧値の更新を中断することによって、長期間異常電圧を略除去することができる。このために、長期間異常電圧が発生しても見掛けのアーク長を適正値に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。

［実施の形態２］
図３は、本発明の実施の形態２に係るパルスアーク溶接制御方法を示す電圧波形図である。同図（Ａ）は溶接電圧Ｖｗを示し、同図（Ｂ）は溶接電圧平均値Ｖavの微分値Ｂｖを示し、同図（Ｃ）は溶接電圧制限値Ｖftを示す。同図は上述した図１と対応しており、時刻ｔ１〜ｔ２の間は長期間異常電圧が発生している。同図（Ａ）に示すように、各パルス波形の上に記載した数字(１)〜(７)は、パルス周期Ｔｆ(1)〜パルス周期Ｔｆ(7)を表している。また、同図（Ｃ）に示す斜線の四角は、基準電圧波形の中心電圧値Ｖｃからの変動幅Ｖｃ±ΔＶｃを示す。以下、同図を参照して上述した図１と異なる点について説明する。

同図（Ｂ）に示すように、溶接電圧平均微分値Ｂｖが基準上昇率Ｂt1に達する時刻ｔ11から基準減少率Ｂt2に達する時刻ｔ12までの期間中は、図１で上述した実施の形態１では、基準電圧波形の中心電圧値Ｖｃの更新を中断する。これに対して、本実施の形態では、同図（Ｃ）に示すように、基準電圧波形の中心電圧値Ｖｃの更新は継続するが、変動幅ΔＶｃ＝０に一時的にセットする。これによって、パルス周期Ｔｆ(2)〜(5)における長期間異常電圧は除去されて、正常値の溶接電圧制限値Ｖftになる。この結果、長期間異常電圧が発生しているときも、アーク長（見かけのアーク長）を適正値に維持することができる。

図４は、上述した実施の形態２に係るパルスアーク溶接制御方法を実施するための溶接電源のブロック図である。同図において上述した図２と同一のブロックには同一符号をふしてそれらの説明は省略する。以下、同図を参照して、図２とは異なる点線で示すブロックについて説明する。

第２ 変動幅設定回路ΔＶＣ２は、比較信号ＣｐがＬｏｗレベルのとき（長期間異常電圧が発生していないとき）は予め定めた値の変動幅信号ΔＶｃを出力し、Ｈｉｇｈレベルのとき（長期間異常電圧が発生しているとき）はその値を０にして変動幅信号ΔＶｃを出力する。

上述した実施の形態２によれば、溶接電圧平均値の微分値が基準上昇率に達した時点から基準減少率に達するまでの期間中は、基準電圧波形の変動幅を０にすることによって、長期間異常電圧を略除去することができる。このために、長期間異常電圧が発生しても見掛けのアーク長を適正値に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。

上述した実施の形態１〜２では、溶接電圧Ｖｗの平均値Ｖavを微分しているが、ピーク電圧又はベース電圧を微分しても良い。また、溶接電圧平均値Ｖavが基準値よりも大きい期間を長期間異常電圧の発生期間として判別しても良い。

本発明の実施の形態１に係るパルスアーク溶接制御方法を示す電圧波形図である。 本発明の実施の形態１に係るパルスアーク溶接制御方法を実施するための溶接電源のブロック図である。 本発明の実施の形態２に係るパルスアーク溶接制御方法を示す電圧波形図である。 本発明の実施の形態２に係るパルスアーク溶接制御方法を実施するための溶接電源のブロック図である。 従来技術における消耗電極パルスアーク溶接の溶接電流Ｉｗ及び溶接電圧Ｖｗの波形図である。 従来技術における基準電圧波形Ｖｃの設定方法を示す図である。 従来技術における短絡解除直後のアーク再点弧に伴う異常電圧発生時の電圧波形図である。 図６で上述した基準電圧波形Ｖｃを自動設定する方法を説明するための溶接電圧制限値Ｖftの時間変化を示す図である。 従来技術の課題を説明するための長期間異常電圧が発生したときの電圧波形図である。

符号の説明

１ 溶接ワイヤ
２ 母材
３ アーク
４ 溶接トーチ
５ 送給ロール
Ｂt1 基準上昇率
Ｂt2 基準減少率
ＢＶ 微分回路
Ｂｖ 溶接電圧平均微分値（信号）
ＣＰ 比較回路
Ｃｐ 比較信号
ＥＩ 電流誤差増幅回路
Ｅｉ 電流誤差増幅信号
ＥＶ 電圧誤差増幅回路
Ｅｖ 電圧誤差増幅信号
ＦＴ 制限フィルタ回路
Ｉav 溶接電流平均値
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
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
ＰＭ 電源主回路
ＳＴ 経過時間計数回路
Ｓｔ 経過時間信号
ｔａ 経過時間
Ｔｂ ベース期間
Ｔdw ピーク立下り期間
Ｔｆ パルス周期（信号）
Ｔｐ ピーク期間
Ｔup ピーク立上り期間
Ｖ／Ｆ 電圧・周波数変換回路
ＶＡＶ 溶接電圧平均値算出回路
Ｖav 溶接電圧平均値（信号）
Ｖｂ ベース電圧
Ｖba ベース電圧平均値
Ｖbc 基準ベース電圧値
Ｖbf ベース電圧制限値
Ｖbr ベース電圧移動平均値（信号）
ＶＣ 基準電圧波形生成回路
Ｖｃ 基準電圧波形の中心電圧値（信号）
ＶＤ 電圧検出回路
Ｖｄ 溶接電圧検出信号
ＶＦＡ 平均値算出回路
Ｖfa 溶接電圧制限平均値（信号）
Ｖft 溶接電圧制限値（信号）
Ｖｐ ピーク電圧
Ｖpa ピーク電圧平均値
Ｖpc 基準ピーク電圧値
Ｖpf ピーク電圧制限値
Ｖpr ピーク電圧移動平均値（信号）
ＶＲＡ 溶接電圧制限移動平均値算出回路
ＶＳ 電圧設定回路
Ｖｓ 電圧設定信号
Ｖｗ 溶接電圧
ΔＶＣ 変動幅設定回路
ΔＶｃ 変動幅（信号）
ΔＶＣ２ 第２変動幅設定回路

Claims (2)

1. ピーク電流及びベース電流を１周期とするパルス波形の溶接電流をアークに通電すると共に、消耗電極と母材との間のパルス波形の溶接電圧を検出しこの溶接電圧検出値をパルス波形の基準電圧波形からの所定変動幅内で制限して溶接電圧制限値を算出し、前記基準電圧波形は前記溶接電圧制限値を移動平均して生成した電圧波形に自動的に更新し、前記溶接電圧制限値を平均化した溶接電圧制限平均値が予め定めた電圧設定値と略等しくなるように溶接電源の出力を制御するパルスアーク溶接制御方法において、
   前記溶接電圧検出値の平均値を算出し、この溶接電圧平均値の上昇率が基準上昇率に達したときは前記基準電圧波形の更新を中断し、その後に前記溶接電圧平均値の減少率が基準減少率に達したときは前記基準電圧波形の更新を再開する、ことを特徴とするパルスアーク溶接制御方法。
2. 前記基準電圧波形の更新の中断を、前記変動幅を０に変化させることによって等価的に行う、ことを特徴とする請求項１記載のパルスアーク溶接制御方法。

Images