JP6340295B2 - アーク溶接制御方法 - Google Patents

Description

本発明は、溶接ワイヤの送給速度の正送期間と逆送期間とを周期的に繰り返して短絡期間とアーク期間とを発生させ、短絡期間中は短絡電流を通電するアーク溶接制御方法に関するものである。

一般的な消耗電極式アーク溶接では、消耗電極である溶接ワイヤを一定速度で送給し、溶接ワイヤと母材との間にアークを発生させて溶接が行なわれる。消耗電極式アーク溶接では、溶接ワイヤと母材とが短絡期間とアーク期間とを交互に繰り返す溶接状態になることが多い。

ところで、溶接品質をさらに向上させるために、溶接ワイヤの正送と逆送とを周期的に繰り返して溶接する方法が提案されている。以下、この溶接方法について説明する。

図４は、溶接ワイヤの送給速度の正送期間と逆送期間とを周期的に繰り返す溶接方法における波形図である。同図（Ａ）は送給速度Ｆｗの波形を示し、同図（Ｂ）は溶接電流Ｉｗの波形を示し、同図（Ｃ）は溶接電圧Ｖｗの波形を示す。以下、同図を参照して動作について説明する。

同図（Ａ）に示すように、送給速度Ｆｗは、０よりも上側が正送期間となり、下側が逆送期間となる。正送とは溶接ワイヤを母材に近づける方向に送給することであり、逆送とは母材から離反する方向に送給することである。送給速度Ｆｗは、正弦波状に変化しており、正送側にシフトした波形となっている。このために、送給速度Ｆｗの平均値は正の値となり、溶接ワイヤは平均的には正送されている。

同図（Ａ）に示すように、送給速度Ｆｗは、時刻ｔ１時点では０であり、時刻ｔ１〜ｔ２の期間は正送加速期間となり、時刻ｔ２で正送の最大値となり、時刻ｔ２〜ｔ３の期間は正送減速期間となり、時刻ｔ３で０となり、時刻ｔ３〜ｔ４の期間は逆送加速期間となり、時刻ｔ４で逆送の最大値となり、時刻ｔ４〜ｔ５の期間は逆送減速期間となる。送給速度Ｆｗは、時刻ｔ１〜ｔ５を１周期として繰り返される。

溶接ワイヤと母材との短絡は、時刻ｔ２の正送最大値の前後で発生することが多い。同図では、正送最大値の後の正送減速期間中の時刻ｔ２１で発生した場合である。時刻ｔ２１において短絡が発生すると、同図（Ｃ）に示すように、溶接電圧Ｖｗは数Ｖの短絡電圧値に急減し、同図（Ｂ）に示すように、溶接電流Ｉｗも小電流値の初期電流値に減少する。以下の説明においては、短絡期間中の溶接電流Ｉｗを短絡電流と記載することにする。そして、その後、短絡電流は、所定の上昇率Ｓ［A/ms］で増加し、予め定めたピーク値Ｉｐに達するとその値を維持する。

同図（Ａ）に示すように、送給速度Ｆｗは、時刻ｔ３からは逆送期間になるので、溶接ワイヤは逆送される。この逆送及び短絡電流によるピンチ力によって短絡が解除されて、時刻ｔ３１においてアークが再発生する。アークの再発生は、時刻４の逆送最大値の前後で発生することが多い。同図では、逆送最大値の前の逆送加速期間中の時刻ｔ３１で発生した場合である。

時刻ｔ３１においてアークが再発生すると、同図（Ｃ）に示すように、溶接電圧Ｖｗは数十Ｖのアーク電圧値に急増する。同図（Ｂ）に示すように、短絡電流は、アーク再発生の前兆現象である溶滴のくびれを検出する制御によって、時刻ｔ３１よりも数百μｓ程度前の時点から急減し、時刻ｔ３１のアーク再発生時点では小電流値となっている。このくびれの検出は、溶滴にくびれが形成されると通電路が狭くなり溶接ワイヤと母材との間の抵抗値又は溶接電圧値が上昇することを検出することによって行われる。

同図（Ａ）に示すように、送給速度Ｆｗは、時刻ｔ３１から時刻ｔ５まで逆送される。この期間中は、アーク長が長くなる期間となる。時刻ｔ３１〜ｔ５の期間中は、同図（Ｂ）に示すように、溶接電流Ｉｗは、所定のアーク時上昇率で増加し、所定の第１溶接電流値に達するとその値をアーク再発生時（時刻ｔ３１）からの所定期間維持する。その後は次の短絡が発生する時刻ｔ６１まで第１溶接電流よりも小となる第２溶接電流が通電する。

同図（Ａ）に示すように、送給速度Ｆｗは、時刻ｔ５から正送期間となり、時刻ｔ６で正送の最大値となる。そして、同図では、時刻ｔ６１において、次の短絡が発生する。この時刻ｔ５〜ｔ６１の期間中は、同図（Ｃ）に示すように、溶接電圧Ｖｗは次第に減少し、同図（Ｂ）に示すように、溶接電流Ｉｗも次第に減少する。

上述したように、短絡とアークとの周期は、送給速度の正送と逆送との周期と略一致することになる。すなわち、この溶接方法では、送給速度の正送と逆送との周期を設定することによって短絡とアークとの周期を所望値にすることができる。このために、この溶接方法を実施すれば、短絡とアークとの周期のばらつきを抑制して略一定にすることが可能となり、スパッタ発生量の少ない、かつ、ビード外観の良好な溶接を行なうことができる。

しかし、送給速度の正送と逆送とを繰り返す溶接方法において、給電チップ・母材間距離、溶融池の不規則な運動、溶接姿勢の変化等の外乱によって、短絡期間からアーク期間への移行及びアーク期間から短絡期間への移行のタイミングが上述した適正なタイミングで発生しない場合が生じる。このようになると、短絡とアークとの周期と正送と逆送との周期とが同期しなくなり、短絡とアークとの周期がばらつくことになる。この同期ズレ状態を元の同期状態に戻すための方法が、特許文献１に開示されている。

特許文献１の発明では、溶接ワイヤの正送中で送給速度の減速中に、送給速度が所定の送給速度になるまでに短絡が発生しない場合には、周期的な変化を中止して送給速度を第１の送給速度に一定制御し、第１の送給速度による正送中に短絡が発生すると第１の送給速度から減速を開始して周期的な変化を再開して溶接を行うものである。これにより、同期ズレ状態を同期状態に戻そうとしている。

特許第４８０７４７４号公報

特許文献１の発明では、短絡が適正なタイミングで発生しないときは、送給速度を正送の一定速度に切り換え、短絡が発生すると送給速度を元の周期的な変化に戻している。しかし、この制御では、送給速度の周期を自ら変動させることになり、溶接状態が不安定状態に陥る場合が生じる。

そこで、本発明では、送給速度の正送と逆送との周期を一定に保ったままで、短絡とアークとの周期と送給速度の正送と逆送との周期とが同期ズレ状態になることを抑制し、安定した溶接を行なうことができるアーク溶接制御方法を提供することを目的とする。

上述した課題を解決するために、請求項１の発明は、
溶接ワイヤの送給速度の正送期間と逆送期間とを周期的に繰り返して短絡期間とアーク期間とを発生させ、前記短絡期間中は短絡電流を通電するアーク溶接制御方法において、
前記短絡期間中に前記送給速度の位相が予め定めた基準位相に達したときは、前記短絡電流のピーク値を増加させ、
前記送給速度の位相が前記基準位相に達したときの前記送給速度を検出し、この検出された送給速度に応じて前記短絡電流の前記ピーク値の増加量を変化させる、
ことを特徴とするアーク溶接制御方法である。

本発明によれば、送給速度の位相が基準位相に達しても短絡期間が継続しているときは、短絡電流のピーク値を増加させて、短絡の解除を促進することができるので、短絡期間が長期化することを抑制することができる。このために、本発明では、送給速度の正送と逆送との周期を一定に保ったままで、短絡とアークとの周期と送給速度の正送と逆送との周期とが同期ズレ状態になることを抑制し、安定した溶接を行なうことができる。

本発明の実施の形態１に係る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１に係るアーク溶接制御方法を説明するための、図１の溶接電源における各信号のタイミングチャートである。 本発明の実施の形態２に係る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。 従来技術において、送給速度の正送と逆送とを周期的に繰り返す溶接方法における波形図である。

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、３相２００Ｖ等の商用電源（図示は省略）を入力として、後述する誤差増幅信号Ｅａに従ってインバータ制御等の出力制御を行い、溶接電圧Ｖｗ及び溶接電流Ｉｗを出力する。この電源主回路ＰＭは、図示は省略するが、商用電源を整流する１次整流器、整流された直流を平滑する平滑コンデンサ、平滑された直流を高周波交流に変換するインバータ回路、高周波交流を溶接に適した電圧値に降圧する高周波変圧器、降圧された高周波交流を直流に整流する２次整流器、整流された直流を平滑するリアクトル、上記の誤差増幅信号Ｅａを入力としてパルス幅変調制御を行う変調回路、パルス幅変調制御信号を入力としてインバータ回路のスイッチング素子を駆動するインバータ駆動回路を備えている。

減流抵抗器Ｒは、上記の電源主回路ＰＭと溶接トーチ４との間に挿入される。この減流抵抗器Ｒの値は、短絡負荷（０．０１〜０．０３Ω程度）の１０倍以上大きな値（０．５〜３Ω程度）に設定される。この減流抵抗器Ｒが通電路に挿入されると、溶接電源内のリアクトル及び外部ケーブルのリアクトルに蓄積されたエネルギーが急放電される。トランジスタＴＲは、減流抵抗器Ｒと並列に接続されて、後述する駆動信号Ｄｒに従ってオン又はオフ制御される。

送給モータＷＭは、後述する送給制御信号Ｆｃを入力として、正送と逆送とを周期的に繰り返して溶接ワイヤ１を送給速度Ｆｗで送給する。この送給モータＷＭには、過渡応答性の速いモータが使用される。溶接ワイヤ１の送給速度Ｆｗの変化率及び送給方向の反転を速くするために、送給モータＷＭは溶接トーチ４の先端の近くに設置される場合がある。また、送給モータＷＭを２個使用して、プッシュプル方式の送給系とする場合もある。

溶接ワイヤ１は、上記の送給モータＷＭに結合された送給ロール５の回転によって溶接トーチ４内を送給されて、母材２との間にアーク３が発生する。溶接トーチ４内の給電チップ（図示は省略）と母材２との間には溶接電圧Ｖｗが印加し、溶接電流Ｉｗが通電する。

溶接電流検出回路ＩＤは、上記の溶接電流Ｉｗを検出して、溶接電流検出信号Ｉｄを出力する。溶接電圧検出回路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。

短絡判別回路ＳＤは、上記の溶接電圧検出信号Ｖｄを入力として、この値が予め定めた短絡／アーク判別値（１０Ｖ程度に設定）未満であるときは短絡期間にあると判別してＨｉｇｈレベルとなり、以上のときはアーク期間にあると判別してＬｏｗレベルになる短絡判別信号Ｓｄを出力する。

送給速度設定回路ＦＲは、図２（Ａ）で詳述するように、正送と逆送とが周期的に繰り返される予め定めたパターンの送給速度設定信号Ｆｒを出力する。

送給制御回路ＦＣは、この送給速度設定信号Ｆｒを入力として、この設定値に相当する送給速度Ｆｗで溶接ワイヤ１を送給するための送給制御信号Ｆｃを上記の送給モータＷＭに出力する。

基準位相設定回路ＢＲは、予め定めた基準位相設定信号Ｂｒを出力する。基準位相超過判別回路ＢＤは、この基準位相設定信号Ｂｒ、上記の送給速度設定信号Ｆｒ及び上記の短絡判別信号Ｓｄを入力として、短絡判別信号ＳｄがＨｉｇｈレベル（短絡）であるときに送給速度設定信号Ｆｒの位相Ｂａが基準位相設定信号Ｂｒの値に達するとＨｉｇｈレベルにセットされ、短絡判別信号ＳｄがＬｏｗレベル（アーク）になるとＬｏｗレベルにリセットされる基準位相超過判別信号Ｂｄを出力する。

第１溶接電流設定回路ＩＷＲ１は、予め定めた第１溶接電流設定信号Ｉwr1を出力する。第１溶接電流通電期間設定回路ＴＷＲ１は、予め定めた第１溶接電流通電期間設定信号Ｔwr1を出力する。

上昇率設定回路ＳＲは、予め定めた上昇率設定信号Ｓｒを出力する。ピーク値設定回路ＩＰＲは、上記の基準位相超過判別信号Ｂｄを入力として、基準位相超過判別信号Ｂｄ＝Ｌｏｗレベルのときは予め定めた第１ピーク値Ｉp1となり、Ｂｄ＝Ｈｉｇｈレベルのときは予め定めた第２ピーク値Ｉp2となるピーク値設定信号Ｉprを出力する。ここで、Ｉp1＜Ｉp2である。

くびれ検出回路ＮＤは、上記の短絡判別信号Ｓｄ、上記の溶接電圧検出信号Ｖｄ及び上記の溶接電流検出信号Ｉｄを入力として、短絡判別信号ＳｄがＨｉｇｈレベル（短絡期間）であるときの溶接電圧検出信号Ｖｄの電圧上昇値が予め定めたくびれ検出基準値に達した時点でくびれが形成されたと判別してＨｉｇｈレベルとなり、短絡判別信号ＳｄがＬｏｗレベル（アーク期間）に変化した時点でＬｏｗレベルになるくびれ検出信号Ｎｄを出力する。また、短絡期間中の溶接電圧検出信号Ｖｄの微分値がそれに対応したくびれ検出基準値に達した時点でくびれ検出信号ＮｄをＨｉｇｈレベルに変化させるようにしても良い。さらに、溶接電圧検出信号Ｖｄの値を溶接電流検出信号Ｉｄの値で除算して溶滴の抵抗値を算出し、この抵抗値の微分値がそれに対応するくびれ検出基準値に達した時点でくびれ検出信号ＮｄをＨｉｇｈレベルに変化させるようにしても良い。

低レベル電流設定回路ＩＬＲは、予め定めた低レベル電流設定信号Ｉlrを出力する。電流比較回路ＣＭは、この低レベル電流設定信号Ｉlr及び上記の溶接電流検出信号Ｉｄを入力として、Ｉｄ＜ＩlrのときはＨｉｇｈレベルになり、Ｉｄ≧ＩlrのときはＬｏｗレベルになる電流比較信号Ｃｍを出力する。

駆動回路ＤＲは、この電流比較信号Ｃｍ及び上記のくびれ検出信号Ｎｄを入力として、くびれ検出信号ＮｄがＨｉｇｈレベルに変化するとＬｏｗレベルに変化し、その後に電流比較信号ＣｍがＨｉｇｈレベルに変化するとＨｉｇｈレベルに変化する駆動信号Ｄｒを上記のトランジスタＴＲのベース端子に出力する。したがって、この駆動信号Ｄｒはくびれが検出されるとＬｏｗレベルになり、トランジスタＴＲがオフ状態になり通電路に減流抵抗器Ｒが挿入されるので、短絡負荷を通電する溶接電流Ｉｗは急減する。そして、急減した溶接電流Ｉｗの値が低レベル電流設定信号Ｉlrの値まで減少すると、駆動信号ＤｒはＨｉｇｈレベルになり、トランジスタＴＲがオン状態になるので、減流抵抗器Ｒは短絡されて通常の状態に戻る。

電流制御設定回路ＩＣＲは、上記の短絡判別信号Ｓｄ、上記の低レベル電流設定信号Ｉlr、上記のくびれ検出信号Ｎｄ、上記の第１溶接電流設定信号Ｉwr1、上記の上昇率設定信号Ｓｒ及び上記のピーク値設定信号Ｉprを入力として、以下の処理を行い、電流制御設定信号Ｉcrを出力する。
１）短絡判別信号ＳｄがＨｉｇｈレベル（短絡）に変化した時点から予め定めた初期期間中は、予め定めた初期電流設定値を電流制御設定信号Ｉcrとして出力する。
２）その後は、電流制御設定信号Ｉcrの値を、上記の初期電流設定値から上昇率設定信号Ｓｒによって定まる上昇率でピーク値設定信号Ｉprの値まで上昇させ、その値を維持する。（ピーク値設定信号Ｉprの値は、送給速度の位相が基準位相に達するまでは第１ピーク値Ｉp1となり、達した後は第２ピーク値Ｉp2となる。）
３）くびれ検出信号ＮｄがＨｉｇｈレベルに変化すると、電流制御設定信号Ｉcrの値を低レベル電流設定信号Ｉlrの値に切り換えて維持する。
４）短絡判別信号ＳｄがＬｏｗレベル（アーク）に変化すると、電流制御設定信号Ｉcrを、予め定めたアーク時上昇率で第１溶接電流設定信号Ｉwr1の値まで上昇させ、その値を維持する。

オフディレイ回路ＴＤＳは、上記の短絡判別信号Ｓｄ及び上記の第１溶接電流通電期間設定信号Ｔwr1を入力として、短絡判別信号ＳｄがＨｉｇｈレベルからＬｏｗレベルに変化する時点を第１溶接電流通電期間設定信号Ｔwr1の期間だけオフディレイさせて遅延信号Ｔdsを出力する。したがって、この遅延信号Ｔdsは、短絡期間になるとＨｉｇｈレベルとなり、アークが再発生してから第１溶接電流通電期間設定信号Ｔwr1の期間だけオフディレイしてＬｏｗレベルになる信号である。

電流誤差増幅回路ＥＩは、上記の電流制御設定信号Ｉcr（＋）と上記の溶接電流検出信号Ｉｄ（−）との誤差を増幅して、電流誤差増幅信号Ｅｉを出力する。

電圧設定回路ＶＲは、アーク期間中の溶接電圧を設定するための予め定めた電圧設定信号Ｖｒを出力する。電圧誤差増幅回路ＥＶは、この電圧設定信号Ｖｒ（＋）と上記の溶接電圧検出信号Ｖｄ（−）との誤差を増幅して、電圧誤差増幅信号Ｅｖを出力する。

制御切換回路ＳＷは、上記の電流誤差増幅信号Ｅｉ、上記の電圧誤差増幅信号Ｅｖ及び上記の遅延信号Ｔdsを入力として、遅延信号ＴdsがＨｉｇｈレベル（短絡開始からアークが再発生して第１溶接電流通電期間設定信号Ｔwr1の期間が経過するまでの期間）のときは電流誤差増幅信号Ｅｉを誤差増幅信号Ｅａとして出力し、Ｌｏｗレベル（アーク）のときは電圧誤差増幅信号Ｅｖを誤差増幅信号Ｅａとして出力する。この回路により、短絡期間＋第１溶接電流通電期間中は定電流制御となり、それ以外のアーク期間中は定電圧制御となる。

図２は、本発明の実施の形態１に係るアーク溶接制御方法を説明するための、図１の溶接電源における各信号のタイミングチャートである。同図（Ａ）は溶接ワイヤ１の送給速度Ｆｗの時間変化を示し、同図（Ｂ）は溶接電流Ｉｗの時間変化を示し、同図（Ｃ）は溶接電圧Ｖｗの時間変化を示し、同図（Ｄ）はくびれ検出信号Ｎｄの時間変化を示し、同図（Ｅ）は駆動信号Ｄｒの時間変化を示し、同図（Ｆ）は遅延信号Ｔdsの時間変化を示し、同図（Ｇ）は電流制御設定信号Ｉcrの時間変化を示し、同図（Ｈ）は基準位相超過判別信号Ｂｄの時間変化を示す。以下、同図を参照して説明する。

同図（Ａ）に示すように、送給速度Ｆｗは、０よりも上側の正の値のときは溶接ワイヤが正送されていることを示し、０よりも下側の負の値のときは逆送されていることを示す。同図（Ａ）に示す送給速度Ｆｗは送給速度設定信号Ｆｒ（図示は省略）によって設定されるので、両波形は相似波形となる。また、同図（Ａ）に示す送給速度Ｆｗは、図４（Ａ）の送給速度Ｆｗと同一波形である。

同図（Ａ）に示すように、送給速度Ｆｗは、時刻ｔ１時点では０であり、時刻ｔ１〜ｔ２の期間は正送加速期間となり、時刻ｔ２で正送の最大値となり、時刻ｔ２〜ｔ３の期間は正送減速期間となり、時刻ｔ３で０となり、時刻ｔ３〜ｔ４の期間は逆送加速期間となり、時刻ｔ４で逆送の最大値となり、時刻ｔ４〜ｔ５の期間は逆送減速期間となる。したがって、送給速度Ｆｗは、時刻ｔ１〜ｔ５の期間を１周期として繰り返す波形となる。この１周期は、溶接中は一定値であり変化しない。送給速度Ｆｗの位相は、時刻ｔ１が０°となり、時刻ｔ２が９０°となり、時刻ｔ３が１８０°となり、時刻ｔ４が２７０°となり、時刻ｔ５が３６０°（０°）となる。同図では正弦波状に変化しているが、三角波状又は台形波状に変化するようにしても良い。例えば、時刻ｔ１〜ｔ３の正送期間は５．４msであり、時刻ｔ３〜ｔ５の逆送期間は４．６msであり、１周期は１０msとなる。また、正送の最大値は５０m/minであり、逆送の最大値は−４０m/minである。このときの送給速度Ｆｗの平均値は約＋４m/minとなり、平均溶接電流値は約１５０Ａとなる。

ここで、送給速度の位相Ｂａ（°）の算出方法について説明する。時刻ｔ１〜ｔ３の正送期間をＴｓ（ms）とし、時刻ｔ３〜ｔ５の逆送期間をＴｒ（ms）とする。周期の開始時点である時刻ｔ１からの経過時間Ｔａ（ms）を計時し、下式によって送給速度の位相Ｂａを算出することができる。
Ｔａ≦ＴｓのときはＢａ＝（Ｔａ／Ｔｓ）×180
Ｔａ＞ＴｓのときはＢａ＝（（Ｔａ−Ｔｓ）／Ｔｒ）×180＋180

同図は、基準位相設定信号Ｂｒ（図示は省略）＝２８０°の場合である。Ｂｄ＝２８０°は時刻ｔ４１となる。また、Ｂｄ＝２８０°は時刻ｔ４〜ｔ５の逆送減速期間中にある。基準移送超過判別信号ＢｄがＨｉｇｈレベルになる状態とは、逆送減速期間に入っているにもかかわらずまだ短絡が解除されずにアークが再発生していない状態のときである。このような状態の場合には、早急に短絡を解除させる必要がある。このために、短絡期間中に送給速度の位相Ｂａが基準位相設定信号Ｂｄの値に達したときは、短絡電流のピーク値Ｉｐを増加させて、ピンチ力を大きくして短絡の解除を促進する。

同図（Ｃ）に示すように、溶接ワイヤと母材との短絡が時刻ｔ２１で発生すると、溶接電圧Ｖｗは数Ｖの短絡電圧値に急減する。溶接電圧Ｖｗが短絡／アーク判別値Ｖta未満になったことを判別すると、同図（Ｆ）に示すように、遅延信号ＴdsはＬｏｗレベルからＨｉｇｈレベルに変化する。これに応動して、同図（Ｇ）に示すように、電流制御設定信号Ｉcrは時刻ｔ２１において小さな値である予め定めた初期電流設定値に変化する。

時刻ｔ３からは逆送加速期間となるので、送給速度Ｆｗは逆送方向に切り換わる。同図（Ｇ）に示すように、電流制御設定信号Ｉcrは、時刻ｔ２１〜ｔ２２の予め定めた初期期間中は上記の初期電流設定値となり、時刻ｔ２２〜ｔ２３の期間中は上昇率設定信号Ｓｒの値で上昇し、時刻ｔ２３〜ｔ４１の期間中はピーク値設定信号Ｉprの値（第１ピーク値Ｉp1）となる。

時刻ｔ４２において、送給速度の位相Ｂａが基準位相設定信号Ｂｒの値に達しても短絡期間のままであるので、同図（Ｈ）に示すように、基準位相超過判別信号ＢｄがＨｉｇｈレベルに変化する。これに応動して、ピーク値設定信号Ｉprの値が第２ピーク値Ｉp2へと増加する。

短絡期間中は上述したように定電流制御されているので、溶接電流Ｉｗは電流制御設定信号Ｉcrに相当する値に制御される。このために、同図（Ｂ）に示すように、溶接電流Ｉｗは、時刻ｔ２１においてアーク期間の溶接電流から急減し、時刻ｔ２１〜ｔ２２の初期期間中は初期電流値となり、時刻ｔ２２〜ｔ２３の期間中は上昇率Ｓで上昇し、時刻ｔ２３〜ｔ４１の期間中は第１ピーク値Ｉp1となり、時刻ｔ４１〜ｔ４２の期間中は第２ピーク値Ｉp2となる。例えば、初期期間は１msに、初期電流は５０Ａに設定される。また、上昇率Ｓは４００Ａ／msに、第１ピーク値Ｉp1は４５０Ａに、第２ピーク値Ｉp2は５５０Ａに設定される。同図（Ｈ）に示すように、基準位相超過判別信号Ｂｄは時刻ｔ４１〜ｔ４４の期間はＨｉｇｈレベルとなる。同図（Ｄ）に示すように、くびれ検出信号Ｎｄは、後述する時刻ｔ４２〜ｔ４４の期間はＨｉｇｈレベルとなり、それ以外の期間はＬｏｗレベルとなる。同図（Ｅ）に示すように、駆動信号Ｄｒは、後述する時刻ｔ４２〜ｔ４３の期間はＬｏｗレベルとなり、それ以外の期間はＨｉｇｈレベルとなる。したがって、同図において時刻ｔ４２以前の期間中は、駆動信号ＤｒはＨｉｇｈレベルとなり、図１のトランジスタＴＲがオン状態となるので、減流抵抗器Ｒは短絡されて通常の消耗電極アーク溶接電源と同一の状態となる。

同図（Ｃ）に示すように、溶接電圧Ｖｗは、溶接電流Ｉｗが第２ピーク値Ｉp2となる時刻ｔ４１あたりから上昇する。これは、溶接ワイヤの逆送に加えて、溶接電流Ｉｗが第２ピーク値Ｉp2に増加してピンチ力が大きくなり、溶滴にくびれが次第に形成されるためである。

時刻ｔ４２において、くびれの形成状態が基準状態に達すると、同図（Ｄ）に示すように、くびれ検出信号ＮｄはＨｉｇｈレベルに変化する。これに応動して、同図（Ｅ）に示すように、駆動信号ＤｒはＬｏｗレベルになるので、図１のトランジスタＴＲはオフ状態となり減流抵抗器Ｒが通電路に挿入される。同時に、同図（Ｇ）に示すように、電流制御設定信号Ｉcrは低レベル電流設定信号Ｉlrの値へと小さくなる。このために、同図（Ｂ）に示すように、溶接電流Ｉｗは第２ピーク値Ｉp2から低レベル電流値Ｉｌへと急減する。そして、時刻ｔ４３において溶接電流Ｉｗが低レベル電流値Ｉｌまで減少すると、同図（Ｅ）に示すように、駆動信号ＤｒはＨｉｇｈレベルに戻るので、図１のトランジスタＴＲはオン状態となり減流抵抗器Ｒは短絡される。同図（Ｂ）に示すように、溶接電流Ｉｗは、電流制御設定信号Ｉcrが低レベル電流設定信号Ｉlrのままであるので、時刻ｔ４４のアーク再発生までは低レベル電流値Ｉｌを維持する。したがって、トランジスタＴＲは、時刻ｔ４２にくびれ検出信号ＮｄがＨｉｇｈレベルに変化した時点から時刻ｔ４３に溶接電流Ｉｗが低レベル電流値Ｉｌに減少するまでの期間のみオフ状態となる。同図（Ｃ）に示すように、溶接電圧Ｖｗは、溶接電流Ｉｗが小さくなるので時刻ｔ４２から一旦減少した後に急上昇する。低レベル電流値Ｉｌは、例えば５０Ａに設定される。

時刻ｔ４４において、溶接ワイヤの逆送及び溶接電流Ｉｗの通電によるピンチ力によってくびれが進行してアークが再発生すると、同図（Ｃ）に示すように、溶接電圧Ｖｗの値は短絡／アーク判別値Ｖta以上となる。

時刻ｔ４４にアークが再発生すると、同図（Ｇ）に示すように、電流制御設定信号Ｉcrの値は、低レベル電流設定信号Ｉlrの値から予め定めたアーク時傾斜で上昇し、上記の第１溶接電流設定信号Ｉwr1の値に達するとその値を維持する。同図（Ｆ）に示すように、遅延信号Ｔdsは、時刻ｔ４４にアークが再発生してから第１溶接電流通電期間Ｔw1が経過する時刻ｔ４５までＨｉｇｈレベルのままである。したがって、溶接電源は時刻ｔ４５まで定電流制御されているので、同図（Ｂ）に示すように、溶接電流Ｉｗは、時刻ｔ４４からアーク時傾斜で上昇し、第１溶接電流設定信号Ｉwr1の値に達するとその値を時刻ｔ４５まで維持する。同図（Ｃ）に示すように、溶接電圧Ｖｗは、時刻ｔ４４〜ｔ４５の第１溶接電流通電期間Ｔw1中は大きな値の第１溶接電圧値の状態にある。時刻ｔ４４にアークが再発生するので、同図（Ｈ）に示すように、基準位相超過判別信号ＢｄはＬｏｗレベルに変化し、同図（Ｄ）に示すように、くびれ検出信号ＮｄはＬｏｗレベルに変化する。例えば、アーク時傾斜は４００Ａ／msに設定され、第１溶接電流設定信号Ｉwr1は４５０Ａに設定され、第１溶接電流通電期間設定信号Ｔwr1は２msに設定される。

時刻ｔ４５において、同図（Ｆ）に示すように、遅延信号ＴdsがＬｏｗレベルに変化する。この結果、溶接電源は定電流制御から定電圧制御へと切り換えられる。時刻ｔ４４にアークが再発生してから時刻ｔ５までは、溶接ワイヤは逆送しているので、アーク長は次第に長くなる。時刻ｔ５からは正送加速期間になるので、同図（Ａ）に示すように、送給速度Ｆｗは正送に切り換えられる。時刻ｔ４５に定電圧制御に切り換えられると、同図（Ｂ）に示すように、溶接電流Ｉｗは、第１溶接電流Ｉw1から次第に減少する第２溶接電流Ｉw2が通電する。同様に、同図（Ｃ）に示すように、溶接電圧Ｖｗは、第１溶接電圧値から次第に減少する。時刻ｔ６の正送最大値の後の時刻ｔ６１において、次の短絡が発生する。

外乱によって溶滴の移行状態が変動したために、送給速度の位相Ｂａが基準位相設定信号Ｂｒの値に達しても短絡期間が継続している状態になる場合がある。この状態を放置しておくと、送給速度が正送期間に移行することになり、短絡の解除がますます困難となるので、短絡期間が長期化することになる。短絡期間が長期化すると、短絡とアークとの周期と送給速度の正送と逆送との周期とが同期ズレ状態に陥ることになり、溶接状態が不安定になる。上述した実施の形態１では、送給速度の位相Ｂａが基準位相設定信号Ｂｒの値に達しても短絡期間にあるときは、溶接電流Ｉｗを第１ピーク値Ｉp1から第２ピーク値Ｉp2へと増加させる。これにより、溶滴に作用するピンチ力が大きくなるので、短絡の解除を促進することになり、短絡期間が長期化することを抑制することができる。この結果、本実施の形態では、短絡とアークとの周期と送給速度の正送と逆送との周期とが同期ズレ状態になることを抑制することができる。このときに、時刻ｔ１〜ｔ５の送給速度Ｆｗの１周期は一定であり、変化しない。

送給速度の位相が基準位相に達する前に短絡が解除されてアークが再発生する通常の場合は、上述した図４の動作と同一となる。すなわち、短絡電流のピーク値は第１ピーク値Ｉp1であるときに短絡が解除されることになる。

上述した実施の形態１によれば、短絡期間中に送給速度の位相が予め定めた基準位相に達したときは、短絡電流のピーク値を増加させる。これにより、送給速度の位相が基準位相に達しても短絡期間が継続しているときは、短絡電流のピーク値を増加させて、短絡の解除を促進することができるので、短絡期間の長期化を抑制することができる。このために、本実施の形態では、送給速度の正送と逆送との周期を一定に保ったままで、短絡とアークとの周期と送給速度の正送と逆送との周期とが同期ズレ状態になることを抑制し、安定した溶接を行なうことができる。

［実施の形態２］
実施の形態２の発明は、送給速度の位相が基準位相に達したときの送給速度を検出し、この検出された送給速度に応じて短絡電流のピーク値の増加量（第２ピーク値Ｉp2の値）を変化させる。

図３は、本発明の実施の形態２に係る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。同図は上述した図１と対応しており、同一ブロックには同一符号を付して、それらの説明は繰り返さない。同図は、図１に基準位相送給速度検出回路ＦＤを追加し、図１のピーク値設定回路ＩＰＲを修正ピーク値設定回路ＩＰＲ２に置換したものである。以下、同図を参照して、これらのブロックについて説明する。

基準位相送給速度検出回路ＦＤは、送給速度設定信号Ｆｒ及び基準位相設定信号Ｂｒを入力として、送給速度設定信号Ｆｒの位相が基準位相設定信号Ｂｒの値に達したときの送給速度設定信号Ｆｒの値を検出して、基準位相送給速度検出信号Ｆｄとして出力する。

修正ピーク値設定回路ＩＰＲ２は、上記の基準位相送給速度検出信号Ｆｄ及び位相超過判別信号Ｂｄを入力として、基準位相超過判別信号Ｂｄ＝Ｌｏｗレベルのときは予め定めた第１ピーク値Ｉp1となり、Ｂｄ＝Ｈｉｇｈレベルのときは基準位相送給速度検出信号Ｆｄに応じて変化する第２ピーク値Ｉp2となるピーク値設定信号Ｉprを出力する。ここで、Ｉp1＜Ｉp2である。また、Ｉp2はＦｄの関数である。この関数は予め設定される。Ｆｄが大きくなるとＩp2は小さくなる関数である。

本発明の実施の形態２に係るアーク溶接制御方法を説明するための、図３の溶接電源における各信号のタイミングチャートは、上述した図２と同一であるので、説明は繰り返さない。但し、以下の動作は異なっている。

時刻ｔ４１において、同図（Ｈ）に示す基準位相超過判別信号ＢｄがＨｉｇｈレベルになると、図３の基準位相送給速度検出回路ＦＤによって基準位相送給速度検出信号Ｆｄが出力される。同時に、図３の修正ピーク値設定回路ＩＰＲ２によって基準移送送給速度検出信号Ｆｄに応じた第２ピーク値Ｉp2となるピーク値設定信号Ｉprが出力される。

したがって、時刻ｔ４１〜ｔ４２の期間中の同図（Ｇ）に示す電流制御設定信号Ｉcr及び同図（Ｂ）に示す溶接電流Ｉｗの値（第２ピーク値Ｉp2）が基準位相送給速度検出信号Ｆｄの値によって変化する点が図２とは異なっている。

上述した実施の形態２によれば、送給速度の位相が基準位相に達したときの送給速度を検出し、この検出された送給速度に応じて短絡電流のピーク値の増加量を変化させる。これにより、実施の形態１の効果に加えて、以下の効果を奏する。短絡期間中に送給速度の位相が基準位相に達したときに、その時点における送給速度によって短絡の解除を促進するためのピーク値の増加量の適正値が異なる。すなわち、逆送状態にある送給速度が高速であるときはピーク値の増加量が小さくても短絡は速やかに解除される。ピーク値の増加量が小さいと、スパッタ発生量が少ない。他方、送給速度が低速であるときはピーク値の増加量を大きくしないと、短絡は速やかに解除されない。このために、実施の形態２では、検出された送給速度に応じてピーク値の増加量が自動的に適正化されるので、溶接状態の安定性をさらに向上させることができる。

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
Ｂａ 送給速度の位相
ＢＤ 基準位相超過判別回路
Ｂｄ 基準位相超過判別信号
ＢＲ 基準位相設定回路
Ｂｒ 基準位相設定信号
ＣＭ 電流比較回路
Ｃｍ 電流比較信号
ＤＲ 駆動回路
Ｄｒ 駆動信号
Ｅａ 誤差増幅信号
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
ＦＣ 送給制御回路
Ｆｃ 送給制御信号
Ｆｄ 基準位相送給速度検出回路
Ｆｄ 基準位相送給速度検出信号
ＦＲ 送給速度設定回路
Ｆｒ 送給速度設定信号
Ｆｗ 送給速度
ＩＣＲ 電流制御設定回路
Ｉcr 電流制御設定信号
ＩＤ 溶接電流検出回路
Ｉｄ 溶接電流検出信号
Ｉｌ 低レベル電流値
ＩＬＲ 低レベル電流設定回路
Ｉlr 低レベル電流設定信号
Ｉｐ ピーク値
Ｉp1 第１ピーク値
Ｉp2 第２ピーク値
ＩＰＲ ピーク値設定回路
Ｉpr ピーク値設定信号
ＩＰＲ２ 修正ピーク値設定回路
Ｉｗ 溶接電流
Ｉw1 第１溶接電流
Ｉw2 第２溶接電流
ＩＷＲ１ 第１溶接電流設定回路
Ｉwr1 第１溶接電流設定信号
ＮＤ くびれ検出回路
Ｎｄ くびれ検出信号
ＰＭ 電源主回路
Ｒ 減流抵抗器
Ｓ 上昇率
ＳＤ 短絡判別回路
Ｓｄ 短絡判別信号
ＳＲ 上昇率設定回路
Ｓｒ 上昇率設定信号
ＳＷ 制御切換回路
Ｔａ 経過時間
ＴＤＳ オフディレイ回路
Ｔds 遅延信号
ＴＲ トランジスタ
Ｔｒ 逆送期間
Ｔｓ 正送期間
Ｔw1 第１溶接電流通電期間
ＴＷＲ１ 第１溶接電流通電期間設定回路
Ｔwr1 第１溶接電流通電期間設定信号
ＶＤ 溶接電圧検出回路
Ｖｄ 溶接電圧検出信号
ＶＲ 電圧設定回路
Ｖｒ 電圧設定信号
Ｖta 短絡／アーク判別値
Ｖｗ 溶接電圧
ＷＭ 送給モータ

Claims (1)

1. 溶接ワイヤの送給速度の正送期間と逆送期間とを周期的に繰り返して短絡期間とアーク期間とを発生させ、前記短絡期間中は短絡電流を通電するアーク溶接制御方法において、
   前記短絡期間中に前記送給速度の位相が予め定めた基準位相に達したときは、前記短絡電流のピーク値を増加させ、
   前記送給速度の位相が前記基準位相に達したときの前記送給速度を検出し、この検出された送給速度に応じて前記短絡電流の前記ピーク値の増加量を変化させる、
   ことを特徴とするアーク溶接制御方法。

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