JP7430969B2

JP7430969B2 - アーク溶接装置

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Publication number: JP7430969B2
Application number: JP2020104266A
Authority: JP
Inventors: 賢人高田
Original assignee: Daihen Corp
Current assignee: Daihen Corp
Priority date: 2020-06-17
Filing date: 2020-06-17
Publication date: 2024-02-14
Anticipated expiration: 2040-06-17
Also published as: JP2021194691A

Description

本発明は、溶接ワイヤを正逆送給し、短絡期間とアーク期間とをくりかえして溶接を行うアーク溶接装置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。

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繰り返して溶接する方法が提案されている（例えば、特許文献１参照）。

この溶接方法においては、溶接ワイヤの正送と逆送とを５ms程度ごとに高速に切り換える必要がある。このために、送給モータを溶接トーチの先端近くに設置して、送給モータから溶接トーチの先端までの送給経路を短くすることが行われる。しかし、溶接トーチの先端近くには設置スペースの問題から小容量の送給モータしか設置することができないために、送給トルクが不足する場合がある。これを解決するために、送給モータを２個使用し、一方の送給モータ（プッシュ側）を送給経路の上流に設置し、もう一方の送給モータ（プル側）を送給経路の下流である溶接トーチの先端近くに設置して、プッシュプル送給制御系を構成するようにしている。このプッシュプル送給制御系では、プッシュ側送給モータは正送回転状態で定速制御され、プル側送給モータは正送回転と逆送回転とを繰り返す正逆送給制御が行われる。

特許第６４７２３８７号公報

上述したように、従来技術では、プッシュ側送給モータは一定速度で正送制御されており、プル側送給モータは正送と逆送とを繰り返すように正逆送給制御されている。溶接ワイヤの先端は、正送と逆送とを繰り返している。上記の溶接において、溶接姿勢によっては送給経路の屈曲が大きくなり、送給抵抗が大きくなる。さらには、溶接を繰り返して行なっていると、次第に送給経路が磨耗して送給抵抗が大きくなる。送給抵抗が大きくなると、プル側送給モータは設定波形とおりの送給速度を出力することができなくなる。この結果、平均送給速度が変動することになり、溶接ビードが変化して溶接品質が悪くなるという問題がある。

そこで、本発明では、プッシュプル送給制御によって溶接ワイヤの正送と逆送とを繰り返す溶接において、送給抵抗が大きくなっても、溶接品質を良好に維持することができるアーク溶接装置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、
プッシュ側送給モータと、プル側送給モータと、前記プッシュ側送給モータを正送回転させるプッシュ送給制御部と、前記プル側送給モータを正送回転及び逆送回転させるプル送給制御部と、を備え、
溶接電流及び溶接電圧を出力して短絡期間とアーク期間とを繰り返して溶接を行うアーク溶接装置において、
送給抵抗の大小を判別する送給抵抗判別部をさらに備え、
前記プル送給制御部は、前記送給抵抗判別部が送給抵抗が大であると判別すると、前記正送回転の正送ピーク値及び前記逆送回転の逆送ピーク値が小さくなるように送給修正を行う、
ことを特徴とするアーク溶接装置である。

請求項２の発明は、
前記送給抵抗判別部は、前記送給抵抗の大小の判別を、前記プッシュ側送給モータのモータ電流によって行う、
ことを特徴とする請求項１に記載のアーク溶接装置である。

請求項３の発明は、
前記送給抵抗判別部は、前記送給抵抗の大小の判別を、前記プル側送給モータの送給速度の設定波形と検出波形との差分によって行う、
ことを特徴とする請求項１に記載のアーク溶接装置である。

請求項４の発明は、
前記送給修正は、前記送給修正の前後で平均送給速度が等しくなるように行う、
ことを特徴とする請求項１～３のいずれか１項に記載のアーク溶接装置である。

本発明によれば、プッシュプル送給制御によって溶接ワイヤの正送と逆送とを繰り返す溶接において、送給抵抗が大きくなっても、溶接品質を良好に維持することができる。

本発明の実施の形態１に係るアーク溶接装置のブロック図である。図１のアーク溶接装置における各信号のタイミングチャートである。溶接途中において送給抵抗が増大したときのプル送給速度Ｆｗの変化を示す波形図である。

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に係るアーク溶接装置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ＭＣ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による出力制御を行い、出力電圧Ｅを出力する。この電源主回路ＭＣ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上記の誤差増幅信号Ｅａによって駆動されるインバータ回路、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次整流器を備えている。

リアクトルＷＬは、溶接電流Ｉｗを平滑して安定したアーク３を持続させる。このリアクトルＷＬのインダクタンス値は、例えば１００μＨである。

プッシュ側送給モータＰＭは、後述するプッシュ送給制御信号Ｐｃを入力として、溶接ワイヤ１を所定のプッシュ送給速度Ｐｗで正送する。

モータ電流検出回路ＩＭＤは、上記のプッシュ側送給モータＰＭのモータ電流を検出してモータ電流検出信号Ｉmdを出力する。このモータ電流検出信号Ｉmdによって、プッシュ側送給モータＰＭのトルクを検出している

プル側送給モータＷＭは、後述するプル送給制御信号Ｆｃを入力として、正送と逆送とを繰り返して溶接ワイヤ１をプル送給速度Ｆｗで正逆送給する。プル側送給モータＷＭはエンコーダ（図示は省略）を備えており、このエンコーダからプル送給速度検出信号Ｆｄが出力される。

溶接ワイヤ１は、上記のプッシュ側送給モータＰＭに結合されたプッシュ側送給ロール６及び上記のプル側送給モータＷＭに結合されたプル側送給ロール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が印加され、溶接電流Ｉｗが通電する。

出力電圧設定回路ＥＲは、予め定めた出力電圧設定信号Ｅｒを出力する。出力電圧検出回路ＥＤは、上記の出力電圧Ｅを検出し平滑して、出力電圧検出信号Ｅｄを出力する。

電圧誤差増幅回路ＥＶは、上記の出力電圧設定信号Ｅｒ及び上記の出力電圧検出信号Ｅｄを入力として、出力電圧設定信号Ｅｒ（＋）と出力電圧検出信号Ｅｄ（－）との誤差を増幅して、電圧誤差増幅信号Ｅｖを出力する。

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。電圧検出回路ＶＤは、上記の溶接電圧Ｖｗを検出して、電圧検出信号Ｖｄを出力する。

短絡判別回路ＳＤは、上記の電圧検出信号Ｖｄを入力として、この値が予め定めた短絡判別値（１０Ｖ程度）未満のときは短絡期間にあると判別してＨｉｇｈレベルになり、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。

正送ピーク値設定回路ＷＳＲは、後述する送給抵抗判別信号Ｆrdを入力として、送給抵抗判別信号ＦrdがＬｏｗレベル（送給抵抗小）であるときは予め定めた通常値となり、Ｈｉｇｈレベル（送給抵抗大）であるときは予め定めた減少値となる、正送ピーク値設定信号Ｗsrを出力する。ここで、通常値及び減少値は正の値であり、例えば減少値は通常値の５０％程度に設定される。

逆送ピーク値設定回路ＷＲＲは、後述する送給抵抗判別信号Ｆrdを入力として、送給抵抗判別信号ＦrdがＬｏｗレベル（送給抵抗小）であるときは予め定めた通常値となり、Ｈｉｇｈレベル（送給抵抗大）であるときは予め定めた減少値となる、逆送ピーク値設定信号Ｗrrを出力する。ここで、通常値及び減少値は負の値であり、例えば減少値の絶対値は通常値の絶対値の５０％程度に設定される。

プル送給速度設定回路ＦＲは、上記の正送ピーク値設定信号Ｗsr、上記の逆送ピーク値設定信号Ｗrr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（短絡期間）のときは逆送ピーク値設定信号Ｗrrを送給速度設定信号Ｆｒとして出力し、短絡判別信号ＳｄがＬｏｗレベル（アーク期間）のときは正送ピーク値設定信号Ｗsrをプル送給速度設定信号Ｆｒとして出力する。

プル送給制御回路ＦＣは、上記のプル送給速度設定信号Ｆｒを入力として、プル送給速度設定信号Ｆｒの値に相当するプル送給速度Ｆｗで溶接ワイヤ１を正逆送給するためのプル送給制御信号Ｆｃを上記のプル側送給モータＷＭに出力する。プル送給制御回路ＦＣは、送給抵抗判別信号ＦrdがＨｉｇｈレベル（送給抵抗大）になると、プル送給速度設定信号Ｆｒの値を変化させて正送ピーク値及び逆送ピーク値を小さくする送給修正を行う。

プッシュ送給速度設定回路ＰＲは、予め定めた正の値のプッシュ送給速度設定信号Ｐｒを出力する。

プッシュ送給制御回路ＰＣは、上記のプッシュ送給速度設定信号Ｐｒを入力として、プッシュ送給速度設定信号Ｐｒの値に相当するプッシュ送給速度Ｐｗで溶接ワイヤ１を正送給するためのプッシュ送給制御信号Ｐｃを上記のプッシュ側送給モータＰＭに出力する。

送給抵抗判別回路ＦＲＤは、上記のモータ電流検出信号Ｉmd、上記のプル送給速度設定信号Ｆｒ及び上記のプル送給速度検出信号Ｆｄを入力として、以下の処理１）～処理３）の中から一つを設定によって選択して処理を行い、送給抵抗判別信号Ｆrdを出力する。
処理１）モータ電流検出信号Ｉmdの値が予め定めた基準電流値以上になると、送給抵抗判別信号ＦrdをＨｉｇｈレベルにして出力する。送給経路の送給抵抗が大きくなるほどプッシュ側送給モータＰＭのトルクが大きくなる。トルクはモータ電流検出信号Ｉmdによって検出することができる。したがって、モータ電流検出信号Ｉmdが基準電流値以上になると、送給抵抗が大きくなり、基準抵抗値以上になったことを示している。
処理２）プル送給速度設定信号Ｆｒの平均値とプル送給速度検出信号Ｆｄの平均値との差分値が予め定めた基準差分値以上になると、送給抵抗判別信号ＦrdをＨｉｇｈレベルにして出力する。送給経路の送給抵抗が大きくなるほどプル送給速度検出信号Ｆｄの平均値が小さくなる。したがって、上記の差分値が基準差分値以上になると、送給抵抗が大きくなり、基準抵抗値以上になったことを示している。
処理３）プル送給速度設定信号Ｆｒの正送ピーク値とプル送給速度検出信号Ｆｄの正送ピーク値との差分値又は、プル送給速度設定信号Ｆｒの逆送ピーク値とプル送給速度検出信号Ｆｄの逆送ピーク値との差分値が予め定めた基準差分値以上になると、送給抵抗判別信号ＦrdをＨｉｇｈレベルにして出力する。送給経路の送給抵抗が大きくなるほどプル送給速度検出信号Ｆｄの正送ピーク値及び逆送ピーク値が小さくなる。したがって、上記の差分値が基準差分値以上になると、送給抵抗が大きくなり、基準抵抗値以上になったことを示している。

減流抵抗器Ｒは、上記のリアクトルＷＬ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５０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、リアクトルＷＬ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、上記の減流抵抗器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。

くびれ検出回路ＮＤは、上記の短絡判別信号Ｓｄ、上記の電圧検出信号Ｖｄ及び上記の電流検出信号Ｉｄを入力として、短絡判別信号ＳｄがＨｉｇｈレベル（短絡期間）であるときの電圧検出信号Ｖｄの電圧上昇値が基準値に達した時点でくびれの形成状態が基準状態になったと判別して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、短絡期間中の電圧検出信号Ｖｄの微分値がそれに対応した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、電圧検出信号Ｖｄの値を電流検出信号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、上記の電流比較信号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及び上記のくびれ検出信号Ｎｄ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Ｌｏｗレベル(アーク期間)のときは、低レベル電流設定信号Ｉlrとなる電流制御設定信号Ｉcrを出力する。
２）短絡判別信号ＳｄがＨｉｇｈレベル(短絡期間)に変化すると、予め定めた初期期間中は予め定めた初期電流設定値となり、その後は予め定めた短絡時スロープで予め定めた短絡時ピーク設定値まで上昇してその値を維持する電流制御設定信号Ｉcrを出力する。
３）その後に、くびれ検出信号ＮｄがＨｉｇｈレベルに変化すると、低レベル電流設定信号Ｉlrの値となる電流制御設定信号Ｉcr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Ｉcr及び上記の電流検出信号Ｉｄを入力として、電流制御設定信号Ｉcr（＋）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。

電流降下時間設定回路ＴＤＲは、予め定めた電流降下時間設定信号Ｔdrを出力する。

小電流期間回路ＳＴＤは、上記の短絡判別信号Ｓｄ及び上記の電流降下時間設定信号Ｔdrを入力として、短絡判別信号ＳｄがＬｏｗレベル(アーク期間)に変化した時点から電流降下時間設定信号Ｔdrによって定まる時間が経過した時点でＨｉｇｈレベルになり、その後に短絡判別信号ＳｄがＨｉｇｈレベル(短絡期間)になるとＬｏｗレベルになる小電流期間信号Ｓtdを出力する。

電源特性切換回路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、上記の短絡判別信号Ｓｄ及び上記の小電流期間信号Ｓtdを入力として、以下の処理を行い、誤差増幅信号Ｅａを出力する。
１）短絡判別信号ＳｄがＨｉｇｈレベル(短絡期間)に変化した時点から、短絡判別信号ＳｄがＬｏｗレベル(アーク期間)に変化して予め定めた遅延期間が経過した時点までの期間中は、電流誤差増幅信号Ｅｉを誤差増幅信号Ｅａとして出力する。
２）その後の大電流アーク期間中は、電圧誤差増幅信号Ｅｖを誤差増幅信号Ｅａとして出力する。
３）その後のアーク期間中に小電流期間信号ＳtdがＨｉｇｈレベルとなる小電流アーク期間中は、電流誤差増幅信号Ｅｉを誤差増幅信号Ｅａとして出力する。
この回路によって、溶接装置の特性は、短絡期間、遅延期間及び小電流アーク期間中は定電流特性となり、それ以外の大電流アーク期間中は定電圧特性となる。

図２は、図１のアーク溶接装置における各信号のタイミングチャートである。同図（Ａ）はプル送給速度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)は短絡判別信号Ｓｄの時間変化を示し、同図(Ｅ)は小電流期間信号Ｓtdの時間変化を示し、同図（Ｆ）はプル送給速度設定信号Ｆｒの時間変化を示し、同図（Ｇ）は送給抵抗判別信号Ｆrdの時間変化を示す。以下、同図を参照して各信号の動作について説明する。

同図は、送給抵抗が基準抵抗値よりも小さい場合あるので、同図（Ｇ）に示すように、送給抵抗判別信号ＦrdはＬｏｗレベル（送給抵抗小）のままである。図示は省略しているが、図１のプッシュ送給速度設定信号Ｐｒは正の値の所定値となり、図１のプッシュ送給速度Ｐｗは一定の正送速度となる。

同図（Ｆ）に示すように、プル送給速度設定信号Ｆｒは、短絡期間中は図１の逆送ピーク値設定信号Ｗrrによって定まる負の値となり、アーク期間中は図１の正送ピーク値設定信号Ｗsrによって定まる正の値となる。プル送給速度設定信号Ｆｒは矩形波形となる。上述したように、同図（Ｇ）に示す送給抵抗判別信号ＦrdがＬｏｗレベルであるので、逆送ピーク値設定信号Ｗrrは予め定めた通常値となり、正送ピーク値設定信号Ｗsrも予め定めた通常値となる。

同図（Ａ）に示すプル送給速度Ｆｗは、同図（Ｆ）に示すプル送給速度設定信号Ｆｒの値に制御される。プル送給速度Ｆｗは、短絡期間中は負の値の逆送速度となり、アーク期間中は正の値の正送速度となる。プル送給速度Ｆｗは、モータの過渡特性及び送給抵抗によってスロープ状に加速及び減速されるので、正負の台形波形となる。

［時刻ｔ１～ｔ２の短絡期間の動作］
正送期間中の時刻ｔ１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するので、同図(Ｄ)に示すように、短絡判別信号ＳｄがＨｉｇｈレベル(短絡期間)に変化する。これに応動して、同図（Ｆ）に示すように、プル送給速度設定信号Ｆｒは、図１の正送ピーク値設定信号Ｗsrの値から逆送ピーク値設定信号Ｗrrの値へと切り換わり、同図(Ａ)に示すように、プル送給速度Ｆｗは正の値の正送ピーク値からスロープを有して負の値の逆送ピーク値へと変化し、時刻ｔ２にアークが発生するまでその値を維持する。

同図(Ｂ)に示すように、時刻ｔ１～ｔ２の短絡期間中の溶接電流Ｉｗは、予め定めた初期期間中は予め定めた初期電流値となる。その後、溶接電流Ｉｗは、予め定めた短絡時スロープで上昇し、予め定めた短絡時ピーク値に達するとその値を維持する。

同図（Ｃ）に示すように、溶接電圧Ｖｗは、溶接電流Ｉｗが短絡時ピーク値となるあたりから上昇する。これは、溶接ワイヤ１の逆送及び溶接電流Ｉｗによるピンチ力の作用により、溶接ワイヤ１の先端の溶滴にくびれが次第に形成されるためである。

その後に溶接電圧Ｖｗの電圧上昇値が基準値に達すると、くびれの形成状態が基準状態になったと判別して、図１のくびれ検出信号ＮｄはＨｉｇｈレベルに変化する。

くびれ検出信号ＮｄがＨｉｇｈレベルになったことに応動して、図１の駆動信号ＤｒはＬｏｗレベルになるので、図１のトランジスタＴＲはオフ状態となり図１の減流抵抗器Ｒが通電路に挿入される。同時に、図１の電流制御設定信号Ｉcrが低レベル電流設定信号Ｉlrの値に小さくなる。このために、同図（Ｂ）に示すように、溶接電流Ｉｗは短絡時ピーク値から低レベル電流値へと急減する。そして、溶接電流Ｉｗが低レベル電流値まで減少すると、駆動信号ＤｒはＨｉｇｈレベルに戻るので、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、アーク再発生から予め定めた遅延期間が経過するまでは低レベル電流値を維持する。したがって、トランジスタＴＲは、くびれ検出信号ＮｄがＨｉｇｈレベルに変化した時点から溶接電流Ｉｗが低レベル電流値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が小さくなるので一旦減少した後に急上昇する。上述した各パラメータは、例えば以下の値に設定される。初期電流＝４０Ａ、初期期間＝０．５ms、短絡時スロープ＝１８０Ａ／ms、短絡時ピーク値＝４００Ａ、低レベル電流値＝５０Ａ、遅延期間＝０．５ms。

［時刻ｔ２～ｔ３のアーク期間の動作］
時刻ｔ２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ので、同図(Ｄ)に示すように、短絡判別信号ＳｄがＬｏｗレベル(アーク期間)に変化する。これに応動して、同図(Ａ)に示すように、プル送給速度Ｆｗは負の値の逆送ピーク値からスロープを有して正の値の正送ピーク値へと変化し、時刻ｔ３に短絡が発生するまでその値を維持する。

時刻ｔ２においてアークが発生すると、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。他方、同図(Ｂ)に示すように、溶接電流Ｉｗは、時刻ｔ２～ｔ２１の遅延期間の間は低レベル電流値を継続する。その後、時刻ｔ２１から溶接電流Ｉｗは急速に増加してピーク値となり、その後は徐々に減少する大電流値となる。この時刻ｔ２１～ｔ２２の大電流アーク期間中は、図１の電圧誤差増幅信号Ｅｖによって溶接装置のフィードバック制御が行われるので、定電圧特性となる。したがって、大電流アーク期間中の溶接電流Ｉｗの値はアーク負荷によって変化する。

時刻ｔ２にアークが発生してから図１の電流降下時間設定信号Ｔdrによって定まる電流降下時間が経過する時刻ｔ２２において、同図(Ｅ)に示すように、小電流期間信号ＳtdがＨｉｇｈレベルに変化する。これに応動して、溶接装置は定電圧特性から定電流特性に切り換えられる。このために、同図(Ｂ)に示すように、溶接電流Ｉｗは低レベル電流値に低下し、短絡が発生する時刻ｔ３までその値を維持する。同様に、同図(Ｃ)に示すように、溶接電圧Ｖｗも低下する。小電流期間信号Ｓtdは、時刻ｔ３に短絡が発生するとＬｏｗレベルに戻る。

図３は、溶接途中において送給抵抗が増大したときのプル送給速度Ｆｗの変化を示す波形図である。同図（Ａ）は送給抵抗判別信号Ｆrdの時間変化をしめし、同図（Ｂ）はプル送給速度設定信号Ｆｒの時間変化を示し、同図（Ｃ）はプル送給速度Ｆｗの時間変化を示し、同図（Ｄ）は短絡判別信号Ｓｄの時間変化を示す。同図において、溶接電流Ｉｗ、溶接電圧Ｖｗ及びプッシュ送給速度Ｐｗの波形は図２と同様であるので、図示は省略する。以下、同図を参照して各信号の動作について説明する。

同図（Ｄ）に示すように、短絡判別信号Ｓｄは、時刻ｔ１～ｔ２の期間はＨｉｇｈレベル（短絡期間）となり、時刻ｔ２～ｔ３の期間はＬｏｗレベル（アーク期間）となり、時刻ｔ３～ｔ４の期間はＨｉｇｈレベル（短絡期間）となり、時刻ｔ４～ｔ５の期間はＬｏｗレベル（アーク期間）となり、時刻ｔ５～ｔ６の期間はＨｉｇｈレベル（短絡期間）となり、時刻ｔ６～ｔ７の期間はＬｏｗレベル（アーク期間）となる。

［時刻ｔ１～ｔ３：送給抵抗が基準抵抗値よりも小さい状態］
この場合の各波形は、上述した図２の場合となる。同図（Ａ）に示すように、送給抵抗判別信号ＦrdはＬｏｗレベル（送給抵抗小）となる。同図（Ｂ）に示すように、プル送給速度設定信号Ｆｒは、時刻ｔ１～ｔ２の短絡期間中は図１の逆送ピーク値設定信号Ｗrrの予め定めた通常値となり、時刻ｔ２～ｔ３のアーク期間中は図１の正送ピーク値設定信号Ｗsrの予め定めた通常値となり、矩形波形となる。同図（Ｃ）に示すように、プル送給速度Ｆｗは、時刻ｔ１～ｔ２の短絡期間中は図１の逆送ピーク値設定信号Ｗrrによって設定された逆送ピーク値となり、時刻ｔ２～ｔ３のアーク期間中は図１の正送ピーク値設定信号Ｗsrによって設定された正送ピーク値となる。プル送給速度Ｆｗの逆送ピーク値及び正送ピーク値への各変化は、送給抵抗の大きさによって定まるスロープを有しているので、正負の台形波形となる。

［時刻ｔ３～ｔ５：期間途中に送給抵抗が基準抵抗値よりも大きくなる状態］
同図（Ａ）に示すように、送給抵抗判別信号Ｆrdは、アーク期間中の時刻ｔ４１において、送給抵抗が基準抵抗値以上となったために、Ｈｉｇｈレベル（送給抵抗大）に変化する。この期間中に、溶接姿勢が変化して送給経路の屈曲が大きくなり、送給抵抗が大きくなる。また、溶接を繰り返して行なっていると、次第に送給経路が磨耗して送給抵抗が大きくなる。送給抵抗判別信号Ｆrdは、上述したように、以下の処理１）～３）のいずれかが成立したときに、Ｈｉｇｈレベルに変化する。
処理１）モータ電流検出信号Ｉmdの値が予め定めた基準電流値以上になると、送給抵抗判別信号ＦrdをＨｉｇｈレベルにして出力する。送給経路の送給抵抗が大きくなるほどプッシュ側送給モータＰＭのトルクが大きくなる。トルクはモータ電流検出信号Ｉmdによって検出することができる。したがって、モータ電流検出信号Ｉmdが基準電流値以上になると、送給抵抗が大きくなり、基準抵抗値以上になったことを示している。
処理２）プル送給速度設定信号Ｆｒの平均値とプル送給速度検出信号Ｆｄの平均値との差分値が予め定めた基準差分値以上になると、送給抵抗判別信号ＦrdをＨｉｇｈレベルにして出力する。送給経路の送給抵抗が大きくなるほどプル送給速度検出信号Ｆｄのスロープが緩やかになり平均値が小さくなる。したがって、上記の差分値が基準差分値以上になると、送給抵抗が大きくなり、基準抵抗値以上になったことを示している。
処理３）プル送給速度設定信号Ｆｒの正送ピーク値とプル送給速度検出信号Ｆｄの正送ピーク値との差分値又は、プル送給速度設定信号Ｆｒの逆送ピーク値とプル送給速度検出信号Ｆｄの逆送ピーク値との差分値が予め定めた基準差分値以上になると、送給抵抗判別信号ＦrdをＨｉｇｈレベルにして出力する。送給経路の送給抵抗が大きくなるほどプル送給速度検出信号Ｆｄのスロープが緩やかになり正送ピーク値及び逆送ピーク値が設定値まで到達できずに小さくなる。したがって、上記の差分値が基準差分値以上になると、送給抵抗が大きくなり、基準抵抗値以上になったことを示している。

時刻ｔ３時点において、送給抵抗判別信号ＦrdはＬｏｗレベル（送給抵抗小）であるので、同図（Ｂ）に示すように、プル送給速度設定信号Ｆｒは、時刻ｔ３～ｔ４の短絡期間中は図１の逆送ピーク値設定信号Ｗrrの通常値となり、時刻ｔ４～ｔ５のアーク期間中は図１の正送ピーク値設定信号Ｗsrの通常値となり、時刻ｔ１～ｔ３の期間と同様になる。同図（Ｃ）に示すように、プル送給速度Ｆｗは、時刻ｔ３～ｔ４の短絡期間中は図１の逆送ピーク値設定信号Ｗrrによって設定された逆送ピーク値となり、時刻ｔ４～ｔ５のアーク期間中は図１の正送ピーク値設定信号Ｗsrによって設定された正送ピーク値となる。しかし、送給抵抗が大きくなっているので、プル送給速度Ｆｗの逆送ピーク値及び正送ピーク値への各変化のスロープは緩やかになる。このために、プル送給速度Ｆｗの平均送給速度は、プル送給速度設定信号Ｆｒの平均送給速度よりも小さくなる。

［時刻ｔ５～ｔ７：送給抵抗が基準抵抗値以上の状態］
時刻ｔ５時点において、送給抵抗判別信号ＦrdはＨｉｇｈレベル（送給抵抗大）であるので、同図（Ｂ）に示すように、プル送給速度設定信号Ｆｒは、時刻ｔ５～ｔ６の短絡期間中は図１の逆送ピーク値設定信号Ｗrrの予め定めた減少値に小さくなり、時刻ｔ６～ｔ７のアーク期間中は図１の正送ピーク値設定信号Ｗsrの予め定めた減少値に小さくなる。同図（Ｃ）に示すように、プル送給速度Ｆｗは、時刻ｔ５～ｔ６の短絡期間中は図１の逆送ピーク値設定信号Ｗrrによって設定された逆送ピーク値となり、時刻ｔ６～ｔ７のアーク期間中は図１の正送ピーク値設定信号Ｗsrによって設定された正送ピーク値となる。逆送ピーク値及び正送ピーク値が減少値へと小さくなっているので、プル送給速度Ｆｗは、スロープは緩やかであるが、直ぐに正逆のピーク値に達する。送給抵抗が大きくなると、プル送給速度Ｆｗは、加減速のスロープが緩やかになるために、プル送給速度設定信号Ｆｒの設定波形から変異した波形となる。そこで、正逆のピーク値を小さくすることで、プル送給速度Ｆｗは設定波形とほぼ相似した波形となる。この結果、平均送給速度が変動することを抑制することができるので、溶接ビード及び溶接品質を良好に維持することができる。

上記において、プル送給速度設定信号Ｆｒの正逆ピーク値の減少値は、通常値であるときの平均送給速度と等しくなるように設定されることが望ましい。送給抵抗判別信号Ｆrdは、上述した処理１）～３）のいずれかが成立している期間中のみＨｉｇｈレベルとなるようにしても良い。また、送給抵抗判別信号Ｆrdが溶接途中でＨｉｇｈレベルに変化すると、溶接終了まで維持するようにしても良い。さらに、送給抵抗が大きくなる溶接区間が予想される場合は、その区間中に送給抵抗判別信号ＦrdをＨｉｇｈレベルにしても良い。また、上記においては、送給抵抗を大小の２段階で判別する場合について説明したが、３段階以上に分けて判別し、それに対応して正逆ピーク値の減少値も多段階に変化するようにしても良い。例えば、プル送給速度設定信号Ｆｒの正送ピーク値の通常値は８０m/min、減少値は４０m/minであり、逆送ピーク値の通常値は－３０m/min、減少値は－１５m/minである。

上述した実施の形態１によれば、送給抵抗の大小を判別する送給抵抗判別部をさらに備え、プル送給制御部は、送給抵抗判別部が送給抵抗が大であると判別すると、正送回転の正送ピーク値及び逆送回転の逆送ピーク値が小さくなるように送給修正を行う。これにより、送給抵抗が大きくなっても平均送給速度の変動を抑制することができるので、溶接品質を良好に維持することができる。

さらに、本実施の形態によれば、送給抵抗判別部は、送給抵抗の大小の判別を、プッシュ側送給モータのモータ電流によって行う。これにより、送給抵抗の大小を自動的に判別することができるので、操作性が良好になる。

さらに、本実施の形態によれば、送給抵抗判別部は、送給抵抗の大小の判別を、プル側送給モータの送給速度の設定波形と検出波形との差分によって行う。これにより、送給抵抗の大小を自動的に判別することができるので、操作性が良好になる。

さらに、本実施の形態によれば、送給修正は、送給修正の前後で平均送給速度が等しくなるように行う。これにより、送給抵抗が変化しても平均送給速度は一定値になるので、溶接品質がより向上する。

1 溶接ワイヤ
2 母材
3 アーク
4 溶接トーチ
5 プル側送給ロール
６プッシュ側送給ロール
ＣＭ電流比較回路
Ｃｍ電流比較信号
ＤＲ駆動回路
Ｄｒ駆動信号
Ｅ出力電圧
Ｅａ誤差増幅信号
ＥＤ出力電圧検出回路
Ｅｄ出力電圧検出信号
ＥＩ電流誤差増幅回路
Ｅｉ電流誤差増幅信号
ＥＲ出力電圧設定回路
Ｅｒ出力電圧設定信号
ＥＶ電圧誤差増幅回路
Ｅｖ電圧誤差増幅信号
ＦＣプル送給制御回路
Ｆｃプル送給制御信号
ＦＲプル送給速度設定回路
Ｆｒプル送給速度設定信号
ＦＲＤ送給抵抗判別回路
Ｆrd 送給抵抗判別信号
Ｆｗプル送給速度
ＩＣＲ電流制御設定回路
Ｉcr 電流制御設定信号
ＩＤ電流検出回路
Ｉｄ電流検出信号
ＩＬＲ低レベル電流設定回路
Ｉlr 低レベル電流設定信号
ＩＭＤモータ電流検出回路
Ｉmd モータ電流検出信号
Ｉｗ溶接電流
ＭＣ電源主回路
ＮＤくびれ検出回路
Ｎｄくびれ検出信号
ＰＣプッシュ送給制御回路
Ｐｃプッシュ送給制御信号
ＰＭプッシュ側送給モータ
ＰＲプッシュ送給速度設定回路
Ｐｒプッシュ送給速度設定信号
Ｐｗプッシュ送給速度
Ｒ減流抵抗器
ＳＤ短絡判別回路
Ｓｄ短絡判別信号
ＳＴＤ小電流期間回路
Ｓtd 小電流期間信号
ＳＷ電源特性切換回路
ＴＤＲ電流降下時間設定回路
Ｔdr 電流降下時間設定信号
ＴＲトランジスタ
ＶＤ電圧検出回路
Ｖｄ電圧検出信号
Ｖｗ溶接電圧
ＷＬリアクトル
ＷＭプル側送給モータ
ＷＲＲ逆送ピーク値設定回路
Ｗrr 逆送ピーク値設定信号
ＷＳＲ正送ピーク値設定回路
Ｗsr 正送ピーク値設定信号

Claims

プッシュ側送給モータと、プル側送給モータと、前記プッシュ側送給モータを正送回転させるプッシュ送給制御部と、前記プル側送給モータを正送回転及び逆送回転させるプル送給制御部と、を備え、
溶接電流及び溶接電圧を出力して短絡期間とアーク期間とを繰り返して溶接を行うアーク溶接装置において、
送給抵抗の大小を判別する送給抵抗判別部をさらに備え、
前記プル送給制御部は、前記送給抵抗判別部が送給抵抗が大であると判別すると、前記正送回転の正送ピーク値及び前記逆送回転の逆送ピーク値が小さくなるように送給修正を行う、
ことを特徴とするアーク溶接装置。
前記送給抵抗判別部は、前記送給抵抗の大小の判別を、前記プッシュ側送給モータのモータ電流によって行う、
ことを特徴とする請求項１に記載のアーク溶接装置。
前記送給抵抗判別部は、前記送給抵抗の大小の判別を、前記プル側送給モータの送給速度の設定波形と検出波形との差分によって行う、
ことを特徴とする請求項１に記載のアーク溶接装置。
前記送給修正は、前記送給修正の前後で平均送給速度が等しくなるように行う、
ことを特徴とする請求項１～３のいずれか１項に記載のアーク溶接装置。