JPH0571355B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、パルスアーク溶接にける定アーク長
制御方法に関する。

〔従来の技術〕

非消耗電極式パルスアーク溶接において、アー
ク長を一定に保持して溶接する方法としては、従
来、実公昭52−43706号公報に記載されているも
の、及び特開昭54−16345号公報に記載されたも
のがある。

〔発明が解決しようとする問題点〕

前者は、アーク電圧の基準アーク電圧への制御
を、溶接電流の低電流期間（ベース電流期間）も
しくは高電流期間（パルス電流期間）のいずれか
一方のみにおいて行うものであるが、この従来法
による場合は、0.5〜２Hz程度の低周波数領域に
なると、アーク長制御不能期間が増大し、連続的
かつ安定な定アーク長制御を行うことができず、
被溶接物の溶接面が第４図に示すように傾斜して
いる場合には、溶接トーチの軌跡が図に実線で示
す如くステツプ状に振動するので溶接品質が低下
し、また、アーク長制御の開始点が制御していな
い電流部分であつた場合には制御の応答性が低下
するという問題がある。

また、後者は、溶接電流のベース電流もしくは
パルス電流のいずれか一方を電圧に換算し、該電
圧を基準アーク電圧に設定し、電圧に換算した電
流変化量を上記基準アーク電圧に加減算するもの
であるが、溶接電流をアーク電圧に換算するの
で、溶接電とアーク電圧との間の直線性が失われ
る低電流領域（第５図に示すアーク電圧Ｖ−溶接
電流Ｉ特性の斜線を施した領域）において制御不
能となる問題があつた。

さらにシヤントなどの電流−電圧変換器により
得られる電圧が微細であるため、電圧増幅器など
が必要なだけでなく雑音がのりやすいという問題
があつた。

〔発明の目的〕

本発明は上記した従来の問題を解消するために
なされたもので、低周波数領域においても、連続
的でかつ安定し、従来に比し応答性が高く、ま
た、低電流領域においても定アーク長制御を実現
することができるパルスアーク溶接における定ア
ーク長制御方法を得ることを目的とする。

〔問題を解決するための手段〕

パルスアーク溶接においては、溶接電流の変化
に伴いアーク電圧も変化するので、従来の定電流
用の溶接装置では溶接トーチが振動し溶接ができ
なかつた。本発明は、高低両電流期間におけるア
ーク電圧の差電圧は両電流の絶対値、電流差が変
化しないかぎり一定であると云う特性に着目して
なされたもので、上記目的を達成するため、基準
電圧を上記差電圧が補正してアーク長設定信号を
作成し、該アーク長設定信号とアーク電圧との差
電圧が零になるように溶接電極位置を制御する構
成としたものである。

〔実施例〕

第１図は本発明を実施した定アーク長制御装置
のブロツク図、第２図は溶接電流、アーク電圧等
の波形を示す図、第３図は波形タイムチヤートを
それぞれ示す。同図において、１は溶接電源（パ
ルス電流を供給する電源）、２はアーク電圧検出
器である。アーク電圧検出器２は第２図ｂに示す
アーク電圧Ｖを検出する。３は溶接電流検出器で
あつて、第２図ａに示す溶接電流Ｉを検出する。
４はタイミング信号発生器で、波形成形した第３
図ａに示す溶接電流Ｉの立上り立下りを検出して
第３図に示す４つのタイミング信号Ａ〜Ｄを作成
する。これらタイミング信号については後述す
る。

５はフイルターであつて、アーク電圧検出器２
で検出したアーク電圧Ｖを波形成形した第１の電
圧保持器６と第２の電圧保持器７に入力する。第
１の電圧保持器５はタイミング信号発生器４が作
成したタイミング信号Ａをサンプリング信号とし
て受け、高電流期間のアーク電圧Vpをサンプリ
ングしてホールドする（サンプリングされた電圧
をVphとする）。第２の電圧保持器７はタイミン
グ信号発生器４が作成したタイミング信号Ｂをサ
ンプリング信号として受け低電流期間の終端にお
けるアーク電圧Vbをサンプリングしてホールド
する（サンプリングされた電圧をVbhとする）。
８は差動増幅器であり、高電流期間のアーク電圧
Vphと低電流期間のアーク電圧Vbhとの差（Vph
−Vbh）を演算して出力する。９は信号切換信号
であつて、タイミング信号Ｃを切換信号として受
ける。信号切換装置９はタイミング信号Ｃを受け
るとそのＨレベル時にスイツチが差動増幅器８側
接点ａに切換られて電圧値（Vph−Vbh）を出力
し、Ｌレベル時にはアース側接点ｂに切換えられ
て零レベルの電圧値を出力する。１０は基準アー
ク電圧設定器であつて、アーク長を制御するため
の基準アーク電圧Vrefを発生する。１１は加算
器であつて、信号切換装置９のスイツチ出力と基
準アーク電圧Vrefとを加算した下記(1)式で表さ
れるアーク長設定信号Va（第２図ｄに示す）を出
力する。

Va＝Vref Vref＋（Vph−Vbh） (1) １２は差動増幅器であつて、フイルター５によ
り波形成形されたアーク電圧Ｖと加算器１１の出
力Vaが導かれ、両者の差電圧（Va−Vref）を演
算して信号Vc（第２図ｅに示す）を作成する。１
３は信号切換装置であつて、本実施例では機械的
スイツチで示されおり、タイミング信号Ｄを切換
信号として受ける。信号切換装置１３はタイミン
グ信号Ｄを受けるとそのＨレベル時にスイツチが
差動増幅器側１２接点ａに切換らえて差信号Vc
を該フイルター１４に入力し、Ｌレベル時にはア
ーク側接点ｂに切換えられて零レベルの電圧値を
フイルター１４に入力する。即ち、信号切換装置
１３はスイツチ出力として第２図ｆに示す偏差ε
（信号）を作成する。この偏差εは電力増幅器１
５により増幅されたのちサーボモータ１６に供給
され、該サーボモータ１６は偏差εが零になるよ
う溶接トーチ１７の位置を制御し、これにより溶
接電極と被溶接母材１８間のアーク長が一定に制
御される。

なお、タイミング信号発生器４が作成する上記
タイミング信号Ａは溶接電流Ｉの高電流期間の立
上り時点より設定時間t1だけ遅れて立上る（Ｈレ
ベルとなる）短パルスの信号、タイミング信号Ｂ
は溶接電流Ｉの低電流期間の終端に同期して立上
る（Ｈレベルとなる）短パルスの信号、タイミン
グ信号Ｃはタイミング信号Ａの立下より設定時間
t2だけ送れて立上り溶接電流Ｉの立上りに同期し
て立下る信号、タイミング信号Ｄはタイミング信
号Ｃの立上りに同期して立上り、タイミング信号
Ｂの立下りに同期して立下る信号である。上記設
定時間t1は、溶接電流Ｉの立上り過渡期間に相当
し、また、設定時間t2は、サンプリング完了後演
算した波形が安定するのに要する時間である。

また、信号切換装置１３は、信号Vcが、溶接
電流の立上りから、Vphを保持して（Vph−
Vbh）の演算が完了するまでの間は無制御とな
り、第２図ｅに符号Ｘで示す波形が表れるので、
これを除去するために設けられている。

〔作用〕

本実施例では、低電流期間は当該期間のアーク
電圧Vbを基準アーク電圧Vrefと比較し、高電流
期間では、低電流期間に検出・記憶しておいたア
ーク電圧Vbhを当該高電流期間に検出・記憶させ
たアーク電圧Vbhから演算し、この差電圧により
基準アーク電圧Vrefを加算補正して該加算補正
されたものとアーク電圧Vpとを比較してアーク
長が制御される。即ち、低電流期間だけでなく、
高電流期間もアーク長の制御が行われるので、ア
ーク長の制御は連続的に行われることになり、
0.5〜２Hz程度の低周波数領域においても制御不
能期間は実質的に消滅し、これに伴い応答性も向
上する。

従つて、被溶接母材の溶接面が第４図に示すよ
うに傾斜している場合には、溶接トーチがステツ
プ状に移動することは防止され、被溶接母材に沿
う直線軌跡を描いて移動し、溶接品質が向上す
る。

また、本実施例では、高電流期間におけるアー
ク電圧Vpの前記過渡期間（t1＋t2）は偏差εを
零としてアーク長を制御するので、制御が不安定
になることは無い。なお、この過渡期間中はサー
ボモータ１６を摺動せず溶接トーチ１７を固定し
ておく構成としても良い。

また、本実施例では、基準アーク電圧Vrefを
電圧で補正した電圧をアーク長設定信号Vaとす
るので、前記低電流領域においてもアーク長を制
御することができ、20〜300アンペアの広い電流
領域に亘り定アーク長を確保することが可能とな
る。

更に、本発明を実施した制御装置では、アーク
電圧Vpとアーク電圧Vbを個別に設定する必要は
なく一つの電圧設定つまみでアーク長制御が可能
であるので、操作性が向上する利点がある。

〔他の実施例〕 上記実施例では、低電流期間においてアーク電
圧を基準アーク電圧と直接比較する構成となつて
いるが、高電流期間においてアーク電圧を基準ア
ーク電圧と比較し、低電流期間では、高電流期間
に検出・記憶させたアーク電圧から減算し、この
差電圧を当該低電流期間のみ基準アーク電圧から
減算した値とアーク電圧とを比較し、高低両電流
期間において電極位置を制御する構成としても同
様の効果を得ることができる。

実際の溶接においては、高低の電流差が大で、
そのどちらか一方を基準にしてアーク長を設定し
た場合、他方の溶接条件が適切でなくなりアーク
短絡を起こしたり、入熱量が過大になつたりする
ことがある。このような場合には、高電流期間の
アーク電圧と低電流期間のアーク電圧との中間値
を用いて電極位置を制御する構成としてもよい。

また、上記実施例では、アーク長設定のための
基準値をこの場合は、電圧としたが、アーク長制
御モータからの速度フイードバツク信号がパルス
エンコーダなどから発せられるパスル列の場合、
このパルス列などを用いても同様の構成が実現で
きる。

また、上記実施例では、電圧Vph，Vbhを所定
サンプリング時点の瞬時電圧としているが、誤動
作防止のため、当該電流期間の平均値や過去数回
の当該電流期間の平均値としてもよい。また高低
電流変化の周波数が高く、時間遅れが問題になら
ないような場合には、Vph（もしくはVbh）を当
該高電流期間の一つ前の高電流期間でサンプリン
グする構成としても良く、この場合に、信号切換
装置１３は不要になり、タイミング信号Ｄも溶接
電流Ｉに同期したものでよいので、構成が簡単と
なる。

〔発明の効果〕

本発明は以上説明した通り、基準アーク電圧
を、高低両電流期間のアーク電圧の差で補正して
アーク長設定信号を作成し該アーク長設定信号と
アーク電圧との差を用いて電極位置を制御する構
成としたことにより、従来に比し、制御不能期間
を大巾に低減することができるので、低周波数領
域においても、連続的でかつ安定し、応答性の高
い定アーク長制御を実現することができる上、低
電流領域においてもアーク長を一定に制御するこ
とが可能になる利点がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明を実施した定アーク長制御装置
のブロツク図、第２図は波形とサンプリングタイ
ミングを示す図、第３図は上記実施例におけるタ
イミング信号発生器の出力を説明するための波形
タイムチヤート、第４図は従来方法の欠点を説明
するための図、第５図は溶接電流−アーク電圧波
形図である。 ２……アーク電圧検出器、３……溶接電流検出
器、４……タイミング信号発生器、６，７……電
圧保持器、８，１２……差動増幅器、９，１３…
…信号切換装置、１６……サーボモータ、１７…
…溶接トーチ。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 溶接電流をパルス的に変化させて溶接する非
   消耗電極式パルスアーク溶接において、高電流期
   間のアーク電圧と低電流期間のアーク電圧との差
   電圧をとり、該差電圧からアーク長設定信号を作
   成し該アーク長設定信号とアーク電圧の偏差を用
   いて溶接電極位置を制御することを特徴とするパ
   ルスアーク溶接における定アーク長制御方法。 ２ 上記差電圧とアーク長を設定するための基準
   電圧とを高電流期間もしくは低電流期間のみ加減
   算してアーク長設定信号を作成し、該アーク長設
   定信号とアーク電圧との偏差を用いて溶接電極位
   置を制御することを特徴とする特許請求の範囲第
   １項記載のパルスアーク溶接における定アーク長
   制御方法。