JPS6315068B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は溶接中のワイヤ・エクステンシヨン、
すなわち溶接チツプからの溶接ワイヤの突出し長
さを設定された所定値に保持するための自動制御
方法に関するものである。

溶接ワイヤを用いたアーク溶接においては、均
一で欠陥のない溶接ビードを得るために溶接電
流、溶接電圧及び溶接速度を一定にして溶接を行
なうが、溶接中に溶接トーチ位置と母材溶接線と
の距離が変わるとワイヤ・エクステンシヨンが変
化して、ワイヤ送給速度又は溶接電流が変化する
ので、均一で健全な溶接ビードを得るためには、
溶接中のワイヤ・エクステンシヨンを設定された
一定値に保持する必要がある。特に、自動溶接に
おいてはワイヤ・エクステンシヨンが設定された
一定値になるように自動制御することが溶接の自
動化を推進するための重要な要素となつており、
このための自動制御方法が従来、種々考案されて
いる。

溶接ワイヤのエクステンシヨンを自動制御する
ためには、溶接中のエクステンシヨンの変動を検
出する必要があるが、この検出に当つては従来技
術及び本発明においても溶接現象を利用してい
る。

第１図は利用する溶接現象を説明するための特
性図で、ワイヤ径が一定の場合に、エクステンシ
ヨンをパラメータとした時の溶接電流Ｉとワイヤ
送給速度Ｗとの関係を示す特性図である（以下、
Ｉ−Ｗ特性値と呼ぶ）。ワイヤ送給速度Ｗと溶接
電流Ｉとの関係はＷ＝K₁I＋K₂I²lとなる。ここ
で、K₁、K₂はワイヤ径などにより定まる定数、
ｌはエクステンシヨン値である。すなわち、ワイ
ヤ送給速度は溶接電流に対して緩やかな２次曲線
の関係で与えられる。

次に、第１図に示す特性図を用いてエクステン
シヨンの変動を検出するのに利用する溶接現象を
説明するが、この場合、使用する溶接電源の特性
により異なる溶接現象を示す。すなわち、溶接電
源特性が垂下特性（以下、CC電源という）で、
溶接ワイヤはアーク長を一定に保持させるため
に、いわゆるアーク電圧制御送給方式で送給され
ている場合を考えると、第１図において、いま、
溶接電流設定値がI₂、ワイヤ送給速度がW₂、こ
の時のエクステンシヨン値がl₂、すなわち、動作
点Ａで溶接を開始したとすると、溶接中にエクス
テンシヨンが長くなり、l₂からl₁に変化した場合
にはK₂I² ₂l₁＞K₂I² ₂l₂となつてワイヤ送給速度が増
加してW₁となり、動作点はＢへ移行する。逆に、
エクステンシヨンが短くなりl₂からl₃に変化した
場合には、K₂I² ₂l₃＜K₂I² ₂l₂となつてワイヤ送給速
度は減少してW₃となり、動作点はＣへ移行する。
このように、CC電源を使用した場合には、エク
ステンシヨンが変化するとワイヤ送給速度が変化
することになる。

次に、溶接電源特性が定電圧特性（以下、CP
電源という）で溶接ワイヤはアーク長を一定に保
持させるために、いわゆる定速度送給方式で送給
されている場合を考えると、第１図において、い
ま、ワイヤ送給速度設定値がW₂、溶接電流がI₂、
この時のエクステンシヨン値がl₂、すなわち動作
点Ａで溶接を開始したとすると、溶接中にエクス
テンシヨンが長くなり、l₂からl₁に変化した場合
には、ワイヤ送給速度W₂は一定で、l₁＞l₂となる
ので溶接電流が減少してI₁となり、動作点はＤへ
移行する。逆に、エクステンシヨンが短くなりl₂
からl₃に変化した場合には、ワイヤ送給速度W₂
は一定で、l₃＜l₂となるので溶接電流が増加して
I₃となり、動作点はＥへ移行する。このように、
CP電源を使用した場合には、エクステンシヨン
が変化すると溶接電流が変化することになる。

以上説明した溶接現象を利用して、溶接中のエ
クステンシヨンが設定値になるように自動制御す
る方法として特公昭51−28575号公報、特開昭49
−55543号公報などで開示された技術がある。

このうち、特公昭51−28575号公報で開示され
た技術は、予め実験によつて求めた溶接電流をパ
ラメータとするエクステンシヨンとワイヤ送給速
度との関係に基づいて、エクステンシヨン値を設
定するエクステンシヨン位置設定器の設定出力信
号と、ワイヤ送給モータに取付けられた回転計に
よつて検出したワイヤ送給速度信号とを比較器に
受信させて、位置設定器の設定出力信号とワイヤ
送給速度信号との差電圧を検出したのち、この差
電圧に応じて溶接トーチを上下作動させるモータ
を駆動することによりエクステンシヨンが設定値
になるようにして、被溶接材と溶接トーチとの距
離を自動制御する方法である。

すなわち、予め実験によつて求めておいたこれ
から溶接を行なおうとする溶接電流におけるエク
ステンシヨンとワイヤ送給速度との関係から、設
定エクステンシヨン値に対応したワイヤ送給速度
に比例する信号、つまりワイヤ送給速度設定信号
をエクステンシヨン位置設定器から設定出力信号
として出力し、この設定出力信号と溶接中のワイ
ヤ送給速度信号を比較することで設定エクステン
シヨン値に対する偏差を検出して制御するもので
ある。

しかしながら、この制御方法においては、溶接
中の溶接電流を検出する手段を持たないために、
第１図で説明したようにCP電源の場合には適用
できない。しかも、溶接電流をパラメータとした
エクステンシヨンとワイヤ送給速度との関係に基
づいてエクステンシヨン位置設定器から設定信号
を出力するようにしているので、同一設定エクス
テンシヨン値であつても、溶接電流条件を変更す
るたびに位置設定器の設定出力信号の大きさを調
整して再設定してやることが必要となり、さら
に、溶接中に溶接電流が電源電圧の変動などで変
化した場合には設定エクステンシヨン値からはず
れてくるなどの欠点がある。

一方、特開昭49−55543号公報で開示された技
術は、溶接電圧及びワイヤ送給速度が同一条件の
もとでトーチと母材間の距離が変れば溶接電流も
変化するという溶接現象を利用して、溶接中の溶
接電流の変化を検出してトーチ昇降用電動機を駆
動することによりトーチと母材間距離を一定に保
たせるものである。

すなわち、溶接電圧、トーチと母材間の距離及
びワイヤ送給速度を所要値に設定すると、この時
の設定エクステンシヨンにおける溶接電流が定ま
り、この溶接電流に対応した値を基準電圧発生器
の設定値、つまり溶接電流設定信号とする。

次に、溶接中に検出した溶接電流を変換器を用
いて電圧に変換し、この変換電圧と基準電圧発生
器の設定値を比較回路により比較することで設定
エクステンシヨン値に対する偏差を溶接電流の偏
差値として検出し、トーチ昇降用電動機を駆動す
ることによりトーチと母材間距離を一定に保たせ
るものである。

しかしながら、この制御方法においては溶接中
のワイヤ送給速度を検出する手段を持たないため
に、第１図で説明したようにCC電源の場合には
適用できない。しかも、同一設定エクステンシヨ
ン値であつても、溶接電流条件、すなわちワイヤ
送給速度を変更するたびに基準電圧発生器の設定
値の大きさを調整して再設定してやることが必要
となり、さらに、溶接中にワイヤ送給速度が電源
電圧の変動などで変化した場合には設定エクステ
ンシヨン値からはずれてくるなどの欠点がある。

そこで、これらの欠点を解決するために特開昭
49−105748号公報で開示された技術がある。この
技術は定電圧特性溶接電源を用いた場合に、検出
溶接電流値と溶接電流設定値との偏差値により溶
接トーチを上下方向に駆動してエクステンシヨン
を一定に保つようにする制御方法である。

このうち、溶接電流設定値はワイヤ送給速度設
定値又はワイヤ送給モータに直結した速度検出器
の出力信号値に応じて設定されるようにしてい
る。つまり、第１図で説明すれば、設定エクステ
ンシヨンがl₂の時は、ワイヤ送給速度設定値W₁
の場合には溶接電流設定値がI₄、ワイヤ送給速度
設定値W₂の場合には溶接電流設定値がI₂に自動
的に設定されるようにしている。

しかしながら、この技術は溶接電流とワイヤ送
給速度の両方を検出しているにもかかわらず、特
開昭49−55543号公報の技術と同様にCP電源の場
合において有効に使用できる技術であり、しかも
両者にはなお次に説明するような問題点がある。

第２図はワイヤ径が一定の場合のＩ−Ｗ特性値
である。CP電源を使用した場合の従来技術の共
通点は溶接電流の変化を検出することによつてエ
クステンシヨンの変化を検出していることであ
る。第２図で、例えば設定エクステンシヨン値を
l₂、ワイヤ送給速度設定値をW₂₂とすると、この
時の溶接電流設定値はI₂となる。次にエクステン
シヨンがl₂からl₁に変化する電流値はI₁となるの
で｜I₂−I₁｜に応じてトーチを下降させる。ま
た、逆にl₂からl₃に変化すると電流値はI₃となる
ので｜I₂−I₃｜に応じてトーチを上昇させる。

ここで注目すべき点は変化したエクステンシヨ
ン偏差値｜l₂−l₁｜と｜l₂−l₃｜は｜l₂−l₁｜＝｜l₂
−l₃｜にもかかわらず｜I₂−I₁｜と｜I₂−I₃｜とは
等しくならないことである。つまり、定速度送給
方式によるCP電源の場合には設定エクステンシ
ヨンに対して長いか短かいかで（エクステンシヨ
ン偏差値）／（溶接電流偏差値）が異なるため、
エクステンシヨン偏差値が同じであつてもトーチ
を下降又は上昇させるトーチ移動速度が変動する
ことになる。

ところで、CC電源を使用した場合の従来技術
では、ワイヤ送給速度の変化を検出することによ
つて、エクステンシヨンの変化を検出している。
第２図で、例えば設定エクステンシヨン値をl₂、
溶接電流設定値をI₂とすると、この時のワイヤ送
給速度設定値はW₂₂となる。次にエクステンシヨ
ンがl₂からl₁に変化すると、送給速度はW₁₂とな
るので｜W₂₂−W₁₂｜に応じてトーチを下降させ
る。また、逆にl₂からl₃に変化すると送給速度は
W₃₂となるので｜W₂₂−W₃₂｜に応じてトーチを
上昇させる。

この場合、変化したエクステンシヨン偏差値｜
l₂−l₁｜＝｜l₂−l₃｜であり、また｜W₂₂−W₁₂｜
＝｜W₂₂−W₃₂｜となる。これはＩ−Ｗ特性値の
もつ固有の特性であるＷ＝K₁I＋K₂I²lによるため
である。つまり、CC電源の場合には設定エクス
テンシヨンに対して長くても短かくても（エクス
テンシヨン偏差値）／（ワイヤ送給速度偏差値）
が一定値となるためエクステンシヨン偏差値が同
じであればトーチを下降又は上昇させるトーチ移
動速度は等しくなる。

しかしながら、CC電源においても図２に示す
ように設定エクステンシヨン値がl₂でも溶接電流
I₂からI₃へ変更すると｜l₂−l₁｜＝｜l₂−l₃｜にも
かかわらず｜W₂₂−W₁₂｜と｜W₂₃−W₁₃｜とは
等しくならず、また｜W₂₂−W₃₂｜と｜W₂₃−
W₂₂｜とは等しくならない。従つて、溶接電流が
異なるとエクステンシヨン偏差値が同じであつて
も従来技術ではトーチ移動速度が変動することに
なる。

これらの結果からCP電源、CC電源にかかわら
ず、溶接条件を変更してもエクステンシヨン偏差
を修正する時のトーチ移動速度を適正な一定値に
選定して、トーチ移動制御のハンチングやマーク
の不安定を防止して精度の良いエクステンシヨン
制御をするためには、溶接中の真のエクステンシ
ヨン偏差値を検出する必要がある。このためには
Ｉ−Ｗ特性値のもつ固有の特性を利用して溶接中
のエクステンシヨン値をＩ−Ｗ特性値でのエクス
テンシヨンパラメータ値と検出溶接電流値でのワ
イヤ送給速度値を用いて検出してやればよいこと
がわかる。次に得られた溶接中のエクステンシヨ
ン値と設定エクステンシヨン値を比較してエクス
テンシヨン偏差値を求めればよい。

本発明は、以上説明した従来技術の欠点を解決
することを目的とするもので、本発明によれば使
用する溶接電源が垂下特性、定電圧特性にかかわ
らず同一のエクステンシヨン検出手順でエクステ
ンシヨンの自動制御が可能となり、かつ溶接中の
エクステンシヨン偏差を修正する時のトーチ移動
速度を適正な一定値に選定することが可能で、か
つ、使用する溶接電源の制約から解放され、また
溶接ワイヤ径の変更を含む広範囲な溶接条件の変
更に対しても容易に精度の良い安定したエクステ
ンシヨンの自動制御方法を提供することを目的と
する。

上述の目的を達成するためにこの発明は溶接電
流と溶接ワイヤ送給速度を検出し、両検出値を用
いて溶接ワイヤエクステンシヨンを一定に保持す
る溶接ワイヤエクステンシヨンの自動制御方法に
おいて、使用すべき溶接ワイヤ径毎に、予じめ溶
接電流、ワイヤ送給速度および許容のワイヤエク
ステンシヨンとの関係を実験的に求め、これを記
憶手段に記憶させ、溶接開始に際して、使用する
ワイヤ径を選択して、最適ワイヤエクステンシヨ
ンを演算手段に設定した後、溶接を開始し、溶接
中の溶接電流とワイヤ送給速度を検出して、この
検出値と前記記憶手段に記憶されているデータか
ら現実のワイヤエクステンシヨンを求め、この求
めた現実のワイヤエクステンシヨンと前記設定し
た最適ワイヤエクステンシヨンとを比較して、こ
の差がゼロになるようにワイヤエクステンシヨン
を制御することを特徴とする。

以下、図面を参照しながら本発明をより具体的
に説明する。まず、本発明のエクステンシヨン自
動制御方法の基本的な動作を第３図の本発明を適
用した実施例を示す概略構成図を用いて説明す
る。

第３図において、１は溶接トーチ、２は通電チ
ツプ、３は溶接ワイヤ、４は母材である。５はア
ーム、６はスライダーであり、トーチ１はアーム
５を介して上下方向に昇降するスライダー６に連
結されている。７はワイヤ送給モータ、８はワイ
ヤ送給速度検出器、９はサーボモータでスライダ
ー６を駆動してトーチ１を上下方向に移動させ
る。１０はトーチ１と母材４との間に溶接電流、
電圧を供給する溶接電源であり、CC電源でもCP
電源のどちらを用いてもよい。１１は溶接電流検
出器である。１２は溶接制御器で溶接シーケン
ス、溶接電流、電圧を制御する。１３はエクステ
ンシヨン制御器、１４はエクステンシヨン設定
器、１５はサーボモータ駆動制御器である。

なお、上述の実施例の該略構想図の説明の中で
のワイヤ送給速度検出器８は、タコジエネなど７
のワイヤ送給モータに取付けることが一般的であ
るが、通常のワイヤ送給装置はフイードバツク制
御されており、各種ワイヤ送給装置の速度設定値
が例えば設定する溶接電流値としていればその設
定溶接電流値をワイヤ送給速度検出器８の検出信
号に代用しても良い。

また、精度の良いワイヤエクステンシヨン制御
をする意味では、送給ローラとワイヤとのすべり
による送給ロスやコンジツトケーブルの送給抵抗
によるワイヤ送給ロスなどを考えると、チツプよ
り繰り出されるワイヤの送給量が検出できるもの
が良い。

エクステンシヨン制御器１３は、マイクロコン
ピユータを中心に構成されており、Ｉ−Ｗ特性値
があらかじめ読み出し専用メモリROMに記憶さ
れている。エクステンシヨン制御器１３は溶接中
に溶接電流検出器１１で検出した溶接電流値I_dと
ワイヤ送給速度検出器８で検出したワイヤ送給速
度値W_dが入力されると、ROMに記憶されている
Ｉ−Ｗ特性値とI_d及びW_dを用いて溶接中のエク
ステンシヨン値l_dを中央処理装置部で演算して検
出し、次にエクステンシヨン設定器１４で設定さ
れている設定エクステンシヨン値l_rとの偏差値Δl
＝l_r−l_dを演算して検出し、この偏差値Δlをサー
ボモータ駆動制御器１５に出力する。サーボモー
タ駆動制御器１５は偏差値Δlに応じてサーボモ
ータ９を駆動してスライダー６を通じてトーチ１
を移動し、l_r＞l_dの時にはトーチを上昇させ、l_r＜
l_dの時にはトーチを下降させてl_r＝l_dになるよう
にトーチ１を制動制御する。

次に読み出し専用メモリROMに記憶させるＩ
−Ｗ特性値について説明する。このROMに記憶
させるＩ−Ｗ特性値はあらかじめ実験で求めたエ
クステンシヨンをパラメータとした時の溶接電流
とワイヤ送給速度特性値であり、エクステンシヨ
ンを自動制御する場合の基準値となるものであ
る。

このＩ−Ｗ特性値は前記したようにＷ＝K₁I＋
K₂I²lとなり、ワイヤ送給速度Ｗは溶接電流Ｉに
対して緩やかな２次曲線になる。従来技術ではこ
のＩ−Ｗ特性値を演算増幅器などを用いたアナロ
グ回路で一次直線特性に近似して作成している。
従つて、正確なＩ−Ｗ特性値が得られにくいこと
に加えて、同一ワイヤ径でも数種類のエクステン
シヨン値に対するＩ−Ｗ特性値を作成する必要が
あるために回路が複雑で調整が煩雑となり、しか
も実際の溶接作業ではしばしば起る使用するワイ
ヤ径の変更やワイヤ名柄の変更に対処するために
は回路の増設や、さらに煩雑な調整が必要となつ
ているのが現状である。

本発明ではＩ−Ｗ特性値をROMに記憶させる
ので、正確なＩ−Ｗ特性値が得られること、複数
のワイヤ径でのＩ−Ｗ特性値も簡単に記憶させる
ことができるので、溶接施工条件の変更に容易に
対処出来る。なお、使用するワイヤの名柄別、シ
ールドガス組成別のＩ−Ｗ特性値を記憶させるこ
とも可能である。

ROMに記憶させたエクステンシヨンをパラメ
ータとするＩ−Ｗ特性値の具体例を第４図、第５
図に示す。このＩ−Ｗ特性値は直径2.0mmのソリ
ツドワイヤを２本連続的に撚り合わせたワイヤ
（以下、ツイストワイヤ2.0×2.0と呼ぶ）と同じ
く、1.6mmのソリドワイヤを２本撚り合わせたワ
イヤ（以下、ツイストワイヤ1.6×1.6と呼ぶ）を
使用し、シールドガス組成Ar＋20％CO₂で溶接
して得たものであり、第４図はツイストワイヤ
2.0×2.0のＩ−Ｗ特性値、第５図はツイストワイ
ヤ1.6×1.6のＩ−Ｗ特性値である。

読み出し専用メモリROMには各ワイヤ径での
Ｉ−Ｗ特性値をエクステンシヨンをパラメータと
して第４図、第５図に示すように点として記憶さ
せており、ROMに記憶させる場合の具体的な分
解能は８ビツトROMであれば、例えば溶接電流
は3.125A／ビツト、ワイヤ送給速度は2.259（cm／
分）／ビツトなどとして記憶させる。

次に、溶接中のエクステンシヨン値l_d級び設定
エクステンシヨン値l_rとの偏差値Δl＝l_r−l_dの演
算、検出の方法について第６図、第７図を用いて
説明する。第６図はＩ−Ｗ特性値の一部分を示す
図で黒丸で示す点がROMに記憶されている特性
値である。第７図はエクステンシヨン値l_dと偏差
値Δlを演算、検出するための手順を示すフロー
チヤート図である。

いま、設定エクステンシヨン値をlrにして溶接
を開始し、溶接中に検出された溶接電流値I_d、ワ
イヤ送給速度値をW_dとすると、まず始めにl_rに
最も近いROMに記憶されているエクステンシヨ
ンl_oを選択する。

次に、エクステンシヨンがl_oで溶接電流値がI_d
の場合のワイヤ送給速度値W_oをROMに記憶され
ている特性値I_n、W_o,nとI_n+1、W_o,n+1及びI_dを用
いて第７図の式(1)で演算する。

W_o＝I_d−I_n／I_n+1−I_n・〔W_o〕^m+1 _n＋W_o.n (1) 式(1)では〔W_o〕^m+1 _n＝（W_o,n+1−W_o,n）である。

W_oを演算したのちW_oとワイヤ送給速度検出値
W_dとを比較する。この場合に第５図に示すよう
な２つのケースが考えられる。つまり検出すべき
溶接中のエクステンシヨンl_dがl_dl_oの時とl_d＜l_o
の場合である。まず、l_dl_oの場合を考えると、
比較の結果、W_dW_oでかつエクステンシヨンl_o
がROMに記憶されているエクステンシヨン最大
値でなければ、エクステンシヨンがl_o＋１（l_o+1＞
l_o）で溶接電流値がl_dの場合のワイヤ送給速度値
W_o+1を特性値I_n、W_o+1,nとI_n+1、W_n+1,n+1及びI_d
を用いて第７図の式(2)で演算する。

W_o+1＝I_d−I_n／I_n+1−I_n・〔W_o+1〕^m+1 _n＋W_o+1,n (2) 式(2)では、〔W_o+1〕^m+1 _n＝（W_o+1,n+1−W_o+1,n）で
ある。

ワイヤ送給速度W_oとW_o+1が演算されると、次
にW_o、W_o+1、l_o、l_o+1及びW_dを用いて溶接中の
現時点のエクステンシヨンl_dを第７図の式(3)で演
算し検出することができる。

l_d＝W_d−W_o／W_o+1−W_o・〔ｌ〕ⁿ⁺¹ _o＋l_o (3) 式(3)では〔ｌ〕ⁿ⁺¹ _o＝（l_o+1−l_o）である。

同様にして、l_d＜l_oの場合にはW_d＜W_oでかつ
エクステンシヨンl_oがROMに記憶されているエ
クステンシヨン最小値でなければ、l_o-1（l_o-1＜l_o）
で溶接電流値がI_dの場合のワイヤ送給速度値
W_o-1を第７図の式(4)で演算する。

W_o-1＝I_d−I_n／I_n+1−I_n・〔W_o-1〕^m+1 _n＋W_o-1,n (4) 式(4)では〔W_o-1〕^m+1 _n＝（W_o-1,n+1−W_o-1,n）で
ある。

W_oとW_o-1が演算されると、次にW_o、W_o-1、
l_o、l_o-1及びW_dを用いてエクステンシヨンl_dを第
７図の式(5)で演算することができる。

l_d＝W_d−W_o-1／W_o−W_o-1・〔ｌ〕ⁿ _o-1＋l_o-1 (5) 式(5)では〔ｌ〕ⁿ _o-1＝（l_o−l_o-1）である。

この様にしてl_dを検出したのち、設定エクステ
ンシヨンl_rとの偏差値Δl＝l_r−l_dを演算して、Δl
の正、負を判別してl_dがl_rに対して長いか短かい
かを判断し、l_d＞l_rの時には溶接トーチ１を下降
させる方向にあらかじめ定めたΔlに相当する信
号をサーボモータ駆動制御器１５に出力し、l_d＜
l_rの時にはトーチ１を上昇させる方向にΔlに相当
する信号をサーボモータ駆動制御器１５に出力す
る。l_d＝l_rの場合にはΔl＝０となつて出力はしな
い。

以上、説明した方法によるl_d,〓_lの検出はエクス
テンシヨン制御器１３内のマイクロコンピユータ
によつて実行される。従来技術に比べてこのl_d、
Δlの検出方法の第１の特徴はl_dを式(3)、式(5)によ
つて直接に検出し測定できることである。例えば
l_d＝35.0mm、l_d＝39.0mmと直接に溶接中のエクステ
ンシヨン値を検出し測定できる。第２の特徴はl_d
の検出に当つては式(3)、式(5)で示されるようにl_d
をROMに記憶されたパラメータとして用いられ
たエクステンシヨン値l_o（図５のl_o-1、l_o、l_o+1な
どを代表してl_oと示す）とワイヤ送給速度値W_o
（図５のW_o-1、W_o、W_o+1などを代表してW_oと示
す）及び溶接中に検出したワイヤ送給速度値W_d
を用いて演算し検出していることである。つま
り、l_dがl_d＝（l_o、W_o、W_d）の関数となるよう
に第７図に示す手順で演算する。

このl_dをl_d＝（l_o、W_o、W_d）の関数になるよ
うに検出することには、前記説明したように２つ
の重要な意味がある。

第１は溶接電源がCC電源、CP電源にかかわら
ず、共通のエクステンシヨン検出手段が使用でき
ることである。すなわち、第１図で説明した溶接
現象から垂下特性ではワイヤ送給速度の変化を検
出し、定電圧特性では溶接電流の変化を検出する
ことでエクステンシヨンの変化を検出することが
可能となるが、本発明では垂下特性はもちろんの
こと、定電圧特性でも溶接電流の変化をROMに
記憶したＩ−Ｗ特性値を用いてワイヤ送給速度の
変化に置換する手順で検出しているので垂下特
性、定電圧特性にかかわらず、l_d＝（l_o、W_o、
W_d）の関係となるようにする検出手順が共通に
使用できる。

第２はCC電源、CP電源にかかわらず、真のエ
クステンシヨン偏差自身を検出しているので、エ
クステンシヨン偏差を修正する時の溶接中のトー
チ移動速度を適正な一定値に選定することであ
る。

この第２の技術的効果が有効に発揮される溶接
施工例として、消耗電極を用いて低周波数で周期
的に溶接電流を高電流値と低電流値とに切替えて
溶接を行なう、いわゆる低周波パルスガスシール
ド溶接法がある。圧力容器の母音とノズルを溶接
する場合には鞍形溶接線となるので、溶融池の形
状を適正に制御するために低周波パルスガスシー
ルド溶接法が適用される。この場合、エクステン
シヨンは鞍形溶接線に沿つて制御することが必要
となる。

そこで、低周波パルスガスシールド溶接法に本
発明によるエクステンシヨン自動制御方法を適用
する場合について説明する。第８図は消耗電極式
低周波パルスガスシールド溶接法での溶接電流、
ワイヤ送給速度の変化を示す波形図である。第８
図において、Ｉは溶接電流波形、Ｗはワイヤ送給
速度波形、Ｈは高電流設定信号、T_Hは高電流設
定時間、Ｌは低電流設定信号、T_Lは低電流設定
時間、S_Aは溶接電流、ワイヤ送給速度検出信号、
T_Aは溶接電流、ワイヤ送給速度検出時間、S_Bは
エクステンシヨン偏差Δl出力信号、T_BはΔl出力
信号時間である。第８図において、溶接電流、
ワイヤ送給速度Ｗは設定信号Ｈ，Ｌに同期して変
化するが、溶接電流ＩにはＨ，Ｌの切替時にアー
クの過渡応答性のために第８図に示すように、オ
ーバーシユート、アンダーシユートが発生し、特
に低電流値期間では母材との短絡が発生して正常
な溶接電流値が得られない。

低周波パルスガスシールド溶接法でエクステン
シヨンの自動制御を行なうために、溶接電流Ｉと
ワイヤ送給速度Ｗとを連続して検出し、その検出
値に基づいてエクステンシヨンの制御を行なおう
とすれば、基準となるＩ−Ｗ特性値との適正な対
応が得られないためにトーチの移動制御に大きな
ハンチングを招き、エクステンシヨンの制御が不
可能となる。このために、溶接電流Ｉとワイヤ送
給速度Ｗが制御の基準となるＩ−Ｗ特性値と適正
な対応が得られる時点で、ＩとＷとを検出してエ
クステンシヨン偏差値Δlを演算しておき、その
うち、一定時間でトーチをΔl移動させるように
してエクステンシヨンの制御を行なう、いわゆる
定時間検出、定時間出力方式による制御方法が実
験の結果、最適であることが判明した。この場
合、従来技術ではΔlを修正する時のトーチ移動
速度を適正な一定値に選定できないために正確な
エクステンシヨン制御が困難である。

本発明では、第８図に示す時間T_Aで溶接電流
とワイヤ送給速度を検出し、この両検出値に基づ
いて前記説明した方法によりl_dとΔlを演算し、得
られたΔlに相当する出力値を時間T_Bで出力して
溶接トーチを移動制御している。

なお、具体的な数値の一例を示すと、ツイスト
ワイヤ2.0×2.0を使用し、シールドガス組成Ar＋
20％CO₂で傾斜角約６度の上進溶接した場合に
は、平均高電流値550A、T_H＝0.5sec、平均低電
流値450A、T_L＝0.5sec、T_A＝0.1sec、（T_H−T_A）
＝0.4sec、T_B＝0.9sec、トーチの移動速度はΔl＝
１mmあたり１mm／secとした。

次に、上記ld，Δlの演算及びΔlの出力動作な
どを実行するエクステンシヨン制御器１３の具体
的構成と動作を説明する。

第９図はエクステンシヨン制御器１３のブロツ
ク図である。１６は溶接法選択器、１７はワイヤ
径選択器、１８は中央処理装置部でこの中にはい
わゆる中央処理装置（CPU）、記憶装置（ROM、
RAMのメモリ）、入出力装置（IOインターフエ
ース）などが含まれるが、これらを総称して中央
処理装置部という。１９はホトカプラ、２０，２
１，２２は絶縁増幅器、２３はアナログ・デジタ
ル変換器、２４は増幅器、２５はデジタル・アナ
ログ変換器、２６は絶縁増幅器、２７は表示器、
２８はリレー、２９はホトカプラである。

また、Ｓは制御開始信号、Ｐはパルス溶接を行
なうためのパルス同期信号、Idは溶接電流信号、
Vdは溶接電圧信号、Wdはワイヤ送給信号、lrは
設定エクステンシヨン信号、Ｅは異常信号、Δl
はエクステンシヨン偏差値信号である。

まず、溶接開始前に溶接法選択器１６で溶接法
を選択する。この溶接法には一般の、いわゆるス
トレート溶接法と低周波パルス溶接法とが選択で
ききるようになつている。次に、ワイヤ径選択器
１７でこれから溶接に使用するワイヤ径を選択す
る。ツイストワイヤの場合には2.0×2.0と1.6×
1.6の２種類がある。溶接法選択器１６、ワイヤ
径選択器１７の選択に基づいて、中央処理装置部
１８はldの演算手順や演算に使用するＩ−Ｗ特性
値を選択する。またエクステンシヨン設定器１４
で設定エクステンシヨン値lrを設定しておく。

次に、溶接制御器１２から制御開始信号Ｓがホ
トカプラ１９を通じて入力されると、中央処理装
置部１８は実行を開始し、溶接電流信号Id、溶接
電圧信号Vd、ワイヤ送給速度信号Wdがそれぞれ
絶縁増幅器２０，２１，２２を通じてアナログ・
デジタル変換器２３にとりかこまれて、デジタル
信号に変換されたのち、中央処理装置部１８に入
力され、同時にエクステンシヨン設定器１４の設
定値lrが増幅器２４とアナログ・デジタル変換器
２３を通じて中央処理装置部１８に入力される。
なお、電圧信号Vdは表示用に検出するためのも
のでエクステンシヨン制御には直接関係しない。

中央処理装置部１８では溶接電流信号Id、ワイ
ヤ送給速度信号Wd、設定値lrに基づいて、前記
説明した本発明による演算、検出手順で溶接中の
エクステンシヨンld、エクステンシヨン偏差値Δl
を演算検出し、検出されたΔlをデジタル・アナ
ログ変換器２５と絶縁増幅器２６を通じてサーボ
ーモータ駆動制御器１５に出力する。

また、中央処理装置部１８ではId，Vd，Wd信
号に基づいて溶接中の溶接電流値(A)、溶接電圧
（Ｖ）、ワイヤ送給速度値（cm／分）を測定して表
示器２７でデジタル値で表示する。さらに、検出
したエクステンシヨン値ld（mm）も表示器２７で
表示されるようになつている。さらに、誤設定や
ROMに記憶しているＩ＝Ｗ特性値をはずれたId，
Wd信号が入力された場合、例えば溶接中にアー
ク切れが発生した時などは中央処理装置部１８で
これらを検知し、リレー２８を通じて異常信号Ｅ
を溶接制御器１２、サーボモータ駆動制御器１５
に出力すると同時にΔlの検出動作を停止し、表
示器２７に異常表示をする。

次に、溶接電流信号Id、溶接電圧信号Vd、ワ
イヤ送給速度信号Wd、設定エクステンシヨン信
号lrのサンプリング動作を説明する。Id，Vd，
Wd，lrの各信号は溶接中にアナログ・デジタル
変換器２３を通じて、Id→Vd→Id→Wd→Id→lr
の順で５ｍsec毎に中央処理装置部１８に読み込
まれ、Δlは10ｍsec毎に検出、出力されるように
なつている。

また、低周波パルス溶接法ではパルス同期信号
Ｐ（図８の高電流信号Ｈに相当する）がホトカプ
ラ２９を通じて中央処理装置部１８に入力される
が、この場合、ldとΔlの演算、検出には第８図の
時間T_AでサンプリングされるId，Wd，lr信号が
用いられる。具体的には時間T_Aを80ｍsecとし、
この間に10ｍsec毎に演算、検出されるΔlの平均
値を第８図のT_B時間出力する。時間T_Bは、例え
ば1seとしている。

以上詳述したように、この発明は記憶装置に記
憶したワイヤエクステンシヨン値を実際の溶接電
流から算出し、この算出値と設定ワイヤエクステ
ンシヨン値との差に応じて、溶接トーチ位置を制
御するようにしたものであるから、溶接電流の変
化があつてもエクステンシヨン値を所望の値に正
確に制御でき、かつ、CC電源でもCP電源のいず
れにも適用できるという利点がある。さらにこの
発明によれば使用すべきワイヤ径毎にワイヤエク
ステンシヨン制御ができるものとしたので、実の
溶接作業でしばしば起こる使用するワイヤ径の変
更に際し、その都度の制御装置の変更、調整が無
く、ユーザーにてすばやく対応できる大きなメリ
ツトがある。

市販されている溶接電源は、１次側電源電圧の
変動率±10％を補償しているが、実際は溶接条件
に影響するし、かつ、その変動率をオーバー（特
に−10％を越えるときが多い。）することがあり、
ユーザーでの１次側電源電圧の変動にも対処で
き、良好な溶接施工ができる。

電源特性が垂下特性や定電圧特性のいずれにも
適用できる利点から、ユーザーは遊休の溶接電源
を再利用でき、新規に購入する必要がない利点が
ある。

【図面の簡単な説明】

第１図と第２図は溶接電流とワイヤ送給速度の
関係を示すグラフ、第３図はこの発明の制御方法
に用いる制御装置の一例を示すブロツク図、第４
図と第５図はこの発明において記憶装置に記憶さ
れる、ワイヤエクステンシヨン長をパラメータと
する溶接電流とワイヤ送給速度との特性を示すグ
ラフ、第６図はこの発明において、溶接電流に対
応するワイヤ送給速度の演算方法を示す図、第７
図はワイヤ送給速度とワイヤエクステンシヨン長
を演算するフローチヤート、第８図は第３図の装
置の要部の動作を示す波形図、第９図は第３図の
装置におけるエクステンシヨン制御器の詳細な回
路図である。 １……溶接トーチ、３……溶接ワイヤ、４……
母材、５……アーム、６……スライダー、７……
ワイヤ送給モータ、８……ワイヤ送給速度検出
器、９……サーボモータ、１０……溶接電源、１
１……溶接電流検出器、１２……溶接制御器、１
３……エクステンシヨン制御器、１４……エクス
テンシヨン設定器、１５……サーボモータ駆動制
御器。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 溶接電流と溶接ワイヤ送給速度を検出し、両
   検出値を用いて溶接ワイヤエクステンシヨンを一
   定に保持する溶接ワイヤエクステンシヨンの自動
   制御方法において、使用すべき溶接ワイヤ径毎
   に、予じめ溶接電流、ワイヤ送給速度および許容
   のワイヤエクステンシヨンとの関係を実験的に求
   め、これを記憶手段に記憶させ、溶接開始に際し
   て、使用するワイヤ径を選択して、最適ワイヤエ
   クステンシヨンを演算手段に設定した後、溶接を
   開始し、溶接中の溶接電流とワイヤ送給速度を検
   出して、この検出値と前記記憶手段に記憶されて
   いるデータから現実のワイヤエクステンシヨンを
   求め、この求めた現実のワイヤエクステンシヨン
   と前記記憶した最適ワイヤエクステンシヨンとを
   比較して、この差がゼロになるようにワイヤエク
   ステンシヨンを制御することを特徴とする溶接ワ
   イヤエクステンシヨンの自動制御方法。