JPWO2016027638A1 - アーク溶接制御方法 - Google Patents

Abstract

溶接ワイヤ（１）の送給速度（Ｆｗ）を正送期間と逆送期間とに交互に切り換え、電圧設定値に基づいて溶接電圧（Ｖｗ）を制御し、短絡期間とアーク期間とを繰り返して溶接するアーク溶接制御方法において、溶接電圧（Ｖｗ）の平滑値を検出し、この溶接電圧平滑値と電圧設定値とが等しくなるように、送給速度（Ｆｗ）の周期（Ｔｆ）をフィードバック制御すことで、電圧設定値の変化に伴う溶滴移行状態の変化に対応して、送給速度（Ｆｗ）の周期（Ｔｆ）が適正化されるので、送給速度（Ｆｗ）の正送と逆送との周期と短絡期間とアーク期間との周期とに同期ズレが発生することを抑制することができ、溶接状態を安定に保つことができる。

Description

本発明は、溶接ワイヤの送給速度を正送期間と逆送期間とに交互に切り換え、電圧設定値に基づいて溶接電圧を制御し、短絡期間とアーク期間とを繰り返して溶接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。

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交互に切り換えて溶接する方法が提案されている。特許文献１の発明では、溶接電流設定値に応じた送給速度の平均値とし、溶接ワイヤの正送と逆送との周波数及び振幅を溶接電流設定値に応じた値としている。溶接ワイヤの正送と逆送とを繰り返す溶接方法では、定速送給の従来技術では不可能であった短絡とアークとの繰り返しの周期を所望値に設定することができるので、スパッタ発生量の削減、ビード外観の改善等の溶接品質の向上を図ることができる。

日本国特許第５２０１２６６号公報

平均送給速度が同一値であっても、継手形状、溶接速度、溶接姿勢等の溶接条件が異なると適正な溶接電圧値が異なる。このために、溶接条件に応じて電圧設定値を適正値に変化させる必要がある。しかし、送給速度の正送期間と逆送期間とを交互に切り換える溶接において、電圧設定値を変化させると溶滴移行状態が変化するために、溶接状態が不安定になるという問題があった。

そこで、本発明では、送給速度の正送期間と逆送期間とを交互に切り換える溶接において、電圧設定値が変化しても、溶接状態を安定に保つ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、本発明のアーク溶接制御方法は、
溶接ワイヤの送給速度を正送期間と逆送期間とに交互に切り換え、電圧設定値に基づいて溶接電圧を制御し、短絡期間とアーク期間とを繰り返して溶接するアーク溶接制御方法において、
前記電圧設定値に基づいて前記送給速度の周期を変化させる、
ことを特徴とする。

本発明のアーク溶接制御方法は、前記電圧設定値が大きくなると、前記周期を長くなるように変化させる、
ことを特徴とする。

本発明のアーク溶接制御方法は、前記電圧設定値に基づいて前記周期の設定値を変化させることによって前記周期を変化させる、
ことを特徴とする。

本発明のアーク溶接制御方法は、前記溶接電圧の平滑値を検出し、この溶接電圧平滑値と前記電圧設定値とが等しくなるように前記周期をフィードバック制御する、
ことを特徴とする。

本発明のアーク溶接制御方法は、前記電圧設定値に基づいて前記送給速度の波形パラメータを変化させることによって前記周期を変化させる、
ことを特徴とする。

本発明のアーク溶接制御方法は、前記電圧設定値に基づいて前記周期の設定値を変化させ、前記周期の平均値を検出し、前記周期の平均値と前記周期の設定値とが等しくなるように前記送給速度の波形パラメータをフィードバック制御することによって前記周期を変化させる、
ことを特徴とする。

本発明のアーク溶接制御方法は、前記波形パラメータが正送加速期間、正送減速期間、逆送加速期間又は逆送減速期間の少なくとも１つである、
ことを特徴とする。

本発明のアーク溶接制御方法は、前記波形パラメータが正送加速期間又は逆送減速期間の少なくとも１つである、
ことを特徴とする。

本発明によれば、電圧設定値に基づいて送給速度の周期を変化させている。これにより、電圧設定値の変化に伴う溶滴移行状態の変化に対応して、送給速度の周期が適正化される。この結果、本発明では、送給速度の正送期間と逆送期間とを交互に切り換える溶接において、電圧設定値が変化しても、溶接状態を安定に保つことができる。

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示す図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。 本発明の実施の形態３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３に係るアーク溶接制御方法を示す図４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４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、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］
実施の形態１の発明は、電圧設定値に基づいて送給速度の周期の設定値を変化させることによって送給速度の周期を変化させるものである。

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、後述する駆動信号Ｄｖ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上記の駆動信号Ｄｖ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、上記の出力電圧Ｅを平滑する。このリアクトルＷＬのインダクタンス値は、例えば２００μＨである。

送給モータＷＭは、後述する送給制御信号Ｆｃを入力として、正送期間と逆送期間とを交互に切り換えて溶接ワイヤ１を送給速度Ｆｗで送給する。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。

電圧設定回路ＥＲは、予め定めた電圧設定信号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ＥＡは、上記の電圧設定信号Ｅｒ及び上記の出力電圧検出信号Ｅｄを入力として、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Ｅａを出力する。この回路によって、溶接電源は電圧設定信号Ｅｒに基づいて定電圧制御（出力制御）されて溶接電圧Ｖｗが制御される。

駆動回路ＤＶは、上記の電圧誤差増幅信号Ｅａを入力として、電圧誤差増幅信号Ｅａに基づいてＰＷＭ変調制御を行い、上記の電源主回路ＰＭ内のインバータ回路を駆動するための駆動信号Ｄｖを出力する。

周期設定回路ＴＦＲは、上記の電圧設定信号Ｅｒを入力とする予め定めた周期設定関数によって周期を算出して、周期設定信号Ｔfrとして出力する。この周期設定関数は、電圧設定信号Ｅｒが大きくなるほど、周期設定信号Ｔfrの値が大きくなる関数である。周期設定関数は、実験によって予め設定されている。

振幅設定回路ＷＦＲは、予め定めた振幅設定信号Ｗfrを出力する。正送側シフト量設定回路ＳＦＲは、予め定めた正送側シフト量設定信号Ｓfrを出力する。

送給速度設定回路ＦＲは、上記の周期設定信号Ｔfr、上記の振幅設定信号Ｗfr及び上記の正送側シフト量設定信号Ｓfrを入力として、周期設定信号Ｔfrによって定まる周期及び振幅設定信号Ｗfrによって定まる振幅から形成される正弦波を、正送側シフト量設定信号Ｓfrによって定まる正送側シフト量だけシフトした送給速度パターンを送給速度設定信号Ｆｒとして出力する。この送給速度設定信号Ｆｒが０以上のときは正送期間となり、０未満のときは逆送期間となる。

送給制御回路ＦＣは、上記の送給速度設定信号Ｆｒを入力として、送給速度設定信号Ｆｒの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。

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示す図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。送給速度Ｆｗの送給速度パターンは、三角波、台形波等であっても良い。

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。そして、時刻ｔ５〜ｔ６の期間は再び正送加速期間となり、時刻ｔ６〜ｔ７の期間は再び正送減速期間となる。したがって、送給速度Ｆｗは、時刻ｔ１〜ｔ５の周期Ｔｆ（ms）、時刻ｔ２の正送の最大値と時刻ｔ４の逆送の最大値との差である振幅Ｗｆ（m/min）及び正送側シフト量Ｓｆ（m/min）の送給速度パターンで繰り返すことになる。ここで、周期Ｔｆは、図１の周期設定回路ＴＦＲによって設定され、電圧設定信号Ｅｒの値に連動して変化する。振幅Ｗｆは、図１の振幅設定回路ＷＦＲによって所定値に設定される。正送側シフト量Ｓｆは、図１の正送側シフト量設定回路ＳＦＲによって所定値に設定される。周期Ｔｆは８〜２０ms程度の範囲で電圧設定信号Ｅｒに連動して変化する。振幅Ｗｆは３０〜１００m/min程度に設定され、正送側シフト量Ｓｆは３〜２０m/min程度に設定される。

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は次第に増加する。

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ｔ４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。したがって、時刻ｔ２１〜ｔ３１の期間が短絡期間となる。

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、溶接電流Ｉｗは、短絡期間中の最大値の状態から変化を開始する。

時刻ｔ３１〜ｔ５の期間中は、同図（Ａ）に示すように、送給速度Ｆｗは逆送状態であるので、溶接ワイヤは引き上げられてアーク長は次第に長くなる。アーク長が長くなると、溶接電圧Ｖｗは大きくなり、図１の電圧誤差増幅回路ＥＡによって定電圧制御されているので溶接電流Ｉｗは小さくなる。したがって、時刻ｔ３１〜ｔ５のアーク期間逆送期間Ｔar中は、同図（Ｃ）に示すように、溶接電圧Ｖｗは次第に大きくなり、同図（Ｂ）に示すように、溶接電流Ｉｗは次第に小さくなる。

そして、次の短絡が、時刻ｔ６〜ｔ７の正送減速期間中の時刻ｔ６１に発生する。但し、時刻ｔ６１に発生した短絡は、時刻ｔ２１に発生した短絡よりも正送最大値からの時間（位相）が遅くなっている。このように短絡が発生するタイミングは、ある程度のばらつきを有している。時刻ｔ３１〜ｔ６１の期間がアーク期間となる。時刻ｔ５〜ｔ６１の期間中は、同図（Ａ）に示すように、送給速度Ｆｗは正送状態であるので、溶接ワイヤは正送されてアーク長は次第に短くなる。アーク長が短くなると、溶接電圧Ｖｗは小さくなり、図１の電圧誤差増幅回路ＥＡによって定電圧制御されているので溶接電流Ｉｗは大きくなる。したがって、時刻ｔ５〜ｔ６１のアーク期間正送期間Ｔas中は、同図（Ｃ）に示すように、溶接電圧Ｖｗは次第に小さくなり、同図（Ｂ）に示すように、溶接電流Ｉｗは次第に大きくなる。

上述した実施の形態１の発明においては、送給速度の正送と逆送との周期と、短絡期間とアーク期間との周期とを同期させることができるので、高品質な溶接結果を得ることができる。

上述したように、平均送給速度が略同一値であっても、継手形状、溶接速度、溶接姿勢等の溶接条件が異なると適正な溶接電圧Ｖｗが異なる。このために、溶接条件に応じて電圧設定信号Ｅｒを適正値に変化させる必要がある。しかし、電圧設定信号Ｅｒを変化させると溶接電圧Ｖｗが変化し、溶滴移行状態が変化する。送給速度Ｆｗの正送期間と逆送期間とを交互に切り換える溶接において、電圧設定信号Ｅｒを変化させて溶接電圧Ｖｗが変化して溶滴移行状態が変化したときに、送給速度Ｆｗの周期が一定であると溶接状態が不安定になる。具体的には、電圧設定信号Ｅｒが大きくなると、送給速度Ｆｗの周期を長くしないと溶接状態が不安定になる。本実施の形態では、電圧設定信号Ｅｒの変化に連動して送給速度Ｆｗの周期が適正化されるので、溶接状態を安定に保つことができる。

実施の形態１の発明によれば、電圧設定値（電圧設定信号Ｅｒ）が変化すると、連動して送給速度の周期を変化させている。これにより、電圧設定値の変化に伴う溶滴移行状態の変化に対応して、送給速度の周期が適正化される。この結果、本実施の形態では、送給速度の正送期間と逆送期間とを交互に切り換える溶接において、電圧設定値が変化しても、溶接状態を安定に保つことができる。

［実施の形態２］
実施の形態２の発明は、溶接電圧の平滑値を検出し、この溶接電圧平滑値と電圧設定値とが等しくなるように送給速度の周期をフィードバック制御するものである。

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、電圧検出回路ＶＤ、電圧平滑回路ＶＡＶ及び送給誤差増幅回路ＥＦを追加し、図１の周期設定回路ＴＦＲを第２周期設定回路ＴＦＲ２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。

電圧検出回路ＶＤは、溶接電圧Ｖｗを検出して、電圧検出信号Ｖｄを出力する。電圧平滑回路ＶＡＶは、この電圧検出信号Ｖｄを入力として平滑し、溶接電圧平滑信号Ｖavを出力する。この平滑は、抵抗とコンデンサから成る平滑回路、ローパスフィルタ等を使用して行われる。ローパスフィルタを使用する場合には、平滑の時定数は、カットオフ周波数（１〜１０Ｈｚ程度）を設定することによって行うことができる。

送給誤差増幅回路ＥＦは、電圧設定信号Ｅｒ（＋）と上記の溶接電圧平滑信号Ｖav（−）との誤差を増幅して、送給誤差増幅信号Ｅｆを出力する。

第２周期設定回路ＴＦＲ２は、上記の送給誤差増幅信号Ｅｆを入力として、送給誤差増幅信号Ｅｆを溶接中積分して、周期設定信号Ｔfrを出力する。積分は、Ｔfr＝Ｔf0＋∫Ｅｆ・ｄｔとして表すことができる。ここで、Ｔf0は予め定めた初期値である。この回路によって、溶接電圧平滑信号Ｖavの値が電圧設定信号Ｅｒの値と等しくなるように周期設定信号Ｔfrの値がフィードバック制御されて、溶接中刻々と変化する。

本発明の実施の形態２に係るアーク溶接制御方法を示す図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、図２に示す周期Ｔｆは、図３の送給誤差増幅回路ＥＦ及び第２周期設定回路ＴＦＲ２によって、溶接電圧平滑信号Ｖavの値が電圧設定信号Ｅｒの値と等しくなるようにフィードバック制御される点は異なる。

実施の形態２の発明によれば、溶接電圧の平滑値を検出し、この溶接電圧平滑値と電圧設定値とが等しくなるように送給速度の周期をフィードバック制御している。これにより、電圧設定値の変化に伴う溶滴移行状態の変化に対応して、溶接電圧平滑値が電圧設定値と等しくなるように送給速度の周期がフィードバック制御される。溶接電圧平滑値が電圧設定値と等しくなる状態とは、送給速度の正送と逆送との周期と短絡期間とアーク期間との周期との同期ズレが発生しておらず、溶接状態が安定している状態である。実施の形態２の発明では、実施の形態１の発明のように周期設定関数を実験によって求めておく必要がないために、生産準備を効率化することができる。さらに、種々な溶接条件において、電圧設定値が変化しても、フィードバック制御によって送給速度の周期が最適化されるので、常に安定した溶接状態を得ることができる。

［実施の形態３］
実施の形態３の発明は、送給速度の波形が台形波の場合であり、電圧設定値に基づいて送給速度の波形パラメータを変化させることによって周期を変化させるものである。

図４は、本発明の実施の形態３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の周期設定回路ＴＦＲ、振幅設定回路ＷＦＲ及び正送側シフト量設定回路ＳＦＲを削除している。そして、正送加速期間設定回路ＴＳＵＲ、正送減速期間設定回路ＴＳＤＲ、逆送加速期間設定回路ＴＲＵＲ、逆送減速期間設定回路ＴＲＤＲ、正送振幅設定回路ＷＳＲ、逆送振幅設定回路ＷＲＲ、電圧検出回路ＶＤ及び短絡判別回路ＳＤを追加している。さらに、図１の送給速度設定回路ＦＲを第２送給速度設定回路ＦＲ２に置換している。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。

正送加速期間設定回路ＴＳＵＲは、上記の電圧設定信号Ｅｒを入力とする予め定めた正送加速期間設定関数によって正送加速期間を算出して、正送加速期間設定信号Ｔsurとして出力する。この正送加速期間設定関数は、電圧設定信号Ｅｒが大きくなるほど、正送加速期間設定信号Ｔsurの値が大きくなる関数である。この関数は、実験によって予め設定されている。

正送減速期間設定回路ＴＳＤＲは、予め定めた正送減速期間設定信号Ｔsdrを出力する。

逆送加速期間設定回路ＴＲＵＲは、予め定めた逆送加速期間設定信号Ｔrurを出力する。

逆送減速期間設定回路ＴＲＤＲは、上記の電圧設定信号Ｅｒを入力とする予め定めた逆送減速期間設定関数によって逆送減速期間を算出して、逆送減速期間設定信号Ｔrdrとして出力する。この逆送減速期間設定関数は、電圧設定信号Ｅｒが大きくなるほど、逆送減速期間設定信号Ｔrdrの値が大きくなる関数である。この関数は、実験によって予め設定されている。

正送振幅設定回路ＷＳＲは、予め定めた正送振幅設定信号Ｗsrを出力する。逆送振幅設定回路ＷＲＲは、予め定めた逆送振幅設定信号Ｗrrを出力する。

電圧検出回路ＶＤは、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、この電圧検出信号Ｖｄを入力として、電圧検出信号Ｖｄが短絡判別値(１０Ｖ程度)未満のときは短絡期間にあると判別してＨｉｇｈレベルとなり、短絡判別値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。

第２送給速度設定回路ＦＲ２は、上記の正送加速期間設定信号Ｔsur、上記の正送減速期間設定信号Ｔsdr、上記の逆送加速期間設定信号Ｔrur、上記の逆送減速期間設定信号Ｔrdr、上記の正送振幅設定信号Ｗsr、上記の逆送振幅設定信号Ｗrr及び上記の短絡判別信号Ｓｄを入力として、以下の処理によって生成された送給速度パターンを送給速度設定信号Ｆｒとして出力する。この送給速度設定信号Ｆｒが０以上のときは正送期間となり、０未満のときは逆送期間となる。
１）正送加速期間設定信号Ｔsurによって定まる正送加速期間Ｔsu中は０から正送振幅設定信号Ｗsrによって定まる正の値の正送ピーク値Ｗspまで直線状に加速する送給速度設定信号Ｆｒを出力する。
２）続いて、正送ピーク期間Ｔsp中は、上記の正送ピーク値Ｗspを維持する送給速度設定信号Ｆｒを出力する。
３）短絡判別信号ＳｄがＬｏｗレベル(アーク期間)からＨｉｇｈレベル(短絡期間)に変化すると、正送減速期間設定信号Ｔsdrによって定まる正送減速期間Ｔsdに移行し、上記の正送ピーク値Ｗspから０まで直線状に減速する送給速度設定信号Ｆｒを出力する。
４）続いて、逆送加速期間設定信号Ｔrurによって定まる逆送加速期間Ｔru中は０から逆送振幅設定信号Ｗrrによって定まる負の値の逆送ピーク値Ｗrpまで直線状に加速する送給速度設定信号Ｆｒを出力する。
５）続いて、逆送ピーク期間Ｔrp中は、上記の逆送ピーク値Ｗrpを維持する送給速度設定信号Ｆｒを出力する。
６）短絡判別信号ＳｄがＨｉｇｈレベル(短絡期間)からＬｏｗレベル(アーク期間)に変化すると、逆送減速期間設定信号Ｔrdrによって定まる逆送減速期間Ｔrdに移行し、上記の逆送ピーク値Ｗrpから０まで直線状に減速する送給速度設定信号Ｆｒを出力する。
７）上記の１）〜６）を繰り返すことによって正負の台形波状に変化する送給パターンの送給速度設定信号Ｆｒが生成される。

図５は、本発明の実施の形態３に係るアーク溶接制御方法を示す図４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（Ａ）に示す送給速度Ｆｗは、図４の第２送給速度設定回路ＦＲ２から出力される送給速度設定信号Ｆｒの値に制御される。送給速度設定信号Ｆｒは、図４の正送加速期間設定信号Ｔsurによって定まる正送加速期間Ｔsu、短絡が発生するまで継続する正送ピーク期間Ｔsp、図４の正送減速期間設定信号Ｔsdrによって定まる正送減速期間Ｔsd、図４の逆送加速期間設定信号Ｔrurによって定まる逆送加速期間Ｔru、アークが発生するまで継続する逆送ピーク期間Ｔrp及び図４の逆送減速期間設定信号Ｔrdrによって定まる逆送減速期間Ｔrdから形成される。さらに、正送ピーク値Ｗspは図４の正送振幅設定信号Ｗsrによって定まり、逆送ピーク値Ｗrpは図４の逆送振幅設定信号Ｗrrによって定まる。この結果、送給速度設定信号Ｆｒは、正負の台形波波状に変化する送給パターンとなる。

［時刻ｔ１〜ｔ４の逆送期間の動作］
同図（Ａ）に示すように、送給速度Ｆｗは時刻ｔ１〜ｔ２の予め定めた逆送加速期間Ｔruに入り、０から上記の逆送ピーク値Ｗrpまで加速する。この期間中は短絡期間が継続している。

時刻ｔ２において逆送加速期間Ｔruが終了すると、同図（Ａ）に示すように、送給速度Ｆｗは逆送ピーク期間Ｔrpに入り、上記の逆送ピーク値Ｗrpになる。この期間中も短絡期間が継続している。

時刻ｔ３においてアークが発生すると、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、時刻ｔ３〜ｔ４の予め定めた逆送減速期間Ｔrdに移行し、同図(Ａ)に示すように、送給速度Ｆｗは上記の逆送ピーク値Ｗrpから０まで減速する。同時に、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し、同図(Ｂ)に示すように、溶接電流Ｉｗはアーク期間中次第に減少する。

［時刻ｔ４〜ｔ７の正送期間の動作］
時刻ｔ４において逆送減速期間Ｔrdが終了すると、時刻ｔ４〜ｔ５の予め定めた正送加速期間Ｔsuに移行する。この正送加速期間Ｔsu中は、同図（Ａ）に示すように、送給速度Ｆｗは０から上記の正送ピーク値Ｗspまで加速する。この期間中はアーク期間が継続している。

時刻ｔ５において正送加速期間Ｔsuが終了すると、同図（Ａ）に示すように、送給速度Ｆｗは正送ピーク期間Ｔspに入り、上記の正送ピーク値Ｗspになる。この期間中もアーク期間が継続している。

時刻ｔ６において短絡が発生すると、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、時刻ｔ６〜ｔ７の予め定めた正送減速期間Ｔsdに移行し、同図(Ａ)に示すように、送給速度Ｆｗは上記の正送ピーク値Ｗspから０まで減速する。同時に、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は短絡期間中次第に増加する。

上述したように、送給速度Ｆｗの正送期間と逆送期間とを交互に切り換える溶接において、電圧設定信号Ｅｒを変化させて溶接電圧Ｖｗが変化して溶滴移行状態が変化したときに、送給速度Ｆｗの周期が略一定であると溶接状態が不安定になる。実施の形態３では、正送ピーク期間Ｔsp及び逆送ピーク期間Ｔrpは短絡又はアーク発生に同期して期間を終了するので、一定値ではない。このために、送給速度Ｆｗの周期を直に所定値に設定することはできない。しかし、単位時間(０．１〜１秒)ごとの正送ピーク期間Ｔspの平均値及び逆送ピーク期間Ｔrpの平均値は略一定値となる。したがって、送給速度Ｆｗの波形パラメータである所望値に設定することができる正送加速期間Ｔsu、正送減速期間Ｔsd、逆送加速期間Ｔru又は逆送減速期間Ｔrdの少なくとも１つの期間を調整することによって、単位時間ごとの送給速度Ｆｗの周期の平均値を所望値に設定することができる。すなわち、実施の形態３においては、電圧設定信号Ｅｒに連動して、正送加速期間Ｔsu、正送減速期間Ｔsd、逆送加速期間Ｔru又は逆送減速期間Ｔrdの少なくとも１つの期間を変化させることによって、単位時間ごとの送給速度Ｆｗの周期の平均値を適正化することができる。この結果、電圧設定信号Ｅｒが変化しても、溶接状態を安定に保つことができる。

図４では、電圧設定信号Ｅｒに連動して、送給速度Ｆｗの波形パラメータである正送加速期間Ｔsu及び逆送減速期間Ｔrdが予め定めた関数に従って自動的に変化する場合を例示している。正送加速期間設定関数及び逆送減速期間設定関数は、以下のようにして予め定義される。電圧設定信号Ｅｒの値ごとに溶接状態が安定になる送給速度Ｆｗの周期の平均値を実験によって求める。そして、求めた周期の平均値になるように正送加速期間Ｔsu及び逆送減速期間Ｔrdの両値を決定する。これらの値から関数を定義する。送給速度Ｆｗの波形パラメータがこれ以外の組み合わせである場合も同様にして関数を定義することができる。

送給速度Ｆｗの波形パラメータの中で、短絡期間中となる正送減速期間Ｔsd及び逆送加速期間Ｔruを所定値とし、アーク期間中となる正送加速期間Ｔsu又は逆送減速期間Ｔrdの少なくとも１つを電圧設定信号Ｅｒに連動して適正化した方が、溶接状態をより安定化することができる。

［実施の形態４］
実施の形態４の発明は、実施の形態３において、電圧設定値に基づいて送給速度の周期の設定値を変化させ、送給速度の周期の平均値を検出し、この周期の平均値と周期の設定値とが等しくなるように送給速度の波形パラメータをフィードバック制御するものである。

図６は、本発明の実施の形態４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４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と同一の周期設定回路ＴＦＲを追加し、周期平均値検出回路ＴＦＤ、周期誤差増幅回路ＥＴ、第２正送加速期間設定回路ＴＳＵＲ２及び第２逆送減速期間設定回路ＴＲＤＲ２を追加したものである。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。

周期設定回路ＴＦＲは、上記の電圧設定信号Ｅｒを入力とする予め定めた周期設定関数によって周期を算出して、周期設定信号Ｔfrとして出力する。この回路は図１と同じ回路である。

周期平均値検出回路ＴＦＤは、上記の送給速度設定信号Ｆｒを入力として、単位時間当たりの送給速度設定信号Ｆｒの周期の平均値を検出して、周期平均値検出信号Ｔfdを出力する。

周期誤差増幅回路ＥＴは、上記の周期設定信号Ｔfr（−）と上記の周期平均値検出信号Ｔfd（＋）との誤差を増幅して、周期誤差増幅信号Ｅｔを出力する。

第２正送加速期間設定回路ＴＳＵＲ２は、上記の周期誤差増幅信号Ｅｔを入力として、周期誤差増幅信号Ｅｔを溶接中積分して、正送加速期間設定信号Ｔsurを出力する。積分は、Ｔsur＝Ｔsu0＋∫Ｅｔ・ｄｔとして表すことができる。ここで、Ｔsu0は予め定めた初期値である。この回路によって、送給速度Ｆｗの周期の平均値が周期設定信号Ｔfrの値と等しくなるように正送加速期間設定信号Ｔsurの値がフィードバック制御されて、溶接中刻々と変化する。

第２逆送減速期間設定回路ＴＲＤＲ２は、上記の周期誤差増幅信号Ｅｔを入力として、周期誤差増幅信号Ｅｔを溶接中積分して、逆送減速期間設定信号Ｔrdrを出力する。積分は、Ｔrdr＝Ｔrd0＋∫Ｅｔ・ｄｔとして表すことができる。ここで、Ｔrd0は予め定めた初期値である。この回路によって、送給速度Ｆｗの周期の平均値が周期設定信号Ｔfrの値と等しくなるように逆送減速期間設定信号Ｔrdrの値がフィードバック制御されて、溶接中刻々と変化する。

本発明の実施の形態４に係るアーク溶接制御方法を示す図６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５と同一であるので、説明は繰り返さない。但し、図５に示す正送加速期間Ｔsu及び逆送減速期間Ｔrdは、図６の周期誤差増幅回路ＥＴ、第２正送加速期間設定回路ＴＳＵＲ２及び第２逆送減速期間設定回路ＴＲＤＲ２によって、送給速度Ｆｗの周期の平均値が周期設定信号Ｔfrの値と等しくなるようにフィードバック制御される点は異なる。

実施の形態４においては、送給速度Ｆｗの波形パラメータが正送加速期間Ｔsu及び逆送減速期間Ｔrdである場合を説明した。送給速度Ｆｗの波形パラメータとして、正送加速期間Ｔsu、正送減速期間Ｔsd、逆送加速期間Ｔru又は逆送減速期間Ｔrdの少なくとも１つであっても良い。

上述した実施の形態４の発明によれば、実施の形態３において、送給速度の周期の平均値が周期設定値と等しくなるように送給速度の波形パラメータがフィードバック制御される。このために、送給速度の周期の平均値と周期設定値とが厳密に等しくなるので、電圧設定値が変化したときの溶接状態の安定性が向上する。

本発明によれば、送給速度の正送期間と逆送期間とを交互に切り換える溶接において、電圧設定値が変化しても、溶接状態を安定に保つことができるアーク溶接制御方法を提供することができる。

以上、本発明を特定の実施形態によって説明したが、本発明はこの実施形態に限定されるものではなく、開示された発明の技術思想を逸脱しない範囲で種々の変更が可能である。
本出願は、２０１４年８月１８日出願の日本特許出願（特願２０１４−１６５７８５）に基づくものであり、その内容はここに取り込まれる。

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
ＤＶ 駆動回路
Ｄｖ 駆動信号
Ｅ 出力電圧
ＥＡ 電圧誤差増幅回路
Ｅａ 電圧誤差増幅信号
ＥＤ 出力電圧検出回路
Ｅｄ 出力電圧検出信号
ＥＦ 送給誤差増幅回路
Ｅｆ 送給誤差増幅信号
ＥＲ 電圧設定回路
Ｅｒ 電圧設定信号
ＥＴ 周期誤差増幅回路
Ｅｔ 周期誤差増幅信号
ＦＣ 送給制御回路
Ｆｃ 送給制御信号
ＦＲ 送給速度設定回路
Ｆｒ 送給速度設定信号
ＦＲ２ 第２送給速度設定回路
Ｆｗ 送給速度
Ｉｗ 溶接電流
ＰＭ 電源主回路
ＳＤ 短絡判別回路
Ｓｄ 短絡判別信号
Ｓｆ 正送側シフト量
ＳＦＲ 正送側シフト量設定回路
Ｓfr 正送側シフト量設定信号
Ｔar アーク期間逆送期間
Ｔas アーク期間正送期間
Ｔｆ 送給速度の周期
ＴＦＤ 周期平均値検出回路
Ｔfd 周期平均値検出信号
ＴＦＲ 周期設定回路
Ｔfr 周期設定信号
ＴＦＲ２ 第２周期設定回路
Ｔrd 逆送減速期間
ＴＲＤＲ 逆送減速期間設定回路
Ｔrdr 逆送減速期間設定信号
ＴＲＤＲ２ 第２逆送減速期間設定回路
Ｔrp 逆送ピーク期間
Ｔru 逆送加速期間
ＴＲＵＲ 逆送加速期間設定回路
Ｔrur 逆送加速期間設定信号
Ｔsd 正送減速期間
ＴＳＤＲ 正送減速期間設定回路
Ｔsdr 正送減速期間設定信号
Ｔsp 正送ピーク期間
Ｔsu 正送加速期間
ＴＳＵＲ 正送加速期間設定回路
Ｔsur 正送加速期間設定信号
ＴＳＵＲ２ 第２正送加速期間設定回路
ＶＡＶ 電圧平滑回路
Ｖav 溶接電圧平滑信号
ＶＤ 電圧検出回路
Ｖｄ 電圧検出信号
Ｖｗ 溶接電圧
Ｗｆ 振幅
ＷＦＲ 振幅設定回路
Ｗfr 振幅設定信号
ＷＬ リアクトル
ＷＭ 送給モータ
Ｗrp 逆送ピーク値
ＷＲＲ 逆送振幅設定回路
Ｗrr 逆送振幅設定信号
Ｗsp 正送ピーク値
ＷＳＲ 正送振幅設定回路
Ｗsr 正送振幅設定信号

Claims (8)

1. 溶接ワイヤの送給速度を正送期間と逆送期間とに交互に切り換え、電圧設定値に基づいて溶接電圧を制御し、短絡期間とアーク期間とを繰り返して溶接するアーク溶接制御方法において、
   前記電圧設定値に基づいて前記送給速度の周期を変化させる、
   ことを特徴とするアーク溶接制御方法。
2. 前記電圧設定値が大きくなると、前記周期を長くなるように変化させる、
   ことを特徴とする請求項１に記載のアーク溶接制御方法。
3. 前記電圧設定値に基づいて前記周期の設定値を変化させることによって前記周期を変化させる、
   ことを特徴とする請求項１又は２に記載のアーク溶接制御方法。
4. 前記溶接電圧の平滑値を検出し、この溶接電圧平滑値と前記電圧設定値とが等しくなるように前記周期をフィードバック制御する、
   ことを特徴とする請求項１又は２に記載のアーク溶接制御方法。
5. 前記電圧設定値に基づいて前記送給速度の波形パラメータを変化させることによって前記周期を変化させる、
   ことを特徴とする請求項１又は２に記載のアーク溶接制御方法。
6. 前記電圧設定値に基づいて前記周期の設定値を変化させ、前記周期の平均値を検出し、前記周期の平均値と前記周期の設定値とが等しくなるように前記送給速度の波形パラメータをフィードバック制御することによって前記周期を変化させる、
   ことを特徴とする請求項１又は２に記載のアーク溶接制御方法。
7. 前記波形パラメータが正送加速期間、正送減速期間、逆送加速期間又は逆送減速期間の少なくとも１つである、
   ことを特徴とする請求項５又は６に記載のアーク溶接制御方法。
8. 前記波形パラメータが正送加速期間又は逆送減速期間の少なくとも１つである、
   ことを特徴とする請求項５又は６に記載のアーク溶接制御方法。

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