JPWO2016125540A1 - アーク溶接制御方法 - Google Patents

Abstract

送給速度Ｆｗを正送期間と逆送期間とに交互に切り換える正逆送給制御を行って、短絡期間とアーク期間とを発生させて溶接する。溶滴移行形態がグロビュール移行形態であるときは、上記の正逆送給制御中の同期短絡比率を算出し、この同期短絡比率が最大値になるように送給速度Ｆｗの周波数Ｓｆを７０〜１２０Ｈｚの範囲内で自動調整する。同期短絡比率は単位時間中の正送期間の回数に占める正送期間中に発生した短絡の回数の比率である。

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る正逆送給制御を行って、短絡期間とアーク期間とを発生させ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周期的に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等参照）。

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する。

日本国特許第５２０１２６６号公報

従来技術では、溶接ワイヤの送給速度を所定の周波数で正送期間と逆送期間とに交互に切り換える正逆送給制御を行って溶接する。この正逆送給制御においては、溶滴移行形態が短絡移行形態であるときは、正送期間に同期して短絡が発生し逆送期間に同期してアークが発生するために、良好な溶接状態となる。

他方、溶滴移行形態がグロビュール移行形態になると、溶滴にアークから大きな持ち上げ力が作用するために、短絡の発生が阻害されて短絡が不規則に発生する状態となる。この状態では、１秒間当たりの短絡回数は４０回未満となる。これを受けて、従来技術では、正逆送給制御の周波数も４０Ｈｚ未満に設定していた。しかし、このようにしても、短絡が不規則に発生しやすい状態が維持されるために、正送期間に同期して短絡が発生しない非同期状態に時折陥ることになる。この結果、従来技術では、スパッタが多く発生する不安定な溶接状態となる場合が生じるという問題があった。

そこで、本発明では、正逆送給制御によるアーク溶接において、グロビュール移行形態のときに良好な溶接状態とな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る正逆送給制御を行って、短絡期間とアーク期間とを発生させて溶接するアーク溶接制御方法において、
溶滴移行形態がグロビュール移行形態であるときは、前記送給速度を前記正送期間と前記逆送期間とに切り換える周波数が７０〜１２０Ｈｚの範囲になるように前記送給速度の波形パラメータを設定する、
ことを特徴とする。

また、本発明のアーク溶接制御方法は、シールドガスが炭酸ガスであり、溶接ワイヤの材質が鉄であり、溶接ワイヤの直径が１．２ｍｍであるときは、前記グロビュール移行形態は平均溶接電流が２００Ａ以上の範囲である、
ことを特徴とする。

また、本発明のアーク溶接制御方法は、前記正逆送給制御中の同期短絡比率を算出し、この同期短絡比率が最大値になるように前記波形パラメータを自動調整し、前記同期短絡比率は単位時間中の前記正送期間の回数に占める前記正送期間中に発生した短絡の回数の比率である、
ことを特徴とする。

また、本発明のアーク溶接制御方法は、前記正送期間中に前記短絡期間になると前記逆送期間への移行を開始し、前記逆送期間中に前記アーク期間になると前記正送期間への移行を開始する、
ことを特徴とする。

本発明によれば、グロビュール移行溶接において、送給速度の周波数に同期して短絡期間及びアーク期間が発生する略完全な同期状態となる。このために、スパッタ発生量の少ない、ビード外観の美麗な高品質溶接を行うことができる。

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。 グロビュール移行形態でアーク溶接を行ったときの送給速度Ｆｗの周波数Ｓｆの適正範囲を示す図である。 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５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。

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、溶滴移行形態がグロビュール移行形態であるときは、送給速度を正送期間と逆送期間とに切り換える周波数が７０〜１２０Ｈｚの範囲になるように送給速度の波形パラメータを設定するものである。実施の形態１の発明においては、上記の波形パラメータが周波数である場合である。したがって、実施の形態１の発明では、周波数設定信号Ｓｆｒを上記の周波数範囲に設定することになる。

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。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。

平均送給速度設定回路ＦＡＲは、予め定めた平均送給速度設定信号Ｆａｒを出力する。周波数設定回路ＳＦＲは、予め定めた周波数設定信号Ｓｆｒを出力する。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。

送給速度設定回路ＦＲは、上記の平均送給速度設定信号Ｆａｒ、上記の周波数設定信号Ｓｆｒ及び上記の振幅設定信号Ｗｆｒを入力として、振幅設定信号Ｗｆｒによって定まる振幅Ｗｆ及び周波数設定信号Ｓｆｒの逆数である周期設定値によって定まる周期Ｔｆで正負対称形状に変化する予め定めた台形波を、平均送給速度設定信号Ｆａｒの値だけ正送側にシフトした波形となる送給速度設定信号Ｆｒを出力する。この送給速度設定信号Ｆｒについては、図２で詳述する。

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。

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。この回路によって、溶接電源は定電圧制御される。

駆動回路ＤＶは、上記の電圧誤差増幅信号Ｅｖを入力として、電圧誤差増幅信号Ｅｖ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。

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１の送給速度設定回路ＦＲ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、振幅設定信号Ｗｆｒによって定まる振幅Ｗｆ及び周波数設定信号Ｓｆｒによって定まる周波数Ｓｆの逆数となる周期Ｔｆ＝１／Ｓｆで正負対称形状に変化する予め定めた台形波を、平均送給速度設定信号Ｆａｒの値だけ正送側にシフトした波形となる。このために、同図（Ａ）に示すように、送給速度Ｆｗは、平均送給速度設定信号Ｆａｒによって定まる破線で示す平均送給速度Ｆａを基準線として、上下に対称となる振幅Ｗｆ及び周期Ｔｆで予め定めた台形波状の送給速度パターンとなる。すなわち、基準線から上側の振幅と下側の振幅とは同一値であり、基準線より上側の期間と下側の期間とは同一値となっている。

ここで、０を基準線として送給速度Ｆｗの台形波を見ると、同図（Ａ）に示すように、時刻ｔ１〜ｔ５の逆送期間は、それぞれ所定の逆送加速期間、逆送ピーク期間、逆送ピーク値及び逆送減速期間から形成され、時刻ｔ５〜ｔ９の正送期間は、それぞれ所定の正送加速期間、正送ピーク期間、正送ピーク値及び正送減速期間から形成される。

［時刻ｔ１〜ｔ５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の逆送加速期間に入り、０から上記の逆送ピーク値まで加速する。この期間中は短絡状態が継続している。

時刻ｔ２において逆送加速期間が終了すると、同図（Ａ）に示すように、送給速度Ｆｗは時刻ｔ２〜ｔ４の逆送ピーク期間に入り、上記の逆送ピーク値になる。この期間中の時刻ｔ３において、逆送及び溶接電流Ｉｗの通電によるピンチ力によってアークが発生する。これに応動して、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はこれ以降のアーク期間中は次第に減少する。

時刻ｔ４において逆送ピーク期間が終了すると、同図（Ａ）に示すように、時刻ｔ４〜ｔ５の逆送減速期間に入り、上記の逆送ピーク値から０へと減速する。この期間中は、アーク期間が継続している。

［時刻ｔ５〜ｔ９の正送期間の動作］
同図（Ａ）に示すように、送給速度Ｆｗは時刻ｔ５〜ｔ６の正送加速期間に入り、０から上記の正送ピーク値まで加速する。この期間中は、アーク期間のままである。

時刻ｔ６において正送加速期間が終了すると、同図（Ａ）に示すように、送給速度Ｆｗは時刻ｔ６〜ｔ８の正送ピーク期間に入り、上記の正送ピーク値になる。この期間中の時刻ｔ７において、正送によって短絡が発生する。これに応動して、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はこれ以降の短絡期間中は次第に増加する。

時刻ｔ８において正送ピーク期間が終了すると、同図（Ａ）に示すように、時刻ｔ８〜ｔ９の正送減速期間に入り、上記の正送ピーク値から０へと減速する。この期間中は、短絡期間が継続している。

これ以降は、上記の逆送期間及び上記の正送期間の動作を繰り返す。

送給速度Ｆｗの台形波の数値例を以下に示す。
周波数Ｓｆ＝１００Ｈｚ（周期Ｔｆ＝１０ｍｓ）、振幅Ｗｆ＝６０ｍ／ｍｉｎ、平均送給速度Ｆａ＝５ｍ／ｍｉｎ、半周期の各傾斜期間＝１．２ｍｓ、ピーク期間＝２．６ｍｓ、ピーク値＝３０ｍ／ｍｉｎの台形波に設定すると、この台形波を平均送給速度Ｆａ＝５ｍ／ｍｉｎだけ正送側にシフトした波形となる。平均溶接電流は約２５０Ａとなる。この場合の各波形パラメータは、以下のようになる。
逆送期間＝４．６ｍｓ、逆送加速期間＝１．０ｍｓ、逆送ピーク期間＝２．６ｍｓ、逆送ピーク値＝−２５ｍ／ｍｉｎ、逆送減速期間＝１．０ｍｓ
正送期間＝５．４ｍｓ、正送加速期間＝１．４ｍｓ、正送ピーク期間＝２．６ｍｓ、正送ピーク値＝３５ｍ／ｍｉｎ、正送減速期間＝１．４ｍｓ

図３は、グロビュール移行形態でアーク溶接を行ったときの送給速度Ｆｗの周波数Ｓｆの適正範囲を示す図である。横軸は周波数Ｓｆ［Ｈｚ］を示し、縦軸は同期短絡比率Ｒｄ［％］を示す。以下、同図を参照して説明する。

同期短絡比率Ｒｄは、単位時間中の正送期間の回数に占める正送期間中に発生した短絡の回数の比率である。Ｒｄ＝１００％のときは、全ての正送期間中に短絡が発生した状態である。Ｒｄ＝９０％のときは、正送期間中に短絡が発生しない非同期状態が１０％あったことを示している。単位時間は、例えば５秒に設定される。

同図の溶接条件は、シールドガスに炭酸ガスを使用し、溶接ワイヤに直径１．２ｍｍの軟鋼ワイヤを使用した場合である。この溶接条件では、平均溶接電流値が２００Ａ以上でグロビュール移行形態となる。溶接ワイヤの材質は軟鋼に限らず鉄であれば、平均溶接電流値が２００Ａ以上になる状態がグロビュール移行形態となる。

同図に示すように、５０Ｈｚのときは８２％となり、６０Ｈｚのときは８９％となり、６５Ｈｚのときは９１％となり、７０Ｈｚのときは９９．５％となり、７５Ｈｚのときは９９．５％となり、８０Ｈｚのときは９９．９％となり、９０Ｈｚのときは９９．９％となり、１００Ｈｚのときは９９．９％となり、１１０Ｈｚのときは９９．９％となり、１１５Ｈｚのときは９９．５％となり、１２０Ｈｚのときは９９．５％となり、１２５Ｈｚのときは８９％となり、１３０Ｈｚのときは８２％となり、１４０Ｈｚのときは８２％となる。

周波数Ｓｆが７０〜１２０Ｈｚの範囲では同期短絡比率Ｒｄ＞９９％となり、送給速度Ｆｗの１周期ごとに短絡期間及びアーク期間が発生する略完全な同期状態になる。このために、グロビュール移行溶接において、スパッタ発生量の少ないビード外観が美麗な高品質な溶接を行うことができる。周波数Ｓｆがこの範囲外になると、非同期短絡が多く発生するようになり、溶接状態が不安定状態に陥りやすくなるので、スパッタ発生量が多くなりビード外観も悪くなる。

さらに、周波数Ｓｆが８０〜１１０Ｈｚの範囲では、同期短絡比率が一段と高くなり、溶接状態の安定性がさらに良好となる。したがって、グロビュール移行溶接において、送給速度Ｆｗの周波数Ｓｆの適正範囲は７０〜１２０Ｈｚの範囲となり、望ましくは８０〜１１０Ｈｚの範囲となる。

周波数Ｓｆが上記の適正範囲よりも低い場合には、アーク期間が長くなり、溶滴が過大となり、溶滴に作用する持ち上げ力が強いために短絡の発生が阻害されて非同期短絡が多く発生する。周波数Ｓｆが上記の適正範囲よりも高い場合には、アーク期間が短くなり溶滴が過小となり、非同期短絡が発生しやすくなる。周波数Ｓｆが適正範囲にある場合には、アーク期間中に形成される溶滴が適正サイズとなるので、同期短絡が発生することになる。周波数Ｓｆの適正範囲は、従来技術での４０Ｈｚ未満の約２〜３倍の範囲となる。

上述した実施の形態１によれば、正逆送給制御によるアーク溶接において、溶滴移行形態がグロビュール移行形態であるときは、送給速度の周波数を７０〜１２０Ｈｚの範囲に設定する。これにより、周波数に同期して短絡期間及びアーク期間が発生する略完全な同期状態となる。このために、スパッタ発生量の少ない、ビード外観の美麗な高品質溶接を行うことができる。

［実施の形態２］
実施の形態２の発明は、正逆送給制御中の同期短絡比率Ｒｄを算出し、この同期短絡比率Ｒｄが最大値になるように送給速度の周波数を自動調整するものである。

図４は、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、同一の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に電圧検出回路ＶＤ、短絡判別回路ＳＤ及び同期短絡比率演算回路ＲＤを追加し、図１の周波数設定回路ＳＦＲを第２周波数設定回路ＳＦＲ２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、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、この値が短絡判別値（１０Ｖ程度）未満のときは短絡期間であると判別してＨｉｇｈレベルとなり、以上のときはアーク期間であると判別してＬｏｗレベルとなる短絡判別信号Ｓｄを出力する。

同期短絡比率演算回路ＲＤは、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、単位時間中の正送期間の回数Ｎｓを送給速度設定信号Ｆｒから計数し、同時に正送期間中に短絡判別信号ＳｄがＬｏｗレベルからＨｉｇｈレベル（短絡）に変化した回数Ｎｄを計数し、（Ｎｄ／Ｎｓ）・１００を演算して同期短絡比率信号Ｒｄとして出力する。

第２周波数設定回路ＳＦＲ２は、所定範囲内で変化させた周波数設定信号Ｓｆｒを出力し、変化させた周波数設定信号Ｓｆｒごとの同期短絡比率信号Ｒｄを比較し、比較後は同期短絡比率信号Ｒｄが最大値となる値の周波数設定信号Ｓｆｒを出力する。以下に詳細な処理手順を説明する。
１）所定範囲は、図３で上述した適正範囲の７０〜１２０Ｈｚの範囲である。周波数設定信号Ｓｆｒの値を、７０Ｈｚから５Ｈｚ刻みで１２０Ｈｚまで変化させて出力する。
２）周波数設定信号Ｓｆｒの値が変化するごとに同期短絡比率信号Ｒｄの値を記憶する。
３）記憶された同期短絡比率信号Ｒｄの値を比較し、最大値となる周波数設定信号Ｓｆｒの値に固定して出力する。

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４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と同様である。但し、送給速度Ｆｗの周波数Ｓｆが自動調整される点は異なっている。

上述した実施の形態２によれば、正逆送給制御中の同期短絡比率を算出し、この同期短絡比率が最大値になるように周波数を自動調整し、同期短絡比率は単位時間中の正送期間の回数に占める正送期間中に発生した短絡の回数の比率である。これにより、本実施の形態では、グロビュール移行溶接が良好な溶接状態となる周波数の適正範囲内において、溶接状態が最も安定している周波数に自動調整することができる。溶接状態が最も安定していることを、同期短絡比率が最大値となることによって判別している。同期短絡比率が最大値のときは、送給速度の周波数に略完全に同期して短絡及びアークが発生している状態のときであり、スパッタ発生量が最も少なくなる。

［実施の形態３］
実施の形態３の発明では、正送期間中に短絡期間になると逆送期間への移行を開始し、逆送期間中にアーク期間になると正送期間への移行を開始する。実施の形態３の発明においては、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、逆送減速期間、正送ピーク値又は逆送ピーク値の少なくとも１つである場合である。実施の形態３の発明では、グロビュール移行形態のときは、上記の波形パラメータを調整して、送給速度の周波数の平均値が所望範囲になるようにしている。すなわち、実施の形態３の発明においては、送給速度の周波数は、一定ではないので、その平均値が所望範囲になるように波形パラメータが調整される。

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の平均送給速度設定回路ＦＡＲ、周波数設定回路ＳＦＲ及び振幅設定回路ＷＦＲ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、予め定めた正送加速期間設定信号Ｔｓｕｒを出力する。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、予め定めた逆送減速期間設定信号Ｔｒｄｒを出力する。

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６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５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５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５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５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５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５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５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５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。

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応動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正送加速期間Ｔｓｕ、正送減速期間Ｔｓｄ、逆送加速期間Ｔｒｕ、逆送減速期間Ｔｒｄ、正送ピーク値Ｗｓｐ又は逆送ピーク値Ｗｒｐの少なくとも１つの値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定範囲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、溶滴移行形態がグロビュール移行形態であるときは、送給速度の波形パラメータである正送加速期間Ｔｓｕ、正送減速期間Ｔｓｄ、逆送加速期間Ｔｒｕ、逆送減速期間Ｔｒｄ、正送ピーク値Ｗｓｐ又は逆送ピーク値Ｗｒｐの少なくとも１つの値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範囲に設定することができる。実施の形態３においては、図３の横軸は単位時間当たりの周波数の平均値を示している。縦軸の同期短絡比率Ｒｄは、正送ピーク期間Ｔｓｐが予め定めた正送基準値に達する前に短絡が発生した比率を示している。これは、正送ピーク期間Ｔｓｐが正送基準値を超えて短絡が発生する状態は、送給速度とアーク状態との同期状態が良好ではないからである。したがって、実施の形態３においては、溶滴移行状態がグロビュール移行形態であるときは、送給速度の波形パラメータを調整して、単位時間当たりの周波数の平均値が図３で示す適正範囲に入るようにすれば良い。上記の正送基準値は、例えば７ｍｓである。

上述した実施の形態３によれば、正送期間中に短絡期間になると逆送期間への移行を開始し、逆送期間中にアーク期間になると正送期間への移行を開始する。この場合にも、実施の形態１と同様の効果を奏することができる。

上述した実施の形態１〜３では、送給速度が台形波状に変化する場合であるが、正弦波状、三角波状等に変化する場合も同様である。

本発明によれば、正逆送給制御によるアーク溶接において、グロビュール移行形態のときに良好な溶接状態とな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、２０１５年２月２日出願の日本特許出願（特願２０１５−０１８３５９）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
ＥＤ 出力電圧検出回路
Ｅｄ 出力電圧検出信号
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
Ｆａ 平均送給速度
ＦＡＲ 平均送給速度設定回路
Ｆａｒ 平均送給速度設定信号
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
Ｎｄ 正送期間中に発生した短絡の回数
Ｎｓ 正送期間の回数
ＰＭ 電源主回路
ＲＤ 同期短絡比率演算回路
Ｒｄ 同期短絡比率（信号）
ＳＤ 短絡判別回路
Ｓｄ 短絡判別信号
Ｓｆ 周波数
ＳＦＲ 周波数設定回路
Ｓｆｒ 周波数設定信号
Ｔｆ 周期
Ｔｆｒ 周期設定信号
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
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
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 (4)

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る正逆送給制御を行って、短絡期間とアーク期間とを発生させて溶接するアーク溶接制御方法において、
   溶滴移行形態がグロビュール移行形態であるときは、前記送給速度を前記正送期間と前記逆送期間とに切り換える周波数が７０〜１２０Ｈｚの範囲になるように前記送給速度の波形パラメータを設定する、
   ことを特徴とするアーク溶接制御方法。
2. シールドガスが炭酸ガスであり、溶接ワイヤの材質が鉄であり、溶接ワイヤの直径が１．２ｍｍであるときは、前記グロビュール移行形態は平均溶接電流が２００Ａ以上の範囲である、
   ことを特徴とする請求項１記載のアーク溶接制御方法。
3. 前記正逆送給制御中の同期短絡比率を算出し、この同期短絡比率が最大値になるように前記波形パラメータを自動調整し、前記同期短絡比率は単位時間中の前記正送期間の回数に占める前記正送期間中に発生した短絡の回数の比率である、
   ことを特徴とする請求項１又は２記載のアーク溶接制御方法。
4. 前記正送期間中に前記短絡期間になると前記逆送期間への移行を開始し、前記逆送期間中に前記アーク期間になると前記正送期間への移行を開始する、
   ことを特徴とする請求項１又は２記載のアーク溶接制御方法。
   
   

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