WO2015105151A1 - アーク溶接制御方法 - Google Patents

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    • B23K9/095—Monitoring or automatic control of welding parameters
    • B23K9/0953—Monitoring or automatic control of welding parameters using computing means

Definitions

  • the present invention provides a push-pull feed by a push-side feed motor that rotates forward at a feed speed set by a push feed speed setting value and a pull-side feed motor that periodically repeats forward feed and reverse feed rotations.
  • the present invention relates to an arc welding control method in which a welding wire is fed by feed control and welding is performed by generating a short circuit period and an arc period.
  • a welding wire as a consumable electrode is fed at a constant speed, and an arc is generated between the welding wire and the base material to perform welding.
  • the welding wire and the base material are often in a welding state in which a short circuit period and an arc period are alternately repeated.
  • FIG. 3 is a waveform diagram in a welding method that employs a push-pull control system and periodically repeats forward and reverse feeding speeds.
  • FIG. 5A shows the waveforms of the pull feed speed setting signal Fr (solid line) and the pull feed speed Fw (broken line)
  • FIG. 5B shows the waveform of the welding current Iw
  • FIG. The waveform of the welding voltage Vw is shown, and the same figure (D) shows the waveform of the push feed speed Pw.
  • the pull feed speed setting signal Fr and the pull feed speed Fw are a forward feed period above 0 and a reverse feed period below. Forward feeding is feeding in the direction in which the welding wire is brought closer to the base material, and reverse feeding is feeding in a direction away from the base material.
  • the pull feed speed setting signal Fr changes in a sine wave shape and has a waveform shifted to the forward feed side. The tip of the welding wire is forward / reversely fed at this pull feed speed Fw. Since the average value of the pull feed speed setting signal Fr is a positive value, the welding wire is fed forward on average.
  • the push feed speed Pw is controlled at a constant speed in a normal feed state based on a predetermined push feed speed setting signal (not shown). The average value of the pull feed speed setting signal Fr and the push feed speed setting signal are set to be equal.
  • the pull feed speed setting signal Fr is 0 at time t1
  • the period from time t1 to t2 is the forward acceleration period
  • the period from time t2 to t3 is the forward feed deceleration period, becomes 0 at time t3
  • the period from time t3 to t4 is the reverse feed acceleration period, becomes the maximum reverse feed at time t4, and is the period from time t4 to t5 Is the reverse feed deceleration period.
  • the period from time t5 to t6 again becomes the normal feed acceleration period
  • the period from time t6 to t7 again becomes the normal feed deceleration period.
  • the maximum value for forward feed is 50 m / min
  • the maximum value for reverse feed is ⁇ 40 m / min
  • the period for forward feed is 5.4 ms
  • the period for reverse feed is 4.6 ms.
  • one cycle is 10 ms
  • the short circuit period and the arc period are repeated at 100 Hz.
  • the average value of the pull feed speed Fw is about 4 m / min (the average value of the welding current is about 150 A).
  • the pull feed speed Fw is an actual feed speed, and becomes a sine wave that rises later than the pull feed speed setting signal Fr and falls later.
  • the pull feed speed Fw is 0 at time t11, the period from time t11 to t21 is a normal feed acceleration period, the maximum value of normal feed is at time t21, and the period from time t21 to t31 is a normal feed deceleration period.
  • the period from time t31 to t41 becomes the reverse feed acceleration period, the maximum reverse feed value at time t41, and the period from time t41 to t51 becomes the reverse feed deceleration period.
  • the period from time t51 to t61 again becomes the normal feed acceleration period, and the period from time t61 to t71 again becomes the normal feed deceleration period. This is due to the transient characteristics of the pull feed motor and the feed resistance of the feed path.
  • a constant voltage control welding power source is used for consumable electrode arc welding. Short-circuiting between the welding wire and the base material often occurs before and after the maximum feed value of the pull feed speed Fw at time t21. In the figure, the case occurs at time t22 during the forward feed deceleration period after the maximum value of forward feed. When a short circuit occurs at time t22, the welding voltage Vw rapidly decreases to a short circuit voltage value of several V as shown in FIG. 10C, and the welding current Iw gradually increases as shown in FIG.
  • the pull feed speed Fw is in the reverse feed period from time t31, so that the welding wire is fed back.
  • the short circuit is released by this reverse feed, and the arc is regenerated at time t32.
  • the reoccurrence of the arc often occurs before and after the maximum reverse feed value of the pull feed speed Fw at time t41.
  • the case occurs at time t32 during the reverse acceleration period before the maximum reverse feed value. Therefore, the period from time t22 to t32 is a short circuit period.
  • the welding voltage Vw When the arc is regenerated at time t32, the welding voltage Vw rapidly increases to an arc voltage value of several tens of volts as shown in FIG. As shown in FIG. 5B, the welding current Iw starts to change from the maximum value during the short circuit period.
  • the pull feed speed Fw is in the reverse feed state, so that the welding wire is pulled up and the arc length is gradually increased.
  • the welding voltage Vw increases and the welding current Iw decreases because constant voltage control is performed. Therefore, during the reverse feed period during the arc period from time t32 to t51, the welding voltage Vw gradually increases as shown in FIG. 3C, and the welding current Iw gradually increases as shown in FIG. Get smaller.
  • a period from time t32 to t62 is an arc period.
  • the pull feed speed Fw is in the normal feed state, so the welding wire is fed forward and the arc length is gradually shortened.
  • the welding voltage Vw is reduced and the constant current control is performed, so that the welding current Iw is increased. Therefore, during the forward feed period during the arc period from time t51 to t62, the welding voltage Vw gradually decreases as shown in FIG. 5C, and the welding current Iw gradually increases as shown in FIG. growing.
  • the push-side feed motor is controlled at a constant speed based on the push feed speed setting signal, and the pull-side feed motor performs normal feeding based on the pull feed speed setting signal Fr. Feed control is performed so that the reverse feed is repeated periodically.
  • the front end of the welding wire repeats forward feed and reverse feed at the pull feed speed Fw.
  • the waveform of the pull feed speed setting signal Fr and the waveform of the pull feed speed Fw that change periodically are the transient characteristics of the pull side feed motor and the feed resistance of the feed path (hereinafter, summarized). This is caused by the influence of the fluctuation of the feeding resistance). Different types of pull-side feed motors will use different transient characteristics.
  • the feeding resistance of the feeding path is different. Furthermore, when welding is repeated, the feeding path gradually wears and the feeding resistance changes. A shift between the waveform of the pull feed speed setting signal Fr and the waveform of the pull feed speed Fw changes with the fluctuation of the feed resistance. That is, even if the pull feed speed setting signal Fr remains the same and does not change, the pull feed speed Fw changes as the feed resistance fluctuates. In such a state, a deviation occurs between the push feed speed Pw, which is a constant speed value, and the average value of the pull feed speed Fw, so that the feed state of the welding wire becomes unstable and the welding state becomes worse.
  • An object of the present invention is to provide an arc welding control method capable of
  • the present invention Welding by push-pull feed control by a push-side feed motor that rotates forward at the feed speed set by the push feed speed setting value and a pull-side feed motor that periodically repeats forward feed rotation and reverse feed rotation
  • a push-side feed motor that rotates forward at the feed speed set by the push feed speed setting value
  • a pull-side feed motor that periodically repeats forward feed rotation and reverse feed rotation
  • Detecting an average feeding speed of the pull-side feeding motor, and correcting the push feeding speed setting value to the detected average feeding speed of the pull-side feeding motor It is characterized by this.
  • the present invention stores the corrected push feed speed setting value at the end of welding. It is characterized by this.
  • the push feed speed setting value is corrected following this, so that the pull side
  • the feed speed of the push-side feed motor is controlled to be equal to the average feed speed of the feed motor.
  • the average feeding speed of the pull-side feeding motor is always equal to the feeding speed of the push-side feeding motor, and the welding state of the welding wire is stable.
  • the welding wire feeding state is stably maintained even when feeding resistance fluctuates in welding in which forward and reverse feeding of the welding wire is periodically repeated by push-pull feeding control. can do.
  • FIG. 1 is a block diagram of a welding power source for carrying out an arc welding control method according to Embodiment 1 of the present invention. Hereinafter, each block will be described with reference to FIG.
  • the power supply main circuit MC receives a commercial power supply (not shown) such as a three-phase 200V, performs output control by inverter control or the like according to a drive signal Dv described later, and outputs an output voltage E.
  • a commercial power supply such as a three-phase 200V
  • the power supply main circuit MC is driven by a primary rectifier that rectifies commercial power, a smoothing capacitor that smoothes the rectified direct current, and the drive signal Dv that converts the smoothed direct current to high-frequency alternating current.
  • An inverter circuit a high-frequency transformer that steps down the high-frequency alternating current to a voltage value suitable for welding, and a secondary rectifier that rectifies the stepped-down high-frequency alternating current into direct current.
  • the reactor WL smoothes the output voltage E described above.
  • the inductance value of the reactor WL is, for example, 200 ⁇ H.
  • the push-side feed motor PM is controlled at a constant speed at a push feed speed Pw with a push feed control signal Pc described later as an input.
  • the push-side feed motor PM includes an encoder (not shown), and a push feed speed detection signal Pd is output from this encoder.
  • the pull-side feeding motor WM feeds the welding wire 1 at a pull feeding speed Fw by periodically repeating forward feeding and reverse feeding with a pull feeding control signal Fc described later as an input.
  • the pull-side feed motor WM includes an encoder (not shown), and a pull feed speed detection signal Fd is output from this encoder.
  • the welding wire 1 passes through the welding torch 4 by the rotation of the push-side feeding roll 6 coupled to the push-side feeding motor PM and the pull-side feeding roll 5 coupled to the pull-side feeding motor WM.
  • An arc 3 is generated between the base material 2 and the base material 2.
  • a welding voltage Vw is applied between the power feed tip (not shown) in the welding torch 4 and the base material 2, and a welding current Iw is conducted.
  • the output voltage setting circuit ER outputs a predetermined output voltage setting signal Er.
  • the output voltage detection circuit ED detects and smoothes the output voltage E and outputs an output voltage detection signal Ed.
  • the voltage error amplification circuit EA receives the output voltage setting signal Er and the output voltage detection signal Ed, and amplifies an error between the output voltage setting signal Er (+) and the output voltage detection signal Ed ( ⁇ ).
  • the voltage error amplification signal Ea is output.
  • the welding power source is controlled at a constant voltage.
  • the welding start circuit ST outputs a welding start signal St that becomes High level or Low level in response to turning on or off of the torch switch.
  • this welding start signal St becomes high level, welding is started, and when it becomes low level, it is stopped.
  • the drive circuit DV receives the welding start signal St and the voltage error amplification signal Ea. When the welding start signal St is at a high level, the drive circuit DV performs PWM modulation control based on the voltage error amplification signal Ea, and performs the inverter A drive signal Dv for driving the circuit is output.
  • the average feed speed setting circuit FAR outputs a predetermined average feed speed setting signal Far.
  • the pull average feed speed detection circuit FAD receives the pull feed speed detection signal Fd described above, calculates an average value of this signal, and outputs a pull average feed speed detection signal Fad.
  • the feed error amplifying circuit EF receives the pull average feed speed detection signal Fad and the push feed speed detection signal Pd, and receives the pull average feed speed detection signal Fad (+) and the push feed speed detection signal Pd.
  • the error with ( ⁇ ) is amplified, and a feed error amplification signal Ef is output.
  • the push feed speed setting circuit PR receives the average feed speed setting signal Far, the push feed speed correction signal Ps described later, and the welding start signal St, and performs the following processing to set the push feed speed.
  • the signal Pr is output. 1)
  • the push feed speed setting signal Pr whose initial value is the value of the average feed speed setting signal Far is output. 2) When the welding start signal St changes from the high level (start) to the low level (stop), the value of the push feed speed correction signal Ps at that time is overwritten and stored in the push feed speed setting signal Pr.
  • the feed error amplification signal Ef is a positive value
  • the value of the push feed speed detection signal Pd is smaller than the value of the pull average feed speed detection signal Fad. Modified to increase.
  • the feed error amplification signal Ef is a negative value
  • the push feed speed correction signal Ps is corrected so as to decrease. The correction is performed within a change range set by the lower limit value and the upper limit value.
  • the push feed control circuit PC receives the push feed speed correction signal Ps and the welding start signal St, and when the welding start signal St is at a high level (start), the push feed speed correction signal Ps is set to the value of the push feed speed correction signal Ps.
  • a push feed control signal Pc for feeding the welding wire 1 at the corresponding push feed speed Pw is output to the push side feed motor PM, and when the welding start signal St is at the low level (stop), the feed is performed.
  • a push feed control signal Pc serving as a feed stop command is output.
  • the pull feed speed setting circuit FR receives the average feed speed setting signal Far as an input, and periodically feeds forward and reverse feeds stored corresponding to the average feed speed setting signal Far.
  • a pull feed speed setting signal Fr of a speed pattern is output. When this pull feed speed setting signal Fr is 0 or more, it is a forward feed period, and when it is less than 0, it is a reverse feed period.
  • the pull feeding control circuit FC receives the pull feeding speed setting signal Fr and the welding start signal St, and when the welding start signal St is at a high level (start), the pull feeding speed setting signal Fr is set to the value of the pull feeding speed setting signal Fr.
  • a pull feed control signal Fc for feeding the welding wire 1 at the corresponding pull feed speed Fw is output to the pull side feed motor WM, and when the welding start signal St is at the low level (stop), the feed is performed.
  • a pull feed control signal Fc serving as a feed stop command is output.
  • FIG. 2 is a timing chart of each signal in the welding power source of FIG. 1 for explaining the arc welding control method according to the first embodiment of the present invention.
  • FIG. 4A shows the time change of the pull feed speed setting signal Fr
  • FIG. 4B shows the time change of the pull feed speed detection signal Fd
  • FIG. 3C shows the pull average feed speed detection.
  • the time change of the signal Fad is shown
  • FIG. 5D shows the time change of the push feed speed correction signal Ps
  • FIG. 5E shows the time change of the push feed speed detection signal Pd.
  • the temporal changes of the welding current Iw and the welding voltage Vw are the same as in FIG.
  • a description will be given with reference to FIG.
  • the pull feed speed setting signal Fr is a waveform for five cycles during welding, and is the same sine wave waveform determined in advance for each cycle.
  • a positive value is a forward feed command, and a negative value is a reverse feed command.
  • the pull feed speed detection signal Fd is a waveform that deviates from the pull feed speed setting signal Fr and changes in a sine wave shape, and the waveform after the third cycle is more than the previous waveform. Also, the average value changes. This is because the feeding resistance fluctuated and increased from time t1, which is the start time of the third cycle.
  • the pull average feed speed detection signal Fad is a constant value until time t1, gradually decreases from time t1, and starts at the fourth period. After t2, the value is smaller than the value before time t1 and becomes a constant value.
  • the push feed speed correction signal Ps shown in FIG. 4D and the push feed speed detection signal Pd shown in FIG. 5E are the pull average feed speed detection signal Fad shown in FIG. It is equal to. Since the feed resistance fluctuates from time t1 so as to increase, the pull average feed speed detection signal Fad becomes small, and as a result, the state of Pd ⁇ Fad is obtained. Therefore, the push feed speed correction circuit PS shown in FIG.
  • the push feed speed detection signal Pd also decreases from time t1.
  • the push feed speed correction signal Ps becomes smaller from time t1, and becomes a constant value after time t2.
  • the push feed speed detection signal Pd also decreases from time t1, and becomes a constant value after time t2.
  • the push feed speed correction signal Ps is corrected following this, so the average of the pull feed speed Fw
  • the push feed speed Pw is controlled to be equal to the value.
  • the average value of the pull feed speed Fw is always equal to the push feed speed Pw, and the feed state of the welding wire becomes stable.
  • the push feed speed correction signal Ps may be corrected in synchronization with the period of the pull feed speed setting signal Fr or the pull feed speed detection signal Fd, and may be corrected every predetermined period.
  • the pull feed speed setting signal Fr changes in a sine wave shape is exemplified, but it may be changed in a trapezoidal wave shape, a triangular wave shape, or the like.
  • the average feed speed of the pull-side feed motor is detected, and the push feed speed set value is corrected to the detected average feed speed of the pull-side feed motor.
  • the push feed speed setting value is corrected following this.
  • Push feed speed correction signal Ps the feed speed of the push feed motor (push feed speed Pw) is controlled to be equal to the average feed speed of the pull side feed motor.
  • the average feed speed of the pull-side feed motor is always equal to the feed speed of the push feed motor, and the feed state of the welding wire is stable. For this reason, in this embodiment, the welding wire feeding state is stable even when the feeding resistance fluctuates in welding in which the forward and backward feeding wires are periodically repeated by push-pull feeding control. Can be maintained.
  • the corrected push feed speed setting value can be stored at the end of welding. That is, it is possible to store the push feed speed setting value finally corrected at the time when the welding is completed. Thereby, in the next welding, since welding can be started with the corrected push feed speed setting value that has been corrected, it is possible to further stabilize the welding quality.
  • a change range is provided for the correction value of the push feed speed setting value. That is, the change range is limited by setting an upper limit value and a lower limit value as correction values.
  • This change range is set as a range in which the welding state is stable. Thereby, it can suppress that a welding state becomes an unstable state by correction.
  • the welding wire feeding state can be stably maintained even when the feeding resistance fluctuates in welding in which forward feeding and reverse feeding of the welding wire are periodically repeated by push-pull feeding control. It is possible to provide an arc welding control method capable of

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Abstract

プッシュ送給速度修正信号（Ｐｓ）に基づいて定速で正送回転するプッシュ側送給モータ（ＰＭ）及びプル送給速度設定信号（Ｆｒ）に基づいて正送回転と逆送回転とを周期的に繰り返すプル側送給モータ（ＷＭ）によるプッシュプル送給制御によって溶接ワイヤ（１）を送給し、短絡期間とアーク期間とを発生させて溶接を行う。プル側送給モータ（ＷＭ）の平均送給速度（Ｆａｄ）を検出し、プッシュ送給速度修正信号（Ｐｓ）をこの検出されたプル側送給モータ（ＷＭ）の平均送給速度（Ｆａｄ）に修正する。これにより、送給抵抗が変動してプル側送給モータ（ＷＭ）の平均送給速度（Ｆａｄ）が変動しても、プッシュ側送給（ＰＭ）モータの送給速度（Ｆｄ）が追従するように制御されるので、溶接ワイヤの送給状態が安定化するとともに、溶接状態を良好にする。

Description

アーク溶接制御方法
　本発明は、プッシュ送給速度設定値で設定された送給速度で正送回転するプッシュ側送給モータ及び正送回転と逆送回転とを周期的に繰り返すプル側送給モータによるプッシュプル送給制御によって溶接ワイヤを送給し、短絡期間とアーク期間とを発生させて溶接を行う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１参照）。
　この溶接方法においては、溶接ワイヤの正送状態と逆送状態とを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状態で定速制御され、プル側送給モータは正送と逆送とを周期的に繰り返す送給制御が行われる。以下、この溶接方法について説明する。
　図３は、プッシュプル制御系を採用して送給速度の正送と逆送とを周期的に繰り返す溶接方法における波形図である。同図（Ａ）はプル送給速度設定信号Ｆｒ（実線）及びプル送給速度Ｆｗ（破線）の波形を示し、同図（Ｂ）は溶接電流Ｉｗの波形を示し、同図（Ｃ）は溶接電圧Ｖｗの波形を示し、同図（Ｄ）はプッシュ送給速度Ｐｗの波形を示す。以下、同図を参照して説明する。
同図（Ａ）に示すように、プル送給速度設定信号Ｆｒ及びプル送給速度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。プル送給速度設定信号Ｆｒ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。溶接ワイヤの先端は、このプル送給速度Ｆｗで正逆送されている。プル送給速度設定信号Ｆｒの平均値は正の値となっているので、溶接ワイヤは平均的には正送されている。同図（Ｄ）に示すように、プッシュ送給速度Ｐｗは予め定めたプッシュ送給速度設定信号（図示は省略）に基づいて正送状態で定速制御されている。プル送給速度設定信号Ｆｒの平均値とプッシュ送給速度設定信号とは等しくなるように設定されている。
　同図（Ａ）の実線で示すように、プル送給速度設定信号Ｆｒ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。例えば、正送の最大値は５０ｍ／ｍｉｎであり、逆送の最大値は－４０ｍ／ｍｉｎであり、正送の期間は５．４ｍｓであり、逆送の期間は４．６ｍｓである。この場合は、１周期は１０ｍｓとなり、短絡期間とアーク期間とが１００Ｈｚで繰り返されることになる。この場合のプル送給速度Ｆｗの平均値は約４ｍ／ｍｉｎ（溶接電流平均値は約１５０Ａ）となる。
　同図（Ａ）の破線で示すように、プル送給速度Ｆｗは実際の送給速度であり、プル送給速度設定信号Ｆｒよりも遅れて立ち上がり、遅れて立ち下る正弦波となる。プル送給速度Ｆｗは、時刻ｔ１１時点では０であり、時刻ｔ１１～ｔ２１の期間は正送加速期間となり、時刻ｔ２１で正送の最大値となり、時刻ｔ２１～ｔ３１の期間は正送減速期間となり、時刻ｔ３１で０となり、時刻ｔ３１～ｔ４１の期間は逆送加速期間となり、時刻ｔ４１で逆送の最大値となり、時刻ｔ４１～ｔ５１の期間は逆送減速期間となる。そして、時刻ｔ５１～ｔ６１の期間は再び正送加速期間となり、時刻ｔ６１～ｔ７１の期間は再び正送減速期間となる。このようになるのは、プル送給モータの過渡特性及び送給経路の送給抵抗のためである。
　消耗電極式アーク溶接には定電圧制御の溶接電源が使用される。溶接ワイヤと母材との短絡は、時刻ｔ２１のプル送給速度Ｆｗの正送最大値の前後で発生することが多い。同図では、正送の最大値の後の正送減速期間中の時刻ｔ２２で発生した場合である。時刻ｔ２２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、プル送給速度Ｆｗは、時刻ｔ３１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ｔ３２においてアークが再発生する。アークの再発生は、時刻ｔ４１のプル送給速度Ｆｗの逆送の最大値の前後で発生することが多い。同図では、逆送の最大値の前の逆送加速期間中の時刻ｔ３２で発生した場合である。したがって、時刻ｔ２２～ｔ３２の期間が短絡期間となる。
　時刻ｔ３２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ｔ３２～ｔ５１の期間中は、同図（Ａ）に示すように、プル送給速度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、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ｔ３２～ｔ５１のアーク期間中の逆送期間中は、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ｔ６１～ｔ７１のプル送給速度Ｆｗの正送減速期間中の時刻ｔ６２に発生する。時刻ｔ３２～ｔ６２の期間がアーク期間となる。時刻ｔ５１～ｔ６２の期間中は、同図（Ａ）に示すように、プル送給速度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、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ｔ５１～ｔ６２のアーク期間中の正送期間中は、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。
　上述したように、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
　上述したように、従来技術では、プッシュ側送給モータはプッシュ送給速度設定信号に基づいて定速制御されており、プル側送給モータはプル送給速度設定信号Ｆｒに基づいて正送と逆送とを周期的に繰り返すように送給制御されている。溶接ワイヤの先端は、プル送給速度Ｆｗで正送と逆送とを繰り返している。上述したように、周期的に変化するプル送給速度設定信号Ｆｒの波形とプル送給速度Ｆｗの波形とは、プル側送給モータの過渡特性及び送給経路の送給抵抗（以下、まとめて送給抵抗の変動という）の影響によってずれが生じる。使用するプル側送給モータの種類が異なると過渡特性が異なる。また、使用する溶接トーチの種類が異なると送給経路の送給抵抗が異なる。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変化する。これらの送給抵抗の変動に伴ってプル送給速度設定信号Ｆｒの波形とプル送給速度Ｆｗの波形とのずれが変化する。すなわち、プル送給速度設定信号Ｆｒが同一のままで変化していなくても、プル送給速度Ｆｗは送給抵抗の変動に伴って変化することになる。このような状態になると、定速値であるプッシュ送給速度Ｐｗとプル送給速度Ｆｗの平均値とにズレが生じ、溶接ワイヤの送給状態が不安定になり、溶接状態が悪くなる。
　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周期的に繰り返す溶接において、送給抵抗が変動しても、溶接ワイヤの送給状態を安定に維持する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。
　本発明は、
プッシュ送給速度設定値で設定された送給速度で正送回転するプッシュ側送給モータ及び正送回転と逆送回転とを周期的に繰り返すプル側送給モータによるプッシュプル送給制御によって溶接ワイヤを送給し、短絡期間とアーク期間とを発生させて溶接を行うアーク溶接制御方法において、
　前記プル側送給モータの平均送給速度を検出し、前記プッシュ送給速度設定値をこの検出された前記プル側送給モータの前記平均送給速度に修正する、
ことを特徴とするものである。
　本発明は、溶接終了時に、前記修正された前記プッシュ送給速度設定値を記憶する、
ことを特徴とするものである。
　本発明によれば、送給抵抗が変動して、プル側送給モータの平均送給速度が変動しても、これに追従してプッシュ送給速度設定値が修正されるために、プル側送給モータの平均送給速度と等しくなるようにプッシュ側送給モータの送給速度が制御される。この結果、常に、プル側送給モータの平均送給速度とプッシュ側送給モータの送給速度とが等しい状態となり、溶接ワイヤの送給状態は安定になる。このために、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周期的に繰り返す溶接において、送給抵抗が変動しても、溶接ワイヤの送給状態を安定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説明するための図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。 従来技術において、プッシュプル制御系を採用して送給速度の正送と逆送とを周期的に繰り返す溶接方法における波形図である。
　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。
　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、プッシュ送給速度Ｐｗで定速制御される。プッシュ側送給モータＰＭ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ッシュ送給速度検出信号Ｐｄが出力される。
　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、正送と逆送とを周期的に繰り返して溶接ワイヤ１をプル送給速度Ｆｗで送給する。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が印加し、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ＥＡ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Ｅａ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。
　溶接開始回路ＳＴは、トーチスイッチのオン又はオフに対応してＨｉｇｈレベル又はＬｏｗレベルになる溶接開始信号Ｓｔを出力する。この溶接開始信号ＳｔがＨｉｇｈレベルになると溶接が開始され、Ｌｏｗレベルになると停止される。
　駆動回路ＤＶは、この溶接開始信号Ｓｔ及び上記の電圧誤差増幅信号Ｅａを入力として、溶接開始信号ＳｔがＨｉｇｈレベルのときは、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。
　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。プル平均送給速度検出回路ＦＡＤは、上記のプル送給速度検出信号Ｆｄを入力として、この信号の平均値を算出して、プル平均送給速度検出信号Ｆａｄを出力する。送給誤差増幅回路ＥＦは、このプル平均送給速度検出信号Ｆａｄ及び上記のプッシュ送給速度検出信号Ｐｄを入力として、プル平均送給速度検出信号Ｆａｄ（＋）とプッシュ送給速度検出信号Ｐｄ（－）との誤差を増幅して、送給誤差増幅信号Ｅｆを出力する。
　プッシュ送給速度設定回路ＰＲは、上記の平均送給速度設定信号Ｆａｒ、後述するプッシュ送給速度修正信号Ｐｓ及び上記の溶接開始信号Ｓｔを入力として、以下の処理を行ない、プッシュ送給速度設定信号Ｐｒを出力する。
１）初期値が平均送給速度設定信号Ｆａｒの値であるプッシュ送給速度設定信号Ｐｒを出力する。
２）溶接開始信号ＳｔがＨｉｇｈレベル（開始）からＬｏｗレベル（停止）に変化したときは、その時点におけるプッシュ送給速度修正信号Ｐｓの値をプッシュ送給速度設定信号Ｐｒに上書き記憶する。
　プッシュ送給速度修正回路ＰＳは、このプッシュ送給速度設定信号Ｐｒ及び上記の送給誤差増幅信号Ｅｆを入力として、溶接中はＰｓ＝Ｐｒ＋∫Ｅｆ・ｄｔの演算によって修正を行い、プッシュ送給速度修正信号Ｐｓとして出力する。送給誤差増幅信号Ｅｆが正の値のときは、プッシュ送給速度検出信号Ｐｄの値がプル平均送給速度検出信号Ｆａｄの値よりも小さい場合であるので、プッシュ送給速度修正信号Ｐｓは増加するように修正される。逆に、送給誤差増幅信号Ｅｆが負の値のときは、プッシュ送給速度修正信号Ｐｓは減少するように修正される。修正は、下限値と上限値とによって設定された変化範囲内で行なわれる。
　プッシュ送給制御回路ＰＣは、このプッシュ送給速度修正信号Ｐｓ及び上記の溶接開始信号Ｓｔを入力として、溶接開始信号ＳｔがＨｉｇｈレベル（開始）のときはプッシュ送給速度修正信号Ｐｓの値に相当するプッシュ送給速度Ｐｗで溶接ワイヤ１を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に出力し、溶接開始信号ＳｔがＬｏｗレベル（停止）のときは送給停止指令となるプッシュ送給制御信号Ｐｃを出力する。
　プル送給速度設定回路ＦＲは、上記の平均送給速度設定信号Ｆａｒを入力として、平均送給速度設定信号Ｆａｒに対応して記憶されている正送と逆送とを周期的に繰り返す送給速度パターンのプル送給速度設定信号Ｆｒを出力する。このプル送給速度設定信号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。
　プル送給制御回路ＦＣは、このプル送給速度設定信号Ｆｒ及び上記の溶接開始信号Ｓｔを入力として、溶接開始信号ＳｔがＨｉｇｈレベル（開始）のときは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に出力し、溶接開始信号ＳｔがＬｏｗレベル（停止）のときは送給停止指令となるプル送給制御信号Ｆｃ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説明するための図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）はプル送給速度設定信号Ｆｒの時間変化を示し、同図（Ｂ）はプル送給速度検出信号Ｆｄの時間変化を示し、同図（Ｃ）はプル平均送給速度検出信号Ｆａｄの時間変化を示し、同図（Ｄ）はプッシュ送給速度修正信号Ｐｓの時間変化を示し、同図（Ｅ）はプッシュ送給速度検出信号Ｐｄの時間変化を示す。同図において、溶接電流Ｉｗ及び溶接電圧Ｖｗの時間変化は図３と同一であるので図示は省略している。以下、同図を参照して説明する。
　同図（Ａ）に示すように、プル送給速度設定信号Ｆｒは、溶接中の５周期分の波形であり、各周期ともに予め定めた同一の正弦波状の波形である。正の値のときが正送指令となり、負の値のときが逆送指令となる。
　同図（Ｂ）に示すように、プル送給速度検出信号Ｆｄは、プル送給速度設定信号Ｆｒからずれて正弦波状に変化する波形であり、３周期目以降の波形がそれ以前の波形よりも平均値が小さくなるように変化している。これは、３周期目の開始時点である時刻ｔ１から送給抵抗が変動して大きくなったためである。
　これに応動して、同図（Ｃ）に示すように、プル平均送給速度検出信号Ｆａｄは、時刻ｔ１までは一定値であり、時刻ｔ１から次第に小さくなり、４周期目が開始される時刻ｔ２以降は時刻ｔ１以前の値よりも小さな値で一定値となる。同図（Ｄ）に示すプッシュ送給速度修正信号Ｐｓ及び同図（Ｅ）に示すプッシュ送給速度検出信号Ｐｄは、時刻ｔ１以前は同図（Ｃ）に示すプル平均送給速度検出信号Ｆａｄと等しくなっている。時刻ｔ１から送給抵抗が大きくなるように変動したために、プル平均送給速度検出信号Ｆａｄは小さくなり、この結果、Ｐｄ＜Ｆａｄの状態となる。このために、図１のプッシュ送給速度修正回路ＰＳによって、同図（Ｅ）に示すプッシュ送給速度修正信号Ｐｓが修正されて小さくなる。これに伴って、同図（Ｄ）に示すように、プッシュ送給速度検出信号Ｐｄも時刻ｔ１から小さくなる。このようにして、同図（Ｅ）に示すように、プッシュ送給速度修正信号Ｐｓは、時刻ｔ１から小さくなり、時刻ｔ２以降は一定値となる。そして、同図（Ｄ）に示すように、プッシュ送給速度検出信号Ｐｄも、時刻ｔ１から小さくなり、時刻ｔ２以降は一定値となる。
　したがって、送給抵抗が変動して、プル送給速度Ｆｗの平均値が変動しても、これに追従してプッシュ送給速度修正信号Ｐｓが修正されるために、プル送給速度Ｆｗの平均値と等しくなるようにプッシュ送給速度Ｐｗが制御される。この結果、常に、プル送給速度Ｆｗの平均値とプッシュ送給速度Ｐｗとが等しい状態となり、溶接ワイヤの送給状態は安定になる。
　上記において、プッシュ送給速度修正信号Ｐｓの修正を、プル送給速度設定信号Ｆｒ又はプル送給速度検出信号Ｆｄの周期と同期して行い、所定周期ごとに修正するようにしても良い。また、上記においては、プル送給速度設定信号Ｆｒが正弦波状に変化する場合を例示したが、台形波状、三角波状等に変化するようにしても良い。
　上述した実施の形態１によれば、プル側送給モータの平均送給速度を検出し、プッシュ送給速度設定値をこの検出されたプル側送給モータの平均送給速度に修正する。これにより、送給抵抗が変動して、プル側送給モータの平均送給速度（プル送給速度Ｆｗの平均値）が変動しても、これに追従してプッシュ送給速度設定値が修正（プッシュ送給速度修正信号Ｐｓ）されるために、プル側送給モータの平均送給速度と等しくなるようにプッシュ送給モータの送給速度（プッシュ送給速度Ｐｗ）が制御される。この結果、常に、プル側送給モータの平均送給速度とプッシュ送給モータの送給速度とが等しい状態となり、溶接ワイヤの送給状態は安定になる。このために、本実施の形態では、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周期的に繰り返す溶接において、送給抵抗が変動しても、溶接ワイヤの送給状態を安定に維持することができる。
　さらに、実施の形態１によれば、溶接終了時に、修正された前記プッシュ送給速度設定値を記憶することができる。すなわち、溶接が終了した時点における最終的に修正されたプッシュ送給速度設定値を記憶することができる。これにより、次の溶接においては、修正済みの適正なプッシュ送給速度設定値で溶接を開始することができるので、溶接品質の安定化をさらに図ることができる。
　さらに、実施の形態１によれば、プッシュ送給速度設定値の修正値に変化範囲を設けている。すなわち、修正値に上限値と下限値を設定して、変化範囲を制限している。この変化範囲は、溶接状態が安定となる範囲として設定される。これにより、修正によって溶接状態が不安定状態になることを抑制することができる。
　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周期的に繰り返す溶接において、送給抵抗が変動しても、溶接ワイヤの送給状態を安定に維持する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１月１０日出願の日本特許出願（特願２０１４－００３２１７）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     プル側送給ロール
６     プッシュ側送給ロール
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   出力電圧設定回路
Ｅｒ   出力電圧設定信号
ＦＡＤ プル平均送給速度検出回路
Ｆａｄ プル平均送給速度検出信号
ＦＡＲ 平均送給速度設定回路
Ｆａｒ 平均送給速度設定信号
ＦＣ   プル送給制御回路
Ｆｃ   プル送給制御信号
Ｆｄ   プル送給速度検出信号
ＦＲ   プル送給速度設定回路
Ｆｒ   プル送給速度設定信号
Ｆｗ   プル送給速度
Ｉｗ   溶接電流
ＭＣ   電源主回路
ＰＣ   プッシュ送給制御回路
Ｐｃ   プッシュ送給制御信号
Ｐｄ   プッシュ送給速度検出信号
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
ＰＳ   プッシュ送給速度修正回路
Ｐｓ   プッシュ送給速度修正信号
Ｐｗ   プッシュ送給速度
ＳＴ   溶接開始回路
Ｓｔ   溶接開始信号
Ｖｗ   溶接電圧
ＷＬ   リアクトル
ＷＭ   プル側送給モータ

Claims (2)

  1. 　プッシュ送給速度設定値で設定された送給速度で正送回転するプッシュ側送給モータ及び正送回転と逆送回転とを周期的に繰り返すプル側送給モータによるプッシュプル送給制御によって溶接ワイヤを送給し、短絡期間とアーク期間とを発生させて溶接を行うアーク溶接制御方法において、
    　前記プル側送給モータの平均送給速度を検出し、前記プッシュ送給速度設定値をこの検出された前記プル側送給モータの前記平均送給速度に修正する、
    ことを特徴とするアーク溶接制御方法。
  2. 　溶接終了時に、前記修正された前記プッシュ送給速度設定値を記憶する、
    ことを特徴とする請求項１記載のアーク溶接制御方法。
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