JP2014226677A - パルスアーク溶接の出力制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】パルスアーク溶接において、ピーク期間Ｔｐ、ピーク電流Ｉｐ等のパルスパラメータを最適値に安定して自動調整する。【解決手段】溶接ワイヤを送給し、ピーク期間Ｔｐ中のピーク電流Ｉｐ及びベース期間Ｔｂ中のベース電流Ｉｂの通電を１パルス周期Ｔｆとして繰り返して溶接するパルスアーク溶接の出力制御方法において、パルス周期Ｔｆごとに、溶接ワイヤと母材との短絡の発生時期（時刻ｔ２１）を検出し、単位時間当たりの短絡発生時期の分布を表す指標を算出し、この指標に基づいて溶接電流Ｉｗの波形におけるピーク期間Ｔｐ、ピーク電流Ｉｐ等のパルスパラメータを自動調整する。これにより、単位時間ごとに短絡発生時期の分布を統計的に処理した値を自動調整に使用するので、溶滴移行タイミングがばらつきを有していても、パルスパラメータの自動調整を安定して行うことができる。【選択図】 図１

Description

本発明は、溶接ワイヤを送給し、ピーク期間中のピーク電流及びベース期間中のベース電流の通電を１パルス周期として繰り返して溶接するパルスアーク溶接の出力制御方法に関し、特に短絡発生時期に基づいたパルス波形の適正化に関するものである。

溶接ワイヤを一定の速度で送給し、ピーク期間中のピーク電流及びベース期間中のベース電流を１パルス周期とするパルス波形の溶接電流を通電してアークを発生させて溶接する消耗電極式パルスアーク溶接方法が広く使用されている。このパルスアーク溶接方法は、鉄鋼、アルミニウム等の種々の金属材料に対して、スパッタ発生量の少ない高品質の溶接を高効率に行うことができる。

図５は、消耗電極式パルスアーク溶接における一般的な電流・電圧波形図である。同図（Ａ）はアークを通電する溶接電流Ｉｗの波形を示し、同図（Ｂ）は溶接ワイヤと母材との間に印加する溶接電圧Ｖｗの波形を示す。以下、同図を参照して説明する。

時刻ｔ１〜ｔ２のピーク期間Ｔｐ中は、同図（Ａ）に示すように、傾斜を有して立上り、溶滴を形成し移行させるために臨界値以上のピーク電流Ｉｐが通電し、同図（Ｂ）に示すように、傾斜を有して立上り、アーク長に比例したピーク電圧Ｖｐが印加する。時刻ｔ２〜ｔ３のベース期間Ｔｂ中は、同図（Ａ）に示すように、傾斜を有して立下り、溶滴を形成しないために臨界値未満のベース電流Ｉｂが通電し、同図（Ｂ）に示すように、傾斜を有して立下り、アーク長に比例したベース電圧Ｖｂが印加する。時刻ｔ１〜ｔ３を１パルス周期Ｔｆとして繰り返して溶接が行われる。

溶接ワイヤが直径１．２mmの鉄鋼ワイヤである場合、ピーク電流Ｉｐ＝４５０〜５００Ａ、立上りを含むピーク期間Ｔｐ＝１．５〜２．０ms、パルス周期Ｔｆ＝４．０〜１０．０ms、ベース電流Ｉｂ＝３０〜７０Ａ、立上り期間及び立下り期間＝０．５〜１．０ms程度に設定される。

ピーク期間Ｔｐ中は、溶接ワイヤの先端が溶融されて溶滴が成長すると共に、溶滴の上部にピンチ力によるくびれが次第に形成される。そして、時刻ｔ２にベース期間Ｔｂに入り、溶接電流Ｉｗが立ち下ってベース電流Ｉｂに収束した直後の時刻ｔ２１において、溶滴が溶融池に移行する。この移行時には、溶滴が細長く伸びた形状になり溶融池と接触するので、短時間（多くは０．２ms未満）の短絡が発生する。したがって、同図（Ｂ）に示すように、時刻ｔ２１において、溶接電圧Ｖｗが略０Ｖとなり、短絡が発生している。同図（Ａ）に示す溶接電流Ｉｗには変化はなく、ベース電流Ｉｂのままである。但し、短絡期間が基準時間（例えば１ms）以上になると、短絡を早期に解除するために、溶接電流Ｉｗを次第に増加させる制御が行われる。以上のことから、短絡の発生を検出することによって、溶滴移行のタイミングを検出することができる。

パルスアーク溶接を含む消耗電極式アーク溶接では、溶接中のアーク長を適正値に維持することが良好な溶接品質を得るために重要である。このアーク長制御は、以下のように行われる。同図（Ｂ）に示す溶接電圧の平均値Ｖavはアーク長に略比例する。このために、溶接電圧平均値Ｖavを検出し、この溶接電圧平均値Ｖavが適正アーク長に相当する値に設定された溶接電圧設定値Ｖｒ（図示は省略）と等しくなるように、上記のパルス周期Ｔｆ（周波数変調制御）、ピーク期間Ｔｐ（パルス幅変調制御）又はピーク電流Ｉｐ（ピーク電流変調制御）をフィードバック制御によって変化させている。上記のベース電流Ｉｂは所定値に設定される。

周波数変調制御では、ピーク期間Ｔｐ及びピーク電流Ｉｐがパルスパラメータとなり、所定値に設定される。そして、パルス周期Ｔｆ（ベース期間Ｔｂ）がフィードバック制御される。

パルス幅変調制御では、パルス周期Ｔｆ及びピーク電流Ｉｐがパルスパラメータとなり、所定値に設定される。そして、ピーク期間（パルス幅）Ｔｐがフィードバック制御される。

ピーク電流変調制御では、ピーク期間Ｔｐ及びパルス周期Ｔｆがパルスパラメータとなり、所定値に設定される。そして、ピーク電流Ｉｐがフィードバック制御される。

上記の溶接電圧平均値Ｖavは、溶接電圧Ｖｗを検出してローパスフィルタ（カットオフ周波数１〜１０Ｈｚ程度）に通すことによって検出される。

各変調制御において、パルスパラメータは、１パルス周期中に１つの溶滴が移行するいわゆる１パルス周期１溶滴移行状態になるように適正値に設定される。特に、溶滴移行のタイミングが、ピーク期間Ｔｐの終了時点から立下り期間を経て所定期間内で行われるときは、パルスパラメータが最適値に設定されたときである。

上記のパルスパラメータの最適値は、ＪＩＳ規格が同一の溶接ワイヤであっても、溶接ワイヤの銘柄に応じて異なる値となる。さらには、給電チップ・母材間距離（トーチ高さ）、送給速度、溶接速度等によって最適値は変化する。このために、パルスパラメータを最適値に自動調整する制御が提案されている（特許文献１参照）。

特許文献１の発明では、溶接ワイヤと母材との短絡を検出し、この短絡発生時期がパルス周期に対して、早期領域か適正領域か後期領域かを判断し、この判断に基づいてパルスパラメータを自動調整するものである。例えば、自動調整する対象となるパルスパラメータとしてピーク期間Ｔｐを選択した場合、第ｎ回目のパルス周期における短絡発生時期が早期領域であったときはピーク期間Ｔｐを０．１msだけ短くし、第ｎ＋１回目のパルス周期における短絡発生時期が適正領域であったときはピーク機関Ｔｐはそのままの値を維持する。また、第ｍ回目のパルス周期における短絡発生時期が後期領域であったときはピーク機関Ｔｐを０．１msだけ長くする。ｎ及びｍは、正の整数である。このようにして、パルスパラメータの自動調整を行う。

特許第２９７３７１４号公報

上述した従来技術では、パルス周期ごとに短絡発生時期を検出することによって溶滴移行タイミングを検出し、この短絡発生時期がパルス周期に対して早期領域か、適正領域か又は後期領域かを判断し、この判断に基づいてパルスパラメータを自動調整している。

しかし、溶接条件が同一のままでありパルスパラメータが最適値であっても、溶滴移行タイミングはある程度のばらつきを有している。このために、短絡発生時期が早期領域又は後期領域になることが、ある程度の確率で発生する。従来技術では、パルスパラメータが最適値に設定されているにも関わらず、このばらつきに起因してパルスパラメータがパルス周期ごとに常に変化する状態となる場合が生じる。この結果、溶滴移行状態が不安定になる場合が発生する。

そこで、本発明では、溶滴移行タイミングがばらつきを有していても、パルスパラメータの自動調整を安定して行うことができるパルスアーク溶接の出力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、請求項１の発明は、溶接ワイヤを送給し、ピーク期間中のピーク電流及びベース期間中のベース電流の通電を１パルス周期として繰り返して溶接するパルスアーク溶接の出力制御方法において、
前記パルス周期ごとに前記溶接ワイヤと母材との短絡の発生時期を検出し、単位時間当たりの前記短絡発生時期の分布を表す指標を算出し、この指標に基づいて前記溶接電流の波形におけるパルスパラメータを変化させる、
ことを特徴とするパルスアーク溶接の出力制御方法である。

請求項２の発明は、前記パルス周期を早期領域、適正期領域及び後期領域に予め分割し、前記単位時間当たりに検出された前記短絡発生時期を前記早期領域、前記適正期領域又は前記後期領域に分類して計数し、前記指標は前記計数の値が最も大きな領域である、
ことを特徴とする請求項１記載のパルスアーク溶接の出力制御方法である。

請求項３の発明は、前記短絡発生時期を前記ピーク期間の終了時点を基準時点としてそれ以前を負の値としそれ以後を正の値として時間で検出し、前記指標は前記単位時間当たりの前記短絡発生時期を示す前記時間の平均値である、
ことを特徴とする請求項１記載のパルスアーク溶接の出力制御方法である。

従来技術では、パルス周期ごとに、短絡発生時期に基づいてパルスパラメータを自動調整していた。これに対して、本発明によれば、パルス周期を複数含む単位時間ごとに、短絡発生時期を統計的に処理した値に基づいてパルスパラメータを自動調整している。このために、本発明では、溶滴移行タイミングがばらつきを有していても、パルスパラメータの自動調整を安定して行うことができる。

本発明の実施の形態１に係るパルスアーク溶接の出力制御方法を説明するための電流・電圧波形図である。 本発明の実施の形態１に係るパルスアーク溶接の出力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２に係るパルスアーク溶接の出力制御方法を説明するための電流・電圧波形図である。 本発明の実施の形態２に係るパルスアーク溶接の出力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。 従来技術において、消耗電極式パルスアーク溶接における一般的な電流・電圧波形図である。

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］
実施の形態１の発明では、アーク長制御の方式が周波数変調制御であり、自動調整の対象となるパルスパラメータがピーク期間Ｔｐである場合について説明する。したがって、他のパルスパラメータであるピーク電流Ｉｐ及びベース電流Ｉｂは所定値に設定されており、パルス周期Ｔｆがフィードバック制御される。

図１は、本発明の実施の形態１に係るパルスアーク溶接の出力制御方法を説明するための電流・電圧波形図である。同図（Ａ）は溶接電流Ｉｗの波形を示し、同図（Ｂ）は溶接電圧Ｖｗの波形を示す。同図は上述した図５と同一の波形であるので、同じ説明は繰り返さない。以下、同図を参照して、ピーク期間Ｔｐの自動調整制御について説明する。

ステップ１：同図において、パルス周期Ｔｆが開始される時刻ｔ１からピーク期間Ｔｐが終了する時刻ｔ２までを早期領域とし、時刻ｔ２から所定期間Ｔｔが経過する時刻ｔ２２までを適正期領域とし、時刻ｔ２２から次のパルス周期Ｔｆが開始される時刻ｔ３までを後期領域として予め定義する。上記の所定期間Ｔｔは、ピーク電流Ｉｐが立ち下ってベース電流Ｉｂに収束した時点になるように設定される。この所定期間Ｔｔは、パルスパラメータの自動調整制御の過渡応答性及び定常安定性を考慮して実験によって設定される。数値例を挙げると、時刻ｔ１〜ｔ２の早期領域（ピーク期間Ｔｐ）＝２．０ms、時刻ｔ２〜ｔ２２の適正期領域（所定期間Ｔｔ）＝１．５ms、時刻ｔ２２〜ｔ３の後期領域＝０．５〜６．５msとなる。

ステップ２：短絡の発生を判別する。短絡の発生は、同図（Ｂ）に示すように、溶接電圧Ｖｗが０Ｖ程度に低くなることによって判別する。

ステップ３：判別された短絡の発生時期を検出する。そして、予め定めた単位時間ごとに、判別された短絡の発生時期によって早期領域、適正期領域又は後期領域に分類して計数する。単位時間は、０．１〜５．０秒程度の範囲に設定される。パルス周波数は１００〜２５０Ｈｚ程度の範囲であるので、０．１秒間に１０〜２５回の短絡が発生し、５．０秒間に５００〜１２５０回の短絡が発生する。これらの短絡をその発生時期によって上記の３領域に分類して計数することになる。

ステップ４：上記の単位時間ごとに、計数の値が最も大きな領域を判別し、その領域が早期領域であるときは指標Ｓｄ＝１を出力し、適正期領域であるときは指標Ｓｄ＝２を出力し、後期領域であるときは指標Ｓｄ＝３を出力する。この指標Ｓｄは、短絡発生時期の分布を表している。指標Ｓｄが出力された後に、各領域の計数は０にリセットされる。

ステップ５：上記の単位時間ごとに、指標Ｓｄの値に応じてピーク期間Ｔｐを予め定めた修正量Δｄだけ増減させる。修正量Δｄは、正の実数であり、０．０５〜０．３ms程度に設定される。修正量Δｄは、パルスパラメータの自動調整制御のゲインに相当するので、過渡応答性及び定常安定性を考慮して実験によって適正値に設定される。増減は、以下のようにして行う。Ｔｐ(ｍ)は現時点におけるピーク期間の設定値であり、Ｔｐ(ｍ+1)は増減後のピーク期間の設定値である。ｍは１以上の整数である。
Ｓｄ＝１のときＴｐ(m+1)＝Ｔｐ(m)−Δｄ
Ｓｄ＝２のときＴｐ(m+1)＝Ｔｐ(m)
Ｓｄ＝３のときＴｐ(m+1)＝Ｔｐ(m)＋Δｄ

指標Ｓｄ＝１のときは、単位時間当たりに発生した短絡の発生時期が早期領域に最も多く分布していたときであり、この場合はピーク期間Ｔｐの現在の設定値が最適値よりも長いときである。このために、ピーク期間Ｔｐの現在の設定値を修正量Δｄだけ短くしている。

指標Ｓｄ＝２のときは、単位時間当たりに発生した短絡の発生時期が適正期領域に最も多く分布していたときであり、この場合はピーク期間Ｔｐの現在の設定値が最適値であるときである。このために、ピーク期間Ｔｐの現在の設定値をそのまま維持する。

指標Ｓｄ＝３のときは、単位時間当たりに発生した短絡の発生時期が後期領域に最も多く分布していたときであり、この場合はピーク期間Ｔｐの現在の設定値が最適値よりも短いときである。このために、ピーク期間Ｔｐの現在の設定値を修正量Δｄだけ長くしている。

上記のステップ１〜５によってピーク期間Ｔｐの自動調整制御が行われる。上記において、ピーク電流Ｉｐの自動調整制御を同時に行っても良い。この場合には、上記の指標Ｓｄの値に応じてピーク電流Ｉｐを自動調整すれば良い。すなわち、指標Ｓｄ＝１のときはピーク電流Ｉｐの現在の設定値を予め定めた修正量だけ小さくし、Ｓｄ＝２のときはそのまま維持し、Ｓｄ＝３のときは修正量だけ大きくすれば良い。

パルス幅変調制御の場合には、上記の指標Ｓｄの値に応じてパルス周期Ｔｆ及び／又はピーク電流Ｉｐを自動調整すれば良い。同様に、ピーク電流変調制御の場合には、上記の指標Ｓｄの値に応じてピーク期間Ｔｐ及び／又はパルス周期Ｔｆを自動調整すれば良い。

図２は、図１で上述した本発明の実施の形態１に係るパルスアーク溶接の出力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による出力制御を行い、溶接電流Ｉｗ及び溶接電圧Ｖｗ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コンデンサ、平滑された直流を上記の駆動信号Ｄｖに従って高周波交流に変換するインバータ回路、高周波交流をアーク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整流する２次整流器、整流された直流を平滑するリアクトルを備えている。

溶接ワイヤ１は、ワイヤリール１ａに巻かれている。溶接ワイヤ１は、ワイヤ送給モータ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が発生して溶接が行われる。アーク３中を溶接電流Ｉｗが通電し、溶接ワイヤ１と母材２との間に溶接電圧Ｖｗが印加する。

溶接電圧検出回路ＶＤは、溶接電圧Ｖｗを検出して溶接電圧検出信号Ｖｄを出力する。溶接電圧平均値算出回路ＶＡＶは、この溶接電圧検出信号Ｖｄを入力として、ローパスフィルタに通すことによって平均化して、溶接電圧平均値信号Ｖavを出力する。溶接電圧設定回路ＶＲは、予め定めた溶接電圧設定信号Ｖｒを出力する。電圧誤差増幅回路ＥＶは、この溶接電圧設定信号Ｖｒと上記の溶接電圧平均値信号Ｖavとの誤差を増幅して、電圧誤差増幅信号Ｅｖを出力する。

電圧・周波数変換回路ＶＦは、上記の電圧誤差増幅信号Ｅｖを入力として、この電圧誤差増幅信号Ｅｖの値に応じた周波数を有するパルス周期信号Ｔｆを出力する。このパルス周期信号Ｔｆは、パルス周期ごとに短時間Ｈｉｇｈレベルになる信号である。

短絡判別回路ＳＡは、上記の溶接電圧検出信号Ｖｄを入力として、その値によって短絡状態を判別してＨｉｇｈレベルになる短絡判別信号Ｓａを出力する。この回路は、上述したステップ２の動作を行っている。

指標生成回路ＳＤは、上記のパルス周期信号Ｔｆ、後述するピーク期間修正設定信号Ｔps及び上記の短絡判別信号Ｓａを入力として、以下に示す処理を行い、指標信号Ｓｄを出力する。
１）判別された短絡の発生時期を検出する。短絡発生時期の検出は、以下のようにして行う。上記の短絡判別信号ＳａがＨｉｇｈレベルに変化した時点が、上記のパルス周期信号ＴｆがＨｉｇｈレベルに変化した時点（図１の時刻ｔ１）から上記のピーク期間修正設定信号Ｔpsによって定まる期間中（図１の時刻ｔ１〜ｔ２）であるときは短絡が早期領域で発生したと判別し、それから予め定めた所定期間Ｔｔ中（図１の時刻ｔ２〜ｔ２２）であるときは短絡が適正期領域で発生したと判別し、それ以降の期間中（図１の時刻ｔ２２〜ｔ３）であるときは短絡が後期領域で発生したと判別する。（上述したステップ１及び３の動作
２）予め定めた単位時間ごとに、判別された短絡を発生時期によって早期領域、適正期領域又は後期領域に分類して計数する。（上述したステップ３の動作）
３）上記の単位時間ごとに、計数の値が最も大きな領域を判別し、その領域が早期領域であるときは指標信号Ｓｄ＝１を出力し、適正期領域であるときは指標信号Ｓｄ＝２を出力し、後期領域であるときは指標信号Ｓｄ＝３を出力する。この指標信号Ｓｄは、短絡発生時期の分布を表している。指標信号Ｓｄが出力された後に、各領域の計数は０にリセットされる。（上述したステップ４の動作）

ピーク期間設定回路ＴＰＲは、予め定めたピーク期間設定信号Ｔprを出力する。ピーク期間修正設定回路ＴＰＳは、このピーク期間設定信号Ｔpr及び上記の指標信号Ｓｄを入力として、ピーク期間設定信号Ｔprの値を初期値として、上記の単位時間ごとに、指標信号Ｓｄ＝１のときは現時点の設定値から予め定めた修正量ΔＤを減算し、Ｓｄ＝２のときは０を加算し、Ｓｄ＝３のときはΔｄを加算して、ピーク期間修正設定信号Ｔpsを出力する。すなわち、Ｔps＝Ｔpr＋Σ（単位時間ごとの修正量）である。この回路は、上述したステップ５の動作を行っている。

タイマ回路ＴＭは、このピーク期間修正設定信号Ｔps及び上記のパルス周期信号Ｔｆを入力として、パルス周期信号ＴｆがＨｉｇｈレベルに変化するごとにピーク期間修正設定信号Ｔpsによって定まる期間だけＨｉｇｈレベルになるタイマ信号Ｔｍを出力する。したがって、このタイマ信号ＴｍがＨｉｇｈレベルのときはピーク期間になり、Ｌｏｗレベルのときはベース期間になる。

ピーク電流設定回路ＩＰＲは、予め定めたピーク電流設定信号Ｉprを出力する。ベース電流設定回路ＩＢＲは、予め定めたベース電流設定信号Ｉbrを出力する。上記のピーク期間設定信号Ｔpr、上記のピーク電流設定信号Ｉpr及び上記のベース電流設定信号Ｉbrの各値は、溶接ワイヤの材質、直径、銘柄、給電チップ・母材間距離、送給速度、溶接速度等の溶接条件に対して標準となる溶接条件を想定し、この標準溶接条件の下で実験によって適正値を求めて設定される。

切換回路ＳＷは、上記のタイマ信号Ｔｍ、上記のピーク電流設定信号Ｉpr及び上記のベース電流設定信号Ｉbrを入力として、タイマ信号ＴｍがＨｉｇｈレベルのときはピーク電流設定信号Ｉprを電流制御設定信号Ｉcrとして出力し、Ｌｏｗレベルのときはベース電流設定信号Ｉbrを電流制御設定信号Ｉcrとして出力する。

溶接電流検出回路ＩＤは、溶接電流Ｉｗを検出して溶接電流検出信号Ｉｄを出力する。電流誤差増幅回路ＥＩは、上記の電流制御設定信号Ｉcrと上記の溶接電流検出信号Ｉｄとの誤差を増幅して、電流誤差増幅信号Ｅｉを出力する。駆動回路ＤＶは、この電流誤差増幅信号Ｅｉを入力として、ＰＷＭ制御を行い、上記の電源主回路ＰＭ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。

溶接電流平均値設定回路ＩＲは、予め定めた溶接電流平均値設定信号Ｉｒを出力する。送給速度設定回路ＦＲは、この溶接電流平均値設定信号Ｉｒを入力として、予め内蔵されている溶接電流平均値と送給速度との関係式によって溶接電流平均値設定信号Ｉｒの値に対応した送給速度設定信号Ｆｒを算出して出力する。送給制御回路ＦＣは、この送給速度設定信号Ｆｒを入力として、この値によって定まる送給速度で溶接ワイヤ１を送給するための送給制御信号Ｆｃを上記のワイヤ送給モータＷＭに出力する。

上述した実施の形態１は、パルス周期を早期領域、適正期領域及び後期領域に予め分割し、単位時間当たりに検出された短絡発生時期を早期領域、適正期領域又は後期領域に分類して計数し、この計数の値が最も大きな領域に対応した指標に基づいて溶接電流の波形におけるパルスパラメータを変化させて自動調整するものである。従来技術では、パルス周期ごとに、短絡発生時期に基づいてパルスパラメータを自動調整していた。これに対して、本実施の形態によれば、パルス周期を複数含む単位時間ごとに、短絡発生時期を統計的に処理した累積値に基づいてパルスパラメータを自動調整している。このために、本実施の形態では、溶滴移行タイミングがばらつきを有していても、パルスパラメータの自動調整を安定して行うことができる。

「実施の形態２」
図３は、本発明の実施の形態２に係るパルスアーク溶接の出力制御方法を説明するための電流・電圧波形図である。同図（Ａ）は溶接電流Ｉｗの波形を示し、同図（Ｂ）は溶接電圧Ｖｗの波形を示す。同図は上述した図１と同一の波形であるので、同じ説明は繰り返さない。以下、同図を参照して、ピーク期間Ｔｐの自動調整制御について説明する。

ステップ１０：短絡の発生を判別する。短絡の発生は、同図（Ｂ）に示すように、溶接電圧Ｖｗが０Ｖ程度に低くなることによって判別する。（図１のステップ１と同一動作）

ステップ２０：判別された短絡の発生時期を、ピーク期間の終了時点（時刻ｔ２）を基準時点としてそれ以前を負の値としそれ以後を正の値として時間Ｔｄ（時刻ｔ２〜ｔ２１の時間）で検出する。そして、予め定めた単位時間ごとに、検出された各時間Ｔｄの平均値を算出して指標Ｓｄとして出力する。この指標Ｓｄは、短絡発生時期の分布を表している。

ステップ３０：上記の単位時間ごとに、指標Ｓｄの値に応じてピーク期間Ｔｐを予め定めた修正量Δｄだけ増減させる。この修正量Δｄについては、図１と同様である。増減は、以下のようにして行う。Ｔｐ(ｍ)は現時点におけるピーク期間の設定値であり、Ｔｐ(ｍ+1)は増減後のピーク期間の設定値である。ｍは１以上の整数である。Ｔｔは、図１と同様に所定期間である。
Ｓｄ＜０のときＴｐ(m+1)＝Ｔｐ(m)−Δｄ
０≦Ｓｄ＜ＴｔのときＴｐ(m+1)＝Ｔｐ(n)
Ｔｔ≦ＳｄのときＴｐ(m+1)＝Ｔｐ(m)＋Δｄ

指標Ｓｄ＜０のときは、単位時間当たりに発生した短絡の発生時期の平均値が図１で定義した早期領域に存在しているときであり、この場合はピーク期間Ｔｐの現在の設定値が最適値よりも長いときである。このために、ピーク期間Ｔｐの現在の設定値を修正量Δｄだけ短くしている。

指標Ｓｄが０≦Ｓｄ＜Ｔｔのときは、単位時間当たりに発生した短絡の発生時期の平均値が図１で定義した適正期領域に存在しているときであり、この場合はピーク期間Ｔｐの現在の設定値が最適値であるときである。このために、ピーク期間Ｔｐの現在の設定値をそのまま維持する。

指標Ｓｄ≧Ｔｔのときは、単位時間当たりに発生した短絡の発生時期の平均値が図１で定義した後期領域に存在しているときであり、この場合はピーク期間Ｔｐの現在の設定値が最適値よりも短いときである。このために、ピーク期間Ｔｐの現在の設定値を修正量Δｄだけ長くしている。

上記のステップ１０〜３０によってピーク期間Ｔｐの自動調整制御が行われる。上記において、ピーク電流Ｉｐの自動調整制御を同時に行っても良い。この場合には、上記の指標Ｓｄの値に応じてピーク電流Ｉｐを自動調整すれば良い。パルス幅変調制御の場合には、上記の指標Ｓｄの値に応じてパルス周期Ｔｆ及び／又はピーク電流Ｉｐを自動調整すれば良い。同様に、ピーク電流変調制御の場合には、上記の指標Ｓｄの値に応じてピーク期間Ｔｐ及び／又はパルス周期Ｔｆを自動調整すれば良い。

図４は、図３で上述した本発明の実施の形態２に係るパルスアーク溶接の出力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２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２の指標生成回路ＳＤを第２指標生成回路ＳＤ２に置換し、図２のピーク期間修正設定回路ＴＰＳを第２ピーク期間修正設定回路ＴＰＳ２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。

第２指標生成回路ＳＤ２は、パルス周期信号Ｔｆ、ピーク期間修正設定信号Ｔps及び短絡判別信号Ｓａを入力として、以下に示す処理を行い、指標信号Ｓｄを出力する。
１）判別された短絡の発生時期を検出する。短絡発生時期の検出は、以下のようにして行う。上記のパルス周期信号ＴｆがＨｉｇｈレベルに変化した時点（図３の時刻ｔ１）から上記の短絡判別信号ＳａがＨｉｇｈレベルに変化した時点（図３の時刻ｔ２１）までの時間Ｔａを計測する。そして、短絡発生時期を示す時間Ｔｄ＝Ｔａ−Ｔpsを算出する。（上述したステップ２０の動作
２）予め定めた単位時間ごとに、検出された短絡発生時期の各時間Ｔｄの平均値を算出して指標信号Ｓｄとして出力する。（上述したステップ２０の動作）

第２ピーク期間修正設定回路ＴＰＳ２は、ピーク期間設定信号Ｔpr及び上記の指標信号Ｓｄを入力として、ピーク期間設定信号Ｔprの値を初期値として、上記の単位時間ごとに、指標信号Ｓｄ＜０のときは現時点の設定値から予め定めた修正量ΔＤを減算し、０≦Ｓｄ＜Ｔｔのときは０を加算し、Ｔｔ≦ＳｄのときはΔｄを加算して、ピーク期間修正設定信号Ｔpsを出力する。Ｔｔは予め定めた所定期間である。すなわち、Ｔps＝Ｔpr＋Σ（単位時間ごとの修正量）である。この回路は、上述したステップ３０の動作を行っている。

上述した実施の形態２は、短絡発生時期をピーク期間の終了時点を基準時点としてそれ以前を負の値としそれ以後を正の値として時間で検出し、単位時間当たりのこれらの時間の平均値である指標に基づいて溶接電流の波形におけるパルスパラメータを変化させて自動調整するものである。従来技術では、パルス周期ごとに、短絡発生時期に基づいてパルスパラメータを自動調整していた。これに対して、本実施の形態によれば、パルス周期を複数含む単位時間ごとに、短絡発生時期を統計的に処理した時間の平均値に基づいてパルスパラメータを自動調整している。このために、本実施の形態では、溶滴移行タイミングがばらつきを有していても、パルスパラメータの自動調整を安定して行うことができる。

１ 溶接ワイヤ
１ａ ワイヤリール
２ 母材
３ アーク
４ 溶接トーチ
５ 送給ロール
Ｄｖ 駆動信号
ＥＩ 電流誤差増幅回路
Ｅｉ 電流誤差増幅信号
ＥＶ 電圧誤差増幅回路
Ｅｖ 電圧誤差増幅信号
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
Ｉｂ ベース電流
ＩＢＲ ベース電流設定回路
Ｉbr ベース電流設定信号
Ｉcr 電流制御設定信号
ＩＤ 溶接電流検出回路
Ｉｄ 溶接電流検出信号
Ｉｐ ピーク電流
ＩＰＲ ピーク電流設定回路
Ｉpr ピーク電流設定信号
ＩＲ 溶接電流平均値設定回路
Ｉｒ 溶接電流平均値設定信号
Ｉｗ 溶接電流
ＰＭ 電源主回路
ＳＡ 短絡判別回路
Ｓａ 短絡判別信号
ＳＤ 指標生成回路
Ｓｄ 指標（信号）
ＳＤ２ 第２指標生成回路
ＳＷ 切換回路
Ｔａ パルス周期の開始時点からの時間
Ｔｂ ベース期間
Ｔｄ ピーク期間の終了時点からの時間
Ｔｆ パルス周期（信号）
ＴＭ タイマ回路
Ｔｍ タイマ信号
Ｔｐ ピーク期間
ＴＰＲ ピーク期間設定回路
Ｔpr ピーク期間設定信号
ＴＰＳ ピーク期間修正設定回路
Ｔps ピーク期間修正設定信号
ＴＰＳ２ 第２ピーク期間修正設定回路
Ｔｔ 所定期間
ＶＡＶ 溶接電圧平均値算出回路
Ｖav 溶接電圧平均値（信号）
Ｖｂ ベース電圧
ＶＤ 溶接電圧検出回路
Ｖｄ 溶接電圧検出信号
ＶＦ 電圧・周波数変換回路
Ｖｐ ピーク電圧
ＶＲ 溶接電圧設定回路
Ｖｒ 溶接電圧設定信号
Ｖｗ 溶接電圧
ＷＭ ワイヤ送給モータ
Δｄ 修正量

Claims (3)

1. 溶接ワイヤを送給し、ピーク期間中のピーク電流及びベース期間中のベース電流の通電を１パルス周期として繰り返して溶接するパルスアーク溶接の出力制御方法において、
   前記パルス周期ごとに前記溶接ワイヤと母材との短絡の発生時期を検出し、単位時間当たりの前記短絡発生時期の分布を表す指標を算出し、この指標に基づいて前記溶接電流の波形におけるパルスパラメータを変化させる、
   ことを特徴とするパルスアーク溶接の出力制御方法。
2. 前記パルス周期を早期領域、適正期領域及び後期領域に予め分割し、前記単位時間当たりに検出された前記短絡発生時期を前記早期領域、前記適正期領域又は前記後期領域に分類して計数し、前記指標は前記計数の値が最も大きな領域である、
   ことを特徴とする請求項１記載のパルスアーク溶接の出力制御方法。
3. 前記短絡発生時期を前記ピーク期間の終了時点を基準時点としてそれ以前を負の値としそれ以後を正の値として時間で検出し、前記指標は前記単位時間当たりの前記短絡発生時期を示す前記時間の平均値である、
   ことを特徴とする請求項１記載のパルスアーク溶接の出力制御方法。

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