JP2016144826A - 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、長期短絡が発生して解除された後に、アーク長を迅速に適正状態に復帰させること。
【解決手段】ピーク電流Ｉｐ及びベース電流Ｉｂを１パルス周期とする溶接電流Ｉｗを通電し、溶接電圧Ｖｗが溶接電圧設定値Ｖｒと等しくなるようにフィードバック制御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、長期短絡の発生を判別（ｔ２２）したときは、長期短絡の解除後の溶接電圧Ｖｗが定常状態に収束するまでの過渡期間（ｔ２１〜ｔ４２）中は、溶接電圧設定値Ｖｒを減少させる。これにより、長期短絡の発生によって過剰に長くなったアーク長を迅速に適正状態に復帰させることができる。
【選択図】 図１

Description

本発明は、溶接ワイヤを送給し、ピーク電流及びベース電流を１パルス周期とする溶接電流を通電し、溶接電圧が溶接電圧設定値と等しくなるようにフィードバック制御して溶接するパルスアーク溶接の出力制御方法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６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。立上り期間及び立下り期間は、溶接トーチ、溶接用ケーブル、溶接電源内蔵のリアクトル等によるインダクタンス値によってその最短時間（０．５ms）が決まる。また、立上り期間及び立下り期間は、溶接条件に応じて適正値（０．５〜１．０ms）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場合があり、このときに短時間（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）に示すように、溶接電流Ｉｗは、短絡が発生した時刻ｔ２１から所定時間後に増加し、短絡が終了する時刻ｔ２２に通常値に戻る。所定時間は０．１ms程度である。溶接電流Ｉｗを増加させる理由は、早期に短絡を解除してアーク発生状態に戻すためである。

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は平均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が適正な平均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）又はピーク期間Ｔｐ（パルス幅変調制御）をフィードバック制御によって変化させている。

周波数変調制御では、ピーク期間Ｔｐ、ピーク電流Ｉｐ及びベース電流Ｉｂが波形パラメータとなり、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、ピーク電流Ｉｐ、パルス周期Ｔｆ及びベース電流Ｉｂが波形パラメータとなり、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。

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、波形パラメータは、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。

溶接速度が１m/min以上の高速溶接の場合、給電チップ・母材間距離が長い場合等においては、溶接状態が不安定になりやすいために、短絡の時間が長くなる傾向にある。溶接状態を安定科するためには、短絡を速やかに解除してアークを発生させる必要がある。このために、短絡期間中の溶接電流Ｉｗ（以下、短絡電流という）は、以下のように制御される（例えば、特許文献１等参照）。
１）短絡の時間が第１基準値（０．１ms程度）未満のときは、短絡発生時の電流値を維持する。
２）短絡の時間が第１基準値以上になると、短絡電流を次第に上昇させる。
３）短絡の時間が第２基準値（７ms程度）以上になると、短絡電流を短絡解除電流値（６００Ａ程度）まで急上昇させる。
４）短絡が解除するまで、短絡電流を短絡解除電流値に維持する。

特許文献１の発明では、パルスアーク溶接において、アークスタート時の過渡期間中に短絡が発生したときは短絡電流の傾きを上昇させる。これにより、アークスタート時に不規則な短絡が発生しても、短時間で短絡を解除することができる。

特許第３００３６７３号公報

上述した従来技術では、短絡の時間が長くなると短絡電流を上昇させて大きくすることによって、短絡を早期に解除するようにしている。しかし、短絡の時間が非常に長くなる長期短絡がときどき発生する。長期短絡が発生すると、大きな値の短絡電流が長い時間通電することになり、溶接ワイヤがワイヤ突出し部の中間位置で溶断して、アーク長が長い状態でアークが発生することになる。このアーク長が長い状態が長引くと、溶接品質が悪くなる。したがって、アーク長が長い状態を速やかに適正状態に復帰させる必要がある。

そこで、本発明では、パルスアーク溶接において、長期短絡の発生に起因するアーク長が長い状態を速やかに適正状態に復帰させる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、ピーク電流及びベース電流を１パルス周期とする溶接電流を通電し、溶接電圧が溶接電圧設定値と等しくなるようにフィードバック制御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、
短絡の時間が予め定めた長期短絡基準値以上である長期短絡の発生を判別したときは、前記長期短絡の解除後の過渡期間中は前記溶接電圧設定値を減少させる、
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、前記過渡期間は、前記長期短絡の解除後の所定期間である、
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、前記過渡期間は、前記長期短絡の解除後の溶接電圧が定常状態に収束するまでの期間である、
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４の発明は、前記過渡期間中は、前記溶接ワイヤの送給速度を早くする、
ことを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項記載のパルスアーク溶接の出力制御方法である。

本発明によれば、長期短絡の発生に起因してアーク長が過剰に長くなったときに、溶接電圧設定値を減少させた過渡期間を設けることによって、過剰に長くなったアーク長を迅速に適正状態に復帰させることができる。このために、長期短絡の発生に起因する溶接品質の悪化を抑制することができる。

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３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の発明は、短絡の時間が予め定めた長期短絡基準値以上である長期短絡の発生を判別したときは、長期短絡の解除後の過渡期間中は溶接電圧設定値を減少させるものである。過渡期間は所定期間である。

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の波形を示し、同図（Ｃ）は長期短絡判別信号Ｌｄの波形を示し、同図（Ｄ）は溶接電圧設定信号Ｖｒの波形を示す。同図において、上述した図６と同一の動作についての説明は繰り返さない。以下、同図を参照して説明する。

同図は、５周期分の波形を示している。時刻ｔ１〜ｔ２のパルス周期の波形は、発生した短絡の時間が通常の場合であり、上述した図６と同一の動作となる。すなわち、ピーク期間Ｔｐ中は、同図（Ａ）に示すように、ピーク電流Ｉｐが通電し、同図（Ｂ）に示すように、ピーク電圧Ｖｐが印加する。ベース期間Ｔｂ中は、同図（Ａ）に示すように、ベース電流Ｉｂが通電し、同図（Ｂ）に示すように、ベース電圧Ｖｂが印加する。ベース期間Ｔｂ中の時刻ｔ１１に発生した短絡は０．２ms未満の通常短絡となっている。短絡期間中は、同図（Ｂ）に示すように、溶接電圧Ｖｗは数Ｖの短絡電圧値になる。短絡電流Ｉｓは、同図（Ａ）に示すように、短絡の時間が第１基準値未満のときは短絡発生時の電流値（同図ではベース電流Ｉｂの値）となり、第１基準値以上となると次第に上昇する。

時刻ｔ２〜ｔ３のパルス周期中は、発生した短絡が長期短絡の場合である。ここで、長期短絡を定義すると、短絡の時間が予め定めた長期短絡基準値以上となる短絡である。長期短絡基準値は、上記の第１基準値及び第２基準値よりも長い時間であり、１０〜２０ms程度に設定される。この周期中は、同図（Ａ）に示すように、前周期と同様に、ピーク電流Ｉｐ及びベース電流Ｉｂが通電する。時刻ｔ２１に発生した長期短絡中の短絡電流Ｉｓは、同図（Ａ）に示すように、短絡の時間が第１基準値未満のときは短絡発生時の電流値（同図ではベース電流Ｉｂの値）となり、第１基準値以上となると次第に上昇し、第２基準値以上となると短絡解除電流値に急上昇し、短絡が解除されるまではその値を維持する。時刻ｔ２２において、短絡の時間が長期短絡基準値に達したので、同図（Ｃ）に示すように、長期短絡判別信号ＬｄがＨｉｇｈレベルに変化し、時刻ｔ４２において所定期間が経過した時点でＬｏｗレベルに戻る。同時に、同図（Ｄ）に示すように、溶接電圧設定信号Ｖｒは、長期短絡判別信号ＬｄがＬｏｗレベルであるときは予め定めた定常溶接電圧設定値Ｖcrとなり、Ｈｉｇｈレベルのときは予め定めた修正溶接電圧設定値Ｖkrとなる。Ｖkr＜Ｖcrである。すなわち、修正溶接電圧設定値Ｖkrは、定常溶接電圧設定値Ｖcrを所定値だけ減少させた値である。所定値は、実験によって適正値に設定され、２〜５Ｖ程度である。

大電流値の短絡解除電流が長く通電し、ワイヤ突出し部の中間位置で溶断し、長期短絡は解除され、アークが発生する。このために、アーク長は過剰に長い状態となっている。長期短絡が解除されると、同図（Ａ）に示すように、ベース電流Ｉｂが通電し、同図（Ｂ）に示すように、アーク長が過剰に長くなっているために、ベース電圧Ｖｂは長期短絡の発生前よりも大きくなる。上記の所定期間は、このアーク長が長い状態から定常状態に収束するまでの過渡期間に相当し、５０〜２００ms程度である。同図では、時刻ｔ２２〜ｔ４２の所定期間中に２周期分の波形を描画しているが、実際には、１０〜４０周期が含まれる。

時刻ｔ３〜ｔ４のパルス周期中は、アーク長が長い過渡状態にあるので、短絡は発生していない。この周期中は、同図（Ａ）に示すように、長期短絡が発生する前と同様のピーク電流Ｉｐ及びベース電流Ｉｂが通電する。他方、アーク長が長い状態であるので、同図（Ｂ）に示すように、ピーク電圧Ｖｐ及びベース電圧Ｖｂは長期短絡が発生する前よりも大きな値となる。上述したように、溶接電圧Ｖｗの平均値が溶接電圧設定信号Ｖｒの値と等しくなるようにフィードバック制御によるアーク長制御（周波数変調制御）が行われている。ここで、ピーク電圧Ｖｐ及びベース電圧Ｖｂが大きくなっているので、溶接電圧Ｖｗの平均値は大きくなる。さらに、溶接電圧設定信号Ｖｒの値は定常溶接電圧設定値Ｖcrよりも小さな値の修正溶接電圧設定値Ｖkrになっている。この結果、溶接電圧Ｖｗの平均値が迅速に小さくなるようにフィードバック制御が作用する。このために、時刻ｔ３〜ｔ４のパルス周期は、それ以前の定常溶接状態のときよりも長くなり、アーク長は迅速に短くなる。

時刻ｔ４〜ｔ５のパルス周期中の動作は、時刻ｔ３〜ｔ４のパルス周期中と同様になる。但し、アーク長は迅速に短くなっているので、同図（Ｂ）に示すように、ピーク電圧Ｖｐ及びベース電圧Ｖｂの値は、定常溶接状態よりも大きいが、時刻ｔ３〜ｔ４のパルス周期中よりも小さくなる。アーク長が適正状態に近づいているので、ベース期間中の時刻ｔ４１に、通常短絡が発生している。短絡電流Ｉｓは、同図（Ａ）に示すように、時刻ｔ１〜ｔ２のパルス周期中と同様の波形となる。時刻ｔ４２において、長期短絡判別信号Ｌｄは、所定期間が経過したためにＬｏｗレベルに戻る。同時に、同図（Ｄ）に示すように、溶接電圧設定信号Ｖｒは、定常溶接電圧設定値Ｖcrに戻る。

時刻ｔ５〜ｔ６のパルス周期中は、定常溶接状態となり、時刻ｔ１〜ｔ２のパルス周期と同様の動作となる。すなわち、同図（Ｂ）に示すように、ピーク電圧Ｖｐ及びベース電圧Ｖｂは時刻ｔ１〜ｔ２のパルス周期中と略同一となり、パルス周期の時間長さも略同一となる。アーク長は適正状態に復帰している。

上述したように、長期短絡判別信号ＬｄがＨｉｇｈレベルである過渡期間Ｔｋ中は、溶接電圧設定信号Ｖｒの値が修正溶接電圧設定値Ｖkrに減少するので、定常溶接電圧設定値Ｖcrのままであったときに比べて、アーク長が適正状態に復帰するまでの時間が短くなる。このために、溶接品質が悪くなることを抑制することができる。

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内を送給速度Ｆｗで送給されて、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、溶接トーチ４内の給電チッップ（図示は省略）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、上記の溶接電圧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、後述する長期短絡判別信号Ｌｄを入力として、長期短絡判別信号ＬｄがＬｏｗレベル（定常溶接状態）のときは予め定めた定常溶接電圧設定値Ｖcrとなり、Ｈｉｇｈレベル（過渡期間Ｔｋ）のときは予め定めた修正溶接電圧設定値Ｖkrとなる、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ＳＤ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Ｓｄを出力する。

長期短絡判別回路ＬＤは、上記の短絡判別信号Ｓｄを入力として、短絡判別信号ＳｄがＨｉｇｈレベルに変化した時点からのＨｉｇｈレベルの経過時間が予め定めた長期短絡基準値以上になるとＨｉｇｈレベルにセットされ、それから所定期間が経過した時点でＬｏｗレベルにリセットされる長期短絡判別信号Ｌｄを出力する。

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。タイマ回路ＴＭは、上記のピーク期間設定信号Ｔpr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設定信号Ｔpr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。

短絡電流設定回路ＩＳＲは、上記の短絡判別信号Ｓｄ及び後述する電流制御設定信号Ｉcrを入力として、以下の処理を行い、短絡電流設定信号Ｉsrを出力する。
１）短絡判別信号ＳｄがＨｉｇｈレベルである時間（短絡の時間）が予め定めた第１基準値（０．１ms程度）未満のときは、短絡判別信号ＳｄがＨｉｇｈレベルに変化した時点の電流制御設定信号Ｉcrの値を短絡電流設定信号Ｉsrとして出力する。
２）短絡の時間が第１基準値以上になると、短絡電流設定信号Ｉsrの値を次第に上昇させる。
３）短絡の時間が予め定めた第２基準値（７ms程度）以上になると、予め定めた短絡解除電流値（６００Ａ程度）となる短絡電流設定信号Ｉsrを出力する。
４）短絡判別信号ＳｄがＬｏｗレベル（アーク）に変化するまで、短絡解除電流値となる短絡電流設定信号Ｉsrを出力する。

切換回路ＳＷは、上記のタイマ信号Ｔｍ、上記の短絡判別信号Ｓｄ、上記の短絡電流設定信号Ｉsr、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、短絡判別信号ＳｄがＨｉｇｈレベルのときは短絡電流設定信号Ｉsrを電流制御設定信号Ｉcrとして出力し、短絡判別信号ＳｄがＬｏｗレベルでありかつタイマ信号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、短絡判別信号ＳｄがＬｏｗレベルでありかつタイマ信号Ｔｍが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、上記の溶接電流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。

同図は、アーク長制御の方式が周波数変調制御の場合である。パルス幅変調制御の場合は、パルス周期が所定値となり、電圧誤差増幅信号Ｅｖに基づいてピーク期間がフィードバック制御される点以外は同様である。

上述した実施の形態１によれば、短絡の時間が予め定めた長期短絡基準値以上である長期短絡の発生を判別したときは、長期短絡の解除後の過渡期間中は溶接電圧設定値を減少させる。これにより、本実施の形態では、長期短絡の発生に起因してアーク長が過剰に長くなったときに、溶接電圧設定値を減少させた過渡期間を設けることによって、過剰に長くなったアーク長を迅速に適正状態に復帰させることができる。このために、長期短絡の発生に起因する溶接品質の悪化を抑制することができる。

［実施の形態２］
実施の形態２の発明は、上記の過渡期間を、前記長期短絡の解除後の溶接電圧が定常状態に収束するまでの期間に設定するものである。

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・電圧波形図は、上述した図１と同一であるので、説明は繰り返さない。但し、同図（Ｃ）に示す長期短絡判別信号ＬｄがＨｉｇｈレベルに変化する条件は図１と同一であるが、Ｌｏｗレベルに変化する条件が異なる。実施の形態１では所定期間が経過した時点でＬｏｗレベルに変化していたが、実施の形態２では、溶接電圧Ｖｗ（平均値、ピーク電圧Ｖｐ又はベース電圧Ｖｂ）の値が定常状態に収束した時点でＬｏｗレベルに変化する。すなわち、長期短絡判別信号ＬｄがＬｏｗレベルである時刻ｔ１〜ｔ２のパルス周期中のピーク電圧Ｖｐを記憶する。長期短絡判別信号ＬｄがＨｉｇｈレベルに変化すると、各周期中のピーク電圧Ｖｐを検出し、検出されたピーク電圧Ｖｐの値が記憶されているピーク電圧Ｖｐの値に基づいて設定される基準電圧値未満になった時点で、長期短絡判別信号ＬｄをＬｏｗレベルに戻す。

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の長期短絡判別回路ＬＤを第２長期短絡判別回路ＬＤ２に置換したものである。以下、同図を参照してこのブロックについて説明する。

第２長期短絡判別回路ＬＤ２は、上記の短絡判別信号Ｓｄ、上記の溶接電圧検出信号Ｖｄ及び上記のタイマ信号Ｔｍを入力として、以下の処理を行い、長期短絡判別信号Ｌｄを出力する。
１）長期短絡判別信号ＬｄがＬｏｗレベルであり、タイマ信号ＴｍがＨｉｇｈレベル（ピーク期間）であるときの溶接電圧検出信号Ｖｄの値（ピーク電圧値Ｖｐ）を記憶する。そして、記憶したピーク電圧値Ｖｐに所定値（１Ｖ程度）を加算した値を基準電圧値として設定する。
２）短絡判別信号ＳｄがＨｉｇｈレベル（短絡）に変化した時点からのＨｉｇｈレベルの経過時間が予め定めた長期短絡基準値以上になると、長期短絡判別信号ＬｄをＨｉｇｈレベルにセットする。
３）長期短絡判別信号ＬｄがＨｉｇｈレベルであり、タイマ信号ＴｍがＨｉｇｈレベルであるときの溶接電圧検出信号Ｖｄの値（ピーク電圧値Ｖｐ）が上記の基準電圧値未満になったことを判別すると、長期短絡判別信号ＬｄをＬｏｗレベルにリセットする。

上記においては、ピーク電圧値Ｖｐによって過渡期間を自動設定する場合であるが、溶接電圧の平均値（溶接電圧平均値信号Ｖav）又はベース電圧値Ｖｂによって自動設定するようにしても良い。また、長期短絡判別信号ＬｄがＬｏｗレベル（定常溶接状態）であるときの複数のパルス周期中のピーク電圧値Ｖｐを平均した値から基準電圧値を設定するようにしても良い。

上述した実施の形態２によれば、過渡期間は長期短絡の解除後の溶接電圧が定常状態に収束するまでの期間である。これにより、本実施の形態では、実施の形態１の効果に加えて、以下の効果を奏する。すなわち、本実施の形態では、過渡期間を、種々な溶接条件ごとに実験によって予め設定する必要がないために、溶接作業が効率化する。また、長期短絡の解除後のアーク長は変動するが、本実施の形態では変動に応動して適正な過渡期間が自動的に設定されるので、アーク長を実施の形態１よりも速やかに定常状態に収束させることができる。

［実施の形態３］
実施の形態３の発明は、上記の過渡期間中は、溶接ワイヤの送給速度を早くするものである。

図４は、本発明の実施の形態３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の波形を示し、同図（Ｃ）は長期短絡判別信号Ｌｄの波形を示し、同図（Ｄ）は溶接ワイヤの送給速度Ｆｗの波形を示す。同図は上述した図１と対応しており、同図（Ａ）〜（Ｃ）の各波形については同一であるので説明は繰り返さない。以下、同図を参照して説明する。

同図は図１に送給速度Ｆｗの波形を追加したものである。図１においては図示していないが、送給速度Ｆｗは一定値である。これに対して、同図では、同図（Ｃ）に示す長期短絡判別信号ＬｄがＨｉｇｈレベルである過渡期間中は、同図（Ｄ）に示すように、送給速度Ｆｗは加速されて早くなっている。すなわち、送給速度Ｆｗは、時刻ｔ２２〜ｔ４２の過渡期間中は予め定めた修正送給速度Ｆwkとなり、それ以外の定常期間中は予め定めた定常送給速度Ｆwcとなる。

本実施の形態では、過渡期間中の送給速度Ｆｗを早くすることによって、アーク長が適正長に収束するまでの時間を短くすることができる。したがって、時刻ｔ２２〜ｔ４２の所定期間の長さを短く設定することができるので、長期短絡が発生しても溶接状態を迅速に定常状態へと収束させることができる。

図５は、図４で上述した本発明の実施の形態３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の送給速度設定回路ＦＲを定常送給速度設定回路ＦＣＲに置換し、第２送給速度設定回路ＦＲ２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。

定常送給速度設定回路ＦＣＲは、上記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の値に対応した定常送給速度設定信号Ｆcrを算出して出力する。

第２送給速度設定回路ＦＲ２は、上記の長期短絡判別信号Ｌｄ及び上記の定常送給速度設定信号Ｆcrを入力として、長期短絡判別信号ＬｄがＬｏｗレベルのときは定常送給速度設定信号Ｆcrを送給速度設定信号Ｆｒとして出力し、Ｈｉｇｈレベルのときは定常送給速度設定信号Ｆcrの値を所定値だけ大きくした修正送給速度を送給速度設定信号Ｆｒとして出力する。修正送給速度Ｆwkは、定常送給速度Ｆwcの１１０〜１３０％程度に設定される。

本実施の形態は、実施の形態１を基礎とした場合であるが、実施の形態２を基礎とした場合も同様である。

上述した実施の形態３によれば、過渡期間中は、溶接ワイヤの送給速度を早くする。これにより、実施の形態１及び２の効果に加えて、以下の効果を奏する。すなわち、本実施の形態では、過渡期間中の送給速度が早くなるために、アーク長が適正長に収束するまでの時間を短くすることができる。このために、長期短絡が発生しても、溶接状態を迅速に定常状態に収束させることができるので、溶接品質をより向上させることができる。

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
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
ＦＣＲ 定常送給速度設定回路
Ｆcr 定常送給速度設定信号
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
Ｆwc 定常送給速度
Ｆwk 修正送給速度
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
Ｉｓ 短絡電流
ＩＳＲ 短絡電流設定回路
Ｉsr 短絡電流設定信号
Ｉｗ 溶接電流
ＬＤ 長期短絡判別回路
Ｌｄ 長期短絡判別信号
ＬＤ２ 第２長期短絡判別回路
ＰＭ 電源主回路
ＳＤ 短絡判別回路
Ｓｄ 短絡判別信号
ＳＷ 切換回路
Ｔｂ ベース期間
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
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
Ｖcr 定常溶接電圧設定値
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
Ｖkr 修正溶接電圧設定値
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

Claims (4)

1. 溶接ワイヤを送給し、ピーク電流及びベース電流を１パルス周期とする溶接電流を通電し、溶接電圧が溶接電圧設定値と等しくなるようにフィードバック制御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、
   短絡の時間が予め定めた長期短絡基準値以上である長期短絡の発生を判別したときは、前記長期短絡の解除後の過渡期間中は前記溶接電圧設定値を減少させる、
   ことを特徴とするパルスアーク溶接の出力制御方法。
2. 前記過渡期間は、前記長期短絡の解除後の所定期間である、
   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. 前記過渡期間は、前記長期短絡の解除後の溶接電圧が定常状態に収束するまでの期間である、
   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。
4. 前記過渡期間中は、前記溶接ワイヤの送給速度を早くする、
   ことを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項記載のパルスアーク溶接の出力制御方法。

Images