JP2019089081A - 交流非消耗電極アーク溶接制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】交流非消耗電極アーク溶接において、溶接経過時間が長くなり母材が高温になってもビード形状を一定に保つこと。【解決手段】電極マイナス極性期間と電極プラス極性期間とを交互に繰り返して溶接する交流非消耗電極アーク溶接制御方法において、電極プラス極性電圧Ｖｐを検出し、この電極プラス極性電圧Ｖｐが所定電圧値になるように、母材への入熱量を制御する。入熱量の制御は、平均溶接電流、溶接速度又は電極マイナス極性時間比率の少なくとも１つをフィードバック制御することによって行う。【選択図】 図２

Description

本発明は、電極マイナス極性期間と電極プラス極性期間とを交互に繰り返して溶接する交流非消耗電極アーク溶接制御方法に関するものである。

交流非消耗電極アーク溶接には、交流ティグ溶接、交流プラズマアーク溶接等がある。交流非消耗電極アーク溶接では、電極にタングステン電極等の非消耗電極を使用し、アルゴンガス等のシールドガスによって大気から遮蔽した状態中で、交流の溶接電流を通電してアークを発生させて溶接を行う。交流の溶接電流は、電極マイナス極性期間中の電極マイナス極性電流と電極プラス極性期間中の電極プラス極性電流とから形成される。交流非消耗電極アーク溶接には、定電流制御の溶接電源が使用される。したがって、電極マイナス極性電流及び電極プラス極性電流は、それぞれ所定値になるように定電流制御される。電極マイナス極性と電極プラス極性とが交互に繰り返されることになり、電極マイナス極性と電極プラス極性とで１周期となる。

交流非消耗電極アーク溶接は主にアルミニウムの溶接に使用される。母材であるアルミニウム材の表面には酸化皮膜があり、これを除去しなければ良好な溶接を行うことができない。交流非消耗電極アーク溶接では、電極プラス極性期間中は母材表面に陰極点が形成される。この陰極点が形成されるときのエネルギーによって酸化皮膜が除去される作用（クリーニング作用）が働く。すなわち、交流非消耗電極アーク溶接では、電極プラス極性期間を設けることによってクリーニング作用を働かせて酸化皮膜を除去している。このときに、電極プラス極性期間は非消耗電極の消耗が速いので、適正なクリーニング幅を確保することができる値に設定される。１周期に占める電極マイナス極性期間の時間比率である電極マイナス極性時間比率は、６０〜９０％程度の範囲に設定される。以下の説明では、非消耗電極のことを単に電極と記載する場合もある。

特許文献１の発明では、交流ティグ溶接において、平均電流設定値、電極マイナス極性期間比率設定値及び電極マイナス極性期間設定値を入力として電極マイナス極性電流設定値、電極プラス極性電流設定値及び電極プラス極性期間設定値を算出して、溶接電流の波形パラメータを決定するものである。

特許第３１７３１５９号公報

アークスタートからの経過時間が長くなるのに伴い、母材は次第に高温となる。この結果、アークから母材への入熱量が一定であっても、ビード幅が次第に広くなり、ビード形状が変化する。溶接中にビード形状が変化すると、溶接品質が悪くなる。

そこで、本発明では、溶接経過時間が長くなっても、ビード形状を一定に保つことができる非消耗電極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、請求項１の発明は、
電極マイナス極性期間と電極プラス極性期間とを交互に繰り返して溶接する交流非消耗電極アーク溶接制御方法において、
電極プラス極性電圧を検出し、この電極プラス極性電圧が所定電圧値になるように母材への入熱量を制御する、
ことを特徴とする交流非消耗電極アーク溶接制御方法である。

請求項２の発明は、前記入熱量の制御は、平均溶接電流を制御して行う、
ことを特徴とする請求項１に記載の交流非消耗電極アーク溶接制御方法である。

請求項３の発明は、前記入熱量の制御は、溶接速度を制御して行う、
ことを特徴とする請求項１又は２に記載の交流非消耗電極アーク溶接制御方法である。

請求項４の発明は、前記入熱量の制御は、電極マイナス極性時間比率を制御して行う、
ことを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の交流非消耗電極アーク溶接制御方法である。

請求項５の発明は、前記所定電圧値を、アークスタート後の予め定めた初期期間中における前記電極プラス極性電圧にもとづいて設定する、
ことを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の交流非消耗電極アーク溶接制御方法である。

本発明によれば、溶接経過時間が長くなっても、ビード形状を一定に保つことができる。

本発明の実施の形態１に係る交流非消耗電極アーク溶接制御方法を実施するための溶接装置のブロック図である。 図１の溶接装置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に係る交流非消耗電極アーク溶接制御方法を実施するための溶接装置のブロック図である。 本発明の実施の形態３に係る交流非消耗電極アーク溶接制御方法を実施するための溶接装置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］
図１は、本発明の実施の形態１に係る交流非消耗電極アーク溶接制御方法を実施するための溶接装置のブロック図である。同図において、極性切換時に数百Ｖの高電圧を印加する回路については、図示は省略している。以下、同図を参照して各ブロックについて説明する。

インバータ回路ＩＮＶは、３相２００Ｖ等の交流商用電源（図示は省略）を入力として、整流及び平滑した直流電圧を、後述する電流誤差増幅信号Ｅｉによるパルス幅変調制御によってインバータ制御を行い、高周波交流を出力する。

インバータトランスＩＮＴは、高周波交流電圧をアーク溶接に適した電圧値に降圧する。

２次整流器Ｄ２ａ〜Ｄ２ｄは、降圧された高周波交流を直流に整流する。

電極プラス極性トランジスタＰＴＲは後述する電極プラス極性駆動信号Ｐｄによってオン状態になり、溶接電源の出力は電極プラス極性ＥＰになる。電極マイナス極性トランジスタＮＴＲは後述する電極マイナス極性駆動信号Ｎｄによってオン状態になり、溶接電源の出力は電極マイナス極性ＥＮになる。

リアクトルＷＬは、リップルのある出力を平滑する。

溶接トーチ４の先端には電極１が装着されており、電極１と母材２との間にアーク３が発生する。アーク３中を交流の溶接電流Ｉｗが通電し、電極１と母材２との間に交流の溶接電圧Ｖｗが印加する。溶接電流Ｉｗは、母材２→アーク３→電極１の方向に通電するとき（電極マイナス極性期間Ｔenのとき）を＋側としている。電極１は、タングステンを主成分とする非消耗電極である。

溶接速度設定回路ＳＲは、予め定めた溶接速度設定信号Ｓｒを出力する。自動台車７は、溶接トーチ４を搭載しており、上記の溶接速度設定信号Ｓｒによって定まる溶接速度で溶接トーチ４を移動させる。

溶接電源の２つの出力端子(図示は省略)と溶接トーチ４又は母材２とは溶接ケーブル５、６で接続されている。この溶接ケーブル５、６が長いときはインダクタンス値が大きくなり、溶接電流Ｉｗの変化速度が緩やかになる。

周波数設定回路ＦＲは、溶接電流Ｉｗの繰り返し周波数を設定するための予め定めた周波数設定信号Ｆｒ［Ｈｚ］を出力する。周波数設定信号Ｆｒの設定範囲は、例えば５０〜５００Ｈｚである。電極マイナス極性時間比率設定回路ＲＲは、予め定めた電極マイナス極性時間比率設定信号Ｒｒ［％］を出力する。電極マイナス極性時間比率設定信号Ｒｒの設定範囲は、例えば６０〜９０％である。

期間設定回路ＴＲは、上記の周波数設定信号Ｆｒ及び上記の電極マイナス極性時間比率設定信号Ｒｒを入力として、電極マイナス極性期間設定信号Ｔnr及び電極プラス極性期間設定信号Ｔprを出力する。ここで、Ｔnr［ms］＝(１／Ｆｒ)×１０００×(Ｒｒ／１００)であり、Ｔpr［ms］＝(１／Ｆｒ)×１０００−Ｔnrである。

電流検出回路ＩＤは、上記の溶接電流Ｉｗの絶対値を検出して、電流検出信号Ｉｄを出力する。

電流比較回路ＣＭは、上記の電流検出信号Ｉｄを入力として、電流検出信号Ｉｄの値が予め定めた極性切換電流値以下のときはＨｉｇｈレベルとなる電流比較信号Ｃｍを出力する。極性切換電流値は、例えば５０Ａに設定される。

タイマ回路ＴＭは、上記の電極マイナス極性期間設定信号Ｔnr、上記の電極プラス極性期間設定信号Ｔpr及び上記の電流比較信号Ｃｍを入力として、以下の処理を行い、タイマ信号Ｔｍを出力する。タイマ信号Ｔｍが１又は２のときが電極マイナス極性期間Ｔenとなり、３又は４のときが電極プラス極性期間Ｔepとなる。
１）電極マイナス極性期間設定信号Ｔnrによって定まる期間中は、タイマ信号Ｔｍ＝１を出力する。
２）続けて、電極マイナス極性期間設定信号Ｔnrによって定まる期間が経過してから、電流比較信号ＣｍがＨｉｇｈレベルに変化するまでの遷移期間中は、タイマ信号Ｔｍ＝２を出力する。
３）続けて、電流比較信号ＣｍがＨｉｇｈレベルに変化してから、電極プラス極性期間設定信号Ｔprによって定まる期間中は、タイマ信号Ｔｍ＝３を出力する。
４）続けて、電極プラス極性期間設定信号Ｔprによって定まる期間が経過してから、電流比較信号ＣｍがＨｉｇｈレベルに変化するまでの遷移期間中は、タイマ信号Ｔｍ＝４を出力する。
５）上記の１）〜４）を繰り返す。

２次側駆動回路ＤＶは、上記のタイマ信号Ｔｍを入力として、タイマ信号Ｔｍが１又は２のときは上記の電極マイナス極性駆動信号Ｎｄを出力し、タイマ信号Ｔｍが３又は４のときは上記の電極プラス極性駆動信号Ｐｄを出力する。これによって、タイマ信号Ｔｍが１又は２のときは、電極マイナス極性トランジスタＮＴＲがオン状態となり、電極マイナス極性期間Ｔenとなる。タイマ信号Ｔｍが３又は４のときは、電極プラス極性トランジスタＰＴＲがオン状態となり、電極プラス極性期間Ｔepとなる。

初期期間回路ＴＳは、上記の電流検出信号Ｉｄを入力として、この値が予め定めた通電判別値以上となってから所定期間の間だけＨｉｇｈレベルとなる初期期間信号Ｔｓを出力する。通電判別値は、例えば１Ａに設定される。初期期間信号ＴｓがＨｉｇｈレベルの期間は、アークスタートしてから所定期間中のときである。所定期間は、例えば０．１〜１秒程度に設定される。

電圧検出回路ＶＤは、上記の溶接電圧Ｖｗの絶対値を検出して、電圧検出信号Ｖｄを出力する。電極プラス極性電圧検出回路ＶＰＤは、上記の電圧検出信号Ｖｄ及び上記のタイマ信号Ｔｍを入力として、タイマ信号Ｔｍ＝３(電極プラス極性期間Ｔep)のときの電圧検出信号Ｖｄの値を電極プラス極性電圧検出信号Ｖpdとして出力する。電極プラス極性電圧検出信号Ｖpdは、電極プラス極性期間Ｔep中の電圧検出信号Ｖｄが過渡状態にあるときを除いた定常状態のときの値である。電極プラス極性電圧検出信号Ｖpdの値は、ビード幅の外側に形成される陰極点と電極１の先端(陽極点)との距離であるアーク長に比例する。このために、ビード幅が広くなるほど電極プラス極性電圧検出信号Ｖpdの値は大きくなる。したがって、電極プラス極性電圧検出信号Ｖpdを利用することによってビード幅の変化を間接的に検出することができる。

電極プラス極性電圧設定回路ＶＰＲは、上記の電極プラス極性電圧検出信号Ｖpd及び上記の初期期間信号Ｔｓを入力として、初期期間信号ＴｓがＨｉｇｈレベルであるときの各周期ごとの電極プラス極性電圧検出信号Ｖpdの平均値を算出して、電極プラス極性電圧設定信号Ｖprを出力する。上述したように、電極プラス極性電圧検出信号Ｖpdはビード幅と相関する値である。初期期間信号ＴｓがＨｉｇｈレベルである期間は、アークスタート直後の所定期間であり、母材２の温度がアーク３からの入熱量によってまだ高温になっていない期間である。このために、初期期間中のビード幅は広がっておらず、所望値となっている。したがって、初期期間中の電極プラス極性電圧検出信号Ｖpdの値に基づいて電極プラス極性電圧設定信号Ｖprの値を設定することによって、所望のビード幅を目標値とすることができる。また、予備実験を行い、所望のビード幅となる電極プラス極性電圧を求めて電極プラス極性電圧設定信号Ｖprを設定するようにしても良い。

電極マイナス極性電流振幅設定回路ＩＮＲは、予め定めた電極マイナス極性電流振幅設定信号Ｉnrを出力する。

電圧誤差回路ＥＶは、上記の電極プラス極性電圧設定信号Ｖpr及び上記の電極プラス極性電圧検出信号Ｖpdを入力として、両値の誤差を算出して、電圧誤差信号Ｅｖ＝Ｖpr−Ｖpdを出力する。

振幅制御回路ＩＮＣは、上記の電極マイナス極性電流振幅設定信号Ｉnr、上記の電圧誤差信号Ｅｖ及び上記の初期期間信号Ｔｓを入力として、初期期間信号ＴｓがＨｉｇｈレベルからＬｏｗレベルに変化した以降の定常溶接期間中は電圧誤差信号Ｅｖを積分して、電極マイナス極性電流振幅制御信号Ｉnc＝Ｉnr＋Ｇ１・∫Ｅｖ・ｄｔを出力する。Ｉnc＞０である。ここで、Ｇ１は正の値の増幅率であり、例えば５〜３０程度に設定される。この増幅率Ｇ１は、平均溶接電流のフィードバック制御系が安定になるように調整される。

電極プラス極性電流振幅制御回路ＩＰＣは、上記の電極マイナス極性電流振幅制御信号Ｉncを入力として、予め定めた関数によって電極プラス極性電流振幅制御信号Ｉpcを算出して出力する。関数は、例えばＩpc＝Ｉnc＋５０である。このときは、溶接電流Ｉｗは非平衡波形となる。また、関数を、Ｉpc＝Ｉncとしても良い。このときは、両極性の振幅が同一値となり、溶接電流Ｉｗは平衡波形となる。Ｉpc＞０である。

上記の電圧誤差回路ＥＶ、上記の振幅制御回路ＩＮＣ及び上記の電極プラス極性電流振幅制御回路ＩＰＣによって、電極プラス極性電圧検出信号Ｖpdの値が電極プラス極性電圧設定信号Ｖprの値と等しくなるように、電極マイナス極性電流Ｉen及び電極プラス極性電流Ｉepの振幅が制御されて平均溶接電流値が変化する。これにより、溶接経過時間が長くなるのに伴い、母材２が高温になりビード幅が広がり始めると、平均溶接電流値が小さくなり、母材２への入熱量が小さくなる。この結果、ビード幅は一定となり、ビード形状が変化することを抑制することができる。

切換回路ＳＷは、上記のタイマ信号Ｔｍ、上記の電極マイナス極性電流振幅制御信号Ｉnc及び上記の電極プラス極性電流振幅制御信号Ｉpcを入力として、以下の処理を行い、電流設定信号Ｉｒを出力する。
１）タイマ信号Ｔｍ＝１のときは、電極マイナス極性電流振幅制御信号Ｉncを電流設定信号Ｉｒとして出力する。
２）タイマ信号Ｔｍ＝２のときは、電流設定信号Ｉｒ＝０を出力する。
３）タイマ信号Ｔｍ＝３のときは、電極プラス極性電流振幅制御信号Ｉpcを電流設定信号Ｉｒとして出力する。
４）タイマ信号Ｔｍ＝４のときは、電流設定信号Ｉｒ＝０を出力する。

電流誤差増幅回路ＥＩは、上記の電流設定信号Ｉｒと上記の電流検出信号Ｉｄとの誤差を増幅して、電流誤差増幅信号Ｅｉを出力する。これにより、溶接電源は定電流特性となり、交流の溶接電流Ｉｗが通電する。

図２は、図１の溶接装置における各信号のタイミングチャートである。同図(Ａ)は溶接電流Ｉｗの時間変化を示し、同図(Ｂ)は電流比較信号Ｃｍの時間変化を示し、同図(Ｃ)は電極マイナス極性駆動信号Ｎｄの時間変化を示し、同図(Ｄ)は電極プラス極性駆動信号Ｐｄの時間変化を示し、同図(Ｅ)は電流設定信号Ｉｒの時間変化を示し、同図(Ｆ)は溶接電圧Ｖｗの時間変化を示す。同図は、アークスタートから初期期間が経過した後の定常状態における波形である。同図(Ａ)に示す溶接電流Ｉｗは、０から上側が電極マイナス極性電流Ｉenであり、０から下側が電極プラス極性電流Ｉepである。同図は、溶接電流Ｉｗの電極プラス極性ＥＰの振幅が電極マイナス極性ＥＮの振幅よりも大きい非平衡波形の場合である。以下、同図を参照して、各信号の動作について説明する。

時刻ｔ１において、同図(Ａ)に示すように、溶接電流Ｉｗ（電極プラス極性電流Ｉep）の絶対値が予め定めた極性切換電流値以下となるので、同図(Ｂ)に示すように、電流比較信号Ｃｍが短時間Ｈｉｇｈレベルとなる。これに応動して、同図(Ｃ)に示すように、電極マイナス極性駆動信号ＮｄがＨｉｇｈレベルとなり、電極マイナス極性トランジスタＮＴＲがオン状態となり、電極マイナス極性ＥＮへと切り換わる。同時に、同図(Ｄ)に示すように、電極プラス極性駆動信号ＰｄはＬｏｗレベルになり、電極プラス極性トランジスタＰＴＲはオフ状態となる。時刻ｔ１において、同図(Ｅ)に示すように、電流設定信号Ｉｒは０から電極マイナス極性電流振幅制御信号Ｉncに切り換わる。同図(Ａ)に示すように、溶接電流Ｉｗは、負の値の極性切換電流値から正の値の極性切換電流値へと瞬時的に変化する。

時刻ｔ１〜ｔ２の期間中は、同図(Ａ)に示すように、溶接電流Ｉｗは、極性切換電流値から電極マイナス極性電流振幅制御信号Ｉncの値まで傾斜を有して増加する。同図(Ｆ)に示すように、溶接電圧Ｖｗも傾斜を有して増加する。この傾斜は、リアクトルＷＬ及び溶接ケーブルによるインダクタンス値によって決まる。インダクタンス値が大きいほど傾斜は緩やかになる。

時刻ｔ２〜ｔ３の期間中は、同図(Ａ)に示すように、溶接電流Ｉｗは電極マイナス極性電流振幅制御信号Ｉncの値となる。同図(Ｆ)に示すように、溶接電圧Ｖｗはアーク長に相関した電極マイナス極性電圧値となる。

時刻ｔ３において、時刻ｔ１からの経過時間が電極マイナス極性期間設定信号Ｔnrの値に達すると、同図(Ｅ)に示すように、電流設定信号Ｉｒは０に変化する。これに応動して、同図(Ａ)に示すように、溶接電流Ｉｗは傾斜を有して減少する。この傾斜もリアクトルＷＬ及び溶接ケーブルによるインダクタンス値によって決まる。そして、時刻ｔ４において、溶接電流Ｉｗの値が極性切換電流値以下となると、同図(Ｂ)に示すように、電流比較信号Ｃｍが短時間Ｈｉｇｈレベルとなる。また、同図(Ｆ)に示すように、溶接電圧Ｖｗも傾斜を有して減少する。

時刻ｔ４において、同図(Ｂ)に示すように、電流比較信号Ｃｍが短時間Ｈｉｇｈレベルになると、同図(Ｄ)に示すように、電極プラス極性駆動信号ＰｄがＨｉｇｈレベルとなり、電極プラス極性トランジスタＰＴＲがオン状態となり、電極プラス極性ＥＰへと切り換わる。同時に、同図(Ｃ)に示すように、電極マイナス極性駆動信号ＮｄはＬｏｗレベルになり、電極マイナス極性トランジスタＮＴＲはオフ状態となる。時刻ｔ４において、同図(Ｅ)に示すように、電流設定信号Ｉｒは０から正の値の電極プラス極性電流振幅制御信号Ｉpcに切り換わる。同図(Ａ)に示すように、溶接電流Ｉｗは、正の値の極性切換電流値から負の値の極性切換電流値へと瞬時的に変化する。

時刻ｔ４〜ｔ５の期間中は、同図(Ａ)に示すように、溶接電流Ｉｗは、極性切換電流値から電極プラス極性電流振幅制御信号Ｉpcの値まで傾斜を有して増加する。この傾斜もリアクトルＷＬ及び溶接ケーブルによるインダクタンス値によって決まる。同図(Ｆ)に示すように、溶接電圧Ｖｗも傾斜を有して増加する。

時刻ｔ５〜ｔ６の期間中は、同図(Ａ)に示すように、溶接電流Ｉｗは電極プラス極性電流振幅制御信号Ｉpcの値となる。同図(Ｆ)に示すように、溶接電圧Ｖｗは、アーク長と相関する値の電極プラス極性電圧Ｖｐとなる。この期間（定常状態）における電極プラス極性電圧Ｖｐがビード幅と相関する値となる。この電極プラス極性電圧検出信号Ｖpdが電極プラス極性電圧設定信号Ｖprと等しくなるように、電極マイナス極性電流振幅制御信号Ｉnc及び電極プラス極性電流振幅制御信号Ｉpcがフィードバック制御されて、平均溶接電流が変化する。

時刻ｔ６において、時刻ｔ４からの経過時間が電極プラス極性期間設定信号Ｔprの値に達すると、同図(Ｅ)に示すように、電流設定信号Ｉｒは０に変化する。これに応動して、同図(Ａ)に示すように、溶接電流Ｉｗは傾斜を有して減少する。この傾斜もリアクトルＷＬ及び溶接ケーブルによるインダクタンス値によって決まる。そして、時刻ｔ７において、溶接電流Ｉｗの値が極性切換電流値以下となると、同図(Ｂ)に示すように、電流比較信号Ｃｍが短時間Ｈｉｇｈレベルとなる。また、同図(Ｆ)に示すように、溶接電圧Ｖｗも傾斜を有して減少する。

以後、上記の動作を繰り返すことになる。

同図は、溶接電流波形が非平衡波形の場合であるが、平衡波形の場合も同様である。さらに、同図は、溶接電流波形が台形波の場合であるが、正弦波等の曲線状に変化する波形の場合も同様である。

上述した実施の形態１によれば、電極プラス極性電圧を検出し、この電極プラス極性電圧が所定電圧値になるように母材への入熱量を制御する。実施の形態１では、入熱量の制御は、平均溶接電流を制御して行う。これにより、実施の形態１では、溶接経過時間が長くなるのに伴い、母材の温度が高温になり、ビード幅が広くなることを抑制することができる。このために、ビード形状を一定に保つことができるので、高品質の溶接結果を得ることができる。

［実施の形態２］
実施の形態２の発明は、上記の入熱量の制御を溶接速度を制御して行うものである。

図３は、本発明の実施の形態２に係る交流非消耗電極アーク溶接制御方法を実施するための溶接装置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に溶接速度制御回路ＳＣを追加したものである。以下、同図を参照してこのブロックについて説明する。

溶接速度制御回路ＳＣは、上記の溶接速度設定信号Ｓｒ、上記の電圧誤差信号Ｅｖ及び上記の初期期間信号Ｔｓを入力として、初期期間信号ＴｓがＨｉｇｈレベルからＬｏｗレベルに変化した以降の定常溶接期間中は電圧誤差信号Ｅｖを積分して、溶接速度制御信号Ｓｃ＝Ｓｒ＋Ｇ２・∫Ｅｖ・ｄｔを自動台車７に出力する。自動台車７は、この溶接速度制御信号Ｓｃによって定まる溶接速度で移動する。ここで、Ｇ２は負の値の増幅率であり、例えば−１〜−５程度に設定される。この増幅率Ｇ２は、溶接速度のフィードバック制御系が安定になるように調整される。

図３の溶接装置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、電極プラス極性電圧検出信号Ｖpdが電極プラス極性電圧設定信号Ｖprと等しくなるように、溶接速度制御信号Ｓｃがフィードバック制御されて、溶接速度が変化する点が追加されている。

上述した実施の形態２によれば、母材への入熱量の制御を、平均溶接電流及び溶接速度を制御することによって行う。溶接経過時間が長くなるのに伴い、母材の温度が高温になり、ビード幅が広がり始めると、入熱量を小さくするために平均溶接電流は小さくなり、溶接速度は速くなる。これにより、ビード幅(ビード形状)をより精密かつ迅速に一定にすることができる。母材への入熱量の制御を、溶接速度のみによって行うようにしても良い。

［実施の形態３］
実施の形態３の発明は、上記の入熱量の制御を電極マイナス極性時間比率を制御して行うものである。

図４は、本発明の実施の形態３に係る交流非消耗電極アーク溶接制御方法を実施するための溶接装置のブロック図である。同図は上述した図３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３に電極マイナス極性時間比率制御回路ＲＣを追加したものである。以下、同図を参照してこのブロックについて説明する。

電極マイナス極性時間比率制御回路ＲＣは、上記の電極マイナス極性時間比率設定信号Ｒｒ、上記の電圧誤差信号Ｅｖ及び上記の初期期間信号Ｔｓを入力として、初期期間信号ＴｓがＨｉｇｈレベルからＬｏｗレベルに変化した以降の定常溶接期間中は電圧誤差信号Ｅｖを積分して、電極マイナス極性時間比率制御信号Ｒｃ＝Ｒｒ＋Ｇ３・∫Ｅｖ・ｄｔを期間設定回路ＴＲに出力する。期間設定回路ＴＲは、この電極マイナス極性時間比率制御信号Ｒｃ及び周波数設定信号Ｆｒを入力として、電極マイナス極性期間設定信号Ｔnr及び電極プラス極性期間設定信号Ｔprを出力する。ここで、Ｇ３は正の値の増幅率であり、例えば１〜５程度に設定される。この増幅率Ｇ３は、電極マイナス極性時間比率のフィードバック制御系が安定になるように調整される。

図４の溶接装置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、電極プラス極性電圧検出信号Ｖpdが電極プラス極性電圧設定信号Ｖprと等しくなるように、電極マイナス極性時間比率制御信号Ｒｃがフィードバック制御されて、電極マイナス極性時間比率が変化する点が追加されている。

上述した実施の形態３によれば、母材への入熱量の制御を、平均溶接電流、溶接速度及び電極マイナス極性時間比率を制御することによって行う。溶接経過時間が長くなるのに伴い、母材の温度が高温になり、ビード幅が広がり始めると、入熱量を小さくするために平均溶接電流は小さくなり、溶接速度は速くなり、電極マイナス極性時間比率は小さくなる。これにより、ビード幅(ビード形状)をより精密かつ迅速に一定にすることができる。母材への入熱量の制御を平均溶接電流、溶接速度又は電極マイナス極性時間比率の少なくとも１つによって行うようにしても良い。

上記においては、交流非消耗電極アーク溶接が交流ティグ溶接の場合であるが、交流プラズマアーク溶接の場合も同様である。

１ (非消耗)電極
２ 母材
３ アーク
４ 溶接トーチ
５、６ 溶接ケーブル
７ 自動台車
ＣＭ 電流比較回路
Ｃｍ 電流比較信号
Ｄ２ａ〜Ｄ２ｄ ２次整流器
ＤＶ ２次側駆動回路
ＥＩ 電流誤差増幅回路
Ｅｉ 電流誤差増幅信号
ＥＮ 電極マイナス極性
ＥＰ 電極プラス極性
ＥＶ 電圧誤差回路
Ｅｖ 電圧誤差信号
ＦＲ 周波数設定回路
Ｆｒ 周波数設定信号
Ｇ１〜Ｇ３ 増幅率
ＩＤ 電流検出回路
Ｉｄ 電流検出信号
Ｉen 電極マイナス極性電流
Ｉep 電極プラス極性電流
ＩＮＣ 振幅制御回路
Ｉnc 電極マイナス極性電流振幅制御信号
ＩＮＲ 電極マイナス極性電流振幅設定回路
Ｉnr 電極マイナス極性電流振幅設定信号
ＩＮＴ インバータトランス
ＩＮＶ インバータ回路
ＩＰＣ 電極プラス極性電流振幅制御回路
Ｉpc 電極プラス極性電流振幅制御信号
Ｉｒ 電流設定信号
Ｉｗ 溶接電流
Ｎｄ 電極マイナス極性駆動信号
ＮＴＲ 電極マイナス極性トランジスタ
Ｐｄ 電極プラス極性駆動信号
ＰＴＲ 電極プラス極性トランジスタ
ＲＣ 電極マイナス極性時間比率制御回路
Ｒｃ 電極マイナス極性時間比率制御信号
ＲＲ 電極マイナス極性時間比率設定回路
Ｒｒ 電極マイナス極性時間比率設定信号
ＳＣ 溶接速度制御回路
Ｓｃ 溶接速度制御信号
ＳＲ 溶接速度設定回路
Ｓｒ 溶接速度設定信号
ＳＷ 切換回路
Ｔen 電極マイナス極性期間
Ｔep 電極プラス極性期間
ＴＭ タイマ回路
Ｔｍ タイマ信号
Ｔnr 電極マイナス極性期間設定信号
Ｔpr 電極プラス極性期間設定信号
ＴＲ 期間設定回路
ＴＳ 初期期間回路
Ｔｓ 初期期間信号
ＶＤ 電圧検出回路
Ｖｄ 電圧検出信号
ＶＰＤ 電極プラス極性電圧検出回路
Ｖpd 電極プラス極性電圧検出信号
ＶＰＲ 電極プラス極性電圧設定回路
Ｖpr 電極プラス極性電圧設定信号
Ｖｗ 溶接電圧
ＷＬ リアクトル

Claims (5)

1. 電極マイナス極性期間と電極プラス極性期間とを交互に繰り返して溶接する交流非消耗電極アーク溶接制御方法において、
   電極プラス極性電圧を検出し、この電極プラス極性電圧が所定電圧値になるように母材への入熱量を制御する、
   ことを特徴とする交流非消耗電極アーク溶接制御方法。
2. 前記入熱量の制御は、平均溶接電流を制御して行う、
   ことを特徴とする請求項１に記載の交流非消耗電極アーク溶接制御方法。
3. 前記入熱量の制御は、溶接速度を制御して行う、
   ことを特徴とする請求項１又は２に記載の交流非消耗電極アーク溶接制御方法。
4. 前記入熱量の制御は、電極マイナス極性時間比率を制御して行う、
   ことを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の交流非消耗電極アーク溶接制御方法。
5. 前記所定電圧値を、アークスタート後の予め定めた初期期間中における前記電極プラス極性電圧にもとづいて設定する、
   ことを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の交流非消耗電極アーク溶接制御方法。

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