JP5824221B2 - Consumable electrode arc welding control method - Google Patents
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Description
本発明は、溶接電源の外部特性の傾斜を所定値に制御すると共に、溶接電流と電流設定値とが等しくなるように溶接ワイヤの送給速度をフィードバック制御して溶接する消耗電極アーク溶接制御方法に関するものである。 The present invention relates to a consumable electrode arc welding control method in which the slope of the external characteristic of a welding power source is controlled to a predetermined value and welding is performed by feedback control of the welding wire feed speed so that the welding current is equal to the current set value. It is about.
消耗電極アーク溶接では、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われる。この消耗電極アーク溶接には、炭酸ガスアーク溶接法、マグ溶接法、ミグ溶接法、パルスアーク溶接法、交流パルスアーク溶接法等の種々な溶接法がある。消耗電極アーク溶接では、外部特性が定電圧特性である溶接電源が使用される。これは、定電圧特性には、アーク長を一定値に維持する自己制御作用（アーク長制御作用）と呼ばれる作用があるためである。以下、この溶接電源の外部特性について説明する（例えば、特許文献１参照）。 In consumable electrode arc welding, welding is performed by feeding a welding wire at a constant speed and generating an arc between the welding wire and the base material. The consumable electrode arc welding includes various welding methods such as a carbon dioxide arc welding method, a mag welding method, a MIG welding method, a pulse arc welding method, and an AC pulse arc welding method. In consumable electrode arc welding, a welding power source whose external characteristics are constant voltage characteristics is used. This is because the constant voltage characteristic has an action called a self-control action (arc length control action) that maintains the arc length at a constant value. Hereinafter, the external characteristics of this welding power source will be described (for example, see Patent Document 1).
図３は、溶接電源の外部特性を例示する図である。横軸はアークを通電する溶接電流Ｉｗ（Ａ）を示し、縦軸は溶接電源の出力電圧Ｅ（Ｖ）を示す。出力電圧Ｅは、図１で後述するように、高周波変圧器の２次側出力を整流したパルス状電圧を、インバータ回路の制御周期ごとに平均化した値である。外部特性Ｌ１、Ｌ２は、溶接電流Ｉｗと出力電圧Ｅとの関係を示すものであり、一般的に右肩下がりの直線となる。同図に示すように、外部特性Ｌ１及びＬ２は、電流基準値Ｉｒ（Ａ）と電圧基準値Ｅｒ（Ｖ）との交点Ｐを通る傾斜設定値Ｋｒ（Ｖ／Ａ）の直線となる。したがって、外部特性は、以下の式で表すことができる。
Ｅ＝Ｋｒ×（Ｉｗ−Ｉｒ）＋Ｅｒ …（１）式
FIG. 3 is a diagram illustrating the external characteristics of the welding power source. The horizontal axis represents the welding current Iw (A) for energizing the arc, and the vertical axis represents the output voltage E (V) of the welding power source. As will be described later with reference to FIG. 1, the output voltage E is a value obtained by averaging a pulse voltage obtained by rectifying the secondary output of the high-frequency transformer for each control cycle of the inverter circuit. The external characteristics L1 and L2 indicate the relationship between the welding current Iw and the output voltage E, and are generally straight to the right. As shown in the figure, the external characteristics L1 and L2 are straight lines of the inclination set value Kr (V / A) passing through the intersection P between the current reference value Ir (A) and the voltage reference value Er (V). Therefore, the external characteristic can be expressed by the following equation.
E = Kr × (Iw−Ir) + Er (1)
例えば、外部特性Ｌ１は、傾斜設定値Ｋｒ＝−０．０３Ｖ／Ａの場合である。外部特性Ｌ２は、傾斜設定値Ｋｒ＝−０．１Ｖ／Ａの場合である。この外部特性の傾斜設定値Ｋｒは、−０．０１〜−−０．１Ｖ／Ａ程度の範囲で溶接条件に応じて適正値に設定される。この範囲の傾斜を有する外部特性を定電圧特性と呼んでいる。傾斜設定値Ｋｒを変化させた方が良い溶接条件としては、溶接法、溶接速度等がある。例えば、炭酸ガスアーク溶接法、マグ溶接法又はミグ溶接法の場合には、−０．０１〜−０．０５Ｖ／Ａの範囲で設定されることが多い。他方、パルスアーク溶接法又は交流パルスアーク溶接法の場合には、−０．０５〜−０．１Ｖ／Ａ程度の範囲で設定されることが多い。このように溶接条件に応じて傾斜設定値Ｋｒを変化させる理由は、以下のとおりである。すなわち、傾斜設定値Ｋｒによって、上述したアーク長制御系のゲイン（利得）が決まるので、アーク長制御系の過渡応答性及び定常安定性が変化するためである。溶接条件に応じて傾斜設定値Ｋｒを適正化すると、アーク長制御系の過渡応答性及び定常安定性が良好になる。 For example, the external characteristic L1 is a case where the tilt setting value Kr = −0.03 V / A. The external characteristic L2 is a case where the inclination set value Kr = −0.1 V / A. The inclination setting value Kr of the external characteristic is set to an appropriate value in accordance with the welding conditions in the range of about -0.01 to --0.1 V / A. An external characteristic having a slope in this range is called a constant voltage characteristic. Welding conditions, welding speed, and the like are better welding conditions for changing the tilt set value Kr. For example, in the case of the carbon dioxide arc welding method, the mag welding method, or the MIG welding method, it is often set in the range of -0.01 to -0.05 V / A. On the other hand, in the case of the pulse arc welding method or the AC pulse arc welding method, it is often set in the range of about -0.05 to -0.1 V / A. The reason why the inclination set value Kr is changed according to the welding conditions as described above is as follows. That is, because the gain (gain) of the arc length control system described above is determined by the inclination set value Kr, the transient response and steady stability of the arc length control system change. When the inclination set value Kr is optimized according to the welding conditions, the transient response and steady stability of the arc length control system are improved.
ところで、消耗電極アーク溶接では、給電チップ・母材間距離（トーチ高さ）を一定値に保持して溶接を行うのが基本である。この一定値の給電チップ・母材間距離は、溶接電流値（送給速度）に応じてその適正値が異なっている。例えば、溶接電流値が１５０Ａのときは１５mm程度であり、２００Ａのときは２０mm程度であり、２５０Ａのときは２５mm程度である。この溶接電流値に応じた適正値である給電チップ・母材間距離を基準値と呼ぶことにする。給電チップ・母材間距離を一定に保持するのは、溶接電流値が約１８０Ａ未満の小電流域では、給電チップ・母材間距離が変動すると、アーク状態が不安定になるからである。また、溶接電流値が約１８０Ａ以上の中・大電流域では、給電チップ・母材間距離が変動しても、アーク状態は比較的安定した状態であるが、溶接電流値が変化するために、母材の溶け込み深さが変動して溶接品質が悪くなるからである。中・大電流域の溶接では、深い開先を溶接したり、多層盛り溶接を行なうことも多いために、給電チップ・母材間距離を一定値に保持することが困難な場合も生じる。このような場合においても、溶け込み深さを略一定に維持して良好な溶接品質を得ることができる従来技術（例えば、特許文献２参照）が提案されている。 By the way, in the consumable electrode arc welding, the welding is basically performed while maintaining the distance between the power feed tip and the base material (torch height) at a constant value. The appropriate value of the constant distance between the power supply tip and the base material varies depending on the welding current value (feeding speed). For example, when the welding current value is 150 A, it is about 15 mm, when it is 200 A, it is about 20 mm, and when it is 250 A, it is about 25 mm. The distance between the power feed tip and the base material, which is an appropriate value corresponding to the welding current value, will be referred to as a reference value. The reason why the distance between the power supply tip and the base material is kept constant is that the arc state becomes unstable if the distance between the power supply tip and the base material varies in a small current region where the welding current value is less than about 180 A. Also, in the middle and large current ranges where the welding current value is about 180 A or more, the arc state is relatively stable even if the distance between the power feed tip and the base material fluctuates, but the welding current value changes. This is because the penetration depth of the base material fluctuates and the welding quality deteriorates. In the welding in the middle / high current range, a deep groove is often welded or multi-layer welding is performed, so that it may be difficult to maintain a constant distance between the power supply tip and the base material. Even in such a case, there has been proposed a conventional technique (see, for example, Patent Document 2) that can obtain a good welding quality while maintaining the penetration depth substantially constant.
この従来技術では、溶接電流値が予め定めた溶接電流設定値と等しくなるように溶接ワイヤの送給速度をフィードバック制御によって可変している。ここで、溶接電流値は、溶接電流の瞬時値をカットオフ周波数１〜１０Ｈｚ程度のローパスフィルタに通した値である。すなわち、給電チップ・母材間距離が基準値よりも長くなると、溶接電流値は減少する。溶接電流値が減少すると溶接電流設定値よりも小さくなるので、フィードバック制御によって送給速度が速くなる。この結果、溶接電流値は増加して溶接電流設定値と等しくなる。給電チップ・母材間距離が基準値よりも短くなったときも、同様にして、溶接電流値は溶接電流設定値を維持することになる。したがって、従来技術では、給電チップ・母材間距離が変動しても、溶接電流値を一定値に維持することができるので、溶け込み深さを安定化することができる。この従来技術の送給制御方法を、溶け込み制御又は電流一定化制御と一般的に呼ぶ場合もある。したがって、以下の説明においては、上述した送給制御方法を電流一定化制御と記載する場合もある。 In this prior art, the feeding speed of the welding wire is varied by feedback control so that the welding current value becomes equal to a predetermined welding current set value. Here, the welding current value is a value obtained by passing an instantaneous value of the welding current through a low-pass filter having a cutoff frequency of about 1 to 10 Hz. That is, when the distance between the power feed tip and the base material becomes longer than the reference value, the welding current value decreases. When the welding current value decreases, the welding current value becomes smaller than the welding current set value, so that the feeding speed is increased by feedback control. As a result, the welding current value increases and becomes equal to the welding current set value. Similarly, when the distance between the power feed tip and the base material becomes shorter than the reference value, the welding current value maintains the welding current set value. Therefore, in the prior art, even if the distance between the power feed tip and the base material varies, the welding current value can be maintained at a constant value, so that the penetration depth can be stabilized. This conventional feeding control method may be generally referred to as melt control or current stabilization control. Therefore, in the following description, the above-described feed control method may be described as current stabilization control.
消耗電極アーク溶接において、溶接電圧を調整してアーク長を比較的長く設定すると、溶接ワイヤと母材との間に短絡が発生しない溶接状態となる。そして、溶接電圧を小さくしていくと、アーク長は次第に短くなり、溶接ワイヤと母材との間に短絡が発生するようになる。さらに溶接電圧を小さくしていくと、アーク長もより一層短くなり、短絡回数が多くなる。継手形状、溶接姿勢等に応じて適正なアーク長に設定して溶接する必要がある。このために、短絡が発生しないアーク長、短絡が少し発生するアーク長又は短絡が多く発生するアーク長のいずれの状態でも溶接を行うことになる。 In the consumable electrode arc welding, when the welding voltage is adjusted and the arc length is set to be relatively long, a welding state in which a short circuit does not occur between the welding wire and the base material is obtained. As the welding voltage is decreased, the arc length gradually decreases, and a short circuit occurs between the welding wire and the base material. When the welding voltage is further reduced, the arc length is further shortened and the number of short circuits is increased. It is necessary to set an appropriate arc length according to the joint shape, welding posture, etc. for welding. For this reason, welding is performed in any state of an arc length where no short circuit occurs, an arc length where a short circuit occurs a little, or an arc length where many short circuits occur.
上述した電流一定化制御では、給電チップ・母材間距離及び送給速度が変化する溶接であるので、アーク長が変動しやすい溶接状態となる。さらには、上述したアーク長設定の長短によってこのアーク長の変動状態が異なる。アーク長の過渡的な変動が小さいほど、溶接状態は安定化することになる。アーク長の過渡的な変動を小さくするためには、上述したように、外部特性の傾斜を適正化する必要がある。しかし、短絡が発生しない比較的長いアーク長に設定したときに傾斜を適正化すると、短絡が発生する比較的短いアーク長に設定したときはアーク長の過渡的な変動が大きくなるという問題があった。逆に、短絡が発生する比較的短いアーク長に設定したときに傾斜を適正化すると、短絡が発生しない比較的長いアーク長に設定したときはアーク長の定常安定性が悪くなるという問題があった。 In the current stabilization control described above, since the welding is such that the distance between the power supply tip and the base material and the feeding speed are changed, the arc length is easily changed. Furthermore, the variation state of the arc length differs depending on the length of the arc length setting described above. The smaller the transient fluctuation of the arc length, the more stable the welding state. In order to reduce the transient fluctuation of the arc length, it is necessary to optimize the inclination of the external characteristics as described above. However, if the slope is optimized when a relatively long arc length is set so that a short circuit does not occur, there is a problem that a transient fluctuation of the arc length becomes large when a relatively short arc length that causes a short circuit is set. It was. Conversely, if the slope is optimized when a relatively short arc length that causes a short circuit is set, there is a problem that the steady stability of the arc length is deteriorated when a relatively long arc length that does not cause a short circuit is set. It was.
そこで、本発明では、電流一定化制御において、アーク長の長短の設定に関わりなくアーク長の過渡的な変動が小さく、かつ、定常安定性も良好である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。 Accordingly, the present invention provides a consumable electrode arc welding control method in which the transient fluctuation of the arc length is small and the steady-state stability is good regardless of the setting of the arc length in current stabilization control. With the goal.
上述した課題を解決するために、請求項１の発明は、
溶接電源の外部特性の傾斜を所定値に制御すると共に、溶接電流と予め定めた溶接電流設定値とが等しくなるように溶接ワイヤの送給速度をフィードバック制御して溶接する消耗電極アーク溶接制御方法において、
単位時間当たりの短絡回数を検出し、この短絡回数検出値Ｎｄを入力として予め定めた傾斜設定関数によって前記外部特性の傾斜を設定し、
前記傾斜設定関数は、前記短絡回数検出値Ｎｄが大きくなるほど傾斜の絶対値が小さくなるように設定する関数である、
ことを特徴とする消耗電極アーク溶接制御方法である。
In order to solve the above-described problems, the invention of
A consumable electrode arc welding control method for controlling the inclination of the external characteristic of the welding power source to a predetermined value and performing feedback control of the welding wire feed speed so that the welding current is equal to a predetermined welding current set value. In
The number of short circuits per unit time is detected, the short circuit number detection value Nd is input, and the slope of the external characteristic is set by a predetermined slope setting function.
The slope setting function is a function for setting the absolute value of the slope to be smaller as the short circuit number detection value Nd is larger.
This is a consumable electrode arc welding control method.
請求項２の発明は、前記短絡回数の検出を、アークスタート時点から１回だけ行う、
ことを特徴とする請求項１記載の消耗電極アーク溶接制御方法である。
The invention of
The consumable electrode arc welding control method according to
請求項３の発明は、前記短絡回数の検出を、所定周期ごとに行う、
ことを特徴とする請求項１記載の消耗電極アーク溶接制御方法である。
The invention of claim 3 performs the detection of the number of short-circuits at predetermined intervals.
The consumable electrode arc welding control method according to
請求項４の発明は、前記傾斜設定関数は、前記短絡回数検出値ＮｄがＮｄ＝０のとき予め定めた第１傾斜に設定し、Ｎｄ＞０のとき前記第１傾斜よりも絶対値が小さな値の予め定めた第２傾斜に設定する関数である、
ことを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載する消耗電極アーク溶接制御方法である。
According to a fourth aspect of the present invention, the slope setting function is set to a predetermined first slope when the short-circuit number detection value Nd is Nd = 0, and has an absolute value smaller than the first slope when Nd> 0. A function to set a predetermined second slope of the value,
The consumable electrode arc welding control method according to any one of
本発明によれば、短絡回数の検出値に応じて外部特性の傾斜を適正化している。このために、アーク長設定の長短に関わりなく、電流一定化制御におけるアーク長制御系の過渡応答性及び定常安定性を良好にすることができる。この結果、給電チップ・母材間距離が変化して送給速度が変化しても、アーク長の過渡的な変動を小さくすることができるので、良好な溶接品質を得ることができる。 According to the present invention, the inclination of the external characteristic is optimized according to the detected value of the number of short circuits. For this reason, regardless of the length of the arc length setting, the transient response and steady stability of the arc length control system in the current stabilization control can be improved. As a result, even if the distance between the power supply tip and the base material changes and the feed speed changes, the transient fluctuation of the arc length can be reduced, so that good welding quality can be obtained.
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。 Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
本発明の実施の形態では、溶接電源の外部特性の傾斜を所定値に制御すると共に、溶接電流と溶接電流設定値とが等しくなるように溶接ワイヤの送給速度をフィードバック制御し、単位時間当たりの短絡回数を検出し、この短絡回数検出値を入力として傾斜設定関数によって外部特性の傾斜を設定するものである。以下、この実施の形態について図面を参照して説明する。 In the embodiment of the present invention, the slope of the external characteristic of the welding power source is controlled to a predetermined value, and the feed rate of the welding wire is feedback-controlled so that the welding current and the welding current set value are equal to each other. The number of short-circuits is detected, and the slope of the external characteristic is set by the slope setting function using the short-circuit number detection value as an input. Hereinafter, this embodiment will be described with reference to the drawings.
図１は、本発明の実施の形態に係る消耗電極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、溶接法が炭酸ガスアーク溶接法、マグ溶接法又はミグ溶接法の場合に使用される溶接電源の場合である。以下、同図を参照して、各ブロックについて説明する。 FIG. 1 is a block diagram of a welding power source for carrying out a consumable electrode arc welding control method according to an embodiment of the present invention. This figure shows the case of a welding power source used when the welding method is a carbon dioxide arc welding method, a mag welding method or a MIG welding method. Hereinafter, each block will be described with reference to FIG.
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、後述する誤差増幅信号Ｅａに従ってインバータ制御等の出力制御を行い、出力電圧Ｅ及び溶接電流Ｉｗ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次整流回路、整流されたリップルのある直流を平滑するコンデンサ、平滑された直流を高周波交流（５０〜１５０ｋＨｚ）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次整流回路、上記の誤差増幅信号Ｅａを入力としてＰＷＭ変調制御に基づいて上記のインバータ回路のブリッジ用トランジスタを駆動するための駆動回路を備えている。直流リアクトルＤＣＬは、上記の出力電圧Ｅを平滑する。溶接ワイヤ１は、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内を通って送給され、母材２との間にアーク３が発生する。溶接ワイヤ１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。
The power supply main circuit PM receives a commercial power supply (not shown) such as three-phase 200 V, performs output control such as inverter control according to an error amplification signal Ea described later, and outputs an output voltage E and a welding current Iw. The power supply main circuit PM is omitted in the drawing, but a primary rectifier circuit for rectifying a commercial power supply, a capacitor for smoothing a rectified rippled direct current, and converting the smoothed direct current to a high-frequency alternating current (50 to 150 kHz). Inverter circuit, high-frequency transformer that steps down high-frequency alternating current to a voltage value suitable for arc welding, secondary rectifier circuit that rectifies the stepped-down high-frequency alternating current, and the above-described error amplification signal Ea as an input based on PWM modulation control A drive circuit for driving the bridge transistor of the inverter circuit is provided. The DC reactor DCL smoothes the output voltage E. The
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。短絡判別回路ＳＤは、この溶接電圧検出信号Ｖｄを入力として、この値が短絡判別値（１５Ｖ程度）以下のときは短絡状態にあると判別してＨｉｇｈレベルになる短絡判別信号Ｓｄを出力する。 The welding voltage detection circuit VD detects the welding voltage Vw and outputs a welding voltage detection signal Vd. The short-circuit determination circuit SD receives the welding voltage detection signal Vd as an input, and when this value is equal to or less than the short-circuit determination value (about 15 V), determines that the short-circuit state exists and outputs a short-circuit determination signal Sd that becomes a high level.
短絡回数検出回路ＮＤは、上記の短絡判別信号Ｓｄを入力として、所定周期ごとに単位時間当たりの短絡回数を算出して、短絡回数検出信号Ｎｄを出力する。所定周期は、例えば１〜５秒程度に設定される。アーク長の設定が溶接中に複数回変化するような場合には、この所定周期を短く設定すると、アーク長変化時の短絡回数の変化を正確に検出することができる。短絡回数の変化を正確に検出することができると、後述するように、電流一定化制御におけるアーク長制御の過渡応答性及び定常安定性を向上させることができる。また、短絡回数の検出をアークスタート後に１回だけ行うようにしても良い。これは、１回の溶接中にはアーク長の設定が変化しない場合である。アークスタート後に溶接状態が安定した時点で短絡回数を検出すれば良い。上記の単位時間は、例えば１秒間である。但し、短絡回数の検出時間（計測時間）は、０．５〜３秒程度に設定し、その検出回数を１秒間に換算すれば良い。したがって、短絡回数検出信号Ｎｄの値は、０以上の実数となる。短絡回数を周期ごとに検出して、その移動平均値を算出して、上記の短絡回数検出信号Ｎｄとしても良い。 The short circuit number detection circuit ND receives the short circuit determination signal Sd, calculates the number of short circuits per unit time for each predetermined period, and outputs a short circuit number detection signal Nd. The predetermined period is set to about 1 to 5 seconds, for example. When the setting of the arc length changes a plurality of times during welding, if the predetermined period is set short, the change in the number of short circuits when the arc length changes can be accurately detected. If the change in the number of short circuits can be accurately detected, as will be described later, it is possible to improve the transient response and steady stability of arc length control in current stabilization control. Further, the number of short circuits may be detected only once after the arc start. This is a case where the setting of the arc length does not change during one welding. What is necessary is just to detect the frequency | count of a short circuit when the welding state is stabilized after the arc start. The unit time is, for example, 1 second. However, the detection time (measurement time) of the number of short circuits may be set to about 0.5 to 3 seconds, and the number of detections may be converted to 1 second. Therefore, the value of the short circuit count detection signal Nd is a real number of 0 or more. It is also possible to detect the number of short circuits for each period, calculate the moving average value, and use the short circuit number detection signal Nd as described above.
電圧基準値設定回路ＥＲは、予め定めた電圧基準値信号Ｅｒを出力する。電流基準値設定回路ＩＲは、予め定めた電流基準値信号Ｉｒを出力する。傾斜設定回路ＫＲは、上記の短絡回数検出信号Ｎｄを入力として、予め定めた傾斜設定関数によって傾斜設定信号Ｋｒを出力する。この傾斜設定関数については、図２で後述する。 The voltage reference value setting circuit ER outputs a predetermined voltage reference value signal Er. The current reference value setting circuit IR outputs a predetermined current reference value signal Ir. The inclination setting circuit KR receives the short circuit number detection signal Nd as described above and outputs an inclination setting signal Kr by a predetermined inclination setting function. This tilt setting function will be described later with reference to FIG.
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。外部特性形成回路ＥＣＲは、上記の電圧基準値信号Ｅｒ、上記の電流基準値信号Ｉｒ、上記の傾斜設定信号Ｋｒ及びこの溶接電流検出信号Ｉｄを入力として、上述した（１）式に基づいてＥcr＝Ｋｒ×（Ｉｄ−Ｉｒ）＋Ｅｒを演算して、出力電圧制御設定信号Ｅcrを出力する。この回路によって、図３で上述した所望の外部特性を形成するために、溶接電流検出信号Ｉｄに対応した出力電圧制御設定信号Ｅcrを出力している。 The welding current detection circuit ID detects the welding current Iw and outputs a welding current detection signal Id. The external characteristic forming circuit ECR receives the voltage reference value signal Er, the current reference value signal Ir, the inclination setting signal Kr and the welding current detection signal Id as inputs, and based on the above-described equation (1), Ecr = Kr × (Id−Ir) + Er is calculated and an output voltage control setting signal Ecr is output. This circuit outputs an output voltage control setting signal Ecr corresponding to the welding current detection signal Id in order to form the desired external characteristic described above with reference to FIG.
出力電圧検出回路ＥＤは、高周波変圧器の２次側出力を整流したパルス状電圧である上記の出力電圧Ｅを検出し、この検出値をインバータ回路の制御周期ごとに平均化して、出力電圧検出信号Ｅｄを出力する。誤差増幅回路ＥＡは、上記の出力電圧制御設定信号Ｅcrとこの出力電圧検出信号Ｅｄとの誤差を増幅して、誤差増幅信号Ｅａを出力する。上記の外部特性形成回路ＥＣＲ及びこの誤差増幅回路ＥＡによって、傾斜設定値Ｋｒの外部特性を形成することができる。 The output voltage detection circuit ED detects the output voltage E, which is a pulsed voltage obtained by rectifying the secondary side output of the high-frequency transformer, and averages the detected value for each control cycle of the inverter circuit to detect the output voltage. The signal Ed is output. The error amplification circuit EA amplifies an error between the output voltage control setting signal Ecr and the output voltage detection signal Ed, and outputs an error amplification signal Ea. The external characteristic forming circuit ECR and the error amplifying circuit EA can form the external characteristic of the inclination set value Kr.
溶接電流設定回路ＩＷＲは、予め定めた溶接電流設定信号Ｉwｒを出力する。溶接電流フィルタ回路ＩＦＴは、上記の溶接電流検出信号Ｉｄを入力として、カットオフ周波数１〜１０Ｈｚ程度のローパスフィルタを通して、溶接電流フィルタ信号Ｉftを出力する。電流誤差増幅回路ＥＩは、上記の溶接電流設定信号Ｉwrと上記の溶接電流フィルタ信号Ｉftとの誤差を増幅して、電流誤差増幅信号Ｅｉを出力する。送給速度設定回路ＦＲは、この電流誤差増幅信号Ｅｉを積分して、送給速度設定信号Ｆｒを出力する。積分は溶接中行われて、Ｆｒ＝Ｆr0＋∫Ｅｉ・ｄｔとなる。ここで、Ｆr0は初期値である。この初期値Ｆr0は、６〜１０m/min程度の範囲で適正値に設定される。上記の溶接電流設定信号Ｉwrの値、溶接ワイヤの材質、直径、及び基準給電チップ・母材間距離が定まると送給速度がきまるので、この送給速度を初期値Ｆr0としても良い。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、この設定値に相当す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を上記の送給モータＷＭに出力する。上記の電流誤差増幅回路ＥＩ、上記の送給速度設定回路ＦＲ、上記の送給制御回路ＦＣ及び上記の送給モータＷＭによって、電流一定化制御が行われる。
The welding current setting circuit IWR outputs a predetermined welding current setting signal Iwr. The welding current filter circuit IFT receives the welding current detection signal Id and outputs a welding current filter signal Ift through a low-pass filter having a cutoff frequency of about 1 to 10 Hz. The current error amplification circuit EI amplifies an error between the welding current setting signal Iwr and the welding current filter signal Ift and outputs a current error amplification signal Ei. The feed speed setting circuit FR integrates the current error amplification signal Ei and outputs a feed speed setting signal Fr. Integration is performed during welding, and Fr = Fr0 + ∫Ei · dt. Here, Fr0 is an initial value. This initial value Fr0 is set to an appropriate value in the range of about 6 to 10 m / min. Since the feeding speed is determined when the value of the welding current setting signal Iwr, the material and diameter of the welding wire, and the distance between the reference feeding tip and the base material are determined, this feeding speed may be set to the initial value Fr0. The feed control circuit FC receives the feed speed setting signal Fr as an input, and feeds a feed control signal Fc for feeding the
図２は、上述した傾斜設定回路ＫＲに内蔵されている傾斜設定関数の一例を示す図である。横軸は短絡回数検出信号Ｎｄ（回／秒）を示し、縦軸は傾斜設定信号Ｋｒ（Ｖ／Ａ）を示す。横軸は０〜２０回／秒の範囲を示している。縦軸は、一番上が０．０Ｖ／Ａを示し、一番下が−０．０６Ｖ／Ａを示している。以下、同図を参照して説明する。 FIG. 2 is a diagram illustrating an example of a slope setting function built in the slope setting circuit KR described above. The horizontal axis indicates the short circuit count detection signal Nd (times / second), and the vertical axis indicates the inclination setting signal Kr (V / A). The horizontal axis indicates a range of 0 to 20 times / second. In the vertical axis, the top indicates 0.0 V / A, and the bottom indicates -0.06 V / A. Hereinafter, a description will be given with reference to FIG.
同図に示すように、傾斜設定関数は、Ｎｄ＝０のときＫｒ＝−０．０５となり、直線状に増加してＮｄ＝１のときＫｒ＝−０．０３となり、さらに直線状に増加してＮｄ＝１０のときＫｒ＝−０．０２となり、Ｎｄが１０〜２０の範囲ではＫｒ＝−０．０２のままとなる。同図では関数が折れ線となり直線状に増加する場合であるが、曲線状に増加するようにしても良い。また、Ｎｄ＝０のときＫｒ＝第１傾斜とし、Ｎｄ＞０のときＫｒ＝第２傾斜として、ステップ状に変化するようにしても良い。ここで、第１傾斜＜第２傾斜であり、絶対値では｜第１傾斜｜＞｜第２傾斜｜である。例えば、第１傾斜は−０．０５であり、第２傾斜は−０．０２である。すなわち、傾斜設定関数は、短絡回数検出信号Ｎｄの値が大きくなると、傾斜設定信号Ｋｒの値も大きくなる（絶対値が小さくなる）ようにすれば良い。この傾斜設定関数は、溶接法、溶接ワイヤの材質、直径、溶接電流設定信号Ｉwrの値等に応じて実験によって適正値に設定される。 As shown in the figure, the slope setting function becomes Kr = −0.05 when Nd = 0, increases linearly when Nd = 1, becomes Kr = −0.03 when Nd = 1, and further increases linearly. Thus, when Nd = 10, Kr = −0.02, and when Nd is 10 to 20, Kr = −0.02. In the figure, the function is a broken line and increases linearly, but it may be increased in a curved line. Alternatively, Kr = first slope may be set when Nd = 0, and Kr = second slope when Nd> 0. Here, the first inclination <the second inclination, and the absolute value is | the first inclination |> | the second inclination |. For example, the first slope is -0.05 and the second slope is -0.02. That is, the slope setting function may be configured such that the value of the slope setting signal Kr increases (the absolute value decreases) as the value of the short circuit number detection signal Nd increases. This inclination setting function is set to an appropriate value by experiment according to the welding method, the material of the welding wire, the diameter, the value of the welding current setting signal Iwr, and the like.
上述したように、短絡回数検出値が大きくなるほど外部特性の傾斜の絶対値を小さくすることによって、電流一定化制御におけるアーク長制御系の過渡応答性及び定常安定性が良好になる理由は、以下のとおりである。電圧基準値信号Ｅｒの値を調整して溶接電圧Ｖｗを変化させて定常のアーク長が比較的長くなるようにすると、短絡が発生しないアーク状態になるために単位時間当たりの短絡回数は０回／秒となる。電圧基準値信号Ｅｒを小さくして溶接電圧Ｖｗを小さくしアーク長を短くすると、短絡が発生するようになり、単位時間当たりの短絡回数は数回／秒となる。さらに、電圧基準値信号Ｅｒを小さくして溶接電圧Ｖｗを小さくしアーク長をさらに短くすると、短絡が発生する頻度が高まり、単位時間当たりの短絡回数は十数回／秒となる。すなわち、単位時間当たりの短絡回数によって、アーク長の設定状態を検出することができる。したがって、単位時間当たりの短絡回数を検出し、この短絡回数検出値に応じて外部特性の傾斜を最適化すれば、アーク長設定の長短に関わり無く電流一定化制御におけるアーク長制御系の過渡応答性及び定常安定性を良好にすることができる。 As described above, the reason why the transient response and the steady stability of the arc length control system in the current stabilization control are improved by decreasing the absolute value of the slope of the external characteristic as the detected number of short circuits increases is as follows. It is as follows. When the value of the voltage reference value signal Er is adjusted to change the welding voltage Vw so that the steady arc length becomes relatively long, the short circuit does not occur, so the number of short circuits per unit time is zero. / Sec. When the voltage reference value signal Er is decreased to decrease the welding voltage Vw and the arc length is shortened, a short circuit occurs, and the number of short circuits per unit time is several times / second. Further, when the voltage reference value signal Er is reduced to reduce the welding voltage Vw and the arc length is further shortened, the frequency of short-circuiting increases, and the number of short-circuits per unit time becomes ten times / second. That is, the setting state of the arc length can be detected based on the number of short circuits per unit time. Therefore, by detecting the number of short circuits per unit time and optimizing the slope of the external characteristics according to the detected number of short circuits, the transient response of the arc length control system in the current stabilization control regardless of the length of the arc length setting And stability can be improved.
ところで、アーク長は、上述したように、電圧基準値信号Ｅｒの値によって設定している。しかし、同一の電圧基準値信号Ｅｒの値であっても、溶接速度、継手形状、溶接姿勢等が異なるとアーク長が異なる値となる。したがって、アーク長を電圧基準値信号Ｅｒの値によって検出することは困難である。このために、本実施の形態では、アーク長の検出を単位時間当たりの短絡回数によって行っている。 Incidentally, the arc length is set by the value of the voltage reference value signal Er as described above. However, even when the voltage reference value signal Er is the same, the arc length is different when the welding speed, joint shape, welding posture, and the like are different. Therefore, it is difficult to detect the arc length from the value of the voltage reference value signal Er. For this reason, in this embodiment, the arc length is detected based on the number of short circuits per unit time.
上述した実施の形態によれば、短絡回数の検出値に応じて外部特性の傾斜を適正化している。このために、アーク長設定の長短に関わりなく、電流一定化制御におけるアーク長制御系の過渡応答性及び定常安定性を良好にすることができる。この結果、給電チップ・母材間距離が変化して送給速度が変化しても、アーク長の過渡的な変動を小さくすることができるので、良好な溶接品質を得ることができる。 According to the embodiment described above, the inclination of the external characteristic is optimized according to the detected value of the number of short circuits. For this reason, regardless of the length of the arc length setting, the transient response and steady stability of the arc length control system in the current stabilization control can be improved. As a result, even if the distance between the power supply tip and the base material changes and the feed speed changes, the transient fluctuation of the arc length can be reduced, so that good welding quality can be obtained.
上述した実施の形態では、炭酸ガスアーク溶接法、マグ溶接法及びミグ溶接法の場合を例示したが、本発明は、パルスアーク溶接法及び交流パルスアーク溶接法にも適用することができる。 In the above-described embodiment, the case of the carbon dioxide arc welding method, the mag welding method, and the MIG welding method has been exemplified, but the present invention can also be applied to the pulse arc welding method and the AC pulse arc welding method.
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
ＤＣＬ 直流リアクトル
Ｅ 出力電圧
ＥＡ 誤差増幅回路
Ｅａ 誤差増幅信号
ＥＣＲ 外部特性形成回路
Ｅcr 出力電圧制御設定信号
ＥＤ 出力電圧検出回路
Ｅｄ 出力電圧検出信号
ＥＩ 電流誤差増幅回路
Ｅｉ 電流誤差増幅信号
ＥＲ 電圧基準値設定回路
Ｅｒ 電圧基準値（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
Ｆr0 初期値
ＩＤ 溶接電流検出回路
Ｉｄ 溶接電流検出信号
ＩＦＴ 溶接電流フィルタ回路
Ｉft 溶接電流フィルタ信号
ＩＲ 電流基準値設定回路
Ｉｒ 電流基準値（信号）
Ｉｗ 溶接電流
ＩＷＲ 溶接電流設定回路
Ｉwr 溶接電流設定信号
ＫＲ 傾斜設定回路
Ｋｒ 傾斜設定（値／信号）
Ｌ１、Ｌ２ 外部特性
ＮＤ 短絡回数検出回路
Ｎｄ 短絡回数検出（値／信号）
Ｐ 交点
ＰＭ 電源主回路
ＳＤ 短絡判別回路
Ｓｄ 短絡判別信号
ＶＤ 溶接電圧検出回路
ｖｄ 溶接電圧検出信号
Ｖｗ 溶接電圧
ＷＭ 送給モータ
DESCRIPTION OF
FC Feeding control circuit Fc Feeding control signal FR Feeding speed setting circuit Fr Feeding speed setting signal Fr0 Initial value ID Welding current detection circuit Id Welding current detection signal IFT Welding current filter circuit Ift Welding current filter signal IR Current reference value setting Circuit Ir Current reference value (signal)
Iw Welding current IWR Welding current setting circuit Iwr Welding current setting signal KR Inclination setting circuit Kr Inclination setting (value / signal)
L1, L2 External characteristics ND Short circuit number detection circuit Nd Short circuit number detection (value / signal)
P Intersection PM Power supply main circuit SD Short circuit determination circuit Sd Short circuit determination signal VD Welding voltage detection circuit vd Welding voltage detection signal Vw Welding voltage WM Feeding motor
Claims (4)
単位時間当たりの短絡回数を検出し、この短絡回数検出値Ｎｄを入力として予め定めた傾斜設定関数によって前記外部特性の傾斜を設定し、
前記傾斜設定関数は、前記短絡回数検出値Ｎｄが大きくなるほど傾斜の絶対値が小さくなるように設定する関数である、
ことを特徴とする消耗電極アーク溶接制御方法。 A consumable electrode arc welding control method for controlling the inclination of the external characteristic of the welding power source to a predetermined value and performing feedback control of the welding wire feed speed so that the welding current is equal to a predetermined welding current set value. In
Detecting the number of short circuits per unit time, setting the slope of the external characteristic by a predetermined slope setting function with this short circuit number detection value Nd as an input,
The slope setting function is a function for setting the absolute value of the slope to be smaller as the short circuit number detection value Nd is larger.
A consumable electrode arc welding control method.
ことを特徴とする請求項１記載の消耗電極アーク溶接制御方法。 The number of short circuits is detected only once from the arc start time.
The consumable electrode arc welding control method according to claim 1.
ことを特徴とする請求項１記載の消耗電極アーク溶接制御方法。 The detection of the number of short circuits is performed every predetermined period.
The consumable electrode arc welding control method according to claim 1.
ことを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載する消耗電極アーク溶接制御方法。 The slope setting function is set to a predetermined first slope when the short circuit count detection value Nd is Nd = 0, and a second predetermined value having a smaller absolute value than the first slope when Nd> 0. A function to set the slope,
The consumable electrode arc welding control method according to any one of claims 1 to 3.
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