パルスアーク溶接のアーク長制御方法
【課題】ピーク電流及びベース電流から成るパルス波形の溶接電流をアークに通電すると共に、消耗電極と母材との間のパルス波形の溶接電圧Ｖｗを検出し、この溶接電圧検出値を基準電圧波形からの所定変動幅Ｖｃ±ΔＶｃ内で制限して溶接電圧制限値Ｖｆｔを算出し、この溶接電圧制限値Ｖｆｔを平均化した溶接電圧制限平均値が予め定めた電圧設定値と略等しくなるように溶接電源の出力を制御してアーク長を適正値に維持するパルスアーク溶接のアーク長制御方法において、上記の変動幅ΔＶｃを適正値に設定する方法を提供する。
【解決手段】本発明は、上記の変動幅ΔＶｃを、アーク発生期間中の溶接電流値を入力として予め定めた電流変動幅関数によって変化させるパルスアーク溶接のアーク長制御方法である。
【解決手段】本発明は、上記の変動幅ΔＶｃを、アーク発生期間中の溶接電流値を入力として予め定めた電流変動幅関数によって変化させるパルスアーク溶接のアーク長制御方法である。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、アーク長と比例関係にない異常電圧を除去した溶接電圧によってアーク長を制御するためのパルスアーク溶接のアーク長制御方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
図５は、本発明が対象とする消耗電極パルスアーク溶接における溶接電流Ｉｗ及び溶接電圧Ｖｗの波形図である。以下、同図を参照して説明する。
【０００３】
時刻ｔ１〜ｔ２のピーク立上り期間Ｔup中は、同図（Ａ）に示すように、ベース電流Ｉｂからピーク電流Ｉｐへと上昇する遷移電流が通電し、同図（Ｂ）に示すように、ベース電圧Ｖｂからピーク電圧Ｖｐへと上昇する遷移電圧が電極・母材間に印加する。時刻ｔ２〜ｔ３のピーク期間Ｔｐ中は、同図（Ａ）に示すように、溶滴移行させるための大電流値のピーク電流Ｉｐが通電し、同図（Ｂ）に示すように、ピーク電圧Ｖｐが電極・母材間に印加する。時刻ｔ３〜ｔ４のピーク立下り期間Ｔdw中は、同図（Ａ）に示すように、ピーク電流Ｉｐからベース電流Ｉｂへと下降する遷移電流が通電し、同図（Ｂ）に示すように、ピーク電圧Ｖｐからベース電圧Ｖｂへと下降する遷移電圧が電極・母材間に印加する。時刻ｔ４〜ｔ５のベース期間Ｔｂ中は、同図（Ａ）に示すように、溶滴を成長させないための小電流値のベース電流Ｉｂが通電し、同図（Ｂ）に示すように、ベース電圧Ｖｂが電極・母材間に印加する。上記の時刻ｔ１〜ｔ５の期間をパルス周期Ｔｆとして繰り返して溶接が行われる。上記のピーク立上り期間Ｔup及びピーク立下り期間Ｔdwは、溶接電源の内部及び外部に存在するリアクトル等による場合は０．３ms程度と短時間である。この場合、略矩形波の溶接電流Ｉｗ及び溶接電圧Ｖｗとなる。他方、溶接条件によってはピーク立上り期間Ｔup及びピーク立下り期間Ｔdwを数ms程度に設定する場合もある。この場合、台形波の溶接電流Ｉｗ及び溶接電圧Ｖｗとなる。したがって、ピーク立上り期間Ｔup、ピーク期間Ｔｐ及びピーク立下り期間Ｔdwを合わせて広義のピーク期間Ｔｐとみなす場合もある。
【０００４】
次に、同図（Ａ）に示すように、パルス波形の溶接電流Ｉｗを平均化したのが溶接電流平均値Ｉavであり、同図（Ｂ）に示すように、パルス波形の溶接電圧Ｖｗを平均化したのが溶接電圧平均値Ｖavである。一般的にパルスアーク溶接のアーク長制御は、以下のように行われる。すなわち、平均アーク長と上記の溶接電圧平均値Ｖavとは略比例関係にあるので、溶接中のアーク長を溶接電圧平均値Ｖavによって検出することができる。そして、この溶接電圧平均値Ｖavの検出値が目標値である電圧設定値Ｖｓと略等しくなるように、パルス周期Ｔｆ、ピーク期間Ｔｐ、ピーク電流Ｉｐ又はベース電流Ｉｂの少なくとも１つ以上を変化させて溶接電流平均値Ｉavを変化させることによって、ワイヤ溶融速度を変化させてアーク長を適正値に制御する。したがって、アーク長制御では、上記の溶接電圧平均値Ｖavによってアーク長を正確に検出できることが、良好なアーク長制御の重要な前提条件となる。
【０００５】
ところで、パルスアーク溶接においては、(1)消耗電極である溶接ワイヤと母材とが短絡しその短絡が解除されてアークが再点弧したとき、(2)母材表面の酸化皮膜の不均一に起因するアーク陰極点のふらつき現象が発生したとき等において、異常電圧が溶接電圧Ｖｗに重畳することがある。この異常電圧はアーク長とは比例しない電圧であるので、アーク長を検出するためには溶接電圧Ｖｗに重畳した異常電圧を除去する必要がある。この除去のための方法としては、パルス波形の基準電圧波形Ｖｃ（ｔ）及び変動幅ΔＶｃを予め設定し、溶接電圧ＶｗがＶｃ(t)±ΔＶｃの範囲外になる部分は異常電圧であるとしてカットして制限する従来技術が提案されている。以下、この従来技術について説明する（特許文献１参照）。
【０００６】
図６は、上記の基準電圧波形Ｖｃ(t)の設定方法を示す波形図である。まず、溶接ワイヤの種類、送給速度等に応じて、基準ピーク電圧値Ｖpc、基準ベース電圧値Ｖbc及び変動幅ΔＶｃを、実験等によって予め設定する。そして、同図に示すように、ピーク立上り期間Ｔupの開始時点を０秒とする経過時間ｔによって、下式のように基準電圧波形Ｖｃ(t)が定義される。
０≦ｔ＜Ｔup
Ｖｃ(t)＝（（Ｖpc−Ｖbc）／Ｔup）・ｔ＋Ｖbc …（11）式
Ｔup≦ｔ＜Ｔup＋Ｔｐ
Ｖｃ(t)＝Ｖpc …（12）式
Ｔup＋Ｔｐ≦ｔ＜Ｔup＋Ｔｐ＋Ｔdw
Ｖｃ(t)＝（（Ｖbc−Ｖpc）／Ｔdw）・（ｔ−Ｔup−Ｔｐ）＋Ｖpc …（13）式
Ｔup＋Ｔｐ＋Ｔdw≦ｔ＜Ｔup＋Ｔｐ＋Ｔdw＋Ｔｂ
Ｖｃ(t)＝Ｖbc …（14）式
【０００７】
例えば、同図に示すように、経過時間ｔａにおける溶接電圧検出値がＶd1であったとする。経過時間ｔａはＴup＋Ｔｐ≦ｔａ＜Ｔup＋Ｔｐ＋Ｔdwのときであるので、上記（13）式に代入して、基準電圧波形の中心電圧値Ｖｃ(ta)は以下となる。
Ｖｃ(ta)＝（（Ｖbc−Ｖpc）／Ｔdw）・（ｔａ−Ｔup−Ｔｐ）＋Ｖpc
したがって、経過時間ｔａのときの溶接電圧検出値Ｖd1は、変動幅Ｖｃ(ta)±ΔＶｃ内に制限される。すなわち、Ｖd1≧Ｖc(ta)＋ΔＶｃのときにはＶd1＝Ｖｃ(ta)＋ΔＶｃに制限され、Ｖd1≦Ｖc(ta)−ΔＶｃのときにはＶd1＝Ｖｃ(ta)−ΔＶｃに制限される。このようにして算出された溶接電圧制限値Ｖftは、異常電圧が略除去されたアーク長に略比例する電圧値となる。この溶接電圧制限値Ｖftを平均化して溶接電圧制限平均値Ｖfaを算出し、この溶接電圧制限平均値Ｖfaが予め定めた電圧設定値Ｖｓと略等しくなるように溶接電源の出力が制御される。これによって、精密なアーク長制御が可能となる。
【０００８】
図７は、短絡解除直後のアーク再点弧に伴う異常電圧発生時の電圧波形図である。同図（Ａ）は溶接電圧Ｖｗの時間変化を示し、同図（Ｂ）は基準電圧波形Ｖｃ(t)によって異常電圧を除去した後の溶接電圧制限値Ｖftの時間変化を示す。同図（Ｂ）に示すように、溶接電圧Ｖｗは基準電圧波形を中心電圧値Ｖｃ(t)とする変動幅Ｖｃ(t)±ΔＶｃ内に制限される。この結果、時刻ｔ１〜ｔ２の短絡期間中の溶接電圧制限値Ｖft＝Ｖｃ(t)−ΔＶｃとなり、時刻ｔ２〜ｔ３の異常電圧発生期間中の溶接電圧制限値Ｖft＝Ｖｃ(t)＋ΔＶｃとなる。このようにして異常電圧を略除去することができる。
【０００９】
図８は、図６で上述した基準電圧波形Ｖｃ(t)を自動設定する方法を説明するための溶接電圧制限値Ｖftの時間変化を示す図である。同図において、現時点は時刻ｔｎであり、第ｎ回目のパルス周期Ｔｆ(n)の開始時点である。また、第ｎ−１回目のパルス周期Ｔｆ(n-1)におけるピーク期間のみの溶接電圧制限値の平均値がピーク電圧制限値Ｖpf(n-1)であり、ベース期間のみの溶接電圧制限値の平均値がベース電圧制限値Ｖbf(n-1)である。同様に、第ｎ−ｍ回目のパルス周期Ｔｆ(n-m)におけるピーク期間のみの溶接電圧制限値の平均値がピーク電圧制限値Ｖpf(n-m)であり、ベース期間のみの溶接電圧制限値の平均値がベース電圧制限値Ｖbf(n-m)である。
【００１０】
時刻ｔｎにおいて、上記の第(ｎ-1)〜第(n-m)回目のピーク電圧制限値Ｖpfを入力として、下式のようにピーク電圧移動平均値Ｖpr(n)を算出する。
Ｖpr(n)＝（Ｖpf(n-1)＋…＋Ｖpf(n-m)）／ｍ …（21）式
同様に、時刻ｔｎにおいて、上記の第(ｎ-1)〜第(n-m)回目のベース電圧制限値Ｖbfを入力として、下式のようにベース電圧移動平均値Ｖbr(n)を算出する。
Ｖbr(n)＝（Ｖbf(n-1)＋…＋Ｖbf(n-m)）／ｍ …（22）式
【００１１】
そして、上述した（11）〜（14）式において、基準ピーク電圧値Ｖpcに上記のピーク電圧移動平均値Ｖprを代入し、かつ、基準ベース電圧値Ｖbcに上記のベース電圧移動平均値Ｖbrを代入すると、下式のように第ｎ回目のパルス周期Ｔｆ(n)期間中の基準電圧波形が自動設定される。
０≦ｔ＜Ｔup
Ｖｃ(n)＝（（Ｖpr(n）−Ｖbr(n)）／Ｔup）・ｔ＋Ｖbr(n) …（31）式
Ｔup≦ｔ＜Ｔup＋Ｔｐ
Ｖｃ(n)＝Ｖpr(n) …（32）式
Ｔup＋Ｔｐ≦ｔ＜Ｔup＋Ｔｐ＋Ｔdw
Ｖｃ(n)＝（（Ｖbr(n)−Ｖpr(n)）／Ｔdw）・（ｔ−Ｔup−Ｔｐ）＋Ｖpr(n) …（33）式
Ｔup＋Ｔｐ＋Ｔdw≦ｔ＜Ｔup＋Ｔｐ＋Ｔdw＋Ｔｂ
Ｖｃ(n)＝Ｖbr(n) …（34）式
【００１２】
上述したように、パルス周期の開始時点ごとに、上記のピーク電圧移動平均値Ｖpr及びベース電圧移動平均値Ｖbrを算出し、上記（31）式〜（34）式によって基準電圧波形が自動設定される。上記において、ピーク電圧移動平均値Ｖprを算出するときに、ピーク電圧制限値Ｖpfを重み付け移動平均して算出してもよい。同様に、ベース電圧移動平均値Ｖbrを算出するときに、ベース電圧制限値Ｖbfを重み付け移動平均して算出してもよい。また、移動平均する期間は、過去数周期〜数十周期程度に設定する。
【００１３】
【特許文献１】特開２００４−３１１４０９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
図９は、アーク長が変動したときの上述した図５に対応する溶接電流Ｉｗ及び溶接電圧Ｖｗの波形図である。同図において、時刻ｔ１〜ｔ２のパルス周期中はアーク長が適正値に維持された状態である。他方、時刻ｔ２〜ｔ３のパルス周期中は、ワイヤ送給速度、トーチ高さ等の変動に起因してアーク長が適正値よりも長くなった状態である。以下、同図を参照して説明する。
【００１５】
同図（Ａ）に示すように、溶接電流Ｉｗはパルスアーク溶接電源においては定電流制御されているのでアーク長が変動しても各期間の電流値は一定である。したがって、時刻ｔ１〜ｔ２のパルス周期中のピーク電流Ｉｐ及びベース電流Ｉｂは、時刻ｔ２〜ｔ３のパルス周期中も同一値である。
【００１６】
次に、同図（Ｂ）において２つの点線Ｌｕ、Ｌｄで示す範囲が基準電圧波形からの変動幅を示しており、上の点線ＬｕがＶｃ(t)＋ΔＶｃを示し、下の点線ＬｄがＶｃ(t)−ΔＶｃを示す。したがって、この変動幅Ｌｕ−Ｌｄ内に溶接電圧Ｖｗを制限して異常電圧を除去する。時刻ｔ１〜ｔ２のパルス周期中は、アーク長が適正値の状態であるので、溶接電圧Ｖｗは変動範囲内にあり制限されることはない。このときのピーク電圧値Ｖp1及びベース電圧値Ｖb1は、基準電圧値の中心電圧値と略等しくなる。他方、時刻ｔ２〜ｔ３のパルス周期中は、外乱によってアーク長が変動して長くなっているために、ピーク電圧Ｖp2及びベース電圧Ｖb2が大きくなる。アーク長が変動したときの溶接電圧Ｖｗの変化はそのときに通電している溶接電流Ｉｗの値に略比例する。すなわち、アーク長の変動に伴うピーク電圧の変化ΔＶｐ＝Ｖp2−Ｖp1は、ベース電圧の変化ΔＶｂ＝Ｖb2−Ｖb1よりも大きくなる。この結果、ピーク電圧Ｖp2は変動幅Ｌｕよりも大きくなる場合もあり、ピーク電圧Ｖp2は制限される。しかし、この除去されたピーク電圧Ｖp2は、上述したようなアーク長とは関係のない異常電圧ではなく、アーク長と比例関係にある電圧であり、これを除去することはアーク長を正確に検出することができなくなることを意味している。
【００１７】
この問題を解決するために、変動幅ΔＶｃを広くする方法が考えられる。異常電圧は、一般的にベース期間に多く発生する。しかも、ベース期間中の異常電圧は、大きな値でありかつ長い時間継続することが多い。このために、変動幅ΔＶｃは広くせずに確実に異常電圧を除去しなければならない。そうでなければアーク長検出に大きな誤差が含まれることになる。
【００１８】
図１０は、アーク長が所定値変化したときの溶接電流Ｉｗに対する溶接電圧の変化ΔＶｗを示す図である。溶接電流Ｉｗがベース電流Ｉｂのときの溶接電圧の変化はΔＶｂとなり、ピーク電流Ｉｐのときの溶接電圧の変化はΔＶｐとなる。同図から明らかなように、ΔＶｂ＜ΔＶｐとなる。したがって、上述したように、アーク長が変動したときの溶接電圧の変化ΔＶｗは溶接電流値Ｉｗに略比例する。
【００１９】
そこで、本発明では、アーク長の変動による溶接電圧の変化は除去することなく異常電圧は略除去することができるパルスアーク溶接のアーク長制御方法を提供する。
【課題を解決するための手段】
【００２０】
上述した課題を解決するために、第１の発明は、ピーク電流及びベース電流から成るパルス波形の溶接電流をアークに通電すると共に、消耗電極と母材との間のパルス波形の溶接電圧を検出しこの溶接電圧検出値を基準電圧波形からの所定変動幅内で制限して溶接電圧制限値を算出し、この溶接電圧制限値を平均化した溶接電圧制限平均値が予め定めた電圧設定値と略等しくなるように溶接電源の出力を制御してアーク長を適正値に維持するパルスアーク溶接のアーク長制御方法において、
前記変動幅は、アーク発生期間中の溶接電流値を入力として予め定めた電流変動幅関数によって変化する、ことを特徴とするパルスアーク溶接のアーク長制御方法である。
【００２１】
また、第２の発明は、第１の発明記載の電流変動幅関数は、溶接電流値が増加すると前記変動幅が直線状に増加する関数である、ことを特徴とするパルスアーク溶接のアーク長制御方法である。
【００２２】
また、第３の発明は、第１の発明記載の電流変動幅関数は、溶接電流値が増加すると前記変動幅が曲線状に増加する関数である、ことを特徴とするパルスアーク溶接のアーク長制御方法である。
【発明の効果】
【００２３】
上記第１〜第３の発明によれば、溶接電流値に応じて変動幅ΔＶｃが変化して適正化される。このために、アーク長の変動に伴う溶接電圧の変化は除去することなく、異常電圧のみを略除去することができるので、アーク長を精密に制御することができ、良好な溶接品質を得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２４】
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。
【００２５】
［実施の形態１］
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アーク長制御方法を示す電流・電圧波形図である。同図（Ａ）は溶接電流Ｉｗの、同図（Ｂ）は溶接電圧Ｖｗの、同図（Ｃ）は溶接電圧制限値Ｖftの時間変化を示す。溶接電圧制限値Ｖftは、上述したように、溶接電圧Ｖｗを基準電圧波形からの変動幅Ｖｃ(t)±ΔＶｃ内に制限したものである。同図は上述した図１０と対応しており、時刻ｔ１〜ｔ２のパルス周期中はアーク長が適正値に維持された状態であり、時刻ｔ２〜ｔ３のパルス周期中は外乱によってアーク長が変動して長くなった状態である。さらに、同図（Ｂ）に示すように、時刻ｔ２〜ｔ３のパルス周期中において、異常電圧Ａ１がピーク期間に重畳し、異常電圧Ａ２がベース期間に重畳した場合である。以下、同図を参照して説明する。
【００２６】
同図（Ａ）に示すように、溶接電流Ｉｗは定電流制御されているので、アーク長が変化してもピーク電流Ｉｐ及びベース電流Ｉｂは変化しない。本発明では、異常電圧を除去するための変動幅ΔＶｃをアーク発生期間の溶接電流値Ｉｗに比例させて変化させる。すなわち、ΔＶｃ＝ＦＩＶ(Iw)として、この電流変動幅関数ＦＩＶ(Iw)を予め定義しておき変動幅ΔＶｃを算出する。図２は、この電流変動幅関数の例ＦＩＶ１(Iw)である。同図の横軸は溶接電流値Ｉｗを示し、縦軸は変動幅ΔＶｃを示す。同図では、ＦＩＶ１(Iw)＝0.2＋Ｉｗ/300となる。同図はアルミニウムパルスＭＩＧ溶接の場合である。同図において、ベース電流Ｉｂ＝５０Ａとすると変動幅ΔＶbc＝０．３３Ｖとなり、ピーク電流Ｉｐ＝４００Ａとすると変動幅ΔＶpc＝１．５３Ｖとなる。すなわち、ピーク期間中の変動幅ΔＶpcはベース期間中の約５倍広く設定されることになる。
【００２７】
上述したように、変動幅ΔＶｃが溶接電流Ｉｗによって変化するので、図１（Ｂ）に示すように、ピーク期間Ｔｐの変動幅はΔＶpcとなり、ベース期間Ｔｂの変動幅はΔＶbcとなる。ピーク立上り期間Ｔupの変動幅はＶbvからＶpcへと変化し、ピーク立下り期間Ｔdwの変動幅はＶpcからＶbcへと変化する。Ｖpc＞Ｖbcである。このように、変動幅が変化するので、時刻ｔ２〜ｔ３のパルス周期においてアーク長の変動に伴う溶接電圧Ｖｗの変化は基準電圧波形からの変動幅内に入ることになる。この結果、アーク長の変動に伴う溶接電圧Ｖｗの変化を除去することがなくなり、精密なアーク長制御が可能となる。
【００２８】
他方、同図（Ｃ）に示すように、異常電圧が大きな値でかつ長時間重畳することが多いベース期間中の変動幅は狭く設定することができるので、異常電圧を略確実に除去することができる。ピーク期間中の変動幅は広くなり異常電圧が除去されずに残る部分がやや増加する。しかし、ピーク期間中に異常電圧が重畳する確率は低く、その値も小さく重畳期間も比較的短いために、除去されない部分が少し増加してもアーク長制御への影響は極めて小さい。
【００２９】
上述したように、変動幅ΔＶｃを溶接電流値Ｉｗに応じて変化させることによって、アーク長の変動に伴う溶接電圧Ｖｗの変化は除去することなく異常電圧は除去することができる。このために、精密なアーク長制御を行うことができ、溶接品質が向上する。
【００３０】
図３は、実施の形態１に係るパルスアーク溶接のアーク長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。
【００３１】
電源主回路ＰＭは、商用交流電源（３相２００Ｖ等）を入力として、後述する電流誤差増幅信号Ｅｉに従って、インバータ制御、チョッパ制御等の出力制御を行い、溶接に適した溶接電圧Ｖｗ及び溶接電流Ｉｗを出力する。溶接ワイヤ１は、ワイヤ送給装置の送給ロール５の回転によって溶接トーチ４内を通って送給されて、母材２との間でアーク３が発生する。
【００３２】
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。溶接電圧制限移動平均値算出回路ＶＲＡは、後述する溶接電圧制限値信号Ｖft及び後述する経過時間信号Ｓｔを入力として、図７で上述したように、ピーク電圧移動平均値信号Ｖpr及びベース電圧移動平均値信号Ｖbrを出力する。基準電圧波形生成回路ＶＣは、上記のピーク電圧移動平均値信号Ｖpr及びベース電圧移動平均値信号Ｖbrによって自動設定された基準電圧波形を生成し、後述する経過時間信号Ｓｔに対応する中心電圧値信号Ｖｃを出力する。電流変動幅関数回路ＦＩＶは、後述する電流制御設定信号Iscを入力として、予め定めた電流変動幅関数によって変動幅信号ΔＶｃを出力する。制限フィルタ回路ＦＴは、上記の溶接電圧検出信号Ｖｄを入力として、上記の中心電圧値からの変動幅Ｖｃ±ΔＶｃ内に制限して、溶接電圧制限値信号Ｖftを出力する。平均値算出回路ＶＦＡは、上記の溶接電圧制限値信号Ｖftを入力として平均値を算出し、溶接電圧制限平均値信号Ｖfaを出力する。
【００３３】
電圧設定回路ＶＳは、予め定めた電圧設定信号Ｖｓを出力する。電圧誤差増幅回路ＥＶは、上記の溶接電圧制限平均値信号Ｖfaと電圧設定信号Ｖｓ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Ｖ／Ｆは、上記の電圧誤差増幅信号Ｅｖの値に比例した周波数を有する信号に変換し、その周波数（パルス周期）ごとに短時間だけＨｉｇｈレベルとなるパルス周期信号Ｔｆを出力する。経過時間計数回路ＳＴは、上記のパルス周期信号ＴｆがＨｉｇｈレベルに変化した時点（ピーク立上り期間の開始時点）からの経過時間を計数して、経過時間信号Ｓｔを出力する。
【００３４】
ピーク電流設定回路ＩＰＳは、予め定めたピーク電流設定信号Ｉpsを出力する。ベース電流設定回路ＩＢＳは、予め定めたベース電流設定信号Ｉbsを出力する。電流制御設定回路ＩＳＣは、上記の経過時間信号Ｓｔを入力として、ピーク立上り期間Ｔup中は上記のベース電流設定信号Ｉbsから上記のピーク電流設定信号Ｉpsへと上昇する電流制御設定信号Ｉscを出力し、その後のピーク期間Ｔｐ中は上記のピーク電流設定信号Ｉpsを電流制御設定信号Ｉscとして出力し、その後のピーク立下り期間Ｔdw中は上記のピーク電流設定信号Ｉpsから上記のベース電流設定信号Ｉbsへと下降する電流制御設定信号Ｉscを出力し、その後のベース期間Ｔｂ中は上記のベース電流設定信号Ｉbsを電流制御設定信号Ｉscとして出力する。電流検出回路ＩＤは、上記の溶接電流Ｉｗを検出して、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Ｉscと電流検出信号Ｉｄとの誤差を増幅して、電流誤差増幅信号Ｅｉを出力する。これらのブロックにより、上記の電流制御設定信号Ｉscに相当する溶接電流Ｉｗが通電する。
【００３５】
［実施の形態２］
図４は、本発明の実施の形態２に係る上述した図２に対応する電流変動幅関数ＦＩＶ２(Iw)を示す図である。同図の横軸は溶接電流値Ｉｗを示し、縦軸は変動幅ΔＶｃを示す。同図はアルミニウムパルスＭＩＧ溶接の場合である。同図では、溶接電流値Ｉｗの増加に伴って変動幅ΔＶｃは曲線状に変化する。通常、ベース電流は１００Ａ以下であり、ピーク電流は３００Ａ以上である。したがって、同図はベース期間及びピーク期間のそれぞれの変動幅を略一定値とし、ピーク電流の立上り及び立下りの変動幅を変化させるものである。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】本発明の実施の形態１に係るパルスアーク溶接のアーク長制御方法を示す電流・電圧波形図である。
【図２】実施の形態１に係る電流変動幅関数ＦＩＶ１（Ｉｗ）を示す図である。
【図３】実施の形態１に係る溶接電源のブロック図である。
【図４】実施の形態２に係る電流変動幅関数ＦＩＶ２（Ｉｗ）を示す図である。
【図５】従来技術のパルスアーク溶接における電流・電圧波形図である。
【図６】従来技術における基準電圧波形Ｖｃ(t)の設定方法を示す波形図である。
【図７】従来技術における異常電圧の除去方法を示す波形図である。
【図８】従来技術における基準電圧波形の自動設定方法を示す波形図である。
【図９】課題を説明するためのアーク長が変動したときの電流・電圧波形図である。
【図１０】課題を説明するためのアーク長が変動したときの溶接電流値Ｉｗに対する溶接電圧の変化ΔＶｗを示す図である。
【符号の説明】
【００３７】
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
Ａ１、Ａ２ 異常電圧
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
ＦＩＶ 電流変動幅関数（回路）
ＦＴ 制限フィルタ回路
Ｉav 溶接電流平均値
Ｉｂ ベース電流
ＩＢＳ ベース電流設定回路
Ｉbs ベース電流設定信号
ＩＤ 電流検出回路
Ｉｄ 電流検出信号
Ｉｐ ピーク電流
ＩＰＳ ピーク電流設定回路
Ｉps ピーク電流設定信号
ＩＳＣ 電流制御設定回路
Isc 電流制御設定信号
Ｉｗ 溶接電流
ＰＭ 電源主回路
ＳＴ 経過時間計数回路
Ｓｔ 経過時間信号
ｔａ 経過時間
Ｔｂ ベース期間
Ｔdw ピーク立下り期間
Ｔｆ パルス周期（信号）
Ｔｐ ピーク期間
Ｔup ピーク立下り期間
Ｖ／Ｆ 電圧・周波数変換回路
Ｖav 溶接電圧平均値
Ｖｂ ベース電圧
Ｖbc 基準ベース電圧値
Ｖbf ベース電圧制限値
Ｖbr ベース電圧移動平均値
ＶＣ 基準電圧波形生成回路
Ｖｃ 基準電圧波形
ＶＤ 電圧検出回路
Ｖｄ 溶接電圧検出信号
ＶＦＡ 平均値算出回路
Ｖfa 溶接電圧制限平均値（信号）
Ｖft 溶接電圧制限値（信号）
Ｖｐ ピーク電圧
Ｖpc 基準ピーク電圧値
Ｖpf ピーク電圧制限値
Ｖpr ピーク電圧移動平均値（信号）
ＶＲＡ 溶接電圧制限移動平均値算出回路
ＶＳ 電圧設定回路
Ｖｓ 電圧設定信号
Ｖｗ 溶接電圧
ΔＶｃ 変動幅（信号）
ΔＶｗ 溶接電圧の変化
【技術分野】
【０００１】
本発明は、アーク長と比例関係にない異常電圧を除去した溶接電圧によってアーク長を制御するためのパルスアーク溶接のアーク長制御方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
図５は、本発明が対象とする消耗電極パルスアーク溶接における溶接電流Ｉｗ及び溶接電圧Ｖｗの波形図である。以下、同図を参照して説明する。
【０００３】
時刻ｔ１〜ｔ２のピーク立上り期間Ｔup中は、同図（Ａ）に示すように、ベース電流Ｉｂからピーク電流Ｉｐへと上昇する遷移電流が通電し、同図（Ｂ）に示すように、ベース電圧Ｖｂからピーク電圧Ｖｐへと上昇する遷移電圧が電極・母材間に印加する。時刻ｔ２〜ｔ３のピーク期間Ｔｐ中は、同図（Ａ）に示すように、溶滴移行させるための大電流値のピーク電流Ｉｐが通電し、同図（Ｂ）に示すように、ピーク電圧Ｖｐが電極・母材間に印加する。時刻ｔ３〜ｔ４のピーク立下り期間Ｔdw中は、同図（Ａ）に示すように、ピーク電流Ｉｐからベース電流Ｉｂへと下降する遷移電流が通電し、同図（Ｂ）に示すように、ピーク電圧Ｖｐからベース電圧Ｖｂへと下降する遷移電圧が電極・母材間に印加する。時刻ｔ４〜ｔ５のベース期間Ｔｂ中は、同図（Ａ）に示すように、溶滴を成長させないための小電流値のベース電流Ｉｂが通電し、同図（Ｂ）に示すように、ベース電圧Ｖｂが電極・母材間に印加する。上記の時刻ｔ１〜ｔ５の期間をパルス周期Ｔｆとして繰り返して溶接が行われる。上記のピーク立上り期間Ｔup及びピーク立下り期間Ｔdwは、溶接電源の内部及び外部に存在するリアクトル等による場合は０．３ms程度と短時間である。この場合、略矩形波の溶接電流Ｉｗ及び溶接電圧Ｖｗとなる。他方、溶接条件によってはピーク立上り期間Ｔup及びピーク立下り期間Ｔdwを数ms程度に設定する場合もある。この場合、台形波の溶接電流Ｉｗ及び溶接電圧Ｖｗとなる。したがって、ピーク立上り期間Ｔup、ピーク期間Ｔｐ及びピーク立下り期間Ｔdwを合わせて広義のピーク期間Ｔｐとみなす場合もある。
【０００４】
次に、同図（Ａ）に示すように、パルス波形の溶接電流Ｉｗを平均化したのが溶接電流平均値Ｉavであり、同図（Ｂ）に示すように、パルス波形の溶接電圧Ｖｗを平均化したのが溶接電圧平均値Ｖavである。一般的にパルスアーク溶接のアーク長制御は、以下のように行われる。すなわち、平均アーク長と上記の溶接電圧平均値Ｖavとは略比例関係にあるので、溶接中のアーク長を溶接電圧平均値Ｖavによって検出することができる。そして、この溶接電圧平均値Ｖavの検出値が目標値である電圧設定値Ｖｓと略等しくなるように、パルス周期Ｔｆ、ピーク期間Ｔｐ、ピーク電流Ｉｐ又はベース電流Ｉｂの少なくとも１つ以上を変化させて溶接電流平均値Ｉavを変化させることによって、ワイヤ溶融速度を変化させてアーク長を適正値に制御する。したがって、アーク長制御では、上記の溶接電圧平均値Ｖavによってアーク長を正確に検出できることが、良好なアーク長制御の重要な前提条件となる。
【０００５】
ところで、パルスアーク溶接においては、(1)消耗電極である溶接ワイヤと母材とが短絡しその短絡が解除されてアークが再点弧したとき、(2)母材表面の酸化皮膜の不均一に起因するアーク陰極点のふらつき現象が発生したとき等において、異常電圧が溶接電圧Ｖｗに重畳することがある。この異常電圧はアーク長とは比例しない電圧であるので、アーク長を検出するためには溶接電圧Ｖｗに重畳した異常電圧を除去する必要がある。この除去のための方法としては、パルス波形の基準電圧波形Ｖｃ（ｔ）及び変動幅ΔＶｃを予め設定し、溶接電圧ＶｗがＶｃ(t)±ΔＶｃの範囲外になる部分は異常電圧であるとしてカットして制限する従来技術が提案されている。以下、この従来技術について説明する（特許文献１参照）。
【０００６】
図６は、上記の基準電圧波形Ｖｃ(t)の設定方法を示す波形図である。まず、溶接ワイヤの種類、送給速度等に応じて、基準ピーク電圧値Ｖpc、基準ベース電圧値Ｖbc及び変動幅ΔＶｃを、実験等によって予め設定する。そして、同図に示すように、ピーク立上り期間Ｔupの開始時点を０秒とする経過時間ｔによって、下式のように基準電圧波形Ｖｃ(t)が定義される。
０≦ｔ＜Ｔup
Ｖｃ(t)＝（（Ｖpc−Ｖbc）／Ｔup）・ｔ＋Ｖbc …（11）式
Ｔup≦ｔ＜Ｔup＋Ｔｐ
Ｖｃ(t)＝Ｖpc …（12）式
Ｔup＋Ｔｐ≦ｔ＜Ｔup＋Ｔｐ＋Ｔdw
Ｖｃ(t)＝（（Ｖbc−Ｖpc）／Ｔdw）・（ｔ−Ｔup−Ｔｐ）＋Ｖpc …（13）式
Ｔup＋Ｔｐ＋Ｔdw≦ｔ＜Ｔup＋Ｔｐ＋Ｔdw＋Ｔｂ
Ｖｃ(t)＝Ｖbc …（14）式
【０００７】
例えば、同図に示すように、経過時間ｔａにおける溶接電圧検出値がＶd1であったとする。経過時間ｔａはＴup＋Ｔｐ≦ｔａ＜Ｔup＋Ｔｐ＋Ｔdwのときであるので、上記（13）式に代入して、基準電圧波形の中心電圧値Ｖｃ(ta)は以下となる。
Ｖｃ(ta)＝（（Ｖbc−Ｖpc）／Ｔdw）・（ｔａ−Ｔup−Ｔｐ）＋Ｖpc
したがって、経過時間ｔａのときの溶接電圧検出値Ｖd1は、変動幅Ｖｃ(ta)±ΔＶｃ内に制限される。すなわち、Ｖd1≧Ｖc(ta)＋ΔＶｃのときにはＶd1＝Ｖｃ(ta)＋ΔＶｃに制限され、Ｖd1≦Ｖc(ta)−ΔＶｃのときにはＶd1＝Ｖｃ(ta)−ΔＶｃに制限される。このようにして算出された溶接電圧制限値Ｖftは、異常電圧が略除去されたアーク長に略比例する電圧値となる。この溶接電圧制限値Ｖftを平均化して溶接電圧制限平均値Ｖfaを算出し、この溶接電圧制限平均値Ｖfaが予め定めた電圧設定値Ｖｓと略等しくなるように溶接電源の出力が制御される。これによって、精密なアーク長制御が可能となる。
【０００８】
図７は、短絡解除直後のアーク再点弧に伴う異常電圧発生時の電圧波形図である。同図（Ａ）は溶接電圧Ｖｗの時間変化を示し、同図（Ｂ）は基準電圧波形Ｖｃ(t)によって異常電圧を除去した後の溶接電圧制限値Ｖftの時間変化を示す。同図（Ｂ）に示すように、溶接電圧Ｖｗは基準電圧波形を中心電圧値Ｖｃ(t)とする変動幅Ｖｃ(t)±ΔＶｃ内に制限される。この結果、時刻ｔ１〜ｔ２の短絡期間中の溶接電圧制限値Ｖft＝Ｖｃ(t)−ΔＶｃとなり、時刻ｔ２〜ｔ３の異常電圧発生期間中の溶接電圧制限値Ｖft＝Ｖｃ(t)＋ΔＶｃとなる。このようにして異常電圧を略除去することができる。
【０００９】
図８は、図６で上述した基準電圧波形Ｖｃ(t)を自動設定する方法を説明するための溶接電圧制限値Ｖftの時間変化を示す図である。同図において、現時点は時刻ｔｎであり、第ｎ回目のパルス周期Ｔｆ(n)の開始時点である。また、第ｎ−１回目のパルス周期Ｔｆ(n-1)におけるピーク期間のみの溶接電圧制限値の平均値がピーク電圧制限値Ｖpf(n-1)であり、ベース期間のみの溶接電圧制限値の平均値がベース電圧制限値Ｖbf(n-1)である。同様に、第ｎ−ｍ回目のパルス周期Ｔｆ(n-m)におけるピーク期間のみの溶接電圧制限値の平均値がピーク電圧制限値Ｖpf(n-m)であり、ベース期間のみの溶接電圧制限値の平均値がベース電圧制限値Ｖbf(n-m)である。
【００１０】
時刻ｔｎにおいて、上記の第(ｎ-1)〜第(n-m)回目のピーク電圧制限値Ｖpfを入力として、下式のようにピーク電圧移動平均値Ｖpr(n)を算出する。
Ｖpr(n)＝（Ｖpf(n-1)＋…＋Ｖpf(n-m)）／ｍ …（21）式
同様に、時刻ｔｎにおいて、上記の第(ｎ-1)〜第(n-m)回目のベース電圧制限値Ｖbfを入力として、下式のようにベース電圧移動平均値Ｖbr(n)を算出する。
Ｖbr(n)＝（Ｖbf(n-1)＋…＋Ｖbf(n-m)）／ｍ …（22）式
【００１１】
そして、上述した（11）〜（14）式において、基準ピーク電圧値Ｖpcに上記のピーク電圧移動平均値Ｖprを代入し、かつ、基準ベース電圧値Ｖbcに上記のベース電圧移動平均値Ｖbrを代入すると、下式のように第ｎ回目のパルス周期Ｔｆ(n)期間中の基準電圧波形が自動設定される。
０≦ｔ＜Ｔup
Ｖｃ(n)＝（（Ｖpr(n）−Ｖbr(n)）／Ｔup）・ｔ＋Ｖbr(n) …（31）式
Ｔup≦ｔ＜Ｔup＋Ｔｐ
Ｖｃ(n)＝Ｖpr(n) …（32）式
Ｔup＋Ｔｐ≦ｔ＜Ｔup＋Ｔｐ＋Ｔdw
Ｖｃ(n)＝（（Ｖbr(n)−Ｖpr(n)）／Ｔdw）・（ｔ−Ｔup−Ｔｐ）＋Ｖpr(n) …（33）式
Ｔup＋Ｔｐ＋Ｔdw≦ｔ＜Ｔup＋Ｔｐ＋Ｔdw＋Ｔｂ
Ｖｃ(n)＝Ｖbr(n) …（34）式
【００１２】
上述したように、パルス周期の開始時点ごとに、上記のピーク電圧移動平均値Ｖpr及びベース電圧移動平均値Ｖbrを算出し、上記（31）式〜（34）式によって基準電圧波形が自動設定される。上記において、ピーク電圧移動平均値Ｖprを算出するときに、ピーク電圧制限値Ｖpfを重み付け移動平均して算出してもよい。同様に、ベース電圧移動平均値Ｖbrを算出するときに、ベース電圧制限値Ｖbfを重み付け移動平均して算出してもよい。また、移動平均する期間は、過去数周期〜数十周期程度に設定する。
【００１３】
【特許文献１】特開２００４−３１１４０９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
図９は、アーク長が変動したときの上述した図５に対応する溶接電流Ｉｗ及び溶接電圧Ｖｗの波形図である。同図において、時刻ｔ１〜ｔ２のパルス周期中はアーク長が適正値に維持された状態である。他方、時刻ｔ２〜ｔ３のパルス周期中は、ワイヤ送給速度、トーチ高さ等の変動に起因してアーク長が適正値よりも長くなった状態である。以下、同図を参照して説明する。
【００１５】
同図（Ａ）に示すように、溶接電流Ｉｗはパルスアーク溶接電源においては定電流制御されているのでアーク長が変動しても各期間の電流値は一定である。したがって、時刻ｔ１〜ｔ２のパルス周期中のピーク電流Ｉｐ及びベース電流Ｉｂは、時刻ｔ２〜ｔ３のパルス周期中も同一値である。
【００１６】
次に、同図（Ｂ）において２つの点線Ｌｕ、Ｌｄで示す範囲が基準電圧波形からの変動幅を示しており、上の点線ＬｕがＶｃ(t)＋ΔＶｃを示し、下の点線ＬｄがＶｃ(t)−ΔＶｃを示す。したがって、この変動幅Ｌｕ−Ｌｄ内に溶接電圧Ｖｗを制限して異常電圧を除去する。時刻ｔ１〜ｔ２のパルス周期中は、アーク長が適正値の状態であるので、溶接電圧Ｖｗは変動範囲内にあり制限されることはない。このときのピーク電圧値Ｖp1及びベース電圧値Ｖb1は、基準電圧値の中心電圧値と略等しくなる。他方、時刻ｔ２〜ｔ３のパルス周期中は、外乱によってアーク長が変動して長くなっているために、ピーク電圧Ｖp2及びベース電圧Ｖb2が大きくなる。アーク長が変動したときの溶接電圧Ｖｗの変化はそのときに通電している溶接電流Ｉｗの値に略比例する。すなわち、アーク長の変動に伴うピーク電圧の変化ΔＶｐ＝Ｖp2−Ｖp1は、ベース電圧の変化ΔＶｂ＝Ｖb2−Ｖb1よりも大きくなる。この結果、ピーク電圧Ｖp2は変動幅Ｌｕよりも大きくなる場合もあり、ピーク電圧Ｖp2は制限される。しかし、この除去されたピーク電圧Ｖp2は、上述したようなアーク長とは関係のない異常電圧ではなく、アーク長と比例関係にある電圧であり、これを除去することはアーク長を正確に検出することができなくなることを意味している。
【００１７】
この問題を解決するために、変動幅ΔＶｃを広くする方法が考えられる。異常電圧は、一般的にベース期間に多く発生する。しかも、ベース期間中の異常電圧は、大きな値でありかつ長い時間継続することが多い。このために、変動幅ΔＶｃは広くせずに確実に異常電圧を除去しなければならない。そうでなければアーク長検出に大きな誤差が含まれることになる。
【００１８】
図１０は、アーク長が所定値変化したときの溶接電流Ｉｗに対する溶接電圧の変化ΔＶｗを示す図である。溶接電流Ｉｗがベース電流Ｉｂのときの溶接電圧の変化はΔＶｂとなり、ピーク電流Ｉｐのときの溶接電圧の変化はΔＶｐとなる。同図から明らかなように、ΔＶｂ＜ΔＶｐとなる。したがって、上述したように、アーク長が変動したときの溶接電圧の変化ΔＶｗは溶接電流値Ｉｗに略比例する。
【００１９】
そこで、本発明では、アーク長の変動による溶接電圧の変化は除去することなく異常電圧は略除去することができるパルスアーク溶接のアーク長制御方法を提供する。
【課題を解決するための手段】
【００２０】
上述した課題を解決するために、第１の発明は、ピーク電流及びベース電流から成るパルス波形の溶接電流をアークに通電すると共に、消耗電極と母材との間のパルス波形の溶接電圧を検出しこの溶接電圧検出値を基準電圧波形からの所定変動幅内で制限して溶接電圧制限値を算出し、この溶接電圧制限値を平均化した溶接電圧制限平均値が予め定めた電圧設定値と略等しくなるように溶接電源の出力を制御してアーク長を適正値に維持するパルスアーク溶接のアーク長制御方法において、
前記変動幅は、アーク発生期間中の溶接電流値を入力として予め定めた電流変動幅関数によって変化する、ことを特徴とするパルスアーク溶接のアーク長制御方法である。
【００２１】
また、第２の発明は、第１の発明記載の電流変動幅関数は、溶接電流値が増加すると前記変動幅が直線状に増加する関数である、ことを特徴とするパルスアーク溶接のアーク長制御方法である。
【００２２】
また、第３の発明は、第１の発明記載の電流変動幅関数は、溶接電流値が増加すると前記変動幅が曲線状に増加する関数である、ことを特徴とするパルスアーク溶接のアーク長制御方法である。
【発明の効果】
【００２３】
上記第１〜第３の発明によれば、溶接電流値に応じて変動幅ΔＶｃが変化して適正化される。このために、アーク長の変動に伴う溶接電圧の変化は除去することなく、異常電圧のみを略除去することができるので、アーク長を精密に制御することができ、良好な溶接品質を得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２４】
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。
【００２５】
［実施の形態１］
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アーク長制御方法を示す電流・電圧波形図である。同図（Ａ）は溶接電流Ｉｗの、同図（Ｂ）は溶接電圧Ｖｗの、同図（Ｃ）は溶接電圧制限値Ｖftの時間変化を示す。溶接電圧制限値Ｖftは、上述したように、溶接電圧Ｖｗを基準電圧波形からの変動幅Ｖｃ(t)±ΔＶｃ内に制限したものである。同図は上述した図１０と対応しており、時刻ｔ１〜ｔ２のパルス周期中はアーク長が適正値に維持された状態であり、時刻ｔ２〜ｔ３のパルス周期中は外乱によってアーク長が変動して長くなった状態である。さらに、同図（Ｂ）に示すように、時刻ｔ２〜ｔ３のパルス周期中において、異常電圧Ａ１がピーク期間に重畳し、異常電圧Ａ２がベース期間に重畳した場合である。以下、同図を参照して説明する。
【００２６】
同図（Ａ）に示すように、溶接電流Ｉｗは定電流制御されているので、アーク長が変化してもピーク電流Ｉｐ及びベース電流Ｉｂは変化しない。本発明では、異常電圧を除去するための変動幅ΔＶｃをアーク発生期間の溶接電流値Ｉｗに比例させて変化させる。すなわち、ΔＶｃ＝ＦＩＶ(Iw)として、この電流変動幅関数ＦＩＶ(Iw)を予め定義しておき変動幅ΔＶｃを算出する。図２は、この電流変動幅関数の例ＦＩＶ１(Iw)である。同図の横軸は溶接電流値Ｉｗを示し、縦軸は変動幅ΔＶｃを示す。同図では、ＦＩＶ１(Iw)＝0.2＋Ｉｗ/300となる。同図はアルミニウムパルスＭＩＧ溶接の場合である。同図において、ベース電流Ｉｂ＝５０Ａとすると変動幅ΔＶbc＝０．３３Ｖとなり、ピーク電流Ｉｐ＝４００Ａとすると変動幅ΔＶpc＝１．５３Ｖとなる。すなわち、ピーク期間中の変動幅ΔＶpcはベース期間中の約５倍広く設定されることになる。
【００２７】
上述したように、変動幅ΔＶｃが溶接電流Ｉｗによって変化するので、図１（Ｂ）に示すように、ピーク期間Ｔｐの変動幅はΔＶpcとなり、ベース期間Ｔｂの変動幅はΔＶbcとなる。ピーク立上り期間Ｔupの変動幅はＶbvからＶpcへと変化し、ピーク立下り期間Ｔdwの変動幅はＶpcからＶbcへと変化する。Ｖpc＞Ｖbcである。このように、変動幅が変化するので、時刻ｔ２〜ｔ３のパルス周期においてアーク長の変動に伴う溶接電圧Ｖｗの変化は基準電圧波形からの変動幅内に入ることになる。この結果、アーク長の変動に伴う溶接電圧Ｖｗの変化を除去することがなくなり、精密なアーク長制御が可能となる。
【００２８】
他方、同図（Ｃ）に示すように、異常電圧が大きな値でかつ長時間重畳することが多いベース期間中の変動幅は狭く設定することができるので、異常電圧を略確実に除去することができる。ピーク期間中の変動幅は広くなり異常電圧が除去されずに残る部分がやや増加する。しかし、ピーク期間中に異常電圧が重畳する確率は低く、その値も小さく重畳期間も比較的短いために、除去されない部分が少し増加してもアーク長制御への影響は極めて小さい。
【００２９】
上述したように、変動幅ΔＶｃを溶接電流値Ｉｗに応じて変化させることによって、アーク長の変動に伴う溶接電圧Ｖｗの変化は除去することなく異常電圧は除去することができる。このために、精密なアーク長制御を行うことができ、溶接品質が向上する。
【００３０】
図３は、実施の形態１に係るパルスアーク溶接のアーク長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。
【００３１】
電源主回路ＰＭは、商用交流電源（３相２００Ｖ等）を入力として、後述する電流誤差増幅信号Ｅｉに従って、インバータ制御、チョッパ制御等の出力制御を行い、溶接に適した溶接電圧Ｖｗ及び溶接電流Ｉｗを出力する。溶接ワイヤ１は、ワイヤ送給装置の送給ロール５の回転によって溶接トーチ４内を通って送給されて、母材２との間でアーク３が発生する。
【００３２】
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。溶接電圧制限移動平均値算出回路ＶＲＡは、後述する溶接電圧制限値信号Ｖft及び後述する経過時間信号Ｓｔを入力として、図７で上述したように、ピーク電圧移動平均値信号Ｖpr及びベース電圧移動平均値信号Ｖbrを出力する。基準電圧波形生成回路ＶＣは、上記のピーク電圧移動平均値信号Ｖpr及びベース電圧移動平均値信号Ｖbrによって自動設定された基準電圧波形を生成し、後述する経過時間信号Ｓｔに対応する中心電圧値信号Ｖｃを出力する。電流変動幅関数回路ＦＩＶは、後述する電流制御設定信号Iscを入力として、予め定めた電流変動幅関数によって変動幅信号ΔＶｃを出力する。制限フィルタ回路ＦＴは、上記の溶接電圧検出信号Ｖｄを入力として、上記の中心電圧値からの変動幅Ｖｃ±ΔＶｃ内に制限して、溶接電圧制限値信号Ｖftを出力する。平均値算出回路ＶＦＡは、上記の溶接電圧制限値信号Ｖftを入力として平均値を算出し、溶接電圧制限平均値信号Ｖfaを出力する。
【００３３】
電圧設定回路ＶＳは、予め定めた電圧設定信号Ｖｓを出力する。電圧誤差増幅回路ＥＶは、上記の溶接電圧制限平均値信号Ｖfaと電圧設定信号Ｖｓ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Ｖ／Ｆは、上記の電圧誤差増幅信号Ｅｖの値に比例した周波数を有する信号に変換し、その周波数（パルス周期）ごとに短時間だけＨｉｇｈレベルとなるパルス周期信号Ｔｆを出力する。経過時間計数回路ＳＴは、上記のパルス周期信号ＴｆがＨｉｇｈレベルに変化した時点（ピーク立上り期間の開始時点）からの経過時間を計数して、経過時間信号Ｓｔを出力する。
【００３４】
ピーク電流設定回路ＩＰＳは、予め定めたピーク電流設定信号Ｉpsを出力する。ベース電流設定回路ＩＢＳは、予め定めたベース電流設定信号Ｉbsを出力する。電流制御設定回路ＩＳＣは、上記の経過時間信号Ｓｔを入力として、ピーク立上り期間Ｔup中は上記のベース電流設定信号Ｉbsから上記のピーク電流設定信号Ｉpsへと上昇する電流制御設定信号Ｉscを出力し、その後のピーク期間Ｔｐ中は上記のピーク電流設定信号Ｉpsを電流制御設定信号Ｉscとして出力し、その後のピーク立下り期間Ｔdw中は上記のピーク電流設定信号Ｉpsから上記のベース電流設定信号Ｉbsへと下降する電流制御設定信号Ｉscを出力し、その後のベース期間Ｔｂ中は上記のベース電流設定信号Ｉbsを電流制御設定信号Ｉscとして出力する。電流検出回路ＩＤは、上記の溶接電流Ｉｗを検出して、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Ｉscと電流検出信号Ｉｄとの誤差を増幅して、電流誤差増幅信号Ｅｉを出力する。これらのブロックにより、上記の電流制御設定信号Ｉscに相当する溶接電流Ｉｗが通電する。
【００３５】
［実施の形態２］
図４は、本発明の実施の形態２に係る上述した図２に対応する電流変動幅関数ＦＩＶ２(Iw)を示す図である。同図の横軸は溶接電流値Ｉｗを示し、縦軸は変動幅ΔＶｃを示す。同図はアルミニウムパルスＭＩＧ溶接の場合である。同図では、溶接電流値Ｉｗの増加に伴って変動幅ΔＶｃは曲線状に変化する。通常、ベース電流は１００Ａ以下であり、ピーク電流は３００Ａ以上である。したがって、同図はベース期間及びピーク期間のそれぞれの変動幅を略一定値とし、ピーク電流の立上り及び立下りの変動幅を変化させるものである。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】本発明の実施の形態１に係るパルスアーク溶接のアーク長制御方法を示す電流・電圧波形図である。
【図２】実施の形態１に係る電流変動幅関数ＦＩＶ１（Ｉｗ）を示す図である。
【図３】実施の形態１に係る溶接電源のブロック図である。
【図４】実施の形態２に係る電流変動幅関数ＦＩＶ２（Ｉｗ）を示す図である。
【図５】従来技術のパルスアーク溶接における電流・電圧波形図である。
【図６】従来技術における基準電圧波形Ｖｃ(t)の設定方法を示す波形図である。
【図７】従来技術における異常電圧の除去方法を示す波形図である。
【図８】従来技術における基準電圧波形の自動設定方法を示す波形図である。
【図９】課題を説明するためのアーク長が変動したときの電流・電圧波形図である。
【図１０】課題を説明するためのアーク長が変動したときの溶接電流値Ｉｗに対する溶接電圧の変化ΔＶｗを示す図である。
【符号の説明】
【００３７】
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
Ａ１、Ａ２ 異常電圧
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
ＦＩＶ 電流変動幅関数（回路）
ＦＴ 制限フィルタ回路
Ｉav 溶接電流平均値
Ｉｂ ベース電流
ＩＢＳ ベース電流設定回路
Ｉbs ベース電流設定信号
ＩＤ 電流検出回路
Ｉｄ 電流検出信号
Ｉｐ ピーク電流
ＩＰＳ ピーク電流設定回路
Ｉps ピーク電流設定信号
ＩＳＣ 電流制御設定回路
Isc 電流制御設定信号
Ｉｗ 溶接電流
ＰＭ 電源主回路
ＳＴ 経過時間計数回路
Ｓｔ 経過時間信号
ｔａ 経過時間
Ｔｂ ベース期間
Ｔdw ピーク立下り期間
Ｔｆ パルス周期（信号）
Ｔｐ ピーク期間
Ｔup ピーク立下り期間
Ｖ／Ｆ 電圧・周波数変換回路
Ｖav 溶接電圧平均値
Ｖｂ ベース電圧
Ｖbc 基準ベース電圧値
Ｖbf ベース電圧制限値
Ｖbr ベース電圧移動平均値
ＶＣ 基準電圧波形生成回路
Ｖｃ 基準電圧波形
ＶＤ 電圧検出回路
Ｖｄ 溶接電圧検出信号
ＶＦＡ 平均値算出回路
Ｖfa 溶接電圧制限平均値（信号）
Ｖft 溶接電圧制限値（信号）
Ｖｐ ピーク電圧
Ｖpc 基準ピーク電圧値
Ｖpf ピーク電圧制限値
Ｖpr ピーク電圧移動平均値（信号）
ＶＲＡ 溶接電圧制限移動平均値算出回路
ＶＳ 電圧設定回路
Ｖｓ 電圧設定信号
Ｖｗ 溶接電圧
ΔＶｃ 変動幅（信号）
ΔＶｗ 溶接電圧の変化
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ピーク電流及びベース電流から成るパルス波形の溶接電流をアークに通電すると共に、消耗電極と母材との間のパルス波形の溶接電圧を検出しこの溶接電圧検出値を基準電圧波形からの所定変動幅内で制限して溶接電圧制限値を算出し、この溶接電圧制限値を平均化した溶接電圧制限平均値が予め定めた電圧設定値と略等しくなるように溶接電源の出力を制御してアーク長を適正値に維持するパルスアーク溶接のアーク長制御方法において、
前記変動幅は、アーク発生期間中の溶接電流値を入力として予め定めた電流変動幅関数によって変化する、ことを特徴とするパルスアーク溶接のアーク長制御方法。
【請求項２】
請求項１記載の電流変動幅関数は、溶接電流値が増加すると前記変動幅が直線状に増加する関数である、ことを特徴とするパルスアーク溶接のアーク長制御方法。
【請求項３】
請求項１記載の電流変動幅関数は、溶接電流値が増加すると前記変動幅が曲線状に増加する関数である、ことを特徴とするパルスアーク溶接のアーク長制御方法。
【請求項１】
ピーク電流及びベース電流から成るパルス波形の溶接電流をアークに通電すると共に、消耗電極と母材との間のパルス波形の溶接電圧を検出しこの溶接電圧検出値を基準電圧波形からの所定変動幅内で制限して溶接電圧制限値を算出し、この溶接電圧制限値を平均化した溶接電圧制限平均値が予め定めた電圧設定値と略等しくなるように溶接電源の出力を制御してアーク長を適正値に維持するパルスアーク溶接のアーク長制御方法において、
前記変動幅は、アーク発生期間中の溶接電流値を入力として予め定めた電流変動幅関数によって変化する、ことを特徴とするパルスアーク溶接のアーク長制御方法。
【請求項２】
請求項１記載の電流変動幅関数は、溶接電流値が増加すると前記変動幅が直線状に増加する関数である、ことを特徴とするパルスアーク溶接のアーク長制御方法。
【請求項３】
請求項１記載の電流変動幅関数は、溶接電流値が増加すると前記変動幅が曲線状に増加する関数である、ことを特徴とするパルスアーク溶接のアーク長制御方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【公開番号】特開２００６−１７５４５３（Ｐ２００６−１７５４５３Ａ）
【公開日】平成１８年７月６日（２００６．７．６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００４−３６８９３３（Ｐ２００４−３６８９３３）
【出願日】平成１６年１２月２１日（２００４．１２．２１）
【出願人】（００００００２６２）株式会社ダイヘン (990)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１８年７月６日（２００６．７．６）
【国際特許分類】
【出願日】平成１６年１２月２１日（２００４．１２．２１）
【出願人】（００００００２６２）株式会社ダイヘン (990)
【Ｆターム（参考）】
[ Back to top ]