交流パルスアーク溶接の溶接電流制御方法
【課題】電極マイナス期間Ｔｎ中の電極マイナス電流Ｉｎ、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の通電を繰り返す交流パルスアーク溶接において、短絡の発生によるアーク長の変動を抑制すること。
【解決手段】本発明は、電極マイナス期間Ｔｎ中に溶接ワイヤと母材との短絡が発生したときは予め定めた短絡電流Ｉｓを通電すると共に、この短絡期間Ｔｓ中の電極マイナス電流の設定値Ｉｎｒを積分して短絡積分値Ｓｓを算出し、短絡が解除されてアークが再発生するとベース電流Ｕｂに戻して通電し、電極マイナス期間Ｔｎが終了したときは補償期間Ｔｈだけ期間を延長した後にピーク期間Ｔｐに移行し、前記補償期間Ｔｈは前記短絡積分値Ｓｓに予め定めた増幅率を乗じた値を前記電極マイナス電流の設定値Ｉｎｒで除算した値である交流パルスアーク溶接の溶接電流制御方法である。
【解決手段】本発明は、電極マイナス期間Ｔｎ中に溶接ワイヤと母材との短絡が発生したときは予め定めた短絡電流Ｉｓを通電すると共に、この短絡期間Ｔｓ中の電極マイナス電流の設定値Ｉｎｒを積分して短絡積分値Ｓｓを算出し、短絡が解除されてアークが再発生するとベース電流Ｕｂに戻して通電し、電極マイナス期間Ｔｎが終了したときは補償期間Ｔｈだけ期間を延長した後にピーク期間Ｔｐに移行し、前記補償期間Ｔｈは前記短絡積分値Ｓｓに予め定めた増幅率を乗じた値を前記電極マイナス電流の設定値Ｉｎｒで除算した値である交流パルスアーク溶接の溶接電流制御方法である。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、交流パルスアーク溶接の電極マイナス期間中に短絡が発生したことに起因するアーク長の変動を抑制することができる交流パルスアーク溶接の溶接電流制御方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
図５は、消耗電極式交流パルスアーク溶接の電流・電圧波形図である。同図（Ａ）はアークを通電する交流の溶接電流Ｉｗの時間変化を示し、同図（Ｂ）は溶接トーチと母材との間に印加する交流の溶接電圧Ｖｗの時間変化を示す。以下、同図を参照して説明する。
【０００３】
時刻ｔ１から開始する予め定めた電極マイナス期間Ｔｎ中は、同図（Ａ）に示すように、電極マイナス極性ＥＮで予め定めた電極マイナス電流Ｉｎが通電し、同図（Ｂ）に示すように、溶接トーチ・母材間に電極マイナス電圧Ｖｎが印加する。続いて、予め定めたピーク期間Ｔｐ中は、同図（Ａ）に示すように、電極プラス極性ＥＰで予め定めたピーク電流Ｉｐが通電し、同図（Ｂ）に示すように、溶接トーチ・母材間にピーク電圧Ｖｐが印加する。続いて、フィードバック制御によって定まるベース期間Ｔｂ中は、同図（Ａ）に示すように、電極プラス極性ＥＰで予め定めたベース電流Ｉｂが通電し、同図（Ｂ）に示すように、溶接トーチ・母材間にベース電圧Ｖｂが印加する。上記の電極マイナス電流Ｉｎは、通常溶接電流平均値に略比例して大きくなり２０〜１５０Ａ程度の範囲で設定される。上記のピーク電流Ｉｐは、溶接ワイヤから溶滴を移行させるために材質に応じて３５０〜６００Ａ程度の範囲で大電流値に設定される。上記のベース電流Ｉｂは、溶滴を成長させないために数十Ａの小電流値に設定される。交流パルスアーク溶接用の溶接電源は定電流制御されており、各期間ごとの電流設定値を変化させ、その値に対応する溶接電流Ｉｗを通電する。すなわち、電極マイナス電流設定値Ｉnrを設定してそれに相当する電極マイナス電流Ｉｎが通電し、ピーク電流設定値Ｉprを設定してそれに相当するピーク電流Ｉｐが通電し、ベース電流設定値Ｉbrを設定してそれに相当するベース電流Ｉｂが通電する。上記の電極マイナス期間Ｔｎ、ピーク期間Ｔｐ及びベース期間Ｔｂを１パルス周期Ｔｆとして繰り返して溶接が行われる。
【０００４】
消耗電極アーク溶接においてアーク長を適正値に維持することは、良好な溶接品質を得るために非常に重要である。このために、消耗電極アーク溶接では、ワイヤ送給速度の変動、溶接トーチ高さの変動、溶融池の不規則運動等の種々の外乱が発生してもアーク長を適正値に維持するための制御（アーク長制御）が必ず行われる。一般的なアーク長制御としては以下のような方法がある。すなわち、溶接電圧Ｖｗの（絶対値の）平均値が平均アーク長と略比例関係にあることを利用して、溶接電圧平均値が適正アーク長に対応する電圧設定値Ｖｒと略等しくなるようにフィードバック制御によってベース期間Ｔｂの長さを可変する。溶接電流Ｉｗの波形パラメータのＩｎ、Ｔｎ、Ｉｐ、Ｔｐ及びＩｂは所定値であるので、ベース期間Ｔｂが変化すると溶接電流Ｉｗの（絶対値の）平均値が変化する。アーク長はワイヤ送給速度とワイヤ溶融速度とのバランスによって定まり、ワイヤ溶融速度は溶接電流平均値によって変化する。したがって、ベース期間Ｔｂが変化すると溶接電流平均値が変化し、この結果ワイヤ溶融速度が変化してアーク長を適正値に制御することができる。溶接電圧平均値の平均化のための時定数は、通常数百ms（十数〜数十パルス周期）程度と長い時間に設定することが多い。これは、アーク長制御系の制御安定性を確保するために時定数を長く設定している。このために、１パルス周期ごとに変動するアーク長はあまり制御することができず、数周期にわたる平均アーク長を制御することになる。上述した外乱の発生時間は数十ms以上の比較的長いものが多いために、上述したアーク長制御によって外乱によるアーク長の変動をほぼ抑制することができる。
【０００５】
時刻ｔ２から開始する電極マイナス期間Ｔｎ中に溶接ワイヤと母材との短絡が発生すると、特許文献１に記載するように、この短絡を早く終了させてアークを再発生させるために、同図（Ａ）に示すように、電極マイナス電流Ｉｎよりも大きな予め定めた短絡電流Ｉｓを通電する。短絡期間Ｔｓが短いときはＩｓ＝Ｉｎとしてもよい。短絡期間Ｔｓは０．１〜５ms程度である。この短絡期間Ｔｓ中は、短絡電流Ｉｓが通電するが、アークは消滅しているためにアークから溶接ワイヤへの入熱がゼロになる。このために、１パルス周期Ｔｆのワイヤ溶融量が減少してアーク長は短くなる。すなわち、短絡期間Ｔｓ中はアークからの入熱がゼロになり１パルス周期Ｔｆの溶融量が減少するのでアーク長が変動する。このアーク長の変動は１パルス周期Ｔｆ単位で発生するために、上述した溶接電圧平均値によるアーク長制御によっては抑制することが困難である。この問題を解決するために以下に説明する従来技術が提案されている。
【０００６】
上記の溶融量変動値ΔＭｓは下式で算出される。
ΔＭｓ＝−１・α・Ｔｓ・Ｉｂ＝−１・α・Ｓｓ
ここで、αはアーク熱のワイヤ溶融への寄与度を示す係数であり、短絡積分値Ｓｓは短絡期間Ｔｓ中にアークが発生しておりベース電流Ｉｂが通電したと仮定したときの電流の積分値である。したがって、短絡積分値Ｓｓはベース電流設定値Ｉbrを短絡期間Ｔｓの間積分した値であり下式となる。
Ｓｓ＝∫Ｉｎｒ・ｄｔ
【０００７】
この溶融量変動値ΔＭｓを補償するために補償積分値Ｓｈを下式で算出する。
Ｓｈ＝Ｋ・Ｓｓ
但し、Ｋは予め定めた増幅率である。ここで、補償期間Ｔｈを予め定設定し、上記の補償積分値Ｓｈを除算して下式のように電流増加値Ｉｕを算出する。
Ｉｕ＝Ｓｈ／Ｔｈ
【０００８】
同図（Ａ）に示すように、アークが再発生して短絡期間Ｔｓが終了した直後の補償期間Ｔｈ中にＩｂ＋Ｉｕの電流を通電する。すなわち、短絡積分値Ｓｓによる溶融量の減少を補償積雲値Ｓｈによって補償することによって、溶融量の減少を補償してアーク長の変動を抑制する。上記の増幅率Ｋを乗じる理由は、フィードバック制御の増幅率を調整して制御系の安定化を図るのと同様である。この増幅率Ｋは、溶接ワイヤの種類、シールドガスの種類等に応じて適正値に設定する。例えば、アルミニウムワイヤのときの値は０．６〜１．５程度であり、鉄鋼ワイヤのときの値は０．３〜１．０程度である。また、上記の補償期間Ｔｈは、０．２〜２ms程度が適正範囲である。上記の従来技術としては、例えば特許文献１等がある。
【０００９】
【特許文献１】特開２００４−１６０４９６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
上述した図５において、電極マイナス電流Ｉｎは２０〜１５０Ａ程度の範囲で設定される。例えば、電極マイナス電流Ｉｎ＝１００Ａ、短絡期間Ｔｓ＝３ms、補償期間Ｔｈ＝２ms及び増幅率Ｋ＝１．０とすると、電流増加値Ｉｕ＝１５０Ａとなる。このために、補償期間Ｔｈ中の電流値はＩｂ＋Ｉｕ＝２５０Ａと大きな値になる。この電流値は、電極マイナス電流Ｉｎが大きな値でありかつ短絡期間Ｔｓが長いときほど大きくなる。
【００１１】
交流パルスアーク溶接において、電極マイナス期間Ｔｎ中は、アークの陰極点は溶接ワイヤの先端部分に形成される。電極マイナス電流Ｉｎが大きくなると、陰極点はワイヤ先端部から数mm〜数十mm上方へ這い上がり、その上方部分で高速に移動を繰り返す。この陰極点の上方での移動によってシールドガスの流れが乱されることがあり、この結果溶接状態が不安定になることがある。このような状態になりやすいのは、電極マイナス電流Ｉｎが１８０Ａ程度の限界電流値Ｉthを超えたあたりからである。上述したように、補償期間Ｔｈ中の電流値Ｉｂ＋Ｉｕは上記の限界電流値Ｉth以上になることも多い。このために、陰極点の上方での移動による溶接状態の不安定が発生することがあった。
【００１２】
そこで、本発明では、電極マイナス期間中の短絡による溶融量の変動を補償して１周期ごとのアーク長の変動を抑制すると共に、補償期間の電流値が大きくなり過ぎることによる溶接状態の不安定を防止することができる交流パルスアーク溶接の溶接電流制御方法を提供する。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
上述した課題を解決するために、第１の発明は、溶接ワイヤを定速で母材に送給すると共に、電極マイナス極性で予め定めた電極マイナス期間中は予め定めた電極マイナス電流を通電し、続いて電極プラス極性で予め定めたピーク期間中は予め定めたピーク電流を通電し、続いて電極プラス極性でフィードバック制御によって定まるベース期間中は予め定めたベース電流を通電し、これらの通電を１パルス周期として繰り返して溶接する交流パルスアーク溶接の溶接電流制御方法において、
前記電極マイナス期間中に溶接ワイヤと母材との短絡が発生したときは予め定めた短絡電流を通電すると共に、この短絡期間中の前記電極マイナス電流の設定値を積分して短絡積分値を算出し、前記短絡が解除されてアークが再発生すると前記ベース電流に戻して通電し、前記電極マイナス期間が終了したときは補償期間だけ期間を延長した後に前記ピーク期間に移行し、前記補償期間は前記短絡積分値に予め定めた増幅率を乗じた値を前記電極マイナス電流の設定値で除算した値であることを特徴とする交流パルスアーク溶接の溶接電流制御方法である。
【００１４】
また、第２の発明は、溶接ワイヤを定速で母材に送給すると共に、電極マイナス極性で予め定めた電極マイナス期間中は予め定めた電極マイナス電流を通電し、続いて電極プラス極性で予め定めたピーク期間中は予め定めたピーク電流を通電し、続いて電極プラス極性でフィードバック制御によって定まるベース期間中は予め定めたベース電流を通電し、これらの通電を１パルス周期として繰り返して溶接する交流パルスアーク溶接の溶接電流制御方法において、
前記電極マイナス期間中に溶接ワイヤと母材との短絡が発生したときは予め定めた短絡電流を通電すると共に、この短絡期間中の前記電極マイナス電流の設定値を積分して短絡積分値を算出し、前記短絡が解除されてアークが再発生すると前記ベース電流に戻して通電し、続く前記ピーク期間中は補償期間だけ予め定めた値よりも期間を延長して前記ピーク電流を通電し、前記補償期間は前記短絡積分値に予め定めた増幅率を乗じた値を前記ピーク電流の設定値で除算した値であることを特徴とする交流パルスアーク溶接の溶接電流制御方法である。
【発明の効果】
【００１５】
上記第１の発明によれば、電極マイナス期間中に短絡が発生したときは短絡積分値を算出し、この短絡積分値に基づいて補償期間を算出し、電極マイナス期間をこの補償期間だけ延長することによって、短絡に起因する溶融量の変動を補償することができるのでアーク長の変動を抑制することができる。さらに、補償期間中の電流値は電極マイナス電流値と同一であり限界電流値未満であるので、電極マイナス極性の電流値が限界電流値以上になると発生しやすくなる溶接状態の不安定を防止することができる。
【００１６】
上記第２の発明によれば、電極マイナス期間中に短絡が発生したときは短絡積分値を算出し、この短絡積分値に基づいて補償期間を算出し、電極マイナス期間に続くピーク期間をこの補償期間だけ延長することによって、短絡に起因する溶融量の変動を補償することができるのでアーク長の変動を抑制することができる。さらに、補償期間中の電流値は電極マイナス極性ではなく電極プラス極性のピーク電流を通電するので、電極マイナス極性の電流値が限界電流値以上になると発生しやすくなる溶接状態の不安定を防止することができる。電極プラス極性では大電流値のピーク電流を通電しても溶接状態を不安定にすることはない。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
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。
【００１８】
［実施の形態１］
図１は、本発明の実施の形態１に係る交流パルスアーク溶接の溶接電流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の時間変化を示し、同図（Ｂ）は溶接電圧Ｖｗの時間変化を示す。同図は上述した図５と対応しており、時刻ｔ１〜ｔ２の期間の動作は同一であるので説明は省略する。以下、時刻ｔ２以降の動作について同図を参照して説明する。
【００１９】
時刻ｔ２から開始する電極マイナス期間Ｔｎ中に短絡が発生すると、同図（Ａ）に示すように、予め定めた短絡電流Ｉｓを通電する。この短絡期間Ｔｓ中は、電極マイナス電流設定値Ｉnrを積分して短絡積分値Ｓｓ＝∫Ｉｎｒ・ｄｔを算出する。アークが再発生して短絡期間Ｔｓが終了した後に、この短絡積分値Ｓｓ及び予め定めた増幅率Ｋによって補償積分値Ｓｈ＝Ｋ・Ｓｓを算出し、続いてこの補償積分値Ｓｈ及び電極マイナス電流設定値Ｉnrから補償期間Ｔｈ＝Ｓｈ／Ｉnrを算出する。そして、時刻ｔ３において予め定めた電極マイナス期間Ｔｎが終了すると、上記の補償期間Ｔｈだけ電極マイナス電流設定値Ｉnrによる電極マイナス電流Ｉｎを延長して通電する。時刻ｔ４において延長された補償期間Ｔｈが終了すると。ピーク期間Ｔｐに移行する。これによって、短絡期間Ｔｓ中の短絡積分値Ｓｓに比例して減少したアークからの入熱を、延長された補償期間Ｔｈ中の補償積分値Ｓｈによって補充してアーク長の変動を抑制することができる。しかも、補償期間Ｔｈ中の電流値は電極マイナス電流Ｉｎと同一値であるので、上述したように溶接状態が不安定になりやすくなる限界電流値Ｉthを超えるころがなく、溶接状態が不安定になることはない。
【００２０】
図２は、実施の形態１に係る溶接電源のブロック図である。インバータ回路ＩＮＶは、３相２００Ｖ等の交流商用電源ＡＣを入力として直流に整流し、後述する電流誤差増幅信号Ｅｉに従ってインバータ制御によって直流を高周波交流に変換する。高周波トランスＩＮＴは、高周波交流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。電極プラストランジスタＰＴＲは、後述する電極プラス駆動信号Ｐｄによって駆動されて、オン状態のときは溶接電源の出力は電極プラス極性ＥＰになる。電極マイナストランジスタＮＴＲは、後述する電極マイナス駆動信号Ｎｄによって駆動されて、オン状態のときは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、出力を平滑する。溶接ワイヤ１はワイヤ送給装置の送給ロール５によって溶接トーチ４内を通って送給されて、母材２との間にアーク３が発生する。
【００２１】
電圧検出回路ＶＤは、溶接電圧Ｖｗを検出して、電圧検出信号Ｖｄを出力する。電圧平均値算出回路ＶＡＶは、上記の電圧検出信号Ｖｄの平均値を算出して、電圧平均値信号Ｖavを出力する。電圧設定回路ＶＲは、予め定めた電圧設定信号Ｖｒを出力する。電圧誤差増幅回路ＥＶは、上記の電圧設定信号Ｖｒと上記の電圧平均値信号Ｖavとの誤差を増幅して電圧誤差増幅信号ΔＶを出力する。Ｖ／Ｆコンバータ回路ＶＦは、上記の電圧誤差増幅信号ΔＶに比例した周波数を有しその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。
【００２２】
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、上記のパルス周期信号ＴｆがＨｉｇｈレベルに変化した時点から後述する電極マイナス期間延長設定信号Ｔncによって設定された期間中はその値が１になり、続いて
上記のピーク期間設定信号Ｔprによって設定される期間中はその値が２になり、続いて上記のパルス周期信号Ｔｆが再びＨｉｇｈレベルになるまでの期間中はその値が３になるタイマ信号Ｔｍを出力する。短絡判別回路ＳＤは、上記の電圧検出信号Ｖｄの値によって短絡を判別してＨｉｇｈレベルとなる短絡判別信号Ｓｄを出力する。電極マイナス電流設定回路ＩＮＲは、予め定めた電極マイナス電流設定信号Ｉnrを出力する。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。短絡積分回路ＳＳは、上記のタイマ信号Ｔｍの値が１（電極マイナス期間）でありかつ上記の短絡判別信号ＳｄがＨｉｇｈレベル（短絡期間）のときは、上記の電極マイナス電流設定信号Ｉnrを積分して短絡積分値信号Ｓｓを出力する。補償期間算出回路ＴＨＲは、上記の短絡積分値信号Ｓｓ及び上記の電極マイナス電流設定信号Ｉnrを入力として、Ｋ・Ｓｓ／Ｉnrを演算し補償期間設定信号Ｔhrを出力する。ここで、Ｋは予め定めた増幅率である。電極マイナス期間設定回路ＴＮＲは、予め定めた電極マイナス期間設定信号Ｔnrを出力する。加算回路ＡＤは、上記の電極マイナス期間設定信号Ｔnrと上記の補償期間設定信号Ｔhrとを加算して電極マイナス期間延長設定信号Ｔncを出力する。この電極マイナス期間延長設定信号Ｔncは、上述した図１において時刻ｔ２〜ｔ４の期間Ｈｉｇｈレベルになる。
【００２３】
切換回路ＳＷは、上記のタイマ信号Ｔｍ＝１のときはａ側に切り換わり上記の電極マイナス電流設定信号Ｉnrを電流制御設定信号Ｉrcとして出力し、Ｔｍ＝２のときはｂ側に切り換わり上記のピーク電流設定信号Ｉprを電流制御設定信号Ｉrcとして出力し、Ｔｍ＝３のときはｃ側に切り換わり上記のベース電流設定信号Ｉbrを電流制御設定信号Ｉrcとして出力する。電流検出回路ＩＤは、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Ｉrc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。駆動回路ＤＶは、上記のタイマ信号Ｔｍ＝１（電極マイナス期間）のときは電極マイナス駆動信号Ｎｄを出力し、Ｔｍ＝２（ピーク期間）又はＴｍ＝３（ベース期間）のときは電極プラス駆動信号Ｐｄを出力する。
【００２４】
［実施の形態２］
図３は、本発明の実施の形態２に係る交流パルスアーク溶接の溶接電流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の時間変化を示し、同図（Ｂ）は溶接電圧Ｖｗの時間変化を示す。同図は上述した図５と対応しており、時刻ｔ１〜ｔ２の期間の動作は同一であるので説明は省略する。以下、時刻ｔ２以降の動作について同図を参照して説明する。
【００２５】
時刻ｔ２から開始する電極マイナス期間Ｔｎ中に短絡が発生すると、同図（Ａ）に示すように、予め定めた短絡電流Ｉｓを通電する。この短絡期間Ｔｓ中は、電極マイナス電流設定値Ｉnrを積分して短絡積分値Ｓｓ＝∫Ｉｎｒ・ｄｔを算出する。短絡期間Ｔｓが終了した後に、この短絡積分値Ｓｓ及び予め定めた増幅率Ｋによって補償積分値Ｓｈ＝Ｋ・ＳＳを算出し、続いてこの補償積分値Ｓｈ及び実施の形態１とは異なりピーク電流設定値Ｉprから補償期間Ｔｈ＝Ｓｈ／Ｉprを算出する。そして、時刻ｔ３において予め定めた電極マイナス期間Ｔｎが終了すると、上記の補償期間Ｔｈだけピーク電流設定値Ｉprによるピーク電流Ｉｐをピーク期間Ｔｐに先立って通電する。時刻ｔ４において先立った補償期間Ｔｈが終了すると。予め定めたピーク期間Ｔｐに移行する。すなわち、実質的にはピーク期間の長さを予め定めた値から補償期間Ｔｈだけ長くしたことになる。これによって、短絡期間Ｔｓ中の短絡積分値Ｓｓに比例して減少したアークからの入熱を、先立った補償期間Ｔｈ中の補償積分値Ｓｈによって補充してアーク長の変動を抑制することができる。しかも、補償期間Ｔｈ中の電流値は電極マイナス極性ではなく電極プラス極性で通電するので、その値が大きくなっても溶接状態が不安定になることはない。
【００２６】
図４は、実施の形態２に係る溶接電源のブロック図である。同図において上述した図２と同一のブロックには同一符号を付してそれらの説明は省略する。以下、図２とは異なる点線で示すブロックについて同図を参照して説明する。
【００２７】
第２タイマ回路ＴＭ２は、パルス周期信号ＴｆがＨｉｇｈレベルに変化した時点から電極マイナス期間設定信号Ｔnrによって設定された期間中はその値が１になり、続いて上記の後述するピーク期間延長設定信号Ｔpcによって設定される期間中はその値が２になり、続いて上記のパルス周期信号Ｔｆが再びＨｉｇｈレベルになるまでの期間中はその値が３になるタイマ信号Ｔｍを出力する。第２補償期間算出回路ＴＨＲ２は、短絡積分値信号Ｓｓ及びピーク電流設定信号Ｉprを入力として、Ｋ・Ｓｓ／Ｉprを演算し補償期間設定信号Ｔhrを出力する。ここで、Ｋは予め定めた増幅率である。電極マイナス期間設定信号Ｔnrは、予め定めた電極マイナス期間設定信号Ｔnrを出力する。第２加算回路ＡＤ２は、ピーク期間設定信号Ｔprと上記の補償期間設定信号Ｔhrとを加算してピーク期間延長設定信号Ｔpcを出力する。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】実施の形態１に係る交流パルスアーク溶接の溶接電流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に係る溶接電源のブロック図である。
【図３】実施の形態２に係る交流パルスアーク溶接の溶接電流制御方法を示す電流・電圧波形図である。
【図４】実施の形態２に係る溶接電源のブロック図である。
【図５】従来技術に係る交流パルスアーク溶接の溶接電流制御方法を示す電流・電圧波形図である。
【符号の説明】
【００２９】
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
ＡＣ 交流商用電源
ＡＤ 加算回路
ＡＤ２ 第２加算回路
Ｄ２ａ〜Ｄ２ｄ ２次整流器
ＤＶ 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 電圧誤差増幅回路
Ｉｂ ベース電流
ＩＢＲ ベース電流設定回路
Ｉbr ベース電流設定（値／信号）
ＩＤ 電流検出回路
Ｉｄ 電流検出信号
Ｉｎ 電極マイナス電流
ＩＮＲ 電極マイナス電流設定回路
Ｉnr 電極マイナス電流設定（値／信号）
ＩＮＴ 高周波トランス
ＩＮＶ インバータ回路
Ｉｐ ピーク電流
ＩＰＲ ピーク電流設定回路
Ｉpr ピーク電流設定（値／信号）
Ｉrc 電流制御設定信号
Ｉｓ 短絡電流
Ｉth 限界電流値
Ｉｕ 電流増加値
Ｉｗ 溶接電流
Ｋ 増幅率
Ｎｄ 電極マイナス駆動信号
ＮＴＲ 電極マイナストランジスタ
Ｐｄ 電極プラス駆動信号
ＰＴＲ 電極プラストランジスタ
ＳＤ 短絡判別回路
Ｓｄ 短絡判別信号
Ｓｈ 補償積分値
ＳＳ 短絡積分回路
Ｓｓ 短絡積分値（信号）
ＳＷ 切換回路
Ｔｂ ベース期間
Ｔｆ パルス周期（信号）
Ｔｈ 補償期間
ＴＨＲ 補償期間算出回路
Ｔhr 補償期間設定信号
ＴＨＲ２ 第２補償期間算出回路
ＴＭ タイマ回路
Ｔｍ タイマ信号
ＴＭ２ 第２タイマ回路
Ｔｎ 電極マイナス期間
Ｔnc 電極マイナス期間延長設定信号
Ｔnr 電極マイナス期間設定信号
Ｔｐ ピーク期間
Ｔpc ピーク期間延長設定信号
ＴＰＲ ピーク期間設定回路
Ｔpr ピーク期間設定信号
Ｔｓ 短絡期間
ＶＡＶ 電圧平均値算出回路
Ｖav 電圧平均値信号
Ｖｂ ベース電圧
ＶＤ 電圧検出回路
Ｖｄ 電圧検出信号
ＶＦ Ｖ／Ｆコンバータ回路
Ｖｎ 電極マイナス電圧
Ｖｐ ピーク電圧
ＶＲ 電圧設定回路
Ｖｒ 電圧設定（値／信号）
Ｖｗ 溶接電圧
ＷＬ リアクトル
ΔＭｓ 溶融量変動値
ΔＶ 電圧誤差増幅信号
【技術分野】
【０００１】
本発明は、交流パルスアーク溶接の電極マイナス期間中に短絡が発生したことに起因するアーク長の変動を抑制することができる交流パルスアーク溶接の溶接電流制御方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
図５は、消耗電極式交流パルスアーク溶接の電流・電圧波形図である。同図（Ａ）はアークを通電する交流の溶接電流Ｉｗの時間変化を示し、同図（Ｂ）は溶接トーチと母材との間に印加する交流の溶接電圧Ｖｗの時間変化を示す。以下、同図を参照して説明する。
【０００３】
時刻ｔ１から開始する予め定めた電極マイナス期間Ｔｎ中は、同図（Ａ）に示すように、電極マイナス極性ＥＮで予め定めた電極マイナス電流Ｉｎが通電し、同図（Ｂ）に示すように、溶接トーチ・母材間に電極マイナス電圧Ｖｎが印加する。続いて、予め定めたピーク期間Ｔｐ中は、同図（Ａ）に示すように、電極プラス極性ＥＰで予め定めたピーク電流Ｉｐが通電し、同図（Ｂ）に示すように、溶接トーチ・母材間にピーク電圧Ｖｐが印加する。続いて、フィードバック制御によって定まるベース期間Ｔｂ中は、同図（Ａ）に示すように、電極プラス極性ＥＰで予め定めたベース電流Ｉｂが通電し、同図（Ｂ）に示すように、溶接トーチ・母材間にベース電圧Ｖｂが印加する。上記の電極マイナス電流Ｉｎは、通常溶接電流平均値に略比例して大きくなり２０〜１５０Ａ程度の範囲で設定される。上記のピーク電流Ｉｐは、溶接ワイヤから溶滴を移行させるために材質に応じて３５０〜６００Ａ程度の範囲で大電流値に設定される。上記のベース電流Ｉｂは、溶滴を成長させないために数十Ａの小電流値に設定される。交流パルスアーク溶接用の溶接電源は定電流制御されており、各期間ごとの電流設定値を変化させ、その値に対応する溶接電流Ｉｗを通電する。すなわち、電極マイナス電流設定値Ｉnrを設定してそれに相当する電極マイナス電流Ｉｎが通電し、ピーク電流設定値Ｉprを設定してそれに相当するピーク電流Ｉｐが通電し、ベース電流設定値Ｉbrを設定してそれに相当するベース電流Ｉｂが通電する。上記の電極マイナス期間Ｔｎ、ピーク期間Ｔｐ及びベース期間Ｔｂを１パルス周期Ｔｆとして繰り返して溶接が行われる。
【０００４】
消耗電極アーク溶接においてアーク長を適正値に維持することは、良好な溶接品質を得るために非常に重要である。このために、消耗電極アーク溶接では、ワイヤ送給速度の変動、溶接トーチ高さの変動、溶融池の不規則運動等の種々の外乱が発生してもアーク長を適正値に維持するための制御（アーク長制御）が必ず行われる。一般的なアーク長制御としては以下のような方法がある。すなわち、溶接電圧Ｖｗの（絶対値の）平均値が平均アーク長と略比例関係にあることを利用して、溶接電圧平均値が適正アーク長に対応する電圧設定値Ｖｒと略等しくなるようにフィードバック制御によってベース期間Ｔｂの長さを可変する。溶接電流Ｉｗの波形パラメータのＩｎ、Ｔｎ、Ｉｐ、Ｔｐ及びＩｂは所定値であるので、ベース期間Ｔｂが変化すると溶接電流Ｉｗの（絶対値の）平均値が変化する。アーク長はワイヤ送給速度とワイヤ溶融速度とのバランスによって定まり、ワイヤ溶融速度は溶接電流平均値によって変化する。したがって、ベース期間Ｔｂが変化すると溶接電流平均値が変化し、この結果ワイヤ溶融速度が変化してアーク長を適正値に制御することができる。溶接電圧平均値の平均化のための時定数は、通常数百ms（十数〜数十パルス周期）程度と長い時間に設定することが多い。これは、アーク長制御系の制御安定性を確保するために時定数を長く設定している。このために、１パルス周期ごとに変動するアーク長はあまり制御することができず、数周期にわたる平均アーク長を制御することになる。上述した外乱の発生時間は数十ms以上の比較的長いものが多いために、上述したアーク長制御によって外乱によるアーク長の変動をほぼ抑制することができる。
【０００５】
時刻ｔ２から開始する電極マイナス期間Ｔｎ中に溶接ワイヤと母材との短絡が発生すると、特許文献１に記載するように、この短絡を早く終了させてアークを再発生させるために、同図（Ａ）に示すように、電極マイナス電流Ｉｎよりも大きな予め定めた短絡電流Ｉｓを通電する。短絡期間Ｔｓが短いときはＩｓ＝Ｉｎとしてもよい。短絡期間Ｔｓは０．１〜５ms程度である。この短絡期間Ｔｓ中は、短絡電流Ｉｓが通電するが、アークは消滅しているためにアークから溶接ワイヤへの入熱がゼロになる。このために、１パルス周期Ｔｆのワイヤ溶融量が減少してアーク長は短くなる。すなわち、短絡期間Ｔｓ中はアークからの入熱がゼロになり１パルス周期Ｔｆの溶融量が減少するのでアーク長が変動する。このアーク長の変動は１パルス周期Ｔｆ単位で発生するために、上述した溶接電圧平均値によるアーク長制御によっては抑制することが困難である。この問題を解決するために以下に説明する従来技術が提案されている。
【０００６】
上記の溶融量変動値ΔＭｓは下式で算出される。
ΔＭｓ＝−１・α・Ｔｓ・Ｉｂ＝−１・α・Ｓｓ
ここで、αはアーク熱のワイヤ溶融への寄与度を示す係数であり、短絡積分値Ｓｓは短絡期間Ｔｓ中にアークが発生しておりベース電流Ｉｂが通電したと仮定したときの電流の積分値である。したがって、短絡積分値Ｓｓはベース電流設定値Ｉbrを短絡期間Ｔｓの間積分した値であり下式となる。
Ｓｓ＝∫Ｉｎｒ・ｄｔ
【０００７】
この溶融量変動値ΔＭｓを補償するために補償積分値Ｓｈを下式で算出する。
Ｓｈ＝Ｋ・Ｓｓ
但し、Ｋは予め定めた増幅率である。ここで、補償期間Ｔｈを予め定設定し、上記の補償積分値Ｓｈを除算して下式のように電流増加値Ｉｕを算出する。
Ｉｕ＝Ｓｈ／Ｔｈ
【０００８】
同図（Ａ）に示すように、アークが再発生して短絡期間Ｔｓが終了した直後の補償期間Ｔｈ中にＩｂ＋Ｉｕの電流を通電する。すなわち、短絡積分値Ｓｓによる溶融量の減少を補償積雲値Ｓｈによって補償することによって、溶融量の減少を補償してアーク長の変動を抑制する。上記の増幅率Ｋを乗じる理由は、フィードバック制御の増幅率を調整して制御系の安定化を図るのと同様である。この増幅率Ｋは、溶接ワイヤの種類、シールドガスの種類等に応じて適正値に設定する。例えば、アルミニウムワイヤのときの値は０．６〜１．５程度であり、鉄鋼ワイヤのときの値は０．３〜１．０程度である。また、上記の補償期間Ｔｈは、０．２〜２ms程度が適正範囲である。上記の従来技術としては、例えば特許文献１等がある。
【０００９】
【特許文献１】特開２００４−１６０４９６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
上述した図５において、電極マイナス電流Ｉｎは２０〜１５０Ａ程度の範囲で設定される。例えば、電極マイナス電流Ｉｎ＝１００Ａ、短絡期間Ｔｓ＝３ms、補償期間Ｔｈ＝２ms及び増幅率Ｋ＝１．０とすると、電流増加値Ｉｕ＝１５０Ａとなる。このために、補償期間Ｔｈ中の電流値はＩｂ＋Ｉｕ＝２５０Ａと大きな値になる。この電流値は、電極マイナス電流Ｉｎが大きな値でありかつ短絡期間Ｔｓが長いときほど大きくなる。
【００１１】
交流パルスアーク溶接において、電極マイナス期間Ｔｎ中は、アークの陰極点は溶接ワイヤの先端部分に形成される。電極マイナス電流Ｉｎが大きくなると、陰極点はワイヤ先端部から数mm〜数十mm上方へ這い上がり、その上方部分で高速に移動を繰り返す。この陰極点の上方での移動によってシールドガスの流れが乱されることがあり、この結果溶接状態が不安定になることがある。このような状態になりやすいのは、電極マイナス電流Ｉｎが１８０Ａ程度の限界電流値Ｉthを超えたあたりからである。上述したように、補償期間Ｔｈ中の電流値Ｉｂ＋Ｉｕは上記の限界電流値Ｉth以上になることも多い。このために、陰極点の上方での移動による溶接状態の不安定が発生することがあった。
【００１２】
そこで、本発明では、電極マイナス期間中の短絡による溶融量の変動を補償して１周期ごとのアーク長の変動を抑制すると共に、補償期間の電流値が大きくなり過ぎることによる溶接状態の不安定を防止することができる交流パルスアーク溶接の溶接電流制御方法を提供する。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
上述した課題を解決するために、第１の発明は、溶接ワイヤを定速で母材に送給すると共に、電極マイナス極性で予め定めた電極マイナス期間中は予め定めた電極マイナス電流を通電し、続いて電極プラス極性で予め定めたピーク期間中は予め定めたピーク電流を通電し、続いて電極プラス極性でフィードバック制御によって定まるベース期間中は予め定めたベース電流を通電し、これらの通電を１パルス周期として繰り返して溶接する交流パルスアーク溶接の溶接電流制御方法において、
前記電極マイナス期間中に溶接ワイヤと母材との短絡が発生したときは予め定めた短絡電流を通電すると共に、この短絡期間中の前記電極マイナス電流の設定値を積分して短絡積分値を算出し、前記短絡が解除されてアークが再発生すると前記ベース電流に戻して通電し、前記電極マイナス期間が終了したときは補償期間だけ期間を延長した後に前記ピーク期間に移行し、前記補償期間は前記短絡積分値に予め定めた増幅率を乗じた値を前記電極マイナス電流の設定値で除算した値であることを特徴とする交流パルスアーク溶接の溶接電流制御方法である。
【００１４】
また、第２の発明は、溶接ワイヤを定速で母材に送給すると共に、電極マイナス極性で予め定めた電極マイナス期間中は予め定めた電極マイナス電流を通電し、続いて電極プラス極性で予め定めたピーク期間中は予め定めたピーク電流を通電し、続いて電極プラス極性でフィードバック制御によって定まるベース期間中は予め定めたベース電流を通電し、これらの通電を１パルス周期として繰り返して溶接する交流パルスアーク溶接の溶接電流制御方法において、
前記電極マイナス期間中に溶接ワイヤと母材との短絡が発生したときは予め定めた短絡電流を通電すると共に、この短絡期間中の前記電極マイナス電流の設定値を積分して短絡積分値を算出し、前記短絡が解除されてアークが再発生すると前記ベース電流に戻して通電し、続く前記ピーク期間中は補償期間だけ予め定めた値よりも期間を延長して前記ピーク電流を通電し、前記補償期間は前記短絡積分値に予め定めた増幅率を乗じた値を前記ピーク電流の設定値で除算した値であることを特徴とする交流パルスアーク溶接の溶接電流制御方法である。
【発明の効果】
【００１５】
上記第１の発明によれば、電極マイナス期間中に短絡が発生したときは短絡積分値を算出し、この短絡積分値に基づいて補償期間を算出し、電極マイナス期間をこの補償期間だけ延長することによって、短絡に起因する溶融量の変動を補償することができるのでアーク長の変動を抑制することができる。さらに、補償期間中の電流値は電極マイナス電流値と同一であり限界電流値未満であるので、電極マイナス極性の電流値が限界電流値以上になると発生しやすくなる溶接状態の不安定を防止することができる。
【００１６】
上記第２の発明によれば、電極マイナス期間中に短絡が発生したときは短絡積分値を算出し、この短絡積分値に基づいて補償期間を算出し、電極マイナス期間に続くピーク期間をこの補償期間だけ延長することによって、短絡に起因する溶融量の変動を補償することができるのでアーク長の変動を抑制することができる。さらに、補償期間中の電流値は電極マイナス極性ではなく電極プラス極性のピーク電流を通電するので、電極マイナス極性の電流値が限界電流値以上になると発生しやすくなる溶接状態の不安定を防止することができる。電極プラス極性では大電流値のピーク電流を通電しても溶接状態を不安定にすることはない。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
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。
【００１８】
［実施の形態１］
図１は、本発明の実施の形態１に係る交流パルスアーク溶接の溶接電流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の時間変化を示し、同図（Ｂ）は溶接電圧Ｖｗの時間変化を示す。同図は上述した図５と対応しており、時刻ｔ１〜ｔ２の期間の動作は同一であるので説明は省略する。以下、時刻ｔ２以降の動作について同図を参照して説明する。
【００１９】
時刻ｔ２から開始する電極マイナス期間Ｔｎ中に短絡が発生すると、同図（Ａ）に示すように、予め定めた短絡電流Ｉｓを通電する。この短絡期間Ｔｓ中は、電極マイナス電流設定値Ｉnrを積分して短絡積分値Ｓｓ＝∫Ｉｎｒ・ｄｔを算出する。アークが再発生して短絡期間Ｔｓが終了した後に、この短絡積分値Ｓｓ及び予め定めた増幅率Ｋによって補償積分値Ｓｈ＝Ｋ・Ｓｓを算出し、続いてこの補償積分値Ｓｈ及び電極マイナス電流設定値Ｉnrから補償期間Ｔｈ＝Ｓｈ／Ｉnrを算出する。そして、時刻ｔ３において予め定めた電極マイナス期間Ｔｎが終了すると、上記の補償期間Ｔｈだけ電極マイナス電流設定値Ｉnrによる電極マイナス電流Ｉｎを延長して通電する。時刻ｔ４において延長された補償期間Ｔｈが終了すると。ピーク期間Ｔｐに移行する。これによって、短絡期間Ｔｓ中の短絡積分値Ｓｓに比例して減少したアークからの入熱を、延長された補償期間Ｔｈ中の補償積分値Ｓｈによって補充してアーク長の変動を抑制することができる。しかも、補償期間Ｔｈ中の電流値は電極マイナス電流Ｉｎと同一値であるので、上述したように溶接状態が不安定になりやすくなる限界電流値Ｉthを超えるころがなく、溶接状態が不安定になることはない。
【００２０】
図２は、実施の形態１に係る溶接電源のブロック図である。インバータ回路ＩＮＶは、３相２００Ｖ等の交流商用電源ＡＣを入力として直流に整流し、後述する電流誤差増幅信号Ｅｉに従ってインバータ制御によって直流を高周波交流に変換する。高周波トランスＩＮＴは、高周波交流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。電極プラストランジスタＰＴＲは、後述する電極プラス駆動信号Ｐｄによって駆動されて、オン状態のときは溶接電源の出力は電極プラス極性ＥＰになる。電極マイナストランジスタＮＴＲは、後述する電極マイナス駆動信号Ｎｄによって駆動されて、オン状態のときは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、出力を平滑する。溶接ワイヤ１はワイヤ送給装置の送給ロール５によって溶接トーチ４内を通って送給されて、母材２との間にアーク３が発生する。
【００２１】
電圧検出回路ＶＤは、溶接電圧Ｖｗを検出して、電圧検出信号Ｖｄを出力する。電圧平均値算出回路ＶＡＶは、上記の電圧検出信号Ｖｄの平均値を算出して、電圧平均値信号Ｖavを出力する。電圧設定回路ＶＲは、予め定めた電圧設定信号Ｖｒを出力する。電圧誤差増幅回路ＥＶは、上記の電圧設定信号Ｖｒと上記の電圧平均値信号Ｖavとの誤差を増幅して電圧誤差増幅信号ΔＶを出力する。Ｖ／Ｆコンバータ回路ＶＦは、上記の電圧誤差増幅信号ΔＶに比例した周波数を有しその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。
【００２２】
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、上記のパルス周期信号ＴｆがＨｉｇｈレベルに変化した時点から後述する電極マイナス期間延長設定信号Ｔncによって設定された期間中はその値が１になり、続いて
上記のピーク期間設定信号Ｔprによって設定される期間中はその値が２になり、続いて上記のパルス周期信号Ｔｆが再びＨｉｇｈレベルになるまでの期間中はその値が３になるタイマ信号Ｔｍを出力する。短絡判別回路ＳＤは、上記の電圧検出信号Ｖｄの値によって短絡を判別してＨｉｇｈレベルとなる短絡判別信号Ｓｄを出力する。電極マイナス電流設定回路ＩＮＲは、予め定めた電極マイナス電流設定信号Ｉnrを出力する。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。短絡積分回路ＳＳは、上記のタイマ信号Ｔｍの値が１（電極マイナス期間）でありかつ上記の短絡判別信号ＳｄがＨｉｇｈレベル（短絡期間）のときは、上記の電極マイナス電流設定信号Ｉnrを積分して短絡積分値信号Ｓｓを出力する。補償期間算出回路ＴＨＲは、上記の短絡積分値信号Ｓｓ及び上記の電極マイナス電流設定信号Ｉnrを入力として、Ｋ・Ｓｓ／Ｉnrを演算し補償期間設定信号Ｔhrを出力する。ここで、Ｋは予め定めた増幅率である。電極マイナス期間設定回路ＴＮＲは、予め定めた電極マイナス期間設定信号Ｔnrを出力する。加算回路ＡＤは、上記の電極マイナス期間設定信号Ｔnrと上記の補償期間設定信号Ｔhrとを加算して電極マイナス期間延長設定信号Ｔncを出力する。この電極マイナス期間延長設定信号Ｔncは、上述した図１において時刻ｔ２〜ｔ４の期間Ｈｉｇｈレベルになる。
【００２３】
切換回路ＳＷは、上記のタイマ信号Ｔｍ＝１のときはａ側に切り換わり上記の電極マイナス電流設定信号Ｉnrを電流制御設定信号Ｉrcとして出力し、Ｔｍ＝２のときはｂ側に切り換わり上記のピーク電流設定信号Ｉprを電流制御設定信号Ｉrcとして出力し、Ｔｍ＝３のときはｃ側に切り換わり上記のベース電流設定信号Ｉbrを電流制御設定信号Ｉrcとして出力する。電流検出回路ＩＤは、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Ｉrc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。駆動回路ＤＶは、上記のタイマ信号Ｔｍ＝１（電極マイナス期間）のときは電極マイナス駆動信号Ｎｄを出力し、Ｔｍ＝２（ピーク期間）又はＴｍ＝３（ベース期間）のときは電極プラス駆動信号Ｐｄを出力する。
【００２４】
［実施の形態２］
図３は、本発明の実施の形態２に係る交流パルスアーク溶接の溶接電流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の時間変化を示し、同図（Ｂ）は溶接電圧Ｖｗの時間変化を示す。同図は上述した図５と対応しており、時刻ｔ１〜ｔ２の期間の動作は同一であるので説明は省略する。以下、時刻ｔ２以降の動作について同図を参照して説明する。
【００２５】
時刻ｔ２から開始する電極マイナス期間Ｔｎ中に短絡が発生すると、同図（Ａ）に示すように、予め定めた短絡電流Ｉｓを通電する。この短絡期間Ｔｓ中は、電極マイナス電流設定値Ｉnrを積分して短絡積分値Ｓｓ＝∫Ｉｎｒ・ｄｔを算出する。短絡期間Ｔｓが終了した後に、この短絡積分値Ｓｓ及び予め定めた増幅率Ｋによって補償積分値Ｓｈ＝Ｋ・ＳＳを算出し、続いてこの補償積分値Ｓｈ及び実施の形態１とは異なりピーク電流設定値Ｉprから補償期間Ｔｈ＝Ｓｈ／Ｉprを算出する。そして、時刻ｔ３において予め定めた電極マイナス期間Ｔｎが終了すると、上記の補償期間Ｔｈだけピーク電流設定値Ｉprによるピーク電流Ｉｐをピーク期間Ｔｐに先立って通電する。時刻ｔ４において先立った補償期間Ｔｈが終了すると。予め定めたピーク期間Ｔｐに移行する。すなわち、実質的にはピーク期間の長さを予め定めた値から補償期間Ｔｈだけ長くしたことになる。これによって、短絡期間Ｔｓ中の短絡積分値Ｓｓに比例して減少したアークからの入熱を、先立った補償期間Ｔｈ中の補償積分値Ｓｈによって補充してアーク長の変動を抑制することができる。しかも、補償期間Ｔｈ中の電流値は電極マイナス極性ではなく電極プラス極性で通電するので、その値が大きくなっても溶接状態が不安定になることはない。
【００２６】
図４は、実施の形態２に係る溶接電源のブロック図である。同図において上述した図２と同一のブロックには同一符号を付してそれらの説明は省略する。以下、図２とは異なる点線で示すブロックについて同図を参照して説明する。
【００２７】
第２タイマ回路ＴＭ２は、パルス周期信号ＴｆがＨｉｇｈレベルに変化した時点から電極マイナス期間設定信号Ｔnrによって設定された期間中はその値が１になり、続いて上記の後述するピーク期間延長設定信号Ｔpcによって設定される期間中はその値が２になり、続いて上記のパルス周期信号Ｔｆが再びＨｉｇｈレベルになるまでの期間中はその値が３になるタイマ信号Ｔｍを出力する。第２補償期間算出回路ＴＨＲ２は、短絡積分値信号Ｓｓ及びピーク電流設定信号Ｉprを入力として、Ｋ・Ｓｓ／Ｉprを演算し補償期間設定信号Ｔhrを出力する。ここで、Ｋは予め定めた増幅率である。電極マイナス期間設定信号Ｔnrは、予め定めた電極マイナス期間設定信号Ｔnrを出力する。第２加算回路ＡＤ２は、ピーク期間設定信号Ｔprと上記の補償期間設定信号Ｔhrとを加算してピーク期間延長設定信号Ｔpcを出力する。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】実施の形態１に係る交流パルスアーク溶接の溶接電流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に係る溶接電源のブロック図である。
【図３】実施の形態２に係る交流パルスアーク溶接の溶接電流制御方法を示す電流・電圧波形図である。
【図４】実施の形態２に係る溶接電源のブロック図である。
【図５】従来技術に係る交流パルスアーク溶接の溶接電流制御方法を示す電流・電圧波形図である。
【符号の説明】
【００２９】
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
ＡＣ 交流商用電源
ＡＤ 加算回路
ＡＤ２ 第２加算回路
Ｄ２ａ〜Ｄ２ｄ ２次整流器
ＤＶ 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 電圧誤差増幅回路
Ｉｂ ベース電流
ＩＢＲ ベース電流設定回路
Ｉbr ベース電流設定（値／信号）
ＩＤ 電流検出回路
Ｉｄ 電流検出信号
Ｉｎ 電極マイナス電流
ＩＮＲ 電極マイナス電流設定回路
Ｉnr 電極マイナス電流設定（値／信号）
ＩＮＴ 高周波トランス
ＩＮＶ インバータ回路
Ｉｐ ピーク電流
ＩＰＲ ピーク電流設定回路
Ｉpr ピーク電流設定（値／信号）
Ｉrc 電流制御設定信号
Ｉｓ 短絡電流
Ｉth 限界電流値
Ｉｕ 電流増加値
Ｉｗ 溶接電流
Ｋ 増幅率
Ｎｄ 電極マイナス駆動信号
ＮＴＲ 電極マイナストランジスタ
Ｐｄ 電極プラス駆動信号
ＰＴＲ 電極プラストランジスタ
ＳＤ 短絡判別回路
Ｓｄ 短絡判別信号
Ｓｈ 補償積分値
ＳＳ 短絡積分回路
Ｓｓ 短絡積分値（信号）
ＳＷ 切換回路
Ｔｂ ベース期間
Ｔｆ パルス周期（信号）
Ｔｈ 補償期間
ＴＨＲ 補償期間算出回路
Ｔhr 補償期間設定信号
ＴＨＲ２ 第２補償期間算出回路
ＴＭ タイマ回路
Ｔｍ タイマ信号
ＴＭ２ 第２タイマ回路
Ｔｎ 電極マイナス期間
Ｔnc 電極マイナス期間延長設定信号
Ｔnr 電極マイナス期間設定信号
Ｔｐ ピーク期間
Ｔpc ピーク期間延長設定信号
ＴＰＲ ピーク期間設定回路
Ｔpr ピーク期間設定信号
Ｔｓ 短絡期間
ＶＡＶ 電圧平均値算出回路
Ｖav 電圧平均値信号
Ｖｂ ベース電圧
ＶＤ 電圧検出回路
Ｖｄ 電圧検出信号
ＶＦ Ｖ／Ｆコンバータ回路
Ｖｎ 電極マイナス電圧
Ｖｐ ピーク電圧
ＶＲ 電圧設定回路
Ｖｒ 電圧設定（値／信号）
Ｖｗ 溶接電圧
ＷＬ リアクトル
ΔＭｓ 溶融量変動値
ΔＶ 電圧誤差増幅信号
【特許請求の範囲】
【請求項１】
溶接ワイヤを定速で母材に送給すると共に、電極マイナス極性で予め定めた電極マイナス期間中は予め定めた電極マイナス電流を通電し、続いて電極プラス極性で予め定めたピーク期間中は予め定めたピーク電流を通電し、続いて電極プラス極性でフィードバック制御によって定まるベース期間中は予め定めたベース電流を通電し、これらの通電を１パルス周期として繰り返して溶接する交流パルスアーク溶接の溶接電流制御方法において、
前記電極マイナス期間中に溶接ワイヤと母材との短絡が発生したときは予め定めた短絡電流を通電すると共に、この短絡期間中の前記電極マイナス電流の設定値を積分して短絡積分値を算出し、前記短絡が解除されてアークが再発生すると前記ベース電流に戻して通電し、前記電極マイナス期間が終了したときは補償期間だけ期間を延長した後に前記ピーク期間に移行し、前記補償期間は前記短絡積分値に予め定めた増幅率を乗じた値を前記電極マイナス電流の設定値で除算した値であることを特徴とする交流パルスアーク溶接の溶接電流制御方法。
【請求項２】
溶接ワイヤを定速で母材に送給すると共に、電極マイナス極性で予め定めた電極マイナス期間中は予め定めた電極マイナス電流を通電し、続いて電極プラス極性で予め定めたピーク期間中は予め定めたピーク電流を通電し、続いて電極プラス極性でフィードバック制御によって定まるベース期間中は予め定めたベース電流を通電し、これらの通電を１パルス周期として繰り返して溶接する交流パルスアーク溶接の溶接電流制御方法において、
前記電極マイナス期間中に溶接ワイヤと母材との短絡が発生したときは予め定めた短絡電流を通電すると共に、この短絡期間中の前記電極マイナス電流の設定値を積分して短絡積分値を算出し、前記短絡が解除されてアークが再発生すると前記ベース電流に戻して通電し、続く前記ピーク期間中は補償期間だけ予め定めた値よりも期間を延長して前記ピーク電流を通電し、前記補償期間は前記短絡積分値に予め定めた増幅率を乗じた値を前記ピーク電流の設定値で除算した値であることを特徴とする交流パルスアーク溶接の溶接電流制御方法。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
溶接ワイヤを定速で母材に送給すると共に、電極マイナス極性で予め定めた電極マイナス期間中は予め定めた電極マイナス電流を通電し、続いて電極プラス極性で予め定めたピーク期間中は予め定めたピーク電流を通電し、続いて電極プラス極性でフィードバック制御によって定まるベース期間中は予め定めたベース電流を通電し、これらの通電を１パルス周期として繰り返して溶接する交流パルスアーク溶接の溶接電流制御方法において、
前記電極マイナス期間中に溶接ワイヤと母材との短絡が発生したときは予め定めた短絡電流を通電すると共に、この短絡期間中の前記電極マイナス電流の設定値を積分して短絡積分値を算出し、前記短絡が解除されてアークが再発生すると前記電極マイナス電流に戻して通電し、前記電極マイナス期間が終了したときは補償期間だけ期間を延長した後に前記ピーク期間に移行し、前記補償期間は前記短絡積分値に予め定めた増幅率を乗じた値を前記電極マイナス電流の設定値で除算した値であることを特徴とする交流パルスアーク溶接の溶接電流制御方法。
【請求項２】
溶接ワイヤを定速で母材に送給すると共に、電極マイナス極性で予め定めた電極マイナス期間中は予め定めた電極マイナス電流を通電し、続いて電極プラス極性で予め定めたピーク期間中は予め定めたピーク電流を通電し、続いて電極プラス極性でフィードバック制御によって定まるベース期間中は予め定めたベース電流を通電し、これらの通電を１パルス周期として繰り返して溶接する交流パルスアーク溶接の溶接電流制御方法において、
前記電極マイナス期間中に溶接ワイヤと母材との短絡が発生したときは予め定めた短絡電流を通電すると共に、この短絡期間中の前記電極マイナス電流の設定値を積分して短絡積分値を算出し、前記短絡が解除されてアークが再発生すると前記前記電極マイナス電流に戻して通電し、続く前記ピーク期間中は補償期間だけ予め定めた値よりも期間を延長して前記ピーク電流を通電し、前記補償期間は前記短絡積分値に予め定めた増幅率を乗じた値を前記ピーク電流の設定値で除算した値であることを特徴とする交流パルスアーク溶接の溶接電流制御方法。
【請求項１】
溶接ワイヤを定速で母材に送給すると共に、電極マイナス極性で予め定めた電極マイナス期間中は予め定めた電極マイナス電流を通電し、続いて電極プラス極性で予め定めたピーク期間中は予め定めたピーク電流を通電し、続いて電極プラス極性でフィードバック制御によって定まるベース期間中は予め定めたベース電流を通電し、これらの通電を１パルス周期として繰り返して溶接する交流パルスアーク溶接の溶接電流制御方法において、
前記電極マイナス期間中に溶接ワイヤと母材との短絡が発生したときは予め定めた短絡電流を通電すると共に、この短絡期間中の前記電極マイナス電流の設定値を積分して短絡積分値を算出し、前記短絡が解除されてアークが再発生すると前記ベース電流に戻して通電し、前記電極マイナス期間が終了したときは補償期間だけ期間を延長した後に前記ピーク期間に移行し、前記補償期間は前記短絡積分値に予め定めた増幅率を乗じた値を前記電極マイナス電流の設定値で除算した値であることを特徴とする交流パルスアーク溶接の溶接電流制御方法。
【請求項２】
溶接ワイヤを定速で母材に送給すると共に、電極マイナス極性で予め定めた電極マイナス期間中は予め定めた電極マイナス電流を通電し、続いて電極プラス極性で予め定めたピーク期間中は予め定めたピーク電流を通電し、続いて電極プラス極性でフィードバック制御によって定まるベース期間中は予め定めたベース電流を通電し、これらの通電を１パルス周期として繰り返して溶接する交流パルスアーク溶接の溶接電流制御方法において、
前記電極マイナス期間中に溶接ワイヤと母材との短絡が発生したときは予め定めた短絡電流を通電すると共に、この短絡期間中の前記電極マイナス電流の設定値を積分して短絡積分値を算出し、前記短絡が解除されてアークが再発生すると前記ベース電流に戻して通電し、続く前記ピーク期間中は補償期間だけ予め定めた値よりも期間を延長して前記ピーク電流を通電し、前記補償期間は前記短絡積分値に予め定めた増幅率を乗じた値を前記ピーク電流の設定値で除算した値であることを特徴とする交流パルスアーク溶接の溶接電流制御方法。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
溶接ワイヤを定速で母材に送給すると共に、電極マイナス極性で予め定めた電極マイナス期間中は予め定めた電極マイナス電流を通電し、続いて電極プラス極性で予め定めたピーク期間中は予め定めたピーク電流を通電し、続いて電極プラス極性でフィードバック制御によって定まるベース期間中は予め定めたベース電流を通電し、これらの通電を１パルス周期として繰り返して溶接する交流パルスアーク溶接の溶接電流制御方法において、
前記電極マイナス期間中に溶接ワイヤと母材との短絡が発生したときは予め定めた短絡電流を通電すると共に、この短絡期間中の前記電極マイナス電流の設定値を積分して短絡積分値を算出し、前記短絡が解除されてアークが再発生すると前記電極マイナス電流に戻して通電し、前記電極マイナス期間が終了したときは補償期間だけ期間を延長した後に前記ピーク期間に移行し、前記補償期間は前記短絡積分値に予め定めた増幅率を乗じた値を前記電極マイナス電流の設定値で除算した値であることを特徴とする交流パルスアーク溶接の溶接電流制御方法。
【請求項２】
溶接ワイヤを定速で母材に送給すると共に、電極マイナス極性で予め定めた電極マイナス期間中は予め定めた電極マイナス電流を通電し、続いて電極プラス極性で予め定めたピーク期間中は予め定めたピーク電流を通電し、続いて電極プラス極性でフィードバック制御によって定まるベース期間中は予め定めたベース電流を通電し、これらの通電を１パルス周期として繰り返して溶接する交流パルスアーク溶接の溶接電流制御方法において、
前記電極マイナス期間中に溶接ワイヤと母材との短絡が発生したときは予め定めた短絡電流を通電すると共に、この短絡期間中の前記電極マイナス電流の設定値を積分して短絡積分値を算出し、前記短絡が解除されてアークが再発生すると前記前記電極マイナス電流に戻して通電し、続く前記ピーク期間中は補償期間だけ予め定めた値よりも期間を延長して前記ピーク電流を通電し、前記補償期間は前記短絡積分値に予め定めた増幅率を乗じた値を前記ピーク電流の設定値で除算した値であることを特徴とする交流パルスアーク溶接の溶接電流制御方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【公開番号】特開２００６−８８１８０（Ｐ２００６−８８１８０Ａ）
【公開日】平成１８年４月６日（２００６．４．６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００４−２７５００７（Ｐ２００４−２７５００７）
【出願日】平成１６年９月２２日（２００４．９．２２）
【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４月６日（２００６．４．６）
【国際特許分類】
【出願日】平成１６年９月２２日（２００４．９．２２）
【出願人】（００００００２６２）株式会社ダイヘン (990)
【Ｆターム（参考）】
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