特開 2016-73996 アーク溶接制御方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】特開2016-73996(P2016-73996A)

(43)【公開日】2016年5月12日

(54)【発明の名称】アーク溶接制御方法

(51)【国際特許分類】

   B23K 9/073 20060101AFI20160408BHJP

   B23K 9/12 20060101ALI20160408BHJP

【ＦＩ】

   B23K9/073 545

   B23K9/12 305

【審査請求】未請求

【請求項の数】4

【出願形態】ＯＬ

【全頁数】11

(21)【出願番号】特願2014-205786(P2014-205786)

(22)【出願日】2014年10月6日

(71)【出願人】

【識別番号】000000262

【氏名又は名称】株式会社ダイヘン

(72)【発明者】

【氏名】井手 章博

【テーマコード（参考）】

4E082

【Ｆターム（参考）】

4E082AA03

4E082AA04

4E082AB01

4E082ED01

4E082EE03

4E082EE04

4E082EE07

4E082EE08

4E082EF16

(57)【要約】

【課題】溶接ワイヤの正送と逆送とを周期的に繰り返す溶接において、溶接状態の安定性を向上させる。
【解決手段】溶接ワイヤの送給速度Ｆｗを正送期間と逆送期間とに交互に切り換える正逆送給制御を行って、短絡期間とアーク期間とを発生させて溶接するアーク溶接制御方法において、送給速度Ｆｗが正送期間に変化した時点ｔ３から逆送期間中の第１基準時点ｔ４１までの期間中がアーク期間であったときは、送給速度Ｆｗを正送に切り換え、正送中に前記短絡期間に移行したとき（時刻ｔ５）は逆送期間から正逆送給制御を再開する。これにより、アーク期間が異常に長い期間になり、溶接状態が不安定になる前に、短絡を強制的に発生させているので、溶接状態の安定性を向上させることができる。
【選択図】 図２

【特許請求の範囲】

【請求項1】

溶接ワイヤの送給速度を正送期間と逆送期間とに交互に切り換える正逆送給制御を行って、短絡期間とアーク期間とを発生させて溶接するアーク溶接制御方法において、
前記送給速度が前記正送期間に変化した時点から前記逆送期間中の第１基準時点までの期間中が前記アーク期間であったときは、前記送給速度を正送に切り換え、前記正送中に前記短絡期間に移行したときは前記逆送期間から前記正逆送給制御を再開する、
ことを特徴とするアーク溶接制御方法。

【請求項2】

前記第１基準時点は、前記送給速度の位相が第１基準位相に達した時点又は前記送給速度が第１基準送給速度に達した時点である、
ことを特徴とする請求項１記載のアーク溶接制御方法。

【請求項3】

溶接ワイヤの送給速度を正送期間と逆送期間とに交互に切り換える正逆送給制御を行って、短絡期間とアーク期間とを発生させて溶接するアーク溶接制御方法において、
前記送給速度が前記逆送期間に変化した時点から前記正送期間中の第２基準時点までの期間中が前記短絡期間であったときは、前記送給速度を逆送に切り換え、前記逆送中に前記アーク期間に移行したときは前記正送期間から前記正逆送給制御を再開する、
ことを特徴とするアーク溶接制御方法。

【請求項4】

前記第２基準時点は、前記送給速度の位相が第２基準位相に達した時点又は前記送給速度が第２基準送給速度に達した時点である、
ことを特徴とする請求項３記載のアーク溶接制御方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、溶接ワイヤの送給速度を正送期間と逆送期間とに交互に切り換える正逆送給制御を行って、短絡期間とアーク期間とを発生させて溶接するアーク溶接制御方法に関するものである。

【背景技術】

【0002】

一般的な消耗電極式アーク溶接では、消耗電極である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なわれる。消耗電極式アーク溶接では、溶接ワイヤと母材とが短絡期間とアーク期間とを交互に繰り返す溶接状態になることが多い。

【0003】

溶接品質をさらに向上させるために、溶接ワイヤの正送と逆送とを周期的に繰り返して溶接する方法が提案されている。この溶接方法では、送給速度の正送と逆送との周期を設定することによって短絡とアークとの周期を所望値にすることができる。このために、この溶接方法を実施すれば、短絡とアークとの周期のばらつきを抑制して略一定にすることが可能となり、スパッタ発生量の少ない、かつ、ビード外観の良好な溶接を行なうことができる。

【0004】

しかし、送給速度の正送と逆送とを繰り返す溶接方法において、給電チップ・母材間距離、溶融池の不規則な運動、溶接姿勢の変化等の外乱によって、短絡期間からアーク期間への移行及びアーク期間から短絡期間への移行のタイミングが適正なタイミングで発生しない場合が生じる。このようになると、短絡とアークとの周期と正送と逆送との周期とが同期しなくなり、短絡とアークとの周期がばらつくことになる。この同期ズレ状態を元の同期状態に戻すための方法が、特許文献１に開示されている。

【0005】

特許文献１の発明では、溶接ワイヤの正送中で送給速度の減速中に、送給速度が所定の送給速度になるまでに短絡が発生しない場合には、周期的な変化を中止して送給速度を第１の送給速度に一定制御し、第１の送給速度による正送中に短絡が発生すると第１の送給速度から減速を開始して周期的な変化を再開して溶接を行うものである。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0006】

【特許文献1】特許第４８０７４７４号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0007】

特許文献１の発明では、短絡が適正なタイミングで発生しないときは、送給速度を正送の一定速度に切り換え、短絡が発生すると送給速度を元の周期的な変化に戻している。しかし、この制御では、外乱によって短絡の発生タイミングが少し変動しただけで、送給速度の周期を自ら変動させることになり、溶接状態が不安定状態に陥る場合が生じる。

【0008】

そこで、本発明では、送給速度の正送と逆送とを周期的に繰り返す溶接において、短絡又はアークの発生タイミングが変動したときに、短絡とアークとの周期と送給速度の正送と逆送との周期とが同期ズレ状態になることを抑制し、安定した溶接を行なうことができるアーク溶接制御方法を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0009】

上述した課題を解決するために、請求項１の発明は、
溶接ワイヤの送給速度を正送期間と逆送期間とに交互に切り換える正逆送給制御を行って、短絡期間とアーク期間とを発生させて溶接するアーク溶接制御方法において、
前記送給速度が前記正送期間に変化した時点から前記逆送期間中の第１基準時点までの期間中が前記アーク期間であったときは、前記送給速度を正送に切り換え、前記正送中に前記短絡期間に移行したときは前記逆送期間から前記正逆送給制御を再開する、
ことを特徴とするアーク溶接制御方法である。

【0010】

請求項２の発明は、前記第１基準時点は、前記送給速度の位相が第１基準位相に達した時点又は前記送給速度が第１基準送給速度に達した時点である、
ことを特徴とする請求項１記載のアーク溶接制御方法である。

【0011】

請求項３の発明は、溶接ワイヤの送給速度を正送期間と逆送期間とに交互に切り換える正逆送給制御を行って、短絡期間とアーク期間とを発生させて溶接するアーク溶接制御方法において、
前記送給速度が前記逆送期間に変化した時点から前記正送期間中の第２基準時点までの期間中が前記短絡期間であったときは、前記送給速度を逆送に切り換え、前記逆送中に前記アーク期間に移行したときは前記正送期間から前記正逆送給制御を再開する、
ことを特徴とするアーク溶接制御方法である。

【0012】

請求項４の発明は、前記第２基準時点は、前記送給速度の位相が第２基準位相に達した時点又は前記送給速度が第２基準送給速度に達した時点である、
ことを特徴とする請求項３記載のアーク溶接制御方法である。

【発明の効果】

【0013】

本発明によれば、同期ズレ状態に陥らない溶接状態の小さな変動に対しては、正逆送給制御を継続するので、従来技術のように頻繁に正逆送給制御を中断することはない。さらに、本発明では、同期ズレ状態に陥る溶接状態の大きな変動（長期アーク期間又は長期短絡期間の発生）に対しては、正逆送給制御を中断して、同期状態に戻す制御を行い、その後に正逆送給制御を再開する。このために、本発明では、外乱による溶接状態の変動に対して、同期ズレ状態に陥ることを抑制して溶接状態を安定化することができる。

【図面の簡単な説明】

【0014】

【図1】本発明の実施の形態１に係る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。

【図2】本発明の実施の形態１に係るアーク溶接制御方法を示す、図１の溶接電源における定常溶接状態から長期アーク期間が発生したときの各信号のタイミングチャートである。

【図3】本発明の実施の形態１に係るアーク溶接制御方法を示す、図１の溶接電源における定常溶接状態から長期短絡期間が発生したときの各信号のタイミングチャートである。

【発明を実施するための形態】

【0015】

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。

【0016】

［実施の形態１］
図１は、本発明の実施の形態１に係る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。以下、同図を参照して各ブロックについて説明する。

【0017】

電源主回路ＰＭは、３相２００Ｖ等の商用電源（図示は省略）を入力として、後述する駆動信号Ｄｖに従ってインバータ制御等による出力制御を行い、出力電圧Ｅを出力する。この電源主回路ＰＭは、図示は省略するが、商用電源を整流する１次整流器、整流された直流を平滑する平滑コンデンサ、平滑された直流を高周波交流に変換する上記の駆動信号Ｄｖによって駆動されるインバータ回路、高周波交流を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直流に整流する２次整流器を備えている。

【0018】

リアクトルＷＬは、上記の出力電圧Ｅを平滑する。このリアクトルＷＬのインダクタンス値は、例えば２００μＨである。

【0019】

送給モータＷＭは、後述する送給制御信号Ｆｃを入力として、正送と逆送とを周期的に繰り返して溶接ワイヤ１を送給速度Ｆｗで送給する。送給モータＷＭには、過渡応答性の速いモータが使用される。溶接ワイヤ１の送給速度Ｆｗの変化率及び送給方向の反転を速くするために、送給モータＷＭは溶接トーチ４の先端の近くに設置される場合がある。また、送給モータＷＭを２個使用して、プッシュプル方式の送給系とする場合もある。

【0020】

溶接ワイヤ１は、上記の送給モータＷＭに結合された送給ロール５の回転によって溶接トーチ４内を送給されて、母材２との間にアーク３が発生する。溶接トーチ４内の給電チップ（図示は省略）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。

【0021】

出力電圧設定回路ＥＲは、予め定めた出力電圧設定信号Ｅｒを出力する。出力電圧検出回路ＥＤは、上記の出力電圧Ｅを検出し平滑して、出力電圧検出信号Ｅｄを出力する。

【0022】

電圧誤差増幅回路ＥＶは、上記の出力電圧設定信号Ｅｒ及び上記の出力電圧検出信号Ｅｄを入力として、出力電圧設定信号Ｅｒ（＋）と出力電圧検出信号Ｅｄ（−）との誤差を増幅して、電圧誤差増幅信号Ｅｖを出力する。この回路によって、溶接電源は定電圧制御される。

【0023】

駆動回路ＤＶは、上記の電圧誤差増幅信号Ｅｖを入力として、電圧誤差増幅信号Ｅｖに基づいてＰＷＭ変調制御を行い、上記の電源主回路ＰＭ内のインバータ回路を駆動するための駆動信号Ｄｖを出力する。

【0024】

電圧検出回路ＶＤは、上記の溶接電圧Ｖｗを検出して、電圧検出信号Ｖｄを出力する。短絡判別回路ＳＤは、上記の電圧検出信号Ｖｄを入力として、この値が短絡判別値（１０Ｖ程度）未満のときは短絡期間であると判別してＨｉｇｈレベルとなり、以上のときはアーク期間であると判別してＬｏｗレベルとなる短絡判別信号Ｓｄを出力する。

【0025】

平均送給速度設定回路ＦＡＲは、予め定めた平均送給速度設定信号Ｆarを出力する。周期設定回路ＴＦＲは、予め定めた周期設定信号Ｔfrを出力する。振幅設定回路ＷＦＲは、予め定めた振幅設定信号Ｗfrを出力する。

【0026】

送給速度設定回路ＦＲは、上記の平均送給速度設定信号Ｆar、上記の周期設定信号Ｔfr、上記の振幅設定信号Ｗfr、後述する長期アーク期間判別信号Ｌta及び後述する長期短絡期間判別信号Ｌtsを入力として、以下の処理を行ない、送給速度設定信号Ｆｒを出力する。
１）長期アーク期間判別信号Ｌta又は長期短絡期間判別信号ＬtsがＨｉｇｈレベルに変化するまでは、振幅設定信号Ｗfrによって定まる振幅Ｗｆ及び周期設定信号Ｔfrによって定まる周期Ｔｆで正負対象形状に変化する予め定めた台形波を、平均送給速度設定信号Ｆarの値だけ正送側にシフトした波形となる送給速度設定信号Ｆｒを出力する。これにより、正送期間と逆送期間とを交互に切り換える正逆送給制御が行われる。
２）上記１）の処理中に長期アーク期間判別信号ＬtaがＨｉｇｈレベルに変化すると、送給速度設定信号Ｆｒを予め定めた正の値（正送値）に切り換え、その後に短絡判別信号ＳｄがＨｉｇｈレベル（短絡）に変化すると１）の処理に戻り、逆送期間から正逆送給制御を再開する。
３）上記１）の処理中に長期短絡期間判別信号ＬtsがＨｉｇｈレベルに変化すると、送給速度設定信号Ｆｒを予め定めた負の値（逆送値）に切り換え、その後に短絡判別信号ＳｄがＬｏｗレベル（アーク）に変化すると１）の処理に戻り、正送期間から正逆送給制御を再開する。

【0027】

長期アーク期間判別回路ＬＴＡは、上記の送給速度設定信号Ｆｒ及び上記の短絡判別信号Ｓｄを入力として、送給速度設定信号Ｆｒが正送期間に変化した時点から逆送期間中の予め定めた第１基準時点Ｔt1まで短絡判別信号ＳｄがＬｏｗレベル（アーク）であったときは、短時間Ｈｉｇｈレベルとなる長期アーク期間判別信号Ｌtaを出力する。ここで、第１基準時点Ｔt1は、送給速度設定信号Ｆｒの位相が予め定めた第１基準位相に達した時点又は送給速度設定信号Ｆｒが予め定めた第１基準送給速度に達した時点である。長期アーク期間判別信号Ｌtaが短時間Ｈｉｇｈレベルになったときは、外乱によってアーク長が変動したために、正送期間中に通常発生する短絡が発生せず、かつ、続く逆送期間中の第１基準時点Ｔt1に達してもまだ短絡が発生していない状態である長期アーク期間になったことを示している。長期アーク期間が発生すると、上述した送給速度の正送期間と逆送期間と、短絡期間とアーク期間との同期ズレ状態に陥るおそれが高くなる。

【0028】

長期短絡期間判別回路ＬＴＳは、上記の送給速度設定信号Ｆｒ及び上記の短絡判別信号Ｓｄを入力として、送給速度設定信号Ｆｒが逆送期間に変化した時点から正送期間中の予め定めた第２基準時点Ｔt2まで短絡判別信号ＳｄがＨｉｇｈレベル（短絡）であったときは、短時間Ｈｉｇｈレベルとなる長期短絡期間判別信号Ｌtsを出力する。ここで、第２基準時点Ｔt2は、送給速度設定信号Ｆｒの位相が予め定めた第２基準位相に達した時点又は送給速度設定信号Ｆｒが予め定めた第２基準送給速度に達した時点である。長期短絡期間判別信号Ｌtsが短時間Ｈｉｇｈレベルになったときは、外乱によって溶融池が変動したために、逆送期間中に通常発生するアークが発生せず、かつ、続く正送期間中の第２基準時点Ｔt2に達してもまだアークが発生していない状態である長期短絡期間になったことを示している。長期短絡期間が発生すると、上述した送給速度の正送期間と逆送期間と、短絡期間とアーク期間との同期ズレ状態に陥るおそれが高くなる。

【0029】

送給制御回路ＦＣは、上記の送給速度設定信号Ｆｒを入力として、送給速度設定信号Ｆｒの値に相当する送給速度Ｆｗ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。

【0030】

図２は、本発明の実施の形態１に係るアーク溶接制御方法を示す、図１の溶接電源における定常溶接状態から長期アーク期間が発生したときの各信号のタイミングチャートである。同図（Ａ）は送給速度Ｆｗの時間変化を示し、同図（Ｂ）は溶接電流Ｉｗの時間変化を示し、同図（Ｃ）は溶接電圧Ｖｗの時間変化を示し、同図（Ｄ）は短絡判別信号Ｓｄの時間変化を示し、同図（Ｅ）は長期アーク期間判別信号Ｌtaの時間変化を示し、同図（Ｆ）は長期短絡期間判別信号Ｌtsの時間変化を示す。以下、同図を参照して各信号の動作について説明する。

【0031】

同図（Ａ）に示すように、送給速度Ｆｗは、０よりも上側が正送期間となり、下側が逆送期間となる。正送とは溶接ワイヤ１を母材２に近づける方向に送給することであり、逆送とは母材２から離反する方向に送給することである。

【0032】

同図（Ａ）に示す送給速度Ｆｗは、図１の送給速度設定回路ＦＲから出力される送給速度設定信号Ｆｒの値に制御される。時刻ｔ３以前及び時刻ｔ５以後の定常溶接状態中の送給速度設定信号Ｆｒは、振幅設定信号Ｗfrによって定まる振幅Ｗｆ及び周期設定信号Ｔfrによって定まる周期Ｔｆで正負対象形状に変化する予め定めた台形波を、平均送給速度設定信号Ｆarの値だけ正送側にシフトした波形となる。このために、同図（Ａ）に示すように、送給速度Ｆｗは、平均送給速度設定信号Ｆarによって定まる破線で示す平均送給速度Ｆａを基準線として、上下に対象となる振幅Ｗｆ及び周期Ｔｆで予め定めた台形波状の送給速度パターンとなる。すなわち、基準線から上側の振幅と下側の振幅とは同一値であり、基準線より上側の期間と下側の期間とは同一値となっている。送給速度Ｆｗは、正弦波又は三角波の送給速度パターンでも良い。

【0033】

ここで、０を基準線として送給速度Ｆｗの台形波を見ると、同図（Ａ）に示すように、時刻ｔ１〜ｔ２の正送期間Ｔｓは、それぞれ所定の正送加速期間、正送ピーク期間、正送ピーク値及び正送減速期間から形成され、時刻ｔ２〜ｔ３の逆送期間Ｔｒは、それぞれ所定の逆送加速期間、逆送ピーク期間、逆送ピーク値及び逆送減速期間から形成される。

【0034】

ここで、送給速度の位相Ｂａ（°）の算出方法について説明する。送給速度の位相Ｂａは、時刻ｔ１で０°となり、時刻ｔ２で１８０°となり、時刻ｔ３で３６０°となる。時刻ｔ１〜ｔ２の正送期間をＴｓ（ms）とし、時刻ｔ２〜ｔ３の逆送期間をＴｒ（ms）とする。周期の開始時点である時刻ｔ１からの経過時間Ｔａ（ms）を計時し、下式によって送給速度の位相Ｂａを算出することができる。
Ｔａ≦ＴｓのときはＢａ＝（Ｔａ／Ｔｓ）×180
Ｔａ＞ＴｓのときはＢａ＝（（Ｔａ−Ｔｓ）／Ｔｒ）×180＋180

【0035】

同図では、第１基準時点Ｔt1を時刻ｔ２１及び時刻ｔ４１の逆送期間加速期間中に設定し、第２基準時点Ｔt2を時刻ｔ１１及び時刻ｔ３１の正送期間加速期間中に設定した場合である。第１基準時点Ｔt1は、逆送ピーク期間の開始時点の前後に設定されることが望ましい。第２基準時点Ｔt2は、正送ピーク期間の開始時点の前後に設定されることが望ましい。送給速度Ｆｗが正弦波又は三角波である場合には、第１基準時点Ｔt1は逆送期間中のピーク値の前後に設定され、第２基準時点Ｔt2は正送期間中のピーク値の前後に設定されることが望ましい。このように設定することが望ましい理由は、以下のとおりである。第１基準時点Ｔt1は長期アーク期間を判別する時点であり、逆送期間のピーク値から時間が経過するほど逆送によってアーク長がますます長くなり、ますます短絡が発生しにくくなるからである。第２基準時点Ｔt2は長期短絡期間を判別する時点であり、正送期間のピーク値から時間が経過するほど正送によって溶接ワイヤが溶融池に押し込められ、ますますアークが発生しにくくなるからである。

【0036】

同図（Ｅ）に示すように、長期アーク期間判別信号Ｌtaは時刻ｔ４１以前の期間中はＬｏｗレベルのままである。また、同図（Ｆ）に示すように、長期短絡期間判別信号Ｌtsは同図においては全期間中Ｌｏｗレベルのままである。すなわち、同図においては、長期短絡期間は発生しなかった場合である。

【0037】

時刻ｔ３以前の定常溶接状態中は、短絡は正送ピーク期間の後半部に発生することが多く、少なくとも正送減速期間中には発生する。同図においては、正送ピーク期間中の後半部である時刻ｔ１２に短絡が発生した場合である。時刻ｔ１２以前の期間中はアーク期間となっているので、同図（Ｂ）に示すように、溶接電流Ｉｗは次第に減少し、同図（Ｃ）に示すように、溶接電圧Ｖｗは数十Ｖのアーク電圧値となっている。また、同図（Ｄ）に示すように、短絡判別信号ＳｄはＬｏｗレベル（アーク）になっている。

【0038】

時刻ｔ１２において短絡が発生すると、同図（Ｃ）に示すように、溶接電圧Ｖｗは数Ｖの短絡電圧値に急減し、これに応動して、同図（Ｄ）に示すように、短絡判別信号ＳｄはＨｉｇｈレベル（短絡）に変化する。同時に、同図（Ｂ）に示すように、溶接電流Ｉｗは次第に増加する。同図（Ａ）に示すように、時刻ｔ２からは、送給速度Ｆｗは逆送期間となり、溶接ワイヤ１は逆送される。

【0039】

定常溶接状態中は、アークは逆送ピーク期間の後半部に発生することが多く、少なくとも逆送減速期間中までに発生する。同図においては、逆送ピーク期間の後半部である時刻ｔ２２にアークが発生した場合である。上述したように、逆送加速期間中に設定された第１基準時点Ｔt1である時刻ｔ２１において、時刻ｔ１の正送期間の開始時点からアーク期間が継続している状態ではないので、同図（Ｅ）に示すように、長期アーク期間判別信号ＬtaはＬｏｗレベルのままである。時刻ｔ２２において、逆送及び溶接電流Ｉｗの通電によるピンチ力によってアークが発生すると、同図（Ｃ）に示すように、溶接電圧Ｖｗは数十Ｖのアーク電圧値に急増し、これに応動して、同図（Ｄ）に示すように、短絡判別信号ＳｄはＬｏｗレベル（アーク）に変化する。同時に、同図（Ｂ）に示すように、溶接電流Ｉｗは次第に減少する。時刻ｔ１２〜ｔ２２の期間が短絡期間となり、同図（Ｄ）に示すように、短絡判別信号ＳｄはＨｉｇｈレベルとなる。

【0040】

同図（Ａ）に示すように、時刻ｔ２２〜ｔ３の期間中は逆送期間であるので、溶接ワイヤ１は逆送されてアーク長は次第に長くなる。時刻ｔ３からは正送期間となるので、溶接ワイヤ１は正送されてアーク長は次第に短くなる。上述したように、正送加速期間中に設定された第２基準時点Ｔt2である時刻ｔ３１において、時刻ｔ２の逆送期間の開始時点から短絡期間が継続している状態ではないので、同図（Ｆ）に示すように、長期短絡期間判別信号ＬtsはＬｏｗレベルのままである。

【0041】

通常であれば、時刻ｔ３〜ｔ４の正送期間中に正送によって短絡が発生するが、外乱が発生したためにアーク長が変動して長くなり、短絡が発生しなかった場合である。時刻ｔ４からは、同図（Ａ）に示すように、送給速度Ｆｗは逆送期間となり、溶接ワイヤ１は逆送されるので、アーク長はこれ以降は長くなる。この状態を放置しておくと、アーク期間がまだまだ長く継続することになる。この結果、時刻ｔ３からの周期中がすべてアーク期間となり、送給速度の正送期間と逆送期間と、短絡期間とアーク期間との同期ズレ状態に陥ることになる。ここで、短絡が逆送加速期間に設定された第１基準時点Ｔt1である時刻ｔ４１において、時刻ｔ３の正送期間の開始時点からアーク期間が継続しているために、同図（Ｅ）に示すように、長期アーク期間判別信号Ｌtaが短時間Ｈｉｇｈレベルになる。

【0042】

時刻ｔ４１において、長期アーク期間判別信号Ｌtaが短時間Ｈｉｇｈレベルになると、同図（Ａ）に示すように、送給速度Ｆｗは逆送期間から正送期間へと切り換えられて、予め定めた一定値の正送値となる。これにより、溶接ワイヤ１は正送されるので、アーク長は次第に短くなる。この正送状態は、短絡が時刻ｔ５に発生するまで継続される。時刻ｔ２２〜ｔ５の期間がアーク期間となり、同図（Ｄ）に示すように、短絡判別信号ＳｄはＬｏｗレベルとなる。上記の正送値が小さ過ぎるとなかなか短絡が発生せずに溶接状態が不安定になり、大き過ぎると短絡は直ぐに発生するが短絡状態が不安定になる。したがって、正送値は、定常溶接状態中の正送ピーク値の前後に設定されることが望ましい。

【0043】

時刻ｔ５において短絡が発生すると、同図（Ｃ）に示すように、溶接電圧Ｖｗは数Ｖの短絡電圧値に急減し、これに応動して、同図（Ｄ）に示すように、短絡判別信号ＳｄはＨｉｇｈレベル（短絡）に変化する。同時に、同図（Ｂ）に示すように、溶接電流Ｉｗは次第に増加する。短絡判別信号ＳｄがＨｉｇｈレベルに変化したことに応動して、同図（Ａ）に示すように、送給速度Ｆｗは逆送期間に切り換えられて、逆送期間から正逆送給制御に復帰する。したがって、時刻ｔ５〜ｔ６の逆送期間中にアークが発生し、時刻ｔ６〜ｔ７の正送期間中に短絡が発生する定常溶接状態に戻る。

【0044】

上述したように、本実施の形態では、外乱によって長期アーク期間が発生したときは、送給速度を正送状態に切り換えて短絡が発生するまで継続し、短絡が発生すると正逆送給制御に復帰させている。これにより、定常溶接状態へと迅速に戻している。このときに、従来技術では、長期アーク期間が発生したかの判別を、正送期間中の特定時点までに短絡が発生しなかったことによって行っていた。このために、従来技術では、溶接状態の少しの変動で長期アーク期間が発生したと判別するので、頻繁に正逆送給制御が中断されていた。これに対して、本実施の形態では、正送期間の開始時点から逆送期間の第１基準時点までアーク期間が継続しているかによって長期アーク期間の発生を判別する。このようにすると、同期ズレ状態に陥るおそれがあるときにのみ正逆送給制御を中断することになる。すなわち、できる限り正逆送給制御を継続し、正逆送給制御の中断は必要最小限にしているので、全体として溶接状態の安定性が向上する。

【0045】

図３は、本発明の実施の形態１に係るアーク溶接制御方法を示す、図１の溶接電源における定常溶接状態から長期短絡期間が発生したときの各信号のタイミングチャートである。同図（Ａ）は送給速度Ｆｗの時間変化を示し、同図（Ｂ）は溶接電流Ｉｗの時間変化を示し、同図（Ｃ）は溶接電圧Ｖｗの時間変化を示し、同図（Ｄ）は短絡判別信号Ｓｄの時間変化を示し、同図（Ｅ）は長期アーク期間判別信号Ｌtaの時間変化を示し、同図（Ｆ）は長期短絡期間判別信号Ｌtsの時間変化を示す。同図は上述した図２と対応しており、同一の動作についての説明は繰り返さない。以下、同図を参照して各信号の動作について説明する。

【0046】

同図において、時刻ｔ１〜ｔ２の正送期間、時刻ｔ２〜ｔ３の逆送期間及び時刻ｔ３〜ｔ４の正送期間は、定常溶接状態にあるので、動作についての説明は繰り返さない。すなわち、時刻ｔ１〜ｔ２の正送期間中に短絡が発生し、時刻ｔ２〜ｔ３の逆送期間中にアークが発生し、時刻ｔ３〜ｔ４の正送期間中に短絡が発生している。同図においては、長期アーク期間は発生しないので、同図（Ｅ）に示すように、長期アーク期間判別信号Ｌtaは全期間中Ｌｏｗレベルのままである。

【0047】

通常であれば、時刻ｔ４〜ｔ５の逆送期間中に逆送によってアークが発生するが、外乱が発生したために溶融池が変動して、アークが発生しない場合である。時刻ｔ５からは、同図（Ａ）に示すように、送給速度Ｆｗは正送期間となり、溶接ワイヤ１は正送されるので、短絡期間がまだまだ長く継続することになる。この結果、時刻ｔ４からの周期中が全て短絡期間となり、送給速度の正送期間と逆送期間と、短絡期間とアーク期間との同期ズレ状態に陥ることになる。ここで、正送加速期間に設定された第２基準時点Ｔt2である時刻ｔ５１において、時刻ｔ４の逆送期間の開始時点から短絡期間が継続しているために、同図（Ｆ）に示すように、長期短絡期間判別信号Ｌtsが短時間Ｈｉｇｈレベルになる。

【0048】

時刻ｔ５１において、長期短絡期間判別信号Ｌtsが短時間Ｈｉｇｈレベルになると、同図（Ａ）に示すように、送給速度Ｆｗは正送期間から逆送期間へと切り換えられて、予め定めた一定値の逆送値となる。これにより、溶接ワイヤ１は逆送されるので、溶接ワイヤ１は引き上げられる。この逆送状態は、アークが時刻ｔ６に発生するまで継続される。時刻ｔ３２〜ｔ６の期間が短絡期間となり、同図（Ｄ）に示すように、短絡判別信号ＳｄはＨｉｇｈレベルとなる。上記の逆送値が小さ過ぎるとなかなかアークが発生せずに溶接状態が不安定になり、大き過ぎるとアークは直ぐに発生するがアーク状態が不安定になる。したがって、逆送値は、定常溶接状態中の逆送ピーク値の前後に設定されることが望ましい。

【0049】

時刻ｔ６においてアークが発生すると、同図（Ｃ）に示すように、溶接電圧Ｖｗは数十Ｖのアーク電圧値に急増し、これに応動して、同図（Ｄ）に示すように、短絡判別信号ＳｄはＬｏｗレベル（アーク）に変化する。同時に、同図（Ｂ）に示すように、溶接電流Ｉｗは次第に減少する。短絡判別信号ＳｄがＬｏｗレベルに変化したことに応動して、同図（Ａ）に示すように、送給速度Ｆｗは正送期間に切り換えられて、正送期間から正逆送給制御に復帰する。したがって、時刻ｔ６〜ｔ７の正送期間中に短絡が発生し、時刻ｔ７〜ｔ８の逆送期間中にアークが発生する定常溶接状態に戻る。

【0050】

上述したように、外乱によって長期短絡期間が発生したときは、送給速度を逆送状態に切り換えてアークが発生するまで継続し、アークが発生すると正逆送給制御に復帰させている。これにより、定常溶接状態へと迅速に戻している。従来技術では、長期短絡期間の発生に対する対応制御は行っていない。本実施の形態では、逆送期間の開始時点から正送期間の第２基準時点まで短絡期間が継続しているかによって長期短絡期間の発生を判別する。このようにすると、同期ズレ状態に陥るおそれがあるときにのみ正逆送給制御を中断することになる。すなわち、できる限り正逆送給制御を継続し、正逆送給制御の中断は必要最小限にしているので、全体として溶接状態の安定性が向上する。

【0051】

上述した実施の形態１によれば、送給速度が正送期間に変化した時点から逆送期間中の第１基準時点までの期間中がアーク期間であったときは、送給速度を正送に切り換え、正送中に短絡期間に移行したときは逆送期間から正逆送給制御を再開する。さらに、実施の形態１によれば、送給速度が逆送期間に変化した時点から正送期間中の第２基準時点までの期間中が短絡期間であったときは、送給速度を逆送に切り換え、逆送中にアーク期間に移行したときは正送期間から前記正逆送給制御を再開する。これにより、本実施の形態では、同期ズレ状態に陥らない溶接状態の小さな変動に対しては、正逆送給制御を継続するので、従来技術のように頻繁に正逆送給制御を中断することはない。さらに、本実施の形態では、同期ズレ状態に陥る溶接状態の大きな変動（長期アーク期間又は長期短絡期間の発生）に対しては、正逆送給制御を中断して、同期状態に戻す制御を行い、その後に正逆送給制御を再開する。このために、本実施の形態では、外乱による溶接状態の変動に対して、同期ズレ状態に陥ることを抑制し、溶接状態を安定化することができる。

【符号の説明】

【0052】

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
Ｂａ 送給速度の位相
ＤＶ 駆動回路
Ｄｖ 駆動信号
Ｅ 出力電圧
ＥＤ 出力電圧検出回路
Ｅｄ 出力電圧検出信号
ＥＲ 出力電圧設定回路
Ｅｒ 出力電圧設定信号
ＥＶ 電圧誤差増幅回路
Ｅｖ 電圧誤差増幅信号
Ｆａ 平均送給速度
ＦＡＲ 平均送給速度設定回路
Ｆar 平均送給速度設定信号
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
Ｆｗ 送給速度
Ｉｗ 溶接電流
ＬＴＡ 長期アーク期間判別回路
Ｌta 長期アーク期間判別信号
ＬＴＳ 長期短絡期間判別回路
Ｌts 長期短絡期間判別信号
ＰＭ 電源主回路
ＳＤ 短絡判別回路
Ｓｄ 短絡判別信号
Ｔａ 周期の開始時点からの経過時間
Ｔｆ 周期
ＴＦＲ 周期設定回路
Ｔfr 周期設定信号
Ｔｒ 逆送期間
Ｔｓ 正送期間
Ｔt1 第１基準時点
Ｔt2 第２基準時点
ＶＤ 電圧検出回路
Ｖｄ 電圧検出信号
Ｖｗ 溶接電圧
Ｗｆ 振幅
ＷＦＲ 振幅設定回路
Ｗfr 振幅設定信号
ＷＬ リアクトル
ＷＭ 送給モータ

【図1】

【図2】

【図3】