特開 2022-80333 消耗電極アーク溶接電源

(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】P2022080333

(43)【公開日】2022-05-30

(54)【発明の名称】消耗電極アーク溶接電源

(51)【国際特許分類】

   B23K 9/073 20060101AFI20220523BHJP

   B23K 9/095 20060101ALI20220523BHJP

   B23K 9/09 20060101ALN20220523BHJP

【ＦＩ】

B23K9/073 545

B23K9/095 505B

B23K9/09

【審査請求】未請求

【請求項の数】3

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2020191318

(22)【出願日】2020-11-18

(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】西野 晋太朗

【テーマコード（参考）】

4E082

【Ｆターム（参考）】

4E082AA01

4E082BA04

4E082CA01

4E082EA02

4E082EA20

4E082EB11

4E082EC03

4E082EC13

4E082EC14

4E082EC16

4E082EC17

4E082EF07

4E082EF08

4E082FA01

4E082FA04

4E082FA06

(57)【要約】

【課題】溶接ケーブルが長い場合でも、短絡・アーク判別を正確に行うこと。
【解決手段】出力端子電圧検出信号Ｖｔｄを出力する出力端子電圧検出部ＶＴＤと、溶接電流変化率検出信号ｄＩｄ／ｄｔを出力する溶接電流変化率検出部ＤＩと、増幅率Ｇを設定する増幅率設定部ＧＲと、溶接電流変化率増幅信号Ｇ・ｄＩｄ／ｄｔを出力する溶接電流変化率増幅部ＧＤＩと、出力端子電圧検出信号から溶接電流変化率増幅信号を減算して電圧検出信号Ｖｄを出力する電圧検出部ＶＤと、電圧検出信号によって短絡・アーク判別信号Ｓａを出力する短絡・アーク判別部ＳＡと、を備えた消耗電極アーク溶接電源において、短絡発生頻度が基準値以上のときは短絡発生頻度検出信号Ｓｈを出力する短絡発生頻度検出部ＳＨと、を備え、増幅率設定部ＧＲは、短絡発生頻度検出信号Ｓｈに基づいて増幅率Ｇを調整する。
【選択図】 図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

溶接電源の出力端子の電圧を検出して出力端子電圧検出信号を出力する出力端子電圧検出部と、
溶接電流の変化率を検出して溶接電流変化率検出信号を出力する溶接電流変化率検出部と、
増幅率を設定する増幅率設定部と、
前記溶接電流変化率検出信号に前記増幅率を乗じて溶接電流変化率増幅信号を出力する溶接電流変化率増幅部と、
前記出力端子電圧検出信号から前記溶接電流変化率増幅信号を減算して電圧検出信号を出力する電圧検出部と、
前記電圧検出信号によって短絡期間とアーク期間とを判別して短絡・アーク判別信号を出力する短絡・アーク判別部と、
前記短絡・アーク判別信号に基づいて溶接電流の制御を切り換える電力制御部と、
を備えた消耗電極アーク溶接電源において、
前記短絡・アーク判別信号によって短絡発生頻度を検出し、前記短絡発生頻度が基準値以上のときは短絡発生頻度検出信号を出力する短絡発生頻度検出部と、を備え、
前記増幅率設定部は、前記短絡発生頻度検出信号に基づいて前記増幅率を調整する、
ことを特徴とする消耗電極アーク溶接電源。

【請求項2】

前記増幅率設定部は、前記短絡発生頻度検出信号が出力されなくなるように前記増幅率を調整する、
ことを特徴とする請求項１に記載の消耗電極アーク溶接電源。

【請求項3】

前記増幅率設定部は、溶接が終了したときの前記増幅率の値を保存する、
ことを特徴とする請求項１又は２に記載の消耗電極アーク溶接電源。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、溶接ケーブルが長い場合でも短絡期間とアーク期間とを正確に判別して安定した溶接を行うことができる消耗電極アーク溶接電源に関するものである。

【背景技術】

【0002】

消耗電極アーク溶接電源は溶接状態が短絡期間であるかアーク期間であるかによって溶接電流の制御を切り換えることによって、安定した溶接を行うことができる。このためには、短絡期間にあるかアーク期間にあるかを正確に判別することが必要である。通常、この短絡・アーク判別には、溶接電源の出力端子の電圧を検出し、この出力端子電圧が閾値以上にあるときはアーク期間であると判別し。閾値未満であるときは短絡期間にあると判別する方法が採用されている。

【0003】

消耗電極アーク溶接電源を使用する場合、溶接電源と溶接を行う場所とが離れていることが多くある。この場合には、両者の間を溶接ケーブルで接続して溶接を行うことになる。このときに、溶接ケーブルによる抵抗分及びインダクタンス分が通電路に挿入されることになる。抵抗分は、溶接状態にあまり影響を与えない程度の小さな値であることが多いので無視することができる。しかし、インダクタンス分は、溶接ケーブルが数十ｍと長くなると溶接状態に影響を与えることになる。

【0004】

ここで、出力端子電圧をＶｔ、溶接個所の溶接電圧をＶｗ、溶接電流をＩｗ、溶接ケーブルのインダクタンス値をＬ、ｄＩｗ／ｄｔを溶接電流の変化率とすると、下式が成立する。
Ｖｔ＝Ｖｗ＋Ｌ・ｄＩｗ／ｄｔ
溶接電圧Ｖｗが閾値以上のときはアーク期間となり、閾値未満のときは短絡期間となる。しかし、出力端子電圧Ｖｔには、インダクタンス値による逆起電圧Ｌ・ｄＩｗ／ｄｔがノイズとして重畳する。インダクタンス値Ｌ及び溶接電流変化率ｄＩｗ／ｄｔが大きくなると、この逆起電圧は大きな値となる。この結果、出力端子電圧Ｖｔには大きなノイズが重畳することになり、短絡・アーク判別に誤判別が生じる。

【0005】

特許文献１の発明には、この誤判別を防止する方法が記載されている。すなわち出力端子電圧検出信号Ｖtdから溶接電流変化率検出信号ｄＩｄ／ｄｔに予め定めた増幅率Ｇを乗じた溶接電流変化率増幅信号Ｇ・ｄＩｄ／ｄｔを減算した値を電圧検出信号Ｖｄとすると、下式が成立する。
Ｖｄ＝Ｖtd－Ｇ・ｄＩｄ／ｄｔ＝Ｖｗ＋Ｌ・ｄＩｗ／ｄｔ－Ｇ・ｄＩｄ／ｄｔ …（１）式
この式において、ｄＩｗ／ｄｔ＝ｄＩｄ／ｄｔであるので、増幅率Ｇを溶接ケーブルによるインダクタンス値Ｌと等しくなるように設定すると、Ｖｄ＝Ｖｗとなる。したがって、この電圧検出値Ｖｄによって短絡・アーク判別を行うと、誤判別することなく正確に判別することができる。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0006】

【特許文献1】特許第３６９６９０７号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0007】

上述した従来技術の短絡・アーク判別方法においては、（１）式に示すように、溶接ケーブルによるインダクタンス値Ｌと増幅率Ｇとが等しいことが要求される。実際の溶接施工においては、溶接ケーブルの長さ、敷設状態等が多様であるので、インダクタンス値Ｌも種々な値となる。増幅率Ｇがインダクタンス値Ｌと近似した値でないときは、補正した電圧検出信号Ｖｄによって短絡・アーク判別を正確に行うことができない。しかし、溶接ケーブルによるインダクタンス値Ｌを正確に測定することは困難であり、かつ、測定には手間がかかるために、増幅率Ｇをインダクタンス値Ｌと近似した値に設定することは困難であるという問題がある。

【0008】

そこで、本発明では、溶接ケーブルが長い場合でも、短絡・アーク判別を正確に行うことができ、良好な溶接品質を得ることができる消耗電極アーク溶接電源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、
溶接電源の出力端子の電圧を検出して出力端子電圧検出信号を出力する出力端子電圧検出部と、
溶接電流の変化率を検出して溶接電流変化率検出信号を出力する溶接電流変化率検出部と、
増幅率を設定する増幅率設定部と、
前記溶接電流変化率検出信号に前記増幅率を乗じて溶接電流変化率増幅信号を出力する溶接電流変化率増幅部と、
前記出力端子電圧検出信号から前記溶接電流変化率増幅信号を減算して電圧検出信号を出力する電圧検出部と、
前記電圧検出信号によって短絡期間とアーク期間とを判別して短絡・アーク判別信号を出力する短絡・アーク判別部と、
前記短絡・アーク判別信号に基づいて溶接電流の制御を切り換える電力制御部と、
を備えた消耗電極アーク溶接電源において、
前記短絡・アーク判別信号によって短絡発生頻度を検出し、前記短絡発生頻度が基準値以上のときは短絡発生頻度検出信号を出力する短絡発生頻度検出部と、を備え、
前記増幅率設定部は、前記短絡発生頻度検出信号に基づいて前記増幅率を調整する、
ことを特徴とする消耗電極アーク溶接電源である。

【0010】

請求項２の発明は、
前記増幅率設定部は、前記短絡発生頻度検出信号が出力されなくなるように前記増幅率を調整する、
ことを特徴とする請求項１に記載の消耗電極アーク溶接電源である。

【0011】

請求項３の発明は、
前記増幅率設定部は、溶接が終了したときの前記増幅率の値を保存する、
ことを特徴とする請求項１又は２に記載の消耗電極アーク溶接電源である。

【発明の効果】

【0012】

本発明によれば、溶接ケーブルが長い場合でも、短絡・アーク判別を正確に行うことができ、良好な溶接品質を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【0013】

【図1】本発明の実施の形態に係る消耗電極アーク溶接電源のブロック図である。

【図2】図１の溶接電源における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】

【0014】

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。

【0015】

図１は、本発明の実施の形態に係る消耗電極アーク溶接電源のブロック図である。同図は、消耗電極アーク溶接電源がパルスアーク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。

【0016】

電力制御回路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による出力制御を行い、溶接電流Ｉｗ及び溶接電圧Ｖｗを出力する。この電力制御回路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コンデンサ、平滑された直流を上記の駆動信号Ｄｖに従って高周波交流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次整流器、整流された直流を平滑するリアクトルを備えている。

【0017】

上記の電力制御回路ＰＭの出力端子６ａと溶接トーチ４とは溶接ケーブル７ａで接続されており、もう一方の出力端子６ｂと母材２とは溶接ケーブル７ｂで接続されている。この溶接ケーブル７ａ、７ｂの長さは往復５０ｍ以上になる場合もある。この溶接ケーブル７ａ、７ｂによるインダクタンス値がＬ（μＨ）となる。インダクタンス値Ｌは、長さ、敷設状態によって１０～２００μＨ程度の範囲で種々な値となる。

【0018】

溶接ワイヤ１は、ワイヤリール１ａに巻かれている。溶接ワイヤ１は、ワイヤ送給モータ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が発生して溶接が行われる。アーク３中を溶接電流Ｉｗが通電し、溶接ワイヤ１と母材２との間に溶接電圧Ｖｗが印加する。

【0019】

出力端子電圧検出回路ＶＴＤは、出力端子６ａと６ｂとの間の出力端子電圧Ｖｔを検出して、出力端子電圧検出信号Ｖtdを出力する。

【0020】

電圧平均値算出回路ＶＡＶは、上記の出力端子電圧検出信号Ｖtdを入力として、ローパスフィルタに通すことによって平均化して、電圧平均値信号Ｖavを出力する。溶接電圧設定回路ＶＲは、予め定めた溶接電圧設定信号Ｖｒを出力する。電圧誤差増幅回路ＥＶは、この溶接電圧設定信号Ｖｒと上記の溶接電圧平均値信号Ｖavとの誤差を増幅して、電圧誤差増幅信号Ｅｖを出力する。

【0021】

電圧・周波数変換回路ＶＦは、上記の電圧誤差増幅信号Ｅｖを入力として、この電圧誤差増幅信号Ｅｖの値に応じた周波数を有するパルス周期信号Ｔｆを出力する。このパルス周期信号Ｔｆは、パルス周期ごとに短時間Ｈｉｇｈレベルになる信号である。

【0022】

溶接電流検出回路ＩＤは、溶接電流Ｉｗを検出して溶接電流検出信号Ｉｄを出力する。

【0023】

溶接電流変化率検出回路ＤＩは、上記の溶接電流検出信号Ｉｄを入力として、微分して溶接電流変化率検出信号ｄＩｄ／ｄｔを出力する。

【0024】

増幅率設定回路ＧＲは、後述する短絡発生頻度検出信号Ｓｈを入力として、予め定めた初期値に、短絡発生頻度検出信号Ｓｈが短時間Ｈｉｇｈレベルになるごとに予め定めた増加値だけ加算して増幅率設定信号Ｇｒを出力する。初期値は、例えば、溶接ケーブルの長さが往復１０ｍのときの溶接ケーブルによるインダクタンス値Ｌである１０μＨに設定する。増加値は、例えば１０μＨに設定する。

【0025】

溶接電流変化率増幅回路ＧＤＩは、上記の溶接電流変化率検出信号ｄＩｄ／ｄｔ及び上記の増幅率設定信号Ｇｒを入力として、両値を乗算して、溶接電流変化率増幅信号Ｇ・ｄＩｄ／ｄｔを出力する。

【0026】

電圧検出回路ＶＤは、上記の出力端子電圧検出信号Ｖtd及び上記の溶接電流変化率増幅信号Ｇ・ｄＩｄ／ｄｔを入力として、上述した（１）式に基づいてＶｄ＝Ｖtd－Ｇ・ｄＩｄ／ｄｔを演算して、電圧検出信号Ｖｄを出力する。

【0027】

短絡・アーク判別回路ＳＡは、上記の電圧検出信号Ｖｄを入力として、その値が予め定めた閾値未満のときは短絡期間にあると判別してＨｉｇｈレベルとなり、その値が上記の閾値以上のときはアーク期間にあると判別してＬｏｗレベルとなる短絡・アーク判別信号Ｓａを出力する。

【0028】

短絡発生頻度検出回路ＳＨは、上記の短絡・アーク判別信号Ｓａを入力として、短絡・アーク判別信号Ｓａによって短絡発生頻度を検出し、短絡発生頻度が基準値以上であるときは短時間Ｈｉｇｈレベルになる短絡頻度検出信号Ｓｈを出力する。短絡発生頻度の基準値は、例えば３msの期間中に３回以上の短絡が発生した場合である。

【0029】

立上り期間設定回路ＴＵＲは、予め定めた立上り期間設定信号Ｔurを出力する。立下り期間設定回路ＴＤＲは、予め定めた立下り期間設定信号Ｔdrを出力する。

【0030】

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。

【0031】

タイマ回路ＴＭは、上記のパルス周期信号Ｔｆ、上記の立上り期間設定信号Ｔur、上記のピーク期間設定信号Ｔpr及び上記の立下り期間設定信号Ｔdrを入力として、パルス周期信号Ｔｆが短時間Ｈｉｇｈレベルに変化すると、立上り期間設定信号Ｔurによって定まる立上り期間Ｔｕ中はその値が１となり、その後のピーク期間設定信号Ｔprによって定まるピーク期間Ｔｐ中はその値が２となり、その後の立下り期間設定信号Ｔdrによって定まる立下り期間Ｔｄ中はその値が３となり、その後のパルス周期信号Ｔｆが短時間Ｈｉｇｈレベルになるまでのベース期間Ｔｂ中はその値が４となるタイマ信号Ｔｍを出力する。

【0032】

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。

【0033】

アーク電流設定回路ＩＡＲは、上記のタイマ信号Ｔｍ、上記のピーク電流設定信号Ｉpr及び上記のベース電流設定信号Ｉbrを入力として、以下の処理を行い、アーク電流設定信号Ｉarを出力する。
１）タイマ信号Ｔｍ＝１（立上り期間Ｔｕ）のときは、ベース電流設定信号Ｉbrの値からピーク電流設定信号Ｉprの値へと上昇するアーク電流設定信号Ｉarを出力する。
２）タイマ信号Ｔｍ＝２（ピーク期間Ｔｐ）のときは、ピーク電流設定信号Ｉprの値となるアーク電流設定信号Ｉarを出力する。
３）タイマ信号Ｔｍ＝３（立下り期間Ｔｄ）のときは、ピーク電流設定信号Ｉprの値からベース電流設定信号Ｉbrの値へと下降するアーク電流設定信号Ｉarを出力する。
４）タイマ信号Ｔｍ＝４（ベース期間Ｔｂ）のときは、ベース電流設定信号Ｉbrの値となるアーク電流設定信号Ｉarを出力する。

【0034】

電流制御設定回路ＩＣＲは、上記のアーク電流設定信号Ｉar及び上記の短絡・アーク判別信号Ｓａを入力として、以下の処理を行い、電流制御設定信号Ｉcrを出力する。
１）短絡・アーク判別信号ＳａがＬｏｗレベルのときはアーク電流設定信号Ｉarを電流制御設定信号Ｉcrとして出力する。
２）短絡・アーク判別信号ＳａがＨｉｇｈレベルのときは、短絡期間の時間経過に伴い増加する増加値をアーク電流設定信号Ｉarに加算した短絡電流設定信号Ｉsrを電流制御設定信号Ｉcrとして出力する。

【0035】

電流誤差増幅回路ＥＩは、上記の電流制御設定信号Ｉcrと上記の溶接電流検出信号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、この電流誤差増幅信号Ｅｉを入力として、パルス幅変調制御を行い、上記の電力制御回路ＰＭ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。

【0036】

溶接電流平均値設定回路ＩＲは、予め定めた溶接電流平均値設定信号Ｉｒを出力する。送給速度設定回路ＦＲは、この溶接電流平均値設定信号Ｉｒを入力として、予め内蔵されている溶接電流平均値と送給速度との関係式によって溶接電流平均値設定信号Ｉｒの値に対応した送給速度設定信号Ｆｒを算出して出力する。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、この値によって定ま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を上記のワイヤ送給モータＷＭに出力する。

【0037】

図２は、図１の溶接電源における各信号のタイミングチャートである。同図（Ａ）は溶接電流Ｉｗの時間変化を示し、同図（Ｂ）は溶接電圧Ｖｗの時間変化を示し、同図（Ｃ）は短絡・アーク判別信号Ｓａの時間変化を示し、同図（Ｄ）は短絡発生頻度検出信号Ｓｈの時間変化を示す。同図は、溶接ケーブルが長い場合であり、インダクタンス値Ｌが大きい場合である。以下、同図を参照して各信号の動作について説明する。

【0038】

同図は、時刻ｔ１～ｔ５の第ｎ回目のパルス周期と、時刻ｔ５～ｔ７の第ｎ＋１回目のパルス周期の２パルス周期の波形を表示している。ｎは１以上の整数である。

【0039】

時刻ｔ１～ｔ２の立上り期間Ｔｕ中は、同図（Ａ）に示すように、溶接電流Ｉｗはベース電流Ｉｂからピーク電流Ｉｐへと上昇し、同図（Ｂ）に示すように、溶接電圧Ｖｗはベース電圧からピーク電圧へと上昇する。時刻ｔ２～ｔ３のピーク期間Ｔｐ中は、同図（Ａ）に示すように、溶接電流Ｉｗはピーク電流Ｉｐとなり、同図（Ｂ）に示すように、溶接電圧Ｖｗはピーク電圧となる。時刻ｔ３～ｔ４の立下り期間Ｔｄ中は、同図（Ａ）に示すように、溶接電流Ｉｗはピーク電流Ｉｐからベース電流Ｉｂへと下降し、同図（Ｂ）に示すように、溶接電圧Ｖｗはピーク電圧からベース電圧へと下降する。時刻ｔ４～ｔ５のベース期間Ｔｂ中は、同図（Ａ）に示すように、溶接電流Ｉｗはベース電流Ｉｂとなり、同図（Ｂ）に示すように、溶接電圧Ｖｗはベース電圧となる。時刻ｔ１～ｔ５の期間が１パルス周期Ｔｆとなる。ピーク電流Ｉｐ及びピーク期間Ｔｐは、１パルス周期Ｔｆごとに溶滴が移行するように設定される。ベース電流Ｉｂは溶滴が形成されないように小電流値に設定される。ピーク電流Ｉｐは図１のピーク電流設定信号Ｉprによって設定され、ベース電流Ｉｂは図１のベース電流設定信号Ｉbrによって設定される。立上り期間Ｔｕは図１の立上り期間設定信号Ｔurによって設定され、ピーク期間Ｔｐは図１のピーク期間設定信号Ｔprによって設定され、立下り期間Ｔｄは図１の立下り期間設定信号Ｔdrによって設定される。

【0040】

上記のパルスパラメータの数値例を以下に示す。
ピーク期間Ｔｐ＝１．２ms、ピーク電流Ｉｐ＝５００Ａ
立上り期間Ｔｕ＝０．５ms、立下り期間Ｔｄ＝０．５ms、ベース電流Ｉｂ＝５０Ａ
パルス周期Ｔｆ（変調幅）＝４～１０ms

【0041】

パルス周期Ｔｆは、出力端子電圧Ｖｔの平均値（図１の電圧平均値信号Ｖav）が図１の溶接電圧設定信号Ｖｒと等しくなるように周波数変調制御される。これにより、アーク長が適正値になるように制御している。

【0042】

同図では、ベース期間Ｔｂ中の時刻ｔ４１～ｔ４２の期間中に溶接ワイヤと母材との短絡が発生しており、同図（Ｂ）に示すように、溶接電圧Ｖｗは数Ｖの短絡電圧値となっている。これに応動して、同図（Ｃ）に示すように、短絡・アーク判別信号ＳａがＨｉｇｈレベルになるので、溶接電流Ｉｗの制御が切り換わる。すなわち、図１の電流制御設定信号Ｉcrがアーク電流設定信号Ｉarから短絡電流設定信号Ｉsrに切り換わり、アーク期間の制御から短絡期間の制御へと切り換わる。このために、同図（Ａ）に示すように、溶接電流Ｉｗはベース電流Ｉｂから傾斜を有して増加する。ここで、上述した（１）式において、増幅率Ｇが溶接ケーブルによるインダクタンス値Ｌよりも小さな値である場合であるとすると、図１の電圧検出信号Ｖｄに重畳したＬ・ｄＩｗ／ｄｔのノイズ分をＧ・ｄＩｄ／ｄｔによって完全に補償することができない。この結果、電圧検出信号Ｖｄには溶接電圧Ｖｗに正の値の電圧が重畳されるので、判別閾値以上となり、同図（Ｃ）に示すように、短絡・アーク判別信号Ｓａは誤判別して短時間でＬｏｗレベル（アーク期間）に変化する。短絡・アーク判別信号ＳａがＬｏｗレベルになると、溶接電流Ｉｗの制御はアーク期間の制御に切り換わり、同図（Ａ）に示すように、溶接電流Ｉｗはベース電流Ｉｂに向かって減少する。Ｌ・ｄＩｗ／ｄｔは溶接電流Ｉｗが減少しているので、負の値となり、電圧検出信号Ｖｄは判別閾値未満となり、Ｈｉｇｈレベルに変化する。ここで、再び、アーク短絡期間の制御に切り換わるので、溶接電流Ｉｗは再び増加する。

【0043】

上述した動作によって、時刻ｔ４１～ｔ４２の溶接ワイヤと母材とが実際に短絡状態にある期間において、同図（Ａ）に示すように、溶接電流Ｉｗは３回増加・減少を繰り返し、同図（Ｃ）に示すように、短絡・アーク判別信号Ｓａも３回ＨｉｇｈレベルとＬｏｗレベルを繰り返す。時刻ｔ４２において、短絡発生頻度が基準値以上になったために、同図（Ｄ）に示すように、短絡発生頻度検出信号Ｓｈが短時間Ｈｉｇｈレベルとなる。この短絡発生頻度検出信号Ｓｈが出力される状態は、実際に短絡が発生しているのではなく短絡・アーク判別が誤判別しているときである。すなわち、短絡の判別の頻度が、実際の短絡が発生する頻度の上限値を超えているときは、誤判別が生じていると判断している。これに応動して、増幅率Ｇ（図１の増幅率設定信号Ｇｒ）は、予め定めた増加値だけ大きくなる。時刻ｔ４１～ｔ４２の期間中は、同図（Ｂ）に示すように、溶接電圧Ｖｗは数Ｖの短絡電圧値のままである。

【0044】

時刻ｔ５～ｔ７の第ｎ＋１回目のパルス周期において、時刻ｔ５～ｔ６の立上り期間、ピーク期間及び立下り期間の動作は、前周期と同一であるので、説明は繰り返さない。

【0045】

時刻ｔ６～ｔ７のベース期間中の時刻ｔ６１～ｔ６２の期間中に溶接ワイヤと母材との短絡が発生しており、同図（Ｂ）に示すように、溶接電圧Ｖｗは数Ｖの短絡電圧値となっている。これに応動して、同図（Ｃ）に示すように、短絡・アーク判別信号ＳａがＨｉｇｈレベルになるので、溶接電流Ｉｗの制御が切り換わる。すなわち、図１の電流制御設定信号Ｉcrがアーク電流設定信号Ｉarから短絡電流設定信号Ｉsrに切り換わり、アーク期間の制御から短絡期間の制御へと切り換わる。このために、同図（Ａ）に示すように、溶接電流Ｉｗはベース電流Ｉｂから傾斜を有して増加する。ここで、上述した（１）式において、増幅率Ｇが前周期に大きくなるように調整されたために、溶接ケーブルによるインダクタンス値Ｌと近似した値になっている。したがって、図１の電圧検出信号Ｖｄに重畳したＬ・ｄＩｗ／ｄｔのノイズ分をＧ・ｄＩｄ／ｄｔによってほぼキャンセルしている。この結果、Ｖｄ≒Ｖｗとなり、短絡・アーク判別信号Ｓａは正確に短絡期間とアーク期間とを判別することができる。

【0046】

上述した動作によって、時刻ｔ６１～ｔ６２の溶接ワイヤと母材とが実際に短絡状態にある期間において、同図（Ａ）に示すように、溶接電流Ｉｗは傾斜を有して増加し、同図（Ｃ）に示すように、短絡・アーク判別信号ＳａはＨｉｇｈレベルのままとなる。同図（Ｂ）に示すように、溶接電圧Ｖｗは数Ｖの短絡電圧値となる。

【0047】

時刻ｔ４１～ｔ４２の短絡期間のときは、増幅率Ｇがインダクタンス値Ｌと近似する値になるようにする調整がまだ不十分であるために、短絡・アーク判別に誤判別が生じており、そのために、溶接電流の増加・減少の繰り返しが発生している。この結果、溶接電流の増加が不十分なために、短絡期間を早期に解除してアーク期間に移行させることができず、スパッタの発生、溶接状態の不安定を招いている。これに対して、時刻ｔ６１～ｔ６２の短絡期間のときは、増幅率Ｇがインダクタンス値Ｌに近似する値に調整されているために、短絡・アーク判別が正確に行われており、そのために、溶接電流は傾斜を有して増加している。この結果、溶接電流の増加が十分であるために、短絡期間を早期に解除してアーク期間に移行させることができ、スパッタの発生の少ない安定した溶接状態となっている。

【0048】

図２においては、短絡がベース期間に発生する場合について説明したが、立上り期間、ピーク期間及び立下り期間に短絡が発生する場合も同様である。また、上記の実施の形態においては、パルスアーク溶接に使用する消耗電極アーク溶接電源について説明したが、本発明は、炭酸ガスアーク溶接、マグ溶接、ミグ溶接等に使用する消耗電極アーク溶接電源にも適用することができる。

【0049】

上述した実施の形態に係る消耗電極アーク溶接電源によれば、短絡・アーク判別信号によって短絡発生頻度を検出し、短絡発生頻度が基準値以上のときは短絡発生頻度検出信号を出力する短絡発生頻度検出部と、を備え、増幅率設定部は、短絡発生頻度検出信号に基づいて増幅率を調整する。増幅率設定部は、短絡発生頻度検出信号が出力されなくなるように増幅率を調整する。実際の溶接施工においては、溶接ケーブルの長さ、敷設状態等が多様であるので、インダクタンス値も種々な値となる本実施の形態では、短絡発生頻度が基準値以上になったことを指標として増幅率をインダクタンス値と近似する値になるように自動的に調整することができる。短絡発生頻度検出信号が出力されているときは短絡・アークの誤判別が発生しているときであり、増幅率がインダクタンス値と近似した値にまだ収束されていない状態である。したがって、短絡発生頻度検出信号が出力されない状態になるように増幅率を調整すれば、増幅率がインダクタンス値と近似した値に調整されることになる。これにより、溶接ケーブルが長い場合でも、短絡・アーク判別を正確に行うことができ、良好な溶接品質を得ることができる。

【0050】

さらに、本実施の形態によれば、増幅率設定部は、溶接が終了したときの増幅率の値を保存することが好ましい。このようにすれば、溶接ケーブルの敷設状態が変化しない限り、溶接開始時点から短絡・アーク判別を正確に行うことができ、安定した溶接を行うことができる。

【符号の説明】

【0051】

1 溶接ワイヤ
１ａ ワイヤリール
2 母材
3 アーク
4 溶接トーチ
5 送給ロール
６ａ、６ｂ 出力端子
７ａ、７ｂ 溶接ケーブル
ＤＩ 電流変化率検出回路
ｄＩｄ／ｄｔ 電流変化率検出信号
ＤＶ 駆動回路
Ｄｖ 駆動信号
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
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
Ｇ 増幅率
ＧＤＩ 溶接電流変化率増幅回路
Ｇ・ｄＩｄ／ｄｔ 溶接電流変化率増幅信号
ＧＲ 増幅率設定回路
Ｇｒ 増幅率設定信号
ＩＡＲ アーク電流設定回路
Ｉar アーク電流設定信号
Ｉｂ ベース電流
ＩＢＲ ベース電流設定回路
Ｉbr ベース電流設定信号
ＩＣＲ 電流制御設定回路
Ｉcr 電流制御設定信号
ＩＤ 溶接電流検出回路
Ｉｄ 溶接電流検出信号
Ｉｐ ピーク電流
ＩＰＲ ピーク電流設定回路
Ｉpr ピーク電流設定信号
ＩＲ 溶接電流平均値設定回路
Ｉｒ 溶接電流平均値設定信号
Ｉsr 短絡電流設定信号
Ｉｗ 溶接電流
Ｌ （溶接ケーブルによる）インダクタンス値
ＰＭ 電力制御回路
ＳＡ 短絡・アーク判別回路
Ｓａ 短絡・アーク判別信号
ＳＨ 短絡発生頻度検出回路
Ｓｈ 短絡発生頻度検出信号
Ｔｂ ベース期間
Ｔｄ 立下り期間
ＴＤＲ 立下り期間設定回路
Ｔdr 立下り期間設定信号
Ｔｆ パルス周期（信号）
ＴＭ タイマ回路
Ｔｍ タイマ信号
Ｔｐ ピーク期間
ＴＰＲ ピーク期間設定回路
Ｔpr ピーク期間設定信号
Ｔｕ 立上り期間
ＴＵＲ 立上り期間設定回路
Ｔur 立上り期間設定信号
ＶＡＶ 電圧平均値算出回路
Ｖav 電圧平均値信号
ＶＤ 電圧検出回路
Ｖｄ 電圧検出信号
ＶＦ 電圧・周波数変換回路
ＶＲ 溶接電圧設定回路
Ｖｒ 溶接電圧設定信号
Ｖｔ 出力端子電圧
ＶＴＤ 出力端子電圧検出回路
Ｖtd 出力端子電圧検出信号
Ｖｗ 溶接電圧
ＷＭ ワイヤ送給モータ

【図1】

【図2】