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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B2)
(11)【特許番号】
(24)【登録日】2023-12-04
(45)【発行日】2023-12-12
(54)【発明の名称】アーク溶接制御方法
(51)【国際特許分類】
   B23K 9/12 20060101AFI20231205BHJP
   B23K 9/073 20060101ALI20231205BHJP
【FI】
B23K9/12 305
B23K9/073 545
【請求項の数】 1
(21)【出願番号】P 2019211051
(22)【出願日】2019-11-22
(65)【公開番号】P2021079427
(43)【公開日】2021-05-27
【審査請求日】2022-10-11
(73)【特許権者】
【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】高田 賢人
【審査官】岩見 勤
(56)【参考文献】
【文献】特開2016-168617(JP,A)
【文献】特開2007-216268(JP,A)
【文献】特開2016-144826(JP,A)
【文献】特開2016-026880(JP,A)
【文献】特開2004-298924(JP,A)
【文献】米国特許出願公開第2013/0180971(US,A1)
(58)【調査した分野】(Int.Cl.,DB名)
B23K 9/12
B23K 9/073
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
短絡期間中は溶接ワイヤの逆送速度を所定逆送値にし、アーク期間中は正送速度を所定正送値にして溶接するアーク溶接制御方法において、
前記短絡期間の経過時間が基準時間以上の前記短絡期間が所定回数以上連続して発生したときは、次周期の前記短絡期間の開始時点から前記逆送速度の絶対値を前記所定逆送値の絶対値よりも大きくする、
ことを特徴とする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、短絡期間中は溶接ワイヤの逆送速度を所定逆送値にし、アーク期間中は正送速度を所定正送値にし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、溶接ワイヤの送給速度を正送速度と逆送速度とに交互に切り換えて溶接する正逆送給アーク溶接方法が提案されている(例えば、特許文献1参照)。この正逆送給アーク溶接方法では、一定の送給速度の従来技術に比べて、短絡とアークとの繰り返しの周期を安定化することができるので、スパッタ発生量の削減、ビード外観の改善等の溶接品質の向上を図ることができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0004】
【文献】特開2018-1270号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
正逆送給アーク溶接においては、アーク期間及び短絡期間の各時間長さが略一定になるために、安定した溶接状態となる。しかし、ワイヤ突き出し長さの変動、溶融池の不規則な運動、送給速度の変動等が発生すると、短絡期間の時間長さが基準時間以上になる長期短絡が発生しやすくなる。長期短絡状態において、アーク発生までの経過時間が長くなるほど溶滴移行状態が不安定になり、溶接状態が悪くなるという問題がある。
【0006】
そこで、本発明では、正逆送給アーク溶接において、長期短絡が発生しても、溶接状態を安定に保つ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】
【0007】
上述した課題を解決するために、請求項1の発明は、
短絡期間中は溶接ワイヤの逆送速度を所定逆送値にし、アーク期間中は正送速度を所定正送値にして溶接するアーク溶接制御方法において、
前記短絡期間の経過時間が基準時間以上の前記短絡期間が所定回数以上連続して発生したときは、次周期の前記短絡期間の開始時点から前記逆送速度の絶対値を前記所定逆送値の絶対値よりも大きくする、
ことを特徴とするアーク溶接制御方法である。
【発明の効果】
【0009】
本発明によれば、正逆送給アーク溶接において、長期短絡が発生しても、溶接状態を安定に保つことができる。
【図面の簡単な説明】
【0010】
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通常短絡のときの図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。
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長期短絡のときの図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。
図4】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長期短絡が連続して発生したときの図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】
【0011】
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。
【0012】
[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。
【0013】
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誤差増幅信号Ea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。
【0014】
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100μHである。
【0015】
送給モータWMは、後述する送給制御信号Fcを入力として、正送と逆送とを交互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。
【0016】
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が印加され、溶接電流Iwが通電する。溶接トーチ4の先端からはシールドガスが噴出して、アーク3を大気から遮蔽する。
【0017】
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。
【0018】
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。
【0019】
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。
【0020】
短絡判別回路SDは、上記の電圧検出信号Vdを入力として、この値が予め定めた短絡判別値(10V程度)未満のときは短絡期間にあると判別してHighレベルになり、以上のときはアーク期間にあると判別してLowレベルになる短絡判別信号Sdを出力する。
【0021】
長期短絡判別回路LSDは、上記の短絡判別信号Sdを入力として、短絡判別信号SdがHighレベル(短絡)に変化するとLowレベルにリセットされ、短絡判別信号SdがHighレベルに変化した時点からの経過時間が基準時間に達するとHighレベルにセットされる、長期短絡判別信号Lsdを出力する。
【0022】
長期短絡連続発生判別回路NSDは、上記の短絡判別信号Sd及び上記の長期短絡判別信号Lsdを入力として、短絡判別信号SdがLowレベル(アーク)に変化した時点の長期短絡判別信号LsdがHighレベルであることが所定回数連続して発生したときは、Highレベルとなる長期短絡連続発生判別信号Nsdを出力する。したがって、長期短絡連続発生判別信号NsdがHighレベルとなるのは、長期短絡が所定回数連続して発生したときである。
【0023】
逆送速度設定回路WRRは、上記の長期短絡判別信号Lsd及び上記の長期短絡連続発生判別信号Nsdを入力として、長期短絡判別信号LsdがLowレベル(通常短絡)であり、かつ、長期短絡連続発生判別信号NsdがLowレベルのときは所定逆送値となり、それ以外のときは所定長期短絡逆送値となる、逆送速度設定信号Wrrを出力する。ここで、所定逆送値及び所定長期短絡逆送値は負の値であり、その絶対値は所定長期短絡逆送値の方が大きくなるように設定される。したがって、
1)短絡期間の経過時間が基準時間以上の長期短絡になった時点から短絡期間が終了するまでの期間中は、逆送速度設定信号Wrrは所定長期短絡逆送値となり、
2)基準時間以上の短絡期間となる長期短絡が所定回数以上連続して発生したときは、次周期の短絡期間の開始時点から短絡期間が終了するまでの期間中は、逆送速度設定信号Wrrは所定長期短絡逆送値となり、
3)直前に長期短絡が所定回数以上連続して発生しておらず、短絡期間の経過時間が基準時間に達していない期間中は、逆送速度設定信号Wrrは所定逆送値となる。
所定逆送値は、平均送給速度(平均溶接電流値)に応じた値として設定される。
【0024】
正送速度設定回路WSRは、上記の逆送速度設定信号Wrrを入力として、逆送速度設定信号Wrrが所定逆送値であるときは所定正送値となり、所定長期短絡逆送値であるときは所定長期短絡正送値となる、正送速度設定信号Wsrを出力する。ここで、所定正送値及び所定長期短絡正送値は正の値であり、その値は所定長期短絡正送値の方が大きくなるように設定される。所定正送値は、平均送給速度(平均溶接電流値)に応じた値として設定される。
【0025】
送給速度設定回路FRは、上記の逆送速度設定信号Wrr、上記の正送速度設定信号Wsr及び上記の短絡判別信号Sdを入力として、短絡判別信号SdがHighレベル(短絡期間)のときは逆送速度設定信号Wrrを送給速度設定信号Frとして出力し、短絡判別信号SdがLowレベル(アーク期間)のときは正送速度設定信号Wsrとなる送給速度設定信号Frを出力する。
【0026】
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。
【0027】
減流抵抗器Rは、上記のリアクトルWLと溶接トーチ4との間に挿入される。この減流抵抗器Rの値は、短絡負荷(0.01~0.03Ω程度)の10倍以上大きな値(0.5~3Ω程度)に設定される。この減流抵抗器Rが通電路に挿入されると、リアクトルWL及び外部ケーブルのリアクトルに蓄積されたエネルギーが急放電される。
【0028】
トランジスタTRは、上記の減流抵抗器Rと並列に接続されて、後述する駆動信号Drに従ってオン又はオフ制御される。
【0029】
くびれ検出回路NDは、上記の短絡判別信号Sd、上記の電圧検出信号Vd及び上記の電流検出信号Idを入力として、短絡判別信号SdがHighレベル(短絡期間)であるときの電圧検出信号Vdの電圧上昇値が基準値に達した時点でくびれの形成状態が基準状態になったと判別してHighレベルとなり、短絡判別信号SdがLowレベル(アーク期間)に変化した時点でLowレベルになるくびれ検出信号Ndを出力する。また、短絡期間中の電圧検出信号Vdの微分値がそれに対応した基準値に達した時点でくびれ検出信号NdをHighレベルに変化させるようにしても良い。さらに、電圧検出信号Vdの値を電流検出信号Idの値で除算して溶滴の抵抗値を算出し、この抵抗値の微分値がそれに対応する基準値に達した時点でくびれ検出信号NdをHighレベルに変化させるようにしても良い。
【0030】
低レベル電流設定回路ILRは、予め定めた低レベル電流設定信号Ilrを出力する。電流比較回路CMは、この低レベル電流設定信号Ilr及び上記の電流検出信号Idを入力として、Id<IlrのときはHighレベルになり、Id≧IlrのときはLowレベルになる電流比較信号Cmを出力する。
【0031】
駆動回路DRは、上記の電流比較信号Cm及び上記のくびれ検出信号Ndを入力として、くびれ検出信号NdがHighレベルに変化するとLowレベルに変化し、その後に電流比較信号CmがHighレベルに変化するとHighレベルに変化する駆動信号Drを上記のトランジスタTRのベース端子に出力する。したがって、この駆動信号Drはくびれが検出されるとLowレベルになり、トランジスタTRがオフ状態になり通電路に減流抵抗器Rが挿入されるので、短絡負荷を通電する溶接電流Iwは急減する。そして、急減した溶接電流Iwの値が低レベル電流設定信号Ilrの値まで減少すると、駆動信号DrはHighレベルになり、トランジスタTRがオン状態になるので、減流抵抗器Rは短絡されて通常の状態に戻る。
【0032】
電流制御設定回路ICRは、上記の短絡判別信号Sd、上記の低レベル電流設定信号Ilr、上記のくびれ検出信号Nd及び上記の長期短絡判別信号Lsd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)短絡判別信号SdがLowレベル(アーク期間)のときは、低レベル電流設定信号Ilrとなる電流制御設定信号Icrを出力する。
2)短絡判別信号SdがHighレベル(短絡期間)に変化すると、予め定めた初期期間中は予め定めた初期電流設定値となり、その後は予め定めた短絡時傾斜で予め定めた短絡時ピーク設定値まで上昇してその値を維持する電流制御設定信号Icrを出力する。
3)その後に、くびれ検出信号NdがHighレベルに変化すると、低レベル電流設定信号Ilrの値となる電流制御設定信号Icrを出力する。
4)短絡期間中に長期短絡判別信号LsdがHighレベルになると、予め定めた短絡解除電流値となる電流制御設定信号Icrを出力する。
【0033】
電流誤差増幅回路EIは、上記の電流制御設定信号Icr及び上記の電流検出信号Idを入力として、電流制御設定信号Icr(+)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。
【0034】
電流降下時間設定回路TDRは、予め定めた電流降下時間設定信号Tdrを出力する。
【0035】
小電流期間回路STDは、上記の短絡判別信号Sd及び上記の電流降下時間設定信号Tdrを入力として、短絡判別信号SdがLowレベル(アーク期間)に変化した時点から電流降下時間設定信号Tdrによって定まる時間が経過した時点でHighレベルになり、その後に短絡判別信号SdがHighレベル(短絡期間)になるとLowレベルになる小電流期間信号Stdを出力する。
【0036】
電源特性切換回路SWは、上記の電流誤差増幅信号Ei、上記の電圧誤差増幅信号Ev、上記の短絡判別信号Sd及び上記の小電流期間信号Stdを入力として、以下の処理を行い、誤差増幅信号Eaを出力する。
1)短絡判別信号SdがHighレベル(短絡期間)に変化した時点から、短絡判別信号SdがLowレベル(アーク期間)に変化して予め定めた遅延期間が経過した時点までの期間中は、電流誤差増幅信号Eiを誤差増幅信号Eaとして出力する。
2)その後の大電流アーク期間中は、電圧誤差増幅信号Evを誤差増幅信号Eaとして出力する。
3)その後のアーク期間中に小電流期間信号StdがHighレベルとなる小電流アーク期間中は、電流誤差増幅信号Eiを誤差増幅信号Eaとして出力する。
この回路によって、溶接電源の特性は、短絡期間、遅延期間及び小電流アーク期間中は定電流特性となり、それ以外の大電流アーク期間中は定電圧特性となる。
【0037】
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通常短絡のときの図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)は小電流期間信号Stdの時間変化を示し、同図(F)は長期短絡判別信号Lsdの時間変化を示し、同図(G)は長期短絡連続発生判別信号Nsd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。
【0038】
同図は、時刻t1~t2の短絡期間が、直前に長期短絡が所定回数以上連続して発生しておらず、短絡期間の経過時間が基準時間未満となる通常短絡の場合である。したがって、同図は従来技術に相当する。同図(F)に示す長期短絡判別信号Lsd及び同図(G)に示す長期短絡連続発生判別信号Nsdは、Lowレベルのままである。
【0039】
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。送給速度Fwは、短絡期間中は負の値の逆送速度となり、アーク期間中は正の値の正送速度となる。送給速度Fwは、正負の台形波形となる。
【0040】
[時刻t1~t2の通常短絡期間の動作]
正送期間中の時刻t1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するので、同図(D)に示すように、短絡判別信号SdがHighレベル(短絡期間)に変化する。これに応動して、同図(A)に示すように、送給速度Fwは正の値の正送速度から傾斜を有して負の値の逆送速度へと変化し、時刻t2にアークが発生するまでこの値を維持する。正送速度は図1の正送速度設定信号Wsrによって設定され、逆送速度は図1の逆送速度設定信号Wrrによって設定される。この短絡期間は、上述したように、直前に長期短絡が所定回数以上連続して発生しておらず、短絡期間の経過時間が基準時間未満となる通常短絡であるので、逆送速度設定信号Wrrは所定逆送値となる。正送速度から0までの傾斜及び0から逆送速度までの傾斜は、図1の送給モータWMの過渡特性によって決まる。これらの傾斜を所望値に設定しても良い。この各傾斜期間は、例えば1msである。
【0041】
同図(B)に示すように、時刻t1~t2の短絡期間中の溶接電流Iwは、予め定めた初期期間中は予め定めた初期電流値となる。その後、溶接電流Iwは、予め定めた短絡時傾斜で上昇し、予め定めた短絡時ピーク値に達するとその値を維持する。
【0042】
同図(C)に示すように、溶接電圧Vwは、溶接電流Iwが短絡時ピーク値となるあたりから上昇する。これは、溶接ワイヤ1の逆送及び溶接電流Iwによるピンチ力の作用により、溶接ワイヤ1の先端の溶滴にくびれが次第に形成されるためである。
【0043】
その後に溶接電圧Vwの電圧上昇値が基準値に達すると、くびれの形成状態が基準状態になったと判別して、図1のくびれ検出信号NdはHighレベルに変化する。
【0044】
くびれ検出信号NdがHighレベルになったことに応動して、図1の駆動信号DrはLowレベルになるので、図1のトランジスタTRはオフ状態となり図1の減流抵抗器Rが通電路に挿入される。同時に、図1の電流制御設定信号Icrが低レベル電流設定信号Ilrの値に小さくなる。このために、同図(B)に示すように、溶接電流Iwは短絡時ピーク値から低レベル電流値へと急減する。そして、溶接電流Iwが低レベル電流値まで減少すると、駆動信号DrはHighレベルに戻るので、トランジスタTRはオン状態となり減流抵抗器Rは短絡される。同図(B)に示すように、溶接電流Iwは、電流制御設定信号Icrが低レベル電流設定信号Ilrのままであるので、アーク再発生から予め定めた遅延期間が経過するまでは低レベル電流値を維持する。したがって、トランジスタTRは、くびれ検出信号NdがHighレベルに変化した時点から溶接電流Iwが低レベル電流値に減少するまでの期間のみオフ状態となる。同図(C)に示すように、溶接電圧Vwは、溶接電流Iwが小さくなるので一旦減少した後に急上昇する。上述した各パラメータは、例えば以下の値に設定される。初期電流=40A、初期期間=0.5ms、短絡時傾斜=180A/ms、短絡時ピーク値=400A、低レベル電流値=50A、遅延期間=0.5ms。
【0045】
[時刻t2~t3のアーク期間の動作]
時刻t2において、溶接ワイヤの逆送及び溶接電流Iwの通電によるピンチ力によってくびれが進行し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するので、同図(D)に示すように、短絡判別信号SdがLowレベル(アーク期間)に変化する。これに応動して、同図(A)に示すように、送給速度Fwは負の値の逆送速度から傾斜を有して正の値の正送速度へと変化し、時刻t3に短絡が発生するまでこの値を維持する。このアーク期間の開始時点における逆送速度は所定逆送値であるので、正送速度は所定正送値となる。逆送速度から0までの傾斜及び0から正送速度までの傾斜は、図1の送給モータWMの過渡特性によって決まる。これらの傾斜を所望値に設定しても良い。この各傾斜期間は、例えば1msである。
【0046】
時刻t2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する。他方、同図(B)に示すように、溶接電流Iwは、時刻t2~t21の遅延期間の間は低レベル電流値を継続する。その後、時刻t21から溶接電流Iwは急速に増加してピーク値となり、その後は徐々に減少する大電流値となる。この時刻t21~t22の大電流アーク期間中は、図1の電圧誤差増幅信号Evによって溶接電源のフィードバック制御が行われるので、定電圧特性となる。したがって、大電流アーク期間中の溶接電流Iwの値はアーク負荷によって変化する。
【0047】
時刻t2にアークが発生してから図1の電流降下時間設定信号Tdrによって定まる電流降下時間が経過する時刻t23において、同図(E)に示すように、小電流期間信号StdがHighレベルに変化する。これに応動して、溶接電源は定電圧特性から定電流特性に切り換えられる。このために、同図(B)に示すように、溶接電流Iwは低レベル電流値に低下し、短絡が発生する時刻t3までその値を維持する。同様に、同図(C)に示すように、溶接電圧Vwも低下する。小電流期間信号Stdは、時刻t3に短絡が発生するとLowレベルに戻る。
【0048】
各パラメータの数値例を以下に示す。
所定逆送速度=-40m/min、所定正送値=70m/min
【0049】
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長期短絡のときの図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)は小電流期間信号Stdの時間変化を示し、同図(F)は長期短絡判別信号Lsdの時間変化を示し、同図(G)は長期短絡連続発生判別信号Nsdの時間変化を示す。同図の説明において、図2と同一の点については説明を繰り返さない。以下、同図を参照して、図2とは異なる点を中心に各信号の動作について説明する。
【0050】
同図は、時刻t1~t2の短絡期間が、直前に長期短絡が所定回数以上連続して発生しておらず、短絡期間の経過時間が基準時間以上となる長期短絡の場合である。したがって、長期短絡は連続していないので、同図(G)に示すように、長期短絡連続発生判別信号NsdはLowレベルのままである。
【0051】
[時刻t1~t2の長期短絡期間の動作]
正送期間中の時刻t1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するので、同図(D)に示すように、短絡判別信号SdがHighレベル(短絡期間)に変化する。これに応動して、同図(A)に示すように、送給速度Fwは正の値の正送速度から傾斜を有して負の値の逆送速度へと変化し、時刻t2にアークが発生するまでこの値を維持する。この短絡期間は、上述したように、直前に長期短絡が所定回数以上連続して発生しておらず、短絡期間の経過時間が時刻t11に基準時間以上となる長期短絡の場合である。したがって、同図(A)に示すように、時刻t1~t11までの期間中の送給速度Fwの逆送速度は、所定逆送値となる。そして、時刻t11において、短絡期間の経過時間が基準時間に達すると、同図(F)に示すように、長期短絡判別信号LsdがHighレベルに変化する。これに応動して、同図(A)に示すように、送給速度Fwの逆送速度は、所定長期短絡逆送値へと絶対値が大きくなる。この結果、溶接ワイヤの逆送速度が加速されるので、長期短絡は時刻t2において早期に解除される。長期短絡判別信号Lsdは、時刻t3に次周期の短絡が発生した時点でLowレベルに戻る。
【0052】
同図(B)に示すように、時刻t1~t11の短絡期間中の溶接電流Iwは、予め定めた初期期間中は予め定めた初期電流値となる。その後、溶接電流Iwは、予め定めた短絡時傾斜で上昇し、予め定めた短絡時ピーク値に達するとその値を維持する。時刻t11において同図(F)に示す長期短絡判別信号LsdがHighレベルになると、溶接電流Iwは予め定めた短絡解除電流値へと大きくなる。長期短絡のときは、溶滴移行状態が不安定になっているので、溶滴のくびれを検出することなくアークが発生することになる。このために、時刻t2にアークが発生したときの溶接電流Iwは、短絡解除電流値となることが多い。短絡解除電流値は、例えば500Aである。
【0053】
同図(C)に示すように、溶接電圧Vwは、時刻t1~t2の短絡期間中は数Vの短絡電圧値となる。
【0054】
[時刻t2~t3のアーク期間の動作]
時刻t2において、溶接ワイヤの逆送及び溶接電流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するので、同図(D)に示すように、短絡判別信号SdがLowレベル(アーク期間)に変化する。これに応動して、同図(A)に示すように、送給速度Fwは負の値の逆送速度から傾斜を有して正の値の正送速度へと変化し、時刻t3に短絡が発生するまでこの値を維持する。このアーク期間の開始時点における逆送速度は所定長期短絡逆送値であるので、正送速度は所定長期短絡正送値となる。
【0055】
時刻t2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する。
【0056】
同図(B)に示すように、溶接電流Iwは、時刻t2時点での短絡解除電流値から徐々に減少する。時刻t2~t21のアーク期間中は、図1の電圧誤差増幅信号Evによって溶接電源のフィードバック制御が行われるので、定電圧特性となる。したがって、この期間中の溶接電流Iwの値はアーク負荷によって変化する。
【0057】
時刻t2にアークが発生してから図1の電流降下時間設定信号Tdrによって定まる電流降下時間が経過する時刻t21において、同図(E)に示すように、小電流期間信号StdがHighレベルに変化する。これに応動して、溶接電源は定電圧特性から定電流特性に切り換えられる。このために、同図(B)に示すように、溶接電流Iwは低レベル電流値に低下し、短絡が発生する時刻t3までその値を維持する。同様に、同図(C)に示すように、溶接電圧Vwも低下する。小電流期間信号Stdは、時刻t3に短絡が発生するとLowレベルに戻る。
【0058】
上述した各パラメータの数値例を以下に示す。
所定逆送速度=-40m/min、所定長期短絡逆送値=-60m/min、所定正送値=70m/min、所定長期短絡正送値=80m/min、基準時間=10ms
【0059】
上述した実施の形態1によれば、正逆送給アーク溶接において、短絡期間の経過時間が基準時間以上になると逆送速度の絶対値を大きくし、続くアーク期間中の正送速度を所定正送値よりも大きくする。 正逆送給アーク溶接において、ワイヤ突き出し長さの変動、溶融池の不規則な運動、送給速度の変動等が発生すると、短絡期間の時間長さが基準時間以上になる長期短絡が発生しやすくなる。長期短絡状態において、アーク発生までの経過時間が長くなるほど溶滴移行状態が不安定になり、溶接状態が悪くなる。したがって、長期短絡状態になった場合は、速やかに長期短絡状態を解除してアーク発生状態へと導く必要がある。本実施の形態では、長期短絡状態になると、逆送速度を大きくすることによって、早期に長期短絡状態を解除することができる。反面、逆送速度が大きくなると、平均送給速度が変化することになり、溶接ビードが悪くなる問題が発生する。本実施の形態では、逆送速度を大きくした場合には、次周期の正送速度を連動して大きくするようにしている。これにより、平均送給速度の変動を抑制している。この結果、本実施の形態では、長期短絡が発生しても、溶接状態を安定に保つことができ、溶接ビードも良好にすることができる。
【0060】
図4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長期短絡が連続して発生したときの図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)は小電流期間信号Stdの時間変化を示し、同図(F)は長期短絡判別信号Lsdの時間変化を示し、同図(G)は長期短絡連続発生判別信号Nsdの時間変化を示す。同図の説明において、図2と同一の点については説明を繰り返さない。以下、同図を参照して、図2とは異なる点を中心に各信号の動作について説明する。
【0061】
同図は、時刻t1~t2の短絡期間の直前に長期短絡が所定回数以上連続して発生した場合である。したがって、同図(G)に示すように、長期短絡連続発生判別信号Nsdは、時刻t1以前においてHighレベルとなっており、時刻t2においてLowレベルに戻る。
【0062】
[時刻t1~t2の短絡期間の動作]
正送期間中の時刻t1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するので、同図(D)に示すように、短絡判別信号SdがHighレベル(短絡期間)に変化する。これに応動して、同図(A)に示すように、送給速度Fwは正の値の正送速度から傾斜を有して負の値の逆送速度へと変化し、時刻t2にアークが発生するまでこの値を維持する。時刻t1において同図(G)に示す長期短絡連続発生判別信号NsdがHighレベルであるので、同図(A)に示すように、送給速度Fwの逆送速度は、短絡期間の開始時点から所定逆送値よりも大きな値の所定長期短絡逆送値となる。長期短絡が連続して発生している場合には、溶接状態が不安定になっているので、次の短絡も長期短絡状態になる可能性が高い。そこで、短絡の発生時点から逆送速度を通常値よりも大きくすることによって、長期短絡状態になることを抑制している。この結果、時刻t1~t2の短絡期間は、通常短絡期間となっている。これ以外の各信号の動作は、図2と同様であるので、説明は繰り返さない。上記の所定回数は、例えば2~5回程度である。
【0063】
[時刻t2~t3のアーク期間の動作]
時刻t2において、溶接ワイヤの逆送及び溶接電流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するので、同図(D)に示すように、短絡判別信号SdがLowレベル(アーク期間)に変化する。これに応動して、同図(A)に示すように、送給速度Fwは負の値の逆送速度から傾斜を有して正の値の正送速度へと変化し、時刻t3に短絡が発生するまでこの値を維持する。このアーク期間の開始時点における逆送速度は所定逆送値であるので、正送速度は所定正送値となる。時刻t2にアークが発生した時点において、同図(F)に示す長期短絡判別信号LsdはLowレベルであるので、同図(G)に示すように、長期短絡連続発生判別信号NsdはLowレベルに戻る。すなわち、時刻t2~t3のアーク期間中の動作は、図2と同様であるので、説明は繰り返さない。
【0064】
上述した実施の形態1によれば、基準時間以上の前記短絡期間が所定回数以上連続して発生したときは、次周期の短絡期間の開始時点から逆送速度の絶対値を所定逆送値の絶対値よりも大きくする。長期短絡が所定回数以上連続して発生している場合には、溶接状態が不安定になっているので、次の短絡も長期短絡状態になる可能性が高い。そこで、短絡の発生時点から逆送速度を通常値よりも大きくすることによって、長期短絡状態になることを抑制している。これにより、本実施の形態では、長期短絡が連続して発生している状態から早期に抜け出すことができるので、溶接不良となることを抑制することができる。
【符号の説明】
【0065】
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
CM 電流比較回路
Cm 電流比較信号
DR 駆動回路
Dr 駆動信号
E 出力電圧
Ea 誤差増幅信号
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 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
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
ICR 電流制御設定回路
Icr 電流制御設定信号
ID 電流検出回路
Id 電流検出信号
ILR 低レベル電流設定回路
Ilr 低レベル電流設定信号
Iw 溶接電流
LSD 長期短絡判別回路
Lsd 長期短絡判別信号
ND くびれ検出回路
Nd くびれ検出信号
NSD 長期短絡連続発生判別回路
Nsd 長期短絡連続発生判別信号
PM 電源主回路
R 減流抵抗器
SD 短絡判別回路
Sd 短絡判別信号
STD 小電流期間回路
Std 小電流期間信号
SW 電源特性切換回路
TDR 電流降下時間設定回路
Tdr 電流降下時間設定信号
TR トランジスタ
VD 電圧検出回路
Vd 電圧検出信号
Vw 溶接電圧
WL リアクトル
WM 送給モータ
WRR 逆送速度設定回路
Wrr 逆送速度設定信号
WSR 正送速度設定回路
Wsr 正送速度設定信号
図1
図2
図3
図4