(57)【要約】【課題】パルスアーク溶接において、ピーク立上り電流Ｉｐｕの立上り特性を緩やかな曲線状に変化させたときでも、溶滴移行状態を安定に保つことができるようにする。【解決手段】ピーク電流Ｉｐよりも小さな値のピーク電流基準値Ｉｐｔを予め設定し、ピーク期間Ｔｐ中は所定の曲線状に上昇するピーク立上り電流Ｉｐｕを通電し、ピーク期間Ｔｐ終了時点においてピーク立上り電流Ｉｐｕの値がピーク電流基準値Ｉｐｔ以上であった超過期間Ｔｏが予め定めた基準期間Ｔｔ以上であるときはベース期間Ｔｂに移行し、超過期間Ｔｏが上記基準期間Ｔｔ未満であるときは以上になるまでピーク電流Ｉｐを通電するピーク期間Ｔｐを延長した後にベース期間Ｔｂに移行する。これにより、ピーク電流Ｉｐに近い値の溶接電流が少なくとも基準期間Ｔｔ以上通電するので、溶滴移行状態は常に安定した状態になる。【選択図】図１
2010094682.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ピーク期間中はピーク電流を通電し、ベース期間中はベース電流を通電して溶接するパルスアーク溶接の溶接電流制御方法において、
前記ピーク電流よりも小さな値のピーク電流基準値を予め設定し、
前記ピーク期間中は所定の曲線状に上昇するピーク立上り電流を通電し、
前記ピーク期間終了時点において前記ピーク立上り電流の値が前記ピーク電流基準値以上であった超過期間が予め定めた基準期間以上であるときは前記ベース期間に移行し、前記超過期間が前記基準期間未満であるときは以上になるまで前記ピーク電流を通電する前記ピーク期間を延長した後に前記ベース期間に移行する、
ことを特徴とするパルスアーク溶接の溶接電流制御方法。
【請求項２】
前記ベース期間の開始時点からピーク立下り期間を予め設定し、このピーク立下り期間中は所定の曲線状に下降するピーク立下り電流を通電する、
ことを特徴とする請求項１記載のパルスアーク溶接の溶接電流制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ピーク電流の立上り特性又は立下り特性を所望値の曲線状に制御することによって溶接性能を向上させることができる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】
［従来技術１（特許文献１）］
図７は、消耗電極式パルスアーク溶接の電流・電圧波形図であり、同図（Ａ）はアークを通電する溶接電流Ｉｗの時間変化を示し、同図（Ｂ）は給電チップ・母材間に印加する溶接電圧Ｖｗの時間変化を示す。以下、同図を参照して説明する。
【０００３】
同図（Ａ）に示すように、時刻ｔ１〜ｔ２のピーク立上り期間Ｔｕ中は、ベース電流Ｉｂからピーク電流Ｉｐへと直線状に上昇するピーク立上り電流が通電し、続いて時刻ｔ２〜ｔ３のピーク期間Ｔｐ中は、上記のピーク電流Ｉｐが通電し、続いて時刻ｔ３〜ｔ４のピーク立下り期間Ｔｄ中は、上記のピーク電流Ｉｐから上記のベース電流Ｉｂへと直線状に下降するピーク立下り電流が通電し、続いて時刻ｔ４〜ｔ５のベース期間Ｔｂ中は、上記のベース電流Ｉｂが通電する。一般的に、パルスアーク溶接用の溶接電源は定電流制御されるために、上記の各期間の電流設定値Ｉｓ（図示は省略）が変化して上記の各期間の溶接電流Ｉｗが通電する。また、上記の溶接電流の通電に対応して、同図（Ｂ）に示すように、上記のピーク立上り期間Ｔｕ中は、ベース電圧Ｖｂからピーク電圧Ｖｐへと上昇するピーク立上り電圧が印加し、続いて上記のピーク期間Ｔｐ中は、上記のピーク電圧Ｖｐが印加し、続いて上記のピーク立下り期間Ｔｄ中は、上記のピーク電圧Ｖｐから上記のベース電圧Ｖｂへと下降するピーク立下り電圧が印加し、続いて上記のベース期間Ｔｂ中は、上記のベース電圧Ｖｂが印加する。上記の時刻ｔ１〜ｔ５の期間を１パルス周期Ｔｆとして繰り返して溶接が行われる。ところで、溶接中のアーク長を適正値に維持するために、同図（Ｂ）に示すように、溶接電圧Ｖｗの平均値が予め定めた電圧設定値Ｖｓ（図示は省略）と等しくなるように、上記のベース期間Ｔｂがフィードバック制御される。このベース期間Ｔｂが変化すると上記のパルス周期Ｔｆが変化することになるので、このアーク長制御方式は周波数変調制御方式と呼ばれる。したがって、上記のベース期間Ｔｂ及び上記のパルス周期Ｔｆ以外の波形パラメータ（Ｔｕ、Ｔｐ、Ｔｄ、Ｉｐ、Ｉｂ）は予め設定された値である。
【０００４】
ピーク立上り期間Ｔｕ及びピーク立下り期間Ｔｄを長く設定すると、アークはすそ野が広がった形状となり、アークの集中性が弱くなり、アークの広がりは広くなり、アーク力は弱くなり、ソフトなアーク特性になる。このために、姿勢溶接に適しており、アンダーカットの発生を抑制する効果もある。他方、ピーク立上り期間Ｔｕ及びピーク立下り期間Ｔｄを短く設定すると、アークはすそ野が狭い形状となり、アークの集中性が強くなり、アークの広がりは狭くなり、アーク力は強くなり、ハードなアーク特性になる。このために、溶け込み深さを深くする効果がある。上記の効果以外にも、アーク特性によって溶接の作業性が変化するために、熟練した溶接作業者は、自分の好みに合ったアーク特性に調整して溶接を行うことが多い。
【０００５】
［従来技術２（特許文献２）］
図８は、従来技術２におけるパルスアーク溶接の電流・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。以下、同図を参照して説明する。
【０００６】
同図において、時刻ｔ１〜ｔ２の期間は予め定めたピーク期間Ｔｐを示し、自国ｔ２〜ｔ４の期間はアーク長制御によって定まるベース期間Ｔｂを示す。また、ベース期間Ｔｂに含まれる時刻ｔ２〜ｔ３の期間は予め定めたピーク立下り期間Ｔｄを示す。時刻ｔ１〜ｔ４の期間がパルス周期Ｔｆを示す。同図（Ａ）に示すように、上記のピーク期間Ｔｐ中は、予め定めたベース電流Ｉｂから所定の曲線状に上昇して予め定めたピーク電流値Ｉｐに至るピーク立上り電流Ｉpuが通電する。続いて上記のピーク立下り期間Ｔｄ中は、上記のピーク電流値Ｉｐから所定の曲線状に下降して上記のベース電流Ｉｂに至るピーク立下り電流Ｉpdが通電する。続いて時刻ｔ３〜ｔ４の期間中は、上記のベース電流Ｉｂが通電する。また、同図（Ｂ）に示すように、上記のピーク期間Ｔｐ中は、ベース電圧Ｖｂから曲線状に上昇してピーク電圧Ｖｐに至るピーク立上り電圧が印加し、上記のピーク立下り期間Ｔｄ中は上記のピーク電圧Ｖｐから曲線状に下降して上記のベース電圧Ｖｂに至るピーク立下り電圧が印加し、時刻ｔ３〜ｔ４の期間中は上記のベース電圧Ｖｂが印加する。
【０００７】
上述した従来技術２では、ピーク立上り電流Ｉpu及びピーク立下り電流Ｉpdの曲線状特性を所望の形状に設定することができる。このために、アーク特性を所望値に調整することができる。さらに、立上り特性及び立下り特性が曲線状に円滑に収束するので、アーク安定性が向上し、スパッタ及びチリの発生も削減することができる。
【０００８】
【特許文献１】特開２００３−２８５１６３号公報
【特許文献２】特開２００６−７５８９０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
図９は、上述した従来技術２において、ピーク立上り電流Ｉpu及びピーク立下り電流Ｉpdが急峻に変化する場合及び緩やかに変化する場合の溶接電流波形図である。同図（Ａ）は急峻に変化する場合であり、同図（Ｂ）は緩やかに変化する場合である。以下、同図を参照して説明する。
【００１０】
同図において、時刻ｔ１〜ｔ２の期間が予め定めたピーク期間Ｔｐとなり、時刻ｔ２〜ｔ３の期間が予め定めたピーク立下り期間Ｔｄとなり、時刻ｔ２〜ｔ４の期間がベース期間Ｔｂとなる。そして、時刻ｔ１〜ｔ４の期間がパルス周期Ｔｆとなる。
【００１１】
同図（Ａ）は立上り特性及び立下り特性が急峻な場合であるので、ピーク立上り電流Ｉpuは時刻ｔ１のベース電流値Ｉｂから急峻に上昇し、時刻ｔ１とｔ２との中間点あたりでピーク電流値Ｉｐに近い値となり、時刻ｔ２においてピーク電流値Ｉｐに達する。同様に、ピーク立下り電流Ｉpdは時刻ｔ２のピーク電流値Ｉｐから急峻に下降し、時刻ｔ２とｔ３との中間点あたりでベース電流値Ｉｂに近い値となり、時刻ｔ３においてベース電流値Ｉｂに達する。その後の時刻ｔ３〜ｔ４の期間中は、ベース電流Ｉｂが通電する。
【００１２】
同図（Ｂ）は立上り特性及び立下り特性が緩やかな場合であるので、ピーク立上り電流Ｉpuは時刻ｔ１のベース電流値Ｉｂから緩やかに上昇し、時刻ｔ２の直前あたりでピーク電流値Ｉｐに近い値となり、時刻ｔ２においてピーク電流値Ｉｐに達する。同様に、ピーク立下り電流Ｉpdは時刻ｔ２のピーク電流値Ｉｐから緩やかに下降し、時刻ｔ３の直前あたりでベース電流値Ｉｂに近い値となり、時刻ｔ３においてベース電流値Ｉｂに達する。その後の時刻ｔ３〜ｔ４の期間中は、ベース電流Ｉｂが通電する。
【００１３】
同図（Ａ）の場合は、ピーク立上り電流Ｉpuの値がピーク電流値Ｉｐに近い値となる期間がピーク期間Ｔｐの半分ぐらいあるので、この期間中に溶接ワイヤ先端が溶融されて適当な溶滴が形成される。この溶滴は、ピーク期間Ｔｐの終了時点又はその直後に移行する。すなわち、１パルス周期Ｔｆ中に１つの溶滴が移行するいわゆる１パルス１溶滴移行状態が実現されるので、溶滴移行状態が安定化して良好な溶接品質を得ることができる。
【００１４】
他方、同図（Ｂ）の場合は、ピーク立上り電流Ｉpuの値がピーク電流値Ｉｐに近い値となる期間が非常に短いので、この期間中に溶接ワイヤ先端が十分に溶融されず適正サイズよりも小さなサイズの溶滴しか形成されない。このために、１パルス周期Ｔｆ中に１つの溶滴が移行する１パルス１溶滴移行状態にはならず、溶滴移行状態は少し不安定になる
【００１５】
従来技術２では、立上り特性及び立下り特性を急峻な曲線又は緩やかな曲線状に変化させることによって、アーク特性を調整することができる。さらに、従来技術２では、溶接電流は曲線状に円滑にピーク電流値Ｉｐ又はベース電流値Ｉｂに収束するので、アーク安定性を向上させることもできる。しかし、上述したように、立上り特性が緩やかになるのに伴い、ピーク立上り電流Ｉpuがピーク電流値Ｉｐに近い値になる期間が短くなり、溶滴移行状態が少しずつ不安定になってくる。この現象は立下り特性とはあまり関係がない。
【００１６】
そこで、本発明では、立上り特性を緩やかな曲線状に変化させたときでも、溶滴移行状態を安定に保つことができるパルスアーク溶接の溶接電流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】
【００１７】
上述した課題を解決するために、第１の発明は、
ピーク期間中はピーク電流を通電し、ベース期間中はベース電流を通電して溶接するパルスアーク溶接の溶接電流制御方法において、
前記ピーク電流よりも小さな値のピーク電流基準値を予め設定し、
前記ピーク期間中は所定の曲線状に上昇するピーク立上り電流を通電し、
前記ピーク期間終了時点において前記ピーク立上り電流の値が前記ピーク電流基準値以上であった超過期間が予め定めた基準期間以上であるときは前記ベース期間に移行し、前記超過期間が前記基準期間未満であるときは以上になるまで前記ピーク電流を通電する前記ピーク期間を延長した後に前記ベース期間に移行する、
ことを特徴とするパルスアーク溶接の溶接電流制御方法である。
【００１８】
第２の発明は、前記ベース期間の開始時点からピーク立下り期間を予め設定し、このピーク立下り期間中は所定の曲線状に下降するピーク立下り電流を通電する、
ことを特徴とする第１の発明記載の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】
【００１９】
本発明によれば、アーク特性を適正値に調整するために、ピーク立上り電流の立上り特性を緩やかな曲線状に設定した場合でも、ピーク電流に近い値の溶接電流が少なくとも基準期間以上通電するので、溶滴移行状態は常に良好な状態になる。さらに、立上り特性又は立下り特性が曲線状に変化して定常値に円滑に収束するので、アーク安定性が向上する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
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。
【００２１】
図１は、本発明の実施の形態に係るパルスアーク溶接の溶接電流制御方法を示す溶接電流波形図である。同図（Ａ）は立上り特性及び立下り特性が急峻な曲線である場合であり、同図（Ｂ）は立上り特性及び立下り特性が緩やかな曲線である場合である。以下、同図を参照して説明する。
【００２２】
（１）立上り特性が急峻な曲線である同図（Ａ）の場合
同図（Ａ）に示すように、ピーク立上り電流Ｉpuは、時刻ｔ１においてベース電流値Ｉｂから急峻な曲線状に上昇し、時刻ｔ１〜ｔ２のピーク期間Ｔｐの中間点あたりの時刻ｔ１１において破線で示すピーク電流基準値Ｉptに達し、時刻ｔ２にのピーク期間Ｔｐの終了時点においてピーク電流値Ｉｐに収束する。上記のピーク電流基準値Ｉptは、ピーク電流値Ｉｐに係数αを乗じた値に予め設定する。例えば、Ｉｐ＝４５０Ａ、α＝０．９の場合は、ピーク電流基準値Ｉpt＝４０５Ａに設定される。時刻ｔ１〜ｔ２の立上り特性を所望の曲線状に制御する方法については、図２〜図３で後述する。
【００２３】
同図（Ａ）の場合には、時刻ｔ２においてピーク期間Ｔｐが終了した時点において、ピーク立上り電流Ｉpuの値がピーク電流基準値Ｉpt以上となる超過期間Ｔｏは時刻ｔ１１〜ｔ２の期間となる。この超過期間Ｔｏが予め定めた基準期間Ｔｔ以上であるかを判別する。同図（Ａ）はＴｏ≧Ｔｔの場合であるので、時刻ｔ２からピーク立下り期間Ｔｄに移行する。
【００２４】
時刻ｔ２〜ｔ３のピーク立下り期間Ｔｄ中は、ピーク立下り電流Ｉpdは設定された急峻な曲線に沿って下降し、時刻ｔ３においてベース電流値Ｉｂに収束する。続く時刻ｔ３〜ｔ４の残りのベース期間Ｔｂ中は、ベース電流Ｉｂが通電する。時刻ｔ２〜ｔ３の立下り特性を所望の曲線状に制御する方法については、図４〜図５で後述する。
【００２５】
上述したように、ピーク期間Ｔｐ中においてピーク立上り電流Ｉpuの値がピーク電流基準値Ｉpt以上になる超過期間Ｔｏが基準期間Ｔｔ以上であるときは、ピーク期間Ｔｐの終了時点でベース期間Ｔｂに移行する。したがって、この場合の電流波形は、従来技術２のときと同様になる。
【００２６】
（２）立上り特性が緩やかな曲線である同図（Ｂ）の場合
同図（Ｂ）に示すように、ピーク立上り電流Ｉpuは、時刻ｔ１においてベース電流値Ｉｂから緩やかな曲線状に上昇し、同図（Ａ）の時刻ｔ１１よりも時刻ｔ２に近い時刻ｔ１２において波線で示す上記のピーク電流基準値Ｉptに達し、時刻ｔ２にのピーク期間Ｔｐの終了時点においてピーク電流値Ｉｐに収束する。時刻ｔ１〜ｔ２の立上り特性を所望の曲線状に制御する方法については、図２〜図３で後述する。
【００２７】
同図（Ｂ）の場合には、時刻ｔ２においてピーク期間Ｔｐが終了した時点において、ピーク立上り電流Ｉpuの値がピーク電流基準値Ｉpt以上となる超過期間Ｔｏは時刻ｔ１２〜ｔ２の期間となる。この超過期間Ｔｏが上記の基準期間Ｔｔ以上であるかを判別する。同図（Ｂ）はＴｏ＜Ｔｔの場合であるので、超過期間Ｔｏが基準期間Ｔｔ以上となる時刻ｔ２１までピーク期間Ｔｐが延長される。すなわち、時刻ｔ１２〜ｔ２１の超過期間Ｔｏが基準期間Ｔｔと等しくなる。時刻ｔ２〜ｔ２１の延長期間中は、ピーク電流Ｉｐが通電する。そして、時刻ｔ２１からピーク立下り期間Ｔｄ（ベース期間Ｔｂ）に移行する。
【００２８】
時刻ｔ２１〜ｔ３１のピーク立下り期間Ｔｄ中は、ピーク立下り電流Ｉpdは設定された緩やかな曲線に沿って下降し、時刻ｔ３１においてベース電流値Ｉｂに収束する。同図（Ｂ）のピーク立下り期間Ｔｄの値は、同図（Ａ）のピーク立下り期間Ｔｄの値と同一である。このために、時刻ｔ２〜ｔ２１の延長期間分だけ、時刻ｔ３１は時刻ｔ３から右側にずれることになる。続く時刻ｔ３１〜ｔ４１の残りのベース期間Ｔｂ中は、ベース電流Ｉｂが通電する。同図（Ｂ）の時刻ｔ２１〜ｔ３１のベース期間Ｔｂ及び同図（Ａ）の時刻ｔ２〜ｔ３のベース期間Ｔｂはアーク長制御によって定まるので、アーク負荷状態に影響されて両値が同一値になるとは限らない。ここでは、時刻ｔ３１が延長期間分だけ時刻ｔ３よりも右側にずれている場合を例示している。時刻ｔ２１〜ｔ３１の立下り特性を所望の曲線状に制御する方法については、図４〜図５で後述する。
【００２９】
上述したように、パルス期間Ｔｐ中においてピーク立上り電流Ｉpuの値がピーク電流基準値Ｉpt以上になる超過期間Ｔｏが基準期間Ｔｔ未満であるときは、超過期間Ｔｏが基準期間Ｔｔ以上になるまでピーク期間Ｔｐを延長し、この延長期間中はピーク電流Ｉｐを通電する。そして、延長期間終了後にベース期間Ｔｂに移行する。
【００３０】
上記において、ピーク電流基準値Ｉpt及び基準期間Ｔｔは、溶接ワイヤの種類、シールドガスの種類、ワイヤ送給速度等に応じて適正値に設定する。例えば、ピーク電流基準値Ｉptはピーク電流値Ｉｐの０．９５〜０．７５の範囲に設定する。また例えば、Ｔｔ＝０．２〜１．０msの範囲に設定する。すなわち、ピーク電流基準値Ｉptは、ピーク立上り電流Ｉpuがピーク電流値Ｉｐに近い値にあうかを判別するためのしきい値である。
【００３１】
以下に本実施の形態における溶接電流制御方法の要点を整理して記載する。
（１）ピーク期間Ｔｐ中は所定の曲線状に上昇するピーク立上り電流Ｉpuを通電する。
（２）ピーク期間Ｔｐの終了時点において、ピーク立上り電流Ｉpuの値がピーク電流基準値Ｉpt以上であった超過期間Ｔｏを検出する。
（３）超過期間Ｔｏと基準期間Ｔｔとを比較する。
（４）Ｔｏ≧Ｔｔのときはベース期間Ｔｂに移行する。
（５）Ｔｏ＜ＴｔのときはＴｏ≧Ｔｔになるまでピーク期間Ｔｐを延長し、その後にベース期間Ｔｂに移行する。この延長期間中は、ピーク電流Ｉｐを通電する。
【００３２】
上記において、パルス期間Ｔｐの後に必ずピーク電流Ｉｐを通電する定常ピーク期間を設ける方法も考えられるが、この方法では以下のような問題がある。すなわち、ピーク立上り電流Ｉpuの立上り特性によらず定常ピーク期間を設けると、図１（Ａ）の場合にはピーク電流基準値Ｉpt以上の溶接電流が通電する期間が長くなり過ぎて、溶滴移行状態がやはり不安定になる。このために、ピーク電流基準値Ｉpt以上の溶接電流が通電する期間を、１パルス１溶滴移行状態になる範囲に収める必要がある。これを実現するために、上述した本実施の形態の方法がある。
【００３３】
図２は、本発明の実施の形態に係るピーク電流の立上り特性を所望値に制御する方法を示すピーク立上り電流設定値Ｉus(k)の時間変化図である。同図において、ピーク期間Ｔｐは０．７〜３ms程度の範囲で予め設定され、微小時間の制御周期ΔＴは例えば５０μｓ等に設定される。したがって、以下に説明する制御は、上記の制御周期ΔＴごとに行われる。ピーク期間Ｔｐの開始時点を０として制御周期ΔＴごとに番号を付し時間経過数ｋ（正の整数）とすると、ピーク期間Ｔｐ中は０≦ｋ≦（Ｔｐ／ΔＴ）となる。例えば，Ｔｐ＝２ms及びΔＴ＝５０μｓのときは、ｋ＝０、１、２、３…４０となる。さらに、ピーク電流設定値をＩpsとし、ベース電流設定値をＩbsとする。
【００３４】
ここで、ピーク電流の立上り特性を設定するパラメータとして正の整数であるピーク電流立上り特性定数Ｎｕを設定する。各時間経過数ｋにおけるピーク立上り電流設定値Ｉus(ｋ)を下式によって算出する。
Ｉus(0)＝Ｉbs
Ｉus(1)＝Ｉus(0)＋[Ｉps−Ｉus(0)]／Ｎｕ
…
Ｉus(k)＝Ｉus(k-1)＋[Ｉps−Ｉus(k-1)]／Ｎｕ    （１）式
…
Ｉus(Tp/ΔT)＝Ｉus(Tp/ΔT-1)＋[Ｉps−Ｉus(Tp/ΔT-1)]／Ｎｕ
【００３５】
ピーク電流立上り特性定数ＮｕによってＵに示す所望値のピーク電流立上り特性が設定され、上記のピーク立上り電流設定値Ｉus(k)によって溶接電流がこのピーク電流立上り特性に制御される。図３は、ピーク電流立上り特性定数Ｎｕを変化させたときのピーク電流立上り特性の変化を示す図である。横軸は時間経過数ｋを示し、縦軸は溶接電流値を示す。同図において、ベース電流設定値Ｉbs＝５０Ａ、ピーク電流設定値Ｉps＝４５０Ａのときであり、制御周期ΔＴ＝５０μｓ、ｋの最大値４０のときであるのでピーク期間Ｔｐ＝２msとなる。同図に示すように、ピーク電流立上り特性定数Ｎｕを２、４、８と変化させると、ピーク電流の立上り特性は曲線状の変化が緩やかになる。したがって、ピーク電流立上り特性定数Ｎｕを調整することによって、所望値のピーク電流の立上り特性を得ることができる。ここで、ピーク電流立上り特性定数Ｎｕは正の整数であればよいが、ピーク期間Ｔｐの終了時の電流設定値Ｉｓ(Tp/ΔT)≒Ｉpsとなる数値を最大値として制限してもよい。すなわち、ピーク電流立上り特性定数Ｎｕがこの最大値を超えると、Ｉｓ(Tp/ΔT)＜Ｉpsとなる。
【００３６】
図４は、本発明の実施の形態に係るピーク電流の立下り特性を所望値に制御する方法を示すピーク立下り電流設定値Ｉds(k)の時間変化図である。同図において、ベース期間Ｔｂは、上述したように、溶接電圧の平均値が電圧設定値と略等しくなるようにフィードバック制御（アーク長制御）される。ピーク立下り期間Ｔｄは、ベース期間Ｔｂの開始時点から所定値に予め設定し、その値は０．５〜３ms程度の範囲である。微小時間の制御周期ΔＴは例えば５０μｓ等に設定される。したがって、以下に説明する制御は、上記の制御周期ΔＴごとに行われる。ピーク立下り期間Ｔｄの開始時点を０として制御周期ΔＴごとに番号を付し時間経過数ｋ（正の整数）とすると、ピーク立下り期間Ｔｄ中は０≦ｋ≦（Ｔｄ／ΔＴ）となる。例えば，Ｔｄ＝２ms及びΔＴ＝５０μｓのときは、ｋ＝０、１、２、３…４０となる。さらに、ピーク電流設定値をＩpsとし、ベース電流設定値をＩbsとする。
【００３７】
ここで、ピーク電流の立下り特性を設定するパラメータとして正の整数であるピーク電流立下り特性定数Ｎｄを設定する。各時間経過数ｋにおけるピーク立下り電流設定値Ｉds(ｋ)を下式によって算出する。
Ｉds(0)＝Ｉps
Ｉds(1)＝Ｉds(0)＋[Ｉbs−Ｉds(0)]／Ｎｄ
…
Ｉds(k)＝Ｉds(k-1)＋[Ｉbs−Ｉds(k-1)]／Ｎｄ    （２）式
…
Ｉds(Tｄ/ΔT)＝Ｉds(Td/ΔT-1)＋[Ｉbs−Ｉds(Td/ΔT-1)]／Ｎｄ
【００３８】
ピーク電流立下り特性定数ＮｄによってＤに示す所望値のピーク電流立下り特性が設定され、上記のピーク立下り電流設定信号Ｉds(k)によって溶接電流がこのピーク電流立下り特性に制御される。図５は、ピーク電流立下り特性定数Ｎｄを変化させたときのピーク電流立下り特性の変化を示す図である。横軸は時間経過数ｋを示し、縦軸は溶接電流値を示す。同図において、ベース電流設定値Ｉbs＝５０Ａ、ピーク電流設定値Ｉps＝４５０Ａのときであり、制御周期ΔＴ＝５０μｓ、ｋの最大値４０のときであるのでピーク立下り期間Ｔｄ＝２msとなる。同図に示すように、ピーク電流立下り特性定数Ｎｄを２、４、８と変化させると、ピーク電流立下り特性は曲線状の変化が緩やかになる。したがって、ピーク電流立下り特性定数Ｎｄを調整することによって、所望値のピーク電流立下り特性を得ることができる。ここで、ピーク電流立下り特性定数Ｎｄは正の整数であればよいが、ピーク立下り期間Ｔｄの終了時の電流設定値Ｉｓ(Td/ΔT)≒Ｉbsとなる数値を最大値として制限してもよい。すなわち、ピーク電流立下り特性定数Ｎｄがこの最大値を超えると、Ｉｓ(Td/ΔT)＞Ｉbsとなる。
【００３９】
上述した演算式において、Ｉｓ(0)＝Ｉpsとした。しかし、ピーク期間の終了時の電流値がピーク電流設定値Ｉpsに略収束しない場合もある。このような場合を想定して、Ｉｓ(0)をピーク期間の終了時点での電流値に設定してもよい。
【００４０】
図６は、実施の形態に係るパルスアーク溶接の溶接電流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。
【００４１】
電源主回路ＰＭは、商用交流電源を入力として、後述する駆動信号Ｄｒに従ってインバータ制御による出力制御を行い、溶接電圧Ｖｗ及び溶接電流Ｉｗを出力する。溶接ワイヤ１は、予め定めた送給速度で送給されると共に、母材２との間にアーク３が発生する。電流検出回路ＩＤは、この溶接電流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。電圧平均値算出回路ＶＤＡ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Ｖdaを出力する。電圧設定回路ＶＳは、所望値の電圧設定信号Ｖｓを出力する。電圧誤差増幅回路ＥＶは、上記の電圧設定信号Ｖｓと電圧平均値信号Ｖda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、この１周期（パルス周期）ごとに短時間Ｈｉｇｈレベルとなるパルス周期信号Ｔｆを出力する。
【００４２】
ピーク電流基準値設定回路ＩＰＴは、予め定めたピーク電流基準値信号Ｉptを出力する。超過期間計測回路ＴＯは、このピーク電流基準値信号Ｉpt及び上記の電流検出信号Ｉｄを入力として、Ｉｄ≧Ｉptとなっている期間の時間長さを計測して、超過期間信号Ｔｏを出力する。基準期間設定回路ＴＴは、予め定めた基準期間信号Ｔｔを出力する。超過期間判別回路ＣＴは、この基準期間信号Ｔｔ及び上記の超過期間信号Ｔｏを入力として、Ｔｏ≧Ｔｔとなった時点でＨｉｇｈレベルになる超過期間判別信号Ｃｔを出力する。この超過期間判別信号Ｃｔは、パルス周期の開始時点ごとにＬｏｗレベルにリセットされる。
【００４３】
ピーク期間設定回路ＴＰＳは、予め定めたピーク期間設定信号Ｔpsを出力する。ピーク立下り期間設定回路ＴＤＳは、予め定めたピーク立下り期間設定信号Ｔdsを出力する。タイマ回路ＴＭは、上記のパルス周期信号Ｔｆ、上記の超過期間判別信号Ｃｔ、上記のピーク期間設定信号Ｔps及び上記のピーク立下り期間設定信号Ｔdsを入力として、パルス周期信号Ｔｆが短時間Ｈｉｇｈレベルになった時点からピーク期間設定信号Ｔpsによって定まる期間（ピーク期間Ｔｐ）中はその値が１となり、ピーク期間Ｔｐが終了しかつ超過期間判別信号ＣｔがＬｏｗレベル（Ｔｏ＜Ｔｔの場合）のときはその値が２となり、ピーク期間Ｔｐが終了しかつ超過期間判別信号ＣｔがＨｉｇｈレベルになった時点からピーク立下り期間設定信号Ｔdsによって定まる期間中はその値が３となり、その後は再びパルス周期信号ＴｆがＨｉｇｈレベルになるまでその値が４となるタイマ信号Ｔｍを出力する。したがって、上述した図１（Ａ）の場合には、タイマ信号Ｔｍの値は、時刻ｔ１〜ｔ２の期間中は１となり、時刻ｔ２〜ｔ３の期間中は３となり、時刻ｔ３〜ｔ４の期間中は４となる。他方、上述した図１（Ｂ）の場合には、タイマ信号Ｔｍの値は、時刻ｔ１〜ｔ２の期間中は１となり、時刻ｔ２〜ｔ２１の期間中は２となり、時刻ｔ２１〜ｔ３１の期間中は３となり、時刻ｔ３１〜ｔ４１の期間中は４となる。
【００４４】
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。ピーク電流立上り特性定数設定回路ＮＵは、所望値のピーク電流立上り特性定数信号Ｎｕを出力する。ピーク立上り電流設定回路ＩＵＳは、上記のタイマ信号Ｔｍ、上記のピーク電流設定信号Ｉps、上記のベース電流設定信号Ｉbs及び上記のピーク電流立上り特性定数信号Ｎｕを入力として、タイマ信号Ｔｍ＝１のとき（ピーク期間）は、上述した図２の（１）式に基づいて演算を行い、ピーク立上り電流設定信号Ｉus(k)を出力する。ピーク電流立下り特性定数設定回路ＮＤは、所望値のピーク電流立下り特性定数信号Ｎｄを出力する。ピーク立下り電流設定回路ＩＤＳは、上記のタイマ信号Ｔｍ、上記のピーク電流設定信号Ｉps、上記のベース電流設定信号Ｉbs及び上記のピーク電流立下り特性定数信号Ｎｄを入力として、タイマ信号Ｔｍ＝３のとき（ピーク立下り期間）は、上述した図４の（２）式に基づいて演算を行い、ピーク立下り電流設定信号Ｉds(k)を出力する。
【００４５】
電流設定回路ＩＳは、上記のタイマ信号Ｔｍ、上記のピーク電流設定信号Ｉps、上記のベース電流設定信号Ｉbs、上記のピーク立上り電流設定信号Ｉus(k)及び上記のピーク立下り電流設定信号Ｉds(k)を入力として、タイマ信号Ｔｍ＝１のときはピーク立上り電流設定信号Ｉus(k)を電流設定信号Ｉｓとして出力し、タイマ信号Ｔｍ＝２のときはピーク電流設定信号Ｉpsを電流設定信号Ｉｓとして出力し、タイマ信号Ｔｍ＝３のときはピーク立下り電流設定信号Ｉds(k)を電流設定信号Ｉｓとして出力し、タイマ信号Ｔｍ＝４のときはベース電流設定信号Ｉbsを電流設定信号Ｉｓとして出力する。電流誤差増幅回路ＥＩは、上記の電流設定信号Ｉｓ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ＤＲは、この電流誤差増幅信号Ｅｉに従ってパルス幅変調制御を行い、その結果に基づいて電源主回路ＰＭのインバータを駆動するための駆動信号Ｄｒを出力する。この回路によって定電流制御を行っている。
【００４６】
本実施の形態において、ピーク立上り電流Ｉpuを所望の曲線状に変化させることは不可欠な要件である。しかし、ピーク立下り期間Ｔｄを設けてピーク立下り電流Ｉpdを所望の曲線状に下降させる必要性はない。ピーク期間Ｔｐ又はその延長期間の終了時点から直ちにベース電流Ｉｂに傾斜なしに切り換えても良い。
【００４７】
上述した実施の形態によれば、アーク特性を適正値に調整するために、ピーク立上り電流の立上り特性を緩やかな曲線状に設定した場合でも、ピーク電流に近い値の溶接電流が少なくとも基準期間以上通電するので、溶滴移行状態は常に良好な状態になる。さらに、立上り特性及び立下り特性が曲線状に変化して定常値に円滑に収束するので、アーク安定性が向上する。また、上記（１）式及び（２）式に示すように、ピーク立上り電流設定値及びピーク立下り電流設定値の演算には整数の加算、減算及び除算しか使用しておらず、浮動小数点の演算は含まれていない。このために、マイクロプロセッサによって演算する場合の負荷が軽くなり処理速度も速くなる。
【図面の簡単な説明】
【００４８】
【図１】本発明の実施の形態に係るパルスアーク溶接の溶接電流制御方法を示す溶接電流波形図である。
【図２】本発明の実施の形態に係るピーク電流の立上り特性を所望値に制御する方法を示すピーク立上り電流設定値Ｉus(k)の時間変化図である。
【図３】図２においてピーク電流立上り特性定数Ｎｕを変化させたときのピーク電流立上り特性の変化を示す図である。
【図４】本発明の実施の形態に係るピーク電流の立下り特性を所望値に制御する方法を示すピーク立下り電流設定値Ｉds(k)の時間変化図である。
【図５】図４においてピーク電流立下り特性定数Ｎｄを変化させたときのピーク電流立下り特性の変化を示す図である。
【図６】本発明の実施の形態に係る溶接電源のブロック図である。
【図７】従来技術１の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。
【図８】従来技術２の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。
【図９】本発明の課題を説明するための溶接電流波形図である。
【符号の説明】
【００４９】
１            溶接ワイヤ
２            母材
３            アーク
ＣＴ            超過期間判別回路
Ｃｔ            超過期間判別信号
ＤＲ            駆動回路
Ｄｒ            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
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
ＩＤＳ            ｐ区立下り電流設定回路
Ｉds(k)        ピーク立下り電流設定信号
Ｉｐ            ピーク電流
Ｉpd            ピーク立下り電流
ＩＰＳ            ピーク電流設定回路
Ｉps            ピーク電流設定信号
ＩＰＴ            ピーク電流基準値設定回路
Ｉpt            ピーク電流基準値（信号）
Ｉpu            ピーク立上り電流
ＩＳ            電流設定回路
Ｉｓ            電流設定信号
ＩＵＳ            ピーク立上り電流設定回路
Ｉus(k)        ピーク立上り電流設定信号
Ｉｗ            溶接電流
ｋ            時間経過数
ＮＤ            ピーク電流立下り特性定数設定回路
Ｎｄ            ピーク電流立下り特性定数（信号）
ＮＵ            ピーク電流立上り特性定数設定回路
Ｎｕ            ピーク電流立上り特性定数（信号）
ＰＭ            電源主回路
Ｔｂ            ベース期間
Ｔｄ            ピーク立下り期間
ＴＤＳ            ピーク立下り期間設定回路
Ｔds            ピーク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
ＴＯ            超過期間計測回路
Ｔｏ            超過期間（信号）
Ｔｐ            ピーク期間
ＴＰＳ            ピーク期間設定回路
Ｔps            ピーク期間設定信号
ＴＴ            基準期間設定回路
Ｔｔ基準期間（信号）
Ｔｕ            ピーク立上り期間
Ｖｂ            ベース電圧
ＶＤ            電圧検出回路
Ｖｄ            電圧検出信号
ＶＤＡ            電圧平均値算出回路
Ｖda            電圧平均値信号
ＶＦ            Ｖ／Ｆコンバータ回路
Ｖｐ            ピーク電圧
ＶＳ            電圧設定回路
Ｖｓ            電圧設定信号
Ｖｗ            溶接電圧
α            係数
ΔＴ            制御周期
ΔＶ            電圧誤差増幅信号
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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