(57)【要約】【課題】消耗電極アーク溶接において、くびれ検出制御及び溶接電流を一定化する送給速度可変制御を共に動作させたときに溶接状態が不安定になることを抑制する。【解決手段】溶滴のくびれを溶接ワイヤと母材との間の電圧値Ｖｗの変化がくびれ検出基準値Ｖｔｎに達したことによって検出し、このくびれを検出すると溶接電流Ｉｗを減少させてアークを再発生させるくびれ検出制御を行い、溶接電流Ｉｗの平滑値を検出し、この溶接電流平滑値と電流設定値とが等しくなるように送給速度を可変制御する。送給速度可変制御を動作させる動作モードと禁止する禁止モードとを備え、くびれ検出基準値Ｖｔｎを動作モードのときは禁止モードのときよりも大きくしてくびれの検出感度を低くする。これにより、くびれ検出制御と送給速度可変制御を併用しても、くびれの誤検出によって溶接状態が不安定になることはない。【選択図】  図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
短絡状態からアークが再発生する前兆現象である溶滴のくびれを溶接ワイヤと母材との間の電圧値又は抵抗値の変化が予め定めたくびれ検出基準値に達したことによって検出し、このくびれを検出すると短絡負荷に通電する溶接電流を減少させてアークを再発生させるくびれ検出制御を行い、前記溶接電流の平滑値を検出し、この溶接電流平滑値と予め定めた電流設定値とが等しくなるように溶接ワイヤの送給速度をフィードバック制御する送給速度可変制御を行って溶接する消耗電極アーク溶接制御方法において、
前記送給速度可変制御を動作させる動作モードと禁止する禁止モードとを備え、前記くびれ検出基準値を前記動作モードのときは前記禁止モードのときよりも大きくする、
ことを特徴とする消耗電極アーク溶接制御方法。
【請求項２】
単位時間当たりの短絡回数を検出し、この短絡回数検出値に基づいて前記動作モードと前記禁止モードとを切り換える、
ことを特徴とする請求項１記載の消耗電極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、溶滴のくびれを検出すると溶接電流を減少させてアークを再発生させるくびれ検出制御及び溶接電流が設定値と等しくなるように送給速度を制御する送給速度可変制御を行って溶接する消耗電極アーク溶接制御方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１の発明では、溶接ワイヤと母材との間でアーク発生状態と短絡状態とを繰り返す消耗電極アーク溶接において、短絡状態からアークが再発生する前兆現象である溶滴のくびれを溶接ワイヤと母材との間の電圧値又は抵抗値の変化がくびれ検出基準値に達したことによって検出し、このくびれを検出すると短絡負荷に通電する溶接電流を急減させて小電流値の状態てアークが再発生するように出力制御している。このようにすると、アーク再発生時の電流値を小さくすることができるので、スパッタ発生量を低減することができる。
【０００３】
特許文献２の発明では、溶接電流と予め定めた電流設定値とが等しくなるように溶接ワイヤの送給速度をフィードバック制御している。通常の消耗電極アーク溶接では、溶接中の送給速度は一定値である。これに対して、特許文献２の発明では、給電チップ・母材間距離が変化しても溶接電流値が一定になるように、送給速度が可変制御される。母材の溶け込み深さは溶接電流値に略比例するので、溶接電流値が一定になると溶け込み深さが均一化される。通常のアーク溶接においては、給電チップ・母材間距離を一定に保持して溶接が行われる。しかし、深い開先の溶接、多層盛り溶接等の場合には、給電チップ・母材間距離を一定値に保持することが、溶接トーチと母材との干渉の問題等から困難な場合も生じる。このように給電チップ・母材間距離が変動する溶接において、特許文献２の発明では、送給速度を可変制御して溶接電流値を一定に維持するので、重要な溶接品質の一つである溶け込み深さの変動を抑制して、均一化することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００６−２８１２１９号公報
【特許文献２】特開平７−５１８５４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上述したくびれ検出制御を行うと共に、上述した送給速度の可変制御を行いながら溶接した場合、送給速度可変制御によって送給速度が急峻に変化すると、それに伴って溶滴のくびれの形成状態が変動するために、くびれ検出制御が誤動作して溶接状態が不安定になるという問題が生じる。このために、従来技術では、送給速度の可変制御を行うときには、くびれ検出制御の動作を禁止していた。しかし、このようにすると、スパッタ発生量が増大するという問題が生じる。
【０００６】
そこで、本発明では、くびれ検出制御及び送給速度可変制御を共に動作させて溶接しても、溶接状態を安定に保つことができる消耗電極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、短絡状態からアークが再発生する前兆現象である溶滴のくびれを溶接ワイヤと母材との間の電圧値又は抵抗値の変化が予め定めたくびれ検出基準値に達したことによって検出し、このくびれを検出すると短絡負荷に通電する溶接電流を減少させてアークを再発生させるくびれ検出制御を行い、前記溶接電流の平滑値を検出し、この溶接電流平滑値と予め定めた電流設定値とが等しくなるように溶接ワイヤの送給速度をフィードバック制御する送給速度可変制御を行って溶接する消耗電極アーク溶接制御方法において、
前記送給速度可変制御を動作させる動作モードと禁止する禁止モードとを備え、前記くびれ検出基準値を前記動作モードのときは前記禁止モードのときよりも大きくする、
ことを特徴とする消耗電極アーク溶接制御方法である。
【０００８】
請求項２の発明は、単位時間当たりの短絡回数を検出し、この短絡回数検出値に基づいて前記動作モードと前記禁止モードとを切り換える、
ことを特徴とする請求項１記載の消耗電極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、くびれ検出制御及び送給速度可変制御を共に動作させて溶接する場合において、くびれ検出制御の検出感度が低くなり、くびれの誤検出を防止することができるので、溶接状態を安定に保つことができる。また、送給速度可変制御の動作を禁止してくびれ検出制御のみを動作させて溶接する場合には、くびれ検出制御の検出感度が高くなり、くびれを確実に検出することができるようになるので、スパッタの発生量を大幅に低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の実施の形態１に係る消耗電極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に係るくびれ検出制御方法を示すタイミングチャートである。
【図３】動作モード選択信号ＭｓがＨｉｇｈレベルであるときの本発明の実施の形態１に係る送給速度可変制御方法を示すタイミングチャートである。
【図４】動作モード選択信号ＭｓがＬｏｗレベルであるときの本発明の実施の形態１に係る送給速度可変制御方法を示すタイミングチャートである。
【図５】本発明の実施の形態２に係る消耗電極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。
【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に係る消耗電極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の出力制御を行い、溶接電圧Ｖｗ及び溶接電流Ｉｗ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、整流された直流を平滑する直流リアクトル、上記の誤差増幅信号Ｅａを入力としてパルス幅変調制御信号を出力する変調回路、パルス幅変調制御信号を入力としてインバータ回路のスイッチング素子を駆動するインバータ駆動回路を備えている。
【００１４】
減流抵抗器Ｒは、上記の電源主回路ＰＭ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。このために、くびれ検出制御によって減流抵抗器Ｒが通電路に挿入されると、溶接電源内の直流リアクトル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。トランジスタＴＲは、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。
【００１５】
溶接ワイヤ１は、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。溶接ワイヤ１と母材２との間には溶接電圧Ｖｗが印加し、アーク３中を溶接電流Ｉｗが通電する。
【００１６】
動作モード選択回路ＭＳは、送給速度可変制御を動作させるときはＨｉｇｈレベルになり、動作を禁止するときにはＬｏｗレベルとなる動作モード選択信号Ｍｓを出力する。この回路は、例えば溶接電源のフロントパネルにスイッチを設けて、このスイッチに連動して動作モード選択信号Ｍｓが切り換わるようにしても良い。また、この回路をロボット制御装置に設け、作業プログラムによって動作モード選択信号Ｍｓを切り換えるようにしても良い。
【００１７】
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。電流平滑回路ＩＡＶは、この電流検出信号Ｉｄを入力として平滑し、溶接電流平滑信号Ｉavを出力する。この平滑は、抵抗とコンデンサから成る平滑回路、ローパスフィルタ等を使用して行われる。ローパスフィルタを使用する場合には、平滑の時定数は、カットオフ周波数を設定することによって行うことができる。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。
【００１８】
短絡／アーク判別回路ＳＤ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短絡／アーク判別値未満であるときは短絡状態にあると判別してＨｉｇｈレベルとなり、以上のときはアーク発生状態にあると判別してＬｏｗレベルになる短絡／アーク判別信号Ｓｄを出力する。くびれ検出基準値設定回路ＶＴＲは、予め定めたくびれ検出基準値設定信号Ｖtrを出力する。くびれ検出基準値設定信号Ｖtrの適正値は送給速度、溶接法、溶接ワイヤ１の材質、直径等に影響されて変化するので、この回路で溶接条件に応じてくびれ検出基準値設定信号Ｖtrの値を適正化している。
【００１９】
くびれ検出基準値修正回路ＶＴＮは、上記のくびれ検出基準値設定信号Ｖtr及び上記の動作モード選択信号Ｍｓを入力として、動作モード選択信号ＭｓがＨｉｇｈレベル（送給速度可変制御の動作）のときはくびれ検出基準値設定信号Ｖtrの値に所定値（＞０）を加算してくびれ検出基準値信号Ｖtnとして出力し、Ｌｏｗレベル（送給速度可変制御の禁止）のときはくびれ検出基準値設定信号Ｖtrの値をそのままくびれ検出基準値信号Ｖtnとして出力する。このくびれ検出基準値信号Ｖtnの値はくびれの検出感度を設定している。くびれ検出基準値信号Ｖtnの値が大きいほど、検出感度は低くなる。したがって、Ｍｓ＝Ｈｉｇｈレベルのときの方がＭｓ＝Ｌｏｗレベルのときよりも、検出感度は低くなる。上記の所定値は、送給速度可変制御と併用しても、くびれの誤検出による溶接状態の不安定状態が発生しない値を実験によって算出する。
【００２０】
くびれ検出回路ＮＤは、このくびれ検出基準値信号Ｖtn、上記の電圧検出信号Ｖｄ、上記の電流検出信号Ｉｄ及び上記の短絡／アーク判別信号Ｓｄを入力として、短絡／アーク判別信号ＳｄがＨｉｇｈレベル（短絡）のときの電圧検出信号Ｖｄの電圧上昇値がくびれ検出基準値信号Ｖtnの値に達した時点でくびれが形成されたと判別してＨｉｇｈレベルとなり、短絡／アーク判別信号ＳｄがＬｏｗレベル（アーク）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。ここで、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くびれ検出基準値信号Ｖtnの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くびれ検出基準値信号Ｖtnの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。
【００２１】
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。駆動回路ＤＲは、この電流比較信号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。
【００２２】
電流制御設定回路ＩＣＲは、上記の短絡／アーク判別信号Ｓｄ、上記の低レベル電流設定信号Ｉlr及び上記のくびれ検出信号Ｎｄ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ＳｄがＨｉｇｈレベル（短絡）に変化した時点から予め定めた初期期間中は、予め定めた初期電流設定値を電流制御設定信号Ｉcrとして出力する。
２）その後は、電流制御設定信号Ｉcrの値を、上記の初期電流設定値から予め定めた短絡時傾斜で予め定めたピーク設定値まで上昇させ、その値を維持する。
３）くびれ検出信号ＮｄがＨｉｇｈレベル（くびれ検出）に変化すると、電流制御設定信号Ｉcrの値を低レベル電流設定信号Ｉlrの値に切り換えて維持する。
４）短絡／アーク判別信号ＳｄがＬｏｗレベル（アーク）に変化すると、電流制御設定信号Ｉcrを、予め定めたアーク時傾斜で予め定めた高レベル電流設定値まで上昇させ、その値を維持する。
【００２３】
オフディレイ回路ＴＤＳは、上記の短絡／アーク判別信号Ｓｄを入力として、この信号がＨｉｇｈレベルからＬｏｗレベルに変化する時点を予め定めた遅延時間だけオフディレイさせて遅延信号Ｔdsを出力する。したがって、この遅延信号Ｔdsは、短絡期間になるとＨｉｇｈレベルとなり、アークが再発生してから遅延時間だけオフディレイしてＬｏｗレベルになる信号である。電圧設定回路ＶＲは、アーク期間中の溶接電圧を設定するための予め定めた電圧設定信号Ｖｒ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Ｉcr（＋）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。電圧誤差増幅回路ＥＶは、上記の電圧設定信号Ｖｒ（＋）と電圧検出信号Ｖｄ（−）との誤差を増幅して、電圧誤差増幅信号Ｅｖを出力する。制御切換回路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及び上記の遅延信号Ｔdsを入力として、遅延信号ＴdsがＨｉｇｈレベル（短絡開始からアークが再発生して遅延時間が経過するまでの期間）のときは電流誤差増幅信号Ｅｉを誤差増幅信号Ｅａとして出力し、Ｌｏｗレベル（アーク）のとき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。この回路により、短絡期間＋遅延期間中は定電流制御となり、それ以外のアーク期間中は定電圧制御となる。
【００２４】
電流設定回路ＩＲは、送給速度可変制御における目標電流値となる予め定めた電流設定信号Ｉｒを出力する。送給誤差増幅回路ＥＦは、上記の電流設定信号Ｉｒ（＋）と上記の溶接電流平滑信号Ｉav（−）との誤差を増幅して、送給誤差増幅信号Ｅｆを出力する。送給速度設定回路ＦＲは、予め定めた送給速度設定信号Ｆｒを出力する。送給速度制御設定回路ＦＣＲは、上記の送給誤差増幅信号Ｅｆを積分して、送給速度制御設定信号Ｆcrを出力する。積分は溶接中行われて、Ｆcr＝Ｆｒ＋∫Ｅｆ・ｄｔとなる。したがって、送給速度制御設定信号Ｆcrの値は、送給速度設定信号Ｆｒを初期値として、溶接電流Ｉｗの値が電流設定信号Ｉｒの値と等しくなるように修正される。
【００２５】
送給制御回路ＦＣは、上記の動作モード選択信号Ｍｓ、上記の送給速度設定信号Ｆｒ及び上記の送給速度制御設定信号Ｆcrを入力として、動作モード選択信号ＭｓがＨｉｇｈレベル（送給速度可変制御の動作）のときは送給速度制御設定信号Ｆcrに相当する送給速度で溶接ワイヤ１を送給し、動作モード選択信号ＭｓがＬｏｗレベル（送給速度可変制御の禁止）のときは送給速度設定信号Ｆｒに相当す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を上記の送給モータＷＭに出力する。したがって、動作モード選択信号ＭｓがＨｉｇｈレベルのときは送給速度可変制御が動作し、Ｌｏｗレベルのときは禁止されて送給速度設定信号Ｆｒの値による定速送給となる。
【００２６】
図２は、本発明の実施の形態１に係るくびれ検出制御方法を示す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）はくびれ検出信号Ｎｄの時間変化を示し、同図（Ｄ）は駆動信号Ｄｒの時間変化を示し、同図（Ｅ）は遅延信号Ｔdsの時間変化を示し、同図（Ｆ）は電流制御設定信号Ｉcrの時間変化を示す。同図に示すくびれ検出制御は、動作モード選択信号Ｍｓの状態によらず常に動作している。但し、くびれの検出感度であるくびれ検出基準値信号Ｖtnの値が、動作モード選択信号Ｍｓの状態によって変化する。以下、同図を参照して説明する。
【００２７】
（１）時刻ｔ１の短絡発生から時刻ｔ２のくびれ検出時点までの動作
時刻ｔ１において溶接ワイヤが母材と接触すると短絡状態になり、同図（Ｂ）に示すように、溶接電圧Ｖｗは数Ｖ程度の短絡電圧値に急減する。この溶接電圧Ｖｗが短絡／アーク判別値Ｖta未満になったことを判別して、同図（Ｅ）に示すように、遅延信号ＴdsはＬｏｗレベルからＨｉｇｈレベルに変化する。これに応動して、同図（Ｆ）に示すように、電流制御設定信号Ｉcrは時刻ｔ１において予め定めた高レベル電流設定値から小さな値である予め定めた初期電流設定値に変化する。時刻ｔ１〜ｔ１１の予め定めた初期期間中は上記の初期電流設定値となり、時刻ｔ１１〜ｔ１２の期間中は予め定めた短絡時傾斜で上昇し、時刻ｔ１２〜ｔ２の期間中は予め定めたピーク設定値となる。短絡期間中は上述したように定電流制御されているので溶接電流Ｉｗは電流制御設定信号Ｉcrに相当する値に制御される。このために、同図（Ａ）に示すように、溶接電流Ｉｗは、時刻ｔ１においてアーク期間の溶接電流から急減し、時刻ｔ１〜ｔ１１の初期期間中は初期電流値となり、時刻ｔ１１〜ｔ１２の期間中は短絡時傾斜で上昇し、時刻ｔ１２〜ｔ２の期間中はピーク値となる。同図（Ｂ）に示すように、溶接電圧Ｖｗは、溶接電流Ｉｗがピーク値となる時刻ｔ１２あたりから急上昇する。これは、溶滴にくびれが発生したためである。同図（Ｃ）に示すように、くびれ検出信号Ｎｄは、後述する時刻ｔ２〜ｔ３の期間はＨｉｇｈレベルとなり、それ以外の期間はＬｏｗレベルとなる。同図（Ｄ）に示すように、駆動信号Ｄｒは、後述する時刻ｔ２〜ｔ２１の期間はＬｏｗレベルとなり、それ以外の期間はＨｉｇｈレベルとなる。したがって、同図において時刻ｔ２以前の期間中は、駆動信号ＤｒはＨｉｇｈレベルとなり、図１のトランジスタＴＲがオン状態となるので、減流抵抗器Ｒは短絡されて通常の消耗電極アーク溶接電源と同一の状態となる。上記の初期期間は１ms程度に設定され、初期電流値は５０Ａ程度に設定され、短絡時傾斜は１００〜３００Ａ／ms程度に設定され、ピーク値は３００〜４００Ａ程度に設定される。
【００２８】
（２）時刻ｔ２のくびれ検出時点から時刻ｔ３のアーク再発生時点までの動作
時刻ｔ２において、同図（Ｂ）に示すように、溶接電圧Ｖｗが急上昇して初期期間中の電圧値からの電圧上昇値ΔＶがくびれ検出基準値信号Ｖtnの値と等しくなったことによってくびれを検出すると、同図（Ｃ）に示すように、くびれ検出信号ＮｄはＨｉｇｈレベルに変化する。これに応動して、同図（Ｄ）に示すように、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はオフ状態となり減流抵抗器Ｒが通電路に挿入される。同時に、同図（Ｆ）に示すように、電流制御設定信号Ｉcrは低レベル電流設定信号Ｉlrの値へと小さくなる。このために、同図（Ａ）に示すように、溶接電流Ｉｗはピーク値から低レベル電流値Ｉｌへと急減する。そして、時刻ｔ２１において溶接電流Ｉｗが低レベル電流値Ｉｌまで減少すると、同図（Ｄ）に示すように、駆動信号ＤｒはＨｉｇｈレベルに戻るので、図１のトランジスタＴＲはオン状態となり減流抵抗器Ｒは短絡される。同図（Ａ）に示すように、溶接電流Ｉｗは、電流設定信号Ｉｒが低レベル電流設定信号Ｉlrのままであるので、時刻ｔ３のアーク再発生までは低レベル電流値Ｉｌを維持する。したがって、トランジスタＴＲは、時刻ｔ２にくびれが検出されてから時刻ｔ２１に溶接電流Ｉｗが低レベル電流値Ｉｌに減少するまでの期間のみオフ状態となる。同図（Ｂ）に示すように、溶接電圧Ｖｗは、時刻ｔ２から一旦減少した後に急上昇する。上記の低レベル電流値Ｉｌは３０Ａ程度に設定される。上記のくびれ検出基準値信号Ｖtnの値は、上述したように、くびれの検出感度を設定することになる。くびれ検出基準値信号Ｖtnの値は、動作モード選択信号ＭｓがＨｉｇｈレベル（送給速度可変制御の動作）のときの方が、Ｌｏｗレベル（送給速度可変制御の禁止）のときよりも大きくなる。すなわち、送給速度可変制御が動作するときには、くびれの誤検出が発生しやすくなるために、くびれの検出感度を低くしている。このことで、少しスパッタ発生量が増加するが、溶接状態を安定に維持することができる。送給速度可変制御を動作させないときには、くびれの検出感度を高くして、スパッタの発生量がより少なくなるようにしている。くびれの検出感度を高めても、送給速度可変制御が動作していないので、溶接状態が不安定になることはない。上記において、くびれの誤検出とは、溶滴にくびれがまだ十分に形成されない状態でくびれの検出と判別することである。時刻ｔ２〜ｔ３の期間は１ms以下となるのが望ましいが、くびれの誤検出が発生すると、数msと長くなり、溶接状態が不安定になる。極端な場合には、アークが再発生しない状態になることもある。
【００２９】
（３）時刻ｔ３のアーク再発生時点から時刻ｔ４の遅延期間Ｔｄの終了時点までの動作
時刻ｔ３においてアークが再発生すると、同図（Ｂ）に示すように、溶接電圧Ｖｗの値は短絡／アーク判別値Ｖta以上となる。これに応動して、同図（Ｆ）に示すように、電流制御設定信号Ｉcrの値は、低レベル電流設定信号Ｉlrの値から予め定めたアーク時傾斜で上昇し、上記の高レベル電流設定値に達するとその値を維持する。同図（Ｅ）に示すように、遅延信号Ｔdsは、時刻ｔ３にアークが再発生してから予め定めた遅延期間Ｔｄだ経過する時刻ｔ４までＨｉｇｈレベルのままである。したがって、溶接電源は時刻ｔ４まで定電流制御されているので、同図（Ａ）に示すように、溶接電流Ｉｗは、時刻ｔ３からアーク時傾斜で上昇し、高レベル電流値に達するとその値を時刻ｔ４まで維持する。同図（Ｂ）に示すように、溶接電圧Ｖｗは、時刻ｔ３〜ｔ４の遅延期間Ｔｄ中は高レベル電圧値の状態にある。遅延期間Ｔｄは２ms程度に設定される。同図（Ｃ）に示すように、くびれ検出信号Ｎｄは、時刻ｔ３にアークが再発生するので、Ｌｏｗレベルに変化する。
【００３０】
（４）時刻ｔ４の遅延期間Ｔｄ終了時点から時刻ｔ５の次の短絡発生までのアーク期間の動作
同図（Ｅ）に示すように、遅延信号ＴdsがＬｏｗレベルに変化する。この結果、溶接電源は定電流制御から定電圧制御へと切り換えられる。このために、同図（Ａ）に示すように、溶接電流Ｉｗは高レベル電流値から次第に減少する。同様に、同図（Ｂ）に示すように、溶接電圧Ｖｗは高レベル電圧値から次第に減少する。
【００３１】
このように、くびれ検出制御では、時刻ｔ２にくびれを検出すると通電路に減流抵抗器を挿入することによって溶接電流Ｉｗを急減させて、時刻ｔ３にアークが再発生した時点における電流値を小さな値に制御することができる。このために、スパッタ発生量を大幅に低減することができる。
【００３２】
図３は、動作モード選択信号ＭｓがＨｉｇｈレベルであるときの本発明の実施の形態１に係る送給速度可変制御方法を示すタイミングチャートである。同図（Ａ）は給電チップ・母材間距離Ｌｗの時間変化を示し、同図（Ｂ）は送給速度Ｆｗの時間変化を示し、同図（Ｃ）は溶接電流平滑信号Ｉavの時間変化を示す。同図は、くびれ検出制御及び送給速度可変制御が共に動作している場合である。同図は、溶接中に給電チップ・母材間距離Ｌｗが、時刻ｔ１においてＬ１（mm）からＬ２（mm）へと長くなった場合の送給速度Ｆｗ及び溶接電流平滑信号Ｉavの過渡応答を示している。以下、同図を参照して説明する。
【００３３】
溶接中の時刻ｔ１において溶接トーチと母材との距離を長くすると、同図（Ａ）に示すように、給電チップ・母材間距離ＬｗはＬ１からＬ２へと長くなる。このために、同図（Ｃ）に示すように、溶接電流平滑信号Ｉavの値は、時刻ｔ１から傾斜を有して減少する。これに応動して送給速度可変制御によって溶接電流平滑信号Ｉavの値を一定値に維持しようとして、同図（Ｂ）に示すように、送給速度Ｆｗが時刻ｔ１から傾斜を有して速くなる。溶接電流平滑信号Ｉavの値は、同図（Ｃ）に示すように、時刻ｔ１から減少し、時刻ｔ２において減少から増加へと反転し、時刻ｔ３において時刻ｔ１以前の値に復帰する。送給速度Ｆｗは、時刻ｔ１から速くなり、時刻ｔ２においても速くなり続け、時刻ｔ３において時刻ｔ１以前よりも高速な値に収束する。時刻ｔ１〜ｔ３の時間が、過渡応答時間Ｔ１（秒）となる。例えば、Ｔ１＝３００ms程度である。
【００３４】
図２で上述した時刻ｔ１〜ｔ５の周期は１００ms未満となることが多い。図３の過渡応答時間Ｔ１は３００ms程度であるので、この期間中には短絡とアークとを少なくとも３回繰り返すことになる。
【００３５】
図４は、動作モード選択信号ＭｓがＬｏｗレベルであるときの本発明の実施の形態１に係る送給速度可変制御方法を示すタイミングチャートである。同図（Ａ）は給電チップ・母材間距離Ｌｗの時間変化を示し、同図（Ｂ）は送給速度Ｆｗの時間変化を示し、同図（Ｃ）は溶接電流平滑信号Ｉavの時間変化を示す。同図は、くびれ検出制御は動作しているが、送給速度可変制御は動作が禁止されている場合である。同図は、溶接中に給電チップ・母材間距離Ｌｗが、時刻ｔ１においてＬ１（mm）からＬ２（mm）へと長くなった場合の送給速度Ｆｗ及び溶接電流平滑信号Ｉavの過渡応答を示している。以下、同図を参照して説明する。
【００３６】
溶接中の時刻ｔ１において溶接トーチと母材との距離を長くすると、同図（Ａ）に示すように、給電チップ・母材間距離ＬｗはＬ１からＬ２へと長くなる。このために、同図（Ｃ）に示すように、溶接電流平滑信号Ｉavの値は、時刻ｔ１から傾斜を有して減少し、時刻ｔ２において一定値に収束する。送給速度可変制御は動作していないので、同図（Ｂ）に示すように、送給速度Ｆｗは一定値のままである。このように、送給速度可変制御が動作していないときに、給電チップ・母材間距離Ｌｗが変化すると、溶接電流平滑信号Ｉavの値も変化する。
【００３７】
送給速度可変制御は、給電チップ・母材間距離が変化しても溶接電流平滑値を一定に維持することによって溶け込み深さを均一化するものである。しかし、溶接電流平滑値が１８０Ａ程度未満の小電流域においては、給電チップ・母材間距離を変化させると、送給速度可変制御を動作させていなくても溶接状態が不安定になることが多いために、溶接中に給電チップ・母材間距離を変化させないようにしている。したがって、小電流域の溶接では、送給速度可変制御の動作は禁止している。そして、この小電流域の溶接では、短絡が８０〜１００回／秒と数多く発生するので、スパッタが多く発生する。このために、くびれの検出感度を高くしてくびれ検出制御が確実に動作するようにして、スパッタの発生量が低減するようにしている。すなわち、小電流域の溶接においては、動作モード選択信号ＭｓをＬｏｗレベルに設定することによって、送給速度可変制御の動作を禁止し、かつ、くびれ検出制御の検出感度を高くしている。
【００３８】
これに対して、溶接電流平滑値が１８０Ａ程度以上の中・大電流域においては、上述したように、給電チップ・母材間距離を一定値に保持することが、溶接トーチと母材との干渉の問題等から困難な場合も生じる。また、中・大電流域では、給電チップ・母材間距離を変化させても溶接状態は安定状態を維持することができる。このために、送給速度可変制御は、小電流域では使用されず、中・大電流域で使用される。ところで、中・大電流域の溶接には、薄板に対して溶接速度を高速にして溶接（高速溶接）する場合と、厚板に対して溶接速度を低速にして溶接（低速溶接）する場合とがある。
【００３９】
高速溶接時には、アンダーカット等の溶接欠陥の発生を防止するために、溶接電圧Ｖｗを低く設定してアーク長を短くして溶接する。この結果、短絡が多く発生する状態となり、１秒間当たりの短絡回数は３０〜４０回程度と多くなる。短絡回数が多くなると、スパッタ発生量も多くなるので、くびれ検出制御の検出感度を高くすることで、スパッタ発生量を低減させることができる。また、高速溶接時には、給電チップ・母材間距離をあまり大きく変化させると溶接状態が不安定になるので、給電チップ・母材間距離の変化は緩やかでかつ小幅になるように設定される。このために、送給速度可変制御の動作を禁止しても、溶け込み深さの変動は小さい。すなわち、中・大電流域の高速溶接においては、動作モード選択信号ＭｓをＬｏｗレベルにして、送給速度可変制御の動作を禁止し、かつ、くびれ検出制御の検出感度を高くなるようにしている。
【００４０】
他方、低速溶接時には、ビード外観を良好にするために、溶接電圧Ｖｗを高く設定してアーク長を長くして溶接する。この結果、短絡は少ししか発生せず、１秒間当たりの短絡回数は１０〜２０回程度と少なくなる。短絡回数が少なくなると、くびれ検出制御の検出感度を低くしても、スパッタ発生量がやや増加するだけであり、溶接品質への影響は小さい。また、厚板の低速溶接時には、給電チップ・母材間距離を大きく変化させる場合が生 じる。このようなときに、溶け込み深さの変動を抑制するためには、給電チップ・母材間距離の変化に対する溶接電流平滑値の変化を小さくする必要がある。このためには、送給速度可変制御を動作させれば良い。このときに、くびれ検出制御の検出感度は低くなるように設定されるので、両制御を同時に動作させても、溶接状態が不安定になることはない。すなわち、中・大電流域の低速溶接においては、動作モード選択信号ＭｓをＨｉｇｈレベルに設定することによって、送給速度可変制御を動作させ、かつ、くびれ検出制御の検出感度を低くなるようにしている。
【００４１】
したがって、上述した実施の形態１によれば、送給速度可変制御を動作させる動作モードと禁止する禁止モードとを備え、くびれ検出基準値を動作モードのときは禁止モードのときよりも大きくするようにしている。これにより、本実施の形態では、くびれ検出制御及び送給速度の可変制御を共に動作させて溶接する場合において、くびれ検出制御の検出感度が低くなり、くびれの誤検出を防止することができるので、溶接状態を安定に保つことができる。また、送給速度可変制御の動作を禁止してくびれ検出制御のみを動作させて溶接する場合には、くびれ検出制御の検出感度が高くなり、くびれを確実に検出することができるようになるので、スパッタの発生量を大幅に低減することができる。
【００４２】
［実施の形態２］
実施の形態２の発明は、実施の形態１の発明において、単位時間当たりの短絡回数を検出し、この短絡回数検出値に基づいて動作モード選択信号Ｍｓを切り換えるものである。以下、図面を参照して実施の形態２の発明について説明する。
【００４３】
図５は、本発明の実施の形態２に係る消耗電極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。同図は上述した図１と対応しており、同一のブロックには同一符合を付して、それらのブロックの説明は省略する。同図は、図１に短絡回数検出回路ＮＳを追加し、図１の動作モード選択回路ＭＳを第２動作モード選択回路ＭＳ２に置換したものである。以下、同図を参照してこれらのブロックについて説明する。
【００４４】
短絡回数検出回路ＮＳは、短絡／アーク判別信号Ｓｄを入力として、所定周期ごとに単位時間当たりの短絡回数を算出して、短絡回数検出信号Ｎｓを出力する。所定周期は、例えば１〜５秒程度に設定される。アーク長の設定（電圧設定信号Ｖｒ）が溶接中に複数回変化するような場合には、この所定周期を短く設定すると、アーク長変化時の短絡回数の変化を正確に検出することができる。短絡回数の変化を正確に検出することができると、後述するように、動作モード選択信号Ｍｓの選択を溶接中においても常に適正化することができる。また、短絡回数の検出をアークスタート後に１回だけ行うようにしても良い。これは、１回の溶接中にはアーク長の設定が変化しない場合である。アークスタート後に溶接状態が安定した時点で短絡回数を検出すれば良い。上記の単位時間は、例えば１秒間である。但し、短絡回数の検出時間（計測時間）は、０．５〜３秒程度に設定し、その検出回数を１秒間に換算すれば良い。したがって、短絡回数検出信号Ｎｓの値は、０以上の整数だけでなく、０以上の実数となる場合もある。短絡回数を周期ごとに検出して、その移動平均値を算出して、上記の短絡回数検出信号Ｎｓとしても良い。
【００４５】
第２動作モード選択回路ＭＳ２は、上記の短絡回数検出信号Ｎｓを入力として、短絡回数検出信号Ｎｓの値が予め定めた基準回数未満のときはＨｉｇｈレベルになり、以上のときはＬｏｗレベルとなる動作モード選択信号Ｍｓを出力する。この回路により、短絡回数検出信号Ｎｓの値が基準回数未満のときは送給速度可変制御が動作するモードとなり、以上のときは送給速度可変制御の動作が禁止されるモードとなる。上記の基準回数は、２０〜３０回／秒程度に設定される。上述したように、小電流域の溶接では単位時間当たりの短絡回数は８０〜１００回程度であるので、動作モード選択信号Ｍｓは自動的にＬｏｗレベル（送給速度可変制御の禁止）になる。他方、中・大電流域の高速溶接では単位時間当たりの短絡回数は３０〜４０回程度であるので、動作モード選択信号Ｍｓは自動的にＬｏｗレベル（送給速度可変制御の禁止）になる。さらに、中・大電流域の低速溶接では単位時間当たりの短絡回数は１０〜２０回程度であるので、動作モード選択信号Ｍｓは自動的にＨｉｇｈレベル（送給速度可変制御の動作）になる。
【００４６】
本発明の実施の形態２に係る消耗電極アーク溶接制御方法を説明するための溶接電源における各信号のタイミングチャートは、上述した図２〜図４と同一であるので、説明は省略する。
【００４７】
上述した実施の形態２によれば、短絡回数検出信号Ｎｓの値に基づいて動作モード選択信号Ｍｓを自動的に切り換えることができる。このために、実施の形態２では、実施の形態１の効果に加えて、動作モード選択信号Ｍｓを手動によって切り換える手間を省くことができ、かつ、溶接条件と適合しない動作モード選択信号Ｍｓを選択する誤設定を防止することができる。
【００４８】
上述した実施の形態２において、単位時間当たりの短絡回数の代わりに、溶接時間に占める短絡機関の時間比率である短絡時間率、溶接速度、継手形状等を使用しても良い。
【符号の説明】
【００４９】
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
Ｅａ            誤差増幅信号
ＥＦ            送給誤差増幅回路
Ｅｆ            送給誤差増幅信号
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
ＦＣＲ            送給速度制御設定回路
Ｆcr            送給速度制御設定信号
ＦＲ            送給速度設定回路
Ｆｒ            送給速度設定信号
Ｆｗ            送給速度
ＩＡＶ            電流平滑回路
Ｉav            溶接電流平滑信号
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
Ｉｌ            低レベル電流値
ＩＬＲ            低レベル電流設定回路
Ｉlr            低レベル電流設定信号
ＩＲ            電流設定回路
Ｉｒ            電流設定信号
Ｉｗ            溶接電流
Ｌｗ            給電チップ・母材間距離
ＭＳ            動作モード選択回路
Ｍｓ            動作モード選択信号
ＭＳ２            第２動作モード選択回路
ＮＤ            くびれ検出回路
Ｎｄ            くびれ検出信号
ＮＳ            短絡回数検出回路
Ｎｓ            短絡回数検出信号
ＰＭ            電源主回路
Ｒ            減流抵抗器
ＳＤ            短絡／アーク判別回路
Ｓｄ            短絡／アーク判別信号
ＳＷ            制御切換回路
Ｔ１            過渡応答時間
Ｔｄ            遅延期間
ＴＤＳ            オフディレイ回路
Ｔds            遅延信号
ＴＲ            トランジスタ
ＶＤ            電圧検出回路
Ｖｄ            電圧検出信号
ＶＲ            電圧設定回路
Ｖｒ            電圧設定信号
Ｖta            短絡／アーク判別値
ＶＴＮ            くびれ検出基準値修正回路
Ｖtn            くびれ検出基準値信号
ＶＴＲ            くびれ検出基準値設定回路
Ｖtr            くびれ検出基準値設定信号
Ｖｗ            溶接電圧
ＷＭ            送給モータ
ΔＶ            電圧上昇値
【図１】
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【図２】
2014034031.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
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