(57)【要約】【課題】消耗電極アーク溶接電源において、定電圧制御に溶接電力制御を加味した電圧電力制御におけるパラメータの設定方法を簡易化して操作性を向上させること。【解決手段】本発明は，溶接ワイヤを予め定めた送給速度で送給すると共に、溶接電流値Ｉｗと溶接電圧値Ｖｗとの積である溶接電力値Ｐｗと予め定めた電力設定値Ｐｒとの誤差増幅値ΔＰを算出し、予め定めた溶接電圧設定値Ｖｒからこの誤差増幅値ΔＰを減算して電圧制御設定値Ｖｃｒを算出し、この電圧制御設定値Ｖｃｒと前記溶接電圧値Ｖｗが略等しくなるように溶接電源の出力を制御してアーク溶接を行うアーク溶接電源の出力制御方法において、前記送給速度の設定値Ｆｒに対応する溶接電流設定値Ｉｒを算出し、前記電力設定値Ｐｒをこの溶接電流設定値Ｉｒと前記溶接電圧設定値Ｖｒとの積として設定するアーク溶接電源の出力制御方法である。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
溶接ワイヤを予め定めた送給速度で送給すると共に、溶接電流値と溶接電圧値との積である溶接電力値と予め定めた電力設定値との誤差増幅値を算出し、予め定めた溶接電圧設定値からこの誤差増幅値を減算して電圧制御設定値を算出し、この電圧制御設定値と前記溶接電圧値が略等しくなるように溶接電源の出力を制御してアーク溶接を行うアーク溶接電源の出力制御方法において、
前記送給速度の設定値に対応する溶接電流設定値を算出し、前記電力設定値をこの溶接電流設定値と前記溶接電圧設定値との積として設定する、ことを特徴とするアーク溶接電源の出力制御方法。
【請求項２】
溶接ワイヤを予め定めた送給速度で送給すると共に、溶接電流値と溶接電圧値との積である溶接電力値の微分値を算出し、予め定めた溶接電圧設定値からこの溶接電力微分値を減算して電圧制御設定値を算出し、この電圧制御設定値と前記溶接電圧値が略等しくなるように溶接電源の出力を制御してアーク溶接を行う、ことを特徴とするアーク溶接電源の出力制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、消耗電極アーク溶接において溶接電流値と溶接電圧値との積である溶接電力値に基づいて溶接電源の出力を制御することによって溶接状態の安定性を向上させるためのアーク溶接電源の出力制御方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
消耗電極アーク溶接では、消耗電極である溶接ワイヤを予め定めた送給速度Ｗｆで母材へ送給すると共に、溶接電源から溶接電流Ｉｗ及び溶接電圧Ｖｗを供給し、溶接ワイヤと母材との間にアークを発生させて溶接を行う。このときの溶接電源には定電圧特性のものが使用されるのが一般的である。すなわち、溶接電圧Ｖｗが予め定めた溶接電圧設定値Ｖｒと等しくなるように溶接電源の出力が制御される。定電圧特性が使用される理由は以下のとおりである。すなわち、溶接品質を良好にするためにはアーク長を適正値に維持する必要がある。アーク長は溶接電圧Ｖｗと略比例関係にあるために、アーク長を溶接電圧Ｖｗで検出して、この検出値が適正アーク長に相当する溶接電圧設定値Ｖｒと等しくなるように制御することによって、アーク長の適正化を図るものである。
【０００３】
消耗電極アーク溶接の代表的な溶接法としては、炭酸ガスアーク溶接（ＣＯ2溶接）、マグ溶接、ミグ溶接等がある。これらの溶接法では、平均溶接電流値が１００〜２００Ａ以下のときには短絡移行溶接になり、電流値が高くなるとグロビュール移行溶接又はスプレー移行溶接になる。図４は、この短絡移行溶接における溶接電流Ｉｗ及び溶接電圧Ｖｗの波形図の一例である。同図に示すように、溶接ワイヤと母材とが短絡する短絡期間Ｔｓ中は、同図（Ａ）に示すように、溶接電流Ｉｗは上昇し、同図（Ｂ）に示すように、溶接電圧Ｖｗは低い短絡電圧値になる。アークが発生するアーク期間Ｔａ中は、同図（Ａ）に示すように、溶接電流Ｉｗは下降し、同図（Ｂ）に示すように、溶接電圧Ｖｗは高いアーク電圧値になる。同図（Ｂ）に示すように、溶接電圧Ｖｗの平滑値が溶接電圧設定値Ｖｒと等しくなるように溶接電源の出力は制御される。次に図５は、上述したグロビュール移行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。同図（Ａ）に示すように、溶接電流Ｉｗは溶接ワイヤから溶滴が移行したときに急減し、その後は徐々に上昇する。周期Ｔｆごとに溶滴の移行が繰り返され、その都度電流値が変化する。他方、同図（Ｂ）に示すように、溶接電圧Ｖｗは溶滴移行時にアーク長が長くなるために急増し、その後はアーク長が徐々に短くなるにつれ下降する。同図（Ｂ）に示すように、溶接電圧Ｖｗの平滑値が溶接電圧設定値Ｖｒと等しくなるように、溶接電源の出力が制御される。
【０００４】
上述した消耗電極アーク溶接において、定電圧特性を基本的な制御とすると共に、溶接電流値Ｉｗと溶接電圧値Ｖｗとの積である溶接電力値Ｐｗの制御を加味する電圧電力制御が提案されている。溶接電力値Ｐｗは溶接ワイヤ及び母材への入熱と関係する値である。したがって、この電圧電力制御は、定電圧制御によってアーク長を適正化すると共に、電力制御によって入熱制御を部分的に加味することによって溶品質のさらなる向上を図るものである（例えば、特許文献１〜３を参照）。
【０００５】
図６は、上述した従来技術の電圧電力制御を採用した溶接電源のブロック図の一例である。以下、同図を参照して各ブロックについて説明する。
【０００６】
電源主回路ＭＣは、３相２００Ｖ等の商用電源を入力として、後述する電圧誤差増幅信号ΔＶに従ってインバータ制御、サイリスタ位相制御等の出力制御を行い、アーク溶接に適した溶接電流Ｉｗ及び溶接電圧Ｖｗを出力する。溶接ワイヤ１は送給モータＭ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内を通って送給されて、母材２との間にアーク３が発生する。
【０００７】
電圧検出回路ＶＤは、溶接電圧Ｖｗを検出して、電圧検出信号Ｖｄを出力する。電流検出回路ＩＤは、溶接電流Ｉｗを検出して、電流検出信号Ｉｄを出力する。溶接電力算出回路ＰＷは、上記の電流検出信号Ｉｄと電圧検出信号Ｖｄとの乗算を行い、溶接電力信号Ｐｗ＝Ｉｄ×Ｖｄを出力する。電力設定回路ＰＲは、予め定めた電力設定信号Ｐｒを出力する。電力誤差増幅回路ＥＰは、上記の電力設定信号Ｐｒと上記の溶接電力信号Ｐｗとの誤差を増幅して、電力誤差増幅信号ΔＰを出力する。
【０００８】
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。減算回路ＳＢは、上記の溶接電圧設定信号Ｖｒから上記の電力誤差増幅信号ΔＰを減算して、電圧制御設定信号Ｖcr＝Ｖｒ−ΔＰを出力する。電圧誤差増幅回路ＥＶは、上記の電圧制御設定信号Ｖcrと上記の電圧検出信号Ｖｄとの誤差を増幅して、電圧誤差増幅信号ΔＶを出力する。
【０００９】
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。送給制御回路ＦＣは、上記の送給速度設定信号Ｆｒに相当する送給速度になるように送給制御信号Ｆｃを出力し送給モータＭを制御する。
【００１０】
同図では、溶接電圧設定信号Ｖｒを電力誤差増幅信号ΔＰによって修正した電圧制御設定信号Ｖcrと、溶接電圧Ｖｗとが等しくなるように電源主回路ＭＣを出力制御している。したがって、定電圧制御に電力制御を加味した制御となっている。
【００１１】
【特許文献１】特開昭６１−７１１７７号公報
【特許文献２】特開２００２−２７３５６９号公報
【特許文献３】特開２００２−３６１４１８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
一般的な消耗電極アーク溶接電源では、アーク長を設定する溶接電圧設定信号Ｖｒと、送給速度を設定する送給速度設定信号Ｆｒとを溶接条件に応じて適正値に設定する。両設定信号に関しては、これまでに蓄積された膨大なデータ及び長年の経験に基づく熟練した技能が存在する。このために、溶接条件が定まれば、両設定信号を容易に適正値に設定することができる。
【００１３】
図６で上述した従来技術においては、設定すべき項目は上記の両設定信号Ｖｒ、Ｆｒに加えて電力設定信号Ｐｒを適正値に設定する必要がある。この電力設定信号Ｐｒは溶接条件ごとに設定値を変更する必要がある。しかし、この電力設定信号Ｐｒの適正値が種々の溶接条件に対応してどうような値になるかについての蓄積されたデータも経験もない。このために、電力設定信号Ｐｒを適正化するのに多くの時間がかかっていた。すなわち、電圧電力制御を採用した溶接電源は使用方法が複雑になるために、普及していないのが実情である。
【００１４】
そこで、本発明では、電圧電力制御型溶接電源の設定方法を簡易化して使用しやすくすることができるアーク溶接電源の出力制御方法を提供する。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
上述した課題を解決するために、第１の発明は、溶接ワイヤを予め定めた送給速度で送給すると共に、溶接電流値と溶接電圧値との積である溶接電力値と予め定めた電力設定値との誤差増幅値を算出し、予め定めた溶接電圧設定値からこの誤差増幅値を減算して電圧制御設定値を算出し、この電圧制御設定値と前記溶接電圧値が略等しくなるように溶接電源の出力を制御してアーク溶接を行うアーク溶接電源の出力制御方法において、
前記送給速度の設定値に対応する溶接電流設定値を算出し、前記電力設定値をこの溶接電流設定値と前記溶接電圧設定値との積として設定する、ことを特徴とするアーク溶接電源の出力制御方法である。
【００１６】
また、第２の発明は、溶接ワイヤを予め定めた送給速度で送給すると共に、溶接電流値と溶接電圧値との積である溶接電力値の微分値を算出し、予め定めた溶接電圧設定値からこの溶接電力微分値を減算して電圧制御設定値を算出し、この電圧制御設定値と前記溶接電圧値が略等しくなるように溶接電源の出力を制御してアーク溶接を行う、ことを特徴とするアーク溶接電源の出力制御方法である。
【発明の効果】
【００１７】
上記第１の発明によれば、アーク溶接電源を電圧電力制御するときに電力設定値を溶接電流設定値と溶接電圧設定値との積として自動設定する。このために、溶接電流設定値に対応する送給速度設定値と溶接電圧設定値を従来とおり設定するだけでよく、複雑な電力設定値の設定は不要となる。この結果，電圧電力制御型の溶接電源の操作性が向上する。
【００１８】
上記第２の発明によれば、アーク溶接電源を電圧電力制御するときに溶接電力値の微分値を使用するために電力設定値の設定は不要となる。このために、送給速度設定値と溶接電圧設定値を従来とおり設定するだけでよい。この結果，電圧電力制御型の溶接電源の操作性が向上する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
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。
【００２０】
［実施の形態１］
図１は、本発明の実施の形態１に係るアーク溶接電源の出力制御方法を示すブロック図である。同図において上述した図６と同一のブロックには同一符号を付してそれらの説明は省略する。以下、図６とは異なる点線で示すブロックについて同図を参照して説明する。
【００２１】
溶接電流設定値算出回路ＩＣＲは、送給速度設定信号Ｆｒを入力として、溶接条件ごとに予め定めた関係によって溶接電流設定信号Ｉｒを算出して出力する。この関係の一例を図２に示す。図２は、送給速度設定信号Ｆｒと溶接電流設定信号Ｉｒとの関係を示す。図２において、Ｌ１は直径１．２mmの鉄鋼ワイヤの場合であり、Ｌ２は直径１．６mmの鉄鋼ワイヤの場合であり、給電チップ・母材間距離が１５mmの場合である。例えば、Ｌ１においてＦｃ＝４m/minのときはＩｒ＝１５０Ａとなる。この関係は、各送給速度で溶接を行ったときの通電する平均溶接電流値を示しており、広く知られた一般的なデータである。
【００２２】
電力設定値算出回路ＰＣＲは、上記の溶接電流設定信号Ｉｒ及び溶接電圧設定信号Ｖｒを入力として、両値の乗算を行い、電力設定信号Ｐｒ＝Ｉｒ×Ｖｒを出力する。これ以外の動作は上述した図６と同一である。溶接電流設定信号Ｉｒは、上述したように、送給速度に対応する平均溶接電流値を表しており、溶接電圧設定信号Ｖｒは適正なアーク長に対応する平均溶接電圧値を表している。したがって、両値の積である電力設定信号Ｐｒは、各溶接条件における適正な入熱量を表していることになる。このために、電圧電力制御における電力設定信号Ｐｒを、溶接電流設定信号Ｉｒ及び溶接電圧設定信号Ｖｒによって自動的に設定することができる。溶接電流設定信号Ｉｒは、上述したように、送給速度設定信号Ｆｒによって算出されるので、結局図１の溶接電源においては従来通り送給速度設定信号Ｆｒ及び溶接電圧設定信号Ｖｒのみを設定すればよい。
【００２３】
［実施の形態２］
図３は、本発明の実施の形態２に係るアーク溶接電源の出力制御方法を示すブロック図である。同図において上述した図６と同一のブロックには同一符号を付してそれらの説明は省略する。以下、図６とは異なる点線で示すブロックについて同図を参照して説明する。
【００２４】
電力微分回路ＢＰは、溶接電力信号Ｐｗの微分値を算出して、電力微分信号Ｂｐ＝ｄＰｗ／ｄｔを出力する。第２減算回路ＳＢ２は、溶接電圧設定信号Ｖｒから上記の電力微分信号Ｂｐを減算して、電圧制御設定信号Ｖcr＝Ｖｒ−Ｂｐを出力する。これ以外の動作は上述した図６と同一である。
【００２５】
実施の形態２では、電力微分信号Ｂｐを利用することによって電圧電力制御を実現している。これにより、溶接中の電力の変化を抑制して入熱の安定化を図り、溶接性の向上を図るものである。実施の形態２においては、送給速度設定信号Ｆｒ及び溶接電圧設定信号Ｖｒのみを従来通り設定すればよい。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】本発明の実施の形態１に係るアーク溶接電源の出力制御方法を示すブロック図である。
【図２】送給速度設定信号Ｆｒと溶接電流設定信号Ｉｒとの関係図である。
【図３】本発明の実施の形態２に係るアーク溶接電源の出力制御方法を示すブロック図である。
【図４】従来技術における短絡移行溶接の電流・電圧波形図である。
【図５】従来技術におけるグロビュール移行溶接の電流・電圧波形図である。
【図６】従来技術におけるアーク溶接電源の出力制御方法を示すブロック図である。
【符号の説明】
【００２７】
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
ＢＰ            電力微分回路
Ｂｐ            電力微分信号
ＥＰ            電力誤差増幅回路
ＥＶ            電圧誤差増幅回路
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
ＩＣＲ            溶接電流設定値算出回路
ＩＤ            電流検出回路
Ｉｄ            電流検出信号
Ｉｒ            溶接電流設定信号
Ｉｗ            溶接電流
Ｍ            送給モータ
ＭＣ            電源主回路
ＰＣＲ            電力設定値算出回路
ＰＲ            電力設定回路
Ｐｒ            電力設定信号
ＰＷ            溶接電力算出回路
Ｐｗ            溶接電力（値／信号）
ＳＢ            減算回路
ＳＢ２            第２減算回路
Ｔａ            アーク期間
Ｔｆ            周期
Ｔｓ            短絡期間
Ｖcr            電圧制御設定信号
ＶＤ            電圧検出回路
Ｖｄ            電圧検出信号
ＶＲ            溶接電圧設定回路
Ｖｒ            溶接電圧設定（値／信号）
Ｖｗ            溶接電圧
Ｗｆ            送給速度
ΔＰ            電力誤差増幅信号
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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