(57)【要約】【課題】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あって、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現象を消耗電極・母材間の電圧値又は抵抗値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、このくびれ現象を検出すると短絡負荷に通電する溶接電流Ｉｗを急減させて低電流値の状態てアークが再発生するように出力制御する消耗電極アーク溶接のくびれ検出制御方法において、溶接ケーブル引き回しによるインダクタンス値が変化してもくびれ現象の検出精度を高い状態に維持することが課題である。【解決手段】本発明は、アーク再発生時の溶接電流値Ｉａを検出し、このアーク再発生時溶接電流値Ｉａが予め定めたアーク再発生時電流設定値Ｉarと略等しくなるようにくびれ検出基準値Ｖtnを変化させる消耗電極アーク溶接のくびれ検出制御方法である。【選択図】図１
2006026718.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
消耗電極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あって、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現象を消耗電極・母材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、このくびれ現象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低電流値の状態てアークが再発生するように出力制御する消耗電極アーク溶接のくびれ検出制御方法において、
前記アーク再発生時の溶接電流値を検出し、このアーク再発生時溶接電流値が予め定めたアーク再発生時電流設定値と略等しくなるように前記くびれ検出基準値を変化させることを特徴とする消耗電極アーク溶接のくびれ検出制御方法。
【請求項２】
請求項１記載の消耗電極アーク溶接のくびれ検出制御方法によるテスト溶接を行い前記くびれ検出基準値の適正値を算出し、
実際の溶接に際しては前記くびれ検出基準値を前記テスト溶接で算出された適正値に固定してくびれ検出制御を行うことを特徴とする消耗電極アーク溶接のくびれ検出制御方法。
【請求項３】
請求項２記載の消耗電極アーク溶接のくびれ検出制御方法において、
複数の溶接個所毎にテスト溶接を行い前記溶接個所毎の前記くびれ検出基準値の適正値を算出し、実際の溶接に際しては前記くびれ検出基準値を前記溶接個所毎に算出された適正値に固定することを特徴とする消耗電極アーク溶接のくびれ検出制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、短絡期間中の溶滴のくびれ現象を検出して溶接電流を急減させて溶接品質を向上させるための消耗電極アーク溶接のくびれ検出制御方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
図５は、短絡期間Ｔｓとアーク期間Ｔａとを繰り返す消耗電極アーク溶接（以下、短絡移行溶接ともいう）における電流・電圧波形及び溶滴移行を示す図である。同図（Ａ）は消耗電極（以下、溶接ワイヤ１という）を通電する溶接電流Ｉｗの時間変化を示し、同図（Ｂ）は溶接ワイヤ１・母材２間に印加する溶接電圧Ｖｗの時間変化を示し、同図（Ｃ）〜（Ｅ）は溶滴１ａの移行の様子を示す。以下、同図を参照して説明する。
【０００３】
時刻ｔ１〜ｔ３の短絡期間Ｔｓ中は溶接ワイヤ１先端の溶滴１ａが母材２と短絡した状態にあり、同図（Ａ）に示すように、溶接電流Ｉｗは次第に増加し、同図（Ｂ）に示すように、溶接電圧Ｖｗは短絡状態にあるために数Ｖ程度の低い値となる。同図（Ｃ）に示すように、時刻ｔ１において溶滴１ａが母材２と接触して短絡状態に入る。その後、同図（Ｄ）に示すように、溶滴１ａを通電する溶接電流Ｉｗによる電磁的ピンチ力によって溶滴１ａ上部にくびれ１ｂが発生する。そしてこのくびれ１ｂが急速に進行して、時刻ｔ３において同図（Ｅ）に示すように、溶滴１ａは溶接ワイヤ１から溶融池２ａへと離脱しアーク３が再発生する。
【０００４】
上記のくびれ現象が発生すると、数百μｓ程度の極短時間後に短絡が開放されてアーク３が再発生する。すなわち、このくびれ現象は短絡開放の前兆現象となる。くびれ１ｂが発生すると、溶接電流Ｉｗの通路がくびれ部分で狭くなるために、くびれ部分の抵抗値が増大する。この抵抗値の増大は、くびれが進行してくびれ部分がより狭くなるほど大きくなる。したがって、短絡期間Ｔｓ中において溶接ワイヤ１・母材２間の抵抗値の変化を検出することでくびれ現象の発生を検出することができる。この抵抗値の変化は、溶接電圧Ｖｗ／溶接電流Ｉｗによって算出することができる。また、上述したように、くびれ発生期間は極短時間であるために、同図（Ａ）に示すように、この期間中の溶接電流Ｉｗの変化は小さい。このために、抵抗値の変化に代えて溶接電圧Ｖｗの変化によってもくびれ現象の発生を検出することができる。具体的なくびれ検出方法としては、短絡期間Ｔｓ中の抵抗値又は溶接電圧値Ｖｗの変化率（微分値）を算出し、この変化率が予め定めたくびれ検出基準値に達したことを判別することによってくびれ検出を行う。また、第２の方法としては、同図（Ｂ）に示すように、短絡期間Ｔｓ中のくびれ発生前の安定した短絡電圧値Ｖｓからの電圧上昇値ΔＶを算出し、時刻ｔ２においてこの電圧上昇値ΔＶが予め定めたくびれ検出基準値Ｖtnに達したことを判別することによってくびれ検出を行う。以下の説明では、くびれ検出方法が上記第２の方法の場合について説明するが、第１の方法、その他の方法であっても良い。時刻ｔ３のアーク再発生の検出は、溶接電圧Ｖｗが短絡／アーク判別値Ｖta以上になったことを判別して簡単に行うことができる。ちなみに、Ｖｗ＜Ｖtaのの期間が短絡期間Ｔｓとなり、Ｖｗ≧Ｖtaの期間がアーク期間Ｔａとなる。時刻ｔ２〜ｔ３のくびれ発生を検出してからアーク再発生までの期間を、以下くびれ検出期間Ｔｎと呼ぶことにする。
【０００５】
短絡移行溶接では、時刻ｔ３においてアーク３が再発生したときの電流値（以下、アーク再発生時溶接電流値Ｉａという）が大電流値であると、アーク３から溶融池２ａへの圧力（アーク力）が非常に大きくなり、大量のスパッタが発生する。すなわち、アーク再発生時溶接電流値Ｉａの値に略比例してスパッタ発生量が増加する。したがって、スパッタの発生を抑制するためには、上記のアーク再発生時溶接電流値Ｉａを小さくする必要がある。このための方法として、上記のくびれ現象の発生を検出して溶接電流Ｉｗを急減させてアーク再発生時溶接電流値Ｉａを小さくするくびれ検出時電流急減制御を付加した溶接電源が従来から種々提案されている。以下、これら従来技術について説明する。
【０００６】
［従来技術１（特許文献１）］
図６は、特許文献１に記載するくびれ検出時電流急減機能付溶接電源のブロック図である。溶接電源ＰＳは、一般的な消耗電極アーク溶接用の溶接電源である。トランジスタＴＲは出力に直列に挿入され、それと並列に抵抗器Ｒが接続されている。くびれ検出制御回路ＮＤは、＋端子と−端子間の溶接電圧Ｖｗを入力として短絡期間中に溶滴にくびれが発生したことを電圧の上昇によって検出するとＨｉｇｈレベルとなるくびれ検出信号Ｎｄを出力する。駆動回路ＤＲは、このくびれ検出信号ＮｄがＬｏｗレベルのときは上記のトランジスタＴＲをオン状態にする駆動信号Ｄｒを出力する。したがって、上記のトランジスタＴＲは、上記のくびれ検出信号ＮｄがＨｉｇｈレベル（くびれ検出期間Ｔｎ中）のときはオフ状態になる。
【０００７】
図７は、上記の溶接電源の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、同図（Ｂ）は溶接電圧Ｖｗの、同図（Ｃ）はくびれ検出信号Ｎｄの、同図（Ｄ）は駆動信号Ｄｒの時間変化を示す。以下、同図を参照して説明する。
【０００８】
同図において、時刻ｔ２〜ｔ３のくびれ検出期間Ｔn1以外の期間は、同図（Ｃ）に示すように、くびれ検出信号ＮｄはＬｏｗレベルであるので、同図（Ｄ）に示すように、駆動信号ＤｒはＨｉｇｈレベルになる。この結果、トランジスタＴＲはオン状態になるので、通常の消耗電極アーク溶接用の溶接電源と同一となる。
【０００９】
時刻ｔ２において、同図（Ｂ）に示すように、短絡期間Ｔｓ中に溶接電圧Ｖｗが上昇して電圧上昇値ΔＶが予め定めたくびれ検出基準値Ｖtn以上になったことを検出して溶滴にくびれが発生したと判別すると、同図（Ｃ）に示すように、くびれ検出信号ＮｄがＨｉｇｈレベルになる。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、トランジスタＴＲはオフ状態になる。同時に、溶接電源ＰＳの出力を停止する。この結果、抵抗器Ｒが溶接電流Ｉｗの通電路に挿入される。この抵抗器Ｒの値は短絡負荷（数十mΩ）の１０倍以上大きな値に設定されるために、同図（Ａ）に示すように、溶接電源内の直流リアクトル及び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て溶接電流Ｉｗは急激に減少する。時刻ｔ３において、短絡が開放し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が予め定めた短絡／アーク判別値Ｖta以上になる。これを検出して、同図（Ｃ）に示すように、くびれ検出信号ＮｄはＬｏｗレベルになり、同図（Ｄ）に示すように、駆動信号ＤｒはＨｉｇｈレベルになる。同時に溶接電源ＰＳの出力を開始して通常の消耗電極アーク溶接の制御に復帰する。この動作によって、アーク再発生時（時刻ｔ３）のアーク再発生時溶接電流値Ｉa1を小さくすることができ、スパッタの発生を抑制することができる。
【００１０】
［従来技術２（特願２００４−１４６１０８）］
図８は、従来技術２のくびれ検出時電流急減機能付溶接電源のブロック図である。以下、同図を参照して各回路ブロックについて説明する。
【００１１】
溶接電源ＰＳは、一般的な消耗電極アーク溶接用の溶接電源である。溶接電源ＰＳの＋端子と−端子間にコンデンサＣ及び放電用スイッチング素子ＴＲＤの直列回路から成る放電回路が接続される。この放電回路からの放電電流Ｉｄはくびれ検出期間中に溶接電流Ｉｗとは逆方向に通電する。上記のコンデンサＣの容量は、アーク再発生時に放電電流Ｉｄが略ピーク値となる値に設定する。上記のコンデンサＣに並列に充電電源Ｅ及び充電用スイッチング素子ＴＲＣの直列回路から成る充電回路が接続される。
【００１２】
くびれ検出制御回路ＮＤは、溶接電圧Ｖｗを入力として溶滴のくびれ発生を電圧の上昇によって検出してＨｉｇｈレベルとなるくびれ検出信号Ｎｄを出力する。充放電駆動回路ＤＲＡは、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レベルになると上記の充電用スイッチング素子ＴＲＣをオフにし、Ｌｏｗレベルになった時点又はそれから所定時間経過した時点で上記の充電用スイッチング素子ＴＲＣをオンにする充電駆動信号Ｄrcを出力する。同時に、上記の充放電駆動回路ＤＲＡは、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レベルになると上記の放電用スイッチング素子ＴＲＤをオンにし、Ｌｏｗレベルになった時点又はそれから所定時間経過した時点で上記の放電用スイッチング素子ＴＲＤをオフにする放電駆動信号Ｄrdを出力する。
【００１３】
図９は、上記のくびれ検出時電流急減機能付溶接電源の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、同図（Ｂ）は溶接電圧Ｖｗの、同図（Ｃ）はくびれ検出信号Ｎｄの、同図（Ｄ）は充電駆動信号Ｄrcの、同図（Ｅ）は放電駆動信号Ｄrdの、同図（Ｆ）は放電電流Ｉｄの、同図（Ｇ）はコンデンサの両端電圧Ｖｃの時間変化を示す。以下、同図を参照して説明する。
【００１４】
同図において、時刻ｔ２〜ｔ３のくびれ検出期間Ｔn1以外の期間は、同図（Ｃ）に示すように、くびれ検出信号ＮｄはＬｏｗレベルであるので、同図（Ｅ）に示すように、放電駆動信号ＤrdはＬｏｗレベルになる。この結果、放電用スイッチング素子ＴＲＤはオフ状態になるので、同図（Ａ）に示すように、溶接電流Ｉｗは通常の消耗電極アーク溶接用の溶接電源と同一となる。
【００１５】
時刻ｔ２において、同図（Ｂ）に示すように、短絡期間Ｔｓ中に溶接電圧Ｖｗが上昇して電圧上昇値ΔＶがくびれ検出基準値Ｖtn以上になったことを検出して溶滴にくびれが発生したと判別すると、同図（Ｃ）に示すように、くびれ検出信号ＮｄがＨｉｇｈレベルになる。これに応動して、同図（Ｄ）に示すように、充電駆動信号ＤrcはＬｏｗレベルになるので、充電用スイッチング素子ＴＲＣはオフ状態になる。同時に、同図（Ｅ）に示すように、放電駆動信号ＤrdはＨｉｇｈレベルになるので、放電用スイッチング素子ＴＲＤはオン状態になる。このために、同図（Ｆ）に示すように、コンデンサＣから放電電流Ｉｄが同図（Ａ）に示す溶接電流Ｉｗとは逆方向に通電する。同図（Ａ）の時刻ｔ２〜ｔ３の点線で示すように、出力電流Ｉｏは溶接電源ＰＳ内の大きなインダクタンス値の直流リアクトルの作用によって短時間では少ししか減少しない。この出力電流Ｉｏから放電電流Ｉｄが減算された値が溶接電流Ｉｗとなるので、溶接電流Ｉｗは急減する。時刻ｔ３において、短絡が開放し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が短絡／アーク判別値Ｖta以上になる。これを検出して、同図（Ｃ）に示すように、くびれ検出信号ＮｄはＬｏｗレベルになり、同図（Ｄ）に示すように、充電駆動信号ＤrcはＨｉｇｈレベルになる。このために、同図（Ｇ）に示すように、コンデンサの両端電圧Ｖｃは充電電源Ｅによって充電されて次第に大きくなる。同時に、同図（Ｅ）に示すように、放電駆動信号ＤrdはＬｏｗレベルになるので、放電用スイッチング素子ＴＲＤはオフ状態になる。このために、同図（Ｆ）に示すように、放電電流Ｉｄが遮断されるので、同図（Ａ）に示すように、溶接電流Ｉｗは出力電流Ｉｏと同一になり、溶接電流Ｉｗは増加する。この動作によって、アーク再発生時（時刻ｔ３）のアーク再発生時溶接電流値Ｉa1を小さくすることができ、スパッタの発生を抑制することができる。
【００１６】
［従来技術３（特許文献２）］
図１０は、上述した図７及び図９においてくびれ発生期間中の電圧上場特性Ｘが変化したときの溶接電流Ｉｗ及び溶接電圧Ｖｗの時間変化図である。電圧上昇特性Ｘは、溶滴のくびれの進行状態によって大きく影響を受ける。例えば、溶接ワイヤの材質、直径、溶接継手、溶接姿勢、溶接速度、ワイヤ突出し長さ等の溶接条件が変化すると、電圧上昇特性Ｘが変化する。この場合にくびれ検出基準値Ｖtnが一定値であると、同図（Ｂ）に示すように、時刻ｔ２のくびれ検出タイミングがずれることになる。この結果、くびれ検出期間がＴn1からＴn2に短くなる場合も生じ、同図（Ａ）に示すように、溶接電源ＩｗがＩa1まで減少しないでＩa2の状態でアークが再発生することになる。上述したように、アーク再発生時溶接電流値がＩa2にＩa1よりも大きくなると、それだけスパッタ低減効果が小さくなる。
【００１７】
また逆に、電圧上昇特性Ｘが変化してくびれ検出期間が長くなり過ぎると、溶接電流Ｉｗが零まで減少する場合も生じる。この場合には、くびれが進行して溶滴移行が終了してもアークが再発生しない場合も発生する。このような問題を解決するために、従来技術３では、くびれ検出期間Ｔｎの時間長さを検出し、このくびれ検出期間Ｔｎが所定値となるようにくびれ検出基準値Ｖtnを変化させる。これによって、溶接条件が変化して電圧上昇特性Ｘが変化してもそれに応じてくびれ検出基準値Ｖtnが変化してくびれ検出期間Ｔｎは略一定値となる。このために、アーク再発生時溶接電流値Ｉａは低電流値の略一定値になるので、スパッタ低減効果は大きいままである。
【００１８】
【特許文献１】特開昭５９−２０６１５９号公報
【特許文献２】特開平１−２０５８７５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１９】
図１１は、ケーブルのインダクタンス値が大きくなったときの上述した図１０に対応する溶接電流Ｉｗ及び溶接電圧Ｖｗの時間変化図である。同図は、従来技術３のくびれ検出期間Ｔｎを一定化する制御を行っている場合である。ケーブルのインダクタンス値とは、溶接電源と溶接トーチ又は母材とを結ぶ溶接ケーブルが長くなり、そのケーブルの引き回し方によって生じるインダクタンス値のことである。溶接電源に内蔵された直流リアクトルの大きなインダクタンス値は５０〜１００μＨ程度である。他方、ケーブルのインダクタンス値は大きいときは５０μＨにもなり、小さいときには５μＨ程度となる。このようにケーブルのインダクタンス値の影響は大きい。
【００２０】
同図において、図１０で上述したように、溶接条件が変化して電圧上昇特性Ｘが変化してもくびれ検出期間Ｔｎは所定値となる。しかし、このときにケーブルのインダクタンス値が大きな値に変化すると、同図（Ａ）に示すように、溶接電流Ｉｗの減少特性Ｙが緩やかになるために、アーク再発生時溶接電流値がＩa3と大きな値になる。この結果、スパッタ低減効果が小さくなる。また逆に、ケーブルのインダクタンス値が小さくなると、電流減少特性Ｙは速くなり溶接電流Ｉｗが零になる場合も生じる。この結果、アークの再発生に失敗する場合も生じる。さらに、ケーブルのインダクタンス値が大きい場合でもアーク再発生時溶接電流値を小さくするために、くびれ検出期間の目標値を長くした場合、すべての溶接条件にわたってくびれ検出基準値を低くしてくびれ検出感度を高くすることになる。このために、溶接条件によってはくびれ検出感度が不必要に高くなりすぎてくびれ現象を誤検出する場合も発生する。
【００２１】
そこで、本発明では、上述した溶接条件及びケーブルのインダクタンス値が変化しても正確にくびれ現象を検出することができ、アーク再発生時溶接電流値を常に低い値に維持してスパッタ発生を大幅に抑制することができる消耗電極アーク溶接のくびれ検出制御方法を提供する。
【課題を解決するための手段】
【００２２】
上述した課題を解決するために、第１の発明は、消耗電極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あって、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現象を消耗電極・母材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、このくびれ現象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低電流値の状態てアークが再発生するように出力制御する消耗電極アーク溶接のくびれ検出制御方法において、
前記アーク再発生時の溶接電流値を検出し、このアーク再発生時溶接電流値が予め定めたアーク再発生時電流設定値と略等しくなるように前記くびれ検出基準値を変化させることを特徴とする消耗電極アーク溶接のくびれ検出制御方法である。
【００２３】
また、第２の発明は、第１の発明記載の消耗電極アーク溶接のくびれ検出制御方法によるテスト溶接を行い前記くびれ検出基準値の適正値を算出し、
実際の溶接に際しては前記くびれ検出基準値を前記テスト溶接で算出された適正値に固定してくびれ検出制御を行うことを特徴とする消耗電極アーク溶接のくびれ検出制御方法である。
【００２４】
また、第３の発明は、第２の発明記載の消耗電極アーク溶接のくびれ検出制御方法において、
複数の溶接個所毎にテスト溶接を行い前記溶接個所毎の前記くびれ検出基準値の適正値を算出し、実際の溶接に際しては前記くびれ検出基準値を前記溶接個所毎に算出された適正値に固定することを特徴とする消耗電極アーク溶接のくびれ検出制御方法である。
【発明の効果】
【００２５】
上記第１の発明によれば、アーク再発生時溶接電流値が予め定めたアーク再発生時電流設定値に略等しくなるようにくびれ検出基準値を変化させることによって、ケーブルのインダクタンス値の変化に伴う電流減少特性及び溶接条件の変化に伴う電圧上昇特性が変化してもアーク再発生時溶接電流値を常に低電流値の所定値に維持することができる。このために、常にスパッタ発生を大幅に抑制することができる。さらに、実施工時の電流減少特性及び電圧上昇特性に応じてくびれ検出基準値が適正化されくびれ検出感度が適正範囲で低くなるので、くびれ検出感度が高すぎることによるくびれ現象の誤検出を抑制することができる。
【００２６】
上記第２の発明によれば、テスト溶接によってくびれ検出基準値を適正化し、実施工時にはくびれ検出基準値をテスト溶接で算出した適正値に固定化することによって、実施工中に外乱によってくびれ検出基準値が安定制御範囲外に変化することがないので、より安定した低スパッタ溶接を行うことができる。
【００２７】
上記第３の発明によれば、複数の溶接個所を溶接する場合において、溶接個所毎にくびれ検出基準値を適正化して固定化することによって、上記第２の発明の効果を奏することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２８】
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。
【００２９】
［実施の形態１］
本発明の実施の形態１は、くびれ検出制御において、アーク再発生時溶接電流値Ｉａを検出し、このアーク再発生時溶接電流値Ｉａが予め定めたアーク再発生時電流設定値Ｉarと略等しくなるようにくびれ検出基準値Ｖtnを変化させる消耗電極アーク溶接のくびれ検出制御方法である。
【００３０】
すなわち、短絡開放毎のアーク再発生時溶接電流値Ｉａを検出して、予め定めた目標値であるアーク再発生時電流設定値Ｉarとの誤差増幅値ΔＥを下式で算出する。
ΔＥ＝Gain・（Ｉar−Ｉａ）      （１）式
ここで、Gainは予め定めた正の増幅率である。
次に、第ｎ−１回目の短絡期間のくびれ検出基準値をＶtn(n-1)とすると、第ｎ回目の短絡期間のくびれ検出基準値Ｖtn(n)は下式で算出される。
Ｖtn(n)＝Ｖtn(n-1)＋ΔＥ＝Ｖtn0＋∫ΔＥ・dt      （２）式
ここで、Ｖtn0は予め定めたくびれ検出基準値の初期値であり、積分は溶接中継続する。
上述したように、溶接条件の変化に伴う電圧上昇特性Ｘの変化及びケーブルのインダクタンス値の変化に伴う電流減少特性Ｙの変化に影響されることなく、実施の形態１ではアーク再発生時溶接電流値Ｉａを常に低電流値のアーク再発生時電流設定値Ｉarに維持することができる。このために、常にスパッタ低減効果を最大限に発揮させることができる。
【００３１】
上記（１）式では、アーク再発生時溶接電流値Ｉａの検出値と目標値であるアーク再発生時電流設定値Ｉarとの誤差のみから誤差増幅値ΔＥを算出する。これに加えて、誤差の微分値を加算しても良い。アーク再発生時溶接電流値のフィードバック制御において、いわるゆＰ制御、ＰＩ制御又はＰＩＤ制御を行っても同様である。上記において、溶接条件及びケーブルのインダクタンス値が定まれば、上記の制御によってくびれ検出基準値Ｖtnはその溶接個所にとっての適正値に収束する。収束後のくびれ検出基準値Ｖtnは略一定値となる。
【００３２】
図１は、図１１で上述したケーブルのインダクタンス値が大きくなったときの溶接電流Ｉｗ及び溶接電圧Ｖｗの時間変化図である。同図において時刻ｔ２〜ｔ３以外の期間の動作は図５で上述した通常の消耗電極アーク溶接と同様であるのでそれらの説明は省略する。以下、同図を参照して説明する。
【００３３】
同図において、ケーブルのインダクタンス値が大きくなると、電流減少特性Ｙが緩やかになる。しかし、時刻ｔ３のアーク再発生時溶接電流値Ｉａがアーク再発生時電流設定値Ｉarに略等しくなるようにくびれ検出基準値Ｖtnが変化して適正値に収束するので、くびれ検出期間はＴn3に長くなる。このために、電流減少特性Ｙが緩やかになっても、アーク再発生時溶接電流値Ｉａは低電流値のアーク再発生時電流設定値Ｉarと略等しくなる。
【００３４】
同様に、溶接条件が変化して電圧上昇特性Ｘが変化した場合も、これに応じてアーク再発生時溶接電流値Ｉａがアーク再発生時電流設定値Ｉarに略等しくなるようにくびれ検出基準値Ｖtnが適正値に収束する。
【００３５】
実施の形態１では、アーク再発生時溶接電流値Ｉａがアーク再発生時電流設定値Ｉarと略等しくなる状態でのくびれ検出基準値Ｖtnの最大値が収束値となる。したがって、ケーブルのインダクタンス値が通常範囲内にあるときには、くびれ検出基準値Ｖtnが大きな値となる。ケーブルのインダクタンス値が大きくなるとくびれ検出基準値Ｖtnは小さな値となる。くびれ検出基準値Ｖtnの値が大きいほどくびれ検出感度は低くなる。したがって、ケーブルのインダクタンス値が通常範囲内にあるときは、くびれ検出感度は適正範囲において低くなり、くびれ検出感度が不必要に高すぎることによるくびれ現象の誤検出の確率は低くなる。
【００３６】
上述した実施の形態１を実施するための溶接電源のブロック図は、図６又は図８においてくびれ検出制御回路ＮＤを下記図２に示す回路に置換したものである。したがって、図２は、実施の形態１に係るくびれ検出制御回路ＮＤのブロック図である。以下、同図を参照して説明する。
【００３７】
同図では、溶接電流Ｉｗ及び溶接電圧Ｖｗを入力とし、くびれ検出基準値を適正化してくびれ現象を正確に検出して、くびれ検出信号Ｎｄを出力する。アーク再発生時溶接電流値検出回路ＩＡＤは、溶接電流Ｉｗを入力としてアーク再発生時溶接電流値を検出して、アーク再発生時溶接電流値検出信号Ｉadを出力する。アーク再発生時電流設定回路ＩＡＲは、予め定めたアーク再発生時電流設定信号Ｉarを出力する。誤差増幅回路ＥＡは、上記（１）式に示すように、上記のアーク再発生時電流設定信号Ｉarと上記のアーク再発生時溶接電流値検出信号Ｉadとの誤差を増幅して、誤差増幅信号ΔＥを出力する。くびれ検出基準値算出回路ＶＴＮは、初期値Ｖtn0及び上記の誤差増幅信号ΔＥを入力として上記（２）式によってくびれ検出基準値信号Ｖtnを出力する。この誤差増幅回路ＥＡ及びくびれ検出基準値算出回路ＶＴＮによって、アーク再発生時溶接電流値検出信号Ｉadがアーク再発生時電流設定信号Ｉarと略等しくなるようにくびれ検出基準値信号Ｖtnを適正化する。
【００３８】
溶接電圧検出回路ＶＤは、溶接電圧Ｖｗを検出して溶接電圧検出信号Ｖｄを出力する。電圧上昇値検出回路ＤＶは、図５で上述したように、溶接電圧検出信号Ｖｄを入力として短絡期間中の短絡電圧からの電圧上昇値を検出し、電圧上昇値検出信号ΔＶを出力する。くびれ比較回路ＣＭＮは、この電圧上昇値検出信号ΔＶと上記のくびれ検出基準値信号Ｖtnとを比較して、ΔＶ≧ＶtnのときにＨｉｇｈレベルとなるセット信号Ｓｔを出力する。再アーク比較回路ＣＭＡは、上記の溶接電圧検出信号Ｖｄと予め定めた短絡／アーク判別値Ｖtaとを比較して、Ｖｄ≧ＶtaのときにＨｉｇｈレベルとなるリセット信号Ｒｔを出力する。フリップフロップ回路ＦＦは、上記のセット信号ＳｔがＨｉｇｈレベルに変化するとＨｉｇｈレベルにセットされ、上記のリセット信号ＲｔがＨｉｇｈレベルに変化するとＬｏｗレベルにリセットされるくびれ検出信号Ｎｄを出力する。
【００３９】
上記においては、くびれ検出方法として電圧上昇値ΔＶを使用する場合について説明したが、上述したように、短絡期間中の抵抗値又は溶接電圧値の変化率を使用しても同様である。また、くびれ検出信号ＮｄがＨｉｇｈレベルになったときの電流急減方法については、図６及び図８で上述した方法以外の従来から種々提案されている方法を使用することもできる。
【００４０】
［実施の形態２］
本発明の実施の形態２は、実施の形態１の消耗電極アーク溶接のくびれ検出制御方法によるテスト溶接を行いくびれ検出基準値Ｖtnの適正値を算出し、実際の溶接に際してはこのくびれ検出基準値Ｖtnをテスト溶接で算出された適正値に固定してくびれ検出制御を行う消耗電極アーク溶接のくびれ検出制御である。
【００４１】
すなわち、溶接条件及びケーブルのインダクタンス値が定まった実際の溶接ラインにおいて、実施の形態１で上述したくびれ検出制御方法によってテスト溶接を行う。このテスト溶接の結果として、くびれ検出基準値Ｖtnはこの溶接個所に対して適正値に収束する。実施工に際しては、くびれ検出基準値Ｖtnを上記の適正値に固定して溶接を行う。溶接ラインの条件及びワークの溶接個所が定まれば、溶接条件及びケーブルのインダクタンス値は定まる。したがって、テスト溶接を行いくびれ検出基準値Ｖtnを一度適正化すれば、常に良好なくびれ検出制御を行うことができる。
【００４２】
この実施の形態２では、実施工時にはくびれ検出基準値Ｖtnが適正値に固定されているので、外乱によってくびれ検出基準値が安定制御範囲外に設定されて溶接品質が悪くなるトラブルが生じる可能性が低くなる。
【００４３】
図３は、実施の形態２に係るくびれ検出制御回路ＮＤのブロック図である。同図は、図２のくびれ検出制御回路ＮＤに置換して使用される。同図において、図２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２とは異なる点線で示すブロックについて説明する。
【００４４】
溶接モード選択回路ＴＭは、テスト溶接モード又は実溶接モードから選択された溶接モードに対応する溶接モード選択信号Ｔｍを出力する。第２くびれ検出基準値算出回路ＶＴＮ２は、上記の溶接モード選択信号Ｔｍがテスト溶接モードのときには上記（２）式によって算出されたくびれ検出基準値信号Ｖtnを出力し、実溶接モードのときにはテスト溶接時の収束値（適正値）のくびれ検出基準値信号Ｖtnを出力する。
【００４５】
くびれ検出基準値の適正値を、テスト溶接時の短絡毎に算出されるくびれ検出基準値の平均値として算出しても良い。
【００４６】
［実施の形態３］
本発明の実施の形態３は、実施の形態２記載の消耗電極アーク溶接のくびれ検出制御方法において、複数の溶接個所毎にテスト溶接を行い、溶接個所毎のくびれ検出基準値Ｖtnの適正値を算出し、実際の溶接に際してはくびれ検出基準値Ｖtnを溶接個所毎に算出された適正値に固定する消耗電極アーク溶接のくびれ検出制御方法である。
【００４７】
すなわち、１個のワークに複数個の溶接個所がある場合又は複数種類のワークがあり複数個の溶接個所がある場合には、溶接個所毎にテスト溶接を行い溶接個所毎のくびれ検出基準値Ｖtnの収束値（適正値）を算出して記憶する。実施工時は、くびれ検出基準値Ｖtnを上記のテスト溶接で算出された溶接個所毎の適正値を呼び出してその値に固定する。
【００４８】
この実施の形態３では、上述した実施の形態２を複数の溶接個所を有する溶接ラインに適用することができる。
【００４９】
図４は、実施の形態３に係るくびれ検出制御回路ＮＤのブロック図である。同図は、図３のくびれ検出制御回路ＮＤに置換して使用される。同図において、図３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３とは異なる点線で示すブロックについて説明する。
【００５０】
溶接個所通知回路ＷＰは、溶接個所毎に割り付けられた溶接個所番号を通知するための溶接個所通知信号Ｗｐを出力する。第３くびれ検出基準値算出回路ＶＴＮ３は、溶接モード選択信号Ｔｍがテスト溶接モードのときには上記（２）式によって算出されたくびれ検出基準値信号Ｖtnを出力すると共に上記の溶接個所通知信号Ｗｐに対応させて上記のくびれ検出基準値信号Ｖtnの収束値を記憶し、実溶接モードのときには上記の溶接個所通知信号Ｗｐに対応したテスト溶接時の収束値（適正値）のくびれ検出基準値信号Ｖtnを出力する。
【００５１】
くびれ検出基準値の適正値を、溶接個所毎におけるテスト溶接時の短絡毎に算出されたくびれ検出基準値の平均値として算出しても良い。
【図面の簡単な説明】
【００５２】
【図１】本発明の実施の形態１に係る消耗電極アーク溶接のくびれ検出制御方法を示す溶接電流Ｉｗ及び溶接電圧Ｖｗの時間変化図である。
【図２】本発明の実施の形態１に係るくびれ検出制御回路ＮＤのブロック図である。
【図３】本発明の実施の形態２に係るくびれ検出制御回路ＮＤのブロック図である。
【図４】本発明の実施の形態３に係るくびれ検出制御回路ＮＤのブロック図である。
【図５】消耗電極アーク溶接の溶接電流Ｉｗ及び溶接電圧Ｖｗの時間変化図である。
【図６】従来技術１におけるくびれ検出時電流急減機能付溶接電源のブロック図である。
【図７】図６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８】従来技術２におけるくびれ検出時電流急減機能付溶接電源のブロック図である。
【図９】図８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１０】従来技術３における溶接電流Ｉｗ及び溶接電圧Ｖｗの時間変化図である。
【図１１】課題を説明するための図１０に対応する溶接電流Ｉｗ及び溶接電圧Ｖｗの時間変化図である。
【符号の説明】
【００５３】
１            溶接ワイヤ
１ａ            溶滴
２            母材
２ａ            溶融池
３            アーク
Ｃ            コンデンサ
ＣＭＡ            再アーク比較回路
ＣＭＮ            くびれ検出比較回路
ＤＲ            駆動回路
Ｄｒ            駆動信号
ＤＲＡ            充放電駆動回路
Ｄrc            充電駆動信号
Ｄrd            放電駆動信号
ＤＶ            電圧上昇値検出回路
Ｅ            充電電源
ＥＡ            誤差増幅回路
ＦＦ            フリップフロップ回路
Ｉａ            アーク再発生時溶接電流値
ＩＡＤ            アーク再発生時溶接電流値検出回路
Ｉad            アーク再発生時溶接電流値検出信号
ＩＡＲ            アーク再発生時電流設定回路
Ｉar            アーク再発生時電流設定（値／信号）
Ｉｄ            放電電流
Ｉｏ            出力電流
Ｉｗ            溶接電流
ＮＤ            くびれ検出制御回路
Ｎｄ            くびれ検出信号
ＰＳ            溶接電源
Ｒ            抵抗器
Ｒｔ            リセット信号
Ｓｔ            セット信号
Ｔａ            アーク期間
ＴＭ            溶接モード選択回路
Ｔｍ            溶接モード選択信号
Ｔｎ            検出期間
ＴＲ            トランジスタ
ＴＲＣ            充電用スイッチング素子
ＴＲＤ            放電用スイッチング素子
Ｔｓ            短絡期間
Ｖｃ            コンデンサ両端電圧
ＶＤ            溶接電圧検出回路
Ｖｄ            溶接電圧検出信号
Ｖｓ            短絡電圧値
Ｖta            短絡／アーク判別値
ＶＴＮ            くびれ検出基準値算出回路
Ｖtn            くびれ検出基準値（信号）
Ｖtn0          初期値
ＶＴＮ２          第２くびれ検出基準値算出回路
ＶＴＮ３          第３くびれ検出基準値算出回路
Ｖｗ            溶接電圧
ＷＰ            溶接個所通知回路
Ｗｐ            溶接個所通知信号
Ｘ            電圧上昇特性
Ｙ            電流減少特性
ΔＥ            誤差増幅（値／信号）
ΔＶ            電圧上昇値（検出信号）
【図１】
2006026718.tif 000003
【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】
2006026718.tif 000009
【図８】
2006026718.tif 000010
【図９】
2006026718.tif 000011
【図１０】
2006026718.tif 000012
【図１１】
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