(57)【要約】【課題】消耗電極パルスアーク溶接において、アーク長が大きく変動したときに、アーク安定性を維持しつつ過渡応答性を向上させること。【解決手段】溶接ワイヤを第１送給速度Ｆｓ１で送給すると共に、第１傾きＫｓ１、溶接電流基準値Ｉｓ及び溶接電圧基準値Ｖｓによって設定された溶接電源の外部特性を形成し、溶接中にアーク長が大きく変動したときは、前記第１傾きＫｓ１を小さな値の第２傾きＫｓ２に置換して外部特性を形成するパルスアーク溶接の出力制御方法において、前記第２傾きＫｓ２によって前記外部特性が形成されている期間中は、送給速度Ｆｓｃを前記第１送給速度Ｆｓ１から第２送給速度Ｆｓ２にアーク長の変動が収束するように変化させる。傾きを小さくしてアーク長制御系のゲインを大きくし、送給速度を可変速制御することで、過渡応答性を向上させている。【選択図】  図１
2011050981.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
溶接ワイヤを第１送給速度で送給すると共に、第１傾き及び溶接電流基準値及び溶接電圧基準値によって設定された溶接電源の外部特性を形成して溶接するパルスアーク溶接の出力制御方法であって、
溶接中にアーク長が大きく変動したときは、前記第１傾きを第１傾きの絶対値よりも小さな絶対値の第２傾きに置換して外部特性を形成するパルスアーク溶接の出力制御方法において、
前記第２傾きによって前記外部特性が形成されている期間中は、送給速度を前記第１送給速度から第２送給速度にアーク長の変動が収束するように変化させる、
ことを特徴とするパルスアーク溶接の出力制御方法。
【請求項２】
前記第１送給速度が送給速度基準値以下のときにのみ、送給速度を第２送給速度に変化させる、
ことを特徴とする請求項１記載のパルスアーク溶接の出力制御方法。
【請求項３】
前記アーク長が大きく変動したことを、溶接電圧平均値と前記溶接電圧基準値との差の絶対値が予め定めた電圧しきい値以上になったことによって判別する、
ことを特徴とする請求項１又は２記載のパルスアーク溶接の出力制御方法。
【請求項４】
前記アーク長が大きく変動したことを、溶接電流平均値と前記溶接電流基準値との差の絶対値が予め定めた電流しきい値以上になったことによって判別する、
ことを特徴とする請求項１又は２記載のパルスアーク溶接の出力制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、所望の傾きを有する溶接電源の外部特性を形成することができる消耗電極パルスアーク溶接の出力制御方法の改善に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
消耗電極パルスアーク溶接では、美しいビード外観、均一な溶込み深さ等の良好な溶接品質を得るために、溶接中のアーク長を適正値に維持することが極めて重要である。一般的に、アーク長は溶接ワイヤの送給速度とアーク入熱による溶融速度とのバランスによって決まる。したがって、溶接電流の平均値に略比例する溶融速度が送給速度と等しくなるとアーク長は常に一定となる。しかし、送給モータの回転速度の変動、溶接トーチケーブルの引き回しによる送給経路の摩擦力の変動等によって、溶接中の送給速度が変動する。このために、溶融速度とのバランスが崩れてアーク長が変化することになる。さらには、溶接作業者の手振れ等による給電チップ・母材間距離の変動、溶融池の不規則な振動等によっても、アーク長は変動する。したがって、これらの種々の変動要因（以下、外乱という）によるアーク長の変動を抑制するためには、外乱に応じて常に溶融速度を調整してアーク長の変化を抑制するアーク長制御が必要となる。
【０００３】
消耗電極パルスアーク溶接を含む消耗電極ガスシールドアーク溶接において、上述した種々の外乱に起因するアーク長の変動を抑制する方法として、溶接電源の外部特性を所望値に出力制御する方法が慣用されている。この外部特性の例を図４に示す。同図の横軸は溶接ワイヤを通電する溶接電流の平均値Ｉｗであり、縦軸は溶接ワイヤと母材との間に印加される溶接電圧の平均値Ｖｗである。特性Ｌ１は、傾きＫｓ＝０V/Aの完全な定電圧特性の場合である。また、特性Ｌ２は、傾きＫｓ＝−０．１V/Aと右肩下がりの傾きを有する定電圧特性の場合である。外部特性は直線として表わすことができるので、溶接電流基準値Ｉｓと溶接電圧基準値Ｖｓとの交点Ｐ０を通り傾きがＫｓである外部特性は下式で表わされる。
Ｖｗ＝Ｋｓ・（Ｉｗ−Ｉｓ）＋Ｖｓ    ……（１）式
【０００４】
ところで、溶接電源の外部特性の傾きＫｓによってアーク長制御の安定性（自己制御作用と呼ばれる）が大きく影響されることが従来から知られている。すなわち、外乱に対してアーク長を安定化するためには、溶接法を含む溶接条件に応じて外部特性の傾きＫｓを適正値に制御する必要がある。例えば、傾きＫｓの適正値は、炭酸ガスアーク溶接法では０〜−０．０３V/A程度の範囲であり、パルスアーク溶接法では−０．０５〜−０．３V/A程度の範囲である。したがって、本発明の対象であるパルスアーク溶接法においては、アーク長制御を安定化するためには、同図に示す特性Ｌ１ではなく−０．０５〜−０．３V/A程度の範囲内で予め定めた傾きＫｓを有する特性Ｌ２等を形成する必要がある。ところで、傾きを変化させることはアーク長制御系のゲインを変化させることになる。傾きＫｓの絶対値が小さくなると（負の値から０に近づくと）ゲインは大きくなり、傾きＫｓの絶対値が大きくなると（傾きが急勾配になると）ゲインは小さくなる。したがって、パルスアーク溶接法では炭酸ガスアーク溶接法に比べてゲインを小さくしないとアーク安定性が悪くなる。他方、ゲインをあまり小さくすると過渡応答が悪くなる。このために、定常のアーク安定性及び過渡応答性を考量して傾きの適正値の設定を行う必要がある。以下、パルスアーク溶接において所望の傾きＫｓを有する外部特性を形成する従来技術（例えば、特許文献１〜３を参照）について説明する。これ以降の説明において、傾きＫｓの値とは、絶対値と記載しない場合でも絶対値のことを意味するものとする。これは、上述したように、傾きＫｓの値は、０又は負の値となり、正の値とはならないので、記載を簡略化するためである。
【０００５】
図５は、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（瞬時値）ｉｏの波形を示し、同図（Ｂ）は溶接電圧（瞬時値）ｖｏの波形を示す。以下，同図を参照して説明する。
【０００６】
（１）時刻ｔ１〜ｔ２のピーク期間Ｔｐ
予め定めたピーク期間Ｔｐ中は、同図（Ａ）に示すように、溶接ワイヤを溶滴移行させるために大電流値の予め定めたピーク電流Ｉｐを通電し、同図（Ｂ）に示すように、この期間中のアーク長に略比例したピーク電圧Ｖｐが溶接ワイヤ・母材間に印加する。
【０００７】
（２）時刻ｔ２〜ｔ３のベース期間Ｔｂ
後述する溶接電源の出力制御によって定まるベース期間Ｔｂ中は、同図（Ａ）に示すように、溶接ワイヤ先端の溶滴を成長させないために小電流値の予め定めたベース電流Ｉｂを通電し、同図（Ｂ）に示すように、この期間中のアーク長に略比例したベース電圧Ｖｂが印加する。
【０００８】
上記のピーク期間Ｔｐ及びベース期間Ｔｂからなる時刻ｔ１〜ｔ３の期間を１パルス周期Ｔpbとして繰り返して溶接を行う。同図（Ａ）に示すように、このパルス周期Ｔpbごとの溶接電流の平均値がＩｗとなり、同様に同図（Ｂ）に示すように、このパルス周期Ｔpbごとの溶接電圧の平均値がＶｗとなる。溶接電源の外部特性を形成するための出力制御は、パルス周期Ｔpbの時間長さを操作量としてフィードバック制御することで行われる。すなわち、ピーク期間Ｔｐを一定値としてパルス周期Ｔpbを増減させることによって出力制御を行う。
【０００９】
図６に示すように、時刻ｔ(n)〜ｔ(n+1)の第ｎ回目のパルス周期Ｔpb(n)の溶接電流平均値がＩｗ(n)となり、溶接電圧平均値がＶｗ(n)となる。上述した図４において、これらＩｗ(n)とＶｗ(n)との交点（動作点）Ｐ１が、設定された特性Ｌ２上に乗るように出力制御される。以下、所望の傾きＫｓを有する外部特性を形成するための溶接電源の出力制御方法について説明する。
【００１０】
図５で上述したパルスアーク溶接の波形図を参照して、従来技術の外部特性形成方法を説明する。形成すべき目標の外部特性は、上述した（１）式の外部特性である。第ｎ回目のパルス周期Ｔpb(n)における溶接電流平均値Ｉｗ及び溶接電圧平均値Ｖｗは下式で表わすことができる。
Ｉｗ＝（１／Ｔpb(n)）・∫ｉｏ・ｄｔ    ……（２）式
Ｖｗ＝（１／Ｔpb(n)）・∫ｖｏ・ｄｔ    ……（３）式
但し、積分は第ｎ回目のパルス周期Ｔpb(n)の間行う。
【００１１】
これら（２）式及び（３）式を上記の（１）式に代入して整理すると下式となる。
∫（Ｋｓ・ｉｏ−Ｋｓ・Ｉｓ＋Ｖｓ−ｖｏ）・ｄｔ＝０    ……（４）式
但し、積分は第ｎ回目のパルス周期Ｔpb(n)の間行い、上述したように、Ｋｓは外部特性の傾きであり、Ｉｓは溶接電流基準値であり、Ｖｓは溶接電圧基準値である。
【００１２】
したがって、第ｎ回目のパルス周期Ｔpb(n)が終了した時点においては上記（４）式が成立することになる。ここで、上記（４）式の左辺を積分値Ｓvbとして定義すると下式となる。
Ｓvb＝∫（Ｋｓ・ｉｏ−Ｋｓ・Ｉｓ＋Ｖｓ−ｖｏ）・ｄｔ    ……（５）式
【００１３】
第ｎ回目のパルス周期Ｔpb(n)が開始した時点から上記（５）式の積分値Ｓvbの演算を開始する。第ｎ回目の予め定めたピーク期間が終了して第ｎ回目のベース期間中に上記の積分値Ｓvb＝０（又はＳvb≧０）となった時点で第ｎ回目のパルス周期Ｔpb(n)を終了する。この動作を繰り返すことによって、上記（１）式の外部特性を形成することができる。
【００１４】
上述した従来技術の外部特性形成方法を以下に整理して記載する。
（１）傾きＫｓ、溶接電流基準値Ｉｓ及び溶接電圧基準値Ｖｓによって上記（１）式に基づいて目標の溶接電源の外部特性を予め設定する。
（２）溶接中の溶接電圧ｖｏ及び溶接電流ｉｏを検出する。
（３）第ｎ回目のパルス周期Ｔpb(n)の開始時点から上記（５）式に基づいて積分値Ｓvb＝∫（Ｋｓ・ｉｏ−Ｋｓ・Ｉｓ＋Ｖｓ−ｖｏ）・ｄｔの演算を開始する。
（４）第ｎ回目の予め定めたピーク期間Ｔｐに続く第ｎ回目のベース期間Ｔｂ中の上記積分値Ｓvbが零以上（Ｓvb≧０）になった時点で第ｎ回目のパルス周期Ｔpb(n)を終了する。
（５）続けて第ｎ＋１回目のパルス周期Ｔpb(n+1)を開始して、上記（３）〜（４）の動作を繰り返し行うことによって、所望の外部特性を形成する。
【００１５】
図７は、上述した外部特性形成方法を搭載した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。
【００１６】
電源主回路ＰＭは、３相２００Ｖ等の商用電源を入力として、後述する電流誤差増幅信号Ｅｉに従ってインバータ制御による出力制御を行い、アーク溶接に適した溶接電流ｉｏ及び溶接電圧ｖｏ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、高周波交流をアーク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整流する２次整流器、整流された直流を平滑するリアクトル、上記の電流誤差増幅信号Ｅｉを入力としてパルス幅変調制御を行いこの結果に基づいて上記のインバータ回路を駆動する駆動回路から成る。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内を通って送給されて、母材２との間にアーク３が発生する。
【００１７】
電流検出回路ＩＤは、上記の溶接電流ｉｏ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ｖｏを検出して、電圧検出信号ｖｄを出力する。溶接電圧基準値設定回路ＶＳは、予め定めた溶接電圧基準値信号Ｖｓを出力する。溶接電流基準値設定回路ＩＳは、予め定めた溶接電流基準値信号Ｉｓを出力する。溶接電圧平均値検出回路ＶＡは、上記の電圧検出信号ｖｄを数パルス周期〜数十パルス周期の時定数で平滑して、溶接電圧平均値信号Ｖａを出力する。差算出回路ＤＶは、この溶接電圧平均値信号Ｖａと上記の溶接電圧基準値信号Ｖｓとの差を算出して、差信号ΔＶ＝Ｖａ−Ｖｓを出力する。第１傾き設定回路ＫＳ１はアーク長が通常範囲で変動しているときの外部特性の傾きを設定するための第１傾き設定信号Ｋs1を出力する。第２傾き設定回路ＫＳ２は、アーク長が大きく変動したときの外部特性の傾きを設定するための第２傾き設定信号Ｋs2を出力する。傾き制御設定回路ＫＳＣは、上記の差信号ΔＶの絶対値と予め定めた電圧しきい値ΔＶｔとを比較して、｜ΔＶ｜＜ΔＶｔのときは上記の第１傾き設定信号Ｋs1を傾き設定信号Ｋｓとして出力し、｜ΔＶ｜≧ΔＶｔのときは上記の第２傾き設定信号Ｋs2を傾き設定信号Ｋｓとして出力する。
【００１８】
積分値演算回路ＳＶＢは、上記の電流検出信号ｉｄ、上記の電圧検出信号ｖｄ、上記の溶接電圧基準値信号Ｖｓ、上記の溶接電流基準値信号Ｉｓ及び上記の傾き設定信号Ｋｓを入力として、各パルス周期の開始時点から上記（５）式によって積分演算を行い積分値信号Ｓvbを出力する。比較回路ＣＭは、この積分値信号Ｓvbの値が零以上になった時点で短時間Ｈｉｇｈレベルになる比較信号Ｃｍを出力する。この比較信号Ｃｍの周期がパルス周期となる。タイマ回路ＭＭは、上記の比較信号ＣｍがＨｉｇｈレベルに変化した時点から予め定めたピーク期間設定値Ｔpsによって定まる期間だけＨｉｇｈレベルとなるタイマ信号Ｍｍを出力する。このタイマ信号ＭｍがＨｉｇｈレベルのときがピーク期間となり、Ｌｏｗレベルのときがベース期間となる。
【００１９】
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。切換回路ＳＷは、上記のタイマ信号ＭｍがＨｉｇｈレベルのときはａ側に切り換わり上記のピーク電流設定信号Ｉpsを電流制御設定信号Ｉcsとして出力し、Ｌｏｗレベルのときはｂ側に切り換わり上記のベース電流設定信号Ｉbsを電流制御設定信号Ｉcsとして出力する。
【００２０】
電流誤差増幅回路ＥＩは、上記の電流制御設定信号Ｉcs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。第１送給速度設定回路ＦＳ１は、予め定めた第１送給速度設定信号Ｆs1を出力する。送給制御回路ＦＣは、この第１送給速度設定信号Ｆs1を入力として、溶接ワイヤ１の送給速度を制御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。これらのブロックによって、図５で上述したような溶接電流ｉｏが通電し、上記（１）式で設定された外部特性が形成される。
【００２１】
上記の溶接電圧平均値信号Ｖａの値はアーク長に略比例し、上記の溶接電圧基準値信号Ｖｓは適正アーク長を設定する。したがって、上記の差信号ΔＶの絶対値は、アーク長の変動の大きさを示している。そこで、上記の差信号ΔＶの絶対値が予め定めた電圧しきい値ΔＶｔ未満（｜ΔＶ｜＜ΔＶｔ）のときは通常の傾き（上記の第１傾き設定信号Ｋs1）の第１外部特性を形成し、差信号ΔＶの絶対値が電圧しきい値ΔＶｔ以上（｜ΔＶ｜≧ΔＶｔ）のときは傾きの絶対値が通常よりも小さい（上記の第２傾き設定信号Ｋs2）の第２外部特性を形成する。上記の第１外部特性は、上記の第１傾き設定信号Ｋs1、上記の溶接電圧基準値信号Ｖｓ及び上記の溶接電流基準値信号Ｉｓによって設定され、上記の第２外部特性は上記の第２傾き設定信号Ｋs2、上記の溶接電圧基準値信号Ｖｓ及び上記の溶接電流基準値信号Ｉｓによって設定される。｜Ｋs1｜＞｜Ｋs2｜である。アーク長が大きく変動したときは第２外部特性が形成されるので、アーク長制御系のゲインが大きくなり、過渡応答性が速くなる。アーク長の変動が小さいときは第１外部特性が形成されるので、ゲインが小さくなりアーク安定性は良好になる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００２２】
【特許文献１】特開２００２−３６１４１７号公報
【特許文献２】特開２００５−１１８８７２号公報
【特許文献３】特開２００８−１０５０９５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００２３】
上述した従来技術では、所望の傾きを有する外部特性を形成することができると共に、アーク長が大きく変動しているときは傾きを小さくしてゲインを大きくし過渡応答性を速くすることによりアーク長を迅速に適正範囲に戻すことができ、アーク長の変動が小さいときは傾きを大きくしてゲインを小さくし定常安定性を良好にしている。
【００２４】
しかしながら、アーク長の変動が大きいときに、外部特性の傾きをあまり小さくすると、過渡状態におけるアーク安定性が悪くなり、逆に定常状態になかなか収束しなくなるような状態に陥る場合も生じる。すなわち、アーク長の変動が大きいときの傾きを小さくするには、限界があり、このために、過渡応答性の迅速化にも一定の限界があった。特に、送給速度が比較的遅いとき（溶接電流値が小電流域のとき）は、外部特性の傾きを小さくできる範囲がより限られているために、アーク長が大きく変動したときの過渡応答性の迅速化に課題を残していた。
【００２５】
そこで、本発明は、所望の外部特性を形成すると共に、アーク長が大きく変動したときにアーク安定性を維持しつつ、過渡応答性を迅速化することができるパルスアーク溶接の出力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】
【００２６】
上述した課題を解決するために、請求項１の発明は、溶接ワイヤを第１送給速度で送給すると共に、第１傾き及び溶接電流基準値及び溶接電圧基準値によって設定された溶接電源の外部特性を形成して溶接するパルスアーク溶接の出力制御方法であって、
溶接中にアーク長が大きく変動したときは、前記第１傾きを第１傾きの絶対値よりも小さな絶対値の第２傾きに置換して外部特性を形成するパルスアーク溶接の出力制御方法において、
前記第２傾きによって前記外部特性が形成されている期間中は、送給速度を前記第１送給速度から第２送給速度にアーク長の変動が収束するように変化させる、
ことを特徴とするパルスアーク溶接の出力制御方法である。
【００２７】
請求項２の発明は、前記第１送給速度が送給速度基準値以下のときにのみ、送給速度を第２送給速度に変化させる、
ことを特徴とする請求項１記載のパルスアーク溶接の出力制御方法である。
【００２８】
請求項３の発明は、前記アーク長が大きく変動したことを、溶接電圧平均値と前記溶接電圧基準値との差の絶対値が予め定めた電圧しきい値以上になったことによって判別する、
ことを特徴とする請求項１又は２記載のパルスアーク溶接の出力制御方法である。
【００２９】
請求項４の発明は、前記アーク長が大きく変動したことを、溶接電流平均値と前記溶接電流基準値との差の絶対値が予め定めた電流しきい値以上になったことによって判別する、
ことを特徴とする請求項１又は２記載のパルスアーク溶接の出力制御方法である。
【発明の効果】
【００３０】
本発明によれば、アーク長が大きく変動したときに、外部特性の傾きの絶対値を小さくしてアーク長制御系のゲインを大きくし、かつ、送給速度をアーク長が収束するように変化させることによって、アーク安定性を維持しつつ過渡応答性を向上させることができる。このために、アーク長が大きく変動したときでも良好な溶接品質を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】本発明の実施の形態１に係る溶接電源のブロック図である。
【図２】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２に係る溶接電源のブロック図である。
【図４】従来技術における溶接電源の外部特性を示す図である。
【図５】従来技術における、パルスアーク溶接の電流・電圧波形図である。
【図６】従来技術における第ｎ回目のパルス周期の溶接電流平均値Ｉｗ(n)と溶接電圧平均値Ｖｗ(n)との関係を説明するための波形図である。
【図７】従来技術における外部特性形成方法を搭載した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】
【００３２】
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。
【００３３】
［実施の形態１］
図１は、本発明の実施の形態１に係るパルスアーク溶接の出力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。同図において上述した図７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。同図は、図７の第１送給速度設定回路ＦＳ１と送給制御回路ＦＣとの間に、破線で示す送給制御設定回路ＦＳＣを挿入したものである。以下、この回路について同図を参照して説明する。
【００３４】
送給制御設定回路ＦＳＣは、第１送給速度設定信号Ｆs1及び差信号ΔＶを入力として、以下のような処理を行い、送給速度の可変速制御を行なうための送給速度制御設定信号Ｆscを出力する。
（１）差信号ΔＶの絶対値が電圧しきい値ΔＶｔ未満のときは第１送給速度設定信号Ｆs1の値を送給速度制御設定信号Ｆscとして出力する。
（２）差信号ΔＶの絶対値が電圧しきい値ΔＶｔ以上でありかつ差信号ΔＶの符号が正であるときは、第２送給速度設定値Ｆs2＝Ｆs1×（１＋ａ）を算出して送給速度制御設定信号Ｆscとして出力する。
（３）差信号ΔＶの絶対値が電圧しきい値ΔＶｔ以上でありかつ差信号ΔＶの符号が負であるときは、第２送給速度設定値Ｆs2＝Ｆs1×（１−ａ）を算出して送給速度制御設定信号Ｆscとして出力する。
ここで、ａは予め定めた補正係数であり、例えば、０．０５〜０．３程度である。上記（１）の場合は、アーク長の変動が小さいときであり、外部特性の傾きは第１傾き設定信号Ｋs1の値となる。このために、アーク長制御系のゲインが小さくなるので、定常安定性が良好になる。この場合には、送給速度は変化させずに、第１送給速度設定信号Ｆs1によって定まる値のままである。上記（２）の場合は、アーク長が長くなる方向に大きく変動しているときであり、外部特性の傾きは第２傾き設定信号Ｋs2の値となる。このときに、送給速度は第１送給速度よりも速い第２送給速度になる。外部特性の傾きが（１）の場合よりも小さくなるのでアーク長制御系のゲインが大きくなり、かつ、送給速度が（１）の場合よりも速くなるのでアーク長を短くする方向に作用するために、過渡応答性が向上してアーク長が定常値に迅速に収束する。上記（３）の場合は、アーク長が短くなる方向に大きく変動しているときであり、外部特性の傾きは第２傾き設定信号Ｋs2の値となる。このときに、送給速度は第１送給速度よりも遅い第２送給速度になる。外部特性の傾きが（１）の場合よりも小さくなるのでアーク長制御系のゲインが大きくなり、かつ、送給速度が（１）の場合よりも遅くなるのでアーク長を長くする方向に作用するために、過渡応答性が向上してアーク長が定常値に迅速に収束する。すなわち、（２）及び（３）の場合のように、アーク長が大きく変動しているときは、外部特性の傾きを小さくし、かつ、送給速度をアーク長の変動が収束するように変化させることによって、外部特性の傾きをあまり小さく（ゲインを大きく）することなく過渡応答性を向上させることができる。「送給速度をアーク長の変動が収束するように変化させる」とは、アーク長が長くなる方向に大きく変動しているときは送給速度を速くすることになり、逆にアーク長が短くなる方向に大きく変動しているときは送給速度を遅くすることになる。上記において、補正係数ａは、上記（２）の場合と上記（３）の場合とで異なる値に設定しても良い。また、補正係数ａは、溶接ワイヤの材質、直径、溶接速度、第１送給速度等に応じて適正値に設定される。
【００３５】
課題の項で上述したように、第１送給速度設定信号Ｆs1の値が予め定めた送給速度基準値Ｆｔ以下の場合（小電流域の場合）には、外部特性の第２傾きをアーク安定性の点からあまり小さくできないという課題が顕著となるために過渡応答性の向上には限界があった。このために、上記の送給制御設定回路ＦＳＣにおいて、第１送給速度設定信号Ｆs1の値が上記の送給速度基準値Ｆｔ以下のときは上記の補正係数ａを所定値に設定し、第１送給速度設定信号Ｆs1の値が上記の送給速度基準値Ｆｔを超えるときは上記の補正係数ａを０に設定するようにしても良い。このようにすると、Ｆs1≦Ｆｔのときは送給速度の可変速制御が行なわれ、Ｆs1＞Ｆｔのときは送給速度の可変速制御は行なわれなくなる。送給速度基準値Ｆｔとしては、例えば、直径１．２mmの軟鋼ワイヤを用いたマグパルス溶接の場合には、５m/min（１５０Ａに相当）に設定される。
【００３６】
同図において、差信号ΔＶが電圧しきい値ΔＶｔ以上のときに、外部特性を第２傾き設定信号Ｋs2に切り替え、送給速度の可変速制御を行なうようにしている。しかし、電圧しきい値を２つ設けて、外部特性の傾きを切り換えるしきい値と、可変速制御を開始するしきい値とを別個に設定できるようにしても良い。
【００３７】
また、高速溶接時には、アーク長はアンダーカットの発生を防ぐために短めに設定されるのが一般的である。このために、アーク長が短くなる方向に大きく変動することはない。したがって、このような場合には、アーク長が長くなる方向に大きく変動したことだけを判別して、外部特性の傾きの切り換えと送給速度の可変速制御の開始を行うようにしても良い。
【００３８】
図２は、上述した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）は溶接電圧平均値信号Ｖａの時間変化を示し、同図（Ｂ）は傾き設定信号Ｋｓ（絶対値）の時間変化を示し、同図（Ｃ）は送給速度制御設定信号Ｆscの時間変化を示す。同図において、時刻ｔ１〜ｔ４の期間はアーク長が長くなる方向に大きく変動したときであり、時刻ｔ５〜ｔ８の期間はアーク長が短くなる方向に大きく変動したときである。以下、同図を参照して説明する。
【００３９】
（１）時刻ｔ１〜ｔ４のアーク長が長くなる方向に大きく変動したとき
同図（Ａ）に示すように、真ん中の破線は溶接電圧基準値Ｖｓを示し、上の破線はＶｓ＋ΔＶｔ（ΔＶｔは電圧しきい値）を示し、下の破線はＶｓ−ΔＶｔを示す。溶接電圧平均値信号Ｖａの値は、時刻ｔ１以前は真ん中の破線近傍で変動しており、アーク長の変動が小さいことを示している。時刻ｔ１において外乱によってアーク長が長くなる方向に変動すると、溶接電圧平均値信号Ｖａの値は、時刻ｔ１から急峻に上昇し、時刻ｔ２において上の破線と交差し、さらに上昇してピーク値となった後に反転して下降し、時刻ｔ３において再び上の破線と交差し、さらに下降し時刻ｔ４において真ん中の破線近傍に収束する。同図（Ｂ）に示すように、傾き設定信号Ｋｓは、時刻ｔ２以前は第１傾き設定信号Ｋs1となり、時刻ｔ２〜ｔ３の期間中はその値が小さくなり第２傾き設定信号Ｋs2となり、時刻ｔ３〜ｔ４の期間中はその値が大きくなり再び第１傾き設定信号Ｋs1となる。また、同図（Ｃ）に示すように、送給速度制御設定信号Ｆscは、時刻ｔ２以前は第１送給速度設定信号Ｆs1となり、時刻ｔ２〜ｔ３の期間中はその値は大きくなりＦs2＝Ｆs1×（１＋ａ）となり、時刻ｔ３〜ｔ４の期間中は再び第１送給速度設定信号Ｆs1となる。したがって、アーク長が長くなる方向に大きく変動している期間（時刻ｔ２〜ｔ３の期間）中は、外部特性の傾きの絶対値を小さくし、かつ、送給速度を速くすることによって、アーク安定性を維持しつつ、過渡応答性を向上させている。
【００４０】
（２）時刻ｔ５〜ｔ８のアーク長が短くなる方向に大きく変動したとき
同図（Ａ）に示すように、溶接電圧平均値信号Ｖａの値は、時刻ｔ４〜ｔ５の期間中は真ん中の破線近傍で変動しており、アーク長の変動が小さいことを示している。時刻ｔ５において外乱によってアーク長が短くなる方向に変動すると、溶接電圧平均値信号Ｖａの値は、時刻ｔ５から急峻に下降し、時刻ｔ６において下の破線と交差し、さらに下降して最小値となった後に反転して上昇し、時刻ｔ７において再び下の破線と交差し、さらに上昇し時刻ｔ８において真ん中の破線近傍に収束する。同図（Ｂ）に示すように、傾き設定信号Ｋｓは、時刻ｔ４〜ｔ６の期間中は第１傾き設定信号Ｋs1となり、時刻ｔ６〜ｔ７の期間中はその値が小さくなり第２傾き設定信号Ｋs2となり、時刻ｔ７以降の期間はその値が大きくなり再び第１傾き設定信号Ｋs1となる。また、同図（Ｃ）に示すように、送給速度制御設定信号Ｆscは、時刻ｔ４〜ｔ６の期間中は第１送給速度設定信号Ｆs1となり、時刻ｔ６〜ｔ７の期間中はその値は小さくなりＦs2＝Ｆs1×（１−ａ）となり、時刻ｔ７以降の期間は再び第１送給速度設定信号Ｆs1となる。したがって、アーク長が短くなる方向に大きく変動している期間（時刻ｔ６〜ｔ７の期間）中は、外部特性の傾きの絶対値を小さくし、かつ、送給速度を遅くすることによって、アーク安定性を維持しつつ、過渡応答性を向上させている。
【００４１】
上述した実施の形態１によれば、アーク長が大きく変動したときに、外部特性の傾きの絶対値を小さくしてアーク長制御系のゲインを大きくし、かつ、送給速度をアーク長が収束するように変化させることによって、アーク安定性を維持しつつ過渡応答性を向上させることができる。このために、アーク長が大きく変動したときでも、良好な溶接品質を得ることができる。実施の形態１では、アーク長が大きく変動したことを、溶接電圧平均値が予め定めた溶接電圧基準値から電圧しきい値だけ変動したことによって判別している。
【００４２】
［実施の形態２］
図３は、本発明の実施の形態２に係るパルスアーク溶接の出力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。同図において上述した図１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。同図は、図１の溶接電圧平均値検出回路ＶＡを破線で示す溶接電流平均値検出回路ＩＡに置換し、図１の差算出回路ＤＶを破線で示す電流差算出回路ＤＩに置換し、図１の傾き制御設定回路ＫＳＣを破線で示す第２傾き制御設定回路ＫＳＣ２に置換し、図１の送給制御設定回路ＦＳＣを、破線で示す第２送給制御設定回路ＦＳＣ２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。
【００４３】
溶接電流平均値検出回路ＩＡは、電流検出信号ｉｄを数パルス周期〜数十パルス周期の時定数で平滑して、溶接電流平均値信号Ｉａを出力する。電流差算出回路ＤＩは、この溶接電流平均値信号Ｉａと溶接電流基準値信号Ｉｓとの偏差を算出して、電流差信号ΔＩ＝Ｉａ−Ｉｓを出力する。第２傾き制御設定回路ＫＳＣ２は、この電流差信号ΔＩの絶対値と予め定めた電流しきい値ΔＩｔとを比較して、｜ΔＩ｜＜ΔＩｔのときは第１傾き設定信号Ｋs1を傾き設定信号Ｋｓとして出力し、｜ΔＩ｜≧ΔＩｔのときは第２傾き設定信号Ｋs2を傾き設定信号Ｋｓとして出力する。第２送給制御設定回路ＦＳＣ２は、第１送給速度設定信号Ｆs1及び上記の電流差信号ΔＩを入力として、以下のような処理を行い、送給速度の可変速制御を行なうための送給速度制御設定信号Ｆscを出力する。
（１）電流差信号ΔＩの絶対値が電流しきい値ΔＩｔ未満のときは第１送給速度設定信号Ｆs1の値を送給速度制御設定信号Ｆscとして出力する。
（２）電流差信号ΔＩの絶対値が電流しきい値ΔＩｔ以上でありかつ電流差信号ΔＩの符号が負であるときは、第２送給速度設定値Ｆs2＝Ｆs1×（１＋ａ）を算出して送給速度制御設定信号Ｆscとして出力する。
（３）電流差信号ΔＩの絶対値が電流しきい値ΔＩｔ以上でありかつ電流差信号ΔＩの符号が正であるときは、第２送給速度設定値Ｆs2＝Ｆs1×（１−ａ）を算出して送給速度制御設定信号Ｆscとして出力する。
但し、ａは実施の形態１と同様に補正係数である。アーク長が長くなる方向に変動したとき、溶接電流平均値信号Ｉａの値は、溶接電圧平均値信号Ｖａの値とは異なり、小さくなる方向に変化する。アーク長が短くなる方向に変動したとき、溶接電流平均値信号Ｉａの値は、溶接電圧平均値信号Ｖａの値とは異なり、大きくなる方向に変化する。したがって、上記（２）に示すように、アーク長が長くなる方向に変動したことを判別するときは、電流差信号ΔＩの符号は負となる。他方、上記（３）に示すように、アーク長が短くなる方向に変動したことを判別するときは、電流差信号ΔＩの符号は正となる。
【００４４】
アーク長が大きく変動しているときは、溶接電流平均値も溶接電流基準値から大きく変動している。そこで、溶接電流平均値信号Ｉａの値と溶接電流基準値信号Ｉｓの値との電流差ΔＩの絶対値が、予め定めた電流しきい値ΔＩｔ以上のときはアーク長が大きく変動していると判別する。そして、アーク長が大きく変動しているときは、第２傾き設定信号Ｋs2を傾き設定信号Ｋｓとし、かつ、送給速度の可変速制御を行う。他方、アーク長が大きく変動していないときは、第１傾き設定信号Ｋs1を傾き設定信号とし、送給速度の可変速制御は行わない。
【００４５】
上述した実施の形態２によれば、溶接電流平均値と予め定めた溶接電流基準値との差の絶対値及びその符号によって、アーク長が長くなる方向又は短くなる方向に大きく変動していることを判別することができる。そして、この判別を利用することによって、実施の形態１と同様の効果を奏することができる。
【符号の説明】
【００４６】
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
ａ            補正係数
ＣＭ            比較回路
Ｃｍ            比較信号
ＤＩ            電流差算出回路
ＤＶ            差算出回路
ＥＩ            電流誤差増幅回路
Ｅｉ            電流誤差増幅信号
ＦＣ            送給制御回路
Ｆｃ            送給制御信号
ＦＳ１            第１送給速度設定回路
Ｆs1            第１送給速度設定信号
Ｆs2            第２送給速度設定値
ＦＳＣ            送給制御設定回路
Ｆsc            送給速度制御設定信号
ＦＳＣ２          第２送給制御設定回路
Ｆｔ            送給速度基準値
ＩＡ            溶接電流平均値検出回路
Ｉａ            溶接電流平均値信号
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
Ｉcs            電流制御設定信号
ＩＤ            電流検出回路
ｉｄ            電流検出信号
ｉｏ            溶接電流（瞬時値）
Ｉｐ            ピーク電流
ＩＰＳ            ピーク電流設定回路
Ｉps            ピーク電流設定信号
ＩＳ            溶接電流基準値設定回路
Ｉｓ            溶接電流基準値（信号）
Ｉｗ            １パルス周期ごとの溶接電流平均値
Ｋｓ            傾き設定信号
ＫＳ１第１傾き        設定回路
Ｋs1            第１傾き設定信号
ＫＳ２            設定回路
Ｋs2            設定信号
ＫＳＣ            制御設定回路
ＫＳＣ２          制御設定回路
Ｌ１            特性
Ｌ２            特性
ＭＭ            タイマ回路
Ｍｍ            タイマ信号
ｎ            第
Ｐ０            交点
ＰＭ            電源主回路
Ｓvb            積分値
ＳＶＢ            積分値演算回路
Ｓvb            積分値信号
ＳＷ            切換回路
ｔ            時刻
ｔ１            時刻
ｔ１-ｔ２        時刻
ｔ１-ｔ３        時刻
ｔ１-ｔ４        時刻
ｔ２            時刻
ｔ２-ｔ３        時刻
ｔ３            時刻
ｔ３-ｔ４        時刻
ｔ４            時刻
ｔ４-ｔ５        時刻
ｔ４-ｔ６        時刻
ｔ５            時刻
ｔ５-ｔ８        時刻
ｔ６            時刻
ｔ６-ｔ７        時刻
ｔ７            時刻
ｔ８            時刻
Ｔｂ            ベース期間
Ｔｐ            ピーク期間
Ｔpb            パルス周期
Ｔps            ピーク期間設定値
ＶＡ            溶接電圧平均値検出回路
Ｖａ            溶接電圧平均値信号
Ｖｂ            ベース電圧
ＶＤ            電圧検出回路
ｖｄ            電圧検出信号
ｖｏ            溶接電圧
Ｖｐ            ピーク電圧
ＶＳ            溶接電圧基準値設定回路
Ｖｓ            溶接電圧基準値（信号）
Ｖｗ            １パルス周期ごとの溶接電圧平均値
ＷＭ            送給モータ
ΔＩ            電流差（信号）
ΔＶ            差（信号）
ΔＶｔ            電圧しきい値
【図１】
2011050981.tif 000003
【図２】
2011050981.tif 000004
【図３】
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【図４】
2011050981.tif 000006
【図５】
2011050981.tif 000007
【図６】
2011050981.tif 000008
【図７】
2011050981.tif 000009