(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ピーク期間中のピーク電流の通電とベース期間中のベース電流の通電とを１パルス周期として溶接電流を通電して溶接する消耗電極パルスアーク溶接の出力制御方法において、
第ｎ回目のパルス周期の開始時点から平均溶接電流値を刻々と算出し、前記ピーク期間中のピーク電圧値を検出し、このピーク電圧値を入力として予め定めた外部特性によって平均溶接電流設定値を算出し、
前記ピーク期間に続くベース期間中に前記平均溶接電流値と前記平均溶接電流設定値とが等しくなった時点で前記第ｎ回目のパルス周期を終了し、続けて第ｎ＋１回目のパルス周期を開始する、ことを特徴とする消耗電極パルスアーク溶接の出力制御方法。
【請求項２】
前記ピーク電流が立上り及び／又は立下りに傾斜を有する、ことを特徴とする請求項１記載の消耗電極パルスアーク溶接の出力制御方法。
【請求項３】
前記ピーク期間の前に電極マイナス期間を設け、この電極マイナス期間中は電極マイナス極性に切り換えて電極マイナス電流を通電する、ことを特徴とする請求項１又は請求項２記載の消耗電極パルスアーク溶接の出力制御方法。
【請求項４】
前記平均溶接電流値の算出を前記溶接電流の設定信号によって行う、ことを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の消耗電極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、アーク長制御の安定性を向上させるための消耗電極パルスアーク溶接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は、溶接中のアーク長（見かけのアーク長）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熱等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Ｉav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り安定化する。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（トーチ高さ）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須となる。
【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形成する出力制御を行うことが慣用されている。図６は、外部特性の例を示す。同図の横軸は溶接ワイヤを通電する溶接電流の平均値Ｉavであり、縦軸は溶接ワイヤと母材との間に印加する溶接電圧の平均値Ｖavである。一般的に、溶接電圧値はアーク長と比例関係にあるので、平均溶接電圧値Ｖavは平均アーク長と比例関係にある。また、平均溶接電流値Ｉavは、上述したように溶融速度と比例関係にある。したがって、同図は溶融速度と平均アーク長との関係を示していることになる。アーク長が変動したときに、溶融速度をこの外部特性に基づいて変化させることでアーク長の変動を抑制する。同図に示す外部特性Ｌ１は、傾きＫｓ＝０V/Aの完全な定電圧特性の場合である。また、外部特性Ｌ２は、傾きＫｓ＝−０．１V/Aと右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すことができる。
Ｖav＝Ｋｓ・（Ｉav−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広く知られている。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、本発明の対象とす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、同図に示す外部特性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を有する外部特性Ｌ２等を形成する必要がある。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について説明する。
【０００５】
図７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、同図（Ｂ）は溶接電圧（瞬時値）ｖｏの波形図である。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
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Ｉav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Ｖav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（ベース期間Ｔｂ）を増減させることによって出力制御を行う。
【０００９】
図８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)の溶接電流の平均値がＩav(n)となり、溶接電圧の平均値がＶav(n)となる。上述した図６において、これらＩav(n)とＶav(n)との交点Ｐ１が、予め設定された外部特性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７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)における平均溶接電流値Ｉav及び平均溶接電圧値Ｖavは下式で表すことができる。
Ｉav＝（１／Ｔpb(n)）・∫ｉａ・ｄｔ    ……（２）式
Ｖav＝（１／Ｔpb(n)）・∫ｖａ・ｄｔ    ……（３）式
但し、積分は第ｎ回目のパルス周期Ｔpb(n)の間行い、ｉａは溶接電流ｉｏの絶対値であり、ｖａは溶接電圧ｖｏの絶対値である。
【００１１】
これら（２）式及び（３）式を上述した（１）式に代入して整理すると下式となる。
∫（Ｋｓ・ｉａ−Ｋｓ・Ｉｓ＋Ｖｓ−ｖａ）・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、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ＳViとして定義すると下式となる。
Ｓvj＝∫（Ｋｓ・ｉａ−Ｋｓ・Ｉｓ＋Ｖｓ−ｖａ）・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Ｓviの演算を開始する。第ｎ回目の予め定めたピーク期間Ｔｐが終了して第ｎ回目のベース期間Ｔｂ中に上記の積分値Ｓvi＝０（又はＳvi≧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、上述した（１）式の外部特性を形成することができる。
【００１４】
上述した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の絶対値ｖａ及び溶接電流ｉｏの絶対値ｉａを検出する。
（３）第ｎ回目のパルス周期Ｔpb(n)の開始時点から積分値Ｓvi＝∫（Ｋｓ・ｉａ−Ｋｓ・Ｉｓ＋Ｖｓ−ｖａ）・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Ｓviが０以上（Ｓvi≧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、上記（１）で設定した所望の外部特性を形成する。
【００１５】
図９は、上述した外部特性を形成するための出力制御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、交流商用電源（３相２００Ｖ等）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等の電力制御を行い、溶接に適した溶接電流ｉｏ及び溶接電圧ｖｏを出力する。溶接ワイヤ１は、ワイヤ送給装置の送給ロール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との間でアーク３が発生する。電圧検出回路ＶＤは、上記の溶接電圧ｖｏを検出して絶対値に変換し、溶接電圧絶対値信号ｖａを出力する。電流検出回路ＩＤは、上記の溶接電流ｉｏを検出して絶対値に変換し、溶接電流絶対値信号ｉａを出力する。
【００１７】
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。傾き設定回路ＫＳは、予め定めた外部特性の傾き設定信号Ｋｓを出力する。これらの３つの信号Ｉｓ、Ｖｓ、Ｋｓによって所望の外部特性を設定する。積分回路ＳＶＩは、上記の溶接電圧絶対値信号ｖａ、溶接電流絶対値信号ｉａ、溶接電圧基準値信号Ｖｓ、溶接電流基準値信号Ｉｓ及び傾き設定信号Ｋｓを入力として、上記（５）式の積分値Ｓvi＝∫（Ｋｓ・ｉａ−Ｋｓ・Ｉｓ＋Ｖｓ−ｖａ）・ｄｔを演算して、積分値信号Ｓviを出力する。比較回路ＣＭは、上記の積分値信号Ｓviの値が０以上（Ｓvi≧０）になったことを判別すると短時間Ｈｉｇｈレベルとなる比較信号Ｃｍを出力する。
【００１８】
溶接電流波形パラメータ設定回路ＰＦは、溶接電流波形を形成するピーク電流設定値Ｉps、ベース電流設定値Ｉbs及びピーク期間設定値Ｔpsから成る溶接電流波形パラメータ設定信号Ｐｆを出力する。電流設定回路ＩＣＳは、上記の比較信号Ｃｍ、溶接電流波形パラメータ設定信号Ｐｆを入力として、第ｎ回目のパルス周期Ｔpb(n)を開始すると、上記のピーク期間設定値Ｔpsによって定まる期間中は上記のピーク電流設定値Ｉpsを溶接電流設定信号Ｉcsとして出力し、続いて上記の比較信号ＣｍがＨｉｇｈレベルになるまでの期間中は上記のベース電流設定値Ｉbsを溶接電流設定信号Ｉcsとして出力する。電流誤差増幅回路ＥＩは、上記の溶接電流設定信号Ｉcsと溶接電流絶対値信号ｉａとの誤差を増幅して、電流誤差増幅信号Ｅｉを出力する。これにより、溶接電流設定信号Ｉcsと溶接電流ｉｏとは同じ波形となる。
【００１９】
図１０は、上述した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ｉｏの、同図（Ｂ）は溶接電圧ｖｏの、同図（Ｃ）は積分値信号Ｓviの時間変化を示す。以下，同図を参照して説明する。
【００２０】
時刻ｔ(n)において、第ｎ回目のパルス周期Ｔpb(n)が開始すると、同図（Ａ）に示すように、ピーク電流Ｉｐが通電し、同図（Ｂ）に示すように、ピーク電圧Ｖｐが印加する。これに応動して、同図（Ｃ）に示すように、積分値信号Ｓviの値は負の方向へ減少する。時刻ｔ２において、ベース期間Ｔｂが開始すると、同図（Ａ）に示すように、ベース電流Ｉｂが通電し、同図（Ｂ）に示すように、ベース電圧Ｖｂが印加する。同図（Ｃ）に示す積分値信号Ｓviの値は増加して時刻ｔ３において０となり、第ｎ回目のパルス周期Ｔpb(n)を終了する。以後、上述した動作を繰り返す（例えば、特許文献１、２参照）。
【００２１】
【特許文献１】特開２００３−２３０９５８号公報
【特許文献２】特開２００５−１１８８７２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００２２】
上述したように、アーク長制御の安定性を良好にするためには、図６で上述した所望の傾きＫｓを有する外部特性を形成する必要がある。図６において、縦軸の平均溶接電圧値Ｖavはパルス周期Ｔpbごとの平均値であり、溶接電圧値とアーク長とは比例関係にあるので、結果的に縦軸はパルス周期ごとの平均アーク長を示すことと等価である。したがって、アーク長制御の安定性は、平均溶接電流Ｉavによって定まる溶融速度とアーク長との関係が所望の傾きを有する外部特性に制御されることによって実現される。
【００２３】
図１１は、アーク発生部の模式図であり、同図（Ａ）はピーク期間Ｔｐ中のアーク発生部を示し、同図（Ｂ）はベース期間Ｔｂ中のアーク発生部を示す。同図（Ａ）に示すように、ピーク期間Ｔｐ中は大電流値のピーク電流Ｉｐが通電するので、アーク３の指向性が強くなり、アーク３は溶接ワイヤ１直下の母材２との間に発生する。溶接ワイヤ先端から母材２までの最短距離が見かけのアーク長Ｌa1と呼ばれ、溶接品質に大きな影響を及ぼす。したがって、単にアーク長と言うときは、通常この見かけのアーク長Ｌa1のことを指している。上述したアーク長制御とは、溶接品質に重大な影響を及ぼす見かけのアーク長Ｌa1を適正値に制御することである。同図（Ａ）において、真のアーク長Ｌt1は、アーク３の実際の距離であり、アーク３が直下に発生しているときはＬt1≒Ｌ a1となる。この真のアーク長Ｌt1が溶接電圧値（ピーク電圧値Ｖｐ）と比例関係にある。したがって、この場合には、本来検出したい見かけのアーク長を溶接電圧値（ピーク電圧値Ｖｐ）によって検出することができる。同様に、ベース期間Ｔｂにおいてもアーク３が直下に発生しているときは、見かけのアーク長を溶接電圧値（ベース電圧値Ｖｂ）で検出することができる。上述した状態、すなわち見かけのアーク長を溶接電圧値で正確に検出することができることを前提条件として従来技術の出力制御は構築されている。
【００２４】
しかし、同図（Ｂ）に示すように、ベース期間Ｔｂ中は小電流値のベース電流Ｉｂが通電するために、アーク３の指向性が弱い。このために、母材２の表面状態、シールドガスの遮蔽状態、溶融池の不規則振動等の変動によって、アーク３は直下に発生せず斜め方向に発生することがある。この斜め方向へのアーク３の発生は、母材表面の酸化皮膜を求めてアーク陰極点が移動するミグ溶接においてしばしば発生する。この状態になると、同図（Ｂ）に示すように、見かけのアーク長Ｌa2と真のアーク長Ｌt2とはかなり異なった値となる。このときに、溶接電圧値（ベース電圧値Ｖｂ）は真のアーク長Ｌt2に比例した値となり、見かけのアーク長Ｌa2には比例しない。このために、パルス周期ごとの平均溶接電圧値Ｖavは、見かけのアーク長に比例するピーク電圧値Ｖｐと見かけのアーク長に比例しないベース電圧値とが平均された値となるために、この平均溶接電圧値Ｖavではパルス周期ごとの見かけのアーク長を正確に検出することができない。この結果、アーク長制御性が低下することになる。
【００２５】
そこで、本発明は、アークが斜め方向に発生する頻度が高い溶接条件においてもアーク長制御性を良好に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を提供する。
【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、第１の発明は、ピーク期間中のピーク電流の通電とベース期間中のベース電流の通電とを１パルス周期として溶接電流を通電して溶接する消耗電極パルスアーク溶接の出力制御方法において、
第ｎ回目のパルス周期の開始時点から平均溶接電流値を刻々と算出し、前記ピーク期間中のピーク電圧値を検出し、このピーク電圧値を入力として予め定めた外部特性によって平均溶接電流設定値を算出し、
前記ピーク期間に続くベース期間中に前記平均溶接電流値と前記平均溶接電流設定値とが等しくなった時点で前記第ｎ回目のパルス周期を終了し、続けて第ｎ＋１回目のパルス周期を開始する、ことを特徴とする消耗電極パルスアーク溶接の出力制御方法である。
【００２７】
第２の発明は、前記ピーク電流が立上り及び／又は立下りに傾斜を有する、ことを特徴とする第１の発明記載の消耗電極パルスアーク溶接の出力制御方法である。
【００２８】
第３の発明は、前記ピーク期間の前に電極マイナス期間を設け、この電極マイナス期間中は電極マイナス極性に切り換えて電極マイナス電流を通電する、ことを特徴とする第１の発明又は第２の発明記載の消耗電極パルスアーク溶接の出力制御方法である。
【００２９】
第４の発明は、前記平均溶接電流値の算出を前記溶接電流の設定信号によって行う、ことを特徴とする第１〜第３の発明のいずれか１項に記載の消耗電極パルスアーク溶接の出力制御方法である。
【発明の効果】
【００３０】
上記第１の発明によれば、アークが斜め方向に発生する頻度が高い溶接条件において、見かけのアーク長の変化をピーク電圧値によって正確に検出し、このピーク電圧値Ｖｐを入力として予め定めた外部特性に基づいて平均溶接電流設定値を算出し、パルス周期ごとの平均溶接電流値がこの平均溶接電流設定値になるように出力制御する。これにより、アークが斜め方向に発生する頻度の高い溶接条件（例えば、ミグ溶接時）下でも、アーク長制御性が向上し良好な溶接品質を得ることができる。
【００３１】
さらに、第２の発明によれば、ピーク電流の立上り及び／又は立下りに傾斜を有する場合でも、上述した第１の発明と同様の効果を奏することができる。
【００３２】
さらに、第３の発明によれば、電極マイナス期間のある交流パルスアーク溶接においても、上述した第１の発明と同様の効果を奏することができる。
【００３３】
さらに、第３の発明によれば、溶接電流の設定信号によって平均溶接電流値を算出することができ、上述した第１の発明と同様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】
【００３４】
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。
【００３５】
［実施の形態１］
図１は、本発明の実施の形態１に係る溶接電源の外部特性を示す図である。同図の横軸は平均溶接電流Ｉavを示し、縦軸はピーク電圧値Ｖｐを示す。従来技術を示す図６とは異なり、縦軸をピーク電圧値Ｖｐに変更した理由は以下のとおりである。図１１で上述したように、ピーク期間Ｔｐ中は大電流値のピーク電流Ｉｐが通電するためにアークの指向性が強くなり、アークは溶接ワイヤ直下に発生する。この結果、見かけのアーク長と真のアーク長とが略等しくなるために、真のアーク長と比例するピーク電圧値Ｖｐによって見かけのアーク長を検出することができる。したがって、パルス周期ごとの見かけのアーク長の変化をピーク期間Ｔｐ中の見かけのアーク長の変化によって検出するものである。溶接品質には数周期〜十数周期のパルス周期における見かけのアーク長の変化が問題になるので、１パルス周期中の平均の見かけのアーク長をｋ検出する必要はない。パルス周期ごとのピーク期間Ｔｐの見かけのアーク長を検出し、数数周期〜十数周期にわたる見かけのアーク長の変化幅を正確に検出することが重要である。
【００３６】
同図において、縦軸をピーク電圧値Ｖｐとすることは、見かけのアーク長を縦軸にした外部特性を設定していることと等価である。したがって、同図の外部特性が形成されるように溶接電源の出力制御を行うことによって良好なアーク長制御を行うことができる。同図に示す外部特性Ｌ３は、Ｐ０点を通り傾きＫｓの直線であり、下式で表すことができる。Ｐ０点は溶接電流基準値Ｉｓとピーク電圧基準値Ｖpsとの交点である。
Ｖｐ＝Ｋｓ・（Ｉav−Ｉｓ）＋Ｖps    …（６）式
【００３７】
図２は、上述した外部特性Ｌ３を形成する出力制御を搭載した溶接電源のブロック図である。同図において上述した図９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９と異なる点線で示すブロックについて説明する。
【００３８】
ピーク電圧検出回路ＶＰＤは、ピーク電圧Ｖｐを検出して、ピーク電圧検出信号Ｖpdを出力する。平均電流算出回路ＩＡＶは、各パルス周期の開始時点から刻々と平均値を算出して、平均溶接電流値信号Ｉavを出力する。平均値の算出方法については、図３で詳述する。ピーク電圧基準値設定回路ＶＰＳは、予め定めたピーク電圧基準値信号Ｖpsを出力する。平均溶接電流設定回路ＩＡＶＳは、溶接電流基準値信号Ｉｓ、傾き設定信号Ｋｓ、上記のピーク電圧基準値信号Ｖps及び上記のピーク電圧検出信号Vpdを入力として、上記の（６）式を変形した
Ｉavs＝（（Ｖpd−Ｖps）／Ｋｓ）＋Ｉｓ    …（７）
によって演算して、平均溶接電流設定信号Ｉavsを出力する。これにより、ピーク電圧検出信号Ｖpdに対応する図１の外部特性上の平均溶接電流値Ｉav（平均溶接電流設定信号Ｉavs）を算出している。第２比較回路ＣＭ２は、ピーク期間に続くベース期間に上記の平均溶接電流値信号Ｉavの値と平均溶接電流設定信号Ｉavsの値とが等しくなった時点で現パルス周期を終了するための短時間Ｈｉｇｈレベルになる比較信号Ｃｍを出力する。
【００３９】
図３は、上述した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ｉｏの、同図（Ｂ）は溶接電圧ｖｏの、同図（Ｃ）は平均溶接電流値信号Ｉav及び平均溶接電流設定信号Ｉavsの時間変化を示す。以下、同図を参照して説明する。
【００４０】
時刻ｔ１において、第ｎ回目のパルス周期Ｔpb(n)が開始すると、同図（Ａ）に示すように、ピーク電流Ｉｐが通電し、同図（Ｂ）に示すように、ピーク電圧Ｖｐが印加する。このピーク電圧値Ｖｐを入力として、上記（７）式によって同図（Ｃ）に示す平均溶接電流設定信号Ｉavsの値が算出される。したがって、この平均溶接電流設定信号Ｉavsの値は、パルス周期Ｔpbごとにピーク電圧値Ｖｐに対応して新たに算出される。
【００４１】
第ｎ回目のパルス周期Ｔpb(n)の開始時点である時刻ｔ１からの経過時間をｔとすると、経過時間ｔにおける平均溶接電流値Ｉavは下式で表すことができる。
Ｉav＝（１／ｔ）・∫ｉａ・ｄｔ    …（８）式
但し、ｉａは溶接電流絶対値信号であり、積分は経過時間ｔの間行う。
同図（Ｃ）に示すように、平均溶接電流値信号Ｉavの値は、上記（８）式に従い変化し、ピーク期間Ｔｐ中はＩav＞Ｉavsとなり、ベース期間Ｔｂ中は次第に減少し、時刻ｔ３においてＩav＝Ｉavsになる。この時刻ｔ３の時点で第ｎ回目のパルス周期Ｔpb(n)を終了する。
【００４２】
上述した本発明の出力制御方法を整理すると以下のようになる。
（１）溶接電流基準値信号Ｉｓ、ピーク電圧基準値信号Ｖps及び傾き設定信号Ｋｓによって所望の外部特性を上記（６）式で設定する。
（２）第ｎ回目のパルス周期Ｔpb(n)のピーク電圧検出信号Ｖpdを入力として、上記（７）式によって平均溶接電流設定信号Ｉavsを算出する。
（３）第ｎ回目のパルス周期Ｔpb(n)の開始時点から上記（８）式によって平均溶接電流値信号Ｉavを刻々と算出する。
（４）第ｎ回目のパルス周期Ｔpb(n)のピーク期間Ｔｐに続くベース期間Ｔｂ中において、平均溶接電流値信号Ｉavの値が平均溶接電流設定信号Ｉavsの値と等しくなった時点で第ｎ回目のパルス周期Ｔpb(n)を終了する。
【００４３】
上記した実施の形態１によれば、アークが斜め方向に発生する頻度が高い溶接条件において、見かけのアーク長の変化をピーク電圧値によって正確に検出し、平均溶接電流と見かけのアーク長との関係を示す外部特性を所望値に形成することができる。このために、アーク長制御性が向上し良好な溶接品質を得ることができる。
【００４４】
［実施の形態２］
図４は、溶接電流・電圧波形においてピーク期間Ｔｐの前後に立上り期間Ｔｕ及び立下り期間Ｔｄを設けた場合の図３に対応するタイミングチャートである。立上り期間Ｔｕ中は、同図（Ａ）に示すように、ベース電流Ｉｂからピーク電流Ｉｐへと上昇する遷移電流が通電し、同図（Ｂ）に示すように、ベース電圧Ｖｂからピーク電圧Ｖｐへと上昇する遷移電圧が印加する。続くピーク期間Ｔｐ中は、同図（Ａ）に示すように、ピーク電流Ｉｐが通電し、同図（Ｂ）に示すように、ピーク電圧Ｖｐが印加する。続く立下り期間Ｔｄ中は、同図（Ａ）に示すように、ピーク電流Ｉｐからベース電流Ｉｂへと下降する遷移電流が通電し、同図（Ｂ）に示すように、ピーク電圧Ｖｐからベース電圧Ｖｂへと下降する遷移電圧が印加する。続くベース期間Ｔｂ中は、同図（Ａ）に示すように、ベース電流Ｉｂが通電し、同図（Ｂ）に示すように、ベース電圧Ｖｂが印加する。
【００４５】
同図（Ｃ）に示すように、平均溶接電流設定信号Ｉavsは同図（Ｂ）に示すピーク電圧値Ｖｐを入力として、上記（７）式によって算出される。また、平均溶接電流値信号Ｉavは上記（８）式によって算出される。平均溶接電流値信号Ｉavの値は、立上り期間Ｔｕ及びピーク期間Ｔｐ中は増加し、立下り期間Ｔｄ及びベース期間Ｔｂ中は減少し、時刻ｔ４においてＩav＝Ｉavsとなりこのパルス周期を終了する。
【００４６】
立上り期間Ｔｕと立下り期間Ｔｄは、両方又はどちらか一方でも良い。実施の形態２によれば、ピーク電流の立上り及び／又は立下りに傾斜がある場合でも、上述した実施の形態１と同様の効果を奏する。
【００４７】
［実施の形態３］
図５は、溶接電流・電圧波形においてピーク期間Ｔｐの前に電極マイナス期間Ｔｎを設けた交流パルスアーク溶接の場合の図３に対応するタイミングチャートである。電極マイナス期間Ｔｎ中は、同図（Ａ）に示すように、電極マイナス極性で電極マイナス電流Ｉｎ流が通電し、同図（Ｂ）に示すように、電極マイナス電圧Ｖｎが印加する。続くピーク期間Ｔｐ中は、同図（Ａ）に示すように、通常の電極プラス極性に切り換えてピーク電流Ｉｐが通電し、同図（Ｂ）に示すように、ピーク電圧Ｖｐが印加する。続くベース期間Ｔｂ中は、同図（Ａ）に示すように、ベース電流Ｉｂが通電し、同図（Ｂ）に示すように、ベース電圧Ｖｂが印加する。
【００４８】
同図（Ｃ）に示すように、平均溶接電流設定信号Ｉavsは同図（Ｂ）に示すピーク電圧値Ｖｐを入力として、上記（７）式によって算出される。また、平均溶接電流値信号Ｉavは上記（８）式によって算出される。平均溶接電流値信号Ｉavの値は、電極マイナス期間Ｔｎ及びピーク期間Ｔｐ中は増加し、ベース期間Ｔｂ中は減少し、時刻ｔ４においてＩav＝Ｉavsとなりこのパルス周期を終了する。
【００４９】
電極マイナス期間Ｔｎは、ピーク期間Ｔｐの前後のどちらに設けても良い。実施の形態３によれば、電極マイナス期間Ｔｎのある交流パルスアーク溶接でも、上述した実施の形態１と同様の効果を奏する。
【００５０】
［実施の形態４］
上述したように、平均溶接電流平均値Ｉavは、上記（８）式によって算出される。図３（Ａ）で上述した溶接電流波形において、ピーク電流Ｉｐ及びベース電流Ｉｂは、図２で上述した溶接電流設定信号Ｉcsによって設定される。したがって、溶接電流ｉｏの絶対値ｉａの代わりに溶接電流設定信号Ｉcsを使用すると、上記（８）式は下式に修正される。
Ｉav＝（１／ｔ）・∫Ｉcs・ｄｔ    …（８１）式
但し、経過時間ｔはパルス周期開始時点からの経過時間であり、積分はこの経過時間ｔの間行う。溶接電流波形が、上述した図４及び図５のときも同様である。
【００５１】
さらに、図３において、時刻ｔ３時点で平均溶接電流値Ｉavと平均溶接電流設定信号Ｉavsとが等しくなり、ピーク電流Ｉｐはピーク電流設定値Ｉpsによって、ベース電流Ｉｂはベース電流設定値Ｉbsによって、ピーク期間Ｔｐはピーク期間設定値Ｔpsによって予め設定されているので、下式が成立する。
Ｉａｖｓ＝（Ｉｐｓ・Ｔｐｓ＋Ｉｂｓ・Ｔｂ）／（Ｔｐｓ＋Ｔｂ）
上式をベース期間Ｔｂによって整理すると下式となる。
Ｔｂ＝（Ｉｐｓ−Ｉａｖｓ）・Ｔｐｓ／（Ｉａｖｓ−Iｂｓ）    …（９１）式
したがって、パルス周期を開始し、ピーク電圧値Ｖｐによって平均溶接電流設定信号Ｉavsが算出されると、上記（９１）式によって現パルス周期のベース期間Ｔｂを算出することができる。
【００５２】
同様に、図４の溶接電流波形においては、平均溶接電流設定信号Ｉavsが決まるとベース期間Ｔｂは下式で算出される。
Ｔｂ＝((Ａ・Ｔus＋Ｉps・Ｔps＋Ａ・Ｔds)／(Ｉavs−Ｉbs))−Ｔus−Ｔps−Ｔds
…（９２）式
但し、Ａ＝(1/2)・(Ｉps−Ｉbs)であり、Ｔusは予め定めた立上り期間設定値であり、Ｔdsは予め定めた立下り期間設定値である。
【００５３】
同様に、図５の溶接電流波形においては、平均溶接電流設定信号Ｉavsが決まるとベース期間Ｔｂは下式で算出される。
Ｔｂ＝((Ｉns−Ｉavs)・Ｔns＋(Ｉps−Ｉavs)・Ｔps)／(Ｉavs−Ｉbs)
…（９３）式
但し、Ｉnsは予め定めた電極マイナス電流設定値であり、Ｔnsは予め定めた電極マイナス期間設定値である。
【００５４】
上述したように、実施の形態４によれば、溶接電流設定信号Ｉcs又は溶接電流波形パラメータによってベース期間Ｔｂを制御し、実施の形態１と同様の効果を奏することができる。
【図面の簡単な説明】
【００５５】
【図１】本発明の実施の形態１に係る溶接電源の外部特性を示す図である。
【図２】図１の外部特性を形成する出力制御を搭載した溶接電源のブロック図である。
【図３】図２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４】溶接電流・電圧波形においてピーク期間Ｔｐの前後に立上り期間Ｔｕ及び立下り期間Ｔｄを設けた場合の図３に対応するタイミングチャートである。
【図５】溶接電流・電圧波形においてピーク期間Ｔｐの前に電極マイナス期間Ｔｎを設けた場合の図３に対応するタイミングチャートである。
【図６】従来技術における外部特性を示す図である。
【図７】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８】従来技術において、第ｎ回目のパルス周期Ｔpb(n)の溶接電流の平均値Ｉav(n)及び溶接電圧の平均値Ｖav(n)を示す電流・電圧波形図である。
【図９】図６の外部特性を形成する出力制御を搭載した溶接電源のブロック図である。
【図１０】図９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１１】課題を説明するためのアーク発生部の模式図である。
【符号の説明】
【００５６】
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            比較回路
Ｃｍ            比較信号
ＣＭ２            第２比較回路
ＥＩ            電流誤差増幅回路
Ｅｉ            電流誤差増幅信号
ｉａ            溶接電流絶対値（信号）
ＩＡＶ            平均電流算出回路
Iav            平均溶接電流値（信号）
ＩＡＶＳ          平均溶接電流設定回路
Ｉavs          平均溶接電流設定信号
Ｉｂ            ベース電流
Ｉbs            ベース電流設定値
ＩＣＳ            電流設定回路
Ｉcs            溶接電流設定信号
ＩＤ            電流検出回路
Ｉｎ            電極マイナス電流
Ｉns            電極マイナス電流設定値
ｉｏ            溶接電流
Ｉｐ            ピーク電流
Ｉps            ピーク電流設定値
ＩＳ            溶接電流基準値設定回路
Ｉｓ            溶接電流基準値（信号）
ＫＳ            傾き設定回路
Ｋｓ            傾き設定信号
Ｌ１〜Ｌ３        外部特性
Ｌa1、Ｌa2        見かけのアーク長
Ｌt1、Ｌt2        真のアーク長
ＰＦ            溶接電流波形パラメータ設定回路
Ｐｆ            溶接電流波形パラメータ設定信号
ＳＶＩ            積分回路
Ｓvi            積分値（信号）
Ｔｂ            ベース期間
Ｔｄ            立下り期間
Ｔds            立下り期間設定値
Ｔｎ            電極マイナス期間
Ｔns            電極マイナス期間設定値
Ｔｐ            ピーク期間
Ｔpb            パルス周期
Ｔps            ピーク期間設定値
Ｔｕ            立下り期間
Ｔus            立下り期間設定値
ｖａ            溶接電圧絶対値（信号）
Ｖav            平均溶接電圧値
Ｖｂ            ベース電圧
ＶＤ            電圧検出回路
Ｖｎ            電極マイナス電圧
ｖｏ            溶接電圧
Ｖｐ            ピーク電圧
ＶＰＤ            ピーク電圧検出回路
Vpd            ピーク電圧検出信号
ＶＰＳ            ピーク電圧基準値設定回路
Ｖps            ピーク電圧基準値（信号）
ＶＳ            溶接電圧基準値設定回路
Ｖｓ            溶接電圧基準値（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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【図１０】
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【図１１】
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