(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
溶接ワイヤを母材に送給すると共に、ピーク期間中のピーク電流及びベース期間中のベース電流を通電するパルスアーク溶接の溶接電流制御方法において、
前記ベース期間中に前記溶接ワイヤと前記母材との短絡が発生したときは予め定めた短絡電流を通電すると共に、この短絡期間中の前記ベース電流の設定値を積分してベース短絡積分値を算出し、前記短絡が解除されてアークが再発生したときは前記ベース電流値に電流増加値を加算した溶融補償電流を予め定めた補償期間だけ通電し、その後は前記ベース電流の通電に戻し、前記電流増加値は前記ベース短絡積分値に予め定めた増幅率を乗じた値を前記補償期間で除算した値であることを特徴とするパルスアーク溶接の溶接電流制御方法。
【請求項２】
請求項１記載の溶融補償電流の通電を、再アークの発生から予め定めた遅延時間が経過した後から開始することを特徴とするパルスアーク溶接の溶接電流制御方法。
【請求項３】
溶接ワイヤを母材に送給すると共に、ピーク期間中のピーク電流及びベース期間中のベース電流を通電するパルスアーク溶接の溶接電流制御方法において、
前記ピーク期間中に前記溶接ワイヤと前記母材との短絡が発生したときは予め定めた短絡電流を通電すると共に、この短絡期間中の前記ピーク電流の設定値を積分してピーク短絡積分値を算出し、前記短絡が解除されてアークが再発生し前記ピーク期間が終了したときは前期ベース電流値に予め定めた電流増加値を加算した溶融補償電流を補償期間だけ通電し、その後は前記ベース電流の通電に戻し、前記補償期間は前記ピーク短絡積分値に予め定めた増幅率を乗じた値を前記電流増加値で除算した値であることを特徴とするパルスアーク溶接の溶接電流制御方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、消耗電極式パルスアーク溶接の溶接電流制御方法に関し、特に、溶接ワイヤと母材との短絡に伴うワイヤ溶融量の変動を補償してアーク長の変動を抑制し、良好な溶接品質を確保するための溶接電流制御方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
消耗電極式アーク溶接において、溶接中のアーク長を適正値に維持することは良好な溶接品質を得るために重要である。アーク長は、ワイヤ送給速度Ｗｓ［mm/s］（以下、送給速度という）とワイヤ溶融速度Ｍｓ［mm/s］（以下、溶融速度という）との差によって定まる。すなわち、アーク長は、Ｗｓ＝Ｍｓのときには変化しないで一定のままであり、Ｗｓ＞Ｍｓのときには短くなる方向に変化し、Ｗｓ＜Ｍｓのときには長くなる方向に変化する。したがって、送給速度Ｗｓが設定されると、アーク長は溶融速度Ｍｓによって定まることになる。この溶融速度Ｍｓは、下式で定まることが知られている。
Ｍｓ＝α・Ｉaa＋β・Ｌ・Ｉwa・Ｉwa  …（１）式
ここで、Ｉaa［Ａ］はアーク電流の平均値であり、Ｉwa［Ａ］はアーク電流及び短絡電流を含む溶接電流の平均値であり、Ｌ［mm］はワイヤ突出し長さであり、αはアーク電流によるアーク熱のワイヤ溶融への寄与度を示す係数であり、βは溶接電流によるジュール熱のワイヤ溶融への寄与度を示す係数である。
【０００３】
したがって、消耗電極式アーク溶接では、アーク長を溶接電圧Ｖｗの平均値Ｖavで検出し、この検出値が予め定めた電圧設定値Ｖｒと略等しくなるように溶接電流Ｉｗを制御し、この結果として上記（１）式に示すように溶融速度Ｍｓが変化してアーク長を制御する。アーク溶接の一つであるパルスアーク溶接においても、上述したことはそのまま当てはまる。以下、従来技術１（例えば、特許文献１参照）として、パルスアーク溶接の溶接電流制御方法について説明する。
【０００４】
図７は、パルスアーク溶接の電圧・電流波形図であり、同図（Ａ）は溶接電圧Ｖｗの波形であり、同図（Ｂ）は溶接電流Ｉｗの波形である。以下、同図を参照して説明する。
【０００５】
▲１▼  時刻ｔ１〜ｔ２のピーク期間Ｔｐ
ピーク期間Ｔｐ中は、同図（Ｂ）に示すように、溶接ワイヤをスプレー移行させるために臨界電流値以上に予め定めたピーク電流設定値Ｉprに相当するピーク電流Ｉｐを通電し、同図（Ａ）に示すように、アーク長に対応したピーク電圧Ｖｐが印加する。このピーク期間Ｔｐ及びピーク電流Ｉｐの値は、溶接ワイヤの種類、シールドガスの種類等に応じていわゆる１パルス１溶滴移行の良好な溶滴移行状態となる適正値に設定される。
【０００６】
▲２▼  時刻ｔ２〜ｔ３のベース期間Ｔｂ
ベース期間Ｔｂ中は、同図（Ｂ）に示すように、上記の臨界電流値未満の数十Ａ程度のベース電流設定値Ｉbrに相当するベース電流Ｉｂを通電し、同図（Ａ）に示すように、アーク長に対応したベース電圧Ｖｂが印加する。このベース期間Ｔｂは、溶接電圧Ｖｗの平均値が電圧設定値と略等しくなるようにフィードバック制御によって定まる。このようにしてベース期間Ｔｂを制御することによって、上述したように溶接電流Ｉｗの平均値（アーク電流の平均値を含む）を変化させて溶融速度Ｍｓを変化させ、アーク長を制御している。
【０００７】
▲３▼  時刻ｔ２１〜ｔ２２の短絡期間Ｔｓ
上記のベース期間Ｔｂ中に短絡が発生すると、同図（Ａ）に示すように、溶接電圧Ｖｗは数Ｖ程度の短絡電圧値となり、同図（Ｂ）に示すように、短絡を早期に解除するためにベース電流Ｉｂよりも大きい値に予め定めた短絡電流Ｉｓを通電する。
【０００８】
上記のピーク期間Ｔｐと上記のベース期間Ｔｂとから成るパルス周期Ｔｆを繰り返して溶接を行う。パルス周期Ｔｆ中に短絡が発生すると、短絡期間Ｔｓ中の溶接電圧は短絡電圧値に変化するために、溶接電圧の平均値は変化する。上述したように、溶接電圧の平均値をフィードバック制御してベース期間Ｔｂが決まるので、溶接電圧の平均値が変化するとベース期間Ｔｂが変化する。しかし、通常はフィードバック制御系の安定性を確保するために、溶接電圧の平均値を算出する時定数は数百ms（十数〜数十パルス周期）と大きな値に設定されている。このために、１回の短絡の発生による溶接電圧の平均値の変化は小さな値となるので、ベース期間Ｔｂの変化は小さい。したがって、パルス周期Ｔｆの変化も小さい。
【０００９】
時刻ｔ１〜ｔ３のパルス周期Ｔｆ中の溶融量Ｍs1［mm］は、上記（１）式に基づいて下式によって算出することができる。
Ｍs1＝（α・Ｉaa1＋β・Ｌ・Ｉwa1・Ｉwa1）・Ｔｆ  …（２）式
但し、アーク電流平均値Ｉaa1及び溶接電流平均値Ｉwa1はパルス周期Ｔｆ中の平均値である。
【００１０】
ここで、パルス周期Ｔｆ中に短絡が発生しなかった場合を想定すると、短絡期間Ｔｓ中はベース電流設定値Ｉbrに相当するベース電流Ｉｂが通電する。このときのアーク電流平均値をＩaa2とし、溶接電流平均値をＩwa2とし、上述したように短絡の有無によってもパルス周期Ｔｆは略等しいとすると、溶融量Ｍs2は下式で算出することができる。
Ｍs2＝（α・Ｉaa2＋β・Ｌ・Ｉwa2・Ｉwa2）・Ｔｆ  …（３）式
【００１１】
短絡が発生しなかった想定のときに、アーク長は適正値に維持されていたとすると、パルス周期Ｔｆ中の送給量Ｗs2［mm］＝Ｍs2が成立する。したがって、短絡発生時の溶融量Ｍs1＝Ｍs2となれば短絡が発生してもアーク長は変動せず適正値に維持することができることになる。ここで、溶融量変動値ΔＭｓ＝Ｍs1−Ｍs2とする。また、短絡電流Ｉｓとベース電流Ｉｂとの差は大きくないために、短絡有無による溶接電流平均値Ｉwa1＝Ｉwa2とみなすことができるので、溶融量変動値ΔＭｓは上記（２）式から上記（３）式を減算して下式となる。
ΔＭｓ＝α・Ｔｆ・（Ｉaa1−Ｉaa2）
【００１２】
ここで、
Ｉaa1＝（Ｔｐ・Ｉｐ＋（Ｔｂ−Ｔｓ）・Ｉｂ）／Ｔｆ
Ｉaa2＝（Ｔｐ・Ｉｐ＋Ｔｂ・Ｉｂ）／Ｔｆ
であるので、上式に代入すると下式となる。
ΔＭｓ＝−１・α・Ｔｓ・Ｉｂ＝−１・α・Ｓｂ  …（４）式
但し、ベース短絡積分値Ｓｂ＝Ｔｓ・Ｉｂである。したがって、短絡が発生すると、パルス周期Ｔｆ中の溶融量がΔＭｓ変動してアーク長はΔＭｓ［mm］短くなる。
【００１３】
図８は、ピーク期間Ｔｐ中に短絡が発生したときの上記の図７と同様の電圧・電流波形図である。時刻ｔ１１〜ｔ１２の短絡期間Ｔｓ中、同図（Ｂ）に示すように、短絡電流Ｉｓが通電する。この場合の溶融量変動値ΔＭｓは上記（４）式と同様にして算出されて下式となる。
ΔＭｓ＝−１・α・Ｔｓ・Ｉｐ＝−１・α・Ｓｐ  …（５）式
但し、ピーク短絡積分値Ｓｐ＝Ｔｓ・Ｉｐである。したがって、短絡が発生すると、パルス周期Ｔｆ中の溶融量がΔＭｓ変動してアーク長はΔＭｓ［mm］短くなる。
【００１４】
次に、従来技術２では、パルスアーク溶接の場合ではないが炭酸ガスアーク溶接において、溶接ワイヤと母材との短絡が解除されてアークが再発生したタイミングで溶接電流を増大させて、比較的高レベルの電流値に保持し、続いて溶接ワイヤと母材とが短絡するまで溶接電流を比較的低レベルの電流値に保持する溶接電流制御方法が開示されている（例えば、特許文献２参照）。
【００１５】
従来技術２では、上記の高レベルの溶接電流（アーク電流）の通電によって溶接ワイヤを溶融して、１回の短絡移行に伴う溶滴を形成する。これに続く低レベルの溶接電流（アーク電流）の通電はアーク力を弱めて短絡に導くためであり、溶接ワイヤの溶融にはほとんど寄与しない（寄与しないような値に設定される）。したがって、高レベルの溶接電流の通電期間は、直前の短絡期間の長さとは関係なく１回の溶滴移行量によって決定される。すなわち、送給速度が決まればそれに対応する１回の溶滴移行量（溶融量）が決まるので、高レベルの溶接電流値及び通電期間が定まる。
【００１６】
【特許文献１  】
特許第２８１９６０７号公報
【特許文献２】
特公平４−４０７４号公報
【００１７】
【発明が解決しようとする課題】
上述したように、従来技術１では、短絡が発生すると上記（４）式及び（５）式に示すようにΔＭｓだけ溶融量が変動してアーク長がΔＭｓ［mm］だけ短くなる方向に変動する。アーク長が変動して適正値から外れると、スパッタの発生量の増加、ビード外観の悪化、数十msを超える長期短絡の発生等によるアーク切れの発生等によって溶接品質が悪くなる。この問題は、適正アーク長がもともと短い高速溶接時に顕著である。また、溶接ワイヤの材質がアルミニウム、アルミニウム合金等のようにワイヤ抵抗値が低い材質の場合には、アーク熱による溶融への寄与度が高いために、同じ短絡期間に対する溶融量変動値ΔＭｓが大きくなりアーク長の変動幅も大きくなるので、上記の問題点が顕著となる。
【００１８】
従来技術２では、短絡解除後に高レベルの溶接電流を通電するが、上述したように、この通電は短絡期間の長さと関係なく通電され、さらにこの通電によって１回の溶滴移行量の溶融を行う。しかし、パルスアーク溶接では、図７で上述したように、パルス周期Ｔｆの全期間で１回の溶滴移行量を溶融する。したがって、従来技術２の溶接電流制御方法によっては、上記の従来技術１の問題を解決することはできない。
【００１９】
そこで、本発明では、パルスアーク溶接中に短絡が発生してもそれに起因するアーク長の変動を抑制することができるパルスアーク溶接の溶接電流制御方法を提供する。
【００２０】
【課題を解決するための手段】
請求項１の発明は、溶接ワイヤを母材に送給すると共に、ピーク期間中のピーク電流及びベース期間中のベース電流を通電するパルスアーク溶接の溶接電流制御方法において、
前記ベース期間中に前記溶接ワイヤと前記母材との短絡が発生したときは予め定めた短絡電流を通電すると共に、この短絡期間中の前記ベース電流の設定値を積分してベース短絡積分値を算出し、前記短絡が解除されてアークが再発生したときは前記ベース電流値に電流増加値を加算した溶融補償電流を予め定めた補償期間だけ通電し、その後は前記ベース電流の通電に戻し、前記電流増加値は前記ベース短絡積分値に予め定めた増幅率を乗じた値を前記補償期間で除算した値であることを特徴とするパルスアーク溶接の溶接電流制御方法である。
【００２１】
請求項２の発明は、請求項１記載の溶融補償電流の通電を、再アークの発生から予め定めた遅延時間が経過した後から開始することを特徴とするパルスアーク溶接の溶接電流制御方法である。
【００２２】
請求項３の発明は、溶接ワイヤを母材に送給すると共に、ピーク期間中のピーク電流及びベース期間中のベース電流を通電するパルスアーク溶接の溶接電流制御方法において、
前記ピーク期間中に前記溶接ワイヤと前記母材との短絡が発生したときは予め定めた短絡電流を通電すると共に、この短絡期間中の前記ピーク電流の設定値を積分してピーク短絡積分値を算出し、前記短絡が解除されてアークが再発生し前記ピーク期間が終了したときは前期ベース電流値に予め定めた電流増加値を加算した溶融補償電流を補償期間だけ通電し、その後は前記ベース電流の通電に戻し、前記補償期間は前記ピーク短絡積分値に予め定めた増幅率を乗じた値を前記電流増加値で除算した値であることを特徴とするパルスアーク溶接の溶接電流制御方法である。
【００２３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。
［実施の形態１］
図１は、本発明の実施の形態１における上述した図７に対応する電圧・電流波形図であり、同図（Ａ）は溶接電圧Ｖｗの波形であり、同図（Ｂ）は溶接電流Ｉｗの波形である。以下、同図を参照して説明する。
【００２４】
同図に示すように、ベース期間Ｔｂ中の時刻ｔ２１に短絡が発生したときは、短絡電流Ｉｓを通電すると共に、この短絡期間Ｔｓ中のベース電流の設定値Ｉbrを積分してベース短絡積分値Ｓｂを算出する。その後、短絡が時刻ｔ２２に解除されてアークが再発生したときは、ベース電流値Ｉｂに電流増加値Ｉｕを加算した溶融補償電流Ｉｈを予め定めた補償期間Ｔｈだけ通電し、その後の時刻ｔ２３からはベース電流Ｉｂの通電に戻す。上記の電流増加値Ｉｕは、上記のベース短絡積分値Ｓｂに予め定めた増幅率Ｋを乗じた補償積分値Ｓｈを上記の補償期間Ｔｈで除算した値として短絡解除ごとに算出する。
【００２５】
上記（４）式に示すように、ベース期間Ｔｂ中に短絡が発生すると、溶融量変動値ΔＭｓ＝−１・α・Ｔｓ・Ｉｂ＝−１・α・Ｓｂだけ溶融量が変動する。そこで、短絡期間Ｔｓ中においてベース電流Ｉｂを設定するベース電流設定値Ｉbrを積分してベース短絡積分値Ｓｂ＝∫Ｉbr・ｄｔ＝Ｔｓ・Ｉbrを算出する。そして、短絡解除時点でこのベース短絡積分値Ｓｂに予め定めた増幅率Ｋを乗じて補償積分値Ｓｈ＝Ｋ・Ｓｂを算出し、この補償積分値Ｓｈを予め定めた補償期間Ｔｈで除算して電流増加値Ｉｕ＝Ｓｈ／Ｔｈを算出し、この電流増加値Ｉｕをベース電流設定値Ｉbrに加算して溶融補償電流値Ｉｈを算出する。続いて、この溶融補償電流Ｉｈを補償期間Ｔｈの間だけ通電する。これによって、溶融量変動値ΔＭｓを短絡解除後に補償することになるので、アーク長は変動せず適正値を維持することができる。
【００２６】
上記の増幅率Ｋを乗じる理由は、フィードバック制御の増幅率を調整して制御系の安定化を図るのと同様である。この増幅率Ｋは、溶接ワイヤの種類、シールドガスの種類等に応じて適正値に設定する。例えば、アルミニウムワイヤのときの値は０．６〜１．５程度であり、鉄鋼ワイヤのときの値は０．３〜１．０程度である。また、上記の補償期間Ｔｈは、０．２〜２ms程度が適正範囲である。この値があまり短いと電流増加値Ｉｕが大きくなり過ぎる場合があり、逆にこの値があまり長いとベース期間中の補償が終了しない場合が生じ、どちらの場合もよくない。
【００２７】
［実施の形態２］
図２は、本発明の実施の形態２における上述した図１に対応する電圧・電流波形図であり、同図（Ａ）は溶接電圧Ｖｗの波形であり、同図（Ｂ）は溶接電流Ｉｗの波形である。以下、同図を参照して説明する。
【００２８】
同図に示すように、溶融補償電流Ｉｈの通電を、時刻ｔ２２の再アークの発生から予め定めた遅延時間Ｔｄが経過した後の時刻ｔ２３から開始するパルスアーク溶接の溶接電流制御方法である。補償期間Ｔｈ及び溶融補償電流Ｉｈの値は実施の形態１と同様にして設定及び算出される。これによって、短絡に伴う溶融量の変動を補償することができ、アーク長の変動を抑制することができる。上記において、遅延時間Ｔｄを設ける理由は、短絡解除直後に大電流値になることもある溶融補償電流Ｉｈを通電すると、大粒のスパッタが発生する場合がときたまあるためである。この遅延時間Ｔｄの値は、０．１〜２ms程度である。
【００２９】
［実施の形態３］
図３は、本発明の実施の形態３における上述した図８に対応する電圧・電流波形図であり、同図（Ａ）は溶接電圧Ｖｗの波形であり、同図（Ｂ）は溶接電流Ｉｗの波形である。以下、同図を参照して説明する。
【００３０】
同図に示すように、ピーク期間Ｔｐ中に溶接ワイヤと母材との短絡が時刻ｔ１１に発生したときは、予め定めた短絡電流Ｉｓを通電すると共に、この短絡期間Ｔｓ中のピーク電流の設定値Ｉprを積分してピーク短絡積分値Ｓｐを算出する。短絡が時刻ｔ１２に解除されてアークが再発生し、時刻ｔ１２にピーク期間Ｔｐが終了したときは、ベース電流値Ｉｂに予め定めた電流増加値Ｉｕを加算した溶融補償電流Ｉｈを補償期間Ｔｈだけ通電し、その後の時刻ｔ２１はベース電流Ｉｂの通電に戻す。そして、上記の補償期間Ｔｈは、上記のピーク短絡積分値Ｓｐに予め定めた増幅率Ｋを乗じた補償積分値Ｓｈを上記の電流増加値Ｉｕで除算した値として短絡解除ごとに算出する。
【００３１】
上記（５）式に示すように、ピーク期間Ｔｐ中に短絡が発生すると、溶融量変動値ΔＭｓ＝−１・α・Ｔｓ・Ｉｐ＝−１・α・Ｓｐだけ溶融量が変動する。そこで、短絡期間Ｔｓ中においてピーク電流Ｉｐを設定するピーク電流設定値Ｉprを積分してピーク短絡積分値Ｓｐ＝∫Ｉpr・ｄｔ＝Ｔｓ・Ｉprを算出する。そして、短絡解除時点でこのピーク短絡積分値Ｓｐに予め定めた増幅率Ｋを乗じて補償積分値Ｓｈ＝Ｋ・Ｓｐを算出し、この補償積分値Ｓｈを予め定めた電流増加値Ｉｕで除算して補償期間Ｔｈ＝Ｓｈ／Ｉｕを算出する。そして、短絡が解除されてアークが再発生してピーク期間Ｔｐが終了した後に、上記の電流増加値Ｉｕをベース電流設定値Ｉbrに加算した溶融補償電流Ｉｈを上記の補償期間Ｔｈの間だけ通電する。これによって、溶融量変動値ΔＭｓを短絡解除後に補償することになるので、アーク長は変動せず適正値を維持することができる。
【００３２】
上記において、溶融補償電流Ｉｈを実施の形態１〜２のときのように短絡解除の後に通電しないでピーク期間Ｔｐが終了した後に通電する理由は、以下のとおりである。すなわち、ピーク期間Ｔｐ中のピーク電流値Ｉｐは３５０〜６００Ａと大きな値であるために、これに電流増加値Ｉｕを加算した溶融補償電流値Ｉｈは場合によっては１０００Ａを超える値となる。通常、このような大きな値は溶接電源装置の最大出力範囲外になるために、出力することができない。さらに、７００Ａを超える溶融補償電流Ｉｈを通電すると、溶滴及び溶融池の状態が不安定になることが多いために、溶接品質がかえって悪くなる。そして、ピーク期間Ｔｐは通常数ms程度であるので、短絡解除からピーク期間Ｔｐの終了までの時間（時刻ｔ１２〜ｔ２）は数ms程度となり、結果的には短絡解除後に遅延時間を設ける実施の形態２とほぼ同様の動作となる。
【００３３】
上記の増幅率Ｋは、上述した実施の形態１のときと同様にして適正値に設定される。また、上記の電流増加値Ｉｕは、溶融補償電流値Ｉｈがピーク電流値Ｉｐよりもあまり大きな値にならないように設定される。
【００３４】
［溶接電源装置］
図４は、上述した実施の形態１〜３を実施するための溶接電源装置のブロック図である。以下、同図を参照して各回路について説明する。
【００３５】
電源主回路ＰＭＣは、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、サイリスタ位相制御等の出力制御によってアーク負荷に適した溶接電流Ｉｗ及び溶接電圧Ｖｗを出力する。溶接ワイヤ１は、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。
【００３６】
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。電圧平滑回路ＶＡＶは、上記の電圧検出信号Ｖｄを平滑して電圧平均値信号Ｖavを出力する。電圧設定回路ＶＲは、所望値の電圧設定信号Ｖｒ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と上記の電圧平均値信号Ｖavとの誤差を増幅して、電圧誤差増幅信号Ｅｖを出力する。Ｖ／Ｆ変換回路ＶＦは、上記の電圧誤差増幅信号Ｅｖの値に応じて定まる周波数ごとに短時間Ｈｉｇｈレベルとなるパルス周期信号Ｔtfを出力する。ピーク期間タイマ回路ＴＴＰは、上記のパルス周期信号ＴtfがＨｉｇｈレベルに変化した時点から予め定めたピーク期間ＴｐだけＨｉｇｈレベルとなるピーク期間信号Ｔtpを出力する。
【００３７】
ピーク電流設定回路ＩＰＲは、所望値のピーク電流設定信号Ｉprを出力する。ベース電流設定回路ＩＢＲは、所望値のベース電流設定信号Ｉbrを出力する。切換回路ＳＷは、上記のピーク期間信号Ｔtpを入力として、Ｈｉｇｈレベル（ピーク期間）のときには上記のピーク電流設定信号Ｉprを電流切換設定信号Ｉswとして出力し、Ｌｏｗレベル（ベース期間）のときには上記のベース電流設定信号Ｉbrを電流切換設定信号Ｉswとして出力する。
【００３８】
短絡判別回路ＳＤは、上記の電圧検出信号Ｖｄの値によって短絡を判別し、短絡期間中はＨｉｇｈレベルとなりそれ以外の期間中はＬｏｗレベルとなる短絡判別信号Ｓｄを出力する。短絡積分値算出回路ＳＳは、上記の短絡判別信号ＳｄがＨｉｇｈレベル（短絡）のときに上記の電流切換設定信号Ｉswの値を積分して、短絡積分値信号Ｓｓを出力する。ここで、ベース期間中に短絡が発生したときは、上記のピーク期間信号ＴtpはＬｏｗレベル（ベース期間）となっているので電流切換設定信号Ｉsw＝Ｉbrとなる。この結果、上記の短絡積分値信号Ｓｓの値は、上記の（４）式の積分を行っていることになるので、ベース短絡積分値Ｓｂとなる。同様にして、ピーク期間中に短絡が発生したときの上記の短絡積分値信号Ｓｓの値は、上記の（５）式の算出値であるピーク短絡積分値Ｓｐとなる。
【００３９】
実施の形態２の補償回路ＭＨは、上記のピーク期間信号ＴtpがＬｏｗレベル（ベース期間）のときに上記の短絡判別信号ＳｄがＨｉｇｈレベル（短絡）となったときは、上記の短絡積分値信号Ｓｓ、予め定めたベース短絡時の補償期間Ｔbh及び予め定めた増幅率Ｋによって電流増加信号Ｉｕ＝Ｓｓ・Ｋ／Ｔbhを算出して、上記の短絡判別信号ＳｄがＬｏｗレベル（アーク）に変化した時点から予め定めた遅延時間Ｔｄが経過した時点から上記の補償期間Ｔbhだけ上記の電流増加信号Ｉｕを出力する。実施の形態１の補償回路ＭＨでは、上記の遅延時間Ｔｄ＝０とすればよい。また、実施の形態３の補償回路ＭＨは、上記のピーク期間信号ＴtpがＨｉｇｈレベル（ピーク期間）のときに上記の短絡判別信号ＳｄがＨｉｇｈレベル（短絡）となったときは、上記の短絡積分値信号Ｓｓ、予め定めたピーク短絡時の電流増加値Ｉpu及び予め定めた増幅率Ｋによって補償期間Ｔｈ＝Ｓｓ・Ｋ／Ｉpuを算出して、上記のピーク期間信号ＴtpがＬｏｗレベル（ベース期間）に変化した時点から上記の補償期間Ｔｈだけ電流増加信号Ｉｕ＝Ｉpuを出力する。
【００４０】
加算回路ＡＤは、上記の電流切換設定信号Ｉswと上記の電流増加信号Ｉｕとを加算して、電流制御設定信号Ｉrc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。電流誤差増幅回路ＥＩは、上記の電流制御設定信号Ｉrc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。
【００４１】
ところで、一般的に、パルスアーク溶接には交流パルスアーク溶接も含まれる。図５は、交流パルスアーク溶接に上述した実施の形態１を適用したときの電流波形図である。交流パルスアーク溶接では、ベース期間Ｔｂの一部の期間の電極極性を反転させて電極マイナス期間Ｔenとし、電極マイナス電流Ｉenを通電する。
【００４２】
電極マイナス期間Ｔen中の時刻ｔ２１〜ｔ２２の間、短絡が発生すると、短絡期間Ｔｓ中の電極マイナス電流Ｉenの設定値を積分して電極マイナス短絡積分値Ｓｅを算出する。時刻ｔ２２に短絡が解除されると、この電極マイナス短絡積分値Ｓｅに予め定めた増幅率Ｋを乗じて補償積分値Ｓｈを算出し、予め定めた補償期間Ｔｈによって電流増加値Ｉｕ＝Ｓｈ／Ｔｈを算出する。そして、補償期間Ｔｈの間溶融補償電流Ｉｈ＝Ｉen＋Ｉｕを通電する。これによって、短絡に伴う溶融量の変動を補償することができるので、アーク長は変動せず適正値を維持することができる。上記のパルスアーク溶接の場合も、実施の形態１又は２に含まれている。
【００４３】
［効果］
図６は、本発明の効果の一例を示すスパッタ発生量の比較図である。同図は、直径１．２mmのアルミニウム合金ワイヤを使用して、溶接電流平均値１００Ａ、溶接電圧平均値１６ＶでＭＩＧパルスアーク溶接を行い、本発明と従来技術とのスパッタ発生量を比較したものである。同図から明らかなように、従来技術では０．８５g/minのスパッタが発生している。これに対して、本発明では、１／４以下の０．２g/minのスパッタ発生量に大幅に削減されている。これは、１秒間に数回〜数十回発生する短絡によってもアーク長がほとんど変動しないためである。
【００４４】
【発明の効果】
請求項１又は３記載のパルスアーク溶接の溶接電流制御方法によれば、短絡の発生に伴う溶融量の変動を溶融補償電流を通電することによって補償することができるので、アーク長の変動が抑制されて良好な溶接品質を得ることができる。
【００４５】
請求項２記載のパルスアーク溶接の溶接電流制御方法によれば、上記の効果に加えて、ベース期間中の短絡解除直後の溶融補償電流の通電開始を遅延させることによって、短絡解除直後のスパッタの発生を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態１に係る電圧・電流波形図である。
【図２】本発明の実施の形態２に係る電圧・電流波形図である。
【図３】本発明の実施の形態３に係る電圧・電流波形図である。
【図４】本発明を実施するための溶接電源装置のブロック図である。
【図５】実施の形態１を交流パルスアーク溶接に適用したときの電流波形図である。
【図６】本発明の効果の一例を示すスパッタ発生量の比較図である。
【図７】従来技術においてベース期間中に短絡が発生したときの電圧・電流波形図である。
【図８】従来技術においてピーク期間中に短絡が発生したときの電圧・電流波形図である。
【符号の説明】
１            溶接ワイヤ
２            母材
３            アーク
４            溶接トーチ
ＡＤ            加算回路
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
Ｉaa            アーク電流平均値
Ｉｂ            ベース電流
ＩＢＲ            ベース電流設定回路
Ｉbr            ベース電流設定（値／信号）
ＩＤ            電流検出回路
Ｉｄ            電流検出信号
Ｉen            電極マイナス電流
Ｉｈ            溶融補償電流
Ｉｐ            ピーク電流
ＩＰＲ            ピーク電流設定回路
Ｉpr            ピーク電流設定（値／信号）
Ｉpu            ピーク短絡時の電流増加値
Ｉrc            電流制御設定信号
Ｉｓ            短絡電流
Ｉsw            電流切換設定信号
Ｉｕ            電流増加（値／信号）
Ｉｗ            溶接電流
Ｉwa            溶接電流平均値
Ｋ            増幅率
ＭＨ            補償回路
Ｍｓ            溶融速度
ＰＭＣ            電源主回路
Ｓｂ            ベース短絡積分値
ＳＤ            短絡判別回路
Ｓｄ            短絡判別信号
Ｓｅ            電極マイナス短絡積分値
Ｓｈ            補償積分値
Ｓｐ            ピーク短絡積分値
ＳＳ            短絡積分値算出回路
Ｓｓ            短絡積分値信号
ＳＷ            切換回路
Ｔｂ            ベース期間
Ｔbh            ベース短絡時の補償期間
Ｔｄ            遅延時間
Ｔen            電極マイナス期間
Ｔｆ            パルス周期
Ｔｈ            補償期間
Ｔｐ            ピーク期間
Ｔｓ            短絡期間
Ｔtf            パルス周期信号
ＴＴＰ            ピーク期間タイマ回路
Ｔtp            ピーク期間信号
ＶＡＶ            電圧平滑回路
Ｖav            溶接電圧平均値／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
ＶＦ            Ｖ／Ｆ変換回路
Ｖｐ            ピーク電圧
ＶＲ            電圧設定回路
Ｖｒ            電圧設定（値／信号）
Ｖｗ            溶接電圧
Ｗｓ            送給速度
α            係数
β            係数
ΔＭｓ            溶融量変動値
【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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