JPH0446675A - パルスアーク溶接方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、新規なパルスアーク溶接方法に関する。

［従来の技術］ この種のパルスアーク溶接は、溶滴の移行に必要な臨界
電ＴＩＬＩｃよりも高いピーク電流■ｐと、臨界電流１
ｃよりも低いベース電流１ｂとを溶接ワイヤに交互に通
電し、ピーク電流■ｐの通電によって溶接ワイヤをピン
チ効果て溶滴離脱させて溶接を行うものであるが、設定
すべきファクターが多いことから、一般には、溶接条件
に応じて溶接平均電流１ａ（ワイヤ送給速度）、ピーク
電流Ｉｐとその通電期間ｔｐ、ベース電流１ｂ、溶接平
均電圧Ｅａを設定し、ベース電流通電期間ｔｂを可変制
御することによって溶接平均電圧Ｅａが規定レベルにな
るように自動制御を行っているのが通例である。

しかしながら、このような方法では、ピーク電流ｉｐを
連続的に可変設定できないため、溶接ワイヤや溶接母材
による種々の溶接条件に応じて最適なきめの細かい制御
を行うことが難しく改善が望まれていた。

［発明が解決しようとする課題］ 本発明は、上記事情に鑑み発明者の鋭意検討を重ねた結
果到達し得たもので、ピーク電流を可変設定できるよう
にし、溶接平均電圧が所定値になるように制御しながら
、設定されたピーク電流に応じてｌパルス１溶滴移行の
ための最適なピーク電流通電期間を自動制御するように
した新規なパルスアーク溶接方法を提供することを目的
としている。

［！！題を解決するための手段］ 上記目的を達成するために提案される請求項１に記載の
本発明は、ピーク電流通電時には、溶接電流（ピーク電
流）に所定の演算処理を施した後に積分し、この積分レ
ベルが予め定められた所定レベルに達したときにはピー
ク電流の通電を停止してベース電流の通電に切り換える
。一方、溶接平均電圧が予め定められた溶接平均電圧基
準値と一致するように通電周期を制御するべくベース電
流の通電を停止してピーク電流の通電に切り換える。こ
れによって、ピーク電流を可変設定すると、ピーク電流
の通電によって溶接ワイヤへ加えられるエネルギーに基
づいてピーク電流通電期間が自動制御される。

請求項２に記載の本発明は、ベース電流通電時には、溶
接電流（ベース電流）に所定の演算処理を施した後に積
分し、引き続くピーク電流通電時には、溶接電流（ピー
ク電流）にベース電流通電時とは異なる所定の演算処理
を施した後に積分し、これらの積分レベルの和が予め定
められた所定値に達したときにはピーク電流の通電を停
止してベース電流の通電に切り換える。一方、溶接平均
電圧が予め定められた溶接平均電圧基準値と一致するよ
うに通電周期を制御するへくベース電流の通電を停止し
てピーク電流の通電に切り換える。

これによって、ピーク電流を可変設定すると、ベース電
流の通電によって溶接ワイヤへ加えられるエネルギーと
ピーク電流の通電によって溶接ワイヤに加えられるエネ
ルギーとの和に基づいてピーク電流通電訪問が自動制御
される。

［作用］ 請求項１に記載の本発明では、ピーク電流通電時には、
検知した溶接電流に所定の演算処理を施した後に積分し
、この積分レベルが予め定められた所定レベルに達した
ときにはピーク電流の通電を停止させる一方、検知した
溶接電圧が予め定められた溶接平均電圧基準値と一致す
るように通電周期を制御し、これによって、ピーク電流
とベース電流とを交互に切換通電してパルスアーク溶接
を行う。

請求項２に記載の本発明では、ベース１流通電時には、
検知した溶接電流に所定の演算処理を施した後に積分し
、引き続くピーク電流通電時には、検知した溶接電流に
所定の演算処理を施した後に積分し、これらの積分レベ
ルの和が予め定められた所定レベルに達したときにはピ
ーク電流の通電を停止させる一方、検知した溶接電圧が
予め定められた溶接平均電圧基準値と一致するように通
電周期を制御し、これによって、ピーク電流とベース電
流とを交互に切換通電してパルスアーク溶接を行う。

［実施例］ 以下に、添付図面を１！照して本発明の詳細な説明する
。

第１図は、第１の発明（ＩＩ求項ｌに対応）のパルスア
ーク溶接方法を実施する溶接装置の要部構成をブロック
図をもって示したものである。

第１の発明は、ピーク電流１ｐを手動で可変設定できる
ようになっており、同時に溶接平均電流、ベース電流お
よび溶接平均電圧の各基準値を各々手動設定すれば、溶
接平均電圧Ｅａを溶接平均電圧基準１１Ｅｒに一致させ
るように通電周期を制御しながら、１パルス１溶滴移行
を行わせるための最適なピーク電流通電期間ｔｐを自動
制御するものである。

第１図において、１はピーク電流通電期間制御手段、２
はピーク電流通電期間ｔｐとベース電流通電ｔｂとの和
である通電周期Ｔを制御する通電周期制御手段、３はベ
ース電流通電信号あるいはピーク電流通電信号を切り換
えて保持出力する通電切換部、４は溶接平均電圧基準値
Ｅｒを設定する溶接電圧設定部である。

尚、図では、濤電切換部３から出力されるピーク電流通
電信号あるいはベース電流通電信号に応じて溶接電流の
通電制御を行う電流制御手段を省略しており（後述する
）、この電流制御手段によって設定されたピーク電流■
ｐあるいはベース電流Ｉｂが安定して通電されるように
負帰還制御が行われる。

ピーク電流通電期間制御手段ｌはピーク電流ｌｐの通電
を終了させるタイミング信号を出力するものであり、こ
のために、溶接電流Ｉに所定の演算処理（溶接電流１１
ｔＡ乗する演算）を施す演算口ｎｉｏと、演算回路１０
から出力される演算処理結果を積分する電流積分回路１
１と、電流積分回路１１の積分値が予め定められた所定
レベルＬ１に達したときにピーク電流通電終了信号を出
力するとともに電流積分回路１１をリセットして積分レ
ベルをクリアする積分レベル判別部１２と、通電切換部
３から出力されるピーク電流通電信号を受けている期間
だけ閉成して演算回路ｌＯで演算処理された電流信号を
電流積分回路１１へ出力するアナログスイッチ５ＷＩＯ
とを備えている。

通電周期制御手段２、はピーク電流通電期間ｔｐとベー
ス電流通電期間ｔｂとの和である通電周期Ｔを制御する
ことによってピーク電流の通電を開始するタイミング信
号（ベース電流の通電を終了させる信号）を出力するも
のであり、このために、溶接ワイヤと溶接母材との間の
溶接電圧Ｅを溶接電圧設定部４で設定された溶接平均電
圧基準値Ｅｒと比較してその誤差信号を求める溶接電圧
誤差増幅回ｇｌ！２０と、溶接電圧誤差増幅回路２０か
ら出力される誤差信号レベルに応じて、溶接電圧平均値
Ｅａを溶接平均電圧基準値Ｅｒに一致させるように周］
ｊｌｌＴ毎にピーク電流通電開始信号を出力するＶ／Ｆ
変換回路２１とを備えている。

このような構成において実施される第１の発明の溶接方
法を、第２図（ａ）〜（ｉ）に示した各部の波形を参照
して以下に説明する。尚、第１図の対応した部分には対
応した（ａ）〜（ｊ）の符号を付している。

溶接条件に応じて、溶接平均電流１ａ、ビーク電ｍ　Ｉ
　ｐ、ベース電流１ｂおよび溶接平均電圧Ｅａを設定す
る。

■通電切換部３からピーク電流通電信号が出力されると
、ピーク電流通電訪問制御手段１のアナログスイッチ５
ＷＩＯが閉成する。

■演算回路１０ては、検知した溶接電流■（ピーク電流
１ｐ）に所定の演算処理（ピーク電流１ｐをＡ乗する演
算）を施して電流積分回路１１に出力し、電流積分回路
１１ては、この演算処理された信号を積分する。

■積分レベル判別部１２ては電流積分回路１１の積分レ
ベルを監視しており、積分レベルが予め定められた所定
値Ｌ１に達したときには、通電切換部３にピーク電流通
電終了信号を出力するとともに、電流積分回路１１をリ
セットして積分レベルをクリアする。

■通電切換部３ではピーク電流通電終了信号を受けて、
ピーク電流通電信号の出力を停止し、代わってベース電
流通電信号を保持出力する。これによってアナログスイ
ッチ５ｗ１ｏが開成し、演算回路ｌＯから電流積分回路
１１への信号出力が遮断される。

■一方、通電周期制御手段２の溶接電圧誤差増幅回路２
０では、検知された溶接電圧Ｅを溶接電圧設定部４で設
定された溶接平均電圧基準値Ｅｒと比較してその誤差信
号を出力する。

■Ｖ／Ｆ変換回路２１では、電圧誤差増幅回路２０から
出力される誤差信号レベルに応じて溶接平均電圧Ｅａが
溶接平均電圧基準値Ｅｒに一致するように周期Ｔ毎にピ
ーク電流通電開始信号を通電切換部３に出力する。

■通電切換部３では、通電周期制御手段２から出力され
たピーク電流通電開始信号を受けてピーク電流通電信号
を保持出力する。このピーク電流通電信号によってピー
ク電流通電期間制御手段１のアナログスイッチ５ＷＩＯ
が再び閉成する。そして、これら■〜■の動作を繰り返
すことによってピーク電流Ｔｐとベース電流１ｂとを交
互に通電する。

このように第１の発明では、ピーク電流通電期間制御手
段１において、ピーク電流Ｔｐを演算処理したものを積
分することによって溶接ワイヤに加わる熱エネルギーを
等価的に求め、このエネルギー量が溶接ワイヤの１パル
スｌ溶漬移行のための最適値になった時点でピーク電流
Ｉｐの通電を終了させてベース電流１ｂに切り換えてい
るので、ピーク電流Ｉｆ）を可変設定しても、溶滴離脱
がピーク電流通電期間ｔｐ内で発生することを有効に防
止することが可能となり、溶接平均電圧Ｅａが低く溶滴
離脱時に短絡が発生する場合でもスパッタの発生量を低
減した良好なパルスアーク溶接を行うことが可能になる
。

また、ピーク電流１ｐを低く設定した場合には、アーク
音がソフトになり、作業者の負担が軽減する。

更に、ピーク電流通電期間ｔｐがピーク電流ｔｐによる
溶接ワイヤへの供給エネルギー量によって制御されてい
るので、１次側の電源電圧が低下した場合や２次側溶接
ケーブルが長くケーブルインダクタンスによって通電電
流波形がなまるような場合でも、一定量のエネルギーが
溶接ワイヤに加えられるように自動的にピーク電流通電
期間ｔｐが長くなるように制御されるので、安定したパ
ルスアーク溶接を行うことが可能となる。

次に、第２の発明（請求項２に対応）を説明す第３図は
、第２の発明のパルスアーク溶接方法を実施する溶接装
置の要部構成をブロック図をもって示したものであり、
上述した請求項１に記載の方法とはピーク電流通電期間
制御手段１′の構成が異なっており、他の部分は同一で
あるので同一の符号を付して説明を省略する。

ピーク電流通電期間制御手段１′の演算回路ｌＯ１は、
通電切換部３からベース電流通電信号を受けている期間
には溶接電流■（ベース電流１ｂ）に所定の演算処理（
溶接電流ＩをＢ乗する演算）を施す一方、通電切換部３
からピーク電流通電信号を受けている期間にはベース電
流通電信号を受けている期間とは異なった所定の演算処
理（溶接電流ＩをＡ乗する演算）を溶接電流Ｉ（ピーク
電流１ｐ）に施すものであり、また、積分レベル判別部
１２は電流積分回路１１から出力される積分出力レベル
が所定レベルＬ２（電流積分回路１１における積分定数
を同一とすれば、ベース電流Ｉｂに対する演算処理、積
分による積分出力レベルを勘案して第１の発明における
所定レベルＬ１よりも高く設定される〉を越えたときに
ピーク電流通電終了信号を出力する動作を行っており、
電流積分団ｖｓｌｌの動作は第１図の場合と同一である
。

尚、電流積分回路１１における積分定数（積分時定数）
は第１の発明と同一としているが、積分定数を変える場
合には対応して所定レベルＬ２を変化させても良い。

このような構成において実施される第２の発明の溶接方
法を第４図（ａ）〜（１）の波形図を参照して説明する
。尚、第３ｒｙＪには対応した符号（ａ）〜（ｉ）を付
している。

■通電切換部３からベース電流通電信号が出力されると
、演算回路１０′の演算乗数がＢに切り換えられ、検知
した溶接電流■に所定の演算処理（ベース電流１ｂをＢ
乗する演算）を施して電流積分回路】１て積分する。

■一方、通電周期制御手段２からピーク電流通電開始信
号が出力されると、通電切換部３からピーク電流通電信
号が保持出力され、演算回路ｌＯ′の演算乗数がＡに切
り換えられる。これによって、演算回路１０’では引き
続いて検知した溶接電流■に所定の演算（ピーク電流１
ｐをＡ乗する演算）を施して電流積分回路１１で積分す
る。

■このようにして、電流積分回路１１においてベース電
流通電期間ｔｂからピーク電流通電期間ｔｐに渡って積
分された積分レベルが所定レベルＬ２に達すると、積分
レベル判別部１２からピーク電流通電終了信号が出力さ
れて通電切換部３からベース電流通電信号を保持出力す
るとともに、電流積分回路１１の積分量をリセットして
再び■の動作に戻る。

上記■〜■の動作を繰り返して行うことによって、ピー
ク電流■ｐとベース電流Ｉｂとを交互に通電する。

このように第２の発明では、ピーク電流通電期間制御手
段１′では、ベース電流１ｂによフて溶接ワイヤに加え
られるエネルギーと、ピーク電流Ｉｐによって溶接ワイ
ヤに加えられるエネルギーとを、各々の電流を演算処理
した後に積分することによって等価的に求め、このエネ
ルギー量が溶接ワイヤの１パルス１溶滴移行のための最
適値になフた時点でピーク電流Ｉｐの通電を終了させて
ベース電流ｒｂに切り換えているので、上述した第１の
発明と同様に、溶滴離脱がピーク電流通電期間ｔｐ内で
発生することを有効に防止することが可能となり、また
、溶接電圧Ｅが低く溶滴離脱時に短絡が発生する場合で
もスパッタの発生量を低減した良好な溶接を行うことが
可能になる。

また、第１の発明と同様に、ピーク電流１ｐを低く設定
した場合には、アーク音がソフトになり作業者の負担が
軽減するとともに、１次側電源電圧の低下や２次側ケー
ブルのインダクタンスによる影響を加味した制御によっ
て安定した溶接を行うことが可能となる。

次に、本発明の技術的背景を説明する。

第５図は、１．２ｍｍφの軟鋼溶接ワイヤを使用し、シ
ールドガスとしてアルゴンガスを用いた場合において、
１パルス１溶滴移行を生じさせるために必要なピーク電
流通電期間ｔｐの値をピーク電流１ｐを変化させて実測
したグラフであり、ベース電流！ｂを５０Ａに固定して
溶接平均電流Ｉａを変化させた場合のデータと、溶接平
均電流Ｉａを２００Ａに固定してベース電流１ｂを変化
させた場合のデータとをプロットしている。このグラフ
によれば、溶接平均電流１ａが同一のときには、ベース
電ｔｙＬＩ　ｂが大きいほど１パルス１溶濶移行を生じ
させるために必要なピーク電流通電期間ｔｐが減少し、
また、ベース電流１ｂが同一のときには、溶接平均電流
１ａが大きいはど溶滴離脱を生じさせるために必要なピ
ーク電流通電期間ｔｐが増大することが分かる。

本発明者は、このグラフにおいて、１パルス１溶湾移行
に必要なピーク電流通電期間ｔｐが、ベース電流通電期
間ｔｂとピーク電流通電期間ｔｐとにおける通電エネル
ギーの和に依存して変動していることと、その通電エネ
ルギーがベース電流およびピーク電流を各々所定乗数で
へき乗したものを積分することによってほぼ等価的に求
められることに着目し、この通電エネルギーを、第１の
発明ではピーク電流通電期間ｔｐにおいて溶接電流Ｉに
演算処理を施した後に積分することによって等価的に求
め、第２の発明ではベース電流通電期間ｔｂからピーク
！流通電量間ｔｐに渡って溶接電流Ｉに各々所定の演算
処理を施した後に積分することによって等価的に求め、
求めた積分値（エネルギー量）によって最適なピーク電
流通電期間ｔｐの制御を行うことに成功したもので、ピ
ーク電流通電期間ｔｐを通電エネルギーによって制御し
た点に本発明の特徴がある。

！６図は、本発明のパルスアーク溶接方法において、溶
接電流！の時間変化に対する溶滴離脱の進行状況を示し
たもので、ピーク電流通電期＋４　ｔｐでは溶接ワイヤ
Ｗにピーク電流［ｐを通電することによって溶接ワイヤ
Ｗ先端部を通電電流によるピンチ効果によってくびれさ
せて溶滴Ｗ今を離脱直前状態にし、ピーク電流通電期間
ｔｐがらベース電流通電期間ｔｂに切り換わってから溶
滴Ｗａを母材Ｍ側に移行させており、このように制御す
ることによって溶接平均電圧Ｅａが低く溶滴離脱時に短
絡が発生する場合でもスパッタの発生量を軽減した良好
な溶接を行うことが可能となる。

第７図（ａ）、　　（ｂ）は、パルスアーク溶接におい
て、ピーク電流ｒｐ、ピーク電流通電期間ｔｐ、ベース
電流Ｔｂの大小に応じて、溶滴の離脱周期の変化する様
子を示したものである。すなわち、第５図より溶接平均
電流１ａ＝２００Ａ（溶接ワイヤ送給速度＝７．３ｍ／
ｍ１ｎ）のときに、１．２ｍｍφの軟鋼ワイヤにピーク
電流１ｐｌ＝４５ＯＡ、ベース電流１ｂ＝５０Ａを通電
すると、１パルス１溶滴移行に要する最少のピーク電流
通電期間ｔＰ１は約１．７ｍｓになることが分かる（こ
のとき、通電周期ＴＩ＝４．５３ｍ５となる。

第７図（ａ）＊照）、また、ピーク電流１ｐ２＝３５０
　Ａ、　　ベース電流１ｂ＝５０Ａを通電すると、１パ
ルス１溶滴移行に要する最少のピーク電流通電期間ｔＰ
２は約３．２５ｍ５になることが分かる（このとき、通
電周期Ｔ１＝６．５ｍｓとなる。

第７図（ｂ）参ｐｉり、−）まり、溶接平均電流１　ａ
。

ベース電流１ｂが一定のときには、ピーク電流■ｐが増
加すれば１パルスによって離脱する溶滴量が減少して通
電周期Ｔが短くなり、逆に、ピーク電流ｔｐが減少すれ
ばｌパルスによって離脱する溶滴量が増加して通電周期
Ｔが長くなることが分かる。

第１の発明では、ピーク電ｔ！Ｉｐを演算処理したもの
を積分しているが、上記データによれば、Ｉｐｌ＾Ｘｔ
ｐｌ＝Ｉｐ２＾Ｘｔｐ２ を満足するように乗数Ａを定めれば、ピーク電流Ｉｐを
変化させても溶接ワイヤへのエネルギー量を一定にする
ことができ、ピーク電流通電期間ｔｐを１パルスｌ溶滴
移行に要する最適値に自動制御することが可能となる。

すなわち、第１の発明でば、溶接平均電流基準値１ｒの
設定に応じてベース電流１ｂを補償すれば（溶接平均電
流基準値Ｉｒの増減に応じてベース電流Ｉｂも同時に増
減させる）、ピーク電流１ｐについて演算処理、積分を
行うだけでも溶接ワイヤに加えられる１ネルギー量を等
価的に求めることが可能である。

また、第２の発明では、ピーク電流■ｐに加えてベース
電流１ｂをも演算処理した後に積分しているが、同様に
、 （Ｉｐｌ＾Ｘｔｐｌ）＋　　（Ｉｂｌ”Ｘｔｂｌ）＝（
Ｉｂ２’Ｘｔｂ２）＋　（Ｉｂ２’Ｘｔｂ２）を満足す
るように乗数Ｂを定めれば、ピーク電流Ｉｐ、ベース電
流１ｂの双方を変化させた場合で本溶接ワイヤへのエネ
ルギー量を等価的に求めることができるので、第１の発
明に比べて溶接ワイヤに加えられる等価的なエネルギー
を一層正確に求めることが可能となりピーク電流通電期
間ｔｐを同様に最適値に自動制御することができる。

第８図（ａ）、　　（ｂ）は、本発明において、溶接平
均電ａ　Ｉ　ａ、ピーク電流Ｉｐが一定のときに、ベー
ス電ｔ′ｉＬＩ　ｂの大小に応じて１パルスｌ溶滴移行
のためのピーク電流通電期間ｔｐの最適１ｇＩ（溶滴離
脱直前状態になるまでの期間）が変化する様子を示した
ものである。すなわち、ベース電流Ｉｂが低い場合には
、同図（ａ）に示したように、ベース電流１ｂｌによっ
て溶滴離脱に寄与するエネルギーが低いので、溶接ワイ
ヤに充分なくびれを生じさせるためにピーク電流通電期
間ｔｐａを長くする必要があり、逆に、ベース電流ｔｂ
が高い場合には、同図（ｂ）に示したようにベース電流
１ｂ２による溶接ワイヤへの通電エオルギーが大きいた
めに、ピーク電流通電期間ｔｐＡ中に溶滴が離脱しない
ようにピーク電流通電期間ｔｐを短くしなければならな
い。

第９図は、上述した第１の発明のパルスアーク溶接方法
を実施するパルスアーク溶接装置の一構成例をブロック
図をもって示したものである。

図において、１はピーク電流通電期間制御手段、２は通
電周期制御手段、３は通電切換部、４は溶接電圧基準設
定部であり、これらは第１図と同一であるので同一の符
号を付している。５は通電切換部３の切換信号に応じて
ピーク電流１ｐ及びベース電流！ｂを切り換えて通電す
るための通電制御信号を出力する電流制御手段、６は溶
接装置の起動時にアークの発生及び伸張を促すための補
償信号を出力する起動制御部である。ＡＭＰは溶接電流
を増幅する溶接電流増幅回路、ＡＴＴは溶接電圧を減衰
させるアッテネータ回路であり、７は電流制御手段５か
ら出力される通電制御信号に応じて、インバータＩＮＶ
から出力するスイッチング電圧のデユーティ−を制御す
るパルス輻制御部、８は溶接ワイヤＷの送給制御を行う
ワイヤ送給制御部である。また、ＲＥＣは三相交流電圧
を整流する整流回路部、ＴはインバータＩＮＶから出力
されるスイッチング電圧を絶縁変圧するトランス、ＤＩ
、Ｄ２はトランスＴから出力される電源を全波整流する
ダイオード、Ｓは溶接電流を電圧レベルとして取り出す
ためのシャント抵抗、Ｌはりアクドル、Ｍは溶接母材を
示している。

ピーク電流通電期間制御手段１は、演算回路１０１　　
電流積分目ｇａｌｌおよびアナログスイッチ５ＷＩＯは
第１図と同一であるので同一の符号を付して説明を省略
する。また、積分レベル判別部１２は、電流積分回路１
１の積分値が予め定められた所定レベルＬ１に達したと
きにピーク電流通電終了信号を出力するコンパレータ１
２ａと、ピーク電流通電期間終了信号を受けて所定のパ
ルス輻Ｔｍを有したパルスを出力するワンショットマル
チバイブレータ（以下、ワンショットＭＶと記載）１２
ｂとを有している。尚、電流積分回路１１はワンショッ
トＭＶ１２ｂから出力されるピーク電流通電終了信号を
受けて積分レベルがリセットされてゼロレベルに戻るよ
うになっている。

通電周期制御手段２は、溶接電圧誤差増幅回路２０とＶ
／Ｆ変換回路２１とは第１図と同一であるので同一の符
号を付して説明を省略する。アナログスイッチ５Ｗ２０
は、アークが発生するまでの期間はアッテネータ回路Ａ
ＴＴを介して伝送される溶接電圧Ｅが溶接電圧誤差増幅
回路２０に加わることを禁止するためのものであり、ア
ーク発生までの無負荷電圧（アーク発生後の溶接電圧よ
りも高い）によってＶ／Ｆ変換回路２１から出力される
ピーク電流通電開始信号の周期（通電周期）が長くなる
ことを防止し、通電周期Ｔを最少にしてアークの伸張を
促している。

電流制御手段５は、溶接平均電流基準値１ｒを設定する
溶接電流設定部５０と、ピーク電流基準値ｒｐｒを設定
するピーク電流設定部５１と、ベース電流基準値１ｂｒ
を設定するベース電流設定部５２と、これらの各設定部
で設定された基準レベルを通電切換部３から出力される
ピーク電流通電信号あるいはベース電流通電信号に応じ
て切換選択するアナログスイッチ５Ｗ５０，５ＷＩ５１
と、ピーク電流基準値Ｔｐｒあるいはベース電流基準値
１ｂｒと溶接電流増幅回路ＡＭＰから出力される溶接電
流■どの誤差を出力する溶接電流誤差増幅回路５３とを
備えている。尚、ピーク電流設定部５１は溶接電流設定
部５０と連動するようになっており、ピーク電流基準Ｗ
Ｉ　Ｉ　ｐ　ｒを最少に設定した場合であっても溶接平
均電流基準値１ｒよりも低い値にならないようにされて
いる。また、溶接電流設定部５０で設定された溶接平均
電流基準値Ｔｒは、ワイヤ送給制御部８に出力されて、
溶接平均電流基準値Ｉｒに比例した速度で溶接ワイヤの
送給が行われる。

電流制御手段５の溶接電流誤差増幅回ｇ８５３から出力
された誤差信号は、パルス輻制御部７のＰＷ　Ｍ　ｌ！
Ｆｌ　ｉｊ回路７１に伝送され、誤差信号に応じたパル
ス輻制御信号がドライブ回路７０を通じてインバータＩ
ＮＶに伝送されてスイッチング電圧のデユーティ−を変
化させ、これによフて溶接電流Ｉ（ビーク電流１ｐ及び
ベース電流１ｂ）が常に電流制御手段５の設定レベルに
一致するように帰還制御が行われる。

起動制御部６は、アークが発生してから所定の時間ｔ１
だけ、電流制御手段５の誤差増幅回路５３に起動電流基
準信号Ｉｓを送出するとともに、アークが発生するまで
の期間は通電周期制御手段２のアナログスイッチ５Ｗ２
０を開成する動作を行う。

次に、このような構成のパルスアーク溶接装置の動作を
第１０図（ａ）〜（ｍ）の波形図を参照して説明する。

尚、第９図には対応した（ａ）〜（ｍ）の符号を付して
いる。

１、溶接開始時の動作。

■トーチスイッチ（不図示）を操作すると、溶接ワイヤ
Ｗと母材Ｍとの間に無負荷電圧が加えられ■無負荷電圧
が加えられてからアークが発生するまでの期間は、起動
制御部６によって通電周期制御手段２のアナログスイッ
チ５Ｗ２０が開成しているので、溶接電圧Ｅ（無負荷電
圧）が溶接電圧誤差増幅回路２０に人力されない、従っ
て、溶接電圧誤差増幅回路２０からは溶接平均電圧基準
値Ｅｒに相当する誤差信号がＶ／Ｆ変換回路２１に入力
され、Ｖ／Ｆ変換回路２１は溶接平均電圧を増加させる
べく通電周期Ｔを最少にするようにピーク電流通電開始
信号を出力する。

■溶接ワイヤＷが母材Ｍに接触するとアークが発生し、
アークが発生してから所定の時間ｔ１が経過するまでの
期間は、起動制御部６から電流制御手段５の誤差増幅回
路５３に起動電流基準信号■Ｓを送出して溶接電流■を
最大値に制御し、アーク長の増加を促進させる。尚、時
間ｔｌが経過するまでは、起動制御部６によって通電切
換部３０通電信号の出力を遮断している。

■一方、ピーク電流通電期間制御部１では、時間ｔ１が
経過するまでは通電切換部３から通電信号が出力されて
いないので電流積分動作は行われない。しかし、時間ｔ
１が経過すると起動制御部６から電流制御手段５に出力
されている起動を流基準信号Ｉｓが停止するとともに、
通電切換部３からピーク電流通電信号が保持出力される
。これによって、アナログスイッチ５ＷＩＯが閉成し、
溶接電流増幅回路ＡＭＰで検知された溶接電流Ｉを演算
回路１０において演算処理（溶接電流ＩをＡ乗する演算
）し、演算処理された信号を電流積分回路１１で積分す
る。

■電流積分回路１１の積分値が積分レベル判別部１２の
コンパレータ１２ａで予め定められた所定レベルＬ１に
達すると、ワンショットＭＶ１２ｂにピーク電流通電終
了信号を出力し、ワンショッ）ＭＶ１２ｂはこのピーク
電流通電終了信号を受けて所定のパルス幅ｔｍの信号を
通電切換部３に出力するとともに、電流積分回路１１を
リセットする（パルス幅ｔｍは、電流積分回路１１をリ
セットさせるために必要な時間に設定される）。

■通電切換部３では、ワンショットＭＹ　１２　ｂから
出力されるピーク電流通電終了信号を受けてベース電流
通電信号を保持出力し、これによってアナログスイッチ
５ＷＩＯを開成するとともに、溶接電流制御手段５のア
ナログスイッチＳＷ５１を閉成して溶接電流■をベース
電流１ｂに切り換える。

■一方、アークが発生するまでは、通電周期制御手段２
ては起動制御部６から出力される制御信号によってアナ
ログスイッチ５Ｗ２０が開成したままであり、通電用）
［ｌ］Ｔが最少に制御され、通電切換部３では通電周期
制御手段２からピーク電流通電開始信号が連続して人力
されているので、通電周期制御手段１のワンショッ）Ｍ
Ｖ１２ｂから出力されるパルス幅ｔｍのピーク電流通電
期間終了信号が停止すると同時に再びピーク電流通電期
間ｔｐに復帰する。

このようにして、溶接初期では、アークが発生するまで
の期間は起動制御部６によって通電周期制御手段２のア
ナログスイッチ５Ｗ２０を開成し、これによって通電周
期Ｔを短くして溶接ワイヤの溶融、アーク長の増加を促
進する制御が行われる。

２、次に、定常溶接状態の動作を説明する。

■アークが発生してからは、起動制御部６によって通電
周期制御手段２のアナログスイッチ５Ｗ２０が閉成し、
溶接電圧誤差増幅回路２０はアッテネータ回路ＡＴＴを
介して伝送される溶接電圧Ｅを溶接電圧基準設定部４で
設定された溶接平均電圧基準レベルＥｒと比較してその
誤差信号を出力する。そして、誤差信号レベルに応じた
通電周期ＴＩ８にＶ／Ｆ変換回路２１からピーク電流通
電開始信号を通電切換部３に出力し、通電切換部３はピ
ーク電流通電信号を保持出力する。

■ピーク電流通電期間制御手段１では、通電切換部３か
ら出力されるピーク電流通電信号を受けてアナログスイ
ッチ５ＷＩＯを閉成し、演算処理の施された溶接電流Ｉ
（ピーク電流１ｐ）を電流積分回路１１で積分し、積分
値が所定レベルＬ１に達すると積分レベル判別部１２か
らピーク電流通電終了信号を通電切換部３に出力してベ
ース電流通電信号を保持出力する。

■上記■■の動作を繰り返して行うことによフて、通電
切換部３からベース電流通電信号とピーク電流通電信号
とが交互に切換出力され、電流制御手段５では、この切
換信号を受けてアナログスイッチ５Ｗ５１．５０を交互
に閉成してベース電流Ｉｂ、ピーク電流１ｐの通電制御
を行う。

このように、第１の発明のパルスアーク溶接方法を実施
する溶接装置では、ピーク電流１ｐを可変設定すると、
ピーク電流１ｐによる溶接ワイヤへの通電エネルギー量
に基づいてピーク電流通電期間ｔｐが自動制御されるの
で、１パルス１溶滴移行に必要な最適時間だけピーク電
流１ｐを通電することができ、また、溶接平均電圧Ｅａ
が低く溶滴離脱時に短絡が発生する場合でもスパッタの
発生量を低減させた溶接を行うことが可能となる。

第１１図は、第１の発明を実施するパルスアーク溶接装
置の具体的な回路例を示したもので、第９図と対応した
部分には対応した符号を付している。

図において、ピーク電流通電期間制御手段１の演算回路
１０は、自乗演算回路１０ａと反転増幅回路１０ｂとを
並列接続して構成され、溶接電流■（ピーク電流１ｐ）
をＡ乗する演算処理を行っている。電流積分回路１１は
演算増幅器１１ｂを使用した積分回路によって構成され
ており、ワンショットＭＶ１２ｂから伝送されるピーク
電流通電終了信号を受けてアナログスイッチｌｌａを閉
成してコンデンサｌｌｃの電荷を強制的に放電（リセッ
ト動作）するようになっている。

通電周期制御手段２の溶接電圧誤差増幅回路２０は、演
算増幅器を使用した誤差増幅器２０ａの反転入力端子側
にアッテネータ回路ＡＴＴで減衰させた溶接電圧Ｅを加
える一方、非反転入力端子側には溶接電圧設定部４で設
定された溶接平均電圧基準値Ｅｒを加え、これによって
、溶接電圧Ｅが増加すれば出力誤差信号レベルが低下し
、逆に、溶接電圧Ｅが低下すれば出力誤差信号レベルが
増加するようになっており、この出力鋏差信号をＶ／Ｆ
変換回路２１に加えて誤差信号に対応した周期毎にピー
ク電流通電開始信号を出力するようにされている。通電
切換部３はＮＡＮＤゲート３ａ、ＲＳフリップフロップ
３ｂ、ＮＯＴゲート３ｃ。

３ｄおよびＡＮＤゲー）３ｅを朝み合わせた構成とされ
、ピーク電流通電終了信号がリセット端子Ｒに加えられ
たときには、ＮＯＴゲート３ｃを介してＮＡＮＤゲート
３ａに加えられるピーク電流通電開始信号に優先してピ
ーク電流通電終了信号゛を受けてベース電流通電信号を
出力する動作を行わせている。尚、ＮＯＴゲート３ｄと
ＡＮＤゲー）３ｅとは、アークが発生してから所定時間
ｔ１が経過するまでの期間起動制御部６からの制御信号
を受けてピーク電流通電信号の出力を禁止させるもので
ある。

第１２図は、上述した第２の発明を実施するパルスアー
ク溶接装置の一構成例をブロック図をもってボしたもの
であり、第９図に示した第１の発明の溶接方法を実施す
る溶接装置において、ピーク電流通電期間制御手段１′
の構成を第３図に示した構成に置き換えたもので、動作
については同一であるので説明を省略する。

第１３図（ａ）〜（ｍ）は第１２図の各部の波形を示し
たもので、第１２図の対応した部分には対応した（ａ）
〜（ｍ）の符号を付して説明を省略する。

第１４１１．ｔ、第２の発明を実施するために第１２図
に示した溶接装置の詳細な回路例を示したものである。

図において、ピーク電流通電期間制御手段１°の演算回
路１０’には自乗演算回路１゜ａ、反転増幅回路１０ｂ
およＵアナログスイッチ１０ｃ、１０ｄを有しており、
通電切換部３がらベース電流通電信号を受けている期間
は、アナログスイッチ１０ｃを閉成して溶接電流■をＢ
乗する演算処理を行い、通電切換部３がらピーク電流通
電信号を受けている期間は、アナログスイッチ１０ｄを
閉成して溶接電流１をＡ乗する演算処理を行フている。

また、通電切換部３はＮＡＮＤゲート３ａ、ＲＳフリッ
プフロップ３ｂおよびＮ。

Ｔゲー）３ｃを備えており、この構成例では起動制御部
６からの制御信号によってピーク電流通電信号の禁止を
行わせない構成としている。尚、他の部分については、
第１１図に示した構成と同一であるので同一の符号を付
して説明を省略する。

第１５図は、第１の発明を実施するために第９図、第１
１図で示した溶接装置、あるいは第２の発明を実施する
ために第１２図、第１３図で示した溶接装置において、
ピーク電流通電期間制御手段１（１’）、通電周期制御
手段２、通電切換部３及び起動制御部６をＣＰＵで成る
信号処理部９に置き換えた場合の構成例を示したもので
、信号処理部９には処理プログラム、データなどの格納
されたＲＯＭ９ａと、−時的に処理データなどを記憶す
るＲＡＭ９ｂとが接続されている。

このような構成の溶接装置では、ピーク電流通電期間制
御手段１（１’）で行われていた演算処理、積分処理及
び積分レベル判別処理をＲＯＭ９ａに格納されたプログ
ラムに従って信号処理部９で集中して行っており、また
、通電周期制御手段２で行われていた溶接電圧誤差増幅
処理及びＶ／Ｆ変換処理をも同様にして信号処理部９で
集中して行うようになっており、部品点数を削減するこ
とができるとともに、ＲＯＭ　９　ａに格納されたプロ
グラムを修正するだけで処理内容を容易に変更すること
が可能となり、設計が容易で信頼性を向上させることが
できる。

尚、図では、ピーク電流通電期間制御手段１（１′）、
通電周期制御手段２及Ｕ起動制御部６０機能を信号処理
部９で行わせる構成としているが、これ以外の機能を信
号処理部９で集中して行わせる構成とすることも可能で
ある。

［発明の効果］ 請求項１に記載した本発明によれば、ピーク電流を可変
させることができるので、溶接条件に応じたきめの細か
い制御を行うことができる。また、ピーク電流の通電に
よる溶接ワイヤに加えられるエネルギー量を等価的に求
め、これによって１パルス１溶滴移行のための最適なピ
ーク電流通電期間を自動的に制御しているので、１次側
ｌｔ源電圧が低下した場合や２次側ケーブル長が増大し
て溶接電流波形がなまったような場合でも、溶接ワイヤ
へ供給されるエネルギー量が一定に制御され安定した溶
接を行うことが可能となる。更に、ピーク電流を低く設
定した場合にはアーク音がソフトになるために作業者の
負担が軽減し、溶接平均電圧が低く溶滴離脱時に短絡が
発生する場合でもスパッタの発生量を低減できるパルス
アーク溶接方法を提供できる。

請求項２に記載した本発明によれば、ピーク電流および
ベース電流の通電による溶接ワイヤに加えられるエネル
ギー量を等価的に求め、これによってピーク電流通電期
間を自動的に制御しているので、請求項１に記載の効果
に加えて、ベース電流によるエネルギーをも考慮した一
層きめの細かい制御を行うことができるパルスアーク溶
接方法を提供できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は請求項１に記載のパルスアーク溶接方法を実施
する溶接装置の要部構成図、第２図（ａ）〜（ｊ）はそ
の各部の波形図、第３図は請求項２に記載のパルスアー
ク溶接方法を実施する溶接装置の要部構成図、第４図（
、ａ　）〜（ｉ）はその各部の波形図、第６図は１パル
ス１溶滴移行に要するピーク電流通電期間の最小値を示
したグラフ、第６図は溶接電流に対して溶滴離脱の進行
状況を示した説明図、第７図（ａ）、　　（ｂ）はピー
ク電流の変化による溶滴移行開門の変化する様子を示し
た説明図、第８図（ａ）、　　（ｂ）はベース電流の変
化によるピーク電流通電期間の変化する様子を示した説
明図、第９図は請求項１に記載の本発明の溶接方法を実
施する溶接装置のブロック構成例図、第１０図（ａ）〜
（ｍ）はその各部の波形図、第１１図はその詳細な回路
例図、第１２図は請求項２に記載の本発明の溶接方法を
実施する溶接装置のブロック構成例図、第１３図（ａ）
〜（ｍ）はその各部の波形図、第１４図はその詳細な回
路例図、第１６図は請求項１．２に記載の本発明のパル
スアーク溶接方法を実施する溶接装置をＣＰＵを用いて
構成した場合の構成例図である。 ［符号の説明］ １．１′　・・・ピーク電流通電期間制御手段１０゜ １　ｌ　・ １２　・ ２　・　φ ２０　Φ ２１　・ ３　・　φ ４　拳　・ Ｅ　・　・ Ｅｒ　　・ Ｉ　Ｃ・ Ｉｐ　　・ Ｉｂ　　番 ｔｂ　　・ ｔｐ　　・ Ｍ　−Φ Ｗ　・　・ １０’　・・・演算回路 ・・電流積分回路 ・・積分レベル判別部 ・通電周期制御手段 ・・溶接電圧誤差増幅回路 ・・Ｖ／Ｆ変換回路 ・通電切換部 ・溶接電圧設定部 ・溶接電圧 ・・溶接平均電圧基準値 ・・臨界電流 ・・ピーク電流 ・・ベース電流 ・・ベース電流通電期間 ・・ピーク電流通電期間 ・溶接母材 ・溶接ワイヤ

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）臨界電流レベルを越えるピーク電流と、臨界電流
   レベルよりも低いベース電流とを溶接ワイヤと溶接母材
   との間に交互に通電して行うパルスアーク溶接方法にお
   いて、 溶接平均電圧が所定値になるように通電周期を制御しな
   がら、ピーク電流の通電時には検知した溶接電流に所定
   の演算処理を施した後に積分し、この積分レベルが予め
   定められた所定レベルに達したときにはピーク電流の通
   電を停止させてベース電流の通電に切り換え、これによ
   ってピーク電流通電期間を自動的に制御するようにした
   ことを特徴とするパルスアーク溶接方法。
2. （２）臨界電流レベルを越えるピーク電流と、臨界電流
   レベルよりも低いベース電流とを溶接ワイヤと溶接母材
   との間に交互に通電して行うパルスアーク溶接方法にお
   いて、 溶接平均電圧が所定値になるように通電周期を制御しな
   がら、ベース電流通電時には検知した溶接電流に所定の
   演算処理を施した後に積分し、引き続くピーク電流通電
   時には検知した溶接電流に上記ベース電流通電時におけ
   る演算処理とは異なる所定の演算処理を施した後に積分
   し、これらの積分レベルの和が予め定められた所定レベ
   ルに達したときにはピーク電流の通電を停止させてベー
   ス電流の通電に切り換え、これによってピーク電流通電
   期間を自動的に制御するようにしたことを特徴とするパ
   ルスアーク溶接方法。