JPH0452076A - パルスアーク溶接方法およびこの方法を用いたパルスアーク溶接装置 - 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】 ［産業上の利用分野コ 本発明は、パルスアーク溶接方法およびこの方法を用い
たパルスアーク溶接装置に間する。

［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ピー
ク電流Ｉｐどベース電流１ｂとを溶接ワイヤに交互に通
電し、ピーク電流Ｉｐ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
に応して溶接平均電流１　ａ　（ワイヤ送給速度）、ピ
ークを流しヘルｌｐとその通電期間ｔｐ、ベースｔｆｆ
ｌ＋ｂ、溶接平均電圧Ｅａｆｅ設定し、通電周朋Ｔを可
変制御することによって（ピーク電流通電期間ｔｐが設
定されているので、通電用）ＩＪＩ　Ｔを可変制御する
ことはベース電流通電期間ｔｂを可変制御することに相
当する）溶接平均電圧Ｅａが規定レベルになるようにア
ーク電圧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、溶接ワイヤや溶接
母材による種々の溶接条件に応してピーク電流を可変設
定すると、その都度ピーク！流通型期間ｔｐを再調整し
直さなければならず、調整が難しく手間がかかるために
改善が望まれていた。

そこで、本発明者は、先の出願（平成２年６月８日付出
願）において、ピーク電流を可変設定すると１パルス１
溶滴移行にｉ＆適なピーク電流通電期間が自動的に制御
されるようにした新規なパルスアーク溶接方法を提案し
たが、本発明はその先願を更ここ改良したものである。

［発明が解決しようとする課題］ すなわち本発明は、ピーク電流を可変設定でさるように
し、設定されたピーク電流に応して１パルス１２ａ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
にして溶接条件に応したきめ細かい制御を行うことので
さる溶接方法を提供することを目的としており、特に、
先に出願された発明に対比させた改良点は、ベース電流
通電期間の制御系における制御の時間遅れや制御系の不
安定要素をなくして溶接平均電圧を安定して所定値に自
動制御することにある。

また、同時に提案される本発明は、この溶接方法を実現
するパルスアーク溶接装置を提供することを目的として
いる。

［課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
本発明の方法は、ピーク電流通電期間を制御するために
、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
は検知した溶接を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る一方、溶接平均電圧が溶接平均電
圧基準値と一致するようにベース電流通電期間を制御す
るために、上記ビーク電流通電開始時から検知した溶接
電圧を予め定められた溶接平均電圧基準値と比較してそ
の差分の積分を開始し、引き続くベース電流通電時にお
いて、この積分出力レベルが積分開始時のレベルと一致
したときにはベース電流の通電を停止させてピーク電流
の通電に切り換えるようにし、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する。

請求項２に記載の本発明の装置は、ピーク電流通電期間
を制御するために、検知した溶接電流に、上記ベース電
流通電時と上記ピーク電流通電時とにおいて各々予め定
められた所定の演算処理を施す演算回路と、該演算回路
から出力される演算処理の施された信号を積分する電流
積分回路と、該ｉｊ　流積分回路の積分出力しヘルが予
め定められた所定レベルに達したときにはピーク電流通
電終了信号を出力するとともに上記電流積分回路をリセ
ットさする電流積分レベル判別部とを含んで成るピーク
期間制御手段と、溶接平均電圧が溶接平均電圧基準値と
一致するようにベース電流通電期間を制御するために、
上記ピーク電流通電開始時から上記ベース電流通電時に
渡って検知した溶接電圧を予め定められた溶接平均電圧
基準値と比較してその差分を積分する溶接電圧誤差積分
回路と、該溶接電圧誤差積分回路の積分出力レベルが積
分開始時のレベルと一致したときにベース電流通電終了
信号を出力する電圧積分レベル判別部とを含んで成るベ
ース期間制御手段とを備えた構成とされている。

このような本発明におけるベース期間制御手段の一例と
しては、溶接電圧誤差積分回路において、ピーク電流通
電開始時から検知した溶接電圧を溶接平均電圧基準値と
比較してその差分の積分をゼロレベルから開始し、引き
続くベース電流通電時において、その積分出力レベルが
ゼロレベルになったときにゼロクロス検出回路で成る電
圧積分し・＼ル判別部で判別してベース電流通電終了１
８号を出力させる構成があげられる。

［作用］ 請求項１に記載の本発明では、ベース電流通電時には、
検知した溶接電流（ベース電流の瞬時値）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（ピーク電流の瞬時値）に上記ベー
ス電流通電時におり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、こねによ
って、ピーク電流通電期間を自動制御する。

一方、ピーク電流通電開始時から検知した溶接電圧を予
め定められた溶接平均電圧基準値と比較してその差分の
積分を開始し、引き続くベース電流通電時において、こ
の積分出力レベルが積９Ｊ開始時のレベルと一致したと
きにはベース電流の通電を停止させてピーク電流の通電
に切り換え、これによって、＋８接平均電圧が溶接平均
電圧基準値と一致するようにベース電流通電期間を自動
制御する。この結果、ピーク電流とベース電流とが交互
に切換通電されて溶接が行われる。

請求項２に記載の本発明の装置では、ピーク期間制御手
段において、ベース電流通電開始時から検知した溶接電
流（ベース電流の瞬時値）に演算回路で所定の演算処理
を施した後に電流積分回路で積分し、引き続くピーク電
流通電時には検知した溶接電流（ピーク電流の瞬時値）
に演算回路で（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電流積分回路で積
分し、電流積分回路における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電流積分レ
ベル判別部からピーク電流通電終了信号を出力してベー
ス電流の通電に切り換えるとともに電流積分回路をリセ
ットし、これによって、ピーク電流通電期間を制御する
。

一方、ベース期間制御手段においては、ピーク電流通電
開始時から検知した溶接電圧（ピーク電圧及びベース電
圧の瞬時値）を溶接電圧誤差積分回路において予め定め
られた溶接平均電圧基準値と比較してその差分の積分を
開始し、引き続くベース電流通電時において、この積分
出力レベルが積分開始時のレベルと一致したときには電
圧積分レベル判別部からベース電流通電終了信号を出力
してピーク電流の通電に切り換え、これによって、溶接
平均電圧が溶接平均電圧基準値と一致するようにベース
電流通電期間を制御する。

［実施例］ 以下に、添付図面を参照して本発明の詳細な説明する。

第１図は、請求項１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の要部構成をブロック図をもっ
て示したものである。

本発明は、ビーク電ｍ　Ｉ　ｐ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：９定すれば、
溶接平均電圧Ｅａが溶接平均電圧基準値Ｅｒに一致する
ようにベース電流通電期間ｔｂを自動制御し・ながら、
　１パルスｌ溶滴移行を行オつせるための最適なピーク
電流通電期間ｔｐを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ｔｐを制御
するためのピーク期間制御手段、２はベース電流通電朋
間ｔｂを制御するためのベース期間制御手段、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Ｅ
ｒを設定する溶接電圧設定部である。

尚、図では、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して溶接電流の
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１
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。

ピーク期間制御手段１はピーク電流１ｐの通電を終了さ
せるタイミング信号を出力するものてあり、このために
、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：よ溶接電流１　　（−＼−ス電流１ｂ）の瞬時値
に所定の演算処理（ベース電流１ｂを８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
ている期間には溶接電流Ｉ　（ピーク電流１ｐ）の瞬時
値に所定の演算処理（ピーク電流ｒｐをへ乗する演算）
を施す演算ｉｓ　ａ、、　　　　　　ｉＰ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１１と
、電流積分回路１１の積分値が予め定められた所定レベ
ルし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しヘルを
クリアする電流積分レベル判別部１２とを備えている。

一方、ベース期間制御手段２は、ピーク電流通電開始時
から溶接ワイヤと溶接母材との間の溶接電圧Ｅ（ピーク
電圧Ｅｐ）の瞬時値を溶接電圧設定部４て設定された溶
接平均電圧基準値Ｅｒと比較してその差分信号の積分を
開始し、引き続くムース電流通電時においても同様に溶
接電圧Ｅ（ベース電圧）の瞬時値を溶接平均電圧基準１
直Ｅｒと比較してその差分信号を積分する溶接電圧誤差
積分回路２０と、溶接電圧誤差積分回路２０の積分出力
レベルがピーク電流通！開始時における出力レベルと一
致したときにベース電流通電終了信号を出力する電圧積
分レベル判別部２１とを備えている。尚、本構成では、
溶接電圧誤差積分回路２０ては、ピーク電流通電開始時
からベース電流通電時に渡ってゼロレベルから差分信号
を積分し、この積分出力レベルがゼロレベル（以下）に
なったときに、ゼロクロス検出回路で成る電圧積分レベ
ル判別部２１（以下、ゼロクロス検出回路と記載）で判
別してベース電流通電終了信号を出力するようにしてい
る。

すなわち、ベース期間制御手段２ては、ピーク電流通電
期間ｔｐにおけるピーク電圧Ｅｐと溶接平均電圧基準ｆ
ｉＥｒとの差分の積分レベルが、ベース電流通電期間ｔ
ｂにおけるベース電圧Ｅｂと溶接平均電圧基準値Ｅｒと
の差分の積分レベルと一致したときにベース電流Ｉｂの
通電を停止してピーク電流Ｉｐの通電に切り換える動作
を行っているので、溶接平均電圧Ｅａを溶接平均電圧基
準値Ｅｒに完全に一致させるようにベース電流通ＭＬｕ
Ｍ間ｔ、　ｂが制御され、しかも、負帰還制御系ではな
いので制御の時間遅れやハンチングが生しないようにな
っている。

このような構成によって実施される本発明の溶接方法を
第２図（ａ）〜（ｉ）の波形図を参照して説明する。尚
、第１図の対応した部分には対応した（ａ）〜（ｉ）の
符号を付している。

溶接条件に応して、溶接平均電流１ａ、ピーク電流Ｉｐ
、ベース電流Ｉｂおよび溶接平均電圧Ｅａを設定する。

■ビーク期間制御手段１から出力するピーク電流通電終
了信号によって、通電切換部３からベース電流通電信号
が出力されると、ピーク期間制御手段ｌの演算回路１０
ては、検知した溶接電流Ｉ（ベース電流１ｂ（瞬時（ｆ
ｆｉ））に所定の演算処理（ベース電流１ｂを８乗する
演算）を施して電流積分目路１１に出力し、電流積分回
路１１てはこの演算処理の施された信号を積分する。

■引き続いて、ベース期間制御手段２から出力されるベ
ース電流通電終了信号によって、通電切換部３からピー
ク電流通電信号が出力されると、演算回路１０ては、検
知した溶接電流Ｉ　（ピーク電流１ｐ（瞬時値））に所
定の演算処理（ピーク電流１ｐｆｅＡ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
この演算処理の施された信号を積分する。

■電流積分レベル判別部１２ては、電流積分回路１１の
積分出力レベルを監視しており、このレベルが予め定め
られた所定レベルＬ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ては、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。これによって演算回路１
０の演算乗数がＢに切り換えられて再び■の動作に戻る
。

ピーク期間制御手段１ては上記■〜■の動作を繰り返し
て行う二とにより、ピーク電流通電終了信号を出力する
。

一方ベース期間制御手段２は次の動作を行う。

■ベース期間制御手段２から出力するベース電流通電終
了信号によって、通電切換部３からピーク電流通電信号
が出力されると、溶接電圧誤差積分回路２０ては、検知
された溶接電圧Ｅ（ピーク電圧Ｅｐの瞬時値）を溶接電
圧設定部４て設定された溶接平均電圧基準値Ｅｒと比較
して差分信号の積分を開始する。

■引き続いて、ピーク期間制御手段１から出力されるピ
ーク電流通電終了信号によって通電切換部３からベース
電流通電信号が出力されると、溶接電圧誤差積分回路２
０では、検知された溶接電圧Ｅ（ベース電圧Ｅｂの瞬時
値）を溶接電圧設定部４て設定された溶接平均電圧基準
値Ｅｒと比較して差分信号を積分する。

■一方、ゼロクロス検出回路２１ては溶接電圧誤差積分
回路２０の積分出力レベルを監視しており、ピーク電流
通電開始時からムース電流通電時に渡る差分信号の積分
出力レベルがゼロレベル（以下）になると通電切換部３
にベース電流通電経了信号を出力し、通電切換部３はピ
ーク電流通電信号を保持出力して再び■の動作に戻る。

ベース期間制御手段２ては、上記■〜■の動作を繰り返
して行うことによってベース電流通電終了信号を出力す
る。

すなわち、ピーク期間制御手段１ては、ピーク電流１ｐ
の通電を終了させるタイミング信号を出力し、ベース期
間制御手段２は、ベース電ｍ　Ｉ　ｂの通電を終了させ
るタイミング信号を出力して、通電切換部３てこれらの
タイミング信号を受けてベース電流通電信号あるいはピ
ーク電流通電信号を保持出力してベース電ＦＣＩ　ｂと
ピーク電流ＩＩ）とを交互に切り換えて通電を行ってい
る。

第３図（ａ）〜（ｄ）は、ピーク期間制御手段ｌおよび
ベース期間制御手段２の動作原理を説明するための波形
を示したものである。

ベース期間制御手段２ては、第３図（ｃ）、　　（ｄ）
に示したように、ピーク！流通電照間ｔｐの開始時から
ピーク電圧Ｅｐと溶接平均電圧基準値Ｅｒとの差分（Ｅ
ｐ−Ｅｒ）をゼロレベルから積分（同図（Ｃ）の斜線部
αに対応ンして差分に応した傾斜て積分出力レベルは上
昇し、引き続いてムース電流通電時においては、ベース
電圧Ｅｂと溶接平均電圧基準値Ｅｒとの差分（Ｅｂ−Ｅ
ｒ）を積分（同図（ｃ）斜線部βに対応）して差分に応
した傾斜て積分出力レベルは下降する。そして、積分出
力レベルがゼロレベル（α＝β）になったときにベース
電流Ｉｂの通電を終了させている。

従ってこの制御によれば、例えば、溶接平均電圧Ｅａが
低く設定され、ベース電流通電期間ｔｂ中における溶滴
離脱時に短絡が発生して（第３図（Ｃ）参照）溶接電圧
が低下した場合でも、溶接電圧誤差積分回路２０の積分
出力の下降が急峻になって自動的にベース電流通電期間
ｔｂをｔｂｌまて減少させて溶接平均電圧Ｅａが溶接平
均電圧基準値Ｅｒに一致するように制御が行われる。ま
た、溶接中にアーク長が増加してベース電圧ＥｂがＥｂ
ｌまて増加した場合でも、溶接電圧誤差積分回Ｖｓ２０
の積分出力の下降が緩やかになって自動的にベース電流
通電期間をｔｂ２まで増加させて溶接平均電圧Ｅａを溶
接平均電圧基準値Ｅｒに一致させることが可能となる。

更に、上記した以外の溶接中の過渡的な変動要因によっ
て溶接電圧Ｅ（ピーク電圧Ｅｐおよびベース電圧Ｅｂ）
が変動した場合であっても、ベース電流通電期間ｔｂを
制御することによって溶接平均電圧Ｅａが溶接平均電圧
基準値Ｅｒに完全に一致するように制御が行われる。

一方、ピーク期間制御手段１では、第３図（ａ）（ｂ）
に示したように、ベース電流通電期間ｔｂ中における溶
滴離脱時に短絡が発生してベース電流通電期間がｔｂｌ
に減少した場合には、ベース電流Ｉｂの演算処理、積分
による積分出力レベルが低いため、ピーク電流Ｉｐの演
算処理、積分レベルが所定値しに達する時間が増加し、
これによってピーク電流通電期間ｔｐはｔｐｌまて増加
して溶滴離脱に最適な通電エネルギーを確保するように
制御が行われる。また、アーク長の増加によってベース
電圧Ｅｂが増加した場合には、ベース期間制御手段２の
制御によってベース電流通電期間がｔ、　ｂ　２まで増
加してベース電流１ｂの演算処理、積分による出方レベ
ルが増加するため、ピーク電流１ｐの演算処理、積分比
カレ・＼ルが所定値に達する時間が減少し、これによっ
てピーク電流通電期間ｔｐはｔｐ２まで減少して通電エ
ネルギーを最適値に制御している。

このように、ベース期間制御手段２ては、溶接平均電圧
Ｅａが低く設定されてベース１１ｔ流通電期間ｔｂ中に
短絡が発生する場合や、アーク長の増加に伴ってベース
電圧Ｅｂが増加したような場合でも、溶接平均電圧Ｅａ
が溶接平均電圧基準値Ｅｒと完全に一致するようにベー
ス電流通電期間ｔｂを制御することができ、しかも負帰
還制御系ではないので制御の時間遅れやハンチングが発
生することがなくなり、溶接平均電圧の安定度を著しく
向上させることができる。

他方のピーク期間制御手段１ては、ビーク′１ｌｌｆ流
ｆｐあるいはベースを流１ｂが可変設定された場合であ
っても、溶接ワイヤに加えられる全エネルギー量が１パ
ルス１溶滴移行のための最適値になった時点てピーク電
流１ｐの通電を停止させてへ一ス電流１ｂの通電に切換
制御しているので、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
溶接を行うことができ、ピーク電流Ｉｐを低く設定すれ
ば、アーク音がソフトになり、作業者の負担を軽減でき
る。また、ピーク電流通電期間ｔｐが溶接ワイヤへ供給
されるエネルギー量によって制御されているので、例え
ば、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、本発明の技術的背■を説明する。

第４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溶滴移行を生し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■ｐを変化させて
実測したグラフであり、ベース電流Ｉｂを５０Ａに固定
して溶接平均を流Ｉａを変化させた場合のデータと、溶
接平均電流ｒａを２０ＯＡ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Ｔｈが同一のときには、ベ
ース電流Ｉｂが大きいほと１パルス１溶滴を生じさせる
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Ｉｂ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しさせるために必要なピーク電
流通電期間ｔｐが減少することが分かる。

本発明では、このグラフにおいて、　１パルス１溶滴移
行に必要なピーク電流通電期間ｔｐが、ベースミ流通ｔ
ｌｉＪ１間ｔｂとピーク電流通ｔｌｌｌ１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Ｉｂおよびピーク電
流１ｐを各々所定乗数て演算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を利用し、ピーク期
間制御手段１において、このようにして等価的に求めた
積分値（エネルギ１しによってＦｘ適なピーク電流通電
期間ｔｐの制御を行っており、これによって安定した溶
接を実現している。

第５図は、本発明のパルスアーク溶接方法において、溶
接電流Ｉ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、ピーク電流通電期間ｔｐては溶接ワイヤＷに
ピーク電流Ｉｐ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Ｗａを離脱直前状態にし、ピーク電流通電期間ｔｐ
からベース電流通電期間ｔｂに切り換わってから溶滴Ｗ
ａ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低減した良好な
溶接を行うことが可能となる。

第６図（ａ）、　　（ｂ）は、パルスアーク溶接におい
て、ピーク電流Ｉｐ、ピーク電流通電期間ｔｐ、ベース
を流１ｂ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４図より溶接平均
電流１　ａ＝２００Ａ　（溶接ワイヤ送給速度＝７．３
ｍ／ｍ１ｎ）のときに、１．２ｍｍφの軟鋼ワイヤにピ
ーク電流１ｐｌ＝４５０　Ａ、　　ベース電流ｒｂ＝ｉ
５０Ａを通電すると、１パルス１溶滴移行に要する最小
のピーク電流通電期間ｔＰＩ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６図（ａ）参照）。また、ピーク電流１ｐ２＝３５０
　Ａ、　　ベース電流ｒｂ＝５０Ａを通電すると、ｌパ
ルス１溶滴移行に要する最少のピーク電流通電訪問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６図（ｂ）　Ｉ’照）、つまり、溶接平均電流１ａ（
ワイヤ送給速度）、ベース電流１ｂが一定のときには、
ピーク電流１ｐ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ａ　［ｐ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。

本発明では、ピーク期間制御手段ｌにおいて、ベース電
流１ｂおよびピーク電流１ｐを各々演算処理した後に積
分しているが、上記データによれば、（Ｉｐｌ”Ｘｔｐ
ｌ）＋　（ＩｂｌＬＩＸｔｂｌ）＝（Ｉｂ２ＢＸｔｂ２
）＋　　（Ｉｂ２ＢＸｔｂ２）を満足するように乗数Ａ
、　　Ｂを定めれば、ピーク電流■ｐ、ベース電流１ｂ
を変化させた場合でも溶接ワイヤへ供給されるエネルギ
ー量を等価的に求めることができ、求めたエネルギー量
が１パルス１溶滴移行のための最適値になるようにピー
ク電流通電期間ｔｐを自動制御することが可能になる。

第７図（ａ）、　　（ｂ）は、パルスアーク溶接におい
て、溶接平均電流Ｉａ、ピーク電流ｔｐか一定のときに
、ベース電流）ｂの大小に応じて１パルス１溶滴移行の
ためのピーク電流通電期間ｔｐの最ＩＡＷＩＣ溶′ａ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１ｂ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しさせるためにピーク！流通電期
間ｔｐ３を長くする必要があり、逆に、ベース電流ｒｂ
が高い場合には、同図（ｂ）に示したようにベース電ａ
　Ｉ　ｂ　２による溶接ワイヤへの通電エネルギーが大
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
ならないことが分かるが、本発明では、このようなベー
ス電流［ｂによる通電エネルギーを加味した制御をピー
ク期間制御手段１によ）て行なわせている。

第８図は、上述した本発明のパルスアーク溶接方法を＊
＊ｔｘパＩレスアーク溶接装置の構成例をブロック図を
もって示したものである（！Ｊｌ求項２に対応）。

図において、　ｌはピーク期間制御手段、２はベース期
間制御手段、３は通電切換部、４は溶接電圧設定部であ
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Ｍ３の切換信号に応してピーク電
流１ｐ及びベースを流Ｉｂ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。ＡＭＰＩは溶接電流を増幅
する溶接電流増幅回路、ＡＭＰ　２は溶接電圧を増幅す
る（本実施例では、増幅度を１未満に設定）溶接電圧増
幅回路であり、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−を制御するパルス幅制御部
、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、ＲＦＣ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
レベルを対応した電圧し・＼ルとして取り出すためのシ
ャント抵抗、Ｌはノアクトル、Ｍは溶接母材を不してい
る。

ピーク期間制御手段１は、演算回路１０と電、Ｌ積分回
路１１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。電流積分レベル判別部１２は、電流積
分回路１１の積分しヘルが予め定められた所定レベルＬ
（溶接ワイヤに加えられるエネルギーが１パルス１溶滴
移行に要する最適値になる時点でピーク電流通電終了信
号を出力するように定められる）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１２ａと、コ
ンパレータ１２ａから出力されるピーク電流通電終了信
号を受けて所定の時間幅Ｔｍを有したパルス信号を出力
するワシ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）１２ｂを有している。また、電流積分
回路１１はワンショットＭＶ１２ｂから出力されるパル
ス＜　Ｔ　ｍの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。

ベース期間制御手段２は、溶接電圧誤差積分回路２０と
ゼロクロス検出回路で成る電圧積分レベル判別部２１と
は第１図の場合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開成して溶接電圧増幅回路ＡＭＰ
２で増幅された無負荷電圧が溶接電圧誤差積分回路２０
に加わることを禁止しており、これによって、アークが
発生するまでの無負荷電圧（アーク発生後の溶接電圧よ
りも高い）によってゼロクロス検出回路２１から出力さ
れるベース電流通電終了信号の出力タイミングが遅れる
ことを防止し、ベース電流通電期間ｔｂを最短に制御し
てアークの伸張を促している。尚、本構成では、ピーク
期間制御手段１からパルス幅Ｔｍのピーク電流通電終了
信号が出力されている期間は、ベース期間制御手段２か
らベース電流通電終了信号が出力されている場合であっ
ても、ベース電ｍ　Ｉ　ｂが優先して通電されるように
している。

電流制御手段５は、溶接平均電流基準値１ｒを；９定す
る溶接電流設定１ｇ５０と、ピーク電流基準’ａ　ｌ　
ｐ　ｒを設定するピーク電流設定部５１と、ベース１ｉ
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
通電信号に店して切換選択するアナログスイッチ５Ｗ５
０．ＳＷ５１ど、ピーク電流基準値１ｐｒあるいはベー
ス電流基準値１ｂｒと溶接電流設定回ｇＡＭＰ　１から
出力される溶接電流■と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５
１は溶接電流設定部５０と連動するようになっており、
ピーク電流基準値１ｐｒを最小に設定した場合であって
も溶接平均電流基準Ｍ　Ｉ　ｒ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１ｒ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１ｒに比例した速度で
溶接ワイヤの送給が行われる。

パルス幅制御部７は、ＰＷＭ制御回路７Ｉて電流制御手
段５から伝送された誤差信号に応したパルス幅制御信号
を生成し、ドライブ回路７０を通してインバータＩＮＶ
に伝送してスイッチング電圧のデユーティ−を変化させ
、これによって溶接電流■（ピーク電流１ｐ及びベース
電流１ｂ）が常に電流制御手段５０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ｔｌ
たけ、電流制御手段５の溶接電流誤差増幅回路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５Ｗ２０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９図（＆）〜（ｍ）の波形図を参照して説明する。尚
、第８図の対応した部分には対応した（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る。

■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によってベース期間制御手段２の
アナログスイッチＳ　Ｗ　２０が開成しているので、無
負荷電圧が溶接電圧誤差積分回路２０に入力されず、溶
接電圧誤差積分回路２０はゼロレベルの溶接電圧と溶接
平均電圧基準値Ｅｒとの差分（−Ｅｒ）を積分するので
出力レベルがゼロとなり、ゼロクロス検出回路２１から
通電切換部３にベース電流通電終了信号が継続して出力
されている。

■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の溶接電流誤
差増幅回路５３に起動電流基準信号Ｉｓ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
。

■一方、ベース期間制御手段２から出力されるベース電
流通電終了信号によって通電切換部３からピーク電流通
電信号が保持出力されると、ピーク期間制御手段では、
演算回路１０の演算乗数がＡに切換設定され、溶接電流
増幅回路ＡＭＰＩで検知された溶接電流Ｉ（起動電流Ｉ
ｓ）を演算回路１０において演算処理（起動電流Ｉｓ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て積分する。

■電流積分回路１１の積分出力レベルが電流積分レベル
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Ｌ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、ワンショット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ｔ
ｍ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ＭＶ１２ｂ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、演算回路ｌＯの演算
乗数を乗数Ｂに切り換えるとともに、溶接電流制御手段
５のアナログスイッチＳ　Ｗ　５１を閉成して溶接電流
Ｉをベース電流ｒｂに切り換える。

７一方、・＼−７Ｉｌｌ１間制御手段２ては、アークが
発生するとアナログスイッチ５Ｗ２０を閉成し、溶接電
圧誤差積分回路２０に溶接電圧Ｅが加えられて差分の積
分が始まり、溶接電圧Ｅの上昇に伴ってベース電流通電
終了信号の出力タイミングを遅らせ、これによってベー
ス＄ｉ流通ｔｌＵ１間ｔｂを増加させていく。

（溶接初朋はベース電流通電期間ｔｂが最小になるので
、ピーク期間制御手段ｌのワンショッ）ＭＶ１２ｂから
出力されるパルスＩｌｌ　ｔ　ｍ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ｔ
ｐに復帰する。） このように、溶接初朋には、ベース期間制御手段２によ
ってベース電流通電期間ｔｂ′１ｔｒＩｔ短にするとと
もに、時間ｔ１が経過するまでは起動制御部６によって
起動電流Ｉｓを通電し、溶接ワイヤの溶融を促進してア
ーク長が速やかに所定値に達するように制御を行い、こ
の後、溶接電圧の増加（アーク長の増大）に伴ってベー
ス朋間制御手段２　Ｔ：　ハヘ−スＮ　ｔＮ　ｉ！　＠
　ＷＩｌｌｔ’ｆｌ　ｔ　ｂ　ヲ漸次増加すセ、これに
よって、溶接平均電圧Ｅａを溶接平均電圧基準値Ｅ　ｒ
に安定させて所定のアーク長を持続させる制御を行って
いる。

２、定常溶接時の動作。

上記溶接初期の動作を経て定常溶接状態に入ると、第１
図において説明した動作によって通電切換部３からピー
ク電流通電信号、ベース電流通電信号が交互に出力され
、電流制御手段５ては、これらの通電信号を受けてピー
ク電流１ｐあるいはベース電流Ｉｂを交互に通電して溶
接を行う。尚、溶接平均電圧が低く設定されてベース電
流通電朋間ｔｂ中の溶滴離脱時に短絡が発生する場合の
動作やアーク長が増加してベース電圧Ｅｂが増加した場
合の動作などについては、上記第３図において述べたも
のと同一であるので省略する。

このように、本発明のパルスアーク溶接装置ては、ベー
ス期間制御手段２において、溶接平均電圧Ｅａが溶接平
均電圧基準１１１ｉＥｒと完全に一致するようにベース
電流通電朋間ｔｂを制御し、しかも負帰還制御系を使用
していないので、Ｖ／Ｆ変換回路などを使用して負帰還
回路を構成したものに比べて制御の時間遅れやハンチン
グが生じず、溶接平均電圧Ｅａの安定度を著しく向上さ
せることが可能になる。

また、ベース電流１ｂおよびピーク電ａ　Ｉ　ｐ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を自動制御しているので、ピーク電流＋ｐ
、ベース電流１ｂを可変設定した場合でも、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が通電さ
れ、ピーク電流通電期間ｔｐに溶滴離脱が生じることを
有効に防止することができ、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１０図は、本発明の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８図と対応した８６分には対
応した符号を付しており、また、第９図（ａ）〜（ｍ　
）の波形図と対応した部分には対応した（ａ）〜（ｍ）
の符号を付している。

図において、ピーク期間制御手段ｌの演算回路ＩＯは、
自乗演算回路１０ａと反転増幅回路１０ｂとを組み合わ
せて構成され、通電切換部３からベースｔ　ｊｆＥ通電
信号を受けたときには、アナログスイッチ１０ｃを閉成
して溶接電流ＩをＢ乗する演算処理を行う一方、通電切
換部３からピーク電流通電信号を受けたときには、アナ
ログスイッチ１０ｄを閉成して溶接電流ＩをＡ乗する演
算処理を行うようになっている。電流積分団Ｐｉ１１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ＭＶ　１２　ｂ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
を閉成して積分コンデンサ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。通電切換部３
はＮＡＮＤゲート３　ａ。

ＲＳフリップフロップ３ｂおよびＮ　ＯＴゲート３Ｃを
組み合わせた構成とされており、ピーク電流通電終了信
号がリセット端子Ｒに加えられている期間は、ベース電
流通電終了信号がＮＯＴゲート３ｃを介してＮ　Ａ　Ｎ
　Ｄゲート３ａに加えられている場合であってもベース
電流通電信号を優先して出力するようになっている。

ベース朋間制御手段２の溶接電圧誤差積分回路２０は、
演算増幅器２０ａを用いた積分回路の反転入力端子側に
、溶接電圧増幅回路ＡＭＰ２から出力される反転増幅さ
れた負レベルの溶接電圧Ｅと溶接電圧設定部４て設定さ
れた正レベルの溶接平均電圧基準値Ｅｒとを加え、これ
らの和を求めて積分することによって等価的に溶接電圧
Ｅと溶接平均電圧基準値Ｅｒとの差分を積分している。

ダイオード２０ｂ（ショットキーバリアダイオードを使
用）は演算増幅器２０ａの出力レベルがゼロレベル（実
際には、ダイオードの順方向電圧だけゼロレベルよりも
低下するため、約−０，２ボルトになる）よりも低下さ
せないようにして、ピーク電流通電期間ｔｐに切り換え
られた時点でゼロレベルから直ちに積分出力を立ち上げ
るためのクランプダイオードである。また、ゼロクロス
検出回路２１は基準電圧をゼロレベルに設定したコンパ
レータ２１ａで構成され、反転入力端子側にゼロレベル
よりも低い積分信号が人力されている期間は「■］」レ
ベルのベース電流通電終了信号を出力するようになって
いる。

尚、本実施例では、ゼロクロス検出回路２１のコンパレ
ータ２１ａを、正負の直流電源を供給して動作させてい
るが、正電圧のみの直流電源によって作動させることも
可能であり、その場合には、コンパレータ２１ａの反転
入力端子側に過大な負電圧が加えられて誤動作が生しる
ことを防ぐために、溶接電圧誤差積分回路２０のダイオ
ード２０ｂによって積分出力レベルを−０，２ボルトに
クランプさせて誤動作防止を兼ねさせている。

また、本構成では、ベース期間制御手段２の溶接電圧誤
差積分回路２０の積分出力レベルがピーク電流通電時に
はゼロレベルから上昇し、ベース電流通電時には下降さ
せてゼロレベルになったときに電圧積分しヘル判別部（
ゼロクロス検出回路）２１て検出する構成としているが
、このような構成に限らず、例えば、溶接電圧誤差積分
回路２０においで、ピーク電流通電開始時には所定レベ
ルから下降する方向に積分を行い、ベース電流通電時に
は上昇する方向に積分を行って、この積分出力レベルが
積分開始時のレベルに一致したときに電圧積分レベル判
別部２１て検出するなとの構成を採ることが可能である
。

第１１図は、第８図に示した本発明の溶接装置において
、ピーク期間制御手段１、ベース期間制御手段２、通電
切換部３及び起動制御部６をＣＰＵて成る信号処理部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、データなとの格納されたＲＯＭ
９ａ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、ピーク期間制御手段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ＲＯＭ　９　ａに格納されたプログラムに従って
信号処理部９て集中して行っており、また、ベース期間
制御手段２て行われていた溶接電圧誤差積分処理及びゼ
ロクロス検出処理をも同様にして信号処理部９て稟申し
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
を修正するだけて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ｈム通電周期制
御手段２及び起動制褌部６の機能を信号処理部９て行わ
せる構成としているが、これ以外の機能を信号処理部９
て集中して行わせる構成とすることも可能である。また
、上記説明では、ＲＯＭ　９　ａに格納されたプログラ
ムに従って信号処理部９て各部の信号処理を行う構成と
しているが、処理速度の向上を図るために、信号処理部
９内にマイクロプログラム（ハードによって構成されプ
ログラムと同等の処理を行うもの）を一体的に内蔵させ
て処理する構成とすることも可能である。

［発明の効果コ 請求項１に記載した本発明のパルスアーク溶接方法によ
れば、溶接平均電圧が低く溶ｎ！ＩＩ脱時に短絡が発生
する場合や、手振れなとの要因によってアーク長が瞬間
的に変動し・溶接電圧が変化したような場合でも、溶接
平均電圧を基準値に完全に一致させるようにベース電流
通電訪問の制褌が行われ、しかも、制御の時間遅れやハ
ンチングが生しないので、溶接平均電圧の安定度を著し
く向上させることができアーク長を安定させた溶接を行
うことが可能となる。また、ピーク電流、ベースｉ流を
可変設定することができ、しかも、設定された値に応じ
て］パルス１溶滴移行のための最適なピーク電流通電訪
問を自動的に制御しているので、溶接条件に応じたきめ
細かい制御を行うことができる。

請求項２に記載した本発明によれば、請求項ｌに記載の
溶接方法を実現てきるパルスアーク溶接装置を提供でき
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）〜（ｉ）はそ
の各部の波形図、′ｌＩｔ、３図（ａ）〜（ｄ）はピー
ク間開制御手段およびベース訪問制御手段の制御原理を
説明する波形図、第４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５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６図（ａ）（ｂ）はピーク電流の変化による溶滴移行
周期の変化する様子を示した説明図、第７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８図は請求項２に記載
の本発明のパルスアーク溶接装置のブロック構成側図、
第９図（ａ）〜（ｍ）はその各部の波形図、第１０図は
その詳細な回路別図、第１１図は本発明のパルスアーク
溶接装置をＣＰＵを用いて構成した場合の構成別図であ
る。 ［符号の説明コ ト・・ビーク訪問制御手段 １い・・演算回路 １１・・・電流積分回路 １２・・・電流積分レベル判別部 ２・・・ベース期間制国手段 ２０・・・溶接電圧誤差積分回路 ２１・・・電圧積分し・＼ル判別部 （ゼロクロス検出回路） ３　・ ４　・ Ｅ　・ ｒ ｐ ｂ Ｍ　・ ｂ ｐ Ｗ　φ ・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 ・・ピーク電流 ・・ベース電流 ・溶接母材 ・・ベース電流通電期間 ・・ピーク電流通電期間 ・溶接ワイヤ

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）ピーク電流と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、 ピーク電流通電期間を制御するために、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
   換える一方、 溶接平均電圧が溶接平均電圧基準値と一致するようにベ
   ース電流通電期間を制御するために、上記ピーク電流通
   電開始時から検知した溶接電圧を予め定められた溶接平
   均電圧基準値と比較してその差分の積分を開始し、引き
   続くベース電流通電時において、この積分出力レベルが
   積分開始時のレベルと一致したときにはベース電流の通
   電を停止させてピーク電流の通電に切り換えるようにし
   たことを特徴とするパルスアーク溶接方法。
2. （２）ピーク電流と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するようにしたパルスアーク溶接
   装置において、 ピーク電流通電期間を制御するために、検知した溶接電
   流に上記ベース電流通電時と上記ピーク電流通電時とに
   おいて各々予め定められた所定の演算処理を施す演算回
   路と、該演算回路から出力される演算処理の施された信
   号を積分する電流積分回路と、該電流積分回路の積分出
   力レベルが予め定められた所定レベルに達したときには
   ピーク電流通電終了信号を出力するとともに上記電流積
   分回路をリセットさせる電流積分レベル判別部とを含ん
   で成るピーク期間制御手段と、 溶接平均電圧が溶接平均電圧基準値と一致するようにベ
   ース電流通電期間を制御するために、上記ピーク電流通
   電開始時から上記ベース電流通電時に渡って検知した溶
   接電圧を予め定められた溶接平均電圧基準値と比較して
   その差分を積分する溶接電圧誤差積分回路と、該溶接電
   圧誤差積分回路の積分出力レベルが積分開始時のレベル
   と一致したときにベース電流通電終了信号を出力する電
   圧積分レベル判別部とを含んで成るベース期間制御手段
   とを備えたことを特徴とするパルスアーク溶接装置。