JPH0579437B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、パルスアーク溶接における定アーク
長制御方法に関する。

〔従来の技術〕

非消耗電極式パルスアーク溶接において、アー
ク長を一定に保持して溶接する方法としては、従
来、実公昭52−43706号公報に記載されているも
の、及び特開昭54−16345号公報に記載されたも
のがある。

〔発明が解決しようとする問題点〕

前者は、アーク電圧の基準アーク電圧への制御
を、溶接電流の低電流期間（ベース電流期間）も
しくは高電流期間（パルス電流期間）のいずれか
一方のみにおいて行うものであるが、この従来法
による場合は、0.5〜２Hz程度の低周波数領域に
なると、アーク長制御不能期間が増大し、連続的
かつ安定な定アーク長制御を行うことができず、
被溶接物の溶接面が第４図に示すように傾斜して
いる場合には、溶接トーチの軌跡が図に実線で示
す如くステツプ状に振動するので溶接品質が低下
し、また、アーク長制御の開始点が制御していな
い電流期間であつた場合には制御の応答性が低下
するという問題がある。

また、後者は、溶接電流のベース電流もしくは
パルス電流のいずれか一方を電圧に換算し、該電
圧を基準アーク電圧に設定し、電圧に換算した電
流変化量を上記基準アーク電圧に加減算するもの
であるが、溶接電流をアーク電圧に換算するの
で、溶接電流とアーク電圧との間の直線性が失わ
れる低電流領域（第５図に示すアーク電圧Ｖ−溶
接電流Ｉ特性の斜線を施した領域）において制御
不能となる問題があつた。

さらに、シヤントなどの電流−電圧変換器によ
り得られる電圧が微細であるため、電圧増幅器な
どが必要なだけでなく、雑音がのりやすいという
問題があつた。

〔発明の目的〕

本発明は上記した従来の問題を解消するために
なされたもので、高電流期間のアーク電圧と低電
流期間のアーク電圧との偏差をとり、全期間にお
けるアーク電圧と演算処理することにより、低周
波数領域においても、連続的でかつ安定し、従来
に比し応答性が高く、また、低電流領域において
も定アーク長制御を実現することができるパルス
アーク溶接における定アーク長制御方法を得るこ
とを目的とする。

〔問題を解決するための手段〕

パルスアーク溶接においては、溶接電流の変化
にともないアーク電圧も変化する。このため、従
来の定電流用の溶接装置では、溶接トーチが振動
し溶接ができなかつた。しかし、高低両電流期間
におけるアーク電圧の差電圧は両電流の絶対値、
電流差が変化しないかぎり一定であるという特徴
をもつことから、この差電圧により、その演算時
点より後一周期の間アーク電圧をほぼ直流状のア
ーク長制御信号にして定アーク長制御する構成と
したものであり、具体的には、パルス電流期間で
はアーク電圧を基準アーク電圧と比較し、ベース
電流期間では、パルス電流期間に検出・記憶して
おいたアーク電圧と当該ベース電流期間に検出・
記憶させたアーク電圧との差を当該ベース電流期
間のアーク電圧に加算してパルスアーク電圧対応
分を作成しこれと基準アーク電圧とを比較し、パ
ルス電流期間及びベース電流期間の両電流期間に
おいて電極位置を制御する構成としたものであ
る。

〔実施例〕

以下、高電流期間のアーク電圧に低電流期間の
アーク電圧を合わせる方法について説明する。

第１図は本発明を実施した定アーク長制御装置
のブロツク図、第２図は溶接電流、アーク電圧等
の波形を示す図、第３図は波形フローチヤートを
それぞれ示す。同図において、１は溶接電源（パ
ルス電流源）、２はアーク電圧検出器である。ア
ーク電圧検出器２は第２図ｂに示すアーク電圧Ｖ
を検出する。３は溶接トーチ、４は被溶接母材、
５はサーボモータであつて、溶接トーチ３を被溶
接母材４に対して近接・離間する向きに駆動す
る。６は電力増巾器、７は作動増幅器、８は基準
アーク電圧設定器であつて、アーク長を設定する
ための基準アーク電圧Voを発生する。

９は応接電流検出器であつて、第２図ａに示す
溶接電流Ｉを検出してタイミング信号発生器１０
に供給する。タイミング信号発生器１０は溶接電
流Ｉの立上り及び立下りを検出して第３図に示す
タイミング信号Ａ〜Ｅを発生する。タイミング信
号Ａは溶接電流Ｉの立上り時点に同期してＨレベ
ルとなり、立下り時点に同期してＬレベルとなる
信号、タイミング信号Ｂは溶接電流Ｉの立下り時
点から一定時間ｔ遅れてＨレベルとなる短パルス
の信号、タイミング信号Ｃはタイミング信号Ａに
同期した信号、タイミング信号Ｅは溶接電流Ｉの
立下り時点に同期してＨレベルとなり、該時点よ
り一定時間ｔが経過した第２図ｃに示す時点Ｙで
Ｌレベルとなる信号、タイミング信号Ｄはタイミ
ング信号Ｅの立下り時点ＹにＨレベルとなり溶接
電流Ｉの立上り時点にＬレベルとなる信号であ
る。上記一定時間ｔは溶接電流Ｉの立下り後の過
渡期間に相当する。１１はフイルターであつて、
アーク電圧検出器２の電圧出力を波形整形する。
１２，１３は電圧保持器である。電圧保持器１２
はフイルター１１を通して第２図ｂに示す如く波
形整形されたアーク電圧Ｖとタイミング信号Ａと
が導かれ、タイミング信号ＡがＨレベルにある期
間アーク電圧Ｖ即ちアーク電圧Ｖのパルスアーク
電圧Vpを取込み、Ｌレベルにある期間、取込ん
だパルスアーク電圧Vpの最終電圧値Vph（第２図
ｃに示す時点Ｘにおける電圧値）を保持する。電
圧保持器１３はフイルター１１を通して波形整形
された上記アーク電圧Ｖとタイミング信号Ｂとが
導かれ、タイミング信号ＢがＨレベルになるとア
ーク電圧Ｖ即ちアーク電圧Ｖのベースアーク電圧
Vbを取込み、Ｌレベルにある期間、サンプリン
グしたベースアーク電圧Vbhを保持する。ここで
は、Vph，Vbhを所定サンプリング時点で保持し
た値をそのまま用いたが、該電流期間中のアーク
電圧平均値や該期間の前数周期の平均値をVph，
Vbhとしてもよい。１４は差動増幅器であつて、
パルスアーク電圧Vphとベースアーク電圧Vbnと
の差（Vph−Vbh）を出力する。１５は加算器で
あつて、フイルター１１により波形整形されたア
ーク電圧Ｖと差動増幅器１４の出力（Vph−
Vbh）を受けて、ベース電流期間におけるパルス
アーク電圧対応分である加算電圧 Vd＝Ｖ＋（Vph−Vbh） ……(1) を演算する。

１６はスイツチ装置であつて、タイミング信号
Ｃ〜Ｅによりそれぞれ開閉されるスイツチ１６Ｃ
〜１６Ｅを有し、差動増幅器１４、減算器１５、
フイルター１１の出力を所定のタイミングで開閉
して第２図ｅに示すほぼ直流電圧状のアーク長制
御信号Vcを作成する。スイツチ装置１６は、タ
イミング信号Ｃが入力されると、そのＨレベル時
にスイツチ１６Ｃがオンし、パルス電流期間の
間、アーク電圧Ｖ（パルスアーク電圧Vp）を差動
増幅器７に供給する。タイミング信号Ｅが入力さ
れると、そのＨレベル時すなわち溶接電流Ｉの上
記過渡期間ｔの間スイツチ１６Ｅがオンし、電圧
保持器１２により保持されているパルスアーク電
圧最終値Vphを差動増幅器７に供給する。タイミ
ング信号Ｄが入力されると、そのＨレベル時すな
わち上記過渡期間ｔ後のベース電流期間の間スイ
ツチ１６Ｄがオンし、差電圧Vdを差動増幅器７
に供給する。差動増幅器７は時系列的に入力され
る電圧Vp，Vph，Vd、即ち、第２図ｅに示すア
ーク長制御信号Vcを基準アーク電圧設定器８に
より設定された基準アーク電圧Voと比較してそ
の偏差εを送出する。この偏差出力ε＝Vo−Vc
は電力増幅器６で増幅されたのちサーボモータ５
に供給され、該サーボモータ５は偏差εが０にな
るように溶接トーチ３を制御し、これにより溶接
電極と被溶接母材４間のアーク長が一定に制御さ
れる。

本実施例では、パルス電流期間は当該期間のパ
ルスアーク電圧Vpをアーク長制御信号としてア
ーク長が制御され、ベース電流期間には、該期間
より前のパルス電流期間のパルスアーク電圧Vph
と当該ベース電流期間の所定時点でサンプリング
したベースアーク電圧Vbhとの差を当該ベース電
流期間のベースアーク電圧に加算し加算電圧Vd
をアーク長制御信号としてアーク長が制御され
る、即ち、パルス電流期間だけでなく、ベース電
流期間もアーク長の制御が行われるので、アーク
長の制御は連続的に行われることになり、0.5〜
２Hz程度の低周波数領域においても制御不能期間
は実質的に消滅し、これに伴い応答性も向上す
る。

従つて、被溶接母材４の溶接面が第４図に示す
ように傾斜している場合にも、溶接トーチ３がス
テツプ状に移動することは防止され、被溶接母材
４に沿う直線軌跡を描いて移動し、溶接品質が向
上する。

また、本実施例では、ベースアーク電圧Vbの
初期の前記過渡期間ｔは上記パルスアーク電圧
Vphをアーク長制御信号としてアーク長を制御す
るので、制御が不安定になることは無い。なお、
この過渡期間ｔ中はサーボモータ５を駆動せず溶
接トーチ３を固定しておく構成としても良い。

また、本実施例では、アーク電圧もしくはこれ
を補正した電圧をアーク長制御信号とするので、
前記低電流領域においてもアーク長を制御するこ
とができ、20〜300アンペアの広い電流領域に亘
り定アーク長を確保することが可能となる。

更に、本発明を実施した制御装置では、パルス
アーク電圧とベースアーク電圧と個別に設定する
必要はなく、一つの電圧設定つまみでアーク長を
制御することができるので、それだけ操作性が向
上する利点がある。

実際の溶接においては、高低の電流差が大で、
そのどちらか一方を基準にしてアーク長を設定し
た場合、他方の溶接条件が適切でなくなり、アー
ク短絡を起こしたり、入熱量が課題になつたりす
ることがある。このような場合には、高電流期間
のアーク電圧と低電流期間のアーク電圧との中間
値を用いて電極位置を制御する構成としてもよ
い。

また、アーク長設定のための基準値をこの場合
は電圧としたが、アーク長制御モータからの速度
フイードバツク信号がパルスエンコーダなどから
発せられるパルス列の場合、パルス列などを用い
ても同様の構成が得られる。

〔発明の効果〕

本発明は以上説明した通り、パルス電流期間に
はパルスアーク電圧を、ベース電流期間にはベー
スアーク電圧を補正して作成したパルスアーク電
圧対応分をそれぞれアーク長制御信号してアーク
長制御を行う構成としたことにより、従来に比
し、制御不能期間を大巾に低減することができる
ので、低周波数領域においても、連続的でかつ安
定し、応答性の高い定アーク長制御を実現するこ
とができる上、低電流領域においてもアーク長を
一定に制御することが可能になる利点があり、特
に、傾斜した被溶接物や複雑な形状の溶接面をも
つ被溶接物の場合にその効果は顕著となる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明を実施した定アーク長制御装置
のブロツク図、第２図は波形とサンプリングタイ
ミングを示す図、第３図は上記実施例におけるタ
イミング信号発生器の出力を説明するための波形
タイムチヤート、第４図は従来方法の欠点を説明
するための図、第５図は溶接電流−アーク電圧波
形図である。 ２……アーク電圧検出器、３……溶接トーチ、
５……サーボモータ、７……差動増幅器、８……
基準アーク電圧設定器、９……電流検出器、１０
……タイミング信号発生器、１２，１３……電圧
保持器、１４……差動増幅器、１５……加算器、
１６……スイツチ装置。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 高低の溶接電流をバルス的に変化させて溶接
   する消耗電極式パルスアーク溶接において、 高電流期間ではアーク電圧とアーク長を設定す
   るための基準アーク電圧とを比較してその偏差に
   より溶接電極位置を制御し、低電流期間では該低
   電流期間の前の高電流期間に検出・記憶させてお
   いたアーク電圧から該低電流期間の所定のサンプ
   リング時点で検出・記憶させたアーク電圧を減算
   してその差電圧を当該低電流期間におけるアーク
   電圧に加算した電圧値と上記基準アーク電圧との
   偏差により溶接電極位置を制御し、上記所定のサ
   ンプリング時点は、上記高電流の立下り時の過渡
   期間の経過後であり、この過渡期間中は、低電流
   期間の前の高電流期間に検出・記憶させておいた
   アーク電圧と基準アーク電圧との偏差により溶接
   電極位置を制御することを特徴とするパルスアー
   ク溶接における定アーク長制御方法。