JPH0686013B2 - パルスアーク溶接における定アーク長制御方法 - 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52-4
3706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部分であつた
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
ー溶接電流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ー電圧変換器により得られた
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
理することで、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〕

本発明は上記目的を達成するため、ベース電流期間では
アーク電圧を基準アーク電圧と比較し、パルス電流期間
では、ベース電流期間に検出・記憶しておいたアーク電
圧と当該パルス電流期間に検出・記憶させたアーク電圧
との差を当該パルス電流期間のアーク電圧から減算して
ベー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〕

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図は波形タイムチヤートをそれぞれ示す。同図
において、１は溶接電源（パルス電流を供給する電
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は電力増幅器、７は差動増幅器、
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は溶接電流検出器あつて、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の立下り時点に同期
してＨレベルとなり、立上り時点に同期してＬレベルと
なる信号、タイミング信号Ｂは溶接電流Ｉの立上り時点
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の立上り時点に同期して
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の立上り時点ＹにＨレベル
となり溶接電流Ｉの立下り時点に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の立上り過渡期間に
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のベースアーク電圧Vb
を取込み、Ｌレベルにある期間、取込んだベースアーク
電圧Vbの最終電圧値Vbh（第２図（ｃ）に示す時点Ｙ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のパルスアーク電圧
Vpを取込み、Ｌレベルにある期間、サンプリングしたパ
ルスアーク電圧Vph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用いたが、
該電流期間中のアーク電圧の平均値や該期間よりまえ数
周期の平均値をVph、Vbhとしてもよい。14は差動増幅器
であり、パルスアーク電圧Vphとベースアーク電圧Vbhと
の差（Vph-Vbh）を出力する。15は減算器であつて、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、パルス電流期間に
おけるベースアーク電圧対応分である差電圧 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16
Cがオンし、ベース電流期間の間、アーク電圧Ｖ（ベー
スアーク電圧Vb）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の上記過渡時間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ベースアーク電圧最終
値Vbh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後
のパル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Vb、Vbh、Vd、即ち、第２図（ｅ）に示
すほぼ直流状のアーク長制御信号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は電圧増幅
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、ベース電流期間は当該期間のベースアー
ク電圧Vbをアーク長制御信号としてアーク長が制御さ
れ、パルス電流期間には、該期間より前のベース電流期
間のベースアーク電圧Vbhと当該パルス電流期間の所定
時点でサンプリングしたパルスアーク電圧Vphとの差を
当該パルスアーク電圧と比較した差電圧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、ベース電流
期間だけでなく、パル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、パルスアーク電圧Vpの立上りの前
記過渡期間ｔは上記ベースアーク電圧Vbh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を個別に設定する必要がなく一つ
の電力設定つまみでアーク長制御が可能であるので、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
熱量が過大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
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、このパルス列などを用いても同様の構成が実現で
きる。

〔発明の効果〕

本発明は以上説明した通り、ベース電流期間にはベース
アーク電圧を、パルス電流期間にはパルスアーク電圧を
補正して作成したベー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
一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……
減算器、16……スイツチ装置。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】高低の溶接電流をパ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、低電流期
   間ではアーク電圧とアーク長を設定するために基準アー
   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、高電流期間では該高電流期間の前の低電流期間に検
   出・記憶させておいたアーク電圧から該高電流期間の所
   定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高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、上記高電流の立上がり時の過渡期間の経過後であ
   り、この過渡期間中は、高電流期間の前の低電流期間に
   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。