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JP-2026076616-A - パルスアーク溶接制御方法及びパルスアーク溶接電源

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Abstract

【課題】消耗電極パルスアーク溶接において、溶接ワイヤと母材との短絡が発生してもスパッタの発生量が多くなることを抑制して良好な溶接品質を得ること。 【解決手段】ピーク立上り期間、ピーク期間、ピーク立下り期間及びベース期間中の溶接電流Ｉｗの通電を１パルス周期として繰り返し、溶接電圧設定値に基づいてアーク長制御を行って溶接するパルスアーク溶接制御方法において、溶接ワイヤの送給速度Ｆｗを、時刻ｔ２～ｔ３のピーク期間中は正送ピーク値に設定し、時刻ｔ４～ｔ４１のベース期間中はベース期間中の特定時点に短絡が発生するように正送ピーク値よりも小さな値のベース期間正送値に設定し、時刻ｔ４１に短絡が発生すると逆送ピーク値に設定し、時刻ｔ４２に短絡が解除されても逆送ピーク値を維持する。 【選択図】図２

Inventors

  • 高田 賢人

Assignees

  • 株式会社ダイヘン

Dates

Publication Date
20260512
Application Date
20241024

Claims (6)

  1. 溶接ワイヤを正逆送給し、ピーク立上り期間中はベース電流の値からピーク電流の値へと上昇するピーク立上り電流を通電し、ピーク期間中は前記ピーク電流を通電し、ピーク立下り期間中は前記ピーク電流の値から前記ベース電流の値へと下降するピーク立下り電流を通電し、ベース期間中は前記ベース電流を通電し、これらの溶接電流の通電を１パルス周期として繰り返し、溶接電圧設定値に基づいてアーク長制御を行って溶接するパルスアーク溶接制御方法において、 前記溶接ワイヤの送給速度を、前記ピーク期間中は正送ピーク値に設定し、前記ベース期間中は短絡が前記ベース期間中の特定時点に発生するように前記正送ピーク値よりも小さな値のベース期間正送値に設定し、前記短絡が発生すると逆送ピーク値に設定し、前記短絡が解除されても前記逆送ピーク値を維持する、ことを特徴とするパルスアーク溶接制御方法。
  2. 前記ベース期間の開始時点から前記短絡が発生するまでの短絡発生時間を検出し、前記短絡発生時間が前記特定時点を設定する短絡発生時間設定値と等しくなるように前記ベース期間正送値を変調制御する、ことを特徴とする請求項１に記載のパルスアーク溶接制御方法。
  3. 前記短絡発生時間設定値を上限値と下限値を有する短絡発生時間設定範囲に設定し、前記短絡発生時間が前記短絡発生時間設定範囲内になるように前記ベース期間正送値を変調制御する、ことを特徴とする請求項２に記載のパルスアーク溶接制御方法。
  4. 前記短絡が解除されるまでは前記ピーク立上り期間の開始を遅延させる、ことを特徴とする請求項１～３のいずれか１項に記載のパルスアーク溶接制御方法。
  5. 前記送給速度の平均値が所定値になるように前記正送ピーク値及び／又は前記逆送ピーク値を変調制御する、ことを特徴とする請求項１～３のいずれか１項に記載のパルスアーク溶接制御方法。
  6. 溶接ワイヤを正逆送給し、ピーク立上り期間中はベース電流の値からピーク電流の値へと上昇するピーク立上り電流を通電し、ピーク期間中は前記ピーク電流を通電し、ピーク立下り期間中は前記ピーク電流の値から前記ベース電流の値へと下降するピーク立下り電流を通電し、ベース期間中は前記ベース電流を通電し、これらの溶接電流の通電を１パルス周期として繰り返し、溶接電圧設定値に基づいてアーク長制御を行って溶接するパルスアーク溶接電源において、 前記溶接ワイヤの送給速度を、前記ピーク期間中は正送ピーク値に設定し、前記ベース期間中は短絡が前記ベース期間中の特定時点に発生するように前記正送ピーク値よりも小さな値のベース期間正送値に設定し、前記短絡が発生すると逆送ピーク値に設定し、前記短絡が解除されても前記逆送ピーク値を維持する、ことを特徴とするパルスアーク溶接電源。

Description

本発明は、溶接ワイヤを送給して溶接するパルスアーク溶接制御方法及びパルスアーク溶接電源に関する。 溶接ワイヤを送給して溶接するパルスアーク溶接は、鉄鋼等の溶接に使用されている。このパルスアーク溶接では、溶接ワイヤを送給し、ピーク立上り期間中はベース電流の値からピーク電流の値へと上昇するピーク立上り電流を通電し、ピーク期間中はピーク電流を通電し、ピーク立下り期間中はピーク電流の値からベース電流の値へと下降するピーク立下り電流を通電し、ベース期間中はベース電流を通電し、これらの溶接電流の通電を１パルス周期として繰り返して溶接が行われる。パルスアーク溶接では、１パルス周期１溶滴移行状態にすることによって、スパッタの発生が少なく、美しいビード外観を得ることができる。 特許文献１の発明では、ピーク期間中の第１の時点からベース期間中の第２の時点までの所定期間の間は、溶接ワイヤの送給速度を、ピーク電流の立ち上がり時点の送給速度よりも低くする、あるいは、溶接ワイヤを溶接対象物から引き離す方向に送給する逆送としている。 特許第６１２３０６９号公報 本発明の実施の形態に係るパルスアーク溶接制御方法を実施するための溶接装置のブロック図である。本発明の実施の形態に係るパルスアーク溶接制御方法を示す図１の溶接装置における各信号のタイミングチャートである。同図は、溶接電圧設定信号Ｖｒの値が基準電圧設定信号Ｖsrの値よりも小さい値の場合である。本発明の実施の形態に係るパルスアーク溶接制御方法を示す図１の溶接装置における各信号のタイミングチャートである。同図は、溶接電圧設定信号Ｖｒの値が基準電圧設定信号Ｖsrの値よりも大きい値の場合である。 以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。 図１は、本発明の実施の形態に係るパルスアーク溶接制御方法を実施するための溶接装置のブロック図である。溶接装置は、主に破線で囲まれたパルスアーク溶接電源ＰＳ、ロボット制御装置ＲＣ、ロボット（図示は省略）等から構成されている。以下、同図を参照して各ブロックについて説明する。 パルスアーク溶接電源ＰＳは、以下の各ブロックから構成されている。 電力制御回路ＭＣは、３相２００Ｖ等の交流商用電源（図示は省略）を入力として、後述する駆動信号Ｄｖに従ってインバータ制御等の出力制御を行い、溶接に適した溶接電圧Ｖｗ及び溶接電流Ｉｗを出力する。この電力制御回路ＭＣは、図示は省略するが、交流商用電源を整流する１次整流回路、整流された直流を平滑するコンデンサ、平滑された直流を駆動信号Ｄｖに従って高周波交流に変換するインバータ回路、高周波交流を溶接に適した電圧値に降圧するインバータトランス、降圧された高周波交流を整流する２次整流回路を備えている。 リアクトルＷＬは、上記の電力制御回路ＭＣの＋側出力と溶接トーチ４との間に挿入されており、電力制御回路ＭＣの出力を平滑する。 送給モータＷＭは、後述する送給制御信号Ｆｃによって回転駆動される。溶接ワイヤ１は、上記の送給モータＷＭに結合された送給ロール５の回転によって溶接トーチ４内を通って送給速度Ｆｗで正逆送給されて、母材２との間にアーク３が発生する。送給モータＷＭ及び溶接トーチ４は、ロボットに搭載されている。溶接トーチ４内の給電チップ（図示は省略）と母材２との間に溶接電圧Ｖｗが印加され、溶接電流Ｉｗが通電する。 溶接電流平均値設定回路ＩＡＲは、予め定めた溶接電流平均値設定信号Ｉarを出力する。送給速度平均値設定回路ＦＡＲは、上記の溶接電流平均値設定信号Ｉarに対応した送給速度平均値設定信号Ｆarを出力する。基準電圧設定回路ＶＳＲは、上記の溶接電流平均値設定信号Ｉarに対応した適正なアーク長を設定するための基準電圧設定信号Ｖsrを出力する。 電圧微調整回路ＤＶＲは、予め定めた電圧微調整信号Ｄvrを出力する。電圧微調整信号Ｄvrの値は、例えば－５Ｖ～＋５Ｖの範囲の実数である。溶接電圧設定回路ＶＲは、上記の基準電圧設定信号Ｖsr及び上記の電圧微調整信号Ｄvrを入力として、両値を加算して、溶接電圧設定信号Ｖｒを出力する。したがって、溶接電圧設定信号Ｖｒは、溶接電流平均値設定信号Ｉarによって一元設定される基準電圧設定信号Ｖsrの値を電圧微調整信号Ｄvrの値によって微調整された信号である。 溶接電圧検出回路ＶＤは、上記の溶接電圧Ｖｗを検出して、溶接電圧検出信号Ｖｄを出力する。溶接電圧平均化回路ＶＡＶは、この溶接電圧検出信号Ｖｄを平均化（ローパスフィルタを通す）して、溶接電圧平均値信号Ｖavを出力する。電圧誤差増幅回路ＥＶは、上記の溶接電圧設定信号Ｖｒ（＋）と上記の溶接電圧平均値信号Ｖav（－）との誤差を増幅して、電圧誤差増幅信号Ｅｖを出力する。 電流変調回路ＩＣは、上記の電圧誤差増幅信号Ｅｖを入力として、ＰＩ（比例・積分）制御又はＰＩＤ（比例・積分・微分）制御を行い、ピーク電流設定信号Ｉpr及びベース電流設定信号Ｉbrを出力する。この回路によって溶接電圧平均値信号Ｖavが溶接電圧設定信号Ｖｒと等しくなるようにピーク電流設定信号Ｉpr及びベース電流設定信号Ｉbrが電流変調制御される。この結果、アーク長が適正値に維持されるようにアーク長制御が行われる。ピーク電流設定信号Ｉprのみを電流変調制御して、ベース電流設定信号Ｉbrは所定値としても良い。 短絡判別回路ＳＤは、上記の溶接電圧検出信号Ｖｄを入力として、この値が短絡判別値（１０Ｖ程度）未満のときは短絡期間であると判別してＨｉｇｈレベルとなり、短絡判別値以上のときはアーク発生期間にあると判別してＬｏｗレベルとなる短絡判別信号Ｓｄを出力する。 短絡期間ベース電流設定回路ＩＢＳは、予め定めた短絡期間ベース電流設定信号Ｉbsを出力する。短絡期間ベース電流設定信号Ｉbsの値は、アーク発生期間中のベース電流設定信号Ｉbrの値以下に設定され、例えば３０～５０Ａである。 ピーク立上り期間設定回路ＴＵＲは、予め定めたピーク立上り期間設定信号Ｔurを出力する。ピーク期間設定回路ＴＰＲは、予め定めたピーク期間設定信号Ｔprを出力する。ピーク立下り期間設定回路ＴＫＲは、予め定めたピーク立下り期間設定信号Ｔkrを出力する。 ベース期間設定回路ＴＢＲは、上記の電圧微調整信号Ｄvrを入力として、下式の演算を行い、ベース期間設定信号Ｔbrを出力する。したがって、溶接電圧設定信号Ｖｒの値が基準電圧設定信号Ｖsrの値と等しいときはベース期間設定信号Ｔbrの値を基準ベース期間に設定し、溶接電圧設定信号Ｖｒの値が基準電圧設定信号Ｖsrの値よりも小さい値であるときはベース期間設定信号Ｔbrの値を基準ベース期間よりも長くし、溶接電圧設定信号Ｖｒの値が基準電圧設定信号Ｖsrの値よりも大きい値であるときはベース期間設定信号Ｔbrの値を基準ベース期間よりも短くする。 Ｔbr＝（基準ベース期間）＋Ｄvr×Ｋ 但しＫは定数であり、例えばＤvr＜０のときはＫ＝－０．４であり、Ｄvr＞０のときは－０．２である。例えば基準ベース期間＝３msとすると、Ｄvr＝－５ＶのときはＴbr＝５msとなり、Ｄvr＝＋５ＶのときはＴbr＝２msとなる。 溶接電流設定回路ＩＲは、後述する第１早期期間設定信号Ｔa1r、上記の短絡判別信号Ｓｄ、上記の短絡期間ベース電流設定信号Ｉbs、上記のピーク立上り期間設定信号Ｔur、上記のピーク期間設定信号Ｔpr、上記のピーク立下り期間設定信号Ｔkr、上記のベース期間設定信号Ｔbr、上記のピーク電流設定信号Ｉpr及び上記のベース電流設定信号Ｉbrを入力として、以下の処理を行ない、溶接電流設定信号Ｉｒ及びタイマ信号Ｔｍを出力する。 １）ピーク立上り期間設定信号Ｔurによって定まるピーク立上り期間Ｔｕ中はタイマ信号Ｔｍ＝１を出力し、ベース電流設定信号Ｉbrの値からピーク電流設定信号Ｉprの値へと上昇するピーク立上り電流Ｉｕを溶接電流設定信号Ｉｒとして出力する。 ２）続けて、ピーク期間設定信号Ｔprによって定まるピーク期間Ｔｐ中はタイマ信号Ｔｍ＝２を出力し、ピーク電流設定信号Ｉprを溶接電流設定信号Ｉｒとして出力する。 ３）続けて、ピーク立下り期間設定信号Ｔkrによって定まるピーク立下り期間Ｔｋ中はタイマ信号Ｔｍ＝３を出力し、ピーク電流設定信号Ｉprの値からベース電流設定信号Ｉbrの値へと下降するピーク立下り電流Ｉｋを溶接電流設定信号Ｉｒとして出力する。 ４）続けて、ベース期間設定信号Ｔbrによって定まるベース期間Ｔｂ中はタイマ信号Ｔｍ＝４を出力し、短絡判別信号ＳｄがＬｏｗレベル（アーク発生期間）のときはベース電流設定信号Ｉbrの値となり、Ｈｉｇｈレベル（短絡期間）のときは短絡期間ベース電流設定信号Ｉbsの値となる溶接電流設定信号Ｉｒを出力する。但し、短絡判別信号ＳｄがＨｉｇｈレベル（短絡期間）からＬｏｗレベル（アーク発生期間）に変化した時点から第１早期期間設定信号Ｔa1rによって定まる期間が経過するまではベース期間Ｔｂを延長する。 ５）上記の１）～４）を繰り返す。 送給速度変調回路ＷＣは、上記の送給速度平均値設定信号Ｆar及び後述する送給速度平均値検出信号Ｆadを入力として、両値の誤差増幅信号に基づいて変調制御を行い、正送ピーク値設定信号Ｗsr及び逆送ピーク値設定信号Ｗrrを出力する。この回路によって送給速度平均値検出信号Ｆadの値は送給速度平均値設定信号Ｆarの値と等しくなるように変調制御される。正送ピーク値設定信号Ｗsr又は逆送ピーク値設定信号Ｗrrの一方を変調制御するようにしても良い。この場合、変調制御しないパラメータは所定値に設定される。 短絡発生時間検出回路ＴＳＤは、上記のタイマ信号Ｔｍ及び上記の短絡判別信号Ｓｄを入力として、タイマ信号Ｔｍ＝４（ベース期間）に変化した時点から短絡判別信号ＳｄがＨｉｇｈレベル（短絡期間）に変化するまでの短絡発生時間を検出して、短絡発生時間検出信号Ｔsdを出力する。ここで、短絡発生時間の移動平均値を算出して短絡発生時間検出信号Ｔsdとしても良い。 短絡発生時間設定回路ＴＳＲは、ベース期間中の特定時点を設定するための短絡発生時間設定信号Ｔsrを出力する。ここで、短絡発生時間設定信号Ｔsrを、上限値と下限値を有する設定範囲の信号としても良い。 ベース期間正送値設定回路ＷＢＲは、上記の短絡発生時間検出信号Ｔsd及び上記の短絡発生時間設定信号Ｔsrを入力として、両値の誤差増幅値に基づいて以下の１）又は２）のいずれかの変調制御を行い、ベース期間正送値設定信号Ｗbrを出力する。この回路によって、短絡がベース期間中の特定時点に発生するように、正送ピーク値設定信号Ｗsrの値よりも小さな値の範囲内でベース期間正送値設定信号Ｗbrが変調制御される。 １）短絡発生時間検出信号Ｔsdの値が短絡発生時間設定信号Ｔsrの値と等しくなるようにベース期間正送値設定信号Ｗbrの値を変調制御する。 ２）短絡発生時間設定信号Ｔsrが設定範囲であるときは、短絡発生時間検出信号Ｔsdの値が短絡発生時間設定信号Ｔsrの上限値と下限値との設定範囲内になるようにベース期間正送値設定信号Ｗbrの値を変調制御する。 溶接電流検出回路ＩＤは、上記の溶接電流Ｉｗを検出して、溶接電流検出信号Ｉｄを出力する。電流誤差増幅回路ＥＩは、上記の溶接電流設定信号Ｉｒ（＋）と上記の溶接電流検出信号Ｉｄ（－）との誤差を増幅して、電流誤差増幅信号Ｅｉを出力する。駆動回路ＤＶは、この電流誤差増幅信号Ｅｉ及び後述するロボット制御装置ＲＣからの起動信号Ｏｎを入力として、起動信号ＯｎがＨｉｇｈレベル（溶接開始）のときは電流誤差増幅信号Ｅｉに基づいてパルス幅変調制御等を行ない上記の電力制御回路ＭＣ内のインバータ回路を駆動するための駆動信号Ｄｖを出力し、起動信号ＯｎがＬｏｗレベル（溶接停止）のときは駆動信号Ｄｖを出力しない。 第１遅延期間設定回路ＴＤ１Ｒは、上記の電圧微調整信号Ｄvr