JP7429598B2 - アーク溶接電源 - Google Patents

Description

本発明は、良好なアークスタート性を得ることができる消耗電極式アーク溶接電源に関するものである。

特許文献１の発明では、溶接開始に際して、溶接電流が通電を開始すると、第１期間中は電圧設定信号を定常電圧設定値よりも大きな値のスタート電圧設定値に設定し、続く定常期間中は前記電圧設定信号を前記定常電圧設定値に設定して定電圧制御によって溶接電流を通電する消耗電極アーク溶接のアークスタート制御方法において、溶接電圧検出値が増加して前記スタート電圧設定値と等しくなった時点で前記第１期間を終了する。特許文献１の発明では、アーク長（溶接電圧検出値）が必ず目標アーク長（スタート電圧設定値）に到達してから第１期間を終了する。このために、アークが発生した後に、溶接ワイヤ及び母材への適当な入熱が行われることになり、良好なアークスタート性を得ることができると記載されている。

特開２０１３－１３２６５８号公報

上述した従来技術においては、電圧設定値が定常電圧設定値よりも大きな値のスタート電圧設定値となる第１期間を設けている。この第１期間中の、アーク長は、定常期間中の定常アーク長よりも長くなる。このために、アーク長は、第１期間中にオーバーシュートし、定常期間に移行するときにアンダーシュートし、その後に定常アーク長に収束する。送給速度の過渡特性、給電チップ・母材間距離、溶接ワイヤの材質等の溶接条件によっては、上記のオーバーシュート及びアンダーシュートが大きくなり、溶接開始部の溶接品質が悪くなるという問題がある。

そこで、本発明では、種々の溶接条件に影響されることなく、常に良好な溶接開始部の溶接品質を得ることができるアーク溶接電源を提供することを目的とする。

上述した課題を解決するために、請求項１の発明は、溶接開始に際して、溶接電流が通電を開始すると、第１期間中は電圧設定信号を定常電圧設定値よりも大きな値のスタート電圧設定値に設定し、続く定常期間中は前記電圧設定信号を前記定常電圧設定値に設定して定電圧制御によって溶接電流を通電する消耗電極アーク溶接のアークスタート制御方法において、
溶接電圧値を電圧設定信号の値に制御する出力制御部と、
溶接ワイヤの送給速度を送給速度設定信号の値に制御する送給制御部と、
を備えたアーク溶接電源において、
溶接電流が通電を開始すると、第１期間、第２期間及び定常期間へと経時的に移行する期間信号を出力する期間設定部と、
前記期間信号が前記第１期間であるときは第１電圧設定値となり、前記期間信号が前記第２期間であるときは第２電圧設定値となり、前記期間信号が前記定常期間であるときは定常電圧設定値となり、前記第１電圧設定値＜前記第２電圧設定値＜前記定常電圧設定値である前記電圧設定信号を出力する電圧設定部と、
前記期間信号が前記第１期間であるときは第１送給速度設定値となり、前記期間信号が前記第２期間であるときは第２送給速度設定値となり、前記期間信号が前記定常期間であるときは定常送給速度設定値となり、前記第１送給速度設定値＜前記第２送給速度設定値＜前記定常送給速度設定値である前記送給速度設定信号を出力する送給速度設定部と、を備え、
前記期間設定部は、前記第１期間中に前記溶接電圧値が増加して前記第１電圧設定値と等しくなると前記第２期間に移行し、前記第２期間中に前記溶接電圧値が増加して前記第２電圧設定値と等しくなると前記定常期間に移行する、
ことを特徴とするアーク溶接電源である。

請求項２の発明は、
前記期間設定部は、前記第１期間中に前記溶接電圧値が増加して前記第１電圧設定値と等しくなってから第１所定期間が経過すると前記第２期間に移行し、前記第２期間中に前記溶接電圧値が増加して前記第２電圧設定値と等しくなってから第２所定期間が経過すると前記定常期間に移行する、
ことを特徴とする請求項１に記載のアーク溶接電源である。

請求項３の発明は、
前記期間設定部は、前記第１期間の経過時間が第１上限時間以上となると前記第２期間に移行し、前記第２期間の経過時間が第２上限時間以上となると前記定常期間に移行する、
ことを特徴とする請求項１又は２に記載のアーク溶接電源である。

本発明によれば、種々の溶接条件に影響されることなく、常に良好な溶接開始部の溶接品質を得ることができる。

本発明の実施の形態に係るアーク溶接電源のブロック図である。 図１のアーク溶接電源における各信号のタイミングチャートである。

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アーク溶接電源のブロック図である。以下、同図を参照して各ブロックについて説明する。

電源主回路ＰＭは、３相２００Ｖ等の商用電源（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による出力制御を行い、溶接電流Ｉｗ及び溶接電圧Ｖｗを出力する。この電源主回路ＰＭは、図示は省略するが、商用電源を整流する１次整流器、整流された直流を平滑するコンデンサ、平滑された直流を上記の駆動信号Ｄｖに従って高周波交流に変換するインバータ回路、高周波交流をアーク溶接に適した電圧値に降圧する高周波変圧器、降圧された高周波交流を整流する２次整流器、整流された直流を平滑するリアクトルを備えている。

溶接ワイヤ１は、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内を送給されて、母材２との間にアーク３が発生して溶接が行われる。溶接ワイヤ１と母材２との間には溶接電圧Ｖｗが印加され、溶接電流Ｉｗが通電する。溶接トーチ４は、ロボット（図示は省略）に搭載されている。

電圧検出回路ＶＤは、上記の溶接電圧Ｖｗを検出して、電圧検出信号Ｖｄを出力する。電圧フィルタ回路ＶＡＶは、この電圧検出信号Ｖｄを入力として、ローパスフィルタによって高周波成分を除去して、電圧フィルタ信号Ｖavを出力する。ローパスフィルタのカットオフ周波数は、０．１～１ｋＨｚ程度に設定される。この電圧フィルタ信号Ｖavの値とアーク長とは略比例関係にあるので、この電圧フィルタ信号Ｖavによってアーク長を検出していることになる。アーク長を誤検出しないようにするために、この回路によってインバータ回路からの高周波ノイズを除去している。さらに、溶融池からのガスの噴出等による一時的な変動を除去してアーク長の変化をより正確に検出するために、この回路は設けられている。

電流検出回路ＩＤは、上記の溶接電流Ｉｗを検出して、電流検出信号Ｉｄを出力する。通電判別回路ＣＤは、この電流検出信号Ｉｄを入力として、この値がしきい値以上のときはＨｉｇｈレベルとなる通電判別信号Ｃｄを出力する。この通電判別信号Ｃｄは、溶接電流Ｉｗが通電するとＨｉｇｈレベルとなる信号である。したがって、しきい値は、５Ａ程度に設定される。

ロボット制御装置ＲＣは、予め教示された作業プログラムを記憶しており、この作業プログラムに従ってロボット（図示は省略）の動作を制御すると共に、溶接電源に対して溶接開始信号Ｓｔを出力する。

第１電圧設定回路Ｖ１Ｒは、予め定めた第１電圧設定信号Ｖ1rを出力する。第２電圧設定回路Ｖ２Ｒは、予め定めた第２電圧設定信号Ｖ2rを出力する。定常電圧設定回路ＶＣＲは、予め定めた定常電圧設定信号Ｖcrを出力する。ここで、Ｖ1r＜Ｖ2r＜Ｖcrに設定される。

第１送給速度設定回路Ｆ１Ｒは、予め定めた第１送給速度設定信号Ｆ1rを出力する。第２送給速度設定回路Ｆ２Ｒは、予め定めた第２送給速度設定信号Ｆ2rを出力する。定常送給速度設定回路ＦＣＲは、予め定めた定常送給速度設定信号Ｆcrを出力する。ここで、Ｆ1r＜Ｆ2r＜Ｆcrに設定される。

ホットスタート期間設定回路ＴＨＲは、予め定めたホットスタート期間設定信号Ｔhrを出力する。

第１期間終了判別回路ＳＴ１は、上記の電圧フィルタ信号Ｖav、上記の第１電圧設定信号Ｖ1r及び後述する期間信号Ｍｓを入力として、期間信号Ｍｓ＝３（第１期間Ｔ１）のときに、Ｖav≧Ｖ1rとなり、その後に予め定めた第１所定期間が経過した時点で短時間Ｈｉｇｈレベルとなる第１期間終了信号Ｓt1を出力する。上記の第１所定期間を０秒としても良い。また、第１期間Ｔ１の経過時間が予め定めた第１上限時間以上になったときは、その時点で第１期間終了信号Ｓt1を出力するようにしても良い。

第２期間終了判別回路ＳＴ２は、上記の電圧フィルタ信号Ｖav、上記の第２電圧設定信号Ｖ2r及び後述する期間信号Ｍｓを入力として、期間信号Ｍｓ＝４（第２期間Ｔ２）のときに、Ｖav≧Ｖ2rとなり、その後に予め定めた第２所定期間が経過した時点で短時間Ｈｉｇｈレベルとなる第２期間終了信号Ｓt2を出力する。上記の第２所定期間を０秒としても良い。また、第２期間Ｔ２の経過時間が予め定めた第２上限時間以上になったときは、その時点で第２期間終了信号Ｓt2を出力するようにしても良い。

期間設定回路ＭＳは、上記の溶接開始信号Ｓｔ、上記の通電判別信号Ｃｄ、上記のホットスタート期間設定信号Ｔhr、上記の第１期間終了信号Ｓt1及び上記の第２期間終了信号Ｓt2を入力として、以下の処理を行い、期間信号Ｍｓを出力する。
１）溶接開始信号ＳｔがＨｉｇｈレベル（開始）に変化すると、その値が０から１となる期間設定信号Ｍｓを出力する。Ｍｓ＝１の期間はスローダウン送給期間となる。
２）その後に、通電判別信号ＣｄがＨｉｇｈレベル（通電）に変化すると、その値が２となる期間設定信号Ｍｓを出力する。Ｍｓ＝２の期間はホットスタート期間Ｔｈとなる。
３）その後に、ホットスタート期間設定信号Ｔhrによって定まる期間が経過すると、その値が３となる期間設定信号Ｍｓを出力する。Ｍｓ＝３の期間は第１期間Ｔ１となる。
４）その後に、第１期間終了信号Ｓt1が短時間Ｈｉｇｈレベルとなると、その値が４となる期間設定信号Ｍｓを出力する。Ｍｓ＝４の期間は第２期間Ｔ２となる。
５）その後に、第２期間終了信号Ｓt2が短時間Ｈｉｇｈレベルとなると、その値が５となる期間設定信号Ｍｓを出力する。Ｍｓ＝５の期間は定常期間となる。

電圧設定回路ＶＲは、上記の第１電圧設定信号Ｖ1r、上記の第２電圧設定信号Ｖ2r、上記の定常電圧設定信号Ｖcr及び上記の期間信号Ｍｓを入力として、Ｍｓ≦３のときは第１電圧設定信号Ｖ1rの値となり、Ｍｓ＝４のときは第２電圧設定信号Ｖ2rの値となり、Ｍｓ＝５のときは定常電圧設定信号Ｖcrの値となる電圧設定信号Ｖｒを出力する。

電圧誤差増幅回路ＥＶは、上記の電圧設定信号Ｖｒと上記の電圧フィルタ信号Ｖavとの誤差を増幅して、電圧誤差増幅信号Ｅｖを出力する。

ホットスタート電流設定回路ＩＨＲは、予め定めたホットスタート電流設定信号Ｉhrを出力する。電流誤差増幅回路ＥＩは、このホットスタート電流設定信号Ｉhrと上記の電流検出信号Ｉｄとの誤差を増幅して、電流誤差増幅信号Ｅｉを出力する。

制御方式切換信号生成回路ＣＳは、上記の期間信号Ｍｓを入力として、Ｍｓ＝３～５のときはＨｉｇｈレベル（定電圧制御）となり、それ以外の期間はＬｏｗレベル（定電流制御）になる制御方式切換信号Ｃｓを出力する。制御切換回路ＳＷは、上記の電圧誤差増幅信号Ｅｖ、上記の電流誤差増幅信号Ｅｉ及び上記の制御方式切換信号Ｃｓを入力として、Ｃｓ＝Ｌｏｗレベル（定電流制御）のときは電流誤差増幅信号Ｅｉを誤差増幅信号Ｅａとして出力し、Ｃｓ＝Ｈｉｇｈレベル（定電圧制御）のときは電圧誤差増幅信号Ｅｖを誤差増幅信号Ｅａとして出力する。駆動回路ＤＶは、この誤差増幅信号Ｅａ及び上記の溶接開始信号Ｓｔを入力として、溶接開始信号ＳｔがＨｉｇｈレベルのときは誤差増幅信号Ｅａに基づいてＰＷＭ変調制御を行い、上記の電源主回路ＰＭ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、溶接開始信号ＳｔがＬｏｗレベルのときは駆動信号Ｄｖの出力を停止する。

送給速度設定回路ＦＲは、上記の第１送給速度設定信号Ｆ1r、上記の第２送給速度設定信号Ｆ2r、上記の定常送給速度設定信号Ｆcr及び上記の期間信号Ｍｓを入力として、Ｍｓ＝０及び１のときは予め定めたスローダウン送給速度となり、Ｍｓ＝２及び３のときは第１送給速度設定信号Ｆ1rの値となり、Ｍｓ＝４のときは第２送給速度設定信号Ｆ2rの値となり、Ｍｓ＝５のときは定常送給速度設定信号Ｆcrの値となる送給速度設定信号Ｆｒを出力する。

送給制御回路ＦＣは、上記の送給速度設定信号Ｆｒ及び上記の溶接開始信号Ｓｔを入力として、溶接開始信号ＳｔがＨｉｇｈレベルのときは溶接ワイヤ１を送給速度設定信号Ｆｒによって定まる速度で送給するための送給制御信号Ｆｃを上記の送給モータＷＭに出力し、溶接開始信号ＳｔがＬｏｗレベルのときは送給を停止するための送給制御信号Ｆｃを上記の送給モータＷＭに出力する。

図２は、図１のアーク溶接電源における各信号のタイミングチャートである。同図（Ａ）は溶接開始信号Ｓｔの時間変化を示し、同図（Ｂ）は制御方式切換信号Ｃｓの時間変化を示し、同図（Ｃ）は溶接ワイヤの送給速度Ｆｗの時間変化を示し、同図（Ｄ）は送給速度設定信号Ｆｒの時間変化を示し、同図（Ｅ）は電圧設定信号Ｖｒの時間変化を示し、同図（Ｆ）は溶接電流Ｉｗの時間変化を示し、同図（Ｇ）は溶接電圧Ｖｗの時間変化を示し、同図（Ｈ）は第１期間終了信号Ｓt1の時間変化を示し、同図（Ｉ）は第２期間終了信号Ｓt2の時間変化を示す。同図は、ロボットを使用した溶接の場合を例示している。以下、同図を参照して説明する。

同図において、時刻ｔ１～ｔ２の期間が図１の期間信号Ｍｓ＝１のスローダウン送給期間となり、時刻ｔ２～ｔ３の期間が図１の期間信号Ｍｓ＝２のホットスタート期間Ｔｈとなり、時刻ｔ３～ｔ４の期間が図１の期間信号Ｍｓ＝３の第１期間Ｔ１となり、時刻ｔ４～ｔ５の期間が図１の期間信号Ｍｓ＝４の第２期間Ｔ２となり、時刻ｔ５以降の期間が図１の期間信号Ｍｓ＝５の定常期間となる。同図（Ｄ）に示す送給速度設定信号Ｆｒは、スローダウン送給期間中は予め定めたスローダウン送給速度となり、ホットスタート期間Ｔｈ中は図１の第１送給速度設定信号Ｆ1rの値となり、第１期間Ｔ１中は図１の第１送給速度設定信号Ｆ1rの値となり、第２期間Ｔ２中は図１の第２送給速度設定信号Ｆ2rの値となり、定常期間中は定常送給速度設定信号Ｆcrの値となる。ここで、スローダウン送給速度＜第１送給速度設定信号Ｆ1r＜第２送給速度設定信号Ｆ2r＜定常送給速度設定信号Ｆcrである。同図（Ｅ）に示す電圧設定信号Ｖｒは、スローダウン送給期間、ホットスタート期間Ｔｈ及び第１期間Ｔ１中は図１の第１電圧設定信号Ｖ1rの値となり、第２期間Ｔ２中は図１の第２電圧設定信号Ｖ2rの値となり、定常期間中は定常電圧設定信号Ｖcrの値となる。ここで、第１電圧設定信号Ｖ1r＜第２電圧設定信号Ｖ2r＜定常電圧設定信号Ｖcrである。図１の電圧フィルタ信号Ｖavは、溶接電圧Ｖｗから高周波ノイズを除去した信号であり、以下では、Ｖｗ＝Ｖavとして説明している。

時刻ｔ１において、ロボットが移動して溶接トーチが溶接開始位置に到達すると、ロボット制御装置から溶接電源に対して溶接開始信号Ｓｔが出力される。

（１）時刻ｔ１～ｔ２のスローダウン送給期間
同図（Ａ）に示すように、時刻ｔ１において、ロボット制御装置からの溶接開始信号ＳｔがＨｉｇｈレベルになると、溶接電源の出力が開始されるので、同図（Ｇ）に示すように、無負荷電圧が溶接ワイヤと母材との間に印加される。同時に、同図（Ｃ）に示すように、送給速度Ｆｗは１～２m/min程度の遅いスローダウン送給速度となり、溶接ワイヤは母材へと次第に接近する。同図（Ｂ）に示すように、制御方式切換信号Ｃｓは、ホットスタート期間Ｔｈが終了する時刻ｔ３まではＬｏｗレベル（定電流制御）となり、それ以降はＨｉｇｈレベル（定電圧制御）となる。この制御方式切換信号Ｃｓは、溶接電源の出力制御の方式を定電流制御にするか定電圧制御にするかを切り換える信号である。

（２）時刻ｔ２～ｔ３のホットスタート期間Ｔｈ
時刻ｔ２において、溶接ワイヤと母材とが接触して導通すると、同図（Ｇ）に示すように、溶接電圧Ｖｗは、数Ｖ程度の短絡電圧値に急減する。同時に、同図（Ｆ）に示すように、溶接電流Ｉｗの通電が開始されて、時刻ｔ２～ｔ３の予め定めたホットスタート期間Ｔｈ中は、予め定めたホットスタート電流Ｉｈが通電する。このホットスタート期間Ｔｈ中は、同図（Ｂ）に示すように、制御方式切換信号ＣｓがＬｏｗレベルであるので、定電流制御となる。ホットスタート期間Ｔｈは、例えば５ms程度に設定され、ホットスタート電流Ｉｈは、例えば５００Ａ程度に設定される。両値ともに、溶接ワイヤの材質、直径等に応じて適正値に設定される。このホットスタート電流Ｉｈは、溶接ワイヤの先端を早急に溶融してアークを発生させるために通電する。したがって、時刻ｔ２から１ms程度の短時間経過後の時刻ｔ２１において、アークが発生する。アークが発生すると、同図（Ｇ）に示すように、溶接電圧Ｖｗは数十Ｖのアーク電圧値に急増する。時刻ｔ２１～ｔ３の期間中は、ホットスタート電流Ｉｈによって溶接ワイヤ先端が溶融されるので、アーク長は次第に長くなる。これに応動して、同図（Ｇ）に示すように、溶接電圧Ｖｗは、時刻ｔ２１～ｔ３の期間中次第にその値が大きくなる。また、同図（Ｄ）に示すように、送給速度設定信号Ｆｒは、時刻ｔ２において図１の第１送給速度設定信号Ｆ1rの値になり、同図（Ｃ）に示すように、送給速度Ｆｗは時刻ｔ２～ｔ３の期間中は傾斜を有して速くなる。このホットスタート期間Ｔｈは、絶対に設けなければいけない必須の期間ではない。溶接ワイヤが母材と接触したときから次項で説明する第１期間Ｔ１であっても短絡期間中は大電流値の溶接電流Ｉｗが通電するので、溶接条件によってはアークの発生にそれほどの問題は生じない。

（３）時刻ｔ３～ｔ４の第１期間Ｔ１
時刻ｔ３においてホットスタート期間Ｔｈが終了すると、同図（Ｂ）に示すように、制御方式切換信号ＣｓがＨｉｇｈレベルに変化するので、定電圧制御に切り換えられる。同図（Ｅ）に示すように、時刻ｔ３時点での電圧設定信号Ｖｒの値は図１の第１電圧設定信号Ｖ1rの値であるので、この設定値によって定電圧制御が行われる。同図（Ｇ）に示すように、溶接電圧Ｖｗの値は、時刻ｔ３時点では第１電圧設定信号Ｖ1rに対応する値よりも小さな値であるので、定電圧制御によってその値は次第に増加する。これに伴い、アーク長も次第に長くなる。そして、時刻ｔ３１において、同図（Ｇ）に示すように、溶接電圧Ｖｗの値は第１電圧設定信号Ｖ1rに対応する値と等しくなる。そして、時刻ｔ３１から予め定めた第１所定期間が経過した時刻ｔ４において、同図（Ｈ）に示すように、第１期間終了信号Ｓt1が短時間Ｈｉｇｈレベルになる。これに応動して、第１期間Ｔ１が終了して、第２期間Ｔ２へと移行する。同図（Ｇ）に示すように、溶接電圧Ｖｗは、時刻ｔ２１から徐々に増加して、時刻ｔ３１において第１電圧設定信号Ｖ1rの値となり、時刻ｔ４までその値を維持する。アーク長は、時刻ｔ２１から徐々に長くなり、時刻ｔ３１において第１アーク長となり、時刻ｔ４までその値を維持する。

同図（Ｄ）に示すように、時刻ｔ３時点での送給速度設定信号Ｆｒの値は図１の第１送給速度設定信号Ｆ1rの値である。同図（Ｃ）に示すように、送給速度Ｆｗは、時刻ｔ３時点では第１送給速度設定信号Ｆ1rに対応する値よりも小さな値であるので、その値は次第に速くなる。そして、時刻ｔ３１よりも早い時点において、同図（Ｃ）に示すように、送給速度Ｆｗは第１送給速度設定信号Ｆ1rに対応する値と等しくなる。送給速度Ｆｗ＝Ｆ1rとなる時点が、溶接電圧Ｖｗ＝Ｖ1rとなる時刻ｔ３１よりも早い時点となるのは、送給速度Ｆｗの過渡速度が溶接電圧Ｖｗの過渡速度よりも速いためである。同図（Ｃ）に示すように、送給速度Ｆｗは、時刻ｔ２から徐々に加速して、時刻ｔ３１よりも早い時点において第１送給速度設定信号Ｆ1rの値となり、時刻ｔ４までその値を維持する。同図（Ｆ）に示すように、溶接電流Ｉｗは、時刻ｔ３時点でのホットスタート電流値Ｉｈから急速に小さくなり、その後は徐々に増加して、送給速度Ｆｗ＝Ｆ1rとなる時点で第１溶接電流値となり、時刻ｔ４までその値を維持する。

上記においては、時刻ｔ４に第１期間Ｔ１が終了するタイミングは、時刻ｔ３１にＶｗ≧Ｖ1rとなり、その後に第１所定期間が経過した時点である。ここで、第１所定期間は、例えば２０ms程度に設定される。時刻ｔ３～ｔ３１の過渡期間は５０ms程度であり、時刻ｔ３～ｔ４の第１期間Ｔ１は７０ms程度である。時刻ｔ３からＦｗ＝Ｆ1rとなる過渡期間は３０ms程度である。ここで、第１所定期間を０秒に設定して、この期間を削除しても良い。また、第１期間Ｔ１の経過時間が第１上限時間以上になると、強制的に第１期間Ｔ１を終了するようにしても良い。第１上限時間は、例えば１００ms程度に設定される。

（４）時刻ｔ４～ｔ５の第２期間Ｔ２
同図（Ｅ）に示すように、時刻ｔ４時点での電圧設定信号Ｖｒの値は図１の第２電圧設定信号Ｖ2rの値であるので、この設定値によって定電圧制御が行われる。同図（Ｇ）に示すように、溶接電圧Ｖｗの値は、時刻ｔ４時点では第２電圧設定信号Ｖ2rに対応する値よりも小さな値であるので、定電圧制御によってその値は次第に増加する。これに伴い、アーク長も次第に長くなる。そして、時刻ｔ４１において、同図（Ｇ）に示すように、溶接電圧Ｖｗの値は第２電圧設定信号Ｖ2rに対応する値と等しくなる。そして、時刻ｔ４１から予め定めた第２所定期間が経過した時刻ｔ５において、同図（Ｉ）に示すように、第２期間終了信号Ｓt2が短時間Ｈｉｇｈレベルになる。これに応動して、第２期間Ｔ２が終了して、定常期間へと移行する。同図（Ｇ）に示すように、溶接電圧Ｖｗは、時刻ｔ４から徐々に増加して、時刻ｔ４１において第２電圧設定信号Ｖ2rの値となり、時刻ｔ５までその値を維持する。アーク長は、時刻ｔ４から徐々に長くなり、時刻ｔ４１において第２アーク長となり、時刻ｔ５までその値を維持する。

同図（Ｄ）に示すように、時刻ｔ４時点での送給速度設定信号Ｆｒの値は図１の第２送給速度設定信号Ｆ2rの値である。同図（Ｃ）に示すように、送給速度Ｆｗは、時刻ｔ４時点では第２送給速度設定信号Ｆ2rに対応する値よりも小さな値であるので、その値は次第に速くなる。そして、時刻ｔ４１よりも早い時点において、同図（Ｃ）に示すように、送給速度Ｆｗは第２送給速度設定信号Ｆ2rに対応する値と等しくなる。送給速度Ｆｗ＝Ｆ2rとなる時点が、溶接電圧Ｖｗ＝Ｖ2rとなる時刻ｔ４１よりも早い時点となるのは、送給速度Ｆｗの過渡速度が溶接電圧Ｖｗの過渡速度よりも速いためである。同図（Ｃ）に示すように、送給速度Ｆｗは、時刻ｔ２から徐々に加速して、時刻ｔ４１よりも早い時点において第２送給速度設定信号Ｆ2rの値となり、時刻ｔ５までその値を維持する。同図（Ｆ）に示すように、溶接電流Ｉｗは、時刻ｔ４時点での第１溶接電流値から徐々に増加して、送給速度Ｆｗ＝Ｆ2rとなる時点で第２溶接電流値となり、時刻ｔ５までその値を維持する。

上記においては、時刻ｔ５に第２期間Ｔ２が終了するタイミングは、時刻ｔ４１にＶｗ≧Ｖ2rとなり、その後に第２所定期間が経過した時点である。ここで、第２所定期間は、例えば２０ms程度に設定される。時刻ｔ４～ｔ４１の過渡期間は５０ms程度であり、時刻ｔ４～ｔ５の第２期間Ｔ２は７０ms程度である。時刻ｔ３からＦｗ＝Ｆ1rとなる過渡期間は３０ms程度である。ここで、第２所定期間を０秒に設定して、この期間を削除しても良い。また、第２期間Ｔ２の経過時間が第２上限時間以上になると、強制的に第２期間Ｔ２を終了するようにしても良い。第２上限時間は、例えば１００ms程度に設定される。

（５）時刻ｔ５以降の定常期間
同図（Ｅ）に示すように、時刻ｔ５時点での電圧設定信号Ｖｒの値は図１の定常電圧設定信号Ｖcrの値であるので、この設定値によって定電圧制御が行われる。同図（Ｇ）に示すように、溶接電圧Ｖｗの値は、時刻ｔ５時点では定常電圧設定信号Ｖcrに対応する値よりも小さな値であるので、定電圧制御によってその値は次第に増加する。これに伴い、アーク長も次第に長くなる。そして、時刻ｔ５１において、同図（Ｇ）に示すように、溶接電圧Ｖｗの値は定常電圧設定信号Ｖcrに対応する値に収束する。そして、アーク長は、時刻ｔ５から徐々に長くなり、時刻ｔ５１において定常アーク長に収束する。時刻ｔ５～ｔ５１の過渡期間は３０ms程度である。

同図（Ｄ）に示すように、時刻ｔ５時点での送給速度設定信号Ｆｒの値は図１の定常送給速度設定信号Ｆcrの値である。同図（Ｃ）に示すように、送給速度Ｆｗは、時刻ｔ５時点では定常送給速度設定信号Ｆcrに対応する値よりも小さな値であるので、その値は次第に速くなる。そして、時刻ｔ５１よりも早い時点において、同図（Ｃ）に示すように、送給速度Ｆｗは定常送給速度設定信号Ｆcrに対応する値に収束する。送給速度Ｆｗ＝Ｆcrとなる時点が、溶接電圧Ｖｗ＝Ｖcrとなる時刻ｔ５１よりも早い時点となるのは、送給速度Ｆｗの過渡速度が溶接電圧Ｖｗの過渡速度よりも速いためである。同図（Ｃ）に示すように、送給速度Ｆｗは、時刻ｔ５から徐々に加速して、時刻ｔ５１よりも早い時点において定常送給速度設定信号Ｆcrの値に収束する。同図（Ｆ）に示すように、溶接電流Ｉｗは、時刻ｔ５時点での第２溶接電流値から徐々に増加して、送給速度Ｆｗ＝Ｆcrとなる時点で定常溶接電流値に収束する。時刻ｔ５からＦｗ＝Ｆcrとなる時点までの過渡期間は２０ms程度となる。

以下、本実施の形態の作用効果について説明する。本実施の形態に係るアーク溶接電源によれば、溶接電流が通電を開始すると、第１期間、第２期間及び定常期間へと経時的に移行する期間信号を出力する期間設定部と、期間信号が第１期間であるときは第１電圧設定値となり、期間信号が第２期間であるときは第２電圧設定値となり、期間信号が定常期間であるときは定常電圧設定値となり、第１電圧設定値＜第２電圧設定値＜定常電圧設定値である電圧設定信号を出力する電圧設定部と、期間信号が第１期間であるときは送給速度設定値となり、期間信号が第２期間であるときは第２送給速度設定値となり、期間信号が定常期間であるときは定常送給速度設定値となり、第１送給速度設定値＜第２送給速度設定値＜定常送給速度設定値である送給速度設定信号を出力する送給速度設定部と、を備え、期間設定部は、第１期間中に溶接電圧値が増加して第１電圧設定値と等しくなると第２期間に移行し、第２期間中に溶接電圧値が増加して第２電圧設定値と等しくなると定常期間に移行する。本実施の形態では、溶接開始時において、第１期間、第２期間及び定常期間を設け、溶接電圧値が設定値に収束した後に次の期間に移行するように制御されている。これに伴い、アーク長は、各機関で一旦収束した後に次の期間へと移行する。このために、アーク長が定常アーク長に収束するまでに、オーバーシュート及びアンダーシュートすることを抑制することができる。このために、本実施の形態では、種々の溶接条件に影響されることなく、常に良好な溶接開始部の溶接品質を得ることができる。

さらに、本実施の形態に係るアーク溶接電源によれば、期間設定部は、第１期間中に溶接電圧値が増加して第１電圧設定値と等しくなってから第１所定期間が経過すると第２期間に移行し、第２期間中に溶接電圧値が増加して第２電圧設定値と等しくなってから第２所定期間が経過すると定常期間に移行するようにすることが好ましい。第１所定期間及び第２所定期間を設けることにより、各機関においてアーク長を十分な収束状態にすることができる。この結果、アーク長のオーバーシュート及びアンダーシュートをより確実に小さく抑制することができるので、溶接開始部の溶接品質をさらに良好にすることができる。

さらに、本実施の形態に係るアーク溶接電源によれば、期間設定部は、第１期間の経過時間が第１上限時間以上となると前記第２期間に移行し、第２期間の経過時間が第２上限時間以上となると定常期間に移行するようにすることが好ましい。第１期間の経過時間及び第２期間の経過時間が所定時間以上になると、溶接開始部の溶接品質が悪くなることがある。本実施の形態では、このような場合を抑制することができる。

本実施の形態に係るアーク溶接電源は、消耗電極式アーク溶接に使用することができる。消耗電極式アーク溶接としては、炭酸ガスアーク溶接、マグ溶接、ミグ溶接、パルスアーク溶接等がある。

１ 溶接ワイヤ
２ 母材
３ アーク
４ 溶接トーチ
５ 送給ロール
ＣＤ 通電判別回路
Ｃｄ 通電判別信号
ＣＳ 制御方式切換信号生成回路
Ｃｓ 制御方式切換信号
ＤＶ 駆動回路
Ｄｖ 駆動信号
Ｅａ 誤差増幅信号
ＥＩ 電流誤差増幅回路
Ｅｉ 電流誤差増幅信号
ＥＶ 電圧誤差増幅回路
Ｅｖ 電圧誤差増幅信号
Ｆ１Ｒ 第１送給速度設定回路
Ｆ1r 第１送給速度設定信号
Ｆ２Ｒ 第２送給速度設定回路
Ｆ2r 第２送給速度設定信号
ＦＣ 送給制御回路
Ｆｃ 送給制御信号
ＦＣＲ 定常送給速度設定回路
Ｆcr 定常送給速度設定信号
ＦＲ 送給速度設定回路
Ｆｒ 送給速度設定信号
Ｆｗ 送給速度
ＩＤ 電流検出回路
Ｉｄ 電流検出信号
Ｉｈ ホットスタート電流
ＩＨＲ ホットスタート電流設定回路
Ｉhr ホットスタート電流設定信号
Ｉｗ 溶接電流
ＭＳ 期間設定回路
Ｍｓ 期間信号
ＰＭ 電源主回路
ＲＣ ロボット制御装置
Ｓｔ 溶接開始信号
ＳＴ１ 第１期間終了判別回路
Ｓt1 第１期間終了信号
ＳＴ２ 第２期間終了判別回路
Ｓt2 第２期間終了信号
ＳＷ 制御切換回路
Ｔ１ 第１期間
Ｔ２ 第２期間
Ｔｈ ホットスタート期間
ＴＨＲ ホットスタート期間設定回路
Ｔhr ホットスタート期間設定信号
Ｖ１Ｒ 第１電圧設定回路
Ｖ1r 第１電圧設定信号
Ｖ２Ｒ 第２電圧設定回路
Ｖ2r 第２電圧設定信号
ＶＡＶ 電圧フィルタ回路
Ｖav 電圧フィルタ信号
ＶＣＲ 定常電圧設定回路
Ｖcr 定常電圧設定信号
ＶＤ 電圧検出回路
Ｖｄ 電圧検出信号
ＶＲ 電圧設定回路
Ｖｒ 電圧設定信号
Ｖｗ 溶接電圧
ＷＭ 送給モータ

Claims (3)

1. 溶接電圧値を電圧設定信号の値に制御する出力制御部と、
   溶接ワイヤの送給速度を送給速度設定信号の値に制御する送給制御部と、
   を備えたアーク溶接電源において、
   溶接電流が通電を開始すると、第１期間、第２期間及び定常期間へと経時的に移行する期間信号を出力する期間設定部と、
   前記期間信号が前記第１期間であるときは第１電圧設定値となり、前記期間信号が前記第２期間であるときは第２電圧設定値となり、前記期間信号が前記定常期間であるときは定常電圧設定値となり、前記第１電圧設定値＜前記第２電圧設定値＜前記定常電圧設定値である前記電圧設定信号を出力する電圧設定部と、
   前記期間信号が前記第１期間であるときは第１送給速度設定値となり、前記期間信号が前記第２期間であるときは第２送給速度設定値となり、前記期間信号が前記定常期間であるときは定常送給速度設定値となり、前記第１送給速度設定値＜前記第２送給速度設定値＜前記定常送給速度設定値である前記送給速度設定信号を出力する送給速度設定部と、を備え、
   前記期間設定部は、前記第１期間中に前記溶接電圧値が増加して前記第１電圧設定値と等しくなると前記第２期間に移行し、前記第２期間中に前記溶接電圧値が増加して前記第２電圧設定値と等しくなると前記定常期間に移行する、
   ことを特徴とするアーク溶接電源。
2. 前記期間設定部は、前記第１期間中に前記溶接電圧値が増加して前記第１電圧設定値と等しくなってから第１所定期間が経過すると前記第２期間に移行し、前記第２期間中に前記溶接電圧値が増加して前記第２電圧設定値と等しくなってから第２所定期間が経過すると前記定常期間に移行する、
   ことを特徴とする請求項１に記載のアーク溶接電源。
3. 前記期間設定部は、前記第１期間の経過時間が第１上限時間以上となると前記第２期間に移行し、前記第２期間の経過時間が第２上限時間以上となると前記定常期間に移行する、
   ことを特徴とする請求項１又は２に記載のアーク溶接電源。

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