JP2002361417A - パルスアーク溶接電源装置の出力制御方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 パルスアーク溶接電源装置において、溶接性
能を向上させるために適正値の傾きＫｓ［Ｖ／Ａ］を有
する外部特性を形成する出力制御方法を提供する。 【解決手段】 本発明は、外部特性の傾きＫｓ及び溶接
電流設定値Ｉｓ及び溶接電圧設定値Ｖｓを予め設定し、
溶接中の第ｎ回目のパルス周期Ｔpb(n)中の１周期の間
の溶接電流平均値Ｉｗ(n)と１周期の間の溶接電圧平均
値Ｖｗ(n)とがＶｗ(n)＝Ｋｓ・（Ｉｓ−Ｉｗ(n)）＋Ｖ
ｓの関係を維持するように溶接電源装置の出力を制御す
ることによって、適正値の傾きＫｓを有する外部特性を
形成して溶接を行うパルスアーク溶接電源装置の出力制
御方法である。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、消耗電極パルスア
ーク溶接において、予め定めた傾きＫｓを有する外部特
性を形成する溶接電源装置の出力制御方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】消耗電極パルスアーク溶接では、美しい
ビード外観、均一な溶込み深さ等の溶接品質を良好に保
持するためには、溶接中のアーク長を適正値に維持する
ことが極めて重要である。一般的に、アーク長は溶接ワ
イヤの送給速度と溶融速度とのバランスによって決ま
る。したがって、溶接中の送給速度が一定であり、か
つ、この送給速度と溶接電流の平均値に略比例する溶融
速度とが等しくなると、アーク長は常に一定となる。し
かし、送給モータの回転速度の変動、溶接トーチの曲が
りによる送給経路の摩擦力の変動等によって、溶接中の
送給速度が変動するために、溶融速度とのバランスが崩
れてアーク長は変化する。また、溶接作業者の手振れ等
によるチップ・被溶接物間距離の変動、溶融池の不規則
な振動等によってもアーク長は変化する。したがって、
これらの種々の変動（以下、外乱という）によるアーク
長の変化を抑制するためには、、外乱に応じて常に溶融
速度を調整してアーク長の変化を抑制する必要がある
（以下、アーク長制御という）。

【０００３】このアーク長制御方法としては、アーク長
と溶接電圧の平均値とが略比例関係にあることを利用し
て、溶接電圧の平均値が予め定めた目標値と等しくなる
ように溶接電源装置の出力を制御する方法が一般的に使
用されている。以下、従来技術１の出力制御方法につて
説明する。

【０００４】［従来技術１］図２は、パルスアーク溶接
の電流・電圧波形図である。同図（Ａ）は溶接電流瞬時
値Ｉｏの時間変化を示し、同図（Ｂ）は溶接電圧瞬時値
Ｖｏの時間変化を示す。以下、同図を参照して説明す
る。

【０００５】 時刻ｔ１〜ｔ２の期間（ピーク期間Ｔ
ｐ） 予め定めたピーク期間Ｔｐの間は、同図（Ａ）に示すよ
うに、溶滴移行をさせるために３００〜６００［Ａ］程
度に予め定めたピーク電流Ｉｐを通電し、同図（Ｂ）に
示すように、溶接電圧瞬時値Ｖｏは、上記の通電に応じ
てピーク電圧Ｖｐとなる。上記のピーク期間Ｔｐの時間
長さは、溶接ワイヤの材質、直径等に対応して、１〜３
［ms］程度に予め設定される。

【０００６】 時刻ｔ２〜ｔ３の期間（ベース期間Ｔ
ｂ） ベース期間Ｔｂの間は、同図（Ａ）に示すように、溶滴
移行をさせないために２０〜８０［Ａ］程度の低電流値
に予め定めたベース電流Ｉｂを通電し、同図（Ｂ）に示
すように、溶接電圧瞬時値Ｖｏは、上記の通電に応じて
ベース電圧Ｖｂとなる。

【０００７】同図（Ａ）に示すように、溶接電流瞬時値
Ｉｏの１周期（パルス周期Ｔpb）の間の平均値が１周期
溶接電流平均値Ｉｗとなり、同様に、同図（Ｂ）に示す
ように、溶接電圧瞬時値Ｖｏの１周期（パルス周期Ｔp
b）の間の平均値が１周期溶接電圧平均値Ｖｗとなる。
パルスアーク溶接電源装置において、前述したように、
アーク長を適正値に維持するための出力制御は以下のよ
うに行われる。すなわち、１周期溶接電圧平均値Ｖｗ
は、下式で表わされる。 Ｖｗ＝（１／Ｔpb）・∫Ｖｏ・ｄｔ （１）式 但し、積分はパルス周期Ｔpb（時刻ｔ１〜ｔ３）の間行
う。上式に示す１周期溶接電圧平均値Ｖｗが予め定めた
目標値の溶接電圧設定値Ｖｓと等しくなるように、パル
ス周期Ｔpbの時間長さが制御される。なお、（１）式に
Ｖｗ＝Ｖｓを代入して変形すると下式となる。 ∫（Ｖｓ−Ｖｏ）・ｄｔ＝０ （２）式 但し、電圧誤差積分値Ｓｖの積分は、パルス周期Ｔpbの
間行う。上式において、電圧誤差積分値Ｓｖ＝∫（Ｖｓ
−Ｖｏ）・ｄｔと定義するする。時刻ｔ１のパルス周期
Ｔpbの開始時点から上記電圧誤差積分値Ｓｖの演算を開
始し、時刻ｔ２以降のベース期間Ｔｂ中の上記電圧誤差
積分値Ｓｖが０［Ｖ］となった時点で、パルス周期Ｔpb
を終了し、次のパルス周期Ｔpbを開始する。このよう
に、従来技術１の出力制御方法では、各周期ごとの１周
期溶接電圧平均値Ｖｗが電圧設定値Ｖｓと等しくなるよ
うにパルス周期Ｔpbの時間長さを制御することによって
アーク長を適正値に維持する。

【０００８】［従来技術２］図３は、横軸に示す１周期
溶接電流平均値Ｉｗと縦軸に示す１周期溶接電圧平均値
Ｖｗとの関係を示す溶接電源装置の外部特性図である。
以下、同図を参照して説明する。特性Ｌ１は傾きＫｓ＝
０［Ｖ／Ａ］の外部特性を示し、特性Ｌ２は傾きＫｓ＝
−０．１［Ｖ／Ａ］の外部特性を示す。前述した従来技
術１の出力制御方法では、１周期溶接電圧平均値Ｖｗ
は、１周期溶接電流平均値Ｉｗの値とは関係なく予め定
めた溶接電圧設定値Ｖｓと等しくなるように出力制御さ
れるために、傾きＫｓ＝０の上記の外部特性Ｌ１を形成
することになる。

【０００９】ところで、溶接電源装置の外部特性の傾き
Ｋｓによってアーク長制御系の安定性（自己制御作用と
呼ばれる）が大きく影響されることが従来から広く知ら
れている。すなわち、アーク長制御系を安定化するため
には、種々の溶接法に対応して外部特性の傾きＫｓを適
正値に設定する必要がある。例えば、炭酸ガスアーク溶
接法では外部特性の傾きＫｓの適正値は（０〜−０．０
３）［Ｖ／Ａ］程度であり、パルスアーク溶接法では外
部特性の傾きＫｓの適正値は（-０．０５〜−０．３）
［Ｖ／Ａ］程度であることが知られている。したがっ
て、本発明の対象であるパルスアーク溶接法において
は、アーク長制御系を安定化するためには、同図に示す
外部特性Ｌ１ではなく、-０．０５〜−０．２［Ｖ／
Ａ］程度の範囲内で予め定めた傾きＫｓを有する外部特
性Ｌ２を形成する必要がある。しかしながら、前述した
ように、従来技術１の出力制御方法では０［Ｖ／Ａ］以
外の傾きＫｓを有する外部特性を形成することはできな
い。そこで、この問題を解決するために、以下に説明す
る従来技術２の出力制御方法が提案されている。以下、
図面を参照して従来技術２の出力制御方法について説明
する。

【００１０】以下の説明において、前述した図３の外部
特性Ｌ２を、形成される目標の外部特性とする。したが
って、外部特性Ｌ２の直線の式は、予め定めた溶接電流
設定値Ｉｓ、溶接電圧設定値Ｖｓ及び傾きＫｓによっ
て、下式となる。 Ｖｗ＝Ｋｓ・（Ｉｗ−Ｉｓ）＋Ｖｓ （３）式 以下、上式で示す外部特性Ｌ２を形成するための出力制
御方法について説明する。

【００１１】図４は、上記（３）式で示す外部特性Ｌ２
を形成する従来技術２の出力制御方法を説明するための
電流・電圧波形図である。同図（Ａ）は溶接電流瞬時値
Ｉｏの時間変化を示し、同図（Ｂ）は溶接電圧瞬時値Ｖ
ｏの時間変化を示す。以下、同図を参照して説明する。

【００１２】第ｎ回目のパルス周期Ｔpb(n)が開始する
時点ｔ(n)において、第ｎ−１回目のパルス周期Ｔpb(n-
1)中の前周期溶接電流平均値Ｉｗ(n-1)を算出し、Ｉｗ
＝Ｉｗ(n-1)を前述した（３）式に代入して１周期溶接
電圧平均値Ｖｗの目標値である電圧制御設定値Ｖsc(n)
＝Ｋｓ・（Ｉｗ(n-1)−Ｉｓ）＋Ｖｓを演算する。この
演算は、前述した図３の外部特性Ｌ２上のＰ１点の電圧
制御設定値Ｖsc(n)を演算することになる。続いて、こ
の電圧制御設定値Ｖsc(n)及び溶接電圧瞬時値Ｖｏによ
って、時刻ｔ(n)からの（２）式で前述した電圧誤差積
分値Ｓｖ＝∫（Ｖsc(n)−Ｖｏ）・ｄｔを演算する。そ
して、第ｎ回目のパルス周期Ｔpb(n)のベース期間中の
電圧誤差積分値Ｓｖが０［Ｖ］になった時点ｔ(n+1)
で、第ｎ回目のパルス周期Ｔpb(n)を終了して第ｎ＋１
回目のパルス周期Ｔpb(n+1)を開始する。したがって、
第ｎ回目のパルス周期Ｔpb(n)中の１周期溶接電圧平均
値Ｖｗ(n)＝Ｖsc(n)となる。以後、上記の動作を繰り返
して出力制御を行う。上述した従来技術２の出力制御方
法によって、予め定めた傾きＫｓを有する外部特性を形
成することができる。

【００１３】図５は、上述した従来技術２の出力制御方
法を実施するための溶接電源装置ＰＳのブロック図であ
る。以下、同図を参照して各回路ブロックについて説明
する。電圧検出回路ＶＤは、溶接電圧瞬時値Ｖｏを検出
して、電圧検出信号Ｖｄを出力する。電流検出回路ＩＤ
は、溶接電流瞬時値Ｉｏを検出して、電流検出信号Ｉｄ
を出力する。１周期溶接電流平均値算出回路ＩＷは、上
記の電流検出信号Ｉｄの１周期の間の平均値を算出し
て、１周期溶接電流平均値信号Ｉｗを出力する。

【００１４】溶接電源装置の外部に設置された溶接電圧
設定回路ＶＳは、予め定めた溶接電圧設定信号Ｖｓを出
力する。溶接電源装置の外部に設置された溶接電流設定
回路ＩＳは、予め定めた溶接電流設定信号Ｉｓを出力す
る。図示していないが、この溶接電流設定信号Ｉｓに対
応した送給速度で溶接ワイヤ１が送給される。傾き設定
回路ＫＳは、予め定めた外部特性の傾き設定信号Ｋｓを
出力する。外部特性制御回路ＶＳＣは、上記の１周期溶
接電流平均値信号Ｉｗ、溶接電圧設定信号Ｖｓ、溶接電
流設定信号Ｉｓ及び傾き設定信号Ｋｓを入力として、前
述した（３）式の演算によって、電圧制御設定信号Ｖsc
を出力する。電圧誤差積分回路ＳＶは、上記の電圧検出
信号Ｖｄ及び電圧制御設定信号Ｖscを入力として、各パ
ルス周期の開始時点から前述した（２）式の積分を行
い、電圧誤差積分値信号Ｓｖを出力する。比較回路ＣＭ
は、上記の電圧誤差積分値信号Ｓｖと０［Ｖ］とを比較
して、両値が等しくなった時点で、短時間Ｈｉｇｈレベ
ルとなる比較信号Ｃｍを出力する。上記の外部特性制御
回路ＶＳＣ、電圧誤差積分回路ＳＶ及び比較回路ＣＭに
よって、図４の説明の項で前述した従来技術２の出力制
御方法の主要部を形成する。

【００１５】タイマ回路ＭＭは、上記の比較信号Ｃｍを
トリガ信号として、予め定めたピーク期間Ｔｐの間Ｈｉ
ｇｈレベルとなる切換信号Ｍｍを出力する。ピーク電流
設定回路ＩＰは、予め定めたピーク電流設定信号Ｉｐを
出力する。ベース電流設定回路ＩＢは、予め定めたベー
ス電流設定信号Ｉｂを出力する。ピーク／ベース切換回
路ＳＷは、上記の切換信号Ｍｍを入力として、入力信号
がＨｉｇｈレベルのときはａ側に切り換わり上記のピー
ク電流設定信号Ｉｐを電流制御設定信号Ｉscとして出力
し、入力信号がＬｏｗレベルのときはｂ側に切り換わり
上記のベース電流設定信号Ｉｂを、電流制御設定信号Ｉ
scとして出力する。電流誤差増幅回路ＥＩは、上記の電
流制御設定信号Ｉscと電流検出信号Ｉｄとの誤差を増幅
して、電流誤差増幅信号Ｅｉを出力する。

【００１６】出力制御回路ＩＮＶは、上記の電流誤差増
幅信号Ｅｉを制御信号とし、交流商用電源（３相２００
［Ｖ］等）を入力としてインバータ制御、サイリスタ位
相制御等によって出力制御して、上記の電流制御設定信
号Ｉscに相当する溶接電流瞬時値Ｉｏを通電する。すな
わち、Ｉsc＝Ｉｐのときにはピーク電流Ｉｐが通電し、
Ｉsc＝Ｉｂのときにはベース電流Ｉｂが通電する。ま
た、溶接ワイヤ１はワイヤ送給装置の送給ロール５ａに
よって溶接トーチ４を通って送給されて、被溶接物２と
の間にアーク３が発生する。

【００１７】図６は、上述した溶接電源装置ＰＳの各信
号のタイミングチャートである。同図（Ａ）は溶接電流
瞬時値Ｉｏの時間変化を示し、同図（Ｂ）は溶接電圧瞬
時値Ｖｏの時間変化を示し、同図（Ｃ）は電圧誤差積分
値信号Ｓｖの時間変化を示し、同図（Ｄ）は比較信号Ｃ
ｍの時間変化を示し、同図（Ｅ）は切換信号Ｍｍの時間
変化を示す。同図（Ａ）及び（Ｂ）は、前述した図２と
同一である。以下、同図を参照して説明する。

【００１８】 時刻ｔ(n-1)〜ｔ(n)の期間（第ｎ−１
回目のパルス周期Ｔpb(n-1)） 時刻ｔ(n-1)において、同図（Ｃ）に示すように、電圧
誤差積分値信号Ｓｖが０［Ｖ］になると、同図（Ｄ）に
示すように、比較信号Ｃｍが短時間Ｈｉｇｈレベルにな
る。この変化に応じて、同図（Ｅ）に示すように、切換
信号Ｍｍはピーク期間Ｔｐの間Ｈｉｇｈレベルとなり、
同図（Ａ）に示すように、溶接電流瞬時値信号Ｉｏはピ
ーク電流Ｉｐとなる。このピーク期間Ｔｐ中は、電圧誤
差積分値信号Ｓｖ＝∫（Ｖsc(n-1)−Ｖｏ）・ｄｔ＝∫
（Ｖsc(n-1)−Ｖｐ）・ｄｔの演算が行われる。ここ
で、Ｖ(n-1)＜Ｖｐなので、同図（Ｃ）に示すように、
電圧誤差積分値信号Ｓｖは、時間経過と共に負の方向へ
変化する。

【００１９】同図（Ｅ）に示すように、切換信号Ｍｍが
Ｌｏｗレベルに変化すると、同図（Ａ）に示すように、
溶接電流瞬時値信号Ｉｏはベース電流Ｉｂとなる。この
ベース期間Ｔｂ中は、電圧誤差積分値信号Ｓｖ＝∫（Ｖ
sc(n-1)−Ｖｏ）・ｄｔ＝∫（Ｖsc(n-1)−Ｖｂ）・ｄｔ
の演算が行われる。ここで、Ｖ(n-1)＞Ｖｂなので、同
図（Ｃ）に示すように、電圧誤差積分値信号Ｓｖは、時
間経過と共に大きくなり、時刻ｔ(n)において０［Ｖ］
になる。

【００２０】 時刻ｔ(n)以降の期間（第ｎ回目のパ
ルス周期Ｔpb(n) 第ｎ回目のパルス周期Ｔpb(n)の開始時点ｔ(n)におい
て、図５の説明の項で前述したように、時刻ｔ(n-1)〜
Ｔ(n)の間の前周期溶接電流平均値Ｉｗ(n-1)の算出値を
（３）式に代入して、同図（Ｂ）に示すように、第ｎ回
目のパルス周期Ｔpb(n)の電圧制御設定信号Ｖsc(n)が演
算される。これ以降の動作は、上記項の動作と同様で
あるので、説明を省略する。上述したように、従来技術
２の出力制御方法では、予め定めた傾きＫｓを有する外
部特性を形成することができる。

【００２１】

【発明が解決しようとする課題】 図７は、解決課題
を説明するための前述した図４に対応する電流・電圧波
形図である。同図（Ａ）は溶接電流瞬時値Ｉｏの時間変
化を示し、同図（Ｂ）は溶接電圧瞬時値Ｖｏの時間変化
を示す。同図は、第ｎ−１回目のパルス周期Ｔpb(n-1)
中に溶接ワイヤと被溶接物との短絡が発生した場合であ
る。一般的に、パルスアーク溶接においては、溶滴移行
に伴って１秒間に数回〜数十回の短絡が発生する。以
下、同図を参照して説明する。

【００２２】同図（Ａ）に示すように、第ｎ−１回目の
パルス周期Ｔpb(n-1)中に短絡が発生すると、通常、短
絡状態を早期に解除してアークを再発生させるために大
きな値の短絡解除電流Ｉｔを通電する。このために、第
ｎ−１回目のパルス周期Ｔpb(n-1)中の前周期溶接電流
平均値Ｉｗ(n-1)は、その前の周期の値よりも大きくな
る。図４の説明の項で前述したように、傾きＫｓを有す
る外部特性を形成するために、この前周期溶接電流平均
値Ｉｗ(n-1)を（３）式に代入して、次周期の電圧制御
設定値Ｖsc(n)を演算する。したがって、前周期溶接電
流平均値Ｉｗ(n-1)が大きくなると、第ｎ回目のパルス
周期Ｔpb(n)の電圧制御設定値Ｖsc(n)は小さくなくな
る。その結果、１周期溶接電圧平均値Ｖｗ(n)も小さく
なるために、第ｎ回目のパルス周期Ｔpb(n)中のアーク
長は前周期よりも短くなり、さらに短絡が発生しやすい
状態となる。すなわち、１回の短絡の発生が次の短絡を
誘発することになり、アーク状態は不安定になり、ビー
ド外観の悪化、溶込み深さの不均一、スパッタの大量発
生等の溶接不良が生じやすい。特に、高速溶接時におい
ては、アンダーカット等の溶接欠陥の発生を防止するた
めに、通常、アーク長を短く設定して溶接を行う必要が
ある。このために、短絡が発生しやすい状態にあり、従
来技術の出力制御方法ではアーク状態が不安定になりや
すい。

【００２３】 従来技術２の出力制御方法では、前周
期の状態をフィードバックして、次周期の出力制御を行
うために、原理的にフィードバック制御系の位相余裕が
小さくなり、制御系が不安定になりやすい状態にある。
例えば、第ｎ−１回目のパルス周期Ｔpb(n-1)中の外乱
によって溶接電圧瞬時値Ｖｏが大きくなると、電圧制御
設定値Ｖsc(n-1)と等しくなるようにパルス周期Ｔpb(n-
1)の時間長さは長くなる。このため、第ｎ−１回目の前
周期溶接電流平均値Ｉｗ(n-1)が小さくなるために、次
周期の電圧制御設定値Ｖsc(n)は、次周期中のアーク状
態とは関係なく大きくなる。このように、前周期中の外
乱によって次周期の電圧制御設定値Ｖsc(n)が変化し、
次周期のアーク長に影響を及ぼすことになる。その結
果、１つの外乱の発生に誘発されて、次周期以降のアー
ク長が変化する場合が生じる。

【００２４】そこで、本発明では、予め定めた傾きＫｓ
を有する外部特性を形成すると共に、安定した制御系に
よって現周期の外乱によるアーク長への影響を現周期中
に抑制し、次周期のアーク長に影響を与えない溶接電源
装置の出力制御方法を提供する。

【００２５】

【課題を解決するための手段】出願時の請求項１の発明
は、図８に示すように、予め定めたピーク期間Ｔｐ中は
溶滴移行をさせる値に予め定めたピーク電流Ｉｐを通電
し、続けてベース期間Ｔｂ中は溶滴移行をさせない値に
予め定めたベース電流Ｉｂを通電し、これら１周期の通
電をパルス周期Ｔpbとして繰り返し通電して溶接する消
耗電極パルスアーク溶接に使用する溶接電源装置の出力
制御方法において、溶接電源装置の外部特性の傾きＫｓ
及び溶接電流設定値Ｉｓ及び溶接電圧設定値Ｖｓを予め
設定し、溶接中の第ｎ回目のパルス周期Ｔpb(n)中の１
周期の間の溶接電流平均値Ｉｗ(n)と１周期の間の溶接
電圧平均値Ｖｗ(n)とがＶｗ(n)＝Ｋｓ・（Ｉｓ−Ｉｗ
(n)）＋Ｖｓの関係を維持するように溶接電源装置の出
力を制御するパルスアーク溶接電源装置の出力制御方法
である。

【００２６】出願時の請求項２の発明は、図８に示すよ
うに、ピーク期間Ｔｐに予め定めたピーク立上り期間Ｔ
up及び予め定めたピーク立下り期間Ｔdwを設けた出願時
の請求項１に記載するパルスアーク溶接電源装置の出力
制御方法である。

【００２７】出願時の請求項３の発明は、図９〜図１１
に示すように、予め定めたピーク期間Ｔｐ中は溶滴移行
をさせる値に予め定めたピーク電流Ｉｐを通電し、続け
てベース期間Ｔｂ中は溶滴移行をさせない値に予め定め
たベース電流Ｉｂを通電し、これら１周期の通電をパル
ス周期Ｔpbとして繰り返し通電して溶接する消耗電極パ
ルスアーク溶接に使用する溶接電源装置の出力制御方法
において、溶接電源装置の外部特性の傾きＫｓ及び溶接
電流設定値Ｉｓ及び溶接電圧設定値Ｖｓを予め設定し、
上記設定値によって第１の変数Ａ＝Ｋｓ・（Ｉｂ−Ｉ
ｓ）及び第２の変数Ｂ＝Ｋｓ・（Ｉｂ−Ｉｐ）・Ｔｐを
演算した後に、溶接中の溶接電圧瞬時値Ｖｏを検出して
第ｎ回目のパルス周期Ｔpb(n)の開始時点からの傾き形
成電圧誤差積分値Ｓva＝∫（Ａ＋Ｖｓ−Ｖｏ）・ｄｔを
演算し、上記第ｎ回目のピーク期間Ｔｐに続く第ｎ回目
のベース期間Ｔｂ中の上記傾き形成電圧誤差積分値Ｓva
が上記第２の変数Ｂの値以上になった時点で上記第ｎ回
目のパルス周期Ｔpb(n)を終了し、続けて第ｎ＋１回目
のパルス周期Ｔpb(n+1)を開始して上記動作を繰り返し
行うことによって上記傾きＫｓを有する外部特性を形成
して溶接を行うパルスアーク溶接電源装置の出力制御方
法である。

【００２８】出願時の請求項４の発明は、図９〜図１１
に示すように、予め定めたピーク期間Ｔｐ中は溶滴移行
をさせる値に予め定めたピーク電流Ｉｐを通電し、続け
てベース期間Ｔｂ中は溶滴移行をさせない値に予め定め
たベース電流Ｉｂを通電し、上記ピーク期間Ｔｐには予
め定めたピーク立上り期間Ｔup及び予め定めたピーク立
下り期間Ｔdwを設け、これら１周期の通電をパルス周期
Ｔpbとして繰り返し通電して溶接する消耗電極パルスア
ーク溶接に使用する溶接電源装置の出力制御方法におい
て、溶接電源装置の外部特性の傾きＫｓ及び溶接電流設
定値Ｉｓ及び溶接電圧設定値Ｖｓを予め設定し、出願時
の請求項３に記載する第２の変数Ｂの演算をＢ＝Ｋｓ・
（Ｉｂ−Ｉｐ）・（Ｔｐ＋(1/2)・Ｔup＋(1/2)・Ｔdw）
とする出願時の請求項３に記載するパルスアーク溶接電
源装置の出力制御方法である。

【００２９】出願時の請求項５の発明は、図９〜図１１
に示すように、第１の変数Ａ及び第２の変数Ｂの演算
を、溶接中の予め定めた変数演算周期Ｔｃ毎に又はパル
ス周期の開始時点毎に行う出願時の請求項３又は請求項
４に記載するパルスアーク溶接電源装置の出力制御方法
である。

【００３０】出願時の請求項６の発明は、図１２〜図１
３に示すように、溶接ワイヤの送給速度設定値Ｗｓ並び
に溶接ワイヤの材質及び直径を設定し、それらによって
溶接電流設定値Ｉｓを算出する出願時の請求項３又は請
求項４に記載するパルスアーク溶接電源装置の出力制御
方法である。

【００３１】

【発明の実施の形態】本発明の代表的な実施の形態は、
図１（図８と同一の図）に示すように、溶接電源装置の
外部特性の傾きＫｓ及び溶接電流設定値Ｉｓ及び溶接電
圧設定値Ｖｓを予め設定し、溶接中の第ｎ回目のパルス
周期Ｔpb(n)中の１周期の間の溶接電流平均値Ｉｗ(n)と
１周期の間の溶接電圧平均値Ｖｗ(n)とがＶｗ(n)＝Ｋｓ
・（Ｉｓ−Ｉｗ(n)）＋Ｖｓの関係を維持するように溶
接電源装置の出力を制御することによって、傾きＫｓを
有する外部特性を形成して溶接を行うパルスアーク溶接
電源装置の出力制御方法である。

【００３２】

【実施例】［実施例１］以下に説明する実施例１の発明
は、出願時の請求項１及び請求項２の発明に対応する。
実施例１の発明は、溶接電源装置の外部特性の傾きＫｓ
及び溶接電流設定値Ｉｓ及び溶接電圧設定値Ｖｓを予め
設定し、溶接中の第ｎ回目のパルス周期Ｔpb(n)中の１
周期溶接電流平均値Ｉｗ(n)と１周期溶接電圧平均値Ｖ
ｗ(n)とがＶｗ(n)＝Ｋｓ・（Ｉｓ−Ｉｗ(n)）＋Ｖｓの
関係を維持するように、溶接電源装置の出力を制御する
パルスアーク溶接電源装置の出力制御方法である。以
下、図面を参照して実施例１の発明について説明する。

【００３３】図８は、実施例１の出力制御方法を説明す
るための電流・電圧波形図である。同図（Ａ）は溶接電
流瞬時値Ｉｏの時間変化を示し、同図（Ｂ）は溶接電圧
瞬時値Ｖｏの時間変化を示す。同図において、実施例１
の出力制御方法によって形成される目標の外部特性は、
前述した（３）式と同様に、予め定めた溶接電流設定値
Ｉｓ、溶接電圧設定値Ｖｓ及び傾きＫｓによってＶｗ＝
Ｋｓ・（Ｉｗ−Ｉｓ）＋Ｖｓで示す直線である。以下、
同図を参照して説明する。

【００３４】同図に示すように、第ｎ回目のパルス周期
Ｔpb(n)中の１周期溶接電流平均値Ｉｗ(n)及び１周期溶
接電圧平均値Ｖｗ(n)を算出し、両算出値にＶｗ(n)＝Ｋ
ｓ・（Ｉｗ(n)−Ｉｓ）＋Ｖｓの関係が成立した時点ｔ
(n+1)で、第ｎ回目のパルス周期Ｔpb(n)を終了し、第ｎ
＋１回目のパルス周期Ｔpb(n+1)を開始するように出力
制御する。これによって、（３）式で示す目標の外部特
性が形成されると共に、従来技術２では前周期溶接電流
平均値Ｉｗ(n-1)と現周期の１周期溶接電圧平均値Ｖｗ
(n)とが（３）式の関係にあったのに対して、実施例１
では現周期の１周期溶接電流平均値Ｉｗ(n)と現周期の
１周期溶接電圧平均値Ｖｗ(n)とが（３）式の関係にあ
る。したがって、前周期に発生した外乱によって、現周
期の出力制御が影響を受けることはない。

【００３５】また、出願時の請求項２の発明は、ピーク
期間Ｔｐに予め定めたピーク立上り期間Ｔup及び予め定
めたピーク立下り期間Ｔdwを設けた場合であって、それ
以外は上述した実施例１の出力制御方法と同様である。

【００３６】［実施例２］以下に説明する実施例２の発
明は、出願時の請求項３及び請求項４の発明に対応す
る。以下、図面を参照して実施例２の発明について説明
する。図９は、以下の説明に使用する設定値パラメータ
を示す電流・電圧波形図である。同図（Ａ）は溶接電流
瞬時値Ｉｏの時間変化を示し、同図（Ｂ）は溶接電圧瞬
時値Ｖｏの時間変化を示す。以下、同図を参照して説明
する。

【００３７】同図（Ａ）に示すように、第ｎ回目のパル
ス周期Ｔpb(n)［ｓ］において、ピーク期間Ｔｐ［ｓ］
に、ピーク立上り期間Ｔup［ｓ］、最大ピーク期間Ｔpp
［ｓ］及びピーク立下り期間Ｔdw［ｓ］を設け、それら
を予め定めた時間長さに設定する。最大ピーク期間Ｔpp
中は、予め定めたピーク電流Ｉｐ［Ａ］が通電し、同図
（Ｂ）に示すように、ピーク電圧Ｖｐ［Ｖ］が印加され
る。また、ベース期間Ｔｂ［ｓ］中は、同図（Ａ）に示
すように、予め定めたベース電流Ｉｂ［Ａ］が通電し、
同図（Ｂ）に示すように、ベース電圧Ｖｂ［Ｖ］が印加
する。

【００３８】パルス周期Ｔpb(n)の逆数がパルス周波数
ｆ(n)［Ｈｚ］となる。第ｎ回目の１周期溶接電流平均
値Ｉｗ(n)［Ａ］が通電し、第ｎ回目の１周期溶接電圧
平均値Ｖｗ(n)［Ｖ］が印加される。また、出力制御に
よって形成される目標の外部特性は、予め定めた溶接電
流設定値Ｉｓ［Ａ］、溶接電圧設定値Ｖｓ［Ｖ］及び傾
きＫｓ［Ｖ／Ａ］によって、前述した（３）式となる。

【００３９】上述したように、予め定める設定値パラメ
ータは、ピーク期間Ｔｐ、ピーク立上り期間Ｔup、最大
ピーク期間Ｔpp、ピーク立下り期間Ｔdw、ピーク電流Ｉ
ｐ、ベース電流Ｉｂ、溶接電流設定値Ｉｓ、溶接電圧設
定値Ｖｓ及び傾きＫｓとなる。前述したように、この中
で溶接電流設定値Ｉｓ及び溶接電圧設定値Ｖｓは、溶接
電源装置の外部から設定される場合が多い。以下、実施
例２の基礎となる前述した（２）式に対応する制御式を
導出する。

【００４０】以下の(1)〜(16)の積分は、全てパルス周
期Ｔpb(n)の開始時点から終了時点までの期間行う。 (1) １周期溶接電流平均値Ｉｗとパルス周波数 ｆとの
関係は下式となる。 １／ｆ＝（（Ｉｐ−Ｉｂ）／（Ｉｗ−Ｉｂ））・（Ｔpp＋(1/2)・Ｔup＋(1/ 2)・Ｔdw） （41）式 (2) 等価ピーク期間Ｔpe［ｓ］を下式で定義する。 Ｔpe＝Ｔpp＋(1/2)・Ｔup＋(1/2)・Ｔdw （42）式 (3) 上式を（41）式に代入すると下式となる。 １／ｆ＝（（Ｉｐ−Ｉｂ）／（Ｉｗ−Ｉｂ））・Ｔpe （43）式 (4) 上式を変形すると下式となる。 Ｉｗ＝（Ｉｐ−Ｉｂ）・Ｔpe・ｆ＋Ｉｂ （44）式 (5) 上式において、Ｉｗ＝Ｉｓのときｆ＝ｆｓ［Ｈ
ｚ］とすると下式となる。 Ｉｓ＝（Ｉｐ−Ｉｂ）・Ｔpe・ｆｓ＋Ｉｂ （45）式

【００４１】(6) （44）式のＩｗをＩｗ(n)とすると下
式となる。 Ｉｗ(n)＝（Ｉｐ−Ｉｂ）・Ｔpe・ｆ(n)＋Ｉｂ （46）式 (7) 外部特性の傾きＫｓは下式で表わせる。 Ｋｓ＝（Ｖｗ(n)−Ｖｓ）／（Ｉｗ(n)−Ｉｓ） （47）式 (8) 上式に（45）式及び（46）式を代入すると下式と
なる。 Ｖｗ(n)−Ｖｓ＝Ｋｓ・（Ｉｐ−Ｉｂ）・Ｔpe・（ｆ(n)−ｆｓ） （48） 式 (9) Ｖｗ(n)は下式で定義される。 Ｖｗ(n)＝ｆ(n)・∫Ｖｏ・ｄｔ （49）式 (10) ｆ(n)とＴpb(n)との関係は下式で表わせる。 ｆ(n)＝１／Ｔpb(n) （410）式 (11) （49）式及び（410）式から下式が成立する。 Ｖｗ(n)−Ｖｓ＝ｆ(n)・∫（Ｖｏ−Ｖｓ）・ｄｔ （411）式 (12) 上式と（48）式から下式が成立する。 ｆ(n)・∫（Ｖｏ−Ｖｓ）・ｄｔ＝Ｋｓ・（Ｉｐ−Ｉｂ）・Ｔpe・（ｆ(n)− ｆｓ） （412）式

【００４２】(13) 上式に（45）式を代入して整理する
と下式となる。 ∫Ｋｓ・（Ｉｂ−Ｉｓ）・ｄｔ＋∫（Ｖｓ−Ｖｏ）・ｄｔ＝Ｋｓ・（Ｉｂ− Ｉｐ）・Ｔpe （413）式 (14) ここで、式を簡潔にするために、第１の変数Ａを
導入して下式で定義する。 Ａ＝Ｋｓ・（Ｉｂ−Ｉｓ） （５）式 (15) 同様に、第２の変数Ｂを導入して下式で定義し、
またＴpeに（42）式を代入すると下式となる。 Ｂ＝Ｋｓ・（Ｉｂ−Ｉｐ）・Ｔpe＝Ｋｓ・（Ｉｂ−Ｉｐ）・（Ｔpp＋(1/2) ・Ｔup＋(1/2)・Ｔdw） （６）式 (16) （５）式及び（６）式を（413）式に代入する
と、実施例２の発明の制御である下式が得られる。 ∫（Ａ＋Ｖｓ−Ｖｏ）・ｄｔ＝Ｂ （７）式

【００４３】第ｎ回目のパルス周期Ｔpb(n)の終了時点
において、上式が成立することになる。また、第ｎ回目
のパルス周期Ｔpb(n)の開始時点においては、前述した
設定値パラメータは定数とみなすことができるので、上
記（５）式で示す第１の変数Ａ及び上記（６）式で示す
第２の変数Ｂも定数とみなすことができる。第ｎ回目の
パルス周期Ｔpb(n)の開始時点からの傾き形成電圧誤差
積分値Ｓvaを Ｓva＝∫（Ａ＋Ｖｓ−Ｖｏ）・ｄｔ と定義する。通常、Ｋｓ≦０、Ｉｂ＜Ｉｓ＜Ｉｐ、Ｔpe
＞０なので、Ａ≧０及びＢ≧０となる。図９において、
ピーク期間Ｔｐ中は、Ｖｓ＜Ｖｏ（＝Ｖｐ）となるが、
（Ａ＋Ｖｓ−Ｖｏ）の値は上記の設定値パラメータの値
によって正の値にも負の値にもなる。他方、ベース期間
Ｔｂ中は、Ｖｓ＞Ｖｏ（＝Ｖｂ）なので、（Ａ＋Ｖｓ−
Ｖｂ）＞０となり、上記の傾き形成電圧誤差積分値Ｓva
の値は、ベース期間Ｔｂ中は時間経過と共に次第に大き
くなる。したがって、第ｎ回目のパルス周期Ｔpb(n)の
開始時点からの傾き形成電圧誤差積分値Ｓvaを演算し、
その演算値が第２の変数Ｂの値と等しくなるか又は第２
の変数Ｂの値以上になった時点で、第ｎ回目のパルス周
期Ｔpb(n)を終了する。すなわち、下式が成立した時点
でパルス周期を終了する。 Ｓva＝∫（Ａ＋Ｖｓ−Ｖｏ）・ｄｔ≧Ｂ （８）式 但し、積分は、Ｔpb(n)の間行う。

【００４４】上述したように、実施例２の発明は、第１
の変数Ａ＝Ｋｓ・（Ｉｂ−Ｉｓ）及び第２の変数Ｂ＝Ｋ
ｓ・（Ｉｂ−Ｉｐ）・Ｔpeを演算した後に、溶接中の溶
接電圧瞬時値Ｖｏを検出して第ｎ回目のパルス周期Ｔpb
(n)の開始時点からの傾き形成電圧誤差積分値Ｓva＝∫
（Ａ＋Ｖｓ−Ｖｏ）・ｄｔを演算し、上記第ｎ回目のピ
ーク期間Ｔｐに続く第ｎ回目のベース期間Ｔｂ中の上記
傾き形成電圧誤差積分値Ｓvaの値が上記第２の変数Ｂの
値以上になった時点で、上記第ｎ回目のパルス周期Ｔpb
(n)を終了し、続けて第ｎ＋１回目のパルス周期Ｔpb(n+
1)を開始して上記動作を繰り返し行うことによって、上
記傾きＫｓを有する外部特性を形成して溶接を行うパル
スアーク溶接電源装置の出力制御方法である。

【００４５】なお、傾きＫｓ＝０と設定すると、第１の
変数Ａ＝０及び第２の変数Ｂ＝０となるので、（８）式
は Ｓva＝∫（Ｖｓ−Ｖｏ）・ｄｔ≧０ となり、前述した従来技術のときの（２）式と一致す
る。すなわち、本発明の出力制御方法を示す（８）式に
おける特別な場合（Ｋｓ＝０）が、従来技術の出力制御
方法を示す（２）式の場合となる。

【００４６】また、ピーク期間Ｔｐ中にピーク立上り期
間Ｔup及びピーク立下り期間Ｔdwがない場合には、 第２の変数Ｂ＝Ｋｓ・（Ｉｂ−Ｉｐ）・Ｔｐ （９）式 として演算し、それ以外は上述した実施例２と同様に出
力制御を行うことができる。

【００４７】図１０は、上述した実施例２の発明を実施
するためのパルス周期毎制御溶接電源装置ＰＳＡのブロ
ック図である。同図は、ピーク期間Ｔｐ中にピーク立上
り期間Ｔup及びピーク立下り期間Ｔdwがない場合を例示
する。同図において、前述した図５と同一の回路ブロッ
クには同一符号を付し、それらの説明は省略する。以
下、図５とは異なる点線で示す回路ブロック図である第
１の変数演算回路ＣＡ、第２の変数演算回路ＣＢ、傾き
形成電圧誤差積分回路ＳＶＡ及び変数比較回路ＣＭＡに
ついて説明する。

【００４８】第１の変数演算回路ＣＡは、傾き設定信号
Ｋｓ、ベース電流設定信号Ｉｂ及び溶接電流設定信号Ｉ
ｓを入力として、前述した（５）式の演算を行い、第１
の変数演算値信号Ｃａを出力する。第２の変数演算回路
ＣＢは、傾き設定信号Ｋｓ、ベース電流設定信号Ｉｂ、
ピーク電流設定信号Ｉｐ及びピーク期間設定信号Ｔｐを
入力として、前述した（９）式の演算を行い、第２の変
数演算値信号Ｃｂを出力する。

【００４９】傾き形成電圧誤差積分回路ＳＶＡは、上記
の第１の変数演算値信号Ｃａ、溶接電圧設定信号Ｖｓ及
び電圧検出信号Ｖｄを入力として、第ｎ回目のパルス周
期Ｔpb(n)の開始時点から前述した（８）式左辺の積分
を行い、傾き形成電圧誤差積分値信号Ｓvaを出力する。
変数比較回路ＣＭＡは、上記の傾き形成電圧誤差積分値
信号Ｓvaと上記の第２の変数演算値信号Ｃｂとを比較し
て、ＳVa≧Ｃｂになった時点で、短時間Ｈｉｇｈレベル
となる比較信号Ｃｍを出力する。すなわち、上記の傾き
形成電圧誤差積分回路ＳＶＡ及び変数比較回路ＣＭＡに
よって、本発明の出力制御方法を示す前述した（８）式
の演算を行う。これ以降の動作の説明は、図５のときと
同様であるので省略する。なお、ピーク期間Ｔｐにピー
ク立上り期間Ｔup及びピーク立下り期間Ｔdwを設けた場
合には、上記の第２の変数演算値信号Ｃｂの演算式を前
述した（６）式に置換すればよい。

【００５０】図１１は、前述した（８）式左辺に示す傾
き形成電圧誤差積分値Ｓvaの時間変化とパルス周期Ｔpb
との関係を示す図である。同図（Ａ）は溶接電流瞬時値
Ｉｏの時間変化を示し、同図（Ｂ）は、縦軸にパルス周
期の開始時点（ｔ０）からの傾き形成電圧誤差積分値Ｓ
vaの時間変化を示し、横軸にパルス周期Ｔpbの時間長さ
を示す。同図に示す３つの特性Ｙ１〜Ｙ３は、図９の説
明の項で前述した設定値パラメータが同一であり、その
ために（８）式における第１の変数Ａ、第２の変数Ｂ及
び溶接電圧設定値Ｖｓが同一である場合において、溶接
中のアーク長が適正値の場合（特性Ｙ２）、適正値より
も短い場合（特性Ｙ１）及び適正値よりも長い場合（特
性Ｙ３）を示す。以下、同図を参照して説明する。

【００５１】 アーク長が適正値の場合（特性Ｙ２） アーク長が適正値の場合のピーク電圧をＶp2とし、ベー
ス電圧をＶb2とする。同図（Ａ）に示す時刻ｔ０〜ｔ１
までのピーク期間Ｔｐ中は、傾き形成電圧誤差積分値Ｓ
vaはＳva＝∫（Ａ＋Ｖｓ-Ｖp2）・ｄｔの演算値として
時間経過と共に次第に大きくなる。そして、時刻ｔ１以
降のベース期間Ｔｂ中は、傾き形成電圧誤差積分値Ｓva
はＳva＝∫（Ａ＋Ｖｓ-Ｖb2）・ｄｔの演算値として時
間経過と共に、上記のピーク期間Ｔｐ中とは異なる傾斜
で次第に大きくなり、時刻ｔ３においてＳva≧Ｂとなる
とパルス周期Ｔpb2が終了する。

【００５２】 アーク長が適正値よりも短い場合（特
性Ｙ１） 溶接電圧瞬時値Ｖｏはアーク長に比例するので、アーク
長が適正値よりも短い場合のピーク電圧はＶp1＜Ｖp2と
なり、ベース電圧はＶb1＜Ｖb2となる。同図（Ａ）に示
す時刻ｔ０〜ｔ１までのピーク期間Ｔｐ中は、傾き形成
電圧誤差積分値ＳvaはＳva＝∫（Ａ＋Ｖｓ-Ｖp1）・ｄ
ｔの演算値として時間経過と共に、上記項のときより
も急な勾配で大きくなる。そして、時刻ｔ１以降のベー
ス期間Ｔｂ中は、傾き形成電圧誤差積分値ＳvaはＳva＝
∫（Ａ＋Ｖｓ-Ｖb1）・ｄｔの演算値として時間経過と
共に、ピーク期間Ｔｐ中とは異なる勾配で大きくなり、
時刻ｔ2においてＳva≧Ｂとなるとパルス周期Ｔpb1が終
了する。したがって、アーク長が適正値よりも短い場合
には、パルス周期Ｔpb1は上記項のときのＴpb2よりも
短くなり、１周期溶接電圧平均値Ｖｗが大きくなるの
で、アーク長は長くなる方向に変化して適正値に近づく
ことになる。

【００５３】 アーク長が適正値よりも長い場合（特
性Ｙ３） 溶接電圧瞬時値Ｖｏはアーク長に比例するので、アーク
長が適正値よりも長い場合のピーク電圧はＶp3＞Ｖp2と
なり、ベース電圧はＶb3＞Ｖb2となる。同図（Ａ）に示
す時刻ｔ０〜ｔ１までのピーク期間Ｔｐ中は、傾き形成
電圧誤差積分値ＳvaはＳva＝∫（Ａ＋Ｖｓ-Ｖp3）・ｄ
ｔの演算値として時間経過と共に、上記項のときより
も緩やかな勾配で大きくなる。そして、時刻ｔ１以降の
ベース期間Ｔｂ中は、傾き形成電圧誤差積分値ＳvaはＳ
va＝∫（Ａ＋Ｖｓ-Ｖb3）・ｄｔの演算値として時間経
過と共にピーク期間Ｔｐ中とは異なる勾配で大きくな
り、時刻ｔ4においてＳva≧Ｂとなるとパルス周期Ｔpb3
が終了する。したがって、アーク長が適正値よりも長い
場合には、パルス周期Ｔpb3は上記項のときのＴpb2よ
りも長くなり、１周期溶接電圧平均値Ｖｗが小さくなる
ので、アーク長は短くなる方向に変化して適正値に近づ
くことになる。上述したように、溶接中のアーク長の変
動に応じて、傾き形成電圧誤差積分値Ｓvaの勾配が変化
することによってパルス周期が変化し、その結果、１周
期溶接電圧平均値Ｖｗが変化してアーク長の変動を抑制
する。

【００５４】［実施例３］以下に説明する実施例３の発
明は、出願時の請求項５の発明に対応する。実施例３の
発明は、実施例２の発明における第１の変数Ａ及び第２
の変数Ｂの演算を、溶接中の予め定めた変数演算周期Ｔ
ｃ［ｓ］毎に又はパルス周期Ｔpbの開始時点毎に行うパ
ルスアーク溶接電源装置の出力制御方法である。以下、
実施例３の発明について説明する。

【００５５】実施例３の出力制御方法を実施するための
溶接電源装置は、前述した図１０における第１の変数演
算回路ＣＡ及び第２の変数演算回路ＣＢの動作を以下の
ように変更した構成となる。実施例３の第１の変数演算
回路ＣＡは、傾き設定信号Ｋｓ、ベース電流設定信号Ｉ
ｂ及び溶接電流設定信号Ｉｓを入力として、予め定めた
変数演算周期Ｔｃ毎に又は変数比較信号Ｃｍが短時間Ｈ
ｉｇｈレベルとなるパルス周期Ｔpbの開始時点毎に、前
述した（５）式の演算を行い、第１の変数演算値信号Ｃ
ａを出力する。実施例３の第２の変数演算回路ＣＢは、
傾き設定信号Ｋｓ、ベース電流設定信号Ｉｂ、ピーク電
流設定信号Ｉｐ及びピーク期間設定信号Ｔｐを入力とし
て、予め定めた変数演算周期Ｔｃ毎に又は変数比較信号
Ｃｍが短時間Ｈｉｇｈレベルとなるパルス周期Ｔpbの開
始時点毎に、前述した（９）式又は（６）式の演算を行
い、第２の変数演算値信号Ｃｂを出力する。

【００５６】実施例３の発明では、溶接中に設定値パラ
メータが変化しても、その変化に対応して第１の変数Ａ
及び第２の変数Ｂが再演算されるので、常にその時点で
の設定値パラメータに応じた適正な出力制御が行われ
る。

【００５７】［実施例４］以下に説明する実施例４の発
明は、出願時の請求項６の発明に対応する。実施例４の
発明は、溶接ワイヤの送給速度設定値Ｗｓ並びに溶接ワ
イヤの材質及び直径を設定し、それらによって実施例２
の発明における溶接電流設定値Ｉｓを算出するパルスア
ーク溶接電源装置の出力制御方法である。以下、実施例
４の発明について説明する。

【００５８】実施例４の発明を実施するための溶接電源
装置は、前述した図１０における溶接電流設定回路ＩＳ
を図１２で後述する溶接電流設定値算出回路ＣＩＳに置
換した構成となる。図１２は、上記の溶接電流設定値算
出回路ＣＩＳのブロック図である。溶接電源装置の外部
に設置された送給速度設定回路ＷＳは、予め定めた送給
速度設定信号Ｗｓを出力する。溶接電源装置に内蔵され
た溶接電流設定値算出回路ＣＩＳは、上記の送給速度設
定信号Ｗｓ、溶接ワイヤの材質及び溶接ワイヤの直径を
入力として、図１３に例示する溶融特性によって算出し
た溶接電流設定信号Ｉｓを出力する。

【００５９】図１３は、縦軸に示す送給速度設定値Ｗｓ
と横軸に示す溶接電流設定値Ｉｓとの関係を示す溶融特
性図である。同図は、溶接ワイヤの材質はアルミニウム
合金Ａ５３５６の場合であり、溶接ワイヤの直径が１．
２［mm］又は１．６［mm］の場合の溶融特性を示す。例
えば、送給速度設定値Ｗｓ＝９００［cm/分］のときの
溶接電流設定値Ｉｓは、直径１．２［mm］のときはＩｓ
＝１５０［Ａ］となり、直径１．６［mm］のときはＩｓ
＝２５０［Ａ］となる。溶接ワイヤの材質が鉄鋼、ステ
ンレス鋼等の場合にも、図１３に相当する溶融特性図か
ら溶接電流設定値Ｉｓを算出する。

【００６０】上述した実施例４の発明では、実用上は溶
接電流設定信号Ｉｓに代えて多く使用される送給速度設
定信号Ｗｓが外部から入力される場合においても、本発
明の出力制御方法を実施することができる。

【００６１】［効果］ 図１４は、本発明の効果を説明するための前述した
図７に対応する電流・電圧波形図である。同図（Ａ）は
溶接電流瞬時値Ｉｏの時間変化を示し、同図（Ｂ）は溶
接電圧瞬時値Ｖｏの時間変化を示す。同図は、図７のと
きと同様に、第ｎ−１回目のパルス周期Ｔpb(n-1)中に
溶接ワイヤと被溶接物との短絡が発生した場合である。
以下、同図を参照して説明する。

【００６２】同図（Ａ）に示すように、第ｎ−１回目の
パルス周期Ｔpb(n-1)中に短絡が発生すると、短絡状態
を早期に解除してアークを再発生させるために、大きな
値の短絡解除電流Ｉｔを通電する。本発明では、第ｎ−
１回目の１周期溶接電流平均値Ｉｗ(n-1)と、第ｎ−１
回目の１周期溶接電圧平均値Ｖｗ(n-1)との図示してい
ない交点である動作点は、傾きＫｓを有する目標の外部
特性上に必ず存在する。また、溶接中に短絡が発生する
のは、前述した図１１においてアーク長が短い場合であ
るので、特性Ｙ１に示すように、第ｎ−１回目のパルス
周期Ｔpb(n-1)は短くなる。その結果、１周期溶接電圧
平均値Ｖｗ(n-1)は大きくなり、アーク長が長くなる方
向へと変化させる。

【００６３】次に、第ｎ回目のパルス周期Ｔpb(n)中
は、第ｎ回目の１周期溶接電流平均値Ｉｗ(n)と、第ｎ
回目の１周期溶接電圧平均値Ｖｗ(n)との図示していな
い交点である動作点は、必ず目標の外部特性上に存在す
る。しかも、前周期の短絡発生に影響されることなく、
現周期中の外乱に応じてアーク長を安定化するように出
力制御される。

【００６４】 本発明の出力制御方法では、前周期と
は関係なく現周期の状態をフィードバックして制御する
ので、原理的にフィードバック制御系の位相余裕が従来
技術よりも大きくなり、制御系の安定性が向上する。す
なわち、各パルス周期Ｔpb中の外乱によるアーク長の変
動は、その周期中の出力制御によって抑制されて、次周
期に影響を与えることはない。

【００６５】

【発明の効果】本発明では、各パルス周期Ｔpb中の１周
期溶接電流平均値Ｉｗと１周期溶接電圧平均値Ｖｗとの
動作点は必ず目標の外部特性上に存在するので、各パル
ス周期Ｔpb中の外乱によるアーク長の変動は、その周期
中に抑制される。したがって、外乱に対する過渡応答性
に優れているので、溶接中のアーク長の変動が小さくな
り良好な溶接品質を得ることができる。さらに、実施例
３の発明では、溶接中に設定値パラメータが変化して
も、それに応じて第１の変数Ａ及び第２の変数Ｂを再演
算することによって、常に適正な出力制御を行うことが
できる。さらに、実施例４の発明では、外部から溶接電
流設定信号Ｉｓに代えて送給速度設定信号Ｗｓが入力さ
れる場合でも、本発明の出力制御方法を実施することが
できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】実施の形態の出力制御方法を説明するための電
流・電圧波形図

【図２】パルスアーク溶接の電流・電圧波形図

【図３】溶接電源装置の外部特性図

【図４】従来技術２の出力制御方法を説明するための電
流・電圧波形図

【図５】従来技術２の溶接電源装置のブロック図

【図６】従来技術２の溶接電源装置のタイミングチャー
ト

【図７】解決課題を説明するための電流・電圧波形図

【図８】実施例１の出力制御方法を説明するための電流
・電圧波形図

【図９】設定値パラメータを示す電流・電圧波形図

【図１０】実施例２の溶接電源装置のブロック図

【図１１】傾き形成電圧誤差積分値Ｓvaの時間変化とパ
ルス周期Ｔpbとの関係を示す図

【図１２】実施例４における溶接電流設定値算出回路Ｃ
ＩＳのブロック図

【図１３】縦軸に示す送給速度設定値Ｗｓと横軸に示す
溶接電流設定値Ｉｓとの関係を示す溶融特性図

【図１４】本発明の効果を説明するための電流・電圧波
形図

【符号の説明】

１ 溶接ワイヤ ２ 被溶接物 ３ アーク ４ 溶接トーチ ５ａ ワイヤ送給装置の送給ロール Ａ 第１の変数 Ｂ 第２の変数 ＣＡ 第１の変数演算回路 Ｃａ 第１の変数演算値信号 ＣＢ 第２の変数演算回路 Ｃｂ 第２の変数演算値信号 ＣＩＳ 溶接電流設定値算出回路 ＣＭ 比較回路 Ｃｍ 比較信号 ＣＭＡ 変数比較回路 ＥＩ 電流誤差増幅回路 Ｅｉ 電流誤差増幅信号 ｆ パルス周波数 ＩＢ ベース期間設定回路 Ｉｂ ベース電流（設定信号） ＩＤ 電流検出回路 Ｉｄ 電流検出信号 ＩＮＶ 出力制御回路 Ｉｏ 溶接電流瞬時値 ＩＰ ピーク期間設定回路 Ｉｐ ピーク電流（設定信号） ＩＳ 溶接電流設定回路 Ｉｓ 溶接電流設定（値／信号） Ｉsc 電流制御設定信号 Ｉｔ 短絡解除電流 ＩＷ １周期溶接電流平均値算出回路 Ｉｗ、Ｉｗ(n) １周期溶接電流平均値（信号） ＫＳ 傾き設定回路 Ｋｓ 外部特性の傾き（設定信号） Ｌ１、Ｌ２ 外部特性 ＭＭ タイマ回路 Ｍｍ 切換信号 Ｐ１ 動作点 ＰＳ 溶接電源装置 ＰＳＡ パルス周期毎制御溶接電源装置 ＳＶ 電圧誤差積分回路 Ｓｖ 電圧誤差積分値（信号） ＳＶＡ 傾き形成電圧誤差積分回路 Ｓva 傾き形成電圧誤差積分値（信号） ＳＷ ピーク／ベース切換回路 Ｔｂ ベース期間 Ｔdw ピーク立下り期間 Ｔｐ ピーク期間 Ｔpb、Ｔpb(n) パルス周期 Ｔpp 最大ピーク期間 Ｔup ピーク立上り期間 Ｖｂ ベース電圧 ＶＤ 電圧検出回路 Ｖｄ 電圧検出信号 Ｖｏ 溶接電圧瞬時値 Ｖｐ ピーク電圧 ＶＳ 溶接電圧設定回路 Ｖｓ 溶接電圧設定（値／信号） ＶＳＣ 外部特性制御回路 Ｖsc 電圧制御設定（値／信号） Ｖｗ、Ｖｗ(n) １周期溶接電圧平均値 ＷＳ 送給速度設定回路 Ｗｓ 送給速度設定（値／信号） Ｙ１〜Ｙ３ 溶融特性

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 予め定めたピーク期間中は溶滴移行をさ
   せる値に予め定めたピーク電流を通電し、続けてベース
   期間中は溶滴移行をさせない値に予め定めたベース電流
   を通電し、これら１周期の通電をパルス周期として繰り
   返し通電して溶接する消耗電極パルスアーク溶接に使用
   する溶接電源装置の出力制御方法において、 溶接電源装置の外部特性の傾きＫｓ及び溶接電流設定値
   Ｉｓ及び溶接電圧設定値Ｖｓを予め設定し、溶接中の第
   ｎ回目のパルス周期中の１周期の間の溶接電流平均値Ｉ
   ｗ(n)と１周期の間の溶接電圧平均値Ｖｗ(n)とがＶｗ
   (n)＝Ｋｓ・（Ｉｓ−Ｉｗ(n)）＋Ｖｓの関係を維持する
   ように溶接電源装置の出力を制御するパルスアーク溶接
   電源装置の出力制御方法。
2. 【請求項２】 ピーク期間に予め定めたピーク立上り期
   間及び予め定めたピーク立下り期間を設けた請求項１に
   記載するパルスアーク溶接電源装置の出力制御方法。
3. 【請求項３】 予め定めたピーク期間Ｔｐ中は溶滴移行
   をさせる値に予め定めたピーク電流Ｉｐを通電し、続け
   てベース期間Ｔｂ中は溶滴移行をさせない値に予め定め
   たベース電流Ｉｂを通電し、これら１周期の通電をパル
   ス周期として繰り返し通電して溶接する消耗電極パルス
   アーク溶接に使用する溶接電源装置の出力制御方法にお
   いて、 溶接電源装置の外部特性の傾きＫｓ及び溶接電流設定値
   Ｉｓ及び溶接電圧設定値Ｖｓを予め設定し、前記設定値
   によって第１の変数Ａ＝Ｋｓ・（Ｉｂ−Ｉｓ）及び第２
   の変数Ｂ＝Ｋｓ・（Ｉｂ−Ｉｐ）・Ｔｐを演算した後
   に、溶接中の溶接電圧瞬時値Ｖｏを検出して第ｎ回目の
   パルス周期の開始時点からの傾き形成電圧誤差積分値Ｓ
   va＝∫（Ａ＋Ｖｓ−Ｖｏ）・ｄｔを演算し、前記第ｎ回
   目のピーク期間に続く第ｎ回目のベース期間中の前記傾
   き形成電圧誤差積分値Ｓvaが前記第２の変数Ｂの値以上
   になった時点で前記第ｎ回目のパルス周期を終了し、続
   けて第ｎ＋１回目のパルス周期を開始して前記動作を繰
   り返し行うことによって前記傾きＫｓを有する外部特性
   を形成して溶接を行うパルスアーク溶接電源装置の出力
   制御方法。
4. 【請求項４】 予め定めたピーク期間Ｔｐ中は溶滴移行
   をさせる値に予め定めたピーク電流Ｉｐを通電し、続け
   てベース期間Ｔｂ中は溶滴移行をさせない値に予め定め
   たベース電流Ｉｂを通電し、前記ピーク期間Ｔｐには予
   め定めたピーク立上り期間Ｔup及び予め定めたピーク立
   下り期間Ｔdwを設け、これら１周期の通電をパルス周期
   として繰り返し通電して溶接する消耗電極パルスアーク
   溶接に使用する溶接電源装置の出力制御方法において、 溶接電源装置の外部特性の傾きＫｓ及び溶接電流設定値
   Ｉｓ及び溶接電圧設定値Ｖｓを予め設定し、第２の変数
   Ｂの演算をＢ＝Ｋｓ・（Ｉｂ−Ｉｐ）・（Ｔｐ＋(1/2)
   ・Ｔup＋(1/2)・Ｔdw）とする請求項３に記載するパル
   スアーク溶接電源装置の出力制御方法。
5. 【請求項５】 第１の変数Ａ及び第２の変数Ｂの演算
   を、溶接中の予め定めた変数演算周期毎に又はパルス周
   期の開始時点毎に行う請求項３又は請求項４に記載する
   パルスアーク溶接電源装置の出力制御方法。
6. 【請求項６】 溶接ワイヤの送給速度設定値並びに溶接
   ワイヤの材質及び直径を設定し、それらによって溶接電
   流設定値Ｉｓを算出する請求項３又は請求項４に記載す
   るパルスアーク溶接電源装置の出力制御方法。