JP4663309B2 - Arc length control method for pulse arc welding - Google Patents
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Description
本発明は、アーク長と比例関係にない異常電圧を除去した溶接電圧によってアーク長を制御するためのパルスアーク溶接のアーク長制御方法に関するものである。 The present invention relates to an arc length control method of pulse arc welding for controlling an arc length by a welding voltage from which an abnormal voltage not proportional to the arc length is removed.
図5は、本発明が対象とする消耗電極パルスアーク溶接における溶接電流Iw及び溶接電圧Vwの波形図である。以下、同図を参照して説明する。 FIG. 5 is a waveform diagram of a welding current Iw and a welding voltage Vw in consumable electrode pulse arc welding targeted by the present invention. Hereinafter, a description will be given with reference to FIG.
時刻t1〜t2のピーク立上り期間Tup中は、同図(A)に示すように、ベース電流Ibからピーク電流Ipへと上昇する遷移電流が通電し、同図(B)に示すように、ベース電圧Vbからピーク電圧Vpへと上昇する遷移電圧が電極・母材間に印加する。時刻t2〜t3のピーク期間Tp中は、同図(A)に示すように、溶滴移行させるための大電流値のピーク電流Ipが通電し、同図(B)に示すように、ピーク電圧Vpが電極・母材間に印加する。時刻t3〜t4のピーク立下り期間Tdw中は、同図(A)に示すように、ピーク電流Ipからベース電流Ibへと下降する遷移電流が通電し、同図(B)に示すように、ピーク電圧Vpからベース電圧Vbへと下降する遷移電圧が電極・母材間に印加する。時刻t4〜t5のベース期間Tb中は、同図(A)に示すように、溶滴を成長させないための小電流値のベース電流Ibが通電し、同図(B)に示すように、ベース電圧Vbが電極・母材間に印加する。上記の時刻t1〜t5の期間をパルス周期Tfとして繰り返して溶接が行われる。上記のピーク立上り期間Tup及びピーク立下り期間Tdwは、溶接電源の内部及び外部に存在するリアクトル等による場合は0.3ms程度と短時間である。この場合、略矩形波の溶接電流Iw及び溶接電圧Vwとなる。他方、溶接条件によってはピーク立上り期間Tup及びピーク立下り期間Tdwを数ms程度に設定する場合もある。この場合、台形波の溶接電流Iw及び溶接電圧Vwとなる。したがって、ピーク立上り期間Tup、ピーク期間Tp及びピーク立下り期間Tdwを合わせて広義のピーク期間Tpとみなす場合もある。 During the peak rising period Tup from time t1 to t2, a transition current that rises from the base current Ib to the peak current Ip is energized as shown in FIG. 9A, and as shown in FIG. A transition voltage rising from the voltage Vb to the peak voltage Vp is applied between the electrode and the base material. During the peak period Tp from time t2 to t3, as shown in FIG. 6A, the peak current Ip having a large current value for transferring droplets is energized, and as shown in FIG. Vp is applied between the electrode and the base material. During the peak fall period Tdw from time t3 to t4, as shown in FIG. 6A, a transition current that falls from the peak current Ip to the base current Ib is applied, and as shown in FIG. A transition voltage that drops from the peak voltage Vp to the base voltage Vb is applied between the electrode and the base material. During the base period Tb from time t4 to t5, as shown in FIG. 6A, the base current Ib having a small current value for preventing the droplets from growing is energized, and as shown in FIG. A voltage Vb is applied between the electrode and the base material. The welding is performed by repeating the period from the time t1 to the time t5 as the pulse period Tf. The peak rising period Tup and the peak falling period Tdw are as short as about 0.3 ms in the case of a reactor or the like existing inside and outside the welding power source. In this case, the welding current Iw and the welding voltage Vw are substantially rectangular waves. On the other hand, depending on the welding conditions, the peak rising period Tup and the peak falling period Tdw may be set to about several ms. In this case, the welding current Iw and the welding voltage Vw are trapezoidal waves. Therefore, the peak rising period Tup, the peak period Tp, and the peak falling period Tdw may be considered as a broad peak period Tp.
次に、同図(A)に示すように、パルス波形の溶接電流Iwを平均化したのが溶接電流平均値Iavであり、同図(B)に示すように、パルス波形の溶接電圧Vwを平均化したのが溶接電圧平均値Vavである。一般的にパルスアーク溶接のアーク長制御は、以下のように行われる。すなわち、平均アーク長と上記の溶接電圧平均値Vavとは略比例関係にあるので、溶接中のアーク長を溶接電圧平均値Vavによって検出することができる。そして、この溶接電圧平均値Vavの検出値が目標値である電圧設定値Vsと略等しくなるように、パルス周期Tf、ピーク期間Tp、ピーク電流Ip又はベース電流Ibの少なくとも1つ以上を変化させて溶接電流平均値Iavを変化させることによって、ワイヤ溶融速度を変化させてアーク長を適正値に制御する。したがって、アーク長制御では、上記の溶接電圧平均値Vavによってアーク長を正確に検出できることが、良好なアーク長制御の重要な前提条件となる。 Next, as shown in FIG. 6A, the welding current average value Iav is obtained by averaging the welding current Iw of the pulse waveform, and the welding voltage Vw of the pulse waveform is set as shown in FIG. What is averaged is the welding voltage average value Vav. Generally, the arc length control in pulse arc welding is performed as follows. That is, since the average arc length and the welding voltage average value Vav are substantially proportional to each other, the arc length during welding can be detected by the welding voltage average value Vav. Then, at least one of the pulse period Tf, the peak period Tp, the peak current Ip, or the base current Ib is changed so that the detected value of the welding voltage average value Vav is substantially equal to the target voltage setting value Vs. By changing the welding current average value Iav, the wire melting rate is changed to control the arc length to an appropriate value. Therefore, in the arc length control, it is an important precondition for good arc length control that the arc length can be accurately detected by the welding voltage average value Vav.
ところで、パルスアーク溶接においては、(1)消耗電極である溶接ワイヤと母材とが短絡しその短絡が解除されてアークが再点弧したとき、(2)母材表面の酸化皮膜の不均一に起因するアーク陰極点のふらつき現象が発生したとき等において、異常電圧が溶接電圧Vwに重畳することがある。この異常電圧はアーク長とは比例しない電圧であるので、アーク長を検出するためには溶接電圧Vwに重畳した異常電圧を除去する必要がある。この除去のための方法としては、パルス波形の基準電圧波形Vc(t)及び変動幅ΔVcを予め設定し、溶接電圧VwがVc(t)±ΔVcの範囲外になる部分は異常電圧であるとしてカットして制限する従来技術が提案されている。以下、この従来技術について説明する(特許文献1参照)。 By the way, in pulse arc welding, (1) when the welding wire, which is a consumable electrode, and the base metal are short-circuited and the short-circuit is released and the arc is re-ignited, (2) the unevenness of the oxide film on the surface of the base material An abnormal voltage may be superimposed on the welding voltage Vw when, for example, a wobbling phenomenon of the arc cathode spot due to the phenomenon occurs. Since this abnormal voltage is a voltage that is not proportional to the arc length, it is necessary to remove the abnormal voltage superimposed on the welding voltage Vw in order to detect the arc length. As a method for this removal, the reference voltage waveform Vc (t) and fluctuation range ΔVc of the pulse waveform are set in advance, and the portion where the welding voltage Vw falls outside the range of Vc (t) ± ΔVc is an abnormal voltage. Conventional techniques for cutting and limiting have been proposed. Hereafter, this prior art is demonstrated (refer patent document 1).
図6は、上記の基準電圧波形Vc(t)の設定方法を示す波形図である。まず、溶接ワイヤの種類、送給速度等に応じて、基準ピーク電圧値Vpc、基準ベース電圧値Vbc及び変動幅ΔVcを、実験等によって予め設定する。そして、同図に示すように、ピーク立上り期間Tupの開始時点を0秒とする経過時間tによって、下式のように基準電圧波形Vc(t)が定義される。
0≦t<Tup
Vc(t)=((Vpc−Vbc)/Tup)・t+Vbc …(11)式
Tup≦t<Tup+Tp
Vc(t)=Vpc …(12)式
Tup+Tp≦t<Tup+Tp+Tdw
Vc(t)=((Vbc−Vpc)/Tdw)・(t−Tup−Tp)+Vpc …(13)式
Tup+Tp+Tdw≦t<Tup+Tp+Tdw+Tb
Vc(t)=Vbc …(14)式
FIG. 6 is a waveform diagram showing a method for setting the reference voltage waveform Vc (t). First, the reference peak voltage value Vpc, the reference base voltage value Vbc, and the fluctuation range ΔVc are set in advance by experiments or the like according to the type of welding wire, the feeding speed, and the like. Then, as shown in the figure, the reference voltage waveform Vc (t) is defined by the elapsed time t with the start time of the peak rising period Tup as 0 seconds as shown in the following equation.
0 ≦ t <Tup
Vc (t) = ((Vpc−Vbc) / Tup) · t + Vbc (11) Expression Tup ≦ t <Tup + Tp
Vc (t) = Vpc (12) Expression Tup + Tp ≦ t <Tup + Tp + Tdw
Vc (t) = ((Vbc−Vpc) / Tdw) · (t−Tup−Tp) + Vpc (13) Expression Tup + Tp + Tdw ≦ t <Tup + Tp + Tdw + Tb
Vc (t) = Vbc (14) formula
例えば、同図に示すように、経過時間taにおける溶接電圧検出値がVd1であったとする。経過時間taはTup+Tp≦ta<Tup+Tp+Tdwのときであるので、上記(13)式に代入して、基準電圧波形の中心電圧値Vc(ta)は以下となる。
Vc(ta)=((Vbc−Vpc)/Tdw)・(ta−Tup−Tp)+Vpc
したがって、経過時間taのときの溶接電圧検出値Vd1は、変動幅Vc(ta)±ΔVc内に制限される。すなわち、Vd1≧Vc(ta)+ΔVcのときにはVd1=Vc(ta)+ΔVcに制限され、Vd1≦Vc(ta)−ΔVcのときにはVd1=Vc(ta)−ΔVcに制限される。このようにして算出された溶接電圧制限値Vftは、異常電圧が略除去されたアーク長に略比例する電圧値となる。この溶接電圧制限値Vftを平均化して溶接電圧制限平均値Vfaを算出し、この溶接電圧制限平均値Vfaが予め定めた電圧設定値Vsと略等しくなるように溶接電源の出力が制御される。これによって、精密なアーク長制御が可能となる。
For example, as shown in the figure, it is assumed that the welding voltage detection value at the elapsed time ta is Vd1. Since the elapsed time ta is when Tup + Tp ≦ ta <Tup + Tp + Tdw, the central voltage value Vc (ta) of the reference voltage waveform is substituted as follows by substituting into the above equation (13).
Vc (ta) = ((Vbc-Vpc) / Tdw). (Ta-Tup-Tp) + Vpc
Therefore, the welding voltage detection value Vd1 at the elapsed time ta is limited within the fluctuation range Vc (ta) ± ΔVc. That is, it is limited to Vd1 = Vc (ta) + ΔVc when Vd1 ≧ Vc (ta) + ΔVc, and is limited to Vd1 = Vc (ta) −ΔVc when Vd1 ≦ Vc (ta) −ΔVc. The welding voltage limit value Vft calculated in this way is a voltage value that is substantially proportional to the arc length from which the abnormal voltage is substantially eliminated. The welding voltage limit average value Vfa is calculated by averaging the welding voltage limit value Vft, and the output of the welding power source is controlled so that the welding voltage limit average value Vfa is substantially equal to the predetermined voltage setting value Vs. This enables precise arc length control.
図7は、短絡解除直後のアーク再点弧に伴う異常電圧発生時の電圧波形図である。同図(A)は溶接電圧Vwの時間変化を示し、同図(B)は基準電圧波形Vc(t)によって異常電圧を除去した後の溶接電圧制限値Vftの時間変化を示す。同図(B)に示すように、溶接電圧Vwは基準電圧波形を中心電圧値Vc(t)とする変動幅Vc(t)±ΔVc内に制限される。この結果、時刻t1〜t2の短絡期間中の溶接電圧制限値Vft=Vc(t)−ΔVcとなり、時刻t2〜t3の異常電圧発生期間中の溶接電圧制限値Vft=Vc(t)+ΔVcとなる。このようにして異常電圧を略除去することができる。 FIG. 7 is a voltage waveform diagram when an abnormal voltage is generated due to arc re-ignition immediately after the short circuit is released. FIG. 4A shows the time change of the welding voltage Vw, and FIG. 4B shows the time change of the welding voltage limit value Vft after the abnormal voltage is removed by the reference voltage waveform Vc (t). As shown in FIG. 5B, the welding voltage Vw is limited within a fluctuation range Vc (t) ± ΔVc having the reference voltage waveform as the center voltage value Vc (t). As a result, the welding voltage limit value Vft = Vc (t) −ΔVc during the short-circuit period from time t1 to t2, and the welding voltage limit value Vft = Vc (t) + ΔVc during the abnormal voltage generation period from time t2 to t3. . In this way, abnormal voltages can be substantially eliminated.
図8は、図6で上述した基準電圧波形Vc(t)を自動設定する方法を説明するための溶接電圧制限値Vftの時間変化を示す図である。同図において、現時点は時刻tnであり、第n回目のパルス周期Tf(n)の開始時点である。また、第n−1回目のパルス周期Tf(n-1)におけるピーク期間のみの溶接電圧制限値の平均値がピーク電圧制限値Vpf(n-1)であり、ベース期間のみの溶接電圧制限値の平均値がベース電圧制限値Vbf(n-1)である。同様に、第n−m回目のパルス周期Tf(n-m)におけるピーク期間のみの溶接電圧制限値の平均値がピーク電圧制限値Vpf(n-m)であり、ベース期間のみの溶接電圧制限値の平均値がベース電圧制限値Vbf(n-m)である。 FIG. 8 is a diagram showing a change over time in the welding voltage limit value Vft for explaining a method of automatically setting the reference voltage waveform Vc (t) described above with reference to FIG. In the figure, the current time is time tn, which is the start time of the nth pulse cycle Tf (n). Further, the average value of the welding voltage limit value only during the peak period in the (n-1) th pulse cycle Tf (n-1) is the peak voltage limit value Vpf (n-1), and the welding voltage limit value only during the base period. Is the base voltage limit value Vbf (n-1). Similarly, the average value of the welding voltage limit value only during the peak period in the (n−m) th pulse cycle Tf (nm) is the peak voltage limit value Vpf (nm), and the average value of the welding voltage limit value only during the base period. Is the base voltage limit value Vbf (nm).
時刻tnにおいて、上記の第(n-1)〜第(n-m)回目のピーク電圧制限値Vpfを入力として、下式のようにピーク電圧移動平均値Vpr(n)を算出する。
Vpr(n)=(Vpf(n-1)+…+Vpf(n-m))/m …(21)式
同様に、時刻tnにおいて、上記の第(n-1)〜第(n-m)回目のベース電圧制限値Vbfを入力として、下式のようにベース電圧移動平均値Vbr(n)を算出する。
Vbr(n)=(Vbf(n-1)+…+Vbf(n-m))/m …(22)式
At time tn, the peak voltage moving average value Vpr (n) is calculated as shown in the following equation using the (n-1) to (nm) -th peak voltage limit value Vpf as an input.
Vpr (n) = (Vpf (n-1) +... + Vpf (nm)) / m (21) Similarly to the equation (21), at the time tn, the (n-1) th to (nm) th base voltages described above. Using the limit value Vbf as an input, the base voltage moving average value Vbr (n) is calculated as in the following equation.
Vbr (n) = (Vbf (n-1) +... + Vbf (nm)) / m (22)
そして、上述した(11)〜(14)式において、基準ピーク電圧値Vpcに上記のピーク電圧移動平均値Vprを代入し、かつ、基準ベース電圧値Vbcに上記のベース電圧移動平均値Vbrを代入すると、下式のように第n回目のパルス周期Tf(n)期間中の基準電圧波形が自動設定される。
0≦t<Tup
Vc(n)=((Vpr(n)−Vbr(n))/Tup)・t+Vbr(n) …(31)式
Tup≦t<Tup+Tp
Vc(n)=Vpr(n) …(32)式
Tup+Tp≦t<Tup+Tp+Tdw
Vc(n)=((Vbr(n)−Vpr(n))/Tdw)・(t−Tup−Tp)+Vpr(n) …(33)式
Tup+Tp+Tdw≦t<Tup+Tp+Tdw+Tb
Vc(n)=Vbr(n) …(34)式
In the equations (11) to (14), the peak voltage moving average value Vpr is substituted for the reference peak voltage value Vpc, and the base voltage moving average value Vbr is substituted for the reference base voltage value Vbc. Then, the reference voltage waveform during the nth pulse period Tf (n) is automatically set as shown in the following equation.
0 ≦ t <Tup
Vc (n) = ((Vpr (n) −Vbr (n)) / Tup) · t + Vbr (n) (31) Expression Tup ≦ t <Tup + Tp
Vc (n) = Vpr (n) (32) Expression Tup + Tp ≦ t <Tup + Tp + Tdw
Vc (n) = ((Vbr (n) −Vpr (n)) / Tdw) · (t−Tup−Tp) + Vpr (n) (33) Formula Tup + Tp + Tdw ≦ t <Tup + Tp + Tdw + Tb
Vc (n) = Vbr (n) (34)
上述したように、パルス周期の開始時点ごとに、上記のピーク電圧移動平均値Vpr及びベース電圧移動平均値Vbrを算出し、上記(31)式〜(34)式によって基準電圧波形が自動設定される。上記において、ピーク電圧移動平均値Vprを算出するときに、ピーク電圧制限値Vpfを重み付け移動平均して算出してもよい。同様に、ベース電圧移動平均値Vbrを算出するときに、ベース電圧制限値Vbfを重み付け移動平均して算出してもよい。また、移動平均する期間は、過去数周期〜数十周期程度に設定する。 As described above, the peak voltage moving average value Vpr and the base voltage moving average value Vbr are calculated for each start point of the pulse period, and the reference voltage waveform is automatically set by the above equations (31) to (34). The In the above description, when the peak voltage moving average value Vpr is calculated, the peak voltage limit value Vpf may be calculated by weighted moving average. Similarly, when the base voltage moving average value Vbr is calculated, the base voltage limit value Vbf may be calculated by weighted moving average. Moreover, the period for moving average is set to the past several cycles to several tens of cycles.
図9は、アーク長が変動したときの上述した図5に対応する溶接電流Iw及び溶接電圧Vwの波形図である。同図において、時刻t1〜t2のパルス周期中はアーク長が適正値に維持された状態である。他方、時刻t2〜t3のパルス周期中は、ワイヤ送給速度、トーチ高さ等の変動に起因してアーク長が適正値よりも長くなった状態である。以下、同図を参照して説明する。 FIG. 9 is a waveform diagram of the welding current Iw and the welding voltage Vw corresponding to FIG. 5 described above when the arc length varies. In the figure, the arc length is maintained at an appropriate value during the pulse period from time t1 to time t2. On the other hand, during the pulse period from time t2 to t3, the arc length is longer than the appropriate value due to fluctuations in the wire feed speed, the torch height, and the like. Hereinafter, a description will be given with reference to FIG.
同図(A)に示すように、溶接電流Iwはパルスアーク溶接電源においては定電流制御されているのでアーク長が変動しても各期間の電流値は一定である。したがって、時刻t1〜t2のパルス周期中のピーク電流Ip及びベース電流Ibは、時刻t2〜t3のパルス周期中も同一値である。 As shown in FIG. 6A, since the welding current Iw is controlled at a constant current in a pulse arc welding power source, the current value in each period is constant even if the arc length varies. Therefore, the peak current Ip and the base current Ib during the pulse period from time t1 to t2 are the same value during the pulse period from time t2 to t3.
次に、同図(B)において2つの点線Lu、Ldで示す範囲が基準電圧波形からの変動幅を示しており、上の点線LuがVc(t)+ΔVcを示し、下の点線LdがVc(t)−ΔVcを示す。したがって、この変動幅Lu−Ld内に溶接電圧Vwを制限して異常電圧を除去する。時刻t1〜t2のパルス周期中は、アーク長が適正値の状態であるので、溶接電圧Vwは変動範囲内にあり制限されることはない。このときのピーク電圧値Vp1及びベース電圧値Vb1は、基準電圧値の中心電圧値と略等しくなる。他方、時刻t2〜t3のパルス周期中は、外乱によってアーク長が変動して長くなっているために、ピーク電圧Vp2及びベース電圧Vb2が大きくなる。アーク長が変動したときの溶接電圧Vwの変化はそのときに通電している溶接電流Iwの値に略比例する。すなわち、アーク長の変動に伴うピーク電圧の変化ΔVp=Vp2−Vp1は、ベース電圧の変化ΔVb=Vb2−Vb1よりも大きくなる。この結果、ピーク電圧Vp2は変動幅Luよりも大きくなる場合もあり、ピーク電圧Vp2は制限される。しかし、この除去されたピーク電圧Vp2は、上述したようなアーク長とは関係のない異常電圧ではなく、アーク長と比例関係にある電圧であり、これを除去することはアーク長を正確に検出することができなくなることを意味している。 Next, a range indicated by two dotted lines Lu and Ld in FIG. 2B indicates the fluctuation range from the reference voltage waveform, the upper dotted line Lu indicates Vc (t) + ΔVc, and the lower dotted line Ld indicates Vc. (t) -ΔVc is shown. Accordingly, the abnormal voltage is removed by limiting the welding voltage Vw within the fluctuation range Lu-Ld. Since the arc length is in an appropriate value during the pulse period from time t1 to time t2, the welding voltage Vw is within the fluctuation range and is not limited. At this time, the peak voltage value Vp1 and the base voltage value Vb1 are substantially equal to the center voltage value of the reference voltage value. On the other hand, the peak voltage Vp2 and the base voltage Vb2 increase during the pulse period from time t2 to t3 because the arc length fluctuates and becomes longer due to disturbance. The change in the welding voltage Vw when the arc length varies is approximately proportional to the value of the welding current Iw that is energized at that time. That is, the peak voltage change ΔVp = Vp2−Vp1 accompanying the change in arc length is larger than the base voltage change ΔVb = Vb2−Vb1. As a result, the peak voltage Vp2 may be larger than the fluctuation range Lu, and the peak voltage Vp2 is limited. However, the removed peak voltage Vp2 is not an abnormal voltage not related to the arc length as described above, but a voltage proportional to the arc length, and removing this accurately detects the arc length. It means that you will not be able to.
この問題を解決するために、変動幅ΔVcを広くする方法が考えられる。異常電圧は、一般的にベース期間に多く発生する。しかも、ベース期間中の異常電圧は、大きな値でありかつ長い時間継続することが多い。このために、変動幅ΔVcは広くせずに確実に異常電圧を除去しなければならない。そうでなければアーク長検出に大きな誤差が含まれることになる。 In order to solve this problem, a method of widening the fluctuation range ΔVc can be considered. Abnormal voltages generally occur frequently during the base period. Moreover, the abnormal voltage during the base period is a large value and often continues for a long time. For this reason, the abnormal voltage must be reliably removed without widening the fluctuation range ΔVc. Otherwise, a large error is included in the arc length detection.
図10は、アーク長が所定値変化したときの溶接電流Iwに対する溶接電圧の変化ΔVwを示す図である。溶接電流Iwがベース電流Ibのときの溶接電圧の変化はΔVbとなり、ピーク電流Ipのときの溶接電圧の変化はΔVpとなる。同図から明らかなように、ΔVb<ΔVpとなる。したがって、上述したように、アーク長が変動したときの溶接電圧の変化ΔVwは溶接電流値Iwに略比例する。 FIG. 10 is a diagram showing a change ΔVw of the welding voltage with respect to the welding current Iw when the arc length changes by a predetermined value. When the welding current Iw is the base current Ib, the change in the welding voltage is ΔVb, and when the welding current Iw is the peak current Ip, the change in the welding voltage is ΔVp. As is apparent from the figure, ΔVb <ΔVp. Therefore, as described above, the welding voltage change ΔVw when the arc length fluctuates is approximately proportional to the welding current value Iw.
そこで、本発明では、アーク長の変動による溶接電圧の変化は除去することなく異常電圧は略除去することができるパルスアーク溶接のアーク長制御方法を提供する。 Therefore, the present invention provides an arc length control method for pulse arc welding that can substantially eliminate abnormal voltage without removing a change in welding voltage due to a variation in arc length.
上述した課題を解決するために、第1の発明は、ピーク電流及びベース電流から成るパルス波形の溶接電流をアークに通電すると共に、消耗電極と母材との間のパルス波形の溶接電圧を検出しこの溶接電圧検出値を基準電圧波形からの所定変動幅内で制限して溶接電圧制限値を算出し、この溶接電圧制限値を平均化した溶接電圧制限平均値が予め定めた電圧設定値と略等しくなるように溶接電源の出力を制御してアーク長を適正値に維持するパルスアーク溶接のアーク長制御方法において、
前記変動幅は、アーク発生期間中の溶接電流値を入力として予め定めた電流変動幅関数によって変化する、ことを特徴とするパルスアーク溶接のアーク長制御方法である。
In order to solve the above-described problem, the first invention detects a pulse waveform welding voltage between a consumable electrode and a base material while applying a welding current having a pulse waveform including a peak current and a base current to an arc. The welding voltage limit value is calculated by limiting the welding voltage detection value within a predetermined fluctuation range from the reference voltage waveform, and the welding voltage limit average value obtained by averaging the welding voltage limit value is a predetermined voltage setting value. In the arc length control method of pulse arc welding that controls the output of the welding power source so as to be substantially equal to maintain the arc length at an appropriate value,
The fluctuation range is an arc length control method of pulse arc welding characterized in that the fluctuation range changes according to a predetermined current fluctuation range function with a welding current value during an arc generation period as an input.
また、第2の発明は、第1の発明記載の電流変動幅関数は、溶接電流値が増加すると前記変動幅が直線状に増加する関数である、ことを特徴とするパルスアーク溶接のアーク長制御方法である。 According to a second aspect of the present invention, the current fluctuation width function according to the first invention is a function in which the fluctuation width increases linearly as the welding current value increases. It is a control method.
また、第3の発明は、第1の発明記載の電流変動幅関数は、溶接電流値が増加すると前記変動幅が曲線状に増加する関数である、ことを特徴とするパルスアーク溶接のアーク長制御方法である。 According to a third aspect of the present invention, the current fluctuation width function according to the first invention is a function in which the fluctuation width increases in a curved shape when the welding current value increases. It is a control method.
上記第1〜第3の発明によれば、溶接電流値に応じて変動幅ΔVcが変化して適正化される。このために、アーク長の変動に伴う溶接電圧の変化は除去することなく、異常電圧のみを略除去することができるので、アーク長を精密に制御することができ、良好な溶接品質を得ることができる。 According to the first to third aspects of the invention, the fluctuation range ΔVc changes according to the welding current value and is optimized. For this reason, only the abnormal voltage can be substantially eliminated without removing the change in the welding voltage due to the fluctuation of the arc length, so that the arc length can be precisely controlled and good welding quality can be obtained. Can do.
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。 Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
[実施の形態1]
図1は、本発明の実施の形態1に係るパルスアーク溶接のアーク長制御方法を示す電流・電圧波形図である。同図(A)は溶接電流Iwの、同図(B)は溶接電圧Vwの、同図(C)は溶接電圧制限値Vftの時間変化を示す。溶接電圧制限値Vftは、上述したように、溶接電圧Vwを基準電圧波形からの変動幅Vc(t)±ΔVc内に制限したものである。同図は上述した図10と対応しており、時刻t1〜t2のパルス周期中はアーク長が適正値に維持された状態であり、時刻t2〜t3のパルス周期中は外乱によってアーク長が変動して長くなった状態である。さらに、同図(B)に示すように、時刻t2〜t3のパルス周期中において、異常電圧A1がピーク期間に重畳し、異常電圧A2がベース期間に重畳した場合である。以下、同図を参照して説明する。
[Embodiment 1]
FIG. 1 is a current / voltage waveform diagram showing an arc length control method of pulse arc welding according to
同図(A)に示すように、溶接電流Iwは定電流制御されているので、アーク長が変化してもピーク電流Ip及びベース電流Ibは変化しない。本発明では、異常電圧を除去するための変動幅ΔVcをアーク発生期間の溶接電流値Iwに比例させて変化させる。すなわち、ΔVc=FIV(Iw)として、この電流変動幅関数FIV(Iw)を予め定義しておき変動幅ΔVcを算出する。図2は、この電流変動幅関数の例FIV1(Iw)である。同図の横軸は溶接電流値Iwを示し、縦軸は変動幅ΔVcを示す。同図では、FIV1(Iw)=0.2+Iw/300となる。同図はアルミニウムパルスMIG溶接の場合である。同図において、ベース電流Ib=50Aとすると変動幅ΔVbc=0.33Vとなり、ピーク電流Ip=400Aとすると変動幅ΔVpc=1.53Vとなる。すなわち、ピーク期間中の変動幅ΔVpcはベース期間中の約5倍広く設定されることになる。 As shown in FIG. 5A, since the welding current Iw is controlled at a constant current, the peak current Ip and the base current Ib do not change even if the arc length changes. In the present invention, the fluctuation range ΔVc for removing the abnormal voltage is changed in proportion to the welding current value Iw during the arc generation period. That is, this current fluctuation width function FIV (Iw) is defined in advance as ΔVc = FIV (Iw), and the fluctuation width ΔVc is calculated. FIG. 2 shows an example FIV1 (Iw) of this current fluctuation width function. In the figure, the horizontal axis indicates the welding current value Iw, and the vertical axis indicates the fluctuation range ΔVc. In the figure, FIV1 (Iw) = 0.2 + Iw / 300. This figure shows the case of aluminum pulse MIG welding. In the figure, when the base current Ib = 50A, the fluctuation range ΔVbc = 0.33V, and when the peak current Ip = 400A, the fluctuation range ΔVpc = 1.53V. That is, the fluctuation range ΔVpc during the peak period is set to be about 5 times wider than that during the base period.
上述したように、変動幅ΔVcが溶接電流Iwによって変化するので、図1(B)に示すように、ピーク期間Tpの変動幅はΔVpcとなり、ベース期間Tbの変動幅はΔVbcとなる。ピーク立上り期間Tupの変動幅はVbvからVpcへと変化し、ピーク立下り期間Tdwの変動幅はVpcからVbcへと変化する。Vpc>Vbcである。このように、変動幅が変化するので、時刻t2〜t3のパルス周期においてアーク長の変動に伴う溶接電圧Vwの変化は基準電圧波形からの変動幅内に入ることになる。この結果、アーク長の変動に伴う溶接電圧Vwの変化を除去することがなくなり、精密なアーク長制御が可能となる。 As described above, since the fluctuation range ΔVc changes depending on the welding current Iw, as shown in FIG. 1B, the fluctuation range of the peak period Tp is ΔVpc, and the fluctuation range of the base period Tb is ΔVbc. The fluctuation range of the peak rising period Tup changes from Vbv to Vpc, and the fluctuation range of the peak falling period Tdw changes from Vpc to Vbc. Vpc> Vbc. Thus, since the fluctuation range changes, the change of the welding voltage Vw accompanying the fluctuation of the arc length in the pulse period from time t2 to t3 falls within the fluctuation range from the reference voltage waveform. As a result, the change in the welding voltage Vw accompanying the variation in arc length is not removed, and precise arc length control is possible.
他方、同図(C)に示すように、異常電圧が大きな値でかつ長時間重畳することが多いベース期間中の変動幅は狭く設定することができるので、異常電圧を略確実に除去することができる。ピーク期間中の変動幅は広くなり異常電圧が除去されずに残る部分がやや増加する。しかし、ピーク期間中に異常電圧が重畳する確率は低く、その値も小さく重畳期間も比較的短いために、除去されない部分が少し増加してもアーク長制御への影響は極めて小さい。 On the other hand, as shown in FIG. 5C, the fluctuation range during the base period in which the abnormal voltage has a large value and is often superimposed for a long time can be set narrow, so that the abnormal voltage can be removed almost certainly. Can do. The fluctuation range during the peak period becomes wider, and the portion where the abnormal voltage is not removed is slightly increased. However, the probability that the abnormal voltage is superimposed during the peak period is low, the value is small, and the superposition period is relatively short. Therefore, even if the portion that is not removed increases slightly, the influence on the arc length control is extremely small.
上述したように、変動幅ΔVcを溶接電流値Iwに応じて変化させることによって、アーク長の変動に伴う溶接電圧Vwの変化は除去することなく異常電圧は除去することができる。このために、精密なアーク長制御を行うことができ、溶接品質が向上する。 As described above, by changing the fluctuation range ΔVc according to the welding current value Iw, the abnormal voltage can be removed without removing the change in the welding voltage Vw accompanying the fluctuation of the arc length. For this reason, precise arc length control can be performed, and welding quality is improved.
図3は、実施の形態1に係るパルスアーク溶接のアーク長制御方法を実施するための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。 FIG. 3 is a block diagram of a welding power source for carrying out the arc length control method of pulse arc welding according to the first embodiment. Hereinafter, each block will be described with reference to FIG.
電源主回路PMは、商用交流電源(3相200V等)を入力として、後述する電流誤差増幅信号Eiに従って、インバータ制御、チョッパ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。溶接ワイヤ1は、ワイヤ送給装置の送給ロール5の回転によって溶接トーチ4内を通って送給されて、母材2との間でアーク3が発生する。
The power supply main circuit PM receives a commercial AC power supply (3-phase 200V, etc.) as input, performs output control such as inverter control and chopper control in accordance with a current error amplification signal Ei described later, and a welding voltage Vw and welding current suitable for welding. Iw is output. The
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。溶接電圧制限移動平均値算出回路VRAは、後述する溶接電圧制限値信号Vft及び後述する経過時間信号Stを入力として、図7で上述したように、ピーク電圧移動平均値信号Vpr及びベース電圧移動平均値信号Vbrを出力する。基準電圧波形生成回路VCは、上記のピーク電圧移動平均値信号Vpr及びベース電圧移動平均値信号Vbrによって自動設定された基準電圧波形を生成し、後述する経過時間信号Stに対応する中心電圧値信号Vcを出力する。電流変動幅関数回路FIVは、後述する電流制御設定信号Iscを入力として、予め定めた電流変動幅関数によって変動幅信号ΔVcを出力する。制限フィルタ回路FTは、上記の溶接電圧検出信号Vdを入力として、上記の中心電圧値からの変動幅Vc±ΔVc内に制限して、溶接電圧制限値信号Vftを出力する。平均値算出回路VFAは、上記の溶接電圧制限値信号Vftを入力として平均値を算出し、溶接電圧制限平均値信号Vfaを出力する。 The voltage detection circuit VD detects the welding voltage Vw and outputs a welding voltage detection signal Vd. The welding voltage limit moving average value calculation circuit VRA receives a welding voltage limit value signal Vft (described later) and an elapsed time signal St (described later) as inputs, and as described above with reference to FIG. 7, the peak voltage moving average value signal Vpr and the base voltage moving average. The value signal Vbr is output. The reference voltage waveform generation circuit VC generates a reference voltage waveform automatically set by the peak voltage moving average value signal Vpr and the base voltage moving average value signal Vbr, and a center voltage value signal corresponding to an elapsed time signal St described later. Vc is output. The current fluctuation width function circuit FIV receives a current control setting signal Isc described later and outputs a fluctuation width signal ΔVc by a predetermined current fluctuation width function. The limit filter circuit FT receives the welding voltage detection signal Vd as an input, limits the fluctuation range Vc ± ΔVc from the center voltage value, and outputs a welding voltage limit value signal Vft. The average value calculation circuit VFA receives the welding voltage limit value signal Vft as an input, calculates an average value, and outputs a welding voltage limit average value signal Vfa.
電圧設定回路VSは、予め定めた電圧設定信号Vsを出力する。電圧誤差増幅回路EVは、上記の溶接電圧制限平均値信号Vfaと電圧設定信号Vsとの誤差を増幅して、電圧誤差増幅信号Evを出力する。電圧・周波数変換回路V/Fは、上記の電圧誤差増幅信号Evの値に比例した周波数を有する信号に変換し、その周波数(パルス周期)ごとに短時間だけHighレベルとなるパルス周期信号Tfを出力する。経過時間計数回路STは、上記のパルス周期信号TfがHighレベルに変化した時点(ピーク立上り期間の開始時点)からの経過時間を計数して、経過時間信号Stを出力する。 The voltage setting circuit VS outputs a predetermined voltage setting signal Vs. The voltage error amplification circuit EV amplifies the error between the welding voltage limit average value signal Vfa and the voltage setting signal Vs, and outputs a voltage error amplification signal Ev. The voltage / frequency conversion circuit V / F converts the signal to a signal having a frequency proportional to the value of the voltage error amplification signal Ev, and outputs a pulse period signal Tf that is at a high level for a short time for each frequency (pulse period). Output. The elapsed time counting circuit ST counts the elapsed time from the time point when the pulse period signal Tf changes to the high level (the start time of the peak rising period), and outputs the elapsed time signal St.
ピーク電流設定回路IPSは、予め定めたピーク電流設定信号Ipsを出力する。ベース電流設定回路IBSは、予め定めたベース電流設定信号Ibsを出力する。電流制御設定回路ISCは、上記の経過時間信号Stを入力として、ピーク立上り期間Tup中は上記のベース電流設定信号Ibsから上記のピーク電流設定信号Ipsへと上昇する電流制御設定信号Iscを出力し、その後のピーク期間Tp中は上記のピーク電流設定信号Ipsを電流制御設定信号Iscとして出力し、その後のピーク立下り期間Tdw中は上記のピーク電流設定信号Ipsから上記のベース電流設定信号Ibsへと下降する電流制御設定信号Iscを出力し、その後のベース期間Tb中は上記のベース電流設定信号Ibsを電流制御設定信号Iscとして出力する。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。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。これらのブロックにより、上記の電流制御設定信号Iscに相当する溶接電流Iwが通電する。 The peak current setting circuit IPS outputs a predetermined peak current setting signal Ips. The base current setting circuit IBS outputs a predetermined base current setting signal Ibs. The current control setting circuit ISC receives the elapsed time signal St and outputs a current control setting signal Isc that rises from the base current setting signal Ibs to the peak current setting signal Ips during the peak rising period Tup. During the subsequent peak period Tp, the peak current setting signal Ips is output as the current control setting signal Isc, and during the subsequent peak falling period Tdw, the peak current setting signal Ips is changed to the base current setting signal Ibs. The falling current control setting signal Isc is output, and the base current setting signal Ibs is output as the current control setting signal Isc during the subsequent base period Tb. The current detection circuit ID detects the welding current Iw and outputs a current detection signal Id. The current error amplification circuit EI amplifies the error between the current control setting signal Isc and the current detection signal Id and outputs a current error amplification signal Ei. By these blocks, the welding current Iw corresponding to the current control setting signal Isc is supplied.
[実施の形態2]
図4は、本発明の実施の形態2に係る上述した図2に対応する電流変動幅関数FIV2(Iw)を示す図である。同図の横軸は溶接電流値Iwを示し、縦軸は変動幅ΔVcを示す。同図はアルミニウムパルスMIG溶接の場合である。同図では、溶接電流値Iwの増加に伴って変動幅ΔVcは曲線状に変化する。通常、ベース電流は100A以下であり、ピーク電流は300A以上である。したがって、同図はベース期間及びピーク期間のそれぞれの変動幅を略一定値とし、ピーク電流の立上り及び立下りの変動幅を変化させるものである。
[Embodiment 2]
FIG. 4 is a diagram showing a current fluctuation width function FIV2 (Iw) corresponding to FIG. 2 described above according to the second embodiment of the present invention. In the figure, the horizontal axis indicates the welding current value Iw, and the vertical axis indicates the fluctuation range ΔVc. This figure shows the case of aluminum pulse MIG welding. In the figure, the fluctuation range ΔVc changes in a curved line as the welding current value Iw increases. Usually, the base current is 100 A or less, and the peak current is 300 A or more. Therefore, in the figure, the fluctuation ranges of the base period and the peak period are set to substantially constant values, and the fluctuation ranges of the rising and falling of the peak current are changed.
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
A1、A2 異常電圧
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
FIV 電流変動幅関数(回路)
FT 制限フィルタ回路
Iav 溶接電流平均値
Ib ベース電流
IBS ベース電流設定回路
Ibs ベース電流設定信号
ID 電流検出回路
Id 電流検出信号
Ip ピーク電流
IPS ピーク電流設定回路
Ips ピーク電流設定信号
ISC 電流制御設定回路
Isc 電流制御設定信号
Iw 溶接電流
PM 電源主回路
ST 経過時間計数回路
St 経過時間信号
ta 経過時間
Tb ベース期間
Tdw ピーク立下り期間
Tf パルス周期(信号)
Tp ピーク期間
Tup ピーク立下り期間
V/F 電圧・周波数変換回路
Vav 溶接電圧平均値
Vb ベース電圧
Vbc 基準ベース電圧値
Vbf ベース電圧制限値
Vbr ベース電圧移動平均値
VC 基準電圧波形生成回路
Vc 基準電圧波形
VD 電圧検出回路
Vd 溶接電圧検出信号
VFA 平均値算出回路
Vfa 溶接電圧制限平均値(信号)
Vft 溶接電圧制限値(信号)
Vp ピーク電圧
Vpc 基準ピーク電圧値
Vpf ピーク電圧制限値
Vpr ピーク電圧移動平均値(信号)
VRA 溶接電圧制限移動平均値算出回路
VS 電圧設定回路
Vs 電圧設定信号
Vw 溶接電圧
ΔVc 変動幅(信号)
ΔVw 溶接電圧の変化
DESCRIPTION OF
FT Limit filter circuit Iav Welding current average value Ib Base current IBS Base current setting circuit Ibs Base current setting signal ID Current detection circuit Id Current detection signal Ip Peak current IPS Peak current setting circuit Ips Peak current setting signal ISC Current control setting circuit
Isc Current control setting signal Iw Welding current PM Power supply main circuit ST Elapsed time counting circuit St Elapsed time signal ta Elapsed time Tb Base period Tdw Peak falling period Tf Pulse period (signal)
Tp Peak period Tup Peak fall period V / F Voltage / frequency conversion circuit Vav Welding voltage average value Vb Base voltage Vbc Reference base voltage value Vbf Base voltage limit value Vbr Base voltage moving average value VC Reference voltage waveform generation circuit Vc Reference voltage waveform VD voltage detection circuit Vd welding voltage detection signal VFA average value calculation circuit Vfa welding voltage limit average value (signal)
Vft welding voltage limit value (signal)
Vp Peak voltage Vpc Reference peak voltage value Vpf Peak voltage limit value Vpr Peak voltage moving average value (signal)
VRA welding voltage limit moving average value calculation circuit VS voltage setting circuit Vs voltage setting signal Vw welding voltage ΔVc fluctuation range (signal)
ΔVw Change in welding voltage
Claims (3)
前記変動幅は、アーク発生期間中の溶接電流値を入力として予め定めた電流変動幅関数によって変化する、ことを特徴とするパルスアーク溶接のアーク長制御方法。 A welding current having a pulse waveform consisting of a peak current and a base current is applied to the arc, and the welding voltage of the pulse waveform between the consumable electrode and the base material is detected, and this welding voltage detection value is a predetermined fluctuation range from the reference voltage waveform. The welding voltage limit value is calculated by limiting the welding voltage limit value, and the arc voltage is controlled by controlling the output of the welding power source so that the welding voltage limit average value obtained by averaging the welding voltage limit values is substantially equal to the predetermined voltage setting value. In the arc length control method of pulse arc welding to maintain the value at an appropriate value,
The fluctuation range varies according to a predetermined current fluctuation range function with a welding current value during an arc generation period as an input, and the arc length control method for pulse arc welding, characterized in that:
2. The arc length control method for pulse arc welding according to claim 1, wherein the current fluctuation width function is a function in which the fluctuation width increases in a curved line when the welding current value increases.
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