JP2002248572A - アークスタート制御方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 溶接ワイヤを前進送給し、溶接ワイヤが被溶
接物に接触したことを判別すると初期電流を通電すると
共に溶接ワイヤを被溶接物から後退送給し、この後退送
給によって溶接ワイヤが被溶接物から離れて初期アーク
が発生すると溶接ワイヤを再び前進送給すると共に定常
の出力電流を通電して定常のアークへと移行させるアー
クスタート制御方法において、上述した溶接ワイヤと被
溶接物とが接触した瞬間に不要なアークが発生してワイ
ヤ先端が被溶接物に溶着する。 【解決手段】 溶接電源装置からの出力電圧Ｖｗの印加
を停止したままで、溶接電源装置に内蔵された接触判別
電圧印加回路ＶＴから溶接ワイヤと被溶接物との間に接
触判別電圧Ｖｔを印加して、両者が接触するとアークが
発生しない程度に小電流値の接触判別電流Ｉｔが通電す
ることで接触を判別する。この接触判別動作によって、
上述した接触時の溶着を防止することがでる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、正逆回転が可能な
ワイヤ送給モータによって、溶接ワイヤを被溶接物へ前
進送給及び後退送給してアークスタートさせる消耗電極
ガスシールドアーク溶接のアークスタート制御方法に関
する。

【０００２】

【従来の技術】ワイヤ送給モータを正回転させて溶接ワ
イヤを被溶接物へ前進送給し、溶接ワイヤが被溶接物に
接触したことを判別するとワイヤ送給モータを逆回転さ
せて溶接ワイヤを被溶接物から後退送給し、同時に予め
定めた小電流値の初期電流Ｉｓを通電し、上記の後退送
給によって溶接ワイヤが被溶接物から離れて初期アーク
が発生すると溶接ワイヤを予め定めた定常の送給速度で
再前進送給し、同時に定常の出力電流Ｉｃを通電して、
初期アーク発生状態から定常のアーク発生状態へと移行
させる消耗電極ガスシールドアーク溶接のアークスター
ト制御方法が従来から知られている。以下、この従来技
術のアークスタート制御方法について図面を参照して説
明する。

【０００３】図２は、消耗電極ガスシールドアーク溶接
用の溶接装置の構成図である。以下、同図を参照して説
明する。溶接ワイヤ１は、ワイヤ送給モータＷＭと直結
した送給ロール５ａによって、溶接トーチ４を通って送
給される。ワイヤ送給モータＷＭが正回転すると溶接ワ
イヤ１は被溶接物２へ前進送給され、逆回転すると溶接
ワイヤ１は被溶接物２から離れる方向に後退送給され
る。溶接電源装置ＰＳから出力される出力電圧Ｖｗは、
溶接トーチ４の先端に取り付けられたコンタクトチップ
４ａによって溶接ワイヤ１に給電される。そして、溶接
ワイヤ１と被溶接物２との間が接触（短絡）状態又はア
ーク発生状態３にあるときは、出力電流Ｉｗが通電す
る。他方、溶接ワイヤ１と被溶接物２とが離れている無
負荷状態のときは、出力電圧Ｖｗは溶接電源装置ＰＳか
ら出力される最大電圧値である無負荷電圧Ｖnlとなり、
出力電流Ｉｗは通電しない。また、溶接ワイヤ１の先端
と被溶接物２との最短距離が、ワイヤ先端・被溶接物間
距離Ｌｗ［mm］となる。したがって、アーク発生中のワ
イヤ先端・被溶接物間距離Ｌｗはアーク長と等しくな
る。

【０００４】図３は、前述した従来技術のアークスター
ト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。

【０００５】電圧検出回路ＶＤは、出力電圧Ｖｗを検出
して電圧検出信号Ｖｄを出力する。短絡／アーク判別回
路ＳＡは、上記の電圧検出信号Ｖｄを入力としてその電
圧値によって判別して、溶接ワイヤ１と被溶接物２との
間が接触状態のときは短絡信号（Ｈｉｇｈレベル）を、
アーク発生状態のときはアーク発生信号（Ｌｏｗレベ
ル）を、短絡／アーク判別信号Ｓａとして出力する。た
だし、後述するように初期アーク発生後に再前進送給へ
切り換えるタイミングを遅延するために、上記の短絡／
アーク判別信号Ｓａは短絡信号からアーク発生信号への
変化時点が予め定めた遅延時間Ｔｄだけオフディレイさ
れた信号となる。

【０００６】定常の送給速度設定回路ＷＳは、定常の送
給速度設定信号Ｗｓを出力する。送給制御回路ＦＣは、
外部から溶接開始信号Ｓｔが入力（Ｈｉｇｈレベル）さ
れると、溶接ワイヤ１を被溶接物２へ予め定めた初期送
給速度Ｗｉで前進送給し、上記の短絡／アーク判別信号
Ｓａが短絡信号（Ｈｉｇｈレベル）に変化すると溶接ワ
イヤ１を被溶接物２から予め定めた後退送給速度Ｗｒで
後退送給し、上記の短絡／アーク判別信号Ｓａがアーク
発生信号（Ｌｏｗレベル）に変化すると溶接ワイヤ１を
被溶接物２へ上記の定常の送給速度Ｗｓで再前進送給す
るための送給制御信号Ｆｃを出力する。ワイヤ送給モー
タＷＭは、図２の説明の項で前述したように、上記の送
給制御信号Ｆｃに従って溶接ワイヤ１を前進送給又は後
退送給する。

【０００７】電圧設定回路ＶＳは、溶接電源装置ＰＳの
出力電圧Ｖｗを設定するための電圧設定信号Ｖｓを出力
する。出力制御回路ＩＮＶは、商用電源（通常は３相２
００Ｖ）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、アーク３を安定に維持するために適
した出力電圧Ｖｗ及び出力電流Ｉｗを出力する。この出
力制御回路ＩＮＶは、外部から溶接開始信号Ｓｔが入力
（Ｈｉｇｈレベル）された時点から上記の短絡／アーク
判別信号Ｓａが短絡信号（Ｈｉｇｈレベル）からアーク
発生信号（Ｌｏｗレベル）へ変化する時点までの間は、
後述する図４（Ｅ）に示す予め定めた小電流値の初期電
流Ｉｓを通電するための定電流特性又は垂下特性を形成
して出力し、それ以降は上記の定常の送給速度Ｗｓに対
応した、後述する図４（Ｅ）に示す定常の出力電流Ｉｃ
を通電するための上記の電圧設定信号Ｖｓに相当する定
電圧特性を形成して出力し、上記の溶接開始信号Ｓｔの
入力が終了（Ｌｏｗレベル）すると出力を停止する。

【０００８】図４は、図３で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
接開始信号Ｓｔの時間変化を示し、同図（Ｂ）は送給制
御信号Ｆｃの時間変化を示し、同図（Ｃ）は短絡／アー
ク判別信号Ｓａの時間変化を示し、同図（Ｄ）は出力電
圧Ｖｗの時間変化を示し、同図（Ｅ）は出力電流Ｉｗの
時間変化を示し、同図（Ｆ）はワイヤ先端・被溶接物間
距離Ｌｗの時間変化を示し、同図（Ｇ１）〜（Ｇ５）は
各時刻における溶接ワイヤ１の送給状態を示す。以下、
同図を参照して説明する。

【０００９】 時刻ｔ１〜ｔ２の期間（前進送給期
間） 時刻ｔ１において、同図（Ａ）に示すように、溶接開始
信号Ｓｔが外部から入力（Ｈｉｇｈレベル）されると、
同図（Ｂ）に示すように、送給制御信号Ｆｃは正の値の
初期送給速度設定値Ｗｉとなり、同図（Ｇ１）に示すよ
うに、溶接ワイヤ１は被溶接物２へ初期送給速度Ｗｉで
前進送給される。なお、送給制御信号Ｆｃが正の値のと
きは前進送給となり、負の値のときは後退送給となる。
また、図３の説明の項で前述したように、この期間中の
出力制御回路ＩＮＶは定電流特性又は垂下特性を形成し
て出力しているが、溶接ワイヤ１と被溶接物２とは離れ
て無負荷状態にあるために、同図（Ｄ）に示すように、
出力電圧Ｖｗは最大電圧値の無負荷電圧Ｖnlになる。一
方、同図（Ｆ）に示すように、この期間中のワイヤ先端
・被溶接物間距離Ｌｗは、時間経過に伴い次第に短くな
る。

【００１０】 時刻ｔ２〜ｔ３の期間（後退送給期
間） 時刻ｔ２において、同図（Ｇ２）に示すように、上記
項の前進送給によって溶接ワイヤ１が被溶接物２に接触
すると、同図（Ｄ）に示すように、出力電圧Ｖｗが数
［Ｖ］程度の低い値に変化するので、同図（Ｃ）に示す
ように、短絡／アーク判別信号Ｓａは短絡信号（Ｈｉｇ
ｈレベル）に変化する。この変化に応じて、同図（Ｂ）
に示すように、送給制御信号Ｆｃは負の値の後退送給速
度設定値Ｗｒとなり、溶接ワイヤ１は被溶接物２から後
退送給速度Ｗｒで後退送給される。同時に、図（Ｅ）に
示すように、項で上述した定電流特性又は垂下特性に
よって小電流値の初期電流Ｉｓが通電する。この初期電
流Ｉｓの値は、数［Ａ］〜数十［Ａ］程度の小電流値に
設定される。一方、この期間中、溶接ワイヤ１は後退送
給されているが、ワイヤ送給モータＷＭの正逆反転のた
めのモータ応答遅れ時間及び溶接ワイヤの溶接トーチ内
での曲がりによる遊び分を後退送給するための遊び分送
給遅れ時間のために、溶接ワイヤ１と被溶接物２とは接
触状態のままである。したがって、同図（Ｆ）に示すよ
うに、この期間中のワイヤ先端・被溶接物間距離Ｌｗは
０［mm］のままである。

【００１１】 時刻ｔ３〜ｔ４の期間（後退送給期
間） 時刻ｔ３直後において、同図（Ｇ３）に示すように、上
記項の後退送給によって溶接ワイヤ１と被溶接物２と
が離れると、上記の初期電流Ｉｓが通電する初期アーク
３ａが発生する。初期アーク３ａが発生すると、同図
（Ｄ）に示すように、出力電圧Ｖｗは初期アーク３ａの
アーク長（ワイヤ先端・被溶接物間距離Ｌｗ）に比例し
た値となる。また、初期アーク３ａが発生した時刻ｔ３
直後から前述した遅延時間Ｔｄが経過する時刻ｔ４まで
の間は、同図（Ｃ）に示すように、短絡／アーク判別信
号Ｓａは短絡信号（Ｈｉｇｈレベル）のままである。そ
のために、同図（Ｇ４）に示すように、上記の初期アー
ク発生状態３ａを維持したままで後退送給が継続する。
したがって、同図（Ｆ）に示すように、この期間中のワ
イヤ先端・被溶接物間距離Ｌｗは、時間経過に伴い次第
に長くなる。

【００１２】 時刻ｔ４以降の期間（再前進送給期
間） 時刻ｔ４において、同図（Ｃ）に示すように、短絡／ア
ーク判別信号Ｓａが上記の遅延時間Ｔｄが経過して短絡
信号（Ｈｉｇｈレベル）からアーク発生信号（Ｌｏｗレ
ベル）へ変化すると、同図（Ｂ）に示すように、送給制
御信号Ｆｃは正の値の定常の送給速度設定信号Ｗｓとな
り、溶接ワイヤ１は定常の送給速度Ｗｓで被溶接物２へ
再前進送給される。同時に、図３の説明の項で前述した
ように、出力制御回路ＩＮＶは電圧設定信号Ｖｓに相当
する定電圧特性を形成するので、同図（Ｄ）に示すよう
に、出力電圧Ｖｗは上記の電圧設定信号Ｖｓに相当する
値となると共に、同図（Ｅ）に示すように、上記の定常
の送給速度Ｗｓに対応した定常の出力電流Ｉｃが通電す
る。この通電によって、同図（Ｇ４）に示す初期アーク
３ａから同図（Ｇ５）に示す定常のアーク３ｂへと移行
し、同図（Ｆ）に示すように、ワイヤ先端・被溶接物間
距離Ｌｗも上記の電圧設定信号Ｖｓに対応する定常のア
ーク長になる。

【００１３】

【発明が解決しようとする課題】図５は、従来技術の解
決課題を説明するための前述した図４に相当するタイミ
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）は送給制御信号Ｆｃの時間
変化を示し、同図（Ｃ）は短絡／アーク判別信号Ｓａの
時間変化を示し、同図（Ｄ）は出力電圧Ｖｗの時間変化
を示し、同図（Ｅ）は出力電流Ｉｗの時間変化を示し、
同図（Ｆ）はワイヤ先端・被溶接物間距離Ｌｗの時間変
化を示し、同図（Ｇ１）〜（Ｇ４）は各時刻における溶
接ワイヤ１の送給状態を示す。以下、同図を参照して説
明する。

【００１４】図４のときと同様に、時刻ｔ１において、
同図（Ａ）に示すように、溶接開始信号Ｓｔが外部から
入力（Ｈｉｇｈレベル）されると、同図（Ｂ）に示すよ
うに、送給制御信号Ｆｃは正の値の初期送給速度設定値
Ｗｉとなり、同図（Ｇ１）に示すように、溶接ワイヤ１
は被溶接物２へ初期送給速度Ｗｉで前進送給される。同
時に、図４のときと同様に、出力制御回路ＩＮＶは定電
流特性又は垂下特性を形成して出力しているが、無負荷
状態であるために、同図（Ｄ）に示すように、出力電圧
Ｖｗは、後述する図４（Ｄ）に示すように、最大電圧値
の無負荷電圧Ｖnlとなる。

【００１５】上記の前進送給によって時間経過と共に、
同図（Ｆ）に示すように、ワイヤ先端・被溶接物間距離
Ｌｗは次第に短くなる。そして、時刻ｔ１１において、
ワイヤ先端と被溶接物２とが非常に接近した状態になる
と、同図（Ｇ２）に示すように、上記の最大電圧値の無
負荷電圧Ｖnlによって初期アーク３ａが発生する場合が
ある。初期アーク３ａが発生すると、同図（Ｅ）に示す
ように、初期電流Ｉｓが通電する。この初期アーク３ａ
が発生したままで前進送給は継続するが、時刻ｔ２にお
いて溶接ワイヤ１と被溶接物２とが接触すると初期アー
ク３ａは消滅する。このときに、上記の期間中（時刻ｔ
１１〜ｔ２）の初期アーク３ａによって、同図（Ｇ３）
に示すように、ワイヤ先端部及び被溶接物２が溶融され
るために、接触して初期アーク３ａが消滅するとワイヤ
先端部が被溶接物２に溶着する（以下、この現象を接触
時の溶着という）。

【００１６】一方、同図（Ｃ）に示すように、時刻ｔ２
において、短絡／アーク判別信号Ｓａは短絡信号（Ｈｉ
ｇｈレベル）に変化して、溶接ワイヤ１の後退送給が開
始される。しかし、ワイヤ先端部が溶着しており溶接ワ
イヤ１と被溶接物２とが離れないために、いつまでも初
期アーク３ａは再び発生しない。したがって、時刻ｔ２
から長い時間が経過した後の時刻ｔ２１においても、同
図（Ｂ）に示す送給制御信号Ｆｃは後退送給速度設定値
Ｗｒのままであり、同図（Ｃ）に示す短絡／アーク判別
信号Ｓａは短絡信号のままであり、同図（Ｄ）に示す出
力電圧Ｖｗは数［Ｖ］程度の低い値のままであり、同図
（Ｅ）に示す出力電流Ｉｗは初期電流値Ｉｓのままであ
り、同図（Ｆ）に示すワイヤ先端・被溶接物間距離Ｌｗ
は０［mm］のままであり、同図（Ｇ４）に示すように、
溶接ワイヤ１は被溶接物２と溶着したままである。この
ために、アークスタートすることができず溶接不良とな
る。

【００１７】上述した接触時の溶着は、被溶接物の材質
が鉄鋼又はステンレス鋼のときに発生しやすく、アルミ
ニウム又はその合金のときには発生頻度が低くなる。ま
た、鉄鋼又はステンレス鋼の場合、初期電流値Ｉｓが約
５［Ａ］以上になると接触時の溶着は高い頻度で発生す
る。

【００１８】従来の消耗電極ガスシールドアーク溶接用
の溶接電源装置においては、その最大出力電流値は約８
００［Ａ］と非常に大きな値であり、かつ、溶接に使用
可能な最小出力電流値は約３０［Ａ］と小さな値であ
る。このために、溶接電源装置は、約３０〜８００
［Ａ］の電流範囲内では前述したインバータ制御等によ
って安定した出力電流を出力することができる。しか
し、約１０［Ａ］以下の電流値では、溶接電源装置は安
定した出力電流を出力することができず、その値は大き
く変動する。したがって、接触時の溶着を防止するため
に、初期電流値Ｉｓを数［Ａ］に設定しても、その値は
不安定に変動して１０［Ａ］を超えることになり、接触
時の溶着を防止することはできない。

【００１９】さらに、前述した時刻ｔ１１において、初
期アーク３ａが発生して初期電流Ｉｓが通電を開始した
ときに、フィードバック制御系の応答遅れによるオーバ
ーシュートが発生して、短時間数十［Ａ］以上の電流が
通電するために、接触時の溶着が発生する。したがっ
て、従来の溶接電源装置を使用する場合、前述した接触
時の溶着を防止することは困難であった。

【００２０】そこで、本発明では、接触時の溶着が発生
しない良好なアークスタートを確実に行うことができる
アークスタート制御方法を提供する。

【００２１】

【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６〜図８に示すように、溶接電源装置に溶接開始
信号Ｓｔが入力されると溶接ワイヤ１を被溶接物２へ前
進送給し、この前進送給によって溶接ワイヤ１と被溶接
物２とが接触したことを判別すると予め定めた小電流値
の初期電流Ｉｓを上記溶接電源装置から通電すると共に
溶接ワイヤ１を被溶接物２から後退送給し、この後退送
給によって溶接ワイヤ１が被溶接物２から離れると上記
初期電流Ｉｓが通電して初期アーク３ａが発生し、この
初期アーク３ａが発生したことを判別した後に溶接ワイ
ヤ１を予め定めた定常の送給速度Ｗｓで被溶接物２へ再
前進送給すると共に上記定常の送給速度Ｗｓに対応した
定常の出力電流Ｉｃを通電することによって上記初期ア
ーク発生状態３ａから定常のアーク発生状態３ｂへと移
行させる消耗電極ガスシールドアーク溶接のアークスタ
ート制御方法において、上記溶接ワイヤ１と被溶接物２
との接触の判別動作が、上記溶接電源装置ＶＴＰＳ又は
ＳＰＳからの出力電圧Ｖｗの印加を停止したままで、上
記溶接電源装置ＶＴＰＳに内蔵又は外部に設置された接
触判別電圧印加回路ＶＴから溶接ワイヤ１と被溶接物２
との間に接触判別電圧Ｖｔを印加して上記両者が接触す
ると１［ｍＡ］以上３［Ａ］以下の接触判別電流Ｉｔが
通電することを判別することによって行う接触の判別動
作であるアークスタート制御方法である。

【００２２】出願時の請求項２の発明は、図６に示すよ
うに、出願時の請求項１に記載する接触判別電圧印加回
路ＶＴが、略定電圧特性を有する電源Ｅと、この電源の
出力に直列に挿入された電流制限用抵抗器Ｒｔとから形
成される接触判別電圧印加回路ＶＴである出願時の請求
項１のアークスタート制御方法である。

【００２３】出願時の請求項３の発明は、図９に示すよ
うに、出願時の請求項１に記載する接触判別電圧印加回
路ＶＴが、定電流特性又は垂下特性を有する電源ＩＴＳ
である出願時の請求項１のアークスタート制御方法であ
る。

【００２４】出願時の請求項４の発明は、図１０及び図
１１に示すように、出願時の請求項１に記載する溶接ワ
イヤ１と被溶接物２との接触を判別すると、予め定めた
初期電流通電遅延時間Ｔdsだけ前進送給を継続した後
に、後退送給及び初期電流Ｉｓの通電を開始する出願時
の請求項１のアークスタート制御方法である。

【００２５】

【発明の実施の形態】本発明の実施の形態の一例は、図
１（図６と同一の図）に示すように、溶接電源装置に外
部から溶接開始信号Ｓｔが入力されると、溶接ワイヤ１
を被溶接物２へ前進送給し、この前進送給によって溶接
ワイヤ１と被溶接物２とが接触したことを判別すると予
め定めた小電流値の初期電流Ｉｓを上記溶接電源装置か
ら通電すると共に溶接ワイヤ１を被溶接物２から後退送
給し、この後退送給によって溶接ワイヤ１が被溶接物２
から離れると上記初期電流Ｉｓが通電して初期アークが
発生し、この初期アークが発生したことを判別した後に
溶接ワイヤ１を予め定めた定常の送給速度Ｗｓで被溶接
物２へ再前進送給すると共に上記定常の送給速度Ｗｓに
対応した定常の出力電流Ｉｃを通電することによって上
記初期アーク発生状態から定常のアーク発生状態へと移
行させる消耗電極ガスシールドアーク溶接のアークスタ
ート制御方法において、上記溶接ワイヤ１と被溶接物２
との接触の判別動作が、溶接電源装置ＶＴＰＳからの出
力電圧Ｖｗの印加を停止したままで、上記溶接電源装置
ＶＴＰＳに内蔵された接触判別電圧印加回路ＶＴから溶
接ワイヤ１と被溶接物２との間に接触判別電圧Ｖｔを印
加して、上記両者が接触すると１［ｍＡ］以上３［Ａ］
以下の接触判別電流Ｉｔが通電することを判別すること
によって行う接触の判別動作であるアークスタート制御
方法である。

【００２６】

【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
施例である。実施例１の発明は、前述した従来技術にお
ける溶接ワイヤと被溶接物との接触の判別動作が、溶接
電源装置からの出力電圧の印加を停止したままで、溶接
電源装置に内蔵された接触判別電圧印加回路から溶接ワ
イヤと被溶接物との間に接触判別電圧Ｖｔを印加して、
上記両者が接触すると１［ｍＡ］以上３［Ａ］以下の接
触判別電流Ｉｔが通電することを判別することによって
行う接触の判別動作であるアークスタート制御方法であ
る。以下、実施例１の発明について図面を参照して説明
する。

【００２７】図６は、実施例１のアークスタート制御方
法を実施するための接触判別電圧印加回路内蔵溶接電源
装置ＶＴＰＳのブロック図である。以下、同図を参照し
て説明する。

【００２８】接触判別電圧印加回路ＶＴは、電源Ｅ、電
流制限用抵抗器Ｒｔ及び開閉回路ＳＷから成る。電源Ｅ
は、数十〜数百［Ｖ］の直流の略定電圧特性を有する電
源又は数十〜数百［Ｖ］の交流電源である。電流制限用
抵抗器Ｒｔは、溶接ワイヤと被溶接物とが接触したとき
に予め定めた接触判別電流Ｉｔが通電する抵抗値に設定
される。この接触判別電流Ｉｔの値は、前述した接触時
の溶着が発生しない３［Ａ］以下であり、かつ、電流の
通電を確実に検出するために１［ｍＡ］以上である電流
範囲内で適正値に設定される。開閉回路ＳＷは、後述す
る電圧印加信号Ｆｆが入力（Ｈｉｇｈレベル）されると
導通状態になり、接触判別電圧Ｖｔ＝Ｅが印加される。
他方、この電圧印加信号Ｆｆが入力されないとき（Ｌｏ
ｗレベル）は遮蔽状態になり、接触判別電圧Ｖｔは印加
されない。

【００２９】電流検出回路ＩＤは、上記の接触判別電流
Ｉｔを検出して、電流検出信号Ｉｄを出力する。なお、
この電流検出回路ＩＤは、前述した図３には図示してい
ないが、出力電流Ｉｗを検出するために従来装置にも設
けられている。接触判別回路ＳＤは、上記の電流検出信
号Ｉｄを入力として、接触判別電流Ｉｔの通電を判別し
て接触判別信号Ｓｄを出力する。フリップフロップ回路
ＦＦは、溶接開始信号Ｓｔが外部から入力されるとセッ
トされ、上記の接触判別信号Ｓｄが入力されるとリセッ
トされる電圧印加信号Ｆｆを出力する。したがって、こ
の電圧印加信号Ｆｆは、溶接開始信号Ｓｔの入力時点か
ら接触判別信号Ｓｄの入力時点までの間、出力（Ｈｉｇ
ｈレベル）される。

【００３０】電圧検出回路ＶＤは、図３の説明の項で前
述したように、出力電圧Ｖｗを検出して、電圧検出信号
Ｖｄを出力する。短絡／アーク判別回路ＳＡは、図３の
説明の項で前述したように、上記の電圧検出信号Ｖｄを
入力としてその電圧値によって判別して、溶接ワイヤと
被溶接物との間が接触状態のときは短絡信号（Ｈｉｇｈ
レベル）を、アーク発生状態のときはアーク発生信号
（Ｌｏｗレベル）を、短絡／アーク判別信号Ｓａとして
出力する。

【００３１】定常の送給速度設定回路ＷＳは、図３の説
明の項で前述したように、定常の送給速度設定信号Ｗｓ
を出力する。送給制御回路ＦＣは、外部から溶接開始信
号Ｓｔが入力（Ｈｉｇｈレベル）されると溶接ワイヤを
被溶接物へ予め定めた初期送給速度Ｗｉで前進送給し、
上記の接触判別信号Ｓｄが入力（Ｈｉｇｈレベル）され
ると溶接ワイヤを被溶接物から予め定めた後退送給速度
Ｗｒで後退送給し、上記の短絡／アーク判別信号Ｓａが
アーク発生信号（Ｌｏｗレベル）に変化すると溶接ワイ
ヤを被溶接物へ上記の定常の送給速度Ｗｓで再前進送給
するための送給制御信号Ｆｃを出力する。ワイヤ送給モ
ータＷＭは、図３の説明の項で前述したように、上記の
送給制御信号Ｆｃに従って溶接ワイヤを前進送給又は後
退送給する。

【００３２】電圧設定回路ＶＳは、図３の説明の項で前
述したように、溶接電源装置から出力される出力電圧Ｖ
ｗを設定するための電圧設定信号Ｖｓを出力する。出力
制御回路ＩＮＶは、溶接開始信号Ｓｔが入力（Ｈｉｇｈ
レベル）されても上記の接触判別信号Ｓｄが入力（Ｈｉ
ｇｈレベル）されるまでは出力電圧Ｖｗの印加を停止し
たままであり、上記の接触判別信号Ｓｄが入力（Ｈｉｇ
ｈレベル）された時点から上記の短絡／アーク判別信号
Ｓａがアーク発生信号（Ｌｏｗレベル）に変化する時点
までは予め定めた初期電流Ｉｓを通電する定電流特性又
は垂下特性を形成して出力し、それ以降は上記の定常の
送給速度Ｗｓに対応した定常の出力電流Ｉｃを通電する
ための上記の電圧設定信号Ｖｓに相当する定電圧特性を
形成して出力し、溶接開始信号Ｓｔの入力が終了（Ｌｏ
ｗレベル）すると出力を停止する。

【００３３】図７は、図６で上述した接触判別電圧印加
回路内蔵溶接電源装置ＶＴＰＳの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）は送給制御信号Ｆｃの時間変化を
示し、同図（Ｃ）は接触判別信号Ｓｄの時間変化を示
し、同図（Ｄ）は短絡／アーク判別信号Ｓａの時間変化
を示し、同図（Ｅ）は電圧印加信号Ｆｆの時間変化を示
し、同図（Ｆ）は出力電圧Ｖｗの時間変化を示し、同図
（Ｇ）は出力電流Ｉｗの時間変化を示し、同図（Ｈ）は
ワイヤ先端・被溶接物間距離Ｌｗの時間変化を示し、同
図（Ｉ１）〜（Ｉ５）は各時刻における溶接ワイヤ１の
送給状態を示す。同図において、時刻ｔ３以後の動作は
前述した図４の時刻ｔ３以後と同様であるので説明は省
略する。以下、同図を参照して、時刻ｔ１〜ｔ３の期間
について説明する。

【００３４】 時刻ｔ１〜ｔ２の期間（前進送給期
間） 時刻ｔ１において、同図（Ａ）に示すように、溶接開始
信号Ｓｔが外部から入力（Ｈｉｇｈレベル）されると、
同図（Ｂ）に示すように、送給制御信号Ｆｃは正の値の
初期送給速度設定値Ｗｉとなり、同図（Ｉ１）に示すよ
うに、溶接ワイヤ１は被溶接物２へ初期送給速度Ｗｉで
前進送給される。同時に、同図（Ｅ）に示すように、電
圧印加信号Ｆｆがセットされて出力（Ｈｉｇｈレベル）
されるので図６で前述した開閉回路ＳＷが導通状態とな
り、同図（Ｆ）に示すように、接触判別電圧Ｖｔが溶接
ワイヤ１と被溶接物２との間に印加される。図６の説明
の項で前述したように、この期間中の出力制御回路ＩＮ
Ｖは出力を停止したままである。また、同図（Ｈ）に示
すように、ワイヤ先端・被溶接物間距離Ｌｗは、前進送
給によって時間経過に伴い次第に短くなる。

【００３５】 時刻ｔ２〜ｔ３の期間（後退送給期
間） 時刻ｔ２において、同図（Ｉ２）に示すように、上記
項の前進送給によって溶接ワイヤ１が被溶接物２に接触
すると、同図（Ｇ）に示すように、接触判別電流Ｉｔが
通電する。そして、この通電を判別して、同図（Ｃ）に
示すように、接触判別信号Ｓｄが出力（Ｈｉｇｈレベ
ル）される。これに応じて、電圧印加信号Ｆｆがリセッ
トされてＬｏｗレベルに変化するために、図６で前述し
た開閉回路ＳＷが遮蔽状態となり、接触判別電圧Ｖｔの
印加は停止する。同時に、上記の接触判別信号Ｓｄの出
力に応じて、同図（Ｂ）に示すように、送給制御信号Ｆ
ｃは負の値の後退送給速度設定値Ｗｒとなり、溶接ワイ
ヤ１は後退送給速度Ｗｒで後退送給されると共に、図６
で前述した出力制御回路ＩＮＶは定電流特性又は垂下特
性を形成して出力される。このために、同図（Ｇ）に示
すように、図６で前述した接触判別電圧印加回路ＶＴか
ら接触判別電流Ｉｔが短時間通電した後に、上記の出力
制御回路ＩＮＶから初期電流Ｉｓが通電する。

【００３６】また、この期間中、溶接ワイヤ１は後退送
給されているが、前述したモータ応答遅れ時間及び遊び
分送給遅れ時間のために、溶接ワイヤ１と被溶接物２と
は接触状態のままである。したがって、同図（Ｈ）に示
すように、この期間中のワイヤ先端・被溶接物間距離Ｌ
ｗは０［mm］のままであり、同図（Ｆ）に示すように、
出力電圧Ｖｗは数［Ｖ］程度の低い値のままである。

【００３７】上述したように、実施例１の発明では、接
触判別電圧印加回路ＶＴを設けることによって、１［ｍ
Ａ］〜３［Ａ］の範囲内の接触判別電流Ｉｔを通電して
接触を判別することができるので、前述した接触時の溶
着が発生しない良好なアークスタートを行うことができ
る。

【００３８】［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１の発明に対応する上述した実施
例１とは別の実施例である。実施例２の発明は、前述し
た実施例１の発明における接触判別電圧印加回路ＶＴを
溶接電源装置の外部に設けた発明であり、その接触判別
動作は実施例１と同様である。以下、実施例２の発明に
ついて図面を参照して説明する。

【００３９】図８は、実施例２の接触判別信号入力溶接
電源装置ＳＰＳ及び接触判別装置ＳＥのブロック図であ
る。以下、同図を参照して説明する。

【００４０】溶接電源装置の外部に設けられた接触判別
装置ＳＥは、接触判別電圧印加回路ＶＴ、接触判別電流
検出回路ＩＴ、接触判別回路ＳＤ及びフリップフロップ
回路ＦＦから成る。接触判別電流検出回路ＩＴは、前述
した接触判別電流Ｉｔを検出して、電流検出信号Ｉｄを
出力する。これ以外の回路の説明は、前述した図６と同
様であるので説明は省略する。そして、溶接開始信号Ｓ
ｔ及び接触判別信号Ｓｄが、接触判別装置ＳＥから接触
判別信号入力溶接電源装置ＳＰＳへ出力される。

【００４１】接触判別信号入力溶接電源装置ＳＰＳは、
前述した図６の回路構成から上記の接触判別装置ＳＥの
回路を除いた回路から成り、それらの回路は図６と同様
であるので説明は省略する。

【００４２】［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３の発明に対応する実施例であ
る。実施例３の発明は、前述した実施例１の発明におけ
る接触判別電圧印加回路ＶＴの電源Ｅが、定電流特性又
は垂下特性を有する電源ＩＴＳである発明であり、それ
以外は実施例１の発明と同様である。以下、実施例３の
発明について図面を参照して説明する。

【００４３】実施例３の発明は、前述した図６又は図８
のブロック図において、接触判別電圧印加回路ＶＴを後
述する図９の接触判別電圧印加回路ＩＶＴに置換したブ
ロック図となる。したがって、接触判別電圧印加回路Ｉ
ＶＴ以外の回路は図６又は図８と同様であるので、それ
らの説明は省略する。図９は、実施例３の接触判別電圧
印加回路ＩＶＴのブロック図である。以下、同図を参照
して説明する。電源ＩＴＳは、１［ｍＡ］〜３［Ａ］の
範囲内で予め定めた接触判別電流Ｉｔを通電する定電流
特性又は垂下特性を有する電源である。したがって、溶
接ワイヤと被溶接物とが接触すると、上記の接触判別電
流Ｉｔが通電する。開閉回路ＳＷは、前述した図６のと
きと同様に、電圧印加信号Ｆｆが入力（Ｈｉｇｈレベ
ル）されると導通状態になり、入力されないとき（Ｌｏ
ｗレベル）は遮蔽状態になる。

【００４４】［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４の発明に対応する実施例であ
る。実施例４の発明は、前述した実施例１の発明におい
て、溶接ワイヤと被溶接物との接触を判別すると、予め
定めた初期電流通電遅延時間Ｔdsだけ前進送給を継続し
た後に、後退送給及び初期電流Ｉｓの通電を開始する実
施例１のアークスタート制御方法である。以下、実施例
４の発明について図面を参照して説明する。

【００４５】図１０は、実施例４のアークスタート制御
方法を実施するための初期電流通電遅延溶接電源装置Ｄ
ＰＳのブロック図である。同図において、前述した図６
と同一の回路には同一符号を付して説明を省略する。以
下、図６とは異なる点線で示す初期電流通電遅延回路Ｔ
ＤＳについて説明する。初期電流通電遅延回路ＴＤＳ
は、接触を判別して接触判別信号ＳｄがＬｏｗレベルか
らＨｉｇｈレベルへ変化する時点を、予め定めた初期電
流通電遅延時間Ｔdsだけオンディレイした初期電流通電
遅延信号Ｔdsを出力する。前述した図６において、接触
判別信号Ｓｄを上記の初期電流通電遅延信号Ｔdsに置換
すれば、動作は図６と同様になる。

【００４６】図１１は、図１０で上述した初期電流通電
遅延溶接電源装置ＤＰＳの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）は送給制御信号Ｆｃの時間変化を示し、
同図（Ｃ）は図７と異なり初期電流通電遅延信号Ｔdsの
時間変化を示し、同図（Ｄ）は短絡／アーク判別信号Ｓ
ａの時間変化を示し、同図（Ｅ）は電圧印加信号Ｆｆの
時間変化を示し、同図（Ｆ）は出力電圧Ｖｗの時間変化
を示し、同図（Ｇ）は出力電流Ｉｗの時間変化を示し、
同図（Ｈ）はワイヤ先端・被溶接物間距離Ｌｗの時間変
化を示し、同図（Ｉ１）〜（Ｉ５）は各時刻における溶
接ワイヤ１の送給状態を示す。同図において、時刻ｔ２
〜ｔ３以外の期間の動作は、前述した図７と同様である
ので説明は省略する。以下、同図を参照して時刻ｔ２〜
ｔ３の期間について説明する。

【００４７】 時刻ｔ２〜ｔ２１の期間（前進送給期
間） 時刻ｔ２において、同図（Ｉ２）に示すように、前進送
給によって溶接ワイヤ１が被溶接物２に接触すると、接
触判別電流Ｉｔが通電して図示しない接触判別信号Ｓｄ
が出力（Ｈｉｇｈレベル）される。しかし、同図（Ｃ）
に示すように、この時点では初期電流通電遅延信号Ｔds
はまだＬｏｗレベルのままであるために、出力制御回路
ＩＮＶからの出力は停止したままで、同図（Ｇ）に示す
ように、接触判別電流Ｉｔの通電及び前進送給が継続す
る。

【００４８】 時刻ｔ２１〜ｔ３の期間（後退送給期
間） 時刻ｔ２１において、オンディレイ時間が経過して初期
電流通電遅延信号ＴdsがＨｉｇｈレベルに変化すると、
同図（Ｅ）に示すように、電圧印加信号Ｆｆがリセット
されてＬｏｗレベルに変化する。これに応じて、前述し
た図１０に示す接触判別電圧印加回路ＶＴ内の開閉回路
ＳＷが遮蔽状態となり、接触判別電圧Ｖｔの印加は停止
する。

【００４９】同時に、同図（Ｂ）に示すように、送給制
御信号Ｆｃは負の値の後退送給速度設定値Ｗｒとなり、
溶接ワイヤ１は後退送給速度Ｗｒで後退送給されると共
に、前述した図１０に示す出力制御回路ＩＮＶは定電流
特性又は垂下特性を形成して出力されて、同図（Ｇ）に
示すように、初期電流Ｉｓが通電する。また、溶接ワイ
ヤ１は後退送給されているが、前述したモータ応答遅れ
時間及び遊び分送給遅れ時間のために、溶接ワイヤ１と
被溶接物２とは接触状態のままである。したがって、同
図（Ｆ）に示すように、この期間中のワイヤ先端・被溶
接物間距離Ｌｗは０［mm］のままであり、同図（Ｆ）に
示すように、出力電圧Ｖｗは数［Ｖ］程度の低い値のま
まである。

【００５０】上記において、初期電流通電遅延時間Ｔds
を挿入する理由は、時刻ｔ２における溶接ワイヤと被溶
接物との接触状態を、前進送給を継続することによっ
て、より完全な接触状態にして、初期電流Ｉｓの通電時
に初期アークが発生して溶着するのを防止するためであ
る。

【００５１】［効果］図１２は、本発明の効果を示す溶
着率比較図である。同図は、下記の実験条件下におい
て、接触時の溶着の発生頻度（溶着率）を従来技術と本
発明とで比較した実験結果の一例である。実験条件とし
ては、溶接ワイヤに直径１．２［mm］の軟鋼ワイヤを使
用し、初期電流Ｉｓ＝５［Ａ］に設定し、溶接法に炭酸
ガスアーク溶接を使用して、１００回のアークスタート
試験を行った。そして、同図は、１００回のアークスタ
ートにおける接触時の溶着が発生した回数を示す。

【００５２】同図から明らかなように、従来技術では２
２［％］も接触時の溶着が発生したのに対して、本発明
では１回も接触時の溶着は発生しなかった。また、初期
電流Ｉｓの値が大きくなるのに比例して、従来技術では
溶着率が高くなるが、本発明では初期電流Ｉｓの値に関
わりなく接触時の溶着は発生しない。したがって、本発
明では、被溶接物の材質、溶接ワイヤの直径等に応じて
適正値の初期電流値Ｉｓに設定することができる。

【００５３】

【発明の効果】本発明では、初期アークを発生させない
接触判別電流Ｉｔの通電による接触の判別動作を付加し
たアークスタート制御方法によって、溶接ワイヤと被溶
接物との接触時の溶着の発生を防止することができるの
で、良好なアークスタート性を得ることができる。さら
に、本発明では、被溶接物が鉄鋼、ステンレス鋼、アル
ミニウム合金等の種々の金属であっても、上記の効果を
有する。さらに、本発明では、被溶接物の材質、溶接ワ
イヤの直径等に応じて適正値に設定される初期電流Ｉｓ
の値に関わりなく、上記の効果を有する。また、実施例
４の発明では、初期電流通電遅延時間Ｔdsを設けること
によって、接触状態をより完全な接触状態にすることが
できるので、初期電流Ｉｓの通電時の初期アークの発生
をより確実に防止することができる。このため、接触時
の溶着を防止することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態を例示する溶接電源装置の
ブロック図

【図２】消耗電極ガスシールドアーク溶接用の溶接装置
の構成図

【図３】従来装置のブロック図

【図４】従来装置のタイミングチャート

【図５】解決課題を説明するためのタイミングチャート

【図６】実施例１の溶接電源装置のブロック図

【図７】実施例１の溶接電源装置のタイミングチャート

【図８】実施例２の溶接装置のブロック図

【図９】実施例３の接触判別電圧印加回路ＶＴのブロッ
ク図

【図１０】実施例４の溶接電源装置のブロック図

【図１１】実施例４の溶接電源装置のタイミングチャー
ト

【図１２】本発明の効果を示す溶着率比較図

【符号の説明】

１ 溶接ワイヤ ２ 被溶接物 ３ アーク ３ａ 初期アーク（発生状態） ３ｂ 定常のアーク（発生状態） ４ 溶接トーチ ４ａ コンタクトチップ ５ａ ワイヤ送給装置の送給ロール ＤＰＳ 初期電流通電遅延溶接電源装置 Ｅ （略定電圧）電源 ＦＣ 送給制御回路 Ｆｃ 送給制御信号 ＦＦ フリップフロップ回路 Ｆｆ 電圧印加信号 ＩＤ 電流検出回路 Ｉｄ 電流検出信号 ＩＮＶ 出力制御回路 Ｉｓ 初期電流（値／設定値） ＩＴ 接触判別電流検出回路 Ｉｔ 接触判別電流 ＩＴＳ 定電流電源又は垂下電源 ＩＶＴ 接触判別電圧印加回路 Ｉｗ 出力電流 Ｌｗ ワイヤ先端・被溶接物間距離 ＰＳ 溶接電源装置 Ｒ リセット端子 Ｒｔ 電流制限用抵抗器 Ｓ セット端子 ＳＡ 短絡／アーク判別回路 Ｓａ 短絡／アーク判別信号 ＳＤ 接触判別回路 Ｓｄ 接触判別信号 ＳＥ 接触判別装置 ＳＰＳ 接触判別信号入力溶接電源装置 Ｓｔ 溶接開始信号 ＳＷ 開閉回路 Ｔｄ 遅延時間 ＴＤＳ 初期電流通電遅延回路 Ｔds 初期電流通電遅延（時間／信号） ＶＤ 電圧検出回路 Ｖｄ 電圧検出信号 Ｖnl 無負荷電圧 ＶＳ 電圧設定回路 Ｖｓ 電圧設定信号 ＶＴ 接触判別電圧印加回路 Ｖｔ 接触判別電圧 ＶＴＰＳ 接触判別電圧印加回路内蔵溶接電源装置 Ｖｗ 出力電圧 Ｗｉ 初期送給速度（設定値） ＷＭ ワイヤ送給モータ Ｗｒ 後退送給速度（設定値） ＷＳ 定常の送給速度設定回路 Ｗｓ 定常の送給速度（設定信号）

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 溶接電源装置に溶接開始信号が入力され
   ると溶接ワイヤを被溶接物へ前進送給し、この前進送給
   によって溶接ワイヤと被溶接物とが接触したことを判別
   すると予め定めた小電流値の初期電流を前記溶接電源装
   置から通電すると共に溶接ワイヤを被溶接物から後退送
   給し、この後退送給によって溶接ワイヤが被溶接物から
   離れると前記初期電流が通電して初期アークが発生し、
   この初期アークが発生したことを判別した後に溶接ワイ
   ヤを予め定めた定常の送給速度で被溶接物へ再前進送給
   すると共に前記定常の送給速度に対応した定常の出力電
   流を通電することによって前記初期アーク発生状態から
   定常のアーク発生状態へと移行させる消耗電極ガスシー
   ルドアーク溶接のアークスタート制御方法において、 前記溶接ワイヤと被溶接物との接触の判別動作が、前記
   溶接電源装置からの出力電圧の印加を停止したままで、
   前記溶接電源装置に内蔵又は外部に設置された接触判別
   電圧印加回路から溶接ワイヤと被溶接物との間に接触判
   別電圧を印加して前記両者が接触すると１［ｍＡ］以上
   ３［Ａ］以下の接触判別電流が通電することを判別する
   ことによって行う接触の判別動作であるアークスタート
   制御方法。
2. 【請求項２】 接触判別電圧印加回路が、略定電圧特性
   を有する電源と、この電源の出力に直列に挿入された電
   流制限用抵抗器とから形成される接触判別電圧印加回路
   である請求項１のアークスタート制御方法。
3. 【請求項３】 接触判別電圧印加回路が、定電流特性又
   は垂下特性を有する電源である請求項１のアークスター
   ト制御方法。
4. 【請求項４】 溶接ワイヤと被溶接物との接触を判別す
   ると、予め定めた初期電流通電遅延時間だけ前進送給を
   継続した後に、後退送給及び初期電流の通電を開始する
   請求項１のアークスタート制御方法。