JP2005224812A - アーク溶接装置及びアーク溶接方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 多様な被溶接物材質や形状、溶接ワイヤに対し、１つの波形パラメ−タで多様で高い溶接品質の要求に応えるア−ク溶接装置はなく、都度多くのパラメ−タを個別に調整、或いは溶接作業者の運棒により対応してきた。
【解決手段】 本発明は溶接電圧を検出する溶接電圧検出手段と、前記溶接電圧検出手段で検出した情報から短絡を検出する短絡検出手段と、前記短絡検出手段からの短絡を示す信号に基づいて短絡時から溶接の電流立上りを開始するまでの遅延時間を設定する時間設定手段を設けたものである。短絡時から溶接の電流立上りを開始するまでの遅延時間を変化させることにより、ア−ク感やスパッタ発生量や溶け込み形状をより良い状態にすることができる。
【選択図】 図１

Description

本発明は、短絡状態を有するアーク溶接装置及びアーク溶接方法に関するものである。

近年、多様な被溶接物材質や形状、溶接ワイヤに対し、例えばアーク感やスパッタ発生量や溶け込み形状などの溶接品質に対する要求が高まってきている。

これに対して、従来は溶接作業者が運棒や電圧調整によって対応してきた。また、溶接装置の制御としては波形制御によりアークと短絡の繰り返し周期を一定にするものがあった。（例えば特許文献１参照）
このような従来の溶接装置は、溶接時の瞬時電力を検出する手段と、溶接目標電力を設定する手段と、上記瞬時電力と上記目標電力とを比較する手段と、この比較手段の結果に基づいて溶接電流を制御する手段と、溶接が短絡状態であるかアーク状態であるかを判定する手段を備え、溶接が短絡状態の時には上記目標電力をアーク経過時間に依存させるように設定し、さらにアーク発生時の目標電圧を該アーク発生の直前の短絡期間の長さに依存させるように設定するもので、さらに上記短絡経過時間が第１の所定時間以内では、上記目標電圧を可乃的に０に近づけておき、上記短絡経過時間が上記第１の所定時間から第２の所定時間までの間は、上記目標電力を急激な勾配で上昇させ、上記第２の所定時間以後では、上記目標電力を一定もしくは緩やかな勾配で上昇させることである。この方法はアークと短絡の繰り返し周期を一定にすることができるので、スパッタ発生の低減を図るのに有効であった。
特開昭６０−８２２７１号公報

しかし、上記従来のものは、多様な被溶接物材質や形状、溶接ワイヤに対する高い溶接品質に対して全て対応できる条件を見いだすことは困難であり、都度多くのパラメ−タを個別に調整、或いは溶接作業者の運棒により対応する必要があるため、習熟度などによっては十分な対応ができないなどの問題があった。

上記課題を解決するため、本発明者らは種々検討を重ねた結果、短絡時から溶接の電流立上りを開始するまでの遅延時間を変化させることにより、アーク感やスパッタ発生量や溶け込み形状をより良い状態にすることができることを見いだしたものである。

より具体的には、本発明は溶接電圧を検出する溶接電圧検出手段と、前記溶接電圧検出手段で検出した情報から短絡を検出する短絡検出手段と、前記短絡検出手段からの短絡を示す信号に基づいて短絡時から溶接の電流立上りを開始するまでの遅延時間を設定する時間設定手段を設けたものである。

本発明によれば、多様な被溶接物材質や形状、溶接ワイヤであっても簡単に高い溶接品質を提供できる。

（実施の形態）
先ず、図１に一般的なアーク溶接の概略図を示す。

図において、１は溶接電源、２は消耗電極である溶接ワイヤで、２ａはその溶接ワイヤの先端部分、３は溶接ワイヤ２を送るためのフィードローラとフィードローラを駆動するモータからなる送給部、４は溶接トーチ、５は溶接電源１の溶接出力を伝えるパワーケーブル、６は炭酸ガスを主成分とするシールドガスボンベ、７はシールドガスボンベ６から溶接トーチ４へシールドガスを伝えるガスホース、８は被溶接物で、溶接電源１からパワーケーブル５を介して溶接トーチ４と被溶接物に溶接出力を供給するようにそれぞれ接続している。

次に、図２に本実施の形態におけるアーク溶接装置の構成を示しており、図１と同じ構成については同じ符号を付している。

図において１は溶接電源で、第１整流部１０１、平滑コンデンサ１０２、スイッチング部１０３、主変圧器１０４、第２整流部１０５、直流リアクタ１０６、溶接電圧検出部２０１、短絡検出部２０２、時間設定部２０３、入力手段２０４、出力制御部２０５を有している。

この溶接電源１は、例えば商用電源から電力を第１整流部１０１に入力し、平滑コンデンサ１０２で平滑したあと、スイッチング部１０３でパルス状に出力し、主変圧器１０４で所望の電力に変換し、第２整流部１０５で整流し、直流リアクタ１０６を介してパワーケーブル５へ溶接電力を出力するようになっている。

そして、この溶接出力部分の溶接出力電圧を溶接電圧検出部２０１で検出し、この検出した溶接出力電圧から短絡検出部２０２で短絡かアークか判定するようにしている。

この短絡検出部２０２で短絡を検出した際には、時間設定部２０３で設定された遅延時間を計時し、その後、出力制御部２０５を介してスイッチング部１０３を制御して電流の立ち上がり制御を開始する。

また、この遅延時間は被溶接物の情報や溶接ワイヤの情報や溶接部の設計情報の少なくとも一つの情報を元に入力手段２０４で調整できるようにしている。

図５に一般的な短絡時から溶接の電流立上りを開始するまでの遅延時間をもたない短絡溶接の電流と電圧波形の模式図を示す。図において、移行状態はアーク期間と短絡期間を繰り返す。アーク期間とは溶接ワイヤと被溶接物間にアーク放電がなされ、両者が非接触している期間であり、短絡期間とは溶接用ワイヤが被溶接物と接触している期間である。短絡期間は、アーク期間に比べ、溶接ワイヤと被溶接物間の抵抗値が低いため、電気が流れやすく電圧が低く、電流が高くなる。溶融した溶接ワイヤは短絡期間に被溶接物に移行する。

図４に短絡時から溶接の電流立上りを開始するまでの遅延時間をもった短絡溶接の電流と電圧波形の模式図を示す。図において、短絡時から溶接の電流立上りを開始するまでの時間を適当時間遅延させることにより溶融した溶接用ワイヤが確実に被溶接物に移行するのに充分な短絡期間を持つことができる。このことにより、アークの安定が図られ、アーク感やスパッタ発生量の向上が図られ、必要な溶け込み形状を得ることができる。本模式図は、短絡開始後直ちに遅延時間を設けているが、信号処理の遅れなどにより、短絡開始後少し時間をおいて遅延時間を設けることも当然ある。

図３に短絡時から溶接の電流立上りを開始するまでの遅延時間を可変させた場合の短絡溶接の電流と電圧波形の模式図を示す。図３に示した波形の遅延時間を可変させることができることを示した図である。多様な被溶接物材質や形状、溶接ワイヤに対し、高い溶接品質の要求に応えるために変化させるものである。

次に本実施の形態例の溶接条件及び結果を表１及び表２に示す。アーク感及びスパッタ発生量は溶接士及び立ち合い者が感じた内容であり、アーク感の良好、スパッタ発生量の少ない及び非常に少ないは、共に高い溶接品質の要求を満足するものである。また、溶け込み形状については溶接ビ−ドに対し垂直面で複数個の断面を相対比較したものである。

実施例１、５、９は短絡時から溶接の電流立上りを開始するまでの遅延時間が無いため、アークが不安定になり、アーク感やスパッタ発生量や溶け込み形状が良くなかった。

実施例４、８、１２は短絡時から溶接の電流立上りを開始するまでの遅延時間が長いためアークが不安定になり、アーク感やスパッタ発生量や溶け込み形状が良くなかった。

実施例２、３、６、７、１０、１１は本発明の範囲であり、良好な結果であった。また、溶接用ワイヤや被溶接物により同じ短絡時から溶接の電流立上りを開始するまでの遅延時間であっても結果が同じではなく、短絡時から溶接の電流立上りを開始するまでの遅延時間を設定する時間設定手段を設けたアーク溶接装置は非常に有用であると言える。

本発明は、アーク感やスパッタ発生量や溶け込み形状を最適にできるので短絡状態を有する溶接に有用である。

一般的なアーク溶接の概略図 本発明の実施の形態における溶接電源の概略図 短絡時から溶接の電流立上りを開始するまでの遅延時間を可変させる短絡溶接の電流と電圧波形の模式図 短絡時から溶接の電流立上りを開始するまでの遅延時間をもった短絡溶接の電流と電圧波形の模式図 短絡時から溶接の電流立上りを開始するまでの遅延時間をもたない短絡溶接の電流と電圧波形の模式図

符号の説明

１ 溶接電源
２ 溶接用ワイヤ
２ａ トーチ先端からでてきた溶接用ワイヤ
３ 送給装置
４ 溶接用トーチ
５ パワーケーブル
６ シールドガスボンベ
７ ガスホ−ス
８ 被溶接物
１０１ 第１整流部
１０２ 平滑コンデンサ
１０３ スイッチング部
１０４ 主変圧器
１０５ 第２整流部
１０６ 直流リアクタ
２０１ 溶接電圧検出部
２０２ 短絡検出部
２０３ 時間設定部
２０４ 入力手段
２０５ 出力制御部

Claims (4)

1. 溶接電圧を検出する溶接電圧検出手段と、前記溶接電圧検出手段で検出した情報から短絡を検出する短絡検出手段と、前記短絡検出手段からの短絡を示す信号に基づいて短絡時から溶接の電流立上りを開始するまでの遅延時間を設定する時間設定手段を設けたアーク溶接装置。
2. 被溶接物の情報や溶接ワイヤの情報や溶接部の設計情報を入力する入力手段を設け、前記入力手段からの情報に基づいて短絡発生時から溶接電流の立上りを開始するまでの遅延時間を時間設定手段で設定する請求項１記載のアーク溶接装置。
3. 設定遅延時間が約０．１ｍｓから２ｍｓである請求項１または２記載のア−ク溶接装置。
4. 溶接電圧を検出し、検出した情報から短絡を検出し、前記短絡を示す信号に基づいて短絡時から溶接の電流立上りを開始するまでの遅延時間を設定することができる溶接装置を用いて溶接をする際に、短絡発生時から溶接電流の立上りを開始するまでの遅延時間を予め入力した被溶接物の情報や溶接ワイヤの情報や溶接部の設計情報の少なくとも一つの情報を元に遅延させるアーク溶接方法。