JP2021037529A - 被覆アーク溶接制御方法 - Google Patents

被覆アーク溶接制御方法 Download PDF

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Abstract

【課題】被覆アーク溶接において、溶接電源の出力開始状態/停止状態を容易に切り換えることができるようにすること。【解決手段】溶接電源のメインスイッチがオン状態になると溶接電源は溶接電流Iw及び溶接電圧Vwを出力して溶接する被覆アーク溶接制御方法において、起動スイッチOmを設け、メインスイッチ及び起動スイッチOmがオン状態のときは溶接電源は出力開始状態となり、メインスイッチがオン状態であり、起動スイッチOmがオフ状態であるときに、溶接電流Iwが通電しているときは出力開始状態を維持し、溶接電流が通電していない時刻t5〜t6の期間中は出力停止状態になる。これにより、本発明では、溶接作業者の近くに設置された起動スイッチを操作することによって、溶接電源の出力停止/開始状態を容易に切り換えることができる。【選択図】図2

Description

本発明は、溶接電源のメインスイッチがオン状態になると、溶接電源は溶接電流及び溶接電圧を出力して溶接する被覆アーク溶接制御方法に関するものである。
近年は、消耗電極式アーク溶接、非消耗電極式アーク溶接及びガウジングを選択して使用することができる複合溶接電源の需要が高まっている。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、被覆アーク溶接等が可能である。非消耗電極式アーク溶接としては、簡易式のティグ溶接が可能である。
溶接電源のメインスイッチがオン状態となり、溶接モードとして被覆アーク溶接モードが選択されると、溶接電源は出力を開始する。アークが点弧していない無負荷状態では、溶接電圧は溶接電源が出力できる80〜120V程度の最大電圧値となる。
被覆アーク溶接では、溶接作業者が溶接ホルダーの被覆溶接棒を母材に接触させて引き上げてアークを点弧する、いわゆるタッチスタートを行うことで溶接を開始する。
他方、溶接を終了するときは、溶接ホルダーを高く引き上げてアーク切れを発生させることで行っている。
特許文献1の発明では、被覆アーク溶接を終了する際に、被覆溶接棒を引き上げたときの溶接電圧が予め定めた基準電圧値以上になると溶接電源の出力を停止してアークを消弧するものである。このようにすることによって、円滑に溶接を終了することができる。
特許第5758115号公報
上述したように、溶接電源のメインスイッチがオン状態であり、被覆アーク溶接モードが選択されていると、溶接電源は出力開始状態となり、溶接ホルダーと母材との間に常時溶接電圧が印加された状態となる。 このために、溶接ホルダーに把持された被覆溶接棒が不用意に母材と接触すると、溶接電流が予想外に通電することになる。したがって、溶接作業を行う前には、被覆溶接棒が母材と接触しないように注意する必要がある。例えば、溶接作業の前に、溶接線を被覆溶接棒でなぞって溶接のイメージをつかむような場合には、溶接電源のメインスイッチをオフ状態にする必要がある。また、溶接電源のメインスイッチをオン状態にしたままで、溶接ホルダーのメンテナンスを行おうとすると、感電のおそれもある。これらのことから、必要に応じて溶接電源のメインスイッチをオフ状態にする必要がある。しかし、溶接電源の設置場所と溶接を行う場所とが遠く離れていることも多い。この結果、溶接電源のメインスイッチを頻繁にオフ状態にするためには、作業効率が低下するという問題がある。
そこで、本発明では、溶接電源の出力開始状態と出力停止状態とを容易に切り換えることができる被覆アーク溶接制御方法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、
溶接電源のメインスイッチがオン状態になると前記溶接電源は溶接電流及び溶接電圧を出力して溶接する被覆アーク溶接制御方法において、
起動スイッチを設け、
前記メインスイッチ及び前記起動スイッチがオン状態のときは前記溶接電源は出力開始状態となり、
前記メインスイッチがオン状態であり、前記起動スイッチがオフ状態のときは前記溶接電源は出力停止状態となり、
前記出力開始状態中の前記溶接電流の通電中に前記溶接電圧が基準電圧値以上になったことを判別すると前記溶接電源を所定期間だけ前記出力停止状態にする、
ことを特徴とする被覆アーク溶接制御方法である。
請求項2の発明は、
前記メインスイッチがオン状態であり、前記起動スイッチがオフ状態であるときに、
前記溶接電流が通電しているときは前記出力開始状態を維持し、前記溶接電流が通電していないときは前記出力停止状態になる、
ことを特徴とする請求項1に記載の被覆アーク溶接制御方法である。
本発明によれば、溶接電源の出力開始状態と出力停止状態とを容易に切り換えることができるので、作業性を良好にすることができる。
本発明の実施の形態1に係る被覆アーク溶接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。 図1の溶接電源における各信号のタイミングチャートである。 本発明の実施の形態2に係る被覆アーク溶接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、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。
[実施の形態1]
実施の形態1の発明は、起動スイッチを新たに設け、メインスイッチ及び起動スイッチがオン状態のときは溶接電源は出力開始状態となり、メインスイッチがオン状態であり、前記起動スイッチがオフ状態のときは溶接電源は出力停止状態となり、出力開始状態中の溶接電流の通電中に溶接電圧が基準電圧値以上になったことを判別すると溶接電源を所定期間だけ出力停止状態にするものである。
図1は、本発明の実施の形態1に係る被覆アーク溶接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。同図は、複合溶接電源の構成の中で被覆アーク溶接を行うときの構成のみを示している。以下、同図を参照して、各ブロックについて説明する。
メインスイッチSWは、3相200V等の商用電源(図示は省略)のオン状態/オフ状態を切り換える。
電源主回路PMは、上記のメインスイッチSWがオン状態になると、商用電源が入力されて、後述する駆動信号Dvに従ってインバータ制御等の出力制御を行い、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次整流回路、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インバータトランス、降圧された高周波交流を整流する2次整流回路、整流された直流を平滑するリアクトルを備えている。
溶接ホルダー4は、被覆溶接棒1を把持しており、被覆溶接棒1に給電する。
被覆溶接棒1と母材2との間にアーク3が発生する。アーク3中を溶接電流Iwが通電し、被覆溶接棒1と母材2との間に溶接電圧Vwが印加される。被覆溶接棒1の先端と母材2との被覆溶接棒1の軸方向の距離がスタンドオフLwである。
電流設定回路IRは、予め定めた電流設定信号Irを出力する。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、上記の電流設定信号Ir及び上記の電流検出信号Idを入力として、両値の誤差を増幅して電流誤差増幅信号Eiを出力する。
ホットスタート電圧設定回路VHRは、予め定めたホットスタート電圧設定信号Vhrを出力する。このホットスタート電圧設定信号Vhrの値は、タック溶接のように短い周期で溶接開始/終了を繰り返す溶接において、溶接開始時のアーク点弧を円滑に行える値に設定される。一般的に、この値が大きいほどアーク点弧は円滑になる。半面、この値が大きいほど感電のおそれが高まる。したがって、アーク点弧が円滑である範囲で、最小値に設定することが望ましい。被覆溶接棒1の直径及び/又は材質が異なると、アーク点弧が円滑になる電圧値が変化する。このために、ホットスタート電圧設定信号Vhrの値は、被覆溶接棒の直径及び/又は材質に応じて適正値に設定することが望ましい。ホットスタート電圧設定信号Vhrは、例えば60〜100V程度に設定される。
電撃防止電圧設定回路VDRは、予め定めた電撃防止電圧設定信号Vdrを出力する。ここで、Vhr>Vdrである。この電撃防止電圧設定信号Vdrの値は、感電を防止することができるように15V程度に設定される。
電圧設定回路VRは、上記のホットスタート電圧設定信号Vhr、上記の電撃防止電圧設定信号Vdr及び後述するホットスタート期間信号Thsを入力として、ホットスタート期間信号ThsがHighレベル(ホットスタート期間Th)のときはホットスタート電圧設定信号Vhrの値を電圧設定信号Vrとして出力し、ホットスタート期間信号ThsがLowレベルのときは電撃防止電圧設定信号Vdrの値を電圧設定信号Vrとして出力する。
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。電圧誤差増幅回路EVは、上記の電圧設定信号Vr及び上記の電圧検出信号Vdを入力として、両値の誤差を増幅して電圧誤差増幅信号Evを出力する。
電流通電判別回路CDは、上記の電流検出信号Idを入力として、この値が予め定めた電流通電判別値(10A程度)以上のときは溶接電流Iwが通電していると判別してHighレベルとなる電流通電判別信号Cdを出力する。
誤差増幅回路EAは、上記の電流誤差増幅信号Ei、上記の電圧誤差増幅信号Ev及び上記の電流通電判別信号Cdを入力として、電流通電判別信号CdがHighレベル(通電中)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、電流通電判別信号CdがLowレベル(非通電)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。この回路によって、溶接電流Iwが通電しているときは溶接電源は定電流制御され、非通電(無負荷状態)のときは定電圧制御される。
起動スイッチOMは、オン状態のときはHighレベルとなり、オフ状態のときはLowレベルとなる起動信号Omを出力する。起動スイッチOMは、溶接ホルダー4に取り付けるようにしても良い。また、足踏みスイッチとして、溶接を行う場所の近傍に設置しても良い。
駆動回路DVは、上記の誤差増幅信号Ea、上記の起動信号Om及び後述する禁止信号Ksを入力として、
起動信号OmがHighレベルであり、かつ、禁止信号KsがLowレベルのときは誤差増幅信号Eaによって変調制御を行い駆動信号Dvを出力し、
起動信号OmがLowレベル又は禁止信号KsがHighレベルのときは駆動信号Dvを出力しない。
したがって、起動信号OmがLowレベル(停止)又は禁止信号KsがHighレベルのときは、電源主回路PMからの出力は停止される。
基準電圧値設定回路VTRは、予め定めた基準電圧値信号Vtrを出力する。この基準電圧値信号Vtrは、電流設定信号Irの値、被覆溶接棒1の直径、材質等に応じて、被覆溶接棒1の引き上げ距離(スタンドオフLw)が所望値になったときにアークが消弧するように設定される。
禁止回路KSは、上記の電圧検出信号Vd及び上記の基準電圧値信号Vtrを入力として、電圧検出信号Vdの値が、基準電圧値信号Vtrの値未満の状態から以上の状態になり、その状態が予め定めた監視期間継続したときは、予め定めた禁止期間だけHighレベルとなる禁止信号Ksを出力する。例えば、監視期間は100msであり、禁止期間は100msである。
ホットスタート期間回路THSは、上記の禁止信号Ksを入力として、禁止信号KsがHighレベルからLowレベルに変化した時点から予め定めたホットスタート期間Thが経過する時点までHighレベルとなる、ホットスタート期間信号Thsを出力する。このホットスタート期間Thは、例えば0.5〜5.0秒程度の範囲で設定される。この値は、タック溶接の作業性を考慮して設定される。
図2は、図1で上述した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)は溶接電流Iwの時間変化を示し、同図(B)は溶接電圧Vwの時間変化を示し、同図(C)は禁止信号Ksの時間変化を示し、同図(D)はスタンドオフLwの時間変化を示し、同図(E)はホットスタート期間信号Thsの時間変化を示し、同図(F)は起動信号Omの時間変化を示す。同図は、被覆アーク溶接中に、溶接ホルダーの引き上げ操作を行って溶接を終了し、その後の無負荷電圧の印加中に起動スイッチOMによって出力停止/開始状態を切り換え、その後に次の溶接を開始するときである。以下、同図を参照して各信号の動作について説明する。
時刻t1以前の定常溶接中は、同図(D)に示すように、被覆溶接棒先端と母材との距離であるスタンドオフLwは溶接作業者によって略一定に維持されている。このスタンドオフLwは、5mm程度である。定常溶接中は、同図(A)に示すように、図1の電流設定信号Irによって定まる一定値の溶接電流Iwが通電し、同図(B)に示すように、スタンドオフLw(アーク長)に応じた略一定の溶接電圧Vwが印加する。同図(C)に示すように、禁止信号KsはLowレベルになっている。また、同図(E)に示すように、ホットスタート期間信号ThsもLowレベルになっている。図1の起動スイッチOMはオン状態であるので、同図(F)に示すように、起動信号OmはHighレベルとなっている。
時刻t1から、溶接作業者が溶接を終了するために溶接ホルダーの引き上げ操作を開始すると、同図(D)に示すように、スタンドオフLwは次第に長くなる。これに応動して、同図(B)に示すように、溶接電圧Vwは次第に大きくなる。他方、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時刻t1以前の値を維持する。
時刻t2において、同図(B)に示す溶接電圧Vw(図1の電圧検出信号Vd)が、予め定めた基準電圧値未満の状態から以上の状態になり、その状態が予め定めた監視期間継続したために、同図(C)に示すように、禁止信号KsがHighレベルに変化する。これに応動して、溶接電源は出力を停止するので、時刻t2において、同図(A)に示すように、溶接電流Iwは0Aとなり、同図(B)に示すように、溶接電圧Vwは0Vとなり、アークは消弧する。これにより、溶接は終了する。監視期間は100ms程度であり、禁止信号KsがHighレベル/Lowレベルを短時間に繰り返すチャタリングを防止するために設けられている。
基準電圧値は、上述したように、図1の基準電圧値信号Vtrによって定まる。基準電圧値信号Vtrは、図1の電流設定信号Ir、被覆溶接棒の直径、材質等に応じて、適正値に設定される。このようにすると、アークが消弧するスタンドオフLwを略一定にすることができるので、作業性を良好にすることができる。
時刻t3において、時刻t2から予め定めた禁止期間が経過すると、同図(C)に示すように、禁止信号KsはLowレベルに戻る。同図(F)に示す起動信号OmはHighレベルのままであるので、溶接電源は出力を再び開始する。この状態ではアークは点弧していないので、同図(A)に示すように、溶接電流Iwは通電せず、無負荷状態となっている。このために、溶接電源は定電圧制御に切り換えられる。時刻t3において、同図(C)に示す禁止信号KsがHighレベルからLowレベルに変化すると、同図(E)に示すように、ホットスタート期間信号ThsがHighレベルになり、予め定めたホットスタート期間Thが経過する時刻t4までHighレベルを維持する。したがって、時刻t3〜t4の期間がホットスタート期間Thとなる。
時刻t3〜t4のホットスタート期間Th中は、図1の電圧設定信号Vrは図1のホットスタート電圧設定信号Vhrの値となる。このために、同図(B)に示すように、溶接電圧Vwは、ホットスタート電圧値Vwhとなる。
無負荷状態が時刻t4まで継続すると、図1の電圧設定信号Vrは、図1の電撃防止電圧設定信号Vdrの値に切り換わる。このために、同図(B)に示すように、溶接電圧Vwは電撃防止電圧値Vwdに低下する。これにより、感電を防止することができる。
時刻t5において、図1の起動スイッチOMをオフ状態にすると、同図(F)に示すように、起動信号OmはLowレベルになる。これに応動して、溶接電源は出力停止状態となるので、同図(B)に示すように、溶接電圧Vwは0Vとなる。時刻t6において、図1の起動スイッチOMをオン状態にすると、同図(F)に示すように、起動信号OmはHighレベルとなる。これに応動して、溶接電源は出力開始状態になるので、同図(B)に示すように、溶接電圧Vwは電撃防止電圧値Vwdとなる。このように、溶接作業者の手元にある起動スイッチOMを操作することによって、溶接電源の出力停止/開始状態を容易に切り換えることができる。
時刻t7から、次の溶接を開始するために、溶接作業者が溶接ホルダーを母材に近づけて行くと、同図(D)に示すように、スタンドオフLwは次第に短くなる。時刻t8において、被覆溶接棒が母材と接触すると、同図(A)に示すように、溶接電流Iwが通電を開始する。これに応動して、溶接電源は定電流制御に切り換えられる。同図(B)に示すように、溶接電圧Vwは略0Vとなる。
時刻t9において、溶接作業者が溶接ホルダーを引き上げて溶接に適した距離にすると、同図(D)に示すように、スタンドオフLwは距離に対応した値となる。この引き上げ操作によってアークが点弧する。この結果、溶接電流Iwは、図1の電流設定信号Irの値となる。同図(B)に示すように、溶接電圧Vwはアーク長に比例した値となる。このようにして、溶接が開始される。
上述した実施の形態1によれば、メインスイッチ及び起動スイッチを備え、メインスイッチ及び起動スイッチがオン状態のときは溶接電源は出力開始状態となり、メインスイッチがオン状態であり、起動スイッチがオフ状態のときは溶接電源は出力停止状態となり、出力開始状態中の溶接電流の通電中に溶接電圧が基準電圧値以上になったことを判別すると溶接電源を所定期間だけ出力停止状態にする。これにより、本実施の形態では、溶接作業者の近くに設置された起動スイッチを操作することによって、溶接電源の出力停止/開始状態を容易に切り換えることができる。
[実施の形態2]
実施の形態2の発明は、実施の形態1において、メインスイッチがオン状態であり、起動スイッチがオフ状態であるときに、溶接電流が通電しているときは溶接電源は出力開始状態を維持し、溶接電流が通電していないときは溶接電源は出力停止状態になるものである。
図3は、本発明の実施の形態2に係る被覆アーク溶接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。同図において、図1と同一のブロックには同一符号を付して、それらの説明は繰り返さない。同図は、図1の駆動回路DVを第2駆動回路DV2に置換したものである。以下、同図を参照して、このブロックについて説明する。
第2駆動回路DV2は、上記の誤差増幅信号Ea、上記の起動信号Om、上記の禁止信号Ks及び上記の電流通電判別信号Cdを入力として、
禁止信号KsがHighレベルのときは駆動信号Dvを出力せず、
起動信号OmがLowレベルであり、かつ、電流通電判別信号CdがLowレベルのときは駆動信号Dvを出力せず、
上記以外のときは、誤差増幅信号Eaによって変調制御を行い駆動信号Dvを出力する。
したがって、
1)禁止信号KsがHighレベル(禁止)のときは、電源主回路PMは出力停止状態となり、
2)起動信号OmがLowレベル(オフ状態)であり、かつ、電流通電判別信号CdがLowレベル(非通電)のときは、電源主回路PMは出力停止状態となる。
図3の溶接電源における各信号のタイミングチャートは、上述した図2と同一であるので、説明は繰り返さない。但し、溶接電流Iwが通電しているときに、起動スイッチOMがオフ状態となっても、溶接電源は出力開始状態を維持する点が、実施の形態1とは異なっている。
上述した実施の形態2によれば、メインスイッチがオン状態であり、起動スイッチがオフ状態であるときに、溶接電流が通電しているときは出力開始状態を維持し、溶接電流が通電していないときは出力停止状態になる。これにより、本実施の形態では、実施の形態1の効果に加えて、溶接電流が通電して溶接状態であるときに、不用意に起動スイッチがオフ状態になっても、溶接電源が出力開始状態を維持するので、溶接中断に伴う溶接品質の悪化を防止することができる。
上述した実施の形態においては、被覆アーク溶接の場合について説明したが、溶接電源のメインスイッチがオン状態になると常時出力開始状態となるガウジングにも適用することができる。
1 被覆溶接棒
2 母材
3 アーク
4 溶接ホルダー
CD 電流通電判別回路
Cd 電流通電判別信号
DV 駆動回路
Dv 駆動信号
DV2 第2駆動回路
EA 誤差増幅回路
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
ID 電流検出回路
Id 電流検出信号
IR 電流設定回路
Ir 電流設定信号
Iw 溶接電流
KS 禁止回路
Ks 禁止信号
Lw スタンドオフ
OM 起動スイッチ
Om 起動信号
PM 電源主回路
SW メインスイッチ
Th ホットスタート期間
THS ホットスタート期間回路
Ths ホットスタート期間信号
VD 電圧検出回路
Vd 電圧検出信号
VDR 電撃防止電圧設定回路
Vdr 電撃防止電圧設定信号
VHR ホットスタート電圧設定回路
Vhr ホットスタート電圧設定信号
VR 電圧設定回路
Vr 電圧設定信号
VTR 基準電圧値設定回路
Vtr 基準電圧値信号
Vw 溶接電圧
Vwd 電撃防止電圧値
Vwh ホットスタート電圧値

Claims (2)

  1. 溶接電源のメインスイッチがオン状態になると前記溶接電源は溶接電流及び溶接電圧を出力して溶接する被覆アーク溶接制御方法において、
    起動スイッチを設け、
    前記メインスイッチ及び前記起動スイッチがオン状態のときは前記溶接電源は出力開始状態となり、
    前記メインスイッチがオン状態であり、前記起動スイッチがオフ状態のときは前記溶接電源は出力停止状態となり、
    前記出力開始状態中の前記溶接電流の通電中に前記溶接電圧が基準電圧値以上になったことを判別すると前記溶接電源を所定期間だけ前記出力停止状態にする、
    ことを特徴とする被覆アーク溶接制御方法。
  2. 前記メインスイッチがオン状態であり、前記起動スイッチがオフ状態であるときに、
    前記溶接電流が通電しているときは前記出力開始状態を維持し、前記溶接電流が通電していないときは前記出力停止状態になる、
    ことを特徴とする請求項1に記載の被覆アーク溶接制御方法。
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