JP2509546B2 - Welding power supply - Google Patents

Welding power supply

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JP2509546B2
JP2509546B2 JP32686387A JP32686387A JP2509546B2 JP 2509546 B2 JP2509546 B2 JP 2509546B2 JP 32686387 A JP32686387 A JP 32686387A JP 32686387 A JP32686387 A JP 32686387A JP 2509546 B2 JP2509546 B2 JP 2509546B2
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Description

【発明の詳細な説明】 [産業上の利用分野] 本発明は、消耗式電極を用いて短絡移行アーク溶接を
行なう際に用いられる溶接電源に関し、特に溶接作業性
を阻害するスパッタの発生を著しく減少させる溶接電源
に関するものである。
Description: TECHNICAL FIELD The present invention relates to a welding power source used when performing short-circuit transfer arc welding using a consumable electrode, and in particular, the occurrence of spatter that significantly impairs the welding workability is significantly reduced. It relates to a welding power source to be reduced.

[従来の技術] まず、溶接ワイヤと母材との間で短絡とアーク発生と
を繰り返しつつ溶接を行なう短絡移行アーク溶接におけ
る一般的な溶滴の移行過程を第7図(a)〜(f)を用
いて説明する。第7図において、11は溶接ワイヤ、12は
母材、13は溶滴であり、 (a)は短絡直前のアーク発生状態 (b)は溶滴が溶融池に接触した短絡初期状態 (c)は溶滴と溶融池との接触が確実となり溶滴が移行
している短絡中期状態 (d)は溶滴が溶融池側に移行し溶接ワイヤと溶滴との
間にくびれを生じた短絡後期状態 (e)は短絡が破れ溶接アークが発生した瞬間 (f)は溶接ワイヤが溶融し溶滴が成長するアーク発生
状態 を示し、(a)〜(f)の過程が繰り返し行なわれる。
[Prior Art] First, FIGS. 7A to 7F show a general droplet transfer process in short-circuit transfer arc welding in which welding is performed while repeating short circuit and arc generation between a welding wire and a base material. ). In FIG. 7, 11 is a welding wire, 12 is a base metal, 13 is a droplet, (a) is an arc generation state immediately before a short circuit, (b) is an initial state of a short circuit in which the droplet contacts the molten pool (c) Indicates the contact between the droplet and the molten pool and the droplet is migrating, and the droplet is migrating. (D) is the latter half of the short circuit in which the droplet migrates to the molten pool side, causing a constriction between the welding wire and the droplet. The state (e) is the moment when the short circuit is broken and the welding arc is generated, and the state (f) shows the arc generation state in which the welding wire is melted and the droplets grow, and the steps (a) to (f) are repeated.

このような過程において、スパッタは、短絡が破れ、
溶接アークが再発生する瞬間、つまり第7図(e)に多
量発生することが明らかになっており、またスパッタ発
生量は溶接アーク再発生時の溶接電流が大きいほど多く
なる。
In such a process, the sputter breaks the short circuit,
It has been clarified that a large amount is generated at the moment when the welding arc is regenerated, that is, in FIG. 7 (e), and the spatter generation amount increases as the welding current at the time of regenerating the welding arc increases.

上述のスパッタ発生原因に鑑みて、スパッタの発生量
を減少させるべく、第8図に示すような溶接電流の制御
が提案されている。即ち、溶滴の溶融池への移行の瞬間
(アーク発生直前)に溶接電流を短絡電流ISPからアー
ク再発生電流IRAに低減し、溶融の移行完了時のエネル
ギをアーク再発生に要する最低限にして、スパッタの発
生を抑制しようとするものである。
In view of the above-mentioned cause of spatter generation, control of the welding current as shown in FIG. 8 has been proposed in order to reduce the amount of spatter generation. That is, the welding current is reduced from the short-circuit current I SP to the arc re-generation current I RA at the moment of transfer of the droplets to the molten pool (immediately before the arc is generated), and the energy at the completion of the melting transfer is the minimum required for arc re-generation. This is to limit the generation of spatter.

このような電流制御を用いてスパッタの発生を低減す
るようにした従来の溶接電源としては、特開昭59−2061
59号公報に記載されたものがある。この溶接電源では、
短絡時からアーク再発生時までの期間における溶接電流
を次のように制御している。まず、短絡時の印加溶接電
流を所定値(ISP)に保ち、くびれが生じる短絡後期に
至ったことが印加電圧変化(第8図参照)により検出さ
れると、スパッタ発生の減少を目的とした低溶接電流
(IRA)まで低減させるのである。
Japanese Patent Laid-Open No. 59-2061 discloses a conventional welding power source in which the generation of spatter is reduced by using such current control.
Some are disclosed in Japanese Patent No. 59. With this welding power source,
The welding current during the period from short circuit to arc reoccurrence is controlled as follows. First, when the applied welding current at the time of short circuit is kept at a predetermined value (I SP ), and it is detected by the change in applied voltage (see FIG. 8) that the latter half of the short circuit at which constriction occurs is detected, the purpose is to reduce the generation of spatter. The low welding current (I RA ) is also reduced.

なお、上述した電流制御を実施すべく、上記公報に記
載された従来の溶接電源は、 直流電源と溶接用降圧トランスとの間に設けられて出
力溶接電流(溶接ワイヤと母材との間に印加される電
流)を制御するスイッチング素子からなる第1のスイッ
チ手段と、 溶接電流供給経路(溶接電流減衰経路)中に介挿され
た第2のスイッチ手段と、 この第2のスイッチ手段に対して並列に設けられたイ
ンピーダンス素子と をそなえて構成され、トーチと母材との間のアーク電圧
の上昇変化からくびれの発生を検知した場合に、上記の
第1および第2のスイッチ手段をオフ状態に駆動制御す
る。これにより、溶接電流が、インピーダンス素子を流
れこのインピーダンス素子によって減衰を助長されて、
早い電流減衰特性が得られるようになっている。
In order to carry out the above-mentioned current control, the conventional welding power source described in the above publication is provided between the DC power source and the welding step-down transformer to output the welding current (between the welding wire and the base metal). The first switch means composed of a switching element for controlling the applied current), the second switch means interposed in the welding current supply path (welding current attenuation path), and the second switch means And an impedance element arranged in parallel with each other, the first and second switch means are turned off when the occurrence of the constriction is detected from the increase change in the arc voltage between the torch and the base metal. Drive control to the state. As a result, the welding current flows through the impedance element and is assisted by the attenuation by the impedance element,
A fast current decay characteristic can be obtained.

[発明が解決しようとする問題点] ところで、くびれを判定・検知するためにアーク電圧
の上昇変化を用いているが、このとき、アーク発生に最
も近い箇所でアーク電圧を検知できれば、適切なくびれ
検知を行なうことができる。
[Problems to be Solved by the Invention] By the way, the rise change of the arc voltage is used to judge and detect the constriction. At this time, if the arc voltage can be detected at the position closest to the arc occurrence, the constriction is appropriate. Detection can be performed.

そのために、アーク電圧検知点を、溶接トーチ内の消
耗電極と同電位のトーチ銃身と、母材である溶接するワ
ーク自体とに設けて、これらのトーチ銃身とワーク自体
との間の電圧を検知している。しかし、現状では、溶接
電源と溶接箇所とが離れており、アーク電圧検知用配線
の長さやその配線状態が一定にはなり得ず、その結果、
検出されるアーク電圧が、ノイズ等により変動して、く
びれ検知を正確に行なえず実用に耐えられなかった。
For this purpose, arc voltage detection points are provided on the torch barrel at the same potential as the consumable electrode in the welding torch and the workpiece itself to be welded as the base material, and the voltage between these torch barrel and the workpiece itself is detected. are doing. However, at present, the welding power source and the welding location are separated, and the length of the arc voltage detection wiring and its wiring state cannot be constant, and as a result,
The detected arc voltage fluctuates due to noise and the like, and the constriction cannot be accurately detected, so that it cannot be put to practical use.

そこで、くびれの発生を検知するために設定されるし
きい電圧値(アーク電圧がその値を超えた場合にくびれ
が発生したと判断する基準の電圧値)を、より高く設定
してノイズ等の影響を受けることなく確実にくびれが発
生したと判断できる値に設定することが望ましい。しか
し、この場合には、くびれ発生後、極めて短時間のうち
にスパッタ発生の減少を目的とした低溶接電流まで低減
させることが必要となるが、上述した従来の溶接電源で
は、十分効果的に溶接電流を減衰させることができず、
結局、スパッタの減少を実現できず実用に耐えられな
い。
Therefore, the threshold voltage value set to detect the occurrence of the necking (the reference voltage value for judging that the necking has occurred when the arc voltage exceeds that value) is set to a higher value to reduce noise. It is desirable to set the value so that it can be determined that the constriction has occurred without being affected. However, in this case, it is necessary to reduce the welding current to a low welding current for the purpose of reducing spatter generation within an extremely short time after the constriction has occurred, but with the conventional welding power source described above, it is sufficiently effective. We cannot attenuate the welding current,
After all, reduction of spatter cannot be realized and it cannot be put to practical use.

本発明は、このような問題点の解決を図ろうとするも
ので、直線的で急峻な立ち下がり傾斜を有する電流減衰
特性を得られるようにして、くびれの発生を正確に検知
すべくアーク電圧のしきい電圧値を高く設定しても、ア
ーク再発生時にはアーク再発生に要する最低限の電流値
まで溶接電流を短時間のうちに減衰させて、スパッタの
発生を確実に防止した溶接電源を提供することを目的と
する。
The present invention is intended to solve such a problem, and it is possible to obtain a current attenuation characteristic having a linear and steep falling slope so that an arc voltage of an arc voltage can be accurately detected in order to accurately detect the occurrence of a constriction. Provides a welding power source that reliably prevents spatter generation by attenuating the welding current in a short time to the minimum current value required for arc reoccurrence even if the threshold voltage value is set high. The purpose is to do.

[問題点を解決するための手段] このため、本発明の溶接電源は、消耗電極の溶滴の移
行状態を検出する検出手段と、溶接電流減衰経路(溶接
電流供給経路)中に介挿され上記検出手段による検出値
が所定値(くびれ検出用しきい電圧値)に達してオフ状
態にするスイッチ手段と、同スイッチ手段に対して並列
に接続されたコンデンサの両端に所定の直流電圧を印加
する電源回路とを設けたことを特徴としている。
[Means for Solving Problems] Therefore, the welding power source of the present invention is inserted in the welding current attenuation path (welding current supply path) and the detection means for detecting the transition state of the droplets of the consumable electrode. A predetermined DC voltage is applied to both ends of the switch means that is turned off when the detection value of the detection means reaches a predetermined value (constriction detection threshold voltage value) and a capacitor connected in parallel to the switch means. Is provided.

[作用] 上述の本発明の溶接電源では、検出手段により、アー
ク再発生の兆候(くびれの発生)が検出され、これに応
動してスイッチ手段がオフ状態にされると、溶接電流減
衰経路中の溶接電流が電源回路内のコンデンサに流れ込
み、そのエネルギを吸収することで、電源回路POでコン
デンサの両端に所定の直流電圧を印加して、上記溶接電
流減衰経路中の溶接電流との関係において等価的に与え
られる減衰電流の一次式の減衰率を一定にすることがで
きるので、直線的で急峻な立ち下がり傾斜を有する電流
減衰特性を得られることになる。
[Operation] In the above-described welding power source of the present invention, when the detection means detects the symptom of occurrence of arc re-occurrence (occurrence of necking), and the switch means is turned off in response to this, the welding current decay path is generated. Welding current flows into the capacitor in the power supply circuit and absorbs the energy so that a predetermined DC voltage is applied across the capacitor in the power supply circuit PO, in relation to the welding current in the welding current decay path. Since the attenuation rate of the linear expression of the attenuation current equivalently given can be made constant, the current attenuation characteristic having a linear and steep falling slope can be obtained.

[発明の実施例] 以下、図面により本発明の実施例について説明する。Embodiments of the Invention Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.

第1図は本発明の第1実施例としての溶接電源を示す
回路図であり、1はトーチ、2は溶接ワイヤ(消耗電
極)、3は母材(ワーク自体)であり、溶接ワイヤ2は
図示しない供給装置から送給される。また、Lはリアク
トル、D1,D2は整流ダイオード、E1は商用交流電源、DB1
は交流電源E1からの交流電圧を直流電圧に整流するダイ
オードブリッジ、C1は平滑用のコンデンサであり、交流
電源E1,ダイオードブリッジDB1およびコンデンサC1によ
り直流電源が構成される。さらに、SW1〜SW4はスイッチ
ング素子、T1はトランスである。
FIG. 1 is a circuit diagram showing a welding power source as a first embodiment of the present invention. 1 is a torch, 2 is a welding wire (consumable electrode), 3 is a base material (work itself), and welding wire 2 is It is fed from a feeding device (not shown). In addition, L is a reactor, D1 and D2 are rectifying diodes, E1 is a commercial AC power supply, and DB1 is
Is a diode bridge that rectifies the AC voltage from the AC power supply E1 into a DC voltage, C1 is a smoothing capacitor, and the DC power supply is configured by the AC power supply E1, the diode bridge DB1, and the capacitor C1. Further, SW1 to SW4 are switching elements, and T1 is a transformer.

そして、5は図示しない回路からの所定の信号に基づ
いてスイッチング素子SW1〜SW4をオン/オフするドライ
バであり、ここでは、スイッチング素子SW1,SW4と、SW
2,SW3とがそれぞれ組になって交互にオン/オフ駆動さ
れ、溶接電流Iが設定電流値となるように制御するもの
である。6はトーチ1と母材3との間のアーク電圧を検
出して増幅するアンプを含むアーク電圧検出回路、7は
くびれ検出回路で、アンプ6からの検出信号を受け、そ
の検出信号が、短絡開始後〔第7図(b)参照〕、予め
設定されたくびれ検出用しきい電圧値(所定値)に達し
た場合にくびれ〔アーク再発生の兆候;第7図(d)参
照〕を検知したとしてHighレベル信号を出力するもので
ある。なお、第1図には、図示しないが、溶接ワイヤ2
の溶滴が母材3の溶融池に接触し始めた時点(短絡開始
時点)を、アーク電圧検出回路6の出力から検知する短
絡検出回路が設けられている。
Reference numeral 5 denotes a driver that turns on / off the switching elements SW1 to SW4 based on a predetermined signal from a circuit (not shown). Here, the switching elements SW1, SW4, and SW
2 and SW3 are paired and alternately driven on / off to control the welding current I to a set current value. 6 is an arc voltage detection circuit including an amplifier that detects and amplifies the arc voltage between the torch 1 and the base metal 3, and 7 is a constriction detection circuit, which receives the detection signal from the amplifier 6 and short-circuits the detection signal. After the start [see FIG. 7 (b)], a constriction [indication of arc reoccurrence; see FIG. 7 (d)] is detected when the preset threshold voltage value for detection of constriction (predetermined value) is reached. Therefore, it outputs a high level signal. Although not shown in FIG. 1, the welding wire 2
There is provided a short circuit detection circuit that detects the time point when the droplet of No. 1 starts to contact the molten pool of the base material 3 (time point when the short circuit starts) from the output of the arc voltage detection circuit 6.

また、SWDはダイオードD1(D2)と溶接ケーブル4と
の間における溶接電流供給経路(溶接電流減衰経路)中
に介挿されたスイッチング素子(スイッチ手段)、8は
このスイッチング素子SWDをオン/オフ制御するドライ
バであり、くびれ検出回路7からの信号がLowレベルか
らHighレベルに立ち上がると出力信号をLowレベルにし
てスイッチング素子SWDをオフ状態とするものである。
なお、ドライバ8は、溶接電流Iが所定の電流値まで低
下すると再びスイッチング素子SWDをオン状態とするよ
うに構成されている。また、ドライバ5は、ドライバ8
からのLowレベル信号を受けると、スイッチング素子SW1
〜SW4をすべてオフ状態にするようになっている。
SWD is a switching element (switch means) inserted in the welding current supply path (welding current attenuation path) between the diode D1 (D2) and the welding cable 4, and 8 is for turning on / off this switching element SWD. It is a driver for controlling, and when the signal from the constriction detection circuit 7 rises from low level to high level, the output signal is set to low level to turn off the switching element SWD.
The driver 8 is configured to turn on the switching element SWD again when the welding current I drops to a predetermined current value. In addition, the driver 5 is the driver 8
When receiving the low level signal from
~ All SW4 are turned off.

一方、POは定電圧電源(電源回路)で、商用交流電源
E2,トランスT2,ダイオードブリッジDB2,抵抗R1,スイッ
チング素子SW5およびコンデンサC2から構成されてい
る。コンデンサC2は、逆流防止用ダイオードD3を介し、
スイッチング素子SWDに対して並列に接続されている。
また、交流電源E2からの交流電圧は、トランスT2を介し
てダイオードブリッジDB2によって直流電圧に整流され
て、コンデンサC2に印加される。また、抵抗R1およびス
イッチング素子SW5は、コンデンサC2に対し並列に設け
られていて、スイッチング素子SW5は図示しない制御回
路にてオン/オフ動作させることにより、コンデンサC2
に吸収されるエネルギーに起因する直流電圧の増加分を
抵抗R1で消費することにより、電源回路POでコンデンサ
C2の両端に一定の直流電圧V0を印加するようになってい
る。これらの抵抗R1およびスイッチング素子SW5によ
り、コンデンサC2の両端に印加される電圧と所定値に維
持する調整回路が構成されている。
On the other hand, PO is a constant voltage power supply (power supply circuit) and is a commercial AC power supply.
It is composed of E2, transformer T2, diode bridge DB2, resistor R1, switching element SW5 and capacitor C2. Capacitor C2, through the backflow prevention diode D3,
It is connected in parallel to the switching element SWD.
Further, the AC voltage from the AC power supply E2 is rectified by the diode bridge DB2 into a DC voltage via the transformer T2 and applied to the capacitor C2. The resistor R1 and the switching element SW5 are provided in parallel with the capacitor C2, and the switching element SW5 is turned on / off by a control circuit (not shown) so that the capacitor C2
The increase in the DC voltage due to the energy absorbed in the capacitor is consumed by the resistor R1
A constant DC voltage V 0 is applied across C2. The resistor R1 and the switching element SW5 constitute an adjustment circuit that maintains a voltage applied across the capacitor C2 and a predetermined value.

本発明の第1実施例としての溶接電源は上述のごとく
構成されているので、次のように動作する。
Since the welding power source as the first embodiment of the present invention is configured as described above, it operates as follows.

まず、交流電源E1が、ダイオードブリッジDB1により
整流され、コンデンサC1で平滑化されて直流電源に変換
される。そして、ドライバ5によりスイッチング素子SW
1〜SW4をオン/オフ駆動することで出力制御された高周
波交流が、トランスT1を介して降圧される。通常、スイ
ッチング素子SWDはオン状態であるので、ダイオードD1,
D2で整流された溶接電流Iはトーチ1→溶接ワイヤ2→
母材3へ供給され、アーク電圧が、溶接ワイヤ2と母材
3との間に印加されて、短絡移行アーク溶接が行なわれ
る。
First, the AC power supply E1 is rectified by the diode bridge DB1, smoothed by the capacitor C1 and converted into a DC power supply. Then, the driver 5 causes the switching element SW
The high-frequency alternating current whose output is controlled by turning ON / OFF 1 to SW4 is stepped down via the transformer T1. Since the switching element SWD is normally on, the diode D1,
The welding current I rectified by D2 is torch 1 → welding wire 2 →
The arc voltage is supplied to the base material 3 and is applied between the welding wire 2 and the base material 3 to perform short-circuit transfer arc welding.

この短絡移行ワーク溶接における溶滴の移行過程は第
7図(a)〜(f)にて説明した通りで、溶接ワイヤ2
からの溶滴が母材3の溶融池に接触した後〔短絡開始
時;第7図(b)参照〕、溶滴が溶融池側に移行し溶接
ワイヤ2と溶滴との間にくびれを生じ始める〔第7図
(d)参照〕。この時点になると、アーク電圧検出回路
6により検出されるトーチ1と母材3との間のアーク電
圧が大きくなる。そして、このアーク電圧が、くびれ検
出用しきい電圧値に到達すると、くびれ検出回路7にお
いて、くびれが発生したと判断され、Highレベル信号が
ドライバ8へ出力される。これに伴いドライバ8が動作
して、スイッチング素子SW1〜SW4およびSWDがオフ状態
に駆動制御される。
The droplet transfer process in this short-circuit transfer work welding is as described in FIGS. 7 (a) to 7 (f).
After contact with the molten pool of the base material 3 [at the start of a short circuit; see FIG. 7 (b)], the droplets migrate to the molten pool side and a constriction is formed between the welding wire 2 and the droplets. It begins to occur [see FIG. 7 (d)]. At this point, the arc voltage between the torch 1 and the base metal 3 detected by the arc voltage detection circuit 6 becomes large. When the arc voltage reaches the threshold voltage value for detecting the squeeze, the squeeze detection circuit 7 determines that a squeeze has occurred, and outputs a high level signal to the driver 8. Along with this, the driver 8 operates and the switching elements SW1 to SW4 and SWD are controlled to be turned off.

この結果、溶接電流Iは、溶接ワイヤ2→母材3→ト
ランスT1→ダイオードD1(D2)→ダイオードD3→コンデ
ンサC2→リアクトルL→トーチ1→溶接ワイヤ2の順に
流れて減衰する。この電流減衰中、本実施例では、溶接
電流がコンデンサC2に流れ込みそのエネルギが吸収され
て、コンデンサC2の両端電圧が多少増加するが、図示し
ない制御回路によりスイッチング素子SW5をオン/オフ
駆動することで、コンデンサC2に蓄積されたエネルギが
抵抗R1により消費される。従って、コンデンサC2の両端
電圧は、常に一定値V0に維持される。
As a result, the welding current I flows in the order of the welding wire 2, the base metal 3, the transformer T1, the diode D1 (D2), the diode D3, the capacitor C2, the reactor L, the torch 1, and the welding wire 2, and is attenuated. During this current decay, in the present embodiment, the welding current flows into the capacitor C2 and its energy is absorbed, and the voltage across the capacitor C2 increases somewhat. However, the switching element SW5 should be turned on / off by the control circuit (not shown). Then, the energy stored in the capacitor C2 is consumed by the resistor R1. Therefore, the voltage across the capacitor C2 is always maintained at a constant value V 0 .

ここで、スイッチング素子SW1〜SW4およびSWDをオフ
状態にした時点での溶接電流をI0とすれば、減衰電流I
は等価的に次式で表わされる。
Here, if the welding current at the time of turning off the switching elements SW1 to SW4 and SWD is I 0 , the damping current I
Is equivalently expressed by the following equation.

I=I0−(V0/L)・t ただし、I0≪V0/RA、I>0、RAは溶接ワイヤ2の抵
抗、tは時間であり、スイッチング素子SW5および抵抗R
1からなる調整回路により、コンデンサC2の両端電圧V0
は一定に維持されるので、電流の減衰率V0/Lは一定にな
っている。また、諸回路定数を、I0=400A,L=50μH,V0
=400V,RA=20mΩとすれば、上式に基づく減衰電流I
は、第2図に符号aで示すような減衰特性を有すること
になる。これによれば、直線的に急峻な立ち下がり傾斜
を有する電流減衰特性が得られることが明らかで、80A
までの減衰時間が40μsecとなっている。
I = I 0 − (V 0 / L) · t where I 0 << V 0 / R A , I> 0, R A is the resistance of the welding wire 2, t is time, and the switching element SW5 and resistance R
With the adjustment circuit consisting of 1, the voltage V 0 across the capacitor C2
Is kept constant, the current attenuation rate V 0 / L is constant. In addition, various circuit constants are I 0 = 400A, L = 50μH, V 0
= 400V, RA = 20mΩ, the attenuation current I based on the above formula
Has an attenuation characteristic as shown by the symbol a in FIG. According to this, it is clear that a current attenuation characteristic having a steep falling slope is obtained linearly,
The decay time up to is 40 μsec.

なお、第2図における符号bは、従来の溶接電源にお
いて、スイッチ手段(本実施例のスイッチング素子SW
D)に対して並列なインピーダンス素子として1Ωの抵
抗を設けた場合の電流減衰特性を示す曲線であり、曲線
aとbとを比較すると、本実施例では、400Aから80Aま
での減衰時間が約1/2まで短時間に低減されていること
が判る。
Reference numeral b in FIG. 2 indicates a switching means (switching element SW of this embodiment) in the conventional welding power source.
It is a curve showing a current attenuation characteristic when a resistance of 1Ω is provided as an impedance element in parallel with D). Comparing curves a and b, in the present embodiment, the attenuation time from 400A to 80A is about It can be seen that it is reduced to 1/2 in a short time.

また、第3図には、スイッチング素子SWDにかかる電
圧VSWDと、溶接電流が400Aから80Aまでに減少するのに
要する時間との関係が示されており、符号cは本実施例
によるもので、符号dは従来の溶接電源(インピーダン
ス素子として抵抗Rを設けた場合)によるものを示して
いる。これらの曲線c,dを比較して明らかなように、本
実施例では、スイッチング素子SWDにかかる電圧が同じ
であれば、約1/2の短時間の減衰時間となっている。逆
に、同じ減衰時間を得るためには、本実施例では、従来
の約1/2の耐圧を有するスイッチング素子SWDを用いれば
よいことが判る。
Further, FIG. 3 shows the relationship between the voltage V SWD applied to the switching element SWD and the time required for the welding current to decrease from 400 A to 80 A, and the symbol c is according to this embodiment. , Symbol d indicates a conventional welding power source (when a resistor R is provided as an impedance element). As is clear from comparison between these curves c and d, in the present embodiment, if the voltage applied to the switching element SWD is the same, the decay time is about 1/2 of the short time. On the contrary, in order to obtain the same decay time, it is understood that in this embodiment, the switching element SWD having a withstand voltage of about 1/2 that of the conventional one may be used.

上述のようにして、溶接電流Iが所定の電流値まで低
下すると、ドライバ8により再びスイッチング素子SWD
はオン状態となるとともに、スイッチング素子SW1〜SW4
もドライバ5により通常の通りオン/オフ駆動される。
以後は、上述した動作が繰り返される。
As described above, when the welding current I decreases to a predetermined current value, the driver 8 again causes the switching element SWD to operate.
Is turned on and the switching elements SW1 to SW4
Is also turned on / off as usual by the driver 5.
After that, the above-described operation is repeated.

このように、本実施例の溶接電源によれば、アーク再
発生の兆候(くびれの発生)がアーク電圧の上昇として
検出されると、これに応動してスイッチ素子SWDがオフ
状態にされ、溶接電流減衰経路中の溶接電流Iが電源回
路PO内のコンデンサC2に流れ込みそのエネルギを吸収
し、抵抗R1で消費して、電源回路POでコンデンサC2に所
定の直流電圧V0を印加することで、上記溶接電流減衰経
路中の溶接電流Iとの関係におけて等価的に与えられる
減衰電流I0の一次式〔I=I0−(V0/L)・t〕の減衰率
V0/Lを一定にすることができるので、直線的で急峻な立
ち下がり傾斜を有する電流減衰特性(第2図参照)を得
られることになる。従って、くびれ検出用しきい電圧値
を高く設定しても、くびれ発生後、溶接電流Iを極めて
短時間のうちに低溶接電流まで効果的に減衰させること
が可能となる。これにより、ノイズ等の影響を受けるこ
となく確実にくびれの発生が正確に検知されるととも
に、スパッタの発生が確実に防止されるのである。
As described above, according to the welding power source of the present embodiment, when the sign of arc reoccurrence (occurrence of necking) is detected as an increase in arc voltage, the switch element SWD is turned off in response to this, and welding is performed. The welding current I in the current attenuation path flows into the capacitor C2 in the power supply circuit PO, absorbs the energy, is consumed by the resistor R1, and a predetermined DC voltage V 0 is applied to the capacitor C2 in the power supply circuit PO, Attenuation rate of linear expression [I = I 0 − (V 0 / L) · t] of damping current I 0 given equivalently in relation to welding current I in the above welding current damping path
Since V 0 / L can be kept constant, it is possible to obtain a current attenuation characteristic (see FIG. 2) having a linear and steep falling slope. Therefore, even if the threshold voltage value for necking detection is set high, the welding current I can be effectively attenuated to a low welding current within an extremely short time after the necking occurs. As a result, the occurrence of constriction can be accurately detected without being affected by noise and the like, and the occurrence of spatter can be reliably prevented.

なお、本実施例では、消耗電極の溶滴の移行状態を検
出する検出手段の一例として消耗電極の溶滴の移行状態
をアーク電圧で検出する手段を説明しているが、消耗電
極の抵抗測定や溶接電流の変化など、特に消耗電極のア
ーク再生の前兆であるくびれを検出する手段であればよ
い。
In the present embodiment, as an example of the detection means for detecting the droplet transfer state of the consumable electrode, the means for detecting the droplet transfer state of the consumable electrode by the arc voltage is described. Any means for detecting a constriction, which is a precursor of arc regeneration of a consumable electrode, such as a change in welding current or welding current, may be used.

また、本実施例によれば、第3図により説明したよう
に、従来の溶接電源に比べ、スイッチング素子SWDの耐
圧を低くできる効果もある。
Further, according to the present embodiment, as described with reference to FIG. 3, there is an effect that the withstand voltage of the switching element SWD can be lowered as compared with the conventional welding power source.

なお、本実施例では、くびれ発生時だけでなく、短絡
直後において溶接電流を急激に低減させれば、短絡直後
の電流上昇により発生するスパッタを防止することもで
きる。また、溶接電流が所定の低溶接電流よりも低下し
た場合には、スイッチング素子SWDをオン状態として溶
接電流Iの立ち下がり過ぎを抑制することにより、アー
ク再生時のアーク切れを防止することができる。
In the present embodiment, if the welding current is sharply reduced immediately after the short circuit as well as when the constriction occurs, it is possible to prevent the spatter caused by the current increase immediately after the short circuit. Further, when the welding current is lower than a predetermined low welding current, the switching element SWD is turned on to prevent the welding current I from falling too much, thereby preventing arc breakage during arc regeneration. .

また、本実施例では、くびれの発生が検出された場合
に、スイッチング素子SW1〜SW4およびSWDのすべてをオ
フ状態とした時の電流減衰特性について説明したが、本
発明の溶接電源によれば、スイッチング素子SWDのみオ
フ状態としてスイッチング素子SW1〜SW4は、すべてオフ
状態にしなくても、上述と同様の作用効果が得られる。
つまり、スイッチング素子SWDのみオフ状態とした場合
には、溶接電源の無負荷電圧をVPとすれば、減衰電流Ia
は、 Ia=I0−(V0−VP)・t/L で表わされ、減衰の傾斜(減衰率)は多少小さくなる
が、直線的な傾斜が得られることに変わりはなく、減衰
目標値を低電流としても素早く短時間で減衰を行なうこ
とができる。例えば、スイッチング素子SWDのみをオフ
状態とした時、溶接電流Iを、400Aから80Aまでに減衰
させるために要する時間tは、VP=70Vとすると、 t=L・(I0−Ia)/(V0−VP) =50・(400−80)/(400−70) ≒48μsec となる。
Further, in the present embodiment, when the occurrence of the constriction is detected, the current attenuation characteristics when all the switching elements SW1 to SW4 and SWD are in the OFF state have been described, but according to the welding power source of the present invention, Even if only the switching element SWD is turned off and the switching elements SW1 to SW4 are not all turned off, the same effect as described above can be obtained.
That is, when only the switching element SWD is turned off, if the no-load voltage of the welding power source is V P , the damping current Ia
Is represented by Ia = I 0 − (V 0 −V P ) · t / L, and although the slope of the damping (damping rate) is slightly reduced, there is no change in that a linear slope is obtained. Even if the target value is a low current, the damping can be performed quickly and in a short time. For example, when only the switching element SWD is turned off, the time t required to attenuate the welding current I from 400 A to 80 A is V P = 70 V, and t = L · (I 0 −Ia) / (V 0 −V P ) = 50 · (400−80) / (400−70) ≈ 48 μsec.

さらに、本実施例では、調整回路を、抵抗R1およびス
ィッチング素子SW5により構成したが、これに代えて、
ツェナダイオードを用いてもよい。
Further, in the present embodiment, the adjusting circuit is composed of the resistor R1 and the switching element SW5, but instead of this,
Zener diodes may be used.

次に、本発明の第2実施例としての溶接電源を説明す
ると、第4図はその回路図である。なお、第4図中、既
述の符号と同一の符号は同一部分を示しているので、そ
の説明は省略するほか、この第4図においては、第1図
に示したアーク電圧検出回路6,くびれ検出回路7,ドライ
バ5,8の図示は省略されている。
Next, a welding power source as a second embodiment of the present invention will be described. FIG. 4 is a circuit diagram thereof. Note that, in FIG. 4, the same reference numerals as those used above indicate the same parts, and the description thereof will be omitted. In addition, in FIG. 4, the arc voltage detection circuit 6, shown in FIG. The constriction detection circuit 7 and the drivers 5 and 8 are not shown.

第4図に示すように、第2実施例も第1実施例とほぼ
同様に構成されているが、この第2実施例における定電
圧電源PO1(電源回路)には、第1実施例の定電圧電源P
Oにおける抵抗R1に代えて、フライホイールダイオードD
4,トランスT3,ダイオードD5により構成されるエネルギ
回生回路がそなえられている。
As shown in FIG. 4, the second embodiment is constructed almost similarly to the first embodiment. However, the constant voltage power supply PO1 (power supply circuit) in the second embodiment has a constant voltage of the first embodiment. Voltage power supply P
Flywheel diode D instead of resistor R1 at O
An energy regeneration circuit composed of 4, a transformer T3 and a diode D5 is provided.

このエネルギ回生回路は、電流減衰時にコンデンサC2
に蓄えられるエネルギを、スイッチング素子SW5のオン
/オフ動作によりコンデンサC1に回生するのである。つ
まり、コンデンサC2の両端に印加された電圧のうち所定
値V0を超えた電圧分を、溶接電源1次側直流電圧に回生
して、コンデンサC2の両端電圧を一定値V0に維持するの
である。
This energy regeneration circuit uses a capacitor C2 during current decay.
The energy stored in the capacitor C1 is regenerated in the capacitor C1 by the on / off operation of the switching element SW5. That is, the voltage applied to both ends of the capacitor C2, which exceeds the predetermined value V 0 , is regenerated to the welding power source primary side DC voltage to maintain the voltage across the capacitor C2 at a constant value V 0 . is there.

これにより、第2実施例によっても第1実施例と同様
の作用効果が得られるほか、この第2実施例では、電流
減衰時のエネルギロスを抑えることができ、しかも同時
に電流減衰率を一定に保つことができるのである。
As a result, the same effects as those of the first embodiment can be obtained by the second embodiment, and in the second embodiment, energy loss at the time of current attenuation can be suppressed, and at the same time, the current attenuation rate can be kept constant. You can keep it.

なお、上述した第1および第2実施例では、いずれも
フルブリッジ型インバータによる単極性溶接電源の主回
路をそなえた場合について説明しているが、正逆極性切
替型の溶接電源についても各極性ごとにみればアーク現
象は同じである。従って、スイッチング素子SWDおよび
定電圧電源PO(PO1)を溶接電流減衰経路中にそなえる
ことで、本発明は、正逆極性切替型の溶接電源にも第1
および第2実施例の場合と同様に適用され同様の作用効
果を得ることができる。
In addition, in the above-mentioned first and second embodiments, the case where the main circuit of the unipolar welding power source by the full bridge type inverter is provided is described, but the forward and reverse polarity switching type welding power source has each polarity. The arc phenomenon is the same for each case. Therefore, by providing the switching element SWD and the constant voltage power supply PO (PO1) in the welding current attenuation path, the present invention can be applied to the forward / reverse polarity switching type welding power supply.
Also, the same application and effects as in the case of the second embodiment can be obtained.

また、第5,6図にそれぞれ示すようなハーフブリッジ
型インバータおよびチョッパ型による電源においても、
本発明は、スイッチング素子SWDおよび定電圧電源PO(P
O1)を溶接電流減衰経路中にそなえることで、第1およ
び第2実施例の場合と同様に適用され同様の作用効果を
得ることができる。ただし、第5,6図中、符号Eは直流
電源、SW1A,SW1Bはスイッチング素子、Tはトランスを
示している。
Also, in the half-bridge type inverter and chopper type power source as shown in FIGS. 5 and 6, respectively,
The present invention includes a switching element SWD and a constant voltage power supply PO (P
By providing O1) in the welding current attenuation path, the same application and effect as in the first and second embodiments can be obtained. However, in FIGS. 5 and 6, symbol E indicates a DC power source, SW1A and SW1B indicate switching elements, and T indicates a transformer.

前述の各実施例における定電圧電源のスイッチング素
子SWDを並列に設けたコンデンサの代わりに、ツェナダ
イオードを用いてもよい。また、逆流防止用のダイオー
ドD3の代わりに、スイッチング素子SWDの動作に同期す
るスイッチング手段などを用いてもよい。
A Zener diode may be used instead of the capacitor in which the switching element SWD of the constant voltage power supply in each of the above-described embodiments is provided in parallel. Further, instead of the diode D3 for backflow prevention, switching means or the like synchronized with the operation of the switching element SWD may be used.

[発明の効果] 以上詳述したように、本発明の溶接電源によれば、ア
ーク再発生の兆候が検出され、これに応動してスイッチ
手段をオフ状態にすると、溶接電流減衰経路中の溶接電
流が電源回路内のコンデンサに流れ込み、そのエネルギ
を吸収することで、電源回路POでコンデンサの両端に所
定の直流電圧を印加して、上記溶接電流減衰経路中の溶
接電流との関係において等価的に与えられる減衰電流の
一次式の減衰率を一定にすることで、直線的で急峻な立
ち下がり傾斜を有する電流減衰特性を得られるように構
成されているので、アーク再発生の兆候(例えば、くび
れ発生)が確実に検出されるとともに、アーク再発生お
よびアーク再生直前の電流値を低い値にすることが可能
となり、スパッタの発生を確実に防止できる効果があ
る。また、本発明によれば、従来の溶接電源に比べ、ス
イッチ手段の耐圧を低くできるほか、従来の溶接電源と
異なり、スイッチング素子をすべてオフ状態にせずに、
スイッチ手段のみをオフ状態とすることでも、上記記載
と同様に電源回路でコンデンサの両端に所定の直流電圧
を印加することで、直線的で急峻な立ち下がり傾斜を有
する電流減衰特性が得られるなどの効果がある。
[Effects of the Invention] As described in detail above, according to the welding power source of the present invention, when the sign of arc re-occurrence is detected and the switch means is turned off in response to this, welding in the welding current decay path is performed. A current flows into the capacitor in the power supply circuit and absorbs the energy so that a predetermined DC voltage is applied across the capacitor in the power supply circuit PO, and is equivalent in relation to the welding current in the welding current attenuation path. By making the decay rate of the primary expression of the decay current given to the constant, the current decay characteristic having a linear and steep falling slope is obtained, so that a sign of arc re-generation (for example, (Necking) can be reliably detected, and the current value immediately before arc reoccurrence and arc regeneration can be set to a low value, and spatter can be reliably prevented from occurring. Further, according to the present invention, compared with the conventional welding power source, the withstand voltage of the switch means can be lowered, and unlike the conventional welding power source, without switching all switching elements off,
Even if only the switch means is turned off, by applying a predetermined DC voltage across the capacitor in the power supply circuit in the same manner as described above, a current attenuation characteristic having a linear and steep falling slope can be obtained. Has the effect of.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

第1図は本発明の第1実施例としての溶接電源を示す回
路図、第2,3図はいずれも上記第1実施例の作用を説明
するためのグラフ、第4図は本発明の第2実施例として
の溶接電源を示す回路図、第5,6図はいずれも本発明が
適用される溶接電源の変形例を示す回路図であり、第7
図(a)〜(f)は消耗電極の溶滴の移行過程を示す
図、第8図はスパッタの発生量を減少させるための溶接
電流(電圧)の制御例を説明するためのグラフである。 図において、2……溶接ワイヤ(消耗電極)、3……母
材、5……ドライバ、6……アーク電圧検出回路、7…
…くびれ検出回路、8……ドライバ、PO,PO1……定電圧
電源(電源回路)、C2……コンデンサ、R1……抵抗、SW
1〜SW5……スイッチング素子、SWD……スイッチング素
子(スイッチ手段)。 なお、図中、同一の符号は同一または相当部分を示して
いる。
FIG. 1 is a circuit diagram showing a welding power source as a first embodiment of the present invention, FIGS. 2 and 3 are graphs for explaining the operation of the first embodiment, and FIG. 4 is a graph showing the operation of the present invention. FIG. 7 is a circuit diagram showing a welding power source as a second embodiment, and FIGS. 5 and 6 are circuit diagrams showing modified examples of the welding power source to which the present invention is applied.
(A)-(f) is a figure which shows the transfer process of the droplet of a consumable electrode, FIG. 8 is a graph for demonstrating the example of control of the welding current (voltage) for reducing the generation amount of spatter. . In the figure, 2 ... Welding wire (consumable electrode), 3 ... Base metal, 5 ... Driver, 6 ... Arc voltage detection circuit, 7 ...
... Constriction detection circuit, 8 ... Driver, PO, PO1 ... Constant voltage power supply (power supply circuit), C2 ... Capacitor, R1 ... Resistance, SW
1 to SW5: Switching element, SWD: Switching element (switch means). In the drawings, the same reference numerals indicate the same or corresponding parts.

Claims (3)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】直流電圧を1個以上のスイッチング素子の
オン/オフ動作により出力制御して溶接電流を制御する
消耗電極用の溶接電源において、消耗電極の溶滴の移行
状態を検出する検出手段と、溶接電流減衰経路中に介挿
され上記検出手段による検出値が所定値に達してオフ状
態にするスイッチ手段と、同スイッチ手段に対して並列
に接続されたコンデンサの両端に所定の直流電圧を印加
する電源回路とが設けられたことを特徴とする溶接電
源。
1. A welding power source for a consumable electrode, which controls a welding current by controlling the output of a DC voltage by turning on / off one or more switching elements, and a detecting means for detecting a transition state of droplets of the consumable electrode. A switch means which is inserted in the welding current attenuation path and which turns off when the value detected by the detecting means reaches a predetermined value, and a predetermined DC voltage across a capacitor connected in parallel to the switch means. A welding power source, which is provided with a power supply circuit for applying a voltage.
【請求項2】上記電源回路が、上記コンデンサの両端に
印加される電圧を所定値に維持する調整回路を有してい
ることを特徴とする特許請求の範囲第1項記載の溶接電
源。
2. The welding power source according to claim 1, wherein the power source circuit has an adjusting circuit for maintaining a voltage applied across the capacitor at a predetermined value.
【請求項3】上記電源回路が、上記コンデンサの両端に
印加された電圧のうち所定値を超えた電圧分を溶接電源
1次側直流電圧に回生する回生回路を有していることを
特徴とする特許請求の範囲第1項記載の溶接電源。
3. The power supply circuit has a regenerative circuit for regenerating a voltage component, which exceeds a predetermined value, of the voltage applied across the capacitor to a welding power source primary side DC voltage. The welding power source according to claim 1.
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