JP2534373B2 - ア―ク溶接機 - Google Patents

ア―ク溶接機

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JP2534373B2 JP1340792A JP34079289A JP2534373B2 JP 2534373 B2 JP2534373 B2 JP 2534373B2 JP 1340792 A JP1340792 A JP 1340792A JP 34079289 A JP34079289 A JP 34079289A JP 2534373 B2 JP2534373 B2 JP 2534373B2
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直樹 河合
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【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は溶接用ワイヤを自動送給し、ワイヤの母材へ
の接触短絡と非接触でアーク発生とを繰返して溶接を行
なう短絡移行型のアーク溶接機に関するものである。
従来の技術 従来の短絡移行型のアーク溶接機の一例を第10図に示
す。36はアーク溶接機入力端子、37は主変圧器、38は整
流器、39はリアクトル、40はアーク溶接機出力端子、41
は母材、42はワイヤ、43は通電用コンタクトチップであ
る。この構成例による溶接出力波形およびワイヤ先端部
の時間的推移を第11図に示す。
第11図のように溶接電流(Ia)の波形が、ワイヤ短絡
時およびアーク発生時に曲線を示すのは主変圧器37の略
定電圧特性とリアクトル39の過渡特性によるものであ
る。すなわちワイヤ短絡期間中にリアクトル39に蓄えら
れた電磁エネルギーがアーク発生後放電されると共に主
変圧器37からもエネルギーが供給されるのでアーク発生
中の溶接電流波形は第11図に示すように、一定の減少率
を持つ曲線となり、この減少率を変化させるためにはリ
アクトル39の大きさを変化させて対処していた。
発明が解決しようとする課題 しかし、上記のような第10図に示すアーク溶接機の場
合、アーク時間がその前の短絡時間の大小によって影響
されるという問題点がある。
第11図の最初は比較的短時間(tS1)でワイヤ短絡が
解除され、溶接電流(Ia1)でアーク再生した場合を示
す。これに続く次のアーク期間(ta1)に溶接電流の比
較的小なる電流値(Ia1)から開始するので、アーク熱
によるワイヤ溶融はあまり促進されず、比較的短いアー
ク期間(ta1)後に次のワイヤ短絡を迎える。
次の短絡期間(tS2)は比較的長い時間(tS2)を要し
てアーク再生した場合である。この時、短絡電流は時間
経過と共に増加して大きい電流値(Ia2)で短絡解除す
る。従って、これに続く次のアーク期間(ta2)は大き
い電流値(Ia2)から始まるアーク熱でワイヤが加熱さ
れる結果、ワイヤの溶融が促進され、次のワイヤ短絡に
至るまでに長いアーク期間(ta2)を要する。
このようにワイヤ短絡期間にばらつきを生じるのはワ
イヤ送給の均一性が保たれないことが主な原因である
が、ワイヤ先端の送給速度を一定に保つことは溶接現場
ではきわめて困難なことであり、この結果溶接の均一性
を損ない、ビード外観等の溶接結果の品質を損なうとい
う問題点がみられた。
本発明の目的はワイヤ短絡後のアーク再生時の溶接電
流を速やかに定常電流に戻すことができ、規則的で安定
な高品質な溶接ができるアーク溶接機を提供しようとす
るものである。
課題を解決するための手段 本発明は上記目的達成のため、第1の発明では、溶接
用ワイヤと母材とに電力を供給してアーク発生と短絡と
を繰返して溶接するアーク溶接機において、溶接電流値
を検出し、制御回路で扱える信号レベルに増幅する電流
値信号を出力する電流値検出部と、消耗電極である溶接
用ワイヤが被溶接物である母材に接触して短絡している
場合と非接触でアーク発生している場合とで状態を変え
るアーク・短絡判定信号と出力するアーク・短絡判定部
と、前記電流値信号と前記アーク・短絡判定手段とを入
力としてアーク発生時に溶接電流が所定の第1の値を越
えている時に出力停止信号を出力するとともに、前記溶
接電流が前記所定の第1の値にまで低下した時に前記出
力停止信号を解除し、アーク期間中前記溶接電流が前記
所定の第1の値を越えないように維持するアーク電流制
限部とを備えたアーク溶接機とし、第2の発明では、溶
接用ワイヤと母材とに電力を供給してアーク発生と短絡
とを繰返して溶接するアーク溶接機において、溶接電流
値を検出し、制御回路で扱える信号レベルに増幅する電
流値信号を出力する電流値検出部と、消耗電極である溶
接用ワイヤが被溶接物である母材に接触して短絡してい
る場合と非接触でアーク発生している場合とで状態を変
えるアーク・短絡判定信号を出力するアーク・短絡判定
部と、前記電流値信号と前記アーク・短絡判定手段とを
入力として直前のワイヤ短絡時に溶接電流が所定の第1
の値よりも大なる所定の第2の値を越えた場合のアーク
発生時にのみ出力停止信号を出力するとともに、前記溶
接電流が前記所定の第1の値にまで低下した時に前記出
力停止信号を解除し、アーク期間中前記溶接電流が前記
所定の第1の値を越えないように維持するアーク電流制
限部とを備えたアーク溶接機とした。
作 用 本発明において、第1発明として所定の第1の値のみ
を設けた場合の溶接電流の作用を第2図に示した波形図
で説明する。
第2図において短絡期間Sの電流が所定の第1の値
(I1)を越えているので、アーク再生後から溶接電流が
所定の第1の値(I1)に下降するまでの時間の(tSD
の間、溶接出力制御素子は全停止し、リアクトル7の放
電電流のみとなり、溶接電流は短時間に所定の第1の値
(I1)まで下降する。アーク溶接機にリアクトル7がな
い場合は瞬時に(I1)まで下降するが、実際は溶接現場
までの配線ケーブルのインダクタンス分等により、若干
の時間を要する。
アーク発生時の溶接電流が所定の第1の値(I1)まで
下降した後は、溶接出力制御素子からエネルギー供給を
再開するのでアークの維持がはかられ、次のワイヤ短絡
に至る。
又、第2発明として、所定の第1の値および所定の第
2の値を設けたアーク溶接機の溶接電流の作用を第3図
の波形図で説明する。短絡時間(tS1)でワイヤ短絡の
結果、短絡電流が所定の第2の値(I2)を越えたため短
絡後のアーク期間(ta1)の最初の溶接電流が第1の値
(I1)まで下降するまでの(tSD)の間、溶接出力制御
素子は全停止し、リアクトル7の放電電流のみであるの
で短時間で第1の値(I1)のレベルまで下降し、到達後
は溶接出力制御素子が導通してアーク維持し次のワイヤ
短絡(tS2)を迎える。
次のワイヤ短絡は比較的短時間(tS2)で解除されア
ーク再生した場合で、短絡期間での短絡電流は所定の第
2の値(I2)に達する前にアーク再生している。この場
合は短時間(tS2)を短絡電流が第2の値(I2)に達し
なかったので溶接出力制御素子が全停止する期間
(tSD)が加わることなく、リアクトル7と溶接出力制
御素子との双方から溶接電流が供給され、緩慢な電流の
減少となる。
第3図のように所定の第2の値(I2)を設ける理由
は、ワイヤ短絡時間が短い微小短絡の場合は溶接電流の
急激な変化をさせることを防止し、アーク不安定となら
ないようにしたものである。特に溶接電流が比較的高
く、短絡移行の他にグロービュラー移行やスプレー移行
を混じる領域では微小短絡の確立が高くなり、これによ
る溶接電流の急激な変化を防止するためである。
実施例 以下、本発明の実施例であるアーク溶接機を図面に基
づいて説明する。
第1図において、1はアーク溶接機の入力端子、2は
整流器部、3はコンデンサ、4は溶接出力制御素子とし
てのフルブリッジ構成されたインバータ回路、5は主変
圧器、6は二次側の整流器、7はリアクトル、8はアー
ク溶接機の出力端子、9は被溶接物である母材、10は溶
接用ワイヤ、11は通電用コンタクトチップであり、溶接
用ワイヤ10を自動送給し、ワイヤの母材9への接触短絡
と非接触でアーク発生とを繰返して溶接を行なう。この
アーク溶接機の制御回路において、12は分流器、13は電
流値検出部、14はアーク・短絡判定部、15はアーク電流
制限部、16は所定の第1の値を設定する設定器、17は他
の制御回路部、18は駆動回路部で、溶接出力制御素子4
を駆動する。Ia0は電流値信号、VASはアーク・短絡判定
信号、VSDは出力停止信号を示す。
電流値検出部13の実施例を第4図に示す。
第4図において、19は増幅器、20〜22は抵抗である。
この例によると、分流器12に発生する溶接電流(Ia)に
対応した微小電圧信号を制御回路で扱える信号のレベル
まで増幅することができる。
アーク・短絡判定部14の実施例を第5図に示す。
この第5図において、23は比較器、24〜27は抵抗であ
る。アーク溶接機の出力端子8間の電圧を抵抗24と25と
で分割し、制御回路の電源(VDD)を抵抗26と27とで分
割した所定の値と比較することにより、現在ワイヤが短
絡中が非接触でアーク発生中かを判断することができ
る。
第6図はアーク電流制限部15の実施例と駆動回路部18
の入力部分の実施例を示すもので、28は比較器、29はNA
ND素子、30はAND素子である。
第7図は第1図および第6図の各部の波形の時間推移
に対する動作図である。
第7図において電流値信号(Ia0)は溶接電流波形(I
a)を増幅しただけであるので同一の波形として記載し
ている。又、第7図のVa、VAS、VC、VSDは第1図および
第6図の同記号の波形に同じである。
第7図の時刻(t1)でワイヤ短絡したとする。アーク
・短絡判定信号(VAS)はこの時からHレベルからLレ
ベルに反転する。短絡電流はリアクトル7の働きにより
次第に増加する。所定の第1の値(I1)にまで増加した
時刻(t2)において比較器28の出力(VC)はLレベルか
らHレベルに転じるが、(VAS)信号はLレベルのまま
なのでNAND素子29の出力である出力停止信号(VSD)は
Hレベルのままである。短絡電流がさらに増加して時刻
(t3)において、ワイヤ短絡が解除され、アーク再生し
たとする。この時、アーク・短絡判定信号はLレベルか
らHレベルに転じアーク再生したことを示し、溶接電流
(Ia)が所定の第1の値(I1)より大なので比較器28の
出力(VC)はHレベルのままであるのでNAND素子29の出
力である出力停止信号(VSD)はLレベルに転じる。こ
のLレベルの信号がAND素子30の入力となる結果、他の
制御回路部17からの入力(VS)がHレベルであってもL
レベルであってもAND素子30の出力(VD)は無条件にL
レベルとなり、これが溶接出力制御素子4に伝達される
結果、溶接出力制御素子4は全停止状態となり、主変圧
器5を介して二次側、すなわち、溶接負荷側にエネルギ
ーを供給しない。この結果、溶接アークに供給されるエ
ネルギーは時刻(t3)に蓄えたリアクトル7の放電エネ
ルギーのみとなり、リアクトル7の値が小である程、急
激に溶接電流が低下する。リアクトル7の放電電流が所
定の第1の値(I1)まで下降した時刻(t4)で比較器28
の出力(VC)はLレベルに復帰する結果NAND素子29の出
力である出力停止信号(VSD)は無条件にHレベルとな
り、AND素子30の出力(VD)は他の制御回路部17からの
入力(VS)をそのまま出力し、アーク時の所定の制御信
号を溶接出力制御素子4に送る。そしてアーク期間中、
溶接電流が前記所定の第1の値を越えないように維持さ
れて安定したアークが保たれる。時刻(t5)で再びワイ
ヤ短絡となる。
又、第8図の実施例は第6図の回路に、抵抗33および
34を加えたものである。第8図のような構成とすること
で電流値信号(Ia0)が増加して比較器31の出力(VC
がLレベルからHレベルに転じる時の溶接電流値(所定
の第2の値I2)と、電流値信号(Ia0)が減少して比較
器31の出力(VC)がHレベルからLレベルに転じる時の
溶接電流値(所定の第1の値I1)とを異なる値に選定す
ることができる。所定の第1の値および第2の値はワイ
ヤ送給量またはワイヤ径、ワイヤ材質によって決定さ
れ、手動調整できる。
第9図は第1図および第8図を実施例とした動作波形
のタイミング図で、時刻(t1)から(t4)までの動作は
比較器31がLレベルからHレベルに転じる時が、ワイヤ
短絡電流が所定の第1の値(I1)よりも大なる所定の第
2の値(I2)である他の第7図の時刻(t1)から(t4
までと同じ動作となる。アーク期間中、溶接電流が前記
所定の第1の値を越えないように維持されて安定したア
ークが保たれる。しかし、第8図の実施例では時刻
(t5)でワイヤ短絡の開始する短絡サイクルで、短絡電
流は所定の第1の値(I1)を越えるものの所定の第2の
値(I2)を越える前に時刻(t6)でワイヤ短絡が解除さ
れ、アーク再生した場合の動作が異なる。この時、短絡
電流は所定の第2の値(I2)を越えないので比較器31の
出力(VC)は時刻(t6)を過ぎたアーク再生時もLレベ
ルのままとなり、この結果NAND素子32の出力である出力
停止信号(VSD)は無条件にHレベルのままであるの
で、前記溶接出力制御素子4の全停止期間(tSD)を発
生しない。
発明の効果 本発明の構成をとることにより第1の発明では、ワイ
ヤ短絡の後でアーク再生時の溶接電流が第1の値を越え
ることにより、速やかに定常時の電流に戻すことがで
き、安定したアークによる溶接が可能となった。さらに
第2の発明では、ワイヤ短絡時間が長い強固なワイヤ短
絡の時は全停止期間を設けてアーク再生後の溶接電流を
速やかに定常時の電流に復帰せしめると共にワイヤ短絡
が短い微小短絡の後のアーク再生時には急激に溶接電流
を変化させることなく安定な溶接を維持することができ
るようになった。
従って、アーク再生時の溶接電流をその直前のワイヤ
短絡時の短絡時間の影響を受けることがなく、規則的で
安定した高品質な溶接が維持できるアーク溶接機が提供
できた。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の一実施例である溶接電源回路図、第2
図は第1発明における作用説明図、第3図は第2発明に
おける作用説明図、第4図は電流値検出部の実施例を示
す回路図、第5図はアーク・短絡判定部の回路図、第6
図はアーク電流制限部の回路図、第7図はアーク電流制
限部の各部の動作波形図、第8図はアーク電流制限部の
他実施例を示す回路図、第9図は同各部の動作波形図、
第10図は従来例を示す回路図、第11図は従来例の溶接出
力波形図である。 9……母材、10……ワイヤ 13……電流値検出部 14……アーク・短絡判定部 15……アーク電流制限部 I1……第1の値、I2……第2の値

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】溶接用ワイヤと母材とに電力を供給してア
    ーク発生と短絡とを繰返して溶接するアーク溶接機にお
    いて、溶接電流値を検出し、制御回路で扱える信号レベ
    ルに増幅する電流値信号を出力する電流値検出部と、 消耗電極である溶接用ワイヤが被溶接物である母材に接
    触して短絡している場合と非接触でアーク発生している
    場合とで状態を変えるアーク・短絡判定信号を出力する
    アーク・短絡判定部と、 前記電流値信号と前記アーク・短絡判定信号とを入力と
    してアーク発生時に溶接電流が所定の第1の値を越えて
    いる時に出力停止信号を出力するとともに、前記溶接電
    流が前記所定の第1の値にまで低下した時に前記出力停
    止信号を解除し、アーク期間中前記溶接電流が前記所定
    の第1の値を越えないように維持するアーク電流制限部
    とを備えたことを特徴とするアーク溶接機。
  2. 【請求項2】溶接用ワイヤと母材とに電力を供給してア
    ーク発生と短絡とを繰返して溶接するアーク溶接機にお
    いて、溶接電流値を検出し、制御回路で扱える信号レベ
    ルに増幅する電流値信号を出力する電流値検出部と、 消耗電極である溶接用ワイヤが被溶接物である母材に接
    触して短絡している場合と非接触でアーク発生している
    場合とで状態を変えるアーク・短絡判定信号と出力する
    アーク・短絡判定部と、 前記電流値信号と前記アーク・短絡判定手段とを入力と
    して直前のワイヤ短絡時に溶接電流が所定の第1の値よ
    りも大なる所定の第2の値を越えた場合のアーク発生時
    にのみ出力停止信号を出力するとともに、前記溶接電流
    が前記所定の第1の値にまで低下した時に前記出力停止
    信号を解除し、アーク期間中前記溶接電流が前記所定の
    第1の値を越えないように維持するアーク電流制限部と
    を備えたことを特徴とするアーク溶接機。
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