JP2672169B2 - 溶接電源の出力制御方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は消耗電極と母材との間にアークを発生させて
溶接を行なう消耗電極式アーク溶接法において使用する
溶接電源の出力制御方法に関し、特に溶接終了時の溶接
電源の出力制御方法に関する。

［従来の技術］ 消耗電極式アーク溶接において、溶接終了の際に、溶
接ワイヤを母材に向けて送給するワイヤ送給モータへの
給電の停止と溶接電流の遮断とを同時に行なうと、ワイ
ヤ送給モータが慣性によって回転を続けるので、溶接ワ
イヤが溶融池に突入して、溶接ワイヤの先端が母材に固
着してしまう。これを避けるために、従来は、ワイヤ送
給モータへの給電を停止してから送給モータの回転が完
全に停止するまでの時間をタイマに設定し、送給モータ
への給電停止後も溶接ワイヤへの溶接電流の供給を続行
し、前記タイマの計時完了時に溶接電流を遮断してい
た。

上述した従来の方法においては、溶接ワイヤと母材と
の固着を回避することができるものの、溶接ワイヤの送
給が停止した後も溶接電流が供給されるので、溶接ワイ
ヤと母材との間にアークが発生し続け、溶接ワイヤの先
端部に大粒の溶滴が形成される。そして、溶接ワイヤの
先端部は、この溶滴の表面に酸化物等が付着した状態で
凝固するため、次に溶接を開始する際にアークスタート
ができないことがある。従って、従来の方法において
は、溶接終了後に作業者が溶接ワイヤの先端部を工具等
で切断する必要があり、煩雑であると共に製造ラインの
稼動率を低下させる要因になるという欠点があった。

本願発明者等は、この欠点を解消すべく、溶接終了時
の溶接電源の出力制御方法を提案した（特開昭60−1806
68号）。これは、ワイヤ送給モータへの給電を停止した
後、溶接ワイヤと母材との間の短絡を監視して、短絡を
検知した場合は直ちに溶接ワイヤへ供給する電流を高
め、短絡破断又は短絡破断の前兆を検知した場合は直ち
に溶接ワイヤへの給電を停止するものである。これによ
り、溶接終了時に溶接ワイヤの先端に大粒の溶滴が形成
されることが回避され、溶接ワイヤの先端を次順の溶接
が容易に開始できる状態にすることができる。

［発明が解決しようとする課題］ しかしながら、上述した従来の溶接電源の出力制御方
法においては、溶接ワイヤとしてソリッドワイヤを使用
した場合は著しい効果があるものの、溶接ワイヤがフラ
ックスコアードワイヤ（フラックス入り溶接ワイヤ）の
場合は溶接終了時に溶滴を除去することかできないとい
う問題点がある。

第２図は溶接終了時の溶接ワイヤ及び母材の状態を示
す模式的断面図である。

溶滴を除去するためには、ワイヤ送給モータへの給電
を停止した後、溶接ワイヤ１と母材２とが短絡したとき
に、溶接ワイヤ１へ短絡電流として高電流を与えてワイ
ヤ１の先端部の溶滴７を母材２側に移行させる必要があ
る。しかし、フラックスコアードワイヤの場合は、ビー
ド４の終端部のクレータ３及び溶滴７の表面がスラグ5,
6で厚く覆われるため、溶接ワイヤ１と母材２（ビード
４）との間の短絡直後はこのスラグ5,6が相互に接触し
た状態である。この状態で直ちに短絡電流を供給する
と、接触していたスラグ5,6が破断するだけであり、ワ
イヤ１の先端部に形成された溶滴７は母材２側に移行す
ることはない。このため、溶滴７を除去することができ
ない。従って、ワイヤ送給モータが回転を停止して出力
制御を終了するときには、溶接ワイヤ１の先端部に大き
な溶滴７が残存した状態になり、次順の溶接開始時にア
ークスタートが失敗したり、又はロボット等の自動溶接
装置の場合はアークスタート点を探し出すために行なう
ワイヤセンシングの動作が正常に行なわれない等の不都
合が発生する。このため、溶接ラインの稼動率が低下し
たり、ワイヤ先端部を切り取る作業が必要になる。

フラックスコアードワイヤを使用してアーク溶接を行
なうと、スラグにより溶融金属の垂れ落ちが抑制される
ため、このフラックスコアードワイヤは立向姿勢ですみ
肉溶接する場合に好適であり、またビード外観が美麗に
仕上がるという長所がある。このため、フラックスコア
ードワイヤを使用した場合も、溶接終了時にワイヤ先端
に溶滴が形成されない溶接電源の出力制御方式の開発が
要望されている。

本発明はかかる問題点に鑑みてなされたものであっ
て、フラックス入りワイヤを使用した場合も溶接終了時
に大粒の溶滴が形成されることがなく、ワイヤ先端部を
次の作業を容易に開始できる状態にすることができる溶
接電源の出力制御方法を提供することを目的とする。

［課題を解決するための手段］ 本発明に係る溶接電源の出力制御方法は、ワイヤ送給
モータによりフラックス入り溶接ワイヤを送給しつつ溶
接を行なう消耗電極式アーク溶接法にて使用する溶接電
源の出力制御方法において、前記ワイヤ送給モータへの
給電を停止してからこのワイヤ送給モータが完全に停止
するまでの間、溶接ワイヤと母材との間の短絡を監視
し、この間短絡を検知した場合は短絡検知後所定時間経
過した時点で前記溶接ワイヤに溶接電流を供給し、非短
絡又は短絡破断の前兆を検知した場合は前記溶接ワイヤ
に供給する電流を遮断することを特徴とする。

［作用］ 本発明においては、ワイヤ送給モータへの給電を停止
した後、溶接ワイヤと母材との間の短絡を監視する。そ
して、溶接ワイヤと母材との間の短絡を検知した場合
は、短絡検知後、直ちに溶接電流を与えることなく所定
時間待機する。短絡を検知した直後はクレータ上のスラ
グとワイヤ先端部のスラグとが接触しているのみである
が、所定時間待機することにより溶接ワイヤの先端部は
慣性により進行して母材側に若干進入する。これによ
り、溶接ワイヤと母材とが確実に接触する。この時点
で、溶接ワイヤに所定の溶接電流を供給する。そうする
と、ワイヤ先端部に溶滴が母材側に移行する。そして、
溶接ワイヤと母材との間の短絡がなくなり非短絡状態に
なる。

この非短絡状態を検知すると、溶接ワイヤに供給する
電流を遮断する。又は、アーク再発によるスパッタの発
生を確実に回避するために、短絡破断の前兆を溶接電圧
又は溶接電流の変動により検出して、この短絡破断の前
兆の検出により溶接ワイヤに供給する電流を遮断又は低
減してもよい。短絡破断の前兆によりワイヤに供給する
電流を遮断又は低減する場合は、ワイヤと母材との間に
介在する溶滴は表面張力によりくびれが進行して破断す
る。

このような動作をワイヤ送給モータが完全に停止する
まで繰り返す。従って、ワイヤ送給モータが完全に停止
したときには、溶接ワイヤと母材とは非短絡の状態であ
り、また、溶接ワイヤの先端部には溶滴が除去されて残
存していない。このため、順次の溶接を容易に開始する
ことができる。

なお、溶接電流とは、ワイヤ先端の溶滴が溶融池に完
全に短絡したときにスムーズに溶滴移行させるために印
加する電流であり、この溶接電流の値は使用する溶接ワ
イヤの径及びシールドガス成分等により決定する。

［実施例］ 次に本発明の実施例について添付の図面を参照して説
明する。

第１図は本発明の実施例方法にて使用する溶接電源装
置の構成を示すブロック図である。

ワイヤ送給モータ13はモータ駆動回路12により駆動制
御され、溶接ワイヤ１を母材２に向けて送給する。モー
タ駆動回路12は停止信号発生器11に接続されており、停
止信号発生器11から停止信号が入力されると、モータ駆
動回路12はワイヤ送給モータ13への電力供給を停止する
と共に、ワイヤ送給モータ13に対して発電制動を行な
う。

ワイヤ１及び母材２は夫々溶接電源15の２つの電源端
子に接続され、この溶接電源15から溶接電流が供給され
るようになっている。この溶接電流の電流値は出力設定
器14により設定される。

溶接電源15の２つの電源端子間には電圧検出器16が介
装されている。この電圧検出器16は電源端子間の電圧を
検出してその結果を短絡検知器18に出力する。この短絡
検知器18には電圧検出器16の出力と共に、停止信号発生
器11から出力された停止信号が入力されるようになって
いる。そして、この短絡検知器18は停止信号発生器11か
ら停止信号が入力されるとその後の制御作動状態にな
り、電圧検出器16による電源端子間電圧の検出結果に基
づいて短絡信号又は非短絡信号を出力する。この短絡検
知器18の出力信号はタイマ21に入力される。

出力設定器14と溶接電源15との間にはスイッチ17が介
装されている。このスイッチ17は出力停止回路20により
オン・オフ駆動される。この出力停止回路20はタイマ19
及びタイマ21に接続されている。タイマ19は停止信号発
生器11から停止信号が入力されるようになっており、こ
の停止信号を入力すると、タイマ19はこのタイマ19に予
め設定された時間だけ出力停止回路20を作動状態に維持
する。このタイマ19には少なくともワイヤ送給モータ13
の慣性による回転が停止するまでの時間が設定される。

一方、タイマ21は短絡検知器18の出力が短絡信号であ
る場合に、このタイマ21に予め設定された時間だけ短絡
信号を遅延させた後、この短絡信号を出力停止回路20に
送出し、短絡検知器18の出力が非短絡信号である場合
は、非短絡信号を直ちに出力停止回路20に送出する。

本実施例に係る溶接電源の出力制御方法においては、
溶接が進行する定常状態にあるときには、スイッチ17は
閉にする。そうすると、出力設定器14により設定された
溶接電流が溶接電源15からワイヤ１に供給され、ワイヤ
１の先端部と母材２との間でアークを発生させて溶接が
行なわれる。

溶接を停止するときには、作業者の操作に応じて停止
信号発生器11から停止信号を出力させる。この停止信号
はモータ駆動回路12に入力され、モータ駆動回路12はワ
イヤ送給モータ13への給電を遮断すると共に、ワイヤ送
給モータ13に対して発電制動を行う。しかしながら、ワ
イヤ送給モータ13への給電を停止して発電制動が行なわ
れても、ワイヤ送給モータ13は瞬時に停止することなく
慣性により回転を続けるため、送給速度は徐々に低下す
るものの、溶接ワイヤ１は母材２に向けてなお送り出さ
れる。

一方、停止信号発生器11からの停止信号は短絡検知器
18及びタイマ19にも入力されて、この短絡検知器18及び
タイマ19は動作を開始する。短絡検知器18は電圧検出器
16が検出した溶接電源15の端子間電圧、即ち溶接ワイヤ
１と母材２との間の電圧に基づいて、ワイヤ１と母材２
との間の短絡又は非短絡状態を検知する。また、タイマ
19は以後行なう制御の継続時間を規定するものであり、
停止信号発生器11からの停止信号を入力して計時を開始
する。

停止信号発生器11から停止信号が出力された後、溶接
ワイヤ１と母材２とが短絡していない場合は、電圧検出
器16により検出される電圧はアーク発生状態における溶
接電圧値であるので、短絡検知器18は非短絡状態を検知
し、タイマ21に非短絡信号を出力する。この非短絡信号
はタイマ21に介して直ちに出力停止回路20に入力され
る。出力停止回路20は非短絡信号を入力するとスイッチ
17をオフ状態にして溶接電源15の出力を遮断する。

そうすると、電圧検出器16は０［Ｖ］を出力する。こ
の信号により短絡検知器18は短絡状態であると判断し、
短絡信号を出力する。この短絡信号は、タイマ21に入力
され、タイマ21に設定した時間だけ遅延されて出力停止
回路20に出力される。出力停止回路20はこの短絡信号を
入力するとスイッチ17をオン状態にし、溶接電源15は再
度出力電圧を発生する。しかし、この時点では真の短絡
は発生していないので、ワイヤ１と母材２との間にアー
クが発生しないため、電圧検出器16は無負荷電圧（非短
絡状態）を検出する。そして、短絡検知器18は非短絡信
号を出力し、この非短絡信号により出力停止回路20はス
イッチ17をオフ状態にする。以後、真に短絡が発生する
までスイッチ17の開閉を繰り返すことにより、短絡又は
非短絡状態のサンプリングする。

一方、溶接ワイヤ１の先端部の溶滴７を覆うスラグ６
が、母材２上のビード４を覆うスラグ５（いずれも第２
図参照）に接触すると、電圧検出器16により検出される
電圧値が所定の溶接電圧値から変化し、短絡検知器18は
スラグ同士の接触による短絡を検知する。

このようにして、真の短絡が検知されると、短絡検知
器18からの短絡信号がタイマ21により所定時間遅延され
た後、出力停止回路20に入力される。この遅延時間内に
ワイヤ１が母材２に向かって更に進行し、スラグを破壊
して、ワイヤ１と母材２とが直接接触して短絡する。タ
イマ21により所定時間遅延された短絡信号が出力停止回
路20に入力されると、出力停止回路20はスイッチ17をオ
ンにし、溶接電源15は溶接ワイヤ１に溶接電流を供給す
る。そうすると、溶接ワイヤ１の先端部の溶滴が母材２
に移行する。そして、この溶滴が母材２側に移行する
と、溶接ワイヤ１と母材２との間の短絡が破断する。こ
れにより、短絡検知器18は非短絡を検知し、直ちに出力
停止回路20はスイッチ17をオフにする。そして、再び短
絡が発生するまで、溶接電源15は断続的に出力を出し続
ける。

また、真の短絡が発生すると、タイマ21に設定された
遅延時間経過後、出力停止回路20はスイッチ17をオンに
する。これにより、溶接ワイヤ１の先端部の溶滴が母材
２に移行する。このようにして短絡及び非短絡の検知に
よる動作を繰り返す。そして、モータ13が完全に停止す
るのと整合するようにして、タイマ19が予め設定された
時間の計時を終了し、タイマ19は出力停止回路20を非作
動状態にする。これにより、溶接工程が終了する。

このように、本実施例に係る制御方法はワイヤ送給モ
ータ13に対する電力供給を停止した後、ワイヤ１と母材
２との間の短絡を監視し、一旦短絡が破談されると、早
い周期で溶接ワイヤ１と母材２との間の状態を検出しな
がら次の短絡を待ち、実際に短絡が発生すると、溶接ワ
イヤ１と母材２とが確実に直接接触するまで、タイマ21
により設定された所定の時間だけ待機し、その後溶接電
流を溶接ワイヤ１に供給して溶接ワイヤ１の先端部を溶
融させ、溶滴を母材側に移行させた後、短絡を破断す
る。このように溶接電源15の出力制御を繰り返すうちに
ワイヤ送給モータ13の慣性による回転が停止し、溶融プ
ールの窪み（クレータ）もなくなり、短絡が発生しなく
なった時点でタイマ19の計時が完了し、出力回路20はス
イッチ17をオフ状態にして溶接は終了する。

本実施例においては、上述の如くして溶接終了時に溶
接電源を制御するので、フラックスコアードワイヤを使
用した場合でも、ワイヤの先端が良好な状態で溶接を終
了することができる。

なお、タイマ19の計時完了により溶接電源の出力制御
を終了する替わりに、ワイヤ送給モータ13にタコジェネ
レータを接続し、このタコジェネレータからの信号が略
零値になったときに、出力停止回路20を非作動状態にし
て制御を終了するようにしてもよい。また、これと同様
に、ワイヤ送給モータ13の逆起電圧を検出し、この逆起
電圧の値が略零値になったときに、出力停止回路20を非
作動状態にして制御を終了するようにしてもよい。これ
により、上記実施例と同様の効果を得ることができる。

更に、ワイヤ供給モータ13に接続したタコジェネレー
タからの信号又はモータ13の逆起電圧が特定の値にな
り、モータ13の回転数が特定の値にまで低下した時点で
タイマ19の計時を開始させ、このタイマ19の計時完了に
より出力停止回路20を非作動状態にして制御を終了する
ようにしてもよい。溶接時のワイヤ供給量は溶接条件に
より異なるが、このような制御方法とすることにより、
溶接時のワイヤ供給量に拘らず、モータ13が完全に停止
するまでの間、より一層確実に溶接電源の出力制御を行
なうことができる。

［発明の効果］ 以上説明したように本発明によれば、溶接を終了する
に際して、溶接ワイヤを母材に向けて送給するワイヤ送
給モータへの電源供給を停止した後、溶接ワイヤと母材
との間の短絡又は非短絡を監視し、溶接ワイヤの先端部
溶滴を覆うスラグが母材表面を覆うスラグと接触して短
絡を検知すると、溶接ワイヤが母材に直接接触するのに
要する所定時間経過した後に溶接ワイヤに溶接電流を供
給して溶接ワイヤの先端部溶滴を母材に移行させ、溶滴
が母材側に移行して非短絡状態になると溶接ワイヤに供
給する電流を遮断するから、フラックスコアードワイヤ
を使用した場合でも溶接電源の出力制御を終了したとき
にはワイヤ先端部には溶滴移行直後の状態が保たれ、大
粒の溶滴が形成されることが回避されて、次順の溶接を
容易に開始することができる状態になる。このため、ア
ークスタート及びワイヤセンシングの失敗が防止され、
また作業者がワイヤ先端部を工具等を使用して切断する
必要がなく、製造ラインの稼動率を向上させることがで
きる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例方法にて使用する溶接電源装置
の構成を示すブロック図、第２図は溶接終了時の溶接ワ
イヤ及び母材の状態を示す模式的断面図である。 1;溶接ワイヤ、2;母材、3;クレータ、4;ビード、5,6;ス
ラグ、7;溶滴、11;停止信号発生器、12;モータ駆動回
路、13;ワイヤ送給モータ、14;出力設定器、15;溶接電
源、16;電圧検出器、17;スイッチ、18;短絡検知器、19,
21;タイマ、20;出力停止回路

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭61−115679（ＪＰ，Ａ) 特開 昭61−27176（ＪＰ，Ａ) 特開 昭57−17381（ＪＰ，Ａ) 特開 昭60−102276（ＪＰ，Ａ)

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】ワイヤ送給モータによりフラックス入り溶
   接ワイヤを送給しつつ溶接を行なう消耗電極式アーク溶
   接法にて使用する溶接電源の出力制御方法において、前
   記ワイヤ送給モータへの給電を停止してからこのワイヤ
   送給モータが完全に停止するまでの間、溶接ワイヤと母
   材との間の短絡を監視し、この間短絡を検知した場合は
   短絡検知後所定時間経過した時点で前記溶接ワイヤに溶
   接電流を供給し、非短絡又は短絡破断の前兆を検知した
   場合は前記溶接ワイヤに供給する電流を遮断することを
   特徴とする溶接電源の出力制御方法。