JP2705208B2 - パルスアーク溶接機 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〈産業上の利用分野〉 本発明は、消耗電極に大電流（パルス電流）と小電流
（ベース電流）とをくりかえし供給するパルスアーク溶
接装置の改良に関するものである。

〈従来の技術〉 消耗電極を用いるパルスアーク溶接においては、主と
してパルス電流によって消耗電極の溶融が行なわれ、ベ
ース電流はアークの持続を主たる目的としている。通常
パルスアーク溶接において調整されるべきパラメータ
は、パルス電流値（ピーク値）Ip、ベース電流値Ib、パ
ルス時間幅Tp、平均溶接電流Iw、パルスくりかえし周波
数ｆまたはベース時間幅Tb等がある。これらは相互に関
連性があり、いずれもを独立して可変にすると調整が極
めて煩雑になり、最適条件を得ることが極めて難しくな
る。そこで通常はこれらの各パラメータに制限を加えて
実用化している。このうち溶接電源に外部指令信号によ
って出力電流が定まるような定電流特性の電源を用いる
ときには、電極の送給速度を平均溶接電流に見合う一定
値に保ち、これに対して平均アーク電圧を検出してこれ
が一定になるようにパルス時間隔、ベース時間幅、また
はくりかえし周波数を調整して電極の被溶接物への突込
みや燃え上りすぎ（バーンバック）を防止するように工
夫されている。

第４図に従来装置の例を示す。同図において１は交流
電力源であり、三相または単相の商用交流電源が用いら
れる。２は外部からの指令信号Iiによって定まる電流を
出力する定電流特性または垂下特性の出力調整部であ
る。３は平均溶接電圧設定器であり、例えば直流電源を
可変抵抗器で分圧した出力Vrを発生する。４は溶接電圧
検出器であり、消耗電極５および被溶接物６の間の平均
電圧Vwを検出する。７はパルス電流設定器、８はベース
電流設定器であり、それぞれ出力電流基準信号Ip、Ibを
出力する。９は基準信号切替器であり、アナログスイッ
チによって構成される。10は比較器であり、平均溶接電
圧設定器３の出力Vrと容接電圧検出器４の出力Vwとを入
力とし両入力信号の差ΔＶ＝Vr−Vwを得る。11はパルス
時間幅設定器であり、可変抵抗器または直流電源を可変
抵抗器によって分圧する方式のものが用いられる。12は
比較器10の出力ΔＶによって動作周波数が決定されると
ともに出力パルス幅がパルス時間幅設定器11の出力によ
って定められる信号Ｓを発生し、これによって基準信号
切替回路を切りかえるパルス発生回路であり、例えば入
力電圧ΔＶに応じた周波数の鋸歯状波を発生する電圧／
周波数変換回路とこの電圧／周波数変換回路の出力とパ
ルス時間幅設定器11の出力とを比較して一方が他方より
大なる期間をパルス期間Tpとして出力する公知のパルス
幅変調回路（PWM回路）が用いられる。13は消耗電極５
を送給するための電動機であり送給用ロール14および速
度検出器15に連結される。16は平均溶接電流設定器であ
り、消耗電極５の送給速度を決定する。17は電力増幅
器、18は平均溶接電流設定器16の出力Irと速度検出器15
の出力Vsとを比較し差信号を電力増幅器17に供給する比
較器である。

第４図の装置において、消耗電極５は平均溶接電流設
定器16の出力Irによって決定される速度となるように速
度検出器15の出力Vsをフィードバックして低速度運転が
行なわれる。一方、出力調整部２は平均溶接電圧設定器
３の出力Vrと容接電圧検出器４の出力Vwとの差信号によ
って定まる周波数であってかつパルス時間幅設定器11に
よって定められたパルス時間幅Tpに応じて入力信号を切
替える基準信号切替器９によって切替えられる信号Ipお
よびIbに従って出力電流を調整する。

いま仮に消耗電極５の送給量が溶融量より多くなった
ときを考える。この場合アーク長が次第に短かくなるの
でアーク長に比例する溶接電圧は低下し、容接電圧検出
器４の出力Vwも低下する。このため比較器10の出力ΔＶ
＝Vr−Vwは大となり、パルス発生回路12の発生するパル
ス周波数は大きくなり、これに対してパルス時間幅設定
器11の設定値Tpは変化しないから結局出力信号Ｓのパル
ス間隔、即ちベース時間は短かくなり、これによって切
替えられる基準信号Iiの平均値が大となる。この結果、
出力調整部２の出力もベース時間幅が減少し、平均出力
電流が増加して消耗電極５の溶融量が増加する。一方消
耗電極５の送給速度は平均溶接電流設定器16の設定値に
よって一定に保たれているから、出力調整部２の出力電
流が増加した分だけアーク長が長くなる方向に回復す
る。アーク長の回復によって、溶接電圧が上昇すると差
電圧ΔＶが減少し、パルス発生回路12の出力周波数がも
とにもどる方向に変化する。

逆にアーク長が何らかの原因で長くなったときには、
上記と逆にパルス発生回路の出力周波数が低下してベー
ス期間が増加し、出力調整部２の出力電流が低下して消
耗電極の溶融量が減少し、アーク長をもとに戻す方向に
作用する。

第４図の従来装置は上記のように動作する結果、消耗
電極の送給量と溶接電流による溶融量とが平衡したとこ
ろで落ちつくことになる。それ故、溶接電流は、消耗電
極５の送給速度によって定まり、これを決定する基準信
号Irが平均溶接電流に対応することになる。

〈発明が解決しようとする課題〉 上記従来装置においては、消耗電極を低速度で送給
し、これによって平均溶接電流が定まり、またパルス周
波数を溶接電圧によって制御することによって平均溶接
電圧が定まるので、溶着量および溶け込み深さを制御で
きることになるが、このためにはパルス電流値Ipおよび
ベース電流値Ibおよびパルス時間幅Tpの各値を別々に設
定しなければならない。通常パルス時間幅Tpおよびパル
ス電流Ipは使用する消耗電極の材質と直径とによって定
まり、ベース電流Ibはアークの維持に必要な最低限に定
められ、消耗電極の溶着量に対応する平均溶接電流設定
信号Irと上記各信号Tp,IpおよびIbが決定されるとこれ
らに最適なパルスのくりかえし周波数ｆ、即ちベース電
流期間Tpが定まるようになっている。このうちベース電
流Ibは通常アークの維持を目的とし、このベース電流期
間にはあまり消耗電極が溶けないことが重要である。ま
た消耗電極からの溶滴の移行がパルス電流に同期して行
なわれることが望ましいことからもベース電流期間には
消耗電極の溶融が進行しない方がよい。

ところで、被溶接物が薄板である場合には、適用され
る平均溶接電流が小さいのでパルス電流期間とベース電
流期間とからなる電流の一周期において平均溶接電流を
小さくするためには第４図の従来装置において周波数が
低く、即ち、ベース電流期間が長い状態で溶接が行なわ
れることになる。このためにベース電流期間における消
耗電極への入熱が累積されてベース電流期間中に消耗電
極が溶融される量が無視できず、不規則な溶滴の移行が
発生するようになり、パルス電流期間に同期して必らず
移行させるようにするパルスアーク溶接法が実現できな
くなる。

一方、溶接電流によって発生する磁界のためにアーク
が曲げられる、いわゆる磁気吹き現象は電流が小さいベ
ース電流期間に特に大きく現われ、溶着ビードの不均一
やアーク切れを招く、そしてこの磁気吹きは、被溶接物
が厚板の時には発生する磁界も強くなるために影響が大
きく、薄板の場合には比較的少ない。それ故、単にベー
ス電流をアーク維持の目的から一定の値として定める
と、細い消耗電極を用いて小電流で行う薄板の溶接時に
はベース電流の期間中にも消耗電極の溶融が進行して溶
滴の移行が不規則となり、逆に比較的大電流を用いる厚
板の溶接時には磁気吹きによる悪影響が発生することに
なる。

〈課題を解決するための手段〉 本発明は、平均溶接電流に対応してベース電流を決定
するように、平均溶接電流設定器の出力を入力として入
力信号に対応した信号を出力する関数発生器を設け、こ
の関数発生器の出力をベース電流設定値として用いるこ
とによって上記従来装置の欠点を解決したものである。

〈作用〉 本発明の装置においては、平均溶接電流に対応してベ
ース電流を定めるので、薄板の場合には平均溶接電流が
小さいにもかかわらず磁気吹きの心配が少ないので、ベ
ース電流も小さくしてベース電流期間における消耗電極
の溶融を防止し、厚板の場合には平均溶接電流が大く、
したがってベース電流期間が短かく、この間における消
耗電極の消耗量が少ないのでベース電流を比較的大きく
して厚板の溶接時に発生しやすい磁気吹きを防止するも
のである。

〈実施例〉 第１図に本発明の実施例を示す。同図の装置は前述の
第４図の従来装置のベース電流設定器８の代りに平均溶
接電流設定器16の出力Irを入力とし、入力信号に対応し
た信号を出力する関数発生器19を設けたものであって、
その他は第４図に示した従来装置と同機能のものに同符
号を付して説明を省略する。

第１図の実施例において、関数発生器19として入出力
関係が正比例するIb＝Ａ・IrまたはIb＝Ａ・Ir＋Ｂのよ
うな関係のものを用いるときには単なる係数等または加
算係数器（Iwに係数Ａを乗じたのもに定数Ｂを加算する
係数器）を用いればよく、公知の演算増幅器によって容
易に実現できる。また直線的比例関数にない入出力関係
の関数発生器を用いるときには乗算器あるいは除算器を
組合せればよい。

同図の装置において、平均溶接電流Irが設定器16によ
って設定されると、これによって消耗電極５の送給速度
が決定される一方、出力信号Irはまた関数発生器19にも
供給されて、ベース電流設定信号Ib（Ib＝Ａ・Irまたは
Ib＝Ａ・Ir＋Ｂ）に変換される。それ故平均溶接電流Ir
が大なるときはベース電流Ibも大きく平均溶接電流Itが
小なるときにはベース電流も小となる。

いま平均溶接電流Irを大なる値に設定するときは、消
耗電極５の送給速度が速くなり、このためにアーク電圧
Vwが低下しようとする。このとき比較器10の出力ΔＶは
大となりパルス発生回路12の発生するパルス信号の周波
数が大となる。このときパルス時間幅Tpを一定にしてお
くとパルス周波数の増加によってベース時間幅Tbが減少
し、これによって切りかえられる基準信号Irのうちベー
ス電流設定信号Ibが供給される時間が短かくなり、基準
信号Iiの平均値、即ち溶接電流の平均値が増加する。こ
のとき信号Ibも信号Irに応じて増加しベース電流値が増
加する。一方平均溶接電流設定器16の出力Irを小なる値
に設定したときは上記と逆の理由でベース電流期間が長
くなって溶接電流の平均値が減少し、同時にベース電流
値が減少する。

第２図は上記の各場合における溶接電流の変化の様子
を示したものであり、同図（ａ）は平均溶接電流を大な
る値に設定したときの様子を、また同図（ｂ）は平均溶
接電流を小なる値に設定したときの様子をそれぞれ時間
の経過とともに示してある。

第１図の実施例は、上記のように動作するので、平均
溶接電流が大きな値に選定される厚板の溶接の場合には
ベース電流が大なる値になり磁気吹きを防止できる。そ
してこのときはベース電流期間が短かいので、比較的大
きなベース電流になるにもかかわらず、この期間におけ
る消耗電極の溶融量は無視し得る程度に留まる。また薄
板の溶接では平均溶接電流が小なる値に選定されるの
で、この場合にはベース電流期間が長くなるがベース電
流も小なる値に自動設定されるので、ベース電流期間に
おける消耗電極の溶融量が問題になることはない。そし
てこの場合には被溶接物が薄板であるので磁気吹きはほ
とんど発生せず、小なるベース電流を用いる本発明の装
置においても溶着ビードの不均一やアーク切れが発生す
ることがない。

第３図は本発明の別の実施例を示す接続図であり、第
１図に示した実施例の関数発生器19のかわりに複数の関
数発生器19aないし19nを設けてこれらの関数発生器を使
用する消耗電極の材質や太さあるいは被溶接物の材質な
どによって選択的に基準信号切替器９に伝達するための
切替スイッチ20を設けたものである。その動作は第１図
の実施例と同様である。

同図の実施例によるときは、関数発生器19aないし19n
にそれぞれの場合に適した入出力特性のものを用意する
ことによって最適の条件が簡単に得られるので適用範囲
が広くなるものである。

第５図は本発明の別の実施例を示す接続図である。同
図の実施例は第１図の実施例に平均溶接電流検出器21を
加え、また電動機13の速度検出器15を除いたものであ
る。また平均溶接電圧設定器３と平均溶接電流設定器16
とを入れかえてある。

同図の実施例においては、消耗電極５は平均溶接電圧
設定器３の出力Vrと平均溶接電圧検出器４の出力Vwとの
差によって定まる速度で送給され、平均溶接電圧を設定
器３の設定値に保つようにフィードバック制御される。
このため第５図の実施例においては消耗電極５は第１図
の実施例の場合と異なり容接電圧設定器３の出力Vrに略
反比例する速度で送給されることになる。また平均溶接
電流設定器16の出力Irは平均溶接電流検出器21の出力Iw
と比較器10にて比較されて差信号ΔＩ＝Ir−Iwがパルス
発生回路12に供給される。パルス発生回路12においては
入力信号ΔＩによって定まる周波数でかつパルス時間幅
設定器11の出力Tpで定まるパルス幅のパルス信号Ｓを発
生し、このパルスの間は基準信号切替器９をパルス電流
設定器７の出力Ipを通過させるように切替え、残りの期
間は関数発生器19の出力Ibが通過するように切替える。
なお関数発生器19は第１図の実施例と同様に平均溶接電
流設定器16の出力Irを入力とし入力信号に略比例した信
号を出力するものである。第５図の実施例においては、
平均溶接電流Iwが設定値Irよりも減少したときは、誤差
信号ΔＩが増加してパルス発生回路12の発生するパルス
周波数が増加する。このときパルス時間幅は設定器11の
出力Tpによって一定に保たれるので結果的にベース電流
期間が減少し、これによって平均溶接電流が増加する方
向に変化する。

逆に平均溶接電流Iwが設定値Irよりも大きくなったと
きにはパルス周波数が減少する方向に変化し、ベース電
流期間が増加して平均溶接電流が減少する方向に変化す
る。

消耗電極５はその送給量が溶融量より多くなるとアー
ク長が短かくなって、その分だけ平均溶接電圧Vwが減少
するので誤差電圧ΔＶ＝Vw−Vrが減少して電動機13の回
転速度が低下し、送給量が減少する。これによってアー
ク長が回復してゆくことになる。逆に送給量が溶融量よ
り少なくなるとアーク長がこの差に相当する分だけ増加
してくるので、その分だけ平均溶接電圧Vwが増加する。
このため誤差電圧ΔＶ＝Vw−Vrが増加し、電動機13の回
転速度が増加して消耗電極５の送給量を増加させて、ア
ーク長が減少する方向に作用する。

上記の結果、平均溶接電流は設定値Irに、また平均溶
接電圧は設定値Irに一致したところで平衡する。このと
きベース電流Ibは第１図の実施例と同様に平均溶接電流
が大なるときは比較的大なる値に、また平均溶接電溶が
小なるときは比較的小なる値に自動設定されることにな
る。

〈発明の効果〉 本発明の装置においては、上記のように平均溶接電流
の値を定めることによって、これに対応してベース電流
の値が自動的に決定されるので溶着ビードの乱れや磁気
吹きが発生しない安定な溶接条件が簡単に選定できるも
のである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例を示した接続図、第２図は第１
図の実施例によって得られる溶接電流の変化の様子を示
す線図、第３図および第５図は本発明の別の実施例を示
す接続図、第４図は従来の装置の例を示す接続図であ
る。 ２…出力調整部、３…平均溶接電圧設定器、４…出力電
圧検出器、５…消耗電極、７…パルス電流設定器、８…
ベース電流設定器、９…基準信号切替器、10,18…比較
器、11…パルス時間幅設定器、12…パルス発生回路、13
…電動機、14…送給ロール、15…速度検出器、16…平均
溶接電流設定器、17…電力増幅器、19,19aないし19n…
関数発生器、20…切替スイッチ、21…平均溶接電流検出
器

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】大電流を供給するパルス電流期間と、小電
   流を供給するベース電流期間とをくりかえして溶接する
   パルスアーク溶接機において、平均溶接電流設定器と、
   前記平均溶接電流設定器の出力I_rに応じた速度で消耗電
   極を定速送給する電極送給速度制御部と、平均溶接電圧
   設定器と、平均溶接電圧検出器と、パルス時間幅設定器
   と、前記平均溶接電圧設定器の出力信号V_rと前記平均溶
   接電圧検出器の出力信号V_wとの差信号によってくりかえ
   し周波数が決定されかつ前記パルス時間幅設定器の出力
   T_pによって出力パルス幅が決定されるパルス発生回路
   と、パルス電流設定器と、前記平均溶接電流設定器の出
   力I_rを入力とし入力信号に対応した信号I_bを出力する関
   数発生器と、前記パルス電流設定器の出力I_pと前記関数
   発生器の出力I_bとを入力とし前記パルス発生回路の出力
   信号Ｓのパルス期間中は前記パルス電流設定器の出力I_p
   をまたその他の期間は前記関数発生器の出力I_bを切りか
   えて次段に伝達する基準信号切替回路と、前記基準信号
   切替回路の出力I_iに応じて溶接電流を制御する出力調整
   部とを具備したパルスアーク溶接機。
2. 【請求項２】大電流を供給するパルス電流期間と小電流
   を供給するベース電流期間とをくりかえして溶接するパ
   ルスアーク溶接機において、平均溶接電圧設定器と、平
   均溶接電圧検出器と、前記平均溶接電圧設定器の出力V_r
   と前記平均溶接電圧検出器の出力V_wとの差によって定ま
   る速度で消耗電極を送給する電極送給速度制御部と、平
   均溶接電流設定器と、平均溶接電流検出器と、パルス時
   間幅設定器と、前記平均溶接電流設定器の出力信号I_rと
   前記平均溶接電流検出器の出力信号I_wとの差信号によっ
   てくりかえし周波数が決定されかつ前記パルス時間幅設
   定器の出力T_pによって出力パルス幅が決定されるパルス
   発生回路と、パルス電流設定器と、前記平均溶接電流設
   定器の出力I_rを入力とし入力信号に対応した信号I_bを出
   力する関数発生器と、前記パルス電流設定器の出力I_pと
   前記関数発生器の出力I_bとを入力とし前記パルス発生回
   路の出力信号Ｓのパルス期間中は前記パルス電流設定器
   の出力I_pをまたその他の期間は前記関数発生器の出力I_b
   を切りかえて次段に伝達する基準信号切替回路と、前記
   基準信号切替回路の出力I_iに応じて溶接電流を制御する
   出力調整部とを具備したパルスアーク溶接機。