JP2932123B2 - アーク溶接用制御装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明はアーク溶接を行う装置に
関するものであり、特にアーク電流をほぼ一定値に制御
するアーク溶接用制御装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】母材と溶接棒もしくはスタッドの間にア
ークを発生させ、これらの部材を溶融し、溶着を行うア
ーク溶接において、そのアーク電流を一定に制御するこ
とは溶接の品質管理においても重要な要素である。つま
り、アーク電流を一定とすることにより部材の溶融量を
一定とし、熱影響部の大きさや残留応力を安定化するこ
とにより、溶接部品の品質安定化が図られるのである。

【０００３】このアーク電流を制御する方法として、従
来のアーク溶接制御装置は溶接電流の制御回路にサイリ
スタを用いた位相制御方式や、トランジスタスイッチン
グ素子を用いたパルス幅変調方式などを採用している。

【０００４】図３に示すように、前者の位相制御方式は
サイリスタに両端にかかる交流電圧（Ｅ(t）) が正のと
き所定の位相（φ）から電圧が０になるまでの間電流を
流し、この位相を制御することにより溶接電流の制御を
行っている。したがって、溶接電流を制御するにあたっ
て不可変動に対する応答時間が少なくとも１／２周期か
かり、図４のａに示すような溶接電流立上がり時の不安
定や、ｂに示すようなオーバーシュートを発生させ、チ
リや溶接抜けといった溶接品質にかかわる問題を生じさ
せ、また過電流が流れることにより溶接回路の各回路素
子を損傷する場合がある。また、周期ごとに断続的に電
流が流れ、このためリップルｃが発生する。このリップ
ルは一時的に溶接電流が減少するものであり、このため
アーク柱の伸縮が発生し、冷え現象を招き溶接品質に悪
影響を及ぼす。

【０００５】後者のパルス幅変調方式によれば、前記問
題点をかなりの程度に改善することができる。これは図
５に示すように所定の周期Ｔごとに制御を行うものであ
り、まず制御電流所定値Ｉ₁₁を設定し、時間ｔ₁₁から前
記所定値Ｉ₁₁に電流が達するまでこれを増加させ、所定
値Ｉ₁₁に達した後は所定周期が経過するまで（ｔ₁₂）電
流値を減少させる。そして、再び電流を増加させる。前
述したサイリスタ位相制御方式によれば電圧が負になる
区間（Ｎ）つまり電流が流せない時間帯が生じこれがリ
ップルを生じさせる原因となっていたが、このパルス幅
変調方式によれば電流が流れない時間を減少させること
ができ、リップルの発生を抑止することができる。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかし従来のパルス幅
変調方式によれば、図５に示す時刻ｔ₁₂からｔ₁₃の区間
で示されるような電流の急激な減少には対応できず、リ
ップルが発生してしまう。したがって、アーク柱の伸縮
による冷え現象の発生を完全に除去することはできない
という問題があった。

【０００７】本発明は前述の問題点を解決するためにな
されたものであり、アーク電流を高精度に制御すること
により発生するアーク柱を安定させ、これにより溶接品
質の安定化を実現できるアーク溶接用制御装置を提供す
ることを目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】前述の目的を達成するた
めに、請求項１にかかるアーク溶接用制御装置は、溶接
主回路に流れる溶接電流を制御する制御素子と、前記溶
接電流を検出する溶接電流検出手段と、前記溶接電流の
制御目標値であるしきい値信号を発生するしきい値信号
発生手段と、前記溶接電流と前記しきい値信号発生手段
の発生するしきい値とを比較し、前記溶接電流のほうが
大きい場合にはリセット信号を出力し、それ以外の場合
は電流開始信号を出力する比較手段と、前記リセット信
号が出力されている場合には前記溶接電流の制御を行う
制御素子をＯＦＦ作動させ、前記電流開始信号が出力さ
れている場合には前記制御素子をＯＮ作動させる制御手
段とを含んでいる。

【０００９】そして、前記制御手段は、前記比較手段か
ら電流開始信号が出力された場合には、第一ＯＮ信号を
出力し、前記リセット信号が出力された場合には前記第
一ＯＮ信号を解除する回路であって、前記第一ＯＮ信号
が連続して出力される時間の最大値が設定されているＯ
Ｎ時間制限回路と、前記比較手段から電流開始信号が出
力された場合には、所定の遅延時間が経過してから第二
ＯＮ信号を出力し、前記リセット信号が出力された場合
には速やかに前記第二ＯＮ信号を解除するＯＦＦ時間確
保回路と、前記第一ＯＮ信号と、前記第二ＯＮ信号と、
前記電流開始信号との３つの信号の論理積をとり、前記
３つの信号が全て出力されている場合にのみ前記制御素
子をＯＮ作動させる制御素子駆動信号を出力する出力ア
ンド回路とを備えている。

【００１０】さらには、請求項２にかかるアーク溶接用
制御装置として、溶接主回路に流れる溶接電流を制御す
る制御素子と、前記溶接電流を検出する溶接電流検出手
段と、前記溶接電流の制御目標値であるしきい値信号で
あって、高しきい値信号と低しきい値信号との二種のし
きい値信号のいずれか一方を、現在の制御状況に応じて
発生するしきい値信号発生手段と、前記溶接電流と前記
しきい値信号発生手段の発生するしきい値とを比較し、
前記溶接電流のほうが大きい場合にはリセット信号を出
力し、それ以外の場合は電流開始信号を出力する比較手
段と、前記リセット信号が出力されている場合には前記
溶接電流の制御を行う制御素子をＯＦＦ作動させ、前記
電流開始信号が出力されている場合には前記制御素子を
ＯＮ作動させる制御手段とを含んでいる。

【００１１】そして、前記しきい値信号発生手段は、前
記制御素子がＯＦＦ作動されている場合は低しきい値信
号を出力し、前記制御素子がＯＮ作動されている場合は
高しきい値信号を出力し、前記溶接電流は前記低しきい
値電流と高しきい値電流との間の電流値に設定制御して
いる。

【００１２】さらに前記制御手段は、前記比較手段から
電流開始信号が出力された場合には、第一ＯＮ信号を出
力し、前記リセット信号が出力された場合には前記第一
ＯＮ信号を解除する回路であって、前記第一ＯＮ信号が
連続して出力される時間の最大値が設定されているＯＮ
時間制限回路と、前記比較手段から電流開始信号が出力
された場合には、所定の遅延時間が経過してから第二Ｏ
Ｎ信号を出力し、前記リセット信号が出力された場合に
は速やかに前記第二ＯＮ信号を解除するＯＦＦ時間確保
回路と、前記第一ＯＮ信号と、前記第二ＯＮ信号と、前
記電流開始信号との３つの信号の論理積をとり、前記３
つの信号が全て出力されている場合にのみ前記制御素子
をＯＮ作動させる制御素子駆動信号を出力する出力アン
ド回路とを備えている。

【００１３】

【作用】本発明は以上のような構成を有しており、溶接
電流を目標電流値付近に確実に制御し、さらに前記制御
素子のＯＮ作動時間の最大値は、前記ＯＮ時間制限回路
に設定されている時間によって制限され、前記制御素子
のＯＦＦ作動時間の最小値は、前記ＯＦＦ時間確保回路
に設定されている遅延時間によって制限される。

【００１４】

【実施例】以下、図面に従い本発明にかかるアーク溶接
用制御装置の好適な実施例を説明する。

【００１５】図１は本発明にかかるアーク溶接用制御装
置の制御回路を示す図である。溶接を行うときのアーク
柱を発生させる溶接電流が流れる溶接主回路１は制御ト
ランジスタ１１によりその電流のＯＮ／ＯＦＦが制御さ
れ、またこの溶接電流を検出するために溶接電流検出手
段が備えられており、この検出手段は溶接主回路１に近
接配置されるコイル２１と積分器２２により構成され
る。この溶接電流検出器２は溶接主回路１の電流の変化
をコイルにより検出し、これを積分器２２により積分す
ることにより現在の溶接電流を検出するものである。こ
のように溶接主回路１に直接電流検出手段を設けずに、
コイル２１を介して検出することにより、大きな電流の
流れる溶接主回路１に各種の電気素子（この場合電流計
など）を設ける必要がなく、高価な電気素子を使用する
ことを回避している。

【００１６】溶接電流を目標の電流値に安定させるため
に設けられたのがしきい値信号発生器３であり、溶接主
回路１に流れる電流の制御上限値と下限値の電流量に各
々相当する、高しきい値信号と低しきい値信号を発生す
る。そして、前記制御トランジスタ１１がＯＮ状態のと
きには高しきい値信号を発生し、ＯＦＦ状態のときには
低しきい値信号を発生するよう構成されている。

【００１７】そして、前記溶接電流検出器２としきい値
信号とを比較器４により比較する。前記しきい値信号よ
り前記溶接電流検出器２の検出信号が大きい場合、リセ
ット信号１０４を出力し、それ以外の場合は電流開始信
号１０４´を出力する。

【００１８】前述の比較器４および現在の制御状況、つ
まり制御トランジスタのＯＮ／ＯＦＦの状況に応じて、
制御回路５により前記制御トランジスタ１１のＯＮ／Ｏ
ＦＦ制御が行われ溶接電流の制御が行われる。主制御装
置５１により溶接を行うことを指示する制御ＯＮ信号１
０１が送出されるとフリップフロップ５２のＴ端子にこ
の信号が入力される。また、前記比較器４から電流開始
信号もしくはリセット信号がフリップフロップ５２のＲ
端子に入力される。フリップフロップ５２は制御ＯＮ信
号１０１と前記電流開始信号１０４´が入力されると、
第一ＯＮ信号１０２が送出される。また、比較器４より
リセット信号１０４´が送出されると直ちに第一ＯＮ信
号の送出を中止し、さらにはリセット信号１０４´が入
力されない場合においても所定時間経過した場合にも第
一ＯＮ信号の送出を中止する。

【００１９】比較器４の出力１０４，１０４´はフリッ
プフロップ５２の他にＯＦＦ時間確保回路５３に入力さ
れる。このＯＦＦ時間入力回路５３は比較器よりの電流
開始信号１０４を第二ＯＮ信号として出力する回路であ
るが、リセット信号１０４´が電流開始信号１０４に変
化したときに直ちに第二ＯＮ信号を送出するのではな
く、所定の送れ時間をもってこれを送出する回路であ
る。これにより急激なスイッチングにより各回路素子、
特に制御トランジスタ１１が破壊しないように一定のＯ
ＦＦ時間を確保している。

【００２０】前記制御ＯＮ信号１０１、前記第一ＯＮ信
号１０２および第二ＯＮ信号１０５の論理積をとるＡＮ
Ｄ回路５４，５５が設けられている。このＡＮＤ回路の
出力が制御信号１０６であり、この制御信号によって制
御トランジスタ１１の制御が行われる。また、この制御
信号１０６により現在の制御状況をしきい値信号発生器
３にて判断し、これに応じた制御を行っている。すなわ
ち、しきい値信号発生器３においては制御信号１０６が
送出されているときには前述の高しきい値を発生し、制
御信号１０６が送出されていないときには前述の低しき
い値信号を発生する。

【００２１】また主制御装置５１は前記比較器４の出力
より、制御状況を判断し制御ＯＮ信号の送出を制御す
る。すなわち、溶接を行う指示がなされ、比較器４が電
流開始信号を送出している場合に制御ＯＮ信号１０１が
送出され、リセット信号が送出された場合には制御ＯＮ
信号１０１は送出されない。

【００２２】以上の回路により実際の制御状況を図２に
て説明する。図２のグラフは横軸は時間ｔ、縦軸は溶接
電流Ｉである。制御目標電流をＩ₀ とし所定の制御幅Δ
Ｉをもって、この間に溶接電流Ｉを制御する。つまり電
流上限値Ｉ₁ （＝Ｉ₀ ＋ΔＩ）、電流下限値Ｉ₂ （＝Ｉ
₀ −ΔＩ）の間で制御される。時刻ｔ₁ で電流下限値Ｉ
₂ であった制御電流Ｉはこれを溶接電流検出器２により
検出され、またしきい値信号発生器３は低しきい値信号
を発生している。ここでは下限しきい値より実際の電流
は低い値であるので比較器４からは電流開始信号１０４
を送出する。そして主制御装置５１も制御ＯＮ信号１０
１を送出し、これによりフリップフロップ５２は第１Ｏ
Ｎ信号１０２を送出する。そして、電流開始信号１０
４、制御ＯＮ信号１０１および第二ＯＮ制御信号１０５
により制御信号１０６はＯＮとなり、制御トランジスタ
１１をＯＮ制御する。これによって、溶接電流が流れ続
け上限値Ｉ₁ に達する。このときすでにしきい値信号発
生器３の発生するしきい値は上限値となっており、これ
に相当する電流に溶接電流が達すると比較器４はリセッ
ト信号１０４´を送出する。これにより第一ＯＮ信号が
出力されなくなり、また、第二ＯＮ信号も直ちに送出さ
れなくなる。したがって、制御信号１０６は送出されな
くなり、制御トランジスタ１１がＯＦＦとなる。また、
しきい値信号発生器３により発生されるしきい値が低し
きい値となる。これと同時に主制御装置５１はリセット
信号１０４´により制御ＯＮ信号１０１の送出を中止す
る。

【００２３】このように制御トランジスタ１１がＯＦＦ
となると溶接電流は徐々に減少し、下限値Ｉ₂ に達し、
下限値Ｉ₂ より溶接電流が低くなるのが判断され、比較
器４が再び電流開始信号１０４を送出し、制御信号１０
６が送出される。ただし、このときＯＦＦ時間確保回路
５３の出力は所定の時間遅れて送出され、したがって、
制御信号１０６も遅れ時間を伴い送出される。これは、
急激にＯＮ／ＯＦＦを繰り返すと各回路素子に悪影響を
与え破損することを防止するために設けられている。

【００２４】さらに、前記フリップフロップ回路５２
は、第一ＯＮ信号を所定時間以上連続して出力しないよ
う構成されており、これによって、回路および装置に何
らかの異常が発生した場合に溶接電流が流れ続けること
を防止している。

【００２５】また、実際の応用例として、しきい値信号
発生器３で発生する高しきい値信号と低しきい値信号を
等しくしても、制御系の時間遅れのため、正常に制御を
行うことができる。

【００２６】

【発明の効果】以上のように本発明によればリップルの
ほとんどない安定した電流を供給できるのでアークの旬
宿による冷え現象が発生せず、溶接品質の安定化が図れ
る。また、所定時間以上に溶接電流が流れないよう構成
したこと、制御信号のＯＦＦ時間が所定時間確保されて
いることから各回路素子が破損することがない。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明にかかるアーク溶接用制御装置の好適な
実施例の回路構成を示す図である。

【図２】本実施例の溶接電流の制御を説明する図であ
る。

【図３】従来装置の制御方法に関する説明図である。

【図４】従来装置におけるの溶接電流の変化を示す図で
ある。

【図５】その他の従来装置の制御方法を説明する図であ
る。

【符号の説明】 １ 溶接主回路 ２ 溶接電流検出回路 ３ しきい値信号発生器 ４ 比較器 ５ 制御回路 １１ 制御トランジスタ ５２ フリップフロップ（時間制限回路） ５３ ＯＦＦ時間確保回路 ５４，５５ ＡＮＤ回路

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 西脇 由起男 愛知県西春日井郡西春町大字徳重字御宮 前一 株式会社名古屋電元社内 (56)参考文献 特開 昭57−142769（ＪＰ，Ａ) 特開 昭61−33769（ＪＰ，Ａ) 特開 昭57−171577（ＪＰ，Ａ) 特開 昭51−103836（ＪＰ，Ａ) 特開 昭56−86688（ＪＰ，Ａ) 特開 昭58−84676（ＪＰ，Ａ) 特公 昭52−10649（ＪＰ，Ｂ２) (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) B23K 9/073 550

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】溶接主回路に流れる溶接電流を制御する制
   御素子と、 前記溶接電流を検出する溶接電流検出手段と、 前記溶接電流の制御目標値であるしきい値信号を発生す
   るしきい値信号発生手段と、 前記溶接電流と前記しきい値信号発生手段の発生するし
   きい値とを比較し、前記溶接電流のほうが大きい場合に
   はリセット信号を出力し、それ以外の場合は電流開始信
   号を出力する比較手段と、 前記リセット信号が出力されている場合には前記溶接電
   流の制御を行う制御素子をＯＦＦ作動させ、前記電流開
   始信号が出力されている場合には前記制御素子をＯＮ作
   動させる制御手段と、 を含み、 前記制御手段は、 前記比較手段から電流開始信号が出力された場合には、
   第一ＯＮ信号を出力し、前記リセット信号が出力された
   場合には前記第一ＯＮ信号を解除する回路であって、前
   記第一ＯＮ信号が連続して出力される時間の最大値が設
   定されているＯＮ時間制限回路と、 前記比較手段から電流開始信号が出力された場合には、
   所定の遅延時間が経過してから第二ＯＮ信号を出力し、
   前記リセット信号が出力された場合には速やかに前記第
   二ＯＮ信号を解除するＯＦＦ時間確保回路と、 前記第一ＯＮ信号と、前記第二ＯＮ信号と、前記電流開
   始信号との３つの信号の論理積をとり、前記３つの信号
   が全て出力されている場合にのみ前記制御素子をＯＮ作
   動させる制御素子駆動信号を出力する出力アンド回路
   と、 を備え、前記しきい値電流に溶接電流を制御し、さらに
   前記制御素子のＯＮ作動時間の最大値は、前記ＯＮ時間
   制限回路に設定されている時間によって制限され、前記
   制御素子のＯＦＦ作動時間の最小値は、前記ＯＦＦ時間
   確保回路に設定されている遅延時間によって制限されて
   いることを特徴とするアーク溶接用制御装置。
2. 【請求項２】溶接主回路に流れる溶接電流を制御する制
   御素子と、 前記溶接電流を検出する溶接電流検出手段と、 前記溶接電流の制御目標値であるしきい値信号であっ
   て、高しきい値信号と低しきい値信号との二種のしきい
   値信号のいずれか一方を、現在の制御状況に応じて発生
   するしきい値信号発生手段と、 前記溶接電流と前記しきい値信号発生手段の発生するし
   きい値とを比較し、前記溶接電流のほうが大きい場合に
   はリセット信号を出力し、それ以外の場合は電流開始信
   号を出力する比較手段と、 前記リセット信号が出力されている場合には前記溶接電
   流の制御を行う制御素子をＯＦＦ作動させ、前記電流開
   始信号が出力されている場合には前記制御素子をＯＮ作
   動させる制御手段と、 を含み、前記しきい値信号発生手段は、前記制御素子が
   ＯＦＦ作動されている場合は低しきい値信号を出力し、
   前記制御素子がＯＮ作動されている場合は高しきい値信
   号を出力し、前記溶接電流は前記低しきい値電流と高し
   きい値電流との間の電流値に設定制御されるアーク溶接
   用制御装置であって、 前記制御手段は、 前記比較手段から電流開始信号が出力された場合には、
   第一ＯＮ信号を出力し、前記リセット信号が出力された
   場合には前記第一ＯＮ信号を解除する回路であって、前
   記第一ＯＮ信号が連続して出力される時間の最大値が設
   定されているＯＮ時間制限回路と、 前記比較手段から電流開始信号が出力された場合には、
   所定の遅延時間が経過してから第二ＯＮ信号を出力し、
   前記リセット信号が出力された場合には速やかに前記第
   二ＯＮ信号を解除するＯＦＦ時間確保回路と、 前記第一ＯＮ信号と、前記第二ＯＮ信号と、前記電流開
   始信号との３つの信号の論理積をとり、前記３つの信号
   が全て出力されている場合にのみ前記制御素子をＯＮ作
   動させる制御素子駆動信号を出力する出力アンド回路
   と、 を備え、前記二種のしきい値電流の間に溶接電流を制御
   し、さらに前記制御素子のＯＮ作動時間の最大値は、前
   記ＯＮ時間制限回路に設定されている時間によって制限
   され、前記制御素子のＯＦＦ作動時間の最小値は、前記
   ＯＦＦ時間確保回路に設定されている遅延時間によって
   制限されていることを特徴とするアーク溶接用制御装
   置。