JP3239498B2 - 消耗電極式アーク溶接制御方法及び電源装置 - Google Patents

消耗電極式アーク溶接制御方法及び電源装置

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JP3239498B2 JP34534392A JP34534392A JP3239498B2 JP 3239498 B2 JP3239498 B2 JP 3239498B2 JP 34534392 A JP34534392 A JP 34534392A JP 34534392 A JP34534392 A JP 34534392A JP 3239498 B2 JP3239498 B2 JP 3239498B2
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Description

【発明の詳細な説明】

【0001】

【産業上の利用分野】本発明は、CO2 ガス、MAGガ
ス等を使用する消耗電極式アーク溶接方法で溶接すると
きに、溶接中に溶接電源装置の外部特性を高速度で制御
することによって、アーク発生と短絡発生との繰り返し
周期の安定性の向上を図るための消耗電極式アーク溶接
方法及び電源装置に関するものである。

【0002】

【従来の技術】溶接電源装置の外部特性を溶接中に、溶
接負荷状態に応じて切り換えて短絡の繰り返しを制御し
て、溶接状態の安定性の向上を図る試みが従来より提案
されている。

【0003】その一例として、図1に、アーク発生と短
絡発生とを繰り返して溶滴移行を行わせる溶接方法(以
下、短絡移行溶接という)における溶接電源装置の外部
特性(以下、外部特性という)、被溶接物と消耗電極ワ
イヤ(以下、ワイヤという)との溶接負荷特性(以下、
負荷特性という)及び外部特性と負荷特性とによって定
まる動作点の過渡的な軌跡を示す。同図において、折れ
線の実線は外部特性であって、溶接電流値ia[A]と
溶接電源出力電圧値e[V]との関係を示し、直線の点
線は負荷特性であって、溶接電流値ia[A]と溶接負
荷電圧値va[V]との関係を示し、曲線の実線は動作
点の軌跡であって、溶接電流値ia[A]と溶接負荷電
圧値va[V]との関係を示す。また、図2(A)及び
(B)はそれぞれ従来技術の短絡移行溶接中の溶接負荷
電圧値va[V]及び溶接電流値ia[A]の時間tの
経過に対する波形を示す図であり、同図(C)はそれら
に対応するワイヤ先端1aに成長した溶滴1bが被溶接
物2上の溶融池2aに移行する状態を説明する移行状態
図である。以下図1及び図2(A)乃至(C)を参照し
て、従来技術の動作説明を行う。

【0005】(1)図2(A)乃至(C)の期間t0 〜
t1 の動作説明。ワイヤ先端1aの溶滴1bと溶融池2
aとが短絡状態になったことを時刻t0において検出
し、外部特性を図1の外部特性1(符号F、G1、H1
及びH2から成る折れ線の特性)に切り換える。このと
き短絡状態にあるために、負荷特性は図1の点線で示す
抵抗特性イ−イ′となり、溶接電流値ia[A]と溶接
負荷電圧値va[V]との動作点は、外部特性1と負荷
特性イーイ′との交点Aとなる。 この期間では、図2
(C)に示すように、時刻t0 において溶滴1bが溶融
池2aに接触した状態になる。この接触状態をより完全
にし、溶滴2bを円滑に移行させるために、図2(B)
に示すように、期間t0 〜t1 において溶接電流値ia
[A]を、後述する期間t1 〜t2 の溶接電流値よりも
低い値に保持している。なお、期間t0 〜t1 における
第1の設定短絡時間(外部特性1の設定時間)TS1
は、数ms程度に予め設定されている。

【0007】(2)図2(A)乃至(C)の期間t1 〜
t2 の動作説明。短絡継続時間TSが図2(A)に示す
第1の設定短絡時間TS1を経過した時刻t1 におい
て、外部特性を図1の外部特性1から外部特性2(符号
F、G2、K1、K2及びH2から成る折れ線の特性)
に切り換える。このとき、負荷特性は継続して抵抗特性
イ−イ′であるので、溶接電流値ia[A]及び溶接負
荷電圧値va[V]の動作点は、外部特性2と負荷特性
イーイ′との交点Bとなる。

【0008】この期間中に、動作点を交点Bに移行させ
ることによって溶接電流値ia[A]を増加させてピン
チ力を大にする。このピンチ力を大にすることによっ
て、図2(C)に示すように、ワイヤ先端1aと溶滴1
bとが分離できるようになる状態(以下、くびれとい
う)1cを促進させて溶滴1bを溶融池2aに移行させ
る。

【0009】(3)図2(A)乃至(C)の期間t2 〜
t3 の動作説明。図2の期間t2 〜t3 においては、外
部特性は図1の外部特性2を継続する。前述したよう
に、期間t1 〜t2 に大きな溶接電流値ia[A]を通
電することによって、ワイヤ先端1aと溶滴1bとにく
びれ1cが生じると、ワイヤ先端1aと溶融池2a間の
抵抗値が増大し、抵抗特性イ−イ′から抵抗特性ロ−
ロ′に向かって急速に変化する。このために、動作点が
交点Bから交点Cに向かって自動的に変化し、図1及び
図2(B)の交点Cに示すように、溶接電流値ia
[A]は減少した値になる。この状態になるとアークが
再発生するが、このアーク再発生時の時刻t3 の溶接電
流値ia[A]を低い値にしているので、アーク再発生
時のスパッタの発生を抑制することができる。

【0011】(4)図2(A)乃至(C)の期間t3 〜
t4 の動作説明。ワイヤ1と被溶接物2との間にアーク
3が再発生したことを検出して時刻t3において、外部
特性を図1の外部特性3(符号F、G2、J1、J2及
びH3から成る折れ線の特性)に切り換える。このとき
の負荷特性はアーク特性ハ−ハ′となり、動作点は外部
特性3とアーク特性ハーハ′との交点Dとなる。この期
間中に、大きな溶接電流値ia[A]を通電することに
よって、図2(C)に示すように、ワイヤ先端1aの溶
融を促進させて溶滴1bを成長させる。なお、時間t3
〜t4 における設定アーク時間(外部特性3の設定時
間)TA1は、数十ms程度に予め設定されている。

【0013】(5)図2(A)乃至(C)の期間t4 〜
t5 の動作説明。アーク継続時間TAが設定アーク時間
TA1を経過した時刻t4 において、外部特性を再び図
1の外部特性2に切り換える。このとき、図1の負荷特
性は継続してアーク特性ハ−ハ′であるので、動作点は
外部特性2とアーク特性ハーハ′との交点Eとなる。こ
の期間では、時刻t4 において図2(B)の溶接電流値
ia[A]を低くすることによってアーク力を小さく
し、溶滴1bに働いている押し上げ力を小さくする。こ
のことで溶滴1bは、図2(C)に示すように重力によ
って垂れ下がり、溶融池2aとの接触へと導かれる。

【0014】以上のように、ワイヤ先端1aの溶滴1b
の移行状態に応じて外部特性を最適化しており、上記
(1)〜(5)の動作を繰り返すことによって、溶滴移
行が規則正しく行なわれ、溶接状態の安定性が向上す
る。また、アーク再発生直前の溶接電流値ia[A]
が、図1に示すように、外部特性と負荷特性とから定ま
る低い値に自動的になっているために、アーク再発生時
のスパッタの発生も少なくなっている。なお、上記のよ
うにアーク再発生時の直前に短絡電流値を低くしないで
そのままにしておくと、アーク再発生時の大きな電流に
よるアーク力によって、溶滴1b及び溶融池2aの一部
が飛散するために、スパッタが多量に発生する。

【0020】

【発明が解決しようとする課題】従来技術においては、
ある程度、短絡とアークとの規則正しい移行を行わせる
ことができるが、溶融池2aの不規則な振動のために、
短絡が不規則な周期で発生することがある。このような
不規則な周期で短絡が発生すると、まだワイヤ先端1a
に十分な大きさの溶滴1bが成長していないために、ワ
イヤ1の溶融していない部分が溶融池2aと短絡してし
まう。このような溶融していないワイヤ先端1aが短絡
したときは、通常のワイヤの溶滴が短絡したときと同じ
短絡電流値を通電しても、短絡状態を終了させてアーク
を再発生させることができないために、短絡が数十ms
以上の長期短絡状態になる。

【0021】図3(A)及び(B)は、それぞれこのよ
うな長期短絡状態が発生したときの溶接負荷電圧値va
[V]及び溶接電流値ia[A]の時間tの経過に対す
る波形を示す図であり、同図(C)はそれらに対応する
ワイヤ先端1aの溶滴1bが移行する状態を説明する移
行状態図である。

【0022】このような長期短絡状態が発生すると、同
図(C)の時刻t2 に示すように、ワイヤ先端1aがジ
ュール熱で加熱され、ふき飛ばされて短絡からアークに
移行する。その瞬間のアーク長が非常に長くなるので、
アークを維持することができないでアーク切れが発生す
る。このようなアーク切れとアークの再発生とが繰り返
されるために、アークの再発生状態が不安定になるとい
う問題点があった。

【0023】また、高速溶接時においては、アークを安
定させるために、通常の溶接時よりもアーク長を短く設
定する。その理由は、通常の溶接速度のアーク長のまま
で高速溶接を行うと、アークがワイヤ先端1aの後方の
溶融池2aにまで伸びてしまうために、短絡回数が減少
して溶滴1bが大粒となって不規則な周期の短絡が発生
するためである。しかし、上記の理由によって高速溶接
時にアーク長を短く設定すると、逆に溶滴1bと溶融池
2aとが外部要因の変動によって不規則な周期の短絡が
発生し、溶融状態が不安定になるという問題点があっ
た。

【0030】

【課題を解決するための手段】請求項1の発明は、図1
1のクレーム対応図に示すように、消耗電極式アーク溶
接制御方法において、溶接電流値iaを検出して溶接電
流検出信号Icを出力する溶接電流検出ステップ(例え
ば、図9の溶接電流検出SP)と、

【0031】溶接負荷電圧値Vcを検出して短絡状態か
アーク発生状態かを判別する短絡アーク判別ステップ
(例えば、図9のSP4)と、

【0032】短絡状態であって短絡継続時間TSが第1
の設定短絡時間(外部特性1の設定時間)TS1未満で
あるときは、低電流値の溶接電流を通電するために、第
1の外部特性を形成する出力電圧設定信号Vsを、溶接
電流検出信号Icを入力として外部特性データ記憶回路
ROMから出力する第1の外部特性の出力ステップ(例
えば、図9及び図10のSP5乃至SP7)と、

【0033】短絡状態であって短絡継続時間TSが第1
の設定短絡時間(TS1)以上であって第1の設定短絡
時間よりも長い第2の設定短絡時間(外部特性1の開始
時から外部特性2の終了時までの設定時間)TS2未満
であるときは、第1の短絡電流値ia2の溶接電流を通
電するために、第2の外部特性を形成する出力電圧設定
信号Vsを、溶接電流検出信号Icを入力として外部特
性データ記憶回路ROMから出力する第2の外部特性の
出力ステップ(例えば、図9及び図10のSP5、SP
6、SP9及びSP10)と、

【0034】短絡状態であって短絡継続時間TSが第2
の設定短絡時間(TS2)以上のときは、第1の短絡電
流値ia2よりも大きい第2の短絡電流値ia4の溶接
電流を通電しピンチ力を大きくして溶滴のくびれを促進
させた後に、溶滴のくびれの促進に伴いくびれ部分の抵
抗値が増大すると電流値が減少してアーク再発生直前の
第3の短絡電流値ia41を前記第2の短絡電流値ia
4よりも低く押さえることができるようにするために、
第4の外部特性を形成する出力電圧設定信号Vsを、溶
接電流検出信号Icを入力として外部特性データ記憶回
路ROMから出力する第4の外部特性の出力ステップ
(例えば、図9及び図10のSP5、SP6、SP9及
びSP11)と、

【0035】アーク発生状態であってアーク継続時間T
Aが設定アーク時間(外部特性3の設定時間)TA1未
満であるときは、第1のアーク電流値の溶接電流を通電
するために、第3の外部特性を形成する出力電圧設定信
号Vsを、溶接電流検出信号Icを入力として外部特性
データ記憶回路ROMから出力する第3の外部特性の出
力ステップ(例えば、図9及び図10のSP12乃至S
P14)と、

【0036】アーク発生状態であってアーク継続時間T
Aが設定アーク時間TA1以上のときは、第1のアーク
電流値よりも小さい第2のアーク電流値の溶接電流を通
電するために、第2の外部特性を形成する出力電圧設定
信号Vsを、溶接電流検出信号Icを入力として外部特
性データ記憶回路ROMから出力する第2の外部特性の
出力ステップ(例えば、図9及び図10のSP12、S
P13及びSP15)とから成る消耗電極式アーク溶接
制御方法である。

【0040】本発明の制御方法は、図9及び図10に示
すフローチャートに記載した消耗電極式アーク溶接制御
方法において、溶接電流値iaを検出して溶接電流検出
信号Icを出力する溶接電流検出ステップと、

【0041】割り込みタイマ時限Tcを設定して、短絡
継続時間カウント値Ns及びアーク継続時間カウント値
Naを0にリセットするステップ1(SP1)と、

【0042】ステップ1のリセット後に、タイマ割り込
みの有無を判別し、割り込み有のときはステップ3(S
P3)に進み、割り込み無のときは、次のタイマ割り込
みが有るまで継続するステップ2(SP2)と、

【0043】ステップ2のタイマ割り込みがあった後
に、図6の溶接電流検出回路CDによって検出した溶接
電流検出信号Icをディジタル溶接電流検出信号Ibに
変換して一時記憶回路RAMに記憶するステップ3(S
P3)と、

【0044】ステップ3の信号の記憶後に、図6の溶接
電圧検出信号Vcを入力とする短絡判別回路VTから短
絡判別信号Vtを中央演算処理回路CPUに読み込み、
短絡状態かアーク発生状態かの判別を行い、短絡状態の
ときはステップ5(SP5)に進み、アーク発生状態の
ときはステップ12(SP12)に進むステップ4(S
P4)と、

【0045】ステップ4で短絡状態のときは、アーク継
続時間カウント値Naを0にリセットし、短絡継続時間
カウント値NsをカウントアップしてNs+1にするス
テップ5(SP5)と、

【0046】ステップ5の短絡継続時間カウント値Ns
と第1の短絡時間カウント設定値(外部特性1の継続時
間カウント設定値)Ns1とを比較し、Ns<Ns1の
ときはステップ7(SP7)に進み、Ns≧Ns1のと
きは、ステップ9(SP9)に進むステップ6(SP
6)と、

【0047】ステップ6でNs<Ns1のときは、外部
特性データ記憶回路ROMから、低電流値の溶接電流を
通電する外部特性1のディジタル溶接電流検出信号Ib
に対応したディジタル出力電圧設定信号Vdを読み出す
ステップ7(SP7)と、

【0048】ステップ7で読み出したディジタル出力電
圧設定信号Vdを、D/A変換回路DAによってアナロ
グ出力電圧設定信号Vsに変換し、比較回路CMを通じ
て電力制御回路10に出力し、後述する終了指令判別ス
テップに進ステップ8(SP8)と、

【0049】ステップ6でNs≧Ns1のときは、短絡
継続時間カウント値Nsと第2の短絡時間カウント設定
値(外部特性1の開始時から外部特性2の終了時までの
継続時間のカウント設定値)Ns2とを比較し、Ns<
Ns2のときはステップ10(SP10)に進み、Ns
≧Ns2のときはステップ11(SP11)に進むステ
ップ9(SP9)と、

【0050】ステップ9でNs<Ns2のときは、外部
特性データ記憶回路ROMから、第1の短絡電流値ia
2の溶接電流を通電する外部特性2のディジタル溶接電
流検出信号Ibに対応したディジタル出力電圧設定信号
Vdを読み出し、前述したステップ8に進むステップ1
0(SP10)と、

【0051】ステップ9でNs≧Ns2のときは、外部
特性データ記憶回路ROMから、第1の短絡電流値ia
2よりも大きい第2の短絡電流値ia4の溶接電流を通
電する外部特性4のディジタル溶接電流検出信号Ibに
対応したディジタル出力電圧設定信号Vdを読み出し、
前述したステップ8に進むステップ11(SP11)
と、

【0052】ステップ4でアーク発生状態のときは、短
絡継続時間カウント値Nsを0にリセットし、アーク継
続時間カウント値NaをカウントアップしてNa+1に
するステップ12(SP12)と、

【0053】ステップ12のアーク継続時間カウント値
Naとアーク時間カウント設定値(外部特性3の継続時
間カウント設定値)Na1とを比較し、Na<Na1の
ときはステップ14に進み、Na≧Na1のときは前述
したステップ10と同じ外部特性2の溶接電流を出力す
るステップ15(SP15)に進むステップ13(SP
13)と、

【0054】ステップ13でNa<Na1のときは、外
部特性データ記憶回路ROMから、第1のアーク電流値
ia3の溶接電流を通電する外部特性3のディジタル溶
接電流検出信号Ibに対応したディジタル出力電圧設定
信号Vdを読み出してステップ8に進むステップ14
(SP14)と、

【0055】ステップ13でNa≧Na1のときは、外
部特性データ記憶回路ROMから、第1のアーク電流値
ia3よりも小さい第2のアーク電流値のia5溶接電
流を通電する外部特性2のディジタル溶接電流検出信号
Ibに対応したディジタル出力電圧設定信号Vdを読み
出してステップ8に進むステップ15(SP15)と、

【0056】ステップ8の実施後に、溶接終了指令の有
無を判別し、指令無のときはステップ2(SP2)に戻
り、指令有のときは溶接を終了する終了指令判別ステッ
プとから構成される消耗電極式アーク溶接制御方法であ
る。

【0060】本発明の溶接電源装置は、図6のブロック
図に示すように、消耗電極式アーク溶接電源装置におい
て、商用電源PSの特性を本発明に適応する溶接方法に
適した出力電圧に変換する電力制御回路10と、電力制
御回路10の出力側の出力電圧を検出して出力電圧検出
信号Vbを出力する出力電圧検出回路VBと、溶接電流
値iaを検出して溶接電流検出信号Icを出力する溶接
電流検出回路CDと、溶接負荷電圧値vaを検出して、
溶接電圧検出信号Vcを出力する溶接電圧検出回路VC
と、溶接電圧検出信号Vcを入力として、ワイヤと被溶
接物間の短絡発生を判別し、短絡判別信号Vtを出力す
る短絡判別回路VTと、

【0066】電力制御回路10が出力する溶接電流調整
範囲の全溶接電流値iaを、多数の溶接電流値に相当す
る信号群に順次に分割して記憶する溶接電流範囲記憶信
号Idに相当する信号及びこの信号Idに相当する信号
に対応した出力電圧設定信号Vsに相当する信号(例え
ばディジタル出力電圧設定信号Vd)から成る外部特性
設定データを複数組記憶する外部特性データ記憶回路R
OMと、

【0068】溶接電流検出信号Icに相当する信号(例
えばディジタル溶接電流検出信号Ib)と短絡判別信号
Vtとを入力として、前述した外部特性データ記憶回路
ROMに記憶された複数組の外部特性データの中から、
短絡判別信号Vtによって定まる一つの外部特性データ
を選択して、溶接電流検出信号Icが指定した溶接電流
範囲記憶信号Idに対応した出力電圧設定信号Vsに相
当する信号群を読み出して出力する中央演算処理回路C
PUと、

【0069】出力電圧検出信号Vbと出力電圧設定信号
Vsとを比較して、電力制御信号Cmを電力制御回路1
0に出力する比較回路CMとから構成される消耗電極式
アーク溶接電源装置である。

【0100】

【作用】本発明の溶接電源装置の外部特性を図4に示
す。図4の外部特性は図1に示す従来技術の外部特性1
乃至3の他に外部特性4(符号F、G2、K1、K3及
びH4から成る折れ線の特性)を追加した特性である。
さらに図5(A)及び(B)は、それぞれ本発明におけ
る溶接負荷電圧値va[V]及び溶接電流値ia[A]
の時間tの経過に対する波形を示す図であり、同図
(C)は、それに対応するワイヤ先端1aの溶滴1bが
移行する状態を説明する移行状態図であって、以下この
(A)乃至(C)図を参照して作用を説明する。

【0102】図5の期間t2 〜t3 の動作説明。同図の
時刻t2 において、短絡継続時間TSが第2の設定短絡
時間(外部特性1の開始から外部特性2終了時までの設
定時間)TS2を経過した時点で、外部特性を図4の外
部特性2から外部特性4に切り換える。このときの負荷
特性は抵抗特性イ−イ′であるので、動作点は外部特性
4と抵抗特性イーイ′との交点Cとなる。

【0103】この期間では、短絡継続時間TSが第2の
設定短絡時間TS2以上になったために、長期短絡にな
る可能性が高い。そこで、図5(B)に示すように、短
絡電流値を外部特性2の短絡電流値ia2から外部特性
4の短絡電流値ia4に増大させることによって、ピン
チ力を大きくしてくびれを促進させて溶適1bを溶融池
2aに移行させる。しかも、外部特性4にすることによ
って、図5(C)に示すように、ワイヤ先端1aの溶滴
1bにくびれ1cが生じると、この部分の抵抗値が増大
して自動的に電流値が減少するので、アーク再発生直前
に第3の短絡電流値(外部特性4で溶滴にくびれが発生
したときの短絡電流値)ia41を低く押さえることが
できるために、図2(C)で説明したようにスパッタの
発生を少なくすることができる。

【0104】このように、短絡継続時間TSが第2の設
定短絡時間TS2以上の短絡に対しては、短絡電流値を
増加させることによって長期短絡による短絡周期の不安
定を防止し、一方、外部特性4上において自動的に短絡
電流値が減少するので、長期短絡時に短絡電流値を増加
させておいても、アーク再発生時のスパッタの発生を減
少させることができる。

【0106】期間t2 〜t3 以外の期間の作用は、図2
の説明の(1)乃至(5)項と同一であるので説明を省
略する。

【0110】

【実施例】

(図6の説明)。図6は、本発明の溶接電源装置の実施
例のブロック図であり、以下同図を参照して説明する。
WLは、前述したワイヤ1と被溶接物2とアーク3また
は短絡から成る溶接負荷である。商用電源PSを本発明
を適応する溶接法に適した出力電圧に変換する電力制御
回路10、例えばインバータ制御の溶接電源装置の場合
には、図示していない一次整流回路、インバータ回路、
インバータ用変圧器、二次整流回路等の電力変換回路及
びその駆動回路を含んでいる。直流リアクトルDCL
は、電力制御回路10の出力を平滑し、溶接負荷WLに
連続したエネルギーを通電する。出力電圧検出回路VB
は、電力制御回路10の出力電圧すなわち直流リアクト
ルDCLによって平滑される以前の出力電圧を検出して
出力電圧検出信号Vbを出力する。

【0112】溶接電流検出回路CDは、溶接電流値ia
を検出して溶接電流検出信号IcをA/D変換回路AD
に出力する。A/D変換回路ADは、溶接電流検出信号
Icを入力としてディジタル信号に変換してディジタル
溶接電流検出信号Ibを出力する。このディジタル溶接
電流検出信号Ibは入出力回路I/Oを通して中央演算
処理回路CPUに読み込まれる。

【0114】割り込みタイマTMは、割り込みタイマ時
限Tcごとに割り込み信号を出力する。一時記憶回路R
AMは、中央演算処理回路CPUの処理に必要なデータ
を一時的に記憶する。

【0116】外部特性データ記憶回路ROMは、外部特
性1乃至4の4つの外部特性の各々の外部特性ごとに、
各ディジタル溶接電流範囲記憶信号Idに相当する信号
群とこれらのディジタル溶接電流範囲記憶信号Idにそ
れぞれ対応する各ディジタル出力電圧設定信号Vdとを
記憶している。

【0117】中央演算処理回路CPUは、後述するよう
に、このディジタル溶接電流検出信号Ibが指定したデ
ィジタル溶接電流範囲記憶信号Idに対応したディジタ
ル出力電圧設定信号Vdを外部特性データ記憶回路RO
Mから読み出し、入出力回路I/Oを通してD/A変換
回路DAに出力する。D/A変換回路DAは、ディジタ
ル出力電圧設定信号Vdをアナログ出力電圧設定信号V
sに変換する。

【0118】溶接電圧検出回路VCは、溶接負荷電圧v
aすなわち直流リアクトルDCLによって平滑された後
の出力電圧を検出して、溶接電圧検出信号Vcを短絡判
別回路VTに出力する。短絡判別回路VTは、ワイヤと
被溶接物間の短絡発生を判別し、入出力回路I/Oを通
して短絡判別信号Vtを出力する。外部特性データ記憶
回路ROMは、電力制御回路10が出力する溶接電流調
整範囲の全溶接電流値例えば0〜500[A]を、0〜
255の溶接電流値に相当する信号群に順次に分割した
ディジタル溶接電流範囲記憶信号Id及びこの信号Id
に対応したディジタル出力電圧設定信号Vdを記憶す
る。

【0120】中央演算処理回路CPUは、この短絡判別
信号Vtを読み込み、外部特性データ記憶回路ROMに
記憶されている複数組の外部特性データから一つの外部
特性データを選択して、その外部特性データの中で、時
々刻々と変化して入力されるディジタル溶接電流検出信
号Ibが指定したディジタル溶接電流範囲記憶信号Id
に対応したディジタル出力電圧設定信号Vdを速やかに
次々と入出力回路I/Oに出力する。

【0130】(図7の説明)。次に、一つの外部特性を
設定出力する制御方法を説明する。外部特性のディジタ
ル溶接電流範囲記憶信号Idとこれらの各々の信号Id
に対応したディジタル出力電圧設定信号Vdとが一対に
なって、図7の外部特性データ記憶回路ROM内のデー
タ記憶説明図に示すように、外部特性データ記憶回路R
OM上に記憶されている。

【0132】以下の説明は、A/D変換回路ADの分解
能が8ビットであって、検出したアナログ溶接電流検出
信号Icを、電力制御回路10が出力する溶接電流調整
範囲、例えば0〜500[A]に対応させた0〜255
のディジタル溶接電流検出信号Ibに変換される場合で
あって、さらにD/A変換回路DAの分解能が8ビット
であって、0〜255のディジタル出力電圧設定信号V
dに対応させてアナログ出力電圧設定信号Vsの設定範
囲0〜5[V]に変換される場合について説明する。

【0134】検出入力されたディジタル溶接電流検出信
号Ibが指定するディジタル溶接電流範囲記憶信号Id
に相当する信号群とこれらのにディジタル溶接電流範囲
記憶信号Idにそれぞれ対応して外部特性を定めるディ
ジタル出力電圧設定信号Vdに相当する信号群とをそれ
ぞれ一対とする外部特性データは、各外部特性ごとに、
ディジタル溶接電流範囲記憶信号Id=0から255の
順番で、外部特性データ記憶回路ROM内に記憶されて
いる。図7において、外部特性1におけるディジタル溶
接電流範囲記憶信号Id1/0、Id1/1、…、Id
1/255に対応させてディジタル出力電圧設定信号V
d1/0、Vd1/1、…、Vd1/255が記憶され
ている。さらに外部特性2乃至4の外部特性データも、
図7のデータ記憶説明図に示すように記憶されている。

【0140】(図8の説明)。図8は、図4に示した本
発明の制御方法の外部特性1の場合のデータ記憶方法を
示すデータ記憶説明図である。例えば、設定した溶接電
流値iaが60[A]の場合、図6のA/D変換回路A
Dによってディジタル溶接電流検出信号Ibを30に変
換し、外部特性データ記憶回路ROM内のデータからデ
ィジタル溶接電流検出信号Ib=30が指定した溶接電
流範囲記憶信号Idに対応したディジタル出力電圧設定
信号Vd=102が読み出される。そして、ディジタル
出力電圧設定信号Vd=102は、D/A変換回路によ
ってアナログ出力電圧設定信号Vs=2[V]に変換さ
れる。これにより、溶接電流値ia=60[A]に対応
したアナログ出力電圧設定信号Vs=2[V]が出力さ
れる。

【0150】(図9及び図10の説明)。図9及び図1
0は、外部特性1乃至4を切り換える制御方法を示す第
1及びそれに続く第2のフローチャートである。同図に
おいて、割り込みタイマ時限Tc(例えばこの場合10
0μsとする)ごとに、ステップ2(SP2)のタイマ
割り込みが行われ、ステップ2(SP2)乃至ステップ
15(SP15)の一巡の制御を行う。以下、各ステッ
プごとの動作を、図5(A)及び(B)の外部特性の波
形図及び図6の本発明の装置のブロック図を参照して説
明する。

【0151】溶接電流検出ステップは、図6の溶接電流
検出回路CDによって溶接電流値iaを検出して、溶接
電流検出信号Icを出力するステップである。

【0153】ステップ1(SP1)は、タイマ割り込み
を発生させる割り込みタイマ回路TMに、割り込みタイ
マ時限Tc(この場合100μs)を設定する。また、
短絡継続時間カウント値Ns及びアーク継続時間カウン
ト値Naを0にリセットして、ステップ2に進むステッ
プである。

【0155】ステップ2(SP2)は、タイマ割り込み
の有無を判別し、割り込み有のときはステップ3に進
み、割り込み無のときは、次のタイマ割り込みが有るま
で継続するステップである。

【0157】ステップ3(SP3)は、タイマ割り込み
があったときに、検出した溶接電流検出信号Icをディ
ジタル溶接電流検出信号Ibに変換して一時記憶回路R
AMに記憶してステップ4に進むステップである。

【0159】ステップ4(SP4)は、溶接電圧検出信
号Vcを入力とする短絡判別回路VTから短絡判別信号
Vtを中央演算処理回路CPUに読み込み、短絡状態か
アーク発生状態かの判別を行い、短絡状態のときはステ
ップ5に進み、アーク発生状態のときはステップ12に
進むステップである。

【0161】[ステップ4(SP4)で短絡状態のと
き]。ステップ5(SP5)は、アーク継続時間カウン
ト値Naを0にリセットし、短絡継続時間カウント値N
sをカウントアップしてNs+1にしてステップ6に進
むステップである。上記のカウント値は、割り込みタイ
マ時限Tcによって定まる。

【0163】ステップ6(SP6)は、短絡継続時間カ
ウント値Nsと第1の短絡時間カウント設定値(外部特
性1の継続時間カウント設定値)Ns1とを比較し、N
s<Ns1のときはステップ7に進み、Ns≧Ns1の
ときは、ステップ9に進むステップである。第1の短絡
時間カウント設定値Ns1と図5の第1の設定短絡時間
TS1との関係は、割り込みタイマ時限Tcが100μ
sであるので、Ns1=TS1[秒]×10000とな
る。例えば、TS1=1msはNs1=10となる。

【0165】[ステップ6(SP6)でNs<Ns1の
とき]。ステップ7(SP7)は、ステップ6において
Ns<Ns1のとき、外部特性データ記憶回路ROMか
ら、低電流値の溶接電流を通電する外部特性1のディジ
タル溶接電流検出信号Ibに対応したディジタル出力電
圧設定信号Vdを読み出してステップ8に進むステップ
である。

【0167】ステップ8(SP8)は、ディジタル出力
電圧設定信号Vdを、D/A変換回路DAによってアナ
ログ出力電圧設定信号Vsに変換し、比較回路CMを通
じて電力制御回路10に出力し、後述する終了指令判別
ステップに進むステップである。

【0173】[ステップ6(SP6)でNs≧Ns1の
とき]。ステップ9(SP9)は、ステップ6でNs≧
Ns1のとき、短絡継続時間カウント値Nsと第2の短
絡時間カウント設定値(外部特性1の開始時から外部特
性2の終了時までの継続時間のカウント設定値)Ns2
とを比較し、Ns<Ns2のときはステップ10に進
み、Ns≧Ns2のときはステップ11に進むステップ
である。第2の短絡時間カウント設定値Ns2と図5の
第2の設定短絡時間TS2との関係は、割り込みタイマ
時限Tcが100μsであるので、Ns2=TS2
[秒]×10000となる。例えば、TS2=10ms
はNs1=100となる。

【0175】[ステップ9(SP9)でNs<Ns2の
とき]。ステップ10(SP10)は、ステップ9でN
s<Ns2のとき、外部特性データ記憶回路ROMか
ら、第1の短絡電流値ia2の溶接電流を通電する外部
特性2のディジタル溶接電流検出信号Ibが指定したデ
ィジタル溶接電流範囲記憶信号Idに対応したディジタ
ル出力電圧設定信号Vdを読み出し、前述したステップ
8に進むステップである。

【0177】[ステップ9(SP9)でNs≧Ns2の
とき]。ステップ11(SP11)は、ステップ9でN
s≧Ns2のとき、外部特性データ記憶回路ROMか
ら、第1の短絡電流値(外部特性2のときの短絡電流
値)ia2よりも大きい第2の短絡電流値(外部特性4
のときの短絡電流値)ia4の溶接電流を通電する外部
特性4のディジタル溶接電流検出信号Ibが指定したデ
ィジタル溶接電流範囲記憶信号Idに対応したディジタ
ル出力電圧設定信号Vdを読み出し、前述したステップ
8に進むステップである。

【0179】[ステップ4(SP4)でアーク発生状態
のとき]。ステップ12(SP12)は、短絡継続時間
カウント値Nsを0にリセットし、アーク継続時間カウ
ント値NaをカウントアップしてNa+1にし、ステッ
プ13に進むステップである。

【0181】ステップ13(SP13)は、アーク継続
時間カウント値Naとアーク時間カウント設定値(外部
特性3の継続時間カウント設定値)Na1とを比較し、
Na<Na1のときはステップ14に進み、Na≧Na
1のときは前述したステップ10と同じ外部特性2の溶
接電流を出力するステップ15に進むステップである。
アーク時間カウント設定値Na1と図5の設定アーク時
間TA1との関係は、割り込みタイマ時限Tcが100
μsであるので、Na1=TA1[秒]×10000と
なる。例えば、TA1=20msはNa1=200とな
る。

【0183】[ステップ13(SP13)でNa<Na
1のとき]。ステップ14(SP14)は、ステップ1
3でNa<Na1のとき、外部特性データ記憶回路RO
Mから、第1のアーク電流値の溶接電流を通電する外部
特性3のディジタル溶接電流検出信号Ibが指定したデ
ィジタル溶接電流範囲記憶信号Idに対応したディジタ
ル出力電圧設定信号Vdを読み出し、ステップ8に進む
ステップである。

【0185】[ステップ13(SP13)でNa≧Na
1のとき]。ステップ15は、ステップ13でNa≧N
a1のとき、外部特性データ記憶回路ROMから、第1
のアーク電流値ia3よりも小さい第2のアーク電流値
ia5の溶接電流を通電する外部特性2のディジタル溶
接電流検出信号Ibが指定したディジタル溶接電流範囲
記憶信号Idに対応したディジタル出力電圧設定信号V
dを読み出してステップ8に進むステップである。

【0187】終了指令判別ステップは、ステップ8の実
施後に、溶接終了指令の有無を判別し、指令無のときは
ステップ2に戻り、指令有のときは溶接を終了するステ
ップである。

【0200】

【本発明の効果】本発明は、CO2 ガス、MAGガス等
を使用する消耗電極式アーク溶接において、不規則な周
期の短絡の発生によって生じやすい長期短絡状態を防止
することによって、アーク期間と短絡期間とを規則正し
く繰り返して安定した溶接を行うことができる。

【0202】また、そのために従来技術においても、所
定時間以上の長期短絡状態が発生すると、大きな短絡電
流値に切り換えているが、本発明においては、大きな短
絡電流値に切り換えるだけでなく、さらに、構成要件に
含まれる外部特性4によってアーク再発生直前の短絡電
流値を低く押さえることができるので、アーク再発生時
にスパッタ発生を防止することができる。

【0204】高速溶接においては、通常の溶接速度の溶
接時よりもアーク長を短く設定するために、従来技術に
おいては短絡が発生する周期が不規則になりやすいが、
本発明では本発明の構成要件に含まれる外部特性4によ
って大きな短絡電流値に切り換えるとともに、アーク再
発生直前の短絡電流値を低く押さえることができるの
で、スパッタの発生を防止することができる。

【0206】さらに、本発明では、第2の短絡電流値の
溶接電流を通電する外部特性と第2のアーク電流値の溶
接電流を通電する外部特性とを同一の外部特性2で兼用
することができる。したがって、本来5つの外部特性の
データの記憶領域と切り換えとが必要であるが、これを
4つの外部特性のデータの記憶領域と切り換えとによっ
て回路及び制御が簡単になる。

【図面の簡単な説明】

【図1】図1は、従来技術の短絡移行溶接における溶接
電源装置の外部特性、被溶接物とワイヤとの負荷特性及
び外部特性と負荷特性とによって定まる動作点の過渡的
な軌跡を示す図である。

【図2】図2(A)及び(B)は、それぞれ従来技術の
短絡移行溶接中の溶接負荷電圧値va及び溶接電流値i
aの時間tの経過に対する波形を示す図であり、同図
(C)は、それらに対応するワイヤ先端1aに成長した
溶滴1bが移行する状態を説明する移行状態図である。

【図3】図3(A)及び(B)は、従来技術において長
期短絡状態が発生したときの溶接電流値ia及び溶接負
荷電圧値vaの時間tの経過に対する波形を示す図であ
り、同図(C)は、それらに対応するワイヤ先端1aの
溶滴1bが移行する状態を説明する移行状態図である。

【図4】図4は、本発明の溶接電源装置の外部特性を示
す図である。

【図5】図5(A)及び(B)は、それぞれ本発明にお
ける溶接電流値ia及び溶接負荷電圧値vaの時間tの
経過に対する波形を示す図であり、同図(C)は、それ
に対応するワイヤ先端1aの溶滴1bが移行する状態を
説明する移行状態図である。

【図6】図6は、本発明の溶接電源装置の実施例のブロ
ック図である。

【図7】図7は、外部特性データ記憶回路ROM内の外
部特性データ記憶説明図である。

【図8】図8は、本発明の制御方法における図4の外部
特性1のデータ記憶説明図である。

【図9】図9は、本発明における外部特性1乃至4を切
り換える制御方法を示す第1のフローチャートである。

【図10】図10は、図9の第1のフローチャートに続
く第2のフローチャートである。

【図11】図11は、請求項1の発明における外部特性
1乃至4を切り換える制御方法のクレーム対応図であ
る。

【符号の説明】

1 ワイヤ 1a ワイヤ先端 1b 溶滴 1c くびれ 2 被溶接物 2a 溶融池 3 アーク 10 電力制御回路 WL 溶接負荷 PS 商用電源 DCL 直流リアクトル VB 出力電圧検出回路 VC 溶接電圧検出回路 CD 溶接電流検出回路 VT 短絡判別回路 CM 比較回路 AD A/D変換回路 I/O 入出力回路 DA D/A変換回路 RAM 一時記憶回路 ROM 外部特性データ記憶回路 CPU 中央演算処理回路 TM 割り込みタイマ回路 TS 短絡継続時間 TS1 第1の設定短絡時間(外部特性1の設定時
間) TS2 第2の設定短絡時間(外部特性1の開始時か
ら外部特性2の終了時までの設定時間) TA アーク継続時間 TA1 設定アーク時間(外部特性3の設定時間) ia2 第1の短絡電流値(外部特性2のときの短絡
電流値) ia4 第2の短絡電流値(外部特性4のときの短絡
電流値) ia41 第3の短絡電流値(外部特性4で溶滴にくび
れが発生したときの短絡電流値) ia3 第1のアーク電流値(外部特性3のときのア
ーク電流値) ia5 第2のアーク電流値 (外部特性2のときの
アーク電流値) ia 溶接電流値 va 溶接負荷電圧値 e 溶接電源出力電圧値 Ic (アナログ)溶接電流検出信号 Ib ディジタル溶接電流検出信号 Id (ディジタル)溶接電流範囲記憶信号 Vd ディジタル出力電圧設定信号 Vs (アナログ)出力電圧設定信号 Vb 出力電圧検出信号 Vc 溶接電圧検出信号 Vt 短絡判別信号 Vb 出力電圧検出信号 Cm 電力制御信号 Tc 割り込みタイマ時限 Ns 短絡継続時間カウント値 Na アーク継続時間カウント値 Ns1 第1の短絡時間カウント設定値(外部特性1
の継続時間カウント設定値) Ns2 第2の短絡時間カウント設定値(外部特性1
の開始時から外部特性2の終了時までの継続時間のカウ
ント設定値) Na1 アーク時間カウント設定値(外部特性3の継
続時間カウント設定値) SP1乃至SP14 ステップ1乃至ステップ14

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平4−13479(JP,A) 特開 昭62−33068(JP,A) 特開 昭62−212069(JP,A) 特開 平2−187270(JP,A) 特開 昭60−177963(JP,A) 特開 平4−309465(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) B23K 9/073 H02M 9/00

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 消耗電極式アーク溶接制御方法におい
    て、溶接電流値を検出して溶接電流検出信号を出力する
    溶接電流検出ステップと、 溶接負荷電圧値を検出して短絡状態かアーク発生状態か
    を判別する短絡アーク判別ステップと、 短絡状態であって短絡継続時間が第1の設定短絡時間未
    満であるときは、低電流値の溶接電流を通電する第1の
    外部特性を形成する出力電圧設定信号を、前記溶接電流
    検出信号を入力として外部特性データ記憶回路から出力
    する第1の外部特性の出力ステップと、 短絡状態であって前記短絡継続時間が前記第1の設定短
    絡時間以上であって前記第1の設定短絡時間よりも長い
    第2の設定短絡時間未満であるときは、第1の短絡電流
    値の溶接電流値を通電する第2の外部特性を形成する出
    力電圧設定信号を、前記溶接電流検出信号を入力として
    外部特性データ記憶回路から出力する第2の外部特性の
    出力ステップと、 短絡状態であって前記短絡継続時間が前記第2の設定短
    絡時間以上のときは、前記第1の短絡電流値よりも大き
    い第2の短絡電流値の溶接電流を通電しピンチ力を大き
    くして溶滴のくびれを促進させた後に、溶滴のくびれの
    促進に伴いくびれ部分の抵抗値が増大すると電流値が減
    少してアーク再発生直前の第3の短絡電流値を前記第2
    の短絡電流値よりも低く押さえることができる第4の外
    部特性を形成する出力電圧設定信号を、前記溶接電流検
    出信号を入力として外部特性データ記憶回路から出力す
    る第4の外部特性の出力ステップと、 アーク発生状態であってアーク継続時間が設定アーク時
    間未満であるときは、第1のアーク電流値の溶接電流を
    通電する第3の外部特性を形成する出力電圧設定信号
    を、前記溶接電流検出信号を入力として外部特性データ
    記憶回路から出力する第3の外部特性の出力ステップ
    と、 アーク発生状態であって前記アーク継続時間が前記設定
    アーク時間以上のときは、前記第1のアーク電流値より
    も小さい第2のアーク電流値の溶接電流を通電する前記
    第2の外部特性を形成する出力電圧設定信号を、前記溶
    接電流検出信号を入力として外部特性データ記憶回路か
    ら出力する前記第2の外部特性の出力ステップとから成
    る消耗電極式アーク溶接制御方法。
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