JP3867415B2 - 極性切換制御方法および消耗電極式アーク溶接電源 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、消耗電極と母材との間に印加する溶接出力電圧の極性を逆極性と正極性とに交互に繰り返し切り換え、特に短絡を伴う消耗電極式アーク溶接における極性切換制御方法および消耗電極式アーク溶接電源に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、消耗電極と母材との間に印加する電圧を逆極性と正極性とで交互に繰り返し切り換える消耗電極式アーク溶接電源は、短絡期間では極性を切り換えず、アーク期間で極性を切り換えるように制御している。
【０００３】
以下、従来の極性切換制御方法および消耗電極式アーク溶接電源について図面を参照しながら説明する。
【０００４】
図１１は従来の消耗電極式アーク溶接電源の構成を示すブロック図である。図１１において、１は入力交流電源、２は溶接出力部、３は第１スイッチング素子、４は第２スイッチング素子、５および６は出力端子、７は溶接電圧検出部、８は短絡・アーク判別部、９は極性比率指令部、１０は極性切換制御部である。
【０００５】
上記構成においてその動作を説明する。まず、極性比率指令部９により逆極性と正極性の比率が決定される。また、溶接電圧検出部７は、溶接出力電圧を検出する。つぎに、短絡・アーク判別部８は、溶接電圧検出部７の出力信号を入力して、その波形から消耗電極と母材とが短絡状態であるかアーク状態であるかを判別し、短絡期間とアーク期間とを示す信号を出力する。極性切換制御部１０は、極性比率指令部９の出力信号と短絡・アーク判別部８の出力信号とを入力し、短絡・アーク判別部８の出力信号によりアーク期間であって、極性比率指令部９の出力信号が逆極性を指令している場合には、第１スイッチング素子３をオン、第２スイッチング素子４をオフとし、溶接出力部２の出力する電圧を出力端子５と出力端子６との間に逆極性で供給し、また、短絡・アーク判別部８の出力信号によりアーク期間であって、極性比率指令部９の出力信号が正極性を指令している場合には、第１スイッチング素子３をオフ、第２スイッチング素子４をオンとし、溶接出力部２が出力する電圧を出力端子５と出力端子６との間に正極性で供給する。これにより、短絡期間中では極性の切り換えを行わず、アーク期間中に極性の切り換えを行っている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
このような従来の極性切換制御方法および消耗電極式アーク溶接電源では、短絡が開放してアークが再生した時点（以下、短絡開放アーク再生時点と称す）の直後付近で極性の切り換えが発生する場合があり、このタイミングで極性を切り換えると、アーク長が長くなっているためにアーク切れを発生し易くなり、溶接欠陥、ビード外観の不均一、スパッタ発生量の増加という問題点があった。
【０００７】
本発明は上記の課題を解決するもので、逆極性と正極性とを切り換えるときのアーク切れの発生を抑制できる極性切換制御方法および消耗電極式アーク溶接電源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】
請求項１に係わる本発明は、消耗電極と母材との間に印加する溶接出力電圧の極性を逆極性と正極性とに交互に繰り返し切り換える消耗電極式アーク溶接電源において、アーク期間中に極性を切り換える場合、所定の極性比率に対応する極性の切り換えが短絡開放アーク再生時点から所定時間までの間に発生した場合には極性の切り換えを禁止して前記所定時間を経過した時点で極性を切り換えるようにした極性切換制御方法である。
【０００９】
本発明により、アーク期間中に極性を切り換える場合において、短絡開放アーク再生時点直後近くにおける極性の切り換えが禁止され、アーク切れが抑制されて溶接欠陥、ビード外観の不均一、およびスパッタ発生量の増加を防止することができる。
【００１０】
請求項２に係わる本発明は、消耗電極と母材との間に印加する溶接出力電圧の極性を逆極性と正極性とに交互に繰り返し切り換える消耗電極式アーク溶接電源において、前記溶接出力電圧を検出する溶接電圧検出部と、検出された溶接出力電圧の波形から短絡期間とアーク期間とを判別する短絡・アーク判別部と、逆極性と正極性との所定の比率を指令する極性比率指令部と、短絡開放アーク再生時点から所定時間を計測する計測回路部と、前記極性比率指令部の出力信号と前記計測回路部の出力信号とを入力して極性の切り換えを制御する極性切換制御部とを備え、前記極性切換制御部は前記極性比率指令部の出力信号によりアーク期間中に極性を切り換えるとき、極性の切り換えが前記計測回路部の計測中に発生した場合には極性の切り換えを禁止してその計測が終了した時点で極性を切り換えるようにした消耗電極式アーク溶接電源である。
【００１１】
本発明により、請求項１に係わる本発明と同じ作用と効果を得ることができる。
【００１２】
請求項３に係わる本発明は、消耗電極と母材との間に印加する溶接出力電圧の極性を逆極性と正極性とに交互に繰り返し切り換える消耗電極式アーク溶接電源において、前記溶接出力電圧を検出する溶接電圧検出部と、検出された溶接出力電圧の波形から短絡期間とアーク期間とを判別する短絡・アーク判別部と、逆極性と正極性との所定の比率を指令する極性比率指令部と、前記短絡・アーク判別部の出力信号を所定時間だけ遅延させる遅延回路部と、前記極性比率指令部の出力信号と前記遅延回路部の出力信号とを入力して極性の切り換えを制御する極性切換制御部とを備え、前記極性切換制御部は前記極性比率指令部の出力信号によりアーク期間中に極性を切り換えるとき、極性の切り換えが短絡開放アーク再生時点から前記所定時間遅延した短絡期間中に発生した場合には極性の切り換えを禁止してその計測が終了した時点で極性を切り換えるようにした消耗電極式アーク溶接電源である。
【００１３】
本発明により、請求項１および請求項２に係わる本発明と同じ作用と効果を得ることができる。
【００１４】
請求項４に係わる本発明は、消耗電極と母材との間に印加する溶接出力電圧の極性を逆極性と正極性とに交互に繰り返し切り換える消耗電極式アーク溶接電源において、短絡期間中における極性の切り換えを禁止するとともに、所定の極性比率に対応する極性の切り換えが短絡開放アーク再生時点から所定時間までの間に発生した場合には極性の切り換えを禁止して前記所定時間を経過した時点で極性を切り換えるようにした極性切換制御方法である。
【００１５】
本発明により、請求項１ないし請求項３に係わる本発明と同じ作用と効果を得ることができるとともに、従来の消耗電極式アーク溶接電源と同様に短絡期間中の極性切り換えも禁止することができる。
【００１６】
請求項５に係わる本発明は、消耗電極と母材との間に印加する溶接出力電圧の極性を逆極性と正極性とに交互に繰り返し切り換える消耗電極式アーク溶接電源において、前記溶接出力電圧を検出する溶接電圧検出部と、検出された溶接出力電圧の波形から短絡期間とアーク期間とを判別する短絡・アーク判別部と、逆極性と正極性との所定の比率を指令する極性比率指令部と、前記短絡・アーク判別部の出力信号を所定時間だけ遅延させる遅延回路部と、前記極性比率指令部の出力信号と前記短絡・アーク判別部の出力信号と前記遅延回路部の出力信号とを入力して極性の切り換えを制御する極性切換制御部とを備え、前記極性切換制御部は前記極性比率指令部の出力信号により極性を切り換えるとき、短絡期間中は極性の切り換えを禁止するとともに、前記極性比率に対応する極性の切り換えが短絡開放アーク再生時点から前記所定時間遅延した短絡期間中に発生した場合には極性の切り換えを禁止してその遅延した短絡期間の終了時点で極性を切り換えるようにした消耗電極式アーク溶接電源である。
【００１７】
本発明により、請求項４に係わる本発明と同じ作用と効果を得ることができる。
【００１８】
請求項６に係わる本発明は、消耗電極と母材との間に印加する溶接出力電圧の極性を逆極性と正極性とに交互に繰り返し切り換える消耗電極式アーク溶接電源において、前記溶接出力電圧を検出する溶接電圧検出部と、検出された溶接出力電圧の波形から短絡期間とアーク期間とを判別する短絡・アーク判別部と、前記短絡・アーク判別部の出力信号を所定時間だけ遅延させる遅延回路部と、前記短絡・アーク判別部の出力信号と前記遅延回路部の出力信号とを入力して逆極性と正極性との所定の比率を指令する極性比率指令部と、前記極性比率指令部の出力信号を入力して極性の切り換えを制御する極性切換制御部とを備え、前記極性比率指令部は、所定の極性比率に応じた極性切り換えの出力信号を前記極性切換制御部へ出力して極性を切り換えるとき、短絡期間中は極性比率の時間カウントを禁止するとともに、短絡開放アーク再生時点から前記所定時間遅延した短絡期間も極性比率の時間カウントを禁止して極性を切り換えるようにした消耗電極式アーク溶接電源である。
【００１９】
本発明により、請求項４ないし請求項５に係わる本発明と同じ作用と効果を得ることができるとともに、従来の消耗電極式アーク溶接電源と同様に短絡期間中の極性切り換えも禁止することができる。
【００２０】
【発明の実施の形態】
（実施の形態１）
以下、本発明の極性切換制御方法および消耗電極式アーク溶接電源の実施の形態１について図面を参照しながら説明する。本発明は請求項１および請求項２に係わる。
【００２１】
図１は本実施の形態の構成を示すブロック図である。なお、図１１に示した従来例と同じ構成要素には同一番号を付与して詳細な説明を省略する。図１において、１１は短絡開放アーク再生時点から所定時間ｔ0 を計測する計測回路部である。本実施の形態が従来例と異なる点は、計測回路部１１とを備え、極性比率に対応する極性の切り換えがアーク期間の先頭近傍で発生した場合には極性の切り換えを禁止したのち所定の時間を経過した時点でその極性の切り換えを実行するようにしたことにある。この場合の所定の時間を所定時間ｔ0 としている。
【００２２】
上記構成においてその動作を説明する。図２は、本実施の形態の動作を示す波形図である。図において、（ａ）は溶接電圧検出部７の出力信号（溶接出力電圧波形）、（ｂ）は短絡・アーク判別部８の出力信号、（ｃ）は計測回路部１１の出力信号、（ｄ）は極性比率指令部９の出力信号、（ｅ）は極性切換制御部１０の出力信号を示す。
【００２３】
まず、溶接電圧検出部７は、溶接出力電圧を検出し（ａ）に示した信号を出力する。つぎに、短絡・アーク判別部８は、前記溶接電圧検出部７の出力信号を入力し、（ｂ）に示したように短絡期間ＳではＬレベル、アーク期間ＡではＨレベルの信号を出力する。また、計測回路部１１は、短絡・アーク判別部８の出力信号を入力し、（ｂ）に示した信号波形がＬレベルからＨレベルに変わった時点、すなわち短絡開放アーク再生時点を起点とし、所定時間ｔ0 の間はＬレベルとなる（ｃ）に示した信号を出力する。また、極性比率指令部９は、設定された所定の逆極性と正極性との比率に応じて、（ｄ）に示したように、逆極性の期間ではＨレベル、正極性の期間ではＬレベルの信号を出力する。
【００２４】
極性切換制御部１０は、極性比率指令部９の出力信号と計測回路部１１の出力信号とを入力し、計測回路部１１の出力信号がＬレベルの期間中、すなわち計測回路部１１が所定時間ｔ0 を計測中に、極性比率指令部９の出力信号がＨレベルからＬレベルに変わった場合には直前のＨレベルを保持して出力し、所定時間ｔ0 を計測終了した時点でＬレベルを出力し、また、計測回路部１１の出力信号がＬレベルの期間中、すなわち計測回路部１１が所定時間ｔ0 を計測中に、極性比率指令部９の出力信号がＬレベルからＨレベルに変わった場合には直前のＬレベルを保持して出力し、所定時間ｔ0 を計測終了した時点でＨレベルを出力する。
【００２５】
すなわち、極性切換制御部１０は、計測回路部１１の出力信号がＬレベルの期間では、極性比率指令部９の出力信号がＨレベルと、Ｈレベルから変わったＬレベルとに対して、第１スイッチング素子３をオン、第２スイッチング素子４をオフとし、溶接出力部２の出力する電圧を出力端子５と出力端子６との間に逆極性で供給し、また、計測回路部１１の出力信号がＬレベルの期間では、極性比率指令部９の出力信号のＬレベルと、Ｌレベルから変わったＨレベルとに対して、第１スイッチング素子３をオフ、第２スイッチング素子４をオンとし、溶接出力部２が出力する電圧を出力端子５と出力端子６との間に正極性で供給している。
【００２６】
以上の動作により、短絡開放アーク再生時点から計測回路部１１が計測する所定時間ｔ0 の間は極性の切り換えが禁止され、前記所定時間を経過した時点で極性を切り換える。
【００２７】
以上のように本実施の形態によれば、アーク期間で極性を切り換える場合、極性の切り換えが短絡開放アーク再生時点から計測回路部１１が計測する所定時間ｔ0 までの間に発生した場合は極性の切り換えを禁止して、所定時間ｔ0 の計測を終了した時点で極性を切り換えるようにしたことにより、短絡開放アーク再生時点から所定時間ｔ0 までに発生した極性の切り換えが禁止され、アークに移行した直後における極性の切り換えでアークが消滅したり不安定になることを防止することができる。
【００２８】
（実施の形態２）
以下、本発明の極性切換制御方法および消耗電極式アーク溶接電源の実施の形態２について図面を参照しながら説明する。本発明は請求項１および請求項３に係わる。
【００２９】
図３は本実施の形態の構成を示すブロック図である。なお、実施の形態１で示した図１と同じ構成要素には同一番号を付与して詳細な説明を省略する。図において、１２は短絡・アーク判別部８の出力信号を所定時間ｔ0 だけ遅延させて出力する遅延回路部である。また、図４は遅延回路部１２の構成例を示す回路図である。図に示したように、遅延回路部１２は、コンデンサと抵抗とで構成されている。本実施の形態が実施の形態１と異なる点は、計測回路部１１に代えて遅延回路部１２を備え、実施の形態１と同様の動作をさせていることにある。
【００３０】
上記構成においてその動作を説明する。図５は、本実施の形態の動作を示す波形図である。図において、（ａ）は溶接電圧検出部７の出力信号（溶接出力電圧波形）、（ｂ）は短絡・アーク判別部８の出力信号、（ｃ）は遅延回路部１２の出力信号、（ｄ）は極性比率指令部９の出力信号、（ｅ）は極性切換制御部１０の出力信号を示す。
【００３１】
まず、溶接電圧検出部７は、溶接出力電圧を検出し（ａ）に示した信号を出力する。つぎに、短絡・アーク判別部８は、前記溶接電圧検出部７の出力信号を入力し、（ｂ）に示したように短絡期間ＳではＬレベル、アーク期間ＡではＨレベルの信号を出力する。また、遅延回路部１２は、短絡・アーク判別部８の出力信号を入力し、（ｂ）に示した信号を所定時間ｔ0 だけ遅延させて（ｃ）に示した信号を出力する。また、極性比率指令部９は、設定された所定の逆極性と正極性との比率に応じて、（ｄ）に示したように、逆極性の期間ではＨレベル、正極性の期間ではＬレベルの信号を出力する。
【００３２】
極性切換制御部１０は、極性比率指令部９の出力信号と遅延回路部１２の出力信号とを入力し、短絡開放アーク再生時点から遅延回路部１２の出力信号がＬレベルである期間中、すなわち短絡開放アーク再生時点から所定時間ｔ0 だけ遅延された短絡期間中に、極性比率指令部９の出力信号がＨレベルからＬレベルに変わった場合には直前のＨレベルを保持して出力し、その遅延された短絡期間が終了した時点でＬレベルを出力する。また、短絡開放アーク再生時点から遅延回路部１２の出力信号がＬレベルである期間中、すなわち短絡開放アーク再生時点から所定時間ｔ0 だけ遅延された短絡期間中に、極性比率指令部９の出力信号がＬレベルからＨレベルに変わった場合には直前のＬレベルを保持して出力し、その遅延された短絡期間が終了した時点でＨレベルを出力する。
【００３３】
すなわち、極性切換制御部１０は、短絡開放アーク再生時点から遅延回路部１２の出力信号がＬレベルの期間では、極性比率指令部９の出力信号がＨレベルと、Ｈレベルから変わったＬレベルとに対して、第１スイッチング素子３をオン、第２スイッチング素子４をオフとし、溶接出力部２の出力する電圧を出力端子５と出力端子６との間に逆極性で供給し、また、短絡開放アーク再生時点から遅延回路部１２の出力信号がＬレベルの期間では、極性比率指令部９の出力信号のＬレベルと、Ｌレベルから変わったＨレベルとに対して、第１スイッチング素子３をオフ、第２スイッチング素子４をオンとし、溶接出力部２が出力する電圧を出力端子５と出力端子６との間に正極性で供給している。
【００３４】
以上の動作により、短絡開放アーク再生時点から遅延回路部１２により所定時間ｔ0 だけ遅延された短絡期間中は極性の切り換えが禁止され、前記遅延された短絡期間が終了した時点で極性を切り換える。
【００３５】
以上のように本実施の形態によれば、アーク期間で極性を切り換える場合、極性の切り換えが短絡開放アーク再生時点から遅延回路部１２により所定時間ｔ0 だけ遅延された短絡期間に発生した場合は極性の切り換えを禁止して、その遅延された短絡期間が終了した時点で極性を切り換えるようにしたことにより、実施の形態１と同様に、短絡開放アーク再生時点から所定時間ｔ0 までに発生した極性の切り換えが禁止され、アークに移行した直後における極性の切り換えでアークが消滅したり不安定になることを防止することができる。
【００３６】
（実施の形態３）
以下、本発明の極性切換制御方法および消耗電極式アーク溶接電源の実施の形態３について図面を参照しながら説明する。本発明は請求項４および請求項５に係わる。
【００３７】
図６は本実施の形態の構成を示すブロック図である。なお、実施の形態２で示した図３と同じ構成要素には同一番号を付与して詳細な説明を省略する。本実施の形態が実施の形態２と異なる点は、極性切換制御部１０が極性比率指令部９の出力信号と遅延回路部１２の出力信号とを入力するとともに、短絡・アーク判別部８の出力信号も入力し、実施の形態１ないし実施の形態２と同様の切り換え禁止を実施するとともに、短絡期間Ｓにおける極性の切り換えも禁止するようにしたことにある。
【００３８】
上記構成においてその動作を説明する。図７は本実施の形態の動作を示す波形図である。図において、（ａ）は溶接電圧検出部７の出力信号（溶接出力電圧波形）、（ｂ）は短絡・アーク判別部８の出力信号、（ｃ）は遅延回路部１２の出力信号と短絡・アーク判別部８の出力信号との論理積（負論理の論理和）、（ｄ）は極性比率指令部９の出力信号、（ｅ）は極性切換制御部１０の出力信号を示す。
【００３９】
まず、溶接電圧検出部７は溶接出力電圧を検出し、（ａ）に示した信号を出力する。つぎに、短絡・アーク判別部８は溶接電圧検出部７の出力信号を入力し、（ｂ）に示したように短絡期間ＳではＬレベル、アーク期間ＡではＨレベルの信号を出力する。遅延回路部１２は、短絡・アーク判別部８の出力信号を入力し、所定時間ｔ0 だけ遅らせた信号を出力する。また、極性比率指令部９は、設定された所定の逆極性と正極性の比率に応じて、（ｄ）に示したように、逆極性の期間はＨレベル、正極性の期間はＬレベルの信号を出力する。なお、（ｃ）に示した論理積の信号は極性切換制御部１０の内部で生成される。
【００４０】
極性切換制御部１０は、極性比率指令部９の出力信号と遅延回路部１２の出力信号と短絡・アーク判別部８の出力信号とを入力し、（ｂ）に示した短絡・アーク判別部８の出力信号がＬレベルである期間に発生した極性の切り換えは実行せず、また、短絡開放アーク再生時点から短絡・アーク判別部８の出力信号と遅延回路部１２の出力信号との論理積をとった（ｃ）の信号がＬレベルの間で極性比率指令部９の出力がＨレベルからＬレベルに変わった場合にはＬレベルになる直前のＨレベルを保持して出力し、（ｃ）の信号がＨレベルになった時点でＬレベルを出力する。また、短絡開放アーク再生時点から（ｂ）に示した短絡・アーク判別部８の出力信号と遅延回路部１２の出力信号との論理積をとった（ｃ）の信号がＬレベルの間で極性比率指令部９の出力信号がＬレベルからＨレベルに変わった場合にはＨレベルになる直前のＬレベルを保持して出力し、（ｃ）の信号がＨレベルになった時点でＨレベルを出力する。
【００４１】
すなわち、極性切換制御部１０は、短絡・アーク判別部８の出力信号がＬレベルである期間と、短絡開放アーク再生時点から遅延回路部１２の出力信号がＬレベルの期間とでは、極性比率指令部９の出力信号のＨレベルと、Ｈレベルから変わったＬレベルとに対して、第１スイッチング素子３をオン、第２スイッチング素子４をオフとし、溶接出力部２の出力する電圧を出力端子５と出力端子６との間に逆極性で供給し、また、短絡・アーク判別部８の出力信号がＬレベルである期間と、短絡開放アーク再生時点から遅延回路部１２の出力信号がＬレベルの期間とでは、極性比率指令部９の出力信号のＬレベルと、Ｌレベルから変わったＨレベルとに対して、第１スイッチング素子３をオフ、第２スイッチング素子４をオンとし、溶接出力部２の出力する電圧を出力端子５と出力端子６との間に正極性で供給している。
【００４２】
以上の動作により、短絡期間における極性の切り換えを禁止するとともに、実施の形態２で説明した動作を併せて実行することになる。
【００４３】
なお、図８は、遅延回路部１２の他の構成例を示す回路図である。図に示したように、コンデンサ、抵抗、およびダイオードで構成され、充電時定数を放電時定数よりも大きくして波形の立ち上がりにおける遅延を大きくし、立ち下がりにおける遅延を小さくすることにより、図７（ｃ）に示した波形とほぼ同じ波形を論理積によらずに得ることが可能である。この場合には極性切換制御部１０における論理積処理を無用にすることができる。
【００４４】
以上のように本実施の形態によれば、極性切換制御部１０において極性比率指令部の出力信号と遅延回路部１２の出力信号とを入力するとともに短絡・アーク判別部の出力信号も入力し、短絡期間における極性の切り換えも禁止するようにしたことにより、実施の形態２と同様の効果を得るとともに、従来と同様に短絡期間では極性を切り換えないようにすることができる。
【００４５】
（実施の形態４）
以下、本発明の極性切換制御方法および消耗電極式アーク溶接電源の実施の形態４について図面を参照しながら説明する。本発明は請求項４および請求項６に係わる。
【００４６】
図９は本実施の形態の構成を示すブロック図である。なお、実施の形態３で示した図６と同じ構成要素には同一番号を付与して詳細な説明を省略する。本実施の形態が実施の形態３と異なる点は、極性比率指令部９が遅延回路部１２の出力信号と短絡・アーク判別部８の出力信号とを入力し、実施の形態１ないし実施の形態３と同様に切り換えを禁止するとともに、実施の形態３と同様に短絡期間Ｓにおける極性の切り換えも禁止するように極性比率を設定し、極性切換制御部１０は極性比率指令部９の上記設定通りの極性比率で極性を切り換えるようにしたことにある。
【００４７】
上記構成においてその動作を説明する。図１０は本実施の形態の動作を示す波形図である。図において、（ａ）は溶接電圧検出部７の出力信号（溶接出力電圧波形）、（ｂ）は短絡・アーク判別部８の出力信号、（ｃ）は遅延回路部１２の出力信号と短絡・アーク判別部８の出力信号との論理積（負論理の論理和）、（ｄ）は極性比率指令部９の出力信号を示す。
【００４８】
まず、溶接電圧検出部７は溶接出力電圧を検出し、（ａ）に示した信号を出力する。つぎに、短絡・アーク判別部８は溶接電圧検出部７の出力信号を入力し、（ｂ）に示したように短絡期間Ｓ（ｔn1、ｔn2、ｔp1、およびｔp2）ではＬレベル、アーク期間ＡではＨレベルの信号を出力する。遅延回路部１２は、短絡・アーク判別部８の出力信号を入力し、所定時間ｔ0 だけ遅らせた信号を出力する。なお、（ｃ）に示した論理積の信号は極性比率指令部９の内部で生成される。
【００４９】
極性比率指令部９は、遅延回路部１２の出力信号と短絡・アーク判別部８の出力信号とを入力し、短絡・アーク判別部８の出力信号と遅延回路部１２の出力信号との論理積をとった（ｃ）の信号がＬレベルの間では極性比率の時間カウントを停止し、設定された所定の逆極性と正極性の極性比率に応じて、（ｄ）に示したように、逆極性の期間（ｔn ＋ｔn1＋ｔ0 ）および（ｔn ＋ｔn2＋ｔ0 ）ではＨレベル、正極性の期間（ｔp ＋ｔp1＋ｔ0 ）および（ｔp ＋ｔp2＋ｔ0 ）ではＬレベルの信号を出力する。このとき、所定の極性比率はｔn ：ｔp である。
【００５０】
すなわち、極性比率指令部９は、所定の極性比率に対応した逆極性時間ｔn には、短絡・アーク判別部８の出力信号がＨレベルからＬレベルに変わった時点から遅延回路部１２の出力信号がＬレベルからＨレベルに変わるまでの時間を加算した期間（ｔn1＋ｔ0 ）または（ｔn2＋ｔ0 ）をＨレベルとして極性切換制御部１０に出力し、第１スイッチング素子３をオン、第２スイッチング素子４をオフとし、溶接出力部２の出力する電圧を出力端子５と出力端子６との間に逆極性で供給し、また、所定の極性比率に対応した正極性時間ｔp には、短絡・アーク判別部８の出力信号がＨレベルからＬレベルに変わった時点から遅延回路部１２の出力信号がＬレベルからＨレベルに変わるまでの時間を加算した期間（ｔp1＋ｔ0 ）または（ｔp2＋ｔ0 ）をＨレベルとして極性切換制御部１０に出力し、第１スイッチング素子３をオフ、第２スイッチング素子４をオンとし、溶接出力部２の出力する電圧を出力端子５と出力端子６との間に正極性で供給している。
【００５１】
以上の動作により、短絡期間における極性の切り換えを禁止するとともに、実施の形態３で説明した動作を併せて実行することになる。
【００５２】
なお、遅延回路部１２は実施の形態３と同様に図８に示した構成とすることにより、図１０（ｃ）に示した波形とほぼ同じ波形を論理積によらずに得ることが可能である。この場合には極性比率指令部９における論理積処理を無用にすることができる。
【００５３】
以上のように本実施の形態によれば、極性比率指令部９において遅延回路部１２の出力信号と短絡・アーク判別部８の出力信号を入力し、短絡期間における極性比率の時間カウントを停止するとともに、短絡開放アーク再生時点から所定時間ｔ0 の期間も極性比率の時間カウントを禁止することにより、実施の形態３と同様の効果を得るとともに、従来例と同様に短絡期間では極性を切り換えないようにすることができる。
【００５４】
また、実施の形態１ないし実施の形態４における所定時間ｔ0 は、溶接電流指令値、シールドガスの種類、消耗電極の種類に対応して可変としてもよい。
【００５５】
【発明の効果】
以上の説明から明らかなように、請求項１ないし請求項６に係わるいずれの本発明の極性切換制御方法および消耗電極式アーク溶接電源においても、短絡開放アーク再生時点から所定時間は極性の切り換えを禁止することにより、逆極性と正極性との極性切り換え時におけるアーク切れの発生を抑制することができ、また、請求項４ないし請求項６に係わる本発明の極性切換制御方法および消耗電極式アーク溶接電源では短絡期間中の極性切り換えも禁止することにより従来の極性切換制御方法と同様の安定な極性切り換えも可能となる。
【００５６】
さらに、極性切り換えを禁止する条件を溶接電流指令値、シールドガスの種類、消耗電極の径に応じて決定することにより、溶接状態に対応した適切な極性切り換えでアーク切れの発生を抑制することもできる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の消耗電極式アーク溶接電源の実施の形態１の構成を示すブロック図
【図２】同実施の形態の動作を示す波形図
【図３】本発明の消耗電極式アーク溶接電源の実施の形態２の構成を示すブロック図
【図４】同実施の形態における遅延回路部の構成を示す回路図
【図５】同実施の形態の動作を示す波形図
【図６】本発明の消耗電極式アーク溶接電源の実施の形態３の構成を示すブロック図
【図７】同実施の形態の動作を示す波形図
【図８】遅延回路部の他の構成例を示す回路図
【図９】本発明の消耗電極式アーク溶接電源の実施の形態４の構成を示すブロック図
【図１０】同実施の形態の動作を示す波形図
【図１１】従来の消耗電極式アーク溶接電源の構成を示すブロック図
【符号の説明】
１ 入力交流電源
２ 溶接出力部
３ 第１スイッチング素子
４ 第２スイッチング素子
５，６ 出力端子
７ 溶接電圧検出部
８ 短絡・アーク判別部
９ 極性比率指令部
１０ 極性切換制御部
１１ 計測回路部
１２ 遅延回路部
Ａ アーク期間
Ｓ 短絡期間
ｔ0 所定時間
ｔn 所定の極性比率における逆極性時間
ｔp 所定の極性比率における正極性時間
ｔn1，ｔn2 逆極性期間における短絡時間
ｔp1，ｔp2 正極性期間における短絡時間
【発明の属する技術分野】
本発明は、消耗電極と母材との間に印加する溶接出力電圧の極性を逆極性と正極性とに交互に繰り返し切り換え、特に短絡を伴う消耗電極式アーク溶接における極性切換制御方法および消耗電極式アーク溶接電源に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、消耗電極と母材との間に印加する電圧を逆極性と正極性とで交互に繰り返し切り換える消耗電極式アーク溶接電源は、短絡期間では極性を切り換えず、アーク期間で極性を切り換えるように制御している。
【０００３】
以下、従来の極性切換制御方法および消耗電極式アーク溶接電源について図面を参照しながら説明する。
【０００４】
図１１は従来の消耗電極式アーク溶接電源の構成を示すブロック図である。図１１において、１は入力交流電源、２は溶接出力部、３は第１スイッチング素子、４は第２スイッチング素子、５および６は出力端子、７は溶接電圧検出部、８は短絡・アーク判別部、９は極性比率指令部、１０は極性切換制御部である。
【０００５】
上記構成においてその動作を説明する。まず、極性比率指令部９により逆極性と正極性の比率が決定される。また、溶接電圧検出部７は、溶接出力電圧を検出する。つぎに、短絡・アーク判別部８は、溶接電圧検出部７の出力信号を入力して、その波形から消耗電極と母材とが短絡状態であるかアーク状態であるかを判別し、短絡期間とアーク期間とを示す信号を出力する。極性切換制御部１０は、極性比率指令部９の出力信号と短絡・アーク判別部８の出力信号とを入力し、短絡・アーク判別部８の出力信号によりアーク期間であって、極性比率指令部９の出力信号が逆極性を指令している場合には、第１スイッチング素子３をオン、第２スイッチング素子４をオフとし、溶接出力部２の出力する電圧を出力端子５と出力端子６との間に逆極性で供給し、また、短絡・アーク判別部８の出力信号によりアーク期間であって、極性比率指令部９の出力信号が正極性を指令している場合には、第１スイッチング素子３をオフ、第２スイッチング素子４をオンとし、溶接出力部２が出力する電圧を出力端子５と出力端子６との間に正極性で供給する。これにより、短絡期間中では極性の切り換えを行わず、アーク期間中に極性の切り換えを行っている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
このような従来の極性切換制御方法および消耗電極式アーク溶接電源では、短絡が開放してアークが再生した時点（以下、短絡開放アーク再生時点と称す）の直後付近で極性の切り換えが発生する場合があり、このタイミングで極性を切り換えると、アーク長が長くなっているためにアーク切れを発生し易くなり、溶接欠陥、ビード外観の不均一、スパッタ発生量の増加という問題点があった。
【０００７】
本発明は上記の課題を解決するもので、逆極性と正極性とを切り換えるときのアーク切れの発生を抑制できる極性切換制御方法および消耗電極式アーク溶接電源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】
請求項１に係わる本発明は、消耗電極と母材との間に印加する溶接出力電圧の極性を逆極性と正極性とに交互に繰り返し切り換える消耗電極式アーク溶接電源において、アーク期間中に極性を切り換える場合、所定の極性比率に対応する極性の切り換えが短絡開放アーク再生時点から所定時間までの間に発生した場合には極性の切り換えを禁止して前記所定時間を経過した時点で極性を切り換えるようにした極性切換制御方法である。
【０００９】
本発明により、アーク期間中に極性を切り換える場合において、短絡開放アーク再生時点直後近くにおける極性の切り換えが禁止され、アーク切れが抑制されて溶接欠陥、ビード外観の不均一、およびスパッタ発生量の増加を防止することができる。
【００１０】
請求項２に係わる本発明は、消耗電極と母材との間に印加する溶接出力電圧の極性を逆極性と正極性とに交互に繰り返し切り換える消耗電極式アーク溶接電源において、前記溶接出力電圧を検出する溶接電圧検出部と、検出された溶接出力電圧の波形から短絡期間とアーク期間とを判別する短絡・アーク判別部と、逆極性と正極性との所定の比率を指令する極性比率指令部と、短絡開放アーク再生時点から所定時間を計測する計測回路部と、前記極性比率指令部の出力信号と前記計測回路部の出力信号とを入力して極性の切り換えを制御する極性切換制御部とを備え、前記極性切換制御部は前記極性比率指令部の出力信号によりアーク期間中に極性を切り換えるとき、極性の切り換えが前記計測回路部の計測中に発生した場合には極性の切り換えを禁止してその計測が終了した時点で極性を切り換えるようにした消耗電極式アーク溶接電源である。
【００１１】
本発明により、請求項１に係わる本発明と同じ作用と効果を得ることができる。
【００１２】
請求項３に係わる本発明は、消耗電極と母材との間に印加する溶接出力電圧の極性を逆極性と正極性とに交互に繰り返し切り換える消耗電極式アーク溶接電源において、前記溶接出力電圧を検出する溶接電圧検出部と、検出された溶接出力電圧の波形から短絡期間とアーク期間とを判別する短絡・アーク判別部と、逆極性と正極性との所定の比率を指令する極性比率指令部と、前記短絡・アーク判別部の出力信号を所定時間だけ遅延させる遅延回路部と、前記極性比率指令部の出力信号と前記遅延回路部の出力信号とを入力して極性の切り換えを制御する極性切換制御部とを備え、前記極性切換制御部は前記極性比率指令部の出力信号によりアーク期間中に極性を切り換えるとき、極性の切り換えが短絡開放アーク再生時点から前記所定時間遅延した短絡期間中に発生した場合には極性の切り換えを禁止してその計測が終了した時点で極性を切り換えるようにした消耗電極式アーク溶接電源である。
【００１３】
本発明により、請求項１および請求項２に係わる本発明と同じ作用と効果を得ることができる。
【００１４】
請求項４に係わる本発明は、消耗電極と母材との間に印加する溶接出力電圧の極性を逆極性と正極性とに交互に繰り返し切り換える消耗電極式アーク溶接電源において、短絡期間中における極性の切り換えを禁止するとともに、所定の極性比率に対応する極性の切り換えが短絡開放アーク再生時点から所定時間までの間に発生した場合には極性の切り換えを禁止して前記所定時間を経過した時点で極性を切り換えるようにした極性切換制御方法である。
【００１５】
本発明により、請求項１ないし請求項３に係わる本発明と同じ作用と効果を得ることができるとともに、従来の消耗電極式アーク溶接電源と同様に短絡期間中の極性切り換えも禁止することができる。
【００１６】
請求項５に係わる本発明は、消耗電極と母材との間に印加する溶接出力電圧の極性を逆極性と正極性とに交互に繰り返し切り換える消耗電極式アーク溶接電源において、前記溶接出力電圧を検出する溶接電圧検出部と、検出された溶接出力電圧の波形から短絡期間とアーク期間とを判別する短絡・アーク判別部と、逆極性と正極性との所定の比率を指令する極性比率指令部と、前記短絡・アーク判別部の出力信号を所定時間だけ遅延させる遅延回路部と、前記極性比率指令部の出力信号と前記短絡・アーク判別部の出力信号と前記遅延回路部の出力信号とを入力して極性の切り換えを制御する極性切換制御部とを備え、前記極性切換制御部は前記極性比率指令部の出力信号により極性を切り換えるとき、短絡期間中は極性の切り換えを禁止するとともに、前記極性比率に対応する極性の切り換えが短絡開放アーク再生時点から前記所定時間遅延した短絡期間中に発生した場合には極性の切り換えを禁止してその遅延した短絡期間の終了時点で極性を切り換えるようにした消耗電極式アーク溶接電源である。
【００１７】
本発明により、請求項４に係わる本発明と同じ作用と効果を得ることができる。
【００１８】
請求項６に係わる本発明は、消耗電極と母材との間に印加する溶接出力電圧の極性を逆極性と正極性とに交互に繰り返し切り換える消耗電極式アーク溶接電源において、前記溶接出力電圧を検出する溶接電圧検出部と、検出された溶接出力電圧の波形から短絡期間とアーク期間とを判別する短絡・アーク判別部と、前記短絡・アーク判別部の出力信号を所定時間だけ遅延させる遅延回路部と、前記短絡・アーク判別部の出力信号と前記遅延回路部の出力信号とを入力して逆極性と正極性との所定の比率を指令する極性比率指令部と、前記極性比率指令部の出力信号を入力して極性の切り換えを制御する極性切換制御部とを備え、前記極性比率指令部は、所定の極性比率に応じた極性切り換えの出力信号を前記極性切換制御部へ出力して極性を切り換えるとき、短絡期間中は極性比率の時間カウントを禁止するとともに、短絡開放アーク再生時点から前記所定時間遅延した短絡期間も極性比率の時間カウントを禁止して極性を切り換えるようにした消耗電極式アーク溶接電源である。
【００１９】
本発明により、請求項４ないし請求項５に係わる本発明と同じ作用と効果を得ることができるとともに、従来の消耗電極式アーク溶接電源と同様に短絡期間中の極性切り換えも禁止することができる。
【００２０】
【発明の実施の形態】
（実施の形態１）
以下、本発明の極性切換制御方法および消耗電極式アーク溶接電源の実施の形態１について図面を参照しながら説明する。本発明は請求項１および請求項２に係わる。
【００２１】
図１は本実施の形態の構成を示すブロック図である。なお、図１１に示した従来例と同じ構成要素には同一番号を付与して詳細な説明を省略する。図１において、１１は短絡開放アーク再生時点から所定時間ｔ0 を計測する計測回路部である。本実施の形態が従来例と異なる点は、計測回路部１１とを備え、極性比率に対応する極性の切り換えがアーク期間の先頭近傍で発生した場合には極性の切り換えを禁止したのち所定の時間を経過した時点でその極性の切り換えを実行するようにしたことにある。この場合の所定の時間を所定時間ｔ0 としている。
【００２２】
上記構成においてその動作を説明する。図２は、本実施の形態の動作を示す波形図である。図において、（ａ）は溶接電圧検出部７の出力信号（溶接出力電圧波形）、（ｂ）は短絡・アーク判別部８の出力信号、（ｃ）は計測回路部１１の出力信号、（ｄ）は極性比率指令部９の出力信号、（ｅ）は極性切換制御部１０の出力信号を示す。
【００２３】
まず、溶接電圧検出部７は、溶接出力電圧を検出し（ａ）に示した信号を出力する。つぎに、短絡・アーク判別部８は、前記溶接電圧検出部７の出力信号を入力し、（ｂ）に示したように短絡期間ＳではＬレベル、アーク期間ＡではＨレベルの信号を出力する。また、計測回路部１１は、短絡・アーク判別部８の出力信号を入力し、（ｂ）に示した信号波形がＬレベルからＨレベルに変わった時点、すなわち短絡開放アーク再生時点を起点とし、所定時間ｔ0 の間はＬレベルとなる（ｃ）に示した信号を出力する。また、極性比率指令部９は、設定された所定の逆極性と正極性との比率に応じて、（ｄ）に示したように、逆極性の期間ではＨレベル、正極性の期間ではＬレベルの信号を出力する。
【００２４】
極性切換制御部１０は、極性比率指令部９の出力信号と計測回路部１１の出力信号とを入力し、計測回路部１１の出力信号がＬレベルの期間中、すなわち計測回路部１１が所定時間ｔ0 を計測中に、極性比率指令部９の出力信号がＨレベルからＬレベルに変わった場合には直前のＨレベルを保持して出力し、所定時間ｔ0 を計測終了した時点でＬレベルを出力し、また、計測回路部１１の出力信号がＬレベルの期間中、すなわち計測回路部１１が所定時間ｔ0 を計測中に、極性比率指令部９の出力信号がＬレベルからＨレベルに変わった場合には直前のＬレベルを保持して出力し、所定時間ｔ0 を計測終了した時点でＨレベルを出力する。
【００２５】
すなわち、極性切換制御部１０は、計測回路部１１の出力信号がＬレベルの期間では、極性比率指令部９の出力信号がＨレベルと、Ｈレベルから変わったＬレベルとに対して、第１スイッチング素子３をオン、第２スイッチング素子４をオフとし、溶接出力部２の出力する電圧を出力端子５と出力端子６との間に逆極性で供給し、また、計測回路部１１の出力信号がＬレベルの期間では、極性比率指令部９の出力信号のＬレベルと、Ｌレベルから変わったＨレベルとに対して、第１スイッチング素子３をオフ、第２スイッチング素子４をオンとし、溶接出力部２が出力する電圧を出力端子５と出力端子６との間に正極性で供給している。
【００２６】
以上の動作により、短絡開放アーク再生時点から計測回路部１１が計測する所定時間ｔ0 の間は極性の切り換えが禁止され、前記所定時間を経過した時点で極性を切り換える。
【００２７】
以上のように本実施の形態によれば、アーク期間で極性を切り換える場合、極性の切り換えが短絡開放アーク再生時点から計測回路部１１が計測する所定時間ｔ0 までの間に発生した場合は極性の切り換えを禁止して、所定時間ｔ0 の計測を終了した時点で極性を切り換えるようにしたことにより、短絡開放アーク再生時点から所定時間ｔ0 までに発生した極性の切り換えが禁止され、アークに移行した直後における極性の切り換えでアークが消滅したり不安定になることを防止することができる。
【００２８】
（実施の形態２）
以下、本発明の極性切換制御方法および消耗電極式アーク溶接電源の実施の形態２について図面を参照しながら説明する。本発明は請求項１および請求項３に係わる。
【００２９】
図３は本実施の形態の構成を示すブロック図である。なお、実施の形態１で示した図１と同じ構成要素には同一番号を付与して詳細な説明を省略する。図において、１２は短絡・アーク判別部８の出力信号を所定時間ｔ0 だけ遅延させて出力する遅延回路部である。また、図４は遅延回路部１２の構成例を示す回路図である。図に示したように、遅延回路部１２は、コンデンサと抵抗とで構成されている。本実施の形態が実施の形態１と異なる点は、計測回路部１１に代えて遅延回路部１２を備え、実施の形態１と同様の動作をさせていることにある。
【００３０】
上記構成においてその動作を説明する。図５は、本実施の形態の動作を示す波形図である。図において、（ａ）は溶接電圧検出部７の出力信号（溶接出力電圧波形）、（ｂ）は短絡・アーク判別部８の出力信号、（ｃ）は遅延回路部１２の出力信号、（ｄ）は極性比率指令部９の出力信号、（ｅ）は極性切換制御部１０の出力信号を示す。
【００３１】
まず、溶接電圧検出部７は、溶接出力電圧を検出し（ａ）に示した信号を出力する。つぎに、短絡・アーク判別部８は、前記溶接電圧検出部７の出力信号を入力し、（ｂ）に示したように短絡期間ＳではＬレベル、アーク期間ＡではＨレベルの信号を出力する。また、遅延回路部１２は、短絡・アーク判別部８の出力信号を入力し、（ｂ）に示した信号を所定時間ｔ0 だけ遅延させて（ｃ）に示した信号を出力する。また、極性比率指令部９は、設定された所定の逆極性と正極性との比率に応じて、（ｄ）に示したように、逆極性の期間ではＨレベル、正極性の期間ではＬレベルの信号を出力する。
【００３２】
極性切換制御部１０は、極性比率指令部９の出力信号と遅延回路部１２の出力信号とを入力し、短絡開放アーク再生時点から遅延回路部１２の出力信号がＬレベルである期間中、すなわち短絡開放アーク再生時点から所定時間ｔ0 だけ遅延された短絡期間中に、極性比率指令部９の出力信号がＨレベルからＬレベルに変わった場合には直前のＨレベルを保持して出力し、その遅延された短絡期間が終了した時点でＬレベルを出力する。また、短絡開放アーク再生時点から遅延回路部１２の出力信号がＬレベルである期間中、すなわち短絡開放アーク再生時点から所定時間ｔ0 だけ遅延された短絡期間中に、極性比率指令部９の出力信号がＬレベルからＨレベルに変わった場合には直前のＬレベルを保持して出力し、その遅延された短絡期間が終了した時点でＨレベルを出力する。
【００３３】
すなわち、極性切換制御部１０は、短絡開放アーク再生時点から遅延回路部１２の出力信号がＬレベルの期間では、極性比率指令部９の出力信号がＨレベルと、Ｈレベルから変わったＬレベルとに対して、第１スイッチング素子３をオン、第２スイッチング素子４をオフとし、溶接出力部２の出力する電圧を出力端子５と出力端子６との間に逆極性で供給し、また、短絡開放アーク再生時点から遅延回路部１２の出力信号がＬレベルの期間では、極性比率指令部９の出力信号のＬレベルと、Ｌレベルから変わったＨレベルとに対して、第１スイッチング素子３をオフ、第２スイッチング素子４をオンとし、溶接出力部２が出力する電圧を出力端子５と出力端子６との間に正極性で供給している。
【００３４】
以上の動作により、短絡開放アーク再生時点から遅延回路部１２により所定時間ｔ0 だけ遅延された短絡期間中は極性の切り換えが禁止され、前記遅延された短絡期間が終了した時点で極性を切り換える。
【００３５】
以上のように本実施の形態によれば、アーク期間で極性を切り換える場合、極性の切り換えが短絡開放アーク再生時点から遅延回路部１２により所定時間ｔ0 だけ遅延された短絡期間に発生した場合は極性の切り換えを禁止して、その遅延された短絡期間が終了した時点で極性を切り換えるようにしたことにより、実施の形態１と同様に、短絡開放アーク再生時点から所定時間ｔ0 までに発生した極性の切り換えが禁止され、アークに移行した直後における極性の切り換えでアークが消滅したり不安定になることを防止することができる。
【００３６】
（実施の形態３）
以下、本発明の極性切換制御方法および消耗電極式アーク溶接電源の実施の形態３について図面を参照しながら説明する。本発明は請求項４および請求項５に係わる。
【００３７】
図６は本実施の形態の構成を示すブロック図である。なお、実施の形態２で示した図３と同じ構成要素には同一番号を付与して詳細な説明を省略する。本実施の形態が実施の形態２と異なる点は、極性切換制御部１０が極性比率指令部９の出力信号と遅延回路部１２の出力信号とを入力するとともに、短絡・アーク判別部８の出力信号も入力し、実施の形態１ないし実施の形態２と同様の切り換え禁止を実施するとともに、短絡期間Ｓにおける極性の切り換えも禁止するようにしたことにある。
【００３８】
上記構成においてその動作を説明する。図７は本実施の形態の動作を示す波形図である。図において、（ａ）は溶接電圧検出部７の出力信号（溶接出力電圧波形）、（ｂ）は短絡・アーク判別部８の出力信号、（ｃ）は遅延回路部１２の出力信号と短絡・アーク判別部８の出力信号との論理積（負論理の論理和）、（ｄ）は極性比率指令部９の出力信号、（ｅ）は極性切換制御部１０の出力信号を示す。
【００３９】
まず、溶接電圧検出部７は溶接出力電圧を検出し、（ａ）に示した信号を出力する。つぎに、短絡・アーク判別部８は溶接電圧検出部７の出力信号を入力し、（ｂ）に示したように短絡期間ＳではＬレベル、アーク期間ＡではＨレベルの信号を出力する。遅延回路部１２は、短絡・アーク判別部８の出力信号を入力し、所定時間ｔ0 だけ遅らせた信号を出力する。また、極性比率指令部９は、設定された所定の逆極性と正極性の比率に応じて、（ｄ）に示したように、逆極性の期間はＨレベル、正極性の期間はＬレベルの信号を出力する。なお、（ｃ）に示した論理積の信号は極性切換制御部１０の内部で生成される。
【００４０】
極性切換制御部１０は、極性比率指令部９の出力信号と遅延回路部１２の出力信号と短絡・アーク判別部８の出力信号とを入力し、（ｂ）に示した短絡・アーク判別部８の出力信号がＬレベルである期間に発生した極性の切り換えは実行せず、また、短絡開放アーク再生時点から短絡・アーク判別部８の出力信号と遅延回路部１２の出力信号との論理積をとった（ｃ）の信号がＬレベルの間で極性比率指令部９の出力がＨレベルからＬレベルに変わった場合にはＬレベルになる直前のＨレベルを保持して出力し、（ｃ）の信号がＨレベルになった時点でＬレベルを出力する。また、短絡開放アーク再生時点から（ｂ）に示した短絡・アーク判別部８の出力信号と遅延回路部１２の出力信号との論理積をとった（ｃ）の信号がＬレベルの間で極性比率指令部９の出力信号がＬレベルからＨレベルに変わった場合にはＨレベルになる直前のＬレベルを保持して出力し、（ｃ）の信号がＨレベルになった時点でＨレベルを出力する。
【００４１】
すなわち、極性切換制御部１０は、短絡・アーク判別部８の出力信号がＬレベルである期間と、短絡開放アーク再生時点から遅延回路部１２の出力信号がＬレベルの期間とでは、極性比率指令部９の出力信号のＨレベルと、Ｈレベルから変わったＬレベルとに対して、第１スイッチング素子３をオン、第２スイッチング素子４をオフとし、溶接出力部２の出力する電圧を出力端子５と出力端子６との間に逆極性で供給し、また、短絡・アーク判別部８の出力信号がＬレベルである期間と、短絡開放アーク再生時点から遅延回路部１２の出力信号がＬレベルの期間とでは、極性比率指令部９の出力信号のＬレベルと、Ｌレベルから変わったＨレベルとに対して、第１スイッチング素子３をオフ、第２スイッチング素子４をオンとし、溶接出力部２の出力する電圧を出力端子５と出力端子６との間に正極性で供給している。
【００４２】
以上の動作により、短絡期間における極性の切り換えを禁止するとともに、実施の形態２で説明した動作を併せて実行することになる。
【００４３】
なお、図８は、遅延回路部１２の他の構成例を示す回路図である。図に示したように、コンデンサ、抵抗、およびダイオードで構成され、充電時定数を放電時定数よりも大きくして波形の立ち上がりにおける遅延を大きくし、立ち下がりにおける遅延を小さくすることにより、図７（ｃ）に示した波形とほぼ同じ波形を論理積によらずに得ることが可能である。この場合には極性切換制御部１０における論理積処理を無用にすることができる。
【００４４】
以上のように本実施の形態によれば、極性切換制御部１０において極性比率指令部の出力信号と遅延回路部１２の出力信号とを入力するとともに短絡・アーク判別部の出力信号も入力し、短絡期間における極性の切り換えも禁止するようにしたことにより、実施の形態２と同様の効果を得るとともに、従来と同様に短絡期間では極性を切り換えないようにすることができる。
【００４５】
（実施の形態４）
以下、本発明の極性切換制御方法および消耗電極式アーク溶接電源の実施の形態４について図面を参照しながら説明する。本発明は請求項４および請求項６に係わる。
【００４６】
図９は本実施の形態の構成を示すブロック図である。なお、実施の形態３で示した図６と同じ構成要素には同一番号を付与して詳細な説明を省略する。本実施の形態が実施の形態３と異なる点は、極性比率指令部９が遅延回路部１２の出力信号と短絡・アーク判別部８の出力信号とを入力し、実施の形態１ないし実施の形態３と同様に切り換えを禁止するとともに、実施の形態３と同様に短絡期間Ｓにおける極性の切り換えも禁止するように極性比率を設定し、極性切換制御部１０は極性比率指令部９の上記設定通りの極性比率で極性を切り換えるようにしたことにある。
【００４７】
上記構成においてその動作を説明する。図１０は本実施の形態の動作を示す波形図である。図において、（ａ）は溶接電圧検出部７の出力信号（溶接出力電圧波形）、（ｂ）は短絡・アーク判別部８の出力信号、（ｃ）は遅延回路部１２の出力信号と短絡・アーク判別部８の出力信号との論理積（負論理の論理和）、（ｄ）は極性比率指令部９の出力信号を示す。
【００４８】
まず、溶接電圧検出部７は溶接出力電圧を検出し、（ａ）に示した信号を出力する。つぎに、短絡・アーク判別部８は溶接電圧検出部７の出力信号を入力し、（ｂ）に示したように短絡期間Ｓ（ｔn1、ｔn2、ｔp1、およびｔp2）ではＬレベル、アーク期間ＡではＨレベルの信号を出力する。遅延回路部１２は、短絡・アーク判別部８の出力信号を入力し、所定時間ｔ0 だけ遅らせた信号を出力する。なお、（ｃ）に示した論理積の信号は極性比率指令部９の内部で生成される。
【００４９】
極性比率指令部９は、遅延回路部１２の出力信号と短絡・アーク判別部８の出力信号とを入力し、短絡・アーク判別部８の出力信号と遅延回路部１２の出力信号との論理積をとった（ｃ）の信号がＬレベルの間では極性比率の時間カウントを停止し、設定された所定の逆極性と正極性の極性比率に応じて、（ｄ）に示したように、逆極性の期間（ｔn ＋ｔn1＋ｔ0 ）および（ｔn ＋ｔn2＋ｔ0 ）ではＨレベル、正極性の期間（ｔp ＋ｔp1＋ｔ0 ）および（ｔp ＋ｔp2＋ｔ0 ）ではＬレベルの信号を出力する。このとき、所定の極性比率はｔn ：ｔp である。
【００５０】
すなわち、極性比率指令部９は、所定の極性比率に対応した逆極性時間ｔn には、短絡・アーク判別部８の出力信号がＨレベルからＬレベルに変わった時点から遅延回路部１２の出力信号がＬレベルからＨレベルに変わるまでの時間を加算した期間（ｔn1＋ｔ0 ）または（ｔn2＋ｔ0 ）をＨレベルとして極性切換制御部１０に出力し、第１スイッチング素子３をオン、第２スイッチング素子４をオフとし、溶接出力部２の出力する電圧を出力端子５と出力端子６との間に逆極性で供給し、また、所定の極性比率に対応した正極性時間ｔp には、短絡・アーク判別部８の出力信号がＨレベルからＬレベルに変わった時点から遅延回路部１２の出力信号がＬレベルからＨレベルに変わるまでの時間を加算した期間（ｔp1＋ｔ0 ）または（ｔp2＋ｔ0 ）をＨレベルとして極性切換制御部１０に出力し、第１スイッチング素子３をオフ、第２スイッチング素子４をオンとし、溶接出力部２の出力する電圧を出力端子５と出力端子６との間に正極性で供給している。
【００５１】
以上の動作により、短絡期間における極性の切り換えを禁止するとともに、実施の形態３で説明した動作を併せて実行することになる。
【００５２】
なお、遅延回路部１２は実施の形態３と同様に図８に示した構成とすることにより、図１０（ｃ）に示した波形とほぼ同じ波形を論理積によらずに得ることが可能である。この場合には極性比率指令部９における論理積処理を無用にすることができる。
【００５３】
以上のように本実施の形態によれば、極性比率指令部９において遅延回路部１２の出力信号と短絡・アーク判別部８の出力信号を入力し、短絡期間における極性比率の時間カウントを停止するとともに、短絡開放アーク再生時点から所定時間ｔ0 の期間も極性比率の時間カウントを禁止することにより、実施の形態３と同様の効果を得るとともに、従来例と同様に短絡期間では極性を切り換えないようにすることができる。
【００５４】
また、実施の形態１ないし実施の形態４における所定時間ｔ0 は、溶接電流指令値、シールドガスの種類、消耗電極の種類に対応して可変としてもよい。
【００５５】
【発明の効果】
以上の説明から明らかなように、請求項１ないし請求項６に係わるいずれの本発明の極性切換制御方法および消耗電極式アーク溶接電源においても、短絡開放アーク再生時点から所定時間は極性の切り換えを禁止することにより、逆極性と正極性との極性切り換え時におけるアーク切れの発生を抑制することができ、また、請求項４ないし請求項６に係わる本発明の極性切換制御方法および消耗電極式アーク溶接電源では短絡期間中の極性切り換えも禁止することにより従来の極性切換制御方法と同様の安定な極性切り換えも可能となる。
【００５６】
さらに、極性切り換えを禁止する条件を溶接電流指令値、シールドガスの種類、消耗電極の径に応じて決定することにより、溶接状態に対応した適切な極性切り換えでアーク切れの発生を抑制することもできる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の消耗電極式アーク溶接電源の実施の形態１の構成を示すブロック図
【図２】同実施の形態の動作を示す波形図
【図３】本発明の消耗電極式アーク溶接電源の実施の形態２の構成を示すブロック図
【図４】同実施の形態における遅延回路部の構成を示す回路図
【図５】同実施の形態の動作を示す波形図
【図６】本発明の消耗電極式アーク溶接電源の実施の形態３の構成を示すブロック図
【図７】同実施の形態の動作を示す波形図
【図８】遅延回路部の他の構成例を示す回路図
【図９】本発明の消耗電極式アーク溶接電源の実施の形態４の構成を示すブロック図
【図１０】同実施の形態の動作を示す波形図
【図１１】従来の消耗電極式アーク溶接電源の構成を示すブロック図
【符号の説明】
１ 入力交流電源
２ 溶接出力部
３ 第１スイッチング素子
４ 第２スイッチング素子
５，６ 出力端子
７ 溶接電圧検出部
８ 短絡・アーク判別部
９ 極性比率指令部
１０ 極性切換制御部
１１ 計測回路部
１２ 遅延回路部
Ａ アーク期間
Ｓ 短絡期間
ｔ0 所定時間
ｔn 所定の極性比率における逆極性時間
ｔp 所定の極性比率における正極性時間
ｔn1，ｔn2 逆極性期間における短絡時間
ｔp1，ｔp2 正極性期間における短絡時間
Claims (9)
- 消耗電極と母材との間に印加する溶接出力電圧の極性を逆極性と正極性とに交互に繰り返し切り換える消耗電極式アーク溶接電源において、アーク期間中に極性を切り換える場合、所定の極性比率に対応する極性の切り換えが短絡開放アーク再生時点から所定時間までの間に発生した場合には極性の切り換えを禁止して前記所定時間を経過した時点で極性を切り換えるようにした極性切換制御方法。
- 消耗電極と母材との間に印加する溶接出力電圧の極性を逆極性と正極性とに交互に繰り返し切り換える消耗電極式アーク溶接電源において、前記溶接出力電圧を検出する溶接電圧検出部と、検出された溶接出力電圧の波形から短絡期間とアーク期間とを判別する短絡・アーク判別部と、逆極性と正極性との所定の比率を指令する極性比率指令部と、短絡開放アーク再生時点から所定時間を計測する計測回路部と、前記極性比率指令部の出力信号と前記計測回路部の出力信号とを入力して極性の切り換えを制御する極性切換制御部とを備え、前記極性切換制御部は前記極性比率指令部の出力信号によりアーク期間中に極性を切り換えるとき、極性の切り換えが前記計測回路部の計測中に発生した場合には極性の切り換えを禁止してその計測が終了した時点で極性を切り換えるようにした消耗電極式アーク溶接電源。
- 消耗電極と母材との間に印加する溶接出力電圧の極性を逆極性と正極性とに交互に繰り返し切り換える消耗電極式アーク溶接電源において、前記溶接出力電圧を検出する溶接電圧検出部と、検出された溶接出力電圧の波形から短絡期間とアーク期間とを判別する短絡・アーク判別部と、逆極性と正極性との所定の比率を指令する極性比率指令部と、前記短絡・アーク判別部の出力信号を所定時間だけ遅延させる遅延回路部と、前記極性比率指令部の出力信号と前記遅延回路部の出力信号とを入力して極性の切り換えを制御する極性切換制御部とを備え、前記極性切換制御部は前記極性比率指令部の出力信号によりアーク期間中に極性を切り換えるとき、極性の切り換えが短絡開放アーク再生時点から前記所定時間遅延した短絡期間中に発生した場合には極性の切り換えを禁止してその遅延した短絡期間の終了時点で極性を切り換えるようにした消耗電極式アーク溶接電源。
- 消耗電極と母材との間に印加する溶接出力電圧の極性を逆極性と正極性とに交互に繰り返し切り換える消耗電極式アーク溶接電源において、短絡期間中における極性の切り換えを禁止するとともに、所定の極性比率に対応する極性の切り換えが短絡開放アーク再生時点から所定時間までの間に発生した場合には極性の切り換えを禁止して前記所定時間を経過した時点で極性を切り換えるようにした極性切換制御方法。
- 消耗電極と母材との間に印加する溶接出力電圧の極性を逆極性と正極性とに交互に繰り返し切り換える消耗電極式アーク溶接電源において、前記溶接出力電圧を検出する溶接電圧検出部と、検出された溶接出力電圧の波形から短絡期間とアーク期間とを判別する短絡・アーク判別部と、逆極性と正極性との所定の比率を指令する極性比率指令部と、前記短絡・アーク判別部の出力信号を所定時間だけ遅延させる遅延回路部と、前記極性比率指令部の出力信号と前記短絡・アーク判別部の出力信号と前記遅延回路部の出力信号とを入力して極性の切り換えを制御する極性切換制御部とを備え、前記極性切換制御部は前記極性比率指令部の出力信号により極性を切り換えるとき、短絡期間中は極性の切り換えを禁止するとともに、前記極性比率に対応する極性の切り換えが短絡開放アーク再生時点から前記所定時間遅延した短絡期間中に発生した場合には極性の切り換えを禁止してその遅延した短絡期間の終了時点で極性を切り換えるようにした消耗電極式アーク溶接電源。
- 消耗電極と母材との間に印加する溶接出力電圧の極性を逆極性と正極性とに交互に繰り返し切り換える消耗電極式アーク溶接電源において、前記溶接出力電圧を検出する溶接電圧検出部と、検出された溶接出力電圧の波形から短絡期間とアーク期間とを判別する短絡・アーク判別部と、前記短絡・アーク判別部の出力信号を所定時間だけ遅延させる遅延回路部と、前記短絡・アーク判別部の出力信号と前記遅延回路部の出力信号とを入力して逆極性と正極性との所定の比率を指令する極性比率指令部と、前記極性比率指令部の出力信号を入力して極性の切り換えを制御する極性切換制御部とを備え、前記極性比率指令部は、所定の極性比率に応じた極性切り換えの出力信号を前記極性切換制御部へ出力して極性を切り換えるとき、短絡期間中は極性比率の時間カウントを禁止するとともに、短絡開放アーク再生時点から前記所定時間遅延した短絡期間も極性比率の時間カウントを禁止して極性を切り換えるようにした消耗電極式アーク溶接電源。
- 所定時間が、溶接電流指令値により決定されるようにした請求項１ないし請求項６のいずれかに記載の極性切換制御方法および消耗電極式アーク溶接電源。
- 所定時間が、シールドガスの種類、消耗電極の種類により決定されるようにした請求項１ないし請求項６のいずれかに記載の極性切換制御方法および消耗電極式アーク溶接電源。
- 所定時間が、溶接電流指令値、シールドガスの種類、消耗電極の種類により決定されるようにした請求項１ないし請求項６のいずれかに記載の極性切換制御方法および消耗電極式アーク溶接電源。
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