JP4739641B2 - 短絡アーク溶接用電源装置及びロボット溶接装置 - Google Patents
短絡アーク溶接用電源装置及びロボット溶接装置 Download PDFInfo
- Publication number
- JP4739641B2 JP4739641B2 JP2002280132A JP2002280132A JP4739641B2 JP 4739641 B2 JP4739641 B2 JP 4739641B2 JP 2002280132 A JP2002280132 A JP 2002280132A JP 2002280132 A JP2002280132 A JP 2002280132A JP 4739641 B2 JP4739641 B2 JP 4739641B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- welding
- circuit
- polarity
- switching element
- electrode
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Fee Related
Links
- 238000003466 welding Methods 0.000 title claims description 123
- 239000000463 material Substances 0.000 claims description 11
- 239000010953 base metal Substances 0.000 claims description 5
- 230000007704 transition Effects 0.000 claims description 4
- 239000002243 precursor Substances 0.000 claims description 3
- 230000003321 amplification Effects 0.000 description 12
- 238000001514 detection method Methods 0.000 description 12
- 238000003199 nucleic acid amplification method Methods 0.000 description 12
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 7
- 238000000034 method Methods 0.000 description 7
- 230000003014 reinforcing effect Effects 0.000 description 6
- CURLTUGMZLYLDI-UHFFFAOYSA-N Carbon dioxide Chemical compound O=C=O CURLTUGMZLYLDI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 239000011324 bead Substances 0.000 description 3
- 239000000155 melt Substances 0.000 description 3
- 230000035515 penetration Effects 0.000 description 3
- 229910002092 carbon dioxide Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000001569 carbon dioxide Substances 0.000 description 2
- 238000007796 conventional method Methods 0.000 description 1
- 230000003247 decreasing effect Effects 0.000 description 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
- 230000004927 fusion Effects 0.000 description 1
- 238000004544 sputter deposition Methods 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
- B23K9/00—Arc welding or cutting
- B23K9/09—Arrangements or circuits for arc welding with pulsed current or voltage
- B23K9/091—Arrangements or circuits for arc welding with pulsed current or voltage characterised by the circuits
- B23K9/092—Arrangements or circuits for arc welding with pulsed current or voltage characterised by the circuits characterised by the shape of the pulses produced
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Plasma & Fusion (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Arc Welding Control (AREA)
- Rectifiers (AREA)
- Generation Of Surge Voltage And Current (AREA)
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、短絡アーク溶接用電源装置及びこの電源装置を含むロボット溶接装置に関し、特に、溶接ワイヤと母材との溶融橋絡部にくびれが発生したことを判別して溶接電流を急減させてスパッタの発生を抑制するくびれ電流制御及び電極プラス極性溶接法と電極マイナス極性溶接法とを自在に切り換える極性切換制御を備えた電源装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
例えば，自動車シートを構成する溶接構造物においては、溶接長が５０mm以下の短い溶接部が多数存在し、これらの溶接構造物では溶接ロボットによる炭酸ガスアーク溶接法が一般に適用されている。また、これらの溶接構造物は０．７mm〜２．０mm程度の肉厚（板厚）のパイプ及び補強板で構成されており、溶接部には、適正な溶け込みが確保されていること、スパッタが溶接部材に付着していないこと等が要求される。一般的に、炭酸ガスアーク溶接法では、短絡移行による溶接（短絡アーク溶接）であるために、短絡発生時及び短絡解放時（アーク再発生時）にスパッタが発生し、特にアーク再発生時のスパッタの発生が多いので品質上問題となる場合がある。
【０００３】
このために従来技術１では、溶接ワイヤ（消耗電極）がプラス極性（以下、電極プラス極性という）での短絡アーク溶接において、短絡時に通電される溶接電流Ｉｗを図５に示すように制御して低スパッタ化を図っている。図５（Ａ）は溶接電流Ｉｗの波形を示し、同図（Ｂ）〜（Ｅ）は各時刻における溶滴移行状態を示す。同図（Ａ）に示すように、短絡が発生すると溶接電流Ｉｗを減少させて、同図（Ｂ）に示すように、溶接ワイヤ１の先端に形成された溶滴１ａが母材２の溶融池２ａと接触（短絡）したときのスパッタの発生を抑制する。続いて、同図（Ａ）に示すように、溶接電流Ｉｗを増加させることによって、同図（Ｃ）に示すように、溶融橋絡部２ｂへの電磁ピンチ力を増大させて溶滴移行を促進する。そして、同図（Ｄ）に示すように、上記の電磁ピンチ力によって溶融橋絡部２ｂにくびれ２ｃが生じたことを判別して、同図（Ａ）に示すように、アークが再発生する直前に溶接電流Ｉｗを急減する（以下、くびれ電流制御という）。これによって、アーク再発生時の溶接電流値Ｉｗを低い値にすることができるので、最も多くのスパッタが発生するアーク再発生時のスパッタを激減させることができる。このくびれ２ｃの発生の判別方法としては、くびれに伴い溶融橋絡部２ｂの抵抗値の増大を溶接電圧及び／又は溶接電流Ｉｗの変化率（ｄｖ／ｄｔ、ｄＲ／ｄｔ）によって判別するのが一般的である。続いて，同図（Ｅ）に示すように、アーク３が再発生すると、同図（Ａ）に示すように、溶接電流Ｉｗを増加させてアーク３を維持する。そして、短絡期間中は溶接電流Ｉｗを精密に制御するために溶接電源装置の外部特性を定電流特性とし、アーク期間中はアーク長を適正値に制御するために外部特性を定電圧特性とするのが一般的である。また、くびれ判別時に電流を急減させるために、溶接電源装置の直流出力にスイッチング素子を挿入し、このスイッチング素子に並列に抵抗器を接続する方法が採用されている。くびれ判別期間以外の期間中はこのスイッチング素子を導通状態にして上記の抵抗器を短絡しておき、くびれ判別時には上記のスイッチング素子を遮断状態にして上記の抵抗器を出力に挿入し、これにより電流を急減させる（特許文献１参照）。
【０００４】
ところで、自動車シートを構成する溶接構造物には、肉厚（板厚）が１mm以下のパイプ及び補強板の重ねすみ肉継手、フレア継手等の種々の継手個所がある。これらの継手には通常はギャップが存在することが多いために、上記の従来技術１ではスパッタ低減の問題は解決できても、図６に示すように、入熱過多による穴あき、溶け落ち等の発生を防止することはできない場合がある。
【０００５】
図７は、従来技術２の溶接電流Ｉｗの波形を示し、電極プラス期間Ｔep中は電極プラス極性（ＥＰ）で溶接電流Ｉｗを通電し、電極マイナス期間Ｔen中は電極マイナス極性（ＥＮ）で溶接電流Ｉｗを通電する。この従来技術２の溶接方法では、交流周期Ｔ及び極性比率＝Ｔep／（Ｔep＋Ｔen）を任意に設定することによって、交流アーク溶接の特徴である浅い溶け込みを形成することができ、極薄板溶接での穴あき又は溶け落ちを抑制することができる。しかし、この溶接方法では、上述したように、短絡移行に伴いスパッタが多く発生するために、低スパッタ化が問題であった（特許文献２参照）。
【０００６】
【特許文献１】
特公平４−４０７４号公報
【特許文献２】
特開平１１−２２６７３０号公報
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
上述したように、溶接構造物の複数の継手個所が、例えば０．７mm〜２．０mm程度の広い範囲の種々な板厚の組み合わせから成る継手である場合において、スパッタの発生を抑制し、かつ、穴あき又は溶け落ちの発生を防止して高品質な溶接結果を得ることが本発明の課題である。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
請求項１の発明は、商用電源を入力として直流電圧を出力する電源主回路と、前記電源主回路の出力を制御すると共に溶接ワイヤの送給を制御する主制御回路と、
前記電源主回路の直流電圧を電極プラス極性又は電極マイナス極性に切り換えてアーク負荷に供給する電極プラス極性スイッチング素子及び電極マイナス極性スイッチング素子から成る極性切換回路と、
前記電極プラス極性スイッチング素子に並列に接続された第１スイッチング素子と０．５Ω以上の第１抵抗器とを直列に接続した回路と、前記電極マイナス極性スイッチング素子に並列に接続された第２スイッチング素子と０．５Ω以上の第２抵抗器とを直列に接続した回路と、
前記溶接ワイヤと母材との間が短絡状態からアーク状態へと移行する前兆である溶融橋絡部のくびれの発生を溶接電圧及び／又は溶接電流の変化によって判別してくびれ判別信号を出力するくびれ判別回路と、
電源外部からの極性設定信号が電極プラス極性に対応する設定信号でありかつ前記くびれ判別信号が出力されていない期間のみ前記電極プラス極性スイッチング素子を導通状態にする電極プラス極性スイッチング素子駆動回路と、
前記極性設定信号が電極マイナス極性に対応する設定信号でありかつ前記くびれ判別信号が出力されていない期間のみ前記電極マイナス極性スイッチング素子を導通状態にする電極マイナス極性スイッチング素子駆動回路と、
前記極性設定信号が電極プラス極性に対応する設定信号でありかつ前記くびれ判別信号が出力されている期間のみ前記第１スイッチング素子を導通状態にする第１スイッチング素子駆動回路と、
前記極性設定信号が電極マイナス極性に対応する設定信号でありかつ前記くびれ判別信号が出力されている期間のみ前記第２スイッチング素子を導通状態にする第２スイッチング素子駆動回路と、
を具備したことを特徴とする短絡アーク溶接用電源装置である。
【０００９】
請求項２の発明は、請求項１記載の短絡アーク溶接用電源装置と、溶接ロボットと、前記溶接ロボットの動作を制御すると共に母材ワークの溶接個所に適した極性設定信号を含む溶接条件設定信号を前記短絡アーク溶接用電源装置へ送出するロボット制御装置と、から構成されることを特徴とするロボット溶接装置である。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。
［実施の形態１］
図１は、本発明の実施の形態１に係る短絡アーク溶接用電源装置のブロック図である。以下、同図を参照して各回路について説明する。
【００１１】
電源主回路ＰＭＣは、商用電源ＡＣ（３相２００Ｖ等）を入力として直流電圧を出力し、下記の回路から構成される。インバータ回路ＩＮＶは、商用電源ＡＣを整流して高周波交流に変換する。高周波変圧器ＩＮＴは、高周波交流電圧を溶接に適した電圧に降圧する。２次整流器Ｄ２ａ〜Ｄ２ｄは、降圧された高周波交流を整流して正及び負の直流電圧を出力する。リアクトルＷＬは、この直流電圧を平滑する。
【００１２】
極性切換回路ＳＷＰは、上記の電源主回路ＰＭＣの直流電圧を電極プラス極性又は電極マイナス極性に切り換えてアーク負荷３に供給する電極プラス極性スイッチング素子ＰＴＲ及び電極マイナス極性スイッチング素子ＮＴＲから成る。ここで、電極プラス極性スイッチング素子ＰＴＲが導通状態になると溶接電源装置の出力は電極プラス極性となり、他方、電極マイナス極性スイッチング素子ＮＴＲが導通状態になると電極マイナス極性となる。
【００１３】
第１スイッチング素子ＴＲ１と第１抵抗器Ｒ１とを直列に接続した回路を上記の電極プラス極性スイッチング素子ＰＴＲに並列に接続し、さらに、第２スイッチング素子ＴＲ２と第２抵抗器Ｒ２とを直列に接続した回路を上記の電極マイナス極性スイッチング素子ＮＴＲに並列に接続する。
【００１４】
溶接ワイヤ１はワイヤ送給装置の送給ロール５ａの回転によって溶接トーチ４を通って送給されて、母材２との間にアーク３が発生し、アーク３には溶接電圧Ｖｗ及び溶接電流Ｉｗが供給される。
【００１５】
電圧検出回路ＶＤは、溶接電圧Ｖｗを検出して絶対値に変換して電圧検出信号Ｖｄを出力する。くびれ判別回路ＮＤは、溶接ワイヤ１と母材２との間が短絡状態からアーク状態へと移行する前兆である溶融橋絡部のくびれの発生を上記の電圧検出信号Ｖｄの変化率ｄＶｄ／ｄｔによって判別して、くびれ判別信号Ｎｄを出力する。電極プラス極性スイッチング素子駆動回路ＥＰＤは、電源外部からの極性設定信号Ｓpnが電極プラス極性に対応する設定信号（Ｈｉｇｈレベル）であり、かつ、上記のくびれ判別信号Ｎｄが出力されていない期間（Ｌｏｗレベルの期間）のみ上記の電極プラス極性スイッチング素子ＰＴＲを導通状態にする電極プラス極性スイッチング素子駆動信号Ｅpdを出力する。電極マイナス極性スイッチング素子駆動回路ＥＮＤは、上記の極性設定信号Ｓpnが電極マイナス極性に対応する設定信号（Ｌｏｗレベル）であり、かつ、上記のくびれ判別信号Ｎｄが出力されていない期間（Ｌｏｗレベルの期間）のみ上記の電極マイナス極性スイッチング素子ＮＴＲを導通状態にする電極マイナス極性スイッチング素子駆動信号Ｅndを出力する。
【００１６】
第１スイッチング素子駆動回路ＤＶ１は、上記の極性設定信号Ｓpnが電極プラス極性に対応する設定信号（Ｈｉｇｈレベル）であり、かつ、上記のくびれ判別信号Ｎｄが出力されている期間（Ｈｉｇｈレベルの期間）のみ上記の第１スイッチング素子ＴＲ１を導通状態にする第１スイッチング素子駆動信号Ｄv1を出力する。第２スイッチング素子駆動回路ＤＶ２は、上記の極性設定信号Ｓpnが電極マイナス極性に対応する設定信号（Ｌｏｗレベル）であり、かつ、上記のくびれ判別信号Ｎｄが出力されている期間（Ｈｉｇｈレベルの期間）のみ上記の第２スイッチング素子ＴＲ２を導通状態にする第２スイッチング素子駆動信号Ｄv2を出力する。
【００１７】
したがって、極性設定信号ＳpnがＨｉｇｈレベル（電極プラス極性）のときは上記の電極プラス極性スイッチング素子ＰＴＲが導通状態になり、溶接電流ＩｗはＰＴＲ→溶接ワイヤ１→母材２→リアクトルＷＬの経路で通電する。この状態でくびれ判別信号Ｎｄが出力されると（Ｈｉｇｈレベル）、上記のインバータ回路ＩＮＶの動作を停止して電源主回路ＰＭＣの出力を停止すると共に、上記の電極プラス極性スイッチング素子ＰＴＲを遮断状態にし、他方、第１スイッチング素子ＴＲ１を導通状態にする。これによって、リアクトルＷＬに蓄積されていたエネルギーはＲ１→ＴＲ１→溶接ワイヤ１→母材２→リアクトルＷＬの経路で放電される。この放電の速度はリアクトルＷＬのインダクタンス値Ｌ［Ｈ］及び第１抵抗器Ｒ１の抵抗値Ｒ［Ω］によって（Ｌ／Ｒ）の値に比例する。通常、第１抵抗器Ｒ１を挿入しない場合の電源内部抵抗値は０．０１〜０．０５Ω程度であり、他方、第１抵抗器Ｒ１の抵抗値Ｒ＝０．５Ω程度を選択すると、放電速度（電流急減速度）は約１０倍以上速くなる。極性設定信号ＳpnがＬｏｗレベル（電極マイナス極性）の場合も上記と同様にして電流を急減させている。
【００１８】
電流検出回路ＩＤは、溶接電流Ｉｗを検出して絶対値に変換して電流検出信号Ｉｄを出力する。主制御回路ＭＣＣは、上記の電源主回路ＰＭＣの出力を制御すると共に、溶接ワイヤの送給を制御し（図示していない）、下記の回路から構成される。短絡判別回路ＳＤは、上記の電圧検出信号Ｖｄを入力として短絡判別信号Ｓｄを出力する。電圧設定回路ＶＲは、所望値の電圧設定信号Ｖｒを出力する。電流設定回路ＩＲは、短絡期間の溶接電流Ｉｗを設定するための電流設定信号Ｉｒを出力する。電圧誤差増幅回路ＥＶは、上記の電圧設定信号Ｖｒと上記の電圧検出信号Ｖｄとの誤差を増幅して電圧誤差増幅信号Ｅｖを出力する。電流誤差増幅回路ＥＩは、上記の電流設定信号Ｉｒと上記の電流検出信号Ｉｄとの誤差を増幅して電流誤差増幅信号Ｅｉを出力する。外部特性切換回路ＳＣは、上記の短絡判別信号ＳｄがＬｏｗレベル（アーク期間）のときはａ側に切り換わり上記の電圧誤差増幅信号Ｅｖを誤差増幅信号Ｅａとして出力し、Ｈｉｇｈレベル（短絡期間）のときはｂ側に切り換わり上記の電流誤差増幅信号Ｅｉを誤差増幅信号Ｅａとして出力する。これによって、アーク期間中は定電圧特性となり、短絡期間中は定電流特性となる。ＰＷＭ制御回路ＰＷＭは、上記の誤差増幅信号Ｅａを入力として、上記のインバータ回路ＩＮＶをＰＷＭ制御するためのＰＷＭ制御信号Ｐwmを出力する。
【００１９】
図２は、上記図１の溶接電源装置における各信号のタイミングチャートである。同図（Ａ）は極性設定信号Ｓpnの、同図（Ｂ）は溶接電流Ｉｗの、同図（Ｃ）は短絡判別信号Ｓｄの、同図（Ｄ）はくびれ判別信号Ｎｄの、同図（Ｅ）は電極プラス極性スイッチング素子駆動信号Ｅpdの、同図（Ｆ）は第１スイッチング素子駆動信号Ｄv1の、同図（Ｇ）は電極マイナス極性スイッチング素子駆動信号Ｅndの、同図（Ｈ）は第２スイッチング素子駆動信号Ｄv2の時間変化を示す。以下、同図を参照して説明する。
【００２０】
▲１▼ 電極プラス期間Ｔep
同図（Ａ）に示すように、極性設定信号ＳpnがＨｉｇｈレベルの期間中は電極プラス極性となる。同図（Ｃ）に示すように、短絡判別信号Ｓｄは、時刻ｔ１〜ｔ３の短絡期間Ｔｓ中はＨｉｇｈレベルとなり、時刻ｔ３〜ｔ４のアーク期間Ｔａ中はＬｏｗレベルとなる。同図（Ｄ）に示すように、くびれ判別信号Ｎｄは、時刻ｔ２〜ｔ３のくびれ判別期間中Ｈｉｇｈレベルとなる。同図（Ｅ）に示すように、電極プラス極性スイッチング素子駆動信号Ｅpdは、上記の極性設定信号ＳpnがＨｉｇｈレベルであり、かつ、上記のくびれ判別信号ＮｄがＬｏｗレベルである期間（時刻ｔ１〜ｔ２及びｔ３〜ｔ４等）のみＨｉｇｈレベルとなり、電極プラス極性スイッチング素子ＰＴＲを導通状態にする。また、同図（Ｆ）に示すように、第１スイッチング素子駆動信号Ｄv1は、上記の極性設定信号ＳpnがＨｉｇｈレベルであり、かつ、上記のくびれ判別信号ＮｄがＨｉｇｈレベルである期間（時刻ｔ２〜ｔ３等）のみＨｉｇｈレベルとなり、第１スイッチング素子ＴＲ１を導通状態にする。
【００２１】
▲２▼ 電極マイナス期間Ｔen
同図（Ａ）に示すように、極性設定信号ＳpnがＬｏｗレベルの期間中は電極マイナス極性となる。同図（Ｃ）に示すように、短絡判別信号Ｓｄは、時刻ｔ５〜ｔ７の短絡期間Ｔｓ中はＨｉｇｈレベルとなり、時刻ｔ７〜ｔ８のアーク期間Ｔａ中はＬｏｗレベルとなる。同図（Ｄ）に示すように、くびれ判別信号Ｎｄは、時刻ｔ６〜ｔ７のくびれ判別期間中Ｈｉｇｈレベルとなる。同図（Ｇ）に示すように、電極マイナス極性スイッチング素子駆動信号Ｅndは、上記の極性設定信号ＳpnがＬｏｗレベルであり、かつ、上記のくびれ判別信号ＮｄがＬｏｗレベルである期間（時刻ｔ５〜ｔ６及びｔ７〜ｔ８等）のみＨｉｇｈレベルとなり、電極マイナス極性スイッチング素子ＮＴＲを導通状態にする。また、同図（Ｈ）に示すように、第２スイッチング素子駆動信号Ｄv2は、上記の極性設定信号ＳpnがＬｏｗレベルであり、かつ、上記のくびれ判別信号ＮｄがＨｉｇｈレベルである期間（時刻ｔ６〜ｔ７等）のみＨｉｇｈレベルとなり、第２スイッチング素子ＴＲ２を導通状態にする。
【００２２】
上記の短絡アーク溶接用電源装置によれば、溶接構造物の複数の継手個所のうち例えば板厚が１mm以下の極薄板である個所では、極性設定信号ＳpnをＬｏｗレベルに設定して電極マイナス極性の短絡アーク溶接を使用することで母材への入熱を低くして穴あき、溶け落ち等の発生を防止すると共に、電極マイナス極性でのくびれ電流制御によって低スパッタ化を実現することができる。他方、溶接構造物の複数の継手個所のうち例えば板厚が１mmを超える個所では、極性設定信号Ｓpnを電極プラスに設定して電極プラス極性の短絡アーク溶接を使用することで適正な溶け込みを確保すると共に、電極プラス極性でのくびれ電流制御によって低スパッタ化を実現することができる。
【００２３】
［実施の形態２］
本発明の実施の形態２は、溶接ロボットの動作を制御すると共に母材ワークの溶接個所に適した極性設定信号Ｓpnを含む溶接条件設定信号Ｗｓを上述した実施の形態１の短絡アーク溶接用電源装置へ送出するロボット制御装置を含むロボット溶接装置である。以下、図面を参照して説明する。
【００２４】
図３は、実施の形態２に係るロボット溶接装置の構成図である。短絡アーク溶接用電源装置ＰＳは、上述した実施の形態１の溶接電源装置である。ロボット制御装置ＲＣは、溶接ロボットＲＭを作業プログラムに従って動作させるために各軸のサーボモータに動作制御信号Ｍｃを出力すると共に、母材ワーク２の複数の溶接個所ごとに予め教示された電極極性を設定するための極性設定信号Ｓpnを含む溶接条件設定信号Ｗｓを短絡アーク溶接用電源装置ＰＳに送出する。溶接条件設定信号Ｗｓには、出力開始信号、電圧設定信号、送給速度設定信号等が含まれている。溶接ワイヤ１は溶接ロボットＲＭに搭載されたワイヤ送給モータＷＭによって溶接トーチ４を通って送給されて母材ワーク２との間にアーク３が発生する。溶接電圧Ｖｗの極性は、母材ワーク２の溶接個所ごとに設定された極性設定信号Ｓpnに応じて電極プラス極性又は電極マイナス極性に設定される。
【００２５】
図４は、上述したロボット溶接装置による板厚の異なる部材の溶接例を示す。板厚が０．８mmの薄肉パイプ部材６ａ、板厚が１．６mmの厚肉パイプ部材６ｂ及び補強板６ｃの溶接例である。薄肉パイプ部材６ａと補強板６ｃとの溶接個所７ａは板厚が１mm以下の極薄板であるので、極性設定信号ＳpnをＬｏｗレベルにして電極マイナス極性溶接を行っている。他方、厚肉パイプ部材６ｂと補強板６ｃとの溶接個所７ｂは板厚が１mmを超えているので、極性設定信号ＳpnをＨｉｇｈレベルにして電極プラス極性溶接を行っている。また、両溶接時において、くびれ電流制御を行っているのでスパッタの発生を大幅に抑制している。この結果，同図に示すように、スパッタの付着が非常に少なく、かつ、穴あき又は溶け落ちのない良好なビード外観が得られる。
【００２６】
【発明の効果】
請求項１記載の短絡アーク溶接用電源装置によれば、溶接構造物を構成する種々の板厚の部材の組み合わせによる複数個所の溶接において、溶接個所ごとにその溶接個所に適した電極プラス極性又は電極マイナス極性を選択することができ、かつ、どちらの極性の場合でもくびれ電流制御によってスパッタの発生を抑制することができるので、穴あき、溶け落ち等の発生を防止することができる。
【００２７】
請求項２記載のロボット溶接装置によれば、溶接構造物の溶接個所ごとの電極極性を溶接ロボットの動作教示と共に予め教示しておくことができるので、溶接個所に応じて適正な電極極性に自走的に設定することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態１に係る短絡アーク溶接用電源装置のブロック図である。
【図２】図１に示す短絡アーク溶接用電源装置の各信号のタイミングチャートである。
【図３】本発明の実施の形態２に係るロボット溶接装置の構成図である。
【図４】本発明による溶接例を示すビード外観図である。
【図５】従来技術１における溶接電流Ｉｗの波形図及び溶滴移行状態図である。
【図６】従来技術１による溶接例のビード外観図である。
【図７】従来技術２における溶接電流Ｉｗの波形図である。
【符号の説明】
１ 溶接ワイヤ
１ａ 溶滴
２ 母材（ワーク）
２ａ 溶融池
２ｂ 溶融橋絡部
２ｃ くびれ
３ アーク
４ 溶接トーチ
５ａ 送給ロール
６ａ 薄肉パイプ部材
６ｂ 厚肉パイプ部材
６ｃ 補強板
７ａ、７ｂ 溶接個所
Ｄ２ａ〜Ｄ２ｄ ２次整流器
ＤＶ１ 第１スイッチング素子駆動回路
Ｄv1 第１スイッチング素子駆動信号
ＤＶ２ 第２スイッチング素子駆動回路
Ｄv2 第２スイッチング素子駆動信号
Ｅａ 誤差増幅信号
ＥＩ 電流誤差増幅回路
Ｅｉ 電流誤差増幅信号
ＥＮＤ 電極マイナス極性スイッチング素子駆動回路
Ｅnd 電極マイナス極性スイッチング素子駆動信号
ＥＰＤ 電極プラス極性スイッチング素子駆動回路
Ｅpd 電極プラス極性スイッチング素子駆動信号
ＥＶ 電圧誤差増幅回路
Ｅｖ 電圧誤差増幅信号
ＩＤ 電流検出回路
Ｉｄ 電流検出信号
ＩＮＴ 高周波変圧器
ＩＮＶ インバータ回路
ＩＲ 電流設定回路
Ｉｒ 電流設定信号
Ｉｗ 溶接電流
Ｍｃ 動作制御信号
ＭＣＣ 主制御回路
ＮＤ くびれ判別回路
Ｎｄ くびれ判別信号
ＮＴＲ 電極マイナス極性スイッチング素子
ＰＭＣ 電源主回路
ＰＳ 短絡アーク溶接用電源装置
ＰＴＲ 電極プラス極性スイッチング素子
ＰＷＭ ＰＷＭ制御回路
Ｐwm ＰＷＭ制御信号
Ｒ 抵抗値
Ｒ１ 第１抵抗器
Ｒ２ 第２抵抗器
ＲＣ ロボット制御装置
ＲＭ 溶接ロボット
ＳＣ 外部特性切換回路
ＳＤ 短絡判別回路
Ｓｄ 短絡判別信号
Ｓpn 極性設定信号
ＳＷＰ 極性切換回路
Ｔ 交流周期
Ｔａ アーク期間
Ｔen 電極マイナス期間
Ｔep 電極プラス期間
ＴＲ１ 第１スイッチング素子
ＴＲ２ 第２スイッチング素子
Ｔｓ 短絡期間
ＶＤ 電圧検出回路
Ｖｄ 電圧検出信号
ＶＲ 電圧設定回路
Ｖｒ 電圧設定信号
Ｖｗ 溶接電圧
ＷＬ リアクトル
ＷＭ ワイヤ送給モータ
Ｗｓ 溶接条件設定信号
【発明の属する技術分野】
本発明は、短絡アーク溶接用電源装置及びこの電源装置を含むロボット溶接装置に関し、特に、溶接ワイヤと母材との溶融橋絡部にくびれが発生したことを判別して溶接電流を急減させてスパッタの発生を抑制するくびれ電流制御及び電極プラス極性溶接法と電極マイナス極性溶接法とを自在に切り換える極性切換制御を備えた電源装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
例えば，自動車シートを構成する溶接構造物においては、溶接長が５０mm以下の短い溶接部が多数存在し、これらの溶接構造物では溶接ロボットによる炭酸ガスアーク溶接法が一般に適用されている。また、これらの溶接構造物は０．７mm〜２．０mm程度の肉厚（板厚）のパイプ及び補強板で構成されており、溶接部には、適正な溶け込みが確保されていること、スパッタが溶接部材に付着していないこと等が要求される。一般的に、炭酸ガスアーク溶接法では、短絡移行による溶接（短絡アーク溶接）であるために、短絡発生時及び短絡解放時（アーク再発生時）にスパッタが発生し、特にアーク再発生時のスパッタの発生が多いので品質上問題となる場合がある。
【０００３】
このために従来技術１では、溶接ワイヤ（消耗電極）がプラス極性（以下、電極プラス極性という）での短絡アーク溶接において、短絡時に通電される溶接電流Ｉｗを図５に示すように制御して低スパッタ化を図っている。図５（Ａ）は溶接電流Ｉｗの波形を示し、同図（Ｂ）〜（Ｅ）は各時刻における溶滴移行状態を示す。同図（Ａ）に示すように、短絡が発生すると溶接電流Ｉｗを減少させて、同図（Ｂ）に示すように、溶接ワイヤ１の先端に形成された溶滴１ａが母材２の溶融池２ａと接触（短絡）したときのスパッタの発生を抑制する。続いて、同図（Ａ）に示すように、溶接電流Ｉｗを増加させることによって、同図（Ｃ）に示すように、溶融橋絡部２ｂへの電磁ピンチ力を増大させて溶滴移行を促進する。そして、同図（Ｄ）に示すように、上記の電磁ピンチ力によって溶融橋絡部２ｂにくびれ２ｃが生じたことを判別して、同図（Ａ）に示すように、アークが再発生する直前に溶接電流Ｉｗを急減する（以下、くびれ電流制御という）。これによって、アーク再発生時の溶接電流値Ｉｗを低い値にすることができるので、最も多くのスパッタが発生するアーク再発生時のスパッタを激減させることができる。このくびれ２ｃの発生の判別方法としては、くびれに伴い溶融橋絡部２ｂの抵抗値の増大を溶接電圧及び／又は溶接電流Ｉｗの変化率（ｄｖ／ｄｔ、ｄＲ／ｄｔ）によって判別するのが一般的である。続いて，同図（Ｅ）に示すように、アーク３が再発生すると、同図（Ａ）に示すように、溶接電流Ｉｗを増加させてアーク３を維持する。そして、短絡期間中は溶接電流Ｉｗを精密に制御するために溶接電源装置の外部特性を定電流特性とし、アーク期間中はアーク長を適正値に制御するために外部特性を定電圧特性とするのが一般的である。また、くびれ判別時に電流を急減させるために、溶接電源装置の直流出力にスイッチング素子を挿入し、このスイッチング素子に並列に抵抗器を接続する方法が採用されている。くびれ判別期間以外の期間中はこのスイッチング素子を導通状態にして上記の抵抗器を短絡しておき、くびれ判別時には上記のスイッチング素子を遮断状態にして上記の抵抗器を出力に挿入し、これにより電流を急減させる（特許文献１参照）。
【０００４】
ところで、自動車シートを構成する溶接構造物には、肉厚（板厚）が１mm以下のパイプ及び補強板の重ねすみ肉継手、フレア継手等の種々の継手個所がある。これらの継手には通常はギャップが存在することが多いために、上記の従来技術１ではスパッタ低減の問題は解決できても、図６に示すように、入熱過多による穴あき、溶け落ち等の発生を防止することはできない場合がある。
【０００５】
図７は、従来技術２の溶接電流Ｉｗの波形を示し、電極プラス期間Ｔep中は電極プラス極性（ＥＰ）で溶接電流Ｉｗを通電し、電極マイナス期間Ｔen中は電極マイナス極性（ＥＮ）で溶接電流Ｉｗを通電する。この従来技術２の溶接方法では、交流周期Ｔ及び極性比率＝Ｔep／（Ｔep＋Ｔen）を任意に設定することによって、交流アーク溶接の特徴である浅い溶け込みを形成することができ、極薄板溶接での穴あき又は溶け落ちを抑制することができる。しかし、この溶接方法では、上述したように、短絡移行に伴いスパッタが多く発生するために、低スパッタ化が問題であった（特許文献２参照）。
【０００６】
【特許文献１】
特公平４−４０７４号公報
【特許文献２】
特開平１１−２２６７３０号公報
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
上述したように、溶接構造物の複数の継手個所が、例えば０．７mm〜２．０mm程度の広い範囲の種々な板厚の組み合わせから成る継手である場合において、スパッタの発生を抑制し、かつ、穴あき又は溶け落ちの発生を防止して高品質な溶接結果を得ることが本発明の課題である。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
請求項１の発明は、商用電源を入力として直流電圧を出力する電源主回路と、前記電源主回路の出力を制御すると共に溶接ワイヤの送給を制御する主制御回路と、
前記電源主回路の直流電圧を電極プラス極性又は電極マイナス極性に切り換えてアーク負荷に供給する電極プラス極性スイッチング素子及び電極マイナス極性スイッチング素子から成る極性切換回路と、
前記電極プラス極性スイッチング素子に並列に接続された第１スイッチング素子と０．５Ω以上の第１抵抗器とを直列に接続した回路と、前記電極マイナス極性スイッチング素子に並列に接続された第２スイッチング素子と０．５Ω以上の第２抵抗器とを直列に接続した回路と、
前記溶接ワイヤと母材との間が短絡状態からアーク状態へと移行する前兆である溶融橋絡部のくびれの発生を溶接電圧及び／又は溶接電流の変化によって判別してくびれ判別信号を出力するくびれ判別回路と、
電源外部からの極性設定信号が電極プラス極性に対応する設定信号でありかつ前記くびれ判別信号が出力されていない期間のみ前記電極プラス極性スイッチング素子を導通状態にする電極プラス極性スイッチング素子駆動回路と、
前記極性設定信号が電極マイナス極性に対応する設定信号でありかつ前記くびれ判別信号が出力されていない期間のみ前記電極マイナス極性スイッチング素子を導通状態にする電極マイナス極性スイッチング素子駆動回路と、
前記極性設定信号が電極プラス極性に対応する設定信号でありかつ前記くびれ判別信号が出力されている期間のみ前記第１スイッチング素子を導通状態にする第１スイッチング素子駆動回路と、
前記極性設定信号が電極マイナス極性に対応する設定信号でありかつ前記くびれ判別信号が出力されている期間のみ前記第２スイッチング素子を導通状態にする第２スイッチング素子駆動回路と、
を具備したことを特徴とする短絡アーク溶接用電源装置である。
【０００９】
請求項２の発明は、請求項１記載の短絡アーク溶接用電源装置と、溶接ロボットと、前記溶接ロボットの動作を制御すると共に母材ワークの溶接個所に適した極性設定信号を含む溶接条件設定信号を前記短絡アーク溶接用電源装置へ送出するロボット制御装置と、から構成されることを特徴とするロボット溶接装置である。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。
［実施の形態１］
図１は、本発明の実施の形態１に係る短絡アーク溶接用電源装置のブロック図である。以下、同図を参照して各回路について説明する。
【００１１】
電源主回路ＰＭＣは、商用電源ＡＣ（３相２００Ｖ等）を入力として直流電圧を出力し、下記の回路から構成される。インバータ回路ＩＮＶは、商用電源ＡＣを整流して高周波交流に変換する。高周波変圧器ＩＮＴは、高周波交流電圧を溶接に適した電圧に降圧する。２次整流器Ｄ２ａ〜Ｄ２ｄは、降圧された高周波交流を整流して正及び負の直流電圧を出力する。リアクトルＷＬは、この直流電圧を平滑する。
【００１２】
極性切換回路ＳＷＰは、上記の電源主回路ＰＭＣの直流電圧を電極プラス極性又は電極マイナス極性に切り換えてアーク負荷３に供給する電極プラス極性スイッチング素子ＰＴＲ及び電極マイナス極性スイッチング素子ＮＴＲから成る。ここで、電極プラス極性スイッチング素子ＰＴＲが導通状態になると溶接電源装置の出力は電極プラス極性となり、他方、電極マイナス極性スイッチング素子ＮＴＲが導通状態になると電極マイナス極性となる。
【００１３】
第１スイッチング素子ＴＲ１と第１抵抗器Ｒ１とを直列に接続した回路を上記の電極プラス極性スイッチング素子ＰＴＲに並列に接続し、さらに、第２スイッチング素子ＴＲ２と第２抵抗器Ｒ２とを直列に接続した回路を上記の電極マイナス極性スイッチング素子ＮＴＲに並列に接続する。
【００１４】
溶接ワイヤ１はワイヤ送給装置の送給ロール５ａの回転によって溶接トーチ４を通って送給されて、母材２との間にアーク３が発生し、アーク３には溶接電圧Ｖｗ及び溶接電流Ｉｗが供給される。
【００１５】
電圧検出回路ＶＤは、溶接電圧Ｖｗを検出して絶対値に変換して電圧検出信号Ｖｄを出力する。くびれ判別回路ＮＤは、溶接ワイヤ１と母材２との間が短絡状態からアーク状態へと移行する前兆である溶融橋絡部のくびれの発生を上記の電圧検出信号Ｖｄの変化率ｄＶｄ／ｄｔによって判別して、くびれ判別信号Ｎｄを出力する。電極プラス極性スイッチング素子駆動回路ＥＰＤは、電源外部からの極性設定信号Ｓpnが電極プラス極性に対応する設定信号（Ｈｉｇｈレベル）であり、かつ、上記のくびれ判別信号Ｎｄが出力されていない期間（Ｌｏｗレベルの期間）のみ上記の電極プラス極性スイッチング素子ＰＴＲを導通状態にする電極プラス極性スイッチング素子駆動信号Ｅpdを出力する。電極マイナス極性スイッチング素子駆動回路ＥＮＤは、上記の極性設定信号Ｓpnが電極マイナス極性に対応する設定信号（Ｌｏｗレベル）であり、かつ、上記のくびれ判別信号Ｎｄが出力されていない期間（Ｌｏｗレベルの期間）のみ上記の電極マイナス極性スイッチング素子ＮＴＲを導通状態にする電極マイナス極性スイッチング素子駆動信号Ｅndを出力する。
【００１６】
第１スイッチング素子駆動回路ＤＶ１は、上記の極性設定信号Ｓpnが電極プラス極性に対応する設定信号（Ｈｉｇｈレベル）であり、かつ、上記のくびれ判別信号Ｎｄが出力されている期間（Ｈｉｇｈレベルの期間）のみ上記の第１スイッチング素子ＴＲ１を導通状態にする第１スイッチング素子駆動信号Ｄv1を出力する。第２スイッチング素子駆動回路ＤＶ２は、上記の極性設定信号Ｓpnが電極マイナス極性に対応する設定信号（Ｌｏｗレベル）であり、かつ、上記のくびれ判別信号Ｎｄが出力されている期間（Ｈｉｇｈレベルの期間）のみ上記の第２スイッチング素子ＴＲ２を導通状態にする第２スイッチング素子駆動信号Ｄv2を出力する。
【００１７】
したがって、極性設定信号ＳpnがＨｉｇｈレベル（電極プラス極性）のときは上記の電極プラス極性スイッチング素子ＰＴＲが導通状態になり、溶接電流ＩｗはＰＴＲ→溶接ワイヤ１→母材２→リアクトルＷＬの経路で通電する。この状態でくびれ判別信号Ｎｄが出力されると（Ｈｉｇｈレベル）、上記のインバータ回路ＩＮＶの動作を停止して電源主回路ＰＭＣの出力を停止すると共に、上記の電極プラス極性スイッチング素子ＰＴＲを遮断状態にし、他方、第１スイッチング素子ＴＲ１を導通状態にする。これによって、リアクトルＷＬに蓄積されていたエネルギーはＲ１→ＴＲ１→溶接ワイヤ１→母材２→リアクトルＷＬの経路で放電される。この放電の速度はリアクトルＷＬのインダクタンス値Ｌ［Ｈ］及び第１抵抗器Ｒ１の抵抗値Ｒ［Ω］によって（Ｌ／Ｒ）の値に比例する。通常、第１抵抗器Ｒ１を挿入しない場合の電源内部抵抗値は０．０１〜０．０５Ω程度であり、他方、第１抵抗器Ｒ１の抵抗値Ｒ＝０．５Ω程度を選択すると、放電速度（電流急減速度）は約１０倍以上速くなる。極性設定信号ＳpnがＬｏｗレベル（電極マイナス極性）の場合も上記と同様にして電流を急減させている。
【００１８】
電流検出回路ＩＤは、溶接電流Ｉｗを検出して絶対値に変換して電流検出信号Ｉｄを出力する。主制御回路ＭＣＣは、上記の電源主回路ＰＭＣの出力を制御すると共に、溶接ワイヤの送給を制御し（図示していない）、下記の回路から構成される。短絡判別回路ＳＤは、上記の電圧検出信号Ｖｄを入力として短絡判別信号Ｓｄを出力する。電圧設定回路ＶＲは、所望値の電圧設定信号Ｖｒを出力する。電流設定回路ＩＲは、短絡期間の溶接電流Ｉｗを設定するための電流設定信号Ｉｒを出力する。電圧誤差増幅回路ＥＶは、上記の電圧設定信号Ｖｒと上記の電圧検出信号Ｖｄとの誤差を増幅して電圧誤差増幅信号Ｅｖを出力する。電流誤差増幅回路ＥＩは、上記の電流設定信号Ｉｒと上記の電流検出信号Ｉｄとの誤差を増幅して電流誤差増幅信号Ｅｉを出力する。外部特性切換回路ＳＣは、上記の短絡判別信号ＳｄがＬｏｗレベル（アーク期間）のときはａ側に切り換わり上記の電圧誤差増幅信号Ｅｖを誤差増幅信号Ｅａとして出力し、Ｈｉｇｈレベル（短絡期間）のときはｂ側に切り換わり上記の電流誤差増幅信号Ｅｉを誤差増幅信号Ｅａとして出力する。これによって、アーク期間中は定電圧特性となり、短絡期間中は定電流特性となる。ＰＷＭ制御回路ＰＷＭは、上記の誤差増幅信号Ｅａを入力として、上記のインバータ回路ＩＮＶをＰＷＭ制御するためのＰＷＭ制御信号Ｐwmを出力する。
【００１９】
図２は、上記図１の溶接電源装置における各信号のタイミングチャートである。同図（Ａ）は極性設定信号Ｓpnの、同図（Ｂ）は溶接電流Ｉｗの、同図（Ｃ）は短絡判別信号Ｓｄの、同図（Ｄ）はくびれ判別信号Ｎｄの、同図（Ｅ）は電極プラス極性スイッチング素子駆動信号Ｅpdの、同図（Ｆ）は第１スイッチング素子駆動信号Ｄv1の、同図（Ｇ）は電極マイナス極性スイッチング素子駆動信号Ｅndの、同図（Ｈ）は第２スイッチング素子駆動信号Ｄv2の時間変化を示す。以下、同図を参照して説明する。
【００２０】
▲１▼ 電極プラス期間Ｔep
同図（Ａ）に示すように、極性設定信号ＳpnがＨｉｇｈレベルの期間中は電極プラス極性となる。同図（Ｃ）に示すように、短絡判別信号Ｓｄは、時刻ｔ１〜ｔ３の短絡期間Ｔｓ中はＨｉｇｈレベルとなり、時刻ｔ３〜ｔ４のアーク期間Ｔａ中はＬｏｗレベルとなる。同図（Ｄ）に示すように、くびれ判別信号Ｎｄは、時刻ｔ２〜ｔ３のくびれ判別期間中Ｈｉｇｈレベルとなる。同図（Ｅ）に示すように、電極プラス極性スイッチング素子駆動信号Ｅpdは、上記の極性設定信号ＳpnがＨｉｇｈレベルであり、かつ、上記のくびれ判別信号ＮｄがＬｏｗレベルである期間（時刻ｔ１〜ｔ２及びｔ３〜ｔ４等）のみＨｉｇｈレベルとなり、電極プラス極性スイッチング素子ＰＴＲを導通状態にする。また、同図（Ｆ）に示すように、第１スイッチング素子駆動信号Ｄv1は、上記の極性設定信号ＳpnがＨｉｇｈレベルであり、かつ、上記のくびれ判別信号ＮｄがＨｉｇｈレベルである期間（時刻ｔ２〜ｔ３等）のみＨｉｇｈレベルとなり、第１スイッチング素子ＴＲ１を導通状態にする。
【００２１】
▲２▼ 電極マイナス期間Ｔen
同図（Ａ）に示すように、極性設定信号ＳpnがＬｏｗレベルの期間中は電極マイナス極性となる。同図（Ｃ）に示すように、短絡判別信号Ｓｄは、時刻ｔ５〜ｔ７の短絡期間Ｔｓ中はＨｉｇｈレベルとなり、時刻ｔ７〜ｔ８のアーク期間Ｔａ中はＬｏｗレベルとなる。同図（Ｄ）に示すように、くびれ判別信号Ｎｄは、時刻ｔ６〜ｔ７のくびれ判別期間中Ｈｉｇｈレベルとなる。同図（Ｇ）に示すように、電極マイナス極性スイッチング素子駆動信号Ｅndは、上記の極性設定信号ＳpnがＬｏｗレベルであり、かつ、上記のくびれ判別信号ＮｄがＬｏｗレベルである期間（時刻ｔ５〜ｔ６及びｔ７〜ｔ８等）のみＨｉｇｈレベルとなり、電極マイナス極性スイッチング素子ＮＴＲを導通状態にする。また、同図（Ｈ）に示すように、第２スイッチング素子駆動信号Ｄv2は、上記の極性設定信号ＳpnがＬｏｗレベルであり、かつ、上記のくびれ判別信号ＮｄがＨｉｇｈレベルである期間（時刻ｔ６〜ｔ７等）のみＨｉｇｈレベルとなり、第２スイッチング素子ＴＲ２を導通状態にする。
【００２２】
上記の短絡アーク溶接用電源装置によれば、溶接構造物の複数の継手個所のうち例えば板厚が１mm以下の極薄板である個所では、極性設定信号ＳpnをＬｏｗレベルに設定して電極マイナス極性の短絡アーク溶接を使用することで母材への入熱を低くして穴あき、溶け落ち等の発生を防止すると共に、電極マイナス極性でのくびれ電流制御によって低スパッタ化を実現することができる。他方、溶接構造物の複数の継手個所のうち例えば板厚が１mmを超える個所では、極性設定信号Ｓpnを電極プラスに設定して電極プラス極性の短絡アーク溶接を使用することで適正な溶け込みを確保すると共に、電極プラス極性でのくびれ電流制御によって低スパッタ化を実現することができる。
【００２３】
［実施の形態２］
本発明の実施の形態２は、溶接ロボットの動作を制御すると共に母材ワークの溶接個所に適した極性設定信号Ｓpnを含む溶接条件設定信号Ｗｓを上述した実施の形態１の短絡アーク溶接用電源装置へ送出するロボット制御装置を含むロボット溶接装置である。以下、図面を参照して説明する。
【００２４】
図３は、実施の形態２に係るロボット溶接装置の構成図である。短絡アーク溶接用電源装置ＰＳは、上述した実施の形態１の溶接電源装置である。ロボット制御装置ＲＣは、溶接ロボットＲＭを作業プログラムに従って動作させるために各軸のサーボモータに動作制御信号Ｍｃを出力すると共に、母材ワーク２の複数の溶接個所ごとに予め教示された電極極性を設定するための極性設定信号Ｓpnを含む溶接条件設定信号Ｗｓを短絡アーク溶接用電源装置ＰＳに送出する。溶接条件設定信号Ｗｓには、出力開始信号、電圧設定信号、送給速度設定信号等が含まれている。溶接ワイヤ１は溶接ロボットＲＭに搭載されたワイヤ送給モータＷＭによって溶接トーチ４を通って送給されて母材ワーク２との間にアーク３が発生する。溶接電圧Ｖｗの極性は、母材ワーク２の溶接個所ごとに設定された極性設定信号Ｓpnに応じて電極プラス極性又は電極マイナス極性に設定される。
【００２５】
図４は、上述したロボット溶接装置による板厚の異なる部材の溶接例を示す。板厚が０．８mmの薄肉パイプ部材６ａ、板厚が１．６mmの厚肉パイプ部材６ｂ及び補強板６ｃの溶接例である。薄肉パイプ部材６ａと補強板６ｃとの溶接個所７ａは板厚が１mm以下の極薄板であるので、極性設定信号ＳpnをＬｏｗレベルにして電極マイナス極性溶接を行っている。他方、厚肉パイプ部材６ｂと補強板６ｃとの溶接個所７ｂは板厚が１mmを超えているので、極性設定信号ＳpnをＨｉｇｈレベルにして電極プラス極性溶接を行っている。また、両溶接時において、くびれ電流制御を行っているのでスパッタの発生を大幅に抑制している。この結果，同図に示すように、スパッタの付着が非常に少なく、かつ、穴あき又は溶け落ちのない良好なビード外観が得られる。
【００２６】
【発明の効果】
請求項１記載の短絡アーク溶接用電源装置によれば、溶接構造物を構成する種々の板厚の部材の組み合わせによる複数個所の溶接において、溶接個所ごとにその溶接個所に適した電極プラス極性又は電極マイナス極性を選択することができ、かつ、どちらの極性の場合でもくびれ電流制御によってスパッタの発生を抑制することができるので、穴あき、溶け落ち等の発生を防止することができる。
【００２７】
請求項２記載のロボット溶接装置によれば、溶接構造物の溶接個所ごとの電極極性を溶接ロボットの動作教示と共に予め教示しておくことができるので、溶接個所に応じて適正な電極極性に自走的に設定することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態１に係る短絡アーク溶接用電源装置のブロック図である。
【図２】図１に示す短絡アーク溶接用電源装置の各信号のタイミングチャートである。
【図３】本発明の実施の形態２に係るロボット溶接装置の構成図である。
【図４】本発明による溶接例を示すビード外観図である。
【図５】従来技術１における溶接電流Ｉｗの波形図及び溶滴移行状態図である。
【図６】従来技術１による溶接例のビード外観図である。
【図７】従来技術２における溶接電流Ｉｗの波形図である。
【符号の説明】
１ 溶接ワイヤ
１ａ 溶滴
２ 母材（ワーク）
２ａ 溶融池
２ｂ 溶融橋絡部
２ｃ くびれ
３ アーク
４ 溶接トーチ
５ａ 送給ロール
６ａ 薄肉パイプ部材
６ｂ 厚肉パイプ部材
６ｃ 補強板
７ａ、７ｂ 溶接個所
Ｄ２ａ〜Ｄ２ｄ ２次整流器
ＤＶ１ 第１スイッチング素子駆動回路
Ｄv1 第１スイッチング素子駆動信号
ＤＶ２ 第２スイッチング素子駆動回路
Ｄv2 第２スイッチング素子駆動信号
Ｅａ 誤差増幅信号
ＥＩ 電流誤差増幅回路
Ｅｉ 電流誤差増幅信号
ＥＮＤ 電極マイナス極性スイッチング素子駆動回路
Ｅnd 電極マイナス極性スイッチング素子駆動信号
ＥＰＤ 電極プラス極性スイッチング素子駆動回路
Ｅpd 電極プラス極性スイッチング素子駆動信号
ＥＶ 電圧誤差増幅回路
Ｅｖ 電圧誤差増幅信号
ＩＤ 電流検出回路
Ｉｄ 電流検出信号
ＩＮＴ 高周波変圧器
ＩＮＶ インバータ回路
ＩＲ 電流設定回路
Ｉｒ 電流設定信号
Ｉｗ 溶接電流
Ｍｃ 動作制御信号
ＭＣＣ 主制御回路
ＮＤ くびれ判別回路
Ｎｄ くびれ判別信号
ＮＴＲ 電極マイナス極性スイッチング素子
ＰＭＣ 電源主回路
ＰＳ 短絡アーク溶接用電源装置
ＰＴＲ 電極プラス極性スイッチング素子
ＰＷＭ ＰＷＭ制御回路
Ｐwm ＰＷＭ制御信号
Ｒ 抵抗値
Ｒ１ 第１抵抗器
Ｒ２ 第２抵抗器
ＲＣ ロボット制御装置
ＲＭ 溶接ロボット
ＳＣ 外部特性切換回路
ＳＤ 短絡判別回路
Ｓｄ 短絡判別信号
Ｓpn 極性設定信号
ＳＷＰ 極性切換回路
Ｔ 交流周期
Ｔａ アーク期間
Ｔen 電極マイナス期間
Ｔep 電極プラス期間
ＴＲ１ 第１スイッチング素子
ＴＲ２ 第２スイッチング素子
Ｔｓ 短絡期間
ＶＤ 電圧検出回路
Ｖｄ 電圧検出信号
ＶＲ 電圧設定回路
Ｖｒ 電圧設定信号
Ｖｗ 溶接電圧
ＷＬ リアクトル
ＷＭ ワイヤ送給モータ
Ｗｓ 溶接条件設定信号
Claims (2)
- 商用電源を入力として直流電圧を出力する電源主回路と、前記電源主回路の出力を制御すると共に溶接ワイヤの送給を制御する主制御回路と、前記電源主回路の直流電圧を電極プラス極性又は電極マイナス極性に切り換えてアーク負荷に供給する電極プラス極性スイッチング素子及び電極マイナス極性スイッチング素子から成る極性切換回路と、前記電極プラス極性スイッチング素子に並列に接続された第１スイッチング素子と０．５Ω以上の第１抵抗器とを直列に接続した回路と、前記電極マイナス極性スイッチング素子に並列に接続された第２スイッチング素子と０．５Ω以上の第２抵抗器とを直列に接続した回路と、前記溶接ワイヤと母材との間が短絡状態からアーク状態へと移行する前兆である溶融橋絡部のくびれの発生を溶接電圧及び／又は溶接電流の変化によって判別してくびれ判別信号を出力するくびれ判別回路と、電源外部からの極性設定信号が電極プラス極性に対応する設定信号でありかつ前記くびれ判別信号が出力されていない期間のみ前記電極プラス極性スイッチング素子を導通状態にする電極プラス極性スイッチング素子駆動回路と、前記極性設定信号が電極マイナス極性に対応する設定信号でありかつ前記くびれ判別信号が出力されていない期間のみ前記電極マイナス極性スイッチング素子を導通状態にする電極マイナス極性スイッチング素子駆動回路と、前記極性設定信号が電極プラス極性に対応する設定信号でありかつ前記くびれ判別信号が出力されている期間のみ前記第１スイッチング素子を導通状態にする第１スイッチング素子駆動回路と、前記極性設定信号が電極マイナス極性に対応する設定信号でありかつ前記くびれ判別信号が出力されている期間のみ前記第２スイッチング素子を導通状態にする第２スイッチング素子駆動回路と、を具備したことを特徴とする短絡アーク溶接用電源装置。
- 請求項１記載の短絡アーク溶接用電源装置と、溶接ロボットと、前記溶接ロボットの動作を制御すると共に母材ワークの溶接個所に適した極性設定信号を含む溶接条件設定信号を前記短絡アーク溶接用電源装置へ送出するロボット制御装置と、から構成されることを特徴とするロボット溶接装置。
Priority Applications (5)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2002280132A JP4739641B2 (ja) | 2002-09-26 | 2002-09-26 | 短絡アーク溶接用電源装置及びロボット溶接装置 |
| US10/654,074 US6833529B2 (en) | 2002-09-26 | 2003-09-03 | Power supply for short-circuiting arc welding, and automatic welding machine utilizing the same |
| DE60317441T DE60317441T2 (de) | 2002-09-26 | 2003-09-18 | Kurzschluss-Lichtbogenschweissversorgung und automatische Schweissvorrichtung dafür |
| EP03255852A EP1410867B1 (en) | 2002-09-26 | 2003-09-18 | Power supply for short-circuiting arc welding and automatic welding machine utilizing the same |
| CN03134805.XA CN1289249C (zh) | 2002-09-26 | 2003-09-24 | 短路电弧焊接的电源及利用该电源的自动焊接机 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2002280132A JP4739641B2 (ja) | 2002-09-26 | 2002-09-26 | 短絡アーク溶接用電源装置及びロボット溶接装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2004114088A JP2004114088A (ja) | 2004-04-15 |
| JP4739641B2 true JP4739641B2 (ja) | 2011-08-03 |
Family
ID=32025173
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2002280132A Expired - Fee Related JP4739641B2 (ja) | 2002-09-26 | 2002-09-26 | 短絡アーク溶接用電源装置及びロボット溶接装置 |
Country Status (5)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US6833529B2 (ja) |
| EP (1) | EP1410867B1 (ja) |
| JP (1) | JP4739641B2 (ja) |
| CN (1) | CN1289249C (ja) |
| DE (1) | DE60317441T2 (ja) |
Families Citing this family (32)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US9333580B2 (en) * | 2004-04-29 | 2016-05-10 | Lincoln Global, Inc. | Gas-less process and system for girth welding in high strength applications |
| FI119923B (fi) * | 2005-09-08 | 2009-05-15 | Kemppi Oy | Menetelmä ja laitteisto lyhytkaarihitsausta varten |
| JP4916759B2 (ja) * | 2006-04-20 | 2012-04-18 | 株式会社ダイヘン | 消耗電極交流パルスアーク溶接の極性切換制御方法 |
| JP4965311B2 (ja) * | 2007-03-12 | 2012-07-04 | 株式会社ダイヘン | 消耗電極交流アーク溶接のくびれ検出制御方法 |
| US8067714B2 (en) | 2007-03-12 | 2011-11-29 | Daihen Corporation | Squeezing detection control method for consumable electrode arc welding |
| JP5090765B2 (ja) | 2007-03-29 | 2012-12-05 | 株式会社ダイヘン | 消耗電極交流アーク溶接の送給制御方法 |
| US9895760B2 (en) | 2007-09-26 | 2018-02-20 | Lincoln Global, Inc. | Method and system to increase heat input to a weld during a short-circuit arc welding process |
| US8704120B2 (en) * | 2008-07-03 | 2014-04-22 | Esab Ab | Device for handling powder for a welding apparatus |
| JP2010214399A (ja) * | 2009-03-16 | 2010-09-30 | Daihen Corp | アーク溶接方法 |
| US10500667B2 (en) | 2009-04-08 | 2019-12-10 | Panasonic Intellectual Property Management Co., Ltd. | Arc welding method and arc welding apparatus for adjusting a welding current waveform responsive to a setting voltage adjustment |
| JP5375389B2 (ja) * | 2009-07-15 | 2013-12-25 | パナソニック株式会社 | 溶接装置および溶接方法 |
| US20130334188A1 (en) * | 2010-12-21 | 2013-12-19 | Lincoln Global, Inc. | Power routing for welding suite |
| TWI442988B (zh) * | 2011-05-31 | 2014-07-01 | Metal Ind Res & Dev Ct | 自動銲接之方法 |
| JP5851798B2 (ja) * | 2011-10-28 | 2016-02-03 | 株式会社ダイヘン | 消耗電極アーク溶接のくびれ検出時電流制御方法 |
| JP5918061B2 (ja) * | 2012-07-30 | 2016-05-18 | 株式会社ダイヘン | 消耗電極アーク溶接制御方法 |
| US9656340B2 (en) | 2012-09-24 | 2017-05-23 | Lincoln Global, Inc. | Systems and methods providing low current regulation for AC arc welding processes |
| US9481046B2 (en) | 2012-09-24 | 2016-11-01 | Lincoln Global, Inc. | Systems and methods providing controlled AC arc welding processes |
| US9120172B2 (en) | 2012-09-24 | 2015-09-01 | Lincoln Global, Inc. | Systems and methods providing controlled AC arc welding processes |
| US9114471B2 (en) | 2012-09-24 | 2015-08-25 | Lincoln Global, Inc. | Systems and methods providing low current regulation for AC arc welding processes |
| US10315268B2 (en) | 2012-11-07 | 2019-06-11 | Lincoln Global, Inc. | Method and system to control heat input in a welding operation |
| US9138823B2 (en) | 2012-11-13 | 2015-09-22 | Lincoln Global, Inc. | Systems and methods providing arc re-ignition for AC arc welding processes |
| JP6555824B2 (ja) * | 2014-02-24 | 2019-08-07 | 株式会社ダイヘン | アーク溶接方法 |
| US10052707B2 (en) * | 2014-04-04 | 2018-08-21 | Lincoln Global, Inc. | Method and system to use AC welding waveform and enhanced consumable to improve welding of galvanized workpiece |
| US10369649B2 (en) | 2015-02-05 | 2019-08-06 | Lincoln Global, Inc. | Circuits for improved welding performance |
| JP6395644B2 (ja) * | 2015-02-27 | 2018-09-26 | 株式会社神戸製鋼所 | アーク溶接方法、アーク溶接装置およびアーク溶接用制御装置 |
| US10179369B2 (en) | 2015-10-27 | 2019-01-15 | Lincoln Global, Inc. | Welding system for AC welding with reduced spatter |
| EP3437777B1 (en) * | 2016-03-29 | 2022-07-27 | Panasonic Intellectual Property Management Co., Ltd. | Arc welding control method |
| US10682719B2 (en) | 2017-01-27 | 2020-06-16 | Lincoln Global, Inc. | Apparatus and method for welding with AC waveform |
| US11110536B2 (en) | 2017-01-27 | 2021-09-07 | Lincoln Global, Inc. | Apparatus and method for welding with AC waveform |
| US10744584B2 (en) | 2017-01-27 | 2020-08-18 | Lincoln Global, Inc. | Apparatus and method for welding with AC waveform |
| US10722967B2 (en) | 2017-01-27 | 2020-07-28 | Lincoln Global, Inc. | Apparatus and method for welding with AC waveform |
| CN112653337A (zh) * | 2020-12-24 | 2021-04-13 | 唐山松下产业机器有限公司 | 交流斩波控制电路、控制方法、装置及介质 |
Family Cites Families (12)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS59137177A (ja) * | 1983-01-27 | 1984-08-07 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | 溶接用電源 |
| JPS59179274A (ja) * | 1983-03-30 | 1984-10-11 | Hitachi Ltd | ホットワイヤを用いた溶接装置 |
| US4546234A (en) | 1983-08-11 | 1985-10-08 | Kabushiki Kaisha Kobe Seiko Sho | Output control of short circuit welding power source |
| US4553018A (en) * | 1983-10-27 | 1985-11-12 | Mitsubishi Denki Kabushiki Kaisha | Short circuiting transfer arc welding machine |
| JPS63157765A (ja) * | 1986-12-19 | 1988-06-30 | Kobe Steel Ltd | 短絡移行型ア−ク溶接機の出力制御方法および出力制御装置 |
| KR910004997B1 (ko) * | 1987-05-12 | 1991-07-20 | 가부시끼가이샤 고오베 세이꼬오쇼 | 소모전극식 아크용접용 전원시스템 |
| JP3305708B2 (ja) | 1990-04-20 | 2002-07-24 | 大日本印刷株式会社 | 電離放射線硬化表面の機能化方法 |
| JPH07116844A (ja) * | 1993-10-22 | 1995-05-09 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | アーク溶接ロボットの制御装置 |
| JP3358080B2 (ja) * | 1997-09-20 | 2002-12-16 | 松下電器産業株式会社 | 極性切換制御方法および消耗電極式アーク溶接機 |
| US6051810A (en) * | 1998-01-09 | 2000-04-18 | Lincoln Global, Inc. | Short circuit welder |
| JP3809983B2 (ja) * | 1998-02-12 | 2006-08-16 | 日立ビアメカニクス株式会社 | 消耗電極式の交流ガスシールド溶接装置 |
| US6498321B1 (en) * | 2001-04-09 | 2002-12-24 | Lincoln Global, Inc. | System and method for controlling an electric arc welder |
-
2002
- 2002-09-26 JP JP2002280132A patent/JP4739641B2/ja not_active Expired - Fee Related
-
2003
- 2003-09-03 US US10/654,074 patent/US6833529B2/en not_active Expired - Lifetime
- 2003-09-18 EP EP03255852A patent/EP1410867B1/en not_active Expired - Fee Related
- 2003-09-18 DE DE60317441T patent/DE60317441T2/de not_active Expired - Lifetime
- 2003-09-24 CN CN03134805.XA patent/CN1289249C/zh not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN1289249C (zh) | 2006-12-13 |
| DE60317441T2 (de) | 2008-03-06 |
| US20040060913A1 (en) | 2004-04-01 |
| JP2004114088A (ja) | 2004-04-15 |
| EP1410867A2 (en) | 2004-04-21 |
| EP1410867B1 (en) | 2007-11-14 |
| EP1410867A3 (en) | 2004-11-24 |
| US6833529B2 (en) | 2004-12-21 |
| DE60317441D1 (de) | 2007-12-27 |
| CN1496775A (zh) | 2004-05-19 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JP4739641B2 (ja) | 短絡アーク溶接用電源装置及びロボット溶接装置 | |
| JP4916759B2 (ja) | 消耗電極交流パルスアーク溶接の極性切換制御方法 | |
| JP4950819B2 (ja) | 交流消耗電極短絡アーク溶接方法 | |
| US7495193B2 (en) | Pipe seam tack welding methods and apparatus using modified series arc welding | |
| JP4965311B2 (ja) | 消耗電極交流アーク溶接のくびれ検出制御方法 | |
| CN111989182B (zh) | 电弧焊接控制方法 | |
| JP5038206B2 (ja) | 消耗電極アーク溶接のくびれ検出制御方法 | |
| JPH11267839A (ja) | アーク溶接方法 | |
| JP4643113B2 (ja) | 溶接方法及び溶接用電源装置 | |
| JP5851798B2 (ja) | 消耗電極アーク溶接のくびれ検出時電流制御方法 | |
| JP3110295B2 (ja) | 消耗電極式交流アーク溶接機の制御方法 | |
| AU2003210444B2 (en) | Two Stage Welder and Method of Operating Same | |
| JP4211724B2 (ja) | アーク溶接制御方法及びアーク溶接装置 | |
| JP2022185997A (ja) | パルスアーク溶接電源 | |
| JP2022185998A (ja) | アーク溶接電源 | |
| JP5871360B2 (ja) | 消耗電極アーク溶接のくびれ検出制御方法 | |
| JP5349152B2 (ja) | 交流パルスアーク溶接制御方法 | |
| JP4676094B2 (ja) | 溶接電源装置の出力電圧制御方法 | |
| JP5122736B2 (ja) | 消耗電極アーク溶接方法 | |
| JP2686183B2 (ja) | 交流ｔｉｇ溶接機 | |
| JP4673519B2 (ja) | 交流ガスシールドアーク溶接の送給制御方法 | |
| JP7429598B2 (ja) | アーク溶接電源 | |
| JPS6255472B2 (ja) | ||
| JP5888943B2 (ja) | パルスアーク溶接の終了制御方法 | |
| JP2024021966A (ja) | パルスアーク溶接の磁気吹き対処方法 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20050831 |
|
| A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20080918 |
|
| A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20081007 |
|
| A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20081205 |
|
| A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20100316 |
|
| A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20100512 |
|
| TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
| A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20110426 |
|
| A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 |
|
| A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20110428 |
|
| R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Ref document number: 4739641 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20140513 Year of fee payment: 3 |
|
| R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
| R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
| R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
| R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
| R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |