JP5101943B2 - アーク溶接電源 - Google Patents

Description

本発明は、起動信号のシーケンス制御によって初期電流、溶接電流及びクレータ電流を順次切り換えて通電するクレータモード又はクレータ反復モードにおいて、上記のシーケンス制御を簡略かすることができるアーク溶接電源に関するものである。

非消耗電極／消耗電極アーク溶接電源には、一般的にクレータモード及びクレータ反復モードと呼ばれる電流制御モードが搭載されている。以下、これらのモードについて説明する。

図６は、クレータモードを示すタイミングチャートである。同図（Ａ）は外部からの起動信号Ｏｎを示し、同図（Ｂ）は出力電流Ｉｏを示す。溶接作業者が溶接トーチを手動で操作する場合、上記の起動信号Ｏｎはトーチスイッチのオン／オフに対応する。また、溶接トーチを自動台車等に搭載して溶接する自動機溶接の場合、上記の起動信号Ｏｎはプログラマブル・ロジック・コントローラ（以下、Ｐｌｃという）からのシーケンス制御信号となる。以下、同図を参照して説明する。

時刻ｔ１において、同図（Ａ）に示すように、起動信号Ｏｎがオン（Ｈｉｇｈレベル）になると、同図（Ｂ）に示すように、予め定めた初期電流Ｉｓが通電する。時刻ｔ２において、同図（Ａ）に示すように、起動信号Ｏｎがオフ（Ｌｏｗレベル）になると、同図（Ｂ）に示すように、予め定めた溶接電流Ｉｗが通電する。時刻ｔ３において、同図（Ａ）に示すように、起動信号Ｏｎが再びオン（Ｈｉｇｈレベル）になると、同図（Ｂ）に示すように、予め定めたクレータ電流Ｉｃが通電する。時刻ｔ４において、同図（Ａ）に示すように、起動信号Ｏｎがオフ（Ｌｏｗレベル）になると、同図（Ｂ）に示すように、出力電流Ｉｏの通電が停止して溶接が終了する。

同図に示すように、１回目の起動信号Ｏｎのオン期間（時刻ｔ１〜ｔ２の期間）が初期電流Ｉｓが通電する初期期間Ｔｓになる。また、起動信号Ｏｎのオフ期間（時刻ｔ２〜ｔ３の期間）が溶接電流Ｉｗが通電する溶接期間Ｔｗとなる。さらに、２回目の起動信号Ｏｎのオン期間（時刻ｔ３〜ｔ４の期間）がクレータ電流Ｉｃが通電するクレータ期間Ｔｃとなる。したがって、自動機溶接でクレータモードの溶接を行うためには、溶接電源をクレータモードに設定した上で、Ｐｌｃ等の制御機器によって同図（Ａ）に示す起動信号Ｏｎを生成する必要がある。

図７は、クレータ反復モードを示すタイミングチャートである。同図（Ａ）は起動信号Ｏｎを示し、同図（Ｂ）は出力電流Ｉｏを示す。以下、同図を参照して説明する。

時刻ｔ１において、同図（Ａ）に示すように、起動信号Ｏｎがオン（Ｈｉｇｈレベル）になると、同図（Ｂ）に示すように、予め定めた初期電流Ｉｓが通電する。時刻ｔ２において、同図（Ａ）に示すように、起動信号Ｏｎがオフ（Ｌｏｗレベル）になると、同図（Ｂ）に示すように、予め定めた溶接電流Ｉｗが通電する。時刻ｔ３において、同図（Ａ）に示すように、起動信号Ｏｎがオン（Ｈｉｇｈレベル）になると、同図（Ｂ）に示すように、予め定めたクレータ電流Ｉｃが通電する。時刻ｔ４において、同図（Ａ）に示すように、起動信号Ｏｎがオフ（Ｌｏｗレベル）になると、同図（Ｂ）に示すように、再び溶接電流Ｉｗが通電する。時刻ｔ５において、同図（Ａ）に示すように、起動信号Ｏｎがオン（Ｈｉｇｈレベル）になると、同図（Ｂ）に示すように、再びクレータ電流Ｉｃが通電する。時刻ｔ６において、同図（Ａ）に示すように、起動信号Ｏｎがオフ（Ｌｏｗレベル）になると、同図（Ｂ）に示すように、再び溶接電流Ｉｗが通電する。時刻ｔ７において、同図（Ａ）に示すように、起動信号オンが所定期間内に２回オン／オフ（ダブルクリック）されると、同図（Ｂ）に示すように、出力電流Ｉｏの通電が停止して溶接が終了する。

同図に示すように、１回目の起動信号Ｏｎのオン期間（時刻ｔ１〜ｔ２の期間）が初期期間Ｔｓとなる。また、１回目の起動信号Ｏｎのオフ期間（時刻ｔ２〜ｔ３の期間）が溶接期間Ｔｗとなる。次に、２回目の起動信号Ｏｎのオン期間（時刻ｔ３〜ｔ４の期間）がクレータ期間Ｔｃとなる。２回目の起動信号Ｏｎのオフ期間（時刻ｔ４〜ｔ５の期間）が反復時の溶接期間Ｔｗとなる。３回目の起動信号Ｏｎのオン期間（時刻ｔ５〜ｔ６の期間）が反復時のクレータ期間Ｔｃとなる。３回目の起動信号Ｏｎのオフ期間（時刻ｔ６〜ｔ７の期間）が反復時の溶接期間Ｔｗとなる。

上述したクレータ反復モードは、溶接終端部のクレータ部のサイズが大きい場合等に使用されることが多い。これは、クレータ部が大きい場合には、図６で上述したクレータモードのように、１回のクレータ電流Ｉｃの通電では良好なクレータ処理ができないためである。クレータ反復モードにおける溶接終了方法としては、同図に示すダブルクリック以外にも以下のような方法もある。ティグ溶接を手動溶接で行う場合には、時刻ｔ３以降の所望の時点で溶接トーチを上方向に引き離し、強制的にアーク切れを起こして溶接を終了させる方法が一般的である。また、時刻ｔ３以降の反復時において、起動信号Ｏｎを短くオンしたときは反復を繰り返し、所定期間以上長くオンしたときは溶接を終了させる方法もある。

上述したように、クレータ反復モードでは、同図（Ａ）に示すような複雑な起動信号ＯｎをＰｌｃ等の制御機器によって生成する必要がある。上述した従来技術としては、特許文献１、２等を参照。

特開２０００−２１８３６７号公報 特開２００３−０６２６６７号公報

上述したように、従来のアーク溶接電源を使用してクレータモード又はクレータ反復モードで溶接を行うためには、図６（Ａ）及び図７（Ａ）に示すような複雑なシーケンス信号である起動信号Ｏｎを生成する必要がある

ロボット溶接装置を使用する場合には、作業プログラム上に出力電流条件のシーケンスを追加することによって、クレータモード及びクレータ反復モードと同等の機能を実現することができる。一方、手動溶接では、上記の起動信号Ｏｎはトーチスイッチを操作して生成されるために、操作が複雑であると誤操作が生じやすく、かつ、溶接作業者に負担をかけることになる。また、自動台車等を使用する自動機溶接では、上記の起動信号ＯｎをＰｌｃ等の汎用制御機器によって生成することが多い。この場合には、溶接電源のクレータモード及びクレータ反復モードのシーケンスを十分に理解した上で、上述したような起動信号Ｏｎの複雑なシーケンス信号をプログラムする必要がある。このときに、初期期間Ｔｓ、溶接期間Ｔｗ及びクレータ期間Ｔｃは、ワークによって変化させる必要があるが、Ｐｌｃのプログラムを修正しながら適正条件を見出すためには多くの作業時間がかかり、生産効率が低下するという問題もあった。

そこで、本発明は、クレータモード又はクレータ反復モードで溶接する場合において、外部からの起動信号のシーケンスを簡易化することができるアーク溶接電源を提供することを目的とする。

上述した課題を解決するために、第１の発明は、
溶接作業者がトーチスイッチを操作することによって生成される起動信号に従って予め定めた初期電流、予め定めた溶接電流及び予め定めたクレータ電流を順次通電して溶接するアーク溶接電源において、
初期期間を設定する初期期間設定部と、
クレータ期間を設定するクレータ期間設定部と、
反復時溶接期間を設定する反復時溶接期間設定部と、
反復回数を設定する反復回数設定部と、
前記起動信号がオンになると前記初期電流を前記初期期間だけ通電した後に前記溶接電流を通電し、前記起動信号がオフになると前記クレータ電流を前記クレータ期間だけ通電し、続いて前記溶接電流を前記反復時溶接期間だけ通電し、続いて前記クレータ電流を前記クレータ期間だけ通電し、以後この動作を反復し、前記クレータ電流の通電回数が前記反復回数に達した時点で出力電流の通電を停止して溶接を終了させる電流制御部と、
を備えたことを特徴とするアーク溶接電源である。

第２の発明は、前記反復時溶接期間中に通電する前記溶接電流を設定する反復時溶接電流設定部をさらに備えたことを特徴とする第１の発明記載のアーク溶接電源である。

第３の発明は、前記反復時溶接期間中に通電する前記溶接電流が０Ａである、ことを特徴とする第２の発明記載のアーク溶接電源である。

第４の発明は、溶接ワイヤの送給速度を変化させることによって前記出力電流を変化させる、ことを特徴とする第１〜第３の発明のいずれか１項に記載のアーク溶接電源である。

本発明によれば、起動信号を１回オン／オフするだけで、クレータ反復モードでの溶接が可能となる。このために、手動溶接では、トーチスイッチの操作が容易になるので、溶接作業者の負担を軽減することができる。

以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。

［実施の形態１］
図１は、本発明の実施の形態１に係るクレータモードのタイミングチャートである。同図（Ａ）は起動信号Ｏｎを示し、同図（Ｂ）は出力電流Ｉｏを示す。以下、同図を参照して説明する。

同図において、初期電流Ｉｓ、溶接電流Ｉｗ及びクレータ電流Ｉｃは、従来技術と同様に、溶接電源の操作パネルに設けられた各調整ツマミ等によって所望値に設定される。他方、初期期間Ｔｓ及びクレータ期間Ｔｃは、従来技術とは異なり、溶接電源の操作パネルに設けられた各調整ツマミ等によって設定される。従来技術では、これら両値は、図６で上述したように、起動信号Ｏｎのオン期間によって設定されていた。

時刻ｔ１において、同図（Ａ）に示すように、起動信号Ｏｎがオン（Ｈｉｇｈレベル）になると、同図（Ｂ）に示すように、予め定めた初期期間Ｔｓ中は予め定めた初期電流Ｉｓが通電する。時刻ｔ２においてこの初期期間Ｔｓが終了し、同図（Ａ）に示すように、時刻ｔ３まで起動信号Ｏｎがオン（Ｈｉｇｈレベル）であるので、同図（Ｂ）に示すように、時刻ｔ２〜ｔ３の溶接期間Ｔｗ中は予め定めた溶接電流Ｉｗがつうでんする。さらに、時刻ｔ３において、同図（Ａ）に示すように、起動信号Ｏｎがオフ（Ｌｏｗレベル）になると、同図（Ｂ）に示すように、予め定めたクレータ期間Ｔｃ中は予め定めたクレータ電流Ｉｃが通電する。時刻ｔ４において、このクレータ期間Ｔｃが終了すると、同図（Ｂ）に示すように、出力電流Ｉｏの通電が停止して溶接を終了する。

上述したように、本実施の形態では、起動信号Ｏｎは時刻ｔ１にオンされて時刻ｔ３にオフされるだけで良く、簡易なシーケンス信号となる。初期期間Ｔｓはアークスタート部のビード形状を良好にするために設ける期間であるので、ワークに応じて適正値に設定される。時刻ｔ１〜ｔ３の起動信号Ｏｎがオンされている期間が、通常はワークの溶接長となり、溶接トーチの移動距離となる。また、クレータ期間Ｔｃはクレータ処理を行うための期間であり、ワークに応じて適正値に設定される。

図２は、本発明の実施の形態１に係るアーク溶接電源のブロック図である。以下、同図を参照して各回路ブロックについて説明する。

電源主回路ＰＭは、３相２００Ｖ等の商用電源を入力として、後述する誤差増幅信号Ｅａに従ってインバータ制御等の出力制御を行い、アークを発生させるための出力電流Ｉｏ及び出力電圧Ｖｏを出力する。溶接トーチ４も先端に取り付けられた電極１と母材（ワーク）２との間にアーク３が発生し溶接が行われる。

電流検出回路ＩＤは、出力電流Ｉｏを検出して、電流検出信号Ｉｄを出力する。初期期間設定回路ＴＳＲは、所望の初期期間設定信号Ｔsrを出力する。クレータ期間設定回路ＴＣＲは、所望のクレータ期間設定信号Ｔcrを出力する。タイマ制御回路ＴＭは、外部からの起動信号Ｏｎがオン（Ｈｉｇｈレベル）されると、上記の初期期間設定信号Ｔsrによって定まる期間中はその値が１となり、その期間終了後はその値が２となり、起動信号Ｏｎがオフ（Ｌｏｗレベル）されると上記のクレータ期間設定信号Ｔcrによって定まる期間中はその値が３となり、その後はその値が０に戻る状態信号Ｓｓを出力する。

初期電流設定回路ＩＳＲは、所望の初期電流設定信号Ｉsrを出力する。溶接電流設定回路ＩＷＲは、所望の溶接電流設定信号Ｉwrを出力する。クレータ電流設定回路ＩＣＲは、所望のクレータ電流設定信号Ｉcrを出力する。電流設定制御回路ＩＲは、上記の状態信号Ｓｓ＝１のときは上記の初期電流設定信号Ｉsrを電流設定信号Ｉｒとして出力し、状態信号Ｓｓ＝２のときは上記の溶接電流設定信号Ｉwrを電流設定信号Ｉｒとして出力し、状態信号Ｓｓ＝３のときは上記のクレータ電流設定信号Ｉcrを電流設定信号Ｉｒとして出力し、状態信号Ｓｓ＝０のときは上記の電流設定信号Ｉｒ＝０を出力する。

誤差増幅回路ＥＡ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、誤差増幅信号Ｅａを出力する。これにより、電流設定信号Ｉｒに従って図１で上述した出力電流Ｉｏが通電する。

上記の各設定回路ＴＳＲ、ＴＣＲ、ＩＳＲ、ＩＷＲ及びＩＣＲは、溶接電源の操作パネルに設ける。さらには、それらの内のいくつかをリモコンに配設しても良い。また、上記のタイマ制御回路ＴＭ及び電流設定制御回路ＩＲによって出力電流Ｉｏを制御するための電流制御部を形成している。

上述した実施の形態１によれば、起動信号を１回オン／オフするだけで、クレータモードでの溶接が可能となる。このために、自動機溶接において、起動信号の生成が容易になるので、ＰＬＣ等の制御機器のプログラムも容易になる。さらに、手動溶接では、トーチスイッチの操作が容易になるので、溶接作業者の負担を軽減することができる。

［実施の形態２］
図３は、本発明の実施の形態２に係るクレータ反復モードを示すタイミングチャートである。同図（Ａ）は起動信号Ｏｎを示し、同図（Ｂ）は出力電流Ｉｏを示す。以下、同図を参照して説明する。

本実施の形態では、初期電流Ｉｓ、溶接電流Ｉｗ、クレータ電流Ｉｃ、反復時溶接電流Ｉｈ、初期期間Ｔｓ、クレータ期間Ｔｃ、反復時溶接期間Ｔｈ及び反復回数Ｎが予め設定されている。

時刻ｔ１において、同図（Ａ）に示すように、起動信号Ｏｎがオン（Ｈｉｇｈレベル）になると、同図（Ｂ）に示すように、予め定めた初期期間Ｔｓ中は予め定めた初期電流Ｉｓが通電する。時刻ｔ２において初期期間Ｔｓが終了すると、同図（Ｂ）に示すように、予め定めた溶接電流Ｉｗが起動信号Ｏｎがオン（Ｈｉｇｈレベル）の期間通電する。時刻ｔ３において、同図（Ａ）に示すように、起動信号Ｏｎがオフ（Ｌｏｗレベル）になると、同図（Ｂ）に示すように、予め定めたクレータ期間Ｔｃ中は予め定めたクレータ電流Ｉｃが通電する。時刻ｔ４において、クレータ期間Ｔｃが終了すると、同図（Ｂ）に示すように、予め定めた反復時溶接期間Ｔｈ中は予め定めた反復時溶接電流Ｉｈが通電する。時刻ｔ５において、反復時溶接期間Ｔｈが終了すると、上記のクレータ期間Ｔｃ中は上記のクレータ電流Ｉｃが通電する。ここで、時刻ｔ３に起動信号Ｏｎがオフ（Ｌｏｗレベル）になってからのクレータ期間Ｔｃの回数が反復回数Ｎに達した時点で、出力電流Ｉｏの通電を停止して溶接を終了する。ここではＮ＝２の場合を例示しているので、時刻ｔ６において出力電流Ｉｏの通電が停止する。このように、起動信号Ｏｎを１回オン／オフするだけでクレータ反復モードが実現する。

図４は、本発明の実施の形態２に係るアーク溶接電源のブロック図である。同図において上述した図２と同一のブロックには同一符号を付してそれらの説明は省略する。以下、図２とは異なる点線で示す回路ブロックについて説明する。

反復時溶接期間設定回路ＴＨＲは、所望の反復時溶接期間設定信号Ｔhrを出力する。反復回数設定回路ＮＲは、所望の反復回数設定信号Ｎｒを出力する。第２タイマ制御回路ＴＭ２は、外部からの起動信号Ｏｎがオン（Ｈｉｇｈレベル）されると、初期期間設定信号Ｔsrによって定まる期間中はその値が１となり、その期間終了後はその値が２となり、起動信号Ｏｎがオフ（Ｌｏｗレベル）されるとクレータ期間設定信号Ｔcrによって定まる期間中はその値が３となり、続いて上記の反復時溶接期間設定信号Ｔhrによって定まる期間中はその値が４となり、続いて上記のクレータ期間設定信号Ｔcrによって定まる期間中はその値が再び３となり、以後この反復動作を繰り返し、上記のクレータ期間設定信号Ｔcrによって定まる期間の回数が上記の反復回数設定信号Ｎｒによって定まる回数に達した時点でその値が０に戻る状態信号Ｓｓを出力する。

反復時溶接電流設定回路ＩＨＲは、所望の反復時溶接電流設定信号Ｉhrを出力する。第２電流設定制御回路ＩＲ２は、上記の状態信号Ｓｓ＝１のときは初期電流設定信号Ｉsrを電流設定信号Ｉｒとして出力し、状態信号Ｓｓ＝２のときは溶接電流設定信号Ｉwrを電流設定信号Ｉｒとして出力し、状態信号Ｓｓ＝３のときはクレータ電流設定信号Ｉcrを電流設定信号Ｉｒとして出力し、状態信号Ｓｓ＝４のときは上記の反復時溶接電流設定信号Ｉhrを電流設定信号Ｉｒとして出力し、状態信号Ｓｓ＝０のときは上記の電流設定信号Ｉｒ＝０を出力する。この電流設定信号Ｉｒに従って図３で上述した出力電流Ｉｏが通電する。

本実施の形態において、反復時溶接電流Ｉｈを溶接電流Ｉｗと等しくして通電するようにしても良い。この場合には、図４において、反復時溶接電流設定回路ＩＨＲは不要となる。

図５は、上述した図３において、反復時溶接電流Ｉｈ＝０に設定したときのタイミングチャートである。反復時溶接期間Ｔｈ中の出力電流Ｉｏが０Ａ（非通電）になっている以外は、図３と同様である。すなわち、時刻ｔ３において起動信号Ｏｎがオフ（Ｌｏｗレベル）に変化した時点から、クレータ期間Ｔｃの回数が反復回数Ｎに達した時点（時刻ｔ６）で出力電流Ｉｏの通電が停止し溶接が終了する。同図のように反復時溶接電流Ｉｈを０Ａに設定することは、実施工においてときどき用いられる方法である。

上述した実施の形態２によれば、起動信号を１回オン／オフするだけで、クレータ反復モードでの溶接が可能となる。このために、自動機溶接において、起動信号の生成が容易になるので、ＰＬＣ等の制御機器のプログラムも容易になる。さらに、手動溶接では、トーチスイッチの操作が容易になるので、溶接作業者の負担を軽減することができる。

上述した実施の形態１、２では、電流設定信号Ｉｒによって出力電流Ｉｏを直接制御する非消耗電極アーク溶接電源について説明した。しかし、電流設定信号Ｉｒによって溶接ワイヤの送給速度を制御して間接的に出力電流Ｉｏを制御すれば消耗電極アーク溶接電源にも適用することができる。また、実施の形態１、２では、各電流への切り換えを急峻に行っているが、傾斜（アップスロープ及びダウンスロープ）を持たせて緩やかに切り換えるようにしても良い。

本発明の実施の形態１に係るクレータモードを示すタイミングチャートである。 本発明の実施の形態１に係るアーク溶接電源のブロック図である。 本発明の実施の形態２に係るクレータ反復モードを示すタイミングチャートである。 本発明の実施の形態２に係るアーク溶接電源のブロック図である。 図３において反復時溶接電流Ｉｈ＝０のときのタイミングチャートである。 従来技術におけるクレータモードを示すタイミングチャートである。 従来技術におけるクレータ反復モードを示すタイミングチャートである。

符号の説明

１ 電極
２ 母材
３ アーク
４ 溶接トーチ
ＥＡ 誤差増幅回路
Ｅａ 誤差増幅信号
Ｉｃ クレータ電流
ＩＣＲ クレータ電流設定回路
Ｉcr クレータ電流設定信号
ＩＤ 電流検出回路
Ｉｄ 電流検出信号
Ｉｈ 反復時溶接電流
ＩＨＲ 反復時溶接電流設定回路
Ｉhr 反復時溶接電流設定信号
Ｉｏ 出力電流
ＩＲ 電流設定制御回路
Ｉｒ 電流設定信号
ＩＲ２ 第２電流設定制御回路
Ｉｓ 初期電流
ＩＳＲ 初期電流設定回路
Ｉsr 初期電流設定信号
Ｉｗ 溶接電流
ＩＷＲ 溶接電流設定回路
Ｉwr 溶接電流設定信号
Ｎ 反復回数
ＮＲ 反復回数設定回路
Ｎｒ 反復回数設定信号
Ｏｎ 起動信号
ＰＭ 電源主回路
Ｓｓ 状態信号
Ｔｃ クレータ期間
ＴＣＲ クレータ期間設定回路
Ｔcr クレータ期間設定信号
Ｔｈ 反復時溶接期間
ＴＨＲ 反復時溶接期間設定回路
Ｔhr 反復時溶接期間設定信号
ＴＭ タイマ制御回路
ＴＭ２ 第２タイマ制御回路
Ｔｓ 初期期間
ＴＳＲ 初期期間設定回路
Ｔsr 初期期間設定信号
Ｔｗ 溶接期間
Ｖｏ 出力電圧

Claims (4)

1. 溶接作業者がトーチスイッチを操作することによって生成される起動信号に従って予め定めた初期電流、予め定めた溶接電流及び予め定めたクレータ電流を順次通電して溶接するアーク溶接電源において、
   初期期間を設定する初期期間設定部と、
   クレータ期間を設定するクレータ期間設定部と、
   反復時溶接期間を設定する反復時溶接期間設定部と、
   反復回数を設定する反復回数設定部と、
   前記起動信号がオンになると前記初期電流を前記初期期間だけ通電した後に前記溶接電流を通電し、前記起動信号がオフになると前記クレータ電流を前記クレータ期間だけ通電し、続いて前記溶接電流を前記反復時溶接期間だけ通電し、続いて前記クレータ電流を前記クレータ期間だけ通電し、以後この動作を反復し、前記クレータ電流の通電回数が前記反復回数に達した時点で出力電流の通電を停止して溶接を終了させる電流制御部と、
   を備えたことを特徴とするアーク溶接電源。
2. 前記反復時溶接期間中に通電する前記溶接電流を設定する反復時溶接電流設定部をさらに備えたことを特徴とする請求項１記載のアーク溶接電源。
3. 前記反復時溶接期間中に通電する前記溶接電流が０Ａである、ことを特徴とする請求項２記載のアーク溶接電源。
4. 溶接ワイヤの送給速度を変化させることによって前記出力電流を変化させる、ことを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載のアーク溶接電源。

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