JPH01138063A - 直流アーク溶接におけるアークスタート方法及びその装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔技術分野〕 本発明は、溶接ワイヤを利用した直流アーク溶接に好適
に使用されるアークスタート方法及びその装置に関する
。

〔背景技術〕

溶接ワイヤを用いたＭＩＧ溶接などにおいては溶接をス
ムーズに行うため、溶接開始時と溶接時とで溶接ワイヤ
の送給速度を異ならせており、溶接ワイヤが母Ｈに接触
するまでの間は溶接ワイヤをゆっくりと低速で送給し、
溶接ワイヤが母材に接触して溶接電流が通電した後は溶
接速度に見合った高速度で送給しているのが通例となっ
ている。

第６図は、Ｍｌ、溶接を行うための溶接装置の基本的構
成を示したものであり、リール２０１に巻回された溶接
ワイヤ２０３は、溶接ワイヤ送給モータを駆動し送給ロ
ール２０２を回転させて母材２０４に順次連続的に送出
されるようになっており、溶接時の電圧と電流は、溶接
トランス２１０の２次側より検出され、１次側に設けた
出力制御素子２０９を制御回路２０８によってフィード
バック制御することによって、電圧、電流設定器２１１
．２１２によって設定された値に制御している。

そして、このようなものでは、溶接電流検出回路２０７
が電流検出器２０６の検出電流をもとにして溶接ワイヤ
２０３が母材へ接触して短絡電流が流れるのを検知する
と、溶接ワイヤ送給手段に速度切り換え信号を送出して
、溶接ワイヤ２０３の送給速度が切り換え制御されるよ
うになっているが、この装置では、溶接ワイヤ２０３の
先端が母材２０４に接触したとき乙こ流れる規格電流が
溶接電流検出回路２０７によって所定値に達したときに
溶接アークが発生したと判別するようになっている。

しかしながら、このような装置においては、溶接ワイヤ
に電気抵抗の低いアルミなどを使用した場合には、溶接
電流が所定値に達してもワイヤ先端の発熱量が所定値に
達してアークを発生するまでの時間が鉄の場合に比べて
長くなるため、制御上も種々の問題を生じている。

そこで、特開昭６１−１８９８７２号においては、溶接
ワイヤにアルミなどの低い抵抗の素材を使用した場合の
制御の不完全さを解消するため、溶接ワイヤが母材に接
触した４＆に流れる短絡電流とアークの発生時に生しる
アーク電圧の双方を検知したときに初めてアーク放電の
発生を判別して溶接ワイヤの送給速度の切り換えを制御
するアーク溶接機が提案されている。

第７図は、この提案されたアーク溶接機の要部構成を示
したものであり、短絡電流が所定値まで達したときに検
知信号を出力する電流検出手段３０１と、溶接ワイヤの
先端と母材との間にアークが発生し、そのときのアーク
電圧が所定値に達したときに検知信号を出力する電圧検
出手段３０２（なお、３０２ａは基準電圧設定器を示し
ている）とを論理積回路３０４に入力し、この論理積回
路３０４により出力される論理積信号でリレー３０５を
駆動し、１組の接点３０８　ａ　、　　３０８　ｂの切
り換えを行うものであり、常閉接点３０８ａは、低速送
給設定器３０７に接続され、常閉接点３０８ｂは、溶接
待送給速度設定器３０６に接続されているので、トーチ
スイッチ信号がＯＮとなった溶接開始後、溶接ワイヤが
母材に接触してアークを発生ずるまでは、論理積回路３
０４の出力はｒＬＪレヘルベルるので、接点３０８ａは
閉。

３０８ｂは開となって溶接ワイヤは低速レベルで送給さ
れ、アークの発生後は論理積回路３０４の出力が「トＩ
」レベルとなって、接点３０８ａは開。

３０８ｈは閉に切り換わって溶接ワイヤは溶接時の速度
レベル（溶接送給速度）で送給されることになる。第８
図（ａ）〜（ｃ、）は、この装置による溶接ワイヤの送
給制御の動作を説明するタイムチャートであり、同図（
ｄ）は、溶接ワイヤの状態を対応して示すものである。

しかしながら、このような方法は溶接ワイヤに鉄などを
使用している場合には問題がないが、やはり溶接ワイヤ
に電気抵抗の低いアルミなどを用いている場合には、短
絡電流検知後にアーク放電が発生ずるまでに必要以上の
溶接ワイヤが送給されることになって、座屈やハーンハ
ソクを発生ずるなどの問題を生じている。

〔発明の目的〕

本発明は、上記問題を解決するため提案されるもので、
溶接ワイヤとして電気抵抗が小さく、柔軟で細い素材を
使用した場合にも確実にアークスタートのできる方法及
び装置を提供することを目的としている。

（発明の構成〕 上記目的を達成するため提案される本発明方法は、溶接
ワイヤを使用した直流アーク溶接において、溶接ワイヤ
送給モータに送出するワイヤ送給信号を、送給開始後溶
接ワイヤが母材に接触するまでの期間は低速レベルとな
し、溶接ワイヤが母材に接触した時点でゼロレベルとな
し、更に溶接アークを発生した時点で通常の溶接設定レ
ベルに変更させるようにしたことを特徴としている。

また、同時に提案される本発明装置は、上記の本発明方
法を効果的に実施するもので、溶接ワイヤが母材に接触
した時に溶接電流検出信号を出力する溶接電流検出回路
と、溶接電流検出信号と短絡／アーク検出回路のアーク
中信号の論理積出力を得てアーク発生検知信号を出力す
るアーク放電検知回路と、溶接開始信号を受けて作動し
、ワイヤ送給信号のレヘルに応じた速度で溶接ワイヤ送
給モータを回転駆動して溶接ワイヤを送給する溶接ワイ
ヤ送給回路と、溶接開始後溶接電流検出信号を受けるま
での期間は、低レベルのワイヤ送給信号を出力し、溶接
電流検出信号の入力後、アーク発生検知信号を受けるま
での期間は、ワイヤ送給信号をゼロレベルとなし、かつ
アーク発生検知信号の入力後は、ワイヤ送給信号を溶接
時の設定レヘルに変更出力するワイヤ送給信号発生回路
とを備えたことを特徴とする直流アーク溶接におけるア
ークスタート装置である。

〔実施例〕

以下に添付図を参照して本発明の詳細な説明する。

第１図は、本発明装置の要部構成を示したブロック図で
ある。

図に見るように、本発明装置は、アーク放電検知回路１
．溶接電流検出回路２．ワイヤ送給信号発生回路３．ワ
イヤ送給回路４を組合わせて構成され、ワイヤ送給信号
発生回路３より溶接ワイヤ送給モーフの回転速度を制御
するためにワイヤ送給回路４に送出されるワイヤ送給信
号（制御信号）を、短絡、アーク放電の発生時点で切り
換え変更出力させることにより、送給ロール７を介して
送給される溶接ワイヤ５の送給量を制御するものである
。

ここに、アーク放電検知回路１は、溶接ワイヤ５が母材
６に接触したときに流れる短絡電流が所定値に達し、か
つアーク放電により発生するアーク電圧が所定値に達し
たときに、アーク発生検知信号を出力する構成となって
おり、溶接電流検出回路２は、溶接ワイヤ５が母材６に
接触したときに流れる溶接電流が所定値に達したときに
溶接電流検出信号を出力する。また、ワイヤ送給回路４
は、起動スイッチ４ａを有しており、起動スイッチ４ａ
がオンとなった後は、ワイヤ送給信号発生回路３より送
出されて来る送給信号のレヘルに応じた速度で溶接ワイ
ヤ送給モータを回転駆動する。

第２図は、第１図に示した装置の制御信号をもとにして
本発明方法を説明するもので、同図（ａ）は溶接を起動
するためのトーチスイッチの動作、同図（ｂ）、　（Ｃ
）は溶接電流検出信号、アーク発生検知信号の出力状態
を示しており、同図（ｄ）、　　（ｅ）は溶接ワイヤの
送給信号を対応して示している。

この図に示されるように、本発明の望ましい実施例では
、トーチスイッチ（不図示）が起動されると、ワイヤ送
給信号が低速レベル（第２図（ｄ）ではＶＬとして示す
）に切り換えられて、溶接ワイヤ５はゆっくりした速度
で母材６に向けて送給され、溶接ワイヤ５が母材６と接
触して、溶接電流検出回路２が溶接電流検出信号を出力
すると、ワイヤ送給信号がゼロレベルとなる。そして、
ワイヤ送給信号がゼロレベルとなる期間は、溶接ワイヤ
５の先端と母材６との間にアーク放電が発生するまで継
続され、アーク放電の発生が短絡／アーク検出回路によ
ってアーク中と判断されると、今度は、溶接時の設定レ
ベル（第２図（ｄ）ではＶＨとして示す）に切り換えら
れて、溶接ワイヤ５は溶接供給速度に見合った量だけ送
給される。

そして、トーチスイッチを操作して溶接を終了すると、
すべての回路はりセントされ、最初の状態に復帰する。

第２図の（ｆ）は、溶接ワイヤ５の送給状態を上記各制
御信号の変化に対応して示したもので、本発明方法では
、溶接ワイヤ５が母材６に接触した後アーク放電が発生
ずるまでの期間は、同図（ｅ　）に示したように、溶接
ワイヤ５は送給モータの慣性により、その送給速度を徐
々に減少して行くのでアーク放電を発生するまでに行わ
れる溶接ワイヤ５の送給量が過剰になることがなくなり
、座屈やハーンハソクを生しることがない。

また、このような方法では、溶接ワイヤ５が母材６と接
触した後、アークを発生するまでに母材６に加える接触
圧も従来のものに比べて自然と小さくなるため接触抵抗
も大きくなって大きなジュール熱が得られ、したがって
アーク放電に要する時間も短縮でき、アークのスタート
特性も改善できる。

第３図は、本発明装置の要部をなすワイヤ送給信号発生
回路３のより具体的な回路構成図である。

図例のワイヤ送給信号発生回路３は、２つのダイオード
Ｄ１．Ｄ２と、抵抗Ｒを組合わせて形成されたダイオー
ドＯＲ回路に、２つのアナログスイッチ９，１１を付加
して構成されており、２つのアナログスイッチ９．１１
には、溶接送給レベル設定器８．起動送給レヘル設定器
１０が接続されており、これらのレベル設定器８，１０
からの電圧信号は、アナログスイッチ９．１１の接点を
閉じることにより、ダイオードＯＲ［１ｌｉＪ路を通じ
てワイヤ送給信号となってワイヤ送給回路４に入力され
る構成となっている。

ここに、溶接送給レベル設定器８は、溶接ワイヤの溶接
時の送給速度を規定し、起動送給レベル設定器１０は、
溶接ワイヤの溶接開始時の送給速度を規定するものであ
る。

また、アナログスイッチ９，１１は、それぞれ常開、常
閉タイプのものが使用されており、アナログスイッチ９
は、アーク放電検知回路１から出力されるアーク発生検
知信号により、その接点が開から閉に切換られ、アナロ
グスイッチ１１は、溶接電流検出回路２から出力される
溶接電流検出信号によってその接点は、閉から開に切換
制御される構成としている。

また、図例のものでは、ショートアーク時に短絡／アー
ク検出回路が作動しアナログスイッチ９がＯＮ・ＯＦＦ
するのを防止するために、フリップフロップＦＦによる
保持回路を組込まれており、アーク放電検知回路１が−
Ｈアーク放電の発生を検知すると、フリップフロップＦ
Ｆをセットにしてアナログスイッチ９の接点を閉状態に
保持し、この状態は、トーチスイッチ（不図示）などを
オフすることによって、溶接電流検出信号がなくなるま
でまで継続して行われるようにしている。

ワイヤ送給回路４は、ワイヤ送給信号発生回路３より出
力される送給信号に応じた速度で溶接ワイヤ送給モータ
を駆動して送給ロール７の回転数を制御することにより
、溶接ワイヤ５を所定の速度で送給できるようにされて
おり、トーチスイッチ（不図示）などの操作により溶接
電源が起動され、起動スイッチ４ａが投入されても、溶
接ワイヤ送給信号がゼロレベルになったときにはモータ
の駆動が停止される構成としている。

このような構成のワイヤ送給信号発生回路３の制御動作
を次いで説明する。

溶接を開始するため、トーチスイッチ（不図示）を操作
すると、ワイヤ送給回路４の起動スイソチ４ａが投入さ
れる。このとき、ワイヤ送給信号発生回路３のアナログ
スイッチ９，１１のそれぞれの接点は、開、閉の状態に
あるため、ダイオードＤ２のみが導通となり、起動送給
レベル設定器１０によって設定されたレベルの電圧信号
が抵抗Ｒの両端に生起する。この電圧信号は、溶接ワイ
ヤ５の送給信号ＶＬとなってワイヤ送給回路４に送出さ
れ、溶接ワイヤ送給モータを駆動させることになり、溶
接ワイヤ５は低速レベルでゆっくりと母材６に向けて送
給される。

このようにしてゆっくりとした送給速度で溶接ワイヤ５
が母材６に向けて送給され、溶接ワイヤ５の先端が母材
６に接触すると、溶接電流検出回路２は、溶接電流検出
信号を出力し、この信号はアナログスイッチ１１を閉か
ら開の状態に切換え、導通していたダイオードＤ２を非
導通にして抵抗Ｒの両端に生起していた電圧をゼロレベ
ルに変化させる。

この結果、ワイヤ送給回路４に送出される送給信号は、
ゼロレベルになり、このため溶接ワイヤ送給モータを停
止させることになる。

ところが、このとき実際の制御では、溶接ワイヤ送給モ
ータには慣性があるため、溶接ワイヤ５は、直ちに停止
することなく、徐々に速度を低下させて行（。

かくして、溶接ワイヤ５の先端が母材６に接触して短絡
電流が流れた後、アーク放電が発生すると、短絡／アー
ク検出回路がアーク中の信号を出力し放電検見回路１が
作動し、アーク発生検知信号が出力されて、アナログス
イッチ９は開から閉の状態に切換る。

この結果、溶接ワイヤ送給モータの回転数は増大し、溶
接ワイヤ５の送給速度を溶接時の設定レベルに制御する
。

溶接の終了時には、トーチスイッチ（不図示）をオフす
ると、ワイヤ送給回路４の起動スイッチ４ａはオフとな
り、溶接電流検出信号がＬとなるためＦＦがリセットさ
れアナログスイッチ９，１１は最初の状態に復帰する。

以上の説明では、本発明の溶接ワイヤ送給装置を、既存
の電気回路と組合わせることにより構成した例を示した
が、本発明装置はマイクロコンピュータを用いても構成
できることはいうまでもない。

第４図は、この場合における／’１−ド構成を示した図
であり、ＣＰｔＪ１４にＲＯＭ１２．ＲＡＭ１３を結合
させた基本構成にＩ１０ポート１５を付加し、Ｉ１０ボ
ート１５に各種センサー類と制御の対象となる外部機器
を接続して構成される。

ＣＰＵＩ　４では制御に必要な情報処理が行われ、ＲＯ
Ｍ１２．ＲＡＭ１３では、制御に必要なデータやプログ
ラムが格納されており、あるいは記憶される。

この図では、マイクロコンピュータを使用した場合に使
用される各種の制御信号を中心としたノλ−ド構成を概
念的に示しているが、第５図には、マイクロコンピュー
タを稼働して本発明方法を実施する場合に必要な制御動
作の手順をフローチャートとして示している。

次に、第５図を参照して、マイクロコンピユー夕を使用
した場合における本発明の制御子１頓を説明する。

電源が投入されるとプログラムが稼働となり、イニシャ
ルリセットとなり、制御に必要なすべての条件、すべて
のハード部分は初期状態に設定される（ステップ１０１
）。そして、トーチスイ・ノチ（不図示）が投入される
と、シールドガスの供給が開始され、溶接ワイヤ５が送
給される。このときワイヤ送給信号発生回路３より出力
される送給信号は低レベルＶＬとなり、溶接ワイヤ５は
母材６に接触し所定値の短絡電流（溶接電流）が流れる
まで低い速度でｗＥ続して送給される。このようにして
溶接ワイヤ５が低速で送給されている途中に、溶接電流
検出信号が出力されると、ワイヤ送給信号発生回路３の
送給信号はゼロレベルに変化して溶接ワイヤ５の送給は
停止される（ステ・ノブ１０２−１０６）。この結果、
溶接ワイヤ５の送給は溶接ワイヤ送給モータの慣性力に
より徐々に速度を低下させて行き最後に停止する。

ステップ１０７では、アーク放電の発生を判別する。こ
の判別は、短絡／アーク検出回路１が７一ク中信号を出
力しているかどうかを見ることによってなされ、アーク
発生検知信号の出力があれば、ワイヤ送給信号発生回路
３の送給信号を溶接時のレベルＶＨにして、溶接ワイヤ
５を高速で送給して、溶接を実行する。

溶接時における溶接ワイヤ５の高速送給は、トーチスイ
ッチ（不図示）がオフされるまで継続して行われ、トー
チスイッチがオフされると、ワイヤ送給回路４の起動ス
イ・ノチ４ａがオフとなって溶接ワイヤの送給が停止さ
れ、次いで電源が遮断され、最後にシールドガスの供給
も停止されて溶接作業を完了する（ステ・ノブ１０８−
１１２参照）。

前述の実施例では、本発明方法をトーチスイ・ノチを操
作して溶接を開始する半自動溶接方法に適用した例を示
したに過ぎないが、ロポ・ノドなどを用いた自動溶接方
法に適用できることはいうまでもない。

〔発明の効果〕

本発明によれば、溶接ワイヤが母材に接触した後アーク
放電が発生するまでの期間は、溶接ワイヤ送給モータの
慣性により溶接ワイヤの送給速度は徐々に減少して行く
。このため、溶接ワイヤが母材に接触してからアーク放
電を発生ずるまでに行われる溶接ワイヤの送給量が過剰
なものにならず、したがって、通常の鉄を溶接ワイヤに
使用した場合にも送給制御が好まし〈実施出来るが、特
にアルミなどの電気抵抗が低く柔軟な素材を溶接ワイヤ
として使用する場合にも座屈やバーンバンクを生じるこ
とがない。

また、本発明では、溶接ワイヤが母材に加える接触圧も
従来のものに比べて自然と小さくなるので電気抵抗の低
いアルミなどの素材溶接マノイヤに使用した場合にも十
分なジュール熱が得られ、したがってアーク放電に要す
る時間も短縮でき、アークのスタート特性も改善できる
。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明装置の基本構成を示すブロック図、第
２図（ａ）〜（ｆ）は、本発明方法における制御動作を
説明する図、第３図は溶接ワイヤ送給信号発生回路の具
体的な回路構成図、第４図は本発明をマイクロコンピュ
ータを用いて実施する場合に使用されるハード構成図、
第５図はその場合の制御手順を示したフローチャート、
第６図はＭＩＧ溶接装置の基本構成を示したブロック図
、第７図はアーク溶接機の溶接ワイヤ送給速度制御手段
の回路構成図、第８図は従来のアークスタート方法の動
作説明図である。 （符号の説明） ■８．．アーク放電検知回路 ２１４．短絡検知回路 ３１９．ワイヤ送給信号発生回路 ４６１．ワイヤ送給回路 ４ａ１．起動スイッチ ５、　、　、　’を容接ワイヤ ６１６．溶接母材 ７９０．送給ロール ８、、、？８接送給レヘル設定器 ９１１．常開アナログスイッチ １００．　起動送給レベル設定器 １１、　、　、常閉アナログスイッチ １２、、、ＲＯＭ １３、、、ＲＡＭ １４、、、ＣＰＵ １５、、、Ｉ１０ボート

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）溶接ワイヤを使用した直流アーク溶接において、
   溶接ワイヤ送給モータに送出するワイヤ送給信号を、送
   給開始後溶接ワイヤが母材に接触するまでの期間は低速
   レベルとなし、溶接ワイヤが母材に接触した時点でゼロ
   レベルとなし、更に溶接アークが発生した時点で通常の
   溶接設定レベルに変更させるようにした直流アーク溶接
   におけるアークスタート方法。
2. （２）溶接ワイヤが母材に接触した時に溶接電流検出信
   号を出力する溶接電流検出回路と、溶接電流検出信号と
   短絡／アーク検出回路のアーク中信号の論理積出力を得
   てアーク発生検知信号を出力するアーク放電検知回路と
   、溶接開始信号を受けて作動し、ワイヤ送給信号のレベ
   ルに応じた速度で溶接ワイヤ送給モータを回転駆動して
   溶接ワイヤを送給する溶接ワイヤ送給回路と、溶接開始
   後溶接電流検出信号を受けるまでの期間は、低レベルの
   ワイヤ送給信号を出力し、溶接電流検出信号の入力後、
   アーク発生検知信号を受けるまでの期間は、ワイヤ送給
   信号をゼロレベルとなし、かつアーク発生検知信号の入
   力後は、ワイヤ送給信号を溶接時の設定レベルに変更出
   力するワイヤ送給信号発生回路とを備えたことを特徴と
   する直流アーク溶接におけるアークスタート装置。