JPH01162572A - 短絡アーク溶接の波形制御方法 - 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】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、消耗性電極を用いた薄板の高速溶接などに好
適な短絡アーク溶接の波形制御方法に関する６ ［従来の技術］ 従来、短絡アーク溶接の波形制御、特に短絡初期におけ
る電流の立上りを制御することは一般的には行われてお
らず、短絡期間中はぼ−様な変化率で電流を立上らせて
いた。また、関連技術として特開昭６１−１０８１７９
号が挙げられるが、これは短絡アーク溶接時のアーク電
圧または電流を監視し、短絡直前のアーク状態を検出し
て、溶接電源の出力電流を制限するものであった。

［発明が解決しようとする問題点］ 一般に、消耗性電極を用いる短絡アーク溶接において、
短絡時およびアーク時の電流変化率が小さいと、高速で
溶接を行った場合、第２図の溶接電流波形図に示すよう
に、ａの区間で示す短絡時間とｂの区間で示すアーク発
生時間が長くなり、短絡回数が大幅に減少してビード外
観が悪くなるとともに、アーク長が急激に短くなったと
きに、短絡が開放されないで長い短絡が生じ、その間に
加熱された溶接ワイヤが爆発的に溶断してアーク切れを
起すことがあり、溶接速度を上げることができない。

また、短絡回数を多くするために短絡時およびアーク時
の電流変化率を大きくすると、第３図の溶接電流波形図
に示すように、短絡回数は増加するが、Ｃの区間で示す
ような非常に短い時間の短絡（以下、不完全短絡と称す
）が頻発するようになり、この間は溶接ワイヤ先端の溶
滴が母材に移行しておらず、実質短絡回数が減少したの
と同じ状況になっており、溶滴が大きく成長して、ｄの
区間で示す次の短絡時に大きな短絡電流が流れ、大粒の
スパッタが発生したり、アーク切れになることがあった
。ここでいう不完全短絡とは、短絡初期の急激な電流の
立上りによる電磁ピンチ力で。

溶滴が表面張力により母材へ移行する前に、短絡が切れ
てしまう現象である。

特開昭６１−１０８１７９号では、短絡初期の電流を制
限することで上記した不完全短絡の防止をはかっている
が、トーチ先端まで導線を伸ばして短絡直前のアーク状
態を検出しなければならないため、トーチ構造が特殊に
なり、また導線のインダクタンスにより検出信号の波形
がなまる等、実用上に問題があった。

本発明の目的は、短絡回数を多くしたときの不完全短絡
の発生を防止して、高速で溶接を行ってもアークを安定
して発生させることができ、かつ実作業への適用が容易
な短絡アーク溶接の波形制御方法を提供することにある
。

［問題点を解決するための手段］ 上記目的は、溶接電源出力電流の変化率を検出する手段
と、上記電流変化率の検出信号を増幅して出力制御部に
負帰還することにより出力電流の変化率を制御する電流
変化率制御回路と、溶接電源出力電流値を検出する手段
と、検出された出力電流値が溶滴と母材間に短絡の発生
する所定値以下の電流領域にあるか否かを判定する電流
値判定回路とを僅えた定電圧特性の溶接電源を用い、短
絡アーク溶接時に上記電流値判定回路の判定出力により
上記電流変化率制御回路の増幅度を変え、出力電流値が
溶滴と母材間に短絡の発生する所定値以下の電流領域に
あるときは、それ以外のときよりも出力電流の変化率を
小さくするように制御することで達成される。

［作用］ 本発明は、電流値判定回路で溶接電源出力電流値が溶滴
と母材間に短絡の発生する所定値以下の電流領域にある
と判定されたときは、それ以外のときよりも出力電流の
変化率を小さくする、っまり、第４図の溶接電流波形図
に示すように、出力電流の変化率を、不完全短絡の生じ
やすい、８力電流の小さい領域（工、１以下の領域）で
は通常より小さくし、それ以外の電流領域では通常より
大きくして、巨視的に見た電流変化率が通常より大きく
なるように制御することにより、第４図のｅの区間で示
す短絡初期の電流の立上りを緩やかにして不完全短絡の
発生を防止しつつ短絡回数を増加させ、高速溶接におい
ても安定でビード外観の良い溶接が行えるようにしたも
のである。

このような短絡アーク溶接の波形制御は、溶接電源の出
力制御部に高周波インバータを用い、電流値判定回路の
判定出力により電流変化率検出信号を出力制御部に負帰
還する電流変化率制御回路の増幅度を変え、インバータ
の出力パルス幅または出力周波数を制御することによっ
て容易に実現できる。

［実施例］ 以下、本発明の実施例を第１図および第４図により説明
する。

第１図に溶接電源の回路構成を示す。図中、１は交流入
力端子、２は商用周波数の交流入力を直流に変換する入
力側整流回路、３は平滑用コンデンサ、４は平滑された
直流入力を商用周波数より高い周波数（例えば２０ｋＨ
ｚ）の交流に変換するインバータ回路で、本溶接電源の
出力制御部に相当する。インバータ回路４の交流出力は
変圧器５で溶接に適した電圧に降圧された後、出力側整
流回路６で直流に変換され、直流リアクタ７、電流検出
用シャント抵抗８を通って、出力端子９よりトーチ１０
と母材１１の間のアーク負荷１２に供給される。

１３は消耗性電極である溶接ワイヤ、１４はワイヤ送給
モータである。

電流変化率検出手段として直流リアクタ７に設けられた
二次巻線７ａは、溶接電源出力電流の変化率（ｄｉ／ｄ
ｔ）に比例した電圧を発生する。この電圧を電流変化率
制御回路１７により増幅して帰還信号とし、これと出力
電圧設定器１５からの基準入力信号とを加算器１６で加
算した信号を、前記インバータ回路４の出力パルス幅を
決定する制御入力とすることにより、溶接電源の外部出
力特性が定電圧特性となり、かつ第４図に示すような出
力電流波形が得られるように溶接電源の出力制御を行う
。

電流変化率制御回路１７は１例えば演算増幅器の帰還回
路に挿入する抵抗を選択スイッチにより変化させること
で増幅度を可変としたもので、その増幅度を変えること
により、出力電流波形における電流変化率を大、小２段
階に制御する。

電流値判定回路１８は、電流検出用シャント抵抗８に発
生する出力電流値に比例した電圧を増幅器１９で増幅し
た信号と、電流レベル設定器２０からの基準信号とをコ
ンパレータ２１で比較し、短絡アーク溶接時の出力電流
値が溶滴と母材間に短絡の発生する所定値以下の電流領
域にあるか否かを判定する回路であり、本発明では、こ
の電流値判定回路１８の判定出力を電流変化率制御回路
１７の増幅度を変える選択スイッチ等の制御信号とする
ことにより、出力電流値が所定値以下の電流領域にある
ときは、それ以外のときよりも電流変化率制御回路１７
の増幅度を大きくして、出力電流の変化率を小さくする
ようにしている。

上記構成の溶接電源を用いて短絡アーク溶接を行った場
合、第４図に示すように、出力電流値が電流レベル設定
器２０で設定された所定値Ｉ２１以下であれば、電流変
化率（ｄｉ／ｄｔ）が通常より小さくなるため、第３図
のＣの区間に示すような不完全短絡を生じることがなく
、周期性を持った短絡が発生し、さらにＩｌｌを超える
電流領域での電流変化率（ｄｉ／ｄｔ）を通常より大き
くなるように設定しておけば、巨視的に見た電流変化率
（ｄｉ　　・／ｄｔ）は第３図に示す通常の溶接電流波
形よりも大きくなり、高速溶接においても、平均電流値
１００Ａで３０〜４０回／秒、平均電流値２７０Ａで１
００回１秒以上と短絡回数を多くすることができる。こ
こで、電流変化率を切換える電流値工ｔｔは、溶接中の
平均電流値に応じて設定されることはいうまでもない。

［発明の効果］ 本発明によれば、短絡初期の急激な電流の立上りによる
不完全短絡の発生を防止し、かつ短絡回数を多くするこ
とができ、ビード外観の良い安定した高速溶接を行うこ
とができる。

さらに、本発明は、溶接電源の出力電流値が溶滴と母材
間に短絡の発生する所定値以下の電流領域にあるか否か
により電流変化率を変えて波形制御を行うものであるか
ら、短絡直前のアーク状態を検出するためにトーチ構造
が特殊になる等の問題がなく、自動、半自動のいずれの
溶接にも適用することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例に用いた溶接電源の回路構成図
、第２図は通常の溶接電源で高速溶接を行い、短絡回数
が異常に少なくなったときの溶接電流波形図、第３図は
通常の溶接電源より出力電流の電流変化率を大きくして
高速溶接を行い、不完全短絡が発生したときの溶接電流
波形図、第４図は本発明の一実施例による。短絡回数が
多く、かつ不完全短絡のない溶接電流波形図である。 ４・・出力制御部（インバータ）、７ａ・・・電流変化
率検出手段（直流リアクタ二次巻線）、８・・・出力電
流値検出手段（シャント抵抗）、１１・・・母材、１２
・・・アーク負荷、１３・・・消耗性電極（溶接ワイヤ
）、１５・・・出力電圧設定部、１６・・・加算器、１
７・・・電流変化率制御回路、１８・・・電流値判定回
路、２０・・・電流レベル設定器、２１・・・コンパレ
ータ。 特許出願人　　日立精工株式会社 代理人　弁理士　　秋　本　正　実（外１名）第１園　
　　　　。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、溶接電源出力電流の変化率を検出する手段と、上記
   電流変化率の検出信号を増幅して出力制御部に負帰還す
   ることにより出力電流の変化率を制御する電流変化率制
   御回路と、溶接電源出力電流値を検出する手段と、検出
   された出力電流値が溶滴と母材間に短絡の発生する所定
   値以下の電流領域にあるか否かを判定する電流値判定回
   路とを備えた定電圧特性の溶接電源を用い、短絡アーク
   溶接時に上記電流値判定回路の判定出力により上記電流
   変化率制御回路の増幅度を変え、出力電流値が溶滴と母
   材間に短絡の発生する所定値以下の電流領域にあるとき
   は、それ以外のときよりも出力電流の変化率を小さくす
   るように制御することを特徴とする短絡アーク溶接の波
   形制御方法。 ２、出力電流値が溶滴と母材間に短絡の発生する所定値
   以下の電流領域にあるときは、出力電流の変化率を通常
   より小さくし、それ以外のときは出力電流の変化率を通
   常より大きくするように制御することを特徴とする特許
   請求の範囲第１項記載の短絡アーク溶接の波形制御方法
   。 ３、上記出力制御部が高周波インバータであることを特
   徴とする特許請求の範囲第１項または第２項記載の短絡
   アーク溶接の波形制御方法。