JPH01186279A - 消耗電極ガスシールド交流アーク溶接方法及び装置 - 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】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、消耗電極を予め設定した一定速度で送給し、
交流電圧を供給して溶接する消耗電極ガスシールド交流
アーク溶接方法及び設置（以下、交流旧Ｇ溶接方法及び
装置という。）に関するものである。

〔従来の技術〕 消耗電極（以下、ワイヤという。）を予め設定した一定
速度で送給（以下、定速度送給という。）する交流旧Ｇ
溶接方法及び装置においては、交流の各半波ごとの再点
弧を確実にするために、従来から、高周波・高電圧・パ
ルス等を重畳すること、又は供給する交流電圧波形を矩
形波にすることなどの手段が提案されている（特開昭５
９−９２１７０　）。

また、他方においては、スパッタ発生の軽減、溶は込み
深さ、ビード幅等を変えるために、逆極性出力時間と正
極性出力時間との比率を変えることが提案されている（
特開昭５８−１７６０７２）。

〔発明が解決しようとする問題点〕

しかし、これらの従来の装置においては、最適溶接条件
の範囲が狭いために、溶接中に継続して再点弧を確保し
アークを安定させることが困難であり、現在においても
交流旧Ｇ溶接方法は実用化されていない。

そこで、本出願人は、交流電圧波形を矩形波にして再点
弧を確実にする手段を使用しても、溶接中に安定なアー
クが継続して得られない原因を考察した。

以下、考察の結果を説明する。第８図（Ａ）に示すよ、
うに、ワイヤがプラスの極性の通電期間（以下、逆極性
期間という。）　Ｔｒ中に流れる電流の波高値（以下、
逆極性電流値という。）がｌｒであり、またワイヤがマ
イナスの極性の通電期間Ｔｓ　（以下、正極性期間とい
う。）中に流れる電流の波高値（以下、正極性電流値と
いう。）がＩｓである矩形波交流電圧を、ワイヤと被溶
接物との間に供給したときのワイヤ溶融速度Ｖｍは、上
記のＴｓ、　Ｔｒ、　ＩｓおよびＩｒの関数Ｇであって
次式で近似される。

Ｖｍ−Ｇ（Ｔｓ、Ｔｒ、Ｉｓ、Ｉｒ）−Ｋｌ　　（Ｕｒ
−Ｉｒ−Ｔｒ＋Ｕｓ・ｌ５−Ｔｓ）／Ｔｏ’＋　Ｒｍ　
・Ｉｓ２−　（１）　　（Ｋｌは定数）となる。

上式において、ｌ／Ｔｏ−Ｐは、交流出力電圧の周波数 Ｔｏ＝　Ｔｓ＋　Ｔｒ−１／Ｐ　−（２）Ｉｓ２−（Ｉ
ｓ２・ＴＳ＋ｌｒ２・Ｔｒ）ｌＴＯＵｒｓ　Ｕｓは、そ
れぞれシールドガス成分、ワイヤ突出し長さなどで定ま
る各極性ごとのアークの溶融等価電圧であって、ワイヤ
を溶融する入熱すなわち溶接電流とアーク電圧との積の
うちワイヤ溶融に寄与する係数である。

Ｒ１１は、ワイヤ突出し長さの電圧降下である。

他方、交流旧Ｇ溶接方法において、ワイヤ先端の溶滴が
被溶接物の溶融池に移行するのは、逆極性期間Ｔｒであ
ることが知られている。このとき、溶滴移行はＩ「２　
・Ｔｒに比例するピンチ力によって行われる。第８図（
Ｂ）は、同図（Ａ）の出力電流波形に同期してワイヤ先
端から溶滴が移行する移行状態図を示している。この溶
滴移行を円滑に行わせるためには、第９図示すように横
軸を逆極性期間Ｔｒとし、縦軸を逆極性電流値Ｉｒとし
たときに、Ｔｒとｌｒとは、臨界電流値１ｃ以上であり
、さらに斜線の範囲内にあることが必要である。

そこで、ワイヤの直径、ワイヤ成分、シールドガス成分
等の消耗材の条件が定まると、円滑な溶滴移行を行わせ
る適正なピンチ力すなわちＩｒ２　・Ｔｒに比例した値
が定まり、ＩｒとＴｒとは第９図の斜線に示す関係があ
るので、結局、ｌ「とＴｒとのいずれか一方を予め設定
すると他方もそれに対応した値が定まる。

そこで、ワイヤ溶融速度の関数（１）式において、Ｉｒ
又はＴ「のいずれか一方を設定すると、Ｉｒ及びＴｒは
定数となり、（１）式のｖｌＩｌはＩｓとＴｓとの関数
６１すなわち Ｖｍ　−Ｇ（Ｉｓ、　Ｔｓ）　−（３）となる。

つぎに、逆極性期間Ｔｒに逆極性電流値Ｉｒによってワ
イヤ先端から溶滴を１目移行させるとすれば、Ｖａ＋　
−Ｋ２　・Ｄ　−Ｎ　−（４）　　（Ｋ２は定数）ここ
で、Ｄは１回の移行溶滴の直径、Ｎは単位時間内の移行
回数であって、前述した交流出力電圧の逆極性期間Ｔｒ
に溶滴を１目移行させるとすれば、Ｎは（２）式より、
Ｎ−Ｆとなる。

Ｄを例えばワイヤの直径と路間−の略一定値になるよう
にスプレィ移行させるには、（４）式のワイヤ溶融速度
Ｖｉは周波数Ｆに比例し、次の（５）式が成立する。

Ｖｍ−に３・Ｐ　＝１５）　　（Ｋ３　ハ定数）すなわ
ち、ワイヤ溶融速度■１こ対応して交流電圧の周波数Ｆ
が定まる。

ここで、（２）式において、周波数Ｆすなわち１１Ｔｏ
と逆極性期間Ｔ「とを予め設定しておけば、前述した（
２）式より正極性期間Ｔｓも定まり定数となるので、（
３）式のワイヤ溶融速度Ｖｓは、正極性電流値Ｉｓの関
数０１すなわち ■履−〇（Ｉｓ）・・・（６） となる。したがって、Ｉｓを所定値に設定すれば、ワイ
ヤ溶融速度Ｖｏ＋が定まることを示す。

このワイヤ溶融速度Ｖｉは、消耗電極ガスシールドアー
ク溶接においてアーク長を一定値に維持するには、ワイ
ヤ送給速度ｖｒと等しく、すなわちＶｆ−Ｖｌ・・（７
） の関係が必要である。したがって、ワイヤ送給速度ｖｒ
を変化させてワイヤ溶融速度Ｖ−又は被溶接物の溶融池
への入熱を制御する場合に、移行溶滴の直径りを略一定
値に保つためには、（５）式及び（７）式から、Ｖｆ’
−に３・Ｆとなるので、ワイヤ送給速度Ｖｆ’に対応さ
せて交流電圧の周波数Ｆを適正値に設定すればよい。こ
の交流電圧の周波数Ｆは、前述した（２）式により逆極
性期間Ｔｒを予め設定すると、正極性期間Ｔｓの関数と
なるので、結局、ワイヤ送給速度■ｆは正極性期間Ｔｓ
に応じて一元的に定めるようにすればよい。

〔問題点を解決するための手段〕

以上の検討の結果から、問題点を解決するための手段は
下記のとおりである。

■請求項１記載の交流旧Ｇ溶接方法は、消耗電極と被溶
接物間に交流電圧を供給して溶接する消耗電極ガスシー
ルド交流アーク溶接方法において、出力電流の設定値に
対応した速度で消耗電極を送給し、前記ワイヤ送給速度
に対応した交流出力電圧の周波数を定め、消耗電極の材
質及び直径・シールドガス成分等の消耗材の条件に応じ
た通電期間及び電流値の逆極性電流を通電して溶接する
消耗電極ガスシールド交流アーク溶接方法を提案したも
のである。

■請求項２記載の交流旧Ｇ溶接方法は、請求項１記載の
溶接方法に加えて、正極性通電期間Ｔｓ又は逆極性通電
期間Ｔｒのいずれか一方の期間に通電する電圧値を検出
して、前記検出電圧により、正極性電流値１ｓ又は逆極
性電流値旨のいずれが一方を制御してアーク長を一定に
維持する消耗電極ガスシールド交流アーク溶接方法を提
案したものである。

■請求項３記載の交流旧Ｇ溶接装置は、請求項１記載の
旧Ｇ交流溶接方法を実施する装置であって、消耗電極と
被溶接物間に交流電圧を供給してアーク溶接する消耗電
極ガスシールド交流アーク溶接装置において、出力電流
値に対応してワイヤ送給速度設定信号Ｓ３１を出力する
ワイヤ送給速度設定回路Ｓｔと、前記ワイヤ送給速度設
定信号８３１を入力して出力電圧の周波数に相当する出
力電圧周波数信号Ｓ４を出力する出力電圧周波数信号発
生回路ＰＧと、前記消耗電極の材質及び直径・シールド
ガス成分等の消耗材の条件により予め設定する設定信号
に対応して逆極性期間通電信号ｓ５を出力する逆極性期
間信号発生回路ＴＲＧと、前記設定信号に対応して逆極
性電流信号８１３を出力する逆極性電流信号発生回路Ｉ
ＲＧと、前記逆極性期間通電信号Ｓ５を入力として正極
性期間通電信号Ｓ６を出力する正極性期間信号発生回路
ＴＳＧと、前記出力電流に対応したワイヤ送給速度設定
信号８３１を入力して正極性電流信号Ｓ１４を出力する
正極性電流信号発生回路ＩＳＧと、前記正極性電流信号
８１４と逆極性電流信号Ｓ１３とを入力として正極性電
流値Ｉｓ及び逆極性電流値！ｒを制御する出力電流値制
御回路ＩＮＶＩと、前記正極性期間通電信号ＳＢと逆極
性期間通電信号Ｓ５とを入力として正極性電流通電期間
Ｔｓ及び逆極性電流通電期間Ｔｒを制御する出力電流通
電期間制御回路ＩＮＶ２とから成る消耗電極ガスシール
ド交流アーク溶接装置を提供したちのでる。

■請求項４記載の交流旧Ｇ溶接装置は、請求項３記載の
旧Ｇ交流溶接方法を実施する装置であって、請求項３記
載の装置に加えて、正極性電流通電期間Ｔｓ又は逆極性
電流通電期間Ｔｒのいずれか一方の期間に出力電圧極性
検出信号８４４を出力する出力電圧極性検出回路ＶＤと
、ワイヤ送給速度設定信号８３１と前記出力電圧極性検
出信号Ｓ４４とを入力として差の信号Ｓ３を出力する比
較回路ＣＭとを備え、前記差の信号Ｓ３を出力電圧周波
数信号発生回路ＦＧに供給するようにした消耗電極ガス
シールド交流アーク溶接装置を提供したものである。

〔作用及び実施例〕

以下作用及び実施例について説明する。

（１）請求項１記載の溶接方法 被溶接物の溶接条件を定めるには、ワイヤ溶融速度■に
等しいワイヤ送給速度Ｖ「でワイヤを送給する必要があ
る。ワイヤ溶融速度■■は、前述したように Ｔｓ・・・正極性電流通電期間 Ｔｒ・・・逆極性電流通電期間 Ｉｓ・・・正極性電流値 Ｉｒ・・・逆極性電流値 の関数　Ｖａ−Ｇ（Ｔｓ、Ｔｒ、］ｓ、Ｉｒ）−（１）
で表わされる。ただし、Ｔｏ　−Ｔｓ＋　Ｔｒ　−１／
Ｆで、Ｆは供給する交流電圧の周波数であり、１＝Ｉｓ
＋Ｉｒで、１は出力電流値である。

請求項１記載の交流ＭＩＧ溶接方法においては、被溶接
物の溶接条件によって定まる出力電流値１に対応したワ
イヤ送給速度ｖｒでワイヤを送給する。

次に、ワイヤの直径、ワイヤ成分、シールドガス成分等
の消耗材が定まると、１「とＴｒとは前述した第９図の
斜線に示す関係があるので、ＩｒとＴ「のいずれか一方
を予め設定し、他方もそれに応じて定まり、＜１）式は
Ｖｍ　−Ｇ（１ｓ、Ｔｓｌ・・（３）となる。

つぎに、ワイヤ送給速度ｖｆに対応した周波数Ｆの交流
出力電圧を供給すると、Ｔｓ＋Ｔｒ−１／Ｆの関係にあ
るＴｒがすでに予め設定されているのでＴｓも定まるこ
とになり、上記の（３）式はＶ履−Ｇ（Ｉｓ）・・・（
６）式の関係となる。ここで、ワイヤ送給速度ｖｆが一
定値であると、ワイヤ送給速度に対応した出力電流値ｌ
も一定となり、１ｓ＋　ｌｒ＝　１の関係にあるＩｒが
すでに予め設定されているので、Ｉｓも定まることにな
り、請求項１記載の交流旧Ｇ溶接方法が実現される。

つぎに、第２図及び第３図を参照して本発明の溶接方法
について説明する。第２図（Ａ）は、正極性電流と逆極
性電流との関係を示す出力電流波形図であって、逆極性
期間Ｔｓ及び逆極性電流値Ｉ「は、ワイヤの直径、ワイ
ヤ成分、シールドガス成分等の消耗材の条件から予め設
定された一定値であり、正極性期間Ｔｓ及び正極性電流
値Ｉｓが制御される。

第２図（Ｂ）は、同図（Ａ）の出力電流波形に同期して
ワイヤ先端から溶滴が移行する移行状態図を示している
。

出力電流の設定値を増加させる場合の作用について説明
する。出力電流を増加させるためにワイヤ送給速度Ｖｆ
を増加させると、第３図に示すように、出力電流の周波
数Ｆもワイヤ送給速度ｖｆに対応して増加し、正極性電
流値！Ｓも増加する関係に設定されている。逆極性期間
Ｔｒ及び逆極性電流値ｌｒは設定された一定値であるの
で、出力電流の周波数Ｆの増大にともなって、正極性電
流Ｉｓが増加してワイヤ溶融速度■■が増加するととも
に逆極性電流通電期間Ｔｒの繰返し周期が短くなり溶滴
の移行回数が増大するので、アーク長Ｌａは略一定値に
維持され、安定にアークを継続する。逆に、出力電流の
設定値を減少させると上述した順序と逆の作用により溶
滴の移行回数が減少するので、アーク長Ｌａは略一定値
に維持され、安定にアークを継続する。

つぎに、ワイヤ直径、ワイヤ成分、シールドガス成分等
の消耗材と逆極性電流値Ｉｒ及び逆極性期間Ｔ「との関
係について説明する。

第１０図は、■同一のワイヤ直径及び同一のシールドガ
ス成分に対する各種ワイヤ成分における臨界電流値（ド
ロップ移行からスプレー移行に移行する最低電流値）と
、■同一のワイヤ成分及び同一のシールドガス成分に対
してワイヤ直径を変化させた場合の臨界電流値と、■同
一ワイヤ成分で同一ワイヤ直径に対してシールドガス成
分を変化させた場合の臨界電流値とをそれぞれ示す図で
、横軸にワイヤ直径【１ｌｌＩ〕、縦軸に臨界電流値（
Ａ）を示している。臨界電流値は、ドロップ移行からス
プレー移行に変化する最小の電流値であるので、臨界電
流値が大きい値であるほどスプレー移行に移りにくい。

すなわち、電磁力（ピンチ力）が小さいことを意味し、
このピンチ力は、Ｉ「２　・Ｔｒに比例する。すなわち
、第１Ｏ図は、ワイヤ直径、ワイヤ成分、シールドガス
成分等の消耗材の相違によって、Ｉｒ２　・Ｔｒに比例
するピンチ力によって定まる臨界電流値が異なることを
示している。したがって、ワイヤ直径、ワイヤ成分、シ
ールドガス成分等の消耗材の相違に対応した適正なＩｒ
２　・Ｔｒが存在する。

以下、第１Ｏ図について説明する。まず第１に、■の同
一のワイヤ直径及び同一のシールドガス成分であっても
、ワイヤ成分によって臨界電流値が異なる例としては、
第１Ｏ図の■のグループ例を示す。すなわち、■のグル
ープは、ワイヤの直径が１．８ｍ＋ｓでシールドガスが
アルゴンの場合であって、各ワイヤ成分に対する臨界電
流値を符号で示すと、第１のアルミ材（１１００）に対
してはＩＡｌＢ、第２のアルミ材（４０４３）に対して
は２Ａ１６、第３のアルミ材（５１８３）に対しては３
Ａｌ１３、鋼材に対してはＡＣｌＢ、インコネル材に対
してはｌＮ１Ｂ、キュプロニッケルに対しては２Ｎ１Ｂ
、七ネルメタルに対しては３Ｎ１Ｂ、ニッケル材に対し
ては４Ｎ１Ｂの点で示される。

つぎに、■の同一ワイヤ成分及び同一シールドガス成分
であっても、ワイヤ直径によって臨界電流値が異なる例
としては、第１０図の■のそれぞれ同一曲線上の２つの
グループ例を示す。すなわち、■の第１のグループの例
は、ワイヤ成分が第２のアルミ材（４０４３）でシール
ドガスがアルゴンの場合であって、各ワイヤ成分に対す
る臨界電流値を符号で示すと、ワイヤ直径が１．２．１
．８及び２．４〔關〕に対してそれぞれ２Ａ１２．２Ａ
１８．２Ａ２４の各点で示されている。同様にして、第
２のグループの例は、ワイヤ成分がステンレス材（３０
８）でシールドガスがアルゴンの場合で、ワイヤ直径０
．４゜０．６．　０．８．　１．２．　１．６及び２．
４〔龍〕に対する臨界電流値は、１８０４．１８０６．
１８０８．１ｓ１２．　ｌ５ｌＢ及び１８２４の各点で
示される。　さらに、■の同一ワイヤ成分で同一ワイヤ
直径であっても、シールドガス成分によって臨界電流値
が異なる例としては、第１Ｏ図の■の２つのグループ例
を示す。すなわち、第１のグループの例は、ワイヤ成分
が軟鋼でワイヤ直径が０．８（ｏ＋）に対する臨界電流
値は、シールドガスが炭酸ガス５％を含むアルゴンガス
のときは５Ｃ０８の点であり、炭酸ガス２０％を含むア
ルゴンガスのときは２０ＣＯ８の点で示される。第２の
グループの例は、ワイヤ成分が鋼材でワイヤ直径が１、
Ｓ　Ｃｍ鳳〕に対する臨界電流値は、シールドガスがア
ルゴンガスのときはＡＣｌＢの点であり、ヘリウム５０
％を含むアルゴンガスのときはＩＣ１６点で示される。

以上の例でわかるように、ワイヤ直径、ワイヤ成分、シ
ールドガス成分等の消耗材によって、ピンチ力（Ｉ「２
　・Ｔｒ）に関係する臨界電流値が存在する。

（２）請求項２記載の溶接方法 前述した請求項１記載の溶接方法は、設定したワイヤ送
給速度Ｖｒとワイヤ溶融速度Ｖｍとが等しい関係にある
ときは、アーク長Ｌａは一定値を維持するが、アーク発
生中に外部条件の変動によりｖｒ〉Ｖ厘となると、アー
ク長Ｌａが長くなり、逆にＶｆ＜Ｖｍとなるとアーク長
Ｌａが短くなる。したがって、Ｖｒ−Ｖｉの関係を維持
するには、前述した（６）式により、正極性電流値Ｉｓ
を制御することによりワイヤ溶融速度を増減させて、ア
ーク長を一定に維持させて、Ｖｆ−Ｖｍの関係を維持さ
せる必要がある。すなわち、アーク長Ｌａを略一定値に
維持するには、前述した　（１）式の４つのパラメータ
（Ｔｓ、Ｔｒ、　Ｉｓ、　Ｉｒ）の少なくとも一つをフ
ィードバック制御する必要がある。これらの４つのパラ
メータのうち、ワイヤ先端の溶滴の直径を略一定値に維
持するには、ワイヤ先端の溶融を左右する正極性電流値
Ｉｓ又は正極性期間Ｔｓを制御することが望ましい。

つぎに、アーク長Ｌａを検出するために、出力電圧Ｖａ
を検出する場合、正極性期間Ｔｓおよび逆極性期間Ｔｒ
の溶接電圧１サイクルの平均値をそれぞれ■「およびＶ
ｓとすれば、 Ｌａ　−Ｋ４　・Ｖｒ　−Ｋ５　・Ｖｓ−・・（８）と
なる。

ここで、複数回の正極性期間Ｔｓのアーク電圧の平均値
またはサンプル値をＶｒａとし、複数回の逆極性期間Ｔ
ｒの溶接電圧の平均値またはサンプル値をＶｓａとすれ
ば、 Ｌａ　−ＫＥｉ　・Ｖｒａ　−Ｋ７　・Ｖｓａ　−（９
）が成立する。

ワイヤ送給速度ｖｒの変動によりアーク長Ｌａも変動し
ようとしたときに、正極性電圧の１サイクルの平均値Ｖ
ｓもしくは複数回の平均値Ｖｓａまたは逆極性電圧の１
サイクルの平均値■「もしくは複数回の平均値Ｖｒａを
検出して、これらの検出値が略−定値になるように正極
性電流値Ｉｓを制御すればよい。この１ｓを制御する場
合は、Ｉｓの通電期間Ｔｓと逆の極性時のＶｒ又はＶｒ
ａを検出し、また逆に、Ｉｒを制御する場合は、Ｉｒの
通電期間Ｔｒと逆の極性時のＶｓ又はＶｓａを検出すれ
ば、安定した電圧値が使用できるので精度が向上する。

つぎに、ワイヤ送給速度Ｖｆ又はワイヤ溶融速度Ｖｍが
一時的に変動した場合の作用について説明する。Ｖｆ＞
Ｖｍｌ；：なった場合、アーク長Ｌａが短くなってアー
ク電圧が低下する。このアーク電圧の低下を逆極性電圧
を検出して出力電圧の周波数Ｆ又は正極性電流値１ｓ又
はこれら両者を増加させると、前述した第２図に示すよ
うに１８の増大によりワイヤ溶融速度ｖｆｆｌが増加す
るか、逆極性電流通電期間Ｔｒの繰り返し周期が短くな
り溶滴の移行回数が増加するか又は両者が増加するので
、アーク長Ｌａは増加してもとのアーク長Ｌａに復帰す
る。逆に、ｖｆ＜Ｖｍになってアーク長Ｌａが長くなっ
た場合は、上述した順序と逆の作用によってアーク長Ｌ
ａが減少して、もとのアーク長Ｌａに復帰する。このよ
うに、ワイヤ送給速度Ｖｆ又はワイヤ溶融速度Ｖａ＋が
一時的に変動しても、常にアーク長Ｌａは一定値に維持
され、安定したアークを維持することができる。

（３）請求項３記載の溶接装置 つぎに、請求項３記載の交流旧Ｇ溶接装置の実施例を第
１図のブロック図及び第４図の接続図を参照して説明す
る。

第１図の説明 第１図において、Ｄｌは３相交流電源１を入力とする第
１の整流回路である。ＩＮＶＩは、第１の整流回路の出
力を高周波交流電圧に変換するとともに、後述する正極
性電流Ｉｓ及び逆極性電流Ｉ「を制御する第１のインバ
ータから成る出力電流値制御回路である。Ｔは溶接用電
圧に降圧する溶接電源変圧器、Ｄ２は第２の整流回路で
ある。ＩＮＶ２は正極性電流の通電期間Ｔｓ及び逆極性
電流通電期間Ｔ「を制御して任意の周波数の交流電圧を
出力する第２のインバータから成る出力電流通電期間制
御回路である。Ｌは消耗電極とアークと被溶接物とから
成る溶接負荷である。Ｓｌは出力電流に対応したワイヤ
送給速度を設定するワイヤ送給速度設定回路であって出
力電流に対応するワイヤ送給速度設定信号８３１を出力
する。ＳＣはワイヤの直径、ワイヤ成分。

シールドガス成分等の消耗材の条件に対応した消耗材条
件設定回路であって、逆極性期間設定信号８１２と逆極
性電流値設定信号８１１とを出力する。

ＦＶは溶接電圧微調整設定回路で溶接電圧微調整設定信
号Ｓ１を出力する。ＣＭＩは信号Ｓ１と信号３３１とを
加算して加算信号Ｓ２を出力する第１の比較回路、０Ｍ
２は信号Ｓ２と出力電圧極性検出回路ＶＤが出力する正
極性又は逆極性の出力電圧極性検出信号Ｓ４４とを比較
して差の信号Ｓ３を出力する第２の比較回路である。Ｐ
Ｇは、信号Ｓ３を入力として出力電圧周波数信号Ｓ４を
出力する出力電圧周波数信号発生回路である。ＴＲＧは
、信号Ｓ４と信号Ｓ１２とを入力として逆極性期間通電
信号Ｓ５を出力する逆極性期間信号発生回路である。Ｔ
ＳＧは信号Ｓ５を反転して正極性期間通電信号Ｓ６を出
力する正極性期間信号発生回路であり、この信号Ｓ６と
前述した信号Ｓ５とを出力電流通電期間制御回路ＩＮＶ
２に出力して出力電圧の正極性期間Ｔｓ及び逆極性期間
Ｔ「を制御する。

ＩＲＧは、信号８１１を入力して逆極性電流信号８１３
を出力する逆極性電流信号発生回路である。ＩＳＧは信
号Ｓ３及び信号Ｓ１３を入力して正極性電流信号ＳＬ４
を出力する正極性電流信号発生回路である。

０Ｍ３は、出力電流検出回路ＣＤの出力電流検出信号Ｓ
２１と信号Ｓ１３及び信号ＳＬ４とを比較して、差の信
号３２２を出力電流値制御回路ＩＮＶＩに出力して正極
性電流値Ｉｓ及び逆極性電流値Ｉｒを制御する。ｗＦは
信号Ｓ３１を入力してワイヤ送給モータＶ旧こワイヤ送
給制御信号Ｓ１２を出力するワイヤ送給制御回路である
。請求項１記載の必須の構成要件は、第１図の太線で示
す部分である。

第４図の説明 第４図は、第１図のブロック図の一部を具体化した接続
図であって、第１図のブロック図と同一の構成は同一の
符号を示しである。第４図において、１　、　ＤＩ、　
ＩＮＶＩ、　Ｔ　、　Ｄ２．１ＮＶ２．　Ｌ　、　８１
．　ＳＣ。

ＦＶ、　ＣＭＩ　、　０Ｍ２　、　ＰＧ、　ＴＲＧ　、
　ＩＲＧ　、　ＩｓＧ　、　ＴＳＧ　。

ＶＤ、　ＣＤ、　０Ｍ３　、　ＷＦ及び’ｉ１Ｍ＋７）
各機能は、第１図と同一なので説明を省略する。また、
信号Ｓｌ乃至８６゜８１１乃至Ｓ１４　、　Ｓ２１　、
　Ｓ２２　、８３１　、８３２及びＳ４４は、第１図と
同一なので説明を省略する。正極性期間信号発生回路Ｔ
ＳＧは、逆極性期間通電信号Ｓ５を入力して反転回路に
よって正極性期間通電信号Ｓ６を出力する。通電信号Ｓ
５及びＳ８は出力電流通電期間制御回路ＩＮＶ２に供給
される。この制御回路１ＮＶ２は、例えば５０〜３００
　Ｈｚの低周波の可変周波数の電圧を出力する第２のイ
ンバータ回路であって、信号Ｓ５をドライバＤＶＢに供
給して、信号Ｓ５３及び信号８５４を出力してトランジ
スタＱ３及びＱ４の導通制御を行い、また信号Ｓ６をド
ライバＤＶＣに供給して、信号Ｓ５５及び信号Ｓ５６を
出力してトランジスタＱ５及びＱＢの導通制御を行う。

これらのトランジスタＱ３及びＱ４とＱ５及びＱＢとは
交互に導通するので、交流矩形波電圧を出力する。信号
Ｓ４乃至信号Ｓ６の波形を第５図（Ａ）乃至（Ｃ）に示
す。

ＳＷＩは、逆極性電流信号Ｓ１３を逆極性期間通電信号
Ｓ５によってスイッチングして逆極性期間のみ逆極性電
流信号８１３を出力する第１のスイッチング回路である
。ＳＷ２は、正極性電流信号Ｓ１４を正極性期間通電信
号Ｓ８によってスイッチングして正極性期間のみ正極性
電流信号８１４を出力する第２のスイッチング回路であ
る。０Ｍ３は、Ｓｗｌの出力信号とＳＶ２の出力信号と
の重畳信号８２０と出力電流検出回路ＣＤの出力電流検
出信号Ｓ２１との差の信号Ｓ２２を出力する第３の比較
回路である。ＡＭＰＩは信号Ｓ２２を増幅して信号８２
３を出力する増幅回路であり、ＰＷＭは、信号８２３を
入力してパルス幅変調信号Ｓ２４に変換するパルス幅変
調回路である。

信号Ｓ２２及び信号８２４の波形を第５図（Ｄ）及び（
Ｅ）に示し、また信号８２４の部分拡大波形を第５図（
Ｆ）に示す。

パルス幅変調信号８２４は、出力電流値制御回路ＩＮＶ
Ｉに供給される。この制御回路ＩＮＶＩは、例えば１５
ＫＨｚの高周波電圧を出力する第１のインバータ回路で
あって、信号８２４をドライバＤＶＡによって信号Ｓ５
１及び信号Ｓ５２を出力してトランジスタＱ１及びＱ２
の導通制御を行う。

また、ワイヤ送給制御回路ＷＦは、信号Ｓ３１を入力と
してワイヤ送給制御信号８３２を出力するワイヤ送給制
御信号発生回路ＷＦＧと、ワイヤ送給モータＷＭの回転
数を検出するタコジェネレータＴＧの回転数検出信号Ｓ
３３との差信号Ｓ３４を出力する第４の比較回路ＣＭＰ
４と、信号８３４を増幅してワイヤ送給モータに信号Ｓ
３５を出力する増幅回路ＡＭＰ２とから構成される。

つぎに第６図を参照して、第４図のうちの出力電流動作
制御回路ＩＮＶＩ及びその周辺回路の動作について説明
する。

ＩＮＶＩは、出力電流値の制御が可能な定電流源であり
、制御の応答速度がＩＮＶ２の上限周波数である５００
Ｈｚより十分高く、例えば２ＫＨｚ程度以上のものであ
れば目的を達することができる。したがって、アナログ
トランジスタ制御方式でもチョッパ制御方式でも実現可
能であるが、装置の小形化と経済性から、ここでは２方
式フォワードコンバータ方式の実施例で説明する。

第６図のＤｉ、　Ｔ　、　Ｄ２．　Ｌｌは、第１図及び
第４図と同一なので説明を省略する。Ｄｌで整流及び平
滑された直流電圧Ｅ１は、正電位側に接続されたトラン
ジスタＱ１と負電位側に接続されたトランジスタＱ２を
介して、トランスＴの１次巻線に接続されている。トラ
ンジスタＱ１及びＱｌは、ＤＶＡから供給される同位相
のオン信号Ｓ５１と３５２とが加わっている期間にオン
する。Ｓ５１と８５２とは、例えば１５ＫＨｚ程度のパ
ルス例で第５図の８２４に応じてパルス幅が決定された
信号である。トランジスタＱｌ及びＱｌがオンすると、
トランスＴの１次巻線には直流電圧Ｅｌが加わり、Ｔの
２次巻線には、Ｒ２−Ｎ２／Ｎｌ・Ｅｌの電圧が発生す
る。

ただし、ＮｌはＴの１次巻線の巻数、Ｎ２はＴの２次巻
数。

トランジスタＱｌ及びＱｌは、Ｓ５１及び８５２のパル
ス幅の期間Ｔｏｎだけオンした後にオフ状態に移行する
。Ｑｌ及びＱｌのオフの期間は、トランスＴの巻線には
、Ｑｌ及びＱｌがオン期間にトランスに蓄えられた磁気
エネルギーを放出するために、逆電圧（フライバック電
圧）を発生するが、逆電圧を直流電圧Ｅ１にクランプし
、トランジスタＱ１及びＱｌを過電圧から保護する目的
で、ダイオードＤ３１及びＤ３２が設けられている。さ
らに、Ｑｌ及びＱｌのオフ期間内に、トランスＴの磁気
エネルギーを完全に放出する必要性から、Ｑｌ及びＱｌ
のオフ時間Ｔｏｌ’ｆは、常にＴｏｎより長く設定され
ている。すなわち、Ｔｏｎ／（Ｔｏｎ＋　Ｔｏｆ’ｆ’
）　＞　０．５に選ばれている。

これらの動作波形を第７図に示す。同図（Ａ）は、オン
信号Ｓ５１及びＳ５２であり、パルス幅が広い側と狭い
側を示している。同図（Ｂ）は、トランスＴの１次電圧
波形であり、２次波形電圧も値が異なるのみで、波形は
同じである。斜線部分はフライバック電圧であり、第６
図の２次ダイオードＤ２１によって逆バイアスされる期
間であって出力には寄与しない。したがって、出力電圧
の平均値Ｖｏは、Ｖｏ−Ｒ２・（（Ｔｏｎ／（Ｔｏｎ＋
Ｔｏｆ’ｉ’）　）となる。同図（Ｃ）は、負荷電流波
形１ｏを示しており、Ｔｏｎの期間中は、電流は増加し
、直流リアクトルＬ１にエネルギーを蓄えＴｏｆ’ｆ’
の期間中は、Ｌｌのエネルギーを放出することにより、
電流が連続しているが減少する。Ｔｏｒｆの期間中は、
ダイオードＤ２２を通して負荷電流は環流する。この負
荷電流の平均値１ｏは、１ｏ＝　Ｖｏ／　Ｒ１で決まる
。ただし、Ｒ１は負荷の抵抗骨である。したがって、負
荷Ｒｅが決まれば、１゜＝　（Ｅ２／Ｒ１）　　・Ｔｏ
ｎ／（Ｔｏｎ＋Ｔｏｆｆ）となる。また、同図（Ａ″）
乃至（Ｃ″）に示すようにＴｏｎすなわち、オン信号の
パルス幅８５１及びＳ５２を変化させることにより負荷
電流を制御することができる。

つぎに、本発明の溶接装置において出力電流を増加させ
る場合の動作について説明する。出力電流を増加させる
ために、第１図に示す出力電流に対応したワイヤ送給速
度設定回路Ｓｌの出力電流に対応するワイヤ送給速度設
定信号８３１を増加させると、出力電圧周波数信号発生
回路ＰＧの出力電圧周波数信号Ｓ４及び正極性電流信号
発生回路ＩＳＧの正極性電流信号Ｓ１４が増加する。正
極性電流信号８１４が増加するとワイヤ溶融速度Ｖｍが
増加し、他方、出力電圧周波数信号Ｓ４が増加すると、
逆極性期間Ｔｒの繰り返し周期が短くなりワイヤ先端か
らの溶滴移行回数が増加するので、アーク長Ｌａは略一
定値に維持され、安定にアークを継続する。逆に、出力
電流を減少させると上述した順序と逆の動作により溶滴
の移行回数が減少するので、アーク長Ｌａは略一定値に
維持され、安定にアークを継続する。

（４）請求項４記載の溶接装置 前述した請求項３記載の溶接装置は、設定したワイヤ送
給速度ｖｆとワイヤ溶融速度Ｖ＋とが等しい関係にある
ときは、アーク長Ｌａは一定値を保持するが、アーク発
生中に外部条件の変動により■ｆ〉Ｖｉａとなってアー
ク長Ｌａが長くなったり、逆に■ｆ＜Ｖｍとなるとアー
ク長Ｌａが短くなる。また、Ｖｆ’−Ｖｍのときであっ
ても、アーク長Ｌａを微調整したいときがある。請求項
４記載の発明はアーク長制御を行う回路を付加した交流
旧Ｇ溶接装置である。

請求項４記載の交流旧Ｇ溶接装置の実施例を第１図のブ
ロック図及び第４図を参照して説明する。

第１図の説明 第１図において、アーク長側°御を行う回路以外の回路
については、請求項３記載装置の説明と同じであるので
省略する。同図において、点線で示された構成及び信号
がアーク長制御を行う回路であって、ＦＶは溶接電圧微
調整設定信号Ｓ１と出力する溶接電圧微調整設定回路で
ある。Ｃ）４１は溶接電圧微調整設定信号ＳＬを出力電
流に対応したワイヤ送給速度設定信号３３１との加算信
号Ｓ２を出力する第１の比較回路であり、０Ｍ２は信号
Ｓ２と後述する出力電圧極性検出回路ＶＤの出力電圧極
性検出信号Ｓ４４との差の信号Ｓ３を出力する第２の比
較回路である。出力電圧極性検出回路ＶＤは、出力電流
値制御回路ＩＮＶ２の出力電圧Ｓ４１を入力とし、ダイ
オードＤ４１と抵抗器Ｒ４１とから正極性出力電圧信号
又は逆極性出力電圧信号Ｓ４２を出力する回路と、信号
Ｓ４２のうち逆極性期間通電信号Ｓ５又は正極性期間通
電信号Ｓ６によってスイッチングして、いずれかの通電
信号期間のみ信号Ｓ４３を出力する第３のスイッチング
回路Ｓｗ３と、信号８４３をホールドして０Ｍ２に信号
Ｓ４４を出力するホールド回路ＨＤとから構成される。

溶接電圧微調整設定回路ＦＶにより、溶接電圧微調整設
定信号ＳＬを高い値に設定すると、出力電圧周波数信号
発生回路ＦＧの出力電圧周波数信号Ｓ４を増加させると
ともに、正極性電流信号発生回路ＩＳＧの正極性電流信
号８１４を増加させると、前述した第２図に示したよう
に溶滴の移行回数が増加してワイヤ溶融速度Ｖｉが増加
するが、ワイヤ送給速度信号Ｓ３１が一定値であるため
、アーク長Ｌａが増加してアーク電圧が高くなる。逆に
、溶接電圧微調整設定信号Ｓｌを低い値に設定すると、
上述した順序と逆になって、アーク長Ｌａが減少し、ア
ーク電圧が低くなる。このように、溶接電圧微調整設定
回路ＦＶによってアーク電圧値を微調整することができ
る。ワイヤ送給速度ｖｆがワイヤ溶融速度Ｖｍよりも大
になってアーク長Ｌａが短くなると、出力電圧極性検出
回路ＶＤの出力電圧極性検出信号Ｓ４４が小となり、出
力電圧周波数信号発生回路ＰＣの出力電圧周波数信号Ｓ
４が大となるとともに、正極性電流信号発生回路ＴＳＧ
の正極性電流信号Ｓ１４が大となるので、前述した第２
図に示すように溶滴の移行回数が増加してワイヤ溶融速
度Ｖ＋ａが増加するので、アーク長Ｌａが増大してもと
のアーク長に復帰する。逆に、ワイヤ送給速度■ｒがワ
イヤ溶融速度Ｖｍよりも小になってアーク長Ｌａが長く
なると、上述した順序と逆の動作によって、アーク長Ｌ
ａが減少してもとのアーク長に復帰する。このように、
アーク長Ｌａが変動すると出力電圧極性検出回路ＶＤの
作用によりアーク長Ｌａを一定値に維持させることがで
きる。

〔発明の効果〕

請求項１記載の溶接方法によれば、ワイヤの直径、ワイ
ヤ成分、シールドガス成分等の消耗材の条件により、円
滑な溶滴移行を行わせる適正なピンチ力すなわち逆極性
電流値Ｉ「と逆極性期間Ｔｒとからなる関数を切りかえ
設定した上で、出力電流の設定により、ワイヤ送給速度
Ｖ「と一元的に出力電圧の周波数Ｆ及び正極性電流値Ｉ
ｓを設定するようにしたので、最適溶接条件の範囲が広
くなり、従来のように高周波、高電圧、パルス等を重畳
することなく、溶接中に継続して確実に再点弧が行われ
、アークを安定させることができるので、消耗電極ガス
シールド交流アーク溶接方法を実用化させることができ
る。

請求項２記載の溶接方法は、請求項１記載の効果に加え
て、ワイヤ送給速度又はワイヤ溶融速度が一時的に変動
しても、常にアーク長は一定値に維持され、安定したア
ークを継続することができる。

請求項３記載の溶接装置は、請求項１記載の溶接方法を
実施する装置であり、また請求項４に記載の溶接装置は
、請求項２記載の溶接方法を実施する装置であるので、
効果の記載を省略する。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の消耗電極ガスシールド交流アーク溶
接方法を実施する装置のブロック図、第２図（Ａ）は本
発明の正極性電流と逆極性電流との関係を示す出力電流
波形図、同図（Ｂ）は同図（Ａ）の波形に同期してワイ
ヤ先端から溶滴が移行する移行状態図、第３図は本発明
の溶接方法に係るワイヤ送給速度Ｖｆ（横軸）と出力電
圧の周波数Ｆ及び正極性電流値Ｉｓ（縦軸）との関係を
示す線図、第４図は本発明の消耗電極ガスシールド交流
アーク溶接方法を実施する装置の接続図、第５図（Ａ）
乃至（Ｆ）は第４図の接続図に示す信号の波形図、第６
図は第４図の接続図のうち出力電流制御回路ＩＮＶＩの
動作説明図、第７図（Ａ）乃至（Ｃ）及び（Ａ−）乃至
（Ｃ゛）は第６図の制御回路の各部の信号の波形図、第
８図（Ａ）は従来の溶接方法の正極性電流と逆極性電流
との関係を示す出力電流波形図、同図（Ｂ）は同図（Ａ
）の波形に同期してワイヤ先端から溶滴が移行する状態
を示す移行状態図、第９図は円滑な溶滴移行が行われる
ときの逆極性電流通電期間Ｔｒ　（横軸）と逆極性電流
値Ｉｒ（縦軸）との関係を示す図、第１Ｏ図は各種ワイ
ヤ成分、シールドガス成分についてのワイヤ直径（横軸
）に対する臨界電流値（縦軸）との関係を示す図である
。 Ｓｌ・・・ワイヤ送給速度設定回路 ＳＣ・・・消耗材条件設定回路 ＷＦ・・・ワイヤ送給制御回路 ＷＭ・・・ワイヤ送給モータ ＦＧ・・・出力電圧周波数信号発生回路ＴＲＧ・・・逆
極性期間信号発生回路 ＴＳＧ・・・正極性期間信号発生回路 ＩＲＧ・・・逆極性電流信号発生回路 ＩｓＧ・・・正極性電流信号発生回路 ＩＮＶＩ・・・出力電流値制御回路 １ＮＶ２・・・出力電流通電期間制御回路ＦＶ・・・溶
接電圧微調整設定回路 ＶＤ・・・出力電圧極性検出回路 ＣＭ・・・比較回路 Ｔｒ・・・逆極性（電流通電）期間 Ｔｓ・・・正極性（電流通電）期間 Ｉ「・・・逆極性電流値 Ｉｓ・・・正極性電流値 Ｆ・・・交流出力周波数 ８１・・・溶接電圧微調整設定信号 Ｓ４・・・出力電圧周波数信号 Ｓ５・・・逆極性期間通電信号 Ｓ６・・・正極性期間通電信号 Ｓｌｌ・・・逆極性電流値設定信号 Ｓ１２・・・逆極性期間設定信号 Ｓ１３・・・逆極性電流信号 Ｓ１４・・・正極性電流信号 Ｓ３１・・・出力電流に対応したワイヤ送給速度設定信
号 Ｓ３２・・・ワイヤ送給速度制御信号 Ｓ４４・・・出力電圧極性検出回路 代　　理　　人　　　　　弁理士　　中　　井　　　　
　宏第１図 第２図 工 第５図　　　　　→ＶｆＣ〜。〕 第６図 ＩＮＶイ 第７図 →尤　　　　　　　　　　　　　　　−１−ｆ。 →フイ’？Ｊｉ釜〔ηｍ〕 手続補正書印幻 昭和６３年５月ｌｌ臼 １、事件の表示 昭和６３年特許願第９２１０号 ２、発明の名称 消耗電極ガスシールド交流アーク溶接方法及び装置３　
補正する者 住　所　　〒５３２　　大阪市淀用区田用２丁目１番１
１号５、補正命令の日付　　　　自　　発 ６、補正の対象　　　　明細書の「発明の詳細な説明」
の欄および「図面の簡単な説明」の欄 手続補正帯動式） ％式％ １、事件の表示 昭和６３年特許願第９２１０号 ２、発明の名称 消耗電極ガスシールド交流アーク溶接方法及び装置３、
補正する者 住　所　　〒５３２　　大阪市淀用区田用２丁目１番１
１号５、　補正命令の日付　　昭和６３年４月２６日（
全送日）６、　補正の対象　　　　図　面 ７、　補正の内容　　　第７図の（Ａ−）、　　（Ｂ−
）、　　（Ｃ”）を（Ｄ）、　　（Ｅ）、　　（Ｆ）に
訂正する。 第７図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、消耗電極と被溶接物間に交流電圧を供給して溶接す
   る消耗電極ガスシールド交流アーク溶接方法において、
   出力電流の設定値に対応した速度で消耗電極を送給し、
   前記ワイヤ送給速度に対応した交流出力の周波数を定め
   、消耗電極の材質及び直径・シールドガス成分等の消耗
   材の条件に応じた通電期間及び電流値の逆極性電流を通
   電して溶接する消耗電極ガスシールド交流アーク溶接方
   法。 ２、正極性通電期間又は逆極性通電期間のいずれか一方
   の期間に通電する電圧値を検出して、前記検出電圧によ
   り、正極性電流値又は逆極性電流値のいずれか一方を制
   御してアーク長を一定に維持する請求項１記載の消耗電
   極ガスシールド交流アーク溶接方法。 ３、消耗電極と被溶接物間に交流電圧を供給してアーク
   溶接する消耗電極ガスシールド交流アーク溶接装置にお
   いて、出力電流値に対応してワイヤ送給速度設定信号Ｓ
   ３１を出力するワイヤ送給速度設定回路Ｓ１と、前記ワ
   イヤ送給速度設定信号Ｓ３１を入力して出力電圧の周波
   数に相当する出力電圧周波数信号Ｓ４を出力する出力電
   圧周波数信号発生回路ＦＧと、前記消耗電極の材質及び
   直径・シールドガス成分等の消耗材条件により予め設定
   する設定信号に対応して逆極性期間通電信号Ｓ５を出力
   する逆極性期間信号発生回路ＴＲＧと、前記設定信号に
   対応して逆極性電流信号Ｓ１３を出力する逆極性電流信
   号発生回路ＩＲＧと、前記逆極性期間通電信号Ｓ５を入
   力として正極性期間通電信号Ｓ６を出力する正極性期間
   信号発生回路ＴＳＧと、前記出力電流に対応したワイヤ
   送給速度設定信号Ｓ３１を入力して正極性電流信号Ｓ１
   ４を出力する正極性電流信号発生回路ＩＳＧと、前記正
   極性電流信号Ｓ１４と逆極性電流信号Ｓ１３とを入力と
   して正極性電流値Ｉｓ及び逆極性電流値Ｉｒを制御する
   出力電流値制御回路ＩＮＶ１と、前記正極性期間通電信
   号Ｓ６と逆極性期間通電信号Ｓ５とを入力として正極性
   電流通電期間Ｔｓ及び逆極性電流通電期間Ｔｒを制御す
   る出力電流通電期間制御回路ＩＮＶ２とから成る消耗電
   極ガスシールド交流アーク溶接装置。 ４、請求項３記載の出力電圧周波数信号発生回路ＦＧの
   入力信号が、正極性電流通電期間Ｔｒ又は逆極性電流通
   電期間Ｉｓのいずれか一方の期間に信号を出力する出力
   電圧極性検出回路ＶＤの出力電圧極性検出信号Ｓ４４と
   ワイヤ送給速度設定信号Ｓ３１との差信号である消耗電
   極ガスシールド交流アーク溶接装置。