JPH01254385A - パルス溶接装置 - 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、パルス放電を利用した溶接装置すなわちパル
ス溶接装置に関し、さらに詳しくは放電電流波形を高周
波パルス化することによって、パルス放電の放電光や放
電ガス、電極等に規則性や制御性の高い特有現象を生じ
させるようにしたパルス溶接装置に関するものである。

［従来の技術］ この種のパルス放電の利用装置の一例として、パルスア
ーク溶接装置があるが、これは消耗溶接ワイヤ電極（以
下、単に「ワイヤ電極」という。）と被溶接物間にパル
スアーク電流を生成し、そのときに発生するパルスアー
ク放電の熱によって被溶接物および溶加材を溶融すると
ともに、その溶融した溶加材をパルスアーク放電の電磁
ピンチ力により被溶接部へ移行し溶接する装置、である
。

このパルスアーク溶接装置について具体的に述べると、
第３３図は例えば特開昭５７−１９１７７号公報に示さ
れた従来のパルスアーク溶接装置の構成図である。図に
おいて、１は直流電源、２はスイッチング素子であり、
この機能としては、直流型［１から供給される電流を０
Ｎ−ＯＦＦすることによりパルス状の電流波形を形成さ
せるパワートランジスタ素子からなり、電流をチョッパ
ー制御するものである。３はアーク負荷部で、溶接トー
チ３１、溶加材をワイヤ状にしてワイヤリールから送給
されるワイヤ電極３２、アーク放電３３、被溶接物３４
で構成されている。４は上記パルスとパルスの間でアー
ク切れが発生するのを防止するためスイッチング素子２
に連続したベース電流を供給するためのアーク維持電源
、５はスイッチング素子２を制御してパルス電流のパル
ス周波数およびそのパルス幅をあらかじめ設定した値に
制御する制御回路、６は電流ｉを検出するための電流検
出器である。

次にこのパルスアーク溶接装置の作用について説明する
。

一般に、パルスアーク溶接装置は、直流アーク溶接装置
に比べて平均電流が小さい場合でも、パルスアーク電流
でワイヤ電極３２の先端を溶融し、かつ溶融したワイヤ
電極先端部をパルスアーク電流の電磁ピンチ力で離脱さ
せるため、この溶融塊が被溶接物３４へ断続的に移行（
この移行を「スプレー移行」と呼ぶ。）することにより
溶接するものである。したがって、パルスアーク溶接装
置は直流アーク溶接装置より平均電流が低い溶接が行え
るため、より薄い溶接物のスプレー移行溶接ができ、そ
のスプレー移行の実現により溶接中に発生する「スパッ
タ」をなくすることができるというメリットがある。

このパルスアーク溶接で用いられるパルスアーク電流波
形について述べると、次のような機能ないし性能を有し
ている。

第３４図はそのパルスアーク電流波形の一例を示したも
のであり、ワイヤ電極の材質を軟鋼、ワイヤ電極径を１
．２ｍｍφ、雰囲気ガス、をアルゴンガスに２０％Ｃ０
２ガスを混合した場合のパルスアーク電流波形の例であ
る。

このパルスアーク電流波形は、平均電流の高い溶接を行
う場合には第３４図（ａ）のようにパルス周期ＣＢ□を
短く設定し、逆に平均電流の低い溶接を行う場合には同
図（ｂ）のようにパルス周期ＣＢ２を長く設定している
。

また、第３５図はパルスピーク電流値１ｐに対するワイ
ヤ電極径（１，２ｍｍφ）に換算した場合の溶滴が離脱
できる溶滴長さｇを示した特性線図である。図中、特性
１６は雰囲気ガスをアルゴンガスと２０％Ｃ０２ガスの
混合ガスの場合におけるワイヤ電極径に換算したときの
離脱できる溶滴長さｇのパルスピーク電流値特性を示し
たものである。また、特性１７は雰囲気ガスを１００％
ＣＯ２ガスとした場合のパルスピーク電流値特性を示し
たものである。１点鎖線２０はそれ以上のアーク長であ
るときは溶接欠陥であるｒアンダーカット」が生じる限
界線である。

斜線の領域Ａは、上記のアンダーカットが生じることな
く、シかも溶接時にスパッタを発生させることなしに溶
接が行える領域である。つまり、溶滴のスプレー移行で
良好の溶接が行える領域である。

このパルスアーク溶接で良質の溶接を得るには、溶接中
に発生する溶融物の飛散（スパッタ）がなく、溶接ビー
ド形状の欠陥であるアンダーカットを防ぎ、離脱する溶
融塊の大きさはほぼ均一にする必要がある。そのためス
パッタをなくするにはワイヤ電極と被溶接物との接触（
短絡）を起こさせないこと、またアンダーカットを防ぐ
にはアーク長を短くすることが必要である。この２つの
要件を両立させるためには、離脱できる溶融塊の細粒化
（スプレー移行）を図ることが肝要である。

さらに、離脱した溶融塊の大きさを均一にするには、パ
ルスアーク電流波形として同一のパルス形状のものを第
３４図（ａ）、（ｂ）のように周期的に繰り返すことに
よって解決することができる。

ところで、アルゴンガスと２０％ＣＯ２ガスの混合ガス
の雰囲気中において、離脱できる溶融塊の大きさは、パ
ルスアーク電流のピーク値ＩＰに依存しており、その依
存性は第３５図の特性１６で示すとおりである。

第３５図の特性１６でわかるように、溶滴が離脱できる
溶滴長さｇは、パルスピーク電流値Ｉｐが３００Ａ弱か
ら急激に短くなり、４００Ａのときは０．３〜０．４ｍ
ｍ重度となる。つまり、ワイヤ電極と被溶接物の間隔（
アーク長）を０．４ｍ程度まで短く設定しても、ワイヤ
電極が被溶接物に接触して短絡せず、溶融塊をパルス電
流によって離脱させることができ、良好な溶接が行える
のである。

第３５図の１点鎖線２０は実験的に求めたものであり、
溶接ビードにアンダーカットが生じず良質の溶接ビード
が得られる最大アーク長を示したものである。したがっ
て、これから溶接中にスパッタが発生せず、しかもアン
ダーカットが生じないという良質の溶接ビードを得るに
は、パルスピーク電流値Ｉ、を少なくとも３００Ａ以上
に設定しなければならないことがわかる。

また、第３４図（ａ）、（ｂ）のようなパルス電流波形
で雰囲気ガスを１００％ＣＯ２ガスとした場合において
パルスピーク電流値Ｉｐが４５ＯＡのときは、ワイヤ電
極径に換算して１２寵相当の溶滴長さになるまで溶滴の
離脱が行えないこととなり、ＩＰが５０ＯＡではワイヤ
電極径に換算して８龍相当の溶滴長さになるまで溶滴の
離脱が行えない。そのため、パルスピーク電流値ＩＰが
５００Ａではアーク長を短くすることができず、溶接ビ
ードにアンダーカットが生じる。したかって、これらの
データから１００％Ｃ０２ガス雰囲気ではワイヤ電極の
先端に形成された溶滴を離脱させるときのパルスピーク
電流値１ｐ特性は第３５図の特性１７に示すようなもの
である。

次に、このパルスピーク電流値Ｎｐを５０ＯＡに設定し
た場合における溶滴の離脱する現象を観察すると、第３
６図の（ａ’）または（ｂ）のような現象がみられるこ
とがわかった。すなわち、同図（ａ）のようにベース電
流ＩＢが高く、パルス幅τを短くすれば、ワイヤ電極３
２先端の溶滴３６の形状はＰ　の状態からＰａｌの状態
になり、その後Ｐａ２の状態で示すように大塊となるま
で離脱できない。また、同図（ｂ）のようにベース電流
１Ｂを低（設定してパルス幅τを長くすれば、パルス電
流による電磁力Ｆが上向きに働き、ワイヤ電極３２先端
の溶滴３６の形状は、Ｐ　の状態からＰｂ□の状態のよ
うに溶滴３６が持ち上げられ、その後Ｐｂ２の状態のよ
うにパルス電流によりて溶滴３６を離脱することができ
るが、この離脱した溶融塊は高速回転を起こして被溶接
物側へ落下せずスパッタとして飛び散ったり、あるいは
Ｐｂ２′の状態のようにこの離脱した溶融塊が再びワイ
ヤ電極３２に付着してしまう。

以上の第３５図の特性１７および第２９図の（ａ）、（
ｂ）の現象から雰囲気ガスが１００％ＣＯ２ガスの場合
は、パルスピーク電流値Ｉｐが５００Ａ程度ではアーク
放電の拡がりが不十分であるため、被溶接物側へ移行す
る溶融塊を細粒化することができなかった。

また、第３５図の特性１７から１００％Ｃ０２ガスの場
合、離脱できる溶融塊の細粒化が図れ良質の溶接ビード
を得るには少なくともパルスピーク電流値Ｉ、が７０Ｏ
Ａ以上必要であると推定される。

さらに、第３７図、第３８図の各（ａ）図はパルス電流
波形を示すものであり、この波形の時々刻々（Ａ・・・
Ｈ点）の位置における溶滴移行と溶融池の現象を模式的
に示したものが各（ｂ）図である。この第３７図かられ
かるように、パルスによって溶融池が振動し、溶融池と
ワイヤ電極先端が接触し短絡することで（Ｇ点）、スパ
ッタが発生するケースがあった（Ｈ点）。

また、第３８図はパルスによる溶滴の移行が遅れ、ベー
ス期間（Ｄ点）で溶滴の移行が行われた場合、ベース期
間の電流が低いため溶滴の移行時（Ｅ点）にアークが切
れる例を示したものである。

［発明が解決しようとする課題］ 従来のパルスアーク溶接装置は以上のような機能ないし
性能を有しているので、１００％ＣＯ２ガスの雰囲気中
でパルスアーク溶接を行う場合、パルスピーク電流値１
ｐを小さく設定すれば、ワイヤ電極の先端に形成した溶
滴がパルスによって持ち上がり、溶滴が大塊となるまで
離脱できず、そのためワイヤ電極の先端に形成された大
塊となった溶融塊が被溶接物と短絡して、溶接中に溶接
作業層りに多くのスパッタが飛び散ったり、溶接ビード
欠陥であるアンダーカットが生じるなどの問題点があっ
た。また、パルスピーク電流値Ｉｐを高くすると、装置
の電源部の容積が大きくなったり、重量が重くなるなど
の問題点があり、それに伴うコストが急激に上がるなど
の問題点があった。

さらに、第３７図の例で示したように、溶融池がパルス
によって振動し、その振動によってワイヤ電極と溶融池
が短絡することでスパッタが発生するなどの問題点があ
った。

さらにまた、第３８図の例で示したように、溶滴の移行
時にアーク切れが発生するなどの問題点があった。

そこで、本発明の第１の目的は、ワイヤ電極の先端に形
成した溶滴の持上げ力を緩和するようにし、被溶接物へ
移行する溶融塊を細粒化して、溶滴の移行を規則的に行
うための電流波形を有するパルス溶接装置を提供するこ
とにある。

第２の目的は、パルスによる溶融池の振動に起因するワ
イヤ電極と溶融池の短絡を防止するための電流波形を有
するパルス溶接装置を提供することにある。

さらに、第３の目的は、上記第１及び第２の目的を同時
に達成することのできる電流波形を有するパルス溶接装
置を提供することにある。

さらにまた、第４の目的は、パルスによる溶滴移行時に
生じるアーク切れを防止するための電流波形を有するパ
ルス溶接装置を提供することにある。

［課題を解決するための手段］ 上記第１の目的を達成する第１発明に係るパルス溶接装
置は、１つのパルス電流波形を１種類以上のパルス幅を
有し、１種類以上のパルス間隔で配列してなる複数個の
パルス電流の集合群（パルス群）に分割し、このパルス
群を周期ごとに繰り返し、これに連続したベース電流を
重畳して放電電流波形を得ることとしたものである。

上記第２の目的を達成する第２発明に係るパルス溶接装
置は、１つのパルス電流波形を所定期間ＴＣ以下の時間
で２種類の第１．第２パルス電流（またはパルス電流群
）に分割し、分割した第１パルス電流の大きさを第２パ
ルス電流より小さくし、さらにこの第１パルス電流と第
２パルス電流を対にして周期ごとに繰り返し、これに連
続したベース電流を重畳して放電電流波形を得ることと
したものである。

上記第３の目的を達成する第３発明に係るパルス溶接装
置は、１つのパルス電流波形を１種類以上のパルス幅を
有し、１種類以上のパルス間隔で配列してなる複数個の
パルス電流の集合群（パルス群）に分割し、かつ、少な
くとも所定期間ＴＣ以上の時間でパルス群のピーク値を
時間とともに高くし、所定期間ＴＤまたは所定ピーク値
に達すると、上記パルス群を終了させ、このパルス群を
周期ごとに繰り返し、これに連続したベース電流を重畳
して放電電流波形を得ることとしたものである。

上記第４の目的を達成する第４発明に係るパルス溶接装
置は□、第１発明、第３発明のパルス群または第２発明
の第２パルス電流の終了後に第３パルス電流（またはパ
ルス電流群）を重畳させて放電電流波形を得ることとし
たものである。

［作　用］ 第１発明によるパルス溶接装置では、パルス電流波形を
複数個のパルス電流で構成し、このパルス電流群を周期
的に繰り返す放電電流波形としたので、従来の１つのパ
ルスが複数個のパルスに分割されたことになり、このパ
ルス電流波形の分割によってワイヤ電極におけるパルス
アーク放電の上向きの電磁力が断続となるため、ワイヤ
電極の先端に形成された溶滴を持ち上げる力を緩和する
作用をする。そのため、ワイヤ電極の先端に形成された
溶融塊は大塊となる以前に容易に離脱する。

第２発明によるパルス溶接装置では、第１２図のように
パルス電流波形を所定時間ＴＣ（実施例では７　ａｓ）
以下の間隔で２種類の第１．第２パルス電流に構成する
ことにより、第１パルス電流によって前のパルスによる
溶融池の溶融波動の振幅を抑える作用をしく第１２図Ｅ
−Ｆ）、溶滴移行を行う第２パルス電流での溶融池の振
動に伴うワイヤ電極と溶融池の短絡を防止できる作用を
する。

第３発明によるパルス溶接装置では、パルス電流波形を
複数個のパルス電流（パルス群）で構成し、このパルス
群を少なくとも所定時間ＴＣ以上の時間で構成し、この
ピーク電流値を徐々に増加させ所定期間ＴＤまたは所定
ピーク値に達すると、上記パルス群を終了させるように
構成し、このパルス群を周期的に繰り返す放電電流波形
としたので、パルス群の前半部で溶融池の溶融波動の振
幅を抑え、溶融池の振動に伴うワイヤ電極と溶融池の短
絡を防止する作用をする。また、このパルス群での電流
の増減に伴う電磁力が断続するため、ワイヤ電極の先端
に形成した溶滴を電磁力で持ち上げる力を緩和させる作
用をしている。さらに、パルス群のピーク値を徐々に増
加させるようにパルス群波形を形成したことで、パルス
ピーク値の低い時間では溶滴をワイヤ電極から切り離す
に十分な電磁力は働かず、パルスピーク値が高くなるに
つれてワイヤ電極から溶滴を切り離す電磁力が強くなり
、やがて溶滴が離脱し移行する。したがって、パルス群
波形の形状によって必ずパルス群の後半部で溶滴を移行
させ、溶接の規則性を増す作用をしている。

第４発明によるパルス溶接装置では、第１発明、第２発
明のパルス群または第２発明の第２パルス電流の終了後
に第３パルス電流を垂立させた構成としたので、溶滴移
行が遅れ、ベース期間に入った時に生じるアーク切れを
第３パルス電流で抑制させる作用をする。

［実施例］ 以下、本発明の実施例を図により説明する。

第１図は第１発明〜第４発明に共通の実施例を示す回路
構成図であり、図において、１０は第３３図のスイッチ
ング素子２と同等機能を有し、制御がより精密に行える
インバータ回路部、１１はパルス電流波形の整形とイン
バータ回路部１０を駆動するパルス電流波形制御回路で
ある。

パルス電流波形制御回路１１は、パルス波形整形器１１
１．パルス群周期ＣＢ設定器１］２．パルス群期間Ｘ設
定器１１３．ベースｆＩＳ流■８設定器１１４．パルス
ピーク値ＩＰ設定器１１５．パルス幅τ設定器１１６．
パルス周期ＣＡ設定器１１７の各回路から構成されてい
る。

７は高周波トランスで、８Ａ、８Ｂは高周波トランス７
からの波形を整流する高周波ダイオードである。なお、
第１図以下において第３３図と同一符号は同一または相
当部分を示す。

第２図は第１発明によるパルスアーク電流波形ｉの一実
施例とその波形で溶接した場合の溶滴移行の形態を示す
模式図である。図において、■。

はパルスピーク電流値、τはパルス幅、ＴＡはパルス電
流群Ｘ内のパルス間隔、ＣＡはパルス電流の繰り返し周
期、ＩＢはベース電流値、ＴＢはパルス電流群Ｘの繰り
返し間隔、ＣＢはパルス電流群Ｘの繰り返し周期である
。

第３図は第１発明によるパルスアーク電流波形を整形す
るためのパルス電流波形制御回路１１の回路構成を示す
ブロック図である。図において、２００は波形整形部、
２０１．２０３は無安定発振部、２０２はＲＳフリップ
フロップ、２０４は単安定発振部、２０５は積分回路部
、２０６は比較器、２０７はワイヤ電極送給指令部、２
０８はパルス群幅（またはパルス幅）設定器、２１０は
パルスピーク設定部、２１１はアンプ、３００は電流比
較器、３０１はインバータドライブ回路である。

次に、この実施例装置の動作について説明する。

まず、パルスピーク値Ｉｐ設定器１１５．パルス幅τ設
定器１１６．パルス周期ＣＡ設定器１１７からそれぞれ
パルスピーク値Ｉｐ信号、パルス幅τ信号、パルス周期
ＣＡ信号をパルス波形整形器１１１に送る。また、パル
ス群周期ＣＢ設定器１１２、パルス群個数Ｘ設定器１１
３からそれぞれパルス群周期ＣＢ信号とパルス群期間Ｘ
信号をパルス波形整形器１１１に送る。そうすると、パ
ルス波形整形器１１１は、パルスピーク値ＩＰ。

パルス幅τ、パルス周期ＣＡをもつパルス信号を上記の
パルス群周期ＣＢ信号とパルス群期間Ｘ信号により第２
図で示した間欠パルス群波形に整形する。さらに、ベー
ス電流Ｉｎ設定器１１４からのベース電流ＩＢ信号で上
記間欠パルス群波形に直流電流工８を重畳した波形（第
２図）に整形する。この整形されたパルス電流信号と電
流検出器６で検出した電流信号とをインバータ駆動回路
１１８に入力することにより第２図で示したパルスアー
ク電流波形ｉに応じたインバータ駆動信号がインバータ
駆動回路１１８からインバータ回路部１０へ伝達され、
インバータを駆動させる。

このインバータの駆動によって、整形された交流波形が
高周波トランス７に出力される。さらに、高周波トラン
ス７の出力信号を高周波ダイオード８Ａ、８Ｂで直流波
形に整流することにより、第２図で示したパルスアーク
電流波形ｉを溶接部つまりアーク負荷部３に供給してい
る。

アーク負荷部３では、パルスアーク電流波形ｉの供給と
同時にワイヤ電極３２がモータ（図示せず）によって連
続送給されている。したがって、パルスアーク電流波形
ｉによって、ワイヤ電極３２と被溶接物３４間にパルス
アーク放電３３を生成し、被溶接物３４とワイヤ電極３
２の先端部をパルスアーク放電３３で溶融する。このワ
イヤ電極３２の溶融した部分を被溶接物３４の溶融部に
連続的に落下させることにより溶接が行われるのである
。そのため当然にワイヤ電極３２が連続して消耗してい
く。その消耗量を補うため上記モータでワイヤ電極３２
を溶接トーチ３１へ連続送給している。

次に、上記パルスアーク電流波形ｉの高周波特性につい
て説明する。

第３４図で示した１つのパルス電流分を第２図のように
複数個のパルス電流に分割したパルス電流群Ｘで構成す
ると、パルスアーク放電が高周波特性を示すようになり
、ワイヤ電極の先端部に形成された溶滴の離脱が容易に
行えるようになる。

具体的には、第３５図で示した溶滴の離脱できる溶滴長
さｇ１換言すると、小さな溶滴径でも溶滴を離脱させる
ことができる。つまり、パルスピーク電流値Ｉ、をそれ
程高くしなくても、第４図に示す斜線領域１８．１９に
おいて溶滴の離脱が行え、良好な溶接が得られる。

第、２図を参照しながら、さらに詳しく説明すると、１
つのパルス電流のパルス幅τが短くなることと、パルス
電流群Ｘでのパルス電流が間欠となることにより、−旦
パルス電流によって生じる電磁力の印加時間が間欠とな
る。そうすると、ワイヤ電極３２の先端部に形成された
溶滴３６に及ぼす力は、パルス電流が通電しているとき
はパルスピーク電流値！、による電磁力Ｆが主流を占め
、パルス電流の通電が休止すれば、パルス電流の通電時
による電磁力に対する反作用や溶滴の重力などによる力
がピンチ力Ｐとなって溶滴３６に働く。

そのため、ワイヤ電極３２の先端に形成された溶滴３６
はパルス電流群Ｘのパルス周波数によって振動すること
になる。この溶滴３６の振動によって、従来のものでは
側底ワイヤ電極と溶滴の境界部での「くびれ」が生じに
くかったパルスピーク電流値！、の領域においても、早
＜「＜びれ」Ｂを生じさせることが可能となり、溶滴３
６の離脱が容易となる。したがって、従来の場合、離脱
される溶滴の細粒化が側底行えなかった条件のもとでも
、溶滴の細粒化を図り得る。

溶接加工では、このようにパルス電流群Ｘによって離脱
する溶滴を細粒化するとともに、規則正しく被溶接物側
へ移行させることが均質な溶接ビードを得る結果となる
ため、パルス間隔ＴＡおよびパルス幅τを設定した複数
個のパルス電流で構成したパルス電流群Ｘを一定の周期
ＣＢ毎に繰り返すことが必要である。

さらに、溶接できる範囲は、平均溶接電流やワイヤ電極
の送給速度とパルス電流群Ｘの繰り返し周期ＣＢとを対
応させることで拡大が図れる。

なお、参考写真は１００％ＣＯ２ガス雰囲気中での従来
のパルスアーク溶接装置による溶接ビードの表面状態及
び断面形状と、第１発明の場合の溶接ビードの表面状態
及び断面形状とを比較して示したものである。この写真
からも明らかなように、第１発明の場合には、従来例に
比べてビード表面に全くスパッタの付着が見られず、溶
は込み形状や溶は込み深さの変動が少なく、良好な溶接
ビードが得られることがわかる。

次に、第３図に示したパルスアーク電流波形の制御回路
の動作について第５図の（ａ）〜（ｈ）で示すタイムチ
ャートを参照して説明する。

最初に、スタート信号２Ａ（第５図の（ａ）参照）によ
り、無安定発振部（無安定フリップフロップ）２０１が
動作し、その出力信号２Ｂはボリューム抵抗１１２で発
振周期ＣＢが設定され、周期Ｃｓ毎にパルス信号（第５
図の（ｂ）参照）をＲＳフリップフロップ２０２に出力
している。また、ボリューム抵抗１１２は連動ボリュー
ムであり、ボリューム抵抗１１２によってワイヤ電極送
給指令部２０７を介してワイヤ電極の送給速度指令を行
っている。つまり、ボリューム抵抗１１２はワイヤ電極
送給速度Ｖ　と発振周期ＣＢとを対応させて可変にして
いる。

ＲＳフリップフロップ２０２では、パルス信号２Ｂで出
力信号２Ｃ（第５図の（ｃ）参照）がＨ状態にセットさ
れ、パルス信号２Ｈ（第５図の（ｆ）参照）で出力信号
２ＣがＬ状態にリセットされる。無安定発振部（無安定
フリップフロップ）２０３では出力信号２Ｃを受け、信
号２ＣがＨ状態の期間でパルス周期ＣＡ設定器１１７で
設定した発振周期ＣＡ毎にパルス出力信号２Ｄ（第５図
の（ｄ）参照）を単安定発振部（単安定フリップフロッ
プ）２０４に出力している。単安定発振部２０４では、
出力信号２Ｄの周期ＣＡ毎のパルス出力信号のパルス幅
τをボリューム抵抗１１６で設定し、出力信号２Ｅ（第
５図の（ｅ）参照）を出力している。そして、この出力
信号２Ｅはアンプ２１１に入力するとともに、積分回路
部２０５にも入力される。積分回路部２０５では出力信
号２Ｅを時間で積分した信号２Ｆを比較器２０６に出力
し、比較器２０６では積分された信号２Ｆとパルス群幅
設定器２０８からの信号２Ｇとを比較し、信号２Ｆの値
が信号２Ｇより大になれば出力信号がＨ状態になり、そ
れと同時に積分された信号２Ｆはリセットされるように
なっており（第５図の（ｇ）参照）、その結果、比較器
２０６の出力信号２ＨはＲＳフリップフロップ２０２の
リセット入力に入力されている。

また、単安定発振部２０４の出力信号はベース電流設定
器１１４の信号■８とともにアンプ２１１に入力され、
入力信号２ＥとＩｎが合成されかつ増幅された信号ｉ　
　（第５図の（ｈ）参照）を出力している。そして、ア
ンプ率つまりパルスピーク値■、の設定はボリューム抵
抗１１５で調整され、出力信号ｉ　と電流検出器６で実
際に流れているアーク電流ｉとを比較器３００で比較し
、アーク電流ｉが出力信号ｉ　に漸近するようにした信
号を第１図の高周波インバータ回路部１０にインバータ
ドライブ回路３０１から与えている。

なお、上記第１発明の実施例では、放電電流波形をパル
スピーク電流値Ｉ　、パルス間隔Ｔ　Ａ　。

ベース電流ｌＢを一定値にした矩形波状のパルス電流を
複数個で構成したパルス電流群Ｘとしたちのについて説
明したが、第２０図から第２７図までに示すように放電
電流波形をパルス電流群Ｘ内で高周波パルス化すること
によって変形することも可能であり、上記実施例と同様
の効果を奏する。

すなわち、第２０図はパルス電流群Ｘ内のパルス間隔を
Ｔ　　、Ｔ　　、Ｔ　　と順次短くなるようにバＡ１　
　　Ａ２　　　Ａ３ ルス毎に変化させた場合であり、第２１図はバルス幅を
τ　、τ　、τ　、τ　とパルス毎に大き１　　ｌ　　
３　４ くなるように変化させた場合である。

第２２図はパルス電流群Ｘ内の第１のベース電流Ｉ　を
パルス電流群Ｘの繰り返し間隔ＴＢにおりｌ ける第２のベース電流ＩＢ２よりも高くかつ一定に設定
した場合であり、第２３図は上記第１のベース電流Ｉ　
を第２のベース電流■８゜よりも高い範ｌ 囲で順次！　　　、Ｉ　　　、Ｉ　　　と段階的に低く
Ｂｌｌ　　　Ｂ１２　　　Ｂ１３ なるように変化させた場合である。

また、第２４図は上記第２のベース電流ＩＢ２を時間比
例的に増加させた場合である。

第２５図〜第２７図は上記第２のベース電流１Ｂ２にパ
ルス電流群Ｘにおけるパルス電流と同等以下のパルス幅
あるいはパルスピーク電流値を有するパルス電流を重畳
させた場合である。

以上の放電電流波形の各変形例においてもワイヤ電極の
先端に形成される溶滴の離脱を容品ならしめるものであ
る。

次に、第２発明の回路構成例を第６図及び第８図に示す
。

第６図は２種類のパルス波形で構成したパルスアーク溶
接装置の制御回路を示しており、第７図はその２種類の
パルス波形を得るための主要なパルス信号のタイムチャ
ートを示している。また、第８図は上記第１発明の機能
を兼ね備えた２種類のパルス波形で構成したパルスアー
ク溶接装置の制御回路を示しており、第９図はその２種
類のパルス波形を示した図である。

なお、第６図、第８図の回路は第３図の波形整形部２０
０に相当し、インバータ駆動回路１１８゜パルスピーク
設定部２１０は第３図と同一構成であるので図示されて
いない。また、第６図、第８図において、１１１Ａは第
１パルスまたは第１パルス群Ｘの波形設定器、１１１Ｂ
は第２パルスまたは第２、パルス群Ｙの波形設定器であ
る。２１２は第２パルスまたは第２パルス群発生時刻を
生じさせる遅延回路、２１３は第２パルスまたは第２パ
ルス群発生時刻を設定するボリューム抵抗である。その
他の構成要素は第３図と同一であり、１１１Ａ側には添
字ａを、１１１Ｂ側には添字すを付して説明は省略する
。

この制御回路の動作を説明する。第６図、第８図におい
て、無安定発振部２０１からの出力信号２Ｂはボリュー
ム抵抗１１２で発振周期ＣＢが設定され、周期ＣＢ毎に
パルス信号を出力している。

この周期ＣＢ毎のパルス信号は、第１パルスまたは第１
パルス群Ｘの波形設定器１１１Ａに入力される信号２Ｂ
と、そのパルス信号を遅延回路２１２でＣＢＳ期間遅延
させ、第２パルスまたは第２パルス群Ｙの波形設定器１
１１Ｂに入力される信号２Ｂｓに分けられる。

この遅延回路２１２は、第１０図に示すように、ＲＳフ
リップフロップ２１２−Ａ、所定抵抗２１’２−Ｂ、　
　ダイオード２１２−Ｄｌ、２１２−Ｄ２゜コンデンサ
２１２−Ｃ１，２１２−Ｃ２，バッファ２１２−Ｅｌ、
２１２−Ｅ２．ＯＲ回路素子２１２−Ｆから構成されて
おり、第２パルスまたは第２パルス群Ｙを発生させる時
刻はボリューム抵抗２１３によって調整できるが、第１
１図のように信号２Ｂに対する信号２Ｂ−１の遅延時間
ＣＢ８を所定時間ＴＣ（この実施例では７　ＩＷｓ）を
越える値に設定した場合でも、その遅延時間ＣＢ８はＯ
Ｒ回路素子２１２−Ｆにより出力信号２Ｂｓは所定時間
ＴＣになるようになっている。遅延時間ＣＢ８が所定時
間Ｔ　以内であればその遅延時間ＣＢ８で出力信号２Ｂ
ｓを発生することはいうまでもない。

そして、第１パルスまたは第１パルス群Ｘの波形設定回
器１１１Ａの出力信号２Ｅａと、第２パルスまたは第２
パルス群Ｙの波形設定器１１１Ｂの出力信号２Ｅｂとを
合成することにより、第７図の（ｈ）または第９図の（
ｈ）に示すような２種類のパルスピーク値の異なる組合
せ波形を得ている。すなわち、この組合せ波形は、第１
パルスまたは第１パルス群Ｘの波形が第２パルスまたは
第２パルス群Ｙの波形より小さいパルスピーク値・を有
し、第１パルスまたは第１パルス群Ｘと第２パルスまた
は第２パルス群Ｙとを対にして一定の周期ＣＢで繰り返
し、これにベース電流ＩＢを重畳して形成したものであ
る。

第１２図はこのように組合された波形、−例として第７
図の（ｈ）に示す組合せ波形を用いてパルスアーク溶接
を行ったときの溶滴移行の形態を模式的に示したもので
あり、第３７図、第３８図に対応するものである。

第１２図かられかるように、第１パルスまたは第１パル
ス群Ｘは第２パルスまたは第２パルス群Ｙより小さいパ
ルスピーク値を有するので、この第１パルスまたは第１
パルス群Ｘによって第２パルスまたは第２パルス群Ｙに
よる溶融池の溶融波動の振幅を抑制する（第１２図Ｅ−
Ｆ参照）。このため、Ｇ点でワイヤ電極３２の先端に形
成された溶滴３６が溶融池と接触し短絡するのを防止し
、溶滴の移行を円滑に行っている（Ｈ点）。

次に、第３発明の回路構成例を第１３図に示す。

第１３図は第２発明の場合と同様に第３図の波形整形部
２００に相当する制御回路を示したものであり、図にお
いて、２１４はパルス群のピーク値の波形を設定するパ
ルス群波形設定器、２１５はアナログスイッチ、２１６
はパルス群発生期間設定器である。その他の構成要素は
第３図と同一でまた、第１４図はこの制御回路における
主要な信号の波形図である。

この制御回路の動作を説明する。第１３図において、信
号２Ａ、２Ｂ、２Ｄ、２Ｅ、２Ｆ、２Ｇ。

２Ｈの波形動作は第３図と同様であるので、省略する。

パルス群波形設定器２１４は入力信号がＨ状態である期
間、第１４図の（ｖ）で示すように任意の波形を出力す
ることができるものである。パルス群波形設定器２１４
は、信号２ＣがＨレベルのときＶ波形をアナログスイッ
チ２１５に出力する。

所定パルス群時間（所定期間Ｔ　ｏ　）を設定している
信号２Ｃをパルス群発生期間設定器２１６に入力し、こ
のパルス群発生期間設定器２１６は、第１５図のように
ＲＳフリップフロップ２１６−Ａ。

所定回路抵抗２１６−Ｂ、ダイオード２１６−Ｄ。

コンデンサ２１６−Ｃ，バッファ２１６−Ｅ、ＯＲ回路
素子２１６−Ｆで構成することにより、第１６図のよう
に信号２Ｃの所定期間ＴＤが信号２Ｃ−１，２Ｃ−２の
所定期間ＴＣより大きいときは、パルス群発生期間設定
器２１６の出力信号２Ｃｓは所定期間ＴＤの時間Ｈレベ
ルを出力し、所定期間Ｔ　が所定期間ＴＣより小さいと
きは、パホス群発生期間設定器２１６の出力信号２Ｃｓ
は所定期間ＴＣの時間Ｈレベルを出力している。

このパルス群発生期間設定器２１６の出力信号２Ｃｓは
パルス群波形設定器２１４に入力されている。パルス群
波形設定器２１４はパルス群発生期間設定器２１６の出
力信号２ＣｓがＨレベルの期間Ｖ波形をアナログスイッ
チ２１５に出力している。

アナログスイッチ２１５では、ゲートに信号２Ｅ（第１
４図の（ｅ）参照）が入力されており、ゲートがＨレベ
ルのときＶ波形を出力し、アナログスイッチ２１５から
出力するＷ波形にベース電流設定部１１４からのＩｎが
垂立され、第１４図の（ｈ）に示すようなパルスピーク
値を所定期間ＴＣ以上の時間で時間とともに高くしたｈ
波形を得ている。

したがって、このようなｈ波形を用いて溶接すれば、前
述のように溶滴の細粒化が図られワイヤ電極からの溶滴
の離脱を第１発明よりもさらに容易にするとともに、溶
融池の振動に伴うワイヤ電極と溶融池の短絡を防止し得
るのである。

次に、第４発明の回路構成例を第１７及び第１９図に示
す。第１７図は第８図の制御回路に第３パルス群発生器
２１７を付加したものである。第１８図は３種類のパル
ス群ｘ、ｙ、ｚの波形図である。また、第１９図は第１
３図の制御回路に第３パルス群発生器２１７を付加した
ものである。

この制御回路の動作について第１７図、第１９図に従っ
て説明する。

第１７図、第１９図においては、第２パルスまたは第２
パルス群Ｙの終了時である比較器２０６ｂの出力信号２
Ｈｂを第３パルス群発生器２１７のトリガー信号として
構成し、第３パルス群発生器２１７で一定期間第３パル
ス群２を出力している。したがって、この第３パルス群
２によって第３８図で示したように溶滴移行が遅れ電流
値の低いベース期間に入った時でもアーク切れを生じる
ことはない。

なお、第２８図〜第３２図は第３パルスまたは第３パル
ス群Ｚのその他の波形例を示すものであり、これらの制
御回路については省略する。

［発明の効果］ 以上説明したように、この第１発明によれば、パルス放
電装置の放電電流波形を１種類以上のパルス幅を有し、
１種類以上のパルス間隔で配列してなる複数個のパルス
電流の集合群（パルス群）に分割し、このパルス群を周
期ごとに繰り返し、これに連続したベースを重畳したも
のとしたので、パルスアーク放電の高周波化が図られる
ことにより、溶滴の持ち上がりがなくなり、その結果被
溶接物へ移行する溶融塊を細粒化でき、溶滴の移行をパ
ルス群ごとに規則的に行うことができる。さらに、溶接
加工の品質の向上や装置のコンパクト化が実現され、制
御性を向上させる効果がある。

次に第２発明によれば、パルス放電装置の放電電流波形
を２　ＦＪ類のパルス電流（またはパルス群）に分割し
、分割した第１パルス電流の大きさを第２パルス電流よ
り小さくし、第１パルス電流と第２パルス電流を対にし
て周期ごとに繰り返し、これに連続したベースを重畳し
たものとしたので、パルスによる溶融池の振動に起因す
るワイヤ電極と溶融池の短絡を第１パルス電流によって
防止することができ、スパッタの発生を著しく低減する
ことができるという効果がある。

また、第３発明によれば、パルス放電装置の放電電流波
形を１種類以上のパルス幅を有し、１種類以上のパルス
間隔で配列してなる複数個のパルス電流の集合群（パル
ス群）に分割し、かつこのパルス群のピーク値を時間と
ともに高くし、このパルス群を周期ごとに繰り返し、こ
れに連続したベースを重畳したものとしたので、第１発
明の奏する溶融塊の細粒化の効果と同時に、溶滴の移行
を第１発明よりもさらに規則的に行うことができる効果
が得られ、しかも、第２発明の奏するワイヤ電極と溶融
池の短絡防止の効果を併有する。

さらに、第３発明によれば、パルス放電装置の放電電流
波形を第１発明、第３発明のパルス群または第２発明の
パルス電流（またはパルス群）の終了後に第３パルス電
流（またはパルス群）を重畳させたものとしたので、こ
の第３パルス電流によって溶滴移行が遅れベース期間に
おいて発生するアーク切れを防止できる効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は第１発明〜第４発明に共通の実施例によるパル
スアーク溶接装置の回路構成図、第２図は第１発明のパ
ルスアーク溶接装置におけるパルスアーク放電電流波形
と溶滴移行の模式図、第３図は第１発明におけるパルス
電流波形制御回路のブロック構成図、第４図は第１発明
のパルスアーク放電によって溶滴が離脱できる溶滴長さ
のパルスピーク領域図、第５図は第３図の各種信号のタ
イムチャート、第６図及び第８図は第２発明におけるパ
ルス電流波形制御回路のブロック構成図、第７図は第６
図の主要な信号のタイムチャート、第９図は第８図の制
御回路により得られる放電電流波形図、第１０図は第６
図及び第８図の遅延回路の構成図、第１１図は第１０図
の各種信号のタイムチャート、第１２図は第６図の制御
回路により得られる放電電流波形図とその波形を用いて
溶接したときの溶融池の現象を示す模式図、第１３図は
第３発明におけるパルス電流波形制御回路のブロック構
成図、第１４図は第１３図の主要な信号の波形図、第１
５図は第１３図の遅延回路の構成図、第１６図は第１５
図の各種信号のタイムチャート、第１７図及び第１９図
は第４発明におけるパルス電流波形制御回路のブロック
構成図、第１８図は第１７図の制御回路により得られる
放電電流波形図、第２０図〜第２７図は第１発明におけ
る他の放電電流波形例を示す図、第２８図〜第３２図は
第４発明における他の放電電流波形例を示す図、第３３
図は従来のパルスアーク溶接装置の回路構成図、第３４
図（ａ）、（ｂ）は第３３図のパルスアーク溶接装置に
おけるパルスアーク放電電流波形図、第３５図は従来の
パルスアーク放電によって溶滴が離脱できる溶滴長さの
パルスピーク特性図、第３６図（ａ）、（ｂ）は従来の
パルスアーク放電電流波形と溶滴移行の模式図、第３７
図（ａ）、（ｂ）は従来のパルスアーク放電電流波形と
溶融池の振動により短絡状態が発生しスパッタが発生す
る現象を示した模式図、第３８図（ａ）、（ｂ）は従来
のパルスアーク放電電流波形と溶滴移行時のアーク切れ
現象を示した模式図である。 １・・・直流電源 ２・・・スイッチング素子 ３・・・アーク負荷 ４・・・アーク維持電源 ５・・・制御回路 ６・・・電流検出器 ７・・・高周波トランス ８Ａ、８Ｂ・・・高周波ダイオード １０・・・インバータ回路部 １１・・・パルス電流波形制御回路 ３１・・・溶接トーチ ３２・・・ワイヤ電極 ３３・・・アーク放電 ３４・・・被溶接物 １１１・・・パルス波形整形器 １１１Ａ・・・第１パルスまたは第１パルス群波形設定
器 １１１Ｂ・・・第２パルスまたは第２パルス群波形設定
器 １１２・・・パルス群周期ＣＢ設定器 １１３・・・パルス群期間Ｘ設定器 １１４・・・ベース電流ＩＢ設定器 １１５・・・パルスピーク値１ｐ設定器１１６・・・パ
ルス幅τ設定器 １１７・・・パルス周期Ｃへ設定器 １１８・・・インバータ駆動回路 ２００・・・波形整形部 ２０１・・・無安定発振部 ２０２・・・ＲＳフリップフロップ ２０３・・・無安定発振部 ２０４・・・単安定発振部 ２０５・・・積分回路部 ２０６・・・比較器 ２０７・・・ワイヤ電極送給指令部 ２０８・・・バルスグン幅またはパルス幅設定器２１０
・・・パルスピーク設定部 ２１１・・・アンプ ２１２・・・遅延回路 ２１３・・・ボリューム抵抗 ２１４・・・パルス群波形設定器 ２１５・・・アナログスッチ ２１６・・・パルス群発生期間設定器 ２１７・・・第３パルス群発生器 ３００・・・電流比較器 ３０１・・・インバータドライブ回路 ｉ・・・パルスピーク放電電流波形 Ｉｐ・・・パルスピーク電流値 τ・・・パルス幅 Ｘ・・・第１パルスまたは第１パルス電流群Ｙ・・・第
２パルスまたは第２パルス電流群Ｚ・・・第３パルスま
たは第３パルス電流群ＴＡ・・・パルス電流群内のパル
ス間隔ＣＡ・・・パルス電流の繰り返し間隔 ■８・・・ベース電流 ＴＢ・・・パルス電流群の繰り返し間隔ＣＢ・・・パル
ス電流群の繰り返し間隔なお、図中、同一符号は同一ま
たは相当部分を示す。 代理人　弁理士　　佐々木　宗　治 第４図 パルスピータ電流値ＩＰ［Ａ１ 第５図 ＸＹ 第１２図 ■ 第１５図 第１６図 イＸ号　　　Ｐｆ＋定期間ＴＱ）所定期間ＴＣ　　所定
期間Ｔ口く所定期間下Ｃ２Ｃ５’　　　　。 ←　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　参に第２４図 第２５図 第２６図 第２７図 □時間↑ 第３４図 第３６図 ＯＡ　　　電流波形　　　７ｔ 第３８図

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. （１）１種類以上のパルス幅とパルスピーク値をもつ複
   数個のパルス電流を１種類以上のパルス間隔で配列して
   なるパルス電流群と、前記パルス電流群を周期的に繰り
   返し、これに連続したベース電流を重畳して形成した放
   電電流波形を有することを特徴とするパルス溶接装置。
2. （２）２種類の形状をもつ第１及び第２パルス電流もし
   くは２種類の形状をもつ請求項１に記載の第１及び第２
   パルス電流群を有し、前記第１パルス電流または第１パ
   ルス電流群の形状を前記第２パルス電流または第２パル
   ス電流群の形状よりも小さく設定し、前記第２パルス電
   流または第２パルス電流群を前記第１パルス電流または
   第１パルス電流群の発生時より所定値Ｔ＿Ｃ以下の時間
   遅延させた後に発生させ、前記第１パルス電流または第
   １パルス電流群と前記第２パルス電流または第２パルス
   電流群を対にして周期的に繰り返し、これに連続したベ
   ース電流を重畳して形成した放電電流波形を有すること
   を特徴とするパルス溶接装置。
3. （３）請求項１に記載のパルス電流群を少なくとも所定
   期間Ｔ＿Ｃ以上の時間でピーク値を時間とともに高くし
   、所定期間Ｔ＿Ｄまたは所定ピーク値に達すると前記パ
   ルス電流群を終了させ、前記パルス電流群を周期的に繰
   り返し、これに連続したベース電流を重畳して形成した
   放電電流波形を有することを特徴とするパルス溶接装置
   。
4. （４）請求項１、２または３に記載のパルス電流群また
   はパルス電流の終了後に第３パルス電流または第３パル
   ス電流群を重畳して形成した放電電流波形を有すること
   を特徴とするパルス溶接装置。