JPH0127825B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は、消耗電極式短絡移行アーク溶接に用
いる電源装置に関する。

従来の技術 消耗電極式短絡移行アーク溶接の過程を第１図
ａ，ｂ，ｃを用いて説明する。第１図において、
ａは溶滴移行過程、ｂは電圧波形、ｃは電流波形
を示しており、各過程１〜５に相当する電圧、電
流波形を１′〜５′，１″〜５″で示している。１は
アーク発生中、２は溶滴が母材表面に接触した短
絡初期、３は短絡が確実になつている短絡中期、
４は溶滴にくびれが生じた短絡後期、５は短絡が
破れアーク再発生が始まる瞬間を示し、１〜５の
過程が繰り返し行なわれる。この過程において、
スパツタは、短絡が破れアークが再発生する瞬間
に発生することが明らかになつており、また、ス
パツタはアーク再生時の電流が高いと発生量が多
くなることも明らかになつている。この原因に着
目して、アーク再生時に電流を下げることが試み
られているがまだ実用化には至つていない。

Welding Research International、Vol4 No.
２、1974（参考文献(1)と称す）には、大電流通電
期間を溶接アークの短絡期間の中央期間に限定さ
せ、大電流期間中消耗電極ワイヤと母材間の電圧
を検出し、溶滴がくびれた時の電圧を設定してお
き、検出電圧が設定電圧と等しくなつた時に大電
圧期間を終了させるようにプログラム制御して、
スパツタ発生を抑制する技術が開示されている。

発明が解決すべき課題 しかしながら、該参考文献(1)にも記憶されてい
るように、実用に当たつては、トーチと母材間の
距離の変動（エクステンシヨン変動）によつてエ
クステンシヨン中の電圧降下が変わるため、溶滴
のくびれた時の電圧設定値に誤差を生じる。この
ため大電流期間を終了させる時期に誤差を生じ、
大電流期間中にアーク再発生が起こりスパツタを
発生する。また、溶滴のくびれた時の電圧設定が
むずかしいなどの欠点がある。更に、参考文献(1)
には記載されていないが、溶接ケーブル中の電圧
降下、接地部分の電圧降下、コンタクトチツプと
電極ワイヤの接触部の電圧降下なども誤差要因と
して存在する。

スパツタを安定して減少させるためには、大電
流期間の終了期間を、様々の条件下でも正確に定
めることが必要であるが、従来のように、サイリ
スタの点弧角を予め設定した値にしたがつて制御
することにより出力電圧を制御するような溶接用
電源ではこれを達成できないため、実用化がなさ
れていない。

もう一つの実用化の問題点は短絡期間は１ｍ
secないし５ｍsecであり非常に短時間の現象であ
り、この現象を制御するためには、電源として
100μs以上の応答性が必要とされる。電源全体の
応答性の評価はむずかしいが、少なくとも100μs
に１度以上のフイードバツクを行なう必要があ
る。これに対して上述のような３相交流50（60）
Hzをサイリスタで電圧または電流コントロールす
る従来の電源装置ではフイードバツクは、2.7〜
3.3ｍsecに１度であり、応答が遅く使用に耐えな
い。

本発明は上記欠点を除去し、消耗電極式短絡移
行アーク溶接において様々の条件下でも正確に大
電流期間の終了時期を定めることができ、かつ短
絡期間の現象を制御できるだけの応答速度をもつ
た装置により、スパツタを減少させることのでき
る溶接用電源装置を提供することを目的とするも
のである。

実施例 以下にこの発明の一実施例を図面とともに説明
する。

第２図および第３図を用いて、本発明の原理を
説明する。第２図において、６は所定の電圧を出
力する直流電源、７は電流検出器、８は電圧検出
器である。電源６の一端子から給電ケーブル９を
通してコンタクトチツプ１０に通電される。溶接
ワイヤ１１はコンタクトチツプ１０を通して母材
１３に向けて送給され、溶接ワイヤ１１と母材１
３間にアーク１２が生じているが短絡時にはアー
クは消失している。一方、電源６の他端子はアー
スケーブル１４を用いて母材１３に接続されてい
る。

短絡時において電流がＩ（アンペア）、電圧がＶ
（ボルト）、給電ケーブル９の抵抗がR₁、コンタ
クトチツプ１０と溶接ワイヤ１１との接触抵抗を
R₂、ワイヤエクステンシヨン中の抵抗をR₃、ワ
イヤ先端の溶融部分の抵抗をRA、母材とアース
端子部の接触抵抗をR₄、アースケーブル１４の
抵抗R₅とすると下式(1)が成立する。

Ｖ＝Ｉ（R_A＋R₁＋R₂＋R₃＋R₄＋R₅） ………(1) 定数R₁〜R₅については、溶接場所の変化、給
電ケーブル長の変化、給電ケーブルの温度変化、
アース端子の取付方法の変化などにより変わり、
溶接中にはエクステンシヨンの変動があり、この
ことにより特にワイヤエクステンシヨンの抵抗
R₃が変わる。但し、マクロ的に見れば、溶接し
ている中（多数の短絡期間が生ずる）でのただ１
回の短絡期間では、短絡期間が１mmsecないし５
mmsecであるので、この期間中でのエクステンシ
ヨンの変動は無いのと等しく、抵抗R₃も略一定
と考えても良い。

いまここでR_B＝R₁＋R₂＋R₃＋R₄＋R₅とおくと
(1)式は Ｖ＝Ｉ（R_A＋R_B）＝V_A＋V_B ………(2) ここで、V_Aはワイヤ先端溶融部で降下する電
圧、V_Bは先に述べた給電ケーブル９やワイヤエ
クステンシヨン中で降下する電圧である。電圧検
出器８が検出する電圧Ｖは以下のことからV_Aと
V_Bが加算されたものである。

第３図において、時点t₁は第１図の３に示した
短絡が確実になつている短絡中期に相当し、時点
t₂は第１図の４に示した溶滴にくびれが生じた短
絡後期に相当し、時点t₄は第１図の５に示したア
ーク再発生時に相当する。

従来技術の欠点を再度、第３図を用いて説明す
ると、ある条件下の場合（実線で示す）、電圧検
出器８で検出した値がV_Mに等しくなつた時に大
電流期を終了するように電源を駆動すると電流の
減少はわずかに遅れるが時点t₄前に電流が減少し
てスパツタは生じない。しかし、前述のR_Bが何
らかの要因で小さい場合には、V_Bが小さくなり、
Ｖ＝V_A＋V_Bは破線で示すように実線の場合より
電圧Ｖが小さくなる。例えば、R_Bが変動した場
合に、ワイヤ先端のくびれが発生したかを検知す
る設定電圧V_Mは、従来技術では、略一定か、あ
る溶接条件下の特定設定電圧値である。このため
V_Mになる時点は、アーク再生するt₄の時点の直
前である時点t₃であるため、大電流期を終了とす
るように電源を駆動しても電流の減少わずかな遅
れが原因して時点t₄ではまだ大電流が流れてお
り、スパツタが生じる。t₂の時点で大電流期の終
了を電源に指示するためには、電圧がV_Mになつ
た時ではなくV′_Mになつた時とする必要がある。
ところが、ワイヤのエクステンシヨンなどは１秒
後には変化しているので実質上、V_MからV′_Mに検
出レベルを変化させることはできない。

即ちある短絡期間でのV_Mにて、大電流期をう
まく終了でき、スパツタの発生を妨げても、溶接
を実行している中で、１秒後もしくはその後の短
絡期間にてワイヤのエクステンシヨンなどが変化
することは当然であり、かつその時の変動量を設
定することは、不可であるから、従来技術では、
設定電圧V_Mは略一定がある溶接条件下の特定設
定電圧であるために、V_MからV′_Mに検出レベルを
変化させることは不可能である。

溶接中の各短絡期間で発生するワイヤのエクス
テンシヨンの変動がミクロ的にみると１個の短絡
期間内でも変動していることに着目し、従来技術
での大電流通電期間（短絡期間）の中央期間の消
耗電極ワイヤと母材との電圧を検出して短絡期間
を確実に検知できるに留どまらず、本発明では、
第１図の３の状態での１個の短絡期間のワイヤの
エクステンシヨンの抵抗分を検出している。

この検出値より、ワイヤ先端のくびれの抵抗分
を検出して、その抵抗変化分をとりだし、この変
化分とこの変化分に対応して、設定値とを比較し
て、大電流期間の終了時点を制御している。

従つて、従来技術のワイヤ先端のくびれ発生時
の電圧を設定しておくことにより、溶接中のワイ
ヤエクステンシヨンの変動に対して、アーク現象
を確実に把握でき、確実な制御ができる。

本発明は、R_Bの変動によるV_Bの変動を取り除
き、ワイヤ先端のくびれの抵抗変化分だけを取り
出せるようにしたものである。第３図において短
絡期間中の最低電圧を示す時点t₁の電圧V_L、くび
れが発生する時点t₂の電圧をV_Mとすると、 V_L＝V_AL＋V_BL＝Ｉ（R_AL＋R_BL） ………(3) V_M＝V_AM＋V_BM＝Ｉ（R_AM＋R_BM） ………(4) と表現でき、ΔV＝V_M−V_Lとすると ΔV＝V_M＝V_L＝Ｉ（R_AM−R_AL）＋（R_BM−R_BL）
………(5) である。R_BMとR_BLは給電ケーブルやワイヤエク
ステンシヨンに左右される抵抗であるが、t₁時点
の抵抗R_BLとt₂時点の抵抗R_BMは、t₁とt₂の間隔Δt
＝t₂−t₁が非常に短い。すなわち、短絡期間が１
ｍsec〜５ｍsecであるので0.5ｍsec〜2.5ｍsec程
度であり、（少なくとも５ｍsecを越えることはな
い）この短時間のうちにR_Bは変化することはな
く、１回の短絡期間中にはR_B＝Constであり、従
つてR_BL＝R_BMとすることができるので(5)式は、 ΔV＝V_M−V_L＝Ｉ（R_AM−R_AL）＝V_AM−V_AL
………(6) となる。(6)式は、t₁時点すなわち第１図の３のワ
イヤ溶融端の電圧降下とt₂時点すなわち第１図の
４のワイヤ溶融端にくびれが生じた時の電圧降下
の差がΔVであり、このΔVは電圧検出器により
検出されたV_MとV_Lの差であることを意味してい
る。従つて、短絡期間中のV_Lを記憶しておき、
その後の電圧V_Mとの差がある設定値ΔVになつた
時に、大電流期間の終了時点とし、電流を下げる
ように電源を駆動すれば第３図ｂの実線で示すよ
うに、t₄時点前に電流を下げることができ、スパ
ツタの発生を防止し得る。

溶接中にエクステンシヨン長さが変化したり、
溶接場所が変わつたりした時にR_Bが変化し、第
３図ａに示すように電圧特性が変わつた場合は、
(7)式が成立し、 ΔV′−V′_M−V′_L＝Ｉ（R′_AM−R′_AL） ＋Ｉ（R′_BM−R′_BL） ………(7) ここにおいても、前述の理由から、１回の短絡
期間中にはR′_BM＝R′_BLであるから、 ΔV′＝V′_M−V′_L＝Ｉ（R′_AM−R′_AL）＝V′_AM−V′_A
L
………(8) R′_AL′R′_AMはそれぞれ第１図の３と４の状態の
ワイヤ先端の溶融部の抵抗であるから(5)式、(6)式
の場合と同じ値をとり、R′_AL＝R_AL、R′_AM＝R_AM
であり、V′_AM＝V_AM、V′_AL＝V_ALとなる(8)式は ΔV′＝V′_M−V′_L＝V′_AM−V′_AL＝V_AM−V_AL＝ΔV
………(9) となる。(9)式はΔV′＝ΔVであり、ΔVは常に変
化せず、ΔV′すなわちΔVは、V′_M−V′_Lと等しい
ことを意味する。V′_MとV′_Lの差がΔV′（＝ΔV）
と等しくなる時点は、第３図ａに示す、t₂時点で
あり、前記の実線の場合の条件と同じ時点で、大
電流期間の終了を電源に指示することによつて、
第３図ｂの点線ではなく、実線の電流となり、t₄
前に電流が低下するのでスパツタは発生しない。

上記に説明したように、短絡期間にV_MとV_Lを
検出してその差が設定されたΔV値と等しくなる
時を大電流期間の終了とする制御によれば、エク
ステンシヨン等の変化による外部的要因の電圧降
下分を取り除き、ワイヤ先端溶融部の電圧降下分
だけ取り出してフイードバツクできるので、スパ
ツタが安定して減少する。

V_Lの測定および記憶を短絡開始直後から行つ
ても実用に値する場合もあるが、よりスパツタの
減少を確実にするためには第３図ｂに示すt₀時点
以後すなわち短絡電流がほぼ一定に達した以後が
望ましい。

短絡電流は一定とする必要があるが、平均電流
150A〜250A程度の場合、短絡電流を400A固定と
して実用化には十分である。しかし、特殊用途の
短絡電流を可変とする方が溶接上好ましい場合に
は、以下のようにする。(6)式から ΔV＝V_M−V_L＝Ｉ（R_AM−R_AL） ………(10) R_AMとR_ALはワイヤ径やワイヤ材質には影響さ
れるが、これらが同一のものであるかぎりは固有
の定数をもつたものであるからR_AM−R_AL＝ｋと
置くことができるので、(10)式は ΔV＝kI ………(11) となる。(11)式はΔVが短絡電流値に定数ｋを乗じ
たものであることを意味している。従つて、V_M
とV_Lの差が、短絡電流値を検出しその値に定数
ｋを乗じた出力、すなわち、ΔV（＝kI）に等し
くなつた時に大電流期間を終了するように電源を
駆動すれば、短絡電流が変化してもスパツタを安
定して減少させることができる。

ここで短絡電流を検出する代わりに短絡電流の
設定する基準器などの信号を用いても良いことは
言うまでもない。

以上に述べた短絡時の電流電圧を制御するため
には、短絡時間１ｍｓ〜５ｍｓの10倍以上の応答
性、すなわち、少なくとも100μsに１回以上のフ
イードバツクコントロールできる電源が必要であ
る。第４図は、この条件を満足する電源の１つで
ある。第４図に示した電源はインバータ方式の電
源で、３相交流200Vを整流器１５で直流にし、
インバータ１６で5KHz以上の交流に変換し、こ
の交流をトランス１７で溶接に適した電圧に降下
させた後、整流器１８で整流し、リアクトル１９
を通してコンタクトチツプ１０に電力を供給す
る。コンタクトチツプ１０を通してワイヤ１１が
送給され、母材１３との間にアーク１２が形成さ
れる。電圧検出器２０、電流検出器２１の信号を
受けてインバータ制御回路２２が所望の電流、電
圧出力が得られるようにインバータのパルス幅を
制御する。

インバータの周波数が5KHzの場合には１周期
に２回のフイードバツクコントロールが可能とな
るので１／5000×2secすなわち、100μsに１回フ
イードバツクすることができる。短絡溶接現象を
制御するためには、インバータの周波数は高いほ
ど望ましいことは言うまでもない。

以下に実施例をさらに詳細に説明する。第５図
において、 商用周波数３相交流（200V）がダイオード２
３〜２８により整流され、ベース駆動回路３０，
３１がトランジスタ３４，３５を同時にONさせ
るとトランス４２の１次側を矢印Ａの方向に電流
が流れ、次にベース駆動回路３０，３１がトラン
ジスタを同時にOFFした後、ベース駆動回路３
２，３３がトランジスタ３６，３７をONさせる
と、トランス４２の１次側を矢印Ｂの方向に電流
が流れる。このようにして、電流がトランス４２
の１次側を交番して流れる。この周波数は5KHz
以上の高い周波数で行う。トランス４２は、適当
な巻数比を有しており、溶接に適した電圧がトラ
ンス４２の２次側に発生する。ここにおいてダイ
オード３８ないし４１は、トランス４２の一次巻
線が入力電圧以上になると導通し、トランス４２
の一次巻線電圧が入力電圧以上にならないように
クランプすると同時にトランジスタ３４〜３７が
OFFした時、トランスの一次巻線に蓄積されて
いたエネルギーを入力電源に帰還させる働きをも
つている。

トランス４２の２次側の出力はダイオード４３
ないし４６により再び整流され、リアクトル１９
を通してコンタクトチツプ１０に供給される。コ
ンタクトチツプ１０中をワイヤ１１が通過する時
にワイヤ１１に給電され、ワイヤ１１と母材１３
の間にアークが発生する。なお、リアクトル１９
は省略してもよい場合もある。

インバータの出力端子１００と１０１の電流ま
たは電圧は、トランジスタ３４，３５および３
６，３７のON時間とトランジスタ３４，３５，
３６，３７のOFF時間の比を変えることで調整
される。２０は電圧検出器、２１は電流検出器で
ある。

以下にスパツタを減少させるように前述の電源
の出力を制御する回路について説明する。

第５図において、出力端子１００，１０１に接
続された電圧検出器２０は該出力端子１００，１
０１間に加えられる直流電圧に対応した大きさを
有する検出電圧信号を出力する。

上記電圧検出器２０の出力端子はアーク発生時
における端子１００，１０１間の出力電圧を制御
する誤差増幅器６１の一方の入力端子に接続さ
れ、該誤差増幅器６１の他方の入力端子はアーク
電圧設定器６２に接続される。

一方、電流検出器２１は当該電源装置の出力電
流に比例した信号を生じる。この電流検出器２１
の出力端子は出力電流制御用の誤差増幅器６３の
一方の入力端子に接続されるとともに、該誤差増
幅器６３の他方の入力端子は短絡電流設定器６４
に接続される。

各誤差増幅器６１，６３の出力端子はそれぞれ
ダイオード６５，６６を介して、パルス幅設定器
６７の入力端子に接続される。

上記の構成においてアーク発生中は、電圧検出
器２０の信号と電圧設定器６２の信号が誤差増幅
器６１によつて比較増幅され、誤差増幅器６１は
両信号の偏差に比例した信号を生じ、この信号が
ダイオード６５を通してパルス幅設定器６７に送
られ、パルス幅設定器６７によつて上記偏差に対
応して設定されたパルス幅信号がベース駆動回路
３０，３１と３２，３３に交互に送られる。ベー
ス駆動回路３０，３１および３２，３３がトラン
ジスタ３４，３５および３６，３７を、前述の設
定パルス幅時間だけ交互にONさせることによ
り、電源の出力電圧が、電圧設定器６２により設
定された電圧になるよう制御される。

一方、短絡が発生するとアークが消失し、負荷
インピーダンスが急激に減少するため電流が増加
する。そして電流検出器２１の信号と短絡電流設
定器６４の信号が誤差増幅器６３で比較増幅さ
れ、ダイオード６６を通してパルス幅設定器６３
に入力されると前述の電圧の場合と同様に、電源
の出力電流が、短絡電流設定器６４の指示する電
流になるように制御される。

また、電圧検出器２０の出力端子は溶接ワイヤ
１１と母材１３間に印加される電圧の最低電圧を
記憶する記憶器５０に接続されるとともに、該記
憶器５０の記憶動作を制御するトリガ回路５１の
比較器５２の一方の入力端子に接続される。比較
器５２の他方の入力端子には短絡電圧とアーク電
圧との間に相当する基準電圧を出力する基準電圧
設定器５３と接続されている。比較器５２の出力
端子は上記記憶器５０に接続され、検出電圧が基
準電圧より低くなつて比較器５２の出力が“１”
になると記憶器５０を起動して記憶器５０は電圧
検出器２０で検出された端子電圧の最低値を記憶
するようになつている。

記憶器５０の出力端子は減算器５４の一方の入
力端子に接続されるとともに、この減算器５４の
他方の入力端子は電圧検出器２０の出力端子と接
続され、上記記憶器５０に記憶された最低値と端
子電圧との差ΔV（第３図）を演算する。

減算器５４の出力端子は比較器５５の一方の入
力端子に接続されるとともに、該比較器５５の他
方の入力端子はレベル設定器５６と接続され、か
つ、出力端子はアナログスイツチ５７に接続され
る。該アナログスイツチの入力端子は短絡後期電
流設定器５８に接続されるとともに出力端子は短
絡電流低減用の誤差増幅器６０に接続される。

上記のような構成において、短絡時には電圧が
低下し、アーク発生時とは明らかな電圧差が生じ
る。トリガ回路５１は電圧検出器２０の出力が基
準電圧設定器５３の出力より小さくなつた時に記
憶器５０に記憶開始を指示する。この記憶器５０
は記憶開始後、電圧検出器２０の信号の最低値、
すなわち出力端子１００と１０１の最低電圧を記
憶する。そして減算器５４は、電圧検出器２０と
記憶器５０の信号の差を出力する。さらに、比較
器５５は、減算器５４の出力がレベル設定器５６
の設定値より大きくなつた時にアナログスイツチ
５７をONとして短絡後期電流設定器５８の信号
が誤差増幅器６０に入力され、短絡後期電流設定
器５８の信号と電流検出器２１の信号の偏差が誤
差増幅器６０により比較増幅されて、電源の出力
電流は、短絡後期電流設定器５８の指示する電流
値になるように制御される。ここにおいて、図示
していないが、アナログスイツチ５３がOFFし
ている時には、短絡電流設定器６４の指示する電
流値より大きい電流設定値、または、電流を制限
しない信号が誤差増幅器６０に入力されるように
構成されている。

ダイオード６５，６６，６８はいわゆるダイオ
ードORを構成し、誤差増幅器６０，６１，６３
のいずれか１つの条件が満足されるパルス幅がパ
ルス幅設定器６７で設定される。

以下に本電源の動作を説明する。短絡後期電流
設定器５８が出力電流200Aに相当する信号を発
生し、短絡電流設定器６４が出力電流400Aに相
当する信号を発生し、電圧設定器６２が出力電圧
23Vに相当する信号を発生しているとし、溶接ワ
イヤ１１が平均電流210Aに相当する速度で送給
されている場合、アーク発生中は、23V−180A
程度となり、この時アナログスイツチ５７は
OFFであり電流に制限を与えていない。従つて、
誤差増幅器６０，６１，６３はそれぞれ電源に対
して∞Ａ、400A、23Vの出力を指示するがダイ
オードOR回路により、23Vが満足されているの
で当該電源装置の出力電圧は23Vとなる。

次に溶接ワイヤ１１とワーク１３との間の短絡
が発生した後でまだ比較器５５の出力がアナログ
スイツチ５７をONしていない時は、誤差増幅器
６０，６１，６３はそれぞれ、パルス幅設定器６
７に対し、∞Ａ、400A、23Vの出力を指示して
いる。そして当該電源装置は23V出力を出そうと
しているが、短絡により、負荷インピーダンスが
低下するため、負荷電流が増加し、出力端子電圧
は23Vにならずに負荷には400Aの電流が流れる。
このとき誤差増幅器６０，６１，６３の指示する
値に対して短絡電流設定器６４で設定された
400Aが満足されるので、電源装置は電圧に関係
なく400Aを出力する。短絡期における電源電圧
は電圧検出器２０を介して比較器５２に印加さ
れ、基準電圧設定器５３による設定電圧と比較さ
れ、電源電圧が設定電圧より低くなると比較器５
２は記憶器５０に最低電圧の記憶を開始する指令
を与える。そして、電圧検出器２０から得られる
検出電圧が最低になつたとき、その最低値V_Lを
記憶器５０に記憶する。

次に短絡時間が経過し記憶器５０で記憶された
最低値V_Lと電圧検出器２０の出力V_Mとの差が減
算器５４で演算され、その差がレベル設定器５６
の設定値より大きくなり、比較器５５がアナログ
スイツチ５７をONとさせる。そして、短絡後期
電流設定器５８の信号がアナログスイツチ５７を
介して誤差増幅器６０に入力される。

誤差増幅器６０，６１，６３はそれぞれ200A、
400A、23Vの出力を電源に指示するが、短絡後
期電流設定器５８で設定された200Aの指示値に
したがつて、誤差増幅器６０の出力が優先され
200Aを目標に電源の出力が決定されるため電源
の出力電流は400Aから200Aに低下する。

このようにして短絡後期から後続のアーク発生
までの間電流が200Aという低い値であるためス
パツタ発生が減少する。

次のアーク発生期間においてアークが発生する
とトリガ回路５１が記憶器５０の記憶を消去する
指示を行い結果的にアナログスイツチ５７が
OFFとなり前述のアーク発生中の動作に戻る。

スパツタの減少を確実にするために、第３図ｂ
に示すt₀時点以後、すなわち短絡電流がほぼ一定
に達した後、記憶器５０の記憶を開始することが
有効であると前述したが、これは、トリガ回路５
１の内容を第６図に示すように構成することで目
的が達成される。

第６図において、電圧検出器２０の信号が、短
絡電圧とアーク電圧との間の電圧に相当する信号
を発生する基準電圧器７１の信号より小さい時に
信号を発生する比較器７２と、電流検出器２１の
信号が短絡電流値または短絡電流値よりわずかに
小さい電流に相当する信号を発生する基準電圧設
定器７３の信号と同じかまたは大きくなつた時、
信号を発生する比較器７４と、比較器７２，７４
が両方とも信号出力した時に記憶を開始する指示
および比較器７２の信号出力がなくなつたとき記
憶を消去させる指示を記憶器５０に対して行う論
理回路７５から構成されるトリガ回路５１によ
り、短絡時でかつ電流が短絡電流値に達した時に
記憶器５０へのデータの記憶を開始し、アークが
発生すると記憶器５０のデータの記憶を消去する
ことができる。

トリガ回路５１による記憶器５０に対する記憶
開始時期は、短絡電流を印加したときからその後
に短絡電流値に達した時までの間ならばどの時点
でもよい。この間のどの時期に記憶開始するか
は、ワイヤ径、種別、溶接姿勢など各種溶接形態
にて、波形測定して実験的に定めればよい。記憶
器５０のデータの消去は、実施例では、アークが
発生したときとしているが、アーク現象発生から
後、記憶開始時までの間のいずれの時期でも良
く、記憶開始時と同様に、溶接形態の波形測定な
どから、消去するときは、実験的に自在に選んで
良い。

また、短絡電流を可変にする場合においてもス
パツタの減少を確実にするためには、レベル設定
器５６を第７図に８０で示すように構成すれば良
い。すなわち、電流検出器２１の出力をフイルタ
回路８１で波形整形した後、乗算器８２である定
数ｋを乗じ比較器５５に入力する。ここで乗算器
８２は演算増幅器Ｑと抵抗R₁₀、R₁₁で第７図の
ように構成すれば良く、上記した定数ｋはR₁₁／
R₁₀である。このようにしてレベル設定器８０は
ｋ・Ｉ（＝ΔV）を比較器５５に入力するので、
前述したように短絡電流を変化させる特殊用途に
おいてもスパツタを確実に減少させることができ
る。ここにおいて、フイルタ回路８１は電流波形
が滑らかな場合は必要としない。

本発明の使用態様の一つを説明する。

まず、使用溶接電流領域は、80A〜250A程度
の短絡移行形態のシヨートアーク領域とグロビユ
ラー領域においては、使用溶接電流領域での短絡
電流をいくつか設ける。

すなわち、80A〜100A位での使用領域での短
絡電流を400A程度に設定すると、短絡時に、ワ
イヤ送給量が多くなりすぎて再アーク性が問題と
なる。一方、200A〜250A位での使用領域での短
絡電流を150Aに設定すると、ワイヤ送給量が少
なくて、短絡せず、第１図ｂの２の状態となり、
同図３の状態が得られず、本発明の制御が不安定
となる。以上のことから、使用溶接電流領域で
も、短絡電流を変える必要があり、その手段とし
て、設定する溶接電流値により、切替える。

なお、定数ｋについて、短絡電流が変わると、
ワイヤ先端のくびれ具合が、大電流ならば早くな
り、小電流ならば遅くなることから、短絡電流の
大小から定数ｋを変えても良く、短絡電流の大小
は、ワイヤ送給量に比例することから、ワイヤ送
給量によつて定数ｋを変えても良い。

ワイヤ径に関しては、切替手段は、溶接電源の
前に“ワイヤ径切替スイツチ”があり、これでワ
イヤ径を切替えている。ワイヤの材質と同じであ
る。

以上、ワイヤ径、材質については、使用上、切
替えることが良くあるワイヤ径は、溶接電源の前
面に切替スイツチを設け、材質等余り切替える回
数が少ないものは、制御装置内部のプリント板上
に切替スイツチを設けている。

本発明の使用溶接電流領域は、すでに述べたも
のであるが、同じ溶接電流でも、例えば、上向姿
勢では、溶融池が重力方向に垂れてくるので、短
絡電流が下向姿勢の場合より低くなり、このこと
により定数ｋも異なる。

なお上述の実施例において溶接電力出力部は、
インバータ制御方式を述べているが、トランジス
タによるチヨツパ制御等を用いた出力部で100μ
秒以上時間での制御できる溶接電力出力部が得ら
れるもので良い。

なお上述の実施例においてトリガ回路を短絡時
かアーク発生時かを判別する第２の比較器を含
み、短絡時に記憶開始、アーク発生時に記憶消去
を記憶器に指示することにより、溶接中に発生す
る短絡期間毎の最低電流値すなわち第１図ａ，３
のワイヤエクステンシヨンの抵抗分が検出できる
ので、事前に決めた短絡期間の最低電圧値と所望
溶滴くびれ時の電圧値との差である設定値によ
り、短絡期間でのワイヤエクステンシヨンの変動
があつても、確実な制御ができ、本発明の目的を
達成できる効果があり、この点の効果は、従来技
術からは得られない。

またトリガ回路を短絡時かアーク発生時かを判
別する第２の比較器と、短絡電流が設定値に達し
たか否かを判別する第３の比較器と、第２の比較
器および第３の比較器の出力を受けて、記憶器へ
の指示を決定する論理回路から構成され、短絡時
でかつ短絡電流が設定値に達した時記憶開始を、
アーク発生時に記憶の消去を記憶器に指示するこ
とにより、短絡期間の最低電圧値を記憶開始する
時期を短絡電流が設定値に達したときとしたこと
は、第１図ａの３の状態を必ず把握できるし、そ
の目的に対して、制御が簡単で、確実であるとい
う効果がある。

さらにレベル設定器が電源装置から出力される
電流を検出する電流検出器と乗算器から構成さ
れ、電流検出器の信号にある定数を乗算した値を
レベル設定器の出力信号とすることにより定数を
設けることにより、各種溶接形態に対応した適切
な制御ができ、応用範囲の広い溶接用電源装置を
使用できる効果がある。

以上詳述したようにこの発明によれば、アーク
発生と短絡とを繰り返しつつ溶接を行う消耗電極
式短絡移行アーク溶接用の電源装置において、溶
接ワイヤと母材との短絡時における最低電圧を各
短絡サイクル毎に記憶器に記憶して、電源装置の
端子電圧が上記記憶した最低電圧より所定値だけ
高くなつたとき短絡電流を抑制して、アーク再発
生へ移行するようにしたから、短絡終期に生じる
スパツタを効果的に防止することができるように
なり、したがつて、ワイヤの溶接効果の向上、母
材に付着するスパツタの除去工程の省略ができる
上、ノズルに付着したスパツタを取るため余儀な
くされている溶接中断の回数が大幅に減少するこ
とから、長時間連続溶接が可能となる。長時間連
続溶接が可能になる効果は単にアーク発生時間の
労働時間に占める割合が増加するばかりでなく、
現在急激に適用拡大が進んでいる溶接作業のロボ
ツト化においてもノズルに付着したスパツタの除
去回数が大幅に減少するため、ほとんど無人化に
近い状態で運転できるなどの効果があり、工業的
に非常に有効である。

【図面の簡単な説明】

第１図は短絡移行溶接の過程を示し、ａは溶滴
移行過程、ｂは電圧波形、ｃは電流波形を示す。
第２図は短絡移行溶接装置の一例を示す回路図、
第３図はアーク再生前に電流を低下させる時点を
検出する方法の説明図、第４図はインバータ方式
の溶接電源の概略を示すブロツク図、第５図は本
発明の一実施例を示す回路図、第６図は第５図の
実施例に用いられるトリガ回路の他の変形例を示
す回路図、第７図は第５図の実施例に用いられる
レベル設定器の詳細な回路図である。 ６……電源、７……電源検出器、８……電圧検
出器、９……給電ケーブル、１０……コンタクト
チツプ、１１……溶接ワイヤ、１４……アースケ
ーブル、１９……リアクトル、２０……電圧検出
器、２１……電流検出器、３０〜３３……トラン
ジスタ、４２……トランス、４３〜４６……ダイ
オード、５０……記憶器、５１……トリガ回路、
５２……比較器、５３……基準電圧設定器、５４
……減算器、５５……比較器、５６……レベル設
定器、５７……アナログスイツチ、５８……短絡
後期電流設定器、６０……誤差増幅器、６１……
誤差増幅器、６２……電圧設定器、６３……誤差
増幅器、６４……電流設定器、６５，６６，６８
……ダイオード、６７……パルス幅設定器。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 短絡期間とアーク発生期間が交互に発生する
   消耗電極式短絡移行アーク溶接に用いる溶接用電
   源装置において、 短絡移行アーク溶接の短絡期間内で上記溶接用
   電源装置からの出力を制御する溶接出力制御手
   段、 この制御手段で制御される出力電圧を検出する
   検出手段、 この検出手段により、短絡期間とアーク発生期
   間が交互に発生する中での短絡期間の最低電圧を
   記憶開始または、その記憶値の消去を制御する記
   憶制御手段、 この記憶制御手段により短絡期間の最低電圧値
   を記憶する記憶手段、 この記憶手段で記憶される短絡期間の最低電圧
   値と所望溶滴くびれ時の電圧値との差を設定値と
   して設定する設定手段、 前記検出手段より検出される電圧と、前記記憶
   手段で記憶された最低電圧値との差が前記設定手
   段の設定値より大となつた時に信号を出力する比
   較手段、 この比較手段よりの信号により、短絡電流をア
   ーク発生期間のアーク発生維持できる溶接電流を
   設定する短絡後期溶接電流設定手段、 を備えた溶接用電源装置。 ２ 記憶制御手段が、短絡時かアーク発生時かを
   判別する第２の比較器を含み、短絡時に記憶開
   始、アーク発生時に記憶消去を記憶器に指示する
   ことを特徴とする特許請求の範囲第１項に記載の
   溶接用電源装置。 ３ 記憶制御手段が、短絡時かアーク発生時かを
   判別する第２の比較器と、短絡電流が設定値に達
   したか否かを判別する第３の比較器と、第２の比
   較器および第３の比較器の出力を受けて、記憶器
   への指示を決定する論理回路から構成され、短絡
   時でかつ短絡電流が設定値に達した時記憶開始
   を、アーク発生時に記憶の消去を記憶器に指示す
   ることを特徴とする特許請求の範囲第１項に記載
   の溶接用電源装置。 ４ 設定手段が電源装置から出力される電流を検
   出する電流検出器と乗算器から構成され、電流検
   出器の信号にある定数を乗算した値を設定手段の
   出力信号とすることを特徴とする特許請求の範囲
   第１項に記載の溶接用電源装置。 ５ 溶接用電源装置の電力出力部は１次側整流
   器、インバータ、トランス、２次側整流器から構
   成され、インバータ周波数が5KHz以上であるこ
   とを特徴とする特許請求の範囲第１項ないし第４
   項に記載の溶接用電源装置。