JPH01299769A - ガスシールドアーク溶接用電源の出力制御方法 - 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、シールドガスによりシールドされた消耗電極
と溶接母材との間で、短絡とアークとが交互に発生する
ように、ガスシールドアーク溶接用電源の出力を制御す
るガスシールドアーク溶接用電源の出力制御方法に関す
る。

〔従来の技術〕

安価な炭酸ガスがよく用いられているが、炭酸ガスの電
位傾度が不活性ガスよりも高いため、消耗電極の先端の
発生アークの状況が炭酸ガスの場合。

不活性ガスの場合とで異なる。

即ち、不活性ガスの場合の発生アークの状況は第８図（
ａ）に示すようになり、消耗電極（Ｗ）の先端に成長し
た球状の溶滴（Ｇ）のほぼ最大直径の半球部分の球面全
体からアークが発生するのに対し。

炭酸ガスの場合の発生アークの状況は第４図に示すよう
になり、消耗電極（Ｗ）の先端に成長した溶滴（Ｇ）の
微小な領域からアークが発生する。

このとき１ｇ滴（Ｇ）に働く力Ｆは１重力Ｆｇと。

表面張力Ｆｓと、アーク力Ｆａとが合成されたものとな
るが、とくにアーク力Ｆａは、溶接母材（Ｂｍ）方向を
正として、電極（Ｗ）の直径をり、アーク発生点の径を
ｄとすると、 Ｆａ　ｏＣＩ２１ｏｇ’　　　　　　　　　　−・・■
となシ、アークカド′ａは溶接電流工の２乗に比例し。

しかもＡｒなどの不活性ガスの場合には、第３図（ａ）
に示すように、ｄ＞Ｄとなり、前記０式より、アーク力
Ｆａは正となるため、溶滴（Ｇ）には母材（Ｂｍ）方向
へのアーク力Ｆａが作用し、その結果、溶滴（Ｇ）は電
極（Ｗ）から引きちぎられるようにしてスプレ状になっ
て母材（Ｂｍ）方向に飛び、第３図（ｂ）に示すように
、電極（Ｗ）の先端に大きな溶滴が残ることはない。

一方、炭酸ガスの場合には、第４図に示すように、ｄ＜
Ｄとなるため、前記０式より、アーク力Ｆａは負となり
、溶滴（Ｇ）には母材（Ｂｍ）方向と逆方向のアーク力
Ｆａが作用し、その結果、成長した溶滴（Ｇ）が押し上
げられ、大粒のスパッタとなって飛び散り、形成される
溶接ビードの形状が不均一になり、良好な溶接を行えな
いという不都合が生じる。

ところで、従来ガスシールドアーク溶接に用いられるサ
イリスタ位相制御式の電源による等接電流の波形は、第
５図に示すようになり、従来のサイリスタ位相制御式の
電源では、短絡初期にｆｇ接電流を低レベルにし、溶接
電流を所定の時定数で増加させてアーク発生直後に最大
値にしたのち。

再び溶接電流を増加時と異なる時定数で減少させて短絡
直後に最小値になるような制御が１通常行われる。

このとき、消耗電極（Ｗ）の先端に発生する溶滴（Ｇ）
の形態の変化は、第６図（ａ）〜（ｅ）に示すようにな
り、短絡初期では、同図（ａ）に示すように、溶滴（Ｇ
）と母材の溶融池（Ｍ）とが確実に接触し、短絡終期で
は、同図（ｂ）に示すように、溶滴（Ｇ）が屏融池（Ｍ
）側へ移行して溶滴（Ｇ）にくびれが生じ、その後同図
（Ｃ）に示すように、溶滴（Ｇ）が引きちぎられてアー
クが発生し始め、アーク発生中期において、同図（ｄ）
に示すように、溶滴（Ｇ）が成長し、アーク発生終期で
、同図（ｅ）に示すように、成長した溶滴（Ｇ）が溶融
池（Ｍ）側に引っ張られて接触し。

短絡状態になる。

ところが、炭酸ガスシールドアーク溶接の場合。

アーク終期における溶接電流が大きすぎると、前記した
如く、成長した溶滴（Ｇ）が、第６図（ｆ）に示すよう
に上向きのアーク力により押し上げられ。

溶滴が画材に円滑に移行せず、大粒のスパッタとなる。

そこで、溶滴の母材への移行を円滑にし、スパッタの発
生を低減するために、特開昭６０−１８８９７７号公報
（Ｂ２３Ｋ　９１０６）に記載のように、アーク発生直
後から高電流を通電する高電流期間と、この高電流期間
に引き続き短絡が生じるまで低電流を通電する低電流期
間とを設けることが考えられている。

即ち、第７図に示すように、アーク発生直後に高電流Ｉ
ｈを通電する高電流期間Ｔｈを設けると共に。

高電流期間Ｔｈの後９次の炉開まで低電流ＩＩを通電す
る低電流期間Ｔ４を設け、アーク発生初期における溶接
電流を高電流Ｉｈにすることにより、母材への入熱量を
確保して母材の溶は込み不足を防止すると共に、アーク
発生終期における溶接電流を低電流Ｉｄにすることによ
り、成長した溶滴に働く上向きのアーク力をできるだけ
小さくシ、溶滴の母材への移行を円滑にしてスパッタの
発生を抑制するものである。

〔発明が解決しようとする課題〕

しかし、この場合、短絡から次の短絡までの周期、ある
いはアーク発生から次のアーク発生までの周期は、その
現象から平均値を予測することはできるが、たとえばア
ーク発生期間における溶滴の成長の度合、アーク発生初
期の母材への入熱や。

短絡期間における溶滴の母材との接触状況などの。

実際の細かな現象の発生状況や発生周期を予測すること
は不可能であるため、高電流期間Ｔｈが長すぎた場合に
は、低電流期間に移行しないうちに短絡が生じたり、あ
るいは高電流期間中に溶滴が成長してスパッタが発生し
、低電流期間Ｔｌが長すぎて、母材等への入熱量が不足
してビード形状が劣化するなどの不都合が生じ、これら
の不都合が生しないように、高電流期間Ｔｈ及び低電流
期間Ｔｇを設定することは極めて困難であり、良好な溶
接を行うことができないという問題点がある。

そこで、本発明は前記の点に留意してなされ、シールド
ガスとして炭酸ガスを用いる場合であっても、スパッタ
の発生を低減し、美麗で良好な溶接ビードを形成できる
ようにすることを目的とする。

〔課題を解決するだめの手段〕

つぎに、前記目的を達成するために、消耗電極及び溶接
母材に通流する溶接電流を制御し、シールドガスにより
シールドされた前記消耗電極と前記母材との間で短絡と
アークを交互に発生させるガスシールドアーク溶接用電
源の出力制御方法において１本発明は。

短絡期間に、当初前記溶接電流を低レベルに保持したの
ち、高レベルに増大し。

アーク期間に、当初前記溶接電流を前記高レベルに保持
したのち１次の短絡期間までの間、前記溶接電流を前記
高レベルから徐々に減少すると共に、前記溶接電流に高
周波のパルス電流を重畳することを特徴としている。

〔作　用〕

従って１本発明によると、短絡期間に、当初前記溶接電
流が低レベルに保持されたのち、高レベルに増大される
ため、短絡状態の溶滴がスプレ状になって円滑に溶接母
材に移行し、さらに、アーク期間に、当初前記溶接電流
が前記高レベルに保持されたのち１次の短絡期間までの
間、前記溶接電流が前記高レベルから徐々に減少される
と共に。

前記溶接電流に高周波のパルス電流が重畳されるため、
アーク期間に消耗電極の先端の溶滴がアーク力によシ押
し上げられることなく、スパッタの発生量が低減され、
溶接母材の溶は込みが不足することもなく、良好な溶接
ビードが形成される。

このとき、溶滴の運動周期よりも短い周期の高周波のパ
ルス電流を溶接電流に重畳すれば、パルス電流の周期が
溶滴の運動周期よりも短いため。

アーク期間において、アーク力による溶滴の押し上げを
生じることがなく、消耗を極及び溶接母材への十分な入
熱量が確保され、溶滴が十分に成長すると共に、溶接母
材の溶は込み不足が生じることもない。

〔実施例〕

つぎに１本発明を、その１実施例を示した第１図及び第
２図とともに詳細に説明する。

まず、炭酸ガスシールドアーク溶接用電源の制御回路の
ブロック構成を示す第１図において、（１）は交流電源
に接続された入力側整流部、（２）は整流部（１）の整
流出力を平滑する平滑部、（３）は平滑部（２）に接続
され平滑部（２）の出力直流を交流に変換するスイッチ
ング素子からなる高周波インバータ部。

（４）はインバータ部（３）の出力電圧を変圧する変圧
器。

（５）は変圧器（４）の２次側の出力交流を整流する出
力側整流部、（６）は整流部（５）の一方の出力端子に
接続された給電チップ、（７）は給電チップ（６）を介
して通電され所定速度で送給される溶接ワイヤからなる
消耗電極、（８）は電流検出器（９）を介して整流部（
５）の他方の出力端子に接続された溶接母材、　ＱＯは
アーク電圧検出器であり、給電チップ（６）、母材（８
）間の電圧を検出する。

０υは基準電流設定器、０２は基準電圧設定器、α枠は
電流検出器（９）による検出電流と基準電流設定器Ｑｌ
）による基準電流との差を導出する誤差増幅器、α→は
電圧検出器００による検出電圧と凧準電圧設定器＠によ
る基準電圧とを比較して電極（７）と母材（８）との間
の短絡、アークの発生を弁別する弁別器。

（至）は短絡発生直後からＴａ時間作動する第１タイマ
。

αＱはアーク発生直後からＴａ時間作動する第２タイマ
、αηはＭＰＵであり、誤差増幅器α埠の出力及び両タ
イマα０．αＱの出力が入力され、各部の制御を行う。

（至）は２００〜１０００　Ｈｚの高周波発振器、ａす
はＭＰＵａηからの割込信号により発振器（ト）の発振
周波数の矩形パルスを発生するパルス発生器、翰はイン
バータ駆動部であり、ＭＰＵａηにより制御され、イン
バータ部（３）のスイッチング素子にスイッチング信号
を出力し、インバータ部（３）を駆動すると共に、イン
バータ部（３）の出力を制御する。

いま、弁別器α→にょシ短絡が発生したと判別されると
、弁別器α４の出力信号により、第１タイマＱＦＪが作
動して短絡発生からＴｄ時間Ｍ　Ｐ　Ｕ　Ｑ７ｊに第１
タイマ的の出力信号が入力され、短絡発生からＴｄの時
間、第２図に示す如く、電極（７）、母材（８）間を流
れる溶接電流が低レベルのＩｄになるように１ＭＰＵＱ
７）によりインバータ駆動部−が制御されてインバータ
部（３）の出力が制御され、前記Ｔａ時間の経過後、第
２図に示すように、前記溶接電流が高レベルのＩａにな
るように、ＭＰＵＱ７）によりインバータ駆動部−が制
御される。

このとき、短絡終期において、溶接電流が低しベ７しの
Ｉｄから高レベルのＩａに増大されることによシ、母材
（８）に接触している電極（７）の先端のＭ滴に十分な
エネルギが与えられ、溶滴がスプレ状になって母材（８
）に飛行する。

つぎに、電極（７）の先端の溶滴が母材（８）に移行し
。

電１ｉＪｉ（７）、母材（８）間で再びアークが発生し
、弁別器Ｑ４１によυアークが発生したと判別されると
、弁別器ａ→の出力信号により、第２タイマ０Ｑが作動
してアーク発生からＴａ時間ＭＰＵα力に第２タイマα
・の出力信号が入力され、第２図に示す如く、前記Ｔａ
時間の当初、前記溶接電流が高レベルのＩａになるよう
に、ＭＰＵ（１′Ｉ）によりインバータ駆動部−が制御
されたのち、前記Ｔａ時間の残りの時間、前記溶接電流
が高レベルのＬａから徐々に減少するように。

ＭＰＵα力によシインバータ駆動部翰が制御され、イン
バータ部（３）の出力が制御される。

そして、前記Ｔａ時間の経過後火の短絡までの間。

第２図に示すように、前記溶接電流がさらに徐々に減少
するように、ＭＰＵα力によりインバータ駆動部−が制
御されると共に、ＭＰＵα力からの割込信号によシ、パ
ルス発生器０侍からＭＰＵα力に出力される矩形パルス
に基づく高周波（２００〜１００ＯＨｚ）のパルス信号
が前記溶接電流に重畳するように。

ＭＰＵ（１″ｉ）によシインパータ駆動部翰が制御され
る。

このとき、毎秒３０００〜５０００コマの高速度写真撮
影の結果、溶滴が前記第６図（ａ）〜（ｅ）に示すよう
な一連の運動を繰り返し、その周期がほぼ５〜１０ｍ５
ｅｃであることがわかり、これより溶滴の運動周期より
も短い周期の１００Ｈｚ以上の高周波パルス電流を電極
（７）、母材（８）間に通流すれば、アーク力による溶
滴の押し上げを生じることがなく、スパッタの発生が抑
制され電極（７）及び母材（８）への十分な入熱を確保
することが可能になり１ｇ滴を十分に成長させることが
できると共に、母材（８）の溶は込み不足も解消され、
美麗で良好な溶接ビードが形成される。

また、溶滴の運動に与える影響を抑制するには。

通流する高周波パルス電流の周波数を高くするほどよい
が１周波数が２００Ｈｚよ）低いと、パルス電流の影響
が多少用われ、溶滴の押し上げ運動が生じ、逆に周波数
がｌ０００Ｈｚより高いと、出力側整流部（５）の後段
の回路インダクタンスにより電流位相の遅れが生じ、［
流のパルス波形が乱れてパルス電流の効果が現われない
ため、電極（７）、母材（８）間に通流すべき高周波パ
ルス電流の周波数は２００〜１０００Ｈｚが適当である
。

そして、　ＪＩＳ　　Ｚ　８３１２の規定に基づ＜ＹＧ
Ｗ１２の直径１．２ｆｌのワイヤを使用し、前記した第
１図の電源により表１に示す各条件で溶接を行ない。

同一条件下で従来のサイリスタ位相制御式の電源を用い
た場合とのスパッタ発生量の比較を行った。

（表　１） このように１表１のＡ、Ｂ、Ｃのいずれのケースであっ
ても、第１図に示す電源を用いることによシ、従来の電
源を用いた場合よシもスパッタ発生量は大幅に減少し、
良好な溶接ビードが形成される。

従って、前記実・雄側によると２ｇ滴の運動周期よりも
短い周期の高周波（２００〜１０００Ｈｚ）のパルス電
流を溶接電流に重畳することにより、シールドガスとし
て炭酸ガヌを用いる場合であっても、パルス電流の周期
が溶滴の運動周期よシも短いため。

アーク期間において、アーク力による溶滴の押し上げを
防止してスパッタの発生量を従来よりも大幅に低減する
ことができ、消耗型ＦＭ（７）及び溶接母材（８）への
十分な入熱量を確保でき、溶滴を十分に成長させること
ができると共に、溶接母材（８）の溶は込み不足を防止
することができ、美麗で良好な溶接ビードを形成するこ
とが可能となる。

なお、電源の出力制御を行うだめの回路構成は。

第１図に限るものではない。

〔発明の効果〕

本発明は１以上説明したように構成されているので、以
下に記載する効果を奏する。

アーク期間に、徐々に減少する溶接電流に高周波のパル
ス電流を重畳したため、シールドガスとして炭酸ガスを
用いる場合であっても、アーク期間に、アーク力による
溶滴の押し上げを防止してスパッタの発生量を従来より
も大幅に低減することができ、消耗電極及び溶接母材へ
の十分な入熱量を確保することが可能になり、溶滴を十
分に成長させることができると共に、溶接母材の溶は込
み不足を防止することができ、美麗で良好な溶接ピード
を形成することが可能となる。

【図面の簡単な説明】

第１図及び第２図は本発明のガスシールドアーク溶接用
電源の出力制御方法の１実施例を示し。 第１図は電源制御回路のブロック図、第２図は溶接電流
波形図、第３図（ａ）　、　（ｂ）はそれぞれ不活性ガ
スシールドアーク溶接時の溶滴の異なる状態における拡
大図、第４図は炭酸ガスシールドアーク溶接時の溶滴の
拡大図、第５図は従来例の溶接電流波形図、第６図（ａ
）〜（ｆ）は第５図の溶接電流波形による渭接時の溶滴
の形態の変化過程を示す図、第７図は他の従来例の溶接
電流波形図である。 （７）・・・消耗電極、（８）・・・溶接母材。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）消耗電極及び溶接母材に通流する溶接電流を制御
   し、シールドガスによりシールドされた前記消耗電極と
   前記母材との間で短絡とアークを交互に発生させるガス
   シールドアーク溶接用電源の出力制御方法において、 短絡期間に、当初前記溶接電流を低レベルに保持したの
   ち、高レベルに増大し、 アーク期間に、当初前記溶接電流を前記高レベルに保持
   したのち、次の短絡期間までの間、前記溶接電流を前記
   高レベルから徐々に減少すると共に、前記溶接電流に高
   周波のパルス電流を重畳することを特徴とするガスシー
   ルドアーク溶接用電源の出力制御方法。