JPH01299770A - 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】 〔産業上の利用分骨〕 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〕

一般に、ガスシールドアーク溶接では、第３図（ａ）〜
（ｆ）に示す過程が繰り返されており、まず第３図（ａ
）に示す短絡初期過程では、消耗電極（Ｗ）の先端に成
長した溶滴（Ｇ）が母材の溶融池ＣＭ）に接触して短絡
状態となり、同図（１））に示す短絡中期過程では、溶
滴（Ｇ）と溶融池ＣＭ）とが確実に接触し、同図（Ｃ）
に示す短絡終期過程では、溶滴（Ｇ）が溶融池（（５）
側へ移行して溶滴（Ｇ）にくびれが生じる。

さらに、第３図（山に示すように、溶滴（Ｇ）が引きち
ぎられてアークが発生し始め、同図（ｅ）に示すアーク
発生中期過程で、電極（Ｗ）の先端に再び溶滴（Ｇ）が
成長し、同図（ｆ＞に示すように、十分に成長した溶滴
（Ｇ）が溶融池（Ｍ）側に引っ張られて再び短絡状態と
なる。

ところで、このような短絡移行型ガスシールドアーク溶
接では、従来溶接電源として定電圧特性を有する電源が
用いられ、この種の従来の溶接電源を用いた場合、溶接
電流波形は、通常第４図に示すようになり、溶接ワイヤ
先端に形成された溶滴が溶融池と接触し短絡した瞬間か
ら、電源の回路時定数により定まる増加率でアークが再
発生するまで溶接電流は増加し続け、溶接アークが再発
生した後は時定数によって定まる減少率で再び短絡する
まで溶接電流は減少する。

ところで、前記した短絡移行型ガスシールドアーク溶接
では、溶滴が大きく成長して母材の溶融池と短絡しよう
とする瞬間にスパッタの発生量が多く、このときの電流
が高い場合には特に多くなることがよく知られている。

そこで、このようなスパッタの発生量を抑制するために
、たとえば特開昭６０−１８３９７７号公報（Ｂ２８Ｋ
　９１０６）に記載のように、溶滴が溶融池に短絡移行
する前後における平均溶接電流を低くし、アークの反発
エネルギにより溶滴が吹き飛ばされないようｆζ、電源
の出力制御を行うことが考えられている。

即ち、この場合の溶接電流波形は、第５図又は第６図に
示すようになり、短絡からアークが再発生した後、消耗
Ｆｉ！極の先端に溶滴を形成すると共に、溶接母材の溶
は込みを確保するための高電流期間Ｔｐが設けられ、こ
の高電流期間後９次の短絡までに、アークの反発力によ
り溶滴が吹き飛ばされることを防止するための低電流期
間Ｔｂが設けられている。

なお、第５図は高１流期間Ｔｐの電流値をＩｐに定電流
制御する場合の電流波形であり、第６図は高電流期間Ｔ
ｐの電圧値をＶｐに定電圧制御する場合の電流波形であ
り、＠５図及び第６図共に、低電流期間′ｒｂの電流値
をＩｂ　（＜Ｉｐ）に定電流制御している。

〔発明が解決しようとする課厘〕

しかし、この場合、溶接対象が変って消耗電極、溶接母
材、シールドガスが変った場合には、アーク期間が変動
し、高電流期間中に短絡が生じ、アークが不安定になる
と共に、スパッタの発生量が増加し、あるいは低電流期
間が長くなりすぎて溶接ビードの形状が不均一になると
いう不都合が生じ、特に溶接母材の溶接部の状態の変動
によるアーク長の変動によって、消耗電極の溶融速度が
変動し、前記した不都合の発生が助長されるという問題
点がある。

また、高電流期間と低電流期間との電流値の差によるア
ーク光のフリッカ現象によって、溶接ビードが不均一に
なり、この不均一な溶接ビードの修正のための後処理が
必要になり、作業能率の低下を招く。

そこで、本発明は前記の点に留意してなされ、スパッタ
の発生量を低減し、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。

〔課題を解決するための手段〕

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、及び前記消耗電極、前記母材
間の溶接電圧を制御し、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、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、前記溶接電圧を減少することを特徴とし
ている。

また、アーク期間に、溶接電圧を、当初第１の変化率で
減少したのち、前記第１の変化率より大きな第２の変化
率で減少するようにしてもよい。

〔作用〕

従って、本発明によると、アーク期間に、溶接電圧が減
少するように制御されるため、溶接電圧の減少によって
、アーク発生直後の消耗電極の燃え上がりが抑制され、
アークの安定化が図れ、アーク終期には、アーク長を徐
々に縮めて成長した溶滴の遊動を防止し、スパッタの発
生を抑制しつつ９次の短絡状態への移行が容易に行える
。

さらに、減少される溶接電圧と、アーク長とで必然的に
定まる減少率で、溶接電流が、短絡終期に設定された高
レベルから減少するため、フリッカ現象の発生がなく、
アーク発生初期には・高い電流値によって消耗電極及び
溶接母材に十分な入熱が行え、溶滴の成長と、溶接ビー
ドの不均一が解消され、しかも溶滴の短絡移行の前後に
おける電流値を低くして、溶滴の飛散を防止し、スパッ
タの発生が抑制される。

また、アーク期間に、溶接電圧を第１の変化率で減少さ
せたのち、第１の変化率よりも大きい第２の変化率で減
少させると、前記したアーク発生初期におけるアークの
安定化、溶接ビードの均一化、及びアーク終期における
スパッタの発生量の抑制の各作用がよりいっそう顕著に
なり、消耗電極、溶接母材、シールドガスなどが変って
も、従来に比べ、スパッタの発生量が低減され、美麗で
良好な溶接ビードが得られる。

〔実施例〕

つぎに、本発明を、そのｌ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、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月よ交流電源に接
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）ｊｔ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読された給
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月よ直流検出器（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、σｑはアーク屯圧検出
器であり、給電チップ（６）、母材（８）間の電圧を検
出する。

α旧よ電流設定器、（２）は電圧設定器、曽は電流検出
器（９）による電流検出値と電流設定器αηによる電流
設定値との差を導出する誤差増幅器、α４は電圧検１出
器叫による電圧検出値と電圧設定器（２）による電圧設
定値との差を導出する誤差項＠器、α９は電圧検出器Ｏ
Ｑによる検出電圧から消耗電極（７）と溶接母材（８）
との間の短絡、アークの発生を弁別する弁別器、ＯＱは
短絡発生直後からＴａ時間作動する第１タイマ、αηは
アーク発生直後からＴａ時間作動する第２タイマ、（至
）はＭＰＵ、α燵はインバータ駆動部であり、ＭＰＵに
）により、両誤差増福器（１３、α４の出力信号に基づ
く制御信号が入力され、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α９により短絡が発生したと判別されると
、弁別器α９の出力信号により、第１タイマａｅが作動
して短絡発生からＴａ時間がカウントされ、第２図（ａ
）に示す如く、前記Ｔａ時間、　ＭＰＵ（ｌ窄こより電
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、ＭＰＵ（至）によりインバータ駆動
部０呻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、同図（ａ）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、ＭＰＵ（
至）によりインバータ駆動部α呻が制御される。

このとき、短絡終期において、溶接電流が低レベルのＩ
ｄから高レベルのＩａに増大されることにより、母材（
８）に接触している電極（７）の先端の溶滴に十分なエ
ネルギが与えられ、スパッタを発生することなく、溶滴
が確実に母材（８）に移行し、電極（７）と母材（８）
との短絡が破れてアークが再発生する。

一方、短絡初期には、電極（７）、母材（８）間の溶接
電圧はほぼゼロになり、第２図（１））に示すように、
短絡中期から溶接電圧がわずかに増加するように、　Ｍ
ＰＵＱ＄によりインバータ駆動部０窃が制御されると共
に、前記Ｔａ時間の経過後同図（ｂ）に示すように、前
記溶接電圧が高レベルＶａになるように、ＭＰＵ（至）
によりインバータ駆動部α呻が制御される。

つぎに、電極（７）の先端の溶滴が母材（８）に移行し
、電極（７）、母材（８）間で再びアークが発生し、弁
別器ａ９によりアークが発生したと判別されると、弁別
器α９の出力信号により、第２タイマαηが作動してア
ーク発生からＴａ時間がカウントされ、第２図（ｂ）に
示す如く、前記Ｔａ時間、前記溶接電圧が高しベルＶａ
から第１の変化率θｌで減少するように、ＭＰＵ（ト）
によりインバータ駆動部０りが制御されたのち、前記Ｔ
ａ時間経過後９次の短絡までの間、前記溶接電圧が第１
の変化率θｌより大きな第２の変化率θ２で減少するよ
うに、ＭＰＵ（至）によりインバータ駆動部Ｏｅが制御
される。

このとき、アーク発生後、　Ｔａ時間、溶接電圧を、定
電圧に制御せずに第１の変化率θｌで減少させることに
より、電極（７）の燃え上がりを抑えてアーク長が長く
なることを抑制でき、アーク長を早期に正常化してアー
クの安定化を図ることができ、しかも前記Ｔａ時間経過
後、溶接電圧を第２の変化率θ２（〉θ１）で減少させ
ることにより、アーク期間から次の短絡期間へ移る際に
、アーク長を徐々に縮めて成長した溶滴の遊動を防止で
き、容易に次の短絡状態に移行することが可能になる。

また、アーク発生後、前記Ｔａ時間、第２図（ａ）に示
す如く、溶接電流が高レベルＩａに保持されるように、
ＭＰＵ（１１１９によりインバータ駆動部ａ１が制御さ
れたのち、前記Ｔａ時間経過後９次の短絡までの間、主
として第２の変化率θ２による溶接電圧の減少によって
生じる溶接電流の減少作用により、溶接電流を減少させ
る。

なお、前記Ｔａ時間経過後９次の短絡までの間、前記趨
接電圧の減少による溶接ｒｔｔ’％の減少作用と併せて
、ＭＰＵ（至）により変化率θ３で溶接直流を減少する
制御を行ってもよい。

このとき、アーク発生後、　Ｔａ時間、溶接電流を高レ
ベルのＩａに保持することにより、消耗電極（７ン及び
母材（８）への十分な入熱を確保することができ、電極
（７）の先端の溶滴を十分に成長させることができると
ともに、母材（８）の溶は込み不足を防止し、溶融池の
対流を発生させて溶着金属内部の不純物を浮上放出させ
ることができ、美麗な溶接ビードを得ることが可能にな
る。

さらに、溶滴が母材（８）に短絡移行する前後における
溶接電流を低くすることにより、アークの反発力により
溶滴が吹き飛ばされることを防止でき、スパッタの発生
を抑制することができる。

そして、消耗電極として、ＪＩＳ　Ｚ　８８１２による
ＹＧＷ１２の直径１．２ｍｍのワイヤを使用し、ワイヤ
送給速度を８ｍ／分とし、シールドガスとしての炭酸ガ
スを２０１７＠の流量で通流し、このような溶接条件下
で、溶接電流及び溶接電圧の波形パラメータそれぞれを
、ｔｄ＝５０Ａ、　Ｉａ＝４０ＯＡ、Ｖａ＝２７Ｖ、　
Ｉｄ　＝１．５ｍ５ｅｃ、Ｔａ＝＝ＬＱｍｓｅｃ　、Ｏ
ｌ　＝０−０４　Ｖ／ｍｓ　ｅ　ｃ　ｅθ２＝０、１７
Ｖ／ｍ５ｅｃ　、θ３＝０として溶接を行った場合、ス
パッタ発生量は１　、２　ｇ／分となり、従来の定電圧
出力特性を有する溶接電源を用い、前記と同じ溶接条件
下で溶接を行った°場合のスパッタ発生ｆｉ７．２ｇ／
分に比べ、スパッタ発生量は大幅に減少し、均一で美麗
な溶接ビードが得られた。

従って、前記実施例によると、アーク期間に、溶接電圧
を第１の変化率θ１でＴａ時間減少させたのち、第１の
変化率θ１よりも大きな第２の変化率θ２で減少させた
ため、アーク発生初期において、アークの安定化及び溶
接ビードの均一化を図ることができ、アーク終期には、
溶滴の遊動及び溶滴の飛散を防止でき、従来に比べ、ス
パッタ発生量を大幅ｌζ低減することができると共に、
美麗で良好な溶接ビードを形成することができる。

なお、他の実施例として、アーク期間における溶接電圧
を一定の変化率で減少させるように制御してもよく、こ
の場合、前記実施例における溶接条件のうち、ワイヤ送
給速度を４ｍ／分とし、波形パラメータそれぞれを、Ｉ
ｄ　＝５　ＯＡ、　Ｉ　ａ＝８００Ａ　、　Ｖａ＝１９
Ｖ、Ｔｄ＝１　、５ｍ５ｅｃ　、　Ｔａ＝０　、０１＝
ｏ　＊θ２＝０．１７Ｖ／ｍ５ｅｃ、θＢ＝０として溶
接を行ったところ、スパッタ発生量はＯ，’１ｇ１分と
なり、従来の定電圧特性を有する溶接電源を用いた場合
のスパッタ発生量１　、　ＯｇＺ分に比べ、スパッタ量
は減少し、溶接ビードも均一で美麗であった。

また、前記した溶接電圧の変化率θ１及びθ２の最適値
を、実際の溶接結果から求めたところ、０１Ｅｉ　Ｏ〜
０．１５Ｖ　／１ｎｓｅｃ　、θ２は０　、０２５〜ｌ
　ＱＶ／ｍ５ｅｃが適当であり、溶接状二元に応じ、Ｏ
ｌ、θ２をこれらの範囲内で適宜選定すればよい。

〔発明の効果〕

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

ガスシールドアーク溶接において、アーク期間に、溶接
電圧を減少させるため、アーク発生初期には、アークの
安定化及び溶接ビードの均一化を図ることができ、アー
ク終期には、溶滴の遊動及び溶滴の飛散を防止でき、従
来に比べ、スパッタの発生量を大幅に低減することがで
きると共に、美麗で良好な溶接ビードを形成することが
できる。

【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（ａ）。 （ｂ）はそれぞれ溶接電流及び溶接電圧の波形図、第３
図（ａ）〜（ｆ）はガスシールドアーク溶接における溶
滴の形成、移行の過程を示す図、第４図ないし第６図は
それぞれ従来例の溶接電流の波形図である。 （７）・・・消耗電極、（８）・・・溶接母材。

Claims (2)

【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、及び
   前記消耗電極、前記母材間の溶接電圧を制御し、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、前記溶接電圧を減少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。
2. （２）アーク期間に、溶接電圧を、当初第１の変化率で
   減少したのち、前記第１の変化率より大きな第２の変化
   率で減少することを特徴とする請求項１記載のガスシー
   ルドアーク溶接用電源の出力制御方法。