JPH0220353B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は消耗電極である溶接用ワイヤを自動送
給し、溶接用ワイヤが被溶接物に接触短絡するこ
とと非接触でアーク発生することをくり返す短絡
移行溶接をおこなうアーク溶接用電源に関するも
のである。

従来の技術 溶接用ワイヤを被溶接物に接触短絡させて溶滴
離脱させることと非接触でアーク発生させ溶滴形
成させることを交互にくり返して溶接する短絡移
行溶接のアーク発生期間中における溶接出力制御
は、溶接出力制御素子の導通幅を一定値に保つて
おき、溶接用変圧器の定電圧特性とアークの自己
制御作用によつておこなわれてきた。また、ワイ
ヤ送給速度の設定や各種作業に応じた出力微調整
は前記溶接出力制御素子の導通幅を調整すること
によつておこなわれてきた。

発明が解決しようとする問題点 ワイヤ短絡が解除されてアーク発生し、次のワ
イヤ短絡を抑えるまでのアーク発生期間中に必要
な出力制御は次の４種類に分類される。

ワイヤ短絡解除直後の第１の期間はワイヤ先端
が被溶接物にきわめて近く、継続して自動送給さ
れるワイヤや溶融池の振動により再短絡してスパ
ツタ発生させない必要がある。このため短時間に
ワイヤ溶融させ、被溶接物からの距離を設ける必
要がある。定電圧特性の溶接アークはアークの自
己制御作用により定アーク長に制御され、ワイヤ
が被溶接物に再接触短絡することを防ぐ働きをす
る。

定アーク長が確保された後の第２の期間は均一
な溶滴移行をさせるために均一なワイヤ先端溶融
塊を成長させねばならない。定電流制御された溶
接アークはこの均一溶滴形成を助長する。

ワイヤ先端が被溶接物から離れた後はその距離
を次第に短くさせながら溶滴形成させ、同時に溶
接物を溶融させる必要がある。この時、溶接出力
が過大であるとアーク長が長くなり溶融池の振動
も大きくなつて溶接ビード形成に悪影響を及ぼ
す。同時に形成されたワイヤ先端の溶滴もアーク
力等により飛散してスパツタ発生の原因となる。
以上が第３の期間に必要な制御である。

溶滴形成後の第４の期間は再び溶接用ワイヤを
被溶接物に接触短絡させ、溶滴を被溶接物へ移行
させるための準備期間である。この間、迅速に溶
接用ワイヤを被溶接物に接近させ、ワイヤ短絡を
促進させねばならない。

以上、アーク発生期間中に段階制御しなければ
良好な溶滴形成、移行が得られないのに対し、従
来の技術では溶接出力制御素子の導通幅を一定値
に保ち、溶滴形成の各段階を詳細制御することな
く溶接用変圧器とアークの自己制御作用に委ねて
いた。この結果、アーク発生直後に十分な燃上り
が得られず、溶滴移行することなく再短絡してス
パツタ発生したり、ワイヤ先端の送給速度変動に
より過大な溶融塊を発生させ、これがアーク力等
により飛散してスパツタ発生の原因を作つてい
た。さらに従来技術ではワイヤ送給最大の領域で
はアーク発生後の燃上りを確保するためにアーク
期間全体に過大な溶接出力を供給する結果、過大
成長したワイヤ先端の溶融塊が被溶接物に接触短
絡して移行せず、アーク力に吹飛ばされて移行す
るいわゆるグロービユラー移行になり易く、この
ため多大なスパツタ発生を避けることができなか
つた。

本発明はアーク期間全体を制御していたために
起因するスパツタ発生を防止するために、アーク
期間を分割し、それぞれの状態に必要な制御を効
果的におこない、スパツタ発生防止，溶接ビード
形成制御，溶接品質，作業性を改善するものであ
る。

問題点を解決するための手段 前記問題点を解決するために、本発明のアーク
溶接用電源は、溶接電流値を検出しこれに対応し
た信号を出力する電流値検出回路部と、溶接用ワ
イヤが被溶接物に接触短絡しているか非接触でア
ーク発生しているかを判別する信号を出力する短
絡・アーク検出回路部と、前記短絡・アーク検出
回路部の出力信号を入力としワイヤ短絡からアー
ク発生に移行した時を起点に第１の時限を計数し
て出力の状態を変える信号を出力する第１タイマ
回路部と、前記第１タイマ回路部の出力信号を入
力とし、前記第１の時限の計数完了時を起点に第
２の時限を計数して出力の状態を変える信号を出
力する第２タイマ回路部と、前記第２タイマ回路
部の出力信号を入力とし前記第２の時限の計数完
了時を起点に第３の時限を計数して出力の状態を
変える信号を出力する第３タイマ回路部と、前記
電流値検出回路部と前記短絡・アーク検出回路部
と前記第１タイマ回路部と前記第２タイマ回路部
と、前記第３タイマ回路部の各出力信号を入力の
一部とし、アーク発生中で前記第１の時限内は大
なる第１の溶接出力を略定電圧特性にて出力する
第１出力回路の信号を、アーク発生中で前記第２
の時限内は前記第１の溶接出力とほぼ同等の第２
の溶接出力を定電流特性にて出力する第２出力回
路の信号を、アーク発生中で前記第３の時限内は
中なる第３の溶接出力を略定電圧特性にて出力す
る第３出力回路の信号を、アーク発生中で前記第
３の時限計数以降で前記電流値検出値が所定の値
未満の場合は前記第３の時限内と同様に前記第３
出力回路の信号を、アーク発生中で前記第３の時
限計数完了以降で前記電流値検出値が所定の値に
達した以降は小なる第４の溶接出力を定電流特性
にて出力する第４出力回路の信号を溶接出力制御
素子に出力する出力制御回路部とで構成される。

作 用 上記構成において、ワイヤが被溶接物に接触短
絡していた状態からアーク再生に移行する第１の
時限内においては十分なアーク電流が供給され
る。この結果、従来のリアクトルによる再生電流
が供給されたのと等価となりワイヤ先端は急速に
被溶接物から離れてアーク長を確保し、ワイヤ燃
え上り不足によるアーク再生直後の再短絡による
スパツタ飛散を防止することができる。定電圧制
御された溶接アークはアークの自己制御作用によ
り再短絡防止を助長する。

アーク長が確保された第２の時限内は定電流制
御された溶接アークによりワイヤ先端の溶融塊形
成，溶融池形成をおこなう。従つてワイヤ突出長
変動により溶融量の過不足がなく均一な溶接ビー
ドが形成される。

溶滴形成，溶融池形成が十分なされた後の第３
の時限においてはアーク長が次第に短くなるよう
に第３の出力が設定される。この時の略定電圧制
御された溶接電流波形は溶接電源内のリアクトル
や溶接経路のリアクタンス分と第２の時限の大な
る電流値により、アーク長が短くなりつつある過
程であるにもかかわらず減少傾向となる。従つて
リアクタンス分の応答遅れが完了したと推定され
る時点でもつて第３の時限は設定される。

第３の時限以降は前記リアクタンス分の応答遅
れも解消し、略定電圧特性の溶接電流波形はアー
ク長がさらに短くなることにより順次増加する。
すなわち、この期間ではリアクタンス分による応
答遅れがあるものの、溶接電流値はアーク長に対
応するものとなる。アーク長減少を開始する直前
の第２の時限において定電流制御したためにこの
時の溶接電流値のアーク長との対応性は正確なも
のとなる。

このままで次のワイヤ短絡接触に移行すれば溶
接電流値が大となつているため、確実にワイヤ接
触短絡に至らず、微接触によりワイヤ先端に形成
された溶融塊をスパツタとして飛散させることに
なる。従つて前記第３の時限以降は溶接電流値の
増加を常に検出し、ワイヤ接触短絡の起きる寸前
を検出してこれにより溶接出力を速やかに低下せ
しめてアーク自己制御作用を働かせることなく確
実に溶滴の被溶接物への移行をおこなわせ、スパ
ツタ飛散を防止することができる。

以上の作用によりアーク期間中の溶接出力を制
御することによりワイヤ燃え上がり、溶融塊とビ
ード形成がはかれ、次のワイヤ短絡時に発生する
スパツタを防止することができる。

実施例 以下、本発明の実施例を第１図および第２図を
用いて説明する。

第１図において、１は溶接電源の入力端子、２
は溶接用変圧器、３は整流、平滑部、４は溶接出
力制御素子、５はリアクトル、６は回生用ダイオ
ード、７は分流器、８は溶接用電源の出力端子、
９は通電用コンタクトチツプ、１０は溶接用ワイ
ヤ、１１は被溶接物、１２は溶接電流値検出回路
部でV_Iaはその出力信号、１３は出力制御回路部
であり、第１出力回路１３１，第２出力回路１３
２，第３出力回路１３３，第４出力回路１３４お
よび選択器１３５により構成され、これらは第３
図のフローチヤートに示す如く動作する。１４は
短絡・アーク検出回路部でV_Sはその出力信号、
１５は第１タイマ回路部でV_T1はその出力信号、
１６は第２タイマ回路部でV_I2はその出力信号、
１７は第３タイマ回路部でV_T3はその出力信号で
ある。第２図においてＡはワイヤ先端と被溶接物
との距離（アーク長）の時間的誰移を示し、Ｂは
第１図のV_S信号の時間的推移を示す。Ｃは第１
図のV_T1信号の時間的推移を示し、T₁は第１の時
限を示す。Ｄは第１図のV_T2信号の時間的推移を
示し、T₂は第２の時限を示す。Ｅは第１図のV_T3
信号の時間的推移を示し、T₃は第３の時限を示
す。Ｆは第１図のV_Ia信号の時間的推移を示し、
Ｇは溶接電流の時間的推移を示す。

今、第２図の時刻T₀₀でワイヤ短絡が解除され
アーク発生したとする。短絡・アーク検出回路１
４は溶接電圧の変化を検出しアーク発生したもの
と判定して第１タイマ回路１５と出力制御回路１
３に第２図Ｂに示す短絡・アーク検出信号V_Sを
ＬレベルからＨレベルに転じて出力する。第１タ
イマ回路１５はV_S信号がＬレベルからＨレベル
に転じた時を起点として時限T₁の間Ｌレベルで
ある信号V_T1を第２タイマ回路１６と出力制御回
路１３に出力する。V_SとV_T1を受けた出力制御回
路１３はこの状態を検出して第１の溶接出力を命
令する信号を第１出力回路１３１から選択器１３
５により選択して溶接出力制御素子４に出力す
る。この結果T₁時限の間、第２図Ｇに示すよう
に大なる電流が溶接アーク部に供給され、ワイヤ
先端と被溶接物間との距離（アーク長）は短時間
に確保され、しかもこの間の溶接出力は略定電圧
特性にて供給されるのでアークの自己制御作用に
より容易に再短絡せず、この結果アーク再生直後
の再短絡によるスパツタ発生を防止することがで
きる。

第１の時限T₁が経過した時刻T₀₁（第２図Ａ参
照）において、第１タイマ回路１５の出力信号
V_T1はＬレベルからＨレベルに復帰する。これに
より第２タイマ回路１６は第２の時限T₂を計数
開始し、出力信号V_T2をＨレベルからＬレベルに
転じる（第２図Ｃ，Ｄ参照）。出力制御回路１３
は前記V_SとV_T2を検知し、第２の時限となつたこ
とを判断して定電流特性制御する第２出力回路１
３２の信号を選択器１３５により選択して溶接出
力制御素子４に出力する。この結果、均一なワイ
ヤ先端の溶融塊および溶融池が形成され、ワイヤ
突出長の変動があつても均一な溶接ビードが実現
される。

第２の時限T₂が経過した時刻T₀₂において第２
タイマ回路１６の出力信号V_T2はＬレベルからＨ
レベルに復帰する。これにより第３タイマ回路１
７は第３の時限T₃を計数開始し、出力信号V_T3を
ＨレベルからＬレベルに転じる。（第２図Ｄ，Ｅ
参照。）出力制御回路１３は前記V₃とV_T3を検知
し、第３の時限となつたことを判断してアーク長
を減少させるべく略定電圧特性の第３出力回路１
３３の信号を選択器１３５により選択して溶接出
力制御素子４に出力する。このT₃時限の間は第
２図Ａ，Ｇに示すようにアーク長は短くなるにも
かかわらず時刻t₀₂時の溶接電流値が高いことと
リアクトル５の働きとにより減少傾向となり、最
低電流を記録してからアーク長が短くなりつつあ
ることを示して増加傾向となる。時限T₃はこの
最低電流となる時限を予め予測して、これより少
し長い時限に設定される。第３の時限を経過後は
出力制御回路１３は電流値検出回路１２からの信
号V_Iaを検出する。そしてV_Ia信号値が所定の値
V_Iapとなるまでは第３時限内と同様に第３出力回
路１３３の信号を選択器１３５が選択して溶接出
力制御素子４に出力する。アーク長がきわめて短
くなり、次回のワイヤ短絡寸前となつた時、すな
わち、溶接電流値がI_apとなつて電流値検出回路
からの信号がV_Iapとなつた時刻t₀₄において出力制
御回路１３は第１，第２，第３の溶接出力値より
も小なる溶接出力を命令する第４出力回路１３４
の信号を選択器１３５が選択して溶接出力制御素
子４に出力する第２の時限の溶接出力が定電流制
御されていたことにより、この短絡直前の検出は
きわめて精度良くおこなわれる。この結果、ワイ
ヤ短絡が促進され、アーク力や微接触のピンチ力
を発生させることなく確実にワイヤ短絡に至る。

以上の実施例、作用によりワイヤ短絡時のスパ
ツタ発生を極めて少ないものとすることができ
る。

なお、第１図の実施例は溶接電源主回路部をチ
ヨツパ方式とした例であり、インバータ方式とし
ても同様の作用、効果を得ることができる。

なお、本発明を実施するにあたりマイクロコン
ピユーターを使用してT₁，T₂，T₃の時限設定や
第１，第２，第３，第４の溶接出力所定、第１図
におけるI_apの値の設定等を効果的におこなわせ
ることができる。第３図はこの場合のアーク発生
期間中のプログラムのフローチヤート例である。

第３図において、まず現在の溶接状態はワイヤ
短絡中なのかアーク発生中なのかを判別する。ワ
イヤ短絡中であればP₀→P₉→P₄→P₀の経路をプ
ログラムで実行し、効果的なワイヤ短絡中の制御
をおこなう。この制御に関しては本件の範囲では
ないので図中では破線で示し省略している。アー
ク発生中で第１の時限内であればP₀→P₁→P₂→
P₃→P₄→P₀の経路をプログラムで実行し、第１
の溶接出力を命令する。アーク発生中で第２の時
限内であればP₀→P₁→P₅→P₁₀→P₃→P₄P₀の経路
をプログラムで実行し第２の溶接出力を命令す
る。アーク発生中で第３の時限内であればP₀→
P₁→P₅→P₁₁→P₆→P₃→P₄→P₀の経路を実行し第
３の溶接出力を命令する。アーク発生中で第３の
時限経過後はP₀→P₁→P₅→P₁₁→P₇とプログラム
を実行し溶接電流値が所定値に達したかどうした
かを判別する。所定値に達していなければ続いて
P₆→P₃→P₄→P₀の経路を実行し第３の溶接出力
を命令し続ける。所定値に達したことがあれば続
いてP₈→P₃→P₄→P₀の経路を実行し、第４の溶
接出力命令を出力する。

以上のプログラムにより第２図の動作が円滑に
実行される。なお、本発明をマイクロコンピユー
ター等で実施した場合、第１図の実施構成例のハ
ードウエアとソフトウエアプログラムの境界が下
明確となる。すなわち、出力制御回路１３のみに
マイクロコンピユーターを使用することもできる
し、第１タイマ回路１５、第２タイマ回路１６、
第３タイマ回路１７も含めてマイクロコンピユー
ターによりプログラムで処理することもできる
が、いずれの範囲までプログラムで実行しようと
も本件の趣旨に変りない。

発明の効果 以上のように、本発明によればアーク発生中の
アーク長形成，溶滴形成，溶融池形成が独立に制
御でき、過大な溶滴形成によるスパツタ飛散が防
止できると共に、従来、多大なスパツタ発生をさ
せていたグロービユラー移行溶接域も短絡移行溶
接域とすることができ、毎回の溶滴移行量の制御
ができ、ビード形成制御やワイヤ短絡の確実化に
よる低スパツタ化がはかれ、作業性改善、溶接品
質向上がはかれる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例におけるアーク溶接用
電源の回路図、第２図は第１図における要部の信
号波形図、第３図は本発明の実施例において、マ
イクロコンピユーターを使用した場合のプログラ
ムフローチヤートである。 １２……電流値検出回路部、１３……出力制御
回路部、１４……短絡・アーク検出回路部、１５
……第１タイマ回路部、１６……第２タイマ回路
部、１７……第３タイマ回路部。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 溶接電流値を検出しこれに対応した信号を出
   力する電流値検出回路部と、溶接用ワイヤが被溶
   接物に接触短絡しているか非接触でアーク発生し
   ているかを判別する信号を出力する短絡・アーク
   検出回路部と、前記短絡・アーク検出回路部の出
   力信号を入力としワイヤ短絡からアーク発生に移
   行した時を起点に第１の時限を計数して出力の状
   態を変える信号を出力する第１タイマ回路部と、
   前記第１タイマ回路部の出力信号を入力とし前記
   第１の時限の計数完了時を起点に第２の時限を計
   数して出力の状態を変える信号を出力する第２タ
   イマ回路部と、前記第２タイマ回路部の出力信号
   を入力とし前記第２の時限の計数完了時を起点に
   第３の時限を計数して出力の状態を変える信号を
   出力する第３タイマ回路部と、前記電流値検出回
   路部と前記短絡・アーク検出回路部と前記第１タ
   イマ回路部と前記第２タイマ回路部と、前記第３
   タイマ回路部の各出力信号を入力の一部とし、ア
   ーク発生中で前記第１の時限内は大なる第１の溶
   接出力を略定電圧特性にて出力する第１出力回路
   の信号を、アーク発生中で前記第２の時限内は前
   記第１の溶接出力とほぼ同等の第２の溶接出力を
   定電流特性にて出力する第２出力回路の信号を、
   アーク発生中で前記第３の時限内は中なる第３の
   溶接出力を略定電圧特性にて出力する第３出力回
   路の信号を、アーク発生中で前記第３の時限計数
   以降で前記電流値検出値が所定の値未満の場合は
   前記第３の時限内と同様に前記第３出力回路の信
   号を、アーク発生中で前記第３の時限計数完了以
   降で前記電流値検出値が所定の値に達した以降は
   小なる第４の溶接出力を定電流特性にて出力する
   第４出力回路の信号を溶接出力制御素子に出力す
   る出力制御回路部とで構成されることを特徴とす
   るアーク溶接用電源。 ２ 前記第１，第２，第３，第４の各出力回路の
   溶接出力および電流値検出値の所定の値は溶接用
   ワイヤの送給量の関数として設定した特許請求の
   範囲第１項記載のアーク溶接用電源。 ３ 前記第１，第２，第３の時限は溶接用ワイヤ
   の送給量の関数として設定した特許請求の範囲第
   １項記載のアーク溶接用電源。