JPH03281063A - 溶接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］ 本発明は短絡移行溶接に使用する溶接電源の出力制御方
法に関する。

［従来の技術］ 溶接ワイヤと母材との間で短絡とアーク発生とを繰り返
しながら溶接を行なう短絡移行溶接において、溶接ワイ
ヤと母材との間の短絡が破断してアークが再発する瞬間
に多量のスパッタが発生することが知られている。そし
て、アーク再生時に流れる電流が多いほど、大粒のスパ
ッタが発生する。従って、アーク再生の前兆である溶滴
のくびれを監視し、くびれの発生を検知したときに溶接
ワイヤに供給する電流を低減することにより、スパッタ
の発生を抑制することができる。

第４図（ａ）、（ｂ）は横軸に時間をとり、縦軸に夫々
電流値及び電圧値をとって、従来の溶接電源の出力制御
方法を示すグラフ図である。

従来の溶接電源の出力制御方法においては、溶接ワイヤ
と母材とが短絡すると、ワイヤに供給する電流を所定の
値まで増加させる。そして、電流値が所定の値に到達し
、一定値となった後に、溶接ワイヤと母材との間の溶接
電圧を監視する。つまり、溶滴のくびれにより電圧の変
化ΔＶが大きくなって特定の値を超えたときに、溶接ワ
イヤに供給する電流を低減する。その後、溶滴のくびれ
は更に進行して溶接ワイヤと母材との間の短絡が破断す
る。しかし、このときの電源の出力電流は低減されてい
るため、スパッタの発生を抑制することができる。また
、このくびれの発生を、電圧変化分ΔＶを電流変化分へ
Ｉで除したもの（ΔＶ／ΔＩ）、又は電圧の時間変化量
（ΔＶ／ｌ）の変化により検出するものもある。

［発明が解決しようとする課題］ しかしながら、上述した制御方法においては、短絡発生
後溶接ワイヤに供給する電流が前記所定の値に到達する
までの間の短絡初期に溶滴にくびれが発生した場合は、
これを検知することができない。また、この溶接電流が
所定値に到達するまでの時間は溶接ケーブルの長さによ
り異なると共に、１次側電源電圧の変動等によっても変
化する。

このため、上述した従来の方法では、くびれの発生を確
実に検知することができない。従って、スパッタを安定
して抑制することができず、溶接の品質が低下する。ま
た、スパッタを除去するための作業が必要であり、煩雑
であると共に、溶接時の作業効率が低下する。特に、ス
パッタ除去作業は、ロボット等を使用した溶接ラインの
完全自動化を達成する上で著しい障害になるという問題
点がある。

本発明はかかる問題点に鑑みてなされたものであって、
短絡初期においてもくびれを検出できると共に、溶接ケ
ーブルの長さ、１次側電源電圧及びワイヤ突出し長さ等
が変動してもくびれの発生を正確に検知することができ
、スパッタの発生を抑制できて溶接の品質を向上させる
ことができると共に、溶接作業の効率を向上させること
ができる溶接電源の出力制御方法を提供することを目的
とする。

［課題を解決するための手段］ 本発明に係る溶接電源の出力制御方法は、短絡移行溶接
に使用される溶接電源の出力制御方法において、溶接ワ
イヤと母材とが短絡した後に前記溶接ワイヤに供給する
電流を実質的に一定の速度で増加させ、前記溶接ワイヤ
と前記母材との間の電圧Ｖの時間的変化量ｄＶ／ｄｔを
演算し、この時間的変化量ｄＶ／ｄｔの初期値を保持し
ておくと共に、前記時間的変化量ｄＶ／ｄｔと前記初期
値との差が所定値以上になったときに前記溶接ワイヤに
供給する電流を低減することを特徴とする。

［作用］ 本発明においては、溶接ワイヤと母材とが短絡したとき
に溶接ワイヤに供給する電流を実質的に一定の増加速度
（立上り傾斜）で増加させる。この立上り傾斜は、例え
ば１次側の電源電圧が許容範囲内における最低値（例え
ば交流２００Ｖの場合、通常、許容範囲内の最低値は１
８０Ｖ　）であり、且つ溶接ケーブルの長さが十分に長
い場合でもワイヤと母材との短絡時に十分に溶接電流が
立ち上がることができるように、緩い傾斜にする。これ
により、溶接ケーブルの長さ及び１次側電源電圧の変動
による影響を回避することができる。

電圧が一定の速度で増加した場合に、この電圧を時間で
微分すると、その値は一定になる。しかし、短絡移行溶
接においては、溶滴にくびれが発生すると、溶接ワイヤ
と母材との間の抵抗値が増加するため、溶接ワイヤと母
材との間の電圧を時間で微分すると、この微分値はくび
れの発生に伴って上昇する。従って、電圧を時間で微分
した値Ａ（即ち、ｄＶ／ｄｔ）の初期値へ〇を保持して
おき、両者の差ΔＡ（即ち、Ａ−Ａｏ）を演算すること
によりくびれの発生を検知することができる。

この場合に、一定の割合で増加する電流に対して、ワイ
ヤ突出し長さが長い場合は、電圧の立上り傾斜は急にな
り、ワイヤ突出し長さが短い場合は電圧の立上り傾斜は
緩やかになる。

第５図（ａ）、（ｂ）は横軸に時間をとり、縦軸に夫々
電流値及び電圧値をとって、短絡初期に一定の速度で電
流を増加させた場合の電流及び電圧の時間変化を示すグ
ラフ図である。

短絡初期において、溶接ワイヤと母材との間の短絡時に
流れる電流を予め設定された一定の速度で増加させるよ
うに電源を制御し、この電流の増加による電圧の増加分
が所定の値に到達したときに電源の出力電流を低減する
ものである。このようにワイヤに供給する電流を一定の
速度で増加させたときの電圧の増加分（電圧の時間によ
る微分値）により溶滴のくびれを監視することにより、
短絡発生の初期から短絡破断までの間に亘って、くびれ
の発生を一応検知することが可能である。

しかしながら、上述の方法においては、電流の増加によ
る電圧の増加分を電流ｉを時間で微分した値（ｋ・ｄ　
ｉ／ｄ　ｔ）　　（但し、ｋは比例定数）によって近似
して全体の電圧増加分からこれを差し引いているものの
、ワイヤ突出し長さの変動による電圧増加分の変動につ
いてはこれを把握することができない。即ち、ワイヤ突
出し長さが長い場合は、第５図Ｃｂ）に破線Ａで示すよ
うに電圧の変化が大きくなる。また、ワイヤ突出し長さ
が短い場合は、第５図（ｂ）に破ＮＢで示すように電圧
の変化が小さくなる。従って、電圧を時間で微分した電
圧微分値によりくびれを検知しようとすると、ワイヤ突
出し長さ等の溶接条件が変化した場合にくびれによる電
圧変化とこの溶接条件の変化による電圧変化とを区別で
きず、このため、くびれを検知できない。しかし、いず
れの場合も、電圧を時間で微分した電圧微分値の初期値
からの変化分は、くびれの発生のみにより生じるもので
あり、ワイヤ突出し長さ等の溶接条件等の変化による影
響を受けない。従って、本発明のように電圧を時間で微
分した値Ａの初期値Ａ。を保持しておき、両者の差ΔＡ
＝Ａ−Ａ、を演算することにより、ワイヤ突出し長さ等
の溶接条件の変化に影響されず、くびれの発生を検知す
ることができる。

アーク再生時の電流を一層確実に低下させるためには、
溶接ワイヤに供給する電流の立上り傾斜をワイヤの突込
みが発生しない程度に緩やかにしておくことが好ましい
。ワイヤの突込みが発生しない程度に緩やかな電流の立
上り傾斜はワイヤの送給速度により異なり、ワイヤ送給
速度が速い場合は電流の立上り傾斜が急であることが必
要である。従って、ワイヤ送給速度に応じてワイヤに供
給する電流の立上り傾斜を変化させる場合は、くびれ検
知電圧（前記所定値）もワイヤの送給速度に応じて変化
させることが好ましい。

［実施例］ 次に、本発明の実施例について添付の図面を参照して説
明する。

第１図（ａ）乃至（ｄ）は本発明の実施例方法を示すグ
ラフ図であり、第１図（ａ）は横軸に時間をとり、縦軸
に電流値をとって、溶接ワイヤに供給する電流の時間的
変化を示すグラフ図、第１図（ｂ）は横軸に時間をとり
、縦軸に電圧値をとって、溶接ワイヤと母材との間の電
圧Ｖの時間的変化を示すグラフ図、第１図（ｃ）は横軸
に時間をとり、縦軸に電圧Ｖを時間で微分した値（ｄＶ
／ｄｔ）をとって、電圧Ｖの微分値の時間的変化を示す
グラフ図、第１図（ｄ）は横軸に時間をとり、縦軸に電
圧Ｖの微分値（ｄＶ／ｄｔ）をとって、電圧Ｖの微分値
の初期値を示すグラフ図である。

本実施例においては、第１図（ａ）に示すように、溶接
ワイヤと母材とが短絡すると、溶接ワイヤに供給する電
流を一定の増加速度で増加させる。

そうすると、溶滴にくびれが発生した場合に、このくび
れの進行に伴って溶接ワイヤと母材との間の抵抗値が上
昇する。このため、溶接ワイヤと母材との間の電圧Ｖは
、第１図（ｂ）に示すように、始めは緩やかに変化し、
次第にその変化量が大きくなる。この電圧Ｖを時間で微
分すると、第１図（Ｃ）に示すように、緩やかなカーブ
で上昇する曲線になる。なお、溶接ワイヤと母材とが短
絡した瞬間は両者の間の電圧が急激に低下する。そして
、微分器等の電気回路の動作が一時的に不安定になる。

このため、本実施例においては、第１図（ｄ）に示すよ
うに、この電圧Ｖの時間微分値が安定した後の値、即ち
短絡が発生してから１１時間後の電圧微分値を初期値と
している。

そして、この初期値と電圧Ｖの微分値との差ΔＡが特定
の値になったときに、溶接ワイヤに供給する電流値を低
減する。その後、くびれが進行して溶接ワイヤと母材と
の間の短絡が破断するが、このときには、溶接電流は低
減されているため、スパッタの発生が抑制される。この
場合に、一定の速度で増加する電流に対し、ワイヤ突出
し長さが長い場合は、第２図（ａ）においてＩで示すよ
うに、電圧の立」−り傾斜は急峻になる。一方、ワイヤ
突出し長さが短い場合は、第２図（ａ）において■で示
すように、電圧の立ち上がり傾斜は比較的穏やかになる
。しかし、第２図（ｂ）に示すように、溶滴のくびれに
よる電圧微分値の変化ΔＡ１．ΔＡ２は相互に同一であ
る。従って、本実施例方法においては、ワイヤの突出し
長さの影響を受けないでくびれの検知を行うことができ
る。

第３図は本実施例方法を実現する溶接電源を示すブロッ
ク図である。

電源１の１対の出力端子は夫々溶接ワイヤ２及び母材３
に電気的に接続され、この電源工により溶接ワイヤ２及
び母材３間に電圧が印加される。

また、ワイヤ２はモータ（図示せず）により母材３に向
って送給されるようになっている。

電源１の前記１対の端子間には電圧検出器４が介装され
ている。この電圧検出器４の出力は微分器５及び短絡響
アーク判別回路６に入力される。

短絡・アーク判別回路６は電圧検出器４の出力により、
溶接ワイヤ２と母材３とが短絡状態であることを検知し
たときには短絡信号を発生し、短絡が破断したときには
アーク発生信号を発生する。

また、この短絡・アーク判別回路６はスイッチ１４を駆
動し、溶接ワイヤ２と母材３とが短絡状態であるときに
はａ接点を選択し、非短絡状態であるときにはｂ接点を
選択する。

短絡φアーク判別回路６によりスイッチ１４のａ接点が
選択されたときは、電源１の制御入力端はスイッチ１５
により選択された増加電流設定器１２又は低電流設定器
１３のいずれか一方に接続される。また、短絡−アーク
判別回路６によりスイッチ１４のｂ接点が選択されたと
きは、電源１の制御入力端はアーク電流設定器１１に接
続される。

短絡・アーク判別回路６から出方された短絡信号は増加
電流設定器１２及びタイマ１ｏに入力される。タイマ１
０は短絡信号を入力すると、予め設定された時間の計時
を開始し、計時完了後に計時完了信号をホールド回路８
に出方する。また、増加電流設定器１２は短絡信号を入
力すると、電源１からワイヤ２に供給する電流が所定の
割合で増加するように、電流増加信号を出力する。

一方、微分器５では電圧検出器４の出方を微分する。そ
して、この結果は比較器９及びホールド回路８に入力さ
れる。ホールド回路８はタイマｌＯからの計時完了信号
により微分器５の出力を保持する。即ち、このホールド
回路８は短絡発生がらＴ１時間（第１図（ｄ）参照）後
の電圧微分値を保持する。そして、この保持した値を比
較器９に出力する。

比較器９はホールド回路８の出力と微分器５の出力の差
を演算し、この２つの出力の差をくびれ電圧設定器７に
設定された値と比較して、その結果によりスイッチ１５
を駆動する。

次に、上述の溶接電源を使用した実施例方法にワイヤ説
明する。初期状態では、スイッチ１４はｂ接点側に閉じ
ており、スイッチ１５はａ接点側に閉じている。

先ず、電源工はスイッチ１４を介してアーク電流設定器
１１に接続されており、このアーク電流設定器１工に設
定されている電流を溶接ワイヤ２に供給する。溶接ワイ
ヤ２はモータにより母材３に向って送給されており、こ
の溶接ワイヤ２の先端部と母材３との間にアークが発生
する。このとき、電圧検出器４により検出されたワイヤ
２と母材３との間の電圧が短絡・アーク判別器６に入力
される。そうすると、短絡・アーク判別器６は電圧値か
らアーク発生状態であることを検知し、スイッチ１４を
ｂ接点側に閉じ続け、電源工がらアーク電流設定４工１
により設定された電流がワイヤ２に供給される。

次に、ワイヤ２と母材３とが短絡すると、電圧検出器４
の出方は略ｏＶになる。これにより、短絡・アーク判別
器６は短絡状態を検知し、短絡信号を出力すると共に、
スイッチ１４をａ接点側に閉じる。また、増加電流設定
器１２は、この短絡信号をトリガとして、電流増加信号
を発生する。

この電流増加信号は電源１の制御入力端に入力され、こ
れにより電源１の出力電流は第１図（ａ）に示すように
、所定の立上り傾斜で増加する。また、この短絡信号に
より、タイマ１０が予め設定された時間ＴＩの計時を開
始する。

電圧検知器４の出力電圧は、第１図（ｂ）に示すように
、くびれの進行に伴って上昇する。そして、この電圧は
微分器５により微分され、ホールド回路８及び比較器９
に出力される。タイマ１０の計時が完了すると、ホール
ド回路８は微分器５の出力を初期値として保持する。こ
の場合に、タイマ１０の設定時間Ｔ、は、微分器５の出
力が安定するまで待機するものであり、短絡時の電流が
増加し始めて、微分器５の動作が安定するのに要する一
連の回路動作上の遅れ時間に相当する時間を設定してお
く。通常、この時間は約５００μｓｅｃで十分足りる。

比較器９はホールド回路８に保持された微分電圧の初期
値と微分器５の出力との差を演算し、この結果とくびれ
電圧設定器７に設定された値とを比較している。そして
、微分器５の出力Ａとホールド回路８の出力Ａ。との差
がくびれ電圧設定器７の設定電圧ΔＡに対して下記第１
式に示す関係になったときに、スイッチ１５をｂ接点側
に切り替えて電源ｌの制御入力端に低電流設定器１３を
接続する。

Ａ−（Ａ、＋ΔＡ）≦Ｏ−（１） くびれ電圧設定器７にはくびれが破断する直前のくびれ
電圧ΔＡを予め設定しておく。そうすると、溶滴のくび
れが破断する直前に電源１の出力はこの低電流設定器１
３に設定された電流値に低減され、溶接ワイヤ２及び母
材３を流れる電流が減少する。これにより、スパッタの
発生が抑制される。

この短絡破断により、電圧検出器４の出力が上昇する。

これにより、短絡・アーク判別回路６はアーク状態を検
出し、アーク状態検出信号を出力すると共に、スイッチ
１４をｂ接点側に閉じる。

本実施例方法においては、上述の如く、溶接ワイヤと母
材との短絡を検知した後、溶接ワイヤに供給する電流を
所定の速度で増加させる。そして、溶接ワイヤと母材と
の間の電圧を時間で微分した値の初期値からの変化によ
り短絡破断の前兆である溶滴のくびれを検知し、これに
より、溶接ワイヤに供給する電流を低減する。このため
、溶接ケーブルの長さ、１次電源電圧の変動及びワイヤ
突出し長さの変動に影響されず、常に安定したくびれ検
知が可能になる。

なお、本実施例においては、短絡時の電流を短絡破断の
直前まで増加させている場合について説明したが、例え
ば短絡時の電流を一定値まで増加させた後、この一定値
を維持するようにして、電流増加中のくびれの検出を上
述の実施例に示すようにして行い、電流が一定値になっ
た後は第４図（ａ）、（ｂ）に示す従来と同様の方法に
よりくびれを検出してもよい。

［発明の効果コ 以上説明したように本発明によれば、溶接ワイヤと母材
との間の短絡時に溶接ワイヤに供給する電流を所定の速
度で増加させ、前記溶接ワイヤと前記母材との間の電圧
を時間で微分した値の初期値からの変化により溶滴のく
びれの発生を検知してワイヤに供給する電流を低減する
から、溶接ケーブルの長さ、１次側電源電圧の変動及び
ワイヤ突出し長さに影響されず、確実にくびれの発生を
検知して短絡破断時の電流を低減することができる。こ
のため、スパッタの発生が抑制され、溶接部の品質が向
上すると共に、作業効率が向上するという効果を奏する
。

【図面の簡単な説明】

第１図（ａ）乃至（ｄ）は本発明の実施例方法を示すグ
ラフ図、第２図（ａ）は同じくそのワイヤ突出し長さに
よる電圧の変化を示すグラフ図、第２図（ｂ）は第２図
（ａ）の電圧を時間で微分した値の時間的変化を示すグ
ラフ図、第３図は同じくその実施例方法にて使用する溶
接電源のブロック図、第４図（ａ）及び（ｂ）は従来の
溶接電源の出力制御方法を示すグラフ図、第５図（ａ）
及び（ｂ）は短絡発生時に一定の速度で電流を増加させ
た場合の電流及び電圧の時間的変化を示すグラフ図であ
る。 １；電源、２；溶接ワイヤ、３；母材、４；電圧検出器
、５；微分器、６；短絡・アーク判別回路、７；くびれ
電圧設定器、８：ホールド回路、９；比較器、１０；タ
イマ、１１；アーク電流設定器、１２；増加電流設定器
、工３；低電流設定器、１４，１５；スイッチ

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）短絡移行溶接に使用される溶接電源の出力制御方
   法において、溶接ワイヤと母材とが短絡した後に前記溶
   接ワイヤに供給する電流を実質的に一定の速度で増加さ
   せ、前記溶接ワイヤと前記母材との間の電圧Ｖの時間的
   変化量ｄＶ／ｄｔを演算し、この時間的変化量ｄＶ／ｄ
   ｔの初期値を保持しておくと共に、前記時間的変化量ｄ
   Ｖ／ｄｔと前記初期値との差が所定値以上になったとき
   に前記溶接ワイヤに供給する電流を低減することを特徴
   とする溶接電源の出力制御方法。
2. （２）前記所定値は一定値であることを特徴とする請求
   項１に記載の溶接電源の出力制御方法。
3. （３）前記所定値は前記ワイヤの送給速度の関数である
   ことを特徴とする請求項１に記載の溶接電源の出力制御
   方法。