JPH03281064A

JPH03281064A - 溶接電源の出力制御方法

Info

Publication number: JPH03281064A
Application number: JP7992690A
Authority: JP
Inventors: Tokuji Maruyama; 徳治丸山; Yukio Toida; 樋田　幸雄
Original assignee: Kobe Steel Ltd
Current assignee: Kobe Steel Ltd
Priority date: 1990-03-28
Filing date: 1990-03-28
Publication date: 1991-12-11
Anticipated expiration: 2012-11-05
Also published as: JP2672173B2

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】［産業上の利用分野コ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］第４図（ａ）乃至（ｅ）は短絡移行溶接方法を工程順に
示す模式図である。

先ず、第４図（ａ）に示すように、溶接ワイヤ１０及び
母材１１を溶接電源（図示せず）に接続し、溶接ワイヤ
１０の先端と母材１１との間にアークを発生させる。こ
れにより、ワイヤ１０の先端部に溶滴が形成される。こ
の場合に、ワイヤｌＯはモータ（図示せず）により母材
１１に向って送給されており、送給に伴ってアーク長が
徐々に短くなる。

次に、第４図（ｂ）に示すように、溶滴が母材１１に接
触し、溶接ワイヤ１０と母材１１とが短絡状態になる。

そして、第４図（Ｃ）に示すように、ワイヤ１０は更に
母材１１側に繰り出され、溶滴と母材１１とが強固に結
合する。

その後、第４図（ｄ）に示すように、溶滴が母材１１側
に移行して、ワイヤ１０の先端部の溶滴にくびれが発生
する。

次いで、第４図（ｅ）に示すように、くびれが進行して
短絡が破断する。その後、第４図（ａ）に示すように、
ワイヤ１０の先端と母材１１との間にアークを再生させ
る。このようにして、溶接ワイヤ１０と母材１１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。

この短絡移行溶接においては、溶接ワイヤ１０と母材１
１との間の短絡が破断してアークが再生する瞬間に多量
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、スパッタが大粒に
なる。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１０
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５図（ａ）及び（ｂ）は横軸に時間をとり、縦軸に夫
々電圧値（Ｖ）及び電流値（Ｉ）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。なお、この
第５図（ａ）、（ｂ）において矢印ａ乃至ｅで示す工程
は、夫々第４図（ａ）乃至（ｅ）に示す工程に対応して
いる。

先ず、溶接ワイヤ１０と母材１１との間にアーク電圧を
印加してアークを発生させる。アーク発生時にはアーク
長の短縮に伴って溶接ワイヤ１０と母材１１との間の電
圧が低下する（矢印ａで示す工程）。次に、ワイヤ１０
と母材１１とが短絡するとこの瞬間に溶接ワイヤ１０と
母材１１との間の電圧が急激に低下する（矢印すで示す
工程）。

この電圧の変化により短絡を検知すると、溶接ワイヤ１
０に供給する電流を増大させる。そうすると、溶滴が母
材１１側に移行してワイヤ１０と母材１１との間の電圧
が上昇する（矢印Ｃで示す工程）。そして、くびれによ
り生じる抵抗値の変化に起因してワイヤ１０と母材１１
との間の電圧が変化することによりくびれ発生を検知し
、このくびれ発生を検知した時点でワイヤ１０に供給す
る電流を低減する（矢印ｄで示す工程）。その後、くび
れが進行して短絡が破断する。次いで、ワイヤ１０と母
材１１との間にアーク電圧を印加して、アークを再発生
させる（矢印ｅで示す工程）。

このように、従来の方法においては、溶滴のくびれ発生
により抵抗値が増大してワイヤ１０と母材１１との間の
電圧が上昇することを利用し、この電圧の上昇を検出す
ることにより短絡破断の前兆を検知してワイヤ１１に供
給する電流を低減している。

［発明が解決しようとする課題］しかしながら、上述した従来の制御方法においては、第
５図（ｂ）に矢印すで示す電流値から矢印Ｃで示す電流
値まで電流が増加するためには時間が必要であり、しか
もこの時間は１次側電源電圧の変動及び溶接ケーブルの
長さ等により変化する。このため、電流の変動に起因す
る誤動作を回避するためには、短絡発生直後に電流が増
加し始めてから所定の電流値に安定するまでの時間を見
込んでくびれの検出を行わない時間を設け、ワイヤ１０
に供給される電流値が十分に安定した後、くびれの検出
動作を開始せざるを得ない。従って、上述した従来方法
においては、電流が増加し始めてから所定の電流値にな
るまでの間は短絡破断の前兆であるくびれの発生を検出
することができず、スパッタの発生を抑制する効果が少
ないという欠点がある。

本発明はかかる問題点に鑑みてなされたものであって、
短絡発生初期からくびれの発生を適確に検知でき、スパ
ッタの発生をより一層抑制す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
イヤと母材との短絡を検知した後、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、溶滴のく
びれを検知した後、前記溶接ワイヤに供給する電流を低
減し、その後所定の時間経過した後にアークが再生され
ないときに前記溶接ワイヤに供給する電流を前記速度よ
りも急峻に増加させることを特徴とする。

［作用コ本発明においては、溶接ワイヤと母材との短絡を検知す
ると、溶接ワイヤに供給する電流を実質的に一定の速度
で増加させる。

例えば、第１図（ａ）及び（ｂ）に示すように、先ず、
溶接ワイヤと母材との間にアーク電圧を印加してアーク
を発生させる（矢印ａで示す工程）。

その後、ワイヤ先端に溶滴が形成され、ワイヤの送給に
よりワイヤと母材とが短絡する（矢印すに示す工程）。

次に、溶接ワイヤに供給する電流を溶接ケーブル長及び
１次側電源電圧等の影響を考慮して予め設定した所定の
速度で増加させる（矢印Ｃで示す工程）。次に、ワイヤ
と母材との間の電圧に基づいてくびれの発生を検知した
後、ワイヤに供給する電流を低減させる（矢印ｄに示す
工程）。次いで、短絡が破断した後、溶接ワイヤと母材
との間にアーク電圧を印加する。

このように、短絡発生後にワイヤに供給する電流を溶接
ケーブル長及び１次側電源電圧等の影響を考慮した所定
の速度で増加させることにより、これらの条件の変動に
影響されずに、くびれ発生を適確に検出することができ
る。

しかし、溶接作業中にワイヤの送り速度、溶接トーチと
母材との間の距離及び溶接速度等の溶接条件が急変する
ことがある。上述した制御方法において、溶滴にくびれ
が発生する短絡後期からアーク再生に至るまでの間にこ
れらの溶接条件が急変すると、ワイヤの先端の溶融部が
離脱しきれず、溶接ワイヤ先端部の未溶融部が母材側の
溶融池に入り込み、ワイヤが母材に融着してアークが再
生されなくなってしまう虞がある。

そこで、本発明においては、短絡を検知した後、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る
と共に、溶滴のくびれを検知してワイヤに供給する電流
を低減した後、所定の時間内に短絡が破断しない場合は
、ワイヤに供給する電流を前記速度よりも急峻に増加さ
せる。

つまり、第２図（ａ）及び（ｂ）に−例を示すように、
先ず、短絡が発生したら、溶接ワイヤに供給する電流を
所定の速度で増加させる。この電流は、第２図（ｂ）に
示すように、所定の電流値に到達した後、この所定値を
維持するように制御してもよい。次に、溶接ワイヤと母
材との間の電圧に基づいてくびれを検知した時点で、ワ
イヤに供給する電流を低減させる。そして、所定時間（
Ｔ２）内に、短絡が破断しない場合は、例えば１１時間
内に前記所定の電流値になるように、ワイヤに供給する
電流を急峻に増加させる。これにより、溶滴の母材側へ
の移行が促進される。次いで、溶接ワイヤと母材との間
の電圧に基づいて短絡が破断されたか否かを検知し、短
絡が破断された場合は溶接ワイヤと母材との間にアーク
電圧を印加してアークを発生させ、短絡が破断されない
場合は、ワイヤに供給する電流の増減を短絡が発生する
まで繰り返す。

このようにして、本発明においては、短絡発生初期から
（びれの発生を検出することが可能であると共に、くび
れが発生した後は短絡が破断するまでワイヤに供給する
電流の増減を繰り返して行うことにより、アークを確実
に再発生させることができる。

［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３図は本発明の実施例方法において使用する溶接電源
を示すブロック図である。

溶接ワイヤ１０はモータ（図示せず）により母材１１に
向って連続的に送給される。このワイヤ１０及び母材１
１は出力制御装置７に電気的に接続されており、この出
力制御装置７から電流が供給される。溶接ワイヤ１０と
母材１１との間には電圧検出器８が介装されている。こ
の電圧検出器８の出力は、電圧用誤差増幅器１２、短絡
検知回路１３、電流室」ユリ時くびれ検出回路１５及び
ピーク電流時くびれ検出回路１６に入力される。また、
ワイヤ１０と出力制御装置７との間にはりアクドル２０
が介装されており、母材１１と出力制御装置７との間に
は電流検出器９が介装されている。この電流検出器９の
出力は電流用誤差増幅器６に入力される。

出力制御装置７の入力端はスイッチＳＷ３に接続されて
おり、このスイッチＳＷ３のａ接点に接続された電圧用
誤差増幅器１２又はスイッチＳＷ３のｂ接点に接続され
た電流用誤差増幅器６のいずれか一方に接続される。電
圧用誤差増幅器１２はアーク電圧設定器２に接続されて
おり、このア−り電圧設定器２に設定された電圧と電圧
検出器８の出力との差に基づいて、出力制御装置７の出
力電圧を制御する。また、電流用誤差増幅器６は、スイ
ッチＳＷ１のａ接点に接続された立上り傾斜設定器３若
しくはスイッチＳＷ１のｂ接点に接続された短絡ピーク
電流設定器４又はスイッチＳＷ２のｂ接点に接続された
くびれ検知時電流設定器５のいずれか１つに接続される
。そして、立上り傾斜設定器３若しくは短絡ピーク電流
設定器４又はくびれ検知時電流設定器５に設定された電
流と溶接ワイヤ１０及び母材１１に流れる電流との差に
基づいて出力制御装置７の出力電流を制御する。

短絡検知回路１３は、電圧検出器８の出力に基づいてワ
イヤ１０と母材１１との短絡又は非短絡状態を監視し、
短絡状態を検知すると短絡信号を発生する。この短絡信
号は立上り傾斜設定器３及びワンショット回路１８に入
力される。また、短絡検知回路１３はスイッチＳＷ３を
駆動する。そして、非短絡時には出力制御装置７の入力
端をａ接点側に接続し、短絡時にはｂ接点側に接続する
。

電流立上り時くびれ検出回路１５及びピーク電流時くび
れ検知回路１６は電圧検出器８の出力に基づいて溶滴の
くびれを監視し、くびれの発生を検知したときには“Ｈ
”レベルを出力し、くびれを検知していないときは“Ｌ
”レベルを出力する。

これらのくびれ検出回路１５．１６の出力はオア回路１
７に入力される。

このオア回路１７はくびれ検出回路１５．１６の出力が
共に“Ｌ”レベルのときに“Ｌ　ｌ＋レベルを出力し、
少なくともいずれか一方がＩＩ　Ｈ１ルベルのときに“
Ｈ”レベルを出力する。このオア回路１７の出力はワン
ショット回路１８に入力される。

ワンショット回路１８は、オア回路１７が“Ｌ”レベル
から“Ｈ”レベルになったときに、一定時間だけＨ”レ
ベルを出力し、その後“Ｌ”レベルを出力する。この出
力は、タイマ１９を介して、電流立上り時くびれ検知回
路１５及びピーク電流時くびれ検知回路１６に入力され
る。また、スイッチＳＷ２はこのワンショット回路１８
により駆動され、ワンショット回路１８の出力が′Ｈ”
レベルの時にｂ接点側に閉じられ　ＩＪＬ”レベルの時
にａ接点側に閉じられる。

立上り傾斜設定器３及び短絡ピーク電流設定器４の出力
は比較器１４に入力される。比較器１４は両者の出力を
比較し、その結果に基づいてスイッチＳＷＩを駆動する
。また、この比較器１４の出力はくびれ検知回路１５．
１６に入力される。

なお、アーク電圧設定器２、立上り傾斜設定器３及び短
絡ピーク電流設定器４の設定値は、出力段°定器１の出
力により設定される。

次に、上述した溶接電源を使用した実施例方法について
、第２図（ａ）及び（ｂ）を参照して説明する。なお、
初期状態においては、スイッチＳＷｌ、２．３はいずれ
もａ接点側に閉じている。

先ず、ワイヤ１０を母材側に向って連続的に送給すると
共に、出力制御装置７により、ワイヤｌＯと母材１１と
の間に、アーク電圧設定器２に設定されたアーク電圧を
印加する。そうすると、ワイヤｌＯと母材１１との間に
アークが発生し、ワイヤｌＯの先端に溶滴が形成される
。このとき、短絡検知回路１３は電圧検出器８の出力に
基づいて、非短絡状態を検知し、スイッチＳＷ３をａ接
点側に閉じ続ける。また、電圧用誤差増幅器１２は、ア
ーク電圧設定器２に設定された電圧とこの電圧検出器８
の出力とを比較し、その差に応じて出力制御装置７の出
力電圧を制御する。

次に、ワイヤ１０と母材１１とが短絡すると、電圧検出
器８の出力レベルが急激に低下する。これにより、短絡
検知回路１３は短絡を検知し、スイッチＳＷ３をｂ接点
側に閉じると共に立上り傾斜設定器３及びワンショット
回路１８に短絡検知信号を出力する。

次に、立上り傾斜設定器３は、この短絡検知信号を入力
すると、出力設定器１の出力信号に基づいて、立上り傾
斜信号を発生する。この立上り傾斜信号はスイッチＳＷ
１、スイッチＳＷ２、電流用誤差増幅器６及びスイッチ
ＳＷ３を介して出力制御装置７に入力される。そうする
と、出力制御装Ｗ７はワイヤ１０に供給する電流を所定
の速度で増加させる。この電流値は電流検出器９により
検出され、電流用誤差増幅器６にフィードバックされる
。電流用誤差増幅器６は、電流検出器９の出力と立上り
傾斜設定器３の出力とを比較して、出力制御装［７を制
御する。

比較器１４は立上り傾斜設定器３の出力と短絡ピーク電
流設定器４に設定された値とを比較している。そして、
立上り傾斜設定器３の出力レベルが短絡ピーク電流設定
器４の出力レベルよりも低いときは、電流立上り時くび
れ検知回路１５を動作させる。

次いで、立上り傾斜設定器３の出力レベルが短絡ピーク
電流設定器４に設定された値に到達すると、比較画工４
はスイッチＳＷＩをｂ接点側に閉じる。これにより、出
力制御装置７は短絡ピーク電流設定器４に設定された電
流をワイヤ１０に供給する。また、比較器１４は電流立
上り時くびれ検知回路１５の動作を停止させ、ピーク電
流時くびれ検知回路１６を動作させる。

電流立上り時又はピーク電流発生時にくびれが発生する
と、くびれ検知回路１５又は１６は電圧検出器８の出力
の変化に基づいてくびれ発生を検知し、くびれ検知信号
を発生する。このくびれ検知信号は、オア回路１７を介
してワンショット回路１８に入力される。そうすると、
ワンシ「ット回路１８は所定の時間（Ｔ２）だけ“Ｈ″
レベル出力する。

スイッチＳＷ２はこのワンショット回路１８の出力が“
Ｈ”レベルの間だけｂ接点側に閉じられる。これにより
、出力制御装置７の出力電流は、くびれ検知時電流設定
器５に設定された電流値に低減される。また、タイマ１
９はこの“ＨＴｊレベルの信号を遅滞なくくびれ検知回
路１５．１６に出力して、このくびれ検知回路１５，１
６の動作を停止させる。

７７シ、ット回路１８の出力がＨ“ルベルの間にワイヤ
１０と母材１１との間の短絡が破断してアークが発生し
た場合は、電圧検出器８の出力が上昇し、短絡検知回路
１３が短絡破断を検知する。そうすると、短絡検知回路
１３はスイッチＳＷ３をａ接点側に閉じ、ワイヤ１０と
母材１１との間にはアーク電圧設定器２により設定され
た電圧が印加されると共に、立上り傾斜設定器３及びワ
ンショット回路１８がリセットされる。

一方、ワンＳ／ロフト回路１８の出力がＨ”レベルの間
にアークが再生しない場合は、ワンショット回路１８の
出力が“Ｌ”レベルになり、スイッチＳＷ２はａ接点側
に閉じる。これにより、出力制御装置７は、短絡ピーク
電流設定器４により設定された電流を出力する。このと
き、出力制御装置１７の出力電流の立ち上がりは、出力
制御装置７の出力電圧と、溶接ケーブル及びリアクトル
２０等のインピーダンスとにより決定される時定数で上
昇する。従って、この電流の立上りは、立上り傾斜設定
器３により制御される場合に比して若しく速い。また、
このワンシｉｔ　ット回路１８の“Ｌ”レベル信号はタ
イマ１９に設定された１１時間だけ遅延されて、くびれ
検知回路１５．１６に入力される。この“Ｌ”レベルの
信号により、くびれ検知回路１５．１６は動作を開始す
る。なお、タイマ１９は出力制御装置７の出力電流が十
分に立上るまでの間、くびれ検知回路１５．１６の動作
を停止して、誤動作を防止するためのものである。

このように、本実施例方法においては、短絡が発生した
後、溶接ワイヤ１０に供給する電流を一定の速度で増加
させ、ワイヤ１ｏと母材１１との間の電圧に基づいてく
びれを検知するため、短絡発生初期からくびれを検知す
ることがでる。このため、短絡破断時に電流を確実に低
減できるため、スパッタの発生を安定して抑制すること
ができる。

また、本実施例方法においては、くびれを検知してワイ
ヤ１０に供給する電流を低減した後、所定の時間（Ｔ２
）内に短絡が破断しない場合は、ワイヤ１０に供給する
電流を急峻に増加させる。このため、ワイヤ先端の未溶
融部が母材１１側の溶融池に入り込むような不都合を防
止することができる。

［発明の効果］以上説明したように本発明方法によれば、溶接ワイヤと
母材との間に短絡が発生すると、溶接ワイヤに供給する
電流を所定の割合で増加させ、その後、溶滴のくびれを
検知した後、溶接ワイヤに供給する電流を低減させるか
ら、短絡破断時の電流が少なく、スパッタの発生を抑制
することができる。また、電流を低減させてから所定時
間内にアークが再生されない場合は溶接ワイヤに供給す
る電流を急峻に増加させるから、アークを確実に再生で
き、未溶融のワイヤが母材に融着することを防止するこ
とができる。

【図面の簡単な説明】

第１図（ａ）及び（ｂ）は溶接電源の出力制御方法の一
例を示すグラフ図、第２図（ａ）及び（ｂ）は本発明方
法の一例を示すグラフ図、第３図は本実施例方法におい
て使用する溶接電源を示すブロック図、第４図（ａ）乃
至（ｅ）は短絡移行溶接方法を工程順に示す模式図、第
５図（ａ）及び（ｂ）は従来の溶接電源の出力制御方法
を示すグラフ図である。１；出力設定器、２；アーク電圧設定器、３；立上り傾
斜設定器、４；短絡ピーク電流設定器、５：くびれ検知
時電流設定器、６；電流用誤差増幅器、７；出力制御装
置、８；電圧検出器、９；電流検出器、１０；溶接ワイ
ヤ、１１；母材、１２；電圧用誤差増幅器、工３；短絡
検知回路、１４；比較器、１５；電流立上り時くびれ検
出回路、１６；ビーク電流時くびれ検知回路、１７；オ
ア回路、１８；ワンシＰット回路、１９；タイマ、２０
；リアクトル

Claims

【特許請求の範囲】

（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の短絡を検知した後、
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、溶滴のくびれを検知した後、前記溶接ワイヤ
に供給する電流を低減し、その後所定の時間経過した後
にアークが再生されないときに前記溶接ワイヤに供給す
る電流を前記速度よりも急峻に増加させることを特徴と
する溶接電源の出力制御方法。