JPH0335490Y2 - - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】

技術分野 本考案は溶接の起動を容易にした消耗性電極を
用いるアーク溶接用電源に関するものである。 従来技術 消耗電極を用いるアーク溶接には通常定電圧特
性の溶接電源が用いられている。このような定電
圧形アーク溶接電源においては、溶接の起動の前
後において出力電圧が一定であるために溶接アー
クの起動が難しくアークが安定するまでに時間が
かかり短時間のアーク発生、消滅をくりかえした
後に定常アークに至ることが多かつた。このため
に溶接始端部には欠陥の発生が避けられなかつ
た。そこで溶接起動の前後において出力電圧をア
ーク発生の容易な高い電圧から溶接に適した低い
電圧に切替えることによつてアークの起動を改善
せんとした装置が提案されている。第１図はこの
ように構成されたアーク溶接用電源の例を示す接
続図である。同図において１は入力端子であり図
示しない交流電源に接続される。２は出力端子、
３は出力制御部であり入力電圧を溶接に適した電
圧に変換する変圧器、入力信号に応じて出力電圧
を調整するサイリスタやトランジスタなどを用い
た出力調整回路などから構成されている。４は溶
接起動検出回路であり、出力電流の変化または出
力電流と出力電圧との相対的な変化から溶接の起
動を判断する回路であり、６ａおよび６ｂは出力
電圧検出回路５の出力を後述する比較器９にフイ
ードバツクする割合を調整するためのフイードバ
ツク量調整器であり、通常可変抵抗器によつて出
力電圧検出回路５の出力を分圧する分圧器が用い
られる。このうちフイードバツク量調整器６ａは
溶接中の出力電圧を、また６ｂは溶接起動時の比
較的高い電圧を得るために６ａよりも少ないフイ
ードバツク量となるようにそれぞれ設定される。
７は溶接起動検出器４の出力によつて動作する切
替回路でありフイードバツク量調整器６ａおよび
６ｂの出力を溶接起動の前後において選択するも
のである。８は出力電圧の基準を定めるために基
準電圧設定器、９は切替回路７にて選択されたフ
イードバツク量調整器６ａおよび６ｂの出力と基
準電圧設定器８の出力とを比較し差信号を得るた
めの比較器であり、１０は比較器９の出力を増幅
し出力制御部３に制御信号を供給するための増幅
器である。同図の装置において基準電圧設定器８
の出力をｅ、増幅器１０および出力制御部３の総
合増幅率をｋとし、出力電圧検出器５とフイード
バツク量調整器６ａとによる総合フイードバツク
率をfa、出力電圧検出器５とフイードバツク量調
整器６ｂとによる総合フイードバツク率をfbとす
ると、切替回路７が図のａ側にあるときには出力
電圧Voは Vo＝ｋ／１＋kf_a・ｅ ……(1) となる。ここで一般にｋ＞＞１であるので(1)式は Vo≒１／f_a・ｅ ……(2) と表すことができる。切替回路７が図のｂ側にあ
るときには出力電圧Voは Vo＝ｋ／１＋kf_b・ｅ≒１／f_b・ｅ ……(3) となる。したがつて(2)式のf_a即ちフイードバツク
量調整器６ａを溶接に適した出力電圧が得られる
値とし、f_b即ちフイードバツク量調整器６ｂを溶
接の起動に適した値としておけばよいことにな
る。 ところで第１図に示したような従来技術におい
てはフイードバツク量調整器６ａは溶接条件に応
じて必要な出力電圧が得られる値に適宜調整され
るが、フイードバツク量調整器６ｂは通常固定で
あり、最大出力電圧近くが得られる値に定められ
る。本考案者の実験によるとこれらフイードバツ
ク量設定器６ａと６ｂとにおける最適値は両者の
一義的な関係によつて定まるものではないことが
わかつた。即ち、フイードバツク量設定器６ａは
溶接中の出力電圧を定めるものであり、これは単
に使用する溶接ワイヤの形状や材質・シールドガ
スのみでなく要求される溶着金属の断面形状や溶
接速度によつて大きく変更される。しかし、フイ
ードバツク量設定器６ｂは、溶接起動時に溶接ワ
イヤが被溶接物に接触したときに短絡電流により
溶断してアーク発生に至るまでの出力電圧を決定
するものであるから、溶接ワイヤ溶断のために必
要な短絡電流の値とアーク発生および維持のため
の電圧とによつて定まり、結局このフイードバツ
ク量設定器６ｂの設定値は溶断の難易の原因とな
る使用する溶接ワイヤの直径・材質および溶接ワ
イヤ溶断時のアーク発生に要する電圧の主要因と
なるシールドガスの種類によつて定まることにな
り、現実の溶接条件、即ちフイードバツク量設定
器６ａの設定値との直接的な関連性はないもので
ある。 本考案は上記について実験した結果、各溶接条
件における溶接起動のための最適電圧として第３
図のような関係を得た。第３図において横軸はワ
イヤの直径Ｄ（mmφ）を示し、縦軸は溶接の起動
に敵する出力電圧Voを示す。図中イはワイヤ材
質：アルミニウム、シールドガス：アルゴン、ロ
はワイヤ材質：軟鋼、シールドガス：炭酸ガス、
ハはロのシールドガスをアルゴンと20％の炭酸ガ
スとの混合ガスとしたとき、ニはワイヤ材質：ス
テンレス、シールドガス：アルゴンと２％の酸素
との混合ガスのそれぞれの場合に溶接起動が容易
な出力電圧の範囲を示すものであり、溶接ワイヤ
およびシールドガスのそれぞれの組合せに対して
図中に陰影を施した範囲よりも高くても低くても
溶接の起動が難しくなつた。 しかるに前述の従来技術においてはその設定方
法のゆえに十分に安定した溶接起動が実現できな
かつた。その理由は、上述のように溶接起動前の
出力電圧を定めるフイードバツク量設定器６ｂの
出力電圧が最大値になる値に固定されているの
で、溶接の起動に際して溶接ワイヤが被溶接物に
短絡したときの短絡電流は非常に大きな値とな
り、使用する溶接ワイヤが最適値よりも細い場合
にはこの強大な短絡電流のために溶接トーチから
突き出された部分全体が爆発的に溶断してしまう
ことになる。このため大粒のスパツタが発生する
ばかりでなく、溶接ワイヤ溶断直後の溶接ワイヤ
先端と被溶接物との距離即ちアーク長に相当する
距離が甚しく長くなり、アークの維持ができずア
ーク切れに至るためである。また被溶接物が薄板
の場合にはこの大きな短絡電流とその直後の高い
アーク電圧とによつて被溶接物が溶け落ちてしま
うようなことも発生する。 本考案の目的 上記のように溶接起動時の出力電圧は高すぎて
も低すぎても良好な起動ができず、このときの出
力電圧には範囲があり、この溶接起動に適した範
囲内で低い値とすることが望ましい。そこで本考
案は溶接起動前のフイードバツク量を選択切換可
能として使用する溶接ワイヤの直径や材質および
シールドガスの種類の組合せに応じて常に最適の
出力電圧によつて溶接の起動を行うことができる
ようにしたアーク溶接用電源を提案したものであ
る。 本考案の要旨 本考案は上記目的を達成するために出力電圧検
出回路の出力を分圧し溶接時の出力電圧を定める
第１のフイードバツク量調整器と、出力電圧検出
回路の出力を入力とし溶接ワイヤの直径・材質・
シールドガスの種類の組合せに応じて定まる溶接
起動に最適の値に切替えるスイツチによつて予め
その一つが選定される複数の分圧器からなる第２
のフイードバツク量調整器とを設け、溶接の起動
完了を検出するまではこの第２のフイードバツク
量調整器により出力電圧をフイードバツクする割
合を調整して出力電圧を制御し、溶接起動完了は
第１のフイードバツク量調整器によつて出力電圧
を制御するようにしたアーク溶接用電源である。 実施例 以下図示の実施例について本考案を説明する。 第２図は本考案の実施例を示す接続図であり、
同図において１ないし５および７ないし９は第１
図の従来装置と同様の機能を有するものを示す。
１１は溶接中における出力電圧を決定するための
第１フイードバツク量調整器であり、第１図の第
１のフイードバツク量調整器６ａに相当し、通常
可変抵抗器からなる分圧器により構成される。１
２は溶接起動前の出力電圧を決定するための第２
フイードバツク量調整器であり、使用する溶接ワ
イヤの直径・材質・シールドガスの種類の組合せ
に対応してあらかじめ実験にて定めた最適値に設
定した複数の分圧器１２１ａないし１２１ｉとこ
れを選択する切替スイツチ１２２とからなり、切
替スイツチ１２２のそれぞれの切替位置には適合
する使用材料の組合せを表示するか、またはこれ
らの組合せと切替スイツチの選定位置との表を付
近に表示ておくのが望ましい。これらの組合せに
対する出力電圧の適値は実験により求められ、例
えば前述の第３図のように関係が得られる。そこ
でこれらの範囲の略中心値を出力電圧の適値とみ
なして溶接ワイヤおよびシールドガスの組合せに
対して必要な出力電圧を表にすると下記のように
なる。

【表】 なお、これらの具体的な値は電流の総合的な出
力電圧電流特性（特に動的特性）によつて異なる
から絶対的なものではないのはもちろんである。 このようにして得られたこれらの出力電圧が得
られるように分圧器１２１ａないし１２１ｉを前
述の(3)式により定めると第２のフイードバツク量
調整器１２の出力は切替回路７によつて溶接起動
完了までのあいだ比較器９に供給されて基準電圧
設定器８の出力と比較され、差信号が増幅器１０
にて適宜増幅された後に出力制御部３に対する制
御信号として供給される。この結果出力電圧は、
溶接起動前においては溶接ワイヤおよびシールド
ガスの組合せに対応して選択される第２のフイー
ドバツク量調整器１２の出力に応じた最適の電圧
に保たれることになる。この起動用の電圧が印加
された溶接ワイヤが被溶接物に向つて送給されて
両者が接触すると、溶接ワイヤはこのときに流れ
る短絡電流によつて速かに溶断してアークを発生
する。このアークの発生は溶接起動検出回路４に
よつて検出されてこの検出信号をうけて切替回路
７はフイードバツク量を第２のフイードバツク量
調整器１２の出力から溶接に適した出力電圧を得
るように設定された第１のフイードバツク量調整
器１１に切替え、通常のアーク溶接に移行する。
第２図において溶接起動検出回路４としては、出
力電流を検出してこれを供給と判断した直ちに溶
接起動信号を発し切替回路７を動作させるように
したも出力制御部３に応答遅れを有する場合には
支障なく溶接アークが発生することになるが、出
力電流を検出してから若干の時間遅れの後に、即
ち被溶接物と短絡した溶接ワイヤが溶断してアー
クに移行するまでの間は第２のフイードバツク量
調整器１２によつて定まる起動用の出力電圧に保
ち、その後に第１のフイードバツク量調整器１１
によつて定まる溶接用の出力電圧が得られるフイ
ードバツク量に切替えるように溶接起動検出回路
４に遅延要素を持たせた方がより確実な溶接起動
が可能となる。またこのような遅延要素を設ける
かわりに出力電流と出力電圧とがともに一定値以
上となつたときを溶接起動完了と判断するように
してもよい。即ち短絡した溶接ワイヤが溶断して
アークに移行すると出力端子の電圧は短絡時の低
い電圧からアーク電圧に上昇しかつ出力電流もア
ークが継続している限り検出されるので、これら
の両者を検出することによつて、短絡、開放およ
びアーク発生の三つの状態が明確に判別できるこ
とを利用するものである。 第２図の実施例においては、フイードバツク量
調整器１１または１２によつて調整された出力電
圧検出回路５の出力と基準電圧設定器８の出力と
を比較し差信号を出力制御部に供給するようにし
ていたが、消耗電極を用いるアーク溶接において
は出力端子が短絡あるいはアーク発生のようにそ
の負荷の変動が甚しく大幅でかつ急激であるので
第２図のような通常のフイードバツク制御方式に
よる場合には制御系の遅れから出力電圧が不安定
になることがある。一方フイードバツク系を設け
ないオープンループ式の制御系では負荷変動に伴
う制御系の不安定は発生とない。そこで溶接用の
主出力制御部はこのオープンループ式の制御を行
ない、別途に略一定のモデル負荷を設け、このモ
デル負荷に対する出力調整回路を基準電圧設定回
路の出力とモデル負荷に対する出力電圧の検出値
との差信号によつて制御するとともに、同じ信号
によつて主出力制御部の制御信号を得るようにす
ればオープンループ方式の安定性とフイードバツ
ク制御方式による正確さとを同時に得ることがで
きる。 第４図はこのようにしたときの実施例を示す接
続図であり、１，２，４，７ないし１２は第１図
および第２図と同様の機能を有する。１３はモデ
ル負荷であり出力電圧にかかわらず略一定の負
荷、例えば電力容量に余裕のある抵抗器を用い
る。１４は溶接負荷に供給する電圧を制御する第
１の出力調整回路であり１５は入力端子１とモデ
ル負荷１３との間に接続されてモデル負荷に供給
する電圧を調整するための第２の出力調整回路で
ある。この第２の出力調整回路１５は第１の出力
調整回路と同じ構造としその容量のみ異なるもの
を使用する。また１６はモデル負荷１３の端子電
圧を検出する出力電圧検出回路である。同図の例
においてはモデル負荷１３に対する出力電圧は、
切替回路７によつて選択されたフイードバツク量
調整器１１または１２の出力と基準電圧設定器８
の出力とを比較器９にて比較した差信号によつて
制御されることになる。このモデル負荷に対する
制御は第２図の例と同じフイードバツク制御方式
であるが負荷は略一定であるので変動はなく、こ
の制御系に関する限り負荷の急変に基因する制御
系の不安定動作は発生しないことになる。一方出
力端子２に対する出力電圧は比較器９の出力に応
じて制御される第１の出力調整回路１４によつて
制御されるが、この制御回路はフイードバツク系
を有していないので主制御回路は完全なオープン
ループ制御系となり負荷の急変に対して優れた過
渡応答性を有することになり、消耗性電極を用い
るアーク溶接のように出力端子の短絡、開放が頻
繁に発生する場合にも動作が不安定となることは
ない。 考案の効果 以上のように本考案においては、使用する溶接
ワイヤとシールドガスとの組合せに応じて溶接の
起動に最適の出力電圧を供給することができるの
で溶接の起動を常に確実に実施することができる
ものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来のアーク溶接用電源の例を示す接
続図、第２図は本考案の実施例を示す接続図、第
３図は溶接ワイヤ、シールドガスの組合せと溶接
の起動に最適の出力電圧との関係を示す線図、第
４図は別の実施例を示す接続図である。 ３……出力制御部、４……溶接起動検出回路、
５，１６……出力電圧検出回路、７……切替回
路、９……比較器、１１……第１のフイードバツ
ク量調整器、１２……第二のフイードバツク量調
整器、１３……モデル負荷、１４……第１の出力
調整回路、１５……第２の出力調整回路、１２１
ａないし１２１ｉ……分圧器、１２２……切替ス
イツチ。

Claims (1)

1. 【実用新案登録請求の範囲】 (1) 出力電圧をフイードバツクして基準電圧と比
   較し両者の差に相当する電圧によつて出力を制
   御し所定の出力電圧に保つ出力制御部を有する
   消耗電極式アーク溶接用電源において、溶接起
   動検出回路と、出力電圧検出回路と、前記出力
   電圧検出回路の出力を分圧する第１のフイード
   バツク量調整器と、前記出力電圧検出回路の出
   力を入力とし溶接に使用する溶接ワイヤの直
   径、材質およびシールドガスの種類の組合せに
   応じて溶接の起動に最適の出力電圧が得られる
   値に切替スイツチによつて予め選定可能な複数
   の分圧器からなる第２のフイードバツク量調整
   器と、前記基準電圧と比較するフイードバツク
   電圧として前記溶接起動検出回路の出力により
   溶接起動完了までは前記切替スイツチにて選定
   された第２のフイードバツク量調整器の出力を
   供給し溶接起動完了後は前記第１のフイードバ
   ツク量調整供給の出力を供給する切替回路とを
   設けた消耗電極式アーク溶接用電源。 (2) 前記出力制御部は、溶接負荷に供給する出力
   を調整する第１の出力調整回路と、略一定のモ
   デル負荷に供給する第２の出力調整回路とを有
   し、前記出力電圧検出回路は前記モデル負荷の
   端子電圧を検出する回路であり、前記切替回路
   の出力は前記第２の出力調整回路に供給されて
   基準電圧と比較されて差信号により前記第２の
   出力調整回路の出力を決定する制御信号として
   用いられ、前記第１の出力調整回路は前記第２
   の出力調整回路の制御信号に対応した信号によ
   つて出力が決定される回路である実用新案登録
   請求の範囲第１項に記載の消耗電極式アーク溶
   接用電源。