JPH04178268A - 消耗電極交直両用ガスシールドアーク溶接機 - 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、消耗電極を用いて行う溶接に好適な交直両用
ガスシールドアーク溶接機に関する。

〔従来の技術〕

例えば、特開平１−１８６２７９号公報においては、ワ
イヤ送給速度に対応した交流出力の周波数を定め、ワイ
ヤの材質及び直径・シールドガス成分等の条件に応じた
通電期間及び電流値をもつ逆極性電流を通電するととも
に、アーク電圧を検出して正極性電流あるいは逆極性電
流の値を制御してアーク長を一定に保持する消耗電極ガ
スシールド交流アーク溶接方法および装置が提案されて
いる。

［発明が解決しようとする課題〕 前記の従来技術では、矩形波の交流を用いて溶接が行わ
れているが、実際の溶接施工では１０〜２０ｍ程度の溶
接ケーブルが使用されているため、そのインダクタンス
や抵抗の影響を受は電流波形は第６図に示す破線のよう
な完全な矩形波とはならず、実線で示すような略台形波
となる。なお、第６図において縦軸は電流を、横軸は時
間を示し、電流が正の場合は溶接ワイヤの極性がプラス
（ＥＰ）の逆極性であり、電流が負の場合は溶接ワイヤ
の極性がマイナス（ＥＮ）の正極性であることを示す。

またＩｐは矩形波における逆極性の電流値でありＴｐは
その期間、ＩＮは正極性の電流値でありＴＮはその期間
を示す。但しＩＰ＞ＩＮとする。

このような台形波の状態で、ワイヤ送給量の増大に対応
するために正極性の期間ＴＮを短くして交流周波数を増
加させると、極性反転に必要な時間が確保できなくなり
、ついに電流は第７図に示すように交流から直流となる
。また、上記台形波の傾斜は溶接ケーブルの長さやその
設置状態で変化するため、交流から直流に変化する場合
、期間ＴＮの値は一様ではない。

さらに、前記の従来技術に記載されているような定アー
ク長制御を行うと、電流波形は第８図あるいは第９図に
示すように変化しすなわちアーク長を所定長に維持する
ために、アーク長が短くなった時には、電流を増加させ
て溶接ワイヤを多く溶融させ、逆にアーク長が長くなっ
た時には、電流を減少させて溶接ワイヤを少なく溶融さ
せるように制御を行うので、アーク長によって電流振幅
が異なる。これらの波形で正極性の期間ＴＮを短くして
ゆくと、第１０図に示すように交流の区間と直流の区間
が混在することになる。

交流と直流ではアーク形態が全く異るため、溶は込み深
さやワイヤ溶融量が変化し、融合不良やオーバーラツプ
などの溶接欠陥を生じる恐れがある。また、突然起きる
アーク形態の変化は、溶接作業をとまどわせ、溶接作業
性を著しく阻害するという問題がある。

本発明は、上記問題を解決するためになされたものであ
って、溶接電流の交直混合を防止し作業圧のよい消耗電
極交直両用ガスシールドアーク溶接機を提供することを
目的としている。

〔課題を解決するための手段〕

上記目的を達成するために、本発明の消耗電極交直両用
ガスシールドアーク溶接機は、直流電源と、該直流電源
に接続され該直流電源の出力を大電流と小電流にの２レ
ベルに設定する出力電流設定手段と、前記直流電源から
の直流を交流に変換する極性変換手段と、該極性変換手
段に接続し前記大電流を出力する逆極性期間と前記小電
流が出力する正極性期間を設定する極性期間設定手段と
、前記大電流と小電流からなる溶接電流の出力を前記正
極性期間を増減することにより制御する溶接電流制御手
段と、前記出力電流設定手段の設定値と前記極性期間設
定手段の設定値を同期して出力させる同期手段と、前記
極性変換手段が動作をする極性を固定する極性固定手段
と、該極性固定手段の動作レベルを設定するレベル設定
手段とを備えたことを特徴としている。

〔作用〕

本発明の消耗電極交直両用ガスシールドアーク溶接機に
おいて、出力される電流の波形は、基本的には溶接ワイ
ヤを極性プラス（ＥＰ）にする逆極性の電流値Ｉｐでそ
の期間をＴｐとする波形と、溶接ワイヤを極性マイナス
（ＥＮ）にする正極性の電流値ＩＮでその期間をＴＮと
する波形から構成され、溶接ワイヤの送給速度を上げた
場合には。

Ｉｐ、ＴＰ、ＩＮを一定値に保ち、ＴＮを減少させて交
流周波数を上げて、溶接電流（これは電流の実効値を指
す）が増加するように制御が行われ、逆に溶接ワイヤの
送給速度を下げた場合はＴＮを増加させて溶接電流を減
少するように制御が行われる。但し、ＩＰ＞ＩＮとする
。

本発明においては、溶接電流が増加し正極性期間ＴＮが
小さくなり、第１図に示すように期間ＴＮが所定の期間
Ｔ、より小さくなると、溶接ワイヤの極性の反転は行わ
ず、常に逆極性に保持するように制御する。すなわち、
期間ＴＮがＴ０以下となる大電流領域では、ＴＮ＝Ｏと
して扱い、逆極性の直流溶接となるように溶接機を制御
する、逆に期間ＴＮがＴ、より長い小電流領域では交流
溶接を行うことになる。このように溶接ケーブルの影響
などを考慮してＴ６の値を設定することによって、電流
の立ち上がりや立ち下がり速度が多少変化しても、その
変動によって交流が出力されたり、直流が出力されたり
することはなくなり、溶接電流を決めれば、交流か直流
かは一義的に定まり、作業状態が変化するのを防止でき
る。

また、溶接ワイヤと被溶接材の間に生ずるアーク電圧を
フィードバックして定アーク長制御を行う場合には、第
２図に示すように、アーク電圧増加時には、交流から直
流への切り換え点を期間ＴＮが所定の期間Ｔ０となった
時とし、アーク電圧減少時には直流から交流への切り換
え点を期間ＴＮがＴｏより大きいＴａ２　となった時と
する。これによって、交流で溶接を行っている場合には
、より高い電圧まで交流が出力され、直流で溶接してい
る場合には、より低い電圧まで直流が出力されるので、
アーク形態が交流と直流の混在する不連続性は大幅に改
善される。

〔実施例〕

第３図は本発明の実施例の消耗電極交直両用ガスシール
ドアーク溶接機の構成を示すブロック図である。第３図
において、直流電源回路１は入力側インバータ回路を有
しそれにより商用交流を直流に変換し、出力側インバー
タ回路２は直流電源回路１の出力を矩形波の交流に変換
し、溶接ワイヤ３は出力側インバータ２から電力供給さ
れなから送給装置４により送出されて母材２を溶接する
。

直流電源回路１の出力を設定する電流設定器１３．１４
はそれぞれ矩形波交流の逆極性（ＥＰ）の電流値をＩｐ
、正極性（ＥＮ）の電流値ＩＮの値を設定し、時間設定
器１５．１６はそれぞれ電流値Ｉｐの期間Ｔｐ、電流値
ＩＮの期間ＴＮを設定する（第５図参照）、極性設定＄
１２は、時間設定器１５．１６で設定されるＴＰ、ＴＮ
の信号を、出力側インバータ２を駆動するインバータ駆
動回路６、及び電流設定器１３．１４の一つを選択する
直流出力切換スイッチ１１に送信する。直流出力切換ス
イッチ１１は、Ｔｐ期間での電流設定はＩｐに、ＴＮ期
間での電流設定はＩＮとなるように電流設定器１３．１
４を切り換える。

溶接電流設定器１０は、送給装置４を駆動するワイヤ駆
動回路９への制御指令と、交流／直流判定器７への判定
信号を発生させる。ここで溶接電流とは出力側インバー
タ回路２から出力する電流の実効値を指す。

交流／直流判定器７は、溶接電流設定器１０の出力■と
、交流／直流切換設定器８の出力すなわち動作レベルＩ
０の大小を比較し、第１図に示すように、ＩＩＩ。の場
合は交流が、■≧工。の場合は溶接ワイヤの極性プラス
の直流が出力されるように、出力側インバータ駆動回路
６に指令する。

すなわち、出力側インバータ回路６は、極性設定器１２
から正極性（溶接ワイヤの極性マイナス）期間ＴＮの信
号を受けても、交流／直流判定器７から直流の信号を入
力された場合には、極性の反転を行わず、溶接ワイヤの
極性プラスである逆極性電流を出力するように出力側イ
ンバータ回路２を駆動する。

なお、交流／直流切換設定器８を動作レベル１、Ｉｌ整
可能なボリューム等で構成すれば、任意の電流で交流と
直流を切換えることができるし。

また設定値１゜を極めて低い値に設定すれば、常に直流
溶接を行うことができる。

第４図は、本発明の別の実施例であり１図中第３図と同
一の数字を付した装置の構成要素は第３図での説明と同
様の動作を行うので、その説明は省略するが、はぼ次に
記載する点で第３図に示す実施例と相違する。

電圧誤差増幅器１８は、溶接ワイヤ３と母材５間のアー
ク電圧を検出するアーク電圧検出器１７の出力が、アー
ク電圧設定器１９で設定された値と一致するようにＴＮ
の時間設定器１６’　を制御する。

交流／直流切換信号設定器２０．２１は、第２図に示す
ように、それぞれ交流溶接時に直流溶接に切換える切換
レベルとなる期間ＴＯおよび直流溶接時に交流溶接に切
換える切換レベルとなる期間Ｔｏ’　を設定する。

切換レベル設定スイッチ２２は、交流溶接時にはＴｏの
設定器２０を、直流溶接時にはＴｏ’の設定器２１を選
択する。交流／直流判定器７′で、正極性の期間ＴＮの
時間設定器１６′の出力と切換レベル設定スイッチ２２
の出力を比較し、ＴＮ）Ｔｏ（あるいはＴＯ′）の場合
には交流溶接であることを示す信号を、ＴＮ≦Ｔｏ（あ
るいはＴｏ’）の場合には直流溶接であることを示す信
号を、出力側インバータ駆動回路６および切換レベル設
定スイッチ２２へ送る。

期間ＴｏおよびＴｏ’の適正値は溶接方法やワイヤの材
質などによって異なるため、−概に決めることはできな
いが、通常Ｔｏおよび（Ｔｏ’　−Ｔｏ）は数ｍｓ程度
が適当である。ただし、極性反転時のアークの安定性や
アーク音の低減などを考慮して、第５図に示すようにＩ
ｐの後縁で、スロープ状、あるいは階段状で電流をＩｓ
まで減少させた後に極性を反転させる制御を採用した場
合には、電流減少時間Ｔｓを考慮に入れてＴｏを設定す
る必要がある。

なお、上記の実施例では直流電源回路の外部特性は定電
流特性としているが、その特性を定電圧特性としても、
本発明の効果が損われることはない０例えば、前記第３
図において、ＩＰ、ＩＮの電流設定器を直流出力の電圧
設定器に変更するなどの改造を行うことによって、直流
電源回路に定電圧特性電源を用いることができる。

また、直流パルスアーク溶接におけるアーク形態をより
一層良好なものとするためには、Ｉｐ。

ＩＮの電流設定器およびＴｐの時間設定器をそれぞれ２
個設け、交流／直流判定器の出力を利用して、交流・直
流それぞれに適正な出力波形と設定すれば良い。

〔発明の効果〕

本発明によれば、消耗電極交直両用ガスシールドアーク
溶接機に、逆極性の大電流と正極性の小電流を出力する
極性変換手段と、正極性期間を増減することにより溶接
電流の大きさを制御する溶接電流制御手段と、極性変換
手段の動作する極性を固定する極性固定手段とを設けて
、正極性期間が所定値以下になった時に極性変換手段の
動作極性を固定して直流のみを出力する制御としたので
、以下に記載するような効果を奏する。

（１）作業状況によって交流が出力されたり、直流が出
力されたりすることを防止でき、溶接欠陥の発生や作業
能率の低下を抑制することができる。

（２）溶落ちを生じ易い薄板などに適用される小電流域
では、溶込みが浅く・溶着量の多い交流溶接が、深溶込
みが必要な厚板や薄板の高速溶接などに適用される大電
流域ではアークの集中性が良好な逆極性直流溶接が自動
的に選択されるため作業性の良い溶接が実施できる。

（３）交流周波数増加時と減少時で、交流／直流切換レ
ベル異なるため、交流溶接では交流溶接を。

直流溶接では直流溶接を持続させることができ、交流と
直流が混在してアーク形態が不安定となることを防止で
きる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の消耗電極交直両用ガスシールドアーク
溶接機の特性（Ｉ−ＴＮ）を説明する図。 第２図は本発明の別の消耗電極交直両用ガスシールドア
ーク溶接機の特性（Ｖ　−ＴＮ）を説明する図、第３図
は本発明による一実施例の消耗電極交直両用ガスシール
ドアーク溶接機の構成を示すブロック、第４図は本発明
による別の実施例の消耗電極交直両用ガスシールドアー
ク溶接機の構成を示すブロック図、第５図は本発明の実
施例に適用できる他の電流波形を示す図、第６〜１０図
は従来技術の説明図である。 １・・・直流電源回路、２・・・出力側インバータ回路
、３・・・溶接ワイヤ、４・・・送給装置、５・・・母
材、６・・・インバータ駆動回路、７・・・交流／直流
判定器、８・・・交流／直流切換設定器、９・・・ワイ
ヤ駆動回路。 １０・・・溶接電流設定器、１１・・・直流出力切換ス
イッチ、１２・・・極性設定器、１３．１４・・・電流
設定器、１５，１６．１６’・・・時間設定器、１７・
・・アーク電圧検出器、１８・・・電圧誤差増幅器、１
９・・・アーク電圧設定器、２０．２１・・・交流／直
流切換信号設定器、２２・・・切換レベル設定スイッチ
。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １、直流電源と、該直流電源に接続され該直流電源の出
   力を大電流と小電流にの２レベルに設定する出力電流設
   定手段と、前記直流電源からの直流を交流に変換する極
   性変換手段と、該極性変換手段に接続し、前記大電流を
   出力する逆極性期間と前記小電流が出力する正極性期間
   を設定する極性期間設定手段と、前記大電流と小電流か
   らなる溶接電流の出力を前記正極性期間を増減すること
   により制御する溶接電流制御手段と、前記出力電流設定
   手段の設定値と前記極性期間設定手段の設定値を同期し
   て出力させる同期手段と、前記極性変換手段が動作する
   極性を固定する極性固定手段と、該極性固定手段の動作
   レベルを設定するレベル設定手段とを備えたことを特徴
   とする消耗電極交直両用ガスシールドアーク溶接機。