JPH0471629B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、消耗性電極を用いた薄板の高速溶接
などに好適な出力波形を有するアーク溶接電源に
関する。

［従来の技術］ 消耗性電極を用いる短絡アーク溶接において、
溶接電源出力電流のピーク値を低くし、かつベー
ス値を高くすれば、スパツタの発生が少なく、ビ
ード外観も良くなるが、このようにすると、第２
図に示すように、アーク長が急激に短くなつたと
き、電流のピーク値が低いため、短絡が開放され
ないで長い短絡が生じ、その間に加熱された溶接
ワイヤが爆発的に溶断してアーク切れを生じるこ
とがあり、特に薄板を高速で溶接する場合に障害
となつていた。従来、その対策として、第３図に
示すように、短絡時間Ｔが所定時間以上になる
と、これを検知して出力電源を急激に立上らせる
方式が提案されている。

［発明が解決しようとする問題点］ 上記従来方式には次に述べるような問題点があ
る。

(1) 出力電流を急激に立上らせるためには、制御
周期の短い高周波インバータによる出力制御が
必要であり、後述するようにインバータ制御の
アーク溶接電源では、短絡状態とアーク状態の
判別がむずかしい。

(2) 大電流を流して短絡を開放するのは良いが、
次の短絡を促進する配慮がなされていないた
め、短絡開放後のアーク期間が長くなり、アー
クが安定するまでに時間がかかる。すなわち、
溶接ワイヤの母材への突込みにより短絡・アー
クの周期に影響を受け、アークの乱れが生じや
すい。

本発明の目的は、短絡・アークの判別をするこ
となしに溶接ワイヤの突込みによるオーク切れを
防止し、かつアークの乱れも回避することができ
るアーク溶接電源を提供することにある。

［問題点を解決するための手段］ 上記目的は、溶接電源出力電流の変化率を検出
する手段と、上記電流変化率の検出信号を増幅し
て出力制御部の制御入力に負帰還することにより
出力電流の変化率を制御する電流変化率制御回路
と、溶接電源出力電流値を検出する手段と、検出
された出力電流値が所定値以上であるか否かを判
定する電流値判定回路と、この電流値判定回路の
判定出力より出力電流値が所定値以上にある時間
が所定時間以上経過しとことを検知する時限回路
とを備え、上記電流値判定回路の判定出力と上記
時限回路の出力により上記電流変化率制御回路の
増幅度を変え、出力電流値が所定値以上にある時
間が所定時間経過するまでは出力電流の変化率を
通常より小さくし、出力電流値が所定値以上にあ
る時間が所定時間以上経過したときは出力電源の
変化率を通常より大きくすることにより、達成さ
れる。

［作用］ 第４図に本発明による出力電流波形の一例を示
す。本発明では、長い短絡が生じた場合、出力電
流値も大きくなることから、検出された出力電流
値が所定値以上であるか否かを判定し、出力電流
値が所定値（図中ａ）以上であれば、その持続時
間が所定時間（図中Ｔ）経過するまでは、電流変
化率制御回路の帰還信号に対する増幅度を大きく
することにより、出力電流の変化率を通常より小
さくするような制御を行ない、第４図の電流波形
イ−ロ−ハ−ニ−ホのように出力電流とピーク値
を極力低く抑えてスパツタの発生を少なくする。
そして、出力電流値が所定値（図中ａ）以上にあ
る時間が所定時間（図中Ｔ）以上経過すると、そ
れを検知して電流変化率制御回路の帰還信号に対
する増幅度を小さくすることにより、出力電流の
変化率を通常より大きくするような制御を行な
い、第４図の電流波形ホ−ヘ−ト−チ−リ−ヌの
ように出力電流値を急激に上昇させて短絡を開放
し、短絡開放後も出力電流値を前記所定値以下に
なるまで急激に低下させる。これにより、短絡を
早く開放して溶接ワイヤの加熱・溶断によるアー
ク切れを防止するだけでなく、アーク状態になつ
てから次の短絡への移行を促進して、アークの乱
れを回避することが可能となる。また、本方式
は、長い短絡が生じたことを出力電流値で判定し
ているため、短絡・アークの判別を必要としな
い。

［実施例］ 第１図に本発明の一実施例を示す。図中、１は
交流入力端子、２は商用周波数の交流入力を直流
に変換する入力側整流回路、３は平滑用コンデン
サ、４は平滑された直流入力を商用周波数より高
い周波数（例えば20kHz）の交流に変換するイン
バータ回路で、本溶接電源の出力制御部に相当す
る。インバータ回路４の交流出力は変圧器５で溶
接に適した電圧に降圧された後、出力側整流回路
６で直流に変換され、直流リアクタ７、電流検出
用シヤント抵抗８を通つて、出力端子９よりトー
チ１０と母材１１の間のアーク負荷１２による供
給される。１３は消耗性電極である溶接ワイヤ、
１４はワイヤ送給モータである。

電流変化率検出手段として直流リアクタ７に設
けられた二次巻線７ａは、溶接電源出力電流の変
化率（di／dt）に比例した電圧を発生する。この
電圧を電流変化率制御回路１７により増幅して帰
還信号とし、これと出力電圧設定器１５からの基
準入力信号とを加算器１６で加算した信号を、前
記インバータ回路４の出力パルス幅を決定する制
御入力とすることにより、溶接電源の外部出力特
性が定電圧特性となり、かつ第４図に示すような
出力電波波形が得られるように溶接電源の出力制
御を行なう。

電流変化率制御回路１７は、例えば演算増幅器
の帰還回路に挿入する抵抗を選択スイツチにより
変化させることで増幅度を可変としたもので、そ
の増幅度を変えることにより、出力電流波形にお
ける電流変化率を大、中、小３段階に制御する。
電流値判定回路１８は、電流検出用シヤント抵抗
８に発生する出力電流値に比例した電圧を増幅器
１９で増幅した信号と、電流レベル設定器２０か
らの基準信号とをコンパレータ２１で比較し、出
力電流値が所定値以上であるか否かを判定する回
路であり、オンデレータイマ２２は、電流値判定
回路１８の判定出力より出力電流値が所定値以上
にある時間が所定時間以上経過したことを検知す
る時限回路である。また、２３は電流値判定回路
１８内のコンパレータ２１の出力信号と、オンデ
レータイマ２２の出力信号を反転した信号を入力
とする禁止ゲートであり、この禁止ゲート２３の
出力信号とオンデレータイマ２２の出力信号を、
電流変化率制御回路１７の増幅度を変える選択ス
イツチ等の制御信号としている。

上記構成において、第４図に示すように、急激
なアーク長の変化などにより溶接ワイヤ１３が母
材１１に突込み、長い短絡が生じた場合、出力電
流値が電流レベル設定器２０からの基準信号に相
当する所定の電流値（図中ａ）以上になると、電
流値判定回路１８内のコンパレータ２１の出力が
ハイレベルになる。出力電流値が所定電流値以上
にある時間が所定時間（図中Ｔ）経過するまで
は、このコンパレータ２１のハイレベル出力が禁
止ゲート２３を通して電流変化率制御回路１７に
入力され、この信号によつて電流変化率制御回路
１７の増幅度が増大するため、溶接電源の出力電
流値の上昇の変化率は、第４図のロ→ハ、ヘ→ト
のように通常より小さくなる。この出力電流値が
所定値（図中ａ）以上にある時間が所定時間（図
中Ｔ）経過すると、前記コンパレータ２１のハイ
レベル出力によつてオンデレータイマ２２が動作
し、タイマ２２出力がハイレベルとなるため、禁
止ゲート２３の出力は止められ、電流変化率制御
回路１７にはタイマ２２のハイレベル出力だけが
入力される。この信号により、電流変化率制御回
路１７の増幅度が低下し、出力電流値の変化率を
通常より大きくするため、第４図のト→チのよう
に出力電流値が急激に上昇し、短絡を開放する。
そして、短絡開放後も出力電流値が所定値（図中
ａ）以上の区間は、電流変化率制御回路１７の増
幅度が低下したままであるため、出力電流値はチ
→リのように急激に低下する。ａ点より低い電流
領域では、コンパレータ２１およびタイマ２２の
出力がローレベルとなることで、電流変化率制御
回路１７の通常の増幅度にもどるため、第４図の
リ→ヌに示すような比較的緩やかな通常の電流変
化となる。

この短絡開放直後における急激な電流値の低下
により、従来例の第３図に見られるような長いア
ーク期間が生じて、アークが乱れることなく、短
絡・アークの周期にはほとんど影響を与えずに安
定したアークに移行させることができる。

以上のように本実施例によれば、短絡・アーク
の判別を必要とせずに、溶接ワイヤの溶断による
アーク切れを防止し、かつアークの乱れを回避す
ることが可能となる。また、出力電流値が所定値
以上にある時間が所定時間経過するまでは電流変
化率を通常より小さくし、所定時間経過後のみ電
流変化率を通常より大きくするようにしているの
で、出力電流のピーク値を極力低く抑え、スパツ
タの発生を少なくすることができる。

特に、インバータ制御によるアーク溶接電源に
おいては、電源を小形軽量化する必要から出力側
の直流リアクタ７のインダクタンス値を小さくし
ているため、溶接ケーブルのインピーダンスによ
る電圧分担の割合が大きくなり、その結果、短絡
時とアーク時の出力端子電圧の差が小さく、ケー
ブル長によつて変動し、短絡・アークの判別が非
常にむずかしいので、本発明の効果は大である。

また、上記実施例では、出力電流値の上昇時、
低下時共に、同一電流値でコンパレータ２１の出
力が反転するものとして説明したが、コンパレー
タ２１にヒステリシス特性を持たせて、第５図に
示すように、短絡開放後の電流低下時にはａ−ｂ
の値まで出力電流値を急降下させるようにすれ
ば、アーク期間をさらに短くし、アークの乱れを
少なくすることができる。

出力電流の変化率を検出する手段としては、第
１図に示す直流リアクタ二次巻線７ａを設ける代
りに、シヤント抵抗８による電流検出信号の微分
値をとつてもよい。

［発明の効果］ 本発明によれ、短絡・アークの判別をすること
なしに、溶接ワイヤの突込みにより長い短絡が生
じたとき、短絡を早く開放してアーク切れを防止
し、かつアークが発生してから次の短絡への移行
を促進してアークの乱れを回避することができ、
しかも、出力電流のピーク値を極力低く抑えてス
パツタの発生を少なくしているので、消耗性電極
を用いて薄板の高速溶接などを行なう場合に特に
有効である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示す回路構成図、
第２図は溶接ワイヤの突込みによりアーク切れを
生じた例を示す出力電流波形図、第３図は従来技
術によりアーク切れは防止できるが、アークの乱
れを生じた例を示す出力電流波形図、第４図は本
発明の一実施例によりアーク切れ、アークの乱れ
共に防止できることを示す出力電流波形図、第５
図は電流値判定回路にヒステリシス特性を持たせ
た本発明の他の実施例の出力電流波形図である。 ４……出力制御部（インバータ）、７ａ……電
流変化率検出手段（直流リアクタ二次巻線）、８
……出力電流値検出手段（シヤント抵抗）、１１
……母材、１２……アーク負荷、１３……消耗性
電極（溶接ワイヤ）、１５……出力電圧設定部、
１６……加算器、１７……電流変化率制御回路、
１８……電流値判定回路、１９……増幅器、２０
……電流レベル設定器、２１……コンパレータ、
２２……時限回路（オンデレータイマ）、２３…
…禁止ゲート。

【特許請求の範囲】

１ 溶接トーチと溶接すべき母材との間のアーク
電圧を検出するアーク電圧検出手段と、 前記溶接トーチと前記母材とを流れるアーク電
流を検出するアーク電流検出手段と、 前記アーク電圧に対応したアーク電圧設定値を
設定するアーク電圧設定手段と、 前記アーク電流に対応したアーク電流設定値を
設定するアーク電流設定手段と、 前記アーク電圧検出手段によつて検出されたア
ーク電圧を前記アーク電圧設定値から差し引いた
電圧に対応した第１の差信号を出力する第１の差
分検出手段と、 前記アーク電流検出手段によつて検出されたア
ーク電流を前記アーク電流設定値から差し引いた
電流に対応した第２の差信号を出力する第２の差
分検出手段と、 前記第１および第２の差信号のうち大きい方の