JPH05245635A - 消耗電極式直流アーク溶接機 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 短絡時の出力電流を低減してスパッタの発生
を抑え、しかも、ア−ク移行時の出力電流の不足を防止
して溶接不良の発生を防止する。 【構成】 出力電圧Ｖの検出信号から溶接負荷１２の短
絡，ア−クを判定する判定回路２０と、溶接負荷１２の
短絡時に判定回路２０の出力信号によりオンする第１ス
イッチ回路２１と、基準信号Ｓｒと逆極性の減算補正信
号Ｓｎを形成し，第１スイッチ回路２１を介して基準信
号Ｓｒと検出信号Ｓｖの誤差信号に加算する減算用出力
設定器２３と、溶接負荷１２のア−ク移行時に判定回路
２０の出力信号によりオンする第２スイッチ回路２５
と、基準信号Ｓｒと同極性の加算補正信号Ｓｐを形成
し，第２スイッチ回路２５を介して前記誤差信号に加算
する加算用出力設定器３５とを備える。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、溶接負荷に定電圧化し
た直流を給電するインバ−タ構成の消耗電極式直流ア−
ク溶接機に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、ＣＯ₂ 溶接，ＭＡＧ溶接，ＭＩＧ
溶接などの消耗電極式の直流ア−ク溶接は、溶接機から
電極，母材の溶接負荷に定電圧化された直流を給電し、
母材に短絡した電極を母材から引離してア−クに移行し
た後、短絡，ア−クを繰り返して行われる。

【０００３】そして、短絡時に電極，母材の溶接負荷に
入力されるエネルギが過大になると、短絡からア−クに
移行するときのスパッタが増加するため、通常、溶接機
の出力側に直流リアクトルを設け、溶接電流の急増を防
止してスパッタの発生を抑制している。ところで、この
種直流ア−ク溶接に用いられる消耗電極式直流ア−ク溶
接機は、その小型化，軽量化等を図るため、インバ−タ
構成に形成される。

【０００４】つぎに、インバ−タ構成の従来の消耗電極
式直流ア−ク溶接機を、本願発明の１実施例に対応する
図１を参照して説明する。図１の破線で囲まれた回路部
Ａを除く部分が従来構成と同一の部分であり、入力端子
１ａ，１ｂ，１ｃの３相電源はダイオ−ドブリッジ構成
の入力整流器２により整流され、この整流器２の出力が
コンデンサ３により平滑してインバ−タ４に供給され
る。

【０００５】このインバ−タ４はトランジスタ，ＭＯＳ
ＦＥＴ，ＩＧＢＴ等の半導体スイッチング素子４’のブ
リッジ回路により形成され、インバ−タ駆動回路６の制
御により高周波スイッチングして高周波交流を形成す
る。そして、インバ−タ４の高周波交流は出力トランス
７を介してダイオ−ドブリッジ構成の出力整流器８に供
給され、この整流器８により整流された後、平滑兼電流
制限用の直流リアクトル９により平滑されて直流に変換
され、この直流が１対の出力端子１０ｐ，１０ｎからケ
−ブル１１ｐ，１１ｎを介して溶接負荷１２を構成する
ワイヤ状の消耗式電極１３，母材１４に供給される。

【０００６】また、電圧検出器１４により出力端子１０
ｐ，１０ｎ間の出力電圧Ｖが検出され、電圧検出器１４
から抵抗１５を介して誤差増幅器１６の反転入力端子
（−）に、出力電圧Ｖに比例して絶対値が大きくなる負
の検出信号Ｓｖが供給される。このとき、出力電圧設定
器１７の正の出力電圧設定用の基準信号Ｓｒも、抵抗１
８を介して誤差増幅器１６の反転入力端子（−）に供給
される。

【０００７】そして、後述の補正を加えないときは、誤
差増幅器１６の入力信号ＳｄとしてＳｒ−Ｓｖの誤差信
号が形成され、この誤差信号により駆動回路６を介して
インバ−タ４の駆動が制御され、出力電圧が出力設定信
号Ｓｒの電圧に定電圧制御される。なお、１９は誤差増
幅器１６の利得設定用の抵抗、＋Ｂは正電源端子であ
る。

【０００８】ところで、溶接機の一層の小型化を図るた
め、直流リアクトル９を極力小型化することが望まれ
る。そして、直流リアクトル９を小型化して短絡からア
−クに移行するときのスパッタの増加を抑制するため、
短絡時に何らかの手法で基準信号Ｓｒを低減して出力電
圧Ｖを引下げ、溶接負荷１２から見た直流リアクトル９
のインダクタンス成分をア−ク時より大きくすることが
提案されている。

【０００９】この場合、図４のｂに示す基準信号Ｓｒの
変化により、同図のｃに示すように短絡時の出力電流Ｉ
が減少し、直流リアクトル９を小型化して短絡からアン
クに移行するときのスパッタを減少できる。なお、図４
のａは出力電圧Ｖを示す。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】前記従来の消耗電極式
直流ア−ク溶接機の場合、インバ−タ構成に形成すると
ともに短絡時の基準信号Ｓｒを低減して直流リアクトル
９を小型化することにより、全体の小型化，軽量化は図
れるが、ア−ク移行時の出力電流Ｉが極端に少なくな
り、入熱不足に基づく溶接不良が生じる問題点がある。
すなわち、短絡時の出力電流Ｉが少なくなると、つぎの
ア−ク移行時、基準信号Ｓｒのレベルが元に戻っても出
力電流Ｉが急には増加しないため、出力電流Ｉが極端に
少ない状態になる。

【００１１】このとき、溶接負荷１２の入熱量が不足
し、図５に示すように母材１４の溶接部１４ａが急峻に
盛上った形状になり、溶接部１４ａの溶接に寄与する部
分が少なくなり、機械的強度が不足して溶接不良が生じ
る。

【００１２】本発明は、短絡時の出力電流を低減してス
パッタの発生を抑え、しかも、ア−ク移行時の出力電流
の不足を防止して溶接不良の発生を防止することを目的
とする。

【００１３】

【課題を解決するための手段】前記の目的を達成するた
め、本発明の消耗電極式直流ア−ク溶接機においては、
出力電圧の検出信号から溶接負荷の短絡，ア−クを判定
する判定回路と、溶接負荷の短絡時に判定回路の出力信
号によりオンする第１スイッチ回路と、出力電圧設定用
の基準信号と逆極性の減算補正信号を形成し，第１スイ
ッチ回路を介して基準信号と検出信号との誤差信号に加
算する減算用出力設定器と、溶接負荷のア−ク移行時に
判定回路の出力信号によりオンする第２スイッチ回路
と、基準信号と同極性の加算補正信号を形成し，第２ス
イッチ回路を介して誤差信号に加算する加算用出力設定
器とを備える。

【００１４】

【作用】前記のように構成された本発明の直流ア−ク溶
接機の場合、判定回路の出力信号に基づき、短絡時は判
定回路の出力信号により第１スイッチ回路がオンし、こ
のスイッチ回路を介した減算用出力設定器の減算補正信
号が出力電圧の基準信号と検出信号との誤差信号に加算
される。このとき、減算補正信号の信号極性が基準信号
と逆になっているため、誤差信号が減算補正信号に相当
する量低下する。

【００１５】そして、インバ−タの駆動制御用の誤差信
号が減少するため、短絡時は、出力電圧が低下して出力
電流が減少し、溶接負荷から見た直流リアクトルのイン
ダクタンス成分が増加し、スパッタの発生が抑制され
る。

【００１６】つぎに、短絡からア−クに移行すると、第
１スイッチ回路はオフし、判定回路の出力信号により第
２スイッチ回路がオンし、このスイッチ回路を介した加
算出力設定器の加算補正信号が誤差信号に加算される。

【００１７】このとき、加算補正信号の信号極性が基準
信号と同じであるため、誤差信号が加算補正信号に相当
する量上昇する。この上昇により出力電圧が誤差信号の
みの場合より増大補正されて出力電流が増加し、ア−ク
移動時の出力電流の不足が防止され、溶接負荷の入熱量
が不足せず、溶接不良の発生が防止される。

【００１８】

【実施例】１実施例について、図１ないし図３を参照し
て説明する。図１の回路部Ａにおいて、２０は溶接負荷
１２の短絡，ア−クを判定する判定回路であり、出力信
号Ｓｃが短絡時に”１”（ハイレベル）になり、ア−ク
時に”０”（ロ−レベル）になる。

【００１９】２１は”１”の出力信号Ｓｃによりオンす
る第１スイッチ回路であり、一端が抵抗２２を介して誤
差増幅器１６の反転入力端子（−）に接続されている。
２３は減算用出力設定器であり、負電源端子−Ｂの電圧
を分圧して基準信号Ｓｒと逆極性の減算補正信号Ｓｎを
形成し、この信号Ｓｎを第１スイッチ回路２１の他端に
供給する。

【００２０】２４は出力信号Ｓｃを反転するインバ−タ
ゲ−ト、２５はインバ−タゲ−ト２４の”１”の出力信
号によりオンする第２スイッチ回路であり、一端が抵抗
２６を介して誤差増幅器１６の反転入力端子（−）に接
続されている。

【００２１】２７はインバ−タゲ−ト２４の出力信号を
反転するインバ−タゲ−ト、２８，２９は並列接続され
た逆流防止用のダイオ−ド，抵抗であり、ダイオ−ド２
８のアノ−ドがインバ−タゲ−ト２４の出力端子に接続
されている。３０，３１はダイオ−ド２８のカソ−ドと
ア−スとの間に直列に設けられた積分用の抵抗，コンデ
ンサ、３２はアノ−ドが第２スイッチ回路２５の他端に
接続されたしきい値設定用のツェナダイオ−ドであり、
カソ−ドが抵抗３０，コンデンサ３１の接続点ａに接続
されている。

【００２２】３３は正電源端子＋Ｂの電圧を分圧する加
算電圧調整器、３４はアノ−ド，カソ−ドが接続点ａ，
調整器３３に接続された電圧クランプ用のダイオ−ド、
３５は１点鎖線の構成の加算用出力設定器であり、加算
補正信号Ｓｐを第２スイッチ回路２５の他端に供給す
る。なお、スイッチ回路２１，２５は例えばアナログス
イッチ素子により形成されている。

【００２３】そして、出力電圧設定器１７は従来と同
様、設定された出力電圧設定用の正の基準信号Ｓｒを形
成し、この信号Ｓｒと電圧検出器１４の負の検出信号Ｓ
ｖとが誤差増幅器１６に供給されて加算される。この加
算により誤差増幅器１６の反転入力端子（−）の入力信
号Ｓｄが信号Ｓｒ，Ｓｖの誤差信号（＝Ｓｒ−Ｓｖ）に
なり、この信号により駆動回路６を介してインバ−タ４
の駆動が制御される。

【００２４】ところで、電極１３が母材１４に接触して
溶接負荷１２が短絡すると、出力電圧Ｖは図２のａに示
すように低下し、電圧検出器１４の検出信号Ｓｖも減少
して０に近づく。

【００２５】また、判定回路２０は検出信号Ｓｖの判定
のしきい値以下への減少から溶接負荷１２の短絡を検出
し、図２のｂに示すように出力信号Ｓｃが”１”に反転
する。

【００２６】そして、”１”の出力信号Ｓｃにより第１
スイッチ回路２１がオンし、減算用出力設定器２３の負
の減算補正信号Ｓｎが第１スイッチ回路２１，抵抗２２
を介して誤差増幅器１６に供給され、信号Ｓｒ，Ｓｖの
誤差信号に加算される。

【００２７】このとき、減算補正信号Ｓｎが基準信号Ｓ
ｒと逆極性であるため、入力信号ＳｄがＳｒ−Ｓｖの誤
差信号から信号Ｓｎに相当する量減少して低下する。そ
して、誤差信号の低下によりインバ−タ４の出力が減少
し、出力電圧がＳｒ−Ｓｖの誤差信号の場合より低下し
て図２のｅに示す出力電流Ｉも減少する。

【００２８】この出力電流Ｉの減少により、溶接負荷１
２から見た直流リアクトル９のインダクタンス成分が溶
接負荷１２の短絡時に増加する。一方、”１”の出力信
号Ｓｃがインバ−タゲ−ト２４により反転され、このイ
ンバ−タゲ−ト２４の出力信号が”０”になり、第２ス
イッチ回路２５は短絡時にオフする。

【００２９】さらに、インバ−タゲ−ト２４の出力信号
がインバ−タゲ−ト２７により反転され、このゲ−ト２
７の出力信号が出力信号Ｓｃと同一の”１”の信号にな
る。

【００３０】そして、インバ−タゲ−ト２７の”１”の
出力信号がダイオ−ド２８，抵抗３０を介してコンデン
サ３１に供給され、このコンデンサ３１が充電されて接
続点ａの電圧Ｖａが図２のｃに示すように積分特性で上
昇し、ツェナダイオ−ド３２のツェナ電圧より高くな
る。

【００３１】つぎに、電極１３の先端が溶融して電極１
３が母材１２から開放され、ア−クが発生して短絡から
ア−クに移行すると、出力電圧Ｖが急峻に上昇して検出
信号Ｓｖが増大する。そして、検出信号Ｓｖが判定回路
２０の判定のしきい値より大きくなり、出力信号Ｓｃが
ア−ク移行と同時に”０”に反転し、第１スイッチ回路
２１がオフして減算補正信号Ｓｎの供給が停止する。

【００３２】さらに、”０”の出力信号Ｓｃに基づき、
インバ−タゲ−ト２４の出力信号が”１”に反転して第
２スイッチ回路２５がオンするとともに、インバ−タゲ
−ト２７の出力信号が”０”に反転してコンデンサ３１
が充電から放電に移行する。そして、電圧Ｖａがツェナ
電圧に低下するまでの間、コンデンサ３１がツェナダイ
オ−ド３２，第２スイッチ回路２５の放電路及び抵抗３
０，２８，インバ−タゲ−ト２７の放電路により放電す
る。

【００３３】このとき、抵抗２９が高インピ−ダンスで
あるため、放電はほぼツェナダイオ−ド３２，第２スイ
ッチ回路２５の放電路を介して行われる。そして、この
放電により右下りの鋸歯状波形の正の加算補正信号Ｓｐ
が形成され、ア−ク移行時はこの信号Ｓｐが第２スイッ
チ回路２５，抵抗２６を介して誤差増幅器１６に供給さ
れ、信号Ｓｒ，Ｓｖの誤差信号に加算される。

【００３４】この加算により、短絡からア−クに移行し
たときに、入力信号Ｓｄは元のＳｒ−Ｓｖの誤差信号に
戻るのでなく、この誤差信号に加算補正信号Ｓｐを加え
た信号に上昇する。

【００３５】そして、この上昇によりインバ−タ４はそ
の出力がＳｒ−Ｓｖに基づく規定の出力より大きくなる
ように駆動され、この駆動により出力電圧Ｖが上昇して
出力電流Ｉも増加補正される。この増加補正により、短
絡時の減少補正に伴うア−ク移行時の出力電流Ｉの極端
な減少が防止される。

【００３６】したがって、短絡時の出力電流Ｉを減少補
正して直流リアクトル９を小型化しても、ア−ク時には
出力電流Ｉにより溶接負荷１２に十分な入熱が行える。
しかも、この実施例の場合コンデンサ３１の充放電特性
及び直流リアクトル９のインダクタンス成分等による制
御系の遅れなどにより、ア−ク終了が遅れるように出力
電流Ｉのア−ク期間が伸び、溶接負荷１２の入熱が一層
確実になる。

【００３７】そのため、図３に示すように母材１４の溶
接部１４ｂは従来の溶接部１４ａのように盛上がらず、
平坦な幅広のビ−トになり、溶接部１４ｂの溶接に寄与
する部分が増大して十分な機械的強度が得られ、良好な
溶接が行える。そして、加算補正信号Ｓｐは鋸歯状波形
でなくてもよい。また、各部の構成等は実施例に限定さ
れるものではない。

【００３８】

【発明の効果】本発明は、以上説明したように構成され
ているため、以下に記載する効果を奏する。溶接負荷１
２の短絡時は判定回路２０出力信号により第１スイッチ
回路２１がオンし、このスイッチ回路２１を介した減算
用出力設定器２３の減算補正信号Ｓｎが出力電圧の基準
信号Ｓｒと検出信号Ｓｖとの誤差信号に加算され、この
加算によりインバ−タ４の駆動制御用の誤差信号が減少
するため、出力電圧Ｖが低下して出力電流Ｉが減少し、
溶接負荷１２から見た直流リアクトル９のインダクタン
ス成分が増大し、スパッタの発生が抑制される。

【００３９】つぎに、短絡からア−クに移行すると、第
１スイッチ回路２１がオフし、判定回路２０の出力信号
により第２スイッチ回路２５がオンし、このスイッチ回
路２５を介した加算用出力設定器３５の加算補正信号が
誤差信号に加算され、この加算により出力電圧Ｖが誤差
信号のみの場合より増大補正されて出力電流Ｉが増加
し、ア−ク移行時の出力電流Ｉの不足が防止され、溶接
負荷１２の入熱量が不足せず、溶接不良の発生が防止さ
れる。そのため、直流リアクトル９を小型化した小型，
軽量な構成により、短絡時のスパッタの発生を防止する
とともにア−ク移行時の入熱不足を防止し、良好な溶接
を行うことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の消耗電極式直流ア−ク溶接機の１実施
例結線図である。

【図２】ａ〜ｅは図１の各部の波形図である。

【図３】図１の溶接説明図である。

【図４】ａ〜ｃは従来装置の各部の波形図でる。

【図５】従来装置の溶接説明図である。

【符号の説明】

４ インバ−タ ９ 直流リアクトル １２ 溶接負荷 ２０ 判定回路 ２１ 第１スイッチ回路 ２３ 減算用出力設定器 ２５ 第２スイッチ回路 ３５ 加算用出力設定器 Ｉ 出力電流 Ｖ 出力電圧 Ｓｒ 基準信号 Ｓｖ 検出信号 Ｓｎ 減算補正信号 Ｓｐ 加算補正信号

フロントページの続き (72)発明者 藤吉 敏一 大阪市東淀川区淡路２丁目14番３号 株式 会社三社電機製作所内 (72)発明者 青山 雅洋 大阪市東淀川区淡路２丁目14番３号 株式 会社三社電機製作所内 (72)発明者 狩野 国男 大阪市東淀川区淡路２丁目14番３号 株式 会社三社電機製作所内

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 交流入力を整流してインバ−タに供給
   し、該インバ−タの高周波交流変換により形成した高周
   波交流を整流し、直流リアクトルを介して溶接負荷に供
   給し、出力電圧設定用の基準信号と出力電圧の検出信号
   との誤差信号により前記インバ−タの駆動を制御し、前
   記出力電圧を定電圧制御する消耗電極式直流ア−ク溶接
   機において、 前記検出信号から前記溶接負荷の短絡，ア−クを判定す
   る判定回路と、 前記溶接負荷の短絡時に前記判定回路の出力信号により
   オンする第１スイッチ回路と、 前記基準信号と逆極性の減算補正信号を形成し，前記第
   １スイッチ回路を介して前記誤差信号に加算する減算用
   出力設定器と、 前記溶接負荷のア−ク移行時に前記判定回路の出力信号
   によりオンする第２スイッチ回路と、 前記基準信号と同極性の加算補正信号を形成し，前記第
   ２スイッチ回路を介して前記誤差信号に加算する加算用
   出力設定器とを備えたことを特徴とする消耗電極式直流
   ア−ク溶接機。