JPH08296B2

JPH08296B2 - パルスア−ク溶接機

Info

Publication number: JPH08296B2
Application number: JP12420587A
Authority: JP
Inventors: 直樹河合; 富秋細川; 康司浜本
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 1987-05-21
Filing date: 1987-05-21
Publication date: 1996-01-10
Anticipated expiration: 2011-01-10
Also published as: JPS63290690A

Description

【発明の詳細な説明】産業上の利用分野本発明は溶接用ワイヤと被溶接物である母材（以下、
単に「ワイヤ」、「母材」という）との間にパルス電流
とベース電流とを交互に供給して溶接をおこなうパルス
アーク溶接機に関するものである。

従来の技術パルスアーク溶接に関する従来の技術は、ワイヤが母
材に接触短絡ているか非接触でアーク発生しているかの
溶接部の状態に関係なく、溶接機の内部で作成したタイ
ミングによりパルス電流印加しておこなっていた。

発明が解決しようとする問題点従来のパルスアーク溶接機は前述の如く、溶接部の状
態に関係なく、溶接機の内部で作成したタイミングによ
りパルス電流を印加するために、平均溶接電圧値を低く
設定した時、すなわち、ワイヤ先端が母材に非接触でワ
イヤ先端の溶融塊をすべてスプレー状にして母材に移行
する（スプレー移行）のではなく、ワイヤ先端が母材に
接触してワイヤ先端の溶融塊を接触短絡電流によるピン
チ力や溶融金属の表面張力により母材に移行する（短絡
移行）確率が高まった時、短絡移行によるスパッタ発生
が多くなってくる。この平均溶接電圧値を低く設定する
のは溶接速度が速くなり、アンダーカットなどの溶接欠
陥を防止するためにおこなわれるが、同時に多大のスパ
ッタを発生させ、低スパッタなパルスアーク溶接の長所
を損う結果となる。特に溶接部の状態に関係なくパルス
電流印加するめにスパッタ発生は一層、顕著なものとな
る。このことを第６図を用いて説明する。

第６図はいずれも短絡移行混じりの平均溶接電圧値を
低く設定した時の従来のパルスアーク溶接機の溶接電流
波形の時間推移と溶接部の溶滴移行状態の時間推移とを
対応させて示している。

同図において９は溶接用ワイヤ、10は母材、91は溶接
アーク、92はスパッタを示している。第６図（ａ）はワ
イヤが母材に接触短絡したまま次のパルス電流印加をし
た場合で、溶融金属はパルス電流の強力なピンチ力によ
り時刻t₆においてスパッタ92の飛散を伴って短絡解除さ
れる。第６図（ｂ）は次のパルス電流印加の直前の時刻
t₅において短絡解除した場合で、ワイヤ先端の溶融部形
状や移行した溶融金属の形状が針状となって整う前に次
のパルス電流印加がおこなわれるのでパルス電流により
時刻t₆において多大なスパッタ92が発生する。

本発明は前記、従来のパルスアーク溶接機の問題点を
解決するためにおこなったもので、高速溶接時のように
平均溶接電圧を低く設定して短絡移行混じりの溶接とな
ってもスパッタ発生の少いパルスアーク溶接機を実現す
ることを目的とする。

問題点を解決するための手段上記問題点を解決するために本発明は、溶接用ワイヤ
が被溶接物に接触短絡している時はＨレベル、非接触で
アーク発生中はＬレベルと状態を変えてアーク・短絡判
定信号を出力するアーク・短絡判定回路部と、一定の時
間周期でＨレベルとＬレベルの状態をくり返す基準クロ
ック信号を出力する基準クロック発生回路部と、クロッ
ク入力端子から入力される信号の状態変化の回数を計数
し、その計数値が所定の第１の時限に到達した時に一定
の期間だけ他の期間と状態を変えて第１時限信号を出力
することをくり返す第１タイマ回路部と、前記基準クロ
ック信号と前記第１時限信号とを入力とし、前記第１の
時限を計数完了した時を時間的起点として前記基準クロ
ック信号の状態変化の回数により前記第１の時限よりも
小なる所定の第２の時限を計数開始し、第２の時限を計
数している期間とその他の期間とで状態を変えて第２時
限信号を出力する第２タイマ回路部と、前記基準クロッ
ク信号と前記第２時限信号とを入力とし、前記第２の時
限を計数完了した時を時間的起点として前記基準クロッ
ク信号の状態変化の回数により所定の第３の時限を計数
開始し、第３の時限を計数している間はＨレベル、その
他の期間はＬレベルと状態を変えて第３時限信号を出力
する第３タイマ回路部とで構成され、前記第１タイマ回
路部のクロック入力端子には、前記アーク・短絡判定信
号と前記第３時限信号との論理積したものに前記基準ク
ロック信号を論理和したものを接続すると共に、前記第
１時限信号をパルス電流印加出力の起点信号として溶接
出力制御素子を制御する出力制御回路部に接続するもの
である。

作用上記構成により、強固なワイヤ接触短絡が発生しても
所定の時間遅れをもって次のパルス電流印加が行なわれ
る。そしてこの遅れ時間を適正値に選ぶことにより円滑
な溶接が継続される。

実施例第１図に本発明による一構成例を示す。

同図において、１は溶接機入力端子、２は溶接用主変
圧器部、３は整流，平滑部、４は溶接出力制御素子、５
はリアクトル、６は分流器、７は溶接出力端子でI_aはそ
の出力電流、V_aはその出力電圧を示す。８は通電用コン
タクトチップ、９は溶接用ワイヤ、10は母材、11は出力
制御回路部、12はアーク・短絡判定回路部でV_ASはその
出力信号、13は基準クロック発生回路部でV_CKはその出
力信号、14は第１タイマ回路部でV_t1はその出力信号、1
5は第２タイマ回路部でV_t2はその出力信号、16は第３タ
イマ回路部でV_t3はその出力信号、17は論理積素子でV_P
はその出力信号、18は論理和素子でV_Qはその出力信号で
ある。

第１図の構成による作用を第２図の動作図により説明
する。

第２図は第１図の各出力，各信号の時間的推移を示す
動作図で、第２図の各信号の見出しの記号は第１図中の
同記号の信号に同じものである。

第２図の期間T₀ではワイヤが母材に接触短絡しない場
合で、第１タイマ回路部14はクロック入力端子に入力さ
れる信号V_Qのパルス数を計数開始すると共に計数開始で
あることを示すV_t1信号を出力する。第２タイマ回路部1
5はV_t1信号を受けて基準クロック信号V_CKにより第１の
時限t_P1より小なる第２の時限t_P2を計数開始し、時計数
中であることを示す第２時限信号V_t2を出力する。第３
タイマ路部16は前記V_t2信号が時計数完了であることを
受けて第３の時限t_P3を基準クロック信号V_CKにより時計
数開始し、時計数中であることを示す第３時限信号V_t3
を出力する。このT₀期間においてワイヤの母材への接触
短絡が発生していないのでアーク・短絡判定回路部12の
出力信号V_ASはＬレベルのままであり、これにより論理
積素子17の出力信号V_PもＬレベルのままとなる。従って
論理和素子18の出力信号V_Qは基準クロック信号V_CKその
ものとなり、これが第１タイマ回路部14のクロック入力
端子に入力されるので第１タイマ回路部14の出力信号V
_t1は所定のt_P1時間後に第１時限信号V_t1を出力する。

第２図の期間T₁は次のパルス電流印加のかなり以前で
あるt_P2期間中のベース電流印加期間中にワイヤが母材
に接触短絡した場合で、この接触短絡は溶滴や溶融池の
振動や、短絡電流のピンチ力等によりt_S0期間後、接触
短絡が解除され、スパッタ発生にはほとんど影響しない
場合を示す。この場合、ワイヤ接触短絡期間t_S0はアー
ク・短絡判定信号V_ASがＨレベルとなるが、第３時限信
号V_t3がＬレベルであるので論理積素子17の出力信号V_P
はＬレベルとなり、この結果、第１タイマ回路部14のク
ロック入力端子への入力信号である論理和素子18の出力
信号V_Qは基準クロック信号V_CKそのものとなる。従ってT
₀期間と同様にT₁期間のパルス電流周期はt_P1のままとな
る。

第２図の期間T₂は次のパルス電流印加の直前にワイヤ
が母材に接触短絡したものの、溶滴や溶融池の振動や短
絡電流のピンチ力等によりt_S1期間後の次のパルス電流
印加の前に接触短絡が解除された場合である。これは第
６図（ｂ）に示す状態である。この場合、従来例で述べ
たように接触短絡は解除したもののワイヤ先端の溶融部
形状や移行した溶融金属の形状が十分整っていないので
直ちにパルス電流印加すると溶融先端部がスパッタとな
って飛散する恐れがある。従って接触短絡の解除後、溶
融部先端形状が整ってからパルス電流印加する必要があ
る。この場合、アーク・短絡判定信号V_ASは接触短絡し
ているt_S1期間Ｈレベルとなるが論理積素子17の出力信
号V_Pはt_S1期間と第３時限信号V_t3がＨレベルである期間
t_P3との重複期間のt_S11の間だけＨレベルとなる。この
結果、論理和素子の出力V_Qはt_S11期間はＨレベルで他は
基準クロック信号V_CKと同じ信号を出力する。これが第
１タイマ回路部14のクロック入力端子に入力されるので
第１の時限は基準のパルス周期t_P1よりもt_S11の長さだ
け延びたことになる。従ってワイヤ接触短絡の解除後、
溶融部先端形状が十分に整ってから次のパルス電流印加
がおこなわれるので多大なスパッタ飛散を防止すること
ができる。

第２図の期間T₃はワイヤの接触短絡が強固で溶融部の
振動や短絡電流によるピンチ力では短絡解除しない場合
を示す。この場合、パルス電流印加を遅らせたままでは
スタッピングを起こし、溶接欠陥となるのでスパッタ発
生を容認してでもパルス電流印加してワイヤの接触短絡
を解除しなければならない。この場合、アーク・短絡判
定信号V_ASは短絡状態を示すＨレベルのままであるので
論理積素子17の出力信号V_Pは第３の時限であるt_P3の
間、Ｈレベルとなる。この結果、論理和素子18の出力信
号V_Qはt_P3の期間はＨレベルとなり他の期間は基準クロ
ック信号V_CK信号となる。このV_Q信号が第１タイマ回路
部14のクロック入力端子に入力されるので第１タイマ回
路部14は基準のパルス周期t_P1よりもt_P3の時間だけ長く
時計数して次のパルス電流印加を出力制御回路部11に指
令する。この結果、パルス電流によりワイヤ接触短絡が
解除され、スタッピングによる溶接欠陥を未然に防止で
きる。すなわち、第１図の構成によれば、強固なワイヤ
接触短絡が発生しても最大t_P3の時間遅れをもって次の
パルス電流印加がおこなわれ、このt_P3の値を適正値に
選ぶことにより円滑な溶接が継続される。

次に第１図の基準クロック発生回路13と第１タイマ回
路部14,第２タイマ回路部15,第３タイマ回路部16、およ
び論理積素子17と論理和素子18とを含めた本発明の一実
施例を第３図に示す。

同図において19はプログラマブルインターバルタイマ
ICで１個の素子の中に制御部20と、第１タイマ回路部1
4,第２タイマ回路部15,第３タイマ回路部16の３個の独
立した動作をおこなうタイマが内蔵されている。17は論
理積素子、18は論理和素子、101はマイコン、102は発振
器、103,104はコンデンサで102と103,104により発振回
路を形成している。13は第１図の基準クロック発生回路
部で、前記マイコン101のCLK端子から出力された発振信
号を分周して出力するICである。なお、105は論理反転
素子である。

プログラマブルインターバルタイマIC19内の３個の各
タイマの動作や計数値はマイコン101のプログラムで設
定することができる。本発明の実施例では第１タイマ回
路部14をCKO端子から入力されるパルスの個数を計数
し、ｎ個に１回の割合で同期信号をOUT0端子から出力す
る分周器として使用している。また、第２タイマ回路部
15と第３タイマ回路部16とはG1（G2）端子から入力され
る信号の状態変化時を時間的起点としてCK1（CK2）端子
から入力されるパルスの個数を計数し、マイコン101に
よって設定されるｍ個のパルスを計数中とその他の期間
とで状態を変える信号をOUT1（OUT2）端子に出力する再
起動可能なワンショットタイマとして使用している。第
３図の実施例により第２図に示した動作が実現される。
なお、第３図の実施例は、第２図の動作図と信号のH,L
レベルや時計数開始が入力信号の立上り時か立下り時か
の微妙な差異はあるが、基本的に第２図の動作をおこな
う。

なお、マイコン101の動作やプログラムに関しては前
述の如く、各タイマの動作モードや計数値を設定するの
みであるので説明を省略する。

また、アーク・短絡判定回路部12は第１図の構成例で
は溶接機の出力電圧値V_aを検出し、この値が所定の値以
上の場合はアーク発生中、所定値未満の場合はワイヤ接
触短絡中であるとしてアーク・短絡判定信号V_ASを出力
する。この回路部の実施例は比較器で容易に実現でき、
また、従来から一般的に使用されている方法であるので
詳細な説明を省略する。なお、このアーク・短絡検出回
路部12は第１図の如く溶接機の出力電圧値V_aで判定する
のではなく、アーク光を検出して判定する方法も考えら
れるが、本発明の要件ではない。

さらに第１図の構成例で溶接機の主回路方式を２次側
チョッパ方式として示したが、１次側インバータ方式と
してもよい。

次に本実施例の制御をおこなった場合と、従来通りの
制御でおこなった場合との溶接時のスパッタ発生量の比
較を第４図に示す。第４図において１は従来制御法によ
るもの、２は本発明の制御によるものを示す。

第４図に示す如く、アーンダーカット等の溶接欠陥を
防止するためにアーク長を短くし、平均溶接電圧値を低
くしてワイヤ短絡混じりにするほど効果が顕著に現われ
ることがわかる。

なお、溶接速度を低速から高速に上げていった場合も
平均溶接電圧値を下げていくことになるので、第４図と
同様に従来制御方法からスパッタ低減の効果が得られ
る。

また、第５図に基本パルス周期t_P1と前記、第２の時
限t_P2との差期間を変化させた場合のスパッタ発生量を
示す。溶接の諸条件については第５図中に記載してい
る。

第５図からわかるように、基本パルス周期t_P1と第２
の時限t_P2との差期間が０であるt_aの場合は第１図の構
成例および第３図の実施例からわかるように第１タイマ
回路部14は基本パルス周期t_P1で次のパルス電流印加を
指令してしまい、本発明の制御が適用されず、この結
果、第４図の１のように従来パルスアーク溶接機と同じ
スパッタ発生量となってしまう。

これが第２の時限t_P2を基本パルス周期t_P1よりも少し
小なるt_bとすることにより本発明の制御が実現され、ス
パッタ発生量は前記t_aの場合よりも約75％に減少する。

以降、基本パルス周期t_P1と第２の時限t_P2の差期間を
順次大としていくと第５図のt_c,t_d,t_eと次第にスパッタ
発生量は減少して本発明の効果が増してゆき、t_fにおい
てt_aの時の約55％のスパッタ発生量とすることができ
た。

この後、基本パルス周期t_P1と第２の時限t_P2との差期
間を増加させ、t_g,t_h,t_iとしてもスパッタ発生量はほと
んど変化せずt_fの場合とほとんど同じスパッタ発生量と
なる。これは、次のパルス電流印加の前のベース電流期
間の早くからワイヤの接触短絡かアーク発生中かを判定
してもt_fから判定した場合と同様であることがわかる。
また、前記第３の時限を大なる値とすることにより第５
図のt_iよりもさらに右の方へ移すことができるが、こう
した場合、所定の基本周期t_P1からのパルス電流印加が
遅れすぎる結果、スタッビング現象を発生させ、円滑な
溶接が維持できくなる。

なお、第５図の条件においてt_fは約0.4msであり、こ
の値がスパッタ減少効果が最も大きく、かつ、安定な溶
接を維持できる点であると思われる。

発明の効果上記説明から明らかなように、本発明によればワイヤ
接触短絡が発生しても、所定の時間遅れをもって次のパ
ルス電流印加が行なわれ、この遅れ時間を適正値に選ぶ
ことにより円滑な溶接を継続することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例によるブロック図、第２図は
同実施例における動作図、第３図は同実施例による回路
図、第４図は本実施例と従来例のスパッタ発生量の比較
図、第５図は基本パルス周期と第２の時限の差期間に対
するスパッタ発生量を示す特性図、第６図は従来のパル
スアーク溶接機の溶接電流波形と溶接部の溶滴移行状態
の対応を示す特性図である。 11……出力制御回路部、12……アーク・短絡判定回路
部、13……基準クロック発生回路部、14……第１タイマ
回路部、15……第２タイマ回路部、16……第３タイマ回
路部。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】溶接用ワイヤと被溶接物との間にパルス電
流とベース電流とを交互に印加して溶接用ワイヤ先端の
溶接塊をスプレー化させて被溶接物に移行せしめて溶接
をおこなうパルスアーク溶接機において、前記溶接用ワ
イヤが被溶接物に接触短絡している時と、非接触でアー
ク発生中とを判別してアーク・短絡判定信号を出力する
アーク・短絡判定回路部と、一定の時間周期の基準クロ
ック信号を出力する基準クロック発生回路部と、クロッ
ク入力端子から入力される信号の状態変化の回数を計数
し、その計数値が所定の第１時限に到達した時に一定の
期間だけ他の期間と状態を変えて第１時限信号を出力す
ることをくり返す第１タイマ回路部と、前記基準クロッ
ク信号と前記第１時限信号とを入力とし、前記第１時限
を計数完了した時を時間的起点として前記基準クロック
信号の回数により前記第１時限よりも小なる所定の第２
時限を計数開始し、第２時限を計数している期間とその
他の期間とで状態を変えて第２時限信号を出力する第２
タイマ回路部と、前記基準クロック信号と前記第２時限
信号とを入力とし、前記第２時限を計数完了した時を時
間的起点として前記基準クロック信号の回数により所定
の第３時限を計数開始し、第３時限を計数している期間
とその他の期間とで状態を変えて第３時限信号を出力す
る第３タイマ回路部とで構成され、前記第１タイマ回路
部のクロック入力端子には、前記アーク・短絡判定信号
と前記第３時限信号との論理積したものに前記基準クロ
ック信号を論理和したものを入力する接続構成とすると
共に、前記第１時限信号をパルス電流印加出力の起点信
号として溶接出力制御素子を制御する出力制御回路部に
接続し、パルス電流印加出力前の前記第１時限と第２時
限の差期間に溶接用ワイヤが被溶接物に接触短絡してい
なければ前記第１時限を周期としてパルス電流印加出力
し、前記第１時限と第２時限の差期間に溶接用ワイヤが
被溶接物に接触短絡していれば前記第３時限を上限とし
た接触短絡時間を前記第１時限に加えたものを周期とし
てパルス電流印加出力することを特徴としたパルスアー
ク溶接機。
【請求項２】第１時限，第２時限，第３時限は、溶接用
ワイヤの送給速度の設定によって決定されることを特徴
とした特許請求の範囲第（１）項記載のパルスアーク溶
接機。
【請求項３】第１時限，第２時限，第３時限は、溶接の
平均電圧の設定によって決定されることを特徴とした特
許請求の範囲第（１）項記載のパルスアーク溶接機。
【請求項４】第１時限，第２時限，第３時限は、溶接す
る速度によって決定されることを特徴とした特許請求の
範囲第（１）項記載のパルスアーク溶接機。
【請求項５】第１時限，第２時限，第３時限は、溶接用
ワイヤのワイヤ材質またはワイヤ径によって決定される
ことを特徴とした特許請求の範囲第（１）項記載のパル
スアーク溶接機。
【請求項６】第１時限，第２時限，第３時限は、溶接ア
ーク部をシールドするシールドガスの成分構成により決
定されることを特徴とした特許請求の範囲第（１）項記
載のパルスアーク溶接機。