JPH10202365A

JPH10202365A - 消耗電極式直流アーク溶接機

Info

Publication number: JPH10202365A
Application number: JP9026147A
Authority: JP
Inventors: Haruo Moriguchi; 晴雄森口; Kenzo Danjo; 謙三檀上; Shigeru Okamoto; 茂岡本; Atsushi Kinoshita; 敦史木下
Original assignee: Sansha Electric Manufacturing Co Ltd
Current assignee: Sansha Electric Manufacturing Co Ltd
Priority date: 1997-01-22
Filing date: 1997-01-22
Publication date: 1998-08-04
Anticipated expiration: 2017-01-22
Also published as: JP3231649B2; US5942139A

Abstract

(57)【要約】【課題】溶接電圧の周期の変動を補正する。【解決手段】平滑コンデンサ３の直流電力をインバー
タ４が高周波電力に変換し、これを出力変圧器６が降圧
する。降圧高周波電力を出力整流器７、直流リアクトル
８が直流電力に変換し、アークの発生と短絡とを周期的
に繰り返す溶接負荷15に供給する。溶接負荷15の負荷電
圧に関連する電圧検出信号を補助整流器16が発生する。
溶接負荷15の負荷電流を電流検出器22が検出する。この
検出信号は、微分回路25によって微分される。補助整流
器16、電流検出器22、微分回路25の各信号と基準信号と
が、演算増幅器18に供給され、その出力が０となるよう
に、制御回路５がインバータ４を制御する。さらに、補
助整流器16の信号が少なくとも供給され、アークの発生
期間と短絡期間とを１周期とする周期を検出する積分回
路37が設けられている。この積分回路37の出力は、誤差
増幅器18に供給されている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ＣＯ₂溶接、ＭＡ
Ｇ溶接、ＭＩＧ溶接のような消耗電極式の直流アーク溶
接機に関する。

【０００２】

【従来の技術】消耗電極式直流アーク溶接機では、連続
的に供給される溶接用電極ワイヤーと母材とから構成さ
れる溶接負荷に、溶接機から定電圧化された直流電力を
供給し、母材に短絡させた電極ワイヤーを母材から引き
離して、アークを発生させ、以後、同様に短絡とアーク
とを繰り返すことによって溶接を行う。溶接負荷に供給
される電流が短絡時に過大になると、スパッタを生成す
る。このスパッタを制御するために、溶接機の出力側に
大型の直流リアクトルを設けて、負荷電流の急増を防止
している。しかし、これが溶接機の小型化を妨げてい
る。

【０００３】本願出願人は、米国特許第５４５７３００
号において、短絡時の出力電流を低減させて、スパッタ
の発生を抑え、しかもアーク遷移時の負荷電流の不足を
防止して、溶接不良の発生を防止する溶接機を提案し
た。

【０００４】この溶接機の構成を図２を参照しながら、
説明する。例えば３相交流２００Ｖの商用電源から入力
端子１ａ、１ｂ、１ｃに供給された交流電力が、例えば
ダイオードブリッジ構成の入力整流器２によって整流さ
れる。この入力整流器２の出力は、平滑コンデンサ３に
よって平滑される。平滑コンデンサ３からの直流電力
は、インバータ４に供給される。インバータ４は、ＩＧ
ＢＴ、ＦＥＴ等の半導体スイッチング素子のブリッジ回
路に構成されている。このインバータ４は、インバータ
制御回路５によってＰＷＭ制御される結果、高周波スイ
ッチング動作を行い、高周波電力を発生する。この高周
波電力は、出力変圧器６によって適切に降圧される。

【０００５】この降圧された高周波電力は、例えばダイ
オードブリッジ構成の出力整流器７によって整流され、
平滑兼電流制御用の直流リアクトル８を介して正負の出
力端子９ｐ、９ｎに供給される。即ち、出力側におい
て、再度の直流化が行われる。正の出力端子９ｐは、絶
縁ケーブル１０ｐを介して溶接用電極ワイヤー１１に接
続されている。この溶接用電極ワイヤー１１は、給送機
構１３によってフープ１２から連続供給される。負の出
力端子９ｎは、絶縁ケーブル１０ｎを介して母材１４に
接続されている。溶接用電極ワイヤー１１と母材１４と
が、アークを発生する溶接負荷１５を形成する。

【０００６】出力端子９ｐ、９ｎ間の電圧、即ち負荷電
圧Ｖは、溶接動作中に図３（ａ）に示すように変化し、
溶接負荷１５を流れる電流、即ち負荷電流Ｉは、図３
（ｂ）に示すように変化する。図３において、Ｔａはア
ーク期間、Ｔｓは短絡期間を示す。

【０００７】出力変圧器６は、３次巻線６ａを有し、そ
の両端間の出力電圧は、補助整流器１６によって整流さ
れる。その出力は、負荷電圧Ｖに関連した負の補助信号
Ｓｖであり、抵抗器１７を介して演算増幅器１８の反転
入力端子に供給される。なお、演算増幅器１８の非反転
入力端子は、接地されている。演算増幅器１８の出力端
子と反転入力端子との間には、帰還抵抗器１９が接続さ
れている。

【０００８】演算増幅器１８の反転入力端子には、例え
ば電池２１のような基準電圧源から、抵抗器２０を介し
て基準信号、例えば基準電圧Ｓｒが供給されている。

【０００９】負荷電流Ｉは電流検出器２２によって検出
され、その検知出力は抵抗器２３とコンデンサ２４との
直列回路からなる、微分回路２５によって微分される。
微分回路２５の出力Ｉｄｉｆは、図３（ｃ）に示されて
いるように、短絡期間の開始の直後に急激に上昇し、そ
の後に徐々に低下する。また、微分回路２５の出力Ｉｄ
ｉｆは、アーク期間の初期に急激に降下し、その後に徐
々に回復する。この微分出力Ｉｄｉｆは、帰還抵抗器２
７を伴う演算増幅器２６によって処理される。演算増幅
器２６の出力である負の補正信号Ｓｘは、抵抗器２８を
介して演算増幅器１８の反転入力端子に供給されてい
る。従って、演算増幅器１８の反転入力端子の入力Ｓｅ
ｉは、Ｓｒ−Ｓｖ−Ｓｘとなる。これに対応する出力
が、誤差増幅器として機能する演算増幅器１８から誤差
信号Ｓｅとしてインバータ制御回路５に供給される。制
御回路５は、インバータ４の出力、即ち溶接機の出力
を、信号Ｓｅが打ち消される方向に制御して、安定化さ
せる。

【００１０】演算増幅１８の反転入力端子の入力Ｓｅｉ
は、図３（ｄ）に示すように、短絡期間の開始直後に、
そのレベルが急激に低下し、その後に徐々に回復する。
溶接機の出力電流Ｉの上昇率が大きくなれば、それに伴
って微分出力Ｉｄｉｆが大きくなり、補正信号Ｓｘのレ
ベルが低くなる。従って、反転入力Ｓｅｉのレベルも小
さくなり、溶接機の出力電圧及び出力電流が低下して、
スパッタが抑制される。反転入力Ｓｅｉのレベルは、ア
ーク期間の初期において上昇し、その後に徐々に低下す
る。

【００１１】母材１４が厚板の場合のように、出力電流
の低下率が大きいとき、微分出力Ｉｄｉｆが低下し、補
正信号Ｓｘのレベルが高くなる。従って、反転入力Ｓｅ
ｉのレベルも高くなり、溶接機の出力電圧及び出力電流
が上昇し、溶接負荷への熱の供給が促進され、溶接領域
の広い強固な溶接部が得られる。逆に、母材が薄板の場
合には、出力電流の低下が小さく、微分出力Ｉｄｉｆも
小さい。従って、出力電流は抑制され、母材の溶損が防
止される。

【００１２】

【発明が解決しようとする課題】ところで、溶接用電極
ワイヤー１１の種類、溶接用電極ワイヤー１１の溶接姿
勢、溶接用電極ワイヤー１１の給送速度を、作業者が変
更させることがある。このとき、抵抗器２３、２８等の
値を変更させることがある。このとき、信号Ｓｘの立上
り及び立ち下がり時間が速くなったり、遅くなったりす
る。このため、負荷電圧の周期が、図４に実線で示す状
態から、破線または一点鎖線で示すように長くなった
り、短くなったりする。従って、作業者が、例えば負荷
電圧の平均値が例えば２０Ｖとなるように、当初に基準
電圧を設定していても、溶接作業を行っている間に、破
線で示すように負荷電圧の平均値が１９Ｖになったり、
一点鎖線で示すように２１Ｖになったりすることがあ
る。

【００１３】本発明は、上記のような負荷電圧の周期の
変動を補正し、一定の負荷電圧を得ることができる消耗
電極式直流アーク溶接機を提供することを目的とする。

【００１４】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに、請求項１記載の発明は、直流電力を生成する直流
電源と、上記直流電力を高周波電力に変換するインバー
タ手段と、上記高周波電力を変成する変成手段と、この
変成手段から出力された高周波電力を直流電力に変換し
て、アークの発生と短絡とを周期的に繰り返す溶接負荷
に供給する直流化手段と、上記溶接負荷の負荷電圧に関
連する電圧検出信号を生成する電圧検出手段と、上記溶
接負荷の負荷電流を表す電流検出信号を生成する電流検
出手段と、上記電流検出手段の電流検出信号が供給さ
れ、上記負荷電流の変化を検出する第１の検出手段と、
上記電圧検出手段の電圧検出信号、上記電流検出手段の
電流検出信号、第１の検出手段の検出信号と基準信号と
が供給され、これらの合計値が０となるように上記イン
バータを制御する制御手段とを、具備している。さら
に、電圧検出手段の検出信号が少なくとも供給され、上
記アークの発生期間と短絡期間とを１周期とする周期を
検出する第２の検出手段が設けられている。第２の検出
手段の検出信号も制御手段に供給されている。第２の検
出手段には、例えば上記周期が所定の長さのとき、出力
がほぼ０であり、周期が上記所定の長さよりも長くなっ
たり、短くなったりするのに応じて、極性が変化する検
出信号を生成するものを使用することができる。

【００１５】請求項１記載の発明によれば、第２の検出
手段が、アークの発生期間と短絡の期間とからなる周期
を検出する。所定の周期よりも周期が長くなっているか
短くなっているかに従って、第２の検出信号の値も変動
する。この第２の検出手段の検出信号が、制御手段に供
給されている。従って、この周期に変動を補正するよう
に、制御手段がインバータを制御する。無論、同時に電
圧検出信号、電流検出信号、第１の検出手段の検出信号
も制御手段に供給されているので、負荷電圧及び負荷電
流の値が、図２の消耗電極式直流アーク溶接機と同様に
制御される。

【００１６】請求項２記載の発明では、請求項１記載の
消耗電極式直流アーク溶接機において、第２の検出手段
には、上記電圧検出手段の電圧検出信号から、これに含
まれる基準信号成分を除去したものが供給される。

【００１７】電圧検出手段の電圧検出信号には、直流
分、即ち基準信号成分に相当する成分が含まれている。
そこで、この直流成分を除去された電圧検出信号が、第
２の検出手段に供給され、高精度に負荷電圧の周期が検
出される。

【００１８】

【発明の実施の形態】本実施の形態は、図２に示された
消耗電極式の直流アーク溶接機に類似するものである。
同一部分には、同一符号を付して、その説明を省略す
る。なお、入力整流器２、平滑用コンデンサ３が直流電
源に、インバータ４がインバータ手段に、変圧器６が変
成手段に、出力整流器７、直流リアクトル８が直流化手
段に、補助整流器１６が電圧検出手段に、電流検出器２
２が電流検出手段に、微分回路２５が第１の検出手段
に、演算増幅器１８、制御回路５が制御手段に、それぞ
れ対応する。

【００１９】本実施の形態では、さらに演算増幅器３７
が設けられている。この演算増幅器３７の反転入力端子
には、抵抗器３５を介して補助整流器１６から負の補助
信号Ｓｘと、抵抗器３６を介して電池２１から正の基準
電圧Ｓｒが供給されている。従って、演算増幅器３７の
反転入力端子には、Ｓｒ−Ｓｖが供給されている。Ｓｒ
−Ｓｖは、Ｓｖに含まれている直流成分（これは、Ｓｒ
に相当する）を除去したもので、純粋に補助信号Ｓｖの
交番成分を表している。

【００２０】演算増幅器３７の非反転入力端子は接地さ
れ、反転入力端子と出力端子との間には、抵抗器３８と
コンデンサ４０の直列回路が接続されている。従って、
演算増幅器３７は、積分回路として機能する。この積分
回路の遮断周波数が、１０乃至１Ｈｚとなるように、抵
抗器３８、コンデンサ４０の値は設定されている。補助
信号Ｓｘのアーク発生期間と短絡期間とを１周期とする
周波数は１００乃至５００Ｈｚである。従って、演算増
幅器１８の出力Ｓｙは、補助信号Ｓｘの周期を表す補助
信号である。また、微分回路２５は、１乃至５ＫＨｚで
動作するようにコンデンサ２４、抵抗器２３の値が設定
されている。

【００２１】この演算増幅器３７の出力Ｓｙは、演算増
幅器１８の反転入力端子に供給されている。

【００２２】例えば、負荷電圧が所定の周期であると
き、演算増幅器３７の出力は、０となる。従って、演算
増幅器１８は、図２に示した消耗電極式アーク溶接機と
同様に動作する。しかし、上述したように、微分回路２
２の出力の立上り、立上り時間を例えば作業者が変化さ
せた結果、負荷電圧の周期が所定の周期よりも短くなっ
たり、長くなったりすることがある。

【００２３】負荷電圧の周期が短くなって、負荷電圧の
平均値が高くなると、補助信号Ｓｙの出力が正の値にな
る。従って、反転入力Ｓｅｉは、補助信号Ｓｙの値だけ
大きくなるので、これを補償できるように、演算増幅器
１８は出力Ｓｅを制御回路５に供給する。従って、負荷
電圧の周期は、所定の周期に戻る。

【００２４】負荷電圧の周期が長くなって、負荷電圧の
平均値が低くなると、補助信号Ｓｙの出力が負の値にな
る。従って、反転入力Ｓｅｉは、補助信号Ｓｙの値だけ
小さくなるので、これを補償できるように、演算増幅器
１８は、出力Ｓｅを制御回路５に供給する。従って、負
荷電圧の周期は、所定の周期に戻る。

【００２５】この実施の形態には、演算増幅器３７によ
って構成された周期の変動を検出する手段が設けられて
いるので、負荷電圧の周期の変動があっても、それを所
定の周期に補正することができ、常に一定の負荷電圧を
発生することができる。

【００２６】なお、上記の実施の形態では、演算増幅器
３７によって積分回路を構成したが、コンデンサと抵抗
器とによって積分回路を構成することもできる。

【００２７】

【発明の効果】以上のように、請求項１記載の発明で
は、負荷電圧の周期の変動を検出する第２の検出手段が
設けられ、その検出信号が制御手段に供給されているの
で、負荷電圧の周期を一定値に保持することができ、負
荷電圧の平均値を一定値に保持することができる。

【００２８】請求項２記載の発明では、第２の検出手段
には、電圧検出手段からの電圧検出信号の交流成分のみ
が供給されているので、正確に負荷電圧の周期を検出す
ることができるので、より正確に負荷電圧の平均値を一
定値に保持することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による消耗電極式直流アーク溶接機の１
実施の形態のブロック図である。

【図２】従来の消耗電極式直流アーク溶接機の１例のブ
ロック図である。

【図３】図２の溶接機の各部の出力波形図である。

【図４】図２の溶接機における負荷電圧の変動の説明図
である。

【符号の説明】

２入力整流器（直流電源）３平滑用コンデンサ（直流電源）４インバータ（インバータ手段）５制御回路（制御手段）６出力変圧器（変成手段）７出力整流器（直流化手段）８平滑リアクトル（直流化手段）１５溶接負荷１６補助整流器（電圧検出手段）１８演算増幅器（制御手段）２１バッテリー（基準信号源）２２電流検出器（電流検出手段）２５微分回路（第１の検出手段）３７演算増幅器（第２の検出手段）

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者木下敦史大阪府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

【特許請求の範囲】

【請求項１】直流電力を生成する直流電源と、上記直流電力を高周波電力に変換するインバータ手段
と、上記高周波電力を変成する変成手段と、この変成手段から出力された高周波電力を直流電力に変
換して、アークの発生と短絡とを周期的に繰り返す溶接
負荷に供給する直流化手段と、上記溶接負荷の負荷電圧に関連する電圧検出信号を生成
する電圧検出手段と、上記溶接負荷の負荷電流を表す電流検出信号を生成する
電流検出手段と、上記電流検出手段の電流検出信号が供給され、上記負荷
電流の変化を検出する第１の検出手段と、上記電圧検出手段の電圧検出信号が少なくとも供給さ
れ、上記アークの発生期間と短絡期間とからなる周期を
検出する第２の検出手段と、上記電圧検出手段の電圧検出信号、上記電流検出手段の
電流検出信号、第１及び第２の検出手段の検出信号と基
準信号とが供給され、これらの合計値が０となるように
上記インバータを制御する制御手段とを、具備する消耗
電極式直流アーク溶接機。
【請求項２】請求項１記載の消耗電極式直流アーク溶
接機において、第２の検出手段には、上記電圧検出手段
の電圧検出信号から直流成分を除去したものが供給され
る消耗電極式直流アーク溶接機。