JPH1177304A - 消耗電極式アーク溶接機の出力制御装置 - Google Patents

消耗電極式アーク溶接機の出力制御装置

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JPH1177304A
JPH1177304A JP23562297A JP23562297A JPH1177304A JP H1177304 A JPH1177304 A JP H1177304A JP 23562297 A JP23562297 A JP 23562297A JP 23562297 A JP23562297 A JP 23562297A JP H1177304 A JPH1177304 A JP H1177304A
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 本発明は、中高電流領域におけるグロビュー
ラ移行時に溶滴にかかるアーク力を押さえることによっ
てスパッタ発生量を大幅に低減させることを目的とす
る。 【解決手段】 比較器13とアーク電圧微分器14と微
分値設定器15からなる溶滴離脱検知手段50と、出力
補正器16と補正時間設定器17と補正電流設定器18
からなる出力補正手段51と、出力制御器21とを備
え、グロビューラ移行時に溶滴にかかるアーク力を押さ
えることによってスパッタ発生量を大幅に低減させる消
耗電極式アーク溶接機の出力制御装置。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、消耗電極(以下、
ワイヤと称する)を自動送給して溶接する消耗電極式ア
ーク溶接において、グロビューラ(globular)
移行の多い中高電流領域において溶接中に発生するスパ
ッタを大幅に低減させた消耗電極式アーク溶接機の出力
制御装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】炭酸ガスをシールドガスとして使用する
消耗電極式アーク溶接機は、溶接パフォーマンスがきわ
めて高いことから広く使用されているが、スパッタ発生
量が多い欠点を有している。溶接自動化の進行とともに
スパッタ低減が強く要求されてきている。
【0003】従来の消耗電極式アーク溶接機は、中小電
流領域において、図3に示すようにアークと短絡との繰
り返しでワイヤを溶融・移行させることによって安定に
行われている。溶滴はアーク期間にワイヤ端に形成さ
れ、続く短絡期間に溶融池と接触して短絡電流から発生
した強い電磁的ピンチ力によって溶融池に移行する。そ
の後、再びアークが発生する。そして、スパッタは主に
溶滴が溶融池に移行してからの再度アーク発生時に発生
する。短絡に伴って発生するスパッタを低減させるため
に従来から図4に示すように、短絡したワイヤと溶滴の
接触部のくびれを検知して再度アーク発生値前に短絡電
流を低下させ、低い電流で再度アーク発生をさせること
によって短絡に伴うスパッタ発生量の低減を図ってき
た。このような従来例では、短絡移行が主要な移行形態
である中小電流領域においてスパッタを低減させる効果
があったが、短絡が伴う限りスパッタを低減させる効果
には限界があった。
【0004】一方、中高電流領域ではグロビューラ移行
が主な移行形態となり、スパッタは短絡によって発生す
るのみではなく、ワイヤ端から離脱して溶融池へ移行す
る途中の溶滴がアークの強い反力を受けて飛び散ること
によって発生するものが増えてくる。また、グロビュー
ラ移行を伴う溶接の電圧と電流波形の一例を図5に示
す。このグロビューラ移行時に溶滴が離脱するとアーク
長が長くなるので、アーク電圧にスパイク状の電圧上昇
が認められる。この時、ワイヤ端から離脱して移行する
途中の溶滴がアーク力の影響を受けてスパッタになりや
すい。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】以上のように、従来の
消耗電極式アーク溶接機の出力制御装置では、短絡電流
波形を制御することによって短絡移行が主な移行形態で
ある中小電流領域のスパッタ発生を低減させることがで
きたが、グロビューラ移行が主な移行形態である中高電
流領域のアークの反発力によるスパッタを低減させるこ
とが不可能である。
【0006】本発明は、前記従来の消耗電極式アーク溶
接機のスパッタ発生量を低減させるものであり、グロビ
ューラ移行中の溶滴にかかるアーク力を最小限に押さえ
ることによってスパッタ発生量を低減させることができ
る消耗電極式アーク溶接機の出力制御装置を提供するこ
とを目的とする。
【0007】
【課題を解決するための手段】この目的を達成するため
に、本発明の第1手段は、アーク電圧微分器と微分値設
定器の各信号を比較器により比較する溶滴離脱検知手段
と、補正電流設定器と補正時間設定器と出力補正器を有
する出力補正手段と、出力制御器を備えたものである。
また、本発明の第2手段は、第1手段の出力補正手段の
補正時間設定器は、その補正時間がワイヤ送給速度に応
じて変化するようにしたものである。
【0008】また、本発明の第3手段は、出力補正手段
の補正時間設定器は、その補正時間が溶接電圧に応じて
変化するようにしたものである。
【0009】さらに、本発明の第4手段は、出力補正手
段の補正時間設定器は、その補正時間がワイヤ送給速度
と溶接電圧との両者に応じて変化するようにしたもので
ある。
【0010】
【発明の実施の形態】上記本発明の第1手段において、
溶滴離脱検出手段は、アーク期間中の溶接電圧の検出値
に基づき溶滴離脱タイミングを検出するものであり、前
記検出電圧がアーク電圧微分器によって微分されてその
微分値を比較器により微分値設定器の基準の微分値と比
較し、前記微分値が前記基準微分値を超えた時に溶滴離
脱が発生したとして溶滴離脱検知信号を出力するもので
ある。
【0011】さらに、出力補正手段は、溶滴離脱検知信
号に基づき溶接出力を補正するものであり、前記溶滴離
脱検出信号が入力された時点から所定の補正時間の間は
所定の補正電流を出力した後、再びアーク期間から始ま
るよう出力補正信号を出力するものである。また、補正
時間と補正電流はそれぞれ補正時間設定器と補正電流設
定器によって設定される。
【0012】さらに、上記本発明の第2手段ないし第4
手段において、出力補正手段の補正時間設定器はワイヤ
送給速度や溶接電圧やそれら両者によってその補正時間
を変化させることができる。
【0013】以下、本発明の実施の形態につき図1およ
び図2に沿って説明する。1は溶接電源の出力制御素
子、2は前記出力制御素子1の出力を溶接に適した電圧
に降圧するトランス、3はダイオードからなる整流部、
4はリアクタ、5はワイヤ送給モータ6により溶接トー
チ7を経由して電極8から母材9の溶接箇所に向かって
送給されるワイヤ、10はシャント、11はシャント1
0の信号を入力して溶接電流を検出する電流検出器、1
2は溶接電圧を検出する電圧検出器、13はアーク期間
中の溶接電圧のみを微分するアーク電圧微分器14の微
分信号と微分値設定器15の設定信号とを入力して、前
記微分信号が前記設定信号を超えた時に溶滴がワイヤ端
から離脱したと見なして溶滴離脱検知信号を出力する比
較器、16は補正時間設定器17と補正電流設定器18
との設定信号を入力して前記比較器13からの溶滴離脱
検知信号を受けてから出力補正信号を出力する出力補正
器、19は電圧検出器12の検出電圧と基準電圧設定器
20の設定電圧を入力し、前記検出電圧が前記設定電圧
以下に低下した時にワイヤ5が母材9と短絡したと見な
して短絡信号を出力するが、それ以外の時にアーク信号
を出力する比較器である。21は出力制御器であり、電
流検出器11と電圧検出器12と出力補正器16と比較
器19との出力信号を入力して出力制御素子1を制御す
ることによって溶接出力を制御するものである。50は
溶滴離脱検知手段で溶接中、電圧検出器12の検出電圧
と短絡検知手段52の検出信号とが入力され、溶滴離脱
検出手段50のアーク電圧微分器14は、アーク期間中
の前記検出電圧のみを微分してその微分値を比較器13
に出力する。比較器13は、前記微分値と微分値設定器
15の基準微分値とを比較演算し、前記微分値が前記基
準微分値を超えた時に溶滴離脱検知信号を出力補正手段
51に出力する。すなわち、溶滴がワイヤ端から離脱す
るとアーク長が急激に長くなり電圧が上昇する。後述す
るが、アーク期間中に電圧制御を行うと、アーク長が長
くなり電圧が上昇した場合、アーク電圧が一定の指令電
圧になるように出力制御器21が出力制御素子1を制御
することによって溶接出力を下げるように働く。また、
アーク電圧を微分することによってこのアーク電圧が上
昇したタイミングを検知することができる。前述したよ
うに、このアーク電圧が上昇したタイミングを溶滴がワ
イヤ端から離脱したタイミングと見なせる。
【0014】また、51は出力補正手段で、その出力補
正器16は、前記溶滴離脱検知手段50の溶滴離脱検知
信号を受けると、前記溶滴離脱検知信号を開始点として
補正時間設定器17で設定した補正時間trの間は溶接
電流が補正電流設定器18で設定した補正電流Irにな
るよう、出力補正信号を出力制御器21に出力する。補
正時間trと補正電流Irについて説明するとつぎのよ
うになる。補正電流Irは、溶滴がワイヤ端から離脱し
て溶融池に移行する時に溶滴にかかるアーク力が十分小
さく、溶滴が飛び散ることなく、安定に溶融池に移行で
きるレベルに設定されている。離脱した溶滴が飛び散り
スパッタになること防止する効果を向上させるために補
正電流Irが低ければ低いほどよいが、アーク切れが起
こらない程度に設定する必要がある。一方、補正時間t
rは、溶滴が離脱して溶融池に完全に吸収されるのに必
要な時間である。
【0015】つぎに、出力制御器21の動作を説明す
る。溶接中、出力制御器21は電流検出器11の検出電
流と、電圧検出器12の検出電圧と、出力補正手段51
の出力補正信号と、短絡検知手段52のアーク・短絡信
号とを入力し、出力制御素子1を制御することによって
溶接出力を制御する。その動作はつぎの通りである。出
力補正手段51の出力補正信号が入力されない場合、ア
ーク期間中は電圧検出器12の検出電圧がアーク電圧設
定手段(図示せず)の設定電圧値になるように、短絡期
間中は電流検出器11の検出電流が短絡電流設定手段
(図示せず)の設定電流値になるように出力制御素子1
へ出力制御信号を出力する。一方、出力補正信号が入力
された場合、すなわち、溶滴離脱が検出された場合は、
出力補正信号に基づき補正時間trの間だけ電流検出器
11の検出電流が補正電流Irになるように出力制御素
子1へ出力信号を出力する。そして、補正時間trの間
に溶滴が補正電流Irから発生する弱いアーク力の状態
で溶融池へ移行するので、スパッタになりにくい。本実
施の形態で得られた溶接電圧と溶接電流の波形を図2に
示す。以上のような動作で、グロビューラ移行時にアー
クの強い反発力の影響で発生するスパッタ量を大幅に低
減させることができる。
【0016】つぎに、出力補正手段の補正時間設定器
は、その補正時間trをワイヤ送給速度に応じて変化す
るようにすることができるものである。すなわち、アー
ク電圧(アーク長)が一定の場合はワイヤ送給速度が異
なると、補正時間trの間に溶融池へ向かって送給され
たワイヤの長さも異なる。補正時間trの間に送給され
たワイヤが溶融池と短絡することのないように補正時間
trを設定しなければならない。そうすることによっ
て、補正時間trの期間中の短絡を防ぐことができる。
【0017】また、出力補正手段の補正時間設定器は、
その補正時間trを溶接電圧に応じて変化するようにす
ることができるものである。すなわち、ワイヤ送給速度
が一定の場合は溶接電圧によりアーク長が異なるので、
補正時間trの間に送給されたワイヤが溶融池と短絡す
ることなく送給できる時間も異なる。したがって、溶接
電圧に応じて補正時間trを設定しなければならない。
そうすることによって、補正時間trの期間中の短絡を
防ぐことができる。
【0018】そして、出力補正手段の補正時間設定器
は、その補正時間trをワイヤ送給速度と溶接電圧の両
者に応じて変化するようにすることができるものであ
り、補正時間trの期間中の短絡を防ぐのに両者の相乗
効果を組合せたものである。
【0019】
【発明の効果】以上のように、本発明の第1手段によれ
ば、溶滴離脱検知手段によって溶滴離脱が検出されたタ
イミングから出力補正手段の補正時間設定器による補正
時間だけ溶接電流を設定された補正電流に低下させるこ
とによって、溶滴を補正電流から発生する弱いアーク力
の状態で溶融池へ移行させることができ、中高電流領域
におけるグロビューラ移行時にアークの強い反発力の影
響で発生するスパッタ量を大幅に低減させることができ
る。
【0020】また、本発明の第2手段によれば、第1手
段の出力補正手段の補正時間設定器は、補正時間がワイ
ヤ送給速度に応じて変化するようにしたもので、離脱し
た溶滴が補正時間の間にアーク力の影響をほとんど受け
ることなく溶融池へ移行するとともに、補正時間の期間
中にワイヤと溶融池の短絡を防ぐことができる。
【0021】また、本発明の第3手段によれば、第1手
段の出力補正手段の補正時間設定器は、補正時間が溶接
電圧に応じて変化するようにしたもので、離脱した溶滴
が補正時間の間にアーク力の影響をほとんど受けること
なく溶融池へ移行するとともに、補正時間の期間中にワ
イヤと溶融池の短絡を防ぐことができる。
【0022】また、本発明の第4手段によれば、第1手
段の出力補正手段の補正時間設定器は、補正時間がワイ
ヤ送給速度と溶接電圧の両者に応じて変化するようにし
たもので、前記両者の相乗効果により、より確実に、補
正時間の期間中にワイヤと溶融池の短絡を防ぐことがで
きるものである。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施の形態における消耗電極式アーク
溶接機の出力制御装置の構成を示すブロック図
【図2】同実施の形態における溶接電圧と溶接電流を示
す波形図
【図3】従来の消耗電極式アーク溶接機の小電流領域の
溶接電圧と溶接電流を示す波形図
【図4】従来の消耗電極式アーク溶接機の小電流領域の
溶接電圧と溶接電流を示す波形図
【図5】従来の消耗電極式アーク溶接機の中高電流領域
の溶接電圧と溶接電流を示す波形図
【符号の説明】
1 出力制御素子 11 電流検出器 12 電圧検出器 13 比較器 14 アーク電圧微分器 15 微分値設定器 16 出力補正器 17 補正時間設定器 18 補正電流設定器 21 出力制御器 50 溶滴離脱検知手段 51 出力補正手段
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ▲はま▼本 康司 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器 産業株式会社内 (72)発明者 田中 義朗 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器 産業株式会社内

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 検出されたアーク期間中の溶接電圧のみ
    を微分するアーク電圧微分器の微分値と、微分値設定器
    の基準微分値とを入力して、前記微分値が基準微分値を
    超えたときに溶滴離脱検知信号を比較器より出力する溶
    滴離脱検知手段と、前記溶滴離脱検知信号と補正電流設
    定器からの設定信号と補正時間設定器からの設定信号に
    よって出力補正器から出力補正信号を出力する出力補正
    手段と、前記出力補正信号を受け溶接電源の出力制御素
    子の出力制御を行う出力制御器とを備えた消耗電極式ア
    ーク溶接機の出力制御装置。
  2. 【請求項2】 出力補正手段の補正時間設定器は、その
    補正時間がワイヤ送給速度に応じて変化するようにした
    請求項1記載の消耗電極式アーク溶接機の出力制御装
    置。
  3. 【請求項3】 出力補正手段の補正時間設定器は、その
    補正時間が溶接電圧に応じて変化するようにした請求項
    1記載の消耗電極式アーク溶接機の出力制御装置。
  4. 【請求項4】 出力補正手段の補正時間設定器は、その
    補正時間がワイヤ送給速度と溶接電圧との両者に応じて
    変化するようにした請求項1記載の消耗電極式アーク溶
    接機の出力制御装置。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
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