JPS58380A - ア−ク溶接機 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は消耗性電極を自動的に送給しながら溶接を行な
うアーク溶接機において溶接終了時に消耗性電極の送給
機構の慣性に起因する惰走分を有効に溶融させるととも
に、消耗性電極の先端に球状塊を生じないようにしたア
ーク溶接機に関するものである。

一般に消耗性電極を電動機等を用いた送給機構により送
給しながら行うアーク溶接機においては、溶接終了時に
は送給機構を急停止させて消耗性電極の惰走を極力少な
くするように配慮されている。

しかし実際には惰走分を完全に零にすることは不可能で
あり、送給機構に特有の時定数で減衰する曲線に沿って
減速し停止する。したがって溶接終了の指令信号が発せ
られてから完全に停止するまでの間に消耗性電極が−わ
ずかではあるが送給・される。このため溶接終了に際し
て溶接終了信号と同時に消耗性電極の送給機構に制動を
かけるとともに溶接電源の出力をも同時に遮断するとこ
の惰走分のために消耗性電極が被溶接物に突立ちそのま
ま溶着してしまうことになる。そこでこの惰走分を溶融
させるために第１図に消耗性電極の送給速度Ｓの時間的
変化と出力電圧Ｅの時間的変化との関係を示゛すように
、溶接終了信号すと同時に溶接電源の出力を遮断するの
ではなく、溶接終了信号より一定時間遅らせた後に、遮
断する方法が知られている。しかしこのような方法によ
るときは、溶接終了信号が発せられた後には消耗性電極
の送給量は減速曲線に沿って漸減しついには零となる。

一方、アーク溶接においては、消耗性電極の送給速度Ｓ
と溶接電流Ｉｗとの間には第２図に示すように略比例の
関係がある。したがって消耗性電極の送給速度が漸減す
るにつれて溶接電流も減少し、消耗性電極の先端部の溶
融金属は離脱することが困難となり、第３図に示すよう
に先端に大きな球状となって溜り、電流が遮断された後
はこの球状の溶融金属が凝固して球状塊を形成する。こ
のような球状塊はその断面積が大なるために溶接再開時
に電極先端が被溶接物に接触しても急速に過熱されない
のでこれを溶断して速やかにアークに移行することがで
きない。このような球状塊を小さくするために第４図な
いし第６図のように出力電圧を時間的に変化させる装置
が提案されている。

即ち第４図に示すものは溶接終了信号と同時に溶接電源
の出力電圧を溶接中の電圧Ｅに比べて低い一定の電圧Ｅ
′に切替えるものである。また第５図は第４図に示した
電圧変化を行なわせかつその末尾において再び高い出力
電圧Ｅｐを印加して終了するものである。さらに第６図
は溶接電源の出力を電極の送給量の減資に類似したパタ
ーンで漸減させるものである。

第４図および第５図の装置においては溶接終了信号が発
せられた後の出力電圧として設定すべき電圧値は溶接中
の出力電圧の大小あるいは消耗性電極の送給速度の大小
によりそれぞれ最適値があり、この選定が不完全であれ
ば消耗性電極の溶着あるいは電極先端に発生する球塊が
大きくなる欠点がある。即ち、一般に安定なアーク溶接
を持続し得る溶接電圧Ｅａと溶接電流１ｗとの間には第
７図に斜線部にて示すように略正比例の関係にある。

したがって溶接終了信号が発せられた後の出力電圧Ｅ′
の設定をある特定の出力電圧Ｅに対して最適の値に設定
したときを考えると、これより高い出力電圧で溶接を行
うときには第７図から溶接電流も当然高い値となるよう
に選定される。このとき第２図から判るようにこの高い
溶接電流を得るべく電極の送給速度も速い値に選定され
るから、溶接終了時においては電極の惰走量も大きくな
り溶接部に突入して溶着してしまう可能性がある。逆に
低い出力電圧で溶接を行うときには電極の送給速度も遅
く、溶接終了時における惰走量は少ないから電極は燃え
上り気味となり、このため電極の先端に発生する球塊は
大きくなり目的が達せられない。これらを完全に解決す
るものとして第６図のものが提案されているが、これは
理論上は理想に近いとは言うも＼のの電極の減速特性と
電源出力−の減衰特性とを正確に一致させるときが難し
く、そのため回路構成も複雑となり実用的でなかった。

本発明においては、溶接終了信号が発せられた後は出力
電圧を低い電圧に切替えるとともに慣性によって送給さ
れる消耗性電極の惰走量のうち大部分をこの低い出力電
圧値を維持している期間中の比較的初期の段階に右いて
パルス状の出方を供給することによって溶融して電極の
溶接部への突入を防止する一方、低い出方電圧をパルス
状出方の後にまで持続させることによって電極の先端に
おける溶融球の発生を防止したものである。

第８図は本発明のアーク溶接機の実施例を示す構成図で
ある。同図において１は溶接電源であり商用交流電源２
からの電力を得て外部からの設定信号に応じた電圧を溶
接トーチ３および被加工物４に供給する。５は送給ロー
ル６によって溶接部に送給される消耗性電極である。７
は溶接時の出力電圧を設定するための第１の基準電圧設
定器、８は第１の基準電圧設定器の設定値よりも低い値
に設定された第２の基準電圧設定器、９は第１の基準電
圧設定器７および第２の基準電圧設定器８の出力信号を
受けて外部からの指令信号に応じて両出力のうちのいず
れかを選択的に出力する第１のスイッチング回路、１０
はパルス状出力の波高値を定めるための第３の基準電圧
設定器、１１は＊Ｘのスイッチング回路９および第３の
基準電圧設定器１０の出力を受けて外部からの指令信号
に応じて両出力のいずれかを選択的に出力する第２のス
イッチング回路、１２は第２のスイッチング回路１１の
出力を溶接電源１の制御部に伝達するための開閉器であ
る。１３は溶接開始および停止を指令する起動回路であ
って例えば溶接トーチ３に設けられたトーチスイッチの
動作に応じて溶接開始から溶接終了までの間、継続した
信号を出力するリレー回路あるいはフリップフロップ回
路により構成される。１４および１５は第１および第２
の時限回路であり、起動回路１３の溶接開始信号により
動作し、溶接終了信号即ち起動回路１３の溶接中を示す
出力信号の消滅後に時限を開始し、設定時限後に復帰す
る瞬時動作限時復帰式のタイマ、あるいは起動回路１３
の出力信号の立下りにより一定時間出力を発生するモノ
マルチバイブレータが用いられる。１６は第２の時限回
路１５の時限終了から一定の時間出力を発生する第３の
時限回路である。１７は消耗性電極５の送給速度設定器
、１８は電力源１９から電力を受けて起動回路１３が溶
接中信号を発している間継続して電動機２０を送給速度
設定器１７の設定値に対応した速度で駆動するための電
動機回転速度制御回路である。

第８図の実施例の動作を第９図の説明図によって説明す
る。第９図において（１）は起動回路１３の出力、（２
）は電動機２０の回転速度即ち消耗性電極５の送給速度
Ｓ、＋３１は第１の時限回路１４の出力、（４）は第２
の時限回路１５の出力、（５）は第３の時限回路１６の
出力を示し、（６）は開閉器１２の出力即ち溶接電源１
の出力電圧の変化を示す。同図に示すように時刻（ａ）
において起動スイ・ソチが操作されると起動回路１３か
ら溶接中信号が出力され、この出力信号は第１のスイッ
チング回路９、第１および第２の時限回路１４および１
５、電動機制御回路１８にそれぞれ供給される。第１の
スイ・ノチング回路９においてはこの溶接中の信号によ
り第１の基準電圧設定器７の出力信号が選択されてその
基準電圧を第２のスイッチング回路１１に伝達する。ま
た第１の時限回路１４は溶接中の信号を受けて瞬時動作
し開閉器１２を閉じる。この結果、第１の基準電圧設定
器７の出力が溶接電源１に供給され、溶接電源１は第１
の基準電圧設定器７の設定値に応じた溶接用の出力電圧
Ｅ＋を溶接トーチ３および被溶接物４に印加する。一方
、起動回路１３からの出力により電動機制御回路１８は
電動機速度設定器１７にて設定された速度で回転し、こ
れに連動する送給ロール６を駆動して消耗性電極５を速
度Ｓで被溶接物４に向って送給する。消耗性電極５が被
溶接物４に接触するとアークを発生し溶接が開始される
。次に時刻（ｂｌにおいて溶接を終了するときを考える
。時刻（ｂｌにおいて溶接終了信号即ち起動回路１３か
らの溶接中の信号が消滅されると電動機回転速度制御回
路１８は直ちに出力を遮断するので以後電動機２０は急
速に減速されΔ【の時間の後に停止する。起動回路１３
の出力が消滅すると第１のスイッチング回路９は切替わ
り第１の基準電圧設一定器７の出力にかえて第２の基準
電圧設定器８の出力を伝達する。起動回路１３の出力の
消滅により第１および第２め時限回路１４および１５は
計時を開始し、第２の時限回路１５は時間【２の後にま
た第１の時限回路１４はこれより長い時間【１の後にそ
の時限を終了する。

第２の時限回路１５の時限終了により第３の時限回路１
６が時限を開始する。溶接終了から第２の時限回路１５
が時限を終了するまでの【２の間は第２の基準電圧設定
器８の低い設定値が溶接電源１に供給され溶接トーチ３
および被溶接物４には溶接時より低い電圧Ｅ２が供給さ
れる。第２の時限回路１５が時限を終了すると第３の時
限回路１６が時限を開始し設定された【８の間だけ出力
信号を第２のスイッチング回路１１に供給する。第２の
スイッチング回路１１はこの結果、第２の基準電圧設定
器の出力に替えて第３の基準電圧設定器１０の出力を開
閉器１２に供給する。したがって溶接電源１は第３の時
限回路１６の設定時限の間のみ第３の基準電圧設定器１
０の設定値に対応する電圧Ｅｐを出力する。第３の時限
回路１６の時限が終了すると第２のスイッチング回路１
１は再び第２の基準電圧設定器８の出力を開閉器１２に
伝達するので溶接電源１の出力電圧は再び低いＥ２の値
に戻る。この低い出力電圧Ｅ２は第１の時限回路１４が
時限を終了するまで継続し、起動回路１３の溶液中信号
が消滅した時点即ち溶接終了指令時点（ｂ）から【１の
時間の後に時限回路１４の出力が消滅した時点で開閉器
１２が開き、この結果、溶接電源１の出力は遮断される
。

溶接終了に際して消耗性電極５の送給電動機に制動をか
けると同時に第２の基準電圧設定器８によって定まる低
い電圧に切替えると、消耗性電極の送給速度は未だ速く
、これに対して供給される溶接電源からの出力が低すぎ
るので消耗性電極の先端の溶融量が過少となり、アーク
長は次第に短くなる。このアーク長が十分に短くなった
時点で溶接電源ｌの出力を再び高い値に戻すとアーク長
が極端に短いこともあって通常溶接時より大なる溶接電
流が流れて極く短時間の間に惰走により送給された消耗
性電極を溶融し大きな電流による大なるピンチ力によっ
てこの溶融金属を電極先端から離脱せしめる。そして消
耗性電極の減速とも相伴用してアーク長は急速に成長し
消耗性電極の溶接部への突入を防止する。さらにこの高
い電圧を供給した後に、再び低い電圧に保ち、そのころ
には十分に減速されている消耗性電極の溶融を抑制しつ
つアークを維持させることによって消耗性電極の先端に
生じた溶融球を消滅させる。

なお一般に消耗性電極を使用するアーク溶接においては
溶接の終了に際して溶接中にアーク圧力によって被溶接
物に生じたクレータを埋めるために電圧、電流ともに・
低い値に切替えて漸時溶接を行うクレータ処理期間を設
ける。この場合においても、クレータ処理期間の終了後
に本発明の出力電圧変化をクレータ処理時の溶接電圧を
基準として行跣わせるように構成すればよい。

本発明のアーク溶接機の動作は上記の通りであるから、
溶接終了信号から高い電圧を再び印加するまでの時間、
即ち第２の時限回路１５の時間は比較的短い時間でよく
、場合によってはほとんど設けなくてもよい。また時間
【８において供給する高い電圧の値は溶接時の電圧と同
じでもよいが印加する時期が遅くなる程即ち【２の時間
が長い程大きな値とすることが必要となる。またそのと
きの波形は第９図のように矩形波状のパルス電圧に限る
ものではなく他の波形でもよい。第１０図にこれらの種
々の変形を溶接終了時における電圧の変化のみを取出し
て示す。同図の（１）は矩形波状電圧に替えて三角波状
のパルス電圧を供給する場合を示し、これは第３の基準
電圧設定器として一定電圧に充電したコンデンサをこの
時点で放電させることによって容易に得られる。また（
２）および（３）は溶接終了に引続いてパルス状電圧を
供給するものであり（４）は複数のパルス状電圧を供給
するときの例を示す。

ここで溶接終了時において低い電圧を供給する期間中に
おいて供給するパルス状の電圧の継続時間は、パルス状
電圧の波高値を溶接電圧に対応して定めれば略一定とす
ることができる。

その理由を次に説明する。第２図および第７図から判る
ように安定なアーク溶接を行うためには消耗性電極の送
給速度と溶接電圧即ち溶接電源の出力電圧とは略正比例
の関係にある。そこで使用する溶接電流が大なるとき、
即ち消耗性電極を高速で送給しながら溶接を行う場合に
は高い溶接電圧で選定される。したがって溶接終了時に
おける消耗性電極の惰走量も多くなるが、この場合には
溶接時における高い電圧が惰走の初期において一定時間
維持されるので、このパルス状電圧が供給される間に高
速で惰走を続ける消耗性電極を大量に溶融することにな
り被溶接物の溶接部への突入を有効に防止できる。逆に
使用する溶接電流が低くて消耗性電極の送給速度が遅い
場合には惰走量も少なくなるが、このときには溶接電圧
も低い値に選定されているはずであるから、これに対応
してパルス状電圧の波高値を定めれば、このパルス状電
圧を供給している期間中に溶融される消耗性電極の量も
少なくなり、燃え上りを生ずることはない。したがって
パルス状電圧の継続時間は略一定に選定することができ
る。

なお第８図の実施例においては第１、第２およのそれぞ
れに示すような波形変化をするようにプログラムする回
路であれば何でもよく、例えば溶接時においては第１の
基準設定器の出力と第２の基準設定器の出力との和を使
用し、溶接終了に際して第１の基準電圧設定器の出力を
切離して第２の基準電圧設定器の出力のみを溶接電源１
の出力設定信号とし、さらにパルス状出力供給時には第
２の基準電圧設定器の出力に第３の基準設定器の出力を
加えて溶接電源１の出力設定信号とするものでもよい。

さらには半導体記憶素子などを用いてあらかじめ出力電
圧設定信号を記憶させておき、これを適宜読み出して溶
接電源の出力電圧を決定するようにしてもよい。また起
動回路１３は溶接開始信号と溶接終了信号とを独立した
信号として出力するものでもよい。また開閉器１２の位
置は第１および第２の基準電圧設定器７，８から溶接用
電源１までの間または商用交流電源と溶接用電源との間
、あるいは溶接用電源の内部において出力制御回路を開
閉する位置のいずれでもよい。

第８図の実施例においては溶接電源として外部からの出
力電圧設定信号に応じた電圧を出力するものを用い、出
力電圧制御回路としては出力電圧設定信号を所要の形態
に変化させて行うものを説明したが、本発明はこれに限
定されるものではなく、例えば溶接電源として溶接用の
比較的高い電圧を出力する主電源回路と溶接の終了に際
して主電源回路の出力に代って出力する比較的低い電圧
を出力する補助電源とさらにこの補助電源の出力期間中
においてパルス状電圧を出力するｔＮ６　／レス電圧発
生用電源とを備えた電源を使用し、出力電圧制御回路と
してはこれら各電源の出力を前述の出力電圧状態になる
ように順次切替えるシーケンス制御回路としてもよい。

以上のように本発明においては、溶接終了に際し、溶接
電源の出力電圧を溶接時より低い値に低下させて所定の
時間継続させるとともに、この低い出力電圧の期間内、
特に初期の段階において所定の時間幅と電圧値のパルス
状出力に変化させる構造としたので、消耗性電極の送給
機構の慣性によって溶接終了時に消耗性電極が溶接部へ
突入することがなく、かつ電極の先端における球状塊の
発生を有効に防止し得るものである。さらにパルス状電
圧の継続時間はパルス状電圧の波高値を溶接電圧に対応
した値に定めるときは溶接電流の変化にかかわらず略一
定に設定できるので調整が不要となり、外部に調整器を
設ける必要がなくなる。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の突入を防止するための出力電圧の時間的
変化の様子を示す図、第２図は溶接電流と消耗性電極の
送給速度との関係を示す線図、第３図は第１図のような
電圧変化を行なわせたときに消耗性電極の先端に発生す
る球状塊の様子を示す図、第４図ないし第６図は球状塊
を防止するために提案されている公知の電圧変化を示す
図、第７図は安定にアークが維持されるときの電圧と電
流との関係を示す線図、第８図は本発明の実施例を示す
構成図、第９図は第８図の実施例の動作を説明するため
の説明図、第１０図はパルス状電圧波形の別の例を示す
図である。 １・・・溶接電源、５・・・消耗性電極、７・・・第１
の基準電圧設定器、８・・・第２の基準電圧設定器、９
・・・第１のスイッチング回路、１０・・・第３の基準
電圧設定器、１１・・・第２のスイッチング回路、１２
・・・開閉器、１３・・・起動回路、１４・・・第１の
時限回路、１５・・・第２の時限回路、１６・・・第３
の時限回路。 代理人　弁理士　　中　　井　　　宏 第９図 １１ 第１０図 特許庁長官　　　　殿 １、事件の表示 特願昭５６−９８１１２号 ２、発明の名称 アーク溶接機 ３、補正する者 事件との関係　　　特許出願人 住　　所　　〒５３２大阪市淀川医用用２丁目１番１１
号名　　称　　（０２６）　　大阪変圧器株式会社代表
者　　取締役社長小林啓次部 ４、代理　人 住　　所　　〒５３２大阪市淀川区田川２丁目１番１１
号大阪変圧器株式会社内

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、溶接電源からの電力を消耗性電極と被溶接物とに供
   給するアーク溶接機において、溶接の終了に際して前記
   溶接電源の出力電圧を溶接時より低い値に所定の時間継
   続させるとともに低い出力電圧の期間内において前記溶
   接電源の出力を所定の時間幅と波高値のパルス状出力に
   変化させる出力電圧制御回路を具備してなるアーク溶接
   機。 ２、前記パルス状出力の波高値は溶接時の出力電圧に対
   応した値の波高値とした特許請求の範囲第１項に記載の
   アーク溶接機。