JPS5855177A - 高速短絡溶接制御方法 - 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】 この発明は、ガスシールドアークにおける短絡移行形溶
接において、短絡回数を多くすること、すなわち高速で
短絡させることによつて、従来より龜高速溶接を可能に
するための制御方法に関するものである。

従来短絡移行形溶接を行う装置として、炭酸ガス直流ア
ーク溶接機やマグ溶接機が代表的なものであるが、この
種の装置としては８ｇ１図に示すような回路で欅成され
ている。

図において、（１）は三相変圧器、（２）はとの三相変
圧器（１）に接続され、整流および点弧角を制御するサ
イリスタスタック、（３）はワイヤ送給速度設定器、（
４）はモータ駆動回路、（５）はモータであり、ワイヤ
送給速度設定器（３）で設定された速度でモータ（５）
を駆動回路（４）によって駆動する。（６）はモータ（
５）に直結されたローブで、加圧ローラ（７）とにより
てワイヤリール（８）　Ｋ巻かれたワイヤ（９）を送給
する。

上記サイリスタスタック（２）のプラス端子は、図示し
ていないがコンタクトチップに接続され、前記コンタク
トチップからワイヤ（９）ニ給電される。

前記サイリスタスタック（２）のマイナス端子は、直流
リアクトｐｖａ＊’＊−介して母材（ロ）に接続されて
いる。

（６）はアーク電圧設定器であり１点弧角調整器（至）
を介してサイリスタスタック（２）に接続されている。

α４は溶接中のアークであり、前記ワイヤ送給速度設定
器（３）と前記アーク電圧設定器（６）をバランス良く
調整することによって、略安定なアーク０４が維持でき
る。

次に動作について説明する。溶接トーチ（図示していな
込］Ｋ取りつけら五九スイッチを人にすると、前記ワイ
ヤ送給速度設定器（３）で調整された速度で溶接ワイヤ
（９）を送給すると同時にシーＶドガスが溶接トーチの
ノズルを介して前記溶接ワイヤ（９）の回りを流れる。

また、前記アーク電圧設定器（２）で設定されたアーク
電圧になるように、点弧角調整器９３によりて点弧角を
調整し、サイリスタスタック（２）によつて整流されア
ーク電圧を所定の値に調整する。

ワイヤ（９）が母材αυと短絡すると、電流はサイリス
タスタック（２）のプラス端子からワイヤ（９）、母材
（ロ）、直流リアク）＆ＱＱの順に流れ、前記す≠；ス
゛奪ススタック２）のマイナス端子に戻る。

この時、ワイヤ（９）の先端が大きな短絡電流によって
溶断しアークを発生する。前記りアク）Ａ’Ｑ（１扛短
絡移行溶接の状態を略最適に保つために、短絡電流の立
上りを規定するために設けられている。

以上のような回路によって、ワイヤ（９）の先端と母材
（ロ）が規゛則的に短絡するような短絡移行形のアーク
溶接を行うと、通常は１ｇ２図に示すような電流、Ｗ圧
波形となる。

第２図において、（９）および０４は第１図と！じもの
を示し、（９）ハワイヤ、α４はアーク、αυけ母材で
ある。前記第１図で示した回路において、溶接電源の特
性は、略定電圧特性の適当なインダクタンスを持った溶
接電源となつており、出力電圧も低く設定されている。

したがって、アーク長は、きわめて短くワイヤ（９）が
送給されるとＷ！１２図に示すようにアークａ◆によっ
て溶融されたワイヤ端金属と、溶融された母材との短絡
が生じる。短絡接触がおこると短絡電流によるピンチ力
によって局部がくびれ、ワイヤ端金属が母材側へ移りア
ークが再生する。

この場合、短絡電流があまり過大であるとア・−りの再
生時に溶融金属がスパッタとなって飛散するので、Ｉ！
１図の直流リアク）ＶＱｌを加えるなどして電源回路の
インダクタンスを適当にして電流の急増を抑制している
。

このように、ワイヤ端溶融金属の大部分を短絡状態で、
母材側へ移行させる方法をとれば、入熱を制御した状態
で溶接が行われるのマ、溶融金属の温度は比較的低く粘
性が高くなって薄板溶接に好都合である。

なお、第２図中電流、電圧波形中に記入しである■〜■
は、同図上部に示したワイヤ（９）上に記入した■〜■
の現象となる電流、Ｗ圧の位置を示すものである。

以上の理由で短絡移行溶接は、ｓ板の溶接に多用されて
いるが、このアーク特性を十分に発揮するため＃Ｃは、
１秒間あたりの短絡回数が重要な因子となる。すなわち
短絡回数を安定に大きくできる溶接機はど、毎分１〜１
．５ｍを超すような高速の溶接においても、安定した溶
接が可能である。

第８図Ｉｆｉ、前記第１図に示すような溶接装置におい
て、各電流値において安定に溶接できる最大の短絡回数
を測定したものである。第８図において短絡回数は１５
０　Ａ付近で最大とな！ＬｇｏｏＡを越えると、回数は
徐々に減少する。また、溶接速度が１５０峠と速い場合
には６０ｍ７例の遅い場合に安定していた短絡回数を維
持できず、ｌＯ〜２０回程度減少する。

一般Ｋ　１．５　ｍ７分以上の高速溶接を行う場合には
、たとえ板厚が１．６回あるいは２．ＯＭ程度の薄板で
あっても必要表溶接電流は２００Ａをかるく越してしま
うため、高速溶接を試みる場合には、低電流域の短絡回
数よりも、２０ＯＡ以上の高電流における短絡回数が重
要である。従来の溶接機の短絡特性は、回路のインダク
タンスに大きく左右さ切れが発生するという欠点があっ
た。

第４図は従来の溶接機を用いて高速溶接を行った場合の
ビード外観であり、ピード切れが発生している。

この発明は上記のような従来のものの欠点を除去するた
めになされたもので、溶接電流波形に比較的高い略一定
のパルス数を亀っだパルス溶接電流を用い、パルスの一
局期間のエネルギーをワイヤ送給量に略比例して制御す
ることによって、母材とワイヤ溶接端とが高速で短絡を
くり返すようにすることによって、高速溶接が容易にで
きる方法を提供することを目的としている。

以下この発明の一実施例について説明する。第６図にお
いて（１）〜α４（但しく２）ＱＱ　（１９（２）は除
く）は第１図に示したものと同様のもので構成されてお
り、（１）は三相変圧器、（３）はワイヤ送給速度設定
器、（４）はモータ駆動回路、（５）けモータ、（６）
はローブ、（７）は加圧ローラ％（８）はワイヤリール
、（９）はワイヤ、（ロ）は母材、α４はアークである
。（至）は整流器でめり、三相変圧器（１）ＩＣ接続さ
れ、前記整流器（ト）の出力はそれぞれ母材（ロ）、お
よびトランジスタ（ト）のコレクタに接続され、前記ト
ランジスタα・のエミッタは図示していないがコンタク
トチップを介してワイヤ（９）に接続されている。ワイ
ヤ送給速度設定器（３）の出力はモーター駆動回路（４
）に入力され、その出（６） 力はモータ（５）［＃続されて、ローマ回転させ、第１
図で示したものと同様にワイヤ（９）を送給する。

また、α″ｔ）はアーク電圧を検出する電圧検出器であ
り、溶接ワイヤ（９）および母材（１１）に接続され、
その出力電圧は前記ワイヤ送給速度設定器（３）に接続
された関数発生器（ト）の出力電圧と比較器Ｑ’Ｊで比
較され、前記比較器α傷の出力は、パルス幅設定器（イ
）に入力され、前記パルス幅設定器四の出力はトランジ
スタ駆動回路四に入力される。翰および磐はパルス周波
数設定器およびピーク電流設定器であり、各々の出力は
前記トランジスタ駆動回路（ハ）に入力され、駆動回路
（ロ）の出力は前記トランジスタα呻のペースに入力さ
れて、所定のパルス周波数。

ピーク電流、パルス幅のパルス周波数をアーク０４に供
給している。

次に動作について説明する。

ワイヤ送給速度設定器（３）で調整された速度でワイヤ
（９）が送給されるが、前記ワイヤ送給速度設定器（３
）の出力に応じてアーク電圧を自動指令する関数発生器
（至）の出力と、アーク電圧の出力とが比較されて、パ
ルス幅設定器■に入力され、前記関数発生器（財）で指
示されたアーク電圧になるように、バＶス幅を調整して
、アーク電圧を制御する。パルス周波数設定器（２）お
よびピーク電流設定器−では、予めパルス周波数および
ピーク電流が調整されており、トランジスタ駆動回路に
入力されて、電流波形としては第６図に示すようなパル
ス電流波形をアーク（Ｊ４に供給する。

第６図において前記ワイヤ送給速度設定器（３）の出力
が大きくなると、すなわちワイヤ送給速度が速くなると
、予め関数発生器０呻で定められたアーク電圧となるよ
うに、パルス幅がｈ）（ｂ）（ｃ）の順に大となるよう
に自動調整される。

このような電流波形を用いて、前記ワイヤ（９）の先端
と母材ａηを横棒的に短絡させるような短Ｍｒ移行形の
アーク溶接を行うと、第７図に示すようにバ／Ｉ／７ｗ
ｍｏ終了部付近（イ）で前記ワイヤ（９）と母材（ロ）
が短絡し、パルス１流が切れる過程、（ロ）でアークが
発生し、少なくとも８バＭスに１度はパルスに同期して
短絡とアークを繰り返すことを可能とする。

第６図および第７図に示すパルス電流波形によって短絡
移行溶接ケ行うと、はぼパルスに同期して短絡とアーク
が繰り返される理由は第８図に示すようにパルスのバッ
クグラウンド電流１Ｂ期間で前記ワイヤ（９）の先端が
幾分溶融され０）、次にバμス璽流が印加されるとパル
スのピンチ効果によって先端の溶滴上部がくびれ（：ｉ
）、溶滴全体が引き伸ばされるために、溶滴先端と母材
溶融部との距離が強制的に短くなり、短絡しやすい状態
となる。

この結果次の過程（−）ではワイヤ先端と母材が短絡す
るが、短絡した時の電流値は、パルス期間中のため高い
電流値に設定されているため、非常に高速は短絡が解か
れ、パルス電流の終了付近において溶滴がパルス電流の
ピンチ力によつて切断されＧＶ）、パルス電流がバック
グラウンド電流に移る過程で再びアークを再生する。こ
の状態を各バルヌ毎にくり返すため、短絡とアークがほ
ぼパルスに同期するか、又は少なくとも８パ〃スに１度
はパルスに同期することになる。

したがって、この発明ではアーク発生中のパルスによる
ピンチ力によりて溶滴をひきのばして短絡しやすくかつ
切断されやすい状態とし、かつ、短絡時には高いピーク
電流によって、アークの再点弧を容易にすることによつ
て高速で短絡させることを可能にしている。なお、すで
に記載したように高速溶接を行う場合には、短絡回数を
大きくと９てもスタッピング等９ＪＭ象が発生しないこ
とが必要であるが、この発明において、パルス周波数を
１５０〜８５０ル、ピーク電流をワイヤ径が１．２關φ
でＩｄ　８００〜５００　Ａ、　１．６　ｗｘφテＶ′
１４００〜７００Ａ％０．９〜１．ＯｍφテＩｒ１２０
０〜４００　Ａｏ範囲ＫａＱ定し、所定のアーク電圧に
なるようにパルス幅を調整することによって短絡回数を
増加させることが可能になった。例えば第９図に示すよ
うに１．２闘φワイヤでは平均電流が２０ＯＡ以上の領
域では従来方法に比べ約２倍の短絡回数を容易に維持で
きる。

またこの発明によれば、溶接速度が低速域でも高速域で
もほとんど変化しない安定した溶接が可能である。

第１θ図はこの発明における高速溶接におけるビード外
観であり、従来法のようにビード切九が発生せず、高速
まで安定に溶接可能である。

なお、この発明においてパルス周波数は１５０〜８５０
８Ｅの範囲が適当であるが、図１１６ｃ示すように８９
７周波数と短絡回数の関係は、１５０　Ｈｚ〜８５０ル
の間ではほぼ一定で高い値を示すのに対し、１５０１以
下あるいは４００ル以上では逆に低い値となる。この理
由は、１５０庵以下では１パルスのエネルギーが過大と
なり、短絡状態が不規則となるためであり、４００Ｈｚ
以上では、１バＶスのエネルギーが小さすぎて、移行現
象がパルスに同期せず。

従来法の特性に近ずくためである。

なお上記冥施例では一１１開数発生器（至）から比較器
を経由してパルス幅設定器（ホ）に入力されて、バＶス
輻を変化させることによつてパルスの一周期間のエネル
ギーをワイヤ送給量に略比例して制御するようにしてい
るが、！５図においてバｐス幅設宇器（至）とピーク電
流設定器（２）を入れ替えて、パルス幅を一定とし、ピ
ーク電流を変化させることによってバＶスエネ〃ギーを
ワイヤ送給量に略比例してＭ制御するようにしても同等
の効果を奏する。

サラに、パルスのバックグラウンド電流を変化させても
同等の効果があり、８９７幅とピーク電流とバックグラ
ウンド電流のうち、２つ以上を変化させてパルスの一周
期間のエネルギーを、ワイヤ送給量に略比例して制御す
るようにしても良い。

第１２図はパルスの一周期間のエネルギーｆ変化させる
方法として、ピーク電流を変化させた場合であり、第１
８図はバックグラウンド電流を変化させた場合、第１４
図はパルス幅とピーク電流を同時に変化させた場合であ
る。

以上の方法により短絡回数は飛躍的に向上するが、第１
２図あるいは第１４図に示したように、小電流域ではパ
ルスのピーク電流を小さくし、大電流ｆｔｆピーク電流
を増大させると、小ｙｚｉ域でのスバフタの発生がより
少なくなり、大電流域では、ワイヤが溶融しない７リー
ジングが発生せずより安定な溶接が可能となる。このピ
ーク″＃流を変化させる方法としては、ワイヤ送給量が
増加するにつれ１段階的に変化させても連続的に変化さ
せてもよい。

以上のように、この発明Ｉ／ｒ工れば溶接電流のパルス
を比較的高い略一定のパルヌ周波ａＶｒ保持しながらパ
ルスの一周期間のエネルギーをワイヤ送給量に略比例し
て制御するようにして、ＶＭ移行形アーク溶接を行うよ
うにしたので、短絡回数は高いパルス周波数Ｋｌｌぼ同
期し、特に薄板の高速溶接で必要となる２００Ａ以上に
おける短絡回数が飛躍的に改善され、安定に高速溶接が
できるという効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の短絡移行溶接時 す回路図、第２因は従来の短絡移行溶接時の電流、電圧
数形を示す模式図、第８図は従来の装置を用いた場合の
各電流値における短絡回数を示す曲線図、第４図は従来
の装置による高速溶接時のビード外観を示す図、ｉ４に
、５図はこの発明の一実施例による短絡棒行形溶接装置
を示す回路図、第６図はこの発明の一実施例における電
流波形を示す模式図％＠７図はこの発明におけるパルス
電流と短絡移行の位置関係を示す図、第８図はこの発明
における溶滴移行形態を示す模式図、８９図はこの発明
の一実施例による各電流値にお゛ける短絡回数を示す図
、第１θ図はこの発明の一実施例による高速溶接時のビ
ード外観を示す図、第１１図は２９７周波数と短絡回数
との関係を示す図、第１２〜１４図はパルスの一周期間
のエネルギーを変化させるための別の方法を示す図であ
る。 なお１図中（１）は変圧器、（２）はサイリスタ、（３
）はワイヤ送給速度設定器、（４）はモータ駆＠Ｕ絡、
（５）はモータ、（６）はローラ、（７）は加圧ローラ
、（８）はワイヤリー／Ｉ／、　（９１Ｈワイヤ、Ｑｌ
）ｔ！直流リアクトル、（ロ）は母材、（２）はアーク
電圧設定器、（至）は点弧角調整器、ａ４はアーク、（
ト）は整流器、αＱはトランジスタ、αηは電圧検出器
、（至）は関数発生器、（至）は比較器％（ホ）はパル
ス幅設定器、＠はトランジスタｉｉｓ回路、（イ）は３
９７周波数設定器、−はピーク電流設定器である。 代理人　　葛　野　信　− 第２図 第６図 ０　　　　　　　１００　　　　　　　ｍＱ　　　　　
　　３００シ容　才４ジ　　１虻、　　シ宿、　　　（
Ａ）第４図 第６図 ワイヤ迭吋崖ｊ史定呉ムヵ；　Ｃンｂフ改第７図 第８図 （ｉ）　　（ｉｉ）　　　（ｉｉｉ）　　＜ｗ）　　（
ｙ）第９図 ０　　　　　　１００　　　　　２００　　　　　３０
０シ零棲賓浅（Ａ） 第１０図 ジ′ｇ速度２，５１４ ・ず・′ス目仄す飲（１ン　　Ｊ＋（＋’Ｐ→才虎１才 子１９正書（方式） ％式％ １、事件の表示　　　　特願昭１ｓ６−１５５９６９号
２８　　発明の名称　　　　鳥速短絡解接制御方法３、
補正をする者 事件との関係　　　特許出頼人 住　所　　　　　東京都千代田区丸の内二丁目２番３跨
名　称（６０１）　　　三菱電機株式会社代表者片由仁
八部 １、代理人 住　所　　　　　東京都千代Ｉｌ１区丸の内二丁目２番
３号三菱電機株式会社内 ６、補正の対象 山　明細誓全文 （２）図面 ７、補正の内容 山　明細４全文を別紙の通シ抽圧する。 （２）　　図面中、第４図、オ６図、第１０図、オ１１
図、第１２図、第１３図、第１４図を別紙の通〕補正す
る。 以上 臼　　第６図 第１０図 第１１図 １１°ルスＦＩ瀘、＆　　（ｆ） 第１２図 第１３図 第１４図

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. （１）　　溶接ワイヤと母材間にアークを発生させて溶
   接を行うアーク溶接において、ワイヤ送給量に対して、
   溶接電流のパルスを比較的高い略一定パルス数に保持し
   ながら、パルスの１周期間のエネルギーをワイヤ送給量
   に略比例して制御するようにすると共に、母材とワイヤ
   溶融端とをパＶス数に略同期して短絡するようにしたこ
   と管特徴とする高速短絡溶接制御方法。
2. （２）　　バＶス数は、毎秒１５０〜８５０個としたこ
   とを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の高速短絡溶
   接制御方法。
3. （３）　　スティール系ワイヤにおいて、パＶスのピー
   ク電流値は１．２１１１１φのワイヤでは、８００〜６
   ＧＯＡ、１．６鱈φのワイヤでは４００〜７００Ａ、０
   ．９〜１．０ｆｉφのワイヤでは２００〜４００Ａの範
   囲に設定したことを特徴とする特′ｔｆ請求の範囲第１
   〜２　　載の高速短絡溶接制御方法。
4. （４）前記特許請求の範囲第８項に記載したピーク電流
   値の範囲内で、ワイヤ送給電が増加するにつれ、段階的
   にパルスのピーク電流鎖管増加させｂ令（支）１、又は
   連続的にパルスのピーク電流値