JPS587388B2 - シヨウモウデンキヨクシキア−クヨウセツキ - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は主として不活性ガスを主成分とするガスにより
溶接部をしやへいして溶接を行なう消耗電極式アーク溶
接機に関するものである。

アルゴンガスなどの不活性ガスを主成分とするガス雰囲
気中で行なう消耗電極式アーク溶接（以下ミグ溶接と呼
ぶ）が、アルミニウム、ステンレス鋼などの溶接に用い
られている。

このミグ溶接では、一般に電極ワイヤは一定速度で送給
し、電極ワイヤ、母材間に電力を供給する溶接電源は定
電圧特性形のものを用い、溶接電源の自己制御性により
電極ワイヤの送給速度に溶融消耗速度をバランスさせる
方式が用いられている。

しかし、最近アルミニウムのミグ溶接に垂下特性形もし
くは定電流特性形の溶接電源を用いて電極ワイヤを定速
送給する方法が用いられるようになってきた。

この方法はアーク固有の自己制御作用によって電極ワイ
ヤの送給速度と溶融消耗速度とをバランスさせるもので
、従来の溶接電源の目己制御性による方法よりもアーク
は安定に維持され、ビード形状が均一となりスパツタが
大巾に減少することが明らかにされてきた。

ところが、アルミニウム電極ワイヤのアーク固有の自己
制御性の動く範囲は定電圧特性形溶接電源の溶接適正範
囲に比べてきわめて狭く、しかもアーク固有の自己制御
性の働かないアーク長の短いところではワイヤが母材に
スティックし、またアーク固有の自己制御性の働かない
アーク長の長いところでは電極ワイヤが燃え上ってしま
うという欠点があるため、溶接電流とワイヤ送給速度と
の調整が困難であった。

、そこで種々の実験を行なったところ、溶接電流とそれ
に適正なワイヤ送給速度との間には第１図の線図に示す
関係があることが明らかになった。

すなわち同図において、直線Ｒは、アークか正特性とな
る下限の送給速度、直線Ｓはアークが負特性となる上限
の送給速度を結んだもので、溶滴がスプレー移行する範
囲内であれば、両者共直線に近似でき、特にアルミニウ
ムなど電気抵抗の小さい電極ワイヤの場合には原点を通
るほぼ完全な直線とみなすことができる。

すなわち、第１図の直線ＲとＳにはさまれた斜線部分が
アークの自己制御性がある範囲、すなわち垂下特性形溶
接電源を用いた場合の適正なワイヤ送給速度範囲である
。

したがって、溶接電流を設定すればワイヤ送給速度が自
動的に第１図の斜線部で示す適正値に設定されるように
いわゆる一元調整を行なえば溶接条件の設定は極めて容
易になる。

ところで通常、溶接開始時のアークスタートを良好にす
るため、電極ワイヤが被溶接物に溶触短絡するまで電極
ワイヤを溶接定常状態の送給速度より遅いいわゆるワイ
ヤスローダウン速度で送給し、アーク発生とほぼ同時に
溶接定常状態の送給速度に切替える方式がとられている
。

しかしこのスローダウン機能を一元調整の機能を備えた
溶接機にもたせようとすそと、溶接開始前は溶接電流が
流れていないため、溶接電流検出器の出力信号及び信号
変換回路の出力信号Ｂが零になり、電極ワイヤを送給す
ることができない。

本発明の第１の目的は、溶接電流調整器により溶接電流
を設定するだけで、実際に出力される溶接電流に応じた
適正なワイヤ送給速度が得られるようにした、定電流特
性形または垂下特性形の溶接電源と定速ワイヤ送給とを
用いた消耗電極式アーク溶接機を提供することにある。

本発明の第２の目的は、溶接電流調整器により溶接電流
を設定するだけで、実際に出力される溶接電流に応じた
適正なワイヤ送給速度が得られ、更にアークスタートす
るまでの間適正な速度でワイヤを送給できるようにした
、定電流特性形または垂下特性形の溶接電源と定速ワイ
ヤ送給とを用いた消耗電極式アーク溶接機を提供するこ
とにある。

以下図示の実施例により本発明を詳細に説明する。

第２図は特許請求の範囲第１項の発明の実施例を示した
図で、同図において、溶接電流調整器１で設定された信
号Ａは、図示していない電源からの入力をサイリスクま
たは磁気増幅器などにより垂下特性に制岬する溶接電流
制御部２に供給され、その出力すなわち溶接電流は溶接
電流検出器３を介してアーク負荷４に供給される。

一方、溶接電流検出器３で検出された信号ｉは信号変換
回路５に供給される。

この信号変換回路５の出力信号Ｂは上記の信号Ａによっ
て設定された溶接電流に対して適正なワイヤ送給速度を
得ることができる信号であって、この信号Ｂはワイヤ送
給速度制御部６に供給され、その出力によってワイヤ送
給用電動機７が駆動されて電極ワイヤが送給される。

したがって溶接電流調整器１の設定のみによって、この
設定された溶接電流の各値に対して適正なワイヤ送給速
度が得られる。

つぎに第３図は、特許請求の範囲第２項の発明の実施例
を示したもので、第２図の構成のほかに、溶接開始時に
電極ワイヤをスローダウンあるいはインチングさせるた
めの信号Ｂ’を出力するワイヤ送給初期速度調整器８と
、溶接開始時に上記の信号Ｂ’をワイヤ送給速度制御部
６に供給する信号切替回路９とを備えている。

この信号切替回路９としてはたとえば溶接電流検出リレ
ーが用いられ、このリレーは外部指令たとえば溶接電流
によって動作する。

第３図の装置において、溶接開始時に電極ワイヤをスロ
ーダウンさせる場合、電極ワイヤが被溶接物に接触する
までは溶接電流が流れていないので、溶接電流検出リレ
ーは動作をせず、常閉接点ＣＲｂは閉じているので、前
述した信号Ｂ’がワイヤ送給速度制御部６に供給される
。

したがって、電極ワイヤはワイヤ送給初期速度調整器８
によって設定された信号Ｂ’に応じた速度でスローダウ
ンし、電極ワイヤが被溶接部に接触すると電流が流れて
ワイヤが溶融し完全なアークスタートが行なわれる。

電極ワイヤが被溶接物に接触した後溶接電流検出リレー
が動作するまでは、ワイヤ送給速度制御部６には、信号
Ｂ’に信号変換回路５から出力される信号Ｂが加えられ
た信号Ｂ＋Ｂ’（信号Ｂを含む信号Ｂ’）が入力される
ことになる。

アークスタート後は、溶接電流が流れるので、溶接電流
検出リレーが動作して常閉接点ＣＲｂが開き、以後は信
号変換回路５の出力信号Ｂがワイヤ送給速度制御部６に
供給される。

他の動作の説明は第２図の場合と同じである。

尚本明細書において「溶接開始時」とは、電極ワイヤの
送給が開始されてから、外部指令によって信号切替回路
９が切替動作を行うまでを言う。

つぎに第４図は特許請求の範囲第３項の発明の実施例を
示したもので、第２図の構成のほかに、溶接開始時に電
極ワイヤをスローダウンあるいはインチングさせるため
の信号Ｂ’に信号変換回路５によって変換される信号Ｂ
”を出力するワイヤ送給初期速度調整器８′と、溶接開
始時に上記の信号Ｂ”を信号変換回路５に供給する信号
切替回路９とを備えている。

この信号切替回路の動作は第３図の場合と同様であるが
、第３図の場合にはワイヤ送給初期速度調整器８が直接
信号Ｂ’を出力し、信号Ｂ’は電極ワイヤをスローダウ
ンさせるための信号としてそのままワイヤ送給速度制御
部６に供給されているのに対して、第４図の場合にはワ
イヤ送給初期速度調整器８′は信号Ｂ”を出力し、この
信号Ｂ”は信号変換回路５で電極ワイヤをスローダウン
させるための信号Ｂ’に変換されて、ワイヤ送給速度制
御部６に供給される。

電極ワイヤが被溶接物に接触するまでは、溶接電流が流
れないので、信号変換回路５には信号Ｂ”のみが入力さ
れるが、電極ワイヤが被溶接物に接触した後外部指令に
よって信号切替回路９の接点ＣＲｂが開くまでは、信号
Ｂ”に溶接電流検出器３からの出力信号ｉが加えられた
信号（信号ｊを含む信号Ｂ”）が信号変換回路５に入力
される。

他の動作の説明は第２図および第３図の場合と同じであ
る。

つぎに、信号変換回路５の動作について説明する。

通常、電極ワイヤを定速度送給する消耗電極式アーク溶
接においては、実用的な溶接条件の範囲内で、溶接電流
■とワイヤ送給速度Ｖｆとの間には近似的に（１）式の
ような比例関係が成立することが知られている。

Ｖｆ＝ ｋｔ Ｉ 十Ｃ ・・・・・・・・・・・・
・・・ （１）ただし、ｋ１，Ｃは電極ワイヤの材質、
直径などによって決まる定数である。

特にアルミニウムのような電気抵抗の小さい電極ワイヤ
では、第１図のように（１）式の関係が良く成立してお
り、しかも定数Ｃはほぼ零となる。

一方、溶接電流検出器が、溶接電流にほぼ比例する出力
を出す直流変流器、１分流器などである場合には、溶接
電流■と溶接電流検出器の出力信号１との関係は、 ｔ＝ｋ２Ｉ・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・
・ （２）または Ｉ−ｋ３ｘ ・・・・・・・・・
・・・・・・・・・・・・ （３）となり、ワイヤ送給
速度制御部６の入力信号Ｂとワイヤ送給速度ｖｆとの関
係を Ｖｌ＝ｆ１（Ｂ） ・・・・・・・・・・・・・・・
（４）または Ｂ＝ｆ２（Ｖｆ） ・・・・・・・・・・・・ （５
）とすると、（１） ， （３） ， （５）式よりＢ
＝ｆ２｛ｋ４１＋Ｃ｝ ・・・・・・ （６）なる関係
が成立する。

（但しｋ４＝ｋ１・ｋ３）したがって、信号変換回路５
は信号ｉを（６）式を満足するような信号Ｂに変換する
ものであればよい。

ワイヤ送給速度制御部６が、直流電源により動作するト
ランジスタなどのような入力信号と出力とが比例関係に
あるもので制御する方式の場合には関数ｆ２は一次関数
となり、（６）式は Ｂ＝αｉ十β ・・・・・・・・・・・・・・・ （７
）となる。

したがって、信号変換回路５は信号ｉをα倍に増巾また
は減衰し、一定値βを加算する回路であれはよい。

また、ワイヤ送給速度制御部６が交流電源により動作し
、交流の導通位相を制御するサイリスク可飽和リアクト
ルを用いたものである場合には、関数ｆ２には三角関数
を含むため、（６）式も三角関数を含んだ複雑な関数と
なる。

信号変換回路５も三角関数の演算回路を含んだ複雑なも
のが必要となるが、最近は三角関数の演算を行なう集積
回路が市販されているので容易に実現できる。

また、三角関数を折線近似して信号ｉを（６）式に近似
した信号Ｂに変換する方法でもよい。

第２図ないし第４図の溶接電流制御部２、およびワイヤ
送給速度制御部６はともに開ループ制御系で示したが、
それらの両方または片方にフィードバック制御系が採用
されても良い。

たとえば、ワイヤ送給速度をワイヤ送給電動機７の誘起
電圧として検出し、この誘起電圧と信号変換回路５の出
力信号Ｂとを比較増幅してワイヤ送給速度制御部６の入
力信号としてフィードバックすれは、信号Ｂとワイヤ送
給速度Ｖｆとは比例し、信号ｉと信号Ｂの関係は（７）
式で与えられる簡単なものとなって信号変換回路５は信
号ｉをα倍に増巾または減衰し、一定値βを加算する回
路であればよい。

このような信号変換回路の具体例を第５図および第６図
に示す。

第５図はトランジスタＴＲを用いた信号変換回路の具体
例で、直流電源に抵抗ＲとＲ２とトランジスタＴＲとの
直列回路を接続し、トランジスタＴＲのベース，エミツ
タ間に信号ｉを抵抗器Ｒ３を介して供給し、抵抗器Ｒ１
の両端に一定値βを供給している。

抵抗器Ｒ２には、トランジスタＴＲによって入力信号１
をα倍にしたαｉなる電圧が発生し、抵抗器Ｒ１ とＲ
２との直列回路の両端にはαｉ＋βなる出力信号Ｂが得
られる。

第６図は演算増幅器Ａｍを用いた信号変換回路の具体例
で、信号ｉおよび一定値βはそれぞれ抵抗器Ｒ４および
Ｒ５を介して演算増巾器Ａｍに入力として供給される。

また抵抗器Ｒ６は帰還抵抗である。

この場合、Ｒ４，Ｒ５およびＲ６の抵抗値をれぞれＲ４
′，Ｒ５′およびＲ６′とすると、入力電圧ｉおよびβ
と出力電圧Ｂとの関イネは（７）式と同様にとなる。

したがってＲ６′／Ｒ４′＝α，Ｒ６′／Ｒ５′＝１と
し、出力電圧Ｂの極性を反転すれば（７）式の開係が得
られる。

（力式の定図αおよびβは電極ワイヤの材質、直径など
によって変わるため、各電極ワイヤに適した値となるよ
うに、そのいずれか一方または双方を切替スイッチによ
り切替えてもよい。

例えば、第５図のＲ２もしくはＲ３の抵抗値または第６
図のＲ４の抵抗値を切替スイッチにより切替えれば定数
αを切替えできるし、第５図のＲ１の抵抗値または第６
図のＲ５の抵抗値を切替スイッチにより切替えれば定数
βを切替えることができるし、信号βの大きさを切替え
てもよい。

また、第５図の抵抗器Ｒ２ もしくはＲ３、または第５
図の抵抗器Ｒ２ と直列に可変抵抗器を接続して、この
可変抵抗器により増巾または減衰の割合αを微調整する
ようにすれは、第１図の斜線部内のどこにでも設定でき
るため最適の溶接条件に設定しやすくなる。

同様に信号βの大きさを微調整するか、第６図の抵抗器
Ｒ５と直列に可変抵抗器を接続することにより一定値β
を微調整するようにしてもよい。

信号変換回路５は上記各具体例に限定されるものではな
く、信号Ａを溶接電流制御部２の入力とし、その制御部
２から出力された溶接電流を検出してその検出した信号
ｉに対してアークの電流電圧特性が正特性となるような
ワイヤ送給速度を得ることができる信号Ｂを出力するも
のであればよい。

本発明は、使用する電極ワイヤの材質、太さなどに関係
なく、アークの電流電圧特性が正特性となる領域で使用
する消耗電極式アーク溶接機に適用できる。

また、上記の実施例では、溶接電流■とワイヤ送給速度
ｖｆとが、ほぼ比例する場合について述べたが、この■
とｖｆとの関係は、必らずしも線形や関係に限定される
ものではなく、両者が２次曲線などの非線形の関係にあ
っても、信号変換回路に非線形素子を用いれば、本発明
を実施することができる。

以上のように本発明によれば、垂下特性形または定電流
特性形の溶接電源とワイヤの定速送給とを用いた消耗電
極式アーク溶接においても溶接条件の設定が極めて容易
になるため、定電圧特性形溶接電源を用いた場合のビー
ド形状の不良、多量のスパツタの発生などの欠点がなく
なる。

特に本発明によれば、実際に出力された溶接電流を検出
し、検出した信号を実際の溶接電流に対応した適正なワ
イヤ送給速度が得られる信号に変換して、この信号によ
りワイヤ送給速祿を定めるので、溶接電流調整器により
溶接電流を設定するだけで自動的に適正な溶接条件の設
定ができる上、溶接電流制御部の特性が温度変化、部品
のバラツキなどによって変化しても、一元調整されるワ
イヤ送給速度がそれらの影響を受けることがない。

また、特許請求の範囲第２項及び第３項の発明によれば
、アークスタート１するまでワイヤ送給速度をスローダ
ウンあるいはインチングさせることができるようにした
ので、溶接開始時に安定した動作を得ることができる利
点がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は溶接電流とその溶接電流に適正なワイヤ送給速
度との関係を示す線図、第２図は特許請求の範囲第１項
の発明の実施例を示すブロック図、第３図は特許請求の
範囲第２項の発明の実施例を示すブロックー、第４図は
特許請求の範囲第３項の発明の実施例を示子ブロック図
、第５図および第６図はそれぞれ信号変換回路の異なる
構成例の要部を示す電気接続図である。 １……溶接電流調整器、２……溶接電流制御部、３……
溶接電流検出器、５……信号変換回路、６……ワイヤ送
給速度制御部、８及び８’……ワイヤ送給初期速度調整
器、９……信号切替回路。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 溶接部に電極ワイヤを送給しながら溶接を行なう消
   耗電極式アーク溶接機において、溶接電流を設定する溶
   接電流調整器と、前記溶接電流調整器の出力信号Ａに対
   応した溶接電流を出力する定電流特性または垂下特性の
   溶接電流制御部と、前記溶接電流制御部の出力電流を検
   出する溶接電流検出器と、前記溶接電流検出器の出力信
   号を溶接電流に対して適正なワイヤ送給速度が得られる
   信号Ｂに変換する信号変換回路と、前記信号変換回路の
   出力信号Ｂを入力として電極ワイヤの送給速度を入力信
   号に対応した速度に保つワイヤ送給速度制御部とを具備
   した消耗電極式アーク溶接機。 ２ 溶接部に電極ワイヤを送給しながら溶接を行なう消
   耗電極式アーク溶接機において、溶接電流を設定する溶
   接電流調整器と、前記溶接電流調整器の出力信ＭＡに対
   応した溶接電流を出力する定電流特性または垂子特性の
   溶接電流制御蔀と、前記溶接電流制御部の出力電流を検
   出する溶接電流検出器と、前記溶接電流検出器の出力信
   号を溶接電流に対して適正なワイヤ送給速度が得られる
   信号Ｂに変換する信号変換回路と、溶接開始時に電極ワ
   イヤをスローダウンあるいはインチングさせるための信
   号Ｂ’を出力するワイヤ送給初期速度調整器と、溶接開
   始時は前記信号Ｂ’又は前記信号Ｂを含む前記信号Ｂ’
   を出力しアークスタート後は前記信号Ｂを出力する信号
   切替回路と、前記信号切替回路の出力信号を入力とし電
   極ワイヤの送給速度を入力信号に対応した速度に保つワ
   イヤ送給速度制御部とを具備した消耗電極式アーク溶接
   機。 ３ 溶接部に電極ワイヤを送給しながら溶接を行なう消
   耗電極式アーク溶接機において、溶接電流を設定する溶
   接電流調整器と、前記溶接電流調整器の出力信号Ａに対
   応した溶接電流を出力する定電流特性または垂下特性の
   溶接電流制御部と、前記溶接電流制御部の出力電流を検
   出する溶傍電流検出器と、前記溶接電流検出器の出力信
   号ｉを受けて溶接電流に対して適正なワイヤ送給速度が
   得られる信号Ｂを出力する信号変換回路と、前記信号変
   換回路によって電極ワイヤの送給速度がスローダウン速
   度あるいはインチング速度となる信号Ｂ’に変換される
   信号Ｂ％前記信号変換回路に供給するワイヤ送給初期速
   度調整器と、溶接開始時には前記信号Ｂ’又は前記信号
   ｉを含む前記信号Ｂ”をまたアークスタート後は前記溶
   接電流検出器の前記出力信号ｉを前記信号変換回路に供
   給する信号切替回路と、前記信号変換回路の出力を入力
   とし電極ワイヤの送給速度を入力信号に対応した速度に
   保つワイヤ送給速度制御部とを具備した消耗電極式アー
   ク溶接機。