JPS587389B2 - 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）か、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名
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
、従来の溶接電源の自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クが
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
制御性の働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結果、溶接電流とそれに適
正なワイヤ送給速度との間に第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、アークが正特性とな
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、ワイヤ送給速度を設定すれば溶接電流力椙
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、電稙ワイヤが被溶接物に接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ると、ワイヤのスローダウン時
はワイヤ送給速度検出器の出力信号が溶接中のそれより
も小さいので、溶接電流制御部の出力電流も小さな値と
なり、電極ワイヤを溶断することができずにアークスタ
ートに失敗する。

本発明の第１の目的は、ワイヤ送給速度調整器によりワ
イヤ送給速度を設定するだけで、実際のワイヤ送給速度
に応じた適正な溶接電流が得られる、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、ワイヤ送給速度調整器によりワ
イヤ送給速度を設定するだけで、実際のワイヤ送給速度
に応じた適正な溶接電流が得られるようにし且つアーク
がスタートするまでの間は適正なスローダウン速度でワ
イヤを送給するとともに電極ワイヤが被溶接物に接触し
たときに瞬時に溶融して完全なアークスタートを行なわ
せるに十分な溶接電流を通電することができる構造とし
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
もので、この実施例においては、ワイヤ送給速度調整器
１で設定された信号Ａがワイヤ送給速度制御部２に供給
され、その出力によってワイヤ送給用電動機３が駆動さ
れて電極ワイヤが送給される。

この電極ワイヤの送給速度に比例する信号がワイヤ送給
速度検出器４により検出され、その検出された信号Ｖａ
は信号変換回路５に供給される。

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
定されたワイヤ送給速度に対して適正な溶接電流を得る
ことができる信号であってこの信号Ｂ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
より垂下特性に制御する溶接電流制御部６に供給きれ、
その出力すなわち溶接電流はアーク負荷７に供給される
。

したがって、この装置によればワイヤ送給速度調整器１
の設定のみによってこの設定されたワイヤ送給速度の各
値に適正な溶接電流が得られる。

つぎに、第３図ないし第５図は特許請求の範囲の第２項
の発明の実施例を示したもので、まず第３図の実施例に
ついて説明する。

この実施例においては、第２図の構成のほかに、溶接開
始時の電極ワイヤをスローダウンまたはインチングさせ
るための信号Ａ′を出力するワイヤ送給初期速度調整器
８と、溶接開始時に電極ワイヤを溶融して完全なアーク
スタートを行なわせるのに十分な電流を通電させるため
の信号Ｂ′を出力する初期電流調整器９と、溶接開始時
には前述した信号Ａ′をワイヤ送給速度制御部２に供給
するとともに、前述した信号Ｂ′を溶接電流制御部６に
供給し、かつ、アークがスタートした後には前述した信
号Ａをワイヤ送給速度制御部２に供給するとともに信号
変換回路５の出力信号Ｂを溶接電流制御部６に供給する
ための信号切替回路１０とを備えている。

この信号切替回路１０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。

すなわち溶接開始時に電極ワイヤをスローダウンさせる
ときには、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Ａ′およびＢ′がそれぞれ制御部２およ
び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Ａ′に応じた速度でスローダウ
ンするとともに、初期電流調整器９によって設定された
信号Ｂ′に応じた電流が電極ワイヤに供給されて、ワイ
ヤが溶融して完全なアークスタートが行なわれる。

アークスタート後は溶接電流が流れているので、溶接電
流検出リレーが動作して常閉接点ＣＲｂが開き、常開接
点ＣＲａは閉じるので、前述した信号Ａは、制御部２に
供給される。

したがって電極ワイヤはワイヤ送給速度調整器１によっ
て設定された信号Ａに応じた速度で送給される。

との送給速度に比例する信号がワイヤ送給速度検出器４
により検出され、その検出された信号Ｖａは信号変換回
路５に供給される。

信号変換回路５の出力信号Ｂは常開接点ＣＲａを通して
、溶接電流制御部６に供給される。

以下の動作説明は第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り信号切替回路１０
が切替動作をするまでを言う。

つぎに第４図は第３図の一部を変形したもので、この実
施例が第３図の実施例と異なるのは、信号変換回路５の
出力信号Ｂが、溶接電流制御部６に直接、供給されてい
る点である。

したがって、溶接開始時の電極ワイヤがスローダウンし
ているときは、初期電流調整器９で設定されたアークス
タート用の電流を与える信号Ｂ′と信号変換回路５の出
力信号Ｂとが加えられた信号Ｂ’＋Ｂ（信号Ｂを含む信
号Ｂつが、溶接電流制御部６に供給される。

信号Ｂ’＋Ｂによって完全なアークスタートができる電
流が通電される。

その他の動作は第３図の実施例と同様である。

さらに、第５図の実施例は、第４図に示す構成のほかに
、信号切替回路１０内に積分器１１を設けてある。

具体的には接点ＣＲｂと溶接電流制御部６との間に抵抗
、コンデンサなどから成る積分器１１を設けたものであ
る。

この装置においては、溶接開始前に積分器１１のコンデ
ンサを初期電流調整器９により充電しておきアークスタ
ート後に信号切替回路１０の常閉接点ＣＲｂを開放すれ
ば、このときの溶接電流制御部６への入力信号（信号Ｂ
を含む信号Ｂ’）がＢ’＋Ｂから徐々にＢに減少し、こ
の信号に応じて溶接電流も変化する。

その他の動作は第３図及び第４図の実施例と同様である
。

つぎに第６図および第７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、まず第６図の実施例につい
て説明する。

この実施例においては第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またはインチングさせる
ための信号Ａ′を出力するワイヤ送給初期速度調整器８
と、溶接開始時に電極ワイヤを溶融して完全なアークス
タートができる電流を流すための信号Ｂ′に信号変換回
路５によって変換される信号Ｂ”を出力する初期電流調
整器９′と、溶接開始時には前述した信号Ａ′をワイヤ
送給速度制御部２に供給するとともに前述した信号Ｂ”
を信号変換回路５に供給し、かつアークスタート後には
信号Ａをワイヤ送給速度制御部２に供給するとともにワ
イヤ送給速度検出器４の出力信号Ｖａを信号変換回路５
に供給する信号切替回路１０とを備えている。

この信号切替回路の動作は第３図の場合と略同様である
が、第３図の場合には、初期電流調整器９が直接信号Ｂ
’を出力し、信号Ｂ′はそのまま溶接電流制御部６に供
給されているのに対して、第６図の場合には、初期電流
調整器９′は信号Ｂ”を出力し、信号Ｂ”は信号変換回
路５で電極ワイヤを溶融させてアークスタートするため
の信号、即ちアークスタート用の電流を与える信号Ｂ′
に変換されて溶接電流制御部６に供給される。

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。

第７図の実施例は第６図の実施例の一部を変形したもの
で、この実施例においては、ワイヤ送給速度検出器４の
出力信号が、信号変換回路５に直接供給されている。

したがって、アークスタートするまでは、初期電流調整
器９′で設定された信号Ｂ”とワイヤ送給速度検出器４
の出力信号Ｖａとが加えられた信号（信号Ｖａを含む信
号Ｂ”）が信号変換回路５に供給されて信号Ｂ＋Ｂ’に
変換される６その他の動作は第４図及び第６図の実施例
と同様である。

つぎに、上記の各実施例で用いられる信号変換回路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、ワイヤ送
給速度ｖｆと溶接電流■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。

Ｉ＝Ｋ１Ｖ７＋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、ワイヤ送給速度検出器４としてもつとも一般的に
使われるものとしてはワイヤ送給電動機３の電機子電圧
を検出する方法がとられるが、ここの場合送給速度■ｆ
と電機子電圧Ｖａとの関係はＶａ＝Ｋ２Ｖｆ ・・
・・・・・・・（２）または Ｖ −Ｋ． Ｖ
ａ ・・・・・・・・・（３）（但しＫ３−１／Ｋ
２）となり、溶接電流制御部６の入力信号Ｂと溶接電流
■との関係を Ｉ−ｆ１（ｉＢ） ・・・・・・・・・（４）または
Ｂ−ｆ２（■） ・・・・・・・・・（５）と
すると（１） ， （３） ， （５）式よりＢ−ｆｉ
（Ｋ４■ａ十〇） ・・・・・・（６）（但しＫ４＝
Ｋ１・Ｋ３）なる関係が成立する。

したがって、信号変換回路５は信号Ｖａ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。

溶接電流制御部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一αＶａ＋β ・・・・・・・・・（７）となる。

したがって、信号変換回路５は信号Ｖａ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。

また、溶接電流制御部２か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が三角関数を含む
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Ｖａ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７図は溶接電流制御部６、および送給速
度制御部２をきもに開ループ制御系で示したが、これら
の両方または片方にフィードバック制御系を採用しても
良い。

たとえば溶接電流を直流変流器あるいはシャント等の溶
接電流検出器で検出し、この検出信号と信号変換回路５
の出力信号Ｂとを比較増幅し、増幅された信号を溶接電
流制御部６の入力信号としてフィードバックすれば、信
号Ｂと溶接電流■とが比例し、信号Ｖａ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を信号Ｖａをα倍に増幅または減衰し一定値βを加
算する簡単な回路で構成することかできる。

このような信号変換回路の具体例を第８図および第９図
に示す。

第８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Ｒ１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Ｖａ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Ｒ２には、トランジスタＴＲによって入力信号Ｖａ
をα倍にしたαＶａ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ａＶａ＋βなる出力信号Ｂが
得られる。

第９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Ｖａおよび一定値βはそれぞれ抵抗器Ｒ４およ
びＲ５を介して演算増幅器飾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。

この場合もＲ４， Ｒ５およびＲ６の抵抗値をそれぞれ
Ｒ４′，Ｒ５′およびＲ６′とすると、入力電圧Ｖａお
よびβと出力電圧Ｂとの関係は（力式と同様に となる。

したがってＲ６’／ Ｒ４′一α， Ｒ６’／Ｒ５’−
１とし、出力電圧Ｂの極性を反転すれば（７）式の関係
が得られる。

（７）式の定数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８図のＲ２もしくはＲ３の抵抗値または第９
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８−のＲ１の抵抗値または第９
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８図の抵抗器Ｒ２もしくはＲ３、または第９図
の抵抗器Ｒ４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
にすれば、第１図の斜線部内のどこにでも設定でき乞た
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９図の抵抗器
Ｒ５と直列に可変抵抗空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、ワイヤ送給速度検出器の出力信号Ｖａを入力として
検出されたワイヤ送給速度に対してアークの電流電圧特
性が正特性となるような溶接電流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広く適用することができ
る。

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、■とＶｆとが２
次四線などの非線形の関係にある場合でも、信号変換回
路５に非線形素子を用いることにより上記と同一の構成
で本発明の目的を達成することができる。

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定速ワイヤ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、多量のスパツクの発生などの欠点がなくな
るという利点がある。

特に本発明では実際のワイヤ送給速度を検出し、検出し
た信号を実際のワイヤ送給速度に対応した適正な溶接電
流が得られる信号に変換して、この信号により溶接電流
を定めるので、ワイヤ送給速度調整器によりワイヤ送給
速度を設定するだけで、自動的に適正な溶接条件を設定
することができる上、ワイヤ送給速度制御部の特性が温
度変化、部品のバラツキなどによって変化しても、一元
調整される溶接電流はそれらの影響を受けることがない
。

したがって本発明によれば溶接部品の向上、能率の向上
、経費の節減など多くの効果が得られる。

また特に特許請求の範囲第２項および第３項の発明に
よれば、アークスタートするまで適正な速度、でワイヤ
を送給でき且つ電極ワイヤが被溶接物に接触したときに
瞬蒔に溶融して完全なアークスタートを行なわせるため
に十分な溶接電流を通電す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。

【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図ないし第５図
はそれぞれ特許請求の範囲第２項の発明の異なる実施例
を示すブロック図、第６図および第７図はそれぞれ特許
請求の範囲第３項の発明の異なる実施例を示すブロック
図、第８図および第９図はそれぞれ信号変換回路の具体
例の要部を示す電気接続図である。 １・・・・・・・ワイヤ送給速度調整器、２・・・・・
・ワイヤ送給速度制御部、４・・・・・・ワイヤ送給速
度検出器、５・・・・・・信号変換回路、６・・・・・
・溶接電流制御部、８・・・・・・ワイヤ送給初期速度
調整器、９及びぎ・・・・・・初期電流調整器、１０・
・・・・・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定速度で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、電極ワイヤの
   送給速度を設定するワイヤ送給速度調整器ど前記ワイヤ
   送給速度調整器の出力信号Ａに対応した定速のワイヤ送
   給速度を得るためのワイヤ送給速度制御部と、前記ワイ
   ヤ送給速度制御部の送給速度を検出するワイヤ送給速度
   検出器と、前記ワイヤ送給速度検出器の出力信号をワイ
   ヤ送給速度に対して適正な溶接電流が得られる信号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
   を入力とし溶接電流を入力信号に対応した定電流に保つ
   溶接電流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定速度で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、電極ワイヤの
   送給速度を設定するワイヤ送給速度調整器と、前記ワイ
   ヤ送給速度調整器の出力信号Ａに対応した定速のワイヤ
   送給速度を得るためのワイヤ送給速度制御部と、前記ワ
   イヤ送給速度制御部の送給速度を検串するワイヤ送給速
   度検出器と、前記ワイヤ送給速度検出器の出力信号をワ
   イヤ送給速度に対して適正な溶接電流が得られる信号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
   スローダウンまたはインチングさせるための信号Ａ′を
   出力するワイヤ送給初期速度調整器と、溶接開始時にア
   ークスタート用の電流を与える信号Ｂ′を出力する初期
   電流調整器と、溶接電流を入力信号に対応した定電流に
   保つ溶接電流制御部と、溶接開始時には前記信号Ａ′を
   ワイヤ送給速度制御部に供給するとともに前記信号Ｂ′
   又は前記信号Ｂを含む前記信号Ｂ′を前記溶接電流制御
   部に供給しかつアークスタート後には前記信号Ａをワイ
   ヤ送輪速度制御部に供給するとともに前記信号Ｂを前記
   溶接電流制御部に供給する信号切替回路とを具備した消
   耗電極式アーク溶接機。 ３ 溶接部に電極ワイヤを定速度で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、電極ワイヤの
   送給速度を設定ずるワイヤ送給速度調整器と、前記調整
   器の出力信号Ａに対応した定速のワイヤ送給速度を得る
   ためのワイヤ送給速度制御部と、前記ワイヤ送給速度制
   御部の送給速度を検出するワイヤ送給速度検出器と、溶
   接開始時に電極ワイヤをスローダウンまたはインチング
   させるための信号Ａ′を出力するワイヤ送給初期速度調
   整器と、前記ワイヤ送給速度検出器の出力信号Ｖａを受
   けて入力信号をワイヤ送給速度に対して適正な溶接電流
   が得られる信号Ｂに変換する信号変換回路と、前記信号
   変換回路によって溶接開始時にアークスタート用の電流
   を与える信号Ｂ′に変換される信号Ｆ′を前記信号変換
   回路に供給する初期電流調整回路と、溶接開始時には前
   記信号Ａ’を前記ワイヤ送給速度制御部に供給するとと
   もに前記信号Ｂ”又は前記信号Ｖａを含む前記信号Ｂ”
   を前記信号変換回路に供給しかつアークスタート後には
   前記信号Ａを前記ワイヤ送給速度制御部に供給するとと
   もに前記ワイヤ送給速度検出器の前記出力信号Ｖａ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
   換回路の出力信号を入力とし溶接電流を入力信号に対応
   する値に保つ溶接電流制御部とを具備した消耗電極式ア
   ーク溶接機。