JPS60106668A - 溶接用電源の出力制御方法 - 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】 技術分野 本発明は、短絡とアーク発生とを繰り返す消耗電極式ア
ーク溶接法において用いる溶接用電源の出力制御方法に
関する。

従来技術 短絡とアーク発生とを繰り返す消耗電極式アーク溶接法
において、従米多く用いられている定電圧直流電源では
、消、耗電極（以下、溶接ワイヤという）先端に形成さ
れた溶滴が、溶融池すなわち母相と接触して短絡した瞬
間から、溶接電流は電源の持つ時定数によって定まる増
加率でアークが再発生するまで増加し続ける。また、ア
ークが発生した後は、溶接電流は時定数によって定まる
減少率で再び短絡するまで減少する。

第１図は短絡とアーク発生とを繰り返す溶接法の溶滴の
形成と移行の過程を示しており、１１は溶接ワイヤ、１
２はワイヤ１１の先端に形成された溶滴、１３はアーク
、１４は溶融池すなわち母相である。（、）は短絡直前
のアーク発生状態、（ｂ）は溶滴が溶融池と接触した短
絡初期状態、（ｃ）は溶滴と溶融池の接触が確実となり
、溶滴が溶融池へ移行している短絡中期状態、（ｄ）は
溶滴が溶融池側に移行し、溶接ワイヤと溶滴との開にく
びれが生じた短絡後期状態、（ｅ）は短絡が破れ、溶接
アークが発生した瞬間、（ｆ）は溶接ワイヤが溶融し、
溶滴が成長するアーク発生状態を示し、（、）〜（ｆ）
の過程が繰り返し行われる。

ところで、溶接中にスパッターが多量に発生するが、こ
れは溶着効率の低下や溶接鋼板に飛散（１着したスパッ
ターの除去作業を必要とするなど、溶接作業の能率低下
を招くと共に、溶接トーチシールにノズル内部にスパッ
ターが付着堆積し、その結果、シールＦ′〃スの流れを
ｌ！Ｉｔ害し、ｌｈ層着金属中人気中の窒素が′ｊｕ人
して溶接部の成域的性能の劣化を引き起こしたり、或い
はそれを１１ｈ市ＬＪ。

うと、／ス゛ル内のスパッターを除去するために度々溶
接中断を余儀なくされるなど、溶接の作業性を悪くして
いた。

このスパッターの発生は、溶接中に溶滴が溶接ワイヤ先
端で成長して溶融池と短絡する明＝　ｎｌや、その溶滴
が短絡復電磁的ピンチカによって溶接ワイヤ先端から溶
断分離するＩｌ＃間に多く観察されることが報告されて
いる。とくに、後者の場合、定電圧直流電源においては
、アーク再発生の瞬間に溶接電流が最大となり、この時
のエネルギーが溶接ワイヤ先端の溶滴の一部を吹ぎ飛ば
してスパッターを発生させている様である。

上述のスパッターの発生原因に鑑みて、スパンター発生
量を減少させるべく、本発明者ら１．ｔ、すでに第２図
に示す様な制御された溶接電流を用いることを提案して
いる。

ｆｆ１Ｊち、短絡が開始してから、溶滴と溶融池との短
絡状態を確実にするために溶接電流を下げる低短絡電流
期間Ｔｓｓを設定し、その後に溶滴の移行を容易にする
ために高短絡電流期間””ＳＰを続ける。

この時、溶滴の移行状態を観察し、溶滴の移行終了の前
兆である溶滴のくびれを検出し、アーク発生時には溶接
電流を下げ（第２図中入）、アーク発生後は溶接ワイヤ
先端に溶滴を形成させるために高アーク電流期間ＴＡＰ
を設定し、溶滴が形成された後、その溶滴が溶融池と容
易に接触し短絡する様に低アーク電流期間ＴＡＢを続け
るものである。

この制御方法は、従来の定電圧直流電源と比較して、ス
パッターを減少させることについてはある程度の効果は
認められた。しかし、溶滴と溶融池との短絡状態によっ
て、スパッターの減少率あるいは溶接作業性が不安定に
なることがあった。

そこで、本発明者らは、種々の実験を重ねたところ、次
のことが明らかとなった。

本発明者らが提案した第２図に示す溶接電流波形は、第
１図に示した溶滴の移行過程が定常的に安定して行われ
ている場合には、スパッターの減少１作業の能率向上に
大きな効果があった。即ち、細粒のスパッターが発生し
易い第１図（ｅ）の酬・間には、事前に溶滴のくびれを
検知して電流を低下せしめ、また、大粒のスパッターが
発生し易い第１図（ａ）の状態では、短絡がし易い様に
低アーク電流期間′ｌ゛へＢとしているからである。

ところが、溶接ワイヤの送給速度が火とくなり、平均溶
接電流が増えると、溶接アークのエネルギーも大きくな
り、断続的に溶接アークが発生する溶融池の表面に大き
な波うち現象が見られる様になり、溶滴と溶融池の短絡
現象が不規則になり易くなることがある。たとえば、溶
滴の移行が完了し、アークが発生した後に（第１図（ｅ
）の状態）溶融池の波うちが発生し、溶接ワイヤ先端に
溶滴が未形成、あるいは溶滴が小さいうちに、溶接ワイ
ヤ先端と溶融池が接触し短絡する場合がある。第３図に
、その際の状況を示す。

即ち、第３図（ｊ）に示す様に、未溶融あるいは溶融部
分の小さい溶接ワイヤ先端が溶融池と接触し短絡するの
であるが、坑２図に示した溶接電流モードのうち、アー
ク発生後の高アーク電流期間”Ａ　Ｐは、溶融池に接触
・短絡し且つ移行するのに十分なだけの溶滴が、溶接ワ
イヤ先端に形成されるまで維持されるものなので、第３
図（ｊ）の状態は、高アーク電流期間ＴＡＰに発生する
ということを意味している。又、このような状況は再ア
ーク後２〜５　＋ｎ５ｅｃ後に多く見られる。

この場合、第２図に示す電流波形では、短絡直後より低
短絡電流期間Ｔｓｓが設定されているので、未溶融の溶
接ワイヤがＴｓｓ期間だけ溶融池内に送り込まれること
になり、所謂、ワイヤの突込み現象が発生する。また、
ＴＳＳ期間終了後は、高短絡電流期間ＴｓＰが続き、溶
融池に送給された未溶融溶接ワイヤは高短絡電流による
ジュール熱のために溶融するとともに溶断し、そして、
アーク再発生に至るが、溶滴の移行に続くアーク再発生
の場合と異なり、アーク再発生の前兆であるくびれ現象
も明瞭ではないので、高短絡電流期間中にアークが再発
生することが多く、この時、多量のスパッターが発生す
ることが見られた。また、未溶融ワイヤがジュール熱に
よって溶断するまでの時間は、溶滴の移行完了後にアー
ク再発生するまでの時間に比べて長いので、所謂アーク
切れ状態が現出し、溶接作業性が悪化する。この様に、
溶接ワイヤの突込み現象が起ると、溶接現象そのものが
不安定となるので、スパッターが多量に発生するばかり
ではなく、溶融池の波うち現象も促進させるので、悪循
環を繰り返すことになる。

１−一的 本発明は、上述した様な欠点を改良し、未溶融の溶接ワ
イヤが溶融池と接触・短絡した場合でも、直ちに溶接ワ
イヤを溶融・溶断してアークを発生させ、溶接ワイヤの
突込み現象を未然に防止して溶接作業性を改良した溶接
用電源の出力制御方法の提供を目的とする。

鼻−果 溶接ワイヤ先端に溶滴か形成され、スムーズな溶滴移行
が行われる定常の短絡移行溶接状態においては、第２図
に示した様な溶接電流波形を用い、何らかの要因で溶接
ワイヤの先端に溶滴が形成されないうちに、あるいは溶
滴の体積が小さいうちに溶融池と接触・短絡した場合、
すなわち、第２図の溶接電流波形において、高アーク電
流期間ＴＡＰ内に短絡が発生した場合にのみ、１氏短絡
電流期間１’、！Ｉｓを省略し、短絡直後より高短絡電
流ＩｓＰを印加し、溶滴の形成と溶断を促進しで、アー
ク再発生までの時間を短くして溶接ワイヤの突込み現象
を防止し、不安定となった短絡移行溶接現象を正常な短
絡移行状態に復帰さぜる。

実施例 以下、本発明の一実施例について説明する。

本実施例は、溶接ワイヤをノズルを介して所定送給速度
で母材に対して送給する一方、」−記ノズルからシール
ドガスを噴射しつつ、溶接ワイヤと１！」材との間で発
生するアーク部分を包囲して溶接を行うとともに、溶接
ワイヤと１号材との間でｔｉ２絡とアーク発生とを繰り
返す消耗電極式アーク溶接法において溶接電流を制御す
る。

第４図は、本発明の制御方法を適用した溶接電流の溶接
電流波形を示しており、期間Ｉは、溶接ワイヤ先端に溶
滴が形成されて良好な溶滴の移行がなされた場合で、期
間１１は、短絡が破れてアークが再発生した直後に再び
短絡した場合（■の位置で短絡）で、低短絡電流”５５
期間は省略し直ちに高短絡電流１ｓｐを印ＪＪＩける。

第５図は本発明の制御方法を行う制御装置の（既略構成
を示しており、１はアーク電圧検出］司路、２は短絡検
知回路、３は低短絡電流期間’Ｓｓを計時する１″Ｓｓ
設定タイマー、４は高アーク電流期間””ＡＰを計時す
るＴＡＰ設定タイマー、５は溶接電圧の変化により溶滴
のくびれを検知する回路、６は高アーク電流期間’ｒＡ
Ｐ　中の短絡を検知する回路、■は溶接電源８に対して
第４Ｍに示す溶接電流を出力せしめるための信号を与え
る溶接電流切替回路である。９は溶接ワイヤ、１０はｌ
ｊｉ＋、ｌである。

アーク電圧検出回路１がらの信号により、短絡検知回路
２はワイヤ９とＩＢ、相１０との短絡を検知載ると信号
■を出力し、溶接電流切替回路７は溶接電流を低短絡電
流ＩＳＳにする。また、このとき”Ｓ　Ｓ設定タイマー
３が８１時を開始する。時開Ｔｓｓが経過して、’Ｉ’
ｓｓ設定タイマー３はタイムアツプすると信号■を出力
し、この信号■が端子７ａを介して溶接電流切替回路７
へ人力される。ここで、溶接電流切替回路７は溶接電流
を高短絡電流Ｉ５ｐにする。そして、溶滴のくびれが生
じると、くびれ検知回路５から信号■が出力され、溶接
電流切替回路７は溶接電流をＩｏに低下させる。溶滴と
溶融池との短絡が断たれると、アークが発生する。この
とき、短絡検知回路２からの信号により′Ｉ゛八Ｐ八尾
設定タイマー４時を開始し溶接電流切替回路路７は溶接
型）絽を高アーク電流ＩＡＰにする。時間後が経過して
、ＴＡＰ設定タイマー４がタイムアツプすると信号Ｇ）
を出力する。ここで、溶接電流切替回路７は溶接電流を
低アーク電流ＩＡＢにし低アーク電流期間ＴＡＢに移行
する。以上が期間■における正常時の動作である。

期間ＩＩにおいては、短絡が断たれてアークが再発生し
た後、すなわち期間ＴＡＰの開に再び短絡が生じた場合
（■の時点で短絡）、ＴＡＰ期間中の短絡検知回路６か
ら信号■が出力され、この信号■は溶接電流切替回路７
に上記信号（コ）が入力される端子と同じ端子７ａを介
して入力される。信号４’はＴｓｓ設定タイマー３のタ
イムアツプを示す信号であるので、この短絡の場合には
、低短絡電流期間］゛、Ｓ省略し、直ちに高短絡電流期
間ＴＳＰに移行して、溶接電流切替回路７は溶接電流を
高短絡電流ＩｓＰにする。したがって、高アーク電流期
間′１゛ハＰにおいて短絡が生じ、溶接ワイヤが未溶融
の状態で溶滴が十分に形成されないうちに溶融池と短絡
した場合に、直ちに高短絡電流ＩＳＩ’が流れるので、
溶接ワイヤ先端の溶融が促進され、短時間で溶断が生じ
てアーク再発生に移行する。

第１表は上述の動作をまとめたものであり、期間■では
Ｎｏ、１．２，３，４．５の状態か順次形成され、期間
ＩＩではＮｏ、１．２．３，４，６，３゜４．５の状態
が順次形成される。

次に、従来の定電圧形の溶接電源、第２図に示す溶接電
流波形を出力する溶接電源及び本発明による溶接電流波
形（第４図）を出力する溶接電源により夫々溶接を行っ
たときのスパッターの発生量について検討する。なお、
溶接条件は次のとおりである。

溶接ワイヤ：　Ｊ　ＩＳ　ＹＣＷ−２（１，２ｍｍφ）
′　シールドカ゛ス：炭酸〃ス　１００％流量　２Ｊ／
制御ｌ 母　材：　５Ｓ４１（１２ｔＸ７５すＸ　１０００　、
（’、　）溶　接　法：自動走行台車によるビードオン
プレート溶接 第２表は上述の３種類の溶接電流により夫々溶接を１０
分間行ったときにノズルに（８１着したスパッターの重
量を示す。この第２表から明らかなように、本発明の溶
接電源の出力制御方法によれば、ワイヤ送給速度が速い
場合にスパッターの発生を題名に減少できることが分る
。

カー迷 以上説明したように、本発明においては、溶接ワイヤが
未溶融状態で溶滴が形成されないうちに溶融池と短絡し
た場合に、直ちに高短絡電流＋５Ｐを流して溶接ワイヤ
の溶融と溶断を促進させて短時間でアークを発生させる
ようにしたか呟ｌ容接ワイヤの突込み現象によるアーク
切れを防止するとともに、スパッターの発生量を減少さ
せることかできる。

【図面の簡単な説明】

第１図は短絡とアーク発生とを繰り返す溶接法の溶滴の
形成と移行の過程を示す図、第２図は溶接電流波形の従
来例を示す波形図、第３図は溶融池の波うちが生じたと
との状態を示す図、第４図は本発明における溶接電流波
形の一実施例を示す波形図、第５図は本発明における制
御装置の一実施例を示すブロック図である。 ’ｒｓｓ・・・低短絡電流期間、ＴＳＰ・・・高短絡電
流期間、ＴＡＰ・・・高アーク電流期間、ＴＡＢ・・・
低アーク電流期間。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）消耗電極をノズルを介して所定送給速度で母材に
   対して送給する一方、上記ノズルからシールドがスを噴
   射しつつ、消耗電極とけ材との間で発生するアーク部分
   を包囲して溶接を行なうとともに、消耗電極と母材との
   間で短絡とアーク発生とを繰り返す消耗電極式アーク溶
   接法において、短絡時の溶接電流モードを、短絡状態を
   確実にするための短絡直後より始まる低短絡電流期間Ｔ
   ｓ５と、それに引き続く、短絡した溶滴が母材への移行
   を容易にするための高短絡電流期間Ｔ５Ｐとし、溶滴の
   母相への移行終了の前兆である溶滴のくびれを検出して
   、アークが再発生する瞬間には、溶接電流を前記高短絡
   電流より低下せしめ、アークが発生した後は、アーク発
   生時の溶接電流モードを、消耗電極先端に溶滴を形Ｉ＆
   させるための高アーク電流期間′Ｉ″ＡＰ　と、それに
   引き続く溶滴が母材と短絡するのを容易にするための低
   アーク電流期間ＴＡＢとして短絡に至らしめる溶接用電
   源の出力制御方法であって、アーク発生後に高アーク電
   流期間駒中に溶滴が母材と短絡した場合は、低短絡電流
   期間］’５ｓを設けないで、短絡後、直ちに高短絡電流
   Ｍ開１’ＳＰを設定することを特徴とする溶接用電源の
   出力制御力法。