JPS60106674A - 溶接電源の出力制御方法 - Google Patents

溶接電源の出力制御方法

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JPS60106674A
JPS60106674A JP21287383A JP21287383A JPS60106674A JP S60106674 A JPS60106674 A JP S60106674A JP 21287383 A JP21287383 A JP 21287383A JP 21287383 A JP21287383 A JP 21287383A JP S60106674 A JPS60106674 A JP S60106674A
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welding
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小笠原 隆明
Tokuji Maruyama
徳治 丸山
Masaharu Sato
佐藤 正晴
Yukio Toida
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    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23KSOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K9/00Arc welding or cutting
    • B23K9/09Arrangements or circuits for arc welding with pulsed current or voltage
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    • B23K9/12Automatic feeding or moving of electrodes or work for spot or seam welding or cutting
    • B23K9/124Circuits or methods for feeding welding wire
    • B23K9/125Feeding of electrodes

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ける溶接電源の出
力制御方法に関する。
従来技術 従来、消耗電極(以下、溶接ワイヤという)と溶融池す
なわち溶接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は、溶接電源として定
電圧特性を有する直流電源が多く用いられている。この
様な定電圧直流電源を用いた場合の溶接電流出力波形は
、第1図に示す様になっている。
即ち、従来の定電圧直流電源においては、溶接ワイヤの
先端に形成された溶滴が溶融池と接触し短絡した瞬間か
呟溶接電流出力はその電源の電気回路のもつ時定数によ
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、溶接アークが再発生した後は、溶接電流は上
記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。
ところで、′溶接アーク現象を高速度カメラなどで撮影
し、スパッタの発生状況を観察すると、スパッタが発生
するのは、溶接ワイヤ先端の溶滴が溶融池へ移行してア
ークが再発生する瞬間や、溶滴が溶接ワイヤ先端で大き
く成長して溶融池と短絡しようとする瞬間に多く発生す
るのが見られ、特に後者については平均溶接電流が高い
場合に多く観察される。
したがって、スパッタの発生原因は、主に溶接ワイヤ先
端に形I&された溶滴あるいは溶滴の一部がアーク発生
時のアークの反撥力によって吹き飛ばされるものと考え
られる。従来の定電圧直流電源を使用するとスパッタ発
生量が多いのは、この電源の溶接電流出力が第1図に見
られる様に、アーク再発生の瞬間に最も高い値を取り、
アークの反撥力が最大となって、溶接ワイヤ先端に残っ
ていた溶滴の一部を吹き飛ばし、スパッタとして発生さ
せているものと考えられる。また、平均溶接電流が高い
場合には、第2図に示す様に、溶接直前に溶接電流が最
小値を取っても、短絡時の電流値は高く、短絡直後に溶
滴を吹き飛ばすのに十分なエネルギーとなり得るのであ
る。
この様に、従来の定電圧直流電源ではスパッタの発生量
が多く、溶着効率の低下をもたらし、何着したスパッタ
の除去作業工程を必要とするなどの溶接作業の能率低下
を招くと共に、飛散したスパッタがシールドノズルに付
着し、その結果として、シールドガスの流れを阻害し、
溶着金属中に大気中の窒素が混入して溶接部の機械的性
能の劣化を引き起こすなどの問題が残されていた。
これらの問題に対して、本発明者らは、アーク再発生の
瞬間及び溶滴が溶融池と短絡する前後において、溶接電
流出力を低下せしめ、アークの反撥エネルギーを溶滴が
吹と飛ばされない程度に制御することにより、スパッタ
の発生量を減少せしめる方法をすでに提案している。こ
れは、第3図に示される波形の様に溶接電流出力を制御
し、スパッタの発生量を従来の定電圧直流電源を用いる
場合と比較して20〜40%程度にまで減少することが
で鰺る様にしたちの゛である。
第3図に示した溶接電流出力波形は、溶滴が溶融池と短
絡した直後より短絡状態が確実となるまで溶接電流エネ
ルギーを加えない遅延時間TSSを設定し、短絡が確実
となった呟溶滴の溶融池への移行が容易に行なわれる様
に短絡時の溶接電流■、Pを流す様にしている。その後
、溶滴の移行がほぼ完了して再びアークが発生する際に
は、アークが発生することの前兆を検知し、アークが発
生する瞬間には前述した様に溶接電流を低下せしめ、ア
ークの反撥エネルギュを小さくする。また、アークが再
発生した後は、溶接ワイヤ先端に溶滴を形成させるため
に高い電流I^Pを流し、所定時間TAPだけこの高電
流を保持した後に低電流IABに下げる様に制御するも
のである。これは、溶滴が溶融池と接触し、短′絡しよ
うとする際には、低電流である方が容易に短絡し、且つ
溶滴がアークの反撥力で吹き飛ばされない様にするため
である。
ところが、本発明者らは、当初、溶接ワイヤ送給速度に
応じた短絡電流Isp v高電流■^し、高電流期間T
AP i=低電流IABを夫々一定値に固定し、定電法
制−を行なっていた。このため、溶接ワイ、ヤ突出長さ
、アーク長などが適正に保たれた状態での溶接に対して
は、スパッタの減少効果は大きく、スパッタの発生率は
従来の定電圧直流電源を用いた場合の20〜40%に低
下させることができた。しかし、実験を繰返したところ
、実用上避けられぬ程度の溶接ワイヤ送給速度の変動、
溶接ワイヤ突出長さの変動、溶融池の形状変化等により
、スパッタ発生量の減少効果が小さくなり、アークが不
安定となる場合のあることが分った。
従来のように、高電流期間TAPを定電流制御した場合
、高電流期間TAPで溶接ワイヤと溶融池との短絡が生
じると、スパッタの飛散及び溶接ワイヤの突込みを招き
アークが不安定となるため、通常では短絡を起こし得な
い高電流を通電する必要がある。その結果、高電流期間
での溶接ワイヤの溶融量が多く、アーク長が長くなり、
高電流期間の後に引き続く低電流期間も必然的に伸びる
傾向にあった。そのため、高電流期間と低電流期間のア
ーク光の明暗による7リツカ現象が生じ、ビード外観の
不均一などの原因になっていた。しかも、何らかの理由
により、高電流期間に溶接ワイヤと溶融池が接近し短絡
しようとした際に、定電流制御ではこれを阻止すること
は不可能である。特に、開先内でのウィービング中にこ
のような事故は起こりやすく、溶接ワイヤの溶融量が多
く、アーク長も長いため、二′のとき大粒のスバ・ン夕
が飛散しやすい。
さらに、エクステンション反却ち溶接ワイヤのトーチか
らの突出長さが伸びた場合などは、ジュール熱の影響を
受けて高電流期間でのワイヤの燃え上がり量も余計に多
くなり、短絡回数は減少し、平均アーク長も長くなる。
例えば、いま溶融に寄与する陽極電圧をφ、25℃の溶
接ワイヤを1600℃の溶鋼にするのに必要なエネルギ
ーを11゜I J 7mm3、溶接ワイヤの抵抗値をR
extとすると、溶接ワイヤの溶融量MRは、 HR=TAP(φlAp+Rext ・IAp2)/1
1.1 [+nn+’l・・・(1)で表わされる。こ
こで、TAP = 11 m5ec、φ=4゜OV、I
Ap=300A、直径1.2闘である溶接ワイヤの単位
長当りの抵抗値をlll1Ω/關とし、エクステンショ
ン長が10+amのときと20mのと答のワイヤ溶融量
MRと、それを溶接ワイヤ長lこ換算したデータを表1
に比較して示す。この表1から明らかなように、エクス
テンション長の長い方が、同電流に対してのワイヤ溶融
量が多く、従ってアーク長か長くなり、短絡回数も減少
し、作業上好ましくない。
そこで、本発明者らは、溶接現象をさらに詳しぐ調査し
た結果、ある範囲内で外的条件が変化しても、スパッタ
発生量を減少させ、アークを安定させるためには、高電
流期間TAPを従来とは異なる電流電圧特性で制御すれ
ばよいことが分った。
1拍 本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、その目
的は、高電流期間TAPを溶接電圧の増加または減少に
伴なう溶接電流の減少率または増加率をIOA/V以上
で制御することにより、高電流期間での短絡の発生を防
止した溶接電源の出力制御方法を提供することである。
菟果 溶接ワイヤと溶融池とが短絡すると所定の短絡電流を印
加する期間と、アーク発生直後より所定時間の高レベル
の電流を印加する高電流期間と、その後、低レベルの電
流を印加する低電流期間とを有する消耗電極式アーク溶
接法において、上記高電流期間に溶接電圧の増加または
減少に伴なう溶接電流の減少率または増加率をIOA/
V以上として溶接電源の出力制御を行なう。
犬萬刑 以下、本発明の一実施例を説明する。
本実施例では、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
ガスを噴射しつつ、消耗電極と母材との開で発生するア
ーク部分を包囲するとともに、消耗電極と母材との間で
短絡とアーク発生とを繰り返して溶接を行なう消耗電極
式アーク溶接法において、溶接電源の出力電流制御を行
なう。
この溶接電源の出力制御においては、短絡時に所定の短
絡電流を印加する期間と、アーク発生直後より所定の高
電流を印加する高電流期間と、この高電流期間に引き続
いて所定の低電流を印加する期間とを有する。
上述の高電流期間において短絡の発生を防止するために
は、高電流期間に溶接電圧を極力定電圧特性に近づけて
、アーク長を適正な一定値に保持すればよい。そのため
に、高電流期間では、溶接電圧の増加に伴なう溶接電流
の減少率、または、溶接電圧の減少に伴なう溶接電流の
増加率を所定値以上にして溶接電源の出力制御を行なう
高電流期間TAI’において溶接電圧の変化に伴なう溶
接電流の変化率Kを第4図に示すように種々変化させて
溶接を行なったときのスパッタ発生量とアークの安定性
について表2に示す。この場合、高電流期間TAPにお
ける適正なアーク電圧値VHtFを設定し、実際のアー
ク電圧値vF13との偏差に応じて高電流期間の溶接電
流IA、を(2)式にもとずいて補正する。
IAP=−K(VI?EF −VHB)+Io ・r2
)この結果、高電流期間の電域増加に伴なう電流減少率
がIOA/V以上のときスパッタの発生量が少なく作業
性が改善され、中でも電流減少率が63A/V以上のと
きに特に優れた作業性を示す。
なお、表2では、母材平板上でトーチを揺らさないスト
レート溶接時、及び、開先内でのウィービング溶接時の
スパッタ発生量を夫々示し、溶接条件は溶接ワイヤ送給
速度が5.2m/min、溶接ワイヤ径が1 、2 m
mである。
高電流期間をこのような電流電圧特性で制御することに
より、定電流制御したとぎに比較して、高電流期間での
短絡の危険性が非常に軽減される。
このため、高電流期間での電流を低く抑えることかでと
、従って、溶接ワイヤの溶融量が少なくなり、アーク長
を短かく、溶滴を小さくすることが可能となって、大粒
のスパッタの発生を防止で鰺る。さらに、短絡回数の増
加を促進せしめ、ブリツカ現象も解消することができる
とともに、溶融池と溶接ワイヤ先端との距離を一定に保
持する効果があるため、溶融池の波動を防止し、ビード
外観を整えることも可能となる。表3は、本発明の制御
方法においては、従来よりも短絡回数が大幅に増加する
ことを示している。ただし、高電流期間の電圧増加に伴
う電流減少率はに=100A/Vである。
第5図は本発明の制御方法を行なう制御装置の概略構成
を示しており、1はVFB検出回路で、溶接ワイヤ2と
母材3との間のアーク電圧VFBを検出する。4はVR
EF設定回路で、予しめ適当なアーク電圧VREFを設
定する。5は電流変化率Kを設定するに設定回路で、電
流変化率にとして10A/V以上の値が設定される。6
はオフセット量1、を設定するI。設定回路である。7
は演算回路で、K設定回路5からの電流変化率K、■。
設定回路6からのオフセット量I。、V旺F設定回路4
からのアーク電圧の設定値VREF及びVF13検出回
路1からのアーク電圧の実際値VFRを入ノ凡て上述の
(2)式の演算を行ない、高電流期間の電流IAPを算
出し、算出されたIAPを出力せしめるための信号を溶
接電源8に与える。 いま、高電流期間TA?において
、アーク電圧が増加または減少すると、K設定回路5か
らの電流変化率に、I。
設定回路6からのオフセット量」。、VFB検出回路1
からのアーク電圧の実際値VFR及びVREF設定回路
4からのアーク電圧の設定値v、EF とにより、演算
回路7において(2)式の演算が行なわれ、設定された
電流変化率Kに応じて電流IAPを算出し、高電流期間
TAPにおいてこの算出された電流■^Pを出力せしめ
るだめの信号を溶接電源8に与え、溶接電源8は高電流
期間TAPにおいてこの算出された電流IAPを溶接ワ
イヤへ供給する。
表 1 表 2 表 3 透型 以上説明したように、本発明においては、高電流期間T
APにおいて、溶接電圧の増加または減少に伴なう溶接
電流の減少率または増加率を10A/■以上として1、
溶接電源の出力制御を行なうようにしたか呟アークを安
定させ、かつスパッタ発生量を減少させることができ、
これにより溶着効率の向上、母材に付着するスパッタの
除去作業の省略、トーチノズルに付着したスパッタを取
り除くための溶接中断の回数を大幅に減少することが可
能となり、工業的に非常に有益である。
【図面の簡単な説明】
第1図は、定電圧直流電源を用いた場合の溶接電流出力
波形を示す波形図、第2図は平均溶接電流が高い場合と
低い場合の溶接電流波形を示す波形図、第3図は本発明
を適用した溶接電源の溶接電流波形を示す波形図、第4
図は溶接電流の種々の変化率に対する溶接電圧と溶接電
流との関係を示すグラフ、第5図は本発明の制御方法を
行なう制御装置の概略構成を示すブロック図である。 1・・・VFB 検出回路、2・・・溶接ワイヤ、3・
・・母材、4・・・Vt1EF設定回路、6・・・演算
回路、7・・・電流切換回路、8・・・溶接電源。 特許出願人 株式会社神戸製鋼所 代理人 弁理士青用 葆外2名 第1図 第2図 鶴 第3図 第4図 電5たlap

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)消耗電極を所定送給速度で母材に対して送給する
    一方、ノズルからシールドガスを噴射しつつ、消耗電極
    と母材との間で発生するアーク部分を包囲するとともに
    、消耗電極と母材との間で短絡とアーク発生とを繰り返
    して溶接を行なう消耗電極式アーク溶接法に用いる溶接
    電源の出力制御方法であって、短絡時に所定の短絡電流
    を印加する期間と、アーク発生直後より所定の高電流を
    印加する高電流期間と、この高電流期間に引き続いて所
    定の低電流を印加する期間とを有する溶接電源の出力制
    御方法において、 上記高電流期間の消耗電極と母材との間の電圧の増加ま
    たは減少に伴なう電流の減少率または増加率をIOA/
    V以上とすることを特徴とする溶接電源の出力制御方法
JP21287383A 1983-08-11 1983-11-12 溶接電源の出力制御方法 Granted JPS60106674A (ja)

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US06/596,686 US4546234A (en) 1983-08-11 1984-04-04 Output control of short circuit welding power source
DE8484104601T DE3479303D1 (en) 1983-08-11 1984-04-24 Output control of short circuit welding power source
EP84104601A EP0133448B1 (en) 1983-08-11 1984-04-24 Output control of short circuit welding power source
US06/896,104 USRE33330E (en) 1983-08-11 1986-08-13 Output control of short circuit welding power source

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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2009183988A (ja) * 2008-02-07 2009-08-20 Panasonic Corp アーク溶接制御方法およびアーク溶接装置
JP2013163222A (ja) * 2013-05-14 2013-08-22 Panasonic Corp 溶接装置および溶接方法

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