JPS60177963A - ア−ク溶接法 - 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】 〔発明の利用分野〕 （２） 本発明は消耗電極を定速度送給して溶接を行うアーク溶
接法に係り、特に溶接中に発生するスパッタを大幅に減
少させるのに好適な溶接法に関する。

〔発明の背景〕

消耗電極を定速度送給して溶接を行うアーク溶接法にお
いては、従来第１図に示すように直流定電圧特性の電源
１と、直流リアクトル２とから成る回路を構成したもの
が実用化されている。このように構成された回路を用い
て溶接を行った場合には溶接電流の大きさによって溶接
現象がまったく異なる。すなわち比較的溶接電流値の低
い領域では消耗電極先端の溶融金属が母材に接触して移
行する、いわゆる短絡移行現象がみられる。第２図は短
絡とアークを繰り返す時の溶接電流、アーク電圧の変化
を示したもので、図において線ＫＰＲは電源の外部特性
曲線を示し、Ｌｏ、Ｌ、、Ｌ２はアーク長がそれぞれり
。ｌ　Ｌｌ　ｌ　Ｌ２の場合のアーク特性でり。はアー
ク長が零の場合である。

短絡が始まると電流は１から２に急増し２におい（３） て短絡が破れるとアーク電圧３が発生し、たちまちアー
ク長が延びてアーク長は■、２となりアーク電圧３′に
移る。しかし電極は絶えず送給され続けているのでアー
ク長は次第に短くなって３′→４→５の如く変化して５
において再び短絡する。

この時の溶接現象を高速度カメラにより観察すると、ス
パッタが発生するのはアークから短絡になった瞬間と短
絡からアークになった瞬間が最も著しい。このうちアー
クから短絡になった時に発生するスパッタは第１図の直
流リアクトルのインダクタンスを適当な値にして、第２
図の１から２への電流の立上がり速度を制御することに
よって減少させることができる。このため従来から種々
の方法が考えられ、実施されてきた。例えばリアクトル
に２次制御巻線を設けて溶接条件に合せて適切なインダ
クタンスを選定する方法が考えられている。また短絡時
の電流の立上がりと、短絡からアークになった時の電流
の立下がりを制御する方法も考えられている。これらの
方法では前述のアークから短絡になった時に発生するス
パッタを減（４） 少するのに効果がある。しかし短絡からアークになった
瞬間には第２図に示すように従来法では原理的に必ず高
い電流値になるので、この高い電流によって生じるアー
ク力が強く、またアーク柱の急熱膨張の程度が多いので
スパッタが発生する。

このため溶接中に発生するスパッタを大幅に減少させる
までには至っていない。

一方比較的溶接電流値の高い領域では第３図に示すよう
にアークが強く、電極先端の溶融金属を押し上げるので
、なかなか短絡せず、したがって溶滴は大きくなり、か
つ片溶けがはげしく、大きなスパッタが数多く発生する
。このため従来、この電流域では、積極的にアーク電圧
を下げてうもれアーク法を用いて発生するスパッタを溶
融プールの中にとじ込めて外に出さないようにする方法
、あるいは電源回路のインダクタンスを非常に太きく（
６００μＨ以上）して短絡した場合の電流変動を少なく
する方法などが考えられているが、いずれもスパッタを
大幅に減少させるまでには至っていない。

（５） 〔発明の目的〕 本発明は以上のような事柄に鑑みてなされたものであり
、その目的は低電流域から大電流域に渡る広い溶接電流
域においてスパッタがほとんど発生せず、しかも安定し
たアークが得られる新規なアーク溶接法を提供すること
にある。

〔発明の概要〕

本発明は消耗電極を定速度送給して溶接を行うアーク溶
接法において、短絡状態とアーク状態を検出し、この検
出信号によって、短絡期間中に最適なパルス電流を略一
定のベース電流に重畳し、アークに移行した時には溶接
電流をベース電流値になるように制御することによって
短絡からアークのなる時に発生するスパッタを防止する
と共に、アーク期間中には電極ワイヤと被溶接部を溶融
させるための最適なアークパルス電流を略一定のベース
電流に重畳し、アークパルス重畳後は溶接電流を低い値
になるように制御することによって強制的に短絡を行わ
せ、かつ短絡時間とアーク時間を検出し、この検出時間
と設定値を比較し、その（６） 差に応じてアークパルス電流のパルス幅、ピーク値ある
いはベース電流値の少なくとも一つを変更することによ
って低電流から大電流に至る広い溶接条件範囲でスパッ
タの発生がほとんどなくしかも安定したアークが得られ
るようにしたことを特徴とする。

〔発明の実施例〕

以下本発明の一実施例を第４図〜第６図により説明する
。

第４図において３は変圧器、４は整流器、５は出力電流
を制御する限流素子、６は５の駆動回路、７は溶接部で
７ａは母材、７ｂはアーク、７Ｃは消耗電極、７ｄは給
電チップ、７ｅは消耗電極を送給する送給ローラ、８は
消耗電極送給圧モータ、９はアーク電圧検出回路、１０
は短絡とアークを１１の基準信号発生回路の信号との比
較によって判別する回路、】２は短絡パルス電流用遅延
回路、１３は短絡パルス電流信号発生回路、１４はアー
クパルス電流用遅延回路、１５はアークパルス電流信号
発生回路、１６は短絡時間を検出する回路。

（７） １７は１８の基準時間発生回路の信号と１６で得られた
信号とを比較する回路、１９はベース電流信号発生回路
である。

次に上記実施例の動作について説明すると、変圧器３で
通常２００ｖから６０〜８０Ｖに変圧され、整流器４で
直流に整流された電圧が出力されると限流素子５、給電
チップ７ｄを通して電極７ｃに通電され、電極７Ｃと母
材７ａとの間にアーク７ｄが発生する。この時電極７Ｃ
は送給モータ８によって駆動される送給ローラ７ｅによ
って定速送給される。この場合、アークから短絡に移行
すると前述の第２図に示すように数十ボルトから零ボル
ト付近に急変するので、基準信号発生回路１１で例えば
数ボルトを設定してこの値とアーク電圧検出回路９で検
出した値とを短絡、アーク判別回路１０で比較すること
により短絡したことが判別できる。短絡を判別すると判
別回路１ｏは遅延回路１２を通して短絡パルス電流信号
発生回路１３に起動をかける。この時遅延回路１２は判
別回路１０からの信号が印加された後あらかじめ（８） 設定された遅延時間後に短絡パルス電流信号発生回路１
３に信号を印加する。遅延回路１２からの信号が印加さ
れると短絡パルス電流信号発生回路１３はあらかじめ設
定された波形信号を駆動回路６に出力し、限流素子５か
ら短絡パルス電流が出力される。また駆動回路６への短
絡パルス信号回路１３からの信号は判別回路１０からの
アーク状態の信号が印加されると瞬時に停止する。この
結果、電極先端の溶融金属が溶融プールに瞬間的に触れ
るだけで移行しない約０．５ｍｓ　以下の瞬間的短絡時
に短絡パルス電流が流れてスパッタが発生するのを防ぐ
ことができるのと同時に十分短絡された後に短絡パルス
電流が流れるのでアークから短絡になった時に発生する
スパッタを防止することができる。また短絡からアーク
に移行した瞬間に溶接電流は低いベース電流値になるの
で短絡からアークに移行する際に発生するスパッタを防
止することができる。

また判別回路１０はアーク状態を判別すると、遅延回路
１４を通してアークパルス電流信号発生（９） 回路１５に起動をかける。この時遅延回路１４は判別回
路１０からの信号が印加された後あらかじめ設定された
遅延時間後にアークパルス電流信号発生回路１５に信号
を印加する。遅延回路１４からの信号が印加されるとア
ークパルス電流信号発生回路１５はあらかじめ設定され
た波形信号を駆動回路６に出力し、限流素子５からアー
クパルス電流が出力される。

以上の短絡パルス電流及びアークパルス電流はベース電
流信号発生回路１９からの信号によって出力される略一
定のベース電流に重畳される。

また短絡時間を検出回縁１６で検出し、基準信号発生回
路１８からの信号とを比較回路１７で比較し、その差に
応じてアークパルス電流信号発生回路であらかじめ設定
されたパルス電流幅を変更する。

例えば基準信号発生回路の設定短絡時間Ｔｓｓよりも検
出回路１６で検出した検出時間ＴｓＨの方が長くなる（
　Ｔ　ｓｓ　＜Ｔｓｎ　）と、パルス電流幅を設定値よ
りも長くするように制御する。この結果、ア（１０） −クパルス電流期間中により多く電極先端が溶融され、
次の短絡時間は短かくなる。以上の結果、給電チップ７
ｄと母材７ａとの距離が変動しても常に安定した短絡移
行溶接を行うことができる。

第５図はこの実施例による電流、電圧波形の一例を示す
。Ａ点はアークから短絡に移行した瞬間、Ｂ点は短絡か
らアークに移動した瞬間である。Ａ点で短絡すると判別
回路１０で検出して遅延回路１２でＴｎｓの時間遅れて
短絡パルス電流信号発生回路１３からの信号が出力され
て限流素子５によってＩｐｓなる短絡パルス電流が流れ
る。この短絡パルス電流が流れる。この短絡パルス電流
は判別回路１０からの信号が印加されるまで出力される
のでＩｐｓの幅Ｉｌｌ、、は短絡の状態によって異なる
。

第６図（ａ）は短絡時間が比較的短かくて設定値Ｉｐｓ
になる途中で判別回路１０からの信号が印加された場合
、（ｂ）図は設定値［、［ｌに到達した後に印加された
場合を示す。またＢ点で短絡からアークになった状態を
検出すると遅延回路１４でＴＤＡの時間遅れてアークパ
ルス電流信号発生回路（１１） １５から信号が出力されて限流素子５によってＩＰＡな
るアークパルス電流が流れる。以上の結果、短絡からア
ークになった瞬間からしばらくの間アークを維持するた
めの低いベース電流を流すことになるので短絡からアー
クに移行する際のスパッタの発生を防＋ｈすることがで
きる。一方アーク期間は電極先端に一定の溶融金属を生
成させると同時に母材を溶融させるためにアークパルス
電流Ｉｐムを設定時間流し、その後低いベース電流■８
を流す。電極の溶融量はほぼアーク期間中の平均電流値
に比例するので （ＩＰＡ　Ｘ’ｌ”ＦＡ＋ＩＥ　Ｘ　（’］”、Ｉ）Ａ
　ｆＴＡ８１しくＴｐｈ　＋’Ｉ’ＤＡ　＋’ｌ”Ａａ
　ｌを電極の送給呈に見合うように制御する。この時ア
ークパルスＩＰＡが流れている間は電極先端に溶融金属
を一定量生成すると共に母材に溶融プールを生成するが
、アーク力によって電極先端の溶融金属は押し上げられ
て容易に短絡しない。次に低いベース電流■８になると
電極はほどんど溶融されないがアーク力が非常に弱まる
ので溶融金属は母材側に下がり０点で短絡する。このよ
うに短絡（１２） を強制的に行わせるので、従来法では不可能であった中
、高電流域でのスパッタの発生しない短絡移行溶接を行
うことができる。

〔発明の効果〕

以上のように本発明法によれば、短絡とアークを検出し
、この信号によって短絡時とアーク時にそれぞれ最適な
パルス電流を略一定のベース電流に重畳することにより
強制的に短絡を行わせることができるので低電流から大
電流までの広い溶接電流範囲で、スパッタがほとんど発
生せずしかも安定したアークを得ることができる。した
がって溶滴の移行が規則的に行われて良好なビードが得
られるとともにスパッタが発生しないので溶接後の後処
理を必要とせず、また高速溶接が可能になるので作業効
率が著しく向上する。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来のアーク溶接電源の回路図、第２図、第３
図は従来のアーク溶接電源による動作及び現象の説明図
、第４図は本発明法による一実施例の回路図、第５図は
実施例による波形図、第６（１３） 図は実施例による他の波形図である。 ５・・・限流素子、６・・・駆動回路、９・・アーク電
圧検出回路、１０・・・判別回路、１２．１４・・遅延
回路、１３・・・短絡パルス電流信号発生回路、１５・
・・アークパルス電流信号発生回路、１６・・・短絡時
間検出回路、１７・・・比較回路、１９・・・ベース電
流信号発生回路。 代理人　弁理士　高橋明夫 （１４） ｆＪ４図 第　５　図 一計− ｌ　− −− ″ｆＪｚ図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、消耗電極を定速度送給して溶接を行うアーク溶接法
   において、短絡状態とアーク状態を検出し、この検出信
   号によって、短絡期間中の短絡パルス電流とアーク期間
   中のアークパルス電流とを略一定のベース電流に重畳し
   、かつ短絡時間とアーク時間を検出し、この検出信号と
   設定値を比較し、その差に応じてアーク期間中の電流値
   を制御することにより、短絡回数をほぼ一定にするよう
   にしたことを特徴とするアーク溶接法。 ２、アーク期間中の電流値を、アークパルス電流のピー
   ク値を変更することによって制御することを特徴とする
   特許請求範囲第１項記載のアーク溶接法。 ３、アーク期間中の電流値を、アークパルス電流のパル
   ス幅を変更することによって制御することを特徴とする
   特許請求範囲第１項記載のア（１） −ク溶接法。 ４、アーク期間中の電流値をアーク期間中のベース電流
   値を変更することによって制御することを特徴とする特
   許請求の範囲第１項記載のアーク溶接法。 ５、検出した短絡時間とアーク時間のうち、設定値と比
   較する検出信号が短絡時間であることを特徴とする特許
   請求範囲第１項記載のアーク溶接法。 ６、検出した短絡時間とアーク時間のうち、設定値と比
   較する検出信号がアーク時間であることを特徴とする特
   許請求範囲第１項記載のアーク溶接法。 ７、検出した短絡時間とアーク時間のうち、設定値と比
   較する検出信号が短絡時間とアーク時間の比（短絡時間
   ／アーク時間）であることを特徴とする特許請求範囲第
   １項記載のアーク溶接法。