JPS60223660A - ア−ク溶接法 - Google Patents

ア−ク溶接法

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JPS60223660A
JPS60223660A JP7852884A JP7852884A JPS60223660A JP S60223660 A JPS60223660 A JP S60223660A JP 7852884 A JP7852884 A JP 7852884A JP 7852884 A JP7852884 A JP 7852884A JP S60223660 A JPS60223660 A JP S60223660A
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JP
Japan
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arc
circuit
current
short circuit
signal
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Pending
Application number
JP7852884A
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English (en)
Inventor
Kiju Endo
喜重 遠藤
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Via Mechanics Ltd
Original Assignee
Hitachi Seiko Ltd
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Publication date
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Publication of JPS60223660A publication Critical patent/JPS60223660A/ja
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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
    • B23K9/06Arrangements or circuits for starting the arc, e.g. by generating ignition voltage, or for stabilising the arc
    • B23K9/073Stabilising the arc
    • B23K9/0731Stabilising of the arc tension
    • 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
    • B23K9/091Arrangements or circuits for arc welding with pulsed current or voltage characterised by the circuits

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Plasma & Fusion (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Arc Welding Control (AREA)

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〕 本発明は消耗電極を定速度供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、L、、L、、L。
はアーク長がそれぞれり、、L、、LQの場合のアーク
特性でLo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Lオとなりアーク電圧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短察すると、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ま
る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へ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。
〔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状電流を略
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近い
低い値になるように制御することによって短絡からアー
クに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物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、かつアー
ク電圧を検出し、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
によって判定する回路、12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はアーク電圧の平均値を°得る回路、17
は18の基準電圧発生回路の信号と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。アーク電圧検出回路9はこの時のア
ーク電圧を検出する。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。短絡を判定すると判別
回路10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設定され
た遅延時間後に短絡パルス電流信号発生回路13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 、5 m s 以下の瞬間短絡時に短
絡パルス電流が流れ、その結果スパッタが発生するのを
防ぐことができる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。これは判別回路1
0の前段にフィルタ回路を設け、0 、5 m s 以
下の短絡をカットし、短絡パルス電流の立上り速度を遅
くしても同様の効果がある。
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。
またアーク期間中の電圧を平均値化回路16で平均化及
び信号処理を行い、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
TPgを変更する。
以上の結果、給電チップ7d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行した瞬間である。A点で短
絡すると判別回路10で検出し遅延回路12でromの
時間遅れて短絡パルス電流信号発生回路13から信号が
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Ipgの幅TPI
+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工 になる途中で判別回路1
0か8 らの信号が印加された場合、(b)図は設定値IPs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TD
Aの時間遅れてアークパルス電流信号発生回路15から
信号が出力されて限流素子5によって1.A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時点でのスパッタ
の発生を防止することができる。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IPAを設定時間流し、
その後低いベース電I。を流す。電極の溶融量はほぼア
ーク期間の平均電流値に比例するので(■PAxTPA
+I X (T、A+TA、) ”) / (TPA+
T、A+TA、)を電極の送給量に見合うように制御す
る。この時アークパルス電流I、□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
ールを生成されるが、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工8になると電極はほとんど溶融さ
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
も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っ
て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
発生せずしが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打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、1
5・・・アークパルス電流信号発生回路、16・・・ア
ーク電圧平均値化回路、17・・・比較回路、19・・
・ベース電流第 2 ■ 第 3 図 第 4 口 第5■

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 ■、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
    、かつアーク電圧を検出し、この検出信号と設定値とを
    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、アーク電圧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
    特許請求の範囲第1項記載あアーク溶接法。 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
    特許請求の範囲第1項記載のアーク溶接法。 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、検出したアーク電圧がアーク期間中の平均値である
    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。 6、検出したアーク電圧がアークパルス電流期間の平均
    値であ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。 7、検出したアーク電圧がアーク期間中のベース電流期
    間の平均値であ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。
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH02290674A (ja) * 1989-04-29 1990-11-30 Daihen Corp ミグ及びマグパルスアーク溶接方法
JP2004322148A (ja) * 2003-04-24 2004-11-18 Matsushita Electric Ind Co Ltd アーク溶接制御方法及びアーク溶接機

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