JPS60223661A - ア−ク溶接法 - Google Patents

ア−ク溶接法

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JPS60223661A
JPS60223661A JP7852984A JP7852984A JPS60223661A JP S60223661 A JPS60223661 A JP S60223661A JP 7852984 A JP7852984 A JP 7852984A JP 7852984 A JP7852984 A JP 7852984A JP S60223661 A JPS60223661 A JP S60223661A
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JP
Japan
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arc
short circuit
circuit
current
time
Prior art date
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Pending
Application number
JP7852984A
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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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Filing date
Publication date
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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
    • B23K9/091Arrangements or circuits for arc welding with pulsed current or voltage characterised by the circuits
    • 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
    • B23K9/12Automatic 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】 〔発明の利用分野〕 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、特ら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
工と、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、、L2はアーク長がそれぞれり
、、L、、L2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L2となリアー゛り電圧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つた瞬間と短
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
時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((
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2 〔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、最適なパルス電流を前記パルス電流よ
りも十分小なる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母材を
溶融させるための最適な第1のアークパルス電流と、ア
ークを安定させるために前記第1のアークパルス電流よ
りも小なる第2のアークパルス電流とを前記第1のパル
ス電流よりも十分小なるベース電流に重畳することによ
って強#的に短絡を行わせ、かつ短絡時間とアーク時間
を検出し、この検出信号と設定値を比較し、その差に応
じて電極ワイヤの送給量を制御することによってアーク
電圧をほぼ一定に保ち、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特 〔発明の実施例〕 以下本発明の一実施例を第4図〜第7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、1o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、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は第1のアークパルス電流用遅延回路、15は第1
の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、17は18の基準信号発生回路の信号と1
6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、2oは電極ワイヤ送給制御装置、21は
第2のアークパルス電流用遅延回路である。
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200■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方されると限流素子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、アークがら短絡に移行す
ると前述の第2図に示すように数十ボルトがら零ボルト
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
した値とを判別回路1o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1oが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から短絡パルカミ流が出力される。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移行し
た時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でアーク状態を判別すると、第1のア
ークパルス用遅延回路14を通してアークパルス電流信
号発生回路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1
5に信号を印加するン第2のアークパルス電流も同様に
遅延口wt21で設定された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及び
21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0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
る前記パルス電流よりも十分小なるベース電流に重畳さ
れる。
また短絡時間を検出回路工6で検出し、基準信号発生回
路18からの信号と比較回路17で比較し、その差に応
じて電極ワイヤ送給制御回路20であらかじめ設定され
たワイヤ送給量を変更する。
例えば、基準信号発生回路18の設定時間T ssより
も検出回路16で検出した時間T、の方が長くなる(T
、、<T、)と、ワイヤ送給量を設定値よりも多くなる
ように制御する。この結果、アーク電圧は低くなり設定
値と等しくなる。以上の結果、給電チップ7dと母材7
a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6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で検出して遅延回路12でT
o、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TPs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IP、の幅
TPs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IPjlになる途中で判
別回路10から信号が印加された場合、(b)図は設定
値TP5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IOA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
IPAなる第1の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のア
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
防止することができる。一方アーク期間中には電極先端
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
るために第1のアークパルス電流I PAを設定時間流
し、その後筒1のアークパルス電流よりも小なる第2の
減衰パルス電流を流す。この時第1のアークパルスIP
A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。次に第一のアークパルス電流よりも小なる第2の
減衰パルス電流をベース電流に・重畳して流すことによ
り、アーク力が徐々に弱まるので溶融金属は母材側に下
がると共に第2のアークパルスによってアークに硬直性
が現われるのでアークが不規則に響き回わることなく安
定する。第2のアークパルスを重畳しない場合すなわち
第1のアークパルス重畳後ベース電流のみを流した場合
には第7図(a)のようにベース電流期間中のアーク電
圧は非常に不安定になり、最悪の場合にはアーク切れを
起こす、しかし第2の減衰アークパルスを重畳すると第
7図(b)のようにアーク電圧は非常に安定し、徐々に
電圧が下がり0点で短絡している。
このように強制的に短絡を行わせるので、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
て、この信号によって短絡時とアーク時にそれぞれ最適
なパルス電流をパルス電流より十分小なるベース電流に
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条件範囲で、
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
ないので溶接後の熱処理を必要とせず、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、第5図は実施例に
よる波形図、第6図及び第7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、12,14,21
・・・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・
・・短絡時間門出回路、17・・・比較回路、19・・
・ベース電流信号発生回路。 第 4 日 ム 第 5 目 第 6 ロ 第 7 (α) (し)

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
    間中の第1のアークパルス電流と第1のアークパルス電
    流よりも小なる第2のアークパルス電流とを第1のアー
    クパルス電流よりも十分小なる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、その差に応じて電極ワイヤの送給量を制御
    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、第2のアークパルス電流が減衰パルス波形であるこ
    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。 3、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
    請求の範囲第1項及び第2項記載のアーク溶接法。 4、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
    許請求の範囲第1項及び第2項記載のアーク溶接法。 5、検出した短絡時間とアーク時のうち、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の範囲第
    1項及び第2項記載のアーク溶接法。
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