JPS6064763A - 短絡移行を伴なう溶接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〕 本発明はスイッチング素子の導通比を変化させて、出力
を調整する溶接電源の制御方法に関し。

特に消耗電極ワイヤを用い短絡を伴なう溶接をおこなう
溶接電源の短絡時の出力制御方法に係るものである。

第１図はこの種の電源の構成例を示すもので。

第１図はチョッパ型、第２図はインバータ型を示してい
る。いずれの場合も、スイッチング素子ＳＷを入切し、
この入切の比を変化させることで出力の調整を行なう。

第１図につき説明すれば。

ＳＷが閉じると、負荷ＱにはインダクタンスＬを通して
電源部より電流が供給され、ＳＷが開くと還流ダイオー
ドＤによりインダクタンスＬｉこたくわえられたエネル
ギーが放出される。

第２図においても同様（乙整流ダイオードＤ１゜Ｄ２に
は、インダクタンスＬにだくわえられたエネルギーが還
流する。

一方、たとえばガスシールドアーク溶接の一方式として
、消耗電極ワイヤと母材との間で、短絡とアーク再生と
をくり返すいわゆる短絡をともなう溶接方法では、短絡
からアークに移行する際に多甜に発生するスパッタが作
業能車を低下させていた。このためスパッタを減少させ
る各種の方法が提案されているが、これらの中で最も有
効な方法は、短絡からアークへの移行時の消耗電極ワイ
ヤの電流を極力小さなものとすることである。

しかし、一方、短絡期間中には、アーク発生中に比べて
大きな電流を供給してやらなければアークへの移行がで
きず、上記の短絡開始時の電流を小さな値とすることは
できなかった。

これらの相反する２つの条件、す々わち。

Ｏ短絡期間中には大きな電流を消耗電極ワイヤに供給す
る。

Ｏ短絡からアークへの移行時は極力小さな電流とする。

を実現するため、短絡開始の前兆を検出し、この前兆が
ある才では大電流に、前兆検出後は急速に出力を低下さ
せる方法が利用されている。

この短絡の前兆は、第３図に示す如く、短絡時消耗電極
ワイヤと溶融プールとの接続状態が溶滴発生、ａ→短絡
、ｂ→くびれ発生、Ｃと変化することで母材と消耗電極
ワイヤとの間の抵抗値の変化からアーク再生の前兆を検
出している。

そして従来の抵抗値の検出は、消耗電極ワイヤに流れる
電流ｉと、溶接電源の出力重圧■とから算出している。

しかしながら、電圧検出を溶接電源出力部で行なうと、
電源より溶接部捷での外部インダクタンスの影響で正し
く測定できないという問題があった。これに対して溶接
トーチに印加される電圧を検出する方法はアークの近傍
まで電圧検出用のリード線を配線し々ければならないと
いう欠点がある。

〔発明の目的〕

本発明はスイッチング素子によって出力を制御する溶接
電源において、短絡時の負荷電流のみを用いて、消耗電
極の抵抗の変化を検出可能ならしめ、これをもってアー
ク再生の前兆を検出して溶接電流を制御することにより
、アーク発生場所まで検出用リード線を引くことを不要
とし、溶接現場にて極めて良好々作業状態を得ることの
できる溶接電源の制御方法を提供することを目的とする
ものである。

〔発明の原理］ スイッチング素子の導通比を変化させて出力を制御する
この種の電源においては、短絡期間中の、１ 負荷電圧がアーク発生中のそれに比へπ程度に低く、こ
のためスイッチング素子の非導通時間は導通時間に比べ
十分に長くなっており、従って導通期間の電流の立上り
は負荷のインダクタンスにより決定されていること、及
びスイッチング素子の非導通期間の電流は還流回路を経
て、負荷インダクタンスと負荷抵抗により自由減衰をし
ていることに着目してこの発明はなされたものである。

スイッチング素子が導通となる期間の負荷ＱのｄｉｒＩ
ｓａｔ−ｉｒ ＩｓａＥ））　ｉｒ　であるから ＝−−−一−（１） ｉｒ とな”　ｄｔは先述の如く１回路中のインダクタンスＬ
の大きさで決定される。

一方、スイッチング素子が非導通と々る期間の（ｌｉｆ 負荷Ｑの電流ｉｆの変化］Ｔは ｄｉｆ　ｉｆ ｄ［ となり負荷Ｑ抵抗Ｒと負荷インダクタンスＬおよびその
瞬時電流百とにより決定される。

負荷インダクタンスは溶接ケーブルの配線方法で大幅に
変化するものであるが、短絡期間中の短い時間ではその
変化は無視できる。

〔実施例〕

以下にこの発明の一実施例を図面とともに説明する。

第４図において、１は電圧Ｅを出力する直流電源、２は
チョッパ用のスイッチング素子であり。

後述のベーストライブ回路１３の出力ノクルスにより、
適宜間隔でオン・オフして、公知のグーヨ・ノ・ζ装置
と同様にして所定の電圧を端子３−３間１こ出力する。

４は還流ダイオード、５は負荷電流を検出する分流器、
６は負荷インダクタンス、７は負荷抵抗であり、との実
施例では溶接トーチ７ａで導びかれる溶接ワイヤ７ｂと
母材７Ｃで構成される。

溶接ワイヤ７ｂは図示しないモータで速度制闘されなが
ら、母材に向って送給されておシ、該溶接ワイヤ７ｂと
母材７Ｃとの間で短絡とアークの発生をくシ返す。この
ような短絡移行溶接方法は公知であり、その詳細な説明
は省略する。８は分流器５の出力信号を増幅する電流検
出回路、９は溶接ワイヤ７ｂに流れる電流を所定の値に
設定する電流設定回路、１０は電流検出回路８で検出さ
れた溶接ワイヤの電流と電流設定回路９で設定した電流
との誤差を演算増幅する誤差増幅器である。

１１はスイッチング素子２のスイッチング同期を定める
三角波を発生する三角波発生器、１２は前記誤差増幅器
１０の出力信号と三角波との比較を行ない、スイッチン
グ素子２の導通比に対応する幅のパフレスを出力するコ
ンパレータ、１３は」二連のコンパレータ１２の出力パ
ルス幅を増幅して、スイッチング素子２を駆動するパル
スを生じるベースドライブ回路である。以上の構成は通
常のスイッチング素子を利用した電源にて使用される公
知のチョッパ装置であり、その詳細々動作の説明を省略
する。

１４は溶接ワイヤ７ｂと母材７Ｃとが短絡状態にある短
絡期間であるか、両者７ｂ、７ｃ間でアークが発生して
いるアーク期間であるかを判別する短絡検出回路であり
、溶接ワイヤ７ｂと母材７Ｃ間の電圧が約１２Ｖ以下で
あれば短絡、それ以上であればアーク発生と判断する。

１５！／ｉ電流検出回路８の出力信号の時間に関する変
化量をめる微分回路であり、スイッチング素子の非導通
時に溶接ワイヤ７ｂに流れる電流１ｆの時間微分値提を
演算する。

微分回路１５の出力電圧はサンプルホールド回路１６に
印加され、上記微分回路１５よりの出力電圧のうちタイ
マ１４の計時前すなわち電流制御ｄｉｆ　ｄｉ。

モード時の−（以下コ「）を保持する。

Ｌ ２１は短絡検出器１４からの信号を受け計時を始めるタ
イマーで短絡電流が一定値ＥＯに到達する時間を設定す
る。

２２はモード切換スイッチでタイマ２１の信号を受けて
、チョッパ装置を後述のように定電流側ｉｆ 御モードから１７制御モードに切換える。

即ち、アーク中は負荷電圧は２０Ｖ前後であるが、溶接
ワイヤ７ｂと母材７Ｃ間の短絡となると負荷電圧は約５
Ｖ程度に低下する。この重圧を負荷電圧検出器２４で検
出し、その信号を受けて１２■程度のスレッシュホール
ドレベルを持つ短絡検出器１４により短絡の発生を検出
する。この短絡検出信号を受け、タイマ２１は計時を開
始する。

このタイマ２１は設定時間直前には信号Ｙによりモード
切換スイッチ２２は電流制御モードすなわち電流検出器
８及び電流設定器９の信号を誤差増幅器１０に伝えて、
溶接ワイヤの電流を一定値に制菌する。又設定時間後は
サンプルホールド回路１６と微分器１５の信号をモード
切換スイッチ２２により誤差増幅器１０の入力するよう
構成する。

一方、微分器１５はコンパレータ１２よりスイッチング
素子２　ＯＦＦ期間を表わす信号を受け。

この期間の電流変化量をめる〜 タイマ２１が設定時間に達すると、その信号を受けて、
サンプルホールド回路１６はその出力ｄｉ。

ゴＶを保持する。

又、同時にタイマ２１の信号を受け、モード切換スイッ
チ２２はヘリ制御モードに切換える、即ｉｆ ち、微分回路１５より１丁を、サンプルホールドｄｉｏ
　ｄｉｆ れによって、スイッチング素子２は可７と７７の偏差に
応じた導通比に制御される。

このモードに切シ換えられたときは、溶接ワイヤ７ｂの
くびれが進行して負荷抵抗が増してゆくｄｉｆ と１丁は大きくなる。これによシ、スイッチング紫芋２
の導通比を減少させ、チョッパの出力ヲ低ｄｉｆ　ｄｉ
。

下させ、］丁を１７に保つよう動作する。くびれ途中で
溶融プールの振動等によシ、くびれの進行が停止すると
、その状態に応じた電流を溶接ワイヤ７ｂに流し、更１
乙くびれが後退し抵抗が減少ｄｉｆ　ｄｉ。

すると”　ｄｔが１７となるようスイッチング素子２の
導通比を増す。

第５図はこの発明の他の実施例を示す。本例は先述の例
に比べ、比較的スイッチング周波数の低い場合に有効で
ある。

第５図において第４図と同じ部分には同じ符号を付した
第５図において、２６はスイッチング素ｉｆ 子２のＯＦＦ期間の初めの一部の１丁を（以下。

ｄｉｓ ］ｒとする）記憶するためのサンプルホールド回路であ
る。第４図の実施例と同様に、タイマー１４が計時を終
了すると、モード切換スイッチ２２け誤差増幅器１０へ
の出力を電流設定９及び電流検出器８の信号にかえて、
サンプルホールド回路２６ｄｉｓ　ｄｉｆ よシの１丁と微分器１５よりの１丁を伝える。

ｄｉｆ １丁は負荷のインダクタンス６と抵抗７が変化しない場
合単調減少するが、負荷抵抗が増加してｄｉｆ ゆくとゴＶも増加する。

ｄｉｓ　ｄｉｆ 従って、］口がｄｒよシ大きいときは導通比をｄｉｓ　
ｄｉｆ 増し”　ｄｔがｄｔより小さな時は導通比を減少させる
。更に周波数が低い場合には、第５図に示すｄｉｓ　ｄ
ｉｆ コンパレータ２５を設け、１丁より丁が大きな場合には
次の導通を禁止する。アークが発生すれば、短絡検知器
１４の信号によりこの禁止は＃がれ通常のアーク時の運
転モードとなる。

この例はスイッチング周波数の低い場合に有効で、スイ
ッチング素子２のＯＦＦ時の電流ｉｓのじ導通比を７Ｊ
ｓさくするか、又は導通を禁止するようにしてもよい。

〔発明の効果〕

以上詳述したように、この発明は、スイッチング素子の
制御によシミ源出力を制御する溶接電源において、溶接
電流の微分値から溶接ワイヤのくびれを表わす抵抗値の
変化を検出し、これによって溶接ワイヤに印加する電源
出力を制御するようにしたものであり、電源装置内部で
上記抵抗の変化を検出できるので、溶接端まで検出線を
延長する必要は々〈、全体の構成を簡単にできる。

【図面の簡単な説明】

第１図と第２図はスイッチング素子を制御する溶接電源
の回路例を示す回路図、第３図１−ｉ短絡移行溶接の開
化状態を示す図、第４図はこの発明の一実施例に用いら
れる制御回路を示す回路図、第５図はこの発明の他の実
症例に用いられる制御回路の回路図である。 １　・・・直流電源、２・・・スイッチング素子、７　
・°負荷、　７ｂ　−溶接ワイヤ、７ｃ　・・母材、８
　・・・電流検出器、１５　・・微分回路。 ２６・・・　サンプルホールド回路、１８　・・　演算
回路。 特許出願人　株式会社　神戸製鋼所　外１名代理人弁理
士青山　葆外２名

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. （１）スイッチング素子の導通化を変化して出力を制御
   する電源装置を用い、かつ溶接ワイヤと母材間で短絡と
   アーク発生とをくり返す短絡移行溶接において、溶接ワ
   イヤと母材間の短絡期間におけるスイッチング素子の非
   導通時の電源装置中の還流回路を経て負荷に流れる電流
   値ｉｆを検出し。 徴とする短絡移行を伴う溶接電源の出力制御方法。
2. （２）溶接ワイヤと母材間の短絡後、電源装置を定電流
   制御モードで運転し、溶接ワイヤの電流が略ｉｆ 一定値■０に達した後に上記ｄｃにより電源装置の出力
   を制御するものである特許請求の範囲第１項記載の制御
   方法。
3. （３）電源装置が定電流制御モードであるときのスイッ
   チング素子の非導通時の電流ｉｏの時間的変通比を制御
   するものである特許請求の範囲第２項に記載の制御方法
   。
4. （４）スイッチング素子が非導通になった時点Ｔのｉｓ 電流ｉＳの時間的変化量１「を記憶し、この記憶値と、
   上記時点Ｔ以後の電流ｉ［の時間的変化量ｉｆ １丁との偏差によシスイツチング素子の導通比を制御す
   るものである特許請求の範囲第２項に記載の制御方法。