JPS6178568A - 短絡移行アーク溶接装置 - 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】 産業上の利用分野 本発明は、短絡移行アーク溶接の改良に係り、特に溶接
条件に応してアークの再点弧時の出力電圧を自動的に設
定して、アークの再点弧を容易にして安定したアーク溶
接を連続して行うようにした溶接方法及びその装置に関
する。

従来の技術 短絡移行アーク溶接方法は、消耗電極を定速度で送給し
ながら、消耗電極の母材への短絡と、引き離しを交互に
行ってアークを発生させて溶接を行うものである。

これを行うにあたっての問題点は、スバ７夕の発生を抑
止すること（短絡の発生時とアークの発生時において特
に著しい）、及びアーク発生時の再点弧を容易にし、か
つ溶接中アークを常に安定して発生させることが強く望
まれる。

そこで、従来はこのような要請に応えるために直流リア
クトルの遅延特性を利用して短絡電流を制御しているが
、このような方法では、ｉ９接条件が変わる度に必要な
時定数ををするリアクトルを選定することが難点であろ
うλに、を流の変化時に要求される時定数も非常に大き
いものになるという欠点があり、このため必要なインダ
クタンスは数１００ＩＪＨにも達し、設計、製作が困難
となって製造コストも高価になるという問題があった。

そして、このような場合には、短絡時の電流は数１００
Ａと大きな値となるために大きいインダクタンスを要し
、非常に大形のりアクドルが必要となる。このため、従
来では鉄心を用いて大きいインダクタンスを得ているが
、かかる場合には鉄心の飽和の問題を新たに引き起こす
などの欠点があった。

また、このような直流リアクトルは、従来より再点弧時
にも重要な役割があり、このため溶接条件に応してその
値を変化させて使用しており、一般には、溶接電流が小
さく短絡時間が小さくなる場合には、小さいインダクタ
ンスの値にして再点弧時の電圧増大分Δ■を小さくし、
溶接電流が大きく短絡時間が大きくなる場合には、大き
いインダクタンスの値にして再点弧時の電圧増大分ΔＶ
を大きくするなどしている。

そして、これらの操作は、通常はｉ８接条件に応してタ
ップなどを切り換えることによりインダクタンスの値を
切り喚えて再点弧を容易にする工夫がなされており、こ
のような条件設定は溶接の自動化作業を面倒にしている
現状にある。

そこで、近年に至っては直流リアクトルの有する蒸上の
問題点を解決すべく、出力フィードパ。

り回路中に位相遅れ要素を挿入して、負荷の変化に対し
て出力変化に位相遅れをもたせて実質上、直流リアクト
ルの効果を発生させることにより、直流リアクトルを設
けることなしに溶接を行うようにしたものが種々提案さ
れている。

例えば、特開昭５８−１１２６５９号に提案されたもの
は、その改良されたものである。

このものは、直流電源の出ノ３　ｆＩＩＩ　？Ｈにスイ
ッチング素子によるスイッチング制御方式を使用し、か
つ出力制御回路を負荷の震動に対して位相遅れをもたせ
る回路を備え、この位相遅れ量を出力の増加時と減少時
とでそれぞれ独立してｊｌｉｌ整可能な回路構成とした
ことを特徴とするもので、従来のように大形の直流リア
クトルを用いることなく、常に溶接に最適な出力上昇速
度と下降速度とを容易に得ることができる利点があり、
？８接の安定性が飛躍的に向上し、かつと−ド形状の制
御が可能に（テえるというものである。

発明が解決しようとする問題点 本発明は、短絡移行アーク溶接方法を改良したもので、
従来のように大きな直流リアクトルを使用することなく
して、アークの再点弧が容易に行えて、アークを安定に
維持できる信頼性の高い短絡移行アーク溶接方法を提供
することを解決すべき問題点としたものであり、特にア
ークの再点弧時に負荷に供給する出力電圧をその初期時
においで規定される分だけ一時的に増大させることを要
旨とするものである。

問題点を解決するための手段 本発明方法は、蒸上の問題点を解決するために、負荷に
供給される出力電圧を、アーク発生区間時の初期におい
て、 ΔＶ−ｋｄＬ（但し、Ｔ、　〜Ｔ、シよ短絡時間、ｔｏ
　　　　　ｋは定数） で規定される分だけ一時的に増大させて、アークの再点
弧を容易にさせたことを要旨としており、また同時に提
出される本発明装置は、スイッチング制御回路を駆動し
て負荷に供給される出力電圧２電流を閉ループ制御する
ようにした電圧ａｌＩ制御回路とｔ流制御回路とを組合
わせて構成されて、ｂす、上記電圧：ｌ＋ｌＩ御回路は
、アーク発生時の負ｒｑ電圧を検出する電圧検出器から
の７一ク検出信号を受けて駆動され、該電圧検出器から
の出力信号を受けて上記スイッチングＩＩ　＋８回路に
予め設定された２＋制御値に応じたドライブ信号を出力
するとともに、短絡区間時の終期時には上記スイッチン
グ制御回路より出力される出力電圧に所定レベルの電圧
をで規定される分だけ一時的に重畳させて、アーク発生
区間時の初期において負荷に供給する出力電圧を一時的
に増大させるように構成されており、かつ上記電流制御
回路は、上記電圧検出器からの短絡検出信号を受けて駆
動され、負荷電流を検出する電流検出器からの出力信号
を受けて上記スイチング制御回路に予め設定された制御
値に応じたドライブ信号を出力するように構成されてい
る。

発明の作用および効果 本発明方法によれば、アーク発生区間時の初期時におい
ては、負荷には大きなレベルの出力電圧が瞬時に供給さ
れるために、以後のアークの再点弧が権めて容易に行わ
れ、溶接作業中常にアークを安定に発生できる。

また、本発明方法によれば、このアーク発生区間時の初
期時に出力電圧にＩｌｉ量されることになる電圧Δ■は
、短絡時間に比例しているので、短絡時間の長い入電′
ｄＬ溶接時には大きな値となり、かつ短絡時間の短い小
電流溶接時には小さい値となって溶接条件に応してアー
クの再点弧時の出力電圧が自動的に設定され、広範囲な
溶接条件に自動的に対応できる利点がある。

発明の実施例 以下に、添付図を参照しつつ本発明方法をその装置の構
成とともに詳細に説明する。

第１図に、本発明装置の構成をプロ７り線図をもって示
す６ 本発明装置は、図に見るように、スイッチング制御回路
１０を駆動して負荷に供給される出力電圧、電流を閉ル
ープ制御するようにした電圧Ｍｌ　ｉ′＃回路と、電流
制御回路とを組合わせて構成されており、アーク発生時
には電圧制御が行われ、かつ短絡時には電流制御が行わ
れるようになっている。

図において、１は不図示の制御系によって所定速度で送
給される消耗電極（溶接ワイヤ）、２は被溶接部材であ
る母材、３はアーク発生時に生しる溶接アークを示し、
４は電流検出器、５は電圧検出器、６は電圧制御子−ト
時に駆動される電圧制御回路、７はｔ流制御モード時に
駆動される電流制御回路、８は平滑回路、９は整流回路
、１０は負荷に対して必要な電圧、を流を供給するため
に設けたスイッチング制御回路、１１は電圧検出器５が
アークの発生を検知した時に制御モードを電圧制御から
電流制御Ｂに切り喚えるスイッチング手段である。

ここに、電圧制御回路６は、アークが再点弧される直前
に、負荷に大きいレベルの電圧を出力させるための重畳
電圧設定回路６３を設けており、短絡区間時の終期時に
至ると電圧検出器より作動信号を受けて、第２図（ｃ）
に示したような出力電圧Ｖを負荷に供給する。

この重畳電圧設定回路６３は、第２図（ｂ）に示すよう
に、短絡区間時の初期時Ｔｏにおいては定電流充電を開
始し、短絡区間時の終期時Ｔｌにおいて充電した７ｆｔ
荷の放電を開始するもので、この時の放！電圧Ｖｃを負
荷に供給される出力電圧Ｖａに重畳すれば第２図（ｃ）
に示したようなアーク発生時の初期において一時的に増
大した出力電圧Ｖを得ることができる。

また、電流制御回路７は、電圧検出器５が短絡を検知し
た時に駆動され、負荷の短絡区間（Ｔ。

〜Ｔｌ）時には第３図に示したような出力電流Ｉよを供
給する。

つまり、短絡区間（Ｔｏ〜Ｔｌ）時に負荷に供給される
電流１．は第３図に示したように、Ｉａ’−ｌｓ＋ｌＬ
　　（ここに、１ａは短絡面ｌ；１に負荷に供給される
アーク電流値、１ｓは立上がり分、ＩＬは時間経過に連
れて略直線状に増大する変化分を示す）となる。

第４図は、第１図のブロック線図を更に詳細にした構成
図であり、スイッチング制御回路１０はパワートランジ
スタなどによって具体化された出力調整素子＋０１をド
ライバ１０２で駆動する構成となし、このドライバ１０
２はパルス幅制御図！＋０３によってドライブパルスの
パルス幅が調節可能になっている。

また、スイッチング手段１１としては、パルス幅制御回
路＋０３の後段に設けたスイッチング回路＋１が採用さ
れており、このスイッチング回路１１は、上記した電圧
検出器５からアーク検出信号を受けるとｆＩＩＩ？２１
モードを電圧−制御に選択し、更に短絡検出信号を受け
ると制？ａモードを電流制御に切り換える。

このスイッチノブ回路Ｉｔの後段には、電圧制御回路６
と、電流制御回路７とが接続されており、電圧制御回路
６は、実施例では誤差増幅器６１、電圧設定器６２．ｆ
ｆ！畳電圧電圧設定器６３んで構成されており、誤差増
幅器６１では、電圧検出器５からの出力信号と、電圧設
定器６２と重畳電圧設定２Ｓ６３の加算された信号が比
較されており、両者の誤差出ノコがスイッチング回路Ｉ
Ｉを介してパルス幅制御回路１０３に送られている。

ここに、電圧設定器６２は、アーク発生区間（Ｔ１〜Ｔ
ｏ）時、つまり電圧制御上−ト時に負荷に供給される出
力電圧の制御値を規定するもので、重畳電圧設定回路６
３は、アーク発生区間（Ｔｌ〜゛「０）時の初期に重畳
されることになる電圧ΔＶ【斜線をちって示す）を出力
するように構成され°ζいノ、。

以上に説明した実施例では、アーク発生区間時に負荷に
供給される出力電圧Ｖの波形が、で、峻に立上がった立
上がり部分とこれに後続する穏やかな減衰部分を存した
もの（指敗関敗的に変化するもの）を示したが、直線的
な変化を示すものであってもよい。

？！！、５図には、重畳電圧設定器６３の詳細構成が示
されている０図において、Ｒ１−Ｒ５は抵抗素子、Ｔｒ
ｌ〜Ｔｒ４はスイッチングトランジスタ、ＯＰは演算増
幅器、Ｃはコンデンサ、ｚＤはツェナダイオードである
。

この図を参照して、重畳電圧設定回路６３の動作を説明
すると、今、ｔｉ畳電圧設定２！６３にＨレベルの作動
信号が人力される（短絡区間時の初期に入力される）と
、Ｔｒ３がＯＮとなり、ＴｒｌがＯＮとなってコンデン
サＣが充電を開始する。

この結果、ツェナダイオードｚＤ、１丘抗素子Ｒ１によ
って構成された定電流回路はコンデンサＣを定電流によ
り充電し、コンデンサＣは短絡時間Ｉζ比例した充電電
圧Δ■を得るので、／ｊｉ算増幅２ｉｔＯＰは第２ｒ；
２Ｉ（ｂ）に示した電圧Ｖｃを出力する。

一方、重畳電圧設定器６３にＬレヘルの作動信号が人力
されると、Ｔｒ４がＯＦＦされ、Ｔｒ２がＯＮとなり、
コンデンサＣに充電された電荷が抵抗Ｒ２を介して放電
する。これらの動作の結果、演算増幅ＨＯＰの出力は第
２図（ｂ）に示された波形を描くこさになる。

なお、第６図は、本発明の実施に可能な他の重畳電圧設
定器の出力特性を示す波形図であり、この場合には充放
電ともリニアな変化の特性を得ている。

一方、電流制御回路７は、実施例では、スイッチング回
路７０と誤差増幅器７１．７２及び１／Ｖコノハ〜り７
４．短絡電流設定回路７５及び短絡電流上限設定器７６
を組合わせて構成されており、スイッチング回路７０は
、コンパレータ７３の反転比ツノ信号により、誤差増幅
器７１と７２との１！沢切り換えを可能にしており、コ
ンパレータ７３から反転出力信号が出力されると誤差増
幅器７１から７２に切り換え接続される。

ここに、誤差増幅２３７１は短絡電７Ａ設定回路７３か
らの出力を基準として、ｌ／Ｖコノバーク７４の出力と
の比較をなし、両者の出力誤差を増幅しているので、そ
の誤差出力がスイッチング回路７０．１１を介してパル
ス幅制御回路１０３に送られて、第３図に示した波形の
出力電流１．が負荷に供給される。

ここで、短絡時に電流制御回路７によって負荷に供給さ
れる出力電流１□は、ｌａ＋Ｉｓ＋Ｉｔで表わされるの
で、′ｇＬ荷は短絡直後の接触抵抗の大きい時には、短
絡直前のアーク電流１ａから急速にｌｓ分だけ立ち上が
ったｔｄＬが＃１時に流れ、しかもこの電流は短絡が進
行し接触抵抗が増大してゆくに連れてＩ（が加わって予
め設定された勾配（ｋ　′−Ｌ　ａ　ｎｄ）で暖やかに
増大して補足されて行（ので、消耗電極ｌは小さい滴粒
になって確実に分断され、きめの細かい溶接ビードが得
られるとともに、効率の良い溶接作業が実現できる。

一方、短絡電流上限設定回路７６は、短絡時に負荷に供
給される出力電流が急激に増大して所定のレヘルを越え
た時に、その電流を許容し得るレヘルにまで押さえるた
めに設けられており、コン・ぐレータ７３がｌ／Ｖコン
バータ７４から送られて来る信号が短絡を流上限設定器
７６の出力信号を越えたことを判断し、反転比）ｊ信号
がスイッチング回路７０に送られて来た時に、誤差増幅
器を７１から７２に変更させて、短絡時の出力電流を短
絡環ｒＡ上限設定１７６で設定されたレヘルに押さえス
パッタの発生を抑止する。

じたかって、ごの実施例では、電流制御モード時にはス
・ｆノチンク回路７０は誤差増幅器７１をａ訳するの一
ζ、パルス幅側ｉ）ｊ回路１０３には１／〜パｌ、ハー
ク７４の出力信号を、短絡電流設定回路７Ｓの出カイ３
号との誤差出力が送られ、これによって短絡区間（Ｔ（
＋−Ｔｌ）時の出力；流１□が第３図に示したような波
形に制ｊ１ａされているが、制ｉ１１時に出力型’ｔＡ
が予め設定したレヘルを越えるとコノパレータ７３が反
転出力信号をスイッチング回路７０に送って誤差増幅器
７２の出力をパルス幅側ｉ１１回路１０３に送り、出力
型７メＬを所定レヘルに押さえるので安定した：１ｉｌ
Ｉ　御が行われろ。

また、図示はしないが、制御時にアークミスを避けるた
めの回路を上記した実施例に組込むことは望ましく、こ
のような回路を設けることによってアークの安定性を著
しく改善できる。

次に、第４図に示したブロック線図と、第２図の波形図
を参照して回路の動作と本発明方法を説明する。

アーク溶接のスタート時には、アークの発生を容易にす
るために適当な前置側ｔＩがなされ、消耗電極１が定速
度で送給されてアーク３が強制的に発生される。

７−り３が発生ずると、電圧検出Ｈ５からスイッチング
回路１１にアーク潰出信号が送られて電圧■制御回路７
がパルス幅制御回路＋０３に接続される。この結果、負
荷には電圧設定２Ｓ７２の出力に重畳電圧設定回路６３
の出力の加算された電圧Ｖが供給されることになり、こ
の電圧は上述したように７−り発生区間（ＴＩ−Ｔｏ）
時の初期において大きく立ち上がったものとなり、その
後は次第に減少して行く、そのため、アークの再屯弧か
容易に行われ′（”〆−りが安定して発生される。

しかるに、消耗電極１の送給が更に続けて行われ、ｒ！
’ｉ耗ＴＬ極ｌと母材２との間隙距Ｍが次第に減少しζ
、アークから短絡に至る。

すると、電圧検出器５は、直ちにその状態を検出し、短
絡検出信号を出力する。

イ゛なわち、この状態では、出力電圧が数１−ボルトか
ら零ポルト付近に９変するので、電圧検出器５を例えば
、比較器で基準電圧と比較できるように構成すればよい
。

第１図に示した実施例では、この時の検出１８号でスイ
ッチフグ回路１１を駆動して、電圧ｆａ制御回路すを直
らに遮断してｉｔ電流制御回路をパルス幅設定回路１０
３に接続する構成にしてあり、同時に短絡電流設定器７
６にも駆動信号を送ってこの短絡電流設定器７６によっ
て設定された１ｔｉａの閉ループによる制御を可能にし
である。

しかして、電圧検出器５が、短絡検出信号を出力すると
、スイッチング回路１１は電流制御モードに切り換わり
、短絡電流設定回路７５によって設定された出力−流が
負荷に供給されるごとになる。

これらの制御の結果、アーク発生時には、装置は電圧制
御モートとなるが、そのアーク発生区間（Ｔｌ〜Ｔｏ）
時の初期において第２図（ｃ）に示したように余分の電
圧ΔＶの重畳された出力電圧Ｖが負荷に供給されること
になり、アークの再点弧が極めて容易に行われる。

そして、短絡移行アーク溶接が連続して行われ、アーク
熱によって加熱された消耗１！ｆｆ１ｌは小さい溶滴状
態で容易に分断されて、効率の良いアーク溶接が可能に
なる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明装置の概略構成を示すプロ７り線図、
第２図は本発明方法によって制御される出力電圧の波形
図、第３ｒｊｌＪは電流制御回路の出力電流の波形図、
第４図は第１図に示したブロンク線図の更に詳細な構成
図、第５図は重畳電圧設定回路の詳細を示す図、第６図
は他の重畳電圧設定回路の出力波形Ｌ！ＪＣ，ｂる。 （７７号の説明） 図において、ｌは消耗電極、２は母材、３は溶接時に発
生するアーク、４は電′ｄＬ検出器、５は電圧検出器、
１０はスイッチング制ｔ８回路である。 特許出願入　　　大阪電気株式会社 代理人　　　　弁理上　牛丼　宏行 第２図 Ｔｏ　　ＴｌＴＯ７１Ｂ’ｔｌｔｌ’１短駈藺　アーク
発１区間 第３図 社、指間７−り発往壬Ｉす

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. （１）消耗電極を定速度で送給しながら、短絡とアーク
   の発生を交互に行う短絡移行アーク溶接方法において、 アーク発生区間時に負荷に供給する出力電圧をその初期
   において、 ▲数式、化学式、表等があります▼（但し、Ｔ＿０〜Ｔ
   ＿１は短絡時間、ｋは定数） によって、規定される分だけ一時的に増大させることに
   よって、アークの再点弧を容易にしたことを特徴とする
   短絡移行アーク溶接方法。
2. （２）上記アーク発生区間時に負荷に供給される出力電
   圧の波形が急峻に立上がった立上がり部分とこれに後続
   する緩やかな減衰部分を有したものである特許請求の範
   囲第１項記載の短絡移行アーク溶接方法。
3. （３）スイッチング制御回路を駆動して負荷に供給され
   る出力電圧、電流を閉ループ制御するようにした電圧制
   御回路と電流制御回路とを組合わせて構成されたアーク
   溶接装置であって、 上記電圧制御回路は、アーク発生区間時の負荷電圧を検
   出する電圧検出器からのアーク検出信号を受けて駆動さ
   れ、該電圧検出器からの出力信号を受けて上記スイッチ
   ング制御回路に予め設定された制御値に応したドライブ
   信号を出力するとともに、短絡区間時の終期時には上記
   スイッチング制御回路より出力される出力電圧に、 ▲数式、化学式、表等があります▼（但し、Ｔ＿０〜Ｔ
   ＿１は短絡時間、ｋは定数） で規定される電圧を重畳させてアーク発生区間時の初期
   において負荷に供給する出力電圧を一時的に増大させる
   ように構成されており、 かつ上記電流制御回路は、上記電圧検出器からの短絡検
   出信号を受けて駆動され、負荷電流を検出する電流検出
   器からの出力信号を受けて上記スイチング制御回路に予
   め設定された制御値に応じたドライブ信号を出力するよ
   うに構成されていることを特徴とするアーク溶接装置。
4. （４）上記電流制御回路が出力電流の上限値を予め設定
   された値に制限する短絡電流上限設定器を備えたもので
   ある特許請求の範囲第３項記載のアーク溶接装置。