JPS6195777A - 開先検出方法および装置 - 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１ この発明は消耗電極を用いる短絡移行アーク溶接におけ
る開先検出方法および装置に関する。

［従来枝術とその問題点］ 被溶接物の開先な自動的に倣いながら溶接トーチを進行
させる自動溶接に用いる開先検出方式として溶接アーク
を検出する方法が用いられる場合がある。

その７−り検出方法として、テレビカメラや倣いローラ
等の特別の検出器を用いずに、アークによるワイヤの溶
融特性を利用し溶接電流を検出することで間接的にアー
クを検出して、この検出結果をもとに、開先検出の他に
、オシレート幅制御、エクステンシ１ン制御、溶接速度
制御等が威されている。

従来の自動溶接機の電流検出装置を第９図に示す、１は
溶接電源、２はワイヤ送給手−タ、３はワイヤリール、
４はフンタクトチップで、本体は溶接を源１と溶接ケー
ブル１ａにて接続されていて、この本体の軸中心に電気
的に接触したワイヤ１ｃが挿通されている。５は被溶接
材で溶接電源１とは帰線１ｂで接続されている。

コンタクトチップ４のワイヤ先端邪を被溶接材５に接触
させることによりアーク放電をさせると、ワイヤ１ｃは
消耗しワイヤ１ｃはワイヤリール３カ・らワイヤ送給モ
ータ２の駆動により自動送給される。帰線１ｂの途中に
電流検出用の分流器６ａが設けられ、その検出信号は増
幅器６ｂにより増幅され、処理回路１０に入力される。

この処理回路１０の出力は溶接電源」に返還され所定の
開先検出等が行なわれるようになっている。

しかしながら従来の検出方法によるとスプレー７−りや
グロビ１ラアータの如く大きな電流が流れ、アークが安
定している時は高精度でアーク電流を検出できるが、シ
タートアークにおいては短絡電流の影響を犬さく受ける
ためアーク電流を検出することができなく、そのため、
電流検出回路に十分大きな遅れ特性のフィルタ回路を内
蔵し、短絡による電流分を除去していた。

このような遅れ特性を有する検出回路では、次の理由に
より、上向溶接の如く溶接速度の遅いものでは有効であ
るが、薄板における下向溶接の如く溶接速度の速いもの
では正しい信号を検出することができず利用できなかっ
た。

上記の理由を第１０図にもとづき説明する。

一般に短絡移行アーク溶接における短絡回数は５０〜１
００回／秒であり、短絡時間は溶融プールの振動等で１
〜６ｍ・秒程度間ランダムにばらつく、アーク時の電流
値は２００Ａ前後であり短絡時には短絡時間により変る
が３００〜８００Ａ程度となる。

アークセンサーで精度を得るためには約１０Ａ程度の電
流変化を検出する必要があるので、検出装置にはしゃ断
周波数が数Ｈｚの多重帰還ローパスフィルタを用いてい
た。この検出装置を用いた場合、溶接速度カ弓＋＋＋＋
／秒程度ならば開先検知が正しく行なわれるが、溶接速
度が２０ｍｍ／秒程度になれば、要求さ八る精度がｌｌ
ｌｌ１以内であり、少なくとも２０Ｈｚ以上の信号が必
要となり、ローパスフィルタのしゃ断周波数も２０Ｈｚ
以上でなければならず上記のしゃ断周波数が数Ｈ２のロ
ーパスフィルタを用いた検出回路では短絡時の電流増加
を十分に除去できず実用にならないという以上の理由に
よる。

又、従来の検出方法では短絡時、７−り時にかかわらず
電流信号を連続的にローパスフィルタに加え、その平均
値により処理をしていた。このため溶融プールの振動等
により発生する長時間の短絡があった場合には誤まった
検出結果が得られる。

この防止策として、連続して一定の時間又は回数の信号
があった場合、この信号を真の信号として処理すること
が試されたが、この方法では時間遅れが増々増大し、溶
接速度の速い薄板では実用化できなかった。

［発明の目的］ 本発明は上述の問題点をなくするために放されたもので
あり、短絡時には短絡直前のアーク電流を検出し、又、
アーク発生時の所定期間のみの電流を検出することによ
り、高速、高精度の開先検出方法および装置を提供する
ことを目的とする。

［発明の構成］ 本発明の開先検出方法は消耗電極分用い電極と母材の間
にアークと短絡を交互に繰り返しつつ行う短絡移行アー
ク溶接に用いる開先検出方法において、アーク発生時の
電流のみを開先検出信号として用いたことを特徴とする
。

本発明の開先検出装置は消耗電極を用い電極と母材の間
にアークと短絡を交互に繰り返しつつ行う短絡移行アー
ク溶接に用いる開先検出装置において、溶接電流の検出
手段と、アークか短絡がを識別する短絡検出手段と、上
記短絡検出手段の出力により動作する切換手段と、上記
切換手段により電流検出手段の信号をサンプル又はホー
ルドをする手段とを備えたことを特徴とする。

［実施例Ｊ 第１図に本発明の第１実施例を示す、従来例と同じ部分
については同一の番号を符した。電圧検出回路７として
、溶接ケーブル１ａと帰線１ｂ間に分圧抵抗７ａが接続
され、この分圧抵抗７ａの検出端子はフンパレータ７ｂ
の入力端子に接続される。

又、電流検出回路６の出力端子と処理回路１ｏの入力端
子間にアナログスイッチ８とサンプルホールダ回路９が
直列に挿入される。前記電圧検出回路７の出力端子はア
ナログスイッチ８の制御入力端子８ａに接続される。

サンプルホールダ回路９は演算増＠器９ａと帰還抵抗９
ｂとコンデンサ９ｃとからなり、コンデンサ９ｃは演算
増幅器９ａの入力端子に接続される。

電圧検出回路７は溶接電圧を検出することにより、アー
ク発生時が短絡時かを識別し、アーク発生時のみ７−り
発生信号を出力する。アナログスイッチ８は制御入力端
子８ａに７一ク発生信号が印加されたときオンとなり、
電流検出回路６の出力信号はアナログスイッチ８を介し
てサンプルホールグ回路９の入力端子に入力される。

従って、アーク発生中、アナログスイッチ８はオンとな
り、電流検出回路６の電流検出信号はアナログスイッチ
８を介してサンプルホールグ回路９のコンデンサ９ｃに
印加され、コンデンサ９ｃにはアーク発生時の信号電圧
が充電される。そして、短絡が発生したとき、アナログ
スイッチ８はオフとなり短絡電流の検出信号はコンデン
サ９ｃに印加されず、コンデンサ９ｃは短絡発生前の７
−り発生時の信号が保持される。

このサンプルホールダ回路９の出力は処理回路１０で処
理され所望の開先検知が行なわれる。

次に実際の溶接電流を第４図〜第６図のグラフにより説
明する。

第４図は短絡時とアーク発生時における溶接電圧を示し
、第５図はその時の溶接電流を示している。この第４、
第５図は従来例を示すもので、短絡時電圧は急激に下降
し電流は電圧と直流リアクトルと負荷抵抗とによる時定
数で増加をし、その立上りは１００Ａ／ｍ・秒程度で短
絡時間を１〜６＋ｓ・秒とすると、短絡直前の電流値よ
り１０゜Ａ〜６００Ａ増加し再アークすることになる。

そして再アークにより負荷抵抗は急増し、その時定数は
短絡時に比べ約１／１ｏとなり電流下降する。

およそ１〜３ｍ・秒後には母材間の間隔及びワイヤ送給
速度に応じた電流値に安定する。

第６図が本発明の第１実施例によるもので短絡発生（時
点イ）しても、アナログスイッチ８により開放されたサ
ンプルホールダ回路９には短絡前の検出信号が保持され
ていて、その信号により制御されるので溶接電流は一定
に保たれ、アーク発生（時点口）に移行した後はｔＪＪ
ｓ図で示したような電流が流れる。従って一処理回路１
０に内蔵のフィルターは短絡時のピーク電流分を除去す
る必要がなくなるのでしゃ断層波数を高く設定すること
ができ、高速で高精度な開先検出が可能となる。

第２図は本発明の第２実施例を示す、第１図上の電圧検
出回路７の出力側とアナログスイッチ８の制御入力端子
８ａ間にオンディレータイマー１１が挿入される。この
オンディレータイマー１１は電圧検出回路７が信号出力
をしゃ断したとき即開路し、電圧検出回路７が信号を出
力したとき一定時聞ｔだけ遅れて閉路するようになって
いる。

第１実施例で示したｔｌＳ６図によると７一ク移行直後
は電源に内蔵された直流す７クトルに蓄えられた電磁エ
ネルギーが放出されるので短時間ではあるが大きな電流
が流れる。

従って、電圧検出回路７が再アークを検知しても、即ア
ナログスイッチ８が動作せず、第７図で示すように、３
ＩＩ・秒程度の時間りをおいた時点ハにおいて、アナロ
グスイッチ８が動作する。これにより短絡およびこれに
続く再アーク直後の高電流域を遅れなく除去でき更に高
精度の開先検出が可能である。

尚、上述した実施例においても、短絡移行７−り溶接の
平均電流が高い場合、例えば１．２φのワイヤを用いた
場合約２５０Ａ以上となり、短絡前の溶滴寸法は大きく
なる。この溶滴を支えるため第７図の時点二で示すよう
に、電流が増加するが、この電流値は必ずしもチップ母
材の間隔を示さなくなる。

そこで、第３実施例として、第１、第２実施例で示した
ような短絡直前の電流を検出する方法ではなく、第８図
に示すように、上記一定時間を経過後の所定時間Ｌ゛の
開のみ電流を検出する方法を用いた。

もちろん、時間ｔ゛間の検出中に短絡が生じれば電流検
出を中止するように構成される必要がある。

第３図はその第３実施例を示す。第２図で示すオンディ
レータイマー１１の出力側にワンショットマルチ回路１
２が接続され、このフンショットマルチ回路１２の出力
は、電圧検出回路７の出力と共にアンドデート回路１３
の入力端子にそれぞれ入力される。７ンドデ一ト回路１
３の出力端子は上記アナログスイッチ８の制御入力端子
８ａに接続される。

ワンショットマルチ回路１２はオンディレータイマー１
１の出力信号を受けるとし゛時開パルスを発生し、アン
ドゲート回路１３は、ワンショットマルチ回路１３のパ
ルス信号と電圧検出回路７の出力信号とが入力されたと
きに、制御信号を出力し、この信号はアナログスイッチ
８の制御入力端子８ａに印加され、アナログスイッチ８
はオンとなる。

上述の構成によれば電流検出を電流の安定した検出して
用いるので第８図で示すように短絡直前の時点二におけ
る電流は増加しなくなる。

［発明の効果［ 本発明は上述したように、短絡時は電流検出を行わずに
、短絡直前のアーク電流又は特定した期間の７−ク電流
の検出結果を用いるようにしたので、短絡時やアーク再
生直後の過度電流を抑えることができ、又、フィルタは
短絡時のピーク電流分を除去する必要がなくなるのでし
ゃ断層波数を高く設定することができ、高速で高精度な
開先検出が可能となる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の第１実施例を示すブロック図、第２図
は本発明の＠２実施例を示す部分ブロック図、第３図は
本発明の第３実施例を示す部分ブロック図、第倶第５図
は従来例の溶接時における電圧と電流を示すグラフ、第
６１！）−第８図は本発明のそれぞれ第１〜第３実施例
における電流を示すグラフ、第９図は従来例を示すブロ
ック図、第１０図は従来の溶接時の電流変化を示すグラ
フである。 ６・・・電流検出回路、７・・・電圧検出回路、７ａ・
・・抵抗分圧器、７ｂ・・・コンパレータ、８・・・ア
ナログスイッチ、８ａ・・・制御入力端子、９・・サン
プルホールグ回路、９ａ・・・演算増幅器、９ｃ・・・
コンデンサ、１０・・・処理回路。

Claims (8)

【特許請求の範囲】
1. （１）消耗電極を用い電極と母材の間にアークと短絡を
   交互に繰り返しつつ行う短絡移行アーク溶接に用いる開
   先検出方法において、アーク発生時の電流のみを開先検
   出信号として用いたことを特徴とする開先検出方法。
2. （２）短絡時は短絡直前のアーク発生時の電流を検出信
   号に用いる特許請求の範囲第１項記載の開先検出方法。
3. （３）アーク発生時の電流検出としてアーク発生期間の
   特定期間の電流値を利用する特許請求の範囲第１項記載
   の開先検出方法。
4. （４）上記特定期間はアーク再生後の所定時間を除いた
   ものである特許請求の範囲第３項記載の開先検出方法。
5. （５）上記特定期間はアーク再生後の所定時間経過後の
   一定時間とする特許請求の範囲第３項記載の開先検出方
   法。
6. （６）消耗電極を用い電極と母材の間にアークと短絡を
   交互に繰り返しつつ行う短絡移行アーク溶接に用いる開
   先検出装置において、溶接電流の検出手段と、アークか
   短絡かを識別する短絡検出手段と、上記短絡検出手段、
   出力により動作する切換手段と、上記切換手段により電
   流検出手段の信号をサンプル又はホールドをする手段と
   を備えたことを特徴とする開先検出装置。
7. （７）上記切換手段は短絡検出時には直ちにホールドを
   し、再アーク検出時には所定時間後サンプル開始する遅
   れ回路を有する特許請求の範囲第６項記載の開先検出装
   置。
8. （８）上記切換手段は再アーク検出後所定時間を設定す
   る遅れ回路と、この遅れ回路の信号に応動して一定時間
   を計測するワンショット回路を設け、このワンショット
   回路の動作中のみサンプルする特許請求の範囲第６項記
   載の開先検出装置。