JPS62212069A - ア−ク溶接方法 - Google Patents

ア−ク溶接方法

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JPS62212069A
JPS62212069A JP5462286A JP5462286A JPS62212069A JP S62212069 A JPS62212069 A JP S62212069A JP 5462286 A JP5462286 A JP 5462286A JP 5462286 A JP5462286 A JP 5462286A JP S62212069 A JPS62212069 A JP S62212069A
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welding
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常夫 三田
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坂部 昭
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常夫 品田
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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、消耗性電極をほぼ定速度で送給し、消耗性電
極と母材との間で短絡とアークを交互に繰り返し発生さ
せて行なうアーク溶接方法に係り、特にスパッタ発生の
低減およびアーク安定性の向上を計るに好適な溶接電源
の出力制御方法に関する。
〔従来の技術〕
一般に、短絡を伴うCo2アーク溶接あるいはマグ溶接
などは、直流定電圧特性電源を用い、消耗性電極(ワイ
ヤ)をほぼ定速度で送給して行なわれている。そのアー
ク現象の概要を示すと第3図のようである。図において
1はワイヤ、2は溶滴、3は溶融池、4はアークであり
、■は溶滴と溶融池が接触した短絡初期の状態、■は溶
滴と溶融池が完全に短絡した短絡中期の状態、■は電流
のジュール熱、電磁ピンチ力および溶融金属の表面張力
によって、溶滴にくびれが生じ、溶滴の溶融池への移行
が完了する寸前である短絡後期の状態、■は短絡が破れ
アークが発生したアーク初期の状態、■はワイヤ先端が
溶融し、溶滴が成長するアーク中期の状態、■は溶接電
流の減少に伴い、ワイヤ溶融速度よりもワイヤ送給速度
のほうが大きくなり、アーク長が短くなって、溶滴と溶
融池が短絡する寸前であるアーク後期の状態をそれぞれ
示している。
第4図は、その電流・電圧波形であり、図中■〜■はア
ーク現象を示す第3図の■〜■に対応する6しかしこの
溶接方法は、溶接電源の自己制御作用に依存しており、
短絡電流・アーク電流・短絡時間・アーク時間は電源に
内蔵されたリアクトル、f!!源の外部特性などによっ
て決まる無制御因子である。そのため1周期性のある均
一な電流波形を得ることが困難であり、短絡電流・短絡
時間のバラツキに起因する大量・大粒のスパッタの発生
、ビード止端部の不揃い・ヒレの発生あるいはアーク時
間・アーク電流のバラツキに起因する溶滴の異常成長な
どの問題点を有している。
このような問題点を解決するために、特開昭60−10
8179号では、第51fiのような電流波形を用いる
ことを提案している。
すなわち短絡を検出して、■比較的低レベルの第1の電
流値In (10〜50A)に1.5〜2.5mSの間
保持して、短絡を阻害するピンチ力の発生を防ぎ、0次
に比較的高レベルの第2の電流値l5P(350〜45
0A)に移行させ、■抵抗変化・電流変化・電圧変化な
どの検出値から、アーク発生の寸前に生じる溶滴のくび
れを検知して、低レベルの第3の電流値IRA(20〜
200 A )に電流を低下させる。アーク発生の瞬間
に生じるアーク圧力の増加を抑制し、溶滴の飛散を防止
してスパッタ発生を防ぎかつビード外観の均一化を計る
ためである。
■アークが発生すると、比較的高レベルの第4の電流値
工^P(ワイヤ送給量によって異なるが200〜400
A程度)にlO〜20m5程度保持し、溶滴の形成を促
進するとともに、短絡の発生を防止する。
0次に、短絡の促進を計るために、はぼ定電流特性の比
較的低レベルの第5の電流値工^B(50〜85A)に
短絡が生じるまで保持する。以上■〜@の過程を順次実
行することにより、第3図に示した現象が第5図の■〜
■の位置でそれぞれ生じ、短絡とアークが規則正しく繰
り返され、アークや溶融池の不安定な乱れを生じないか
ら、従来の方法に較ベスパッタの発生量は175〜17
6に減少し、ビード止端部の不揃いの原因となるヒレの
発生もなく、美麗で均一なビード外観が得られることが
実施例で述べられている6 しかし、この公知例の方法では、 1)短絡を検出して、電流をIDに低下させているが、
′ノような方法を用いても必ず若干の検出遅れが含よJ
しること、電流値のレベルが工^BからIQに切り換わ
るためにも多少の時間を要することにより、短絡状態に
大きく影響する初期の制御が十分ではない。
2)溶滴のくびれを検出して、電流をISPからIR^
に低下させているが、くびれを検出するためには電圧な
どの微少変化を検知しなければならないこと、くびれが
生じてからアークが発生する迄の時間は短いこと、高電
流レベルISpから低電流レベルIR^の電流を切り換
えるためには多少時間を要することなどにより、所望の
効果を得るためには、検出回路・制御回路にかなりの工
夫が必要であり、安定した動作を行なおせるには相当な
困難がある。
3)アーク後期に、短絡の促進を計るために電流を工^
PからIABに切り換えているが、IABはほぼ定電流
制御であるから、この区間ではアーク長制御はほとんど
行なわれない。また工^Bの区間は、母材(溶融池)の
加熱に必要な区間であり、単に短絡の促進のみを目的と
して電流値を設定すると、母材への入熱が不足し、いわ
ゆる湯滴れが悪いといった現象を生じる。さらに、アー
ク期間中に電流値を急変させることも、アークの安定性
からは好ましくない。
などの事項が短所として挙げられる。
本発明は、上記した従来技術の問題点を解決するために
なされたものであり、その目的は、アークの安定性向上
・スパッタ発生量の低減・ビード外観の美麗化などによ
り、作業性がさらに良好な消耗電極式アーク溶接方法を
提供することにある。
〔問題点を解決するための手段〕
本発明は、消耗性電極をほぼ定速度で送給し、消耗性電
極と母材との間で短絡とアークを交互に繰り返し発生さ
せて行なうアーク溶接において。
短絡発生とアーク発生を検出し、短絡周期ごとに下記(
A)〜(F)の各過程を順次に、またはそのうちの2つ
以上の過程を組合わせて実行することを特徴とするアー
ク溶接方法である。
(A)短絡発生後、所定時間TDの間、溶接電流を短絡
直前の定電流設定レベルによって決まる所定の値に保持
するように溶接電源出力を定電流制御し、短絡状態を均
一化する過程。
CB)次に、溶接電流を所定の定電流設定レベルIuま
で急激に増加させ、その後、短絡を開放するのに十分な
より高い定電流設定レベルisに向って所定の時定数8
6で徐々に増加させて、短絡を開放する過程。
(C)アーク発生後、所定時間Thの間、溶接電圧を比
較的高い定電圧設定レベルVh近傍に保持するように溶
接電源出力を定電圧制御し、その間、上記定電圧設定レ
ベルVhとアーク状態によって決まる電流値より若干高
い定電流設定レベルに最大電流値を規制する定電流制御
を併用して、消耗性電極に溶滴を形成・成長させる過程
(D)所定時間Th経過後、定電圧設定レベルを上記の
高レベルVhから所定の低レベルVLに向って所定の時
定数Svで徐々に減少させ、これに伴い、定電圧設定レ
ベルとアーク状態によって決まる電流値より若干高い定
電流設定レベルも所定の低レベルILに向って所定の時
定数Siで徐々に減少させて、アーク力を減少させなが
ら母材を加熱する過程。
(E)アーク長の減少に伴い溶接電源の自己制御作用に
より生じる電流の増加を上記低レベルILでの定電流制
御により防止し、溶滴の過度の成長を抑制する過程。
(F)アーク発生後、所定時間(Th+TL)経過した
時点より、電流値をさらに低い定電流設定レベルエ、に
移行させて、消耗性電極の溶融を抑制し、短絡を促進す
る過程。
〔作用〕
第1図は、本発明の詳細な説明するための電流・電圧波
形図である0時々刻々変化する溶接電圧と短絡/アーク
判定電圧VJの大小を比較し、短絡状態かアーク状態か
を判定する。VJは平均溶接電流の値によって最適値が
異なるが、10〜20V程度であり、16〜17Vに設
定すればほぼ全電流範囲に適用できる。
■の区間は、溶滴と溶融池の短絡状態を均一化するため
の区間である。例えば、第3図■のように溶滴の一部が
溶融池に接触した瞬間から電流が増加すると、電流増加
にともなうアーク力の増加アーク圧力の増加のために溶
滴が押し上げられ溶融池表面が凹まされ、溶滴が溶融池
に十分移行する前に、短絡が破れることがある。このよ
うな現象を生じると、電極先端にはかなりの量の溶滴が
るので、短絡ピーク電流からの減少量が少ない比較的大
きい電流値で短絡することになる。その結果、短絡が破
れる際に多量のスパッタを発生する。
そこで、溶接電圧がVJよりも小さくなり、短絡状層で
あると判定されたとき、溶接電流をその直前の定電流設
定レベルで決まる値に所定時間TDの間保持し、電流の
増加を抑制する。例えば第1図■のように一定値11で
短絡した場合は、短絡後TDの間も電流をエヨに保ち、
もし、第1図[相]のように定電流設定レベルがスロー
プ状に変化している途中で短絡が発生した場合には、短
絡後の電流はそのスロープの延長線上で制御する。
このようにすることにより、第3図■のように溶滴と溶
融池は確実に短絡するので、その後電流が増加し短絡を
開放しても、溶滴が溶融池に十分移行しないといった現
象を生じない。
なお短絡直後に電流を保持するレベルは低いほど効果が
大きいが、定電流設定レベルのスロープ状変化の途中の
比較的高レベルの電流値であっても、その効果はある。
TDは溶滴の大きさと密接な関係があり、ワイヤ送給量
・ワイヤ径によってその適正値が異なる。
■の区間は、短絡を開放するための区間であり、短絡検
出後所定時間TD経過したとき、電流をIu迄急激に増
加させ、その後最大電流値を規制するより高い定電流設
定レベルI$に向って、所定の時定数SSで電流を徐々
に増加させて短絡を開放する。通常の短絡では第1図■
のようにISに達する前に短絡が破れ、アークが発生す
るが、比較的短絡時間が長くなる場合は、第1図■のよ
うにISに到達してから短絡が開放される。
今仮に、短絡が開放される迄一定の電流値IPに保持す
るものとすると、適正条件でIpを選定した場合はスパ
ッタの発生等は抑制できるが、ワイヤ送給の変動などl
こ起因する大きい短絡が生じた場合、IPでは対処でき
ず、アーク不安定を生じる。逆にアーク不安定を考慮し
、IPを十分大きい値に設定すると、通常の短絡時に過
大な電流が流れ、スパッタやヒレ発生の原因となる。
し7!J1L、第1図■のように、短絡時間に応じて電
流を増加させ、短絡を開放するようにすると、短絡状態
に応じた必要最小限の電流値で短絡が開放されるから、
スパッタやヒレの発生は少ない。
■。はワイヤ送給速度・ワイヤ径に応じて変化させる必
要があるが、Ssはほぼ一定値としてよい。
◎の区間は、電極先端に溶滴を形成するための区間であ
り、i8接電圧がVJよりも大きくなり、アーク状態で
あると判定されてから所定の時間Thの間、溶接電圧を
比較的高い電圧レベルVh近傍に保持するように溶接電
源出力を定電圧制御し、定電圧特性によるアーク長制御
を行いながら溶滴を形成・成長させる。なお、図ではこ
の区間の最大電流値を規制する定電流設定レベル(破線
で示す)をISとしているが、必要に応じて、もっと低
いレベルに設定したり、あるいは所定レベルIRに向っ
て徐々に減少させるといった手法を用いてもよい。
◎の区間は、溶融池および母材を加熱するための区間で
ある。この区間の電流値が少ないと、溶融池・母材に与
えられる入熱量が不足し、溶込み深さの減少あるいは高
速溶接時の溶融池の追随性いわゆる湯滴れの悪化などを
招くため、急激に電流値を低下させることは作業性の面
から好ましくない。またこの区間では、溶接電流低下に
ともなうアーク力の減少により、上方に押し上げられて
いた溶滴が下方に垂れ下がり、次の短絡に備えて溶滴形
状の整形が行なわれる。その結果、アーク長は常に変動
しており、この区間のアーク長管理が不十分であると、
アーク不安定を生じることになる。
そこで、定電圧設定レベルを高レベルVhから低レベル
VLまで、所定の時定数Svで徐々に減少させる。この
ようにすると、アーク長は定電圧特性による自己制御作
用でコントロールされ、溶融池・母材に与えられる入熱
を、作業の種類に応じて、SVおよびvLを好適値に設
定することにより、任意に制御することができる。
しかしCO2アーク溶接・マグ溶接などでは、一般にこ
の区間の溶滴・溶融池の変動に伴い、ごく短時間の短絡
(瞬間的短絡)を生じ易い。定電圧制御においてこのよ
うな短絡があると、次の短絡のために下方に垂れ下がっ
てきた溶滴が、電流の増加によって再度上方に押し上げ
られ、次の短絡に悪影響を及ぼす、そこで、vh−vL
−8vおよびアーク状態で決まる電流値より若干高い定
電流設定レベルも電圧の減少と共にIRから工しに所定
の時定数Siで徐々に減少させる(図中破れで示す)。
最大電流値を規制する定電流設定レベルをこのように設
定することにより、瞬間的短絡が発生しても電流は僅か
しか増加せず、次の短絡に与える悪影響も少なくできる
■の区間は、溶滴の異常な成長を抑制するための区間で
ある。アーク後期になると電流が低レベルまで減少する
ため、ワイヤの溶融量よりも送給量のほうが多くなり、
アーク長はだんだん短くなる。しかし定電圧特性では、
自己制御作用のために電流が増加し、アーク長がつまる
のを防ごうとするから、溶滴がより一層大きくなり、仲
々短絡しないといった現象を生じることがある。
本発明では、◎区間に引き続き■区間でも定電流設定レ
ベルILを設けているので、上述のようなアーク長の減
少に伴う電流の増加があっても、ILで規制され、溶滴
の異常成長は生じない。
■の区間では、短絡を促進するための区間であり、定電
圧設定レベルをVhからVLに向って時定数Svで減少
させはじめてから所定時間TL経過後、すなわちアーク
発生から(Th+Tt)経過後、電流値をさらに低い定
電流設定レベル11に移行させることにより、ワイヤの
溶融を抑制し、早く短絡を生じるようにする。
以上■〜[F]の各区間を順次経過して溶接を行ない、
通常は■の区間で短絡を生じるように各因子を設定する
が、外乱等により◎〜■の区間で短絡を生じることも予
想される。
◎〜[F]のいずれの区間であっても、短絡を検出した
ら、第4図0のようにその直前の定電流設定レベルによ
って決まる電流値に時間TDの間保持し、TD経過後も
短絡が破れない場合は、電流をIuまで増加し、■以降
の区間を実行させる。もし、TD経過以前にアークを検
出(短絡が開放)したら、そのままの順序で続行させ、
■の区間には戻さない。
第2図は、上記■〜[F]の過程を再度、電源の外部特
性との関連で説明するための図である。
(1);短絡発生後TDの間は、定電圧設定レベルV!
・定電流設定レベルエ、である外部特性上の点■に保持
される。
(2);TDが経過すると、外部特性が定電圧設定レベ
ルVh・定電流設定レベルエ。に切り換わるので、動作
点は■に移動する。
(3);次に、定電圧設定レベルVhはそのままで、定
電流設定レベルを■。からISまで時定数Ssで増加さ
せる。今、工。からISに向う途中の定電流設定レベル
11上の点■で短絡が開放されたとすると、アーク発生
に伴う電圧の上昇によって、動作点は■→■→■と移動
する。
(4);アーク発生後、所定時間Thの間はそのままの
状態で保持され、動作点はアーク長に応じて■の近傍を
移動する。
(5);アーク発生後所定時間Th経過すると、定電圧
設定レベルはVhからVLまで時定数Svで減少し、同
時に定電流設定レベルはISからIRまで急激に低下し
、その後はIRからILまで時定数Siで減少する。例
えば、その途中の外部特性はV、−B−I2、動作点は
■のようである。
(6);アーク後期になり、アーク長が短くなってくる
と、定電圧特性による自己制御作用のために、電流は■
からCに向って増加するが、定電流設定レベルILによ
って増加は抑制され、動作点は■のようにIL上に設定
される。
(7);アーク発生後所定時間(Th+TL)経過する
と、定電流設定レベルはさらに低いレベル■、に移行す
るので、動作点も■に移動する。
(8);その後、動作点は工、上を下降し、短絡が生じ
て■に戻り、以後、上述のプ」作を繰り返す。
なお、短絡時間がTD未満の場合は、短絡を無視して上
記動作をそのまま続行し、TD以上の場合は動作点■に
移行する。
第2図では、■の区間の定電圧設定レベルをVLとして
いるが、小電流でのアーク切れを防止するため、この区
間の定電圧設定レベルをVhあるいはそれよりさらに高
いレベルとしてもよい。
第2図中■〜■の動作点は、第1図■〜■とそれぞれ対
応している。さらに、■〜■は第3図■〜■の状態とも
対応している。
なお、上記説明では短絡からアーク状態を経て次の短終
に至る(A)〜(F)の各過程の制御方法を連続して実
行する場合について述べたが、これら各過程の制御方法
のうち、いずれか2つ以上を組合わせて実行しても、そ
れなりの効果が得られる。
この場合、他の過程では、上記以外の方法により電流・
電圧を制御してもよいし、あるいは溶接電源の自己制御
作用に依存してもよい。
〔実施例〕
本発明の実施例を以下に説明する。
実施例 1 (a)サイリスタ制御定電圧特性電源を用い、出力電圧
をワイヤ送給量に対する最適電圧19Vに設定し、1.
2mmφワイヤを3.2m/鵬inの速度で送給して従
来法によるcO2アーク溶接を行なった場合と、(b)
第16図に示すインバータ制御溶接電源を用い、溶接電
源出力を決定する各波形因子を下記のように設定し、同
じ<1.2mφワイヤを3.2m/ll1inの速度で
送給して本発明によるco2アーク溶接を行なった場合
のスパッタ発生状況および電流・電圧波形を比較R察し
た。いずれも、使用ガスはcOよ、ガス流量は15Q/
winである。
その結果、従来法の(a)に比べ、本発明の(b)では
、スパッタ発生量は著しく少ないことがわかった。
第6図(a)、(b)は、上記(a)、(b)にそれぞ
れ対応する電流・電圧のオシロ波形で、従来法の(a)
に比べ、本発明の(b)では、より均一かつ周期性のあ
る波形が得られており、アーク状態が極めて安定してい
ることを示している。
実施例 2 (a′)サイリスタ制御定電圧特性電源を用い、出力電
圧を24.5Vに設定し、1.2mφワイヤを8m/w
inの速度で送給して従来法によるC○2アーク溶接を
行なった場合と、(b′)第16図に示すインバータ制
御溶接電源を用い、各波形因子を下記のように設定し、
同じ< 1.2+m+φワイヤを8m/ll1inの速
度で送給して本発明によるco2アーク溶接を行なった
場合のスパッタ発生状況および電流・電圧波形を比較観
察した。使用ガス、ガその結果、従来法の(a′)に比
べ、本発明の(b′)では、スパッタ発生量は激減する
ことがわかった。第7図(a’)、(b’)は、上記(
a’)。
(b′)にそれぞれ対応する電流・電圧のオシロ波形で
、第6図と同様に、従来法の(a′)に比べ、本発明の
(b′)では、より均一で周期性のある波形が得られて
いる。
実施例 3 上記第1図の説明において、アーク後期の電流値が溶融
池・母材の加熱に関係することを述べた。
この観点から考えると、短絡を促進するために電流を工
、に低下させることは、高速溶接など母材への入熱が十
分必要な場合には好ましくない。
上記問題点を解決するため、■□となる区間が生じない
ようにしてワイヤ送給速度3.2m/winでCO2ア
ーク溶接を行った場合のスパッタ発生状況および電流・
電圧波形を1119した。第8図は電流・電圧のオシロ
波形を示す。本実施例では。
実施例1において記述した波形因子の設定値のうち、V
h を26Vに、Th を2.5m Sに、TL をω
に変更し、その他は同゛−とした。
vh−Thを小さくしたのは、溶滴の形成量を少なく、
アーク長を短くすることによって短絡周期を短くシ、ア
ーク時間が長くなることによって生じる溶滴の異常成長
を防止するためである。
本実施例では、実施例1の(b)に比べ、スパッタの発
生はやや多くなるが、従来法の(a)よりは少ない、ま
た電流・電圧波形もそれほど周期性のくずれない均一な
波形が得られている。
上記実施例1〜3におけるノズル、母材への付着スパッ
タの重量の実測結果を第14図に示す。図中、本発明の
条件(1)は工、の区間を含む場合、条件(2)は工、
の区間を含まない場合である。
また、ワイヤ送給速度8 m / winにおける条件
(2)では、TL = ooとし、Vh (7)ミ33
.5V4..変も微量であるので省略した。
スパッタ付着量の実測結果においても、従来法に比べ1
本発明の条件(1)では付着量が激減しており、母材へ
の入熱を確保するために、多少のスパッタ発生を犠牲に
した条件(2)においても、従来法よりスパッタ付着量
は少ない。
第9〜12図は、1.2mφワイヤを用いたCO2アー
ク溶接におけるワイヤ送給速度に対する本発明の各波形
因子の適正値の一例を示した図である。
図において波形因子の後に(1)、(2)をつけて区別
しているのは、■1区間を含む場合(1)、含まない場
合(2)の値を意味している。また一部因子でワイヤ送
給速度4.5m/rainの時に折れ曲がっているのは
、送給速度がこの点より大きくなると、溶滴の移行形態
が短絡移行からグロビュラー移行に変化することと対応
している。ワイヤ送給速度Ion/l1in以上でのT
Dが一定値となっているのは、アーク不安定を生じない
TDの上限値であることを意味している。TDを長く設
定しすぎると、短絡期間中もワイヤは送給され続けてい
るから、短絡を開放するのに過大な電流が必要となり、
電流増加に伴うスパッタ発生量の増加。
短絡周期の不均一化によるアーク不安定あるいは極端な
場合にはアーク切れの発生といった現象を生じるe I
3およびSsについての記述がないのは、それぞれ55
0A、20m5一定としたためである。
第9〜12図では各波形因子の値をワイヤ送給速度に対
して示したが、これらの設定条件を用いて溶接、を行う
と、ワイヤ送給速度と平均溶接電流I aV6、平均溶
接電圧V aveの間には第13図に示すような関係が
あるので、各波形因子の値を1、voあるいはV av
eについて整理することができるのは言うまでもない。
第15図は、1.OImφワイヤを用いてCO□アーク
溶接を行った際の各波形因子の設定例であり、条件(1
)はll11区間ありの場合、条件(2)はIN1区間
なしの場合である。
なお、アーク長(アーク電圧)を微調整する場合は、ア
ーク期間中の出力を決定する因子、すなわちVh、 V
c、 Sv、T+、およびワイヤ送給速度を増減させれ
ばよい。これらの因子のうち、短絡移行の小電流域では
vh−Th、グロビュラ移行の中・大電流域ではVL−
5Vの効果が大きい。ワイヤ送給速度はいずれの電流域
でもアーク長を決定する因子であるが、大電流域はど変
化量を大きくしなければならない。
第16図は、本発明を実施するための溶接電源の構成の
一例を示すブロック図である。
1は交流を直流に変換するための1次整流回路、2は出
力を制御するためのインバータ回路、3は溶接トランス
、4はインバータ回路2で作られた高周波交流(例えば
20kI(z)を溶接トランス3で変成した後、直流に
変換するための2次整流回路である。5は、母材7を溶
接するためにワイヤ送給ローラ6で送給される溶接ワイ
ヤ、11は分流器8の出力によって電流を検出する溶接
電流検出器、12は溶接電圧検出器である。
28は短絡/アークの判定回路であり、判定電圧vJの
設定器25の出力と溶接電圧検出器12の出力の大小を
比較し、短絡であるかアークであるかの判定信号をTD
タイマ22および入出力装置(ilo)23に送る。
Tl1lIタイマ22は短絡が発生した時点から動作を
開始し、所定の時間TDが経過しても短絡が続いている
場合に割り込み信号1RQ2をマイクロプロセッサ(M
PU)24に送る。11023は、短絡からアークに移
行した際に、割り込み信号1RQ3をMPU24に送る
26は溶接に使用する出力バタン(溶接波形因子の設定
条件)を指定するための条件選定器であり、具体的には
、ワイヤ送給速度、平均溶接電流および平均溶接電圧の
うちのいずれか1つの値をとって表示する。27はアー
ク長の微調整を行うための設定器であり、アーク期間中
の電圧設定に関係する因子であるVh、Th、Svおよ
びVLのうちのいずれか1つあるいは複数個の因子を組
み合わせて、所定の設定条件レベルを増減させる。いず
れの因子あるいは因子を組み合わせるかは、MPU24
を制御するプログラムにおいて指定する。
26および27で設定された条件選定信号、微調整信号
はA/D変換器29.30および11031を介して、
MPU24に入力される。
20はワイヤ送給速度、平均溶接電流あるいは平均溶接
電圧などの各波形因子の設定条件ごとに、例えば第9〜
12図に示した各波形因子の値を記憶しているメモリで
あり、条件選定器26からの信号に応じて、所定の波形
因子の設定を行うためのデータをMPU24に送る。M
PU24ではメモリ20からのデータに、微調整用設定
器27からの所定因子の増減指令を加えて各波形因子の
設定レベルを決定する。
21はThおよびTLを制御するためのタイマであり、
アークが発生したことを知らせる割り込み信号1RQ3
がMPU24に入力されると、MPU24から動作開始
指令を受け、所定の時間Thが経過すると割り込み信号
1RQ1をMPU24に送る。
割り込み信号1RQ1が入ると、MPU24から再び動
作開始指令が、タイマ21に送られ、所定の時間TLが
経過すると再度割り込み信号1RQ1がMPU24に入
力される。      ″なお、タイマ21がいかなる
状態にあっても1割り込み信号1RQ2が発生すると、
その動作を停止させる指令がMPU24から送られる。
ワイヤ送給速度の制御指令はlMPU24から1101
9およびD/A変換器14を介してワイヤ送給ローラ駆
動回路13に入力され、波形因子の制御指令は、MPU
24から11019およびD/A変換器16.18を介
して電流制御用CR積分回路15および電圧制御用CR
M分回路17に入力される。これらの制御指令は、次の
制御指令が出されるまで11019で保持されるものと
する。CR積分回路15および17は、所定の時定数で
電流、電圧の設定レベルを変化させるスロープ制御を行
なうためのもので、いずれの時定数を選択するかの指令
は別途11019から送られる。第17図はCR積分回
路15および17の構成例を示す図で、いずれも抵抗R
1〜Rrlとアナログスイッチ81〜Snをラダー形に
接続した回路と積分コンデンサC1とで構成され、各抵
抗に並列接続されたアナログスイッチをnビットの時定
数選択信号で開閉することにより1時定数を可変にして
いる。
電流制御用CR積分回路15から出た電流設定信号は、
加算器32で溶接電流検出器11からの電流フィードバ
ック信号との差分をとってパルス幅制御回路10に入力
され、電圧制御用CR積分回路17から出た電圧設定信
号はそのままパルス幅制御回路10に入力される。第1
8図はパルス幅制御回路10の構成例を示す図で、入力
された電流設定信号を増幅器34で増幅した制御バイア
スと鋸歯状波発生器33からの鋸歯状波とを比較器36
で比較して2得られる電流設定信号に対応したパルス幅
のパルス列P^をNAND回路38の一方の入力とし、
電圧設定信号を増幅器35で増幅した!制御バイアスと
鋸歯状波発生器33からの鋸歯状波とを比較器37で比
較して得られる電圧設定信号に対応したパルス幅のパル
ス列2口をNAND回路38の他方の入力として、どち
らか幅狭い方のパルス列をNAND回路38.NOT回
路39により選択し、パルス幅制御信号としてインバー
タ駆動回路9へ送る。インバータ回路2のスイッチング
素子であるMOSFETの導通幅は印加されるパルス幅
制御信号のパルス幅で決まり、それによって溶接電源の
出力が制御される。
このような構成にすることにより、第1図に示した電流
・電圧波形の制御を行うことができる。
すなわち、短絡/アーク判定回路28からの信号により
、短絡が発生したことを検出してTDタイマ22が動作
を開始し、所定時間TDが経過すると割り込み信号i 
RQ 2が発生する。その間、電流および電圧の設定レ
ベルはそのまま維持される。割り込み信号1RQ2が発
生すると、定電流設定レベルはIuに、定電圧設定レベ
ルはVhになり、その後定電圧設定レベルはVhのまま
で、定電流設定レベルのみ工。からISに向って、MP
U24で設定されたCR積分回路15の時定数Ssで徐
々に増加する。
短絡/アーク判定回路28からの信号に基づいて、アー
クが発生したことを知らせる割り込み信号1RQ3が発
生すると、MPU24からの指令によりタイマ21が動
作し、所定の時間Thが経過すると割り込み信号1RQ
1が発生する。
割り込み信号1RQ1が発生すると、定電流設定レベル
はIRに急激に低下し、その後IRからILに向いMP
U24で設定されるCR積分回路15の時定数81で徐
々に減少する。同時に、定電圧設定レベルはVhからV
Lに向って、MPU24で設定されるCR積分回路17
の時定数Svで徐々に減少する。さらに所定時間Thが
経過すると、MPU24からの指令によりタイマ21が
再び動作を開始し、所定の時間TLが経過すると、再び
割り込み信号1RQ1を発生する。
この割り込み信号1RQ1により、定電流設定1ノベル
は工□に移行するが、定電圧設定レベルはVLのままで
ある。
なお、タイマ21動作中に短絡が発生すると。
TDタイマ22は動作を開始するが、所定の時間TD経
過以前にアークが発生すると、TDタイマ22は動作を
停止し、割り込み信号1RQ2は発生させない。さらに
、その場合にはアーク発生を知らせる割り込み信号1R
Q3も発生させない。1RQ2が発生した場合のみ1R
Q3も発生する。
タイマ21の動作中に、割り込み信号1RQ2が発生す
ると、タイマ21は動作を停止し、その直前の電流・電
圧がいかなるレベルにあっても、すべて定電流設定レベ
ルはIuに、定電圧設定レベルはVhに設定される。
また、母材・溶融池への入熱を確保するために。
アーク後期の電流設定を■、に低下させない場合には、
タイマ21が2度目の割り込み信号1RQlを発生させ
ないように、すなわちThが終了した後にタイマ21の
動作開始指令が出ないように、別途作成した制御プログ
ラムでMPU24を作動させる。
上記のようにマイクロプロセッサを用いて溶接電源の出
力制御を行なう場合、出力制御はすべてMPU24の割
り込み処理によって行なうことができ、それぞれの処理
時間は比較的短かくてすむので、余剰の時間を溶接シー
ケンスの処理などに利用できる。
〔発明の効果〕
本発明の効果を挙げれば次の通りである。
1)(A)〜(F)のどの過程の出力制御もスパッタ発
生量の低減に有効であり、スパッタ発生量が少ないため
、母材やノズルに付着したスパッタの除去作業が軽減す
る。特に、グロビュラー移行の中間電流域でその効果が
大きい。
2)同じく、どの過程の出力制御も電流・電圧波形の均
一化に寄与する。電流・電圧波形が均一化され、短絡周
期性が良好となるため、アークの安定性が向上し、ビー
ド形状も美麗となる。
3)(D)、(E)、(F)の各過程での出力制御にL
す1作業の種類に応じて母材・溶融池への入熱量を容易
に制御できるので、高速溶接も可能であり、作業性が向
上する。
4)(C)、(D)の各過程を通して、アーク期間中は
主として定電圧制御されるため、アーク状態に応じた適
確なアーク長制御が可能であり、別途アーク長制御回路
などを付加する必要もない。
5)ワイヤ送給速度、平均溶接電流あるいは平均溶接電
圧と各過程の波形因子との間には一義的な関係があるか
ら、波形因子の一元設定が可能であり、条件設定が容易
である。
6)短絡後期の(B)の過程では、短絡時間に応じて電
流値を所定の時定数で増加させ、短絡を開放するように
しているので、制御が容易で、安定した動作が期待でき
る。
7)アーク期間中も、第1図■−■−■のように電流値
が連続して変化するように制御しているので、電流値の
急変により、アークが不安定になることもない。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の詳細な説明するための電流・電圧波形
図、第2図は本発明における溶接電源の出力制御の説明
図、第3図は短絡を伴うアーク現象の説明図、第4図は
一般的な従来技術における電流・電圧波形図、第5図は
本発明に最も近い公知例の電流・電圧波形図、第6図(
a)、(b)はそれぞれ実施例1において記述した(a
)、(b)の条件でCO2アーク溶接を行なった場合の
電流・電圧のオシロ波形を示す図面代用写真、第7図(
a′)、(b′)はそれぞれ実施例2において記述した
(a’)、 (b’)の条件でCO,アーク溶接を行な
った場合の電流・電圧のオシロ波形を示す図面代用写真
、第8図は実施例3において記述した条件でCO□アー
ク溶接を行なった場合の電流・電圧のオシロ波形を示す
図面代用写真、第9図、第10図、第11図、第12図
は本発明における各波形因子の適正値の一例を示したグ
ラフ、第13図はワイヤ送給速度と平均溶接電流・平均
溶接電圧の関係の一例を示すグラフ、第14図は各実施
例におけるノズル・母材への付着スパッタ重量の実測結
果へ示す図表、第15図はワイヤ径を変えた他の実施例
に1.+Iる各波形因子の設定例を示す図表、第16図
は本発明を実施するための溶接電源の構成例を示すブロ
ック図、第17図は第16図中のCR積分回路の詳細図
、第18図は同じくパルス幅制御回路の詳細図である。 2・・・出力制御用インバータ回路 5・・・消耗性電極(ワイヤ) 6・・・ワイヤ送給ローラ 7・・・母材9・・・イン
バータ駆動回路 10・・・パルス幅制御回路 11・・・溶接電流検出
器12・・・溶接電圧検出器 13・・・ワイヤ送給ローラ駆動回路 15・・・電流制御用CR積分回路 17・・・電圧制御用CR積分回路 20・・・波形因子設定用メモリ 21・・・Th−TL制御用タイマ 22・・・’ro制御用タイマ

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1、消耗性電極をほぼ定速度で送給し、消耗性電極と母
    材との間で短絡とアークを交互に繰り返し発生させて行
    なうアーク溶接において、短絡発生とアーク発生を検出
    し、短絡周期ごとに下記(A)〜(F)の各過程を順次
    に、またはそのうちの2つ以上の過程を組合わせて実行
    することを特徴とするアーク溶接方法。 (A)短絡発生後、所定時間T_Dの間、溶接電流を短
    絡直前の定電流設定レベルによって決まる所定の値に保
    持するように溶接電源出力を定電流制御し、短絡状態を
    均一化する過程。 (B)次に、溶接電流を所定の定電流設定レベルI_u
    まで急激に増加させ、その後、短絡を開放するのに十分
    なより高い定電流設定レベルI_Sに向って所定の時定
    数S_Sで徐々に増加させて、短絡を開放する過程。 (C)アーク発生後、所定時間T_hの間、溶接電圧を
    比較的高い定電圧設定レベルV_h近傍に保持するよう
    に溶接電源出力を定電圧制御し、その間、上記定電圧設
    定レベルV_hとアーク状態によって決まる電流値より
    若干高い定電流設定レベルに最大電流値を規制する定電
    流制御を併用して、消耗性電極に溶滴を形成・成長させ
    る過程。 (D)所定時間T_h経過後、定電圧設定レベルを上記
    の高レベルV_hから所定の低レベルV_Lに向って所
    定の時定数S_vで徐々に減少させ、これに伴い、定電
    圧設定レベルとアーク状態によって決まる電流値より若
    干高い定電流設定レベルも所定の低レベルI_Lに向っ
    て所定の時定数S_iで徐々に減少させて、アーク力を
    減少させながら母材を加熱する過程。 (E)アーク長の減少に伴い溶接電源の自己制御作用に
    より生じる電流の増加を上記低レベルI_Lでの定電流
    制御により防止し、溶滴の過度の成長を抑制する過程。 (F)アーク発生後、所定時間(T_h+T_L)経過
    した時点より、電流値をさらに低い定電流設定レベルI
    _mに移行させて、消耗性電極の溶融を抑制し、短絡を
    促進する過程。 2、溶接電流を所定の値に保持する時間T_Dは、消耗
    性電極の径および送給速度によって決まる変数であるこ
    とを特徴とする特許請求の範囲1に記載のアーク溶接方
    法。 3、定電流設定レベルI_uは、消耗性電極の径および
    送給速度によって決まる変数であり、定電流設定レベル
    I_Sおよび定電流設定レベルをI_uからI_Sに変
    化させる時定数S_sは、消耗性電極の送給速度に関係
    なく一定であることを特徴とする特許請求の範囲1に記
    載のアーク溶接方法。 4、短絡発生後、所定の時間T_Dが経過しても短絡が
    続いている場合のみ、短絡を開放する過程に移行し、所
    定の時間T_Dが経過する以前にアーク発生が検出され
    た場合には、実行中の過程を継続させることを特徴とす
    る特許請求の範囲1に記載のアーク溶接方法。 5、定電圧設定レベルV_h、V_L、定電流設定レベ
    ルI_S、I_u、I_L、I_mおよび時定数S_s
    、S_v、S_iは、消耗性電極の送給速度、平均溶接
    電流および平均溶接電圧のうちの1つに基づいて決定さ
    れる変数であることを特徴とする特許請求の範囲1に記
    載のアーク溶接方法。
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2013532068A (ja) * 2010-06-14 2013-08-15 エサブ・アーベー Mig/mag溶接のための溶接パラメータを自動的に設定する方法およびその方法を実行するための制御装置
US10350695B2 (en) 2010-06-14 2019-07-16 Esab Ab Method of automatically setting a welding parameter for MIG/MAG welding and a controller for performing the method

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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2013532068A (ja) * 2010-06-14 2013-08-15 エサブ・アーベー Mig/mag溶接のための溶接パラメータを自動的に設定する方法およびその方法を実行するための制御装置
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