JPS6239893Y2

JPS6239893Y2 -

Info

Publication number: JPS6239893Y2
Application number: JP16642881U
Authority: JP
Priority date: 1981-11-06
Filing date: 1981-11-06
Publication date: 1987-10-12
Also published as: JPS5871470U

Description

【考案の詳細な説明】〔産業上の利用分野〕この考案は、消耗性電極のワイヤと母材からな
る溶接負荷に定電流制御された溶接直流を供給す
るとともに、ワイヤを母材の方向に連続的に送給
し、直流アーク溶接を行なう直流アーク溶接装置
に関する。

〔従来の技術〕

従来、消耗性電極のワイヤを用いて母材を定電
流溶接するこの種直流アーク溶接装置は、通常、
交流電源に接続された電力制御部により、電源交
流を制御整流して溶接直流を形成し、該溶接直流
をワイヤと母材との間に印加するとともに、溶接
直流の電流検出信号と出力電流の設定信号との誤
差増幅信号にもとづく帰還制御により、電力制御
部の制御整流素子の点弧位相を制御し、溶接直流
を定電流制御している。

また、ワイヤの送給は、電源交流を制御整流す
るワイヤ送給用直流電源のモータ駆動直流によ
り、ワイヤ送給用モータを駆動して行なわれ、こ
のとき、駆動直流が定電圧制御されてモータが定
速回転し、ワイヤが母材の方向に定速送給され
る。そして、従来のこの種直流アーク溶接装置の
アーク長の制御は、ワイヤの送給速度が急減する
か、溶接物のくぼみによりアーク長が大きくなる
と、ワイヤの溶融速度が減少してアーク長が自動
的に短くなり、逆になんらかの原因によりアーク
長が短くなると、アーク長が自動的に長くなる作
用、すなわちアークの自己制御作用のみに依存し
て行なわれている。

〔考案が解決しようとする問題点〕

ところで、良好な溶接結果を得るために、前述
のように溶接直流を定電流制御する場合、ワイヤ
を常時定速送給すると、とくに、なんらかの原因
でアーク長が長くなつたときに、大電力が供給さ
れ続けてアーク長が長い状態で持続し、元のアー
ク長に戻るのに長時間を要し、このため、母材側
のアークが広がり、シールド性が悪化して溶接欠
陥が生じ易くなる問題点がある。

〔問題点を解決するための手段〕

この考案は、前記の点に留意してなされたもの
であり、電源交流を制御整流する電力制御部の溶
接直流を消耗性電極のワイヤと母材とからなる溶
接負荷に供給するとともに、前記の溶接直流の電
流検出信号と出力電流設定部の設定信号との誤差
増幅信号にもとづく帰還制御により、前記溶接直
流を定電流制御し、かつ、電源交流を制御整流す
るワイヤ送給用直流電源のモータ駆動直流をワイ
ヤ送給用モータに供給し、前記モータによつて前
記ワイヤを前記母材の方向に送給する直流アーク
溶接装置において、前記電極と前記母材との間の電圧を検出する電
圧検出回路と、前記検出回路の出力電圧の分圧をアーク長の検
出電圧として増幅する第１演算増幅器と、前記第１演算増幅器の出力端子と前記分圧が印
加される入力端子との間に設けられた利得設定用
の主抵抗と、コレクタ、エミツタと利得設定用の副抵抗との
直列回路が前記主抵抗に並列接続されるとともに
ベースに前記設定信号が入力され、前記第１演算
増幅器の出力電圧によつてスイツチングする利得
切換用のトランジスタと、前記第１演算増幅器の出力電圧と前記駆動直流
の電圧とを定利得で誤差増幅する第２演算増幅器
と、前記第２演算増幅器の出力電圧によつて前記送
給用直流電源の出力電圧を制御し、前記分圧の
増、減に応じて前記駆動直流を可変する移相部とを備えた直流アーク溶接装置である。

〔作用〕

したがつて、アーク長の長さが変動してワイヤ
と母材との間の電圧が変化すると、第１演算増幅
器の出力電圧が変化し、このとき第２演算増幅器
により、ワイヤ送給用モータに印加されるモータ
駆動直流の電圧と第１演算増幅器の出力電圧とが
誤差増幅され、かつ、第２演算増幅器の出力電圧
によつて駆動直流の電圧が可変されるため、アー
ク長の変動に応じてワイヤの送給速度が可変さ
れ、アーク長が長くなつたときには送給速度が速
くなつてアーク長が迅速に元に戻る。

しかも、アーク長が異常に長くなると、第１演
算増幅器の出力電圧にもとづく利得切換用のトラ
ンジスタのスイツチングにより、第１演算増幅器
の利得が主、副抵抗の並列接続によつて低下し、
ワイヤの送給速度の過大な加速が抑制され、送給
速度の異常な高速化による制御の乱れが防止さ
れ、安定した制御でアーク長がすみやかに元に戻
る。

〔実施例〕

つぎに、この考案を、その１実施例を示した第
１図ないし第３図の図面とともに、詳細に説明す
る。

第１図において、１は交流電源に接続された溶
接直流用の交流入力端子、２は交流電源に接続さ
れたワイヤ送給用の交流入力端子、３は入力端子
１に接続された電力制御部であり、内部の制御整
流素子により、電源交流を制御整流して直流に変
換し、負電圧の溶接直流を正、負出力端子
（＋），（−）から出力する。

４は電力制御部３のアースレベル（基準レベ
ル）の正出力端子（＋）に接続された消耗性電極
であり、消耗性ワイヤからなる。５は電極４とと
もに溶接負荷を形成する母材、６は母材５と電力
制御部３の負出力端子（−）との間に設けられた
電流検出器であり、溶接負荷に供給された溶接電
流を検出し、溶接電流に比例した電圧の電流検出
信号を出力する。

７は出力設定用の主直流電源E₂と出力設定用
の可変抵抗VRとの並列回路からなる出力電流設
定部であり、可変抵抗VRの摺動片から後述の誤
差増幅部に、出力電流設定用の正電圧の設定信号
を出力する。８は検出器６の電流検出信号と設定
部７の設定信号とが入力される誤差増幅部であ
り、設定信号を基準として電流検出信号と設定信
号とを誤差増幅し、定電流制御用の誤差増幅信号
を、定電流制御信号として電力制御部３に出力す
る。

９は電極４のワイヤを送給するワイヤ送給ロー
ラ、１０はローラ９を回転させるワイヤ送給用モ
ータ、１１は正、負端子（＋），（−）がモータ１
０に接続されたワイヤ送給用直流電源であり、内
部の制御整流素子によつて電源交流を制御整流
し、正電圧の駆動直流をモータ１０に供給する。
１２は直流電源１１の制御整流素子を点弧制御す
る移相部、１３はモータ１０、直流電源１１、移
相部１２および後述の第２演算増幅器により構成
されたワイヤ送給装置、１４は電極４と母材５と
の間の溶接電圧を検出してアーク長制御用の信号
を送給装置１３に出力するアーク長制御装置であ
る。

また、送給装置１３、制御装置１４において、
Ａ，Ｂは電極４、母材５それぞれに接続された溶
接電圧検出用の１対の検出端子であり、検出端子
Ａが直流電源E₂の負極および直流電源１１の負
出力端子（−）に接続されている。R₁，R₂は検
出端子Ａ，Ｂ間に直列に設けられた検出用の２個
の抵抗であり、電圧検出回路を形成する。Q₁は
第１演算増幅器であり、非反転入力端子（＋）が
検出端子Ａに接続されるとともに、反転入力端子
（−）が入力用の抵抗R₅を介して抵抗R₁，R₂の接
続点に接続されている。

E₁はアーク長設定用の補助直流電源であり、
正極が検出端子Ａに直接接続されてアースされて
いる。R₃はアーク長設定用の可変抵抗であり、
直流電源E₁の負極と検出端子Ａとの間に設けら
れ、摺動片から入力用の抵抗R₄を介して増幅器
Q₁の反転入力端子（−）にアーク長設定基準用
の負電圧を出力する。

R₆は増幅器Q₁の出力端子と反転入力端子
（−）との間に設けられた利得設定用の主抵抗、
Q₃は利得切換用のPNP型のトランジスタであ
り、エミツタが利得設定用の副抵抗R₇を介して
増幅器Q₁の出力端子に接続されるととももにコ
レクタが増幅器Q₁の反転入力端子（−）に接続
され、コレクタ、エミツタと抵抗R₇との直列回
路が抵抗R₆に並列に設けられ、かつ、トランジ
スタQ₃にベースが入力用の抵抗R₈を介して可変
抵抗VRの摺動片に接続されている。

Q₂は反転入力端子（−）が検出端子Ａに接続
された第２演算増幅器であり、非反転入力端子
（＋）が入力用の抵抗R₉，R₁₀それぞれを介して
増幅器Q₁の出力端子、直流電源１１の正出力端
子（＋）に接続され、かつ、出力端子と非反転入
力端子（＋）との間に利得設定用の抵抗R₁₁が設
けられるとともに、出力端子が入力用の抵抗R₁₂
を介して移相部１２に接続されている。

そして、入力端子１の電源交流が制御部３の制
御整流によつて直流に変換され、制御部３から負
電圧の溶接直流が出力され、このとき、検出器６
の電流検出信号と可変抵抗VRの摺動片の設定信
号とにもとづく増幅部８の誤差増幅信号により制
御部３の制御整流素子が点弧制御され、帰還制御
によつて溶接直流が定電流制御される。

一方、入力端子２の電源交流が直流電源１１の
制御整流によつて直流に変換され、直流電源１１
からモータ１０に正電圧の駆動直流が供給され
る。

ところで、溶接直流が供給され始める始動時
は、電極４と母材５との間にアークが発生してい
ないため、溶接直流は負の高い無負荷電圧にな
り、このとき、検出端子Ａ，Ｂ間には負の大電圧
の検出電圧が発生し、検出端子Ｂが負の大電位に
なる。

そして、検出端子Ａ，Ｂの検出電圧の分圧が増
幅器Q₁の反転入力端子（−）に印加され、増幅
器Q₁により、前記分圧に可変抵抗R₃の摺動片の
負の電圧を加算した電圧が反転増幅され、増幅器
Q₁から増幅器Q₂に正の大電圧が出力される。

したがつて、始動時には増幅器Q₂の出力電圧
が正の大電圧になり、このとき、移相部１２の点
弧制御にもとづき、直流電源１１の出力電圧が大
電圧に制御されモータ１０が起動されて電極４の
ワイヤが母材５の方向に迅速に送給される。

そして、ワイヤが母材５に短絡し、電極４、母
材５間に電流が流れ、ワイヤが切れてアークが発
生し、このとき、電極４と母材５間の電圧は無負
荷電圧から溶接電圧に減少する。

さらに、電極４、母材５間の電圧が無負荷電圧
から溶接電圧に減少してアーク長が適切な長さに
なると、増幅器Q₁の反転入力端子（−）の分圧
も減少し、このとき、増幅器Q₁の出力電圧が所
望電圧に低下する。

そして、増幅器Q₁の出力電圧と直流電源１１
の出力電圧とが増幅器Q₂によつて誤差増幅さ
れ、増幅器Q₂の出力電圧にもとづく移相部１２
の制御により、直流電源１１の出力電圧が所望電
圧になるように制御され、モータ１０が所望電圧
によつて定速回転し、ワイヤが定速送給される。

つぎに、溶接作業中において、アーク長に無関
係にワイヤの送給速度が低下するか、溶接物の段
差によりアーク長が長くなると、電極４と母材５
のインピーダンスが大きくなり、定電流制御され
る制御部３の出力電圧が適正な溶接電圧から増加
し、抵抗R₁，R₂により検出され抵抗R₅を介して
増幅器Q₁に印加される分圧が負に大きくなり、
増幅器Q₁の出力電圧が高くなる。

このため、増幅器Q₁の出力電圧と直流電源１
１の出力電圧とを比較増幅する増幅器Q₂の出力
電圧が高くなり、直流電源１１の出力電圧が高く
なつてモータ１０の回転が速くなり、ワイヤはロ
ーラ９により迅速に母材５側に送り込まれ、アー
ク長が短かくなるように制御され、アーク長が一
定に制御されて安定した溶接状態に引込まれる。

ところで、たとえば溶接電流I₁の溶接作業中
に、大きな段差などによつてアーク長が長大にな
り、制御部３の出力電圧が負の大電圧になると、
増幅器Q₁の出力電圧Vbがかなり高くなり、この
とき、増幅器Q₁の反転入力端子（−）と出力端
子との間の電圧差が大きくなるとともに、トラン
ジスタQ₃のベース、エミツタ間電圧がオン電圧
に達し、増幅器Q₁の出力端子から抵抗R₇を介し
てトランジスタQ₃のベースに電流が流れ、トラ
ンジスタQ₃がオンして抵抗R₆に抵抗R₇が並列接
続される。

そして、抵抗R₆に抵抗R₇が並列接続される
と、増幅器Q₁の利得が、抵抗R₆のみのときの利
得より大幅に低い利得に切換えられる。

このため、増幅器Q₁の出力電圧Vbは、第３図
に示すように、トランジスタQ₃がオンする電圧
Vb₁以上にほとんど上昇せず、ほぼ電圧Vb₁が溶
接電流I₁の上限電圧になる。

そして、電圧Vb₁が出力電圧Vbの上限電圧にな
るため、アーク長が異常に長大になつても、ワイ
ヤの送給速度は、制御乱れが生じない範囲内の最
高度に抑制され、安定した制御でアーク長が迅速
に一定長に引込まれ、このとき、電極４と母材５
との間の溶接電圧Vaは、第２図、第３図の電圧
Va₁が上限電圧になるように制御される。

ところで、溶接電流に応じて設定信号の電圧が
可変され、トランジスタQ₃のオン電圧が可変さ
れるため、たとえば溶接電流をI₂（I₂＞I₁）に設定
したときには、第３図に示すように、出力電圧
Vbの上限電圧はほぼ電圧Vb₂になり、このとき、
溶接電圧Vaは第２図、第３図の電圧Va₂が上限電
圧になる。

また、始動時には、無負荷電圧によつてトラン
ジスタQ₃がオンし、設定された溶接電流に対す
る最高速度でワイヤが送給されるのは勿論であ
る。

なお、第２図の破線は実線に溶接を行なつたと
きのアーク負荷線を示し、同図の１点鎖線は出力
電圧Vbの上限によつて定まる溶接電圧Vaの上限
電圧特性を示す。

一方、溶接作業中に、アーク長に無関係にワイ
ヤの送給速度が増加するか、溶接物の段差により
アーク長が短かくなると、制御部３の出力電圧が
適正な溶接電圧から減少し、増幅器Q₁に印加さ
れる分圧がアースレベル側に変動し、増幅器Q₁
の出力電圧が低下し、ワイヤの送給速度が減速さ
れ、制御部３の出力電圧が適正な溶接電圧に引込
まれてアーク長が元の一定長に制御される。

ところで、送給速度を減速するときは、前述し
たように増幅器Q₁の出力電圧が低下するため、
トランジスタQ₃がオンせず、増幅器Q₁の利得が
抵抗R₆にもとづく利得に固定されるが、このと
き、モータ１０の慣性などにもとづき、送給速度
は比較的ゆつくりと減速されるため、制御乱れな
どの生じることはない。

したがつて、前記実施例によると、アーク長の
変化に応じて増幅器Q₁の出力電圧が変化すると
ともに、増幅器Q₁の出力電圧の変化によつて増
幅器Q₂の出力電圧が補正可変され、ワイヤの送
給速度が加、減速されるため、アークの自己制御
作用と、ワイヤの送給速度の制御とにもとづき、
アーク長が変化しても、アーク長を迅速に元の適
切なアーク長に戻すことができ、とくに、アーク
長が長くなつたときのアークの広がりを防止し、
シールド性を向上し、良好な溶接が行なえる。

しかも、トランジスタQ₃のスイツチングによ
り、アーク長が最大になつても、ワイヤの送給速
度が過大にならず、送給速度の制御が乱れない範
囲でワイヤが迅速に送給され、安定した制御でア
ーク長を迅速に元に戻すことができ、このとき、
制御部３の出力電圧も上限電圧が規定されて過大
になることがない。

さらに、トランジスタQ₃のオン電圧が溶接電
流の設定に応じて自動的に可変されるため、設定
された溶接電流に応じた最適なアーク長の制御が
行なえる。

〔考案の効果〕

以上のように、この考案の直流アーク溶接装置
によると、アーク長の変動に追従して消耗性電極
のワイヤの送給速度を可変したことにより、アー
クの自己制御作用とワイヤの送給速度の可変とに
もとづき、迅速な制御で変動したアーク長を元に
戻すことができ、しかも、利得切換用のトランジ
スタのスイツチングにより、アーク長が異常に長
くなつても、ワイヤの送給速度の制御を乱すこと
なく迅速にアーク長を元に戻すことができるた
め、安定した制御でアーク長を常に適切な長さに
制御し、良好な溶接を行なうことができるもので
ある。

【図面の簡単な説明】

第１図ないし第３図はこの考案の直流アーク溶
接装置の１実施例を示し、第１図はブロツク結線
図、第２図は出力特性図、第３図は電極、母材間
電圧とアーク長制御装置の出力電圧特性図であ
る。３……電力制御部、４……電極、５……母材、
６……電流検出器、７……出力電流設定部、８…
…比較増幅器、９……ワイヤ送給用ローラ、１０
……ワイヤ送給用モータ、１１……ワイヤ送給用
直流電源、１２……移相部、１３……ワイヤ送給
装置、１４……アーク長制御装置、Q₁……第１
演算増幅器、Q₂……第２演算増幅器、Q₃……ト
ランジスタ、R₆，R₇……主、副抵抗、Ａ，Ｂ…
…検出端子。

Claims

【実用新案登録請求の範囲】電源交流を制御整流して出力する電力制御部の
溶接直流を消耗性電極のワイヤと母材とからなる
溶接負荷に供給するとともに、前記溶接直流の電
流検出信号と出力電流設定部の設定信号との誤差
増幅信号にもとづく帰還制御により、前記溶接直
流を定電流制御し、かつ、電源交流を制御整流す
るワイヤ送給用直流電源のモータ駆動直流をワイ
ヤ送給用モータに供給し、前記モータによつて前
記ワイヤを前記母材の方向に送給する直流アーク
溶接装置において、前記電極と前記母材との間の電圧を検出する電
圧検出回路と、前記検出回路の出力電圧の分圧をアーク長の検
出電圧として増幅する第１演算増幅器と、前記第１演算増幅器の出力端子と前記分圧が印
加される入力端子との間に設けられた利得設定用
の主抵抗と、コレクタ、エミツタと利得設定用の副抵抗との
直列回路が前記主抵抗に並列接続されるとともに
ベースに前記設定信号が入力され、前記第１演算
増幅器の出力電圧によつてスイツチングする利得
切換用のトランジスタと、前記第１演算増幅器の出力電圧と前記駆動直流
の電圧とを定利得で誤差増幅する第２演算増幅器
と、前記第２演算増幅器の出力電圧によつて前記送
給用直流電源の出力電圧を制御し、前記分圧の
増、減に応じて前記駆動直流を可変する移相部とを備えた直流アーク溶接装置。