JPS6255474B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 この発明は例えば消耗性電極（以下ワイヤとい
う）などのワイヤを溶接開始時母材に対して送給
するようにしたアーク溶接装置に係り、特にその
ワイヤ送給開始時のワイヤの送給速度を制御する
ようにした装置に関するものである。

溶接作業において、被溶接物である母材が比較
的小さく、溶接長さが短かいなど溶接回数が多い
場合、溶接装置に要求される機能はアークスター
ト性が良好なこと、すなわち、溶接開始のスイツ
チを入れてから安定なアークが発生するまでの時
間が短かいことと、アークスタート時に発生する
ワイヤの切れ端や大粒のスパツタが母材やチツプ
などに付着しないことである。

今、溶接開始時のアークスタート現象について
第１図〜第４図を用いて説明する。図において、
１はワイヤ、２は母材、３はこの母材２に形成さ
れた溶接ビード、４は上記ワイヤ１の先端と母材
２との間に発生されたアーク、５は上記ワイヤ１
に給電するためのチツプである。

溶接中、アーク４は第１図に示すように溶接ビ
ード３の上に発生している。この状態から溶接を
終了するにはワイヤの送給をとめた後に給電を停
止し、上記アーク４が消滅させる。このため、再
びアーク４を発生させるときの母材２とチツプ５
との距離は、上記溶接終了のときと変らない。ま
た、ワイヤ１の先端と母材２との間隔は第２図に
示すように距離Ｌだけ離れた状態となつている。
（以下、このワイヤの先端と母材との距離をワイ
ヤ先端距離という。）一般にこのワイヤ先端距離
Ｌは溶接ビード３の余盛高さとアーク４の長さと
によつて決定される。つまり、このワイヤ先端距
離Ｌは溶接条件が一定ならばほぼ一定となる。次
にこのワイヤ先端距離がＬだけ離れた状態で溶接
開始のスイツチを入れると、ワイヤ１は母材２に
向つて送給され始め、第３図に示すように上記ワ
イヤ１の先端部が母材２の表面と軽微に接触す
る。（以下点接触という。また、この溶接開始の
スイツチを入れてからワイヤが母材に点接触する
までの過程をステツプＡという。）このようにワ
イヤ１が母材２に点接触すると、ワイヤ１には短
絡電流が流れ、上記ワイヤ１の先端が溶融してア
ーク４を発生する（第４図参照）。（以下、このワ
イヤが母材に点接触してからアークを発生するま
での過程をステツプＢという。）ステツプＢにお
いてワイヤ１の送給速度が速すぎる場合には、ワ
イヤ１の先端と母材２とが短時間で完全接触状態
となつてワイヤ１先端部の接触抵抗が小さくなる
ので、このワイヤ１先端部からアーク４が発生せ
ずに、多くの場合、チツプ５の先端部から発生す
るようになつてしまう。このため、チツプ５と母
材２との間のワイヤ１がチツプ先端部近傍から溶
融破断して、これがワイヤの切れ端となつて母材
２に付着するし、また、このとき、大きな短絡電
流が流れるので大粒のスパツタも発生しやすい。
従つて、ステツプＢにおいてはワイヤ送給速度が
小さいことがワイヤの切れ端や大粒のスパツタの
発生をおさえるためには重要な要素である。すな
わち、ワイヤ１が母材２に点接触してから完全接
触状態となるまでの時間が少しでも長ければ、ワ
イヤ１の先端部でアーク４を発生できる確率がそ
れだけ大きくなり、かつ、ワイヤの切れ端や大粒
のスパツタの発生はなくなる。

従来、上記アークスタート性をよくするために
用いられているワイヤ送給速度を制御方式とし
て、ワイヤスローダウン方式という方法があつ
た。この方式は溶接開始時にワイヤ切れ端や大粒
のスパツタが発生しないことをねらいとしたもの
で、溶接開始のスイツチを入れてからアークが発
生されるまでの間はワイヤ送給速度を遅くし、ワ
イヤの先端がゆつくりと母材に接触するようにし
てワイヤの先端部と母材間にアークが発生される
ようにする方式である。

この方式によれば、ステツプＢにおいてワイヤ
の切れ端や大粒のスパツタが母材やチツプなどに
付着することはないが、一方、ステツプＡにおい
てもステツプＢで適用される遅い送給速度でワイ
ヤが送給されることになり、ワイヤの先端が母材
に接触するまでに長い時間が必要となつて作業能
率を著しく低下させるという欠点があつた。

この発明は上記欠点を除去するためになされた
もので、ステツプＡにおいては短時間にワイヤ先
端距離Ｌを縮めるためにワイヤ送給速度を速く
し、ステツプＢあるいはステツプＢとなる直前に
おいてワイヤの切れ端や大粒のスパツタを発生さ
せないためにワイヤ送給速度を遅くするようワイ
ヤの送給速度を制御する溶接装置を提供すること
を目的としている。

以下、この発明の一実施例を図について説明す
る。第５図において、第１図〜第４図と同一符号
は同一又は相当部分を示しているので説明を省略
する。６はワイヤ送給用の電動機、７はこの電動
機６の駆動用変圧器、８，９は整流器、１０は上
記電動機６の回転数を制御するサイリスタ、１１
はこのサイリスタ１０の導通角を制御する制御回
路、１２は電動機６によつて駆動され、ワイヤ１
を母材２に向つて送給する送給ローラ、１３，１
４は溶接開始のスイツチ（図示せず）が閉成され
た時点から所定の時間t₁後に開路状態になる常閉
の時限接点、１５，１６は溶接開始のスイツチが
閉成された時点から上記所定の時間t₁後に閉路状
態になる常開の時限接点、１７，１８はワイヤ１
に短絡電流が流れたことを検出した時点から所定
の時間t₂後に開路状態になる常閉の時限接点、１
９，２０はワイヤ１に短絡電流が流れたことを検
出した時点から所定の時間t₂後に閉路状態になる
常開の時限接点、２１はステツプＡでのワイヤ送
給速度を調整するための可変抵抗器、２２はステ
ツプＢあるいはステツプＢに移行する直前におい
てのワイヤ送給速度を調整するための可変抵抗
器、２３は溶接中のワイヤ送給速度を調整するた
めの可変抵抗器である。

次にこの装置の動作について、ワイヤ送給速度
と溶接スタート時の経過時間との関係を示した第
６図を参照して説明する。この装置に時点T₀の
とき、溶接開始のスイツチを入れると、制御回路
１１は可変抵抗器２１で調整された電圧が印加さ
れ、サイリスタ１０導通角を大きくする。これに
より、ワイヤ１は可変抵抗器２１で調整された速
いワイヤ送給速度で送給される。今、時限接点１
３，１４，１５，１６の遅れ時間は時点T₀から
上記ワイヤ１の先端が母材２に点接触する時点
T₁までの時間t₁と等しく（あるいはわずかに短か
く）設定してあるので、時間t₁後接点１３，１４
が開放され、接点１５，１６が閉成されることに
なる。接点１５，１６の閉成により、制御回路１
１は可変抵抗器２２で調整された電圧が印加さ
れ、サイリスタ１０の導通角を小さくする。これ
により、上記ワイヤ１はその先端が母材２に点接
触する時点（あるいはその直前）に速いワイヤ送
給速度から、可変抵抗器２２で調整された遅い送
給速度に切替わる。このとき、ワイヤ１が母材２
に点接触すると同時に短絡電流が流れ、上記ワイ
ヤ１の先端が溶融して滴下し、アーク４が発生す
る。

また、時限接点１７，１８，１９，２０の遅れ
時間は短絡電流が流れ始める時点T₁から、アー
ク４が発生し始める時点T₂までの時間t₂と等しく
（あるいはわずかに長く）設定してあるので、時
間t₂後接点１７，１８が開放され、接点１９，２
０が閉成されることになる。接点１７，１８の開
放、接点１９，２０の閉成により、制御回路１１
は可変抵抗器２３で調整された電圧が印加され、
ワイヤ送給速度が溶接に適した速度となるよう
に、サイリスタ１０の導通角を溶接に適した速度
に対応する大きさにする。これにより、ワイヤ１
は可変抵抗器２３で調整され、溶接に適したワイ
ヤ送給速度に切替つて溶接作業に入る。

なお、ワイヤ１が母材２に点接触するまで移動
する距離（ワイヤ先端距離）は時限接点１３，１
４，１５，１６の遅れ時間と、可変抵抗器２１に
よつて調整されるワイヤ送給速度との積として表
されるので、ワイヤ送給速度を速くし、かつ、時
限接点１３，１４，１５，１６の遅れ時間を短か
く設定することによつて、溶接開始のスイツチを
入れてからワイヤ１の先端が母材２に点接触する
まで（ステツプＡ）の時間を短縮することができ
る。

また、ステツプＢにおいて、時限接点１７，１
８，１９，２０の遅れ時間を時点T₁から時点T₂
までの時間t₂と同期させて、固定し、かつ、可変
抵抗器２２に代えて固定抵抗器を用いて遅いワイ
ヤ送給速度の制御をしてもよいし、さらに、例え
ば自動溶接装置のようにワイヤ先端距離Ｌが一定
の場合には、ステツプＡにおいても時限接点１
３，１４，１５，１６の遅れ時間を所望の時間に
固定し、かつ、可変抵抗器２１に代えて固定抵抗
器を用いて速いワイヤ送給速度の制御をしても上
記実施例と同様の効果を奏する。

第７図はこの発明の他の実施例を示したもの
で、第５図と同一符号は同一又は相当部分を示し
ているので説明を省略する。２４は溶接開始のス
イツチが閉成されると同時に閉路状態になる常開
の瞬時接点、２５は溶接開始のスイツチが閉成さ
れると同時に開路状態になる常閉の瞬時接点、２
６はコンデンサ、２７はこのコンデンサ２６の放
電用抵抗、２８は上記コンデンサ２６の充電電流
を制御する可変抵抗器である。

次にこの装置の動作について、ワイヤ送給速度
と溶接スタート時の経過時間との関係を示した第
８図を参照して説明する。この装置に時点T₀の
とき溶接開始のスイツチを入れると、これと同時
に瞬時接点２４が閉路状態、かつ、瞬時接点２５
が開路状態になつてコンデンサ２６に充電電流が
流れ、可変抵抗器２８の両端に電圧が発生する。
ところでこの電圧は上記コンデンサ２６の容量と
可変抵抗器２８の抵抗値との積で決定される指数
関数曲線に従つて減少し、所定時間後には無視で
きる大きさとなり、さらに最終的には零となる。
そこで、制御回路１１において上記可変抵抗器２
８の設定値と可変抵抗器２２の設定値とが加算さ
れるようにしておけば、ワイヤ送給速度は、溶接
開始のスイツチを入れた時点T₀の直後に最大と
なつて速い速度で送給され、その後、上記指数関
数曲線に従つて漸次減少し、ワイヤ１の先端が母
材２に点接触する時点T₁の前後で瞬時接点２４
が開路となつて可変抵抗器２２で調整された遅い
ワイヤ送給速度に切替わる。この後、ワイヤ１の
先端が母材２に点接触して短絡電流が流れ、さら
に時点T₂でアーク４が発生されて溶接作業に入
るがこれらは上述した上記一実施例と同様に動作
される。

なお、上記実施例では可変抵抗器２８の設定値
と可変抵抗器２２の設定値とが制御回路１１で加
算されるように構成したが、ワイヤ送給速度が上
記指数関数曲線に従つて減少し、可変抵抗器２２
で調整される遅い送給速度と等しくなる時点T₁
（あるいはその前後）で瞬時接点２４が開路とな
つてその時可変抵抗器２２による遅い速度に切替
るようにしてもよい。

このように溶接開始のスイツチを入れた時点
T₀の直後にワイヤは最も速い速度で送給される
が、漸次指数開数曲線に従つて減少して、ワイヤ
の先端が母材に実際に点接触する時が時点T₁と
正確に一致していなくても、その実際の接触時に
は電極の送り速度がアークを発生させるための遅
いワイヤ送給速度とほぼ等しくなつているので、
時点T₀からT₁までの時間t₁に許容幅をもたせる
ことができる。このため、ワイヤ先端距離に若干
のばらつきがあつてもワイヤが母材に完全接触状
態になることはなく、例えば半自動溶接装置な
ど、ワイヤ先端距離が少しずつ異なる場合であつ
ても容易に制御ができる効果がある。

また、瞬時接点２４，２５及び時限接点１７，
１８，１９，２０の遅れ時間をそれぞれ固定し、
かつ、可変抵抗器２８及び２２に代えて固定抵抗
器を用いてワイヤ送給速度制御をしても上記実施
例と同様の効果を奏する。

第９図は上述した従来のワイヤスローダウン方
式の制御装置によるワイヤ送給速度と、溶接スタ
ート時の経過時間との関係を示したもので、溶接
開始のスイツチを入れた時点T₀からワイヤの先
端が母材に点接触する時点T₁までの時間t₁が長い
ことを示している。

以上のようにこの発明によれば、溶接開始のス
イツチを入れるとワイヤは速いワイヤ送給速度で
送給され、上記ワイヤがワイヤ先端距離、すなわ
ち、ワイヤの先端が母材に点接触する、あるいは
その直前まで送給された時点で遅いワイヤ送給速
度に切替えられるように制御するため溶接スター
ト時においてワイヤの先端が母材に点接触する、
あるいはその直前となるまでの時間が大幅に短縮
され、作業能率を向上させることができる効果が
ある。

なお、アークが発生するまでの出力電力が溶接
電圧とは別に制御できるホツトスタート方式な
ど、出力電圧切換方式による制御とこの発明によ
る制御とを併用すれば、アークスタート性能はさ
らに向上される。

【図面の簡単な説明】

第１図〜第４図はそれぞれアークスタート現象
を説明する図、第５図はこの発明の一実施例によ
る制御回路構成図、第６図はこの発明の一実施例
による制御装置によつて制御されたワイヤ送給速
度と経過時間の関係を示す図、第７図はこの発明
の他の実施例による制御回路構成図、第８図及び
第９図はこの発明の他の実施例及び従来例による
制御装置によつて制御されたワイヤ送給速度と経
過時間との関係を示す図である。 図において、１はワイヤ、２は母材、４はアー
ク、６はワイヤ送給用の電動機、１０はサイリス
タ、１１はサイリスタの導通角を制御する制御回
路、１３，１４，１７，１８は常閉の時限接点、
１５，１６，１９，２０は常開の時限接点、２
１，２２，２３，２８は可変抵抗器、２４は常開
の瞬時接点、２５は常閉の瞬時接点、２６はコン
デンサ、２７はコンデンサの放電用抵抗である。
なお、図中同一符号は同一又は相当部分を示して
いる。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 溶接すべき母材と、上記母材に向つて送給さ
   れ上記母材との間にアークを発生させる溶接電極
   とを有するアーク溶接装置において、 上記溶接電極を上記母材に向つて送給する電動
   機と、 上記電動機に接続され上記電動機を駆動する駆
   動用電源と、 上記電動機と駆動用電源との間に接続され、上
   記電動機へ流す電流を変化させるサイリスタと、 上記電動機による溶接電極の送給速度の速い速
   度と遅い速度とを設定する速度設定回路と、 溶接開始信号が投入されてから所定時間は上記
   速度設定回路で設定された速い速度を選択し、上
   記所定時間経過後は上記速度設定回路で設定され
   た遅い速度を選択して出力する切換回路と、 上記切換回路に選択された設定速度に基づき上
   記サイリスタの導通角を制御する制御装置とを備
   えたことを特徴とするアーク溶接装置。