JPS6255952B2

JPS6255952B2 -

Info

Publication number: JPS6255952B2
Application number: JP56053938A
Authority: JP
Inventors: Shigeo Eguri; Yoichiro Tabata; Masatake Hiramoto; Koji Mizuno; Hirohisa Segawa
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 1981-04-10
Filing date: 1981-04-10
Publication date: 1987-11-24
Also published as: JPS57168776A

Description

【発明の詳細な説明】この発明は、ワイヤ電極（以下、単に「ワイ
ヤ」という）と母材との間に短絡とアーク発生と
を頻繁に繰り返して溶接を行う、短絡移行アーク
溶接機に関するものである。

先行技術に係るこの種のアーク溶接機として第
１図に示すようなものがあつた。図において、１
はワイヤ、２は被溶接物である母材、３はワイヤ
１を母材２の方向へ送り込むためのワイヤ送給用
モータ、４はワイヤ１が貫通するトーチ、５は三
相交流を整流する直流電源回路、６は直流電源回
路５の出力電圧をON，OFFするためのトランジ
スタ等のスイツチング素子、７はリアクトル、８
はスイツチング素子６のOFFの直後にリアクト
ル７に蓄えられたエネルギーを環流させるための
フライホイールダイオード、９はワイヤ１と母材
２との間の電圧を検出するための電圧検出器、１
０，１１は電圧検出器９によつて検出されたアー
ク電圧と所定の電圧値とを比較する第１，第２の
比較器、１２は比較器１１からの信号に遅延時間
Ｔを与えるためのタイマー、１３は比較器１０か
らのON指令、およびタイマー１２からのOFF指
令を受け、スイツチング素子６のON，OFFを指
令するためのスイツチ指令回路、１４は電圧検出
器９の動作を確実にするための補助電源である。

次にこの短絡移行アーク溶接機の動作を説明す
る。まず、ワイヤ送給用モータ３を駆動してワイ
ヤ１を母材２の方向へ送り込む。補助電源１４に
より、微小電圧がワイヤ１と母材２との間に印加
されており、電圧検出器９はワイヤ１と母材２と
の間の短絡を、その電圧変化によつて検出する。
検出された電圧Ｖは比較器１０によつて、ワイヤ
１と母材２との間の短絡電圧に相当する所定の電
圧Voと比較され、Ｖ≦Voならばスイツチ指令回
路１３からスイツチング素子６にON信号が発せ
られ、スイツチング素子６は導通状態となる。ま
た、同様に検出された電圧Ｖは比較器１１によつ
てアーク電圧と見なされる所定の電圧Vaと比較
され、Ｖ≧Vaならば必要に応じ所定の遅延時間
Ｔが経過した後、スイツチ指令回路１３からスイ
ツチング素子６にOFF信号が発せられ、スイツ
チング素子６は遮断し、その後は、リアクトル７
に蓄えられたエネルギーはワイヤ１、母材２、フ
ライホイールダイオード８を介して放出される。
第２図ａ，ｂは溶接時の電流・電圧波形図、同図
ｃはワイヤ１と母材２との間の短絡およびアーク
発生の様子を示す図で、図のように、電流波形は
ほぼ三角波となる。

この短絡移行アーク溶接機は以上のように構成
され、電気的な極性は主としてワイヤ１を陽極
に、母材２を陰極にするような逆極性に接続して
いた。逆極性の場合、母材２への入熱量が多く、
特に薄板の溶接においては、母材２が溶け落ちて
しまうなどの入熱過大の現象が見られた。またワ
イヤ１を陰極に、母材２を陽極にするような正極
性に接続することもできるが、この場合はワイヤ
１の溶融量が大きくなり、ビードが凸型となる。
また従来、正弦波交流を印加して溶接を行わせる
方法もあるが、これは溶接現象の短絡とアーク発
生との繰り返しと印加電圧波形との同期がとれて
おらず、例えば溶接棒を被覆棒にするなどしてア
ーク再生の容易化を図らざるを得なかつた。

この発明は以上のような欠点を除去するために
なされたもので、溶け込み量、余盛量を母材の形
状に合わせ、任意に広範囲に変化させることがで
きる短絡移行アーク溶接機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説明する。

第３図において、５１は三相交流を整流する直
流電源回路、６１は直流電源回路５１の出力電圧
をON，OFFするためのトランジスタ等のスイツ
チング素子、７１はリアクトル、８１はスイツチ
ング素子６１のOFFの直後にリアクトル７１に
蓄えられたエネルギーを環流させるためのフライ
ホイールダイオード、１０１，１１１は電圧検出
器９によつて検出されたアーク電圧を所定の電圧
値と比較する第３，第４の比較器、１２１は比較
器１１１からの信号に遅延時間T₁を与えるため
のタイマー、１３１は比較器１０１からのON指
令およびタイマー１２１からのOFF指令を受
け、スイツチング素子６１のON，OFFを指令す
るためのスイツチング指令回路である。また、１
５は溶接電流を検出するための検出器、１６１，
１６２はそれぞれ直流電源回路５，５１からの電
流をON，OFFするためのスイツチング素子、１
７はスイツチング素子１６１，１６２のいずれか
一方を選択してONとするための極性切り換え
器、１８１，１８２はサイリスタ等のスイツチン
グ素子、１９１，１９２は抵抗である。

次にこの実施例の動作を説明する。直流電源回
路５１、スイツチング回路６１、リアクトル７
１、フライホイールダイオード８１、比較器１０
１，１１１、タイマー１２１、スイツチ指令回路
１３１の動作は、それぞれ直流電源回路５、スイ
ツチング回路６、リアクトル７、フライホイール
ダイオード８、比較器１０，１１、タイマー１
２、スイツチ指令回路１３と同様である。ビード
形状（溶け込み量、余盛量等）の制御を行うと
き、正極性逆極性の比率を所要の割合で変化させ
るために極性切り換え器１７を設けてあるが、正
極性の期間では第３図中ｊで示すトリガ信号が入
つてスイツチング素子１６２が導通状態に、同時
にｉで示すトリガ信号は入らずスイツチング素子
１６１は遮断状態になる。逆極性の期間ではこれ
と全く逆の現象が生じスイツチング素子１６１が
導通状態に、スイツチング素子１６２が遮断状態
になる。正極性と逆極性との切り換えの際、リア
クトル７または７１に電流が残つている場合に生
じるサージ電圧の吸収のために、スイツチング素
子１８１のゲート端子にはｊ信号を、またたスイ
ツチング素子１８２のゲート端子にはｉ信号を印
加する。正極性から逆極性に転じる場合にはスイ
ツチング素子１８２が導通状態になり、リアクト
ル７１に残つていたエネルギーが抵抗１９２で消
費され、逆極性から正極性に転じる場合には、ス
イツチング素子１８１が導通状態になり、リアク
トル７に残つていたエネルギーは抵抗１９１で消
費される。正極性の場合は母材への入熱量が少な
く、一方余盛量は多い。また逆極性の場合は母材
への入熱量が多く余盛量は少ないため、母材の板
厚、形状、ギヤツプ間隔により所要のビード形状
を得るためには、第４図ａ第５図ａ、第６図ａに
それぞれ示すように極性切り換え器１７によつて
適宜ｉ信号をON，OFFし（ｊ信号のON，OFF
はｉ信号と全く逆となる。）、溶接期間内での正極
性、逆極性の比率を任意に変化させればよく、こ
の時の電圧波形（母材の電位をＯとする）は各図
ｂに、電流波形（逆極性の場合を正とする）は各
図ｃに示すような波形となり、このときのビード
断面形状は、第４図ｃ、第５図ｃ、第６図ｃにそ
れぞれ示すように逆極性に近いものから、正極性
に近いものまで変化させることができる。正・逆
両極性ともパルス電流の立上りとワイヤ・母材間
の短絡とは同期しているため、極性が反転する場
合も、もちろん短絡と同期して行なわれる。従つ
て、アーク発生中に電流の反転を試みた時にしば
しば見られるアーク切れは全く発生しない。これ
を確実に行うためには、図示しないが電圧検出器
９の出力を検知し、それが電圧V₀より低ければ
短絡とみなしてその時に極性切り換え器１７を動
作すればよい。パルス電流波形を次の短絡時まで
に確実にＯに復帰するように設定しておき、検出
器１５によつて溶接電流がＯになつたことを検知
して必ずその後に極性切り換え器１７を動作させ
るようにすれば、スイツチング素子１６１，１６
２は大電流を直接OFFする必要がなくなり、サ
イリスタ１８１，１８２、抵抗１９１，１９２で
見られるようなサージ電圧抑制用回路は不要とな
る。

このように、溶接期間内での正極性、逆極性の
比率は溶接母材の形状、構造等によつて、溶接者
があらかじめ設定する。例えば、母材の溶け込み
量を大きくする溶接が必要な場合は逆極性の比率
を多くするように、また逆に、余盛りを要求する
溶接ビードの場合は正極性の比率を大きくするよ
うにすればよい。

２０１は３相交流を整流するため整流回路、２
０６は整流回路２０１の出力をON，，OFFする
ことによつて溶接電流を正極性、逆極性に交番さ
せるインバータ回路である。インバータ回路２０
６に含まれるトランジスタ２０６Ａ，２０６Ｄを
ONとし、２０６Ｂ，２０６ＣをOFFとすれば、
アーク負荷にはワイヤ電極が正、母材が負となる
極性に電圧が印加される。また、トランジスタ２
０６Ａ，２０６ＤをOFFとし、２０６Ｂ，２０
６ＣをONとすれば、アーク負荷にはワイヤ電極
が負、母材が正となる極性に電圧が印加される。

極性切換器１７は、電圧検出器９の出力をモニ
タしており、ワイヤ電極１と母材２との間の短絡
が発生した時に、スイツチ指令回路１３を動作さ
せ、上記インバータ回路２０６の極性を変換する
ようになつている。

このような構成にすると、主電源回路の構造が
簡単となり、電源を安価に製作できる利点があ
る。

以上のように、この発明はワイヤ電極と母材間
の電圧を検出する電圧検出器と、この検出器の検
出電圧が短絡時の電圧値になつたときからアーク
放電時の電圧となつた所定時間後までの間上記ワ
イヤ電極と母材間に直流電圧を印加して通電する
ように構成されたものにおいて、上記ワイヤ電極
と母材間に印加する直流電圧の極性を、所定の比
率で逆極性として印加する極性切換機構を備え、
ワイヤ１と母材２との短絡に同期してパルス電流
を発生させ、かつ正極性、逆極性の比率を任意の
割合で変化させることができるように構成したの
で、母材の板厚、形状等により所要のビード形状
を安定に得ることができるという効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は先行技術に係る短絡移行アーク溶接機
の回路構成を示す図、第２図はその電圧、電流波
形および溶接現象の概要を示す図、第３図はこの
発明の一実施例の回路構成を示す図、第４図ａ〜
ｄ、第５図ａ〜ｄ、および第６図ａ〜ｄはそれぞ
れこの実施例におけるｉ信号の切換タイミング
図、電圧波形図、電流波形図、および溶接施工結
果のビード断面形状を示す図、第７図はこの発明
の他の実施例を示す回路構成を示す図である。図において、１はワイヤ電極、２は母材、３は
ワイヤ送給用モータ、５，５１は直流電源回路、
６，６１，１６１，１６２，１８１，１８２はス
イツチング素子、７はリアクトル、８，８１はフ
ライホイールダイオード、９は電圧検出器、１
０，１１，１０１，１１１は比較器、１３，１３
１はスイツチ指令回路、１４は補助電源、１５は
検出器、１７は極性切り換え器である。なお、図
中、同一符号はそれぞれ同一または相当部分を示
す。

Claims

【特許請求の範囲】１ワイヤ電極と母材間の電圧を検出する電圧検
出器、この検出器の検出電圧によつて短絡期間及
びアーク期間を判断し、上記短絡期間及び上記ア
ーク期間に対応して上記ワイヤ電極と母材間に直
流電圧を印加する電圧印加手段、並びに上記ワイ
ヤ電極と母材間に印加する直流電圧の極性を、上
記短絡期間内に切り換えると共に、上記極性が正
極性と逆極性になる比率を所定値にする極性切換
機構を備えた両極性短絡移行アーク溶接機。２ワイヤ電極の極性が母材に対して正または負
となる比率を上記ワイヤ電極の溶け込み量または
溶接ビードの余盛量に応じて制御する手段を備え
たことを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の
両極性短絡移行アーク溶接機。３極性切換機構をスイツチング素子又は半導体
素子よりなるインバータ回路によつて構成したこ
とを特徴とする特許請求の範囲第１項又は第２項
記載の両極性短絡移行アーク溶接機。