JPS6272482A - ア−ク溶接用電源 - 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 本発明は消耗電極である溶接用ワイヤを自動送給し、溶
接用ワイヤが被溶接物に接触短絡することと非接触でア
ーク発生することをくり返す短絡移行溶接をおこなうア
ーク溶接用電源に関するものである。

従来の技術 溶接用ワイヤを被溶接物に接触短絡させて溶滴離脱させ
ることと非接触でアーク発生させ溶滴形成させることを
交互にくり返して溶接する短絡移行溶接のアーク発生期
間中における溶接出力制御は、溶接出力制御素子の導通
幅を一定値に保っておき、溶接用変圧器の定電圧特性と
アークの自己制御作用によっておこなわれてきた。また
、ワイヤ送給速度の設定や各種作業に応じた出力微調整
は前記溶接出力制御素子の導通幅を調整することによっ
ておこなわれてきた。

発明が解決しようとする問題点 ワイヤ短絡が解除されてアーク発生し、次のワイヤ短絡
を迎えるまでのアーク発生期間に必要な出力制御は次の
３種類に分類される。

ワイヤ短絡解除直後の第１の期間はワイヤ先端が被溶接
物にきわめτ近く、継続し℃自動送給されるワイヤや溶
融池の振動により再短絡してスパッタ発生させない必要
がある。このため短時間にワイヤ溶融させ、被溶接物か
らの距離を設ける必要がある。

ワイヤ先端が被溶接物から離れた後はその距離を次第に
短くさせなから溶滴形成させ、同時に被溶接物を溶融さ
せる必要がある。この時、溶接出力が過大であるとアー
ク長が長くなり溶融池の振動も大きくなって溶接ビード
形成に悪影響を及ぼす。同時に形成されたワイヤ先端の
溶滴もアーク力等により飛散してスパッタ発生の原因と
なる。

以上が第２の期間に必要な制御である。

溶滴形成後の第３の期間は再び溶接用ワイヤを被溶接物
に接触短絡させ、溶滴を被溶接物へ移行させるための準
備期間である。この間、迅速に溶接用ワイヤを被溶接物
に接近させ、ワイヤ短絡を促進させねばならない。

以上、アーク発生期間中に段階制御しなければ良好な溶
滴形成、移行が得られないのに対し、従来の技術では溶
接出力制御素子の導通幅を一定値に保ち、溶滴形成の各
段階を詳細制御することなく溶接用変圧器とアークの自
己制御作用に委ねて、いた。この結果、アーク発生直後
に十分な燃上りが得られず、溶滴移行することなく再短
絡してスパッタ発生したり、ワイヤ先端の送給速度変動
によシ過大な溶融塊を発生させ、これがアーク力等によ
シ飛散してスパッタ発生の原因を作っていた。

さらに従来技術ではワイヤ送給最大の領域ではアーク発
生後の燃上りを確保するためにアーク期間全体に過大な
溶接出力を供給する結果、過大成長したワイヤ先端の溶
融塊が被溶接物に接触短絡して移行せず、アーク力に吹
飛ばされて移行するいわゆるグロービュラー移行になり
易く、このため多大なスパッタ発生を避けることができ
なかった。

本発明はアーク期間全体を制御していたために起因する
スパッタ発生を防止するために、アーク期間を分割し、
それぞれの状態に必要な制御を効果的におこない、スパ
ッタ発生防止、溶接ビード形成制御、溶接品質１作業性
を改善するものである。

問題点を解決するための手段 上記問題点を解決するため、本発明のアーク溶接用電源
は、溶接電流値を検出しこれに対応した信号を出力する
電流値検出回路部と、溶接用ワイヤが被溶接物に接触短
絡しているか、非接触でアーク発生しているかを判別す
る信号を出力する短絡・アーク検出回路部と、前記短絡
・アーク検出回路部の出力信号を入力としワイヤ短絡か
らアーク発生に移行した時を起点に第１の時限を計数す
る第１タイマ回路部と、前記第１タイマ回路部の出力信
号を入力とし前記第１の時限の計数完了時を起点に第２
の時限を計数する第２タイマ回路部と、前記電流値検出
回路部と前記短絡拳アーク検出回路部と前記第１タイマ
回路部と前記第２タイマ回路部の各出力信号を入力の一
部とし、アーク発生中で前記第１の時限内は第１の溶接
出力を命令する信号を、アーク発生中で前記第２の時限
内は略定電圧特性にて第２の溶接出力を命令する信号を
、アーク発生中で前記第２の時限計数完了以降で前記電
流値検出値が所定の値未満の場合は前記第２の時限内と
同様に前記第２の溶接出力を命令する信号を、アーク発
生中で前記第２の時限計数完了以降で前記電流値検出値
が所定の値に達した以降は前記第１．第２の溶接出力よ
りも小なる第３の溶接出力を命令する信号を溶接出力制
御素子に出力する出力制御回路部とで構成される。

作用 上記構成においτ、ワイヤが被溶接物に接触短絡してい
た状態からアーク再生に移行する第１の時限内において
は十分なアーク電流が供給される。

この結果、従来のりアクドルによる再生電流が供給され
たのと等価となりワイヤ先端は急速に被溶接物から離れ
てアーク長を確保し、ワイヤ燃え上り不足によるアーク
再生直後の再短絡によるスパッタ飛散を防止することが
できる。

アーク再生後の第２の時限においてはアーク長が順次短
くなるよう第２の出力が設定される。この時限内でも第
１の時限内と同様にワイヤ先端は加熱溶融され溶融塊が
形成されると共に被溶接物にアーク熱を供給して溶は込
みや溶接ビードが形成される。この時の略定電圧特性の
溶接電流波形は溶接電源内のりアクドルや溶接経路のり
アクタンス分と第１の時限の最終電流値によりアーク長
が短くなりつつある時限であるにもかかわらず減少傾向
となる。従ってリアクタンス分による応答遅れが完了し
た時点をもって第２の時限は設定される。

アーク再生後の第２の時限以降は前記リアクタンス分の
応答遅れも解消し、略定電圧特性の溶接電流波形はアー
ク長がさらに短くなることにより順次増加する。すなわ
ちこの期間ではりアクタンスによる応答遅れがあるもの
の溶接電流値はアーク長に対応するものとなる。このま
まで次のワイヤ短絡て移行すれば溶接電流値が大となっ
ているため確実にワイヤ短絡に至らず微接触によりワイ
ヤ先端に形成された溶融塊をスパッタとして飛散させる
ことになる。従って第２の時限以降では溶接電流値の増
加を常に検出しワイヤ短絡の起きる寸前の溶接電流値を
検出し、これにより溶接出力を低下せしめて確実にワイ
ヤ短絡、溶滴の被溶接物への移行をおこなわせ、スパッ
タ飛散を防止させる。

以上の作用によりアーク期間中の溶接出力を制御するこ
とによりワイヤ燃え上がり、溶融塊とビード形成がはか
れ、次のワイヤ短絡時に発生するスパッタを防止するこ
とができる。

実施例 以下、本発明の実施例を第１図および第２図を用いて説
明する。

第１図において、１は溶接電源の入力端子、２は溶接用
変圧器、３は整流、平滑部、４は溶接出力制御素子、５
はリアクトル、６は回生用ダイオード、７は分流器、８
は溶接用電源の出力端子、９は通電用コンタクトチップ
、１０は溶接用ワイヤ、１１は被溶接物、１２は溶接電
流値検出回路部でＶｔａはその出力信号、１３は出力制
御回路部、１４は短絡・アーク検出回路部でｖｓはその
出力信号、１５は第１タイマ回路部でｖＴ、はその出力
信号、１６は第２タイマ回路部でｖＴ２はその出力信号
である。第２図において〔Ａ）はワイヤ先端と被溶接物
との距離（アーク長）の時間的推移を示し、ＣＢ）は第
１図のＶｓ倍信号時間的推移を示す。（Ｃ）は第１図の
ＶＴ＋信号の時間的推移を示し、Ｔ１は第１の時限を示
す。ＣＤ）は第１図のＶＴ２信号の時間的推移を示し、
Ｔ２は第２の時限を示す。（Ｅ）は第１図のＶＩ＆信号
の時間的推移を示し、ＣＦ）は溶接電流の時間的推移を
示す。

今、第２図の時刻ｔｏｏでワイヤ短絡が解除されアーク
発生したとする。短絡・アーク検出回路１４は溶接電圧
の変化を検出しアーク発生したものと判定して第１タイ
マ回路１５と出力制御回路１３に第２図ＣＢ）に示す短
絡・アーク検出信号ｖｓをＬレベルからＨレベルに転じ
て出力する。

第１タイマ回路１５はｖｓ倍信号ＬレベルからＨレベル
に転じた時を起点として時限で１の間Ｌレベルである信
号ＶＴｊを第２タイマ回路１６と出力制御回路１３に出
力する。ｖｓ　とｖＴｌを受けた出力制御回路１３はこ
の状態を検出して第１の溶接出力を命令する信号を溶接
出力制御素子４に出力する。

この結果、第２図（Ｆ））のＴ４時限に示す溶接電流が
溶接アーク部に供給され、ワイヤ先端と被溶接物間のア
ーク長は短時間に大なる値となる（第２図〔ム〕参照）
。

第１の時限Ｔ１が経過した時刻ｔｏ＋（第２図〔ム〕参
照）において、第１タイマ回路１５の一出力信号ＶＴｉ
はＬレベルからＨレベルに復帰する。

これにより第２タイマ回路１６は第２の時限Ｔ２を計数
開始し、出力信号ｖＴ２をＨレベルからＬレベルに転じ
る（第２図（（）、ＣＤ）参照）５出力制御回路１７は
前記ｖｓとＶＴ２を検知し、第２の時限となったことを
判断してアーク長を減少させるべく第２の溶接出力を略
定電圧特性となるよう溶接出力制御素子４に出力する。

このＴ２時限の間は第２図〔ム）、ＣＦ）に示すように
アーク長は短くなるにもかかわらず時刻ｔｏ＋時の溶接
電流値が高いこととりアクドル５の働きとにより減少傾
向となり、最低電流を記録してからアーク長が短くなり
つつあることを示して増加傾向となる。

時限Ｔ２はこの最低電流となる時限を予め予測して、こ
れより少し長い時限に設定される。第２の時限を経過後
は出力制御回路１３は電流値検出回路１２からの信号Ｖ
　’Ｉ　ＩＬを検出する。そしてｖｒａ信号値が所定の
値ｖｒａｏとなるまでは第２の時限内と同じ出力を溶接
出力制御素子に出力する。アーク長がきわめて短くなり
、次回のワイヤ短絡寸前となった時、すなわち、溶接電
流値がＸａＯとなって電流値検出回路からの信号がｖｒ
ａｏとなった時刻ｔ０５において出力制御回路１３は第
１．第２の溶接出力値よりも小なる溶接出力を命令する
信号を・溶接出力制御素子４に出力する。この結果、ワ
イヤ短絡が促進され、アーク力や微接触のピンチ力を発
生させることなく確実にワイヤ短絡に至る。

以上の実施例によりワイヤ短絡時のスパッタ発生を極め
て少ないものとすることができる。

なお、第１図の実施例は溶接電源主回路部をチョッパ方
式とした例であり、インバータ方式としても同様の作用
、効果を得ることができる。

なお、本発明を実施するにあたりマイクロコンピュータ
−を使用してＴ、　、　Ｔ２の時限設定や第１゜第２．
第３の溶接出力所定、第１図１におけるＩａ口の値の設
定等を効果的におこなわせることができる。第３図はこ
の場合のアーク発生期間中のプログラムのフローチャー
ト例である。

第３図において、まず現在の溶接状態はワイヤ短絡中な
のかアーク発生中なのかを判別する。ワイヤ短絡中であ
ればＰＯ−＋　Ｐ９−４　Ｐ４−４ｐｏの経路をプログ
ラムで実行し、効果的なワイヤ短絡中の制御をおこなう
。この制御に関しては図中では破線で示し省略している
。アーク発生中で第１の時限内であればＰ。−４Ｐ、　
−４Ｐ２−ｈ　ｐ３−ｐ４→Ｐｏの経路をプログラムで
実行し、第１の溶接出力を命令する。アーク発生中で第
２の時限内であればＰ。−Ｐ、　→Ｐ５−Ｐ６−Ｐ、　
→ｐ４−４　ｐ。

の経路をプログラムで実行し第２の溶接出力を命令する
。アーク発生中で第２の時限経過後はＰ。

→Ｐ１→Ｐ５→　Ｐ７とプログラムを実行し溶接電流値
が所定値に達したかどうかを判別する。所定値に達して
いなければ続いてＰ６→ｐ　３−４　Ｐ　４→Ｐｏの経
路を実行し第２の溶接出力を命令し続ける。所定値に達
したことがあれば続いてＰ８→Ｐ３−Ｐ４→Ｐｏの経路
を実行し、第３の溶接出力命令を出力する。

以上のプログラムにより第２図の動作が円滑に実行され
る。

なお、本発明をマイクロコンピュータ−等で実施した場
合、出力制御回路部１３のみにマイクロコンピュータ−
を使用することもできるし、第１タイマ回路１５、第２
タイマ回路１６も含めてマイクロコンピュータ−により
プログラムで処理することもできる。

発明の効果 以上のように、本発明によればアーク発生中のアーク長
形成、溶滴形成、溶融池形成が独立に制御でき、過大な
溶滴形成によるスパッタ飛散が防止できると共に、従来
、多大なスパッタ発生をさせていたグロービュラー移行
溶接域も短絡移行溶接域とすることができ、毎回の溶滴
移行量の制御ができ、ビード形成制御やワイヤ短絡の確
実化による低スパツタ化がはかれ、作業性改善、溶接品
質向上がはかられる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例におけるアーク溶接用電源の回
路図、第２図は第１図における要部の信号波形図、第３
図は本発明の実施例において、マイクロコンピュータ−
を使用した場合のプログラムフローチャートである。 １２・・・・・・電流値検出回路部、１３・・・・・・
出力制御回路部、１４・・・・・・短絡・アーク検出回
路部、１６・・・・・・第１タイマ回路部、１６・・・
・・・第２タイマ回路部。 代理人の氏名　弁理士　中　尾　敏　男　ほか１名区　
　　　　　　　−

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）溶接電流値を検出しこれに対応した信号を出力す
   る電流値検出回路部と、溶接用ワイヤが被溶接物に接触
   短絡しているか、非接触でアーク発生しているかを判別
   する信号を出力する短絡・アーク検出回路部と、前記短
   絡・アーク検出回路部の出力信号を入力としワイヤ短絡
   からアーク発生に移行した時を起点に第１の時限を計数
   する第１タイマ回路部と、前記第１タイマ回路部の出力
   信号を入力とし前記第１の時限の計数完了時を起点に第
   ２の時限を計数する第２タイマ回路部と、前記電流値検
   出回路部と前記短絡・アーク検出回路部と前記第１タイ
   マ回路部と前記第２タイマ回路部の各出力信号を入力の
   一部とし、アーク発生中で前記第１の時限内は第１の溶
   接出力を命令する信号を、アーク発生中で前記第２の時
   限内は略定電圧特性にて第２の溶接出力を命令する信号
   を、アーク発生中で前記第２の時限計数完了以降で前記
   電流値検出値が所定の値未満の場合は前記第２の時限内
   と同様に前記第２の溶接出力を命令する信号を、アーク
   発生中で前記第２の時限計数完了以降で前記電流値検出
   値が所定の値に達した以降は前記第１、第２の溶接出力
   よりも小なる第３の溶接出力を命令する信号を溶接出力
   制御素子に出力する出力制御回路部とで構成されたアー
   ク溶接用電源。
2. （２）第１、第２、第３の各溶接出力および電流値検出
   値の所定の値は溶接用ワイヤの送給量の関数として設定
   した特許請求の範囲第１項記載のアーク溶接用電源。
3. （３）第１、第２の時限は溶接用ワイヤの送給量の関数
   として設定した特許請求の範囲第１項記載のアーク溶接
   用電源。