JPS6293074A - 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Ｃ′）導１￥幅を匹周整するこ
とによっておこなわれてＬ鱈。

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
を迎える寸でのアーク発生期間に必要な出力制御は次の
４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
物にきわめて近く、継続して自動送給されるワイヤや溶
融池の撮動により再短絡してスパッタ発生させない必要
が、ちる１、この念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。定電圧特性の溶接ア
ークはアークの自己制御作用により定アータ長に制御さ
れ、ワイヤが被溶接物に再接触短絡することを防ぐ働き
をする。っ 定アーク長が確保さｔｚた後の第２の期間は均一な溶滴
移行をさせるために均一・なワイヤ先端溶融塊を成長さ
せねばならない。定電流制御された溶接アークはこの均
一溶滴形成を助長する。

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犬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２以上が第３の期間
に必要な制御である。

溶滴形成後の第４の期間は再び溶接用ワイヤを被溶接物
知接触短絡させ、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
より過大な溶融塊を発生させ、これがアーク力等圧より
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゛り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
１、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２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 前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（７でいるか非接触でアーり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の時限を計数し
て出力の状態を変える信号を出力する第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の時限を計数して出
力の状態を変える信号を出力する第２タイマ回路部と、
前記第２タイマ回路部の出力信号を入力とし前記第２の
時限の計数完了時を起点に第３の時限を計数して出力の
状態を変える信号を出力する第３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タイマ回路部と、前記第３
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の時限内は犬なる第１の溶接出力を略定
電圧特性にて命令する信号を、テーク発生中で前記第２
の時限内は前記第１の溶接出力とほぼ同等の第２の溶接
出力を定電流特性にて命令する信号を、アーク発生中で
前記第３０時眼内は中なる第３の溶接出力を略定電圧特
性にて命令する信号を、アーク発生中で前記第３の時限
計数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３の時限内と同様に前記第３の溶接出力を命令する
信号を、アーク発生中で前記第３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小なる第４
の溶接出力を定電流特性にて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 上記構成において、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。定電圧制御された溶接アークはアークの自己制
御作用により再短絡防止を助長する。

アーク長が確保された第２の時限内は定電流制御された
溶接アークにより均一なワイヤ先端の溶融塊形成、溶融
池形成をおこなう。従ってワイヤ突出長変動により溶融
量の過不足がなく均一な溶接ビードが形成される。

溶滴形成、溶融池形成が十分なされた後の第３の時限に
おいてはアーク長が次第に短くなるように第３の出力が
設定される。この時の略定電圧制御された溶接電流波形
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２の時限の犬なる電流値により、アーク長が短くな
りつつある過程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の応答遅れが完了したと推定され
る時点でもって第３の時限は設定される。

第３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て短
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分による応答遅れ
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。アーク長減少を開始する直前の第２の時限におい
て定電流制御したためにこの時の溶接電流値のアーク長
との対応性は正確なものとなる。

このままで次のワイヤ短絡接触に移行すれば溶接電流値
が犬となっているため、確実にワイヤ接触短絡に至らず
、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。従って前記第３の時限
以降は溶接電流値の増加を常に検出し、ワイヤ接触短絡
の起きる寸前を検出してこれにより溶接出力を速やかに
低下せしめてアーク自己制御作用を働かせることなく確
実に溶滴の被溶接物への移行をおこなわせ、スパッタ飛
散を防止することができる。

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９、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ｖＩａ”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ｖＴｌはその出力
信号、１６は第２タイマ回路部で■Ｔ２はその出力信号
、１７は第３タイマ回路部でｖＴ３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、Ｂは第１図のｖｓ倍
信号時間的推移を示す。Ｃは第１図のｖＴ４信号の時間
的推移を示し、Ｔ１は第１の時限を示す。Ｄは第１図の
ｖＴ２信号の時間的推移を示踵Ｔ２は第２の時限を示す
。Ｅは第１図の■Ｔ３信号の時間的推移を示し、Ｔ３は
第３の時限を示す。Ｆは第１図のｖＩａ信号の時間的推
移を示し、Ｇは溶接電流の時間的推移を示す。

今、第２図の時刻Ｔ。０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ｌ〜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Ｂに
示す短絡・アーク検出信号ＶＢ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Ｔ１の
間Ｌレベルである信号ｖＴ１を第２タイマ回路１６と出
力制御回路１３に出力する。Ｖｓと”Ｔ１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
Ｔ１時限の間、第２図Ｇに示すように犬なる電流が溶接
アーク部に供給され、ワイヤ先端と被溶接物間との距離
（アーク長）は短時間に確保され、しかもこの間の溶接
出力は略定電圧特性にて供給されるのでアークの自己制
御作用により容易に再短絡せず、この結果アーク再生直
後の再短絡によるスパッタ発生を防止することができる
。

第１の時限Ｔ１が経過した時刻Ｔ。１（第２図Ａ参照）
において、第１タイマ回路１５の出力信号■Ｔ１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レベルて転じる（第２図Ｃ，Ｄ参照）
。出力制御回路１３は前記Ｖ３と■Ｔ２を検知し、第２
の時限となったことを判断して定電流特性の第２の溶接
出力に切換える。この結果、均一なワイヤ先端の溶融塊
および溶融池が形成され、ワイヤ突出長の変動があって
も均一な溶接ビードが実現される。

第２の時限Ｔ２が経過した時刻Ｔ。２において第２タイ
マ回路１６の出力信号”Ｔ２はＬレベルからＨレベルに
復帰する。これにより第３タイマ回路１７は第３の時限
Ｔ３を計数開始し、出力信号■Ｔ３をＨレベルからＬレ
ベルに転じる。（第２図り、Ｅ参照。）出力制御回路１
３は前記■３とｖＴ３を検知し、第３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３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Ｔ３時限の間は第２図Ａ、Ｇに示すようにアーク長
は短くなるにもかかわらず時刻ｔ。２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Ｔ３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３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■Ｉａを検出する。ぞ（７てｖＩａ信
号値が所定の値”　Ｉａｏとなるまでは第３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、溶接電流値が工３゜となって電流
値検出回路からの信号がｖＩａ。となった時刻’０４に
おいて出力制御回路１３は第１　、第２、第３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。第２の時限の溶接出力が定電流制
御されていたことにより、この短絡直前の検出はきわめ
て精度良くおこなわれる。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、作用によりワイヤ短絡時のスノくツタ発
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、インノく一夕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”１１Ｔ２．Ｔ３の時限一定や第１．第２
．第３．第４の溶接出力所定、第１図における工、。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Ｐ。＋Ｐ９→Ｐ４→Ｐｏ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
に関しては本件の範囲ではないので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
０→Ｐ１→Ｐ２→Ｐ３→Ｐ４→Ｐ０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。−＋Ｐ１→Ｐ５→Ｐ１ｏ−＋
Ｐ３→Ｐ４Ｐｏ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３の時限内であれば
ＰＯ→Ｐ１→Ｐ５→Ｐ１１→Ｐ６→Ｐ３→Ｐ４→ＰＯの
経路を実行し第３の溶接出力を命令する。アーク発生中
で第３の時限経過後はＰ。−＋Ｐ１→Ｐ５→Ｐ１１→Ｐ
７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Ｐ
′６→Ｐ３→Ｐ４→Ｐ０の経路を実行し第３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Ｐ
８→Ｐ３→Ｐ４→Ｐ０の経路を実行し、第４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、第１図の実施構成例の・・−ドウエアとソフト
ウェアプログラムの境界が不明確となる。すなわち、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１６、第２タイマ
回路１６、第３タイマ回路１７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が、
いずれの範囲までプログラムで実行しようとも本件の趣
旨に変りない。

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２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ゲラ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、１５・・・・・・第１
タイマ回路部、１６・・・・・・第２タイマ回路部、１
７・・・・・・第３タイマ回路部。

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の時限を計数し
   て出力の状態を変える信号を出力する第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の時限を計数して出
   力の状態を変える信号を出力する第２タイマ回路部と、
   前記第２タイマ回路部の出力信号を入力とし前記第２の
   時限の計数完了時を起点に第３の時限を計数して出力の
   状態を変える信号を出力する第３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タイマ回路部と、前記第３
   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の時限内は大なる第１の溶接出力を略定
   電圧特性にて命令する信号を、アーク発生中で前記第２
   の時限内は前記第１の溶接出力とほぼ同等の第２の溶接
   出力を定電流特性にて命令する信号を、アーク発生中で
   前記第３の時限内は中なる第３の溶接出力を略定電圧特
   性にて命令する信号を、アーク発生中で前記第３の時限
   計数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３の時限内と同様に前記第３の溶接出力を命令する
   信号を、アーク発生中で前記第３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小なる第４
   の溶接出力を定電流特性にて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ことを
   特徴とするアーク溶接用電源。
2. （２）前記第１、第２、第３、第４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）前記第１、第２、第３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。