JPS6313674A - パルスア−ク溶接におけるア−クスタ−ト方法 - 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、パルスアーク溶接におけるアークスタート方
法に関し、特に、′ｒ−クスタート部の被溶接母材のｔ
６Ｌ）込みを確保できるパルスアーク溶接におけるアー
クスタート方法に係わる。

〔従来の技術〕

消耗電極式のアーク溶接は、溶接ワイヤを連続的に送給
しながら、この溶接ワイヤと被溶接母材との間のアーク
放電により、この溶接ワイヤ及び被溶接母材の双方を溶
融して接合する溶接方法である。

この消耗電極式のアーク溶接のなかの一溶接方法として
、アーク放電電流に一定周期でピーク値の高いパルス電
流を重畳させ、該パルス電流により、前記アーク放電電
流で溶かされた溶接ワイヤの先端部の溶融金属を、スプ
レー状の溶滴にして被溶接母材へ移行させるパルスアー
ク溶接がある。

このパルスアーク溶接は、前記パルス電流の１パルスに
よって、溶かされた溶接ワイヤの１溶滴の被溶接母材へ
の移行を行うので、放電アークを安定させ、スパッタ発
生量を抑えることができる溶接方法であり、かつ、溶接
平均電流を低下させても、すなわち、被溶接母材への入
熱量を低下させても、アークの安定な発生により、安定
した溶接を実施できるのが特徴である。

このパルスアーク溶接を７１＜ず従来技術としては、例
えば、特開昭６０−１１１７７２号公報に開示されたも
のがｉ（＋る。

ところで、一般的なパルス了−り溶接におけるアークス
ター１力法では、まず、第５図に示す消耗式の電極であ
る溶接１ツイヤ１へ、溶接電源より給電チップ２４介し
て、第６図に示すように、無負荷１ｉａ電圧ｌＬｏを印
加する。

そして、この溶接ソイ鬼・１を図中下方向へ送給して、
第５図に示すように、もう一方の電極である被溶接ｌυ
材３に当接させる。

すると、溶接ワイヤ１と被溶接母材３とが接触したと同
時に、この溶接リイヤ１と被溶接母材３に、第６図に示
すように、大電流の短絡電流１゜が流れ、この溶接ワイ
ヤ１と被溶接母材３との間の電極間電圧１ζば、無負荷
電源電圧Ｅ。から短絡電圧Ｅ３に低下する。

この短絡ｉｔ流Ｉｓによっ゛（、溶接ワイヤ１と被溶接
母材３の当接部が急激に熱せられ、溶融させられて、第
５図に示すように、スパークＳが発生し、このスパーク
Ｓに引き続いてアーク放電が始まる。

そして、このアーク放電の開始により、溶接ワイヤｌと
被溶接母材３との間の電極間電圧Ｅは、第６図に示すよ
うに、短絡電圧Ｅ、から溶接電圧Ｅｗに上昇し、溶接ワ
イヤ１と被溶接母材３との間に流れる電流は、短絡電流
Ｉｓからアーク放電電流Ｉ、に減少する。

これと共に、ピーク値の高いパルス電流ＩＰが、一定の
周期間隔Ｔで、この了−り放電電流１ｍに重畳されて、
溶接通電が行なわれる。

アーク放電電流ＩＢは、アーク放電を維持するのに必要
なだけの低いアーク維持電流であり、また、パルス電流
Ｉ、は、アーク放電で溶融させられた溶接ワイヤ１の先
端の溶融金属を、スプレー状の溶滴にして被溶接母材３
へ移行させるのに必要な高いパルスピーク電流値■、と
パルス幅ＴＰに設定されている。

そして、一定の周期間隔Ｔでパルス電流ＩＰをアーク放
電電流■、に重畳させた形の溶接電流Ｉ０は、その平均
溶接電流１１を低く抑えても、安定した溶接がｒ可能と
なり、スパッタの発生が抑えられる。

〔発明が解決しようとする問題点〕

しかし、アークスタート時は、被溶接母材３の溶接開始
箇所であるアークスタート部は、冷却された状態で温度
が低く、溶接１１流ｆ、１が低い条件では、他の溶接部
に比べ被溶接母材３の溶は込みが不十分である。

そのため、従来のパルスアーク溶接におけるアークスタ
ート方法では、アークスタート時の溶接電流１．４が不
足なため、被溶接部材３のアークスタート部に溶は込み
不足及びビード形状の不安定化といったような溶接欠陥
が発生し昌＜、溶接品質の低下を招くことがある。

この溶接品質の低下を防止するため、従来は、アークス
ター１部のみ再溶融させるとか、パルス電流Ｉアのパル
スピーク電流値１．またはパルス幅Ｔ、の増加等により
溶接電流Ｉ８を増大させるとかの方法を取らざるを得な
かった。

けれども、これらの方法だと、再溶融させるため時間が
かかって生産性が低下するとか、パルス電流ＩＦの波形
が変化することによるスパッタの発生及びそのスパッタ
の溶接トーチ４、給電チップ２への付着、さらには、ス
パッタ除去作業の頻度が増大して、これも、生産性を低
下させる一因となるという不具合があった。

したがって、本発明の目的は、生産性の低下を招くこと
なく、被溶接母材のアークスタート部の溶は込み量を増
大させて、このアークスタート部の溶接品質を向上させ
ることにある。

〔問題点を解決するための手段〕

そこで、本発明は、アークスタート時に、所定時間だけ
、アーク放電電流を所定のアーク維持電流値より大きく
して通電するようにしたことを特徴とする。

具体的には、アーク放電電流に一定周期でピーク値の高
いパルス電流を重畳させ、このパルス電流により、アー
ク放電電流で溶かされた溶接ワイヤの溶融金属を、スプ
レー状の溶滴にして被溶接母材へ移行させるパルスアー
ク溶接におけるアークスタート方法であって、アークス
タート時にアーク放電が開始された後、所定時間だけ、
アーク放電電流を、アーク維持電流値よりも高くして通
電し、この所定時間を経過した後、アーク放電電流を、
前記アーク維持電流値に戻して通電するようにしたこと
を特徴とする。

〔作用〕

かかる本発明の構成ににれば、アークスタート時に、所
定時間だ＆」アーク放電電流を高くして通電するので、
大熱量が高く、冷えきっている被溶接母材のアークスタ
ート部でも十分な溶は込みが得られ、また、所定時間を
経過した後は、アーク放電電流をアーク維持電流値に戻
して溶接するので、安定したアーク放電及び被溶接母材
への溶滴移行が行われる。

〔実施例〕

次に、本発明の一実施例に係わるパルスアーク溶接にお
けるアークスタート方法を、図面を参照しながら説明す
る。

第１１！Ｉは本実施例に係わるパルスアーク溶接におけ
るアークスタート方法を示す電極間電圧及び通電電流の
波形模式図、第２図は他の実施例に係わるアークスター
ト方法を示す通電電流の波形模式図、第３図は本実施例
に係わるパルスアーク溶接におけるアークスタート方法
を行わせる溶接電流制御装置の回路図、第４図は第３図
の溶接電流制御装置の各部の出力信号波形を示す波形模
式図、第５図はアークスタート時の溶接ワイヤと被溶接
母材との間の放電状態を示す状態図である。

本実施例に係わるパルスアーク溶接におけるアークスタ
ート方法は、以下のようにして行う。

まず、第５図に示す被溶接母材３と溶接ワイヤ１間へ、
第１図（ｂ）に示すように、無負荷電源電圧Ｅ。を印加
する。

そして、この無負荷電源電圧Ｅ。を印加された溶接ワイ
ヤ１を、第５図（ａ）に示すように、図中下の方向へ連
続的に送り出す。

この短絡により、第５図の溶接ワイヤ１と被溶接母材３
とに、第１図（ａ＞に示すように、短絡電流■３が流れ
、溶接ワイヤーと被溶接母材３との間の電極間電圧Ｂは
、同図（ｂ）に示すように、無負荷電源電圧［く。から
短＆ＩｌＩ電圧Ｅ３に低下する。

この溶接リイｔ−１と被溶接母材３との短絡により、溶
接ワイヤーは、短絡電流■、で急激に熱せられて、急速
に溶融する。

そして、この急激な発熱により、その溶融金属が弾は飛
んで、溶接ワイヤーと被溶接母材３とが電気的に開放さ
れる。

このようにして溶接ワイヤーと被溶接母材３とが電気的
に開放される瞬間に、第５図（ｃ）に示すように、スパ
ークＳが発生する。

このスパークＳに引き続いて、第５図（ｄ）に示すよう
に、アークＡが発生してアーク放電が開始され、電極間
電圧Ｅは、第１図（ｂ）に示すように、短絡電圧Ｅ　ｓ
から溶接電圧Ｅ。に上昇する。

また、この第５図のスパークＳに引き続いて流れるアー
ク放電電流１．を、第１図（ａ）に示すように、規定の
アーク維持電流（ｉ　［ｌｌｏ（＝２０ａｍｐ）より り高いスロープ初期電流値Ｉｍｔ（・４０ａｍｐ）に設
定し、所定時間であるスロープ電流時間Ｔ　ｍ　（＝０
．３ｓｅｃ）かかって、徐々に、前記規定のアーク維持
電流値１、。（＝２０ａａ＋ｐ）に戻す。

そして、アーク放電開始後、前記アーク放電電流Ｉ、を
前述したように、スロープ制御すると共に、このアーク
放電電流１．に、第１図（ａ）に示すように、パルスピ
ーク電流値■、が５００ａｅ＋ｐ。

パルス幅Ｔ、が２，４　ｍ５ｅｃ、及び、繰り返し周期
Ｔが２７．４ｍ５ｅｃであるパルス電流ＩＰを重畳させ
て、溶接通電を行う。

このように′して、板厚が２ｆｉＯ熱延鋼板（Ｓ）ＩＰ
２８）である被溶接母材に、溶接を行った結果、アーク
スタート部に十分な溶は込みが得られ、アークスタート
部の溶接品質が大幅に向上した。

次に、本実施例に係わるパルスアーク溶接におけるアー
クスタート方法をおこなわせる溶接電流制御装置の回路
構成について説明する。

第３図において、符号３１は、パルス電流発生器で、第
４図（Ｃ）に示すように、パルス電流１、のパルスピー
ク電流値ＩＦ、パルス幅Ｔ、及び繰り返し周期′１゛を
制御する（６号を出力する。

符号３２は、アーク放電１！ｉ涜発生器で、第４図（ｄ
）に示すよ・）に、アーク放ｖ１ｗ流のアーク維持電流
値１ｓｏをｌＩＩ制御する信号を出力する。

符号３３は、スロ−プダウン電流発生器で、第４図（６
）に；】ζずように、アークスタート時に、アーク放電
電流１．のアーク維持電流値１１０に加算するアーク放
１１１ｖ＆流■、の増加分■、を制御する信号を出力す
る。

符号３４ば、アークスタート検出器で、図示してない溶
接電源装置の出力端子に接続され、電極間電圧Ｅが、第
４図（ａ）に示すように、短絡電圧Ｅ３から溶接電圧Ｉ
＜、１に上昇したことを、すなわち、アーク八が発生し
、アーク放電が開始されたことを検出し７て、同図（１
１）に示すように、アークスタート（６号を出力する。

このアークスター１−４８号に基づき、前記スロープダ
ウンＩＩｌ流発！１、器３３が作動して、前述したよう
に、第４図（０）に示すように、アーク放電電流の増加
分１ｍ−を設定する信号を出力する。

符号３５は、出力電流加算器で、前記パルス電流発生器
３１、アーク放電電流発生器３２、及び、スロープダウ
ン電流発生器３３の出力信号が入力され、これら三つの
出力信号を加算して、第４図（ｆ）に示すように、加算
電流１　ａａａを表す信号を出力する。

符号３５は、最大電流設定器で、アークスタート時にア
ーク放電電流■おの増加分１１が加算されて、あるいは
、アーク放電電流ＩＢそのものを増大した時に、溶接電
流■。の最大値であるパルスピーク電流値■、が溶滴移
行条件に最適な電流値より大きくならないように、前記
加算電流１１１＋１４の最大値を制限して、第４図（ｇ
）に示すように、溶接電流■。を表す信号を出力する。

このように溶接電流１ｗの最大値を制限するのは、パル
ス電流１．のパルスピーク電流値■、とパルス幅Ｔｐと
で溶滴移行の状態が決定されるので、この溶滴移行の条
件であるパルス電流１．のパルスピーク電流値１．とパ
ルス幅ＴＰとを、ア−ラスタート時においても、保証す
るためである。

この最大電流設定器３５の出力信号が、図示してない溶
接電源装置に入力されて、第１図（ａ）に示すアーク放
電開始以降の溶接電流１１．ｌが、前記図示し°Ｃない
溶接電源装置より溶接ワイヤｌに通電される。

本実施例の場合、アークスタート時に、アーク放電電流
■、を、所定のアーク維持電流（ａｌｓｏ（・２０ａｍ
ｐ）より高いスロープ初期電流値Ｉ　１！　（＝４０ａ
ｍｐ）から前記アーク維持１流値１　＋１ｏ（＝２０ａ
罹ｐ）へ、被溶接母材３のアークスタート箇所の温度上
昇に合わせて、徐々に戻しているので、被溶接母材３の
アークスタート部の溶は込みが最適の状態となり、かつ
、スパッタの発生が最小限に抑えられると云う優れた効
果を奏する。

なお、第２図の他の実施例を示す通電電流■の波形模式
図に示すように、′ｒ−クスタート時に、アーク放電電
流１．を、アーク維持電流（ｄ！Ｉｍｏより高い電流（
ｌ１１１□に設定し、所定時間経過した後、ステップ状
に前記アーク維持電流値［１０に戻すようにしても良い
。

さらに、本実施例の場合、アークスタート時、アーク放
電電流ｌ、のみを増大させ、パルス電流ＩＦのピーク値
、パルス幅ＴＰ及び繰り返し周期Ｔを変化させずに、ア
ークスタート時の溶接電流Ｉｗの入熱量の制御を行って
いるので、アークスタート時においても、安定した溶滴
移行が行われ、安定した溶接品質が得られる。

なお、本実施例の場合、アーク放電を開始させる方法と
して、溶接ワイヤ１と被溶接母材３との短絡が途切れる
時に発生するスパークを利用しているが、本発明は、こ
れに限定されるものではなく、たとえは、無負荷電源電
圧Ｅ。に、パルス状の高電圧を重畳させて、この高電圧
により、スパークを発生させて、アーク放電を開始する
ようにしても良い。

〔発明の効果〕

以上、述べたように、かかる本発明によれば、アークス
タート時に、アーク放電開始後、所定時間だけ、アーク
放電電流を所定のアーク維持電流値より高くシ′（通電
する、二とにより、被溶接母材の溶接部位への入熱−が
高く、冷え切っている被溶接母材のアークスターＩ・部
でも、十分な溶は込みが得られるのＣ、アークスタート
部の溶接品質が確保されると共に、１１１１配所定時間
経過後は、アーク放電電流を前記所定のアーク維持電流
値に戻して通電することにより、安定した溶滴移行が行
われるので、スパッタの発生も少なく、溶接品質が確保
され、スパッタ除去作業に起因する生産性の低下を防止
できると云う優れた効果を奏する。

さらに、本発明に、１、れば、ｒ−り放電電流の制御の
みでアークスターＩ・時の入熱量の制御を行っているの
で、アークスタート時においても、安定した溶滴移行が
行われ、このアークスタート部に続く他の溶接部位と同
等の溶接品質が得られると云う優れた効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例に係わるパルスアーク溶接に
おけるアークスタート方法を示す電極間電圧及び通電電
流の波形模式図、第２図は本発明の他の実施例に係わる
パルスアーク溶接におけるアークスタート方法を示す通
電電流の波形模式図、第３図は本発明の実施例に係わる
パルスアーク溶接におけるアークスタート方法を行わせ
る溶接電流制御装置の回路図、第４図は第３図の溶接電
流制御装置の各部の出力信号波形を示す波形模式図、第
５図はアークスタート時の溶接ワイヤと被溶接母材との
間の放電状態を示す状態図、第６図はパルスアーク溶接
におけるアークスタート方法の従来例を示す電極間電圧
及び通電電流の波形模式図である。 １　・・・・溶接ワイヤ ３　・・・・被溶接母材 ■、・・・アーク放電電流 １、・・・パルス電流 １１１０・・・アーク維持電流値 Ｔ　・・・周期 Ｔ８・・・スロープ電流時間（所定時間）出願人　　　
　　　トヨタ自動車株式会社第１図 ７ｗ 第４図 第５図 第６図 ”陣 通 電 （ａ）　　電 ＊　　ＩＳ　　　　　　Ｉ。 ＬＩ日 岐　　鵬　　Ｉｗ 旌 ｓｗ−」２１＼−７

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. アーク放電電流に一定周期でピーク値の高いパルス電流
   を重畳させ、該パルス電流により、前記アーク放電電流
   で溶かされた溶接ワイヤの先端部の溶融金属を、スプレ
   ー状の溶滴にして被溶接母材へ移行させるパルスアーク
   溶接におけるアークスタート方法であって、アークスタ
   ート時にアーク放電が開始された後、前記アーク放電電
   流を、アーク維持電流値よりも高くして通電し、所定時
   間経過後、該アーク放電電流を、前記アーク維持電流値
   に戻して通電することを特徴とするパルスアーク溶接に
   おけるアークスタート方法。