JPS63157765A - 短絡移行型ア−ク溶接機の出力制御方法および出力制御装置 - 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〕 この発明は、直流電圧の極性を切換えて交流電圧を消耗
電極と母材間に供給する短絡移行型アーク溶接機の出力
制御方法とその装置に関する。

〔従来の技術〕

消耗電極（溶接ワイヤ）を定速送給しつつ溶接を行う消
耗電極式アーク溶接においては、比較的低電流域では、
短絡とアークを繰り返す短絡移行型のアーク溶接方法を
採用する。この溶接方法は、全姿勢、高能率溶接が可能
であるという利点を有しており、一般には、母材側がマ
イナス（−）、ワイヤ側がプラス（＋）になるように直
流電圧を印加する逆極性溶接が行われている。この逆極
性溶接では、母材への入熱が太きために、溶込量が大で
、フラットなビードを得やすい利点があるが、母材が薄
板の場合には継手精度が悪く、ギャップが有る場合等に
は溶落ち現象が起こりやすいといった欠点がある。逆に
、母材側がプラス（＋）、ワイヤ側がマイナス（−）に
なるように直流電圧を印加する正極性溶接では、ワイヤ
溶融量が多く、母材への入熱量が小さいため、余盛を大
きくしたいギャップのある薄板に対しては適しているが
、継手精度が比較的良好な場合は凸ビード形状になり易
゛く、また、多少のねらいずれが生じると、継手形状に
よっては融合不良が起こるといった問題が生ずる。

また、継手によっては、逆極性溶接では溶落ちが生じ、
正極性溶接では熔込み不良あるいは凸ビード形状となる
ため、溶造み量および余盛量が、逆極性溶接で得られる
レベルと正極性溶接で得られるレベルの中間的なレベル
とすることが望まれる場合が多い。この要望に答えるた
めには、交流溶接を行えば良いが、従来の交流溶接では
、極性が変わる過程で、溶接機出力電圧が、一旦、０ポ
ル）　（Ｖ）になるので、０点通過時にアークが消滅す
る。０点通過後、上記出力電圧の絶対値は上昇するがア
ーク再点孤弧電圧は高いので、アーク再生が不能になる
場合が起きる。特に、消耗電極にソリッドワイヤを用い
るＣＯ２溶接あるいはＭＡＧ？８接においては、アーク
消滅後のアーク再生は困難である。アーク再生に失敗し
、ワイヤ先端が冷えた状態で短絡にいたると、短絡から
アークへの円滑な移行ができなくなって、不規則な短絡
・アーク周期をくりえすこととなり、極性反転時におけ
るアーク切れにより、溶接作業性が著しく低下し、安定
した溶接を行うことができない。

これらの問題点を解消することを目的として、例えば、
特開昭５７−１６８７７６号公報に示されたようなアー
ク溶接機が提案されている。ここに開示されているアー
ク溶接機では、アーク発生後所定時間までは、電流を流
し続け、その後電流の供給を遮断したのち、極性切替え
を行う方法を採用しており、アークが消滅した後あるい
は短絡後に切替えることになる。

この方法によれば、アーク発生後所定時間はア一りの発
生が確実であるため、溶接の不安定性は改善される傾向
にある。また、正極性または逆極性のアークエネルギー
が前記所定時間の比によって決められるため、溶接中の
正極性、逆極性の比率を見掛は上は正確に定めることが
できる。

しかしながら、実際の適用に当たっては、送給されるワ
イヤ速度の変動、溶融池の振動、ワイヤ先端の溶滴の不
規則な揺動等のため、溶接電流の停止から次の短絡まで
の時間が変動し、これが長い場合にはワイヤ先端が冷却
されてしまうため、短絡時にワイヤ先端の溶滴がスムー
ズに移行せず、ワイヤが溶融池に入り込むいわゆるスタ
ビングという溶接不安定現象を生じ、ビードがその部分
で細くなったり、あるいは途切れたりするといった問題
が発生する。

この発明は上記した問題を解消するためになされたもの
で、継手形状に応じた適切な溶造を得ることができ、か
つ、溶接の安定性を確実なものにすることができる溶接
機の出力制御方法を得ることを目的とする。

〔問題を解決するための手段〕

この発明は上記目的を達成するため、直流電圧は消耗電
極と母材間にアークが発生している間は同一極性を維持
する電圧とし、極性の切換えを短絡期間内に行わせる構
成とし、装置としては、所定時間遅延された短絡検出信
号を計数して計数毎に予め設定された極性比率に基づき
極性切換・非切換えを判定する極性選択回路を設け、該
極性選択回路が送出する該極性切換指令を受けて上記極
性変換回路を制御する回路とを有する構成としたもので
ある− 〔作用〕 この発明では、アーク期間中はアークが発生し続け、極
性切替えは短絡期間開始後の所定時間経過後に行われる
ので、アーク消滅による溶接の不安定が解消される上、
正極性と逆極性の時間比率を、実用上、所望通りに制御
することができる。

（実施例〕 以下、この発明の一実施例を図面を参照して説明する。

第１図において、ｌは直流電源装置である。この直流型
′ｔ１．装置１は、商用交流を直流に変換する出力可制
御の電力変換器であって、トランジスタ等のスイッチン
グ素子で構成されたインバータ回路或いはチョッパ回路
からなる。２は極性変換回路であって、トランジスタＱ
　Ｉ−Ｑ　ａをブリッジ接続してなり、直流電源装置１
の直流出力端子Ｐ、−Ｎ、間に挿入されている。。Ｓ１
〜Ｓ４はスナバ回路である。３は消耗電極式アーク溶接
機の溶接トーチ、４は母材であって、極性変換回路２の
出力端子Ｘ−Ｙから送出される直流電圧が溶接トーチ３
と母材４との間に印加される。５は溶接ワイヤ、６は溶
接ワイヤ５を定速送給するための送給モータで、その送
給速度はワイヤ送給速度設定回路７からワイヤ速度指令
を受けるワイヤ送給速度制御回路８により制御される。

９は直流電源装置１の出力を制御する出力制御回路であ
って、ワイヤ速度設定回路７から上記ワイヤ速度指令を
、また、後述する極性切換指令Ｍを受けて、ワイヤ送給
速度および指令された極性に基づき上記直流電源装置ｌ
の出力レベルを制御する。１０は電圧検出回路であって
、溶接トーチ３と母材４間の溶接電圧Ｖａを検出して検
出信号Ｖａを短絡検出回路１１に送出する。短絡検出回
路１１は絶対値回路１１Ａと比較回路１１Ｂからなり、
絶対値回路１１Ａに検出信号Ｖａが導入され、電圧客色
対値１ｖａｌ　　を比較回路ｌｌＢに入力する。比較回
路１１Ｂは電圧絶対値ＩＶａｌを短絡判定値ｖＯと比較
して短絡検出信号Ｊを送出する。１２は遅延回路であっ
て、短絡検出回路１１の出力（上記短絡検出信号）を所
定時間ＴＰＣだけ遅延して極性変換制御回路１３に供給
する。極性変換制御回路１３は極性選択回路（プログラ
マブルカウンタで以下、カウンタと略記する）１３Ａ、
トランジスタＱ、　、Ｑ、の組とトランジスタＱ、　、
Ｑ３の組を交互にオン・オフ駆動するためのベース駆動
信号を送出するトランジスタ駆動回路１３Ｂを有し、カ
ウンタ１３Ａは極性比率設定回路１４から比率指令Ｒを
受けて、極性切換指令（信号）Ｍをトランジスタ駆動回
路１３Ｂに送出する。

次に、この装置の動作を第２図（ａ）、（ｂｌに示す波
形図を参照して説明する。

まづ、極性比率設定回路１４は正極性期間Ｔ。

と逆極性期間Ｔ−の比率を１対１　（第２図（ａｌ参照
）とする比率指令Ｒをカウンタ１３Ａに送出しているも
のとする。

今、極性変換回路２のトランジスタＱ１とＱ４がオフし
、トランジスタＱ２とＱ３力（オンし、？容接トーチ３
−母材４間には第２図（ａ）にＡ１で示す溶接電圧■ａ
　（ｖ、ｒｃ）が印加され、Ｂ、で示す溶接電流＋ａ（
ｆａｒｅ）が母材４から溶接トーチ３に向かって流れて
いるものとする。この電圧Ｖａは電圧検出回路１０によ
り検出されて絶対値回路１１Ａで絶対値化され、比較回
路１１Ｂに供給される比較回路１１Ｂでは、電圧値　Ｖ
ａを短絡判定値ＶＯと比較するが、電圧Ｖ　ａ　（Ｖａ
ｒｃ　）＞Ｖｏであるので比較回路１１Ｂは短絡検出信
号Ｊを出力しない。

時刻ｔ１で、溶接トーチ３−母材４間に短絡が生じると
、溶接電圧Ｖ　ａ　　（ＶｓＨｏ　）は零レベルに向か
って低減するので、電圧Ｖａ（Ｖｓｏｏ）−≦−Ｖｏと
なり、比較回路ｌＩＢは短絡検出信号Ｊを送出する。こ
の短絡検出信号Ｊは発生と同時に出力制御回路９には供
給されるが、極性変換制御回路Ｉ３には短絡期間の開始
後ある時間（所定時間Ｔｐｃ）が経過するまでは入力さ
れない。出力制御回路９は上記短絡検出信号Ｊを受ける
と、所定時間’ｒ’ｐｃの間だけ、直流電源装置ｌの出
力電流レベルを下げるように該直流電源装置ｌを制御す
る。

これはピンチ効果の影響を低減して、発生した短絡状態
をより確実にするためである。また、上記所定時間’ｒ
’ｐｃが経過した後は出力電流レベルを上昇するように
直流電源装置１を制御する。これはピンチ効果を増大し
て短絡状態を破るためである。所定時間ＴｐＣが経過し
て短絡検出信号Ｊがカウンタ１３Ａに入力されると、カ
ウンタ１３Ａは極性切換指令Ｍを送出する。トランジス
タ駆動回路１３Ｂはこの極性変換指令Ｍを受けると、ト
ランジスタＱ、とＣ４にはオン信号を、トランジスタＱ
２とＱ、にはオフ信号を送出し、トランジスタＱ、とＣ
４はオンされ、トランジスタＱ！とＣ３はオフされる。

これにより、第２図（ａ）に示すように、溶接トーチ３
はプラス（＋）電位に、母材４はマイナス（−）電位に
なり、溶接電圧Ｖａ、溶接電流１ａの極性が変換する。

短絡期間が経過して時刻む２で次のアーク期間（電圧波
形Ａ２）になると、電圧■ａ（Ｖａｒｃ　）＞　ＶＯと
なるので比較回路１１Ｂからの短絡検出信号Ｊは消滅す
る。

時刻ｔ３になって、再び、溶接トーチ３−母材４間に短
絡が発生すると、上記のようにして該時刻ｔ３より時間
ＴＰＣ後に短絡検出信号Ｊがカウンタ１３Ａに供給され
る。比率設定回路１４には、正極性期間と逆極性期間の
比率が１対ｌになるように比率設定しであるので、カウ
ンタ１３Ａはこの短絡検出信号Ｊを計数すると極性切換
信号Ｍをトランジスタ駆動回路１３Ｂに送出する。この
ため、トランジスタ駆動回路１３ＢはトランジスタＱ、
とＣ４にはオフ信号を、トランジスタＱ２とＣ３にはオ
ン信号を送出し、トランジスタＱ、とＣ４はオフされ、
トランジスタＱ２とＱ、はオンされる。これにより、第
２図（ａｌに示すように、溶接トーチ３はマイナス電位
に、母材４はプラス電位になり、溶接電圧Ｖａ、溶接電
流１ａの極性が反転する。以後、短絡が発生して短絡検
出信号が極性変換制御回路１３に到来する毎に溶接電圧
Ｖａ、溶接電流１ａの極性が切換ねる。

次に、遅延回路１２で設定する所定時間ＴＰ、について
、第３図および第４図を参照して説明する。第３図は溶
滴の移行が正常に行われる場合、即ち１、アーク発生中
（ａ）から短絡が発生しく（ｂｌ、その短絡が確実にな
り（Ｃ１、溶滴が溶融池に移行しくｄｌ、再びアークが
発生する（ｅ）までの状態を示している。第４図は、短
絡が発生したが（ｂ）、その短絡が不確実であったため
に、溶融池の振動等のために再びアークが発生しくａ”
　）、直ぐに、また、短絡しくｂ’）、今度の該短絡は
確実であるために、以後は溶滴の移行が正常に行ねた状
態を示している。

上記した所定時間ＴＰＣが短すぎると、第４図に示した
ような現象が発生する恐れがあり、この場合には、正負
極性比率をｌ：１に設定しておいても、実際の極性比率
は第５図に示すように該比率とかけ離れたものとなる。

第５図の場合には、短絡周期毎に極性切替えを行ってい
るにもかかわらず、逆極性の比率が高くなっている。こ
のため、所定時間ＴＰＣは長いほうが望ましいが、長く
すると再アークの発生が難しくなるので、短絡が発生し
たのち該短絡を破り再アークのために電流１ａを急増さ
せる直前が望ましく、具体的数値で云えば、Ｑ、５ｍ５
ｅｃ以上、５．０ｍ５ｅｃ以下、実用的には、Ｑ、２ｍ
５ｅｃ以上、１．５ｍ５ｅｃ以下である。５ｍｓ　ｅ　
ｃを超えると、ワイヤが溶融池に入り込み不安定になる
傾向が見られる。

このように、本実施例では、極性切換えが、短絡時に該
短絡と同期して行われるのではなくて、短絡期間の開始
後、短絡が確実となった後に行われるので、切換えタイ
ミングが、ワイヤ速度の変動、溶融池の振動、溶滴の不
規則な揺動等に起因する見かけ上の短絡に左右されるこ
とがなくなり、正極性と逆極性の時間比率を所望通りに
調整することができる。

また、本実施例では、交互に繰り返されるアークと短絡
のアーク期間中はアークが発生しているので、アーク消
滅による溶接の不安定は解消される。

上記実施例では、正極性期間と逆極性期間の比率を１：
１に設定した場合について説明したが、正極性期間と逆
極性期間の比率を２：ｌに設定した場合の電圧・電流の
波形図を第２図（ｂ）に示す。

この場合、カウンタ１３Ａは短絡検出信号Ｊを３回計数
すると溶接電圧Ｖａを逆極性とする極性切換指令Ｍを送
出し、３ｏ−２回目を計数すると溶接電圧Ｖａを正極性
とする極性切換指令Ｍを送出し、３ｎ−１回目を計数し
てもその指令を維持し、３、回目を計数すると溶接電圧
Ｖａを逆極性とする極性切換指令Ｍを送出する。

なお、上記各実施例では、出力制御回路９が短絡検出信
号Ｊを受けると、所定時間ＴｓｓＯ間だけ、直流電源装
置１の出力電流レベルを下げるように該直流電源装置１
を制御するようになっているが、出力電流レベルをその
まま維持する構成でもよい。

〔発明の効果〕

この発明は以上説明した通り、母材−消耗電極間に加わ
る電圧の極性変換を、短絡時に同期してではな（、母材
と消耗電極が短絡した短絡期間内のあるタイミングで行
わせる構成としたことにより、該タイミングに対する電
極送給速度や溶融池等の挙動の影響を排除することがで
きるので、正極性と逆極性の時間比率を所望通に制御す
ることかて゛き、また、アーク切れを防止することかて
゛きるので、従来に比し、溶接の安定性を高めることが
できる上、溶接作業の能率を向上することができ、この
効果は、前記したＣ○２溶接、ＭＡＧ溶接において、特
に、顕著となる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の実施例を示す回路図、第２図（ａｌ
、（′ｂ）は上記実施例を説明するための溶接電圧、溶
接電流の波形図、第３図および第４図は溶滴上移行状態
を示す図、第５図は第４図に溶滴移行状態に対応する溶
接電圧、溶接電流の波形図である。 １−直流電源装置、２−極性変換回路、４−母材、５−
消耗電極、９−・・出力制御回路、１〇−電圧検出回路
、１１−短絡検出回路、１２−・−遅延回路、１３・−
・極性変換制御回路、１３　Ａ−極性選択回路（プログ
ラマブルカウンタ）。

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. （１）直流電圧の極性を切換えて交流電圧を消耗電極と
   母材間に供給する短絡移行型アーク溶接機において、上
   記直流電圧は上記消耗電極と母材間にアークが発生して
   いる間は同一極性を維持する電圧であり、上記極性の切
   換えを短絡期間内に行わせることを特徴とする短絡移行
   型アーク溶接機の出力制御方法。
2. （２）短絡毎に極性の切換・非切換を選択することによ
   り正極性と逆極性の比率を変更することを特徴とする特
   許請求の範囲第１項記載の短絡移行型アーク溶接機の出
   力制御方法。
3. （３）短絡発生後所定時間経過後に極性切換えを行うこ
   とを特徴とする特許請求の範囲第１項または第２項記載
   の短絡移行型アーク溶接機の出力制御方法。
4. （４）所定時間が０．２ｍｓｅｃ以上であることを特徴
   とする特許請求の範囲第１項または第２項または第３項
   記載の短絡移行型アーク溶接機の出力制御方法。
5. （５）短絡後所定時間内は溶接機出力電流を現状維持も
   しくは低減制御し極性切替え後に溶接機出力電流を増大
   させて短絡からアークへ移行させることを特徴とする特
   許請求の範囲第１項または第２項または第３項または第
   ４項記載の短絡移行型アーク溶接機の出力制御方法。
6. （６）直流電源装置、該直流電源装置の出力極性を切換
   えて消耗電極−母材間に供給する極性変換回路、上記消
   耗電極−母材間の電圧を導入して短絡の有無を検出する
   短絡検出回路、該短絡検出回路が送出する短絡検出信号
   を所定時間遅延して極性変換制御回路に入力する遅延回
   路、極性比率を設定して比率指令を上記極性変換制御回
   路に供給する極性比率設定回路を備え、上記極性変換制
   御回路が、上記遅延回路の出力を計数して計数毎に上記
   比率指令に基づき極性切換・非切換えを判定する極性選
   択回路と該極性選択回路が送出する極性切換指令を受け
   て上記極性変換回路を制御する回路とを有することを特
   徴とする短絡移行型アーク溶接機の出力制御装置。