JPS6325868B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 （背景技術） 本発明は一般に溶接作業全体に関するもので、
とくに半導体（固体）回路、すなわちトランジス
タ化した供給電源を有する改良したガス金属アー
ク溶接方式に関するものである。

ガス金属アーク溶接では溶接ワイヤ電極を使用
する。電気アークがこの電極と加工片との間に生
じ、一般に適当なカバー構造を用いてアーク中に
不活性ガスを送給する。この不活性ガス中には或
る程度の化学的な活性なガスが存する。

溶接ワイヤ電極は加工片に向つて連続的に送給
されるが、アークの高熱によつて溶融し、電極の
金属が加工片つまりベース材上に溶着し溶接部を
形成する。

このような既知の技術において、もつとも好ま
しい金属の移行は“スプレイ移行”と呼ばれてい
るものである。このスプレイの移行状態において
は、その電流密度とそれにより生ずる大なる同軸
磁界並びに圧力、溶接ワイヤ先端とベース金属間
の電圧勾配などが組合され溶接ワイヤが加工片へ
と連続供給されるにつれ溶融金属粒子が溶接ワイ
ヤの先端より放出される。これらの粒子はアーク
を通じて送られ、加工片に形成される浴に衝突す
る。この浴を正しく制御しないとその大きさが過
大となり、全姿勢溶接ではスプレイ移行モードを
維持するのが難しくなる。例えばパイプの全周囲
を溶接する場合、重力の作用によつて浴が不当に
流れ出すことがある。

また電流密度を減少させてゆくと、溶接ワイヤ
の端部より金属を放出させるに不充分な値とな
り、金属は溶融したドロツプレツト（滴）を形成
する。このドロツプレツトはその大きさを増し、
その重量によつてワイヤより離れ溶融浴に向つて
落下する。この浴にドロツプレツトが衝突すると
溶接部位に溶融金属の飛散現象（スプラツシユ）
が生ずる。このような攪乱作用はトーチと加工片
の周に過大なスパツタ堆積、また、融合不良を生
じ溶接品質を低下させる。

さらに使用する電流密度を低下させると、溶接
ワイヤ電極はドロツプレツトが形成されるよりも
早く浴に向つて移動する。その結果金属の移行は
生ぜず、遂には溶接ワイヤの端部のドロツプレツ
トと浴とが物理的に接触する。この点で短絡が生
じアークは消え、一般に用いられている正常操作
の定電圧電源より過大なる電流サージが生ずる。
従つて短時間で溶接ワイヤは加工片に吸着き、后
に溶融する。

この吸着作用で再びアーク点が生じ電流は初め
の低電力レベルに戻り、全体のプロセスが繰返え
して行われる。この動作は上限200Hz迄の周波数
で生じ得る。この動作は従来シヨートアーク法と
して知られている。このシヨートアーク法では溶
融浴が小さいので全姿勢溶接の場合には極めて有
用なものである。しかし一方このシヨートアーク
法では溶着速度が低く、一般に多孔性や融合不良
が生ずることにより溶接品質は低くなる。

以上に述べた欠点の一部は全姿勢溶接に対して
パルススプレイ移行モードとして知られている最
近の半導体応用技術によつて解決することができ
る。その要旨は供給電源出力を60Hzまたは120Hz
の何れかでパルス化するものである。このような
条件下では、点弧アークを保持するに丁度充分な
値に調整したdc基準レベルの出力を電源より発
生させれば良い。この基準レベルに対し60または
120パルス／秒で高出力レベルパルスを重畳する。
このパルスにより生ずる大電流密度によつて金属
粒子はスプレイ移行モードで放出される。このパ
ルスを除くと金属移行は終り、次のパルスまで低
電力アークが維持される。

この工程によると交互冷却によりある程度、浴
の制御ができ、全姿勢溶接を行ないうる。さらに
多くのシヨートアーク法の欠点はカバーされる
が、得られる溶着速度は比較的になお低いもので
ある。

すべての場合において基本的な問題はアークの
安定性である。もしアークの安定化を得るための
何等かの手段であれば、他の制御工程を容易に行
うことができ全姿勢溶接においても浴の制御およ
び溶着速度を最大になし得る。

（発明の開示） 上述したような現状に鑑み、本発明は従来の方
法および装置を遥かに改良したものを提供し、特
にアークの安定性を充分に高め、かつ浴制御と溶
着速度を所定の電力レベルおよび所定直径の所定
の溶接ワイヤ電極材料に対しても全姿勢溶接作業
でこれが最適にできるようにし、従来既知の溶接
方法および装置を遥かに改良すようとするもので
ある。

本発明の要旨を簡単に説明すると次の如くであ
る。

急速応答定電流電源より溶接ワイヤ電極に電力
を供給する。

溶接アークにおける電流値およびその電圧値に
それぞれ対応する電流および電圧フイードバツク
信号を形成する。

所定周波数および所定振幅の電流基準制御信号
によつて電源の変調を行い電源より比較的に高い
レベルの出力電流と比較的に低いレベルの出力電
流の間に変化する電流を生じさせる。

電流フイードバツク信号とあらかじめセツトし
た電流プログラム信号との比較値に応じるパルス
幅変調信号を用い、電流基準制御信号のパルス幅
を制御し、電力供給の定電流制御モードを形成す
る。

このモードにおいては溶接ワイヤ材料の送給速
度を前記電圧フイードバツク信号と電圧プログラ
ム信号との振幅差に対応する信号によつて制御す
る。

さらに本発明の好ましい実施例の方法は、次の
各工程を含む。

前記電圧フイードバツク信号と前記電圧プログ
ラム信号との比較値に対応する付加的なパルス幅
変調制御信号を形成する。

選択的にこの付加的パルス幅変調制御信号を用
いて前記電流基準制御信号のパルス幅を制御し、
供給電力の定電圧制御モードを形成する。この付
加的パルス幅変調制御を選択したときは溶接ワイ
ヤの送給速度は一定となる。

さらに他の特徴においては、所定信号に比して
低い周波数で選択した変調器制御信号をピーク値
とベース値との間に変動するパルス化し、加工片
の溶融と冷却が交互に行われるようにする。この
低周波数を可変とし、特に全姿勢溶接において
「溶融」と「冷却」を交互に行い最適のルート溶
込みと、浴制御とを可能とする。

（好適実施例の説明） 第１図は溶接ヘツド１０を略図的に示す。この
ヘツドには所定の直径ｄを有する溶接ワイヤ１１
を設けてある。この溶接ワイヤ１１を囲んで接触
管、または他の電流伝達装置、例えばブラシ１２
を設け、以下に詳細に説明するように適当な電流
供給源より電流供給を行う。ガス金属アーク溶接
工程においては溶接ワイヤ１１は電極として作用
し、溶接工程中順次消耗してゆく。

溶接ヘツド１０の下側には加工片１３を図示し
てある。この加工片は１例として溶接により接合
すべきパイプの端部とする。このような場合、突
合わせるパイプの両端にはそれぞれ開先形成のた
めのテーパを設け、溶接用のＶ開先を設ける。

溶接アークは電極を構成する溶接ワイヤ１１の
先端と加工片１３の間に形成され、図においては
これを１４で示す。このアークの特徴は矢印１５
で示すようなアーク電流が流れ、さらに矢印１６
で示すようなアーク電圧を有するものとする。こ
の電圧は接触管１２の下端部と加工片１３の表面
の間で測定する。

このアーク自体はプラズマ部分を有しており、
略図で示すように小金属粒子が電極のワイヤ１１
の先端より放出され加工片のＶ開先内に溶融金属
の浴１７を形成する。

第１図に略図で示した例においては溶接工程は
パイプの衝合した端部の周において進められてい
くので、ヘツドは図面の面に対し移動しかつパイ
プ端部の周を回つて移動する。パイプを固定し、
溶接ヘツド全体をその衝合縁部のまわりに移動さ
せ進行させる場合に、浴１７があまり大きくなる
とこれは流れ出したりまたは不安定の状態とな
り、特に全姿勢溶接作業の場合において、溶接ヘ
ツドがパイプの側部に位置したり、または実際上
パイプの下側に位置するような時にこれが生ず
る。

さらに第１図には溶接すべき加工片のルート
（底部）１８を示してあり、パイプ端部を互いに
溶接する場合適正な溶接ではこのルートで溶込み
が貫通し実際上パイプの衝合している内側円周部
分には１９で示すような僅かな裏波ビードが生ず
る。

電流を増加させると、すなわち溶接アークによ
り多くの電力を供給すると溶接工程中この溶込み
が増大する。また過大な電力によつては過大な溶
込み、ひいては衝合端部で抜落ち（孔）を生じ、
浴はパイプの内側に落下する。また溶接アークの
電力があまりに小さいと溶接端部の完全な溶融ま
たは充分な溶込みを生ぜず、溶接の弱体部分が生
ずる。すなわち浴制御の問題だけではなく、適当
なルート溶込み及び適正な溶接品質に関する諸問
題がある。さらに加工片に向つて溶接ワイヤを如
何にして送り出して行くかという方法は重要で、
使用する溶接モードに依り左右される。矢印２０
でこの溶接ワイヤの進行を示し、その進行速度は
以下にさらに詳細に説明する如く定電流制御モー
ドの操作においてはこれを可変とし、定電圧制御
モード操作においてはこれを一定のものとする。

第２図にはさらに他の動作モードにおける転移
領域を示す。この例では第１図に示したスプレイ
移行モードの電流密度を充分に小さくし、金属が
スプレイとしては放出されずむしろ単に電極のワ
イヤ１１の端部にドロツプまたはドロツプレツト
（滴粒）２１としてたまる傾向を示す。このドロ
ツプは電極のワイヤ１１が加工片に向つて進行す
るにつれ、サイズが増加する。

第３図はドロツプ２１が充分大なるサイズとな
り電極の端部を離れ重力によつて加工片内の浴１
７に落下する状態を示す。この場合溶融金属の飛
散現象（スプラツシユ）が生じ、一般に上述した
ように溶接品質の劣化が生ずる。従つてこのよう
なドロツプレツト移行はできるだけ避けるように
する必要がある。

第４，５，６図はシヨートアーク移行モードを
順次に示すものであり、この場合電流密度はさら
に減少し溶接ワイヤ１１の端部に形成されるドロ
ツプレツトが充分大きなサイズとなつて分離する
ことなく溶接ワイヤ自体が浴１７に接触する状態
を示す。

第４図は電極のワイヤ１１の端部にドロツプレ
ツトが形成される状態を示す。第５図は成長した
ドロツプレツト２２が浴１７に正に接触しようと
する状態を示す。この接触点において上述した如
く短絡によるサージ電流が生じ、かく生じる電流
により金属を瞬間的に溶融または気化し、第６図
に２３で示す如くアークが再び点じられる。この
シヨートアーク移行モードはかなり小さくかつ制
御可能な浴１７を形成するので、全姿勢溶接にお
いては有効に利用される。しかし一方において上
述した如く溶着速度が比較的に遅い。

第１図ないし第６図についての以上の説明によ
り理解されるようにアークの電流または電圧或い
はこれら両者を正しく制御すればアークの消滅ま
たはドロツプレツトの形成およびこれに伴う不利
を来すことなく最大の溶着速度を達成し得る金属
移行を得ることができる。さらにこのような制御
を有効に行うことができるならば全姿勢の溶接作
業において急速な高度の金属溶着を確保すること
ができ、しかも高品質の溶接が得られる。

上述したように本発明は溶接ヘツドに対する溶
接電力を制御し、極めて安定なアークを得るよう
にするものである。本発明においては他の種々の
制御をこれに加えて行い、必要な浴の制御を最適
とし、かつ溶接作業の溶着速度を最大とし、特に
全姿勢溶接作業に適するものを提供するにある。

第７図は上述した制御を行うガスアーク溶接装
置の基本的ブロツクダイアグラムを示す。第７図
においてアーク溶接ヘツド、電極材料、加工片、
アーク並びに接触管は全て第１図ないし第６図に
使用したと同じ番号で示してある。接触管１２を
通じる溶接ワイヤ１１の電極材料の移動は２４に
示す適当な供給ローラにより行われ、この電極自
体は供給リール２５より供給を行う。

本溶接装置自体はブロツクＡで示す急速応答定
電流電源を有し、導線２６および２７を通じ溶接
アーク１４を形成する電力を供給する。溶接アー
ク１４における電流および電圧値に対応する値を
有する電流および電圧フイードバツク信号をそれ
ぞれ導線２８および２９を通じて導出する。

急速応答定電流電源Ａよりの第１の電力伝達制
御はブロツクＢより出力線３０を通じ周波数、波
高値、パルス幅（パルスの持続時間）をそれぞれ
制御し得る電流基準制御信号によつて行う。以下
に詳細に説明するようにこの電流基準制御信号
は、供給電力の比較的に高い出力電流と比較的に
低い出力電流の間に変化する電流を生ずるよう電
源電力を変調する。高い方の出力電流は電源の最
大出力電流より僅か下の値に対応するよう選択
し、低い方の出力電流は溶接アークをちようど維
持するに充分な値に調節し、全姿勢溶接において
有効な溶着速度が得られるようにかつ金属スプレ
イ転移特性が得られるように維持する。これを換
言すると電流をこのように変調することにより従
来行われているようなパルススプレイ移行モード
が形成されるが、有効波高値およびパルス幅はこ
れらを自動的に制御し、最適な値とし、かつスプ
レイ移行特性を維持し得るようにする。またこれ
と同時にこの電流基準制御信号を60または120Hz
に限定することなく、40Hzより999Hzの全ての値
に微細調節し得るようにし、所定の与えられた直
径の定まつた特定の溶接ワイヤを使用するある特
定の溶接作業に対し、適当な値に同調し得るよう
にすることが重要である。

第７図ブロツクＢより生ずる電流基準制御信号
は導線３１を通じるパルス幅変調制御信号によつ
てそのパルス幅の制御を行う。このパルス幅変調
制御信号はスイツチ接点３２を通じブロツクＣよ
り導出する。ブロツクＣは定電流ループ増幅器で
あり、溶接パラメータの１つを構成する電流プロ
グラム信号をセツトする装置を有している。さら
にこのブロツクＣは導線２８を通じ電流フイード
バツク信号を受信する。

スイツチ接点３２が図示の位置にある場合導線
３１上のパルス幅変調制御信号はこの電流フイー
ドバツク信号と電流プログラム信号の差を増幅し
たものに対応する。

スイツチ接点３２は三連スイツチの１つであ
り、他の２つの接点は３３および３４で示す。こ
れらの連動スイツチの全体を溶接モードスイツチ
と称する。各スイツチ接点の実線で示す位置にお
いてこれらの接点はCCODWで表わす端子に位置
する。この記号CCODWは（Constant Current
on Demand Wire Feed）、すなわち所要の溶接
ワイヤ供給速度に対し定電流制御を行うことを意
味する。この位置においてブロツクＣは一般のパ
ルス幅変調制御信号を供給し、供給電力は定電流
制御モードで動作する。

スイツチ接点３２，３３，３４の他の位置を記
号CVCWで示す。この記号CVCWは（Constant
Voltage Constant Wire Feed）、すなわち一定
ワイヤ供給速度において一定電圧の制御を意味す
る。スイツチ接点がこの位置においては導線３１
上に生ずるパルス幅変調制御信号はブロツクＤよ
り出される。ブロツクＤは定電圧ループ増幅器よ
り成つており溶接パラメータの１つを構成する電
圧プログラム信号をセツトする装置を含んでい
る。このブロツクＤは導線２９を通じ電圧フイー
ドバツク信号を受信する。

スイツチ接点３２がCVCW端子に位置すると
きは導線３１上のパルス幅変調制御信号は電圧フ
イードバツク信号と電圧プログラム信号の差を増
幅したものに対応する。

スイツチ接点３３は溶接ワイヤ材料の供給速度
の制御をするが、その特定位置により変えうる。
スイツチ接点が実線で示す如くCCODW（所定ワ
イヤ供給速度における定電流制御）位置において
はこのワイヤ供給速度はブロツクＥで制御され
る。このブロツクＥはブロツクＤよりの電圧プロ
グラム信号と導線２９上の電圧フイードバツク信
号の差に対応する信号を形成する。

スイツチ接点３２，３３がCVCW位置に切換
えられた場合、すなわち定速供給定電圧動作モー
ドを行うときは、スイツチ接点３３はブロツクＦ
よりの信号を供給し、一定のワイヤ供給速度を構
成する。この場合においてブロツクＥまたはブロ
ツクＦよりのいずれかの信号は、スイツチ接点３
３の位置にブロツクＧで示すワイヤ供給速度制御
サーボに至り、これによつてフイードローラ２４
の駆動モータＭの速度を制御する。タコメータＴ
よりのフイードバツク信号が図面で矢印で示す如
くブロツクＧで受信される。

溶接モードスイツチの上述した第３スイツチ接
点３４は選択変調制御信号を所定周波数に対し低
い周波数でパルス化する。このアーク電流または
アーク電圧がピーク値とベース値の間でパルス化
され、加工片は溶接アークにより交互に溶融およ
び冷却が行われる。

以下にさらに詳述するようにこの低周波は最適
のルート溶込みを生じ、かつ全姿勢の溶接作業に
おいても最適の浴制御が可能なように選択し、さ
らに溶接ヘツドの走行速度を調節して連続して生
ずる溶接の溶融部が一般にごく僅かずつ重なり合
い、かつ一定の間隔だけ連続的に離れるようにす
るか、あるいは既知の米国特許第4019016号に記
載されたと同様な方法でトーチオツシレータ（首
振り装置）の位置に対し同期させてこれを移動さ
せる。

以上の全ての記載において溶接作業者は溶接モ
ードスイツチの選択によつてパルス幅変調制御信
号を選択して、定電流制御モードまたは定電圧制
御モード操作に電力供給を行い、これらの場合溶
接ワイヤの供給速度は各選択モードに対応して自
動的に制御される。さらに定電流ループ増幅器Ｃ
よりパルス幅変調制御信号が導出されるか、また
は定電圧ループ増幅器Ｄよりこれが導出されるか
はスイツチの何れかの位置によるが、いずれにし
てもブロツクＨよりの低周波パルス制御は必要あ
れば自動的に与えられる。

第８図においては第７図に示した各ブロツク内
の各素子を点線ブロツクに示し、同じ符号を用い
て示しある。さらに同じ素子については同じ番号
を用いて示しある。

本発明の好適実施例においては第７図において
ブロツクＡとして説明した急速応答定電流電源は
第８図の詳細図に示すように未調節電圧電源３５
を有し、これより３６で省略してスイツチの記号
を用いて示した半導体スイツチを通じ溶接ヘツド
に電流を送る。スイツチ３６は上述の所定周波数
に対し比較的に高い周波数を以つて開閉するよう
にし、第７図において導線３０を通ずる基準電流
制御信号よりも高い周波数でこれを送出する。こ
の高い周波数は例えば16KHzである。発振器自体
はブロツク３７で示し、３８に示したような三角
形波出力を生ずる。

導線２８上のこの電流フイードバツク信号を第
８図示のシヤントおよびバツフア増幅器より導出
する。加算回路３９および増幅器４０を有する装
置を設け、これによつて上述の導線３０に生ずる
電流基準制御信号とバツフア増幅器よりの電流フ
イードバツク信号間の差を検出し、この差によつ
て信号レベルを決定する。比較回路４１が発振器
３７よりの出力を受信しこの信号レベルに応じ各
高周波の周期において半導体スイツチ３６の閉じ
る時間長を定め、これによつてアーク電流を制御
する。上述の如く高周波によつて溶接ヘツドに供
給されるこのような電流のパルス幅変調により、
所望の極めて急速な応答特性を有する電力供給が
でき、アークの攪乱に因る電流変化が生じたとき
に供給電源は急速に応答する。これを換言すると
電流フイードバツク信号により加算回路３９に送
り返される電流の全ての急速な変化はこの加算回
路によつて受信される電流基準制御信号と比較さ
れ、信号レベルに急速に反映されスイツチ３６の
デユーテイサイクル（稼動率）を変化させ、これ
によつてパルス幅つまりスイツチ３６が閉じる時
間長を変化させ、上述のような変化を補償するよ
うに動作する。このようにして変化した電流信号
は次いで加算回路３９に帰還され、正しい電流制
御がこのフイードバツクループを通じ行われる。

第８図のブロツクＡの下側にはブロツクＢの各
素子が示しあり、これにより導線３０を通ずる電
流基準制御信号を形成する。

ブロツク４２は常時電源の最大出力への接近を
示し、その大電流出力が電源の最大出力であるこ
とを表示する。この表示においては電源の実際の
最大出力値より僅かに低い出力電流をも含むもの
とする。またブロツク４３は電源よりの低出力電
流を表わし、これは溶接装置の可調整入力パラメ
ータであり、上述した如く、溶接アークの維持に
は小さな値だが充分な電流であるように調整す
る。

第７図について説明した発振器ブロツク４５の
所定周波数を調整可能とし、特定の溶接作業の条
件に適合するものとし、また所定直径の溶接ワイ
ヤ材料に対し適合するものとする。すなわち特定
の溶接作業に対し最適の溶接品質を得るために適
合調整を行い得るものとする。この所定周波数は
例えば40ないし999Hz間で可変とする。

ブロツクＢに略図的に示したように発振器４５
よりの出力は４６に示す如く三角形状波であり、
この波はスイツチ接点３２が図示の如くCCODW
位置にある場合はブロツクＣよりの導線３１上の
パルス幅変調制御信号と比較される。

第８図の下側において、ブロツクＣで形成され
る電流プログラム信号を４７で示し、またブロツ
クＤ内で形成される電圧プログラム信号を４８で
示す。既に説明したようにこれらの信号の各々は
溶接入力パラメータである。

ブロツクＣにおいてこの電流プログラム信号を
加算回路４９内で導線２８上の電流フイードバツ
ク信号に対し加算し、増幅器５０に対する差信号
としてこれに供給し、さらにこれによりスイツチ
接点３２を介し導線３１に送り出す。この特定の
信号レベルを比較回路５１内で三角形状波４６と
比較し、スイツチ４４を動作させ、導線３１上の
信号のレベルに応じ各周期に対し400A（アンペ
ア）位置にこのスイツチを保持する時間長を定め
る。これを換言すると発振器３７に対し急速応答
電源制御スイツチ３６について説明したと同様な
デユーテイサイクル制御を行う。しかしこの場合
においては定電流電源の高周波発振器の周波数よ
りも遥かに低い周波数でこれを行う。

再び第８図の下側において、ブロツク４８より
の電圧プログラム信号は側路導線を経てさらに加
算回路５２に至りこの回路には導線２９上の電圧
フイードバツク信号を供給する。これら２つの信
号の間の差を増幅器５３で増幅し、CCODW位置
にあるスイツチ接点３３を通じブロツクＧ内のワ
イヤフイードサーボに供給する。このサーボは加
算回路５４を含み、これによつてブロツクＥより
の信号とワイヤローラ駆動モータＭのモータのタ
コメータＴより導線５５を通じて送られるタコメ
ータのフイードバツク信号との差を形成する。こ
の差信号を増幅器５６内で増幅し、さらに増幅器
５７でこれを増幅し、導線５８を介してモータＭ
を動作させるに充分な出力とし、これによつてフ
イードローラ２４を制御する。かくの如くして電
極材料１１に対するワイヤ供給速度がデイマンド
（所要）ワイヤフイードブロツクＥおよびワイヤ
サーボブロツクＧにより自動的に制御される。

スイツチ接点３２，３３をCVCW端子に切り
換えたときはワイヤ送りは定速度ワイヤ供給制御
回路Ｆにより一定に保たれる。この回路はスイツ
チ３３を通じワイヤサーボブロツクＧに対し一定
の信号を送出する。この場合導線３１上のパルス
幅変調制御信号はブロツクＤより導出される。こ
の信号はブロツク４８よりの電圧プログラム信号
と導線２９を介して伝えられる電圧フイードバツ
ク信号との差を加算回路５９により取り出し、増
幅器６０で増幅して得られたものである。第７図
の基本的ブロツクダイヤグラムについて述べたよ
うにスイツチ接点３２および３３がCVCW端子
位置にある場合には供給電源は定電圧制御モード
として動作し、またこれらスイツチ接点が実線で
示したようにCCODW位置にある場合には電源は
定電流制御モードとして動作する。これらの何れ
の動作モードを選択するかは溶接モードスイツチ
により選択することができる。

第７図においてのべた低周波パルスブロツクＨ
の詳細を第８図につき説明する。第８図に示すよ
うにこのブロツクＨはベース値に比較してパルス
のピーク値を形成するパルス波高値制御回路６１
を有している。溶接モードスイツチの位置に応じ
てこのピーク値は加算回路４９によりブロツク６
１よりのパルス波高値信号とブロツク４７よりの
電流プログラム信号を加算して加算回路４９で形
成するか、またはブロツク６１よりのパルス波高
値信号とプログラム４８よりの電圧プログラム信
号を加算回路５９で加算して形成する。またこれ
と同様にベース値は６２で示した零または接地レ
ベルを電流プログラム信号または電圧プログラム
信号の何れかに加算してこれを形成する。従つて
ベースレベルは電流プログラム信号または電圧プ
ログラム信号の何れかと等しくなる。スイツチ接
点６３を作動しピーク位置とベース位置との間に
おいて所望の低周波振動で移動するようにし、発
振器６４の制御によりこの低周波は例えば0.5な
いし20Hzの間に変わり得るようにする。このパル
ス波高値がブロツク６１において調整し得るのみ
でなく、パルスのデユーテイサイクル即ちパルス
幅もブロツク６５によつて制御することができ
る。このブロツク６５は低周波発振器６４よりの
三角形状波と共働し、これをスイツチ接点６３に
至る比較回路６６に供給する。低周波パルスを上
述の溶接ヘツドの移動速度と同期させたい場合に
はスイツチ６７を切換え、低周波発振器の出力周
波数をブロツク６８ａで示されている移動速度
（TVL SYNC）と同期せしめる。また低周波パ
ルスを発振器位置に対し同期させることを望む場
合にはスイツチ６７を６８ｂで示す発振器同期
（OSC SYNC）位置に切り換える。この発振器
同期のさらに具体的な例については米国特許第
4019016号に記載してある。

上述した各回路の動作を第９，１０，１１図に
ついてその全体を説明する。

第９図はブロツクＡの急速応答電源のトランジ
スタスイツチ３６のデユーテイサイクルすなわち
その開および閉のサイクルを略図的に示すもので
ある。すでに述べた如くこの開閉は高い周波数例
えば16KHzで行われる。例えば１例としてパルス
６９は通常の電流を表わす。電流を増加させるべ
きときは７０に示す如くパルス幅を増加させ、ま
た電流を減少させる必要のある時は７１に示すよ
うにパルス幅を減少させる。

第１０図は第９図に示した電源より溶接ヘツド
に供給される電流の制御に使用する電流基準制御
信号を示す。この電流は高出力値例えば400A（ア
ンペア）と低電流出力値すなわちアークを維持す
るに充分な電流に対応する出力値の間にパルス移
動を行い、これらの値をそれぞれ７２および７３
で示してある。上述の如くその周波数自体は40〜
999Hzの間に調整可能とする。振幅の矢印Ａ，
A′，A″で示すように順次最低アンペアレベルま
で一連の値に調整可能とする。

終わりにブロツクＣおよびＤにより供給される
外部電流または電圧制御ループ増幅器によるこの
電流基準制御信号のパルス幅変調を第１０図に点
線で示しある。すなわち通常のパルス幅をＷで示
した実線の如くとすると増加したパルス幅は
W′の如くであり、電流を減少させるときのパル
ス幅はW″で示す如くである。

第７図および第８図においてブロツクＨにより
行われた低パルス周波数の選択的付加を第１１図
に示し、この低周波パルスは７４および７５で示
すピーク値およびベース値の間で生ずる。連続し
て生ずる場合においては過大である出力レベルと
これより低い出力レベルの間に電力レベルを交互
に変えることによつて浴のサイズはそれが垂れ落
ちそうになる時点まで増大でき、ついで、低い出
力レベルにより冷却されるにつれ、収縮するよう
な形となる。この作用によつて全姿勢溶接におい
ても高品質を維持しながら最大の溶着速度を得る
ことを可能とする。

（発明の効果） 本発明においては第１０図に関し説明したよう
に電流基準制御信号を広く制御することにより溶
接工程の大なる安定度が得られ、このため上述の
如く低周波パルスを利用することを可とする。

以上説明した本発明による利点および特徴を要
約すると次の如くとなる。

(1) 電流基準制御信号により変調する最大出力電
流を供給電源の最大出力値にセツトすることよ
り各大出力電流パルスによつてこのパルスの持
続時間中高密度のスプレイ移行が行われる。ま
たこのセツトの下方においては上述の如く低電
流出力または最少アンペアパラメータを調整で
きるので変調パルスの間においてアークを信頼
度高く保持することができる。これらの調節に
よつて従来の装置によつて得られたものと比較
するとき、同等の溶着速度を得るために本発明
によつては20〜30％低い電力レベルによつてス
プレイ移行を得ることができる。

(2) 変調周波数の選定により、すなわち電流基準
制御信号の所定周波数を溶接パラメータとして
調節できることによりこの変調周波数を特定の
種類の溶接作業、特定の電極材料およびその直
径に対し対応させて“同調”（適合）させるこ
とができるので溶接工程の安定度が増加する。

(3) 上述の如く工程の安定度が得られるので溶接
の浴の制御に対し低周波パルス動作を使用し得
るため全姿勢溶接において可視及び冶金的に高
品質の溶接を保持しながら最大の溶着速度を得
ることができる。

本発明の好適な実施例においては３つの個別の
パルス幅変調を互いに組合わせて使用するもので
ある。すなわちこれを要約すると次の如くであ
る。

(i) 急速応答電源電流の制御に16KHzのパルス幅
変調周波数を使用する。

(ii) 溶接作業、電極直径およびその組成に対応す
る移行特性の安定化を計る“同調”のため40―
999Hzのパルス幅変調周波数を使用する。

(iii) 全姿勢溶接作業における浴の制御のため、1/
２〜20Hzのパルス幅変調パルス周波数を使用す
る。

上述の全ての要素を組合わせ集積化した自動溶
接装置に組込むときは極めて低い入力（入熱）の
溶接より全姿勢溶接における極めて高い溶着速度
まで非常に広い幅においてスプレイ移行機能を達
成することができ、これらの全ての場合において
共通ベースとして、スパツタ最少、作業の反復精
度、アークの安定性を確保しながら秀れた品質の
溶接が得られる。

【図面の簡単な説明】

第１図ないし第６図は本発明を理解する上で基
本的知識として必要なガス金属アーク溶接におけ
る種々の金属移行モードを示す略図、第７図は本
発明を実施する装置の各構成部分の概略を示すブ
ロツクダイアグラム、第８図は第７図の各ブツク
内のさらに詳細な構成の一部を示す詳細化したブ
ロツクダイアグラム、第９図は溶接ヘツドに制御
電力を供給する一例として電源供給にトランジス
タスイツチを用い、その開閉により得られるパル
ス幅変調を用いる状態を説明する図、第１０図は
溶接ヘツドに供給する電力の一制御因子として用
いる電流基準制御信号の波形を示す図、第１１図
は溶接出力の低パルス周波数制御を示す他の波形
図である。 １０…溶接ヘツド、１１…溶接ワイヤ、１２…
接触管、１３…加工片、１４…アーク、１７…
浴、１８…継手ルート、１９…裏波、２１，２２
…ドロツプ、Ａ…定電流電源、２４…フイードロ
ーラ。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 次の各工程、すなわち、 (a) 電流制御信号に応答して急速応答一定パルス
   波高値のパルス電流電源より溶接ワイヤ電極に
   電流パルスを供給する工程、 (b) 溶接アークの電流値に対応する電流フイード
   バツク信号を形成する工程、 (c) 溶接アークの電圧値に対応する電圧フイード
   バツク信号を形成する工程、 (d) 所定周波数および所定振幅の電流基準制御信
   号を形成し、これによつて電源の変調を行い電
   源より比較的に高いレベルの出力電流と比較的
   に低いレベルの出力電流の間に変化する電流を
   生じさせる工程、 (e) 前記電流フイードバツク信号と電流プログラ
   ム信号との差の増幅値に対応するパルス幅変調
   制御信号を形成する工程、 (f) 前記電流基準制御信号のパルス幅を、前記パ
   ルス幅変調制御信号によつて制御し、電力供給
   の定電流制御モードを形成する工程、 (g) 溶接ワイヤ材料の供給速度を前記電圧フイー
   ドバツク信号と電圧プログラム信号との比較に
   応答させて制御する工程、 を同時に組合せて行い、所定の電力レベルおよび
   所定直径の所定の溶接ワイヤ電極に対し溶接アー
   クの安定性を確保し、溶融浴制御および溶接速度
   を向上させることを特徴とするガス金属アーク溶
   接方法。 ２ 供給電源の最大出力電流に対応する前記の比
   較的に高いレベルの出力電流と、比較的に低い出
   力電流をアークを維持するにちようど充分な値に
   調整し、全姿勢溶接作業においても有効な溶着を
   維持し得るような金属スプレイ移行特性を保たせ
   得るようにし、さらに前記所定周波数を所定の電
   力レベル並びに所定直径の溶接ワイヤ電極材料に
   対しアークの安定性を最も良くするような値に調
   節可能とした特許請求の範囲第１項記載の溶接方
   法。 ３ 次の各工程、すなわち、 (a) 電流制御信号に応答して急速応答一定パルス
   波高値のパルス電流電源より溶接ワイヤ電極に
   電流パルスを供給する工程、 (b) 溶接アークの電流値に対応する電流フイード
   バツク信号を形成する工程、 (c) 溶接アークの電圧値に対応する電圧フイード
   バツク信号を形成する工程、 (d) 所定周波数および所定振幅の電流基準制御信
   号を形成し、これによつて電源の変調を行い電
   源より比較的に高いレベルの出力電流と比較的
   に低いレベルの出力電流の間に変化する電流を
   生じさせる工程、 (e) 前記電流フイードバツク信号と電流プログラ
   ム信号との差の増幅値に対応するパルス幅変調
   制御信号を形成する工程、 (f) 前記電流基準制御信号のパルス幅を、前記パ
   ルス幅変調制御信号によつて制御し、電力供給
   の定電流制御モードを形成する工程、 (g) 溶接ワイヤ材料の供給速度を前記電圧フイー
   ドバツク信号と電圧プログラム信号との比較に
   応答させて制御する工程、 を同時に組合せて行い、 さらに前記電圧フイードバツク信号と前記電圧
   プログラム信号との間の差の増幅値に対応する付
   加的なパルス幅変調制御信号を形成する工程を含
   み、さらに選択的にこの付加的パルス幅変調制御
   信号を用いて前記電流基準制御信号のパルス幅を
   制御し、供給電力の定電圧制御モードを形成する
   工程、並びにこの付加的パルス幅変調制御信号が
   選択されたときは常に溶接ワイヤ材料の送給速度
   を一定に維持する工程を含んでなり所定の電力レ
   ベルおよび所定直径の所定の溶接ワイヤ電極に対
   し溶接アークの安定性を確保し、溶融浴制御およ
   び溶接速度を向上させることを特徴とするガス金
   属アーク溶接方法。 ４ 前記選択変調制御信号を前記所定周波数に比
   して低い周波数で変化させ、かつ加工片への電極
   の当接点で変化させるようにした特許請求の範囲
   第３項記載の溶接方法。 ５ 前記低周波数と溶接アークの加工片に対する
   走行速度を同期せしめる工程を有し、順次の溶接
   電流パルスが、加工片の走行方向に沿つて一定の
   間隔を有するようにした特許請求の範囲第４項記
   載の溶接方法。 ６ 次の各工程、すなわち、 (a) 電流制御信号に応答して急速応答一定パルス
   波高値のパルス電流電源より溶接ワイヤ電極に
   電流パルスを供給する工程、 (b) 溶接アークの電流値に対応する電流フイード
   バツク信号を形成する工程、 (c) 溶接アークの電圧値に対応する電圧フイード
   バツク信号を形成する工程、 (d) 所定周波数および所定振幅の電流基準制御信
   号を形成し、これによつて電源の変調を行い電
   源より比較的に高いレベルの出力電流と比較的
   に低いレベルの出力電流の間に変化する電流を
   生じさせる工程、 (e) 前記電流フイードバツク信号と電流プログラ
   ム信号との差の増幅値に対応するパルス幅変調
   制御信号を形成する工程、 (f) 前記電流基準制御信号のパルス幅を、前記パ
   ルス幅変調制御信号によつて制御し、電力供給
   の定電流制御モードを形成する工程、 (g) 溶接ワイヤ材料の供給速度を前記電圧フイー
   ドバツク信号と電圧プログラム信号との比較に
   応答させて制御する工程、 を同時に組合せて行い、かつ急速応答パルス電
   流電源よりの電流パルス供給工程は、この電源と
   溶接ワイヤ電極の間に設けた半導体スイツチを前
   記所定周波数に比し高い周波数で開閉することに
   より電流パルスを通過させ、この電極に通過する
   電流パルスのパルス幅を前記電流基準制御信号と
   電流フイードバツク信号との比較に応答して制御
   し、所定の電力レベルおよび所定直径の所定の溶
   接ワイヤ電極に対し溶接アークの安定性を確保
   し、溶融浴制御および溶接速度を向上させること
   を特徴とするガス金属アーク溶接方法。 ７ (a) 電力を溶接ヘツドに供給し、溶接アーク
   を形成する急速応答定電流電源、 (b) 電流フイードバツク信号を形成するアーク電
   流応答装置、 (c) 電圧フイードバツク信号を形成するアーク電
   圧応答装置、 (d) 前記急速応答定電流電源に対し電流基準制御
   信号を発生しその電流を高レベルの出力電流と
   低レベルの出力電流との間に所定周波数で変化
   するように変調するパルス幅およびパルス波高
   値変調器、 (e) 電流プログラム信号形成装置、 (f) 電圧プログラム信号形成装置、 (g) 前記電流基準制御信号に対し電流プログラム
   信号と電流フイードバツク信号との差の増幅値
   の関数としてパルス幅変調するパルス幅変調制
   御信号を発生する装置で、これにより前記電源
   の定電流制御モードを形成する装置、 (h) 前記電圧フイードバツク信号と前記電圧プロ
   グラム信号との間の差の増幅値に対応する信号
   によつて溶接ワイヤ電極の送給速度を制御する
   命令装置、 とをそれぞれ備えてなり、所定の電力レベルおよ
   び所定直径の所定の溶接ワイヤ電極材料に対し、
   アーク尖端と加工片の間の溶接アークの安定性を
   最良にし、また加工片の浴制御および溶着速度を
   最大ならしめることを特徴とするガス金属アーク
   溶接装置。 ８ 前記高レベル出力電流が電源の最大出力に対
   応しかつその低レベル出力電流を溶接、アークを
   ちようど維持するような値に調節する装置を設
   け、これによつて全姿勢溶接においても金属スプ
   レイ移行特性を維持させ、さらに前記所定周波数
   を調整し前記所定電力レベルおよび所定直径の溶
   接ワイヤ電極材料に対し最大のアーク安定度を得
   るようにした特許請求の範囲第７項記載の装置。 ９ (a) 電力を溶接ヘツドに供給し、溶接アーク
   を形成する急速応答定電流電源、 (b) 電流フイードバツク信号を形成するアーク電
   流応答装置、 (c) 電圧フイードバツク信号を形成するアーク電
   圧応答装置、 (d) 前記急速応答定電流電源に対し電流基準制御
   信号を発生しその電流を高レベルの出力電流と
   低レベルの出力電流との間に所定周波数で変化
   するように変調するパルス幅およびパルス波高
   値変調器、 (e) 電流プログラム信号形成装置、 (f) 電圧プログラム信号形成装置、 (g) 前記電流基準制御信号に対し電流プログラム
   信号と電流フイードバツク信号との差の増幅値
   の関数としてパルス幅変調するパルス幅変調制
   御信号を発生する装置で、これにより前記電源
   の定電流制御モードを形成する装置、 (h) 前記電圧フイードバツク信号と前記電圧プロ
   グラム信号との間の差の増幅値に対応する信号
   によつて溶接ワイヤ電極の送給速度を制御する
   命令装置、 とをそれぞれ備えてなり、さらに前記電流基準制
   御信号に対しパルス幅変調を前記電圧プログラム
   信号と前記電圧帰還信号との間の差の増幅値の関
   数として行う付加的パルス幅変調制御信号を発生
   する装置を設け、 前記付加的パルス幅変調制御信号を第１のパル
   ス幅変調制御信号と取替え、これと同時に前記定
   速装置を前記指令装置と取替え、電源供給を定電
   圧制御モードとする溶接モードスイツチを具えて
   成る所定の電力レベルおよび所定直径の所定の溶
   接ワイヤ電極材料に対し、アーク尖端と加工片の
   間の溶接アークの安定性を最良にし、また加工片
   の浴制御および溶着速度を最大ならしめることを
   特徴とするガス金属アーク溶接装置。 １０ 前記所定周波数に比し低周波で動作するパ
   ルス装置を設け、前記溶接モードスイツチはこの
   パルス装置に対し定電流制御モードの場合におい
   て第１に述べたパルス幅変調制御信号へ変調する
   装置を設け、定電圧制御モードの場合には付加的
   パルス幅変調制御信号を変調するようにし、この
   低周波、パルス変調によりパルス幅変調制御信号
   をピーク値とベース値の間の値に変調し、加工片
   を交互に溶融および冷却を行い、さらに前記低周
   波を調整し、全姿勢溶接作業においても最適のル
   ート溶込みと浴制御が得られるように構成した特
   許請求の範囲第９項記載の装置。 １１ 前記低周波数を調整する装置は、この低周
   波数を溶接アークの加工片に対する走行速度に同
   期するようにし、走行方向に沿つて生ずる連続し
   た溶接電流パルスによる溶接間に一定の間隔を形
   成するようにした特許請求の範囲第１０項記載の
   装置。 １２ 前記低周波数を調整する装置は、この低周
   波数をトーチビード幅方向オツシレータの位置に
   対し同期させる装置を設け、オツシレータの位置
   の関数として浴制御を行うようにした特許請求の
   範囲第１０項記載の装置。 １３ (a) 電力を溶接ヘツドに供給し、溶接アー
   クを形成する急速応答定電流電源、 (b) 電流フイードバツク信号を形成するアーク電
   流応答装置、 (c) 電圧フイードバツク信号を形成するアーク電
   圧応答装置、 (d) 前記急速応答定電流電源に対し電流基準制御
   信号を発生しその電流を高レベルの出力電流と
   低レベルの出力電流との間に所定周波数で変化
   するように変調するパルス幅およびパルス波高
   値変調器、 (e) 電流プログラム信号形成装置、 (f) 電圧プログラム信号形成装置、 〓 前記電流基準制御信号に対し電流プログラム
   信号と電流フイードバツク信号との差の増幅値
   の関数としてパルス幅変調するパルス幅変調制
   御信号を発生する装置で、これにより前記電源
   の定電流制御モードを形成する装置、 (h) 前記電圧フイードバツク信号と前記電圧プロ
   グラム信号との間の差の増幅値に対応する信号
   によつて溶接ワイヤ電極の送給速度を制御する
   命令装置、 とをそれぞれ備えてなり、かつ前記急速応答定電
   流電源は電力を溶接ヘツドに供給する半導体スイ
   ツチを具え、さらにこのスイツチを前記所定周波
   数に比較して高い周波数で開閉する発振器と、前
   記電流基準制御信号と前記電流フイードバツク信
   号との間の差に応答してこの差によつて定まる信
   号レベルを形成する装置と、この信号レベルに応
   答し前記固体スイツチが前記高周波数の各周期に
   おいて閉じる時間長を制御し、これによつて前記
   アーク電流を制御する装置を具えてなる所定の電
   力レベルおよび所定直径の所定の溶接ワイヤ電極
   材料に対し、アーク尖端と加工片の間の溶接アー
   クの安定性を最良にし、また加工片の浴制御およ
   び溶着速度を最大ならしめることを特徴とするガ
   ス金属アーク溶接装置。