JPS649910B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、不活性ガスを主成分とするガスによ
つて溶接部を遮蔽し、消耗電極ワイヤ（以下単に
電極ワイヤと称する）を溶接部に連続的に送給し
て溶融溶接を行う溶接機に関し、特に、溶接電源
としてパルス電流を用いることにより消耗電極ワ
イヤの溶融金属の移行形態をスプレー状にして溶
融溶接を行なうごとき溶接方法（以下単にパルス
MIG溶接法）を実施する溶接機の溶接電圧制御
手段に関するものである。

パルスMIG溶接法に於ては、パルス電流を流
してワイヤ溶融金属を積極的にスプレー状態とし
て母材金属に移行させるため、一定の直流電流を
用いるいわゆる通常のMIG溶接方法と比較して
種々の異つた特性を有している。その大きな特性
の差異は、溶接出力が低電流の時にMIG溶接法
が短絡とアークを繰り返して溶接を進行させるの
に対し、パルスMIG溶接法に於てはワイヤ溶融
金属をスプレー状態にて母材に移行させることが
できる点にある。このようなスプレー状態での移
行を行うと、短絡移行溶接とは異つてスパツタ発
生の点で大きな差異が生じてくる。即ち、スプレ
ー移行溶接を行うと、スパツタの発生量が通常の
短絡移行溶接に比してきわめて少くなり、パルス
MIG溶接法の大きな特徴の１つになつている。

しかしながら、パルスMIG溶接法に於てアー
ク電圧を低めに設定してアーク長さを短くすると
電極ワイヤと母材金属との間には短絡が発生する
ようになるが、電圧が低すぎると短絡の発生回数
が多くなりすぎて通常のMIG溶接法と同じ様に
スパツタが多発してしまい好ましくないことにな
る。

一方、アーク電圧を高めにしてアーク長さを長
くすると、電極ワイヤと母材金属との間には短絡
は生じにくくなるもののアークが不安定に傾き易
くこのため所期の個所にアークが発生せず良好な
溶接ができなくなる。

ここで、第１図に短絡回数と溶接アーク電圧と
の関係を示す。第１図に示す結果は、ワイヤ送給
量が2.5ｍ／分、ワイヤ径1.2mmφの場合の結果で
あり、アーク電圧の減少とともに短絡回数が大幅
に増大し、一方、アーク電圧が20V以上である時
には短絡は発生しない。詳細な実験結果による
と、パルスMIG溶接法の場合にスパツタをとも
なわない程度の適度の短絡が生じたときは溶接金
属の湯流れが良好で、追従性の優れた溶接の行え
ることが判明した。従つて第１図に於て、アーク
電圧が19V〜20Vの範囲であるときは短絡回数が
０〜３回のときは最も良好な溶接が行えることが
判明した。この時のアーク長は３〜４mm程度であ
る。

以上の様に、パルスMIG溶接法に於ては、そ
の特長を発揮するための条件範囲がきわめて狭
く、例に示した様にアーク電圧ではわずか1V程
度の余裕度を有するのみである。さらに、この適
正電圧値は溶接姿勢や継手形状あるいはガスの種
類などの他の溶接施工条件によつても大きく異つ
てくる。例えば、継手形状に関しては、スミ肉溶
接の場合の最適電圧値は下向き突合せの最適電圧
値と比較して0.5V程度低めとなる。

以上示したようにパルスMIG溶接法に於る問
題点は単に適正電圧条件が狭いと云うばかりでな
く、適正溶接条件が、溶接施工条件によつて変化
し、このためにきわめて扱いにくく、こうしたこ
とが、現場での溶接作業上、大きな問題となつて
いる。

そこで本発明は、その溶接時の適正電圧を自動
的に最適に制御することができて優れたパルスア
ーク溶接を容易に行うことのできるものを提供す
ることを目的とするものである。

即ち、本発明においては、短絡の発生の有無を
検出することにより、溶接電圧を最適電圧に制御
するようにしたことを特徴とするものである。

以下、本発明の一実施例につき図面とともに詳
細に説明する。第２図に本発明の一実施例の溶接
機の電気的構成の一例を示す。

第２図において、Vaはアーク電圧を示す。１
は短絡検出回路であり、抵抗R₁及びツエナーダ
イオードZD₁，ZD₂より構成されている。２はシ
ユミツト回路であり、その入力側は短絡検出回路
１に接続されている。また出力側はインバータ３
に接続され、その出力はアツプダウンカウンタ４
のアツプ端子に接続されている。また、シユミツ
ト回路２の出力側は、タイマー回路５にも接続さ
れ、その出力はパルス発生器６に接続されてい
る。タイマー回路５は抵抗R₂〜R₇、コンデンサ
C₁、及びトランジスタTr₁，Tr₂より構成されて
いる。パルス発生器６は抵抗R₈、コンデンサC₂、
より構成され、その出力はシユミツト回路７に接
続されており、シユミツト回路７の出力はアツプ
ダウンカウンタ４のダウン端子に接続されてい
る。アツプダウンカウンタ４の出力はＤ／Ａ変換
器８に接続され、その出力は溶接出力制御用サイ
リスタの制御回路９に接続されている。

次に、第２図に示した実施例の動作について第
３図を用いて説明する。第３図ａは溶接アーク電
圧波形Vaを示す。この電圧波形Vaの低レベル及
び高レベルは短絡検出回路１のツエナーダイオー
ドZD₁及びZD₂でカツトされ、ｂに示した様な形
状の波形になる。ｂに示したV₁波形はシユミツ
ト回路２に印加され、ｃに示した矩形波V₂とな
る。矩形波V₂はインバータ３によつて位相が反
転されてｄに示したパルス波形V₃となる。即ち、
アーク電圧Vaの短絡が生じている個所Q₁〜Q₄の
部分では、矩形波状のパルス波形となる。

このパルスV₃はアツプダウンカウンターの４
のアツプ端子をトリガーするため、アツプダウン
カウンタ４の出力はアツプ端子のトリガー回数に
応じて増大し、この値はＤ／Ａ変換器８により、
デジタル信号からアナログ信号に変換され、制御
回路９に印加される。即ち、短絡が生じるたびに
アツプダウンカウンタ４の出力が増大し、この信
号により制御回路９は溶接出力を制御しているサ
イリスタ（図示せず）の導通角を広げて溶接出力
電圧を増大させる。従つて、短絡が生じるたびに
溶接出力電圧が増大して短絡は発生しなくなる。

次に、短絡の生じないアーク発生時間が長い場
合について考える。シユミツト回路２の出力電圧
V₂は抵抗R₂を通してタイマー回路５のトランジ
スタTr₁のベースに印加される。出力電圧V₂は、
短絡が生じていない時には高レベルであり、この
電圧によつてトランジスタTr₁は導通して、コン
デンサC₁は抵抗R₄を通して充電されて電位が増
大する。コンデンサC₁の充電電圧は、抵抗R₅，
R₆によつて分圧され、トランジスタTr₂のベース
に印加される。コンデンサC₁の充電電圧は溶接
アークの短絡時にはトランジスタTr₁が非導通状
態となるため、抵抗R₃，R₄、及び抵抗R₅，R₆を
通して放電してゼロレベルとなる。

溶接アークが短絡から開放されてアークに移行
すると、ｅに示した様にコンデンサC₁の充電々
圧は増大するが、次の短絡が生じるまでの時間が
短い場合（例えばQ₁−Q₂間）にはコンデンサC₁
の充電電圧値は低く、このためトランジスタTr₂
のベース電位が低く、トランジスタTr₂は導通し
ない。

一方短絡が生じてから次の短絡が生じるまでの
期間が長い場合には、コンデンサC₁の充電電圧
値は上昇し、このためｅ中のt₁で示した位相に於
て、トランジスタTr₂が導通状態となり、次の短
絡が生じるまでこの導通状態が維持される。

従つて、トランジスタTr₂のエミツタ電圧波形
はｆに示した電圧波形V₅の様になる。この電圧
波形V₅はコンデンサC₂を通して抵抗R₈に印加さ
れるために微分されて、ｇに示した様な電圧波形
V₆となる。この電圧波形V₆はシユミツト回路７
に印加され、ｈに示した矩形波状のパルス波形
V₇が得られる。

以上の説明から明らかな様に、短絡から開放さ
れてアークが発生し、次の短絡が発生するまでの
時間が長い場合（時間はT₁以上）には、抵抗R₄
及びコンデンサC₁で定められる一定時限T₁に於
ける位相t₁に於て矩形波状のパルスが発生する。
このパルスはアツプダウンカウンタ４のダウン端
子に印加され、このため、アツプダウンカウンタ
４の出力は低下し、Ｄ／Ａ変換器８に於て、アナ
ログ量に変換されて溶接出力を制御する制御回路
９に印加される。即ち、短絡が発生して、一定時
限内に次の短絡が発生しない場合には、矩形波状
のパルスが発生して、制御回路９の出力は低下
し、このため、溶接出力を制御しているサイリス
タの導通角は狭くなり、溶接出力電圧は低下す
る。

なお、この場合の溶接出力電圧の低下量は、以
後に短絡が必ず発生する程度に大きく設定される
必要がある。

以上のように、本発明の溶接機によれば、溶接
部に短絡が発生した場合にはただちに溶接出力電
圧を増大させて、短絡数の増大を防ぎ、一方、短
絡が発生して次の短絡が発生するまでの時限が一
定時限T₁以上になると、パルスが発生して溶接
出力電圧を低下させ溶接出力電圧が最適電圧以上
にならない様に制御する。

このように、本発明によれば、不活性ガスを主
成分としたガスを用い、消耗電極ワイヤを溶接部
に送給してパルス状の溶接電源を用いて溶融溶接
を行う、いわゆるパルスMIGアーク溶接法を実
施する溶接機の出力電圧の新しい制御手段を提供
するものであり、短絡が生じた場合とはただちに
溶接電圧を上昇させ、また溶接アーク電圧が上昇
して短絡が生じなくなると溶接電圧を下降させる
ようにして、溶接電圧を常に短絡が発生するかし
ないかのきわめて狭い範囲内に自動的に制御する
ことができるものである。

このため、短絡の発生回数は激減して、スパツ
タは低下し、また適正アーク電圧に常に保持され
るためにアークがきわめて安定となり、良好な溶
接結果を得ることができる。

また、溶接作業者の手ブレによつてトーチと溶
接部との間の距離が変動しても、アーク電圧が一
定に制御されるためにアーク長は一定に保たれ、
このため従来はある程度の熟練を必要としていた
微妙な溶接条件の設定作業から解放され、溶接能
率が著るしく向上し、その経済性は大なるものが
ある。

また、溶接出力の適正電圧値は溶接姿勢や継手
形状あるいはガスの種類などの施工条件によつて
も大きく異つてくるが、本発明によれば常に短絡
が発生する附近の適正電圧に制御されるため、き
わめて作業性に優れた能率の良い溶接を行うこと
ができるのである。

【図面の簡単な説明】

第１図は溶接アーク電圧と、短絡回数との関係
を示す特性図、第２図は本発明の一実施例におけ
る消耗電極式パルスアーク溶接機の回路図、第３
図はその各部の波形図である。 １……短絡検出回路、２……シユミツト回路、
３……インバータ回路、４……アツプダウンカウ
ンタ、５……短絡信号トリガータイマー回路、６
……パルス発生器、７……シユミツト回路、８…
…Ｄ／Ａ変換器、９……溶接出力制御用サイリス
タの制御回路。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 不活性ガスを主成分とするガスで遮蔽した溶
   接部に電極ワイヤを一定速度で送給せしめ溶接電
   流としてパルス状の電流を用いて溶融溶接を行な
   う消耗電極式パルスアーク溶接機において、溶接
   中に発生した短絡を検出して短絡パルスを発生す
   る手段と、短絡が発生してから短絡の無い状態が
   一定時限継続するとダウンパルスを発生するダウ
   ンパルス発生手段と、前記短絡パルスにより溶接
   出力電圧を増大させる制御手段と、前記ダウンパ
   ルスにより溶接出力電圧を減少させる制御手段と
   により構成されたことを特徴とする消耗電極式パ
   ルスアーク溶接機。