JP2006224190A - アークスタート制御方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】 本発明は、溶接開始に際して、溶接ワイヤを被溶接物に接触させ、この接触を判別すると初期電流を通電すると共に溶接ワイヤを被溶接物から引き離し、この引き離しによって初期アークが発生した後に定常アークに移行させるアークスタート制御方法において、前記溶接ワイヤと被溶接物との接触の判別動作が、溶接電源装置に内蔵又は外部に設置された接触判別電圧印加回路VTから溶接ワイヤと被溶接物との間に接触判別電圧を印加して前記両者が接触すると1[mA]以上3[A]以下の接触判別電流が通電することを判別することによって行う接触の判別動作である、ことを特徴とするアークスタート制御方法である。
【選択図】図1
Description
溶接ワイヤ1は、ワイヤ送給モータWMと直結した送給ロール5aによって、溶接トーチ4を通って送給される。ワイヤ送給モータWMが正回転すると溶接ワイヤ1は被溶接物2へ前進送給され、逆回転すると溶接ワイヤ1は被溶接物2から離れる方向に後退送給される。溶接電源装置PSから出力される出力電圧Vwは、溶接トーチ4の先端に取り付けられたコンタクトチップ4aによって溶接ワイヤ1に給電される。そして、溶接ワイヤ1と被溶接物2との間が接触(短絡)状態又はアーク発生状態3にあるときは、出力電流Iwが通電する。他方、溶接ワイヤ1と被溶接物2とが離れている無負荷状態のときは、出力電圧Vwは溶接電源装置PSから出力される最大電圧値である無負荷電圧Vnlとなり、出力電流Iwは通電しない。また、溶接ワイヤ1の先端と被溶接物2との最短距離が、ワイヤ先端・被溶接物間距離Lw[mm]となる。したがって、アーク発生中のワイヤ先端・被溶接物間距離Lwはアーク長と等しくなる。
時刻t1において、同図(A)に示すように、溶接開始信号Stが外部から入力(Highレベル)されると、同図(B)に示すように、送給制御信号Fcは正の値の初期送給速度設定値Wiとなり、同図(G1)に示すように、溶接ワイヤ1は被溶接物2へ初期送給速度Wiで前進送給される。なお、送給制御信号Fcが正の値のときは前進送給となり、負の値のときは後退送給となる。
また、図9の説明の項で前述したように、この期間中の出力制御回路INVは定電流特性又は垂下特性を形成して出力しているが、溶接ワイヤ1と被溶接物2とは離れて無負荷状態にあるために、同図(D)に示すように、出力電圧Vwは最大電圧値の無負荷電圧Vnlになる。
一方、同図(F)に示すように、この期間中のワイヤ先端・被溶接物間距離Lwは、時間経過に伴い次第に短くなる。
時刻t2において、同図(G2)に示すように、上記(1)項の前進送給によって溶接ワイヤ1が被溶接物2に接触すると、同図(D)に示すように、出力電圧Vwが数[V]程度の低い値に変化するので、同図(C)に示すように、短絡/アーク判別信号Saは短絡信号(Highレベル)に変化する。この変化に応じて、同図(B)に示すように、送給制御信号Fcは負の値の後退送給速度設定値Wrとなり、溶接ワイヤ1は被溶接物2から後退送給速度Wrで後退送給される。
同時に、図(E)に示すように、(1)項で上述した定電流特性又は垂下特性によって小電流値の初期電流Isが通電する。この初期電流Isの値は、数[A]〜数十[A]程度の小電流値に設定される。
一方、この期間中、溶接ワイヤ1は後退送給されているが、ワイヤ送給モータWMの正逆反転のためのモータ応答遅れ時間及び溶接ワイヤの溶接トーチ内での曲がりによる遊び分を後退送給するための遊び分送給遅れ時間のために、溶接ワイヤ1と被溶接物2とは接触状態のままである。したがって、同図(F)に示すように、この期間中のワイヤ先端・被溶接物間距離Lwは0[mm]のままである。
時刻t3直後において、同図(G3)に示すように、上記(2)項の後退送給によって溶接ワイヤ1と被溶接物2とが離れると、上記の初期電流Isが通電する初期アーク3aが発生する。初期アーク3aが発生すると、同図(D)に示すように、出力電圧Vwは初期アーク3aのアーク長(ワイヤ先端・被溶接物間距離Lw)に比例した値となる。また、初期アーク3aが発生した時刻t3直後から前述した遅延時間Tdが経過する時刻t4までの間は、同図(C)に示すように、短絡/アーク判別信号Saは短絡信号(Highレベル)のままである。そのために、同図(G4)に示すように、上記の初期アーク発生状態3aを維持したままで後退送給が継続する。したがって、同図(F)に示すように、この期間中のワイヤ先端・被溶接物間距離Lwは、時間経過に伴い次第に長くなる。
時刻t4において、同図(C)に示すように、短絡/アーク判別信号Saが上記の遅延時間Tdが経過して短絡信号(Highレベル)からアーク発生信号(Lowレベル)へ変化すると、同図(B)に示すように、送給制御信号Fcは正の値の定常の送給速度設定信号Wsとなり、溶接ワイヤ1は定常の送給速度Wsで被溶接物2へ再前進送給される。同時に、図9の説明の項で前述したように、出力制御回路INVは電圧設定信号Vsに相当する定電圧特性を形成するので、同図(D)に示すように、出力電圧Vwは上記の電圧設定信号Vsに相当する値となると共に、同図(E)に示すように、上記の定常の送給速度Wsに対応した定常の出力電流Icが通電する。この通電によって、同図(G4)に示す初期アーク3aから同図(G5)に示す定常のアーク3bへと移行し、同図(F)に示すように、ワイヤ先端・被溶接物間距離Lwも上記の電圧設定信号Vsに対応する定常のアーク長になる。
前記溶接ワイヤと被溶接物との接触の判別動作が、溶接電源装置に内蔵又は外部に設置された接触判別電圧印加回路から溶接ワイヤと被溶接物との間に接触判別電圧を印加して前記両者が接触すると1[mA]以上3[A]以下の接触判別電流が通電することを判別することによって行う接触の判別動作である、ことを特徴とするアークスタート制御方法である。
さらに、本発明では、被溶接物が鉄鋼、ステンレス鋼、アルミニウム合金等の種々の金属であっても、上記の効果を有する。
さらに、本発明では、被溶接物の材質、溶接ワイヤの直径等に応じて適正値に設定される初期電流Isの値に関わりなく、上記の効果を有する。
上記溶接ワイヤ1と被溶接物2との接触の判別動作が、溶接電源装置VTPSからの出力電圧Vwの印加を停止したままで、上記溶接電源装置VTPSに内蔵された接触判別電圧印加回路VTから溶接ワイヤ1と被溶接物2との間に接触判別電圧Vtを印加して、上記両者が接触すると1[mA]以上3[A]以下の接触判別電流Itが通電することを判別することによって行う接触の判別動作であるアークスタート制御方法である。
実施例1の発明は、前述した従来技術における溶接ワイヤと被溶接物との接触の判別動作が、溶接電源装置からの出力電圧の印加を停止したままで、溶接電源装置に内蔵された接触判別電圧印加回路から溶接ワイヤと被溶接物との間に接触判別電圧Vtを印加して、上記両者が接触すると1[mA]以上3[A]以下の接触判別電流Itが通電することを判別することによって行う接触の判別動作であるアークスタート制御方法である。以下、実施例1の発明について図面を参照して説明する。
接触判別回路SDは、上記の電流検出信号Idを入力として、接触判別電流Itの通電を判別して接触判別信号Sdを出力する。フリップフロップ回路FFは、溶接開始信号Stが外部から入力されるとセットされ、上記の接触判別信号Sdが入力されるとリセットされる電圧印加信号Ffを出力する。したがって、この電圧印加信号Ffは、溶接開始信号Stの入力時点から接触判別信号Sdの入力時点までの間、出力(Highレベル)される。
時刻t1において、同図(A)に示すように、溶接開始信号Stが外部から入力(Highレベル)されると、同図(B)に示すように、送給制御信号Fcは正の値の初期送給速度設定値Wiとなり、同図(I1)に示すように、溶接ワイヤ1は被溶接物2へ初期送給速度Wiで前進送給される。同時に、同図(E)に示すように、電圧印加信号Ffがセットされて出力(Highレベル)されるので図1で前述した開閉回路SWが導通状態となり、同図(F)に示すように、接触判別電圧Vtが溶接ワイヤ1と被溶接物2との間に印加される。図1の説明の項で前述したように、この期間中の出力制御回路INVは出力を停止したままである。また、同図(H)に示すように、ワイヤ先端・被溶接物間距離Lwは、前進送給によって時間経過に伴い次第に短くなる。
時刻t2において、同図(I2)に示すように、上記(1)項の前進送給によって溶接ワイヤ1が被溶接物2に接触すると、同図(G)に示すように、接触判別電流Itが通電する。そして、この通電を判別して、同図(C)に示すように、接触判別信号Sdが出力(Highレベル)される。これに応じて、電圧印加信号FfがリセットされてLowレベルに変化するために、図1で前述した開閉回路SWが遮断状態となり、接触判別電圧Vtの印加は停止する。
同時に、上記の接触判別信号Sdの出力に応じて、同図(B)に示すように、送給制御信号Fcは負の値の後退送給速度設定値Wrとなり、溶接ワイヤ1は後退送給速度Wrで後退送給されると共に、図1で前述した出力制御回路INVは定電流特性又は垂下特性を形成して出力される。このために、同図(G)に示すように、図1で前述した接触判別電圧印加回路VTから接触判別電流Itが短時間通電した後に、上記の出力制御回路INVから初期電流Isが通電する。
実施例2の発明は、前述した実施例1の発明における接触判別電圧印加回路VTを溶接電源装置の外部に設けた発明であり、その接触判別動作は実施例1と同様である。以下、実施例2の発明について図面を参照して説明する。
実施例3の発明は、前述した実施例1の発明における接触判別電圧印加回路VTの電源Eが、定電流特性又は垂下特性を有する電源ITSである発明であり、それ以外は実施例1の発明と同様である。以下、実施例3の発明について図面を参照して説明する。
図4は、実施例3の接触判別電圧印加回路IVTのブロック図である。以下、同図を参照して説明する。
電源ITSは、1[mA]〜3[A]の範囲内で予め定めた接触判別電流Itを通電する定電流特性又は垂下特性を有する電源である。したがって、溶接ワイヤと被溶接物とが接触すると、上記の接触判別電流Itが通電する。開閉回路SWは、前述した図1のときと同様に、電圧印加信号Ffが入力(Highレベル)されると導通状態になり、入力されないとき(Lowレベル)は遮蔽状態になる。
実施例4の発明は、前述した実施例1の発明において、溶接ワイヤと被溶接物との接触を判別すると、予め定めた初期電流通電遅延時間Tdsだけ前進送給を継続した後に、後退送給及び初期電流Isの通電を開始する実施例1のアークスタート制御方法である。以下、実施例4の発明について図面を参照して説明する。
初期電流通電遅延回路TDSは、接触を判別して接触判別信号SdがLowレベルからHighレベルへ変化する時点を、予め定めた初期電流通電遅延時間Tdsだけオンディレイした初期電流通電遅延信号Tdsを出力する。前述した図1において、接触判別信号Sdを上記の初期電流通電遅延信号Tdsに置換すれば、動作は図1と同様になる。
時刻t2において、同図(I2)に示すように、前進送給によって溶接ワイヤ1が被溶接物2に接触すると、接触判別電流Itが通電して図示しない接触判別信号Sdが出力(Highレベル)される。しかし、同図(C)に示すように、この時点では初期電流通電遅延信号TdsはまだLowレベルのままであるために、出力制御回路INVからの出力は停止したままで、同図(G)に示すように、接触判別電流Itの通電及び前進送給が継続する。
時刻t21において、オンディレイ時間が経過して初期電流通電遅延信号TdsがHighレベルに変化すると、同図(E)に示すように、電圧印加信号FfがリセットされてLowレベルに変化する。これに応じて、前述した図5に示す接触判別電圧印加回路VT内の開閉回路SWが遮断状態となり、接触判別電圧Vtの印加は停止する。
また、溶接ワイヤ1は後退送給されているが、前述したモータ応答遅れ時間及び遊び分送給遅れ時間のために、溶接ワイヤ1と被溶接物2とは接触状態のままである。したがって、同図(F)に示すように、この期間中のワイヤ先端・被溶接物間距離Lwは0[mm]のままであり、同図(F)に示すように、出力電圧Vwは数[V]程度の低い値のままである。
図7は、本発明の効果を示す溶着率比較図である。同図は、下記の実験条件下において、接触時の溶着の発生頻度(溶着率)を従来技術と本発明とで比較した実験結果の一例である。実験条件としては、溶接ワイヤに直径1.2[mm]の軟鋼ワイヤを使用し、初期電流Is=5[A]に設定し、溶接法に炭酸ガスアーク溶接を使用して、100回のアークスタート試験を行った。そして、同図は、100回のアークスタートにおける接触時の溶着が発生した回数を示す。
2 被溶接物
3 アーク
3a 初期アーク(発生状態)
3b 定常のアーク(発生状態)
4 溶接トーチ
4a コンタクトチップ
5a ワイヤ送給装置の送給ロール
DPS 初期電流通電遅延溶接電源装置
E (略定電圧)電源
FC 送給制御回路
Fc 送給制御信号
FF フリップフロップ回路
Ff 電圧印加信号
ID 電流検出回路
Id 電流検出信号
INV 出力制御回路
Is 初期電流(値/設定値)
IT 接触判別電流検出回路
It 接触判別電流
ITS 定電流電源又は垂下電源
IVT 接触判別電圧印加回路
Iw 出力電流
Lw ワイヤ先端・被溶接物間距離
PS 溶接電源装置
R リセット端子
Rt 電流制限用抵抗器
S セット端子
SA 短絡/アーク判別回路
Sa 短絡/アーク判別信号
SD 接触判別回路
Sd 接触判別信号
SE 接触判別装置
SPS 接触判別信号入力溶接電源装置
St 溶接開始信号
SW 開閉回路
Td 遅延時間
TDS 初期電流通電遅延回路
Tds 初期電流通電遅延(時間/信号)
VD 電圧検出回路
Vd 電圧検出信号
Vnl 無負荷電圧
VS 電圧設定回路
Vs 電圧設定信号
VT 接触判別電圧印加回路
Vt 接触判別電圧
VTPS 接触判別電圧印加回路内蔵溶接電源装置
Vw 出力電圧
Wi 初期送給速度(設定値)
WM ワイヤ送給モータ
Wr 後退送給速度(設定値)
WS 定常の送給速度設定回路
Ws 定常の送給速度(設定信号)
Claims (4)
- 溶接開始に際して、溶接ワイヤを被溶接物に接触させ、この接触を判別すると初期電流を通電すると共に溶接ワイヤを被溶接物から引き離し、この引き離しによって初期アークが発生した後に定常アークに移行させるアークスタート制御方法において、
前記溶接ワイヤと被溶接物との接触の判別動作が、溶接電源装置に内蔵又は外部に設置された接触判別電圧印加回路から溶接ワイヤと被溶接物との間に接触判別電圧を印加して前記両者が接触すると1[mA]以上3[A]以下の接触判別電流が通電することを判別することによって行う接触の判別動作である、ことを特徴とするアークスタート制御方法。 - 前記接触判別電圧印加回路が、略定電圧特性を有する電源と、この電源の出力に直列に挿入された電流制限用抵抗器とから形成される接触判別電圧印加回路である、ことを特徴とする請求項1記載のアークスタート制御方法。
- 前記接触判別電圧印加回路が、定電流特性又は垂下特性を有する電源である、ことを特徴とする請求項1記載のアークスタート制御方法。
- 前記初期電流の通電を、接触判別時点から予め定めた初期電流通電遅延時間だけ遅延させた後に開始する、ことを特徴とする請求項1記載のアークスタート制御方法。
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