JP2022185998A - アーク溶接電源 - Google Patents

Abstract

【課題】アーク発生部の溶接電圧Ｖｗを検出線６によって検出して出力制御するアーク溶接電源において、検出線６が断線しても、溶接トーチ及びワークの損傷を防止すること。
【解決手段】アーク発生部の溶接電圧Ｖｗを検出線６によって入力して溶接電圧検出信号Ｖｗｄを出力する溶接電圧検出部ＶＷＤと、溶接電圧検出信号Ｖｗｄに基づいて出力制御する電力制御部ＰＭと、を備えたアーク溶接電源において、アーク溶接電源の出力端子間電圧Ｖｔを検出して出力端子間電圧検出信号Ｖｔｄを出力する出力端子間電圧検出部ＶＴＤと、溶接電圧検出信号Ｖｗｄが基準電圧値以下であり、かつ、出力端子間電圧検出信号Ｖｔｄが基準電圧値以上であるときは電圧検出異常信号Ａｖを出力する電圧検出異常判別部ＡＶとを備え、上記の電力制御部ＰＭは、電圧検出異常信号Ａｖが入力されると出力制御を停止する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、溶接ワイヤを送給し、短絡期間とアーク期間とを繰り返して溶接するアーク溶接電源に関するものである。

一般的な消耗電極式アーク溶接では、消耗電極である溶接ワイヤを一定速度で送給し、溶接ワイヤと母材との間にアークを発生させて溶接が行なわれる。消耗電極式アーク溶接では、溶接ワイヤと母材とが短絡期間とアーク期間とを交互に繰り返す溶接状態になることが多い。

溶接品質を向上させるために、短絡期間中に溶滴のくびれを検出すると溶接電流を低レベル電流値まで減少させてアークを再発生させるくびれ検出制御が慣用されている。くびれ検出制御は、スパッタの発生を大幅に削減することができるので、高品質の溶接結果を得ることができる。このくびれ検出制御を行うためには、溶滴のくびれの状態をアーク発生部の溶接電圧から正確に検出する必要がある。このために、アーク発生部の溶接電圧を検出するために、母材と溶接トーチとに専用の検出線を配線している(特許文献１参照)。

また、消耗電極アーク溶接電源では、定電圧特性となるように出力制御が行われる。このときに、アーク溶接電源の出力端子間電圧よりもアーク発生部の溶接電圧をフィードバック制御して定電圧特性を形成する方が、溶接状態を安定化することができる。したがって、溶接電圧に基づいて、上述したくびれ検出制御、定電圧制御等の出力制御を行うと、高品質の溶接が可能となる。

特開２０１８－１２７０号公報

従来技術においては、アーク発生部の溶接電圧を検出するために溶接トーチと母材との間に検出線を配線している。しかし、溶接トーチは溶接中に頻繁に移動を繰り返すために、検出線が断線するトラブルが発生する場合がある。検出線が断線すると、溶接電圧が入力されない状態となるために、大電流が長い期間通電して溶接トーチ及びワークを損傷する事態となる。

そこで、本発明では、アーク発生部の溶接電圧を検出する検出線が断線しても、溶接トーチ及びワークの損傷を防止することができるアーク溶接電源を提供することを目的とする。

上述した課題を解決するために、請求項１の発明は、
アーク発生部の溶接電圧を検出線によって入力して溶接電圧検出信号を出力する溶接電圧検出部と、
前記溶接電圧検出信号に基づいて出力制御を行い、溶接ワイヤと母材との間に溶接電圧及び溶接電流を供給する電力制御部と、
を備えたアーク溶接電源において、
前記アーク溶接電源の出力端子間電圧を検出して出力端子間電圧検出信号を出力する出力端子間電圧検出部と、
前記溶接電圧検出信号が基準電圧値以下であり、かつ、前記出力端子間電圧検出信号が前記基準電圧値以上であるときは電圧検出異常信号を出力する電圧検出異常判別部と、
を備えたことを特徴とするアーク溶接電源である。

請求項２の発明は、
前記電力制御部は、前記電圧検出異常信号が入力されると前記出力制御を停止する、
ことを特徴とする請求項１に記載のアーク溶接電源である。

請求項３の発明は、
前記電力制御部は、前記電圧検出異常信号が入力されると、前記出力端子間電圧検出信号に基づいて前記出力制御を行う、
ことを特徴とする請求項１に記載のアーク溶接電源である。

本発明に係るアーク溶接電源によれば、アーク発生部の溶接電圧を検出する検出線が断線しても、溶接トーチ及びワークの損傷を防止することができる。

本発明の実施の形態に係るアーク溶接電源のブロック図である。 図１のアーク溶接電源において、電圧検出異常信号Ａｖが出力されていない正常動作時の各信号のタイミングチャートである。 図１のアーク溶接電源において、電圧検出異常信号Ａｖが出力されて電力制御回路ＰＭの出力制御が禁止された場合の各信号のタイミングチャートである。

以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。

図１は、本発明の実施の形態に係るアーク溶接電源のブロック図である。以下、同図を参照して各ブロックについて説明する。

電力制御回路ＰＭは、後述する誤差増幅信号Ｅａ及び後述する電圧検出異常信号Ａｖを入力として、電圧検出異常信号ＡｖがＬｏｗレベル（正常）のときは、３相２００Ｖ等の商用電源（図示は省略）を入力として、誤差増幅信号Ｅａに従ってインバータ制御等による出力制御を行い、出力電圧Ｅを出力し、電圧検出異常信号ＡｖがＨｉｇｈレベル（異常）のときは出力制御を禁止する。電圧検出異常信号Ａｖによって出力制御の禁止を行うか行わないかを選択することができるようにしても良い。この電力制御回路ＰＭは、図示は省略するが、商用電源を整流する１次整流器、整流された直流を平滑する平滑コンデンサ、平滑された直流を高周波交流に変換する上記の誤差増幅信号Ｅａによって駆動されるインバータ回路、高周波交流を溶接に適した電圧値に降圧する高周波変圧器、降圧された高周波交流を直流に整流する２次整流器を備えている。

リアクトルＷＬは、上記の出力電圧Ｅを平滑する。このリアクトルＷＬのインダクタンス値は、例えば１００μＨである。

送給モータＷＭは、後述する送給制御信号Ｆｃを入力として、正送と逆送とを交互に繰り返して溶接ワイヤ１を送給速度Ｆｗで送給する。送給モータＷＭには、過渡応答性の速いモータが使用される。溶接ワイヤ１の送給速度Ｆｗの変化率及び送給方向の反転を速くするために、送給モータＷＭは溶接トーチ４の先端の近くに設置される場合がある。また、送給モータＷＭを２個使用して、プッシュプル方式の送給系とする場合もある。

溶接ワイヤ１は、上記の送給モータＷＭに結合された送給ロール５の回転によって溶接トーチ４内を送給されて、母材２との間にアーク３が発生する。溶接トーチ４内の給電チップ（図示は省略）と母材２との間には溶接電圧Ｖｗが印加され、溶接電流Ｉｗが通電する。溶接トーチ４の先端からはシールドガス（図示は省略）が噴出される。

電流検出回路ＩＤは、上記の溶接電流Ｉｗを検出して、電流検出信号Ｉｄを出力する。

溶接電圧検出回路ＶＷＤは、溶接トーチ４と母材２との間のアーク発生部の溶接電圧Ｖｗを検出線６によって検出して、溶接電圧検出信号Ｖwdを出力する。

出力端子間電圧検出回路ＶＴＤは、溶接電源の出力端子７ａ、７ｂの間の出力端子間電圧Ｖｔを検出して出力端子間電圧検出信号Ｖtdを出力する。出力端子間電圧Ｖｔの検出は、溶接電源内部の配線によって行われるので、断線のおそれはない。

電圧検出異常判別回路ＡＶは、上記の溶接電圧検出信号Ｖwd及び上記の出力端子間電圧検出信号Ｖtdを入力として、溶接電圧検出信号Ｖwdの値が予め定めた基準電圧値以下であり、かつ、出力端子間電圧検出信号Ｖtdの値が基準電圧値以上であるときはＨｉｇｈレベルにセットされ、溶接が終了するとＬｏｗレベルにリセットされる電圧検出異常信号Ａｖを出力する。基準電圧値は、短絡期間とアーク期間とを判別できる値に設定され、１０Ｖ程度である。検出線６が断線すると、溶接電圧検出信号Ｖwdの値は常に略０Ｖとなる。したがって、出力端子間電圧検出信号Ｖtdの値が基準電圧値以上（アーク期間）であるにも関わらず、溶接電圧検出信号Ｖwdの値が基準電圧値以下であるときは、検出線６が断線した状態であると判別することができる。電圧検出異常判別回路ＡＶは、電圧検出異常信号ＡｖがＨｉｇｈレベル（異常）になると、表示灯の点灯、警報音の発信、警報信号の外部への出力等の異常状態の発生を放置する。

電圧検出信号切換回路ＶＤは、上記の溶接電圧検出信号Ｖwd、上記の出力端子間電圧検出信号Ｖtd及び上記の電圧検出異常信号Ａｖを入力として、電圧検出異常信号ＡｖがＬｏｗレベル（正常）のときは溶接電圧検出信号Ｖwdを電圧検出信号Ｖｄとして出力し、電圧検出異常信号ＡｖがＨｉｇｈレベル（異常）のときは出力端子間電圧検出信号Ｖtdを電圧検出信号Ｖｄとして出力する。

短絡判別回路ＳＤは、上記の電圧検出信号Ｖｄを入力として、この値が予め定めた短絡判別値（１０Ｖ程度）未満のときは短絡期間にあると判別してＨｉｇｈレベルになり、以上のときはアーク期間にあると判別してＬｏｗレベルになる短絡判別信号Ｓｄを出力する。

電圧設定回路ＶＲは、予め定めた電圧設定信号Ｖｒを出力する。

電圧誤差増幅回路ＥＶは、上記の電圧設定信号Ｖｒ及び上記の電圧検出信号Ｖｄを入力として、電圧設定信号Ｖｒ（＋）と電圧検出信号Ｖｄ（－）との誤差を増幅して、電圧誤差増幅信号Ｅｖを出力する。

正送加速期間設定回路ＴＳＵＲは、予め定めた正送加速期間設定信号Ｔsurを出力する。

正送減速期間設定回路ＴＳＤＲは、予め定めた正送減速期間設定信号Ｔsdrを出力する。

逆送加速期間設定回路ＴＲＵＲは、予め定めた逆送加速期間設定信号Ｔrurを出力する。

逆送減速期間設定回路ＴＲＤＲは、予め定めた逆送減速期間設定信号Ｔrdrを出力する。

正送ピーク値設定回路ＷＳＲは、予め定めた正送ピーク値設定信号Ｗsrを出力する。

逆送ピーク値設定回路ＷＲＲは、予め定めた逆送ピーク値設定信号Ｗrrを出力する。

送給速度設定回路ＦＲは、上記の正送加速期間設定信号Ｔsur、上記の正送減速期間設定信号Ｔsdr、上記の逆送加速期間設定信号Ｔrur、上記の逆送減速期間設定信号Ｔrdr、上記の正送ピーク値設定信号Ｗsr、上記の逆送ピーク値設定信号Ｗrr及び上記の短絡判別信号Ｓｄを入力として、以下の処理によって生成された送給速度パターンを送給速度設定信号Ｆｒとして出力する。この送給速度設定信号Ｆｒが０以上のときは正送期間となり、０未満のときは逆送期間となる。
１）正送加速期間設定信号Ｔsurによって定まる正送加速期間Ｔsu中は０から正送ピーク値設定信号Ｗsrによって定まる正の値の正送ピーク値Ｗspまで加速する送給速度設定信号Ｆｒを出力する。
２）続いて、正送ピーク期間Ｔsp中は、上記の正送ピーク値Ｗspを維持する送給速度設定信号Ｆｒを出力する。
３）短絡判別信号ＳｄがＬｏｗレベル（アーク期間）からＨｉｇｈレベル（短絡期間）に変化すると、正送減速期間設定信号Ｔsdrによって定まる正送減速期間Ｔsdに移行し、上記の正送ピーク値Ｗspから０まで減速する送給速度設定信号Ｆｒを出力する。
４）続いて、逆送加速期間設定信号Ｔrurによって定まる逆送加速期間Ｔru中は０から逆送ピーク値設定信号Ｗrrによって定まる負の値の逆送ピーク値Ｗrpまで加速する送給速度設定信号Ｆｒを出力する。
５）続いて、逆送ピーク期間Ｔrp中は、上記の逆送ピーク値Ｗrpを維持する送給速度設定信号Ｆｒを出力する。
６）短絡判別信号ＳｄがＨｉｇｈレベル（短絡期間）からＬｏｗレベル（アーク期間）に変化すると、逆送減速期間設定信号Ｔrdrによって定まる逆送減速期間Ｔrdに移行し、上記の逆送ピーク値Ｗrpから０まで減速する送給速度設定信号Ｆｒを出力する。
７）上記の１）～６）を繰り返すことによって正負の台形波状に変化する送給パターンの送給速度設定信号Ｆｒが生成される。

送給制御回路ＦＣは、上記の送給速度設定信号Ｆｒ及び上記の電圧検出異常信号Ａｖを入力として、電圧検出異常信号ＡｖがＬｏｗレベル（正常）のときは送給速度設定信号Ｆｒの値に相当する送給速度Ｆｗで溶接ワイヤ１を送給し、電圧検出異常信号ＡｖがＨｉｇｈレベル（異常）のときは送給を停止するための送給制御信号Ｆｃを上記の送給モータＷＭに出力する。電圧検出異常信号Ａｖによって送給制御の禁止を行うか行わないかを選択することができるようにしても良い。

減流抵抗器Ｒは、上記のリアクトルＷＬと溶接トーチ４との間に挿入される。この減流抵抗器Ｒの値は、短絡負荷（０．０１～０．０３Ω程度）の５０倍以上大きな値（０．５～３Ω程度）に設定される。この減流抵抗器Ｒが通電路に挿入されると、リアクトルＷＬ及び外部ケーブルのリアクトルに蓄積されたエネルギーが急放電される。

トランジスタＴＲは、上記の減流抵抗器Ｒと並列に接続されて、後述する駆動信号Ｄｒに従ってオン又はオフ制御される。

くびれ検出回路ＮＤは、上記の短絡判別信号Ｓｄ、上記の電圧検出信号Ｖｄ及び上記の電流検出信号Ｉｄを入力として、短絡判別信号ＳｄがＨｉｇｈレベル（短絡期間）であるときの電圧検出信号Ｖｄの電圧上昇値が基準値に達した時点でくびれの形成状態が基準状態になったと判別してＨｉｇｈレベルとなり、短絡判別信号ＳｄがＬｏｗレベル（アーク期間）に変化した時点でＬｏｗレベルになるくびれ検出信号Ｎｄを出力する。また、短絡期間中の電圧検出信号Ｖｄの微分値がそれに対応した基準値に達した時点でくびれ検出信号ＮｄをＨｉｇｈレベルに変化させるようにしても良い。さらに、電圧検出信号Ｖｄの値を電流検出信号Ｉｄの値で除算して溶滴の抵抗値を算出し、この抵抗値の微分値がそれに対応する基準値に達した時点でくびれ検出信号ＮｄをＨｉｇｈレベルに変化させるようにしても良い。

低レベル電流設定回路ＩＬＲは、予め定めた低レベル電流設定信号Ｉlrを出力する。電流比較回路ＣＭは、この低レベル電流設定信号Ｉlr及び上記の電流検出信号Ｉｄを入力として、Ｉｄ＜ＩlrのときはＨｉｇｈレベルになり、Ｉｄ≧ＩlrのときはＬｏｗレベルになる電流比較信号Ｃｍを出力する。

駆動回路ＤＲは、上記の電流比較信号Ｃｍ及び上記のくびれ検出信号Ｎｄを入力として、くびれ検出信号ＮｄがＨｉｇｈレベルに変化するとＬｏｗレベルに変化し、その後に電流比較信号ＣｍがＨｉｇｈレベルに変化するとＨｉｇｈレベルに変化する駆動信号Ｄｒを上記のトランジスタＴＲのベース端子に出力する。したがって、この駆動信号Ｄｒはくびれが検出されるとＬｏｗレベルになり、トランジスタＴＲがオフ状態になり通電路に減流抵抗器Ｒが挿入されるので、短絡負荷を通電する溶接電流Ｉｗは急減する。そして、急減した溶接電流Ｉｗの値が低レベル電流設定信号Ｉlrの値まで減少すると、駆動信号ＤｒはＨｉｇｈレベルになり、トランジスタＴＲがオン状態になるので、減流抵抗器Ｒは短絡されて通常の状態に戻る。

第１アーク期間設定回路ＴＡ１Ｒは、予め定めた第１アーク期間設定信号Ｔa1rを出力する。

第１アーク期間回路ＳＴＡ１は、上記の短絡判別信号Ｓｄ及び上記の第１アーク期間設定信号Ｔa1rを入力として、短絡判別信号ＳｄがＬｏｗレベル（アーク期間）に変化し、予め定めた遅延期間Ｔｃが経過した時点から第１アーク期間設定信号Ｔa1rによって予め定めた第１アーク期間Ｔa1中はＨｉｇｈレベルとなる第１アーク期間信号Ｓta1を出力する。

第１アーク電流設定回路ＩＡ１Ｒは、予め定めた第１アーク電流設定信号Ｉa1rを出力する。

第３アーク期間回路ＳＴＡ３は、上記の短絡判別信号Ｓｄを入力として、短絡判別信号ＳｄがＬｏｗレベル（アーク期間）に変化した時点から予め定めた電流降下時間Ｔｄが経過した時点でＨｉｇｈレベルになり、その後に短絡判別信号ＳｄがＨｉｇｈレベル（短絡期間）になるとＬｏｗレベルになる第３アーク期間信号Ｓta3を出力する。

第３アーク電流設定回路ＩＡ３Ｒは、予め定めた第３アーク電流設定信号Ｉa3rを出力する。

電流制御設定回路ＩＣＲは、上記の短絡判別信号Ｓｄ、上記の低レベル電流設定信号Ｉlr、上記のくびれ検出信号Ｎｄ、上記の第１アーク期間信号Ｓta1、上記の第３アーク期間信号Ｓta3、上記の第１アーク電流設定信号Ｉa1r及び上記の第３アーク電流設定信号Ｉa3rを入力として、以下の処理を行い、電流制御設定信号Ｉcrを出力する。
１）短絡判別信号ＳｄがＬｏｗレベル(アーク期間)に変化した時点から第１アーク期間信号Ｓta1がＨｉｇｈレベルに変化するまでの遅延期間中は、低レベル電流設定信号Ｉlrの値となる電流制御設定信号Ｉcrを出力する。
２）その後に、第１アーク期間信号Ｓta1がＨｉｇｈレベル（第１アーク期間）のときは、第１アーク電流設定信号Ｉa1rとなる電流制御設定信号Ｉcrを出力する。
３）第１アーク期間信号Ｓta1がＬｏｗレベルに変化した時点から第３アーク期間信号Ｓta3がＬｏｗレベルに変化するまでの期間（第２アーク期間及び第３アーク期間）中は、第３アーク電流設定信号Ｉa3rとなる電流制御設定信号Ｉcrを出力する。
４）短絡判別信号ＳｄがＨｉｇｈレベル（短絡期間）に変化すると、予め定めた初期期間中は予め定めた初期電流設定値となり、その後は予め定めた短絡時傾斜で予め定めた短絡時ピーク設定値まで上昇してその値を維持する電流制御設定信号Ｉcrを出力する。
５）その後に、くびれ検出信号ＮｄがＨｉｇｈレベルに変化すると、低レベル電流設定信号Ｉlrの値となる電流制御設定信号Ｉcrを出力する。

電流誤差増幅回路ＥＩは、上記の電流制御設定信号Ｉcr及び上記の電流検出信号Ｉｄを入力として、電流制御設定信号Ｉcr（＋）と電流検出信号Ｉｄ（－）との誤差を増幅して、電流誤差増幅信号Ｅｉを出力する。

電源特性切換回路ＳＷは、上記の電流誤差増幅信号Ｅｉ、上記の電圧誤差増幅信号Ｅｖ、上記の第１アーク期間信号Ｓta1及び上記の第３アーク期間信号Ｓta3を入力として、以下の処理を行い、誤差増幅信号Ｅａを出力する。
１）第１アーク期間信号Ｓta1がＬｏｗレベルに変化し、第３アーク期間信号Ｓta3がＨｉｇｈレベルに変化するまでの第２アーク期間Ｔa2中は、電圧誤差増幅信号Ｅｖを誤差増幅信号Ｅａとして出力する。
２）それ以外の期間中は、電流誤差増幅信号Ｅｉを誤差増幅信号Ｅａとして出力する。
この回路によって、溶接電源の特性は、短絡期間、遅延期間、第１アーク期間Ｔa1及び第３アーク期間Ｔa3中は定電流特性となり、第２アーク期間Ｔa2中は定電圧特性となる。

図２は、図１のアーク溶接電源において、電圧検出異常信号Ａｖが出力されていない正常動作時の各信号のタイミングチャートである。同図（Ａ）は送給速度Ｆｗの時間変化を示し、同図（Ｂ）は溶接電流Ｉｗの時間変化を示し、同図（Ｃ）は溶接電圧Ｖｗの時間変化を示し、同図（Ｄ）は短絡判別信号Ｓｄの時間変化を示し、同図（Ｅ）は第１アーク期間信号Ｓta1の時間変化を示し、同図(Ｆ)は第３アーク期間信号Ｓta3の時間変化を示し、同図（Ｇ）は電圧検出異常信号Ａｖの時間変化を示す。以下、同図を参照して各信号の動作について説明する。

同図は、溶接電圧Ｖｗを検出するための検出線６が正常に接続されている場合であり、同図（Ｇ）に示す電圧検出異常信号ＡｖはＬｏｗレベル（正常）のままである。このために、図１の電圧検出信号切換回路ＶＤによってアーク発生部の溶接電圧検出信号Ｖwdが電圧検出信号Ｖｄとして出力されて、くびれ検出制御、定電圧制御等の出力制御が行われる。

同図（Ａ）に示す送給速度Ｆｗは、図１の送給速度設定回路ＦＲから出力される送給速度設定信号Ｆｒの値に制御される。送給速度Ｆｗは、図１の正送加速期間設定信号Ｔsurによって定まる正送加速期間Ｔsu、短絡が発生するまで継続する正送ピーク期間Ｔsp、図１の正送減速期間設定信号Ｔsdrによって定まる正送減速期間Ｔsd、図１の逆送加速期間設定信号Ｔrurによって定まる逆送加速期間Ｔru、アークが発生するまで継続する逆送ピーク期間Ｔrp及び図１の逆送減速期間設定信号Ｔrdrによって定まる逆送減速期間Ｔrdから形成される。さらに、正送ピーク値Ｗspは図１の正送ピーク値設定信号Ｗsrによって定まり、逆送ピーク値Ｗrpは図１の逆送ピーク値設定信号Ｗrrによって定まる。この結果、送給速度設定信号Ｆｒは、正負の略台形波波状に変化する送給パターンとなる。

［時刻ｔ１～ｔ４の短絡期間の動作］
正送ピーク期間Ｔsp中の時刻ｔ１において短絡が発生すると、同図（Ｃ）に示すように、溶接電圧Ｖｗは数Ｖの短絡電圧値に急減するので、同図（Ｄ）に示すように、短絡判別信号ＳｄがＨｉｇｈレベル（短絡期間）に変化する。これに応動して、時刻ｔ１～ｔ２の予め定めた正送減速期間Ｔsdに移行し、同図（Ａ）に示すように、送給速度Ｆｗは上記の正送ピーク値Ｗspから０まで減速する。例えば、正送減速期間Ｔsd＝１msに設定される。

同図（Ａ）に示すように、送給速度Ｆｗは時刻ｔ２～ｔ３の予め定めた逆送加速期間Ｔruに入り、０から上記の逆送ピーク値Ｗrpまで加速する。この期間中は短絡期間が継続している。例えば、逆送加速期間Ｔru＝１msに設定される。

時刻ｔ３において逆送加速期間Ｔruが終了すると、同図（Ａ）に示すように、送給速度Ｆｗは逆送ピーク期間Ｔrpに入り、上記の逆送ピーク値Ｗrpになる。逆送ピーク期間Ｔrpは、時刻ｔ４にアークが発生するまで継続する。したがって、時刻ｔ１～ｔ４の期間が短絡期間となる。逆送ピーク期間Ｔrpは所定値ではないが、３ms程度となる。また、例えば、逆送ピーク値Ｗrp＝－２０～－５０m/minに設定される。

同図（Ｂ）に示すように、時刻ｔ１～ｔ４の短絡期間中の溶接電流Ｉｗは、予め定めた初期期間中は予め定めた初期電流値となる。その後、溶接電流Ｉｗは、予め定めた短絡時傾斜で上昇し、予め定めた短絡時ピーク値に達するとその値を維持する。

同図（Ｃ）に示すように、溶接電圧Ｖｗは、溶接電流Ｉｗが短絡時ピーク値となるあたりから上昇する。これは、溶接ワイヤ１の逆送及び溶接電流Ｉｗによるピンチ力の作用により、溶接ワイヤ１の先端の溶滴にくびれが次第に形成されるためである。

その後に溶接電圧Ｖｗの電圧上昇値が基準値に達すると、くびれの形成状態が基準状態になったと判別して、図１のくびれ検出信号ＮｄはＨｉｇｈレベルに変化する。

くびれ検出信号ＮｄがＨｉｇｈレベルになったことに応動して、図１の駆動信号ＤｒはＬｏｗレベルになるので、図１のトランジスタＴＲはオフ状態となり図１の減流抵抗器Ｒが通電路に挿入される。同時に、図１の電流制御設定信号Ｉcrが低レベル電流設定信号Ｉlrの値に小さくなる。このために、同図（Ｂ）に示すように、溶接電流Ｉｗは短絡時ピーク値から低レベル電流値へと急減する。そして、溶接電流Ｉｗが低レベル電流値まで減少すると、駆動信号ＤｒはＨｉｇｈレベルに戻るので、トランジスタＴＲはオン状態となり減流抵抗器Ｒは短絡される。同図（Ｂ）に示すように、溶接電流Ｉｗは、電流制御設定信号Ｉcrが低レベル電流設定信号Ｉlrのままであるので、アーク再発生から予め定めた遅延期間Ｔｃが経過するまでは低レベル電流値を維持する。したがって、トランジスタＴＲは、くびれ検出信号ＮｄがＨｉｇｈレベルに変化した時点から溶接電流Ｉｗが低レベル電流値に減少するまでの期間のみオフ状態となる。同図（Ｃ）に示すように、溶接電圧Ｖｗは、溶接電流Ｉｗが小さくなるので一旦減少した後に急上昇する。上述した各パラメータは、例えば以下の値に設定される。初期電流＝４０Ａ、初期期間＝０．５ms、短絡時傾斜＝１８０A/ms、短絡時ピーク値＝４００Ａ低レベル電流値＝５０Ａ、遅延期間Ｔｃ＝１ms。

［時刻ｔ４～ｔ７のアーク期間の動作］
時刻ｔ４において、溶接ワイヤの逆送及び溶接電流Ｉｗの通電によるピンチ力によってくびれが進行してアークが発生すると、同図（Ｃ）に示すように、溶接電圧Ｖｗは数十Ｖのアーク電圧値に急増するので、同図（Ｄ）に示すように、短絡判別信号ＳｄがＬｏｗレベル（アーク期間）に変化する。これに応動して、時刻ｔ４～ｔ５の予め定めた逆送減速期間Ｔrdに移行し、同図（Ａ）に示すように、送給速度Ｆｗは上記の逆送ピーク値Ｗrpから０まで減速する。例えば、逆送減速期間Ｔrd＝１msに設定される。

時刻ｔ５において逆送減速期間Ｔrdが終了すると、時刻ｔ５～ｔ６の予め定めた正送加速期間Ｔsuに移行する。この正送加速期間Ｔsu中は、同図（Ａ）に示すように、送給速度Ｆｗは０から上記の正送ピーク値Ｗspまで加速する。この期間中はアーク期間が継続している。例えば、正送加速期間Ｔsu＝１msに設定される。

時刻ｔ６において正送加速期間Ｔsuが終了すると、同図（Ａ）に示すように、送給速度Ｆｗは正送ピーク期間Ｔspに入り、上記の正送ピーク値Ｗspになる。この期間中もアーク期間が継続している。正送ピーク期間Ｔspは、時刻ｔ７に短絡が発生するまで継続する。したがって、時刻ｔ４～ｔ７の期間がアーク期間となる。そして、短絡が発生すると、時刻ｔ１の動作に戻る。正送ピーク期間Ｔspは所定値ではないが、５ms程度となる。また、例えば、正送ピーク値Ｗsp＝３０～６０m/minに設定される。

時刻ｔ４においてアークが発生すると、同図（Ｃ）に示すように、溶接電圧Ｖｗは数十Ｖのアーク電圧値に急増する。他方、同図（Ｂ）に示すように、溶接電流Ｉｗは、時刻ｔ４から遅延期間Ｔｃの間は低レベル電流値を継続する。これは、アークが発生した直後に電流値を上昇させると、溶接ワイヤの逆送と溶接電流による溶接ワイヤの溶融とが加算されて、アーク長が急速に長くなり、溶接状態が不安定になる場合があるためである。

正送加速期間Ｔsu中の時刻ｔ５１において、遅延期間Ｔｃが終了すると、同図(Ｅ)に示すように、第１アーク期間信号Ｓta1がＨｉｇｈレベルに変化し、時刻ｔ５１～ｔ６１の予め定めた第１アーク期間Ｔa1に移行する。この第１アーク期間Ｔa1中は引き続き定電流制御され、同図(Ｂ)に示すように、図１の第１アーク電流設定信号Ｉa1rによって定まる所定の第１アーク電流Ｉa1が通電する。同図(Ｃ)に示すように、溶接電圧Ｖｗは電流値及びアーク負荷によってさだまる値となり、大きな値となる。例えば、第１アーク電流Ｉa1は４００Ａに設定され、第１アーク期間Ｔa1は１msに設定される。

時刻ｔ６２において、アーク発生時点ｔ４から予め定めた電流降下時間Ｔｄが経過すると、同図(Ｆ)に示すように、第３アーク期間信号Ｓta3がＨｉｇｈレベルに変化する。時刻ｔ６１～ｔ６２の期間が第２アーク期間Ｔa2となる。この第２アーク期間Ｔa2中は、定電圧制御される。同図(Ｂ)に示すように、第２アーク電流Ｉa2はアーク負荷によって変化するが、第１アーク電流Ｉa1よりも小さい値であり、かつ、第３アーク電流Ｉa3よりも大きな値となる。すなわち、Ｉa1＞Ｉa2＞Ｉa3となるように出力制御される。同図(Ｃ)に示すように、溶接電圧Ｖｗは定電圧制御によって所定値に制御され、第１アーク期間Ｔa1の電圧値と第３アーク期間Ｔa3の電圧値との中間値となる。第２アーク期間Ｔa2は所定値ではないが、３ms程度となる。

第３アーク期間信号Ｓta3がＨｉｇｈレベルに変化する時刻ｔ６２から短絡が発生する時刻ｔ７までの期間が、第３アーク期間Ｔa3となる。この第３アーク期間Ｔa3中は、定電流制御される。同図(Ｂ)に示すように、図１の第３アーク電流設定信号Ｉa3rによって定まる所定の第３アーク電流Ｉa3が通電する。同図(Ｃ)に示すように、溶接電圧Ｖｗは電流値及びアーク負荷によって定まる値となる。例えば、第３アーク電流Ｉa3＝６０Ａに設定される。第３アーク期間Ｔa3は所定値ではないが、１ms程度となる。

図３は、図１のアーク溶接電源において、電圧検出異常信号Ａｖが出力されて電力制御回路ＰＭの出力制御が禁止された場合の各信号のタイミングチャートである。同図（Ａ）は送給速度Ｆｗの時間変化を示し、同図（Ｂ）は溶接電流Ｉｗの時間変化を示し、同図（Ｃ）は溶接電圧Ｖｗの時間変化を示し、同図（Ｄ）は溶接電圧検出信号Ｖwdの時間変化を示し、同図（Ｅ）は出力端子間電圧検出信号Ｖtdの時間変化を示し、同図(Ｆ)は電圧検出異常信号Ａｖの時間変化を示す。以下、同図を参照して各信号の動作について説明する。

同図は、溶接電圧Ｖｗを検出するための検出線６が、時刻ｔ６１までは正常に接続されており、時刻ｔ６１において断線した場合である。したがって、同図（Ｆ）に示す電圧検出異常信号Ａｖは、時刻ｔ６１まではＬｏｗレベル（正常）であり、時刻ｔ６１においてＨｉｇｈレベル（異常）に変化する。このために、時刻ｔ６１までは図１の電圧検出信号切換回路ＶＤによって、同図（Ｄ）に示すアーク発生部の溶接電圧検出信号Ｖwdが図１の電圧検出信号Ｖｄとして出力されて、くびれ検出制御、定電圧制御等の出力制御が行われる。同図（Ｄ）に示す溶接電圧検出信号Ｖwdの波形は、同図（Ｃ）に示す溶接電圧Ｖｗの波形と同一となる。同図（Ｅ）に示す出力端子間電圧検出信号Ｖtdの波形は、同図（Ｃ）に示す溶接電圧Ｖｗの波形とは短絡期間及びアーク期間中の繊細な電圧変化等が異なっているが、概略的には相似した波形となる。

同図において、時刻ｔ６１までの動作は、上述した図２と同様であるので、説明は繰り返さない。以下、時刻ｔ６１以降の動作について説明する。

時刻ｔ６１において、検出線６が断線すると、同図（Ｄ）に示すように、溶接電圧検出信号Ｖwdの値は略０Ｖとなる。他方、同図（Ｅ）に示すように、出力端子間電圧検出信号Ｖtdの値は、アーク電圧値を維持する。この結果、直後の時刻ｔ７において、溶接電圧検出信号Ｖwdの値が予め定めた基準電圧値以下であり、かつ、出力端子間電圧検出信号Ｖtdの値が基準電圧値以上であるので、同図（Ｆ）に示すように、電圧検出異常信号ＡｖがＨｉｇｈレベル（異常）に変化する。ここで、基準電圧値は、短絡期間とアーク期間とを判別できる値に設定されている。

時刻ｔ７において、電圧検出異常信号ＡｖがＨｉｇｈレベルに変化すると、図１の電力制御回路ＰＭは出力制御を停止するので、同図（Ｂ）に示すように、溶接電流Ｉｗは０Ａとなり、同図（Ｃ）に示すように、溶接電圧Ｖｗは０Ｖとなる。同様に、図１の送給制御回路ＦＣは、送給制御を停止するので、同図（Ａ）に示すように、送給速度Ｆｗは０m/minとなる。

上記は、アーク期間中に断線が発生した場合であるが、短絡期間中に断線が発生した場合は以下のようになる。短絡期間中に断線が発生すると、溶接電圧検出信号Ｖwdは略０Ｖとなる。他方、出力端子間電圧検出信号Ｖtdも数Ｖ程度の短絡電圧値である。この結果、両値ともに基準電圧値以下となり、電圧検出異常信号ＡｖはＬｏｗレベルのままとなる。しかし、短絡期間中は、溶接電流Ｉｗは定電流制御されているので、短絡時ピーク値の大電流が通電し、アーク期間へと移行する。アーク期間に移行すると、上述した同図の動作となり、電圧検出異常信号ＡｖがＨｉｇｈレベルとなる。したがって、本実施の形態では、アーク期間又は短絡期間のどちらの期間に断線が発生しても、電圧検出異常信号ＡｖがＨｉｇｈレベルとなり、出力制御及び送給制御が禁止されるので、大電流が長い期間通電して、溶接トーチ及びワークを損傷することを防止することができる。

次に、電圧検出異常信号ＡｖがＨｉｇｈレベル（異常）に変化したときに、出力端子間電圧検出信号Ｖtdを電圧検出信号Ｖｄとして使用して出力制御を行う場合について説明する。この場合は、電圧検出異常信号ＡｖがＨｉｇｈレベルに変化しても、図１の電力制御回路ＰＭ及び送給制御回路ＦＣは制御を継続する。そして、図１の電圧検出信号切換回路ＶＤによって、出力端子間電圧検出信号Ｖtdが電圧検出信号Ｖｄとして出力される。この結果、出力端子間電圧検出信号Ｖtdによってくびれ検出制御、定電圧制御等の出力制御が行われる。アーク発生部の溶接電圧Ｖｗではない出力端子間電圧Ｖｔによって制御されるので、出力制御の制度が低下することになり、ある程度はスパッタ発生量が多くなり、溶接状態の安定性も低下するしかしながら、このようにすると、溶接の中断を防止することができるので、ワークの溶接をやり直す手間を省くことができる効果がある。

1 溶接ワイヤ
2 母材
3 アーク
4 溶接トーチ
5 送給ロール
６ 検出線
７ａ、７ｂ 出力端子
ＡＶ 電圧検出異常判別回路
Ａｖ 電圧検出異常信号
ＣＭ 電流比較回路
Ｃｍ 電流比較信号
ＤＲ 駆動回路
Ｄｒ 駆動信号
Ｅ 出力電圧
Ｅａ 誤差増幅信号
ＥＩ 電流誤差増幅回路
ＥＩ 電流誤差増幅信号
ＥＶ 電圧誤差増幅回路
Ｅｖ 電圧誤差増幅信号
ＦＣ 送給制御回路
Ｆｃ 送給制御信号
ＦＲ 送給速度設定回路
Ｆｒ 送給速度設定信号
Ｆｗ 送給速度
Ｉa1 第１アーク電流
ＩＡ１Ｒ 第１アーク電流設定回路
Ｉa1r 第１アーク電流設定信号
Ｉa2 第２アーク電流
Ｉa３ 第３アーク電流
ＩＡ３Ｒ 第３アーク電流設定回路
Ｉa3r 第３アーク電流設定信号
ＩＣＲ 電流制御設定回路
Ｉcr 電流制御設定信号
ＩＤ 電流検出回路
Ｉｄ 電流検出信号
ＩＬＲ 低レベル電流設定回路
Ｉlr 低レベル電流設定信号
Ｉｗ 溶接電流
ＮＤ くびれ検出回路
Ｎｄ くびれ検出信号
ＰＭ 電力制御回路
Ｒ 減流抵抗器
ＳＤ 短絡判別回路
Ｓｄ 短絡判別信号
ＳＴＡ１ 第１アーク期間回路
Ｓta1 第１アーク期間信号
ＳＴＡ３ 第３アーク期間回路
Ｓta3 第３アーク期間信号
ＳＷ 電源特性切換回路
Ｔｃ 遅延期間
ＴＡ１Ｒ 第１アーク期間設定回路
Ｔa1r 第１アーク期間設定信号
Ｔｄ 電流降下時間
ＴＲ トランジスタ
Ｔrd 逆送減速期間
ＴＲＤＲ 逆送減速期間設定回路
Ｔrdr 逆送減速期間設定信号
Ｔrp 逆送ピーク期間
Ｔru 逆送加速期間
ＴＲＵＲ 逆送加速期間設定回路
Ｔrur 逆送加速期間設定信号
Ｔsd 正送減速期間
ＴＳＤＲ 正送減速期間設定回路
Ｔsdr 正送減速期間設定信号
Ｔsp 正送ピーク期間
Ｔsu 正送加速期間
ＴＳＵＲ 正送加速期間設定回路
Ｔsur 正送加速期間設定信号
ＶＤ 電圧検出信号切換回路
Ｖｄ 電圧検出信号
ＶＲ 電圧設定回路
Ｖｒ 電圧設定信号
Ｖｔ 出力端子間電圧
ＶＴＤ 出力端子間電圧検出回路
Ｖtd 出力端子間電圧検出信号
Ｖｗ 溶接電圧
ＶＷＤ 溶接電圧検出回路
Ｖwd 溶接電圧検出信号
Ｌ リアクトル
ＷＭ 送給モータ
Ｗrp 逆送ピーク値
ＷＲＲ 逆送ピーク値設定回路
Ｗrr 逆送ピーク値設定信号
Ｗsp 正送ピーク値
ＷＳＲ 正送ピーク値設定回路
Ｗsr 正送ピーク値設定信号

Claims (3)

1. アーク発生部の溶接電圧を検出線によって入力して溶接電圧検出信号を出力する溶接電圧検出部と、
   前記溶接電圧検出信号に基づいて出力制御を行い、溶接ワイヤと母材との間に溶接電圧及び溶接電流を供給する電力制御部と、
   を備えたアーク溶接電源において、
   前記アーク溶接電源の出力端子間電圧を検出して出力端子間電圧検出信号を出力する出力端子間電圧検出部と、
   前記溶接電圧検出信号が基準電圧値以下であり、かつ、前記出力端子間電圧検出信号が前記基準電圧値以上であるときは電圧検出異常信号を出力する電圧検出異常判別部と、
   を備えたことを特徴とするアーク溶接電源。
2. 前記電力制御部は、前記電圧検出異常信号が入力されると前記出力制御を停止する、
   ことを特徴とする請求項１に記載のアーク溶接電源。
3. 前記電力制御部は、前記電圧検出異常信号が入力されると、前記出力端子間電圧検出信号に基づいて前記出力制御を行う、
   ことを特徴とする請求項１に記載のアーク溶接電源。

Images