JP3221177B2

JP3221177B2 - 消耗電極式アーク溶接機

Info

Publication number: JP3221177B2
Application number: JP24388593A
Authority: JP
Inventors: 益夫柴田
Original assignee: Daihen Corp
Current assignee: Daihen Corp
Priority date: 1993-09-03
Filing date: 1993-09-03
Publication date: 2001-10-22
Anticipated expiration: 2016-10-22
Also published as: JPH0775872A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、アーク溶接機をロボッ
ト又は自動機と組み合わせて使用する消耗電極式アーク
溶接機の改良に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】消耗電極を用いたアーク溶接では非消耗
電極式アーク溶接の場合と異なり、通常の比較的安定し
たアーク状態でも約１００ｍｓ程度以下の短いアーク切
れが頻繁に発生しており、このような短いアーク切れは
溶接品質上全く問題とならない。このため短時間のアー
ク切れが発生したときには溶接電流検出信号（以下、Ｗ
ＣＲ信号という）がオフとなることがないようにＷＣＲ
信号には復帰遅れ時間を持たせており、その時限はアー
ク切れ時限よりも長く通常約２００〜３００ｍｓに設定
されていた。

【０００３】ところで、ロボット又は自動機は、溶接終
了部における通電停止のタイミングをアーク溶接機から
のＷＣＲ信号がオン状態からオフ状態に変化したことに
より検知し、それから次の溶接箇所へ移動する。したが
って、ＷＣＲ信号復帰遅れ時間がわずか２００ｍｓで、
溶接部１カ所について２００ｍｓの移動待ち時間を費や
すだけであっても総合的には大きな時間損失になる。例
えば１つの被溶接物に対して３秒間の溶接を６ヶ所行う
タック溶接のような場合では、タクトタイム（被溶接物
１つを溶接するために必要な時間）を３０秒、稼動条件
を１日に８時間、１月に２０日間、１年に２４０日間と
仮定すると、被溶接物の１日の生産数は９６０個、総溶
接箇所数は９６０個×６＝５，７６０ヶ所となるので、
ロボットや自動機が溶接部１ヶ所について２００ｍｓの
移動待ち時間を費やすと、これによって生じる全く無駄
な移動待ち時間が１日に２００ｍｓ×５，７６０＝１，
１５２秒、すなわち１日当たり１９．２分、１月当たり
で６．４時間、１年間では約７７時間（９．５日間）に
も達することになる。

【０００４】そのため、従来のロボットや自動機用の電
源ではＷＣＲ復帰遅れ時間を通常の電源のＷＣＲ復帰遅
れ時間である約２００〜３００ｍｓよりも短く設定し
て、しかも、定常溶接中に発生する溶接品質上全く問題
とならない程度の短いアーク切れによってＷＣＲ信号が
瞬時の間オフしても無視し、一定時間（約0.5 秒程度）
以上の長いアーク切れが発生した場合のみ溶接異常と判
断するなどの処理をロボット側で行うように工夫したも
のもあった。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかし、上記のように
したものにおいては溶接終了時にアーク切れが発生した
ときに次のような重大な欠点を有する。消耗電極式アー
ク溶接機における溶接終了前後の動作の一般的な例を図
１に示す。図１は溶接終了前後の動作を時間の経過とと
もに示す線図であり、同図 (A)は溶接指令信号（溶接開
始の指令が入ってから次に溶接停止の指令が入るまでオ
ンしている信号）、同図(B) はワイヤ送給モータ駆動信
号、同図(C) はモータ回転数、同図(D) は溶接機出力電
圧、同図(E) は溶接機出力電流、同図(F) は電流検出信
号（ＷＣＲ信号）を示す。同図に示すように、ワイヤ送
給モータへの給電を停止しても送給モータの機械的慣性
等によって、ワイヤ送給は瞬時には停止せず、漸減しな
がら停止する。このために、ワイヤ送給モータへの給電
を停止すると同時に溶接機の出力電圧を遮断するとワイ
ヤ送給モータの機械的慣性等によって送給されるワイヤ
が溶融プールの中に突っ込んで、ワイヤと母材が溶着し
てしまう。そして、溶着したままの状態で、ロボットや
自動機が次の溶接箇所へ移動すると溶接トーチや治具を
破損してしまう。したがって、このような溶着を防止す
るため、溶接電流が流れているとき、すなわちＷＣＲ信
号がオンの状態のときに、溶接指令信号がオフした場合
には、同図 (D)に示すように溶接機の出力電圧をワイヤ
送給が完全に停止するのを見越した一定時間（約３００
〜４００ｍｓ程度）後まで引き続き無条件に出力する方
法がとられている。一般にこの時間をアンチスチック時
間といい、このような処理をすることアンチスチック処
理とよんでいる。但し、現実に溶接が行われていないと
き、例えば溶接開始時やテスト時のように溶接電流が流
れていない（ＷＣＲ信号がＯＦＦの状態のとき）で溶接
開始指令信号やワイヤ送給指令信号のみをＯＮ／ＯＦＦ
したとき、は上記のアンチスチック処理は行われずワイ
ヤ送給の停止と同時に溶接電源も遮断される。

【０００６】図２ (A)乃至(F) は、ＷＣＲ復帰遅れ時間
を比較的長い２００〜３００ｍｓに設定したとき、溶接
終了直前にアーク切れを起こした場合の各種信号の関係
を時間の経過とともに示す線図であり、同図 (G)は消耗
電極（ワイヤ）３と被溶接物（母材）６との間のアーク
切れ、短絡および短絡解除の様子を示す図である。同図
に示すように、例えば時刻ｔ１のタイミングで５０ｍｓ
のアーク切れが発生し時刻ｔ２のタイミングで溶接指令
信号がオフとなっても、溶接指令信号がオフとなる瞬間
にはＷＣＲ信号がまだオンのままであると、アンチスチ
ック処理がなされてその後一定時間は溶接電源は無条件
に出力し続けるようにシーケンスが定められているの
で、同図 (D)に示すように溶接機の出力はワイヤ送給が
完全に停止するまで無条件に一定時間（約３００〜４０
０ｍｓ程度）出力されるためワイヤは母材に溶着しな
い。

【０００７】ロボットや自動機は、溶接終了のタイミン
グをアーク溶接機からのＷＣＲ信号がオン状態からオフ
状態に変化したことにより検知する。ロボットや自動機
のタクトタイムを短くするためにアーク溶接機のＷＣＲ
信号復帰遅れ時間を通常電源のＷＣＲ信号復帰遅れ時間
である約２００〜３００ｍｓから２０ｍｓ程度まで短く
した場合の溶接終了前後の各部の動作を時間の経過とと
もに図３の線図にて示す。この場合は同図に示すように
溶接指令信号がオフとなる直前の時刻ｔ１でＷＣＲ信号
復帰遅れ時間の２０ｍｓよりも長い時限のアーク切れが
発生したときにはアークが再生するよりも早い時刻ｔ２
にＷＣＲ信号がオフする。そして再びワイヤ先端が母材
に接触し溶接電流が流れてＷＣＲ信号がオンする前に、
時刻ｔ３にて溶接指令信号がオフすると、見掛け上、非
溶接状態で溶接指令信号がオフしたのと同じ状況になっ
てしまう。このために前述のアンチスチック処理は行わ
れず、ワイヤ送給モータへの給電を停止すると同時に溶
接機の出力電圧も遮断されてしまうことになる。しか
し、実際にはその直前まで溶接状態にあったのであるか
ら前述のように送給モータの機械的慣性等のためにワイ
ヤ送給は瞬時には停止せず、引き続いて送り出されるワ
イヤがｔ４のタイミングで溶融プールの中に突っ込んで
しまい、その結果ワイヤは母材に溶着してしまう。その
ため、ロボットや自動機が次の溶接箇所へ移動しようと
すると溶接トーチや治具を破損してしまうことがある。

【０００８】以上のように溶接電源のＷＣＲ信号の復帰
遅れ時間を短くすればするほどロボットや自動機のタク
トタイムを短くすることができるが、逆に溶接中の無視
してもよいぐらい短時間のアーク切れでもＷＣＲ信号は
オフし易くなり、前述のように溶接終了部直前でワイヤ
が母材に溶着するという現象が頻繁に起こる。このため
にＷＣＲ復帰遅れ時間をどうしても短くすることができ
なかった。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明はＷＣＲ信号復帰
遅れ時間を従来の溶接電源のように、一定時限に固定す
るのではなく溶接指令信号がオン状態のときはＷＣＲ復
帰遅れ時間を通常の溶接で発生するアーク切れ時間より
も十分に長く２００〜３００ｍｓ程度に設定し、また、
溶接指令信号がオフ状態のときはＷＣＲ信号復帰遅れ時
間が短く（２０ｍｓ程度）なるようにＷＣＲ復帰遅れ時
間を溶接指令信号の状態に応じて切り換えるようにした
ものである。

【００１０】

【実施例】図４に本発明の実施例を示す。同図におい
て、１は交流電源、２は直流電源であり、例えばサイリ
スタにより位相制御するもの、一旦直流に変換した後に
半導体スイッチング素子によりチョッパ制御又は電力用
インバータにより高周波交流に変換して後に再度整流し
て所望の特性の直流出力を得るものなどを用いることが
できる。３は消耗電極であり、この消耗電極３は溶接時
に送給ロール４によって被溶接物６に向かって送給され
る。７は溶接電流を検出する電流検知器、９は比較回路
８に基準値を設定する基準値設定電圧である。１０はＷ
ＣＲ信号復帰遅れ時間設定のための時限回路であり、比
較器８の出力により導通するトランジスタ１０１、コン
デンサ１０４の放電時間を決める抵抗器１０２、同じく
コンデンサ１０４の充電時間を決める抵抗器１０５及び
抵抗器１０６、インバータ１０９、アナログスイッチ１
１０及び１１１、ノンインバータのシュミット回路１１
２、溶接電流検出リレー（ＷＣＲ）１１３、溶接電流検
出リレー（ＷＣＲ）の常開接点１１４から成る。１１は
溶接指令信号、１２は出力制御回路である。

【００１１】同図の実施例において、溶接指令信号１１
がオンの状態ではインバータ１０９の出力は消滅し、ア
ナログスイッチ１１０はオン状態、アナログスイッチ１
１１はオフ状態となり、コンデンサ１０４の充電の時定
数、すなわち溶接指令信号１１が存在する間のＷＣＲ信
号復帰遅れ時間は抵抗器１０５とコンデンサ１０４とで
決まり、その時定数は長く、約２００〜３００ｍｓに選
ばれている。

【００１２】一方、溶接指令信号１１がオフの状態で
は、ＷＣＲ信号復帰遅れ時間は抵抗器１０６とコンデン
サ１０４とで決まり、その時定数は短く、約２０ｍｓ程
度に選ばれている。また、コンデンサ１０４の放電時定
数は抵抗器１０２によって定まるが、溶接電流の検出は
通電直後の方がよいので抵抗器１０２の抵抗値は十分に
低くしておく。

【００１３】図４において、溶接電流が通電し、比較器
８の出力がハイレベルになると、トランジスタ１０１は
導通状態となる。抵抗器１０２の抵抗値は抵抗器１０５
又は１０６に比べて小さいのでコンデンサ１０４の端子
電圧（Ｖａの電位）は直ちに０ボルト近くになり、シュ
ミット回路１１２の出力もローレベルとなって、溶接電
流検出リレー（ＷＣＲ）１１３が動作して、ＷＣＲ信号
１１４はオンする。次に、溶接電流がアーク切れのため
消滅したときは、比較器８の出力が消滅し、トランジス
タ１０１は遮断状態となる。このとき溶接指令信号１１
がオン状態のときはＶａの電位は抵抗器１０５とコンデ
ンサ１０４で決まる長い時定数の後にハイレベルとなる
ので溶接電流検出リレー（ＷＣＲ）１１３が復帰するま
での遅れ時間も長くなる。また、溶接指令信号１１がオ
フ状態のときはインバータ１０９の出力がハイレベルと
なりアナログスイッチ１１０にかわってアナログスイッ
チ１１１が導通するので、コンデンサ１０４は抵抗器１
０６を通して充電される。そして、Ｖａの電位は抵抗器
１０６とコンデンサ１０４で決まる短い時定数でハイレ
ベルとなるので、溶接電流検出リレー（ＷＣＲ）１１３
の復帰遅れ時間も短くなる。このＷＣＲ信号復帰遅れ時
間としては長い時は２００ｍｓ乃至３００ｍｓ、短くセ
ットしたときは２０ｍｓ程度としておけばよい。

【００１４】図５は、前述した本発明による溶接終了前
後の動作を時間の経過とともに示した図３と同様の線図
である。図５によって図４の実施例の説明をすると、溶
接終了直前の時刻ｔ１にアーク切れが発生しても溶接指
令信号１１はオンしているのでアナログスイッチ１１０
は導通しておりコンデンサ１０４は抵抗器１０５を通し
てゆっくり充電される。そして、ＷＣＲ信号復帰遅れ時
間は長く、例えば約２００〜３００ｍｓに確保されるた
め、溶接指令信号１１がオフする前にＷＣＲ信号がオフ
になることはないので、図５ (D)に示すように、溶接指
令信号１１がオフした後も、溶接機の出力電圧は無条件
に一定時間（約３００〜４００ｍｓ程度）出力される。
したがって、溶接終了直前の部分で、通常のアーク切れ
が発生し、ワイヤが溶融プールに突っ込んでも引き続い
て供給される溶接電源からの出力によって短絡部が溶融
されて同図 (G)に示すように時刻ｔ１からｔ２の期間に
おいて短絡が解除されアークが再生するのでワイヤと母
材の溶着は起こらない。また、溶接指令信号１１がオフ
した後にアーク切れが発生した場合も、溶接指令信号１
１がオフした瞬間にはＷＣＲ信号はオンのままであるの
で前述のようにアンチスチック処理が働いて溶接機の出
力電圧は無条件に一定時間（約３００〜４００ｍｓ程
度）出力され続ける。このため、たとえアーク切れ発生
後ワイヤが溶融プールに突っ込んでも溶接指令信号１１
がオフする直前にアーク切れした場合と同様に短絡が解
除されてアークが再生するので、ワイヤと母材が溶着す
るようなことはない。しかも、溶接指令信号がオフ状態
のときのＷＣＲ復帰遅れ時間は、図２の場合に比べて非
常に短くなっているので、溶接終了部において溶接電流
の通電が停止した後は、短時間の後にＷＣＲ信号がオフ
となるので、ロボット又は自動機は従来よりも溶接電流
の停止を早く検知できる。

【００１５】

【発明の効果】本発明においては、従来の溶接電源のよ
うに電流検出の復帰遅れ時間を一定の時限に固定するの
ではなく、溶接指令信号がオン状態のときは遅れ時間を
長く設定し、また溶接指令信号がオフ状態のときは十分
に短くすることにより、溶接中に発生する溶接品質上無
視してもよい程度の短時間のアーク切れではＷＣＲ信号
はオフせず、しかも、溶接終了部直前でワイヤと母材が
溶着するような問題を引き起こすことなしに従来よりも
溶接終了部での溶接電流の通電停止を早く検知できるの
で、アーク溶接ロボット又は自動機のタクトタイムを短
くできる。

【００１６】例えば、先に説明した従来例と同じ条件、
すなわち１つの被溶接物に対して、３秒間の溶接を６ヶ
所行うタック溶接のような場合は、タクトタイムを３０
秒、稼動条件を１日８時間、１月２０日間、１年に２４
０日間と仮定すると、溶接終了部でのＷＣＲ復帰遅れ時
間が２００ｍｓから２０ｍｓまで短縮されることによっ
て、ロボット又は自動機は移動時の無駄な待ち時間を１
日に(200ms-20ms)×5,760=1,037 秒、すなわち１日当た
り約１７．３分、１月当たりに約５．８時間、年間では
約６９時間（約８．５日間）短縮でき、生産性向上に寄
与するところが大きい。

【図面の簡単な説明】

【図１】図１は、従来のアーク溶接機における溶接終了
前後の各種信号の関係を時間の経過とともに示す線図で
ある。

【図２】図２は、従来のアーク溶接機においてＷＣＲ復
帰遅れ時間を２００〜３００ｍｓに設定したときにおい
て、溶接終了直前にアーク切れを起こした場合の各種信
号の関係を時間の経過とともに示す線図である。

【図３】図３は、従来のアーク溶接機においてＷＣＲ復
帰遅れ時間を短く設定したときにおいて、溶接終了直前
にアーク切れを起こした場合の各種信号の関係を時間の
経過とともに示す線図である。

【図４】図４は、本発明の実施例を示す接続図である。

【図５】図５は、図４の実施例における溶接終了前後の
動作を時間の経過とともに示す線図である。

【符号の説明】

１交流電源２直流電源３消耗電極（ワイヤ）４送給ロール５溶融プール６被溶接物（母材）７電流検知器８比較器９基準値設定電圧１０時限回路１１溶接指令信号１２出力制御回路１０１トランジスタ１０２抵抗器１０４コンデンサ１０５抵抗器１０６抵抗器１０９インバータ１１０アナログスイッチ１１１アナログスイッチ１１２ノンインバータのシュミット回路１１３溶接電流検出リレー（ＷＣＲ）１１４溶接電流検出リレー（ＷＣＲ）の常開接点

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】溶接電流が通電状態であるか、又は停止
状態であるかの溶接電流通電中信号をロボットや自動機
に伝えるようにした消耗電極式アーク溶接機において、
溶接電流検出回路と、前記溶接電流検出回路の出力によ
り直ちに動作し前記溶接電流検出回路の出力消滅により
時限を開始し、設定時間の後に復帰する時限回路と、溶
接指令信号を入力とし前記溶接指令信号が存在するとき
は前記時限回路の復帰時間を長く、前記溶接指令信号が
存在しないときは前記時限回路の復帰時間を短く設定す
る遅延時間切替回路とを備え、前記時限回路の出力信号
を溶接電流通電中信号として出力する消耗電極式アーク
溶接機。