JP3762476B2 - パルスアーク溶接終了方法及び溶接装置 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、消耗電極(以下、ワイヤという)に、パルス電流を通電して溶接し、溶接終了時の溶接電流を制御するパルスアーク溶接終了方法及び装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
消耗電極式パルスアーク溶接において、溶接終了後のワイヤ先端の溶融球の大きさ、形状、溶融球表面に付着したスラグの程度等の状態(以下、ワイヤ先端の状態という。)が、次回のアークスタートが瞬時に行われるかどうか(以下、アークスタート性能という)に大きく影響する。したがって、アークスタート性能を向上させるために、溶接終了時のワイヤ先端の状態を制御する必要がある。
そこで、後述するように、ワイヤ送給モータの電機子電圧が所定値以下になったことを検出して、強制的に電流パルスを通電してワイヤ先端の溶融球を離脱させる従来技術がある。
【0003】
一般に、消耗電極式パルスアーク溶接の溶接終了時に、溶接開始・終了回路から溶接終了信号を出力して、ワイヤ送給モータに供給している送給電圧を停止する。モータ及び送給機構に慣性があるので、送給電圧の停止後も、ワイヤが過渡的に若干量送給され、徐々にワイヤ送給速度が小さくなり、停止する。この過渡的なワイヤ送給量は、ワイヤ送給モータ及び送給機構の慣性、溶接時のワイヤ送給速度の大小、ワイヤの材質、ワイヤの直径等によって変化する。
また、ワイヤ送給モータ及び送給機構の慣性によって、溶接終了時にワイヤ先端が溶融池表面に突っ込む現象(以下、スティックという)が発生する。
そこで、従来から、ワイヤ送給モータに供給する電圧を停止した後も、溶接電流を通電してスティックを防止するアンチスティック方式が採用されている。
また、ワイヤ送給モータに供給する電圧を停止した後も、適正な溶接電流を通電することによって、スティック及びワイヤ先端と給電チップとの溶着(バーンバック)現象の発生を防いでいる。
【0004】
図1は、パルス電流を通電して溶接し、溶接終了時の溶接電流を制御する従来のパルスアーク溶接装置のブロック図である。
以下、図1を参照して、従来のパルス溶接終了方法について説明する。
同図において、パルス溶接電源PSは、商用電源ACを入力して溶接用電力をワイヤ1と被溶接物2に出力する。
ワイヤ送給速度設定回路WSは、設定したワイヤ送給速度のワイヤ送給速度設定信号Ws をワイヤ送給速度制御回路WCに出力し、ワイヤ送給速度制御回路WCはワイヤ送給速度制御信号Wc をワイヤ送給・停止回路NT2を通じて、ワイヤ送給モータWMに出力する。
溶接開始・終了指令回路TS、例えば、溶接を開始するためにトーチスイッチを一度押すと、溶接開始信号Ts を出力し、溶接を終了するためにトーチスイッチを再度押すと、溶接終了信号Tf を出力して、ワイヤ送給・停止回路NT2を開閉し、ワイヤ送給モータに送給電圧を通電又は停止する。
【0006】
溶接電圧検出回路VDは、溶接電圧を検出して溶接電圧検出信号Vd を出力する。溶接電圧設定回路VSは、溶接電圧設定信号Vs を出力する。設定・検出電圧比較回路CM2は、溶接電圧検出信号Vd と溶接電圧設定信号Vs とを入力として、設定・検出電圧比較信号Cm2を出力する。
【0008】
電圧・周波数変換回路VFは、設定・検出電圧比較信号Cm2を入力して、パルス周波数に対応した周波数制御信号Vf を出力する。
パルス幅設定回路TP(例えば、モノマルチ発振回路)は、入力された周波数制御信号Vf のパルス周波数に同期して予め設定したパルス幅のパルス周波数・幅信号Tp を出力する。
【0010】
電機子電圧比較回路CM3は、電機子検出電圧Wdと電機子基準電圧Weとを比較し、Wd がWe よりも低くなると、モータ停止信号Cm3を出力する。
最終パルス出力指令回路(例えば、モノマルチ発振回路)MM1は、モータ停止信号Cm3の立ち上がりによって、最終パルス出力指令信号Mm1を出力する。
定常・最終パルス通電指令回路(OR回路)ORは、パルス幅設定回路TPが出力するパルス周波数・幅信号Tp 又は最終パルス出力指令回路MM1が出力する最終パルス出力指令信号Mm1のいずれかが入力されたとき、定常・最終パルス通電指令信号Or を出力する。
【0012】
ベース電流値設定回路IBSは、ベース電流値設定信号Ibsを出力し、ピーク電流値設定回路IPSは、ピーク電流値設定信号Ipsを出力する。
ピーク・ベース電流値切換回路SW1は、定常・最終パルス通電指令信号Or によって通常の周期のピーク・ベース電流又は最終パルス電流を通電する。
ピーク・ベース電流値切換回路SW1に、定常・最終パルス通電指令回路ORからパルス周波数・幅信号Tp 及び最終パルス出力指令信号Mm1が入力されている間は、ピーク電流値設定信号Ipsとベース電流値設定信号Ibsとを切換えて、ピーク・ベース電流値切換信号Sw1を出力する。したがって、このピーク・ベース電流値切換信号Sw1は、後述する図2の経過時間tに示すように、ピーク・ベース電流値切換回路SW1に、パルス周波数・幅信号Tp が入力されている間は、入力されたパルス周波数・幅信号Tp の周波数に同期して、ピーク期間Tp のときはピーク電流値設定信号Ipsとなり、ベース期間Tb のときはベース電流値設定信号Ibsとなり、また最終パルス出力指令信号Mm1が入力されると、ピーク電流値設定信号Ipsとなる。
【0014】
設定・検出電流比較回路CM1は、溶接電流検出信号Id とピーク・ベース電流切換信号Sw1とを入力して、その差の設定・検出電流比較信号Cm1を出力する。溶接電流制御回路DVは、設定・検出電流比較信号Cm1を入力して溶接電流制御信号Dv を出力し、溶接電流通電・停止回路NT1は、後述する通電・パルス停止指令信号Ff1が入力されている間、溶接電流制御信号Dv を、例えばPWM制御のインバータ回路を含むパルス溶接電源PSに出力して溶接電流値を出力する。
【0015】
通電・パルス停止指令回路(例えば、フリップフロップ回路)FF1は、セット端子Sに溶接開始信号Ts が入力されたときに、出力端子Qに通電・パルス停止指令信号Ff1を出力する。また、最終パルス出力指令信号Mm1の立ち下りを最終パルス通電停止指令信号としてリセット端子Rに入力し、出力端子Qから出力されている通電・パルス停止指令信号Ff1を停止する。
【0016】
溶接条件は、次の回路で設定する。溶接電圧設定回路VSは溶接(アーク)電圧を設定し、パルス幅設定回路TPはパルス幅を設定し、ピーク電流値設定回路IPSはピーク電流値を設定し、ベース電流値設定回路IBSはベース電流値を設定する。
【0017】
図2は、図1に示す従来の溶接装置の各動作信号と経過時間tとの関係を示す図である。
同図(A)は、信号の立ち上がり時点の溶接開始信号Ts から信号の立ち下がり時点の溶接終了信号Tf まで継続する通電指令信号を示し、例えば、トーチスイッチTSを押したとき、通電指令信号を出力してその立ち上がりの信号が溶接開始信号Ts となり、トーチスイッチTSを再度押したとき、通電指令信号を停止してその立ち下がり信号が溶接終了信号Tf となる。
同図(B)は、電機子検出電圧Wd と電機子基準電圧We とを比較した信号を示す。
同図(C)は、同図(B)に示す電機子検出電圧値Wdが電機子基準電圧値Weよりも低下した経過時間t1において出力されるモータ停止信号Cm3を示す。
同図(D)は、モータ停止信号Cm3が立ち上がる経過時間t1に同期して立ち上がり、予め設定した経過時間t2において立ち下がる最終パルス出力指令信号Mm1を示す。
同図(E)は、最終パルス出力指令信号Mm1及びパルス周波数・幅信号Tp を入力した定常・最終パルス通電指令回路ORから出力される定常・最終パルス通電指令信号Or を示す。
【0018】
同図(F)は、定常・最終パルス通電指令信号Or を入力したピーク・ベース電流値切換回路SW1から出力されるピーク・ベース電流値切換信号Sw1を示す。
このピーク・ベース電流値切換信号Sw1を出力するピーク・ベース電流値切換回路SW1は、定常・最終パルス通電指令信号Or が、パルス周波数・幅信号Tp を出力している間は、ピーク電流値設定信号Ipsとベース電流値設定信号Ibsとを繰り返す通電信号を出力し、また、定常・最終パルス通電指令信号Or が、最終パルス出力指令信号Mm1を出力したときに、ピーク電流値設定信号Ipsを出力する。
【0019】
同図(G)は、トーチスイッチTSを押したときから同図(D)示す最終パルス出力指令信号Mm1の立ち下がる経過時間t2まで出力する通電・パルス停止指令信号Ff1を示す。
この通電・パルス停止指令信号Ff1の出力及び停止の順序は、次のとおりである。トーチスイッチTSを押したときに、通電開始信号Ts が、通電・パルス停止指令回路FF1のセット端子Sに入力され、その出力端子Qから通電・パルス停止指令信号Ff1を出力し、またトーチスイッチTSを再度押してモータ送給電圧を停止した後、同図(D)示す最終パルス出力指令信号Mm1の立ち下がる信号が、通電・パルス停止指令回路FF1のリセット端子Rに入力され、その出力端子Qから出力されていた通電・パルス停止指令信号Ff1が、経過時間t2に停止する。
【0020】
同図(H)は、定常・最終パルス通電指令信号Or に対応して、パルス電流及びベース電流を繰り返す定常パルス電流及び最終パルス電流から成る溶接電流を示す。
定常・最終パルス通電指令信号Or に対応して出力される溶接電流は、次のとおりである。
定常・最終パルス通電指令信号Or がパルス周波数・幅信号Tp を出力している間、パルス電流及びベース電流を繰り返し、定常・最終パルス通電指令信号Or が最終パルス出力指令信号Mm1を出力したときに、最終パルス溶接電流を出力して溶接電流通電・停止回路NT1に供給されている通電・パルス停止指令信号Ff1が停止したときに、最終パルス電流を停止する。
【0021】
従来のパルスアーク溶接終了方法及び溶接装置は、上述したように、溶接終了信号Tf を発生した後、ワイヤ送給モータの電機子検出電圧Wd が所定値(電機子基準電圧We )以下になったときに、ワイヤ送給速度がほぼ零になったと仮定して、最終パルス電流を通電してスティックを防止するアンチスティック方式が採用されている。また、最終パルス出力指令信号Mm1によって最終パルス電流を通電した後で溶接電源の出力を停止することによって、スティック及びバーンバック現象の発生を防いでいる。
【0030】
【発明が解決しようとする課題】
従来の消耗電極式パルスアーク溶接のアンチスティック制御方式は、最終パルス電流を通電する時点を、ワイヤ送給速度がほぼ零になる状態だけによって決めているので、ピーク期間及びベース期間のどの時点で、最終パルス電流を通電するかを考慮していない。したがって、最終パルス電流の通電時点は、ベース期間中か、パルスの直後か、ピーク期間中か、パルス直前か、ベース期間中かは、溶接終了ごとに異なり、不定(ランダム)である。以下に、最終パルス電流の通電時点と最終パルス電流通電後のワイヤ先端溶融球の大きさとの関係について説明する。
【0031】
図3は、定常パルス電流の波形と、その波形に対応するワイヤ先端の溶融球の大きさと、通電時点が異なる最終パルス電流通電後のワイヤ先端の溶融球の大きさとの関係を説明する図である。
同図(A)は、定常状態でのパルス電流とベース電流とを繰り返す定常パルス電流の波形であり、同図(B)は、同図(A)の定常パルス電流を通電しているときの電流の波形に対応した溶滴移行現象を示す図であり、同図(C)は、時刻t1乃至t5のいずれかの時点で最終パルス電流を通電して溶接を終了したとき、各時点でのワイヤ先端の溶融球の大きさを示す図である。
【0032】
(1)時刻t1に最終パルス電流を通電する場合の説明
パルス電流の直前の時刻t1に、ワイヤ送給速度がほぼ零になると判断して、最終パルス電流を通電したとき、ワイヤ先端の溶融金属がほとんど移行され、溶接終了後ワイヤ先端の溶融球の大きさは、同図(C)の時刻t1に示すように最も小さい。
【0033】
(2)時刻t2に最終パルス電流を通電する場合の説明
パルス電流中の時刻t2に最終パルス電流を通電したとき、パルス幅が溶滴を移行させるために必要なパルス幅よりも広くなる。したがって、最終パルス電流を通電して溶滴移行をさせた後に残った時刻t2から時刻t3までのパルス電流が、続けてワイヤを溶融させるため、溶接終了後ワイヤ先端の溶融球のサイズは、上述の時刻t1の場合よりも少し大きくなる。
【0034】
(3)時刻t3〜t6に最終パルス電流を通電する場合の説明
ベース電流期間中の時刻t3〜t6では、ワイヤ先端の溶融金属量が多くないために、最終パルス電流を通電しても、溶滴移行をさせることができない。しかし、最終パルス電流を通電すると、ワイヤ先端の溶融金属量が多くなるために、溶接終了後ワイヤ先端の溶融球の大きさは、上述の時刻t2の場合よりも大きくなる。
【0035】
上述のように、従来のアンチスティック制御方式では、最終パルス電流の通電する時刻(タイミング)を、ワイヤ先端の金属溶融量又は溶融球の大きさと対応させていないために、溶接終了後のワイヤ先端に残留した溶融球の大きさが一定していない。
他方、消耗電極パルスアーク溶接において、溶接終了後のワイヤ先端の溶融球の大きさは、次回のアークスタート性能、特に瞬時アークスタート性能に影響する。パルスミグ溶接では、溶接終了後のワイヤ先端の溶融球の大きさが大きいほど、瞬時アークスタート性能が悪い。逆に、パルスマグ溶接では、溶接終了後のワイヤ先端の溶融球の大きさが小さいと、溶融球表面のスラグが溶融球の真下に集中して凝固するために、瞬時アークスタート性能を悪くしている。
従来のアンチスティック制御方式では、溶接終了後のワイヤ先端の溶融球の大きさが不定(バラツキ)であるために、アークスタート性能、特に瞬時アークスタート性能を低下させている。
【0040】
【課題を解決するための手段】
本発明のパルスアーク溶接終了方法及び装置は、アークスタート性能、特に瞬時アークスタート性能の向上を図るために、パルスマグ溶接では、溶接終了後のワイヤ先端の状態を均一かつ中粒(溶融球の直径がワイヤの直径の約1. 1倍乃至1. 4倍、特に1. 25倍)に制御することによって、溶融球表面のスラグが溶融球の真下で凝固することを防止して、瞬時アークスタート性能を向上させることができる。
【0042】
請求項1の溶接終了方法は、最終パルス電流の通電を判別することによって、最終の溶滴が離脱した直後のワイヤ先端の状態をワイヤ先端の溶融金属量又は溶融球の大きさの制御の基点にして、ワイヤ先端の溶融金属量又は溶融球の大きさを次回の瞬時アークスタートに最適な状態にする時間だけ、ベース電流を通電した後に溶接を終了するパルスアーク溶接終了方法である。
【0045】
請求項2の溶接装置は、パルス電流の周波数及びパルス幅を定めるパルス周波数・幅信号Tp を入力し、ワイヤ送給モータが略停止したときに、最終溶滴離脱判別信号Ad1を出力する最終溶滴離脱判別回路AD1と、
ワイヤ先端の溶融球の直径を次回の瞬時アークスタートに最適な状態にする時間を予め設定して、最終溶滴離脱判別信号Ad1が入力されたときに動作を開始して最終ベース電流通電時間設定信号Tr を出力し、予め設定した時間に達したときに停止する最終ベース電流通電時間設定回路TRと、
溶接開始後に定常のパルス電流と最終ベース電流との溶接電流を通電し、最終ベース電流通電時間設定信号Tr が出力されたとき、最終ベース電流の通電を開始して、最終ベース電流通電時間設定信号Tr が停止すると最終ベース電流の通電も停止して、溶接を終了するパルス溶接電源とから成るパルスアーク溶接装置である。
【0046】
請求項3の溶接装置は、パルス電流の周波数及びパルス幅を定めるパルス周波数・幅信号Tp を入力し、ワイヤ送給モータの電機子検出電圧Wdが予め設定した電機子基準電圧Weよりも低くなったときに、最終溶滴離脱判別信号Ad1を出力する最終溶滴離脱判別回路AD1と、
ワイヤ先端の溶融球の直径を次回の瞬時アークスタートに最適な状態にする時間を予め設定して、最終溶滴離脱判別信号Ad1が入力されたときに動作を開始して最終ベース電流通電時間設定信号Tr を出力し、予め設定した時間に達したときに停止する最終ベース電流通電時間設定回路TRと、
溶接開始後に定常のパルス電流と最終ベース電流との溶接電流を通電し、最終ベース電流通電時間設定信号Tr が出力されたとき、最終ベース電流の通電を開始して、最終ベース電流通電時間設定信号Tr が停止すると最終ベース電流の通電も停止して、溶接を終了するパルス溶接電源とから成るパルスアーク溶接装置である。
【0050】
【発明の実施の形態】
図4は、本発明のパルスアーク溶接終了方法を実施する溶接装置の実施例のブロック図である。破線の枠に囲まれる回路は、図1に示した従来の溶接装置に、本発明を実施するために、最終溶滴離脱判別回路(AND回路)AD1と、最終ベース電流通電時間設定回路(タイマー)TRと、パルス禁止指令回路(例えば、AND回路)AD2と、通電・パルス停止指令回路FF1を変更した通電・ベース停止指令回路FF2とを付加又は変更した回路である。
破線の枠に囲まれた回路以外の構成は、図1の従来のパルスアーク溶接終了方法に使用する溶接装置のブロック図と同じであるので説明を省略し、以下、図1と異なる回路について説明する。
【0051】
最終溶滴離脱判別回路(例えば、AND回路)AD1は、パルス周波数・幅信号Tp と最終パルス出力指令信号Mm1とが同時に入力されたときに、最終の溶滴が離脱した時点を判別して、最終溶滴離脱判別信号Ad1を出力する。最終の溶滴の離脱直後のワイヤ先端は、溶融金属が最も少なく、ワイヤ先端の溶融金属量又は溶融球の大きさを制御する基点となる。
【0052】
最終ベース電流通電時間設定回路(例えば、タイマー)TRに、次回の瞬時アークスタートに最適な状態にする時間を予め設定する。この最適な状態とは、例えば、パルスミグ溶接では、溶接終了後のワイヤ先端の溶融球を均一かつ小粒(溶融球の直径がワイヤの直径とほぼ同等)に制御する時間であり、パルスマグ溶接では、溶接終了後のワイヤ先端の状態を均一かつ中粒(溶融球の直径がワイヤの直径の約1. 1倍乃至1. 4倍、特に1. 25倍)に制御する時間である。この制御する溶融球の直径とワイヤの直径との比は、ワイヤの成分、ワイヤの直径、溶接電源の特性、溶接条件の設定値等によって多少変化して、適正値は、約1. 1倍乃至1. 4倍の範囲内にあり、特に1. 25倍付近の場合が多い。
【0054】
この最終ベース電流通電時間設定回路TRは、最終溶滴離脱判別信号Ad1の立ち下りの時点から動作を開始して、最終ベース電流通電時間設定信号Tr を出力する。予め設定した時間に達すると、最終ベース電流通電時間設定信号Tr が停止し、通電・ベース停止信号Ff2が停止して溶接電流が停止する。
【0056】
パルス禁止指令回路(例えば、AND回路)AD2は、最終ベース電流通電時間設定信号Tr が出力されると、即ち、最終ベース電流通電時間設定信号Tr を入力とするNOT回路が接続された一方の入力端子の入力信号が零となり、パルス禁止指令信号Ad2がパルス通電を禁止する。したがって、パルス禁止指令回路AD2の他方の入力信号のパルス周波数・幅信号Tp が、ピーク・ベース電流値切換回路SW1に供給されないので、ピーク・ベース電流値切換回路SW1は、ベース電流値設定信号Ibsを継続して通電することによって、ベース電流を持続させる。最終ベース電流通電時間設定信号Tr が出力されて、ベース電流を持続している間に、ワイヤ先端の状態を均一かつ中粒又は小粒に制御することができる。
【0058】
通電・ベース停止指令回路(例えば、フリップフロップ回路)FF2は、セット端子Sに溶接開始信号Ts が入力されたときに、出力端子Qに通電・ベース停止指令信号Ff2を出力する。また、最終ベース電流通電時間設定信号Tr の立ち下りを通電停止指令信号としてリセット端子Rに入力し、出力端子Qに通電・ベース停止指令信号Ff2を出力する。
【0059】
この通電・ベース停止指令信号Ff2が、溶接電流通電・停止回路NT1に出力されている間は、定常のパルス電流とベース電流との溶接電流が通電する。最終ベース電流は、次回の瞬時アークスタートに最適な状態にするために予め設定した時間だけ継続して、通電・ベース停止指令信号Ff2が停止すると、最終ベース電流も停止して溶接を終了する。
【0060】
【実施例】
図5は、図4に示す本発明の溶接装置の各動作信号と経過時間tとの関係を示す図である。
同図(A)乃至同図(D)は、図2の従来技術の溶接装置の各動作信号と経過時間tとの関係を示す図と同じであるので、説明を省略する。
【0062】
同図(E)は、従来技術の溶接装置と同じ「パルス周波数・幅信号Tp 」 を示す。
同図(F)は、パルス周波数・幅信号Tp と最終パルス出力指令信号Mm1とが同時に入力されたときに、最終の溶滴が離脱した時点を判別して出力する「最終溶滴離脱判別信号Ad1」を示す。
この信号は、前述したように、最終溶滴の離脱直後のワイヤ先端は、溶融金属が最も少なく、ワイヤ先端の溶融金属量又は溶融球の大きさを制御する基点となる信号である。
【0063】
同図(G)は、最終溶滴離脱判別信号Ad1の立ち下りの時点から動作を開始して出力し、予め設定した時間に達すると出力を停止する「最終ベース電流通電時間設定信号Tr 」を示す。
この信号は、前述したように、次回の瞬時アークスタートに最適な状態にするために予め設定した時間継続する信号である。
【0064】
同図(H)は、最終ベース電流通電時間設定信号Tr が出力していない間は、パルス周波数・幅信号Tp を出力し、最終ベース電流通電時間設定信号Tr が出力されたときに、パルス周波数・幅信号Tp を停止させる「パルス禁止指令信号Ad2」を示す。
同図(I)は、パルス周波数・幅信号Tp がピーク・ベース電流値切換回路SW1に入力されている間、その信号に同期してピーク電流値設定信号Ipsとベース電流値設定信号Ibsとを切り換え、最終ベース電流通電時間設定信号Tr が入力されたとき、ベース電流値設定信号Ibsに切り換える「ピーク・ベース電流値切換信号Sw1」を示す。
同図(J)は、溶接開始信号Ts が通電・ベース停止指令回路FF2のセット端子Sに入力されたときに通電・ベース停止指令信号Ff2を出力し、最終ベース電流通電時間設定信号Tr が出力されてリセット端子に入力されたときに停止する「通電・ベース停止指令信号Ff2」を示す。
この通電・ベース停止指令信号Ff2が、溶接電流通電・停止回路NT1に出力されている間は、パルス電流及びベース電流を繰り返して通電した後、最終ベース電流を通電し、この通電・ベース停止指令信号Ff2が停止したときに、最終ベース電流を停止する。
【0066】
同図(K)は、最終ベース電流通電時間設定信号Tr が出力されていない間は、パルス周波数・幅信号Tp が最終溶滴離脱判別回路AD1を通じてピーク・ベース電流値切換回路SW1に供給されて、パルス周波数・幅信号Tp に同期して、パルス電流及びベース電流を繰り返して通電した後、最終ベース電流を通電し、溶接電流通電・停止回路NT1に供給されている通電・ベース停止指令信号Ff2が停止したときに、最終ベース電流を停止する「溶接電流」を示す。
【0068】
上述したとおり、最終パルス電流の通電を判別することによって、最終の溶滴が離脱した直後の溶融金属の少ないワイヤ先端の状態をワイヤ先端の溶融金属量又は溶融球の大きさの制御の基点にしている。
【0070】
図6は、最終ベース電流通電時間設定信号Tr の出力時間を短く設定した場合に、ピーク・ベース電流の波形の時間的経過とベース電流通電停止時のワイヤ先端の溶融球の大きさとの関係を説明する図である。
同図(A)に示すように、最終ベース電流通電時間設定信号Trの出力時間を短く設定して最終パルス電流通電後のベース電流通電時間を短くした場合に、同図(B)に示すように、ベース電流通電停止時のワイヤ先端の溶融金属量は少ないので、パルスミグ溶接における瞬時アークスタート性能を向上させることができる。
一般に、溶融球の離脱は、パルス電流の立ち下り時又はその直後の短い期間内に発生するために、最終ベース電流通電時間設定信号Tr の下限の設定値は、最終溶融球が離脱できる時間となる。
【0072】
図7は、最終ベース電流通電時間設定信号Tr の出力時間を長く設定した場合に、ピーク・ベース電流の波形の時間的経過とベース電流通電停止時のワイヤ先端の溶融球の大きさとの関係を示す図である。
同図(A)に示すように、最終ベース電流通電時間設定信号Tr の出力時間を長く設定して最終パルス電流通電後のベース電流通電時間を長くした場合に、同図(B)に示すように、ベース電流通電停止時のワイヤ先端の溶融球の大きさは、均一な中位の直径(溶融球の直径がワイヤの直径の約1. 1倍乃至1. 4倍、特に1. 25倍)になる。したがって、スラグが溶融球の真下表面に集中して凝固しなくなるので、パルスマグ溶接における瞬時アークスタート性能を向上させることができる。
【0100】
【本発明の効果】
図8は、直径1. 2[mm]のワイヤを使用し軟鋼のマグ溶接をしたときに、ワイヤ先端の溶融球の直径の分布を示す図である。同図において、黒の四角印を結ぶ曲線は、従来技術の溶接終了方法での溶融球の直径の分布を示しバラツキが大きい。それに対して、白丸印を結ぶ曲線は、本発明の溶接終了方法での溶融球の直径の分布であり、約1. 5[mm]であって均一である。
【0102】
図9は、直径1. 2[mm]のワイヤを使用し軟鋼のマグ溶接をしたときに、瞬時アークスタートの成功率を示す図である。同図において、従来技術の溶接終了方法での瞬時アークスタートの成功率は、81%である。それに対して、本発明の溶接終了方法での瞬時アークスタートの成功率は、96%であって、従来技術の溶接終了方法と比較して本発明の溶接終了方法及び装置では、スティック及びバーンバックを防止するだけでなく、ワイヤ先端の溶融金属量又は溶融球の直径を制御することによって、瞬時アークスタートの成功率を大幅に向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】図1は、パルス電流を通電して溶接し、溶接終了時の溶接電流を制御するパルスアーク溶接装置のブロック図である。
【図2】図2は、図1に示す従来の溶接装置の各動作信号と経過時間tとの関係を示す図である。
【図3】図3は、定常パルス電流の波形と、その波形に対応するワイヤ先端の溶融球の大きさと、通電時点が異なる最終パルス電流通電後のワイヤ先端の溶融球の大きさとの関係を説明する図である。
【図4】図4は、本発明のパルスアーク溶接終了方法を実施する溶接装置の実施例のブロック図である。
【図5】図5は、図4に示す本発明の溶接装置の各動作信号と経過時間tとの関係を示す図である。
【図6】図6は、最終ベース電流通電時間設定信号Tr の出力時間を短く設定した場合に、ピーク・ベース電流の波形の時間的経過とベース電流通電停止時のワイヤ先端の溶融球の大きさとの関係を説明する図である。
【図7】図7は、最終ベース電流通電時間設定信号Tr の出力時間を長く設定した場合に、ピーク・ベース電流の波形の時間的経過とベース電流通電停止時のワイヤ先端の溶融球の大きさとの関係を示す図である。
【図8】図8は、直径1. 2[mm]のワイヤを使用し軟鋼のマグ溶接をしたときに、ワイヤ先端の溶融球の直径の分布を示す図である。
【図9】図9は、直径1. 2[mm]のワイヤを使用し軟鋼のマグ溶接をしたときに、瞬時アークスタートの成功率を示す図である。
【符号の説明】
AC…商用電源
AD1…最終溶滴離脱判別回路
AD2…パルス禁止指令回路
CM1…設定・検出電流比較回路
CM2…設定・検出電圧比較回路
CM3…電機子電圧比較回路
DV…溶接電流制御回路
FF1…通電・パルス停止指令回路
FF2…通電・ベース停止指令回路
IBS…ベース電流値設定回路
ID…溶接電流検出回路
IPS…ピーク電流値設定回路
MM1…最終パルス出力指令回路
NT1…溶接電流通電・停止回路
NT2…ワイヤ送給・停止回路
OR…定常・最終パルス通電指令回路
PS…パルス溶接電源
SW1…ピーク・ベース電流値切換回路
TP…パルス幅設定回路
TR…最終ベース電流通電時間設定回路
TS…溶接開始・終了指令回路
VD…溶接電圧検出回路
VF…電圧・周波数変換回路
VS…溶接電圧設定回路
WC…ワイヤ送給速度制御回路
WM…ワイヤ送給モータ
WS…ワイヤ送給速度設定回路
Ad1…最終溶滴離脱判別信号
Ad2…パルス禁止指令信号
Cm1…設定・検出電流比較信号
Cm2…設定・検出電圧比較信号
Cm3…モータ停止信号
Dv …溶接電流制御信号
Ff1…通電・パルス停止指令信号
Ff2…通電・ベース停止指令信号
Ibs…ベース電流値設定信号
Id …溶接電流検出信号
Ips…ピーク電流値設定信号
Mm1…最終パルス出力指令信号
Or …定常・最終パルス通電指令信号
Sw1…ピーク・ベース電流値切換信号
t…経過時間
Tf …溶接終了信号
Tp …パルス周波数・幅信号
Tr …最終ベース電流通電時間設定信号
Ts …溶接開始信号
Vd …溶接電圧検出信号
Vf …周波数制御信号
Vs …溶接電圧設定信号
Wc …ワイヤ送給速度制御信号
Wd…電機子検出電圧
We…電機子基準電圧
Ws …ワイヤ送給速度設定信号
Claims (3)
- 消耗電極にパルス電流とベース電流とを繰り返し通電して溶接するパルスアーク溶接終了方法において、最終パルス電流の通電を判別することによって、最終の溶滴が離脱した直後のワイヤ先端の状態をワイヤ先端の溶融金属量又は溶融球の大きさの制御の基点にして、ワイヤ先端の溶融金属量又は溶融球の大きさを次回の瞬時アークスタートに最適な状態にする時間だけ、ベース電流を通電した後に溶接を終了するパルスアーク溶接終了方法。
- 消耗電極にパルス電流とベース電流とを繰り返し通電して溶接するパルスアーク溶接装置において、パルス電流の周波数及びパルス幅を定めるパルス周波数・幅信号T p を入力し、ワイヤ送給モータが略停止したときに、最終溶滴離脱判別信号A d1 を出力する最終溶滴離脱判別回路AD1と、
ワイヤ先端の溶融球の直径を次回の瞬時アークスタートに最適な状態にする時間を予め設定して、最終溶滴離脱判別信号A d1 が入力されたときに動作を開始して最終ベース電流通電時間設定信号T r を出力し、予め設定した時間に達したときに停止する最終ベース電流通電時間設定回路TRと、
溶接開始後に定常のパルス電流と最終ベース電流との溶接電流を通電し、最終ベース電流通電時間設定信号T r が出力されたとき、最終ベース電流の通電を開始して、最終ベース電流通電時間設定信号T r が停止すると最終ベース電流の通電も停止して、溶接を終了するパルス溶接電源とから成るパルスアーク溶接装置。 - 消耗電極にパルス電流とベース電流とを繰り返し通電して溶接するパルスアーク溶接装置において、パルス電流の周波数及びパルス幅を定めるパルス周波数・幅信号T p を入力し、ワイヤ送給モータの電機子検出電圧Wdが予め設定した電機子基準電圧Weよりも低くなったときに、最終溶滴離脱判別信号A d1 を出力する最終溶滴離脱判別回路AD1と、
ワイヤ先端の溶融球の直径を次回の瞬時アークスタートに最適な状態にする時間を予め設定して、最終溶滴離脱判別信号A d1 が入力されたときに動作を開始して最終ベース電流通電時間設定信号T r を出力し、予め設定した時間に達したときに停止する最終ベース電流通電時間設定回路TRと、
溶接開始後に定常のパルス電流と最終ベース電流との溶接電流を通電し、最終ベース電流通電時間設定信号T r が出力されたとき、最終ベース電流の通電を開始して、最終ベース電流通電時間設定信号T r が停止すると最終ベース電流の通電も停止して、溶接を終了するパルス溶接電源とから成るパルスアーク溶接装置。
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