JPH0641026B2 - 溶接電源の出力制御方法 - Google Patents

溶接電源の出力制御方法

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JPH0641026B2
JPH0641026B2 JP58217287A JP21728783A JPH0641026B2 JP H0641026 B2 JPH0641026 B2 JP H0641026B2 JP 58217287 A JP58217287 A JP 58217287A JP 21728783 A JP21728783 A JP 21728783A JP H0641026 B2 JPH0641026 B2 JP H0641026B2
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徳治 丸山
敬 斉藤
正晴 佐藤
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Kobe Steel Ltd
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    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23KSOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K9/00Arc welding or cutting
    • B23K9/06Arrangements or circuits for starting the arc, e.g. by generating ignition voltage, or for stabilising the arc

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Description

【発明の詳細な説明】 技術分野 本発明は短絡とアーク発生とを繰り返す消耗電極式アー
ク溶接法における溶接電源の出力制御方法に関する。
従来技術 短絡とアーク発生とを繰り返す消耗電極式アーク溶接法
において、従来多く用いられている定電圧特性を有する
直流電源の溶接電流出力波形は第1図に示す様になって
いる。
即ち、従来の定電圧直流電源においては、消耗電極(以
下、溶接ワイヤという)先端に形成された溶滴が溶融池
と接触し短絡した瞬間から、溶接電流はその電路のイン
ダクタンスや抵抗による固有の時定数によって定まる増
加率でアークが再発生するまで増加し続ける。また、ア
ーク再発生後は時定数によって定まる減少率で再び短絡
するまで溶接電流は減少する。
ところで、スパッタが発生するのは、溶滴が溶接ワイヤ
先端で大きく成長し、溶融池と短絡しようとする瞬間
や、その溶滴が電磁滴ピンチ力によって溶接ワイヤ先端
から切断分離される瞬間に多く観察されることが報告さ
れている。
特に後者の場合、従来の定電圧直流電源においては第1
図に見られるようにアーク再発生の瞬間に溶接電流が最
大となり、この時のエネルギーが溶接ワイヤ先端の溶滴
の一部を吹き飛ばしてスパッタを発生させているようで
ある。
この様に従来の定電圧直流電源ではスパッタの発生量が
多く、溶着効率の低下や溶接鋼板に飛散付着したスパッ
タの除去作業を必要とするなどの溶接作業の能率低下を
招くとともに、スパッタが溶接トーチシールドノズル内
部に付着堆積し、その結果、シールドガスの流れを阻害
し、溶着金属中に大気中の窒素が混入して溶接部の機械
的性能の劣化を引き起こしたり、或いはそれを防止しよ
うとノズル内のスパッタを除去するために度々溶接中断
を余儀なくされるなどの問題がある。
上述のスパッタ発生原因に鑑みてスパッタの発生量を減
少させるべく、第2図に示すような溶接電流出力制御が
試みられている。即ち、溶滴の溶融池への以降の瞬間
(アーク再発生直前)に溶接電流を短絡ピーク電流ISP
からアーク再発生電流IRAに下げ(図中時点)、溶滴
の移行完了時のエネルギをアーク再発生に要する最低限
としてスパッタの発生を抑制しようとするものである。
この制御方法は、従来の定電圧直流電源と比較してスパ
ッタを減少させることについてはある程度の効果はあっ
た。しかし、電流を供給する溶接電源から溶接個所まで
の電流経路である溶接ケーブルの状態によって、スパッ
タの減少率あるいは溶接そのものまでが不安定であっ
た。即ち、短絡ピーク電流ISPを出力して溶接終了の前
兆である溶滴のくびれを電圧の変化分ΔVとして検知
し、その信号に応答して溶接電流を減少させるのである
が、溶接ケーブルの状態によってその内部インダクタン
スが変動し、従って、電流減少率を変動する。イッダク
タンスが大きくて電流減少率が小さければ、電流は緩や
かに下降するためアーク再発生電流IRAは比較的高レベ
ルとなり、第1図の様な特性の電源を用いた場合ほどで
はないがスパッタは相当量発生する。逆にインダクタン
スが小さくて電流減少率が大きければ、電流は急激に下
降し、アーク再発生電流IRAは極端に定レベルとなって
溶滴のくびれが進行せず、溶接ワイヤの未溶融部分まで
が溶融池に入り込み、アーク再発生に至らなかったりす
る。特に、溶接電源より溶接部が遠くにあって延長ケー
ブルを使用する場合には、インダクタンスを適正に保つ
ことは不可能である。
目的 本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、その目
的は、溶接ケーブルの内部インダクタンスの影響による
アーク再発生電流の変動を補正して、アーク再発生電流
を適正値に保持することによりスパッタの減少を図った
溶接電源の出力制御方法を提供することである。
概要 短絡とアーク発生とを交互に繰り返す消耗電極式アーク
溶接法において、短絡直後に溶接電流を下げ、その後溶
接電流を短絡ピーク電流に上昇させ、短絡終了(アーク
再発生)の前兆である溶滴のくびれを検知し、その信号
に呼応して溶接電流を下げ、それから、アーク再発生に
至らしめる溶接電源の出力制限方法であって、低レベル
にあるアーク再発生時の電流値IRAによって次期過程の
溶滴くびれを検知する信号レベルを決定する。
実施例 以下、本発明の一実施例を説明する。
本実施例では、溶接ワイヤをノズルを介して所定送給速
度で母材に対して給送する一方、上記ノズルからシール
ドガスを噴射しつつ、溶接ワイヤと母材との間で発生す
るアーク部分を包囲して溶接を行なうとともに、溶接ワ
イヤと母材との間で短絡とアーク発生とを繰り返す消耗
電極式アーク溶接法において、上述の第2図に示す溶接
電流波形を出力するように溶接電源を制御する。
第3図は第2図に示す短絡からアーク発生に移行する際
の溶滴にくびれが生じてからアーク発生に至る過程にお
ける電流電圧波形を拡大して示したものである。
溶滴のくびれを溶接電圧の変化により検知して、溶接電
流をアーク再発生時のスパッタの発生を抑制するのに最
適である電流値に低下させる。溶滴ケーブルによる内部
インダクタンスが適正であるときには、溶滴のくびれに
よる電圧の変化分ΔV0を検出した時刻t2において、溶接
電流を実線aで示すように適正なアーク再発生電流IRA0
まで低下させる。
溶接ケーブルの状態によって内部インダクタンスが変動
し、前述したように、電流減少率も変動する。内部イン
ダクタンスが大で電流減少率が小さければ、電流は破線
bで示すように緩やかに下降し、電流を時刻t2で低下さ
せるとアーク再発生時のレベルは適正値IRA0より高いレ
ベルであるIRA1になる。したがって、アークのエネルギ
ーが大となり、スパッタを発生させる。また、内部イン
ダクタンスが小で電流減少率が大きければ、電流は破線
cで示すように急激に下降し、電流を時刻t2で低下させ
るとアーク再発生時のレベルは適正値IRA0より低レベル
であるIRA2になる。したがって、アーク発生に至らない
場合が生じる。
そこで、本発明では、アーク再発生時の電流IRAを監視
して、破線bの状態、即ち、溶接ケーブルのインダクタ
ンスが大で、電圧の変化分ΔV0を検出したときに電流を
低下させるとアーク再発生時の電流だ適正値IRA0より高
レベルであるIRA1になるときには、溶滴のくびれ時の溶
接電圧の検知レベルをΔV0より低いΔV1にする。そし
て、次の溶滴にくびれが生じてアーク発生に至る過程に
おいて、電圧の変化分ΔV1を検出した時刻t1において溶
接電流を実線dで示すように低下させると、アーク再発
生時の電流は適正な電流値IRA0になる。一方、破線cの
状態、即ち、溶接ケーブルのインダクタンスが小で、電
圧の変化分ΔV0を検出したときに電流を低下させるとシ
ーク再発生時の電流が適正値IRA0より低レベルであるI
RA2になるときには、溶滴のくびれ時の溶接電圧の検知
レベルをΔV0より高いΔV2にする。そして、次の溶滴に
くびれが生じてアーク発生に至る過程において、電圧の
変化分ΔV2を検出した時刻t3において溶接電流を実線e
で示すように低下させると、アーク再発生時の電流は適
正な電流値IRA0になる。
スパッタの発生を抑制し且つ溶接を安定して継続させる
ためのアーク再発生電流IRAとしては、30〜150A
が望ましく、溶滴のくびれを検知してからアーク再発生
に至るまでの時間は100〜500μsecであることを
知見しているところであり、従って、アーク再発生電流
IRAの電流値IRA0、溶滴のくびれの電圧検知レベルΔV0
は以上の点を考慮して適当に定められるものである。
なお、第2図,第3図に示す電流電圧波形は模式的に表
わしたにすぎず、電流と電圧のレベル、及び時間のレベ
ルも割合を示すものではない。
第4図は上述の制御を行なう制御装置の構成を示してお
り、電圧検出器1は溶接トーチ2を介して給送される溶
接ワイヤ3と溶接母材4との間の溶接電圧を検出する。
比較器5では電圧検出器1からの溶接電圧とくびれ検知
レベル設定器6からのくびれ検知レベルとを比較し、溶
接電圧がくびれ検知レベルより高くなると、電流切替回
路7に対して溶接電流をアーク再発生電流まで低下させ
るための信号を出力する。電流切替回路7の出力信号に
より、溶接電源10が制御され溶接電流が制御される。
電流検出器8溶接電流を検出し、最小値記憶器9は溶滴
にくびれが生じ続いて溶滴が破断してアーク発生に至る
過程における溶接電流の最小値すなわちこのときのアー
ク再発生電流を記憶する。
くびれ検知レベル設定器6では、最少値記憶器9からの
アーク再発生電流を表わす信号に応じて、くびれ検知レ
ベルの設定値が変更される。すなわち、最小値記憶器9
の出力信号が大きければ、溶接ケーブルの内部インダク
タンスが大で電流減少率が小であるので、くびれ検知レ
ベルの設定値を低くし、最小値記憶器9の出力信号が小
さければ、内部インダクタンスが小で電流減少率が大で
あるので、くびれ検知レベルの設定値を高くする。この
変更されたくびれ検知レベル設定値は比較器5に与えら
れ、比較器5ではこの変更されたくびれ検知レベル設定
値と溶接電圧とを比較する。この結果、磁界の溶滴にく
びれが生じてからアーク発生に至る過程においては溶接
電圧がこの変更されたくびれ検知レベル設定値になる
と、比較器5は信号を電流切替回路7に供給する。そし
て、溶接電流はアーク再発生時において適正なアーク再
発生電流IRA0になるように減少する。
上述の過程は、溶接が進行している間繰り返される。従
って、溶接ケーブルの状態によって内部インダクタンス
が変動しても、スパッタ発生が少ない安定した溶接が行
なえる。
なお、上記実施例では、溶滴のくびれを溶接電圧の変化
により検知したが、この溶滴のくびれ検知を溶接ワイヤ
と母材間の抵抗の変化など他の方法により行なうことも
でき、それに従って、くびれ検知レベルの設定値の種類
が異なることは言うまでもない。
効果 以上説明したように、本発明においては、低レベルにあ
るアーク再発生時の溶接電流に応じて次期過程の溶滴く
びれを検知する基準値である信号レベルを決定するよう
にしたから、溶接ケーブルによる内部インダクタンスの
変動に対してアーク再発生時の溶接電流と適正値に保持
することができ、スパッタの発生量を少なくして作業性
の良好な溶接を行なうことができる。
【図面の簡単な説明】
第1図は従来の溶接電源の溶接電流出力波形を示す波形
図、第2図は本発明を適用した溶接電源の溶接電流と溶
接電圧の出力波形を示す波形図、第3図は第2図の部分
拡大図、第4図は本発明を適用した溶接電源の制御装置
の一実施例を示すブロック図である。 1……電圧検出器、3……溶接ワイヤ、4……溶接母
材、5……比較器、6……くびれ検知レベル設定器、7
……電流切替回路、8……電流検出器、9……最小値記
憶器、10……溶接電源。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】消耗電極を所定送給速度で母材に対して給
    送する一方、ノズルからシールドガスを噴射しつつ、消
    耗電極と母材との間で発生するアーク部分を包囲して溶
    接を行なうとともに消耗電極と母材との間で短絡とアー
    ク発生とを繰り返す消耗電極式アーク溶接法において、
    短絡直後に溶接電流を下げ、その後、所定の短絡ピーク
    電流に上昇させ、アーク再発生の前兆である溶滴のくび
    れを検知し、その信号に呼応して溶接電流を低レベルの
    値IRAに低下させ、それからアーク再発生に至らしめる
    溶接電源の出力制御方法であって、その低レベルにある
    アーク再発生時の溶接電流値IRAに応じて次期過程の溶
    滴のくびれを検知する基準レベルを決定することを特徴
    とする溶接電源の出力制御方法。
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