JPS6178566A - 短絡移行ア−ク溶接方法及びその装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は、短絡移ぜ〒アーク溶接の改良に係り、特に短
絡区間時に＊荷に供給される出力電流を所定の波形に制
御することによりアークを一層安定的に発生させて効率
の良い短絡移りテアーク溶接を連続して行うようにした
方法及びその方法を実施するための装置に関する。

従来の技術 短絡移行アーク溶接方法は、消耗電極を定速度で送給し
ながら、消耗電極の母材への短絡と、引き乱しを交互に
行ってアークを発生さセ゛ｒ　’ｔ？ｊ　ｔ？を行うも
のである。

これを行うにあたっての問題点は、スバフタの発生を抑
止する（短絡の発生時とアークの発生時において特に著
しい）こと、及び溶接中°１−りを常に安定して発生さ
せることが強く望まれる。

そこで、従来はこのような要請に応えるために直流リア
クトルの遅延特性を利用して短絡電流を制御しているが
、このような方法では、ｆＪ接条件が変わる度に必要な
時定数を有するり７クトルを選定することが難点である
うえに、電流の変化時に要求される時定数も非常に大き
いものになるという欠点があり、このため必要なインダ
クタンスは数１００μＨにも達して、設計、製作が困難
となって製造コストも高価になるという問題があった。

また、短絡時の電流は数１０ＯＡと大きな値となるため
に大きいインダクタンスを要し、非常に大形のりアクド
ルが必要となる。このため、従来では鉄心を用いて大き
いインダクタンスを得ているが、このような場合には鉄
心の飽和の問題も無視できず、種々の問題があった。

そこで、近年に至っては直流リアクトルの有する蒸上の
問題点を解決すぺ（、出力フィードバック回路中に位相
遅れ要素を挿入して、負荷の変化に対して出力変化に位
相遅れをもたせて実質上、直流リアクトルの効果を発生
させるようにしたものが種々１１本されている。

例えば、特開昭５８−１１２６５９号に提案されたもの
は、その改良されたものである。

このものは、直ｉｔ源の出力制御にスイッチング素子に
よるスイッチング制御方式を使用し、かつ出力制御回路
を負荷の変動に対して位相遅れをもたせる回路を備え、
この位相遅れ量を出力の増加時と誠少時とでそれぞれ独
立してｉＩ！整可能な回路構成としたことを特許とする
もので、従来のように大形の直流リアクトルを用いるこ
となく、常に溶接に最適な出力上昇速度と下降速度とを
容易に得ることができる利点があり、溶接の安定性が飛
曜的に向上し、かつビード形状の制？１が可能に行える
というものである。

発明が解決しようとする問題点 本発明は、位相遅れ要素を用いた短絡移行アーク溶接方
法を更に改良したもので、従来の方法よりも効率が良く
、しかもアークの安定性の改善された短絡移行アーク溶
接方法を提供することを解決すべき問題点としたもので
あり、特に従来の方法においては認識されることのなか
った出力１ｉ流の波形の制御、つまり短絡時に負荷に供
給される゛　出力電流を特定の波形に制御することによ
って溶滴移行を短時間で確実に行うと同時に、アーク発
生時の電流値を抑制し、溶滴移行のための発熱を助長す
ることにより上記した問題点を解決するものである。

問題点を解決するための手段 上記の問題点を解決するために、本発明者らは短絡移行
アーク溶接法を実施するにあたって種々の検討を重ねた
結果、短絡時の出方電流の波形を特許請求の範囲に記載
したように設定する二とにより、溶滴移行を短時間で確
実に行うと同時に、アーク発生時の′４流値を抑制して
ｉ３滴移行のための発心をＩＩＪＩ！してアークを安定
して発生させることができた。

そして、これらの結果、アークを一層安定的に発生させ
ることが可能になり、溶接効率を飛躍的に向上させると
同時にスバンタの発生の少ない溶接を連続して行うこと
ができたという事実を知得して本発明に到達したもので
ある。

すなわち、本発明方法によって提供される方法は、消耗
電極を定速度で送給しながら、短絡とアークの発生を交
互に行う短絡移行アーク溶接方法において、アーク発生
時には閉ループによる定電圧制御を行い、かつ短絡時に
は閉ループによる電ヨ制御に切り換えて、その短絡区間
時において負荷に供給される出力電流Ｉよの波形を、ｌ
ｚ　　”Ｉａ＋Ｉｓ＋ｌｔ　　（ここに、１２は短絡直
前の７−りｉｔ流、Ｉｓは予め設定された立上り分、Ｉ
ｔは時間経過に連れて略直線状に増大する変化分である
：に制御することを要旨としており、また本発明方法を
実施するために提供される装！は、スイ、千／り制御回
路を駆動して負荷に供給される出力電圧、電流を閉ルー
プ制御するよろにした定電圧制御回路と電流制御１３回
路とを組合わせて構成されたアーク溶接装置であって、
侍に上記定電圧制御回路は、アーク発生時の負荷電圧を
検出する電圧検出器からのアーク検出信号を受けて駆動
され、該電圧検出器からの出力信号を受けて上記スイッ
チング制御回路に予め設定されたｔｌＩＩ御値に応じた
ドライブ信号を出力する電圧Ｖ＠御回路を備えて成り、
かつ上記ｉｔ流′ＪＩ４御回路は、上記電圧検出器から
の短絡検出信号を受けて駆動され、負荷電流を検出する
１ｔ？！検出器からの出力信号を受けて上記スイチング
＠ｉＢ回路に予め設定された制御値に応したドライブ信
号を出力する電流制御回路を備えて成り、このｉｉ　ｆ
Ｌｆ＃Ｉ　ｉ１１回路は１、−１ａ＋ｌ５４−Ｉ　Ｌ　
　［ここに、１ａは短絡直前のアーク電流、＋３は予め
設定された立上り分、＋１は時間経過に連れて略直線状
に増大する変化分である］で規定された所定の波形を有
した出力電流Ｉ！をその短絡区間時に負荷に供給するよ
うに構成されていることを要旨とするものである。

発明の作用及び効果 本１発明方法によれば、アーク発生時には定電圧制御を
実施し、短絡発生時には電流１１御に自動的に切り携え
られて、短絡移行アーク溶接が連続して１〒われ、特に
短絡区間時においては、負荷に供給される出ノＪ電流Ｉ
２が Ｉｔ−１ａ＋ｌｓ＋Ｉｔ　　（ここに、Ｉａは短絡直前
の７−り電流、Ｉｓは予め設定された立上り分、ｌｔ＋
よ時間経過に連れて略直線状に増大する変化分である）
で規定される特定の波形に制御される。

乙たかって、毛圧峡出器により短ｔ；）か検出されたｉ
ｌ＋′、−：よ、ｋｑ　４＆直１１；１のアーク心ｊＡ
ｌａを４準とした値に１・、め１：を定された所定の立
上り分Ｉｓを加算した電流がＩｔ荷に瞬時に供給される
ことになり、さふに′Ｘり格が進ｉｉするに連れてこの
電流には、時間経過に連れて略直腺的に増大する＋１で
規定される変化分が補足される。

このため、負荷は接触抵抗の大きい時期に大きな電流で
ｔ＋速にＪＪＩ＋惟されて素早く溶滴となり、しかもこ
の溶滴のＩＪＩｌ心温度の１昇とともに負荷の接触抵抗
が増大すると所定の変化分１（で電流が増大して補足さ
れることになるので、消耗電極は短時間の内に小さい溶
滴となって分断される。

その結果、きめの細かいビードが得られ、効率の良い連
続した溶接作業が可能となる。

また、電流制御回路に短絡ｔ′ｄＬＥ限設定回路を設け
た場合には、短絡時に負荷に供給される出力電流が常に
監視されているので、制御時に出力電流が無限に増大す
ることが未然に防止でき、信頼性の高い安定したｆＩＩ
制御の短絡移行アーク溶接が連袂して実施できる利点も
ある。

発明の実施例 以下に、添付図を参照しつつ本発明方法をその装置の構
成とともに詳細に説明する。

第１図に、本発明装置の構成をブロンク線図をもって示
す。

本発明装置は、図に見るように、スイッチフグ制御［！
回路ＩＯを駆動して負荷に供給される出力電圧、電流を
閉ループ■制御するようにした定電圧制御■回路と、電
流制御回路とを組合わせご構成されており、アーク発生
時には定電圧制ｔｅｌを行い、かつ短絡時にはｔ流制御
を行なって短絡（多行アーク溶接を１！！続して行うも
のである。

図において、１は不図示の制御系によって所定速度で送
給される消耗１掻（溶接ワイヤ）、２は破溶接部材であ
る母材、３はアーク発生時に生しる？８接アークを示し
、４はｔ流検出器、５は電圧検出器、６は定電圧制御モ
ード時に駆動される電圧制御回路、７は電流制御モード
時に駆動される電流制御回路、８は平滑回路、９は！ｌ
流回路、１０は負荷に対して必要な電圧、電流を供給す
るために設けたスイッチング制御回路、１１は電圧検出
器５からのアーク検出信号、短絡積出信号により定電圧
制御ｎと電１１ｇ＋御を交互に切り換えるスイッチング
手段である。

ここに、電圧制御回路６は電圧検出器５がアークの発生
を検知した時に駆動され、発生したアーク３を安定的に
維持して消耗を掻１を加熱溶融させるためにスイッチン
グ制御回路ｌＯを閉ループ制御して、アーク発生区間（
７２〜ＴｌＪ時には第２図（ａ）で示されるような一定
の出力電圧Ｖを負荷に安定的に供給する。

また、電流制御回路７は、電圧検出器５が短絡を検知し
た時に駆動され、短絡区間（Ｔｌ−７２）時に負荷に対
して、第２図（ｂ）に示したような出力電流■２を供給
するものであり、この電流制御回路７によって負荷に供
給される短絡区間時の出力電流１□は、短絡直前のアー
ク電流＋ａを基準にしてＩｓを立上り分として急峻に立
ち上がったもので、Ｉｓ分だけ立上がった後は短絡状態
が進行するに連れて１（分だけ時間経過に連れて略直線
状に増大する特異な波形を有する。

つまり、短絡区間時に負荷に供給される１ｔｉ＋□は、
！、＝Ｉａ＋Ｉｓ＋Ｉｔとし’ｒ表される。

〔ここに、Ｉａは短絡直前のアークｔよ、！Ｓは予め設
定された立上がり分、Ｉｔは時間経過に連れて略直線状
に増大する変化分である。〕第３図は、第１図のプロ７
り線図を更に詳細にした構成図であり、スイッチング制
御回路１０はパワートランジスタなどによって具体化さ
れた出力、Ｉ！整素子１０１をドライバ＋０２で駆動す
る構成とｔＣシ、このトライバ＋０２はパルス幅側？１
回ｉＶ３１０３によってドライブパルスのパルス幅が調
節可能になっている。

また、スイッチング手段１１としては、パルス幅制御回
路＋０３の後段に設番ノたスイッチング回路１１が採用
されており、このスイッチング回路１１は、上記した電
圧検出器５からアーク検出信号を受けると制御モードを
定電圧制御に選択するとともに、電圧検出器５から′＠
絡検出信号を受けると制御モードを直ちに＠、流制御に
切り換える。

このスイッチング回路１１の後段には、電圧制御回路６
と、’Ｕｊ、　／７ｉＬ潅制御回路７とが接続されてお
り、電圧制御回路６は、実施例では誤差増幅器６１、電
圧設定器６２を含んで構成されており、誤差増幅器６１
では、電圧検出ｒＳ５からの出力信号（負荷への供給電
圧）と電圧設定器６２からの出力信号が比較されて、両
者の誤差出力がスイッチノブ回路１１を介してパルス幅
制御回路１０３に送られている。

ここに、電圧設定器６２は定電圧制御七　ト時における
制御値を規定するものである。

一方、電流制御回路７は、実施例では、スイッチング回
路７１と２つの誤差増幅器７２．７３及びコンパレータ
７４．更にＩ／Ｖコンバータ７５、短絡電流設定器７６
、短絡電流上限設定器７７を組合わせて構成されており
、スイッチング回路７Ｉは、コンパレータ７４の反転出
力信号により、誤差増幅器７２と７３との選択切り換え
を可能にしており、コンパレータ７４から反転出力信号
が出力されると、誤差増幅器７２から７３に切り換え接
続される。

ここに、誤差増幅器７２は短絡電流膜定器７６を基準と
して、Ｉ／Ｖコンバータ７５の出力との比較をなし、両
者の出力誤差を増幅しており、その誤差出力がスイッチ
ング回路７１及び１１を介してパルス幅制御回路１０３
に送られて、負荷には第２図（ｂ）に示した波形の出力
電流■２が供給される。つまり、短絡区間時に負荷に供
給される出力電流は、短絡電流設定器７６により規定さ
れ、第２図の（ｂｌに示した特異な波形を有した短絡電
流１．となる。

このような制御を可能にする短絡電流設定器７６の更に
詳細な構成を第４図に示す。

こごに　サンプルホールド回路７６２は、Ｉ／Ｖコンバ
ータ７５を介して送られて来る出力電流１ａに対応した
電圧信号をサンプリングし、上記した電圧検出器５から
短絡検出信号を受けろたびに、そのサンプリングした信
号をホールドして出力するものであり、また立上り置設
定器７６３は、例えばｆｄ制御に必要な立上り分Ｉｓを
任意に規定するために溶接条件に応して定めたレベルの
電圧信号を出力し、他方の積分回路７６１は出力電流が
１５分だけ立上がった後に、Ｉｔの変化分、つまり積分
回路の時定数により定まる略直線状に上昇する勾配値ｔ
ａｎδを規定する。

したがって、この実施例では、誤差増幅器７２は、１／
Ｖコンバータ７５の出力信号と、サンプルホールド回路
７６２、立上り看設定器７６３、積分回路７６１の出力
が加算された加算信号を人力し、これらの誤差信号がス
イッチング回路７２に供給されて、短絡区間時に負荷に
供給される電流１□が第２図（ｂ）に示したような波形
に制御されている。

一方、コンパレータ７４では、ｌ／Ｖコンバータ７５の
出力レベルと短絡電流上限設定器７７の出力レベルを比
較しており、Ｉ／Ｖコンバータ７５の出力レベルが短絡
電流上限設定器７７の出力レベルを越えた時には、反転
出力信号をスイッチング回路７１に送って誤差増幅器７
２から誤差増幅器７３に切り換えて、その誤差信号を出
力する。

この結果、コンパレータ７５が反転出力信号を出すとス
イッチング回路】ｌを介してパルス幅制御回路＋０３に
送られる信号は、短絡電流上限設定器７６によって設定
されたものになり、短絡電流ｌ□が無限に増大するのが
未然に防止されることになる。ここで、短絡電流上限設
定器７６によって設定される設定値は、通常はスパッタ
を生しさせないように規定されているので、この上限設
定器７６により短絡時のスパツクの発生が有効に抑：１
ノ１さ札ることになる。

次に、第３図に示したブロック線図と、第２図；こ示！
−だ波形図を参明して回路の動作を本発明方／ｈととも
に説明する。

アーク溶接のスタート時には、アークの発生を容易にす
るために適当な前置制御がなされ、消耗電極ｌが定速度
で送給されてアーク３が強制的に発生される。

アーク３が発生すると、電圧検出器５からスイッチツク
回路１１にアーク噴出信号が送られ、電圧制御回路７が
パルス幅制御回路１０３に接続されろ、この結果、制御
は定電圧制御モードとなり、電圧設定！Ｓ７２によって
予め設定された出力電圧が負荷に供給されることになる
。

この時負荷に供給される出力電圧■は、第２図（ａ）に
示した通りである。

しかるに、消耗電極１の送給が更に続けて行われて、消
耗電極ｌと母材２との間隙距離が次第に減少して、アー
クから短絡に至る。

すると、電圧検出器５は、直ちにその状態を検出し、短
絡検出信号を出力する。

すなわら、この状態では、出力電圧が数十ポルトから零
ポルト付近に急変する（したがって、二の状態を電圧検
出器５により検出するには、電圧検出器５を例えば、比
較器で基′＄電圧と比較できるように構成すればよい）
。

第１図に示した実施例では、この時の検出信号でスイッ
チング回路＋１を駆動１．て、電圧制御回路を直ちにａ
断して電流制御回路をパルス幅設定回路１０３に接続す
る構成にしてあり、同時に短絡電流設定器７６にも駆動
信号を送ってこの短絡電流設定器７６によって設定され
た電流のフィードバック制御が可能になるようになって
いる。

しかして、電圧検出器５が、短絡検出信号を出力すると
、スイッチング回路１１は１！流ｇｌ　＋３１モードに
切り換わり、積分回路７６１が駆動され、かつサンプル
ホールド回路７６２がサンプリングした信号をホールト
する。この結果、誤差増幅器７２には、積分回路７６１
．＋ンプルホールド回路７６２、立上り置設定器７６３
の各々から出力されたＩＪＩＩ　３７信号が電流制御モ
ードの基準信号として誤差増幅器７２に人力され、ｌ／
Ｖコンバータ７５を介して電流検出器４より送られて来
る出力電流ｌａ（短絡直前のアーク発生時）と比較され
て、上記した加算信号によって規定された上述したよう
な特異な波形をした出力ｉｔ流Ｉ、が負荷に供給される
ことになる。

これらの制御の結果、アーク発生時には、装置は定電圧
ｔ１１１御モードとなり、かつ短絡発生時にはｔ流制御
モードとなって、第２図（ｂ）で示した特異な波形の出
力電流１８が負荷に供給されて、短絡移行アーク溶接が
連続して行われることになる。

そして、本発明では、短絡時に負荷に供給される出力電
流１．は、短絡直前にはサンプルホールド回路７６６か
らの出力信号１ａに立上り置設定器７６３からの出力信
号Ｉｓ分だけ立ち上がった電流値となり、さらに短絡が
進行するにつれて積分回路７６１からの出力信号ＩＦ（
略直線状に増大する）が補足されるので、アーク熱によ
って加熱された消耗電極ｌは橿めて短い時間に小さい溶
滴となって分断されて、効率の良いアーク溶接が可能に
なる訳である。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明装置の概略構成を示すブロック線図、
第２図は本発明方法によって制御される出力電圧、出力
電流の波形図、第３図は第１図に示した装置を更に詳細
に示すブロック線図、第４図は短絡ｉｔ設定器の詳細構
成を示すブロック線図である。 （符号の説明） 図において、１は消耗電極、２は母材、３は溶接時に発
生するアーク、４は電流検出器、５は電圧検出器、１０
はスイッチング制御回路である。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）消耗電極を定速度で送給しながら、短絡とアーク
   の発生を交互に行う短絡移行アーク溶接方法において、 アーク発生時には閉ループによる定電圧制御を行い、か
   つ短絡時には閉ループによる電流制御に切り換えて、そ
   の短絡区間時に負荷に供給される出力電流Ｉ＿２を Ｉ＿２＝Ｉａ＋Ｉｓ＋Ｉｔ〔ここに、Ｉａは短絡直前の
   アーク電流、Ｉｓは予め設定された立上り分、Ｉｔは時
   間経過に連れて略直線状に増大する変化分である〕に制
   御することを特徴とする短絡移行アーク溶接方法。
2. （２）スイッチング制御回路を駆動して負荷に供給され
   る出力電圧、電流を閉ループ制御するようにした定電圧
   制御回路と電流制御回路とを組合わせて構成されたアー
   ク溶接装置であって、 上記定電圧制御回路は、アーク発生時の負荷電圧を検出
   する電圧検出器からのアーク検出信号を受けて駆動され
   、該電圧検出器からの出力信号を受けて上記スイッチン
   グ制御回路に予め設定された制御値に応じたドライブ信
   号を出力する電圧制御回路を備えて成り、 かつ上記電流制御回路は、上記電圧検出器からの短絡検
   出信号を受けて駆動され、負荷電流を検出する電流検出
   器からの出力信号を受けて上記スイチング制御回路に予
   め設定された制御値に応したドライブ信号を出力する電
   流制御回路を備えて成り、この電流制御回路は Ｉ＿２＝Ｉａ＋Ｉｓ＋Ｉｔ〔ここに、Ｉａは短絡直前の
   アーク電流、Ｉｓは予め設定された立上り分、Ｉｔは時
   間経過に連れて略直線状に増大する変化分である〕で規
   定された波形を有した出力電流Ｉ＿２をその短絡区間時
   に負荷に供給するように構成されていることを特徴とす
   る短絡移行アーク溶接装置。
3. （３）上記電流制御回路が負荷に供給する出力電流の上
   限値を予め設定された値に制限する短絡電流上限設定器
   を備えたものである特許請求の範囲第２項記載のアーク
   溶接装置。