JPS62259674A - パルスア−ク溶接方法 - 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、定速度で送給される溶接用ワイヤを消耗性電
極として用いるパルスアーク溶接方法に関するものであ
る。

［従来の技術］ 定速度で送給される溶接用ワイヤにパルス電流（脈流）
を流して溶接を行なうパルスアーク溶接において、主に
チップ・母材間距離の変動に起因して生じるアーク長変
動を抑制する手段として、ワイヤ突出長（以下エクステ
ンションと呼ぶ）を調整する技術が知られている。エク
ステンションを調整する為の具体的な方法としては、■
エクステンションに対応させてパルス周波数ｆを増減す
る第１の方法、■同様にパルス幅Ｔ、又はピーク電流ｒ
ｐを増減する第２の方法等が知られている。パルス波形
におけるこれらの各要素を第２図に示す。尚第２図中、
ＴＢは低電流のベース期間であり、■８はベース期間Ｔ
Ｂにおける電流値を示している。

上記第１の方法は、アーク長が短くなったときには周波
数ｆを増加させることによって、またアーク長が長くな
ったときには周波数ｆを減少させることによってワイヤ
の溶融速度を変更し、エクステンションを調整してアー
ク長を一定に保つものである。

一方第２の方法は、アーク長が短くなったときにはパル
ス幅ＴＰ又はピーク電流ＩＰを大きくすることによって
、またアーク長が長くなったときにはパルス幅ＴＰ又は
ピーク電流１．を小さくすることによって前記第１の方
法と同様の原理でエクステンションを調整してアーク長
を一定に保つ様にしている。

［発明が解決しようとする問題点］ 上述の従来法は、チップ・母材間距離が変動したときに
は、上記の様な制御方法を行なうことによってワイヤの
溶融速度を増減させ、エクステンションを所望の長さに
復帰させるものである。即ちチップ・母材間距離が長い
ときにはエクステンションを長くする方向に、また前記
距離が短いときはエクステンションを短くする方向に制
御されているので、アーク長が可及的に一定に維持され
安定した溶接が行なわれる様になっている。

しかしながら上述した様°な従来技術はいずれも確実な
制御方法とは言えず、夫々下記に示す様な問題があった
。

即ち、前記第１の方法においては、アーク長が長くエク
ステンションが短い場合には周波数を下げてアーク長の
制御を行なうが、その結果エクステンションが適切な長
さに戻り、それが更に所定値以上に長くなった場合に、
周波数がなお小さいままであるとすると、低τ流のベー
ス期間Ｔ［ｌが長くなる為、アクの硬直性が失なわれて
アーク不安定となり、アーク切れを引き起こす原因とな
る。又上記と逆の方向にアーク長制御を行なった結果、
エクステンションが適切な長さよりも短くなった場合に
、周波数ｆがなお大きいままであるとすると、ワイヤに
与えられる１周期当たりのエネルギーが不足する為、パ
ルスに同期したｍ　？’ｆ４移行が困難となり、ワイヤ
先端に大径の溶滴が残留してスパッタ発生の原因になる
。

一方前記第２の方法においては、エクステンションが短
い場合にはパルス幅またはピーク電流を下げて電極の抑
制しアーク長制御を行なうが、その結果エクステンショ
ンが適切な長さに戻り、それが更に所定値以上に長くな
った場合に、パルス幅Ｔ、又はピーク電流ｒｐがなお小
さいままであると、パルスのエネルギー不足となって数
パルス１溶滴穆行となる。又上記と逆の方向にアーク長
制御を行なった結果、エクステンションが適切な長さよ
りも短くなった場合に、パルス幅ＴＰ又はピーク電流ｒ
ｐがなお大きいままであると、パルスのエネルギーが過
大となり１パルスで数溶滴移行となる。いずれの場合も
、パルス周波数に同期しない溶滴８行となるので不安定
な溶接となる。

この様に第１及び第２の方法のいずれの場合においても
、それらの方法を適用して安定な溶接が行なえるのはご
く限られた微小な範囲内であり、それ以外の範囲では不
安定な溶接となった。従って第１．２の方法を適用して
安定な溶接を行なうにはエクステンションが常に適切な
範囲内にある様に高速に制御する技術が必要となるか、
現在までのところその様な技術は実現されていない。

本発明は、上述した様な従来技術が持つ技術的課題を解
決する為になされたものであって、その目的とするとこ
ろはエクステンションの広範囲に亘る変動に対応してア
ーク長を一定に保ちつつ安定した溶接を行なう技術を提
供する点に存在するものである。

［問題点を解決する為の手段］ 上記目的を達成し得た本発明とは、定速度で送給される
溶接用ワイヤを消耗性電極としてパルスアーク溶接を行
なうに当たり、検出したアーク電圧の変化に対応してパ
ルス周波数を変更すると共に、検出した溶接電流を予め
定めておいた基準電流と比較することにより求めたワイ
ヤ突出長に対応して、パルス幅またはピーク電流を調整
する点に要旨を有するパルスアーク溶接方法である。

［作用］ 木発明者らは、上述した従来技術の持つ相互の欠点を補
いつつ安定した溶接を行なう技術を鋭意研究した。その
結果、′？５．述の構成を採用することによって従来技
術の持つ各問題点をことごとく解消し、安定したパルス
アーク溶接が行なえるとの′　確信を得、ここに本発明
を完成するに至った。

本発明は既述の如く構成されるが、要は検出したアーク
電圧の変化に対応してパルス周波数を変更すると共に、
検出した溶接電流と予め定めた基準電流とを比較するこ
とにより現状のエクステンションを求め、エクステンシ
ョンが長いときにはパルス幅又はピーク電流を小さくし
、エクステンションが短いときにはパルス幅又はピーク
電流を大きくするものである。そしてパルス幅又はピー
ク電流の調整量は、第３図にハツチングで示した範囲内
即ち１パルス１溶滴移行が行なえるパルスエネルギーの
範囲内とする。この様にして、ワイヤ溶融速度に対して
パルス幅又はピーク電流の調整による寄与分を考慮する
ので、パルス周波数の変動を最小限に留めることができ
る。

以下、本発明を実施例図面を参照しつつ更に詳細に説明
する。

［実施例］ 第１図は、本発明方法を実施する為に構成される装置の
電気的構成を示す概略説明図である。

商用交流電源１から取り入れられた電気は、整流回路２
によって直流に整流された後、パワートランジスタ等に
よって実現される出力調整用スイッチング回路３によっ
て出力が調整され、更に変圧器４によって溶接に適した
電圧に変換されて整流回路５によって整流された後、平
滑リアクトル６を通してチップ７に与えられる。チップ
７に電圧が印加されると、チップ７に接触している溶接
用ワイヤ８と被溶接物（母材）９との間でアークが発生
し、ワイヤ８及び被溶接物９が溶融されつつ溶接が行な
われる。このとき、送給速度設定器１０から予め定めら
れた指令値が送給モータ駆動回路１１に入力され、送給
モータ駆動回路１１が能動化されることによってワイヤ
送給用モータ１２が回転し前記溶接用ワイヤ８が一定の
速度で送給される。

このときアーク電圧検出器１３によって検出されたアー
ク電圧の出力値Ｖｆと、ワイヤ送給速度に応じてアーク
電圧設定器１４であらかじめ設定された出力Ｖ　ｒｅｆ
とが比較器１５で比較される。

そして比較器１５で比較された出力Ｖｆ、Ｖｒｅｆの差
信号ｅｖと、送給速度設定器１０からの信号ｅとによっ
て、パルス周波数設定器１６においてパルス周波数ｆが
一元的に調整される。更にパルス周波数設定器１６から
の信号がスイッチング制御回路１７に人力され、スイッ
チング制御回路１７によって前記出力調整用スイッチン
グ回路３が制御され、検出したアーク電圧の変化に対応
してパルス周波数ｆが変更される。

一方パルス幅設定回路１９においては、電流検出器１８
によって検出された溶接電流と、送給速度設定器１０か
らの指令値によって、ワイヤ８のエクステンションが求
められ、それに対応してパルス幅Ｔ、か調整され、その
信号はスイッチング制御回路１７に人力される。

パルス幅設定回路１９の具体的例を第４図に示し、第４
図を参照しつつパルス幅設定回路１９の動作を詳述する
。

送給速度設定値１０からの指令値に基づき、その送給速
度における最適なエクステンションに対応した基準電流
Ｉ　ｒｅｆが基準電流設定器２０によって設定される。

この設定された基準電流Ｉ　ｒｅｆと、前記電流検出器
１８によって検出された実際の溶接電流Ｉｆとを、比較
器２１によって比較し、エクステンションの基準値から
の変位量を求める。そして、その変位量に相当する差信
号ｅＩに基づき、パルス幅設定器２２で予め定められた
関数に従ってパルス幅Ｔ、が決定され、その信号Ｔ、ｒ
ｃｆはスイッチング制御回路１７へ人力される。ここで
基準電流設定器２０で設定される基準′ｒＬ流１　ｒｅ
ｆはワイヤ送給速度にほぼ比例した関数とする。またパ
ルス幅設定器２２からの信号Ｔ　ｐｒｅｆは、前記差信
−３−ｅｌに逆比例したものであり、第５図に示す様な
溶滴移行が成立するパルスエネルギーを得る為のパルス
幅Ｔ、における最小時間Ｔ　Ｐｍ１ｎ及び最大時間Ｔ　
Ｐ＋ｎａｘを超えない範囲とする。

第１図及び第４図に示した構成において、いまイ反にチ
ップ母林間距離（チップ７と被溶接物９との距離）が大
きくなった場合を想定する。この場合にはアーク電圧Ｖ
ｆか大きくなり、差信号ｅｖが負の成る値となり、パル
ス周波数を小さくする様に動作し、このことによってワ
イヤ８の溶融速度が減少してエクステンションを長くす
る様にされ、アーク長が一定に保たれる様にされる。こ
のときパルス周波数を小さくすることによって単位時間
当りアーク負荷の為に流れるＴｉ流は減少する。又エク
ステンションが長くなるとエクステンションに電流が流
れたときのジュール発熱が大きくなり、同一ワイヤ速度
の場合には少ない電流でワイヤが溶融することとなり、
電流は減少する。

従って電流検出器１８によって検出される溶接電流が小
さくなるので、差信号ｅ、は正の成る値をとり、結局エ
クステンションが長くなったのに対応してパルス幅ＴＰ
が小さくなる様に調整される。この様にパルス幅ＴＰを
小さくすることで溶融速度が減少するので、周波数ｆが
大きく減少することはない。

次にチップ・母材間距離が小さくなった場合を想定する
。この場合は上述の場合と逆になり、パルス幅Ｔ、が大
きくなって溶融速度が増加するので、周波数ｆが大きく
増加してしまうことはない。

尚いずれの場合においても、パルス幅ＴＰの調整は１パ
ルス１溶滴穆行の範囲内とされる。

本発明者等は、本発明の有用性を確認する為に実装を行
なった。その結果は第６図及び第７図に示す。第６図は
ワイヤ送給速度を一定にした場合のエクステンションと
パルス周波数ｆとの関係を示すグラフ、第７図はワイヤ
送給速度を一定にした場合のエクステンションとパルス
幅Ｔ　ｐとの関係を示すグラフである。又第６図中のＦ
ｌ及び第７図中のＴ、は、パルス幅ＴＰを一定にして周
波数ｆによってアーク長制御を行なったときの結果であ
り、第６図中のＦ２及び第７図中のＦ２は周波数ｆを一
定としてパルス幅ＴＰによってアーク長制御を行なった
ときの結果である。そして第６図中のＦ３及び第７図中
のＦ３は、本発明方法に従ってアーク制御を行なった結
果を示している。

尚第６図において、ｆ　ｍａｘ及びｆｍｉｎは、本発明
方法に従って調整される最大周波数及び最小周波数を夫
々示し、第７図においてＴ　ｍａｘ及びＴ　ｍｉｎは本
発明方法で設定される最大パルス幅及び最小パルス幅を
夫々示している。

第６図及び第７図の結果から明らかであるが、エクステ
ンションの増力口に伴なってパルス幅Ｔ。

を溶滴移行が可能なＴｍａｘ　、　Ｔｍ１ｎ間で減少す
る関数に設定することによって、周波数ｆをｆｍａｘ　
、　　ｆｍｉｎ間の小さな範囲内で調整することができ
る。このことによって、チップ・母材間距離の変動に起
因するエクステンションの広範囲な変動に対応して、安
定した溶滴移行が確保されるアーク長制御が可能になっ
た。

上述の実施例ではエクステンションに対応してパルス幅
Ｔ、を調整する構成が採用されたけれども、本発明の他
の実施例としてパルス幅ＴＰを調整する代りにピーク電
流ＩＰを調整する構成を採用してもよい。この場合には
、第１図で示したパルス幅設定回路１９の代りにピーク
電流設定回路を用いる様にすればよい。従ってこの場合
には第４図に示したパルス幅設定器２２の代りにピーク
電流設定器が用いられる。そしてこの様な構成を採用す
る場合であっても、１パルス１溶摘移行が可能な最大ピ
ーク電流Ｉ　ｐｍａＸ及び最小ピーク電流Ｉ　Ｐｍ１ｎ
の範囲内で、アーク電流設定器からのアーク電流指令値
１　ｐｒｅｆを差信号ｅ、に逆比例した関数に設定する
ことで、上述の実施例と同様の効果が発揮される。

［発明の効果］ 以上述べた様に本発明によれば、既述の構成を採用する
ことによって、エクステンションの広範囲な変動に対応
してアーク長を一定に保ちつつ安定した溶接が行なえる
ようになった。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明方法を実施する為に構成される装置の電
気的構成を示す概略説明図、第２図はパルス波形におけ
る各要素を示すグラフ、第３図は本発明に従って調整さ
れるパルス幅Ｔ、又はピーク電流■２の範囲を示すグラ
フ、第４図はパルス幅設定回路１９の具体的を示すブロ
ック図、第５図はパルス幅ＴＰにおける最小時間７　ｐ
ｍｉｎ及び最大時間Ｔ　ｐｍａＸの範囲を示すグラフ、
第６図はワイヤ送給速度を一定にした場合のニクステン
ションとパルス周波数ｆとの関係を示すグラフ、第７図
はワイヤ送給速度を一定にした場合のエクステンション
とパルス幅ＴＰとの関係を示すグラフである。 ７・・・チップ　　　　　８・・・ワイヤ９・・・被溶
接物（母材） １３・・・アーク電圧検出器 １６・・・パルス周波数設定器

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 定速度で送給される溶接用ワイヤを消耗性電極としてパ
   ルスアーク溶接を行なうに当たり、検出したアーク電圧
   の変化に対応してパルス周波数を変更すると共に、検出
   した溶接電流を予め定めておいた基準電流と比較するこ
   とにより求めたワイヤ突出長に対応して、パルス幅また
   はピーク電流を調整することを特徴とするパルスアーク
   溶接方法。