JPH01197068A - 溶接アーク起動装置 - 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、主としてＣＯ２ガス等で構成されるシールド
ガスによって溶接部を遮断し、消耗電極ワイヤ（以下、
単に溶接ワイヤと称する）を溶接部に連続的に送給して
溶融溶接を行う溶接方法における溶接アーク起動装置に
関するものである。

従来の技術 消耗電極アーク溶接用電源としては、通常定電圧特性の
ものが用いられ、最近では出力制御にトランジスタなど
の制御素子を用いることが行なわれている。この様な出
力制御方式の電源に於ては、負荷状態を検出して、即ち
短絡かアーク発生時であるかを検出して、良好な溶接特
性が得られるように、波形制御による短絡特性、あるい
はアーク特性の調整を行い、溶接作業性の改善をはかっ
ている。この方式は、電源の過剰特性そのものを、波形
制御方式で制御して行くもので、盛んに用いられている
。特に短絡とアークがある一定周期でくりかえして発生
する定常溶接時においては、波形制御による効果も大き
く、どの様な制御波形が最適であるかといった点につい
ても大きく解明されていて、盛んに利用されている現実
にある。

発明が解決しようとする課題 しかしながら、一方、溶接アーク起動時においては、良
好な溶接アーク起動特性を得るための基本特性が解明さ
れておらず、溶接アーク起動時においては何ら波形制御
による改善がなされていない現状にある。波形制御を行
ったこの種の制御電源構成例及び溶接アーク起動時の制
御方式について第６図とともに説明する。第６図に於て
、１は整流装置であり、３相入力は整流装置１により全
波整流され、チョークコイルＬ１　を通してコンデンサ
Ｃ１によって平滑され、−旦直流化される。

直流化された電力はトランジスタＱ１〜Ｑ４により高い
周波数の交流に変換される。

この様子を第７図を用いて説明する。ある時間ｔ　にお
いて、トランジスタＱ１．Ｑ２がＯＮ状態になって、主
トランスＭＴｒの１次巻線ＭＴ、０１次電流ｉが流れる
。

次の時間ｔ２においてトランジスタＱ１〜Ｑ４は全てＯ
ＦＦ　　Ｌ、ＭＴｒｌには電流が流れない。この時間を
デッドタイムと称する。次の時間ｔ３においてはトラン
ジスタＱ３とＱ４がＯＮＬ、ＭＴ、にマイナスｉ方向に
電流が流れる。時間ｔ４では再びデッドタイムとなる。

トランジスタのスイッチングによって得られた高周波出
力は主トランスＭＴｒ　にて降圧される。

主トランスＭＴの出力はダイオードＤ２．Ｄ３によって
整流され、リアクターＬ２を通して溶接出力となる。

この様な制御方式は一般にインバータ制御と呼ばれるも
ので、トランジスタのスイッチングのｔ１〜ｔ４のサイ
クルを１周期Ｔとし、これをくり返して直流→交流→直
流の交換を行っている。インバータ制御方式の溶接電源
に於て、溶接出力を制御する方式は、いろいろ考えられ
るが、パルス巾変調もその一つの方法で、スイッチング
周波数を一定とし、−周期Ｔ１　中のトランジスタのオ
ンタイム比率を変えること、すなわちｔ１＋ｔｓ　、、
”ｒを変化せしめることにより出力の調整を行う。

第８図に出力側の各部の電圧波形を示す。ａは主トラン
スＭＴアの出力であり、ｂはダイオードＤＤ　　出力で
ある。ＣはリアクトルＬ２によっ２ν　　３ て平滑され、やや上下動するがリップルの少ない溶接出
力波形を示す。次にトランジスタＱ１〜Ｑ４の導通状態
を制御する制御回路について第６図とともに説明する。

２は溶接出力を指示するリモコンであり、その出力指示
値は電圧指令回路６に入力される。３は溶接電流を指示
するリモコンであり、その出ノＪは消耗電極ワイヤ送給
指示回路４に接続され、溶接電流値に応じてワイヤ送給
モータを、駆動させる。

電圧指令回路６の出力は、フィードバック信号である出
力電圧検出回路６の出力と加減され、パルス巾変調回路
７の入力信号となる。この入力信号は量終的な溶接出力
を定める出力電圧設定信号であって、パルス巾変調回路
７はこの出力電圧設定信号を、その信号の大きさに応じ
たパルス巾に変調する回路である。このパルス巾変調回
路７の出力はドライバー回路８の入力信号となる。ドラ
イバー回路８は、パワートランジスタ０１〜Ｑ４を、駆
動するだめのベース電流供給回路である。またパワート
ランジスタ０１〜Ｑ４をＯＦＦする時に逆バイアス（ベ
ースに負電圧印加）をかけるだめの回路である。ドライ
バー回路８はパルス巾変調回路７の出力信号を増巾して
、パワートランジスタＱ１〜Ｑ４を１駆動できる出力に
変換するとともにパルス巾変調回路７の出力パルスのパ
ルス巾に応じて、パワートランジスタＱ１〜Ｑ４を導通
させる。

ドライバー回路８の出力によりパワートランジスタは０
Ｎ−ＯＦＦ　　をくりかえして発振し、主トランスＭＴ
ｒの入力となって、前述のように主トランスＭＴｒの２
次側より溶接力が得られる。

次にこのトランジスタインバータ電源に於て、従来用い
られてきたアーク起動時の制御方式について説明する。

第９図において、ａはトーチスイッチ信号であり、時間
ｔ８　に於てトーチスイッチがＯＮ状態となる。ｂは溶
接ワイヤ送給速度信号であり、トーチスイッチＯＮと同
時に定常溶接時より低いスロニダウン速度ｎ。で溶接ワ
イヤ送給が成される。

溶接ワイヤが母材方向に移動して、母材と接触して、溶
接電流が流れて、電流検出が行なわれた時点ｔｃに於て
、溶接ワイヤ送給速度は定常溶接時の送給速度になる。

Ｃは溶接機の出力電圧を示し、トーチスイッチ○Ｎで、
無負荷電圧が出力され、電流検出時点ｔｃ位相に於て、
ホット電圧ＶＨが印加され、ホット時限ｔＨ後、定常出
力となる。

第９図に示す従来用いられてきた溶接アーク起動時のシ
ーケンスにもとすく、溶接アーク起動時の様子を第１０
図とともに説明する。第１０図ｄに於て、２０はトーチ
ノズル、２１は溶接ワイヤ、２２は溶接母材を示す。又
第１０図ａは、溶接ワイヤ２１が母材方針にスローダウ
ン速度で送給され、母材２２と接触した瞬間を示す。

第９図から明らかな様に、この時点において、溶接ワイ
ヤ２１と母材２２との間には、ホット電圧ＶＨが印加さ
れていて、このため溶接ワイヤは、溶融してｂ図に示す
ように溶接アーク２３が発生すると同時に、このホード
電圧ｖＨは通常溶接時の出力電圧に比し、かなり高めの
電圧であることから溶接ワイヤは大きく燃え上がり、極
端な場合にはＣに示す様に溶接アーク切れが発生してし
まう。溶接アーク切れ発生後は、溶接ワイヤが引き続き
送給されるので、再び溶接アーク起動がくりかえされる
。

この様に溶接アーク起動時に溶接アーク切れが発生する
と、溶接アーク起動時のビードが途切れるなどビード形
状が不良ビードとなり易い。特に高速溶接を行った場合
、溶接アーク起動時のビードの途切れが顕著になり問題
である。また、溶接アーク切れが発生すると、スパッタ
発生量が増大し好ましくない。

課題を解決するための手段 本発明は、従来の溶接アーク起動時のを解決すべく、溶
接アーク起動時に、定常溶接時の出力電圧に比し高めの
ホット電圧を印加する溶接アーク起動装置に於て、前記
ホット電圧印加時の溶接電流に対し、溶接電流波形制御
を行い、溶接条件データバンクに記憶されている溶接ア
ーク抑制電流値に制御する第１手段と、平均溶接電流指
令信号及び溶接速度信号にもとずいて、前記溶接アーク
抑制電流値の中から最適値を選定するオン手段により良
好な溶接アーク起動特性を得る溶接アーク起動装置であ
る。

作　　　用 上記構成において、溶接アーク起動時に短絡が開放して
アークが発生した後、溶接電流は溶接アークが安定に維
持できる程度の低い電流値に制御を参照して説明する。

なお、第１図において、第６図に示した構成物と同一の
構成物に対して同一番号を付し、説明を省略する。

第１図において９は短絡、アーク状態を検出する回路で
あり、溶接状態がアーク発生状態であるのか、短絡状態
であるのかを検出する。１０は検出回路９の信号を受け
て、短絡時、及びアーク時の電流波形制御を行う溶接電
流波形制御回路である。波形制御回路１ｏの出力はパル
ス巾変調回路７に入力され、ドライバー回路８を通して
溶接出力制御が成される。

上記構成において動作を第２図を参照して説明する。

第２図において、ａはトーチスイッチ信号、ｂはワイヤ
送給速度信号、Ｃはホット電圧出力タイミングを示して
おり、ホット電圧は短絡が開放して、安定したアークが
得られるまでの充分な時限（ホット時限）が選択されて
印加される。ｄは溶接電流波形であシ溶接電流は、溶接
アーク起動時に短絡が開放してアークが発生して後、溶
接アークが安定に維持出来る程度の低い溶接アーク抑制
電流値”ＡＰに制御される。この結果、溶接アーク起動
時の溶接ワイヤの大きな燃え上がりは発生せず、アーク
切れは発生しなくなる。

この溶接アーク抑制電流値ＩＡＰは、平均溶接電流指令
値、及び溶接速度信号にもとすいて最適のデータが選択
される。ｅは溶接アーク電流を、抑制電流値ＩＡＰに制
御を行うためのタイミングを得る信号で、溶接出力状態
が短絡状態Ｓであるか、アーク発生状態Ａであるかを示
す信号で、溶接電圧波形から得ることが出来る。

溶接アーク起動時に、短絡が開放してアーク発生直後の
１ａ時点で溶接アーク電流値が”ＡＰに抑制されると、
第３図に示しだ様に、短絡状態ａからアーク発生直後す
のアークを経て、Ｃに示す様に定常アークの長さと同一
のアーク長となり、従来例の様に溶接ワイヤが燃え上が
ることによるアーク切れの発生はなくなる。

我々の詳細な検討結果によると、第２図ｄで示したホッ
ト電圧印加時の溶接アーク抑制電流値工ＡＰの適正値は
平均溶接′電流値及び溶接速度によって異る。

これは即ち平均溶接電流値によって適正アーク長が異る
ことに起因している。一般に平均溶接電流値が大きいと
き、及び溶接速度が低いときは、溶接アーク長の適正値
は大きくなる。従って溶接アーク抑制電流値工ＡＰ　　
について平均溶接電流値及び溶接速度によって異った値
に制御することが、本発明によって得られた効果を大き
なものとする。

第４図に平均溶接電流値と溶接アーク抑制電流値工ＡＰ
　　との関係を示す。

第５図は、溶接アーク抑制電流値工ＡＰが格納されてい
るデータバンクの構造の１例を示す。

平均溶接電流指令信号及び溶接速度信号によって、夫々
の平均溶接電流（Ｉ、、Ｉ、・・・・・・Ｉｎ）　、溶
接速度（Ｖｌ、　Ｖ２・・−・・ｖｎ）に適正な溶接ア
ーク抑制電流値（ＩＡＰｌ　１１　”ＡＰｌ　２　＋’
・−”ＩＡＰｌ　ｎ）＋（工ＡＰ　２１　’　”ＡＰ　
２２　””””　工ＡＰ　２ｎ　）　’　”’　””（
工ＡＰｎ１　＋　ＩＡＰｎ２＋・・””　９　工ＡＰ　
ｎ　ｎ　）　　が選択されてＣＰＵ（図示せず）に読み
込まれて、最適値の工ＡＰ　　に制御される。

我々の詳細な実験によると、溶接電流値が４〜１６Ａご
とに溶接アーク抑制電流値工ＡＰデータを設けた場合、
及び溶接速度２５　ｃｍ　７分ごとに溶接アーク抑制電
流工ＡＰ　　データを設けた場合に良好な結果の得られ
ることが判明した。

発明の効果 以上のように本発明によればアーク起動時に、溶接ワイ
ヤの燃え上がりに起因するアーク切れがなくなる。この
結果、スパッタの発生が少くなり、まだ溶接ワイヤの燃
え上りによる溶接アーク起動時のチップ融着などのトラ
ブル等がなくなり、ビード外観も良好となる。さらに、
溶接アークスタート部のビードの途切れがなくなり良好
なビード外観が得られる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示す溶接アーク起動装置の
回路図、第２図は同回路の要部信号波形図、第３図は同
装置の要部正面図、第４図は同装置の平均溶接電流とア
ーク抑制電流の関係を示す特性図、第６図は同装置のデ
ータテーブルを示す図、第６図は従来の溶接アーク起動
装置の回路図、第７図および第８図および第９図は同装
置の要部信号波形図、第１０図は同装置の要部正面図で
ある。 ６・・・・・・電圧指令回路、ｅ・・・・・・出力電圧
検出回路、７・・・・・・パルス巾変調回路、８・・・
・・・ドライバー回路、９・・・・・・短絡アーク検出
回路、１ｏ・・・・・・波形制御回路。 代理人の氏名　弁理士　中　尾　敏　男　ほか１名第１
図 第２図 ｔδ 第４図 ア り 丹−ｑ２８．１参敢シ糺 第５図 第６図 第７図 し−−Ｔ−一→ 第８図 エ ト を 第９図 ｔδ ト／１−／−ｊ 第１０図 （乙？、ン　　　　　　　　　　　　　　ζｂ）？？ （こ） 口ｍ−’（

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 消耗電極を用い、溶接アーク起動時に、定常溶接時の出
   力電圧に比し高いホット電圧を印加する溶接アーク起動
   装置において、前記ホット電圧印加時の溶接電流に対し
   、溶接電流波形制御を行い、溶接条件データバンクに記
   憶されている溶接アーク抑制電流値に制御する第１手段
   と、平均溶接電流指令信号及び溶接速度信号にもとずい
   て、前記溶接アーク抑制電流値の中から最適値を選定し
   て、溶接アーク起動制御を行う第２手段を具備したこと
   を特徴とする溶接アーク起動装置。