JPH01178368A - 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ＣＯ□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、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われている。

このような出力制御方式の電源においては、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、電源の過渡特性そのものを、波形制御方式で
制御して行うもので、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（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い。

しかし、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。

定常アークに対し波形制御を行ったこの種の制御電源の
構成例及び、溶接アーク起動時の制御方式について図面
を用いて説明する。第５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Ｌ、を通してコンデンサＣＩによって平滑され、−
括直流化される。直流化された電力はトランジスタＱ、
〜Ｑ４により高い周波数の交流に変換される。

この様子を第６図を用いて説明する。ある時間ｔ１にお
いて、トランジスタＱ、、Ｑ２がＯＮ状態になって、主
トランスＭＴｒの１次巻線ＭＴｒ。

の１次電流ｉが流れる。次の時間１．においてトランジ
スタＱ、〜Ｑ、は全て０ＦＦＬ、ＭＴｒ、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Ｑ。

とＱ４がＯＮ　Ｌ／　％　Ｍ　Ｔ　ｒ　＋にマイナスｉ
方向に電流が流れる。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ＭＴｒの出力はダイオードＤ２．Ｄ。

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。

このよう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１、−１４のサ
イクルを１周期Ｔとし、これを（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１１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、１周期（Ｔ、）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１．＋１３
／Ｔを変化せしめることにより出力の調整を行う。

第７図に出力側の各部の電圧波形を示す。同図ａは主ト
ランスＭＴｒの出力特性図、同図すはダイオードＤ２．
Ｄ、出力特性図、同図Ｃはリアクトルし２によって平滑
され、ややギザギザを含んでいるが、リップルの少ない
溶接出力特性図を示す。次にトランジスタＱ１〜Ｑ４の
導通状態を制御するｉｌ制御回路について第５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５に入力される。３は溶接電流を指示
するリモコンであり、その出力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５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の出力と加減算され、パルス巾変調回
路７の入力信号となる。この入力信号は最終的な溶接出
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
路の出力は８のドライバー回路の入力信号となる。ドラ
イバー８は、パワートランジスタＱ、〜Ｑ４を駆動する
た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Ｑ１〜Ｑ４をＯＦＦする時に逆バアイス（ベースに
負電圧印加）をかけるための回路である。ドライバー８
はパルス巾変調回路の出力信号を増巾して、パワートラ
ンジスタＱ１〜Ｑ４を駆動できる出力に変換するととも
にパルス巾変調回路の出力パルスのパルス巾に応じて、
パワートランジスタＱ、−０４を導通させる。

ドライバー８の出力によりパワートランジスタは０Ｎ−
ＯＦＦを（りかえして発振し、主トランスＭＴｒ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
溶接出力が得られる。

次にこのトランジスタインバータ電源において、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８図において、ａはトーチスイッチ信号であり、時間
１ｓに於てトーチスイッチがＯＮ状態となる。また同図
すは溶接ワイヤ送給速度信号であり、トーチスイッチＯ
Ｎと同時に定常活動時より低いローダウン速度ｎ８で溶
接ワイヤ送給が成される。溶接ワイヤが母機方向に移動
して、母機と接触して、溶接電流が流れて、電流検出が
行われた時点ｔ０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。同図Ｃは溶接機の出力電圧を示
し、トーチスイッチＯＮで、無負荷電圧ｖＮが出力され
、電流検出時点ｔ０位相に於て、ホット電圧ＶＨが印加
され、ホット時限１Ｈ後、定常出力Ｖ、となる。

第８図に示す従来用いられてきた溶接アーク起動時のシ
ーケンスにもとづ（、溶接アーク起動時の様子を第９図
とともに説明する。同図ａにおいて、２０はトーチノズ
ル、２１は溶接ワイヤ、２２は溶接母機を示す。同図ａ
は、溶接ワイヤ２１が母機方針にスローダウン速度ｎ、
ｇで送給され、母機２２と接触した瞬間を示す。

第８図から明らかな様に、この時点において、溶接ワイ
ヤ２１と母機２２との間には、ホット電圧Ｖ□が印加さ
れていて、このため溶接ワイヤは、溶融して同図すに示
すように溶接アーク２３が発生すると同時に、このホッ
ト電圧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
、同図Ｃ（：示すように溶接アーク切れが発生すること
がある。溶接アーク起動を続けて行うような場合で、２
回目以後の溶接アーク起動の時の溶接ワイヤ先端が赤熱
している場合には特に前述の様な溶接ワイヤの燃え上が
りが大きく、アーク切れが発生し易（なり、極端な場合
には、溶接ワイヤが溶接ワイヤへの通電部であるチップ
に融着してしまうことがある。

発明が解決しようとする問題点 以上のように従来のものにあっては、溶接アーク起動時
に溶接アーク切れが発生すると、溶接開始部分のビード
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。

またスパッタの発生量が増大し好ましくない。

さらに溶接ワイヤがチップに融着すると、チップの交換
が必要となり、ラインの稼働率が低下するなどの問題が
ある。

問題点を解決するための手段 本発明は、消耗電極を用いる溶接アーク装置の溶接アー
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おいてい、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、溶接ワイヤ先端の
加熱状態に応じて、前記ホット電圧の電圧レベル及びホ
ット電圧印加時間、さらに前記溶接アーク抑制電流値の
最適値を選定して、溶接アーク起動制御を行う第２手段
を具備したものである。

作　　　用 上記手段により、溶接ワイヤ端が赤熱状態であっても溶
接アーク起動時の溶接ワイヤの燃え上がりが少な（なる
。

実施例 以下本発明の一実施例を図面を用いて説明する。従来例
と同一機能を有するものには同一番号を付して説明を省
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回路である。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。１５はトーチスイッ
チ回路であり、この出力は、溶接停止時間カウンタ１６
に入力される。溶接停止時間カウンタ１６はトーチスイ
ッチ信号がＯＦＦになってから、再びＯＮになるまでの
時間（以下単にアーク停止時間と称する〉をカウントす
る。アーク停止時間が短い時は、溶接ワイヤ端は赤熱状
態であり、アーク停止時間が長い時は溶接ワイヤ端は冷
却状態となる。

溶接停止時間カウンタ１６の出力は、溶接ワイヤ端が赤
熱状態か冷却状態かをアーク停止時間で判断して、溶接
電流波形制御回路１０に出力する。波形制御回路１０は
検出回路９及び溶接停止時間カウンタ１６の信号を受け
て、溶接アーク起動時の短絡時、及びアーク時の電流波
形制御を行う。波形制御回路１０の出力は、パルス巾変
調回路に入力され、ドライバー８を通して溶接出力制御
が成される。

次に第２図、第３図を用いて作用を説明する。

第２図は溶接ワイヤ先端部が通常の冷たい状態の場合の
タイミングケーシング図、第３図は溶接ワイヤ先端部が
赤熱状態である場合のタイミング・シーケンス図であり
、夫々ａ、１）及びＣは第８図のそれと同一で、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
電圧値及び出力タイミングを示しており、ホット電圧は
短絡信号が開放して、安定したアークが得られるまでの
充分な時限（ホラ時限ｔＨ）が選択されて印加される。

ｄは溶接電流波形であり、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
に維持できる程度の低い溶接アーク抑制電流’ＡＰに制
御される。溶接ワイヤスローダウン速度ｎ　１ホツト電
圧レベルＶ）１１ホット電圧出力時間ｔＨ１及び溶接ア
ーク抑制電流値■ＡＰは、溶接ワイヤ先端部の加熱状態
によって適性値が異り、夫々のケースで最適値が選択さ
れる様に構成されている。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、アーク溶接
ワイヤ端が冷却状態である第２図の場合には、ワイヤの
スローダウン速度ｎａｌは、スムースに溶接アーク起動
が成されるように比較的低い値に選定されているが、ワ
イヤ端が赤熱状態である第３図の場合には、スローダウ
ン速度が低いと、むしろ燃え上がりが大きくなり、定常
溶接時のワイヤ送給速度に近い値のスローダウン速度ｎ
ｅｔの方が燃え上がりが少い。ホット電圧及び印加時間
については、ワイヤ端が冷却状態部ある場合には、良好
な溶接アーク起動特性を得るには高い値のホット電力、
即ち高い値のホット圧ｙＨＩと充分な長さのホット時限
ｔＨ１が必要であるが、。

ワイヤ端が赤熱状態である場合には、むしろ低いレベル
のホット電圧Ｖ　及び短い時限のｔＨ２の方が溶接ワイ
ヤへの燃え上がりが少く、良好なアーク起動特性を得る
ことができる。

また溶接アーク起動時に、短絡が開放してアークが発生
した場合のワイヤの燃え上りを少くするために、ワイヤ
端赤熱状態の場合は、溶接アーク抑制電流値ＩＡＰ２と
、ワイヤ端冷却状態の場合の■４，１に比し近い値に選
定される。以上、溶接ワイヤ端の加熱状態により、溶接
アーク起動時の制御条件を最適値とし選定することによ
り、溶接アークの大きな燃え上りは発生せず、また溶接
ワイヤのチップ融着等は発生しなくなる。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ｔｌｌＡ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。

第４図は、スローダウン速度ｎ、％ホット電圧ｖＨ１ホ
ット時間ｔＨ１溶接アーク抑制電流値■ＡＰが格納され
ているデータバンクの構造の１例を示す。

ワイヤ先端の加熱状態により、ワイヤ端が冷却状態であ
るときは、スローダウン速度ｎｅｌ’ホット電圧ｖ　１
ホット時間ｔ）１１、溶接アーク抑制電旧 流値■４，１が選択されてＣＰＵ（図示せず）に読み込
まれて制御される。

ワイヤ端が加熱状態である時は、スローダウン速度ｎ０
２．ホット電圧ｖＨ２’ホット時間ｔＨ２！溶接アーク
抑制電流値ＩＡＰ２が選択されて同様にＣＰＵに読み込
まれて制御される。

発明の効果 以上の説明から明らかなように、溶接アーク起動時に、
溶接ワイヤ端が赤熱状態であっても、溶接ワイヤの燃え
上がりが少くなり、この結果、溶接アーク切れの発生が
なくなり、スパッタの発生が少（なり、且つ、溶接ワイ
ヤのチップ融着などのトラブルがなくなり、ビード外観
も良好となる。

また溶接アークスタート部のビードの途切れがな（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による溶接アーク起動装置の
構成図、第２図、第３図は同装置の出力特性図、第４図
は同装置のデータテーブル構成図、第５図は従来装置の
構成図、第６図、第７図、第８図は同装置の出力特性図
、第９図は同装置によるアーク発生状態を示す説明図で
ある。 ９・・・・・・短絡アーク検出回路、１０・・・・・・
波形制御回路、１５・・・・・・トーチスイッチ回路、
１６・・・・・・溶接停止時間カウンタ。 代理人の氏名　弁理士　中尾敏男　ほか１名第１図 ９−−一翅賂ア、クデに出回層（ ＋ｏ−−−坂を憫筈回路 ＴＥ−−ｙ−÷スイッ＋回饗ト 第２図 第３図 区 、　　　　　　　も　　　　ゐ （〕　　　　　　　　　−７ 第５ＷＪ ・第　６　図 第−７図 第８図 第９図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 消耗電極を用いる溶接アーク装置の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おいて、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値に制御す
   る第一手段と、溶接ワイヤ先端の加熱状態に応じて、前
   記ホット電圧の電圧レベル及びホット電圧印加時間、さ
   らに前記溶接アーク抑制電流値の最適値を選定して、溶
   接アーク起動制御を行う第２手段を具備した溶接アーク
   起動装置。