JPH01178369A - 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するものである。特に短絡とアー
クがある一定周期でくシ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
。

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第６図、第６図ととも
に説明する。第６図において１は整流装置であシ、３相
入力は整流装置１によシ全波整流され、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によシ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Ｑ１　＋　０２がＯＮ状態にな
って、主トランスＭＴｒ　の１次巻線ＭＴｒ１の１次電
流ｌ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し、ＭＴ、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、ＭＴｒｌにマイナス１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．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ｔ１〜ｔ４のサ
イクルを１周期Ｔとし、これをくシ返して直流→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
源において、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、１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＋ｔ３
／Ｔを変化させることによ多出力の調整を行う。

第７図に出力側の各部の電圧波形をボす。同図ａは主ト
ランスＭＴ、の出力であり、同図すはダイオードＤ２．
Ｄ３出力である。同図ＣはリアクトルＬ２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
溶接出力波形を示す。次にトランジスタ０１〜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シ、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
するリモコンであシ、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Ｑ１〜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　する時に逆バイアス（ベ
ースに負電圧印加）をかけるための回路である。ドライ
バー回路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
に応シて、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Ｏ
Ｎ、ＯＦＦをくりかえして発振し、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、同図ａはトーチスイッチ信号であシ、
時間１．においてトーチスイッチがＯＮ稽となる。同図
すは溶接ワイヤ送給速度信号であシ、トーチスイッチＯ
Ｎと同時に定常溶接時よシ低いスローダウン速度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ｔ０において、ワイヤ送給速度は定常
溶接時の送給速度ｎ６　になる。同図Ｃは溶接材の出力
電圧を示し、トーチスイッチＯＮで、無負荷電圧が出力
され、電流検出時点１ｃ位相において、ホット電圧ｖＨ
が印加され、ホット時限ｔＨ後、定常出力ｖｓ　となる
。溶接アーク起動時においては、第９図、第１０図に示
すように、溶接ワイヤが母材と離れている状態で溶接ア
ーク起動が行なわれる場合（以下単に通常アーク起動と
称する）と、溶接ワイヤが母材と接触している状態で溶
接アーク起動が行なわれる場合（以下単にタッチアーク
起動と称する）とがある。

第９図は、通常アーク起動の場合を示し、２０は溶接電
源と溶接ワイヤとの通電部であるチップ、２１は溶接ワ
イヤ、２２は溶接母材を示す。第９図ａは、溶接ワイヤ
２１が、母材方向にスローダウン速度ｎ０で送給され、
同図すは溶接ワイヤ２１と母材２２とが接触した瞬間を
示す。この位相において、同図ｅに示すように溶接電流
が立ち上る（電流検出位相１．）。次いで一位相におい
て、同図Ｃに示すように、溶接アークが発生し、ｔ。

位相において同図ｄに示すように定常アークとなる。第
１０図は、タッチアーク起動の場合であシ、溶接ワイヤ
２１と母材２２とが接触した状態で、溶接ワイヤ２１が
送給開始され、溶接電流が立ち上る（電流検出位相１Ｃ
）。この場合、溶接ワイヤ２１は、送給力によって、静
的に溶接母材２２に押しつけられて同図に示す状態とな
る。この状態では、アーク起動時に、フユーズ作用で、
ワイヤ先端が大きく溶融飛散し、長時間のアーク切れが
発生する。これは溶接ワイヤ溶断時のエネルギーが過大
であるために発生し、チップ２ｏと溶接ワイヤ２１との
間にアークを引きおこし、溶接ワイヤがチップに融着す
ることがある。

発明が解決しようとしている問題点 タッチアーク起動の場合、チップ２ｏと溶接ワイヤ２１
との通電部でアークが発生すると、溶接ワイヤ２１がチ
ップ２０に溶着して、溶接ワイヤの送給がストップして
しまうなどの問題点がある。

本発明は従来のこのような問題点を解決するための新し
い構成を提供するものである。

問題点を解決するための手段 そこで本発明は、消耗電極を用いる溶接アーク起動の溶
接アーク起動時に、前記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方式において
、前記溶接アーク起動時に、前記消耗電極と溶接母材と
が接触しているかどうかを識別する第１手段と、溶接ア
ーク起動時の溶接アークに対し、溶接条件データバンク
に記憶されているデータに基いて溶接出力波形制御を行
う第２手段、前記接触状態に応じて、前記溶接条件デー
タバンク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３の手段を具備したものである。

作　　用 本発明は上記手段によって、溶接アーク起動時に良好な
アーク起動特性を得られる波形制御データを選択するこ
とができる。

実施例 以下に本発明の一実施例を図面とともに説明する。

第１図９は溶接アーク起動時において、溶接ワイヤと溶
接母材とが接触状態であるのか非接触状態であるのかを
検出する検出器である。この検出器９の出力信号は波形
制御回路１ｏへ入力される。

波形制御回路は、検出器９の信号に基づいて波形制御デ
ータの中から最適値を選択し、さらに溶接出力電流のフ
ィードバック信号を入力して制御波形を構成してパルス
巾変調回路７へ出力する。溶接出力は、前述の様にパル
ス巾変調回路７の出力によって定められる。

第２図において、チップ２０と溶接ワイヤ２１との接触
抵抗をＲＴ、溶接母材２２と溶接ワイヤ２１との接触抵
抗をＲＢ、溶接ワイヤ２１の内部抵抗をＲＷとする。通
常の溶接アーク起動の場合、溶接ワイヤ２１が溶接母材
２２方向に送給され、溶接母材２２と接触した時の接触
抵抗ＲＢは接触抵抗ＲＴ、及び溶接ワイヤの内部抵抗Ｒ
ｗに比し大きい値となシ、ｉ　ｐ！ＲＢのジュール熱に
よシ溶接ワイヤ２１と溶接母材２２との間にアークが発
生する。一方第１０図に示す接触アーク起動の場合、接
触抵抗８丁は接触抵抗ＲＢとほぼ同じ値を示しこのため
、テップ２０と溶接ワイヤ２１との間にアークが発生し
て、溶接ワイヤがチップに溶着することがある。

第３図は、接触アーク起動の場合の電流制御波形を示す
。接触アーク起動時の起動直後の電流制限レベルは１ｐ
であシ、一定時限後（１ｖ）、電流制限レベルを１ｐ２
（ｉｐ、　＜　ｉｐ）と、ｌｐに比し小さい値に設定さ
れる。このような場合、ジュール熱Ｒ７１ｐ、２．　　
及びＲＢ　ｉ　ｐａ”は低い値であるために、チップ２
０と溶接ワイヤ２１、及び溶接ワイヤ２１と溶接母材２
２との間にアークは発生しない。−方溶接ワイヤの内部
抵抗ＲＢは溶接電流ｉｐ及びｌ　によるジュール熱で加
熱され、溶断して溶接ｅ アークが発生する。従って溶接ワイヤがチップに溶着す
ることは発生しない。

以上、溶接アーク起動時に、溶接ワイヤと溶接母材との
接触状態により、第３図に示す様に波形制御データを変
更して、夫々最適な制御波形を得て、良好な溶接アーク
起動特性を得ることが出来る。

第４図は、波形制御データのテーブルを示す。

１１、Ｉ２．・・・、Ｉｎは溶接電流値を示す。

工Ｐ１．　”Ｐ２．・・・、　”Ｐ！ｌは、溶接電流が
１１．Ｉ２．・・・、Ｉｎで、且つ、非接触アーク起動
の時の電流制限レベルを示す。ＩＰ。１　、　”Ｐｅ２
．・・・　ＩＰ。ｎは溶接電流がＩ、　、　Ｉ２．・・
・、Ｉｎ　　で且つ接触アーク起動時に用いる場合の電
流制限レベルを示し、アークが起動して一定時限＜１ｖ
）後の電流制限レベルである。

実数によると、溶接電流値が４〜１ｅＡごとに電流制限
レベルデータを設けた場合、良好な結果の得られること
が判明した。

発明の効果 本発明によれば溶接アーク起動時において、溶接ワイヤ
と母材金属とが接触した状態でアーク起動が行なわれる
、いわゆるタッチアーク起動時にあっては、溶接ワイヤ
とチップとは融着せず常に良好なアークスタートが得ら
れる。さらに接触アーク起動時のアーク切れに起因する
スパッタの発生もない。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例によるブロック図、第２図、
第３図は同実施例の説明図、第４図は同実施例のデータ
テーブルを示す構成図、第６図は従来例によるブロック
図、第６図〜第１０図は同従来例の説明図である。 ９・・・・・・溶接アーク起動時の接触状態検出器、１
０・・・・・・波形制御回路、１５・・・・・・溶接電
流検出部。 代理人の氏名　弁理士　中　尾　敏　男　ほか１名？−
溶接アーク起動時の 倭敢状龜検ヨ路 第２図 第３図 （αン　　　　　　　　　　Ｉｂ）　　　　　　　　　
　　（（’〕□ 第４図 Ｌ　　　　　　　　　　Ｊ 第５１！ｌｉｔ 第６図 第７図 第８図 ｓ 第９図 ＜（ＩＪ　　　　　　　　　　　　　＜ｂ）　　　　　
　　　　　　（Ｃ）　　　　　　　　　　（ｄ）（Ｊ）

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、前記溶接アーク起動
   時に、前記消耗電極と溶接母材とが接触しているかどう
   かを識別する第１手段と、溶接アーク起動時の溶接アー
   クに対し、溶接条件データバンクに記憶されているデー
   タに基いて溶接出力波形制御を行う第２手段と、前記接
   触状態に応じて、前記溶接条件データバンクの中から最
   適値を選定して溶接アーク起動制御を行う第３手段を具
   備した溶接アーク起動装置。