JPH01215468A - 両極性アーク溶接の制御方法 - 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、消耗電極と母材との間に印加する直流電圧の
極性を切り替えて正極性と逆極性とを繰り返す両極性ア
ーク溶接の制御方法に関するものである。

［従来の技術］ 溶接ワイヤ（消耗電極）を定速供給しつつ母材との間に
アークを発生させて溶接を行なう消耗電極式のアーク溶
接において、通常は、母材側がマイナス、溶接ワイヤ側
がプラスになるように直流電圧を印加する逆極性溶接が
行なわれている。

この逆極性溶接では、母材への入熱が大きいために溶込
み量が大きく、フラットなビードを得やすいという利点
があるが、母材が薄板で継手精度が悪くギャップが大き
くなる場合では、溶落ち現象が発生し易いという欠点が
ある。

一方、母材側がプラス、溶接ワイヤ側がマイナスになる
ように直流電圧を印加する正極性溶接では、母材への入
熱量が少ないため、溶落ちには有効であるが、溶込み不
良が発生し易く、ビードが凸形状になる傾向にある。従
って、正極性単独溶接の適用範囲は狭い。

そこで、本発明者が先に出願した特願昭６２−２８９４
４５号および特願昭６２−３２９４３２号の発明におい
て、正極性と逆極性とを交互に繰り返し、且つその極性
比率を様々な継手形状に適合させるべく任意に可変とし
、両極性の特長を発揮させることのできる交流溶接法の
実用化が検討されている。

［発明が解決しようとする課題］ しかしながら、このような交流溶接法では、アークが不
安定となったり、スパッタが増加するなどの作業性不良
が生じるほか、高速溶接では、大粒のスパッタが増加し
たり、スタビング現象やビードか細くくびれる箇所が発
生したりするなどの不具合が生じ、両極性溶接の特長を
十分に発揮できないという問題点がある。

ところで、両極性のうちの片方である正極性溶接は、一
般に逆極性溶接に比べてアークがワイヤ先端の上方には
い上がりやすいので、適正溶接条件範囲が狭く、ややも
するとスパッタの大粒のものが発生しやすいという性質
がある。この観点から、特開昭５６−１０９１７１号公
報に示される正極性パルスショートアーク法なるアーク
安定化方法等が提案されているものの、いずれも正極性
単独溶接のアーク安定化に効果があっても交流溶接には
効果がない。

本発明は、上述のような課題を解決すべく、極性切替に
起因する作業性不良を解消しようとするもので、極性切
替時の消耗電極（溶接ワイヤ）の燃え上がりおよび溶滴
の異常成長を抑制し、その結果短絡回数の減少を防止す
ることにより、交流アークの安定化をはかるとともに高
速溶接を可能として、交流溶接のメリットを最大限に発
揮できるようにした両極性アーク溶接の制御方法を提供
することを目的とする。

［課題を解決するための手段］ 上記目的を達成するために、本発明の両極性アーク溶接
の制御方法は、消耗電極と母材との間に印加する直流電
圧の極性を逆極性から正極性に切り替えるに際し、切替
の直前と直後のうち少なくとも一方にて溶接電流もしく
は溶接電圧のうち少なくとも一方の設定値を所定期間低
下させることを特徴としている。

［作　　　用］ 上述した本発明の両極性アーク溶接の制御方法では、消
耗電極と母材との間に印加する直流電圧の極性を逆極性
から正極性に切り替える際に、切替の直前と直後のうち
少なくとも一方にて溶接電流もしくは溶接電圧のうち少
なくとも一方が、所定期間低下されるので、極性反転後
、正極性溶接にとって高い電流が急激に流れず、反転直
後から正極性溶接に適した電流値の溶接電流が流れるよ
うになる。従って、消耗電極（溶接ワイヤ）の燃え上が
りや溶滴の異常成長が抑制されるとともに、短絡回数の
減少が防止され、極性切替に起因する作業性不良が解消
される。

［発明の実施例］ 以下１図面により本発明の一実施例としての両極性アー
ク溶接の制御方法について説明すると、第１図は本方法
を適用する両極性アーク溶接の制御装置を示す全体構成
図であり、この第１図において、１は直流電源、２はパ
ワートランジスタＴｒ１〜Ｔｒ４から構成されるインバ
ータ回路、３は溶接ワイヤ（消耗電極）、４はアーク、
５は母材、６はワイヤリール７から溶接部へ溶接ワイヤ
３を定速供給するためのワイヤ送給モータ、８は溶接電
流供給経路中のりアクドル、９は溶接電流を検出する電
流検出器、１ｏは溶接ワイヤ３と母材５との間の溶接電
圧を検出する電圧検出器である。

また、１１はインバータ回路２におけるパワートランジ
スタＴｒ１〜Ｔｒ４へオン／オフ信号を出力するトラン
ジスタドライバ、１２は極性切替制御回路、１３は正極
性と逆極性との通電時間設定回路、１４は極性比率設定
器、１５は電圧低減制御回路。

１６は電流低減制御回路、１７はワイヤ送給速度設定器
、１８は直流電源１の出力を制御する８力制御回路であ
る。

次に上述した制御装置の動作について説明する。

通電時間設定回路１３は、極性比率設定器１４にて設定
された比率設定値を取り込んで正極性と逆極性との通電
時間ＴＳＰｙ　ＴＲＰを設定する。そして、極性切替制
御回路１２は、通電時間設定回路１３により設定された
通電時間ＴＳＰ＋　ＴＲＰを受けて時間積算を行ない、
逆極性期間にはＨｉｇｈレベル、正極性期間にはＬｏｗ
レベルの極性信号をトランジスタドライバ１１へ出力す
る。トランジスタドライバ１１は、極性信号がＨｉｇｈ
レベルのときにはパワートランジスタＴｒ１．　Ｔｒ４
をオンかつＴｒ、、　Ｔｒ、をオフとする一方、極性信
号がＬｏｗレベルのときにはＴ　ｒｌ、　Ｔｒ４をオフ
かツＴｒ２．Ｔｒ３をオンとする。ここで、パワートラ
ンジスタＴｒ工。

Ｔｒ４がオン、Ｔｒ、、Ｔｒ３がオフのときには、直流
電源ｌからの電流は溶接ワイヤ３から母材５側へ流れ、
逆極性溶接が行なわれる一方、パワートランジスタＴｒ
１．　Ｔｒ４がオフ、Ｔｒ２．　Ｔｒ、がオンのときに
は、直流電源１からの電流は母材５から溶接ワイヤ３側
へ流れ、正極性溶接が行なわれる。

ところで、アーク発生中に極性切替を行なう場合に第３
図（ａ）、（ｂ）の溶接電圧および溶接電流の波形の一
例から逆極性でアーク発生中に正極性に極性反転される
と、それまで逆極性で流れていた電流値とほぼ同じ電流
が正極性アーク中に流れる〔第３図（ｂ）のＡ部参照〕
。このため、正極性にとっては高い電流が急激に流れる
ので、既に逆極性で形成された溶滴が上方に押しやられ
溶滴がさらに形成される。その後、数ｍ５ｅｃ後には正
規の電流に復帰するものの必然的にアーク期間が伸び。

溶滴が成長し続ける。

一方、溶滴が大きく成長したまま短絡が起きると、短絡
移行中の溶滴の温度が下がり、溶滴の粘度が大きくなっ
て短絡移行が妨げられ、溶滴をくびれさせるための時間
がかかり、場合によっては未溶融の溶接ワイヤが溶融池
に突っ込むいわゆるスタビング現象やビードがその部分
で細くなったり途切れたりするといったことが発生する
。

このように、アーク発生期間と短絡期間とが伸びるため
、短絡回数が減少したり短絡回数の変動が大きくなった
りして１作業性の劣化につながる。

さらに、溶滴が大きく成長すると短絡直前のスパッタが
大粒化したり増加したりする。

このため、本実施例において、電流低減制御回路１６は
、極性切替制御回路１２からの極性信号を取り込んで逆
極性溶接の時間積算を行ないつつ、予め設定された電流
低下時間に基づき電流低下タイミングを決定し、電流低
下開始指令信号と、予め設定された低減電流目標値（逆
極性での通常溶接電流値よりも低い値）および電流低減
波形とを出力制御回路１８へ出力するとともに、逆極性
から正極性への極性切替時点で電流低下動作を解除す葛
信号を出力制御回路１８へ出力する。

さらに、電圧低減制御回路１５は、逆極性から正極性へ
の極性切替時点に電圧低下開始信号と予め設定された切
替時初期電圧値とを出力制御回路１８へ出力するととも
に、極性切替制御回路１２からの極性信号を取り込んで
正極性溶接の時間積算を行ないつつ、予め設定された電
圧値の通常レベル復帰時間（逆極性から正極性への切替
時点より所定時間）に達すると、通常の電圧値レベルに
復帰するように電圧上昇波形を出力制御回路１８へ出力
する。

そして、出力制御回路１８は、電流検出器９゜電圧検出
器１０およびワイヤ送給速度設定器１７からの信号を受
けながら、溶接電圧および溶接電流が電圧低減制御回路
１５および電流低減制御回路１６からの出力に従うよう
に直流電源１の出力を制御する。

なお、溶接電圧と溶接電流との低下時間や目標値、波形
は、実験結果に基づき予め固定してもよいし、例えば、
ワイヤ送給速度や切替周波数の関数あるいはアーク再発
生後の時間の関数として電圧低減制御回路１５および電
流低減制御回路１６に設定し、自動制御するようにして
もよい。

上述のような構成・動作を有する装置を使用することに
より、溶接ワイヤ３と母材５との間に印加する直流電圧
の極性を逆極性から正極性に切り替えるに際し、この切
替に先行して、電流低減制御回路１６により、逆極性で
の溶接電流の設定値工。が通常溶接電流値よりも低く設
定され、これにより、正極性に切り替えると、出力制御
回路１８により直流電源１の出力が制御されて、正極性
への切替時での溶接電流が低くなる。

例えば、第２図（ａ）、（ｂ）に示すように、逆極性か
ら正極性への切替時点から所定時間前に、正極性溶接の
前準備としてそれまでの電流値よりも電流を低下させ始
め〔第２図（ｂ）のＢ部参照〕、極性反転直後の溶接電
流工□が溶滴の増大を促進させない電流値、即ち反転直
後の電流値工、は、本来の正極性溶接時に流れるべき電
流値ｒｓとほぼ同程度がそれ以下となるように〔第２図
（ｂ）のＣ部参照〕直流電源１が出力制御する。

なお、極性反転直前の電流設定−値を低下させる代わり
に、図示しない電圧低減制御回路により電圧設定値を低
下させる制御を行なってもよいし、電流設定値および電
圧設定値を同時に低下させる制御を行なってもよい〔第
２図（ａ）、（ｂ）参照〕。

また、さらに好ましくは、逆極性から正極性に切り替わ
った時点から所定時間に亘って、電圧低減制御回路１５
により本来の設定値よりも溶接電圧の設定値を低く設定
するか〔第２図（ａ）のＤ部参照〕、電圧の代わりに電
流または両方の設定値を低く設定する〔第２図（ａ）、
（ｂ）参照〕。さらに、極性切替の直前および直後に上
述のような出力低下制御を行なってもよい〔第２図（ａ
）、（ｂ）参照〕。

さて、ここで、第１図に示した装置を実際に用いて、各
種の波形制御に基づき溶接を行なって得られた実験結果
を以下に示す。

■切替前に電流低下制御を行なった場合母材の板厚１　
、２ｍ＋＋＋　、ギャップ０．４ｍｎ＋の横向重ね継手
において、溶接ワイヤ径１　、２ｍｍ　、シールドガス
ＣＯ，，ワイヤ送給速度４ｍ／分、溶接速度０．８ｍ／
分、極性比率（正極性比率）６０％、切替周波数５０Ｈ
ｚにて溶接を行なったところ、波形制御を行なわない場
合には、溶滴が大きく成長しアークが不安定となりスパ
ッタが多発するなど作業性不良が生じた。このときの短
絡回数は１５〜２５回／秒と少なかった。ところが、切
替前に電流低下の波形制御を行なうと〔第２図（ｂ）の
Ｄ部参照〕、溶滴の成長が抑制され短絡回数も６０回／
秒前後となり、アークが安定化した。

■切替後に電圧低下制御を行なった場合母材の板厚１　
、２ｍｍ　、ギャップ０．４ｎ＋ｍの横向重ね継手にお
いて、溶接ワイヤ径１　、２ｍｍ　、シールドガスＣＯ
，，ワイヤ送給速度６ｍ／分、溶接速度１．２ｍ／分、
極性比率５０％、切替周波数１００Ｈｚにて溶接を行な
ったところ、波形制御を行なわない場合には、溶滴が大
きく成長しアークが不安定となりスパッタが多発するな
ど作業性不良が生じたほか、ビードに細くくびれが生じ
た。このときの短絡回数は２０回１秒程度であった。と
ころが、１切替後に電圧低下の波形制御を行なうと〔第
２図（ａ）のＤ部参照〕、溶滴の成長が抑制され短絡回
数も５０回１秒となり、アークが安定化した。また、ビ
ードも連続して良好な外観のものが得られた。

■切替前に電流低下制御および切替後に電圧低下制御を
行なった場合 母材の板厚１　、６ｍｍ　、ギャップ０．５ｍｍの横向
重ね継手において、溶接ワイヤ径１　、２ｍｍ　、シー
ルドガスＣＯ□、ワイヤ送給速度９．５ｍ／分、溶接速
度１．５ｍ／分、極性比率７０％、切替周波数３００　
Ｈｚにて溶接を行なったところ、波形制御を行なわない
場合には、溶滴が異常に大きく成長しアークが不安定と
なって大粒のスパッタが多発し溶接ビードが途切れたり
くびれたり、さらにはスタビング現象が発生した。この
ときの短絡回数は１０回／秒程度であった。ところが、
切替前に電流低下、切替後に電圧低下の波形制御を行な
うと〔第２図（ｂ）のＢ部および第２図（ａ）のＤ部参
照〕、溶滴の成長が抑制され短絡回数も４０〜４５回／
秒となり、アークが安定化し大粒のスパッタも減少した
。そして、連続して安定したビードを得ることができた
。

なお、上述の溶接例は、ソリッドワイヤを用いたＣＯ２
交流アーク溶接の場合について説明しているが、Ａｒ−
Ｇｏ□混合ガスシールド交流溶接や複合ワイヤを用いた
ノンガスシールド交流溶接などにも適用できる。

［発明の効果］ 以上詳述したように１本発明の両極性アーク溶接の制御
方法によれば、消耗電極と母材との間に印加する直流電
圧の極性を逆極性から正極性に切り替えるに際し、切替
の直前と直後のうち少なく仁も一方にて溶接電流もしく
は溶接電圧のうち少なくとも一方の設定値を所定期間低
下させるようにしたので、極性切替時に消耗電極の燃え
上がりや溶滴の異常成長が抑制され、その結果、短絡回
数の減少および不規則化が防止され、交流アークの安定
化および高速溶接が実現される。これにより、極性切替
に起因する作業性不良が解消され、交流溶接のメリット
を最大限に発揮できる効果が得られる。

【図面の簡単な説明】

第１，２図は本発明の一実施例としての両極性アーク溶
接の制御方法を示すもので、第１図は本方法の適用を受
けた両極性アーク溶接の制御装置を示す全体構成図、第
２図（ａ）、（ｂ）はそれぞれ上記実施例の装置による
波形制御を行なった際の電圧波形および電流波形を示す
グラフであり、第３図（ａ）、（ｂ）はそれぞれ従来の
波形制御を行なった際の電圧波形および電流波形を示す
グラフである。 １・−・直流電源、２−インバータ回路、３・−溶接ワ
イヤ（消耗電極）、４−・−アーク、５・−母材、６・
−ワイヤ送給モータ、７−ワイヤリール、８−リアクト
ル、９−電流検出器、１〇−電圧検出器、１１−・−ト
ランジスタドライバ、１２−極性切替制御回路、１３・
−通電時間設定回路、１４−極性比率設定器、１５＝・
電圧低減制御回路、１６−電流低減制御回路、１７−ワ
イヤ送給速度設定器、１８−出力制御回路、Ｔｒ工〜Ｔ
ｒ、−パワートランジスタ。 特許出願人　株式会社　神戸製鋼所

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 消耗電極と母材との間に印加する直流電圧の極性をアー
   ク発生中交互に繰り返して溶接する両極性アーク溶接の
   制御方法において、上記の消耗電極と母材との間に印加
   する直流電圧の極性を逆極性から正極性に切り替えるに
   際し、切替の直前と直後のうち少なくとも一方にて溶接
   電流もしくは溶接電圧のうち少なくとも一方の設定値を
   所定期間低下させることを特徴とする両極性アーク溶接
   の制御方法。