JPH01293976A - パルスアーク放電装置 - 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〕 この発明は、消耗電極式のパルスアーク放電装置、特に
溶接トーチ等の変動に伴なう母材の溶込み深さ、断面積
の変動を防止することかてきるパルスアーク放電装置に
関するものである。

〔従来の技術） 第７図は、例えは特開昭５７−１９１８４号公報に示さ
れている従来のパルスアーク放電装置を示すもので、図
中、（１）はパルスアーク溶接電源、（２）は消耗電極
ワイヤ（以下溶接ワイヤと称す）、（３）は溶接トーチ
、（４）はアーク放電、（５）は母材、（６）は溶接ト
ーチ（３）と母材（５）との間の電圧（Ｖ、）を検出す
る電圧検出器、（７）は検出した電圧（Ｖ、）と所定の
溶接電圧（ＶＯ）とを比較して差電圧（Ｖｏ−ｖＦ）を
出力する比較器、（８）は上記溶接電圧（ＶＯ）を設定
する溶接電圧設定器、（９）はパルスピーク値（■、）
を設定するパルスピーク値設定器、（ｌＯ）はベース電
流（■Ｂ）を設定するヘース電流設定器、（１１）はパ
ルス幅（τ）を設定するパルス幅設定器、（ＥＸ）は溶
接ワイヤ（２）の突き出し長さ、（℃８）はアーク長、
（ＩｌＸ）は溶接トーチ（３）と母材（５）との間の距
離である。なお、パルスアーク溶接電源（１）には、上
記の他、パルス波形整形部等の構成要素もあるが、説明
を簡略化するため省略する。

従来のパルスアーク放電装置は上記のように構成され、
パルスアーク溶接電源（１）により、溶接ワイヤ（２）
と母材（５）との間に、直流のベース電流（ＩＢ）　ニ
第８　図（ａ）　、　（ｂ）に示すパルス電流（パルス
ピーク値（Ｉｐ）　、パルス幅（τ））を重畳した電流
を通電し、溶接ワイヤ（２）と母材（５）との間にパル
スアーク放電（４）が維持されて溶接がなされる。また
溶接ワイヤ（２）は、母材（５）側へ連続送給され、送
給される溶接ワイヤ（２）は、パルスアーク放電（４）
により溶融し、溶接の溶加物として母材（５）に移行す
る。なお、一般に溶接ワイヤ（２）の送給速度は、パル
ス周期と比例させている。

ところで、従来のパルスアーク放電装置において、溶接
中に、溶接トーチ（３）の上下方向の変動や母材（５）
の歪により溶接トーチ（３）と母材（５）との間の距１
１１１（Ｊ！ｘ）が変動した場合、これに伴ないアーク
長（１，）が変動するのを防止するため、次のようなフ
ィードバック制御を行フている。

すなわち、電圧検出器（６）で時々刻々の電圧（Ｖ、）
等の電圧が検出され、この電圧（Ｖ、）と溶接電圧設定
器（８）で設定した溶接電圧（ＶＯ）とが比較器（７）
で比較される。この比較器（７）からは差電圧（ν。−
ＶＦ）信号が出力され、パルス幅設定器（］１）に人力
される。パルス幅設定器（１１）では、制御パルス量（
Δτ）を差電圧（ＶＯＶＦ）の関数になるようにした上
で、パルス幅（τ）を（τ。±Δτ）になるように演算
している。例えば、シールドガスを６０２ガス、溶接ワ
イヤ（２）の送給速度（ｖ８）を７ｍ／ｍｉｎ、パルス
ピーク値（■、）を５０ＯＡ。

ベース電流（■！ｌ）を６０Ａとした場合、第９図に示
すように溶接トーチ（３）と母材（５）との間の距離（
ｆｔ、）が変動し、突き出し長さ（Ｅ、）が１５．８ｍ
ｍから２０．４ｍｍに変化した場合、パルス幅（τ）を
４．０ｍｓから３．８ｍｓに変化させれば、突ぎ出し長
さ（Ｅ、）が１５．８ｍｍの場合とほぼ同一のアーク長
（Ｕ、）が得られる。

次に、この原理につき第１０図を参照しながら詳細に説
明する。

第１０図は溶接部を拡大した図であり、図中、（Ｖ、）
は溶接トーチ（３）と母材（５）との間の電圧、（Ｖ　
ｗ）は溶接ワイヤ（２）の連続送給時の送給速度、（Ｅ
Ｘ）は溶接トーチ（３）の給電部からアーク先端までの
溶接ワイヤ（２）の突き出し長さ、（Ｑ、）は溶接ワイ
ヤ（２）が給電部からアーク先端までにパルス電流波形
によってジュール加熱される熱量、（１）はパルス電流
波形の実効電流（Ｉ＝モ（ＩＰ２＋τ＋ＩＢ”　（Ｔ−
τ）））、（Ｒ）は溶接ワイヤ（２）の単位長さ当りの
抵抗値、（Ｑ、）はアーク放電（４）によって溶接ワイ
ヤ（２）を加熱する熱量、（ｋｌ）はガスや溶接ワイヤ
径、材質で決まる比例定数、（Ｔ）は平均電流（Ｉ　＝
−ｒ　（Ｉｐ・Ｔ　＋■Ｂ（Ｔ−で）））、（Ｑ２）は
アーク放電（４）によフて母材（５）を加熱する熱量、
（ｋ２）はガスや母材形状、材質で決まる比例定数であ
る。

第１０図に示すように、溶接ワイヤ（２）に入る熱量（
Ｑｗ）はＱｗ＝　ＱＪ＋Ｑｌで、また熱量（ｑ、）は、
ＱＪ＝１２−Ｒ−Ｅｘ／ｖ　ｗで、さらに熱量（Ｑｌ）
はＱ＋＝に＋・丁で算出される。また溶接ワイヤ（２）
の溶融量は、溶接ワイヤ（２）に入る熱量（Ｑ８）に比
例し、ワイヤ先端部に溶融塊を作り、この溶融塊は、パ
ルス電流によって母材（５）へ移行する。

このことから、アーク長（ｊ２．）は、溶接ワイヤ（２
）の送給速度（ｖ８）と、溶融塊が母材（５）側へ移行
する量がバランスする地点で決まる。換言すれば、アー
ク長（Ｊ２．）が一定である条件は、次式％式％（１） において、熱量（ｑｗ）の値を一定値に保つことである
。

第９図で説明したように、Ｅｘ＝　１５．８ｍｍで溶接
した場合には、パルス幅（τ）は４．０ｍｓで、ほぼ最
適なアーク長（ｊ２．）で溶接でき、その場合における
実効電流（１）は２６３Ａ、平均電流（Ｔ）は１７７Ａ
である。また、突き出し長さ（ＥＸ）が１５．８ｍｍか
ら２０．４ｍｍになった場合、この装置のパルス幅（τ
）によるアーク制御により、アーク長（４２，）は、Ｅ
ｘ＝　１５．８ｍｍの場合におけるアーク長（Ｉｌ、）
を維持するようにパルス幅（τ）が３．６ｍＳに縮めら
れ、その結果、実効電流（１）は２５〇八、平均電流（
Ｔ）は１６６八になり、熱量（ｏｗ）が一定値に保たれ
る。

〔発明か解決しようとする課題〕

上記のような従来のパルスアーク放電装置では、溶接ワ
イヤ（２）の突き出し長さ（ＥＸ）の変動に伴なうアー
ク長い１）の変動を防止するため、パルス幅（τ）によ
るアーク長制御を行っているので、実効電流（１）とと
もに平均電流（丁）も変化してしまうことになる。そし
て、平均電流（Ｔ）か変化すると、アーク放電（４）に
よって母材（５）を加熱する熱量（Ｑ２）が変化し、そ
の結果、第１１図（ａ）、（ｂ）に示すように母材（５
）の溶は込み断面積か変化してしまい、母材（５）の溶
は込み断面積が狭い場合には、溶接強度が弱くなるとい
う課題があった。

この発明は、かかる課題を解決するためになされたもの
で、溶接トーチが変動してもアーク長の変動を防止する
ことができるとともに、母材の溶ζプ込み断面積をほぼ
一定にすることができるパルスアーク放電装置を得るこ
とを目的とする。

（課題を解決するための手段） この発明に係るパルスアーク放電装置は、母材と溶接ワ
イヤとの間に、ほぼ一定のピーク値を有しアークを維持
するベース電流と、ほぼ一定のピーク値を有し上記ベー
ス電流に重畳されるパルス電流とを供給するパルスアー
ク放電装置において、アーク長の変動をアーク電圧で検
出する検出器と、この検出器からの出力に基つきパルス
アーク放電の平均電流値をほぼ一定に保ちつつパルスア
ーク放電の実効電流を制御する制御装置とを設けるよう
にしたものである。

〔作用） この発明において、アーク長の変動が検出器で検出され
るとともに、この検出器からの出力値に基づき、制御装
置において、パルスアーク放電の平均電流値をほぼ一定
に保ちつつパルスアーク放電の実効電流か制御される。

このため、溶接トーチが変動しても、アーク長の変動を
防止することか可能となり、しかも平均電流値に依存す
るアーク熱量をほぼ一定にして、母材の溶は込み断面積
をほぼ一定にすることか可能となる。

（実施例） 第１図は、この発明の一実施例を示すもので、図中、第
７図〜第１１図と同一符号は同−又は相当部分を示すも
のとする。（１２）は信号を反転させるための反転回路
で、差電圧（Ｖｏ　　ＶＦ）はパルス幅設定器（１１）
に入力されるとともに、反転回路（１２）に入力される
ようになっている。そして反転回路（１２）の出力（Ｖ
Ｆ−ＶＯ）は、ベース電流設定器（１０）に入力される
ようになっている。

第２図は、第１図の実施例におけるパルス幅変化量（Δ
τ）とベース電流変化量（ΔＩＢ）との関係を示すグラ
フで、図中（１３）は上記実施例における特性直線であ
る。

第３図は、パルス電流のパルスピーク値（ＩＰ）を５０
０Ａ、パルス周期を１５ｍ５とし、かつ平均電流（Ｔ）
又はパルス幅（τ）を一定としたときのベース電流（Ｉ
　Ｂ）に対する実効電流（１）の特性と、この実施例の
アーク長制御を行った場合の過渡状態とをそれぞれ示す
もので、図中、（１４）は平均電流（Ｔ）が１６０八で
のベース電流（■、）に対する実効電流特性、（１５）
は平均電流（■）が１８ＯＡでの同様の実効電流特性で
ある。また（１６）はパルスｌ１ｍ　（τ）が４ｍｓで
の実効電流特性、（１７）はパルス幅（τ）が３．５ｍ
ｓでの実効電流特性、（１８）はパルス幅（τ）が３ｍ
ｓでの実効電流特性である。また（１９）はＶ、＝Ｖｏ
どなる仮想線であり、さらに破線Ａ−＋Ｂ−＋Ｃ−＋Ｄ
→Ｅ−Ｆ−４Ｇ→Ｈ→Ｉ→Ｊ→に→Ｌ→Ｍ→Ｎ→０→Ｐ
は、このアーク長制御でのＡ状態からＰ状態になるまで
の過渡特性である。

第４図（ａ）、　（ｂ）は、上記Ａ点およびＰ点で溶接
した場合の溶接ビード断面図をそれぞれ示す。

上記のように構成されたパルスアーク放電装置において
、例えは溶接トーチ（３）の位置が変動し、溶接ワイヤ
（２）の突き出し長さ（ＥＸ）が１５．８ｍｍから２０
．４ｍｍに変化した場合について考える。Ｅｘ＝１５．
８ｍｍの場合は、第３図のＡ点てあり、そのときの実効
電流（１）は２ｆｉ３Ａ、パルス幅（τ）は４ｍｓ。

平均電流（Ｔ）は１７７八である。

溶接ワイヤ（２）の突き出し長さ（ＥＸ）が２０．４ｍ
ｍになると、溶接電圧（ＶＯ）に対して溶接トーチ（３
）と母材（５）との間の電圧（ν、）が高くなり、パル
ス幅（τ）は、差電圧（ＶＯ−ＶＦ）がパルス幅設定器
（１１）に入力されることにより、３．６ｍ５（Ｂ点）
まで縮まる。これと同時に、差電圧（Ｖｏ−ＶＦ）の反
転信号（ｖｒ　　ｖｏ）がベース電流設定器（１０）に
人力されるので、ベース電流（■ａ）は７２Ａ（Ｃ点）
になる。するとまた、電圧（Ｖ、）が溶接電圧（ＶＯ）
に対して高くなり、さらにパルス幅（τ）が３．３ｍ５
（Ｄ点）まで縮み、パルス幅変化量（Δτ）が０．３ｍ
ｓまで縮まると、ベース電流（Ｉ８）が８１Ａになって
Ｅ点となる。ベース電流（ＩＢ）が８１Ａになると、電
圧（Ｖ、）が溶接電圧（ｖｏ）に対して高くなり、パル
ス幅（τ）がさらに縮んで３．１ｍ５（Ｆ点）となり、
パルス幅変化量（Δτ）が０．２ｍｓ縮まると、ベース
電流（ＩＢ）は８７Ａとなる。このように、パルス幅（
τ）の減少とベース電流（ＩＢ）の増加とを繰返してＰ
点で収束する。すなわち、Ｐ点では、パルス幅（τ）が
３ｍｓで、実効電流（１）が２４ＯＡ、平均電流（Ｔ）
が約１７７八である。

上記説明では、溶接ワイヤ（２）の突き出し長さ（ＥＸ
）が１５．８ｍｍから２０．４ｍｍに変化した場合の過
渡変化Ａ−＋Ｂ−４０−４Ｄ−４Ｅ→Ｆ→Ｇ→Ｈ→■→
Ｊ→に→Ｌ−４Ｍ−４Ｎ→０→Ｐを順を追って説明した
が、Ａ点からＰ点へは即座に穆る。また、ここでは突き
出し長さ（Ｅｘ）が長くなる場合について説明したが、
短かくする場合も、上記とは逆の過渡状態が繰返されて
Ｐ点からＡ点に即座に穆行する。

なお上記実施例では、差電圧（ｖｏ　　ＶＦ）の反転信
号（ＶＦ　　Ｖｏ）をベース電流設定器（１０）に入力
する場合を示したが、第５図に示すように差電圧（Ｖｏ
　　ＶＦ）をパルスピーク値設定器（９）に人力し、パ
ルスピーク電流値を増減させるようにしても、上記実施
例と同様の効果が期待てきる。

また上記実施例では、差電圧（ＶＯ−Ｖｒ）をパルス幅
設定器（１１）に入力し、パルス幅（τ）を制御する場
合を示したが、パルス幅（τ）を制御する代わりにパル
ス周波数を制御するようにしても、上記実施例と同様の
効果が期待できる。

さらに上記実施例では、第３図に示すように差電圧（Ｖ
ｏ　　ＶＦ）によりＡ点からＰ点まで変化するものを示
したが、差電圧（ＶＯＶＦ）と同時にＢ点の実効値をサ
ンプル検出し、その値を維持するようにすれば、すなわ
ち第６図に示すようにＡ点から即座にに点に穆るように
すれは、アーク長（℃１）を一定にするのではなく、ア
ーク負荷を一定にするような効果にも転用することがで
きる。

そしてこの発明に係るパルスアーク放電装置においては
、上記制御装置として、アーク電圧の変動に応じパルス
幅又はパルス周波数を制御してベース電流値を増減させ
る手段を備えたもの、あるいはアーク電圧の変動に応じ
パルス幅又はパルス周波数を制御してパルスピーク電流
値を増減させる手段を備えたものを用いることが好まし
い。

【発明の効果〕

この発明は以上説明したとおり、アーク電圧の変動に対
し、パルスアーク放電の平均電流値をほぼ一定に保ちつ
つパルスアーク放電の実効電流を制御するようにしてい
るので、溶接トーチが変動しても、アーク長の変動を防
止することができるとともに、溶接における溶は込み断
面積をほぼ一定にすることができ、溶接の信頼性が向上
して精密な溶接が得られる。

またこの発明は、制御装置として、アーク電圧の変動に
応じベース電流値を増減させる手段を備えたもの、ある
いはアーク電圧の変動に応じパルスピーク電流値を増減
させる手段を備えたものを用いるようにしているので、
従来装置をわずかに変更するだけで、この発明に係るパ
ルスアーク放電装置を構成することができる等の効果が
ある。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の一実施例に係るパルスアーク放電装
置を示す構成図、第２図はパルス幅変化量に対するベー
ス電流変化量の関係を示すグラフ、第３図はベース電流
に対する実効電流特性およびこの発明のアーク長制御を
行った場合の過渡特性をそれぞれ示すグラフ、第４図（
ａ）　、　（ｂ）はこの発明の溶接ビート断面をそれぞ
れ示す模式図、第５図はこの発明の他の実施例を示す第
１図相当図、第６図はこの発明を他の制御に転用した場
合の特性を示す第３図相当図、第７図は従来のパルスア
ーク放電装置を示す第１図相当図、第８図（ａ）、　（
ｂ）はパルスアーク電流波形の一例をそれぞれ示す波形
図、第９図は従来装置における突き出し長さに対するパ
ルス幅特性を示すグラフ、第１０図はジュール加熱とア
ーク加熱との分担を示すパルスアーク部分の模式図、第
１１図（ａ）、　（ｂ）は従来装置における溶接ヒート
断面をそれぞれ示す第４図（ａ）、（ｂ）相当図である
。 （１）・・・パルスアーク溶接電源、（２）・・・溶接
ワイヤ、（３）・・・溶接トーチ、（４）・・・アーク
放電、（５）・・・母材、（６）・・・電圧検出器、（
７）・・・比較器、（８）・・・溶接電圧設定器、（９
）・・・パルスピーク値設定器、（１０）・・・ヘース
電流設定器、（１１）・・・パルス幅設定器、（１２）
・・・反転回路、（Ｅｘ）・・・突き出し長さ、（υａ
）・・・アーク長。 なお、各図中、同一符号は同−又は相当部分を示すもの
とする。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 母材と溶接ワイヤとの間に、ほぼ一定のピーク値を有し
   アークを維持するベース電流と、ほぼ一定のピーク値を
   有し上記ベース電流に重畳されるパルス電流とを供給す
   るパルスアーク放電装置において、アーク長の変動をア
   ーク電圧で検出する検出器と、この検出器からの出力に
   基づきパルスアーク放電の平均電流値をほぼ一定に保ち
   つつパルスアーク放電の実効電流を制御する制御装置と
   を備えることを特徴とするパルスアーク放電装置。