JPH0375267B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は消耗性電極を自動的に送給しながら溶
接を行なうアーク溶接機において溶接終了時に消
耗性電極の送給機構の慣性に起因する惰走分を有
効に溶融させるとともに、消耗性電極の先端に球
状塊を生じないようにしたアーク溶接方法及び溶
接機に関するものである。

一般に消耗性電極を電動機等を用いた送給機構
により送給しながら行うアーク溶接機において
は、溶接終了時には送給機構を急停止させて消耗
性電極の楕走を極力少なくするように配慮されて
いる。しかし実際には惰走分を完全に零にするこ
とは不可能であり、送給機構の特有の時定数で減
衰する曲線に沿つて減速し停止する。したがつて
溶接終了の指令信号が発せられてから完全に停止
するまでの間に消耗性電極がわずかではあるが送
給される。このため溶接終了に際して溶接終了信
号と同時に消耗性電極の送給機構に制動をかける
とともに溶接電源の出力をも同時に遮断するとこ
の惰走分のために消耗性電極が被溶接物に突立ち
そのまま溶着してしまうことになる。そこでこの
惰走分を溶融させるために第１図に消耗性電極の
送給速度Ｓの時間的変化と出力電圧Ｅの時間的変
化との関係を示すように、溶接終了信号ｂと同時
に溶接電源の出力を遮断するのではなく、溶接終
了信号より一定時間遅らせた後に、遮断する方法
が知られている。しかしこのような方法によると
きは、溶接終了信号が発せられた後には消耗性電
極の送給量は減速曲線に沿つて漸減しついには零
となる。一方、アーク溶接においては、消耗性電
極の送給速度Ｓと溶接電流Iwとの間には第２図
に示すように略比例の関係がある。したがつて消
耗性電極の送給速度が漸減するにつれて溶接電流
も減少し、消耗性電極の先端部に溶融金属は離脱
することが困難となり、第３図に示すように先端
に大きな球状となつて溜り、電流が遮断された後
はこの球状の溶融金属が凝固して球状塊を形成す
る。このような球状塊はその断面積が大なるため
に溶接再開時に電極先端が被溶接物に接触しても
急速に過熱されないのでこれを溶断して速やかに
アークに移行することができない。このような球
状塊を小さくするために第４図ないし第６図のよ
うに出力電圧を時間的に変化させる装置が提案さ
れている。即ち第４図に示すものは溶接終了信号
と同時に溶接電源の出力電圧を溶接中の電圧Ｅに
比べて低い一定の電圧E′に切替えるものである。
また第５図は第４図に示した電圧変化を行なわせ
かつその末尾において再び高い出力電圧Epを印
加して終了するものである。さらに第６図は溶接
電源の出力を電極の送給量の減衰に類似したパタ
ーンで漸減させるものである。

第４図および第５図の装置においては溶接終了
信号が発せられた後の出力電圧として設定すべき
電圧値は溶接中の出力電圧の大小あるいは消耗性
電極の送給速度の大小によりそれぞれ最適値があ
り、この選定が不完全であれば消耗性電極の溶着
あるいは電極先端に発生する球塊が大きくなる欠
点がある。即ち、一般に安定なアーク溶接を持続
し得る溶接電圧Eaと溶接電流Iwとの間には第７
図に斜線部にて示すように略正比例の関係にあ
る。したがつて溶接終了信号が発せられた後の出
力電圧E′の設定をある特定の出力電圧Ｅに対して
最適の値に設定したときを考えると、これより高
い出力電圧で溶接を行うときには第７図から溶接
電流も当然高い値となるように選定される。この
とき第２図から判るようにこの高い溶接電流を得
るべく電極の送給速度も速い値に選定されるか
ら、溶接終了時においては電極の惰走量も大きく
なり溶接部に突入して溶着してしまう可能性があ
る逆に低い出力電圧で溶接を行うときには電極の
送給速度も遅く、溶接終了時における惰走量は少
ないから電極は燃え上り気味となり、このため電
極の先端に発生する球塊は大きくなり目的が達せ
られない。これらを完全に解決するものとして第
６図のものが提案されているが、これは論理上は
理想に近いとは言うものの電極の減速特性と電源
出力の減衰特性とを正確に一致させることが難か
しく、そのため回路構成も複雑となり実用的でな
かつた。

本発明においては、溶接終了信号が発せられた
後は出力電圧を低い電圧に切替えるとともに慣性
によつて供給される消耗性電極の惰走分のうち大
部分をこの低い出力電圧値を維持している期間中
の比較的初期の段階においてパルス状の出力を供
給することによつて溶融して電極の溶接部への突
入を防止する一方、低い出力電圧をパルス状出力
の後にまで持続させることによつて電極の先端に
おける溶融球の発生を防止したものである。

第８図は本発明のアーク溶接機の実施例を示す
構成図である。同図において１は溶接電源であり
商用交流電源２からの電力を得て外部からの設定
信号に応じた電圧を溶接トーチ３および被加工物
４に供給する。５は送給ロール６によつて溶接部
に供給される消耗性電極である。７は溶接時の出
力電圧を設定するための第１の基準電圧設定器、
８は第１の基準電圧設定器の設定値よりも低い値
に設定された第２の基準電圧設定器、９は第１の
基準電圧設定器７および第２の基準電圧設定器８
の出力信号を受けて外部からの指令信号に応じて
両出力のうちのいずれかを選択的に出力する第１
のスイツチング回路、１０はパルス状出力の波高
値を定めるための第３の基準電圧設定器、１１は
第１のスイツチング回路９および第３の基準電圧
設定器１０の出力を受けて外部からの指令信号に
応じて両出力のいずれを選択的に出力する第２の
スイツチング回路、１２は第２のスイツチング回
路１１の出力を溶接電源１の制御部に伝達するた
めの開閉器である。１３は溶接開始および停止を
指令する起動回路であつて例えば溶接トーチ３に
設けられたトーチスイツチの動作に応じて溶接開
始から溶接終了までの間、継続した信号を出力す
るリレー回路あるいはフリツプフロツプ回路によ
り構成される。１４および１５は第１および第２
の時限回路であり、起動回路１３の溶接開始信号
により動作し、溶接終了信号即ち起動回路１３の
溶接中を示す出力信号の消滅後に時限を開始し、
設定時限後に復帰する瞬時動作時限復帰式のタイ
マ、あるいは起動回路１３の出力信号の立下りに
より一定時間出力を発生するモノマルチバイブレ
ータが用いられる。１６は第２の時限回路１５の
時限終了から一定の時間出力を発生する第３の時
限回路である。１７は消耗性電極５の送給速度設
定器、１８は電力源１９から電力を受けて起動回
路１３が溶接中信号を発している間継続して電動
機２０を送給速度設定器１７の設定値に対応した
速度で駆動するための電動機回転速度制御回路で
ある。

第８図の実施例の動作を第９図の説明図によつ
て説明する。第９図においては(1)は起動回路１３
の出力、(2)は電動機２０の回転速度即ち消耗性電
極５の送給速度Ｓ、(3)は第１の時限回路１４の出
力、(4)は第２の時限回路１５の出力、(5)は第３の
時限回路１６の出力を示し、(6)は開閉器１２の出
力即ち溶接電源１の出力電圧の変化を示す。同図
に示すように時刻ａにおいて起動スイツチが操作
されると起動回路１３から溶接中信号が出力さ
れ、この出力信号は第１のスイツチング回路９、
第１および第２の時限回路１４および１５、電動
機制御回路１８にそれぞれ供給される。第１のス
イツチング回路９においてはこの溶接中の信号に
より第１の基準電圧設定器７の出力信号か選択さ
れてその基準電圧を第２のスイツチング回路１１
に伝達する。また第１の時限回路１４は溶接中の
信号を受けて瞬時動作し開閉器１２を閉じる。こ
の結果、第１の基準電圧設定器７の出力が溶接電
源１に供給され、溶接電源１は第１の基準電圧設
定器７の設定値に応じた溶接用の出力電圧E₁を
溶接トーチ３および被溶接物４に印加する。一
方、起動回路１３からの出力により電動機制御回
路１８は電動機速度設定器１７にて設定された速
度で回転し、これに連動する送給ロール６を駆動
して消耗性電極５を速度Ｓで被溶接物４に向つて
送給する。消耗性電極５が被溶接物４に接触する
とアークを発生し溶接が開始される。次に時刻ｂ
において溶接を終了するときを考える。時刻ｂに
おいて溶接終了信号即ち起動回路１３からの溶接
中の信号が消滅されると電動機回転速度制御回路
１８は直ちに出力を遮断するので以後電動機２０
は急速に減速されΔtの時間の後に停止する。起
動回路１３の出力が消滅すると第１のスイツチン
グ回路９は切替わり第１の基準電圧設定器７の出
力にかえて第２の基準電圧設定器８の出力を伝達
する。起動回路１３の出力の消滅により第１およ
び第２の時限回路１４および１５は計時を開始
し、第２の時限回路１５は時間t₂の後にまた第１
の時限回路１４はこれより長い時間t₁の後にその
時限を終了する。第２の時限回路１５の時限終了
により第３の時限回路１６が時限を開始する。溶
接終了から第２の時限回路１５が時限を終了する
までのt₂の間は第２の基準電圧設定器８の低い設
定値が溶接電源１に供給され溶接トーチ３および
被溶接物４には溶接時より低い電圧E₂が供給さ
れる。第２の時限回路１５が時限を終了すると第
３の時限回路１６が時限を開始し設定されたt₃の
間だけ出力信号を第２のスイツチング回路１１に
供給する。第２のスイツチング回路１１はこの結
果、第２の基準電圧設定器の出力に替えて第３の
基準電圧設定器１０の出力を開閉器１２に供給す
る。したがつて溶接電源１は第３の時限回路１６
の設定時限の間のみ第３の基準電圧設定器１０の
設定値に対応する電圧Epを出力する。第３の時
限回路１６の時限が終了すると第２のスイツチン
グ回路１１は再び第２の基準電圧設定器８の出力
を開閉器１２に伝達するので溶接電源１の出力電
圧は再び低いE₂の値に戻る。この低い出力電圧
E₂は第１の時限回路１４が時限を終了するまで
継続し、起動回路１３の溶接中信号が消滅した時
点即ち溶接終了指令時点ｂからt₁の時間の後に時
限回路１４の出力が消滅した時点で開閉器１２が
開き、この結果、溶接電源１の出力は遮断され
る。

溶接終了に際して消耗性電極５の送給電動機に
制動をかけると同時に第２の基準電圧設定器８に
よつて定まる低い電圧に切替えると、消耗性電極
の送給速度は未だ速く、これに対して供給される
溶接電源からの出力が低すぎるので消耗性電極の
先端の溶融量が過少となり、アーク長は次第に短
くなる。このアーク長が十分に短くなつた時点で
溶接電源１の出力を再び高い値に戻すとアーク長
が極端に短いこともあつて通常溶接時より大なる
溶接電流が流れて極く短時間の間に惰走により送
給された消耗性電極を溶融し大きな電流による大
なるピンチ力によつてこの溶融金属を電極先端か
ら離脱せしめる。そして消耗性電極の減速とも作
用相してアーク長は急速に成長し消耗性電極の溶
接部への突入を防止する。さらにこの高い電圧を
供給した後に、再び低い電圧に保ち、そのころに
は十分に減速されている消耗性電極の溶融を抑制
しつつアークを維持させることによつて消耗性電
極の先端に生じた溶融球を消滅させる。

なお一般に消耗性電極を使用するアーク溶接に
おいては溶接の終了に際して溶接中にアーク圧力
によつて被溶接物に生じたクレータを埋めるため
に電圧、電流ともに低い値に切替えて漸時溶接を
行うクレータ処理期間を設ける。この場合におい
ても、クレータ処理期間の終了後に本発明の出力
電圧変化をクレータ処理時の溶接電圧を基準とし
て行なわせるように構成すればよい。

本発明のアーク溶接機の動作は上記の通りであ
るから、溶接終了信号から高い電圧を再び印加す
るまでの時間、即ち第２の時限回路１５の時間は
比較的短い時間でよく、場合によつてはほとんど
設けなくてもよい。また時間t₃において供給する
高い電圧の値は溶接時の電圧と同じでもよいが印
加する時期が遅くなる程即ちt₂の時間が長い程大
きな値とすることが必要となる。またそのときの
波形は第９図のように矩形波状のパルス電圧に限
るものではなく他の波形でもよい。第１０図にこ
れらの種々の変形を溶接終了時における電圧の変
化のみを取出して示す。同図の(1)は矩形波状電圧
に替えて三角波状のパルス電圧を供給する場合を
示し、これは第３の基準電圧設定器として一定電
圧に充電したコンデンサをこの時点で放電させる
ことによつて用意に得られる。また(2)および(3)は
溶接終了に引続いてパルス状電圧を供給するもの
であり、溶接電圧Ｅに引続いて通電するパルス状
電圧の波高値は溶接電圧の平均値よりも大であ
る。(4)は複数のパルス状電圧を供給するときの例
を示す。

ここで溶接終了時において低い電圧を供給する
期間中において供給するパルス状の電圧の継続時
間は、パルス状電圧の波高値を溶接電圧に対応し
て定めれば略一定とすることができる。

その理由を次に説明する。第２図および第７図
から判るように安定なアーク溶接を行うためには
消耗性電極の送給速度と溶接電圧即ち溶接電源の
出力電圧とは略正比例の関係にある。そこで使用
する溶接電流が大なるとき、即ち消耗性電極を高
速で供給しながら溶接を行う場合には高い溶接電
圧が設定される。したがつて溶接終了時における
消耗性電極の惰走量も多くなるが、この場合には
溶接時における高い電圧に対応して波高値を決め
れば、パルス状電圧が供給される間に高速で惰走
を続ける消耗性電極を大量に溶融することになり
被溶接物の溶接部への突入を有効に防止できる。
逆に使用する溶接電流が低くて消耗性電極の送給
速度が遅い場合には惰走量も少なくなるが、この
ときには溶接電圧も低い値に選定されているはず
であるから、これに対応してパルス状電圧の波高
値を定めれば、このパルス状電圧を供給している
期間中に溶融される消耗性電極の量も少なくな
り、燃え上りを生ずることはない。したがつてパ
ルス状電圧の継続時間は略一定に選定することが
できる。

なお第８図の実施例においては第１、第２およ
び第３の基準電圧設定器の出力はそれぞれ切替え
て使用するものとしたが、これらの出力電圧制御
回路は第９図の(6)あるいは第１０図の(1)ないし(4)
のそれぞれに示すような波形変化をするようにプ
ログラムする回路であれば何でもよく、例えば溶
接時においては第１の基準設定器の出力と第２の
基準設定器の出力との和を使用し、溶接終了に際
して第１の基準電圧設定器の出力を切離して第２
の基準電圧設定器の出力のみを溶接電源１の出力
設定信号とし、さらにパルス状出力供給時には第
２の基準電圧設定器の出力に第３の基準設定器の
出力を加えて溶接電源１の出力設定信号とするも
のでもよい。さらには半導体記憶素子などを用い
てあらかじめ出力電圧設定信号を記憶させてお
き、これを適宜読み出して溶接電源の出力電圧を
決定するようにしてもよい。また起動回路１３は
溶接開始信号と溶接終了信号とを独立した信号と
して出力するものでもよい。また開閉器１２の位
置は第１および第２の基準電圧設定器７，８から
溶接用電源１までの間または商用交流電源と溶接
用電源との間、あるいは溶接用電源の内部におい
て出力制御回路を開閉する位置のいずれでもよ
い。

第８図の実施例においては溶接電源として外部
からの出力電圧設定信号に応じた電圧を出力する
ものを用い、出力電圧制御回路としては出力電圧
設定信号を所要の形態に変化させて行うものを説
明したが、本発明はこれに限定されるものではな
く、例えば溶接電源として溶接用の比較的高い電
圧を出力する主電源回路と溶接の終了に際して主
電源回路の出力に代つて出力する比較的低い電圧
を出力する補助電源とさらにこの補助電源の出力
期間中においてパルス状電圧を出力するパルス電
圧発生用電源とを備えた電源を使用し、出力電圧
制御回路としてはこれら各電源の出力を前述の出
力電圧状態になるように順次切替えるシーケンス
制御回路としてもよい。

以上のように本発明においては、溶接終了に際
し、溶接電源の出力電圧を溶接時より低い値に低
下させて所定の時間継続させるとともに、この低
い出力電圧の期間内、特に初期の段階において所
定の時間幅と電圧値のパルス状出力に変化させる
構造としたので、消耗性電極の送給機構の慣性に
よつて溶接終了時に消耗性電極が溶接部へ突入す
ることがなく、かつ電極の先端における球状塊の
発生を有効に防止し得るものである。そらにパル
ス状電圧の継続時間はパルス状電圧の波高値を溶
接電圧に対応した値に定めるときは溶接電流の変
化にかかわらず略一定に設定できるので調整が不
要となり、外部に調整器を設ける必要がなくな
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の突入を防止するための出力電圧
の時間的変化の様子を示す図、第２図は溶接電流
と消耗性電極の送給速度との関係を示す線図、第
３図は第１図のような電圧変化を行なわせたとき
に消耗性電極の先端に発生する球状塊の様子を示
す図、第４図ないし第６図は球状塊を防止するた
めに提案されている公知の電圧変化を示す図、第
７図は安定にアークが維持されるときの電圧と電
流との関係を示す線図、第８図は本発明の実施例
を示す構成図、第９図は第８図の実施例の動作を
説明するための説明図、第１０図はパルス状電圧
波形の別の例を示す図である。 １……溶接電源、５……消耗性電極、７……第
１の基準電圧設定器、８……第２の基準電圧設定
器、９……第１のスイツチング回路、１０……第
３の基準電圧設定器、１１……第２のスイツチン
グ回路、１２……開閉器、１３……起動回路、１
４……第１の時限回路、１５……第２の時限回
路、１６……第３の時限回路。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 溶接電源からの電力を消耗性電極と被溶接物
   とに供給するアーク溶接方法において、溶接の終
   了に際して前記溶接電源の出力電圧を溶接時より
   低い値に所定の時間継続させるとともに低い出力
   電圧の期間内の最初又は途中において前記溶接電
   源の出力を所定の時間幅と波高値のパルス状出力
   に変化させるアーク溶接方法。 ２ 電動機により送給される消耗性電極と被溶接
   物とに溶接電源から電力を供給するアーク溶接機
   において、 溶接開始指令及び溶接停止指令をする起動回路
   と、 前記溶接開始指令により前記電動機に電力を供
   給し前記溶接終了指令により前記供給電力を停止
   する電動機制御回路と、 溶接時の出力電圧を設定する第１の基準電圧設
   定器と、 第１の基準電圧設定器の設定値よりも低い値に
   設定する第２の基準電圧設定器と、 前記第２の基準電圧設定器の設定信号よりも高
   い波高値を有するパルス状電圧を設定する第３の
   基準電圧設定器と、 前記溶接開始指令を受けた後に前記第１の基準
   電圧設定器の設定信号を出力し前記溶接停止指令
   を受けた後に前記第２の基準電圧設定器の設定信
   号を出力する第１のスイツチング回路と、 前記溶接終了指令を受けた後電力をしや断する
   前に第１の所定時間の間予め定めた回数だけ第１
   のスイツチング回路の出力から第３の基準電圧設
   定器の出力に切換えて出力する第２のスイツチン
   グ回路と、 前記溶接開始指令を受けて前記第２のスイツチ
   ング回路から第１基準電圧設定器の出力を前記溶
   接電源に伝達し、溶接終了指令を受けて前記第１
   の所定時間と予め定めた回数との積よりも長い第
   ２の所定時間後に前記第２のスイツチング回路の
   出力を停止する開閉器とを備えたアーク溶接機。