JPH0394977A - パルスアーク溶接方法及びこの方法を用いたパルスアーク溶接装置 - 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、改良されたパルスアーク溶接方法及びこの方
法を用いたパルスアーク溶接装置に関する． ［従来の技術コ この種のｆ８１ｊ！方法では、溶接ワイヤが溶融して母
材に移行する現象が臨界電流値を境に不連続に発生する
ことから、板厚の少ない母材に対しても良好な溶接を行
なえるようにするために、臨界電流以下のベース電流に
パルス電流を重畳させた溶接ｔ４流を通電して溶接を行
なうのが通例である。

第７図は、このようなパルスアーク溶接装置の構成をブ
ロック図をもって示したもので、　１０１は端子ＴＩＮ
，ＴＩＮに入力される交流電圧を降圧するトランス、　
１０２はトランス１０１で降圧された交流を整流する整
流回路、　１０３は駆動回路１０７からの制御信号に応
じて、整流回路１０２から端子ＴＯＵＴを通じて負荷で
ある被溶接部（不図示）に供給する溶接電流を制御する
スイッチング回路、　１０４は溶接電流に応じた電流レ
ヘル信号を検出する電流検出回路、１０６はアークｔ流
設定回路１０５からの設定信号と、ｔ流検出回路１０４
で検出ざれたｔ流レベル信号との誤差を求めて駆動回路
１０７に制御信号を出力するアーク電流誤差増幅回路で
あり、被溶接部に通電される溶接電流が、アーク電流設
定回路１０５で設定されたベース電流にパルス電流を重
畳させたパルスアーク電流基準波形と常に対応するよう
に帰還制御が施されて、安定した溶接を行なうようにさ
れている， しかしながら、このようなパルスアーク溶接装置では、
アーク電流設定回路１０５で通常の溶接状態で最適な電
流レベルが一義的に定められてしまうため、例えば、鉄
やステンレスなど；こ比べて導Ｉｆ率の高いアルミニウ
ムワイヤや鋼合金ワイヤなどを用いて溶接を行なう場合
に、溶接ワイヤに充分な熱を加えることができずアーク
スタートができないことが生じていた。

また、溶接中に母キオの形状などによってアーク長が短
くなったり、あるいは溶接ワイヤと母材が短絡したよう
な場合には、溶接ワイヤの導電率の高さが起因して、再
度アークに移行するための熱発生が得られず、溶接不良
を生じていた。

［発明が解決しようとする課題］ 上記事情に鑑みて提案される本発明は、アルミニウムな
との高導電率のワイヤを使用した場合において、アーク
スタート時や、母材との短絡などが発生してアークが停
止したときでも直ちにアーク状態に移行させて安定な溶
接を行なうことのできるパルスアーク溶接方法を提供す
ることを目的としている。

また、同時に提案される本発明は、上記パルスアーク溶
接方法を用いることによって、安定した溶接を行なうこ
とのできるパルスアーク溶接装置を提供することを目的
としている。

［課題を解決するための手段コ 上記目的を達成するために提案される請求項ｌに記載の
本発明は、所定のベース１４流にパルス電流を重畳させ
たパルスアーク溶接電流を被溶接部に通電してパルスア
ーク溶接を行なう過程で短絡が発生したときには、ゼロ
レベルより急峻に立ち上がる第１の立上がり部と、この
第１の立上がり部における値が所定の基準値に達したと
ころで、第１の立上がり部より緩やかな傾斜で増大する
第２の立上がり部より構成された波形の電流を被溶接部
に通電し、アークが発生したときには直ちに通常のパル
スアークＰａ接時のパルスアーク溶接電流に切換えるよ
うにされている。

請求項２に記載の本発明は、上記第１の立上がり部の基
準レベルが、パルスアーク溶接電流の平均値レベルに設
定されている。

請求項３に記載の本発明は、アーク発生時と予め定めら
れた所定の時間継続して短絡が発生した場合とを判別し
て判別信号を出力するアーク／短絡判別手段と、アーク
発生時の溶接ｔ流を規定するパルスアーク電流基準波形
を生成するパルスアーク電流制御部と、短絡発生時の通
電電流を規定する短絡電流基準波形を生成する短絡電流
制御部とを備え、アーク発生時には、上記パルスアーク
電流基準波形を出力する一方、短絡発生時には、上記短
絡ＴＬ流制御部の短絡電流基準波形に切換出力して、こ
れらの基準波形に基づいて通電制御を行なう構成とされ
ており、上記短絡電流制御部において生成される短絡電
流基準波形が、ゼロレベルより急峻に立ち上がる第１の
立上がり部と、この第１の立上がり部における値が所定
の基準値に達しｋところで、第１の立上がり部より緩や
かな傾斜で増大する第２の立上がり部よりＩＩ成されて
いる。

請求項４に記載の本発明は、上記短絡’ｔ流基準波形が
、コンデンサの充放電出力によって生成する構成とされ
ている。

請求項５に記載の本発明は、上記短絡電冶基準波形が、
リニア回路の出力によって生成する構成とされている。

また、請求項６に記載の本発明は、上記短絡電流基準波
形の傾斜が、外部より任意に可変設定できる構成とされ
ている。

［作用］ 請求項ｌに記載の本発明では、所定のベース電流にバル
ス′Ｒ流を重畳させたパルスアーク請接電流を通電して
パルスアーク溶接を行っている過程で、短絡が発生する
と、第１の立上がり部において通電電流を急勾配で上昇
させ、溶接ワイヤに急激に熱を加えてワイヤの溶融を促
進し、この第１の立上がり部における通電電流レベルが
所定の基準値に達したところで、第１の立上がり部より
緩やかな傾斜で増大する第２の立上がり部において、ス
パッタを防止させるとともに溶接ワイヤに充分な熱を与
えて容易にアークが発生するようにしている。そして、
アークが発生すると直ちに通常のパルスアーク溶接時の
パルスアーク溶接電流に切換えて、パルスアーク溶接に
移行させる。

請求項２に記載の本発明では、第１の立上がり部の基準
レベルがパルスアーク溶接電流の平均値レベルに設定さ
れているので、短絡発生時にゼロレベルから基準レベル
まで通電電流が急峻に上昇しても、ワイヤの溶融は促進
されるがスパッタの発生は防止される。

請求項３に記載の本発明では、通常の溶接時には、アー
クの発生をアーク／短絡判別手段によって判別して、パ
ルスアーク電流制御部のパルスアーク電流基準波形に基
づいて、所定のベース電流にパルスｔ？Ａを重畳させた
溶接電流を被溶接部に通電してパルスアーク溶接を行な
う。

しかし、溶接のスタート時や溶接ワイヤと母材とが短絡
してアークの発生が停止したときには、アーク／短絡判
別手段で判別し、短絡電流制御部に切換えて、短絡電流
基準波形に基づいて上記請求項１または２に記載した通
％ｉ　ｔ流を被溶接部に通電する。そして、アークが発
生するとアーク／短絡判別手段で判別して直ちにパルス
アーク電流制御部に切換え、パルスアーク電流基準波形
に基づいたパルスアーク溶接電流を通電してパルスアー
ク溶接を行う。

請求項４に記載の本発明では、短絡電流基準波形が、コ
ンデンサの充放電出力によって生成ざれる。

請求項５に記載の本発明では、短絡電流基準波形が、リ
ニア回路の出力によって生成される。

また、請求項６に記載の本発明では、短絡電流基準波形
の傾斜が、外部より任意に可変設定できるようにされて
いるので、溶接条件に応じた通電制御を行うことができ
る。

［実施例］ 以下に、図面を参照して本発明の実施例を説明す　る。

第１図は、本発明のパルスアーク溶接制御方法を説明す
るもので、アークが発生して溶接が正常に行なわれてい
るときには、レベル１１のベースｔ流にレベルＩ２の波
高値のパルス電流を予め定められた所定の周朋Ｔ毎に重
畳させたパルスアーク溶接電流を通電して溶接を行なう
。この溶接過程で短絡が発生したときには（溶接のスタ
ート時を含む）、通’ｔｔ流を一旦ゼロレベルまで降下
させた後に、第１の立上がり部においてレベル■３のｔ
流レベルまで急峻に立ち上がらせ（第ｌ図Ｉ部分参照）
、その後第２の立上がり部に入って（同図■部分参照）
、第１の立上がり部よりも緩やかな傾斜で通！電流を増
加させている。そして、アークが発生すると同時に元の
パルスアーク電流波形に切換え（同図■部分参照）、以
降は再びパルスアーク溶接を！！統して行なう． このようなパルスアーク溶接方法では、短絡が発生する
と同時に第１の立上がり部Ｉで溶接ワイヤに急激に熱を
加えてワイヤの溶融を促進させ、第２の立上がり部■で
は、スバッタの発生を防止しつつアークの発生を促すよ
うにされているので、直ちに大電流を通電してアークを
発生させる場合のようにスバッタが発生することが防止
され、短時間に安全にアークを発生させることが可能と
なる。

次に、第２図は、本発明のパルスアーク溶接装置の構成
をブロック図をもって示したもので、図ζこおいて、Ａ
はアーク／短絡判別手段、Ｂはパルスアークｔ流制御部
、Ｃは短絡１流制御部を示している。

このパルスアーク溶接装置の出力電流制御は、交流１！
源を整流回路１及び平滑コンデンサ２て！１琉、平滑し
た直流電源の供給を受けて動作するインバータ回路３を
用いたパルス幅変調制ｍ＜以降はＰＷＭ制御と記載する
）によって行なわれ、インバータ回８３の出力は、　ト
ランス４、整流回路５を介して溶接部Ｄに供給している
。この溶接部Ｄには、直流リアクタ６と分流器７が設け
てあり、直流リアクタ６の出力電圧はアーク／短絡判別
手段八のアーク／短絡判別回路８に加えられて、被溶接
部のアークの発生状態を監視しており、一方の分流器７
で検知された通電電流に応じた電流レベル信号は、パル
スアークＫ流制御部Ｂおよび短絡ｘｉ制御部Ｃへの帰還
信号となる。

パルスアーク電流制御部Ｂは、パルスアーク電流波形設
定回路９ｂ，　　周波数設定回路９Ｃおよびパルスアー
ク電流誤差増幅回路９ａを備えて成り、周波Ｆ１段定回
路９Ｃで設定された繰返し周波数を有するパルス波形を
パルスアーク電流波形設定回路９ｂに加えてベース電流
にパルス電流を重畳したパルスアーク電流基準波形を生
成し、この基準波形と分流器７からの電流レベル信号と
をパルスアーク電流誤差増幅回路９ａに加えて、被溶接
部への通電ｔ流が常にパルスアーク電琉基準波形に基づ
いた電流となるように帰還制御を行なっている。

一方、短絡電流制御部Ｃは、短絡電流誤差増幅回路Ｉ　
Ｏ　ａ＋　　短絡電流波形発生回路１０ｂおよびｄ　Ｉ
／ｄ　ｔ変異点設定回路１０ｃを備えて成り、ｄ　Ｉ／
ｄ　ｔ変異点設定回路１０ｃで設定された変異レベル信
号を短絡電流波形発生回路１０ｂに加えて短絡′ｒ４．
流基準波形を生成し、この基４波形と分流器７からの電
流レベル信号とを短絡ｔ流誤差増幅器１０ａに加えて、
被溶接部への通電電流が常に短絡電流基準波形に基づい
た電流となるように帰還制御を行なっている。

尚、本実施例では、溶接電流設定器１１によってバルス
７−ク電流波形設定回路９ｂのパルス電流の波高値を定
めるとともに、ｄ　Ｉ／ｄ　ｔ変異点設定回路１０ｃの
変異レベルを連動させている。

また、溶接電流設定器１ｌは同時にワイヤー送給制御回
路１７に；ｑ定信号を送ってワイヤー送給モータｌ６を
駆動する速度を規定している。

アーク／短絡判別手段八を構成するアーク／短絡判別回
路８では、リアクタ６を介して溶接部Ｄへ供給される溶
接電圧を取り出しており、溶接ワイヤ１４が溶接母材１
５と短絡したときの電圧１１０と、溶接ワイヤ１４が溶
接母材ｌ５から離れてアークが発生しているときの電圧
値との違いによって、アーク発生時と予め定められた所
定の時間継続して短絡が発生した場合とに応じて判別信
号を出力している。

インバータ回路３はＰＷＭ制御回路ｌ２からの制御出力
により、　トランス４に通電する直流電流をスイッチン
グしており、ＰＷＭ制御回ｎ１２は、短絡／アーク判別
回路８から出力される判別信号を受けて切換動作する電
流波形切換回路１３によって、アーク発生時にはパルス
アークｔ流制御部Ｂのパルスアーク電流誤差増幅器９ａ
の制御信号を、また、短絡時には短絡電流制御部Ｃの短
絡電琉誤差増ｖＡ器１０ａの制御信号を選択的に入力し
ている。

尚、上記第２図では、パルスアーク電魔制御部Ｂと短絡
電流制御部Ｃの各々に誤差増幅’ａ　９　ａ，１０ａを
設けて、これらから出力される制御信号を電流波形切換
回路１３で切換えてＰＷＭ制御回路ｌ２に出力する構成
としているが、このような構成に限らず、例えば、電流
波形切換回路１３でパルスアーク電流波形設定回路９ｂ
及び短絡電流波形設定回路１０ｂからの基準波形を切換
え出力し、この切換えられた基準波形と分流器７からの
電流レベル信号とを誤差増幅回路で受けて制御信号をＰ
ＷＭ制御回路ｌ２に出力する構成とすることも可能であ
る。

次に、第３図は、このような短絡％Ｅ　’ｔｆＡ制御回
路部Ｃの具体的な回路例を示したもので、溶接ｔ流設定
器１ｌにより設定された変異レベル信号はアンプＡＭＰ
Ｉを介してコンバレータＣＭＰの非反転入力端子に人力
ざれる。コンバレータＣＭＰの反転入力端子には、時定
数回路ＣＲの充放電出力がアンプＡＭＰ２を介して入力
される。ここに、時定数回路ＣＲは、２つの抵抗Ｒｌ，
Ｒ２にコンデンサＣ１とツエナーダイオードＺＤより成
る並列回路を接続した構成とされており、２つの抵抗の
１つＲ２は接点ＳＷ１により断接可能とざれている。ま
た、コンデンサＣ１には接点ＳＷ２と抵抗Ｒ３を設けて
あり、この接点ＳＷ２は、アークの発生時に閉成してコ
ンデンサＣ１に充電されたＭ．荷を放電させる（請求項
４に対応）。

このような構成においては、アーク／短絡検出回路８が
短絡を検出して短絡判別信号を出力すると、接点ＳＷ２
が開成してコンデンサＣ１は充電を開始する。

しかし、この時点では、コンデンサＣ１の端子電圧はｍ
接電流設定器Ｉ１で規定された変異点レベルに達してい
ないために、コンバレータＣＭＰの出力はｒ　Ｈ　Ｊレ
ベルとなって接点ＳＷＩが閉成しているので、時定数回
路ＣＲの時定数は小さく、コンデンサＣ１は急峻な立上
がり特性で充電ざれる（第４図（Ｉ）部分参照）． そして、コンデンサＣ１の端子電圧が増大し、溶接電流
設定器ＩＩによって規定された変異点レベルＶｔに達す
ると、今度はコンバレータＣＭＰの出力はｒＬＪレベル
となって接点ＳＷＩが間成するので、時定数回路ＣＲの
時定数は大きくなり、コンデンサＣｌは緩やかな立上が
り特性で充電される（第４図（ＩＩ）部分参照）． この結果、溶接ワイヤ１４の先端にくびれが発生し、ア
ークが再生すると、接点ＳＷ２が閏成するのて、コンデ
ンサＣＩは瞬時に放電される（第４図（ｍ）部分参照）
．そして、このコンデンサＣ１の端子電圧は増幅器ＡＭ
Ｐ　２を介して短絡電流誤差増幅回路１０ａに出力され
、分流器７から伝送される１！流レベル信号との誤差を
電流波形切換回路１３を介してＰＷＭ制御回路１２に出
力して、通電電流が常にコンデンサＣ１の端子電圧（短
絡電流基準波形）に応じた電流レベルになるように帰還
制御が行なわれる。

尚、第４図に破線で示すカーブは、アークが発生しなか
った場合の短絡電流基準波形を示しており、その最大（
ｌＩＩＶ　ＰＭＡＸは、時定数回路ＣＲに設けたツエナ
ーダイオードＺＤのツエナー電圧ＶＺＤと、ＡＭＰ２の
ゲインによって設定される． 第３ａ図、第３ｂ図は、短絡電流波形発生回路１０ｂの
他例を示すもので、いずれも時定数回路ＣＲの抵抗Ｒ１
の値を変化させて短絡電流基準波形の傾斜を外部より任
意に設定できる構成としたものであり（請求項６に対応
）、同一部分については同一の符号を付して説明を省略
する。

次に、第４図に短絡電流波形発生回路Ｊｏｂによって生
成される短絡電流基準波形を示し、第５図に対応した溶
接電流の波形を示す。これらの図中、　ＩＰ大，　　Ｉ
Ｐ小は、溶接電流が大きい場合、小さい場合の波高値を
、　Ｉｔ大，　　Ｉｔ小は溶接電流の変異点を各々示し
ており、　（１）は■、　（■）は■に各々対応する。

本発明者らの実験によれば、このような制御を行なう場
合は、その一例をあげると第１の立上がり部のｄｌ／ｄ
ｔ（第５図の■部分）は１００〜２０ＯＡ／ｍｓ．　　
第２の立上がり部のｄ　Ｔ／ｄ　ｔ（第５図の■部分）
は２６〜５０Ａ／ｍｓに設定して良好な結果を得た。ま
た、変異点ｉｔは短絡時間を短くし、且つアーク再生時
のスバッタ発生量を抑制するため、溶接電流の平均値程
度に設定することが望ましいく請求項２に対応）．上記
の実施例では、コンデンサＣ１の充放電を利用した短絡
ｔ流波形発生回路Ｊｏｂを示したが、本発明においては
、リニア回路の出力特性を利用して基準波形を生成して
も良く、第６図にその構成例を示す（請求項５に対応）
。

この実施例においても、変異点Ｉｔを規定するコンパレ
ータＣＭＰの閾＋ｌ！Ｉｖｔは溶接電流の平均値程度に
対応させて設定され、フィードバックコンデンサＣｆに
接続される反転増幅器ＡＭＰの反転入力側に設けられた
付加抵抗Ｒ゜の断接を通じて、リニアアンプＡＭＰ／の
出力波形Ｖｏを変えている。フィードバックコンデンサ
Ｃｆの両端に設けられた接点ＳＷ３は、アーク発生時に
は閉じられ、所定時間短絡が継続したときには開放され
る。コンバレータＣＭＰの出力信号により接点ＳＷ４は
開閉され、　「Ｈ」レベル時には接点ＳＷ４が閉となり
、　「Ｌ」レベル時には接点ＳＷ４は開となる。

このような構成であれば、短絡が判別されたときにはコ
ンバレータＣＭＰの出力はｒＨＪレヘルであるので接点
ＳＷ４が閉じられ、同時に短絡判別時においては接点Ｓ
Ｗ３が間かれる。この結果、コンデンサＣｆは２つの抵
抗Ｒ，Ｒ’からなる並列回路を介して設定される増幅器
ＡＭＰの出力により充電され、その充電電流は反転増幅
器ＡＭＰに流れ込む。かくして、リニアアンプＡＭＰｊ
！の出力が変異点レベルＶｔに達すると、コンバレータ
ＣＭＰは「Ｌ」レベル出力となるので、接点ＳＷ４が開
かれてコンデンサＣの充電速度が遅くなる。そして、溶
接ワイヤ１４と母材１５との間にアークが発生すると、
接点ＳＷ３は閉じられてリニアアンブＡ．ＭＰ１の出力
波形は瞬時にゼロとなる． ［発明の効果］ 本発明のパルスアーク溶接方法によれば、短絡発生時に
通電する電流の第１の立上がり部によって溶接ワイヤを
急激に加熱して？ｉＩ融を促進させ、第２の立上がり部
の緩やかな電流上昇によってスバッタの発生を防止する
とともにアークの発生を促すので、短時間に安全にアー
ク移行させることが可能となり、安定した溶接を行なう
ことができる． 請求項２に記載の本発明によれば、第ｌの立上がり部の
基準レベルをパルスアーク溶接電流の平均値レベルに設
定することによって、短時間に安全にアーク移行させる
ことが可能となる。

また、本発明パルスアーク溶接装置によれば、上記本発
明の方法を使用することにより、安定した溶接を行なう
ことができる． 請求項４、５、に記載の本発明によれば、簡単な構成に
よって本発明のパルスアーク溶接装置を効果的に実施す
ることが可能となる。

更に、請求項６に記載の本発明によれば、簡単な構成に
よって短絡発生時の通電電流波形を容易に変化させるこ
とができるので、溶接条件に即した設定を行なうことの
できるパルスアーク溶接装置を提供できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の溶接方法を示した通電電流波形をもっ
て示した説明図、第２図は本発明の溶接装置の構成を示
したブロック図、第３図はその短絡電流制御部の短絡ｔ
流波形発生回路の詳細な回路図、第３ａ図及び第３ｂ図
はその別の実施例の回路図、第４図は短絡電琉基準波形
図、第５図はその対応した溶接電流波形図、第６図は短
絡電流制御部の短絡電流波形発生回路をリニア回路を用
いて構成した場合の回路図、第７図は従来のパルスアー
ク溶接装置の構成図である。 ［符号の説明コ ・・・第１の立上がり部 ■・・・第２の立上がり部 Ａ・・・アーク／短絡判別手段 Ｂ・・・パルスアーク電流制御部 Ｃ・・・短絡電流制御部 ＣＩ，Ｃｆ・・・コンデンサ

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. （１）所定のベース電流にパルス電流を重畳させたパル
   スアーク溶接電流を被溶接部に通電して溶接を行ないな
   がら、短絡発生時には、予め定められた波形の電流を被
   溶接部に通電することによってアークの発生を促進させ
   るようにしたパルスアーク溶接方法であって、 短絡発生時には、ゼロレベルより急峻に立ち上がる第１
   の立上がり部と、この第１の立上がり部における値が所
   定の基準レベルに達したところで、第１の立上がり部よ
   り緩やかな傾斜で増大する第２の立上がり部より構成さ
   れた波形の電流を被溶接部に通電し、アークが発生した
   ときには直ちに通常のパルスアーク溶接時のパルスアー
   ク溶接電流に切換えるようにしたことを特徴とするパル
   スアーク溶接方法。
2. （２）上記第１の立上がり部における基準レベルが、上
   記パルスアーク溶接電流の平均値レベルに設定されたこ
   とを特徴とする請求項１に記載のパルスアーク溶接方法
   。
3. （３）アーク発生時と予め定められた所定の時間継続し
   て短絡が発生した場合とを判別して判別信号を出力する
   アーク／短絡判別手段と、 アーク発生時の溶接電流を規定するためのパルスアーク
   電流基準波形を生成するパルスアーク電流制御部と、 短絡発生時の通電電流を規定するための短絡電流基準波
   形を生成する短絡電流制御部とを備え、アーク発生時に
   は、上記パルスアーク電流基準波形を出力する一方、短
   絡発生時には、上記短絡電流制御部の短絡電流基準波形
   に切換え出力して、これらの基準波形に基づいて通電制
   御を行なうようにしたパルスアーク溶接装置であって、 上記短絡電流制御部において生成される短絡電流基準波
   形が、短絡時点においてゼロレベルより急峻に立ち上が
   る第１の立上がり部と、この第１の立上がり部における
   値が所定の基準値に達したところで、第１の立上がり部
   より緩やかな傾斜で増大する第２の立上がり部より構成
   された形状にしていることを特徴とするパルスアーク溶
   接装置。
4. （４）上記短絡電流基準波形が、コンデンサの充放電出
   力によって生成されるものであることを特徴とする請求
   項３に記載のパルスアーク溶接装置。
5. （５）上記短絡電流基準波形が、リニア回路の出力によ
   って生成されるものであることを特徴とする請求項３に
   記載のパルスアーク溶接装置。
6. （６）上記短絡電流基準波形の傾斜が、外部より任意に
   可変設定できるようにされたことを特徴とする請求項３
   に記載のパルスアーク溶接装置。