JPH04258375A - アーク溶接電源 - 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】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明はアーク溶接において電極
と母材との間に適切なアークを発生させるアーク溶接電
源に関する。

【０００２】

【従来の技術】アーク溶接には周知のように、ＴＩＧ（
Ｔａｎｇｓｔｅｎ　　Ｉｎｅｒｔ　　Ｇａｓ）溶接、Ｍ
ＡＧ（Ｍｅｔａｌ　　Ａｃｔｉｖｅ　　Ｇａｓ）溶接、
ＭＩＧ（Ｍｅｔａｌ　　Ｉｎｅｒｔ　　Ｇａｓ）溶接、
ＣＯ２　溶接等の溶接方法がある。このようなアーク溶
接においては、前述のように、電極と母材間に適切なア
ークを発生させ、又、溶接が支障なく行なわれるように
するためのアーク溶接電源が用いられる。アーク溶接電
源は、上記溶接方法やその他の種々の事項を考慮して選
択される溶接シーケンス等の溶接条件により構成を異に
する。以下、図４および図５に溶接シーケンスの２つの
例を示して説明する。図４はＴＩＧ溶接における基本的
な動作シーケンスのタイムチヤートである。図で、波形
ａはトーチスイツチのＯＮ，ＯＦＦを、波形ｂはＴＩＧ
溶接に使用されるシールドガスの流通、遮断を、波形ｃ
は高周波電圧の出力の有無を、又、波形ｄはアーク電流
をそれぞれ示す。この例の場合、トーチスイツチは通常
のオン・オフスイツチが使用され、一度押した（図中、
ＯＮで示される）後にスイツチから手を離す（図中、Ｏ
ＦＦで示される）と、スイツチは開放され、起動信号は
保持される。今、トーチスイツチがＯＮされると、アー
ク溶接電源内の電磁弁が開き、波形ｂに示すようにシー
ルドガスの供給が開始される。そして、このシールドガ
スがアーク溶接電源から離れた個所にあるトーチまで達
するのに充分な時間（プリフロー時間）経過後、波形ｃ
に示すように電極と母材間に高周波電圧が印加される。 この高周波電圧の印加により、両者間の絶縁が容易に破
壊される。絶縁破壊が生じアークが発生すると、アーク
溶接電源から波形ｄに示すようにアーク電流の供給が開
始され、同時に高周波の出力は停止される。アーク電流
は、最初、低い電流値（スタート電流）に抑制され、こ
れにより母材の板厚が薄い場合に母材が溶融して穴があ
くのを回避しつつ、作業員は短時間、溶接の態様を観察
する。溶接が可であると判断すると作業員はトーチスイ
ツチから手を離す。以後、アーク電流は定められた期間
（アツプスロープ時間）経過後、設定された通常の溶接
電流に達する。上記アツプスロープ時間は、スタート電
流から直ちに溶接電流としたとき溶接個所に生じる盛り
上がりを防止するため、アーク電流を徐々に増加してゆ
くための時間である。溶接電流は所定のパルス幅、ベー
ス電流を有する図示のようなパルス電流であり、図示し
ない電流検出器で検出された電流値に基づき、図示しな
い出力制御回路により制御される。溶接を終了させる場
合、作業員は波形ａに示すように再びトーチスイツチを
押す。このとき、アーク電流は直ちに０とはされず、一
定期間（ダウンスロープ時間）徐々に減少せしめられた
後、一定の低い電流値（クレータ電流）が維持され、作
業員がトーチスイツチを離すことにより０とされる。こ
れは、アーク電流を急速に０とした場合、溶融金属が急
速に冷却されて溶接個所内部に空洞や割れが生じること
を防止し、又、溶接終端において生じる凹み（クレータ
）をできるだけ小さくするために用いられるシーケンス
である。そして、トーチスイツチがＯＦＦとされた後、
最後の溶融部が高温酸化の影響を受けない温度まで冷却
されるのに充分な時間（アフターフロー時間）、波形ｂ
に示すようにシールドガスの供給が継続され、当該溶融
部を空気中の窒素や水素から保護する。図５はＣＯ２　
溶接における基本的な動作シーケンスのタイムチャート
である。図で、波形ａはトーチスイツチのＯＮ，ＯＦＦ
を、波形ｂはＣＯ２　溶接に使用されるシールドガス（
ＣＯ２）の流通、遮断を、波形ｃはワイヤ電極と母材間
に印加される電圧を、又、波形ｄはワイヤ電極のワイヤ
送給速度を示す。上記トーチスイツチは自己保持なしの
ものであり、トーチスイツチを押している間スイツチは
閉じ、離すと開放される。トーチスイツチがＯＮとされ
ると波形ｂに示すように、直ちにシールドガスが供給さ
れ、プリフロー時間経過後、波形ｄに示すようにワイヤ
送給速度は遅くされ（スローダウン）ワイヤは母材と柔
かく接触する。一方、ワイヤ送給開始と同時に、アーク
溶接電源によりワイヤと母材間には電圧が印加されるが
、この電圧は波形ｃに示すように最初高電圧（無負荷電
圧）とされてワイヤと母材間にアークを発生せしめ、さ
らに無負荷電圧より低いが充分に高い電圧（スタート電
圧）に維持される。これにより、溶接スタート時の低温
状態におけるワイヤの溶融を速やかに行なう。以後、電
圧はアーク溶接電源により所定の溶接電圧に制御され、
又、ワイヤは別途設けられたワイヤ送給制御回路により
所定の速度に制御される。溶接が終了し、作業員が波形
ａに示すようにトーチスイツチをＯＦＦとすると、ワイ
ヤはモータの慣性である量だけ繰り出された後送給を停
止する。この状態が波形ｄのダウンスロープで示されて
いる。アーク溶接電源は、波形ｃに示すように上記慣性
により繰り出されたワイヤを溶融するのに充分な時間（
電圧遅延時間）だけ、ワイヤと母材間に徐々に低下する
電圧を印加する。一方、シールドガスは波形ｂに示すよ
うに、前記ＴＩＧ溶接の場合と同様の理由によりアフタ
フロー時間の間供給され、その後供給遮断される。 以上、２つの異なる溶接条件におけるそれぞれの溶接シ
ーケンスを例示した。しかし、溶接条件はこの他に多数
存在する。例えば、ＭＡＧ溶接でパルス溶接を行なう場
合は図４に示すシーケンスと図５に示すシーケンスとが
組合わされたシーケンスが採用され、又、ＴＩＧ溶接で
あつても図５に示すものに類似のシーケンスが採用され
、さらに、図５に示すシーケンスであつてもクレータ処
理が採用されるというように、種々のシーケンスが用い
られる。

【０００３】次に、上記のようなシーケンスを実行する
アーク溶接電源のパネルを図示する。図６はＴＩＧ溶接
を行なうアーク溶接電源のパネルの正面図である。図で
、１はパネル、２は溶接電流を表示する電流計である。 ３〜９は所定の数値を設定する設定器のつまみを示し、
これら数値の意味は既に述べた。１０はトーチスイツチ
の操作などの種類に従つて定められる設定つまみである
。１１，１２は溶接電流がパルス電流か否か、又、パル
ス電流の場合その周波帯域は何か、に従つて切換えられ
るスイツチ、１３はシールドガスを開閉する電磁弁をコ
ントロールするか（調整）否か（常時）を選択するスイ
ツチ、１４はトーチの冷却方式の選択スイツチである。 図７はＣＯ２　溶接、ＭＡＧ溶接を行なうアーク溶接電
源のパネルの正面図である。図で、２０はパネル、２１
は溶接電流を表示する電流計、２２は溶接電圧を表示す
る電圧計である。２３はｄｉ／ｄｔ設定器のつまみであ
り、直流リアクタの作用を電子的に行うべく電流変化量
ｄｉ／ｄｔを溶接条件に応じて設定する。２４〜２８は
それぞれ図示の数値を設定する設定器のつまみであり、
各数値の意味はすでに述べたとおりである。２９はクレ
ータ制御の有無、３０は溶接電流のパルスの有無、３１
はシールドガスの電磁弁のコントロールの有無をそれぞ
れ選択するスイツチである。作業者はこれらパネルの各
つまみやスイツチを操作して所期のシーケンスで溶接を
実行する。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】ところで、溶接作業に
際してアーク溶接電源のパネル上のつまみやスイツチを
正確に操作するのは、これらつまみやスイツチが図６，
図７に示すように多数存在するため、作業者にとつてき
わめて煩雑であるばかりでなく、往々にして設定を誤る
場合がある。又、作業者がこれらつまみやスイツチを正
しく設定しても、作業中に作業者やその他の者の身体が
これらつまみやスイツチに触れて設定条件が変化するこ
とがある。そして、このようにして生じた設定の誤りは
種々の溶接欠陥、例えばクレータ「有」が「無」とされ
たとき凝固ワレが生じ、又、パルス条件が狂うとワイヤ
が溶融しなかつたり逆に過溶融になる等の事態を生じる
。このような溶接欠陥が生じると、その修復には多くの
時間と費用が必要となる。さらに、これらつまみやスイ
ツチによる設定や調整は作業者が行なうため、溶接条件
により所要の数値を指示した管理者は、実際に溶接現場
に赴いて、これらつまみやスイツチを確認しない限り、
正しく設定、調整されたか否かは判らない。さらに、又
、実際の溶接電流、溶接電圧はワークの状態や作業者の
作業施工方法（例えばトーチと母材間距離）でも変わる
ことがあり、これら施工来歴や稼働時間などの正確なデ
ータが得にくく実際の溶接作業の管理が困難であるとい
う問題もあつた。本発明の目的は、上記従来技術の課題
を解決し、容易、かつ、正確に溶接条件の設定および溶
接作業の管理を行なうことができるアーク溶接電源を提
供するにある。

【０００５】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
め、本発明は、溶接条件に応じて電極と母材との間に適
切なアークを発生させるアーク溶接電源において、前記
溶接条件により特定される溶接データを記憶するカード
状の記憶手段と、この記憶手段に記憶された溶接データ
を読取る読取手段と、この読取手段により読取られた溶
接データに基づいて溶接を抑制する制御部と、実際の溶
接時の実溶接データを前記カード状の記憶手段に記憶す
る書込手段とを設けたことを特徴とする。

【０００６】

【作用】溶接条件により定まる溶接シーケンスや溶接シ
ーケンス中における数値等の溶接データはカード状の記
憶手段、例えばＩＣカードに記憶されている。この記憶
手段を読取および書込装置に挿入し、記憶された溶接デ
ータを読取りこれを制御部に伝送する。制御部は、これ
にしたがつて所要の信号を出力し、溶接シーケンスを実
行させる。溶接中は実際の溶接データを一定周期でＩＣ
カードに記憶させる。

【０００７】

【実施例】以下、本発明を図示の実施例に基づいて説明
する。図１は本発明の実施例に係るアーク溶接電源のブ
ロツク図である。図で、３５はアークの起動、停止等を
指令するトーチスイツチ、３６はシールドガス流を開閉
制御する電磁弁５８の開閉スイツチ、３７は出力設定器
、３８は出力設定器３７の微調整器である。出力設定器
３７では、例えばＣＯ２＝溶接等の場合ワイヤ送給速度
と出力電圧が設定され、又、例えばパルスＭＡＧ溶接の
場合ワイヤ送給速度とパルス周期が設定され、この場合
、微調整器３８でパルス幅やパルス周期等の基準値の増
減が行なわれ、さらに、例えばＴＩＧ溶接の場合、パル
ス電流とベース電流が設定される。このＴＩＧ溶接の場
合、出力設定器３７にパルス電流、微調整器３８にベー
ス電流を設定することもできる。３９は表示装置５９に
表示される表示の切換えを行なう表示切換スイツチであ
る。４０は出力設定器３７、微調整器３８に設定された
値をデジタル値に変換するＡ／Ｄ変換器、４１は各信号
の入出力部（ｉ／ｏ）である。４３は入力した信号に基
づいて所要の演算、制御を行なうＭＰＵ（マイクロプロ
セツサユニツト）、４４はＭＰＵ４３の処理手順を記憶
するＲＯＭ（リードオンメモリ）、４５は種々のデータ
を記憶するＲＡＭ（ランダムアクセスメモリ）である。 ４６は入出力部、４７はＭＰＵ４３における演算、制御
により得られた信号をアナログ値に変換するＤ／Ａ変換
器である。Ａ／Ｄ変換器４０、入出力部４１、４６、Ｍ
ＰＵ４３、ＲＯＭ４４、ＲＡＭ４５、Ｄ／Ａ変換器４７
によりマイクロコンピユータが構成される。４８は母材
、４９はワイヤ電極、４９Ｗはワイヤ電極４９が巻回さ
れたリール、５０はワイヤ電極４９を母材４８の方へ送
るモータ、５１はモータ５０の速度を制御する送給モー
タ制御回路である。５２はＭＰＵ４３により出力された
値に応じた電圧又は電流をワイヤ電極４９に供給する溶
接電源であり、商用の三相交流を整流した直流電源が備
えられている。５３は溶接電流を分流する分流器、５４
は分流器５３の電流を検出して溶接電流に比例した信号
を出力する電流検出器、５５は出力電圧を検出して溶接
電圧に比例した信号を出力する電圧検出器であ。５６、
５７はそれぞれ減算器であり、Ｄ／Ａ変換器４７から出
力される指令値ら電流検出器５４、電圧検出器５５の出
力値を減算することによりフイードバツ制御が行なわれ
る。なお、上記減算器５６、５７の両方のフイードバツ
ク制御が同時に用いられることはなく、いずれか一方の
フイードバツク制御が用いられる。そして、いずれのフ
イードバツク制御を用いるかは溶接方法等により決定さ
れ、例えばＣＯ２　溶接やＭＡＧ溶接には定電圧特性が
用いられるので電圧フイードバツク制御が、又、パルス
ＭＡＧ溶接やＴＩＧ溶接等には定電流特性が用いられる
ので電流フイードバツク制御が採用される。 ６０はＩＣカード読取および書込装置である。本実施例
では、溶接シーケンスや溶接実行中の種々の溶接データ
等は、各溶接条件毎にＩＣカードに記憶されており、こ
れらデータはＩＣカード読取および書込装置６０により
読取られる。又、後述するように、ＲＯＭ４４のデータ
がＩＣカード読取および書込装置によりＩＣカードに書
込まれる。ＩＣカード読取および書込装置６０で読取ら
れた溶接データは入出力部４１を経てＭＰＵ４３に出力
する。なお、表示装置５９はＩＣカードに記憶されてい
るシーケンス等のデータ、出力設定器３７により設定さ
れた出力電圧、ワイヤ送給速度等を表示し、その表示は
表示切換スイツチ３９により順次切換え表示される。図
２は図１に示すアーク溶接電源のパネルの正面図である
。図で、図１および図７に示す部分と同一部分には同一
符号を付して説明を省略する。６１は溶接シーケンスや
溶接データ等を記憶したＩＣカードを挿入するＩＣカー
ド挿入口を示す。本実施例のパネルは図６，図７に示す
従来のパネルに比べて極めて簡素に構成されている。

【０００８】次に、本実施例の動作を図３に示すフロー
チヤートを参照しながら説明する。管理者は、実施予定
の溶接作業に応じて、その溶接作業に最適の溶接データ
が記憶されたＩＣカードを選択し、このＩＣカードを作
業員に渡す。作業員は渡されたＩＣカードを持ち、アー
ク溶接電源をＯＮとする（図３に示すフローチヤートの
手順Ｓ１　）。これにより図１に示すアーク溶接電源の
イニシヤライズが実行され（手順Ｓ２　）、かつ、ＲＯ
Ｍ４４およびＲＡＭ４５のデータチエツクが行なわれる
（手順Ｓ３　）。データチエツクに異常がなければ、作
業員は管理者から受領したＩＣカードをＩＣカード挿入
口６１から挿入する（手順Ｓ４　）。ＩＣカード読取お
よび書込装置６０は挿入されたＩＣカードの溶接データ
を読取る。ＭＰＵ４３は読取られた溶接データをＲＡＭ
４５に転送する（手順Ｓ５　）。このデータ転送は必ず
しも必要ないが、溶接中に発生する高周波等による誤動
作を防止するためＲＡＭ４５に転送しておき、溶接中は
この転送したデータにより制御を行なうとともにＩＣカ
ード読取および書込装置６０とＭＰＵ４３との接続はＯ
ＦＦにしておくことが望ましい。ＩＣカードの溶接デー
タが最初に表示装置５９でチエツクされる（手順Ｓ６　
）。データに異常があれば、正しいＩＣカードが使用さ
れているか否かをチエツクし（手順Ｓ７　）、ＩＣカー
ドが誤つておれば正しいＩＣカードの差換えを行なう。 ＩＣカードのデータが正しければ、次にＲＡＭ４５に転
送されたデータがチエツクされる。次に、ワイヤ送給速
度、電圧、電流、パルス周期等の出力設定を行なうが（
手順Ｓ８　）、この設定はＲＡＭ４５の所定の番地を指
定し、リモートコントロールにより行なう。かくして、
アーク溶接の準備が整う。ＭＰＵ４３はトーチスイツチ
がＯＮとされたか否かを監視し（手順Ｓ９　）、作業者
が溶接を開始するためのトーチスイツチをＯＮとすると
この起動信号の出力を認識し、アークスタートシーケン
スを実行するプログラムを開始させる（手順Ｓ１０）。 そして、スタート電流が検出されたとき（手順Ｓ１１）
、処理は手順Ｓ１２に移り、本溶接の出力制御プログラ
ムが実行される。この間、ＭＰＵ４３はトーチスイツチ
からの停止信号の有無をチエツクし（手順Ｓ１３）、停
止信号が出力されてなければ手順Ｓ１１により電流検出
を行なう。この電流検出により、本溶接中に長いアーク
切れが生じるとこれが検出され、再びアークスタートプ
ログラムに戻る。アーク切れがない場合やアーク切れが
あつても短い場合にはそのまま出力制御プログラムが実
行される。この間アーク発生中の溶接電流、電圧はＤ／
Ａ変換器４７、ｉ／ｏ４６を介してＭＰＵ４３に入力さ
れ、一定周期でＲＯＭ４４に記憶される。同時に、アー
ク発生時間も記憶される。 トーチスイツチから溶接停止の信号が出力されると処理
は手順Ｓ１４に移行し、アーク停止プログラム（アフタ
ーフロー等）が実行される。このアーク停止プログラム
は、前述のアフターフロー等のプログラムの他に、ＲＯ
Ｍ４４に記憶されてきたアーク時間、溶接電流、電圧の
データをｉ／ｏ４１、ＩＣカード読取および書込装置６
０を介してＩＣカードに書込記憶させるプログラムで構
成される。このアーク停止プログラムの終了により溶接
が終了する。次いで、引続いて溶接作業を行なうか否か
が判断され（手順Ｓ１５）、以後の溶接作業がなければ
ＩＣカードがＩＣカード挿入口６１から取出され（手順
Ｓ１６）、電源がＯＦＦされる（手順Ｓ１７）。手順Ｓ
１５で引続いて溶接作業が行なわれるとされた場合、そ
の引続く溶接作業が同一条件による作業か否かが判断さ
れ（手順Ｓ１８）、同一条件での溶接作業でない場合、
手順Ｓ８　における出力設定の作業がなされ、以後手順
Ｓ１４までが実施される。又、同一条件の溶接作業であ
れば、そのままトーチスイツチをＯＮとすることより手
順Ｓ９　〜手順Ｓ１４までの作業が実施される。このよ
うに、本実施例では、溶接データをＩＣカードに記憶さ
せ、これに基づいて溶接作業を行なうようにしたので、
溶接作業に先立つ煩雑な設定を行なう必要がなく、又、
誤設定や誤調整のおそれもなくなる。さらに、溶接管理
者はＩＣカードの管理を行なえばよいので、作業管理が
容易、確実となる。さらに又、アーク溶接電源の前面パ
ネルの構成は極めて簡素化することができる。又、溶接
中の溶接電流、電圧の条件やアークタイムがＩＣカード
に記憶されているので、これらをチエツクすることによ
り実作業の条件も管理できる。なお、上記実施例の説明
では、主としてＣＯ２　溶接の場合の構成を例示したが
、例えば、図１に示す送給モータ制御回路に代えて高周
波発生回路を用いればＴＩＧ溶接電源を構成することが
でき、このような簡単な変更で種々の溶接法に対応する
ことができる。 又、パネルに電流計、電圧計を設置する例を示したが、
溶接実行中は設定条件等を確認する必要がほとんどない
ので、電流および電圧の検出信号を用いて溶接電流、溶
接電圧を表示装置に表示する構成とすれば、電流計、電
圧計を省略することができる。

【０００９】

【発明の効果】以上述べたように、本発明では、溶接デ
ータをカード状の記憶手段に記憶させ、この記憶手段に
記憶されたデータに基づいて溶接を行なうようにしたの
で、溶接条件の設定が容易で正確となる。又、溶接管理
者は記憶手段の管理を行なうことにより作業管理を確実
に行なうことができる。同時に、実際の溶接電流、溶接
電圧やアークタイムを記憶することができ、溶接施工来
歴や稼働時間などの正確なデータが得られ、これらをチ
エツクすることにより、より一層作業管理を確実に行な
うことができる。さらに、アーク溶接電源の前面パネル
の構成は溶接法が異つてもほとんど同じであるので、機
種毎に前面パネルの設計を行なう必要がなくなる。さら
に又、前面パネルの構成を極めて簡素にすることができ
、アーク溶接電源の小形化に寄与することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例に係るアーク溶接電源のブロツ
ク図である。

【図２】図１に示すアーク溶接電源のパネルの正面図で
ある。

【図３】図１に示すアーク溶接電源の動作を説明するフ
ローチヤートである。

【図４】溶接シーケンスのタイムチヤートである。

【図５】溶接シーケンスのタイムチヤートである。

【図６】従来のアーク溶接電源のパネルの正面図である
。

【図７】従来のアーク溶接電源のパネルの正面図である
。

【符号の説明】

４３　　ＭＰＵ ４４　　ＲＯＭ ４５　　ＲＡＭ ４８　　母材 ４９　　ワイヤ電極 ５１　　送給モータ制御回路 ５９　　表示装置 ６０　　ＩＣカード読取および書込装置６１　　ＩＣカ
ード挿入口

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　溶接条件に応じて電極と母材との間に
   適切なアークを発生させるアーク溶接電源において、前
   記溶接条件により特定される溶接データを記憶するカー
   ド状の記憶手段と、この記憶手段に記憶された溶接デー
   タを読取る読取手段と、この読取手段により読取られた
   溶接データに基づいて溶接を制御する制御部と、実際の
   溶接時の実溶接データを前記カード状の記憶手段に記憶
   する書込手段とを設けたことを特徴とするアーク溶接電
   源。
2. 【請求項２】　　請求項１において、前記溶接データは
   、少なくとも溶接シーケンスおよび所定の溶接条件デー
   タであることを特徴とするアーク溶接電源。