JPH04309465A - 消耗電極式アーク溶接電源装置 - 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】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は溶接母材と通電電極との
距離（以下突き出し長という）の変化に応じて溶接出力
を自動的に調整する消耗電極式アーク溶接電源装置に関
するものである。

【０００２】

【従来の技術】消耗電極式アーク溶接法の代表としてＣ
Ｏ２溶接法を例として説明する。このＣＯ２溶接法にお
いては通常の場合突き出し長は１０〜２０ｍｍに設定す
る。 しかし形状が複雑な構造物や大型構造物の溶接の場合に
は狭開先の溶接やあるいは狭隘部の溶接などのように溶
接トーチ先端部が溶接箇所に接近できないことがある。 このような場合にはやむをえず突き出し長の状態で溶接
することになるが、その長さは５０ｍｍ程度になること
もある。

【０００３】突き出し長が長くなるとアークが不安定に
なり、その結果ビードが途切れてその部分が接合不良に
なったり、ビード切れに至らないまでもビード幅が不均
一となり平均的なビード幅が小さくなることなどが原因
となり、溶接線狙いの裕度が極端に小さくなる。

【０００４】このように溶接結果や作業条件に悪影響を
及ぼすことを防止するため、突き出し長が長い状態での
溶接に際しては、例えば通常よりも高い溶接電圧となる
ように出力調整を行なっている。しかしながらこのよう
な高い溶接電圧の出力調整状態では突き出し長が短い場
合には通電電極にワイヤが融着するなどのトラブルが発
生する。したがって突き出し長が変わる毎に出力調整を
しなおす必要があった。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】上記のような出力調整
を行うためには半自動溶接においてはその都度溶接を中
止しなければならず、溶接作業が著しく煩雑かつ非効率
的になるだけでなく溶接品質上の問題も発生する。さら
に現在溶接中の突き出し長、または次に行う溶接の突き
出し長を外部から測定することは非常に困難であり、し
たがって出力調整も試行錯誤的に行わなければならず作
業効率上の問題が増加し、また調整不良による溶接品質
の低下の問題も生じる。

【０００６】本発明は上記の問題を解決しようとするも
ので、溶接中の突き出し長を自動的に算出し、かつそれ
に応じた出力調整を自動的に行うことによって溶接作業
効率および溶接品質の向上を達成した消耗電極式アーク
溶接電源装置を提供することを目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明による消耗電極式アーク溶接電源装置は、溶
接電圧を検出する電圧検出部と、溶接電流を検出する電
流検出部と、電圧検出部と電流検出部との出力を受けて
溶接中の抵抗値を計算する抵抗値計算部と、前記電圧検
出部の出力とあらかじめ設定された基準電圧とを比較す
ることで短絡状態を検出する短絡検出部と、短絡検出部
の出力を受けて短絡発生開始から設定時間中短絡状態が
継続しているなら設定時間経過後に信号を出力する時間
設定部と、時間設定部の信号出力中における抵抗値計算
部の計算結果に基づいて出力調整を行う出力調整部とに
よって構成したものである。

【０００８】

【作用】本発明による突き出し長算出についての原理を
図３を用いて説明する。図３（ａ）は溶接中のアークが
発生している状態の溶接部の概略図である。また、図３
（ｂ）および（ｃ）は短絡状態における溶接部の概略図
であり、溶接中においてはアーク状態と短絡状態が交互
に発生している。突き出し長ｅは通電電極１と溶接母材
４との間の距離である。図３（ａ）において突き出し長
を構成する一部分であるワイヤ部２と他の部分であるア
ーク部３では導体部としての特性が大きく異なる。すな
わち、ワイヤ部は純抵抗体であるのに対してアーク部は
次式で示すように一定電位傾度を有する導体部である。

【０００９】ｖａ＝α＋Ｘｅａ 上式において、ｖａはアーク部の電圧降下、Ｘはアーク
柱の電位傾度、ｅａはアーク部の長さ、αは定数である
。

【００１０】しかしながら上式中のｖａは測定不可能で
あるので測定可能な溶接電圧ｖ、溶接電流ｉと突き出し
長ｅとの関係は、ｖ＝ｖａ＋ｖｗ，ｅ＝ｅａ＋ｅｗとす
ると、次式によって導かれる。

【００１１】ｖ＝α＋Ｘｅａ＋βｉｅｗ＝α＋（Ｘ−β
ｉ）ｅａ＋βｉｅ この式において、ｖｗはワイヤ部の電圧降下、ｅｗはワ
イヤ部の長さ、βはワイヤ単位長さあたりの平均抵抗値
である。

【００１２】ここでアーク部の長さｅａは一定ではなく
時間とともに変化するので、突き出し長ｅを算出するた
めには溶接電圧、溶接電流のほかにアーク部の長さｅａ
は何らかの手段で測定する必要があるが、外部にセンサ
ー類を設置すると溶接作業の妨げになるなどの制約があ
り困難である。なお、上式のβｉｅｗはワイヤ部の電圧
降下値を示す。

【００１３】一方、図３（ｂ）に示す短絡状態において
は突き出し長は全てワイヤ部で占められているので次式
の関係が得られる。

【００１４】ｖ＝ｖｗ＝βｉｅｗ＝βｉｅこの関係を用
いると溶接電圧，電流を計測し、抵抗値計算をすること
によって容易に突き出し長ｅが算出できる。

【００１５】このように本発明では、短絡中の溶接電流
，溶接電圧より突き出し長を算出するが、図３（ｃ）に
示すように短絡の初期段階においてはワイヤ端の溶滴と
母材４の溶融池５との接触面積が著しく小さくいわゆる
くびれ部６が生じる。したがってこの部分が高抵抗にな
り算出した突き出し長が実際よりも大きな値として計算
されるのでこの期間は算出から除外する。

【００１６】

【実施例】以下、本発明の消耗電極式アーク溶接電源装
置の一実施例を図面に基づいて説明する。

【００１７】図１において、１０は出力調整用のパワー
トランジスタ、１１は溶接用のトランス、１２は二次整
流器、１３は溶接電流を検出する電流検出部、１４は詳
細を図３に示した溶接部、１５は溶接される母材、１６
は電圧検出部、１７は抵抗値計算部、１８は出力制御部
、１９は出力調整部、２０は時間設定部、２１は短絡検
出部、２２は基準電圧生成部、２３は抵抗値保持部、２
４は溶接電流を検出するためのシャント、２５は抵抗値
保持部２３に入力される抵抗値を選別するためのアナロ
グスイッチである。

【００１８】このように構成された消耗電極式アーク溶
接電源装置の動作について、以下説明する。

【００１９】まず、溶接部１４にかかる電圧値を電圧検
出部１６で、また流れる電流値を電流検出部１３で検出
する。基準電圧生成部２２は短絡状態かアーク状態かの
判別基準となる基準電圧信号を生成する。短絡検出部２
１は基準電圧生成部２２の基準電圧信号と電圧検出部１
６から入力される溶接部１４の電圧値とを比較すること
によって現在の溶接部の状態が短絡かアークかの判別を
行う。時間設定部２０は短絡検出部２１からの短絡開始
信号で時間計測を開始し短絡状態の期間中計測を継続す
るが、計測値があらかじめ設定された値に達するとパル
ス信号を出力する。またアーク開始信号によって計測値
はリセットされるので計測値が前記設定値に至る以前に
短絡が終了するとパルス信号は出力されない。このよう
にして時間設定部２０は一定時間以上継続する短絡につ
いて一定時間後に信号を出力する機能を有する。抵抗値
計算部１７は電圧検出部１６および電流検出部１３から
の信号を受けて抵抗値計算を行いその結果を出力するが
、時間設定部２０の出力信号がゲートとなっているので
次段の抵抗値保持部２３の入力は時間設定部２０によっ
て選択された短絡時の抵抗値だけとなる。抵抗値保持部
２３は新しい入力信号があるまで前回の入力信号値を保
持しかつ出力する機能を有する。出力調整部１９は抵抗
値保持部２３の信号に従って溶接出力の調整量を溶接出
力を制御する出力制御部１８に出力する。

【００２０】図２は抵抗値計算回数を必要最小限にする
他の実施例である。すなわち、抵抗値計算部１７ａ内の
入力部２６は電圧検出部１６および電流検出部１７から
の信号を入力し、計算部２７は時間設定部２０からの信
号を受けた時だけ入力部２６を経由した電圧検出部１６
および電流検出部１３の信号から抵抗値計算を行い、そ
の結果は保持部２８を通じて出力調整部１９に出力され
る。

【００２１】このようにして突き出し長に比例する短絡
時の抵抗値を算出し、その結果に基づいて溶接出力の調
整が自動的に行われる。

【００２２】

【発明の効果】以上述べたように本発明によれば、一定
時間以上継続する短絡の抵抗値をその時点の溶接電圧，
溶接電流値から算出することで突き出し長を代表させる
ことができ、その抵抗値にしたがって溶接出力を自動的
に調整することができる。したがって、突き出し長が変
動する溶接においてその都度作業者が出力再調整をしな
ければならない煩雑さがなくなり、また出力調整不良の
ための溶接品質低下，出力再調整のため溶接をいったん
中断することによる溶接品質低下等を防止することがで
き、複雑な形状の構造物や大型構造物の溶接を効率よく
行うことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の消耗電極式アーク溶接電源装置の一実
施例のブロック図

【図２】抵抗値計算回路の他の実施例のブロック図

【図
３】（ａ）は溶接中のアークが発生している溶接部の概
略図 （ｂ）はワイヤが母材に短絡した状態の溶接部の概略図
（ｃ）はワイヤが母材に短絡した他の状態の溶接部の概
略図

【符号の説明】

１３　　電流検出部 １６　　電圧検出部 １７　　抵抗値計算部 １９　　出力調整部 ２０　　時間設定部 ２１　　短絡検出部

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】溶接電圧を検出する電圧検出部と溶接電流
   を検出する電流検出部と、それら電圧検出部および電流
   検出部の出力を受けて抵抗値を計算する抵抗値計算部と
   、前記電圧検出部の出力とあらかじめ設定された基準電
   圧とを比較することで短絡状態を検出する短絡検出部と
   、その短絡検出部の出力を受けて短絡発生開始から設定
   時間中短絡状態が継続しているなら設定時間経過後に信
   号を出力する時間設定部と、その時間設定部の信号出力
   中における前記抵抗値計算部の計算結果に基づいて溶接
   出力を調整する出力調整部とを備えた消耗電極式アーク
   溶接電源装置。