JPH04309466A - 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。

【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溶接法を例に説明する。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になる
と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。 このような場合はやむをえず突き出し長が長い状態で溶
接することになるが、その突き出し長さが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、ビート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、その電圧検出部の出力
とあらかじめ設定された基準電圧とを比較することによ
って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、少なくとも時間設定部の信号出力期間を含む期間
中短絡電流を一定値に制御する電流制御部と、時間設定
部の信号出力時点における電圧検出部の出力に基づいて
出力調整を行う出力調整部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、次式により導かれる。

【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。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を何
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２の電圧降
下値を示す。

【００１２】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２で占められているので次
式の関係が得られる。

【００１３】ｖ＝ｖｗ＝βｉｅｗ＝βｉｅこの関係を用
いて電流が既知である一定値とすると電圧を測定するこ
とによって容易に突き出し長ｅが算出できる。

【００１４】このように本発明では既知である一定電流
が流れる短絡期間中の電圧から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では算出から除外する。

【００１５】

【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。

【００１６】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は電流制御部、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は電圧値保持部、２４
は溶接電流を検出するためのシャント、２５は電圧値保
持部２３に入力される電圧を選別するためのアナログス
イッチである。

【００１７】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、以下説明を行う。

【００１８】まず溶接部１４にかかる電圧値を電圧検出
部１６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２１は基準電圧生成部２２の基準電圧信号と
電圧検出部１６から入力される溶接部の電圧値とを比較
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。したが
って電圧値保持部２３は時間設定部２０によって選択さ
れた短絡時の電圧値のみを電圧検出部１６から入力され
る。電圧値保持部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は電圧値保持部２３から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。

【００１９】また電流制御部１７は短絡期間における電
流制御を行うもので、内部に設定されたモデル電流波形
に対して電流検出部で検出した短絡電流波形が一致する
よう出力制御部１８に信号出力するフィードバック制御
機能を有する。図２は前記電流制御部１７における短絡
の開始から短絡の終了までのモデル電流波形の実施例の
概略図である。図２（ａ）において波形部分（１）およ
び（３）はスパッタ発生量の抑制や短絡状態を速やかに
解放することによるアーク安定性確保などから決定され
る波形であり、したがってシールドガスの種類、ワイヤ
径、ワイヤ送給量などの施工パラメータによって異なる
ものである。一方波形部分（２）は期間Ｔで示される前
述の時間設定部２０のパルス信号期間を含む期間、施工
パラメータによらない一定電流値を出力する部分である
。したがって電圧値保持部２３には突き出し長に対応す
る電圧値が施工パラメータによらない値として入力され
る。またモデル電流波形の他の実施例の図２（ｂ）では
波形部分（４），（５）および（６）ともにその電流レ
ベルは図２（ａ）の（１）および（３）と同様施工パラ
メータによって異なるが、期間Ｔを含む波形部分（５）
は既知である一定電流値である。したがって電圧値保持
部２３の入力は施工パラメータによって左右される値で
あるが、出力制御部１８において電流制御部１７からの
信号と合成することによって突き出し長に対応した制御
ができる。

【００２０】このようにして電流値一定の条件下での電
圧値を計測することで突き出し長に対応して溶接出力の
調整が自動的に行われる。

【００２１】

【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において電流値一定の条件下での
電圧値によって突き出し長を代表させることができ、そ
の電圧値から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頻雑さが
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一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】（ａ）は電流制御部１７のモデル電流波形の実
施例を示す概略図 （ｂ）は電流制御部１７のモデル電流波形の他の実施例
を示す概略図

【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】 １６　　電圧検出部 １７　　電流制御部 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、そ
   の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、少なくとも時間設定部の信号出
   力期間を含む期間中短絡電流を一定値に制御する電流制
   御部と、時間設定部の信号出力時点における電圧検出部
   の出力に基づいて溶接出力を調整する出力調整部を備え
   た消耗電極式アーク溶接電源装置。