JPH0557071B2 - - Google Patents

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JPH0557071B2
JPH0557071B2 JP59078530A JP7853084A JPH0557071B2 JP H0557071 B2 JPH0557071 B2 JP H0557071B2 JP 59078530 A JP59078530 A JP 59078530A JP 7853084 A JP7853084 A JP 7853084A JP H0557071 B2 JPH0557071 B2 JP H0557071B2
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JP
Japan
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arc
current
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pulse
circuit
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JP59078530A
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Kiju Endo
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Via Mechanics Ltd
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Hitachi Seiko Ltd
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Publication date
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K9/00—Arc welding or cutting
    • B23K9/06—Arrangements or circuits for starting the arc, e.g. by generating ignition voltage, or for stabilising the arc
    • B23K9/073—Stabilising the arc
    • B23K9/0731—Stabilising of the arc tension
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K9/00—Arc welding or cutting
    • B23K9/09—Arrangements or circuits for arc welding with pulsed current or voltage
    • B23K9/091—Arrangements or circuits for arc welding with pulsed current or voltage characterised by the circuits

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Plasma & Fusion (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Arc Welding Control (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の利用分野〕 本発明は消耗電極を定速度送給して溶接を行う
アーク溶接法に係り、特に溶接中に発生するスパ
ツタを大幅に減少させるのに好適な溶接法に関す
る。
〔発明の背景〕
消耗電極を定速度送給して溶接を行うアーク溶
接法においては、従来第1図に示すように直流定
電圧特性の電源1と、直流リアクトル2とから成
る回路を構成したものが実用化されている。この
ように構成された回路を用いた溶接を行つた場合
には溶接電流の大きさによつて溶接現象がまつた
く異なる。すなわち比較的溶接電流値の低い領域
では消耗電極先端の溶融金属が母材に接触して移
行する、いわゆる短絡移行現象がみられる。第2
図は短絡とアークを繰り返す時の溶接電流、アー
ク電圧の変化を示したもので、図において線
KPRは電源の外部特性曲線を示し、L0,L1,L2
はアーク長がそれぞれL0,L1,L2の場合のアー
ク特性でL0はアーク長が零の場合である。短絡
が始まると電流は1から2に急増し2において短
絡が破れるとアーク電圧3が発生し、たちまちア
ーク長が延びてアーク長はL2となりアーク電圧
3′に移る。しかし電極は絶えず送給され続けてい
るのでアーク長は次第に短くなつて3′→4→5の
如く変化して5において再び短絡する。この時の
溶接現象を高速度カメラにより観察すると、スパ
ツタが発生するのはアークから短絡になつた瞬間
と短絡からアークになつた瞬間が最も著しい。こ
のうちアークから短絡になつた時に発生するスパ
ツタは第1図の直流リアクトルのインダクタンス
を適当な値にして、第2図の1から2への電流の
立上がり速度を制御することによつて減少させる
ことができる。このため従来から種々の方法が考
えられ、実施されてきた。例えばリアクトルに2
次制御巻線を設けて溶接条件に合せて適切なイン
ダクタンスを選定する方法が考えられている。ま
た短絡時の電流の立上がりと、短絡からアークに
なつた時の電流の立下がりを制御する方法も考え
られている。これらの方法では前述のアークから
短絡になつた時に発生するスパツタを減少するの
に効果がある。しかし短絡からアークになつた瞬
間には第2図に示すように従来法では原理的に必
ず高い電流値になるので、この高い電流によつて
生じるアーク力が強く、またアーク柱の急熱膨張
の程度が多いのでスパツタが発生する。このため
溶接中に発生するスパツタを大幅に減少させるま
でには至つていない。
一方比較的溶接電流値の高い領域では第3図に
示すようにアークが強く、電極先端の溶融金属を
押し上げるので、なかなか短絡せず、したがつて
溶滴は大きくなり、かつ片溶けがはげしく、大き
なスパツタが数多く発生する。このため従来、こ
の電流域では、積極的にアーク電圧を下げてうも
れアーク法を用いて発生するスパツタを溶融プー
ルの中にとじ込めて外へ出さないようにする方
法、あるいは電源回路のインダクタンスを非常に
大きく(600μH以上)して短絡した場合の電流変
動を少なくする方法などが考えられているが、い
ずれもスパツタを大幅に減少させるまでには至つ
ていない。
〔発明の目的〕
本発明は以上のような事柄に鑑みてなされたも
のであり、その目的は低電流域から大電流域に渡
る広い溶接電流域においてスパツタがほとんど発
生せず、しかも安定したアークが得られる新規な
アーク溶接法を提供することにある。
〔発明の概要〕
本発明は消耗電極を定速度送給して溶接を行う
アーク溶接法において、短絡状態とアーク状態を
検出し、この検出信号によつて、最適なパルス電
流を前記パルス電流よりも十分小なるベース電流
に重畳し、アークに移行した時には溶接電流をベ
ース電流になるように制御することによつて短絡
からアークになる時に発生するスパツタを防止す
ると共に、アーク期間中には電極ワイヤと母材を
溶融させるための最適な第1のアークパルス電流
と、アークを安定させるために前記第1のアーク
パルス電流よりも小さくかつ順次減衰するアーク
パルス電流とを前記第1のパルス電流よりも十分
小なるベース電流に重畳することによつて強制的
に短絡を行わせ、かつアーク電圧を検出し、この
検出信号と設定値を比較し、その差に応じてアー
ク期間中の電流値を制御することによつてアーク
電圧をほぼ一定に保ち、低電流から大電流に至る
広い溶接条件範囲でスパツタの発生がほとんどな
くしかも安定したアークが得られるようにしたこ
とを特徴とする。
〔発明の実施例〕
以下本発明の一実施例を第4図〜第7図により
説明する。
第4図において3は変圧器、4は整流器、5は
出力電流を制御する限流素子、6は5の駆動回
路、7は溶接部で7aは母材、7bはアーク、7
cは消耗電極、7dは給電チツプ、7eは消耗電
極を送給する送給ローラ、8は消耗電極送給モー
タ、9はアーク電圧検出回路、10は短絡とアー
クを11の基準信号発生回路の信号との比較によ
つて判別する回路、12は短絡パルス電流用遅延
回路、13は短絡パルス電流信号発生回路、14
は第1のアークパルス電流用遅延回路、15は第
1のアークパルス電流信号発生回路、16はアー
ク電圧を平均化する回路、17は18の基準信号
発生回路の信号と16で得られた信号とを比較す
る回路、19はベース電流信号発生回路、20は
電流ワイヤ送給制御装置、21は第2のアークパ
ルス電流用遅延回路である。
次に上記実施例の動作について説明すると、変
圧器3で通常200Vから60〜80Vに変圧され整流
器4で直流に整流され電圧が出力されると限流素
子5、給電チツプ7dを通して電極7cに通電さ
れ、電極7cと母材7aとの間にアーク7dが発
生する。この時電極7cは送給モータ8によつて
駆動される送給ローラ7eによつて定速送給され
る。この場合、アークから短絡に移行すると前述
の第2図に示すように数十ボルトから零ボルト付
近に急変するので、基準信号発生回路11で例え
ば数ボルトを設定してこの値とアーク電圧検出回
路9で検出した値とを判別回路10で比較するこ
とにより短絡したことが判別できる。短絡を判別
すると判別回路10は遅延回路12を通して短絡
パルス電流信号発生回路13に起動をかける。こ
の時遅延回路12は判別回路10からの信号が印
加された後あらかじめ設定された遅延時間後に短
絡パルス電流信号発生回路13に信号を印加す
る。遅延回路12からの信号が印加されると短絡
パルス電流信号発生回路13はあらかじめ設定さ
れた波形信号を駆動回路6に出力し、限流素子5
から短絡パルス電流が出力される。また駆動回路
6への短絡パルス信号回路13からの信号は判別
回路10からのアーク状態の信号が印加されると
瞬時に停止する。この結果電極先端の溶融プール
に瞬間的に触れるだけで移行しない約0.5ms以下
の瞬間的短絡時に短絡パルス電流が流れてスパツ
タが発生するのを防ぐことができるのと同時に十
分短絡された後に短絡パルス電流が流れるのでア
ークから短絡に移行した時に発生するスパツタを
防止することができる。
また判別回路10でアーク状態を判別すると、
第1のアークパルス用遅延回路14を通してアー
クパルス電流信号発生回路10からの信号が印加
された後あらかじめ設定された遅延時間後にアー
クパルス電流信号発生回路15に信号を印加す
る。第2のアークパルス電流も同様に遅延回路2
1で設定された時間後にアークパルス電流信号発
生回路15に信号を印加する。遅延回路14及び
21からの信号が印加されるとアークパルス電流
信号発生回路15はあらかじめ設定された波形信
号を駆動回路6に出力し、限流素子5からアーク
パルス電流が出力される。以上の短絡パルス電流
及びアークパルス電流はベース電流信号発生回路
19からの信号によつて出力される前記パルス電
流よりも十分小なるベース電流に重畳される。
またアーク期間中の平均電圧を検出回路16で
検出し、基準信号発生回路18からの信号と比較
回路17で比較し,その差に応じてアークパルス
電流信号発生回路15であらかじめ設定された例
えば第1のアークパルス電流幅を変更する。この
場合、基準信号発生回路18の設定電圧Vsより
も検出回路16で検出した電圧Vaの方が高くな
る(Vs<Va)と、パルス電流幅を設定値よりも
短かくなるように制御する。この結果、アーク期
間中の電極溶融量は減少し、アーク電圧は低くな
り設定値と等しくなる。以上の結果、給電チツプ
7dと母材7aとの距離が変動しても常に安定し
た短絡移行溶接を行うことができる。
第5図はこの実施例による電流、電圧波形の一
例を示す。A点はアークから短絡に移行した瞬
間、B点は短絡からアークに移行した瞬間であ
る。A点で短絡すると判別回路10で検出して遅
延回路12でTDSの時間遅れて短絡パルス電流信
号発生回路13から信号が出力されて限流素子5
によつてIPSなる短絡パルス電流が流れる。この
短絡パルス電流は判別回路10からの信号が印加
されるまで出力されるのでIPSの幅tPSは短絡の状
態によつて異なる。第6図aは短絡時間が比較的
短かくて設定値IPSになる途中で判別回路10か
らの信号が印加された場合、b図は設定値IPSに
到達した後に印加された場合を示す。またB点で
短絡からアークになつた状態を検出すると遅延回
路14でTDAの時間遅れてアークパルス電流信号
発生回路15から信号が出力されて限流素子5に
よつてIPAなる第1のアークパルス電流が流れる。
以上の結果、短絡からアークになつた瞬間からし
ばらくの間アークを維持するための低いベース電
流を流すことになるので短絡からアークに移行す
る際のスパツタの発生を防止することができる。
一方アーク期間中には電極先端に一定の溶融金属
を生成させると同時に母材を溶融させるために第
1のアークパルス電流IPAを設定時間流し、その
後第1のアークパルス電流よりも小さくかつ順次
減衰するアークパルス電流を流す。この時第1の
アークパルスIPAが流れている間は電極先端の溶
融金属を一定量生成すると共に母材に溶融プール
を生成するが、アーク力によつて電極先端に溶融
金属は押し上げられて容易に短絡しない。次に第
1のアークパルス電流よりも小さくかつ順次減衰
するアークパルス電流をベース電流に重畳して流
すことにより、アーク力が徐々に弱まるので溶融
金属は母材側に下がると共に順次減衰するアーク
パルス電流によつてアークに硬直性が現われるの
でアークが不規則に動き回わることなく安定す
る。順次減衰するアークパルス電流を重畳しない
場合すなわち第1のアークパルス重畳後ベース電
流のみを流した場合には第7図aのようにベース
電流期間中のアーク電圧は非常に不安定になり、
最悪の場合にはアーク切れを起こす。しかし順次
減衰するアークパルス電流を重畳すると第7図b
のようにアーク電圧は非常に安定し、徐々に電圧
が下がりC点で短絡している。このように強制的
に短絡を行わせるので、従来法では不可能であつ
た中、高電流域でのスパツタの発生しない短絡移
行溶接を行うことができる。
〔発明の効果〕
以下のように本発明法によれば、短絡とアーク
を検出し、この信号によつて短絡時とアーク時に
それぞれ最適なパルス電流をパルス電流より十分
小なるベース電流に重畳することにより、強制的
に短絡を行わせることができるので低電流から大
電流までの広い溶接条件範囲で、スパツタがほと
んど発生せずしかも安定したアークを得ることが
できる。したがつて溶滴の移行が規則的に行われ
て良好なビードが得られるとともにスパツタが発
生しないので溶接後の後処理を必要とせず、また
高速溶接が可能になるので作業効率が著しく向上
する。
【図面の簡単な説明】
第1図は従来のアーク溶接電源の回路図、第2
図、第3図は従来のアーク溶接電源による動作及
び現象の説明図、第4図は本発明法による一実施
例、第5図は実施例による波形図、第6図及び第
7図は実施例による他の波形図である。 5……限流素子、6……駆動回路、9……アー
ク電圧検出回路、10……判別回路、12,1
4,21……遅延回路、13……短絡パルス電流
信号発生回路、15……アークパルス電流信号発
生回路、16……アーク電圧平均化回路、17…
…比較回路、19……ベース電流信号発生回路、
20……電極ワイヤ送給制御回路。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1 消耗電極を定速度送給して溶接を行うアーク
    溶接法において、短絡状態とアーク状態を検出
    し、アーク期間中には第1のアークパルス電流と
    第1のアークパルス電流よりも小さくかつ順次減
    衰するアークパルス電流とを第1のアークパルス
    電流よりも十分小なるベース電流に重畳し、短絡
    を検出したときにはあらかじめ設定した時間後短
    絡が解消するまでの間あらかじめ定めた短絡パル
    ス電流を上記ベース電流に重畳することを特徴と
    するアーク溶接法。 2 アーク期間中のアーク電圧の平均値を検出
    し、この検出信号と設定値とを比較し、その差に
    応じてアーク期間中の電流値を制御することによ
    りアーク電圧をほぼ一定にするようにしたことを
    特徴とする特許請求の範囲第1項記載のアーク溶
    接法。 3 第1のアークパルス期間中のアーク電圧の平
    均値を検出し、この検出信号と設定値とを比較
    し、その差に応じてアーク期間中の電流値を制御
    することによりアーク電圧をほぼ一定にするよう
    にしたことを特徴とする特許請求の範囲第1項記
    載のアーク溶接法。 4 順次減衰するアークパルス電流期間中のアー
    ク電圧の平均値を検出し、この検出信号と設定値
    とを比較し、その差に応じてアーク期間中の電流
    値を制御することによりアーク電圧をほぼ一定に
    するようにしたことを特徴とする特許請求の範囲
    第1項記載のアーク溶接法。 5 アーク期間中の電流値を、第1のアークパル
    ス電流のピーク値を変更することによつて制御す
    ることを特徴とする特許請求の範囲第2項、第3
    項および第4項記載のアーク溶接法。 6 アーク期間中の電流値を、第1のアークパル
    ス電流のパルス幅を変更することによつて制御す
    ることを特徴とする特許請求の範囲第2項、第3
    項および第4項記載のアーク溶接法。 7 アーク期間中の電流値を、順次減衰するアー
    クパルス電流のピーク値を変更することによつて
    制御することを特徴とする特許請求の範囲第2
    項、第3項および第4項記載のアーク溶接法。 8 アーク期間中の電流値を、順次減衰するアー
    クパルス電流のパルス幅を変更することによつて
    制御することを特徴とする特許請求の範囲第2
    項、第3項および第4項記載のアーク溶接法。 9 アーク期間中の電流値を、順次減衰するアー
    クパルス電流のパルス時間と休止時間の比率
    (duty)を変更することによつて制御することを
    特徴とする特許請求の範囲第2項、第3項および
    第4項記載のアーク溶接法。
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JPS60223662A JPS60223662A (ja) 1985-11-08
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