JPH0671658B2 - 消耗電極式ア−ク溶接装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は消耗電極ワイヤを用いるアーク溶接装置の改良
に関するものである。

従来技術 消耗電極ワイヤを用いる自動アーク溶接におけるアーク
起動の方法としては、電極ワイヤに溶接用の高出力を印
加した状態で比較的低速で送給を開始し、電極ワイヤと
被溶接物とが接触したときに流れる大きな短絡電流によ
つて電極ワイヤの先端を溶融飛散させてアークに移行さ
せるワイヤスローダウン方式や電極ワイヤと被溶接物と
の間に溶接電源出力の他に高周波の高電圧を印加して両
者間の空隙の絶縁を破壊してアークスタートを行う方式
のものが行なわれている。しかしこれらのうち前者はア
ークスタートの成功率が悪く、特にサブマージアーク溶
接のように太い電極ワイヤを用いるときやアルミニユー
ムのように固有抵抗が小さく短絡電流による抵抗発熱が
少ないワイヤを用いるときにはアークの発生が極端に難
しかつた。また後者の方法によるときは機器の絶縁耐力
の強化を要するのみならず高周波雑音の混入による自身
の誤動作や周辺機器への誘導障害がさけられず、実用上
多くの問題があつた。そこで、これらの改善策として電
極ワイヤを被溶接物に接触するまで送給し、短絡電流が
流れた状態で電極を逆送することによつて両者を一旦強
制的に引離し、この短絡解消時に発生する微少アークの
成長を待つて電極ワイヤを正送して正常アーク溶接に移
行させるいわゆるリトラクトスタート方法が提案されて
いる。この方法によるときは比較的アークスタートの成
功率は高い。特に最初に短絡を検出するまでは小さな短
絡電流が供給される電源から電力を供給し、この電源か
らの出力電流の有無により電極と被溶接物との接触を検
知する方式のものは、短絡時に過大な短絡電流が流れる
ことがないので電極が被溶接物に溶着してしまう危険性
がなく、比較的好結果が得られるものである。しかし、
この方法によるときも電極ワイヤの先端や被溶接物の表
面に何らかの絶縁物が存在していて、機械的には両者が
接触したにもかかわらず電気的に接触が検出されなかつ
たときの解決策は設けられていなかつた。即ち、電極ワ
イヤの先端や被溶接物の表面にスラグ，ミルスケールあ
るいは錆のような絶縁物があると両者が機械的に接触し
ても電気的接触が検出されないことになる。このために
アークの発生およびワイヤの溶融がない状態で送給し続
けられることになる。この継続する電極ワイヤの送給の
ために電極ワイヤが座屈するか、送給機構にスリツプが
生ずるか、もしこれらのいずれもが起らなければワイヤ
送給力により溶接トーチが反力を受けて溶接装置全体が
転倒したり、破損したりすることになる。しかも炭酸ガ
スアーク溶接やサブアージアーク溶接においては、電極
ワイヤの先端には前回の溶接の終了時にスラグや酸化物
が常に付着しており、かつまた被溶接物の表面にもスラ
グやスパツタあるいは散布されたフラツクスなどの絶縁
物があり、上述のような両者間の絶縁状態は常時発生し
得る状態にある。このために溶接の開始に先立つて電極
ワイヤの先端や被溶接物の表面の点検を省略することが
できず、完全無人化ができなかつた。

発明の目的 本発明は、上記従来装置の欠点を解決するものであつ
て、電極ワイヤの送給時にもし電極と被溶接物との間の
絶縁状態が発生しても、溶接装置に何ら支障を来すこと
なく安全に動作を停止させて、無人運転を行つても溶接
装置が破壊されることがないようにしたものである。

発明の要旨 本発明は、電極ワイヤと被溶接物との電気的接触を検出
するワイヤタツチ検出回路を設けるとともにワイヤ送給
量検出器を設けて送給量が所定量に達してもなおワイヤ
タツチが検出されないときには異常と判断する手段を設
けることによつて前述の問題点を解決したものである。

実施例 第１図は本発明の装置の実施例を示す接続図であり、同
図（ａ）は溶接電源およびワイヤ送給電動機の制御部を
示し、同図（ｂ）は同図（ａ）の制御のためのリレーシ
ーケンス接続図を示す。同図において１は溶接電源であ
り、その出力は出力設定器VR4およびVR5によつて定ま
る。２は消耗電極ワイヤ（以下単にワイヤという）、３
は被溶接物、４はワイヤ送給用電動機であり、５はワイ
ヤ送給用電動機４によつて駆動される送給ロールであ
る。６は電圧検出器であつてワイヤ２と被溶接物３との
間の電圧が一定以上となつたときに閉じる接点信号AVR
を有する、７は電流検出器であり、溶接回路に少量でも
電流が流れると動作する接点信号WCRを有する。８はワ
イヤ送給用電動機４の制御回路であり、設定器VR1ない
しVR3によつて定まる回転速度となるように、また指令
信号がＦ端子に入力されたときは電動機４をワイヤ２が
被溶接物３に向つて送給される方向（正送方向）に回転
させ、またＲ端子に入力されたときはワイヤを引き上げ
る方向（逆送方向）に回転させるように速度および回転
方向を制御するものである。CR1ないしCR5はリレーであ
りCR1aないしCR5aはそれぞれこれらのリレーの常開接
点,CR2bないしCR5bは常閉接点を示す。TD1ないしTD3は
遅延動作形のタイマでありTD1aおよびTD3aはタイマTD1
およびTD3の常開接点,TD2bはタイマTD2の常閉接点を示
す。PB1は溶接開始用押ボタンスイツチ,PB2は溶接停止
用押ボタンスイツチ,PB3は接触不良検出をリセツトする
ための押ボタンスイツチである。PLは接触不良を検出し
たときに点灯する表示灯であり、警報のための点滅表
示，ブザーなどに変更することができる。９は交流電
源,Eは直流電源である。また出力設定器VR5はワイヤ２
が被溶接物３に接触したときにワイヤ２を溶融しない程
度の小電流が流れるように出力電圧または出力電流を設
定するものであつて溶接電源１の特性によりその設定対
象が選定される。出力設定器VR4は溶接時の出力を設定
するものであつて、溶接用出力設定器としてはこの他に
溶接終了時に出力を低減させるための設定器なども必要
であるが本発明の要旨とは直接関係はないので説明を簡
単にするために省略してある。また設定器VR1は、溶接
開始時にワイヤ２を低速で被溶接物３に向つて送給する
ときのワイヤ送給速度を設定するものであり、設定器VR
2は溶接時におけるワイヤ送給速度を設定する設定器で
ある。設定器VR3はワイヤ２を実質的には逆送しない程
度の微弱な駆動力を電動機４に与えるための設定器であ
り、他の２つの設定器VR1およびVR2と異なり、電動機４
の発生するトルクを設定するものである。また設定器VR
2は、この微弱な逆転動作の後に溶接電源の出力を高出
力とすると同時にワイヤを実質的に逆送するときの速度
設定器および接触不良を検出したときに逆転してワイヤ
を引き上げるときの速度設定器としても共用されてい
る。

同図の実施例において、溶接開始用押ボタンスイツチPB
1を押すとリレーCR1が励磁される。リレーCR1の励磁に
より常開接点CR1aが閉じて出力設定器VR5および設定器V
R1がそれぞれ溶接電源１および電動機制御回路８に接続
される。この結果ワイヤ２と被溶接物３との間には小さ
な短絡電流が流れ得る出力が供給される。また電動機４
は設定器VR1にて定まる比較的低速で回転し、ワイヤ２
はゆつくりと被溶接物３に向つて送給される。ワイヤ２
が被溶接物３に接触したときに絶縁物の介在がないと短
絡電流が流れ、この短絡電流は電流検出器７によつて検
出されて出力接点WCRが動作する。この接点WCRの動作に
よつてリレーCR2が励磁され、このリレーCR2の常閉接点
CR2bによつて設定器VR1は切離され、常開接点CR2aによ
つて設定器VR3が電動機制御回路８のＲ端子に接続され
る。このために電動機４は正転を中止し、設定器VR3の
設定値に応じて逆転しワイヤ２を引上げる方向に回転す
ることになる。しかし設定器VR3の設定値は前述のよう
に微弱な駆動力を与える程度の値に設定されているので
電動機４はこれに結合されている減速機構のバツクラツ
シユやワイヤ２が始めの正送時に惰性によつて被溶接物
３に押しつけられている力を解消するまでの極く軽い負
荷状態の間のみ逆転し、実際にワイヤが逆送されるとき
には大きな駆動力が必要となるので電動機４はそれ以上
回転せず、ワイヤは実質的には引き上げられず被溶接物
に極く軽く接触した状態を保つことになる。一方リレー
CR2の常開接点CR2aはまたタイマTD3も励磁するので電動
機４の逆転指令と同時にタイマTD3も時限を開始する。
タイマTD3の時限終了により接点TD3aが閉じるとリレーC
R4が励磁され、このリレーCR4の接点CR4aおよびCR4bに
より出力設定器がVR5からVR4に切替えられるとともに電
動機制御回路８の設定器もVR3からVR2に切替えられる。
この結果、溶接電源１の出力は溶接に必要な高出力とな
り、かつワイヤ２の送給速度も設定器VR2にて定まる高
速となつて急速に引き上げられることになる。この逆送
によつてワイヤ２と被溶接物３との接触が解消され、こ
のときに供給されている溶接電源１の高出力によつてア
ークが発生する。このときワイヤ２と被溶接物３とは先
の弱い逆転駆動によつて両者の接触圧力がほとんど零に
なつており、しかも送給機構のバツクラツシユ分もなく
なつているので供給電力の切替えに対してワイヤの引き
上げ動作の遅れが極めて少なく、容易にワイヤ２の先端
部分が溶融しアークに移行する。この状態で逆送が続く
とアークは成長し、このときのアーク電圧が電圧検出器
６の設定電圧より高くなるとその接点AVRが閉じる。こ
の結果リレーCR5が励磁されてその接点CR5a,CR5bによつ
て電動機制御回路８の入力はＲからＦに切替えられる。
この結果電動機４の回転方向は反転し、ワイヤ２を設定
器VR2にて定まる速度にて正送し、正常溶接が開始され
る。

第１図の実施例の装置は、正常時においては上記のよう
に動作するが、もし最初の低速ワイヤ送給時にワイヤ２
と被溶接物３との間が何らかの原因で絶縁状態にある
と、ワイヤが被溶接物に機械的に接触しても短絡電流は
流れ得ないから電流検出器７の接点WCRは動作しないこ
とになる。このためワイヤはさらに送給され続けること
になるが、溶接開始押ボタンスイツチの閉路と同時に励
磁されたタイマTD1の時限終了によつて接点TD1aが閉じ
るとリレーCR3が励磁され、リレーCR3は自身の常開接点
CR3aによつて自己保持される。またこれと同時に接点CR
3bによつて電動機制御回路のＦ端子に対する入力信号は
遮断され電動機４はワイヤを正送することを停止する。
リレーCR3と並列に接続された表示灯PLによつてワイヤ
接触不良の警告を表示する。さらにタイマTD2の時限終
了までの間電動機制御回路８にはリレー接点CR3aを通し
てＲ端子に設定器VR2の出力が供給されて電動機４が高
速逆転し、ワイヤ２を引き上げる。一度ワイヤ接触不良
が検出されるとリレーCR3が自己保持されるので、リセ
ツト押ボタンスイツチPB3を押すまでは他の動作が行な
えない。そこで作業者がワイヤ先端や被溶接物の表面状
態を点検し修正した後にリセツト押ボタンスイツチPB3
を押して後に再び溶接開始押ボタンスイツチPB1を押し
て再起動することになる。上記の動作から容易に判るよ
うにタイマTD1の時限はワイヤ送給開始から接触に至る
までの時間より若干長い程度（通常0.3ないし３秒程
度）とし、タイマTD2の時限は、接触状態にあるワイヤ
を略もとの位置まで復帰させるのに必要な時間（通常0.
1ないし１秒程度）とし、またタイマTD3は送給機構のバ
ツクラツシユを解消するのに必要な時間より長ければよ
く厳密なものは必要ではないので0.5秒ないし数秒に設
定すればよい。これらのタイマはそれぞれ必要なワイヤ
送給量またはワイヤ送給機構の駆動量を得るためのもの
であり、それぞれの設定は、対応するワイヤ送給速度に
よつてその時限を変更することが必要である。これらの
タイマのかわりにワイヤの送給機構の回転数や送給速度
と送給時間との積により実際のワイヤ送給量を得てプリ
セツト値と比較するように構成すればさらに正確な制御
が可能となる。

なお第１図の実施例においては、タイマTD2を設けてワ
イヤ接触不良を検知したときは自動的にワイヤを一定時
間だけ引き上げるようにしたが、このタイマTD2を設け
ないときにはワイヤ接触不良を検知したときにはワイヤ
送給機構が直ちに停止して検出時の状態を保つことにな
る。したがつてワイヤ接触不良の原因が判別しやすくな
り、作業者が溶接部を容易に視認できるときにはタイマ
TD2を除いて自動引上げを行なわせない方がよい場合も
ある。この場合には、作業者が手動操作により図示を省
略した押ボタンスイツチにより適宜ワイヤを逆転させれ
ばよい。またワイヤ送給，逆送，速度変更，溶接電源の
出力切替えなどのタイミングは任意であり、また各動作
の間に適宜一旦停止および確認再起動指令や一旦停止後
自動再起動などの工程を追加してもよく、さらにこれら
の各動作に連動してシールドガスの放出、フラツクスの
撒布、溶接トーチの移動など溶接に必要な他の動作を行
なわせるようにしてもよい。

また第１図の実施例においては、ワイヤ接触不良が検出
されると直ちにアークスタート動作を中断するものにつ
いて示したが、ワイヤと被溶接物との間の絶縁状態は比
較的軽微な衝撃によつて破壊される絶縁物による場合が
多い。そこでワイヤ接触不良が検出されたときにも直ち
にアークスタート動作を中断するのではなく、一旦ワイ
ヤを引き上げて後に再度アークスタート動作を始めから
やりなおせば再度のワイヤ接触時の衝撃で絶縁状態が解
消して良好なアークスタートが行なわれる可能性があ
る。本発明の第２の発明は、ワイヤ接触不良が検出され
たときにくりかえしアークスタート動作をするくりかえ
し回路を設けた装置を提案したものである。第２図にそ
の実施例の接続図を示す。同図の装置は第１図に示した
実施例にワイヤ接触不良の発生回数を計数するプリセツ
トカウンタCU1とこのプリセツトカウンタの計数値がプ
リセツト値に達したときに励磁されるリレーCR6とを追
加し、またリレーCR3とタイマTD2の自己保持回路を除く
とともにタイマTD1の励磁をタイマTD2の常閉接点により
遮断するようにして、ワイヤ接触不良検出後のワイヤ逆
送時間の後に再びアークスタート動作を始めから行うよ
うにしたくりかえし回路を設けたものである。

同図の実施例の動作のうち、ワイヤ接触が正常に行なわ
れたときの動作は第１図に示した実施例と全く同じであ
るので説明は省略し、ワイヤ接触不良が検出されたとき
の動作について説明する。押ボタンスイツチPB1が押さ
れてリレーCR1が励磁され、ワイヤ２が設定器VR1によつ
て定まる低速度で被溶接物３に向つて送給されたとき
に、タイマTD1の時限終了時に至つても未だ電流検出器
７が何らの電流も検出せず接点WCRが動作していなけれ
ばワイヤ接触不良としてリレーCR3およびタイマTD2が励
磁される。この結果制御回路８の入力はＦ端子からＲ端
子に切替えられるとともに設定器もVR1からVR2に切替え
られて、ワイヤ２は設定器VR2で定まる速度で引き上げ
られる。タイマTD2の時限終了により常閉接点TD2bが開
路するとタイマTD1は非励磁となりその常開接点TD1aは
直ちに開放されてリレーCR3,タイマTD2が非励磁とな
る。このためタイマTD2の常閉接点は復帰しタイマTD1が
再び励磁されて押ボタンスイツチPB1が押された最初の
状態に戻る。このときリレーCR3の復帰によつて制御回
路８の入力は再びＦ端子に設定器VR1の出力が供給され
て低速度の正送給となる。この再度の正送給によつてタ
イマTD1の時限内に電流検出器８の接点WCRが動作しなけ
れば再度リレーCR3およびタイマTD2が励磁されてワイヤ
２の引上げおよび再送給がくりかえされることになる。
このときリレーCR3が励磁される毎に接点CR3aによつて
プリセツトカウンターCU1は計数を行い、この計数値が
プリセツト数に一致したときに出力端子に接続されてい
るリレーCR6が励磁されてリレーCR1を非励磁とし以後の
動作を中断する。

第２図に示した実施例は、上記のように動作するのでワ
イヤ接触不良が検出されても自動的にワイヤを引き上げ
てアークスタート動作を所定の回数くりかえすので、ワ
イヤの先端にスラグが附着している場合のように絶縁状
態が比較的脆弱な場合には溶接を中断することなくアー
クスタートが行なわれることになる。またこの絶縁状態
が強固な絶縁物に基因する場合には所定の回数の試行の
後に停止するので、過度のくりかえしを防止することが
できワイヤの先端を変形させたりワイヤ送給機構を過負
荷にする危険性がない。

なお上記各実施例においてワイヤ送給時に接触検出の時
点でワイヤを被溶接物の表面に平行に若干巾で揺動させ
るようにすればさらに効果的である。特に本発明をテイ
ーチングプレイバツク方式のアーク溶接ロボツトに適用
するときには溶接トーチの動く経路を任意に教示できる
ので最適の揺動軌跡を描かせることができるので本発明
の効果がより有効に発揮できるものである。

さらに本発明の装置は、図示のような有接点リレーによ
り構成するものに限らず、半導体集積回路などを利用し
た論理回路により構成することも可能である。

発明の効果 以上のように本発明においては、ワイヤを一旦被溶接物
に接触させた後に強制的に引きあげてアークを発生させ
るリトラクトスタート方式を行う消耗電極式アーク溶接
装置において、ワイヤを所定量送給したにもかかわらず
接触が検知されなかったときには接触不良と判断する判
定回路を設けたので、従来装置のようにワイヤの先端や
被溶接物の表面にスラグや錆あるいはフラツクスのよう
な絶縁物が存在したときにも接触検出のための工程とし
てのワイヤを送給し続けることがなくなり、ワイヤの座
屈や溶接装置の転倒あるいは破損などの発生を未然に防
止することができ、溶接部の視認が困難な狭い場所での
溶接が安全に行えるものであり、アークスタート時の事
故が防止できることから完全無人化が可能となるもので
ある。

【図面の簡単な説明】

第１図（ａ）および（ｂ）は本発明の装置の実施例を示
す接続図、第２図（ａ）および（ｂ）は本発明の別の実
施例を示す接続図である。 １……溶接電源、２……ワイヤ、３……被溶接物、４…
…電動機、６……電圧検出器、７……電流検出器、８…
…電動機制御回路、CU1……プリセツトカウンタ

Claims (12)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】消耗電極ワイヤと被溶接物との間の電気的
   接触を検出するワイヤタッチ検出回路と、溶接開始指令
   から前記消耗電極ワイヤが所定量送給されたことを検出
   して信号を出力する送給量検出手段と、溶接開始に際し
   て前記送給量検出手段の出力のみが出力され前記ワイヤ
   タッチ検出回路の電極ワイヤと被溶接物との接触検出信
   号が出力されないときにワイヤ接触不良と判断する判定
   回路とを備えた消耗電極式アーク溶接装置。
2. 【請求項２】前記ワイヤの送給量検出手段は、ワイヤ送
   給開始からの送給長さをワイヤの送給時間、ワイヤ送給
   機構の回転数またはワイヤ送給速度と送給時間との積の
   いずれかにより検出する手段である特許請求の範囲第１
   項に記載の消耗電極式アーク溶接装置。
3. 【請求項３】前記ワイヤタッチ検出回路は、前記消耗電
   極ワイヤと被溶接物との電気的接触を検出した後は前記
   消耗電極ワイヤを一旦引き上げてアークを発生させるた
   めのワイヤ逆送指令信号を出力する回路である特許請求
   の範囲第１項に記載の消耗電極式アーク溶接装置。
4. 【請求項４】前記ワイヤタッチ検出回路は、前記消耗電
   極ワイヤと被溶接物との間に前記消耗電極ワイヤを溶融
   しない程度の小さな短絡電流を流す電力を溶接電源の出
   力を調整することによって供給し、前記消耗電極ワイヤ
   と被溶接物との接触を短絡電流の流通により検出する回
   路である特許請求の範囲第１項に記載の消耗電極式アー
   ク溶接機。
5. 【請求項５】前記ワイヤ逆送指令信号は、前記消耗電極
   ワイヤを実質的には逆送しない程度の逆送動作を一定時
   間ワイヤ送給機構に作用させる第１の指令信号と、前記
   第１の指令信号の終了の後に前記消耗電極ワイヤを一定
   時間実質的に逆送させる第２の指令信号とからなる信号
   である特許請求の範囲第３項に記載の消耗電極式アーク
   溶接装置。
6. 【請求項６】前記消耗電極ワイヤと前記被溶接物との間
   に供給される電力は、前記第２の指令信号が供給される
   までは前記消耗電極ワイヤを溶融しない程度の小さな短
   絡電流を流す電力であり、前記第２の指令信号が供給さ
   れた後はアーク溶接に適した値の電力に切替えられるも
   のである特許請求の範囲第５項に記載の消耗電極式アー
   ク溶接装置。
7. 【請求項７】消耗電極ワイヤと被溶接物との間の電気的
   接触を検出するワイヤタッチ検出回路と、溶接開始指令
   から前記消耗電極ワイヤが所定量送給されたことを検出
   して信号を出力する送給量検出手段と、溶接開始に際し
   て前記送給量検出手段の出力のみが出力され前記ワイヤ
   タッチ検出回路の電極ワイヤと被溶接物との接触検出信
   号が出力されないときにワイヤ接触不良と判断する判定
   回路と、前記判定回路の接触不良出力により前記送給量
   検出手段をリセットするとともに前記消耗電極ワイヤを
   所定量逆送し逆送後に再度正送を行うくりかえし回路と
   を備えた消耗電極式アーク溶接装置。
8. 【請求項８】前記くりかえし回路は、あらかじめ定めら
   れた回数だけアークスタート動作をくりかえしてもなお
   ワイヤ接触不良が検出されたときには、アークスタート
   動作を停止する回路である特許請求の範囲第３項に記載
   の消耗電極式アーク溶接装置。
9. 【請求項９】前記ワイヤタッチ検出回路は、前記消耗電
   極ワイヤと被溶接物との電気的接触を検出した後は前記
   消耗電極ワイヤを一旦引き上げてアークを発生させるた
   めのワイヤ逆送指令信号を出力する回路である特許請求
   の範囲第７項または第８項のいずれかに記載の消耗電極
   式アーク溶接装置。
10. 【請求項１０】前記ワイヤタッチ検出回路は、前記消耗
    電極ワイヤと被溶接物との間に前記消耗電極ワイヤを溶
    融しない程度の小さな短絡電流を流す電力を溶接電源の
    出力を調整することによって供給し、前記消耗電極ワイ
    ヤと被溶接物との接触を短絡電流の流通により検出する
    回路である特許請求の範囲第７項または第８項のいずれ
    かに記載の消耗電極式アーク溶接機。
11. 【請求項１１】前記ワイヤ逆送指令信号は、前記消耗電
    極ワイヤを実質的には逆送しない程度の逆送動作を一定
    時間ワイヤ送給機構に作用させる第１の指令信号と、前
    記第１の指令信号の終了の後に前記消耗電極ワイヤを一
    定時間実質的に逆送させる第２の指令信号とからなる信
    号である特許請求の範囲第９項に記載の消耗電極式アー
    ク溶接装置。
12. 【請求項１２】前記消耗電極ワイヤと前記被溶接物との
    間に供給される電力は、前記第２の指令信号が供給され
    るまでは前記消耗電極ワイヤを溶融しない程度の小さな
    短絡電流を流す電力であり、前記第２の指令信号の供給
    と略同時にアーク溶接に適した値の電力に切替えられる
    ものである特許請求の範囲第11項に記載の消耗電極式ア
    ーク溶接装置。