JPH07115181B2 - 消耗電極式ア−ク溶接機 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は、消耗電極から被溶接物へ供給される溶接出力
の極性を、溶接中に正極性と逆極性に切換えて溶接を行
う、消耗電極式アーク溶接機に関するものである。

従来の技術 従来この種の装置としては、消耗電極が被溶接物と短絡
したことを検出する短絡検出器により短絡が検出された
ら直ちに極性を切換える方法を採用しており、また溶接
起動時と溶接中の極性切換も同一に行われていた。第５
図に従来のこの種の消耗電極式アーク溶接機の構成の一
例を示す。第５図において、１は直流電圧源であり、極
性切換器２に電源を供給している。最近ではこの直流電
圧源１にインバータ器を用いたものが採用されている。
極性切換器２は溶接負荷へ正極性出力を供給する第１の
スイツチング素子3a,3bと、溶接負荷へ逆極性出力を供
給する第２のスイツチング素子4a,4bと、これら第１の
スイツチング素子3a,3bと第２のスイツチング素子4a,4b
とを切換える駆動回路５とから構成され、この極性切換
器２の出力には直列に直流リアクトル６と、給電チツプ
７と、前記溶接負荷である消耗電極８および被溶接物９
とが接続されている。10は短絡検出器であり、消耗電極
８と被溶接物９が短絡したことを検出して、この検出信
号を前記駆動回路５へ出力している。これらの構成によ
り、溶接が開始されると駆動回路５は第１のスイツチン
グ素子3a,3bあるいは第２のスイツチング素子4a,4bを駆
動して消耗電極８と被溶接物９に溶接出力を供給し、消
耗電極８が被溶接物９と短絡して短絡検出器10が短絡を
検出すると直ちに、第１のスイツチング素子3a,3bと第
２のスイツチング素子4a,4bを駆動回路５により切換え
て消耗電極８と被溶接物９に供給される溶接出力の極性
を切換えている。

発明が解決しようとする問題点 しかし、従来の構成では短絡を検出すると直ちに極性を
切換えるため、消耗電極８がアークにより溶融した溶滴
の溶融プールへの移行がスムーズに行われない欠点があ
つた。このことを第６図にて説明する。第６図は消耗電
極８と被溶接物９の短絡直前直後の消耗電極８の挙動、
溶滴の移行と溶接電流および溶接電圧波形の関係を示し
たものである。第６図において、11は溶滴、12は溶融プ
ールを示し、またアおよびア′がそれぞれ従来の装置に
よる溶接電流および溶接電圧波形を示す。第６図に示す
ように、消耗電極８の溶滴11が溶融プール12と短絡した
直後の時点Ａにて従来の装置では、直ちに短絡電流が大
きく立上るので、溶滴11が短絡電流による大きなピンチ
力により溶融プール12に押しつけられるため、溶滴11や
溶融プール12の溶着金属が激しく刺激され、スパツタが
大量に飛散し、被溶接物９の表面に付着し、溶接仕上り
を不良としていた。

本発明は上記問題点を解決するものであり、このような
短絡直後のスパツタの発生を低減し、溶接仕上りを良好
とする消耗電極式アーク溶接機を提供することを目的と
するものである。

問題点を解決するための手段 上記問題点を解決するため本発明は、消耗電極が被溶接
物への短絡を開始した時点を検出する短絡開始検出器
と、前記短絡開始検出器の検出信号により短絡が開始さ
れてから溶滴が溶融プールに確実に移行するまでの時間
をカウントする第１の計時器と、溶接起動開始により時
限をカウントし、溶接起動開始から一定時間、前記短絡
開始検出器に作動の停止を指令する第２の計時器と、前
記短絡開始検出器の検出信号により前記消耗電極および
被溶接物への溶接出力の供給停止または低減を行い、前
記第１の計時器の時限後の出力信号により前記溶接出力
の極性を切換えるとともに溶接出力の供給開始または増
大を行う極性切換器を具備したものである。

また第２の発明は、上記第１の発明の構成に、溶接出力
の正極性出力と逆極性出力の比率設定信号を前記極性切
換器に出力する出力極性比率設定器を加えたものであ
る。

また第３の発明は、上記第１の発明の構成の直流電源と
して、商用電源に接続され周波数変換を行うインバータ
器と前記インバータ器の出力が一次側に接続された溶接
用絶縁変圧器と前記溶接用絶縁変圧器の２次側に接続さ
れ交直流変換を行う整流器とからなる構成を加え、さら
に溶接出力の正極性出力と逆極性出力の比率を設定する
出力極性比率設定器と、前記極性切換器および出力極性
比率設定器に接続され極性切換器の極性切換信号と同期
して前記出力極性比率設定器の出力比率信号を前記イン
バータ器に出力する同期回路とを加えたものである。

作用 上記第１の発明の構成によつて、起動開始時には第２の
計時器によつて起動開始から一定時間、短絡開始検出器
の作動を停止し、極性切換をなくし、極性切換器により
直ちに起動電流を立上げてアークスタートの不良を防止
し、前記一定時間経過後は短絡開発検出器を作動させ、
極性切換器にて、短絡検出信号が入力されてから第１の
計時器の出力信号が入力されるまでの間、すなわち消耗
電極と被溶接物が短絡して溶滴が溶融プールに確実に移
行するまでの間溶接出力の供給を停止または低減してス
パツタの発生を低減し、第１の計時器の出力信号の入力
により溶接出力の極性を切換えるとともに溶接出力の供
給を再開または増大する。

また第２の発明では上記第１の発明の作用に加え、出力
極性比率設定器の出力極性比率設定信号に従つて、極性
切換器にて正極性出力と逆極性出力の比率が変えられ
る。

また第３の発明では上記第１の発明の作用に加え、極性
切換器の極性切換信号に同期し、出力極性比率設定器の
出力極性比率設定信号に従つて、インバータ器にて正極
性出力と逆極性出力の比率が変えられる。

実施例 以下、本発明の一実施例を図面に基づいて説明する。従
来例と同一の部品には同一の番号を付して説明を省略す
る。

第１図は第１の発明の実施例を示す消耗電極式アーク溶
接機の構成図である。第１図において、21は商用電源端
子であり、この商用電源端子21にインバータ器22が接続
されている。インバータ器22はダイオード23およびコン
デンサ24で一度交流を直流に変換し、再び駆動回路25に
て駆動されるトランジスタ26によつて商用電源とは異な
る周波数に変換して出力している。このインバータ器22
の出力は溶接用絶縁変圧器27を介して整流器28へ入力さ
れ、整流器28で交直流変換されて極性切換器29へ直流電
源を供給している。極性切換器29の溶接出力に並列に接
続され、溶接負荷の短絡時点を検出する短絡開始検出器
30の検出信号は極性切換器29の駆動回路32へ出力される
とともに第１の計時器31に出力されている。この第１の
計時器31は前記検出信号が入力された時点から、すなわ
ち短絡が開始されてから、溶滴が溶融プールに確実に移
行するまでの時間Tdをカウントして極性切換器29の駆動
回路32へ出力する。33は第２の計時器であり、起動開始
時からアークスタートが完了するまでの時間Taの間短絡
開始検出器30に作動停止の信号を出力する。34は溶接出
力端子を示す。

上記構成における動作を説明する。溶接起動時よりイン
バータ器22の駆動回路25はトランジスタ26を駆動してイ
ンバータ器22から溶接用絶縁変圧器27、整流器28を介し
て極性切換器29に直流電源を供給している。まず、極性
切換時の動作について第６図により説明する。第６図に
おいて、イおよびイ′が第１の発明の実施例による装置
での溶接電流および溶接電圧波形を示す。第１の発明の
実施例の装置では、駆動回路32は短絡開始検出器30から
の検出信号を入力された時点で、すなわち短絡を開始し
た時点Ａで、たとえば第１のスイツチング素子3a,3bをO
FFし、第１の計時器31からの信号を受けるまで時間Tdの
間では全てのスイツチング素子3a,3b,4a,4bからの出力
の供給は行わない。したがつて、時間Tdの間では、直流
リアクトル６に蓄積されたエネルギが放出されてイの波
形のごとく短絡電流が、わずかに流れる。次に駆動回路
32は第１の計時器31からの信号が入力されると、すなわ
ち時間Tdが経過した時点Ｂで、第２のスイツチング素子
4a,4bをONし、短絡前の極性と逆方向の極性の短絡電流
を供給する。このように、極性切換器29のスイツチング
素子3a,3b,4a,4bの切換に、時間Tdの休止時間を設ける
ことによつて、溶滴11の移行がスムーズに行われるた
め、短絡時のスパツタの発生が低減でき、溶接仕上りの
良好な溶接結果を得ることができる。

次に、溶接起動時の動作について第２図により説明す
る。第２図は溶接起動時の消耗電極の挙動と溶接電流お
よび溶接電圧波形の関係を示したものである。第２図に
おいて、溶接起動開始時点Ｃより、消耗電極８への送給
が開始され、同時に極性切換器29から溶接出力が供給さ
れるが、消耗電極８が被溶接物９へ接触していないの
で、溶接電流は流れず、無負荷電圧が印加される。次
に、消耗電極８が送給されて、被溶接物９に接触した時
点Ｄでアークスタートが始まり、起動電流が流れはじめ
る。このときに、第６図に示したように、時間Tdの遅れ
時間があると通電されないまま、消耗電極８が被溶接物
９に押しつけられるので、アークスタートのために多大
の起動電流を必要とするようになり、起動電流不足とな
つてアークスタートを失敗する。したがつて、溶接起動
開始時点Ｃからアークスタート完了時点Ｅまでの一定時
間Taの期間第２の計時器33にて短絡開始検出器30の作動
を停止し、溶接起動時は消耗電極８が被溶接物９と短絡
した時点Ｄで、直ちに極性の切換えを行なわずに起動電
流を立上げて良好なアークスタートを得ている。アーク
スタートがスムーズに完了した後の短絡については、第
６図イ，イ′の波形と同様に、時間Tdの遅れ時限を持つ
て、極性の切換を行い溶接電流の立上げを行わしめてい
る。

次に、第２の発明の実施例を第３図に基づいて説明す
る。第２の発明の実施例は第１図に示した第１の発明の
実施例の構成に溶接出力極性比率設定器35を付加したも
のである。溶接出力極性比率設定器35は溶接出力の正極
性出力と逆極性出力の出力比率を設定し、この出力比率
設定信号を極性切換器36の駆動回路37に出力する。この
駆動回路37にて第１の実施例と同様に起動開始時は起動
電流を直ちに立上げてアークスタートをスムーズに行
い、アークスタート完了以後は第１および第２のスイツ
チング素子3a,3b,4a,4bの切換に時間Tdの休止時間を設
けて溶滴の移行をスムーズに行なわせるとともに、溶接
出力極性比率設定器35からの溶接出力比率設定信号に基
づいて、正極性出力を供給する第１のスイツチング素子
3a,3bと、負極性出力を供給する第２のスイツチング素
子4a,4bから出力されるパルス幅の比率を変えて出力し
ている。このように出力比率をかえることにより、逆極
性出力にて行う溶接のメリツト、すなわち被溶接物９へ
の溶け込みを深くできる点と正極性出力にて行う溶接の
メリツト、すなわち消耗電極８の溶融量を増すとともに
被溶接物９への入熱を低く押えることができる点を組合
せて被溶接物９の板厚や溶接部のギヤツプに応じて最適
の溶接条件を選択して溶接することができる。

次に、第３の発明の実施例を第４図に基づいて説明す
る。第３の発明の実施例は第１図に示した第１の発明の
実施例の構成に溶接出力の正極性出力と逆極性出力の出
力比率を設定する溶接出力極性比率設定器39と、同期回
路40を付加したものであり、同期回路40は極性切換器29
の駆動回路32と溶接出力極性比率設定器39に接続され、
駆動回路32の極性切換信号と同期して溶接出力極性比率
設定器39の出力比率信号をインバータ器41の駆動回路42
に出力する。極性切換器29にては第１の発明の実施例に
説明した同様の動作を行い、起動時の良好なアークスタ
ートを得、さらに短絡時のスパツタ発生を低減してい
る。インバータ器41の駆動回路42は同期回路40の出力信
号に従い、極性切換信号と同期し、出力比率によつてパ
ルス巾が異なるようにトランジスタ26を駆動している。
このように出力比率を変えることにより第２の発明の実
施例にて説明したように被溶接物９の状態によつて最適
の溶接条件を選択して溶接することができる。さらに、
極性切換器29の駆動回路32にて時限Tdを有する極性切換
の制御、インバータ器41の駆動回路42にて出力比率の制
御を分担して行うことにより、極性切換器29の駆動回路
32が複雑になることを回避するとともに極性切換器29の
駆動回路32にて上記２つの制御が干渉しあうことを避け
ることができる。

発明の効果 以上のように第１の発明によれば、溶接起動開始時は、
第２の計時器によつて短絡検出器の作動を停止させて消
耗電極が被溶接物に短絡した瞬間より直ちに起動電流の
立上りを行うことによつて、アークスタートを良好にす
るとともに、溶接中には、短絡開始後に直ちに出力極性
を切換えて短絡電流を立上げるのではなく、第１の計時
器の動作によつて一定時限経過を検出したのちに短絡電
流を立上げることにより、短絡時の溶滴の移行をスムー
ズに行い、スパツタの発生を抑制して仕上りの美しい溶
接結果を得ることができる。

第２の発明によれば、上記第１の発明の効果に加え、極
性切換器により出力極性比率を変えているので、正極性
出力によるメリツトと逆極性出力によるメリツトを組合
せて被溶接物の板厚や溶接部のギヤツプなどに応じて最
適の溶接条件を選択して溶接することができる。

第３の発明によれば、上記第１の発明の効果に加え、イ
ンバータ器により出力極性比率を変えているので、上記
第２の発明の効果と同様に被溶接物に応じて最適の溶接
条件を選択して溶接することができ、さらに一定時限を
有する極性切換の制御を極性切換器にて、出力極性比率
の制御をインバータ器にて分担して行つているため、極
性切換器の回路が複雑になることを回避できるととも
に、極性切換器の内部で上記２つの制御が干渉すること
を避けることができるものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は第１の発明の実施例を示す消耗電極式アーク溶
接機の構成図、第２図は同消耗電極式アーク溶接機の溶
接起動時および溶接中の短絡直前直後の消耗電極の挙
動、溶滴の移行と溶接電流および溶接電圧波形の関係を
示す説明図、第３図は第２の発明の実施例を示す消耗電
極式アーク溶接機の構成図、第４図は第３の発明の実施
例を示す消耗電極式アーク溶接機の構成図、第５図は従
来の消耗電極式アーク溶接機の構成図、第６図は従来お
よび第１の発明の実施例の消耗電極式アーク溶接機の溶
接中の消耗電極の挙動、溶滴の移行と溶接電流および溶
接電圧波形の関係を示す説明図である。 22,40……インバータ器、29,36……極性切換器、30……
短絡開始検出器、31……第１の計時器、33……第２の計
時器、35,39……溶接出力極性比率設定器、42……同期
回路。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】消耗電極が被溶接物への短絡を開始した時
   点を検出する短絡開始検出器と、前記短絡開始検出器の
   検出信号により短絡が開始されてから溶滴が溶融プール
   に確実に移行するまでの時間をカウントする第１の計時
   器と、溶接起動開始により時限をカウントし、溶接起動
   開始から一定時間、前記短絡開始検出器に作動の停止を
   指令する第２の計時器と、前記短絡開始検出器の検出信
   号により前記消耗電極および被溶接物への溶接出力の供
   給停止または低減を行い、前記第１の計時器の時限後の
   出力信号により前記溶接出力の極性を切換えるとともに
   溶接出力の供給開始または増大を行う極性切換器を具備
   したことを特徴とする消耗電極アーク溶接機。
2. 【請求項２】消耗電極が被溶接物への短絡を開始した時
   点を検出する短絡開始検出器と、前記短絡開始検出器の
   検出信号により短絡が開始されてから溶滴が溶融プール
   に確実に移行するまでの時間をカウントする第１の計時
   器と、溶接起動開始により時限をカウントし、溶接起動
   開始から一定時間、前記短絡開始検出器に作動の停止を
   指令する第２の計時器と、前記短絡開始検出器の検出信
   号により前記消耗電極および被溶接物への溶接出力の供
   給停止または低減を行い、前記第１の計時器の時限後の
   出力信号により前記溶接出力の正極性出力と逆極性出力
   とを切換えるとともに溶接出力の供給開始または増大を
   行う極性切換器と、前記溶接出力の正極性出力と逆極性
   出力の比率設定信号を前記極性切換器に出力する出力極
   性比率設定器を具備し、溶接出力極性比率の調整を前記
   極性切換器にて行うことを特徴とする消耗電極式アーク
   溶接機。
3. 【請求項３】商用電源に接続され周波数変換を行うイン
   バータ器と、前記インバータ器の出力が一次側に接続さ
   れた溶接用絶縁変圧器と、前記溶接用絶縁変圧器の２次
   側に接続され交直流変換を行う整流器と、消耗電極が被
   溶接物への短絡を開始した時点を検出する短絡開始検出
   器と、前記短絡開始検出器の検出信号により短絡が開始
   されてから溶滴が溶融プールに確実に移行するまでの時
   間をカウントする第１の計時器と、溶接起動開始により
   時限をカウントし、溶接起動開始から一定時間、前記短
   絡開始検出器に作動の停止を指令する第２の計時器と、
   前記短絡開始検出器の検出信号により前記消耗電極およ
   び被溶接物への溶接出力の供給停止または低減を行い、
   前記第１の計時器の時限後の出力信号により前記溶接出
   力の正極性出力と逆極性出力とを切換えるとともに溶接
   出力の供給開始または増大を行う極性切換器と、前記溶
   接出力の正極性出力と逆極性出力の比率を設定する出力
   極性比率設定器と、前記極性切換器および出力極性比率
   設定器に接続され、前記極性切換器の極性切換信号と同
   期して前記出力極性比率設定器の出力比率信号を前記イ
   ンバータ器に出力する同期回路とを具備し、溶接出力極
   性比率の調整を前記インバータ器にて行うことを特徴と
   する消耗電極式アーク溶接機。