JPS5870972A - 短絡移行ア−ク溶接機 - 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】 この発明は、ワイヤ電極（以下、単に「ワイヤ」という
）と母材との間で短絡とアーク発生とを頻繁に繰シ返し
て溶接を行う、短絡移行アーク溶接機に関するものであ
る。

先行技術に係るこの種のアーク溶接機として第１図に示
すようなものがあった。図において。

（１）はワイヤ、（２）は被溶接物である母材、（３）
はワイヤ＋１１を母材（２）の方向へ送り込むためのワ
イヤ送給用モータ、（４）はワイヤ（１）が貫通するト
ーチ。

（５）は三相交流を整流する直流電源回路、（６）は直
流電源回路（５）の出力電圧をＯＮ　、　ＯＦＦするた
めのトランジスタ等のスイッチング素子、（７）はりア
クドル、（８）はスイッチング素子（６）の０ＩＦＦの
直後にリアクトル（７）に蓄えられたエネルギーを還流
させるためのフライホイールダイオード、（９）はワイ
ヤ（１）と母材（２）との間の電圧を検出するための電
圧検出器、　Ｑｌ　、　（１ｍ）は電圧検出器（９）に
よって検出された溶接電圧と基準電圧（ｖｏ）および（
ｖｐ）とを比較する第１．第２の比較器、　（ｌａは比
較器ａυからの信号に遅延時間Ｔを与えるためのタイマ
ー、０３は比較器ａＩからのＯＮ指令、およびタイマー
ａ邊からのｏｙｐ指令を受け、スイッチング素子（６）
のＯＮ　、　０Ｆ１Ｆを指令するためのスイッチ指令回
路、　（１４は電圧検出器（９）の動作を確実にするた
めの補助電源で、（ＩＩ−ａｍで制御回路Ｏ！９を構成
する。

次にこの短絡移行アーク溶接機の動作を説明する。まず
、ワイヤ送給用モータ（３）を駆動してワイヤＴｌ）を
母材（２）の方向へ送り込む。補助電源α４によシ、微
小電圧がワイヤ（１）と母材（２）との間に印加されて
おり、電圧検出器（９）はワイヤＴｌ）と母材（２）と
の間の短絡を、その電圧変化によって検出する。検出さ
れた電圧Ｖは比較器（ＩＩによって、ワイヤ（１１と母
材（２）との間の短絡判定電圧値ｖｏと比較され、Ｖ≦
ｖ０ならばスイッチ指令回路Ｑ３からスイッチング素子
（６）にＯＮ信号が発せられ、スイッチング素子（６）
は導通状態となって。

リアクトル（７）によってきまる時定数で短絡電流が立
上る。また、同様に検出された電圧Ｖは比較器Ｉによっ
てアーク判定電圧ｖｐと比較され。

Ｖ≧Ｖならば必要に応じ所定の遅延時間Ｔが経過した後
、スイッチ指令回路ｔｉ３からスイッチング素子（６）
にＯＦＦ信号が発せられてスイッチング素子（６）は遮
断され、その後は、リアクトル（７）に蓄えられたエネ
ルギーはワイヤ（１）、母材（２）、フライホイールダ
イオード（８）を介して放出される。

第２図（ａ）　、　Ｏ））は溶接時の電流・電圧波形図
、同図（Ｑ）はワイ・ヤ（１）と母材（２）との間の短
絡期間およびアーク期間の様子を示す図で１図のように
溶接電流波形ははゾ三角波となる。

この短絡移行アーク溶接機は以上のように構成されてお
り、短絡基準電圧Ｖ。に達した時点でワイヤが母材に接
触しなと判断し、その時点からワイヤを焼切るための電
流（短絡電流）をリアクトル（７）で決まる一定の傾き
で立ち上がらせるように構成されている。

一般にアーク溶接機では母材の板厚等の溶接条件によっ
て、ワイヤ送給装置の送シ速度を変える必要がある。ζ
−ｍ鷹では短絡すると一定の立上シの短絡電流であるた
め、ワイヤ電極の送シ速度を早くすると、ワイヤが母材
へ突込み過ぎて短絡時間が長くなシ、アーク再生時に大
きなスパッタが発生する欠点があった。また。

溶接トーチの手振れによっても短絡時間およびアーク期
間のバラツキが生じ、アーク長の不安定性の原因にもな
シ、′ひいては溶接ビードの欠陥をまねく危険があった
。

この発明は以上のような欠点を除去するためになされた
もので、ワイヤ電極が母材に短絡した時点から予め定め
た基準短絡電圧波形（Ｖ、。）に沿って溶接電圧が上昇
するように溶接電流を制御し、またワイヤ電極と母材間
にアークが再生した時点から予め定めた基準アーク電圧
波形（Ｖ、。）に沿って溶接電圧が下降するように溶接
電流を制御するようにしたもので、このような制御を行
なうと、ワイヤ送給速度の切換え、ｔたは手振れ等によ
って短絡期間の変動及びアーク期間の変動が自動的に修
正されることになる。

発明者等はこの発明に到達する前に、短絡移行アーク現
象の溶融移行現象を高速度カメラで撮ヤ、その現象に対
する溶接電流波形および溶接電圧波形の解析を見間に行
った結果１次のような事がわかった。

（１）　　まず溶接電流波形を固定にして、現象を解析
すると、短絡してからアーク再生までの短絡期間におけ
る短絡電圧の変化は、ワイヤ電極の溶融移行形状の変化
に対応しており、また溶融移行形状の変化は、ワイヤ送
給速度と母材の溶融池への吸取り現象（表面張力）によ
って定まる。

（１）　　シールドガス、ワイヤ材質およびワイヤ径等
の溶接条件が一定ならば、アーク再生直前の短絡電圧（
ｖ８ｍａＸ）ははシ一定である。

（２））　短絡期間は、ワイヤ送給速度、溶接電流。

前のアーク期間、および手振れ等の外乱の４つの要素に
、よって複雑に変動する。

（Ｉｖ）　　アーク再生時から再び短絡するまでのアー
ク期間の溶接電圧の変化は、ワイヤ送給速度。

言い換えればナーク長およびアーク電流に対応している
。

（ｖ）アーク期間は、アーク電流値、１い換えればアー
ク電流によってワイヤ電極の先端に溶融玉が形成される
速度とワイヤ送給速度によって決まる。

（ｖＯ短絡する直前のアーク電圧（・ｖａｍｉｎ）は、
アーク電流値によって多少ちがうが、シールドガス、ワ
イヤ材質およびワイヤ径が一定ならば、はシ一定の電圧
値となる。

この発明は以上のような知見よシ、短絡期間における溶
接電圧の立上シを所定時間後にアークが再生するＶ　　
となるように、またアークθｍａｘ 期間における溶接電圧の立下シを所定時間後にＶ＆工□
。となるように溶接電流値を制御すれば。

ワイヤ送給速度の切換、トーチの手振れ等による影響が
補償できることに想到し、これに基づいてなされたもの
である。

以下、この発明の一実施例を第３図について説明する。

第３図は制御回路（Ｉｓのみ記載しておシ、主回路につ
いては第１図と同じであるので省略する。

端子Ｘは電圧検出器（９）の出力端子が接続され。

端子Ｙはスイッチング素子（６）のトリが一端子に接続
される。なお２図には記載されていないが実際にはトリ
が一端子との間にはスイッチング素子を駆動するドライ
ブ回路が挿入される。（ＩＱはアーク再生を判断するた
めの比較回路、　ａｌｌ９は短絡を判断するための比較
回路、　ａｌｌ　、　（ＩＩは比較回路αｆｌ、Ｑηの
出力信号によって動作するフリップフロップ回路、　ｍ
　、　ａＩｌは積分回路、（２）、（ハ）は積分回路翰
、Ｑυの出力信号に一定の電圧を加算する加算回路、（
２）、（ハ）は端子Ｘから入力される電圧値ａと加算回
路（２）、（２）からの出力信号ｖ８ｏ　ｓＶ　の大き
さを比較する比較回路、（イ）は比較器Ｏ 路（ハ）の論理出力と比較回路（ハ）の論理出力を入力
して判定する論理ＯＲ回路である。

第４図（４）、伊）はそれぞれこの実施例で溶接を行な
った場合の溶接電圧波形、溶接電流波形および制御回路
内の各部における動作信号波形を示す図である。なお、
第４図（５）はワイヤ送給速度が遅い場合の溶接機内の
各部の波形を示し。

また第４図に）はワイヤ送給速度が早い場合の溶接機内
の各部の波形を示し、第４９忰）（Ｂ）において、（ａ
）は電圧検出器（９）で検出した溶接電圧波形ｖｓとＶ
。を示し、破線は基準短絡電圧波形ｖ８゜および基準ア
ーク電圧波形ｖａｏを示す０（ロ）はフリラグフロツノ
０尋の出力波形を（ｅ）はフリップフロッグ翰の出力波
形を、（ｄ）は加算回路部の出力信号即ち基準短絡電圧
波形ｖ８゜を、（θ）は加算回路（ハ）の出力波形即ち
基準アーク電圧波形Ｖ＆。を。

（ｆ）は比較器（ハ）と比較器（２）の論理出力信号を
ＯＲ回路（至）によって論理和した出力信号ｆを、（Ｅ
Ｊは出力信号ｆに従ってスイッチング素子を０Ｎ−ＯＦ
Ｆ　した時に流れる溶接電流波形ｇをそれぞれ示してい
る。

次にこの実施例の動作を説明する。

第３脂において、比較回路αυ、０ηは可変抵抗器（Ｖ
ＲＩ）　、　（ＶＨ２）　ｐ抵抗（Ｒ１〜Ｒ１ｏ　）　
、ダイオード（ＤＩ〜Ｄ４）、零点検出器（Ａ１）　、
　（ム２）、ツェナーダイオード（ｚｌ）および反転器
（ムりで構成されており、電圧検出器（９）からの検出
信号ａが入力される。この検出信号ａに比較器内の可変
抵抗（ＶＲｌ）および可変抵抗（ＶＨ２）であらかじめ
設定した基準短絡電圧ｖ０および基準アーク電圧■、を
それぞれ加え、零点検出器（ム１）および（ム２）に入
力している。この零点検出器（ム１）は入力電圧が零点
を通過するとＬレベルの出力信号を発する。また、零点
検出器（ム２）は入力電圧が零点を通過するとＬレベル
の出力信号を発する。零点検出器（Ａ２）の出力信号は
反転器（ム３）で反転され、信号はフリップフロッグ回
路（ＩＩ　、　ａｌに入力される。また、零点検出器（
ム１）の出力信号はフリラグフロッグ回路側に入力され
る。

ちなみに、ダイオード（Ｄｌ〜Ｄ４）は零点検出器Ａ１
．ム２の入力に過′１圧が入力されないようにするため
の保護である。またツェナーダイオ−一ド（Ｚｌ）　、
　（Ｚ２）オｊび抵抗（Ｒ３）　、　（Ｒ８）　。

（Ｒ４）　、　（Ｒ９）で構成された部分は入力信号の
ノイズによる零点判定の誤動作を防止するためのヒステ
リシス回路である。

比較回路←ｅの出力信号はフリップフロップ員のセット
入力Ｂおよびフリップフロツノ員のリセット人力Ｒに入
力される。また比較器ａηの出力信号はフリップフロッ
グ回路ａｌのセット人力Ｓおよびフリップフロップ回路
ａ！Ｊのリセット人力Ｒに入力される。そうすると、フ
リップフロップａｎ　、　（ＩＩの出力信号Ｑの信号波
形は第４図（ｂ）。

（Ｃ）となる。また、出力信号Ｑの信号波形は第４図に
）、（Ｃ）の反転した波形となる。フリップフロップ舖
、　Ｃ９の出力信号Ｑはトランジスタ（Ｔｒｌ）および
（Ｔｒ２）のベースに入力される。このトランジスタ（
Ｔｒｌ）　、　（Ｔｒ２）のエミッタ電圧が積分回路（
支）、Ｑυに入力さ九ている。まえ、出力信号Ｑは積分
回路（２）、　ｃｌａ内のアナログスイッチ（８Ｗ１）
＃（ｓｗ２）のゲートに入力される。積分回路（１）、
Ｑυは抵抗（Ｒ１３）　、　（Ｒ１４）　、増幅器（ム
５）、（ム＠）。

コンデンサ（０１）　、　（０２）およびアナログスイ
ッチ（ＳＷｌ）　＃　（８Ｗ２）で構成されている。積
分回路ｃＡｊｃｏｏはトランジスタ（Ｔｒｌ）および（
Ｔｒ２）がＯＮ状態になると（Ｒ１３）と（０１）の積
で表わされる時定数および（Ｒ１４）と（Ｃ２）の積で
表わされる時定数でコンデンサｃ１　、　Ｃ２に充電さ
れ、それに従って出力電圧が高くなっていく。また＋　
（Ｔｒ’）および（Ｔｒ２）がＯＦＦ状態になるとアナ
ログスイッチ（ｓｗｌ）　、　（８Ｗ２）が動作し、コ
ンデンサ（ＣＩ）。

（Ｃ２）に充電された電荷を放電して、出力電圧が零電
圧にリセットされる。加算回路Ｃ１ｌ　、（ハ）は。

抵抗（Ｒ１５〜Ｒ２２）　、アンプ（ム１）、（ム８）
１反転器（Ａ９）　、　（ム１０）で構成されてお夛、
積分回路（２）。

なりの出力信号に直流電圧ｖ５　、　ｖ６が加算される
。

ｖ５の電圧値は、短絡直後の電圧であって、はゾ１ｖ程
度、　ｖ６はアーク再生直後の電圧値であって、２５ｖ
〜３０７程度である。なお、このｖ６の電圧値をボリュ
ームによって変えると、溶接電圧が任意に変わシ、アー
ク長が自由に変えられることになる。加算回路（２）、
（ハ）の出力信号（ｖ８ｏ）（ｖａｏ）は、短絡電圧波
形、アーク電圧波形の基準波形で、比較器（財）、＠の
子端子にそれぞれ入力され、他方の一端子には電圧検出
器（９）で検出された溶接電圧信号ａが入力されている
。比較器Ｑ４では溶接電圧信号ａの短絡期間の電圧と加
算器（２）の出力信号ｖ８゜（第４図のｄ）とが比較さ
れ、溶接電圧信号ａの方が出力信号ｖ８゜よル高かけれ
ばＬレベルの信号を発生し、低くければＨレベルの信号
を発生している。他方比較器（ハ）では溶接電圧信号ａ
のアーク期間゛の電圧と加算器（ハ）の出力信号ｖ１゜
（第４図のｅ）とが比較され、溶接電圧信号ａの電圧が
出力信号ｖａ０よシ高かければＬレベルの信号を発生し
、低くけｔ’Ｌ（ｉＨレベルの信号を発している。

このように動作する比較器（ハ）、（ハ）の出力信号は
論理−ＯＲ回路（至）に入力され、加算器（２）、（ハ
）の出力信号のうちどちらかがＨレベルならば■レベル
の出力を発生する。このＯＲ回路（２）の出力信号ｆは
それぞれ第４図（４）、ψ〕の（ｆ）のようになる。こ
の信号ｆに従って、つまシ、出力が■レベルの時はスイ
ッチング素子（６）をＯＮとし、逆に出力がＬレベルの
時はスイッチング素子（６）をＯＦＦとするように制御
すると、溶接電流ｇは。

第４図（社）のようにな）、溶接電圧ａは第４図（ａ）
のようになる。

この第４図は回路の説明をわかシやすくするためにｌｋ
式図的に溶接電圧ａおよび溶接電流ｇともリップルを大
きくえがいているが、実際には電圧検出の感度を良くす
ることにより、スイッチング回数Ａ（多く、リップルは
小さくなっている。

また、第４図（４）、（ロ）の比較かられかるように゛
ワイヤ送給速度のちがいによ？て溶接電圧ａＦｆ、。

はシ一定で、ワイヤ送給速度に応じて自動的にスイッチ
ング素子（６）のスイッチング回数が増え。

溶接電流の立上シ、立下ルが決められる。

さらに、このような制御でワイヤ送給速度の増大に応じ
て抵抗（Ｒ１３）又はコンデンサ（Ｃ１）および抵抗（
Ｒ１４）又はコンデンサ（Ｃ２）？大きくする事で、短
絡期間、アーク期間も長くとることが出来、よ多安定し
た溶接が行なえる。

なお、上記実施例は演算増幅器および論理回路素子によ
って、制御回路を構成したものについて説明したが、マ
イクロコンピュータ等によっても同等の制御回路が構成
できることはいうまでもない。

この発明はワイヤ電極と母材間の溶接電圧値から当該ワ
イヤー電極と母材との短絡時点を検出して当該時点から
ワイヤー電極を焼切るための溶接電流を通電し、当該ワ
イヤー電極が焼き切れてアークが発生した時点から溶接
電流を減少させて再び短絡させる動作を繰返して溶接す
るものにおいて、短絡時点からアーク発生時点までの短
絡期間内の印加すべき基準短絡電圧波形と、アーク発生
時点から再短絡時点までのアーク期間内に印加すべき基
準アーク電圧波形とを溶接条件に則して予め設定する手
段と、上記溶接電圧を検出して短絡時点およびアーク発
生時点を弁別する手段と、上記短絡期間内およびアーク
期間内の溶接電圧値が上記基準短絡電圧波形および基準
アーク電圧波形に沿って推移するように溶接電流をＯＮ
　−０’Ｉｎ制御する手段とを備えたもので、このよう
に制御することによシ、任意のワイヤの送シ速度に設定
しても、自動的にワイヤ送絡速夏に対応した短絡電流の
立上シ、アーク電流になるので、常に規則正しい短絡移
行、アーク長変化で溶接が行なえ、溶接が行ないやすく
なった。

また、溶接トーチの手振れが生じても、溶接電圧ははシ
一定に保たれ、アーク再生時に生じる大粒のスパッタも
少なくすることができ、よシ良好な溶接が行なえるよう
になった。

【図面の簡単な説明】

第１図は先行技術に係る短絡移行アーク溶接８ｋを示す
回路図、第２図（ａ）はその電流波形図。 同図（′ｂ）は電圧波形図、同図（Ｃ）は溶接状態を示
す図、第３図はこの発明の一実扇例の制御回路図。 第４図φ）　、　０３）は、この実施例における各部の
波形図である。 図において、（１）はワイヤ電極、（２）は母材、（３
）はワイヤ送給用モータ、（５）は直流電源回路、（６
）はスイッチング素子、（７）はりアクドル、（８）は
フライホイールダイオード、（９）は電圧検出器、　０
１　。 ＱＯは比較器、ａｌはスイッチ指令し絽、α尋は補助電
源、　ＩＩＩは制御回路、員ｊａ′Ｄは比較回路、舖。 ０は７リツプフロツプ回路、（至）、ＱＯは積分回路。 （２）、（至）は加算回路、（至）、（ハ）は比較回路
１は論理ＯＲ回路である。 なお１図中同一符号はそれぞれ同一または相当部分を示
す。 代理人　弁理士葛野信− （外１名） 特許庁長官殿 ］、＝Ｋ（！ｐ４ｒＪ示　　　　ＷＪｉ昭５ｉｔ−１＠
１７１０号２、発明の名称 短絡移行アークＳ＊機 ３、補正をする者 事件との関係　　　特許出願人 住　所　　　　　東京都千代田区丸の内二丁目２番３号
名　称（６０１）　　　三菱電機株式会社代表者片山仁
八部 ４、代理人 住　所２ど−、　東京都千代田区丸の内二丁目２番３号
５、補正の対象 明細書の発明の詳細な説明の− ６、補正の内容 （１１明細書をつぎのとおり訂正する。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 （１１ワイヤ電極と母材間の溶接電圧値から当該ワイヤ
   ー電極と母材との短絡時点を検出して当該時点からワイ
   ヤー電極を焼切るための溶接電流を通電し、当該ワイヤ
   ー電極が焼き切れてアークが発生した時点から溶接電流
   を減少させて再び短絡させる動作を繰返して溶接するも
   のにおいて、短絡時点からアーク発生時点までの短絡期
   間内に印加すべき基準短絡電圧波形と、アーク発生時点
   から再短絡時点までのアーク期間内に印加すべき基準ア
   ーク′磁圧波形とを浴接条件に則して予め設定する手段
   と、上記溶接電圧を検出して短絡時点およびアーク発生
   時点を弁別する手段と、上記短絡期間内およびアーク期
   間内の溶接電圧値が上記基準短絡電圧波形および基準ア
   ーク電圧波形に沿って推移するように溶接電流ｔｌ−Ｏ
   Ｎ−ＯＩＰ？制御する手段とを備えた短絡移行アーク溶
   接機。 （２）　　溶接電圧の検出値が基準短絡電圧波形または
   基準アーク電圧波形よシ小となったときは溶接電流をＯ
   Ｎとし、逆に超えた時は０１１’ｌＦとするスイッチン
   グ制御を行う特許請求の範囲第１項記載の短絡移行アー
   ク溶接機。 （３）　　アーク期間の基準アーク電圧波形を変えて。 アーク長を制御する手段を備えたｌとを特徴とする特許
   請求の範囲第１項又は第２項記載の短絡移行アーク溶接
   機。 （４）短絡期間の基準短絡電圧波形およびアーク期間の
   基準アーク電圧波形をワイヤ送給速度に応じて設定する
   手段を備えたことを特徴とする特許請求の範囲第１項な
   いし第３項のいずれかに記載の短絡移行アーク溶接機。 （５）短絡期間の基準短絡電圧波形およびアーク期間の
   基準アーク電圧波形をマイクロコンピュータによって制
   御する構成とした特許請求の範囲第１項記載の短絡移行
   アーク溶接機。