JPS589531B2 - シヨウモウデンキヨクシキア−クヨウセツデンゲン - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、不活性ガスを主成分とするガスで溶接部をし
やへいして溶接を行なう消耗電極式アーク溶接に用いる
溶接電源の改良に関するものであり、さらに詳細に述べ
ると、アルゴンガス、ヘリウムなどの不活性ガスを主成
分とするガスの雰囲気中で電極ワイヤと母材との間に電
力を供給してアークを発生させ、そのアーク熱で電極ワ
イヤおよび母材を溶融して溶接を行なう消耗電極式アー
ク溶接（以下ミグ溶接と呼ぶ）のアーク起動特性を改善
できる溶接電源に関するものである。

ミグ溶接は、アルミニウム、ステンレス鋼などの溶接に
用いられているが、アルミニウムワイヤのように電気抵
抗の小さいワイヤを使用する場合には溶接開始時に電極
ワイヤが母材に接触短絡しても、電極ワイヤの電気抵抗
が小さいために抵抗発熱が少ないので電極ワイヤが溶断
しにくく、アーク起動が困難である。

この傾向は太径ワイヤになるほど顕著である。

通常ミグ溶接では、（イ）電極ワイヤを一定速度で送給
し、電極ワイヤと母材間に電力を供給する溶接電源とし
て定電圧特性形電源を用いて溶接電源の目己制御作用に
より電極ワイヤの送給速度と溶融消耗速度とをバランス
させる方式、（口）電極ワイヤは上記と同じく一定速度
で送給し、溶接電源として垂下特性形電源を用いてアー
クの自己性御性により電極ワイヤの送給速度と、溶融消
耗速度とをバランスさせる方式、あるいは（ハ）溶接電
源として垂下特性形電源を用い、電極ワイヤの送給速度
はアーク電圧の検出値を帰還して制御するいわゆるアー
ク電圧制御方式の３方式がとられている。

そしてこれらの方式のうち溶接電源として垂下特性形電
源を用いる（口）及び（ハ）の方式においては、溶接開
始時に電極ワイヤが母材に接触短絡しても出力電流が急
増せず、電極ワイヤを溶断するに至らないためアーク起
動は不可能に近い。

この場合溶接電源の出力特性が完全な定電流特性に近い
ほどアーク起動特性は悪くなる。

また、溶接電源の出力特性が静的には定電圧特性であっ
ても溶接開始時に電極ワイヤが母材に接触短絡すると、
溶接主回路のインダクタンスにより出力電流の立ち上が
りがおさえられて電極ワイヤを溶断てきす、アーク起動
に失敗することがある。

またこの出力電流の立ち上がり時間のために瞬時にアー
クが起動せず、起動がスムーズに行なわれないことがあ
る。

また低電圧特性電源は一般に無負荷電圧が低いため、ア
ルミニウムの酸化皮膜を破ることができず、アーク起動
に失敗することがある。

尚ここでいう溶接主回路のインダクタンスとは、整流式
直流溶接電源の出力電流を平滑にするためのりアクトル
のインダクタンス、溶接主変圧器や溶接出力を制御する
ための磁気増幅器のインダクタンス分などである。

これらのインダクタンス分は垂下等性形電源の場合も同
様に存在し、垂下特性形電源を用いた場合のアーク起動
をさらに困難にしている。

そこで従来、アーク起動特性を改善するため、溶接出力
設定器に溶接定善時の出力設定器と溶接起動用出力設定
器とを備え、通電前は溶接起動用出力設定器で高い出力
電圧を得て通電開始とほぼ同時に溶接定常時用の出力設
定器に切替える方式が提案されている。

この方式においては、溶接起動用出力設定器による高い
出力状態で溶接ワイヤと母材とを短絡させ、このときの
大きな短絡電流によるジュール熱によってワイヤを溶断
させて溶接を起動させるのであるが、上記のように溶接
ワイヤが母材に接触するとほぼ同時に溶接出力設定器を
切替えると溶接ワイヤが十分ジュール熱で加熱溶融され
ないうちに定常時の溶接電流に切替えられることになり
、ワイヤが母材にスティックして溶接起動に失敗するこ
とがあった。

そこで溶接起動用出力設定器から定常時用出力設定器へ
の切替を通電開始後ある時間遅れをもたせて行なう方式
が提案された。

しかしながらこの方式では、溶接電源の短絡電流によっ
て溶接ワイヤが溶断しても遅れ時間の設定によっては溶
断後続けて溶接起動用出力設定器による大きな電流が流
れ、ワイヤを燃え上らせることになる。

そしてワイヤが燃え上ると時によっては溶接電流給電用
のチップを焼損させることになるのでこの交換に手間が
かかつて溶接作業性を著しく阻害する欠点があった。

本発明は上記の欠点を解消できる消耗電極式アーク溶接
電源を提供することにあり、以下図面を参照して本発明
を詳細に説明する。

本発明者は、溶接電流を定常時の溶接電源の出力状態に
よる短絡電流より大きな電流でスタートさせ、通電とほ
ぼ同時にこの電流を指数関数的に減少させて定常電流に
落ちつかせるようにすれば、溶接起動を失敗させること
なくまた燃え上らせることもなくきわめてスムーズに起
動を行なうことができることを見出した。

即ち、本発明においては、溶接電源の溶接出力制御部に
抵抗とコンデンサからなる積分器を設け、溶接開始前に
このコンデンサを初期電圧設定器により溶接出力調整器
が設定したアーク発生後の定常状態における設定電圧よ
り高い電圧に初期充電しておくようになっている。

このようにすると溶接開始時には初期充電電圧による高
い溶接電源出力により電極ワイヤが溶断し、アークが起
動するが、本発明においてはこのアーク起動とほぼ同時
に初期電圧設定器が切離されるようになっている。

初期電圧設定器が切離されると、積分器のコンデンサが
抵抗器の抵抗値とコンデンサの容量との積によって定ま
る時定数で指数関数的に放電し、定常状態における出力
設定器の設定電圧に落ちつく。

このとき溶接電源出力も同じ時定数で指数関数的に低下
し、次第に定常値に落ちつく。

このように溶接開始時には定常時の溶接電源の出力状態
よりも大きな出力状態でアークを起動させ、通電とほぼ
同時に出力状態を指数関数的に減少させて定常出力に落
ちつかせることによって溶接起動を円滑に行なわせるこ
とができる。

第１図は、本発明の消耗電極式アーク溶接電源の実施例
を示したもので、同図において、１は溶接の定常状態に
おける溶接電源出力を設定するための溶接出力設定器、
２は溶接開始前に抵抗器ＲとコンデンサＣの要素からな
る積分器３のコンデンサＣを溶接出力設定器１による充
電電圧よりも高い値に充電して溶接開始時の出力を設定
するための初期電圧設定器、４は積分器３の電圧を増幅
するための増幅器、５は増幅器４の出力信号に応じて制
御素子６の導通位相を制御する制御信号を発生する位相
制御器である。

また７は入力端子、８はこの溶接電源の出力端子で、こ
の出力端子は電極ワイヤに接続されて電極ワイヤ母材間
に電力を供給する。

９は溶接電流通電とほぼ同時に開路する溶接電流リレー
の常閉接点である。

溶接開始時には、積分器３のコンデンサが溶接出力設定
器の電圧より高い初期電圧設定器２によってあらかじめ
充電されているので、出力端子８には定常の溶接出力よ
り高い出力があらわれている。

したがって電極ワイヤは容易に溶断してアークスタート
はスムーズに行なわれる。

アークスタート後は初期電圧設定器２が溶接電流リレー
の接点９で開路され、積分器３のコンデンサ電圧は抵抗
器の抵抗値とコンデンサの容量との積によって定まる時
定数で指数関数的に低下し溶接出力設定器の電圧に落ち
つく。

第２図は、第１図の積分器の部分を抵抗器Ｒおよびコン
デンサＣによって具体的に表現したものである。

ここでＲは固定の抵抗器でもよいが、破線で示すように
可変抵抗器としてもよい。

この場合抵抗器ＲおよびコンデンサＣによって定まる時
定数は電極ワイヤが溶断する時間と同程度以上に選んで
おけばよい。

初期電圧設定器２は固定のものでも可変のものでもよく
、溶接開始前の出力が電極ワイヤを溶断てきる程度以上
になっていれば良い。

初期電圧設定器の電圧があまりにも高すぎてアークスタ
ート時に電極ワイヤが燃え上がって都合が悪い場合は、
初期電圧設定器の電圧をおさえるか、或いは積分器のコ
ンデンサ充電電圧を、図中破線で示すツエナーダイオー
ドＺＤを用いておさえればよい。

第３図は、第１図の積分器３と増幅器４を抵抗器とコン
デンサからなる積分要素により積分機能をもたせた積分
増幅器３′に置きかえた実施例を示したもので、その効
果は第１図とまったく同じである。

ここで用いる積分増幅器は例えば第４図に示すようなも
のであり、同図において、ＩＣは演算増幅器で、Ｒ１，
Ｒ２はそれぞれ抵抗値がｒｌ，ｒ２の抵抗器、Ｃは容量
Ｃのコンデンサである。

この積分増幅器の増幅率はｒｌ／ｒ２で表わされ、位相
制御器５の入力インピーダンスが抵抗Ｒ２の抵抗値ｒ２
に比べて十分大きい場合には、コンデンサＣの放電はほ
ぼｒ２Ｃの時定数で行なわれる。

尚第４図では積分増幅器としてＩＣ演算増幅器を使用し
ているが、トランジスタ等で構成しても良い。

また第４図の場合も、初期電圧設定器の電圧が高過ぎる
場合には破線で示すようにコンデンサＣと並列にツエナ
ーダイオードＺＤを接続してコンデンサの充電電圧を制
限すればよい。

第１図及び第３図の実施例では簡単のため、開ループの
構成をブロック線図で示したが、出力電圧を検出して検
出電圧の一部または全部と溶接出力散定器の電圧とを比
較し、その差信号で溶接出力を制御することにより定電
圧特性の溶接電源を得るようにしてもよく、また出力電
流を検出して出力電流に比例した電圧に変換しこの変換
した電圧の一部または全部と溶接出力設定器の電圧とを
比較し、その差信号で溶接出力を制御することにより垂
下特性の溶接電源を得るようにしてもよい。

したがって本発明は溶接電源の出力の帰還の有無によっ
て限定されるものではない。

以上のように本発明によれば、溶接開始時には十分大き
な出力を得てアーク起動を確実に行なうことができ、し
かもアーク起動後は溶接出力を指数関数的に減少させる
ので電極ワイヤが燃え上がることがなく、常に円滑に溶
接を起動させることができる利点がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例を示すブロック図、第２図は第
１図の要部を更に具体的に示したブロック図、第３図は
本発明の異なる実施例を示すブロック図、第４図は積分
増幅器の構成例を示す接続図である。 １……溶接出力設定器、２……初期電圧設定器、３……
積分器、３′……積分増幅器、４……増幅器、５……位
相制御器、６……制御素子、９……溶接電流リレー接点
。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 溶接出力を制御する制御素子と、溶接出力を設定す
   るための信号を発生する溶接出力設定器と、前記溶接出
   力設定器の出力信号に応じて前記制御素子を位相制御す
   る位相制御器とを備えて成る消耗電極式アーク溶接電源
   において、抵抗器とコンデンサとからなる積分器または
   抵抗器とコンデンサとにより積分機能をもたせた積分増
   幅器を前記溶接出力設定器と位相制御器との間に挿入し
   、前記積分器または積分増幅器のコンデンサを溶接開始
   前に前記溶接出力設定器の出力より高い電圧に初期充電
   する初期電圧設定回路を設け、また溶接開始とほぼ同時
   に前記初期電圧設定回路を切り離すスイッチを設けたこ
   とを特徴とする消耗電極式アーク溶接電源。