JPS6352994B2 - - Google Patents

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JPS6352994B2
JPS6352994B2 JP11923680A JP11923680A JPS6352994B2 JP S6352994 B2 JPS6352994 B2 JP S6352994B2 JP 11923680 A JP11923680 A JP 11923680A JP 11923680 A JP11923680 A JP 11923680A JP S6352994 B2 JPS6352994 B2 JP S6352994B2
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JP
Japan
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current
pulse
consumable electrode
welding
pulse current
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JP11923680A
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JPS5744474A (en
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Yoichiro Tabata
Shigeo Eguri
Masatake Hiramoto
Takaharu Ueda
Jun Ukai
Toshiro Ito
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Mitsubishi Electric Corp
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Mitsubishi Electric Corp
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Description

【発明の詳細な説明】 この発明はパルスアーク溶接方法に関するもの
であり、特にパルス電流の波形の構成に特徴を有
するパルスアーク溶接方法に関するものである。
従来のこの種の溶接機として、第1図のような
電源構成のものがある。第1図において、1は交
流を入力とする直流出力の電源であつて、整流用
のダイオード2〜7と力率改善用のコンデンサ8
で構成されている。9は複数個のトランジスタ1
1〜10oを並列に接続したスイツチ群、22は
パルス電流の値を設定する基準値設定回路、11
はフライホイールダイオード、12は直流リアク
トル、14は消耗電極の巻き枠、15は消耗電極
の送給モータ、16は消耗電極、17は溶接トー
チ、18は母材(被溶接物)、19は消耗電極1
6と母材18間に発生する溶接アーク、20は溶
接電流を検出するためのシヤントである。21は
スイツチ指令回路で、基準値設定回路22のパル
ス電流値に関する指令信号Aとシヤント20で検
出した検出信号を受けて、スイツチ群9のON−
OFF制御を行ない、所定のパルス電流の波形を
作り出す回路である。また、スイツチ指令回路2
1は消耗電極送給モータ15の電機子電圧(又は
消耗電極送給速度信号)を受けて消耗電極の送給
量に応じた単位時間当りのパルス電流の個数を決
めている。13は溶接期間中、溶接アークを持続
するための直流電流(以後バツクグラウンド電流
と称する)を供給する補助電源である。
次に、この種のパルスアーク溶接機の動作原理
について説明する。
まず、消耗電極16には、電流及び電流の2乗
の時間積分値に比例した熱量が、また、母材18
には電流の時間積分値に比例した熱量が与えられ
ている。これらの入熱量によつて一定の速度で自
動的に送給されるワイヤ状の消耗電極16は溶融
し、また、母材18には局所的に溶融池が作られ
る。この際、消耗電極16の溶融物は糸を引いた
ような連続流体として母材18の溶融池へ移行す
るのではなく、空間的に不連続な溶滴として、母
材18へ移行する。
即ち、適正な溶接条件では、一定の速度で供給
されるワイヤ状の消耗電極16が、アーク空間で
金属の不連続体として移行するのである。このよ
うな現象は、電流を供給する電源がパルス電流源
ではなく、直流電源があつても起る。
ここで、適正な溶接を行なうという制約のもと
では次のような重要な事実がある。
即ち、溶滴移行する現象について着目すると、
溶滴の自重が溶融した消耗電極16の表面張力に
よる力よりも大であることが溶滴移行の条件とな
るが、一般に市販されている消耗電極では、この
条件を満足するために溶滴の代表的な部分の長
さ、例えば溶滴の直径が、消耗電極16の直径に
比してはるかに大きいものになつている。このこ
とは、母材として薄板を対象とする場合、或は、
溶接作業の高速化を志向する場合などにおいて、
常に意図的にとられる条件、即ち、アーク長が短
かい溶接条件では、溶滴が母材と短絡することに
よるスパツタの発生や溶接ビードの不規則性など
の原因となり、一般に不具合であると認定されて
いる。ところが、溶接電流を臨界電流Icの名で定
義される値以上にすると、アーク空間での電流密
度分布に起因する溶融金属内の電磁力の重力方向
の成分が有効に作用し、溶融金属をほぼ消耗電極
の直径程度の細粒の溶滴にして母材へ移行させる
ことができることになる 即ち、電磁力による等
価的な重量が溶滴に加わるので、細粒の溶滴移行
が実現するものと考えることができる。
このように、良質な溶接を行なうには、溶滴の
細粒化が必要不可欠となる。ここで、溶滴の細粒
化のための重要な指標である臨界電流値は、一般
に、消耗電極の材質及びその直径、更にシールド
ガスの種類によつて異なることを特に強調してお
きたい。
次に、電流をパルス化することの意味について
説明する。電流が臨界電流値以上の直流であつて
も細粒の溶滴移行は行なえる。但し、この場合は
一般に母材の熱容量が大きい厚い板厚の場合に限
定される。母材の板厚が薄い場合には、母材が熱
的に破損し 適正な溶接が行なえないのである。
従つて、板厚が薄い場合にも、平均電流が臨界電
流値以下のときは良質の溶接を行なえ得るところ
に、電流をパルス化することの意味があるわけで
ある。
ここで、直流電源でも、不連続体ではあるが周
期的に規則正しく起る溶滴移行現象に対して、外
部からパルス電流を加え、強制的に1パルス1溶
滴の状態で溶滴移行させることに、ある種の制約
条件が存在する。しかしながら、非常に多くの実
験によれば、第2図に示すようにパルス電流のピ
ーク値(Ip)やパルス巾(τ)を適正な値に設定
することによつて、実用上は全く問題がない。即
ち、パルスアーク溶接機では、電流のパルス波形
そのものが非常に重要な意味をもつているのであ
る。一般に最適なパルス電流の波形は、臨界電流
値と同様に、消耗電極の材質や直径、或はシール
ドガスの種類、更には母材の板厚などによつて
種々異なつているのである。
観点を第3図に示すようなパルス電流のピーク
値(Ip)とパルス幅(τ)で規定される矩形波の
パルス電流に固定し、適正な溶接条件の範囲につ
いて説明すると次のようになる。
なお、通常のパルスアーク溶接機ではパルス電
流がスムーズに流れるために、パルス電流の休止
中には微小電流のバツクグラウンド電流を流す方
法がとられている。
さらに、この種のパルスアーク溶接機のパルス
電流波形についてもう少し詳細に説明する。
一般に、消耗電極16に注入される熱量(W)
はパルス電流の面積(つまりIp×τ)にほぼ比例
する。また、臨界電流値(Ic)は消耗電極の材質
(銘柄も含む)、径およびシールドガスによつて変
化する。第4図A、第5図Aは、消耗電極の主成
分が鉄における、消耗電極の材質、径、シールド
ガスが異つた場合の臨界電流値(Ic)と消耗電極
に注入される熱量の特性を示した代表図である。
従つて、パルス電流のピーク電流(Ip)とパルス
幅(τ)は、適正熱量(W)と臨界電流(Ic)と
の2つの条件を満足するために、第4図A、第5
図Aで示した斜線の領域内で設定しなければなら
ない。
なお、第4図B、第5図Bは適正熱量(W)と
臨界電流値(Ic)とを満足するパルス電流波形の
一実施例である。また、第4図C、第5図Cには
夫々第4図B及び第5図Bの一実施例のパルス電
流波形で溶接した場合の溶接ビード形状を示し
た。
従来、この種の溶接では以上のように消耗電極
の銘柄、又はシールドガスによつてパルス電流の
ピーク電流(Ip)、パルス幅(τ)を設定してい
るため、臨界電流値(Ic)の高いワイヤ材質、
径、シールドガス中で溶接する場合(第5図B)
溶接アークのアーク力が強くなり(アーク力はパ
ルス電流のピーク値の関数である)、母材に落ち
た溶融金属の流れが不規則となり、第5図Cのよ
うに溶接ビードに穴があき、溶接欠陥が生ずる欠
点があつた。
この発明は上記のような従来のものの欠点を除
去するためになされたもので、1つのパルス電流
を臨界電流値以下で、かつバツクグラウンド電流
値以上の電流値を有する予熱パルス電流と、この
予熱パルス電流後に臨界電流値以上の波高値を有
する切断パルス電流とを有する波形にすることに
より、臨界電流値(Ic)の高い材質、径、シール
ドガス中での溶接においても、アーク力があまり
強くすることなく、溶接欠陥が生じないパルスア
ーク溶接方法を提供することを目的としている。
この発明は、上述のパルス電流の波形に関する
詳細な検討をもとに、短いアーク長の条件でも良
質な溶接が行なえるためのパルス電流の波形の改
善に関するものである。
発明の基本は、従来のパルスアーク溶接方法で
は消耗電極の溶融及び母材の溶融池の形成と、電
磁力による消耗電極の溶融物の細粒化の機能を単
一の矩形波パルスが果していたのに対し、本発明
では、これら2つの機能を分化し、消耗電極の溶
融や母材の溶融池の形成に最適な予熱パルス電流
波形と、細粒の溶滴移行に最適な切断パルス電流
波形の合成として、パルス波形の単位を設定した
ことにある。
以下、この発明の一実施例を図について説明す
る。第6図において、a,b,c,dは本発明の
パルスアーク溶接方法を実施するために適した回
路構成の一例を示すもので、第1図の従来回路の
接続点a,b,c,dに相当するものである。な
お第6図では上記回路a,b,c,d以外の回路
構成は従来の回路構成と同様であるため省略し
た。図中、第1図と同一または相当部分には同一
符号を付してある。
図中、221,222はそれぞれ予熱パルス電
流波形、および切断パルス電流波形を設定する設
定回路および設定回路,211,212は設
定回路,のパルス電流値の指令信号とシヤン
ト20で検出した検出信号を受けてON−OFF指
令を行なうスイツチ指令回路および,10
E1〜10Eoと10F1〜10Foとはスイツチ指令
回路およびの信号i1又はi2を受けて、直流電
源回路1からの信号をON−OFFすることで予熱
パルス電流波形、切断パルス電流波形を作るトラ
ンジスタ群、11,111はトランジスタ群10
E1〜10Eoと10F1〜10Foとを保護するため
のフライホイールダイオード、12,121は直
流リアクトル、なお、i1,i2はトランジスタ群1
0E1〜10Eo,10F1〜10FoをON−OFFする
ための指令信号である。
次に、この実施例装置の動作について説明す
る。第6図の構成において、まず、設定回路2
22でパルス幅が非常に短かく(ほぼ0.5msec)、
しかも臨界電流値(Ic)より高いピーク電流をも
つ切断パルス電流を設定する。さらに、設定回路
221でバツクグラウンド電流値以上で、かつ
臨界電流値(Ic)より低い予熱パルス電流を設定
する。また この予熱パルス電流の面積は切断パ
ルス電流と予熱パルス電流とバツクグラウンド電
流とによつて、消耗電極に注入される熱量(W)
が適正熱量範囲内となるように定める。
つづいて上記のように設定回路,221,
222で予熱パルス電流、切断パルス電流を設定
した状態で、直流電源回路1および消耗電極送給
モータ15をONにする。これにより、スイツチ
指令回路211の出力信号i1がトランジスタ群
10E1〜10Eoのベースに入力され、予熱パル
ス電流が形成される。また、予熱パルス電流の単
位時間当りの個数(つまりパルス周波数)は、消
耗電極送給速度に対応したモータ電機子電圧をス
イツチ指令回路211に入力することにより、
そのモータ電機子電圧に応じたパルス周波数が定
められる。
さらに、切断パルス電流は、予熱パルス電流が
流れた直後にスイツチ指令回路212が働き、
スイツチ指令回路212の出力信号i2をトラン
ジスタ群10F1〜10Foのベースに入力する事
によつて作り出される。
第7図、第8図はこの発明の一実施例の予熱パ
ルス電流と切断パルス電流の波形を示した図であ
る。
第7図では予熱パルス電流30と切断パルス電
流31との間、バツクグラウンド電流が挿入され
た状態を、第8図では連続した状態を示してお
り、この2つのパルスにより夫々単位パルスを構
成している。
このように予熱パルス電流期間(τ1)において
消耗電極を十分に溶融し、切断パルス電流期間
(τ2)で溶融した消耗電極を電磁収縮力で切断し、
母材側へ落として溶接する。
この発明は消耗性電極と母材との間にアーク放
電を行ない、バツクグラウンド電流にパルス電流
を重畳した溶接電流を通電して溶接する溶接方法
において、上記パルス電流波形を上記消耗性電極
の材質、直径、シールドガスに基因する臨界電流
値以下で、かつバツクグラウンド電流値以上の電
流値を有する予熱パルス電流と、この予熱パルス
電流後に上記臨界電流以上の波高値を有する切断
パルス電流とを有する波形にて1パルスを構成し
上記パルス電流の単位時間当りのパルス個数を消
耗電極の送給速度に比例して変化させることを特
徴とするもので、臨界電流値(Ic)の高い消耗電
極銘柄、シールドガス中で溶接する場合であつて
も、溶接アークのアーク力が強くなる期間が短時
間であるため、母材に落ちた溶融金属の流れに悪
影響を与えることなく、溶接欠陥がない溶接ビー
ドが得られる効果がある。また、以上のように2
段階のパルスにすることにより、アークによつて
溶融された消耗電極の先端部が長く伸びることな
く、スムーズに切断して溶滴移行が行なえる。し
たがつて従来のものよりも短絡せずにアーク長を
短かくすることが出来、より高速度を溶接できる
効果がある。
【図面の簡単な説明】
第1図は従来のパルスアーク溶接機の電源構成
を示す図、第2図はパルス電流の適正範囲を示す
図、第3図は従来のパルスアーク溶接機の溶接電
流波形を示す図、第4図Aは臨界電流値が低い消
耗電極の材質における最適パルス電流形状範囲を
示す図、第4図Bは第4図Aの一実施例のパルス
電流形状を示す図、第4図Cは第4図Bパルス電
流形状で溶接した時の溶接ビードを示す図、第5
図Aは臨界電流値が高い消耗電極の材質における
最適パルス電流形状範囲を示す図、第5図Bは第
5図Aの一実施例のパルス電流形状を示す図、第
5図Cは第5図Bのパルス電流形状で溶接した時
の溶接ビードを示す図、第6図はこの発明のパル
スアーク方法を実施するために適した溶接機の電
源回路構成を示す図、第7図、第8図はこの発明
によるパルス電流波形の一例を示す図である。 図において、1は直流電源回路、101〜10
,10E1〜10Eo,10F1〜10Foはトランジ
スタ群、11,111はフライホイールダイオー
ド、12,121は直流リアクトル、13は補助
電源、14は消耗電極の巻き枠、15は消耗電極
の送給モータ、17は溶接トーチ、18は母材、
20は電流検出用シヤント、21,211,21
2はスイツチ指令回路、22,221,222は
パルス電流を設定する制御回路である。なお、図
中同一符号は同一又は相当部分を示す。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 1 消耗電極と母材との間にバツクグラウンド電
    流とパルス電流とを重畳した電流を通電して溶接
    を行なうパルスアーク溶接方法において、上記パ
    ルス電流を上記消耗電極の材質、直径、及びシー
    ルドガス等に起因する臨界電流値以下で、かつ上
    記バツクグラウンド電流値以上の電流値を有する
    予熱パルス電流と、この予熱パルス電流後に上記
    臨界電流値以上の波高値を有する切断パルス電流
    とを有する波形にて1パルスを構成し、上記パル
    ス電流の単位時間当りのパルス個数を上記消耗電
    極の送給速度に比例して変化させることを特徴と
    するパルスアーク溶接方法。
JP11923680A 1980-08-29 1980-08-29 Pulse arc welding machine Granted JPS5744474A (en)

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JPS5744474A JPS5744474A (en) 1982-03-12
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH02271099A (ja) * 1989-04-11 1990-11-06 Matsushita Seiko Co Ltd 扇風機

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Publication number Priority date Publication date Assignee Title
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JPH02271099A (ja) * 1989-04-11 1990-11-06 Matsushita Seiko Co Ltd 扇風機

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