JPS649113B2

JPS649113B2 -

Info

Publication number: JPS649113B2
Application number: JP12971680A
Authority: JP
Inventors: Kazunari Hirasawa; Shoichi Yamamoto
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 1980-09-17
Filing date: 1980-09-17
Publication date: 1989-02-16
Also published as: JPS5752567A

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によ
つて溶接部を遮蔽し、消耗電極ワイヤ（以下単に
電極ワイヤと称する）を溶接部に連続的に送給し
て溶融溶接を行う溶接機に関し、特に溶接電流と
してパルス電流を用いることにより、消耗電極ワ
イヤの溶融金属の移行形態をスプレー状にして溶
融溶接を行なう溶接方法（以下単にパルスMIG
溶接法と称する）を実施する溶接機の溶接電圧制
御手段に関するものである。

パルスMIG溶接法に於ては、ワイヤ溶融金属
を積極的にスプレー状態として母材金属に移行さ
せるようにしているため、一定の直流電流を用い
るいわゆる通常のMIG溶接方法と比較して、
種々の異つた特性を有している。その大きな特性
の差異は、溶接電流が低電流のときに通常の
MIG溶接法では短絡とアークを繰り返して溶接
を進行させるのに対してパルスMIG溶接法に於
ては、ワイヤ溶融金属をスプレー状態にして母材
に移行させることができる点にある。このような
スプレー状態での移行を行う場合のMIG溶接法
における短絡移行との大きな差異はスパツタの発
生にある。即ち、スプレー移行溶接法を行うと、
スパツタの発生量が、通常のMIG溶接法におけ
る短絡移行溶接に比してきわめて少く、パルス
MIG溶接法の大きな特徴の１つになつている。

しかしながら、このパルスMIG溶接法に於て、
アーク電圧を適正電圧より低めに設定して、アー
クの長さを短くするようにしておくと、電極ワイ
ヤと、母材金属との間には短絡が発生するように
なるが、電圧が低すぎると短絡回数が多くなつて
しまつて通常のMIG溶接法と同じ様にスパツタ
が発生して好ましくない結果になる。一方、アー
ク電圧を高めにすると電極ワイヤと母材金属との
間には短絡が発生しなくなるものの、アーク長が
長くなつてしまつて、アークが不安定に傾き易く
なり、このために所期の溶接個所にアークが発生
しないおそれが生じて良好な溶接が期待できな
い。また、アーク長が長くなることによりアーク
が大きく広がつてエネルギー密度が低下し、良好
な溶込みを得られないなどの難点がある。

ここで、第１図に短絡回数と溶接アーク電圧と
の関係を示す。第１図に示す結果は、ワイヤ送給
量が2.5m／分、ワイヤ径1.2mm中の場合の結果で
あり、アーク電圧の減少とともに短絡回数が大幅
に増大し、一方アーク電圧が20V以上である時は
短絡が発生しないことがわかる。詳細な実験結果
によると、パルスMIG溶接法の場合にスパツタ
を伴なわない程度の適度の短絡が生じた場合には
溶融金属の湯流れが良好で、追従性の優れた溶接
を行うことができることが判明した。従つて第１
図に於てアーク電圧が19V〜20Vの範囲であると
きは、短絡回数は０〜３回で、最も良好な溶接を
行うことができることが判明した。この時のアー
ク長は３〜４mm程度である。

以上の様に、パルスMIG溶接法に於ては、そ
の特長を発揮するための条件がきわめて狭く、ア
ーク電圧条件では、わずか1V程度の裕度を有す
るのみである。

さらに、この適正電圧値は、溶接姿勢や継手形
状あるいはガスの種類などの他の溶接施工条件に
よつても大きく異つてくる。例えば、継手形状に
関しては、スミ肉溶接の場合の最適溶接電圧値
は、下向き突合せの最適溶接電圧値と比較して
0.5V程度低めとなる。

以上示したパルスMIG溶接法に於る問題点は、
単に適正溶接電圧条件が狭いというばかりでな
く、適正溶接条件が、溶接施工条件によつて変化
し、このためにきわめて扱いにくく、こうしたこ
とが現場での溶接作業上に大きな問題となつてい
る。

そこで、本発明はかかる従来の欠点を解消した
消耗電極式のパルスアーク溶接機を提供すること
を目的とするものである。

即ち、本発明の溶接機においては、不活性ガス
を主成分とするガスで遮蔽した溶接部に電極ワイ
ヤを一定速度で送給せしめ、溶接電流としてパル
ス状の電流を用いて溶融溶接を行なう消耗電極式
アーク溶接機において、所定のサンプリング時間
T₁内に電極ワイヤと溶接部との間に短絡が発生
した場合には短絡の発生回数に応じて溶接出力電
圧を上昇させるようにし、逆に他のサンプリング
T₂時間内に短絡が発生しない場合には溶接出力
電圧と予め設定した基準電圧とを比較せしめて溶
接出力電圧と基準電圧との差電圧の値に応じて溶
接出力電圧を低下させるようにして、溶接出力電
圧を制御するようにしたことを特徴とするもので
ある。

以下、本発明の一実施例の詳細について、図面
を用いて説明する。第２図はその電気的構成の具
体例を示す。ここで、Vaはアーク電圧を示す。
１は短絡検出回路であり、抵抗R₁及びツエナー
ダイオードZD₁，ZD₂より構成されている。２は
シユミツト回路であり、その入力側は短絡検出回
路１に接続されており、その出力側はインバータ
３に接続されている。４はサンプリングカウンタ
を示し、サンプリングカウンタ４の出力と、イン
バータ３の出力は、アンド回路５の入力側に接続
され、アンド回路５の出力は、アツプダウンカウ
ンタ６のアツプ端子に接続されている。７は比較
器であり、その入力側にはアーク電圧Vaと予め
設定された基準電圧Vsとが印加されている。

比較器７の出力は、アンド回路８の入力側に接
続されている。９はインバータ回路であり、その
入力側はサンプリングカウンタ４の出力側に接続
されている。またインバータ回路９の出力側はア
ンド回路８の入力側に接続されている。アツプダ
ウンカウンタ６の出力は、Ｄ／Ａ変換器１０に接
続され、その出力は制御回路１１に接続されてい
る。

次に第２図に示した構成例の動作について、第
３図を用いて説明する。第３図ａは溶接アーク電
圧波形Vaを示す。この電圧波形Vaの低レベル及
び高レベルは短絡検出回路１のツエナーダイオー
ドZD₁及びZD₂でカツトされ、ｂに示した様な形
状の波形になる。ｂに示したV₁の波形はシユミ
ツト回路２に印加されて、ｃに示した矩形波V₂
となる。さらにこの矩形波V₂はインバータ３に
より位相が反転されてｄに示したパルス波形V₃
となる。即ちアーク電圧Vaの短絡が生じている
個所Q₁〜Q₄の部分において矩形波状のパルスと
なる。このQ₁〜Q₄の部分のパルスを含んだパル
ス波形V₃はアンド回路５の一方の入力端子に印
加され、他方の入力端子には、ｅに示す様なサン
プリングカウンタ４からの所定のサンプリング時
間T₁の矩形波V₄が印加される。従つて入力電圧
V₃及びV₄の論理和、即ちアンド回路５の出力波
形はｆに示したようなパルス電圧V₅となる。

そしてこのアンド回路５の出力パルスはアツプ
ダウンカウンタ６のアツプ端子に加えられ、アツ
プダウンカウンタ６の出力はアンド回路５の出力
パルスに応じて増大する。この値はＤ／Ａ変換器
１０により、デジタル信号からアナログ信号に変
換され、制御回路１１に印加される。即ち、所定
のサンプリング時間内に短絡が生じるたびにアツ
プダウンカウンタ４の出力が増大し、この信号に
より制御回路１１は、溶接出力を制御しているサ
イリスタ（図示せず）の導通角を広くして、溶接
出力電圧を増大させる。即ち、サンプリング時間
T₁内に短絡が生じると、溶接出力電圧が増大し
て短絡は発生しなくなる。

次に、短絡が発生してアーク電圧Vaが上昇し、
アーク電圧Vaが、基準電圧Vsに比して増大した
場合についてみると、比較器７では基準電圧Vs
とアーク電圧Vaとのほんのわずかな偏差（1mV
以下）を検出し、そのどちらか電圧が高いかで出
力レベルを高レベル、または低レベルにする働き
をする。基準電圧Vsをマイナス端子に入力し、
アーク電圧Vaをプラス端子に入力すると、アー
ク電圧Vaが基準電圧Vsに比して高くなると、そ
の時点で出力レベルは高レベルとなる。

今、比較器７の出力電圧波形V₇がｈの様な場
合を考える。すなわち、サンプリング時間T₁の
経過後、サンプリング時間T₁内に発生した短絡
回数に比例して溶接出力が増大し、時刻t₁におい
てアーク電圧Vaが基準電圧Vsより大きくなつた
場合を考える。サンプリングカウンタ４の出力は
インバータ９によつて反転され、その出力波形は
ｇに示す電圧波形V₉（サンプリング時間T₂）とな
つて、アンド回路８の一方の入力端子に印加さ
れ、他方の端子には、比較器７の出力電圧V₇が
印加される。従つて、アンド回路８の出力はV₉
とV₇との論理和となり、その出力波形はｉに示
した波形V₈の様になる。この出力波形V₈はアツ
プダウンカウンタ６のダウン端子に印加され、ア
ツプダウンカウンタ６はサンプリング時間T₂の
経過後に出力を減じ、この値はＤ／Ａ変換器１０
によつてアナログ量に変換されて溶接出力を制御
する制御回路１１に印加される。即ち、サンプリ
ング時間T₂内にアーク電圧が、基準電圧と比較
して大きくなると、矩形波状のパルスが発生し
て、サンプリング時間T₂の経過後に制御回路１
１の出力を低下させ、このため溶接出力を制御し
ているサイリスタの導通角は狭くなり、溶接出力
電圧は低下する。

そして、時刻t₂においてアーク電圧Vaが基準
電圧Vsより小さくなると、比較器７の出力が反
転する。

以上のように本発明の溶接機によれば、サンプ
リング時間T₁内に短絡が発生した場合には、た
だちに溶接出力電圧を増大させて短絡数の増大を
防ぎ、一方アーク電圧Vaが上昇してサンプリン
グ時間T₂内にアーク電圧Vaの値が基準電圧Vsよ
り高くなつた場合には、パルスを発生して溶接出
力電圧を低下させ、溶接出力電圧が短絡の発生に
よつて上昇しても、基準電圧以上にならない様に
制御する。

この様にして、溶接出力電圧を制御することに
より、短絡の発生を制御するとスパツタは低下
し、また溶接出力電圧は適正アーク電圧に常に保
持されるため、アークがきわめて安定となり、良
好な溶接結果を得ることができる。また、溶接作
業者の手ブレによつてトーチと溶接部との間の距
離が変動しても、アーク電圧は一定に制御される
ために、アーク長は一定に保たれ、このため従来
にはある程度の熟練を必要としていた微妙な溶接
条件の設定作業から解放され、溶接能率が著るし
く向上し、経済性大なるものがある。

また、溶接出力の適正電圧値は、溶接姿勢、継
手形状、ガスの種類など、施工条件によつて、大
きく異つてくるが、本発明によれば、常に短絡が
発生する附近の適正電圧に制御されるため、きわ
めて作業性に優れた能率の良い溶接を行うことが
できるものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は短絡回数と溶接アーク電圧との関係を
示す特性図、第２図は本発明の一実施例における
消耗電極式パルスアーク溶接機の回路図、第３図
はその各部の波形図である。１……短絡検出回路、２……シユミツト回路、
３……インバータ回路、４……サンプリング回
路、５……アンド回路、６……アツプダウンカウ
ンタ、７……比較器、８……アンド回路、９……
インバータ回路、１０……Ｄ／Ａ変換器、１１…
…主サイリスタ点弧位相制御用の制御回路。

Claims

【特許請求の範囲】

１不活性ガスを主成分とするガスで遮蔽した溶
接部に電極ワイヤを一定速度で送給せしめ、溶接
電流としてパルス状の電流を用いて溶融溶接を行
う消耗電極式パルスアーク溶接機において、サン
プリング時間T₁およびサンプリング時間T₂を定
めるサンプリングカウンタと、前記サンプリング
時間T₁内に発生した短絡回数を検出する手段と、
前記検出した短絡回数に比例して溶接出力を増大
させる手段と、溶接出力電圧と予め設定された基
準電圧とを比較してその差電圧を出力する比較器
と、前記サンプリング時間T₂内に短絡が無いと
き前記比較器の出力電圧に応じて溶接出力を降下
させる手段とより構成された消耗電極式パルスア
ーク溶接機。