JP2012148333A

JP2012148333A - 消耗電極アーク溶接の溶着防止方法

Info

Publication number: JP2012148333A
Application number: JP2011010538A
Authority: JP
Inventors: Toshiro Uesono; 敏郎上園
Original assignee: Daihen Corp
Current assignee: Daihen Corp
Priority date: 2011-01-21
Filing date: 2011-01-21
Publication date: 2012-08-09

Abstract

【課題】本発明では、消耗電極アーク溶接における溶接終了時の溶着防止を抑制する、溶着防止方法を提供する。
【解決手段】溶接電源に溶接終了指令が入力されるとモータに停止指令を出力し、溶接ワイヤが停止したときのワイヤ燃え上がり高さが所定値になるように溶接電源の出力をアンチスチック制御する消耗電極アーク溶接の溶着防止方法において、前記アンチスチック制御が終了した時点から予め定めた溶着防止期間は、アンチスチック電圧より低い溶着防止電圧を出力し、前記溶着防止期間は、短絡電流が予め定めた短絡基準電流値未満のとき傾きが正の上昇特性となり、短絡基準電流値以上のとき傾きが零及び負のフラット特性となる外部特性を形成する、ことを特徴とする消耗電極アーク溶接の溶着防止方法である。
【選択図】図１

Description

本発明は、消耗電極アーク溶接における溶接終了時の溶着防止の制御に関するものである。

ミグ、マグ溶接等の消耗電極式アーク溶接では、溶接のアンチスチック制御終了後にトーチを移動させたとき、手ぶれ等により溶接ワイヤが被加工物に短絡し溶着することが多々ある。この不具合に対してアンチスチック制御終了後に所定期間だけ溶接ワイヤにアンチスチック電圧より低い電圧を出力し、溶接ワイヤが被加工物の溶融池に短絡し溶着したとき低い電圧を印加して溶接ワイヤを溶着から解除していた。

図４は従来技術の消耗電極アーク溶接の溶着防止方法を実施するための溶接電源の電気接続図である。同図において主電源回路ＩＮＶは、３相２００Ｖ等の商用電源を入力としてインバータ制御による出力制御を行い、溶接電流及び溶接電圧を出力する。出力電圧検出回路ＶＤは、主電源回路ＩＮＶの出力電圧を検出して出力電圧検出信号Ｖｄとして出力する。出力電流検出回路ＩＤは、主電源回路ＩＮＶの出力電流を検出して出力電流検出信号Ｉｄとして出力する。

図４に示す出力電圧設定回路ＶＳは、予め定めた出力電圧設定信号Ｖｓを出力し、定電圧特性設定回路ＣＶＣは、予め定めた定電圧特性設定信号Ｃｖｃを出力する。外部特性制御回路ＳＣは、出力電圧設定信号Ｖｓ、定電圧特性設定信号Ｃｖｃ及び出力電流検出信号Ｉｄを入力とし演算を行い、図３に示す第１の定電圧特性Ｌ１の外部特性を形成する外部特性制御信号Ｓｃを出力する、と共にアンチスチック処理が終了するとアンチスチック処理終了信号Ａｔを出力する。

溶着防止期間設定回路ＭＰＴは、アンチスチック処理終了信号Ａｔの入力に応じて予め定めた期間、溶着防止期間設定信号Ｍｐｔを出力する。外部特性制御回路ＳＣは、溶着防止期間設定信号Ｍｐｔが入力しているとき、図３に示す第１の定電圧特性Ｌ１を所定電圧降圧させた第２の定電圧特性Ｌ２の外部特性を形成する外部特性制御信号Ｓｃを出力する。

図５は、従来技術のアンチスチック処理終了後に溶接ワイヤが溶融池に短絡し溶着したとき溶接ワイヤに所定の電圧を印加して溶接ワイヤを溶着解除するときの波形図である。図５において、同図（Ａ）は出力電圧信号Ｖｄを示し、同図（Ｂ）は出力電流信号Ｉｄを示し、同図（Ｃ１）〜（Ｃ５）は溶接ワイヤが溶融池から溶着解除するときの状態を示す。以下、図５を参照して従来技術の動作について説明する。

外部特性制御回路ＳＣは、溶着防止期間設定信号Ｍｐｔの入力に応じて図３に示す第１の定電圧特性Ｌ１を降圧させた第２の定電圧特性Ｌ２になる外部特性制御を行う。例えば、負荷電圧２０Ｖのとき１４Ｖに降圧する。

溶着防止期間中の時刻ｔ＝ｔ１において、溶接トーチ４を所定の位置に移動させる際に手ぶれ等により溶接ワイヤ１が被加工物２に長く短絡し強く溶着した状態にあり、図５（Ｂ）に示す出力電流検出信号Ｉｄは次第に増加し、同図（Ａ）に示す出力電圧検出信号Ｉｄは短絡状態にあるために数Ｖ程度の低い値になり、時刻ｔ＝ｔ２において、出力電流検出信号Ｉｄの値が所定の基準電流値より大きくなると同図（Ｃ２）に示すようにアークが発生する。

アークが発生した状態で溶接ワイヤ１を被加工物２から引き上げることで、時刻ｔ＝ｔ３において溶接ワイヤ１が被加工物２の溶融池から離脱する。そして、時刻ｔ＝ｔ４において、アーク長が更に長くなるとアークが消弧する。このとき、図３に示す第２の定電圧特性ｌ２の動作点は、例えば、Ｃ点からＡ点に移動し、図５（Ａ）に示す出力電圧検出信号Ｉｄの値は、時刻ｔ＝ｔ２〜ｔ４の間、増加する。

時刻ｔ＝ｔ４〜ｔ５で溶接トーチ４を移動中に、溶接ワイヤ１が再度被加工物２に短く短絡し弱く溶着しても、図５（Ｂ）に示すように出力電流検出信号Ｉｄは急激に増加し、その後、時刻ｔ＝ｔ６において、出力電流検出信号Ｉｄの値が所定の基準電流値より大きくなると同図（Ｃ２）に示すようにアークが発生する。このとき、短い短絡にも関わらず長い短絡と同様の短絡電流が流れる。

アークが発生中に再度溶接ワイヤ１を被加工物２から引き上げることで、溶接ワイヤ１が被加工物２の溶融池から離脱する。そして、時刻ｔ＝ｔ７において、アーク長が更に長くなるとアークが消弧する。

上述において、溶接ワイヤ１と被加工物２との短絡の長さに関係なく、短絡の初期の電流上昇速度が速いので、短い短絡で弱く溶着しても大きな短絡電流が流れるので溶接ワイヤ１が被加工物２の溶融池から離脱するときにスパッタが多く発生し、被加工物に多くのスパッタが付着して溶接不良を招いてしまう。

特許文献１に記載されたパルスアーク溶接電源装置の出力制御方法では、外部特性を制御することが記載されている。

特開２００２−２８３０５０号公報

消耗電極式アーク溶接では、アンチスチック制御が終了した直後に溶接トーチを移動する際に、手ぶれ等により溶接ワイヤの先端が被加工物の溶融池に短絡して溶着することが多々ある。この不具合に対して、従来では溶着を防止するためにアンチスチック制御が終了した直後に所定期間だけ溶接ワイヤにアンチスチック電圧より低い電圧を印加し、溶接ワイヤが被加工物に溶着したとき溶接ワイヤを溶着解除していた。

しかし、移動中の溶接ワイヤの短絡には、長い短絡又は短い短絡の短絡状態が発生し強い溶着と軽い溶着とか生じる。このとき、従来の溶着防止方法では、短い短絡で弱く溶着したときでも大きな短絡電流が流れるので、溶接ワイヤを被加工物の溶融池から離脱するとき、スパッタが多く発生し放電痕が被加工物に付着して溶接不良を招いてしまう。

そこで、本発明では、溶接ワイヤの短絡状態に関係なく、溶接ワイヤが被加工物の溶融池から離脱するときにスパッタが発生しにくい溶着防止方法を提供することを目的とする。

上述した課題を解決するために、請求項１の発明は、溶接電源に溶接終了指令が入力されるとモータに停止指令を出力し、溶接ワイヤが停止したときのワイヤ燃え上がり高さが所定値になるように溶接電源の出力をアンチスチック制御する消耗電極アーク溶接の溶着防止方法において、前記アンチスチック制御が終了した時点から予め定めた溶着防止期間は、アンチスチック電圧より低い溶着防止電圧を出力し、前記溶着防止期間は、短絡電流が予め定めた短絡基準電流値未満のとき傾きが正の上昇特性となり、短絡基準電流値以上のとき傾きが零及び負のフラット特性となる外部特性を形成する、ことを特徴とする消耗電極アーク溶接の溶着防止方法である。

本発明によれば、溶着防止期間の溶接電源の外部特性を上昇特性とフラット特性とで形成することで、溶接ワイヤの短絡期間が長くなり強く溶着するとき、外部特性をフラット特性に成るように制御して溶接ワイヤに高い出力電圧を印加することで、短絡時に大きな電流が流れ強い溶着でも容易に溶着解除できる。逆に、溶接ワイヤの短絡期間が短くなり弱く溶着するとき、外部特性を上昇特性に成るように制御して溶接ワイヤに印加する出力電圧を低くすることで、弱い溶着を小さな電流で溶断できるので、溶接ワイヤを被加工物の溶融池から離脱するときに発生するスパッタを大きく減少できる。
上述より、短絡状態に応じて溶接ワイヤに印加する溶着防止電圧を最適化できるので、溶接ワイヤの溶着から解除の時に発生するスパッタが抑制でき溶接品質の向上に繋がるる。

本発明の実施形態に係る消耗電極アーク溶接の溶着防止方法を実施するための溶接電源の電気接続図である。実施形態の動作を説明する波形図である。実施形態の外部特性図である。従来技術の消耗電極アーク溶接の溶着防止方法を実施するための溶接電源の電気接続図である。従来技術の動作を説明する波形図である。

図１、図２及び図３を参照して本発明の実施形態について説明する。
図１は、本発明の実施形態に係る消耗電極アーク溶接の溶着防止方法を実施するための溶接電源の電気接続図である。同図において、図４に示す従来技術の溶接電源の電気接続図と同一符号の構成物は、同一動作を行うので説明は省略し、符号の相違する構成物についてのみ説明する。

図１に示す外部特性傾き設定回路ＭＰＣは、予め定めた外部特性傾き設定信号Ｍｐｃを出力する。このとき、図３に示す外部特性Ｌ３の傾きが正の上昇特性のとき、１Ｖ〜３Ｖ／１００Ａが望ましく。傾きが零又は負のフラット特性のとき０Ｖ〜３Ｖ／１００Ａが望ましい。

図１に示す溶着防止期間設定回路ＭＰＴは、アンチスチック処理終了信号Ａｔの入力に応じて溶着防止期間設定信号Ｍｐｔを出力する。切換回路ＳＷは、溶着防止期間設定信号Ｍｐｔに応じて定電圧特性設定信号Ｃｖｃと外部特性傾き設定信号Ｍｐｃとに切り換える。

図１に示す外部特性制御回路ＳＣは、アンチスチック処理が終了するとアンチスチック処理終了信号Ａｔを溶着防止期間設定回路ＭＰＴに出力する、と共に溶着防止期間中は出力電圧設定信号Ｖｓ、外部特性傾き設定信号Ｍｐｃ及び出力電流検出信号Ｉｄを入力とし演算を行い、図３に示す外部特性Ｌ３の傾きが正の上昇特性と傾きが零又は負のフラット特性となる外部特性を形成する外部特性制御信号Ｓｃを出力する。

図２は、本発明の実施形態の動作を説明する波形図である。図２において、同図（Ａ）は出力電圧信号Ｖｄを示し、同図（Ｂ）は出力電流信号Ｉｄを示し、同図（Ｃ１）〜（Ｃ５）は溶接ワイヤが溶融池に短絡と短絡解除するときの状態を示す。以下、図２を参照して本発明の実施形態の動作について説明する。

図１に示す切換回路ＳＷは、溶着防止期間設定信号ＭｐｔがＬｏｗレベルのときａ接点の定電圧特性設定信号Ｃｖｃを選択し、Ｈｉｇｈレベルのときａ接点からｂ接点に切り換えて外部特性傾き設定信号Ｍｐｃを選択する。

アンチスチック処理が終了し、図２に示す溶着防止期間中の時刻ｔ＝ｔ１において、溶接トーチ４を所定の位置に移動させる際に手ぶれ等により、溶接ワイヤ１が被加工物２に長く短絡すると、図３に示す外部特性Ｌ３の正の上昇特性で短絡制御を行う。

図２に示す時刻ｔ＝ｔ１〜ｔ２の短絡において、図３に示す外部特性Ｌ３の正の上昇特性に応じて図２（Ｂ）に示す出力電流検出信号Ｉｄの値は次第に増加し、正の上昇特性からＢ点を経由して零のフラット特性のＣ点に移行し、時刻ｔ＝ｔ２においてアークが発生する。このとき、外部特性Ｌ３の零のフラット特性により、時刻ｔ＝ｔ２〜ｔ３の図３（Ａ）の出力電圧信号Ｖｄの値が大きく溶接ワイヤ１の燃え上がりが大きくなる。

この大きな燃え上がり状態で溶接ワイヤ１を被加工物２から引き上げると、溶接ワイヤ１が被加工物２の溶融池から容易に離脱する。そして、時刻ｔ＝ｔ３において、図３に示す外部特性Ｌ３の零のフラット特性から正の上昇特性に戻り、溶接ワイヤ１を被加工物２から更に引き上げて負荷を大きくすると、正の上昇特性に応じて出力電流検出信号Ｉｄの値が急激に減少しアークが速やかに消弧する。
上述より、長い短絡で溶接ワイヤ１が被加工物２に強く溶着しても、外部特性Ｌ３の零のフラット特性で溶接ワイヤ１を大きく燃え上がらせるので溶着が容易に解除できる。

溶着防止期間中の溶接トーチ４の移動中において、時刻ｔ＝ｔ５で溶接ワイヤ１が再度被加工物２に短く短絡すると、図３に示す外部特性Ｌ３の正の上昇特性で短絡制御を行う。

図２に示す時刻ｔ＝ｔ５〜ｔ６において、図３に示す外部特性Ｌ３の正の上昇特性に応じて図２（Ｂ）に示す出力電流検出信号Ｉｄの値は増加する。しかし、短絡期間が短いと図３に示す正の上昇特性で短絡制御を行い、時刻ｔ＝ｔ６において正の上昇特性でアークが発生する。このとき、外部特性Ｌ３の正の上昇特性により、出力電流検出信号Ｉｄの値の増加が抑制され溶接ワイヤ１の燃え上がりが小さくなる。

溶接ワイヤ１が被加工物２に短く短絡し軽く溶着したとき、小さな燃え上がりでも溶接ワイヤ１を被加工物２の溶着から解除できるので、溶着解除のときに発生するスパッタが抑制できる。そして、時刻ｔ＝ｔ６において、図３に示す外部特性Ｌ３の正の上昇特性領域で溶接ワイヤ１を被加工物２から更に引き上げて負荷を大きくすると、アークが速やかに消弧する。

上述より、溶着防止期間の溶接電源の外部特性を正の上昇特性と零のフラット特性とで形成することで、溶接ワイヤ１が被加工物２に強く溶着したとき溶接ワイヤ１に高い溶着防止電圧を印加されるので強い溶着でも容易に溶着が解除できる。逆に、溶接ワイヤ１が弱く溶着すると、溶接ワイヤに低い溶着防止電圧を印加させて溶着を解除するので、溶接ワイヤ１を被加工物２から離脱するときに発生するスパッタを大きく減少でき、溶接品質の向上に繋がる。

上述において、図３に示す外部特性Ｌ３を零のフラット特性としたが、負のフラット特性（例えば、０Ｖ〜−３Ｖ／１００Ａ）にしてもよい。更に、外部特性Ｌ３の溶着防止電圧の範囲において、正の上昇特性のとき１０Ｖ〜１５Ｖの範囲、零のフラット特性のとき１５Ｖが望ましく、この値にすると溶着防止効果及びスパッタ抑制効果が大きい。

１非消耗電極
２母材
３アーク
４溶接トーチ
５モータ
Ａｔアンチスチック処理終了信号
ＣＶＣ定電圧特性設定回路
Ｃｖｃ定電圧特性設定信号
ＥＶ電圧誤差増幅回路
Ｅｖ電圧誤差増幅信号
ＩＤ出力電流検出回路
Ｉｄ出力電流検出信号
ＩＮＶ主電源回路
ＭＰＣ外部特性傾き設定回路
Ｍｐｃ外部特性傾き設定信号
ＭＰＴ溶着防止期間設定回路
Ｍｐｔ溶着防止期間設定信号
ＳＣ主制御回路
Ｓｃ主制御信号
ＳＷ切換回路
ＴＳ起動回路
Ｔｓ起動信号
ＶＤ出力電圧検出回路
Ｖｄ出力電圧検出信号
ＶＳ出力電圧設定回路
Ｖｓ出力電圧設定信号

Claims

溶接電源に溶接終了指令が入力されるとモータに停止指令を出力し、溶接ワイヤが停止したときのワイヤ燃え上がり高さが所定値になるように溶接電源の出力をアンチスチック制御する消耗電極アーク溶接の溶着防止方法において、前記アンチスチック制御が終了した時点から予め定めた溶着防止期間は、アンチスチック電圧より低い溶着防止電圧を出力し、前記溶着防止期間は、短絡電流が予め定めた短絡基準電流値未満のとき傾きが正の上昇特性となり、短絡基準電流値以上のとき傾きが零及び負のフラット特性となる外部特性を形成する、ことを特徴とする消耗電極アーク溶接の溶着防止方法。