JPH03193269A - パルスアーク溶接装置 - 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】 〈産業上の利用分野〉 本発明は、消耗性電極（以下、ワイヤという）を予め定
めた略一定速度で送給して１パルス１溶滴移行により溶
接するパルスアーク溶接装置に関するものである。

〈従来技術〉 ワイヤを設定した略一定速度で送給して溶接するパルス
アーク溶接方法は、一般に溶融したワイヤ先端から離脱
する溶滴を細粒化して円滑に移行させ、かつ、アーク長
を一定に維持することによって、安定したアークを発生
させて均一な溶接結果を得るとともにスパッタの発生の
少ない溶接物を得ようとするものである。この場合、ワ
イヤが設定した略一定速度で送給されているので、変動
するアーク長を略一定値に保つために、従来から、ベー
ス電源を定電圧特性としパルス電源を定電流特性又は多
少の傾斜を有する垂下特性とする第１の方式と、逆にベ
ース電源を定電流特性としパルス電源を定電圧特性とす
る第２の方式とが広く採用されている。

さらに、ワイヤ先端からの溶滴の移行をパルスに同期さ
せて行わせようとするいわゆる１パルス１溶滴移行をさ
せようとする第３の方式のパルスアーク溶接装置も提案
されている。

〈発明が解決しようとする問題点〉 ベース電源を定電圧特性としパルス電源を定電流特性又
は多少の傾斜を有する垂下特性とする第１の方式におい
ては、アーク長が電極送給速度の変化、手振れ、被溶接
物の開先精度のバラツキ、加工歪又は熱歪等の外乱に対
して、パルス電流値に平均値は変化しないので、安定し
たスプレー移行が行われる利点があるが、アーク長が大
になるにつれて定電圧特性の直線上の動作点が電流減少
方向に移動してアーク電圧が高くなってベース電源の無
負荷電圧に近づき、特にベース電流値を小さく設定した
ときに無負荷電圧が小になるために、小電流で薄板の溶
接をする場合、アークが不安定になりやすい高速度溶接
をする場合には、アーク切れを生じる欠点があった。

また、ベース電源を定電流特性としパルス電源を定電圧
特性とする第２の方式においては、ベース電流値を小さ
く設定した場合であってもベース電源の特性が定電流特
性であるので、アーク長が大になる方向に変動してもア
ーク切れが生じることはないが、アーク長の変動につれ
てパルス電流の平均値が大幅に変化し、特にパルス電流
の平均値が小になるとワイヤの先端から離脱する溶滴が
大粒になり、又パルス電流の平均値が大きくなるとワイ
ヤ先端が細く引き伸ばされるためアーク長を短くするこ
とができなくなる欠点があった。

さらに、ワイヤの先端からの溶滴の移行をパルスに同期
させる１パルス１溶滴移行を行なわせようとする第３の
方式においては、アーク長が電極送給速度の変化、手振
れ、被溶接物の開先精度のバラツキ、加工歪又は熱歪等
の外乱に対して補正する機能がないために、ワイヤ先端
の溶滴が大粒になったり、１パルス１溶滴移行ができな
くなって大粒になる。その結果、短絡を生じるので、ア
ク長を大に設定しておかなければならない上に、アーク
長の変動が生じないように、上述した外乱の変動を最小
限にしなければならないために、溶接の適用範囲が極め
て狭く、実用にならなかった。

〈問題点を解決するための手段〉 本発明の溶接装置は、ワイヤ先端からの溶滴の移行を、
パルスに同期して行わせる１パルス１溶滴移行方式のパ
ルスアーク溶接装置において、ワイヤ送給速度とワイヤ
溶融速度との平衡が、電極送給速度の変化、手振れ、被
溶接物の開先精度のバラツキ、加工歪又は熱歪等によっ
てアンバランスになったとき、応答性のすぐれたアーク
電圧フィードバック回路の出力によって、ワイヤの溶滴
移行を速に制御することにより、細粒の移行を維持する
ことができるので、アーク長を短く設定しておくことが
でき、逆にアーク長を短（設定しておいても、溶滴の粗
大化による移行時の過渡的な短絡を防止して溶接するこ
とを目的としている。

第１の発明は、この目的を達成するために、ワイヤを予
め設定した略一定速度Ｖｆで送給するワイヤ送給装置７
と、設定した略一定尖頭値Ｉｐのパルス電流および定電
流特性ベース電流とをワイヤに通電する溶接電源１およ
び２と、アーク電圧に相当する信号Ｅａとアーク電圧設
定信号Ｅｂとを比較して応答性のすぐれた差の信号を出
力するアーク電圧フィードバック回路と、その差の信号
に応じて、パルス電流の尖頭値を変化させないでパルス
電流のパルス周波数ｆを制御するためのパルス電流制御
回路２０を備え、前記パルス制御回路は、ワイヤの溶滴
移行周期を制御することにより１パルス１溶滴移行を維
持するパルスアーク溶接装置である。

第２の発明は、この目的を達成するために、ワイヤを予
め設定した略一定速度Ｖｆで送給するワイヤ送給装置７
と、設定した略一定尖頭値１ｐのパルス電流および定電
流特性ベース電流とをワイヤに通電する溶接電源１およ
び２と、アーク電圧に相当する信号Ｅａとアーク電圧設
定信号Ｅｂとを比較して応答性のすぐれた差の信号を出
力するアーク電圧フィードバック回路と、その差の信号
に応じて、パルス電流の尖頭値を変化させないでパルス
電流のパルス継続時間Ｔｐを制御するためのパルス電流
制御回路２０を備え、前記パルス制御回路は、ワイヤの
溶融速度を制御することにより１パルス１溶滴移行を維
持するパルスアーク溶接装置である。

ここで、パルスアーク溶接における溶接電流の基本パラ
メータの関係について、時間の経過ｔに対する溶接電流
の変化を示す第１図を参照して、つぎのとおり定義する
。

■ｂ二ベース電流通電期間中の瞬時値（以下、ベース電
流値という） ｌｐ：パルス電流通電期間中の瞬時値（以下、パルス電
流値という） Ｔｂ二ベース電流の通電期間（以下、ベース電流期間と
いう） Ｔｐ：パルス電流の通電期間（以下、パルス継続時間と
いう） Ｔ　：パルスの繰り返し周期であって Ｔ−Ｔｂ＋Ｔｐ ｆ　：パルス周波数であってｆ−１／Ｔ溶接電流−（ベ
ース電流）＋（パルス電流）Ｉａ：溶接電流の平均値 Ｉａ−（Ｉｂ−Ｔｂ＋Ｉｐ−Ｔｐ）／Ｔ−ｆ−Ｔｐ　（
Ｉｐ−１ｂ）＋ｔｂ・・・（１）第１の発明は、上記（
１）式において、パルス流値ｌｐ１パルス継続時間Ｔｐ
およびベース電流値１ｂを一定に設定し、さらに、アー
ク電圧を設定値に維持するためにアーク電圧をフィード
バックしてパルス周波数ｆを増減させるように構成され
ている。

第２の発明は、上記（１）式において、パルス電流値１
ｐ、パルス周波数ｆおよびベース電流値Ｉｂを一定に設
定し、さらに、アーク電圧をフィードバックしてパルス
継続時間Ｔｐを増減させることにより、アーク電圧を設
定値に維持させるように構成されている。

〈実施例〉 つぎに、第１の発明の溶接装置の実施例について、第２
図を参照して説明する。同図において、１は略定電流特
性を有しワイヤ送給速度Ｖｆに応じて設定した略一定の
ベース電流Ｉｂを送給するするベース電源、２は設定し
た略一定尖頭値のパルス電流Ｉｐを供給するパルス電源
であって、これら両者で溶接電源を構成する。３はベー
ス電流Ｉｂとパルス電流１ｐとが重畳された溶接電流Ｉ
ａをワイヤ４に通電する溶接トーチ内の給電チップ、５
は被溶接物、６はアークであって４乃至６が溶接負荷と
なる。７はワイヤ４を設定された略一定速度Ｖｆで送給
するワイヤ送給装置、８はワイヤ送給装置７を制御する
ワイヤ送給制御回路である。１１はワイヤ送給速度設定
回路であって、ワイヤ送給速度設定信号Ｖｆ、をワイヤ
送給速度制御回路８に供給する。１２はワイヤ送給速度
設定信号Ｖｆ、　、ワイヤ送給速度検出信号Ｖｆ２等の
ワイヤ送給速度に相当する信号Ｖｆ’を入力として、ベ
ース電流設定信号ｓｂを演算するベース電流演算回路で
ある。

１３は定数ａを任意に設定することによって溶滴の直径
Ｄｍを制御する溶滴径制御回路である。

上記ベース電流演算回路１２及び溶滴径制御回路１３は
、本発明の必須の構成要件ではない。１４は、演算回路
１２の出力信号ｓｂを入力として又は回路１４自信の設
定信号によって、ベース電源２の出力Ｉｂを設定するベ
ース電流設定回路である。２０は、パルス電流制御回路
であって、パルス電流尖頭値Ｉｐおよびパルス継続時間
Ｔｐの設定回路２１ａとパルス周波数制御回路２２ａと
から構成されている。２３は、アーク電圧設定回路であ
って、この回路に、アーク電圧を単独に又はワイヤ送給
速度に相当する信号Ｖｆ′と連動させて溶滴移行周期を
制御する。このワイヤ溶融速度は、アーク電圧に相当す
る信号Ｅａとアーク電圧設定回路の出力信号Ｅｂとの差
の信号が周波数制御回路２２ａに供給される。この回路
２２ａは、ワイヤ溶融速度がワイヤ送給速度よりも大に
なり、ワイヤ先端の溶滴が大粒になってアーク電圧が大
になりかけると、Ｅａ−Ｅｂが大となり、ｆが小すなわ
ち、溶滴移行周期が短くなるので、細粒の移行に復帰す
る。逆に、ワイヤ溶融速度がワイヤ送給速度よりも小さ
くなって、１パルス１溶滴移行をしなくなって溶滴が大
粒になると上記の逆の動作によって溶滴移行周期が長く
なって、１パルス１溶滴移行となり細粒の移行に復帰す
る。この第２図において、ＥａとＥｂとを比較する回路
、パルス周波数制御回路２２ａ及びパルス電源２の一部
分より成るアーク電圧フィードバック回路は、溶滴が細
粒から大粒に変化するときのアーク長の過渡的な変動を
小さくするために、従来のフィードバック回路よりも応
答性のすぐれた回路が必要である。

つぎに、前記第２図の装置の動作について説明する。被
溶接物の板厚、材質、溶接姿勢等によって、ワイヤの材
質、直径、シールドガス成分、溶接電流等が定まると、
まず、ワイヤ送給速度設定回路１１によって溶接電流の
平均値１ａに対応したワイヤ送給速度Ｖｆが得られるよ
うにワイヤ送給速度設定回路１１を設定する。つぎに、
パルス電流尖頭値１ｐおよびパルス継続時間Ｔｐをパル
ス電流設定回路２１ｇに設定する。また、必要に応じて
、溶滴径制御回路１３によって適正な溶滴の直径Ｄｍが
得られるように定数ａを任意に設定する。しかし、通常
の同種類の溶接を行うときは、Ｉｐ−Ｔｐおよびａは固
定しておいてもよい。

アーク電圧設定回路２３の設定値がワイヤ送給速度設定
回路１１の設定値と連動していない場合には、適正なア
ーク電圧になるように設定する。

以上の設定後に、ベース電源１およびパルス電源２から
ワイヤ４と被溶接物５に電圧を印加し、ワイヤ４を設定
した略一定速度で送給してアーク６を発生させて設定し
たベース電流値１ｂ、設定したパルス電流尖頭値１ｐお
よび設定したパルス継続時間Ｔｐで溶接を続行する。溶
接中にワイヤ溶融速度とワイヤ送給速度とが不平衡にな
って溶滴が大粒になったときは、前述したように、パル
ス周波数ｆを制御することによって、溶滴移行周期を制
御して１パルス１溶滴移行を維持させ細粒の移行に復帰
させている。

つぎに、第２の発明の溶接装置に実施例について、第３
図を参照して説明する。第２図の実施例では、パルス電
流尖頭値Ｉｐとパルス電流継続時間Ｔｐとを設定回路２
１ａによって設定し、アーク長が略一定値になるように
、パルス周波数ｆをパルス周波数制御回路２２ａによっ
て制御するようにしていたのに対して、第３図の実施例
では、ｉｐとｆとを各々の設定回路２１ａおよび２１Ｃ
によって設定し、さらに過渡的なアーク長が略−定にな
るようにパルス継続時間Ｔｐをパルス継続時間制御回路
２２ｂによって制御するようにしたものである。したが
って、溶接中に、ワイヤ溶融速度がワイヤ送給速度より
も大になり、ワイヤ先端の溶滴が大粒になってアーク電
圧が大になりかけると、回路２２ｂは、パルス継続時間
Ｔｐが小になり、ワイヤ溶融速度が低下して細粒の移行
に復帰する。逆に、ワイヤ溶融速度がワイヤ送給速度よ
りも小さ（なって、１パルス１溶滴移行をしなくなって
溶滴が大粒になると上記の逆の動作によってワイヤ溶融
速度が大になって、１パルス１溶滴移行となり細粒の移
行に復帰する。この第３図において、ＥａとＥｂとを比
較する回路、パルス継続時間制御回路２２ｂ及びパルス
電源２の一部分より成るアーク電圧フィードバック回路
は、溶滴が細粒から大粒に変化するときのアーク長の過
渡的な変動を小さくするために、従来のフィードバック
回路よりも応答性のすぐれた回路が必要である。この第
３図の実施例において、設定回路２１ｃによって設定す
るパルス周波数ｆを、この回路２１ｃによって単独に設
定してもよいし、またワイヤ送給速度設定回路１１、溶
滴径制御回路１３またはこれら両者の設定値と連動させ
て一元制御してもよい。

〈発明の効果〉 本発明の溶接装置においては、ワイヤを予め設定した略
一定速度で送給し、設定した略一定尖頭値のパルス電流
と定電流特性のベース電流とを用いて、ワイヤ先端から
の溶滴の移行をパルスに同期させて行わせることにより
、パルスに同期して略均−な大きさの溶滴移行を行わせ
る従来の第３の方式の効果に加えて、ワイヤ溶融速度と
ワイヤ送給速度との平衡が、電極送給速度の変化、手振
れ、被溶接物の開先精度のバラツキ、加工歪又は熱歪等
によってアンバランスになったとき、応答性のすぐれた
アーク電圧フィードバック回路の出力によって、ワイヤ
の溶滴移行を速に制御することにより、細粒を維持する
ことができるので、アーク長を短く設定することができ
、逆にアーク長を短く設定しておいても、溶滴の粗大化
による移行時の過渡的な短絡を防止することができる。

したがって、アーク長を短くして溶接する薄板溶接、高
速溶接等においても過渡的な短絡を生じることなく、細
粒のスプレー移行ができ、また、立向溶接においてもア
ーク長を短くすることができるので垂れ落ちのないビー
ド外観のすぐれた溶接結果が得られるとともに、さらに
、スパッタの発生も極めて少なく溶接終了後のスパッタ
除去作業を省略することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、消耗性電極パルスアーク溶接方法によって溶
接したときの時間ｔに対する溶接電流の変化を示す図、 第２図は、第１の発明の溶接装置の構成の実施例を示す
図であって、アーク電圧をフィードバックしてパルス周
波数ｆを制御する方式を示す図、第３図は、第２の発明
の溶接装置の構成の実施例を示す図であって、アーク電
圧をフィードバックしてパルス継続時間Ｔｐを制御する
方式を示す図である。 ■ｆ′・・・ワイヤ送給速度に相当する信号、Ｉｐ・・
・パルス電流尖頭値、Ｉｂ・・・ベース電流値、Ｔｐ・
・・パルス継続時間、Ｉａ・・・溶接電流の平均値、Ｅ
ａ・・・アーク電圧に相当する信号、Ｅｂ・・・アーク
電圧設定信号、１・・・ベース電源、２・・・パルス電
源、１１・・・ワイヤ送給速度設定回路、１４・・・ベ
ース電流設定回路、２０・・・パルス電流制御回路（２
１ａ・・・ＩｐおよびＴｐの設定回路、２２ａ・・・パ
ルス周波数制御回路、２１ｂ・・・Ｉｐの設定回路、２
１ｃ・・・ｆの設定回路、２２ｂ・・・パルス継続時間
制御回路） 第１図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、消耗性電極を送給して溶接するパルスアーク溶接装
   置において、消耗性電極を予め設定した略一定速度で送
   給するワイヤ送給装置と、設定した略一定尖頭値のパル
   ス電流および定電流特性のベース電流とを消耗性電極に
   通電する溶接電源と、アーク電圧に相当する信号とアー
   ク電圧設定信号とを比較して応答性のすぐれた差の信号
   を出力するアーク電圧フィードバック回路と、その差の
   信号に応じてパルス電流の尖頭値を変化させないでパル
   ス電流のパルス周波数を制御するパルス電流制御回路と
   を備え、前記パルス電流制御回路は、ワイヤの溶滴移行
   周期を制御することにより１パルス１溶滴移行を維持す
   るパルスアーク溶接装置。 ２、消耗性電極を送給して溶接するパルスアーク溶接装
   置において、消耗性電極を予め設定した略一定速度で送
   給するワイヤ送給装置と、設定した略一定尖頭値のパル
   ス電流および定電流特性ベース電流とを消耗性電流に通
   電する溶接電源と、アーク電圧に相当する信号とアーク
   電圧設定信号とを比較して応答性のすぐれた差の信号を
   出力するアーク電圧フィードバック回路と、その差の信
   号に応じてパルス電流の尖頭値を変化させないでパルス
   電流のパルス継続時間を制御するパルス電流制御回路と
   を備え、前記パルス電流制御回路は、ワイヤの溶融速度
   を制御することにより１パルス１溶滴移行を維持するパ
   ルスアーク溶接装置。