JP2004188430A - アークエンド制御方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】溶接終了時において、アーク長を長く設定するとワイヤ先端部の溶融粒径が大きくなり、次回以後のアークスタートの成功率が悪くなる。
【解決手段】溶接開始信号が入力されると溶接ワイヤを定常の送給速度で被溶接物に前進送給すると共に定常の送給速度に対応した定常の溶接電流を通電し、溶接開始信号の入力が停止すると溶接ワイヤを予め定めた速度で後退送給を開始すると共にワイヤ溶融抑制電流を通電し、続いてワイヤ溶融抑制電流より大きい正特性を有する範囲のアーク長計測電流をアーク長計測時間の間通電すると共に通電によるアーク電圧によってアーク長を算出し、アーク長と溶接終了時ワイヤ先端・被溶接物間距離との差である目標後退距離を算出し、アーク長計測時間が経過するとアーク長計測電流の通電を停止して、目標後退距離だけ後退送給した後に溶接を終了することを特徴とするアークエンド制御方法である。
【選択図】 図１
【解決手段】溶接開始信号が入力されると溶接ワイヤを定常の送給速度で被溶接物に前進送給すると共に定常の送給速度に対応した定常の溶接電流を通電し、溶接開始信号の入力が停止すると溶接ワイヤを予め定めた速度で後退送給を開始すると共にワイヤ溶融抑制電流を通電し、続いてワイヤ溶融抑制電流より大きい正特性を有する範囲のアーク長計測電流をアーク長計測時間の間通電すると共に通電によるアーク電圧によってアーク長を算出し、アーク長と溶接終了時ワイヤ先端・被溶接物間距離との差である目標後退距離を算出し、アーク長計測時間が経過するとアーク長計測電流の通電を停止して、目標後退距離だけ後退送給した後に溶接を終了することを特徴とするアークエンド制御方法である。
【選択図】 図１
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ワイヤ送給モータによって、溶接ワイヤを被溶接物へ送給する消耗電極式ガスシールドアーク溶接のアークエンド制御方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来技術１では、図６に示すように、溶接起動設定部１１の信号により溶接終了判定部１２で溶接終了時を判定し、溶接電圧検出部１６で溶接電圧の瞬時値を検出し、この溶接電圧検出部１６の出力を短絡・アーク判定部１７に入力して短絡またはアークを判定し、前記溶接終了判定部１２の出力と前記短絡・アーク判定部１７の出力を計測部１３に入力し、溶接終了時に発生する短絡が解除された時点を時間起点として所定時間経過後に溶接出力を停止する信号を起動部１４に出力するようにしている。
【０００３】
駆動部１４では、出力制御部１５からの溶接出力を制御する信号と、前記計測部１３の信号を入力し、前記計測部１３から出力停止信号を入力したときに、前記出力制御部１５からの入力信号をスイッチング素子３０に出力するのを停止している。
【０００４】
このように従来技術１では、溶接終了時の短絡解除時を時間起点として所定時間経過後に溶接出力を停止するようにしている。なお、溶接終了時の短絡解除信号（アーク発生信号）が前記計測部１３に入力されると、前記計測部１３では短絡解除時を時間起点として予め設定した所定時間出力する。
【０００５】
この所定時間は０でも良いし０〜数ｍｓｅｃと設定しても良い。その後、出力停止信号を駆動部１４出力し出力を停止する。
【０００６】
これにより、ワイヤ先端部の溶滴が移行したことを検出して出力を停止するため球滴表面に形成される酸化物量を抑制できワイヤ先端の球滴径はワイヤ径の約１．０〜１．２倍と小さく、つぎのアークスタートの失敗を抑制できる。ただし、ワイヤ先端・被溶接物間距離の値に応じて、上記ワイヤ先端部の溶融粒径の値に変動が生じる。（特許文献１参照）
【０００７】
従来技術２は、最終パルス電流の通電を判別することによって、最終の溶滴が離脱した直後のワイヤ先端の状態をワイヤ先端の溶融金属量又は溶融球の大きさの制御の基点にして、ワイヤ先端の溶融金属量又は溶融球の大きさを次回の瞬時アークスタートに最適な状態にする時間だけ、ベース電流を通電した後に溶接を終了するパルスアーク溶接終了方法である。ただし、ワイヤ先端・被溶接物間距離の値に応じて、上記ワイヤ先端部の溶融粒径の値に変動が生じる。（特許文献２参照）
【０００８】
【特許文献１】
特開２００２−２９２４６４号公報
【特許文献２】
特開平９−２６７１７１号公報
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
溶接ワイヤ（軟質アルミワイヤ）を被溶接物へ送給する消耗電極式ガスシールドアーク溶接のアークエンド制御方法において、溶接開始信号終了と共にワイヤ送給を停止した状態で所定のワイヤ先端・被溶接物間距離を得るために予め定めたワイヤ溶融電流を通電してワイヤ先端部を溶融する。このときワイヤ先端・被溶接物間距離の値に応じて、上記ワイヤ先端部の溶融量が変わり溶融粒径の大きさに違いが生じる。上記よりワイヤ先端・被溶接物間距離が長くなると上記ワイヤ先端部の溶融粒径が大きくなり、次回以後のアークスタート率が悪くなってしまう。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
請求項１の発明は、溶接電源装置ＰＳＣに溶接開始信号Ｓｔが入力されると溶接ワイヤ１を予め定めた定常の送給速度で被溶接物２に前進送給すると共に前記定常の送給速度に対応した定常の溶接電流Ｉｉを通電し、続いて前記溶接開始信号Ｓｔの入力が停止すると前記溶接ワイヤ１を被溶接物２から予め定めた速度で後退送給を開始すると共に小電流のワイヤ溶融抑制電流Ｉｒを予め定めた時間通電し、続いて前記ワイヤ溶融抑制電流Ｉｒより大きいアーク特性が正特性を有する範囲の値に予め定めたアーク長計測電流Ｉｓを予め定めたアーク長計測時間Ｔ２の間通電すると共に前記アーク長計測電流Ｉｓの通電によるアーク電圧によってアーク長Ｌｋを算出し、前記算出したアーク長Ｌｋと予め定めた溶接終了時ワイヤ先端・被溶接物間距離Ｌｗとの差である目標後退距離Ｉｒを算出し、続いて前記アーク長計測時間Ｔ２が経過すると前記アーク長計測電流Ｉｓの通電を停止してアークを消滅させると共に前記目標後退距離Ｌｒだけ前記後退送給を継続した後に、前記後退送給を停止して溶接を終了することを特徴とするアークエンド制御方法。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して説明する。図１は、本発明のアークエンド制御方法を実施する溶接電源装置のブロック図である。
【００１２】
溶接ワイヤ１は、ワイヤ送給モータＷＭと直結した送給ロール５によって、溶接トーチ４を通って送給される。溶接電源装置ＰＳＣからの溶接電圧Ｖｗは、溶接トーチ４の先端に取り付けられた図２に示すコンタクトチップ４ａによって溶接ワイヤ１に給電する。
【００１３】
出力電流検出回路ＩＤは、溶接電流Ｉｗを検出して、出力電流検出信号Ｉｄとして出力する。出力電圧検出回路ＶＤは、溶接電圧（アーク電圧）Ｖｗを検出して、出力電圧検出信号Ｖｄとして出力する。
【００１４】
単安定マルチバイブレータ回路ＦＦは、外部からの溶接開始信号ＳｔがＨｉｇｈレベルからＬｏｗレベル（溶接開始信号終了）になると動作を開始し、予め定めた時間の単安定マルチバイブレータ信号ＦｆをＨｉｇｈレベルにしてアーク長検出指令回路ＶＲ、出力制御回路ＳＣＳ及びオアー回路ＯＲに出力する。
【００１５】
アーク長検出指令回路ＶＲは、単安定マルチバイブレータ信号ＦｆがＨｉｇｈレベルからＬｏｗレベルになると動作を開始し、予め定めた時間のアーク長検出指令信号ＶｒをＨｉｇｈレベルにしてアーク検出演算回路ＶＬ及び出力制御回路ＳＣＳに出力する。
【００１６】
アーク長検出演算回路ＶＬは、アーク長検出指令信号Ｖｒが入力されると動作を開始し、出力電圧検出信号Ｖｄからアーク長Ｌｋを演算及び算出してアーク長検出演算信号Ｖｌを出力制御回路ＳＣＳに出力する。
【００１７】
出力制御回路ＳＣＳは、外部から溶接開始信号Ｓｔが入力されて上記溶接開始信号ＳｔがＨｉｇｈレベルの期間中は、予め定めた定常の溶接電流設定値Ｉｉを選択し、上記定常の溶接電流設定値Ｉｉに応じた出力制御信号Ｓｃを出力する。続けて溶接開始信号ＳｔがＨｉｇｈレベルからＬｏｗレベル（溶接開始信号終了）になると単安定マルチバイブレータ信号ＦｆがＨｉｇｈレベルになり、上記単安定マルチバイブレータ信号ＦｆがＨｉｇｈレベルの期間中は動作を継続し、上記単安定マルチバイブレータ信号Ｆｆによって予め定めたワイヤ溶融抑制電流設定値Ｉｒを選択し、上記ワイヤ溶融抑制電流設定値Ｉｒに応じた出力制御信号Ｓｃを出力する。また、上記ワイヤ溶融抑制電流設定値Ｉｒは溶接ワイヤ１の先端部が溶融しない小電流の値に設定している。
【００１８】
出力制御回路ＳＣＳは、アーク長検出指令信号ＶｒがＨｉｇｈレベルの期間中も動作を継続し、上記アーク長検出指令信号Ｖｒによって予め定めたアーク長計測電流設定値Ｉｓを選択し、上記アーク長計測電流設定値Ｉｓに応じた出力制御信号Ｓｃを出力すると共に溶接終了時ワイヤ先端・被溶接物間距離Ｌｗとアーク長検出演算信号Ｖｌとの差である目標後退距離Ｌｒを算出してワイヤ後退指令信号Ｓｒとして出力する。
【００１９】
オアー回路ＯＲは、ワイヤ後退指令信号Ｓｒと単安定マルチバイブレータ信号Ｆｆとのオアー論理を取ってオアー信号Ｏｒとして出力する。
【００２０】
定常の送給速度設定回路ＷＳは、定常の送給速度設定信号Ｗｓを出力する。 ワイヤ送給制御回路ＦＣＳは、外部から溶接開始信号Ｓｔが入力され上記溶接開始信号ＳｔがＨｉｇｈレベルの期間中は、定常の送給速度設定値Ｗｓに応じたワイヤ送給制御信号Ｆｃｓを出力し、続けて溶接開始信号ＳｔがＨｉｇｈレベルからＬｏｗレベル（溶接開始信号終了）になると共にオアー信号ＯｒがＨｉｇｈレベルの期間中は、予め定めた後退送給速度設定値Ｗｒに応じたワイヤ送給制御信号Ｆｃｓを出力し、ワイヤ送給モータＷＭを逆回転させて溶接ワイヤ１を後退送給する。
【００２１】
溶接電源主回路ＩＮＶは、商用電源を入力として、インバータ制御、サイリスタ位相制御等によってアーク３を安定にするために適した溶接電圧Ｖｗ及び溶接電流Ｉｗを出力する。
【００２２】
図３は、図１に示す溶接電源装置の動作を説明するための波形図である。図３（Ａ）は溶接開始信号Ｓｔの時間変化を示し、図３（Ｂ）は溶接電圧（アーク電圧）Ｖｗの時間変化を示し、図３（Ｃ）は溶接電流（アーク電流）Ｉｗの時間変化を示す。図３（Ｄ）は単安定マルチバイブレータ信号Ｆｆの時間変化を示し、図３（Ｅ）はアーク長検出指令信号Ｖｒの時間変化を示し、図３（Ｆ）はアーク長検出演算信号Ｖｌの時間変化を示し、図３（Ｇ）はワイヤ後退指令信号Ｓｒの時間変化を示し、図３（Ｈ）はオアー信号Ｏｒの時間変化を示し、図３（Ｉ）はワイヤ送給制御信号Ｆｃｓの時間変化を示し、図３のＳ１〜Ｓ４は各時刻における溶接ワイヤ１の先端部と被溶接物２との距離を示している。以下、同図を参照して動作を説明する。
【００２３】
図３に示す時刻ｔ＝ｔ１において、ワイヤ送給制御回路ＦＣＳに溶接開始信号Ｓｔが外部から入力されてＨｉｇｈレベルの期間中は、定常の送給速度設定値Ｗｓに応じた送給制御信号Ｆｃｓが出力され、図３（Ｓ１）に示すように、溶接ワイヤ１を前進送給しながら定常の溶接電流値Ｉｉを通電する。続いて、時刻ｔ１〜ｔ２の期間中は、上記定常の送給速度設定値Ｗｓに応じた速度で上記溶接ワイヤ１が前進送給され、短絡とアークを繰り返しながら溶接を行う。
【００２４】
図３に示す時刻ｔ＝ｔ２において、溶接開始信号ＳｔがＬｏｗレベル（溶接開始信号終了）になると、図１に示す、単安定マルチバイブレータ回路ＦＦは動作を開始し、予め定めたワイヤ溶融抑制電流通電時間Ｔ１の間、単安定マルチバイブレータ信号ＦｆをＨｉｇｈレベルにする。ワイヤ送給制御回路ＦＣＳは、上記溶接開始信号ＳｔがＬｏｗレベル（溶接開始信号終了）になった時点から予め定めた後退送給速度設定値Ｗｒに応じた速度で後退送給を開始し、出力制御回路ＳＣＳは、図３（Ｄ）に示す、単安定マルチバイブレータ信号ＦｆがＨｉｇｈレベルの期間中は動作を継続し、ワイヤ溶融抑制電流設定値Ｉｒを選択して、溶接ワイヤ１の先端部が溶融しない小電流のワイヤ溶融抑制電流Ｉｒを図３（Ｇ）に示す、ワイヤ溶融抑制電流通電時間Ｔ１の間、通電して溶接ワイヤ１の先端部が溶融しない小アークを発生させる。
【００２５】
図３に示す時刻ｔ＝ｔ３において、アーク長検出指令回路ＶＲは、単安定マルチバイブレータ信号ＦｆがＨｉｇｈレベルからＬｏｗレベルになると動作を開始し、図３（Ｅ）に示す、アーク長検出指令信号Ｖｒを予め定めたアーク長計測時間Ｔ２の間、Ｈｉｇｈレベルにして出力する。アーク長検出演算回路ＶＬは、アーク長検出指令信号ＶｒがＨｉｇｈレベルになると動作を開始し、出力電圧検出信号Ｖｄからアーク長Ｌｋを演算及び算出してアーク長検出演算信号Ｖｌとして出力制御回路ＳＣＳに出力する。上記出力制御信号ＳＣＳは、予め定めた溶接終了時ワイヤ先端・被溶接物間距離Ｌｗとアーク長Ｌｋとの差である目標後退距離Ｌｒを算出して、前記目標後退距離Ｌｒに対応したワイヤ後退指令信号Ｓｒを出力する。
【００２６】
図３に示す時刻ｔ＝ｔ４において、アーク長計測時間Ｔ２が経過すると目標後退距離Ｌｒが算出したと判断して出力制御信号ＳＣＳは、出力制御信号Ｓｃの出力を停止してアークを消滅させる。
【００２７】
ワイヤ送給制御回路ＦＣＳは上記ワイヤ後退指令信号ＳｒがＨｉｇｈレベルの期間中は溶接ワイヤ１を後退送給し、時刻ｔ＝ｔ５において溶接ワイヤ１が目標後退距離Ｌｒを後退したと判断して上記ワイヤ後退指令信号ＳｒをＬｏｗレベルにし、溶接ワイヤの後退送給を停止して溶接を終了する。
【００２８】
図４は、ワイヤ先端・被溶接物間距離Ｌｗを予め定めた距離（５ｍｍ）に設定し、アーク電流とアーク電圧との関係を示したものである。図４に示すＢは正特性範囲と負特性範囲の境界を示し、アーク長が検出できる最小電流値である。本発明のアーク長計測電流は正特性を有し、上記図４に示すＢ近傍の正特性の電流を使用している。また、図４に示すＡは負特性範囲を有し、ワイヤ先端が溶融しない値であり、本発明のワイヤ溶融抑制電流として使用している。負特性範囲においてはアークの指向性、硬直性に乏しく、ワイヤ先端と母材間の距離に比例した電圧が得られにくい。
【００２９】
図５は、ワイヤ先端・被溶接物間距離Ｌｗを予め定めた距離（５ｍｍ）に設定し、アークエンドを繰り返し５０回行なったときの、ワイヤ先端・被溶接物間距離Ｌｗの実測値の分布図である。上記より本発明では、ワイヤ先端・被溶接物間距離Ｌｗの実測値と設定値とでは、誤差が小さい。
【００３０】
【発明の効果】
溶接ワイヤ（軟質アルミワイヤ）を被溶接物へ送給する消耗電極式ガスシールドアーク溶接において、アークエンド終了時にアーク長計測電流を通電し、アーク長計測電流の通電によって発生するアーク電圧よりアーク長を算出し、上記算出したアーク長と予め定めたワイヤ先端・被溶接物間距離との差である目標後退距離を算出し、上記算出した目標後退距離の値に達するまでアークを消滅して溶接ワイヤの後退送給をすることにより、（１）ワイヤ先端・被溶接物間距離Ｌｗの設定値に対して、ほぼ同一の値が得られる。（２）ワイヤ先端・被溶接物間距離Ｌｗの値に関係なく、上記ワイヤ先端部の溶融粒径の値が常に一定になるために、次回以後のアークスタートの成功率が大きく改善できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のアークエンド制御方法を実施する溶接電源装置のブロック図である。
【図２】図１に示す溶接電源装置の構成図である。
【図３】図１に示す溶接電源装置の動作を説明するための波形図である。
【図４】アーク長計測電流とアーク長との関係図である。
【図５】ワイヤ先端・被溶接物間距離Ｌｗを予め定めた距離（５ｍｍ）に設定したときの従来技術と本発明とのワイヤ先端・被溶接物間距離Ｌｗの分布図である。
【図６】従来技術の溶接電源装置のブロック図である。
【符号の説明】
１ 溶接ワイヤ
２ 被溶接物
３ アーク
４ 溶接トーチ
４ａ コンタクトチップ
５ ワイヤ送給装置の送給ロール
ＡＳ アーク判別回路
ＦＦ 単安定マルチバイブレータ回路
ＦＣＳ ワイヤ送給制御回路
ＩＤ 出力電流検出回路
ＩＮＶ 溶接電源主回路
ＯＲ オアー回路
ＰＳＣ 溶接電源装置
ＳＣＳ 出力制御回路
ＶＤ 出力電圧検出回路
ＶＬ アーク長検出演算回路
ＶＲ アーク長検出指令回路
ＶＳ 出力電圧設定回路
ＷＳ 定常の送給速度設定回路
ＷＭ ワイヤ送給モータ
７ ワイヤ送給装置
８ トーチ
９ ワイヤ
１０ 母材
１１ 溶接起動設定部
１２ 溶接終了判定部
１３ 計数部
１４ 駆動部
１５ 出力制御部
１６ 溶接電圧検出部
２０ 第１整流部
３０ スイッチング素子
４０ 主変圧器
５０ 第２整流器
６０ 直流リアクトル
Ｆｆ 単安定マルチバイブレータ信号
Ｆｃｓ ワイヤ送給制御信号
Ｉｄ 出力電流検出信号
Ｉｉ 定常の溶接電流（値／設定値）
Ｉｒ ワイヤ溶融抑制電流（値／設定値）
Ｉｓ アーク長計測電流（値／設定値）
Ｉｗ 溶接電流（アーク電流）
Ｌｋ アーク長
Ｌｒ 目標後退距離
Ｌｗ ワイヤ先端・被溶接物間距離
Ｓｃ 出力制御信号
Ｓｒ ワイヤ後退指令信号
Ｓｔ 溶接開始信号
Ｖｄ 出力電圧検出信号
Ｖｌ アーク長検出演算信号
Ｖｒ アーク長検出指令信号
Ｖｓ 出力電圧設定信号
Ｖｗ 溶接電圧（アーク電圧）
Ｗｒ 後退送給速度設定値
Ｗｓ 定常の送給速度設定値
Ｔ１ ワイヤ溶融抑制電流通電時間
Ｔ２ アーク長計測時間
【発明の属する技術分野】
本発明は、ワイヤ送給モータによって、溶接ワイヤを被溶接物へ送給する消耗電極式ガスシールドアーク溶接のアークエンド制御方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来技術１では、図６に示すように、溶接起動設定部１１の信号により溶接終了判定部１２で溶接終了時を判定し、溶接電圧検出部１６で溶接電圧の瞬時値を検出し、この溶接電圧検出部１６の出力を短絡・アーク判定部１７に入力して短絡またはアークを判定し、前記溶接終了判定部１２の出力と前記短絡・アーク判定部１７の出力を計測部１３に入力し、溶接終了時に発生する短絡が解除された時点を時間起点として所定時間経過後に溶接出力を停止する信号を起動部１４に出力するようにしている。
【０００３】
駆動部１４では、出力制御部１５からの溶接出力を制御する信号と、前記計測部１３の信号を入力し、前記計測部１３から出力停止信号を入力したときに、前記出力制御部１５からの入力信号をスイッチング素子３０に出力するのを停止している。
【０００４】
このように従来技術１では、溶接終了時の短絡解除時を時間起点として所定時間経過後に溶接出力を停止するようにしている。なお、溶接終了時の短絡解除信号（アーク発生信号）が前記計測部１３に入力されると、前記計測部１３では短絡解除時を時間起点として予め設定した所定時間出力する。
【０００５】
この所定時間は０でも良いし０〜数ｍｓｅｃと設定しても良い。その後、出力停止信号を駆動部１４出力し出力を停止する。
【０００６】
これにより、ワイヤ先端部の溶滴が移行したことを検出して出力を停止するため球滴表面に形成される酸化物量を抑制できワイヤ先端の球滴径はワイヤ径の約１．０〜１．２倍と小さく、つぎのアークスタートの失敗を抑制できる。ただし、ワイヤ先端・被溶接物間距離の値に応じて、上記ワイヤ先端部の溶融粒径の値に変動が生じる。（特許文献１参照）
【０００７】
従来技術２は、最終パルス電流の通電を判別することによって、最終の溶滴が離脱した直後のワイヤ先端の状態をワイヤ先端の溶融金属量又は溶融球の大きさの制御の基点にして、ワイヤ先端の溶融金属量又は溶融球の大きさを次回の瞬時アークスタートに最適な状態にする時間だけ、ベース電流を通電した後に溶接を終了するパルスアーク溶接終了方法である。ただし、ワイヤ先端・被溶接物間距離の値に応じて、上記ワイヤ先端部の溶融粒径の値に変動が生じる。（特許文献２参照）
【０００８】
【特許文献１】
特開２００２−２９２４６４号公報
【特許文献２】
特開平９−２６７１７１号公報
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
溶接ワイヤ（軟質アルミワイヤ）を被溶接物へ送給する消耗電極式ガスシールドアーク溶接のアークエンド制御方法において、溶接開始信号終了と共にワイヤ送給を停止した状態で所定のワイヤ先端・被溶接物間距離を得るために予め定めたワイヤ溶融電流を通電してワイヤ先端部を溶融する。このときワイヤ先端・被溶接物間距離の値に応じて、上記ワイヤ先端部の溶融量が変わり溶融粒径の大きさに違いが生じる。上記よりワイヤ先端・被溶接物間距離が長くなると上記ワイヤ先端部の溶融粒径が大きくなり、次回以後のアークスタート率が悪くなってしまう。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
請求項１の発明は、溶接電源装置ＰＳＣに溶接開始信号Ｓｔが入力されると溶接ワイヤ１を予め定めた定常の送給速度で被溶接物２に前進送給すると共に前記定常の送給速度に対応した定常の溶接電流Ｉｉを通電し、続いて前記溶接開始信号Ｓｔの入力が停止すると前記溶接ワイヤ１を被溶接物２から予め定めた速度で後退送給を開始すると共に小電流のワイヤ溶融抑制電流Ｉｒを予め定めた時間通電し、続いて前記ワイヤ溶融抑制電流Ｉｒより大きいアーク特性が正特性を有する範囲の値に予め定めたアーク長計測電流Ｉｓを予め定めたアーク長計測時間Ｔ２の間通電すると共に前記アーク長計測電流Ｉｓの通電によるアーク電圧によってアーク長Ｌｋを算出し、前記算出したアーク長Ｌｋと予め定めた溶接終了時ワイヤ先端・被溶接物間距離Ｌｗとの差である目標後退距離Ｉｒを算出し、続いて前記アーク長計測時間Ｔ２が経過すると前記アーク長計測電流Ｉｓの通電を停止してアークを消滅させると共に前記目標後退距離Ｌｒだけ前記後退送給を継続した後に、前記後退送給を停止して溶接を終了することを特徴とするアークエンド制御方法。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して説明する。図１は、本発明のアークエンド制御方法を実施する溶接電源装置のブロック図である。
【００１２】
溶接ワイヤ１は、ワイヤ送給モータＷＭと直結した送給ロール５によって、溶接トーチ４を通って送給される。溶接電源装置ＰＳＣからの溶接電圧Ｖｗは、溶接トーチ４の先端に取り付けられた図２に示すコンタクトチップ４ａによって溶接ワイヤ１に給電する。
【００１３】
出力電流検出回路ＩＤは、溶接電流Ｉｗを検出して、出力電流検出信号Ｉｄとして出力する。出力電圧検出回路ＶＤは、溶接電圧（アーク電圧）Ｖｗを検出して、出力電圧検出信号Ｖｄとして出力する。
【００１４】
単安定マルチバイブレータ回路ＦＦは、外部からの溶接開始信号ＳｔがＨｉｇｈレベルからＬｏｗレベル（溶接開始信号終了）になると動作を開始し、予め定めた時間の単安定マルチバイブレータ信号ＦｆをＨｉｇｈレベルにしてアーク長検出指令回路ＶＲ、出力制御回路ＳＣＳ及びオアー回路ＯＲに出力する。
【００１５】
アーク長検出指令回路ＶＲは、単安定マルチバイブレータ信号ＦｆがＨｉｇｈレベルからＬｏｗレベルになると動作を開始し、予め定めた時間のアーク長検出指令信号ＶｒをＨｉｇｈレベルにしてアーク検出演算回路ＶＬ及び出力制御回路ＳＣＳに出力する。
【００１６】
アーク長検出演算回路ＶＬは、アーク長検出指令信号Ｖｒが入力されると動作を開始し、出力電圧検出信号Ｖｄからアーク長Ｌｋを演算及び算出してアーク長検出演算信号Ｖｌを出力制御回路ＳＣＳに出力する。
【００１７】
出力制御回路ＳＣＳは、外部から溶接開始信号Ｓｔが入力されて上記溶接開始信号ＳｔがＨｉｇｈレベルの期間中は、予め定めた定常の溶接電流設定値Ｉｉを選択し、上記定常の溶接電流設定値Ｉｉに応じた出力制御信号Ｓｃを出力する。続けて溶接開始信号ＳｔがＨｉｇｈレベルからＬｏｗレベル（溶接開始信号終了）になると単安定マルチバイブレータ信号ＦｆがＨｉｇｈレベルになり、上記単安定マルチバイブレータ信号ＦｆがＨｉｇｈレベルの期間中は動作を継続し、上記単安定マルチバイブレータ信号Ｆｆによって予め定めたワイヤ溶融抑制電流設定値Ｉｒを選択し、上記ワイヤ溶融抑制電流設定値Ｉｒに応じた出力制御信号Ｓｃを出力する。また、上記ワイヤ溶融抑制電流設定値Ｉｒは溶接ワイヤ１の先端部が溶融しない小電流の値に設定している。
【００１８】
出力制御回路ＳＣＳは、アーク長検出指令信号ＶｒがＨｉｇｈレベルの期間中も動作を継続し、上記アーク長検出指令信号Ｖｒによって予め定めたアーク長計測電流設定値Ｉｓを選択し、上記アーク長計測電流設定値Ｉｓに応じた出力制御信号Ｓｃを出力すると共に溶接終了時ワイヤ先端・被溶接物間距離Ｌｗとアーク長検出演算信号Ｖｌとの差である目標後退距離Ｌｒを算出してワイヤ後退指令信号Ｓｒとして出力する。
【００１９】
オアー回路ＯＲは、ワイヤ後退指令信号Ｓｒと単安定マルチバイブレータ信号Ｆｆとのオアー論理を取ってオアー信号Ｏｒとして出力する。
【００２０】
定常の送給速度設定回路ＷＳは、定常の送給速度設定信号Ｗｓを出力する。 ワイヤ送給制御回路ＦＣＳは、外部から溶接開始信号Ｓｔが入力され上記溶接開始信号ＳｔがＨｉｇｈレベルの期間中は、定常の送給速度設定値Ｗｓに応じたワイヤ送給制御信号Ｆｃｓを出力し、続けて溶接開始信号ＳｔがＨｉｇｈレベルからＬｏｗレベル（溶接開始信号終了）になると共にオアー信号ＯｒがＨｉｇｈレベルの期間中は、予め定めた後退送給速度設定値Ｗｒに応じたワイヤ送給制御信号Ｆｃｓを出力し、ワイヤ送給モータＷＭを逆回転させて溶接ワイヤ１を後退送給する。
【００２１】
溶接電源主回路ＩＮＶは、商用電源を入力として、インバータ制御、サイリスタ位相制御等によってアーク３を安定にするために適した溶接電圧Ｖｗ及び溶接電流Ｉｗを出力する。
【００２２】
図３は、図１に示す溶接電源装置の動作を説明するための波形図である。図３（Ａ）は溶接開始信号Ｓｔの時間変化を示し、図３（Ｂ）は溶接電圧（アーク電圧）Ｖｗの時間変化を示し、図３（Ｃ）は溶接電流（アーク電流）Ｉｗの時間変化を示す。図３（Ｄ）は単安定マルチバイブレータ信号Ｆｆの時間変化を示し、図３（Ｅ）はアーク長検出指令信号Ｖｒの時間変化を示し、図３（Ｆ）はアーク長検出演算信号Ｖｌの時間変化を示し、図３（Ｇ）はワイヤ後退指令信号Ｓｒの時間変化を示し、図３（Ｈ）はオアー信号Ｏｒの時間変化を示し、図３（Ｉ）はワイヤ送給制御信号Ｆｃｓの時間変化を示し、図３のＳ１〜Ｓ４は各時刻における溶接ワイヤ１の先端部と被溶接物２との距離を示している。以下、同図を参照して動作を説明する。
【００２３】
図３に示す時刻ｔ＝ｔ１において、ワイヤ送給制御回路ＦＣＳに溶接開始信号Ｓｔが外部から入力されてＨｉｇｈレベルの期間中は、定常の送給速度設定値Ｗｓに応じた送給制御信号Ｆｃｓが出力され、図３（Ｓ１）に示すように、溶接ワイヤ１を前進送給しながら定常の溶接電流値Ｉｉを通電する。続いて、時刻ｔ１〜ｔ２の期間中は、上記定常の送給速度設定値Ｗｓに応じた速度で上記溶接ワイヤ１が前進送給され、短絡とアークを繰り返しながら溶接を行う。
【００２４】
図３に示す時刻ｔ＝ｔ２において、溶接開始信号ＳｔがＬｏｗレベル（溶接開始信号終了）になると、図１に示す、単安定マルチバイブレータ回路ＦＦは動作を開始し、予め定めたワイヤ溶融抑制電流通電時間Ｔ１の間、単安定マルチバイブレータ信号ＦｆをＨｉｇｈレベルにする。ワイヤ送給制御回路ＦＣＳは、上記溶接開始信号ＳｔがＬｏｗレベル（溶接開始信号終了）になった時点から予め定めた後退送給速度設定値Ｗｒに応じた速度で後退送給を開始し、出力制御回路ＳＣＳは、図３（Ｄ）に示す、単安定マルチバイブレータ信号ＦｆがＨｉｇｈレベルの期間中は動作を継続し、ワイヤ溶融抑制電流設定値Ｉｒを選択して、溶接ワイヤ１の先端部が溶融しない小電流のワイヤ溶融抑制電流Ｉｒを図３（Ｇ）に示す、ワイヤ溶融抑制電流通電時間Ｔ１の間、通電して溶接ワイヤ１の先端部が溶融しない小アークを発生させる。
【００２５】
図３に示す時刻ｔ＝ｔ３において、アーク長検出指令回路ＶＲは、単安定マルチバイブレータ信号ＦｆがＨｉｇｈレベルからＬｏｗレベルになると動作を開始し、図３（Ｅ）に示す、アーク長検出指令信号Ｖｒを予め定めたアーク長計測時間Ｔ２の間、Ｈｉｇｈレベルにして出力する。アーク長検出演算回路ＶＬは、アーク長検出指令信号ＶｒがＨｉｇｈレベルになると動作を開始し、出力電圧検出信号Ｖｄからアーク長Ｌｋを演算及び算出してアーク長検出演算信号Ｖｌとして出力制御回路ＳＣＳに出力する。上記出力制御信号ＳＣＳは、予め定めた溶接終了時ワイヤ先端・被溶接物間距離Ｌｗとアーク長Ｌｋとの差である目標後退距離Ｌｒを算出して、前記目標後退距離Ｌｒに対応したワイヤ後退指令信号Ｓｒを出力する。
【００２６】
図３に示す時刻ｔ＝ｔ４において、アーク長計測時間Ｔ２が経過すると目標後退距離Ｌｒが算出したと判断して出力制御信号ＳＣＳは、出力制御信号Ｓｃの出力を停止してアークを消滅させる。
【００２７】
ワイヤ送給制御回路ＦＣＳは上記ワイヤ後退指令信号ＳｒがＨｉｇｈレベルの期間中は溶接ワイヤ１を後退送給し、時刻ｔ＝ｔ５において溶接ワイヤ１が目標後退距離Ｌｒを後退したと判断して上記ワイヤ後退指令信号ＳｒをＬｏｗレベルにし、溶接ワイヤの後退送給を停止して溶接を終了する。
【００２８】
図４は、ワイヤ先端・被溶接物間距離Ｌｗを予め定めた距離（５ｍｍ）に設定し、アーク電流とアーク電圧との関係を示したものである。図４に示すＢは正特性範囲と負特性範囲の境界を示し、アーク長が検出できる最小電流値である。本発明のアーク長計測電流は正特性を有し、上記図４に示すＢ近傍の正特性の電流を使用している。また、図４に示すＡは負特性範囲を有し、ワイヤ先端が溶融しない値であり、本発明のワイヤ溶融抑制電流として使用している。負特性範囲においてはアークの指向性、硬直性に乏しく、ワイヤ先端と母材間の距離に比例した電圧が得られにくい。
【００２９】
図５は、ワイヤ先端・被溶接物間距離Ｌｗを予め定めた距離（５ｍｍ）に設定し、アークエンドを繰り返し５０回行なったときの、ワイヤ先端・被溶接物間距離Ｌｗの実測値の分布図である。上記より本発明では、ワイヤ先端・被溶接物間距離Ｌｗの実測値と設定値とでは、誤差が小さい。
【００３０】
【発明の効果】
溶接ワイヤ（軟質アルミワイヤ）を被溶接物へ送給する消耗電極式ガスシールドアーク溶接において、アークエンド終了時にアーク長計測電流を通電し、アーク長計測電流の通電によって発生するアーク電圧よりアーク長を算出し、上記算出したアーク長と予め定めたワイヤ先端・被溶接物間距離との差である目標後退距離を算出し、上記算出した目標後退距離の値に達するまでアークを消滅して溶接ワイヤの後退送給をすることにより、（１）ワイヤ先端・被溶接物間距離Ｌｗの設定値に対して、ほぼ同一の値が得られる。（２）ワイヤ先端・被溶接物間距離Ｌｗの値に関係なく、上記ワイヤ先端部の溶融粒径の値が常に一定になるために、次回以後のアークスタートの成功率が大きく改善できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のアークエンド制御方法を実施する溶接電源装置のブロック図である。
【図２】図１に示す溶接電源装置の構成図である。
【図３】図１に示す溶接電源装置の動作を説明するための波形図である。
【図４】アーク長計測電流とアーク長との関係図である。
【図５】ワイヤ先端・被溶接物間距離Ｌｗを予め定めた距離（５ｍｍ）に設定したときの従来技術と本発明とのワイヤ先端・被溶接物間距離Ｌｗの分布図である。
【図６】従来技術の溶接電源装置のブロック図である。
【符号の説明】
１ 溶接ワイヤ
２ 被溶接物
３ アーク
４ 溶接トーチ
４ａ コンタクトチップ
５ ワイヤ送給装置の送給ロール
ＡＳ アーク判別回路
ＦＦ 単安定マルチバイブレータ回路
ＦＣＳ ワイヤ送給制御回路
ＩＤ 出力電流検出回路
ＩＮＶ 溶接電源主回路
ＯＲ オアー回路
ＰＳＣ 溶接電源装置
ＳＣＳ 出力制御回路
ＶＤ 出力電圧検出回路
ＶＬ アーク長検出演算回路
ＶＲ アーク長検出指令回路
ＶＳ 出力電圧設定回路
ＷＳ 定常の送給速度設定回路
ＷＭ ワイヤ送給モータ
７ ワイヤ送給装置
８ トーチ
９ ワイヤ
１０ 母材
１１ 溶接起動設定部
１２ 溶接終了判定部
１３ 計数部
１４ 駆動部
１５ 出力制御部
１６ 溶接電圧検出部
２０ 第１整流部
３０ スイッチング素子
４０ 主変圧器
５０ 第２整流器
６０ 直流リアクトル
Ｆｆ 単安定マルチバイブレータ信号
Ｆｃｓ ワイヤ送給制御信号
Ｉｄ 出力電流検出信号
Ｉｉ 定常の溶接電流（値／設定値）
Ｉｒ ワイヤ溶融抑制電流（値／設定値）
Ｉｓ アーク長計測電流（値／設定値）
Ｉｗ 溶接電流（アーク電流）
Ｌｋ アーク長
Ｌｒ 目標後退距離
Ｌｗ ワイヤ先端・被溶接物間距離
Ｓｃ 出力制御信号
Ｓｒ ワイヤ後退指令信号
Ｓｔ 溶接開始信号
Ｖｄ 出力電圧検出信号
Ｖｌ アーク長検出演算信号
Ｖｒ アーク長検出指令信号
Ｖｓ 出力電圧設定信号
Ｖｗ 溶接電圧（アーク電圧）
Ｗｒ 後退送給速度設定値
Ｗｓ 定常の送給速度設定値
Ｔ１ ワイヤ溶融抑制電流通電時間
Ｔ２ アーク長計測時間
Claims (1)
- 溶接電源装置に溶接開始信号が入力されると溶接ワイヤを予め定めた定常の送給速度で被溶接物に前進送給すると共に前記定常の送給速度に対応した定常の溶接電流を通電し、続いて前記溶接開始信号の入力が停止すると前記溶接ワイヤを被溶接物から予め定めた速度で後退送給を開始すると共に小電流のワイヤ溶融抑制電流を予め定めた時間通電し、続いて前記ワイヤ溶融抑制電流より大きいアーク特性が正特性を有する範囲の値に予め定めたアーク長計測電流を予め定めたアーク長計測時間の間通電すると共に前記アーク長計測電流の通電によるアーク電圧によってアーク長を算出し、前記算出したアーク長と予め定めた溶接終了時ワイヤ先端・被溶接物間距離との差である目標後退距離を算出し、続いて前記アーク長計測時間が経過すると前記アーク長計測電流の通電を停止してアークを消滅させると共に前記目標後退距離だけ前記後退送給を継続した後に、前記後退送給を停止して溶接を終了することを特徴とするアークエンド制御方法。
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|---|---|---|---|
| JP2002356347A JP2004188430A (ja) | 2002-12-09 | 2002-12-09 | アークエンド制御方法 |
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|---|---|
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR100899759B1 (ko) * | 2007-08-27 | 2009-05-27 | 정인용 | 용접기의 필러 와이어 공급 장치 |
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| JP2016179503A (ja) * | 2012-03-16 | 2016-10-13 | パナソニックＩｐマネジメント株式会社 | アーク溶接制御方法およびアーク溶接装置 |
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| CN112770859A (zh) * | 2018-09-26 | 2021-05-07 | 株式会社神户制钢所 | 焊接电源、焊接系统、焊接电源的控制方法以及程序 |
| US11198191B2 (en) | 2010-12-14 | 2021-12-14 | Lincoln Global, Inc. | Manual welding apparatus having an automatic wire retract method |
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-
2002
- 2002-12-09 JP JP2002356347A patent/JP2004188430A/ja active Pending
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