JPH01162573A - アーク溶接電源 - 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、消耗性電極を用いた薄板の高速溶接などに好
適な出力波形を有するアーク溶接電源に関する。

［従来の技術］ 消耗性電極を用いる短絡アーク溶接において、溶接電源
出力電流のピーク値を低くし、かつベース値を高くすれ
ば、スパッタの発生が少なく、ビード外観も良くなるが
、このようにすると、第２図に示すように、アーク長が
急激に短くなったとき、電流のピーク値が低いため、短
絡が開放されないで長い短絡が生じ、その間に加熱され
た溶接ワイヤが爆発的に溶断してアーク切れを生じるこ
とがあり、特に薄板を高速で溶接する場合に障害となっ
ていた。従来、その対策として、第３図に示すように、
短絡時間Ｔが所定時間以上になると、これを検知して出
力電流を急激に立上ら・せる方式が提案されている。

［発明が解決しようとする問題点］ 上記従来方式には次に述べるような問題点がある。

（１）出力電流を急激に立上らせるためには、制御周期
の短い高周波インバータによる出力制御が必要であり、
後述するようにインバータ制御のアーク溶接電源では、
短絡状態とアーク状態の判別がむずかしい。

（２）大電流を流して短絡を開放するのは良いが。

次の短絡を促進する配慮がなされていないため。

短絡開放後のアーク期間が長くなり、アークが安定する
までに時間がかかる。すなわち、溶接ワイヤの母材への
突込みにより短絡・アークの周期に影響を受け、アーク
の乱れが生じやすい。

本発明の目的は、短絡・アークの判別をすることなしに
溶接ワイヤの突込みによるアーク切れを防止し、かつア
ークの乱れも回避することができるアーク溶接電源を提
供することにある。

［問題点を解決するための手段］ 上記目的は、溶接電源出力電流の変化率を検出する手段
と、上記電流変化率の検出信号を増幅して出力制御部の
制御入力に負帰還することにより出力電流の変化率を制
御する電流変化率制御回路と、溶接電源出力電流値を検
出する手段と、検出された出力電流値が所定値以上であ
るか否かを判定する電流値判定回路と、この電流値判定
回路の判定出力より出力電流値が所定値以上にある時間
が所定時間以上経過したことを検知する時限回路とを備
え、上記電流値判定回路の判定出力と上記時限回路の出
力により上記電流変化率制御回路の増幅度を変え、出力
電流値が所定値以上にある時間が所定時間経過するまで
は出力電流の変化率を通常より小さくし、出力電流値が
所定値以上にある時間が所定時間以上経過したときは出
力電流の変化率を通常より大きくすることにより、達成
される。

［作用］ 第４図に本発明による出力電流波形の一例を示す。本発
明では、長い短絡が生じた場合、出力電流値も大きくな
ることから、検出された出力電流値が所定値以上である
か否かを判定し、出力電流値が所定値（図中ａ）以上で
あれば、その持続時間が所定時間（図中Ｔ）経過するま
では、電流変化率制御回路の帰還信号に対する増幅度を
大きくすることにより、出力電流の変化率を通常より小
さくするような制御を行ない、第４図の電流波形イーロ
ーハーニーホのように出力電流のピーク値を極力低く抑
えてスパッタの発生を少なくする。

そして、出力電流値が所定値（図中ａ）以上にある時間
が所定時間（図中Ｔ）以上経過すると、それを検知して
電流変化率制御回路の帰還信号に対する増幅度を小さく
することにより、出力電流の変化率を通常より大きくす
るような制御を行ない、第４図の電流波形ホーヘートー
チーリーヌのように出力電流値を急激に上昇させて短絡
を開放し、短絡開放後も出力電流値を前記所定値以下に
なるまで急激に低下させる。これにより、短絡番早く開
放して溶接ワイヤの加熱・溶断によるアーク切れを防止
するだけでなく、アーク状態になってから次の短絡への
移行を促進して、アークの乱れを回避することが可能と
なる。また、本方式は、長い短絡が生じたことを出力電
流値で判定しているため、短絡・アークの判別を必要と
しない。

［実施例］ 第１図に本発明の一実施例を示す。図中、１は交流入力
端子、２は商用周波数の交流入力を直流に変換する入力
側整流回路、３は平滑用コンデンサ、４は平滑された直
流入力を商用周波数より高い周波数（例えば２０ｋｌｌ
ｚ）の交流に変換するインバータ回路で１本溶接電源の
出力制御部に相当する。インバータ回路４の交流出力は
変圧器５で溶接に適した電圧に降圧された後、出力側整
流回路６で直流に変換され、直流リアクタ７、電流検出
用シャント抵抗８を通って、出力端子９よりトーチ１０
と母材１１の間のアーク負荷１２に供給される。

１３は消耗性電極である溶接ワイヤ、１４はワイヤ送給
モータである。

電流変化率検出手段として直流リアクタ７に設けられた
二次巻線７ａは、溶接電源出力電流の変化率（ｄｉ／ｄ
ｔ）に比例した電圧を発生する。この電圧を電流変化率
制御回路１７により増幅して帰還信号とし、これと出力
電圧設定器１５からの基準入力信号とを加算器１６で加
算した信号を、前記インバータ回路４の出力パルス幅を
決定する制御入力とすることにより、溶接電源の外部出
力特性が定電圧特性となり、かつ第４図に示すような出
力電流波形が得られるように溶接電源の出力制御を行な
う。

電流変化率制御回路１７は、例えば演算増幅器の帰還回
路に挿入する抵抗を選択スイッチにより変化させること
で増幅度を可変としたもので、その増幅度を変えること
により、出力電流波形における電流変化率を大、中、小
３段階に制御する。

電流値判定回路１８は、電流検出用シャント抵抗８に発
生する出力電流値に比例した電圧を増幅器１９で増幅し
た信号と、電流レベル設定器２０からの基準信号とをコ
ンパレータ２１で比較し、出力電流値が所定値以上であ
るか否かを判定する回路であり、オンデレータイマ２２
は、電流値判定回路１８の判定出力より出力電流値が所
定値以上にある時間が所定時間以上経過したことを検知
する時限回路である。また、２３は電流値判定回路１８
内のコンパレータ２１の出力信号と、オンデレータイマ
２２の出力信号を反転した信号を入力とする禁止ゲート
であり、この禁止ゲート２３の出力信号とオンデレータ
イマ２２の出力信号を、電流変化率制御回路１７の増幅
度を変える選択スイッチ等の制御信号としている。

上記構成において、第４図に示すように、急激なアーク
長の変化などにより溶接ワイヤ１３が母材１１に突込み
、長い短絡が生じた場合、出力電流値が電流レベル設定
器２０からの基準信号に相当する所定の電流値（図中ａ
）以上になると、電流値判定回路１８内のコンパレータ
２１の出力がハイレベルになる。出力電流値が所定電流
値以上にある時間が所定時間（図中Ｔ）経過するまでは
、このコンパレータ２１のハイレベル出力が禁止ゲート
２３を通して電流変化率制御回路１７に入力され、この
信号によって電流変化率制御回路１７の増幅度が増大す
るため、溶接電源の出力電流値の上昇の変化率は。

第４図の口→ハ、へ→トのように通常より小さくなる。

この出力電流値が所定値（図中ａ）以上にある時間が所
定時間（図中Ｔ）経過すると、前記コンパレータ２１の
ハイレベル出力によってオンデレータイマ２２が動作し
、タイマ２２出力がハイレベルとなるため、禁止ゲート
２３の出力は止められ、電流変化率制御回路１７にはタ
イマ２２のハイレベル出力だけが入力される。この信号
により、電流変化率側−御回路１７の増幅度が低下し、
出力電流値の変化率を通常より大きくするため、第４図
のトーチのように出力電流値が急激に上昇し、短絡を開
放する。そして、短絡開放後も出、１電流値が所定値（
図中ａ）以上の区間は、電流変化率制御回路１７の増幅
度が低下したままであるため、出力電流値はチ→りのよ
うに急激に低下する。ａ点より低い電流領域では、コン
パレータ２１およびタイマ２２′の出力がローレベルと
なることで、電流変化率制御回路１７が通常の増幅度に
もどるため、第４図のり→ヌに示すような比較的縁やか
な通常の電流変化となる。

この短絡開放直後における急激な電流値の低下により、
従来例の第３図に見られるように長いアーク期間が生じ
て、アークが乱れること力く、短絡・アークの周期には
ほとんど影響を与えずに安定したアークに移行させるこ
とができる。

以上のように本実施例によれば、短絡・アークの判別を
必要とせずに、溶接ワイヤの溶断によるアーク切れを防
止し、かつアークの乱れを回避することが可能とな、る
。また、出力電流値が所定値以上にある時間が所定時間
経過するまでは電流変化率を通常より小さくし、所定時
間経過後のみ電流変化率を通常より大きくするようにし
ているので、出力電流のピーク値を極力低く抑え、スバ
ッタの発生を少なくすることができる。

特に、インバータ制御によるアーク溶接電源においては
、電源を小形軽量化する必要から出力側の直流リアクタ
７のインダクタンス値を小さくしているため、溶接ケー
ブルのインピーダンスによる電圧分担の割合が大きくな
り、その結果、短絡時とアーク時の出力端子電圧の差が
小さく、ケーブル長によっても変動し、短絡・アークの
判別が非常にむずかしいので、本発明の効果は大である
。

また、上記実施例では、出力電流値の上昇時、低下時共
に、同一電流値でコンパレータ２１の出力が反転するも
のとして説明したが、コンパレータ２１にヒステリシス
特性を持たせて、第５図に示すように、短絡開放後の電
流低下時にはａ−ｂの値まで出力電流値を急降下させる
ようにすれば、アーク期間をさらに短くし、アークの乱
れを少なくすることができる。

出力電流の変化率を検出する手段としては、第１図に示
す直流リアクタ二次巻線７ａを設ける代りに、シャント
抵抗８による電流検出信号の微分値をとってもよい。

［発明の効果］ 本発明によれば、短絡・アークの判別をすることなしに
、溶接ワイヤの突込みにより長い短絡が生じたとき、短
絡を早く開放してアーク切れを防止し、かつアークが発
生してから次の短絡への移行を促進してアークの乱れを
回避することができ、しかも、出力電流のピーク値を極
力低く抑えてスパッタの発生を少なくしているので、消
耗性電極を用いて薄板の高速溶接などを行なう場合に特
に有効である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示す回路構成図、第２図は
溶接ワイヤの突込みによりアーク切れを生じた例を示す
出力電流波形図、第３図は従来技術によりアーク切れは
防止できるが、アークの乱れを生じた例を示す出力電流
波形図、第４図は本発明の一実施例によりアーク切れ、
アークの乱れ共に防止できることを示す出力電流波形図
、第５図は電流値判定回路にヒステリシス特性を持たせ
た本発明の他の実施例の出力電流波形図である。 ４・・・出力制御部（インバータ）、７ａ・・・電流変
化率検出手段（直流リアクタニ次巻線）、８・・・出力
電流値検出手段（シャント抵抗）、１１・・・母材、１
２・・・アーク負荷、１３・・・消耗性電極（溶接ワイ
ヤ）、１５・・・出力電圧設定部、１６・・・加算器、
１７・・・電流変化率制御回路、１８・・・電流値判定
回路、１９・・・増幅器、２０・・・電流レベル設定器
、２１・・・コンパレータ、２２・・・時限回路（オン
デレータイマ）、２３・・・禁止ゲート。 特許出願人　　日立精工株式会社

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、消耗性電極と母材との間にアークを発生させる定電
   圧特性のアーク溶接電源において、溶接電源出力電流の
   変化率を検出する手段と、上記電流変化率の検出信号を
   増幅して出力制御部の制御入力に負帰還することにより
   出力電流の変化率を制御する電流変化率制御回路と、溶
   接電源出力電流値を検出する手段と、検出された出力電
   流値が所定値以上であるか否かを判定する電流値判定回
   路と、この電流値判定回路の判定出力より出力電流値が
   所定値以上にある時間が所定時間以上経過したことを検
   知する時限回路とを備え、上記電流値判定回路の判定出
   力と上記時限回路の出力により上記電流変化率制御回路
   の増幅度を変え、出力電流値が所定値以上にある時間が
   所定時間経過するまでは出力電流の変化率を通常より小
   さくし、出力電流値が所定値以上にある時間が所定時間
   以上経過したときは出力電流の変化率を通常より大きく
   するようにしたことを特徴とするアーク溶接電源。 ２、上記電流値判定回路がヒステリシス特性を有するこ
   とを特徴とする特許請求の範囲第１項記載のアーク溶接
   電源。 ３、上記出力制御部が高周波インバータであることを特
   徴とする特許請求の範囲第１項または第２項記載のアー
   ク溶接電源。