(57)【要約】  【課題】  従来のアーク溶接装置においては、短絡状態からアーク放電状態に移行した瞬間の電流の急峻な落ち込みにより、アーク放電状態を維持できず、アーク切れが発生するといった問題があった。アーク切れを防止するためには短絡状態からアーク放電状態に移行した瞬間のアーク制御部の出力をアーク切れが発生しないレベルに制御しなければならない。  【解決手段】  アーク放電状態から短絡状態に移行した時点を起点として溶接電圧検出部と短絡制御部間を所定以上の抵抗値を有するように制御し、短絡状態からアーク放電状態に移行した時点を起点として溶接電圧検出部と短絡制御部間をほぼ抵抗値０となるように制御することで、アーク制御部の出力を最適な値に制御できることを特徴とするアーク溶接装置を提供する。【選択図】  図１
2006015356.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
スイッチング素子を制御することで、溶接電圧および溶接電流の波形を制御しながらトーチに供給し、前記トーチ先端へ送給されるワイヤと前記被溶接物との短絡とアーク放電とを繰り返しながらアーク溶接を行なうアーク溶接装置であって、前記トーチに供給する溶接電圧を検出する溶接電圧検出部と、前記トーチに供給する溶接電流を検出する溶接電流検出部と、前記溶接電圧検出部で検出した溶接電圧から前記ワイヤと前記被溶接物とが短絡中か放電中かを判定する判定部と、溶接電圧および溶接電流の指令値を出力する指令部と、前記検出した溶接電圧をフィードバック値として入力して前記指令部の溶接電圧の指令値と比較してフィードバック制御するアーク制御部と、前記検出した溶接電流をフィードバック値として入力して前記指令部の溶接電流の指令値と比較してフィードバック制御する短絡制御部と、前記溶接電圧または溶接電流の検出値と指令値から前記スイッチング素子を制御する駆動指令部を備え、前記溶接電圧検出部と前記アーク制御部間に、短絡期間中に値を変化させる溶接電圧検出値保持手段と、２つ以上の抵抗値を切り替える回路切り替え部を設け、前記回路切り替え部は、前記判定部で短絡中と判断した場合とアーク放電中と判断した場合で異なる抵抗値に切り替えるアーク溶接装置。
【請求項２】
回路切り替え部の抵抗値を、判定部でアーク放電中と判断した時に比べて短絡中と判断した時に抵抗値が高くなるように構成した請求項１記載のアーク溶接装置。
【請求項３】
回路切り替え部は、判定部で放電中と判断した時に、溶接電圧検出部とアーク制御部間の抵抗値をほぼ０とする請求項１または２に記載のアーク溶接装置。
【請求項４】
アーク制御部での指令値が短絡中である場合に、回路切り替え部は、判定部で短絡中と判断した時に、溶接電圧検出部とアーク制御部間の抵抗値を可変とする請求項３記載のアーク溶接装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、消耗電極である溶接用ワイヤと被溶接物である溶接母材との間にアークを発生させて溶接出力制御を行う消耗電極式のアーク溶接装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、消耗電極式アーク溶接のうち短絡移行型溶接の場合は、アーク放電状態と短絡状態を交互に繰り返すので、短絡時の制御とアーク放電時の制御をそれぞれ切り替えて制御するようにしていた（例えば特許文献１参照）。
【０００３】
図４は従来のアーク溶接装置を示しており、１０１は入力された交流電圧を直流電圧に整流するための１次整流部、１０２は整流された電圧を平滑するための平滑コンデンサ、１０３は平滑された直流電圧を交流電圧に変換するためのスイッチング素子、１０４は入力された電圧を変圧するためのトランス、１０５は前記トランスから発生する交流電圧を直流電圧に整流するための２次整流部、１０６は前記２次整流部から得られた電圧を平滑するためのＤＣＬ（リアクタ）、１０７は溶接時の出力電流を検出するための溶接電流検出部、１０８は溶接時の出力電圧を検出するための溶接電圧検出部、１０９はワイヤ材質やワイヤ径や溶接設定電流などの溶接施工条件で決定される指令部、１１０は溶接中にワイヤと母材が短絡している状態の場合に出力制御を行う短絡制御部、１１１はワイヤと母材がアークの状態の場合に出力制御を行うアーク制御部、１１２は前記溶接電圧検出部７から得られた信号を元に短絡状態とアーク放電状態を判定するためのＡＳ判定部、１１３は前記短絡制御部１１０とアーク制御部１１１とを切り替えるための制御切り替え部、１１４は前記スイッチング素子１０３を動作させるための駆動指令部、１１５は溶接を行うためのトーチ、１１６はワイヤ、１１７は被溶接物である。
【０００４】
以上のように構成されたアーク溶接装置について、その動作を説明する。
【０００５】
ＡＳ判定部１１２は、溶接電圧検出部１０８から検出した溶接出力電圧とあらかじめ設定された値とを比較することにより短絡状態かアーク放電状態かどうかの判別動作を行う。
ここで、短絡状態中は短絡制御部１１１にて溶接出力電流制御を行い、アーク放電状態中であればアーク制御部１１０にて溶接出力電圧制御を行っている。
溶接状態の変化に伴う制御の切り替えは制御切り替え部１１３がＡＳ判定部１１２での判別結果の信号を受けることによって行い、短絡制御部１１０またはアーク制御部１１１の出力を駆動指令部１１４に伝えることで溶接の出力の調整を行っている。
ただし、溶接用チップ内の通電点の変化、ワイヤの品質のばらつき、送給性のばらつき等に起因し、安定した短絡移行溶接中においても不規則にアーク切れが発生する場合があり、アーク切れは、溶接安定性を損なう原因となり、スパッタの増加等をともない、溶接品質へ悪影響がある。
【特許文献１】特開昭６１−３６７２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかし、上記従来のアーク溶接装置では、短絡状態からアーク放電状態に移行した瞬間から一定期間中のアーク制御部１１の出力の値が大きければ、ワイヤが短絡状態から開放された瞬間に急峻に出力を増大する為、ワイヤが短絡状態から開放された瞬間のワイヤ先端の燃え上がりが増大し、アーク切れや燃え上がり量の増加によるワイヤ先端の溶滴の増大により大粒のスパッタが発生していた。
【０００７】
逆に短絡状態からアーク放電状態へ移行する際にアーク制御部１１の出力の値を低くした場合、短絡状態からアーク放電状態に開放された瞬間はワイヤ先端と母材間のアーク長が長い状態で出力電圧を抑制するため、アーク放電状態を維持することができずにアーク切れが発生し逆にスパッタの発生を招いていた。
【０００８】
本発明は、短絡状態からアーク放電状態へ移行した瞬間から一定期間中のアーク制御部の出力を最適な値に制御することでアーク切れを防止しスパッタの抑制を行うことができるアーク溶接装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記目的を達成するために本発明は、スイッチング素子のオン時間を制御することで、溶接電圧および溶接電流の波形を制御しながらトーチに供給し、前記トーチ先端へ送給されるワイヤと前記被溶接物との短絡とアーク放電とを繰り返しながらアーク溶接を行なうアーク溶接装置であって、前記トーチに供給する溶接電圧を検出する溶接電圧検出部と、前記トーチに供給する溶接電流を検出する溶接電流検出部と、前記溶接電圧検出部で検出した溶接電圧から前記ワイヤと前記被溶接物とが短絡中か放電中かを判定する判定部と、溶接電圧および溶接電流の指令値を出力する指令部と、前記検出した溶接電圧をフィードバック値として入力して前記指令部の溶接電圧の指令値と比較してフィードバック制御するアーク制御部と、前記検出した溶接電流をフィードバック値として入力して前記指令部の溶接電流の指令値と比較してフィードバック制御する短絡制御部と、前記溶接電圧または溶接電流の検出値と指令値から前記スイッチング部を制御する駆動指令部を備え、前記溶接電圧検出部と前記アーク制御部間に、短絡期間中に値を変化させる溶接電圧検出値保持手段と、２つ以上の抵抗値を切り替える回路切り替え部を設け、前記回路切り替え部は、前記判定部で短絡中と判断した場合とアーク放電中と判断した場合で異なる抵抗値に切り替えるものである。
【００１０】
このように溶接電圧検出部とアーク制御部間の抵抗値を短絡中とアーク溶接中で切り替えることにより、アーク制御部に入力する信号の強さとなる溶接電圧検出値保持手段の値を短絡中とアーク溶接中で適切な値に設定でき、短絡状態からアーク放電状態へ移行した瞬間から一定期間中のアーク制御部の出力を最適な値に制御することができる。
【発明の効果】
【００１１】
本発明は、短絡状態からアーク放電状態へ移行した際のアーク切れの発生を防止でき、アーク切れに伴う溶接不安定さを軽減し、溶接品質の向上、スパッタ量の減少が図ることができる。
【００１２】
さらに、短絡状態からアーク放電状態へ移行する際に発生するスパッタ発生量を減少することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
（実施の形態）
以下、本発明を実施するための最良の形態について、図１と図２を用いて説明する。
【００１４】
図１は本発明の一実施の形態におけるアーク溶接装置の回路を示す図で図１（ａ）は全体回路図で図１（ｂ）は要部拡大図、図２は本発明一実施の形態におけるアーク溶接装置の波形を説明する図である。
【００１５】
図中、１は電源より供給された交流電圧を直流電圧にする１次整流部、２は１次整流部１で整流された直流電圧を平滑する平滑コンデンサ、３は平滑コンデンサ２で平滑された直流電圧を交流電圧にするスイッチング素子、４はスイッチング素子３で変換された交流電圧を変圧するトランス、５はトランス４で変圧された交流電圧を直流電圧にする２次整流部、６は２次整流部５で整流された直流電圧のリップルを平滑するＤＣＬ（リアクタ）、７はトーチ１６先端へ供給されるワイヤ１７と被溶接物１８間を流れる電流を検出する溶接電流検出部、８はトーチ１６先端へ供給されるワイヤ１７と被溶接物１８間の電圧を検出する溶接電圧検出部、９はアーク溶接装置に搭載されている各制御部を制御する指令部、１０は溶接電流検出部７で検出された電流と指令部９からの信号により制御切り替え部１３に信号を出力する短絡制御部、１１は溶接電圧検出部８で検出された電圧と指令部９からの信号により制御切り替え部１３に信号を出力するアーク制御部、１１ａは短絡期間中に値を変化させる溶接電圧検出値保持手段としてのコンデンサ、１２は溶接電圧検出部８で検出された電圧と予め定めた電圧信号との比較によりアーク放電状態か短絡状態を判定するＡＳ判定部、１３はＡＳ判定部１２からの信号により短絡制御部１０の信号とアーク制御部１１の信号のどちらを駆動指令部１４に出力するかを切り替える制御切り替え部、１４は短絡制御部１０又はアーク制御部１１の信号と指令部９の信号とＡＳ判定部１２の信号によりスイッチング素子３を駆動制御して溶接出力を調整する駆動指令部、１５はＡＳ判定部１２からの信号により溶接電圧検出部８とアーク制御部１１間の抵抗値を所定の抵抗１５ａの値とするかほぼ抵抗値０とするかスイッチ１５ｂを切り替える回路切り替え部、１６はワイヤ１７を一定速度で送りだすトーチ、１７はトーチ１６と被溶接物１８間で行われるアーク放電と短絡の繰り返しによって溶かされるワイヤ、１８は溶接の対象物である被溶接物、Ｔｓは短絡状態期間、Ｔａはアーク放電状態期間、Ｅ１はアーク放電状態から短絡状態に移行した時点、Ｅ２は短絡状態からアーク放電状態に移行した時点、Ｅ３は再度アーク放電状態から短絡状態に移行した時点を示す。
【００１６】
トーチ１６から略定速度で供給されるワイヤ１７と被溶接物１８間で短絡とアーク放電を交互に繰り返しながら溶接を行うアーク溶接装置において、短絡時に発生する電流を溶接電流検出部７で、アーク放電時に発生する電圧を溶接電圧検出部８において検出する。
この検出された溶接電流や溶接電圧の値と指令部９で予め設定された値との比較を行い溶接の出力を制御するための信号を駆動司令部１４へ伝送するために、短絡制御部１０では短絡中に検出された溶接電流検出部７からの信号を用い制御を行い、アーク制御部１１では短絡およびアーク放電中に検出された溶接電圧検出部８からの信号を回路切り替え部１５を介して検出して制御を行う。
【００１７】
ここで回路切り替え部１５はＡＳ判定部１２からの信号を受けてアーク制御部１１へ伝送する信号を切り替えておりアーク放電中は溶接電圧検出部８からの信号を直接アーク制御部へ伝送するためにスイッチ１５ｂを閉じてほぼ抵抗値を０とし、短絡中は所定の抵抗値の抵抗１５ａを介して溶接電圧検出部８からの信号をアーク制御部１１へ伝送している。
【００１８】
ここで、アーク放電状態と短絡状態での溶接電圧検出部８で検出される電圧の電位を比べた場合、短絡状態での電位が低く検出され、アーク放電中に蓄えられたコンデンサ１１ａの電荷が短絡状態のときに放電されるが、回路切り替え部１５で抵抗１５ａを介して放電を行うため、その電荷の減少率が抵抗値０のときよりも緩やかとなる。
【００１９】
また、ＡＳ判定部１２は、溶接状態が短絡の時はＬレベル、アーク放電状態の時はＨレベルを出力し、制御切り替え部１３において、ＡＳ判定部１２の出力がＬレベルの時は短絡制御部１０で出力制御を行い、ＡＳ判定部１２の出力がＨレベルの時はアーク制御部１１で出力制御を行うように、駆動司令部１４に短絡制御部１０の信号又はアーク制御部１１の信号を選択して伝える。
【００２０】
駆動指令部１４では制御切り替え部１３からの信号と指令部９で予め設定された値を比較することで溶接の出力を決定しており、制御切り替え部１３からの信号が大きければ溶接の出力を大きくし、制御切り替え部１３からの信号が小さければ溶接の出力を小さくする制御を行っている。
【００２１】
以上の動作のタイミングなどを図２を使用して説明する。
【００２２】
図２は、消耗電極アーク溶接の短絡移行時の溶接出力電流波形、溶接出力電圧波形、ＡＳ判定部の出力値、アーク制御部１１から出力される出力信号の電位を示すグラフである。
【００２３】
本図においてはＥ１時点でアーク放電状態から短絡状態に移行し、Ｅ２時点で短絡状態からアーク放電状態に移行し、Ｅ３時点で再びアーク放電状態から短絡状態に移行している。
【００２４】
短絡状態に移行した時点Ｅ１からアーク放電状態に移行した時点Ｅ２までの間を短絡状態期間Ｔｓ、アーク放電状態移行した時点Ｅ２から、再び短絡状態に移行する時点Ｅ３までの間をアーク放電状態期間Ｔａとする。
【００２５】
本実施の形態では回路切り替え部１５においてアーク放電状態から短絡状態に移行した時点Ｅ１を起点として、溶接電圧検出部８とアーク制御部１１間を所定の抵抗値を有するように制御し、短絡状態からアーク放電状態に移行した時点Ｅ２を起点として、溶接電圧検出部８とアーク制御部１１間をほぼ抵抗値０となるように制御する。
短絡状態期間Ｔｓの間は短絡状態期間に移行した時点Ｅ１を起点としてコンデンサ１１ａに蓄積された電圧の放電が行われる。
【００２６】
アーク制御部１１では蓄積されている電圧と指令部９によって予め設定された電圧値との比較により出力制御が行われるので、蓄積された電圧が瞬時に放電されれば出力は図２のアーク制御部出力値の実線部分のような値になり、蓄積された電圧が回路切り替え部１５の抵抗１５ａによって制御されて放電されれば、図２のアーク制御部出力値の破線部分に示す値となる。
【００２７】
上記のように、所定の抵抗値を介することでアーク放電中の制御にほとんど依存することなくアーク放電状態に移行した時点Ｅ２から所定期間でのアーク制御部１１の出力を最適な値に制御することが可能となる。
【００２８】
従って、アーク放電状態でのアーク制御部１１での制御が、Ｅ２時点からの所定期間とそれ以降のＴａ期間での制御を区別でき、Ｅ２時点からの所定期間の制御を加減し適正化を図ることで、短絡状態からアーク放電状態へ移行した瞬間から所定期間までのワイヤ先端部の溶滴の増大を防ぎ、かつアーク切れを防止することができる。
【００２９】
また、アーク放電状態に移行した時点Ｅ２でのアーク制御部１１の出力を抑えればスパッタの発生を抑制することも可能である。
【００３０】
なお、本実施の形態では回路切り替え部１５として抵抗１５ａとこの抵抗１５ａに並列にスイッチ１５ｂを設けたが、例えば抵抗値を可変できる電気素子を代わりに用いても良い。
【００３１】
また、本実施の形態では回路切り替え部１５の抵抗１５ａは、溶接条件に応じて可変できるように構成しても良い。
【産業上の利用可能性】
【００３２】
本発明のアーク溶接装置はアーク制御部の出力を最適な値に制御することでアーク切れを防止することができ、消耗電極である溶接用ワイヤと被溶接物である溶接母材との間にアークを発生させて溶接出力制御を行う消耗電極式アーク溶接装置に有用である。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】（ａ）本発明のアーク溶接装置の実施の形態における全体の回路構成を示す図（ｂ）本発明のアーク溶接装置の実施の形態における要部の回路構成を示す図
【図２】本発明のアーク溶接装置の実施の形態における制御タイミングを示す図
【図３】従来のアーク溶接装置の回路構成を示す図
【符号の説明】
【００３４】
１      １次整流部
２      平滑コンデンサ
３      スイッチング素子
４      トランス
５      ２次整流部
６      ＤＣＬ（リアクタ）
７      溶接電流検出部
８      溶接電圧検出部
９      指令部
１０    短絡制御部
１１    アーク制御部
１１ａ  コンデンサ
１２    ＡＳ判定部
１３    制御切り替え部
１４    駆動指令部
１５    回路切り替え部
１５ａ  抵抗
１５ｂ  スイッチ
１６    トーチ
１７    ワイヤ
１８    被溶接物
Ｔｓ    短絡状態期間
Ｔａ    アーク放電状態期間
Ｅ１    アーク放電状態から短絡状態に移行した時点
Ｅ２    短絡状態からアーク放電状態に移行した時点
Ｅ３    再度アーク放電状態から短絡状態に移行した時点
【図１】
2006015356.tif 000003
【図２】
2006015356.tif 000004
【図３】
2006015356.tif 000005