(57)【要約】  【課題】  アルミニウムワイヤなどの固有抵抗率が低いワイヤでのアークスタートは、ワイヤ変形や座屈からワイヤ燃え上がり等を発生させて均一なアークスタート状態が得られなかった。  【解決手段】  ワイヤ変形や座屈からワイヤ燃え上がり等を発生させる確率が高い長時間短絡スタートの場合にはワイヤが被溶接物に接触してからアークが発生するまでにワイヤ送給を逆回転送給する。そして、この方法によりワイヤ表面状態、先端形状、ワイヤ径、ワイヤ材質等に関係なく、逆回転送給によりワイヤ短絡から解放され、直ちにアーク発生し、ワイヤ変形や座屈等をおこすことなく、円滑かつ均一なアークスタート性能を得ることができるものである。【選択図】  図１
2005288454.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
溶接開始時に定常溶接時のワイヤ送給速度以下のスローダウン速度でワイヤを被溶接物に向かって送給して被溶接物に接触させ、初期短絡電流を通電してアーク発生させる際に、初期短絡電流の通電検出から一定時間後にアーク状態か短絡状態かを検出し、アーク状態の場合はスローダウン速度のワイヤ送給を継続させ、短絡状態の場合にはワイヤを逆回転送給して短絡解放させてアーク状態を検出した後、ワイヤを正回転送給させてスローダウン速度に復帰させるアークスタート方法。
【請求項２】
ワイヤを被溶接物に接触させ、初期短絡電流の通電検出でワイヤ送給を停止し、一定時間後にアーク状態の場合にはスローダウン速度のワイヤ送給に復帰させ、短絡状態の場合にはワイヤを逆回転送給して短絡解放させてアーク状態を検出した後、ワイヤを正回転送給させてスローダウン速度に復帰させる請求項１記載のアークスタート方法。
【請求項３】
ワイヤを被溶接物に接触させ、初期短絡電流の通電検出後ワイヤ送給を逆回転送給し、一定時間後にアーク状態の場合には正回転送給させてスローダウン速度のワイヤ送給に復帰させ、短絡状態の場合にはワイヤを逆回転送給を継続して短絡解放させアーク状態を検出した後、ワイヤを正回転送給させてスローダウン速度に復帰させる請求項１記載のアークスタート方法。
【請求項４】
短絡状態の場合において、アーク状態を検出した後のスローダウン速度への復帰速度は一定の傾きをもたせる請求項１から３の何れかに記載のアークスタート方法。
【請求項５】
短絡状態の場合には、ワイヤ送給の逆回転送給量を１から突出し量の２／３ｍｍに制御する請求項１から３の何れかに記載のアークスタート方法。
【請求項６】
溶接電流の有無を検出する溶接電流検出回路と、ワイヤが被溶接物に接触短絡しているか非接触でアーク状態かを判定して信号を出力するワイヤ短絡検出回路と、前記溶接電流検出回路と前記ワイヤ短絡検出回路との出力信号を入力信号とし、ワイヤ送給モータに対してワイヤの正逆回転送給または送給停止するための信号を出力する出力制御回路を設けた消耗電極用溶接装置。
【請求項７】
溶接電流の有無を検出する溶接電流検出回路と、ワイヤが被溶接物に接触短絡しているか非接触でアーク状態かを判定して信号を出力するワイヤ短絡検出回路と、前記溶接電流検出回路と前記ワイヤ短絡検出回路との出力信号を送信する送信回路と、前記送信回路から信号を受信する受信回路と、前記受信回路の出力信号を受けてワイヤ送給モータに対してワイヤの正逆回転送給または送給停止するための信号を出力する出力制御回路を設けた消耗電極用溶接装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、消耗電極であるワイヤを連続的に送給しながらアーク溶接を行うアークスタート方法及び消耗電極用溶接装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来の消耗電極用溶接装置においては、溶接開始のアーク状態を円滑にさせるために図１１の信号波形に示すアークスタートの制御方法がとられていた（例えば特許文献１参照）。
【０００３】
すなわち、溶接電流無を検出している間、ワイヤ送給モータをＯＮしてスローダウン速度のワイヤを送給し、ワイヤを被溶接物に接触させて初期短絡電流を通電検出し（図１１の時間ｔ１）、短絡状態を検知している間、モータＯＮ／ＯＦＦ切換信号ＫをＯＦＦしてワイヤ送給を停止させ、アーク状態を検出した（図１１の時間ｔ２）後にモータＯＮ／ＯＦＦ切換信号ＫをＯＮし、定常溶接速度のワイヤ送給にある一定の傾きをもって復帰させるアークスタート方法をとっていた。
【特許文献１】特開平２−２７４３７８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
一般にアークスタートが良好な瞬時スタートを行うためにはワイヤ先端と被溶接物との間の接触抵抗を大きくした状態で、ワイヤ先端部分を選択的に加熱溶融させ、この部分にアーク発生させることが必要である。
【０００５】
しかし、従来のアークスタート制御方法では、ワイヤ先端にスラグ等の絶縁膜が介在する場合、前記絶縁膜をワイヤ押付力によって機械的に破壊し、初期短絡電流を通電させることになるが、この場合、通電までの間に送給されトーチ内に滞留したワイヤが通電に伴ってワイヤと被溶接物の接触部に押し出され、その部分の接触抵抗が減少するため、良好なアークスタートができないという課題を有していた。
【０００６】
特にアルミニウムワイヤなどの固有抵抗率が低いために溶融しにくい場合には瞬時スタート状態と長時間短絡スタート状態の２種類の状態が発生しており、瞬時スタートとは、ワイヤを被溶接物に接触させ初期短絡電流の通電を検出し、短絡状態を検出した後に数ｍｓと直ちにアーク発生するスタート状態のことであり、長時間短絡スタート状態とは、ワイヤを被溶接物に接触させ初期短絡電流の通電を検出し、短絡状態を検出し数十ｍｓ後にアーク発生するスタート状態のことであるが、前記長時間短絡スタートのような状態では、ワイヤ表面状態や先端形状等の差異による影響を受け、ワイヤと被溶接物の接触部の接触抵抗が減少するためワイヤの半溶融状態が続いてアーク発生に時間がかかり、短絡状態を検出してからワイヤ停止するまでの押付力が加わりワイヤ変形から座屈状態を発生させワイヤ燃え上がりにつながり、ワイヤが通電チップに溶着する等の課題を発生させていた。
【０００７】
この結果ワイヤ変形や座屈からワイヤ燃え上がり等を発生させて均一なアークスタート状態が得られなかった。
【０００８】
本発明は、ワイヤ変形や座屈からワイヤ燃え上がり等を発生させず均一な安定したアークスタートを行えるアークスタート方法及び消耗電極用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】
上記課題を解決するために本発明は、ワイヤ変形や座屈からワイヤ燃え上がり等を発生させる確率が高い長時間短絡スタートの場合にはワイヤが被溶接物に接触してからアークが発生するまでにワイヤ送給を逆回転送給する。
【００１０】
そして、この方法によりワイヤ表面状態、先端形状、ワイヤ径、ワイヤ材質等に関係なく、逆回転送給によりワイヤ短絡から解放され、直ちにアーク発生し、ワイヤ変形や座屈等をおこすことなく、円滑かつ均一なアークスタート性能を得ることができるものである。
【発明の効果】
【００１１】
以上のように、本発明によれば、ワイヤが被溶接物に接触して一定時間後に短絡状態を検出した場合にはワイヤ送給を逆回転送給し短絡解放することにより、ワイヤ変形や座屈からワイヤ燃え上がり等を発生させる長時間短絡スタートの状態は発生せず、特にアルミニウムワイヤ等に対しては円滑かつ均一なアークスタート性能を得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下、本発明の実施の形態について、図１から図１０を用いて説明する。
（実施の形態１）
図６および図７において、１は溶接用電源入力端子、２は溶接用変圧器、３は整流素子、４は溶接出力制御端子、５は溶接性能調整用リアクトル、６は電流検出器、７は溶接用電源出力端子、８は通電用コンタクトチップ、９はワイヤ、１０は被溶接物、１１は溶接アーク、１２はワイヤ送給モータ、１３は溶接電流検出回路、１４はワイヤ短絡検出回路、１５は出力制御回路、１６はマイクロコンピュータ、１７はガバナ回路、１８はモータ駆動電圧指令回路、１９はモータ駆動ＯＮ／ＯＦＦ切換回路、２０はモータ極性切換回路、２１は送信回路、２２は受信回路である。
【００１３】
以上のように構成された消耗電極用溶接装置について、その制御方法を説明する。
【００１４】
ワイヤ短絡検出回路１４は一対の溶接用電源出力端子間に接続され、溶接出力電圧が一定値以上か未満かを判定してこの判定結果によりワイヤ９が被溶接物１０に接触短絡しているか非接触で溶接アークを発生しているかを判定して信号Ｓを出力する。
【００１５】
溶接電流検出回路１３は溶接電流の有無を検出して検出信号Ａを出力する。
【００１６】
出力制御回路１５は検出信号Ａと信号Ｓを入力とし、ワイヤ送給モータ１２に対し定常溶接速度への信号Ｍを出力する。
【００１７】
なお、図４のようにワイヤ送給モータ１２に対し定常溶接速度まである一定の傾きをもった信号Ｍを出力する構成であってもよい。
【００１８】
さらに、出力制御回路１５が検出信号Ａと信号Ｓを入力する構成としては、図７のように送信回路２１から受信回路２２を介して入力する構成であってもよい。
【００１９】
次に出力制御回路１５はマイクロコンピュータ１６とモータ駆動用のガバナ回路１７から構成される。またガバナ回路１７はモータ駆動電圧指令回路１８とモータＯＮ／ＯＦＦ切換回路１９とモータ極性切換回路２０から構成される。マイクロコンピュータ１６に検出信号Ａと信号Ｓを入力し、図８に示すプログラミングに従ってワイヤ送給速度を電圧レベルによりモータ駆動電圧指令回路１８に信号Ｖを出力し、モータＯＮ／ＯＦＦ切換回路１９に信号Ｎを出力、またモータ極性切換回路２０に信号Ｋを出力する。マイクロコンピュータ１６からガバナ回路１７への信号Ｖ，Ｎ、Ｋをワイヤ送給モータへの命令信号Ｍに変換して出力する。
【００２０】
次に前記構成における作用を図１（Ａ、Ｂ）と図８に示すプログラミングに従って説明する。
【００２１】
溶接開始時は、出力制御回路１５はワイヤ送給モータ１２にスローダウン速度の出力信号を送る。スローダウン速度で送給されてきてワイヤ９が被溶接物１０に接触短絡する（図１の時間ｔ１）と溶接電流検出信号Ａは溶接電流有の状態を出力する。同時にワイヤ短絡検出信号Ｓはワイヤ短絡の状態を出力する。マイクロコンピュータ１６は溶接電流有の信号Ａとワイヤ短絡の信号Ｓを受けてから一定時間後（図１の時間ｔ２）に、アークの状態の場合には今までのスローダウン速度を継続し、またワイヤ短絡の状態の場合にはモータ極性切換信号Ｋは逆回転とし、ガバナ回路のモータ極性切換回路２０に送りワイヤ送給モータ１２への命令信号Ｍはワイヤ逆回転送給となる。さらに図５のように、ワイヤ逆回転送給量を１〜突出し量の２／３ｍｍと制御することが安定した定常溶接へと移行することができる。
【００２２】
これらの制御状態が継続されることによりワイヤ９は短絡状態から解放され、アーク発生する（図１の時間ｔ３）。この結果、ワイヤ短絡検出信号Ｓはアークの状態へ反転するのでモータ極性切換信号Ｋは正回転とし、ガバナ回路１７のモータ極性切換回路２０はワイヤ送給モータ１２にスローダウン速度への復帰する出力信号Ｍを出力する。
【００２３】
以上のように、本実施の形態によれば溶接電流有の信号Ａとワイヤ短絡の信号Ｓを受けてから一定時間後にワイヤ短絡の状態の場合にはワイヤ逆回転送給することによりワイヤ９は短絡状態から解放され、アーク発生させることができる。
（実施の形態２）
本実施の形態において実施の形態１と同様の構成については同一の番号を付して詳細な説明を省略する。
【００２４】
実施の形態１と同様の構成における作用を図２（Ａ，Ｂ）と図９に示すプログラミングに従って説明する。
【００２５】
溶接開始時は、出力制御回路１５はワイヤ送給モータ１２にスローダウン速度の出力信号を送る。スローダウン速度で送給されてきてワイヤ９が被溶接物１０に接触短絡する（図２の時間ｔ１）と溶接電流検出信号Ａは溶接電流有の状態を出力する。同時にワイヤ短絡検出信号Ｓはワイヤ短絡の状態を出力する。マイクロコンピュータ１６は溶接電流有の信号Ａとワイヤ短絡の信号Ｓを受けているのでモータＯＮ／ＯＦＦ切換信号ＮはＯＦＦを出力とし、ガバナ回路のモータＯＮ／ＯＦＦ切換回路１９に送りワイヤ送給モータ１２への命令信号Ｍはワイヤ送給停止となる。さらに一定時間後（図２の時間ｔ２）に、アークの状態の場合にはワイヤ短絡検出信号Ｓはアークの状態へ反転するのでモータＯＮ／ＯＦＦ切換信号ＮはＯＮを出力とし、ガバナ回路のモータＯＮ／ＯＦＦ切換回路１９に送りワイヤ送給モータ１２にスローダウン速度への復帰する出力信号Ｍを出力する。またワイヤ短絡の状態の場合にはモータＯＮ／ＯＦＦ切換信号ＮはＯＮを出力としてモータ極性切換信号Ｋは逆回転とし、ガバナ回路１７のモータ極性切換回路２０に送りワイヤ送給モータ１２への命令信号Ｍはワイヤ逆回転送給となる。さらに、ワイヤ逆回転送給量を１〜突出し量の２／３ｍｍと制御することが安定した定常溶接へと移行することができる。これらの制御状態が継続されることによりワイヤ９は短絡状態から解放され、アークが発生する（図２の時間ｔ３）。
【００２６】
この結果、ワイヤ短絡検出信号Ｓはアークの状態へ反転するのでモータ極性切換信号Ｋは正回転とし、ガバナ回路１７のモータ極性切換回路２０はワイヤ送給モータ１２にスローダウン速度への復帰する出力信号Ｍを出力する。
【００２７】
本実施の形態で実施の形態１と異なるのは、マイクロコンピュータ１６が溶接電流有の信号Ａとワイヤ短絡の信号Ｓを受けてモータＯＮ／ＯＦＦ切換信号ＮがＯＦＦを出力し、モータＯＮ／ＯＦＦ切換回路１９に送りワイヤ送給モータ１２への命令信号Ｍを送給停止とした点である。
【００２８】
以上のように、本実施の形態によれば溶接電流有の信号Ａとワイヤ短絡の信号Ｓを受けているのでワイヤ短絡の状態を検出してワイヤ送給を停止し、一定時間後にワイヤ短絡の状態の場合にはワイヤ９を逆回転送給することにより溶接ワイヤは短絡状態から解放され、アーク発生させることができる。
【００２９】
これは、実施の形態１よりもさらに素早くアーク発生させることができるものである。
（実施の形態３）
本実施の形態において実施の形態１と同様の構成については同一の番号を付して詳細な説明を省略する。
【００３０】
実施の形態１と同様の構成における作用を図３（Ａ、Ｂ）と図１０に示すプログラミングに従って説明する。
【００３１】
溶接開始時は、出力制御回路１５はワイヤ送給モータ１２にスローダウン速度の出力信号を送る。スローダウン速度で送給されてきてワイヤ９が被溶接物１０に接触短絡する（図３の時間ｔ１）と溶接電流検出信号Ａは溶接電流有の状態を出力する。同時にワイヤ短絡検出信号Ｓはワイヤ短絡の状態を出力する。マイクロコンピュータ１６は溶接電流有の信号Ａとワイヤ短絡の信号Ｓを受けているのでモータ極性切換信号Ｋは逆回転を出力とし、ガバナ回路のモータ極性切換回路２０に送りワイヤ送給モータ１２への命令信号Ｍはワイヤ逆回転送給となる。さらに、ワイヤ逆回転送給量を１〜突出し量の２／３ｍｍと制御することが安定した定常溶接へと移行することができる。一定時間後（図３の時間ｔ２）に、アークの状態の場合にはワイヤ短絡検出信号Ｓはアークの状態へ反転するのでモータ極性切換信号Ｋは正回転を出力とし、モータ極性切換回路に送りワイヤ送給モータ１２にスローダウン速度まで復帰する出力信号Ｍを出力する。またワイヤ短絡の状態の場合には制御状態を継続することによりワイヤは短絡状態から解放され、アーク発生する（図３の時間ｔ３）。
【００３２】
この結果ワイヤ短絡検出信号Ｓはアークの状態へ反転するのでモータ極性切換信号Ｋは正回転とし、ガバナ回路１７のモータ極性切換回路２０はワイヤ送給モータ１２にスローダウン速度まで復帰する出力信号Ｍを出力する。
【００３３】
本実施の形態で実施の形態１と異なるのは、マイクロコンピュータ１６が溶接電流有の信号Ａとワイヤ短絡の信号Ｓを受けてモータ極性切換信号Ｋは逆回転を出力とし、モータ極性切換回路２０に送りワイヤ送給モータ１２への命令信号Ｍは逆回転送給とした点である。
【００３４】
以上のように、本実施の形態によれば溶接電流有の信号Ａとワイヤ短絡の信号Ｓを受けているのでワイヤ短絡の状態を検出してワイヤ逆回転送給し、一定時間後にワイヤ短絡の状態の場合には制御状態を継続することによりワイヤ９は短絡状態から解放され、アーク発生させることができる。
【００３５】
これは、実施の形態２よりもさらにアーク発生させることができるものである。
【産業上の利用可能性】
【００３６】
本発明によれば、ワイヤ表面状態や先端形状等の差異による影響を受けてワイヤ停止するまでの押付力が加わりワイヤ変形から座屈事故を発生させワイヤ燃え上がり等を発生させていたアークスタート状態を防止し、ワイヤ表面状態、先端形状、ワイヤ径、ワイヤ材質等に関係なく、均一かつ安定したアークスタート状態を提供することでき、消耗電極である溶接ワイヤを連続的に送給しながらアーク溶接を行う消耗電極用溶接装置に有用である。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１】本発明の実施の形態１における信号波形図で、（Ａ）は瞬時スタート時、（Ｂ）は長時間短絡スタート時の信号波形図
【図２】本発明の実施の形態２における信号波形図で、（Ａ）は瞬時スタート時、（Ｂ）は長時間短絡スタート時の信号波形図
【図３】本発明の実施の形態３における信号波形図で、（Ａ）は瞬時スタート時、（Ｂ）は長時間短絡スタート時の信号波形図
【図４】本発明の実施の形態１におけるアーク状態を検出した後にスローダウン速度へ一定の傾きをもって復帰した信号波形図
【図５】本発明の実施の形態１におけるワイヤ逆回転送給量を１〜突出し量の２／３ｍｍを引き戻した信号波形図
【図６】本発明の実施の形態における溶接装置のブロック図
【図７】本発明の実施の形態における溶接装置に送受信回路を設けたブロック図
【図８】本発明の実施の形態１のマイクロコンピュータのプログラミングフローチャート
【図９】本発明の実施の形態２のマイクロコンピュータのプログラミングフローチャート
【図１０】本発明の実施の形態３のマイクロコンピュータのプログラミングフローチャート
【図１１】従来例のアークスタート方法における信号波形図
【符号の説明】
【００３８】
１  溶接用電源入力端子
２  溶接用変圧器
３  整流素子
４  溶接出力制御端子
５  溶接性能調整用リアクトル
６  電流検出器
７  溶接用電源出力端子
８  通電用コンタクトチップ
９  ワイヤ
１０  被溶接物
１１  溶接アーク
１２  ワイヤ送給モータ
１３  溶接電流検出回路
１４  ワイヤ短絡検出回路
１５  出力制御回路
１６  マイクロコンピュータ
１７  ガバナ回路
１８  モータ駆動電圧指令回路
１９  モータ駆動ＯＮ／ＯＦＦ切換回路
２０  モータ極性切換回路
２１  送信回路
２２  受信回路
【図１】
2005288454.tif 000003
【図２】
2005288454.tif 000004
【図３】
2005288454.tif 000005
【図４】
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【図５】
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【図６】
2005288454.tif 000008
【図７】
2005288454.tif 000009
【図８】
2005288454.tif 000010
【図９】
2005288454.tif 000011
【図１０】
2005288454.tif 000012
【図１１】
2005288454.tif 000013