(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
検出されたアーク期間中の溶接電圧のみを微分するアーク電圧微分器の微分値と、微分値設定器の基準微分値とを入力して、前記微分値が基準微分値を超えたときに溶滴離脱検知信号を比較器より出力する溶滴離脱検知手段と、前記溶滴離脱検知信号と補正電流設定器からの設定信号と補正時間設定器からの設定信号によって出力補正器から出力補正信号を出力する出力補正手段と、前記出力補正信号を受け溶接電源の出力制御素子の出力制御を行う出力制御器とを備え、前記出力補正手段の前記補正時間設定器は、その補正時間がワイヤ送給速度に応じて変化するようにした消耗電極式アーク溶接機の出力制御装置。
【請求項２】
検出されたアーク期間中の溶接電圧のみを微分するアーク電圧微分器の微分値と、微分値設定器の基準微分値とを入力して、前記微分値が基準微分値を超えたときに溶滴離脱検知信号を比較器より出力する溶滴離脱検知手段と、前記溶滴離脱検知信号と補正電流設定器からの設定信号と補正時間設定器からの設定信号によって出力補正器から出力補正信号を出力する出力補正手段と、前記出力補正信号を受け溶接電源の出力制御素子の出力制御を行う出力制御器とを備え、前記出力補正手段の前記補正時間設定器は、その補正時間が溶接電圧に応じて変化するようにした消耗電極式アーク溶接機の出力制御装置。
【請求項３】
検出されたアーク期間中の溶接電圧のみを微分するアーク電圧微分器の微分値と、微分値設定器の基準微分値とを入力して、前記微分値が基準微分値を超えたときに溶滴離脱検知信号を比較器より出力する溶滴離脱検知手段と、前記溶滴離脱検知信号と補正電流設定器からの設定信号と補正時間設定器からの設定信号によって出力補正器から出力補正信号を出力する出力補正手段と、前記出力補正信号を受け溶接電源の出力制御素子の出力制御を行う出力制御器とを備え、前記出力補正手段の前記補正時間設定器は、その補正時間がワイヤ送給速度と溶接電圧との両者に応じて変化するようにした消耗電極式アーク溶接機の出力制御装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、消耗電極（以下、ワイヤと称する）を自動送給して溶接する消耗電極式アーク溶接において、グロビューラ（ｇｌｏｂｕｌａｒ）移行の多い中高電流領域において溶接中に発生するスパッタを大幅に低減させた消耗電極式アーク溶接機の出力制御装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
炭酸ガスをシールドガスとして使用する消耗電極式アーク溶接機は、溶接パフォーマンスがきわめて高いことから広く使用されているが、スパッタ発生量が多い欠点を有している。溶接自動化の進行とともにスパッタ低減が強く要求されてきている。
【０００３】
従来の消耗電極式アーク溶接機は、中小電流領域において、図３に示すようにアークと短絡との繰り返しでワイヤを溶融・移行させることによって安定に行われている。溶滴はアーク期間にワイヤ端に形成され、続く短絡期間に溶融池と接触して短絡電流から発生した強い電磁的ピンチ力によって溶融池に移行する。その後、再びアークが発生する。そして、スパッタは主に溶滴が溶融池に移行してからの再度アーク発生時に発生する。短絡に伴って発生するスパッタを低減させるために従来から図４に示すように、短絡したワイヤと溶滴の接触部のくびれを検知して再度アーク発生値前に短絡電流を低下させ、低い電流で再度アーク発生をさせることによって短絡に伴うスパッタ発生量の低減を図ってきた。このような従来例では、短絡移行が主要な移行形態である中小電流領域においてスパッタを低減させる効果があったが、短絡が伴う限りスパッタを低減させる効果には限界があった。
【０００４】
一方、中高電流領域ではグロビューラ移行が主な移行形態となり、スパッタは短絡によって発生するのみではなく、ワイヤ端から離脱して溶融池へ移行する途中の溶滴がアークの強い反力を受けて飛び散ることによって発生するものが増えてくる。また、グロビューラ移行を伴う溶接の電圧と電流波形の一例を図５に示す。このグロビューラ移行時に溶滴が離脱するとアーク長が長くなるので、アーク電圧にスパイク状の電圧上昇が認められる。この時、ワイヤ端から離脱して移行する途中の溶滴がアーク力の影響を受けてスパッタになりやすい。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
以上のように、従来の消耗電極式アーク溶接機の出力制御装置では、短絡電流波形を制御することによって短絡移行が主な移行形態である中小電流領域のスパッタ発生を低減させることができたが、グロビューラ移行が主な移行形態である中高電流領域のアークの反発力によるスパッタを低減させることが不可能である。
【０００６】
本発明は、前記従来の消耗電極式アーク溶接機のスパッタ発生量を低減させるものであり、グロビューラ移行中の溶滴にかかるアーク力を最小限に押さえることによってスパッタ発生量を低減させることができる消耗電極式アーク溶接機の出力制御装置を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
この目的を達成するために、本発明の第１手段は、アーク電圧微分器と微分値設定器の各信号を比較器により比較する溶滴離脱検知手段と、補正電流設定器と補正時間設定器と出力補正器を有する出力補正手段と、出力制御器を備えたものである。また、第１手段の出力補正手段の補正時間設定器は、その補正時間がワイヤ送給速度に応じて変化するようにしたものである。
【０００８】
また、本発明の第２手段は、出力補正手段の補正時間設定器は、その補正時間が溶接電圧に応じて変化するようにしたものである。
【０００９】
さらに、本発明の第３手段は、出力補正手段の補正時間設定器は、その補正時間がワイヤ送給速度と溶接電圧との両者に応じて変化するようにしたものである。
【００１０】
【発明の実施の形態】
上記本発明の第１手段において、溶滴離脱検出手段は、アーク期間中の溶接電圧の検出値に基づき溶滴離脱タイミングを検出するものであり、前記検出電圧がアーク電圧微分器によって微分されてその微分値を比較器により微分値設定器の基準の微分値と比較し、前記微分値が前記基準微分値を超えた時に溶滴離脱が発生したとして溶滴離脱検知信号を出力するものである。
【００１１】
さらに、出力補正手段は、溶滴離脱検知信号に基づき溶接出力を補正するものであり、前記溶滴離脱検出信号が入力された時点から所定の補正時間の間は所定の補正電流を出力した後、再びアーク期間から始まるよう出力補正信号を出力するものである。また、補正時間と補正電流はそれぞれ補正時間設定器と補正電流設定器によって設定される。
【００１２】
さらに、上記本発明の第２手段ないし第４手段において、出力補正手段の補正時間設定器はワイヤ送給速度や溶接電圧やそれら両者によってその補正時間を変化させることができる。
【００１３】
以下、本発明の実施の形態につき図１および図２に沿って説明する。１は溶接電源の出力制御素子、２は前記出力制御素子１の出力を溶接に適した電圧に降圧するトランス、３はダイオードからなる整流部、４はリアクタ、５はワイヤ送給モータ６により溶接トーチ７を経由して電極８から母材９の溶接箇所に向かって送給されるワイヤ、１０はシャント、１１はシャント１０の信号を入力して溶接電流を検出する電流検出器、１２は溶接電圧を検出する電圧検出器、１３はアーク期間中の溶接電圧のみを微分するアーク電圧微分器１４の微分信号と微分値設定器１５の設定信号とを入力して、前記微分信号が前記設定信号を超えた時に溶滴がワイヤ端から離脱したと見なして溶滴離脱検知信号を出力する比較器、１６は補正時間設定器１７と補正電流設定器１８との設定信号を入力して前記比較器１３からの溶滴離脱検知信号を受けてから出力補正信号を出力する出力補正器、１９は電圧検出器１２の検出電圧と基準電圧設定器２０の設定電圧を入力し、前記検出電圧が前記設定電圧以下に低下した時にワイヤ５が母材９と短絡したと見なして短絡信号を出力するが、それ以外の時にアーク信号を出力する比較器である。２１は出力制御器であり、電流検出器１１と電圧検出器１２と出力補正器１６と比較器１９との出力信号を入力して出力制御素子１を制御することによって溶接出力を制御するものである。５０は溶滴離脱検知手段で溶接中、電圧検出器１２の検出電圧と短絡検知手段５２の検出信号とが入力され、溶滴離脱検出手段５０のアーク電圧微分器１４は、アーク期間中の前記検出電圧のみを微分してその微分値を比較器１３に出力する。比較器１３は、前記微分値と微分値設定器１５の基準微分値とを比較演算し、前記微分値が前記基準微分値を超えた時に溶滴離脱検知信号を出力補正手段５１に出力する。すなわち、溶滴がワイヤ端から離脱するとアーク長が急激に長くなり電圧が上昇する。後述するが、アーク期間中に電圧制御を行うと、アーク長が長くなり電圧が上昇した場合、アーク電圧が一定の指令電圧になるように出力制御器２１が出力制御素子１を制御することによって溶接出力を下げるように働く。また、アーク電圧を微分することによってこのアーク電圧が上昇したタイミングを検知することができる。前述したように、このアーク電圧が上昇したタイミングを溶滴がワイヤ端から離脱したタイミングと見なせる。
【００１４】
また、５１は出力補正手段で、その出力補正器１６は、前記溶滴離脱検知手段５０の溶滴離脱検知信号を受けると、前記溶滴離脱検知信号を開始点として補正時間設定器１７で設定した補正時間ｔｒの間は溶接電流が補正電流設定器１８で設定した補正電流Ｉｒになるよう、出力補正信号を出力制御器２１に出力する。補正時間ｔｒと補正電流Ｉｒについて説明するとつぎのようになる。補正電流Ｉｒは、溶滴がワイヤ端から離脱して溶融池に移行する時に溶滴にかかるアーク力が十分小さく、溶滴が飛び散ることなく、安定に溶融池に移行できるレベルに設定されている。離脱した溶滴が飛び散りスパッタになること防止する効果を向上させるために補正電流Ｉｒが低ければ低いほどよいが、アーク切れが起こらない程度に設定する必要がある。一方、補正時間ｔｒは、溶滴が離脱して溶融池に完全に吸収されるのに必要な時間である。
【００１５】
つぎに、出力制御器２１の動作を説明する。溶接中、出力制御器２１は電流検出器１１の検出電流と、電圧検出器１２の検出電圧と、出力補正手段５１の出力補正信号と、短絡検知手段５２のアーク・短絡信号とを入力し、出力制御素子１を制御することによって溶接出力を制御する。その動作はつぎの通りである。出力補正手段５１の出力補正信号が入力されない場合、アーク期間中は電圧検出器１２の検出電圧がアーク電圧設定手段（図示せず）の設定電圧値になるように、短絡期間中は電流検出器１１の検出電流が短絡電流設定手段（図示せず）の設定電流値になるように出力制御素子１へ出力制御信号を出力する。一方、出力補正信号が入力された場合、すなわち、溶滴離脱が検出された場合は、出力補正信号に基づき補正時間ｔｒの間だけ電流検出器１１の検出電流が補正電流Ｉｒになるように出力制御素子１へ出力信号を出力する。そして、補正時間ｔｒの間に溶滴が補正電流Ｉｒから発生する弱いアーク力の状態で溶融池へ移行するので、スパッタになりにくい。本実施の形態で得られた溶接電圧と溶接電流の波形を図２に示す。以上のような動作で、グロビューラ移行時にアークの強い反発力の影響で発生するスパッタ量を大幅に低減させることができる。
【００１６】
つぎに、出力補正手段の補正時間設定器は、その補正時間ｔｒをワイヤ送給速度に応じて変化するようにすることができるものである。すなわち、アーク電圧（アーク長）が一定の場合はワイヤ送給速度が異なると、補正時間ｔｒの間に溶融池へ向かって送給されたワイヤの長さも異なる。補正時間ｔｒの間に送給されたワイヤが溶融池と短絡することのないように補正時間ｔｒを設定しなければならない。そうすることによって、補正時間ｔｒの期間中の短絡を防ぐことができる。
【００１７】
また、出力補正手段の補正時間設定器は、その補正時間ｔｒを溶接電圧に応じて変化するようにすることができるものである。すなわち、ワイヤ送給速度が一定の場合は溶接電圧によりアーク長が異なるので、補正時間ｔｒの間に送給されたワイヤが溶融池と短絡することなく送給できる時間も異なる。したがって、溶接電圧に応じて補正時間ｔｒを設定しなければならない。そうすることによって、補正時間ｔｒの期間中の短絡を防ぐことができる。
【００１８】
そして、出力補正手段の補正時間設定器は、その補正時間ｔｒをワイヤ送給速度と溶接電圧の両者に応じて変化するようにすることができるものであり、補正時間ｔｒの期間中の短絡を防ぐのに両者の相乗効果を組合せたものである。
【００１９】
【発明の効果】
以上のように、本発明の第１手段によれば、溶滴離脱検知手段によって溶滴離脱が検出されたタイミングから出力補正手段の補正時間設定器による補正時間だけ溶接電流を設定された補正電流に低下させることによって、溶滴を補正電流から発生する弱いアーク力の状態で溶融池へ移行させることができ、中高電流領域におけるグロビューラ移行時にアークの強い反発力の影響で発生するスパッタ量を大幅に低減させることができる。
【００２０】
また、本発明の第２手段によれば、第１手段の出力補正手段の補正時間設定器は、補正時間がワイヤ送給速度に応じて変化するようにしたもので、離脱した溶滴が補正時間の間にアーク力の影響をほとんど受けることなく溶融池へ移行するとともに、補正時間の期間中にワイヤと溶融池の短絡を防ぐことができる。
【００２１】
また、本発明の第３手段によれば、第１手段の出力補正手段の補正時間設定器は、補正時間が溶接電圧に応じて変化するようにしたもので、離脱した溶滴が補正時間の間にアーク力の影響をほとんど受けることなく溶融池へ移行するとともに、補正時間の期間中にワイヤと溶融池の短絡を防ぐことができる。
【００２２】
また、本発明の第４手段によれば、第１手段の出力補正手段の補正時間設定器は、補正時間がワイヤ送給速度と溶接電圧の両者に応じて変化するようにしたもので、前記両者の相乗効果により、より確実に、補正時間の期間中にワイヤと溶融池の短絡を防ぐことができるものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態における消耗電極式アーク溶接機の出力制御装置の構成を示すブロック図
【図２】同実施の形態における溶接電圧と溶接電流を示す波形図
【図３】従来の消耗電極式アーク溶接機の小電流領域の溶接電圧と溶接電流を示す波形図
【図４】従来の消耗電極式アーク溶接機の小電流領域の溶接電圧と溶接電流を示す波形図
【図５】従来の消耗電極式アーク溶接機の中高電流領域の溶接電圧と溶接電流を示す波形図
【符号の説明】
１    出力制御素子
１１  電流検出器
１２  電圧検出器
１３  比較器
１４  アーク電圧微分器
１５  微分値設定器
１６  出力補正器
１７  補正時間設定器
１８  補正電流設定器
２１  出力制御器
５０  溶滴離脱検知手段
５１  出力補正手段
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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