説明

アークスタート制御方法

【課題】 溶接ワイヤを被溶接物に一旦接触させた後に引き離してアークを発生させるスタート方法において、前記接触時に溶接ワイヤが被溶接物に溶着することを防止する。
【解決手段】 本発明は、溶接開始に際して、溶接ワイヤを被溶接物に接触させ、この接触を判別すると初期電流を通電すると共に溶接ワイヤを被溶接物から引き離し、この引き離しによって初期アークが発生した後に定常アークに移行させるアークスタート制御方法において、前記溶接ワイヤと被溶接物との接触の判別動作が、溶接電源装置に内蔵又は外部に設置された接触判別電圧印加回路VTから溶接ワイヤと被溶接物との間に接触判別電圧を印加して前記両者が接触すると1[mA]以上3[A]以下の接触判別電流が通電することを判別することによって行う接触の判別動作である、ことを特徴とするアークスタート制御方法である。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、正逆回転が可能なワイヤ送給モータによって、溶接ワイヤを被溶接物へ前進送給及び後退送給してアークスタートさせる消耗電極ガスシールドアーク溶接のアークスタート制御方法に関する。
【背景技術】
【0002】
ワイヤ送給モータを正回転させて溶接ワイヤを被溶接物へ前進送給し、溶接ワイヤが被溶接物に接触したことを判別するとワイヤ送給モータを逆回転させて溶接ワイヤを被溶接物から後退送給し、同時に予め定めた小電流値の初期電流Isを通電し、上記の後退送給によって溶接ワイヤが被溶接物から離れて初期アークが発生すると溶接ワイヤを予め定めた定常の送給速度で再前進送給し、同時に定常の出力電流Icを通電して、初期アーク発生状態から定常のアーク発生状態へと移行させる消耗電極ガスシールドアーク溶接のアークスタート制御方法が従来から知られている。以下、この従来技術のアークスタート制御方法について図面を参照して説明する。
【0003】
図8は、消耗電極ガスシールドアーク溶接用の溶接装置の構成図である。以下、同図を参照して説明する。
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5aによって、溶接トーチ4を通って送給される。ワイヤ送給モータWMが正回転すると溶接ワイヤ1は被溶接物2へ前進送給され、逆回転すると溶接ワイヤ1は被溶接物2から離れる方向に後退送給される。溶接電源装置PSから出力される出力電圧Vwは、溶接トーチ4の先端に取り付けられたコンタクトチップ4aによって溶接ワイヤ1に給電される。そして、溶接ワイヤ1と被溶接物2との間が接触(短絡)状態又はアーク発生状態3にあるときは、出力電流Iwが通電する。他方、溶接ワイヤ1と被溶接物2とが離れている無負荷状態のときは、出力電圧Vwは溶接電源装置PSから出力される最大電圧値である無負荷電圧Vnlとなり、出力電流Iwは通電しない。また、溶接ワイヤ1の先端と被溶接物2との最短距離が、ワイヤ先端・被溶接物間距離Lw[mm]となる。したがって、アーク発生中のワイヤ先端・被溶接物間距離Lwはアーク長と等しくなる。
【0004】
図9は、前述した従来技術のアークスタート制御方法を実施するための溶接電源装置PSのブロック図である。以下、同図を参照して各回路ブロックについて説明する。
【0005】
電圧検出回路VDは、出力電圧Vwを検出して電圧検出信号Vdを出力する。短絡/アーク判別回路SAは、上記の電圧検出信号Vdを入力としてその電圧値によって判別して、溶接ワイヤ1と被溶接物2との間が接触状態のときは短絡信号(Highレベル)を、アーク発生状態のときはアーク発生信号(Lowレベル)を、短絡/アーク判別信号Saとして出力する。ただし、後述するように初期アーク発生後に再前進送給へ切り換えるタイミングを遅延するために、上記の短絡/アーク判別信号Saは短絡信号からアーク発生信号への変化時点が予め定めた遅延時間Tdだけオフディレイされた信号となる。
【0006】
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。送給制御回路FCは、外部から溶接開始信号Stが入力(Highレベル)されると、溶接ワイヤ1を被溶接物2へ予め定めた初期送給速度Wiで前進送給し、上記の短絡/アーク判別信号Saが短絡信号(Highレベル)に変化すると溶接ワイヤ1を被溶接物2から予め定めた後退送給速度Wrで後退送給し、上記の短絡/アーク判別信号Saがアーク発生信号(Lowレベル)に変化すると溶接ワイヤ1を被溶接物2へ上記の定常の送給速度Wsで再前進送給するための送給制御信号Fcを出力する。ワイヤ送給モータWMは、図8の説明の項で前述したように、上記の送給制御信号Fcに従って溶接ワイヤ1を前進送給又は後退送給する。
【0007】
電圧設定回路VSは、溶接電源装置PSの出力電圧Vwを設定するための電圧設定信号Vsを出力する。出力制御回路INVは、商用電源(通常は3相200V)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を安定に維持するために適した出力電圧Vw及び出力電流Iwを出力する。この出力制御回路INVは、外部から溶接開始信号Stが入力(Highレベル)された時点から上記の短絡/アーク判別信号Saが短絡信号(Highレベル)からアーク発生信号(Lowレベル)へ変化する時点までの間は、後述する図10(E)に示す予め定めた小電流値の初期電流Isを通電するための定電流特性又は垂下特性を形成して出力し、それ以降は上記の定常の送給速度Wsに対応した、後述する図10(E)に示す定常の出力電流Icを通電するための上記の電圧設定信号Vsに相当する定電圧特性を形成して出力し、上記の溶接開始信号Stの入力が終了(Lowレベル)すると出力を停止する。
【0008】
図10は、図9で上述した溶接電源装置PSの各信号のタイミングチャートである。同図(A)は溶接開始信号Stの時間変化を示し、同図(B)は送給制御信号Fcの時間変化を示し、同図(C)は短絡/アーク判別信号Saの時間変化を示し、同図(D)は出力電圧Vwの時間変化を示し、同図(E)は出力電流Iwの時間変化を示し、同図(F)はワイヤ先端・被溶接物間距離Lwの時間変化を示し、同図(G1)〜(G5)は各時刻における溶接ワイヤ1の送給状態を示す。以下、同図を参照して説明する。
【0009】
(1) 時刻t1〜t2の期間(前進送給期間)
時刻t1において、同図(A)に示すように、溶接開始信号Stが外部から入力(Highレベル)されると、同図(B)に示すように、送給制御信号Fcは正の値の初期送給速度設定値Wiとなり、同図(G1)に示すように、溶接ワイヤ1は被溶接物2へ初期送給速度Wiで前進送給される。なお、送給制御信号Fcが正の値のときは前進送給となり、負の値のときは後退送給となる。
また、図9の説明の項で前述したように、この期間中の出力制御回路INVは定電流特性又は垂下特性を形成して出力しているが、溶接ワイヤ1と被溶接物2とは離れて無負荷状態にあるために、同図(D)に示すように、出力電圧Vwは最大電圧値の無負荷電圧Vnlになる。
一方、同図(F)に示すように、この期間中のワイヤ先端・被溶接物間距離Lwは、時間経過に伴い次第に短くなる。
【0010】
(2) 時刻t2〜t3の期間(後退送給期間)
時刻t2において、同図(G2)に示すように、上記(1)項の前進送給によって溶接ワイヤ1が被溶接物2に接触すると、同図(D)に示すように、出力電圧Vwが数[V]程度の低い値に変化するので、同図(C)に示すように、短絡/アーク判別信号Saは短絡信号(Highレベル)に変化する。この変化に応じて、同図(B)に示すように、送給制御信号Fcは負の値の後退送給速度設定値Wrとなり、溶接ワイヤ1は被溶接物2から後退送給速度Wrで後退送給される。
同時に、図(E)に示すように、(1)項で上述した定電流特性又は垂下特性によって小電流値の初期電流Isが通電する。この初期電流Isの値は、数[A]〜数十[A]程度の小電流値に設定される。
一方、この期間中、溶接ワイヤ1は後退送給されているが、ワイヤ送給モータWMの正逆反転のためのモータ応答遅れ時間及び溶接ワイヤの溶接トーチ内での曲がりによる遊び分を後退送給するための遊び分送給遅れ時間のために、溶接ワイヤ1と被溶接物2とは接触状態のままである。したがって、同図(F)に示すように、この期間中のワイヤ先端・被溶接物間距離Lwは0[mm]のままである。
【0011】
(3) 時刻t3〜t4の期間(後退送給期間)
時刻t3直後において、同図(G3)に示すように、上記(2)項の後退送給によって溶接ワイヤ1と被溶接物2とが離れると、上記の初期電流Isが通電する初期アーク3aが発生する。初期アーク3aが発生すると、同図(D)に示すように、出力電圧Vwは初期アーク3aのアーク長(ワイヤ先端・被溶接物間距離Lw)に比例した値となる。また、初期アーク3aが発生した時刻t3直後から前述した遅延時間Tdが経過する時刻t4までの間は、同図(C)に示すように、短絡/アーク判別信号Saは短絡信号(Highレベル)のままである。そのために、同図(G4)に示すように、上記の初期アーク発生状態3aを維持したままで後退送給が継続する。したがって、同図(F)に示すように、この期間中のワイヤ先端・被溶接物間距離Lwは、時間経過に伴い次第に長くなる。
【0012】
(4) 時刻t4以降の期間(再前進送給期間)
時刻t4において、同図(C)に示すように、短絡/アーク判別信号Saが上記の遅延時間Tdが経過して短絡信号(Highレベル)からアーク発生信号(Lowレベル)へ変化すると、同図(B)に示すように、送給制御信号Fcは正の値の定常の送給速度設定信号Wsとなり、溶接ワイヤ1は定常の送給速度Wsで被溶接物2へ再前進送給される。同時に、図9の説明の項で前述したように、出力制御回路INVは電圧設定信号Vsに相当する定電圧特性を形成するので、同図(D)に示すように、出力電圧Vwは上記の電圧設定信号Vsに相当する値となると共に、同図(E)に示すように、上記の定常の送給速度Wsに対応した定常の出力電流Icが通電する。この通電によって、同図(G4)に示す初期アーク3aから同図(G5)に示す定常のアーク3bへと移行し、同図(F)に示すように、ワイヤ先端・被溶接物間距離Lwも上記の電圧設定信号Vsに対応する定常のアーク長になる。
【0013】
【特許文献1】特開昭56−6784号公報
【特許文献2】特開昭56−9062号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【0014】
図11は、従来技術の解決課題を説明するための前述した図10に相当するタイミングチャートである。同図(A)は溶接開始信号Stの時間変化を示し、同図(B)は送給制御信号Fcの時間変化を示し、同図(C)は短絡/アーク判別信号Saの時間変化を示し、同図(D)は出力電圧Vwの時間変化を示し、同図(E)は出力電流Iwの時間変化を示し、同図(F)はワイヤ先端・被溶接物間距離Lwの時間変化を示し、同図(G1)〜(G4)は各時刻における溶接ワイヤ1の送給状態を示す。以下、同図を参照して説明する。
【0015】
図10のときと同様に、時刻t1において、同図(A)に示すように、溶接開始信号Stが外部から入力(Highレベル)されると、同図(B)に示すように、送給制御信号Fcは正の値の初期送給速度設定値Wiとなり、同図(G1)に示すように、溶接ワイヤ1は被溶接物2へ初期送給速度Wiで前進送給される。同時に、図10のときと同様に、出力制御回路INVは定電流特性又は垂下特性を形成して出力しているが、無負荷状態であるために、同図(D)に示すように、出力電圧Vwは、後述する図10(D)に示すように、最大電圧値の無負荷電圧Vnlとなる。
【0016】
上記の前進送給によって時間経過と共に、同図(F)に示すように、ワイヤ先端・被溶接物間距離Lwは次第に短くなる。そして、時刻t11において、ワイヤ先端と被溶接物2とが非常に接近した状態になると、同図(G2)に示すように、上記の最大電圧値の無負荷電圧Vnlによって初期アーク3aが発生する場合がある。初期アーク3aが発生すると、同図(E)に示すように、初期電流Isが通電する。この初期アーク3aが発生したままで前進送給は継続するが、時刻t2において溶接ワイヤ1と被溶接物2とが接触すると初期アーク3aは消滅する。このときに、上記の期間中(時刻t11〜t2)の初期アーク3aによって、同図(G3)に示すように、ワイヤ先端部及び被溶接物2が溶融されるために、接触して初期アーク3aが消滅するとワイヤ先端部が被溶接物2に溶着する(以下、この現象を接触時の溶着という)。
【0017】
一方、同図(C)に示すように、時刻t2において、短絡/アーク判別信号Saは短絡信号(Highレベル)に変化して、溶接ワイヤ1の後退送給が開始される。しかし、ワイヤ先端部が溶着しており溶接ワイヤ1と被溶接物2とが離れないために、いつまでも初期アーク3aは再び発生しない。したがって、時刻t2から長い時間が経過した後の時刻t21においても、同図(B)に示す送給制御信号Fcは後退送給速度設定値Wrのままであり、同図(C)に示す短絡/アーク判別信号Saは短絡信号のままであり、同図(D)に示す出力電圧Vwは数[V]程度の低い値のままであり、同図(E)に示す出力電流Iwは初期電流値Isのままであり、同図(F)に示すワイヤ先端・被溶接物間距離Lwは0[mm]のままであり、同図(G4)に示すように、溶接ワイヤ1は被溶接物2と溶着したままである。このために、アークスタートすることができず溶接不良となる。
【0018】
上述した接触時の溶着は、被溶接物の材質が鉄鋼又はステンレス鋼のときに発生しやすく、アルミニウム又はその合金のときには発生頻度が低くなる。また、鉄鋼又はステンレス鋼の場合、初期電流値Isが約5[A]以上になると接触時の溶着は高い頻度で発生する。
【0019】
従来の消耗電極ガスシールドアーク溶接用の溶接電源装置においては、その最大出力電流値は約800[A]と非常に大きな値であり、かつ、溶接に使用可能な最小出力電流値は約30[A]と小さな値である。このために、溶接電源装置は、約30〜800[A]の電流範囲内では前述したインバータ制御等によって安定した出力電流を出力することができる。しかし、約10[A]以下の電流値では、溶接電源装置は安定した出力電流を出力することができず、その値は大きく変動する。したがって、接触時の溶着を防止するために、初期電流値Isを数[A]に設定しても、その値は不安定に変動して10[A]を超えることになり、接触時の溶着を防止することはできない。
【0020】
さらに、前述した時刻t11において、初期アーク3aが発生して初期電流Isが通電を開始したときに、フィードバック制御系の応答遅れによるオーバーシュートが発生して、短時間数十[A]以上の電流が通電するために、接触時の溶着が発生する。したがって、従来の溶接電源装置を使用する場合、前述した接触時の溶着を防止することは困難であった。
【0021】
そこで、本発明では、接触時の溶着が発生しない良好なアークスタートを確実に行うことができるアークスタート制御方法を提供する。
【課題を解決するための手段】
【0022】
上述した課題を解決するために、第1の発明は、溶接開始に際して、溶接ワイヤを被溶接物に接触させ、この接触を判別すると初期電流を通電すると共に溶接ワイヤを被溶接物から引き離し、この引き離しによって初期アークが発生した後に定常アークに移行させるアークスタート制御方法において、
前記溶接ワイヤと被溶接物との接触の判別動作が、溶接電源装置に内蔵又は外部に設置された接触判別電圧印加回路から溶接ワイヤと被溶接物との間に接触判別電圧を印加して前記両者が接触すると1[mA]以上3[A]以下の接触判別電流が通電することを判別することによって行う接触の判別動作である、ことを特徴とするアークスタート制御方法である。
【0023】
第2の発明は、前記接触判別電圧印加回路が、略定電圧特性を有する電源と、この電源の出力に直列に挿入された電流制限用抵抗器とから形成される接触判別電圧印加回路である、ことを特徴とする第1の発明記載のアークスタート制御方法である。
【0024】
第3の発明は、前記接触判別電圧印加回路が、定電流特性又は垂下特性を有する電源である、ことを特徴とする第1の発明記載のアークスタート制御方法である。
【0025】
第4の発明は、前記初期電流の通電を、接触判別時点から予め定めた初期電流通電遅延時間だけ遅延させた後に開始する、ことを特徴とする第1の発明記載のアークスタート制御方法である。
【発明の効果】
【0026】
本発明では、初期アークを発生させない接触判別電流Itの通電による接触の判別動作を付加したアークスタート制御方法によって、溶接ワイヤと被溶接物との接触時の溶着の発生を防止することができるので、良好なアークスタート性を得ることができる。
さらに、本発明では、被溶接物が鉄鋼、ステンレス鋼、アルミニウム合金等の種々の金属であっても、上記の効果を有する。
さらに、本発明では、被溶接物の材質、溶接ワイヤの直径等に応じて適正値に設定される初期電流Isの値に関わりなく、上記の効果を有する。
【発明を実施するための最良の形態】
【0027】
本発明の実施の形態の一例は、図1に示すように、溶接電源装置に外部から溶接開始信号Stが入力されると、溶接ワイヤ1を被溶接物2へ前進送給し、この前進送給によって溶接ワイヤ1と被溶接物2とが接触したことを判別すると予め定めた小電流値の初期電流Isを上記溶接電源装置から通電すると共に溶接ワイヤ1を被溶接物2から後退送給し、この後退送給によって溶接ワイヤ1が被溶接物2から離れると上記初期電流Isが通電して初期アークが発生し、この初期アークが発生したことを判別した後に溶接ワイヤ1を予め定めた定常の送給速度Wsで被溶接物2へ再前進送給すると共に上記定常の送給速度Wsに対応した定常の出力電流Icを通電することによって上記初期アーク発生状態から定常のアーク発生状態へと移行させる消耗電極ガスシールドアーク溶接のアークスタート制御方法において、
上記溶接ワイヤ1と被溶接物2との接触の判別動作が、溶接電源装置VTPSからの出力電圧Vwの印加を停止したままで、上記溶接電源装置VTPSに内蔵された接触判別電圧印加回路VTから溶接ワイヤ1と被溶接物2との間に接触判別電圧Vtを印加して、上記両者が接触すると1[mA]以上3[A]以下の接触判別電流Itが通電することを判別することによって行う接触の判別動作であるアークスタート制御方法である。
【0028】
[実施例1]
実施例1の発明は、前述した従来技術における溶接ワイヤと被溶接物との接触の判別動作が、溶接電源装置からの出力電圧の印加を停止したままで、溶接電源装置に内蔵された接触判別電圧印加回路から溶接ワイヤと被溶接物との間に接触判別電圧Vtを印加して、上記両者が接触すると1[mA]以上3[A]以下の接触判別電流Itが通電することを判別することによって行う接触の判別動作であるアークスタート制御方法である。以下、実施例1の発明について図面を参照して説明する。
【0029】
図1は、実施例1のアークスタート制御方法を実施するための接触判別電圧印加回路内蔵溶接電源装置VTPSのブロック図である。以下、同図を参照して説明する。
【0030】
接触判別電圧印加回路VTは、電源E、電流制限用抵抗器Rt及び開閉回路SWから成る。電源Eは、数十〜数百[V]の直流の略定電圧特性を有する電源又は数十〜数百[V]の交流電源である。電流制限用抵抗器Rtは、溶接ワイヤと被溶接物とが接触したときに予め定めた接触判別電流Itが通電する抵抗値に設定される。この接触判別電流Itの値は、前述した接触時の溶着が発生しない3[A]以下であり、かつ、電流の通電を確実に検出するために1[mA]以上である電流範囲内で適正値に設定される。開閉回路SWは、後述する電圧印加信号Ffが入力(Highレベル)されると導通状態になり、接触判別電圧Vt=Eが印加される。他方、この電圧印加信号Ffが入力されないとき(Lowレベル)は遮蔽状態になり、接触判別電圧Vtは印加されない。
【0031】
電流検出回路IDは、上記の接触判別電流Itを検出して、電流検出信号Idを出力する。なお、この電流検出回路IDは、前述した図9には図示していないが、出力電流Iwを検出するために従来装置にも設けられている。
接触判別回路SDは、上記の電流検出信号Idを入力として、接触判別電流Itの通電を判別して接触判別信号Sdを出力する。フリップフロップ回路FFは、溶接開始信号Stが外部から入力されるとセットされ、上記の接触判別信号Sdが入力されるとリセットされる電圧印加信号Ffを出力する。したがって、この電圧印加信号Ffは、溶接開始信号Stの入力時点から接触判別信号Sdの入力時点までの間、出力(Highレベル)される。
【0032】
電圧検出回路VDは、図9の説明の項で前述したように、出力電圧Vwを検出して、電圧検出信号Vdを出力する。短絡/アーク判別回路SAは、図9の説明の項で前述したように、上記の電圧検出信号Vdを入力としてその電圧値によって判別して、溶接ワイヤと被溶接物との間が接触状態のときは短絡信号(Highレベル)を、アーク発生状態のときはアーク発生信号(Lowレベル)を、短絡/アーク判別信号Saとして出力する。
【0033】
定常の送給速度設定回路WSは、図9の説明の項で前述したように、定常の送給速度設定信号Wsを出力する。送給制御回路FCは、外部から溶接開始信号Stが入力(Highレベル)されると溶接ワイヤを被溶接物へ予め定めた初期送給速度Wiで前進送給し、上記の接触判別信号Sdが入力(Highレベル)されると溶接ワイヤを被溶接物から予め定めた後退送給速度Wrで後退送給し、上記の短絡/アーク判別信号Saがアーク発生信号(Lowレベル)に変化すると溶接ワイヤを被溶接物へ上記の定常の送給速度Wsで再前進送給するための送給制御信号Fcを出力する。ワイヤ送給モータWMは、図9の説明の項で前述したように、上記の送給制御信号Fcに従って溶接ワイヤを前進送給又は後退送給する。
【0034】
電圧設定回路VSは、図9の説明の項で前述したように、溶接電源装置から出力される出力電圧Vwを設定するための電圧設定信号Vsを出力する。出力制御回路INVは、溶接開始信号Stが入力(Highレベル)されても上記の接触判別信号Sdが入力(Highレベル)されるまでは出力電圧Vwの印加を停止したままであり、上記の接触判別信号Sdが入力(Highレベル)された時点から上記の短絡/アーク判別信号Saがアーク発生信号(Lowレベル)に変化する時点までは予め定めた初期電流Isを通電する定電流特性又は垂下特性を形成して出力し、それ以降は上記の定常の送給速度Wsに対応した定常の出力電流Icを通電するための上記の電圧設定信号Vsに相当する定電圧特性を形成して出力し、溶接開始信号Stの入力が終了(Lowレベル)すると出力を停止する。
【0035】
図2は、図1で上述した接触判別電圧印加回路内蔵溶接電源装置VTPSの各信号のタイミングチャートである。同図(A)は溶接開始信号Stの時間変化を示し、同図(B)は送給制御信号Fcの時間変化を示し、同図(C)は接触判別信号Sdの時間変化を示し、同図(D)は短絡/アーク判別信号Saの時間変化を示し、同図(E)は電圧印加信号Ffの時間変化を示し、同図(F)は出力電圧Vwの時間変化を示し、同図(G)は出力電流Iwの時間変化を示し、同図(H)はワイヤ先端・被溶接物間距離Lwの時間変化を示し、同図(I1)〜(I5)は各時刻における溶接ワイヤ1の送給状態を示す。同図において、時刻t3以後の動作は前述した図10の時刻t3以後と同様であるので説明は省略する。以下、同図を参照して、時刻t1〜t3の期間について説明する。
【0036】
(1) 時刻t1〜t2の期間(前進送給期間)
時刻t1において、同図(A)に示すように、溶接開始信号Stが外部から入力(Highレベル)されると、同図(B)に示すように、送給制御信号Fcは正の値の初期送給速度設定値Wiとなり、同図(I1)に示すように、溶接ワイヤ1は被溶接物2へ初期送給速度Wiで前進送給される。同時に、同図(E)に示すように、電圧印加信号Ffがセットされて出力(Highレベル)されるので図1で前述した開閉回路SWが導通状態となり、同図(F)に示すように、接触判別電圧Vtが溶接ワイヤ1と被溶接物2との間に印加される。図1の説明の項で前述したように、この期間中の出力制御回路INVは出力を停止したままである。また、同図(H)に示すように、ワイヤ先端・被溶接物間距離Lwは、前進送給によって時間経過に伴い次第に短くなる。
【0037】
(2) 時刻t2〜t3の期間(後退送給期間)
時刻t2において、同図(I2)に示すように、上記(1)項の前進送給によって溶接ワイヤ1が被溶接物2に接触すると、同図(G)に示すように、接触判別電流Itが通電する。そして、この通電を判別して、同図(C)に示すように、接触判別信号Sdが出力(Highレベル)される。これに応じて、電圧印加信号FfがリセットされてLowレベルに変化するために、図1で前述した開閉回路SWが遮断状態となり、接触判別電圧Vtの印加は停止する。
同時に、上記の接触判別信号Sdの出力に応じて、同図(B)に示すように、送給制御信号Fcは負の値の後退送給速度設定値Wrとなり、溶接ワイヤ1は後退送給速度Wrで後退送給されると共に、図1で前述した出力制御回路INVは定電流特性又は垂下特性を形成して出力される。このために、同図(G)に示すように、図1で前述した接触判別電圧印加回路VTから接触判別電流Itが短時間通電した後に、上記の出力制御回路INVから初期電流Isが通電する。
【0038】
また、この期間中、溶接ワイヤ1は後退送給されているが、前述したモータ応答遅れ時間及び遊び分送給遅れ時間のために、溶接ワイヤ1と被溶接物2とは接触状態のままである。したがって、同図(H)に示すように、この期間中のワイヤ先端・被溶接物間距離Lwは0[mm]のままであり、同図(F)に示すように、出力電圧Vwは数[V]程度の低い値のままである。
【0039】
上述したように、実施例1の発明では、接触判別電圧印加回路VTを設けることによって、1[mA]〜3[A]の範囲内の接触判別電流Itを通電して接触を判別することができるので、前述した接触時の溶着が発生しない良好なアークスタートを行うことができる。
【0040】
[実施例2]
実施例2の発明は、前述した実施例1の発明における接触判別電圧印加回路VTを溶接電源装置の外部に設けた発明であり、その接触判別動作は実施例1と同様である。以下、実施例2の発明について図面を参照して説明する。
【0041】
図3は、実施例2の接触判別信号入力溶接電源装置SPS及び接触判別装置SEのブロック図である。以下、同図を参照して説明する。
【0042】
溶接電源装置の外部に設けられた接触判別装置SEは、接触判別電圧印加回路VT、接触判別電流検出回路IT、接触判別回路SD及びフリップフロップ回路FFから成る。接触判別電流検出回路ITは、前述した接触判別電流Itを検出して、電流検出信号Idを出力する。これ以外の回路の説明は、前述した図1と同様であるので説明は省略する。そして、溶接開始信号St及び接触判別信号Sdが、接触判別装置SEから接触判別信号入力溶接電源装置SPSへ出力される。
【0043】
接触判別信号入力溶接電源装置SPSは、前述した図1の回路構成から上記の接触判別装置SEの回路を除いた回路から成り、それらの回路は図1と同様であるので説明は省略する。
【0044】
[実施例3]
実施例3の発明は、前述した実施例1の発明における接触判別電圧印加回路VTの電源Eが、定電流特性又は垂下特性を有する電源ITSである発明であり、それ以外は実施例1の発明と同様である。以下、実施例3の発明について図面を参照して説明する。
【0045】
実施例3の発明は、前述した図1又は図3のブロック図において、接触判別電圧印加回路VTを後述する図4の接触判別電圧印加回路IVTに置換したブロック図となる。したがって、接触判別電圧印加回路IVT以外の回路は図1又は図3と同様であるので、それらの説明は省略する。
図4は、実施例3の接触判別電圧印加回路IVTのブロック図である。以下、同図を参照して説明する。
電源ITSは、1[mA]〜3[A]の範囲内で予め定めた接触判別電流Itを通電する定電流特性又は垂下特性を有する電源である。したがって、溶接ワイヤと被溶接物とが接触すると、上記の接触判別電流Itが通電する。開閉回路SWは、前述した図1のときと同様に、電圧印加信号Ffが入力(Highレベル)されると導通状態になり、入力されないとき(Lowレベル)は遮蔽状態になる。
【0046】
[実施例4]
実施例4の発明は、前述した実施例1の発明において、溶接ワイヤと被溶接物との接触を判別すると、予め定めた初期電流通電遅延時間Tdsだけ前進送給を継続した後に、後退送給及び初期電流Isの通電を開始する実施例1のアークスタート制御方法である。以下、実施例4の発明について図面を参照して説明する。
【0047】
図5は、実施例4のアークスタート制御方法を実施するための初期電流通電遅延溶接電源装置DPSのブロック図である。同図において、前述した図1と同一の回路には同一符号を付して説明を省略する。以下、図1とは異なる点線で示す初期電流通電遅延回路TDSについて説明する。
初期電流通電遅延回路TDSは、接触を判別して接触判別信号SdがLowレベルからHighレベルへ変化する時点を、予め定めた初期電流通電遅延時間Tdsだけオンディレイした初期電流通電遅延信号Tdsを出力する。前述した図1において、接触判別信号Sdを上記の初期電流通電遅延信号Tdsに置換すれば、動作は図1と同様になる。
【0048】
図6は、図5で上述した初期電流通電遅延溶接電源装置DPSの各信号のタイミングチャートである。同図(A)は溶接開始信号Stの時間変化を示し、同図(B)は送給制御信号Fcの時間変化を示し、同図(C)は図2と異なり初期電流通電遅延信号Tdsの時間変化を示し、同図(D)は短絡/アーク判別信号Saの時間変化を示し、同図(E)は電圧印加信号Ffの時間変化を示し、同図(F)は出力電圧Vwの時間変化を示し、同図(G)は出力電流Iwの時間変化を示し、同図(H)はワイヤ先端・被溶接物間距離Lwの時間変化を示し、同図(I1)〜(I5)は各時刻における溶接ワイヤ1の送給状態を示す。同図において、時刻t2〜t3以外の期間の動作は、前述した図2と同様であるので説明は省略する。以下、同図を参照して時刻t2〜t3の期間について説明する。
【0049】
(1) 時刻t2〜t21の期間(前進送給期間)
時刻t2において、同図(I2)に示すように、前進送給によって溶接ワイヤ1が被溶接物2に接触すると、接触判別電流Itが通電して図示しない接触判別信号Sdが出力(Highレベル)される。しかし、同図(C)に示すように、この時点では初期電流通電遅延信号TdsはまだLowレベルのままであるために、出力制御回路INVからの出力は停止したままで、同図(G)に示すように、接触判別電流Itの通電及び前進送給が継続する。
【0050】
(2) 時刻t21〜t3の期間(後退送給期間)
時刻t21において、オンディレイ時間が経過して初期電流通電遅延信号TdsがHighレベルに変化すると、同図(E)に示すように、電圧印加信号FfがリセットされてLowレベルに変化する。これに応じて、前述した図5に示す接触判別電圧印加回路VT内の開閉回路SWが遮断状態となり、接触判別電圧Vtの印加は停止する。
【0051】
同時に、同図(B)に示すように、送給制御信号Fcは負の値の後退送給速度設定値Wrとなり、溶接ワイヤ1は後退送給速度Wrで後退送給されると共に、前述した図5に示す出力制御回路INVは定電流特性又は垂下特性を形成して出力されて、同図(G)に示すように、初期電流Isが通電する。
また、溶接ワイヤ1は後退送給されているが、前述したモータ応答遅れ時間及び遊び分送給遅れ時間のために、溶接ワイヤ1と被溶接物2とは接触状態のままである。したがって、同図(F)に示すように、この期間中のワイヤ先端・被溶接物間距離Lwは0[mm]のままであり、同図(F)に示すように、出力電圧Vwは数[V]程度の低い値のままである。
【0052】
上記において、初期電流通電遅延時間Tdsを挿入する理由は、時刻t2における溶接ワイヤと被溶接物との接触状態を、前進送給を継続することによって、より完全な接触状態にして、初期電流Isの通電時に初期アークが発生して溶着するのを防止するためである。
【0053】
[効果]
図7は、本発明の効果を示す溶着率比較図である。同図は、下記の実験条件下において、接触時の溶着の発生頻度(溶着率)を従来技術と本発明とで比較した実験結果の一例である。実験条件としては、溶接ワイヤに直径1.2[mm]の軟鋼ワイヤを使用し、初期電流Is=5[A]に設定し、溶接法に炭酸ガスアーク溶接を使用して、100回のアークスタート試験を行った。そして、同図は、100回のアークスタートにおける接触時の溶着が発生した回数を示す。
【0054】
同図から明らかなように、従来技術では22[%]も接触時の溶着が発生したのに対して、本発明では1回も接触時の溶着は発生しなかった。また、初期電流Isの値が大きくなるのに比例して、従来技術では溶着率が高くなるが、本発明では初期電流Isの値に関わりなく接触時の溶着は発生しない。したがって、本発明では、被溶接物の材質、溶接ワイヤの直径等に応じて適正値の初期電流値Isに設定することができる。
【図面の簡単な説明】
【0055】
【図1】実施例1の溶接電源装置のブロック図である。
【図2】実施例1の溶接電源装置のタイミングチャートである。
【図3】実施例2の溶接装置のブロック図である。
【図4】実施例3の接触判別電圧印加回路VTのブロック図である。
【図5】実施例4の溶接電源装置のブロック図である。
【図6】実施例4の溶接電源装置のタイミングチャートである。
【図7】本発明の効果を示す溶着率比較図である。
【図8】消耗電極ガスシールドアーク溶接用の溶接装置の構成図である。
【図9】従来装置のブロック図である。
【図10】従来装置のタイミングチャートである。
【図11】解決課題を説明するためのタイミングチャートである。
【符号の説明】
【0056】
1 溶接ワイヤ
2 被溶接物
3 アーク
3a 初期アーク(発生状態)
3b 定常のアーク(発生状態)
4 溶接トーチ
4a コンタクトチップ
5a ワイヤ送給装置の送給ロール
DPS 初期電流通電遅延溶接電源装置
E (略定電圧)電源
FC 送給制御回路
Fc 送給制御信号
FF フリップフロップ回路
Ff 電圧印加信号
ID 電流検出回路
Id 電流検出信号
INV 出力制御回路
Is 初期電流(値/設定値)
IT 接触判別電流検出回路
It 接触判別電流
ITS 定電流電源又は垂下電源
IVT 接触判別電圧印加回路
Iw 出力電流
Lw ワイヤ先端・被溶接物間距離
PS 溶接電源装置
R リセット端子
Rt 電流制限用抵抗器
S セット端子
SA 短絡/アーク判別回路
Sa 短絡/アーク判別信号
SD 接触判別回路
Sd 接触判別信号
SE 接触判別装置
SPS 接触判別信号入力溶接電源装置
St 溶接開始信号
SW 開閉回路
Td 遅延時間
TDS 初期電流通電遅延回路
Tds 初期電流通電遅延(時間/信号)
VD 電圧検出回路
Vd 電圧検出信号
Vnl 無負荷電圧
VS 電圧設定回路
Vs 電圧設定信号
VT 接触判別電圧印加回路
Vt 接触判別電圧
VTPS 接触判別電圧印加回路内蔵溶接電源装置
Vw 出力電圧
Wi 初期送給速度(設定値)
WM ワイヤ送給モータ
Wr 後退送給速度(設定値)
WS 定常の送給速度設定回路
Ws 定常の送給速度(設定信号)


【特許請求の範囲】
【請求項1】
溶接開始に際して、溶接ワイヤを被溶接物に接触させ、この接触を判別すると初期電流を通電すると共に溶接ワイヤを被溶接物から引き離し、この引き離しによって初期アークが発生した後に定常アークに移行させるアークスタート制御方法において、
前記溶接ワイヤと被溶接物との接触の判別動作が、溶接電源装置に内蔵又は外部に設置された接触判別電圧印加回路から溶接ワイヤと被溶接物との間に接触判別電圧を印加して前記両者が接触すると1[mA]以上3[A]以下の接触判別電流が通電することを判別することによって行う接触の判別動作である、ことを特徴とするアークスタート制御方法。
【請求項2】
前記接触判別電圧印加回路が、略定電圧特性を有する電源と、この電源の出力に直列に挿入された電流制限用抵抗器とから形成される接触判別電圧印加回路である、ことを特徴とする請求項1記載のアークスタート制御方法。
【請求項3】
前記接触判別電圧印加回路が、定電流特性又は垂下特性を有する電源である、ことを特徴とする請求項1記載のアークスタート制御方法。
【請求項4】
前記初期電流の通電を、接触判別時点から予め定めた初期電流通電遅延時間だけ遅延させた後に開始する、ことを特徴とする請求項1記載のアークスタート制御方法。


【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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【図6】
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【図7】
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【図8】
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【図9】
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【図10】
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【図11】
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【公開番号】特開2006−224190(P2006−224190A)
【公開日】平成18年8月31日(2006.8.31)
【国際特許分類】
【出願番号】特願2006−149587(P2006−149587)
【出願日】平成18年5月30日(2006.5.30)
【分割の表示】特願2001−48231(P2001−48231)の分割
【原出願日】平成13年2月23日(2001.2.23)
【出願人】(000000262)株式会社ダイヘン (990)
【Fターム(参考)】