説明

溶接電源

【課題】作業効率を低下させないで、裏波ビードの溶け落ちを防ぐために母材を冷却することができる溶接電源PS1を提供する。
【解決手段】被覆アーク溶接棒2を用いて裏波溶接を行うための溶接電源PS1において、本溶接電流設定回路IWRが本溶接電流設定信号Iwrを出力し、低レベル電流設定回路LWRが高速パルスからなる低レベル電流設定信号Lwrを出力する。電流設定切り替え回路SWは、切り替え起動スイッチBSがHighレベル信号を出力している期間は低レベル電流設定信号Lwrを、Lowレベル信号を出力している期間は本溶接電流設定信号Iwrをそれぞれ電流設定制御信号Irとして出力する。電源主回路PMが電流設定制御信号Irに基づいて被覆アーク溶接棒2と母材4との間に電力を供給する。作業の効率を大幅に向上させることができ、溶接作業者の技量も不要である。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、被覆アーク溶接棒を用いて裏波溶接を行うための溶接電源に関するものである。
【背景技術】
【0002】
被覆アーク溶接棒と母材との間にアークを発生させて溶接する被覆アーク溶接が簡便な溶接方法として広く行われている。(例えば、特許文献1参照。)。パイプ等の突合せ継手の溶接として被覆アーク溶接による片側溶接が行われるが、片側溶接において整った波形の溶接ビードを開先側と反対の裏側に形成する裏波溶接が行われる。
【0003】
被覆アーク溶接棒を用いた裏波溶接は、溶接作業者が溶接中に溶融池の状態を観察し、アークを数秒間継続して裏側まで溶融したと判断すると、母材への入熱が過多になることによって裏波ビードが溶け落ちることを防ぐために、被覆アーク溶接棒を母材から素早く離す。アーク長を長くしてアーク電圧が電源の無負荷電圧を超えることによってアークが切れ、この状態で数秒間溶融池を冷却させる。溶け落ちの恐れが無くなってから、再度被覆アーク溶接棒を溶融池に短絡させてアークを発生させて数秒間溶接を行う。以後上記の動作を繰り返して裏波溶接を行う。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0004】
【特許文献1】特開2003−88955号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
上述した被覆アーク溶接棒を用いた裏波溶接は、裏波ビードの溶け落ちを防ぐために、被覆アーク溶接棒を母材から素早く遠くへ離してアークを切って母材を冷却させ、その後、被覆アーク溶接棒を母材に近づけて再度アークスタートを行うことを頻繁に行っている。また、再度アークスタートを行うとき、アークスタートを失敗することがある。従って、作業効率が低下し、溶接作業者の技量も必要である。
【0006】
本発明は、被覆アーク溶接棒を用いた裏波溶接において、作業効率を低下させないで、アークを切ることなく、裏波ビードの溶け落ちを防ぐために母材を冷却することができる溶接電源を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【0007】
上述した課題を解決するために、請求項1の発明は、
本溶接電流を設定して本溶接電流設定信号を出力する本溶接電流設定回路と、
前記本溶接電流よりも平均電流値が小さくかつ100Hz以上の高速パルスからなる低レベル電流を設定して低レベル電流設定信号を出力する低レベル電流設定回路と、
溶接作業者によってHighレベル信号とLowレベル信号とが切り替えられて出力される切り替え起動手段と、
前記Highレベル信号によって低レベル電流設定信号を電流設定制御信号として出力し、前記Lowレベル信号によって前記本溶接電流設定信号を前記電流設定制御信号として出力する電流設定切り替え回路と、
溶接電流を検出して電流検出信号を出力する電流検出回路と、
前記電流設定制御信号と前記電流検出信号との誤差を増幅して、電流誤差増幅信号を出力する電流誤差増幅回路と、
前記電流設定制御信号に基づいて被覆アーク溶接棒と母材との間に電力を供給する電源主回路と、
を備えたことを特徴とする溶接電源である。
【0008】
請求項2の発明は、
前記切り替え起動手段が、
前記溶接作業者がONにしたときに前記Highレベル信号を出力し、OFFにしたときに前記Lowレベル信号を出力する切り替え起動スイッチであることを特徴とする請求項1記載の溶接電源である。
【0009】
請求項3の発明は、
溶接電圧を検出して電圧検出信号を出力する電圧検出回路を備え、
前記切り替え起動手段が、
前記溶接作業者が前記被覆アーク溶接棒を前記母材から離して前記電圧検出信号が予め設定した低レベル電流通電閾値以上になったときに前記Highレベル信号を出力し、前記被覆アーク溶接棒を前記母材に近づけて前記電圧検出信号が予め設定した本溶接電流通電閾値以下になったときに前記Lowレベル信号を出力する切り替え判別回路であることを特徴とする請求項1記載の溶接電源である。
【0010】
請求項4の発明は、
前記低レベル電流のデューティ比を設定する低レベル電流デューティ比設定回路を備え、
前記低レベル電流デューティ比設定回路が前記低レベル電流のデューティ比を10〜30%に設定することを特徴とする請求項1〜3のいずれか1項記載の溶接電源である。
【発明の効果】
【0011】
本発明の溶接電源は、被覆アーク溶接棒を用いた裏波溶接において裏波ビードの溶け落ちを防ぐために、従来技術のように被覆アーク溶接棒を母材から素早く遠くへ離してアークを切って母材を冷却させたり、その後、被覆アーク溶接棒を母材に近づけて再度アークスタートを行ったりする必要がない。従って、作業の効率を大幅に向上させることができ、溶接作業者の技量も不要である。
【図面の簡単な説明】
【0012】
【図1】本発明の実施の形態1の溶接電源のブロック図である。
【図2】本発明の実施の形態1の溶接電源の各信号のタイミングチャートである。
【図3】本発明の実施の形態2の溶接電源のブロック図である。
【図4】本発明の実施の形態2の溶接電源の各信号のタイミングチャートである
【発明を実施するための形態】
【0013】
[実施の形態1]
発明の実施の形態を実施例に基づき図面を参照して説明する。図1は本発明の実施の形態1の溶接電源のブロック図である。本発明の実施の形態1の溶接電源は、従来技術における裏波ビードの溶け落ちを防ぐために、被覆アーク溶接棒を母材から素早く離してアークを切って母材を冷却させる代わりに、低レベル電流を通電する。即ち、本溶接電流を通電させて裏波溶接を行い、低レベル電流を通電させて母材を冷却するようにし、これらの電流を溶接作業者の判断によって交互に通電させる。裏波溶接を行うときの本溶接電流の平均電流値を150Aとすると、低レベル電流は母材を冷却するために、本溶接電流よりも小さい平均電流値として30〜50Aとする。また低レベル電流は、溶接電流が小さいことによるアーク切れを防止するために、高速パルスを通電し、そのピーク電流とベース電流との差を大きくするために、ピーク電流をベース電流の3倍以上として、かつ平均電流値を上げないためにデューティ比を10〜30%として、周波数を100〜500Hzとすることによってアークの指向性を高めている。
【0014】
図1において、溶接電源PS1の電源主回路PMは、3相200V等の商用電源(図示せず)を入力として、後述する電流誤差増幅信号Eiに従ってインバータ制御による出力制御を行い、被覆アーク溶接棒2と母材4との間に溶接電圧Vw及び溶接電流Iwを出力する。被覆アーク溶接棒2と母材4との間でアーク3が発生し、被覆アーク溶接棒2の心線が溶融して母材4を溶接する。このとき被覆剤がアーク熱でとけてガスを発生してアーク3と溶融金属周辺をおおい、またスラグとなって溶融金属の表面をおおって大気から溶融部を保護する。
【0015】
図示しないが、電源主回路PMは、例えば、商用電源を整流する1次整流器と、整流された直流を平滑するコンデンサと、平滑された直流を高周波交流に変換するインバータ回路と、高周波交流をアーク溶接に適した電圧値に降圧する高周波変圧器と、降圧された高周波交流を整流する2次整流器と、電流誤差増幅信号Eiを入力としてパルス幅変調制御を行い、この結果に基づいて上記のインバータ回路を駆動する駆動回路とを含んで構成される。
【0016】
本溶接電流設定回路IWRは裏波溶接を行うときの溶接電流Iwを設定して本溶接電流設定信号Iwrを出力する。ピーク電流設定回路IPRは、低レベル電流のピーク電流を設定してピーク電流設定信号Iprを出力する。ベース電流設定回路IBRは、低レベル電流のベース電流を設定してベース電流設定信号Ibrを出力する。周波数設定回路FRは、低レベル電流の周波数を設定して周波数設定信号Frを出力する。デューティ比設定回路DRは、低レベル電流のデューティ比を設定してデューティ比設定信号Drを出力する。低レベル電流設定回路LWRは、設定された周波数とデューティ比とに基づいてピーク電流設定信号Iprとベース電流設定信号Ibrとを切り替えた低レベル電流設定信号Lwrを出力する。
【0017】
切り替え起動スイッチBSは、被覆アーク溶接棒2又は遮光保護面に取り付けられた押しボタンスイッチやトグルスイッチ、又は足踏みスイッチであり、溶接作業者がONにしたときにHighレベル信号を切り替え起動信号Bsとして出力し、OFFにしたときにLowレベル信号を切り替え起動信号Bsとして出力する。電流設定切り替え回路SWは、切り替え起動信号BsがHighレベル信号のとき入力端子がb側に切り替わり、低レベル電流設定信号Lwrを電流設定制御信号Irとして出力し、切り替え起動信号BsがLowレベル信号のとき入力端子がa側に切り替わり、本溶接電流設定信号Iwrを電流設定制御信号Irとして出力する。
【0018】
電流検出回路IDは、溶接電流Iwを検出して電流検出信号Idを出力する。電流誤差増幅回路EIは、電流設定制御信号Irと上記の電流検出信号Idとの誤差を増幅して、電流誤差増幅信号Eiを出力する。この電流誤差が電源主回路PMにフィードバックされるので、定電流制御が行われる。
【0019】
図2は本発明の実施の形態1の溶接電源の各信号のタイミングチャートである。同図(A)は出力電圧Eの時間変化を示し、同図(B)は切り替え起動信号Bsの時間変化を示し、同図(C)は溶接電流Iwの時間変化を示す。以下、同図を参照して説明する。
【0020】
時刻t1において、図示を省略した起動信号が電源主回路PMに入力されると、同図(A)に示すように電源主回路PMが起動して出力電圧Eが出力されて、被覆アーク溶接棒2と母材4との間に無負荷電圧が印加される。時刻t2において、溶接作業者が被覆アーク溶接棒2の被覆筒を叩いて心線を露出させて溶融池に短絡させる。このとき同図(B)に示すように切り替え起動スイッチBSがOFFでLowレベル信号を切り替え起動信号Bsとして出力しているので、電流設定切り替え回路SWは、入力端子はa側にあって、本溶接電流設定回路IWRによって例えば150Aに設定された本溶接電流設定信号Iwrを電流設定制御信号Irとして出力する。この結果、同図(C)に示すように本溶接電流設定信号Iwrの値に基づく溶接電流Iwが通電してアークスタートが行われる。
【0021】
そして溶接作業者が溶融池の状態を観察しながら被覆アーク溶接を数秒間継続して行って裏側まで溶融したと判断すると、時刻t3において、母材4への入熱が過多になることによって裏波ビードが溶け落ちることを防ぐために、同図(B)に示すように溶接作業者が切り替え起動スイッチBSをONにすると切り替え起動スイッチはHighレベル信号を切り替え起動信号Bsとして出力する。電流設定切り替え回路SWはこのHighレベル信号によって入力端子がb側に切り替わり、低レベル電流設定信号Lwrを電流設定制御信号Irとして出力する。この低レベル電流設定信号Lwrは、例えばピーク電流設定回路IPRによってピーク電流Ipが60Aに設定され、ベース電流設定回路IBRによってベース電流Ibが20Aに設定され、周波数設定回路FRによって周波数が200Hzに設定され、デューティ比設定回路DRによってデューティ比が30%に設定される。この結果、同図(C)に示すように低レベル電流設定信号Lwrの値に基づく溶接電流Iwが通電して、母材4が冷やされる。
【0022】
低レベル電流が通電されることによって母材4が冷やされて、溶接作業者が溶け落ちの恐れが無いと判断すると、時刻t4において、同図(B)に示すように溶接作業者が切り替え起動スイッチBSをOFFにすると、切り替え起動スイッチBSはLowレベル信号を切り替え起動信号Bsとして出力する。電流設定切り替え回路SWはLowレベル信号によって入力端子がa側に切り替わり、本溶接電流設定信号Iwrを電流設定制御信号Irとして出力する。以後、上述した時刻t2〜t4の動作を繰り返して裏波溶接を行って溶接を終了する。
【0023】
この結果、本発明の実施の形態1の溶接電源PS1は、被覆アーク溶接棒を用いた裏波溶接において裏波ビードの溶け落ちを防ぐために、従来技術のように被覆アーク溶接棒を母材から素早く遠くへ離してアークを切って母材を冷却させたり、その後、被覆アーク溶接棒を母材に近づけて再度アークスタートを行ったりする必要がない。従って、作業の効率を大幅に向上させることができ、溶接作業者の技量も不要である。
【0024】
[実施の形態2]
本発明の実施の形態2の溶接電源は、本発明の実施の形態1の溶接電源の切り替え起動スイッチBSをON又はOFFさせて低レベル電流を通電する代わりに、被覆アーク溶接棒2を母材4からわずかに引き離したり近づけたりすることによって低レベル電流を通電したり停止したりする。即ち、本溶接電流を通電するときのアーク長を例えば5mmとすると、低レベル電流を通電するためのアーク長を本溶接電流を通電するときのアーク長よりも長く、かつアーク切れをしないアーク長として、8〜10mmに設定する。
【0025】
図3は本発明の実施の形態2の溶接電源のブロック図である。同図において、溶接電源PS2の電圧検出回路VDは、溶接電圧Vwを検出して電圧検出信号Vdを出力する。低レベル電流通電閾値設定回路LTHは、低レベル電流を通電させるために溶接作業者が被覆アーク溶接棒2を母材4から引き離したときのアーク長を例えば8mmとして、このアーク長に対応する溶接電圧が低レベル電流通電閾値として設定され、低レベル電流通電閾値設定信号Lthを出力する。溶接電流通電閾値設定回路WTHは、溶接電流を通電させるために溶接作業者が被覆アーク溶接棒2を母材4に近づけたときのアーク長を例えば5mmとして、このアーク長に対応する溶接電圧が溶接電流通電閾値として設定され、溶接電流通電閾値設定信号Wthを出力する。
【0026】
切り替え判別回路BVは、溶接電流Iwが通電されているときに、電圧検出信号Vdと溶接電流通電閾値設定信号Wthと低レベル電流通電閾値設定信号Lthとを入力して、電圧検出信号Vdの値が低レベル電流通電閾値設定信号Lthの値以上となったときにHighレベル信号を切り替え判別信号Bvとして出力し、電圧検出信号Vdの値が溶接電流通電閾値設定信号Wthの値以下となったときにLowレベル信号を切り替え判別信号Bvとして出力する。その他の機能は、図1に示した本発明の実施の形態1の溶接電源PS1のブロック図の機能と同機能に同符号を付して説明を省略する。
【0027】
図4は本発明の実施の形態2の溶接電源の各信号のタイミングチャートである。同図(A)は出力電圧Eの時間変化を示し、同図(B)は溶接電圧Vwの時間変化を示し、同図(C)は切り替え判別信号Bvの時間変化を示し、同図(D)は溶接電流Iwの時間変化を示す。以下、同図を参照して説明する。
【0028】
時刻t1において、図示を省略した起動信号が電源主回路PMに入力されると、同図(A)に示すように電源主回路PMが起動して出力電圧Eを出力し、同図(B)に示すように被覆アーク溶接棒2と母材4との間に無負荷電圧が印加される。時刻t2において、溶接作業者が被覆アーク溶接棒2の被覆筒を叩いて心線を露出させて溶融池に短絡させて、同図(D)に示すように溶接電流の通電が開始する。このときアーク長は5mm以下であるので、電圧検出信号Vdの値が溶接電流通電閾値設定信号Wthの値以下であって、同図(C)に示すように切り替え判別回路BVがLowレベル信号を切り替え判別信号Bvとして出力する。電流設定切り替え回路SWは、Lowレベル信号によって入力端子はa側にあり、本溶接電流設定回路IWRによって例えば150Aに設定された本溶接電流設定信号Iwrを電流設定制御信号Irとして出力する。この結果、同図(D)に示すように本溶接電流設定信号Iwrに基づく溶接電流Iwが通電してアークスタートが行われる。
【0029】
そして溶接作業者が溶融池の状態を観察しながら被覆アーク溶接を数秒間継続して行って裏側まで溶融したと判断すると、時刻t3において、母材4への入熱が過多になることによって裏波ビードが溶け落ちることを防ぐために、被覆アーク溶接棒2を母材4からわずかに引き離してアーク長が8mm以上になると、同図(B)に示すように溶接電圧Iwが低レベル電流通電閾値設定信号Lthの値以上になるので、切り替え判別回路BVがHighレベル信号を切り替え判別信号Bvとして出力する。電流設定切り替え回路SWは、このHighレベル信号によって入力端子がb側に切り替わり、低レベル電流設定信号Lwrを電流設定制御信号Irとして出力する。この低レベル電流の溶接条件は、本発明の実施の形態1の溶接電源の低レベル電流の溶接条件と同様であるので説明を省略する。この結果、同図(D)に示すように低レベル電流設定信号Lwrの値に基づく溶接電流Iwが通電して、母材4が冷やされる。
【0030】
低レベル電流が通電されることによって母材4が冷やされて、溶接作業者が溶け落ちの恐れが無いと判断すると、時刻t4において、被覆アーク溶接棒2を母材4にわずかに近づけて、アーク長が5mm以下となると、同図(B)に示すように溶接電圧Iwが溶接電流通電閾値設定信号Wthの値以下になるので、切り替え判別回路BVがLowレベル信号を切り替え判別信号Bv出力する。これによって電流設定切り替え回路SWは、入力端子がa側に切り替わり、本溶接電流設定信号Iwrを電流設定制御信号Irとして出力する。以後、上述した時刻t2〜t4の動作を繰り返して裏波溶接を行って溶接を終了する。
【0031】
この結果、本発明の実施の形態2の溶接電源PS2は、本発明の実施の形態1の溶接電源PS1が奏する効果に加えて、溶接作業者が被覆アーク溶接棒2をわずかに移動させるだけで電流設定切り替え回路SWを切り替えることができるので、さらに作業の効率を大幅に向上させることができる。
【符号の説明】
【0032】
2 被覆アーク溶接棒
3 アーク
4 母材
BS 切り替え起動スイッチ
Bs 切り替え起動信号
BV 切り替え判別回路
Bv 切り替え判別信号
DR デューティ比設定回路
Dr デューティ比設定信号
E 出力電圧
EI 電流誤差増幅回路
Ei 電流誤差増幅信号
FR 周波数設定回路
Fr 周波数設定信号
Ib ベース電流
IBR ベース電流設定回路
Ibr ベース電流設定信号
ID 電流検出回路
Id 電流検出信号
Ip ピーク電流
IPR ピーク電流設定回路
Ipr ピーク電流設定信号
Ir 電流設定制御信号
Iw 溶接電流
IWR 本溶接電流設定回路
Iwr 本溶接電流設定信号
LTH 低レベル電流通電閾値設定回路
Lth 低レベル電流通電閾値設定信号
LWR 低レベル電流設定回路
Lwr 低レベル電流設定信号
PM 電源主回路
PS1 溶接電源
PS2 溶接電源
SW 電流設定切り替え回路
VD 電圧検出回路
Vd 電圧検出信号
Vw 溶接電圧
WTH 溶接電流通電閾値設定回路
Wth 溶接電流通電閾値設定信号

【特許請求の範囲】
【請求項1】
本溶接電流を設定して本溶接電流設定信号を出力する本溶接電流設定回路と、
前記本溶接電流よりも平均電流値が小さくかつ100Hz以上の高速パルスからなる低レベル電流を設定して低レベル電流設定信号を出力する低レベル電流設定回路と、
溶接作業者によってHighレベル信号とLowレベル信号とが切り替えられて出力される切り替え起動手段と、
前記Highレベル信号によって低レベル電流設定信号を電流設定制御信号として出力し、前記Lowレベル信号によって前記本溶接電流設定信号を前記電流設定制御信号として出力する電流設定切り替え回路と、
溶接電流を検出して電流検出信号を出力する電流検出回路と、
前記電流設定制御信号と前記電流検出信号との誤差を増幅して、電流誤差増幅信号を出力する電流誤差増幅回路と、
前記電流設定制御信号に基づいて被覆アーク溶接棒と母材との間に電力を供給する電源主回路と、
を備えたことを特徴とする溶接電源。
【請求項2】
前記切り替え起動手段が、
前記溶接作業者がONにしたときに前記Highレベル信号を出力し、OFFにしたときに前記Lowレベル信号を出力する切り替え起動スイッチであることを特徴とする請求項1記載の溶接電源。
【請求項3】
溶接電圧を検出して電圧検出信号を出力する電圧検出回路を備え、
前記切り替え起動手段が、
前記溶接作業者が前記被覆アーク溶接棒を前記母材から離して前記電圧検出信号が予め設定した低レベル電流通電閾値以上になったときに前記Highレベル信号を出力し、前記被覆アーク溶接棒を前記母材に近づけて前記電圧検出信号が予め設定した本溶接電流通電閾値以下になったときに前記Lowレベル信号を出力する切り替え判別回路であることを特徴とする請求項1記載の溶接電源。
【請求項4】
前記低レベル電流のデューティ比を設定する低レベル電流デューティ比設定回路を備え、
前記低レベル電流デューティ比設定回路が前記低レベル電流のデューティ比を10〜30%に設定することを特徴とする請求項1〜3のいずれか1項記載の溶接電源。

【図1】
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【図2】
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【図3】
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【図4】
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【公開番号】特開2013−43209(P2013−43209A)
【公開日】平成25年3月4日(2013.3.4)
【国際特許分類】
【出願番号】特願2011−183434(P2011−183434)
【出願日】平成23年8月25日(2011.8.25)
【出願人】(000000262)株式会社ダイヘン (990)
【Fターム(参考)】