くびれ検出時電流急減機能付溶接電源
【課題】消耗電極先端の溶滴のくびれ現象を検出して溶接電流Ｉｗを急減させるくびれ検出時電流急減機能付溶接電源において、電流急減回路の性能を向上させる。
【解決手段】本発明は、出力端子間に設けられたコンデンサＣ及び放電用スイッチング素子ＴＲＤから成る放電回路と、このコンデンサＣに並列に設けられた充電用電源Ｅ及び充電用スイッチング素子ＴＲＣから成る充電回路と、くびれを検出すると充電用スイッチング素子ＴＲＣをオフにし放電用スイッチング素子ＴＲＤをオンにして放電回路から放電電流Ｉｄを通電して溶接電流Ｕｗを急減させ、アークが再発生すると放電用スイッチング素子ＴＲＤをオフにし、充電用スイッチング素子ＴＲＣによってコンデンサ電圧Ｖｃをアーク期間中は初期充電電圧値に短絡期間中は溶接電流Ｉｗに比例した値に制御する充放電駆動回路ＤＲ２と、を備える。
【解決手段】本発明は、出力端子間に設けられたコンデンサＣ及び放電用スイッチング素子ＴＲＤから成る放電回路と、このコンデンサＣに並列に設けられた充電用電源Ｅ及び充電用スイッチング素子ＴＲＣから成る充電回路と、くびれを検出すると充電用スイッチング素子ＴＲＣをオフにし放電用スイッチング素子ＴＲＤをオンにして放電回路から放電電流Ｉｄを通電して溶接電流Ｕｗを急減させ、アークが再発生すると放電用スイッチング素子ＴＲＤをオフにし、充電用スイッチング素子ＴＲＣによってコンデンサ電圧Ｖｃをアーク期間中は初期充電電圧値に短絡期間中は溶接電流Ｉｗに比例した値に制御する充放電駆動回路ＤＲ２と、を備える。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、炭酸ガスアーク溶接、マグ溶接等の短絡移行溶接において短絡が開放しアークが再発生する前兆現象である溶滴のくびれ現象を検出して溶接電流を急減させてスパッタの発生を抑制するためのくびれ検出時電流急減機能付溶接電源の改良に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
図４は、短絡期間Ｔｓとアーク期間Ｔａとを繰り返す消耗電極ガスシールドアーク溶接（以下、短絡移行溶接という）における電流・電圧波形及び溶滴移行を示す図である。同図（Ａ）は消耗電極（以下、溶接ワイヤ１という）を通電する溶接電流Ｉｗの、同図（Ｂ）は溶接ワイヤ１・母材２間の溶接電圧Ｖｗの時間変化を示し、同図（Ｃ）〜（Ｅ）は溶滴１ａの移行の様子を示す。以下、同図を参照して説明する。
【０００３】
時刻ｔ１〜ｔ３の短絡期間Ｔｓ中は溶接ワイヤ１先端の溶滴１ａが母材２と短絡した状態にあり、同図（Ａ）に示すように、溶接電流Ｉｗは次第に増加し、同図（Ｂ）に示すように、溶接電圧Ｖｗは短絡状態にあるために数Ｖ程度の低い値となる。同図（Ｃ）に示すように、時刻ｔ１において溶滴１ａが母材２と接触して短絡状態に入る。その後、同図（Ｄ）に示すように、溶滴１ａを通電する溶接電流Ｉｗによる電磁的ピンチ力によって溶滴１ａ上部にくびれ１ｂが発生する。そしてこのくびれ１ｂが急速に進行して、時刻ｔ３において同図（Ｅ）に示すように、溶滴１ａは溶接ワイヤ１から溶融池２ａへと離脱しアーク３が再発生する。このくびれ現象が発生すると、数百μｓの極短時間後に短絡が開放されてアーク３が再発生する。すなわち、くびれ現象１ｂは短絡開放の前兆現象となる。くびれ１ｂが発生すると、溶接電流Ｉｗの通電路がくびれ部分で狭くなるために、通電路の抵抗値ｒが増加する。抵抗値ｒの増加値は、くびれ１ｂの進行に伴って大きくなる。この抵抗値はｒ＝Ｖｗ／Ｉｗで算出することができるので、抵抗値ｒの増加を検出することによってくびれ１ｂの進行を検出することができる。また、時刻ｔ２〜ｔ３のくびれ発生期間は上述したように極短時間であるために、同図（Ａ）に示すように、この期間中溶接電流Ｉｗは略一定値と見なすことができる。このために、くびれ進行に伴う上記の抵抗値ｒの増加は、同図（Ｂ）に示すように、溶接電圧Ｖｗの増加として現れる。したがって、溶接電圧値Ｖｗが基準増加値Ｖｕよりも上昇したことを判別してくびれ発生を検出することができる。
【０００４】
短絡移行溶接では、時刻ｔ３においてアーク３が再発生したときに大電流が通電しているために、アーク３から溶融池２ａへの圧力（アーク力）が非常に大きくなり、大量のスパッタが発生する。すなわち、アーク再発生時の溶接電流Ｉｗの値に略比例してスパッタ発生量が増加する。したがって、スパッタの発生を抑制するためには、アーク再発生時の電流値を小さくする必要がある。このための方法として、くびれ現象を検出して溶接電流Ｉｗを急減させてアーク再発生時の電流値を小さくするくびれ検出時電流急減機能を付加した溶接電源が従来から提案されている（例えば、特許文献１、２等参照）。以下、この従来技術について説明する。
【０００５】
図５は、従来技術におけるくびれ検出時電流急減機能付溶接電源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。
【０００６】
電源主回路ＭＣは、一般的な消耗電極ガスシールドアーク溶接用の電源主回路と同一であり、商用電源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り出力制御を行い、出力電圧及び出力電流Ｉｏを出力する。この電源主回路ＭＣの＋端子と−端子間にコンデンサＣ及び放電用スイッチング素子ＴＲＤの直列回路から成る放電回路が接続される。この放電回路からの放電電流Ｉｄは、くびれ検出期間中に溶接電流Ｉｗとは逆方向に通電する。コンデンサＣの容量は、図４の時刻ｔ２に示すくびれ検出時点での溶接電流値Ｉｗよりも少し小さな放電電流Ｉｄを通電し、かつ、アーク再発生時に放電電流Ｉｄが略ピーク値となる値に設定する。次に、コンデンサＣに並列に充電用電源Ｅ及び充電用スイッチング素子ＴＲＣの直列回路から成る充電回路が接続される。
【０００７】
くびれ検出回路ＮＤは、溶接電圧Ｖｗを入力として溶滴のくびれ発生を電圧の上昇によって検出してＨｉｇｈレベルとなるくびれ検出信号Ｎｄを出力する。上述したように、くびれ検出を抵抗値ｒの上昇を検出して行っても良い。充放電駆動回路ＤＲは、上記のくびれ検出信号Ｎｄを入力として、くびれ検出信号ＮｄがＨｉｇｈレベルになると上記の充電用スイッチング素子ＴＲＣをオフにし、Ｌｏｗレベルになった時点又はそれから所定時間経過した時点で上記の充電用スイッチング素子ＴＲＣをオンにする充電駆動信号Ｄrcを出力する。同時に、この充放電駆動回路ＤＲは、上記のくびれ検出信号Ｎｄを入力として、くびれ検出信号ＮｄがＨｉｇｈレベルになると上記の放電用スイッチング素子ＴＲＤをオンにし、Ｌｏｗレベルになった時点又はそれから所定時間経過した時点で上記の放電用スイッチング素子ＴＲＤをオフにする放電駆動信号Ｄrdを出力する。
【０００８】
上記のくびれ検出回路ＮＤを上記の充放電駆動回路ＤＲに含めても良い。また、上記の放電回路、充電回路及びくびれ検出回路ＮＤを含む充放電駆動回路ＤＲを、一点鎖線で示すくびれ検出時電流急減ユニットＣＤとして定義する。上記のくびれ検出時電流急減機能付溶接電源は、一般的な消耗電極ガスシールドアーク溶接用の溶接電源にこのくびれ検出時電流急減ユニットＣＤを内蔵したものになる。
【０００９】
図６は、上記のくびれ検出時電流急減機能付溶接電源における各信号のタイミングチャートである。同図（Ａ）は溶接電流Ｉｗの、同図（Ｂ）は溶接電圧Ｖｗの、同図（Ｃ）はくびれ検出信号Ｎｄの、同図（Ｄ）は充電駆動信号Ｄrcの、同図（Ｅ）は放電駆動信号Ｄrdの、同図（Ｆ）は放電電流Ｉｄの、同図（Ｇ）はコンデンサ電圧Ｖｃの時間変化を示す。以下、同図を参照して説明する。
【００１０】
同図において、時刻ｔ２〜ｔ３及び時刻ｔ５〜ｔ６の期間以外は、同図（Ｃ）に示すように、くびれ検出信号ＮｄはＬｏｗレベルである。このために、同図（Ｅ）に示すように、放電駆動信号ＤrdはＬｏｗレベルになり、放電用スイッチング素子ＴＲＤはオフ状態になるので、同図（Ａ）に示すように、溶接電流Ｉｗは通常の消耗電極ガスシールドアーク溶接用の溶接電源のときと同一となる。
【００１１】
時刻ｔ２において、同図（Ｂ）に示すように、短絡期間Ｔｓ中に溶接電圧Ｖｗが上昇して基準増加値Ｖｕ以上になったことを検出して溶滴にくびれが発生したと判別すると、同図（Ｃ）に示すように、くびれ検出信号ＮｄがＨｉｇｈレベルになる。これに応動して同図（Ｄ）に示すように、充電駆動信号ＤrcはＬｏｗレベルになるので、充電用スイッチング素子ＴＲＣはオフ状態になる。同時に、同図（Ｅ）に示すように、放電駆動信号ＤrdはＨｉｇｈレベルになるので、放電用スイッチング素子ＴＲＤはオン状態になる。このために、同図（Ｆ）に示すように、コンデンサＣから放電電流Ｉｄが同図（Ａ）に示す溶接電流Ｉｗとは逆方向に通電する。同図（Ａ）の時刻ｔ２〜ｔ３の点線で示すように、出力電流Ｉｏは電源主回路ＭＣ内の大きな値の直流リアクトルの作用によって短時間では少ししか減少しない。この出力電流Ｉｏから放電電流Ｉｄが減算された値が溶接電流Ｉｗとなるので、溶接電流Ｉｗ＝Ｉｏ−Ｉｄは急減する。時刻ｔ３において、短絡が開放してアークが再発生すると、同図（Ｂ）に示すように、溶接電圧Ｖｗがアーク電圧値に変化する。これを検出して、同図（Ｃ）に示すように、くびれ検出信号ＮｄはＬｏｗレベルに戻り、同図（Ｄ）に示すように、充電駆動信号ＤrcはＨｉｇｈレベルになる。このために、同図（Ｇ）に示すように、コンデンサ電圧Ｖｃは充電用電源Ｅによって充電されて次第に大きくなる。同時に、同図（Ｅ）に示すように、放電駆動信号ＤrdはＬｏｗレベルになるので、放電用スイッチング素子ＴＲＤはオフ状態になる。このために、同図（Ｆ）に示すように、放電電流Ｉｄが遮断されるので、同図（Ａ）に示すように、溶接電流Ｉｗは出力電流Ｉｏになり、溶接電流Ｉｗは増加する。この動作によって、アーク再発生時（時刻ｔ３）の電流値を小さくすることができ、スパッタの発生を抑制することができる。
【００１２】
【特許文献１】特開平１−１７０５８２号公報
【特許文献２】特開平４−２８４９７２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
図７は、課題を説明するための上述した図６に対応するタイミングチャートである。同図において、時刻ｔ１〜ｔ３の期間以外は図６と同一であるので、異なる点について説明する。
【００１４】
同図（Ａ）に示すように、時刻ｔ１〜ｔ３の短絡期間Ｔｓが短くなると、時刻ｔ２時点での溶接電流値Ｉｗ（＝出力電流値Ｉo2）は、図６のときの出力電流値Ｉｏよりも小さくなる。上述したように、時刻ｔ２〜ｔ３のくびれ検出信号ＮｄがＨｉｇｈレベルのときの溶接電流値はＩｗ＝Ｉo2−Ｉｄになる．同図（Ｆ）に示す放電電流Ｉｄの値は、同図（Ｇ）に示すコンデンサ電圧Ｖｃの値によって決まる。従来技術においてはこのコンデンサ電圧Ｖｃは一定値であるので、放電電流Ｉｄも一定値となる。しかし、出力電流値Ｉo2は短絡期間Ｔｓの長さ、短絡負荷状態、溶接電流のリップル等によってバラツクことになる。この結果、Ｉo2≦Ｉｄとなると時刻ｔ３時点において溶接電流Ｉｗがゼロ又は負となり、アーク再発生に失敗することになる。アーク再発生に失敗すると、アーク切れとなり溶接品質が悪くなる。逆に、短絡期間Ｔｓが長くなりＩo2がＩｄよりも相当に大きくなると、アーク再発生時の電流値が大きくなり、スパッタ削減効果が小さくなる。
【００１５】
そこで、本発明では、くびれ検出時点の出力電流値Ｉｏが変化してもアーク再発生時の電流値を略所定の小さな値にすることができるくびれ検出時電流急減機能付溶接電源を提供する。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
上述した課題を解決するために、第１の発明は、溶接電流が増加する短絡期間と溶接電流が減少するアーク期間とを繰り返す消耗電極ガスシールドアーク溶接に使用する溶接電源であって、短絡が開放されてアークが再発生する前兆現象である消耗電極先端の溶滴のくびれ現象を検出して短絡負荷を通電する溶接電流を急減させてスパッタの発生を抑制するくびれ検出時電流急減機能付溶接電源において、
前記溶接電源の２つの出力端子間に設けられたコンデンサ及び放電用スイッチング素子の直列回路から成る放電回路と、
前記コンデンサに並列に設けられた充電用電源及び充電用スイッチング素子の直列回路から成る充電回路と、
前記放電回路及び前記充電回路は前記コンデンサから負荷への放電電流が前記溶接電源からの出力電流とは逆方向に通電するように接続し、
短絡期間中に前記くびれ現象の発生を検出すると前記充電用スイッチング素子をオフにすると共に前記放電用スイッチング素子をオンにして前記放電回路から短絡負荷に前記放電電流を通電して前記溶接電流を急減させ、続いて短絡が開放されてアークが再発生したことを検出した時点又はそれから所定時間経過した時点で前記放電用スイッチング素子をオフにして放電を停止すると共に、前記充電用スイッチング素子によって前記コンデンサへの充電電圧値をアーク期間中は予め定めた初期充電電圧値に制御し続く短絡期間中は溶接電流値の増加に比例した値に制御する充放電駆動回路と、を備えたことを特徴とするくびれ検出時電流急減機能付溶接電源である。
【００１７】
また、第２の発明は、第１の発明記載の初期充電電圧値を、消耗電極の送給速度に応じて変化させる、ことを特徴とするくびれ検出時電流急減機能付溶接電源である。
【発明の効果】
【００１８】
上記第１の発明によれば、コンデンサ電圧を短絡期間中の溶接電流値に比例した値に充電することによってくびれ検出時の溶接電流値に適した放電電流を通電することができるので、くびれ検出時の溶接電流値のバラツキに影響されることなくアーク再発生時の溶接電流値を略所定の小さな値にすることができる。このために、常にスパッタ発生を大幅に減少させることができ、溶接品質を大きく向上させることができる。特に、短絡期間中の溶接電流のリップルが大きいためにくびれ検出時点の溶接電流値のバラツキが大きいサイリスタ位相制御溶接電源において、本発明の効果は大きい。
【００１９】
上記第２の発明によれば、短絡発生時点でのコンデンサ電圧値である初期充電電圧値をワイヤ送給速度に応じて変化させることによって、短絡発生直後からコンデンサ電圧値を速やかに溶接電流値に比例した値に充電することができる。このために、上記第１の発明の効果をより高めることができる。この理由は、上記によって初期充電電圧値が短絡発生時点での溶接電流値に比例した目標の充電電圧値に近い値に常に設定されるために、速やかにその目標充電電圧値に収束することができるからである。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。
【００２１】
図１は、本発明の実施の形態に係るくびれ検出時電流急減機能付溶接電源のブロック図である。同図において上述した図５と同一ブロックには同一符号を付してそれらの説明は省略する。以下、図５とは異なる点線で示すブロックについて説明する。
【００２２】
短絡／アーク判別回路ＳＤは、溶接電圧Ｖｗを入力として短絡期間とアーク期間とを判別し、短絡期間中はＨｉｇｈレベルとなりアーク期間中はＬｏｗレベルとなる短絡／アーク判別信号Ｓｄを出力する。溶接電流検出器ＩＷＤは、溶接電流Ｉｗを検出して、溶接電流検出信号Ｉwdを出力する。コンデンサ電圧検出回路ＶＣＤは、コンデンサＣの充電電圧値を検出して、コンデンサ電圧検出信号Ｖcdを出力する。第２充放電駆動回路ＤＲ２は、上記の短絡／アーク判別信号Ｓｄ、溶接電流検出信号Ｉwd、コンデンサ電圧検出信号Ｖcd及びくびれ検出信号Ｎｄを入力として、くびれ検出信号ＮｄがＨｉｇｈレベルの期間中は放電用スイッチング素子ＴＲＤをオン状態にする放電駆動信号Ｄrdを出力し、充電用スイッチング素子ＴＲＣを上記のくびれ検出信号ＮｄがＨｉｇｈレベル期間中はオフ状態にしＬｏｗレベルの期間中はチョッパ制御する充電駆動信号Ｄrcを出力する。チョッパ制御の詳細は後述する。
【００２３】
図２は、上述した第２充放電駆動回路ＤＲ２の詳細なブロック図である。放電駆動回路ＤＲＤは、くびれ検出信号ＮｄがＨｉｇｈレベルのときに放電用スイッチング素子ＴＲＤをオン状態にする放電駆動信号Ｄrdを出力する。コンデンサ電圧設定回路ＶＣＲは、溶接電流検出信号Ｉwdを入力として、コンデンサ電圧設定信号Ｖcr＝α・Ｉwdを出力する。αは予め定めた係数である。初期充電電圧設定回路ＶＣＩＲは、予め定めた初期充電電圧設定信号Ｖcirを出力する。切換回路ＳＷは、短絡／アーク判別信号ＳｄがＬｏｗレベル（アーク）のときはａ側に切り換わり上記の初期充電電圧設定信号Ｖcirを電圧設定信号Ｖｒとして出力し、Ｈｉｇｈレベル（短絡）のときはｂ側に切り換わり上記のコンデンサ電圧設定信号Ｖcrを電圧設定信号Ｖｒとして出力する。電圧誤差増幅回路ＥＶは、上記の電圧設定信号Ｖｒとコンデンサ電圧検出信号Ｖcdとの誤差を増幅して、電圧誤差増幅信号Ｅｖを出力する。論理否定回路ＮＯＴは、上記のくびれ検出信号Ｎｄを論理否定して論理否定信号Ｎotを出力する。したがって、この論理否定信号Ｎotは、くびれ検出期間以外の期間中Ｈｉｇｈレベルとなる信号である。パルス幅変調回路ＰＷＭは、この論理否定信号ＮotがＨｉｇｈレベルのときは、上記の電圧誤差増幅信号Ｅｖを入力としてパルス幅変調信号Ｐwmを出力する。充電駆動回路ＤＲＣは、このパルス幅変調信号Ｐwmを入力として充電用スイッチング素子ＴＲＣをパルス幅変調制御するための充電駆動信号Ｄrcを出力する。
【００２４】
図３は、図１及び図２で上述したくびれ検出時電流急減機能付溶接電源における各信号のタイミングチャートである。同図（Ａ）は溶接電流Ｉｗの、同図（Ｂ）は溶接電圧Ｖｗの、同図（Ｃ）はくびれ検出信号Ｎｄの、同図（Ｄ）は充電駆動信号Ｄrcの、同図（Ｅ）は放電駆動信号Ｄrdの、同図（Ｆ）は放電電流Ｉｄの、同図（Ｇ）はコンデンサ電圧Ｖｃの時間変化を示す。同図は上述した図７と対応しており、短絡期間Ｔｓの長さがバラツクために、同図（Ａ）に示すように、くびれ検出時点（時刻ｔ２とｔ５）の電流値Ｉo2、Ｉo3が異なる値となる場合である。以下、同図を参照して説明する。
【００２５】
時刻ｔ０〜ｔ２のアーク期間Ｔａ中は、同図（Ｃ）に示すように、くびれ検出信号ＮｄがＬｏｗレベルであるので、同図（Ｅ）に示すように、放電駆動信号ＤrdはＬｏｗレベルとなり、放電用スイッチング素子ＴＲＤはオフ状態になる。他方、同図（Ｄ）に示すように、充電駆動信号Ｄrcはパルス幅変調制御信号となり、充電用スイッチング素子ＴＲＣは同図（Ｇ）に示すコンデンサ電圧Ｖｃが初期充電電圧設定信号Ｖcirの値と等しくなるようにチョッパ制御される。
【００２６】
時刻ｔ１〜ｔ２の短絡期間Ｔｓ中は、同図（Ｃ）に示すように、くびれ検出信号ＮｄがＬｏｗレベルであるので、同図（Ｅ）に示すように、放電駆動信号ＤrdはＬｏｗレベルのままであり、放電用スイッチング素子ＴＲＤもオフ状態のままである。他方、同図（Ｄ）に示すように、充電駆動信号Ｄrcはパルス幅変調制御信号となり、充電用スイッチング素子ＴＲＣは同図（Ｇ）に示すコンデンサ電圧Ｖｃがコンデンサ電圧設定信号Ｖcrの値と等しくなるようにチョッパ制御される。このコンデンサ電圧設定信号はＶcr＝α・Ｉwdであるので、本期間中のコンデンサ電圧Ｖｃは同図（Ａ）に示す溶接電流値Ｉｗに比例した値となり、時刻ｔ２時点でのコンデンサ電圧値Ｖｃは出力電流Ｉo2に比例した値となる。同様に、時刻ｔ５時点でのコンデンサ電圧値Ｖｃは出力電流Ｉo3に比例した値になる。
【００２７】
時刻ｔ２〜ｔ３の期間中は、同図（Ｃ）に示すように、くびれ検出信号ＮｄがＨｉｇｈレベルになるので、同図（Ｅ）に示すように、放電駆動信号ＤrdはＨｉｇｈレベルになり、放電用スイッチング素子ＴＲＤはオン状態になる。他方、同図（Ｄ）に示すように、充電駆動信号ＤrcはＬｏｗレベルになり、充電用スイッチング素子ＴＲＣはオフ状態になる。この結果、同図（Ｆ）に示すように、同図（Ａ）に示す出力電流Ｉo2に対応した放電電流Ｉｄが通電する。このために、同図（Ａ）に示すように、時刻ｔ３のアーク再発生時の溶接電流値Ｉｗ＝Ｉo2−Ｉｄは略所定の小さな値になる。時刻ｔ６のアーク再発生時も同様に、アーク再発生時の電流値は略所定の小さな値となる。したがって、くびれ検出時点の溶接電流値がばらついても、コンデンサ電圧値Ｖｃを適正値に変化させることによって、アーク再発生時の電流値を略所定の小さな値にすることができる。
【００２８】
上記の初期充電電圧設定信号Ｖcirの値は、時刻ｔ１の短絡発生時点の溶接電流値と略等しくなるように設定する。しかし、短絡発生時点での溶接電流値はワイヤ送給速度（平均溶接電流値）によって大きく変化するので、ワイヤ送給速度に応じて初期充電電圧設定信号Ｖcirの値を変化させる必要がある。また、時刻ｔ３においてアークが再発生した時点で放電用スイッチング素子ＴＲＤをオフにし充電用スイッチング素子ＴＲＣのチョッパ制御を開始しているが、このタイミングをアーク再発生から所定時間（１ms以下）経過後に遅延させても良い。これは、溶接条件によっては遅延させた方がよりスパッタが減少する場合があるからである。くびれ検出時点での溶接電流値のバラツキは、上述したように、短絡期間の長さ、短絡負荷状態、溶接電流のリップル等の変動によって生じる。したがって、溶接電源の出力制御方式がサイリスタ位相制御であるときは、時に上記のバラツキが大きいために、本発明の効果が顕著である。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】本発明の実施の形態に係るくびれ検出時電流急減機能付溶接電源のブロック図である。
【図２】図１における第２充放電駆動回路ＤＲ２の詳細なブロック図である。
【図３】図１の溶接電源における各信号のタイミングチャートである。
【図４】短絡移行溶接の電流・電圧波形及び溶滴移行を示す図である。
【図５】従来技術におけるくびれ検出時電流急減機能付溶接電源のブロック図である。
【図６】図５の溶接電源における各信号のタイミングチャートである。
【図７】課題を説明するための図６に対応するタイミングチャートである。
【符号の説明】
【００３０】
１ 溶接ワイヤ
１ａ 溶滴
１ｂ くびれ
２ 母材
２ａ 溶融池
３ アーク
Ｃ コンデンサ
ＣＤ くびれ検出時電流急減ユニット
ＤＲ 充放電駆動回路
ＤＲ２ 第２充放電駆動回路
ＤＲＣ 充電駆動回路
Ｄrc 充電駆動信号
ＤＲＤ 放電駆動回路
Ｄrd 放電駆動信号
Ｅ 充電用電源
ＥＶ 電圧誤差増幅回路
Ｅｖ 電圧誤差増幅信号
Ｉｄ 放電電流
Ｉｏ 出力電流
Ｉｗ 溶接電流
ＩＷＤ 溶接電流検出器
Ｉwd 溶接電流検出信号
ＭＣ 電源主回路
ＮＤ くびれ検出回路
Ｎｄ くびれ検出信号
ＮＯＴ 論理否定回路
Ｎot 論理否定信号
ＰＷＭ パルス幅変調回路
Ｐwm パルス幅変調信号
ｒ 抵抗値
ＳＤ 短絡／アーク判別回路
Ｓｄ 短絡／アーク判別信号
ＳＷ 切換回路
Ｔａ アーク期間
ＴＲＣ 充電用スイッチング素子
ＴＲＤ 放電用スイッチング素子
Ｔｓ 短絡期間
Ｖｃ コンデンサ電圧
ＶＣＤ コンデンサ電圧検出回路
Ｖcd コンデンサ電圧検出信号
ＶＣＩＲ 初期充電電圧設定回路
Ｖcir 初期充電電圧設定信号
ＶＣＲ コンデンサ電圧設定回路
Ｖcr コンデンサ電圧設定信号
Ｖｒ 電圧設定信号
Ｖｕ 基準増加値
Ｖｗ 溶接電圧
【技術分野】
【０００１】
本発明は、炭酸ガスアーク溶接、マグ溶接等の短絡移行溶接において短絡が開放しアークが再発生する前兆現象である溶滴のくびれ現象を検出して溶接電流を急減させてスパッタの発生を抑制するためのくびれ検出時電流急減機能付溶接電源の改良に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
図４は、短絡期間Ｔｓとアーク期間Ｔａとを繰り返す消耗電極ガスシールドアーク溶接（以下、短絡移行溶接という）における電流・電圧波形及び溶滴移行を示す図である。同図（Ａ）は消耗電極（以下、溶接ワイヤ１という）を通電する溶接電流Ｉｗの、同図（Ｂ）は溶接ワイヤ１・母材２間の溶接電圧Ｖｗの時間変化を示し、同図（Ｃ）〜（Ｅ）は溶滴１ａの移行の様子を示す。以下、同図を参照して説明する。
【０００３】
時刻ｔ１〜ｔ３の短絡期間Ｔｓ中は溶接ワイヤ１先端の溶滴１ａが母材２と短絡した状態にあり、同図（Ａ）に示すように、溶接電流Ｉｗは次第に増加し、同図（Ｂ）に示すように、溶接電圧Ｖｗは短絡状態にあるために数Ｖ程度の低い値となる。同図（Ｃ）に示すように、時刻ｔ１において溶滴１ａが母材２と接触して短絡状態に入る。その後、同図（Ｄ）に示すように、溶滴１ａを通電する溶接電流Ｉｗによる電磁的ピンチ力によって溶滴１ａ上部にくびれ１ｂが発生する。そしてこのくびれ１ｂが急速に進行して、時刻ｔ３において同図（Ｅ）に示すように、溶滴１ａは溶接ワイヤ１から溶融池２ａへと離脱しアーク３が再発生する。このくびれ現象が発生すると、数百μｓの極短時間後に短絡が開放されてアーク３が再発生する。すなわち、くびれ現象１ｂは短絡開放の前兆現象となる。くびれ１ｂが発生すると、溶接電流Ｉｗの通電路がくびれ部分で狭くなるために、通電路の抵抗値ｒが増加する。抵抗値ｒの増加値は、くびれ１ｂの進行に伴って大きくなる。この抵抗値はｒ＝Ｖｗ／Ｉｗで算出することができるので、抵抗値ｒの増加を検出することによってくびれ１ｂの進行を検出することができる。また、時刻ｔ２〜ｔ３のくびれ発生期間は上述したように極短時間であるために、同図（Ａ）に示すように、この期間中溶接電流Ｉｗは略一定値と見なすことができる。このために、くびれ進行に伴う上記の抵抗値ｒの増加は、同図（Ｂ）に示すように、溶接電圧Ｖｗの増加として現れる。したがって、溶接電圧値Ｖｗが基準増加値Ｖｕよりも上昇したことを判別してくびれ発生を検出することができる。
【０００４】
短絡移行溶接では、時刻ｔ３においてアーク３が再発生したときに大電流が通電しているために、アーク３から溶融池２ａへの圧力（アーク力）が非常に大きくなり、大量のスパッタが発生する。すなわち、アーク再発生時の溶接電流Ｉｗの値に略比例してスパッタ発生量が増加する。したがって、スパッタの発生を抑制するためには、アーク再発生時の電流値を小さくする必要がある。このための方法として、くびれ現象を検出して溶接電流Ｉｗを急減させてアーク再発生時の電流値を小さくするくびれ検出時電流急減機能を付加した溶接電源が従来から提案されている（例えば、特許文献１、２等参照）。以下、この従来技術について説明する。
【０００５】
図５は、従来技術におけるくびれ検出時電流急減機能付溶接電源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。
【０００６】
電源主回路ＭＣは、一般的な消耗電極ガスシールドアーク溶接用の電源主回路と同一であり、商用電源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り出力制御を行い、出力電圧及び出力電流Ｉｏを出力する。この電源主回路ＭＣの＋端子と−端子間にコンデンサＣ及び放電用スイッチング素子ＴＲＤの直列回路から成る放電回路が接続される。この放電回路からの放電電流Ｉｄは、くびれ検出期間中に溶接電流Ｉｗとは逆方向に通電する。コンデンサＣの容量は、図４の時刻ｔ２に示すくびれ検出時点での溶接電流値Ｉｗよりも少し小さな放電電流Ｉｄを通電し、かつ、アーク再発生時に放電電流Ｉｄが略ピーク値となる値に設定する。次に、コンデンサＣに並列に充電用電源Ｅ及び充電用スイッチング素子ＴＲＣの直列回路から成る充電回路が接続される。
【０００７】
くびれ検出回路ＮＤは、溶接電圧Ｖｗを入力として溶滴のくびれ発生を電圧の上昇によって検出してＨｉｇｈレベルとなるくびれ検出信号Ｎｄを出力する。上述したように、くびれ検出を抵抗値ｒの上昇を検出して行っても良い。充放電駆動回路ＤＲは、上記のくびれ検出信号Ｎｄを入力として、くびれ検出信号ＮｄがＨｉｇｈレベルになると上記の充電用スイッチング素子ＴＲＣをオフにし、Ｌｏｗレベルになった時点又はそれから所定時間経過した時点で上記の充電用スイッチング素子ＴＲＣをオンにする充電駆動信号Ｄrcを出力する。同時に、この充放電駆動回路ＤＲは、上記のくびれ検出信号Ｎｄを入力として、くびれ検出信号ＮｄがＨｉｇｈレベルになると上記の放電用スイッチング素子ＴＲＤをオンにし、Ｌｏｗレベルになった時点又はそれから所定時間経過した時点で上記の放電用スイッチング素子ＴＲＤをオフにする放電駆動信号Ｄrdを出力する。
【０００８】
上記のくびれ検出回路ＮＤを上記の充放電駆動回路ＤＲに含めても良い。また、上記の放電回路、充電回路及びくびれ検出回路ＮＤを含む充放電駆動回路ＤＲを、一点鎖線で示すくびれ検出時電流急減ユニットＣＤとして定義する。上記のくびれ検出時電流急減機能付溶接電源は、一般的な消耗電極ガスシールドアーク溶接用の溶接電源にこのくびれ検出時電流急減ユニットＣＤを内蔵したものになる。
【０００９】
図６は、上記のくびれ検出時電流急減機能付溶接電源における各信号のタイミングチャートである。同図（Ａ）は溶接電流Ｉｗの、同図（Ｂ）は溶接電圧Ｖｗの、同図（Ｃ）はくびれ検出信号Ｎｄの、同図（Ｄ）は充電駆動信号Ｄrcの、同図（Ｅ）は放電駆動信号Ｄrdの、同図（Ｆ）は放電電流Ｉｄの、同図（Ｇ）はコンデンサ電圧Ｖｃの時間変化を示す。以下、同図を参照して説明する。
【００１０】
同図において、時刻ｔ２〜ｔ３及び時刻ｔ５〜ｔ６の期間以外は、同図（Ｃ）に示すように、くびれ検出信号ＮｄはＬｏｗレベルである。このために、同図（Ｅ）に示すように、放電駆動信号ＤrdはＬｏｗレベルになり、放電用スイッチング素子ＴＲＤはオフ状態になるので、同図（Ａ）に示すように、溶接電流Ｉｗは通常の消耗電極ガスシールドアーク溶接用の溶接電源のときと同一となる。
【００１１】
時刻ｔ２において、同図（Ｂ）に示すように、短絡期間Ｔｓ中に溶接電圧Ｖｗが上昇して基準増加値Ｖｕ以上になったことを検出して溶滴にくびれが発生したと判別すると、同図（Ｃ）に示すように、くびれ検出信号ＮｄがＨｉｇｈレベルになる。これに応動して同図（Ｄ）に示すように、充電駆動信号ＤrcはＬｏｗレベルになるので、充電用スイッチング素子ＴＲＣはオフ状態になる。同時に、同図（Ｅ）に示すように、放電駆動信号ＤrdはＨｉｇｈレベルになるので、放電用スイッチング素子ＴＲＤはオン状態になる。このために、同図（Ｆ）に示すように、コンデンサＣから放電電流Ｉｄが同図（Ａ）に示す溶接電流Ｉｗとは逆方向に通電する。同図（Ａ）の時刻ｔ２〜ｔ３の点線で示すように、出力電流Ｉｏは電源主回路ＭＣ内の大きな値の直流リアクトルの作用によって短時間では少ししか減少しない。この出力電流Ｉｏから放電電流Ｉｄが減算された値が溶接電流Ｉｗとなるので、溶接電流Ｉｗ＝Ｉｏ−Ｉｄは急減する。時刻ｔ３において、短絡が開放してアークが再発生すると、同図（Ｂ）に示すように、溶接電圧Ｖｗがアーク電圧値に変化する。これを検出して、同図（Ｃ）に示すように、くびれ検出信号ＮｄはＬｏｗレベルに戻り、同図（Ｄ）に示すように、充電駆動信号ＤrcはＨｉｇｈレベルになる。このために、同図（Ｇ）に示すように、コンデンサ電圧Ｖｃは充電用電源Ｅによって充電されて次第に大きくなる。同時に、同図（Ｅ）に示すように、放電駆動信号ＤrdはＬｏｗレベルになるので、放電用スイッチング素子ＴＲＤはオフ状態になる。このために、同図（Ｆ）に示すように、放電電流Ｉｄが遮断されるので、同図（Ａ）に示すように、溶接電流Ｉｗは出力電流Ｉｏになり、溶接電流Ｉｗは増加する。この動作によって、アーク再発生時（時刻ｔ３）の電流値を小さくすることができ、スパッタの発生を抑制することができる。
【００１２】
【特許文献１】特開平１−１７０５８２号公報
【特許文献２】特開平４−２８４９７２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
図７は、課題を説明するための上述した図６に対応するタイミングチャートである。同図において、時刻ｔ１〜ｔ３の期間以外は図６と同一であるので、異なる点について説明する。
【００１４】
同図（Ａ）に示すように、時刻ｔ１〜ｔ３の短絡期間Ｔｓが短くなると、時刻ｔ２時点での溶接電流値Ｉｗ（＝出力電流値Ｉo2）は、図６のときの出力電流値Ｉｏよりも小さくなる。上述したように、時刻ｔ２〜ｔ３のくびれ検出信号ＮｄがＨｉｇｈレベルのときの溶接電流値はＩｗ＝Ｉo2−Ｉｄになる．同図（Ｆ）に示す放電電流Ｉｄの値は、同図（Ｇ）に示すコンデンサ電圧Ｖｃの値によって決まる。従来技術においてはこのコンデンサ電圧Ｖｃは一定値であるので、放電電流Ｉｄも一定値となる。しかし、出力電流値Ｉo2は短絡期間Ｔｓの長さ、短絡負荷状態、溶接電流のリップル等によってバラツクことになる。この結果、Ｉo2≦Ｉｄとなると時刻ｔ３時点において溶接電流Ｉｗがゼロ又は負となり、アーク再発生に失敗することになる。アーク再発生に失敗すると、アーク切れとなり溶接品質が悪くなる。逆に、短絡期間Ｔｓが長くなりＩo2がＩｄよりも相当に大きくなると、アーク再発生時の電流値が大きくなり、スパッタ削減効果が小さくなる。
【００１５】
そこで、本発明では、くびれ検出時点の出力電流値Ｉｏが変化してもアーク再発生時の電流値を略所定の小さな値にすることができるくびれ検出時電流急減機能付溶接電源を提供する。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
上述した課題を解決するために、第１の発明は、溶接電流が増加する短絡期間と溶接電流が減少するアーク期間とを繰り返す消耗電極ガスシールドアーク溶接に使用する溶接電源であって、短絡が開放されてアークが再発生する前兆現象である消耗電極先端の溶滴のくびれ現象を検出して短絡負荷を通電する溶接電流を急減させてスパッタの発生を抑制するくびれ検出時電流急減機能付溶接電源において、
前記溶接電源の２つの出力端子間に設けられたコンデンサ及び放電用スイッチング素子の直列回路から成る放電回路と、
前記コンデンサに並列に設けられた充電用電源及び充電用スイッチング素子の直列回路から成る充電回路と、
前記放電回路及び前記充電回路は前記コンデンサから負荷への放電電流が前記溶接電源からの出力電流とは逆方向に通電するように接続し、
短絡期間中に前記くびれ現象の発生を検出すると前記充電用スイッチング素子をオフにすると共に前記放電用スイッチング素子をオンにして前記放電回路から短絡負荷に前記放電電流を通電して前記溶接電流を急減させ、続いて短絡が開放されてアークが再発生したことを検出した時点又はそれから所定時間経過した時点で前記放電用スイッチング素子をオフにして放電を停止すると共に、前記充電用スイッチング素子によって前記コンデンサへの充電電圧値をアーク期間中は予め定めた初期充電電圧値に制御し続く短絡期間中は溶接電流値の増加に比例した値に制御する充放電駆動回路と、を備えたことを特徴とするくびれ検出時電流急減機能付溶接電源である。
【００１７】
また、第２の発明は、第１の発明記載の初期充電電圧値を、消耗電極の送給速度に応じて変化させる、ことを特徴とするくびれ検出時電流急減機能付溶接電源である。
【発明の効果】
【００１８】
上記第１の発明によれば、コンデンサ電圧を短絡期間中の溶接電流値に比例した値に充電することによってくびれ検出時の溶接電流値に適した放電電流を通電することができるので、くびれ検出時の溶接電流値のバラツキに影響されることなくアーク再発生時の溶接電流値を略所定の小さな値にすることができる。このために、常にスパッタ発生を大幅に減少させることができ、溶接品質を大きく向上させることができる。特に、短絡期間中の溶接電流のリップルが大きいためにくびれ検出時点の溶接電流値のバラツキが大きいサイリスタ位相制御溶接電源において、本発明の効果は大きい。
【００１９】
上記第２の発明によれば、短絡発生時点でのコンデンサ電圧値である初期充電電圧値をワイヤ送給速度に応じて変化させることによって、短絡発生直後からコンデンサ電圧値を速やかに溶接電流値に比例した値に充電することができる。このために、上記第１の発明の効果をより高めることができる。この理由は、上記によって初期充電電圧値が短絡発生時点での溶接電流値に比例した目標の充電電圧値に近い値に常に設定されるために、速やかにその目標充電電圧値に収束することができるからである。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。
【００２１】
図１は、本発明の実施の形態に係るくびれ検出時電流急減機能付溶接電源のブロック図である。同図において上述した図５と同一ブロックには同一符号を付してそれらの説明は省略する。以下、図５とは異なる点線で示すブロックについて説明する。
【００２２】
短絡／アーク判別回路ＳＤは、溶接電圧Ｖｗを入力として短絡期間とアーク期間とを判別し、短絡期間中はＨｉｇｈレベルとなりアーク期間中はＬｏｗレベルとなる短絡／アーク判別信号Ｓｄを出力する。溶接電流検出器ＩＷＤは、溶接電流Ｉｗを検出して、溶接電流検出信号Ｉwdを出力する。コンデンサ電圧検出回路ＶＣＤは、コンデンサＣの充電電圧値を検出して、コンデンサ電圧検出信号Ｖcdを出力する。第２充放電駆動回路ＤＲ２は、上記の短絡／アーク判別信号Ｓｄ、溶接電流検出信号Ｉwd、コンデンサ電圧検出信号Ｖcd及びくびれ検出信号Ｎｄを入力として、くびれ検出信号ＮｄがＨｉｇｈレベルの期間中は放電用スイッチング素子ＴＲＤをオン状態にする放電駆動信号Ｄrdを出力し、充電用スイッチング素子ＴＲＣを上記のくびれ検出信号ＮｄがＨｉｇｈレベル期間中はオフ状態にしＬｏｗレベルの期間中はチョッパ制御する充電駆動信号Ｄrcを出力する。チョッパ制御の詳細は後述する。
【００２３】
図２は、上述した第２充放電駆動回路ＤＲ２の詳細なブロック図である。放電駆動回路ＤＲＤは、くびれ検出信号ＮｄがＨｉｇｈレベルのときに放電用スイッチング素子ＴＲＤをオン状態にする放電駆動信号Ｄrdを出力する。コンデンサ電圧設定回路ＶＣＲは、溶接電流検出信号Ｉwdを入力として、コンデンサ電圧設定信号Ｖcr＝α・Ｉwdを出力する。αは予め定めた係数である。初期充電電圧設定回路ＶＣＩＲは、予め定めた初期充電電圧設定信号Ｖcirを出力する。切換回路ＳＷは、短絡／アーク判別信号ＳｄがＬｏｗレベル（アーク）のときはａ側に切り換わり上記の初期充電電圧設定信号Ｖcirを電圧設定信号Ｖｒとして出力し、Ｈｉｇｈレベル（短絡）のときはｂ側に切り換わり上記のコンデンサ電圧設定信号Ｖcrを電圧設定信号Ｖｒとして出力する。電圧誤差増幅回路ＥＶは、上記の電圧設定信号Ｖｒとコンデンサ電圧検出信号Ｖcdとの誤差を増幅して、電圧誤差増幅信号Ｅｖを出力する。論理否定回路ＮＯＴは、上記のくびれ検出信号Ｎｄを論理否定して論理否定信号Ｎotを出力する。したがって、この論理否定信号Ｎotは、くびれ検出期間以外の期間中Ｈｉｇｈレベルとなる信号である。パルス幅変調回路ＰＷＭは、この論理否定信号ＮotがＨｉｇｈレベルのときは、上記の電圧誤差増幅信号Ｅｖを入力としてパルス幅変調信号Ｐwmを出力する。充電駆動回路ＤＲＣは、このパルス幅変調信号Ｐwmを入力として充電用スイッチング素子ＴＲＣをパルス幅変調制御するための充電駆動信号Ｄrcを出力する。
【００２４】
図３は、図１及び図２で上述したくびれ検出時電流急減機能付溶接電源における各信号のタイミングチャートである。同図（Ａ）は溶接電流Ｉｗの、同図（Ｂ）は溶接電圧Ｖｗの、同図（Ｃ）はくびれ検出信号Ｎｄの、同図（Ｄ）は充電駆動信号Ｄrcの、同図（Ｅ）は放電駆動信号Ｄrdの、同図（Ｆ）は放電電流Ｉｄの、同図（Ｇ）はコンデンサ電圧Ｖｃの時間変化を示す。同図は上述した図７と対応しており、短絡期間Ｔｓの長さがバラツクために、同図（Ａ）に示すように、くびれ検出時点（時刻ｔ２とｔ５）の電流値Ｉo2、Ｉo3が異なる値となる場合である。以下、同図を参照して説明する。
【００２５】
時刻ｔ０〜ｔ２のアーク期間Ｔａ中は、同図（Ｃ）に示すように、くびれ検出信号ＮｄがＬｏｗレベルであるので、同図（Ｅ）に示すように、放電駆動信号ＤrdはＬｏｗレベルとなり、放電用スイッチング素子ＴＲＤはオフ状態になる。他方、同図（Ｄ）に示すように、充電駆動信号Ｄrcはパルス幅変調制御信号となり、充電用スイッチング素子ＴＲＣは同図（Ｇ）に示すコンデンサ電圧Ｖｃが初期充電電圧設定信号Ｖcirの値と等しくなるようにチョッパ制御される。
【００２６】
時刻ｔ１〜ｔ２の短絡期間Ｔｓ中は、同図（Ｃ）に示すように、くびれ検出信号ＮｄがＬｏｗレベルであるので、同図（Ｅ）に示すように、放電駆動信号ＤrdはＬｏｗレベルのままであり、放電用スイッチング素子ＴＲＤもオフ状態のままである。他方、同図（Ｄ）に示すように、充電駆動信号Ｄrcはパルス幅変調制御信号となり、充電用スイッチング素子ＴＲＣは同図（Ｇ）に示すコンデンサ電圧Ｖｃがコンデンサ電圧設定信号Ｖcrの値と等しくなるようにチョッパ制御される。このコンデンサ電圧設定信号はＶcr＝α・Ｉwdであるので、本期間中のコンデンサ電圧Ｖｃは同図（Ａ）に示す溶接電流値Ｉｗに比例した値となり、時刻ｔ２時点でのコンデンサ電圧値Ｖｃは出力電流Ｉo2に比例した値となる。同様に、時刻ｔ５時点でのコンデンサ電圧値Ｖｃは出力電流Ｉo3に比例した値になる。
【００２７】
時刻ｔ２〜ｔ３の期間中は、同図（Ｃ）に示すように、くびれ検出信号ＮｄがＨｉｇｈレベルになるので、同図（Ｅ）に示すように、放電駆動信号ＤrdはＨｉｇｈレベルになり、放電用スイッチング素子ＴＲＤはオン状態になる。他方、同図（Ｄ）に示すように、充電駆動信号ＤrcはＬｏｗレベルになり、充電用スイッチング素子ＴＲＣはオフ状態になる。この結果、同図（Ｆ）に示すように、同図（Ａ）に示す出力電流Ｉo2に対応した放電電流Ｉｄが通電する。このために、同図（Ａ）に示すように、時刻ｔ３のアーク再発生時の溶接電流値Ｉｗ＝Ｉo2−Ｉｄは略所定の小さな値になる。時刻ｔ６のアーク再発生時も同様に、アーク再発生時の電流値は略所定の小さな値となる。したがって、くびれ検出時点の溶接電流値がばらついても、コンデンサ電圧値Ｖｃを適正値に変化させることによって、アーク再発生時の電流値を略所定の小さな値にすることができる。
【００２８】
上記の初期充電電圧設定信号Ｖcirの値は、時刻ｔ１の短絡発生時点の溶接電流値と略等しくなるように設定する。しかし、短絡発生時点での溶接電流値はワイヤ送給速度（平均溶接電流値）によって大きく変化するので、ワイヤ送給速度に応じて初期充電電圧設定信号Ｖcirの値を変化させる必要がある。また、時刻ｔ３においてアークが再発生した時点で放電用スイッチング素子ＴＲＤをオフにし充電用スイッチング素子ＴＲＣのチョッパ制御を開始しているが、このタイミングをアーク再発生から所定時間（１ms以下）経過後に遅延させても良い。これは、溶接条件によっては遅延させた方がよりスパッタが減少する場合があるからである。くびれ検出時点での溶接電流値のバラツキは、上述したように、短絡期間の長さ、短絡負荷状態、溶接電流のリップル等の変動によって生じる。したがって、溶接電源の出力制御方式がサイリスタ位相制御であるときは、時に上記のバラツキが大きいために、本発明の効果が顕著である。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】本発明の実施の形態に係るくびれ検出時電流急減機能付溶接電源のブロック図である。
【図２】図１における第２充放電駆動回路ＤＲ２の詳細なブロック図である。
【図３】図１の溶接電源における各信号のタイミングチャートである。
【図４】短絡移行溶接の電流・電圧波形及び溶滴移行を示す図である。
【図５】従来技術におけるくびれ検出時電流急減機能付溶接電源のブロック図である。
【図６】図５の溶接電源における各信号のタイミングチャートである。
【図７】課題を説明するための図６に対応するタイミングチャートである。
【符号の説明】
【００３０】
１ 溶接ワイヤ
１ａ 溶滴
１ｂ くびれ
２ 母材
２ａ 溶融池
３ アーク
Ｃ コンデンサ
ＣＤ くびれ検出時電流急減ユニット
ＤＲ 充放電駆動回路
ＤＲ２ 第２充放電駆動回路
ＤＲＣ 充電駆動回路
Ｄrc 充電駆動信号
ＤＲＤ 放電駆動回路
Ｄrd 放電駆動信号
Ｅ 充電用電源
ＥＶ 電圧誤差増幅回路
Ｅｖ 電圧誤差増幅信号
Ｉｄ 放電電流
Ｉｏ 出力電流
Ｉｗ 溶接電流
ＩＷＤ 溶接電流検出器
Ｉwd 溶接電流検出信号
ＭＣ 電源主回路
ＮＤ くびれ検出回路
Ｎｄ くびれ検出信号
ＮＯＴ 論理否定回路
Ｎot 論理否定信号
ＰＷＭ パルス幅変調回路
Ｐwm パルス幅変調信号
ｒ 抵抗値
ＳＤ 短絡／アーク判別回路
Ｓｄ 短絡／アーク判別信号
ＳＷ 切換回路
Ｔａ アーク期間
ＴＲＣ 充電用スイッチング素子
ＴＲＤ 放電用スイッチング素子
Ｔｓ 短絡期間
Ｖｃ コンデンサ電圧
ＶＣＤ コンデンサ電圧検出回路
Ｖcd コンデンサ電圧検出信号
ＶＣＩＲ 初期充電電圧設定回路
Ｖcir 初期充電電圧設定信号
ＶＣＲ コンデンサ電圧設定回路
Ｖcr コンデンサ電圧設定信号
Ｖｒ 電圧設定信号
Ｖｕ 基準増加値
Ｖｗ 溶接電圧
【特許請求の範囲】
【請求項１】
溶接電流が増加する短絡期間と溶接電流が減少するアーク期間とを繰り返す消耗電極ガスシールドアーク溶接に使用する溶接電源であって、短絡が開放されてアークが再発生する前兆現象である消耗電極先端の溶滴のくびれ現象を検出して短絡負荷を通電する溶接電流を急減させてスパッタの発生を抑制するくびれ検出時電流急減機能付溶接電源において、
前記溶接電源の２つの出力端子間に設けられたコンデンサ及び放電用スイッチング素子の直列回路から成る放電回路と、
前記コンデンサに並列に設けられた充電用電源及び充電用スイッチング素子の直列回路から成る充電回路と、
前記放電回路及び前記充電回路は前記コンデンサから負荷への放電電流が前記溶接電源からの出力電流とは逆方向に通電するように接続し、
短絡期間中に前記くびれ現象の発生を検出すると前記充電用スイッチング素子をオフにすると共に前記放電用スイッチング素子をオンにして前記放電回路から短絡負荷に前記放電電流を通電して前記溶接電流を急減させ、続いて短絡が開放されてアークが再発生したことを検出した時点又はそれから所定時間経過した時点で前記放電用スイッチング素子をオフにして放電を停止すると共に、前記充電用スイッチング素子によって前記コンデンサへの充電電圧値をアーク期間中は予め定めた初期充電電圧値に制御し続く短絡期間中は溶接電流値の増加に比例した値に制御する充放電駆動回路と、を備えたことを特徴とするくびれ検出時電流急減機能付溶接電源。
【請求項２】
請求項１記載の初期充電電圧値を、消耗電極の送給速度に応じて変化させる、ことを特徴とするくびれ検出時電流急減機能付溶接電源。
【請求項１】
溶接電流が増加する短絡期間と溶接電流が減少するアーク期間とを繰り返す消耗電極ガスシールドアーク溶接に使用する溶接電源であって、短絡が開放されてアークが再発生する前兆現象である消耗電極先端の溶滴のくびれ現象を検出して短絡負荷を通電する溶接電流を急減させてスパッタの発生を抑制するくびれ検出時電流急減機能付溶接電源において、
前記溶接電源の２つの出力端子間に設けられたコンデンサ及び放電用スイッチング素子の直列回路から成る放電回路と、
前記コンデンサに並列に設けられた充電用電源及び充電用スイッチング素子の直列回路から成る充電回路と、
前記放電回路及び前記充電回路は前記コンデンサから負荷への放電電流が前記溶接電源からの出力電流とは逆方向に通電するように接続し、
短絡期間中に前記くびれ現象の発生を検出すると前記充電用スイッチング素子をオフにすると共に前記放電用スイッチング素子をオンにして前記放電回路から短絡負荷に前記放電電流を通電して前記溶接電流を急減させ、続いて短絡が開放されてアークが再発生したことを検出した時点又はそれから所定時間経過した時点で前記放電用スイッチング素子をオフにして放電を停止すると共に、前記充電用スイッチング素子によって前記コンデンサへの充電電圧値をアーク期間中は予め定めた初期充電電圧値に制御し続く短絡期間中は溶接電流値の増加に比例した値に制御する充放電駆動回路と、を備えたことを特徴とするくびれ検出時電流急減機能付溶接電源。
【請求項２】
請求項１記載の初期充電電圧値を、消耗電極の送給速度に応じて変化させる、ことを特徴とするくびれ検出時電流急減機能付溶接電源。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【公開番号】特開２００７−８３２６９（Ｐ２００７−８３２６９Ａ）
【公開日】平成１９年４月５日（２００７．４．５）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００５−２７３４７３（Ｐ２００５−２７３４７３）
【出願日】平成１７年９月２１日（２００５．９．２１）
【出願人】（００００００２６２）株式会社ダイヘン (990)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１９年４月５日（２００７．４．５）
【国際特許分類】
【出願日】平成１７年９月２１日（２００５．９．２１）
【出願人】（００００００２６２）株式会社ダイヘン (990)
【Ｆターム（参考）】
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