JP2000176640A - Tig溶接におけるアークスタート方法 - Google Patents

Tig溶接におけるアークスタート方法

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JP2000176640A
JP2000176640A JP10354134A JP35413498A JP2000176640A JP 2000176640 A JP2000176640 A JP 2000176640A JP 10354134 A JP10354134 A JP 10354134A JP 35413498 A JP35413498 A JP 35413498A JP 2000176640 A JP2000176640 A JP 2000176640A
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Ichiro Umezawa
一郎 梅沢
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 本発明は、タッチスタート方式における、
アーク発生時の電極の消耗、及び電極溶着の防止を実現
する。 【解決手段】 溶接トーチを被溶接物に接触させ引き
離し時にアークを発生させるアークスタート方法におい
て、電極先端と被溶接物との間に短絡検出用電源から印
加した微少電流によって接触を検知し、この接触検知後
に補助電源の出力の供給を開始して、アーク発生に必要
な小さな電流を通電させ、通電状態で電極先端を被溶接
物から引き離すことによってアーク起動を行いアーク発
生検出によって、溶接電源の出力の供給を開始するTI
G溶接におけるアークスタート方法。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、TIG溶接におけ
るアークスタート方法に関するもので、特に溶接トーチ
の電極先端を被溶接物に接触させて引き離すことによっ
てアーク発生を行うタッチスタート方式のアークスター
ト方法の改良に関するものである。
【0002】
【従来の技術】TIG溶接におけるアークスタート方法
としては、一般に溶接トーチの非消耗性電極(以下、電
極と称す)と被溶接物の間に数千ボルトの高周波電圧を
重畳印加してアーク発生を行う高周波スタート方式が用
いられている。ところで近年、溶接装置を自動制御する
目的で、中央演算処理回路(CPU)をはじめとする各
種の電子回路が用いられるようになってきているが、こ
れら電子部品は周知の通り電磁的ノイズに弱く、特に高
周波を用いるアークスタート方法においては、この高周
波に起因して生ずるノイズに対して対ノイズフィルタを
用いるなどの特別の対策を施す必要があり、溶接の自動
化に大きな妨げとなっていた。
【0003】一方、電極と被溶接物との間に溶接電源の
無負荷電圧を印加した状態で電極先端を被溶接物表面に
接触、短絡させ引き離すことによってアークを発生させ
るタッチスタート方式のアークスタート方法も公知であ
る。
【0004】また、例えば特開昭53―95155号公
報、特開昭55―54271号公報に記載されているよ
うに、アークを発生させる比較的小さな電流に制御した
溶接電源の出力を電極と被溶接物との短絡状態において
供給しておき、この状態から短絡を解除する、つまり電
極を被溶接物から引き離すことによってアークを発生す
る方法も公知である。この方法は電極が被溶接物から引
き離される際に、両者間の接触抵抗が大となって局部的
な溶融、蒸発が生じ、この部分から熱電子放出が生ずる
のを利用したアークスタート方法である。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】これらのタッチスター
ト方式のうち、前者のタッチスタート方式においては、
短絡時に生ずる過大な電流により電極先端が溶融、変形
してしまい、電極の寿命を著しく縮めたり、時には溶接
の続行が不可能になる等の問題が生じている。また、後
者のタッチスタート方式においては、電極及び被溶接物
の局部的な溶融、蒸発を利用してアークスタートを行っ
ているのでアーク発生のメカニズムからして電極の損傷
を避けることは不可能である。また、電極が被溶接物に
短絡したことを検出する方法として、溶接電源から供給
される溶接電流を利用するために、利用し得る電流値に
下限があり短絡検出には10〜20A、被溶接物から電
極を引き離してアークを発生させる時には50〜80A
の電流値が使用され、それぞれジュール熱による電極の
損傷が生じることになる。
【0006】このように高周波スタート方法に対して、
タッチスタート方式でアークを発生させれば、ノイズの
発生及び電波障害の問題は解決できるものの、このアー
クスタート方法の特有の問題として、電極先端の損傷や
消耗が著しい、電極先端が被溶接物に溶着することなど
が上げられる。
【0007】
【課題を解決するための手段】そこで、本発明は上記の
問題に鑑みなされたものでその主たる目的は、タッチス
タート方式を改良してアーク発生時に伴う電極消耗の軽
減及び電極溶着の防止を図ることにある。
【0008】本発明は、非消耗性電極が先端に設けられ
ている溶接トーチを被溶接物に接触させ引き離すことに
よってアークを発生させるTIG溶接におけるアークス
タート方法において、非消耗性電極と被溶接物との間に
短絡検出用電源から印加した微少電流によって非消耗性
電極が被溶接物に接触したことを検出し、非消耗性電極
が被溶接物に接触したことを検出した後に溶接電源の無
負荷電圧より高く短絡電流の小さい補助電源の出力を供
給して、アーク発生に必要な短絡電流を通電し、短絡電
流を通電した後に非消耗性電極を被溶接物から引き離す
ことによってアークを発生させ、アーク発生を検出した
後の予め定めた所定時間の後に溶接電源の出力を供給す
るTIG溶接におけるアークスタート方法を提案したも
のである。
【0009】第2の発明は、前記溶接電源の出力を供給
した後に、補助電源の出力の供給を停止する、請求項1
に記載のTIG溶接におけるアークスタート方法を提案
したものである。
【0010】第3の発明は、前記非消耗性電極を被溶接
物から引き離したときにアーク発生に失敗したとき、補
助電源及び溶接電源の出力の供給を停止する請求項1ま
たは請求項2のいずれかに記載のTIG溶接におけるア
ークスタート方法を提案したものである。
【0011】
【発明の実施の形態】図1は本発明のアークスタート方
法を実施する装置の例を示す接続図である。図1におい
て、1は溶接電源であり垂下特性又は定電流特性の電源
である。2は補助電源であり、3は溶接トーチであり、
4は非消耗電極であり、5は被溶接物である。6は溶接
電圧検出器であり、溶接電圧検出信号Vbを出力する。
7は溶接電流検出器であり溶接電流検出信号Ibを出力
制御回路11に入力する。8は出力設定器であり、溶接
電流設定信号S2を出力する。9は短絡検出用電源であ
り、10は溶接開始スイッチであり溶接開始指令信号S
1を出力する。11は出力制御回路であり、溶接電流検
出信号Ibと出力設定器8の溶接電流設定信号S2とを
比較し、その差信号の大きさに応じたパルス幅に変調す
る回路であり、出力制御回路11はパルス幅変調された
出力信号S18を溶接電源1に供給する。
【0012】14は短絡検出回路であり、基準値設定器
15、比較器16、R―Sフリップフロップ17、イン
バータゲート35およびインバータゲート36で構成さ
れており、補助電源起動信号S7を出力する。18はア
ーク発生検出回路であり、比較器19、基準値設定器2
0、ディレー回路21、アンドゲート22で構成されて
おり、出力制御信号S11を出力する。34は保護用ダ
イオードであり、R1は電流制限抵抗器であり、補助電
源2の出力特性は電流制限抵抗器R1による垂下特性と
なる。
【0013】図2は、図1に示した装置におけるアーク
スタート時の出力電圧電流の変化を時間の経過とともに
示した線図である。図2に於いて、(A)は溶接開始ス
イッチ10の溶接開始指令信号S1を示し、(B)は溶
接電圧検出器6の溶接電圧検出信号Vbを示し、(c)
は補助電源2の出力電圧Vcを示し、(D)は溶接電流
検出器7の溶接電流検出信号Ibを示す。(E)はイン
バータゲート35の出力信号S17を示し、(F)はイ
ンバータゲート36の出力信号S6を示し、(G)はR
―SフリップフロップのQ端子の出力信号S7を示す。
(H)は比較器19の出力信号S9を示し、(I)はデ
ィレー回路21の出力信号S10を示し、(J)はアン
ドゲート22の出力信号S11を示す。
【0014】図3は、本発明の図1の出力特性を示す図
である。同図に示すように、補助電源2の無負荷電圧V
c1は、溶接電源1の無負荷電圧Vb1よりも高く、補
助電源2の短絡電流Ic1は、溶接電源1の短絡電流I
b1よりも小さい。また、短絡検出用電源9の無負荷電
圧Va1と短絡電流Ia1の値は、前記溶接電源1及び
補助電源2よりも小さい。
【0015】図1、図2及び図3に於いて、溶接開始ス
イッチ10を閉じると、溶接開始スイッチ10の溶接開
始指令信号S1は、図2(A)に示すようにハイレベル
(以下、Hで称する)になり、出力制御回路11、短絡
検出用電源9、インバータゲート35およびアンドゲー
ト22に入力する。 図2(A)に示す溶接開始指令信
号S1が短絡検出用電源9に入力すると、短絡検出用電
源9は動作を開始し非消耗性電極4(以下、電極と称
す)と被溶接物5の間に、図3に示す短絡検出用電圧V
a1を供給する。また、短絡検出用電圧Va1はアーク
を発生しない5V以下で、短絡電流Ia1は数mA以下
が望ましい。
【0016】時刻t=t1に至って、電極4と被溶接物
5とが接触すると、比較器16は基準値設定器15で予
め設定された基準値Vrと溶接電圧検出信号Vbの値と
を比較して、Vb≦Vrとなったとき接触したと判断し
て出力信号をLにしてインバータゲート36に入力す
る。インバータゲート36は入力信号を反転して、図2
(F)に示す出力信号S6をR―Sフリップフロップ1
7のセット端子Sに入力する。R―Sフリップフロップ
17のセット端子Sは、入力信号がHに立上がると同時
に動作を開始しR―Sフリップフロップ17のQ端子は
Hになる。一方、リセット端子Rに図2(E)に示すイ
ンバータゲート35の出力信号S17が入力されると、
入力信号S17の立上がりでR―Sフリップフロップ1
7はリセットされQ端子はLになり、図2(G)に示す
補助電源起動信号S7がLになる。
【0017】図2(G)に示す補助電源起動信号S7が
補助電源2に入力されると、補助電源2は動作を開始し
て入力信号S7がHの期間中、図3に示す出力電圧Vc
1を出力する。また、補助電源2の短絡電流Ic1の値
は、電流制限抵抗器R1の値で決定する。この場合、短
絡電流Ic1の値が小さすぎるとアーク発生の失敗の原
因となり、逆に大きすぎると電極が被溶接物に溶着する
ことから、短絡電流Ic1の値は2A〜4Aが望まし
い。
【0018】電極4と被溶接物5が短絡している状態
(T1)から、電極4を被溶接物5から引き離すと小さ
なアークが発生し、このときの溶接電圧を溶接電圧検出
器6で検出して、出力信号Vbを比較器19に入力す
る。比較器19は基準値設定器20で予め設定された基
準値Vsと溶接電圧検出信号Vbの値とを比較して、V
b≧Vsとなったときアークが発生したと判断して出力
信号S9をHにしてディレー回路21に入力する。ディ
レー回路21は入力信号S9の立上がりと同時に時限動
作を開始し、予め定めた所定時間(T2)後に、図2
(I)に示す出力信号S10を出力して、アンドゲート
22に入力する。アンドゲート22は入力信号S10と
溶接開始指令信号S1を入力とし、両入力信号がHのと
き出力がH信号となり、図2(J)に示す出力信号S1
1を出力する。出力信号S11が出力制御回路11に入
力されると、出力制御回路11は動作を開始し溶接電流
検出信号Ibと溶接電流設定信号S2とを比較し、その
差信号の大きさに応じたパルス幅に変調してその出力信
号S18を溶接電源1に供給して溶接電流を出力設定器
8の設定値に保つ。
【0019】予め定めた所定時間(T2)の値が小さい
と電極4が被溶接物5から引き離すとき、電極4が被溶
接物5に溶着する原因となり、逆に所定時間(T2)の
値が大きいとアーク切れの原因となる。よって、所定時
間(T2)の値としては、作業者の電極引き上げ時のバ
ラッキを配慮して、1msec 〜5msec程度 が望まし
い。
【0020】図4は本発明の請求項2のアークスタート
方法を実施する装置の例を示す接続図である。同図は図
1に示した装置に溶接電流検出回路12を追加したもの
に相当し、溶接電流検出回路12は、比較器13、基準
値設定器31、インバータゲート32およびアンドゲー
ト33で構成されており、溶接電流検出信号S5を出力
する。その他の構成部品は図1に示した実施例と同機能
のものに同符号を付して詳細な説明は省略する。
【0021】図5は、図4に示した装置におけるアーク
スタート時の出力電圧電流の変化を時間の経過とともに
示した線図である。図5に於いて、(A)は溶接開始ス
イッチ10の溶接開始指令信号S1を示し、(B)は溶
接電圧検出器6の溶接電圧検出信号Vbを示し、(C)
は補助電源2の出力電圧Vcを示し、(D)は溶接電流
検出器7の溶接電流検出信号Ibを示す。(E)はイン
バータゲート32の出力信号S4を示し、(F)はアン
ドゲート33の出力信号S5を示し、(G)はインバー
タゲート35の出力信号S17を示す。(H)はインバ
ータゲート36の出力信号S6を示し、(I)はR―S
フリップフロップのQ端子の出力信号S7を示す。
(J)は比較器19の出力信号S9を示し、(K)はデ
ィレー回路21の出力信号S10を示し、(L)はアン
ドゲート22の出力信号S11を示す。
【0022】図5(D)に示す溶接電流検出信号Ibが
比較器13に入力されると、比較器13は基準値設定器
31で予め設定された基準値Irと溶接電流検出信号I
bとを比較して、Ib≧Irとなったとき溶接電流が供
給されていると判断して、出力信号S3をHにしてイン
バータゲート32に入力する。インバータゲート32
は、入力信号S3を反転して、図5(E)に示す出力信
号S4をアンドゲート33に入力する。
【0023】アンドゲート33は図5(E)に示すイン
バータゲート32の出力信号S4と図5(A)に示す溶
接開始指令信号S1が入力され、アンドゲート33は両
入力信号がHのとき出力がH信号となり、図5(F)に
示す出力信号S5を出力して、インバータゲート35に
入力する。インバータゲート35は入力信号S5を反転
して、図5(G)に示す出力信号S17を出力してR―
Sフリップフロップ17のリセット端子Rに入力する。
【0024】R―Sフリップフロップ17のリセット端
子Rに、入力信号S17が入力されると、R―Sフリッ
プフロップ17は入力信号S17がHに立上がると同時
にリセットされQ端子はLとなり、図5(I)に示す出
力信号S7がLになる。補助電源2は入力信号S7がL
になると動作を直ちに停止して、短絡電流Ic1の通電
を停止する。その他の動作は図1の装置と同様であり詳
細な説明は省略する。
【0025】図6は本発明のアークスタート方法を実施
する装置の別の例を示す接続図である。同図は図4に示
した装置にさらにアークスタート失敗時に各電源の出力
を停止させる保護回路を設けた、本発明の請求項3に相
当する装置の例である。同図おいて、29および30は
アンドゲートであり、28は保護回路で、基準値設定器
23、モノマルチバイブレータ24、比較器25、モノ
マルチバイブレータ26、R―Sフリップフロップ27
で構成されており、保護制御信号S16を出力する。そ
の他の構成部品は図1および図4に示した実施例と同機
能のものに同符号を付して詳細な説明は省略する。
【0026】図7は、図6に示した装置においてアーク
スタートに失敗した時の出力電圧電流の変化を時間の経
過とともに示した線図である。図7に於いて、(A)は
溶接開始スイッチ10の溶接開始指令信号S1を示し、
(B)は溶接電圧検出器6の溶接電圧検出信号Vbを示
し、(C)は補助電源2の出力電圧Vcを示し、(D)
溶接電流検出器7の溶接電流検出信号Ibを示す。
(E)はインバータゲート35の出力信号S17を示
し、(F)はインバータゲート36の出力信号S6を示
し、(G)はR―Sフリップフロップ17のQ端子の出
力信号S7を示し、(H)はアンドゲート30の出力信
号S8を示す。(I)はアンドゲート22の出力信号S
11を示し、(J)はアンドゲート29の出力信号S1
2を示し、(K)は比較器25の出力信号S13を示
し、(L)はモノマルチバイブレータ26の出力信号S
14を示す。(M)はモノマルチバイブレータ24の出
力信号S15を示し、(N)はR―Sフリップフロップ
27のQ端子の出力信号S16を示す。
【0027】図6及び図7に於いて、溶接開始スイッチ
10を閉じると、溶接開始スイッチ10の溶接開始指令
信号S1は、図7(A)に示すようにHになり、出力制
御回路11、短絡検出用電源9、アンドゲート22、ア
ンドゲート33およびモノマルチバイブレータ24に入
力される。溶接開始指令信号S1がモノマルチバイブレ
ータ24に入力されると、モノマルチバイブレータ24
は入力信号S1がHに立上がると同時に動作を開始して
予め定めた所定時間(Ta)、図5(M)に示す出力信
号S15を出力して、R―Sフリップフロップ27のセ
ット端子Sに入力する。R―Sフリップフロップ27
は、入力信号S15がHに立上がると同時に動作を開始
して、Q端子の出力信号S16をHにする。
【0028】図7(B)に示す溶接電圧検出器6の出力
信号Vbが比較器25に入力されると、比較器25は基
準値設定器23で予め設定された基準値Vtと溶接電圧
検出信号Vbの値とを比較して、Vb≧Vtとなったと
きアークスタートが失敗したと判断して、図7(K)に
示すように出力信号S13をHにして、モノマルチバイ
ブレータ26に入力する。モノマルチバイブレータ26
は入力信号S13がHに立上がると同時に動作を開始し
て予め定めた所定時間(Tb)の間、図7(L)に示す
出力信号S14を出力して、R―Sフリップフロップ2
7のリセット端子Rに入力する。R―Sフリップフロッ
プ27は入力信号S14がHに立上がると同時にリセッ
トされ、Q端子の出力信号S16を図2(N)に示すよ
うにLにして、アンドゲート29とアンドゲート30に
入力する。
【0029】アンドゲート30には、図7(G)に示す
R―Sフリップフロップ17のQ端子の出力信号S7と
図7(N)に示すR―Sフリップフロップ27のQ端子
の出力信号S16が入力され、図7(H)に示す出力信
号S8を補助電源2に入力する。アークスタートが失敗
した時にはアンドゲート30の出力信号S8はLにな
り、補助電源2は、入力信号S8がLになると直ちに動
作を停止して、図7(C)に示す出力電圧Vc1の供給
を止める。
【0030】アンドゲート29には、図7(I)に示す
アンドゲート22の出力信号S11とR―Sフリップフ
ロップ27のQ端子の出力信号S16が入力され、図7
(J)に示す出力信号S12を出力制御回路11に入力
する。図7(J)に示す出力信号S12は、アークスタ
ートが失敗したときの制御状態を示し、出力制御信号S
12がLになると出力制御回路11は直ちに動作を停止
して、溶接電源1の溶接電流の供給を止める。
【0031】アークスタートが成功した時は、図7
(N)に示す出力信号S16がHの状態を維持し続け
て、アンドゲート29とアンドゲート30に入力する。
その他の動作は図4に示した実施例と同一動作であり詳
細な説明は省略する。
【0032】図1において保護回路28のみを追加して
もよい、この場合は図6の装置から溶接電流検出回路1
2を省き、短絡検出回路14のインバータゲート35に
は、溶接開始指令信号S1を直接入力するように変更す
ればよい。
【0033】なお、上記実施例において説明した各信号
のHまたはLの関係及び使用すべき論理回路等は実施例
に示したものに限らず、実施例において説明したものと
同様の動作が行われるものであればよく、その論理構成
は自由である。
【0034】
【発明の効果】本発明のTIG溶接におけるアークスタ
ート方法は、電極先端を被溶接物に接触させ、接触させ
た後に被溶接物表面から引き離し、次いで溶接電源の出
力を電極と被溶接物との間に供給することを特徴として
いるので、電極先端と被溶接物の間に数千ボルトの高周
波電圧を重畳印加してアーク発生を行う高周波スタート
方式を用いる必要がないので、マイクロコンピュータ等
の電子回路を用いて溶接の自動化を図る際にフィルタ等
の特別の対策を施す必要が無くなり、従来と比較して容
易に溶接の自動化が可能となる。また、溶接電源とは別
に短絡検出用電源と補助電源を使用することにより、電
極と被溶接物との短絡検出には検出用電流として接触時
にアークを発生しない数mA以下で検出し、電極と被溶
接物との短絡発生時から短絡解除時に至るまでの補助電
源の短絡電流値を、電流制限抵抗器の値によって最適な
短絡電流値2A〜4Aの範囲にするものであるので、そ
のため短絡発生時や短絡解除時のジュール熱に起因する
電極の損傷を防止することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明のアークスタート方法を実施する装置の
例を示す接続図である。
【図2】本発明のアークスタート方法を図1の装置によ
って実施したときのアークスタート時における溶接電圧
電流の変化を時間の経過とともに示した線図である。
【図3】本発明のアークスタート方法を図1の装置によ
って実施したときの出力特性を示す線図である。
【図4】本発明のアークスタート方法を実施する装置の
別の例を示す接続図である。
【図5】本発明のアークスタート方法を図4の装置によ
って実施したときのアークスタート時における溶接電圧
電流の変化を時間の経過とともに示した線図である。
【図6】本発明のアークスタート方法を実施する装置の
別の例を示す接続図である。
【図7】本発明のアークースタート方法を図6の装置に
よって実施したときアークスタートに失敗した時の溶接
電圧電流の変化を時間の経過とともに示した線図であ
る。
【符号の説明】
1 溶接電源 2 補助電源 3 溶接トーチ 4 非消耗性電極 5 被溶接物 6 溶接電圧検出器 7 溶接電流検出器 8 出力設定器 9 短絡検出用電源 10 溶接開始スイッチ 11 出力制御回路 12 溶接電流検出回路 13 比較器 14 短絡検出回路 15 基準値設定器 16 比較器 17 R―Sフリップフロップ 18 アーク発生検出回路 19 比較器 20 基準値設定器 21 ディレー回路 22 アンドゲート 23 基準値設定器 24 モノマルチバイブレータ 25 比較器 26 モノマルチバイブレータ 27 R―Sフリップフロップ 28 保護回路 29 アンドゲート 30 アンドゲート 31 基準値設定器 32 インバータゲート 33 アンドゲート 34 保護用ダイオード 35 インバータゲート 36 インバータゲート Ib 溶接電流検出信号 Ic 補助電源出力電流 Vc 補助電源出力電圧 Vb 溶接電圧検出信号 R1 電流制限抵抗器

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 非消耗性電極が先端に設けられている溶
    接トーチを被溶接物に接触させ引き離すことによってア
    ークを発生させるTIG溶接におけるアークスタート方
    法において、前記非消耗性電極と被溶接物との間に短絡
    検出用電源から印加した微少電流によって前記非消耗性
    電極が被溶接物に接触したことを検出し、前記非消耗性
    電極が被溶接物に接触したことを検出した後に溶接電源
    の無負荷電圧より高く短絡電流の小さい補助電源の出力
    を供給し、アーク発生に必要な短絡電流を通電し、前記
    短絡電流を通電した後に前記非消耗性電極を被溶接物か
    ら引き離すことによってアークを発生させ前記アーク発
    生を検出した後の予め定めた所定時間の後に前記溶接電
    源の出力を供給するTIG溶接におけるアークスタート
    方法。
  2. 【請求項2】 前記溶接電源の出力を供給した後に、前
    記補助電源の出力の供給を停止する請求項1に記載のT
    IG溶接におけるアークスタート方法。
  3. 【請求項3】 前記非消耗性電極を被溶接物から引き離
    したときにアーク発生に失敗したとき、前記補助電源及
    び溶接電源の出力の供給を停止する請求項1または請求
    項2いずれかに記載のTIG溶接におけるアークスター
    ト方法。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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JP2002248572A (ja) * 2001-02-23 2002-09-03 Daihen Corp アークスタート制御方法
JP2006224190A (ja) * 2006-05-30 2006-08-31 Daihen Corp アークスタート制御方法

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