JP2000176641A - Tig溶接装置 - Google Patents
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Abstract
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TIG溶接装置において、
電極先端と被溶接物との間に微少電流を印加する短絡検
出用電源と、電極先端が被溶接物に接触したことを検出
する短絡検出回路と、短絡を検出した後にアーク発生に
必要な短絡電流を通電する補助電源と、通電状態で電極
を被溶接物から引き離すことによって、アーク起動を行
いアークが発生したことを検出するアーク発生検出回路
と、アーク発生後に溶接電源の出力の供給を開始するT
IG溶接装置。
Description
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TIG溶接装置の改良に関するもので
ある。
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を使用する装置におい
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。
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を採用したTIG溶接装置も公知
である。
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さ
せる装置も公知である。この装置においては電極が被溶
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ものである。
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手段として、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。
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。
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。
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溶接装置において、非
消耗性電極と被溶接物との間に微少電流を印加する短絡
検出用電源と、基準値設定器の基準値Vrと溶接電圧検
出器の出力信号Vbとを比較しVb≦Vrとなったとき
に非消耗性電極が被溶接物に接触したと判断する短絡検
出回路と、短絡検出回路が短絡を検出した後にアーク発
生に必要な短絡電流Ic1を通電する溶接電源の無負荷
電圧Vb1よりも高く短絡電流Ib1よりも小さい補助
電源と、補助電源によるアーク発生を検出する基準値設
定器の基準値Vsと溶接電圧検出器の出力信号Vbとを
比較しVb≧Vsとなったときにアークが発生したと判
断するアーク発生検出回路と、アーク発生検出回路がア
ーク発生を検出した後の予め定めた所定時間(T2)の
後に溶接電源の出力を供給する時限回路とを備えたTI
G溶接装置を提案したものである。
する基準値設定器の基準値Irと溶接電流検出器の出力
信号Ibとを比較しIb≧Irとなったときに溶接電源
の出力が供給していると判断し、補助電源の出力の供給
を停止する溶接電流検出回路を備えた請求項1に記載の
TIG溶接装置を提案したものである。
ら引き離した後に基準値設定器の基準値Vtと前記溶接
電圧検出器の出力信号Vbとを比較しVb≧Vtとなっ
たときにアーク発生に失敗したと判断し、前記補助電源
及び溶接電源の出力の供給を停止する保護回路を備えた
請求項1または請求項2いずれかに記載のTIG溶接装
置を提案したものである。
実施の形態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S1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。
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で構成されており、出力信号S9を出力する。21は
ディレー回路であり、22はアンドゲートあり、出力信
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。
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。
ある。同図に示すように、補助電源2の無負荷電圧Vc
1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Ib
1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。
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。
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。
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。
(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。
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。
の実施の形態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に示した実施の形態の例と同機
能のものに同符号を付して詳細な説明は省略する。
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。
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。
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。
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。
態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に示した実施の形態の例と同
機能のものに同符号を付して詳細な説明は省略する。
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。
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。
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。
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。
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。
(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に示した実施の形態の例と同一動作
であり詳細な説明は省略する。
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。
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。
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。
す接続図である。
圧電流の変化を時間の経過とともに示した線図である。
を示す接続図である。
圧電流の変化を時間の経過とともに示した線図である。
を示す接続図である。
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。
Claims (3)
- 【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溶接装置において、前記非消耗
性電極と被溶接物との間に微少電流を印加する短絡検出
用電源と、基準値設定器の基準値Vrと溶接電圧検出器
の出力信号Vbとを比較しVb≦Vrとなったときに前
記非消耗性電極が被溶接物に接触したと判断する短絡検
出回路と、前記短絡検出回路が短絡を検出した後にアー
ク発生に必要な短絡電流Ic1を通電する溶接電源の無
負荷電圧Vb1よりも高く短絡電流Ib1よりも小さい
補助電源と、前記補助電源によるアーク発生を検出する
基準値設定器の基準値Vsと前記溶接電圧検出器の出力
信号Vbとを比較しVb≧Vsとなったときに前記アー
クが発生したと判断するアーク発生検出回路と、前記ア
ーク発生検出回路がアーク発生を検出した後の予め定め
た所定時間(T2)の後に前記溶接電源の出力を供給す
る時限回路とを備えたTIG溶接装置。 - 【請求項2】 前記溶接電源の出力供給を検出する基準
値設定器の基準値Irと溶接電流検出器の出力信号Ib
とを比較しIb≧Irとなったときに前記溶接電源の出
力が供給していると判断し、前記補助電源の出力の供給
を停止する溶接電流検出回路を備えた請求項1に記載の
TIG溶接装置。 - 【請求項3】 前記非消耗性電極を被溶接物から引き離
した後に基準値設定器の基準値Vtと前記溶接電圧検出
器の出力信号Vbとを比較しVb≧Vtとなったときに
アーク発生に失敗したと判断し、前記補助電源及び溶接
電源の出力の供給を停止する保護回路を備えた請求項1
または請求項2いずれかに記載のTIG溶接装置。
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---|---|---|---|
JP35424298A JP4282801B2 (ja) | 1998-12-14 | 1998-12-14 | Tig溶接装置 |
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JP35424298A JP4282801B2 (ja) | 1998-12-14 | 1998-12-14 | Tig溶接装置 |
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- 1998-12-14 JP JP35424298A patent/JP4282801B2/ja not_active Expired - Fee Related
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