JP2018086662A - 溶接用電源装置 - Google Patents

Abstract

【課題】手溶接での安全性を確保しつつ、一時中断後のスタート特性を改善する。【解決手段】溶接棒４と母材６とが接続されており、両者の非接触状態における両者間電圧が無負荷電圧で、両者の間にアークが発生したときの両者間の電圧が、無負荷電圧よりも低い溶接電圧で、更に離されるとアークが消滅して、そのときの両者間の電圧が無負荷電圧となる。無負荷電圧よりも低い接触検出用の電圧を印加する低電圧源１２を使用して、接触検出回路１４が溶接棒と母材６との接触を検出する。溶接棒４と母材６との間のアーク消滅を検出するための検出値を変流器８が制御回路１０に供給する。制御回路１０は、アークの消滅を検出したとき、主電源回路２を停止させ、接触検出回路１４が溶接棒４と母材６との接触を検出したとき、主電源回路２を動作させる。制御回路１０は、アークの消滅が検出されたとき、所定時間にわたり、主電源回路２の動作状態を維持する。【選択図】図１

Description

本発明は、溶接棒と母材とを接触させた後に、両者を離して、両者の間にアークを発生させて、母材を溶接する溶接用の電源装置に関する。

従来、溶接用電源装置、例えば手溶接用電源装置としては、例えば特許文献１に開示されているようなものがある。この電源装置によれば、溶接棒と母材との間に所定の高電圧を印加可能な主電源回路を、溶接棒と母材とが非接触状態では停止させ、溶接棒と母材との間には主電源回路の電圧よりも低い低電圧を低電圧源から印加しておき、溶接棒と母材とが接触したなら、低電圧源からの電圧を利用して、この接触を検出して、主電源回路を動作させて、溶接棒と母材との間に、所定の高電圧を印加する。

国際公開番号ＷＯ２０１３／０４２２９５号公報

この技術では、溶接棒と母材とが非接触のとき、両者の間には所定の高電圧が印加されていないので、作業員が誤って溶接棒と母材とに接触しても、電撃を受けることがなく、作業員の安全性を高めることができる。しかし、上記のように溶接棒と母材とを離して主電源回路を停止させた後に、再び手溶接を行うためには、非接触である溶接棒と母材とを接触させた後、これらを離して、両者の間にアークを発生させる必要がある。溶接棒と母材とを離し始めたときに、動作を再開して間もない主電源回路が溶接棒と母材とに供給する電圧が所定の高電圧に到達していないことがある。その場合、両者の間にアークが発生せず、アークが発生するように、再び溶接棒と母材と接触させて離すという作業を行わなければならず、スタート特性が悪かった。特に、一時的に手溶接を中断し、短時間の後に手溶接を再開するような場合、このスタート特性が悪いことは円滑な溶接作業を妨げ、問題であった。

本発明は、安全性を維持しながら、スタート特性を改善した溶接用電源装置を提供することを目的とする。

本発明の一態様の溶接用電源装置は、主電源回路を有している。主電源回路では、これに接続されている溶接棒と母材とが非接触状態において、前記溶接棒と前記母材との間に供給されている電圧は無負荷電圧である。また、前記溶接棒と前記母材とが接触させられた後に離されて前記溶接棒と前記母材との間にアークが発生すると、前記溶接棒と前記母材との間の電圧は、前記無負荷電圧よりも低い溶接電圧である。前記溶接棒と前記母材とが前記アーク発生状態よりも更に離されると前記アークが消滅して、前記溶接棒と前記母材との間の電圧が、再び前記無負荷電圧となる。主電源回路としては、溶接棒と母材との間に直流の電圧を印加するものを使用することもできるし、交流の電圧を印加するものを使用することもできる。前記溶接棒と前記部材との間に、低電圧源が前記主電源回路よりも低い接触検出用の電圧を印加する。前記低電圧源を使用して、前記溶接棒と前記母材との接触を接触検出手段が検出する。接触検出手段は、例えば、溶接棒と母材との間のインピーダンスの変化を、低電圧源からの接触検出用電圧を利用して、検出する。前記溶接棒と前記母材との間のアーク消滅をアーク検出手段が検出する。例えば溶接棒と母材との間を流れる電流の変化をアーク検出手段が検出することによってアークの消滅を検出する。前記アーク検出手段が前記アークの消滅を検出したとき、制御手段が、前記主電源回路を停止させ、前記接触検出手段が前記溶接棒と前記母材との接触を検出したとき、前記主電源回路を動作させる。前記制御手段は、前記アーク検出手段が前記アークの消滅を検出したとき、所定時間にわたり、前記主電源回路の動作状態を維持するタイマ手段を備えている。具体的には、前記制御手段は、前記所定時間中に前記接触検出手段が前記溶接棒と前記母材との接触を検出すると、前記主電源回路の動作を維持し、前記所定時間経過時までに、前記接触検出手段が、前記溶接棒と前記母材との接触を非検出のとき、前記主電源回路を停止させる。

このように構成した溶接用電源装置では、溶接棒と母材との間でのアークが消滅しても、制御手段は、直ちに主電源回路を停止させずに、所定時間にわたって主電源を動作させている。従って、所定時間中に再度、溶接棒と母材とが接触させられて離される場合、両者を離し始めたときには、まだ溶接棒と母材との間には所定の高電圧が印加されているので、アークが発生しやすく、スタート特性を改善することができる。従って、一時的な手溶接の中断後に、手溶接が再開される場合にも、スタート特性が良好であり、一時的に中断した手溶接を速やかに再開することができる。また、所定時間中に溶接棒と母材とが接触されない場合、本格的な手溶接の中止であるので、主電源回路が停止される。この後、溶接棒と母材との間には、低電圧源からの電圧が印加されているだけであるので、誤って作業員が溶接棒と母材とに接触しても、電撃を受けることがなく、作業員の安全性が図られる。

前記所定時間は、設定手段によって設定可能とすることができる。手溶接を一時的に中断する時間は、各溶接現場によって異なることが考えられ、また同じ溶接現場であっても、作業員によって異なることも考えられる。そこで、所定時間を任意に設定手段によって設定可能として、溶接現場の相違や作業員の相違があっても、最適な所定時間を設定することができる。

以上のように、本発明によれば、手溶接での安全性を確保しつつ、一時中断後のスタート特性を改善することができる。

本発明の１実施形態の手溶接用電源装置のブロック図である。 図１の手溶接用電源装置の制御回路の動作を示すフローチャートである。 図１の手溶接用電源装置の各部の波形図である。 図１の手溶接用電源装置のタイマの設定の説明図である。 公知の手溶接用電源装置の各部の波形図である。

本発明の１実施形態の手溶接用電源装置は、図１に示すように、主電源回路２を有している。主電源回路２は、種々の溶接モードで溶接可能に構成されており、その１つとして手溶接モードで動作可能である。手溶接モードでは、主電源回路２は、負荷である溶接棒４と母材６との間に溶接用の電力を供給する。この電力は、交流電力及び直流電力のいずれを使用することも可能であるが、この実施形態では直流電力を使用しており、主電源回路２は、図示していない商用交流電源からの交流電力を交流―直流変換手段、例えば整流平滑回路によって、直流電力に変換して、直流―交流変換手段、例えばインバータによってふたたび交流電力に変換し、交流―直流変換手段、例えば整流平滑回路によって直流電力に変換して、溶接棒４と母材６との間に供給している。

主電源回路２は、溶接棒４と母材６とが非接触の状態では、両者の間に比較的高圧の無負荷電圧を発生している。この非接触状態から溶接棒４と母材６とを接触させるので、大きな電流が溶接棒４と母材６との間に流れる。この状態で、溶接棒４を母材６から徐々に引き離すと、両者の間にアークが発生し、このアークを利用して母材６を溶接することができる。このアークが発生している状態から、溶接棒４を母材６から更に引き離すと、アークが消滅し、溶接棒４と母材６との間には電流は流れなくなる。この状態では、作業員が一旦作業を中断しても、溶接棒４と母材６との間に無負荷電圧が印加されているので、誤って溶接棒４と母材６との間に作業員が接触すると、大きな電流が作業員に流れ、作業員が電撃を受けることがある。

そこで、主電源回路２と溶接棒４との間に、アーク検出手段、例えば変流器８が設けられ、この変流器８が溶接棒４に流れる電流を検出し、この検出値を、制御手段、例えば制御回路１０に供給している。手溶接モードを選択すると、主電源回路２はオンとなる。溶接棒４と母材６との間のアークが消滅した状態では、電路が絶たれているので、電流は流れない。このように電流が流れていないとき、及び変流器８からの検出値が、アークが消滅したと認識できるように予め定めた設定値以下になったと判断したときに、制御回路１０は、主電源回路２からの出力を停止させる。例えば主電源回路２内のインバータを停止させる。これによって作業員が電撃を受けることを防止している。

但し、溶接を再開しやすくするために、主電源回路２の２つの出力端間には、溶接棒４と母材６との間に、溶接棒４と母材６との接触を検出するための低電圧を供給する低電圧源１２が接続されている。この電圧は、主電源回路２が、溶接棒４と母材６とが非接触の時に両者の間に印加される無負荷電圧よりも低い接触検出用電圧で、仮に溶接棒４と母材６との間に作業員が接触しても、作業員に大きな電流が流れず、作業員に支障が生じない電圧である。この電圧を利用して、溶接棒４と母材６との接触を検出するように、接触検出手段、例えば接触検出回路１４が溶接棒４と母材６との間に接続されている。接触検出回路１４は、接触による溶接棒４と母材６との間のインピーダンス変化を検出するもので、接触を検出すると、制御回路１０に接触検出信号を供給する。この接触検出信号を受けた制御回路１０は、主電源回路２内のインバータを動作させて、溶接が可能な状態にする。これらの構成は、公知のものである。

図５は、この公知の手溶接用電源装置の動作波形図で、溶接棒４と母材６とが非接触の状態で手溶接モードがオンとされると、主電源回路２がオンとされる。このとき、溶接棒４と母材６とが非接触であるので、主電源回路２のインバータはオフ、即ち、インバータが出力を出さない待機状態で、低電圧源１２からの接触検出用の低電圧が溶接棒４と母材６との間に印加され、溶接棒４と母材６との間には電流は流れていない。母材６に溶接棒４を接触させると、接触が検出され、インバータがオン、即ち、インバータが出力を出す駆動状態とされ、溶接棒４と母材６との間に、低電圧源１２の直流電圧に、主回路電源２の高電圧が重畳された直流電圧が印加され、溶接棒４には出力電流が流れ始める。溶接棒４を母材６から離していくと、両者の間にアークが発生し、溶接棒４と母材６との間には溶接電圧が発生し、溶接棒４には溶接電流が流れ、溶接が行われる。この状態で、溶接棒４を更に母材６から離すと、両者の間のアークが消失し、溶接棒４と母材６との間には無負荷電圧が発生し、溶接棒６の電流も消失する。これが変流器８によって検出され、制御回路１０がインバータ出力をオフさせ、溶接棒４と母材６との間には低電圧源１２からの接触検出用電圧のみが印加される待機状態とされる。

ところで、上記のように溶接を中止した後、比較的短時間で溶接を再開することがある。このような場合に、再び溶接棒４を母材６に接触させてから溶接棒４を母材６から離しても、主電源回路２のインバータ出力は一旦オフになっていたので、溶接棒４を母材６から引き離した際に、溶接棒４と母材６との間の電圧が無負荷電圧まで立ち上がってなく、アークが発生せず、スタート特性が良好でないことがある。このような場合、再び溶接棒４を母材６に接触させて、離すという作業を、アークが発生するまで繰り返さなければならず、円滑に溶接作業を再開することができない。このようなスタート特性の問題は、溶接開始時に発生することもあるが、一時的に中断していた溶接作業を再開したときに発生することもあり、これは、溶接作業の円滑な実行を妨げるので、解消する必要がある。

そこで、この実施形態では、変流器８によってアークの消失が検出された後も、制御回路１０は、内蔵されたタイマによって設定された時間Ｔに亘ってインバータのオン状態を継続している。この状態を図２の波形図の後半に示す。前半は、上述した図５と同様に溶接開始の場合に相当するので、詳細な説明は省略する。アークが消滅後も設定時間に亘ってインバータオン状態において図２の時刻ｔに示すように、溶接棒４を母材６から離した状態から、タイマで設定された時間Ｔが経過するまでの時刻ｔ１に、溶接棒４と母材６とを再び接触させると、既にインバータ出力は継続してオンであるので、溶接棒４と母材６との間には速やかにアークが発生し、これらの間には溶接電圧が発生し、溶接棒４には溶接電流が流れ、円滑に溶接を開始できる。

また時刻ｔ２で示すように溶接棒４と母材６とのアークを消失させた後、時刻ｔ３で示すようにタイマで設定された時間Ｔ以上が経過しても、溶接棒４と母材６とが接触したことを検出しなかった場合、制御回路１０は、インバータ出力をオフとし、低電圧源１２からの接触検出用電圧が溶接棒４と母材６との間に印加される待機状態となる。このように、時間Ｔ以上の長時間にわたり溶接が中断された場合には、インバータからの高電圧が出力されないため、安全に溶接作業を中断することができる。

このような制御を行うために制御回路１０は、例えば図２のフローチャートに示すように動作する。なお、主電源回路２のインバータ出力はオフで、低電圧源１２から接触検出用電圧が溶接棒４と母材６との間に供給されているとする。まず溶接棒４と母材６とが接触しているか判断する(ステップＳ２)。この判断の答えがイエスになるまでステップＳ２を繰り返す。ステップＳ２の答えがイエスになると、主電源回路２のインバータ出力をオンにする(ステップＳ４)。次にアークが発生しているか変流器８の検出値を基に判断する(ステップＳ６)。この判断は、例えば変流器８の検出値が、アークが発生しているときに変流器８を流れると予め設定されている値以上であるか判断することによって行われる。この判断の答えがノーの場合、この判断の答えがイエスになるまでステップＳ６を繰り返す。この判断の答えがイエスになると、アークが消滅したか、変流器８の検出値を基に判断する(ステップＳ８)。この判断は、変流器８の検出値が、アークが消失したときに変流器８を流れると予め設定されている値以下であるか判断することによって行われる。この判断の答えがノーの場合、答えがイエスになるまでステップＳ８を繰り返す。この判断の答えがイエスになると、制御回路１０に内蔵するタイマを起動する(ステップＳ１０)。

次に、溶接棒４と母材６とが接触しているか、接触検出回路１４の出力を基に判断する(ステップＳ１２)。この判断の答えがノーの場合、タイマ設定時間が経過したか判断し(ステップＳ１４)、この判断の答えがノーの場合、ステップＳ１２を実行する。ステップＳ１４の判断の答えがイエスであると、タイマ設定時間中には溶接棒４と母材６とは接触しなかったので、タイマをリセットし、主電源回路２のインバータ出力を停止し(ステップＳ１６)、ステップＳ２を実行する。ステップＳ１２とＳ１４とが繰り返されている間に、ステップＳ１２の判断の答えがイエスになると、タイマを停止し、リセットし(ステップＳ１８)、ステップＳ６を実行する。このとき、主電源回路２のインバータ出力はオンであるので、溶接棒４を母材６から離すと、上述したように円滑にアークが発生する。

ところで、一時的に溶接を中断する時間は、溶接環境や溶接をする作業員の癖などによってそれぞれ異なることがある。そこで、この実施形態では、制御回路１０にタイマの設定時間を調整用の調整器１６を設けて、図４に示すようにタイマの設定時間Ｔを任意に調整できるようにしてある。

上記の実施形態の手溶接用電源装置では、主電源回路２は、溶接棒４と母材６との間に直流を供給したが、交流を供給するように構成することもできる。また、タイマの設定時間を調整用の調整器１６を設けて、タイマの設定時間を任意に調整可能としたが、例えば特定の溶接環境で使用することが決まっている手溶接用電源装置のような場合には、固定の設定時間を使用することもできる。

２ 主電源回路
４ 溶接棒
６ 母材
８ 変流器（アーク検出手段）
１０ 制御回路（制御手段）
１２ 低電圧源
１４ 接触検出回路

Claims (3)

1. 接続されている溶接棒と母材との非接触状態における前記溶接棒と前記母材との間の電圧が無負荷電圧であり、前記溶接棒と前記母材とが接触させられた後に離されて前記溶接棒と前記母材との間にアークが発生したときの前記溶接棒と前記母材との間の電圧が、前記無負荷電圧よりも低い溶接電圧であり、前記溶接棒と前記母材とが前記アーク発生状態よりも更に離されると前記アークが消滅して、前記溶接棒と前記母材との間の電圧が前記無負荷電圧となる主電源回路と、
   前記溶接棒と前記母材との間に、前記主電源回路の前記無負荷電圧よりも低い接触検出用の電圧を印加する低電圧源と、
   前記低電圧源を使用して、前記溶接棒と前記母材との接触を検出する接触検出手段と、
   前記溶接棒と前記母材との間のアーク消滅を検出するアーク検出手段と、
   前記アーク検出手段が前記アークの消滅を検出したとき、前記主電源回路を停止させ、前記接触検出手段が前記溶接棒と前記母材との接触を検出したとき、前記主電源回路を動作させる制御手段とを、
   具備し、前記制御手段は、前記アーク検出手段が前記アークの消滅を検出したとき、所定時間にわたり、前記主電源回路の動作状態を維持するタイマ手段を備える溶接用電源装置。
2. 請求項１記載の溶接用電源装置において、前記制御手段は、前記所定時間中に前記接触検出手段が前記溶接棒と前記母材との接触を検出すると、前記主電源回路の動作を維持し、前記所定時間経過時までに、前記接触検出手段が、前記溶接棒と前記母材との接触を非検出のとき、前記主電源回路を停止させる溶接用電源装置。
3. 請求項１または２記載の溶接用電源装置において、前記所定時間は、設定手段によって設定可能である溶接用電源装置。

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