JP2610819B2

JP2610819B2 - ホツトワイヤｔｉｇ溶接装置

Info

Publication number: JP2610819B2
Application number: JP60271343A
Authority: JP
Inventors: 勝義堀
Original assignee: バブコツク日立株式会社
Priority date: 1985-12-04
Filing date: 1985-12-04
Publication date: 1997-05-14
Anticipated expiration: 2012-05-14
Also published as: JPS62130773A

Description

【発明の詳細な説明】〔産業上の利用分野〕本発明は、アーク溶接装置において、添加ワイヤを予
め加熱しておくホツトワイヤTIG溶接装置に関する。

〔従来の技術〕

アーク溶接には、タングステン等の消耗しにくい金属
を電極とし、イナートガス、例えばアルゴンガスのシー
ルド下で溶接を行なうTIG溶接がある。この溶接は良好
な溶接ビードを形成し得る反面、溶接速度が遅く、この
点の改良が望まれていた。このTIG溶接における溶接速
度を向上させる方法として、溶接用線材（添加ワイヤ）
を溶接前に予め所定の温度に加熱しながら溶接を行なう
ホツトワイヤTIG溶接法が注目されている。これを第６
図により説明する。

第６図は従来のホツトワイヤTIG溶接装置の系統図で
ある。図で、１は溶接対象の母材、２は一定値の直流電
流を出力するアーク電源、３はTIG溶接トーチ、４はTIG
溶接トーチ３に設置されたタングステン電極である。５
は溶接中のタングステン電極４と母材１との間に発生す
るアークを示す。７はアーク５の発生部に送られる添加
ワイヤ、８は添加ワイヤ７のコンタクトチツプ、９はコ
ンジツトケーブル、10は添加ワイヤ７を巻回したリー
ル、11はリール10から添加ワイヤ７を送り出すワイヤ送
給装置である。以上の構成が通常のTIG溶接装置であ
る。12は添加ワイヤ７に交流又は直流の電流を供給する
ワイヤ加熱電源であり、一方の端子は母材１に、他方の
端子はコンタクトチツプ８に接続されている。なお、7a
はコタクトチツプ８の先端から伸長した添加ワイヤ７の
突出部（ワイヤ突出部）を示す。

母材１はアーク電源２の正極側端子に、又タングステ
ン電極４は負極側端子に接続されている。アーク電源２
は直流垂下特性を有し、アルゴン等のシールドガス中で
母材１とタングステン電極４との間にアーク電源２を接
続することによりアーク５が形成される。一方、添加ワ
イヤ７の先端は母材１におけるアーク５が形成され溶融
している溶融池と接続せしめられるとともに、ワイヤ突
出部7aにはワイヤ電源12によりワイヤ電流が供給され、
そのジユール熱により添加ワイヤ７は予め加熱される。
アーク電源２としては使用態様により種々のものがある
が、汎用されている電源のうち相当数のものがサイリス
タで構成される整流装置を有している。

このようなホツトワイヤTIG溶接装置においては、予
め添加ワイヤ７を加熱するので、その溶融速度はTIG溶
接装置と比較して格段に向上するが、その反面、ワイヤ
突出部7aに供給されるワイヤ電流のため、アークの磁気
吹き現象を生じるという欠点を有する。この磁気吹き現
象とは、ワイヤ突出部7aに供給されるワイヤ電流によつ
てワイヤ突出部7aの近傍に磁界が生じ、この磁界のた
め、アーク５が進行方向前方又は後方に大きく振られる
現象をいう。そして、アーク５がこのように振られると
母材上のアーク発生点が安定せず、したがつて安定した
精度の高い溶接が困難となり、作業性が著しく悪化す
る。なお、ワイヤ電源12に交流電源を用いた場合でも、
アーク５は前方および後方に振られ、アーク５が溶融池
の中心に固定される時間がないため、アーク５の硬直性
を保持することができず、溶接作業性は極めて悪くな
る。

この磁気吹きによる悪影響を防ぐため、従来、ホツト
ワイヤ・スイツチングTIG溶接装置が提案されている。
第７図は第１のホツトワイヤ・スイツチングTIG溶接装
置の系統図である。図で、第６図に示す部分と同一部分
には同一符号を付して説明を省略する。15はこの装置の
アーク電源、16はこの装置のワイヤ電源、17は電流制御
回路である。

このホツトワイヤ・スイツチングTIG溶接装置の動作
を第８図（ａ）に示すアーク電流波形図および第８図
（ｂ）に示すワイヤ電流波形図を参照しながら説明す
る。なお、第８図（ａ），（ｂ）はいずれも横軸に時間
がとつてある。本装置においては、電流制御回路17から
出力される信号により、アーク電源15の出力電流は第８
図（ａ）に示すように、期間T_pでピーク電流I_apとな
り、次の期間T_bでピーク電流I_apより遥かに低いベース
電流I_abとなり、この状態が周期的に繰返えされる。一
方、ワイヤ電源16からは、電流制御回路17の出力信号に
より、第８図（ｂ）に示すように、期間T_pにおいてはワ
イヤ電流は出力されず、期間T_bにおいてワイヤ電流I_wp
が出力される。

このように、ホツトワイヤ・スイツチングTIG溶接装
置においては、ワイヤ電流I_wpがワイヤ突出部7aに流れ
るのはアーク電流が非常に低い期間T_bの間だけであり、
このため、母材溶融を進行している期間T_p中には磁気吹
きは全くなく実質的に磁気吹きによる問題は発生せず、
母材１の溶融や溶接作業性は第６図に示す装置に比較し
て著しく改善せしめられる。

第９図は第２のホツトワイヤ・スイツチングTIG溶接
装置の系統図である。図で、第６図に示す部分と同一部
分には同一符号を付して説明を省略する。図で、19はゲ
ート制御装置、20はアーク電源２の負側とコンタクトチ
ツプ８の間に設けられたゲート・ターンオフ・サイリス
タ（GTO）、21はアーク電源２の負側と正側の間に設け
られたGTOである。本装置において、アーク電源には通
常のTIG溶接装置の電源が用いられている。

本装置の動作を第10図（ａ）に示すアーク電流波形
図、第10図（ｂ）に示すワイヤ電流波形図、および第10
図（ｃ），（ｄ）に示すGTO電流波形図を参照しながら
説明する。なお、第10図（ａ）〜（ｄ）においてはいず
れも横軸に時間がとつてある。ゲート制御装置19は期間
T_pの間、第10図（ｃ），（ｄ）に示すようにGTO20,21を
OFFとする。したがつて、アーク電源２からはピーク電
流I_apが出力され、母材１とタングステン電極４との間
には溶接に必要なアーク５が形成される。期間T_pが経過
すると、ゲート制御装置19は第10図（ｃ）に示すよう
に、GTO20のゲートにON信号を出力する。これにより、
アーク電源２の出力電流のほとんどが添加ワイヤ７のワ
イヤ突出部7a、コンタクトチツプ8,GTO20を経て流れ
（ワイヤ電流）、他がアーク５を維持するベース電流I
_abとなる。

この状態において、図示しない装置により添加ワイヤ
７のワイヤ突出部7aの電圧降下とワイヤ電流が測定さ
れ、これらに基づいて添加ワイヤに供給される電力量
（ワイヤ突出部7aに発生するジユール熱量に比例する）
が演算される。この電力量が、添加ワイヤ７の溶融速度
等から定められる所定の電力量に達すると、ゲート制御
装置19は第10図（ｄ）に示すように、GTO21のゲートにO
N信号を出力する。これにより、アーク電源２はGTO21を
経て短絡され、添加ワイヤ７に対する電流の供給は停止
される。結局、それまでの期間T_wにおいてワイヤ突出部
7aに所定の加熱が行われたことになる。期間T_bが経過す
ると、第10図（ｃ），（ｄ）に示すように、ゲート制御
装置19はGTO20,21のゲートをOFFとし、これにより、ア
ーク電源２からは再びピーク電流I_apが出力される。こ
のような動作が期間Ｔ（T_p＋T_b）を１周期として繰返え
される。

本装置も前記第１のホツトワイヤ・スイツチングTIG
溶接装置と同じく、磁気吹きによる悪影響を免れること
ができる。

以上述べた第１および第２のホツトワイヤ・スイツチ
ングTIG溶接装置は磁気吹きを除去しようとするもので
あるが、これに対して、逆に磁気吹きを積極的に利用し
てTIG溶接を実施する手段が、特公昭56−1982号公報お
よび特開昭56−131071号公報により提案されている。以
下、これらの手段を簡単に説明する。

特公昭56−1982号公報記載のものは、一定値のアーク
電流に対して添加ワイヤに磁気吹きを生じさせるに充分
な期間、脈流電流（例えば、0.4秒直流電流を通電し、
0.6秒非通電とする状態の繰り返し）を通電するもので
ある。なお、アーク電流がパルス電流の場合は、アーク
電流の通電期間に、これと同期して添加ワイヤにパルス
電流を通電する。このような構成により、アークを磁気
吹きにより溶接進行方向の前方に振らせ、母材を予熱し
て溶接速度を上げる等の効果を生ぜしめる。

特開昭56−131071号公報記載のものは、パルス状のア
ーク電流に対し、これと同期して添加ワイヤに交流電流
を通電するものであり、このような構成により、アーク
を磁気吹きにより振動させ、アーク直下の溶融池に過度
の窪みが生じる現象を防止することができる。

〔発明が解決しようとする課題〕

以上、従来の種々のTIG溶接装置について述べた。と
ころで、第６図に示すホツトワイヤTIG溶接装置におい
て磁気吹きの影響を実質的になくすためには、ワイヤ電
流を小さくする（例えば、アーク電流の1/3以下にする
と磁気吹きが問題にならないことが確められている。）
ことが考えられる。しかしながら、ワイヤ電流を小さく
すると、添加ワイヤの溶接速度は極度に低下してしま
い、本来ホツトワイヤTIG溶接装置が有する溶接速度を
向上という特徴を充分に発揮することができなくなる。
そして、このように低い溶融速度であつても、磁気吹き
の影響を避けようとすると適正なアーク電流のもとでア
ーク長を1.5mm以下と極力短く保つ必要があり、溶接作
業が困難となる。

又、第７図に示す第１のホツトワイヤ・スイツチング
TIG溶接装置は磁気吹きの影響を蒙ることなく溶接作業
を行うことができるが、アーク電流とワイヤ電流をそれ
ぞれスイツチングしなければならず、このため、アーク
電源15とワイヤ電源16は大容量のトランジスタを用いた
ドロツパ方式の電源、又は大容量のトランジスタを多数
用いたチヨツパ方式の電源が必要であり、各電源が極め
て複雑、高価になり、かつ、大形になるという欠点があ
る。

さらに、第９図に示す第２のホツトワイヤ・スイツチ
ングTIG溶接装置は、磁気吹きの影響を蒙ることなく溶
接作業を行うことができ、かつ、電源として構造簡素で
安価な従来のTIG溶接装置の電源を用いることができ
る。しかしながら、この装置においては、添加ワイヤ７
のワイヤ突出部7aの電圧降下が大きくなると（ワイヤ突
出部7aの抵抗が大きくなると）ワイヤ通電期間中のアー
ク電流が大きくなり磁気吹きの影響が現れるとともにワ
イヤ電流が減少してワイヤ突出部7aの加熱が不充分とな
るので、ワイヤ突出部7aをあまり長くすることはできな
い。一方、ワイヤ電流を大きくしようとしても、ワイヤ
電流はアーク電源２から得ているのでアーク電流のピー
ク値I_ap以上とはなし得ずそれ以上の大きな電流は得ら
れない。そして、上記のワイヤ突出部7aを長くできない
こと、およびワイヤ電流を大きくできないことの両者か
ら、添加ワイヤ７の溶融速度を充分に大きくすることが
できず（溶融速度は20g/min程度）、ホツトワイヤTIG溶
接装置としての特徴を充分に発揮し得ないという欠点が
あつた。

又、特公昭56−1982号公報および特開昭56−131071号
公報記載のものは、前記のように優れた効果はあるもの
の、磁気吹きが存在するため、これによる欠点、即ち、
精度の高い溶接が困難であり、作業性が低下するのを避
けることはできない。

本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであ
り、その目的は、従来技術の課題を解決し、アーク電流
が流れていない場合は当然、アーク電流が流れている場
合にワイヤ電流を通電しても磁気吹きの影響を実質的に
なくすことができ、ひいては作業性を向上せしめ、精度
の高い溶接を行うことができるホツトワイヤTIG溶接装
置を提供するにある。

さらに、本発明の他の目的は、上記の目的に加えて、
ワイヤに適正な電力を供給することができるホツトワイ
ヤTIG溶接装置を提供するにある。

〔課題を解決するための手段〕

本発明は、前述の従来装置が磁気吹きを０にしようと
する発想、又は磁気吹きを存在せしめこれを積極的に利
用しようとする発想とは異なり、磁気吹きの発生を容認
し、しかもその影響を実質的に無にしようとする発想に
基づくものである。この発想に従って、本発明は、非消
耗アーク電極と、一端が前記アーク電極に接続され他端
が母材に接続されるアーク電源と、前記アーク電極と前
記母材との間に生じるアークによって形成される母材溶
融池に挿入されるワイヤとを備えたものにおいて、前記
ワイヤを加熱しかつその出力電流のピーク値が前記アー
ク電源の出力電流のピーク値の1/2以上であるワイヤ電
源と、前記アーク電源の出力ピーク電流の通電期間とは
独立に前記ワイヤ電源の出力ピーク電流の通電期間を3m
s以下、非通電期間を5ms以上に制御することにより前記
母材上に生じるアーク発生点の移動を抑える制御装置と
を設けたことを特徴とする。

さらに、本発明は、上記構成に加え、ワイヤ加熱電力
を検出する加熱電力検出手段と、ワイヤ送給速度を検出
する速度検出手段と、ワイヤ送給速度により定まるワイ
ヤ加熱電力と検出されたワイヤ加熱電力との偏差に応じ
て前記ワイヤ電流のピーク値を調整する調整手段とを設
けたことも特徴とする。

〔作用〕

制御装置においては、溶接条件に応じてワイヤ電流の
通電時間が3ms以下、非通電時間が5ms以上に設定され、
アーク電流の如何にかかわらず、即ち、アーク電流が流
れていない場合は当然、ピーク値のアーク電流が流れて
いる場合であっても、上記のように設定された直流パル
ス電流をワイヤ電源から出力する。これにより定められ
た直流パルス電流を、アーク電流の如何にかかわらずワ
イヤ電源から出力する。上記通電期間および非通電期間
を上記の値の範囲に適切に設定すると、ワイヤ電源から
の上記直流パルス電流によるアークの磁気吹きが生じて
も、その磁気吹きによるアークの変位量は極めて小さく
制御される。

さらに、加熱電力検出手段と速度検出手段を用いる
と、実際のワイヤの加熱電力およびそのワイヤ送給速度
に対して必要とする加熱電力を得ることができ、これら
の加熱電力の偏差によりワイヤ電流を調整してワイヤの
適正な加熱を行うことができる。

〔実施例〕

以下、本発明を図示の実施例に基づいて説明する。

第１図は本発明の実施例に係るホツトワイヤTIG溶接
装置の系統図である。図で、第６図に示す部分と同一部
分には同一符号を付して説明を省略する。本実施例にお
いて、アーク電源は第６図に示したものと同じ通常のTI
G溶接装置のアーク電源２が用いられる。23はワイヤ突
出部7aに加熱電流を供給するワイヤ電源であり、交流電
源に接続される整流回路D₀、コンデンサＣ、トランジス
タT_r1,T_r2、変圧器Ｔ、ダイオードD₁,D₂より成る通常の
トランジスタ・インバータ回路で構成されている。24は
ワイヤ電源23の各トランジスタT_r1,T_r2によりワイヤ電
源23の出力電流の通電期間と非通電期間を制御する制御
装置である。制御装置24の構成を第２図に示す。

第２図は制御装置24の具体例のブロツク図である。図
で、24aは周知のパルス幅変調回路（PWM回路）であり、
のこぎり波発生回路24a₁、比較器24a₂、および端子24a₃
で構成されている。24bはワイヤ７に対する通電期間を
設定する通電期間設定タイマ、24cはワイヤ７に対する
非通電期間を設定する非通電期間設定タイマであり、い
ずれも例えばタイマ用ICが用いられる。24dは通電期間
設定タイマ24bの出力により駆動されるスイツチング要
素であり、当該出力が高レベルのときON状態、低レベル
のときOFF状態に切換えられる。24eはトランジスタT_r1,
T_r2を駆動するドライバ回路であり、このドライバ回路2
4eの出力がタランジスタT_r1,T_r2のベースに入力され
る。

次に、本実施例の動作を第３図（ａ）〜（ｆ）に示す
電圧、電流波形図を参照しながら説明する。アーク電源
２からは通常のTIG溶接装置と同様、第３図（ａ）に示
す一定値I_aのアーク電流が出力されている。一方、PWM
回路24aの端子24a₃からは所定レベルの電圧が入力され
れ、比較器24a₂においてのこぎり波発生回路24a₁から出
力されるのこぎり波電圧と比較され、比較器24a₂からは
第３図（ｃ）に示すように、当該入力された電圧レベル
に比例したパルス値T_pwおよび当該のこぎり波電圧と同
一の周波数（周期Ｔ）のパルスが出力される。

ここで、通電期間設定タイマ24bに任意の期間T_ONを設
定し、又、非通電期間設定タイマ24cに任意の期間T_OFF
を設定すると、まず、通電期間設定タイマ24bから期間T
_ONの間、高レベル信号が出力される。この信号は非通電
期間設定タイマ24cに入力され、期間T_ON経過時における
当該信号の立下りにより非通電期間設定タイマ24cが作
動し、設定された期間T_OFFの間、通電期間設定タイマに
高レベル信号を出力する。期間T_OFFが経過し、この信号
が立下がると、この立下がりにより通電期間設定タイマ
24bが作動し、期間T_ONの間高レベル信号を出力する。以
下、同様の動作が順次繰返えされる。したがつて、通電
期間設定タイマ24bからは第３図（ｂ）に示すように、
パルス幅T_ON、周期（T_ON＋T_OFF）のパルスが出力され
る。

スイッチング要素24dは通電期間設定タイマ24bの上記
出力により、期間T_ONの間はON状態、続く期間T_OFFの間
はOFF状態となり、これが繰返えされる。このため、比
較器24a₂から出力される信号（PWM回路24aの出力信号）
は、第３図（ｃ）に示すように、期間T_ONの間のみドラ
イバ回路24eを介してトランジスタT_r1,T_r2に印加され、
期間T_OFFの間は遮断される。

なお、実際にはPWM回路24aからは、第３図（ｃ）に示
すパルス信号およびこれに対して半周期（T/2）ずれた
同様の信号が出力され、それぞれ、上記と同一作動を同
時に行なう別体のスイツチング要素およびドライバ回路
を経て各別にトランジスタT_r1,T_r2に入力され、それぞ
れトランジスタの正の半波および負の半波を形成するこ
とになるが、第２図ではこれを省略し、単純化して示し
た。

期間T_ONにおけるPWM24aの出力信号により、トランジ
スタT_r1,T_r2は通電、遮断を繰返し、このため、トラン
ジスタＴの２次側には第３図（ｄ）に示す電流が出力さ
れ、この電流はダイオードD₁,D₂により全波整流されて
第３図（ｅ）に示す電流となる。しかし、実際には、ト
ランスＴや通電ケーブルのインダクタンスのため、この
電流は平滑化され、第３図（ｆ）に示すような電流とな
る。この第３図（ｆ）に示す電流がワイヤ突出部7aに供
給されるワイヤ電流であり、そのピーク値がI_wpで示さ
れている。

上記動作の説明中、各周期は、例えばT_ON＝2ms,T_OFF
＝8ms,T＝50μs,T_pw＝25μｓに選定される。このような
周期の選定を行なうと、期間T_ONの間はトランジスタ
T_r1,T_r2が所定の周期（20K Hz）で導通、遮断を繰返
し、その結果、ピーク値I_wpのパルス状のワイヤ電流が
突出部7aに供給され、期間T_OFFの間はトランジスタT_r1,
T_r1は遮断されてワイヤ電流が供給されない。そして、
上記のパルス状のワイヤ電流によりワイヤ突出部7aが加
熱され、ホツトワイヤTIG溶接が行なわれる。この場
合、ワイヤ電流のピーク値I_wpはPWM回路24aの端子24a₃
の入力信号のレベルを変え、デユーデイー（T_PW/T）を
変更することにより調整することができる。

なお、本実施例では、第１図から明らかなようにワイ
ヤ電源23の正側端子が母材１に接続され、負側端子がコ
ンタクトチツプ８に接続されている。又、ワイヤ電流の
通電期間T_ONの間、アーク電圧は僅かに上昇する。

ここで、上記装置を用いて行なつた１実験例について
述べる。この実験における各設定値は次のとおりであ
る。

アーク電流I_a:200A ワイヤ電流ピーク値I_WP:350A ワイヤ通電期間T_on:2ms ワイヤ非通電期間T_off:8ms このような値にしたがつてワイヤ突出部7aにワイヤ電
流を供給して溶接を行なうと、TIG溶接の場合と同じ
く、肉眼では、アーク５がタングステン電極４の真下に
安定して保持されているように見える状態で、溶接速度
100mm/min、ワイヤ溶接速度40g/minのホツトワイヤTIG
溶接を行なうことができた。そして、この状態は添加ワ
イヤ７の添加位置や添加方向には無関係であつた。

上記実験とともに、ワイヤ通電期間T_onおよびワイヤ
非通電期間T_offの数値を変化させる実験も行つた。この
実験によると、ワイヤ通電期間T_onを4ms、ワイヤ非通電
期間T_offを4msに設定した場合、許容し得る程度ではあ
るが肉眼でアーク５がやや太く見えるようになり、又、
ワイヤ通電期間T_onを4ms越える値に、ワイヤ非通電期間
T_offを4ms未満に設定するとアーク５が太くなり、か
つ、添加ワイヤ７の添加位置や添加方向によりアーク５
の方向が変る傾向が強まり、磁気吹きの影響が肉眼で明
瞭に認識できた。一方、通電期間T_onを3ms、非通電期間
T_offを5msに設定した場合、さきの実験と同じく、アー
ク５が通常のアークと同じ太さで安定して保持されてい
るように見え、又、添加ワイヤ７の添加位置や添加方向
には影響されないことが判明した。

上記の実験の他の実験例から、ワイヤ電流の通電期間
T_onを3ms以下、非通電期間T_offを5ms以上に設定し、
又、ワイヤ電流ピーク値T_WPをアーク電流値以上に選定
すると、磁気吹きを実質的に無にするアーク５を得られ
ることが判明した。

さて、上記のようにワイヤ電流の通電期間を所定位置
以下に、かつ、非通電期間を所定値以上に設定したと
き、磁気吹きの影響を実質的に無にし得る理由について
は未だ充分に解明する段階に至つていないが、次の理由
によるものではないかと考えられる。即ち、アーク５に
より母材１上に溶融池が形成された状態でワイヤ突出部
7aにワイヤ電流が通電されると、磁気吹きによりアーク
５の母材側発生点は所定方向に移動しようとする。しか
しながらアーク５は磁気吹きに対応した位置まで直ちに
移動するのではなく、アークが有する慣性によりある応
答遅れをもつて移動する。そこで、その磁気吹きに対応
した位置まで母材側のアーク発生点が移動する前にワイ
ヤ電流を遮断すると、アーク５の移動の中間地点で磁気
吹きが消滅し、アーク５およびその母材側発生点は当該
中間地点からタングステン電極４の真下に戻る。そし
て、次のワイヤ電流通電までの期間（非通電期間）を充
分に確保すると、上記溶融池の戻りの時間も充分に得ら
れるとともに溶融池がタングステン電極４の真下に留ま
る時間も長くなる。このため、アーク５が振られる（移
動する）量は少なくなり、同時にアーク５がタングステ
ン電極真下に停止している時間が長くなり、肉眼ではア
ーク５が全く振られていないように見え、かつ、母材の
溶融も通常アークの場合とほとんど変わりなく行なわれ
るようになるものと考えられる。

以上述べたように、本実施例では、アーク電流以上の
電流を出力するワイヤ電源を備え、アーク電流とは無関
係に、PWM回路およびタイマにより所定の通電期間（例
えば2ms）および所定の非通電期間（例えば8ms）でワイ
ヤ電流をON,OFFするようにしたので、アーク電流が流れ
ていない場合は当然、ピーク値のアーク電流が流れてい
る場合にピーク値のワイヤ電流を通電しても、母材側の
アーク発生点の移動を小さくし、磁気吹きの影響を実質
的になくすことができ、このため作業性を著しく向上せ
しめ、精度の高い溶接を行うことができる。又、アーク
電源およびワイヤ電源とも市販のものを用いることがで
き、安価に構成することができる。

さらに、従来のホツトワイヤ・スイツチングTIG溶接
装置においては、アーク電流はピーク値の高いパルス電
流であるため、母材に局部的に深い溶け込みを形成しそ
れによる溶接欠陥を生じ易いが、本実施例ではアーク電
流として平坦な直流電流を用いるので、容易に良好な溶
け込みを得ることができる。さらに又、アーク電流が平
坦な電流であるため、パルス電流の場合に生じる大きな
アーク音の発生を防止することができる。

又、本実施例では、ワイヤ電源の正側端子を母材に、
負側端子をコンタクトチツプに接続したので、次のよう
な効果を奏する。即ち、ワイヤ電流の値は極めて大きい
ので、ワイヤ突出部の両端電圧も（12Vなど）可成り大
きな値となる。したがつて、コンタクトチツプがワイヤ
電源の正側端子に接続されると、負電位にあるタングス
テン電極とワイヤ側との間にアークが形成され、ワイヤ
突出部の溶融が乱れて溶接作業が不能となる事態が発生
するおそれがある。本実施例では上記の接続によりこの
事態を防止することができる。

第４図は本発明の他の実施例に係るホツトワイヤTIG
溶接装置の系統図である。図で、第１図に示す部分と同
一部分には同一符号を付して説明を省略する。25は制御
装置、26はワイヤ電流を検出する電流検出器、27はワイ
ヤ突出部7aの電圧を検出するために母材１とコンタクト
チツプ８に接続されたリード線、28はワイヤ送給装置11
と制御装置25を接続するリード線である。ここで、制御
装置25の構成を第５図に示す。

第５図は制御装置25の具体例のブロツク図である。図
で、第２図に示す部分と同一部分には同一符号を付して
説明を省略する。29は添加ワイヤ７の送給速度を指令す
るワイヤ送給速度指令装置、11aはワイヤ送給装置11内
に設けられてワイヤ送給モータを駆動するワイヤ送給モ
ータ駆動回路である。ワイヤ送給速度指令装置29とワイ
ヤ送給モータ駆動回路11aは制御装置25の外部に設けら
れた装置である。

25aはワイヤ送給モータ駆動回路11aからの信号（例え
ばモータの回転速度に比例した電圧）をリード線28を介
して入力するワイヤ送給速度検出回路であり、入力信号
をワイヤ送給速度を示す信号（制御に適した信号）に変
換する。25bは添加ワイヤ７の材質に応じてワイヤ送給
速度検出回路25aの出力信号を補正する材料定数補正回
路である。25cは第４図に示す電流検出器26の検出信号
を入力して制御に適した信号に変換するワイヤ電流検出
回路、25dはリード線27によりワイヤ突出部7aの両端電
圧を検出すこれを制御に適した信号に変換するワイヤ電
圧検出回路である。25eはワイヤ電流検出回路25cおよび
ワイヤ電圧検出回路25dの出力信号によりワイヤ突出部7
aに対する加熱電力を検出するワイヤ加熱電力検出回路
である。25fは減算器、25gは加算器である。

さきの実施例の説明から明らかなように、ワイヤ電流
の通電期間T_onはできるだめ短時間であることが望まし
い。しかしながら、ワイヤ電源23からワイヤ突出部7aま
でのワイヤ電流通電経路にはインダクタンスが存在する
ので、ワイヤ電流は急峻なパルス波形とはならず、第３
図（ｆ）に示すようにピーク部がなだらかな波形となり
その実効値が変化する。さらに、上記インダクタンスは
ケーブルの設置状況その他の要因により一定ではない。
このため、ワイヤ電源23から一定電圧を出力してもワイ
ヤ突出部7aに流れる電流は一定せず、その発熱量も変化
する。本実施例では、ワイヤ送急速度およびワイヤ突出
部7aの電流、電圧を検出し、これらに基づいてワイヤ突
出部7aの発熱量が常に一定になるようにワイア電力を制
御するものである。

以下、本実施例の動作を説明する。ワイヤ送給速度指
令装置29に添加ワイヤ７の送給速度が設定されると、ワ
イヤ送給モータ駆動回路11aによりワイヤ送給装置11の
モータが駆動され、ワイヤ送給モータ駆動回路11aから
は実際のモータ回転速度（ワイヤ送給速度に比例した
値）が出力される。ワイヤ送給速度検出回路25aはこれ
を制御に適したワイヤ送給速度に応じた信号に変換し、
この信号は材料定数補正回路25bに入力される。材料定
数補正回路25aは、使用される添加ワイヤ７の材質によ
り定められた定数を有し、この定数および入力されたワ
イヤ送給速度に基づいて必要とする電力に応じた信号を
出力する。

一方、ワイヤ電流検出回路25cおよびワイヤ電圧検出
回路25dで得られた信号に基づき、ワイヤ加熱電力検出
回路25eからは実際にワイヤ突出部7aに加えられている
加熱電力に応じた信号が出力される。減算器25fでは、
材料定数補正回路25bから出力される必要とする電力
と、ワイヤ加熱電力検出回路25eから出力される実際の
加熱電力との偏差を演算し、この偏差信号を加算器25g
に出力する。

加算器25gはPWM回路24aの比較器24a₂と端子24a₃との
間に介在せしめられている。端子24a₃には、さきの実施
例の説明において述べたように、所定のレベルの信号が
入力されており、この信号によりPWM回路24のデユーデ
イー、したがつてワイヤ電源23のワイヤ電流のピーク値
I_WPが決定される。本実施例では、この信号は加算器25g
に入力され、減算器25fから出力された偏差信号と加算
される。ここで、偏差信号が正の場合、即ち、材料定数
補正回路25_bから出力される必要とする電力がワイヤ加
熱電力検出回路25eから検出される実際の電力より大き
い場合、当該偏差信号は電力不足分を表わし、又、偏差
信号が負の場合は逆に電力過剰分を表わす。したがつ
て、加算器25gでは、端子24a₃から入力される信号が適
正なレベルに補正されることになり、この結果、ワイヤ
電流が調整されてワイヤ突出部7aには過不足のない電力
が供給される。

このように、本実施例では、アーク電流以上の電流を
出力するワイヤ電源を備え、アーク電流とは無関係に、
PWM回路およびタイマにより所定の通電期間および非通
電期間でワイヤ電流をON,OFFすうようにし、さらに、ワ
イヤ加熱電力のフイードバツク回路を設けたので、さき
の実施例と同じ効果を奏するとともに、ワイヤに適正な
電力を供給することができる。

なお、上記各実施例の説明では、アーク電源として平
坦な直流電流を出力する電源を例示して説明したが、こ
れまでの説明から明らかなように、アーク電源がパルス
電流を出力する電源、その他どのような電源であつても
本発明を適用することができる。

又、通常、自動式のTIG溶接装置にあつては、アーク
電圧を一定に保持することによりアーク長を一定に制御
する手段が採用されることが多い。本発明の装置にあつ
ては、ワイヤ電流通電期間中実際上磁気吹きを生じてい
るため、アーク電圧はさきに述べたようにワイヤ電流通
電期間中に変化する。したがつて、単にアーク電圧の平
均値をアーク長制御のデータとして用いるとその制御が
円滑に行われなくなる場合が生じる。これを避けるに
は、ワイヤ電流の非通電期間のアーク電圧をサンプリン
グし、その値をアーク長制御のデータとして使用すれば
よい。

さらに、上記各実施例では、ワイヤ電流のピーク値を
アーク電流以上に設定した例について説明した。しか
し、ワイヤ電流のピーク値はこのような値に限定される
ことはなく、アーク電流のピーク値のほぼ1/2以上であ
ればよい。この値は、ワイヤ電流を上記のように制御し
た場合、もしワイヤ電流のピーク値がアーク電流のピー
ク値の1/2未満であれば、満足する溶融速度を得るのは
不可能であるという観点から決定されたものである。

〔発明の効果〕以上述べたように、本発明では、アーク電流とは無関
係に、溶接条件に応じてアーク柱および母材側のアーク
発生点の移動が許容範囲以下となるようにワイヤ電流の
通電期間を3ms以下に、又、非通電期間を5ms以上に選定
し、これら通電期間および非通電期間を、アーク電源の
出力電流とは無関係に独立して制御するようにし、か
つ、ワイヤ電流をアーク電流の1/2以上に選定したの
で、アーク電流が流れていない場合は当然、ピーク値の
アーク電流が流れている場合にピーク値のワイヤ電流を
通電しても磁気吹きの影響を実質適になくすことがで
き、ひいては作業性を向上せしめ、精度の高い溶接を行
うことができ、又、電源を安価に構成することができ
る。

さらに、ワイヤ加熱電力のフイードバツク回路を設け
ることにより、ワイヤに適正な電力を供給することがで
きる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例に係るホツトワイヤTIG溶接装
置の系統図、第２図は第１図に示す制御装置の具体例の
ブロツク図、第３図（ａ），（ｂ），（ｃ），（ｄ），
（ｅ），（ｆ）は電流、電圧波形図、第４図は本発明の
他の実施例に係るホツトワイヤTIG溶接装置の系統図、
第５図は第４図に示す制御装置の具体例のブロツク図、
第６図は従来のホツトワイヤTIG溶接装置の系統図、第
７図は従来の第１のホツトワイヤ・スイツチングTIG溶
接装置の系統図、第８図（ａ），（ｂ）は第７図に示す
装置のアーク電流およびワイヤ電流の波形図、第９図は
従来の第２のホツトワイヤ・スイツチングTIG溶接装置
の系統図、第10図（ａ），（ｂ），（ｃ），（ｄ）は第
９図に示す装置の動作を説明する電流波形図である。１……母材、２……アーク電源、４……タングステン電
極、５……アーク、７……添加ワイヤ、7a……ワイヤ突
出部、11……ワイヤ送給装置、23……ワイヤ電源、24,2
5……制御装置、24a……PWM回路、24a₁……のこぎり波
発生回路、24a₂……比較器、24a₃……端子、24b……通
電期間設定タイマ、24c……非通電期間設定タイマ、24d
……スイツチング要素、24e……ドライバ回路、25a……
ワイヤ送給速度検出回路、25b……材料定数補正回路、2
5c……ワイヤ電流検出回路、25d……ワイヤ電圧検出回
路、25e……ワイヤ加熱電力検出回路、25f……減算器、
25g……加算器、26……電流検出器。

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】非消耗アーク電極と、一端が前記アーク電
極に接続され他端が母材に接続されるアーク電源と、前
記アーク電極と前記母材との間に生じるアークによって
形成される母材溶融池に挿入されるワイヤとを備えたも
のにおいて、前記ワイヤを加熱しかつその出力電流のピ
ーク値が前記アーク電源の出力電流のピーク値の1/2以
上であるワイヤ電源と、前記アーク電源の出力ピーク電
流の通電期間とは独立に前記ワイヤ電源の出力ピーク電
流の通電期間を3ms以下、非通電期間を5ms以上に制御す
ることにより前記母材上に生じるアーク発生点の移動を
抑える制御装置とを設けたことを特徴とするホットワイ
ヤTIG溶接装置。
【請求項２】特許請求の範囲第（１）項において、前記
ワイヤ電源の出力電流のピーク値は、前記アーク電源の
出力電流のピーク値以上であることを特徴とするホット
ワイヤTIG溶接装置。
【請求項３】特許請求の範囲第（１）項において、前記
ワイヤ電源は、前記ワイヤに接続された端子を負側端子
として直流電流を出力することを特徴とするホットワイ
ヤTIG溶接装置。
【請求項４】非消耗アーク電極と、一端が前記アーク電
極に接続され他端が母材に接続されるアーク電源と、前
記アーク電極と前記母材との間に生じるアークによって
形成される母材溶融池に挿入されるワイヤとを備えたも
のにおいて、前記ワイヤを加熱しかつその出力電流のピ
ーク値が前記アーク電源の出力電流のピーク値の1/2以
上であるワイヤ電源と、前記アーク電源の出力ピーク電
流の通電期間とは独立に前記ワイヤ電源の出力ピーク電
流の通電期間を3ms以下、非通電期間を5ms以上に制御す
ることにより前記母材上に生じるアーク発生点の移動を
抑える制御装置と、ワイヤ加熱電力を検出する加熱電力
検出手段と、ワイヤ送給速度を検出する速度検出手段
と、ワイヤ送給速度により定まるワイヤ加熱電力と検出
されたワイヤ加熱電力との偏差に応じて前記ワイヤ電流
のピーク値を調整する調整手段とを設けたことを特徴と
するホットワイヤTIG溶接装置。