JP2614644B2 - ホツトワイヤ溶接装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明はホツトワイヤ溶接装置に係り、特にホツトワ
イヤを位置制御するのに好適なホツトワイヤ溶接装置に
関する。

〔従来技術〕

第５図に、ホツトワイヤTIG溶接法として従来から一
般的に用いられている溶接装置の回路構成を示す。

TIG溶接トーチの中のタングステン電極１と母材２に
直接溶接用のアーク電極３を接続し、アルゴンガス中で
タングステン電極１を負極としてアーク４を形成する。
溶接用の添加ワイヤ５は、ワイヤ送給装置６からコンジ
ツト７およびそれと連結されたコンタクトチツプ８を通
つて、アーク発生部に導かれて母材２と接触させる。コ
ンタクトチツプ８と母材２とにワイヤ加熱電源10を接続
し、直流あるいは交流電流を添加ワイヤ５に流してジユ
ール熱を発生させ、それにより添加ワイヤ５の溶融速度
を高めている。

ところでホツトワイヤTIG溶接では、溶接中における
溶接速度、アーク長、アーク電流およびワイヤ送給速度
やワイヤ電流等の変化による適正挿入位置の変化また、
ワイヤの曲がりくせによる挿入位置変化などが生じる。
このため、第５図に示すように、ワイヤ挿入位置をアジ
ヤスタ13で適正状態になるよう常時、作業者が監視して
手動で調整をしていた。このため、無人作業化が困難
で、また溶接欠陥も発生しやすかつた。

〔発明が解決しようとする問題点〕

溶接中、ワイヤ先端は第３図−（ａ）に示すように一
次アークプラズマ中にあると加熱し過ぎて溶断してしま
い、また、第３図−（ｄ）のように溶融池の外にある
と、ワイヤによる溶着金属はアークによるビードとは離
れてしまい、良好な溶接ビードの形成が難しくなる。

本来、ワイヤ先端は第３図−（ｃ）に示すように二次
アークプラズマフレーム中ないし、その外周に接してい
るのが望ましい状態である。本発明の目的は、自動的に
ワイヤ先端をこのような適正溶融位置に制御することに
より、常時、作業者が、挿入位置を監視することなく、
安定した良好な溶接を行なうことにある。

〔問題点を解決するための手段〕

上記目的は、ワイヤ先端が間欠的に母材から離れるよ
うにし、そのときのパルス電源回路の非通電期間中のワ
イヤ端子電圧を検出し、この電圧からワイヤ挿入位置を
推測し、ワイヤ先端を常に二次アークプラズマフレーム
中ないしその外周に接するよう位置制御することにより
達成される。

〔作 用〕

第２図は、ワイヤに通電しないコールドワイヤTIG溶
接している時の、ワイヤ端子電圧を測定する回路図であ
る。これは、ワイヤが母材より離れているときには、ワ
イヤ先端がプローブとして機能し、アークプラズマとの
接触状態で異なつたワイヤ先端の電圧を検出する。

第３図は、測定結果であるが、第３図−（ａ）はワイ
ヤが母材と接触した場合はOVであり、第３図−（ｂ）の
ように一次アークプラズマフレーム内にワイヤが挿入さ
れている場合は低インピーダンスの一次アーク柱の電圧
を検出する。ワイヤ位置によつて電圧は異なるが、母材
に近いところでは−5V〜−8Vを示す。

第３図−（ｃ）は、ワイヤが二次アークプラズマ中に
ある場合であるが、一次アークに近いところはインピー
ダンスも比較的低く、第２図のような抵抗を1KΩ,3KΩ
を並列に入れて測定すると−6V〜−8V、外部に行くに従
つてインピーダンスがより高くなり、測定側のプルアツ
プ電圧に近づき−8V〜−12Vとなり、ワイヤ先端がアー
クプラズマ雰囲気外にある場合はプルアツプ電圧とな
り、この場合−12Vとなる。

このことから、ワイヤ電圧からワイヤ挿入位置が解
る。ワイヤを最適溶融位置であるアークフレームに接す
るところでは、ほぼ−10Vの電圧が検出されるのでワイ
ヤガイドの保持部をモータによつて微動させ、検出電圧
が−10Vになるように溶融池へのワイヤ挿入位置を調整
する。

〔発明の実施例〕

以下、本発明の実施例を図面を用いて説明する。

第１図に、本発明のワイヤ位置制御装置を用いたホツ
トワイヤTIG溶接装置の全体構成図を示す。

アーク電源３と、このアーク電源３に接続されたタン
グステン電極１と、アーク発生部に導かれるワイヤ５と
ワイヤ５を通電加熱するワイヤ電源10とを有するホツト
ワイヤTIG溶接装置に、ワイヤ５と母材間にプルアツプ
抵抗1KΩおよび3KΩを並列に接続し、ワイヤ端子電圧測
定回路15を設けた。この、ワイヤ端子電圧の電圧信号を
受けて、ワイヤ５に通電しながらアーク発生部に導くコ
ンタクトチップ８をモータ17を駆動して適正位置に制御
する位置制御装置16を設けた。

ワイヤは曲がり癖を付けることで、溶接進行方向の中
心線上に置くことが出来るが、アークと中心線上の挿入
位置までの適正となる距離は、いろいろなアーク状態に
よつて変わるので、ワイヤ挿入位置を固定してしまい、
常に一定になるようにしてはうまく溶接ができない。そ
こで、第３図に示すように最適なのはワイヤ端子電圧を
−10Vの位置に制御すればよい訳である。

しかし、パルス通電中はワイヤ端子電圧を測定するこ
とは不可能であるが、特願昭61−124869により、パルス
電流を斬増していつて溶断すると少し低目の電流値にし
て、また斬増して行くことにより、周期的に溶断を起こ
すようにする。この溶断時には、母材からワイヤ先端が
離れるのでワイヤ通電が停止され、コールドワイヤと同
様の原理となるので、このときのワイヤ電圧を測定し、
ワイヤ位置を確認する。また、ワイヤに通電開始するの
は特開昭62−192265号により、ワイヤを再び母材に接触
させることによりワイヤ通電を開始することができる。

つぎに、ワイヤ端子電圧よりワイヤが母材に接触して
いることを確認した後、適正ワイヤ挿入位置をワイヤ端
子電圧により確認し、範囲内より外れていれば１パルス
（パルスの移動幅は任意に設定可能）移動させ、再度、
端子電圧を測定しワイヤ挿入位置を確認し、適正範囲内
に入るまでこれを繰り返すことにより、第３図−（ｃ）
に示すような適正ワイヤ挿入位置までワイヤガイドの位
置を制御することができる。

これまでホツトワイヤTIG溶接について説明してきた
が、本発明の他の実施例として交流TIGアークであつて
もよく、またMIG溶接などの消耗電極アークとホツトワ
イヤとの組み合せであつてもよい。

また、ワイヤ位置制御は低速で微小な制御を要求され
るため位置制御モータには、低速で高トルクが発生出来
るステッピングモータを利用することで、高精度な制御
が可能となる。

つぎに、ワイヤを母材から周期分に分離する手段とし
ては、ワイヤ電流を一定のままワイヤ送給を周期的に遅
らせ、あるいは停止させることもできる。

〔発明の効果〕

本発明によれば、溶接条件が変化しても自動的にワイ
ヤを溶接中に常に適正挿入位置に置くように制御できる
ので、作業者が常時挿入位置を監視する必要がなく無人
運転出来るようになる。

また、常に良好なヒード形成状態が保てるようになる
ので溶接不良の形成も少なくなり、作業効率が向上する
という効果が生じる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明になるホツトワイヤ溶接装置の構成図、
第２図はコールドワイヤTIG溶接時のワイヤ端子電圧測
定回路図、第３図はワイヤ挿入位置とワイヤ端子電圧の
関係を示す説明図、第４図は従来用いられていたホツト
ワイヤTIG溶接装置の構成図、第５図は従来使用されて
いる市販型の溶接トーチ保持部の詳細図である。 １……タングステン電極、２……母材、３……アーク電
源、４……アーク、５……添加ワイヤ、６……ワイヤ送
給装置、７……コンジツト、８……コンタクトチツプ、
９……ワイヤガイド、10……ワイヤ加熱電源、15……ワ
イヤ端子電圧測定回路、16……位置制御装置、17……駆
動モータ。

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】アーク電源と、このアーク電源に接続され
   たアーク電極と、添加ワイヤ送給装置と、添加ワイヤを
   アーク発生部に導くワイヤガイドと、添加ワイヤを通電
   加熱する電源とを有するホツトワイヤ溶接装置におい
   て、ワイヤ電圧を検出する回路と、間欠的にワイヤ先端
   が母材から離れるようにする機構と、ワイヤが母材から
   離れたことを検出してそのときのワイヤ電圧からワイヤ
   先端が一次アークプラズマフレーム中にあるか、二次ア
   ークプラズマフレーム中にあるか、あるいはアークプラ
   ズマ雰囲気外にあるかを判別する回路と、その回路の出
   力を受け、ワイヤ先端位置が二次アークプラズマフレー
   ム中あるいはその外周にあるようにワイヤ挿入位置を調
   整する機構とを備えたことを特徴とするホツトワイヤ溶
   接装置。