JP2640314B2 - 直流ｔｉｇアーク溶接機 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、定電流出力にフィード
バック制御される直流ＴＩＧアーク溶接機に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、直流ＴＩＧアーク溶接機において
は、高融点材料のタングステン電極を使用し、溶接機か
ら電極、母材の溶接負荷に定電流にフィードバック制御
された直流の溶接出力を供給し、母材を溶融して溶接す
る。

【０００３】ところで、アークスタート時にタングステ
ン電極を母材に接触して、大容量の定電流で起動する
と、タングステン電極が母材に溶け込み溶接不良を起こ
す。

【０００４】そこで、従来はアークスタート時、電極、
母材間に空隙を設け、この空隙に高周波（２〜３ＭＨ
ｚ）、高電圧（２０００〜３０００Ｖ）を印加してアー
クを発生させ前記の溶接不良を防止している。前記のよ
うに電極、母材間に空隙を設けてアークスタートする場
合、遮光保護具を外してスタート位置を確認した後、遮
光保護具を装着し直してアークスタートしなければなら
ず、作業性が悪くしかも、スタート位置をずれなく正格
に設定することは容易ではなく、作業性に熟練を要する
問題点もある。また、高周波高電圧を印加してアークス
タートする場合、高周波高電圧のノイズが発生し、この
ノイズが近隣の電気機器や制御機器に悪影響を与え、と
くにデジタル化されて動作電圧が低いものは容易に誤動
作する問題点がある。

【０００５】そこで従来、溶接負荷のタングステン電極
と母材を短絡して負荷給電を開始するアークスタート時
に出力電流設定信号をスタート電流設定信号に保持して
出力電流を定常値より低電流に制御するスタート電流設
定手段と、タングステン電極が母材から離れて短絡から
開放された後に出力電流設定信号を定常電流設定信号に
切り換え、出力電流を定常値に移行させる定常電流設定
手段とを設けて、電流出力によりアークスタートさせる
直流ＴＩＧ溶接機を提案されている。

【０００６】すなわち、図３は提案された直流ＴＩＧア
ーク溶接機の結線図である。図３において、１ａ〜１ｃ
は溶接機の３相入力端子、２は入力整流側整流器、３は
平滑用コンデンサ、４は直流を高周波交流に変換するイ
ンバータであり、周知のインバータと同様、トランジス
タ，ＭＯＳＦＥＴ，ＩＧＢＴなどの出力制御素子Ｑのブ
リッジ回路により形成されている。５は高周波交流を溶
接に必要な電圧に変換する出力変圧器、６は変圧器５の
２次側出力を整流する出力側整流器、７は平滑用リアク
トル、８ｐ，８ｎは溶接機の正、負の出力端子、９はタ
ングステン電極、１０は母材であり、電極９、母材１０
により溶接負荷１１が構成される。

【０００７】１２は出力電流（溶接電流）を検出する電
流検出器、１３は検出器１２の電流検出信号を負の電圧
信号に変換する電流／電圧変換器、１４はアークスター
ト時の出力電流を低電流のスタート電流に設定する可変
抵抗構成のアークスタート電流設定器、１５は定常時の
出力電流を大容量の定常値に設定する可変抵抗構成の定
常電流設定器、１７は演算増幅器であり、非反転入力端
子（＋）はアースされ、反転入力端子（−）は入力抵抗
１８，１９，２０を介して変換器１３，設定器１４，１
５に接続され、変換器１３の負の検出信号と設定器１４
の正のスタート電流設定信号、設定器１５の正の定常電
流設定信号とを誤差増幅する。２１は増幅用抵抗、２
２，２３は周波数補正の抵抗，コンデンサ、２４は演算
増幅器１７の出力信号（誤差信号）により制御されるイ
ンバータ駆動回路であり、インバータ４の制御素子Ｑの
スイッチングを制御して出力電流を定電流にフィードバ
ック制御する。

【０００８】２５はアークスタートスイッチ、２６は出
力電圧を検出する電圧検出器、２７，２８はアーク発生
検出用の基準電圧信号を分圧形成する分圧抵抗、２９は
比較器であり入力抵抗３０を介した検出器２６の電圧検
出信号と入力抵抗３１を介した正の基準電圧信号とを比
較する。３２は比較器２９の出力により通電制御される
電流設定切換用の継電器又はアナログ電子スイッチの電
子式スイッチ等の開閉部指令装置であり、そのｂ接点又
はアナログスイッチの開閉部３２ａが設定器１４と入力
抵抗１９との間に挿入され、そのａ接点又はアナログス
イッチ等の開閉部３２ｂが設定器１５と入力抵抗２０と
の間に挿入され、検出器２６の電圧検出信号が基準電圧
信号より大きいときに開閉部３２ａを開放するとともに
開閉部３２ｂを閉成する。３３は開閉部指令装置３２に
並設されたサージ吸収用のダイオード、＋Ｂは電源端子
である。なお、抵抗１４ａ、設定器１４、比較器２９、
開閉部指令装置３２等によりスタート電流設定手段が形
成され、設定器１５、比較器２９、開閉部指令装置３２
などにより定常電流設定手段が形成される。又、通常ア
ークスタート電流が定常電流より小さく設定されるので
設定器１４と直列に抵抗１４ａを設けている。さらに３
４は逆流防止ダイオードである。

【０００９】そして、溶接する際は最初にアークスター
トスイッチ２５が開放された状態で３相入力端子１ａ〜
１ｃに交流電源が印加され、この交流電源が整流器２、
コンデンサ３により整流、平滑されて直流に変換され、
この直流がインバータ４に供給される。このとき、スイ
ッチ２５の開放により演算増幅器１７は反転入力端子
（−）に設定器１４，１５の設定信号が０で増幅器１７
の出力電圧が０に保持される。そして、演算増幅器１７
の０の出力により駆動回路２４制御素子Ｑを駆動せず、
インバータ４が動作しないため、出力電流、出力電圧が
共に０に保持される。なお、出力電圧が０になるため、
検出器２６の電圧検出信号も０になり、比較器２９の出
力段のトランジスタがオフして開閉部指令装置３２が通
電されず、開閉部３２ａは閉成し、開閉部３２ｂが開放
している。

【００１０】次に、アークスタートするため、電極９を
母材１０に接触して両者を短絡した後、アークスタート
スイッチ２５が投入されて閉成されると、演算増幅器１
７の反転入力端子（−）に設定器１４のスタート電流設
定信号が印加され、この設定信号に基づき演算増幅器１
７の出力信号が正になり、駆動回路２４によりインバー
タ４の制御素子Ｑがスイッチング駆動される。そして、
インバータ４の高周波交流が変圧器５を介して整流器６
に供給され、この整流器６、リアクトル７の整流、平滑
により直流に変換され、この直流出力が出力端子８ｐ，
８ｎから短絡状態の溶接負荷１１に供給される。

【００１１】このとき、出力電流が検出器１２により検
出され、この検出器１２に接続された変換器１３から入
力抵抗１８を介して演算増幅器１７の反転入力端子
（−）に出力電流に比例した負の電流検出信号が供給さ
れる。

【００１２】そして、出力電流をＩｘ、スタート電流設
定信号に基づくアークスタート電流をＩ１とすると、演
算増幅器１７の出力信号はＩ１−Ｉｘに応じて変化し、
この出力信号が０になるように駆動回路２４が制御素子
Ｑを駆動制御する。この駆動制御により、アークスター
ト時の出力電流はアークスタート電流Ｉ１にフィードバ
ック制御されて保持される。

【００１３】ところで、定常電流設定信号に基づく定常
電流をＩ２とし、この電流Ｉ２を例えば３５０Ａとする
と、アークスタート電流Ｉ１はアークスタート時の電極
９の母材１０への溶け込み防止するため、Ｉ１＜Ｉ２と
なるように例えば５〜１５Ａに設定される。

【００１４】次に、アークを発生するため、電極９を引
き上げて電極９を母材１０から離して短絡を開放する
と、出力電圧が０から上昇し、出力電流・出力電圧の静
特性は図４のＡ点から実線イに沿ってＢ点方向に移行す
る。そして、Ｂ点に達して電極９、母材１０間にアーク
が発生すると、検出器２６の電圧検出信号が基準電圧信
号より大きくなり、比較器２９の出力段のトランジスタ
がオンして開閉部指令装置３２が通電され、開閉部３２
ａが開放されて開閉部３２ｂが閉成される。

【００１５】そのため、演算増幅器１７の反転入力端子
（−）に設定器１４のスタート電流設定信号の代わりに
設定器１５の電圧Ｖ２（＞Ｖ１）の定常電流設定信号が
印加され、この信号に基づくフィードバック制御により
出力電流は大容量の定常電流Ｉ２に移行する。このと
き、出力電流・出力電圧の特性は、Ｂ点から実線ロ上の
例えばＣ点に移行する。以降、出力電流が定常電流Ｉ２
に保持されてＴＩＧ溶接が行われる。

【００１６】そして、アークスタート時に直流の出力電
流が定常電流Ｉ２より十分に低いアークスタート電流Ｉ
１になるため、母材１０に接触した電極９を引き上げる
簡単な作業により、電極９の母材１０への溶込みを防止
して直流出力でアークが発生し、従来のように電極９、
母材１０間に空隙を設けて高周波、高電圧を印加するこ
となく溶接が行える。

【００１７】

【発明が解決しようとする課題】ところが、アークを発
生させるために、電極９を引き上げて電極９を母材１０
から離して短絡を開放する際に、手の操作では開放、短
絡、開放が短時間に生じる、いわゆるバウンスが発生す
ることがある。あるいは、上記アークスタートは電極９
と母材１０を短絡してこれを開放しているが、逆にまず
電極９と母材１０を開放してスタートさせ、その後短絡
し開放する操作を行うことがある。このように電極９を
母材１０から開放したとき、出力電圧が上昇し、検出器
２６の検出信号が基準電圧信号より大きくなり、上述し
たように開閉部指令装置３２が通電され、開閉部３２ａ
が開放され、開閉部３２ｂが閉成される。そして、増幅
器１７の反転入力端子（−）に定常電流設定信号が印加
され、出力に定常電流が流れる。ところで、直流ＴＩＧ
アーク溶接機を使用して精密溶接する場合には、電極の
先端は鋭角にするどく研磨されており、電極が母材に短
絡し定常電流が流れると、接触時の接触抵抗が大きくな
り、電極先端のジュール熱が大きくなり、先端が溶融し
て母材に付着することがある。特にバウンスが発生する
と、はじめの短絡で先端が加熱されており、続いて生じ
る短絡によって電極の先端が母材に付着することがあ
る。

【００１８】

【課題を解決しようとする手段】溶接負荷に供給する直
流の出力電流の検出信号と出力電流設定信号との誤差信
号により出力制御用の制御素子を制御して前記出力電流
をフィードバック制御する直流ＴＩＧアーク溶接機であ
って、前記溶接負荷の電極と母材を短絡して負荷給電を
開始するアークスタート時に前記出力電流設定信号をス
タート電流設定信号に保持して前記出力電流を定常値よ
り低電流に制御するスタート電流設定手段と、前記電極
が前記母材から離れて前記短絡から開放された後に前記
出力電流設定信号を定常電流設定信号に切換え、前記出
力電流を前記定常値に移行させる定常電流設定手段と、
前記電極が前記母材に短絡した時、アークスタート電流
設定信号を徐々に上昇させる設定信号電流増加手段とを
備え、直流出力によりアークスタートするようにしたも
のである。

【００１９】

【作用】前記のように構成された本発明の直流ＴＩＧア
ーク溶接機の場合、アークスタート時はスタート電流設
定手段により直流の出力電流が定常値より低電流に制御
され、この低電流が短絡した電極、母材に供給される。
さらに、電極が母材から離れてアークが発生すると、定
常電流設定手段により出力電流が定常値に移行する。ま
た、アークスタート時に電極、母材を流れる電流が少な
く、この電流によって電極の母材への溶け込みが防止さ
れるため、短絡した電極を母材から離す簡単な作業によ
り直流出力のみ用いて溶接不良を起こすことなくアーク
スタートすることができる。

【００２０】そして、電極が母材に短絡した時、アーク
スタート電流設定信号とともに出力電流を徐々に上昇さ
せ、バウンスが生じても電極の先端が加熱されることが
少なく、電極が母材に付着することがない。

【００２１】

【実施例】１実施例について、図１と図２を参考にして
説明する。図１において、図４と同一符号のものは同一
のもの又は、同等機能をもったものを示し、図４と異な
る点は次の（ア）（イ）の点にある。 （ア）開閉部指令装置３２の開閉部３２ａの出力とアー
ス間にソフトスタート用コンデンサ１６を設ける点。 （イ）ソフトスタート用コンデンサ１６と並行に開閉部
指令装置３２で指令される指令装置３２が動作したとき
閉成されるａ接点又はアナログスイッチ等の開閉部３２
ｃを設けた点。

【００２２】図１の直流ＴＩＧアーク溶接機の基本的な
動作、すなわちアークスタート時にアークスタート電流
設定器１４の設定信号に基づきアークスタート電流が設
定され、定常電流設定器１５の設定信号に基づき、定常
電流が設定される動作は上述の図４の溶接機と同じであ
る。

【００２３】次にアークを発生させるために電極９を母
材１０に短絡し、その後電極９を引き上げて電極９母材
から離して短絡から開放したとき、バウンスが発生した
ときの動作について説明する。今、図２（ａ）に示すよ
うにアークスタートスイッチ２５を投入すると、コンデ
ンサ１６は抵抗１４ａとアークスタート電流設定器１４
を介して、設定信号を充電する。このため、増幅器１７
の反転入力端子（−）入力するアークスタート電流設定
信号はコンデンサの充電とともに上昇して行く。この設
定信号に基づき増幅器１７の出力信号が正になって駆動
回路２４によりインバータ４の制御素子Ｑがスイッチン
グ制御され、出力電流は図２（ｃ）に示すように徐々に
上昇する。

【００２４】そして、電極９を母材１０から引き外す
と、図２（ｂ）に示すように出力電圧は上昇し、上述の
ように電圧検出器２６の電圧検出信号が基準電圧信号よ
り大きくなり開閉部指令装置３２が動作し、開閉部３２
ａは開放され開閉部３２ｂ、３２ｃは閉成される。

【００２５】そのため、コンデンサ１６の充電されてい
た電荷は開閉部３２ｃによって放電される。又、スター
ト電流設定信号に代わって定常電流設定信号が増幅器１
７の非反転入力端子（−）に入力され、定常電流設定信
号に基づき、定常電流が流れようとする。しかし、電極
９と母材１０との間にアークが発生するまえに再度電極
９と母材１０とが短絡される。そして、上述のようにコ
ンデンサ１６は再度設定信号によって充電が行われ、出
力電流は徐々に上昇して行く。バウンスが行われると上
述の動作が繰り返される。そして、電極９が母材１０か
ら完全に引き離されると、定常電流設定信号に基づき出
力に定常電流が流れる。

【００２６】上記実施例では、電極９と母材１０を短絡
してアークスタートさせた例を示したが、電極９と母材
１０を開放させてスタートさせ、そして電極９と母材１
０を短絡し、その後電極９と母材１０を開放させてアー
クスタートさせる場合も同様に動作させることができ
る。

【００２７】又、上記実施例では開閉部指令装置３２と
開閉部３２ａの出力とアース間にソフトスタート用コン
デンサ１６を設けていたが、開閉部３２と直列に積分器
を設け、さらに電極９が母材１０に短絡したとき積分器
の出力を０にしその後出力を上昇させる設定信号増加手
段を設けてもよい。

【００２８】前記実施例ではインバータ制御の溶接機に
適用したが、交流電源を変圧器により変圧し、その出力
を出力制御用の制御素子としてのサイリスタの位相制御
により定電流にフィードバック制御して溶接負荷に供給
する溶接機等にも適用できるのは勿論である。そして、
アークスタート電流Ｉ１、定常電流Ｉ２等は、スタート
電流設定信号、定常電流設定信号等の設定に基づき、溶
接条件等に応じて設定すればよい。

【００２９】

【発明の効果】本発明は、以上説明したように構成され
ているため、以下に記載する効果を奏する。アークスタ
ート時にはスタート電流設定手段により直流の出力電流
が定常値より低電流に制御され、この低電流が短絡した
タングステン電極９、母材１０に供給され、電極９が母
材１０から離れてアークが発生すると、定常電流設定手
段により出力電流が定常値に移行するため、アークスタ
ート時に電極９、母材１０を流れる電流が少なく、又電
極９が母材１０に短絡したとき、出力電流を徐々に上昇
させ、この電流による電極９の母材１０への溶け込みが
防止され、短絡した電極９を母材１０から引き離す容易
な作業により直流出力のみを用いて溶接不良を起こすこ
となくアークスタートすることができる。

【００３０】そして、従来のように電極９、母材１０に
適当な空隙を設けて高周波、高電圧を印加しなくてよい
ため、作業者は遮光保護具の着脱を繰り返してスタート
位置を確認する必要もなく、作業性が著しく向上し、し
かも高周波、高電圧を発生する回路が省けて溶接機の低
価格化等も図れる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の直流ＴＩＧアーク溶接機の１実施例
の結線図である。

【図２】アークスタートさせたときの図１の動作説明用
タイミングチャートである。

【図３】従来の直流ＴＩＧアーク溶接機の１実施例の結
線図である。

【図４】直流ＴＩＧアーク溶接機の出力電流・出力電圧
の静特性図である。

【符号の説明】

４ インバータ ９ タングステン電極 １０ 母材 １１ 溶接負荷 １２ 電流検出器 １３ 電流／電圧変換器 １４ アークスタート電流設定器 １５ 定常電流設定器 １６ コンデンサ（設定信号増加手段） １７ 演算増幅器 ２４ インバータ駆動回路 ２５ アークスタートスイッチ ２６ 電圧検出器 ２９ 比較器 ３２ 開閉部指令装置 Ｑ 制御素子

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 溶接負荷に供給する直流の出力電流の検
   出信号と出力電流設定信号との誤差信号により出力制御
   用の制御素子を制御して前記出力電流をフィードバック
   制御する直流ＴＩＧアーク溶接機において、前記溶接負
   荷の電極と母材を短絡して負荷給電を開始するアークス
   タート時に前記出力電流設定信号をスタート電流設定信
   号に保持して前記出力電流を定常値より低電流に制御す
   るスタート電流設定手段と、前記電極が前記母材から離
   れて前記短絡から開放された後に前記出力電流設定信号
   を定常電流設定信号に切換え、前記出力電流を前記定常
   値に移行させる定常電流設定手段と、前記電極が前記母
   材に短絡した時、アークスタート電流設定信号を徐々に
   上昇させる設定信号増加手段とを備え、直流出力により
   アークスタートするようにしたことを特徴とする直流Ｔ
   ＩＧアーク溶接機。