JP2823239B2

JP2823239B2 - ホットワイヤ溶接装置

Info

Publication number: JP2823239B2
Application number: JP1144716A
Authority: JP
Inventors: 康浩佛崎; 勝義堀
Original assignee: バブコツク日立株式会社
Priority date: 1989-06-07
Filing date: 1989-06-07
Publication date: 1998-11-11
Anticipated expiration: 2013-11-11
Also published as: JPH0313271A

Description

【発明の詳細な説明】〔産業上の利用分野〕本発明はホットワイヤ溶接装置に係り、特に添加ワイ
ヤを溶融する電力の制御を適切に行うようにしたホット
ワイヤ溶接装置に関する。

〔従来の技術〕

第３図に、従来から一般的に用いられているホットワ
イヤやTIG溶接装置の構成を示す。１は母材、２はタン
グステン電極、３は溶接トーチ、４はアーク電源、５は
溶接中タングステン電極２と母材１の間に発生するアー
ク、６は添加ワイヤ、７はコンタクトチップ、８はワイ
ヤ送給装置、９は添加ワイヤ６を加熱するためのワイヤ
加熱電源である。溶接トーチ３の中にあるタングステン
電極２と母材１を溶接電源４に接続し、タングステン電
極２と母材１の間にアーク５を形成する。添加ワイヤ６
は、ワイヤ送給装置８からコンタクトチップ７を通り、
アーク形成部に導かれ母材１と接触する。コンタクトチ
ップ７と母材１をワイヤ加熱電源９に接続し、添加ワイ
ヤ６をコンタクトチップ７と母材１間の突き出し長さ部
ｅに交流電流または直流電流を流し、ジュール熱を発生
させ添加ワイヤ６を溶融している。なお、10はワイヤ６
を送給装置８からコンタクトチップ７に導くテフロンチ
ューブからなるライナーである。11はワイヤ加熱電流を
通電するための多数の細線を束ねた電力ケーブルで、テ
フロンチューブ10を囲むように配置されている。12はこ
れらを一体に構成したケーブルで、13はこの一体化ケー
ブル12をワイヤ送給装置８に接続するコネクタである。
このコネクタ13は導電体の金属で構成され、ワイヤ加熱
電源９からの出力ケーブルは、このコネクタ13を利用し
て一体化ケーブル12内の電力ケーブル11に接続される。
しかし、このコネクタ13にワイヤ６も接触する構造とな
っているので、ワイヤ加熱電流は主に電力ケーブル11を
通るが、一部はコネクタ13からワイヤ６にも分流され
る。なお、13はワイヤ送給装置制御用線である。また、
一体化ケーブル12の先端にはコンタクトチップ７を含む
ワイヤトーチ15が取付けられている。

上記溶接法において、室温状態のワイヤを加熱して溶
融するのに必要な熱量は、付随して発生する熱損失が比
較的小さいとして無視すれば、例えば軟鋼の場合1.270J
/gのように材質によって定まる物性値である。したがっ
て、ワイヤ送給速度が設定されれば、ワイヤを溶融する
のに必要な熱量は対応して定まることになる。このため
ワイヤ加熱電源９としては、ワイヤ送給速度に見合った
一定電力を供給するような、定電力型電源にすることが
理想である。これまでは具体的な装置化が困難として実
際には、定電圧型の電源がワイヤ加熱電源として用いら
れてきた。すなわち、従来のホットワイヤ溶接では、ワ
イヤ送給速度に見合った一定電圧を定電圧型のワイヤ加
熱電源により印加することで制御が行われていた。その
ときのワイヤ部における発熱量は、（印加電圧）^２÷（ワイヤ抵抗）ということになる。

ワイヤを溶融するのに必要な熱量は、ワイヤ抵抗（ワ
イヤ材質、ワイヤ径および突き出し長さに関係）と、ワ
イヤ送給速度によって変わる。ことに実際の溶接時に
は、溶接トーチの微動・ねじれのほか、母材上のビート
高さの変化や添加ワイヤへの通電点の変動などのため、
実効的な添加ワイヤ突き出し長さｅは常に変動し、その
結果ワイヤ抵抗も変動することになる。

このワイヤ抵抗の変動、印加電圧の設定誤差などによ
り、実際の発熱量と要求される発熱量との間に差を生じ
る。この差が小さいときには、ワイヤ先端が溶融池に入
り溶融進行していく場所が変化したり、ワイヤ先端部の
高温軟化部で塑性変形を生じたりして補われ、問題を生
じない。しかし、ここでの許容を超えると、ワイヤ先端
が母材に強く突きささるように当たったり、逆にワイヤ
送り不足となってワイヤ先端が母材から離れてアークを
形成したりするなどして、溶接作業を安定して行うこと
が困難であった。

この対策として、ワイヤ送給速度と添加ワイヤに対す
るワイヤ加熱用の電力のいずれか一方の変化に対応し
て、他方を変化させるようにしたホットワイヤ溶接装置
が特開昭60−82278号として提案された。

〔発明が解決しようとする課題〕

上記従来技術は、ワイヤ送給速度に比例した電圧にワ
イヤ定数の補正を加えた電圧と、ワイヤ加熱瞬時電力に
比例した電圧を平均化した電圧とを比較して、ワイヤ加
熱電源の出力制御回路にフィードバックさせている。

ここで、ワイヤ加熱瞬時電力は添加ワイヤ６の突き出
し長さ部ｅを流れるワイヤ電流とワイヤ電圧を検出し、
その積により求めている。ワイヤ電流は、閉ループであ
ればどこで検出しても同じ値を検出できる。しかし、ワ
イヤ電圧は、検出すべき添加ワイヤ６の突き出し長さ部
ｅの両端、すなわちコンタクトチップ７とアーク５発生
部近くの母材１から検出しなければならない。

自動生産ラインに組み込まれている全自動ホットワイ
ヤ溶接などでは、コンタクトチップ７が固定されてお
り、また、非溶接物が溶接施工場所に移動してきて一定
場所で溶接を行うので、母材１側の電圧検出も固定した
個所で行える場合が多いので、比較的容易にワイヤ電圧
が検出できる。しかし、半自動ホットワイヤ溶接では、
コンタクトチップ７を含むワイヤトーチが固定されてお
らず、また、被溶接物もさまざまであることが多く、固
定された大型構造物であることもある。そのときには、
容積個所はいたるところに点在している。そのため、ワ
イヤエクステンションｅの両端のすぐ近くでワイヤ電圧
を検出するためには、一々検出用の配線をすることが必
要となるが、煩雑で結局採用できない。

したがって、結局これまではワイヤ電圧のセンシング
はワイヤ加熱電源９の出力端子から検出して代行してい
る。このようにすると、ワイヤ加熱電源９と母材１間、
またはコンタクトチップ７間のケーブルの抵抗による電
圧降下が含まれ、正確なワイヤ電圧は検出できない。

第４図（ａ）のように、例えばワイヤ加熱電源９と母
材１間を30m、30mm²の溶接用ケーブルで接続し、ワイヤ
加熱電源９とワイヤ送給装置８間も30m、30mm²の溶接用
ケーブルで接続し、ワイヤ送給装置８とコンタクトチッ
プ７を5m、22mm²の平編組線で接続し、添加ワイヤを軟
鋼、直径1.2mm、突き出し長さ30mmとした場合、等価的
には第４図（ｂ）のようになる。

すなわち、検出したワイヤ電圧は、実際には添加ワイ
ヤ６両端の電圧の約2.4倍の電圧になり、添加ワイヤ６
を溶融するのに必要な熱量を正しく供給することができ
ない。

本発明の目的は、上記の問題点、すなわち、添加ワイ
ヤ６を溶融する熱量を供給するために必要な電力を検出
するために、より正確なワイヤ電圧をより容易に検出
し、電力を求めることにある。

〔課題を解決するための手段〕

上記目的は、一体化ケーブル内ではワイヤとワイヤに
通電加熱するための電力ケーブルとを絶縁されるように
し、ワイヤ送給装置との接続部分（コネクタ部）からコ
ンタクトチップの電位と同じ電位となっているワイヤか
ら電圧を検出し、その電圧を用いてワイヤ加熱電源の電
力制御を行うことにより達成される。すなわち、溶接ト
ーチの中にある電極と母材間にアークを形成するため電
極と母材に接続されたアーク電源装置と、ワイヤトーチ
に設けたコンタクトチップに接触させながらアーク中に
添加ワイヤを供給するワイヤ供給装置と、コンタクトチ
ップと母材に接続したワイヤ加熱電源とを有するホット
ワイヤ溶接装置において、ワイヤ加熱電源とコンタクト
チップを結ぶワイヤ加熱回路と、該ワイヤ加熱回路とコ
ンタクトチップのみで接続される、ワイヤを供給するワ
イヤ供給装置と、該ワイヤ供給装置との接続部の添加ワ
イヤに接続されるワイヤ加熱電圧検出部と、ワイヤ加熱
電流検出部と、両検出部の検出値に基づき添加ワイヤ供
給量に応じてワイヤ加熱電力を制御する装置とを設けた
ことを特徴とするホットワイヤ溶接装置により達成する
ことができる。

〔作用〕

コネクタ部のワイヤは、ワイヤ加熱用電力ケーブルか
ら絶縁されており、コンタクトチップと同じ電位である
ので、従来の溶接用ケーブルでの電圧降下を考慮しなく
てよくなる。よって、ワイヤ加熱電源の出力端子から検
出したワイヤ電圧は、実際の添加ワイヤ両端の電圧によ
り近い値となり、より精度の高いワイヤ加熱電力制御が
可能となる。

〔実施例〕

第１図は、本発明の実施例に係るホットワイヤTIG溶
接装置の系統図である。同図で、第３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
で、アーク電源４は通常の直流または交流TIG溶接装置
が用いられ、ワイヤ加熱電源９は、例えば、パルス電流
出力タイプの電源が用いられる。一体化ケーブル12の内
部では、ワイヤ６と電力ケーブル11とは絶縁されてい
る。また、ワイヤ電圧検出用線16は、コネクタ13内のワ
イヤ６に接続されており、ワイヤ送給装置８から従来の
ワイヤ送給装置制御用線14と一体にしてワイヤ加熱電源
９に導かれている。よって、ホットワイヤ溶接装置の構
成に必要なケーブルの本数は、従来のものと同じ本数で
簡単に接続でき、電力供給用ケーブル11や、ワイヤ加熱
電源９からワイヤ送給装置８に到るまでの溶接ケーブル
での電圧降下の影響もなく、より正確なワイヤ電圧を検
出できる。

第２図は、本発明の実施例に係るホットワイヤTIG溶
接装置の一体化ケーブル12の端部に取付けられたコネク
タ13周りの概略構成図である。コネクタ13は絶縁物で構
成しており、テフロンチューブ10は、ワイヤ送給装置８
から溶接部までワイヤ６を導くもので、絶縁の役割もし
ている。ワイヤ通電加熱するための電力供給用ケーブル
11は、コネクタ13の外部に電力供給端子18があり、ここ
からワイヤ加熱電源に溶接用ケーブルで接続される。電
力供給ケーブル11は、その外周を耐熱性の絶縁チューブ
19で覆われている。コネクタ13の内部には、本発明に係
るワイヤ電圧端子20がある。ワイヤ電圧端子20は、ワイ
ヤ６に接触するように構成されていて、ワイヤ電圧検出
線16を取出している。

このような構造を用いたホットワイヤ溶接装置では、
ワイヤトーチ側の電力ケーブル中の電圧降下は含まれる
ことがなく、添加ワイヤ６のエクステンションｅの両端
の電圧により近いワイヤ電圧を検出することができるよ
うになり、添加ワイヤ６への電力供給についてより高精
度の制御が可能となる。第５図に添加ワイヤへ供給する
電力制御回路の実施例図を示す。

第１図、第２図の装置を用いて実際に溶接する場合、
ワイヤ加熱電源９と母材１の接続を、溶接用ケーブルを
使用せず、溶接作業現場の鉄骨を利用する鉄骨での電圧
降下は比較的少なく無視することができ、ワイヤ加熱電
源９の出力端子でワイヤ電圧を検出しても添加ワイヤ６
両端の電圧とほぼ等しくなる。このように溶接作業現場
の鉄骨を利用すれば、より安定したホットワイヤTIG溶
接ができる。

また、一体化ケーブル内のワイヤとワイヤ加熱電源電
力ケーブル11が絶縁されていない場合でも、ワイヤトー
チ15内のコンタクトチップ７から、ワイヤ電圧検出用線
を取出し、このワイヤ電圧検出用線とテフロンチュー
ブ、ワイヤ加熱電源電力ケーブル11とを一体にした一体
化ケーブルを用いてホットワイヤ溶接装置を構成して
も、第１実施例と同様の効果を得ることができる。

〔発明の効果〕

本発明によれば、より正確なワイヤ電圧をより容易に
検出でき、高精度のワイヤ加熱制御が可能となる。この
ため、高精度の制御が可能なホットワイヤTIG溶接がで
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ットワイヤ溶接装置
の構成図、第２図は、本発明の実施例に係るホットワイ
ヤ溶接装置の一体化ケーブル内のコネクタ構造図、第３
図は、従来のホットワイヤTIG溶接装置の構成図、第4a
図および第4b図は、従来のホットワイヤ溶接装置におけ
る機器接続ケーブルの抵抗の説明図、第５図は、本発明
になるホットワイヤ溶接装置のワイヤ加熱電力制御回路
図である。１……母材、２……タングステン電極、３……溶接トー
チ、４……アーク電源、５……アーク、６……添加ワイ
ヤ、７……コンタクトチップ、８……ワイヤ送給装置、
９……ワイヤ加熱電源、10……テフロンチューブ、11…
…電力供給用ケーブル、12……一体化ケーブル、13……
コネクタ、14……ワイヤ送給制御用線、15……ワイヤト
ーチ、16……ワイヤ電圧検出用線、18……電力供給端
子、19……絶縁チューブ、20……ワイヤ電圧端子。

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】溶接トーチの中にある電極と母材間にアー
クを形成するため電極と母材に接続されたアーク電源装
置と、ワイヤトーチに設けたコンタクトチップに接触さ
せながらアーク中に添加ワイヤを供給するワイヤ供給装
置と、コンタクトチップと母材に接続されたワイヤ加熱
電源とを有するホットワイヤ溶接装置において、ワイヤ
加熱電源とコンタクトチップを結ぶワイヤ加熱回路と、
該ワイヤ加熱回路とコンタクトチップのみで接続され
る、ワイヤを供給するワイヤ供給装置と、該ワイヤ供給
装置との接続部の添加ワイヤに接続されるワイヤ加熱電
圧検出部と、ワイヤ加熱電流検出部と、両検出部の検出
値に基づき添加ワイヤ供給量に応じてワイヤ加熱電力を
制御する装置とを設けたことを特徴とするホットワイヤ
溶接装置。