JP2976495B2 - Ｔｉｇアーク溶接方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ＜産業上の利用分野＞ 本発明はTIGアーク溶接方法に関するものであり、特
にアークの起動性を改善した方法を提案するものであ
る。

＜従来の技術＞ 非消耗電極と被溶接物との間にアークを点じて溶接を
行うTIGアーク溶接においては、アークの起動または再
点弧を電極を被溶接物に接触させることなく行うため
に、高電圧を印加して、電極と被溶接物との間の絶縁を
破壊し、これによって生じた小電流アークによって主ア
ークを誘発する方法が行われる。この場合、供給する高
電圧は作業者の感電事故を防止するために数MHzの高周
波が用いられ、また装置を簡単にするために火花ギャッ
プとコンデンサとを直列に接続した弛張発振器が用いら
れる。またこの高周波電圧を溶接電源出力に重畳して電
極と被溶接物とに供給するためにカップリングコイルが
用いられる。

第３図は、従来のアーク溶接方法を行うための装置の
例を示す接続図である。同図において１は溶接電源、２
はタングステンからなる非消耗電極、３は被溶接物であ
る。４は補助電源、Ｒは抵抗器、５はスイッチ、C1はコ
ンデンサ、Ｇは火花ギャップ、６はカップリングコイ
ル、C2は高周波バイパス用コンデンサである。

同図においてスイッチ５が閉じられるとコンデンサC1
は補助電源４によって抵抗器Ｒを通して充電されてその
端子電圧が上昇してゆく、コンデンサC1の端子電圧が上
昇して火花ギャップＧの放電開始電圧に達するとコンデ
ンサC1に充電された電荷は火花ギャップＧとカップリン
グコイル６の一次側を通して放電される。このときの放
電回路の定数を振動条件を満足するように選定しておく
とカップリングコイル６には振動電流が流れることにな
る。この振動電流によってカップリングコイル６の二次
側には高周波高電圧が誘起し、この誘起電圧はコンデン
サC2を通して電極２と被溶接物３との間に印加される。

電極２と被溶接物３との間の絶縁はこの高電圧によっ
て破壊されて小電流アークが発生する。この小電流アー
クによって溶接電源１の出力も同時に印加されている電
極２と被溶接物３との間に溶接用の主アークが誘発され
て溶接が開始される。このとき、溶接電源１が直流出力
のものであるときにはスイッチ５はアークの起動時のみ
一時的に閉じればよく、溶接電源１が交流出力のもので
あるときには、溶接電流の極性が反転してアークが一旦
消滅するたびに一時閉じるようにすればよい。

上記のようなアーク起動手段を設けたTIGアーク溶接
においては、アークの起動の良否は溶接電源１の出力極
性によって大差が生じることが知られている。即ち、ア
ーク起動前で非消耗電極２の温度が低いときには電子放
出は冷陰極放電と同様に電界放出によるものがほとんど
であり、このために酸化物の少ない非消耗電極よりも酸
化物に覆われている被溶接物の方が電子放出が容易であ
る。このために電極側がマイナスとなる極性よりも電極
がプラスとなる極性の方がアークの起動が容易である。
そして一旦アークが点弧するとこれによって電極の先端
が加熱されてアークを持続するのに十分な熱電子放出が
行われ、逆に被溶接物の方は溶融するために電極よりも
温度が低く、このためにアーク起動後も表面の酸化物か
らの電子放出の占める割合が大きく、アークは酸化物を
求めて被溶接物上を走りまわる現象がみられる。

このために従来は、直流溶接電源を用いて電極マイナ
スの極性で溶接を行うとき、または交流溶接電源を用い
て溶接を行うときには、高周波電圧を印加してアークが
点弧し安定するまでは電極プラスの直流電源から電力を
供給し、アークが安定してから電極マイナスの極性の直
流溶接電源や交流溶接電源に切替える方式のものが提案
されていた。（例えば特公昭40−25241号公報、特開昭5
2−22550号公報） ＜発明が解決しようとする問題点＞ 上記従来装置においては、アーク起動後に極性を切替
えるための大容量の切替手段が必要であり、このために
装置が大形で高価となるばかりでなく、極性の切替時に
ようやく安定しかけているアークが一旦消滅することに
なり、これの再点弧のために再び高周波電圧を印加する
ことが必要であった。

＜問題点を解決するための手段＞ 本発明は、従来は無視されていた高周波電圧の極性に
着目し、溶接電源の極性は切替えず、アーク起動用の溶
接電源の出力に重畳する高周波高電圧を電極プラスの極
性から始まる波形として上記従来装置の問題点を解決し
たものである。即ち、従来はアークが消滅して絶縁状態
にある電極と被溶接物との間の絶縁を単に破壊する目的
のためだけに高周波高電圧が供給されており、適当な電
圧値の高周波電圧を供給しさえすればアークは起動する
ものであると考えられていた。そしてこの高周波発生回
路に関する工夫はどちらかといえばこれらによって発生
する高周波電磁誘導ノイズの低減に関するものが多く提
案されており、その極性効果についてはアーク起動の難
易には無関係と考えられて、無視されていた。本発明
は、この高周波電圧の極性とアークの起動性とを比較検
討した結果完成されたものである。

＜実施例＞ 第１図に本発明の溶接方法を実施する装置の例を示
す。同図において、７はアーク起動検出器であり、溶接
電流または溶接電圧の変化によってアークの起動を検知
する公知の検出器である。８は溶接開始指令用押ボタン
スイッチ、９は押ボタンスイッチ８が押されたときに溶
接起動信号を溶接電源１に送り、出力を開始させるとと
もにスイッチ５を閉じて高周波電圧の重畳を開始させる
起動回路である。この起動回路９はまたアーク起動検出
器７の出力を受けて直ちに、または若干の時間遅れの後
にスイッチ５を開き、高周波の供給を停止するものであ
る。高周波電圧はカップリングコイル６を介して電極２
と被溶接物３に供給されるが、このカップリングコイル
６は図中に・印で示した通りの極性に定められている。
その他は第３図の従来装置と同機能のものに同符号を付
しているが、補助電源４としては本発明においては直流
電源が用いられてカップリングコイル６の極性とともに
高周波電圧の始まる極性を決定するものである。

同図の装置において、押ボタンスイッチ８を押すと起
動回路９が動作し、溶接電源１はこれによって出力を電
極２と被溶接物３とに供給する。起動回路９はまた同時
にスイッチ５を閉じ、これによって、直流電源４は抵抗
器Ｒを通してコンデンサC1を充電し始める。このコンデ
ンサC1の端子電圧が火花ギャップＧの放電開始電圧に達
するとコンデンサC1の充電電荷は火花ギャップＧとカッ
プリングコイル６の一時側を通して放電し、このコンデ
ンサC1の容量とカップリングコイル６のインダクタンス
によって定まる高周波の振動電流が流れる。この振動電
流によってカップリングコイル６の二次側に高周波電圧
が誘起され、電極２と被溶接物３との間に溶接電源１の
出力電圧に重畳して印加される。このとき、前述のよう
にカップリングコイル６の極性が定められているので、
高周波電圧は必らず電極２側がプラスの半波から印加開
始されることになる。この高周波電圧によって電極２と
被溶接物３との間の絶縁が破壊されると、同時に印加さ
れている溶接電源１の出力によって溶接アークが起動す
る。溶接アークが起動するとアーク起動検出器７はこれ
を検出し、起動回路９はスイッチ５を開放し、高周波の
供給を停止し、アーク起動は完了する。

ここで高周波の発生状況について考察する。スイッチ
５が閉じられると、コンデンサC1が直流電源４によって
充電され、このコンデンサC1の端子電圧が火花ギャップ
Ｇの放電開始電圧に達するとカップリングコイル６の一
次側を通して放電する。この結果、コンデンサC1の容量
とカップリングコイル６のインダクタンスとによって定
まる周波数の減衰振動が始まる。この減衰振動はコンデ
ンサC1に充電されたエネルギーが消費されて火花ギャッ
プＧの放電開始電圧以下になると停止し、コンデンサC1
が直流電源４によって再び充電されることによって再開
する。この減衰振動の周波数はコンデンサC1の容量とカ
ップリングコイル６のインダクタンスによって定まり、
また減衰振動の開始，停止の周期は直流電源４の出力電
圧、抵抗器Ｒの抵抗値、コンデンサC1の容量および火花
ギャップＧの放電開始電圧によって定まる。その様子を
第２図に示してある。

第２図においては減衰振動が高周波の２サイクル程度
で停止し、わずかの期間の後に再起動するように各定数
を定めたときの様子を示しており、必らず電極プラスの
半波から発振が開始する減衰振動がくりかえされるもの
である。なお、第２図においては、理解を助けるために
時間軸を拡大して、かつ減衰振動の様子を誇張して示し
てあるが、実用的には高周波の発振周波数は無線通信に
対する障害防止の関係から数MHz程度であり、また減衰
振動は高周波の１サイクル程度以下に設定されることが
多い。

次に最もアークの起動が困難な電極マイナスの極性に
直流溶接電源を接続したときの高周波の極性の効果につ
いて実験した結果を次表に示す。

上記のように最もアークスタートの困難な電極マイナ
スの極性に直流溶接電源を接続したときにおいてほぼ完
全なアークスタートが得られている。

＜発明の効果＞ 上記のように本発明の溶接方法によるときは、従来ア
ークスタートに際して溶接電源を一時的に電極プラスの
極性とし、アーク起動後、電極マイナスの極性または交
流出力に切替えていたものに対して、これらの切替えが
全く不要となるので簡単な装置で確実なアーク起動が実
現できることになる。またアークの起動が確実に行われ
るので自動溶接装置、特にロボット等のように無人化を
目的とした自動装置に安心して採用することができるも
のである。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の溶接方法を実施する装置の例を示す
接続図、第２図は第１図の装置における高周波電圧の波
形を示す図、第３図は従来の溶接方法を行う装置の例を
示す接続図である。 １……溶接電源、２……電極、３……被溶接物、４……
補助電源、５……スイッチ、６……カップリングコイ
ル、Ｇ……火花ギャップ、C1……コンデンサ、Ｒ……抵
抗器

フロントページの続き (72)発明者 石井 博幸 大阪府大阪市淀川区田川２丁目１番11号 株式会社ダイヘン内 (56)参考文献 特開 平２−34278（ＪＰ，Ａ) 特開 昭62−220279（ＪＰ，Ａ) 特開 昭57−31476（ＪＰ，Ａ) 特開 昭56−131070（ＪＰ，Ａ) 特公 昭51−30544（ＪＰ，Ｂ２) 実公 平３−49807（ＪＰ，Ｙ２) (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) B23K 9/067 B23K 9/073

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】非消耗電極を被溶接物に短絡させないで非
   消耗電極を被溶接物との間に溶接電源出力電圧を印加す
   ると共に減衰振動を繰り返して高周波高電圧を発生させ
   てアークが発生するまで溶接電源出力電圧に重畳しアー
   クスタートして溶接するTIGアーク溶接方法において、
   前記非消耗電極が前記被溶接物に対して正電位となる極
   性になるように、前記減衰振動の発振開始後の最初の電
   圧を印加してアークを発生させて溶接を開始するTIGア
   ーク溶接方法。