JP3107653B2 - 直流tig溶接機 - Google Patents

直流tig溶接機

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JP3107653B2
JP3107653B2 JP04217068A JP21706892A JP3107653B2 JP 3107653 B2 JP3107653 B2 JP 3107653B2 JP 04217068 A JP04217068 A JP 04217068A JP 21706892 A JP21706892 A JP 21706892A JP 3107653 B2 JP3107653 B2 JP 3107653B2
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憲和 大崎
一夫 木元
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、出力極性切り換え回路
を備えた直流TIG溶接機に関するものである。
【0002】
【従来の技術】直流TIG溶接機の溶接出力は、通常溶
接時は非消耗電極(以下電極という)をマイナス、被溶
接物(以下母材という)をプラスとする正極性出力であ
るが、アークスタート性能を向上させるため、溶接開始
時のみ前記出力極性を電極がプラス、母材がマイナスと
なる逆極性出力とする逆極性アークスタート方式があ
る。
【0003】この逆極性アークスタート方式を採用した
直流TIG溶接機は、図2のように構成されている。図
2において、1は交流を入力とし電流を可変できる正負
両電源を備えた直流電源、2は溶接開始時に出力極性を
逆極性とするための第1のスイッチング素子、3は溶接
開始後に出力極性を正極性とするための第2のスイッチ
ング素子、4は出力電流を検出する貫通型出力電流検出
器、5は貫通型出力電流検出器4からの帰還信号と出力
電流設定信号を比較し出力電流を制御する制御回路、6
は第2のスイッチング素子3の出力端子から貫通型出力
電流検出器4を貫通して母材側出力端子に接続される第
1の配線、7は第2のスイッチング素子3の出力端子か
ら第1のスイッチング素子2の入力端子に接続される第
2の配線、8は非消耗電極(電極)、9は被溶接物(母
材)、10は必要に応じて第2の配線7に付加される素
子短絡電流抑制用の電流検出器である。
【0004】図4は、このように構成された回路で溶接
を行なう場合の溶接開始時における出力電流波形を模式
的に示した図であり、母材側をプラス、電極側をマイナ
スとして出力電流が流れる方向(正極性出力)を正方向
としている。
【0005】このように構成された回路において、電極
8と母材9の間に供給される出力電流は第1の配線6に
より貫通型出力電流検出器4を貫通し、この電流検出器
4から出力電流に比例した帰還信号が制御回路5に送ら
れる。ここで、出力電流をI、比例係数をaとすれば、
帰還信号はaIで表される。帰還信号aIは制御回路5
において出力電流設定信号と比較制御され、出力電流の
絶対値が前記出力電流設定信号で定められる一定値にな
るように直流電源1の出力が制御される。このようにし
て、出力電流は出力電流設定信号で定められる値に定電
流制御される。
【0006】このような回路で溶接を行う場合、溶接開
始時には第1のスイッチング素子2が導通、第2のスイ
ッチング素子3が開放となり、電極8と母材9の間には
電極8をプラス、母材9をマイナスとする逆極性出力電
流が供給される。また出力電流設定信号は溶接開始後T
1+T2なる一定時間T3の間は溶接開始用の出力電流
設定値S1に固定される。電流の方向を正極性出力時を
正方向とすれば、溶接開始時においてT1の間、出力電
流はS1で決まる一定値である−I1 に制御される。
【0007】溶接開始後一定時間T1で第1のスイッチ
ング素子2は開放、第2のスイッチング素子3が導通と
なり、電極8と母材9の間は電極8がマイナス、母材9
がプラスの正極性出力となる。一方、溶接開始後T1+
T2なる一定時間T3の間は、第1の配線6を通る出力
電流の絶対値は溶接開始用の出力電流設定信号S1で決
まる一定値であるI1 に帰還制御される。したがって出
力極性切り換え後T2の間、出力電流は一定値I1 に制
御される。T3時間後に出力電流は通常溶接用の出力電
流設定信号S2で設定される電流値I2 となる。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】上記の構成を採用すれ
ば、溶接開始時に電極先端が熱陰極となり溶接開始性能
に優れた効果を有する。また、スタート電流I1 を低電
流とすることによって出力極性切り換え時に溶接機の出
力回路のインダクタンスによって溶接機内部に発生する
誘起電圧を抑制することも可能である。
【0009】しかしながら、上記構成では出力極性切り
換え時に第1のスイッチング素子2と第2のスイッチン
グ素子3が何らかの原因で同時に導通した場合に、第2
のスイッチング素子3から第2の配線7および第1のス
イッチング素子2を流れる素子短絡電流を制御すること
が不可能であるため、第1のスイッチング素子2および
第2のスイッチング素子3の容量を直流電源1の最大出
力以上とするか、素子短絡電流抑制用の電流検出器6を
第2の配線7に付加して出力極性切り換え時の素子短絡
破壊を防止することが必要であった。
【0010】また、逆極性スタート電流である−I1
正極性スタート電流であるI1 の絶対値が等しいため、
電極発熱量の大なる逆極性から電極発熱量の小なる正極
性出力へ出力極性が切り換わる時点で電極温度が下降
し、アーク切れが発生する可能性が高かった。
【0011】本発明は上記のような従来の問題を解決す
るもので、簡単な回路で出力極性切り換え時の短絡電流
抑制とアーク切れ防止を行うことができる直流TIG溶
接機を提供することを目的とするものである。
【0012】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、本発明の直流TIG溶接機は、出力調整が可能な
正、負両電源を供給する電源部と、電極と母材間に電極
プラスの逆極性出力を与える第1のスイッチング素子
と、前記電極と母材間に電極マイナスの正極性出力を与
える第2のスイッチング素子と、貫通型出力電流検出器
と、前記第2のスイッチング素子の出力端子から前記貫
通型出力電流検出器を正方向に貫通して母材側出力端子
に接続される第1の配線と、前記第2のスイッチング素
子の出力端子と前記第1のスイッチング素子の入力端子
を接続する第2の配線と、前記貫通型出力電流検出器か
らの信号を用いて前記電源部の出力電流が設定値に近づ
くように制御する制御回路を有する直流TIG溶接機で
あって、前記第2の配線を前記第2のスイッチング素子
の出力端子から前記貫通型出力電流検出器を負方向に貫
通させて前記第1のスイッチング素子の入力端子に接続
したことを特徴とする。
【0013】
【作用】上記構成によれば、出力極性切り換え時に出力
極性切り換え用の両スイッチング素子が同時に導通状態
となっても、素子短絡電流は貫通型出力電流検出器から
の帰還信号によって制御される。また、溶接開始電流の
絶対値は正極性側が逆極性側の2倍となり、出力極性切
り換え直後の電極冷却が抑制され、電極先端温度の下降
は緩和されるためアーク切れは防止される。
【0014】
【実施例】以下本発明の一実施例を図面に基づいて説明
する。図1は本発明の一実施例の直流TIG溶接機を示
す回路構成図、図3は本発明の一実施例の直流TIG溶
接機による溶接開始時における出力電流波形を模式的に
示した図であり、母材側をプラス、電極側をマイナスと
して出力電流が流れる方向(正極性出力)を正方向とし
ている。
【0015】図1において、1は交流を入力とし電流を
可変できる正負両電源を備えた直流電源、2は溶接開始
時に一定時間出力極性を逆極性とするための第1のスイ
ッチング素子、3は溶接開始後に出力極性を正極性とす
るための第2のスイッチング素子、4は出力電流を検出
する貫通型出力電流検出器、5は貫通型出力電流検出器
4からの帰還信号と出力電流設定信号を比較し出力電流
を制御する制御回路、6は第2のスイッチング素子3の
出力端子から貫通型出力電流検出器4を正方向に貫通し
て母材側出力端子に接続される第1の配線、7は第2の
スイッチング素子3の出力端子から貫通型出力電流検出
器4を負方向に貫通して第1のスイッチング素子2の入
力端子に接続される第2の配線、8は非消耗電極(電
極)、9は被溶接物(母材)である。
【0016】このように構成された回路で溶接を行なう
場合、溶接開始時には一定時間T1の間、第1のスイッ
チング素子2が導通、第2のスイッチング素子3が開放
となり、電極8と母材9の間には電極8をプラス、母材
9をマイナスとする逆極性出力電流が供給される。この
逆極性出力電流は、直流電源1の正負共通出力から電極
8、母材9を通り、第1の配線6により貫通型出力電流
検出器4を負方向に貫通し、第2の配線7により貫通型
出力電流検出器4をさらにもう一度負方向に貫通し、第
1のスイッチング素子2を通って直流電源1の負出力に
戻る。すなわち、逆極性出力時には出力電流は貫通型出
力電流検出器4を負方向に2回貫通する。このとき、貫
通型出力電流検出器4には実際の出力電流の2倍の電流
が貫通するため、この検出器4からの帰還信号は出力電
流の2倍に比例した値となる。したがって、出力電流を
I、比例係数をaとすれば、帰還信号は2aIで表わさ
れる。
【0017】溶接開始後T1 時間で、スイッチング素子
2が開放、スイッチング素子3が導通となり、出力電流
は正極性となる。この正極性電流は直流電源1の正出力
から第2のスイッチング素子3を通り、第1の配線6に
より貫通型出力電流検出器4を正方向に貫通し、母材
9、電極8を通って、直流電源1の正負共通出力に戻
る。このように、正極性出力時には出力電流は貫通型出
力電流検出器4を正方向に1回貫通するので、この検出
器4からの帰還信号は出力電流の1倍に比例した値とな
る。したがって、出力電流をI、比例係数をaとすれ
ば、帰還信号はaIで表わされる。
【0018】また、何らかの原因で出力極性切り換え時
に第1のスイッチング素子2と第2のスイッチング素子
3が同時に導通する素子短絡が発生した場合、短絡電流
は直流電源1の正出力から第2のスイッチング素子3を
通り、第2の配線7により貫通型出力電流検出器4を負
方向に貫通し、第1のスイッチング素子2を通って直流
電源1の負出力に戻る。このように、素子短絡時には出
力電流は貫通型出力電流検出器4を負方向に1回貫通す
るので、この検出器4からの帰還信号は素子短絡電流の
1倍に比例した値となる。したがって、素子短絡電流を
I、比例係数をaとすれば、帰還信号はaIで表わされ
る。
【0019】このように、本実施例の構成とすれば、貫
出力電流検出器4からの帰還信号は、逆極性出力時
に出力電流Iの2倍に比例した値である−2aI、正極
性出力時に出力電流の1倍に比例した値であるaI、素
子短絡時には短絡電流の1倍に比例した値である−aI
となる。
【0020】溶接開始後T1+T2なるスタート時間T
3の間、出力電流の絶対値は溶接開始用の出力設定信号
S1と貫通型出力電流検出器4からの帰還信号を比較す
ることによって定電流帰還制御される。T3時間内はS
1が一定であるから、出力電流はT1とT2において帰
還信号の絶対値が等しくなるように制御される。したが
って図3に示すようにT1の間逆極性出力電流が−I1
に帰還制御されている場合、帰還信号は−2aI1 で表
わされ、T2期間は帰還信号が2aI1 となるように出
力が制御されるため、T2時間内の正極性出力電流は2
1 となる。
【0021】また、T3時間内に素子短絡が発生した場
合、短絡電流は上記溶接開始用の出力電流設定信号S1
で決められる値のI1 に抑制される。以上のように本実
施例によれば、簡単な回路で溶接開始時の素子短絡事故
を防止でき、しかも溶接開始電流が低く設定されている
場合、第1のスイッチング素子の容量も小さくできる。
また、逆極性から正極性に切り換わった直後は正極性電
流の絶対値は逆極性電流値の2倍となり、電極先端温度
の下降を緩和するためアーク切れしにくくなる。
【0022】
【発明の効果】以上のように本発明によれば、出力極性
切り換え用のスイッチング素子間を結ぶ第2配線を貫通
型出力電流検出器を貫通させることにより、極性切り換
え素子の短絡事故時の短絡電流を所定の値に抑制できる
とともに、溶接開始電流の絶対値を正極性側の方を逆極
性側より大きくできることにより、極性切り換え時のア
ーク切れを防止することができ、実用上きわめて有利で
ある。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施例の直流TIG溶接機の回路構
成図
【図2】従来の直流TIG溶接機の回路構成図
【図3】本発明の一実施例の直流TIG溶接機の溶接開
始時における出力電流波形を説明する模式図
【図4】従来の直流TIG溶接機の溶接開始時における
出力電流波形を説明する模式図
【符号の説明】
1 正負直流電源 2 逆極性出力用の第1のスイッチング素子 3 正極性出力用の第2のスイッチング素子 4 貫通型出力電流検出器 5 制御回路 6 第1の配線 7 第2の配線 8 非消耗電極(電極) 9 被溶接物(母材)
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭50−120341(JP,A) 特開 昭61−266178(JP,A) 特開 昭56−25330(JP,A) 特開 昭58−39281(JP,A) 実開 昭62−168744(JP,U) 実開 平4−113078(JP,U) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) B23K 9/067 B23K 9/073 B23K 9/167

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 出力調整が可能な正、負両電源を供給す
    る電源部と、電極と母材間に電極プラスの逆極性出力を
    与える第1のスイッチング素子と、前記電極と母材間に
    電極マイナスの正極性出力を与える第2のスイッチング
    素子と、貫通型出力電流検出器と、前記第2のスイッチ
    ング素子の出力端子から前記貫通型出力電流検出器を正
    方向に貫通して母材側出力端子に接続される第1の配線
    と、前記第2のスイッチング素子の出力端子と前記第1
    のスイッチング素子の入力端子を接続する第2の配線
    と、前記貫通型出力電流検出器からの信号を用いて前記
    電源部の出力電流が設定値に近づくように制御する制御
    回路を有する直流TIG溶接機であって、前記第2の配
    線を前記第2のスイッチング素子の出力端子から前記貫
    通型出力電流検出器を負方向に貫通させて前記第1のス
    イッチング素子の入力端子に接続した直流TIG溶接
    機。
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