JP3312713B2 - 交流プラズマアーク溶接機 - Google Patents
交流プラズマアーク溶接機Info
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は交流プラズマアーク溶接
機に関するものであり，特にアルミニウムおよびその合
金のような高い融点をもつ酸化膜の形成された材料を溶
接するのに適し，かつアーク騒音の小さい交流プラズマ
アーク溶接機に関するものである。
機に関するものであり，特にアルミニウムおよびその合
金のような高い融点をもつ酸化膜の形成された材料を溶
接するのに適し，かつアーク騒音の小さい交流プラズマ
アーク溶接機に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】一般にアルミニウム，アルミニウム合
金，マグネシウム合金などはその表面に高い融点をもつ
酸化膜が形成されているので，この酸化膜を除去するこ
とが溶接作業の重要な要件となる。この目的のために，
本件と同一出願人により開示されている発明がある。す
なわち特開平６−９１３７９号公報に示されているとお
り，電極棒を囲む１つ以上のノズルを有するプラズマア
ークトーチの電極棒を負，被溶接物を正とする電圧を供
給してそれらの間に間欠的に電流を供給し得る主電力供
給手段を備えたプラズマアーク溶接機において，主電力
供給手段がオフの期間にノズルを正，被溶接物を負とす
る電圧をノズルと被溶接物間に印加して電流を供給する
クリーニング用電力供給手段とを有し，ノズルと被溶接
物間に発生するアークで被溶接物の酸化膜のクリーニン
グを行う。そしてこの主電力供給手段とクリーニング用
電力供給手段とを交互に作動させると，電極表面の酸化
膜を除去しつつ溶接ができる。
金，マグネシウム合金などはその表面に高い融点をもつ
酸化膜が形成されているので，この酸化膜を除去するこ
とが溶接作業の重要な要件となる。この目的のために，
本件と同一出願人により開示されている発明がある。す
なわち特開平６−９１３７９号公報に示されているとお
り，電極棒を囲む１つ以上のノズルを有するプラズマア
ークトーチの電極棒を負，被溶接物を正とする電圧を供
給してそれらの間に間欠的に電流を供給し得る主電力供
給手段を備えたプラズマアーク溶接機において，主電力
供給手段がオフの期間にノズルを正，被溶接物を負とす
る電圧をノズルと被溶接物間に印加して電流を供給する
クリーニング用電力供給手段とを有し，ノズルと被溶接
物間に発生するアークで被溶接物の酸化膜のクリーニン
グを行う。そしてこの主電力供給手段とクリーニング用
電力供給手段とを交互に作動させると，電極表面の酸化
膜を除去しつつ溶接ができる。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】ところが，この主電力
供給手段とクリーニング用電力供給手段とを交互に作動
させるときには，被溶接物を流れるアーク電流は立ち上
がりの急峻な矩形波状（図５参照）であり，この急峻な
電流の立ち上がりのアークにより騒音が発生する。そし
て繰り返し電流の方向が変化する毎に，そのたびに騒音
が発生するので，作業環境を悪化することになる。本発
明はこの騒音を小さくすることが課題である。
供給手段とクリーニング用電力供給手段とを交互に作動
させるときには，被溶接物を流れるアーク電流は立ち上
がりの急峻な矩形波状（図５参照）であり，この急峻な
電流の立ち上がりのアークにより騒音が発生する。そし
て繰り返し電流の方向が変化する毎に，そのたびに騒音
が発生するので，作業環境を悪化することになる。本発
明はこの騒音を小さくすることが課題である。
【０００４】
【課題を解決するための手段】本発明は前記課題を解決
するために以下の手段を提案するものである。中心電極
と、この中心電極を囲む外周電極と、これら中心電極と
外周電極との間に不活性ガスを流すガス流路とを形成し
てなるプラズマアークトーチを備え、被溶接物間に正極
性プラズマアークと逆極性プラズマアークを発生し、そ
の被溶接物表面の酸化被膜の除去については前記逆極性
プラズマアークで行い、その被溶接物溶接作業は前記正
極性プラズマアークで行い、これら両極性のプラズマア
ークの正逆の切替えをスイッチング素子で繰り返し行っ
て溶接を行う交流プラズマアーク溶接機であって、プラ
ズマアーク電流の通流を検出した後に、前記逆極性プラ
ズマアークの電流は、初期アーク電流で起動した後に、
０.１ｍｓ以上の時間で所定の傾斜になるよう上昇する
こと及び前記正極性プラズマアークの電流は０．１ｍｓ
以上の時間で所定の傾斜で降下し、終期電流で停止する
ことの少なくとも一方を前記インバータ回路で制御する
波形生成制御回路を備えたことを特徴とする交流プラズ
マアーク溶接機。を提案するものとする。
するために以下の手段を提案するものである。中心電極
と、この中心電極を囲む外周電極と、これら中心電極と
外周電極との間に不活性ガスを流すガス流路とを形成し
てなるプラズマアークトーチを備え、被溶接物間に正極
性プラズマアークと逆極性プラズマアークを発生し、そ
の被溶接物表面の酸化被膜の除去については前記逆極性
プラズマアークで行い、その被溶接物溶接作業は前記正
極性プラズマアークで行い、これら両極性のプラズマア
ークの正逆の切替えをスイッチング素子で繰り返し行っ
て溶接を行う交流プラズマアーク溶接機であって、プラ
ズマアーク電流の通流を検出した後に、前記逆極性プラ
ズマアークの電流は、初期アーク電流で起動した後に、
０.１ｍｓ以上の時間で所定の傾斜になるよう上昇する
こと及び前記正極性プラズマアークの電流は０．１ｍｓ
以上の時間で所定の傾斜で降下し、終期電流で停止する
ことの少なくとも一方を前記インバータ回路で制御する
波形生成制御回路を備えたことを特徴とする交流プラズ
マアーク溶接機。を提案するものとする。
【０００５】
【実施例】図１は本発明にかかる交流プラズマアーク溶
接機の一実施例である。図のプラズマアークトーチ25は
中心電極27と，これとほぼ同心円状の外周電極29を備え
ており，これら両電極の間にアルゴン等の不活性ガスを
流す。そして中心電極27と外周電極29との間に，高周波
電源と直流電源とを直列にして構成される補助電源31を
接続して，プラズマアークの起動用のパイロットアーク
を発生させるための電圧を供給する。
接機の一実施例である。図のプラズマアークトーチ25は
中心電極27と，これとほぼ同心円状の外周電極29を備え
ており，これら両電極の間にアルゴン等の不活性ガスを
流す。そして中心電極27と外周電極29との間に，高周波
電源と直流電源とを直列にして構成される補助電源31を
接続して，プラズマアークの起動用のパイロットアーク
を発生させるための電圧を供給する。
【０００６】 次に，この交流プラズマアーク溶接機の
主たる電流の供給経路について説明する。図１におい
て，商用交流電源１を整流回路３で整流し，この直流を
インバータ回路５で商用交流電源１の周波数に比較して
十分高い周波数，例えば数十kHz 〜数百kHz,の交流に変
換し，変圧器９で所定の高周波電圧に変圧する。変圧器
９の２次巻線にはセンタータップを備えており，このセ
ンタータップは電流検出器35とチョークコイル37を経て
被溶接物33に接続される。そして変圧器９の２次巻線の
両端のうち一方の端子はダイオード11のカソードとダイ
オード15のアノードに接続される。また変圧器９の二次
巻線の他方の端子はダイオード13のカソードとダイオー
ド17のアノードに接続される。ダイオード11とダイオー
ド13の各アノードは共通接続されてトランジスタ19のエ
ミッタに接続され，このトランジスタ19のコレクタはプ
ラズマアークトーチ25の中心電極27に接続される。また
ダイオード15とダイオード17の各カソードは共通接続さ
れてトランジスタ21のコレクタに接続され，このトラン
ジスタ21のエミッタはプラズマアークトーチ25の外周電
極29に接続される。インバータ回路５はドライブ回路７
により駆動され，このドライブ回路７は波形生成制御部
41からの信号で制御される。
主たる電流の供給経路について説明する。図１におい
て，商用交流電源１を整流回路３で整流し，この直流を
インバータ回路５で商用交流電源１の周波数に比較して
十分高い周波数，例えば数十kHz 〜数百kHz,の交流に変
換し，変圧器９で所定の高周波電圧に変圧する。変圧器
９の２次巻線にはセンタータップを備えており，このセ
ンタータップは電流検出器35とチョークコイル37を経て
被溶接物33に接続される。そして変圧器９の２次巻線の
両端のうち一方の端子はダイオード11のカソードとダイ
オード15のアノードに接続される。また変圧器９の二次
巻線の他方の端子はダイオード13のカソードとダイオー
ド17のアノードに接続される。ダイオード11とダイオー
ド13の各アノードは共通接続されてトランジスタ19のエ
ミッタに接続され，このトランジスタ19のコレクタはプ
ラズマアークトーチ25の中心電極27に接続される。また
ダイオード15とダイオード17の各カソードは共通接続さ
れてトランジスタ21のコレクタに接続され，このトラン
ジスタ21のエミッタはプラズマアークトーチ25の外周電
極29に接続される。インバータ回路５はドライブ回路７
により駆動され，このドライブ回路７は波形生成制御部
41からの信号で制御される。
【０００７】 波形生成制御部41の構成については，関
数発生回路43と比較回路45と矩形波発生回路47と極性切
替回路49とからなる。これらの各構成要素の波形を示す
図２を参照して説明する。まず矩形波発生回路47は，図
２ａに示すような矩形波を発生する。この繰り返し周期
は１００Hz程度である。この矩形波発生回路47の波形を
極性切換回路49を通して，図２ｂに示すような位相をわ
ずかにずらした波形と，この波形を正負反転した図２ｃ
に示す波形とを得る。これらの極性切換回路49の波形を
ドライブ回路23に送り，スイッチング素子であるトラン
ジスタ19と21とを交互にスイッチングする。
数発生回路43と比較回路45と矩形波発生回路47と極性切
替回路49とからなる。これらの各構成要素の波形を示す
図２を参照して説明する。まず矩形波発生回路47は，図
２ａに示すような矩形波を発生する。この繰り返し周期
は１００Hz程度である。この矩形波発生回路47の波形を
極性切換回路49を通して，図２ｂに示すような位相をわ
ずかにずらした波形と，この波形を正負反転した図２ｃ
に示す波形とを得る。これらの極性切換回路49の波形を
ドライブ回路23に送り，スイッチング素子であるトラン
ジスタ19と21とを交互にスイッチングする。
【０００８】 電流検出回路35で検出し整流された信号
は，波形生成制御部41の内部の比較回路45の一方の入力
に送られる。また関数発生回路43では矩形波発生回路47
の矩形波に同期して，図２ｄに示す波形を発生する。こ
の波形は各周期の初めと終わりの部分で小さな段を持
ち，この段に続く部分は垂直状よりは，わずかな傾斜で
台形波を形成している。この台形波を比較回路45の入力
に供給し，電流検出回路35からの信号と比較して，互い
に等しくなるような振幅制御信号を比較回路45から出力
する。この振幅制御信号によりドライブ回路７を経てイ
ンバータ回路５を制御する。このようにして被溶接物33
に流れる出力電流は図２ｅに示す波形となる。
は，波形生成制御部41の内部の比較回路45の一方の入力
に送られる。また関数発生回路43では矩形波発生回路47
の矩形波に同期して，図２ｄに示す波形を発生する。こ
の波形は各周期の初めと終わりの部分で小さな段を持
ち，この段に続く部分は垂直状よりは，わずかな傾斜で
台形波を形成している。この台形波を比較回路45の入力
に供給し，電流検出回路35からの信号と比較して，互い
に等しくなるような振幅制御信号を比較回路45から出力
する。この振幅制御信号によりドライブ回路７を経てイ
ンバータ回路５を制御する。このようにして被溶接物33
に流れる出力電流は図２ｅに示す波形となる。
【０００９】 図３に，被溶接物33に流れる出力電流の
波形を詳細に示す。この電流波形は繰り返し周期Ｔは数
msから数十msの値であり，台形波電流の正の側はＩEPの
値であり，負の側はＩENの値となる。被溶接物33の表面
の酸化被膜の除去については，電流ＩEP，すなわち被溶
接物33に対して外周電極29を正として（これを逆極性ア
ークと称する）で行う。この逆極性アークのとき，外周
電極29は水冷されているため，電極消耗がほとんどな
い。また溶接作業については，電流ＩEN，すなわち被溶
接物33に対して中心電極27を負として（これを正極性ア
ークと称する）で行う。この正逆の切替えをスイッチン
グ素子で繰り返し行ってアルミ材等の被溶接物33の溶接
を行う。
波形を詳細に示す。この電流波形は繰り返し周期Ｔは数
msから数十msの値であり，台形波電流の正の側はＩEPの
値であり，負の側はＩENの値となる。被溶接物33の表面
の酸化被膜の除去については，電流ＩEP，すなわち被溶
接物33に対して外周電極29を正として（これを逆極性ア
ークと称する）で行う。この逆極性アークのとき，外周
電極29は水冷されているため，電極消耗がほとんどな
い。また溶接作業については，電流ＩEN，すなわち被溶
接物33に対して中心電極27を負として（これを正極性ア
ークと称する）で行う。この正逆の切替えをスイッチン
グ素子で繰り返し行ってアルミ材等の被溶接物33の溶接
を行う。
【００１０】 このときアーク電流の起動波形につい
て，初期アーク電流Ｉｉで起動して，その後t2の時間を
かけた傾斜で所定値のＩEPの値まで電流上昇する。次に
電流降下時はt4の時間をかけて降下し，一旦終期アーク
電流Ｉｓで停止して，ゼロにする。逆極性電流について
も同様の波形とする。この初期アーク電流Ｉｉの値につ
いては，プラズマアークを維持できるのに必要な最小電
流程度，例えば５Ａ程度とする。終期アーク電流Ｉｓに
ついても同様である。また電流上昇と下降の傾斜に関す
る時間t2とt4については，1/10msから数ms程度にする。
て，初期アーク電流Ｉｉで起動して，その後t2の時間を
かけた傾斜で所定値のＩEPの値まで電流上昇する。次に
電流降下時はt4の時間をかけて降下し，一旦終期アーク
電流Ｉｓで停止して，ゼロにする。逆極性電流について
も同様の波形とする。この初期アーク電流Ｉｉの値につ
いては，プラズマアークを維持できるのに必要な最小電
流程度，例えば５Ａ程度とする。終期アーク電流Ｉｓに
ついても同様である。また電流上昇と下降の傾斜に関す
る時間t2とt4については，1/10msから数ms程度にする。
【００１１】 被溶接物33に流れる電流波形が，このよ
うに起動時は少ない電流で，ついで電流上昇時は垂直状
ではなく，ある程度の傾斜をもっているので，アーク音
を小さくすることができる。この電流の下降時にも同様
の波形であり，同様にアーク音を小さくすることができ
る。なお，電流波形をこのようにしても，被溶接物の溶
接機能については，なんら問題はない。
うに起動時は少ない電流で，ついで電流上昇時は垂直状
ではなく，ある程度の傾斜をもっているので，アーク音
を小さくすることができる。この電流の下降時にも同様
の波形であり，同様にアーク音を小さくすることができ
る。なお，電流波形をこのようにしても，被溶接物の溶
接機能については，なんら問題はない。
【００１２】 図４は本発明にかかる交流プラズマアー
ク溶接機の第２の実施例を示す図である。この実施例
は，概ね図１に示す実施例と同様であるが，プラズマア
ークトーチ25への電流供給経路が異なる。つまり正極性
アークについても，逆極性アークについても，アーク電
流は中心電極27と被溶接物33との間に流れる。回路につ
いては，変圧器９の２次巻線の両端のうち一方の端子は
ダイオード11のアノードとダイオード15のカソードに接
続される。また変圧器９の２次巻線の他方の端子はダイ
オード13のアノードとダイオード17のカソードに接続さ
れる。ダイオード11とダイオード13の各カソードは共通
接続されてトランジスタ19のコレクタに接続され，この
トランジスタ19のエミッタはプラズマアークトーチ25の
中心電極27に接続される。またダイオード15とダイオー
ド17の各アノードは共通接続されてトランジスタ21のエ
ミッタに接続され，このトランジスタ21のコレクタは，
トランジスタ19のエミッタと共にプラズマアークトーチ
25の中心電極27に接続される。その他の接続関係につい
ては，図１に示す実施例と同じである。
ク溶接機の第２の実施例を示す図である。この実施例
は，概ね図１に示す実施例と同様であるが，プラズマア
ークトーチ25への電流供給経路が異なる。つまり正極性
アークについても，逆極性アークについても，アーク電
流は中心電極27と被溶接物33との間に流れる。回路につ
いては，変圧器９の２次巻線の両端のうち一方の端子は
ダイオード11のアノードとダイオード15のカソードに接
続される。また変圧器９の２次巻線の他方の端子はダイ
オード13のアノードとダイオード17のカソードに接続さ
れる。ダイオード11とダイオード13の各カソードは共通
接続されてトランジスタ19のコレクタに接続され，この
トランジスタ19のエミッタはプラズマアークトーチ25の
中心電極27に接続される。またダイオード15とダイオー
ド17の各アノードは共通接続されてトランジスタ21のエ
ミッタに接続され，このトランジスタ21のコレクタは，
トランジスタ19のエミッタと共にプラズマアークトーチ
25の中心電極27に接続される。その他の接続関係につい
ては，図１に示す実施例と同じである。
【００１３】 以上述べた実施例において，トランジス
タ19，21については，ＦＥＴやＩＧＢＴ等のスイッチン
グ素子と置き換えることができる。また正極性アークと
逆極性アークの流れるそれぞれの時間については，目的
に応じて大小自由に選定することができる。
タ19，21については，ＦＥＴやＩＧＢＴ等のスイッチン
グ素子と置き換えることができる。また正極性アークと
逆極性アークの流れるそれぞれの時間については，目的
に応じて大小自由に選定することができる。
【００１４】
【発明の効果】本発明は以上述べたような特徴を有して
おり，アルミニウム等の高い融点をもつ酸化膜の形成さ
れた材料を溶接するのに適し，かつアーク騒音の小さい
交流プラズマアーク溶接機を提供することができ，作業
環境を向上させることができる。また，アーク電流の波
形が不必要に急峻でないので，放射電気雑音を低減させ
ることができる。
おり，アルミニウム等の高い融点をもつ酸化膜の形成さ
れた材料を溶接するのに適し，かつアーク騒音の小さい
交流プラズマアーク溶接機を提供することができ，作業
環境を向上させることができる。また，アーク電流の波
形が不必要に急峻でないので，放射電気雑音を低減させ
ることができる。
【図１】本発明にかかる交流プラズマアーク溶接機の一
実施例を示す図である。
実施例を示す図である。
【図２】本発明にかかる交流プラズマアーク溶接機の電
流波形を示す図である。
流波形を示す図である。
【図３】本発明にかかる交流プラズマアーク溶接機の電
流波形を示す図である。
流波形を示す図である。
【図４】本発明にかかる交流プラズマアーク溶接機の第
２の実施例を示す図である。
２の実施例を示す図である。
【図５】従来の交流プラズマアーク溶接機の電流波形を
示す図である。
示す図である。
１…商用交流電源 ３…整流回路 ５…インバータ ７
…ドライブ回路 ９…変圧器 11,13,15,17 …ダイオード 19,21
…トランジスタ 23…ドライブ回路 25…プラズマアークトーチ 27 …
中心電極 29…外周電極 31…補助電源 33…被溶接物
35…電流検出器 37…チョークコイル 41…波形生成制御
回路 43…関数発生回路 45…比較回路 47…矩形波発生回
路 49…極性切替回路
…ドライブ回路 ９…変圧器 11,13,15,17 …ダイオード 19,21
…トランジスタ 23…ドライブ回路 25…プラズマアークトーチ 27 …
中心電極 29…外周電極 31…補助電源 33…被溶接物
35…電流検出器 37…チョークコイル 41…波形生成制御
回路 43…関数発生回路 45…比較回路 47…矩形波発生回
路 49…極性切替回路
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) B23K 10/00 B23K 10/02 C23F 4/00 B23K 103:10
Claims (1)
- 【請求項１】中心電極と、この中心電極を囲む外周電極
と、これら中心電極と外周電極との間に不活性ガスを流
すガス流路とを形成してなるプラズマアークトーチを備
え、被溶接物間に正極性プラズマアークと逆極性プラズ
マアークを発生し、 その被溶接物表面の酸化被膜の除去については前記逆極
性プラズマアークで行い、 その被溶接物溶接作業は前記正極性プラズマアークで行
い、これら両極性のプラズマアークの正逆の切替えをス
イッチング素子で繰り返し行って溶接を行う交流プラズ
マアーク溶接機であって、 プラズマアーク電流の通流を検出した後に、前記逆極性
プラズマアークの電流は、初期アーク電流で起動した後
に、０.１ｍｓ以上の時間で所定の傾斜になるよう上昇
すること及び前記正極性プラズマアークの電流は０．１
ｍｓ以上の時間で所定の傾斜で降下し、終期電流で停止
することの少なくとも一方を前記インバータ回路で制御
する波形生成制御回路を備えたことを特徴とする交流プ
ラズマアーク溶接機。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP12904995A JP3312713B2 (ja) | 1995-04-28 | 1995-04-28 | 交流プラズマアーク溶接機 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP12904995A JP3312713B2 (ja) | 1995-04-28 | 1995-04-28 | 交流プラズマアーク溶接機 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH08300156A JPH08300156A (ja) | 1996-11-19 |
| JP3312713B2 true JP3312713B2 (ja) | 2002-08-12 |
Family
ID=14999828
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP12904995A Expired - Lifetime JP3312713B2 (ja) | 1995-04-28 | 1995-04-28 | 交流プラズマアーク溶接機 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3312713B2 (ja) |
Families Citing this family (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP4657588B2 (ja) * | 2003-07-09 | 2011-03-23 | 株式会社ダイヘン | 交流ｔｉｇ溶接の電流制御方法 |
| JP2006142317A (ja) * | 2004-11-17 | 2006-06-08 | Daihen Corp | 極性切換短絡アーク溶接方法 |
| JP4643236B2 (ja) * | 2004-11-30 | 2011-03-02 | 株式会社ダイヘン | 極性切換短絡アーク溶接方法 |
| CN102470473B (zh) * | 2010-03-18 | 2014-07-02 | 松下电器产业株式会社 | 电弧焊接装置 |
| JP5977553B2 (ja) * | 2012-03-23 | 2016-08-24 | 株式会社ダイヘン | プラズマアーク溶接方法およびプラズマアーク溶接システム |
| JP6320851B2 (ja) * | 2014-06-06 | 2018-05-09 | 株式会社神戸製鋼所 | 消耗電極式アーク溶接のアークスタート制御方法、溶接装置 |
| KR102311820B1 (ko) * | 2019-09-18 | 2021-10-12 | 부경대학교 산학협력단 | 산화피막 클리닝 장치 및 방법 |
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