JP3499914B2 - アーク溶接機用冷却水供給装置 - Google Patents

アーク溶接機用冷却水供給装置

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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、アーク溶接機のトーチ
等の冷却に使われる冷却水供給装置の改良に関するもの
である。
【0002】
【従来の技術】図1は、タングステン等の非消耗電極を
用いるTIGアーク溶接機において、アーク起動に高周
波高電圧を使った場合の従来装置の例である。図1にお
いて、1は溶接電源、2は溶接トーチ(TIGアーク溶
接トーチ)、3は被溶接物、4は水道管、5は水バル
ブ、6および7は水ホース、8は排水溝、9は被溶接物
側ケーブル、10はトーチスイッチ、11ないし13は
商用交流電源の入力端子、Gは大地電位である。溶接電
源1において、DR1は1 次整流回路、TRは1 次イン
バータ回路、T1はインバータトランス、DR2は2次
整流回路、L1は直流リアクトル、C1は高周波バイパ
スコンデンサ、HFは高周波高電圧発生器、CCはカッ
プリングコイル、CLは制御回路、J1ないしJ4は水
接続口でありJ1は給水側接続口、J2は送出側接続
口、J3は戻り側接続口、J4は排水側接続口である。
H1ないしH3は水ホース、PSは圧力スイッチ、TM
1はマイナス側電源出力端子、TM2はプラス側電源出
力端子である。溶接トーチ2において、ELは電極(こ
の場合はタングステンからなる非消耗性の電極)、AS
は電極保持アセンブリ、Ht1およびHt2は接続金具Jt
1、Jt2によって接続口J2、J3に接続される水ホー
ス、CBはトーチ側ケーブルである。
【0003】トーチスイッチ10を押すと、制御回路C
Lはまず、図示を省略したガス供給回路を駆動する。ガ
ス供給回路は電極ELと被溶接物3との間にシールドガ
スを放出する。シールドガスが電極ELに達する頃を見
計らって制御回路CLは、1次インバータ回路TRおよ
び高周波高電圧発生器HFを駆動する。1次インバータ
回路TRは、数10KHzの周波数でスイッチング動作
しインバータトランスT1の1次側に高周波の交流を供
給し、2次側に溶接アークに必要な電圧を誘起して2次
整流回路DR2に加える。これによって、無負荷電圧が
カップリングコイルCCの2次巻線を経てマイナス側出
力端子TM1とプラス側出力端子TM2に現れ、トーチ
側ケーブルCBと電極保持アセンブリASおよび被溶接
物側ケーブル9を経て、電極ELと被溶接物3との間に
加わる。高周波発生器HFは高周波高電圧をカップリン
グコイルCCの1次コイルに加え、2次コイルに誘起す
る高周波高電圧はマイナス側の出力端子TM1、トーチ
側ケーブルCB、電極保持アセンブリASおよび高周波
バイパスコンデンサC1、プラス側出力端子TM2を経
て電極ELと被溶接物3との間に加わり火花放電を発生
させる。この火花放電が発生すると電極ELと被溶接物
3との間の絶縁が破壊されて2次整流回路からの直流出
力により溶接アークが誘発される。
【0004】一方、冷却水は水道管4、水バルブ5、水
ホース6、給水側接続口J1、水ホースH1、圧力スイ
ッチPS、水ホースH2、送出側接続口J2、水接続金
具Jt1、水ホースHt1、電極保持アセンブリAS、水ホ
ースHt2、水接続金具Jt2、戻り側接続口J3、水ホー
スH3、水接続口J4および水ホース7から構成される
水の通路を流れて排水溝8に放出される。
【0005】図2には、アーク起動に直流高電圧を用い
た場合の従来装置の例を示す。同図において、BDはブ
ロッキングダイオード、HDは直流高電圧発生器、R2
は抵抗器である。同図においてその他は、図1と同じ機
能の部品またはアセンブリには同一の符号を付して説明
を省略する。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】図1の従来装置におい
ては、冷却水を通じてアーク起動用の高周波高電圧が大
地にバイパスされて漏洩減衰し、有効に電極ELと被溶
接物3との間に作用せず、アーク起動に失敗することが
多かった。その理由を次に述べる。図1において、排水
溝8は大地電位Gにある。また被溶接物3も大地電位G
にある。さらに溶接電源1の金属ケースも、またその金
属ケースと電気的に導通のある溶接電源1の内部に取り
付けられた金属製の圧力スイッチPSも大地の電位にあ
る。したがって電極ELは前述の水通路の水によって電
気的に大地に接続されていることになる.この冷却水通
路の電極ELと大地との間のインピーダンスをZw 、ト
ーチ側ケーブル9と大地Gとの間のもれ抵抗と浮遊容量
からなるインピーダンスをZt 、高周波高電圧発生器H
FをカップリングコイルCCの2次側から見たときの高
周波起電力をeh 、内部インピーダンスをZh とする
と、電極ELと被溶接物3との間にかかる高周波電圧e
w はつぎのようになる。
【0007】
【数1】
【0008】一方.前述の冷却水通路がないときの電極
EL・被溶接物3間にかかる高周波電圧ewoはつぎのよ
うになる.
【0009】
【数2】
【0010】ここで、
【0011】
【数3】
【0012】であるので、
【0013】ew <ewo
【0014】となる。この結果、水通路によって高周波
高電圧がバイパスされて大地に漏洩し、電極EL・被溶
接物3間に印加される高周波高電圧の値が小さくなり、
アークが起動しない原因になる。
【0015】また、図2に示した従来装置においても同
様の減衰が生じる。図2において、電極EL・大地間の
直流抵抗値をrw 、トーチ側ケーブルCBと大地Gとの
間のもれに相当する直流抵抗値をrt 、直流高電圧発生
器HDの起電力をEdc、抵抗器R2の抵抗値をr2 とす
ると、電極EL・被溶接物3間にかかる直流高電圧Ew
はつぎのようになる.
【0016】
【数4】
【0017】一方、前述の水通路がないときの電極EL
・被溶接物3間にかかる直流高電圧Ewoはつぎのように
なる.
【0018】
【数5】
【0019】ここで、
【0020】
【数6】
【0021】であるので、
【0022】Ew <Ewo
【0023】となる。この結果、水通路によって直流高
電圧がバイパスされて電極ELと被溶接物3との間に印
加される直流高電圧の値が小さくなり、アークが起動し
ない原因になる。
【0024】図1の高周波高電圧を用いる場合には、ア
ーク起動を良好にするためには、高周波高電圧発生器H
FをカップリングコイルCCの2次側から見たときの高
周波の起電力eh を大きくするか、または高周波高電圧
発生器HFをカップリングコイルCCの2次側から見た
ときの内部インピーダンスZh を小さくすればよい。し
かし、いずれの方法を採用しても高周波電力を大きくす
ることになるので、他の機器へのノイズ障害が大きくな
る。
【0025】また、図2の直流高電圧を用いた場合は、
抵抗器R2の抵抗値r2 を小さくするか、または直流高
電圧発生器HDの起電力Edcを大きくすれば、電極EL
と被溶接物3との間にかかる直流高電圧Ew が大きくな
り良好なアーク起動が得られることになるがこの場合は
直流高電圧発生器HDの出力電力が大きくなるので直流
高電圧発生器HDが大形・高価となる。また上記いずれ
においても大地へのもれを防止するためのケーブル等の
絶縁を強化しなければならない。
【0026】
【課題を解決するための手段】本発明は、上記従来装置
の問題点を解決するために冷却水通路をすべて大地から
絶縁した構造として、アーク起動用の高周波高電圧また
は直流高電圧の冷却水からの漏洩をなくして従来装置の
問題点を解決し、良好なアーク起動を確保するものであ
る。
【0027】
【実施例】以下、本発明を図示の実施例によって説明す
る。図3は本発明の実施例である。同図において、TK
は水タンク、PMは水ポンプ、PP1およびPP2は水
配管、H4は水ホース、IS1ないしIS3は絶縁物で
ある。冷却水は水タンクTKに貯えられており、水ポン
プPMによって圧力が加えられ、送出側続具J2から溶
接トーチ2に送られる。圧力スイッチPSは、冷却水に
十分な圧力が得られない場合、制御回路CLに冷却水異
常の信号を送り、制御回路CLは溶接出力が出ないよう
にする。IS1は水タンクTKを、IS2は水ポンプP
Mを、IS3は圧力スイッチPSを、IS4ないしIS
6は水の送出側接続口J2および水の戻り側接続口J3
を溶接電源1のケースまたは台枠、すなわち大地電位G
から電気的に絶縁する絶縁物である。同図のその他の部
品は図2の従来装置と同機能のものに同符号を付して詳
細な説明は省略する。
【0028】同図の装置においては、冷却水の経路全体
が大地から絶縁されるので、冷却水から直流高電圧が大
地に漏洩することはなく、電極ELと被溶接物3との間
の直流高電圧の低下が起こらず、良好なアーク起動が得
られる。また、直流高電圧発生器HDの出力電圧を高く
する必要がないので、直流高電圧発生器HDを大容量に
する必要はなく、また各部品の絶縁強度を増強する必要
もない。
【0029】なお、図3において、直流高電圧発生器H
Dにかえて図1に示した従来装置と同様に高周波高電圧
発生器HFを用いてもよい。その場合は、図3のブロッ
キングダイオードBDおよび抵抗器R2は不要となり、
図1と同様にカップリングコイルCCとバイパスコンデ
ンサC1とを設ける。この場合も高周波高電圧発生器H
Fの出力電圧を高くしたり、容量を大きくしたりする必
要はないので高周波ノイズが増加することはない。
【0030】さらに、図3において、水タンク、接続口
J2、J3、配管PP1、PP2およびこれらの各配管
を接続する継手などを合成樹脂製の部品を使用すれば、
水ポンプ、圧力スイッチなどのような必然的に金属とな
らざるを得ない部品のみを絶縁物にて絶縁するだけでよ
くなり、絶縁物IS1およびIS4ないしIS6は不要
となる。また、この時は配管をケースに固定するときに
も金属製の固定具を用いることができるので製作が簡単
になる。
【0031】図4に別の実施例を示す。同図において
は、水接続口J3、水ホースH4、水タンクTK、水配
管PP1、水ポンプPM、水配管PP2、圧力スイッチ
PS、水ホースH2および水接続口J2を溶接電源ケー
スとは別のケース16に収納している。
【0032】また図5はその別のケースを絶縁物で構成
されたケース17としたものである。この場合は、水タ
ンク、水ポンプ、圧力スイッチ等は個々に絶縁物を介し
てケース17に設置する必要はないが、同図においては
より完全を期するために2重絶縁としてある。但し、水
ポンプを駆動するためのモータ(図示せず)は、安全の
ために接地することが望ましいのでモータの軸とポンプ
の軸との接続部分に絶縁カップリングを用いて接続し、
モータのフレームそのものは、接地しておくのがよい。
【0033】さらに、図5の実施例にかえて、ケース自
体は図3および図4に示した実施例と同様に金属製のケ
ースを使用し、この金属製ケースを絶縁物でできた台
座、台枠または枠体内に設置しても良い。この場合も水
ポンプ用のモータフレームの接地およびモータとポンプ
との間の絶縁は上記図5において説明したのと同様に施
しておくのが望ましい。
【0034】上記の各実施例はTIGアーク溶接機に本
発明を実施するときの例を示したが、本発明はワイヤ式
の消耗性電極を用いるアーク溶接機にも適用出来る。
【0035】図6は消耗電極式アーク溶接における実施
例を示す。CHはコンタクトチップ、FRは送給ロー
ラ、FMは送給モータ、FCはワイヤ送給制御装置、I
S7は送給ローラの駆動軸部と電極ELに接するローラ
の周辺部との間を絶縁する絶縁物である。なお同図の場
合、電極ELは消耗性溶接ワイヤである。同図のその他
の部品は図3の実施例の装置と同機能のものに同符号を
付して詳細な説明は省略する。絶縁物IS7は電極EL
と同電位にあるコンタクトチップCH、送給ローラF
R、大地電位にある送給モータFMなどからなる電極送
給機構と大地との間を絶縁して、溶接電源1の出力およ
び直流高電圧のもれを防止している。
【0036】アーク起動に当たりワイヤ送給制御装置F
Cが送給モータFMに電力を供給し、送給ローラFRを
駆動して電極ELを被溶接物3に近づける。つぎに、ト
ーチスイッチ10により溶接電源1を起動する。アーク
が発生するとワイヤ送給制御装置FCは電極ELの送給
を始め、溶接が開始される。
【0037】なお、図6の実施例において、絶縁物IS
7は電極ELを大地から絶縁するものであればよいの
で、同図のようにローラ軸部で絶縁するものの他に、ロ
ーラとモータとの間を絶縁するものまたはモータと送給
ローラとを含む電極送給機構全体を大地から絶縁するも
の等でもよい。但し、電極送給機構は、本来、電極に溶
接電源の出力が印加されるので、大地(被溶接物の電
位)とは絶縁する必要性から、この絶縁物IS7が設け
られるものであるので、この部分の絶縁は本発明に特有
のものではなく消耗電極式アーク溶接機に共通のもので
ある。
【0038】前記いずれの実施例においても、溶接電源
はインバータ制御式を用いて説明したが、本発明の実施
に当たっては溶接電源の方式はインバータ制御式に限ら
れるものではない。即ち、商用周波をそのままトランス
によって適宜変圧し、このトランスの2次側の出力をサ
イリスタ制御、直流のチョッパ制御、もれ変圧器制御等
によって調整するものであってもよい。さらに、それら
の出力は、インバータ式であると否とにかかわらず、直
流出力、交流出力、パルス状の出力、脈動する成分を有
する出力のものあるいはさらにスイッチング素子を用い
て構成されたハーフブリッジ式あるいはフルブリッジ式
の極性切換回路を出力側に設けて正・逆任意の極性の出
力を得るものなどであってもよい。
【0039】
【発明の効果】本発明は、上記の通りであるので、従来
の冷却装置を用いる場合に比べ、電極ELと被溶接物3
との間に印加されるアーク起動用高周波高電圧または直
流高電圧の漏洩が発生しないので、これらの出力を比較
的低い値に設定出来るので、装置が大形・高価となるこ
とがなく、ノイズ障害が増加せず、かつ、溶接機全体の
容量や絶縁強度を増大させる必要もなく、良好なアーク
起動を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】高周波高電圧回路によってアーク起動をする従
来の装置の例を示す図、
【図2】直流高電圧回路によってアーク起動をする従来
の装置の例を示す図、
【図3】本発明を直流高電圧回路によってアーク起動す
る装置に実施した例を示す図、
【図4】本発明の別の実施例を示す図、
【図5】本発明のさらに別の実施例を示す図、
【図6】本発明のさらに別の実施例を示す図、
【符号の説明】
1 溶接電源 2 溶接トーチ 3 被溶接物 10 トーチスイッチ 16 金属製ケース 17 絶縁物製ケース G 大地電位 D2 2次整流回路 L1 直流リアクトル R2 抵抗器 C1 高周波バイパスコンデンサ HF 高周波高電圧発生器 CC カップリングコイル CL 制御回路 J1 送出側接続口 J2 戻り側水接続口 Jt1、Jt2 ホース側接続金具 H1ないしH4 水ホース PS 圧力スイッチ Ht1、Ht2 水ホース BD ブロッキングダイオード HD 直流高電圧発生器 TK 水タンク PM 水ポンプ PP1ないしPP2 水配管 IS1ないしIS7 絶縁物 CH コンタクトチップ FR 送給ローラ FM 送給モータ FC ワイヤ送給制御装置

Claims (5)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】アーク溶接機に冷却水を送出する送出側接
    続口と、アーク溶接機からの復帰水を受ける戻り側接続
    口と、前記冷却水を貯める水タンクおよび前記水タンク
    の水を前記送出側接続口からアーク溶接機に送り出す水
    ポンプとを有するアーク溶接機用冷却水供給装置におい
    て、前記冷却水の通路を構成する冷却水送出側接続口、
    冷却水戻り側接続口、水タンク、水ポンプ、配管および
    その他冷却水の通水経路を構成するものであって冷却水
    に直接触れる導電性の構成物が、大地に接して置かれる
    他の導電性の構成物または大地に電気的に接続されるこ
    とを前提とする他の導電性の構成物から電気的に絶縁し
    て設置されたアーク溶接機用冷却水供給装置。
  2. 【請求項2】前記水タンクおよび前記冷却水の配管が合
    成樹脂製のタンク、パイプおよび継手等の部品から構成
    されており、前記水ポンプ等の金属製構成物が絶縁物を
    介して設置されている請求項1に記載のアーク溶接機用
    冷却水供給装置。
  3. 【請求項3】前記水タンク、水ポンプおよび配管等の冷
    却水供給のための構成物が大地から絶縁された枠体、ケ
    ースあるいは台座などに設置されている請求項1に記載
    のアーク溶接機用冷却水供給装置。
  4. 【請求項4】前記アーク溶接機は、非消耗電極を用いる
    TIGアーク溶接機である請求項1ないし請求項3のい
    ずれかに記載のアーク溶接機用冷却水供給装置。
  5. 【請求項5】前記アーク溶接機は、消耗電極式アーク溶
    接機である請求項1ないし請求項3のいずれかに記載の
    アーク溶接機用冷却水供給装置。
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