JP3732714B2 - Ｔｉｇ溶接装置の電極接触検知装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は主として自動ＴＩＧ溶接装置に関し、母材と電極棒が接触するとアラーム信号を発生することにより、溶接開始前には電極と母材間の間隙設定を容易にし、溶接中においては電極棒が母材に接触したときトーチ走行を自動停止させ、かつ溶接アークを停止させて不良品の発生を防止することができ、短時間に作業の復帰が可能なＴＩＧ溶接装置の電極接触検知装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、ＴＩＧ溶接法とは、溶接される母材と電極棒との間に一定の間隙を設定し、不活性ガスを流出させながら電極棒と母材間にプラズマアークを発生させ、不活性ガスにより溶融金属を空気から遮断し、母材をアーク放電により溶融接合させるアーク溶接法のことである。
【０００３】
図４は上記ＴＩＧ溶接法の具体的原理図である。溶接棒ＥＬはコレットボディＣＢに固定され、このコレットボディＣＢを内挿してトーチＴが構成される。二つの母材Ｍ₁、Ｍ₂が溶加棒ＦＷを用いて接合部ＭＣにて溶接される状態が示されている。電極棒ＥＬと母材Ｍ（Ｍ₁、Ｍ₂）は所定の間隙を介して対向配設される。
【０００４】
溶接する場合には、不活性ガス、例えばアルゴンガスを矢印Ｉ方向に流しながら、電極棒ＥＬをマイナス、母材Ｍ（Ｍ₁、Ｍ₂）をプラスになるように溶接電圧を印加する。この溶接電圧の印加により、電極棒ＥＬと母材Ｍの間にアークＡが発生し、このアーク放電によって両母材Ｍ₁、Ｍ₂が接合される。
【０００５】
このＴＩＧ溶接法において安定なアークを発生させるためには、母材Ｍと電極棒ＥＬの間の間隙設定が極めて重要な要素になる。従来、この間隙を設定するには、まず光学的顕微装置により電極棒ＥＬの先端と母材Ｍ１、Ｍ２の接合部ＭＣを拡大視認しながら電極棒ＥＬの先端が接合部ＭＣに接触したことを確認し、この後、電極棒をマイクロメータ装置により前記間隙に相当する一定距離だけ上昇させる方式が採られていた。
【０００６】
また、ＴＩＧ溶接法では、溶接中に電極ＥＬと母材Ｍ₁、Ｍ₂が接触することは避けなければならない。電極ＥＬの先端が母材Ｍ₁、Ｍ₂と接触すると、母材Ｍ₁、Ｍ₂と電極ＥＬの接触部に溶接電圧が直接印加されるために短絡電流が流れ、この短絡電流により母材Ｍ₁、Ｍ₂や電極ＥＬが破損するからである。従来このような接触事故が生じた場合には、熟練作業者がこの事故を早期に気づいて溶接トーチ部を手動で上昇させたり又は非常停止を動作させていたが、一般の作業者においては破損トラブルが頻繁に発生していた。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
母材と電極の間隙設定に関して、上記のような光学的方法は作業者の視力が良いことを前提としており、視力が低下すると電極と母材の接触が見ずらくなる。特に、安定な一定アークを形成するために電極棒の先端は先鋭加工されており、極めて細い先端が母材に接触していることを確認するにはかなりの熟練を要し、生産性が悪い原因となっていた。
【０００８】
また、溶接中における母材と電極の接触事故に関して、溶接作業者が溶接の異常を早期に判断して溶接電圧を遮断するのでは、遮断するまでにかなりの時間を要する。人間の判断力のスピードは遅く、スイッチをオフする前に母材や電極の破損が拡大し、経済的損失と修復のための時間的損失は甚大になりがちである
【０００９】
従って、本発明の目的は、溶接開始前における電極と母材の間隙設定を容易にし、しかも溶接中における電極と母材の接触事故を直ちに検知して迅速な修復を可能にするＴＩＧ溶接機の電極接触検知装置を提供することである。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
請求項１の発明は、不活性ガスを用いた電極棒と母材間のアーク放電により母材の接合部を溶接するＴＩＧ溶接装置において、電極棒と母材の間における溶接電圧の印加の有無を検出する溶接電圧監視回路と、電極棒と母材の接触の有無を検出して接触時にアラーム信号を発生する接触検知回路から構成され、前記溶接電圧監視回路の機能は、溶接電圧の無印加時には接触検知回路を常時作動させ、溶接電圧の印加時には、電極棒が母材と非接触の場合に前記接触検知回路を遮断し、電極棒と母材が接触したときに接触検知回路を作動させてアラーム信号を発生することを特徴とするＴＩＧ溶接装置の電極接触検知装置である。
【００１１】
請求項２の発明は、前記溶接電圧監視回路は、溶接電圧と監視基準電圧を比較するコンパレータと、このコンパレータの出力により断続するリレーとからなり、溶接電圧の印加時にリレーにより前記接触検知回路を遮断し、電極棒が母材と接触するとリレーにより前記接触検知回路を復帰作動させる請求項１に記載のＴＩＧ溶接装置の電極接触検知装置である。
【００１２】
請求項３の発明は、前記接触検知回路は、検知電圧を付与する検知電源と、電極棒と母材が接触したときに前記検知電圧と検知基準電圧を比較するコンパレータと、このコンパレータの出力により断続するリレーとからなり、電極棒と母材の接触によりリレーが作動してアラーム信号を発生する請求項１又は2に記載のＴＩＧ溶接装置の電極接触検知装置である。
【００１３】
請求項４の発明は、前記電極棒及び母材と前記溶接電圧監視回路の間に高周波減衰フィルタを介在させる請求項１、２又は３に記載のＴＩＧ溶接装置の電極接触検知装置である。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明に係る電極接触検知装置を配置したＴＩＧ溶接装置の実施形態を図面に従って詳細に説明する。
図１は本発明に係る電極接触検知装置を配置したＴＩＧ溶接装置の第１実施形態の全体構成図である。このＴＩＧ溶接装置は外部高周波によるアークスタート方式を採用している。ＴＩＧ溶接装置は溶接電圧供給回路３、電極棒ＥＬを装填したトーチＴ、電源回路４及び電極接触検知装置Ｃから構成されている。電極棒ＥＬは母材Ｍに所定間隙だけ離間して配置されている。本発明に係る前記電極接触検知装置Ｃは高周波フィルタＦ、溶接電圧監視回路１及び接触検知回路２から構成されている。
【００１５】
溶接電圧供給回路３は溶接電源ＷＥ、リレーＲＹ₃、スイッチＳＷ、常開接点Ｐ₃₁、Ｐ₃₂から構成される。スイッチＳＷを閉鎖してリレーＲＹ₃を励磁すると、常開接点Ｐ₃₁、Ｐ₃₂が閉鎖して溶接電圧が電極棒ＥＬと母材Ｍの間に供給される。スイッチＳＷを開放するとリレーＲＹ₃は消磁し、常開接点Ｐ₃₁、Ｐ₃₂が開放され、溶接電圧は遮断される。
【００１６】
高周波フィルタＦはＬＣフィルタで構成され、高周波が後続の回路に侵入することを防止する。高周波が発生する原因は、アークを点火するために導入される外部高周波やアーク発生中の放電などが考えられるが、このフィルタＦにより高周波は遮断され、電極接触検知装置Ｃが高周波により撹乱されることはない。
【００１７】
溶接電圧監視回路１は、抵抗Ｒ₀、Ｒ₁、高圧ダイオードＤ₁₁、Ｄ₁₂、監視基準電位を与える監視基準電源Ｅｒ₁、コンパレータＣ₁、リレーＲＹ₁及び常閉接点Ｐ₁₁、Ｐ₁₂から構成されている。点Aが高電位になって監視基準電位を超えると、コンパレータC₁の出力が高電位になり、リレーRY₁を励磁する。この励磁によって常閉接点P₁₁、P₁₂が開放される。逆に、点Aが低電位になると、リレーRY₁は消磁され、常閉接点P₁₁、P₁₂は閉鎖される。
【００１８】
接触検知回路２は、抵抗R₂、検知基準電位を与える検知基準電源Er₂、コンパレータC₂、リレーRY₂、検知電圧を与える検知電源E₂、常開接点P₂及びアラーム回路ALから構成される。点Bが高電位になって検知基準電位を超えると、コンパレータC₂の出力が高電位になり、リレーRY₂を励磁する。この励磁によって常開接点P₂が閉鎖され、アラーム回路ALはアラーム信号を発生する。逆に、点Bが低電位になると、リレーRY₂は消磁され、常開接点P₂が開放されてアラーム回路ALはアラーム信号の発生を停止する。
【００１９】
電源回路４は交流電源AC、ノイズフィルタNF、整流用ダイオードD、D₁、D₂及び平滑回路EC、EC₁、EC₂から構成される。平滑回路EC、EC₁、EC₂
は例えば、RC回路や三端子レギュレータ回路等によって構成され、直流電圧V_cc、V_cc1、V_cc2を前記の各回路に供給する。
【００２０】
次に、上記ＴＩＧ溶接機の作動について説明する。この作動は２種類あり、溶接開始前の作動と溶接中の作動に分けて説明する。
まず溶接を開始する前に、良好なアーク放電を生起させるため、溶接棒ＥＬの先端を母材Ｍに対して所定距離だけ離間するように間隙調整する。
【００２１】
スイッチＳＷをオフにして常開接点Ｐ₃₁、Ｐ₃₂を開放しておき、溶接電源ＷＥを遮断しておく。この状態で、電極棒ＥＬを母材Ｍに接触するまで下降させる。電極棒ＥＬと母材Ｍが非接触状態では、検知電圧Ｅ₂、により抵抗Ｒ₀はプルアップされ、点Ａの電位が高電位になり、リレーＲＹ₁の励磁により常閉接点Ｐ₁₁、Ｐ₁₂が開放される。従って、点Ｂが低電位になってリレーＲＹ₂が消磁され、常開接点Ｐ₂は開放されたままでアラーム回路ＡＬは作動しない。
【００２２】
電極棒ＥＬが下降して母材Ｍに接触すると、点Ａが低電位になり、リレーＲＹ₁が消磁して常閉接点Ｐ₁₁、Ｐ₁₂が閉鎖される。この閉鎖により、検知電圧Ｅ₂が前記接触部を介して点Ｂに印加され、点Ｂが高電位になってリレーＲＹ₂を励磁する。従って、常開接点Ｐ₂が閉鎖されて、アラーム回路ＡＬがアラーム信号を発生する。
【００２３】
このアラーム信号には種々の形態があるが、ここではアラーム音にしておく。このアラーム音を聞いて、作業者は電極棒ＥＬが母材Ｍに接触したことを知得し、電極棒ＥＬの下降を停止する。この位置から図示しないマイクロメーター装置により電極棒ＥＬを所定距離だけ上昇させると、電極棒ＥＬと母材Ｍの間隙を所定値に微細調整することができる。
【００２４】
次に、スイッチＳＷをオンすると、常開接点Ｐ₃₁、Ｐ₃₂が閉鎖され、電極棒ＥＬと母材Ｍの間に溶接電源ＷＥが接続され、両者間に溶接電圧が印加される。この状態で、電極棒ＥＬと母材Ｍの間隙に外部高周波を作用させ、両者間にアーク放電をスタートさせる。安定なアーク放電により母材Ｍは溶接される。
【００２５】
溶接中において、電極棒ＥＬと母材Ｍが非接触であると、溶接電圧が抵抗Ｒ₀に作用し、点Ａを高電位に保持する。従って、リレーＲＹ₁が励磁され、常閉接点Ｐ₁₁、Ｐ₁₂が開放状態に保持され、接触検知回路２は遮断状態となり、アラーム信号は発生しない。
【００２６】
溶接中に、電極棒ＥＬと母材Ｍが接触すると、電極棒ＥＬと母材Ｍが短絡するため、点Ａが低電位へと変化する。従って、リレーＲＹ₁が消磁されて常閉接点Ｐ₁₁、Ｐ₁₂が閉鎖され、接触検知回路２は作動状態になる。つまり、検知電圧Ｅ₂により点Ｂが高電位になり、リレーＲＹ₂が励磁される。この励磁により、常開接点Ｐ₂が閉鎖されて、アラーム回路ＡＬはアラーム信号を発生し、作業者に電極棒ＥＬと母材Ｍの接触を報知する。
【００２７】
このアラーム音により、作業者は電極棒ＥＬが母材Ｍに接触したことを知得し、直ちにスイッチＳＷをオフして、溶接電源ＷＥを遮断する。この結果、電極棒ＥＬと母材Ｍの損傷を防止できる。また、アラーム信号により、スイッチＳＷが自動的にオフになるような回路構成にすると、溶接電源ＷＥの遮断を高速に行うことができ、電極棒ＥＬと母材Ｍを無傷な状態に保持できる。
【００２８】
図２は本発明に係る電極接触検知装置を配置したＴＩＧ溶接装置の第２実施形態の概要構成図である。このＴＩＧ溶接装置は接触によるアークスタート方式を採用している点で、第１実施形態と異なっている。
【００２９】
電極接触検知装置Ｃのアラーム信号の発生により、電極ＥＬを母材Ｍに接触させる。スイッチＳＷをオンしてリレーＲＹ₃を励磁し、常開接点Ｐ₃₁、Ｐ₃₂を閉鎖する。この閉鎖により溶接電圧を電極ＥＬと母材Ｍの間に印加する。電圧印加状態のまま、マイクロメータ装置により電極ＥＬを所定距離だけ上昇させる。電極ＥＬが母材Ｍから離脱した瞬間に、電極ＥＬと母材Ｍの間にアーク放電が始まる。溶接中における電極ＥＬと母材Ｍの接触は電極接触検知装置Ｃにより常時監視される。
【００３０】
図３は本発明に係る電極接触検知装置を配置したＴＩＧ溶接装置の第３実施形態の概要構成図である。このＴＩＧ溶接機は高圧電源の印加によるアークスタート方式を採用している点で、第１実施形態と異なっている。
【００３１】
まず、電極接触検知装置Ｃにより電極ＥＬと母材Ｍの間の間隙を調整する。次に、スイッチＳＷをオンしてリレーＲＹ₃を励磁し、常開接点Ｐ₃₁、Ｐ₃₂を閉鎖する。次に、アークスタート回路ＡＳにより高圧電源ＨＥを電極ＥＬと母材Ｍの間に接続し、両者間にアークを発生させる。アークスタート後はアークスタート回路ＡＳにより高圧電源ＨＥを遮断し、溶接電源ＷＥを接続する。
溶接中における電極ＥＬと母材Ｍの接触は電極接触検知装置Ｃにより常時監視される。尚、ダイオードＤ₃は高圧電源ＨＥが溶接電源ＷＥに印加されることを防止している。
【００３２】
本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の技術的思想から逸脱しない範囲における種々の変形例、設計変更などをその技術的範囲内に包含するものである。
【００３３】
【発明の効果】
請求項１の発明によれば、溶接開始前における電極と母材の間隙設定を容易に行うことができ、しかも溶接中における電極と母材の接触事故を直ちに検知して迅速な修復を実現することができる。
【００３４】
請求項2の発明によれば、溶接電圧監視回路をコンパレータとリレーにより簡単に構成でき、安価で実用上有益な電極接触検知装置を実現できる。
【００３５】
請求項3の発明によれば、接触検知回路を検知電源、コンパレータ及びリレーにより簡単に構成でき、簡単で安価しかも実用上有益な電極接触検知装置を実現できる。
【００３６】
請求項４の発明によれば、溶接電圧監視回路の前段に高周波減衰フィルタを介在させているから、アークスタート用の外部高周波やアーク中の高周波が電極接触検知装置に混入することを防止でき、電極接触を安定して検知することができる。
本発明は上述の通り優れた実用的効用を奏するものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る電極接触検知装置を配置したＴＩＧ溶接装置の第１実施形態の全体構成図である。
【図２】本発明に係る電極接触検知装置を配置したＴＩＧ溶接装置の第２実施形態の概要構成図である。
【図３】本発明に係る電極接触検知装置を配置したＴＩＧ溶接装置の第３実施形態の概要構成図である。
【図４】ＴＩＧ溶接法の具体的原理図である。
【符号の説明】
Ａはアーク、ＡＬはアラーム回路、ＡＣは交流電源、ＡＳはアークスタート回路、Ｃは電極接触検知装置、Ｃ₁、Ｃ₂はコンパレータ、ＣＢはコレットボディ、Ｄ、Ｄ₁、Ｄ₂、Ｄ₃、Ｄ₁₁、Ｄ₁₂はダイオード、Ｅは検知電源、Ｅ₂は検知電源、Ｅｒ₁は監視基準電源、Ｅｒ₂は検知基準電圧、ＥＣ、ＥＣ₁、ＥＣ₂は平滑回路、ＥＬは電極棒、Ｆは高周波減衰フィルタ、ＦＷは溶加棒、ＨＥは高圧電源、Ｍ、Ｍ₁、Ｍ₂は母材、Ｎはノイズフィルタ、Ｐ₁₁、Ｐ₁₂は常閉接点、Ｐ₂、Ｐ₃₁、Ｐ₃₂は常開接点、Ｒ₀、Ｒ₁、Ｒ₂は抵抗、ＲＹ₁、ＲＹ₂、ＲＹ₃はリレー、ＳＷはスイッチ、Ｔはトーチ、ＷＥは溶接電源、１は溶接電圧監視回路、２は接触検知回路、３は溶接電圧供給回路、４は電源回路。

Claims (4)

1. 不活性ガスを用いた電極棒ELと母材M間のアーク放電により母材の接合部を溶接するＴＩＧ溶接装置において、電極棒ELと母材Mの間における溶接電圧の印加の有無を検出する溶接電圧監視回路１と、電極棒ELと母材Mの接触の有無を検出して接触時にアラーム信号を発生する接触検知回路２から構成され、前記溶接電圧監視回路１の機能は、溶接電圧の無印加時には接触検知回路２を常時作動させ、溶接電圧の印加時には、電極棒ELが母材Mと非接触の場合に前記接触検知回路２を遮断し、電極棒ELと母材Mが接触したときに接触検知回路２を作動させてアラーム信号を発生することを特徴とするＴＩＧ溶接装置の電極接触検知装置。
2. 前記溶接電圧監視回路１は、溶接電圧と監視基準電圧を比較するコンパレータC₁と、このコンパレータC₁の出力により断続するリレーRY₁とからなり、溶接電圧の印加時にリレーRY₁により前記接触検知回路２を遮断し、電極棒ELが母材Mと接触するとリレーRY₁により前記接触検知回路を復帰作動させる請求項１に記載のＴＩＧ溶接機の電極接触検知装置。
3. 前記接触検知回路２は、検知電圧を付与する検知電源E₂と、電極棒ELと母材Mが接触したときに前記検知電圧と検知基準電圧を比較するコンパレータC₂と、このコンパレータC₂の出力により断続するリレーRY₂とからなり、電極棒ELと母材Mの接触によりリレーRY₂が作動してアラーム信号を発生する請求項１又は2に記載のＴＩＧ溶接機の電極接触検知装置。
4. 前記電極棒EL及び母材Mと前記溶接電圧監視回路１の間に高周波減衰フィルタFを介在させる請求項１、２又は３に記載のＴＩＧ溶接機の電極接触検知装置。

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