JPH0139873B2

JPH0139873B2 -

Info

Publication number: JPH0139873B2
Application number: JP57057448A
Authority: JP
Inventors: Ii Raito Junia Uiriamu; Ii Jakusun Deiru; Ei Moia Rosu
Original assignee: Carrier Corp
Current assignee: Carrier Corp
Priority date: 1981-04-09
Filing date: 1982-04-08
Publication date: 1989-08-23
Also published as: JPS57177883A; US4384187A; PH19772A

Description

【発明の詳細な説明】本発明は、アーク溶接のための制御装置に関
し、特にパルス化直流（DC）アーク溶接のため
の制御装置に関する。

２つの金属部片をアーク溶接により接合するこ
とを必要とする場合は多々ある。例えば、空調装
置の熱交換器は、薄肉アルミニウム管の分節体を
連結して冷媒流のための連続した管回路を形成す
ることによつて構成される。これらの節分節体は
漏れを生じないように接合しなければならない。
そのような接合を行う１つの方法は、アーク溶接
による方法である。

金属の表面に水分や、グリスや、油膜や、その
他の異物が存在すると、アーク溶接の品質を劣化
させるおそれがある。表面に酸化皮膜が生じるの
を防止することが困難な、アルミニウム、マグネ
シウム、ベリリウム銅合金などの金属は、良質の
溶接を形成する上で特に困難な問題を提起する。
なぜなら、それらの金属は、空気に露出される
と、その表面に瞬間的に酸化膜が生じるからであ
る。酸化物は、溶接工程中非金属の塩素または弗
素ベースのフラツクスを用いることによつて除去
することができるが、このフラツクスは腐蝕性で
あり、周囲環境との適合性が悪い。従つて、特に
アルミニウム、マグネシウムおよびベリリウム銅
合金などの金属はフラツクスを使用せずにアーク
溶接することが好ましい。。

フラツクスレス（フラツクス無し）溶接は、あ
る種の交流（AC）アーク溶接法を用いることに
よつて可能とされる。そのようなACアーク溶接
法は、例えば米国特許第3894210号に開示されて
いるが、アルミニウム、マグネシウムおよびベリ
リウム銅合金などのある種の材料を溶接するのに
特に適している。なぜなら、加工物の表面に酸化
物が存在していても溶接を形成することができる
からである。しかしながら、交流ではなく、直流
（DC）アーク溶接を用いることが望ましい用例が
多々ある。例えば、空調装置の熱交換器を構成す
るためのアルミニウム等の薄肉部分は、ACアー
ク溶接を用いて溶接するのは困難である。なぜな
ら、ACアーク溶接の場合、フラツクスを使用せ
ずに溶接を行い、酸化物を消散させるには加工物
へ相当なパワー（電力）流を供給しなければなら
ない。しかし、このパワー（電力）流は、加工物
を望ましくない温度にまで加熱してしまう。なぜ
なら、薄肉の管は、熱エネルギーを放出するため
の十分な放熱子とはならないからである。従つ
て、加工物即ち管の溶接部に相当な垂れ下がり
（歪曲）が生じ、加工物が焼切られてしまうおそ
れがある。溶接部のこのような歪曲は、DCアー
ク溶接を使用した場合減少させることができる。
また、ACアーク溶接ではなく、DCアーク溶接を
使用した場合、電極の寿命を延長することもでき
る。また、DCアーク溶接を使用した場合、加工
物へのパワー流をより正確に制御することができ
る。以上は、空調装置の熱交換器を構成するアル
ミニウム管の薄肉部分などのある種の材料を溶接
する場合のDCアーク溶接法に固有の利点の一部
にすぎない。従つて、これらの材料は、フラツク
スレスACアーク溶接のような他の技法ではなく、
DCアーク溶接を用いることによつて溶接するこ
とができれば、それが好ましい。

在来のDCアーク溶接法の１つの欠点は、表面
に抑制困難な酸化膜を生じるアルミニウム、マグ
ネシウムおよびベリリウム銅合金のようなある種
の材料をフラツクスなしで溶接することができな
いことである。しかしながら、これらの材料をフ
ラツクスなしで溶接するための新規なパルス化
DCアーク溶接法が本出願から分割された願昭59
第211198号に開示されている。この新規なパルス
化DCアーク溶接方法によれば、正の直流の特別
なパルスをアークギヤツプ間に印加して該アーク
ギヤツプのところで加工物をアーク溶接する。こ
れらの特殊なパルスは、慣用のDCパルスに類似
した波形を有しているが、各電流パルスの前縁に
おける維持電流の強度に対するピーク電流の強度
の比率が特別の特徴をもつように選定される。基
本的には、この比率はできるだけ大きくなるよう
に選定され、維持電流からピーク電流への増大
は、熱衝撃効果が創生されるような時間間隔で生
じるように調節される。この種の熱衝撃効果は、
材料をろう付けによつて接合する多段熱処理工程
の一部分としての真空ろう付けの分野において周
知である。基本的には、この熱衝撃効果は、下に
ある純粋の金属材料の熱膨張係数より相当に低い
熱膨脹係数を有する表面酸化物を急激に加熱する
ことから生じる。即ち、この急激な加熱が不均一
な熱膨脹を起し、それによつて加工物の表面上の
酸化物を破断し裂開する。

この裂開した酸化物は、上述の新規なDCアー
ク溶接工程中酸化膜の下の純粋な材料の融解およ
び接合により溶接区域から押しのけられる。この
新規なアーク溶接を用いた場合に溶接が形成され
る原因としては他の物理的現象も干与しているか
もしれないが、熱衝撃効果は、酸化物を消散させ
る主たる作用であると考えられる。酸化物の消散
に干与している正確な物理的現象が何であれ、各
電流パルスの前縁における維持電流に対するピー
ク電流の比率を最大限にするという特徴が、この
新規なDCアーク溶接法の枢要の要件である。こ
の特徴は、熱衝撃効果が酸化物を消散させる主た
る因子であると考えた場合に最も合理的に説明さ
れる。

上述の新規なアーク溶接法に従つてアーク溶接
する場合、維持電流、ピーク電流、および維持電
流レベルからピーク電流値へ増大する時間の長さ
の最適な値は、試行錯誤によつて選定される。こ
れらの最適値は、溶接すべき加工物の材質および
厚み、およびその他の要素によつて異る。

溶接電極から加工物へのパワーは、溶接の品質
を決定する上での重要な因子である。時間の関数
としてみた場合パワー流に変動が生じるがために
良品質の溶接を常時達成することができない。こ
のようなパワー流の変動が存在するが故に、空調
装置の熱交換器を大量生産する場合薄肉アルミニ
ウム管などのある種の加工物に定常的に良品質の
溶接を形成することは特に困難である。この問題
は、たとえ上述した新規なフラツクスレスパルス
化DCアーク溶接法を製造工程に用いた場合でも
存在する。

パワー流のこのような変動は、通常、イオン化
ガスの不均質によつて生じる、溶接電極と加工物
との間の抵抗の変動、加工物の寸法のばらつきに
よつて生じるアークギヤツプの離隔寸法の変動、
電源の出力電圧の通常の変動、およびその他の各
種現象によつて惹起される。溶接電極と加工物の
間の抵抗の変動は、溶接電極から加工物に達する
パワー（エネルギー）の量に直接影響する。溶接
の品質を主として決定するのはこのパワー流であ
るからパワー流を一定した最適値に維持すること
が望ましい。

在来のパルス化DCアーク溶接法は、加工物へ
のパワー流を制御する問題を特に意織していな
い。従来の方法では、単に、電流を定常的な所定
のレベルに維持するためにアークギヤツプ間に印
加される電圧をアークギヤツプの抵抗の変化に応
答して調節することにより電流を調整するだけで
ある。従つて、このような電流調整されるだけの
パルス化DCアーク溶接法では、その通常の作動
において、加工物へのパワー流の変動が生じる。

パルス化DC電源を用いた場合、このパワー流
を制御する１つの方法は、アークギヤツプへ印加
される電流パルスのパルス幅を変えることによつ
て行う方法である。一連の周期的な電流パルスが
用いられる場合、このようにパルス幅を変えるこ
とは、電流パルスのデユーテイ・サイクルを変え
ることになる。従つて、この制御方法は、パルス
幅変調法またはデユーテイ・サイクル変調法と称
することができる。このパワー流制御方法は、上
述した新規なパルス化DCアーク溶接方法に従つ
てアーク溶接を行うに当つてDCパルスの波形を
必要な形に維持しなければならない場合に特に有
用である。従つて、電源によつて加工物に供給さ
れる電流パルスのパルス幅を調整することによつ
て加工物へのパワー流を正確に調節することがで
きる、アーク溶接法のパルス化DC電源のための
制御方法および装置を提供することが望ましい。
このパルス幅の変調は、電流パルスの全体的な波
形を変えることなく行うことが好ましい。更に、
溶接電極と加工物との間の抵抗の変動を補償する
ためにパルス幅の調整によりパワー流を調節する
ことができる、アーク溶接法のパルス化DC電源
のための制御方法および装置を提供することが望
ましい。更に、アークギヤツプへ電源によつて供
給される電流パルスのパルス幅を自動的に制御す
る、パルス化DCアーク装置の電源のための制御
装置を提供することが望ましい。この制御装置
は、電源によつて創生される任意の種類のパルス
のパルス幅を制御するために慣用のDC電源に使
用することができるものとすることが好ましい。

本発明は、アーク溶接中アークギヤツプのとこ
ろで加工物に供給される電流パルスのパルス幅
を、電圧検出器と、ハイ・ロー調整器と、パルス
幅制御信号発生器とから成るフイードバツク制御
回路により調節することによつて上記目的を達成
する。このフイードバツク制御回路は、パルス化
DCアーク溶接用電源を制御する。電圧検出器は、
時間の関数としてのアークギラツプ間の電圧降下
を検出する。この電圧は、アークギヤツプ間の抵
抗に比例する。従つて、電圧検出器は、アークギ
ヤツプにおける加工物へのパワー流に影響を及ぼ
すパラメータ、例えば溶接電極と加工物との間の
離隔距離などの変動を直接的に表示する。検出さ
れた電圧は、ハイ・ロー調整器へ入力され、該ハ
イ・ロー調整器はこの電圧信号を処理して電圧が
所定の上限より増大したか、あるいは所定の下限
より低下したかを見定める。どちらかの状態が生
じると（即ち電圧が上限を越えるか、下限より低
下すると）ハイ・ロー調整器は出力信号を発生
し、該出力信号がパルス幅信号発生器へ送給され
る。

パルス幅信号発生器は、パルス化DCアーク溶
接用電源に電圧制御信号を常時供給し、電源によ
つてアークギヤツプへ供給される電流パルスのデ
ユーテイ・サイクルを制御する。操作者は、最
初、最適な溶接特性を与えるような、電流パルス
のための特定のデユーテイ・サイクルを選択す
る。この最適のデユーテイ・サイクルは、溶接す
べき加工物の材質、加工物の厚みおよびその他
の、それに類する要因によつて異るものであり、
試行錯誤によつて選定する。ハイ・ロー調整器
は、パルス幅信号発生器へ補助電圧信号を供給
し、該発生器の制御信号を変更させる。即ち、発
生器の制御信号は、DC電源からアークギヤツプ
へ供給される電流パルスのデユーテイ・サイクル
を該補助電圧信号の変化に応答して増減させるよ
うに変更される。かくして、電流パルスのデユー
テイ・サイクルは、アークギヤツプ間の電圧降下
の変化に応答して変更される。デユーテイ・サイ
クルのこの変更により、アークギヤツプにおける
加工物への時間平均パワー流が最初に選択された
最適デユーテイ・サイクルに対応するパワー流の
レベルに維持される。この制御操作は、周波数や
ピーク電流などの、電流パルスの他のどの特性に
も影響を及ぼさない。かくして、パワー流は、電
流パルスの全体的波形を変えることなく、自動的
に最適レベルに維持される。従つて、この最適パ
ワー流は、例えば溶接電極と加工物との離隔距離
の変化などのような、加工物へのパワー流に影響
を及ぼすパラメータの変化があつても、維持され
る。

上述したフイードバツク制御回路の代りに、本
発明の別の特徴によれば、アーク溶接用電源のた
めの制御回路内に設けたプログラマブルパルス幅
制御器を用いて電源からアークギヤツプへ供給さ
れる電流パルスのパルス幅を調節するようにする
こともできる。この調節は、アークギヤツプにお
ける加工物へのパワー電流に影響を及ぼすパラメ
ータの変化を補償する。アーク溶接用電源が慣用
のパルス化DC電源である場合は、上記プログラ
マブルパルス幅制御器は、単に、可変抵抗器と並
列に接続した常閉の時間遅延スイツチであつてよ
く、該常閉時間遅延スイツチが所定の時間遅延後
開放されたときアーク溶接用電源のための慣用の
インパルサー制御回路に上記可変抵抗器を介在さ
せる働きをする構成とすることができる。プログ
ラマブルパルス幅制御器は、インパルサーから出
力される電圧制御信号のパルス幅を自動的に変更
させるようにインパルサー信号幅調節器とインパ
ルサー出力信号発生器との間に電気的に接続す
る。これにより、慣用のアーク溶接装置の電源の
作動が直接インパルサーによつて制御されるの
で、電源は、アークギヤツプへ供給する電流パル
スのデユーテイ・サイクルを自動的に変更する。
より複雑な電流プログラムが必要な場合は、回路
内に挿入する時間遅延スイツチおよび抵抗器の個
数を増加してもよく、あるいは別の回路構成を用
いてもよい。

以下に、添付図を参照して本発明の実施例を説
明する。

第１図を参照すると、アークギヤツプ３へ供給
される直流（DC）パルスのパルス幅を変調する
ためのフイードバツク制御回路２を含むアーク溶
接装置のブロツク図が示されている。本発明によ
れば、これらのパルスは、アークギヤツプ３の間
に一定の時間平均パワー流を供給するように、ピ
ーク値を一定に維持したままパルス幅を変えられ
る。電極１２からアークギヤツプ３を横切つて加
工物１へ供給される電流は電源４の作動によつて
決定される。電源４は、市販されているいろいろ
な種類の電源のうちの１つであつてよい。上述し
た新規なパルス化DCアーク溶接法は、その肝要
の要件として、各電流パルスの前縁におけるピー
ク電流値対維持電流レベルの比率をできるだけ高
くすることを必要とする。従つて、この新規な溶
接法を使用する場合、上記所要の比率を得るため
に、加工物の材質によつて異るが、比較的高いピ
ーク電流能力を有する電源を使用する必要があ
る。そのような高い電源能力が得られるように慣
用の電源を改変することができることは当業者に
は明らかであろう。

電源４の作動は、インパルサー１０と電流調整
器１１との連携によつて制御する。これは、慣用
の電源制御機構である。また、アークギヤツプ３
の間への初期電流は、高電圧高周波数アーク始動
器５によつて制御する。これも、アーク溶接装置
の慣用の構成要素である。アーク始動器５は、ガ
ス供給源６から電極ホルダ１５内の通路１４を通
してアークギヤツプ３へ供給される不活性ガスを
イオン化することによつて該アークギヤツプ間に
電流の通路を開始させるための高電圧を供給す
る。電流の通流が開始された後は、アーク始動器
５はその作動を停止する。それ以後は、不活性ガ
スは、電源４の作動によつてイオン化され、アー
ク溶接工程中アークギヤツプ３の間に電流を維持
する。不活性ガスの連続供給により、不純物が溶
接区域に進入するのを防止され、溶接工程中酸化
物などの表面皮膜が加工物１上に生じるのを防止
される。ただし、酸化物の発生を防止し、不純物
が溶接部へ進入するのを防止するために、例えば
アークギヤツプ３のところに真空を設定するなど
の他の手段が講じられる場合は、溶接工程中不活
性ガスを供給する必要はない。

電極ホルダ１５は、いろいろな構造のうちの任
意の適当な構造とすることができる。例えば、ホ
ルダ１５は、加工物１の幾つかの選ばれた部位に
溶接を施すために加工物とホルダとを相対的に回
転させるようにする移動ヘツド型とすることがで
きる。あるいはまた、ホルダ１５は、加工物に連
続した溶接または一連の点溶接を施すように作動
させることができる。

電圧感知器７は、電気導線１９，２０を通して
アークギヤツプ３の間の電圧を検出する。この電
圧は、アークギヤツプ３の間の抵抗に比例する。
電圧感知器７は、アークギヤツプ３で検出した抵
抗を表示する電気信号をハイ・ロー調整器（電圧
上・下限調整器）８へ供給する。ハイ・ロー調整
器８は、デユーテイ・サイクル信号発生器９へ、
アークギヤツプ３における加工物１への一定した
時間平均パワー流を維持するのに電流パルスのパ
ルス幅を増大または減少させる必要があるかどう
かを表示する制御信号を供給する。ハイ・ロー調
節器８は、電圧感知器７によつて検出されたアー
クギヤツプ３の電圧が所定の上限値を越えるか、
あるいは所定の下限値より低下したときにのみ制
御信号をデユーテイ・サイクル信号発生器９へ供
給するように構成する。デユーテイ・サイクル信
号発生器９は、インパルサー１０へ連続制御信号
を供給し、アークギヤツプ３の間に所定のベース
ラインのパルス化DC電流を設定する働きをする。
しかしながら、デユーテイ・サイクル信号発生器
９は、ハイ・ロー調整器８から信号を受取ると、
それに応答してインパルサー１０の作動を変更さ
せる。即ち、発生器９は、ハイ・ロー調整器８か
ら受取つた制御信号に従つて電流パルスのパルス
幅を増減させるための信号をインパルサー１０へ
送給する。

アークギヤツプ３のパワー流関連状態を検出す
るのに使用しうる感知器は、必ずしも電圧感知器
７の型式のものでなくともよく、例えば、薄膜抵
抗温度検出器（RTD）を加工物１に付設してお
き、加工物１の温度の関数として電気信号を発生
するようにしてもよい。加工物１の温度の変化
は、加工物へのパワー流の変化を表わす信頼しう
る尺度である。RTDの電気信号を用いて、ハ
イ・ロー調整器８にパワー流を表わす電圧信号を
供給し、その電圧信号を電圧感知器８からの電気
信号の場合と同様にしてハイ・ロー調整器８によ
つて処理するようにすることができる。

第２図を参照すると、時間の関数としてパルス
幅が変化するが、パルス間の時間Toが一定であ
る電流パルスの概略グラフが示されている。この
正のDCパルスは、上述した新規なDCアーク溶接
法の特殊なパルスであることが好ましい。即ち、
各電流パルスの前縁における維持電流に対するピ
ーク電流の比率が、加工物１の表面に生じた酸化
物を消散させるための熱衝撃効果を創生するよう
にできるだけ高くなるように選定される。酸化物
層とその下にある純粋金属との熱膨脹係数の差に
よつて熱衝撃効果が生じ、それによつて変化物を
消散させる。本発明のパルス幅変調方法は、特に
この種のパルス化DC溶接法のために企図された
ものである。

本発明の主たる原理は、加工物１へのパルス電
流を一定に維持するために、アークギヤツプ３に
おける抵抗の変化に応じてパルス幅を変化させる
ことである。加工物へのパワー流を一定に維持す
ることにより溶接の品質を向上させることができ
る。加工物は過大なパワー流を供給することによ
つて溶接を行うと加工物に垂れ下り変形が生じる
おそれがある。また、加工物へのパワー流の供給
が過大であると、加工物が焼切られる可能性もあ
る。反対に、加工物へのパワー流の供給が過少で
あると、加工物へ完全に浸透するのに十分なパワ
ーが不足する場合がある。加工物への最適のパワ
ー電流が維持されている場合と比べて比較的弱
い、耐久性のない溶接が形成される。本発明は、
常時加工物へのパワー流を最適に維持することに
より品質に悪い溶接が形成される可能性を少くす
る。

説明の便宜上、特定のパルス化DCアーク溶接
法において一定の時間平均パワー流Pcが最適の
溶接の形成を可能とするものと仮定する。時間平
均パワー電流の方程式は、Ｐ＝ ^T∫oV（ｔ）Ｉ
（ｔ）dtである。ここで、Ｖ（ｔ）は時間の関数と
してのアークギヤツプ３の間の電圧降下、Ｉ（ｔ）
は時間の関数としてのアークギヤツプ間の電流、
Ｔは電流パルスの持続時間である。固定周波数
Foに対応するパルス持続時間Toが一定であり、
電圧降下Voが一定であり、周期的に変化するア
ークギヤツプ間の電流が各順次の持続時間Toに
おいて反復される以下の関係式によつて与えられ
るとする。

Ｉ（ｔ）＝Ip ＯｔＸ I_n Ｘ＜ｔTo ここで、Ipは一定したピーク電流値、I_nは一定
した維持電流値であり、説明の便宜上、維持電流
値はゼロとみなすことができる。I_nがゼロである
と仮定して、Ｘに関して積分し、パワー流方程式
を解くと、Ｘ＝Pc／（VoIp）となる。

これは、アークギヤツプ３間の電圧降下が一定
値Voである場合、ピークパルス化電流Ipを維持
したままアークギヤツプにおける加工物１への最
適パワー流Pcを維持するのに必要なデユーテ
イ・サイクルである。

アークギヤツプ間の電圧降下が2Voに増大した
とすると、Ｘについてパワー流方程式を解けば、Ｘ＝Pc／（2VoIp）となる。

このように、デユーテイ・サイクルＸは、加工
物１への最適のパワー流Pcを維持するには元の
デユーテイ・サイクルの1/2にまで変化させなけ
ればならない。電圧降下が4Voにまで増大したと
すれば、Ｘ＝Pc／（4VoIp）となり、デユーテイ・サイクルは、一定の最適パ
ワー流Pcを維持するには、元のデユーテイ・サ
イクルの1/4にまで変化させなければならない。

デユーテイ・サイクルＸの上述の変化は、第２
図に例示されている。この例では、アークギヤツ
プ３の間の電圧降下が一定のVoであるとき加工
物１への最適パワー流Pcを維持するのに50％の
デユーテイ・サイクルが必要とされると仮定され
ている。動作時間の残りの50％の間は維持電流I_n
だけがアークギヤツプ３の間に流れる。第２図に
示される次の２つの信号は、電圧感知器７が2Vo
に相当する。アークギヤツプ間の電圧降下の増大
を検出したときに創生されるパルスを示す。電圧
降下の増大は、アークギヤツプ３間の抵抗の増大
を表わす。抵抗が増大し、電圧降下が増大したこ
とは、アークギヤツプにおける加工物１への一定
のパワー流Pcを維持するためには装置幅（即ち
デユーテイ・サイクル）を減少させなければなら
ないことを意味する。即ち、第２図に示されるよ
うに、デユーテイ・サイクルは25％にまで減少さ
れる。第３群の２つのパルスは、アークギヤツプ
の電圧降下が更に4Voにまで減少し、アークギヤ
ツプ間の抵抗の増大を示したときのパルス幅の変
更を示している。即ち、パルス幅は12.5％にまで
減少されている。このように、本発明によれば、
加工物へ供給される瞬間的なパワーは変化する
が、加工物に供給される時間平均されたパワーは
一定である。また、電流パルスのピーク値は一定
のIpに維持されることにも留意されたい。

第３図は、第１図に示されたアーク溶接装置の
電圧感知器７と、ハイ・ロー調整器８と、デユー
テイ・サイクル信号発生器９とから成るフイード
バツク制御回路のための具体的な電気要素を示
す。電圧感知器７は、可変抵抗器２１と、抵抗器
２２と、発光ダイオード（LED）２３とから成
る。電気導線１９と２０は、第１図に示されるよ
うにアークギヤツプ３の両側に接続されている。
可変抵抗器２１は、分圧器として機能し、抵抗器
２２および発光ダイオード２３を通る電流の流れ
を制御する。

ハイ・ロー調整器８は、フオトトランジスタ２
９、演算増幅器３２、および可変抵抗器３４，３
５を含むいろいろな要素から成つている。電圧源
３１に並列に接続されたフオトトランジスタ２９
とコンデンサ３８は、電圧感知器７によつて検出
され、LED２３からフオトトランジスタ２９へ
送られてくる可変アーク電圧を代表する電圧信号
を演算増幅器３０，３２の反転入力へ供給する。
即ち、この代表的電圧信号は、隔離抵抗３９を介
して演算増幅器３０へ、そして隔離抵抗器４０を
介して演算増幅器３２の反転入力へ供給される。
この代表的電圧信号は、デユーテイ・サイクル信
号発生器９の作動を調整するためにハイ・ロー調
整器８によつて処理される入力信号である。フオ
トトランジスタ２９およびコンデンサー３８は抵
抗器２５を介して接地されている。ここで「接
地」という用語は、ハイ・ロー調整器８およびデ
ユーテイ・サイクル信号発生器９を説明するのに
使用された場合、共通の回路というのに等しい。

電圧源３３は、可変抵抗器３４によつて調節さ
れた基準電圧信号を隔離抵抗器３６を介して演算
増幅器３０の反転入力部へ、そして、可変抵抗器
３５によつて調節された基準電圧信号を隔離抵抗
器３７を介して演算増幅器３２の反転入力部へそ
れぞれ供給する。これらの調節された基準信号
は、演算増幅器３０および３２の反転入力部にお
いてフオトトランジスタ２９からの電圧信号と合
算される。

演算増幅器３０，３２の非反転入力部は、それ
ぞれ抵抗４０，４１を介して接地されている。演
算増幅器３０の利得を制御するために増幅器３０
に可変抵抗器４３とコンデンサー４４とが並列に
接続されている。また、演算増幅器３０を通して
の分路能力を与えるために該演算増幅器に並列に
時間遅延スイツチ４５が接続されている。演算増
幅器３２についても同様に、可変抵抗器４６、時
間遅延スイツチ４７およびコンデンサー４８が演
算増幅器３２に並列に同じ目的のために接続され
ている。演算増幅器３０の出力部にはダイオード
４９、抵抗器５０、および可変抵抗器５２が直列
に接続されている。ダイオード４９は、演算増幅
器３０からの負の出力電圧信号の通過を阻止す
る。同様に、演算増幅器３２の出力部にはダイオ
ード５３、抵抗器５４、および可変抵抗器５５が
直列に接続されている。ダイオード５３は、演算
増幅器３２からの正の出力電圧信号の通過を阻止
する。可変抵抗器５２および５５は、それぞれ演
算増幅器３０および３２から出力される電圧信号
の大きさを制御する。演算増幅器３０と３２から
の電圧信号は、合流点５６において合算され、第
１図に示されるデユーテイ・サイクル信号発生器
９へ供給される。

デユーテイ・サイクル信号発生器９は、抵抗器
６０を備えた可変抵抗器５７と、抵抗器６１を備
えた可変抵抗器５８を含む分圧器から成る。発生
器９は、また、演算増幅器５９を包含している。
可変抵抗器５７，５８へは電圧源６２によつて電
圧が供給される。可変抵抗器５８を分路するため
の手段を設けるために該可変抵抗器に並列に時間
遅延スイツチ６３が接続されている。分圧器５
７，５８からの出力は、抵抗器６４を通して演算
増幅器５９の反転入力部へ供給される。この電圧
信号は、ハイ・ロー調整器８からの電圧信号と合
算される。演算増幅器５９の非反転入力部は、抵
抗６５を介して接地されている。演算増幅器５９
の利得は、可変抵抗器６６とコンデンサー６８に
よつて制御される。演算増幅器５９からの出力
は、第１図に示されるように導線６９を通してイ
ンパルサー１０に供給される。分圧器５７，５８
は、インパルサー１０へ供給するための基準信号
が演算増幅器５９によつて常に発信されるように
する。合流点５６に信号が存在する場合、その信
号は、分圧器５７，５８からの出力信号と合算さ
れ、演算増幅器５９へ調節された入力信号を供給
し、それによつて演算増幅器５９からの出力信号
を調節する。

作動において、電圧は、アークギヤツプ３にお
いて電圧感知器７の導線１９，２０を介して検出
される。この電圧信号、可変抵抗器２１によつて
調節され、抵抗器２２を通して発光ダイオード
（LED）２３へ供給される。発光ダイオード２３
は、アークギヤツプ３において検出された電圧に
比例して強度の異る光を発する。即ち、検出され
た電圧が高ければ高いほど、LED２３に強度の
高い光を発生させる。フオトトランジスタ２９
は、LED２３からの光の強度を検出する。フオ
トトランジスタ２９とLED２３との相互作用は、
第３図に示されるようにフイードバツク制御回路
２の区域２４内で行われる。フオトトランジスタ
２９は、ハイ・ロー調整器８を電圧感知器７から
電気的に隔離するのに使用され、それによつてア
ーク溶接用電源４をハイ・ロー調整器８から隔離
する。フオトトランジスタ２９の応答速度が比較
的遅いので、望ましくないスプリアス電気干渉が
ハイ・ロー調整器８によつてピツクアツプされる
のを防止する。コンデンサー３８とフオトトラン
ジスタ２９は、アークギヤツプ３において電圧感
知器７によつて検出され、LED２３からフオト
トランジスタ２９へ移送された可変電圧信号から
代表的電圧信号を創生する働きをする。フオトト
ランジスタ２９は電圧源３１によつて付勢され
る。

フオトトランジスタ２９からの代表電圧信号
は、演算増幅器３０，３２の反転入力部において
電圧源３３からの調節された基準電圧と合算され
る。演算増幅器３０および３２へ供給される基準
電圧は、それぞれ可変抵抗器３４および３５によ
つて調節される。これらの基準電圧は、特定の予
め選定された電圧がアークギヤツプ３において検
出されたとき発信された、フオトトランジスタ２
９からの特定の代表的電圧信号を相殺するように
調節される。上記選定された電圧は、加工物１へ
の高いパワー流レベルに対応する高電圧と、加工
物１への低いパワー流レベルに対応する低電圧で
ある。高いパワー流レベルとは、最適の時間平均
パワー流レベルより高いパワー流レベルであり、
低いパワー流レベルとは、該最適レベルより低い
パワー流レベルである。これらの高低パワー流レ
ベルは、最適溶接のための上下限であり、最適の
溶接を達成するためには時間平均パワー流を該上
下限を越えて変動させることは望ましくない。こ
の高電圧と低電圧とは、最適の時間平均パワー流
からの変動が全く許容し得ない場合は、同じにな
るように選定することになるが、通常は、ハイ・
ロー調整器８がアークギヤツプ３において加工物
１へ供給される電流パルスのデユーテイ・サイク
ルを常時調整することになるのを回避するため
に、最適時間平均パワー流からのある程度の変動
が許容される。例えば、上限の高いパワー流に相
当する所定の高電圧信号が検出された場合、−
2.5voltの代表電圧信号がフオトトランジスタ２
９から演算増幅器３０の反転入力部へ送給される
とすれば、＋2.5voltの電圧が電圧源３３から演算
増幅器３０の反転入力部へ供給されるように可変
抵抗器３４をセツトする。ダイオード４９によつ
てデユーテイ・サイクル信号発生器９へ通過する
のを許される正の出力電圧信号は、フオトトラン
ジスタ２９が−2.5voltより小さい代表電圧信号
を演算増幅器３０の反転入力部へ供給したときに
のみ該演算増幅器から出される。この代表電圧が
−2.5voltより小さい度合いは、加工物への最適
時間平均パワー流を維持するのにアークギヤツプ
３における電流信号のデユーテイ・サイクルを減
少させなければならない量に相当する。また、下
限の低いパワー流に相当する所定の低電圧信号が
検出された場合、−1.5voltの代表電圧信号が生じ
るとすれば、＋1.5voltの電圧が電圧源３３から演
算増幅器３２の反転入力部へ供給されるように可
変抵抗器３５をセツトする。ダイオード５３によ
つてデユーテイ・サイクル信号発生器９へ通過す
るのを許容される負の出力電圧信号は、フオトト
ランジスタ２９が−1.5voltより大きい代表電圧
信号を演算増幅器３２の反転入力部へ供給したと
きにのみ該演算増幅器から出される。この代表電
圧が−1.5voltより大きい度合は、加工物への最
適時間平均パワー流を維持するのにアークギヤツ
プにおける電流信号のデユーテイ・サイクルを増
大させなければならない量に相当する。

かくして、演算増幅器３０，３２とダイオード
４９，５３とは、アークギヤツプ３において検出
され、フオトトランジスタ２９へ送られる電圧が
可変抵抗器３４，３５によつてセツトされた限度
を越えたときにのみ出力電圧信号を供給する働き
をする。アークギヤツプ３における電圧の変動が
上記上下限を越えない限り、演算増幅器３０，３
２から合流点５６へ電圧信号が出力されない。し
かしながら、検出された電圧が所定の上限または
下限のいずれかを越えた場合は、該検出電圧が限
度を越えた量に相当する量の電圧信号が演算増幅
器３０または３２から出力される。この出力電圧
信号の大きさは、演算増幅器３０のための抵抗器
５０，５２、および、演算増幅器３２のための抵
抗器５４，５５によつて調節される。この調節さ
れた電圧信号は、演算増幅器５９の反転入力部へ
供給される。

分圧器５７，５８は、演算増幅器５９の反転入
力部へ連続信号を供給している。従つて、増幅器
３０，３２から増幅器５９へ電圧信号が供給され
ないときでも、演算増幅器５９は、その反転入力
部へ分圧器５７，５８から供給される信号に相当
する出力を有する。合流点５６に信号が存在する
と、その信号は、分圧器５７，５８からの信号と
合算され、演算増幅器５９の反転入力部に変更さ
れた信号を供給する。合流点５６における電圧信
号は、電圧感知器７によつてアークギヤツプ３に
おいて検出された電圧に応じて変化する。演算増
幅器５９からの出力信号は導線６９を通してアー
ク溶接装置のインパルサー１０へ送られる。

時間遅延スイツチ４５，４７，６３は、フイー
ドバツク制御回路２がアーク溶接装置のための始
動期間中不適正に作動するのを防止するために用
いられる。最初、第３図に示されるようにスイツ
チ４５，４７は閉成しており、スイツチ６３は開
放している。スイツチ４５，４７は閉成している
ときは、演算増幅器３０，３２は、それぞれバイ
パス（分路）され、作動を阻止される。もしアー
ク始動器５がアークギヤツプ３において不活性ガ
スをイオン化し、アークギヤツプ間に電流の流れ
を開始しているときに演算増幅器３０が作動可能
状態にされたとすると、アーク始動器５の作動を
無効にしてしまうことになるからである。従つ
て、アーク始動器５がその機能を完了した後、所
定の時間遅延後に常閉スイツチ６３が閉成し、常
閉スイツチ４７が開放する。この第１の所定時間
遅延中は、アークギヤツプ３に供給される電流パ
ルスは、溶接装置の定常作動にとつて望ましいデ
ユーテイ・サイクル（パルス幅）より大きいデユ
ーテイ・サイクルを有する。第１の時間遅延中に
おけるこの大きいデユーテイ・サイクルは、始動
期間中加工物１への適正な熱伝達、融解および熱
浸透が生じることを保証する。常開スイツチ６３
が閉成すると、可変抵抗器５８がバイパス（分
路）され、それによつて分圧器回路５７，５８か
ら演算増幅器５９へ供給される電圧信号を低下さ
せる。これにより演算増幅器５９から出力される
電圧制御信号を変更し、アークギヤツプ３へ供給
される電流パルスのデユーテイ・サイクルを逓降
させる。電流パルスのデユーテイ・サイクルは、
定常作動にとつて望ましいデユーテイ・サイク
ル、即ち、加工物１へ最適パワー流をもたらすよ
うに予め定められているデユーテイ・サイクルに
まで減少される。常閉スイツチ４７は、常開スイ
ツチ６３が閉成すると同時に開放し、それによつ
て演算増幅器３２を作動させ、電流パルスの下限
調整を行わせる。即ち、アークギヤツプ３の間の
電圧降下が上記減少されたデユーテイ・サイクル
において最適のパワー流を得るのに十分でない場
合は、演算増幅器３２はこの不足を補償するため
に電流パルスのデユーテイ・サイクルを増大させ
る働きをする。

上記デユーテイ・サイクルの逓降後そして第２
の所定の時間遅延後、スイツチ４５が開放して演
算増幅器３０を可能化し、電流パルスの上限調整
を行わせる。演算増幅器３０は、始動期間中アー
クの安定化を妨害することがないようにデユーテ
イ・サイクルが逓降された後でなければ可能化さ
れない。スイツチ４５の開放により始動期間が終
了する。また、それによりハイ・ロー調整器８が
演算増幅器３０，３２の作動を介して、先に述べ
たようにデユーテイ・サイクル信号発生器９の演
算増幅器５９によつて出力されるデユーテイ・サ
イクル制御信号を調整させる。

慣用のアーク溶接装置のインパルサー１０は、
一般に、電流調整器１１のための制御信号を発生
する比較器を有する回路を備えている。従つて、
電源４からアークギヤツプ３へ供給される電流パ
ルスのデユーテイ・サイクルは、デユーテイ・サ
イクル信号発生器９からインパルサー１０へ供給
される電圧信号のレベルによつて定められる。即
ち、デユーテイ・サイクル信号発生器９の演算増
幅器５９からの電圧信号の大きさが増大すると、
アークギヤツプ３へ供給されるパルスのデユーテ
イ・サイクルが増大する。これは、デユーテイ・
サイクル信号発生器９からの電圧信号をインパル
サー１０の比較器へ供給し、比較器からの出力電
圧信号を適正に処理することによつて行われる。
そのような比較器の作動の１例を第６および７図
を参照して以下に説明する。ただし、アークギヤ
ツプ３へ供給される電流パルスのパルス幅を調節
するためにデユーテイ・サイクル信号発生器９か
らの電圧信号を利用する技法は多数あることに留
意されたい。また、どのような技法を選択するか
は、使用される特定のインパルサー１０の構造に
応じて定められる。以上に説明したのは、特定の
比較器回路を含むインパルサーのためのそのよう
な技法の一例にすぎない。

第４図を参照すると、アーク溶接装置の電源の
ための制御系統の一部として使用される時間遅延
プログラマブルパルス幅制御器８０を有するアー
ク溶接装置のブロツク図が示されている。第４図
に示されるように、加工物１と電極１２との間に
アークギヤツプ３が形成され、そのアークギヤツ
プ間に電源７４によつて電圧が印加される。この
アークギヤツプ３間に高周波数高電圧アーク始動
器７３も接続されており、溶接サイクルの開始に
当つてガス供給源７６からアークギヤツプ７３へ
供給される不活性ガスをイオン化させ、アークギ
ヤツプ間に電流の流れを開始させるための初期高
電圧を供給するようになされている。この初期イ
オン化および電流の通流開始後、アーク始動器７
５はその作動を停止する。電源７４は、市販の正
のパルス化DC電源である。電源７４の作動を制
御するために慣用のインパルサーによつて制御さ
れる慣用の電流調整器７７が用いられる。

第４図に示されるように、インパルサーは、２
つの構成要素に分割されたものとして示されてい
る。一方の要素は、インパルサーパルス幅調節器
７９であり、他方はインパルサー出力装置７８で
ある。インパルサーパルス幅調節器７９は、慣用
のインパルサーのうち、インパルサーの電気機器
の作動を制御するための内部制御信号（通常、電
圧信号）を発生する部分である。通常、インパル
サーからどのようなパルス幅信号１０４が出力さ
れるかは、第６および７図に示されるようにパル
ス幅調節器７９から導線８１を通してインパルサ
ー出力装置７８へ供給される内部電圧制御信号１
０１によつて決定される。他の内部制御信号は、
パルス幅調節器７９から導線８２を通して出力装
置７８へ流れる。

インパルサー出力装置７８は、慣用のインパル
サーのうち、インパルサーパルス幅調節器７９か
らの内部電圧制御信号１０１に応答して電流調整
器７７のための出力制御信号１０４を発生する部
分である。通常、インパルサー出力装置７８は、
例えば電圧ランプ（傾斜）フアンクシヨンのよう
な基準電圧信号１０２を幅調節器７９からの内部
電圧制御信号１０１と比較する比較器を備えてい
る。第６および７図は、この比較器が異る大きさ
の内部電圧制御信号１０１に応答して異るパルス
幅の出力電圧信号１０３を発生する働きをする態
様を示している。基本的には、この比較器は、基
準電圧信号１０２が内部電圧制御信号１０１と等
しいか、それを超過したときにのみ出力電圧信号
１０３を発生する。かくして、第６図に示される
内部電圧制御信号１０１の場合は、第７図に示さ
れる減少された内部電圧制御信号１０１が用いら
れた場合に比べて、比較器の出力電圧信号１０３
に対応するパルス幅が小さくなる。インパルサー
出力装置７８の他の慣用の回路部分は、比較器の
出力電圧信号１０３に応答して電流調整器７７の
ためのインパルサー出力制御信号１０４を発生す
る。この出力制御信号１０４は、比較器の出力電
圧信号１０３のオフ・タイムにキー結合され、そ
れにより、電源７４からアークギヤツプ３へ供給
される電流パルスのデユーテイ・サイクル数が比
較器の出力電圧信号１０３のオフ・タイムにキー
結合されるようにする。かくして、内部電圧制御
信号１０１の増大は、比較器の出力電圧信号１０
３のパルス幅の減少を惹起し、その結果、アーク
ギヤツプ３に供給される電流パルスのデユーテ
イ・サイクルに相応の増大をもたらす。

アーク溶接装置のインパルサーパルス幅調節器
７９は、インパルサー出力装置７８の作動を直接
制御する。しかしながら、本発明の原理によれ
ば、インパルサーの慣用のパルス幅調節器７９と
出力装置７８との間に時間遅延プログラマブルパ
ルス幅制御器８０を介設する。このプログラマブ
ルパルス幅制御器８０は、所定のプログラム化順
序に従つてパルス幅が変化する電流パルスを供給
するようにインパルサー出力装置７８を自動的に
調節して電流調整器７７を、従つて電源７４を制
御する働きをする。

プログラマブルパルス幅制御器８０は、いろい
ろな構造のものとすることができるが、例えば第
５図に示されるように可変抵抗器８９と時間遅延
スイツチ８８を互いに並列に接続し、かつ、パル
ス幅調節器７９とインパルサー出力装置７８の間
に直列に接続することによつて最も簡単に構成す
ることができる。第５図に示される回路は、プロ
グラマブルパルス幅制御器８０の簡単な一例であ
り、他のより複雑なプログラムの設定を可能にす
るために他の回路を構成することができることは
当業者には明らかであろう。

作動において、電源７４は、インパルサー出力
装置７８からの入力に応答して電流調整器７７に
よつて制御されて正のDCパルスをアークギヤツ
プ７３に供給する。最初、信号は、時間遅延スイ
ツチ８８の常閉接点を通して供給されるが、時間
遅延スイツチ８８は、所定の時間遅延後作動し、
常閉接点を開放する。それにより、インパルサー
パルス幅調節器７９とインパルサー出力装置７８
との間に可変抵抗器８９を介在させる。その結
果、異る信号が電流調整器７７へ、従つて電源７
４へ供給される。通常、この時間遅延後、電流パ
ルスのデユーテイ・サイクルは減少される。アー
ク溶接装置の始動期間中に加工物１に熱がたまる
のでデユーテイ・サイクルを減少させることが必
要とされる。即ち、一貫して良品質の溶接を達成
する最適のパワー流を維持するために始動後一定
の時間遅延後加工物１へのパワー流を減少させる
必要がある。最適の溶接を達成するための上記特
定の時間遅延の長さおよびデユーテイ・サイクル
の減少量は、溶接すべき特定の加工物１によつて
異る。これらのパラメータは、試行錯誤によつて
最適の値に選定される。

なお、加工物の加工工程にしたがつて電流パル
スの大きさを所定のシーケンスで変化させること
も当業者の周知技術である。

本発明の原理によるDCパルスのパルス幅の変
調は、上述した新規なDCパルスを用いてアルミ
ニウムのような材質の加工物を溶接するのに特に
適しているが、本発明は、そのようなパルスとと
もに使用する用途に限定されるものではない。本
発明によるパルス幅変調は、実際上どのような材
質の加工物であれそれらをDCパルスによりアー
ク溶接する場合アークギヤツプにおける加工物へ
のパワー流の正確な制御を可能にする。例えばス
テンレス鋼の、特に薄肉の加工物を溶接接合する
のに使用される慣用のDCパルスを本発明の原理
に従つて変調し、高品質の溶接が得られるように
加工物へのパワー流を正確に制御することができ
る。従つて、本発明は、ここに述べた実施例に限
定されるものではなく、本発明の範囲および精神
から逸脱することなく、いろいろな変型、改変が
可能である。

【図面の簡単な説明】

第１図は、電源からアークギヤツプへ供給され
る電流パルスのパルス幅を調節するための、フイ
ードバツク制御回路を含むアーク溶接装置のブロ
ツク図、第２図は、アークギヤツプにおいて検出
された電圧降下が増大しているとき加工物への所
望の時間平均パワー流を維持するために加工物へ
供給される電流パルスの振幅の概略グラフ、第３
図は第１図に示されたフイードバツク制御回路ク
のための個々の回路部品を示す。第４図は、電源
からアークギヤツプへ供給される電源パルスのパ
ルス幅を自動的に調節するための制御器を含むア
ーク溶接装置のブロツク図、第５図は第４図に示
された自動制御器のための個々の回路部品を示
す。第６および７図は、第５図に示されたインパ
ルサー出力装置が、比較的を包含している場合２
つの大きの異る入力電圧制御信号に応答して２つ
のデユーテイ・サイクルの異る出力電圧信号を発
生する態様を示す。図中、１は加工物、３はアークギヤツプ、４，
７４は電源、７は電圧感知器、８はハイ・ロー調
整器、９はデユーテイ・サイクル信号発生器、１
０はインパルサー、１１，７７は電流調整器、１
２，は電極、１５は電極ホルダ、２１は可変抵抗
器、２３は発光ダイオード、３０，３２は演算増
幅器、３３は電圧源、３４，３５は可変抵抗器、
３６，３７，３９，４０は隔離抵抗器、４１，４
２は抵抗器、４３，４６は可変抵抗器、４４，４
８はコンデンサー、４５，４７は時間遅延スイツ
チ、４９，５３はダイオード、５０，５４は抵抗
器、５２，５５は可変抵抗器、７８は出力装置、
７９はパルス幅調節器、８０はプログラマブルパ
ルス幅制御器。

Claims

【特許請求の範囲】１加工物１との間にアークギヤツプを有する電
極ホルダ１５、インパルサー１０、電流調整器１
１、電源４からなる電源制御機構を含むパルス化
直流アーク溶接装置において、前記アークギヤツ
プ間の電圧を検出する電圧感知器７と、前記電圧
感知器からの前記検出された電圧が所定の上下限
値を超えたか否かに従つて制御信号を発生する電
圧調整器８と、該電圧調整器からの制御信号に応
答して加工物へ供給される電流パルスのデユーテ
イサイクルを変化させるデユーテイサイクル信号
発生器９を備えたフイードバツク制御回路２を設
け、前記検出されたアークギヤツプ間の前記検出
された電圧の値に応じて時間平均パワーが一定に
保たれるように前記電流パルスのデユーテイサイ
クルを変化させかつピーク電流と維持電流の比を
できるだけ大にしていることを特徴とするパルス
化直流アーク溶接装置。２加工物１との間にアークギヤツプを有する電
極ホルダ１５、および電流調整器７７、電源７４
からなる電源制御機構を含むパルス化直流アーク
溶接装置において、前記パルス化直流アーク溶接
装置は更に、内部制御電圧信号１０１を発生する
インパルサーパルス幅調節部７９、および前記内
部制御電圧信号とプログママブルパルス幅制御装
置８０からの信号とに応答して前記電流調整器へ
の出力制御信号１０３，１０４を発生するインパ
ルサー出力部７８とを備え、溶接すべき加工物の
特質にしたがつて加工物への電流パルスのデユー
テイサイクルを所定のプログラム順序にしたがつ
て変化させかつそのピーク電流と維持電流の比を
できるだけ大にしたことを特徴とするパルス化直
流アーク溶接装置。