JPH03124373A - 消耗電極式交流アーク溶接電源 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、消耗電極（溶接ワイヤ）を定速送給しつつ逆
極性溶接と正極性溶接とを交互に切り換えて行なえるよ
うにした消耗電極式交流アーク溶接電源に係り、特に極
性反転後にアークを再生するための再点弧用電圧の印加
方式に関する。

〔従来の技術〕

消耗電極を定速供給しつつ溶接を行う消耗電極式アーク
溶接においては、一般に母材側が負極でワイヤ側が正極
となるように直流電圧を印加する逆極性溶接が行われて
いる。この逆極性溶接では、母材への入熱が大きいため
に、溶込量が大でフラットビードを得やすい利点はある
が、母材が薄板で継手精度が悪く、ギャップがある場合
には溶は落ちが生じやすいといった欠点もある。これに
対し、母材側が正極でワイヤ側が負極となるように直流
電圧を印加する正極性溶接では、ワイヤ溶融１− ２− 量が多く、母材への入熱が小さいため、余盛を大きくし
たいギャップのある薄板の溶接には適しているが、継手
精度が良好な場合には凸ビード形状になりやすく、また
継手形状によっては融合不良を生じるといった問題があ
る。

そこで、従来、逆極性溶接と正極性溶接とを交互に切り
換え、それぞれの長所を生かした溶接が行えるようにし
た消耗電極式交流アーク溶接電源も提案されている。

〔発明が解決しようとする課題〕

このような従来の消耗電極式交流アーク溶接電源では、
一般に極性反転後のアークの再点弧電圧が高いため、通
常の溶接電源の無負荷電圧８０Ｖ程度ではアーク切れが
生じ、安定した溶接が行えないことから、別に設けた再
点弧用電圧源から再点弧用電圧を溶接電源の交流出力に
重畳して溶接負荷に印加する方式が採用されている。こ
の再点弧用電圧は、シールドガスとしてＣ○、ガスを用
いる場合、約４５０ｖの電圧が必要である。

溶接電源の回路構成としては、商用電源からの交流入力
を直流化した後、一次側インバータ部により高周波交流
に変換して溶接用高周波１〜ランスの一次側に印加し、
溶接用高周波トランスの二次側交流出力を一旦整流した
後、二次側インバータ部により比較的周波数の低い交流
出力に変換して溶接負荷に供給する方式とするのが一般
的であるが、前記のように再点弧用電圧を交流出力に重
畳させると、この再点弧用電圧が二次側インバータ部の
スイッチング素子に直接印加されることになる。特に、
回路構成を簡単にするため、第２図に示すように二次側
インバータ部１を２電源（センタタップ）方式のハーフ
ブリッジ回路とし、二次側整流部で作られた正、負の直
流電圧（２電源）＋Ｅ、−Ｅを２個のスイッチング素子
Ｑｌ、Ｑ２により交互に切り換えて出力端子２から交流
出力を取り出すようにした場合には、２個のスイッチン
グ素子Ｑ　Ｉ　ｒ　Ｑ　２のうちオフ状態にある方の素
子に対して、交流出力に重畳される再点弧用電圧源３゜
４のそれぞれの電圧ｖ１の２倍の電圧が印加されること
になるため、スイッチング素子Ｑｌ、Ｑ２に３ ４ は非常に高い耐圧が要求される。したがって、素子の耐
圧を考慮すると二次側インバータ部をハーフブリッジ回
路とすることがむずかしく、フルブリッジ回路を採用し
なければならなくなる。また、フルブリッジ回路とした
場合でも、スイッチング素子の過電圧保護には十分な配
慮が必要で、素子数が多くなり、高価なものとなる。さ
らに、トランジスタなどのスイッチング素子は、耐圧の
高いものほどオン抵抗が大きいために発熱量が多くなる
。したがって、耐圧の高い素子を使用することは溶接電
源を小形軽量化する上でも不利である。

本発明の目的は、交流アークを極性反転後に再点弧させ
るに十分な放電エネルギーをアーク空間に供給して安定
した溶接を続行させることができ、かつ出力回路に耐圧
の低い素子を用いて小形軽量、安価に構成できる消耗電
極式交流アーク溶接電源を提供することにある。

〔課題を解決するための手段〕

上記目的を達成するために本発明は、商用電源からの交
流入力を直流化する一次側整流部と、前記一次側整流部
の直流出力を高周波交流に変換して溶接用高周波トラン
スの一次側に印加する一次側インバータ部と、前記溶接
用高周波トランスの二次側交流出力を直流に変換する二
次側整流部と、前記二次側整流部の直流出力を逆極性溶
接と正極性溶接とを交互に切り換えて行うための比較的
周波数の低い交流出力に変換して溶接負荷に供給する二
次側インバータ部とを備えた消耗電極式交流アーク溶接
電源において、再点弧用電圧源として前記溶接用高周波
トランスに三次巻線を設け、次側に前記三次巻線の電圧
が印加される高周波カップリングトランスの二次側を溶
接電源の交流出力回路に直列に接続し、かつ前記高周波
カップリングトランスの二次側と溶接負荷とに並列に高
周波バイパス回路を設けたことを特徴とする。

〔作　用〕

今、ティグ溶接電源について考えると、ティグ溶接電源
ではノータッチスタートを行うために約６０００　Ｖの
高周波高電圧を出力回路に直列に重畳して印加し、高周
波電流のバイパス回路を設けるこ− とによって、約６０００Ｖの高周波高電圧が溶接電源二
次側の回路素子には印加されないようにしている。

本発明はこれに着目してなされたものである。

すなわち、ティグ溶接電源に用いられているような高周
波重畳方式によれば、消耗電極式交流アーク溶接電源で
も再点弧用電圧が二次側インバータ部や二次側整流部の
素子に直接印加されることがなく、したがって、二次側
インバータ部を２電源方式のハーフブリッジ回路とする
ことも容易にできる。ただし、シールドガスとしてＣＯ
２ガスを使用する消耗電極式交流アーク溶接においては
、アルゴンガスを使用するティグ溶接に比ベアーク電圧
が高いため、アーク空間に流れる高周波放電電流を、テ
ィグ溶接時のようにグロー放電の領域ではなく、アーク
放電の領域まで大きくする必要がある。通常、ティグ溶
接電源に用いられている火花ギャップ方式の高周波高電
圧源では、インピーダンスが高いために高周波放電電流
を大きくすることは無理であり、よりインピーダンスの
低い高周波高電圧源でないと、ＣＯ２ガス中での交流ア
ークの再点弧に必要な放電電流は得られない。

そこで、本発明では、インピーダンスの低い高周波高電
圧源として一次側インバータ部から高周波交流を印加さ
れる溶接用高周波トランスの三次巻線電圧を利用し、こ
の三次巻線電圧を高周波カップリングトランスを介して
二次側インバータ部の交流出力に直列に重畳して溶接負
荷に印加するとともに、前記高周波カップリングトラン
スの二次側および溶接負荷に対して並列に高周波バイパ
ス回路を設けることで、二次側インバータ部や二次側整
流部の素子には高周波高電圧の再点弧用電圧が印加され
ないようにしたものである。

〔実施例〕

以下、本発明の一実施例を第１図により説明する。

第１図において、１１は商用電源、１２は商用電源１１
からの三相交流入力を直流化する一次側整流部。

１３は平滑コンデンサ、１４はコンデンサ１３により平
滑化された直流電圧を高周波交流（２０〜３０ｋＨｚ）
７− に変換する一次側インバータ部で、この一次側インバー
タ部１４のパルス幅制御によって溶接電源の出力を制御
する。１５は溶接用高周波トランス、１６は溶接用高周
波トランス１５により降圧されたｍへ側インバータ部１
４の高周波交流出力を整流し、中性点Ｎに対して正方向
と負方向の直流電圧（２電源）を作る二次側整流部、１
７は出力電流の高周波リップルを平滑化するため中性点
Ｎ側の出力回路に挿入されたりアクタ、１８は二次側イ
ンバータ部で、２個のスイッチング素子（図ではトラン
ジスタ）Ｑ＋，Ｑｚを交互にオン、オフさせることによ
り、二次側整流部Ｉ６から出力される正，負の直流電圧
を交互に切り換えて商用周波数以下の比較的低い周波数
の交流出力に変換し、出力端子２２から溶接負荷に供給
する２電源方式のハーフブリッジ回路として構成されて
いる。１９は溶接用高周波トランス１５の三次巻線で、
この三次巻線１９から高周波高電圧の再点弧用電圧を限
流用コンデンサ２０を介して高周波カップリングトラン
ス２１の一次側に印加する。カップリングトランス２１
の二次側は溶接電源の交流出力回路に直列に接続されて
おり、前記再点弧用電圧を二次側インバータ部１８の交
流出力に重畳して出力端子２２間に印加する。２３はカ
ップリングトランス２１の二次側と出力端子２２すなわ
ち溶接負荷に対して並列に設けられた高周波バイパス回
路で、コンデンサＣと抵抗Ｒの直列回路からなっている
。

本実施例の消耗電極式交流アーク溶接電源は以上のよう
に構成されているので、インピーダンスの低い溶接用高
周波トランス１５の三次巻線１９から高周波カップリン
グトランス２１を介して交流出力に直列に重畳される高
周波高電圧の再点弧用電圧により、交流アークの極性反
転直後にアーク空間に高周波放電を発生させ、アークを
再点弧させるに十分な大きさの放電電流を供給すること
ができる。また、高周波バイパス回路２３は、コンデン
サＣの蓄積電荷により再点弧時に急峻な立上りの放電電
流を流し、アークの再生を助ける働きをする。

これにより、アーク切れを生じることなく逆極性溶接と
正極性溶接とを交互に切り換えて安定した９− ０− 溶接を行うことができる。

しかも、交流出力回路に流れる高周波電流は高周波バイ
パス回路２３によりバイパスされるので、高周波カップ
リングトランス２１を介して印加される高周波高電圧の
再点弧用電圧が二次側インバータ１８や二次側整流部１
６の素子に直接印加されることはない。したがって、こ
れらの回路を構成するスイッチング素子や整流素子には
比較的耐圧の低い安価な素子を使用でき、また耐圧が低
いことから素子のオン抵抗が低く、発熱量が小さいため
、溶接電源全体を小形軽量化できる。さらに、素子の耐
圧が低くてよいため、二次側インバータ部１８を回路構
成の簡単なハーフブリッジ回路とすることも容易であり
、スイッチング素子の保護回路（スナバ）も簡素化でき
る。

〔発明の効果〕

本発明によれば、下記の効果が得られる。

（１）インピーダンスの低い溶接用高周波トランスの三
次巻線から高周波高電圧の再点弧用電圧を供給している
ため、シールドガスとしてＣＯ２ガスを用いた場合でも
極性反転直後にアークを再点弧させるに十分な大きさの
放電電流が得られ、アーク切れを生じることなく安定し
た交流アーク溶接を行うことができる。

（２）溶接用高周波トランスの三次巻線電圧を高周波カ
ップリングトランスを介して交流出力回路に直列に印加
し、かつ高周波バイパス回路を設けることにより、高周
波高電圧が二次側インバータ部や二次側整流部の素子に
直接印加されないようにしているので、これらの二次側
回路素子に比較的耐圧の低い安価な素子を使用でき、素
子の発熱量を小さくできるとともに、二次側インバータ
部を回路構成の簡単なハーフブリッジ回路とすることが
可能となり、溶接電源全体を小形軽量、かつ安価に構成
することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示す概略回路図、第２図は
従来技術の問題点を説明するための概略回路図である。 １１・・・商用電源、１２・・・一次側整流部、１４・
・・一次側１１− １２ インバータ部、１５・・・溶接用高周波トランス、１６
・・・二次側整流部、１８・・・二次側インバータ部、
１９・・・三次巻線、２１・・・高周波カップリングト
ランス、２２・・・出力端子、２３・・・高周波バイパ
ス回路。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １、商用電源からの交流入力を直流化する一次側整流部
   と、前記一次側整流部の直流出力を高周波交流に交換し
   て溶接用高周波トランスの一次側に印加する一次側イン
   バータ部と、前記溶接用高周波トランスの二次側交流出
   力を直流に変換する二次側整流部と、前記二次側整流部
   の直流出力を逆極性溶接と正極性溶接とを交互に切り換
   えて行うための比較的周波数の低い交流出力に変換して
   溶接負荷に供給する二次側インバータ部とを備えた消耗
   電極式交流アーク溶接電源において、再点弧用電圧源と
   して前記溶接用高周波トランスに三次巻線を設け、一次
   側に前記三次巻線の電圧が印加される高周波カップリン
   グトランスの二次側を溶接電源の交流出力回路に直列に
   接続し、かつ前記高周波カップリングトランスの二次側
   と溶接負荷とに並列に高周波バイパス回路を設けたこと
   を特徴とする消耗電極式交流アーク溶接電源。