JPH04123873A

JPH04123873A - ホツトワイヤｔｉｇ溶接電源

Info

Publication number: JPH04123873A
Application number: JP24280990A
Authority: JP
Inventors: Toshiharu Akega; 明賀　俊治; Katsuyoshi Hori; 勝義堀
Original assignee: Babcock Hitachi KK
Current assignee: Mitsubishi Power Ltd
Priority date: 1990-09-14
Filing date: 1990-09-14
Publication date: 1992-04-23

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〕本発明はホットワイヤＴＩＧ溶接に係り、特に溶接トー
チ近傍までの配線を簡素化するのに好適なホットワイヤ
ＴＩＧ溶接電源に関する。

〔従来の技術〕

一般的に広く使用される溶接法の一つにＴＴＧ溶接法が
ある。ＴＩＧ溶接方法とは、タングステン電極と母材と
の間にアークを発生させ母材を溶融し、そこへフイラワ
イヤを供給して溶接金属を形成する溶接方法である。こ
の方法はあらゆる金属に適用でき、しかも精密な溶接が
可能であることから比較的高級な材料に適用されること
が多い。

しかし、唯一つの欠点は、フィラワイヤをアークのエネ
ルギーで間接的に溶融させるため、他の溶接法に比べる
と能率が低いことである。この欠点を補うため開先を狭
くするなどの工夫がなされている。

第４図はＴＩＣ溶接法の能率を向上させるための一つの
方法を示す図で、ホットワイヤＴＩＧ溶接法と呼ばれる
ものの原理を示す図である。ＴＩＧ電源２１の出力の一
方をＴＩＧ電極４に接続し、他方を母材８に接続しアー
ク７を形成する。更にワイヤ加熱電源２２の出力端子を
コンタクトチップ５と母材８に接続して、ワイヤ６にも
電流を流して加熱しながら溶接する方法である。この方
法によるとワイヤ６は母材溶融池に達する前に溶融状態
になるので、溶融速度を飛躍的に向上させることができ
、通常のＴＩＧ溶接に比べ２倍以上の能率向上が望める
。

しかし、ホットワイヤＴＩＧ溶接法ではＴＩＧアーク用
の電源とワイヤ加熱用の二つの電源が必要であり、パワ
ーケーブルもそれぞれ２木ずつ４本配線する必要がある
。溶接電源と溶接個所が離れている場合、特に建設現地
などでは４本のパワーケーブルの配線はかなりの負担に
なる。これが、ホットワイヤＴＩＧ溶接法の普及を妨げ
る一因となっている。

〔発明が解決しようとする課題〕

上記従来技術は、通常のＴＩＧ溶接法の能率が低いと言
う問題点は解決しているものの、ＴＩＧアーク用とワイ
ヤ加熱用の二つの電源を必要とし、４本のパワーケーブ
ルが必要で長い距離の配線が困難であるという問題があ
った。

本発明の目的は、ホットワイヤＴＩＧ溶接電源を単一電
源とし、かつケーブル配線の労力を低減させることにあ
る。

〔課題を解決するための手段〕

上記目的は、交流出力が可能な電源を用い、トーチ近傍
で整流してＴＩＧアークとワイヤとに分けて通電するこ
とにより達成される。

〔作用〕

交流電源の出力をトーチの近傍でＴＩＧトーチとワイヤ
にそれぞれダイオードを介して並列に接続し、負の電流
はＴＩＧアークに流れるように、正の電流はワイヤに流
れるように整流するき、アークとワイヤに交互に電流が
流れホットワイヤＴＩＧ溶接を実現できる。

この時、ＴＩＧアーク電流は周期的に零となりアークが
途切れることになるが、電極と母材間の温度が十分高温
でプラズマ状態を維持していれば容易に再点弧できる。

再点弧が可能な最大通電給紙時間は約２秒程度である。

（発明の実施例〕第１図は本発明に係るホットワイヤＴＩＧ溶接の原理を
示す図である。交流電源１のアース側は母材８に接続し
、出力側は高周波発生器１０を通して整流器モジュール
２に接続される。整流器モジュール２は溶接トーチの近
傍に位置し、出力電流を整流器モジュール内のダイオー
ド３ａ、３ｂを介してＴＩＧ）−チとワイヤを並列に接
続する。

ダイオード３ａは母材８からＴＩＧ電極４ヘアーク電流
が流れる方向に接続し、ダイオード３ｂはワイヤから母
材８ヘワイヤ電流が流れる方向に接続する。すなわち、
交流電源１の出力のマイナス電流ばＴＩＧアーク電流に
、プラス電流はワイヤ加熱電流になるようにし、アーク
とワイヤへ交互に電流を流してホットワイヤＴＩＧ溶接
を行う。

ダイオード３ａ、３ｂには並列にバイパスコンデンサ９
ａ、９ｂを接続し、アークスタート時に高周波発生器１
０から発生する高周波高電圧をバイパスさせダイオード
を保護する。

溶接電流は電流検出器１１で検出、測定し、その負の半
波をアーク電流、正の半波をワイヤ電流として検出し、
それぞれアーク電流制御回路１３、ワイヤ電流制御回路
１４に信号入力される。アーク電流は平均電流が一定に
なるよう電流制御回路１２にフィードバックされる。ま
た、ワイヤ電流はワイヤ加熱電力が一定になるよう電流
制御回路１２にフィードバックされる。また、ワイヤ電
圧もワイヤ電圧検出回路１５で検出し、ワイヤ６が母材
８に接触しているかどうか判断する。

第２図は、−船釣に用いられる交流電源の原理を簡単に
示したものである。１次側スイッチング回路１８、トラ
ンス１９、整流回路１６で形成、制御された直流電流を
トランジスタをＨブリッジに配置したＨブラフ２回路１
７で任意の周波数、任意のデユーティの交流電流に変換
する。

第３図は、本発明のホットワイヤＴＩＧ溶接電源を用い
て溶接を行ったときの典型的な溶接シーケンスを示す。

アーク電流はマイナスを上側に、ワイヤ電流はプラスを
上側に表している。

アークが点弧して所定のアーク電流値までスローアップ
する間（ｔｏ〜ｔ１）は、電流制御回路１２及びＨブラ
フ２回路１７によりマイナスの電流のみ出力する。すな
わち、ＴＩＧアークのみ連続通電し溶融池を形成させる
。所定の電流値に達してワイヤが送給され初めても、ワ
イヤが溶融池（母材）に接触するまでばＴＩＧアークに
のみ直流電流を通電する（１＋　〜ｔｚ）。

ワイヤの溶融池への接触、分離はワイヤ電圧検出器１５
で検出する。この方法は既に特開昭６２１９２２６５号
公報で公知になっているが、高抵抗を介してワイヤ電圧
検出端子をプルアップし、ワイヤ電流が流れていない期
間の電圧値を測定することによりワイヤの接触分離は検
出できる。すなわち、ワイヤが母材と分離しているとき
はワイヤ電圧はプルアップ電圧またはアークのプラズマ
電位を検出するが、接触すると殆ど零Ｖを示す。

アーク電流が所定の電流に達し、ワイヤと母材の接触を
検出すると（ｔ２）、電流制御回路１２は交流出力に切
り替えて、その結果アークとワイヤに交互に電流を通電
する。この時、アーク電流制御回路１３はアーク電流検
出器１１からのマイナス電流信号を基に平均アーク電流
が変化しないように、すなわち、アーク電流のピーク値
を高くするよう電流制御回路１２に作用してアーク電流
を一定に保つ。また、ワイヤ電流制御回路１４はワイヤ
電流検出器１１からのワイヤ電流信号（プラス電流）及
びワイヤ電圧信号により、ワイヤ加熱電力が適正になる
よう交流電流のプラス側のピーク値あるいは通電幅を制
御するよう電流制御回路！２に作用する。ワイヤ加熱電
力制御のためマイナス電流（アーク電流）の通電幅が変
化することがあるが、この時もアーク電流制御回路１３
によりピーク値を調整するよう電流制御回路１２に作用
し平均アーク電流が変化しないように制御する。

溶接中は、アーク電流通電時には整流器モジュール２内
のダイオード３ｂの作用によりワイヤ電流は流れず、ワ
イヤ加熱時には同様にダイオード３ａの作用によりアー
ク電流が流れないので、従来のホットワイヤＴＩＧ溶接
で問題になっていた電流干渉により発生ずる磁気吹きの
問題もない。

溶接中にワイヤと母材の分離を検出した場合には（ｔ３
）、直ちにワイヤへの電流供給、すなわち、正の半波の
供給を中断し、ワイヤからのアーク発生を防止する。そ
の後、ワイヤが母材に再接触したことを検出して（ｔ、
）一定時間経過した後（１０〜１００ｍ５ｅｃ、ワイヤ
先端の接触が安定する時間）、ワイヤへの通電を再開す
る（ｔ５この時のアーク電流波形は、ワイヤへの通電停
止前のパルス電流のままでもよいが、連続電流でもよい
（当然平均電流が変化しないよう制御を行う）溶接終了
時には、開始時と同じようにプラス電流（ワイヤ電流）
は出力せず、アーク電流のみ供給し、電流のダウンスロ
ープ、クレータ処理を行う　　（ｔ　６〜　ｔｑ）　　
。

第１図の実施例で、整流器モジュール２には２ツノタイ
オードと高周波バイパス用のコンデンサがあるだけでそ
れほど大きいものではないが、さらに溶接トーチの冷却
用の水をダイオードの放熱板を経由してトーチに供給す
る構造にすると放熱板の形状を小さくできるので、より
小型の整流器モジュールにすることができ、溶接トーチ
と整流器モジュールを一体にした溶接ヘッドを作ること
ができる。

また、第１図の実施例では、整流器モジュール２をトー
チの近傍におきパワーケーブルの配線を簡素化している
が、この回路を電源本体内に設けてもホットワイヤＴＩ
Ｇ溶接電源として当然機能する。

また、第３図では、アーク電流とワイヤ電流の交互通電
は周期的に行っているような記述をしたが、次のような
方法でボットワイヤＴＩＧ溶接を行うことも可能である
。すなわち、ワイヤが母材と接触している間は常時ワイ
ヤに通電（プラス電流を出力）し加熱によりワイヤを溶
断させる。溶断してワイヤが母材と分離しているときは
マイナス電流を出力しアーク電流を流す。これを周期的
に繰り返し、すなわち、周期的に溶断を繰り返すように
ワイヤを送給し溶接を行う。この方法によるとワイヤの
加熱電力は自動的に適正値に制御できる利点がある。し
かし、溶断が起こる周期は完全に一定ではないので、平
均アーク電流が変化しないようアーク電流制御回路工３
、電流制御回路１０によりアーク電流のピーク値を制御
する。

〔発明の効果〕

従来のホットワイヤＴＩＧ溶接電源では、電源から溶接
トーチまでのパワーケーブルは３本ないし４本必要であ
り、電源からトーチまでの距離が非常に遠いとき、特に
建設現地などでは配線作業が非常な重労働であった。ま
た、ＴＩＧアーク用の電源とワイヤ加熱用の電源の二つ
の電源が必要であり、設置床面積、運搬などにおいて不
利であった。

しかし、本発明のホットワイヤＴＩＧ溶接は、溶接トー
チ近傍までは２本のパワーケーブルを配線すればよいの
で、配線作業はかなり低減される。

また、電源も一つだけであるので運搬の手間も低減でき
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係るホットワイヤＴＩＧ溶接電源の原
理を示す図、第２図は本発明のホットワイヤＴＩＧ溶接
電源で使用する交流電源の基本原理を示す図、第３図は
本発明のホットワイヤＴＩＧ溶接の溶接シーケンスの例
を示す図、第４図は従来のホットワイヤＴＩＧ溶接電源
の原理を示す図である。１・・・交流電源、２・・・整流器モジュール、３・・
・ダイオード、４・・・ＴＩＧ電極、５・・・コンタク
トチップ、６・・・フイラワイヤ、７・・・アーク、８
・・・母材、１１・・・電流検出器、１２・・・電流制
御回路、１３・・・アーク電流制御回路、１４・・・ワ
イヤ電流制御回路、１５・・・ワイヤ電圧検出回路。

Claims

【特許請求の範囲】

（１）電源２次側の出力端子の一方をＴＩＧ電極とフイ
ラワイヤを供給するコンタクトチップ部へそれぞれダイ
オードを介して並列に接続し、該ダイオードは互いに逆
方向の配列とし、それらの整流作用により交流電流の一
方の半波はＴＩＧアーク電流に、他方の半波はフイラワ
イヤに交互に通電することを特徴とするホットワイヤＴ
ＩＧ溶接電源。
（２）請求項（１）記載において、ワイヤ供給される電
流のピーク値及び通電時間比を変化させワイヤに印加さ
れる電力を設定された一定電力に制御する回路を設けた
ことを特徴とするホットワイヤＴＩＧ溶接電源。
（３）請求項（１）記載において、溶接開始時や溶接終
了時などのようにＴＩＧアーク電流の低い時には、交流
電流の出力は行わずＴＩＧアークにのみ連続電流を供給
してアークを安定させる制御回路を設けたことを特徴と
するホットワイヤＴＩＧ溶接電源。
（４）請求項（１）記載において、ワイヤの電圧を測定
し、ワイヤが母材と接触しているか否かを検出する回路
を設け、ワイヤが母材と接触していない時にはワイヤへ
の電流出力の半波のピーク値を零にしてワイヤに通電を
行わないよう制御する回路を設けたことを特徴とするホ
ットワイヤＴＩＧ溶接電源。