JPH0428470B2 - - Google Patents

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JPH0428470B2
JPH0428470B2 JP58186998A JP18699883A JPH0428470B2 JP H0428470 B2 JPH0428470 B2 JP H0428470B2 JP 58186998 A JP58186998 A JP 58186998A JP 18699883 A JP18699883 A JP 18699883A JP H0428470 B2 JPH0428470 B2 JP H0428470B2
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Takeshi Kagawa
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Toshiaki Takuwa
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    • B23K9/00—Arc welding or cutting
    • B23K9/10—Other electric circuits therefor; Protective circuits; Remote controls
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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    • B23K9/12—Automatic feeding or moving of electrodes or work for spot or seam welding or cutting
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    • B23K9/123—Serving also as contacting devices supplying welding current to an electrode
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Plasma & Fusion (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
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Description

【発明の詳細な説明】
この発明にはホツトワイヤTIG溶接装置に係
り、特に溶接条件の変化に係りなく常時良好な溶
接を行うことのできる装置に関する。 第１図に、ホツトワイヤTIG溶接法として一般
的に用いられている機器の回路構成を示す。 タングステン電極１と母材２に直流溶接用のア
ーク電源３を接続し、アルゴンシールドガス中で
タングステン電極１を負極としてアーク４を形成
する。溶接ワイヤ５はワイヤ送給装置６からコン
ジツト７およびそれと連結されたコンタクトチツ
プ８を通つて、アーク発生部に導かれて母材２と
接触する。この場合コンタクトチツプ８と母材２
間にワイヤ電源９を接続し、直流あるいは交流電
流をワイヤ５に流してジユール発熱させ、それに
よりワイヤ５の溶融速度を高めている。 上記溶接法において室温状態のワイヤを加熱し
て溶融させるのに必要な熱量は、付随して発生す
る熱損失が比較的に小さいとして無視すれば、例
えば軟鋼の場合1.270J／ｇのように、材質によつ
て定まる物性値である。従つて、ワイヤ送給速度
が設定されれば、それを溶融するに必要な熱量は
対応して定まることになる。このためワイヤ送給
速度に見合つた一定電力を供給するような定電力
型のワイヤ電源とすることが理想であるが、ころ
までは具体的な装置化が困難として実際に検討さ
れることなく、定電圧型の電源がワイヤ電源とし
て用いられてきた。 即ち、従来のホツトワイヤTIG溶接では、ワイ
ヤ送給速度に見合つた一停電圧を定電圧型のワイ
ヤ電源により印加することで制御が行なわれてい
たが、その時のワイヤ部における発熱量は （印加電圧）2÷（抵抗値） ということになる。 ワイヤの抵抗値はワイヤ材質、ワイヤ直径のほ
か、ワイヤ送給速度および突き出し長さ（コンタ
クトチツプ先端から母材に接触するまでのワイヤ
の長さ）によつて変る。ことに実際の溶接時に
は、溶接トーチの微動、ねじれのほか、母材上の
先置ビードの高さ変化やコンタクトチツプ内にお
けるワイヤとの接触通電点の変動などのため、実
効的なワイヤ突き出し長さは常に変動し、この結
果ワイヤ抵抗値も変動することになる。 このワイヤ抵抗値の変動、また印加電圧の設定
誤差などにより、実際の発熱量と要求される発熱
量との間に差を生じる。この差が小さい時には、
ワイヤ先端が溶融池に入り溶融進行して行く場所
が変化したり、ワイヤ先端部の高温軟化部で塑性
変形を生じたりして補なわれ、問題を生じない
が、ここでの裕度を越えると、ワイヤ先端が母材
に強く突きささる形で当つたり、逆にワイヤ送り
速度不足となつてワイヤ先端が母材から離れてア
ークを形成したりするなどして、溶接作業を安定
して行なうことができなくなる。このような事態
は、ことにワイヤ送給速度が20ｇ／min以上など
と高速になるに従つて非常に生じやすくなるもの
であつた。 また一方、ホツトワイヤTIG溶接では、ことに
ワイヤ通電々流を大きくすると、アーク電流との
間に磁気干渉を生じ、いわゆる磁気吹きによるア
ークの乱れによつて溶接困難となることが知られ
ている。その対策として、アークとワイヤへの通
電々流を第２図に示すように交互に切換える方法
が実施されている。即ちアークのピーク電流期間
T1にはワイヤ電流は流さず、アーク電流を非常
に低くしたベース電流IAB期間T3にワイヤ電流IWP
を通電し、実質的に磁気吹きをなくそうとするホ
ツトワイヤ・スイツチングTIG法が具体化される
ようになつた。 ところが、このようなホツトワイヤ・スイツチ
ングTIG法においては、実際には大容量トランジ
スタを用いたドロツパ方式の電源あるいはやはり
大容量トランジスタを用いたスイツチングレギユ
レータ方式の電源が用いられ、電源自体が高価か
つ大型となる問題が生じた。そして、このような
高級化された電源を用いても、現実にはワイヤ送
給速度とワイヤ加熱用の出力電圧を単に比例的に
関連づけ、ワイヤ加熱用の電圧を一定に保つとい
う程度の制御方法を採用しているために、ワイヤ
の突き出しの長さ、アーク電流やワイヤ電流のス
イツチング周波数、ピーク値、通電期間などを被
溶接物に対応して広範囲にわたつて変化させる
と、ワイヤ送給速度とワイヤ電流の自動的な調整
が達成できず、結局溶接中に手動で再調整せざる
を得ないと言う状況にあつた。 この発明は上述した問題点に鑑み構成したもの
であり、広範囲の溶接条件の変化に対しても十分
に対応でき、常時安定した溶接を行うことのでき
るホツトワイヤTIG溶接装置を提供することを目
的とする。 要するにこの発明は、ホツトワイヤTIG溶接を
行う装置において、ホツトワイヤ加熱電力を検出
するワイヤ加熱電力検出部と、ホツトワイヤ送給
速度を制御するワイヤ送給速度制御部と、ホツト
ワイヤ加熱用の電力を制御するワイヤ加熱電力制
御部と、前記ワイヤ送給速度制御部からのワイヤ
送給速度比例電圧とワイヤ物性値より求めるワイ
ヤ定数補正電圧（PD）と、前記ワイヤ加熱電力
検出部からのワイヤ加熱瞬時電力比例電圧（Ｐ）
より求めるワイヤ加熱平均化電力比例電圧（PM）
とを求め比較する比較部を設け、前記ワイヤ送給
速度制御部及び前記ワイヤ加熱電力制御部のうち
一方の制御部の変化に対し、前記比較部の出力信
号を他方の制御部に出力するように構成したこと
を特徴とするホツトワイヤTIG溶接装置である。 以下この発明の実施例を詳細に説明する。 第３図はこの発明の第１の実施例を示す装置の
作動工程を示すフローチヤートである。 ホツトワイヤTIG溶接においては、基本的には
作業者は母材の溶融状況をTIGアーク電流を調整
することで制御し、溶着金属量はそれとは独立し
てホツトワイヤの送給速度とホツトワイヤへの印
加電圧あるいは通電々流とを調整することで自在
に制御することになる。即ちアーク電流と溶着金
属量（ワイヤ送給速度）とは独立した因子であ
る。 実際には可変速のワイヤ送給モータの速度を作
業者がボリユウムなどで手動設定したり、あるい
はプログラム化されたワイヤ送給速度制御出力に
よつて、被溶接物の状況に適応したワイヤ送給速
度Ｆが指定２０される。その指示に従いワイヤ送
給モータの回転速度が制御２１され、回転計など
により供給速度に比例した電圧VFが検出２２さ
れる。あるいは、回転計を用いずにワイヤ送給速
度指定の信号から直接送給速度比例電圧VFＦを
対応づけさせてもよい。 次に、ワイヤ径のみならず、ワイヤの固有抵抗
および溶融に至るまでに必要な入熱量などワイヤ
の物性値に関する補正が必要で、これを先の送給
速度比例電圧VFに掛けて補正２３を加えて、必
要となる電力に比例した電圧PDを出力させる。 一方、ワイヤ加熱電源２８からコンタクトチツ
プと母材間に電圧VWを印加するのであるが、ワ
イヤ抵抗２４に応じてワイヤ電流IWが流れる。こ
のワイヤ電圧VWと分流器などで検出したワイヤ
電流IWとを乗算器に入力してその積としてのワイ
ヤ加熱瞬時電力に比例した電圧Ｐを形成２５す
る。そして瞬時電力比例電圧を時定数をもつた平
均化回路２６に入れ、ワイヤ加熱平均化電力比例
電圧PMとし、このPMと先のワイヤ溶融のために
必要とされる電力量の情報としての電圧PDとを
比較２７し、その差をワイヤ加熱電源２８出力電
圧へフイードバツク２９して制御し結果としてワ
イヤ送給速度に見合つたワイヤ加熱入力が自動的
に保持される。 なお、ワイヤ加熱入力の検出にはワイヤ電流に
よる磁界とワイヤ端子電圧をホール素子（ホール
効果を生じさせるための素子、ここではホール効
果とは板状の細長い導体のＸ方向に電流Ｉを流
し、Ｉに垂直な磁場Ｈを作用させると、Ｉ，Ｈに
垂直なＹ方向に起動力を生じる効果を言う）に印
加することにより、ホール素子によつて直接に瞬
時電力に比例した電圧を出力し、それを平均化し
て比較のため出力の電圧PMとすることもできる。 第４Ａ図はこの発明による装置を示す。通常の
TIGアーク発生に用いられている定電流特性の電
源１０，１１と大電流スイツチング素子としてゲ
ートターンオフサイリスタGTO１，GTO２およ
び上述した制御回路を有するワイヤ加熱制御装置
１２を組み合せ用いて、ホツトワイヤスイツチン
グ溶接装置用電源を構成したものである。 アーク４維持のためのベース電流IAB（第４Ｂ図
参照）を電源１０に設定し、それに重畳する形で
アークのピーク電流IAPを電源１１に設定する。
D1は電源１０とワイヤ通電回路とを隔離するた
めの逆流防止ダイオードである。またワイヤ送給
装置６から検出されたワイヤ送給速度VFに見合
つた形で、ワイヤ加熱制御装置１２内で参照電圧
PD（第３図参照）を形成する。溶接のアークのピ
ーク電流通電期間中はゲートターンオフ・サイリ
スタGTO１およびGTO２共にoff，ベース電流期
間に入るとまずGTO１がONし、アーク４のピー
ク電流を構成していた電流がワイヤ５へと流れ
る。この間のワイヤ電流IWとワイヤ電圧VWを
検出し、１パルス通電あたりのワイヤ加熱電力量
PMが参照電圧PDにもとづいて指示された値に
達したときにGTO１をoffし、これと同時にGTO
２をonし、ワイヤ電流IWを０にする。その後
GTO２もoffし、再びピーク電流通電期間に入
る。なお図中G1，G2はゲートである。 表１はこのようにして構成した実機溶接装置に
おいて実施した溶接作業の溶接条件の一例でワイ
ヤ送給速度０〜40ｇ／minの間の任意の値に変化
させても、その間に何ら調整をする必要もなく、
いわゆるワイヤ送給速度とワイヤ電流の一元調整
を行なうことが確認できた。 またワイヤ径を1.6mmに変更しても、または材
質をステンレス鋼に変更したときにもそれぞれ、
最初にテストアークを出して、ワイヤ加熱制御装
置に設けられたワイヤ定数補正つまみを最適値と
なるように一度調整しなおすだけで他に何らの調
整も必要としなかつた。 また以上のホツトワイヤスイツチングTIG
【表】 溶接を実施した際、ワイヤ加熱平均化電力比例電
圧PMを求めるのに、スイツチング周期の３倍以
上の時定数で平均化を行うと、ワイヤ送給が平滑
に行なわれることも確認できた。 第５図は他の実施例でTIG溶接に常用されてい
るSCR（シリコン制御整流器）制御による定電流
特性電源１３をアーク用電源として用いSCRの
ゲート位相制御により10Hz以下程度でアーク電流
のピーク、ベース電流スイツチングを行なう一
方、定電圧電源をワイヤ加熱電源１４として用
い、アークのベース電流期間中にゲートターンオ
フサイリスタGTO3をワイヤ加熱制御装置１２で
制御して、ワイヤ加熱電力を制御し、ホツトワイ
ヤ・スイツチングTIG溶接を行なうものである。 第６図はさらに他の実施例で、ワイヤ加熱電力
の平均値を検出し、それに対応してワイヤ送給速
度を制御３０するものである。実際には、作業者
はこの様な制御の結果として現われるワイヤ送給
速度を確認しながらワイヤ電流を制御することに
なるので、結果的には第３図と同様な機能をはた
すことができる。 第７Ａ図は第６図のフローチヤートに基づいて
回路構成を行つたワイヤ通電回路の具体例を示
す。SCRブリツヂ３１でコンデンサＣへの充電
電圧を制御し、ワイヤ加熱は大電流スイツチン
グ・トランジスタTRを一定期間ON状態にして、
コンデンサＣの充電電荷を放電し、その放電電流
でホツトワイヤの加熱を行なうものである。実際
には作業者は充電々圧を制御する形で放電電流
を、つまり結果としてワイヤ加熱電力を制御し、
それに見合つたワイヤ送給が行なわれている。第
７Ｂ図はコンデンサによる放電状態を示す。この
実施例においてはコンデンサ充放電を採用してい
るため、トランスも含めコンデンサまでの回路が
比較的小電流の回路ですみ小型化されるという利
点がある。 以上、この発明の実施例をホツトワイヤスイツ
チングTIG溶接を中心に述べたが、これに限るも
のではなく、ワイヤに連続的に通電する通常のホ
ツトワイヤTIG溶接の制御にも同様に実施可能で
あることは言うまでもない。 この発明を実施することにより、ことに複雑な
制御を要求されるホツトワイヤ・スイツチング溶
接装置などにおいて、安価に構成できる電力検出
および電力制御の弱電回路を充実させることがで
き、ワイヤ加熱電流波形に依存しない制御が可能
となり、大形かつ高価となり易い大電流スイツチ
ング回路の構成を著く安価、小形でかつ実用的に
構成することができる。 また、溶接中に溶接トーチ回りの不安定さから
来る突出しの長さの変動、それによるワイヤの抵
抗値の変動についても自動的に補償される様に作
用するので、溶接作業も非常に安定して行なわれ
るようになつた。 更に、ワイヤ加熱電流とワイヤ送給速度との間
の一元調整が行なわれていることから、溶接作業
者は母材溶融のためのTIGアークの調整と要求さ
れる溶着金属量とを完全に切りはなした感覚で制
御できる様になり、溶接作業自体を容易に実施す
ることができる等種々の効果を発揮する。
【図面の簡単な説明】
第１図は一般に用いられているホツトワイヤ
TIG溶接装置の回路構成の概略図、第２図はホツ
トワイヤ・スイツチングTIG溶接における電流波
形の説明図、第３図は本発明になるワイヤ加熱制
御装置の構成原理を示すフローチヤート、第４図
Ａは第３図のフローチヤートに基づくホツトワイ
ヤ・スイツチングTIG溶接装置の系統図、第４Ｂ
図は第４Ａ図に示す装置の電流波形、サイリスタ
のON，OFF状態を示す説明図、第５図は第２の
実施例を示すホツトワイヤスイツチングTIG溶接
装置の系統図、第６図は第３の実施例を示すフロ
ーチヤート、第７Ａ図は第６図のフローチヤート
に基づいて構成したホツトワイヤスイツチング
TIG溶接装置の系統図、第７Ｂ図は第７Ａ図のコ
ンデンサの放電状態を示す波形図である。 ４……アーク、５……ワイヤ、６……ワイヤ送
給装置、９，１４……ワイヤ電源、１１……アー
ク電源。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 １ ホツトワイヤTIG溶接を行う装置において、
    ホツトワイヤ加熱電力を検出するワイヤ加熱電力
    検出部と、ホツトワイヤ送給速度を制御するワイ
    ヤ送給速度制御部と、ホツトワイヤ加熱用の電力
    を制御するワイヤ加熱電力制御部と、前記ワイヤ
    送給速度制御部からのワイヤ送給速度比例電圧と
    ワイヤ物性値より求めるワイヤ定数補正電圧
    （PD）と、前記ワイヤ加熱電力検出部からのワイ
    ヤ加熱瞬時電力比例電圧（Ｐ）より求めるワイヤ
    加熱平均化電力比例電圧（PM）とを求め比較す
    る比較部を設け、前記ワイヤ送給速度制御部及び
    前記ワイヤ加熱電力制御部のうち一方の制御部の
    変化に対し、前期比較部の出力信号を他方の制御
    部に出力するように構成したことを特徴とするホ
    ツトワイヤTIG溶接装置。 ２ 直接に瞬時電力に比例した電圧を出力し、そ
    れを平均化して前記ワイヤ加熱平均化電力比例電
    圧（PM）とするホール素子を設けたことを特徴
    とする特許請求の範囲第１項記載のホツトワイヤ
    TIG溶接装置。 ３ アーク電流とワイヤ電流とをスイツチングす
    る操作を行う回路と、ホツトワイヤ加熱電力信号
    を検出しかつ平均化する回路とを構成し、このう
    ちホツトワイヤ加熱電力信号を平均化する回路の
    特定数をスイツチング周期の３倍以上としたこと
    を特徴とする特許請求の範囲第１項または第２項
    記載のホツトワイヤTIG溶接装置。
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