JPH0441075A - アーク溶接装置 - 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〕 この発明はアーク溶接装置に関し、特に電源に３相交流
電源を用いた単相アーク溶接装置に関するものである。

〔従来の技術〕

アーク溶接装置は、一般に大電流を必要とするため、磁
束漏洩方式及びリアクトル方式の２種類の電源方式が採
用されている。

前者はトランスとして磁気漏れ変圧器を用いたもの、ま
た後者はトランスの２次側とアーク電極によって構成さ
れる放電回路に直列に可飽和リアクトルを挿入したもの
であり、各方式はいずれも急峻に高電圧に立上り、その
後電圧が急激に降下する、アーク溶接時における垂下特
性に合致した出力特性を得るようにしている。また最近
は複雑で高価なインバータ方式が多く採用されて来た。

［発明が解決しようとする課題］ しかしながら、いずれの方式においても電源として２０
０ｖ単相の交流電源を使用しているため、２次側にて交
流脈動の影響を受けやすく、特に交流の正弦波の０点付
近で不安定となりやすく、このためアークを維持するた
めに溶接棒と溶接物との間の距離を適度に保持し、かつ
溶接棒の運棒調整等、溶接作業に非常な熟練を要してい
た。

また、大型の溶接を行うためには、前記トランス、リア
クトルの容量を大としなければならず、このため無効電
力も増大し、特にリアクトル方式においてはりアクドル
そのものに電圧を取られ、力率が低下し、電源不平衡を
起こすなどの問題が生じていた。

この発明は上記のような従来の問題点を解消するために
なされたもので、３相交流電源を用いて従来より高い周
波数でかつ垂下特性を持つ単相出力を得、これを用いて
アーク溶接を行うことにより、トランスの小型、軽量化
を達成でき、かつアーク溶接の可能範囲を拡大し安定し
た溶接を行うことのできるアーク溶接装置を得ることを
目的としている。

〔課題を解決するための手段〕

この発明に係るアーク溶接装置は、３相交流電源と、３
相交流の供給を各相の約１２ｏ゜〜１８０°前後の範囲
のみ行うよう制御する位相制御回路と、１次側に３つの
１次コイルを、２次側に１つの２次コイルを巻回した鉄
芯を有し、上記３つの一次コイルが上記位相制御回路を
介して３相交流電源に接続された変圧部とを備え、単相
交流を出力する電源装置を用い、該電源装置の単相出力
を溶接電極と被溶接材との間または被溶接材間に印加す
るようにしたものである。

〔作用〕

この発明においては、３相交流を単相交流に変換し、し
かもその出力が３倍周波で鋸歯状波であるような、上記
構成の電源装置を用いてアーク溶接を行うようにしたか
ら、従来の単相６０サイクルに比し、その３倍周波で溶
接を行うことができる。しかも得られる電源出力波形は
アーク溶接の垂下特性に相似しており、従来のりアクド
ル方式に比しリアクトルが不要ないしは小さいものでよ
く、リアクトルによる力率の低下も生じない。

［実施例］ 以下この発明の一実施例を図について説明する。

第１図（ａ）はこの発明の一実施例によるアーク溶接装
置を示す。図において、１，２．３は３相交流電源、４
は３相交流電源の供給を各相の１２０゜〜１８０°の範
囲のみ行うよう制御する位相制御回路、９は１次側に３
つの１次コイル５，６．７を、２次側に１つの２次コイ
ル８を巻回した薄鉄板の積層体からなる鉄芯を有する変
圧器、１２はアース、１００は上記位相制御回路４及び
変圧器９からなる電源装置である。また３００はアーク
溶接を行う溶接部であり、これは２次コイル８に接続さ
れた溶接電極１０と、２次コイル８のアース端１２に接
続された被溶接材１１とからなり、１３はアークである
。

第１図（ｂ）は上記位相制御回路４の詳細を示し、図中
２０ａ、２０ｂ、２０ｃはサイリスタ、２１は３相交流
の各相の正弦波の零クロス点を検出する零クロス点検出
器、２２ａ、２２ｂ、２２ｃは該零クロス点検出器２１
の出力を受け、各相のサイリスタ２０ａ、２０ｂ、２０
ｃの点弧角を調整する位相調整器である。

次に動作について説明する。

３相交流電源１，２．３より変圧部２００の３相コイル
５，６．７への通電は、位相制御器４によって制御され
、第２図に示すように第１．第２゜第３のコイル５，６
．７にはそれぞれ各相の交流正弦波形ｘ、ｙ、ｚの位相
角１２０度〜１８０度の範囲（ＸについてはＣとｆ、Ｙ
についてはｂとｅ、　　Ｚについてはａとｄ）内におい
てのみ通電が行われ、それ以外の時間は各コイルは開放
状態である。

このようにして３相のコイル５，６．７に順次通電が繰
り返されると、鉄芯内には第２図（ｂ）、　（Ｃ）から
分かるように３倍周波の垂下特性を持った磁束が誘導さ
れ、これにより２次コイル８には同じく第２図（ｂ）に
示すような鋸歯状の３倍周波の電流が誘導される。

そして、この鋸歯状の３倍周波の電流が溶接部３００の
溶接電極１０に印加され、被溶接材１１との間でアーク
１３を発生し、アーク溶接が行われる。この際、以下に
述べる効果が得られる。

■　上記のように２次側の単相出力としては、１次側の
３相交流の３倍の周波数、すなわち６０サイクルに対し
１８０サイクルが得られるので溶接速度が従来の３相／
単相変換装置を用いた場合に比べて３倍になる。同じ速
度のときは、溶接のビートが、第３図（ａ）に示す従来
のものに比し第３図（ｂ）のように３倍細やかになる。

このように溶接の品質を向上できる。

■　従来の３相／単相変換電源装置では、得られる単相
出力は正弦波であるが、本発明により電源出力値には急
峻に高電圧に立上り、これから垂下状に零となり、また
急峻に立ち上がるという鋸歯状波が得られるため、アー
ク溶接時にアークが出やすくかつ安定したアークが得ら
れる。

すなわち、本電源装置は本質的に垂下特性を持った電源
となっており、溶接には極めて好都合である。

■　本発明の電源は上述のように垂下特性を備えたもの
であるので、この垂下特性を得るために従来一般に使用
されている漏洩磁束型の装置または、第４図に示すよう
な可飽和リアクトルＬ等を用いる必要がなく、これに伴
う損失や力率の低下を生ずることがない。

■　また、得られる周波数が３倍となるので、変圧器が
小型となり、重量が従来の１／３で済み、このように大
変小型軽量となる。また構造が簡単で小型軽量となるの
で、製造コストも大幅に低減できる。

■　また、従来の装置では無負荷電圧が６０Ｖ〜１００
Ｖ必要であったが、本発明では３５Ｖ〜５５Ｖで済み、
安全であるとともに取扱いも簡単で技術の熟練を必要と
せず、かつロボット化や自動化も容易である。

■　１相の交流正弦波形の点弧角を１２０度を中心に前
後に適当に調整することにより、アークの強さを大きく
調整することができる。

つまり、コンピュータによる自動制御を行うことによっ
て従来の商用周波数よりも微細な調整が可能となり、大
きな溶接安定性が得ることができる。

■　また、小型軽量でかつアークが安定しているので、
これをロボットに搭載することにより大型厚板のアーク
溶接を行うことができる。すなわち、同じ重量で従来の
３倍の溶接能力を発揮できる。

■　また、大型のアーク溶射に利用することかできる。

また本発明に用いた電源を複数使用することにより、そ
の３倍周波の鋸歯状波電流の特性によって異種金属の同
時溶射、つまり合金溶射を行うことが可能である。

■　ロボットに直付することにより、ワイヤーの振り回
しがなく直線型の溶接棒を使用でき、また、超鋼や太径
の溶接棒で溶着または肉盛をすることができる。

■　また、通常のアーク溶接棒でな（ｍｉｇ溶接に本発
明に用いた電源を採用すると溶接速度を３倍に上げるこ
とができる。

または、２倍余りの断面をもつ溶接ワイヤーを使用する
ことができる。

■　溶接能力が大幅に向上するので同−ＫＶＡでも太い
溶接棒や太いフラックス入りワイヤーが使用できる。

＠　溶接ワイヤーに本発明で用いた電源の電圧を印加し
、ワイヤーを抵抗加熱すれば３倍周波の鋸歯状波のため
加熱効果が大きく、かつ加熱ムラが起こらないので、ス
パッターが少なく良質安定のアーク？容接や肉盛を得る
ことができる。

■　サブマージ溶接やエレクトロスラグ溶接等に本発明
で用いた電源を利用すれば、３倍周波の鋸歯状波ＮＴｔ
ｆｌ力の詩作用により巻き込みやピンホール等の不良箇
所の少ない溶接を効率よく得ることができる。

［相］　第６図（ａ）〜（ｅ）のように２つの被溶接物
１１ａ〜ｌｉｅに２次コイルの３倍周波鋸波形の電圧を
印加し、その周辺を不活性雰囲気とし、かつ金属粒等で
点弧し易いようにするか、高周波でギャップのあるまま
点弧することによって、大径の被溶接物を一挙にアーク
溶接することができる。このとき鍛圧又は振動加圧を行
うと更によい。

次に本発明の第２の実施例について説明する。

第５図（ａ）は本発明の第２の実施例によるアーク溶接
装置を示し、この実施例は上記第１の実施例において第
３相を常に開放としたものである。この実施例において
は第１相及び第２相を約１２０゜〜約１８０°間で点弧
すると、得られる波形は第５図（ｂ）のような波形とな
り、−周期において＋側及び−側にそれぞれ所定間隔を
おいて２個の鋸歯状波が得られることとなる。つまり３
相６０サイクルの電源入力に対し、単相６０サイクルで
ありながら１秒間に２４０個の鋸歯状波が得られること
となる。

このように第１組及び第２相のみを約１２ｏ。

〜約１８０°で位相制御すれば、２次側に上記のような
６０サイクルの鋸歯状波が得られるので、１８０サイク
ルの鋸歯状波よりもリアクタンス損失が少なく、それだ
け加熱エネルギーが増大することとなる。具体的には、
懐の深い溶接、つまり変圧部からかなり離れた位置での
溶接が可能となる。またこの場合、溶接電流の波形は、
＋側及び側に中休み期間を持つ波形となっており、鋳物
等の急激に温度上昇を行ってはならないものの溶接に便
利である。

なおこの第２の実施例では、位相制御回路を第１相及び
第２相のみ点弧するよう構成したが、その代わりに変圧
器を１次側に第１相と第２相の２つのコイルのみ有する
構成としてもよい。

また１次及び２次コイルの数は、上記各実施例で示した
ものに限定されず、それらの倍数にしてもよい。

また上記説明では、各相の点弧開始時期が約１２０°で
、溶接電流波形の鋸歯状波が第２図（ｂ）のような形状
である場合を示したが、点弧開始時期を１００°程度に
すれば、鋸歯状波の立ち上がり位置がより前方となり、
かつ立上り波形の上端頭部が丸みを帯びた溶接電流波形
を得ることができ、溶接の用途によってはこのような波
形の溶接電流が有利となる。また溶接電極は上述のよう
に１つに限られるものではなく、多数あっても差し支え
ない。

〔発明の効果〕

以上のようにこの発明によれば、３相交流電源と３相交
流の供給を、例えば各相の約１２０゜〜１８０°前後の
範囲のみ行うよう制御する位相制御回路と、１次側に３
つの１次コイルを、２次側に１つの２次コイルを巻回し
て鉄芯を有し、上記３つの１次コイルが上記位相制御回
路を介して３相交流電源に接続された変圧部とを備え、
単相交流を出力する電源装置を用い、アーク溶接を行う
ようにしたので、出力として３倍周波の鋸歯状波形が得
られ、トランスの小型、軽量化を達成でき、かつ安定し
たアーク溶接を行うことができる効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の一実施例によるアーク溶接装置を示
す図、第２図は該装置の電源の出力波形を説明する図、
第３図は該アーク溶接装置の動作を説明する図、第４図
は従来の可飽和リアクトルを用いたアーク溶接装置を示
す図、第５図はこの発明の第２の実施例によるアーク溶
接装置を示す図、第６図は本発明のアーク溶接装置によ
って被溶接材同士を溶接する場合を示す図である。 図において、１，２．３は３相交流電源端子、５．６．
７は１次コイル、８は２次コイル、９は変圧器、１０は
溶接電極、１１は被溶接材、１２はアース、 ３はアーク、 ００は電源装置、 ００は溶接部である。 なお図中同一符号は同−又は相当部分を示す。

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. （１）３相交流電源と、 ３相交流の供給を各相ごとに点弧制御する位相制御回路
   と、 １次側に３相の１次コイルを、２次側に単相の２次コイ
   ルを巻回した単相鉄芯を有し、上記３相の１次コイルが
   上記位相制御回路を介して３相交流電源に接続された変
   圧部とを備え、単相交流を出力する電源装置を有し、 該電源装置の単相出力を溶接電極と被溶接材との間、あ
   るいは被溶接材間に印加するようにしたことを特徴とす
   るアーク溶接装置。
2. （２）請求項１記載のアーク溶接装置において、上記変
   圧部は１次側に３つの１次コイルを、２次側に１つの２
   次コイルを有するものであることを特徴とするアーク溶
   接装置。
3. （３）請求項２記載のアーク溶接装置において、上記位
   相制御回路は３相交流の供給を各相の約１２０゜〜約１
   ８０゜の範囲のみ行うよう制御するものであることを特
   徴とするアーク溶接装置。
4. （４）請求項２記載のアーク溶接装置において、上記位
   相制御回路は第１相及び第２相をそれぞれ約１２０゜〜
   約１８０゜の範囲で点弧し、第３相を点弧しないもので
   あることを特徴とするアーク溶接装置。
5. （５）請求項１記載のアーク溶接装置において、上記変
   圧部は１次側に２つの１次コイルを、２次側に１つの２
   次コイルを有するものであり、上記位相制御回路は３相
   交流の供給を各相の約１２０゜〜約１８０゜の範囲のみ
   行うよう制御するものであることを特徴とするアーク溶
   接装置。