JPH0451024Y2 - - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本考案は、インバータ装置の高周波出力にもと
づく直流を消耗電極と母材とが形成する溶接負荷
に供給し、直流アーク溶接を行う消耗電極式直流
アーク溶接機に関する。

〔従来の技術〕

従来のこの種消耗電極式直流アーク溶接機につ
き、第５図及び第６図を用いて説明する。

第５図に示すように、入力端子１，１′の交流
電源がダイオード整流器構成の入力整流器２、平
滑コンデンサ３で整流、平滑されてパワートラン
ジスタ又はGTO構成のインバータ装置４に供給
され、このインバータ装置４の高周波交流が出力
変圧器５の１次巻線５ａに供給される。

この出力変圧器５は、２次巻線５ｂの両端に主
整流器６のダイオード６ａ，６ｂのアノードが接
続されるとともに、２次巻線５ｂの中間タツプ５
に電流検出器７を介して溶接負荷８の母材９が接
続されている。

そして、ダイオード６ａ，６ｂの全波整流で形
成された主整流器６の直流出力が、アーク安定用
の平滑リアクトル１０を介してワイヤ状の消耗電
極１１に供給される。

また、ワイヤ送給装置１２で定速送給される電
極１１と母材９との間の負荷電圧が、溶接電圧と
して電圧検出器１３で検出されるとともに、電極
１１、母材９を流れる負荷電流が、溶接電流とし
て電流検出器７で検出され、両検出器１３，７の
検出出力にもとづき、インバータ制御装置１４が
インバータ装置４を定電圧特性に駆動制御する。

そして、電極１１が母材９に接触して最初の短
絡状態になると、接触抵抗と溶接電流とにもとづ
くジユール熱により、電極１１の先端が溶融され
て溶滴となり、この溶滴が母材９に溶着して電極
１１から離れ、アークが発生してアークスタート
が行われ、アーク再スタートのつぎの短絡状態に
なるまでアーク持続状態に保持され、以降、定常
状態に移行し、アーク再スタートの短絡状態とア
ーク持続状態とが交互にくり返えされる。

ところで、溶接電圧が無負荷電圧になるアーク
スタート時、電極１１が送給され続けて前記の接
触抵抗が次第に減少するため、接触し始めの抵抗
値の大きい間に大電流を供給して十分なジユール
熱を発生しなければアーク発生ミスが生じる。

そして、主整流器６の出力がリアクトル１０で
平滑されて溶接負荷８に供給されるため、主整流
器６の直流出力のみを用いた場合、この直流出力
にもとづく溶接電流が第６図の１点鎖線I₁に示す
ように、アークスタート時に徐々にしか増加せ
ず、アークスタート特性が極めて悪くなる。

そこで、主整流器６とともにサイリスタ構成の
補助整流器１５が設けられ、検出器１３，７の検
出出力にもとづくサイリスタ制御装置１６のトリ
ガ制御により、補助整流器１５のサイリスタ１５
ａ，１５ｂがアークスタート時のみトリガされ
る。

なお、このサイリスタ１５ａ，１５ｂはアノー
ドが出力変圧器５の２次巻線５ｂの両端に接続さ
れ、カソードが限流抵抗１７を介してリアクトル
１０のほぼ電極１１側端部のタツプ１０′に接続
されている。

そして、アークスタート時、サイリスタ１５
ａ，１５ｂの全波整流で形成された補助整流器１
５の直流出力がタツプ１０′を介してリアクトル
１０と電極１１との間に入力され、このとき、第
６図の２点鎖線I₂に示す入力電流と、同図の１点
鎖線I₁の電流とが合成され、溶接電流が実線I₀に
示す立上りの急峻な特性に補正され、アークスタ
ート特性が改善される。

〔考案が解決しようとする課題〕

前記従来の溶接機の場合、補助整流器１５がサ
イリスタ１５ａ，１５ｂで形成されているため、
インバータ制御装置１４とともにサイリスタ制御
装置１６を要し、制御構成が複雑化する。

また、サイリスタ１５ａ，１５ｂのような電力
用のサイリスタは、一般に動作速度が遅く、高速
動作するものは極めて高価である。

そのため、インバータ装置４の作動周波数がサ
イリスタ１５ａ，１５ｂの動作速度の制約を受
け、インバータ装置４の動作周波数を高くして電
源効率を高めることができず、しかも、補助整流
器１５の入力電流の特性は、実際には、第６図の
２点鎖線I₂の特性より劣化する。

さらに、インバータ装置４が定電圧特性に制御
される場合、アークスタート時、アークが発生す
るまで溶接電流が増加し続け、とくに、溶滴が母
材９に溶着するときの電流が必要以上に大きくな
り、スパツタ等が発生して良好な溶接が行えなく
なり、しかも、サイリスタ１５ａ，１５ｂに電流
容量の大きなものを使用する必要があり、補助整
流器１５が大型化する。

すなわち、従来のこの種溶接機においては、良
好なスタート特性を得ることができず、しかも、
インバータ装置４の動作周波数が低く、その上、
大型の補助整流器１５及びサイリスタ制御装置１
６を要し、低価格化及び小型化、軽量化が図れな
い問題点がある。

本考案は、インバータ装置の動作周波数の従来
の制限を解消し、安価かつ小型、軽量な構成で良
好なアークスタート特性が得られる消耗電極式直
流アーク溶接機を提供することを目的とする。

〔課題を解決するための手段〕

前記目的を達成するために、本考案の溶接機
は、交流電源を整流する入力整流器と、この整流
器の整流出力を交流に変換するインバータ装置
と、この装置の出力が１次巻線に供給される出力
変圧器と、この変圧器の２次巻線の出力を整流す
る主整流器と、この整流器の整流出力を平滑して
消耗電極と母材が形成する溶接負荷に供給するア
ーク安定用の平滑リアクトルと、高周波ダイオー
ドからなり前記出力変圧器の２次巻線の出力を整
流した直流電流を前記平滑リアクトルと前記溶接
負荷との間に入力する補助整流器と、アークスタ
ート時の初期に前記インバータ装置の出力をアー
ク発生後の電流より小電流に制限するインバータ
制御装置とを備える。

〔作用〕

前記のように構成された本考案の溶接機の場
合、補助整流器が高周波ダイオードで形成される
ため、補助整流器の動作速度がサイリスタ構成の
場合より速くなり、インバータ装置の動作周波数
の制限が解消されるとともに、補助整流器の出力
電流が立上りが急峻になり、しかも、従来のサイ
リスタ制御装置のような補助整流器用の制御装置
が不要になり、その上、インバータ制御装置の電
流制限により、アークスタート時の初期のインバ
ータ装置の出力が不必要に大電流にならず、高周
波ダイオードに比較的容量の小さなもを用いて補
助整流器が形成され、安価かつ小型、軽量な構成
で良好なアークスタート特性が得られる。

〔実施例〕

１実施例について、第１図ないし第４図を用い
て以下に説明する。

第１図において、第５図と同一記号は同一のも
のを示し、１８は第５図のサイリスタ１５ａ，１
５ｂの代わりに高周波ダイオード１８ａ，１８ｂ
を用いて形成された補助整流器であり、両ダイオ
ード１８ａ，１８ｂのカソードが限流抵抗１９を
介して平滑リアクトル２０のほぼ電極１１側端部
のタツプ２０′に接続されている。

２１は第５図のインバータ制御装置１４に相当
するインバータ制御装置であり、第２図に示すよ
うに、電流設定器２２、電圧設定器２３、誤差増
幅器２４，２５、弁別器２６、タイマ２７，２８
及び制御出力回路２９、駆動回路３０からなる。

なお、限流抵抗１９の抵抗値は第５図の限流抵
抗１７より大きく設定され、平滑リアクトル２０
の容量は第５図の平滑リアクトル１０より小さく
設定されている。

また、制御出力回路２９は、ゲート回路、演算
器の組合せ回路あるいはマイクロコンピユータか
らなる。

そして、電極１１が母材９に接触し始めて最初
の短絡状態になると、制御装置２１はインバータ
装置４を定電流出力に制御し、電極１１の溶滴が
母材９に溶着する直前までのアークスタート時の
初期期間Tdに、溶接電流をアークスタート後の
電流Iaより小電流Ibに制限する。

このとき、インバータ装置４の出力が変圧器５
を介して供給される補助整流器１８は、ダイオー
ド１８ａ，１８ｂが従来のサイリスタ１５ａ，１
５ｂより高速動作し、第６図の入力電流に相当す
る第３図の２点鎖線I₂′の立上りの急峻な注入電
流を平滑リアクトル２０のタツプ２０′に供給す
る。

また、平滑リアクトル２０の容量が従来のリア
クトル１０より小さいため、主整流器６の直流出
力の電流も、第３図の１点鎖線I₁′に示すように、
同図の破線の従来の特性より立上りが急峻にな
る。

そのため、アークスタート初期に電極１１、母
材９を流れる溶接電流は、第６図の実線I₀に相当
する第３図の実線I₀′の立上りの急峻な特性にな
り、この急峻な特性の必要量の電流によつて十分
なジユール熱が発生し、アーク発生直前に電極１
１の先端に安定に溶滴が形成され、良好なアーク
スタートが行われる。

つぎに、制御装置２１の制御動作について説明
する。

制御装置２１は、アークスタート時及びアーク
再スタートをくり返す定常時のアーク特性等を向
上するため、アークスタート時及び定常時の短絡
期間において、前記の初期期間Td経過後からア
ーク持続状態に移行するまでの微小期間に、制御
電流値を変更してインバータ装置４の出力を大電
流Iaの定電流に制御する。

さらに、アーク持続状態に移行してつぎの短絡
状態になるまでのアーク期間に、溶接電圧が徐々
に減少するように、インバータ装置４の出力を電
圧制御する。

すなわち、電極１１が母材９に接触し始めて最
初の短絡状態になると、無負荷電圧の検出にもと
づき、弁別器２６により短絡発生が判別され、弁
別器２６の出力信号によりタイマ２７が作動し、
電極１１の送給速度等を考慮して設定された期間
Tdがカウントされるとともに、電流設定器２２
の小電流Idの設定出力と電流検出器７の検出出力
にもとづく誤差増幅器２４の誤差出力が制御出力
回路２９の入力として選択され、電極１１、母材
９を流れる溶接電流が小電流Idになるように、制
御出力回路２９が駆動回路３０を介してインバー
タ装置４を定電流出力に制御する。

さらに、期間Tdが経過すると、電流設定器２
２の設定出力が大電流Iaの設定出力に切換わり、
この結果、インバータ装置４が大電流Iaの定電流
出力に制御され、アーク発生によつて溶接電圧が
前記の無負荷電圧より低いアーク発生電圧Vaに
達するまでの微小期間だけ、溶接電流が大電流Ia
に定電流制御される。

そして、電極１１の先端の溶滴が母材９に溶着
し、溶接電圧が前記のアーク発生電圧Vaになる
と、弁別器２６によりアーク発生が判別され、弁
別器２６の出力信号によりタイマ２８が作動し、
予め設定されたアーク安定保持期間Taがカウン
トされるとともに、電圧設定器２３のアーク安定
用の設定出力と電圧検出器１３の検出出力とにも
とづく誤差増幅器２５の誤差出力が制御出力回路
２９の入力として選択される。

このとき、制御出力回路２９は、入力された誤
差出力にもとづき、溶接電圧が所定の変化率θ₁で
減少するように、インバータ装置４の出力を電圧
制御し、この抑制にもとづく溶接電圧の減少によ
り、電極１１の燃え上がりが抑えられてアーク長
の伸長が制御され、アーク長が早期に正常化して
アークの安定化が図られる。

さらに、前記の期間Taが終了すると、電圧設
定器２３の設定出力がさらに低圧に切換わるとと
もに、制御装置２９により、アーク再生のつぎの
短絡状態になるまで、溶接電圧が所定の変化率θ₂
（＞θ₁）で減少するように、インバータ装置４の
出力が電圧制御され、この結果、アーク期間から
アーク再スタートのつぎの短絡状態の期間に移行
する際に、アーク長が徐々に縮まり、アーク発生
時の溶滴の遊動が一層確実に防止される。

そして、前記の変化率θ₂で溶接電圧がアーク再
生の低電圧に達し、つぎの短絡状態になると、弁
別器２６がアーク再スタートの短絡発生を判別し
てタイマ２７を作動して前述の動作をくり返し、
以降の定常時の溶接電流、溶接電圧は第４図ａ，
ｂに示すように変化する。

なお、アーク再スタートがくり返される定常時
は、溶接電圧がアークスタート時のように高くな
く、短絡状態になつても、補助整流器１８からの
入力電流は、例えば主整流器６からの電流の1/30
〜1/200にしかならず、アークスタート後に補助
整流器１８を切離すことなく、補助整流器１８が
アークスタート時のみ有効に動作する。

したがつて、補助整流器１８が従来のサイリス
タ構成の補助整流器１５より小型で高速動作し、
インバータ装置４の動作周波数を高周波ダイオー
ド１８ａ，１８ｂの動作速度に相当する高い周波
数まで高くすることができ、従来の制限が解消さ
れ、しかも、インバータ装置４の動作制御のみを
行えばよく、従来のサイリスタ制御装置１６のよ
うな補助整流器用の制御装置が省けるとともに、
平滑リアクトル２０が小型化され、安価かつ小
型、軽量な構成で良好なアークスタート特性が得
られる。

さらに、インバータ制御装置２１により、少な
くともアーク発生前、後の微小期間、溶接電流を
大電流Iaに保持することにより、母材９の十分は
入熱が確保されて母材９の溶け込み不足が防止さ
れ、アーク期間に溶接電圧を徐々に減少すること
により、アークの安定化等が図れ、美麗な溶接ビ
ートが得られ、溶接の仕上りが向上する。

なお、アークスタート後の定常時のインバータ
制御装置２１の制御は実施例に限定されるもので
はない。

また、前記実施例では従来より小容量の平滑リ
アクトル２０を用いてアークスタート特性の改善
及び小型化、軽量化の効果を高めるようにした
が、従来の平滑リアクトル２０を用いてもよい。

〔考案の効果〕

本考案は、以上説明したように構成されている
ため、以下に記載する効果を奏する。

補助整流器が高周波ダイオードで形成されるた
め、補助整流器の動作速度がサイリスタ構成の場
合より速くなり、インバータ装置の動作周波数の
制限を解消することができるとともに、補助整流
器の出力電流の立上りが急峻になり、しかも、従
来のサイリスタ制御装置のような補助整流器用の
制御装置が不要になり、その上、インバータ制御
装置の電流制限により、アークスタート時の初期
のインバータ装置の出力が不必要に大電流になら
ず、高周波ダイオードに比較的容量の小さなもの
を用いて補助整流器を形成することができ、安価
かつ小型、軽量な構成で良好なアークスタート特
性が得られる消耗電極式直流アーク溶接機を提供
することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図ないし第４図は本考案の消耗電極式直流
アーク溶接機の１実施例を示し、第１図は全体ブ
ロツク図、第２図はインバータ制御装置の詳細な
ブロツク図、第３図はアークスタート時の溶接電
流の特性図、第４図ａ，ｂはアーク再スタートが
くり返される定常時の溶接電流、溶接電圧の波形
図、第５図は従来の消耗電極式直流アーク溶接機
のブロツク図、第６図は第５図のアークスタート
時の動作説明用の電圧波形図である。 ４……インバータ装置、５……出力変圧器、６
……主整流器、８……溶接負荷、９……母材、１
１……消耗電極、１８……補助整流器、１８ａ，
１８ｂ……高周波ダイオード、２０……平滑リア
クトル、２１……インバータ制御装置。

Claims (1)

1. 【実用新案登録請求の範囲】 交流電源を整流する入力整流器と、 前記入力整流器の整流出力を交流に変換するイ
   ンバータ装置と、 前記インバータ装置の出力が１次巻線に供給さ
   れる出力変圧器と、 前記出力変圧器の２次巻線の出力を整流する主
   整流器と、 前記主整流器の整流出力を平滑して消耗電極と
   母材が形成する溶接負荷に供給するアーク安定用
   の平滑リアクトルと、 高周波ダイオードからなり前記出力変圧器の２
   次巻線の出力を整流した直流電流を前記平滑リア
   クトルと前記溶接負荷との間に入力する補助整流
   器と、 アークスタート時の初期に前記インバータ装置
   の出力をアーク発生後の電流より小電流に制限す
   るインバータ制御装置と を備えた消耗電極式直流アーク溶接機。