JPH0575511B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、ホツトワイヤTIG溶接に係わり、特
に、実質的にアークの磁気吹きを無くして溶接で
きるようにしたパルス通電加熱ホツトワイヤTIG
溶接装置に関する。

〔従来の技術〕 第３図に、ホツトワイヤTIG溶接法として従来
から一般的に用いられている溶接装置の回路構成
を示す。

TIG溶接トーチ１の中のタングステン電極２と
母材３に直流溶接用のアーク電源４を接続し、ア
ルゴン・シールドガス中でタングステン電極２を
負極としてアーク５を形成する。溶接用の添加ワ
イヤ６はワイヤ送給装置７からコンジツト８およ
びそれと連結されたコンタクトチツプ９を通つ
て、アーク発生部に導かれて母材３と接触させ
る。コンタクトチツプ９と母材３とにワイヤ加熱
電源１０を接続し、直流あるいは交流電流を添加
ワイヤ６に流してジユール熱を発生させ、それに
より添加ワイヤ６の溶融速度を高めている。

ところで、ホツトワイヤTIG溶接では、ことに
ワイヤ通電電流を大きくすると、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
ークの乱れを起こして溶接が困難になることが知
られている。

その対策としては、TIGアークの硬直性を出来
るだけ増すようにアーク電流を出来るだけ高く選
び、またワイヤ加熱電流はアーク電流の1/2以下
とし、そして直流よりも交流電流を用いてワイヤ
加熱するのが良いということが技術常識として知
られ、古くから採用されてきた。しかしワイヤ溶
融速度を増すためにはワイヤ電流を高めねばなら
ないので、適正なアーク電流のもとで、例えば20
ｇ／minのワイヤ溶融速度になつてしまうとアー
ク長を1.5mm以下など極力短く保たないと磁気吹
きを生じてしまうために溶接作業が難しくなつて
しまつていた。

そこで第４図の様にトランス１１の一次側にト
ライアツク１２を入れて、商用周波数の通電電流
を位相制御し、トランス１１の二次側のダイオー
ド１３，１４により全波整流して第５図の様なパ
ルス波形の電流をワイヤに通電する方法が開発
（特願昭59−113106号特開昭60−257979号公報）
された。このようにワイヤ加熱電流をパルス電流
とし、アークの磁気吹きの起きる期間、即ち、ワ
イヤに実際に電流が流れている期間を極力短くす
ると、アークは瞬間的に吹かれるが直ぐタングス
テン電極２の直下に戻るので、実質的に磁気吹き
による作業性の低下が見られなくなる。

〔発明が解決しようとする問題点〕

第３図のワイヤ加熱電源１０として第４図の電
源回路を用いて溶接する場合に、ワイヤ６と母材
３との接触状態が十分安定して保たれているとき
は、問題を生じない。ところで、溶接の開始時に
はTIGアークを形成して十分アークが安定した
後、ワイヤ送給を開始するのが通常であるが、そ
の時、ワイヤ６がアーク発生部に送給されて来
て、ワイヤ６の先端がアークのプラズマ柱に触れ
ると、タングステン電極２からワイヤ９およびワ
イヤ加熱用トランス１１を介して母材３につなが
り電通されてアークがワイヤ６に引き寄せられ、
ワイヤ先端を溶融・球状化して、円滑な溶接の進
行を妨げる。

それを防止するために、これまではワイヤ送給
開始時には、母材３に接触するまでワイヤ６を急
送に送り、母材接触後に希望する速度に手動で再
調整することなどが行われてきた。しかしスムー
ズな溶接ビード形成の立場から見ると、ワイヤ送
給開始時にはゆつくり送給し始め次第に定常速度
に移行するいわゆるアツプスロープ制御すること
が望ましいのであるが、上述のアークの乱れを防
止する為に実施が困難となつている。また、溶接
進行中にも、ワイヤ６がたまたま過熱されて溶断
し母材３から離れると、同様にしてアークを乱す
ことがしばしば生じた。これらの事から、ワイヤ
６が母材３から離れたときには、ワイヤ６に通電
しない様にすべきと考えるに至つた。

本発明の目的は、上記の問題点、即ちワイヤが
母材と接触していないときにタングステン電極か
らワイヤに電流が流れる事を防止することにあ
る。

〔問題点を解決するための手段〕

上記目的は、本発明によればワイヤを加熱する
電流としてパルス電流を用い、そのワイヤに通電
しない期間のワイヤ端子電圧を検出して、ワイヤ
と母材が接触しているかどうかを検知し、もし接
触していない場合には、次のパルスの通電該当期
間になつても通電しないことにより、達成され
る。

〔作用〕

第６図は、第１図の電源回路を用いてホツトワ
イヤTIG溶接している時のワイヤ端子電圧波形を
示したもので、溶接中にワイヤが母材と十分に接
触し溶接が安定して進行しているときのワイヤ端
子電圧波形の一例である。ワイヤが母材に接触し
ている時には、位相制御による非通電期間のワイ
ヤ端子電圧は同図のａ区間に見られるようにほぼ
OVである。

第７図は、溶接中にワイヤの先端が母材から離
れアークのプラズマ柱の中にある状態でのワイヤ
端子電圧波形を示している。ワイヤ電流休止該当
期間のｂ区間では、ワイヤ先端がアークのプラズ
マ柱の中にあるのでワイヤが探針となつてアーク
プラズマ柱の電位をひらうこと、また無負荷状態
になつたために正規のワイヤ通電該当期間（ｃ区
間に相当）以外の一部ワイヤ通電休止該当期間中
にも電圧を出力する様になるので、これらが加わ
つた多少複雑な電圧波形を形成していることが分
つた。このようにしてワイヤ先端が母材から離れ
ている時には、かなりの電圧が検出される。この
ような、位相制御によるワイヤ非通電期間中のワ
イヤ電圧に着目すると、ワイヤが母材と接触して
いるかどうかが容易に検知出来ることが分つた。

〔発明の実施例〕

第１図に、本発明によるワイヤ加熱電源を制御
する回路の一実施例として、ワイヤ加熱電源制御
回路の詳細を示す。本実施例ではワイヤ加熱電源
として非常に安価に構成できる第４図と同じトラ
イアツク方式を採用している。

本発明では第４図と同様に、トランス１１の一
次側にトライアツク１２を接続し、トランス１１
の二次側にダイオード１３，１４を接続し全波整
流して出力するものである。そして第５図のワイ
ヤ加熱電流波形の様に、ワイヤ電流は商用周波数
の交流電源電圧を位相制御して得ているが、アー
クの磁気吹きを防止する立場から、０度から90度
まで、及び180度から270度までの期間はトライア
ツクにはゲートパルスを加えないように制御し、
その間は必ず非通電となるよう非通電期間として
制御する。そしてトライアツクを通電する位相制
御角は残りの90度から180度および270度から390
度の間に取り、ワイヤ送給速度に見合つたワイヤ
加熱電力となるようにする。

再び第１図に戻つて説明すると、図の１２はト
ライアツク、１５はサンプホールド回路、１６は
ゼロクロス信号形式回路、１７は参照電圧設定回
路、１８は比較回路、１９はゲートパルス禁止信
号形成回路、２０はゲートパルス形成回路、２１
は通電位相設定信号形成回路である。

ワイヤ端子電圧サンプホールド回路１５に第１
図のVwで示すワイヤ端子電圧と商用電源電圧の
ゼロクロス信号形成回路１６からゼロクロス信号
が加えられ、パルス電流の非通電期間のワイヤ端
子電圧がサンプホールドされる。この電圧は、ワ
イヤが母材に接触して通電加熱され安定に溶接が
進行している状態の時には、第６図のａ区間に示
されるようにほぼOVである。そしてワイヤが母
材から離れている時には、アークのプラズマに接
触して得られる−1Vより負の電圧と無負荷電圧
の一部が加わつた第７図のｂ区間の様な電圧とな
るので、−1Vより負の電圧となる。そこで参照電
圧設定回路１７で形成した−1Vの電圧とワイヤ
端子電圧のサンプホールド回路１５の出力電圧と
を比較回路１８に入力して比較する。そして、サ
ンプホールド回路１５の出力電圧が−1Vより負
の電圧であるなら、ワイヤは母材から離れている
と判断し、引き続いての商用電源周波の１サイク
ルの期間はワイヤに通電しないようトライアツク
１２にゲートパルスを印加することを禁止するよ
うゲートパルス印加禁止信号を禁止信号形成回路
１９で作り、トライアツク１２のゲートパルス形
成回路２０に信号を送る。

一方、サンプホールド回路１５の出力電圧が−
1Vより正側の電圧であるなら、ワイヤは母材と
接触していると判断し、トライアツク１２の通電
位相設定信号形成回路２１の出力をゲートパルス
形成回路２０に入れ、トライアツク１２による通
電を実行し、ワイヤ加熱を行なう。

ワイヤ端子電圧Vwは、通常はワイヤへ通電す
るコンタクトチツプと母材間から検出するが、ワ
イヤ加熱電源の出力端子電圧としてもよい。

これまでは、トライアツクを用いた方式のワイ
ヤ加熱電源について記述したが、この方式に限定
されるものではなく、ワイヤ加熱電流に通電休止
期間を設けたパルス通電加熱方式の電源であれば
良い。第２図は他の実施例として、ワイヤ加熱に
インバータ方式の電源を用いた場合のワイヤ端子
電圧を示している。同図のｄ区間はワイヤが母材
と接触している定常の溶接が進行している場合
で、ワイヤ電流休止期間の電圧はほぼOVであ
る。ｅ区間はワイヤが母材から離れた場合で、ワ
イヤ電流休止該当期間（区間ｆ）には、ワイヤ先
端がアークのプラズマ中の電位を検出している。
この電圧を検出し、次のワイヤ加熱の電流パルス
（区間ｇ）を休止させることで、アークの乱れを
防止している。

〔発明の効果〕

本発明により、溶接開始時にワイヤ送給速度を
遅くすることも出来るようになつたので、ワイヤ
送給速度のアツプスロープ制御が採用でき、アー
クスタート部の溶接ビード形状が滑らかになると
ともに、繁雑であつたワイヤ送給開始時の手動で
の速度調整が不要になつた。また、溶接中にワイ
ヤが母材から離れてもアークが乱れることがなく
なり、またその間のワイヤ先端からアークが出る
こともなくなつたので、ワイヤ先端が溶融して球
状化する現象の進行速度も遅くなり、十分手動出
しワイヤ速度を多少速めるなどの再調整が容易に
出来る様になつた。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例によるワイヤ加熱電源
制御回路の回路図、第２図は本発明の他の実施例
における制御を説明する図、第３図は従来技術の
ホツトワイヤTIG溶接装置の概略構成図、第４図
は従来技術のワイヤ加熱電源の回路原理を示す
図、第５図はその出力電流波形図、第６図ならび
に第７図はワイヤ端子電圧波形図である。 ３……母材、４……アーク電源、５……アー
ク、６……ワイヤ、１０……ワイヤ加熱電源、１
２……トライアツク、１５……サンプホールド回
路、１６……ゼロクロス信号形成回路、１７……
参照電圧設定回路、１８……比較回路、１９……
ゲートパルス禁止信号形成回路、２０……ゲート
パルス形成回路。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ アーク電源と、このアーク電源に接続された
   アーク電極と、アーク発生部に導かれるホツトワ
   イヤと、ワイヤを通電加熱する電源とを有するホ
   ツトワイヤTIG溶接装置において、前記ホツトワ
   イヤをパルス電流で加熱するパルス電源回路と、
   そのパルス電源回路出力の非通電期間のワイヤ端
   子電圧を検出する端子電圧検出回路と、端子電圧
   検出回路からの検出電圧を一定の参照電圧と比較
   してワイヤが母材に接触しているかどうか検知す
   る検知手段と、パルス電流の非通電期間にワイヤ
   が母材と接触していないときにはその直後のパル
   ス電流の通電該当期間での通電を禁止する通電禁
   止回路とを設けた事を特徴とするホツトワイヤ
   TIG溶接装置。