JPH06272B2 - ホツトワイヤスイツチングtig溶接装置 - Google Patents

ホツトワイヤスイツチングtig溶接装置

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JPH06272B2
JPH06272B2 JP58234308A JP23430883A JPH06272B2 JP H06272 B2 JPH06272 B2 JP H06272B2 JP 58234308 A JP58234308 A JP 58234308A JP 23430883 A JP23430883 A JP 23430883A JP H06272 B2 JPH06272 B2 JP H06272B2
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tig welding
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俊治 明賀
勝義 堀
滋祥 川野
俊明 田桑
由英 近藤
和喜 草野
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Mitsubishi Power Ltd
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Babcock Hitachi KK
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    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23KSOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K9/00Arc welding or cutting
    • B23K9/16Arc welding or cutting making use of shielding gas
    • B23K9/167Arc welding or cutting making use of shielding gas and of a non-consumable electrode

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Description

【発明の詳細な説明】 この発明は溶接装置に係り、特に良好な溶接を行うホッ
トワイヤTIG溶接装置に関する。アーク溶接の一種と
してタングステン等の消耗しにくい金属を電極としてイ
ナートガスのシールド下で行うTIG溶接がある。この
溶接は良好な溶接ビードを形成し得る反面、溶接速度が
遅く、この点の改良が望まれている。このTIG溶接に
おける溶接速度を向上させる方法として、溶接用線材
(ワイヤ)を、溶接前にあらかじめ所定の温度に加熱し
ておくホットワイヤTIG溶接法が注目されている。
第1図はホットワイヤTIG溶接法で一般的に使用され
ている機器の構成を示したものである。溶接トーチ4の
タングステン電極1と母材2を直流垂下特性のアーク電
源で接続し、タングステン電極1を負極、母材2を正極
としてアルゴン等のシールドガス中でアーク電源3によ
りアーク5を形成する。リール11から送出したワイヤ6
をこのアーク5に対して直接添加すれば通常のTIG溶
接であるが、ホットワイヤTIG溶接法では、コンタク
トチップ7と母材2の間を直流あるいは交流のワイヤ電
源9で接続し、ワイヤ送給装置10からアーク発生部に送
られるワイヤ6に直流あるいは交流電流を流してジュー
ル発熱させ溶接前にこのワイヤ6を加熱することにより
ワイヤ6の溶融速度を向上させるようにしている。この
方法で問題となるのはワイヤ電流によりワイヤ近傍に生
じる磁界とアーク電流による磁界とが干渉し両者間に引
力または斥力が生じてアークが振れ、安定な溶接が出来
なくなる。このためワイヤ電流をアーク電流2分の1程
度に制限して磁気吹きの影響を少なくすると、溶接でき
るワイヤの溶融速度は20g/分程度が限界であり、大幅
な溶接速度の向上はできない。このためワイヤ電流によ
るアークの磁気干渉をなくしさらにワイヤ溶融量を高め
る方法としてホットワイヤスイッチングTIG溶接法が
具体化されるようになった。この方法は第2図に示すよ
うにアーク電流をパルス状の方形波にし、アーク電流が
ピークAPの期間T1の時にはワイヤへの通電は行なわ
ず、アーク電流が低くなるベース電流ABの期間T2
間だけワイヤ電流WPを流して磁気吹きをなくし高溶着
量を得ようとするものである。これにより磁気吹きの影
響がほとんどなしに100g/分以上の溶融速度が現在得
られている。
第3図は以上に説明したホットワイヤスイッチングTI
G電源の構成回路の原理を示すもので、大容量トランジ
スタを使用したチョッパ方式の電源を応用したものであ
る。アーク電源3ワイヤ電源9からの供給される電流は
スイッチング回路12を経てアーク5およびワイヤ6に交
互に流れる。電流のスイッチング回路には大容量のトラ
ンジスタを多数使用しておりその制御回路も複雑になつ
ている。また電源トランスは大型のものが必要であるた
め結果的に大型で高価な溶接装置となる。このためホッ
トワイヤスイッチングTIG溶接装置を安価に構成する
方法として第4図に示すような装置が考案されている。
これは汎用の垂下特性の直流電源をアーク電源3とし、
定電圧特性の直流電源をワイヤ電源9にそれぞれ使用
し、大電流スイッチング素子(例えばターンオフサイリ
スタ、トランジスタ等)を用いてアークおよびワイヤ電
流のスイッチングを行なうものである。この方法は汎用
の電源を組合せたものであるので価格的には第3図の方
式に比べるとかなり安くなるが溶接装置としての性能は
劣る。
さらに上述した二つの装置共に、アーク用電源と、ワイ
ヤ電源の両者を有しており、高い経済性は望めなかっ
た。
この発明の目的は上述した問題点に鑑み、経済性が高
く、かつ溶接品質が高く、しかも大きな溶接速度を有す
るホットワイヤTIG溶接装置を提供することにある。
要するにこの発明は、TIGアークトーチへのアーク電
流と添加ワイヤへのワイヤ電流をスイッチングさせて溶
接するホットワイヤスイッチングTIG溶接装置におい
て、単一の溶接電源よりアーク通電回路と、スイッチン
グ素子を有するワイヤ通電回路を並列に設け、ワイヤ通
電回路の電圧を調整することによりワイヤ通電期間中の
アーク電流を制御することを特徴とするホットワイヤス
イッチングTIG溶接装置である。
以下この発明の実施例につき説明する。
第5図はこの発明の基本原理を示す回路構成図である。
直流垂下特性を有する溶接電源17をトーチ4と母材2の
間に接続してアーク5を形成する。符号16はGTO(Ga
te Turn off)サイリスタ(以下単に「GOT」と称
する)であつてワイヤ6を介してのGTOを前記アーク
5と並列に接続し、このGTO16のON,OFFにより
ワイヤ加熱を周期的に行うものである。なお図中符号13
は電流制御回路、14はワイヤ送給速度制御装置、18は電
流検出用分流器である。この構成の回路において、GT
O16ONのときに、今までアーク電流として電源17から
供給されていた電流はワイヤ6を介して短絡し、ワイヤ
電流となってワイヤの加熱を行い、OFFの時にはアー
ク電流としてアーク5を形成することになる。しかし、
この様にON,OFF操作を行うことによりGTOがO
Nの時にアーク5が消失するならば溶接を継続すること
ができない。このためアークの維持方法として従来は第
4図の如くベース電流用の電源を用いる方法が実施され
ているわけである。
この発明においては、一つの電極でワイヤ加熱用の電流
が供給された場合のアークの維持がその構成の要点とな
る。ここで、発明者等は種々実験を行った結果、次の如
き結果を得た。
すなわち実際にはGTO16がONとなった直後の短時間
アーク5は維持されることが確認でき、従ってアーク5
が維持されている間に再度GTO16をOFFとすればア
ーク5は維持されることになる。このスイッチング速度
を種々変化させてアークの維持を試みたところ、10Hz以
上の高速でスイッチングを行えば特別にベース電流を供
給しなくてもアークの維持が可能であることが確認でき
た。この点につきさらに詳しく検討したところ、GTO
16がONの時に、アークのベース電流として流れる電流
は、ワイヤ通電回路に発生する電圧値によつて変化する
ことが確認された。つまりワイヤ通電回路電圧値を調節
することにより任意のベース電流値を得ることができ
る。ワイヤ通電回路の電圧値はワイヤ6の突出長さを調
整することにより変化させることができるので、ワイヤ
の突出長さを調節することにより任意のベース電流値を
得ることができる。
第6図はワイヤ通電回路に発生する電圧とそのアークの
ベース電流の関係の一例を示すもので、電源17からの出
力電流を200Aに設定し、ワイヤ6の代りに抵抗負荷を
用いたときの電圧とアークのベース電流の関係を示すも
のである。同図から明らかなとおり、電圧Eが12V以上
になると、ベース電流は100Aを超え、設定電流の半分
以上になるためワイヤへ流れる電流が減りワイヤの十分
な加熱が行なえない。また反対に6V以下になるとベー
ス電流はわずかしか流れずアークが不安定になるおそれ
があることが判った。このことからワイヤ通電回路に発
生する電圧を6〜12Vになるように制御すればベース電
流なしでスイッチングアークを形成できることが判っ
た。実際にはGTO16がONのときGTOのアノード、
カソード間に2〜4V程度の電圧が発生するのでこれを
考慮してワイヤ電圧VWを決定する。
次に以上の構成においてはワイヤ6の加熱を適正に行う
ための条件も従来方法とは相違するものとなる。つまり
この発明ではアーク電流をワイヤ6に分流してワイヤ加
熱を行なうのでワイヤ6への通電電流はアーク電流、ワ
イヤ突出長さ(電圧)によつて支配され単独で通電条件
を決定することができないからである。しかしこれはア
ークおよびワイヤへの通電時間比、出力電流を調整する
ことにより適正制御可能であるので、この発明ではこの
点から制御を行うようにしている。すなわち第7図はワ
イヤへの印加電力とワイヤ溶融量の関係を示した実験結
果であるが、ワイヤの溶融速度はワイヤに印加される電
力に比例しているのでこの関係を利用して適正加熱制御
を行なうよう構成してある。
第8図Aは以上の点を考慮したワイヤの加熱制御の一例
を示す。先ず平均アーク電流Iaoの設定30と、ワイヤの
送給速度VFの設定31を行い、この設定値に基づいて溶
接開始32となる。この場合ワイヤに対して現実に供給さ
れている印加電力Pwの検出33を行い、一方前記速度V
Fに基づいて算出された適正印加電力PVFとの比較演算3
4を行う。なおPw=Iw・Vw・Dw(Iw:ワイヤ
ピーク電流、Vw:ワイヤピーク電圧、Dw:後述す
る)である。この場合Pw=PVFであれば所定の電力
がワイヤに印加されていることになるので、△P=Pw
−PVFの比較演算34を行い、かつ△Pの値の判断35を
行い、△P<0の場合はDwを大とする制御36を、△P
>0の場合はDwを小さくする制御37を各々行うことに
より△P=0となるようにする。ここでDwは、第8図
(B)中のTw/Tを示す。つまりアーク電流が、ベース
電流ABとなったときから、ピーク電流AP1となり次
のベース電流となるまでの時間Tに対し、ワイヤ電流が
ONとなつている時間Twの比率である。つまり速度VF
に対して必要なワイヤ電流の量をこの時間Twを変化さ
せることにより得るよう構成している。
次に△P=0となつた際の現実に供給されている平均ア
ーク電流Iaの検出38を行い、30において設定したアー
ク電流Iaoとの比較40を行うが、この比較は△I=Ia
−Iaoを演算39し、Ia<0の場合はIaを大にする制
御を、△I>0の場合はIaを小とする制御42を行い、
最終的に適正条件43とする。
第9図は別の実施例を示す。この実施例においてはGT
O16に対して並列に別のスイッチング素子(図示のもの
はトランジスタ)30を配置し、アーク電流のベース電流
時間を変化させることなく、ワイヤ電流の通電時間を調
節し、ワイヤへの印加電力を調節するようにしたもので
ある。すなわち第10図において、GTO16のONの時間
2の間ワイヤ電流が流れるわけであるがGTO16がO
FFとなつた時にトランジスタ30をONとしてトランジス
タ30のONの時間T3だけさらにアークのベース電流期間
を保持する。つまりT2+T3を一定(T)とすることによ
りベース電流時間を一定に保持し、一方T2とT3と変化
させることによりワイヤ電流の通電時間を調節する。
この発明を実施することにより一つの電源でアークの形
成とワイヤの加熱の両方が行え、しかもアークの形成に
悪影響を与えることなくワイヤの加熱状態を調節するこ
とができる。
【図面の簡単な説明】
第1図は一般的に使用されているホットワイヤTIG溶
接装置の基本構成図、第2図はホットワイヤスイッチン
グTIG溶接のアークおよびワイヤに流れる電流の説明
図、第3図は大容量トランジスタを使用したホットワイ
ヤスイッチングTIG溶接装置の回路原理図、第4図は
第3図の構成を簡素化したホットワイヤスイッチングT
IG溶接装置の回路原理図、第5図はこの発明に係るホ
ットワイヤスイッチングTIG溶接装置の回路原理図、
第6図はワイヤ通電回路に発生する電圧とベース電流と
の関係を示す線図、第7図はワイヤの印加電力とワイヤ
溶融速度との関係を示す線図、第8図(A)はこの発明の
装置の制御例を示すフローチャート、同(B)は電流制御
の一例を示す説明図、第9図は別の実施例を示すホット
ワイヤスイッチングTIG溶接装置の回路原理図、第1
0図は第9図に示す装置の電流制御の説明図である。 5……アーク 6……ワイヤ 12……スイッチング回路 16……GTOサイリスタ 30……トランジスタ
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 田桑 俊明 広島県呉市宝町6番9号 バブコツク日立 株式会社呉工場内 (72)発明者 近藤 由英 広島県呉市宝町6番9号 バブコツク日立 株式会社呉工場内 (72)発明者 草野 和喜 広島県呉市宝町6番9号 バブコツク日立 株式会社呉工場内 (56)参考文献 特開 昭58−381(JP,A)

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】TIGアークトーチへのアーク電流と添加
    ワイヤへのワイヤ電流をスイッチングさせて溶接するホ
    ットワイヤスイツチングTIG溶接装置において、単一
    の溶接電源よりアーク通電回路と、スイッチング素子を
    有するワイヤ通電回路を並列に設け、ワイヤ通電回路の
    電圧を調整することによりワイヤ通電期間中のアーク電
    流を制御することを特徴とするホットワイヤスイッチン
    グTIG溶接装置。
  2. 【請求項2】前記ワイヤ通電回路は発生する電圧を約6
    Vから12Vの間となるよう制御するワイヤ通電回路で
    あることを特徴とする特許請求の範囲第1項記載のホッ
    トワイヤスイッチングTIG溶接装置。
  3. 【請求項3】前記スイッチング素子は10Hz以上でON
    −OFF切換えするスイッチング素子としたことを特徴
    とする特許請求の範囲第1項または第2項記載のホット
    ワイヤスイッチングTIG溶接装置。
  4. 【請求項4】アーク及びワイヤ通電回路の各々に対して
    並列となるようトランジスタ回路を設け、前記大電流ス
    イッチング素子及びトランジスタのON-OFFによりアーク
    のベース電流時間を変更することなくワイヤに対する通
    電時間を調節することを特徴とする特許請求の範囲第1
    項記載のホットワイヤスイッチングTIG溶接装置。
JP58234308A 1983-12-14 1983-12-14 ホツトワイヤスイツチングtig溶接装置 Expired - Lifetime JPH06272B2 (ja)

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JPS60127077A JPS60127077A (ja) 1985-07-06
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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JP5785376B2 (ja) * 2010-10-19 2015-09-30 株式会社東芝 肉盛溶接方法
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