JPH079562U - 炭酸ガスアーク溶接機 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】炭酸ガスアーク溶接機においてアーク電圧を直
接検出する 【構成】炭酸ガスアーク溶接機において、トーチケーブ
ルのライナと給電用導体とを溶接トーチとコンタクトチ
ップまたはその近傍以外は絶縁状態に構成し、ワイヤ送
給装置の送給ロールと同電位の固定部分と被溶接物とに
溶接電圧検出用端子を設けた炭酸ガスアーク溶接機。

Description

【考案の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】

本考案は、炭酸ガスアーク溶接機の改良に関するもので、特に溶接トーチおよ びワイヤ送給装置を改良してアーク電圧を直接検出するようにしたものである。

【０００２】

【従来の技術】

（従来技術１） 従来、炭酸ガスアーク溶接機においては、溶接時のアーク電圧を検出する方法 として、一般的に定電圧特性の電源を用いていることから電源装置の出力端子間 で検出する方法があった。

【０００３】 図１にその構成を示す。同図において、１０は溶接電源装置であり、１１は入 力端子であり、１２は整流平滑回路、１３はインバータ回路、１４は整流回路、 １５は出力端子である。１６は電圧検出器であり、１７は出力電圧設定器、１８ は出力電圧設定器１７の出力Ｖｒと出力電圧検出器１６の出力Ｖｆとを入力とし 差信号ΔＶ＝Ｖｒ−Ｖｆを出力する誤差増幅器、１９は誤差増幅器１８の出力信 号ΔＶに応じてインバータ回路１３を制御するインバータ制御回路である。２０ はワイヤ２１に電力を供給する導電性のコンタクトチップであり、２２はアーク 負荷、２３は母材である。

【０００４】 図１の装置において、交流電源は整流平滑回路１２によって整流平滑されてイ ンバータ回路１３に供給される。インバータ回路１３において、この直流出力は 高周波交流に変換されて、さらに所定の電圧に変換される。インバータ回路１３ の出力は整流回路１４によって平滑され、出力端子１５を経てアーク負荷２２に 供給される。この出力電圧は電圧検出器１６によって検出されて検出信号Ｖｆと なり、誤差増幅器１８にて出力電圧設定器１７の設定値Ｖｒと比較されて差信号 △Ｖ＝ＶｒーＶｆがインバータ制御回路１９に供給される。インバータ制御回路 １９においては、入力信号△Ｖに応じた出力制御を行い、出力電圧は出力電圧設 定器１７の設定値に応じた一定電圧に保たれる。

【０００５】 （従来技術２） また、アーク電圧を直接検出するための方法も提案されている。図２にこの方 法を示す。１０は溶接電源装置、３２は電源装置１０とワイヤ送給装置３３の間 の電力を伝達するパワーケーブル、３１は制御ケーブル、４０はトーチケーブル 、４１はトーチ先端の電圧を検出するためにトーチケーブル４０に組み込めれた トーチ側電圧検出線、３４は母材２３と電源装置１０の間の電力を伝達する母材 ケーブル、３５はアーク電圧検出のために母材２３に接続された母材側検出線で ある。また、３７はシールドガス用の炭酸ガスボンベ、３８はガスホースである 。２１はワイヤである。

【０００６】 さらに、図３においてトーチケーブル４０の詳細図を示す。２１はワイヤ、４ ２はワイヤ２１を通すためのライナである。４３はシールドガス通路、４４はガ ス漏れを防ぐためのゴム管である。４５は溶接の電力を伝達するための給電用導 体、４６はトーチスイッチ制御線、４７はトーチケーブル全体を覆うトーチケー ブル保護用絶縁チューブである。

【０００７】 図２の装置において、溶接電源装置１０の電力が、パワーケーブル３２、トー チケーブル４０および母材ケーブル３４を経て、アーク負荷２２に供給される。 また、シールドガスとしての炭酸ガスは、炭酸ガスボンベ３７から、ガスホース ３８およびトーチケーブル４０を経てアーク負荷２２に供給される。ワイヤ２１ はワイヤ送給装置３３からトーチケーブル４０を経てアーク負荷２２に供給され る。ここで、電圧検出線として、（＋）側検出線は制御ケーブル３１およびトー チケーブル４０の内部を通じて、トーチ先端に接続されており、さらに、（ー） 側検出線は母材ケーブル３４と独立して、母材２３に接続されているので、アー ク電圧が正確に検出できる。

【０００８】

【考案が解決しようとする課題】 図１で前述した従来技術１では、ケーブル長が特に短い場合は、十分実用的で あった。しかしながら、一般的にはケーブル長が往復で３０ｍ以上になり、その 場合は、ケーブルの抵抗分、およびインダクタンス分による影響の為、溶接電源 装置の出力端子間で検出した電圧とアーク電圧とではかなりの差があり、ケーブ ルの影響を考慮した制御方法が必要となるが、その方法は難しく、また応答速度 も十分ではなく、溶接性能の低下はさけられなかった。

【０００９】 また、溶接電源装置がインバータ方式のような高速スイッチング方式で出力を 制御するものでは次のような問題点があった、図４に一般的な電圧、電流波形を 示す。図４（ａ）は溶接電源装置の出力端子間５の電圧波形、図４（ｂ）はアー ク電圧波形、図４（ｃ）は電圧検出器６のフィルタ回路の出力電圧波形、図４（ ｄ）は出力電流波形である。

【００１０】 図４に示すように、出力端子間電圧図４（ａ）には大きなリプルがあるので、 通常は図４（ｃ）に示すように検出した出力電圧をフィルタ回路を通して平滑し た電圧を用いる。しかし、このリプルの周期は数十μＳＥＣであり、一方ワイヤ の短絡の瞬間およびアーク再生の瞬間のアーク電圧の変化を検出する検出回路の 応答速度も数十μＳＥＣ程度が必要であるため、出力電圧検出回路にフィルタ回 路を挿入するとワイヤ短絡およびアーク再生の瞬間の検出に遅れがでてしまう。 それ故、インバータ方式の電源装置ではケーブルのインピーダンスに基ずく電圧 降下分を考慮しても出力端子間での電圧検出では電源装置のリプル分に影響され て、正確なアーク電圧の変化の検出ができなかった。

【００１１】 これに対して、従来技術２においては、アーク電圧に最も近いトーチ先端で（ ＋）側の電圧が検出できるためケーブルの長短にかかわらず、アーク電圧を正確 に検出できる。しかしこの装置によるときも重大な欠点を有する。次にその理由 を図５によって詳細に説明する。

【００１２】 図５は、従来技術２を実施するときのトーチ先端の詳細図である。図５におい て、２０はコンタクトチップ、２１はワイヤ、２３は母材、２２はアーク負荷、 ４１はトーチ側電圧検出線であり、ワイヤ２１が図５の上方から下方に送られて 電力が、コンタクトチップ２０から６５の接触点を通じて供給される。この場合 、コンタクトチップ２０のワイヤ貫通穴の内径はワイヤ２１の直径よりも若干太 く形成されているので、コンタクトチップ２０とワイヤ２１とは必ずしも常時接 触しているとは限らず、同図（ｂ）のように、ワイヤ２１とコンタクトチップ２ ０がわずかに離れてアーク６６が発生しているときもある。このように、ワイヤ ２１とコンタクトチップ２０との接触は確実ではなく、検出電圧が不安定である 。また、不安定なアーク６６による電圧変動がノイズ源となり正確なアーク電圧 を検出できないものであった。 さらに、トーチ先端のコンタクトチップ２０の近傍はアーク熱により３００度 Ｃ以上の高温にさらされるので、電圧検出線４１の被覆の材料も高温に耐えるも のを使用しなければならなっかた。

【００１３】

【課題を解決するための手段】

本考案の炭酸ガスアーク溶接機は、溶接トーチとして、トーチケーブル部分お よびワイヤ送給装置との接続部分においては、ワイヤと給電系統との間を絶縁し た構造とし、ワイヤへの給電をコンタクトチップまたはその近傍に限定したもの を用い、送給装置はワイヤと確実に接触する導電性のローラと同電位でしかも回 転しない固定部分からワイヤを通じてアーク電圧を検出する構造とした溶接機で ある。

【００１４】

【作用】

本考案の炭酸ガスアーク溶接用トーチとワイヤ送給装置を用いた溶接機は、ワ イヤへの給電をトーチ先端に限定することにより、アーク電圧の（＋）側の検出 をアーク電圧と同電位であるワイヤから行うため電気的に安定しており、さらに 、送給装置のワイヤと同電位でしかも固定された部分から検出するため、機械的 にも安定して、アーク電圧を検出するものである。

【００１５】

【実施例】

図６に本考案の炭酸ガスアーク溶接機に用いる溶接トーチの実施例を示す断面 図である。７１は絶縁材料で作られたケーブルクランプで、内部の部品の保護と 絶縁の働きをしている。７２はパワーケーブル金具で、パワーケーブルと給電用 導体の接続と固定をかねている。７３はストップナットで４２のライナーが送給 されるワイヤによって移動しないように固定している。７４はアウトレットガイ ドでワイヤが滑らかに送給されるようにするためのガイドである。４４はゴム管 でガス漏れを防ぎ、かつ絶縁の働きをしている。４５は電力をトーチ先端まで供 給する給電用導体、４７はトーチケーブル保護用絶縁チューブである。７９はト ーチボディホルダでコンタクトチップ２０への給電の中継の役目をしている。ま た、この部分はアーク熱による高温のためライナー４２は絶縁チューブはなくト ーチボディホルダ７９と接触するため、ここでワイヤは給電系統と電気的に接触 している。しかし、トーチボディホルダ７９の全長はわずか数百ｍｍであり、溶 接トーチを含めた給電系統の数十ｍに比べて無視できる長さである。

【００１６】 一方、ライナー４２はガス洩れを防ぐためにストップナット７３まで絶縁物の チューブで覆われている。ライナー４２のトーチケーブル保護用絶縁チューブ４ ７はライナー４２全体を覆っている場合と、部分的に覆っている場合があるが、 ゴム管４４はトーチケーブル全体にわたっているため、この部分に限ってはワイ ヤと給電系統は絶縁されている。しかし、金属製のストップナット７３と金属製 のアウトレットガイド７４は金属製のパワーケーブル金具７２と接触することに なるので、ストップナット７３およびアウトレットガイド７４の表面をイオン蒸 着方等により絶縁皮膜７５を施したものを用いて両者を相互に絶縁する。 ストップナット７３およびアウトレットガイド７４はパワーケーブル金具７２ に密着するが摺動することもなく、数十Ｖの電圧が印加されるだけなので、簡単 な絶縁皮膜だけで絶縁の機能を充分はたすことができる。

【００１７】 さらに、図７に、別の実施例を示す。パワーケーブル金具部分のみが図６と異 なるので他の部分は同一部品に同一符号を付している。 図６の例では、パワーケーブル金具７２はライナ７５の固定部分をも含めたも のであったが、図７の例では、パワーケーブルとの接続部のみパワーケーブル金 具９０を用い、ライナ４２の固定には樹脂等の絶縁物からなるライナ支持具９１ をもちいる。ライナ支持具９１に絶縁物を用いることにより、ストップナット７ ３およびアウトレットガイド７４は従来どおり金属製を用いてもライナ４２を給 電系統と絶縁状態にすることができる。

【００１８】 また、図８は本考案のワイヤ送給装置３３の実施例を示す。１００はワイヤ送 給減速機であり、モータ１０１の回転力をワイヤ２１に伝え、ワイヤリール１０ ４に巻かれたワイヤ２１をトーチケーブル４０を通して溶接部に送給するための ものである。また、減速機１００はモータ１０１およびフレーム１０２等とは一 般的に絶縁されていて、しかもワイヤ２１と導電性の送給ロールを介してワイヤ ２１とは同電位である。したがって、減速機１００の回転しない固定された部分 のどこかに容易に電圧検出用の検出線を接続できる端子１０３を設けておく。

【００１９】

【考案の効果】

本考案の炭酸ガスアーク溶接機は、溶接トーチのワイヤへの給電をコンタクト チップおよびその近傍に限定し、かつ他の部分は絶縁構造とした溶接トーチと、 ワイヤと確実に接触するローラと同電位の回転しない固定部分をもち、かつ他の 部分との絶縁構造を有する送給装置との組み合わせにより、アーク電圧の検出を 行うものであるので、アーク電圧はトーチの先端部においてのみ接触するワイヤ の電圧として取り出すことになる。したがって、電源装置の出力端子からのパワ ーケーブルが長くなってもこれらのインピーダンスに何ら影響されることなく、 正確な電圧検出が可能となる。また、トーチのコンタクトチップとワイヤとの間 に微小なアークが発生しても、この微小なアークの電圧は溶接のアーク電圧に加 算されることがないので、誤った検出電圧となることがないので常に安定した制 御が可能となる。

【００２０】 また、ワイヤの電圧をからアーク電圧として検出することから、溶接中にワイ ヤ切れを起こしたときは検出電圧がなくなるのでワイヤ切れを容易に検出できる 。

【図面の簡単な説明】

【図１】従来の炭酸ガスアーク溶接機における電圧検出
の様子を示す図。

【図２】従来の炭酸ガスアーク溶接機における別の電圧
検出の様子を示す図。

【図３】トーチケーブル４０の詳細図。

【図４】一般的な電圧、電流波形を示す図。

【図５】従来技術２においてアーク電圧を検出ときの欠
点を説明するための図。

【図６】本考案の炭酸ガスアーク溶接機に用いる溶接ト
ーチの例を示す断面図。

【図７】本考案の炭酸ガスアーク溶接機に用いる溶接ト
ーチの別の例を示す断面図。

【図８】本考案の炭酸ガスアーク溶接機に用いるワイヤ
送給装置の例を示す図。

【符号の説明】

１０ 溶接電源装置 １１ 入力端子 １２ 整流平滑回路 １３ インバータ回路 １４ 整流回路 １５ 出力端子 １６ 出力電圧検出器 １７ 出力電圧設定器 １８ 誤差増幅器 １９ インバータ制御回路 ２０ コンタクトチップ ２１ ワイヤ ２２ アーク負荷 ２３ 母材 ３１ 制御ケーブル ３２ パワーケーブル ３３ ワイヤ送給装置 ３４ 母材ケーブル ３５ 母材側電圧検出線 ３７ 炭酸ガスボンベ ３８ ガスホース ４０ トーチケーブル ４１ トーチ側電圧検出線 ４２、７５ ライナ ４３ シールドガス通路 ４４ ゴム管 ４５ 給電用導体 ４６ トーチスイッチ制御線 ４７ トーチケーブル保護用絶縁チューブ ４７ 絶縁チューブ ７１ ケーブルクランプ ７２、９０ パワーケーブル金具 ７３ ストップナット ７４ アウトレットガイド ７９ トーチボディホルダ ９１ ライナ支持具 １００ ワイヤ送給減速機 １０１ モータ １０２フレーム １０３ 電圧検出線接続用端子 １０４ ワイヤリール Ｖｆ 出力電圧検出器１６の出力 Ｖｒ 出力電圧設定器１７の出力

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】溶接トーチとワイヤ送給装置との間をワイ
   ヤ通路を形成するライナ、給電用導体、シールドガス通
   路等を含むトーチケーブルで接続する炭酸ガスアーク溶
   接機において、前記トーチケーブルの前記ライナと前記
   給電用導体とを前記溶接トーチとコンタクトチップまた
   はその近傍以外は絶縁状態に構成し、前記ワイヤ送給装
   置の送給ロールと同電位の固定部分と被溶接物または被
   溶接物への給電端子とに溶接電圧検出用端子を設けた炭
   酸ガスアーク溶接機。