JPH08118015A - スタッド溶接用電源装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 簡易にケーブル長・径に応じて、アーク電圧
の検出レベルを設定し、アーク時間を正確に設定する。 【構成】 アーク電流設定器１７の出力信号をアーク電
流に対するアーク電圧に変換する変換器３０と、アーク
電流設定器の出力信号をケーブル長さ及び径に応じて切
り換え補正し、増幅する信号を出力する補正用変換器３
５と、両変換器の変換信号を加算する加算器４５と、加
算器により加算された信号と、溶接負荷４のアーク電圧
を検出した検出信号とを比較する比較器４８と、溶接負
荷がアーク発生時に比較器から出力する出力信号でアー
ク時間をカウントし、タイムアップ後、電流設定をアー
ク電流設定から短絡電流設定に切り換えるタイマを設け
た。また、タイマの出力信号によりスタッドを母材に溶
植する指令信号を出力するスタッド押下指令装置を設け
た。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、アーク溶接法のスタッ
ド溶接に用いられる直流のスタッド溶接用電源装置に関
する。

【０００２】

【従来の技術】従来、アーク溶接法のスタッド溶接に用
いられる直流のスタッド溶接用電源装置は、サイリスタ
を制御素子とする定電流式電源装置や、トランジスタ，
ＭＯＳＦＥＴ，ＩＧＢＴを制御素子とする定電流式電源
装置から溶接負荷のスタッド、母材間に直流電流を供給
している。

【０００３】そして、溶植銃のスタッドを母材にアーク
溶接で溶植する場合、予め下部にカセットを挿着したス
タッドを母材に立設して、溶接銃のトリガスイッチをオ
ンする。このトリガスイッチのオンにより電源装置を駆
動し、カセット内に設けられた焼結補助材に電流が流
れ、スタッドと母材間に小容量の直流が供給される。こ
の状態で焼結補助剤が溶断すると、スタッドと母材間に
メインアークが発生し、アークの熱により母材及びスタ
ッドが溶融する。メインアークが一定時間継続される
と、溶植銃のガンコイルの圧力によってスタッドが母材
方向に押し下げられ、スタッドが母材に短絡されて溶植
される。

【０００４】ところで、メインアークを一定時間継続さ
せるのに、アーク電流を検出しタイマをカウントさせる
場合、起動時にスタッドがカセットから落下し、スタッ
ドが母材に短絡してアーク移行できない場合にも、タイ
マがカウントするため、溶接失敗することがある。そこ
で、このような問題を避けるために、アーク電圧及び電
流を検出し、両検出信号がそれぞれ所定の基準値より高
いときにタイマを指令し、カウントさせている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかし、スタッドと母
材間のケーブル長やケーブル径によって電源装置の出力
端子と、溶接負荷端子との電圧差によって、検出電圧が
異なり、タイマのカウント開始時が異なる。アーク電流
が定電流制御されることによりアーク電流が大電流でか
つ、ケーブル径が細く、ケーブルが長いときには、電源
装置の出力電圧の検出電圧は高くなる。このため、基準
値をこの検出電圧に対応して、高く設定してタイマをカ
ウントさせるようにした場合、アーク電流が小電流でケ
ーブル径が太くケーブル長が短い時、すなわち、アーク
電圧の検出電圧が低いときには基準値とアーク電圧の検
出電圧との差が小さくなる。一方、スタッドと母材間に
アークが発生している場合には、アーク電圧の変動が大
きい。アーク電圧の検出電圧が基準値より高くなりタイ
マがカウントを開始した後で、アーク電圧の変動により
検出電圧が基準値より低下すると、タイマのカウントが
リセットされ、溶植銃のガンコイルの押下げ動作ができ
ずに、溶接失敗することがあった。そこで、アーク電圧
を検出し、検出電圧をボリウムにより調整する方法が考
えられるが、アーク電流の他、ケーブル長、ケーブル径
を含めて調整されるため、非常に複雑な調整が必要とな
っていた。

【０００６】

【課題を解決するための手段】このように、上記の課題
を解決するために、本発明は、スタッドと母材との溶接
負荷に流れる直流出力電流を制御する制御素子を有する
直流電源装置と、上記直流出力電流を検出する電流検出
器と、溶接負荷のアーク電流を設定するアーク電流設定
器と、溶接負荷の短絡電流を設定する短絡電流設定器
と、上記電流設定器の出力信号のいずれかと上記電流検
出器の検出信号との誤差を増幅し、上記直流電源装置の
出力電流を制御する制御装置とにより構成されるスタッ
ド溶接用電源装置において、上記アーク電流設定器の出
力信号をアーク電流に対するアーク電圧に補正するアー
ク電圧変換器と、上記アーク電流設定器の出力信号を上
記直流電源装置と溶接負荷との間に接続されるケーブル
の長さ及び径に応じて切換え補正し増幅する信号を出力
する補正用変換器と、上記両変換器の変換信号を加算す
る加算器と、上記加算器により加算された信号と上記直
流電源装置の出力電圧を検出した検出信号を比較する比
較器と、溶接負荷がアーク発生時に上記比較器から出力
する出力信号でアーク時間をカウントしタイムアップ
後、上記電流設定器をアーク電流設定器から短絡電流設
定器に切換えるタイマと、スタッドを母材に溶植する指
令信号を出力するスタッド押下指令信号とを有する。

【０００７】

【作用】直流電源装置は、出力電流を検出された検出信
号をアーク電流設定器の信号との誤差が増幅され、直流
電源装置が制御されてフィードバックが構成されて定電
流制御される。一方、アーク電流設定器の出力信号がア
ーク電圧変換器によりアーク電流に対するアーク電圧に
補正され、また、アーク電流設定器の出力信号が補正用
変換器により直流電源装置と溶接負荷との間に設けられ
たケーブルの長さ及び径に応じて切換え補正される。こ
れらの２つの変換器の出力信号が加算器により加算さ
れ、溶接負荷のアーク電圧が検出された検出信号が加算
された加算信号と比較され、加算器からの出力信号がタ
イマに入力される。タイマはアーク時間をカウントし、
タイマのタイムアップ後タイマにより電流設定がアーク
電流設定から短絡電流設定に切換えられる。これによ
り、スタッドと母材間がアークから短絡移項され、溶接
が行われる。一方、ケーブル長さと径に応じて、補正信
号が切換えられて、アーク電圧の検出レベルが補正さ
れ、アーク時間が正確に設定される。

【０００８】

【実施例】本発明の一実施例について、図１ないし図３
を参照して説明する。１は制御素子を内蔵し、出力が制
御される直流電源装置であり、制御素子にサイリスタを
用いたサイリスタ式直流電源装置や制御素子にトランジ
スタ，ＭＯＳＦＥＴ，ＩＧＢＴを用いたインバータによ
り交流電源を整流した直流を高周波交流に変換し、さら
に再度整流するインバータ式直流電源装置などで構成さ
れている。２は母材、３は母材３に溶植されるスタッド
であり、母材２とスタッド３により溶接負荷４を構成す
る。５は電源装置の出力端子、１１は負荷電流を検出す
る電流検出器、１２は電源装置１の出力電圧を検出する
電圧検出器である。

【０００９】１５は制御装置のバイアス電源、１６はト
リガスイッチ、１７はアーク電流設定器、１８はスタッ
ドを母材に押圧したときの短絡電流設定器である。３０
はアーク電流設定器１７の設定信号をアーク電流に対す
るアーク電圧に補正し変換するアーク電圧変換器で、演
算増幅器３３と入力抵抗３１と、帰還抵抗３２により構
成されている。３５は、アーク電流設定器１７の設定信
号をスタッドと母材間のケーブル長さあるいは、ケーブ
ル径による補正を切換える補正用切換器３６により構成
させる補正用変換器で、演算増幅器４１、入力抵抗３
７，３８，３９と帰還抵抗４０と、ケーブル長さあるい
はケーブル径による補正を切り換える補正用切換器３６
により構成されている。４５は変換器３０の変換信号と
補正用変換器３５の補正用変換信号とを加算する加算
器、４８は電圧検出器１２の検出信号と加算信号を比較
する比較器である。また、５３は電流検出器１１の検出
信号と基準電源５２の基準値とを比較する比較器、５５
はアンド回路であり電圧検出器１２の検出信号が加算器
４５の加算信号より大きいときに比較器４８から出力す
る比較信号に比較器５３から出力する比較信号を入力し
たとき出力する。５６は比較器４８の出力信号を受け、
カウントを開始するタイマであり、５６ａはタイマの常
開開閉器手段、５６ｂはタイマの常閉開閉手段である。
また、６１はタイマのタイムアップ信号により動作し、
溶植銃のガンコイルにスタッド３を押し下げる信号を出
力するスタッド押下指令装置である。２１は誤差増幅器
であり、設定器１７，１８のそれぞれの設定信号と電流
検出器１１の検出信号が入力される。２２は誤差増幅信
号を入力とし、直流電源装置１の制御素子を駆動する駆
動回路である。

【００１０】下部にカセットを挿着したスタッド３を母
材２に立設して、図２の時刻Ｔ１で溶植銃のトリガスイ
ッチ１６をオンすると、バイアス電源１５がアーク電流
設定器１７に印加し、アーク電流設定器１７の設定信号
が常閉開閉手段５６ｂ、抵抗２０を介して誤差増幅器２
１に入力する。電流検出器１１の検出信号が誤差増幅器
２１に入力し、設定信号との誤差が増幅され、駆動回路
２２を介して直流電源装置１が制御される。しかし、カ
セット内の焼結補助剤により溶接負荷４のインピーダン
スが大きく、図２（ｂ）に示すように小電流が流れる。
焼結補助剤がなくなる図２の時刻Ｔ２でメインアークが
発生し、スタッドと母材間にアーク電流設定器１７の設
定信号に基づくメイン電流が流れる。

【００１１】一方、アーク電流設定器１７の設定信号
は、アーク電圧変換器３０により変換され、また、補正
用変換器３５により補正され、それぞれ変換された信号
は加算器４５により加算される。加算された信号は、電
圧検出器１２の検出信号と比較器４８により比較され
る。起動時は溶接負荷４のインピーダンスが大きいた
め、電源装置１の出力電圧は図２（ａ）に示すように高
く、電圧検出器１２の検出電圧は加算器４５により加算
された信号よりも高く、比較器４８は論理“Ｈ”を出力
している。

【００１２】また、起動時溶接負荷４のインピーダンス
が大きく溶接負荷４に流れる電流は、図２（ｂ）に示す
ように小電流で電流検出器１１の検出信号は基準電源５
２の基準値より小さく、比較器５３から論理“Ｌ”を出
力している。従って、アンド回路５５の出力は“Ｌ”で
タイマ５６にはカウント開始指令信号は入力されず、カ
ウントを開始しない。

【００１３】次に燒結補助剤がなくなり、スタッド３と
母材２間にアークが発生すると、アーク電流が流れる。
このアーク電流は、アーク電流設定器１７に基づく電流
で、図２（ｂ）に示すように定電流の大きな電流となっ
ている。これにより、電流検出器１１の検出信号は、基
準電源５２の基準値より大きく比較器５３から論理
“Ｈ”を出力する。一方、電圧検出器１２の検出信号
は、加算器４５の加算信号より大きく設定されている
と、比較器４８は論理“Ｈ”を出力し、アンド回路５５
は論理“Ｈ”を出力し、タイマ５６にカウント開始指令
信号が入力し、カウントを開始する。

【００１４】図２の時刻Ｔ３において、タイマ５６がタ
イムアップすると常閉開閉手段５６ｂは開放し、常開開
閉手段５６ａは短絡する。常開開閉手段５６ａの短絡に
よりアーク電流設定手段１８の信号が誤差増幅器２１に
入力し、この短絡電流設定手段１８の信号に基づいて直
流電源装置１が制御され、小電流の定電流を溶接負荷４
に供給する。一方タイマ５６がタイムアップすると、タ
イマ５６からスタッド押下指令装置６１に信号が入力
し、スタッド押下指令装置６１から溶植銃のガンコイル
を指令し、スタッド３を母材２に押下げもスタッド３を
母材２に短絡させて、短絡電流を流すとともに、溶植銃
でスタッド３を加圧して、スタッド３を母材２に溶接す
る。

【００１５】ところで、溶接負荷がアークを発生してい
るときのアーク電圧は、図３の破線ａに示すように、ア
ーク電流の増加とともに徐々に増加する。また、直流電
源装置１から溶接負荷までのケーブルが有するインピー
ダンスに発生する電圧は、図３の破線ｂに示すようにア
ーク電流の増加とともに増加する。従って、直流電源装
置１は図３の一点鎖線ｃに示す出力電圧が要求される。
そして、破線ｂに示す特性は、ケーブルの長さ、ケーブ
ルの径によって異なっている。

【００１６】そこで、時刻Ｔ２において、電圧検出器１
２の検出信号と比較される加算器４５の加算信号をアー
ク電流設定器１７で設定されるアーク電流に対応するア
ーク電圧を得るためのアーク電圧変換器３０の変換信号
と、アーク電流設定器１７で設定されるアーク電流とケ
ーブル長さ、ケーブル径に対応するケーブルの電圧降下
を得る補正用変換器３５の変換信号をケーブル長、ケー
ブル径に応じて可変すると、タイマ５６がカウントを開
始するアーク電圧を可変できる。

【００１７】例えば、ケーブル長が長く、ケーブル径が
細い場合、補正用切換器を例えば入力抵抗３７に接続す
ると、補正用変換器３５の変換信号は大きくすることが
できる。従って、比較器４８の出力が論理“Ｌ”から
“Ｈ”に変化するアーク電圧は高くなる。また、ケーブ
ル長が短く、ケーブル径が太い場合、補正用切換器３６
を入力抵抗３９に接続すると、補正用変換器３５の変換
信号は小さくすることができる。そして、比較器４８の
出力が論理“Ｌ”から“Ｈ”に変化するアーク電圧は低
くなる。さらにケーブル長が短くケーブル径が細い場合
やケーブル長が長くケーブル径が太い場合には、補正用
切換器３６を入力抵抗３８に接続し、補正用増幅器３５
の補正信号を中間の値にする。

【００１８】これにより、アーク電圧の検出レベルをケ
ーブル長、ケーブル径を補正し、ケーブル長、ケーブル
径に応じて補正用切換器３６を切り換えると、一元的に
設定することができ、正確にタイマ５６のカウントを開
始させることができる。これにより、スタッド３と母材
２間のアーク時間を正確に設定することができる。

【００１９】上記実施例は、補正切換を３点にしている
が、それ以上の切り換えにすることもできる。

【００２０】

【発明の効果】以上のように本発明のスタッド接続用電
源装置は、簡易な補正用増幅器と加算器を追加すること
により、直流電源装置と溶接負荷との間のケーブルの長
さ及び径に応じて一元的にアーク電圧の検出レベルを設
定することができ、アーク時間を正確に設定することが
できる。また、タイマがカウントを開始した後、アーク
電圧の変動が生じても検出電圧が加算信号より低下する
こともなく、正確にタイマが動作でき、溶接失敗もなく
なる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のスタッド溶接用電源装置の一実施例の
ブロック接続図である。

【図２】図１のタイムチャート図である。

【図３】図１の静特性図である。

【符号の説明】

１ 直流電源装置 ２ 母材 ３ スタッド ４ 溶接負荷 １１ 電流検出器 １２ 電圧検出器 １６ トリガスイッチ １７ アーク電流設定器 １８ 短絡電流設定器 ２１ 誤差増幅器 ２２ 駆動回路 ３０ アーク電圧変換器 ３３，４１ 演算増幅器 ３５ 補正用変換器 ３６ 補正用切換器 ３７，３８，３９ 入力抵抗 ４０ 帰還抵抗 ４５ 加算器 ４８，５３ 比較器 ５２ 基準電源 ５５ アンド回路 ５６ タイマ ５６ａ 常開開閉手段 ５６ｂ 常閉開閉手段 ６１ スタッド押下指令装置

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 木下 敦史 大阪府大阪市東淀川区淡路２丁目14番３号 株式会社三社電機製作所内 (72)発明者 橋本 隆志 大阪府大阪市東淀川区淡路２丁目14番３号 株式会社三社電機製作所内

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 スタッドと母材との溶接負荷に流れる直
   流出力電流を制御する制御素子を有する直流電源装置
   と、上記直流出力電流を検出する電流検出器と、溶接負
   荷のアーク電流を設定するアーク電流設定器と、溶接負
   荷の短絡電流を設定する短絡電流設定器と、上記電流設
   定器の出力信号のいずれかと上記電流検出器の検出信号
   との誤差を増幅し、上記直流電源装置の出力電流を制御
   する制御装置とにより構成されるスタッド溶接用電源装
   置において、上記アーク電流設定器の出力信号をアーク
   電流に対するアーク電圧に補正するアーク電圧変換器
   と、上記アーク電流設定器の出力信号を上記直流電源装
   置と溶接負荷との間に接続されるケーブルの長さ及び径
   に応じて切換え補正し増幅する信号を出力する補正用変
   換器と、上記両変換器の変換信号を加算する加算器と、
   上記加算器により加算された信号と上記直流電源装置の
   出力電圧を検出した検出信号を比較する比較器と、溶接
   負荷がアーク発生時に上記比較器から出力する出力信号
   でアーク時間をカウントしタイムアップ後、上記電流設
   定器をアーク電流設定器から短絡電流設定器に切換える
   タイマと、上記タイマの出力信号により上記スタッドを
   上記母材に溶植する指令信号を出力するスタッド押下指
   令信号とを有することを特徴とするスタッド溶接用電源
   装置。