JPS5886978A

JPS5886978A - ア−ク溶接装置

Info

Publication number: JPS5886978A
Application number: JP18552581A
Authority: JP
Inventors: Takayuki Kashima; 孝之鹿島; Akira Sakabe; 坂部　昭
Original assignee: Hitachi Seiko Ltd
Current assignee: Via Mechanics Ltd
Priority date: 1981-11-20
Filing date: 1981-11-20
Publication date: 1983-05-24

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】本発明は、非消耗電極を用いて溶接するアーク溶接装置
に係り、さらに詳しくは、高周波発生装置を用いること
なく、かつ容易にアークスタートができるアーク溶接装
置に関するものである。

非消耗、電極を用いてアーク溶接をするタングステン−
イナート・ガスアーク溶接装置においては、アークスタ
ートを容易にするため、スタート時のみに高周波高電圧
を印加してアークスタートさせている。第１図はそのよ
うな回路機能を有する従来の回路構成図で、１は三相商
用交流電源、２は変圧器、３は溶接電流を制御するため
の６個のサイリスタで成る整流器、４は平滑用リアクタ
、５３頁はカップリングコイルを含む高周波発生装置、６は負荷
で、ＴＩＧ用トーチと母材から構成される。

このような装置においては、アークスタート時に高周波
放電を起こさせてから溶接アークに移行させるため、そ
の際高周波発生装＃５から発生するノイズが他の機器に
悪影響を及はす。亨だ、ケーブル接続される溶接トーチ
を溶接装置本体から長尺に延ばｌ−た場合、高周波電圧
が途中で減衰Ｉ。

てしまい、アークスタートできにくい場合もある。

また、高周波発生装置を有することから小型構成に限界
があり価格的・にも高いものであった・このような問題
を解決するため、高周波発生装置を設置せず、アークス
タート時にトーチ電極を母材に接触させて短絡電流を流
し、その後、トーチ電極を母材から引離してギャップを
形成し、アークスタートさせる、いわゆるタッチるター
ト方式を採用することもある。ところがこの方式による
と、アーク点弧が不安定になり易（、これを安定化する
ためにはスタート時に電流を必要以上に流さなければな
らず、電極が溶融して消耗すると特開昭５８−８６９７
８（２）いう欠点があった。また、アーク点弧のタイミングをと
るのはむずかしく、そのため点弧時に何度もアークスタ
ート操作しなければならず、母材を傷付Ｉるおそれがあ
る等と熟練を要するものであった〇本発明の目的は、前記した従来技術の欠点を除去し、高
周波発生装置を設けることなく、しかも良好なアークス
タートが行ない得る非消耗電極アーク溶接装置を提供す
るにある。

本発明は、スイッチング回路を介して出力され、負荷に
流れる電流を検出する電流検出手段と、複数種の負荷電
流を設定するための出力信号を得る複数の電流設定手段
と、該複数の電流設定手段を切換える切換スイッチ手段
と、前記電流検出手段を介して得た帰還信号と切換スイ
ッチ手段を介して得た電流設定出力信号とを比較し、出
力電流が常に設定電流となるように前記スイッチング回
路を商用電源周波数の１／６よりも短かい周期で制御す
る制御手段と、アーク溶接時に起動信号を発生する起動
信号発生手段と、該起動信号と負荷におＣけるトーチ電極、母材間の電圧検出信号とを比較し、前
記切換スイッチ手段を切換制御する論理回路手段とを有
して成ることを特徴とするものである。

以下、本発明を第２図〜第６図に従って眸述する。まず
、第２図において本発明の詳細な説明する。

第２図は、整流回路出力に設けられるスイッチング回路
を制御するための制御周期を、回路の・応答性をよくす
るため三相交流電源周波数の周期の１／６以下とした場
合の実験結果で、電極径とスタート電流との関係を示し
たものである。ここで１７６以下の周期としたのは、従
来装蓋の制御周期が商用電源（５０Ｈｚ−４２０ｍｓ）
を６個のサイリスタで制御しており、その制御周期は２
０／　６　ｍｓ　＝　３．３　ｍｍ（約３００Ｈｚ　）
と遅（、アークの追従が悪くアーク切れが発生するが、
木登１は、第２図のデータ結果でも示すように回路の応
答性を一速めるため制御周期を３．３ｍｍ以下（商用周
波数の少なくとも６倍以上）にしたのである、第２図の
データは制御周波数２０　Ｋ　Ｈｚすなわち、１／２０
　Ｘ　１０　’　＝　０．０５ｍ　ｓで制御している場
合である。

この実験データの周期は、本発明でいう商用電源周波数
の周期のＶ６以下とは大幅に異なるが、アークへの応答
は５００Ｈｚ（制御周期２ｍｍ　）程度であれば充分で
ある。

したがって、第２図中、Ａ領域はアークスタート不能領
域で、電極径が小さい方がアークスタートできる。一方
、Ｃ領域はアークスタートはするが、電極と母材を短絡
し、その後の開放時におけるアーク発生時に大電流を要
するのでトーチ電極が消耗し、スパッタを発生して、良
好な溶接が得られない領域である。

そして、Ａ、Ｃ領域間のＢ領域（電極径で変るが１０〜
６０Ａの領域）は、スパッタもほとんど発生しないタッ
チスタート安定領域である。このように安定領域が広い
のは、制御周期を短かくして応答性を速（し、負荷の変
動に速やかに追従させるためである。

なお、同様の実験を高電流供給回路を備えた従７頁来装置で行なった結果、Ｂ領域がほとんどなく、Ａ領域
からＣ領域に移行し、アークが持続しにくいか、あるい
は電流が高いため、電極が溶損するなど実用的でなかっ
た。

次に、第２図の実験結果を実現する具体的な回路構成を
第３図に示し説明する。第３図中、第１図と同一符号を
付しであるもの・、ハ同一のものを示すＯ第３図に示すように、変圧器２の出力段には６個のダイ
オードから成る整流器７が設けてあって、その出力段に
は高周波パルス出力（スイッチング周波数）を得るため
のトランジスタから成るスイッチング回路８が設けであ
る。９は高周波回路に設けられ、負荷電流を平滑にする
ための比較的小型のリアクタ、１０は負荷６に流れる電
流を検出する電流検出回路、１１は制御周期を商用電源
周期の１７６以下でスイッチング回路８をオン、オフ制
御するスイッチング制御回路で、電流検出回路１０より
の帰還信号とスイッチ１５を介して得られる設定電流と
を比較して、爾に設定電流が得られるよう１にスイッチ
ング回路８を制御するためのものである。ここで制御周
期を商用電源周期の１／６以下としたのは応答性を速−
く、かつ負荷の変動に速やかに追従させるためである。

１２は負荷６に印加される電圧検出回路で、トーチ電極
と母材との短絡状態を検出するものである。

１３は論理回路、１４は溶接トーチに取付けられ、アー
クスタート時に操作されるスイッチ操作（トーチスイッ
チ）によって起動信号が得られる起動信号発生回路、論
理回路１３は、電圧検出回路１２からの短絡検出信号と
、起動信号発生回路１４からの起動信号とを入力し、起
動状態で電圧がアーク電圧よりも低い場合、負荷６が短
絡状態にあると判断し、その論理回路出力により電流設
定器切換用のスイッチ１５を切換え制御するためのもの
である。

１６＃′ｉア一クスタート時の電流設定器、１７はアー
クスタートから溶接に移行した場合に接続される溶接電
流設定器で、これらは切換スイッチ１５により切換制御
される。

同回路構成において、いまアークスタート時に１ｉ負荷６のトーチ電極と母材を短絡したとする。このとき
電圧検出回路１２からの信号と起動信号発生回路１４か
らの起動信号の入力により論理回路１３Ｆｉ、負荷が短
絡状態にあることを判断し、その論理回路１３の出力制
御により切換スイッチ１５をアークスタート電流設定器
１６に接続し、スイッチング制御回路１１の出力により
スイッチング回路８を制御し１、負荷電流をこれによっ
て定める電流とする。

次に、負荷６のトーチ電極と母材との短絡を開放してア
ーク点弧させると、電圧検出回路１２が検出する電圧は
上昇し、それによって論理回路１３の一方の入力が変わ
り、その出力で切換スイッチ１５は切換えられ、溶接電
流設定器１７側に接続される。

これにより負智電流は通常の溶接電流として出力される
。

第４図は第３図の動作特性を示すものであって、アーク
スタート時における短絡時の動作点はＡで、この状態か
らトーチ電極と母材間の短絡が開放されると、動作点は
Ｂに移行し、はぼ定電流特性となる。従って、この方式
によると、溶接中の短絡１０　　　頁１でも動作点は人となり、極めて低いスタート電流にて
溶接作業が行なえる。

さらに、前記動作を第５図に従って説明すると、トーチ
スイッチをオンし、起動信号発生回路１４から起動信号
を発生している時間内においては、溶接電流設定器１７
側に接続してあった切換スイッチ１５は、トーチ電極と
母材が短絡されることによりアークスタート電流設定器
１６側に自動的に切換えられ、第５図に示す如く電圧は
短絡電圧になる一方、電流は第４図のＡで示す低い電流
値となって再びアークスタートがなされる。そして、フ
ィードバック電圧の入力により切換スイッチ１５が溶接
電流設定器１７に切換えられ、アーク溶接すべく”通常
の溶接電流に移行される。溶接途中、電極と母材間に短
絡が生じた場合は、当然ながら検出電圧は低下し、それ
によって切換スイッチは短絡時のアークスタート電流設
定器１６側に切換えられ、短絡が解除されるとすぐに溶
接電流設定器１７側に切換えられて溶接がなされる。こ
れの繰り返えしが、トーチスイッチをオンしている間行
なわれる。

第６図は本発明の他の実施例を説明するための図で、第
３図と同一符号を付しであるものは同一のものを示す。

同実施例は整流器１８と変圧器加との間にスイッチング
回路１９を設け、その変圧器加の後段にも５１つの整流
器２１を設けてリアクタ９に入力せしめるようにしたも
のであって、商用電源を整流した状態でスイッチングす
る場合である。

したがって、整流器１８を介して得た直流電流はスイッ
チング回路１９により高周波パルス電圧として出力され
、さらに変圧器加により電圧変換され、その出力を整流
器２１により整流して直流電圧を得、電流検出器２１を
介して負荷６に供給するようにしである。

同回路においても、そのタッチスタート方式によるアー
ク点弧から、溶接制御に移行させる動作は第３図の動作
説明と同様で、商用電源（変圧器加の一次側）で負荷６
に供給する電流制御を行なっている点のみが異なる。し
たがって、その部分の動作説明は省略するが、この方式
によると変圧器加、リアクタ９をさらに小型化できる。

なお、上述の実施例では直流ＴＩＧについて述べたが、
交流ＴＩＧの゛場合も同様の効果が得られる。

以上説明ｌ−だ如く本発明によるアーク溶接装置によれ
ば、高周波発生装置を設置しなくとも安定に、かつ電極
消耗の少ない良好なアークスタートができる。また高周
波発生装置を要しないことから、高周波発生による電波
障害は解消でき、小型。

軽量化が達成できる。さらに、タッチスタートが確実に
でき、そのアークスタート位置がわかりやすい。さらに
、アークスタート電流から溶接電流への切換えを、トー
チスイッチなどの起動信号によるスイッチング制御によ
シ行なうことができ、しかも電極と母材間を短絡した時
点で予め設定したアークスタート電流に自動的に切換わ
り、操作が□極めて簡単である等の利点並びに効果があ
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来のアーク溶接装置の全体的構成図、第２図
は本発明の原理説明をするための図であって、トーチ電
極径とスタート電流との関係を示す特性図である。１３　　　打第３図は本発明の一実施例を示すアーク溶接装置の全体
的構成図、第４図および第５図は、第３図の動作説明を
するための特性図およびタイムチャート、第６図は本発
明の他の実施例を示すアーク溶接装置の全体的回路構成
図である。１・・・交流電源、２．２０・・・変圧器、６・・・負
荷、７゜１８　、２１・・・整流器、８．１９・・・ス
イッチング回路、９・・・リアクタ、１０・・・電流検
出回路、１１・・・スイッチング制御回路、１２・・・
電圧検出回路、１３・・・論理回路、１４・・・起動信
号発生回路−，１訃・・切換スイッチ、１６・・・アー
クスタート電流設定器、１７・・・溶接電流設定器。特許出願人　　日立精工株式会社代理人　弁理士　　秋　　本　　正　　実４２０第１図１２図第３図第４図エ　　　ｍ−←− 第５図

Claims

【特許請求の範囲】１、　アーク発生時に非消耗のトーチ電極と母材を短絡
ｌ−て短絡電流を供給Ｉ７ておき、その後、トーチ電極
と母材間を開放してアークを点弧させるようにｌ、たタ
ッチスタート方式によるアーク溶接装置であって、スイ
ッチング回路を介して出力され、負荷に流れる電流を検
出する電流検出手段と、複数種の自荷電流管設定するた
めの出力信号を得る複数の電流設定手段と、該ｖＩ数の
電流設定手段を切換える切換スイッチ手段と、前記電流
検出手段を介して得た帰還信号と切換スイッチ手段を介
して得た電流設定出力信号とを比較し、出力電流が常に
設定電流となるように前記スイッチング回路を商用電源
周波数の１／６よりも短かい周期で制御する制御手段と
、アーク溶接時に起動信号を一生する起動信号発生手段
と、該起動信号と負荷におけるトーチ電極、母、材間の
□電圧検出信号とを比較し、前記切換スイッチ手段を切
換制御する論理２百回路手段とを有して成り、前記負荷の短絡時はアークス
タート信号で負荷電流を制御し、アーク点弧時は溶接信
号に切換え、負荷電流を制御１７て溶接を行なうアーク
溶接装置。２、前記、起動信号発生手段は、溶接トーチのスイッチ
信号により制御されることを特徴とする特許請求の範囲
第１項に記載のアーク溶接装置。