JPS61219477A - ホツトワイヤスイツチングｔｉｇ溶接方法 - Google Patents

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】 （産業上の利用分野）“ 本発明はホットワイヤスイッチングＴＩＧ溶接方法に係
り、特に良好な溶接を高能率で行なうホットワイヤＴＩ
Ｇ溶接方法に関する。

（従来の技術） アーク溶接の一種としてタングステン等の非消耗電極を
用いてイナーｌ−ガスのソール１下で行なうＴＩＧ熔接
溶接る。この溶接は良好な溶接ヒートを形成し得る反面
、低溶着量で溶接作業能率が低いものであった。これを
改善するものとして、溶接用線材（ワイヤ）を通電加熱
して溶着速度を向上するホン１〜ワイヤＴＩＧ法が知ら
れているが、アークのごく近くでワイヤ加熱のための大
電流を通電するために、ワイヤ電流によってアークが磁
気吹きを生し、作業性をはなはだ損なうという欠点があ
った。そこで第６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ＴＩの
ときには、ワイヤ７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の間だけワイヤ電流
ＷＰを流して、磁気吹きをなくして、高溶着量を得よう
とするボットワイヤスイッチングＴｒｃ？ｆが実用され
るようになった。その溶接装置の電源は、当初はトラン
ジスタチョッパ方式で構成されていたため、非常に高価
で大形になっていた。

そこで、より安価で小形の電源回路方式として、第７図
の方式（特願昭５８−１７７１２４号）などが実施され
た。この装置は、タングステン電極３と母材４とを直流
定電流特性の溶接電源５で接続し、電極３と母材４の間
にアーク６を形成するよう構成した通常のＴＩＧアーク
形成用回路１６と、ゲートクーンオフ（ｇａｔｅ　　ｔ
ｕｒｎ　　。

ｆｆ）サイリスタ１５　（以下ｒＧＴ○」と称す）とか
らなり、このＧＴＯ１５を用いてスイッチングするよう
構成したものである。ＧＴＯ］　５はこの回路１６とワ
イヤ７　（直接的にはコンタクト千ツブ８）とを接続し
、アーク６に刻してワイヤ７を介して並列に接続されて
おり、これらの回路全体でホットワイヤスイッチングＴ
　Ｉ　Ｇ溶接の電源回路を構成している。この装置にお
いて、ＧＴＯ１５がＯＦＦのとき、電極３と母材４の間
にアーク電流が流れてアーク６を形成し、母材４を溶融
する。ＧＴＯ１５がＯＮになるとアーク６に流れていた
電流のほとんどがバイパスされて母材４からワイヤ７へ
流れる。このときワイヤ７ば加熱され溶融速度を向−ト
させる。第８図は上述の状態を示すものであり、ＧＴＯ
１５がＯＦＦの場合はアークにはピーク電流ＡＰが流れ
、ＯＮの場合はワイヤ電流ＷＰが流れて、この間アーク
電流はベース電流ＡＢになる状態を示している。

第９図は他の従来技術を示すもので、第７図の回路の溶
接電源５の出力端子を短絡する形でさらにＧＴＯ１７を
接続し、それを０Ｎ−ＯＦＦすることにより、第１０図
の電流波形に示すようにワイヤの通電期間Ｔ３とアーク
のピーク電流期間ＴＩおよびベース電流期間Ｔ２を一定
に維持できるようにしている。これはワイヤ通電するた
めにＧＴ０１５をＯＮＬ、、Ｔ３期間経過時にＧＴＯ１
７を（Ｔ２−Ｔ３）期間ＯＮすることにより実施されて
いる。

（発明が解決しようとする問題点） このようにして、安価で実用的なホットワイヤスイッチ
ングＴＩＧ溶接電源が提供されていたが、この電源を用
いて溶接するときには、ＧＴＯの急峻な電流スイッチン
グにより、方形１波状のパルスアーク電流波形の立ち上
がり、立ち下がり時間が０、０５　ｍ　ｓ程度などで波
形が鋭くなり、これに伴ってアークを構成するプラズマ
柱の急激な膨張、収縮を生じて、強く大きいアーク音を
形成することになった。この膨張、収縮に伴うアーク音
のエネルギーは、溶融池の表面を振動させて、熔融金属
を攪拌する作用などを生じて、結晶粒を微細化する等の
好結果をもたらす反面、非常に大きいアーク音を伴い、
市街地での作業には不適当で、また長期的には溶接作業
者の聴力障害も心配されるなど、さまざまな騒音障害を
生じるという欠点があった。

本発明の目的は、上記した従来技術の欠点をなくし、安
価でアーク音の少ないホットワイヤスイッチングＴＩＧ
溶接方法を提供することにある。

（問題点を解決するための手段） 要するに本発明は、アーク電流をピーク電流とベース電
流を繰返すパルス電流とし、そのベース電流期間中にの
みワイヤ加熱電流を流すホソトワイヤスイッチングＴＩ
Ｇ溶接において、パルス状のアーク電流の立ち上がりお
よび立ち下がり時間をそれぞれ０．５〜２ｍｓにするこ
とにより、アークによる結晶粒微細化効果をあまり低下
させることなく、アーク音を非富に低下させたものであ
る。

以下、図面により本発明をさらに詳細に説明する。

（実施例） 第１図は、本発明の実施例を示すホットワイヤスイッチ
ングＴＩＧ／８接装置の説明図である。この装置は、タ
ングステン電極３と母材４とを直流定電流特性の溶接電
源５で接続し、電極３と母材４の間にアーク６を形成す
るよう構成した通寓形のＴＩＧアーク形成用回路２と、
この回路２とワイヤ７　（直接的にはコンタクトチップ
８）をアーク６に対して並列に接続する大電流用のスイ
ッチングトランジスタ１とからなり、これらの回路全体
でホットワイヤスイッチングＴ　Ｉ　Ｇ　溶接の電源回
路２を構成している。この装置において、トランジスタ
１がその制御装置９の信号に基づいてＯＦＦとなってい
るとき、電極３と母材４の間にアーク電流が流れてアー
ク６を形成し、母材４を熔融する。トランジスタ１がＯ
Ｎになるとアーク６に流れていた電流はバイパスされて
母材４からワイヤ７へ流れる。このときワイヤ７は加熱
され溶融速度を向上させる。第２図は、上述の状態を示
すものであり、トランジスタ１がＯＦＦの場合はアーク
電流ＡＰが流れ、ＯＮの場合はワイヤ電流ＷＰが流れて
、この間アーク電流はベース電流ＡＢになる状態を示し
ている。これらの考え方は第７図のＧＴＯによる回路と
同じである。しかし本発明では、単に０Ｎ−ＯＦＦの機
能しかもっていないＧＴＯの代わりに通電電流波形の制
御もできるトランジスタを用いているので、方形波上の
電流波形の立ち上がり、立ち下がり時間を任意に長くす
ることができる。その際パルス波形のトランジスタのス
イッチングロスがやや増加する形にはなるが、基本的に
はトランジスタをスイッチング素子として利用している
ので、トランジスタにおける電力損失は純粋にスイッチ
ングしている場合に較べてその増加量は少なく、トラン
ジスタの容量をあまり増大することなく、大電流を連続
的にスイッチング的に制御することが容易になる。

この電流波形の立ち上がりおよび立ち下がり時間を、電
流変化分の１０〜９０％値間を変化する時間ｔ１および
ｔ２で表わすとき、それらを０．５ｍｓより以上にする
と、アークの膨張、収縮が緩やかになり、アーク音が通
常の溶接作業にも支障なくなる程度にまで低下すること
がわかった。一方、これらの時間を２ｍｓより以上に長
くすると、アークの膨張・収縮作用による溶融地の攪拌
作用が少なくなって、溶接継ぎ手のや金的性質兜から好
ましくないことがわかった。

第３図は、本発明の他の実施例を示すもので、第１図の
回路に電源の出力端子に短絡する形でトランジスタ１０
を入れたものである。トランジスタｌとトランジスタ１
０とを制御し、第９図のＧＴＯの場合と同様にホットワ
イヤスイッチングＴＩＧ溶接するが、トランジスタを用
いているので、第１図の電源の場合と同様にアーク電流
の立ち上がり、立ち下がり時間を容易に制御でき、アー
ク音を効果的に低下できる。

ところで、例えば第３図の装置による実際の溶接時に、
溶接電源からアークまでの距離が遠くなって溶接ケーブ
ルを長くする必要を住じる場合がしばしばあるが、この
ケーブルの長さや配置の変化によりケーブルのりアクタ
ンスが大きくなったりまたさまざまの値に変化すること
があり、そのために方形波状のパルス電流波形の立ち上
がり、立ち下がり時間を一定に保てず、結晶粒の微細化
作用を一定に保つことが困難になることがあった。

第４図は、その対策として採用した実施例を示すもので
、アーク電流の立ち上がり、立ち下がり時間をホール素
子を用いたアーク電流波形検出器１１、電流波−を比較
器や微分器などから構成されるトランジスタ制御信号形
成回路１２などを用いてアーク電流の立ち上がり、立ち
下がり時間を求め、それらが０．５〜’ｌ　ｍ　ｓとな
るようトランジスタ１および１０のベース信号へフィー
ドバンク制御するようにしたものである。ケーブルのり
アクタンスがあまり大きすぎると、立ち上がりおよび立
ち下がり時間を２ｍｓ以内に収めることができなくなる
が、そのときは警報ランプで表示し、制御範囲外にある
ことが容易にわかるようにした。

この装置を用いることにより、溶接金属の結晶粒微細化
効果に及ぼす溶接ケーブルなどによる影響は問題になら
なくなった。

第５図は、インバータ方式の回路原理をホットワイヤス
イッチングＴＴＧ電源に用いた場合の実施例であるが、
この場合においてもアーク電流波形をアーク電流波形検
出器１１で検出し、パルス状の電流波形の立ち上がり、
立ち下がり時間が０゜５〜２ｍｓになるように、−次側
の２０　Ｋ　Ｉ（ｚなどの高い周波数でスイッチングす
るスイッチング素子の通電時間をパルス幅制御するイン
パーク用制御装置１４にフィードバックしている。

（発明の効果） 本発明を実施することにより、従来ＧＴＯを使用した実
用電源等で生していた強いアーク音を溶接作業者が不快
感をもたない程度にまで十分弱め１す ることかでき、かつホットワイヤスイッチングＴＩＧ特
有のアークによる溶融池の攪拌効果および結晶粒微細化
効果が安定し、かつ再現性のある形で保つことができ、
比較的安価に実用的なホン１〜ワイヤスイツチングＴＵ
Ｇ溶接電源を構成することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明に用いる溶接装置の回路構成を示す図
、第２図は、それによる出力電流波形を示す図、第３〜
５図は、それぞれ本発明の他の実施例を示す溶接装置の
回路構成を示す図、第６図は、従来技術のホッｌ−ワイ
ヤスイッチングＴＩＧ溶接における電流波形の一例を示
す図、第７図ないし第１０図は、他の従来技術の説明図
である。 代理人　弁理士　川　北　武　長 −へ（Ｙ）ぐ

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. （１）アーク電流をピーク電流とベース電流を繰返すパ
   ルス電流とし、そのベース電流期間中にのみワイヤ加熱
   電流を流すホットワイヤスイッチングＴＩＧ溶接におい
   て、アーク電流の立ち上がりおよび立ち下がり時間をそ
   れぞれ０．５〜２ｍｓとしたことを特徴とするホットワ
   イヤスイッチングＴＩＧ溶接方法。
2. （２）特許請求の範囲第１項において、パルス状に変化
   するアーク電流波形の立ち上がりおよび立ち下がり状態
   を検出し、その立ち上がりおよび立ち下がり時間が０．
   ５〜２ｍｓの範囲内の一定値になるように制御すること
   を特徴とするホットワイヤスイッチングＴＩＧ溶接方法
   。
3. （３）特許請求の範囲第１項または第２項において、１
   つの直流電源の出力に対して、アークと並列にトランジ
   スタを介してホットワイヤを通電加熱する回路を設け、
   該トランジスタを周期的にオン−オフしてワイヤに周期
   的に電流を分流してワイヤ加熱を行なうと共に、その間
   アーク電流を低下せしめることを特徴とするホットワイ
   ヤスイッチングＴＩＧ溶接方法。
4. （４）特許請求の範囲第３項において、さらに出力端子
   に直接トランジスタで短絡する回路を併設し、ワイヤ加
   熱期間を変化してもアークのピーク電流期間を一定に制
   御することを特徴とするホットワイヤスイッチングＴＩ
   Ｇ溶接方法。
5. （５）特許請求の範囲第１項または第２項において、ア
   ーク電流波形の制御に、またアークおよびワイヤ加熱電
   流波形の制御にインバータ方式のスイッチング電源回路
   を用いたことを特徴とするホットワイヤスイッチングＴ
   ＩＧ溶接方法。