JPS6127154B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明はアーク溶接機の制御装置、特にそのア
ーク始動に関するものである。

いわゆるMIG溶接等の消耗電極による溶接にお
いては、溶接開始時に電極先端を被溶接物に接触
させた状態で通電開始し、電極をジユール熱によ
つて溶融させたり、あるいは機械的にひきはなし
たりして空隙を生成すれば、両者の間にアークが
発生するから、アーク始動は容易にかつ確実に行
える。しかるに非消耗電極を用いるTIG溶接で
は、電極先端の形状が溶接品質や能率に重大な影
響を及ぼすため、その形状が変形される上記のよ
うなアーク始動方法を用いず、溶接電源に内蔵ま
たは別置した高周波、高電圧発生装置によつて電
極と被溶接物間の空隙にパイロツトアークと呼ば
れる放電路を形成し、その放電路を通つて溶接電
源から溶接電流を流してアークを始動するのが普
通である。しかしこの方法では、形成されたパイ
ロツトアークを通つて、溶接電流が流れ始めるま
でに数十秒以上の時間を要したり、また溶接電流
が流れ始めても、アークが安定しにくくついには
アークぎれをおこし、始動不能と判定されて、溶
接能率の低化を招いたり、またアーク起動時の比
較的長い期間作動するパイロツトアークおよび高
周波高電圧発生装置から放射される雑音によつ
て、溶接施工場所近傍の電気装置の動作に悪影響
をもたらすという欠点があつた。この現象は溶接
部のシールドガスとしてヘリウムガスを用いた
時、特に顕著に現れる。

本発明は上記欠点に鑑み、比較的簡単な装置を
追加して、通常数分の一秒の短時間で確実にアー
クを始動できる装置を提供するものである。

まず従来の装置の一例を示す第１図によつて、
その動作と欠点とを詳述する。第１図において、
１は単相または三相の交流電源、２は溶接装置、
３は高周波電流側路用コンデンサ、４は溶接電流
検出用分流器、５は１次コイル６と２次コイル７
とを並べて巻いた高周波電流伝達用カプリングコ
イル、８は高周波電流発生装置、９は非消耗電極
を備えたトーチ、１０は被溶接物であり、電源１
からは溶接装置２と高周波電流発生装置８とヘケ
ーブル１１および１２により給電される。ヘケー
ブル１１，１２は通常２本または３本の往復路で
形成されるが、図では簡略化して描いている。溶
接装置２は出力端子１３，１４を有し、１３は側
路コンデンサ３に接続されるとともに、ケーブル
１５によつてトーチ９に接続されている。一方端
子１４は分流器４を経て、コンデンサ３の他の端
子およびカプリングコイル５の２次コイル７に接
続され、２次コイル７の他の端子はケーブル１６
によつて被溶接物１０につながつている。また分
流器４の検出端子には信号線１７，１８が接続さ
れ、これらによつて高周波電流発生装置８へ信号
を送る。

このように構成された第１図の従来装置は次の
ように動作する。図示しない指令装置によつて、
溶接開始信号が発せられると、高周波電流発生装
置８が動作して、カプリングコイル５の１次コイ
ル６、従つて２次コイル７の両端に高圧高周波の
起電力を発し、これによつて、カプリングコイル
７、側路コンデンサ３、ケーブル１５、トーチ
９、被溶接物１０、ケーブル１６、カプリングコ
イル７の経路を高周波電流が流れて、あらかじめ
シールドガスでおおわれたトーチ９と被溶接物１
０との間にパイロツトアークが形成される。この
状態で、溶接装置２の出力端子１３，１４に起動
力を発生させると、端子１４、分流器４、カプリ
ングコイル７、ケーブル１６、被溶接物１０、ト
ーチ９、ケーブル１５、出力端子１３の経路を溶
接電流が流れて、トーチ９と被溶接物１０との間
にアークが確立し、溶接開始が可能となる。一方
分流器４によつて溶接電流の出現、従つて溶接開
始を検出し、高周波電流発生装置８はその動作を
停止する。それ以後は溶接装置２からの電流によ
つて溶接が行われるのであるが、このように動作
する従来のアーク起動装置は次の欠点を有する。

すなわち高周波電流発生装置８の動作によつ
て、前述のパイロツトアークが発生したアーク起
動時点においては、その電流値はきわめて小さ
く、いわゆるアークの負性抵抗領域にとどまるた
め、トーチ９と、被溶接物１０間の電圧降下がシ
ールドガス、アルゴンの時、30〜50V、ヘリウム
の時80〜90Vと、定常のアーク発生時の30V以下
にくらべて格段に大きい。一方一般の溶接装置２
の出力端子１３，１４間の無負荷電圧は、操作上
の安全性や、機器効率の上から、無制限に大きく
することができず、これら起動時点のアーク電圧
降下とほゞ同等になつているのが普通である。従
つて溶接開始後、パイロツトアークが発生して
も、周囲の条件によつては、その電圧にうちかつ
て端子１３，１４から溶接電流が流れ得ないこと
が応々あり、その時にはパイロツトアークのみが
継続して発生するがアーク起動が行えず、最初に
述べたように、効率の低化を招いたり、周囲へ悪
影響を及ぼすことになる。また最近、種々の形状
の被溶接物を姿勢を変更しつつ高品質に溶接する
ために、溶接装置２には溶接電流のプログラム装
置を内蔵することがあるが、この時には溶接開始
時点での溶接外観を乱さないために、溶接電流を
いきなり定常値に跳躍させずに、ほゞ０からある
速度で定常値まで増加させるのが普通である。こ
の種の電流プログラムの最も単純な例を第２図に
示すか、このような場合、溶接開始時の溶接電流
値は０または微小であるため、従来装置によるア
ーク起動の困難さは一層顕著となる。

本発明は上記の欠点を克服するためになされた
もので、第３図はその装置の一例である。

第３図において、１９は変圧器でその内部に１
次巻線２０と２次巻線２１とを有している。２２
は直流電源を構成する整流器ブリツジ、２３は普
通の場合抵抗器で構成される電流制限素子、２４
は大容量コンデンサ、２５は電磁リレーでその励
磁によつて常開接点２６が閉じ、常閉接点２７が
開く。２８は定電圧ダイオード、２９はスイツチ
であり、スイツチ２９を閉じると交流電源１、ケ
ーブル１２，３０、スイツチ２９の経路によつて
変圧器１９が励磁される。この時変圧器１９の２
次巻線２１に現われる交流電圧は整流器ブリツジ
２２で直流電圧に変換され、限流素子２３を経
て、コンデンサ２４を充電するとともに、電磁リ
レー２５と定電圧ダイオード２８との直列回路お
よびトーチ９、被溶接物１０間に直流電圧が印加
されるように構成されている。３１は起動補償回
路であつてその構造は後に詳述するが、溶接装置
２に内蔵した回路から発せられる、例えば第２図
の電流プログラム信号の溶接開始直前にパルス状
の信号を加えて、第４図の電流プログラムとする
機能を有する。第４図において起動補償電流値と
起動補償時間とは起動補償回路３１内の調整用端
子によつて調整可能である。４４は高周波電流側
路用コンデンサ３とカプリングコイル５と高周波
電流発生装置８とからなるアーク起動装置であ
る。

次に以上構成を述べた本発明の装置の、アーク
起動時の動作を述べる。図示しない指令スイツチ
によつて、溶接開始指令がだされると、ただちに
スイツチ２９が閉じ、整流器ブリツジ２２の出力
には直流電圧が現れるが、トーチ９と被溶接物１
０間および電磁リレー２５と定電圧ダイオード２
８との直列回路に印加される電圧は、電流制限素
子２３とコンデンサ２４との時定数で決まる速度
で上昇する。この電圧が定電圧ダイオード２８の
降伏電圧を越えると電磁リレー２５に電圧がかか
りはじめ、やがて電磁リレー２５が励磁されて接
点２７が開き、接点２６が閉じる。この時のコン
デンサ２４の両端の電位、すなわちトーチ９と被
溶接物１０間の電位が、前述したアーク起動電圧
よりも十分高くなるように、変圧器１９の２次電
圧と、定電圧ダイオード２８の降伏電圧を選んで
おく。このようにすれば接点２６が閉じて高周波
電流発生装置８に電圧が印加されて、第１図で説
明したのと同様に９，１０間にパイロツトアーク
が発生した時、両者間にはコンデンサ２４によつ
て、アーク起動に必要な最小限界電圧よりも十分
高い電圧が印加されているから、その電荷は両者
間を通つてアークを形成しつつ急激に放電する。
この放電電流は短時間であるがピーク値が大き
く、アークの負性抵抗領域を十分越えるから、こ
の時、アーク電圧は定常時と同程度に小さくな
り、溶接装置２の出力端子１３，１４からの電流
が流れ込むことが可能となる。このようなアーク
の状態が出来た時、起動補償回路３１を動作さ
せ、第４図に示したような比較的波高値の大き
く、その継続時間の短いパルス状の電流を溶接装
置２から流すと、トーチ内の電極先端が熱せられ
て、アークは完全に安定し、本発明になるアーク
始動は完了する。なお、接点２７は起動補償回路
３１のアーク始動同期用であつて、その動作は後
述する。以上の動作によるアーク起動後は、コン
デンサ２４の電圧は定常時のアーク電圧に保持さ
れて、定電圧ダイオードの降伏電圧以下となるた
め、電磁リレー２５はもはや励磁されない。従つ
てアークの始動が完了すると接点２６が自動的に
開き、高周波電流発生装置８の動作を停止する。
またアーク起動時のパイロツトアークは周波数が
高いので、コンデンサ２４にシリーズに、小容量
のインダクタンスを接続しておけば、パイロツト
アーク用の電流が２４を側流することはない。

以上述べた方法によれば、パイロツトアークの
発生、コンデンサ２４の放電、起動補償電流の流
入がほゞ同時に行われ安定度の高いアーク起動が
瞬時に達成できるから従来装置の欠点を克服して
スムーズは溶接動作へ移行することができる。起
動時のコンデンサ２４の放電電流および起動補償
装置３１による電流はいずれも瞬時値は大きいが
その継続時間が短いため、被溶接物１０を損傷す
ることはない。なお、整流器ブリツジ２２の出力
電圧は通常150V程度にする必要があるが、この
電圧がトーチに現われるのはアーク起動前の一瞬
であり、起動後は電流制御素子２３によつて微小
電流が、トーチ９と被溶接物１０間に溶接電流に
重畳して流れるだけであるから、作業者が感電し
たり、機器効率が低下することはない。

第５図は第３図にブロツクで示した起動補償装
置３１の構成例であつて、３２は第４図の起動補
償時間を調整する可変抵抗器、３３は時限用コン
デンサ、３４は負荷抵抗、３５はパルス発生用の
サイリスタトリガ素子、３６は小形サイリスタ、
３７は第４図の起動補償電流調整用可変抵抗で、
３２，３４は一方の端子を制御回路側電源３８
に、３３，３６，３７は一方の端子を制御回路の
側電源３９に接続している。また第３図の電磁
リレー２５の常閉接点２７が、コンデンサ３３と
並列に接続されている。４０は第３図の溶接装置
２に内蔵された電流プログラム発生装置で、例え
ば第２図の信号を発する。４３は通常、演算増幅
器を用いて構成される加算器である。

さて第５図のように構成された装置において、
第３図の電磁リレー２５が励磁されて、パイロツ
トアークが発生し、接点２７が開くと、抵抗３２
とコンデンサ３３とによつて決まる時定数で、コ
ンデンサ３３の電位は上昇をはじめ、その電位が
サイリスタトリガ素子３５の降伏電圧に達すると
コンデンサ３３の電荷は、サイリスタトリガ素子
３５、サイリスタ３６のゲート、側電源を通つ
て放電し、サイリスタ３６はOFF状態からON状
態となる。サイリスタ３６がOFF状態の時、抵
抗３７の摺動端子４１にはその位置に従つた電圧
の信号が現われるが、サイリスタ３６が上記の方
法でONすると４１の電位はほゞ０となる。パイ
ロツトアークの発生後、すなわち接点２７の開放
後、サイリスタが、OFFからONするまでの時間
は可変抵抗３２によつて調整できるから、可変抵
抗３７の出力端子４１の信号と電流プログラム回
路４０の出力信号とを加算器４３でアナログ的に
加えれば、その出力端子４２には、第４図の電流
プログラム信号を得ることができる。ここで起動
補償装置３１の出力端子４１にでる信号は以上の
説明では、第４図、第６図ａに示した矩形状のパ
ルスとしたが、この信号は短時間でアークを安定
する目的で発生するのであるから、第６図ｂのよ
うに、ある時定数をもつて減衰するパルスで、そ
の波高値と時定数を調整できるものでも良いこと
は言うまでもなく、このような波形は、抵抗とコ
ンデンサの充放電回路で容易に得られるから、そ
の出力を端子４１の信号としてもよい。

なお、リレー２５はコンデンサ２４の充電電圧
に基づいて作動させなくとも、例えばスイツチ２
９の投入により作動開始するタイマーを設け、こ
のタイマーによりリレー２５が作動するようにし
てもよい。

本発明によれば、コンデンサの放電によつてア
ーク電圧をさげるとともに、波高値の大きいパル
ス状の電流をアーク起動時に流し込むことによつ
て非常に迅速に、安定したアーク始動が得られ
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来のアーク始動装置の一例を示す
図、第２図は溶接電流のプログラムの一例を示す
図、第３図は本発明装置の一例を示す図、第４図
は本発明の溶接電流のプログラムの一例を示す
図、第５図は起動補償装置の構成例を示す図、第
６図ａ，ｂは起動補償装置の出力信号の例を示す
図である。 図において、２は溶接装置、５はカプリングコ
イル、８は高周波電流発生装置、９はトーチ、１
０は被溶接物、２２は整流器ブリツジ、２３は電
流制御素子、２４はコンデンサ、２５は電磁リレ
ー、２６，２７はその接点、２８は定電圧ダイオ
ード、３１は起動補償装置、４４はアーク起動装
置である。なお、図中同一符号は同一または相当
部分を示す。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 非消耗電極を有するトーチと被溶接物とに接
   続された溶接装置およびそのアーク起動装置を有
   するアーク溶接機の制御装置において、 上記トーチと被溶接物とに並列に接続された直
   流電源、 上記トーチと被溶接物とに並列に接続され上記
   直流電源により充電されるコンデンサ、 上記トーチと被溶接物とに並列に接続され、上
   記コンデンサが上記アーク起動に必要な最小限界
   電圧より高い電圧まで充電された時点で作動する
   リレー、 上記リレーの作動により動作させられ、上記ト
   ーチと被溶接物との間にパイロツトアークを発生
   させるアーク起動装置、 を備えたことを特徴とするアーク溶接機の制御
   装置。 ２ 非消耗電極を有するトーチと被溶接物とに接
   続された溶接装置およびそのアーク起動装置を有
   するアーク溶接機の制御装置において、 上記トーチと被溶接物とに並列に接続された直
   流電源、 上記トーチと被溶接物とに並列に接続され上記
   直流電源により充電されるコンデンサ、 上記トーチと被溶接物とに並列に接続され、上
   記コンデンサが上記アーク起動に必要な最小限界
   電圧より高い電圧まで充電された時点で作動する
   リレー、 上記リレーの作動により動作させられ、上記ト
   ーチと被溶接物との間にパイロツトアークを発生
   させるアーク起動装置、 上記リレーの作動により動作させられ、上記溶
   接装置からパルス状の溶接電流を上記コンデンサ
   の放電電流に重畳して流す信号を出力する起動補
   償装置、 を備えたことを特徴とするアーク溶接機の制御
   装置。