JPS62107869A - 交流非消耗電極式ア−ク溶接法におけるア−ク点孤方法 - 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〕 本発明は非消耗電極と、溶接対象材である母材との間に
交流アークを形成して該母材を溶接する交流非消耗電極
式アーク溶接法に関し、特に、該交流アークの点弧方法
に関する。

〔従来の技術〕

交流非消耗電極アーク溶接の特徴として、直流溶接にお
ける正極性と逆極性の場合の中間の溶接現象が生じるこ
とが挙げられる。

正極性（非消耗電極がマイナス）では、アークの指向性
が強く母材の溶融池上に熱を集中的に与えるので、幅が
狭く深い溶は込み形状が得られる。

これに対し逆極性（非消耗電極がプラス）では、母材表
面に陰極点が形成され、陽イオンＷＩ撃を受けるために
溶接ビード周辺の酸化膜が破壊、除去されて美麗な面と
なるクリーニング作用があり、あわせてアークが集中し
ないので幅が広く浅い溶込み形状が得られる。

交流アーク溶接においては、交流の半波毎に正極性と逆
極性とが再現されるので、逆極性時にクリーニング作用
が、正極性時に深い溶込みが得られ、しかも逆極性の場
合よりも、非消耗電極の損傷が軽微であるという特徴が
ある。

更に、不活性ガスをシールドガスに用いてアーク及び溶
接金属を大気から遮へいするため、アークが極めて安定
で平滑なビードが得られ、かつ溶接金属に不純物が入ら
ないことが挙げられる。

これらの利点があるので、交流非消耗電極式アーク溶接
法は１表面酸化物の融点が母材の融点よりも高い材料の
溶接に、具体的にはアルミニウム合金、マグネシウム合
金等の高品質溶接に、広く普及している。

さて、交流非消耗電極式アーク溶接法では、アークの点
弧時及び交流の半波毎のアーク再点弧時に、アーク放電
を起動させるため何らかの補助手段を用いる必要がある
。

従来は高周波電圧を非消耗電極と母材間に印加すること
によりそれらの空間に絶縁破壊を生ぜしぬ、アークを点
弧（溶接スタート時の初期点弧）。

再点弧（交流の電圧極性切替り毎の点弧）させていた。

第４図にその構成の一例を示す。

第４図を参照して説明すると従来は、シールドキャンプ
６を通して不活性ガスをシールドガスとして供給してい
る状態で（以後の説明ではシールドガスについての記述
を省略する）、高周波電源４により、タングステン電極
（非消耗電極）２と母材３との間に数千７以上の高周波
電圧を継続的に印加し、火花放電を生じさせて絶縁破壊
を起こした後に、交流溶接用型ｇ１で電流を供給してア
ーク点弧及び再点弧を行っていた。

〔発明が解決しようとする問題点〕

ところがこのような高周波による交流溶接アークの点弧
及び再点弧では、アーク安定のために溶接中継続的に高
周波の助けを必要とする。これは交流アーク溶接では、
溶接電圧が交番するからである。非消耗電極と母材の間
にアークを起動するための高周波電圧が大きいので、高
パワーの電磁的なノイズが発生し、溶接自動機器に組み
込まれたマイクロコンピュータをはじめとする各種周辺
電子機器を誤動作成いは破損することがあり、この種の
高周波高パワーノイズに対して特別なノイズフィルタを
用いるなどの対策を施す必要があった。更に、高周波点
弧時にアーク電源回路に接続された計測機器を破損して
しまうため、計測機器を溶接用電気回路８に容易に接続
できないという問題がある。

これらの問題により、従来は、交流非消耗電極式アーク
溶接法では、溶接ロボットに代表される精密機器による
自動化および精密な計測機器による溶接現象の制御等が
困難であった。

本発明は、溶接用交流アーク放電回路に点弧用高周波電
圧を印加することなく交流アークを安定に点弧させ、あ
わせて１点弧時の高パワー高周波ノイズ等による、溶接
用交流アーク放電回路における高周波ノイズおよび周辺
への高周波ノイズの発生を防止することを目的とする。

〔問題点を解決するための手段〕

そこで本発明においては、非消耗電極および母材付近に
電場を形成し、それらの電場の陰極に向けてプラズマを
注入して溶接用交流アークを点弧する。

以下本発明を、図面を参照して詳細に説明する。

まず第１図に本発明を御飯様で実施する交流非消耗電極
式アーク溶接トーチの構成を示す。第１図において、１
は垂下特性を有する交流アーク溶接用電源であり、その
交流出力端の１つを溶接トーチ７内のタングステン電極
（以下主電極という）２に接続し、もう１つの端子を、
溶接される母材３に接続して、溶接用電源１．タングス
テン電極２および母材３からなる溶接用電気回路８を形
成している。主電極２の近傍には、アークトリガー用の
プラズマノズルエ３とタングステン電極（以下副電極と
いう）１２を配置し、トリガー用プラズマ装置ｌＯの陰
極側に副電極１２を、また陽極側にプラズマノズル１３
をそれぞれ接続し、プラズマ装置１０．Ｉ’Ｊ電極１２
およびプラズマノズル１３からなるプラズマジェット回
路１８を形成し。

プラズマノズル１３を母材３に接続している。

交流溶接用型′ｇ１をオンにすると、主電極２とプラズ
マノズル１３との間に、電源１出力電圧が正半波のとき
にはプラズマノズル１３　（陽極）から主電極２（陰極
）に向けて電場が形成され、電源１出力電圧が負半波の
ときには主電極２（陽極）からプラズマノズル１３（陰
極）に向けて電場が形成される。

この状態でプラズマガスをプラズマノズル１３内に供給
しく以後の説明ではプラズマガスについての記述を省略
する）、プラズマ装［１０をオンにすると、副電極１２
とプラズマノズル１３の間に放電を生じてプラズマが主
電極２に向けて送給され、電源１出力電圧が正半波のと
き、すなわち、プラズマノズル１３　（陽極）から主電
極２（陰極）に向けて電場が形成されているときに、プ
ラズマ中の正イオンが該電場で加速され、主電極２に衝
突し、衝突部の温度を上昇させ主電極２からプラズマノ
ズル１３に向けてアーク放電を生じ、このアークが主電
極２−母材３間に瞬時に移行する。すなわち主電極２−
母材３に溶接用アークが点弧する。

母材３の近傍にもう１つのプラズマノズル２３とタング
ステン電極（以後副電極という）２４を配置し、トリガ
ー用プラズマ装置２１の陰極側に副電極２４を、陽極側
にプラズマノズル２３をそれぞれ接続し、プラズマ装置
２１．副電極２４およびプラズマノズル２３からなるト
リガー用プラズマジェット回路２５を形成している。

トリガープラズマ装置２１をオンにすると、副電極２４
とプラズマノズル２３の間に放電を生じてプラズマが母
材３に向けて送給され、電源１出力電圧が負半波のとき
、すなわち、主電極２　（陽極）から母材３（陰極）に
向けて電場が形成されているときに、プラズマ中の正イ
オンが該電場で加速され、母材３に衝突し、衝突部の温
度を上昇させ母材３から主電極２に向けてアーク放電を
生じる。

すなわち母材３−主電極２間に溶接用アークが点弧する
。

以上の通り、溶接用電源１出力（交流）の正半波（主電
極：陰極、母材：陽極）ではプラズマジェット回路１８
が発生するプラズマにより主電極２−母材３間に溶接用
アークが点弧され、負半波（主電極：陽極、母材：陰極
）ではプラズマジェット回路２５が発生するプラズマに
より主電極２−母材３間に溶接用アークが点弧される。

したがって溶接時には、プラズマ装置１】および２５を
連続付勢してノズル■３およびノズル２３よりそれぞれ
主電極２および母材３に向けてプラズマを注入すること
により、主電極２−母材３の間に連続して交流アークが
発生する。

以上に説明した交流アークの点弧において、プラズマジ
ェット回路１８，２５の能力として最大１、ＯＡ程度の
低電流プラズマジェットを発生させるだけでアークの点
弧には十分であり、しかもプラズマジェットを発生させ
るために必要な使用ガスはプラズマガスのみでシールド
ガスが不要なため、プラズマノズル１３，２３の超小型
化が可能である。更に、副電極１２．２４とプラズマノ
ズル１３．２３との放電ギャップおよび各々の形状。

材質を放電しやすい状態に任意設定できる。又。

アーク点弧用プラズマジェットは低電流での使用しか必
要とされないため、副電極１２．２４およびプラズマノ
ズル１３．２３の損耗は著しく軽微である。

なお、アーク点弧のためのプラズマ注入、すなわちプラ
ズマジェット回路１８および２５による主電極２および
母材３に向けてのプラズマ注入は、溶接用＠ｇ１の出力
電圧の交番に同期して、それぞれ正半波のアークを生じ
るべきタイミングおよび負半波のアークを生じるへきタ
イミングに合せてインパルス的に行ってもよいし、点弧
をより確実にするため、アークを生じるべきタイミング
を含む十分に広い位相区間に合わせて行ってもよい。

トリガー用プラズマを定常的に維持する電力が低いので
、溶接中室時トリガー用プラズマを発生させておく態様
が、プラズマジェット回路１８，２５、特にプラズマ装
置１０．２１を簡単なものにする観点から好ましい。

以上本発明の概略について説明した。次に第１図に示し
たプラズマ装置１２１０．２１の構成およびプラズマジ
ェット回路１．８．２５の点弧方法について第２図およ
び第３図を参照して説明する。

第２図は接触点弧方法を用いたトリガープラズマ発生用
プラズマジェット回路Ｎ８，２５）を示す概略図である
。１１は直流垂下特性を有するプラズマ電源で、その陰
極側に副電極１２を、陽極側にプラズマノズル１３をそ
れぞれ接続し、プラズマ電源１１．副電極１２．プラズ
マノズル１３からなるプラズマジェット回路を構成して
いる。トリガー用プラズマ電源１１をオンにし、無負荷
電圧を印加したままの状態で副電極１２を手動、電動、
バイメタル、バネしかけ等の手段を用いてプラズマノズ
ル１３に接触、短絡させ、短絡過渡電流を流した後に副
電極１２をプラズマノズル１３から引き離し、プラズマ
ジェットを点弧させようとするものである。従来のタッ
チ点弧法（溶接用メインアーク点弧法）では、短絡時の
過大電流による主電極先端部の損耗が問題とされていた
が、アーク点弧用プラズマジェットにおいてはもともと
低電流（最大１０Ａ程度）であるため副電極先端部の損
耗は極めて軽微である。また、たとえ少々損耗したとし
てもプラズマジェットさえ点弧すれば十分であり、溶接
用電気回路８と実質上無関係であるので、溶接上の問題
とはならない。

第３図は高周波点弧方法を用いたアーク点弧用プラズマ
ジェット回路（１８，２５）を示す概略図である。１１
は直流垂下特性を有するプラズマ電源でその陰極側に高
周波電＠１４を介して副電極１′２を接続し、陽極側に
プラズマノズル１３を接続している。尚、１５は高周波
バイパスコンデンサである。プラズマ電源１１．副電極
１２．プラズマノズル１３．高周波電源１４．高周波バ
イパスコンデンサ１５でプラズマジェット回路（１８゜
２５）を形成している。

この回路は、高周波電源１４により副電極１２とプラズ
マノズル１３との間に高周波電圧を印加し、火花放電を
生じさせて、絶縁破壊を起こした後に、プラズマ電源１
１で電流を供給してアーク点弧を行うものである。ただ
し、プラズマノズル１３とａＪ電極１２との放電ギャッ
プは０．１ｍｍ程度の微小設定も可能であるため、その
場合には高周波電源１４の出力電圧は最大子Ｖ程度もあ
れば十分であり、これに起因して発生する高周波ノイズ
のレベルも低いものである。従って、第３図に示すプラ
ズマジェット回路１８（第１図の１８．２５として使用
する）をシールド１６でおおい、ノイズフィルタ１７を
介して外部電源と接続することにより、高周波ノイズを
容易に且つ完全に抑えることができる。

尚、高周波電源１４はプラズマ電源１１の陰極側に接続
する必要はなく、副電極１２．プラズマノズル１３．高
周波電源１４．高周波バイパスコンデンサ１５で回路が
形成されるならば、どこに配置してもよい。また、第３
図では、プラズマジェット回路１８（２５）の点弧に高
周波電源１４により発生する高周波電圧を用いたが、同
程度の電圧を供給できる電源であればプラズマジェット
回路１８（２５）に組み込むことが可能である。

実際にコンデンサ電源によるコンデンサ放電電圧或いは
通電遮断時に発生するサージ電圧を利用しても同様にプ
ラズマジェットを点弧することが可能である。

次に第３図に示すプラズマジェット回路１８を第１図に
示すプラズマジェット回路１８および２５として用いた
実施例を説明する。

溶接トーチ７における各部寸法（第１図参照）を、Ｌａ
＝３ｍｍ、　　Ｌｂ＝４ｍｍ、　　Ｌｄ＝５ｍｍ、　　
Ｌｅ＝５ｍｍ。

Ｄｍ”］、、６ｍｍ、　　θ＝４５°とし、トリガー用
プラズマジェット回路１８．２５の各部寸法（第３図参
照）を、Ｄ　＝１．０ｍｍ、　Ｄｓ＝＝１．０ｍｍ、　
Ｌｔ＝１．０＋ｎｍ。

Ｌｐ”２．０＋ｏｎ＋とじ、溶接電源ｌの無負荷電圧：
５０Ｖ。

シールドガス流量：　２０１２／ｌｌｌ１ｎ　Ａｒ＋プ
ラズマジェット電流（連続通電）：１０Ａ、プラズマガ
ス流量：３．ＯＱ／ｍｉｎ　Ａｒの条件で溶接アークを
点弧付勢した。

これにおいては、アーク点弧（スタート）および再点弧
（スタート後の交流圧、負各半波における点弧：連続点
弧）が共に極めて良好であり、また、高周波ノイズレベ
ルが極＜似＜、溶接トーチの近くに置いたコンピュータ
システムに誤動作を生じなかった。

〔発明の効果〕

以上詳細に説明したように本発明によれば、交流非消耗
電極式アーク溶接の点弧において、従来の、アーク溶接
回路に直接に接続する高周波電源等の、高パワーノイズ
発生原因となる手段を用いる必要がないので、マイクロ
コンピュータ等の電子機器を用いた測定、制御装置に格
別に負が高いノイズ対策を施す必要がなく、シかも非消
耗電極を母材に接触させて点弧する必要がないので非？
ｌＶ耗電極の損耗もない。また溶接アーク電流回路に点
弧用放電電圧が重畳しないので、電圧、電流検出手段を
アーク電源に接続しこの検出手段に計測機器等を接続し
得るし、その破損のおそれもない。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明を御飯様で実施する交流非消耗電極式ア
ーク溶接トーチの構成を示すブロック図、第２図は第１
図に示すプラズマジェット回路１８゜２５の一例構成を
示すブロック図、第３図はもう１つの例を示すブロック
図である。 第４図は従来の交流非消耗電極式アーク溶接トーチの構
成を示すブロック図である。 ■＝交流溶接用電源

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 非消耗電極と母材の間に交流アークを形成する交流非消
   耗電極式アーク溶接法において： 非消耗電極および母材付近に電場を形成してこの電場の
   陰極に向けてプラズマを注入することにより非消耗電極
   と母材の間にアークを点弧することを特徴とする交流非
   消耗電極式アーク溶接法におけるアーク点弧方法。