JPS62130773A - ホツトワイヤｔｉｇ溶接装置 - 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、アーク溶接装置において、添加ワイヤを予め
加熱しておくホットワイヤＴＩＧ溶接装置に関する。

〔従来の技術〕

アーク溶接には、タングステン等の消耗しにくい金属を
電極とし、イナートガス、例えばアルゴンガスのシール
ド下で溶接を行なうＴＩＧ溶接がある。この溶接は良好
な溶接ビードを形成し得る反面、溶接速度が遅く、この
点の改良が望まれていた。このＴＩＧ溶接における溶接
速度を向上させる方法として、溶接用線材（添加ワイヤ
）を溶接前に予め所定の温度に加熱しながら溶接を行な
うホットワイヤＴＩＧ溶接法が注目されている。

これを第６図により説明する。

第６図は従来のホットワイヤＴｌＧ１接装置の系統図で
ある０図で、１は溶接対象の母材、２は一定値の直流電
流を出力するアーク電源、３はＴＩＧ溶接トーチ、４は
ＴＩＧ溶接トーチ３に設置されたタングステン電極であ
る。５は？容接中のタングステン電極４と母材１との間
に発生するアークを示す、７はアーク５の発生部に送ら
れる添加ワイヤ、８は添加ワイヤ７のコンタクトチップ
、９はコンジットケーブル、ＩＯは添加ワイヤ７を巻回
したリール、１）はリール１０から添加ワイヤ７を送り
出すワイヤ送給装置である０以上の構成が通常のＴＩＧ
溶接装置である。１２は添加ワイヤ７に交流又は直流の
電流を供給するワイヤ加熱電源であり、一方の端子は母
材１に、他方の端子はコンタクトチップ８に接続されて
いる。なお、７ａはコンタクトチップ８の先端から伸長
した添加ワイヤ７の突出部（ワイヤ突出部）を示す。

母材１はアーク電源２の正極側端子に、又タングステン
電極４は負極側端子に接続されている。

アーク電源２は直流垂下特性を存し、アルゴン等のシー
ルドガス中で母材１とタングステン電極４との間にアー
ク電源２を接続することによりアーク５が形成される。

一方、添加ワイヤ７の先端は母材ｌにおけるアーク５が
形成され溶融している溶融池と接触せしめられるととも
に、ワイヤ突出部７ａにはワイヤ電源１２によりワイヤ
電流が供給され、そのジュール熱により添加ワイヤ７は
予め加熱される。了−り電源２としては使用Ｂ様により
種々のものがあるが、汎用されている電源のうち相当数
のものがサイリスクで構成される整流装置を有している
。

このようなホットワイヤＴＩＧ溶接装置においては、予
め添加ワイヤ７を加熱するので、その溶融速度はＴＩＧ
溶接装置と比較して格段に向上するが、その反面、ワイ
ヤ突出部７ａに供給されるワイヤ電流のため、アークの
磁気吹き現象を生じるという欠点を有する。この磁気吹
き現象とは、ワイヤ突出部７ａに供給されるワイヤ電流
によってワイヤ突出部７ａの近傍に磁界が生じ、この磁
界のため、アーク５が進行方向前方又は後方に大きく振
られる現象をいう。そして、アーク５がこのように振ら
れると母材上のアーク発生点が安定せず、したがって安
定した精度の高い溶接が困難となり、作業性が著しく悪
化する。なお、ワイヤ電源１２に交流電源を用いた場合
でも、アーク５は前方および後方に振られ、アーク５が
溶融池の中心に固定される時間がないため、アーク５の
硬直性を保持することができず、溶接作業性は掻めて悪
くなる。

この磁気吹きによる悪影響を防ぐため、従来、ホットワ
イヤ・スイッチングＴＩＧ溶接装置が提案されている。

第７図は第１のホットワイヤ・スイッチングＴＩＧ溶接
装置の系統図である。図で、第６図に示す部分と同一部
分には同一符号を付して説明を省略する。１５はこの装
置のアーク電源、１６はこの装置のワイヤ電源、１７は
電流制御回路である。

このホットワイヤ・スイッチングＴＩＧ溶接装置の動作
を第８図（ａｌに示すアーク電流波形図および第８図Ｔ
ｂｌに示すワイヤ電流波形図を参照しながら説明する。

なお、第８図（ａｌ、　（ｂ）はいずれも横軸に時間が
とっである０本装置においては、電流制御回路１７から
出力される信号により、アーク電源、１５の出力電流は
第８図（ａ）に示すように、期間Ｔ、でピーク電流ＩＢ
＋となり、次の期間Ｔｂでピーク電流Ｉ　ａ、より温か
に低いベース電流■。となり、この状態が周期的に繰返
えされる。一方、ワイヤ電源１６からは、電流制御回路
１７の出力信号により、第８図（ｂｌに示すように、期
間Ｔｐにおいてはワイヤ電流は出力されず、期間Ｔｂに
おいてワイヤ電流■１が出力される。

このように、ホットワイヤ・スイッチングＴＩＧ溶接装
置においては、ワイヤ電流Ｉ、がワイヤ突出部７ａに流
れるのはアーク電流が非常に低い期間Ｔｂの間だけであ
り、このため、母材溶融を進行している期間Ｔｐ中には
磁気吹きは全くなく実質的に磁気吹きによる問題は発生
せず、母材１の溶融や溶接作業性は第６図に示す装置に
比較して著るしく改善せしめられる。

第９図は第２のホットワイヤ・スイッチングＴＩＧ溶接
装置の系統図である０図で、第６図に示す部分と同一部
分には同一符号を付して説明を省略する。図で、１９は
ゲート制御装置、２０はアーク電源２の負側とコンタク
トチップ８の間に設けられたゲート・ターンオフ・サイ
リスク（ＧＴＯ）、２１はアーク電源２の負側と正側の
間に設けられたＧＴＯである０本装置において、アーク
電源には通常のＴＩＧ溶接装置の電源が用いられている
。

本装置の動作を第１０図（ａ）に示すアーク電流波形図
、第１０図（ｂ）に示すワイヤ電流波形図、および第１
０図（Ｃ１，（ｄｉに示すＧＴＯ電流波形図を参照しな
がら説明する。なお、第１０図（ａ）〜（ｄ）において
はいずれも横軸に時間がとっである。ゲート制御装置１
９は期間Ｔ、の間、第１０図（ｃ）　、　（ｄｌに示す
ようにＧＴＯ２０，２１をＯＦＦとする。したがって、
アーク電源２からはピーク電流１　ａｐが出力され、母
材１とタングステン電極４との間には溶接に必要なアー
ク５が形成される。期間Ｔ、が経過すると、ゲート制御
装置１９は第１０図（Ｃ）に示すように、ＧＴＯ２０の
ゲートにＯＮ信号を出力する。これにより、アーク電源
２の出力電流のほとんどが添加ワイヤ７のワイヤ突出部
７ａ、コンタクトチップ８．ＧＴＯ２０を経て流れ（ワ
イヤ電流）、他がアーク５を維持するベース電流■ｏと
なる。

この状態において、図示しない装置により添加ワイヤ７
のワイヤ突出部７ａの電圧降下とワイヤ電流が測定され
、これらに基づいて添加ワイヤに供給される電力量（ワ
イヤ突出部７ａに発生するジュール熱量に比例する）が
演算される。この電力量が、添加ワイヤ７の溶融速度等
から定められる所定の電力量に達すると、ゲート制御装
置１９は第１０図（ｄ）に示すように、ＧＴＯ２１のゲ
ートにＯＮ信号を出力する。これにより、アーク電源２
はＧＴＯ２Ｌを経て短絡され、添加ワイヤ７に対する電
流の供給は停止される。結局、それまでの期間Ｔ、にお
いてワイヤ突出部７ａに所定の加熱が行われたことにな
る。期間Ｔｂが経過すると、第１０図（Ｃ）、　（ｄ）
に示すように、ゲート制御装置１９はＧＴＯ２Ｑ、２１
のゲートをＯＦＦとし、これにより、アーク電源２から
は再びピーク電流Ｉ　ｍｐが出力される。このような動
作が期間Ｔ　（Ｔ、　＋Ｔｂ）を１周期として繰返えさ
れる。

本装置も前記第１のホットワイヤ・スイッチングＴＩＧ
溶接装置と同じ＜、磁気吹きによる悪影響を免れること
ができる。

以上述べた第１および第２のホットワイヤ・スイッチン
グＴＩＧ溶接装置は磁気吹きを除去しようとするもので
あるが、これに対して、逆に磁気吹きを積極的に利用し
てＴＩＧ溶接を実施する手段が、特公昭５６−１９８２
号公報および特開昭５６−１３１０７１号公報により提
案されている。

以下、これらの手段を簡単に説明する。

特公昭５６−１９８２号公報記載のものは、−定値のア
ーク電流に対して添加ワイヤに磁気吹きを生じさせるに
充分な期間、脈流電流（例えば、０．４秒直流電流を通
電し、０．６秒非通電とする状態の繰り返し）を通電す
るものである。なお、アーク電流がパルス電流の場合は
、アーク電流の通電期間に、これと同期して添加ワイヤ
にパルス電流を通電する。このような構成により、アー
クを磁気吹きにより溶接進行方向の前方に振らせ、母材
を予熱して溶接速度を上げる等の効果を生せしめる。

特開昭５６−１３１０７１号公報記載のものは、パルス
状のアーク電流に対し、これと同期して添加ワイヤに交
流電流を通電するものであり、このような構成により、
アークを磁気吹きにより振動させ、アーク直下の溶融池
に過度の窪みが生じる現象を防止することができる。

〔発明が解決しようとする問題点〕

以上、従来の種々のＴＩＧ溶接装置について述べた。と
ころで、第６図に示すホットワイヤＴＩＧ溶接装置にお
いて磁気吹きの影響を実質的になくすためには、ワイヤ
電流を小さくする（例えば、アーク電流の１／３以下に
すると磁気吹きが問題にならないことが確められている
。）ことが考えられる。しかしながら、ワイヤ電流を小
さくすると、添加ワイヤの溶融速度は極度に低下してし
まい、本来ホットワイヤＴＩＧ溶接装置が有する溶接速
度の向上という特徴を充分に発揮することができなくな
る。そして、このように低い溶融速度であっても、磁気
吹きの影Ｖを避けようとすると適正なアーク電流のもと
てアーク長を１．５ｆｌ以下と極力短く保つ必要があり
、溶接作業が困難となる。

又、第７図に示す第１のホットワイヤ・スイッチング’
Ｉ”　Ｉ　Ｇ溶接装置は磁気吹きの影響を蒙ることなく
溶接作業を行うことができるが、アーク電流とワイヤ電
流をそれぞれスイッチングしなければならず、このため
、アーク電源１５とワイヤ電源１６は大容量のトランジ
スタを用いたドロッパ方式の電源、又は大容量のトラン
ジスタを多数用いたチョッパ方式の電源が必要であり、
各電源が極めて複雑、高価になり、かつ、大形になると
いう欠点がある。

さらに、第９図に示す第２のホットワイヤ・スイッチン
グＴＩＧ溶接装置は、磁気吹きの影響を蒙ることなく溶
接作業を行うことができ、かつ、電源として構造簡素で
安価な従来のＴＩＧ溶接装置の電源を用いることができ
る。しかしながら、この装置においては、添加ワイヤ７
のワイヤ突出部７ａの電圧降下が大きくなると（ワイヤ
突出部７ａの抵抗が大きくなると）ワイヤ通電期間中の
アーク電流が大きくなり磁気吹きの影響が現れるととも
にワイヤ電流が減少してワイヤ突出部７ａの加熱が不充
分となるので、ワイヤ突出部７ａをあまり長くすること
はできない。一方、ワイヤ電流を大きくしようとしても
、ワイヤ電流はアーク電源２から得ているのでアーク電
流のピーク値１ａρ以上とはなし得すそれ以上の大きな
電流は得られない。そして、上記のワイヤ突出部７ａを
長くできないこと、およびワイヤ電流を大きくできない
ことの両者から、添加ワイヤ７の溶融速度を充分に大き
くすることができず（溶融速度は２０ｇ／ｍ　ｉ　ｎ程
度）、ホットワイヤＴＩＧ溶接装置としての特徴を充分
に発揮し得ないという欠点があった。

又、特公昭５６−１９８２号公報および特開昭５６−１
３１０７１号公報記載のものは、前記のように優れた効
果はあるものの、磁気吹きが存在するため、これによる
欠点、即ち、精度の高い溶接が困難であり、作業性が低
下するのを避けることはできない。

本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであり、
その目的は、従来技術の問題点を解決し、アーク電源の
如何にかかわらず磁気吹きの影響を実質的になくすこと
ができ、ひいては作業性を向上せしめ、精度の高い溶接
を行うことができるホットワイヤＴＩＧ溶接装置を提供
するにある。

さらに、本発明の他の目的は、上記の目的に加えて、ワ
イヤに適正な電力を供給することができるホットワイヤ
ＴＩＧ溶接装置を提供するにある。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明は、前述の従来装置が磁気吹きをＯにしようとす
る発想、又は磁気吹きを存在せしめこれを積極的に利用
しようとする発想とは異なり、磁気吹きの発生を容認し
、しかもその影響を実質的に無にしようとする発想に基
づくものである。この発想にしたがって、本発明は、ア
ーク電源とワイヤ電源とを別個に設け、ワイヤ電源の出
力電流のピーク値をアーク電源の出力電流のピーク値の
１７２以上とし、アーク電源の出力電流とは無関係に、
即ち両出力電流を同期させる手段を講じることなく、ワ
イヤ電源の出力電流の通電期間および非通電期間をそれ
ぞれ独立して制御する制御装置を設け、当該通電期間お
よび非通電期間を、溶接中に母材上に生じるアーク発生
点の移動が溶融作業を妨げない範囲内になるように設定
することを特徴とする。

さらに、上記の特徴に加え、本発明は、ワイヤの加熱電
力を）食出する加熱電力検出手段と、ワイヤ送給速度を
検出する速度検出手段と、この速度検出手段から得られ
るワイヤの所要加熱電力と前記加熱電力検出手段で得ら
れた加熱電力の偏差に応じてアーク電流の出力電流を調
整するようにしたことをも特徴とする。

〔作用〕

制御装置において、溶接条件に応じてワイヤ電流の通電
期間と非通電期間とを所定の値に設定し、これにより定
められた直流パルス電流を、アーク電流の如何にかかわ
らずワイヤ電源から出力する。

上記通電期間および非通電期間を適切に設定すると、ワ
イヤ電源からの上記直流パルス電流によるアークの磁気
吹きが生じても、その磁気吹きによるアークの変位量は
極め゛て小さく制御される。

さらに、加熱電力検出手段と速度検出手段を用いると、
実際のワイヤの加熱電力およびそのワイヤ送給速度に対
して必要とする加熱電力を得ることができ、これらの加
熱電力の偏差によりワイヤ電流を調整してワイヤの適正
な加熱を行なうことができる。

〔実施例〕

以下、本発明を図示の実施例に基づいて説明する。

第１図は本発明の実施例に係るホットワイヤＴＩＧ溶接
装置の系統図である０図で、第６図に示す部分と同一部
分には同一符号を付して説明を省略する。本実施例にお
いて、アーク電源は第６図に示したものと同じ通常のＴ
ＩＧ溶接装置のアーク電源２が用いられる。２３はワイ
ヤ突出部７ａに加熱電流を供給するワイヤ電源であり、
交流電源に接続される整流回路Ｄ６％コンデンサＣ，）
ランジスタＴ　ｒ＋＋　Ｔｒｔ、変圧器Ｔ、ダイオード
Ｄ　１．　Ｄ　ｚより成る通常のトランジスタ・インバ
ータ回路で構成されている。２４はワイヤ電源２３の各
トランジスタＴ、、、Ｔ、、によりワイヤ電源２３の出
力電流の通電期間と非通１を期間を制御する制御装置で
ある。制御値Ｗ２４の構成を第２図に示す。

第２図は制御装置２４の具体例のブロック図である。図
で、２４ａは周知のパルス幅変調回路（ＰＷＭ回路）で
あり、のこぎり波発生回路２４ａい比較器２４ａｚ、お
よび端子２４ａ、ｌで構成されている。２４ｂはワイヤ
７に対する通電期間を設定する通電期間設定タイマ、２
４Ｃはワイヤ７に対する非通電期間を設定する非通電期
間設定タイマであり、いずれも例えばタイマ用ＩＣが用
いられる。２４ｄは通電期間設定タイマ２４ｂの出力に
より駆動されるスイッチング要素であり、当該出力が高
レベルのときＯＮ状態、低レベルのときＯＦＦ状態に切
換えられる。２４ｅはトランジスタＴ　ｒｌ＋　Ｔ、、
ｌを駆動するドライバ回路であり、このドライバ回路２
４ｅの出力がトランジスタＴｒｌｌＴ、、１のベースに
入力される。

次に、本実施例の動作を第３図（ａ）〜（ｆ）に示す電
圧、電流波形図を参照しながら説明する。アーク電源２
からは通常のＴＩＧ溶接装置と同様、第３図（ａｌに示
す一定値１．アーク電流が出力されている。一方、ＰＷ
Ｍ回路２４ａの端子２４ａ３からは所定レベルの電圧が
入力され、比較器２４ａ２においてのこぎり波発生回路
２４ａ、から出力されるのこぎり波電圧と比較され、比
較器２４ａ２からは第３図（Ｃ）に示すように、当該入
力された電圧レベルに比例したパルス幅Ｔ２ｗおよび当
該のこぎり波電圧と同一の周波数（周期Ｔ）のパルスが
出力される。

ここで、通電期間設定タイマ２４ｂに任意の期間Ｔ。Ｎ
を設定し、又、非通電期間設定タイマ２４ｃに任意の期
間Ｔ。２７を設定すると、まず、通電期間設定タイマ２
４ｂから期間Ｔ。、ｌの間、高レベル信号が出力される
。この信号は非通電期間設定タイマ２４Ｇに人力され、
期間Ｔ。Ｎ経過時における当該信号の立下りにより非通
電期間設定タイマ２４Ｃが作動し、設定された期間Ｔ。

Ｆ、の間、通電期間設定タイマに高レベル信号を出力す
る０期間Ｔ　ＯＦＦが経過し、この信号が立下がると、
この立下がりにより通電期間設定タイマ２４ｂが作動し
、期間Ｔ。Ｎの問直レベル信号を出力する。以下、同様
の動作が順次繰返えされる。したがって、通電期間設定
タイマ２４ｂからは第３図（ｂｌに示すように、パルス
幅Ｔ。Ｎ％同周期ＴＯＮ　＋　Ｔａｒｔ　）のパルスが
出力される。

スイッチング要素２４ｄは通電期間設定タイマ２４ｂの
上記出力により、期間Ｔ。、ｌの間はＯＮ状態、続く期
間Ｔ。ＦＦの間はＯＦＦ状態となり、これが繰返えされ
る。このため、比較器２４ａｔから出力される信号（Ｐ
ＷＭ回路２４ａの出力信号）は、第３図（Ｃ）に示すよ
うに、期間Ｔ。、の間のみドライバ回路２４ｅを介して
トランジスタＴ　ｒｌ＋　Ｔｒ２に印加され、期間Ｔ。

７Ｆの間は遮断される。

なお、実際にはＰＷＭ回路２４ａからは、第３図（Ｃ）
に示すパルス信号およびこれに対して半周期（Ｔ／　２
　）ずれた同様の信号が出力され、それぞれ、上記と同
一作動を同時に行なう別体のスイッチング要素およびド
ライバ回路を経て各別にトランジスタＴ　ｒｌ＋　Ｔｒ
ｉに入力され、それぞれトランスの正の半波および負の
半波を形成することになるが、第２図ではこれを省略し
、単純化して示した。

期間Ｔ。、におけるＰＷＭ回路２４ａの出力信号により
、トランジスタＴ　ｒｌ＋　’ｒｒｔは導通、遮断を繰
返し、このため、トランスＴの２次側には第３図（ｄ）
に示す電流が出力され、この電流はダイオードＤ、、Ｄ
、により全波整流されて第３図（ｅｌに示す電流となる
。しかし、実際には、トランスＴや通電ケーブルのイン
ダクタンスのため、この電流は平滑化され、第３図（ｆ
ｌに示すような電流となる。

この第３図（ｆ）に示す電流がワイヤ突出部７ａに供給
されるワイヤ電流であり、そのピーク値がＩ、、。

で示されている。

上記動作の説明中、各周期は、例えばＴ。、４−２ｍｓ
　。

Ｔａｒｔ　＝８ｍｓ、　Ｔ＝５０　ｐ　ｓ、　Ｔ、ｗ＝
２５　ｐに選定される。このような周期の選定を行なう
と、期間Ｔ。Ｈの間はトランジスタＴ　ｒｌ＋　Ｔｒｉ
が所定の周期（２０ＫＨｚ）で導通、遮断を繰返し、そ
の結果、ピーク値ＩｗＰのパルス状のワイヤ電流が突出
部７ａに供給され、期間Ｔ。Ｆ、の間はトランジスタ’
ｒｒｔ、　Ｔｒｉは遮断されてワイヤ電流が供給されな
い。そして、上記のパルス状のワイヤ電流によりワイヤ
突出部７ａが加熱され、ホットワイヤ７１Ｇ？８接が行
なわれる。この場合、ワイヤ電流のピーク値ＩｗＰはＰ
ＷＭ回路２４ａの端子２４ａ、の入力信号のレベルを変
え、デユーティ−（Ｔ工／Ｔ）を変更することにより調
整することができる。

なお、本実施例では、第１図から明らかなようにワイヤ
電ａ２３の正側端子が母材１に接続され、負側端子がコ
ンタクトチップ８に接続されている。

又、ワイヤ電流の通電期間Ｔ。Ｈの間、アーク電圧は僅
かに上昇する。

ここで、上記装置を用いて行なったｌ実験例について述
べる。この実験における各設定値は次のとおりである。

アーク電流Ｉｓ：２００Ａ ワイヤ電流ピーク値Ｉｗｐ：３５０Ａ ワイヤ通電期間Ｔ。ｎ：２ｍｓ ワイヤ非通電期間Ｔｏｔｔ　　：　８　ｍ　Ｓこのよう
な値にしたがってワイヤ突出部７ａにワイヤ電流を供給
して溶接を行なうと、ＴＩＧ溶接の場合と同じく、肉眼
では、アーク５がタングステン電極４の真下に安定して
保持されているように見える状態で、溶接速度１００　
ｗ／ｌｌｌ１ｎ　、ワイヤ溶融速度４０　ｇ　／ａｋｉ
ｎのホットワイヤＴＩＧ溶接を行なうことができた。そ
して、この状態は添加ワイヤ７の添加位置や添加方向に
は無関係であった。

上記実験とともに、ワイヤ通電期間Ｔ。、１およびワイ
ヤ非通電期間’Ｉｆｔの数値を変化させる実験も行った
。この実験によると、ワイヤ通電期間Ｔｏ、Ｉを４ｍ５
ｓワイヤ非通電期間ＴＯｆｆを４ｍｓに設定した場合、
許容し得る程度ではあるが肉眼でアーク５がやや太く見
えるようになり、又、ワイヤ通電期間Ｔ。ｎを４ｍ５）
ｆ：超える値に、ワイヤ非通電期間Ｔ。１）を４ｍｓ未
満に設定するとアーク５が太くなり、かつ、添加ワイヤ
７の添加位置や添加方向によりアーク５の方向が変る傾
向が強まり、磁気吹きの影響が肉眼で明瞭に認識できた
。一方、通電期間Ｔ　ｏ　ｎを３ｍｓ、非道ｉｉ！期間
Ｔ０７．を５ｍｓに設定した場合、さきの実験と同じく
、アーク５が通常のアークと同じ太さで安定して保持さ
れているように見え、又、添加ワイヤ７の添加位置や添
加方向には影響されないことが判明した。

上記の実験や他の実験例から、ワイヤ電流の通電期間Ｔ
　ａ　ｎを３ｍｓ以下、非通電期間Ｔａｒｔを５ｍｓ以
上に設定し、又、ワイヤ電流ピーク値１）をアーク電流
値以上に選定すると、磁気吹きを実質的に無にするアー
ク５を得られることが判明した。

さて、上記のようにワイヤ電流の通電期間を所定値以下
に、かつ、非通電期間を所定値以上に設定したとき、磁
気吹きの影響を実質的に無にし得る理由については未だ
充分に解明する段階に至っていないが、次の理由による
ものではないかと考えられる。即ち、アーク５により母
材１上に溶融池が形成された状態でワイヤ突出部７ａに
ワイヤ電流が通電されると、磁気吹きによりアーク５の
母材側発生点は所定方向に移動しようとする。しかしな
がらアーク５は磁気吹きに対応した位置まで直ちに移動
するのではなく、アークが有する慣性によりある応答遅
れをもって移動する。そこで、その磁気吹きに対応した
位置まで母材側のアーク発生点が移動する前にワイヤ電
流を遮断すると、アーク５の移動の中間地点で磁気吹き
が消滅し、アーク５およびその母材側発生点は当該中間
地点からタングステン電極４の真下に戻る。そして、次
のワイヤ電流通電までの期間（非通電期間）を充分に確
保すると、上記溶融池の戻りの時間も充分に得られると
ともに溶融池がタングステン電極４の直下に留まる時間
も長くなる。このため、アーク５が振られる（移動する
）ｉｌは少なくなり、同時にアーク５がタングステン電
極直下に停止している時間が長くなり、肉眼ではアーク
５が全く振られていないように見え、かつ、母材の溶融
も通常アークの場合とほとんど変わりな（行なわれるよ
うになるものと考えられる。

以上述べたように、本実施例では、アーク電流以上の電
流を出力するワイヤ電源を備え、アーク電流とは無関係
に、ＰＷＭ回路およびタイマにより所定の通電期間（例
えば２ｍ５）および所定の非通電期間（例えば８ｍ５）
でワイヤ電流をＯＮ。

ＯＦＦするようにしたので、母材側のアーク発生点の移
動を小さくし、磁気吹きの影響を実質的になくすことが
でき、このため作業性を著しく向上せしめ、精度の高い
溶接を行うことができる。又、アーク電源およびワイヤ
電源とも市販のものを用いることができ、安価に構成す
ることができる。

さらに、従来のホットワイヤ・スイッチングＴＩＧ溶接
装置においては、アーク電流はピーク値の高いパルス電
流であるため、母材に局部的に深い溶は込みを形成しそ
れによる溶接欠陥を生じ易いが、本実施例ではアーク電
流として平坦な直流電流を用いるので、容易に良好な溶
は込みを得ることができる。さらに又、アーク電流が平
坦な電流であるため、パルス電流の場合に生じる大きな
アーク音の発生を防止することができる。

又、本実施例では、ワイヤ電源の正側端子を母材に、負
側端子をコンタクトチップに接続したので、次のような
効果を奏する。即ち、ワイヤ電流の値は極めて大きいの
で、ワイヤ突出部の両端電圧も（１２ｖなど）可成り大
きな値となる。したがって、コンタクトチップがワイヤ
電源の正側端子に接続されると、負電位にあるタングス
テン電極とワイヤ側との間にアークが形成され、ワイヤ
突出部の溶融が乱れて溶接作業が不能となる事態が発生
するおそれがある。本実施例では上記の接続によりこの
事態を防止することができる。

第４図は本発明の他の実施例に係るホットワイヤＴＩＧ
溶接装置の系統図である。図で、第１図に示す部分と同
一部分には同一符号を付して説明を省略する。２５は制
御装置、２６はワイヤ電流を検出する電流検出器、２７
はワイヤ突出部７ａの電圧を検出するために母材１とコ
ンタクトチップ８に接続されたリード線、２８はワイヤ
送給装置１）と制御装置！ｆ２５を接続するリード線で
ある。

ここで、制御装置、２５の構成を第５図に示す。

第５図は制御装置２５の具体例のブロック図である０図
で、第２図に示す部分と同一部分には同一符号を付して
説明を省略する。２９は添加ワイヤ７の送給速度を指令
するワイヤ送給速度指令装置、Ｉｌａはワイヤ送給装置
ｌｌ内に設けられてワイヤ送給モータを駆動するワイヤ
送給モータ駆動回路である。ワイヤ送給速度指令装置２
９とワイヤ送給モータ駆動回路１）ａは制御装置２５の
外部に設けられた装置である。

２５ａはワイヤ送給モータ駆動回路１）ａからの信号（
例えばモータの回転速度に比例した電圧）をリード線２
８を介して入力するワイヤ送給速度検出回路であり、入
力信号をワイヤ送給速度を示す信号（制御に適した信号
）に変換する。２５ｂは添加ワイヤ７の材質に応じてワ
イヤ送給速度検出回路２５ａの出力信号を補正する材料
定数補正回路である。２５Ｃは第４図に示す電流検出器
２６の検出信号を入力して制御に適した信号に変換する
ワイヤ電流検出回路、２５ｄはリード線２７によりワイ
ヤ突出部７ａの両端電圧を検出しこれを制御に適した信
号に変換するワイヤ電圧検出回路である。２５ｅはワイ
ヤ電流検出回路２５ｃおよびワイヤ電圧検出回路２５ｄ
の出力信号によりワイヤ突出部７ａに対する加熱電力を
検出するワイヤ加熱電力検出回路である。２５ｆは減算
器、２５ｇは加算器である。

さきの実施例の説明から明らかなように、ワイヤ電流の
通電期間Ｔ　６　ｎはできるだけ短時間であることが望
ましい、しかしながら、ワイヤ電源２３からワイヤ突出
部７ａまでのワイヤ電流通電経路にはインダクタンスが
存在するので、ワイヤ電流は急峻なパルス波形とはなら
ず、第３図（ｆ）に示すようにピーク部がなだらかな波
形となりその実効値が変化する。さらに、上記インダク
タンスはケーブルの設置状況その他の要因により一定で
はない。このため、ワイヤ電源２３から一定電圧を出力
してもワイヤ突出部７ａに流れる電流は一定せず、その
発熱量も変化する０本実施例では、ワイヤ送給速度およ
びワイヤ突出部７ａの電流、電圧を検出し、これらに基
づいてワイヤ突出部７ａの発熱量が常に一定になるよう
にワイヤ電力を制御するものである。

以下、本実施例の動作を説明する。ワイヤ送給速度指令
装置２９に添加ワイヤ７の送給速度が設定されると、ワ
イヤ送給モータ駆動回路１）ａによりワイヤ送給装置１
）のモータが駆動され、ワイヤ送給モータ駆動回路１）
ａからは実際のモータ回転速度（ワイヤ送給速度に比例
した値）が出力される。ワイヤ送給速度検出回路２５ａ
はこれを制御に適したワイヤ送給速度に応じた信号に変
換し、この信号は材料定数補正回路２５ｂに入力される
。材料定数補正回路２５ａは、使用される添加ワイヤ７
の材質により定められた定数を有し、この定数および入
力されたワイヤ送給速度に基づいて必要とする電力に応
じた信号を出力する。

一方、ワイヤ電流検出回路２５ｃおよびワイヤ電圧検出
回路２５ｄで得られた信号に基づき、ワイヤ加熱電力検
出回路２５ｅからは実際にワイヤ突出部７ａに加えられ
ている加熱電力に応じた信号が出力される。減算器２５
ｆでは、材料定数補正回路２５ｂから出力される必要と
する電力と、ワイヤ加熱電力検出回路２５ｅから出力さ
れる実際の加熱電力との偏差を演算し、この偏差信号を
加算器２５ｇに出力する。

加算器２５ｇはＰＷＭ回路２４ａの比較器２４ａ。

と端子２４ａ、との間に介在せしめられている。

端子２４ａ、には、さきの実施例の説明において述べた
ように、所定のレベルの信号が入力されており、この信
号によりＰＷＭ回路２４のデユーティ−１したがってワ
イヤ電源２３のワイヤ電流のピーク値ＩｗＰが決定され
る０本実施例では、この信号は加算器２５ｇに入力され
、減算器２５ｆから出力された偏差信号と加算される。

ここで、偏差信号が正の場合、即ち、材料定数補正回路
２５１から出力される必要とする電力がワイヤ加熱電力
検出回路２５ｅから検出される実際の電力より大きい場
合、当該偏差信号は電力不足分を表わし、又、偏差信号
が負の場合は逆に電力過剰分を表わす、したがって、加
算器２５ｇでは、端子２４ａ。

から入力される信号が適正なレベルに補正されることに
になり、この結果、ワイヤ電流が調整されてワイヤ突出
部７ａには過不足のない電力が供給される。

このように、本実施例では、アーク電流以上の電流を出
力するワイヤ電源を備え、アーク電流とは無関係に、Ｐ
ＷＭ回路およびタイマにより所定の通電期間および非通
電期間でワイヤ電流をＯＮ。

ＯＦＦするようにし、さらに、ワイヤ加熱電力のフィー
ドバック回路を設けたので、さきの実施例と同じ効果を
奏するとともに、ワイヤに適正な電力を供給することが
できる。

なお、上記各実施例の説明では、アーク電源として平坦
な直流電流を出力する電源を例示して説明したが、これ
までの説明から明らかなように、アーク電源がパルス電
流を出力する電源、その他どのような電源であっても本
発明を適用することができる。

又、通常、自動式のＴＩＧ溶接装置にあっては、アーク
電圧を一定に保持することによりアーク長を一定に制御
する手段が採用されることが多い。

本発明の装置にあっては、ワイヤ電流通電期間中実際上
磁気吹きを生じているため、アーク電圧はさきに述べた
ようにワイヤ電流通電期間中に変化する。したがって、
単にアーク電圧の平均値をアーク長制御のデータとして
用いるとその制御が円滑に行われなくなる場合が生じる
。これを避けるには、ワイヤ電流の非通電期間のアーク
電圧をサンプリングし、その値をアーク長制御のデータ
として使用すればよい。

さらに、上記各実施例では、ワイヤ電流のピーのは不可
能であるという観点から決定されたものである。

〔発明の効果〕

以上述べたように、本発明では、アーク電流と林 は無関係に、溶接条件に応じてアーク粋および母材側の
アーク発生点の移動が許容範囲以下となるようにワイヤ
電流の通電期間と非通電期間を独立して制御するように
し、かつ、ワイヤ電流をアーク電流の１／２以上に選定
したので、磁気吹きの影響を実質的になくすことができ
、ひいては作業性を向上せしめ、精度の高い溶接を行う
ことができ、又、電源を安価に構成することができる。

さらに、ワイヤ加熱電力のフィードバック回路を設ける
ことにより、ワイヤに適正な電力を供給することができ
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例に係るホットワイヤＴＩＧ溶接
装置の系統図、第２図は第１図に示す制御装置の具体例
のブロック図、第３図Ｔａｌ、　（ｂｌ、　（Ｃ）。 （ｄ）、　（ｅ）、　（ｆ）は電流、電圧波形図、第４
図は本発明の他の実施例に係るホットワイヤＴＩＧ溶接
装置の系統図、第５図は第４図に示す制御装置の具体例
のブロック図、第６図は従来のホットワイヤＴＩＧ溶接
装置の系統図、第７図は従来の第１のホットワイヤ・ス
イッチングＴＩＧ溶接装置の系統図、第８図（８１，（
ｂ）は第７図に示す装置のアーク電流およびワイヤ電流
の波形図、第９図は従来の第２のホットワイヤ・スイッ
チングＴＩＧ溶接装置の系統図、第１０図（８１，（ｂ
）、　（Ｃ１，１ｄｌは第９図に示す装置の動作を説明
する電流波形図である。 １・・・・・・母材、２・・・・・・アーク電源、４・
・・・・・タングステン電掻、５・・・・・・アーク、
７・・・・・・添加ワイヤ、７ａ・・・・・・ワイヤ突
出部、１）・・・・・・ワイヤ送給装置、２３・・・・
・・ワイヤ電源、２４．２５・・・・・・制御装置、２
４ａ・・・・・・ＰＷＭ回路、２４ａ１・・・・・・の
こぎり波発生回路、２４ａ２・・・・・・比較器、２４
ａ、・・・・・・端子、２４ｂ・・・・・・通電期間設
定タイマ、２４Ｃ・・・・・・非通電期間設定タイマ、
２４ｄ・・・・・・スイッチング要素、２４ｅ・・・・
・・ドライバ回路、２５ａ・・・・・・ワイヤ送給速度
検出回路、２５ｂ・・・・・・材料定数補正回路、２５
ｃ・・・・・・ワイヤ電流検出回路、２５ｄ・・・・・
・ワイヤ電圧検出回路、２５ｅ・・・・・・ワイヤ加熱
電力検出回路、２５ｆ・・・・・・減算器、２５ｇ・・
・・・・加算器、２６・・・・・・電流検出器。 第３図 第４図 第５図 と４０３−ＴＩ罵÷ ２４ｄ−−一　又イッ子ング安素 第６図 ７−−−浪加ワイヤ １）−−一　つイキ送系含装置 第８図 ０仔ｎ０ 第９図

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. （１）非消耗アーク電極と、一端が前記アーク電極に接
   続され他端が母材に接続されるアーク電源と、前記アー
   ク電極と前記母材との間に生じるアークによつて形成さ
   れる母材溶融池に挿入されるワイヤとを備えたものにお
   いて、前記ワイヤを加熱しかつその出力電流のピーク値
   が前記アーク電源の出力電流のピーク値の１／２以上で
   あるワイヤ電源と、溶接条件に応じてかつ前記アーク電
   源の出力電流とは無関係に前記ワイヤ電源の出力電流の
   通電期間および非通電期間を、前記母材上に生じるアー
   ク発生点の移動が許容範囲以下となるようにそれぞれ独
   立して制御する制御装置とを設けたことを特徴とするホ
   ットワイヤＴＩＧ溶接装置。
2. （２）特許請求の範囲第（１）項において、前記通電期
   間は、３ｍｓ以下であることを特徴とするホットワイヤ
   ＴＩＧ溶接装置。
3. （３）特許請求の範囲第（１）項において、前記非通電
   期間は、５ｍｓ以上であることを特徴とするホットワイ
   ヤＴＩＧ溶接装置。
4. （４）特許請求の範囲第（１）項において、前記ワイヤ
   電源の出力電流のピーク値は、前記アーク電源の出力電
   流のピーク値以上であることを特徴とするホットワイヤ
   ＴＩＧ溶接装置。
5. （５）特許請求の範囲第（１）項において、前記ワイヤ
   電源は、前記ワイヤに接続される端子を負側端子として
   直流電流を出力することを特徴とするホットワイヤＴＩ
   Ｇ溶接装置。
6. （６）非消耗アーク電極と、一端が前記アーク電極に接
   続され他端が母材に接続されるアーク電源と、前記アー
   ク電極と前記母材との間に生じるアークによつて形成さ
   れる母材溶融池に挿入されるワイヤとを備えたものにお
   いて、前記ワイヤを加熱しかつその出力電流のピーク値
   が前記アーク電源の出力電流のピーク値の１／２以上で
   あるワイヤ電源と、前記アーク電源の出力電流とは無関
   係に 前記ワイヤ電源の出力電流の通電期間および非通電期間
   を、前記母材上に生じるアーク発生点の移動が許容範囲
   以下となるようにそれぞれ独立して制御する制御装置と
   、ワイヤ加熱電力を検出する加熱電力検出手段と、ワイ
   ヤ送給速度を検出する速度検出手段と、ワイヤ送給速度
   により定まるワイヤ加熱電力と検出されたワイヤ加熱電
   力の偏差に応じて前記ワイヤ電流を調整する調整手段と
   を設けたことを特徴とするホットワイヤＴＩＧ溶接装置
   。