JPS6239892Y2 - - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 本考案は交流および直流の両方に使用可能なア
ーク溶接機、特にタングステン電極と不活性ガス
とを用いるTIGアーク溶接用に適した交直両用
TIGアーク溶接機の改良に関するものである。

鉄やステンレス鋼のTIGアーク溶接機において
はアークの安定性や深い溶け込みが得られるなど
の理由から直流電流が用いられ、一方アルミニユ
ームやその合金のTIGアーク溶接に際してはその
表面に存在する強固な酸化被膜を破壊するために
逆極性電流のいわゆるクリーニング作用を利用す
る必要から交流電流が用いられる。このため１台
の溶接機で種々の被溶接物に適用できるように切
替スイツチにより直流と交流との両方の出力が得
られるようにした交直両用のTIGアーク溶接機が
考えられている。ところでアルミニユームなどの
TIGアーク溶接において交流電流を用いて溶接す
るときはタングステン電極と被溶接物であるアル
ミニユームなどとの電子放出能力の差によつてタ
ングステン電極が負電位となる正極性の半波にお
いて逆極性の半波におけるよりも大きな電流が流
れるいわゆる整流作用があり、このため交流電流
波形に不平衡が生じ、クリーニング作用が減少す
るとともに溶接変圧器に直流分の含まれた電流が
流れることになり鉄心が偏磁飽和され１次電流が
過大となり巻線が過熱されたり時には焼損するこ
とがあつた。上記不具合をなくすために従来から
交流溶接時にのみ有効となるように変圧器の２次
出力側に切替スイツチにより直列に抵抗やリアク
トル、コンデンサあるいは電池などを接続して交
流溶接時の下平衡電流を軽減するよう種々試みら
れている。これらのうち電力損失や構造的に簡単
となる点などで優れたものとして第１図に示すよ
うにリアクトルとダイオードと交直選択用切替ス
イツチとを組合せてリアクトルを直流溶接時の出
力電流安定用の直流リアクトルと、交流溶接時に
おいて正逆両電流の平衡を得るための電流制限用
リアクトルとを共用するようにした溶接機が知ら
れている。

第１図の溶接機について説明すると、１は入力
端子２ａ，２ｂから交流電力を供給される可動鉄
心形漏洩変圧器などの出力調整可能な溶接変圧器
であり２次端子３ａ，３ｂにアーク溶接に適した
低電圧大電流を出力する。４ａ，４ｂはこの溶接
機の出力端子であり、５，７，９，１０はダイオ
ード、６はリアクトルであり８および１１は交流
−直流切替スイツチでありそれぞれ交流溶接時に
はAC側に直流溶接時にはDC側に接続される多極
双投スイツチである。図のように各ダイオードの
極性およびスイツチ接点の接続を決定するときに
は出力端子４ｂにタングステン電極を、出力端子
４ａに被溶接物を接続して図示しない高周波電圧
重畳装置などにより溶接アークを起動させてTIG
溶接を行う。同図のような構成にすることにより
交流溶接時においてはスイツチ８および１１を
AC側に切替えることによつて出力端子４ａがプ
ラスとなる正極性時の電流はリアクトル６を通る
ため制限され、出力端子４ｂがプラスとなる逆極
性時の電流はダイオード７を通るため何ら制限を
受けないことになり交流TIG溶接時における前述
のタングステン電極と被溶接物との間に発生する
整流作用を打消して正、逆両極性時の電流が平衡
するようになる。また直流溶接時にはスイツチ
８，１１をDC側に切替えることにより溶接変圧
器１の出力はダイオード５，７，９，１０により
両波整流された後にリアクトル６にて平滑されて
出力端子４ａがプラスであり端子４ｂがマイナス
の直流出力となる。

ところで第１の溶接機においてスイツチ８，１
１をAC側に切替えた交流溶接時に各ダイオード
に流れる電流を詳細に検討してみるとダイオード
５，７には直流溶接時に各ダイオードに流れる電
流よりもはるかに大きな電流が流れ、ダイオード
５においてはその導通期間が約２倍となり、また
ダイオード７においてはその波高値が直流溶接時
のほぼ２倍にも達することがわかる。

この理由を第４図の波形図とともに説明する。
第４図においてａは溶接変圧器１の無負荷時の出
力電圧ｅ_p波形、ｂは溶接電圧ｅ_a、即ち出力端子
４ａと４ｂとの間の電圧の波形、ｃは溶接電流ｉ
_aの波形を実線でまたリアクトル６、ダイオード
５および７からなる閉回路を流れる循環電流ｉ_c
の波形、ｄはダイオード５に流れる電流の総合波
形、ｅはダイオード７を流れる電流の総合波形を
それぞれ時間を横軸としそれぞれの大きさを縦軸
として示してある。また同図においてはリアクト
ル６によつて正および負の両波がよく平衡した状
態を示している。溶接電圧ｅ_aおよび溶接電流ｉ_a
は溶接変圧器１を含む回路全体の力率に応じた位
相遅れをもつて通常の交流アーク溶接時と同様に
各半波毎に再点弧をくりかえしそれぞれ第４図ｂ
およびｃのｅ_a，ｉ_aのように流れる。いま交流溶
接時を考えると、スイツチ８の接点はAC側にな
つており、ダイオード７はダイオード５とリアク
トル６との直列回路に並列になつている。このた
めに溶接変圧器１の２次端子３ａがプラスとなる
正極性時においては溶接電流ｉ_aがピーク値に達
する時刻t₁まではリアクトル６を流れる電流は溶
接変圧器１の内部インピーダンスに加えてリアク
トル６のインダクタンスによつて抑制されており
略正弦波状に増加する。溶接電流ｉ_aがピーク値
を過ぎて減少を始めるとリアクトル６はそれまで
蓄積してきたエネルギーを放出し始める。このリ
アクトル６の放出エネルギーによる電流は初期値
がその直前のピーク値に等しくリアクトル６に流
れていた電流の減少を妨げる方向であり、かつ、
ダイオード７→ダイオード５→リアクトル６→ダ
イオード７の閉回路を通して流れる循環電流であ
る。そしてこの閉回路は損失が極めて少ないため
に比較的長い時定数にしたがつてゆつくりと減少
する過渡電流であり、その様子は第４図ｃに一点
鎖線で示すｉ_cのようになる。この循環電流は次
に電源電圧の極性が反転して逆極性アーク期を経
過した後に再び反転して時刻t₂において正極性側
のアークが点弧し、このアークによつて溶接部に
流れる電流ｉ_aが増加して時刻t₃においてリアク
トル６を流れれる電流に等しくなるまでの間流れ
つづける。なお時刻t₂からt₃の間において循環電
流ｉ_cが急速に低下しているのはこの間におい
て、リアクトル６に溶接電流ｉ_aも流れるためで
あり、この間は（ｉ_a＋ｉ_c）が先の時定数に従つ
て減少している。上記の結果ダイオード５には、
正極性時における電流ｉ_aと循環電流ｉ_cとのいず
れか大なる方が流れることになり、その様子は第
４図ｄに実線で示すように連続した電流が流れる
ことになる。またダイオード７には上記リアクト
ル６の蓄積エネルギーの放出による循環電流ｉ_c
と逆極性時に溶接変圧器１から流れる溶接電流ｉ
_aとの和が流れることになり、第４図ｅに実線で
示すように溶接電流ｉ_aの２倍近いピーク値を有
しかつ導通期間が半波以上となる大きな電流が流
れることになる。

なお第４図ｄおよびｅにおいては溶接電流ｉ_a
および循環電流ｉ_cをそれぞれ参考のために点線
で示してある。このようにリアクトル６の存在に
よりダイオード５に流れる電流はその波高値は大
きくならないものの導通期間は直流溶接時の２倍
になるため平均電流が直流溶接時の２倍近くな
り、またダイオード７に流れる電流はその導通期
間は２倍にはならないものの波高値が２倍近くな
るためやはり平均電流は２倍以上になる。このた
めダイオード５，７とも直流溶接時に必要な容量
にくらべてはるかに大きな容量のものを使用する
ことが必要となり装置が大形高価となるばかりで
なくダイオードの順方向電圧降下による発熱も大
きく（約４倍）なり不経済であつた。

本考案は第１図の従来装置にさらに交流溶接時
に閉じるスイツチ接点を１個追加して第１図の溶
接機においては交流溶接時には回路から切離され
て遊休部品となつていたダイオード９をリアクト
ル６と並列に接続されるように構成して、正極性
時にリアクトル６に蓄えられたエネルギーをこの
ダイオード９を通して放出させるようにしたもの
であり、このようにすることによりすべてのダイ
オードを小形のものにし得るものである。

第２図はこのようにした本考案の交直両用TIG
アーク溶接機の例を示す接続図であり、第１図に
くらべて交流−直流切替え時に切替スイツチ８お
よび１１と同時に動作する切替スイツチ１２が追
加されるとともに切替スイツチの接続を一部変更
してある。同図において切替スイツチ８，１１，
１２をDC側にしたときは第１図と同様にダイオ
ード５，７，９，１０がブリツジ回路を構成する
ことになり両波整流された直流出力がリアクトル
６を経て出力端子４ａ，４ｂに現われる。切替ス
イツチ８，１１，１２をAC側にしたときを考え
ると、正極性時には電流は第１図と同様に２次端
子３ａからダイオード５、リアクトル６に向う方
向にのみ流れ他には流れない。次に逆極性になつ
たときには、リアクトル６に流れていた電流はダ
イオード７およびダイオード５を通る第１の回路
と、切替スイツチ１２のAC側接点を通してダイ
オード９のみを経て流れる第２の回路とに流れる
ことになるが、実際には第１の回路は２つのダイ
オード５および７を通して流れるために回路抵抗
がダイオード９のみを通る第２の回路よりも極め
て大きい。このためにリアクトル６からの放電電
流はそのほとんどが第２の回路を流れることにな
る。このときの様子を第５図の波形図によつてさ
らに詳細に説明する。第５図は第２図の実施例の
交流溶接時の各部の波形を示す波形図であり、同
図ａないしｃは第４図と同様に溶接変圧器１の出
力電圧ｅ_pの波形、溶接電圧ｅ_aの波形、溶接電流
ｉ_aの波形およびリアクトル６の放出エネルギー
による循環電流ｉ_cの波形をそれぞれ示す。ｄは
ダイオード９を流れる電流の波形を示し上述のよ
うにその電流はリアクトル６の蓄積エネルギーの
放出による循環電流ｉ_cに等しい。ｅはダイオー
ド５を流れる電流の波形を示し、ｆはダイオード
７を流れる電流の波形をそれぞれ示している。こ
のように正、逆両極性の半波を通じてダイオード
５および７には直流溶接時と同様に溶接電流の各
半波に等しい波高値の電流が半波おきに流れるの
みとなり、第１図に示した従来例において必要で
あつたダイオード５および７の容量の約半分の容
量のダイオードでよいことになる。

本考案の溶接機は第２図の例に限定されるもの
ではなく、切替スイツチ、ダイオードおよびリア
クトルが直流溶接時および交流溶接時においてそ
れぞれ第２図そ同機能を有するように実質的に接
続されていればよく、例えば、第２図において図
示のものにかえて点線で示したように切替スイツ
チ１２のDC側接点を切替スイツチ１１の共通端
子に接続するかわりにスイツチ１１のDC側接点
に接続替えしたり、また切替スイツチ１２のAC
側接点を出力端子４ａに接続するかわりにダイオ
ード７と切替スイツチ８の共通端子との接続点に
接続替えるするように変更してもよい。またダイ
オードの極性も各ダイオードの極性の相互関係が
第２図のように接続されていればよい。第３図は
このようにして一部変更した別の実施例を示す接
続図である。同図の場合は第２図とは各ダイオー
ドの向きがすべて逆になつているので出力端子４
ａがマイナス端子、出力端子４ｂがプラス端子と
なり交流溶接時には出力端子４ａにタングステン
電極を接続し、出力端子４ｂに被溶接物を接続す
る。また切替スイツチ８，１１，１２の接続は第
２図の例とは異なるが機能上全く同じものである
ので詳細な動作の説明は省略する。

以上のように本考案によるときは従来装置では
交流溶接時において遊休状態となつていたダイオ
ードの１つを有効に利用することによつて他の２
つのダイオードの容量を半減できるので装置を小
形化できる。またダイオードの価格はその容量の
増加により飛躍的に高価となるので切替スイツチ
が１個増加するにもかかわらず大巾に価格を低減
できるものである。さらに各ダイオードに流れる
電流が少ないために発熱による損失も少なくなり
経済的であるばかりでなくその分だけ冷却が容易
となるなど多くの実用効果を有するものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の溶接機の構造を示す接続図、第
２図および第３図は本考案の交直両用TIGアーク
溶接機の例を示す接続図、第４図は第１図の従来
の溶接機の交流溶接時における各部の波形を示す
波形図、第５図は第２図の実施例の交流溶接時に
おける各部の波形を示す波形図である。 １……溶接変圧器、５，７，９，１０……ダイ
オード、６……リアクトル、８，１１，１２……
切替スイツチ。

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 溶溶変圧器１と、前記溶接変圧器の一方の２次
   端子３ａと一方の出力端子４ａとの間にダイオー
   ド５とリアクトル６とからなる直列回路を接続
   し、前記ダイオード５とは逆の極性の別のダイオ
   ード７と交流溶接時にのみ閉じるスイツチ８の接
   点とからなる別の直列回路を前記ダイオード５と
   リアクトル６との直列回路に並列に接続し、前記
   ダイオード７と同じ極性にしたさらに別のダイオ
   ード９と交流溶接時にのみ閉じる別のスイツチ１
   ２の接点とからなるさらに別の直列回路を前記リ
   アクトル６と実質的に並列に接続し、前記ダイオ
   ード５と同一方向の出力電流を流す極性にしたさ
   らに別のダイオード１０と交流溶接時にのみ閉じ
   るさらに別のスイツチ１１の接点とからなる並列
   回路を前記溶接変圧器１の他方の２次端子３ｂと
   他方の出力端子４ｂとの間に接続し、直流溶接時
   にのみ閉じるスイツチ８の別の接点を前記ダイオ
   ード７とスイツチ８の接点との接続点と他の出力
   端子４ｂとの間に実質的に接続し、直流溶接時に
   のみ閉じるスイツチ１２の別の接点を前記ダイオ
   ード９とスイツチ１２の接点との接続点と前記溶
   接変圧器の他方の２次端子３ｂとの間に実質的に
   接続してなる交直両用TIG溶接機。