JPS6325013Y2

JPS6325013Y2 -

Info

Publication number: JPS6325013Y2
Application number: JP932280U
Authority: JP
Priority date: 1980-01-28
Filing date: 1980-01-28
Publication date: 1988-07-08
Also published as: JPS56112074U

Description

【考案の詳細な説明】〔産業上の利用分野〕この考案は、消耗式電極を母材に接触してアー
クスタートを行なう直流アーク溶接機に関する。

〔従来の技術〕

従来、この種直流アーク溶接機の最初のアーク
起動、すなわちアークスタートは、トーチスイツ
チのオンなどによつて、母材方向に送給された消
耗式電極が母材に接触し、このとき接触によつて
流れる短絡電流と電極、母材の接触抵抗とにもと
づくジユール熱により、電極の先端部が加熱溶融
されることによつて行なわれる。

すなわち、ジユール熱にもとづく前述の加熱溶
融により、電極の先端部が溶融金属化し始める
と、溶融金属と電極の非溶融部分との境界が重力
と表面張力とによつてくびれて細くなり、このと
き接触抵抗が増加してジユール熱が増加し、溶融
金属化した電極の先端部がさらに加熱溶融され、
溶融金属の塊がある大きさに達すると、溶融金属
が電極から脱離し、電極と母材との間に間〓が生
じてアークに移行し、アークスタートが行なわれ
る。

なお、アークスタート後は、アークによつて電
極の先端部が加熱されるとともに、送給によつて
電極が母材に再び接触することにより、ジユール
熱によつて加熱された先端部が加熱溶融され、前
述と同様にして溶融金属が電極から脱離し、アー
クが再起動される。

そして、従来のこの種直流アーク溶接機は第１
図に示すように構成され、３相交流電源の入力端
子Ｕ，Ｖ，Ｗに、変圧器Ｔの３角結線された１次
巻線Taが接続されるとともに、変圧器Ｔの６個
の２次巻線Tbが２重星形結線され、かつ、該両
星形結線の中性点が正極側の一方の溶接出力端子
Ｏ１を介して消耗式電極TDに接続されている。

なお、図の上側、下側それぞれの星形結線され
た３個の２次巻線Tbは、その出力位相が120゜ず
つずれ、かつ両星形結線の出力位相は180゜ずれて
いる。

さらに、各２次巻線Tbの端部に、整流器RFの
第１ないし第６サイリスタTH１，TH２，TH
３，TH４，TH５，TH６それぞれのカソード
が接続され、かつ、サイリスタTH１〜TH３の
アノードが結線されるとともに、サイリスタTH
４〜TH６のアノードが結線されている。

また、サイリスタTH１〜TH３のアノードの
接続点と、サイリスタTH４〜TH６のアノード
の接続点との間に、後述の両星形整流回路部間の
電流のバランスをとるための相関リアクトルＬ１
が設けられている。

そして、２次巻線Tb、サイリスタTH１〜TH
６および相関リアクトルＬ１により、相間リアク
トル付き２重星形結線された整流回路が形成さ
れ、このときサイリスタTH１〜TH３および該
各サイリスタTH１〜TH３が接続された２次巻
線Tbにより、一方の星形整流回路部が形成され、
サイリスタTH４〜TH６および該各サイリスタ
TH４〜TH６が接続された２次巻線Tbにより、
他方の星形整流回路部が形成されている。

さらに、相間リアクトルＬ１の中点タツプが直
流リアクトルＬ２、負極側の他方の溶接出力端子
Ｏ２を介して母材Ｂに接続されている。

なお、電極TDは、図示省略された電極送給手
段により、トーチスイツチ（図示せず）のオンに
もとづき、母材Ｂ方向に自動送給される。

また、トーチスイツチがオンされることによ
り、各サイリスタTH１〜TH６は、図示省略さ
れた点弧回路によつて点弧制御される。

そして、入力端子Ｕ，Ｖ，Ｗの３相の電源交流
が変圧器Ｔに入力され、このときトーチスイツチ
がオンされると、サイリスタTH１〜TH６がそ
れぞれ点弧され、サイリスタTH１〜TH６によ
つて各２次巻線Tbの出力交流が制御整流され、
該制御整流によつて形成された出力直流が、出力
端子Ｏ１，Ｏ２を介して電極TD、母材Ｂに印加
される。

また、トーチスイツチのオンによつて電極TD
が母材Ｂの方向に送給される。

そして、電極TDが母材Ｂに接触すると、短絡
電流にもとづく前述のジユール熱により、アーク
スタートが行なわれ、アークスタート後は、接触
とアーク再起動とがくり返えされる。

なお、相関リアクトルＬ１は、整流回路の両星
形整流回路部の電流バランスをとるために設けら
れている。

また、直流リアクトルＬ２は、短絡アーク時の
過大電流を制限して電流の急激な変化を緩和し、
アーク現象をコントロールし、さらにアーク再起
動時には、短絡時に蓄えられたＬdi／dtのエネルギを放出してアーク切れを防出する等の役目をも
ち、電極TDと母材Ｂとの短絡によりアークに移
行するタイプのこの種直流アーク溶接機において
は不可欠のものである。

〔考案が解決しようとする問題点〕

ところで、前述したようにジユール熱によつて
電極TDの先端部を加熱溶融することにより、ア
ークスタートが行なわれるため、アークスタート
時のアークへの移行をスムーズにするには、ジユ
ール熱をスタートと同時に急峻に大きくして先端
部の発熱量を大きくし、溶融金属を電極TDから
すみやかに脱離する必要がある。

一方、電極TDは、たとえば自動送給の場合、
一定速度で母材Ｂの方向に送給され、アークスタ
ート時において、電極TD、母材Ｂ間の接触抵抗
は、接触圧力の増加にもとづき、無限大から減少
変化することになる。

また、第１図の場合、直流リアクトルＬ２およ
び相間リアクトルＬ１のインダクタンス分によ
り、アークスタート時の電流が制限される。

したがつて、電極TDと母材Ｂとが接触してア
ークスタートが行なわれるときは、第２図に示す
曲線のように、短絡電流が徐々に立上り、このと
き接触抵抗が小さな値になつても、短絡電流が溶
融金属を脱離させるに十分な電流まで増加せず、
ジユール熱が不足してスムーズにアークに移行さ
せることが困難になる。

そして、溶接技術の高度化、均一化、溶接信頼
性の向上および省力化等にともない、アーク溶接
機と自動機との組合せによる溶接作業の自動化が
促進されており、このような場合は、アークスタ
ートを１度の操作で行なうことが望ましく、アー
クスタートに失敗すると、ワイヤの飛散等による
スパツタが発生し、被溶接物の美観を損なうのみ
でなく、その部分が溶接不良になる場合がある。

なお、アークスタート時の出力電流の設定レベ
ルを、アークスタート後の出力電流の設定レベル
より大きくし、前述の不都合を解消することが考
えられるが、この場合にも、相間リアクトルＬ１
および直流リアクトルＬ２による出力電流の立上
りの遅れは改善されていなく、アークスタート特
性が根本的に改善されたとは言い難く、アークへ
のスムーズな移行が困難になる。

〔問題点を解決するための手段〕

この考案は、前記の諸点に留意してなされたも
のであり、相間リアクトル付き２重星形結線され
た整流回路と、前記相間リアクトルと溶接出力端
子との間に接続された直流リアクトルとを備え、
消耗式電極と母材との接触によりアークを発生さ
せる直流アーク溶接機において、前記直流リアク
トルの少なくとも一部と前記整流回路の少なくと
も１組の星形整流回路部との間に順方向に設けら
れた制御整流素子と、溶接出力端子に直列に接続
された電流検出回路と、前記制御整流素子のアノ
ードとゲートとの間に設けられた前記電流検出回
路の常閉接点とを備えた直流アーク溶接機であ
る。

〔作用〕

したがつて、アークスタート時には、制御整流
素子によつて相関リアクトルおよび直流リアクト
ルの少なくとも一部が短絡され、短絡電流の立上
りが急峻になり、接触抵抗が大きな値であるとき
から大きな電流が流れ、ジユール熱が大きくなつ
て円滑にアークに移行するとともに、アークが安
定した定常時には、制御整流素子が逆バイアスさ
れて非導通になり、相間リアクトルおよび直流リ
アクトルの効果が損なわれない。

〔実施例〕

つぎに、この考案を、その１実施例を示した第
３図および第４図とともに詳細に説明する。

第３図において、SCRはサイリスタ等の単方
向性制御整流素子であり、直流リアクトルＬ２の
一端から一方の星形整流回路部の第１ないし第３
サイリスタTH１〜TH３の各アノードの接続点
に順方向に接続され、直流リアクトルＬ２および
相間リアクトルＬ１の一部を短絡するバイパス回
路を構成する。

CDは直流リアクトルＬ２の一端と他方の溶接
出力端子Ｏ２との間に設けられた電流検出回路、
Ｒ，Ｄ，CRは直流リアクトルＬ２の一端と制御
整流素子SCRのゲート端子Ｇ間に直列接続され
た抵抗、順方向のダイオードおよび電流検出回路
CDの常閉接点であり、制御整流素子SCRのゲー
ト信号回路を構成する。PSは第１ないし第６サ
イリスタTH１〜TH６の位相制御用点弧回路、
TS，Ｅは点弧回路PSと接地端子間に直列接続さ
れたトーチスイツチおよび位相制御設定用電源で
ある。

そして、トーチスイツチTSをオンにすると、
設定用電源Ｅからの位相制御信号が点弧回路PS
に入力され、このとき点弧回路PSから出力され
る点弧信号により、第１ないし第６サイリスタ
TH１〜TH６が設定用電源Ｅにより設定された
導通角で点弧される。

一方、電極TDは、図示省略された電極送給手
段により、母材Ｂに向つて送給される。

そして、電極TDが母材Ｂに接触すると、電極
TDから母材Ｂ、電流検出回路CDを介して抵抗
Ｒ、コンデンサＣおよび常閉接点CRからなるゲ
ート信号回路に短絡電流が流れ、このゲート回路
のゲート信号により制御整流素子SCRが導通状
態となる。

したがつて、直流リアクトルＬ２と相間リアク
トルＬ１の一部が制御整流素子SCRによるバイ
パス回路により短絡される。

そして、制御整流素子SCRを流れる電流、直
流リアクトルＬ２を流れる電流を、第３図の矢印
で示す電流Ｉ１，Ｉ２とした場合、とくに、電流
Ｉ１は、電流Ｉ２より十分大きくなるとともに、
直流リアクトルＬ２および相関リアクトルＬ１を
通らないため、そのインダクタンス分による電流
の立上りに遅れがなく急峻に増加する。

したがつて、アークスタート時には、第４図に
示すように、電極TDの母材Ｂへの接触と同時に
出力電流が急峻に立上り、接触抵抗が大きな値で
あるときから大電流の短絡電流が流れ、ジユール
熱が急峻に大きくなり、溶融金属が電極TDから
すみやかに脱離し、円滑にアークに移行する。

ところで、アークスタート時の出力電流は、ほ
ぼ第１ないし第３サイリスタTH１〜TH３の導
通角によりその設定値が決定され、このとき設定
用電源Ｅによつて導通角が設定されるため、設定
用電源Ｅの出力を調整し、電極TDの径などに応
じた設定値に設定することにより、種々の溶接条
件に適した立上りの早い短絡電流を溶接負荷に供
給することができる。

また、短絡電流が流れることにより、この電流
が電流検出回路CDで検出されて常閉接点CRが開
状態となり、制御整流素子SCRへのゲート信号
が遮断される。

一方、電流Ｉ２により、相間リアクトルＬ１の
中点タツプと整流器RFのサイリスタTH４〜TH
６のアノードの接続点との間に、図示のような極
性の電圧が発生し、この電圧により相間リアクト
ルＬ１の中点タツプとサイリスタTH１〜TH３
のアノードの接続点との間に、図示のような極性
の電圧が励起される。

そして、電極TDと母材Ｂの短絡からアークに
移行した時には、制御整流素子SCRが、相間リ
アクトルＬ１の電圧によつて逆バイアスされ、自
動的に非導通状態となり、このとき第３図は第１
図と同様に動作し、アークに移行した後は、相関
リアクトルＬ１、直流リアクトルＬ２によつて安
定化が図られる。

なお、一般的には、短絡時から約40ｍ sec以
内の時間経過後にアークに移行するため、制御整
流素子SCRが40ｍ sec以内の時間導通状態にな
るように、逆バイアスの電圧などが設定され、こ
のため、アークスタートして定常状態になつた時
にバイパス回路が開路されることになり、直流リ
アクトルＬ２および相間リアクトルＬ１が前述の
本来の役目を負い、安定した動作が行なわれる。

すなわち、第３図の場合は、アークスタート時
に、制御整流素子SCRによつて相関リアクトル
Ｌ１と直流リアクトルＬ２の一部が短絡され、短
絡電流が第４図に示すように急峻に立上り、接触
抵抗の大きいときから短絡電流が大電流になり、
ジユール熱によつて溶融金属が電極TDからすみ
やかに脱離し、スムーズにアークに移行するとと
もに、アークに移行した後は、制御整流素子
SCRが相間リアクトルＬ１の電圧によつて逆バ
イアスされて非導通になり、相関リアクトルＬ
１、直流リアクトルＬ２によつて動作の安定化が
図られる。

そして、短絡電流の通流による制御整流素子
SCRの導通と、相関リアクトルＬ１の電圧にも
とづく制御整流素子SCRの非導通とにより、前
述のバイパス回路の接、断が行なわれ、制御整流
素子SCRの位相制御などを要しないため、極め
て簡単な回路構成で、アークスタート特性を著し
く改善することができる。

また、設定用電源Ｅの調整により、短絡電流の
設定値を任意に設定することができ、溶接の全範
囲において良好なアークスタート特性が得られ
る。

なお、第３図において、アークスタート後にア
ーク切れが発生すると、電流検出回路CDが主電
流がなくなつたのを検出してゲート回路の常閉接
点CRが閉状態となり、制御整流素子SCRにゲー
ト信号が印加され、アーク再起動時もアーク起動
時と同様の効果が得られる。

したがつて、自動溶接装置におけるウイービン
グ等のように、アーク長が変化してアーク切れの
発生することが多い不安定な状態で使用する場合
に大きな効果を得ることができる。

ところで、前述のバイパス回路は、前記実施例
に限らず、例えば直流リアクトルＬ２に中間タツ
プを設けるとともに、第３図の１点鎖線で示すよ
うに、該中間タツプと一方の星形整流回路部との
間に制御整流素子SCRを接続した構成にしても
よい。

また、１個のみでなく、同図の２点鎖線で示す
ように、直流リアクトルＬ２の一端と他方の星形
整流回路部の第４ないし第６サイリスタTH４〜
TH６の各アノードの接続点との間に、他の制御
整流素子SCR′を接続して２個のバイパス回路を
設けてもよい。

〔考案の効果〕

以上のように、この考案の直流アーク溶接機に
よると、アークスタート時に、制御整流素子によ
つて相関リアクトルおよび直流リアクトルの少な
くとも一部が短絡され、短絡電流の立上りが急峻
となり、接触抵抗の大きいときから大きな電流が
流れ、ジユール熱を大きくして電極の溶融金属を
すみやかに電極から脱離し、アークにスムーーズ
に移行することができ、かつ、アークスタート後
に、相関リアクトルの電圧によつて制御整流素子
が逆バイアスされてオフし、このとき相関リアク
トルおよび直流リアクトルによつて動作の安定化
を図ることができるため、簡単な構成で、アーク
スタート特性を著しく改善することができるとと
もに、アークスタート後の動作の安定化を図るこ
とができるものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の直流アーク溶接機の結線図、第
２図は第１図のアークスタート時の時間と出力電
流の関係図、第３図はこの考案の直流アーク溶接
機の１実施例の結線図、第４図は第３図のアーク
スタート時の時間と出力電流の関係図である。Ｌ１…相間リアクトル、RF…整流器、TD…
消耗式電極、Ｂ…母材、Ｏ１，Ｏ２…溶接出力端
子、Ｌ２…直流リアクトル、SCR…単方向性制
御整流素子。

Claims

【実用新案登録請求の範囲】

相間リアクトル付き２重星形結線された整流回
路と、前記相間リアクトルと溶接出力端子との間
に接続された直流リアクトルとを備え、消耗式電
極と母材との接触によりアークを発生させる直流
アーク溶接機において、前記直流リアクトルの少
なくとも一部と前記整流回路の少なくとも１組の
星形整流回路部との間に順方向に設けられた制御
整流素子と、溶接出力端子に直列に接続された電
流検出回路と、前記制御整流素子のアノードとゲ
ートとの間に設けられた前記電流検出回路の常閉
接点とを備えた直流アーク溶接機。