JPH0138596B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 この発明は、パルスアーク電流の一定化をはか
つた高周波パルスアーク溶接回路に関するもので
ある。

まず、この種の高周波パルスアーク溶接回路の
動作原理を第１図に基づいて説明する。この第１
図に示す高周波パルスアーク溶接回路において、
１は出力電圧がＥの直流電圧源、２はブリツジ回
路であり、このブリツジ回路２は、順次直列に接
続されたサイリスタ３，４（第１、第２の電流制
御素子）と、順次直列に接続されたサイリスタ
５，６（第３、第４の電流制御素子）とを各々同
一通電方向に並列接続し、かつ、サイリスタ３，
４の接続点とサイリスタ５，６の接続点との間に
コンデンサ７（容量Ｃ）を介挿した構成となつて
いる。また、８はインダクタンスＬの誘導コイル
（または配線インダクタンス）、９は被溶接物１０
と電極１１とからなる溶接部であり、１２はアー
クを示している。

この構成において、サイリスタ３，６が点弧さ
れると、直流電圧源１、サイリスタ３、コンデン
サ７、サイリスタ６、誘導コイル８、溶接部９に
よつて直列共振回路が構成され、コンデンサ７に
は容量ＣとインダクタンスＬとにより決まる周波
数に応じた正弦半波電流i₁が流れる。この電流i₁
が零になるとサイリスタ３，６はオフし、またこ
の電流i₁はコンデンサ７を充電するので電流i₁が
零となつた時点でコンデンサ７の両端間の電圧
Vcが正方向に最大となる。次にサイリスタ４，
５が点弧されると、直流電圧源１、サイリスタ
５、コンデンサ７、サイリスタ４、誘導コイル
８、溶接部９によつて直列共振回路が構成され、
コンデンサ７には上述した電流i₁とは逆方向に正
弦半波電流i₂が流れる。この電流i₂が零になると、
サイリスタ４，５はオフし、またこの時電圧Vc
は負方向に最大となる。

以上の動作を、第２図のイに示すサイリスタ
３，６用の点弧電流Ig₃₆と、同図のロに示すサイ
リスタ４，５用の点弧電流Ig₄₅とによつて高周波
数で繰り返せば、溶接部９に同図のニに示すよう
な高周波の正弦半波状のパルスアーク電流ｉを供
給することができる。

ところで、この種の高周波パルスアーク溶接回
路を用いた場合、被溶接物を良好に溶接するため
には、パルスアーク電流の平均値を所定の一定値
に保つことが、すなわち被溶接物の溶接個所を一
様に溶解させることが極めて重要である。しかし
ながら第１図に示した溶接部９のようなアーク負
荷においては、その両端間に発生するアーク電圧
Vaが Va＝Vo＋iR のように、定電圧成分Voと、パルスアーク電流
ｉに対する動抵抗Ｒによつて発生される電圧iR
との和となり、かつこの動抵抗Ｒが、溶接条件
（例えばアーク１２の長さ）に応じて大きく変動
する。そして例えば、この動抵抗Ｒが増大する
と、前述した容量ＣとインダクタンスＬとを含ん
でなる直列共振回路におけるＱが減少するためコ
ンデンサ７の両端間電圧Vcの振幅は減少し、こ
れによりパルスアーク電流ｉのピーク値は減少
し、一方動抵抗Ｒが減少すると、前記Ｑが増大す
るため電圧Vcの振幅は増大し、これによりパル
スアーク電流ｉのピーク値は増大する。第２図の
ハおよびニは、この動抵抗Ｒの変動に伴なう電圧
Vcおよびパルスアーク電流ｉの変化を示すもの
で、この図における期間T₁は動抵抗Ｒがある一
定の値R₀である場合、期間T₂は動抵抗Ｒが抵抗
値R₀より大きな一定の値R₁である場合、期間T₃
は動抵抗Ｒが零の場合に各々対応している。

このように第１図に示したような高周波パルス
アーク溶接回路においては、動抵抗Ｒの変動に応
じて電圧Vcの振幅が大きく変化し、またこれに
よりパルスアーク電流ｉの平均値が大きく変化し
てしまうという問題があつた。

この発明は、このような事情に鑑みてなされた
もので、その目的とするところは、パルスアーク
電流の平均値を一定に保持することができる高周
波パルスアーク溶接回路を提供することにある。

以下、この発明の一実施例を図面を参照して説
明する。

第３図は、この発明の一実施例の構成を示す回
路図であり、この図において第１図の各部に対応
する部分には同一の符号を付してある。第３図に
おいて、１は可変型の直流電圧源であり、図示せ
ぬ交流入力を導通角制御されたサイリスタによつ
て整流する整流回路１ａと、この整流回路１ａの
整流出力を平滑するチヨークコイル１ｂと、平滑
コンデンサ１ｃとからなつている。ブリツジ回路
２におけるコンデンサ７には、所定の磁束飽和特
性を持つ可飽和リアクトル１３が直列に介挿され
ると共に、巻線比がｎ対１のトランス１４の１次
巻線１４ａが並列に介挿されている。１５はダイ
オード１６，１７，１８，１９がブリツジ接続さ
れてなる全波整流回路であり、その交流入力端１
５ａ，１５ｂの間には前記トランス１４の２次巻
線１４ｂが介挿され、またその正側の直流出力端
１５ｃは前記直流電圧源１の正側出力端１ｄに接
続され、負側の直流出力端１５ｄは直流電圧源１
の負側出力端１ｅに接続されている。

次に以上の構成におけるこの実施例の動作を第
４図に示すタイムチヤートを参照しながら説明す
る。

今、時刻t₁において第４図のイに示す点弧電流
Ig₃₆によりサイリスタ３，６が導通され、同図の
ニに示すようにパルスアーク電流ｉが流れると、
電圧Vcは同図のハに示すように上昇する。そし
て、電圧Vcが０となつた時点でアーク電流ｉが
最大値に達する。（コンデンサ７に流れる電流ｉ
は両端電圧Vcより90゜進み位相となる。）次いで、
電圧Vcは更に上昇し、また、電流ｉは減少する。
一方、電圧Vcが上述したように変化すると、ト
ランス１４の２次巻線に電圧V₂が発生する。こ
こで、トランス１４の巻線比がｎ：１であるとこ
ろから、電圧V₂は、 V₂＝Vc／ｎ となる。次に、電圧Vcが更に上昇し、時刻t₂に
おいて一定電圧nE（Ｅ：直流電圧源１の出力電
圧）に達すると、電圧V₂が V₂＝nE／ｎ＝Ｅ となる。すなわち、直流電圧源１の出力電圧に等
しくなる。この結果、ダイオード１６，１９（ま
たは１７，１８）が導通し、トランス１４の２次
側がダイオード１６，１９，１７，１８、直流電
圧源１を介して略短絡された状態となる。（但し、
ダイオード１６，１９の順電圧降下を略０とす
る。）これにより、時刻t₂以後のパルスアーク電
流ｉは、トランス１４の１次巻線１４ａを介して
流れるようになり、コンデンサ７に流れていた電
流i_c1は零となるから電圧Vcは「nE」以上には上
昇しなくなる。そしてこの場合、トランス１４の
１次巻線１４ａに流れる電流によつて発生される
電力（第４図のニの斜線部分）は、このトランス
１４と整流回路１５とを介して直流電圧源１へ回
生される。なおこの場合、時刻t₂以後のパルスア
ーク電流ｉは第４図のニに示すように、点線で示
す正弦半波波形には沿わず、直線的に減少する。
次に、時刻t₃において、第４図のロに示す点弧電
流Ig₄₅によつてサイリスタ４，５が導通される
と、コンデンサ７が放電を開始し、さらに放電終
了後には負方向に充電が開始される。そして、時
刻t₄において電圧Vcが「−nE」に達すると、上
述の場合と同様にして、以後はパルスアーク電流
ｉがコンデンサ７を介さずトランス１４の１次巻
線１４ａを介して流れるようになり、電圧Vc「−
nE」以下には下降しなくなる。またこの場合も、
上述した動作と同様にトランス１４の１次巻線に
流れる電流によつて発生される電力は直流電圧源
１へ回生される。

このように、この実施例によれば、アーク１２
における動抵抗Ｒと、コンデンサ７の容量Ｃと、
誘導コイル８のインダクタンスＬとにより決まる
直列共振回路のＱ（直列共振回路のＱは、周知の
ように電源電圧Ｅの上昇比を表わす）が、電圧
Vcが「nE」または「−nE」に到達する程度に大
である範囲においては、動抵抗Ｒが如何に変動し
ても電圧Vcを「nE」と「−nE」とに各々クラン
プすることが、すなわち電圧Vcの振幅を「2nE」
に一定化することができ、これによりパルスアー
ク電流ｉの平均値を略一定に保持させることがで
きる。

なお、パルスアーク電流ｉの平均値を増減させ
たい場合は、整流回路１ａにおけるサイリスタの
導通角を変化させて、直流電圧源１の出力電圧Ｅ
を増減させ、これにより電圧Vcの振幅「2nE」
を増減させればよい。またパルスアーク電流ｉの
平均値を増減させる他の方法としては、直流電圧
源１の出力電圧Ｅを固定しておき、サイリスタ
３，６とサイリスタ４，５の各点弧電流Ig₃₆，
Ig₄₅の周期を増減させることも考えられる。

またこの実施例においては、この高周波パルス
アーク溶接回路がTIG溶接等に用いられる場合を
考慮して、コンデンサ７に直列に可飽和リアクト
ル１３が介挿されている。この可飽和リアクトル
１３は、サイリスタ３〜６のターンオン時、ター
ンオフ時のdi／dtを減少させ、これによりパルスア ーク電流ｉが逆極性領域に入るのを防止するもの
であり、この可飽和リアクトル１３の作用により
アーク１２が一層安定化される。

以上説明したように、この発明による高周波パ
ルスアーク溶接回路は、直流電圧源と、第１〜第
４のサイリスタとコンデンサとからなるブリツジ
回路と、誘導コイルとが直列接続されてなるもの
において、前記コンデンサにトランスを並列接続
し、このトランスの出力を全波整流して前記直流
電圧源に回生するようにしたものであるから、前
記ブリツジ回路におけるコンデンサの両端間電圧
を簡単な回路構成により任意の一定値にクランプ
させることができ、これによりパルスアーク電流
を溶接条件の如何にかかわらず一定化させること
ができるので、またパルスアーク溶接法のもつ原
理的特徴がいかんなく発揮される故、溶接むらの
ない極めて良好な溶接を行なうことができる。ま
たこの発明によれば、アーク負荷が短絡された場
合の回路の保護を行なうこともできる。また前記
ブリツジ回路におけるコンデンサに可飽和リアク
トルを直列に介挿したので、アーク電流が逆極性
領域に入ることがなくなり、極めて安定したTIG
溶接等を行なうことも可能になる。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の高周波パルスアーク溶接回路の
回路図、第２図は同回路の動作を説明するための
タイムチヤート、第３図はこの発明の一実施例の
構成を示す回路図、第４図は同実施例の動作を説
明するためのタイムチヤートである。 １……直流電圧源、２……ブリツジ回路、３…
…サイリスタ（第１の電流制御素子）、４……サ
イリスタ（第２の電流制御素子）、５……サイリ
スタ（第３の電流制御素子）、６……サイリスタ
（第４の電流制御素子）、７……コンデンサ、８…
…誘導コイル、９……溶接部、１３……可飽和リ
アクトル、１４……トランス、１５……全波整流
回路。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 直流電圧源、順次直列に接続された第
   １、第２の電流制御素子と、順次直列に接続され
   た第３、第４の電流制御素子とを同一通電方向に
   並列接続すると共に前記第１、第２の電流制御素
   子の接続点と前記第３、第４の電流制御素子の接
   続点との間にコンデンサを介挿してなるブリツジ
   回路と、配線インダクタンスまたは誘導コイル
   と、を直列接続して共振回路を構成し、前記第
   １、第４の電流制御素子と前記第２、第３の電流
   制御素子とを交互に導通させて前記共振回路に直
   列に介挿される溶接部にパルスアーク電流を供給
   するようにした高周波パルスアーク溶接回路にお
   いて、前記コンデンサに一次巻線が並列に介挿さ
   れるトランスと、交流入力端が前記トランスの２
   次巻線に接続され直流出力端が前記直流電圧源に
   並列に接続される全波整流回路とを設けたことを
   特徴とする高周波パルスアーク溶接回路。 ２ 前記コンデンサに可飽和リアクトルを直列に
   介挿してなる特許請求の範囲第１項記載の高周波
   パルスアーク溶接回路。