JPH0320045Y2 - - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 産業上の利用分野 本考案は、直流電源を用いて溶接を行なうアー
ク溶接機の改良に関するものであり、特に溶接開
始時のアークスタート性及び溶接作業再開時の電
気的安全性を改善したものである。

従来技術 消耗電極を用いた直流アーク溶接のアークスタ
ート時には、消耗電極が被溶接物に接触すると同
時に小さなアークが発生しこれが成長して定常溶
接アークに移行する場合と、消耗電極が完全に被
溶接物と短絡して大きな短絡電流が流れてこの短
絡電流により被溶接物が溶断してアークに移行す
る場合とがある。アークスタートは前者の方が円
滑に行なわれるが、そのためにはアークスタート
時における電流の立上り速度を十分に速くすると
ともに接触時に定常時より大きな電流を一定期間
流す必要がある。

従来から上記目的のためにアークスタート時に
のみ大電流出力となるように溶接電源からの出力
電流を制御するもの、あるいは出力端子間にコン
デンサを接続して、消耗電極が被溶接物に接触し
たときにこのコンデンサから尖頭波状の大電流を
供給するものなどが提案されている。しかるに出
力電流を一時的に大電流となるように制御する方
式のものにおいては、通常アークを安定化するた
めに出力回路に設けられている直流リアクトルの
ために必要な立上り速度が得にくく、またスター
ト時のみこの直流リアクトルを一時的にバイパス
して立上り速度を速くすると、半導体素子により
出力制御している直流溶接電源のスイツチング素
子が破壊されることがある。このために電流容量
の大きな素子を用意することが必要となり不経済
なものとなる欠点があつた。また出力端子間に大
容量のコンデンサを並列に接続する後者の方式の
ものは上記の欠点はないものの定常溶接中におい
てもこのコンデンサに対する充放電が行なわれる
ために、例えば消耗電極が被溶接物に短絡するこ
とがアーク溶接中においてしばしば発生するが、
そのときにこのコンデンサからの放電電流が電源
出力電流に重畳されて流れることになる。しかも
この放電電流は短絡の発生する直前のアーク電圧
によつて大きく変化するために効果が一定でな
く、このために過大な短絡電流となつてスパツタ
の発生が増加する結果となる。また、このように
して放電したコンデンサに対して短絡からアーク
へ移行するときに再度充電電流が流れるためにア
ーク電圧の立上りが遅くなつてアークの確立が不
安定となり、コンデンサを設けたことが逆効果に
なることもあつた。さらに、このようにコンデン
サを用いてアークスタート性を改善した消耗電極
式直流アーク溶接機においては、溶接開始指令を
出したにも拘らず、何らかの理由でアークを発生
することなく溶接作業を中断したときに、コンデ
ンサは溶接電源の出力電圧の波高値まで充電され
たままになつているので、アークスタートをより
良くするために行われるワイヤの先端を切取る際
に、ワイヤや溶接トーチの給電部分に触れると、
感電の危険性が多分にあつた。

考案の目的 本考案は、上記の従来装置の欠点を解消し、溶
接電源に何ら負担となることなく、しかも定常ア
ーク時に悪影響が現われないようにした直流アー
ク溶接機を提案したものである。

考案の要旨 本考案は、直流アーク溶接電源の出力端子間に
それぞれスイツチング素子からなる充電回路およ
び放電回路を設けアークスタート時にのみコンデ
ンサの放電電流が出力電流に重畳されるようにし
たものである。また、溶接作業中断時にコンデン
サの残留電荷を瞬時に放出させるようにしたもの
である。

実施例 第１図に本考案の実施例を示す。同図におい
て、１は交流電力源、２は交流電力源１から電力
の供給を受けて溶接に適した特性の直流出力を生
ずる直流アーク溶接電源であり、例えばサイリス
タにより位相制御整流するもの、一旦直流に変換
した後に半導体スイツチング素子によりチヨツパ
制御あるいは電力用インバータにより高周波交流
に変換して後に再度整流して所望の特性の直流出
力を得るものなどあらゆる形式の直流アーク溶接
電源を用いることができる。３は出力電流の動的
変化特性をアーク溶接に好適な状態にするために
設ける直流リアクトル、４は溶接トーチ、５は消
耗電極であり、この消耗電極５は溶接時に電動機
６によつて駆動される送給ロール７によつて被溶
接物８に向つて送給される。９はコンデンサであ
り出力端子１０ａ，１０ｂの間に充電回路１１、
放電回路１２および補助放電回路１３とともに図
示のように接続されている。充電回路１１は溶接
開始指令スイツチ１４の閉路により一定時間幅の
パルスを発生するモノマルチバイブレータ１１１
およびこのモノマルチバイブレータの出力により
点弧する単方向サイリスタ１１２からなる。放電
回路１２はコンデンサ９の充電電荷を溶接トーチ
４に向つて放出する極性に接続された半波整流器
であり、また補助放電回路１３は溶接開始指令ス
イツチの開路時に出力信号を得るインバータ１３
１、インバータ１３１の出力により導通するトラ
ンジスタ１３２および放電電流制限用の抵抗器１
３３からなる。また１５は溶接開始指令スイツチ
１４の出力信号に応じて電動機６を回転駆動する
ための電動機制御回路１であり、溶接開始時には
比較的低速で消耗電極５を送給し、アーク起動後
は正常速度で送給する公知の速度制御機能を有す
るものである。

同図の実施例において溶接開始指令スイツチ１
４を押す以前は直流アーク溶接電源２は出力を発
生せずまた充電回路１１のサイリスタ１１２が遮
断状態にあるのでコンデンサ９は充電されない。
溶接開始指令スイツチ１４を押すと直流アーク溶
接電源２は図示を省略した出力調整器の設定によ
つて定まる出力電圧を発生し、またマルチバイブ
レータ１１１は一定時間幅のパルスを発生してサ
イリスタ１１２を点弧させる。このときインバー
タ１３１の出力は消滅しトランジスタ１３２は遮
断状態となるのでコンデンサ９はサイリスタ１１
２を通して直流アーク溶接電源２の出力電圧の波
高値まで急速に充電され、この充電の末期におい
て充電電流がサイリスタ１１２の保持電流より低
下したときにサイリスタは遮断となり充電を完了
する。一方溶接開始指令スイツチ１４の閉路によ
り電動機制御回路１５は電動機６を低速で回転さ
せ消耗電極５をゆつくりと被溶接物８に向つて送
給し始める。消耗電極５の先端が被溶接物８に接
触すると直流アーク溶接電源２から直流リアクト
ル３を通つて供給される主電流に重畳してそれま
でに充電されていたコンデンサ９の電荷が放電回
路１２を通して放電して大なる波高値の尖頭波電
流が流れる。この結果消耗電極５の接触部は急速
に過熱されて溶融飛散し小さなアークが発生す
る。このアークによつて消耗電極先端が溶融しア
ークは次第に成長し、かつ直流アーク溶接電源２
からの主電流も次第に増加してくるために正常ア
ークへと容易に移行することになる。このときコ
ンデンサ９はサイリスタ１１２が遮断状態のまま
であるので再度充電されることはなく、正常アー
ク時において充放電をくりかえすことはない。溶
接開始指令を出したにも拘らず、何らかの理由で
アークを発生することなく溶接作業を中断したと
きに、溶接開始指令スイツチ１４が開放されて、
インバータ１３１に正出力が発生して補助放電回
路１３のトランジスタ１３２が導通しコンデンサ
９の残留電荷を抵抗器１３３を経て放出する。こ
の結果溶接トーチ４の給電部分や消耗電極５に触
れても感電の危険性はない。なお充電回路１１に
よるコンデンサ９の充電はできるだけ短時間に完
了することが望ましいが、この充電時間を極端に
短かくすることは溶接電源２に瞬時過負荷をかけ
ることになり、内部の出力制御用半導体素子を焼
損する危険性がある。またこの充電時間は溶接開
始指令スイツチ１４が閉路されてから消耗電極５
が被溶接物８に接触するまでの時間以内であれば
よいから、充電回路１１のサイリスタ１１２に直
列に抵抗器またはリアクトルを挿入して充電電流
の波高値を制限してもよい。またこのためにサイ
リスタ１１２のアノードを直流リアクトルの出力
端子側に接続してもよい。本考案者らの実験によ
ると通常アークの起動に必要な電流は尖頭値
800A以上、立上り速度2000A／ms程度とすれば
アーク起動の成功率をほぼ100％とすることがで
きた。このためには、コンデンサ９の容量を
1000μFないし数万μF程度とすることが必要とな
る。このコンデンサの容量は、使用する消耗電極
に対して過大であると溶接開始時に消耗電極が被
溶接物に接触したとき接触部への供給電力が大き
くなりすぎて電極の先端のみではなく溶接トーチ
から突出している部分の消耗電極全体が溶融飛散
してしまい、かえつて正常なアークに移行できな
いことも発生する。したがつて、使用する消耗電
極の直径や材質、溶接法に応じてコンデンサの容
量を最適値に切替えるように複数個のコンデンサ
と切替スイツチとを設けるのが望ましい。これに
対して起動指令から消耗電極が被溶接物に接触す
るまでには少なくとも数100msは経過するので充
電回路の時定数は数10msないし100ms程度にし
ても十分間にあうことになる。したがつてコンデ
ンサの容量を8000μFとしたときには充電電流制
限用として10Ω程度の抵抗器を挿入することが可
能となり、この場合には充電電流の尖頭値は5A
以下の低いものとすることができる。これに対し
て溶接電源２の定格出力電流は数100Aであるの
でほとんど負担にならない値となる。また補助放
電回路によるコンデンサの残留電荷の放出時間も
数100ms程度であればよいからトランジスタ１３
２も数Ａ程度の容量のもので十分である。

なおコンデンサは放電時にできるだけ急峻な電
流波形が流れることが必要条件であるので、もし
溶接電源と溶接トーチとの間が遠く隔つており長
いケーブルにて接続されるような場合には、目的
が十分に達せられないことが起り得る。この場合
には、コンデンサおよびその放電回路を溶接アー
ク発生部の近傍に設けて放電回路のインピーダン
スを低い値にすればよい。このときにも充電回路
は特にその立上り速度が放電時ほど重要でないの
で溶接電源側に留めておくことも可能である。

さらに充電回路および放電回路は図示の実施例
のように半導体スイツチング素子を用いる代りに
半波整流器とリレー接点とを組合せたものとして
もよいことはもちろんである。

考案の効果 以上のように本考案においてはアーク起動時に
のみ放電するようにしたコンデンサを設けたので
アークスタート時に要求される十分大なる立上り
速度と波高値の電流を得ることができ、しかもこ
のコンデンサは定常アーク溶接中は回路から切離
された形となるのでコンデンサの充放電による定
常アーク時の不安定がなく、また起動時の大電流
出力のために溶接電源に何ら負担をかけることが
ないので溶接電源に要求される余裕率も小さくす
ることができる。特に、いかなる状態で溶接作業
を中断しても、作業中断時にコンデンサの残留電
荷が瞬時に放出されるので、溶接作業再開時に溶
接トーチの給電部分や消耗電極に解れても感電の
危険性が皆無となる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本考案の実施例を示す接続図である。 ２……直流アーク溶接電源、３……直流リアク
トル、４……溶接トーチ、５……消耗電極、８…
…被溶接物、９……コンデンサ、１０ａ，１０ｂ
……出力端子、１１……充電回路、１２……放電
回路、１３……補助放電回路、１１２……単方向
サイリスタ。

Claims (1)

1. 【実用新案登録請求の範囲】 １ 直流アーク溶接電源の出力端子間に接続した
   コンデンサと前記コンデンサの充電電荷を溶接
   負荷に放電する極性の整流素子との直列回路か
   らなる放電回路と、前記コンデンサに直列接続
   され前記直流アーク溶接電源の出力電圧により
   溶接アークの起動の直前に前記コンデンサを充
   電するスイツチング素子を有する充電回路と、
   溶接作業中断時に前記コンデンサの残留電荷を
   放電する補助放電回路とを具備した直流アーク
   溶接機。 ２ 前記コンデンサと前記放電回路とは溶接アー
   ク発生部の近傍に設けた実用新案登録請求の範
   囲第１項に記載の直流アーク溶接機。