JPH0337831B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は逆極性非消耗電極式アーク溶接法にお
けるアーク点弧方法に関する。

〔従来の技術〕

逆極性非消耗電極式アーク溶接法の特徴とし
て、母材表面に陰極点が形成され、母材表面が陽
イオン衝撃を受けるために溶接ビード周辺の酸化
膜が破壊、除去されて美麗な面となるクリーニン
グ作用が挙げられる。更に不活性ガスをシールド
ガスに用いてアーク及び溶接金属を大気から遮へ
いするため、アークが極めて安定で平滑なビード
が得られ、かつ溶接金属に不純物が入らないこと
が挙げられる。以上により、表面酸化物の融点が
母材の融点よりも高い材料の溶接に、具体的に
は、Al合金、Mg合金等の高品質溶接に広く普及
している。

さて従来の逆極性非消耗電極式アーク溶接法に
おけるアーク点弧方法として、一般に高周波点弧
法と呼ばれる方法が用いられてきた。第２図にそ
の構成を示す。これにおいて、直流垂下特性を有
する溶接用電源１の陰極側を、溶接される母材３
に接続し、陽極側を高周波電源４を介して溶接ト
ーチ７内のタングステン電極２に接続する。なお
５は高周波バイパスコンデンサである。

シールドキヤツプ６を通して不活性ガスをシー
ルドガスとして供給している状態（以下の説明で
はシールドガスについての記述を省略する）で、
高周波電源４により、タングステン電極２と母材
３との間に数千Ｖ以上の高周波電圧を印加し、火
花放電を生じさせて絶縁破壊を起こした後に、溶
接用電源１で電流を供給してアーク点弧を行うも
のである。

〔発明が解決しようとする問題点〕

ところがこのような高周波点弧法では高周波に
起因して電磁的なノイズが発生し、溶接自動機器
に組み込まれたマイクロコンピユータをはじめと
する各種周辺電子機器を誤動作或いは破損するこ
とがあるので、高周波ノイズに対してノイズフイ
ルターを用いるなど特別の対策を施こす必要があ
つた。

さらに、高周波点弧法においては高周波電圧印
加時に、計測機器を破損してしまうため、これを
溶接用電気回路８に容易に接続できないという欠
点があつた。

これらの要因により、これまで逆極性非消耗電
極式アーク溶接法では溶接ロボツトに代表される
精密機器による自動化および精密な計測機器によ
る溶接現象の制御が困難とされていた。

この改善方法としてタツチ点弧法が開発され
た。第３図にその構成を示す。直流垂下特性を有
する溶接用電源１の陰極側に、溶接される母材３
を接続し、陽極側に溶接トーチ７内のタングステ
ン電極２を接続する。

この方法はタングステン電極２と母材３との間
に溶接用電源１の無負荷電圧を印加した状態で、
タングステン電極２を母材３に接触させて短絡
し、短絡過渡電流を流した後にタングステン電極
２を母材３から引き離し、アークを点弧させよう
とするものである。

しかしながらこの方法では短絡時に生じる過大
な電流により、タングステン電極２が溶融、変形
するなどの損耗を受け、電極寿命を著しく短く
し、時として溶接実行が困難になる場合がある。

これを改善するために、特開昭59−50970号公
報、特開昭59−76675号公報等で、タングステン
電極２と母材３との接触を電気的に検出し、これ
をもとにしてタングステン電極２を母材３から引
き離すタイミングをコントロールし、更に短絡時
に流れる電流を小さく抑えることにより、接触短
絡時にタングステン電極２が受ける損耗を抑制す
る方法が提案されている。

しかしながら、これとても電極損耗を皆無にで
きるわけではなく、若干の電極損耗を受け、電極
寿命を短くしている。

アークの安定した高品質溶接を特徴とする非消
耗電極式アーク溶接法にとつて、アーク不安定を
まねく電極損耗は致命的な欠点である。

本発明は電極損耗がなく、且つ高周波ノイズの
影響を排除することにより、周辺計測器、制御機
器等の誤動作或いは破損を防止する、逆極性非消
耗電極式アーク溶接法におけるアーク点弧方法を
提供することを目的とする。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明の要旨は、非消耗電極と母材間に生成さ
れた電場内に母材に向けてプラズマを注入し、ア
ークを点弧することを特徴とする逆極性非消耗電
極式アーク溶接法におけるアーク点弧方法にあ
る。

以下に本発明について図面を参照しつつ詳細に
説明する。

まず第１図に本発明方法を一態様で実施する溶
接装置の概略図を示す。第１図において、１は直
流垂下特性を有する溶接用電源であり、その陽極
側に、溶接トーチ７内のタングステン電極２（以
後主電極と記す）が接続され、陰極側に、溶接さ
れる母材３が接続され、溶接用電源１、タングス
テン電極２および母材３からなる溶接用電気回路
８が形成されている。さらに、母材３の近傍にプ
ラズマノズル１３とタングステン電極１２（以後
副電極と記す）が配置され、プラズマ装置１０の
陰極側に副電極が、陽極側にプラズマノズル１３
がそれぞれ接続され、プラズマ装置１０、副電極
１２およびプラズマノズル１３からなるプラズマ
ジエツト回路１８が形成されている。

〔発明の作用〕

溶接用電源１をONにすることによつて、主電
極２と母材３との間には主電極２から母材３に向
けて電場が生成される。この状態でプラズマガス
をプラズマノズル１３内に供給し（以後の説明で
はプラズマガスについての記述を省略する）、プ
ラズマ装置１０をONにし、プラズマジエツト回
路１８を用いてプラズマを発生させ、母材３に向
けてプラズマを注入する。このとき、電場内に注
入されたプラズマ中の正イオンは、電場で加速さ
れて母材３に衝突し、衝突部の温度を上昇させ
る。これにより溶接用電源１の電圧で容易にアー
クが点弧する。

本発明によると溶接用電気回路８に高周波電源
を用いることなくアークを点弧できるため、アー
ク電圧等の電気信号を計測する機器を直接接続で
きる。しかも、高周波ノイズによる制御装置の誤
動作および破損の恐れはない。従つて、本発明に
よれば、従来非常に困難であつた精密機器による
自動化および精密な計測機器による溶接現象の制
御が可能となる。

また本発明によれば、プラズマジエツト回路１
８の能力として５〜30A程度の低電流プラズマジ
エツトを発生させ、0.01〜１秒程度の短時間、電
場に注入するだけでアークの点弧には十分であ
る。しかもプラズマジエツトを発生させるために
必要な使用ガスはプラズマガスのみでシールドガ
スが不要なため、プラズマノズル１３の超小型化
が可能である。

さらに副電極１２とプラズマノズル１３との放
電ギヤツプならびに各々の形状および材質を放電
しやすい状態に任意設定できる。

又、アーク点弧用プラズマジエツトは低電流で
短時間の使用しか必要とされないため、副電極１
２およびプラズマノズル１３の損耗は著しく軽微
である。

以上本発明の概略について説明した。次に第１
図中で用いたプラズマ装置１０およびプラズマジ
エツト回路１８の点弧方法について第４図および
第５図を用いて説明する。

第４図はタツチ点弧方法を用いたアーク点弧用
プラズマジエツト回路を示す概略図である。１１
は直流垂下特性を有するプラズマ電源で、その陰
極側に副電極１２を、陽極側にプラズマノズル１
３をそれぞれ接続し、プラズマ電源１１、副電極
１２およびプラズマノズル１３からなるプラズマ
ジエツト回路を形成している。プラズマ電源１１
をONにし、無負荷電圧を印加したままの状態で
副電極１２を手動、電動、バイメタル、バネじか
け等の手段を用いてプラズマノズル１３に接触短
絡させ、短絡過渡電流を流した後に副電極１２を
プラズマノズル１３から引き離し、プラズマジエ
ツトを点弧させようとするものである。

従来のタツチ点弧法では短絡時の過大電流によ
る主電極先端部の損耗が問題とされていたが、ア
ーク点弧用プラズマジエツトにおいてはもともと
低電流（５〜30A程度）であるため副電極先端部
の損耗は極めて軽微である。また、たとえ少々損
耗したとしてもプラズマジエツトさえ点弧すれば
十分であり、溶接用電気回路８とは無関係なため
溶接上の問題とならない。

第５図は高周波点弧方法を用いたアーク点弧用
プラズマジエツト回路を示す概略図である。１１
は直流垂下特性を有するプラズマ電源で、その陰
極側に高周波電源１４を介して副電極１２を接続
し、陽極側にプラズマノズル１３を接続してい
る。尚１５は高周波バイパスコンデンサである。
プラズマ電源１１、副電極１２、プラズマノズル
１３、高周波電源１４および高周波バイパスコン
デンサ１５でプラズマジエツト回路１８を形成し
ている。この回路は、高周波電源１４により副電
極１２とプラズマノズル１３との間に高周波電圧
を印加し、火花放電を生じさせて、絶縁破壊を起
こした後に、プラズマ電源１１で電流を供給して
アーク点弧を行うものである。ただし、プラズマ
ノズル１３と副電極１２との放電ギヤツプは0.1
mm程度の微小設定も可能であるため、高周波電極
１４の出力電圧は最大千Ｖ程度もあれば十分であ
り、これに起因して発生する高周波ノイズのレベ
ルも低いものである。従つて、プラズマジエツト
回路１８をシールド１６でおおい、ノイズフイル
ター１７を介して外部電源と接続することによ
り、高周波ノイズを容易に且つ完全に抑えること
ができる。

尚、高周波電源１４はプラズマ電源１１の陰極
側に接続する必要はなく、副電極１２、プラズマ
ノズル１３、高周波電源１４および高周波バイパ
スコンデンサー１５で回路が形成されるならば、
どこに配置してもよい。

第５図ではプラズマジエツト回路１８の点弧に
高周波電源１４により発生する高周波電圧を用い
たが、同程度の電圧を供給できる電源であればプ
ラズマジエツト回路１８に組み込むことが可能で
ある。実際にコンデンサ電源によるコンデンサ放
電電圧或いは通電遮断時に発生するサージ電圧を
利用しても同様にプラズマジエツトを点弧するこ
とが可能である。

〔実施例〕

第６ａ図に示す装置を用いた実施例を以下に示
す。なお、第６ａ図に示すプラズマジエツト回路
１８の詳細を第６ｂ図に示す。

プラズマジエツト回路側： プラズマ電源１１の無負荷電圧100V、プラズ
マジエツト電流10A、プラズマガス流量３／
min・Ar、Ｄ＝1.0mm、lt＝1.0mm、lp＝1.2mm、ds
＝1.0mm。

溶接用電気回路側： 溶接用電源１の無負荷電圧47V、設定溶接電流
50A、シールドガス流量20／min・Ar、la＝４
mm、lb＝５mm、lc＝５mm、dm＝3.2mm、θ＝
45deg。

以上の条件で0.1秒間プラズマを注入して連続
100回繰返しアーク点弧を試みたが、いずれの場
合にも極めて安定にアーク点弧を実施できた。し
かも主電極２、副電極１２およびプラズマノズル
１３に損耗は認められなかつた。また高周波発生
時における外部電源の電圧変動はほとんど認めら
れず、さらにこのとき使用していた計測機器或い
は制御装置はマイクロコンピユータ内蔵型のもの
であつたが、高周波ノイズによる誤動作は発生し
なかつた。

〔発明の効果〕

以上詳述したように本発明によれば、溶接用電
気回路に高周波電源等のノイズの発生原因となる
手段を用いる必要がないので、マイクロコンピユ
ータ等の電子機器を用いた制御装置にノイズ対策
を施こす必要がない。更に計測機器等の破損の恐
れもないため一層精密な計測が可能となる。また
非接触式のアーク点弧であるため、主電極の損耗
に関する問題もなく、工業的価値は大きい。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明を一態様で実施する装置の構成
概略を示すブロツク図であり、第２図および第３
図は従来例を示すブロツク図であり、第４図およ
び第５図はアーク点弧用プラズマジエツト回路の
構成例を示す概略図であり、第６ａ図は本発明を
実施する装置の具体的配置の一例を示す断面図、
および第６ｂ図は第６ａ図に示すプラズマジエツ
ト回路１８の詳細を示すブロツク図である。 １：溶接用電源、２：タングステン電極（主電
極）、３：母材、４：高周波電源（アーク点弧
用）、５：高周波バイパスコンデンサ（アーク点
弧用）、６：シールドキヤツプ、７：溶接トーチ、
８：溶接用電気回路、１０：プラズマ装置、１
１：プラズマ電源、１２：タングステン電極（副
電極）、１３：プラズマノズル、１４：高周波電
源（プラズマ用）、１５：高周波バイパスコンデ
ンサ（プラズマ用）、１６：シールド、１７：ノ
イズフイルタ、１８：プラズマジエツト回路。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 直流溶接電源の正側に非消耗電極を、負側に
   母材を接続し、非消耗電極から母材に向かう電場
   を生成した状態で非消耗電極の近傍から母材に向
   けて点弧プラズマを注入することによりアークを
   点弧することを特徴とする、逆極性非消耗電極式
   アーク溶接法におけるアーク点弧方法。