JPH0338950B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は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） 非消耗電極式アーク溶接法の特徴として、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。即ち、高品質で
きれいなビードが得られるため、中・薄板の高品
質溶接や厚板多層盛り溶接のルートパス溶接等に
広く普及している。

さて従来の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。

直流垂下特性を有する溶接用電源１の陽極側を
溶接される母材３に接続し、陰極側を高周波電源
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
ーである。

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で、（以後の説
明ではシールドガスについての記述を省略する。）
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。

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
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図はその構成を示す。直流垂下特性を有
する溶接用電源１の陽極側に溶接される母材３を
接続し、陰極側に溶接トーチ７内のタングステン
電極２に接続する。

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・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。

（発明が解決しようとする問題点） 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、周辺計測機器・制御
機器の誤動作或いは破損を防止できる非消耗電極
式アーク溶接法のアーク点弧方法の提供を目的と
する。

（問題点を解決するための手段） 本発明の要旨は直流溶接電源の負側に非消耗電
極を、正側に母材を接続し、非消耗電極側面に対
向するように補助電極を配置して補助電極と母材
を接続することにより、補助電極から非消耗電極
に向かう電場を生成した状態で、補助電極の近傍
から非消耗電極側面に向けて点弧プラズマを注入
することにより、アークを点弧するを特徴とする
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ａに本発明方法を実施する溶接装置
の概略図を示す。

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、その陰極側に溶接トーチ７内のタング
ステン電極２（以後主電極と記す）を接続し、陽
極側に溶接される母材３を接続し、溶接用電源
１、タングステン電極２、母材３からなる溶接用
電気回路８を形成する。

さらに主電極２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）を配
置し、プラズマ装置１０の陰極側に副電極を、陽
極側にプラズマノズル１３をそれぞれ接続し、プ
ラズマ装置１０、副電極１２、プラズマノズル１
３からなるプラズマジエツト回路１８を形成す
る。

さらにプラズマノズル１３と母材３とを接続す
る。溶接用電源１をONにすることによつて主電
極２とプラズマノズル１３との間には、プラズマ
ノズル１３から主電極２に向けて電場が形成され
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、主電極２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、主電極２に衝突し、衝突
部の温度を上昇させるので溶接用電源１の電圧で
容易にアークが点弧する。

このときアークは最初主電極２からプラズマノ
ズル１３に向けて形成されるが、直ちに主電極２
から母材３へと移行する。

第１図ｂに別の実施例の概略図を示す。

第１図ａと回路構成はほぼ一致しているが、 (1) 主電極２とプラズマノズル１３との間に小穴
のあいたダミー電極２０を配置し、絶縁体１９
を用いてプラズマノズル１３とダミー電極２０
とをアイソレーシヨンしていること。

(2) プラズマノズル１３ではなく、ダミー電極２
０と母材３とを接続していること。

の２点が相違している。

すなわち、溶接用電気回路８とプラズマジエツ
ト回路１８とを完全にアイソレーションしている
点に特徴がある。

溶接用電源１をONにすることによつて主電極
２とダミー電極２０との間にはダミー電極２０か
ら主電極２に向けて電場が形成される。

この状態でプラズマ装置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、ダミー電極２０の小穴を通して主電極２に向
けて注入する。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、主電極２に
衝突し、衝突部の温度を上昇させるので溶接用電
源１の電圧で容易にアークが点弧する。

このときアークは最初主電極２からダミー電極
２０に向けて形成されるが、直ちに主電極２から
母材３へと移行する。

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、高周波ノズルによる制御装置の誤
動作・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の能力として最大５〜20A程度の低電流プラズ
マジエツトを発生させ、0.05〜1.0秒程度の短時
間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
電ギヤツプおよび各々の形状・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ａ，ｂ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、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、プラズマノズル１３からなるプラズマジエ
ツト回路を形成する。

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（最大５〜20A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ーであ
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、高周波バイパスコン
デンサー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0.1mm程度の微小設定も可能であ
るため、高周波電源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、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。実際にコンデンサー電源によるコンデンサ
ー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６図に示す装置を用いた実施例を以下に示
す。

なお図のａは装置の全体を、ｂはプラズマジエ
ツト回路を示す。

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／
minAr、Ｄ＝1.0mm、l_t＝1.0mm、l_p＝1.2mm、d_s＝
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／minArl_a＝４mm、
l_b＝５mm、l_c＝10mm、d_n＝2.4mm。

の条件で0.1秒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、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ａ，ｂは本発明を実施する装置の一例を
示す概略図、第２図、第３図は従来例を示す概略
図、第４図、第５図はアーク点弧用プラズマジエ
ツト回路の実施例を示す概略図、第６図ａは本発
明を実施する装置の具体的配置の一例を示す図、
第６図ｂは同じくプラズマジエツト回路を示す図
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、５：高周波バ
イパスコンデンサー、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、１１：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、１５：高周波バイパスコンデ
ンサー、１６：シールド、１７：ノイズフイルタ
ー、１８：プラズマジエツト回路、１９：絶縁
体、２０：ダミー電極。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 直流溶接電源の負側に非消耗電極を、正側に
   母材を接続し、非消耗電極側面に対向するように
   補助電極を配置して補助電極と母材を接続するこ
   とにより、補助電極から非消耗電極に向かう電場
   を生成した状態で、補助電極の近傍から非消耗電
   極側面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非消耗電
   極式アーク溶接法におけるアーク点弧方法。