JPH05237657A - 直流ｔｉｇアーク溶接機 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 定電流制御された直流給電のみを行う直流Ｔ
ＩＧ溶接機の短絡移行時の過大電流を防止するとともに
アーク移行時の電流不足を防止し、適用可能な電流範囲
を拡大する。 【構成】 溶接負荷１０の電流，電圧を検出する電流検
出器１１，電圧検出器２１と、検出器１１の電流検出信
号により電流の有無の判別信号を形成する電流判別部
（電流電圧変換器１２）と、検出器２１の電圧検出信号
により電圧の有無の判別信号を形成する電圧判別部２２
と、両判別信号をゲート処理するゲート部２５と、この
ゲート部２５の出力信号を微分して電流補正用の微分信
号を形成する微分回路２６と、定電流制御の設定信号に
微分信号を加算した信号と電流検出信号との誤差信号を
定電流制御の給電制御信号として形成する誤差増幅器１
７とを備え、給電制御信号によりアークスタート時の電
流を短絡電流が減少してアーク移行電流が増大する微分
波形に補正する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、直流ＴＩＧアーク溶接
機に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、直流ＴＩＧアーク溶接はタングス
テン電極を使用し、電極，母材の非接触状態でロッドを
アーク溶接する。

【０００３】この溶接に用いられる従来の直流ＴＩＧア
ーク溶接機は、出力電流のフィードバック制御により電
極，母材の溶接負荷に定電流制御された直流を給電す
る。

【０００４】ところで、この定電流制御された直流給電
のみを行う場合は、その電流値が十分なアーク電流を確
保するように設定されるため、とくに大電流溶接に適用
すると、タングステン電極を母材に接触させてアークス
タートさせる際、短絡移行時に定電流制御された過大な
電流により電極先端が母材にとけ込んで溶着し、アーク
スタートミスが生じ易い。

【０００５】そこで、近年のこの種直流ＴＩＧアーク溶
接機は、多くの場合、前記直流給電を行うための直流電
源とともに、アークスタート用の高周波（２〜３ＭＨ
ｚ），高電圧（２〜３０００Ｖ）の高周波電源を備え
る。そして、アークスタートさせる際は電極，母材間に
空隙を設け、この空隙に高周波電源の高周波，高電圧を
印加してアークを発生し、このアーク発生後に直流給電
に移行し、大電流溶接時にもアークスタートミスが生じ
ないようにしている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】前記従来の直流給電の
みを行う直流ＴＩＧアーク溶接機の場合、アークスター
トミスを回避するため、比較的小電流の溶接にしか用い
ることができず、しかも、電流が少なくなると、アーク
移行時の電流不足によるアークスタートミスが生じ易
く、適用可能な電流範囲が限られる問題点がある。

【０００７】一方、従来の高周波電源を備えた直流ＴＩ
Ｇアーク溶接機の場合は、直流電源だけでなく高周波電
源も要するため、小型化，軽量化等が図れない問題点が
ある。しかも、高周波電源が発生する高周波ノイズによ
り、他の電気機器等の誤動作が生じる問題点もある。

【０００８】そして、一層の小型化，軽量化が求めら
れ、しかも、電気機器や制御機器のデジタル化が進み、
その動作電圧が低くなっている現在、直流給電のみを行
うとともに母材，電極を短絡してアークスタートする溶
接手法が見直されつつある。

【０００９】本発明は、定電流制御された直流給電のみ
を行う直流ＴＩＧアーク溶接機において、短絡移行時の
過大電流を防止するとともにアーク移行時の電流不足を
防止し、適用可能な電流範囲を拡大することを目的とす
る。

【００１０】

【課題を解決するための手段】前記の目的を達成するた
めに、本発明の直流ＴＩＧアーク溶接機においては、溶
接負荷の電流を検出する電流検出器と、溶接負荷の電圧
を検出する電圧検出器と、電流検出器の電流検出信号に
より電流の有無の判別信号を形成する電流判別部と、電
圧検出器の電圧検出信号により電圧の有無の判別信号を
形成する電圧判別部と、前記両判別信号をゲート処理
し，アークスタート時無電流状態の開放から短絡への変
化及び短絡から有電流状態の開放への変化により出力信
号が反転するゲート部と、このゲート部の出力信号を微
分して電流補正用の微分信号を形成する微分回路と、定
電流制御の設定信号に微分信号を加算した信号と電流検
出信号との誤差信号を定電流制御の給電制御信号として
形成する誤差増幅器とを備え、前記給電制御信号により
アークスタート時の電流を短絡電流が減少してアーク移
行電流が増大する微分波形に補正する。

【００１１】

【作用】前記のように構成された本発明の直流ＴＩＧア
ーク溶接機の場合、電流検出器の電流検出信号，電圧検
出器の電圧検出信号に基づく電流判別部，電圧判別部の
電流，電圧の有，無の判別信号がゲート部により処理さ
れ、電極，母材を短絡して開放するアークスタート時、
短絡による無電圧での電流の無から有への短絡移行変
化，開放（アーク発生）による有電流での電圧の無から
有へのアーク移行変化により反転する出力信号が形成さ
れる。

【００１２】そして、この出力信号が微分回路で微分さ
れ、短絡移行変化とアーク移行変化とで極性が異なる電
流補正用の微分信号が形成され、この微分信号が定電流
制御の設定信号に加算される。

【００１３】この加算により定電流制御の設定信号は、
短絡移行時に減少方向に補正されてアーク移行時に増大
方向に補正される。そして、この信号補正に基づき、出
力電流が短絡移行時に設定信号の値より減少補正されて
大電流溶接時の過電流が防止されるとともに、アーク移
行時に増大補正されて小電流溶接時の電流不足が防止さ
れる。

【００１４】

【実施例】１実施例について、図１及び図２を参照して
説明する。図１において、１ａ〜１ｃは溶接機の３相の
交流入力端子、２は入力端子１ａ〜１ｃの３相の交流入
力電源を整流するダイオードブリッジ構成の入力側整流
器、３は入力側の平滑コンデンサ、４はコンデンサ３に
より平滑形成された直流電源が給電されるインバータで
あり、内部のトランジスタ，ＭＯＳ−ＦＥＴ，ＩＧＢＴ
などの制御素子のスイッチングにより直流電源を高周波
交流に変換する。

【００１５】５はインバータ４の高周波交流を変圧する
出力変圧器、６は変圧器５の出力を整流する出力側整流
器であり、ダイオード６ａ，６ｂの全波整流器からな
る。７は平滑用のリアクトル、８はＴＩＧ溶接用のタン
グステン電極、９は母材であり、電極８とともに溶接負
荷１０を形成する。

【００１６】１１は溶接負荷１０の電流（出力電流）Ｉ
を検出する電流検出器、１２は検出器１１の電流検出信
号が入力される電流電圧変換器であり、電流検出信号を
電圧信号（以下変換検出信号という）Ｓｉに変換する変
換部及び出力電流の有無の判別信号Ｄｉを形成する電流
判別部を有する。

【００１７】１３は正電源端子＋Ｂの電圧を分圧して定
常アーク（開放）時の定電流制御用の設定信号αを形成
する定常電流設定器、１４は正電源端子＋Ｂの電圧を分
圧してアークスタート（短絡）時の定電流制御用の設定
信号βを形成するアークスタート電流設定器、１５，１
６は設定信号切換用の２個のアナログスイッチである。

【００１８】１７は定電流制御用の給電制御信号Ｓｃを
形成する誤差増幅器であり、反転入力端子に入力抵抗１
８を介した電圧信号Ｓｉが入力され、非反転入力端子に
入力抵抗１９，アナログスイッチ１５を介した設定信号
α及び入力抵抗２０，アナログスイッチ１６を介した設
定信号βが並列に入力される。

【００１９】２１は溶接負荷１０の電圧（出力電圧）Ｖ
を検出する電圧検出器、２２は検出器２１の電圧検出信
号Ｓｖが入力される電圧判別部であり、出力電圧の有無
の判別信号Ｄｖを形成する。２３は判別信号Ｄｉ，Ｄｖ
が入力されるアンドゲートであり、アナログスイッチ１
６の制御信号を形成する。２４はアンドゲート２３の出
力信号を反転してアナログスイッチ１５の制御信号を形
成するインバータゲートであり、アンドゲート２３とと
もにゲート部２５を形成する。

【００２０】２６はインバータゲート２４の出力端子と
誤差増幅器１７の非反転入力端子との間に微分用の抵抗
２７，コンデンサ２８を直列に設けて形成された微分回
路であり、電流補正用の微分信号γを発生する。

【００２１】２９，３０は制御信号Ｓｃの分圧用の抵
抗、３１は判別信号Ｄｖにより制御されるアナログスイ
ッチであり、制御信号Ｓｃの分圧を制御する。３２はイ
ンバータ４の制御素子を駆動するインバータ駆動回路で
あり、抵抗２９，３０及びスイッチ３１の分圧回路を介
した制御信号Ｓｃが供給される。なお、判別信号Ｄｉは
出力電流の有，無により”１”（ハイレベル），”０”
（ローレベル）に変化し、判別信号Ｄｖは出力電圧の
有，無により”０”，”１”に変化する。

【００２２】また、アナログスイッチ１５，１６はアン
ドゲート２３，インバータゲート２４の出力信号の”
１”，”０”によりオン，オフし、アナログスイッチ３
１は判別信号Ｄｖの”０”，”１”によりオン，オフす
る。そして、まず電源投入により、電極８と母材９とを
開放した状態で入力端子１ａ〜１ｃに交流電源を給電す
る。

【００２３】この交流電源は整流器２，コンデンサ３に
より整流，平滑され、直流電源に変換されてインバータ
４に給電され、このインバータ４は駆動回路３２の駆動
制御により直流電源を高周波交流に変換する。

【００２４】さらに、この高周波交流が変圧器５を介し
て整流器６に供給され、整流器６，リアクトル７の整
流，平滑により形成された直流が母材９を正とする極性
で電極８，母材９に供給される。

【００２５】このとき、電極８，母材９間が開放され、
図２の（ｆ）に示すように出力電流Ｉが流れないため、
電流検出器１１の電流検出信号は０に保持され、変換器
１２の変換検出信号Ｓｉが０になるとともに判別信号Ｄ
ｉが”０”になる。

【００２６】また、図２の（ａ）に示す出力電圧Ｖの検
出に基づき、電圧検出器２１は出力電圧Ｖに比例した電
圧検出信号Ｓｖを出力し、この信号Ｓｖに基づき電圧判
別部２２が図２の（ｂ）に示す”０”の判別信号Ｄｖを
出力し、この”０”の判別信号Ｄｖによりアナログスイ
ッチ３１はオンする。

【００２７】そして、判別信号Ｄｉ，Ｄｖが共に”０”
になるため、アンドゲート２３の出力信号が”０”に保
持されてアナログスイッチ１６はオフし、図２の（ｃ）
に示すようにインバータゲート２４の出力信号が”１”
に保持されてアナログスイッチ１５はオンする。

【００２８】このアナログスイッチ１５のオンにより、
誤差増幅器１７の非反転入力端子に供給される図２の
（ｅ）の基準入力信号は、抵抗１９を介した設定信号α
になり、この信号αと電圧信号Ｓｉとの誤差増幅によ
り、α−Ｓｉの給電制御信号Ｓｃが形成される。

【００２９】このとき、出力電流Ｉが０で変換検出信号
Ｓｉも最小の０になるため、制御信号Ｓｃは最大（＝
α）になる。さらに、アナログスイッチ３１のオンによ
り制御信号Ｓｃは抵抗２９，３０により分圧され、定常
アーク時の制御応答特性等に応じた調整が施されて駆動
回路３２に供給される。

【００３０】そして、駆動回路３２により制御信号Ｓｃ
が０になるようにインバータ４が駆動され、この駆動に
より出力電圧Ｖは最大の無負荷電圧でなく、制御信号Ｓ
ｃで定まる大きさの電圧になる。

【００３１】つぎに、アークスタートするため、時刻ｔ
１に電極８を母材９に短絡すると、出力電圧Ｖは０に消
失し、出力電流Ｉが流れ始める。そして、出力電圧Ｖの
消失により判別信号Ｄｖが”１”に反転してアナログス
イッチ３１がオフするとともに、電流検出器１１の電流
検出信号に基づき、判別信号Ｄｉが”１”に反転する。

【００３２】さらに、判別信号Ｄｉ，Ｄｖが共に”１”
になるため、ゲート部２５は無電流状態の開放から短絡
への変化を検出してアンドゲート２３の出力信号が”
１”に反転し、この反転に伴いインバータゲート２４の
出力信号が”０”に反転する。そして、アンドゲート２
３の”１”の出力信号によりアナログスイッチ１６がオ
ンし、インバータゲート２４の”０”の出力信号により
アナログスイッチ１５がオフする。

【００３３】このとき、アナログスイッチ１５，１６の
オフ，オンにより、設定信号αの代わりに設定信号βが
抵抗２０を介して誤差増幅器１７に基準入力信号として
供給され、定電流制御の設定信号が切換わる。また、イ
ンバータゲート２４の出力信号が微分回路２６により微
分され、インバータゲート２４の出力信号が”１”か
ら”０”に反転する短絡移行時はコンデンサ２７の放電
に基づき、図２の（ｄ）に示す立下り微分特性の電流補
正用の微分信号γが形成される。

【００３４】そして、微分信号γが設定信号βに加算さ
れるため、短絡移行時の誤差増幅器１７の基準入力信号
は図２の（ｅ）からも明らかなように、設定信号βを微
分信号γで減少補正した信号になる。

【００３５】この補正した信号（β＋γ）と電圧信号Ｓ
ｉとの誤差に基づく給電制御信号Ｓｃにより駆動回路３
２がインバータ４を駆動して出力電流Ｉを定電流制御す
るため、短絡移行時の出力電流Ｉ（短絡電流）は設定信
号βに基づく電流から減少補正され、０から徐々に設定
信号βの規定値に上昇する。なお、アナログスイッチ３
１のオフにより給電制御信号Ｓｃは分圧調整することな
く、そのまま駆動回路３２に供給される。また、制御応
答の遅れ等により、出力電流Ｉは微分信号γより若干遅
れて上昇変化する。

【００３６】つぎに、時刻ｔ２に電極８を母材９から離
して開放し、アークに移行すると、電極８，母材９間の
アークの発生により出力電流Ｉの流れた状態で出力電圧
Ｖが上昇し、判別信号Ｄｖが”１”から”０”に反転
し、アナログスイッチ３１がオンする。

【００３７】さらに、ゲート部２５は短絡から有電流状
態の開放への変化を検出してアンドゲート２３の出力信
号が”０”に反転し、インバータゲート２４の出力信号
が”１”に反転する。そして、アンドゲート２３，イン
バータゲート２４の出力信号の反転により、アナログス
イッチ１６がオフしてアナログスイッチ１５がオンし、
設定信号βの代わりに設定信号αが誤差増幅器１７に供
給される。

【００３８】また、インバータゲート２４の出力信号の
微分により、微分信号γは立上り微分特性の信号にな
る。そして、設定信号αに微分信号γが加算されるた
め、アーク移行時の誤差増幅器１７の基準入力信号は設
定信号αを微分信号γで増大補正した信号になる。

【００３９】この補正した信号（α＋γ）と電圧信号Ｓ
ｉとに基づく給電制御信号Ｓｃにより駆動回路３２がイ
ンバータ４を駆動して出力電流Ｉを定電流制御するた
め、アーク移行時の出力電流Ｉ（アーク移行電流）は設
定信号αに基づく電流から増大補正され、急峻に立上っ
た後徐々に設定信号αの規定値に収束する。

【００４０】そして、アークスタートの短絡移行時の短
絡電流が微分信号γにより強制的に減少補正されるた
め、大電流溶接の際にも短絡移行時の電流が過大になら
ず、電極８の先端の母材９への溶着が防止される。

【００４１】また、アーク移行電流が微分信号γにより
強制的に増加補正されるため、例えばアーク電流が短絡
電流より小さく設定されて小電流溶接される際にもアー
ク移行時の電流不足がなく、アークスタートミスが防止
される。そのため、適用可能な電流範囲が従来より大幅
に拡大する。

【００４２】しかも、この実施例では定電流制御の設定
信号を短絡時とアーク時とで切換え、短絡電流の設定値
とアーク電流の設定値とを変えるため、短絡電流を極力
小さく選定してアークスタート時の損失を低減すること
ができる。

【００４３】そして、定電流制御用の設定信号を短絡時
とアーク時とで切換えない場合に適用できるのは勿論で
ある。また、各部の構成等が実施例に限定されないのは
勿論である。

【００４４】

【発明の効果】本発明は、以上説明したように構成され
ているため、以下に記載する効果を奏する。電流検出器
１１の電流検出信号，電圧検出器２１の電圧検出信号に
基づく電流判別部（電流電圧変換器１２），電圧判別部
２２の電流，電圧の有，無の判別信号をゲート部２５に
より処理し、電極８，母材９を短絡して開放するアーク
スタート時、短絡による無電圧での電流の無から有への
短絡移行変化，開放（アーク発生）による有電流での電
圧の無から有へのアーク移行変化により反転する出力信
号を形成し、この出力信号を微分回路２６で微分して短
絡移行変化とアーク移行変化とで極性が異なる電流補正
用の微分信号を形成し、この微分信号を定電流制御の設
定信号に加算するため、誤差増幅器１７に供給される定
電流制御の設定信号が短絡移行時に減少方向に補正され
てアーク移行時に増大方向に補正される。

【００４５】そして、この信号補正に基づき、出力電流
を短絡移行時に設定信号の値より減少補正して大電流溶
接の過電流を防止することができるとともに、アーク移
行時に増大補正して小電流溶接の電流不足を防止するこ
とができ、溶接負荷１０に定電流制御された直流のみを
給電し、電極８，母材９を短絡から開放してアークを発
生する直流ＴＩＧアーク溶接機の適用可能な電流範囲
を、大幅に拡大して性能を著しく向上することができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の直流ＴＩＧアーク溶接機の１実施例の
結線図である。

【図２】（ａ）〜（ｆ）は図１の動作説明用の各部の波
形図である。

【符号の説明】

８ 電極 ９ 母材 １０ 溶接負荷 １１ 電流検出器 １２ 電流判別部を形成する電流電圧変換器 １７ 誤差増幅器 ２１ 電圧検出器 ２２ 電圧判別部 ２５ ゲート部 ２６ 微分回路

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 青山 雅洋 大阪市東淀川区淡路２丁目14番３号 株式 会社三社電機製作所内 (72)発明者 森口 晴雄 大阪市東淀川区淡路２丁目14番３号 株式 会社三社電機製作所内 (72)発明者 狩野 国男 大阪市東淀川区淡路２丁目14番３号 株式 会社三社電機製作所内

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 電極，母材の溶接負荷に定電流制御され
   た直流のみを給電し、前記電極，前記母材を短絡から開
   放してアークスタートする直流ＴＩＧアーク溶接機にお
   いて、 前記溶接負荷の電流を検出する電流検出器と、 前記溶接負荷の電圧を検出する電圧検出器と、 前記電流検出器の電流検出信号により電流の有無の判別
   信号を形成する電流判別部と、 前記電圧検出器の電圧検出信号により電圧の有無の判別
   信号を形成する電圧判別部と、 前記両判別信号をゲート処理し，アークスタート時無電
   流状態の開放から短絡への変化及び短絡から有電流状態
   の開放への変化により出力信号が反転するゲート部と、 前記出力信号を微分して電流補正用の微分信号を形成す
   る微分回路と、 前記定電流制御の設定信号に前記微分信号を加算した信
   号と前記電流検出信号との誤差信号を前記定電流制御の
   給電制御信号として形成する誤差増幅器とを備え、 前記給電制御信号によりアークスタート時の電流を短絡
   電流が減少してアーク移行電流が増大する微分波形に補
   正したことを特徴とする直流ＴＩＧアーク溶接機。