JPS6064776A - 直流ｔｉｇア−ク溶接法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は、非消耗性電極を用いて不活性ガス雰囲気で溶
接を行う直流ＴＩＧアーク溶接に関するものである。

従来技術 一般にＴＩＧアーク溶接では、アルミニュームを溶接す
る場合のようにクリーニング作用を必要とする場合を除
き、タングステン電極を陰極とした直流ＴＡＧアーク溶
接法が用いられる。この直流ＴＩＧアーク溶接のアーク
起動時においては、最初電極温度が上昇していないため
、タングステン電極は冷陰極として怖き、陰極点は酸化
被膜のある所を探しめて移動する。電流が充分大きいと
きにはこの間に電極温度が上昇し、タングステン電極は
熱陰極となつＣ定常アークに移行して安定する。しかし
電流が小さい場合には電極の温度が上昇する前に陰極点
がタングステン電極の上部に追上がってアーク電圧が上
昇し、アーク電流が減少することがある。この様な状態
になるとアーク切れが生じてアーク起動に失敗したり、
陰極点が電極上部に固定してそこからアークが生じたり
することがあり、溶接作業性が低下したり溶接品質が損
われたりすることになる。一般に直流ＴＩＧアーク溶接
は比較的小電流域で行なわれることが多いため、小電流
域でのアーク起動性を改善することが重要である。

そこで従来の直流ＴＩＧアーク溶接用電源では、小電流
域での起動性を良好にするために溶接電流を流す主回路
と別個に高電圧重畳回路を設（プて起動時に該重畳回路
から電極母月間に高電圧を印加し、タングステン電極の
温度が上昇して熱陰極どなるまでの間該高電圧によりア
ーク切れが生じないようにすることが行なわれている。

このようにすれば、起動時にアーク切れが生じるのを防
止することはできる。しかしながら電極温度が上昇して
熱陰極になるまでにはある程度の時間を要し、その間は
安定な熱陰極型アークとならないため不安定なアークで
溶接を行うことになり、溶接欠陥を生じるおそれがあっ
た。

発明の目的 本発明の目的は、アークの声ぷ動を確実且つ略瞬時に行
わせることかできるようにして溶接作業性および溶接品
質を向上させた直流ＴＩＧアーク溶接法を提案すること
にある。

発明の構成 本発明は、非消耗性電極を陰極として不活性ガス雰囲気
で溶１ａを行う直流ＴＩＧアーク溶接法であって、起動
電流の立上がり速度を３０Ａ／ｓｅＣ以上どづるとども
に該起動電流のピーク値を１００Ａ以上としてアークを
起動ざヒることを特徴としたちのである。

本ブｕ　＋！１１者による種々の実験の結果、直流Ｔｌ
Ｇアーク溶接においては、上記のように７ｇ動電流を３
０Ａ／ｓｅｃ以上の速い速度で立上がらせるとともにそ
のピーク値を１００Ａ以上とづると、タングステン電極
のｊ温］良を急速に−Ｌ　ｔＴさせて速やかに熱陰極に
することができ、特に小電流域でのアーク起動性を飛躍
的に改善して、アークの起動を確実にしかも略瞬時に行
わせることができることが明らかになった。

実施例 以下添ｆｆ１１図面を参照して本発明の詳細な説明する
。

第１図は本発明の方法を実施する為に用いる溶接電源の
一構成例を示したもので、同図にＪ５いて１は直流電源
回路、２は直流電源回路１から供給される直流電流を入
力として出力電流を制御覆る出力電流制御回路、３は制
御回路２から溶接負伺４に供給される電流を検出して電
流検出信号ｖ１を出力する電流検出回路である。また５
は起ω）電流の設定値を与える起動電流設定回路、６は
定常溶接電流の設定値を与える溶接電流設定回路、７は
起動電流設定回路５から得られる起動電流設定信号ＶＤ
Ｓまたは溶接電流設定回路６から得られる溶接電流設定
信号■ｉｓのいずれかを選択する切替スイッチ回路、８
は切替スイッチ回路７の切替動作を制御するタイマ回路
で、切替スイッチ回路７１．：より選択された起動電流
設定信号ＶｐＳまたは溶接電流設定信号ＶＩＳは、電流
検出信号Ｖ１とともに比較回路９に入力されている。比
較回路９１．、を切替スイッチ回路７から与えられる設
定信号と電（１コ検出回路３から得られる電流検出信号
とを比較して両者の差に相当する偏差信号Ｖｄを出力し
、該偏差信号を出力電流制御回路２に与える。

出力電流制御回路２は該偏差信号を零にするように出）
ｊ電流を制御して出力電流を設定値に一致させる。この
例では、タイマ回路８が電流検出回路３の出ノｊにより
トリガされるように設（プられている。従ってタイマ回
路８は出力電流制御回路２が電流を出力覆ると同時に時
限動作を開始し、所定の時限Ｔｐか経過した時点で切替
スイッチ回路７に切替動作を行わせる。

上記の装置において、起動時には切替スイッチ回路７が
起動電流設定信号Ｖｒ＋ｓを選択して該設定信号＼／ｐ
ｓを比較回路９に与えている。従って溶接を開始するた
めの起動１８号か与えられると、比較回路９は先ず起動
電流設定信号ＶｐＳと電流検出信号ｖ１との差に相当す
る偏差信号■ｄを出力電流制御回路２に与え、出力電流
制御回路２はこの偏差信号Ｖ　ｄを零にづ−るように出
ツノ雷流を制御して所定の起動電流を出）〕する。メぶ
動電流が立上がると同時にタイマ回路８が時限動作を間
！Ｉｆｉ　シ、所定の時限Ｔｐが経過した時点で切替ス
イッチ回路７に切替動作を行わせる。このとき切替スイ
ッチ回路７は溶接電流設定信号■ｉｓを選択して該設定
信号ｖｉｓを比較回路９にｈえる。したかつて出力電流
制御回路２は溶接電流検出信号ｖ１を設定信号■ｉｓに
一致さヒるように制御ａｌｌ動作を行い、設定された大
きさの定常溶接電流を出力づる。

第１図の装置にＪ５いて出力電流制御回路２としては、
３０Ａ／ｍ５ｅｃ以上の立上がり速度で、ピーク値が１
０ＯＡ以上の電流を流寸こかてさ−るものを用いる。こ
の様な制御回路は、トランジスタ等の高速スイッチング
素子や変圧器等により（１へ成されるインバータ回路と
該インバータ回路の出力を整流して直流に変換する整流
回路とを備えたインバータ制御形の電流制御回路や、ト
ランジスタなどの高速スイッチング素子を用いて電流を
オンオフ制御することにより所定の出ツノ電流を得るチ
ョッパ制御形の電流制御回路により実現することかでき
る。

切替スイッチ回路７は電流または電圧信号により制御し
得る切替スイッチで、この切替スイッチはトランジスタ
やＧＴＯ等の半導体スイッチ、あるいはリレー等のスイ
ッチ手段を用いて構成することかできる。

電流検出回路３は溶接負荷に供給される出力電流に比例
した電流を検出するように設（プればよく、その検出位
置（ｃＬ任意−Ｃある。例えば図示のように出力回路に
電流検出回路を設ける代りに、出力制御回路内の適宜の
箇所に電流検出回路を設けることもできる。

上記の例では電流検出回路３の出力によりタイマ回路８
をトリガしているか、タイマ回路８は出力電流または出
力電圧の発生と同時にトリカされるように設【プれば良
く、その１〜リガの仕方は必ずしも上記の例に限定され
るものではない。また溶接の開始を指令する起動信号に
よりタイマ回路８をトリガするようにしてもよい。

上記の装置を用いて溶接を施行づるにあたり、本発明に
おいては、起動時に立上がり速度が３０Ａ／ｍ５ｅＣ以
上でピーク値が１００Ａ以上の電流を流し、一定の時間
が経過した０１点で定１ｉ溶接電流に切替える。第２図
は本発明の方法において溶接負荷に供給する電流の波形
を示し、たちので、同図において破線は理想の波形を示
し、実ＭＡは実際に流れる電流波形を示している。１な
わら、理想的には、起動電流の立上がり速度（ま照限人
であることが望ましく、起動電流波形）よ、図の破線の
波形のように起動と同時１Ｊピーク値１ｐ１．：達しで
一定時間ピーク値を保持した後定常溶接電流１ｗにまで
低下する矩形状の波形が望ましい。しかしながら、実際
には回路のりアクタンス等により電流の立上がりが遅れ
るのを避りられないため、実際の波形は図示の実線の曲
線のように成る傾きを持ってピーク値１ｐに達した後所
定の傾きで減少して定常溶接電流［Ｗにまで減少する波
形になる。

本発明においては、この起動電流の立上がり部の勾配ｄ
ｌ／ｄｔ（立上かり速度）を３０　Ａ　／　ｍ　ｓｅｃ
以上とし、ピーク値Ｉｐを１００Ａ以上に設定する。

定常溶接電流が１００　Ａ以上の場合、起動電流のピー
ク値は自ずから１００Ａ以上になるので、起動電流のピ
ーク値を定常溶接電流値と同一にし、その立上がり速度
を３０Ａ／ｍ５ｅｃ以上に設定リ−るだけでアークの起
動を確実に行わせることかできる。従って第１図の回路
において、定常溶接電流の設定値か１００Ａ未満の場合
にのみ切替スイッチ回路７を動作させるように構成する
こともできる。

なお比較的小゛電流域でのアークの起動性は起動電流の
立上がり速度か速ければ速いはとよく、また起動電流の
ピーク値は充分高いことが好ましいが、起動時に与える
エネルギーが人き？ｌきると電極の消耗量が多くなり、
溶接金属中にタングステンが沢入して溶接欠陥を生じる
おそれかある。これを避けるためには、起動時に与える
エネルギーを一定の大きさ以下に制限することか好まし
い。

すなわち、起動時に定律溶接電流より大きな起動電流を
流す場合には、起動電流が立」−がっでから定常溶接電
流に低下づるまての波形部分の面積（第２図に斜線を施
して示しｌ〔部分の面積。本明細書ではこの面積を起動
電流時間積という。）を一定の大きさ以下に制限づるこ
とか好ましい、実験によると、この起動電流時間積は７
Ａ−ｓｅｃ以下に制限するのか好ましい。すなわち第１
図の溶接電源を用いる場合、上記起動電流時間積が７Ａ
−５ｅＣ以下になるようにタイマ回路８のｌｌｉ’ｌ限
Ｔｐ（起動型ａｔが立上がってから定１；入溶接電流に
低下づるまでのｌｌ）間）を設定してＪ５りのが好まし
い。

次に本発明の効果を確ｕ−するために行った実翳の結果
について説明する。

第３図は起動電流の立上がり速度とアークを瞬時に起動
することができた回数く以下瞬時アークスタート回数と
いう。）との関係を示したもので、実験は定常溶接電流
が５Ａの場合と１５ＯＡの場合どについて行った。この
実験では種々の立上がり速度の起動電流を流してアーク
を起動させ、各立上がり速度毎に１０００回ずつ起動を
行って、アークが瞬時に起動した回数を計数した。この
場合電極としては２％のトリウムを含むタングステン電
極を用い、シールドガスとしてアルゴンＡｒを毎分１０
リツ１〜ルの流速で供給した。第３図に実線で示したグ
ラフは１．６ｍｍ径の電極を用いて定常溶接電流を５Ａ
とした場合で、この場合ピーク電流値は１５０Ａとした
。また同図に破線で示したグラフは２．４ｍｍ径の電極
を用いて定常溶接電流を１５ＯＡとした場合で、この場
合起動電流のピーク値は３００Ａとした。この第３図の
結果から明らかなように、起動電流の立上がり速度を３
ＯＡ／ｍ５ｅｃ以上とすれば、瞬時にア−りが起動する
確率が８０％以上になり、満足な結果を得ることかでき
る。

第４図は起動電流のピーク値と瞬時アークスタート回数
との関係を示したもので、この場合も２％トリウム入り
タングステン電極を用い、シールドガスとしてＡｒを毎
分１０リツ１〜ルの流速で供給して各ピーク値毎に１０
００回ずつアークの起動を行った。第４図において実線
で示したグラーノは］、６ｍｍ径の電極を用いて定常溶
１！電流を５Ａとした場合で、この場合起りＪ電流の立
上がり速度は７５Ａ、／ｍ５ｅｃとした。まＩこ破線で
示したグラフは２．４ｍｍ径の電極を用いて定常溶接電
流を１５ＯＡとした場合で、この場合は起りＪ電？Ａｔ
の立上がり速度を１３０△、’ｍ５ｅｃどした。これら
の結果から、起動電流のピーク値を１００Ａ以上に設定
ずれば、瞬時にアークが起動する確率が８０％以上にな
って満足な結果が得られることが分る。

次に第５図は、起動電流時間積（Ａ−８ｅｃ）と電極の
消耗量とのとの関係を示しＩζもので、この場合電極の
消耗量は、消耗前のＮ極の先端から消耗後の電極の先端
までの長さで表した。第５図において実線で示したグラ
フは１．６ｍｍ径の電極を用いて定常溶接電流を５Ａと
した場合で、この場合各起動電流時間積毎に１０００回
のアーク起動を行わせ１〔。また破線で示したグラフは
２゜４ｍｍの電極を用いて定常溶接電流を１５０Ａとし
た場合で、この場合はアーク起動を３００回行った。こ
れらの結果から分るように、起動電流時間積を７Ａ−８
ｅＣ以下に制限すれは、１０００回または３００回のア
ーク起動を行った後の電極消耗量を略０６５ｍｍ以下ま
たは０．５５ｍｍ１Ｘ下にすることができ、電極の消耗
量を実用上支障の無い範囲におさえることができる。

発明の効果 以上のように、本発明によれば、直流ＴＩＧアーク溶接
にお【プるアークの起動性を飛躍的に改善することがで
さ゛、アークを確実■つ略瞬時に起動することができる
ため、溶接作業性及び溶接品質を向上させることができ
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の溶接法を実施する溶接Ｔｉ源の−構成
令を示したブロック図、第２図は本発明の溶接法におｊ
Ｊる起動電流波形を示す波形図、第３図は起動電流の立
上がり速度と瞬時アークスタート回数との関係を示す￥
Ａ図、第４図は起りｊ電ｆ４ｊのピーク値と瞬時アーク
スター１−回数との関係を示す線図、第５図は起動電流
時間積と電極消耗Ｒとの関係を示す線図である。 １・・・直流電源回路、２・・・出力電流ｔｌｔ制御回
路、３・・・電流検出回路、４・・・溶接負荷、５・・
・起動型ｒｌ　ｎシ定回路、６・・・溶接電流設定回路
、７・・・切替スイッチ回路、８・・・タイマ回路、９
・・・比較回路。 手続補正書（自発） 特許庁長官　若　杉　和　夫　殿 １、事例の表示 特願昭５８−１７３７３８号 ２、発明の名称 直流ＴＩＧアーク溶接法 ３、補正をする者 事件との関係　特許出願人 （０２６）大阪変圧器株式会社 ４、代理人 東京都港区新橋４丁目３１番６号 明細書の特許請求の範囲、発明の詳細な説明、図面の簡
単な説明の各欄、並びに図面第２図、第５図。 ６、補正の内容 王、明細書を下記の通りに訂正訃Ｌ （１）特許請求の範囲を別紙の通りに訂正する。 （２）第３頁第１６行〜第１７行及び第４真第２行のｒ
３０Ａ／５ｅｃｊをｒ３０Ａ／ｍ５ｅｃＪにそれぞれ訂
正する。 （３）第１４頁第３行の「−構成台Ｊを「−偶成例」に
訂正する。 ■０図面第２図及び第５図を別紙の通り訂正する。 以上 ２、特許請求の範囲 起動電流の立上がり速度を３０へ／　ｍ　Ｓ　ｅ　Ｃ以
上とづるとともに該起動電流のピーク値を１００Ａ以上
としてアークを起動させることを特徴とする直流ＴＩＧ
アーク溶接法。 タ ク′ ろ ア も １版 消 耗 千

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 起動電流の立上がり速度を３０Ａ／ｓｅｃ以上とすると
   ともに該起動電流のピーク値を１００Ａ以上としてアー
   クを起動させることを特徴とする直流ＴＩＧアーク溶接
   法。