JPS6253261B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は溶接電流をパルス電流とベース電流と
に周期的に交互に変化させて溶接を行うTIGアー
ク溶接装置において、アーク電圧を一定に保ち、
溶接時の母材への入熱の均一化を図るアーク電圧
制御装置に関するものである。

一般的に、この種のTIGアーク溶接装置におい
ては溶接電流をパルス電流とベース電流とに周期
的に交互に変化させるためのパルス切換信号と、
溶接電流と、アーク電圧との間には第１図に示す
ような関係がある。

この第１図に示したようにアーク電圧は複雑に
変化している。このアーク電圧波形が複雑に変化
する要因としては次の２点が考えられる。

溶接電流とアーク電圧との間には第２図のア
ーク電圧電流特性曲線にて示された関係があ
り、溶接電流によりアーク電圧が複雑に変化す
る。

溶接電流をパルス電流からベース電流へ、ま
たベース電流からパルス電流へ切換えると、溶
接電流の過渡応答の影響を受ける。

また、母材傾斜状態における溶接状態にあつて
は、溶接電流が例えば20A以下の小電流の場合に
は、上り溶接時と下り溶接時とでアーク電圧波形
は第３図に示すように大きく違う。これは母材の
傾斜に対応して溶融金属が流れ、これに従つて母
材側のアーク点（陽極）が移動し、非消耗電極・
母材間の距離が一定でもアーク長が変化するから
である。

以上のように、一般的なTIGアーク溶接装置
は、溶接電流をパルス電流とベース電流とに切換
えることにより、また母材が傾斜した状態におい
て上り溶接とするか下り溶接とするかによりアー
ク電圧が大きく変化してしまい、これにより母材
への入熱が変化し、溶接品質が不均一となる欠点
があつた。

この欠点を解消せんとするために、従来、第４
図に示すような非消耗電極を保持する溶接トーチ
を、アーク電圧に応じて上下動する装置が提案さ
れていた。

第４図において、１は非消耗電極を保持した溶
接トーチ、２は母材、３は非消耗電極と母材２の
間に発生するアーク電圧を検出するアーク電圧検
出装置、４は基準電圧発生器５から出力される基
準電圧とアーク電圧検出装置３が検出したアーク
電圧とを比較して両電圧の差電圧を出力する比較
器、６は帰還回路にコンデンサ７を有し比較器か
ら出力される差電圧を積分増幅する増幅器、８は
増幅器６の出力により駆動する駆動回路、９は溶
接トーチ１を駆動回路の出力に応じて上下動する
モータである。

上記構成において、非消耗電極と母材２の間に
発生するアーク電圧をアーク電圧検出装置３によ
り検出し、このアーク電圧と基準電圧とを比較器
４で比較し、比較器４の出力である差電圧が増幅
器６に入力されて積分増幅される。この増幅器６
の出力は駆動回路８に入力され、この駆動回路８
の出力に基づきモータ９を回転させて溶接トーチ
１を上下動し、アーク電圧が一定になるようにす
る。

しかしながら、電源装置（図示せず）により溶
接電流をパルス電流とベース電流とに周期的に交
互に切換えると、アーク電圧は第１図に示したよ
うに激しく変化する。従つて、第４図に示した装
置ではアーク電圧検出装置３が検出したアーク電
圧に応じて、溶接トーチ１が上下に振動し、アー
ク電圧を一定に保つことは困難である。

なお、溶接トーチ１の上下振動をなくすため
に、アーク電圧検出装置３にフイルタ回路を設け
て電圧波形の複雑な変動を取り除くことが考えら
れるが、検出に非常に大きな時間遅れを生じ、ア
ーク電圧の変動またはアーク長の変動を速やかに
検出し応答することが困難となる。

本発明は上記従来の装置の欠点を解消し、アー
ク電圧の変化が極めて少ない期間のみ溶接トーチ
を上下動してアーク電圧を一定に保ち、溶接時の
母材への入熱の一定化により溶接品質の均一化を
はかるものである。

以下、本発明の実施例について第５図乃至第９
図を参照して説明する。

第５図は本発明の一実施例を示すアーク電圧制
御装置の回路図であり、第４図に示した構成物と
同一の構成物に対して同一番号を付し、説明を省
略する。

１０は溶接トーチ１と母材２に接続された溶接
電源、１１は溶接電流をベース電流からパルス電
流へ切換えるためのパルス切換信号Psが入力さ
れてから所定時間T₁後に出力を開始し、溶接電
流をパルス電流からベース電流へ切換えるための
パルス切換信号Psが入力されると出力を停止す
るパルス切換信号同期遅延回路、１２はパルス切
換信号同期遅延回路１１の出力によりONするリ
レー、１３はリレー１２の第１常開接点でありコ
ンデンサ７に直列接続され増幅器６の帰還回路を
構成している、１４はリレー１２の第２常開接点
であり増幅器６と駆動回路８の間に接続されてい
る。パルス切換信号Psとリレー１２の出力との
間には第６図に示すような関係がある。

上記構成において、溶接トーチ１に保持された
非消耗電極と母材２との間のアーク電圧はアーク
電圧検出装置３により常時検出され、アーク電圧
に略比例した略比例電圧が出力される。比較器４
では基準電圧発生器５から発生された基準電圧と
アーク電圧検出装置３から出力された略比例電圧
とを比較して両電圧の差電圧が出力される。

この状態において、溶接電流をベース電流から
パルス電流へ切換えるためのパルス切換信号がパ
ルス切換信号同期遅延回路１１に入力されると、
このパルス切換信号Psが入力されてから所定時
間T₁後に出力を開始し、リレー１２を動作さ
せ、第１常開接点１３および第２常開接点１４を
閉成し、増幅器６および駆動回路８を駆動する。
すなわち、第１常開接点１３および第２常開接点
１４が閉成すると、増幅器６は比較器４の出力で
ある差電圧を積分増幅し、その出力を第２常開接
点１４を介して駆動回路８に入力する。駆動回路
８は増幅器６の出力に基づきモータ９の回転を制
御して溶接トーチ１を上下動し、アーク電圧が一
定となるようにする。

次に溶接電流をパルス電流からベース電流へ切
換えるためのパルス切換信号Psがパルス切換信
号同期遅延回路１１に入力されると、パルス切換
信号同期遅延回路１１は出力を停止し、リレー１
２はOFFする。従つて、第１常開接点１３およ
び第２常開接点１４は開放し、駆動回路８は駆電
を停止する。このためモータ９は回転を停止し、
溶接トーチ１の上下動が止まる。

このように本実施例では溶接電流がベース電流
からパルス電流に切換わつた時点から所定時間
T₁後に駆動回路８を駆動させ、溶接電流がパル
ス電流からベース電流へ切換わつた時点で駆動回
路８を停止させるので、駆動回路８が駆動してい
る期間は、溶接電流が大きく、かつ安定している
期間（アーク電圧の変化が少ない期間）であるの
で、溶接トーチ１を上下に振動させてしまうこと
をせずに、アーク電圧を一定にすることができ
る。またモータ９は、アーク電圧の変化が少ない
期間のみ動作すればよいので、時定数が小さく応
答速度の速いサーボモータを使用することができ
る。

なお、上記所定時間T₁は、溶接電流がベース
電流からパルス電流に切換わつてからアーク電圧
の変化が少なくなるまでの期間であるとよく、溶
接電源１０によつて異なるが、通常10〜40msec
である。

また、本実施例においては溶接電流が大きく、
かつ安定している期間のみ、アーク電圧が一定に
なるように制御し、他の期間では制御を行わない
が、ベース電流時は、電流値が小さく、母材２へ
の入熱が小さいので、溶接ビードの形成状態に対
する影響が少なく、パルス電流時のみの制御によ
つて良好な溶接結果を得ることができる。

上記実施例はベース電流が小さい場合について
のものであるが、ベース電流が大きく、例えば
20A以上である場合にはアーク電圧が安定であ
る。この時の溶接電流波形と溶接電圧波形との関
係を第７図に示す。このようにベース電流がかな
り大きく、ベース電流時のアーク電圧が安定して
いる場合には、ベース電流時においても溶接トー
チを上下動させる制御を行なつてアーク電圧を一
定化すると、より良好な溶接結果が得られる。

以下にベース電流時にも制御を行う本発明の一
実施例について第８図，第９図を参照して説明す
る。

第８図において、第４図，第５図に示した構成
物と同一の構成物に対して同一番号を付し説明を
省略する。

１５はパルス電流時用の基準電圧を発生するパ
ルス電流時基準電圧発生器、１６はベース電流時
用の基準電圧を発生するベース電流時基準電圧発
生器、１７は溶接電流をベース電流からパルス電
流へ切換えるためのパルス切換信号Psにより閉
成し、パルス電流からベース電流へ切換えるため
のパルス切換信号Psにより開放する第３接点、
１８は溶接電流をパルス電流からベース電流へ切
換えるためのパルス切換信号Psにより閉成し、
ベース電流からパルス電流へ切換えるためのパル
ス切換信号Psにより開放する第４接点である。

１９は溶接電流を検出する溶接電流検出装置で
あり、この溶接電流検出装置１９により検出した
溶接電流が所定電流値（例えば20A）より大であ
ると第１リレー２０が動作し、その常開接点であ
る第５接点２１を閉成する。２２は溶接電流をベ
ース電流からパルス電流へ切換えるためのパルス
切換信号Psが入力されてから所定時間T₁後に出
力を開始し、溶接電流をパルス電流からベース電
流へ切換えるためのパルス切換信号Psが入力さ
れると出力を停止するパルス電流時パルス切換信
号同期遅延回路、２３は溶接電流をパルス電流か
らベース電流へ切換えるためのパルス切換信号
Psが第５接点２１を介して入力されてから所定
時間T₁後に出力を開始し、溶接電流をベース電
流からパルス電流へ切換えるためのパルス切換信
号Psが第５接点を介して入力されると出力を停
止するベース電流時パルス切換信号同期遅延回路
である。

２４はパルス電流時パルス切換信号同期遅延回
路２２の出力、またはベース電流時パルス切換信
号同期遅延回路２３の出力が入力されると動作
し、第１常開接点１３および第２常開接点を閉成
する。

上記構成において、溶接電流がベース電流から
パルス電流に切換わると、第３接点が閉成する。
溶接トーチ１に保持されている非消耗電極と母材
２の間のアーク電圧はアーク電圧検出装置３によ
り常時検出され、アーク電圧に略比例した略比例
電圧が出力され、比較器４に入力される。この比
較器４ではパルス電流時基準電圧発生器１５から
出力され、第３接点１７を介して入力されるパル
ス電流時基準電圧と前記略比例電圧とを比較して
両電圧の差電圧が出力される。

一方、溶接電流検出装置１９が検出する溶接電
流はパルス電流時には所定電流値より大であり、
第１リレー２０が動作し、第５接点２１が閉成す
る。しかし、ベース電流時パルス切換信号同期遅
延回路２３は、溶接電流をパルス電流からベース
電流へ切換えるためのパルス切換信号Psが入力
されないので出力を行わない。パルス電流時パル
ス切換信号同期遅延回路２２は溶接電流をベース
電流からパルス電流へ切換えるパルス切換信号が
入力されてから所定時間T₁後に出力を行う。こ
の出力により第２リレー２４が動作し、第１常開
接点１３および第２常開接点１４を閉成する。第
１常開接点１３の閉成により、増幅器６は比較器
４の出力である差電圧を積分増幅し、その出力を
第２常開接点１４を介して駆動回路８に入力す
る。駆動回路８は増幅器６の出力に基づきモータ
９の回転を制御して溶接トーチ１を上下動し、ア
ーク電圧が一定となるようにする。

次にベース電流時には溶接電流をパルス電流か
らベース電流へ切換えるためのパルス切換信号に
より第３接点１７が開放し、第４接点が閉成し、
比較器４はベース電流時基準電圧発生器１５から
出力され、第４接点１８を介して入力されるベー
ス電流時基準電圧と前記略比例電圧とを比較して
両電圧の差電圧を出力する。

一方、溶接電流検出装置１９が検出する溶接電
流はベース電流時にはパルス電流時に比べて小さ
いが所定電流値（例えば20A）より大である場合
は、第１リレー２０が動作し、第５接点２１を閉
成する。溶接電流をパルス電流からベース電流へ
切換えるためのパルス切換信号により、パルス電
流時パルス切換信号同期遅延回路２２は出力を停
止し、第２リレー２４が動作を停止し、第１常開
接点１３および第２常開接点１４を開放し、駆動
回路８は駆動を停止する。このため、モータ９は
回転を停止し、溶接トーチ１の上下動が止まる。
このパルス切換信号が第５接点２１を介してベー
ス電流時パルス切換信号同期遅延回路２３に入力
されると、パルス切換信号が入力されてから所定
時間T₁後に出力が行われ、第２リレー２４を駆
動し、第１常開接点１３および第２常開接点１４
を閉成する。第１常開接点１３の閉成により、増
幅器６は比較器４の出力である差電圧を積分増幅
し、その出力を第２常開接点１４を介して駆動回
路８に入力する。駆動回路８は増幅器６の出力に
基づきモータ９の回転を制御して溶接トーチ１を
上下動し、アーク電圧が一定となるようにする。
この場合のパルス切換信号と第２リレー２４の出
力の関係を第９図に示す。

また、溶接電流検出装置１９が検出した溶接電
流が所定電流値より小である場合は、第１リレー
２０が動作せず、第５接点２１が開放する。この
ため、ベース電流時パルス切換信号同期遅延回路
２３は出力を行わず、第２リレー２４は動作せ
ず、第１常開接点１３および第２常開接点１４は
開放し、モータ９は回転しない。従つて、溶接ト
ーチ１は上下動しない。

以上のように本実施例においては、ベース電流
時の溶接電流が所定電流値より大である場合に
は、ベース電流からパルス電流へ切換わると駆動
回路８を停止し、所定時間T₁後に駆動回路８を
駆動し、パルス電流からベース電流へ切換わると
駆動回路８を停止し、所定時間T₁後に駆動回路
８を駆動する。また、ベース電流時の溶接電流が
所定電流値より小である場合には、ベース電流か
らパルス電流へ切換わつてから所定時間T₁後に
駆動回路８が駆動を開始し、パルス電流からベー
ス電流へ切換わると駆動回路８が駆動を停止す
る。

このように、駆動回路８が駆動している期間は
溶接電流が所定電流値より大で、かつアーク電圧
が安定である期間であるので、溶接トーチ１を上
下に振動させてしまうことをせずに、アーク電圧
を一定にすることができる。

またモータ９は、アーク電圧の変化の少ない期
間のみ動作すればよいので、時定数が小さく応答
速度の速いサーボモータを使用することができ
る。

以上のように本発明によれば、溶接電流が大き
く、アーク電圧が安定である期間のみ駆動回路を
駆動して溶接トーチを上下させるので、溶接トー
チの振動を防止でき、かつアーク電圧を一定に保
つことができる。

【図面の簡単な説明】

第１図はパルス切換信号と溶接電流波形とアー
ク電圧波形の関係を示す図、第２図はアーク電
圧・電流特性図、第３図ａ，ｂは上り坂溶接時と
下り坂溶接時のアーク電圧波形図、第４図は従来
のアーク電圧制御装置の回路図、第５図は本発明
の第１の実施例を示すアーク電圧制御装置の回路
図、第６図ａ，ｂはパルス切換信号とリレーの出
力の関係を示す図、第７図はベース電流が20A以
上の時の溶接電流波形とアーク電圧波形の関係を
示す図、第８図は本発明の第２の実施例を示すア
ーク電圧制御装置の回路図、第９図はパルス切換
信号と第２リレーの出力との関係を示す図であ
る。 １……溶接トーチ、２……母材、３……アーク
電圧検出装置、４……比較器、５……基準電圧発
生器、６……増幅器、７……コンデンサ、８……
駆動回路、９……モータ、１１……パルス切換信
号同期遅延回路、１２……リレー、１３……第１
常開接点、１４……第２常開接点、１５……パル
ス電流時基準電圧発生器、１６……ベース電流時
基準電圧発生器、１７……第３接点、１８……第
４接点、１９……溶接電流検出装置、２１……第
５接点、２２……パルス電流時パルス切換信号同
期遅延回路、２３……ベース電流時パルス切換信
号同期遅延回路、２４……第２リレー。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 周期的に溶接電流をパルス電流とベース電流
   とに交互に変化させて溶接を行うTIGアーク溶接
   装置において、非消耗電極と母材間のアーク電圧
   を検出するアーク電圧検出装置と、溶接電流がパ
   ルス電流であるときの基準電圧を発生する基準電
   圧発生器と、前記アーク電圧検出装置により検出
   されたアーク電圧と前記基準電圧発生器から発生
   された基準電圧とを比較して両電圧の差電圧を出
   力する比較器と、溶接電流をベース電流からパル
   ス電流へ切換えるためのパルス切換信号が入力さ
   れてから所定時間後に出力を開始し、溶接電流を
   パルス電流からベース電流へ切換えるためのパル
   ス切換信号が入力されると出力を停止するパルス
   切換信号同期遅延回路と、このパルス切換信号同
   期遅延回路の出力により閉成する第１接点とコン
   デンサの直列回路よりなる帰還回路を有し前記比
   較器から出力される差電圧を積分増幅する増幅器
   と、前記パルス切換信号同期遅延回路の出力によ
   り閉成する第２接点を介して前記増幅器の出力が
   入力されて駆動する駆動回路と、前記非消耗電極
   を保持する溶接トーチを前記駆動回路の出力に基
   づき上下動するモータを備えてなるアーク電圧制
   御装置。 ２ 周期的に溶接電流をパルス電流とベース電流
   とに交互に変化させて溶接を行うTIGアーク溶接
   装置において、非消耗電極と母材間のアーク電圧
   を検出するアーク電圧検出装置と、溶接電流がパ
   ルス電流であるときのパルス電流時基準電圧を発
   生するパルス電流時基準電圧発生器と、溶接電流
   がベース電流であるときのベース電流時基準電圧
   を発生するベース電流時基準電圧発生器と、溶接
   電流をベース電流からパルス電流へ切換えるため
   のパルス切換信号により閉成する第３接点と、溶
   接電流をパルス電流からベース電流へ切換えるた
   めのパルス切換信号により閉成する第４接点と、
   前記パルス電流時基準電圧発生器から出力され前
   記第３接点を介して入力されるパルス電流時基準
   電圧または前記ベース電流時基準電圧発生器から
   出力され前記第４接点を介して入力されるベース
   電流時基準電圧と前記アーク電圧検出装置により
   検出されたアーク電圧とを比較して比較された両
   電圧の差電圧を出力する比較器と、溶接電流を検
   出する溶接電流検出装置と、前記溶接電流検出装
   置により検出された溶接電流が所定電流値より大
   であるときに閉成する第５接点と、溶接電流をベ
   ース電流からパルス電流へ切換えるためのパルス
   切換信号が入力されてから所定時間後に出力を開
   始し、溶接電流をパルス電流からベース電流へ切
   換えるためのパルス切換信号が入力されると出力
   を停止するパルス電流時パルス切換信号同期遅延
   回路と、溶接電流をパルス電流からベース電流へ
   切換えるためのパルス切換信号が前記第５接点を
   介して入力されてから所定時間後に出力を開始
   し、溶接電流をベース電流からパルス電流へ切換
   えるためのパルス切換信号が前記第５接点を介し
   て入力されると出力を停止するベース電流時パル
   ス切換信号同期遅延回路と、前記パルス電流時パ
   ルス切換信号同期遅延回路の出力または前記ベー
   ス電流時パルス切換信号同期遅延回路の出力によ
   り閉成する第１接点とコンデンサの直列回路より
   なる帰還回路を有し前記比較器から出力される差
   電圧を積分増幅する増幅器と、前記パルス電流時
   パルス切換信号同期遅延回路の出力または前記ベ
   ース電流時パルス切換信号同期遅延回路の出力に
   より閉成する第２接点を介して前記増幅器の出力
   が入力されて駆動する駆動回路と、前記非消耗電
   極を保持する溶接トーチを前記駆動回路の出力に
   基づき上下動するモータを備えてなるアーク電圧
   制御装置。