JPS6350077Y2 - - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 本考案は出力側に平滑用コンデンサを使用した
溶接電源を有する直流アーク溶接機に関するもの
である。

従来、溶接アークを安定化するために、第１図
に示す如く直流アーク溶接電源Ａの出力側に、限
流リアクトル５とコンデンサ６とを直列に接続し
て成る平滑回路Ｂを並列接続するとともに直流リ
アクトル８を電極１０と母材１１とアーク１２か
ら成る溶接負荷に直列接続することが行なわれて
いる。直流アーク溶接電源Ａ（以下単に電源Ａと
いう）は溶接変圧器３の１次側に接続された交流
電源１及び図示しない開閉器の接点２と２次側に
接続された４個のダイオードから成る整流回路４
により構成されていて、電源の投入、しや断は接
点２の開閉により行なわれる。直流リアクトル８
のリアクタンス値は400μH程度の大きいものを使
用し、限流リアクトル５のリアクタンス値は数
10μH程度の小さいものを使用する。コンデンサ
６には、50000μF程度の大容量のものを使用す
る。限流リアクトル５は、コンデンサ６の充電電
流と放電電流の急激な変化を抑制し、リツプルを
低減するとともに、電源投入時の突入電流による
コンデンサ６の劣化を防止する。コンデンサ６に
はこれも図示しない開閉器の接点９と抵抗７を直
列接続したものが並列に接続されている。接点９
は溶接中は開放されていて溶接終了時閉じること
により、溶接中にコンデンサ６に充電された電荷
を溶接終了時に抵抗７を介して放電させるように
作動する。溶接機に用いる平滑コンデンサ６は大
容量のものが必要である。そのために開閉器の接
点９の通電容量を大きいものにすれば開閉器が大
型のものを必要とするので好ましくない。また接
点９の通電容量を小さくするには抵抗７の抵抗値
を大きくしなければならず、そのため放電時定数
が長くなり溶接終了後電極１０を母材１１に接触
して火花アークを発生するという誤操作または、
作業者が電極１０または母材１１に触れた場合電
撃を受けるので危険である。その上、電源Ａの出
力側にコンデンサンサ６を接続した直流アーク溶
接機の無負荷電圧は高くなる為、アーク遮断時、
消耗性電極のもえ上りがはげしく溶接終了後のワ
イヤ先端玉径が大きく成長するので、次の溶接ス
タートが困難であるということがあつた。

また、消耗性ワイヤ電極を用いた直流アーク溶
接機におけるアーク特性は、電源Ａは直列に接続
された直流リアクトル８によつて大きく左右され
る。そしてこの直流リアクトル８のインダクタン
スの値は、溶融金属が短絡移行を行なう小電流域
においては、小さい方が移行が円滑で、アーク１
２が安定である。溶融金属がスプレー移行を行な
う大電流域においては、直流リアクトル８のイン
ダクタンスの値が大きい方がスパツタが少ないの
でアーク１２が安定である。

しかし、鉄心入りの直流リアクトルにおいて
は、鉄心の磁化特性の関係から直流電流が小さい
時はインダクタンスが大きく、直流電流が大きい
時はインダクタンスが小さくなるので、前記した
適正なインダクタンスの値と溶接電流との関係と
は逆になる。したがつて、１個の直流リアクトル
で大電流域から小電流域までの溶接を安定に行な
うことは難かしいということがあつた。

本考案は上記従来の欠点を除去したもので、直
流アーク溶接電源と負荷に直列接続された直流リ
アクトルと、上記電源に並列接続されたコンデン
サを含む平滑回路と、この平滑回路に並列接続さ
れたコンデンサを含まないインピーダンス回路を
設けた直流アーク溶接機であり、更にインピーダ
ンス回路が電源に直列接続された直流リアクトル
の制御巻線と抵抗とから成る直流アーク溶接機で
ある。

以下本考案の実施例を図面にしたがい詳細に説
明する。第２図は本考案に係る直流アーク溶接機
の一実施例を示す回路図である。同図において第
１図と同一部分には同一符号を付した。８′は直
流リアクトル８の鉄心で、１３は鉄心８′に巻回
された制御巻線で抵抗１４と直列接続されてい
る。この直列回路Ｃは電源Ａの出力端子間に接続
されていて、電源Ａの出力電流で励磁されるよう
になつている。制御巻線１３の巻回方向は、直流
電源Ａの出力電圧によつて流れる鉄心８′の励磁
方向と直流リアクトル８の主巻線を流れる溶接機
出力電流による鉄心８′の励磁方向とが逆になる
ように巻回されている。

次に本考案の一実施例の動作について説明す
る。まず図示しない溶接トーチを作業者が手に持
つて、トーチに取付けられたトーチスイツチを操
作することにより、接点２が閉じると、交流電源
１は溶接変圧器３に供給される。溶接変圧器３の
交流出力は整流回路４で整流されて直流となり、
さらに直流リアクトル８の主巻線を介して溶接電
極１０に印加される。溶接電極１０は例えば消耗
性ワイヤ電極で、図示しないワイヤ送給装置によ
り母材１２に向つて送給される。送給されたワイ
ヤ１０が母材１１に接触してアーク１２が発生す
る。溶接中の平滑コンデンサ６は充放電が繰返し
行なわれている。トーチスイツチを操作して溶接
を終了してからコンデンサ６に蓄積されている電
荷は、抵抗１４を介して第３図のように放電す
る。図中T₁が放電時間を示す。第４図に本考案
に係る直流アーク溶接機の外部特性すなわち、溶
接電極１０および母材１１を接続される＋端子と
−端子における出力電圧（縦軸、図中二次電圧と
記す。）と出力電流（横軸、図中二次電流と記
す。）の関係を示す。同図において実線は従来の
直流アーク溶接機における出力電圧、電流特性、
破線は本考案を適用した直流アーク溶接機におけ
る出力電圧、電流特性である。実線によつて示さ
れた従来の直流アーク溶接機の外部特性は、略定
電圧特性（出力電流の増加に伴ないわずかに出力
電圧が低下する傾向がある）であるが、出力電流
が零に近づくところで出力電圧（無負荷電圧を含
む）が急に上昇する特性を呈する。低出力電流域
における出力電圧（無負荷電圧を含む）の上昇
は、平滑回路Ｂによる影響であり、出力電流の大
きいところよりも小さいところにおいて出力電圧
のリツプル減少の程度が大きいことに起因する。
ところが、この低出力電流域における出力電圧
（無負荷電圧を含む）の上昇はアーク溶接上好ま
しいものではなく、アーク遮断時のワイヤ電極の
もえ上りの原因となる。本考案に係る直流アーク
溶接機の外部特性は、とくに低出力電流域におけ
る出力電圧（無負荷電圧を含む）の上昇が破線の
ように制限（改善）される。その理由は、直流リ
アクトル８の主巻線を流れる電流により鉄心８′
に誘起される磁束と、制御巻線１３を流れる電流
により鉄心８′に誘起される磁束の向きとが逆で
あることによる。本考案によれば、溶接アーク１
２が消えていても、常に制御巻線１３、抵抗１４
を介して所定の負荷電流が流れているので、溶接
電極１０と母材１１との間に発生する無負荷電圧
は低い。溶接終了時の出力電圧を低くすることが
できるので、ワイヤ電極１０の燃え上りも無くす
ことができる。また、溶接機の接点２を開いて、
溶接変圧器３の負荷側に通電を止めれば、コンデ
ンサ６に充電された電荷はインピーダンス回路Ｃ
を介して放電する。

溶接変圧器３の二次側スライダ（矢印部分）を
操作して、出力電圧が高い電圧の状態で溶接を行
う、いわゆるスプレーアーク溶接の領域において
は、ワイヤ電極１０と母材１１とがほとんど短絡
しないから出力溶接電流の脈動がほとんど無い。
すなわち直流リアクタ８の主巻線から制御巻線１
３への誘起電圧はほとんど無く、直流リアクタ８
は電源Ａの出力で励磁される。したがつて、直流
リアクタ８は制御巻線１３による逆励磁分だけ鉄
心８′の飽和が起りにくくなり等価的にインダク
タンス値が大きくなつて、回路のリアクタンスが
増加されるので、出力電流のリツプルが減少しア
ークが安定するとともにスパツタも少なくなる。

溶接変圧器３の二次側スライダ（矢印部分）を
操作して、出力電圧が低い電圧の状態で溶接を行
う、いわゆるシヨートアーク溶接の領域において
は、ワイヤ電極１０と母材１１とが短絡とアーク
を繰り返すので、短絡とアークに応じて、溶接電
流が大きく脈動する。直流リアクトル８にはこの
脈動電流が流れるので制御巻線１３には変圧器作
用による電圧が誘起される。直流リアクトル８の
主巻線と制御巻線１３とは逆励磁の関係にあるの
で、短絡時には、制御巻線１３と抵抗１４から成
るインピーダンス回路Ｃに高い電圧が印加され
て、大きい電流が流れる。この大きい電流による
主巻線への逆誘起電流が溶接電流と加え合わされ
るので、その分、短絡電流が増加して消耗性のワ
イヤ電極６のピンチ効果が促進されるから、溶融
金属が速やかに移行される。

次に、短絡からアーク状態に移行した時には、
短絡時に直流リアクトル８を流れていた電流を持
続する方向に、直流リアクトル８に誘起電流が発
生する。この誘起電流の発生によつて直流リアク
トル８の両端に発生する電圧は、溶接電源Ａに加
えられる。したがつて、＋端子と−端子間の出力
電圧は、溶接電源Ａの電圧よりも直流リアクトル
８の端子電圧分だけ高い電圧となり、アークは安
定に発生する。如上の現象は、等価的に直流リア
クトル８のインダクタンス値を小さくしたことに
なる。すなわち、シヨートアーク溶接を行なう小
電流域では直流リアクトル８のインダクタンスを
小さくし、スプレーアーク溶接を行なう大電流域
では直流リアクトル８のインダクタンスを大きく
することができる。

以上述べた如く本考案は直流アーク溶接電源に
直列接続された直流リアクトルと、上記電源に並
列接続されたコンデンサを含む平滑回路と、この
平滑回路に並列接続されたコンデンサを含まない
インピーダンス回路を設けた直流アーク溶接機で
あり、更にインピーダンス回路が電源に直列に接
続された直流リアクトルの制御巻線と抵抗とから
成る直流アーク溶接機であるから、無負荷時のワ
イヤ電極１０と母材１１の間に印加される電圧が
低いので、溶接終了時のワイヤ電極１０の燃え上
りが無く、したがつて、ワイヤ電極の玉が大きく
ならないから、次の溶接時のアークスタートが容
易である。また、溶接終了後、交流電源から遮断
した後、溶接機を収納する等の作業をする場合
に、作業者が出力端子や、電極１０に触れても、
すでにコンデンサ６は放電されているから、電撃
の危険がない。しかも、従来の直流アーク溶接機
と比較して、接点９及びこの接点９を制御するシ
ーケンス回路が不要であり簡単な構成とすること
ができる。更に、溶接中においては、シヨートア
ーク溶接を行なう小電流域で直流リアクトル８の
インダクタンス値を小さくし、且つスプレーアー
ク溶接を行なう大電流域では直流リアクトル８の
インダクタンス値を大きくすることが簡単な構成
で実現できる。その結果として、溶接アークが安
定であるという効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の直流アーク溶接機の回路図であ
る。第２図は本考案の一実施例を示す回路図、で
ある。第３図は平滑回路Ｂのコンデンサ６の放電
状態を示す特性図、第４図は直流アーク溶接機の
出力電圧と出力電流の関係を示す外部特性図であ
る。 Ａ……直流アーク溶接電源、Ｂ……平滑回路、
６……コンデンサ、８……直流リアクトル、８′
……鉄心、１０……溶接（ワイヤ）電極、１１…
…母材、１３……制御巻線、１４……抵抗。

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 直流アーク溶接電源と負荷に直列接続された鉄
   心入りの直流リアクトルと、上記電源に並列接続
   されたコンデンサを含む平滑回路と、この平滑回
   路に並列接続され、且つ上記直流リアクトルの鉄
   心に上記直流リアクトルにより発生する磁束を打
   消す方向に巻かれた制御巻線および抵抗から成る
   インピーダンス回路を有することを特徴とする直
   流アーク溶接機。