JPS638871B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は、１次巻線が交流電源に接続された
溶接変圧機の２次巻線を、直接または整流回路を
介して溶接負荷に接続し、交流アーク溶接機また
は直流アーク溶接機とするアーク溶接機に関す
る。

〔従来の技術〕

通常、アーク溶接は、負荷の用途に応じて交流
アーク溶接する場合と直流アーク溶接する場合が
あり、１台のアーク溶接機で交流アーク溶接と直
流アーク溶接を選択できるものを要望されること
が多い。

ところで、一般の交流アーク溶接機は、出力電
流の波形が正弦波であるため、アークの発熱量が
一定せず、交流電源の零点を通過する毎に、熱的
にアークの持続が困難となつてアークが消滅し、
無負荷電圧の回復にともなつて再点弧するように
なつている。

しかし、アルミニユーム材を非消耗式電極を用
いて交流アーク溶接する場合、アルミニユーム材
がマイナスになる半波においては、アルミニユー
ム材表面の酸化皮膜が除去されて次の半波におけ
る溶接が容易となるクリーニング作用がある反
面、電子放出が良好でなく、特に小電流域ではア
ーク切れが生じやすい。

そのため、交流電圧をサイリスタ等による位相
制御により調整すると、交流電圧の零点から制御
角まで出力の休止期間が生じ、アークの再点弧に
失敗することが多い。

したがつて、アルミニユーム材を交流アーク溶
接する場合、一般に出力電圧を全く位相制御せ
ず、可動鉄心の位置により出力電圧を調整する溶
接機が用いられている。

また、交流アーク溶接機は、クリーニング作用
によりアルミニユームの溶接に最適であるが、交
流TIG溶接では、交流の半波ごとに高電圧の高周
波を印加してアークを再点弧させる必要がある。

一方、直流アーク溶接機において、小電流域の
溶接では、電流リツプルが大きいとアーク切れを
生じることがあり、電流リツプルの軽減が要求さ
れ、出力側に１個のリアクトルが用いられてい
る。

〔発明が解決しようとする問題点〕

ところで、従来の可動鉄心型の溶接機は、機械
的構成となるため、大型化するとともに重量が大
きく、出力調整に煩雑な操作を要し、しかも、出
力設定の変更がワンタツチでできないために即応
性に乏しく、さらに、遠隔操作することが困難で
あり、負荷変動および電源変動に対し出力電流の
安定性が悪い。

また、従来の交流TIG溶接では、交流の半波ご
とに高電圧の高周波を印加しているため、この高
電圧の高周波が他の溶接機その他の電気機器のノ
イズとなる。

また、従来の直流アーク溶接機は、出力側に１
個のリアクトルが用いられているため、大型化す
るとともに高価になる欠点がある。

〔問題点を解決するための手段〕

この発明は、従来の問題点に留意してなされた
ものであり、１次巻線が交流電源に接続された溶
接変圧機の２次巻線を、直接または整流回路を介
して溶接負荷に接続し、交流アーク溶接機または
直流アーク溶接機とするアーク溶接機において、
前記２次巻線の一端とトーチ電極との間に直列接
続された一方の交流側端子、側方向の第１の制御
整流素子、第１のリアクトル、正側の直流側端子
および第１の出力端子と、前記一方の交流側端子
と前記正側の直流側端子との間に直列接続された
逆方向の第２の制御整流素子、前記第１のリアク
トルと同一鉄心に巻回されインダクタンスがほぼ
等しく発生する磁束の方向が同一の第２のリアク
トル、負側の直流側端子、順方向の第２の整流素
子、他方の交流側端子および第１の整流素子と、
前記負側の直流側端子と、前記第１の制御整流素
子と前記第１のリアクトルの接続点との間に直列
接続された第１の交直切換スイツチの切換片、当
該直流側接点および順方向の第３の整流素子と、
前記負側の直流側端子と前記第１の出力端子との
間に接続された第３の交直切換スイツチの切換
片、当該交流側接点と、前記２次巻線の他端と母
材との間に直列接続された第２の交直切換スイツ
チの切換片、当該交流側接点、前記第３の交直切
換スイツチの直流側接点、第２の出力端子と、前
記他方の交流側端子に接続された前記第２の交直
切換スイツチの直流側端子とを備えたことを特徴
とするアーク溶接機である。

〔作用〕

したがつて、この発明によると、各交直切換ス
イツチを切り換えにより、交流アーク溶接機およ
び直流アーク溶接機として用いることができる。

そして、交流アーク溶接の場合、サイリスタ等
の制御整流素子による位相制御により出力が調整
され、リアクトルにより矩形波電流が得られ、従
来の位相制御によるアークの再点弧の失敗がな
く、アルミニユーム材を小電流で溶接するような
場合においても、確実にアークが再点弧される。

しかも、直流アーク溶接の場合、リアクトルに
蓄えられた電磁エネルギが放出され、溶接負荷に
流れる電流リツプルが軽減され、アーク切れが生
じることなく安定にアークを持続できる。

その上、２個のリアクトルが同一鉄心に巻回さ
れ、インダクタンスがほぼ等しく、発生する磁束
の方向が同一であるため、小型で安価である。

〔実施例〕

つぎにこの発明を、その１実施例を示した図面
とともに詳細に説明する。

１次巻線Taが交流電源端子１，２に接続され
た溶接変圧器Ｔの２次巻線Tbの一端を、一方の
交流側端子Ａ、順方向の第１の制御整流素子TH
１、第１のリアクトルＬ１、正側の直流側端子＋
Ｄおよび第１の出力端子Ｏ１を介してトーチ電極
Ｅに接続し、前記一方の交流側端子Ａを、逆方向
の第２の制御整流素子TH２、前記第１のリアク
トルＬ１と同一鉄心に巻回されインダクタンスが
ほぼ等しく発生する磁束の方向が同一の第２のリ
アクトルＬ２、負側の直流側端子−Ｄ、順方向の
第２の整流素子Ｄ２、他方の交流側端子A′およ
び第１の整流素子Ｄ１を介して前記正側の直流側
端子＋Ｄに接続している。

そして、前記負側の直流側端子−Ｄを、第１の
交直切換スイツチＳ１の切換片、当該直流側接点
DCおよび順方向の第３の整流素子Ｄ３を介して
前記第１の制御整流素子TH１と前記第１のリア
クトルＬ１の接続点に接続し、前記負側の直流側
端子−Ｄを、第３の交直切換スイツチＳ３の切換
片、当該交流側接点ACを介して前記第１の出力
端子Ｏ１に接続している。

さらに、前記２次巻線Tbの他端を、第２の交
直切換スイツチＳ２の切換片、当該交流側接点
AC、前記第３の交直切換スイツチＳ３の直流側
接点DC、第２の出力端子Ｏ２を介して母材Ｍに
接続し、前記他方の交流側端子A′を、前記第２
の交直切換スイツチＳ２の直流側端子DCに接続
している。

そして、前記両制御整流素子TH１，TH２と
前記第１、第２の整流素子Ｄ１，Ｄ２によりブリ
ツジ整流回路RC′が構成され、前記第１、第２、
第３の交直切換スイツチＳ１，Ｓ２，Ｓ３は連動
し、各切換片は交流アーク溶接時にそれぞれ交流
側接点ACに接続され、直流アーク溶接時にそれ
ぞれ直流側接点DCに接続される。

また、第３の整流素子Ｄ３は第１のリアクトル
Ｌ１のフライホイール用に設けられており、トー
チ電極Ｅと母材Ｍにより溶接負荷Ｒが構成されて
いる。

つぎに、前記実施例の動作を説明する。

まず、TIG溶接または手溶接等の交流アーク溶
接を行なう場合、第１ないし第３交直切換スイツ
チＳ１〜Ｓ３の各切換片を交流側接点ACに接続
する。

この場合、第２図に示すように、溶接変圧器Ｔ
の２次巻線Tbの一端と第１の出力端子Ｏ１との
間に、１個づつの制御整流素子TH１またはTH
２とリアクトルＬ１またはＬ２からなる２個の直
列回路が、両制御整流素子TH１，TH２の方向
を逆にして並列に接続され、２次巻線Tbの他端
が第２の出力端子Ｏ２に接続された回路構成とな
る。

そして、第４図において、Eoの曲線は溶接変
圧器Ｔの２次巻線Tbの無負荷電圧を、IoRの曲
線は溶接負荷Ｒの両端に印加される溶接電圧をそ
れぞれ示す。

いま、第２図に示す溶接変圧器Ｔの２次巻線
Tbに上向き極性に電圧が誘起されている交流電
源の正の半サイクルにおいて、第４図に示すT1
時に第１の制御整流素子TH１がαの制御角で導
通すると、溶接変圧器Ｔの２次巻線Tb、第１の
制御整流素子TH１、第１のリアクトルＬ１、母
材Ｍを通じて溶接電流が流れる。

ここで、T1時からT2時での期間においては、
溶接変圧器Ｔの無負荷電圧Eoが溶接電圧IoRより
大きいため、第１のリアクトルＬ１の磁心にEo
−IoRのエネルギが蓄えられる。また、第１およ
び第２のリアクトルＬ１，Ｌ２のインダクタンス
は、互いに同一でかつ回路のインダクタンスより
大きく設定してある。そのため、溶接電流Ioはほ
とんど変化なく流れ、溶接電圧IoRも第４図に示
すようにほぼ一定値を保持する。

つぎに、無負荷電圧Eoと溶接電圧IoRが同一に
なるT2時を過ぎると、溶接電圧IoRが無負荷電
圧Eoより大きくなり、前述の第１のリアクトル
Ｌ１に蓄積されたエネルギが放出され、T2時以
前と同一方向に溶接電流Ioが流れ続け、しかも、
この溶接電流Ioは、第１のリアクトルＬ１のイン
ダクタンスが大きいため、変化の少ないほぼ一定
の値となり、溶接電圧もほとんど変化しない。

そして、T3時になると、無負荷電圧Eoの極性
が逆になるが、第１のリアクトルＬ１に蓄積され
たエネルギが放出され続けるため、溶接負荷Ｒに
は、T3時以前の期間と同一方向でかつほぼ一定
の溶接電圧IoRが印加される。

つぎに、T0時から180゜＋αの制御角に相当す
るT4時になると、点弧信号により第２の制御整
流素子TH２が導通状態となり、この時、第１の
リアクトルＬ１のエネルギ放出がほぼ終了してい
るから、第２のリアクトルＬ２に電流が流れ始め
ると、第１のリアクトルＬ１に流れていた電流が
急激に減少し、溶接電圧IoRは、第４図に示すよ
うに、急峻に極性を変えて負の値に移行する。

そして、T4時以降は前述と同様の動作が繰り
返えされ、溶接負荷Ｒには、交流電源の半サイク
ルの周期で急峻に極性が変化する矩形状の波形の
電圧IoRが印加され、矩形状の波形の電流Ioが流
れる。この溶接電圧IoRの値は、前述のように第
１および第２のリアクトルＬ１，Ｌ２のインダク
タンスが十分大きく設定されているため、制御角
αにより決定される。したがつて、溶接電流Ioお
よび電圧IoRの休止期間がないため、アルミニユ
ーム材を非消耗式電極を用いて小電流域で交流ア
ーク溶接するような場合にも、アークを確実に再
点弧することができる。

つぎに、直流アーク溶接を行なう場合、第１な
いし第３交直切換スイツチＳ１〜Ｓ３の各切換片
を直流側接点DCに接続する。

この場合、第３図に示すように、両制御整流素
子TH１，TH２と第１および第２の整流素子Ｄ
１，Ｄ２とにより、両交流側接点Ａ，A′が２次
巻線Tbの両端に接続されたブリツジ整流回路
RC′が構成され、かつ、整流回路RC′の両直流側
端子＋Ｄ，−Ｄが第１および第２の出力端子Ｏ１，
Ｏ２に接続され、さらに、両制御整流素子TH
１，TH２と第１および第２整流素子Ｄ１，Ｄ２
の間にそれぞれ第１および第２のリアクトルＬ
１，Ｌ２が挿入され、第１のリアクトルＬ１と第
１の制御整流素子TH１との接続点と第２の出力
端子Ｏ２との間に、第３の整流素子Ｄ３が接続さ
れた回路構成となる。

つぎに、第３図の基本的な動作を説明する。

いま、溶接変圧器Ｔの２次巻線Tbに同図の矢
印で示す極性に無負荷電圧が誘起された正の半サ
イクルにおいて、第１の制御整流素子TH１が導
通されると、２次巻線Tb、第１の制御整流素子
TH１、第１のリアクトルＬ１、トーチ電極Ｅ、
母材Ｍおよび第２の整流素子Ｄ２の閉ループを通
じて電流が流れる。

この時、第１のリアクトルＬ１に蓄えられたエ
ネルギが、第１の制御整流素子TH１の出力が零
になつた時に、第１のリアクトルＬ１、トーチ電
極Ｅ、母材Ｍおよび第３の整流素子Ｄ３の閉ルー
プを通じて放出される。

そして、つぎの負の半サイクルに移行して第２
の制御整流素子TH２が導出されると、２次巻線
Tb、第１の整流素子Ｄ１、トーチ電極Ｅ、母材
Ｍ、第２のリアクトルＬ２および第２の制御整流
素子TH２の閉ループを通じて溶接電流が流れ、
この半サイクル時に第２のリアクトルＬ２に蓄え
られたエネルギにより、第２の制御整流素子TH
２の出力が零になつた時に、第２のリアクトルＬ
２と同一鉄心に巻回された第１のリアクトルＬ１
に電圧が誘起し、第２のリアクトルＬ２の蓄積エ
ネルギが、第１のリアクトルＬ１、トーチ電極
Ｅ、母材Ｍおよび第３の整流素子Ｄ３の閉ループ
を通じて放出される。

したがつて、溶接電流のリツプルが軽減され、
小電流域の溶接を行なつた場合でもアーク切れが
発生せず、安定したアークが得られる。

また、第２のリアクトルＬ２は、半サイクルよ
り短い期間のみ電流が流れるだけとなり、第２の
リアクトルＬ２の線サイズは、全サイクルにわた
つて電流の流れる場合の線サイズより細くするこ
とができる。

さらに、第１のリアクトルＬ１は、半サイクル
より若干短い期間、すなわち第１の制御整流素子
TH１が導通する期間および第１の制御整流素子
TH１の導通時に蓄えられたエネルギを放出する
半サイクルと、第２のリアクトルＬ２に蓄えられ
たエネルギを放出する期間との和の期間に電流が
流れるのみであり、そのため、第１のリアクトル
Ｌ１の線サイズも、全サイクルにわたつて電流の
流れる場合の線サイズより細くすることができ
る。すなわち、両リアクトルＬ１，Ｌ２の電流容
量は溶接電流の1/2でよい。

〔発明の効果〕

以上のように、この発明のアーク溶接機による
と、サイリスタ等の制御整流素子の位相制御によ
り溶接電流および溶接電圧を調整しても休止期間
が生じず、従来の可動鉄心型のアーク溶接機の
種々の問題点を解消でき、しかも、リアクトルに
より溶接電流は交流電源の半サイクルの周期で急
峻に極性が変わつてほぼ矩形状の波形となり、ア
ルミニユーム材を交流TIG溶接する場合、小電流
域においてもアークを確実に再点弧することがで
きる。

しかも、直流アーク溶接の場合、リアクトルに
蓄えられた電磁エネルギを放出し、小電流域にお
いても溶接負荷に流れる電流リツプルを軽減し、
アークを確実に持続することができる。

その上、２個のリアクトルが同一鉄心に巻回さ
れ、インダクタンスがほぼ等しく、発生する磁束
の方向が同一であるため、小型になり安価であ
る。

また、リアクトルの線サイズを細くして電流溶
量を小さくできる。

【図面の簡単な説明】

図面はこの発明のアーク溶接機の１実施例を示
し、第１図は結線図、第２図および第３図はそれ
ぞれ交直切換スイツチの切換片を交流側接点およ
び直流側接点に接続時の回路図、第４図は交流ア
ーク溶接する場合の溶接変圧器の２次巻線の無負
荷電圧および溶接電圧の波形図である。 １，２……交流電源端子、Ｔ……溶接変圧器、
Ta……１次巻線、Tb……２次巻線、TH１，
TH２……第１、第２の制御整流素子、Ｄ１，Ｄ
２，Ｄ３……第１、第２、第３の整流素子、
RC′……ブリツジ整流回路、Ａ，A′……交流側端
子、＋Ｄ，−Ｄ……直流側端子、Ｌ１，Ｌ２……第
１、第２のリアクトル、Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３……交
直切換スイツチ、DC……直流側接点、AC……交
流側接点、Ｏ１，Ｏ２……第１、第２の出力端
子、Ｅ……トーチ電極、Ｍ……母材。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ １次巻線が交流電源に接続された溶接変圧機
   の２次巻線を、直接または整流回路を介して溶接
   負荷に接続し、交流アーク溶接機または直流アー
   ク溶接機とするアーク溶接機において、前記２次
   巻線の一端とトーチ電極との間に直列接続された
   一方の交流側端子、順方向の第１の制御整流素
   子、第１のリアクトル、正側の直流側端子および
   第１の出力端子と、前記一方の交流側端子と前記
   正側の直流側端子との間に直列接続された逆方向
   の第２の制御整流素子、前記第１のリアクトルと
   同一鉄心に巻回されインダクタンスがほぼ等しく
   発生する磁束の方向が同一の第２のリアクトル、
   負側の直流側端子、順方向の第２の整流素子、他
   方の交流側端子および第１の整流素子と、前記負
   側の直流側端子と、前記第１の制御整流素子と前
   記第１のリアクトルの接続点との間に直列接続さ
   れた第１の交直切換スイツチの切換片、当該直流
   側接点および順方向の第３の整流素子と、前記負
   側の直流側端子と前記第１の出力端子との間に接
   続された第３の交直切換スイツチの切換片、当該
   交流側接点と、前記２次巻線の他端と母材との間
   に直列接続された第２の交直切換スイツチの切換
   片、当該交流側接点、前記第３の交直切換スイツ
   チの直流側接点、第２の出力端子と、前記他方の
   交流側端子に接続された前記第２の交直切換スイ
   ツチの直流側端子とを備えたことを特徴とするア
   ーク溶接機。