JP2004314098A - アーク溶接機 - Google Patents

Abstract

【課題】アーク溶接機の被覆アーク溶接（手溶接）では、作業休止時に高い無負荷電圧が印加されてしまう。
【解決手段】アーク加工に適した電圧に変換して供給する溶接電源主回路と、溶接電源主回路の無負荷電圧より低い補助電圧を供給する補助電源回路と、溶接棒が被溶接物に接触することを判別する短絡検出回路と、溶接電源主回路の出力電流が出力電流監視時間内に出力するとアーク発生と判別するアーク発生判別回路と、手溶接モードに選択したとき、補助電圧を供給し、短絡検出信号が出力すると溶接電源主回路を駆動すると共に補助電源回路の駆動を停止し、アーク発生判別信号が出力されると溶接電源主回路の駆動を継続し、出力されないと溶接電源主回路の駆動を停止し、再度補助電源回路を駆動して補助電圧の供給を行う主制御回路とを具備したことを特徴とするアーク溶接機である。
【選択図】 図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、高低２種類の無負荷電圧を選択的に切換えられるようにしたアーク溶接機に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
図６に示す従来技術のアーク溶接機で被覆アーク溶接（手溶接）を行うときは、溶接用変圧器１の２次側巻数の総巻数の両端に第１サイリスタ２と第３サイリスタ４が使用され、総巻数の半分の巻数の第１タップを手溶接用ホルダ８の通電部９に接続しており、ＣＯ２アーク溶接を行うときは、Ｎ１ターンの巻数のところに接続している第２サイリスタ３と巻始側に接続されている第１サイリスタ２が使用され、巻始からＮ１ターンの半分の巻数の第３タップにＣＯ２溶接用トーチ１０を接続している。
【０００３】
つまり、各溶接法によって選択されるサイリスタ３、４によって電流の流れる溶接用変圧器１の２次側巻線の中性点に直接ＣＯ２溶接用トーチ１０および手溶接用ホルダ８の通電部９を接続しているために、ＣＯ２溶接用トーチ１０にＣＯ２アーク溶接に適した無負荷電圧の低い特性の出力が、手溶接用ホルダ８の通電部９には手溶接に適した無負荷電圧の高い出力がそれぞれ出力されるものである。（特許文献１参照）
【０００４】
【特許文献１】
特開平１１−５８００９号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
通常使用するアーク溶接機の被覆アーク溶接（手溶接）では、作業休止時に高い無負荷電圧が印加されてしまう。上記対策としてインバータ回路を用いた溶接電源では作業休止時の無負荷電圧の平均電圧を低く制御し、被覆アーク溶接棒が被溶接物に接触したことを検出し、検出後直ちに無負荷電圧を通常の値に戻して溶接を開始していた。しかし、無負荷電圧の平均電圧を低く制御しても、パルス幅が短く、ピーク電圧の高いパルス波形が印加されてしまう。また、定電圧制御の安定性を維持するために容量の大きいブリーダ抵抗を必要とし、装置の大形化及びコスト増加につながっていた。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
請求項１の発明は、交流電源を整流して直流電圧に変換し上記変換した直流電圧をアーク加工に適した電圧に変換して被溶接物に供給する溶接電源主回路ＩＮＶと、被覆アーク溶接棒ＥＳと上記被溶接物ＷＴとの間に上記溶接電源主回路ＩＮＶの無負荷電圧の値より低い補助電圧を供給する補助電源回路ＡＤと、上記被覆アーク溶接棒ＥＳが上記被溶接物ＷＴに接触して上記補助電圧の値が予め定めた短絡基準値より低くなると接触したと判別して短絡検出信号Ｓｄを出力する短絡検出回路ＳＤと、上記短絡検出信号Ｓｄが出力すると予め定めた値の出力電流監視時間Ｔ１を設けると共に上記溶接電源主回路ＩＮＶの出力電流を監視し上記出力電流監視時間Ｔ１内に上記出力電流が出力するとアークが発生したと判別してアーク発生判別信号Ｅｄを出力するアーク発生判別回路ＥＤと、被覆アーク溶接モードに選択したとき、上記補助電源回路を駆動して補助電圧を供給し、続いて上記短絡検出回路ＳＤが接触と判別して短絡検出信号Ｓｄを出力すると上記溶接電源主回路ＩＮＶを駆動すると共に上記補助電源回路ＡＤの駆動を停止し、続いてアーク発生判別回路ＥＤがアーク発生判別信号Ｅｄを出力すると上記溶接電源主回路ＩＮＶの駆動を継続し、上記アーク発生判別信号Ｅｄが出力されないと上記溶接電源主回路ＩＮＶの駆動を停止し、続いて上記補助電源回路ＡＤを再度駆動して上記補助電圧の供給を行うシーケンス制御を行う主制御回路ＳＣとを具備したことを特徴とするアーク溶接機である。
【０００７】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態について、図面を参照して説明する。図１は、本発明のアーク溶接機の電気接続図である。図１において、溶接電源主回路ＩＮＶは、入力電圧をアーク加工に適した電圧に変換して被覆アーク溶接棒ＥＳに供給する。
【０００８】
図４に示す溶接電源主回路ＩＮＶは、交流電源ＡＣを整流して直流電圧に変換する一次整流回路ＤＲ１と、上記直流電圧を平滑する平滑コンデンサＣ１と、上記平滑された電圧を高周波交流電圧に変換するインバータ回路ＩＶと、上記高周波交流電圧をアーク加工に適した電圧に変換する主変圧器ＩＮＴと、上記主変圧器ＩＮＴの出力を直流電圧に変換する二次整流回路ＤＲ２と、直流リアクトルＬとで形成されている。また、上記溶接電源主回路ＩＮＶはインバータ方式を使用しているがサイリスタ方式を使用できることはいうまでもない。
【０００９】
切換スイッチＳＷは、接点ａ、接点ｂの２接点を備え、溶接法を選択する切換スイッチであり、上記ａ接点を選択することにより被覆アーク溶接（手溶接）、ｂ接点を選択することによりＴＩＧ溶接になる。上記被覆アーク溶接（手溶接）を選択したとき、主制御回路ＳＣは、被覆アーク溶接制御信号Ｔｈを出力し、上記被覆アーク溶接制御信号Ｔｈに応じて、下記に示す短絡検出回路ＳＤ及びアーク発生検出回路ＴＣを動作させると共に出力電流検出信号Ｉｄの値に応じて溶接電源主回路ＩＮＶの出力を制御する。また、切換スイッチＳＷをｂ接点に選択してＴＩＧ溶接にすると、上記補助電源回路ＡＤ、短絡検出回路ＳＤ及びアーク発生判別回路ＴＣの動作は停止し、トーチスイッチＴＳに応じて動作を開始する。
【００１０】
出力電流検出回路ＩＤは、出力電流を検出して出力電流検出信号Ｉｄを出力し、出力電圧検出回路ＶＤは、出力電圧を検出して出力電圧検出信号Ｖｄを出力する。
【００１１】
図２に示す短絡検出回路ＳＤは、短絡基準値設定回路ＶＲ、比較回路ＣＰ及び第２のアンド回路ＡＮＤ２とで形成され、上記短絡基準値設定回路ＶＲは、予め定めた値の短絡基準値Ｖｒを設定し、上記比較回路ＣＰは、出力電圧検出信号Ｖｄの値と上記短絡基準値Ｖｒとを比較して上記出力電圧検出信号Ｖｄの値が上記短絡基準値Ｖｒより小さいときに短絡と判別して比較信号ＣｐをＨｉｇｈレベルにして出力する。第２のアンド回路ＡＮＤ２は被覆アーク溶接制御信号ＴｈのＨｉｇｈレベルと上記比較信号ＣｐのＨｉｇｈレベルとのアンド論理をとって短絡検出信号ＳｄをＨｉｇｈレベルにして出力する。
【００１２】
図２に示すアーク発生判別回路ＥＤは、出力電流基準値設定回路ＩＲ、第２の比較回路ＣＰ２、遅延回路ＤＬ、タイマ回路ＭＭ及びアーク発生検出回路ＴＣによって形成され、出力電流基準値設定回路ＩＲは、予め定めた値の出力電流基準値Ｉｒを設定し、上記第２の比較回路ＣＰ２は、出力電流検出信号Ｉｄの値と上記出力電流基準値Ｉｒとを比較して上記出力電流検出信号Ｉｄの値が上記出力電流基準値Ｉｒより大きいときに被覆アーク溶接（手溶接）で出力電流が出力したと判別して出力電流検出信号ＷｃｒをＨｉｇｈレベルにして出力する。遅延回路ＤＬは、上記出力電流検出信号Ｗｃｒを予め定めた時間遅延して出力電流遅延信号Ｗｌとして出力する。
【００１３】
図２に示すタイマ回路（単安定マルチバイブレータ）ＭＭは、短絡検出信号ＳｄがＨｉｇｈレベルになると予め定めた値の出力電流監視時間Ｔ１のタイマ信号Ｍｍを出力し、上記アーク遅延信号ＷｌがＨｉｇｈレベルになると初期化されて上記タイマ信号ＭｍをＬｏｗレベルにする。アーク発生検出回路ＴＣは、被覆アーク溶接制御信号ＴｈがＨｉｇｈレベルになると動作開始状態になり、上記タイマ信号Ｍｍが入力されるとアーク発生検出信号ＴｃをＬｏｗレベルにする。また、上記タイマ信号ＭｍがＨｉｇｈレベルの期間中、上記出力電流検出信号Ｗｃｒを逐次監視し、上記出力電流検出信号ＷｃｒがＨｉｇｈレベルになるとアーク発生と検出して上記アーク発生検出信号ＴｃのＬｏｗレベルを維持する。図１に示す、アンド回路ＡＮＤは、被覆アーク溶接制御信号Ｔｈとアーク発生検出信号Ｔｃとのアンド論理を取ってアーク発生判別信号ＥｄをＬｏｗレベルにする。
【００１４】
図３に示す補助電源回路ＡＤは、補助変圧器ＴＩ、整流回路ＤＲ３、平滑コンデンサＣ２、スイッチング素子ＴＲ１及び電流制限抵抗器Ｒによって形成され、補助変圧器ＴＩは入力電圧を被覆アーク溶接（手溶接）の適した電圧に変換し、整流回路ＤＲ３は上記補助変圧器ＴＩの出力電圧を整流し、平滑コンデンサＣ２は整流した電圧を平滑する。スイッチング素子ＴＲ１はアーク発生判別信号Ｅｄに応じて補助電源の補助電圧を出力し、電流制限抵抗器Ｒは補助電源の出力電流を制限する。また、上記補助電源の補助電圧の値は溶接電源主回路ＩＮＶの無負荷電圧の値より低くなるように上記補助変圧器ＴＩによって設定されている。
【００１５】
図５は、図１に示す本発明のアーク溶接機を被覆アーク溶接モード（手溶接）に選択したときの動作を説明するタイミング図である。図１に示す本発明の動作を図５に示すタイミング図を用いて説明する。図５（Ａ）は、出力電圧検出信号Ｖｄを示し、図５（Ｂ）は、被覆アーク溶接制御信号Ｔｈを示し、図５（Ｃ）は、短絡検出信号Ｓｄを示し、図５（Ｄ）は、タイマ信号Ｍｍを示し、図５（Ｅ）は、アーク発生検出信号Ｔｃを示し、図５（Ｆ）は、アーク発生判別信号Ｅｄを示す。図５（Ｇ）は、出力電流検出信号Ｗｃｒを示し、図５（Ｈ）は、出力電流遅延信号Ｗｌを示す。
【００１６】
図５（Ａ）に示す時刻ｔ＝ｔ１において、被覆アーク溶接棒ＥＳが被溶接物ＷＴに接触して被覆アーク溶接を開始すると、出力電圧検出回路ＶＤは、出力電圧を検出して出力電圧検出信号Ｖｄを出力し、短絡検出回路ＳＤは、上記出力電圧検出信号Ｖｄの値と短絡基準値Ｖｒとを比較して上記出力電圧検出信号Ｖｄの値が上記短絡基準値Ｖｒより小さくなると接触したと判別して、図５（Ｃ）に示す短絡検出信号ＳｄをＨｉｇｈレベルにして出力する。
【００１７】
時刻ｔ＝ｔ１において、短絡検出信号ＳｄがＨｉｇｈレベルになるとタイマ回路ＭＭは、図５（Ｄ）に示す出力電流監視時間Ｔ１の間、タイマ信号ＭｍをＨｉｇｈレベルにして出力する。アーク発生検出回路ＴＣは、上記タイマ信号ＭｍがＨｉｇｈレベルになるとアーク発生検出信号ＴｃをＬｏｗレベルにする。また、アンド回路ＡＮＤは上記アーク発生検出信号ＴｃがＬｏｗレベルになると出力信号のアーク発生判別信号ＥｄもＬｏｗレベルになる。上記アーク発生判別信号ＥｄがＬｏｗレベルになると、図３に示す、補助電源回路ＡＤのスイッチング素子ＴＲ１が遮断されて補助電圧の供給を停止する。更に、反転回路ＩＮによって上記アーク発生判別信号ＥｄがＬｏｗレベルからＨｉｇｈレベルになって主制御回路ＳＣに入力する。上記主制御回路ＳＣは、入力信号がＨｉｇｈレベルになると溶接電源主回路ＩＮＶを駆動する。
【００１８】
アーク発生検出回路ＴＣは、図５（Ｄ）に示す出力電流監視時間Ｔ１の期間中、出力電流検出信号Ｗｃｒを逐次監視し、上記出力電流監視時間Ｔ１の期間中に上記出力電流検出信号ＷｃｒがＨｉｇｈレベルにならないとアークの発生が失敗したと判別し、時刻ｔ＝ｔ２でアーク発生検出信号ＴｃをＨｉｇｈレベルする。
【００１９】
時刻ｔ＝ｔ２において、アンド回路ＡＮＤは、被覆アーク溶接制御信号Ｔｈとアーク発生検出信号Ｔｃとのアンド論理を取ってアーク発生判別信号ＥｄをＨｉｇｈレベルにする。上記アーク発生判別信号ＥｄがＨｉｇｈレベルになると図３に示すスイッチング素子ＴＲ１が導通して補助電源回路ＡＤの補助電圧を再度供給する。更に、反転回路ＩＮによって上記アーク発生判別信号Ｅｄの反転信号がＬｏｗレベルになると主制御回路ＳＣは、溶接電源主回路ＩＮＶの駆動を停止する。
【００２０】
図５（Ａ）に示す時刻ｔ＝ｔ３において、再度被覆アーク溶接棒ＥＳが被溶接物ＷＴに接触すると被覆アーク溶接を開始し、出力電圧検出回路ＶＤは、出力電圧を検出して出力電圧検出信号Ｖｄを出力し、短絡検出回路ＳＤは、上記出力電圧検出信号Ｖｄの値と短絡基準値Ｖｒとを比較して上記出力電圧検出信号Ｖｄの値が上記短絡基準値Ｖｒより小さくなると接触と判別して、図５（Ｃ）に示す短絡検出信号ＳｄをＨｉｇｈレベルにして出力する。
【００２１】
時刻ｔ＝ｔ３において、図５（Ｃ）に示す短絡検出信号ＳｄがＨｉｇｈレベルになるとタイマ回路ＭＭは、タイマ信号ＭｍをＨｉｇｈレベルにして出力する。アーク発生検出回路ＴＣは、上記タイマ信号ＭｍがＨｉｇｈレベルになるとアーク発生検出信号ＴｃをＬｏｗレベルにする。また、アンド回路ＡＮＤは上記アーク発生検出信号ＴｃがＬｏｗレベルになると出力信号のアーク発生判別信号ＥｄもＬｏｗレベルになる。上記アーク発生判別信号ＥｄがＬｏｗレベルになると、図３に示す、補助電源回路ＡＤのスイッチング素子ＴＲ１が遮断されて補助電圧の供給を停止する。更に、反転回路ＩＮによって上記アーク発生判別信号ＥｄがＬｏｗレベルからＨｉｇｈレベルになって入力すると主制御回路ＳＣは、溶接電源主回路ＩＮＶを駆動する。
【００２２】
時刻ｔ＝ｔ４において、出力電流検出信号Ｉｄの値が上記出力電流基準値Ｉｒより大きくなると第２の比較回路ＣＰ２は、出力電流検出信号ＷｃｒをＨｉｇｈレベルにして出力する。アーク発生検出回路ＴＣは、出力電流監視時間Ｔ１内に出力電流検出信号ＷｃｒがＨｉｇｈレベルになるとアークが発生したと判別してアーク発生検出信号ＴｃのＬｏｗレベルを維持する。また、アンド回路ＡＮＤによって被覆アーク溶接制御信号Ｔｈとアーク発生検出信号Ｔｃとのアンド論理を取ったアーク発生判別信号ＥｄもＬｏｗレベルが維持され、更に、反転回路ＩＮによって上記アーク発生判別信号Ｅｄの反転信号がＨｉｇｈレベルを維持し、主制御回路ＳＣは溶接電源主回路ＩＮＶの駆動を継続する。
【００２３】
時刻ｔ＝ｔ５において、遅延回路ＤＬにより出力電流検出信号Ｗｃｒが図５（Ｇ）に示す予め定めた時間Ｔ２遅延した出力電流遅延信号Ｗｌとして出力し、タイマ回路ＭＭは上記出力電流遅延信号ＷｌがＨｉｇｈレベルになった時点でタイマ信号ＭｍをＬｏｗレベルにする。
【００２４】
時刻ｔ＝ｔ６において、出力電流検出信号Ｉｄの値が上記出力電流基準値Ｉｒより小さくなると第２の比較回路ＣＰ２は、出力電流検出信号ＷｃｒをＬｏｗレベルにして出力する。アーク発生検出回路ＴＣは、出力電流検出信号ＷｃｒがＬｏｗレベルになるとアークが切れた判別してアーク発生検出信号ＴｃのＨｉｇｈレベルにする。また、アンド回路ＡＮＤによって被覆アーク溶接制御信号Ｔｈとアーク発生検出信号Ｔｃとのアンド論理を取ったアーク発生判別信号ＥｄはＨｉｇｈレベルとなり、図３に示すスイッチング素子ＴＲ１が導通して補助電源回路ＡＤの補助電圧を再度供給する。更に、反転回路ＩＮによって上記アーク発生判別信号Ｅｄの反転信号がＬｏｗレベルになると、主制御回路ＳＣは溶接電源主回路ＩＮＶの駆動を停止する。
【００２５】
【発明の効果】
本発明では、溶接電源の無負荷電圧より低い補助電圧を出力する補助電源回路を設けることにより、被覆アーク溶接（手溶接）での作業休止時に高い無負荷電圧が印加されることがなくなる。また、定電圧制御の安定性を維持するための容量の大きいブリーダ抵抗も必要としなくなり、装置の大形化及びコスト増加を防止できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のアーク溶接機の電気接続図である。
【図２】図１に示す電源制御回路及び短絡検出回路の詳細接続図である。
【図３】図１に示す補助電源回路の詳細接続図である。
【図４】図１に示す溶接電源主回路の詳細接続図である。
【図５】図１に示す本発明のアーク溶接機を被覆アーク溶接出力モード（手溶接）に選択したときの動作を説明するタイミング図である。
【図６】従来技術のアーク溶接機の電気接続図である。
【符号の説明】
ＡＤ 補助電源回路
ＡＮＤ アンド回路
ＡＮＤ２ 第２のアンド回路
Ｃ１ 平滑コンデンサ
Ｃ２ 平滑コンデンサ
ＣＰ 比較回路
ＣＰ２ 第２の比較回路
ＤＬ 遅延回路
ＤＲ１ 一次整流回路
ＤＲ２ 二次整流回路
ＤＲ３ 整流回路
ＥＤ アーク発生判別回路
ＥＳ 被覆アーク溶接棒
ＨＨ 手溶接用ホルダ
ＩＤ 出力電流検出回路
ＩＮ 反転回路
ＩＲ 出力電流基準値設定回路
ＩＶ インバータ回路
ＩＮＴ 主変圧器
ＩＮＶ 溶接電源主回路
Ｌ 直流リアクトル
ＭＭ タイマ回路（単安定マルチバイブレータ）
Ｒ 電流制限抵抗器
ＳＣ 主制御回路
ＳＤ 短絡検出回路
ＳＷ 切換スイッチ
ＴＣ アーク発生検出回路
ＴＩ 補助変圧器
ＴＲ１ スイッチング素子
ＴＳ トーチスイッチ
ＶＲ 短絡基準値設定回路
ＶＤ 出力電圧検出回路
ＷＴ 被溶接物
Ｅｄ アーク発生判別信号
Ｉｄ 出力電流検出信号
Ｉｒ 出力電流基準値
Ｍｍ タイマ信号（単安定マルチバイブレータ信号）
Ｓｃ 主制御信号
Ｓｄ 短絡検出信号
Ｔｈ 被覆アーク溶接制御信号
Ｉｎ 反転信号
Ｖｒ 短絡基準値
Ｔｓ 起動信号
Ｖｄ 出力電圧検出信号
Ｗｃｒ 出力電流検出信号
Ｗｌ 出力電流遅延信号
Ｔ１ 出力電流監視時間

Claims (1)

1. 交流電源を整流して直流電圧に変換し前記変換した直流電圧をアーク加工に適した電圧に変換して被溶接物に供給する溶接電源主回路と、被覆アーク溶接棒と前記被溶接物との間に前記溶接電源主回路の無負荷電圧の値より低い補助電圧を供給する補助電源回路と、前記被覆アーク溶接棒が前記被溶接物に接触して前記補助電圧の値が予め定めた短絡基準値より低くなると接触したと判別して短絡検出信号を出力する短絡検出回路と、前記短絡検出信号が出力すると予め定めた値の出力電流監視時間を設けると共に前記溶接電源主回路の出力電流を監視し前記出力電流監視時間内に前記出力電流が出力するとアークが発生したと判別してアーク発生判別信号を出力するアーク発生判別回路と、被覆アーク溶接モードに選択したとき、前記補助電源回路を駆動して補助電圧を供給し、続いて前記短絡検出回路が接触と判別して短絡検出信号を出力すると前記溶接電源主回路を駆動すると共に前記補助電源回路の駆動を停止し、続いてアーク発生判別回路がアーク発生判別信号を出力すると前記溶接電源主回路の駆動を継続し、前記アーク発生判別信号が出力されないと前記溶接電源主回路の駆動を停止し、続いて前記補助電源回路を再度駆動して前記補助電圧の供給を行うシーケンス制御を行う主制御回路とを具備したことを特徴とするアーク溶接機。

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