JP3732714B2 - Tig溶接装置の電極接触検知装置 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は主として自動TIG溶接装置に関し、母材と電極棒が接触するとアラーム信号を発生することにより、溶接開始前には電極と母材間の間隙設定を容易にし、溶接中においては電極棒が母材に接触したときトーチ走行を自動停止させ、かつ溶接アークを停止させて不良品の発生を防止することができ、短時間に作業の復帰が可能なTIG溶接装置の電極接触検知装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
一般に、TIG溶接法とは、溶接される母材と電極棒との間に一定の間隙を設定し、不活性ガスを流出させながら電極棒と母材間にプラズマアークを発生させ、不活性ガスにより溶融金属を空気から遮断し、母材をアーク放電により溶融接合させるアーク溶接法のことである。
【0003】
図4は上記TIG溶接法の具体的原理図である。溶接棒ELはコレットボディCBに固定され、このコレットボディCBを内挿してトーチTが構成される。二つの母材M1、M2が溶加棒FWを用いて接合部MCにて溶接される状態が示されている。電極棒ELと母材M(M1、M2)は所定の間隙を介して対向配設される。
【0004】
溶接する場合には、不活性ガス、例えばアルゴンガスを矢印I方向に流しながら、電極棒ELをマイナス、母材M(M1、M2)をプラスになるように溶接電圧を印加する。この溶接電圧の印加により、電極棒ELと母材Mの間にアークAが発生し、このアーク放電によって両母材M1、M2が接合される。
【0005】
このTIG溶接法において安定なアークを発生させるためには、母材Mと電極棒ELの間の間隙設定が極めて重要な要素になる。従来、この間隙を設定するには、まず光学的顕微装置により電極棒ELの先端と母材M1、M2の接合部MCを拡大視認しながら電極棒ELの先端が接合部MCに接触したことを確認し、この後、電極棒をマイクロメータ装置により前記間隙に相当する一定距離だけ上昇させる方式が採られていた。
【0006】
また、TIG溶接法では、溶接中に電極ELと母材M1、M2が接触することは避けなければならない。電極ELの先端が母材M1、M2と接触すると、母材M1、M2と電極ELの接触部に溶接電圧が直接印加されるために短絡電流が流れ、この短絡電流により母材M1、M2や電極ELが破損するからである。従来このような接触事故が生じた場合には、熟練作業者がこの事故を早期に気づいて溶接トーチ部を手動で上昇させたり又は非常停止を動作させていたが、一般の作業者においては破損トラブルが頻繁に発生していた。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】
母材と電極の間隙設定に関して、上記のような光学的方法は作業者の視力が良いことを前提としており、視力が低下すると電極と母材の接触が見ずらくなる。特に、安定な一定アークを形成するために電極棒の先端は先鋭加工されており、極めて細い先端が母材に接触していることを確認するにはかなりの熟練を要し、生産性が悪い原因となっていた。
【0008】
また、溶接中における母材と電極の接触事故に関して、溶接作業者が溶接の異常を早期に判断して溶接電圧を遮断するのでは、遮断するまでにかなりの時間を要する。人間の判断力のスピードは遅く、スイッチをオフする前に母材や電極の破損が拡大し、経済的損失と修復のための時間的損失は甚大になりがちである
【0009】
従って、本発明の目的は、溶接開始前における電極と母材の間隙設定を容易にし、しかも溶接中における電極と母材の接触事故を直ちに検知して迅速な修復を可能にするTIG溶接機の電極接触検知装置を提供することである。
【0010】
【課題を解決するための手段】
請求項1の発明は、不活性ガスを用いた電極棒と母材間のアーク放電により母材の接合部を溶接するTIG溶接装置において、電極棒と母材の間における溶接電圧の印加の有無を検出する溶接電圧監視回路と、電極棒と母材の接触の有無を検出して接触時にアラーム信号を発生する接触検知回路から構成され、前記溶接電圧監視回路の機能は、溶接電圧の無印加時には接触検知回路を常時作動させ、溶接電圧の印加時には、電極棒が母材と非接触の場合に前記接触検知回路を遮断し、電極棒と母材が接触したときに接触検知回路を作動させてアラーム信号を発生することを特徴とするTIG溶接装置の電極接触検知装置である。
【0011】
請求項2の発明は、前記溶接電圧監視回路は、溶接電圧と監視基準電圧を比較するコンパレータと、このコンパレータの出力により断続するリレーとからなり、溶接電圧の印加時にリレーにより前記接触検知回路を遮断し、電極棒が母材と接触するとリレーにより前記接触検知回路を復帰作動させる請求項1に記載のTIG溶接装置の電極接触検知装置である。
【0012】
請求項3の発明は、前記接触検知回路は、検知電圧を付与する検知電源と、電極棒と母材が接触したときに前記検知電圧と検知基準電圧を比較するコンパレータと、このコンパレータの出力により断続するリレーとからなり、電極棒と母材の接触によりリレーが作動してアラーム信号を発生する請求項1又は2に記載のTIG溶接装置の電極接触検知装置である。
【0013】
請求項4の発明は、前記電極棒及び母材と前記溶接電圧監視回路の間に高周波減衰フィルタを介在させる請求項1、2又は3に記載のTIG溶接装置の電極接触検知装置である。
【0014】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明に係る電極接触検知装置を配置したTIG溶接装置の実施形態を図面に従って詳細に説明する。
図1は本発明に係る電極接触検知装置を配置したTIG溶接装置の第1実施形態の全体構成図である。このTIG溶接装置は外部高周波によるアークスタート方式を採用している。TIG溶接装置は溶接電圧供給回路3、電極棒ELを装填したトーチT、電源回路4及び電極接触検知装置Cから構成されている。電極棒ELは母材Mに所定間隙だけ離間して配置されている。本発明に係る前記電極接触検知装置Cは高周波フィルタF、溶接電圧監視回路1及び接触検知回路2から構成されている。
【0015】
溶接電圧供給回路3は溶接電源WE、リレーRY3、スイッチSW、常開接点P31、P32から構成される。スイッチSWを閉鎖してリレーRY3を励磁すると、常開接点P31、P32が閉鎖して溶接電圧が電極棒ELと母材Mの間に供給される。スイッチSWを開放するとリレーRY3は消磁し、常開接点P31、P32が開放され、溶接電圧は遮断される。
【0016】
高周波フィルタFはLCフィルタで構成され、高周波が後続の回路に侵入することを防止する。高周波が発生する原因は、アークを点火するために導入される外部高周波やアーク発生中の放電などが考えられるが、このフィルタFにより高周波は遮断され、電極接触検知装置Cが高周波により撹乱されることはない。
【0017】
溶接電圧監視回路1は、抵抗R0、R1、高圧ダイオードD11、D12、監視基準電位を与える監視基準電源Er1、コンパレータC1、リレーRY1及び常閉接点P11、P12から構成されている。点Aが高電位になって監視基準電位を超えると、コンパレータC1の出力が高電位になり、リレーRY1を励磁する。この励磁によって常閉接点P11、P12が開放される。逆に、点Aが低電位になると、リレーRY1は消磁され、常閉接点P11、P12は閉鎖される。
【0018】
接触検知回路2は、抵抗R2、検知基準電位を与える検知基準電源Er2、コンパレータC2、リレーRY2、検知電圧を与える検知電源E2、常開接点P2及びアラーム回路ALから構成される。点Bが高電位になって検知基準電位を超えると、コンパレータC2の出力が高電位になり、リレーRY2を励磁する。この励磁によって常開接点P2が閉鎖され、アラーム回路ALはアラーム信号を発生する。逆に、点Bが低電位になると、リレーRY2は消磁され、常開接点P2が開放されてアラーム回路ALはアラーム信号の発生を停止する。
【0019】
電源回路4は交流電源AC、ノイズフィルタNF、整流用ダイオードD、D1、D2及び平滑回路EC、EC1、EC2から構成される。平滑回路EC、EC1、EC2
は例えば、RC回路や三端子レギュレータ回路等によって構成され、直流電圧Vcc、Vcc1、Vcc2を前記の各回路に供給する。
【0020】
次に、上記TIG溶接機の作動について説明する。この作動は2種類あり、溶接開始前の作動と溶接中の作動に分けて説明する。
まず溶接を開始する前に、良好なアーク放電を生起させるため、溶接棒ELの先端を母材Mに対して所定距離だけ離間するように間隙調整する。
【0021】
スイッチSWをオフにして常開接点P31、P32を開放しておき、溶接電源WEを遮断しておく。この状態で、電極棒ELを母材Mに接触するまで下降させる。電極棒ELと母材Mが非接触状態では、検知電圧E2、により抵抗R0はプルアップされ、点Aの電位が高電位になり、リレーRY1の励磁により常閉接点P11、P12が開放される。従って、点Bが低電位になってリレーRY2が消磁され、常開接点P2は開放されたままでアラーム回路ALは作動しない。
【0022】
電極棒ELが下降して母材Mに接触すると、点Aが低電位になり、リレーRY1が消磁して常閉接点P11、P12が閉鎖される。この閉鎖により、検知電圧E2が前記接触部を介して点Bに印加され、点Bが高電位になってリレーRY2を励磁する。従って、常開接点P2が閉鎖されて、アラーム回路ALがアラーム信号を発生する。
【0023】
このアラーム信号には種々の形態があるが、ここではアラーム音にしておく。このアラーム音を聞いて、作業者は電極棒ELが母材Mに接触したことを知得し、電極棒ELの下降を停止する。この位置から図示しないマイクロメーター装置により電極棒ELを所定距離だけ上昇させると、電極棒ELと母材Mの間隙を所定値に微細調整することができる。
【0024】
次に、スイッチSWをオンすると、常開接点P31、P32が閉鎖され、電極棒ELと母材Mの間に溶接電源WEが接続され、両者間に溶接電圧が印加される。この状態で、電極棒ELと母材Mの間隙に外部高周波を作用させ、両者間にアーク放電をスタートさせる。安定なアーク放電により母材Mは溶接される。
【0025】
溶接中において、電極棒ELと母材Mが非接触であると、溶接電圧が抵抗R0に作用し、点Aを高電位に保持する。従って、リレーRY1が励磁され、常閉接点P11、P12が開放状態に保持され、接触検知回路2は遮断状態となり、アラーム信号は発生しない。
【0026】
溶接中に、電極棒ELと母材Mが接触すると、電極棒ELと母材Mが短絡するため、点Aが低電位へと変化する。従って、リレーRY1が消磁されて常閉接点P11、P12が閉鎖され、接触検知回路2は作動状態になる。つまり、検知電圧E2により点Bが高電位になり、リレーRY2が励磁される。この励磁により、常開接点P2が閉鎖されて、アラーム回路ALはアラーム信号を発生し、作業者に電極棒ELと母材Mの接触を報知する。
【0027】
このアラーム音により、作業者は電極棒ELが母材Mに接触したことを知得し、直ちにスイッチSWをオフして、溶接電源WEを遮断する。この結果、電極棒ELと母材Mの損傷を防止できる。また、アラーム信号により、スイッチSWが自動的にオフになるような回路構成にすると、溶接電源WEの遮断を高速に行うことができ、電極棒ELと母材Mを無傷な状態に保持できる。
【0028】
図2は本発明に係る電極接触検知装置を配置したTIG溶接装置の第2実施形態の概要構成図である。このTIG溶接装置は接触によるアークスタート方式を採用している点で、第1実施形態と異なっている。
【0029】
電極接触検知装置Cのアラーム信号の発生により、電極ELを母材Mに接触させる。スイッチSWをオンしてリレーRY3を励磁し、常開接点P31、P32を閉鎖する。この閉鎖により溶接電圧を電極ELと母材Mの間に印加する。電圧印加状態のまま、マイクロメータ装置により電極ELを所定距離だけ上昇させる。電極ELが母材Mから離脱した瞬間に、電極ELと母材Mの間にアーク放電が始まる。溶接中における電極ELと母材Mの接触は電極接触検知装置Cにより常時監視される。
【0030】
図3は本発明に係る電極接触検知装置を配置したTIG溶接装置の第3実施形態の概要構成図である。このTIG溶接機は高圧電源の印加によるアークスタート方式を採用している点で、第1実施形態と異なっている。
【0031】
まず、電極接触検知装置Cにより電極ELと母材Mの間の間隙を調整する。次に、スイッチSWをオンしてリレーRY3を励磁し、常開接点P31、P32を閉鎖する。次に、アークスタート回路ASにより高圧電源HEを電極ELと母材Mの間に接続し、両者間にアークを発生させる。アークスタート後はアークスタート回路ASにより高圧電源HEを遮断し、溶接電源WEを接続する。
溶接中における電極ELと母材Mの接触は電極接触検知装置Cにより常時監視される。尚、ダイオードD3は高圧電源HEが溶接電源WEに印加されることを防止している。
【0032】
本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の技術的思想から逸脱しない範囲における種々の変形例、設計変更などをその技術的範囲内に包含するものである。
【0033】
【発明の効果】
請求項1の発明によれば、溶接開始前における電極と母材の間隙設定を容易に行うことができ、しかも溶接中における電極と母材の接触事故を直ちに検知して迅速な修復を実現することができる。
【0034】
請求項2の発明によれば、溶接電圧監視回路をコンパレータとリレーにより簡単に構成でき、安価で実用上有益な電極接触検知装置を実現できる。
【0035】
請求項3の発明によれば、接触検知回路を検知電源、コンパレータ及びリレーにより簡単に構成でき、簡単で安価しかも実用上有益な電極接触検知装置を実現できる。
【0036】
請求項4の発明によれば、溶接電圧監視回路の前段に高周波減衰フィルタを介在させているから、アークスタート用の外部高周波やアーク中の高周波が電極接触検知装置に混入することを防止でき、電極接触を安定して検知することができる。
本発明は上述の通り優れた実用的効用を奏するものである。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係る電極接触検知装置を配置したTIG溶接装置の第1実施形態の全体構成図である。
【図2】本発明に係る電極接触検知装置を配置したTIG溶接装置の第2実施形態の概要構成図である。
【図3】本発明に係る電極接触検知装置を配置したTIG溶接装置の第3実施形態の概要構成図である。
【図4】TIG溶接法の具体的原理図である。
【符号の説明】
Aはアーク、ALはアラーム回路、ACは交流電源、ASはアークスタート回路、Cは電極接触検知装置、C1、C2はコンパレータ、CBはコレットボディ、D、D1、D2、D3、D11、D12はダイオード、Eは検知電源、E2は検知電源、Er1は監視基準電源、Er2は検知基準電圧、EC、EC1、EC2は平滑回路、ELは電極棒、Fは高周波減衰フィルタ、FWは溶加棒、HEは高圧電源、M、M1、M2は母材、Nはノイズフィルタ、P11、P12は常閉接点、P2、P31、P32は常開接点、R0、R1、R2は抵抗、RY1、RY2、RY3はリレー、SWはスイッチ、Tはトーチ、WEは溶接電源、1は溶接電圧監視回路、2は接触検知回路、3は溶接電圧供給回路、4は電源回路。
Claims (4)
- 不活性ガスを用いた電極棒ELと母材M間のアーク放電により母材の接合部を溶接するTIG溶接装置において、電極棒ELと母材Mの間における溶接電圧の印加の有無を検出する溶接電圧監視回路1と、電極棒ELと母材Mの接触の有無を検出して接触時にアラーム信号を発生する接触検知回路2から構成され、前記溶接電圧監視回路1の機能は、溶接電圧の無印加時には接触検知回路2を常時作動させ、溶接電圧の印加時には、電極棒ELが母材Mと非接触の場合に前記接触検知回路2を遮断し、電極棒ELと母材Mが接触したときに接触検知回路2を作動させてアラーム信号を発生することを特徴とするTIG溶接装置の電極接触検知装置。
- 前記溶接電圧監視回路1は、溶接電圧と監視基準電圧を比較するコンパレータC1と、このコンパレータC1の出力により断続するリレーRY1とからなり、溶接電圧の印加時にリレーRY1により前記接触検知回路2を遮断し、電極棒ELが母材Mと接触するとリレーRY1により前記接触検知回路を復帰作動させる請求項1に記載のTIG溶接機の電極接触検知装置。
- 前記接触検知回路2は、検知電圧を付与する検知電源E2と、電極棒ELと母材Mが接触したときに前記検知電圧と検知基準電圧を比較するコンパレータC2と、このコンパレータC2の出力により断続するリレーRY2とからなり、電極棒ELと母材Mの接触によりリレーRY2が作動してアラーム信号を発生する請求項1又は2に記載のTIG溶接機の電極接触検知装置。
- 前記電極棒EL及び母材Mと前記溶接電圧監視回路1の間に高周波減衰フィルタFを介在させる請求項1、2又は3に記載のTIG溶接機の電極接触検知装置。
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