JPH02258172A

JPH02258172A - ホットワイヤｔｉｇ溶接装置

Info

Publication number: JPH02258172A
Application number: JP8213989A
Authority: JP
Inventors: Katsuyoshi Hori; 勝義堀; Yasuhiro Hotokezaki; 佛崎　康浩; Katsuzo Okamoto; 岡本　勝三
Original assignee: Babcock Hitachi KK
Current assignee: Mitsubishi Power Ltd
Priority date: 1989-03-31
Filing date: 1989-03-31
Publication date: 1990-10-18

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】〔産業上の利用分野］本発明はホットワイヤ溶接装置に係り、１）に、現地溶
接など溶接電源から遠く離れても、パルス電流を用いて
添加ワイヤを加熱するホットワイヤＴＩＧ溶接が容易に
行えるワイヤ加熱電源を設けたホットワイヤ溶接装置に
関する。

（従来の技術］第５図は、ホットワイヤＴＩＧ溶接法で−・船釣に用い
られている機器の構成を示したものである。

ＴＩＧ溶接トーチ１の中のタングステン電極２と母材３
に直流溶接用のアーク電源４を接続し、アルゴン・シー
ルドガス中でタングステン電極２を負極としてアーク５
を形成する。溶接用の添加ワイヤ６はワイヤ送給装置７
からコンジット８およびそれと連結されたコンタクトチ
ップ９をｉＱｌって、アーク形成部に導かれて母材３と
接触させる。

コンタクトチンプ９とワイヤ加熱電源ＩＯを接続し、直
流または向流電流を添加ワイヤ６に流してジュール発熱
させ、それにより添加ワイヤ６の溶融速度を高めている
。

ホットワイヤ溶接の場合、アークはワイヤ電流によって
生じる磁界により、磁気吹きを生じ、溶接作業性を悪く
する。その対策としては、ワイヤ加熱電源ｌＯには、本
発明者らによる特開昭６２１３０７７３にて開示されて
いるように、パルス電流を出力する電源などを使用する
とよい。そこでは、第６図（ｂ）に示すように、パルス
電流でワイヤを加熱すると、磁気吹きはそのパルス月間
のみに瞬間的に生じ、比較的長いワイヤ通電休止期間中
にはアークの磁気吹きを生じないので、容易にホットワ
イヤＴＩＧ溶接が行えるようになる。このように、ワイ
ヤ加熱電流は磁気吹きの生じない期間を確保するパルス
電流波形とし、アークは第６図（ａ）に示すように一定
電流で形成してホットワイヤ？容接するときには、アー
クのプラズマ柱の膨脹・収縮も少なくなり、したがって
アーク音も非常に弱い。

もう１つのホットワイヤＴＩＣ溶接装置として、本発明
者らによる特開昭６１−２０６５６７の装置がある。第
７図は、その構成を示すものである。

定電流特性の汎用のＴＩＧ電ｔＡ１１とアーク５と並列
に接続した大電流スイッチング素子１２．１３（この場
合、ＧＴＯ：ゲートターンオフサイリスタ）とからなる
。第８図はその原理を示すものである。ワイヤを介して
アークと並列に接続されたＧＴＯＩ　（１２）が導通す
ると、ＴＩＧ電源１１からの電流はワイヤ側に分流しワ
イヤを加熱溶融する。その後、それと並列に接続したＧ
ＴＯ２（１３）を導通させ電流を電源側で完全に短絡し
てワイヤへの通電時間を調整して、適正加熱電力となる
ようワイヤ電流（Ｉｗ）を制御するものである。ワイヤ
への通電はアーク電流（Ｉａ）が低いヘース電流期間に
行われ、母材の溶融を進めるアークのピーク電流期間に
は行われないので、実質的には磁気吹きの影響なしに溶
接を行えるものである。

このような電源構成なので、大電流スイッチング素子Ｇ
ＴＯＩ　（１２）およびＧＴＯ２（１３）からなる分流
回路ユニント１４を、アーク電源１１から５０ｍ以上な
ど、遠く離れた溶接子のところに置くように構成するこ
ともできる。そのようにすると距離には関係なく、パル
ス電流は分流ユニット１４のところで形成されるので、
パルス電流波形の鈍りは生じることなく、磁気吹きの少
ない、作業性の良好なホットワイヤスイッチングＴＴＧ
溶接が行える。

（発明が解決しようとする課題］ところで、現地溶接などでは、溶接電源を設置した場所
から５０ｍ以上など、相当に離れたところで溶接するこ
とがしばしば要求される。

そのような場合に対し、上記第５図の従来技術、すなわ
ちパルス加熱ホットワイヤＴ　Ｉ　Ｇ　溶接においては
、パルス電流を出力する電源を用いても、そこから溶接
場所までの配線におけるインダクタンスの存在のために
、第９図の実線のように鋭いパルス波形を出力できるよ
うにしておいても、実際には破線のように鈍ったパルス
波形となってしまい、磁気吹きが生しる期間が長くなり
、溶接作業性を阻害するようになる問題点が残されてい
た。

一方、上記第８図の従来技術、すなわちホントワイヤ・
スイッチングＴＩＧ方式では、通常アクは５０〜２００
Ｈｚのミドルパルス電流で形成されるが、パルス電流に
即応してアークが急激に膨脹・収縮するために強いアー
ク音を発生し、作業者に相当な苦痛を与える問題があっ
た。また、アークスタート用の高周波発生装置をアーク
電源側に置いておくと、分流ユニットに高周波高電圧を
印加することになり、スイッチング素子を破壊する。そ
こで高周波発生装置を取り外して分流ユニットのアーク
側に置くことが必要となり、分流ユニットが多少大きく
、重（なる問題があった。

また、このようにアーク電源に多少の改造を加えること
が必要となる。

本発明の目的は、溶接場所が溶接電源を接地している場
所から遠く離れていても、容易に鋭いパルス波形の電流
でワイヤ加熱でき、かつ弱いアーク音でホットワイヤ溶
接できるようにするためのワイヤ加熱電源を提供するこ
とにある。

〔課題を解決するための手段〕

上記目的は、溶接される母＋Ａとの間にアークを発生さ
せる電極を有するＴＩＧＩ−−チと、上記アークにワイ
ヤを加熱して供給するワイヤトーチと、溶接用電力およ
び制御用電力を供給するアーク電源装置と、アーク電源
装置からの電力を受けて所望の状態に調整・制御してＴ
ＩＧ）−チ、ワイヤトーチおよび母材に給電するワイヤ
加熱電源ユニットとを有するホットワイヤＴＩＧ溶接装
置において、上記ワイヤ加熱電源ユニットには、アーク
への給電回路と、この回路から電流を分流充電するコン
デンサと、この充電された電流をワイヤに通電するため
のコンデンサスイッチング素子−ワイヤー母材と接続さ
れる閉回路とを設けたことを特徴するホットワイヤＴＩ
Ｇ溶接装置により達成される。

〔作用］溶接子の手元に置いた該ワイヤ加熱電源ユニットは、ア
ークと並列に接続してアーク電源から電流を分流してコ
ンデンサを充電し、コンデンサスイッチング素子−ワイ
ヤー母材から構成される閉回路でコンデンサ放電を周期
的に行ってパルス電流を形成し、ワイヤを加熱する。そ
れによってパルス電流の流れる距離は短くて済むので、
パルス波形の鈍りは少ない。また、アーク電流は一定に
保つよう制御しているので、アーク音はほとんど発生し
ない。

［実施例］第１図は、本発明によるワイヤ加熱電源ユニットう用い
て構成したホットワイヤＴＩＧ溶接装置の一実施例を示
したものである。ＴＩＧアーク電源１５の出力端子は２
本のパワーケーブル１６．１７によって溶接子の手元に
置かれたワイヤ加熱電源ユニット１８の入力端子Ｔ１、
Ｔ２に接続される。ワイヤ加熱電源ユニット１８のマイ
ナス側電力端子Ｔ３はアーク用出力端子でパワーケーブ
ル１９でＴＩＧアークトーチ１に接続され、またプラス
側の出力端子Ｔ５はパワーケーブル２０により母材３に
接続されている。ワイヤ加熱電源ユニット１８のもう１
つのマイナス出力端子Ｔ４は添加ワイヤ通電用のコンタ
クト千ツブ９にパワーケーブル２１によって接続され、
添加ワイヤ６、母材３、アーク電流と共通の母材側ケー
ブル２０を経路にしてプラス側の出力端子′丁゛５とつ
ながっている。

また、ワイヤ加熱電源ユニット１８とＴＩＧアーク用電
源１５との間にはワイヤ加熱電源ユニット１８内の制御
装置の駆動電源用電力のばかアーク電流値の制御信号、
アーク電流０Ｎ−ＯＦＦ信号等の制御信号などをＴＩＧ
アーク用電源１５に伝える多芯の信号ケーブル２２が接
続されている。

また、ワイヤ加熱電源ユニット１８とワイヤ送給装置７
との間にもワイヤ送給装置７を駆動・制御する多芯の信
号ケーブル２３が接続されている。

本溶接装置は、溶接子は片手にＴＩＧアークトーチを持
ち、他方の手にワイヤトーチを持って、両手で半自動ホ
ントワイヤＴＩＧ溶接することを主な目的にしている。

このような両手半自動ボンドワイヤＴＩＧにおける通常
の適正ワイヤ溶融量は最大で２０ｇ／ｍｉｎ程度なので
、本実施例のワイヤ加熱電源システＪ、では、ワイヤ溶
融量は最大２０ｇ／ｍｉｎに設計している。

第２図は、ワイヤ加熱電源ユニ７＋・１８の主電力回路
を中心に回路構成を示したものである。同図において、
コンデンサＣ８２４は２２００　ｔｔ　Ｆ”の電解コン
デンサを９０個並列に接続して形成した、０．２Ｆのコ
ンデンサバンクである。アーク電源１５の出力′電流の
一１１１臀まトランジスタＱ２２５がＯＮ状態のときに
０．０５Ωの抵抗Ｒ２６を介してコンデンサＣ８２４に
充電される。そしてトランジスタＱ１２７がＯＮ状態の
とき、ワイヤ６、母材３を経で放電され、そのときワイ
ヤを逆電加熱する。ホール素子からなるアーク電流検出
センサｃＴ、２８でアーク電流を検出し、アーク５が発
生中はトランジスタＱ２２５は常時ＯＮとなるように統
括制御回路ＣＮ　′ｒ２９および電力制御回路ＰＣ３０
で制御している。ワイヤ送給開始し、ワイヤ６が母材３
に接触するとワイヤ加熱電流を流すためにトランジスタ
Ｑ１２７を１００Ｈｚで０Ｎ−ＯＦＦＬ、パルス電流を
出力する。そのパルス幅はワイヤ電流検出センサＣＴ２
３１でワイヤ電流を検出しながら、ワイヤ溶融に適した
実効となるよう電力制御回路ＰＣ３０でトランジスタＱ
、２７の０Ｎ−ＯＦＦ期間を制御してパルス幅をＩＩＩ
？卸する。

本実施例のワイヤ加熱電源ユニット１８には、アークス
タート用の高周波発生装置ＨＦ　３２とカップリングコ
イルＣＣ３３、またワイヤ送給装置の駆動・制御回路Ｗ
Ｆ３４とを組み込んでいる。

そしてこれらを含めた全体を統括制御回路ＣＮ２９で制
御するように構成した。なお、コンデンサＣｌ３５はカ
ンプリングコイルＣＣ３３から印加された高周波を制御
機器内に侵入することなく母材に導くためのものである
。コンデンサ０２３６は、高周波が制御機器内に侵入す
るのを防くためのバイパスコンデンサである。

第３図は、ワイヤ加熱電源ユニソ）１８を中心にしたシ
ーケンスを示すものである。溶接子から図示はしていな
いＴ■Ｇトーチ１に備えられた１・−チスイッチにより
、時刻Ｌ１にアークスタート指令が出ると、アーク電源
１５を起動し、同時にアークスタート用の高周波ＨＦが
発生ずる。時刻ｔ２でアーク５が形成されると高周波は
停止し、トランジスタＱ２２５がＯＮしてコンデンサＣ
６２４に充電を開始する。このようにしてアークのスタ
ート電流期間中にコンデンサＣ８２４は充分に充電され
、アーク電流が時刻Ｌ３にて本溶接電流に切り替わると
きに、ワイヤ送給を開始し、ワイヤ６が母材３に接触す
るとトランジスタＱ、　　２７を用いてパルス電流を出
力してワイヤ６を加熱する。溶接終了時には、時刻ｔ４
にてワイヤ送給およびワイヤ通電を停止し、アーク電流
をクレタ処理電流に下げ、時刻ｔ５にて最後にアークへ
の通電を停止して、消弧する。このとき、同時にトラン
ジスタＱ２２５も０ＦＦＬ、コンデンサＣｏ２４への充
電も停止トする。

第４図は、このようにして形成したパルス電流波形を示
したものである。直径］、　２　ｍｍの軟鋼ワイヤを１
．４ｍ／ｍｉｎで送給しながら、パルス周波数１００　
Ｈｚで加熱した。このとき、アーク電流は２２０Ａ、ア
ーク電圧１４Ｖで溶接したが、ワイヤ加熱中のコンデン
サＣ８２４の端子電圧は約８■、充電電流は約６０Ａ、
そしてワイヤ６の加熱には１６０Ａ、３ｍｓのパルス電
流を出力していた。

コンデンサＣ８２４の容量については充分な電荷を保持
しながらその一部を放電する形にする必要がある。そう
しないと、トランジスタＱ１２７によるパルス幅制御だ
けで加熱電力を精度よく制御することが難しくなるため
である。実際には、出力端子側にあるワイヤ加熱部や途
中のケーブル２０．２１などの抵抗がこの放電の時定数
に影響してくる。これらも勘案して、パルス幅制御を容
易にするには、放電の時定数をパルス周期と同等程度以
上にすることが望ましかった。結局、コンデンサＣ８２
４は０．２　Ｆと充分に大容量なものとしたので、各放
電期間中に一部の電荷を放出するだけとなり、はとんど
矩形波的なパルス波形が得られた。通常のＴＩＧアーク
電源の無負荷電圧は６０Ｖ以上あり、ＴＩＧアーク電圧
は２０■以下で、通常１０ないし１５Ｖ程度の低い電圧
である。

したがって、コンデンサＣ８２４への充電はトランジス
タＱ２２５の作用によりアーク発生中に限定しているの
で、コンデンサＣ８２４の耐圧は３５■程度あればよく
、より小形に構成できる。

充電電流はワイヤ加熱用に出力する電力に関係するので
、定まらない。そこでアーク電流センサＣＴ、２Ｂでア
ーク電流を常時検出しながら統括制御回路ＣＮＴ２９か
らアーク電源１５に制御信号を出力し、アーク電流が常
時設定値に保たれるようにした。

第２図の実施例にて、コンデンサＣ８２４への充電電流
制限用の素子として、抵抗Ｒ２５を用いたが、抵抗だと
発熱損失が大きくなるので、代わりにインダクタンスＬ
を用いることもできる。また、第２図の実施例にて、制
御用トランジスタＱ２２５はスイッチング素子として用
いたが、リニ子制御素子として用い充電電流を定電流的
に制御したり、またコンデンサＣ８２４の電圧を測定し
て、それが一定になるようにトランジスタＱ２２５をス
イッチングして制御することにも利用できる。

本発明は、主として両手半自動ホットワイヤＴＩＧ溶接
用に発明されたものである。しかし、これに限られるも
のではなく、本発明のワイヤ加熱電源をことに現地など
溶接電源から離れた場所で全自動ホットワイヤＴＩＧに
よる固定管の突き合わせ溶接する場合などの電源として
も、使用できる。

〔発明の効果］本発明は、アーク電流用の電源からワイヤ加熱用の電流
を分流して形成するワイヤ加熱電源ユニットをアークの
近くに置くので、現地溶接など溶接電源から遠く離れた
ところでホットワイヤｉ’　ＩＧ溶接するときに、太く
重い大電流用ケーブルはアーク電流とワイヤ電流が重畳
して流れる主電流ケーブル２本で済む。すなわち、ワイ
ヤ加熱電流用の大電流用ケーブルはワイヤ加熱電源ユニ
ットから１本川るだけである。

また、本発明の装置によればワイヤ電流は溶接子の手元
に置かれたスイッチングユニット内の大電流スイッチン
グ素子で形成されるので、途中のケーブルのインダクタ
ンスは小さくなり、鋭いパルス電流を形成することがで
きるようになり、より磁気吹きの影響が少ないホットワ
イヤＴＩＧ溶接を行えるようになった。

また、アーク電流はパルス電流にしないのでアーク音が
ほとんど発生せず、溶接作業の騒音が問題になることは
なくなった。

これらのために、アーク電源から遠く離れた地点で、か
つ音が大きく反響する狭い場所で、そしてその場所を頻
繁に変えて溶接作業しなければならないような現地溶接
にも、ホットワイヤＴＩＧ溶接を通常の’ｒ　Ｉｃ　／
ｓ接ならびに手軽に採用できるようになった。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の実施例によるＴＩＧ溶接装置５置の概略構成図、第２図は、本発明によるワイヤ加熱電
源のコンデンサ充放電ユニットの原理回路図、第ζ（し
１は、本発明装置稼動時のシーゲンス説明図、第４図は
、本発明装置に、Ｌる出力電流波形図、第５図は、従来
技術になろボ、／トワイヤＴＩＧ溶接装置の概略構成図
、第６図は、第５図の従来装置による電流波形図、第７
図は、他の従来技術になるボットワイヤＴＩＧ溶接Ｗｉ
？１．の概略構成図、第８図は、第７図の装置による出
力電流波形説明図、第９図は、従来装置によるパルス電
流波形の錬りの説明図である。１・・・ＴＩＣ）−チ、２・・・タングステン電極、３
・・・母材、５・・・アーク、６・・・添加ワイヤ、７
・・・ワイヤ送給装置、９・・・コンタクトチップ、１
５・・・アーク電源装置、１８・・・ワイヤ加熱電源装
置、２４・・・コンデンサ、２５・・・トランジスタ、
２６・・・抵抗、２７・・・トランジスタ、２８・・・
電流センサ、２９・・・統括制御回路、３０・・・電ノ
コ制御回路、３１・・・電流センナ、３２・・・高周波
発生装置、３３・・・カンプリングコイル、３４・・・
駆動制御回路、４０・・・ワイヤトーチ。出願人　ハブコノクロ立株式会ネ１代理人　弁理士　川　北　武　１ｑ（ｂ）

Claims

【特許請求の範囲】

（１）溶接される母材との間にアークを発生させる電極
を有するＴＩＧトーチと、上記アークにワイヤを加熱し
て供給するワイヤトーチと、溶接用電力および制御用電
力を供給するアーク電源装置と、アーク電源装置からの
電力を受けて所望の状態に調整・制御してＴＩＧトーチ
、ワイヤトーチおよび母材に給電するワイヤ加熱電源ユ
ニットとを有するホットワイヤＴＩＧ溶接装置において
、上記ワイヤ加熱電源ユニットには、アークへの給電回
路と、この回路から電流を分流充電するコンデンサと、
この充電された電流をワイヤに通電するためのコンデン
サスイッチング素子−ワイヤー母材と接続される閉回路
とを設けたことを特徴するホットワイヤＴＩＧ溶接装置
。
（２）請求項（１）において、アーク電流を設定する回
路と、アーク電流検出回路と、該アーク電流検出回路か
らの検出信号に基づきアーク電流を設定値に保つようア
ーク電源の出力を制御する回路とを設けたことを特徴と
するホットワイヤＴＩＧ溶接装置。