JPH04118175A - インバーター式スタッド溶接電源装置 - Google Patents

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） 本発明は主として薄板へのアークスタッド溶接に於ける
インバーター式スタッド溶接電源装置に関するものであ
る。

（従来の技術） 一般に、薄板へのスタッド溶接に於いてスタッド径が約
４　ｍ　ｍ以上で母板（薄板）の厚みが約０．７ｍｍ以
下になると、アーク熱によるスタッド側と母板側との熱
バランスが保てなくなり、母板が過熱され、溶は落ち、
孔あき等が発生し、強度は著しく低下する。　この為、
電流波形と電流値との組合せによって溶接を可能にして
いる。　又、母板及びスタッドが亜鉛メツキされている
場合には更に困難である・これまで使用されて来た従来
に於ける溶接電源装置は第８図に示す如き直流電源装置
であり、単相余波整流により直流電流を得ているもので
あって、その電圧及び電流は第９図に示す如き波形で１
／２ヘルツ（電気角度１８０°、商用周波数５０Ｈｚ　
〜６０Ｈｚにおいて）ごとに電圧及び電流が変化する。

その波形及び電流値は変圧器の電圧、電気回路のインダ
クタンスＬ、抵抗Ｒ、サイリスター（シリコン制御整流
素子５ＣＲ）の点弧制御角度によって調整しているが、
回路の特性上から基本的には１／２ヘルツ（１８０’）
を周期として変化するのみで、この周期を変化させるこ
とは出来ない。

又、第１０図にはこの電源装置により得られた溶接電流
波形を示してあり、一般にはこの波形のものが使用され
ている。

而して、一般にアークスター、ド溶接の溶接過程は第１
１図に示す如くスタッドと母板との間にアークを発生さ
せて、スタッド及び母板が溶融し適当な溶融状態になっ
た時に、アークを持続した状態でスタッドを母板に押し
つけて溶接を完了する。

然しながら、溶接電流が充分に流れている期間内にスタ
ッドの押しっけが行われることが重要な事である。　即
ち、溶接の終期に於いてスタッド及び母板が溶融され、
スタッドを母板へ押しつける時には、アークが発生し続
けている必要があり、もし、アークが消失するか又はテ
ール電流が少ないと溶接結果は悪い、　従って、スタッ
ド押しつけ時期の設定は重要である。　前記した従来技
術の場合スタッドガン（図示せず）によるスタッド押し
つけは電気信号により電磁石を開放しスプリング力によ
って押しつけられている・ （発明が解決しようとする課題） 上記した従来技術の単相余波整流式直流電源装置をスタ
ッド溶接に利用した場合、下記の如き欠点があった・ （イ）溶接電流波形周期は１８０°毎であって変化でき
ない、（周波数５０ヘルツ〜６０ヘルツ）（ロ）波形は
正弦波形しか得られない。

（ハ）テール電流の減衰が早いためスタッド押しつけ時
期が遅れるとアークが消失した後に押しつけられること
となり溶接不良となる。

即ち、上記した如くスタッドの押しつけ時期は一定では
なく、このため出来るだけテール電流は多く、そして長
く流れる必要がある。

しかし、従来の電源装置ではテール電流を得るために前
記した第８図の回路中にあるインダクタンスしによって
得ているが、このインダクタンスＬが大きい程、テール
電流は大きく、長く流れるのであるが、アークの安定性
からインダクタンスＬを大きくすることには限度がある
。

一方、第１２図は単相余波整流式の溶接電流、テール電
流及びスタッド押しつけ時期を示すものでスター２ド押
しつけ時期を３３．２ミリセコンド（ｍｓ）に設定した
時のテール電流は、 １点・・・６８０アンペア（Ａ） であるが、もしこれが４．１５ミリセコンド遅れた時に
は、 ５点・・・２４５アンペア（Ａ） となり、又、８．３ミリセコンド遅れた時には、０点・
・Φ８２アンペア（Ａ） と減少し、溶接不良が発生する。

（ニ）電源電圧の変動による溶接電流の減少の場合、直
ちに電流補償が出来ない。

即ち、少なくともｌ／２ヘルツ以上、１ヘルツ時間後で
ないと補償できない。

このために溶接電流不足又は過剰による溶接不良が発生
する。

即ち、第１３図に示す如く単相全波整流式では電流周期
が１７１２０秒（商用周波数６０ヘルツ）であるため電
源電圧変動その他の外部変動の場合、その変動を電気的
に感知して電流補償を行うには単相全波整流式ではｌ／
１２０−１／６０秒（商用周波数６０ヘルツの時）後に
補償することとなる。

例えば変動電流（電流の減少）■が発生した場合、１／
１２０〜１／６０秒後に電流補償が行われて■、■の電
流は補償された電流が得られるものの全波形の半分■及
び■は電流不足のままであり、全電流としては１／２の
波形分しか補償されたことにならないという欠点がある
。

（ホ）極性の切換えがスムースに行い難い。

これまでのスタッド溶接で、スタッドの材質及び寸法に
よって同一母板への溶接で極性の切替が必要となる。

従来では第１４図に示す如く直流溶接電源の外部に電磁
接触器（ＭＳＩ　、ＭＳ２　）を設けて極性の切替へを
行うが、このＭＳＩ　とＭＳ２　とが同時に作動するこ
とによって極性切替へを行っている。

図の状況ではＡスタッドが（＋）極である。

Ｍ　Ｓ　ｌ及びＭＳ２　を作動させればＡスタッド回路
は開放され、Ｂスタッド回路が閉路となりＢスタッドが
（−）極となる。

（課題を解決するための手段） 本発明では上記課題を解決するために、インバーター式
直流電源装置をスター２ド溶接用として採用したもので
あり、溶接条件範囲を拡大し、溶接を安定良好化するも
のである。

（作　用） 三相交流電力をダイオード等より成る整流回路により直
流電力に変換し、次いでパワートランジスター等より成
るインバーター回路により１０００Ｈｚ〜１００００Ｈ
ｚのパルス型交流電力に変換して溶接変圧器の一次側に
供電し、二次側よりダイオード及び直流リアクター回路
を介して直流のスタッド溶接電流を取り出してスタッド
溶接を行う。

（実施例） １は本発明に係る全体の電気回路図で、２は三相交流電
源端子で、三相交流電力を供電するものである。

３は整流素子としてのダイオード４を適宜組合せて形成
した整流回路で脈動する直流出力電圧Ｅ１が得られる。

　５は前記整流回路３に並列せしめた平滑コンデンサー
である。　６はパワートランジスター７等から成るイン
バーター回路で前記整流回路３の出力側に接続してあり
、平滑コンデンサー５により平滑された直流出力電圧Ｅ
２が該インバーター回路６へ供電される。　該インバー
ター回路６からは周波数ｔｏｏｏヘルツ〜１００００ヘ
ルツのパ／Ｌ／　スＷ交流電力Ｅ３が出力されるように
成しである。

この周波数は予めパワートランジスターの制御により設
定するものである。　８は前記インバーター回路６の出
力側に接続した溶接変圧器で一次側８Ａに前記パルス型
交流電力Ｅ３が供電される。

二次側８Ｂにはダイオード９（サイリスター）等より成
る交流・直流変換回路１０（コンバーター）を並列接続
し、これに直流リアクター１１を直列接続しである。　
　１２は負荷で、スタッド１３を母板１４にアークスタ
ッド溶接すべく成しである。

而して、従来の単相全波整流式では電気角度１８０（商
用周波数５０Ｈｚ又は６０Ｈｚ）の周期でしか電流が変
化しなかったのが、本発明のインバータ一方式では溶接
変圧器８へのパルス周波数を１０００〜１００００Ｈｚ
にするために、これまでの周期を１０００ヘルツ／６０
ヘルツ＝１６．６倍から、１００００ヘルツ／６０ヘル
ツ＝１６６倍とすることが出来る。　即ち、これまでの
電気角度１８０゜内で１６．６〜１６６周期の電流が得
られるばかりか、逆に１周期の電気角度が１８０°以上
の電流波形が得られる。　即ち、第２図には２倍の周期
の溶接電流Ｉａの波形を示しである。

又、第３図には１８０°／２７０’＝０．６６６倍の周
期の溶接電流Ｉａの波形を示しである。

更に、溶接電流Ｉａの波形を前記第３図及び第４図、第
５図に示す如く正弦波電流、台形波電流、三角波電流に
変化させることが出来る。

結局、電流波形を任意の波形に選択できることにより、
溶接条件の選択範囲が拡大されると共に異種金属に於け
る溶接も容易になる。

更に、ベース電流も２００Ａから１００ＯＡに変化する
ことが出来る。

又、本発明では上記の構成によりテール電流を任意に選
択することができるものである。

一般に、溶接の終期に於いてスタッド及び母板が溶融さ
れスタッドを母板へ押しつける時にはアークが発生し続
けている必要がある。　もし、アークが消失するか又は
テール電流が少ないと溶接結果が悪くなる。　このため
スタッド押しつけ時期の設定は重要である旨前述した。

このため出来るだけテール電流は多くそして長く流れる
必要がある。

而して、本発明のインバータ一方式に於いてはテール電
流の減衰を溶接電流の周期の変換により任意に変化でき
るので、従来技術の単相全波整流方式に比して溶接の不
安定さは無い。

第６図には本発明に係るインバータ一方式を示してあり
、スタッドの押しつけ時期が４．１５ｍ５遅れた時、テ
ール電流す点は９３０Ａ、更に８　、３ｍｓ遅れた時に
は０点は５１５Ａというように減少するが、単相余波整
流式（第１２図）に比較するとアークが持続されるに十
分な溶接電流Ｉａが得られる。

更に、本発明では上記の構成により電源電圧の変動に対
しても１００％近い溶接電流の補償ができる。

一般に電源電圧が変動したり又は溶接ケーブル及び溶接
母板の接触部の抵抗変化による負荷の変動によって溶接
電流が変化することは好ましくない。

従来では第１３図に示す如＜　１／１２０−１／６０秒
後に補償していたが、本発明では第７図の如くｌ／２０
００〜１７２００００秒後に補償が出来る。

一般に、溶接電流を一定に保持することが溶接の基本で
ある上に、溶接電流の通電時間が短いため、補償速度を
早くすることは本発明のインバータ一方式でないと不可
能である。

又更に、本発明では上記の構成により正極及び逆極性で
の単独使用を電気的にサイリスターを使用して切替をス
ムースにした。

（発明の効果） （ａ）インバーター回路の採用により溶接変圧器へのパ
ルス型交流電力の周波数をｔｏｏｏ−ｔｏｏ。

Ｏヘルツにできるため、溶接電流波形を任意の波形に選
択でき、溶接条件の選択範囲が拡大されると共に異種金
属に於ける溶接も容易になる。

（ｂ）テール電流の減衰を、溶接電流の周期の変換によ
り任意に変化できるので、従来技術に比しスタッドの押
しつけ時期に基〈溶接の不安定さは無い。

（Ｃ）電源電圧の変動に対して１００％近い溶接電流の
補償が出来る。

（ｄ）正極及び逆極性での単独使用を電気式にしたので
スムースにその切換えが出来る。

【図面の簡単な説明】

第１図乃至第７図は本発明の内容を示し、第１図は本発
明に係る電気回路の全体図である。 第２図はインバーターによる溶接電流の周期の変化を示
す図、第３図はインバーターによる溶接電流の周期及び
波形の変化を示す図、第４図はインバーターによる溶接
電流の波形の変化を示す図、第５図はインバーターによ
る溶接電流の波形の変化を示す他の例の図、第６図はイ
ンバータ一方式に於けるテール電流とスタッド押しつけ
時期との関係を説明するための図、第７図は電源電圧の
変動に対する溶接電流の補償速度を示す図である。 第８図乃至第１４図は従来技術の説明図で、第８図は従
来技術である単相交流電力を使用した電気回路の全体図
、第９図は単相余波整流による直流電圧及び直流電流の
波形を示し、第１０図は溶接電流の波形を示し、第１１
図はスタッド溶接の全体の流れを示す過程図、第１２図
はテール電流とスタッド押しつけ時期との関係を示す図
、第１３図は電源電圧の変動に対する溶接電流の補償を
示す図、第１４図は極性の切換回路を示す図である。 １＠６６電気回路　２・・・三相交流電源端子３・・・
整流回路　４・・番ダイオード５・・・平滑コンデンサ
ー ６・拳・インバーター回路 ７　・　・ ８　・　・ ９　・　・ ・パワートランジスター ・溶接変圧器 ・ダイオード（サイリスター） ・・交流−直流変換回路 ・・直流リアクター 特許出願人　　日本スタッドゥエルティシヴ株式会社第 区 第７ 図 ４ルＺ、五 第 区 ＩＩＩ　１３　　艮 （従　来　技　術） 館 図 第　　９ＢＩ！ 濃来技匍 第　１Ｃｊ　図 （従来技術ゝ

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. （１）三相交流電力を整流回路により直流電力に変換し
   てインバーター回路に入力せしめ、該インバーター回路
   によりパルス型交流電力に変換して溶接変圧器の一次側
   に供電し、二次側よりコンバーター及び直流リアクター
   を介して直流の溶接電流を取出すべく成したインバータ
   ー式スタッド溶接電源装置
2. （２）前記溶接電流をパルス化して、この電流波形を正
   弦波、台形波、三角波と任意に変化すべく成すと共にパ
   ルス発生周期を１／２４０秒〜１／３０秒に可変すべく
   成した請求項１記載のインバーター式スタッド溶接電源
   装置
3. （３）前記溶接電流の最終に流すテール電流を、該溶接
   電流の最大値より減少させながら最大５０ｍｓまで流す
   ことが出来るように成した請求項１記載のインバーター
   式スタッド溶接電源装置
4. （４）電源電圧の変動又は外部負荷の変動に対して約１
   ００％近くの溶接電流を補償すべく成した請求項１記載
   のインバーター式スタッド溶接電源装置（５）正極性又
   は逆極性での単独使用に於いて、電気回路内で電気的に
   極性切換を可能にした請求項１記載のインバーター式ス
   タッド溶接電源装置