(57)【要約】【課題】アークねらい機能の付加と同時に、高周波ノイズの軽減と、速やかな所望電流値への移行性能を確保するアーク溶接方法および装置を提供すること。【解決手段】先ず主電極の先端部位を母材の被溶接部位に接近させ、局部照明を目的とした微小電流によるアークを高周波電圧による起動で発生させる。主電極の先端部位と母材の被溶接部位の間を光線で結ぶことで主電極のスタート位置を確定し、該アークを主電流アークに移行させて溶接するアーク溶接方法とした。高周波電圧発生期間は溶接スタートから休止迄の期間内での一回の最短時間のみであり、溶接スタートから休止を経て再スタートまでの期間は微小電流アークを継続しているため、再スタート時には高周波電圧による起動が不要であるから高周波障害が軽微である。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
溶接母材に、主電極を接近させて高周波電圧による起動で,該主電極と母材との間に主電流で直流アーク又はパルスアークを発生させて、アーク熱で母材を溶接する工程において、先ず該主電極から母材へ微細なアークを発生させて、主電極のスタート位置をアークの光線で確定し、該アークを主電流アークに移行させて溶接するアーク溶接方法。
【請求項２】
前記アークは主電極の先端部位と母材の被溶接部位との間に光線で結ぶことを目的とした微小電流アークである請求項１記載のアーク溶接方法。
【請求項３】
溶接母材に、主電極を接近させて印加する高周波電圧の発生期間は、溶接スタートから休止迄の期間内での最短時間の一回のみであり、溶接スタートから休止を経て再スタートまでの期間は微小電流アークを継続しているための最小電流を通電しており、主電流アークに移行への電圧に切り替わるときも高周波電圧を発生させない請求項１乃至２記載のアーク溶接方法。
【請求項４】
溶接母材に、主電極を接近させて印加する高周波電圧の発生期間は、溶接スタートから休止迄の期間内では最短時間の一回のみであり、溶接休止から再スタートまでの期間に微小電流アークが継続していない無通電の期間中における、主電流アーク再スタート移行は高周波電圧による起動で,溶接開始する請求項１乃至３記載のアーク溶接方法。
【請求項５】
制御される主電源、溶接母材に接続される導電路、溶接トーチの主電極と検出器、高周波生成手段、第１の制御手段、第２の制御手段、検出器と連携して高周波生成手段の起動・停止を制御する第３の制御手段を具備し、該主電極を前記母材に接近させて高周波電圧による起動で,該主電極と母材との間にアークを発生させて、アーク熱で母材を溶接する工程において、先ず該主電極から母材へ微細なアークを発生させて、主電極のスタート位置を確定し、該アークを主電流アークに移行させて溶接する請求項１乃至４記載のアーク溶接用の装置。
【請求項６】
制御される主電源と高周波生成手段とを具備し、ベースの微小直流電流を常に通電して微細アークを発生させており、溶接開始指令手段で所望のアーク電流に移行させる高周波生成手段を起動する第1のコントローラを具備した請求項１乃至５記載のアーク溶接用の装置。
【請求項７】
前記制御される主電源は、直流をインバータで交流化し、これを整流器および、直流リアクトルで整流・平滑して直流とする主電源である請求項５乃至６記載のアーク溶接用の装置。
【請求項８】
前記制御される主電源は、直流をインバータで交流化し、これを整流器および、直流リアクトルで整流・平滑して直流とする主電源であり、主電極と母材間に供給する電流の波形および電圧の調整をインバータのＰＷＭ制御で行うようにした請求項５乃至６記載のアーク溶接用の装置。
【請求項９】
前記ベースの微小直流電流は、０．５乃至３アンペアである、微細アークを発生可能とする直流電流値である、請求項５乃至８記載のアーク溶接用の装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は，鋼材等の母材を溶接するときの装置に関し、とくに、アークポイントを狙いやすくするものである。
【背景技術】
【０００２】
溶接作業現場に於いて、溶接又は溶断するときに、この装置が使用される。作業対象物に溶接トーチを接近させてアークを発生させるときのアークポイントを、作業者に被溶接物上にて的確に指示することができるアーク溶接方法と装置である。
【０００３】
従来の技術では、溶接母材に、非消耗電極を接近させ高周波電圧を重畳させて通電し,この電極と母材との間隔を空けるとアークが発生してアーク熱で母材が溶融し、ねらいのポイントに融解金属池を発生させる作業においては技能と熟練を必要とした。アークの監視方法と監視装置については、特許文献１に次の記述がある。段落（０００６）に、「溶接予定位置を照射するスリット投光器と溶融金属プールを観察するアークモニタと画像合成装置からなる」、段落（００１３）に、「溶接経路に沿った前方側から、カメラ、形状測定装置、が設置されてモニタ画像に合成する」と、大掛かりな仕掛けとなっている。
【０００４】
【特許文献１】「特開平１０−６００６号」公報、名称「アーク溶接監視方法および装置」
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
アークのねらいが容易で且つ的確に行える、安価で作業性に富む装置の提供が望まれていた。熱と粉塵の環境での信頼性を高めて長期間の使用に耐えるアークねらい機能の付加されたアーク溶接方法および装置を提供することが、本発明の目的である。同時に付随的目的は高周波ノイズの軽減と、速やかな所望電流値への移行性能を確保出来る事である。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
アーク溶接スタートに先立って、溶接電流を絞り込んで母材と電極間に微細アークを発生させて、「アーク灯の作用を荷担させて被溶接物の局部を照らせば、トーチの狙い付けが容易になる」ことに着目した。
【０００７】
請求項１に関しては、溶接母材に、溶接トーチの主電極を接近させて高周波電圧による起動で,該主電極と母材との間に主電流で直流アーク又はパルスアークを発生させて、アーク熱で母材を溶接する工程において、先ず該主電極から母材へ微細なアークを発生させて、主電極のスタート位置をアークの光線で確定し、該アークを主電流アークに移行させて溶接するアーク溶接方法とした。
【０００８】
請求項２に関しては、前記アークは、主電極の先端部位と母材の被溶接部位との間に光線で結ぶことを目的とした微小電流アークであり、アーク灯の役割を荷担させるアークである請求項１記載のアーク溶接方法とした。
【０００９】
請求項３に関しては、溶接母材に、主電極を接近させて印加する高周波電圧の発生期間は、溶接スタートから休止迄の期間内で最短時間の一回のみであり、溶接スタートから休止を経て再スタートまでの期間は少なくとも微小電流アークを継続しているための最小電流が通電しており、主電流アーク発生への溶接出力電圧に切り替わるときも高周波電圧を発生させない請求項１乃至２記載のアーク溶接方法とした。
【００１０】
請求項４に関しては、溶接母材に、主電極を接近させて印加する高周波電圧発生期間は、溶接スタートから休止迄の期間内では最短時間であり、溶接休止から再スタートまでの期間において微小電流アークが継続していない無通電の期間中における主電流アーク再スタート移行は、高周波電圧による起動によって溶接開始する請求項１乃至３記載のアーク溶接方法とした。
【００１１】
請求項５に関しては、制御される主電源、溶接母材に接続される導電路、溶接トーチの主電極と検出器、高周波生成手段、第１の制御手段、第２の制御手段、検出器と連携して高周波生成手段の起動・停止を制御する第３の制御手段を具備し、該主電極を前記母材に接近させて高周波電圧による起動で,該主電極と母材との間にアークを発生させて、アーク熱で母材を溶接する工程において、先ず該主電極から母材へ微細なアークを発生させて、主電極のスタート位置を確定し、該アークを主電流アークに移行させて溶接する請求項１乃至４記載のアーク溶接用の装置とした。
【００１２】
請求項６に関しては、制御される主電源と高周波生成手段とを具備し、ベースの微小直流電流（約２Ａ）を常に通電して微細アークを発生させており、溶接開始指令手段で所望のアーク電流に移行させる高周波生成手段を起動する第1のコントローラを具備した請求項１乃至５記載のアーク溶接用の装置とした。
【００１３】
請求項７に関しては、前記制御される主電源は、直流をインバータで交流化し、これを整流器および、直流リアクトルで整流・平滑して直流とする主電源とした請求項５乃至６記載のアーク溶接用の装置とした。
【００１４】
請求項８に関しては、前記制御される主電源は、直流をインバータで交流化し、これを整流器および、直流リアクトルで整流・平滑して直流とする主電源であり、主電極と母材間に供給する電流の波形および電圧の調整をインバータのＰＷＭ制御で行うようにした請求項５乃至６記載のアーク溶接用の装置とした。
【００１５】
請求項９に関しては、前記ベースの微小直流電流は、０．５乃至３アンペアである、微細アークを発生可能とする直流電流値である、請求項５乃至８記載のアーク溶接用の装置とした。
【発明の効果】
【００１６】
先ず主電極の先端部位を母材の被溶接部位に接近させ、局部照明を目的とした微小電流によるアークを高周波電圧による起動で発生させる。主電極の先端部位と母材の被溶接部位の間をアークの光線で結ぶことで主電極のスタート位置を確定し易くした。該アークを主電流アークに移行させて溶接するアーク溶接方法としたのでアーク溶接のスムーズなスタートが出来て、スタート時のスパッタが発生しない、溶接品質が向上する。高周波電圧の発生期間は溶接スタートから休止迄の期間内で一回の最短時間のみであり、溶接スタートから休止を経て再スタートまでの期間は少なくとも微小電流によるアークを継続しているため、再スタート時には高周波生成手段による起動が不要である。それ故、全溶接時間を通じて高周波ノイズ障害が軽微であり、高周波生成手段の使用時間が短いので、これの温度上昇が低く抑えられるから小型化が可能となり安価に製作できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
図１は本発明の第１実施の形態を示す動作図であり、図２は本発明の第２実施の形態を示す動作図であり、図３は本発明の第１及び第２実施の形態を示す回路図である。
図４は従来のアーク溶接機によって溶接するときの時系列で示す動作図であり、この図４で先ず、従来の溶接法と動作を述べる。電源スイッチＯＮの状態で、足踏みスイッチをＯＮすると、溶接機の出力電圧がトーチと母材の間に印加されて、同時に高周波生成手段
の出力がトーチと母材の間に高い電圧で重畳されてトーチのアーク発生を助けるので溶接電流（例えば５０Ａ）が流れると同時に高温度のアークが母材とトーチ間に生じる。このアーク熱で母材が融解し、アーク中に溶接棒を入れるときは該溶接棒も融解して母材を溶接する。アーク発生と同時に高周波生成手段の出力が停止されて、高周波生成手段は次の溶接スタートの指令を待つ。
【００１８】
足踏みスイッチＦＳをＯＦＦすると、溶接機出力電圧が遮断されて、溶接電流が停止し、母材とトーチ間アークが停止する。このアーク熱が冷えるので溶接個所の融解金属が固着する。次にアーク再スタートさせるときは足踏みスイッチをＯＮすると、溶接機の出力電圧がトーチと母材の間に印加されて、同時に高周波生成手段の出力がトーチと母材の間に高い電圧で重畳されてアークが発生を助け、再び溶接電流が流れると同時に高温度のアークが母材とトーチ間に生じる。このアーク熱で母材が融解し、アーク中に溶接棒を入れるときは該溶接棒も融解して母材を溶接する。アークスタートする度に足踏みスイッチをＯＮ、高周波生成手段の出力が高い電圧で発生していたから、アークスタートの都度、高周波ノイズが発生していた。
【００１９】
高周波生成手段ＨＦの高い電圧は輻射ノイズを発生していたが、アーク再スタートの都度輻射ノイズを出さないようにしたのが、本発明による溶接法であり、その動作を図１（第１実施形態）及び図２（第２実施形態）に示す。電源スイッチＯＮの状態で、図１では足踏みスイッチＦＳをＯＮすると、溶接機の出力電圧がトーチと母材の間に印加されて、同時に高周波生成手段ＨＦの出力がトーチと母材の間に高い電圧で重畳されてアーク発生を助け、溶接電流が流れると同時に高周波生成手段ＨＦの出力を停止する。
【００２０】
溶接停止（休止）の足踏みスイッチをＯＦＦすると、従来とは違って溶接機の出力電流が極端に絞られて、トーチと母材の間に微細アークが維持されるレベルのベースの微小電流、例えば２アンペアを流しつづける。このときの微細アークをアークと称し、この微小電流をアーク電流と称しアーク溶接電流と区別する。アーク電流の設定は溶接母材の材質や厚さによる最適化を求めて決めるが、０．５アンペアから３アンペアの範囲に設定されることが有効である。
【００２１】
図３に示す回路図で実施形態を説明する。従来の装置の回路図（図５）と同じ番号・記号の部分は同じ役割の構成要素である。ＳＷは入力スイッチである。１は入力整流器で制御整流素子が用いられる場合もある、２はインバータであり直流をインバータで交流化し、３のインバータトランスで所望のインバータ出力電圧を得るように変圧する、インバータの出力周波数を高く設定したとき、このトランスは小型に設計できるので経済性と溶接機の可搬性が向上する。４は出力整流器でありインバータ交流出力を直流に変換する。５はリアクトルで６のコンデンサとのリップル平滑回路を形成する。以上で制御される主電源が形成される。７の出力端子（＋極）は溶接母材１０に導電路で繋がれ、８の出力端子（−極は９の溶接トーチ（主電極）に繋がれる。１１は第１の制御手段でありインバータの電圧制御や電流制御の制御極に与えるトリガー信号を生成する事と入力整流器が制御極つき半導体の場合の制御信号を出力し溶接出力電流を制御する。１２は第２の制御手段であり高周波電圧生成の制御をする。高周波生成手段ＨＦは溶接アーク発生を助ける。Ｄは検出器であり溶接トーチにアーク電流が通電しているか否かを検知する。ＦＳは足踏みスイッチであり溶接開始指令手段および停止指令をする手段であり、第３の制御手段１３および検出器Ｄと連携して高周波生成手段ＨＦの起動・停止を制御する。インバータは電圧制御の他に、出力波形の制御も出来るので、この主電源はパルスまたは直流を出力し、直流アーク又はパルスアーク溶接の電源となる。第３の制御手段１３は従来の装置には無いもので、本発明の装置において重要な役割を荷担している。
【００２２】
前記アーク電流を検出器Ｄが検知できないときは、足踏みスイッチのＯＮで高周波生成手段ＨＦは出力するが、検出器Ｄが検知できるレベルの電流、例えば２アンペアの電流があるときは高周波生成手段ＨＦが停止していて輻射ノイズを出さないので、従来に比べて周辺に対する輻射妨害を大幅に軽減した。高周波生成手段ＨＦが停止していても、アーク電流（例えば２アンペア）が流れているならば,再スタートのために足踏みスイッチＦＳをＯＮすると、第１の制御手段１１の作用で所望の溶接電流に移行するので高周波ノイズ障害が軽減される。所望の溶接電流に移行させるのはインバータ２をＰＷＭ制御させるトリガー信号を第１の制御手段１１によって出力して、インバータ２をＰＷＭ制御する事によって達成されるので所望の電流値への移行が、無負荷電流からアーク起動する場合よりもスムーズで速い。
【００２３】
図２（第２実施形態）では、足踏みスイッチＦＳをＯＮすると、溶接機の出力電圧がアーク電流,例えば２アンペアが流れるレベルにトーチと母材の間に印加されて、同時に高周波生成手段ＨＦの出力がトーチと母材間にアークのスタートさせ、タイミング信号で時間Ｔを経て所望の溶接電流（例えば５０Ａ）に移行する。溶接電流に移行させるのはインバータ２をＰＷＭ制御させるトリガー信号を第１の制御手段１１によって出力し、制御する事によって達成される。溶接停止指令（休止）を出すため、足踏みスイッチＦＳをＯＦＦすると、従来とは違って溶接機の出力電流が極端に絞られて、トーチと母材の間に微細アーク即ちアークが維持されるレベルの微小電流、例えば２アンペアを流しつづける。第１の制御手段１１によってトリガー信号を出力し、インバータをＰＷＭ制御する事によって微小電流から溶接電流（例えば５０Ａ）へ、又は５０Ａから２Ａへと、ＰＷＭ制御によってスムーズに移行させることができる。足踏みスイッチＦＳのＯＮ、に呼応して第３の制御手段１３が前記タイミング信号の時間Ｔの指令を出して、アーク電流から所望の溶接電流へ移行させることができる。タイミング信号の時間Ｔを第３の制御手段１３で自動生成することも、マニュアル（手動）で時間Ｔを指令する事も有効である。
【産業上の利用可能性】
【００２４】
本発明による実施形態によれば、アークポイントの狙い位置が的確に示されて、アーク電流から所望の溶接電流へ移行させることがスムーズにできるので溶接品質が向上し、従来の溶接法におけるアークスタートの度ごとに高周波生成手段を起動し重畳した際の輻射ノイズを軽減する事が出来たので、周辺の電磁環境の良化にも貢献できた。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】本発明による第１実施の形態を示す動作説明図。
【図２】本発明による第２実施の形態の動作説明図。
【図３】本発明による実施の形態を示す回路図。
【図４】従来の溶接法における動作説明図。
【図５】従来の溶接法に用いた溶接機を示す回路図。
【符号の説明】
【００２６】
１    入力整流器
２    インバータ
３    インバータトランス
４    出力整流器
５    リアクトル
６    コンデンサ
７    出力端子（＋極）
８    出力端子（−極）
９    トーチ（主電極）
１０    母材
１１    第１の制御手段
１２    第２の制御手段
１３    第３の制御手段
Ｄ    検出器
ＦＳ    足踏みスイッチ
ＨＦ    高周波生成手段
ＳＷ    入力スイッチ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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