(57)【要約】【課題】短絡溶接とパルス溶接を１台の溶接機で行うことができる装置を提供する。【解決手段】交流電流１を整流して直流とする整流回路２とインバータ回路３とトランス４とトランス４の出力を整流して直流とする第２の整流回路５と第２の整流回路５に接続された第１のリアクトル６を有するアーク溶接機において、  第２の整流回路６に並列に接続され、第１のリアクトル６よりも大きいリアクタンスを有する電流回路１０を備える。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
交流電流を整流して直流とする整流回路と前記整流回路の出力を高周波交流に変換するインバータ回路と前記インバータ回路の出力をアーク溶接に適した電圧に変換するトランスと前記トランスの出力を整流して直流とする第２の整流回路と前記第２の整流回路に接続された第１のリアクトルを有するアーク溶接機において、
前記第２の整流回路に並列に接続され、前記第１のリアクトルよりも大きいリアクタンスを有する電流回路を備えることを特徴とするアーク溶接機。
【請求項２】
前記第１のリアクトルのリアクタンスは、２０μＨ（マイクロヘンリー）以下であり、前記第２の整流回路に並列に接続された電流回路のリアクタンスは、１００μＨ以上であることを特徴とする請求項１記載のアーク溶接機。
【請求項３】
前記第２の整流回路に並列に接続された電流回路は、電流を制御する電流制御回路と、
前記制御された電流を整流する第３の整流回路と、
前記第３の整流回路に接続された第２の直流リアクトルとを備えることを特徴とする請求項１乃至２記載のアーク溶接機。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、交流電流を整流して直流とし、その出力をＰＷＭ制御によるインバータ回路により高周波交流とし変圧器により適宜変圧した後に整流回路にて直流とする方式のアーク溶接機の改良に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の定電圧方式のマグ溶接電源を図４に示して説明する。図４において、４０は電流重畳回路の直流リアクタ、４１は出力側主回路の直流リアクタ、４２はワイヤ、４３は１対のワイヤの送給ロ−ラ、４４は通電チップ、４５はア−ク負荷である。そして、出力側主回路は、二次巻線５６の両端から整流器６、直流リアクタ４１、通電チップ４４、ワイヤ４２、ア−ク負荷４５、ワ−クを経て変圧器４に至る構成となっている。また、電流重畳回路は二次巻線５６の端部からコンデンサ５１，全波整流用ダイオ−ド５２、直流リアクタ４０、直流リアクタ４１、通電チップ４４、ワイヤ４２、ア−ク負荷４５を経て二次巻線５６の中点に至る構成となっている。なお、電流重畳回路に流れる電流の値は通常の溶接電流よりは小さいがア−クを十分に維持できる大きさになるようにコンデンサ５１の容量を選定してある。以下、動作について説明する。たとえばア−クスタ−ト時に、ワイヤの先端が過度に吹き飛び、ア−ク電圧が高くなると、溶接電流が不足する。しかし、電流重畳回路から電流が供給される結果、ア−クは切れない。定電圧方式のマグ溶接電源を例にとり説明したが、パルス溶接電源に適用し、重畳回路から供給する電流の値をベ−ス電流よりも僅かに小さくなるように設定すれば、溶接中のたとえばワイヤの送給抵抗の変化によりア−ク長が長くなって、ベ−ス電流ではア−ク切れを生じたるばあいでも、ア−ク切れを発生させないようにすることができる（例えば特許文献１参照）。
【０００３】
【特許文献１】
特開平５−３１８１２８号公報（第３頁右列２０行〜第４頁左列８行、図４）
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来のアーク溶接機では、１台のアーク溶接機で短絡溶接とパルス溶接を行うことは容易ではなかった。これは短絡溶接ではゆるやかな溶接電流変化が要求され、パルス溶接では急峻な溶接電流変化が要求されるためである。この溶接電流変化を制御するハードは、図４の４１出力平滑用の直流リアクトルである。短絡溶接では、通常、３０μＨ（マイクロヘンリー）〜２００μＨの直流リアクトルを使用している。パルス溶接では、通常５μＨ〜２０μＨの直流リアクトルを使用している。
短絡溶接とパルス溶接を１台の溶接機で行う場合、リアクタンスの小さいパルス溶接の直流リアクトルを使用し、リアクタンスの足りない分は、図４の制御回路１７を制御することで直流リアクトルが増加したような電流変化を起こさせる、いわゆる電子リアクトル制御でカバーしている。リアクタンスを減少させることは困難であるが、増加させることはできるため、ハードのリアクトルはパルス溶接の小さい物を選択し、小さなリアクタンス＋電子リアクトルで短絡溶接を行うことになる。
【０００５】
しかしながら、大電流でのマグ短絡溶接やＣＯ２シールドガスでの短絡溶接では、小さなリアクタンス＋電子リアクトル制御だけでは、安定した溶接現象を維持することが困難である。このため、従来は大きなリアクタンスの短絡溶接用のアーク溶接機と、小さなリアクタンスのパルス溶接用のアーク溶接機の２種類の溶接機となっていた。ユーザは２種類の溶接機を準備することで、装置の費用アップ、予備品の増加、溶接法による溶接機の交換時間が必要と言う問題があった。
【０００６】
また、従来技術の回路の場合、コンデンサ５１は、ダイオード５２と直列に接続されているので直ちにピーク充電されていた。したがって、変圧器の出力電圧をＶｉ、重畳回路の出力電圧をＶｏ、電流をＩｏ、コンデンサ容量をＣとすると、電流重畳回路から出力されるエネルギーＶｏ・Ｉｏは、コンデンサの充放電エネルギＣ・Ｖｉ・Ｖｉに比例、すなわち、変圧器の出力電圧Ｖｉの２乗に比例することになる。ＰＷＭ制御の場合、電圧Ｖｉを一定にした状態でオン時間を制御することによりエネルギを変化させるため、従来技術におけるＣ・Ｖｉ・Ｖｉの値は略一定になっていた。すなわち、短絡時のように出力電圧Ｖｏが低い場合には、電流Ｉｏが異常に大きくなり、また、出力電流Ｉｏは、出力電圧Ｖｏの値が一定であれば、メインの電流値に関係なく、ほぼ一定になっていた。このため、メインの電流が大きいときに重畳回路に大電流を流そうとすると、メインの電流が小さいときにも、重畳回路には、大きい電流が流れることになり、短絡溶接とパルス溶接を１台の溶接機で実現することはできなかった。
そこで、本発明はこのような問題点に鑑みてなされたものであり、短絡溶接とパルス溶接を１台の溶接機で行うことができる装置を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記問題を解決するため、本発明は、次のように構成したのである。
請求項１記載のアーク溶接機は、交流電流を整流して直流とする整流回路と前記整流回路の出力を高周波交流に変換するインバータ回路と前記インバータ回路の出力をアーク溶接に適した電圧に変換するトランスと前記トランスの出力を整流して直流とする第２の整流回路と前記第２の整流回路に接続された第１のリアクトルを有するアーク溶接機において、前記第２の整流回路に並列に接続され、前記第１のリアクトルよりも大きいリアクタンスを有する電流回路を備えることを特徴とするものである。
請求項２記載のアーク溶接機は、前記第１のリアクトルのリアクタンスは、２０μＨ（マイクロヘンリー）以下であり、前記第２の整流回路に並列に接続された電流回路のリアクタンスは、１００μＨ以上であることを特徴とするものである。
【０００８】
請求項３記載のアーク溶接機は、前記第２の整流回路に並列に接続された電流回路は、電流を制御する電流制御回路と、前記制御された電流を整流する第３の整流回路と、前記第３の整流回路に接続された第２の直流リアクトルとを備えることを特徴とするものである。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の具体的実施例を図に基づいて説明する。
（第１実施例）
図１は、本発明のアーク溶接装置の構成図である。
商用交流電源１の電流は第１の整流回路２で直流に変換される。第１の整流回路２の出力はインバータ回路３で２０ＫＨＺ〜２００ＫＨＺの高周波に変換される。インバータ回路３の出力は、絶縁トランス４で溶接に適した電圧に変換され、第２の整流回路５で直流に変換され直流リアクトル６を通り、溶接電極７にて、アーク溶接部でアーク電流となる。この絶縁トランス４から、第２の整流回路５、直流リアクトル６のルートは、図４の従来の溶接機と同じである。直流リアクトル６は、パルス溶接用として、２０μＨ以下のリアクトルを適用している。
本発明では第２の整流回路５に並列な電流回路１０を有している。並列な電流回路１０では、絶縁トランス４で溶接に適した電圧は、電流制御回路１１を通り、第３の整流回路１２で直流に変換され、直流リアクトル１３、直流リアクトル６を通り、アーク溶接部に電流を供給する。また、電流制御回路１１は、半導体素子によって構成され、制御回路１７の信号で半導体のゲートをＯＮ／ＯＦＦし、流れる電流を制御している。直流リアクトル１３は、１００μＨ〜２０００μＨのリアクトルを適用している。
【００１０】
大電流でのマグ短絡溶接またはＣＯ２溶接における溶接不安定の原因は、アーク切れであり、溶接部に電流を供給してアーク切れを抑制すれば、溶接が安定することを活用している。
直流リアクトル１３は１００μＨ〜２０００μＨとリアクタンスが大きいが、絶縁トランス４、第２の整流回路５、直流リアクトル６のルートと並列に入っているため、パルス溶接における電流立ち上がりの邪魔をしない。直流リアクトル１３が有効に働くのは、短絡溶接のアーク期間中にアーク切れが発生する場合である。アーク切れとは、溶融プールの振動や溶融プール内のガス爆発等により、溶接棒と被溶接材の距離が突然離れて溶接電流が減少することにより、アークを維持することができなくなった状態である。アーク切れを防止するためには、溶接電流の減少に反応して電流を供給する直流リアクトル１３が有効である。メインの直流リアクトル６は小さいため、アーク切れ防止にはほとんど寄与しないが、並列に入った直流リアクトル１３は、１００μＨ〜２０００μＨと大きいために、アーク切れ防止の役割を十分にはたしている。
【００１１】
またアークスタート時の急峻な電流の立ち上がり変化に対しても、直流リアクトル１３はメインと並列に入っているため、電流上昇を妨げることは無い。
絶縁トランス４から電流制御回路１１を通り、第３の整流回路１２、直流リアクトル１３に適正な量の電流が流れるように、制御回路１７は、電流制御回路１１を制御している。
溶接部に供給する適正な量の電流とは、絶縁トランス４、整流回路５、直流リアクトル６のルートを通る溶接の邪魔をしない電流量である。溶接が不安定な場合は、電流量を増す必要がある。またアーク切れは、必ずアーク時に発生するため、短絡溶接においては、短絡時より、アーク時により多くの電流が流れるように制御している。すなわち、溶接時のアーク電流が大きいほど、より多くの電流を電流回路１０に流すように制御している。つまり、アーク電流の３０％〜８０％の電流を電流回路１０に流すように制御している。
電流制御回路１１は、交流電流を制御しているが、整流回路１２と直流リアクトル１３の間に入れて、直流電流を制御しても同様の効果を得ることができる。
【００１２】
（第２実施例）
第２の実施例について、図２に示す。電流制御回路１１は、コンデンサ２１、２２で構成されている。図２の場合、絶縁トランス４で変換する電圧を第２の整流回路５にかかる電圧より、電流制御回路１１にかかる電圧が高くなるように、絶縁トランス４の巻数を変えておく。コンデンサ２１、２３はインバータ回路３が１００％オン時に充電完了とならない容量のものが選択されている。
絶縁トランス４、電流制御回路１１、整流回路１２の電圧が、絶縁トランス４から第２の整流回路５の電圧より高いため、電流は絶縁トランス４から、電流制御回路１１を通り整流回路１２のルートで流れようとするが、コンデンサ２１、２２で構成される電流制御回路１１は、絶縁トランス４から整流回路１２を通る電流を制限する。
すなわち、絶縁トランスにかかる電圧（平均電圧）が高ければ、流れる電流が大きくなり、絶縁トランスにかかる電圧が低ければ、流れる電流が小さくなる。
【００１３】
短絡溶接では、短絡時には絶縁トランスにかかる電圧が小さくなり、アーク時には絶縁トランスにかかる電圧が高くなる。アーク切れは必ずアーク時に発生するため、本発明では、アーク時に絶縁トランス４にかかる電圧が高くなり、より多くの電流を絶縁トランス４から電流制御回路１１を通り、整流回路１２、直流リアクトル１３に流すことにより、アーク切れを防止できる。
また、電流制御回路１１には、コンデンサの代わりにコイルを用いてもよい。コイルを用い場合を図３に示す。コイルは、交流電流を制限する機能を持っているため、コンデンサと同じ役割をはたす。
【００１４】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明のアーク溶接機では、メインの電流回路と並列にアーク切れ防止回路を入れることで短絡溶接とパルス溶接を１台の溶接機で実現することができるという効果がある。
また、商用交流電源の変動により、インバータ回路の出力電圧のピーク値は、変動するが、１次側電圧変動の影響を受けにくい構成となっているので、溶接が安定するという格段の効果を奏するものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１構成図
【図２】本発明の第２構成図
【図３】電流制御回路の構成図
【図４】従来技術の図
【符号の説明】
１：商用交流電源
２：第１の整流回路
３：インバータ回路
４：絶縁トランス
５：第２の整流回路
６：直流リアクトル
７：溶接トーチ
８：母材
１０：電流回路
１１：電流制御回路
１２：整流回路
１３：直流リアクトル
１７：制御回路
２１、２２：コンデンサ
３１、３２：コイル
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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