(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
可搬式の直流アーク溶接電源を有し、この溶接電源から第1の定電流を溶接出力端子に供給してアーク溶接を行い、短絡時には前記第1の定電流よりも大なる第２の定電流を供給する可搬式直流アーク溶接機において、
前記溶接出力端子における溶接出力電圧および溶接出力電流を検出する検出回路と、
(i)前記溶接出力電圧が第1の所定値よりも高いときは前記第1の定電流を出力するための、(ii)前記溶接出力電圧が前記第1の所定値よりも低く設定された第２の所定値よりも低くなると前記第２の定電流を出力するための、(iii)前記溶接出力電圧が前記第1および第２の所定値の間にあるときは垂下特性を示すための、さらに(iv)前記溶接出力電圧が前記第２の所定値よりも低い状態の時間が所定時間以上になったら前記第１の定電流よりも小さい第３の定電流を流すための、制御信号を形成する制御回路と、
前記制御回路からの制御信号および前記検出回路からの検出電流に応じて前記溶接出力端子に溶接電流を供給する出力回路と
をそなえたことを特徴とする可搬式直流アーク溶接機。
【請求項２】
請求項１記載の可搬式直流アーク溶接機において、
前記制御回路は、前記第３の定電流による制御の後、前記溶接出力電流がゼロになったとき固着解除と判定する手段をそなえたことを特徴とする可搬式直流アーク溶接機。
【請求項３】
請求項１記載の可搬式直流アーク溶接機において、
前記制御回路は、前記第３の定電流による制御の後、前記溶接出力電圧が前記第１の所定値以上に上昇したとき固着解除と判定する手段をそなえたことを特徴とする可搬式直流アーク溶接機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、可搬式直流アーク溶接機に係わり、とくにエンジン駆動アーク溶接機およびバッテリー駆動アーク溶接機を含む可搬式直流アーク溶接機に関する。
【背景技術】
【０００２】
この種のアーク溶接機は、可搬性が示すように建築現場などに持ち込まれて使用されるべく構成されており、使用者も必ずしも熟練者でない場合が多く、溶接作業の作業性が問題になる。
【０００３】
例えば溶接棒が母材に短絡した時に大電流を流す特性の溶接機では、短絡してアークが消えても再度アークに移行させることは容易であるが、溶融金属を飛散させてスパッタ等が多く発生し、溶接品質が悪くなる。
【０００４】
他方、短絡時に大電流を流さない特性のものでは、溶接品質はよくなるが、短絡後にアークを再発生させることが難しく、アーク切れしたり溶接棒が母材に固着したままになり、ときに溶接作業が中断することにもなる。
【０００５】
そこで、溶接時には溶接用の定電流を流す特性で、短絡時にはより大きな定電流を流す特性であり、両特性の遷移領域は垂下特性を示すアーク溶接機が提供されている（特許文献１参照）。
【特許文献１】特許第２６８４３２０号明細書
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
特許文献１に示すアーク溶接機では、溶接時の定電流および短絡時の定電流を流すものであり、作業性の改善が図られている。
【０００７】
しかしながら、作業者の熟練度によっては、溶接棒が母材に固着したままになり、溶接作業が中断することがある。とくに、小電流領域およびショートアーク作業の場合に発生し易い。
【０００８】
これは、母材に固着した時に、より大きな電流を流すことにより固着した個所の溶着が一層進行し、かつ大電流により溶接棒が過熱軟化し母材から離れ難くなることによる。この場合、溶接ホルダから溶接棒を一旦外して冷却し、溶接棒を取り外して溶接ホルダに付け直し、溶接作業を再開する。この間、溶接作業は中断する。
【０００９】
本発明は上述の点を考慮してなされたもので、短絡発生時に短絡状態を早期に終息させて通常の溶接に復帰し得る可搬式直流アーク溶接機を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記目的達成のため、本発明では、
可搬式の直流アーク溶接電源を有し、この溶接電源から第１の定電流を溶接出力端子に供給して溶接を行い、短絡時には前記第１の定電流よりも大なる第２の定電流を供給する可搬式直流アーク溶接機において、
前記溶接出力端子における溶接出力電圧および溶接出力電流を検出する検出回路と、
(i)前記溶接出力電圧が第１の所定値よりも高いときは前記第１の定電流を出力するための、(ii)前記溶接出力電圧が前記第１の所定値よりも低く設定された第２の所定値よりも低くなると前記第２の定電流を出力するための、(iii)前記溶接出力電圧が前記第１および第２の所定値の間にあるときは垂下特性を示すための、さらに(iv)前記溶接出力電圧が前記第２の所定値よりも低い状態の時間が所定時間以上になったら前記第１の定電流よりも小さい第３の定電流を流すための、制御信号を形成する制御回路と、
前記制御回路からの制御信号および前記検出回路からの検出電流に応じて前記溶接出力端子に溶接電流を供給する出力回路と
をそなえたことを特徴とする可搬式直流アーク溶接機、
を提供するものである。
【発明の効果】
【００１１】
本発明は上述のように、溶接作業中に短絡が発生して短絡時間が所定時間以上の長さになったら、溶接電流よりも小さな第３の定電流を流して溶接棒を冷却し、溶接棒を母材から引き離して溶接出力電流がゼロもしくは溶接出力電圧が所定値になったら改めて溶接用定電流を通電するようにしたため、短絡により溶接棒が固着状態となっても直ちに脱却して通常の溶接作業に復帰することができる。したがって、作業者の熟練度が高くなくても効率よく溶接を行うことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下、添付図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。
【実施形態１】
【００１３】
図１は、本発明の実施形態１における回路構成を示したものである。この場合、溶接機は、エンジンＥにより溶接用発電機Ｇが駆動されるエンジン駆動アーク溶接機として構成されている。溶接用発電機Ｇの出力は、整流器ＳＣＲにより直流変換された上で、直流リアクタＬを介して溶接出力端子Ｐ，Ｎに直流電流を出力する。他方、溶接用発電機Ｇの補助出力がインバータＩＮＶにより単相交流に変換されて、ブレーカＣＢを介して交流電源出力端子Ｕ，Ｖに供給される。
【００１４】
溶接出力端子Ｐ，Ｎに供給される溶接出力は、溶接機制御回路１００により制御される。溶接機制御回路１００は、出力電圧検出回路１０１により検出された出力電圧、および変流器ＣＴにより検出された溶接出力電流に基いて整流器ＳＣＲを制御することにより出力制御を行う。
【００１５】
出力電圧検出回路１０１により検出された出力電圧Ｘは、電圧判定回路１０２により次の(a)ないし(c)の判定が行われる。
(a)Ｖ１≦Ｘ
(b)Ｖ２≦Ｘ＜Ｖ１
(c)Ｘ＜Ｖ２
この結果、Ｘの値がＶ１，Ｖ２に対してどのような関係にあるかによって３つの判定結果が得られ、判定結果に応じて(a)第１の定電流回路１０５、(b)垂下特性回路１０６、(c)限時回路１０３およびゲート回路１０４、に出力が与えられる。
【００１６】
この電圧判定回路１０２の判定結果に応じて、第１の定電流回路１０５、垂下特性回路１０６に加えて、第２の定電流回路１０７および第３の定電流回路１０８が、溶接電流設定器２０１またはトリマＴから与えられる電流設定値を基準に、電流制御信号を形成して出力電流制御回路１１０に与える。
【００１７】
溶接電流設定器２０１は、基本的に第１の定電流（溶接電流）回路１０５に対する電流値設定を行う。そして、第２の定電流（短絡電流）回路１０７は、第１の定電流の設定値に連動して２．０ないし３．０倍の範囲で増減する電流値設定が行われる。これに対し、第３の定電流回路１０８は、独自の調整用トリマＴを有し、第１、第２の定電流から独立して第３の定電流が設定される。
【００１８】
第１の定電流回路１０５および第２の定電流回路１０７は、溶接電流設定器２０１から電流Ｉ１，Ｉ２が与えられ、垂下特性回路１０６は、Ｉ１およびＩ２が与えられ、これらの基準電圧に基いて出力電流制御回路１１０に対して制御信号を出力する。第３の定電流回路１０８は、トリマＴからの設定値に基き制御信号を出力する。
【００１９】
この第３の定電流回路１０８が出力を生じているとき、限時回路１０３の出力によりゲート回路１０４が閉じられて、電圧判定回路１０２の出力が第２の定電流回路１０７の出力が出力電流制御回路に与えられることがないようにしている。すなわち、出力電圧ＸがＸ≦Ｖ２であるとき、第２の定電流回路１０７と第３の定電流回路１０８の何れか一方のみから出力が出て、両方から出ることがないようにしている。
【００２０】
出力電流制御回路１１０は、電流制御信号を、変流器ＣＴから変換器２０２および出力電流検出回路１０９を介して与えられた電流検出信号と比較して駆動信号を形成し、サイリスタ駆動回路１１１に与えて整流器ＳＣＲを制御する。これにより、溶接出力端子Ｐ，Ｎに与えられる溶接電流が制御される。
【００２１】
この電流制御によって大電流が長く流れることが防止され、溶接棒の固着が解除される時に発生する被覆溶接棒の被覆材の劣化または損傷がなくなり、溶接品質が安定化できる。また、溶接棒の固着が容易に解除できるようになった結果、未熟練者のとってはアークスタートが簡単になり、熟練者にとっても溶接後のグラインダ仕上げ等の作業が軽減され、作業性が大幅に改善される。
【００２２】
図２は、図１に示した回路の動作を示すフローチャートであり、図３は、その動作内容を示す電流−電圧特性図である。図２のフローチャートに基いて図３の特性図を参照しながら、図１に示した回路の動作を説明する。
【００２３】
いま溶接機が始動し、溶接出力準備が完了したとする（ステップＳ１）。これによりステップＳ２に移行して溶接中か否かの判断がされ、溶接中でなければステップＳ２に留まって溶接が始まるのを待ち、溶接中であればステップＳ３に移行して溶接出力電圧Ｘが基準電圧Ｖ１よりも小であるか、または等しいかが判断される。
【００２４】
この基準電圧Ｖ１は、図３に示すように、溶接用の定電流（第１の定電流Ｉ１）制御領域から垂下特性領域への移行点であり、出力電圧Ｘが、Ｖ１より大、つまりＶ１≦Ｘなる関係にあればステップＳ４に移行して第一の定電流制御を行いステップＳ３に戻る。この状態が、通常の溶接作業状態である。
【００２５】
一方、出力電圧ＸがＶ１より小であればステップＳ５に移行して基準電圧Ｖ１とこのＶ１より低く設定されたもう一つの基準電圧Ｖ２との間にあるか、が判定される。このもう一つの基準電圧Ｖ２は、垂下特性から短絡時の定電流特性領域への移行点である。そして、溶接出力電圧Ｘが２つの基準電圧Ｖ１，Ｖ２の間にあれば、ステップＳ６に移行して垂下特性による制御が行われる。
【００２６】
これに対して、溶接出力電圧Ｘが基準電圧Ｖ２よりも低いとステップＳ７による短絡時の定電流（第２の定電流Ｉ２）制御が行われ、併せてステップＳ８による第２の定電流制御の時間が計測される。
【００２７】
この時間は０．１〜０．５秒であり、この時間が継続するまでは第２の定電流制御が行われるが、短絡状態が所定時間継続すると、ステップＳ９に移行して第３の定電流（Ｉ３）制御が行われる。この第３の定電流Ｉ３とは、図３に示すように、第１の定電流より小さく、溶接棒を熱することがなくてしかも通電しているか否かを確実に検出できる大きさ、例えば３〜１０Ａの電流である。
【００２８】
第３の定電流により溶接出力電流を制限した結果、溶接棒が自然冷却され、固着を解除し易くなる。溶接棒を母材から引き離すと、溶接出力電流がゼロになり、かつ出力電圧が上昇するから、これらの何れかを検出することによりステップＳ１０の固着解除か否かの判定を行うことができる。固着が解除されれば、ステップＳ２に戻って再び溶接作業を行うことができる。
【００２９】
図３に示す特性を用いて改めて実施形態１の動作を概括的に説明すると、次の通りである。溶接用出力端子Ｐ，Ｎ（図１）の開放電圧はＶ０であり、溶接時は第１の定電流Ｉ１で定電流制御が行われる。
【００３０】
そして、溶接中に短絡が起きると、第２の定電流Ｉ２で定電流制御が行われる。溶接作業中に短絡が起き掛けると、基準電圧Ｖ１ないしＶ２の範囲で垂下特性領域を辿って第１の定電流領域に戻るが、溶接棒が溶着すると第２の定電流領域で制御される。
【００３１】
第２の定電流領域の動作が０．１〜０．５秒続くと、第３の定電流領域に移行する。これにより溶接棒が冷えると母材から引き外すことができ、引き外すと溶接出力電流がゼロになるか、または出力電圧が上昇する。これを検知し、固着解除であると判定して通常の溶接動作に戻る。
【００３２】
短絡が起きる都度、溶接棒に流される電流は第３の定電流に落とされるから、溶接棒は冷却されて母材から引き外し易くなり、溶接作業を継続的かつ円滑に行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】本発明の実施形態１の回路構成を示す回路図。
【図２】図１に示した実施形態１の動作を示すフローチャート。
【図３】図１に示した実施形態１の動作特性を示す電流―電圧特性図。
【符号の説明】
【００３４】
Ｅ  エンジン、Ｇ  溶接機、ＳＣＲ  整流器、ＩＮＶ  インバータ、
Ｌ  直流リアクタ、ＣＢ  ブレーカ、１００  溶接機制御回路、
１０１  出力電圧検出回路、１０２  電圧判定回路、１０３  限時回路、
１０４  ゲート回路、１０５  第1の定電流回路、１０６  垂下特性回路、
１０７  第２の定電流回路、１０８  第３の定電流回路、
１０９  出力電流検出回路、１１０  出力電流制御回路、
１１１  整流器駆動回路、２０１  溶接電流検出回路、２０２  変換器、
Ｖ０，Ｖ１，Ｖ２  電圧、Ｉ１  第１の定電流、Ｉ２  第２の定電流、
Ｉ３  第３の定電流。
【図１】
0004550001.tif 000002
【図２】
0004550001.tif 000003
【図３】
0004550001.tif 000004