(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
入力商用交流電圧を整流する入力側整流器と、該入力側整流器の出力直流電圧を上記商用交流電圧の周波数に比して高い周波数の高周波電圧に変換する高周波変換器と、該高周波変換器の出力とＴＩＧ溶接電源出力端子との間に第１の切換えスイッチを介して結合されたＴＩＧ溶接電圧発生部と、上記高周波変換器の出力と抵抗溶接電源出力端子との間に第２の切換えスイッチを介して結合された抵抗溶接電圧発生部と、ＴＩＧ溶接と抵抗溶接とを選択的に切換える溶接切換え制御部と、を含み、
上記溶接切換え制御部は、ＴＩＧ溶接選択時には上記第１の切換えスイッチをオン、第２の切換えスイッチをオフにすると共に、ＴＩＧ溶接に必要な大きさの電流ならびに溶接時間が得られるように上記高周波変換器の動作を制御し、抵抗溶接選択時には上記第１の切換えスイッチをオフ、第２の切換えスイッチをオンにすると共に、抵抗溶接に必要な大きさの電流ならびに溶接時間が得られるように上記高周波変換器の動作を制御する、
溶接電源装置。
【請求項２】
ＴＩＧ溶接電圧発生部は、第１のスイッチとＴＩＧ溶接電源出力端子との間に直列に結合された第１の溶接電源変圧器と第１の出力側整流器と第１のリアクトルとを含み、抵抗溶接電圧発生部は、第２のスイッチと抵抗溶接電源出力端子との間に直列に結合された第２の溶接電源変圧器と第２の出力側整流器と第２のリアクトルとを含むことを特徴とする、請求項１に記載の溶接電源装置。
【請求項３】
ＴＩＧ溶接電源変圧器と抵抗溶接電源変圧器は、共通の鉄心にそれぞれの巻線を巻回して１個の変圧器として構成されていることを特徴とする、請求項２に記載の溶接電源装置。
【請求項４】
ＴＩＧ溶接電圧発生部、抵抗溶接電圧発生部にはそれぞれ溶接電流検出器が設けられており、各溶接電流検出器はそれぞれの溶接時の溶接電流の大きさを検出して、その溶接電流の大きさを表わす信号を溶接切換え制御部に供給し、該溶接切換え制御部は上記信号に応答して各溶接時に所定の大きさの溶接電流が得られるように高周波変換器を制御することを特徴とする、請求項１乃至３のいずれかに記載の溶接電源装置。
【請求項５】
ＴＩＧ溶接電圧発生部および抵抗溶接電圧発生部に共通のワーク接続端子に１個の溶接電流検出器が設けられており、該溶接電流検出器はそれぞれの溶接時の溶接電流の大きさを検出して、その溶接電流の大きさを表わす信号を溶接切換え制御部に供給し、該溶接切換え制御部は上記信号に応答して各溶接時に所定の大きさの溶接電流が得られるように高周波変換器を制御することを特徴とする、請求項１乃至３のいずれかに記載の溶接電源装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、溶接電源装置に関するものであり、特に金型補修用に適した溶接電源装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
金型は、長期にわたって使用すると摩耗し、また保管時あるいは取り扱い中に他の金型や物品に当たって割れ、欠け、あるいは打痕等の損傷を受けることがある。このような摩耗した金型あるいは損傷を受けた金型については、その金型と同じまたは同等の材質の補修用金属材料を摩耗した部分、損傷を受けた部分に溶接して補修し、再利用している。
【０００３】
補修用金属材料は通常非常に小さく、これを金型の補修部に溶接するには先ず抵抗溶接により短時間で仮溶接し、次いでＴＩＧ（Tungsten Inert Gas）溶接で肉盛りしている。補修用金属材料を金型の補修部に溶接した後、補修した部分を研磨して金型を再生している。
【０００４】
補修用金属材料をＴＩＧ溶接のみによって金型の補修部に溶接しようとすると、補修用金属材料が非常に小さいため、ＴＩＧ溶接時に使用される例えばアルゴンのようなイナートガス流によって上記補修用金属材料が吹き飛ばされて、これを所定の位置に溶接することができない。一方、抵抗溶接のみによって金型を補修しようとすると、補修部への補修用金属材料の溶け込みが少なく、充分な肉盛りができない。このようなことから、補修用金属材料を金型の補修部に溶接するには、先ず抵抗溶接による仮溶接と、それに続くＴＩＧ溶接とを必要とする。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
このため、従来は金型の摩耗した部分や、割れ、欠け等の損傷を受けた箇所を補修するには、独立した抵抗溶接用電源装置とＴＩＧ溶接用電源装置とを準備しておく必要があり、補修作業も抵抗溶接の終了後に電源装置をＴＩＧ溶接用に取替えてＴＩＧ溶接を行う必要があり、非常に面倒で作業効率も良くなかった。
【０００６】
本発明は、単独で抵抗溶接電源装置としての機能とＴＩＧ溶接電源装置としての機能を兼ね備えた溶接電源装置を提供することを目的としたものである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本願の第１の発明は、入力商用交流電圧を整流する入力側整流器と、該入力側整流器の出力直流電圧を上記商用交流電圧の周波数に比して高い周波数の高周波電圧に変換する高周波変換器と、該高周波変換器の出力とＴＩＧ溶接電源出力端子との間に第１の切換えスイッチを介して結合されたＴＩＧ溶接電圧発生部と、上記高周波変換器の出力と抵抗溶接電源出力端子との間に第２の切換えスイッチを介して結合された抵抗溶接電圧発生部と、ＴＩＧ溶接と抵抗溶接とを選択的に切換える溶接切換え制御部とを具備している。この溶接切換え制御部は、ＴＩＧ溶接選択時には上記第１の切換えスイッチをオン、第２の切換えスイッチをオフにすると共に、ＴＩＧ溶接に必要な大きさの電流ならびに溶接時間が得られるように上記高周波変換器の動作を制御し、抵抗溶接選択時には上記第１の切換えスイッチをオフ、第２の切換えスイッチをオンにすると共に、抵抗溶接に必要な大きさの電流ならびに溶接時間が得られるように上記高周波変換器の動作を制御する。
【０００８】
本願の第２の発明は、第１の発明において、ＴＩＧ溶接電圧発生部は、第１のスイッチとＴＩＧ溶接電源出力端子との間に直列に結合された第１の溶接電源変圧器と第１の出力側整流器と第１のリアクトルとを含み、抵抗溶接電圧発生部は、第２のスイッチと抵抗溶接電源出力端子との間に直列に結合された第２の溶接電源変圧器と第２の出力側整流器と第２のリアクトルとを含むことを特徴とするものである。
【０００９】
本願の第３の発明は、第２の発明において、ＴＩＧ溶接電源変圧器と抵抗溶接電源変圧器は、共通の鉄心にそれぞれの巻線を巻回して１個の変圧器として構成されていることを特徴とするものである。
【００１０】
本願の第４の発明は、第１乃至第３の発明において、ＴＩＧ溶接電圧発生部、抵抗溶接電圧発生部にそれぞれ溶接電流検出器が設けられており、各溶接電流検出器はそれぞれの溶接時の溶接電流の大きさを検出して、その溶接電流の大きさを表わす信号をフィードバック信号として溶接切換え制御部に供給し、溶接切換え制御部は上記信号に応答して各溶接時に所定の大きさの溶接電流が得られるように高周波変換器を制御することを特徴とするものである。
【００１１】
本願の第５の発明は、第１乃至第３の発明において、ＴＩＧ溶接電圧発生部および抵抗溶接電圧発生部に共通のワーク接続端子に１個の溶接電流検出器が設けられており、この１個の該溶接電流検出器によりそれぞれの溶接時の溶接電流の大きさを検出して、それぞれの溶接電流の大きさを表わす信号を溶接切換え制御部に供給し、溶接切換え制御部は上記信号に応答して各溶接時に所定の大きさの溶接電流が得られるように高周波変換器を制御することを特徴とするものである。
【００１２】
【発明の実施の形態】
図１において、鎖線で囲んだ部分１は本発明による金型補修に適した溶接電源装置の一実施形態を示し、２はその入力側整流器で、入力端子４、４には商用電源が結合されて商用交流電圧が供給される。入力側整流器２で商用交流電圧を整流して得られた直流は高周波変換器、例えばインバータ６で上記商用交流電圧の周波数に比して遙かに高い周波数、例えば１０ＫＨｚ以上の周波数の高周波に変換される。
【００１３】
インバータ６で生成された高周波電圧は、第１のスイッチ８を介してＴＩＧ溶接電圧発生部９に結合され、また第２のスイッチ１８を経て抵抗溶接電圧発生部１９に結合されている。ＴＩＧ溶接電圧発生部９は、１次巻線が上記第１のスイッチ８を介してインバータ６の出力に結合されていて、ＴＩＧ溶接に適した電圧に変換された出力高周波電圧を発生するＴＩＧ溶接電源変圧器１０と、該変圧器１０の２次巻線に結合された２相半波整流用ダイオード１２、１３を含む出力側整流器１１と、該出力側整流器１１とＴＩＧ溶接電源出力端子１６との間に直列に結合されたリアクトル１４とＴＩＧ溶接電流検出器１５とを含んでいる。
【００１４】
同様に、抵抗溶接電圧発生部１９は、１次巻線が上記第２のスイッチ１８を介してインバータ６の出力に結合されていて、抵抗溶接に適した電圧に変換された出力高周波電圧を発生する抵抗溶接電源変圧器２０と、該変圧器２０の２次巻線に結合された２相半波整流用ダイオード２２、２３を含む出力側整流器２１と、該出力側整流器２１と抵抗溶接電源出力端子２６との間に直列に結合されたリアクトル２４と抵抗溶接電流検出器２５とを含んでいる。
【００１５】
溶接作業時には、ＴＩＧ溶接電源出力端子１６にＴＩＧ溶接用トーチ（電極）２８が接続される。ＴＩＧ溶接用トーチ２８は、図には示されていないが、周知のようにタングステン電極と、該タングステン電極を取り囲んでアルゴンのようなイナートガスを流出するノズルとを具備している。イナートガスはアークをシールドして安定させると共に溶接金属が大気中の酸素、窒素等と反応して悪影響を受けるのを防止するシールドガスとして作用する。また、抵抗溶接電源出力端子２６には抵抗溶接用トーチ（電極）３０が接続されている。
【００１６】
電源変圧器１０、２０の各中間タップは接続点３２で互いに接続されてワーク接続端子３４に接続されている。ワーク接続端子３４には補修を行う金型と補修用金属材料とを含むワーク（母材）３６が接続されている。
【００１７】
３８は溶接選択装置で、これがＴＩＧ溶接を選択すると、スイッチ８をオン、スイッチ１８をオフにすると共に、高周波変換器制御装置、本実施形態ではインバータ制御装置４０にＴＩＧ溶接選択信号を供給する。また、溶接選択装置３８が抵抗溶接を選択すると、スイッチ８をオフ、スイッチ１８をオンにすると共に、インバータ制御装置４０に抵抗溶接選択信号を供給する。このことから、溶接選択装置３８とインバータ制御装置４０は共同して溶接切換え制御部４１を構成している。
【００１８】
インバータ制御装置４０は、溶接選択装置３８から供給される溶接選択信号に応答してインバータ６の動作時間と出力電流の大きさを、抵抗溶接時、ＴＩＧ溶接時のそれぞれに適合するように制御する。インバータ制御装置４０には、ＴＩＧ溶接起動用のトーチスイッチ４２と抵抗溶接起動用のトーチスイッチ４４がそれぞれ設けられている。インバータ制御装置４０には、さらに溶接電流検出器１５、２５からそのときの溶接電流の大きさを表わす信号がフィードバック信号として供給され、該インバータ制御装置４０はその信号に応答して各溶接に必要な大きさの溶接電流が維持されるようにインバータ６の動作を制御する。
【００１９】
上記の構造を具えた本発明の溶接電源装置において、摩耗した金型あるいは損傷を受けた金型を補修するときは、補修する金型の補修部に補修用金属材料を載置したものをワーク３６としてワーク接続端子３４に接続する。溶接選択装置３８で先ず抵抗溶接を選択すると、インバータ制御装置４０はインバータ６を抵抗溶接の仕様に設定する。また、スイッチ８をオフ、スイッチ１８をオンにする。
【００２０】
抵抗溶接仕様では、インバータ６は、抵抗溶接電源出力端子２６において、例えば、無負荷電圧２０Ｖ、溶接電圧５Ｖ、溶接電流７５０Ａ、溶接時間３０ｍＳ（ミリ秒）が得られるように設定される。こゝで、抵抗溶接用トーチ３０をワーク３６に接触し、抵抗溶接起動用トーチスイッチ４４をオンにすると（ＴＩＧ溶接起動用トーチスイッチ４２はオフ）、インバータ制御装置４０は上記の抵抗溶接仕様に従ってインバータ６を動作させ、補修用金属材料の金型に対する仮溶接が行なわれる。このときの溶接電流は抵抗溶接電流検出器２５により検出されて、その検出された電流値を表わす信号はフィードバック信号として上記インバータ制御装置４０に供給される。これによってインバータ制御装置４０は、図２（ａ）に示すように、例えば７５０Ａに維持された溶接電流を３０ｍＳ流すようにインバータ６の動作を制御し、補修用金属材料の金型への仮溶接が行なわれる。
【００２１】
補修用金属材料の仮溶接後、溶接選択装置３８でＴＩＧ溶接を選択すると、スイッチ８がオン、スイッチ１８がオフになり、インバータ制御装置４０はインバータ６をＴＩＧ溶接仕様に設定する。ＴＩＧ溶接仕様では、インバータ６はＴＩＧ溶接電源出力端子１６において、例えば、無負荷電圧８０Ｖ、溶接電圧２０Ｖ、溶接電流２５０Ａ、溶接時間６００ｍＳ（ミリ秒）が得られるように設定される。こゝで、ＴＩＧ溶接起動用トーチスイッチ４２をオンにすると（抵抗溶接起動用トーチスイッチ４４はオフ）、インバータ制御装置４０は上記のＴＩＧ溶接仕様に従ってインバータ６を動作させる。
【００２２】
ＴＩＧ溶接開始時には周知の態様でトーチ２８内にイナートガスが流れ、図には示されていない高周波発生装置から供給される高周波電圧によりトーチ内（電極とノズル間）にパイロットアークが発生する。ＴＩＧ溶接用トーチ２８をワーク３６に接近させると、トーチ２８とワーク３６すなわち金型の補修部との間に主アークが発生する。主アーク電流はＴＩＧ溶接電流検出器１５により検出されて、その主アーク電流の大きさを表わす信号はインバータ制御装置４０にフィードバックされる。これによってインバータ制御装置４０は、図２（ｂ）に示すように、例えば２５０Ａに維持された溶接電流を６００ｍＳ（ミリ秒）流すようにインバータ６の動作を制御する。このＴＩＧ溶接により金型と補修用金属材料との溶接部に必要な肉盛りが行なわれる。
【００２３】
なお、ＴＩＧ溶接の開始時にはＴＩＧ溶接用トーチ（電極）は冷えているから、通常は主アークの開始時に図２（ｂ）に示すように短時間大電流を流して所謂ホットスタートさせている。金型に所定の肉盛りを施した後、補修部を研磨して金型の補修は終了する。
【００２４】
本発明の溶接電源装置の上述の実施形態では、ＴＩＧ溶接電源変圧器１０および抵抗溶接電源変圧器２０を別々に設けているが、これら２個の変圧器を１個の共通の鉄心にそれぞれの変圧器用の巻線を磁気的に疎結合状態で巻回して構成された１個の変圧器に置換することもできる。このように構成すると、部品点数が少なくなって溶接電源装置の小型化を実現することができる。溶接電流を検出するために２個の電流検出器１５、２５を設ける代わりに、接続点３２とワーク接続端子３４との間に１個の溶接電流検出器を設け、各溶接時に検出された溶接電流の大きさを表わす信号をインバータ制御装置４０に供給するようにしてもよい。このように構成した場合も、部品点数を減少させることができ、溶接電源装置の小型化を図ることができる。また、実施形態では高周波変換器としてインバータを使用しているが、これに代えてチョッパその他同等の作用をするものを使用してもよい。
【００２５】
なお、上述の実施形態では、ＴＩＧ溶接起動用のトーチスイッチ４２と抵抗溶接起動用のトーチスイッチ４４は同時にオンすることはないとしているが、一方のトーチスイッチがオン状態にあるときに何らかの原因で他方のトーチスイッチがターンオンした場合は、インバータ制御回路４０でインタロックするか、あるいはインバータ６を停止させるようにすることが望ましい。また、ＴＩＧ溶接起動用のトーチスイッチ４２と抵抗溶接起動用のトーチスイッチ４４とを別々に設ける代わりに１個の起動用スイッチ、例えば１個の足踏み式スイッチとして、１回目の足踏みで抵抗溶接を起動させ、２回目の足踏みで抵抗溶接を停止させると共にＴＩＧ溶接を起動させるように構成することもできる。
【００２６】
【発明の効果】
以上のように、本発明の溶接電源装置によれば、商用交流電圧を整流する入力側整流器と高周波変換器とを共通とする１台の溶接電源装置で、単なるスイッチの切換えにより抵抗溶接とＴＩＧ溶接を連続して行うことができ、従来のようにそれぞれの溶接電源装置を準備しておいて、一方の溶接作業の終了後に溶接電源装置を取り替えて他方の溶接を行うという溶接作業に比して格段に効率よく溶接を行うことができるという効果があり、特に金型の補修用溶接電源装置として優れたものである。また、本発明の溶接電源装置では、商用交流電圧よりも遙かに高い周波数の高周波を発生させる高周波変換器を使用しているから、高速応答が可能で、金型補修用溶接電源装置として使用した場合、短時間で金型の補修を行うことができ、金型が溶接時の熱により歪む心配がないという効果もある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の溶接電源装置の一実施形態をその一部をブロックで示した概略回路図である。
【図２】（ａ）は図１の溶接電源装置で抵抗溶接を行う場合の溶接電流波形の一例を示す図である。
（ｂ）は図１の溶接電源装置でＴＩＧ溶接を行う場合の溶接電流波形の一例を示す図である。
【符号の説明】
１  溶接電源装置
２  入力側整流器
６  インバータ（高周波変換器）
８  第１のスイッチ
９  ＴＩＧ溶接電圧発生部
１０  第１の溶接電源変圧器
１１  第１の出力側整流器
１４  第１のリアクトル
１５  ＴＩＧ溶接電流検出器
１６  ＴＩＧ溶接電源出力端子
１８  第２のスイッチ
１９  抵抗溶接電圧発生部
２０  第２の溶接電源変圧器
２１  第２の出力側整流器
２４  第２のリアクトル
２５  抵抗溶接電流検出器
２６  抵抗溶接電源出力端子
３２  接続点
３４  ワーク接続端子
３８  溶接選択装置
４０  インバータ制御装置（高周波変換器制御装置）
４１  溶接切換え制御部
【図１】
0004558227.tif 000002
【図２】
0004558227.tif 000003