消耗電極アーク溶接電源
【課題】電源主回路ＰＭの出力に直列に接続され、主巻線Ｎｍに通電する電流値が所定電流値未満のときはインダクタンス値が大きくなり所定電流値以上のときは上記鉄芯が飽和状態になって非常に小さなインダクタンス値になる可飽和リアクトルを有する消耗電極アーク溶接電源において、アークスタート性を良好にする。
【解決手段】本発明は、可飽和リアクトルＷＬ１に補助巻線Ｎｃを新たに設け、この補助巻線Ｎｃに補助電源ＰＣを接続し、アークスタートに際し補助電源ＰＣから補助巻線Ｎｃに電流Ｉｃを通電することによって可飽和リアクトルＷＬ１を飽和状態にしてインダクタンス値を非常に小さくし、送給によって消耗電極１が母材２に接触すると電源主回路ＰＭから大電流値のホットスタート電流を主巻線Ｎｍを通して消耗電極１に通電してアークスタートさせる消耗電極アーク溶接電源である。
【解決手段】本発明は、可飽和リアクトルＷＬ１に補助巻線Ｎｃを新たに設け、この補助巻線Ｎｃに補助電源ＰＣを接続し、アークスタートに際し補助電源ＰＣから補助巻線Ｎｃに電流Ｉｃを通電することによって可飽和リアクトルＷＬ１を飽和状態にしてインダクタンス値を非常に小さくし、送給によって消耗電極１が母材２に接触すると電源主回路ＰＭから大電流値のホットスタート電流を主巻線Ｎｍを通して消耗電極１に通電してアークスタートさせる消耗電極アーク溶接電源である。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、溶接電源の出力に直列に可飽和リアクトルを有する溶接電源においてアークスタート性を良好にすることができる消耗電極アーク溶接電源に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
図１３は、消耗電極アーク溶接電源の一般的な構成を示す図である。電源主回路ＰＭは、外部からの起動信号Ｓｔに応動して交流商用電源（３相２００Ｖ等）を入力としてインバータ制御、チョッパ制御等による出力制御を行いアーク溶接に適した出力電圧Ｖｏ及び溶接電流Ｉｗを出力すると共に、消耗電極である溶接ワイヤ１の送給速度Ｆｗを制御する。リアクトルＷＬは、上記の電源主回路ＰＭの出力に直列に挿入されて、上記の出力電圧Ｖｏ及び溶接電流Ｉｗを平滑する。このリアクトルＷＬの作用については図１４及び図１５で後述する。溶接電源の出力端子Ｔ１は溶接トーチの給電チップを介して溶接ワイヤ１と接続され、もう１つの出力端子Ｔ２は母材２と接続され、溶接ワイヤ１と母材２との間には溶接電圧Ｖｗが印加する。溶接ワイヤ１は送給速度Ｆｗで送給されて、母材２との間でアーク３が発生して溶接が行われる。
【０００３】
図１４は、消耗電極アーク溶接の１つであるパルスアーク溶接における溶接電流Ｉｗ及び溶接電圧Ｖｗの波形図である。時刻ｔ１〜ｔ２のピーク期間Ｔｐ中は、同図（Ａ）に示すように、溶滴移行させるための大電流値のピーク電流Ｉｐを通電し、同図（Ｂ）に示すように、ピーク電圧Ｖｐが溶接ワイヤ・母材間に印加する。時刻ｔ２〜ｔ３のベース期間Ｔｂ中は、同図（Ａ）に示すように、溶滴を形成しないための小電流値のベース電流Ｉｂを通電し、同図（Ｂ）に示すように、ベース電圧Ｖｂが溶接ワイヤ・母材間に印加する。上記のピーク期間Ｔｐ及びベース期間Ｔｂをパルス周期Ｔｐｂとして繰り返して溶接が行われる。
【０００４】
一般的に、溶接電流Ｉｗの値が数十Ａ未満の小電流値になると、少しのアーク負荷変動によってアーク切れが発生しやすい。アーク切れが発生すると溶接状態が不安定になるために溶接品質が悪くなる。上述したように、ベース電流Ｉｂの値は数十Ａ未満と小電流値であるために、ベース期間Ｔｂ中はアーク切れが発生しやすい。このアーク切れを防止するための有力な方法として従来からリアクトルＷＬのインダクタンス値Ｌ［μＨ］を大きくする対策が取られている。この理由は以下のとおりである。アーク切れが発生する直前には溶接電流が急減する。この電流変化ｄｉ／ｄｔによってリアクトルＷＬに電圧Ｅ＝Ｌ・ｄｉ／ｄｔが発生し、この電圧がアーク切れを防止することになるためである。したがって、インダクタンス値Ｌが大きければ上記の電圧Ｅも大きくなり、アーク切れが発生しにくくなる。
【０００５】
他方、ピーク期間Ｔｐに同期した良好な溶滴移行状態（いわゆる１パルス１溶滴移行の状態）にするためには、ピーク電流Ｉｐの立上り及び立下り速度は速くなければならない。この立上り及び立下り速度は、インダクタンス値Ｌに略比例するために、ピーク期間Ｔｐ中のインダクタンス値Ｌは小さな値である必要がある。このように、ベース期間Ｔｂ中のインダクタンス値の適正値Ｌｂとピーク期間Ｔｐ中のインダクタンス値の適正値Ｌｐとは大きく異なり、Ｌｂ＞Ｌｐとなる。すなわち、リアクトルのインダクタンス値は、溶接電流Ｉｗが小電流値のときは大きくなり大電流値のときは小さくなるのが理想的である。
【０００６】
図１５は、消耗電極アーク溶接の１つであるＣＯ２／ＭＡＧ溶接の短絡移行溶接における溶接電流Ｉｗ及び溶接電圧Ｖｗの波形図である。短絡移行溶接では、時刻ｔ１〜ｔ２の短絡期間Ｔｓと時刻ｔ２〜ｔ３のアーク期間Ｔａとを交互に繰り返して溶接が行われる。短絡期間Ｔｓ中は溶接ワイヤと母材とが短絡状態にあり、同図（Ａ）に示すように、次第に大きくなる短絡電流が通電し、同図（Ｂ）に示すように、溶接電圧Ｖｗは数Ｖと低い値になる。上記のアーク期間Ｔａ中は溶接ワイヤと母材との間にアークが発生しており、同図（Ａ）に示すように、次第に小さくなるアーク電流が通電し、同図（Ｂ）に示すように、溶接電圧Ｖｗは十数Ｖ〜数十Ｖのアーク電圧値となる。
【０００７】
図１５（Ａ）において、アーク期間Ｔａの後半部分の電流値は数十Ａ未満になる場合もあり、上述したようにアーク切れが発生しやすくなる。したがって、溶接電流Ｉｗが小電流値であるときにはリアクトルのインダクタンス値を大きくする必要がある。他方、溶接状態を安定化するためには、同図（Ａ）に示す短絡期間Ｔｓ中の電流上昇率を速い速度の適正値にする必要がある。したがって、インダクタンス値は、溶接電流Ｉｗが大電流値であるときは小さな値になる必要がある。
【０００８】
上述したように、パルスアーク溶接、短絡移行溶接等の消耗電極アーク溶接においては、溶接電流の値に反比例してリアクトルのインダクタンス値が変化することが望ましい。このようなインダクタンス値の特性を有するリアクトルとして、下記の可飽和リアクトルがある。図１６は、この可飽和リアクトルの構造の一例を示す図である。コ形状の鉄芯Ｃ１、Ｃ２によって閉ループの鉄芯が形成される。両鉄芯Ｃ１、Ｃ２の接触面には薄い非磁性体のスペーサＧを挿入してギャップを設けている。溶接が通電する主巻線Ｎｍは、鉄芯Ｃ１に導線を所定回数巻き付けて形成する。鉄芯が閉ループであるので、主巻線Ｎｍを通電する電流値が所定電流値Ｉｔ以上になると鉄芯は飽和する。このために、可飽和リアクトルと呼ばれる。
【０００９】
図１７は、上述した可飽和リアクトルの電流値に対するインダクタンス値の変化を示す図である。同図に示すように、鉄芯が飽和する所定電流値Ｉｔ＝４０Ａを境界値として、インダクタンス値は所定電流値Ｉｔ未満では急激に大きな値になり、所定電流値Ｉｔ以上では非常に小さな値になる。したがって、可飽和リアクトルは、電流値に略反比例してインダクタンス値が変化するので、小電流時のアーク切れを防止すると共に、大電流時は電流上昇率が大きくなり溶接状態も安定化する。上記の所定電流値Ｉｔは、スペーサの厚みによってギャプ長を変えることで調整することができる。主巻線の巻数Ｎｍによってインダクタンス値の特性は変化する。
【００１０】
電流値に反比例させてインダクタンス値を変化させる方法としては、上述した可飽和リアクトルを使用する方法以外に以下のような方法も提案されている。例えば、特許文献１、２の発明では、小電流用のリアクトルと大電流用のリアクトルとを設けることによって、電流値に応じてインダクタンス値を切り換えることができるようにしている。
【００１１】
【特許文献１】特公昭５９−１６８７０号公報
【特許文献２】特開平１１−２８５６７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
図１８は、図１３で上述した消耗電極アーク溶接電源におけるアークスタート時のタイミングチャートである。同図（Ａ）は起動信号Ｓｔの、同図（Ｂ）は送給速度Ｆｗの、同図（Ｃ）は溶接電流Ｉｗの、同図（Ｄ）は溶接電圧Ｖｗの時間変化を示す。同図は、リアクトルＷｌが上述した可飽和リアクトルの場合である。以下、同図を参照して説明する。
【００１３】
時刻ｔ１において、図１８（Ａ）に示すように、起動信号ＳｔがＨｉｇｈレベルになると、同図（Ｂ）に示すように、送給速度Ｆｗは低速の初期送給速度となり、溶接ワイヤは母材方向へ送給される。同時に、同図（Ｃ）に示すように、電源主回路からの出力が開始されて大きな値の無負荷電圧が印加する。無負荷電圧となるのは、溶接ワイヤがまだ母材に到達しておらず、溶接ワイヤ・母材間が無負荷状態にあるためである。また、同図（Ｄ）に示すように、溶接ワイヤ・母材間が無負荷状態であるので、溶接電流Ｉｗはまだ通電しない。
【００１４】
時刻ｔ２において溶接ワイヤが母材に接触すると、図１８（Ｃ）に示すように、溶接電圧Ｖｗは低い値の短絡電圧値に変化し、同図（Ｄ）に示すように、溶接電流Ｉｗが通電を開始する。これに応動して、同図（Ｂ）に示すように、送給速度Ｆｗは定常の送給速度に切り換えられる。同図（Ｃ）に示すように、時刻ｔ２〜ｔ３の期間中は溶接電流Ｉｗの値は所定電流値Ｉｔ未満であるために、可飽和リアクトルのインダクタンス値は大きな値になる。このために、この期間中の電流上昇率は非常に緩やかになる。時刻ｔ３において溶接電流Ｉｗの値が所定電流値Ｉｔを超えると、可飽和リアクトルは飽和してインダクタンス値は非常に小さな値になるために、溶接電流Ｉｗは急激に上昇して予め定めたホットスタート電流Ｉｈが予め定めたホットスタート期間Ｔｈが終了する時刻ｔ５まで通電する。溶接電流Ｉｗが急上昇した直後の時刻ｔ４においてアークが発生するので、同図（Ｃ）に示すように、時刻ｔ４において溶接電圧Ｖｗは短絡電圧値からアーク電圧値に変化する。時刻ｔ５以降は、パルスアーク溶接又は短絡移行溶接の定常の溶接電流Ｉｗが通電する。
【００１５】
図１８（Ｄ）に示すように、溶接ワイヤが母材に接触した時点ｔ２から時刻ｔ３までの期間中の溶接電流Ｉｗの上昇率が緩やかであるために、時刻ｔ２〜ｔ４のスタート時短絡期間が長くなり、良好でないアークスタートとなる確率が高くなる。すなわち、溶接ワイヤと母材とが接触した直後の電流上昇率が速いほどスタート時短絡期間が短くなり、良好なアークスタートとなる確率が高くなる。スタート時短絡期間が長くなると、アークスタート時に大粒のスパッタが発生したりアークスタート部のビード外観が悪くなったりし、時にはアークスタートに失敗するケースも生じる。
【００１６】
従来技術において、アークスタート時にリアクトルを電磁開閉器の接点によって短絡してインダクタンス値を小さくする方法が提案されている。すなわち、アークスタート時はリアクトルを接点で短絡してインダクタンス値を小さくし、アークスタート後は接点を開にしてリアクトルの短絡を解除して本来のインダクタンス値に戻す方法である。しかし、この方法では、接点は数百Ａの溶接電流の通電を遮断する必要があるために、大きな容量の電磁開閉器が必要になる。このために、溶接電源のコストアップになる。さらに、アークスタート毎に大電流の遮断を繰り返し行うために接点の寿命が短くなるので、溶接電源の耐用寿命も短くなるという問題がある。
【００１７】
そこで、本発明では、リアクトルとして可飽和リアクトルを使用する溶接電源において良好なアークスタート性を実現する消耗電極アーク溶接電源を提供する。
【課題を解決するための手段】
【００１８】
上述した課題を解決するために、第１の発明は、溶接電流及び溶接電圧を消耗電極に供給する電源主回路と、この電源主回路の出力に直列に接続され主巻線及び鉄芯から成るリアクトルとを備え、上記リアクトルは上記主巻線に通電する電流値が所定電流値未満のときはインダクタンス値が大きくなり上記所定電流値以上のときは上記鉄芯が飽和状態になって非常に小さなインダクタンス値になる可飽和リアクトルである消耗電極アーク溶接電源において、上記可飽和リアクトルに補助巻線を新たに設け、この補助巻線に接続された補助電源を設け、アークスタートに際し上記補助電源から上記補助巻線に電流を通電することによって上記可飽和リアクトルを飽和状態にしてインダクタンス値を非常に小さくし、続いて送給によって消耗電極が母材に接触すると上記電源主回路から大電流値のホットスタート電流を上記主巻線を通して消耗電極に通電してアークスタートさせ、続いて上記補助電源からの電流通電を停止して上記電源主回路から上記主巻線を通して定常の溶接電流を通電することを特徴とする消耗電極アーク溶接電源である。
【００１９】
第２の発明は、溶接電流及び溶接電圧を消耗電極に供給する電源主回路と、この電源主回路の出力に直列に接続され主巻線及び鉄芯から成るリアクトルとを備え、上記リアクトルは上記主巻線に通電する電流値が所定電流値未満のときはインダクタンス値が大きくなり上記所定電流値以上のときは上記鉄芯が飽和状態になって非常に小さなインダクタンス値になる可飽和リアクトルである消耗電極アーク溶接電源において、 上記消耗電極アーク溶接電源の出力端子間に抵抗器及び短絡用スイッチング素子から成る直列回路を設け、アークスタートに際し上記短絡用スイッチング素子をオン状態にして出力端子間を短絡すると共に上記電源主回路から上記主巻線及び上記短絡用スイッチング素子を通して上記所定電流値以上の端子短絡電流を通電して上記可飽和リアクトルを飽和状態にしてインダクタンス値を非常に小さくし、続いて送給によって消耗電極が母材に接触すると上記短絡用スイッチング素子をオフ状態にすると共に上記電源主回路からの電流を大電流値のホットスタート電流に切り換えて上記可飽和リアクトルの上記主巻線を通して消耗電極に通電してアークスタートさせ、続いて上記電源主回路から上記主巻線を通して定常の溶接電流を通電することを特徴とする消耗電極アーク溶接電源である。
【００２０】
第３の発明は、直流電流及び直流電圧を供給する電源主回路と、上記電源主回路の出力に直列に接続され主巻線及び鉄芯から成るリアクトルと、上記リアクトルは上記主巻線に通電する電流値が所定電流値未満のときはインダクタンス値が大きくなり上記所定電流値以上のときは上記鉄芯が飽和状態になって非常に小さなインダクタンス値になる可飽和リアクトルであり、上記リアクトルの出力に設けられ相対向する第１のスイッチング素子及び第４のスイッチング素子並びに相対向する第２のスイッチング素子及び第３のスイッチング素子からフルブリッジを形成し交流出力を消耗電極に供給する極性切換インバータ回路とを備えた消耗電極交流アーク溶接電源において、上記極性切換インバータ回路に並列に抵抗器及び短絡用スイッチング素子から成る直列回路を設け、アークスタートに際し、上記短絡用スイッチング素子をオン状態にすると共に上記極性切換インバータ回路の４つのスイッチング素子をオフ状態にして上記電源主回路から上記主巻線及び上記短絡用スイッチング素子を通して上記所定電流値以上の短絡電流を通電して上記可飽和リアクトルを飽和状態にしてインダクタンス値を非常に小さくし、続いて送給によって消耗電極が母材に接触すると上記短絡用スイッチング素子をオフ状態にすると共に上記極性切換インバータ回路の相対向する２組のスイッチング素子のどちらか１組をオン状態にして上記電源主回路からの直流電流を大電流値のホットスタート電流に切り換えて上記可飽和リアクトルの上記主巻線を通して消耗電極に通電してアークスタートさせ、続いて上記電源主回路から定常の直流電流を上記極性切換インバータ回路によって交流電流に変換して通電することを特徴とする消耗電極交流アーク溶接電源である。
【００２１】
第４の発明は、直流電流及び直流電圧を供給する電源主回路と、上記電源主回路の出力に直列に接続され主巻線及び鉄芯から成るリアクトルと、上記リアクトルは上記主巻線に通電する電流値が所定電流値未満のときはインダクタンス値が大きくなり上記所定電流値以上のときは上記鉄芯が飽和状態になって非常に小さなインダクタンス値になる可飽和リアクトルであり、上記リアクトルの出力に設けられ相対向する第１のスイッチング素子及び第４のスイッチング素子並びに相対向する第２のスイッング素子及び第３のスイッング素子からフルブリッジを形成し交流出力を消耗電極に供給する極性切換インバータ回路とを備えた消耗電極交流アーク溶接電源において、上記極性切換インバータ回路の第１のスイッチング素子に並列に抵抗器及び第２の短絡用スイッチング素子から成る直列回路を設け、アークスタートに際し、上記短絡用スイッチング素子をオン状態にすると共に上記極性切換インバータ回路の第３のスイッチング素子をオン状態にして上記電源主回路から上記主巻線、上記短絡用スイッチング素子及び上記第３のスイッチング素子を通して上記所定電流値以上の短絡電流を通電して上記可飽和リアクトルを飽和状態にしてインダクタンス値を非常に小さくし、続いて送給によって消耗電極が母材に接触すると上記短絡用スイッチング素子及び第３のスイッチング素子をオフ状態にすると共に上記極性切換インバータ回路の相対向する２組のスイッチング素子のどちらか１組をオン状態にして上記電源主回路からの直流電流を大電流値のホットスタート電流に切り換えて上記可飽和リアクトルの上記主巻線を通して消耗電極に通電してアークスタートさせ、続いて上記電源主回路から定常の直流電流を上記極性切換インバータ回路によって交流電流に変換して通電することを特徴とする消耗電極交流アーク溶接電源である。
【００２２】
第５の発明は、上記極性切換インバータ回路の第１のスイッチング素子に並列に抵抗器及び第２の短絡用スイッチング素子から成る第１の直列回路と第４のスイッチング素子に並列に抵抗器及び第３の短絡用スイッチング素子から成る第２の直列回路とを設け、アークスタートに際し、上記第２の短絡用スイッチング素子及び上記第３の短絡用スイッチング素子をオン状態にすると共に上記極性切換インバータ回路の第２のスイッチング素子及び第３のスイッチング素子及をオン状態にして上記電源主回路から上記主巻線、上記第２の短絡用スイッチング素子及び上記第３のスイッチング素子並びに上記第２のスイッチング素子及び第３の短絡用スイッチング素子を通して上記所定電流値以上の短絡電流を通電して上記可飽和リアクトルを飽和状態にしてインダクタンス値を非常に小さくし、続いて送給によって消耗電極が母材に接触すると上記第２の短絡用スイッチング素子、上記第３の短絡用スイッチング素子、第２のスイッチング素子及び第３のスイッチング素子をオフ状態にすると共に上記極性切換インバータ回路の相対向する２組のスイッチング素子のどちらか１組をオン状態にして上記電源主回路からの直流電流を大電流値のホットスタート電流に切り換えて上記可飽和リアクトルの上記主巻線を通して消耗電極に通電してアークスタートさせることを特徴とする請求項４記載の消耗電極交流アーク溶接電源である。
【発明の効果】
【００２３】
第１の発明によれば、アークスタートに際して溶接ワイヤが母材に接触するまでに補助巻線電流を通電して補助巻線付可飽和リアクトルを飽和状態にすることによってインダクタンス値を非常に小さくし、ホットスタート電流の上昇率を非常に速くすることができるので、良好なアークスタート性を実現することができる。
【００２４】
第２の発明によれば、アークスタートに際して溶接ワイヤが母材に接触するまでに端子短絡電流を通電して可飽和リアクトルを飽和状態にすることによってインダクタンス値を非常に小さくし、ホットスタート電流の上昇率を非常に速くすることができるので、良好なアークスタート性を実現することができる。
【００２５】
第３の発明によれば、交流アーク溶接のアークスタートに際して溶接ワイヤが母材に接触するまでに短絡電流を通電して可飽和リアクトルを飽和状態にすることによってインダクタンス値を非常に小さくし、ホットスタート電流の上昇率を非常に速くすることができるので、交流アーク溶接において良好なアークスタート性を実現することができる。
【００２６】
第４の発明によれば、交流アーク溶接機の２次インバータ回路は、同一容量のパワートランジスタを同一パッケージに２個配設されたパワートランジスタを使用しているために、新たに短絡用スイッチング素子を外部に設けることなく、パワートランジスタに配設された２個のうち１つを短絡用スイッチング素子として使用できるために、抵抗器１つを外部に設けるだけで直列回路が形成され、回路構成の簡略化が実現できる。
【００２７】
第５の発明によれば、上記第４の発明の２次インバータ回路に、抵抗器を２つ外部に設けて直列回路を２つ形成し、上記２つの直列回路を用いて交流アーク溶接のアークスタートに際して溶接ワイヤが母材に接触するまでに短絡電流を通電するので可飽和リアクトルが飽和状態になりインダクタンス値が確実に小さくなり、交流アーク溶接において良好なアークスタート性を実現することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２８】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。
【００２９】
［実施の形態１］
図１は、本発明の実施の形態１に係る消耗電極アーク溶接電源の構成図である。同図において上述した図１３と同一の構成物には同一符号を付してそれらの説明は省略する。以下、図１３とは異なる構成物について説明する。
【００３０】
補助巻線付可飽和リアクトルＷＬ１は、主巻線Ｎｍに加えて補助巻線Ｎｃを付加した可飽和リアクトルであり、詳細は図２で後述する。この補助巻線Ｎｃには、定電流電源ＣＣ及び補助電源スイッチング素子ＴＲｃから成る補助電源ＰＣが接続される。上記の定電流電源ＣＣからは補助巻線付可飽和リアクトルＷＬ１が飽和状態になる値の補助巻線電流Ｉｃを通電する。補助電源駆動回路ＤＶＣは、上記の駆動電源スイッチング素子ＴＲｃをオン／オフ制御する。同図におけるアークスタート時のタイミングチャートについては図３で後述する。
【００３１】
図２は、上述した補助巻線付可飽和リアクトルＷＬ１の構造の一例を示す図である。同図は、図１６で上述した可飽和リアクトルに補助巻線Ｎｃを付加したものである。主巻線Ｎｍには溶接電流Ｉｗが通電し、補助巻線Ｎｃには補助巻線電流Ｉｃが通電する。巻数比Ｎｍ：Ｎｃは、１：１〜１：５程度である。
【００３２】
図３は、実施の形態１におけるアークスタート時のタイミングチャートである。同図は上述した図１８と対応している。以下、同図を参照して説明する。
【００３３】
時刻ｔ１において、図３（Ａ）に示すように、起動信号ＳｔがＨｉｇｈレベルになると、同図（Ｂ）に示すように、溶接ワイヤは初期送給速度での送給が開始される。同時に、同図（Ｅ）に示すように、補助電源スイッチング素子ＴＲｃがオンされて補助電源ＰＣから補助巻線Ｎｃに補助巻線電流Ｉｃが通電する。この電流値は、Ｉｃ・Ｎｃ＞Ｉｔ・Ｎｍとなり補助巻線付可飽和リアクトルが飽和状態になる値である。
【００３４】
時刻ｔ２において溶接ワイヤが母材に接触すると、図３（Ｃ）に示すように、溶接電圧Ｖｗは無負荷電圧から短絡電圧へと変化する。溶接電圧Ｖｗが予め定めた短絡判別電圧値Ｖｔ未満になったことを判別すると、同図（Ｅ）に示すように、補助巻線電流Ｉｃの通電を停止すると共に、同図（Ｄ）に示すように、大電流値のホットスタート電流Ｉｈの通電を開始する。このときに、補助巻線付可飽和リアクトルは補助巻線電流Ｉｃの通電によって飽和状態にあるために、上記のホットスタート電流Ｉｈの上昇率は非常に速い。この結果、短時間の短絡後の時刻ｔ３においてアークが発生するので、同図（Ｃ）に示すように、溶接電圧Ｖｗは短絡電圧からアーク電圧へと変化する。時刻ｔ４においてホットスタート期間Ｔｈが終了すると、同図（Ｄ）に示すように、溶接電流Ｉｗはホットスタート電流Ｉｈからパルスアーク溶接又は短絡移行溶接の定常の溶接電流へと移行する。
【００３５】
上述したように、実施の形態１では、溶接ワイヤが母材に接触するまでに補助巻線電流を通電して補助巻線付可飽和リアクトルを飽和状態にすることによって、ホットスタート電流の上昇率を非常に速くすることができるので、良好なアークスタート性を実現することができる。図３（Ｅ）に示すように、上記は補助巻線電流Ｉｃを時刻ｔ２のアークスタート時に停止させる場合であるが、少し遅延させてから停止させても良い。
【００３６】
［実施の形態２］
図４は、本発明の実施の形態２に係る消耗電極アーク溶接電源の構成図である。同図において上述した図１３と同一の構成物には同一符号を付してそれらの説明は省略する。同図の可飽和リアクトルＷＬは、図１６及び図１７で上述した可飽和リアクトルと同一物であり、所定電流値Ｉｔ以上の電流の通電によって飽和する。以下、図１３とは異なる構成物について説明する。
【００３７】
出力端子Ｔ１、Ｔ２間に、抵抗器Ｒｓ及び短絡用スイッチング素子ＴＲｓから成る直列回路を接続する。そして、短絡駆動回路ＤＶＳは、上記の短絡用スイッチング素子ＴＲｓのオン／オフ制御を行う。上記の短絡用スイッチング素子ＴＲｓがオンされると、端子短絡電流Ｉｓが通電する。
【００３８】
図５は、実施の形態２におけるアークスタート時のタイミングチャートである。同図は上述した図１８及び図３と対応している。以下、同図を参照して説明する。
【００３９】
時刻ｔ１において、図５（Ａ）に示すように、起動信号ＳｔがＨｉｇｈレベルになると、同図（Ｂ）に示すように、溶接ワイヤは初期送給速度での送給が開始される。同時に、電源主回路ＰＭからの出力が開始されると共に短絡用スイッチング素子ＴＲｓがオンされて主巻線Ｎｍを通して端子短絡電流Ｉｓが通電する。この電流値は、Ｉｓ＞Ｉｔとなり可飽和リアクトルが飽和状態になる値である。時刻ｔ１〜ｔ２の期間中の溶接電圧Ｖｗは、同図（Ｃ）に示すように、略Ｉｓ・Ｒｓとなる。この電圧値が溶接ワイヤが母材に接触したときの短絡電圧値よりも大きな値になるように抵抗器Ｒｓの抵抗値を選択する。これは、溶接ワイヤが母材に接触したことを判別するためである。
【００４０】
時刻ｔ２において溶接ワイヤが母材に接触すると、図５（Ｃ）に示すように、溶接電圧Ｖｗは上記のＩｓ・Ｒｓから短絡電圧値へと変化する。溶接電圧Ｖｗが予め定めた短絡判別電圧値Ｖｔ未満になったことを判別すると、同図（Ｅ）に示すように、短絡用スイッチング素子ＴＲｓをオフにして端子短絡電流Ｉｓの通電を停止すると共に、同図（Ｄ）に示すように、大電流値のホットスタート電流Ｉｈの通電を開始する。このときに、可飽和リアクトルは端子短絡電流Ｉｓの通電によって飽和状態にあるために、上記のホットスタート電流Ｉｈの上昇率は非常に速い。この結果、短時間の短絡後の時刻ｔ３においてアークが発生するので、同図（Ｃ）に示すように、溶接電圧Ｖｗは短絡電圧からアーク電圧へと変化する。時刻ｔ４においてホットスタート期間Ｔｈが終了すると、同図（Ｄ）に示すように、溶接電流Ｉｗはホットスタート電流Ｉｈからパルスアーク溶接又は短絡移行溶接の定常の溶接電流に移行する。
【００４１】
上述したように、実施の形態２では、溶接ワイヤが母材に接触するまでに端子短絡電流を通電して可飽和リアクトルを飽和状態にすることによってインダクタンス値を非常に小さくし、ホットスタート電流の上昇率を非常に速くすることができるので、良好なアークスタート性を実現することができる。上記において、溶接ワイヤが母材に接触したことを溶接電圧の変化で判別したが、溶接電流Ｉｗの通電開始によって判別しても良い。
【００４２】
［効果］
図６は、本発明の効果の一例を示す良好アークスタート率の比較図である。同図は、アルミニウム合金のパルスＭＩＧ溶接において、直径１．２ｍｍの溶接ワイヤを使用し、平均溶接電流８０Ａで１００回のアークスタートを繰り返し、アークスタートが良好であった比率を測定したものである。従来技術とは、上述した図１３においてリアクトルを可飽和リアクトルにした場合であり、本発明とは実施の形態１及び２の場合である。アークスタートの良否は、溶接ワイヤが母材に接触したときのスタート時短絡期間が４ｍｓ未満であれば良好、４ｍｓ以上であれば良好でないと判定した。同図に示すように、良好アークスタート率は、従来技術では６４％であったが、本発明では９２％に大幅に改善された。
【００４３】
［実施の形態３］
図７は、本発明の実施の形態３に係る消耗電極交流アーク溶接電源の構成図である。同図において上述した図１３と同一の構成物には同一符号を付してそれらの説明は省略する。同図の可飽和リアクトルＷＬは、図１６及び図１７で上述した可飽和リアクトルと同一物であり、所定電流値Ｉｔ以上の電流の通電によって飽和する。以下、図１３とは異なる構成物について説明する。
【００４４】
図７において、下記に示す極性切換インバータ回路に並列に抵抗器Ｒｓ及び短絡用スイッチング素子ＴＲｓから成る直列回路を設け、上記極性切換インバータ回路（以後、２次インバータ回路という）は、上記可飽和リアクトルＷＬの出力側に第１のスイッチング素子ＴＲ１のコレクタと第２のスイッチング素子ＴＲ２のコレクタとを接続し、第２の出力端子Ｔ２に第１スイッチング素子ＴＲ１のエミッタと第２スイッチング素子ＴＲ２のコレクタとを接続し、第１の出力端子に第２スイッチング素子ＴＲ２のエミッタと第４スイッチング素子ＴＲ４のコレクタと接続し、上記電源主回路の出力側に第３のスイッチング素子ＴＲ３エミッタと第４スイッチング素子ＴＲ４のエミッタとを接続してなるフルブリッジを形成する。
【００４５】
直流・交流モード設定回路ＭＣは、直流モード又は交流モードを設定し、直流モードのときは直流・交流モード設定信号ＭｃをＬｏｗレベルにし、交流モードのときはＨｉｇｈレベルにする。極性切換回路ＴＭは、２次インバータ回路の極性切換周波数及び極性比率を予め定めた値に設定して極性切換信号Ｔｍとして出力する。そして、２次インバータ駆動回路ＳＤは、上記直流・交流モード設定信号Ｍｃ及び極性切換信号Ｔｍに応じて上記２次インバータ回路の相対向する４つのスイッチング素子及び上記直列回路の短絡用スイッチング素子ＴＲｓのオン／オフ制御を行う。
【００４６】
図８は、交流モードのＥＰ極性でアークスタートする時のタイミングチャートである。以下、同図を参照して説明する。
【００４７】
時刻ｔ１において、図８（Ａ）に示すように、起動信号ＳｔがＨｉｇｈレベルになると、同図（Ｇ）に示すように、溶接ワイヤは初期送給速度での送給が開始される。同時に図７に示す、電源主回路ＰＭからの出力が開始されると共に同図（Ｂ）に示す短絡素子駆動信号ＴｒｓをＨｉｇｈレベルにして、短絡用スイッチング素子ＴＲｓがオンされて主巻線Ｎｍを通して短絡電流Ｉｓが通電する。この電流値は、Ｉｓ＞Ｉｔとなり可飽和リアクトルが飽和状態になる値である。時刻ｔ１〜ｔ２の期間中の溶接電圧Ｖｗは、同図（Ｈ）に示すように、略Ｉｓ・Ｒｓ１となる。この電圧値が溶接ワイヤが母材に接触したときの短絡電圧値よりも大きな値になるように抵抗器Ｒｓを選択する。これは、溶接ワイヤが母材に接触したことを判別するためである。
【００４８】
時刻ｔ２において溶接ワイヤが母材に接触すると、図８（Ｈ）に示すように、溶接電圧Ｖｗは上記の略Ｉｓ・Ｒｓから短絡電圧値へと変化する。溶接電圧Ｖｗが予め定めた短絡判別電圧値Ｖｔ未満になったことを判別すると、短絡用スイッチング素子ＴＲｓをオフにして同図（Ｊ）に示す短絡電流Ｉｓの通電を停止すると共に第２素子駆動信号Ｔ２及び第３素子駆動信号Ｔ３をＨｉｇｈレベルにして、第２のスイッチング素子ＴＲ２及び第３のスイッチング素子ＴＲ３をオン状態にして同図（Ｉ）に示すように、大電流値のホットスタート電流Ｉｈの通電を開始する。このときに、可飽和リアクトルは短絡電流Ｉｓの通電によって飽和状態にあるために、上記のホットスタート電流Ｉｈの上昇率は非常に速い。この結果、短時間の短絡後の時刻ｔ３においてアークが発生するので、同図（Ｈ）に示すように、溶接電圧Ｖｗは短絡電圧からアーク電圧へと変化する。時刻ｔ４においてホットスタート期間Ｔｈが終了すると、同図（Ｉ）に示すように、溶接電流Ｉｗはホットスタート電流ＩｈからＥＰ極性の交流パルスアーク溶接の溶接電流に移行する。
【００４９】
［実施の形態４］
図９は、本発明の実施の形態４に係る消耗電極交流アーク溶接電源の構成図である。同図において、上述した図１３と同一の構成物には同一符号を付してそれらの説明は省略する。
【００５０】
２次インバータ回路には、例えば、３５０Ａの大電流を通電することが要求されるために大容量のパワートランジスタを必要する。しかし、大容量のパワートランジスタは高価であり品揃えも悪い。上記の対策として、図１９に示す、２００Ａのスイッチング素子を同一パッケージに２個直列に配設して形成された標準パワートランジスタが一般的に使用され価格も安く、品揃えも良い。本発明の実施の形態４は、上記標準パワートランジスタを用いて、２次インバータ回路を形成したものである。
【００５１】
本発明の実施の形態４の２次インバータ回路は上記標準パワートランジスタを用い、図９に示すように、リアクトルＷＬの出力側に第１の抵抗器Ｒ１及び第のスイッチング素子ＴＲ１ｂから成る第１の直列回路と第１のスイッチング素子ＴＲ１ａのコレクタと第２スイッチング素子ＴＲ２ａのコレクタと第２スイッチング素子ＴＲ２ｂのコレクタとを接続し、第２の出力端子Ｔ２に第１スイッチング素子ＴＲ１ａのエミッタと第１スイッチング素子ＴＲ１ｂのエミッタと第３スイッチング素子ＴＲ３ａのコレクタと第３スイッチング素子ＴＲ３ｂのコレクタとを接続し、第１の出力端子に第２スイッチング素子ＴＲ２ａのエミッタと第２スイッチング素子ＴＲ２ｂのエミッタと第４スイッチング素子ＴＲ４ａのコレクタと第４スイッチング素子ＴＲ４ｂのコレクタとを接続し、上記電源主回路の出力側に第３のスイッチング素子ＴＲ３ａのエミッタと第３スイッチング素子ＴＲ３ｂのエミッタと第４スイッチング素子ＴＲ４ａのエミッタと第４スイッチング素子ＴＲ４ｂのエミッタとを接続してフルブリッジを形成する。そして、２次インバータ駆動回路ＳＤは、上記２次インバータ回路の相対向する各スイッチング素子及び上記直列回路の短絡用スイッチング素子ＴＲｓのオン／オフ制御を行う。
【００５２】
図１０は、交流モードのＥＰ極性でアークスタートする時のタイミングチャートである。以下、同図を参照して説明する。
【００５３】
時刻ｔ１において、図１０（Ａ）に示すように、起動信号ＳｔがＨｉｇｈレベルになると、同図（Ｊ）に示すように、溶接ワイヤは初期送給速度での送給が開始される。同時に図９に示す、電源主回路ＰＭからの出力が開始されると共に図１０に示す第２短絡素子駆動信号Ｔ１ｂ、第３素子駆動信号Ｔ３ａ及び第３素子駆動信号Ｔ３ｂをＨｉｇｈレベルにして、第２の短絡用スイッチング素子ＴＲ１ｂ、第３のスイッチング素子ＴＲ３ａ及び第３のスイッチング素子ＴＲ３ｂがオンされて主巻線Ｎｍを通して短絡電流Ｉｓが通電する。この電流値は、Ｉｓ＞Ｉｔとなり可飽和リアクトルが飽和状態になる値である。時刻ｔ１〜ｔ２の期間中の溶接電圧Ｖｗは、同図（Ｋ）に示すように、略Ｉｓ・Ｒ１となる。この電圧値が溶接ワイヤが母材に接触したときの短絡電圧値よりも大きな値になるように第１の抵抗器Ｒ１の抵抗値を選択する。これは、溶接ワイヤが母材に接触したことを判別するためである。
【００５４】
時刻ｔ２において溶接ワイヤが母材に接触すると、図１０（Ｋ）に示すように、溶接電圧Ｖｗは上記の略Ｉｓ・Ｒｓから短絡電圧値へと変化する。溶接電圧Ｖｗが予め定めた短絡判別電圧値Ｖｔ未満になったことを判別すると、同図（Ｃ）に示す第２短絡素子駆動信号Ｔ１ｂをＬｏｗレベルにして第２の短絡用スイッチング素子ＴＲ１ｂをオフにすると共に第２素子駆動信号Ｔ２ａ、第２素子駆動信号Ｔ２ｂ、第３素子駆動信号Ｔ３ａ及び第３素子駆動信号Ｔ３ｂをＨｉｇｈレベルにして、第２のスイッチング素子ＴＲ２ａ、第２のスイッチング素子ＴＲ２ｂ、第３のスイッチング素子ＴＲ３ａ及び第３スイッチング素子ＴＲ３ｂをオン状態にして、同図（Ｍ）に示す端子短絡電流Ｉｓの通電を停止すると共に同図（Ｌ）に示すように、大電流値のホットスタート電流Ｉｈの通電を開始する。このときに、可飽和リアクトルＷＬは短絡電流Ｉｓの通電によって飽和状態にあるために、上記のホットスタート電流Ｉｈの上昇率は非常に速い。この結果、短時間の短絡後の時刻ｔ３においてアークが発生するので、同図（Ｋ）に示すように、溶接電圧Ｖｗは短絡電圧からアーク電圧へと変化する。時刻ｔ４においてホットスタート期間Ｔｈが終了すると、同図（Ｌ）に示すように、溶接電流Ｉｗはホットスタート電流ＩｈからＥＰ極性の交流パルスアーク溶接の溶接電流に移行する。
【００５５】
上述より、消耗性電極交流アーク溶接において、ＥＮ極性時の実効電流値はＥＰ極性時の実効電流値より小さい。よって、図９に示す、ＥＮ極性時に導通する２次側電流は第１のスイッチング素子のＴＲ１ａのみで供給でき、第１のスイッチング素子のもう一つのＴＲ１ｂを第２の短絡用スイッチング素子として流用できるために、外部に新たな短絡用スイッチング素子を設ける必要がなくなる。
【００５６】
［実施の形態５］
図１１は、本発明の実施の形態５に係る消耗電極アーク溶接電源の構成図である。同図において、上述した図９及び図１３と同一の構成物には同一符号を付してそれらの説明は省略する。
【００５７】
図１１に示す２次インバータ回路の第４のスイッチング素子ＴＲ４ｂのエミッタと電源主回路の出力との間に、第２の抵抗器Ｒ２を追加して第２の直列回路を新たに設けて本発明の実施の形態５の２次インバータ回路を形成している。
【００５８】
図１２は、交流モードのＥＰ極性でアークスタートする時のタイミングチャートである。以下、同図を参照して説明する。
【００５９】
時刻ｔ１において、図１２（Ａ）に示すように、起動信号ＳｔがＨｉｇｈレベルになると、同図（Ｊ）に示すように、溶接ワイヤは初期送給速度での送給が開始される。同時に図１１に示す、電源主回路ＰＭからの出力が開始されると共に図１２に示す第２短絡素子駆動信号Ｔ１ｂ、第２素子駆動信号Ｔ２ａ、第２素子駆動信号Ｔ２ｂ、第３素子駆動信号Ｔ３ａ、第３素子駆動信号Ｔ３ｂ及び第３短絡素子駆動信号Ｔ４ｂをＨｉｇｈレベルにして、第２の短絡用スイッチング素子ＴＲ１ｂ、第２のスイッチング素子ＴＲ２ａ、第２のスイッチング素子ＴＲ２ｂ、第３のスイッチング素子ＴＲ３ａ、第３のスイッチング素子ＴＲ３ｂ及び第３の短絡用スイッチング素子ＴＲ４ｂがオンされて主巻線Ｎｍを通して短絡電流Ｉｓが通電する。この電流値は、Ｉｓ＞Ｉｔとなり可飽和リアクトルが飽和状態になる値である。時刻ｔ１〜ｔ２の期間中の溶接電圧Ｖｗは、同図（Ｋ）に示すように略Ｉｓ・（Ｒ１・Ｒ２／Ｒ１＋Ｒ２）となる。この電圧値が溶接ワイヤが母材に接触したときの短絡電圧値よりも大きな値になるように第１の抵抗器Ｒｓ１及び第２の抵抗器Ｒ２の抵抗値を選択する。これは、溶接ワイヤが母材に接触したことを判別するためである。
【００６０】
時刻ｔ２において溶接ワイヤが母材に接触すると、図１２（Ｋ）に示すように、溶接電圧Ｖｗは上記の略Ｉｓ・（Ｒ１・Ｒ２／Ｒ１＋Ｒ２）から短絡電圧値へと変化する。溶接電圧Ｖｗが予め定めた短絡判別電圧値Ｖｔ未満になったことを判別すると、第２の短絡用スイッチング素子ＴＲ１ｂ及び第３の短絡用スイッチング素子ＴＲ４ｂをオフにして図１２（Ｍ）に示す短絡電流Ｉｓの通電を停止すると共に同図（Ｌ）に示すように、大電流値のホットスタート電流Ｉｈの通電を開始する。このときに、可飽和リアクトルは短絡電流Ｉｓの通電によって飽和状態にあるために、上記のホットスタート電流Ｉｈの上昇率は非常に速い。この結果、短時間の短絡後の時刻ｔ３においてアークが発生するので、同図（Ｋ）に示すように、溶接電圧Ｖｗは短絡電圧からアーク電圧へと変化する。時刻ｔ４においてホットスタート期間Ｔｈが終了すると、同図（Ｌ）に示すように、溶接電流Ｉｗはホットスタート電流ＩｈからＥＰ極性の交流パルスアーク溶接に移行する。
【００６１】
上述より、実施の形態４と同様にＥＮ極性の実効電流値はＥＰ極性の実効電流値より小さい。よって、図１１に示す、ＥＮ極性時に導通する２次側電流は第１のスイッチング素子のＴＲ１ａ及び第４のスイッチング素子ＴＲ４ａで供給ができ、第１のスイッチング素子のＴＲ１ｂ及び第４のスイッチング素子のＴＲ４ｂは、第２の短絡用スイッチング素子及び第３の短絡用スイッチング素子として流用できるために、外部に新たな２つの短絡用スイッチング素子を設ける必要がなくなる。
【００６２】
上述したように、実施の形態３、実施の形態４及び実施の形態５の交流アーク溶接において、溶接ワイヤ１が母材２に接触するまでに短絡電流を通電して可飽和リアクトルＷＬを飽和状態にすることによってインダクタンス値を非常に小さくし、ホットスタート電流の上昇率を非常に速くすることができるので、良好なアークスタート性を実現することができる。上記において、溶接ワイヤが母材に接触したことを溶接電圧の変化で判別したが、溶接電流Ｉｗの通電開始によって判別しても良い。
【図面の簡単な説明】
【００６３】
【図１】本発明の実施の形態１に係る消耗電極アーク溶接電源の構成図である。
【図２】図１における補助巻線付可飽和リアクトルＷＬ１の構造を示す図である。
【図３】図１におけるアークスタート時のタイミングチャートである。
【図４】本発明の実施の形態２に係る消耗電極アーク溶接電源の構成図である。
【図５】図４におけるアークスタート時のタイミングチャートである。
【図６】本発明の効果を示す良好アークスタート率の比較図である。
【図７】本発明の実施の形態３に係る消耗電極アーク溶接電源の構成図である。
【図８】図７におけるアークスタート時のタイミングチャートである。
【図９】本発明の実施の形態４に係る消耗電極アーク溶接電源の構成図である。
【図１０】図９におけるアークスタート時のタイミングチャートである。
【図１１】本発明の実施の形態５に係る消耗電極アーク溶接電源の構成図である。
【図１２】図１１におけるアークスタート時のタイミングチャートである。
【図１３】従来技術の消耗電極アーク溶接電源の構成図である。
【図１４】パルスアーク溶接の電流・電圧波形図である。
【図１５】短絡移行溶接の電流・電圧波形図である。
【図１６】従来技術における可飽和リアクトルの構造を示す図である。
【図１７】図１１の可飽和リアクトルの電流値に対するインダクタンス値の変化を示す図である。
【図１８】課題を示す従来技術におけるアークスタート時のタイミングチャートである。
【図１９】実施の形態４及び５に使用されている同一パッケージに２個直列に配設して 形成されたパワートランジスタの構成図である。
【符号の説明】
【００６４】
１ 溶接ワイヤ
２ 母材
３ アーク
Ｃ１、Ｃ２ 鉄芯
ＣＣ 定電流電源
ＤＶＣ 補助電源駆動回路
ＤＶＳ 短絡駆動回路
Ｆｗ 送給速度
Ｇ スペーサ
Ｉｂ ベース電流
Ｉｃ 補助巻線電流
Ｉｈ ホットスタート電流
Ｉｐ ピーク電流
Ｉｓ 端子短絡電流（短絡電流）
Ｉｔ 所定電流値
Ｉｗ 溶接電流
Ｌ、Ｌｂ、Ｌｐ インダクタンス値
ＭＣ 直流・交流モード設定回路
Ｍｃ 直流・交流モード設定信号
Ｎｃ 補助巻線
Ｎｍ 主巻線
ＰＣ 補助電源
ＰＭ 電源主回路
Ｒｓ 抵抗器
Ｒ１ 第１の抵抗器
Ｒ２ 第２の抵抗器
ＳＤ ２次インバータ駆動回路
Ｓｔ 起動信号
ＴＭ 極性切換回路
Ｔｍ 極性切換信号
Ｔ１、Ｔ２ 出力端子
ＴＲ１、１ａ、 第１のスイッチング素子
ＴＲ２、２ａ、２ｂ 第２のスイッチング素子
ＴＲ３、３ａ、３ｂ 第３のスイッチング素子
ＴＲ４、４ａ 第４のスイッチング素子
ＴＲｓ 短絡用スイッチング素子
ＴＲ１ｂ 第２の短絡用スイッチング素子
ＴＲ４ｂ 第３の短絡用スイッチング素子
Ｔ１、１ａ 第１素子駆動信号
Ｔ２、２ａ、２ｂ 第２素子駆動信号
Ｔ３、３ａ、３ｂ 第３素子駆動信号
Ｔ４、４ａ、４ｂ 第４素子駆動信号
Ｔｒｓ 短絡素子駆動信号
Ｔ１ｂ 第２の短絡素子駆動信号
Ｔ４ｂ 第３の短絡素子駆動信号
Ｔａ アーク期間
Ｔｂ ベース期間
Ｔｈ ホットスタート期間
Ｔｐ ピーク期間
Ｔｐｂ パルス周期
ＴＲｃ 補助電源スイッチング素子
ＴＲｓ 短絡用スイッチング素子
Ｔｓ 短絡期間
Ｖｂ ベース電圧
Ｖｏ 出力電圧
Ｖｐ ピーク電圧
Ｖｔ 短絡判別電圧値
Ｖｗ 溶接電圧
ＷＬ リアクトル
ＷＬ 可飽和リアクトル（リアクトル）
ＷＬ１ 補助巻線付可飽和リアクトル
【技術分野】
【０００１】
本発明は、溶接電源の出力に直列に可飽和リアクトルを有する溶接電源においてアークスタート性を良好にすることができる消耗電極アーク溶接電源に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
図１３は、消耗電極アーク溶接電源の一般的な構成を示す図である。電源主回路ＰＭは、外部からの起動信号Ｓｔに応動して交流商用電源（３相２００Ｖ等）を入力としてインバータ制御、チョッパ制御等による出力制御を行いアーク溶接に適した出力電圧Ｖｏ及び溶接電流Ｉｗを出力すると共に、消耗電極である溶接ワイヤ１の送給速度Ｆｗを制御する。リアクトルＷＬは、上記の電源主回路ＰＭの出力に直列に挿入されて、上記の出力電圧Ｖｏ及び溶接電流Ｉｗを平滑する。このリアクトルＷＬの作用については図１４及び図１５で後述する。溶接電源の出力端子Ｔ１は溶接トーチの給電チップを介して溶接ワイヤ１と接続され、もう１つの出力端子Ｔ２は母材２と接続され、溶接ワイヤ１と母材２との間には溶接電圧Ｖｗが印加する。溶接ワイヤ１は送給速度Ｆｗで送給されて、母材２との間でアーク３が発生して溶接が行われる。
【０００３】
図１４は、消耗電極アーク溶接の１つであるパルスアーク溶接における溶接電流Ｉｗ及び溶接電圧Ｖｗの波形図である。時刻ｔ１〜ｔ２のピーク期間Ｔｐ中は、同図（Ａ）に示すように、溶滴移行させるための大電流値のピーク電流Ｉｐを通電し、同図（Ｂ）に示すように、ピーク電圧Ｖｐが溶接ワイヤ・母材間に印加する。時刻ｔ２〜ｔ３のベース期間Ｔｂ中は、同図（Ａ）に示すように、溶滴を形成しないための小電流値のベース電流Ｉｂを通電し、同図（Ｂ）に示すように、ベース電圧Ｖｂが溶接ワイヤ・母材間に印加する。上記のピーク期間Ｔｐ及びベース期間Ｔｂをパルス周期Ｔｐｂとして繰り返して溶接が行われる。
【０００４】
一般的に、溶接電流Ｉｗの値が数十Ａ未満の小電流値になると、少しのアーク負荷変動によってアーク切れが発生しやすい。アーク切れが発生すると溶接状態が不安定になるために溶接品質が悪くなる。上述したように、ベース電流Ｉｂの値は数十Ａ未満と小電流値であるために、ベース期間Ｔｂ中はアーク切れが発生しやすい。このアーク切れを防止するための有力な方法として従来からリアクトルＷＬのインダクタンス値Ｌ［μＨ］を大きくする対策が取られている。この理由は以下のとおりである。アーク切れが発生する直前には溶接電流が急減する。この電流変化ｄｉ／ｄｔによってリアクトルＷＬに電圧Ｅ＝Ｌ・ｄｉ／ｄｔが発生し、この電圧がアーク切れを防止することになるためである。したがって、インダクタンス値Ｌが大きければ上記の電圧Ｅも大きくなり、アーク切れが発生しにくくなる。
【０００５】
他方、ピーク期間Ｔｐに同期した良好な溶滴移行状態（いわゆる１パルス１溶滴移行の状態）にするためには、ピーク電流Ｉｐの立上り及び立下り速度は速くなければならない。この立上り及び立下り速度は、インダクタンス値Ｌに略比例するために、ピーク期間Ｔｐ中のインダクタンス値Ｌは小さな値である必要がある。このように、ベース期間Ｔｂ中のインダクタンス値の適正値Ｌｂとピーク期間Ｔｐ中のインダクタンス値の適正値Ｌｐとは大きく異なり、Ｌｂ＞Ｌｐとなる。すなわち、リアクトルのインダクタンス値は、溶接電流Ｉｗが小電流値のときは大きくなり大電流値のときは小さくなるのが理想的である。
【０００６】
図１５は、消耗電極アーク溶接の１つであるＣＯ２／ＭＡＧ溶接の短絡移行溶接における溶接電流Ｉｗ及び溶接電圧Ｖｗの波形図である。短絡移行溶接では、時刻ｔ１〜ｔ２の短絡期間Ｔｓと時刻ｔ２〜ｔ３のアーク期間Ｔａとを交互に繰り返して溶接が行われる。短絡期間Ｔｓ中は溶接ワイヤと母材とが短絡状態にあり、同図（Ａ）に示すように、次第に大きくなる短絡電流が通電し、同図（Ｂ）に示すように、溶接電圧Ｖｗは数Ｖと低い値になる。上記のアーク期間Ｔａ中は溶接ワイヤと母材との間にアークが発生しており、同図（Ａ）に示すように、次第に小さくなるアーク電流が通電し、同図（Ｂ）に示すように、溶接電圧Ｖｗは十数Ｖ〜数十Ｖのアーク電圧値となる。
【０００７】
図１５（Ａ）において、アーク期間Ｔａの後半部分の電流値は数十Ａ未満になる場合もあり、上述したようにアーク切れが発生しやすくなる。したがって、溶接電流Ｉｗが小電流値であるときにはリアクトルのインダクタンス値を大きくする必要がある。他方、溶接状態を安定化するためには、同図（Ａ）に示す短絡期間Ｔｓ中の電流上昇率を速い速度の適正値にする必要がある。したがって、インダクタンス値は、溶接電流Ｉｗが大電流値であるときは小さな値になる必要がある。
【０００８】
上述したように、パルスアーク溶接、短絡移行溶接等の消耗電極アーク溶接においては、溶接電流の値に反比例してリアクトルのインダクタンス値が変化することが望ましい。このようなインダクタンス値の特性を有するリアクトルとして、下記の可飽和リアクトルがある。図１６は、この可飽和リアクトルの構造の一例を示す図である。コ形状の鉄芯Ｃ１、Ｃ２によって閉ループの鉄芯が形成される。両鉄芯Ｃ１、Ｃ２の接触面には薄い非磁性体のスペーサＧを挿入してギャップを設けている。溶接が通電する主巻線Ｎｍは、鉄芯Ｃ１に導線を所定回数巻き付けて形成する。鉄芯が閉ループであるので、主巻線Ｎｍを通電する電流値が所定電流値Ｉｔ以上になると鉄芯は飽和する。このために、可飽和リアクトルと呼ばれる。
【０００９】
図１７は、上述した可飽和リアクトルの電流値に対するインダクタンス値の変化を示す図である。同図に示すように、鉄芯が飽和する所定電流値Ｉｔ＝４０Ａを境界値として、インダクタンス値は所定電流値Ｉｔ未満では急激に大きな値になり、所定電流値Ｉｔ以上では非常に小さな値になる。したがって、可飽和リアクトルは、電流値に略反比例してインダクタンス値が変化するので、小電流時のアーク切れを防止すると共に、大電流時は電流上昇率が大きくなり溶接状態も安定化する。上記の所定電流値Ｉｔは、スペーサの厚みによってギャプ長を変えることで調整することができる。主巻線の巻数Ｎｍによってインダクタンス値の特性は変化する。
【００１０】
電流値に反比例させてインダクタンス値を変化させる方法としては、上述した可飽和リアクトルを使用する方法以外に以下のような方法も提案されている。例えば、特許文献１、２の発明では、小電流用のリアクトルと大電流用のリアクトルとを設けることによって、電流値に応じてインダクタンス値を切り換えることができるようにしている。
【００１１】
【特許文献１】特公昭５９−１６８７０号公報
【特許文献２】特開平１１−２８５６７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
図１８は、図１３で上述した消耗電極アーク溶接電源におけるアークスタート時のタイミングチャートである。同図（Ａ）は起動信号Ｓｔの、同図（Ｂ）は送給速度Ｆｗの、同図（Ｃ）は溶接電流Ｉｗの、同図（Ｄ）は溶接電圧Ｖｗの時間変化を示す。同図は、リアクトルＷｌが上述した可飽和リアクトルの場合である。以下、同図を参照して説明する。
【００１３】
時刻ｔ１において、図１８（Ａ）に示すように、起動信号ＳｔがＨｉｇｈレベルになると、同図（Ｂ）に示すように、送給速度Ｆｗは低速の初期送給速度となり、溶接ワイヤは母材方向へ送給される。同時に、同図（Ｃ）に示すように、電源主回路からの出力が開始されて大きな値の無負荷電圧が印加する。無負荷電圧となるのは、溶接ワイヤがまだ母材に到達しておらず、溶接ワイヤ・母材間が無負荷状態にあるためである。また、同図（Ｄ）に示すように、溶接ワイヤ・母材間が無負荷状態であるので、溶接電流Ｉｗはまだ通電しない。
【００１４】
時刻ｔ２において溶接ワイヤが母材に接触すると、図１８（Ｃ）に示すように、溶接電圧Ｖｗは低い値の短絡電圧値に変化し、同図（Ｄ）に示すように、溶接電流Ｉｗが通電を開始する。これに応動して、同図（Ｂ）に示すように、送給速度Ｆｗは定常の送給速度に切り換えられる。同図（Ｃ）に示すように、時刻ｔ２〜ｔ３の期間中は溶接電流Ｉｗの値は所定電流値Ｉｔ未満であるために、可飽和リアクトルのインダクタンス値は大きな値になる。このために、この期間中の電流上昇率は非常に緩やかになる。時刻ｔ３において溶接電流Ｉｗの値が所定電流値Ｉｔを超えると、可飽和リアクトルは飽和してインダクタンス値は非常に小さな値になるために、溶接電流Ｉｗは急激に上昇して予め定めたホットスタート電流Ｉｈが予め定めたホットスタート期間Ｔｈが終了する時刻ｔ５まで通電する。溶接電流Ｉｗが急上昇した直後の時刻ｔ４においてアークが発生するので、同図（Ｃ）に示すように、時刻ｔ４において溶接電圧Ｖｗは短絡電圧値からアーク電圧値に変化する。時刻ｔ５以降は、パルスアーク溶接又は短絡移行溶接の定常の溶接電流Ｉｗが通電する。
【００１５】
図１８（Ｄ）に示すように、溶接ワイヤが母材に接触した時点ｔ２から時刻ｔ３までの期間中の溶接電流Ｉｗの上昇率が緩やかであるために、時刻ｔ２〜ｔ４のスタート時短絡期間が長くなり、良好でないアークスタートとなる確率が高くなる。すなわち、溶接ワイヤと母材とが接触した直後の電流上昇率が速いほどスタート時短絡期間が短くなり、良好なアークスタートとなる確率が高くなる。スタート時短絡期間が長くなると、アークスタート時に大粒のスパッタが発生したりアークスタート部のビード外観が悪くなったりし、時にはアークスタートに失敗するケースも生じる。
【００１６】
従来技術において、アークスタート時にリアクトルを電磁開閉器の接点によって短絡してインダクタンス値を小さくする方法が提案されている。すなわち、アークスタート時はリアクトルを接点で短絡してインダクタンス値を小さくし、アークスタート後は接点を開にしてリアクトルの短絡を解除して本来のインダクタンス値に戻す方法である。しかし、この方法では、接点は数百Ａの溶接電流の通電を遮断する必要があるために、大きな容量の電磁開閉器が必要になる。このために、溶接電源のコストアップになる。さらに、アークスタート毎に大電流の遮断を繰り返し行うために接点の寿命が短くなるので、溶接電源の耐用寿命も短くなるという問題がある。
【００１７】
そこで、本発明では、リアクトルとして可飽和リアクトルを使用する溶接電源において良好なアークスタート性を実現する消耗電極アーク溶接電源を提供する。
【課題を解決するための手段】
【００１８】
上述した課題を解決するために、第１の発明は、溶接電流及び溶接電圧を消耗電極に供給する電源主回路と、この電源主回路の出力に直列に接続され主巻線及び鉄芯から成るリアクトルとを備え、上記リアクトルは上記主巻線に通電する電流値が所定電流値未満のときはインダクタンス値が大きくなり上記所定電流値以上のときは上記鉄芯が飽和状態になって非常に小さなインダクタンス値になる可飽和リアクトルである消耗電極アーク溶接電源において、上記可飽和リアクトルに補助巻線を新たに設け、この補助巻線に接続された補助電源を設け、アークスタートに際し上記補助電源から上記補助巻線に電流を通電することによって上記可飽和リアクトルを飽和状態にしてインダクタンス値を非常に小さくし、続いて送給によって消耗電極が母材に接触すると上記電源主回路から大電流値のホットスタート電流を上記主巻線を通して消耗電極に通電してアークスタートさせ、続いて上記補助電源からの電流通電を停止して上記電源主回路から上記主巻線を通して定常の溶接電流を通電することを特徴とする消耗電極アーク溶接電源である。
【００１９】
第２の発明は、溶接電流及び溶接電圧を消耗電極に供給する電源主回路と、この電源主回路の出力に直列に接続され主巻線及び鉄芯から成るリアクトルとを備え、上記リアクトルは上記主巻線に通電する電流値が所定電流値未満のときはインダクタンス値が大きくなり上記所定電流値以上のときは上記鉄芯が飽和状態になって非常に小さなインダクタンス値になる可飽和リアクトルである消耗電極アーク溶接電源において、 上記消耗電極アーク溶接電源の出力端子間に抵抗器及び短絡用スイッチング素子から成る直列回路を設け、アークスタートに際し上記短絡用スイッチング素子をオン状態にして出力端子間を短絡すると共に上記電源主回路から上記主巻線及び上記短絡用スイッチング素子を通して上記所定電流値以上の端子短絡電流を通電して上記可飽和リアクトルを飽和状態にしてインダクタンス値を非常に小さくし、続いて送給によって消耗電極が母材に接触すると上記短絡用スイッチング素子をオフ状態にすると共に上記電源主回路からの電流を大電流値のホットスタート電流に切り換えて上記可飽和リアクトルの上記主巻線を通して消耗電極に通電してアークスタートさせ、続いて上記電源主回路から上記主巻線を通して定常の溶接電流を通電することを特徴とする消耗電極アーク溶接電源である。
【００２０】
第３の発明は、直流電流及び直流電圧を供給する電源主回路と、上記電源主回路の出力に直列に接続され主巻線及び鉄芯から成るリアクトルと、上記リアクトルは上記主巻線に通電する電流値が所定電流値未満のときはインダクタンス値が大きくなり上記所定電流値以上のときは上記鉄芯が飽和状態になって非常に小さなインダクタンス値になる可飽和リアクトルであり、上記リアクトルの出力に設けられ相対向する第１のスイッチング素子及び第４のスイッチング素子並びに相対向する第２のスイッチング素子及び第３のスイッチング素子からフルブリッジを形成し交流出力を消耗電極に供給する極性切換インバータ回路とを備えた消耗電極交流アーク溶接電源において、上記極性切換インバータ回路に並列に抵抗器及び短絡用スイッチング素子から成る直列回路を設け、アークスタートに際し、上記短絡用スイッチング素子をオン状態にすると共に上記極性切換インバータ回路の４つのスイッチング素子をオフ状態にして上記電源主回路から上記主巻線及び上記短絡用スイッチング素子を通して上記所定電流値以上の短絡電流を通電して上記可飽和リアクトルを飽和状態にしてインダクタンス値を非常に小さくし、続いて送給によって消耗電極が母材に接触すると上記短絡用スイッチング素子をオフ状態にすると共に上記極性切換インバータ回路の相対向する２組のスイッチング素子のどちらか１組をオン状態にして上記電源主回路からの直流電流を大電流値のホットスタート電流に切り換えて上記可飽和リアクトルの上記主巻線を通して消耗電極に通電してアークスタートさせ、続いて上記電源主回路から定常の直流電流を上記極性切換インバータ回路によって交流電流に変換して通電することを特徴とする消耗電極交流アーク溶接電源である。
【００２１】
第４の発明は、直流電流及び直流電圧を供給する電源主回路と、上記電源主回路の出力に直列に接続され主巻線及び鉄芯から成るリアクトルと、上記リアクトルは上記主巻線に通電する電流値が所定電流値未満のときはインダクタンス値が大きくなり上記所定電流値以上のときは上記鉄芯が飽和状態になって非常に小さなインダクタンス値になる可飽和リアクトルであり、上記リアクトルの出力に設けられ相対向する第１のスイッチング素子及び第４のスイッチング素子並びに相対向する第２のスイッング素子及び第３のスイッング素子からフルブリッジを形成し交流出力を消耗電極に供給する極性切換インバータ回路とを備えた消耗電極交流アーク溶接電源において、上記極性切換インバータ回路の第１のスイッチング素子に並列に抵抗器及び第２の短絡用スイッチング素子から成る直列回路を設け、アークスタートに際し、上記短絡用スイッチング素子をオン状態にすると共に上記極性切換インバータ回路の第３のスイッチング素子をオン状態にして上記電源主回路から上記主巻線、上記短絡用スイッチング素子及び上記第３のスイッチング素子を通して上記所定電流値以上の短絡電流を通電して上記可飽和リアクトルを飽和状態にしてインダクタンス値を非常に小さくし、続いて送給によって消耗電極が母材に接触すると上記短絡用スイッチング素子及び第３のスイッチング素子をオフ状態にすると共に上記極性切換インバータ回路の相対向する２組のスイッチング素子のどちらか１組をオン状態にして上記電源主回路からの直流電流を大電流値のホットスタート電流に切り換えて上記可飽和リアクトルの上記主巻線を通して消耗電極に通電してアークスタートさせ、続いて上記電源主回路から定常の直流電流を上記極性切換インバータ回路によって交流電流に変換して通電することを特徴とする消耗電極交流アーク溶接電源である。
【００２２】
第５の発明は、上記極性切換インバータ回路の第１のスイッチング素子に並列に抵抗器及び第２の短絡用スイッチング素子から成る第１の直列回路と第４のスイッチング素子に並列に抵抗器及び第３の短絡用スイッチング素子から成る第２の直列回路とを設け、アークスタートに際し、上記第２の短絡用スイッチング素子及び上記第３の短絡用スイッチング素子をオン状態にすると共に上記極性切換インバータ回路の第２のスイッチング素子及び第３のスイッチング素子及をオン状態にして上記電源主回路から上記主巻線、上記第２の短絡用スイッチング素子及び上記第３のスイッチング素子並びに上記第２のスイッチング素子及び第３の短絡用スイッチング素子を通して上記所定電流値以上の短絡電流を通電して上記可飽和リアクトルを飽和状態にしてインダクタンス値を非常に小さくし、続いて送給によって消耗電極が母材に接触すると上記第２の短絡用スイッチング素子、上記第３の短絡用スイッチング素子、第２のスイッチング素子及び第３のスイッチング素子をオフ状態にすると共に上記極性切換インバータ回路の相対向する２組のスイッチング素子のどちらか１組をオン状態にして上記電源主回路からの直流電流を大電流値のホットスタート電流に切り換えて上記可飽和リアクトルの上記主巻線を通して消耗電極に通電してアークスタートさせることを特徴とする請求項４記載の消耗電極交流アーク溶接電源である。
【発明の効果】
【００２３】
第１の発明によれば、アークスタートに際して溶接ワイヤが母材に接触するまでに補助巻線電流を通電して補助巻線付可飽和リアクトルを飽和状態にすることによってインダクタンス値を非常に小さくし、ホットスタート電流の上昇率を非常に速くすることができるので、良好なアークスタート性を実現することができる。
【００２４】
第２の発明によれば、アークスタートに際して溶接ワイヤが母材に接触するまでに端子短絡電流を通電して可飽和リアクトルを飽和状態にすることによってインダクタンス値を非常に小さくし、ホットスタート電流の上昇率を非常に速くすることができるので、良好なアークスタート性を実現することができる。
【００２５】
第３の発明によれば、交流アーク溶接のアークスタートに際して溶接ワイヤが母材に接触するまでに短絡電流を通電して可飽和リアクトルを飽和状態にすることによってインダクタンス値を非常に小さくし、ホットスタート電流の上昇率を非常に速くすることができるので、交流アーク溶接において良好なアークスタート性を実現することができる。
【００２６】
第４の発明によれば、交流アーク溶接機の２次インバータ回路は、同一容量のパワートランジスタを同一パッケージに２個配設されたパワートランジスタを使用しているために、新たに短絡用スイッチング素子を外部に設けることなく、パワートランジスタに配設された２個のうち１つを短絡用スイッチング素子として使用できるために、抵抗器１つを外部に設けるだけで直列回路が形成され、回路構成の簡略化が実現できる。
【００２７】
第５の発明によれば、上記第４の発明の２次インバータ回路に、抵抗器を２つ外部に設けて直列回路を２つ形成し、上記２つの直列回路を用いて交流アーク溶接のアークスタートに際して溶接ワイヤが母材に接触するまでに短絡電流を通電するので可飽和リアクトルが飽和状態になりインダクタンス値が確実に小さくなり、交流アーク溶接において良好なアークスタート性を実現することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２８】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。
【００２９】
［実施の形態１］
図１は、本発明の実施の形態１に係る消耗電極アーク溶接電源の構成図である。同図において上述した図１３と同一の構成物には同一符号を付してそれらの説明は省略する。以下、図１３とは異なる構成物について説明する。
【００３０】
補助巻線付可飽和リアクトルＷＬ１は、主巻線Ｎｍに加えて補助巻線Ｎｃを付加した可飽和リアクトルであり、詳細は図２で後述する。この補助巻線Ｎｃには、定電流電源ＣＣ及び補助電源スイッチング素子ＴＲｃから成る補助電源ＰＣが接続される。上記の定電流電源ＣＣからは補助巻線付可飽和リアクトルＷＬ１が飽和状態になる値の補助巻線電流Ｉｃを通電する。補助電源駆動回路ＤＶＣは、上記の駆動電源スイッチング素子ＴＲｃをオン／オフ制御する。同図におけるアークスタート時のタイミングチャートについては図３で後述する。
【００３１】
図２は、上述した補助巻線付可飽和リアクトルＷＬ１の構造の一例を示す図である。同図は、図１６で上述した可飽和リアクトルに補助巻線Ｎｃを付加したものである。主巻線Ｎｍには溶接電流Ｉｗが通電し、補助巻線Ｎｃには補助巻線電流Ｉｃが通電する。巻数比Ｎｍ：Ｎｃは、１：１〜１：５程度である。
【００３２】
図３は、実施の形態１におけるアークスタート時のタイミングチャートである。同図は上述した図１８と対応している。以下、同図を参照して説明する。
【００３３】
時刻ｔ１において、図３（Ａ）に示すように、起動信号ＳｔがＨｉｇｈレベルになると、同図（Ｂ）に示すように、溶接ワイヤは初期送給速度での送給が開始される。同時に、同図（Ｅ）に示すように、補助電源スイッチング素子ＴＲｃがオンされて補助電源ＰＣから補助巻線Ｎｃに補助巻線電流Ｉｃが通電する。この電流値は、Ｉｃ・Ｎｃ＞Ｉｔ・Ｎｍとなり補助巻線付可飽和リアクトルが飽和状態になる値である。
【００３４】
時刻ｔ２において溶接ワイヤが母材に接触すると、図３（Ｃ）に示すように、溶接電圧Ｖｗは無負荷電圧から短絡電圧へと変化する。溶接電圧Ｖｗが予め定めた短絡判別電圧値Ｖｔ未満になったことを判別すると、同図（Ｅ）に示すように、補助巻線電流Ｉｃの通電を停止すると共に、同図（Ｄ）に示すように、大電流値のホットスタート電流Ｉｈの通電を開始する。このときに、補助巻線付可飽和リアクトルは補助巻線電流Ｉｃの通電によって飽和状態にあるために、上記のホットスタート電流Ｉｈの上昇率は非常に速い。この結果、短時間の短絡後の時刻ｔ３においてアークが発生するので、同図（Ｃ）に示すように、溶接電圧Ｖｗは短絡電圧からアーク電圧へと変化する。時刻ｔ４においてホットスタート期間Ｔｈが終了すると、同図（Ｄ）に示すように、溶接電流Ｉｗはホットスタート電流Ｉｈからパルスアーク溶接又は短絡移行溶接の定常の溶接電流へと移行する。
【００３５】
上述したように、実施の形態１では、溶接ワイヤが母材に接触するまでに補助巻線電流を通電して補助巻線付可飽和リアクトルを飽和状態にすることによって、ホットスタート電流の上昇率を非常に速くすることができるので、良好なアークスタート性を実現することができる。図３（Ｅ）に示すように、上記は補助巻線電流Ｉｃを時刻ｔ２のアークスタート時に停止させる場合であるが、少し遅延させてから停止させても良い。
【００３６】
［実施の形態２］
図４は、本発明の実施の形態２に係る消耗電極アーク溶接電源の構成図である。同図において上述した図１３と同一の構成物には同一符号を付してそれらの説明は省略する。同図の可飽和リアクトルＷＬは、図１６及び図１７で上述した可飽和リアクトルと同一物であり、所定電流値Ｉｔ以上の電流の通電によって飽和する。以下、図１３とは異なる構成物について説明する。
【００３７】
出力端子Ｔ１、Ｔ２間に、抵抗器Ｒｓ及び短絡用スイッチング素子ＴＲｓから成る直列回路を接続する。そして、短絡駆動回路ＤＶＳは、上記の短絡用スイッチング素子ＴＲｓのオン／オフ制御を行う。上記の短絡用スイッチング素子ＴＲｓがオンされると、端子短絡電流Ｉｓが通電する。
【００３８】
図５は、実施の形態２におけるアークスタート時のタイミングチャートである。同図は上述した図１８及び図３と対応している。以下、同図を参照して説明する。
【００３９】
時刻ｔ１において、図５（Ａ）に示すように、起動信号ＳｔがＨｉｇｈレベルになると、同図（Ｂ）に示すように、溶接ワイヤは初期送給速度での送給が開始される。同時に、電源主回路ＰＭからの出力が開始されると共に短絡用スイッチング素子ＴＲｓがオンされて主巻線Ｎｍを通して端子短絡電流Ｉｓが通電する。この電流値は、Ｉｓ＞Ｉｔとなり可飽和リアクトルが飽和状態になる値である。時刻ｔ１〜ｔ２の期間中の溶接電圧Ｖｗは、同図（Ｃ）に示すように、略Ｉｓ・Ｒｓとなる。この電圧値が溶接ワイヤが母材に接触したときの短絡電圧値よりも大きな値になるように抵抗器Ｒｓの抵抗値を選択する。これは、溶接ワイヤが母材に接触したことを判別するためである。
【００４０】
時刻ｔ２において溶接ワイヤが母材に接触すると、図５（Ｃ）に示すように、溶接電圧Ｖｗは上記のＩｓ・Ｒｓから短絡電圧値へと変化する。溶接電圧Ｖｗが予め定めた短絡判別電圧値Ｖｔ未満になったことを判別すると、同図（Ｅ）に示すように、短絡用スイッチング素子ＴＲｓをオフにして端子短絡電流Ｉｓの通電を停止すると共に、同図（Ｄ）に示すように、大電流値のホットスタート電流Ｉｈの通電を開始する。このときに、可飽和リアクトルは端子短絡電流Ｉｓの通電によって飽和状態にあるために、上記のホットスタート電流Ｉｈの上昇率は非常に速い。この結果、短時間の短絡後の時刻ｔ３においてアークが発生するので、同図（Ｃ）に示すように、溶接電圧Ｖｗは短絡電圧からアーク電圧へと変化する。時刻ｔ４においてホットスタート期間Ｔｈが終了すると、同図（Ｄ）に示すように、溶接電流Ｉｗはホットスタート電流Ｉｈからパルスアーク溶接又は短絡移行溶接の定常の溶接電流に移行する。
【００４１】
上述したように、実施の形態２では、溶接ワイヤが母材に接触するまでに端子短絡電流を通電して可飽和リアクトルを飽和状態にすることによってインダクタンス値を非常に小さくし、ホットスタート電流の上昇率を非常に速くすることができるので、良好なアークスタート性を実現することができる。上記において、溶接ワイヤが母材に接触したことを溶接電圧の変化で判別したが、溶接電流Ｉｗの通電開始によって判別しても良い。
【００４２】
［効果］
図６は、本発明の効果の一例を示す良好アークスタート率の比較図である。同図は、アルミニウム合金のパルスＭＩＧ溶接において、直径１．２ｍｍの溶接ワイヤを使用し、平均溶接電流８０Ａで１００回のアークスタートを繰り返し、アークスタートが良好であった比率を測定したものである。従来技術とは、上述した図１３においてリアクトルを可飽和リアクトルにした場合であり、本発明とは実施の形態１及び２の場合である。アークスタートの良否は、溶接ワイヤが母材に接触したときのスタート時短絡期間が４ｍｓ未満であれば良好、４ｍｓ以上であれば良好でないと判定した。同図に示すように、良好アークスタート率は、従来技術では６４％であったが、本発明では９２％に大幅に改善された。
【００４３】
［実施の形態３］
図７は、本発明の実施の形態３に係る消耗電極交流アーク溶接電源の構成図である。同図において上述した図１３と同一の構成物には同一符号を付してそれらの説明は省略する。同図の可飽和リアクトルＷＬは、図１６及び図１７で上述した可飽和リアクトルと同一物であり、所定電流値Ｉｔ以上の電流の通電によって飽和する。以下、図１３とは異なる構成物について説明する。
【００４４】
図７において、下記に示す極性切換インバータ回路に並列に抵抗器Ｒｓ及び短絡用スイッチング素子ＴＲｓから成る直列回路を設け、上記極性切換インバータ回路（以後、２次インバータ回路という）は、上記可飽和リアクトルＷＬの出力側に第１のスイッチング素子ＴＲ１のコレクタと第２のスイッチング素子ＴＲ２のコレクタとを接続し、第２の出力端子Ｔ２に第１スイッチング素子ＴＲ１のエミッタと第２スイッチング素子ＴＲ２のコレクタとを接続し、第１の出力端子に第２スイッチング素子ＴＲ２のエミッタと第４スイッチング素子ＴＲ４のコレクタと接続し、上記電源主回路の出力側に第３のスイッチング素子ＴＲ３エミッタと第４スイッチング素子ＴＲ４のエミッタとを接続してなるフルブリッジを形成する。
【００４５】
直流・交流モード設定回路ＭＣは、直流モード又は交流モードを設定し、直流モードのときは直流・交流モード設定信号ＭｃをＬｏｗレベルにし、交流モードのときはＨｉｇｈレベルにする。極性切換回路ＴＭは、２次インバータ回路の極性切換周波数及び極性比率を予め定めた値に設定して極性切換信号Ｔｍとして出力する。そして、２次インバータ駆動回路ＳＤは、上記直流・交流モード設定信号Ｍｃ及び極性切換信号Ｔｍに応じて上記２次インバータ回路の相対向する４つのスイッチング素子及び上記直列回路の短絡用スイッチング素子ＴＲｓのオン／オフ制御を行う。
【００４６】
図８は、交流モードのＥＰ極性でアークスタートする時のタイミングチャートである。以下、同図を参照して説明する。
【００４７】
時刻ｔ１において、図８（Ａ）に示すように、起動信号ＳｔがＨｉｇｈレベルになると、同図（Ｇ）に示すように、溶接ワイヤは初期送給速度での送給が開始される。同時に図７に示す、電源主回路ＰＭからの出力が開始されると共に同図（Ｂ）に示す短絡素子駆動信号ＴｒｓをＨｉｇｈレベルにして、短絡用スイッチング素子ＴＲｓがオンされて主巻線Ｎｍを通して短絡電流Ｉｓが通電する。この電流値は、Ｉｓ＞Ｉｔとなり可飽和リアクトルが飽和状態になる値である。時刻ｔ１〜ｔ２の期間中の溶接電圧Ｖｗは、同図（Ｈ）に示すように、略Ｉｓ・Ｒｓ１となる。この電圧値が溶接ワイヤが母材に接触したときの短絡電圧値よりも大きな値になるように抵抗器Ｒｓを選択する。これは、溶接ワイヤが母材に接触したことを判別するためである。
【００４８】
時刻ｔ２において溶接ワイヤが母材に接触すると、図８（Ｈ）に示すように、溶接電圧Ｖｗは上記の略Ｉｓ・Ｒｓから短絡電圧値へと変化する。溶接電圧Ｖｗが予め定めた短絡判別電圧値Ｖｔ未満になったことを判別すると、短絡用スイッチング素子ＴＲｓをオフにして同図（Ｊ）に示す短絡電流Ｉｓの通電を停止すると共に第２素子駆動信号Ｔ２及び第３素子駆動信号Ｔ３をＨｉｇｈレベルにして、第２のスイッチング素子ＴＲ２及び第３のスイッチング素子ＴＲ３をオン状態にして同図（Ｉ）に示すように、大電流値のホットスタート電流Ｉｈの通電を開始する。このときに、可飽和リアクトルは短絡電流Ｉｓの通電によって飽和状態にあるために、上記のホットスタート電流Ｉｈの上昇率は非常に速い。この結果、短時間の短絡後の時刻ｔ３においてアークが発生するので、同図（Ｈ）に示すように、溶接電圧Ｖｗは短絡電圧からアーク電圧へと変化する。時刻ｔ４においてホットスタート期間Ｔｈが終了すると、同図（Ｉ）に示すように、溶接電流Ｉｗはホットスタート電流ＩｈからＥＰ極性の交流パルスアーク溶接の溶接電流に移行する。
【００４９】
［実施の形態４］
図９は、本発明の実施の形態４に係る消耗電極交流アーク溶接電源の構成図である。同図において、上述した図１３と同一の構成物には同一符号を付してそれらの説明は省略する。
【００５０】
２次インバータ回路には、例えば、３５０Ａの大電流を通電することが要求されるために大容量のパワートランジスタを必要する。しかし、大容量のパワートランジスタは高価であり品揃えも悪い。上記の対策として、図１９に示す、２００Ａのスイッチング素子を同一パッケージに２個直列に配設して形成された標準パワートランジスタが一般的に使用され価格も安く、品揃えも良い。本発明の実施の形態４は、上記標準パワートランジスタを用いて、２次インバータ回路を形成したものである。
【００５１】
本発明の実施の形態４の２次インバータ回路は上記標準パワートランジスタを用い、図９に示すように、リアクトルＷＬの出力側に第１の抵抗器Ｒ１及び第のスイッチング素子ＴＲ１ｂから成る第１の直列回路と第１のスイッチング素子ＴＲ１ａのコレクタと第２スイッチング素子ＴＲ２ａのコレクタと第２スイッチング素子ＴＲ２ｂのコレクタとを接続し、第２の出力端子Ｔ２に第１スイッチング素子ＴＲ１ａのエミッタと第１スイッチング素子ＴＲ１ｂのエミッタと第３スイッチング素子ＴＲ３ａのコレクタと第３スイッチング素子ＴＲ３ｂのコレクタとを接続し、第１の出力端子に第２スイッチング素子ＴＲ２ａのエミッタと第２スイッチング素子ＴＲ２ｂのエミッタと第４スイッチング素子ＴＲ４ａのコレクタと第４スイッチング素子ＴＲ４ｂのコレクタとを接続し、上記電源主回路の出力側に第３のスイッチング素子ＴＲ３ａのエミッタと第３スイッチング素子ＴＲ３ｂのエミッタと第４スイッチング素子ＴＲ４ａのエミッタと第４スイッチング素子ＴＲ４ｂのエミッタとを接続してフルブリッジを形成する。そして、２次インバータ駆動回路ＳＤは、上記２次インバータ回路の相対向する各スイッチング素子及び上記直列回路の短絡用スイッチング素子ＴＲｓのオン／オフ制御を行う。
【００５２】
図１０は、交流モードのＥＰ極性でアークスタートする時のタイミングチャートである。以下、同図を参照して説明する。
【００５３】
時刻ｔ１において、図１０（Ａ）に示すように、起動信号ＳｔがＨｉｇｈレベルになると、同図（Ｊ）に示すように、溶接ワイヤは初期送給速度での送給が開始される。同時に図９に示す、電源主回路ＰＭからの出力が開始されると共に図１０に示す第２短絡素子駆動信号Ｔ１ｂ、第３素子駆動信号Ｔ３ａ及び第３素子駆動信号Ｔ３ｂをＨｉｇｈレベルにして、第２の短絡用スイッチング素子ＴＲ１ｂ、第３のスイッチング素子ＴＲ３ａ及び第３のスイッチング素子ＴＲ３ｂがオンされて主巻線Ｎｍを通して短絡電流Ｉｓが通電する。この電流値は、Ｉｓ＞Ｉｔとなり可飽和リアクトルが飽和状態になる値である。時刻ｔ１〜ｔ２の期間中の溶接電圧Ｖｗは、同図（Ｋ）に示すように、略Ｉｓ・Ｒ１となる。この電圧値が溶接ワイヤが母材に接触したときの短絡電圧値よりも大きな値になるように第１の抵抗器Ｒ１の抵抗値を選択する。これは、溶接ワイヤが母材に接触したことを判別するためである。
【００５４】
時刻ｔ２において溶接ワイヤが母材に接触すると、図１０（Ｋ）に示すように、溶接電圧Ｖｗは上記の略Ｉｓ・Ｒｓから短絡電圧値へと変化する。溶接電圧Ｖｗが予め定めた短絡判別電圧値Ｖｔ未満になったことを判別すると、同図（Ｃ）に示す第２短絡素子駆動信号Ｔ１ｂをＬｏｗレベルにして第２の短絡用スイッチング素子ＴＲ１ｂをオフにすると共に第２素子駆動信号Ｔ２ａ、第２素子駆動信号Ｔ２ｂ、第３素子駆動信号Ｔ３ａ及び第３素子駆動信号Ｔ３ｂをＨｉｇｈレベルにして、第２のスイッチング素子ＴＲ２ａ、第２のスイッチング素子ＴＲ２ｂ、第３のスイッチング素子ＴＲ３ａ及び第３スイッチング素子ＴＲ３ｂをオン状態にして、同図（Ｍ）に示す端子短絡電流Ｉｓの通電を停止すると共に同図（Ｌ）に示すように、大電流値のホットスタート電流Ｉｈの通電を開始する。このときに、可飽和リアクトルＷＬは短絡電流Ｉｓの通電によって飽和状態にあるために、上記のホットスタート電流Ｉｈの上昇率は非常に速い。この結果、短時間の短絡後の時刻ｔ３においてアークが発生するので、同図（Ｋ）に示すように、溶接電圧Ｖｗは短絡電圧からアーク電圧へと変化する。時刻ｔ４においてホットスタート期間Ｔｈが終了すると、同図（Ｌ）に示すように、溶接電流Ｉｗはホットスタート電流ＩｈからＥＰ極性の交流パルスアーク溶接の溶接電流に移行する。
【００５５】
上述より、消耗性電極交流アーク溶接において、ＥＮ極性時の実効電流値はＥＰ極性時の実効電流値より小さい。よって、図９に示す、ＥＮ極性時に導通する２次側電流は第１のスイッチング素子のＴＲ１ａのみで供給でき、第１のスイッチング素子のもう一つのＴＲ１ｂを第２の短絡用スイッチング素子として流用できるために、外部に新たな短絡用スイッチング素子を設ける必要がなくなる。
【００５６】
［実施の形態５］
図１１は、本発明の実施の形態５に係る消耗電極アーク溶接電源の構成図である。同図において、上述した図９及び図１３と同一の構成物には同一符号を付してそれらの説明は省略する。
【００５７】
図１１に示す２次インバータ回路の第４のスイッチング素子ＴＲ４ｂのエミッタと電源主回路の出力との間に、第２の抵抗器Ｒ２を追加して第２の直列回路を新たに設けて本発明の実施の形態５の２次インバータ回路を形成している。
【００５８】
図１２は、交流モードのＥＰ極性でアークスタートする時のタイミングチャートである。以下、同図を参照して説明する。
【００５９】
時刻ｔ１において、図１２（Ａ）に示すように、起動信号ＳｔがＨｉｇｈレベルになると、同図（Ｊ）に示すように、溶接ワイヤは初期送給速度での送給が開始される。同時に図１１に示す、電源主回路ＰＭからの出力が開始されると共に図１２に示す第２短絡素子駆動信号Ｔ１ｂ、第２素子駆動信号Ｔ２ａ、第２素子駆動信号Ｔ２ｂ、第３素子駆動信号Ｔ３ａ、第３素子駆動信号Ｔ３ｂ及び第３短絡素子駆動信号Ｔ４ｂをＨｉｇｈレベルにして、第２の短絡用スイッチング素子ＴＲ１ｂ、第２のスイッチング素子ＴＲ２ａ、第２のスイッチング素子ＴＲ２ｂ、第３のスイッチング素子ＴＲ３ａ、第３のスイッチング素子ＴＲ３ｂ及び第３の短絡用スイッチング素子ＴＲ４ｂがオンされて主巻線Ｎｍを通して短絡電流Ｉｓが通電する。この電流値は、Ｉｓ＞Ｉｔとなり可飽和リアクトルが飽和状態になる値である。時刻ｔ１〜ｔ２の期間中の溶接電圧Ｖｗは、同図（Ｋ）に示すように略Ｉｓ・（Ｒ１・Ｒ２／Ｒ１＋Ｒ２）となる。この電圧値が溶接ワイヤが母材に接触したときの短絡電圧値よりも大きな値になるように第１の抵抗器Ｒｓ１及び第２の抵抗器Ｒ２の抵抗値を選択する。これは、溶接ワイヤが母材に接触したことを判別するためである。
【００６０】
時刻ｔ２において溶接ワイヤが母材に接触すると、図１２（Ｋ）に示すように、溶接電圧Ｖｗは上記の略Ｉｓ・（Ｒ１・Ｒ２／Ｒ１＋Ｒ２）から短絡電圧値へと変化する。溶接電圧Ｖｗが予め定めた短絡判別電圧値Ｖｔ未満になったことを判別すると、第２の短絡用スイッチング素子ＴＲ１ｂ及び第３の短絡用スイッチング素子ＴＲ４ｂをオフにして図１２（Ｍ）に示す短絡電流Ｉｓの通電を停止すると共に同図（Ｌ）に示すように、大電流値のホットスタート電流Ｉｈの通電を開始する。このときに、可飽和リアクトルは短絡電流Ｉｓの通電によって飽和状態にあるために、上記のホットスタート電流Ｉｈの上昇率は非常に速い。この結果、短時間の短絡後の時刻ｔ３においてアークが発生するので、同図（Ｋ）に示すように、溶接電圧Ｖｗは短絡電圧からアーク電圧へと変化する。時刻ｔ４においてホットスタート期間Ｔｈが終了すると、同図（Ｌ）に示すように、溶接電流Ｉｗはホットスタート電流ＩｈからＥＰ極性の交流パルスアーク溶接に移行する。
【００６１】
上述より、実施の形態４と同様にＥＮ極性の実効電流値はＥＰ極性の実効電流値より小さい。よって、図１１に示す、ＥＮ極性時に導通する２次側電流は第１のスイッチング素子のＴＲ１ａ及び第４のスイッチング素子ＴＲ４ａで供給ができ、第１のスイッチング素子のＴＲ１ｂ及び第４のスイッチング素子のＴＲ４ｂは、第２の短絡用スイッチング素子及び第３の短絡用スイッチング素子として流用できるために、外部に新たな２つの短絡用スイッチング素子を設ける必要がなくなる。
【００６２】
上述したように、実施の形態３、実施の形態４及び実施の形態５の交流アーク溶接において、溶接ワイヤ１が母材２に接触するまでに短絡電流を通電して可飽和リアクトルＷＬを飽和状態にすることによってインダクタンス値を非常に小さくし、ホットスタート電流の上昇率を非常に速くすることができるので、良好なアークスタート性を実現することができる。上記において、溶接ワイヤが母材に接触したことを溶接電圧の変化で判別したが、溶接電流Ｉｗの通電開始によって判別しても良い。
【図面の簡単な説明】
【００６３】
【図１】本発明の実施の形態１に係る消耗電極アーク溶接電源の構成図である。
【図２】図１における補助巻線付可飽和リアクトルＷＬ１の構造を示す図である。
【図３】図１におけるアークスタート時のタイミングチャートである。
【図４】本発明の実施の形態２に係る消耗電極アーク溶接電源の構成図である。
【図５】図４におけるアークスタート時のタイミングチャートである。
【図６】本発明の効果を示す良好アークスタート率の比較図である。
【図７】本発明の実施の形態３に係る消耗電極アーク溶接電源の構成図である。
【図８】図７におけるアークスタート時のタイミングチャートである。
【図９】本発明の実施の形態４に係る消耗電極アーク溶接電源の構成図である。
【図１０】図９におけるアークスタート時のタイミングチャートである。
【図１１】本発明の実施の形態５に係る消耗電極アーク溶接電源の構成図である。
【図１２】図１１におけるアークスタート時のタイミングチャートである。
【図１３】従来技術の消耗電極アーク溶接電源の構成図である。
【図１４】パルスアーク溶接の電流・電圧波形図である。
【図１５】短絡移行溶接の電流・電圧波形図である。
【図１６】従来技術における可飽和リアクトルの構造を示す図である。
【図１７】図１１の可飽和リアクトルの電流値に対するインダクタンス値の変化を示す図である。
【図１８】課題を示す従来技術におけるアークスタート時のタイミングチャートである。
【図１９】実施の形態４及び５に使用されている同一パッケージに２個直列に配設して 形成されたパワートランジスタの構成図である。
【符号の説明】
【００６４】
１ 溶接ワイヤ
２ 母材
３ アーク
Ｃ１、Ｃ２ 鉄芯
ＣＣ 定電流電源
ＤＶＣ 補助電源駆動回路
ＤＶＳ 短絡駆動回路
Ｆｗ 送給速度
Ｇ スペーサ
Ｉｂ ベース電流
Ｉｃ 補助巻線電流
Ｉｈ ホットスタート電流
Ｉｐ ピーク電流
Ｉｓ 端子短絡電流（短絡電流）
Ｉｔ 所定電流値
Ｉｗ 溶接電流
Ｌ、Ｌｂ、Ｌｐ インダクタンス値
ＭＣ 直流・交流モード設定回路
Ｍｃ 直流・交流モード設定信号
Ｎｃ 補助巻線
Ｎｍ 主巻線
ＰＣ 補助電源
ＰＭ 電源主回路
Ｒｓ 抵抗器
Ｒ１ 第１の抵抗器
Ｒ２ 第２の抵抗器
ＳＤ ２次インバータ駆動回路
Ｓｔ 起動信号
ＴＭ 極性切換回路
Ｔｍ 極性切換信号
Ｔ１、Ｔ２ 出力端子
ＴＲ１、１ａ、 第１のスイッチング素子
ＴＲ２、２ａ、２ｂ 第２のスイッチング素子
ＴＲ３、３ａ、３ｂ 第３のスイッチング素子
ＴＲ４、４ａ 第４のスイッチング素子
ＴＲｓ 短絡用スイッチング素子
ＴＲ１ｂ 第２の短絡用スイッチング素子
ＴＲ４ｂ 第３の短絡用スイッチング素子
Ｔ１、１ａ 第１素子駆動信号
Ｔ２、２ａ、２ｂ 第２素子駆動信号
Ｔ３、３ａ、３ｂ 第３素子駆動信号
Ｔ４、４ａ、４ｂ 第４素子駆動信号
Ｔｒｓ 短絡素子駆動信号
Ｔ１ｂ 第２の短絡素子駆動信号
Ｔ４ｂ 第３の短絡素子駆動信号
Ｔａ アーク期間
Ｔｂ ベース期間
Ｔｈ ホットスタート期間
Ｔｐ ピーク期間
Ｔｐｂ パルス周期
ＴＲｃ 補助電源スイッチング素子
ＴＲｓ 短絡用スイッチング素子
Ｔｓ 短絡期間
Ｖｂ ベース電圧
Ｖｏ 出力電圧
Ｖｐ ピーク電圧
Ｖｔ 短絡判別電圧値
Ｖｗ 溶接電圧
ＷＬ リアクトル
ＷＬ 可飽和リアクトル（リアクトル）
ＷＬ１ 補助巻線付可飽和リアクトル
【特許請求の範囲】
【請求項１】
溶接電流及び溶接電圧を消耗電極に供給する電源主回路と、この電源主回路の出力に直列に接続され主巻線及び鉄芯から成るリアクトルとを備え、前記リアクトルは前記主巻線に通電する電流値が所定電流値未満のときはインダクタンス値が大きくなり前記所定電流値以上のときは前記鉄芯が飽和状態になって非常に小さなインダクタンス値になる可飽和リアクトルである消耗電極アーク溶接電源において、前記可飽和リアクトルに補助巻線を新たに設け、この補助巻線に接続された補助電源を設け、アークスタートに際し前記補助電源から前記補助巻線に電流を通電することによって前記可飽和リアクトルを飽和状態にしてインダクタンス値を非常に小さくし、続いて送給によって消耗電極が母材に接触すると前記電源主回路から大電流値のホットスタート電流を前記主巻線を通して消耗電極に通電してアークスタートさせ、続いて前記補助電源からの電流通電を停止して前記電源主回路から前記主巻線を通して定常の溶接電流を通電することを特徴とする消耗電極アーク溶接電源。
【請求項２】
溶接電流及び溶接電圧を消耗電極に供給する電源主回路と、この電源主回路の出力に直列に接続され主巻線及び鉄芯から成るリアクトルとを備え、前記リアクトルは前記主巻線に通電する電流値が所定電流値未満のときはインダクタンス値が大きくなり前記所定電流値以上のときは前記鉄芯が飽和状態になって非常に小さなインダクタンス値になる可飽和リアクトルである消耗電極アーク溶接電源において、前記消耗電極アーク溶接電源の出力端子間に抵抗器及び短絡用スイッチング素子から成る直列回路を設け、アークスタートに際し前記短絡用スイッチング素子をオン状態にして出力端子間を短絡すると共に前記電源主回路から前記主巻線及び前記短絡用スイッチング素子を通して前記所定電流値以上の端子短絡電流を通電して前記可飽和リアクトルを飽和状態にしてインダクタンス値を非常に小さくし、続いて送給によって消耗電極が母材に接触すると前記短絡用スイッチング素子をオフ状態にすると共に前記電源主回路からの電流を大電流値のホットスタート電流に切り換えて前記可飽和リアクトルの前記主巻線を通して消耗電極に通電してアークスタートさせ、続いて前記電源主回路から前記主巻線を通して定常の溶接電流を通電することを特徴とする消耗電極アーク溶接電源。
【請求項３】
直流電流及び直流電圧を供給する電源主回路と、前記電源主回路の出力に直列に接続され主巻線及び鉄芯から成るリアクトルと、前記リアクトルは前記主巻線に通電する電流値が所定電流値未満のときはインダクタンス値が大きくなり前記所定電流値以上のときは前記鉄芯が飽和状態になって非常に小さなインダクタンス値になる可飽和リアクトルであり、前記リアクトルの出力に設けられ相対向する第１のスイッチング素子及び第４のスイッチング素子並びに相対向する第２のスイッチング素子及び第３のスイッチング素子からフルブリッジを形成し交流出力を消耗電極に供給する極性切換インバータ回路とを備えた消耗電極交流アーク溶接電源において、前記極性切換インバータ回路に並列に抵抗器及び短絡用スイッチング素子から成る直列回路を設け、アークスタートに際し、前記短絡用スイッチング素子をオン状態にすると共に前記極性切換インバータ回路の４つのスイッチング素子をオフ状態にして前記電源主回路から前記主巻線及び前記短絡用スイッチング素子を通して前記所定電流値以上の短絡電流を通電して前記可飽和リアクトルを飽和状態にしてインダクタンス値を非常に小さくし、続いて送給によって消耗電極が母材に接触すると前記短絡用スイッチング素子をオフ状態にすると共に前記極性切換インバータ回路の相対向する２組のスイッチング素子のどちらか１組をオン状態にして前記電源主回路からの直流電流を大電流値のホットスタート電流に切り換えて前記可飽和リアクトルの前記主巻線を通して消耗電極に通電してアークスタートさせ、続いて前記電源主回路から定常の直流電流を前記極性切換インバータ回路によって交流電流に変換して通電することを特徴とする消耗電極交流アーク溶接電源。
【請求項４】
直流電流及び直流電圧を供給する電源主回路と、前記電源主回路の出力に直列に接続され主巻線及び鉄芯から成るリアクトルと、前記リアクトルは前記主巻線に通電する電流値が所定電流値未満のときはインダクタンス値が大きくなり前記所定電流値以上のときは前記鉄芯が飽和状態になって非常に小さなインダクタンス値になる可飽和リアクトルであり、前記リアクトルの出力に設けられ相対向する第１のスイッチング素子及び第４のスイッチング素子並びに相対向する第２のスイッング素子及び第３のスイッング素子からフルブリッジを形成し交流出力を消耗電極に供給する極性切換インバータ回路とを備えた消耗電極交流アーク溶接電源において、前記極性切換インバータ回路の第１のスイッチング素子に並列に抵抗器及び第２の短絡用スイッチング素子から成る直列回路を設け、アークスタートに際し、前記短絡用スイッチング素子をオン状態にすると共に前記極性切換インバータ回路の第３のスイッチング素子をオン状態にして前記電源主回路から前記主巻線、前記短絡用スイッチング素子及び前記第３のスイッチング素子を通して前記所定電流値以上の短絡電流を通電して前記可飽和リアクトルを飽和状態にしてインダクタンス値を非常に小さくし、続いて送給によって消耗電極が母材に接触すると前記短絡用スイッチング素子及び第３のスイッチング素子をオフ状態にすると共に前記極性切換インバータ回路の相対向する２組のスイッチング素子のどちらか１組をオン状態にして前記電源主回路からの直流電流を大電流値のホットスタート電流に切り換えて前記可飽和リアクトルの前記主巻線を通して消耗電極に通電してアークスタートさせ、続いて前記電源主回路から定常の直流電流を前記極性切換インバータ回路によって交流電流に変換して通電することを特徴とする消耗電極交流アーク溶接電源。
【請求項５】
前記極性切換インバータ回路の第１のスイッチング素子に並列に抵抗器及び第２の短絡用スイッチング素子から成る第１の直列回路と第４のスイッチング素子に並列に抵抗器及び第３の短絡用スイッチング素子から成る第２の直列回路とを設け、アークスタートに際し、前記第２の短絡用スイッチング素子及び前記第３の短絡用スイッチング素子をオン状態にすると共に前記極性切換インバータ回路の第２のスイッチング素子及び第３のスイッチング素子をオン状態にして前記電源主回路から前記主巻線、前記第２の短絡用スイッチング素子及び前記第３のスイッチング素子並びに前記第２のスイッチング素子及び第３の短絡用スイッチング素子を通して前記所定電流値以上の短絡電流を通電して前記可飽和リアクトルを飽和状態にしてインダクタンス値を非常に小さくし、続いて送給によって消耗電極が母材に接触すると前記第２の短絡用スイッチング素子、前記第３の短絡用スイッチング素子、第２のスイッチング素子及び第３のスイッチング素子をオフ状態にすると共に前記極性切換インバータ回路の相対向する２組のスイッチング素子のどちらか１組をオン状態にして前記電源主回路からの直流電流を大電流値のホットスタート電流に切り換えて前記可飽和リアクトルの前記主巻線を通して消耗電極に通電してアークスタートさせることを特徴とする請求項４記載の消耗電極交流アーク溶接電源。
【請求項１】
溶接電流及び溶接電圧を消耗電極に供給する電源主回路と、この電源主回路の出力に直列に接続され主巻線及び鉄芯から成るリアクトルとを備え、前記リアクトルは前記主巻線に通電する電流値が所定電流値未満のときはインダクタンス値が大きくなり前記所定電流値以上のときは前記鉄芯が飽和状態になって非常に小さなインダクタンス値になる可飽和リアクトルである消耗電極アーク溶接電源において、前記可飽和リアクトルに補助巻線を新たに設け、この補助巻線に接続された補助電源を設け、アークスタートに際し前記補助電源から前記補助巻線に電流を通電することによって前記可飽和リアクトルを飽和状態にしてインダクタンス値を非常に小さくし、続いて送給によって消耗電極が母材に接触すると前記電源主回路から大電流値のホットスタート電流を前記主巻線を通して消耗電極に通電してアークスタートさせ、続いて前記補助電源からの電流通電を停止して前記電源主回路から前記主巻線を通して定常の溶接電流を通電することを特徴とする消耗電極アーク溶接電源。
【請求項２】
溶接電流及び溶接電圧を消耗電極に供給する電源主回路と、この電源主回路の出力に直列に接続され主巻線及び鉄芯から成るリアクトルとを備え、前記リアクトルは前記主巻線に通電する電流値が所定電流値未満のときはインダクタンス値が大きくなり前記所定電流値以上のときは前記鉄芯が飽和状態になって非常に小さなインダクタンス値になる可飽和リアクトルである消耗電極アーク溶接電源において、前記消耗電極アーク溶接電源の出力端子間に抵抗器及び短絡用スイッチング素子から成る直列回路を設け、アークスタートに際し前記短絡用スイッチング素子をオン状態にして出力端子間を短絡すると共に前記電源主回路から前記主巻線及び前記短絡用スイッチング素子を通して前記所定電流値以上の端子短絡電流を通電して前記可飽和リアクトルを飽和状態にしてインダクタンス値を非常に小さくし、続いて送給によって消耗電極が母材に接触すると前記短絡用スイッチング素子をオフ状態にすると共に前記電源主回路からの電流を大電流値のホットスタート電流に切り換えて前記可飽和リアクトルの前記主巻線を通して消耗電極に通電してアークスタートさせ、続いて前記電源主回路から前記主巻線を通して定常の溶接電流を通電することを特徴とする消耗電極アーク溶接電源。
【請求項３】
直流電流及び直流電圧を供給する電源主回路と、前記電源主回路の出力に直列に接続され主巻線及び鉄芯から成るリアクトルと、前記リアクトルは前記主巻線に通電する電流値が所定電流値未満のときはインダクタンス値が大きくなり前記所定電流値以上のときは前記鉄芯が飽和状態になって非常に小さなインダクタンス値になる可飽和リアクトルであり、前記リアクトルの出力に設けられ相対向する第１のスイッチング素子及び第４のスイッチング素子並びに相対向する第２のスイッチング素子及び第３のスイッチング素子からフルブリッジを形成し交流出力を消耗電極に供給する極性切換インバータ回路とを備えた消耗電極交流アーク溶接電源において、前記極性切換インバータ回路に並列に抵抗器及び短絡用スイッチング素子から成る直列回路を設け、アークスタートに際し、前記短絡用スイッチング素子をオン状態にすると共に前記極性切換インバータ回路の４つのスイッチング素子をオフ状態にして前記電源主回路から前記主巻線及び前記短絡用スイッチング素子を通して前記所定電流値以上の短絡電流を通電して前記可飽和リアクトルを飽和状態にしてインダクタンス値を非常に小さくし、続いて送給によって消耗電極が母材に接触すると前記短絡用スイッチング素子をオフ状態にすると共に前記極性切換インバータ回路の相対向する２組のスイッチング素子のどちらか１組をオン状態にして前記電源主回路からの直流電流を大電流値のホットスタート電流に切り換えて前記可飽和リアクトルの前記主巻線を通して消耗電極に通電してアークスタートさせ、続いて前記電源主回路から定常の直流電流を前記極性切換インバータ回路によって交流電流に変換して通電することを特徴とする消耗電極交流アーク溶接電源。
【請求項４】
直流電流及び直流電圧を供給する電源主回路と、前記電源主回路の出力に直列に接続され主巻線及び鉄芯から成るリアクトルと、前記リアクトルは前記主巻線に通電する電流値が所定電流値未満のときはインダクタンス値が大きくなり前記所定電流値以上のときは前記鉄芯が飽和状態になって非常に小さなインダクタンス値になる可飽和リアクトルであり、前記リアクトルの出力に設けられ相対向する第１のスイッチング素子及び第４のスイッチング素子並びに相対向する第２のスイッング素子及び第３のスイッング素子からフルブリッジを形成し交流出力を消耗電極に供給する極性切換インバータ回路とを備えた消耗電極交流アーク溶接電源において、前記極性切換インバータ回路の第１のスイッチング素子に並列に抵抗器及び第２の短絡用スイッチング素子から成る直列回路を設け、アークスタートに際し、前記短絡用スイッチング素子をオン状態にすると共に前記極性切換インバータ回路の第３のスイッチング素子をオン状態にして前記電源主回路から前記主巻線、前記短絡用スイッチング素子及び前記第３のスイッチング素子を通して前記所定電流値以上の短絡電流を通電して前記可飽和リアクトルを飽和状態にしてインダクタンス値を非常に小さくし、続いて送給によって消耗電極が母材に接触すると前記短絡用スイッチング素子及び第３のスイッチング素子をオフ状態にすると共に前記極性切換インバータ回路の相対向する２組のスイッチング素子のどちらか１組をオン状態にして前記電源主回路からの直流電流を大電流値のホットスタート電流に切り換えて前記可飽和リアクトルの前記主巻線を通して消耗電極に通電してアークスタートさせ、続いて前記電源主回路から定常の直流電流を前記極性切換インバータ回路によって交流電流に変換して通電することを特徴とする消耗電極交流アーク溶接電源。
【請求項５】
前記極性切換インバータ回路の第１のスイッチング素子に並列に抵抗器及び第２の短絡用スイッチング素子から成る第１の直列回路と第４のスイッチング素子に並列に抵抗器及び第３の短絡用スイッチング素子から成る第２の直列回路とを設け、アークスタートに際し、前記第２の短絡用スイッチング素子及び前記第３の短絡用スイッチング素子をオン状態にすると共に前記極性切換インバータ回路の第２のスイッチング素子及び第３のスイッチング素子をオン状態にして前記電源主回路から前記主巻線、前記第２の短絡用スイッチング素子及び前記第３のスイッチング素子並びに前記第２のスイッチング素子及び第３の短絡用スイッチング素子を通して前記所定電流値以上の短絡電流を通電して前記可飽和リアクトルを飽和状態にしてインダクタンス値を非常に小さくし、続いて送給によって消耗電極が母材に接触すると前記第２の短絡用スイッチング素子、前記第３の短絡用スイッチング素子、第２のスイッチング素子及び第３のスイッチング素子をオフ状態にすると共に前記極性切換インバータ回路の相対向する２組のスイッチング素子のどちらか１組をオン状態にして前記電源主回路からの直流電流を大電流値のホットスタート電流に切り換えて前記可飽和リアクトルの前記主巻線を通して消耗電極に通電してアークスタートさせることを特徴とする請求項４記載の消耗電極交流アーク溶接電源。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【公開番号】特開２００６−４３７６４（Ｐ２００６−４３７６４Ａ）
【公開日】平成１８年２月１６日（２００６．２．１６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００４−３４３７５２（Ｐ２００４−３４３７５２）
【出願日】平成１６年１１月２９日（２００４．１１．２９）
【出願人】（００００００２６２）株式会社ダイヘン (990)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１８年２月１６日（２００６．２．１６）
【国際特許分類】
【出願日】平成１６年１１月２９日（２００４．１１．２９）
【出願人】（００００００２６２）株式会社ダイヘン (990)
【Ｆターム（参考）】
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