潜弧溶接機

(1)

U.D.C.る21.791.75占.03

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括弧溶接ほアーク溶接の一種であるが,他のアーク溶接に比べて大電流を流し,厚板を1層で高速溶接できるので自動溶接機として広く用いられている｡溶接技術の進歩により溶接の適用範囲は年々拡大しているが,本文で紹介する括弧溶接依ほ単電極で,柄接電流1,000Aの可搬式溶接機で適用範囲の広いものである｡木椀は,電源として垂￣F特性を有する可飽和リアクトルを使用し∴零接電流および心線送給,台申走行郎琵動機の制御素子としてシリコン制御整流器を使用しており,高性能でかつ肘､宇点検の労力を軽減したものである｡第1表 _{口立製作所製SCR定格仕様表}

1.緒

口滞弧溶接法はアーク溶接の一種であり,1930年ごろイナートガス溶接とほぼ同時に発明され,拉近急速な進歩を遂げたもので,欣鋼やステンレス鋼の溶掛こ好適なばかりでなく,非鉄金属に対しても適用範囲は拡大しているっ括弧溶接法は溶接繰出こ沿って帯かれた粒状フラックス中でアークを発生させて溶接を行なうもので,溶接電源が_￣雨下特性を有するか,定電圧特性を有するかにより心線送給速度の制御方法ほ異なるが,常に一定アーク電圧,アーク電流となるよう自動的に溶接用心線を供給し,それにそって溶接ヘッドまたは被溶接物を移動させている｡心線送給電動機の速度制御は電砿(が薙下特性を持つ場合,アーク電圧を検出し,設定電圧になるよう調整する｡本機においてほ,これら速度制御にシリコン制御整流器(以￣F SCRと略記する)を使用し,十分な性能を得ることができた｡ '2.定

格

仕

様

本磯ほ1個の電極を有する溶接ヘッドを台申に乗せた簡単な構造のもので,可搬式に構成されている｡以下にその仕様を列記する｡ 2.1溶接電源仕様一次入力電圧一次入力二次無負荷電圧二次定二次定電流調時間格電圧格電流整範囲定格特性 2.2 _{溶壬妾ヘッド仕様} 心線送給速度心線送給電動機ヘッド昇降距離ヘッド水平移動距離ヘッド回転角(水平) ヘッド回転角(前後) フラックスホッパー容量心線装荷日立製作所日立工場 100-180-200-220V _{50,60ヘノ共用} 80kVA 80V 40V l,000A 250∼1,250A l時間垂下特性 0.4∼4m/min 直流分巻電動機 80VlOOW6,000rpm ±60mm ±60mm ±90つ ±15口 67 25l(g 形 ZCSU ZCSS ZCSR ZCSN ZCSM 式】定格電流 12B∼E 15A∼F 15A∼F 13A､F llA､F +三尾文字ほF記のよクラスを示している A A A A A 定格せん頭通電圧および最小ブレークオード電圧 Ⅴ V V V Ⅴ Ⅴ Ⅴ Ⅴ V OO 0000 00 (U 3 3 3 3 0 2 V V V V ∧U 〔U nU (U ハU O nU ハU 2 2 2 2 V V V V V 400V 400V 500V 400V 500V 400V 500V 400V 500V うに定格せん頭逆電f￣｢ぉよび足′トブレークオード電圧の末尾文字定格せん邪道電圧(Ⅴ) 虫′+､ブレークオート電旺(VJ A 50 50 B I C

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木溶接跳に牧川したSCR素丁･はZCSR15Cである｡逆方向電 D0 (U O O 3 3 E∧U O O O .4 4 F一500 500 突卿 1更佗■ _ん t塵 _ヌ黎ン' ./占∫ /Gイ/βJ/￠∼ 圧井… 椒･匡 †く淀ま β 順方向電圧ん>/の>ん∼>ん>ク【 (a)Ⅴ-Ⅰ特性第1図 S C R _特 _性 2.3 _台 _車 _仕 _様台車走行速度台中走行電動校 0.2∼2m/min 直流分巻電動機80VlOOW 6,000rpm

3.装置の概要

3.1SCRおよびその制御装置木柄接機でほ電源装『たの制御および心線送給,走行電動揆の制御にSCRを使和しているが,その仕様および制御装置について説明する｡第1表に日立SCR素子の定格を,弟1図(a)にSCRのⅤ-Ⅰ特性

(2)

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出力隅子第2l_ズIAPPS 約手カミトくl をホす｡特性は従火のシリコンヨ苧摘己署詩と興なF),†IiU御極(ゲート)に規定電流を流さなければ脚力向に′】￣訓三を加えてもiミ弐インピーダンス状態を保持L,SCRは0拝の状態にぁる〔さらに仰リブ向電たEをr恥〕るとともにゲートに√正流を流すことにより舞1図(a)のん1‥…･ん4 仙練にホすようにSCRはOn状態となる｡一皮ノ∴(航したSCRはf￣1不げインピーダンスに従って電流が流れ,この桐が保持電流んr】こF)人であれば,デート信一巨J▲を除いてもSCRにほOn状態を保持し,…如榊亡がん以卜となって0打となる〔この動作ほサイライトロンなどのTFilj御桁了一放電管の動作と川一で方,るのでl.ril定サイラトロンとヰ)呼ばれるのである｡ SCRほゲート,カソー川耶こ油芯することによ∼)点弧し得るが, 弟1図(b)に示すようなノさ､＼弧特性を打ち,斜弧祁分がジャンクショソ柑度一40＼･＋100℃の;粗相でJ■､口瓜しうることを示すとともに電流詣∩二の制限値を示す｡したがってジャンクシ'ヨン温度や掛り1Ⅰのバラツキに関係なく所要の｢くンニ柑で点弧するにほゲー1､に印加する電口三をパルスとして横川することが必_姫である｡そのパルス発生講:t(口軌パルス移附そ｢f,以下APPSと略記する) の原理図を舞2図に示すが,その具肘㌻べき条件としてほ (a)立ち上i)が干しいパルスを沌仁卜すること (b)氾J珪や電源‡拙一三の影響が少ないこと (c)交流電が如こ榔糾したぺ′しスであること (d)′ト信号でパルストリこRの封ヒが叫能なこと,および移柿範閃が十分大きいこと (e)小形軽量であり高信折度であることなどである｢-､本棟に使用したAPPSの入力電圧Ⅴ一移仰角F特性を ‥糾､りっこりし Tウノ m軋伊丁飯石担〃擢u /■｡nJl･1相

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”円 β /2 _/♂ 2♂ 人ノ〕電圧(レ)(βご) ＼打ぎ3阿 APPS 特性曲線ノ_パルス丁 / ′ん---一恵源汲升ノ 2イ(レ) 月払 β /ェ /c 少c ￠ノ帖〟b [ l...J 缶々L 々第41ヌl叫`地利リアクトル原理餅l 第3図に示す｡ SCRは他の増幅装程よ〔け削扁率が大きく,時定数の小さい利点があるので最近■制御要素として盛んに使用されている｡ 3.2 _{溶接電源装置} アーク糾妾は比較的低い電圧で大電流を流すのであるが,無負荷電圧はアーク発(トとアークを安定に保持するために比較的高いことが必要である｡したがって溶接電源特性は弟5図に示すような垂下特件(恕古流特性)であることが望ましい｡特に交流電源においては屯馴勺波数に応じアークがノユ滅するので垂下特性が必要である｡垂下1剖生を電掛こ持たせる方法として,一般に用いられているのほ湘えい安肝詩語力式で,可動鉄片形,可動コイル形などがある｡ r,E流調整はその可動部分を制御用電動依で駆動しているが,本横におし､ては可動部分をなくし,かつ電流調査を容易にするため可飽和リ7クトルを使用している｡ i-r飽和リアクトルほ第4図に示すように三脚鉄心の両側に出力巻肝121一

(3)

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SCR APPS CTT 万一J 月P′∫ ∫々心緒■ 折45巻第8号

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アーク電圧調整用可森抵抗畳制御格子什シリコン整流器自動パルス移椙器電磁接触器第8図 _{心根送給用} /♂β (=レ OU 即卯 (ユ)山口､酵感下萄仙叩プ∂ 〝

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∫斤 SR:シりコソ.整流器 Tr-1∼3:変圧器 M:心線送給電動機制御回 _路凡｡ + β _2β _イβ _飢フ _ββ アーク帯圧(レ〕節9lズl7---ク丁訓て-一昭動機一道｢川川州税また‖r飽和リアクト′しにニー言いては制御環流んと川幅流んの閃にはそれぞjtの巻線数を凡,凡とするとん凡･=ん凡ノの関係(モ字アンペアタ′-ンの法則)が成立し,制御電流に応じて負荷電流を調懲できるが,本棟でほ第d図に示すように制御電綻んはSCRにより〃tミ給されているっ 3.3 _{心線送給装置} 心線送給装掛ま本機のように奄下川牲を持つ電漱を使川する域′ナ矧件のレスポンスが添接結果に人きな旨号手管をケえる｡舞7図は蔀下川牲をイ￣ける桁接電源特性を示すが,A,Bの串ド,定電圧の2特性においてなんらかの原帥こよってアーク電圧がⅤから』Ⅴだけ減少するとそれぞれ』ん』んだけアーク電流は増加し,B特性のほうが電流増加量ほ大きい〔したがって心線添融量の増加もB特性のはうが大きく,それにつメ1アーク電圧が大きくなり,設定アーク電圧に復休しやすい｡このことをB特性のほうがrl己制御特性が大であるという｡軒F特性の電源を持つ電源を使川する自動溶接においてほ常にアーク電圧を検出L,設定アーク電圧に保持するよう心線送給電動機の速度制御を行なっており,電源の臼己制御特性ほ小さいので電動機に課せられる制御性能は高度なものが要求される｡本機においてほiゲさ接電源が交流であるため,アークの安定を図り,垂下特性としたので電源の11己制御特性は′+､さく,心根送給電動機は甲･いレスポンスが要求される｡レスポンスの遅い場合ほ十分な制御が行なえず溶接速度が甲一くなるとピードはちょうどへびが卵を飲んだような形状となる｡心線送給電動機の制御ほ,両様アーク電肝を電動機に印加する方

法と設定アーク電｢仁に比例する茶準電化とアーク電肝との芹を哨帖

(4)

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り析速け拙作トドク一ツ 1申ラ線イィイラキ台山織ク心ガオフフい■呵■ぜ■切身叫仰吋アーク電圧の設定ほアーク電圧の人力調整またはバイアス電圧を調整することによって行なわれる｡アーク電虻と屯動機端￣r･電旺(恒Ⅰ転数に比例)との関係を′示す特性仙線を弟9 図に示す｡. 電動機の退出ほ (a)特定数の小さいこと (b)形状の′トさいこと(秘史ギアボックスも含む) (c)_屯巌が惟いこと￣ (d)口舜時過負荷耐盛の人きいことなどの条件を満たすものが望ましい｢. 使川心粒径および好手接電流がきまると送弄riに必要なトルクおよび心維送給速度が∼メモ滋でき,その条件のもとで川転数を向く,鑑機丁の旧作モーーノントな′トご(てし,必要とする岬㍊数を門るようし,でさ￣るたけ形状を′トさくした‥ 柄指ヘッドほ従+ぐかじJテナなJりしてい()rしうに′F旨軌位とギアボックスむ￣ノランジーわゾリングとし _{ヘリカノしギヤによ一,て21御心塞し,} 以終段ほウォームニ1イヤにより減速し,ソイーーいコーラに【仁】二糾し,心線を送純している｢. 第10図ほ心糾妥機の71jり御ブロック紙l東lを′jミしでrごり,滝源のリ 1'ソトノしの1￣州ミと1｢1J制御=ご卜かに一)心線桁舶鼓が食J)り,1'-ク′一に=二な調整するループとアーク届旺と.i￣設定伯との差により心線送給量を調整し,アーク電托を-一億に恍つループ組み合わせとなっている〔 3.4 _{溶接線走行装置} 木装抑〕川j途に比二じ種々のノノノしが採川さJLで′rごり,人形な装わ■′-こではか1i上に溶接鑑札制御装F暮り己を来せ,r‖l転するコラムに矧埠および走行可能なビームを設㌍】二し,その先端に1佃以上のf刺妾ヘッドとペンダントボックスを腑えたマニプレータカ式,ビームのみでその先端に溶接ヘッド,ベンダボックスを仙えたサイドビーム方式,作

意に移動できるレール上を溶接ヘッドとペンダントボックスを乗せ

し//･7/L7､･りご〔￠プレッシャローラ _㊥ _{ヘッド首振り調整ボルト} ⑲ プレッシャローラ調号窪ホ/し卜 ⑯ 水平調整ハソドル巾′ ノズルホルダ @ 垂直調整ハソドル (吻チップボディー㊥ワイヤリール小句チップ㊧微調整ハンドルけD フラックスナユーフ _(彗スイベ/しスクリニL= ･ご1卓ノフラックス7】てツパ㊥リモート+ソト]一′り∴ノクス (!･ソ _{プラノクス調性十ソト} 昏享)つ _り金JモノJクラッチ式逆転軌l二付〕ほご安或に依り本俄に付属納入いたLます第11図溶接楼寸法図たかドが走行する簡…､弓tな子沖方式など,桁接物の形状および数品にょって中川楼または汎川械とすることができる｡本校は第11図に示すような台申を使用した汎用機である｡チト小走子f電動機の速度制御は前述の心線送給電動機と同様にSCRによって制御している｡本機は減速機隅としてプラネタリーギヤを使月+し,ギヤの効率を高めている｡策12図ほ電源装拉を,舞13図ほ磯城本体を,弟14図は制御装

一123

】第12図電源装置外観

(5)

第45巻第8号第13同機械本体外観臼し′. .沖前田〕了45巻第8号第141三考l 制御装挺外観 lす11｢-一J 出￣｢

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4.性能および試験結果

4.1溶接電源制御電流んをパラメータとした静特性の実測値は第5臥こノf七すとおりである｡ 4.2 _{心線送給装置} 本装置は溶接枚_として最も重要なものであり,実測特性は第9図う lノ1 (7-ク電圧一石助枚√左旺柑吐),第15図(レスポンス特性)に示すとおりである｡ 4･3 _溶 _接 _試 _験第1る図は溶拡さJt騒にふけるi糾真電流電圧波形および心線送給電励i衣の`這き舟【丘圧滋形を示す.｡第17図は木槌で捌去を行なったピード形状のマクロ写真を示す｡試験結果が示すとおり良好なピードを作ることができ,SCRの採

(6)

括

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ノ如こよる州il畑ミ発排されている｡すなわち鮒i拉作業場ほ一般に`窟淑の変動が放Lく,かつ地形も止弦波にほど遠いことがあり,また溶接作男の性空て上サージノ｢[こFEの発車も多いので,半増体表√の欠点である過′iE什,泌古流iこ弱いことに対しては適正な道耐口三を持ち十分な電流解読を打つぷ十を越び,かノ)サージ■7ブソuバを用いることによi),それらのり､∴･､【∴を除き,仙川仰ヒのよさをいかんなく発揮させることができた‥

5.結

口汚川i捌立法は人￣心ボ亡で榊左道也が【lしいので淋ナ込ムがi米く,梢さ■1 惇い枇(301T11Tl)でヰ)1朋でナ糾如ミできるので作業比*が点く,過 =胡屯州よきわこ＼′〕て広く∴･プチ桜のl′1勅化にソこ`てことのできないものでふ勺｡移助装乙仁たをiノ利美物に胤L､する形状とすることによって越川他州はますます増大するものと比Ⅰ､われるっまた溶抜慣の一部にSCRを憤Jl￣卜す■ることにより快ノ､■J:山峡をナ羊払にしたが,今後の吉リミ題としては捌去機の光全納安ノさ､(化,鮒■産山閃光氾帖装距の採用などがお)り,こ′i=こより撼業をいっそう解易にL, 作業能率の什I二が期せられるとノ出うで. 1 2 3 4 ▼■■㌧丁 -一･.､一＼ =朋丁 = い均 +′〓近…小木戊参老文献 Il+ンニ.‡､ド】論43,3川キ36-3) ほ即,-†一寸;桁:11_､二川モ｡i斤百43,3川/て36-3) 湘Lト音に1もi糾去り￣【ム什) とその止二川(寸-ム朴) ∴八

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