溶接コミュの高周波発生装置と自作TIG溶接機

はじめましてMFBと申します。
趣味で自作TIG溶接機を作成しました。
仕様は
電源はカーバッテリ4個(DC48V)です。(無負荷電圧を上げるため、電流は十分)
電流は150Aまで(サーキットブレーカで保護)
電流コントロールはチョッパ方式
コントロールはIGBTをデジタルICにて制御
初段IGBTにて数百Hzのパルスを作る(チョッパ)次段IGBTはHブリッジとして、交流を作る。
直流と交流の切り替えは手動、周波数、EN比変更も手動、パネルは電流計のみ。
ガスはレンタルのアルゴンガス
制御回路の電源はDC12V(バッテリ)により、AC電源不要。
トーチはパナのレッド(空冷)、電極は付属品のφ1.6灰色ラベル
マンションのベランダで溶接遊びをするために作りました。
アークと違って煙も火花も出ないので、安全かも知れません。

多くの方にご教授を受け、完成に至りましたが、何点か疑問があり、トピックスにて質問させていただきます。

・高周波発生回路は溶接中も必要か。
・高周波発生回路の高周波とはどのくらいの周波数か。
・アルミ薄板溶接(1ｍｍ)の場合の電流値

上記質問の理由として、まず私は溶接の素人であることが一番なのですが、
アルミを溶接するときに、バッテリ溶接だと、無負荷電圧が低いためか、高周波発生回路の放電からアーク移行しずらいうえ、アーク放電すると、その膨大な電流でアルミが溶解します…
電流を抑えるとアーク移行しずらいのですが、通常薄板の場合はどのくらいの電流値なのでしょうか？

写真は、バッテリ3個(36V)での写真です。2個ではうまくアークが出ません。高周波印加時のみ流れている感じ、無負荷電圧を高める目的で5個まで試しましたが、5個ともなると、スイッチング時のサージ電圧がすごいことになり、IGBTと回路が破損…ワッテージオーバかもしれませんが、とにかく壊れました。
今は4個で落ち着いています。

写真1：外観(30×20×20cm)本体はポータブルですが、バッテリ4個というのが…
写真2：波形(机上テストの波形、交流とチョッパ波形の関係)実波形とは異なります
写真3：材質不明のアルミ板溶接(バッテリ3個電流は150A)溶加棒無

以上、よろしくお願いいたします。
また、不適切なトピであれば削除いたします。

コメント(20)

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[1] mixiユーザー 05月26日 09:53

これは、交流で流せますか？

[2] mixiユーザー 05月26日 11:39

はい、交流で流せます。
交流といっても正弦波ではなく、写真のような矩形波ですが、溶接機はどれもこんな感じだと思います。

[3] mixiユーザー 05月26日 12:26

不純物で黒いのかな？
まあ母材が溶けてるから棒の入力と下地処理でうまくいけるんじゃないですかね

昔は、カーバイトやガスでやったって位ですから

[4] mixiユーザー 05月26日 13:01

ありがとうございます。
腕のなさを機械に頼ろうと改造していますが、本物を触ったことが無いので、機会があったら本物の操作性を確かめてみます。
貴重なご意見ありがとうございます。

鉄(これまた材質不明)の薄板を溶かしてみた感じの絵も添付します。

[6] mixiユーザー 05月26日 21:58

しらいまさや様＞
いろいろどうもありがとうございます。
始まりは数年前しらい様のHPで見たバッテリ溶接機でした。
有り余るパワーで厚板は面白いように付きました。
その後就職して電気の会社に入り、今に至ります。
実は紹介いただいたHPの管理人様に協力いただき、完成しました。
制御方法ですが、マイコン制御だと未熟なプログラムによるノイズの影響が多く、現在はICを使って制御しています。
チョッパ制御(写真の細かいON-OFF)、交流Hブリッジ制御とも、IC555で発振しています。したがってチョッパ波形のデューティは１～９９％まで制御ができ、５０％くらいで150Aくらい出ます。チョッパの周波数が高すぎるのかも？
Hブリッジの周波数もデュティ(EN比率と同じ)１～９９％まで変化可能ですが、７０％位がいいとあったので、だいたいその辺にしてあります。

高周波発生回路はCDI点火装置を使っているので、1r/min～30000r/minまで振れますが、こちらも周波数が高いほうが、アークに以降しやすい印象です。
現在は13000r/minで固定。イグニッションコイルの出力は35KVですが、溶接機側のカップリングコイルの出力は数キロしか出ていませんので放電距離は5mm位です。

Hブリッジのスイッチング周波数は５０Hzくらいですが、IC555の乗数を変えれば高周波にもできます。
が、アーム短絡防止の回路を入れると、あまり高周波での駆動でIGBTが制御できませんので、数百Hzが限度かと思われます。

高周波発生回路はHブリッジと直列接続されているので、サージでIGBTが壊れる心配がありますが、CDIは放電時間が短く、エネルギが少ないので多分IGBTが壊れることは無さそうです。
練習していたときは、高周波スタートでアークに以降したあとも、高周波はある程度出し続けたほうが、アークが持続し続けていた気がしました。

本物は最初に絶縁破壊をするためだけに使っているのか、溶接中も出続けているのか知りませんので、どうなっているのかな？と思ったしだいです。
web動画で見る限り、高周波スタートの放電がそれほど高周波では無さそうだと思うのですが、これまた本物がどのくらいか知りたいと思っています。
CDIを使う関係で、周波数が低いほうが電圧が上がって放電距離が稼げます。

この辺ご存知の方、引き続きよろしくお願いいたします。

また、タナカエンヂン様のHPで、100V機に高周波発生装置は、無負荷電圧が低くて…とありますが、バッテリ直列溶接には使えそうです。無負荷電圧の低さを補う、十分な突入電流があります。
こちらも試す価値はありそうです。

しらいまさや様、貴重なご意見ありがとうございます。

[7] mixiユーザー 05月28日 23:50

はじめまして。
まだ溶接二年目ですが、一応アルミの溶接もやってますので。

・高周波発生回路は溶接中も必要か。
この高周波発生回路がプレ放電の回路だとするならば、アルミなどの交流溶接の場合は必要となります。
交流の場合、プラスとマイナスがスイッチする際に一旦放電が停止するため、その都度絶縁破壊を行わないといけないためです。
そのため、TIG(アルゴン)や半自動でアルミを溶接する際には、ブザーが鳴るような音がします。

・高周波発生回路の高周波とはどのくらいの周波数か。
資料によると、一般的に1～10MHzだそうです。
因みに、電圧は3000～5000Vとのことです。

・アルミ薄板溶接(1ｍｍ)の場合の電流値
仮止め・本溶接とも、おおよそ40～60Aの間で調整すれば良いかと思います。
溶け落ちることを恐れて電流を下げると、今度は母材間をブリッジしてくれなくなってしまいます。
電流が150Aとのことですが、これはアルミの塊に肉盛りをするレベルの電流値ですので、写真のような結果は必然であるかと思います。
放電した瞬間に穴が開いたのではないかと推測できます。

余談ですが、普段仕事で使ってる2mm厚のアルミ板の場合、仮止めは120～150Aで本溶接は70～90Aで行っています。(溶接器や溶接条件により、若干上下します)

[8] mixiユーザー 05月29日 00:02

すいません追加で。

・高周波発生回路は溶接中も必要か。
直流の場合、最初の絶縁破壊の時のみ必要で、その後は使用されません。
業務で使用するような溶接機でも、古い機種は低い電流だとアークが出にくいです。
仰られているように、アークが安定するまでの間は、高周波放電を行った方が安定するかと思います。

[9] mixiユーザー 05月29日 08:17

みなと様＞
すべての質問に正確な回答ありがとうございます。すべて解決しました。本当にありがとうございます。
私の高周波発生回路は数キロHzが限度ですが、スタートはうまくいくので、このままにします。２倍くらいまでならがんばれますが、MHzは電圧が出ません…
また、溶接中の高周波発生の有無も参考になりました。
アルミの薄板溶接の電流値もそのあたりで練習してみます。

上記波形で、計算ミスをしていました。実際は溶接周波数は22Hzで、チョッパ制御は2kHzくらいでした。溶接周波数を80Hz位から前後にふれるよう、定数を変更してみましたので、結果が出ましたらこちらで報告させていただきます。

[10] mixiユーザー 05月29日 18:58

＞MFBさん
どういたしましてー。

古い溶接機だと明らかにKHｚオーダーの放電なので、恐らく問題ないかと思います。

溶接電流なんですが、溶接機や溶接条件に左右されますので、仮付けは50～80A、本溶接は30～60Aの間くらいで調整した方が良いかも知れません。
試行錯誤しながら、自身に合った電流と溶接条件を探して下さい。

[11] mixiユーザー 05月29日 21:50

> MFB さん
自作された溶接機について教えて下さい。

> 電流コントロールはチョッパ方式
電流は帰還制御して定電流にしているのでしょうか？
IC555でどうやって、帰還制御しているのか興味あります。

> スイッチング時のサージ電圧がすごい
サージ吸収回路はどんな物を使ってますか？
私のささやかな経験では、コンデンサとＦＥＴのアクティブクランプが有効でした。ＺＮＲはダメでした。

[12] mixiユーザー 05月30日 21:15

あんまり上等な溶接ではありませんが。|ω・｀)
1mm厚アルミ板の角突き合せ溶接です。
80AでトーチスイッチをON/OFFしながら、所謂「人力パルス溶接」でなめ付けを行いました。
油断すると、あっという間に穴が開くくらいの電流です。
古い機種なので、機械任せのパルス溶接だと、同じ電流で2cmくらい進んだ後に唐突に穴が開きます。(´･ω･｀)
新しい機種なら、機械任せでも大丈夫かも知れません。

[13] mixiユーザー 05月30日 22:09

KAOさん＞

>自作された溶接機について教えて下さい。
> 電流は帰還制御して定電流にしているのでしょうか？
IC555でどうやって、帰還制御しているのか興味あります。
IC555で初段のIGBTをパルス駆動させているだけです。
二段目のIGBT×２個で交流化します。
したがって帰還制御の定電流とは違いますね…私の方法では、電流が溶接中に下がってきますので定電流になってませんね

> サージ吸収回路はどんな物を使ってますか？
私のささやかな経験では、コンデンサとＦＥＴのアクティブクランプが有効でした。ＺＮＲはダメでした。
コンデンサですね。これはIGBTの使い方で載ってたものを参考にしました。
バリスタもつけていますが気休めです。
あとはクランプのフェライトコアも…これは高周波発生時のノイズ防止ですが、効いているとは思えません。
あとは、IGBT制御前のパルス発生回路にパスコンとダイオード追加…
この程度です。
実力で持てばいいという感じです。

[14] mixiユーザー 05月30日 22:11

みなと様＞

すばらしい溶接です。この位の溶接ができれば十分です。
マシン性能ではなく、腕だと思い知らされますね…がんばります！

皆様、本当にありがとうございます。

[15] mixiユーザー 05月31日 11:13

> MFB さん
バリスタ（ＺＮＲ）は、故障時にはショート状態になって。燃えるので嫌いです。
過去に基板が燃えた事があって、私はそれからは使わない事にしています。

バリスタのメーカー資料を見ると、サージのエネルギー量がバリスタの耐圧を超えないように選定しろ。　と書いてありますが。
サージのエネルギー量なんて、どうやって測定すれば良いの？　と思いました。

定電流
本当はＣＴを使って帰還制御すればいいのでしょうが。過渡応答とか面倒ですそうですね。
疑似負荷装置を作るのが一番大変そう。

[16] mixiユーザー 05月31日 13:42

KAO様＞
CDIでもバリスタを使っていますが、こいつの実力に賭けていますｗ
やればできる子だと信じて使っています。

定電流もおっしゃるとおりで、現在の電流計(単なる抵抗式)では制御用信号を得られないので、フィードバックをかけられません。マイコンを使うと、プログラムのバグと組み方によるノイズ影響で、わけがわからなくなるので、勉強してから組み込みたいと思います。

最新のTIGを作るのではなく、DIYで使える(安全に)TIGができればOKです。
マンションのバルコニーで溶接したいというのが始まりですからね～

貴重なご意見感謝いたします！

[17] mixiユーザー 07月07日 16:31

突然ですが、猫足と申します。
IGBTは何をお使いでしょうか？
宜しくお願いします

[18] mixiユーザー 07月12日 16:30

>>[17] 申し訳ありません。忘れました。若松通商さんで安売りしていたもので、一個6000円でした。200Aくらいのヤツです。
実際そこまで必要ありません。今はもっといいものが安く手に入ると思います。

[19] mixiユーザー 07月14日 16:07

ご連絡、有難う御座います！600ｖ200Aぐらいでしょうかね！
今、自分はトランス式のアーク溶接機を秋月のブリッジダイオードをパラにして
直流にしてIGBTで交流のパルスを作りアルミの溶接ができる物を考えています。へへ
でも、10万円以下で中華のTIG が買えてします時代に～とは思いますが
また、何か有りましたら宜しくお願いします。では

[20] mixiユーザー 07月14日 21:38

>>[19]
そんな面倒くさいことをしなくても、
トランス式の交流のアーク溶接機に高周波を重長印加すれば、
そのままで交流TIGが作れるのでありませんか？

高周波発生基板と、高周波を印加する高周波トランスは、
中国のアリエクスプレスで買えます。

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