JP2003019589A - 溶融部温度をフィードバック制御する溶接制御装置及び溶接制御方法 - Google Patents
溶融部温度をフィードバック制御する溶接制御装置及び溶接制御方法Info
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- JP2003019589A JP2003019589A JP2001205169A JP2001205169A JP2003019589A JP 2003019589 A JP2003019589 A JP 2003019589A JP 2001205169 A JP2001205169 A JP 2001205169A JP 2001205169 A JP2001205169 A JP 2001205169A JP 2003019589 A JP2003019589 A JP 2003019589A
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Abstract
(57)【要約】 （修正有）
【課題】 レーザ、アーク及び電子ビーム溶接する際に
被溶接材の溶融部温度をフィードバック制御する溶接制
御装置及び溶接制御方法に関する。 【解決手段】 溶接制御装置は、溶融部５のプラズマ発
光強度を検出するプラズマ光センサ７と、溶融部温度を
検出する温度センサ８と、プラズマ発光強度と溶融部温
度とを計測する溶接モニタ計測部９と、溶融中の計測さ
れたプラズマ発光強度の計測値をもとに溶融部５にブロ
ーホールが発生する時期を決定することにより又は凝固
中の溶融部温度の温度変化量をもとにブローホールが発
生する時期を決定することによりブローホール発生前の
溶融部温度を決定する温度判定部１０と、ブローホール
発生前の溶融部温度をもとに溶接出力をフィードバック
制御する溶接制御部１１とを備える。本発明の溶接制御
方法は上記溶接制御装置を使用して達成される。
被溶接材の溶融部温度をフィードバック制御する溶接制
御装置及び溶接制御方法に関する。 【解決手段】 溶接制御装置は、溶融部５のプラズマ発
光強度を検出するプラズマ光センサ７と、溶融部温度を
検出する温度センサ８と、プラズマ発光強度と溶融部温
度とを計測する溶接モニタ計測部９と、溶融中の計測さ
れたプラズマ発光強度の計測値をもとに溶融部５にブロ
ーホールが発生する時期を決定することにより又は凝固
中の溶融部温度の温度変化量をもとにブローホールが発
生する時期を決定することによりブローホール発生前の
溶融部温度を決定する温度判定部１０と、ブローホール
発生前の溶融部温度をもとに溶接出力をフィードバック
制御する溶接制御部１１とを備える。本発明の溶接制御
方法は上記溶接制御装置を使用して達成される。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、レーザ、アーク及
び電子ビームにより溶接する際に被溶接材の溶融部温度
をフィードバック制御する溶接制御装置及び溶接制御方
法に関する。
び電子ビームにより溶接する際に被溶接材の溶融部温度
をフィードバック制御する溶接制御装置及び溶接制御方
法に関する。
【０００２】
【従来の技術】パルス状レーザ溶接において、被溶接材
の溶融部温度をリアルタイムで検出してこれらの検出値
を溶接制御部にフィードバックして溶融部温度を制御す
る溶接温度制御方法が、特開平２０００−２１８３８３
号に記載されている。上記溶接温度制御方法において
は、適切な溶接状態が得られるときの温度を標準温度と
して制御部に予め設定しておき、赤外線センサにより溶
接溶融部温度をリアルタイムで検出して、検出したこの
温度が予め設定してあった標準温度と一致するように、
または標準温度範囲内に保持されるように、レーザ発生
器の出力を溶接制御部によってフィードバック制御す
る。
の溶融部温度をリアルタイムで検出してこれらの検出値
を溶接制御部にフィードバックして溶融部温度を制御す
る溶接温度制御方法が、特開平２０００−２１８３８３
号に記載されている。上記溶接温度制御方法において
は、適切な溶接状態が得られるときの温度を標準温度と
して制御部に予め設定しておき、赤外線センサにより溶
接溶融部温度をリアルタイムで検出して、検出したこの
温度が予め設定してあった標準温度と一致するように、
または標準温度範囲内に保持されるように、レーザ発生
器の出力を溶接制御部によってフィードバック制御す
る。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】上記溶接温度制御方法
においては、溶接する際の溶融中または溶融後の凝固中
に被溶接材の溶融部にブローホールが発生すると、溶融
部の体積が減少することによって凝固速度が速くなり、
標準温度に適切に制御された溶接出力で溶接しているの
にも拘わらず、溶融部の温度は低く検出される。その結
果、これらの検出値をフィードバックした後は、過剰な
値に制御された溶接出力で溶接することとなる。また、
温度計測点付近にブローホールが発生した場合は、検出
する温度データが不安定となるために、制御そのものが
ハンチングするという問題点があった。
においては、溶接する際の溶融中または溶融後の凝固中
に被溶接材の溶融部にブローホールが発生すると、溶融
部の体積が減少することによって凝固速度が速くなり、
標準温度に適切に制御された溶接出力で溶接しているの
にも拘わらず、溶融部の温度は低く検出される。その結
果、これらの検出値をフィードバックした後は、過剰な
値に制御された溶接出力で溶接することとなる。また、
温度計測点付近にブローホールが発生した場合は、検出
する温度データが不安定となるために、制御そのものが
ハンチングするという問題点があった。
【０００４】本発明は、被溶接材に異物が付着したり或
いは互いのワーク同士の位置関係にずれが生じて被溶接
材の溶融部にブローホールが発生したとき、検出された
温度が不安定となるために、溶接機の出力制御そのもの
がハンチングするという問題を解決するためになされた
ものであり、レーザ、アーク及び電子ビームのいずれか
の溶接において被溶接材の溶融部温度を安定に制御する
溶接制御装置及び溶接制御方法を提供することを課題と
する。
いは互いのワーク同士の位置関係にずれが生じて被溶接
材の溶融部にブローホールが発生したとき、検出された
温度が不安定となるために、溶接機の出力制御そのもの
がハンチングするという問題を解決するためになされた
ものであり、レーザ、アーク及び電子ビームのいずれか
の溶接において被溶接材の溶融部温度を安定に制御する
溶接制御装置及び溶接制御方法を提供することを課題と
する。
【０００５】
【課題を解決するための手段】本発明においては、レー
ザ、アーク及び電子ビームのいずれかにより溶接する際
に、ブローホールの影響を除いた溶融部温度データを溶
接制御部にフィードバックして安定した溶融部温度制御
を行なう溶接制御装置および溶接制御方法は、次に記載
する技術手段を採用する。
ザ、アーク及び電子ビームのいずれかにより溶接する際
に、ブローホールの影響を除いた溶融部温度データを溶
接制御部にフィードバックして安定した溶融部温度制御
を行なう溶接制御装置および溶接制御方法は、次に記載
する技術手段を採用する。
【０００６】本発明の溶接制御装置においては、請求項
１に記載するように、溶融部から放出するプラズマ光の
プラズマ発光強度を検出するプラズマ光センサと、溶融
部温度を検出する温度センサと、プラズマ発光強度と溶
融部温度とを計測する溶接モニタ計測部と、溶融部が溶
融しているときには計測されたプラズマ発光強度の計測
値をもとに溶融部にブローホールが発生する時期を決定
することにより又は溶融部が凝固しているときには溶融
部温度の温度変化量をもとにブローホールが発生する時
期を決定することによりブローホール発生前の溶融部温
度を決定する温度判定部と、計測されたプラズマ発光強
度の計測値をもとに溶融部にブローホールが発生する時
期を決定し且つブローホール発生前の溶融部温度を決定
する温度判定部と、ブローホール発生前の溶融部温度を
もとに溶接出力をフィードバック制御する溶接制御部と
を備えることことにより、溶融中及び凝固中のいずれの
ときにブローホールが発生してもリアルタイムで溶融部
温度をフィードバック制御することが可能となり、ブロ
ーホールの影響を除いた安定した溶融部温度制御を行な
う溶接制御装置を提供することが可能となる。
１に記載するように、溶融部から放出するプラズマ光の
プラズマ発光強度を検出するプラズマ光センサと、溶融
部温度を検出する温度センサと、プラズマ発光強度と溶
融部温度とを計測する溶接モニタ計測部と、溶融部が溶
融しているときには計測されたプラズマ発光強度の計測
値をもとに溶融部にブローホールが発生する時期を決定
することにより又は溶融部が凝固しているときには溶融
部温度の温度変化量をもとにブローホールが発生する時
期を決定することによりブローホール発生前の溶融部温
度を決定する温度判定部と、計測されたプラズマ発光強
度の計測値をもとに溶融部にブローホールが発生する時
期を決定し且つブローホール発生前の溶融部温度を決定
する温度判定部と、ブローホール発生前の溶融部温度を
もとに溶接出力をフィードバック制御する溶接制御部と
を備えることことにより、溶融中及び凝固中のいずれの
ときにブローホールが発生してもリアルタイムで溶融部
温度をフィードバック制御することが可能となり、ブロ
ーホールの影響を除いた安定した溶融部温度制御を行な
う溶接制御装置を提供することが可能となる。
【０００７】また、本発明においては請求項２に記載す
るように、温度判定部は前記溶融部が溶融しているとき
には計測されたプラズマ発光強度に設定したしきい値を
もとにブローホール発生前の溶融部温度を決定すること
により、さらに確実にブローホールを検出でき且つ適切
な溶融部温度をフィードバック制御することが可能にな
り、ブローホールの影響を除いた安定した溶融部温度制
御を行なう溶接制御装置を提供することが可能となる。
るように、温度判定部は前記溶融部が溶融しているとき
には計測されたプラズマ発光強度に設定したしきい値を
もとにブローホール発生前の溶融部温度を決定すること
により、さらに確実にブローホールを検出でき且つ適切
な溶融部温度をフィードバック制御することが可能にな
り、ブローホールの影響を除いた安定した溶融部温度制
御を行なう溶接制御装置を提供することが可能となる。
【０００８】また、本発明においては請求項３に記載す
るように、温度判定部は溶融部が凝固・冷却していると
きには計測された溶融部温度に設定されたしきい値をも
とに、ブローホール発生前のしきい値以下の溶融部温度
をブローホール発生前の溶融部温度として決定すること
により、溶融部温度が異常値となる以前の溶融部温度を
検出することができ且つさらに適切な溶融部温度をフィ
ードバック制御することが可能になり、ブローホールの
影響を除いた安定した溶融部温度制御を行なう溶接制御
装置を提供することが可能となる。
るように、温度判定部は溶融部が凝固・冷却していると
きには計測された溶融部温度に設定されたしきい値をも
とに、ブローホール発生前のしきい値以下の溶融部温度
をブローホール発生前の溶融部温度として決定すること
により、溶融部温度が異常値となる以前の溶融部温度を
検出することができ且つさらに適切な溶融部温度をフィ
ードバック制御することが可能になり、ブローホールの
影響を除いた安定した溶融部温度制御を行なう溶接制御
装置を提供することが可能となる。
【０００９】さらに本発明の溶接制御方法においては、
請求項１、２及び３のいずれか１項に記載する溶接制御
装置を用いて請求項４に記載するように、レーザ、アー
ク及び電子ビームのいずれかによりビームを被溶接材に
照射する工程、プラズマ光センサにより溶融部から放出
するプラズマ光のプラズマ発光強度を検出する工程、温
度センサにより溶融部温度を検出する工程、溶接モニタ
計測部によりプラズマ発光強度と溶融部温度とを計測す
る工程、溶接モニタ計測部により前記溶融部が溶融して
いるときには計測された前記プラズマ発光強度の計測値
をもとに前記溶融部にブローホールが発生する時期を決
定することにより又は溶融部が凝固しているときには溶
融部温度の温度変化量をもとにブローホールが発生する
時期を決定することによりブローホール発生前の溶融部
温度を決定する工程、及び溶接制御部によりブローホー
ル発生前の溶融部温度をもとに溶接出力をフィードバッ
ク制御する工程を備えることことにより、溶融中及び凝
固中のいずれのときにブローホールが発生してもリアル
タイムで溶融部温度をフィードバック制御することが可
能となり、ブローホールの影響を除いた安定した溶融部
温度制御を行なう溶接制御方法を提供することが可能と
なる。
請求項１、２及び３のいずれか１項に記載する溶接制御
装置を用いて請求項４に記載するように、レーザ、アー
ク及び電子ビームのいずれかによりビームを被溶接材に
照射する工程、プラズマ光センサにより溶融部から放出
するプラズマ光のプラズマ発光強度を検出する工程、温
度センサにより溶融部温度を検出する工程、溶接モニタ
計測部によりプラズマ発光強度と溶融部温度とを計測す
る工程、溶接モニタ計測部により前記溶融部が溶融して
いるときには計測された前記プラズマ発光強度の計測値
をもとに前記溶融部にブローホールが発生する時期を決
定することにより又は溶融部が凝固しているときには溶
融部温度の温度変化量をもとにブローホールが発生する
時期を決定することによりブローホール発生前の溶融部
温度を決定する工程、及び溶接制御部によりブローホー
ル発生前の溶融部温度をもとに溶接出力をフィードバッ
ク制御する工程を備えることことにより、溶融中及び凝
固中のいずれのときにブローホールが発生してもリアル
タイムで溶融部温度をフィードバック制御することが可
能となり、ブローホールの影響を除いた安定した溶融部
温度制御を行なう溶接制御方法を提供することが可能と
なる。
【００１０】
【発明の実施の形態】レーザ、アーク及び電子ビームの
いずれかによる溶接においては、一般的に被溶接材の溶
融部をパルスごとに均一な温度で溶接することにより、
被溶接材の溶融部の溶融状態から凝固状態までの工程を
安定させることが可能となり、それによって、被溶接材
の溶融部の金属組織に欠陥を発生させることが防止でき
る。
いずれかによる溶接においては、一般的に被溶接材の溶
融部をパルスごとに均一な温度で溶接することにより、
被溶接材の溶融部の溶融状態から凝固状態までの工程を
安定させることが可能となり、それによって、被溶接材
の溶融部の金属組織に欠陥を発生させることが防止でき
る。
【００１１】一般的なパルス状のビーム溶接における溶
接制御装置および溶接制御方法は、被溶接材の溶融部の
温度を計測して、この計測温度を基に所望する温度で溶
接工程を制御することが考えられる。しかしながら、被
溶接材に異物が付着したり或いは互いのワーク同士の位
置関係にずれが生じると、溶融中又は凝固中の双方にお
いて溶融部からブローホールが発生して、溶融部の体積
が変動することから正常な温度計測ができず、正確な温
度フィードバック制御ができなくなる。
接制御装置および溶接制御方法は、被溶接材の溶融部の
温度を計測して、この計測温度を基に所望する温度で溶
接工程を制御することが考えられる。しかしながら、被
溶接材に異物が付着したり或いは互いのワーク同士の位
置関係にずれが生じると、溶融中又は凝固中の双方にお
いて溶融部からブローホールが発生して、溶融部の体積
が変動することから正常な温度計測ができず、正確な温
度フィードバック制御ができなくなる。
【００１２】本発明の溶接制御装置および溶接制御方法
においては、溶融中及び凝固中を通して、溶融部から発
生するプラズマの発光強度と同時に溶融部温度をリアル
タイムで検出して、プラズマ発光強度と溶融部温度との
それぞれの時間プロファイルを計測及び解析して、溶融
中及び凝固中のブローホールの発生時を決定し且つ制御
のもととなる溶融部温度を決定する。これらの解析デー
タを基にした正確な溶融部温度をフィードバックして制
御を行なう。
においては、溶融中及び凝固中を通して、溶融部から発
生するプラズマの発光強度と同時に溶融部温度をリアル
タイムで検出して、プラズマ発光強度と溶融部温度との
それぞれの時間プロファイルを計測及び解析して、溶融
中及び凝固中のブローホールの発生時を決定し且つ制御
のもととなる溶融部温度を決定する。これらの解析デー
タを基にした正確な溶融部温度をフィードバックして制
御を行なう。
【００１３】すなわち、本発明の溶接制御装置および溶
接制御方法は、プラズマ発光強度と溶融部温度との時間
プロファイルを判定することによって溶融部温度をフィ
ードバックして制御を行なうものであるので、レーザ、
アーク及び電子ビーム溶接に限定されるものでなく、他
のビーム溶接方法においても適用することが可能であ
る。
接制御方法は、プラズマ発光強度と溶融部温度との時間
プロファイルを判定することによって溶融部温度をフィ
ードバックして制御を行なうものであるので、レーザ、
アーク及び電子ビーム溶接に限定されるものでなく、他
のビーム溶接方法においても適用することが可能であ
る。
【００１４】
【実施例】本発明の被溶接材の溶融部温度をフィードバ
ックして制御する溶接制御装置及び溶接制御方法につい
て図を用いて以下に説明する。本実施例においてはパル
ス状のレーザビームを発生するＹＡＧ発振器を使用した
場合について説明する。
ックして制御する溶接制御装置及び溶接制御方法につい
て図を用いて以下に説明する。本実施例においてはパル
ス状のレーザビームを発生するＹＡＧ発振器を使用した
場合について説明する。
【００１５】図１に示すように本発明の溶接制御装置
は、パルス状のレーザビーム１３を発生するＹＡＧ発振
器１と、発生したレーザビームを伝搬する光ファイバ２
と、レーザビームを出射するトーチ３と、溶融から凝固
するまでの被溶接材４の溶融部５から溶接時に放出され
るプラズマ光６の強度を検出するプラズマ光センサ７
と、溶融から凝固するまでの溶融部５の温度を検出する
温度センサ８と、プラズマ光センサ７と温度センサ８の
検出値を数値化する溶接モニタ計測部９と、溶接モニタ
計測部９からの計測値によって温度を判定する温度判定
部１０と、この判定値から溶接出力を制御する溶接制御
部１１を備える。
は、パルス状のレーザビーム１３を発生するＹＡＧ発振
器１と、発生したレーザビームを伝搬する光ファイバ２
と、レーザビームを出射するトーチ３と、溶融から凝固
するまでの被溶接材４の溶融部５から溶接時に放出され
るプラズマ光６の強度を検出するプラズマ光センサ７
と、溶融から凝固するまでの溶融部５の温度を検出する
温度センサ８と、プラズマ光センサ７と温度センサ８の
検出値を数値化する溶接モニタ計測部９と、溶接モニタ
計測部９からの計測値によって温度を判定する温度判定
部１０と、この判定値から溶接出力を制御する溶接制御
部１１を備える。
【００１６】被溶接材４の溶融部５の体積はパルスごと
にほぼ同一体積であるが、ブローホール１２が発生する
と、図２の（ａ）及び（ｂ）に示すように、被溶接材の
溶融量がブローホール１２の体積に相当するだけ減少す
る。したがって、被溶接材の溶融体積の減少量に相当し
て、溶融部の冷却速度が速くなる。すなわち、溶接初期
の溶融中にブローホールが発生すると、図５の正常品と
ブローホール発生品との溶融部温度−時間曲線に示すよ
うに、ブローホール発生品は正常品より速く冷却され
る。また、溶接後期の凝固中にブローホールが発生する
と、図６の凝固中にブローホールが発生した場合の凝固
温度−時間曲線に示すように、この曲線の４０〜５０ｍ
ｓ領域及び６０〜７５ｍｓ領域に急激な温度降下領域が
出現する。
にほぼ同一体積であるが、ブローホール１２が発生する
と、図２の（ａ）及び（ｂ）に示すように、被溶接材の
溶融量がブローホール１２の体積に相当するだけ減少す
る。したがって、被溶接材の溶融体積の減少量に相当し
て、溶融部の冷却速度が速くなる。すなわち、溶接初期
の溶融中にブローホールが発生すると、図５の正常品と
ブローホール発生品との溶融部温度−時間曲線に示すよ
うに、ブローホール発生品は正常品より速く冷却され
る。また、溶接後期の凝固中にブローホールが発生する
と、図６の凝固中にブローホールが発生した場合の凝固
温度−時間曲線に示すように、この曲線の４０〜５０ｍ
ｓ領域及び６０〜７５ｍｓ領域に急激な温度降下領域が
出現する。
【００１７】ブローホール発生メカニズムを、図３の
（ａ）、（ｂ）、（ｃ）及び（ｄ）を参照して説明す
る。図３の（ａ）に示すように被溶接材４の溶融部５付
近に異物１４が存在すると、被溶接材４が加熱されて異
物１４を昇華し、図３の（ｂ）に示すようにブローホー
ル１２が形成される。さらに加熱されると図３の（ｃ）
に示すように溶融部の一部が突き破られて昇華したガス
が放出して溶融部の形状変化をもたらす。その後加熱が
終了すると図３の（ｄ）に示すように凝固が開始しブロ
ーホールが形成された状態で溶融部は凝固する。なお、
互いの被溶接材同士の位置関係にずれが生じてもブロー
ホールは、上記異物の付着と同様に発生する。また、上
記メカニズムによるブローホールの発生は、溶融中及び
凝固中のいずれにおいても発生する。
（ａ）、（ｂ）、（ｃ）及び（ｄ）を参照して説明す
る。図３の（ａ）に示すように被溶接材４の溶融部５付
近に異物１４が存在すると、被溶接材４が加熱されて異
物１４を昇華し、図３の（ｂ）に示すようにブローホー
ル１２が形成される。さらに加熱されると図３の（ｃ）
に示すように溶融部の一部が突き破られて昇華したガス
が放出して溶融部の形状変化をもたらす。その後加熱が
終了すると図３の（ｄ）に示すように凝固が開始しブロ
ーホールが形成された状態で溶融部は凝固する。なお、
互いの被溶接材同士の位置関係にずれが生じてもブロー
ホールは、上記異物の付着と同様に発生する。また、上
記メカニズムによるブローホールの発生は、溶融中及び
凝固中のいずれにおいても発生する。
【００１８】パルス状レーザ溶接する際に被溶接材４の
溶融部５に、被溶接材に異物が付着したり或いは互いの
ワーク同士に位置関係にずれが生じてブローホール１２
が発生すると、図４に示すようにブローホール発生品の
プラズマ発光強度−時間曲線（点線で示す曲線）のよう
に、プラズマが異常発光することによって発光強度が一
時的に増大しピ−ク値を示す。また、ブローホールが発
生した結果として、被溶接材の溶融部が一部欠損するこ
とによって、図５に示すようにブローホール発生品の溶
融温度−時間曲線（点線で示す曲線）は、正常品の溶融
温度−時間曲線(実線で示す曲線）よりも急激に冷却さ
れる傾向を示す。これらの二つの条件、すなわち、１）
プラズマ発光強度が一時的に増大してピ−ク値を示すこ
と、２）正常品に比較して早く冷却されることを満たし
た場合、溶融中に被溶接材の溶融部にブローホールが発
生したとみなす。したがって、プラズマの発光強度−時
間曲線（図４）の所定の変化量（しきい値）と溶融部温
度−時間曲線（図５）との両者のプロファイルから、ブ
ローホールが発生していない通常の温度検出ポイントｔ
ｄでの温度（図５に示す）を計測して溶融部温度を制御
する温度制御データとする。
溶融部５に、被溶接材に異物が付着したり或いは互いの
ワーク同士に位置関係にずれが生じてブローホール１２
が発生すると、図４に示すようにブローホール発生品の
プラズマ発光強度−時間曲線（点線で示す曲線）のよう
に、プラズマが異常発光することによって発光強度が一
時的に増大しピ−ク値を示す。また、ブローホールが発
生した結果として、被溶接材の溶融部が一部欠損するこ
とによって、図５に示すようにブローホール発生品の溶
融温度−時間曲線（点線で示す曲線）は、正常品の溶融
温度−時間曲線(実線で示す曲線）よりも急激に冷却さ
れる傾向を示す。これらの二つの条件、すなわち、１）
プラズマ発光強度が一時的に増大してピ−ク値を示すこ
と、２）正常品に比較して早く冷却されることを満たし
た場合、溶融中に被溶接材の溶融部にブローホールが発
生したとみなす。したがって、プラズマの発光強度−時
間曲線（図４）の所定の変化量（しきい値）と溶融部温
度−時間曲線（図５）との両者のプロファイルから、ブ
ローホールが発生していない通常の温度検出ポイントｔ
ｄでの温度（図５に示す）を計測して溶融部温度を制御
する温度制御データとする。
【００１９】被溶接材の溶融部が凝固する際にブローホ
ールが発生した場合は、図６に示すブローホール発生品
の凝固温度−時間曲線のように、温度制御がハンチング
（乱調整）となる。そこで、図７に示すように溶融部の
凝固中にブローホールが発生しなかった正常品と、凝固
中にブローホールが発生した発生品との単位時間あたり
の温度変化量を計測し、この変化量が所定の変化量（し
きい値）を超えたときには、溶融部の凝固中にブローホ
ールが発生したとみなす。凝固中にブローホールが発生
した場合は、温度検出ポイントは、凝固温度−時間曲線
にハンチング（乱調整）が出現する以前の時間ｔｂ（図
６に示す）にシフトする。このシフトした時間ｔｂでの
点を温度検出ポイントとし、この温度検出ポイントｔｂ
での温度（図６に示す）を計測して溶融部温度を制御す
る温度制御データとする。
ールが発生した場合は、図６に示すブローホール発生品
の凝固温度−時間曲線のように、温度制御がハンチング
（乱調整）となる。そこで、図７に示すように溶融部の
凝固中にブローホールが発生しなかった正常品と、凝固
中にブローホールが発生した発生品との単位時間あたり
の温度変化量を計測し、この変化量が所定の変化量（し
きい値）を超えたときには、溶融部の凝固中にブローホ
ールが発生したとみなす。凝固中にブローホールが発生
した場合は、温度検出ポイントは、凝固温度−時間曲線
にハンチング（乱調整）が出現する以前の時間ｔｂ（図
６に示す）にシフトする。このシフトした時間ｔｂでの
点を温度検出ポイントとし、この温度検出ポイントｔｂ
での温度（図６に示す）を計測して溶融部温度を制御す
る温度制御データとする。
【００２０】凝固中の正常品における単位時間あたりの
温度変化量ｄＴ／ｄｔを求めておき、ブローホールが発
生した場合、温度変化量ｄＴ／ｄｔからブローホールが
発生する以前の時間ｔｂを求め、そのときの温度Ｔｂ、
及びブローホールの発生していない通常の温度検出ポイ
ントｔｄとすると、溶接後に所定時間が経過した後の溶
融部の温度Ｔｄは、 Ｔｄ＝Ｔｂ−（ｔｄ−ｔｂ）×（ｄＴ／ｄｔ） （１） より求めることができる。
温度変化量ｄＴ／ｄｔを求めておき、ブローホールが発
生した場合、温度変化量ｄＴ／ｄｔからブローホールが
発生する以前の時間ｔｂを求め、そのときの温度Ｔｂ、
及びブローホールの発生していない通常の温度検出ポイ
ントｔｄとすると、溶接後に所定時間が経過した後の溶
融部の温度Ｔｄは、 Ｔｄ＝Ｔｂ−（ｔｄ−ｔｂ）×（ｄＴ／ｄｔ） （１） より求めることができる。
【００２１】すなわち、ブローホールが発生しない正常
品の場合は、図５に示す通常の温度検出ポイントｔｄで
の温度を計測して溶融部温度を制御する温度制御データ
とする。一方、凝固中にブローホールが発生した場合
は、凝固温度−時間曲線にハンチング（乱調整）が出現
する以前にシフトした時間ｔｂでの点を温度検出ポイン
トとし、図６に示すこの温度検出ポイントｔｂでの温度
を計測して溶融部温度を制御する温度制御データとす
る。
品の場合は、図５に示す通常の温度検出ポイントｔｄで
の温度を計測して溶融部温度を制御する温度制御データ
とする。一方、凝固中にブローホールが発生した場合
は、凝固温度−時間曲線にハンチング（乱調整）が出現
する以前にシフトした時間ｔｂでの点を温度検出ポイン
トとし、図６に示すこの温度検出ポイントｔｂでの温度
を計測して溶融部温度を制御する温度制御データとす
る。
【００２２】上記溶接中の温度補正は、正常品のプラズ
マ発光強度Ｐ、ブローホール発生時のプラズマ発光強度
Ｐｓ、補正温度Ｔｃ、温度補正係数αとすると Ｔｃ＝α（Ｐｓ−Ｐ） （２） より求めることができる。
マ発光強度Ｐ、ブローホール発生時のプラズマ発光強度
Ｐｓ、補正温度Ｔｃ、温度補正係数αとすると Ｔｃ＝α（Ｐｓ−Ｐ） （２） より求めることができる。
【００２３】図８は、溶接する際の溶融中及び凝固中に
ブローホールが発生した場合の溶融部温度の制御する本
発明の溶接方法のフローチャートを示す。本発明におい
ては、自動運転開始１０１してパルスレーザ溶接を開始
１０２する。そしてレーザ溶接している際のプラズマ信
号計測１０３と溶融部の温度信号計測１０４とをリアル
タイムで連続的に行なう。プラズマ信号計測１０３と温
度信号計測１０４との結果から溶融中のブローホール判
定１０５を行なう。溶融中にブローホールが発生１０６
した場合は、補正温度値演算１０７を行ないそれらの値
をもとに溶接パワー演算１１２を行なって溶接パワー出
力１１３を調整する。或いは溶融中にブローホールが発
生しなかった場合は凝固中のブローホール判定１０８を
行なう。溶融中にブローホールが発生１０９した場合
は、補正温度値演算１１０を行ないそれらの値をもとに
溶接パワー演算１１２を行なって溶接パワー出力１１３
を調整する。また、凝固中にもブローホールが発生しな
かった場合には、正常品の所定の温度データ演算１１を
もとに溶接パワー演算１１２を行なって溶接パワー出力
１１３を調整して次のレーザ溶接開始１０２を行なう。
ブローホールが発生した場合の溶融部温度の制御する本
発明の溶接方法のフローチャートを示す。本発明におい
ては、自動運転開始１０１してパルスレーザ溶接を開始
１０２する。そしてレーザ溶接している際のプラズマ信
号計測１０３と溶融部の温度信号計測１０４とをリアル
タイムで連続的に行なう。プラズマ信号計測１０３と温
度信号計測１０４との結果から溶融中のブローホール判
定１０５を行なう。溶融中にブローホールが発生１０６
した場合は、補正温度値演算１０７を行ないそれらの値
をもとに溶接パワー演算１１２を行なって溶接パワー出
力１１３を調整する。或いは溶融中にブローホールが発
生しなかった場合は凝固中のブローホール判定１０８を
行なう。溶融中にブローホールが発生１０９した場合
は、補正温度値演算１１０を行ないそれらの値をもとに
溶接パワー演算１１２を行なって溶接パワー出力１１３
を調整する。また、凝固中にもブローホールが発生しな
かった場合には、正常品の所定の温度データ演算１１を
もとに溶接パワー演算１１２を行なって溶接パワー出力
１１３を調整して次のレーザ溶接開始１０２を行なう。
【図１】図１は、本発明の被溶接材の溶融部温度をフィ
ードバック制御する溶接制御装置の模式図である。
ードバック制御する溶接制御装置の模式図である。
【図２】被溶接材の溶融部にブローホールが発生した場
合の模式図を示し、図２の（ａ）は上面図を示し、図２
の（ｂ）は側部断面図を示す。
合の模式図を示し、図２の（ａ）は上面図を示し、図２
の（ｂ）は側部断面図を示す。
【図３】ブローホール発生メカニズムを示す溶融部断面
図であり、図３の（ａ）は溶融部付近に異物が存在する
ことを示し、図３の(ｂ)は被溶接材が熱せられて異物が
昇華するときを示し、図３の（ｃ）は溶融部の一部が突
き破られて昇華したガスが放出して溶融部の形状変化を
もたらす図を示し、且つ図３の（ｄ）は凝固中にブロー
ホールが形成された状態の凝固部を示す。
図であり、図３の（ａ）は溶融部付近に異物が存在する
ことを示し、図３の(ｂ)は被溶接材が熱せられて異物が
昇華するときを示し、図３の（ｃ）は溶融部の一部が突
き破られて昇華したガスが放出して溶融部の形状変化を
もたらす図を示し、且つ図３の（ｄ）は凝固中にブロー
ホールが形成された状態の凝固部を示す。
【図４】ブローホールが発生しない正常品と、ブローホ
ール発生品との溶融部から放出されるプラズマのプラズ
マ発光強度−時間曲線の比較を示す図である。
ール発生品との溶融部から放出されるプラズマのプラズ
マ発光強度−時間曲線の比較を示す図である。
【図５】ブローホールが発生しない正常品と、溶融中に
ブローホールが発生した発生品との溶融部温度−時間曲
線の比較を示す図である。
ブローホールが発生した発生品との溶融部温度−時間曲
線の比較を示す図である。
【図６】凝固中にブローホールが発生した場合のブロー
ホール発生品の凝固温度−時間曲線を示す図である。
ホール発生品の凝固温度−時間曲線を示す図である。
【図７】ブローホールが発生しない正常品と、凝固中に
ブローホールが発生した発生品との単位時間あたりの温
度変化量の比較を示す図である。
ブローホールが発生した発生品との単位時間あたりの温
度変化量の比較を示す図である。
【図８】溶接する際の溶融中及び凝固中にブローホール
が発生した場合の溶融部温度の制御する本発明の溶接方
法のフローチャートを示す。
が発生した場合の溶融部温度の制御する本発明の溶接方
法のフローチャートを示す。
１…レーザ発信器
２…光ファイバ
３…トーチ
４…被溶接材
５…溶融部
６…プラズマ光
７…プラズマ光センサ
８…温度センサ
９…溶接モニタ計測部
１０…温度判定部
１１…溶接制御部
１２…ブローホール
１３…レーザビーム
１４…異物
１５…昇華ガス
１６…反射光、プラズマ
ｔｄ…ブローホールの発生していない通常の温度検出ポ
イント ｔｂ…ブローホールが発生する以前の時間 Ｔｂ…ブローホールが発生する以前の時間ｔｂのときの
温度Ｔｂ
イント ｔｂ…ブローホールが発生する以前の時間 Ｔｂ…ブローホールが発生する以前の時間ｔｂのときの
温度Ｔｂ
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
(51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考）
Ｂ２３Ｋ 26/00 ３１０ Ｂ２３Ｋ 26/00 ３１０Ａ
Claims (6)
- 【請求項１】 レーザ、アーク及び電子ビームのいずれ
かにより溶接する際に被溶接材（４）の溶融部（５）の
溶融温度をフィードバック制御する溶接制御装置におい
て、 レーザ、アーク、電子ビームを照射した際に、前記溶融
部から放出するプラズマ光（６）のプラズマ発光強度を
検出するプラズマ光センサ（７）と、 前記溶融部温度を検出する温度センサ（８）と、 前記プラズマ発光強度と前記溶融部温度とを計測する溶
接モニタ計測部（９）と、 前記溶融部が溶融しているときには計測された前記プラ
ズマ発光強度の計測値をもとに前記溶融部にブローホー
ルが発生する時期を決定することにより、また前記溶融
部が凝固しているときには前記溶融部温度の温度変化量
をもとにブローホールが発生する時期を決定することに
より、ブローホール発生前の溶融部温度を決定する温度
判定部（１０）と、 前記ブローホール発生前の溶融部温度をもとに、溶接出
力をフィードバック制御する溶接制御部（１１）と、 を備えることを特徴とする被溶接材の溶融部温度をフィ
ードバック制御する溶接制御装置。 - 【請求項２】 前記温度判定部は、前記溶融部が溶融し
ているときには計測された前記プラズマ発光強度に設定
したしきい値をもとに、前記ブローホール発生前の溶融
部温度を決定することを特徴とする請求項１記載の溶接
制御装置。 - 【請求項３】 前記温度判定部は、前記溶融部が凝固・
冷却しているときには計測された前記溶融部温度に設定
されたしきい値をもとに、ブローホール発生前のしきい
値以下の溶融部温度を、前記ブローホール発生前の溶融
部温度として決定することを特徴とする請求項１または
２記載の溶接制御装置。 - 【請求項４】 レーザ、アーク及び電子ビームのいずれ
かにより溶接する際に被溶接材（４）の溶融部（５）の
溶融温度をフィードバック制御する溶接制御方法におい
て、 レーザ、アーク及び電子ビームのいずれかによりビーム
を前記被溶接材に照射する工程、 プラズマ光センサ（７）により前記溶融部から放出する
プラズマ光（６）のプラズマ発光強度を検出する工程、 温度センサ（８）により前記溶融部温度を検出する工
程、 溶接モニタ計測部（９）により前記プラズマ発光強度と
前記溶融部温度とを計測する工程、 前記溶接モニタ計測部により、前記溶融部が溶融してい
るときには計測された前記プラズマ発光強度の計測値を
もとに前記溶融部にブローホールが発生する時期を決定
することにより、また前記溶融部が凝固しているときに
は前記溶融部温度の温度変化量をもとにブローホールが
発生する時期を決定することにより、ブローホール発生
前の溶融部温度を決定する工程、及び溶接制御部（１
１）により前記ブローホール発生前の溶融部温度をもと
に、溶接出力をフィードバック制御する工程を備えるこ
とを特徴とする被溶接材の溶融部温度をフィードバック
制御する溶接制御方法。 - 【請求項５】 前記温度判定部により計測された前記プ
ラズマ発光強度に設定したしきい値をもとに、前記ブロ
ーホール発生前の溶融部温度を決定する工程備えること
を特徴とする請求項３記載の溶接制御方法。 - 【請求項６】 前記温度判定部により計測された前記溶
融部温度に設定されたしきい値をもとに、ブローホール
発生前のしきい値以下の溶融部温度を、前記ブローホー
ル発生前の溶融部温度として決定する工程を備えること
を特徴とする請求項４または５記載の溶接制御方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001205169A JP4491996B2 (ja) | 2001-07-05 | 2001-07-05 | 溶融部温度をフィードバック制御する溶接制御装置及び溶接制御方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001205169A JP4491996B2 (ja) | 2001-07-05 | 2001-07-05 | 溶融部温度をフィードバック制御する溶接制御装置及び溶接制御方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2003019589A true JP2003019589A (ja) | 2003-01-21 |
| JP4491996B2 JP4491996B2 (ja) | 2010-06-30 |
Family
ID=19041533
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2001205169A Expired - Lifetime JP4491996B2 (ja) | 2001-07-05 | 2001-07-05 | 溶融部温度をフィードバック制御する溶接制御装置及び溶接制御方法 |
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| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP4491996B2 (ja) |
Cited By (11)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
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| WO2014191611A1 (en) | 2013-05-29 | 2014-12-04 | Protomet Särkiniemi T:Mi | Welding control method and control apparatus |
| WO2015151864A1 (ja) * | 2014-03-31 | 2015-10-08 | 三菱重工業株式会社 | 三次元積層装置及び三次元積層方法 |
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-
2001
- 2001-07-05 JP JP2001205169A patent/JP4491996B2/ja not_active Expired - Lifetime
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