JP2009018314A - Nonconsumable electrode arc welding equipment - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、アーク長を適正値に維持するための非消耗電極アーク溶接装置に関するものである。 The present invention relates to a non-consumable electrode arc welding apparatus for maintaining an arc length at an appropriate value.
ティグ溶接、プラズマアーク溶接等の非消耗電極アーク溶接では、良好な溶接品質を得るためにはアーク長を適正値に維持しながら溶接を行う必要がある。非消耗電極アーク溶接では、アーク長は非消耗電極(以下、電極という)の先端と母材との距離であるので、ロボット溶接の場合には、教示によって適正なアーク長になるように設定することができる。溶接トーチを上下方向に移動させる機構を有する自動溶接装置の場合にも、この上下移動機構によってアーク長が適正値になるように設定することができる。 In non-consumable electrode arc welding such as TIG welding and plasma arc welding, it is necessary to perform welding while maintaining the arc length at an appropriate value in order to obtain good welding quality. In non-consumable electrode arc welding, the arc length is the distance between the tip of the non-consumable electrode (hereinafter referred to as an electrode) and the base material, so in robot welding, the arc length is set according to teaching. be able to. Even in the case of an automatic welding apparatus having a mechanism for moving the welding torch in the vertical direction, it is possible to set the arc length to an appropriate value by this vertical movement mechanism.
ロボット溶接等の自動溶接において、ワークの寸法誤差、設置ズレ等によってアーク長が設定された適正値にならない場合が生じる。このような場合には、アーク長を検出してフィードバック制御によって溶接トーチを上下に移動させてアーク長を適正値にいじする方法が慣用されている。このときに、アーク長の検出方法として溶接電圧を使用するのが一般的である。これは、アーク長と溶接電圧とが略比例関係にあるためである。また、これ以外の方法として、フィラワイヤを送給しながら行うティグ溶接において、所定時間にフィラワイヤが溶融池に接触している時間を検出して行う方法も提案されている。これは、アーク長と接触時間との間に略比例関係があるためである。また、アーク長が短くなり過ぎてついには母材に接触したときにアラームを発する方法も提案されている。溶接中に電極と母材との接触回数が多くなると溶接品質が極端に悪くなるために、このような状態が発生したときにアラームを発して接触を解消するように促すものである。上述した従来技術として、特許文献1〜3を参照のこと。 In automatic welding such as robot welding, there is a case where the arc length does not become a set appropriate value due to a dimensional error of a workpiece, an installation deviation or the like. In such a case, a method is commonly used in which the arc length is detected and the welding torch is moved up and down by feedback control to change the arc length to an appropriate value. At this time, it is common to use a welding voltage as a method of detecting the arc length. This is because the arc length and the welding voltage are in a substantially proportional relationship. In addition, as a method other than this, in TIG welding performed while feeding the filler wire, a method of detecting the time during which the filler wire is in contact with the molten pool at a predetermined time has been proposed. This is because there is a substantially proportional relationship between the arc length and the contact time. There has also been proposed a method of issuing an alarm when the arc length becomes too short and finally comes into contact with the base material. When the number of contacts between the electrode and the base material increases during welding, the welding quality is extremely deteriorated. Therefore, when such a situation occurs, an alarm is issued to prompt the user to cancel the contact. See Patent Documents 1 to 3 as the above-described conventional technology.
非消耗電極アーク溶接方法は、溶接作業者が溶接トーチを手で持って溶接を行うこと(以下、手動溶接という)も多い。この手動溶接では、アーク長を目視によって観察しながら適正値に維持している。これには熟練した技能が必要である。また、ワークの形状によっては目視によるアーク長の観察が困難な場合がある。 Non-consumable electrode arc welding methods often involve welding by a welding operator holding a welding torch by hand (hereinafter referred to as manual welding). In this manual welding, the arc length is maintained at an appropriate value while visually observed. This requires skilled skills. Further, depending on the shape of the workpiece, it may be difficult to visually observe the arc length.
上記の問題を従来技術によって改善しようとした場合、アーク長を検出してフィードバック制御しようとしても溶接トーチを上下方向に移動させる手段を有していないために適用することができない。 When trying to improve the above problem by the conventional technique, even if it is attempted to perform feedback control by detecting the arc length, it cannot be applied because there is no means for moving the welding torch in the vertical direction.
そこで、本発明では、手動溶接においてアーク長を容易に適正値に維持することができる非消耗電極アーク溶接装置を提供することを目的とする。 Therefore, an object of the present invention is to provide a non-consumable electrode arc welding apparatus that can easily maintain an arc length at an appropriate value in manual welding.
上述した課題を解決するために、第1の発明は、
非消耗電極と母材との間にアークを発生させるための溶接電流及び溶接電圧を出力する非消耗電極アーク溶接装置において、
前記溶接電圧を検出する電圧検出手段と、
この溶接電圧検出値を入力として前記溶接電圧値に応じて増加又は減少するサウンドの周波数を設定するサウンド周波数設定部と、
この設定された周波数を有するサウンドを鳴らすサウンド出力手段と、
を備えたことを特徴とする非消耗電極アーク溶接装置である。
In order to solve the above-described problem, the first invention
In a non-consumable electrode arc welding apparatus that outputs a welding current and a welding voltage for generating an arc between a non-consumable electrode and a base material,
Voltage detection means for detecting the welding voltage;
A sound frequency setting unit that sets a frequency of a sound that increases or decreases in accordance with the welding voltage value with the welding voltage detection value as an input,
Sound output means for playing a sound having the set frequency;
This is a non-consumable electrode arc welding apparatus.
第2の発明は、
前記溶接電圧検出値が適正範囲外にあるときはアラーム信号を出力するアラーム判別部を備え、
前記サウンド周波数設定部は、このアラーム信号が入力されるとサウンドの周波数を予め定めたアラーム周波数に設定する、ことを特徴とする第1の発明記載の非消耗電極アーク溶接装置である。
The second invention is
When the welding voltage detection value is outside the appropriate range, an alarm determination unit that outputs an alarm signal,
The non-consumable electrode arc welding apparatus according to the first aspect, wherein the sound frequency setting unit sets the frequency of the sound to a predetermined alarm frequency when the alarm signal is input.
上記第1の発明によれば、手動溶接において、アーク長が変化すると溶接電圧が変化するので、溶接中に出力されているサウンドの周波数が変化する。このために、溶接作業者は溶接中のアーク長の変化をサウンドの音で判別することができ、アーク長を一定に維持することが容易になる。また、ワークに対するアーク長が適正値になったときのサウンドの音をテスト溶接で確認しておけば、実施工時にそのサウンドの音になるように溶接トーチを上下に操作することによってアーク長を適正値に容易に設定することができる。さらに、ワーク形状の制約からアーク長が目視で確認しづらいときにも、サウンドの音を目標としてアーク長を適正値に維持することができる。また、この第1の発明を自動溶接に使用した場合、溶接中のアーク長の変動をサウンドの音で容易に判別することができるので、アーク状態の監視に有効である。 According to the first aspect, in manual welding, when the arc length changes, the welding voltage changes, so the frequency of the sound output during welding changes. For this reason, the welding operator can distinguish the change in arc length during welding by the sound of the sound, and it becomes easy to maintain the arc length constant. In addition, if the sound of the sound when the arc length for the workpiece reaches an appropriate value is confirmed by test welding, the arc length can be adjusted by operating the welding torch up and down so that the sound of the sound is obtained during construction. It can be easily set to an appropriate value. Furthermore, even when it is difficult to visually confirm the arc length due to restrictions on the workpiece shape, the arc length can be maintained at an appropriate value with the target of sound. Further, when the first invention is used for automatic welding, the variation in arc length during welding can be easily determined by the sound of the sound, which is effective for monitoring the arc state.
さらに、第2の発明によれば、溶接電圧(アーク長)が適正範囲内にあるときは第1の発明と同様の効果を奏し、溶接電圧が適正範囲外のときは予め定めたアラーム周波数でサウンドを鳴らす。このために、溶接電圧が適正範囲外になったことをサウンドの音で溶接作業者が容易に判別することができる。 Further, according to the second invention, when the welding voltage (arc length) is within the proper range, the same effect as the first invention is obtained, and when the welding voltage is outside the proper range, the predetermined alarm frequency is used. Play a sound. For this reason, it is possible for the welding operator to easily determine from the sound that the welding voltage is outside the proper range.
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。 Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
[実施の形態1]
図1は、本発明の実施の形態1に係る非消耗電極アーク溶接装置のブロック図である。同図は非消耗電極アーク溶接装置がティグ溶接装置である場合を例示するが、プラズマアーク溶接装置の場合も同様である。以下、同図を参照して各ブロックについて説明する。
[Embodiment 1]
FIG. 1 is a block diagram of a non-consumable electrode arc welding apparatus according to Embodiment 1 of the present invention. The figure illustrates the case where the non-consumable electrode arc welding apparatus is a TIG welding apparatus, but the same applies to a plasma arc welding apparatus. Hereinafter, each block will be described with reference to FIG.
溶接電源PSは、一般的な定電流特性を有するティグ溶接用の溶接電源であり、設定された溶接電流Iwを出力する。溶接トーチ4の先端に装着されたタングステン等の電極1と母材2との間に溶接電流Iwが通電するアーク3が発生し、溶接電圧Vwが印加する。
The welding power source PS is a welding power source for TIG welding having a general constant current characteristic, and outputs a set welding current Iw. An
電圧検出回路VDは、上記の溶接電圧Vwを検出して、電圧検出信号Vdを出力する。ティグ溶接ではアークスタート時に高周波高電圧を電極1・母材2間に印加するので、この電圧検出回路VDには高周波高電圧をバイパスするためのコンデンサが内蔵されている。
The voltage detection circuit VD detects the welding voltage Vw and outputs a voltage detection signal Vd. In TIG welding, a high-frequency high voltage is applied between the electrode 1 and the
サウンド周波数設定回路FRは、図2で後述するように、溶接電圧値Vwに応じて増加するサウンドの周波数fの関数f=g(Vw)が予め内蔵されており、上記の電圧検出信号Vdを入力としてこの関数によってサウンド周波数設定信号Frを出力する。図2は、このサウンド周波数fを設定するための関数f=g(Vw)の一例を示す図である。同図の横軸は溶接電圧Vwを示し、縦軸はサウンドの周波数fを示す。同図では、溶接電圧Vwが大きくなると周波数fは次第に増加(高周波化)する。このサウンドを設定する関数は、溶接電圧Vwが大きくなるにつれて周波数fが減少(低周波数化)しても良い。また、直線状に増加又は減少する必要はなく、曲線状又はステップ状であっても良い。但し、溶接電圧Vwはアーク電圧(例えば、10〜40V)の範囲であり、このアーク電圧範囲に対応して周波数fは可聴範囲で変化するように設定する。 As will be described later with reference to FIG. 2, the sound frequency setting circuit FR has a built-in function f = g (Vw) of the sound frequency f that increases in accordance with the welding voltage value Vw. A sound frequency setting signal Fr is output by this function as an input. FIG. 2 is a diagram illustrating an example of a function f = g (Vw) for setting the sound frequency f. In the figure, the horizontal axis indicates the welding voltage Vw, and the vertical axis indicates the frequency f of the sound. In the figure, as the welding voltage Vw increases, the frequency f gradually increases (high frequency). In the function for setting this sound, the frequency f may decrease (lower frequency) as the welding voltage Vw increases. Moreover, it is not necessary to increase or decrease linearly, and it may be curved or stepped. However, the welding voltage Vw is in the range of an arc voltage (for example, 10 to 40 V), and the frequency f is set so as to change in the audible range corresponding to the arc voltage range.
サウンド出力回路SDは、上記のサウンド周波数設定信号Frによって設定された周波数fを有するサウンドを溶接中常時鳴らす。上記の電圧検出回路VD、サウンド周波数設定回路FR及びサウンド出力回路SDは、溶接電源PSに内蔵しても良いし、外部にサウンド装置として設置しても良い。 The sound output circuit SD always plays a sound having the frequency f set by the sound frequency setting signal Fr during welding. The voltage detection circuit VD, the sound frequency setting circuit FR, and the sound output circuit SD may be built in the welding power source PS or may be installed as a sound device outside.
上述した実施の形態1によれば、手動溶接において、アーク長が変化すると溶接電圧が変化するので、溶接中に出力されているサウンドの周波数が変化する。このために、溶接作業者は溶接中のアーク長の変化をサウンドの音で判別することができ、アーク長を一定に維持することが容易になる。また、ワークに対するアーク長が適正値になったときのサウンドの音をテスト溶接で確認しておけば、実施工時にそのサウンドの音になるように溶接トーチを上下に移動させることによってアーク長を適正値に容易に設定することができる。さらに、ワーク形状の制約からアーク長が目視で確認しづらいときにも、サウンドの音を目標としてアーク長を適正値に維持することができる。また、この実施の形態1を自動溶接に使用した場合、溶接中のアーク長の変動をサウンドの音で容易に判別することができるので、アーク状態の監視に有効である。 According to the first embodiment described above, in manual welding, when the arc length changes, the welding voltage changes, so the frequency of the sound output during welding changes. For this reason, the welding operator can distinguish the change in arc length during welding by the sound of the sound, and it becomes easy to maintain the arc length constant. In addition, if the sound of the sound when the arc length for the workpiece reaches an appropriate value is confirmed by test welding, the arc length can be adjusted by moving the welding torch up and down so that the sound of the sound is obtained during construction. It can be easily set to an appropriate value. Furthermore, even when it is difficult to visually confirm the arc length due to restrictions on the workpiece shape, the arc length can be maintained at an appropriate value with the target of sound. Moreover, when this Embodiment 1 is used for automatic welding, the fluctuation of the arc length during welding can be easily discriminated by the sound of the sound, which is effective for monitoring the arc state.
[実施の形態2]
図3は、本発明の実施の形態2に係る非消耗電極アーク溶接装置のブロック図である。同図において上述した図1と同一のブロックには同一符号を付してそれらの説明は省略する。以下、図1とは異なる点線で示すブロックについて説明する。
[Embodiment 2]
FIG. 3 is a block diagram of a non-consumable electrode arc welding apparatus according to
電流検出回路IDは、溶接電流Iwを検出して、電流検出信号Idを出力する。アラーム判別回路ARは、この電流検出信号Id及び電圧検出信号Vdを入力として、図4で後述するように、電圧検出信号Vdが適正範囲に外になったことを判別して、アラーム信号Arを出力する。図4は、溶接電圧Vwが適正範囲外になったことを判別する方法を示すアーク特性図である。同図の横軸は溶接電流Iwを示し、縦軸は溶接電圧Vwを示す。特性Luは、アーク長が適正範囲の上限値であるときのアーク特性であり、特性Ldはアーク長が適正範囲の下限値であるときのアーク特性である。したがって、両特性間に挟まれた範囲がアーク長が適正な範囲である。電流検出信号の値がId1であり、電圧検出信号の値がVd1である場合、この交点(動作点)P1が上記の適正範囲内にあればアーク長は適正範囲内となり、電圧検出信号Vd1も適正範囲内となる。他方、動作点P1が上記の適正範囲外にあるときは、アーク長は適正範囲外となり、電圧検出信号Vd1も適正範囲外となる。このようにして、溶接電圧Vwが適正範囲外であることを判別することができる。上記の電流検出信号Idの代わりに溶接電源PS内の溶接電流設定信号を使用しても良い。非消耗電極アーク溶接用の溶接電源PSは定電流特性を有しているので、電流検出信号Idの値と溶接電流設定信号の値とは同一値となる。この場合、電流検出回路IDを追加する必要はなくなる。 The current detection circuit ID detects the welding current Iw and outputs a current detection signal Id. The alarm determination circuit AR receives the current detection signal Id and the voltage detection signal Vd, determines that the voltage detection signal Vd is out of the proper range, as will be described later with reference to FIG. Output. FIG. 4 is an arc characteristic diagram illustrating a method for determining that the welding voltage Vw is out of the proper range. In the figure, the horizontal axis represents the welding current Iw, and the vertical axis represents the welding voltage Vw. The characteristic Lu is the arc characteristic when the arc length is the upper limit value of the appropriate range, and the characteristic Ld is the arc characteristic when the arc length is the lower limit value of the appropriate range. Therefore, the range sandwiched between the two characteristics is the range in which the arc length is appropriate. When the value of the current detection signal is Id1 and the value of the voltage detection signal is Vd1, if the intersection (operating point) P1 is within the above appropriate range, the arc length is within the appropriate range, and the voltage detection signal Vd1 is also Within the appropriate range. On the other hand, when the operating point P1 is outside the proper range, the arc length is outside the proper range, and the voltage detection signal Vd1 is also outside the proper range. In this way, it can be determined that the welding voltage Vw is outside the proper range. A welding current setting signal in the welding power source PS may be used instead of the current detection signal Id. Since the welding power source PS for non-consumable electrode arc welding has a constant current characteristic, the value of the current detection signal Id and the value of the welding current setting signal are the same value. In this case, it is not necessary to add a current detection circuit ID.
アラーム周波数設定回路FAは、アラーム時のサウンド周波数であるアラーム周波数設定信号Faを出力する。第2サウンド周波数設定回路FR2は、上記のアラーム信号Arが入力されていないときは上述した図1のときと同様に電圧検出信号Vdに応じて変化するサウンド周波数設定信号Frを出力し、上記のアラーム信号Arが入力されているときは上記のアラーム周波数設定信号Faの値をサウンド周波数設定信号Frとして出力する。 The alarm frequency setting circuit FA outputs an alarm frequency setting signal Fa that is a sound frequency at the time of an alarm. When the alarm signal Ar is not input, the second sound frequency setting circuit FR2 outputs a sound frequency setting signal Fr that changes according to the voltage detection signal Vd as in the case of FIG. When the alarm signal Ar is input, the value of the alarm frequency setting signal Fa is output as the sound frequency setting signal Fr.
図5は、サウンド周波数fを設定する関数を示す図である。同図の横軸は溶接電圧Vwを示し、縦軸はサウンドの周波数fを示す。同図は上述した図2に対応している。関数g(Vw)は、図2と同様に、溶接電圧Vwが大きくなると周波数fも増加する。他方、関数h(Vw)は、溶接電圧Vwの値によらず一定値Faとなる。このFaがアラーム周波数設定信号の値となる。同図において、上記のアラーム信号Arが入力されていないときは関数g(VW)によってサウンド周波数設定信号Frの値が算出され、アラーム信号Arが入力されているときは関数h(Vw)によってサウンド周波数設定信号Frの値が算出される。 FIG. 5 is a diagram showing a function for setting the sound frequency f. In the figure, the horizontal axis indicates the welding voltage Vw, and the vertical axis indicates the frequency f of the sound. This figure corresponds to FIG. 2 described above. As in FIG. 2, the function g (Vw) increases the frequency f as the welding voltage Vw increases. On the other hand, the function h (Vw) becomes a constant value Fa regardless of the value of the welding voltage Vw. This Fa becomes the value of the alarm frequency setting signal. In the figure, when the alarm signal Ar is not inputted, the value of the sound frequency setting signal Fr is calculated by the function g (VW), and when the alarm signal Ar is inputted, the sound is obtained by the function h (Vw). The value of the frequency setting signal Fr is calculated.
上記のアラーム周波数Faは、関数gの周波数範囲外に設定することが望ましい。これは、アラーム信号Arが入力されたことが容易に判別することができるからである。また、図4において、溶接電圧Vwが適正範囲の上限値を超えたのか、又は下限値を下回ったのかによってアラーム信号Arの値を異なるようにした場合、アラーム周波数Faの値もこれに対応して2つ設定して区別することができるようにしても良い。 The alarm frequency Fa is preferably set outside the frequency range of the function g. This is because it can be easily determined that the alarm signal Ar is input. In FIG. 4, when the value of the alarm signal Ar is made different depending on whether the welding voltage Vw exceeds the upper limit value of the appropriate range or falls below the lower limit value, the value of the alarm frequency Fa also corresponds to this. The two may be set so that they can be distinguished.
上述した実施の形態2によれば、溶接電圧(アーク長)が適正範囲内にあるときは実施の形態1と同様の効果を奏し、溶接電圧が適正範囲外のときは予め定めたアラーム周波数でサウンドを鳴らす。このために、溶接電圧が適正範囲外になったことをサウンドの音で溶接作業者が容易に判別することができる。 According to the second embodiment described above, when the welding voltage (arc length) is within the proper range, the same effect as in the first embodiment is obtained, and when the welding voltage is outside the proper range, the predetermined alarm frequency is used. Play a sound. For this reason, it is possible for the welding operator to easily determine from the sound that the welding voltage is outside the proper range.
上述した実施の形態では、ティグ溶接装置について説明したが、プラズマアーク溶接装置についても同様である。上述した実施の形態では、サウンドの周波数を変化させたが、音量、短いサウンドの繰り返し周期、それらの組合せ等を変化させても良い。上記のサウンド出力回路SDは、溶接作業者によく聴こえるように溶接トーチに配置しても良い。また、サウンド出力回路SDに代えてLED等の表示器を使用して、その点滅周期を溶接電圧によって変化させても良い。 In the above-described embodiment, the TIG welding apparatus has been described, but the same applies to the plasma arc welding apparatus. In the embodiment described above, the frequency of the sound is changed, but the volume, the short sound repetition period, a combination thereof, and the like may be changed. The sound output circuit SD may be disposed on the welding torch so that it can be heard by welding workers. In addition, instead of the sound output circuit SD, an indicator such as an LED may be used to change the blinking cycle according to the welding voltage.
1 (非消耗)電極
2 母材
3 アーク
4 溶接トーチ
AR アラーム判別回路
Ar アラーム信号
f サウンドの周波数
FA アラーム周波数設定回路
Fa アラーム周波数(設定信号)
FR サウンド周波数設定回路
Fr サウンド周波数設定信号
FR2 第2サウンド周波数設定回路
g (サウンド周波数設定)関数
h (サウンド周波数設定)関数
ID 電流検出回路
Id 電流検出信号
Iw 溶接電流
Ld アーク特性
Lu アーク特性
P1 動作点
PS 溶接電源
SD サウンド出力回路
VD 電圧検出回路
Vd 電圧検出信号
Vw 溶接電圧
1 (Non-consumable)
FR sound frequency setting circuit Fr sound frequency setting signal FR2 second sound frequency setting circuit g (sound frequency setting) function h (sound frequency setting) function ID current detection circuit Id current detection signal Iw welding current Ld arc characteristic Lu arc characteristic P1 operation Point PS Welding power supply SD Sound output circuit VD Voltage detection circuit Vd Voltage detection signal Vw Welding voltage
Claims (2)
前記溶接電圧を検出する電圧検出手段と、
この溶接電圧検出値を入力として前記溶接電圧値に応じて増加又は減少するサウンドの周波数を設定するサウンド周波数設定部と、
この設定された周波数を有するサウンドを鳴らすサウンド出力手段と、
を備えたことを特徴とする非消耗電極アーク溶接装置。 In a non-consumable electrode arc welding apparatus that outputs a welding current and a welding voltage for generating an arc between a non-consumable electrode and a base material,
Voltage detecting means for detecting the welding voltage;
A sound frequency setting unit that sets the frequency of the sound that increases or decreases according to the welding voltage value as an input of the welding voltage detection value;
Sound output means for playing a sound having the set frequency;
A non-consumable electrode arc welding apparatus comprising:
前記サウンド周波数設定部は、このアラーム信号が入力されるとサウンドの周波数を予め定めたアラーム周波数に設定する、ことを特徴とする請求項1記載の非消耗電極アーク溶接装置。 When the welding voltage detection value is outside the appropriate range, an alarm determination unit that outputs an alarm signal,
The non-consumable electrode arc welding apparatus according to claim 1, wherein when the alarm signal is input, the sound frequency setting unit sets the frequency of the sound to a predetermined alarm frequency.
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