JP2012166249A - 多電極ガスシールドアーク自動溶接装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】中間電極5と被溶接材料1との間の電圧を検知する電圧検知手段18と、前記電圧検知手段18により検知した電圧が入力され、短絡か否かを判定する短絡判定手段19と、電流値信号が外部より入力されるとともに、前記短絡判定手段19が短絡と判定した場合は、第1電流値I1を示す電流値信号を電流値設定信号として前記中間電極用直流電源Mに出力し、前記短絡判定手段19が短絡でないと判定した場合は、前記第1電流値I1より小さい第2電流値I2を示す電流値信号を電流値設定信号として前記中間電極用直流電源Mに出力する中間電極用電流設定手段20と、速度制御手段32と、電極送給手段27と、を備えることを特徴とする。
【選択図】図3
Description
例えば、特許文献1には、3電極アーク溶接制御方法が開示されている。この技術は、3つの電極を溶接線上に直列に配置し、先行電極と後行電極のアークにより発生する湯だまりを中間電極のアークによって制御するというものである。
前記のような場合は、中間電極の先端が溶融池から離間し、中間電極の先端と溶融池との間でアークが発生してしまう。そして、当該アークにより湯だまりが不安定となり、その結果、良好な溶接部が得られないという問題点があった。
一方、本発明に係る多電極ガスシールドアーク自動溶接装置は、中間電極が短絡していない状態であった場合、短絡判定手段が、電圧検知手段により検知・入力された電圧値から中間電極が短絡していないと判断し、その結果、中間電極用電流設定手段により第2電流値を示す電流値信号が選択され、中間電極用直流電源が第2電流値の電流を中間電極に供給するように制御する。
よって、本発明に係る多電極ガスシールドアーク自動溶接装置は、中間電極が短絡せずアークが発生している状態となった場合に、中間電極に対し、通常の電流値(第1電流値)よりも小さい第2電流値の電流を供給することができるため、中間電極の溶融量を短絡時の溶融量に比べて減少させることができる。したがって、本発明に係る多電極ガスシールドアーク自動溶接装置によると、中間電極が短絡せずアークが発生している状態となったとしても、瞬時に中間電極を短絡させることができる。
したがって、本発明に係る多電極ガスシールドアーク自動溶接装置は、中間電極が短絡していない状態となった場合に、中間電極に対し、通常の電流値(第1電流値)よりも小さい第2電流値の電流とするために実質的に出力が停止した場合または出力を停止した場合でも、中間電極の溶融量を中間電極の送給量に対して減少させることができる。
中間電極用補助直流電源が前記の出力特性を有することにより、実質的には、中間電極用補助直流電源から中間電極にほとんど電流が供給されない。したがって、中間電極用電流設定手段により適切に制御された中間電極用直流電源のみから中間電極に電流が供給される。つまり、中間電極に供給される電流を適切に制御することができる。
また、電圧検知手段、短絡判定手段、中間電極用電流設定手段、速度制御手段が中間電極用溶接電源と一緒の筐体内にあるため、ノイズに対する耐性が上がり、装置の信頼性が向上する。
本発明に係る多電極ガスシールドアーク自動溶接装置を水平すみ肉溶接に適用することにより、発明の効果をより適切に得ることができる。
また、本発明に係る多電極ガスシールドアーク自動溶接装置は、中間電極を短絡した状態となるように自動で制御することができるため、ガスシールドアーク自動溶接に好適に適用することができる。
多電極ガスシールドアーク自動溶接装置100は、ガスで溶接箇所を空気から遮断しつつ複数の電極を用いて溶接を行う装置である。
なお、多電極ガスシールドアーク自動溶接装置100は、図1に示すように、水平すみ肉溶接に好適に適用される。詳細には、多電極ガスシールドアーク自動溶接装置100は、被溶接材料である下板1と立板2の隅部(溶接箇所)に沿うようにして、先行電極3、後行電極4、および中間電極5の3つの電極が一組として配置され、図1の矢印方向に移動しながら溶接を行う。
そして、図2に示すように、多電極ガスシールドアーク自動溶接装置100は、先行ガスシールドアーク溶接電極3(以下、適宜、先行電極3という)と、後行ガスシールドアーク溶接電極4(以下、適宜、後行電極4という)と、中間電極5と、先行電極3に接続された直流電源Lと、後行電極4に接続された直流電源Tと、中間電極5に接続された中間電極用直流電源Mと、を備える。
先行電極3、および後行電極4は、各電極の先端にアークを発生させ、被溶接材料である下板1と立板2との溶接箇所に溶融金属8(溶融池8)を形成させるものである(図2参照)。一方、中間電極5は、溶融金属8の湯だまり10に挿入され、アークブロー等の磁場干渉の発生を防止し、当該湯だまり10を安定させるものである(図2参照)。
なお、先行電極3、および後行電極4により発生した溶融金属8が、凝固することにより溶接金属7となり、当該溶接金属7が下板1と立板2を溶接することとなる。そして、溶接スラグ9は、溶接金属7の表面に形成される。
なお、各電極を構成するフラックス入りワイヤの成分、径、各電極の極間距離、設置角度等は特に限定されず、特開2004−261839号公報に開示されているような条件で行えばよい。
また、先行電極3、後行電極4、および中間電極5は、送給速度が一定速度に制御され溶接箇所に供給される。
直流電源L、Tは、先行電極3、または後行電極4に電流を供給する電源である。
直流電源Lは、正極に先行電極3が接続され、負極に被溶接材料(下板1または立板2)が接続される。そして、直流電源Tは、正極に後行電極4が接続され、負極に被溶接材料(下板1または立板2)が接続される。そして、直流電源L、および直流電源Tは、定電圧特性を有する。なお、定電圧特性の電源とは、一定速度に制御されて送給されている消耗電極の送給速度が、何らかの外乱によって送給速度の変化が生じ、アーク電圧が変化した場合にあっても、常に一定の電圧に制御するように自動的に電流値を増減して安定なアーク溶接を持続できるように制御する電源のことである。
直流電源L、および直流電源Tから、先行電極3、および後行電極4に供給される電流の値については、特に限定されず、例えば、先行電極3に供給される電流を250A以上、後行電極4に供給される電流を200A以上とすればよい。
中間電極用直流電源Mは、正極に被溶接材料(下板1または立板2)が接続され、負極に中間電極5が接続されるとともに、定電流特性を有する電源である。なお、定電流特性とは、電流を意図的に制御する場合を除き、負荷電圧が増大しても、電流がほとんど変化しない特性である。そして、中間電極用直流電源Mは、図3に示すように、三相交流電源11から電力が入力され、整流器12と、平滑コンデンサ13と、インバータ14と、トランス15と、整流器16と、リアクトル17と、電流検知手段24と、誤差増幅器25と、出力制御回路26と、を備える。
平滑コンデンサ13は、整流器12が整流した直流を平滑化、つまり、この直流に含まれるリップル(波)を平らにするものである。
トランス15は、インバータ14から出力された交流を変圧するものである。そして、整流器16は、トランス15が変圧した交流を再度直流に整流(変換)するものである。
リアクトル17は、整流器16が整流した直流を平滑化、つまり、この直流に含まれるリップルを平らにするものである。
そして、リアクトル17で平滑化された電流が中間電極5に供給される。
電圧検知手段18は、中間電極5と被溶接材料(下板1または立板2)との間の電圧を検知する手段である。そして、電圧検知手段18は、検知した電圧信号を短絡判定手段19に出力する。
短絡判定手段19は、電圧検知手段18から入力された電圧信号が所定値を超えるか否かを判定する手段である。そして、短絡判定手段19は、その結果を中間電極用電流設定手段20(電流設定選択回路23)に出力する。
ここで、所定値とは、中間電極5が短絡している状態の電圧値と、中間電極5が短絡せずアークが発生している状態または無負荷の電圧値とを区別するための閾値である。そして、所定値は、中間電極5が短絡している状態の電圧値(中間電極5と被溶接材料との間の電圧値)と、中間電極5が短絡せずアークが発生している状態または無負荷の電圧値(中間電極5と被溶接材料との間の電圧値)とを区別できるように、前記2つの電圧値の間の値であり、例えば、10〜15Vとするのが好ましい。なお、短絡判定手段19は、所定値を外部から入力できるようにしても良い。
この他、既知の短絡判定方法を有する短絡判定手段であれば良い。
例えば、一つの閾値とした場合、閾値近傍の電圧では、短絡の判定と短絡でない判定が短い周期で繰り返されることになる。所定値は、短絡でない状態から短絡とする閾値と短絡である状態から短絡でないとする閾値の2つの閾値を有することが好ましい。
また、中間電極5が短絡している状態の電圧値は、中間電極に流れる電流でも変化するので、閾値は、流れている電流により変化させても良い。
さらに、電圧検知手段18から入力された電圧信号をカットオフ周波数の異なる複数のフィルタ回路を通過させノイズ成分を除去した複数の電圧信号と複数の所定値と比較するロジックを組み合わせることで、短絡判定手段19と電極間距離が長くノイズにより短絡か否かの区別が難しい場合でも即座に判定することができる。
中間電極用電流設定手段20は、短絡判定手段19から入力された結果に基づき、中間電極用直流電源Mから中間電極5に供給する電流を設定する手段である。そして、中間電極用電流設定手段20は、図3に示すように、第1電流設定回路21と、第2電流設定回路22と、電流設定選択回路23と、を備える。
第1電流設定回路21、および第2電流設定回路22は、第1電流値I1を示す電流値信号、または第2電流値I2を示す電流値信号を電流設定選択回路23に出力する。なお、第1電流設定回路21は、第1電流値I1を外部より入力できるようになっていてもよい。一方、第2電流設定回路22は、第2電流値I2を外部より入力できるようになっていてもよい。
第2電流値I2は、第1電流値I1よりも小さい電流値である。例えば、15A以下の電流値が好ましい。
一方、短絡判定手段19から入力された結果が、中間電極5が短絡せずアークが発生している状態であるという結果であった場合、電流設定選択回路23は、第2電流設定回路22から入力された第2電流値I2を示す電流値信号を電流値設定信号として誤差増幅器25に出力する。
なお、第1電流値I1、および第2電流値I2を外部から直接、電流設定選択回路23に入力するような構成であってもよい。この場合は、第1電流設定回路21、および第2電流設定回路22は必要ない。
電極送給手段27は、中間電極5を一定の速度により溶接箇所に送給する手段である。そして、電極送給手段27は、図3に示すように、電極送給モータ30と、電極送給ローラ31と、を備えている。
電極送給モータ30は、電極送給ローラ31を介して中間電極5を被溶接材料の表面の所定位置に送給する。この電極送給ローラ31は、例えば、中間電極5を挟み込むように配置された2個のローラで構成されているものを用いればよい。
速度制御手段32は、中間電極5を一定の速度に制御する手段である。そして、図3に示すように、電極送給速度設定器28と、電極送給モータ制御回路29と、を備えている。
電極送給速度設定器28は、予め設定された電極の送給速度を示す送給速度信号を電極送給モータ制御回路29に出力するものである。なお、電極送給速度設定器28は、送給速度を外部より入力することができる。
電極送給モータ制御回路29は、電極送給速度設定器28から入力された送給速度信号に基づいて電極送給モータ30を制御する回路である。
なお、電極の送給速度については、特に限定されず、好ましくは、1〜3m/minである。
第2実施形態に係る多電極ガスシールドアーク自動溶接装置100は、図4に示すように、中間電極用直流電源Mに並列に接続されるとともに、被溶接材料(下板1または立板2)が正極に接続され、中間電極5が負極に接続されており、高インピーダンス特性を有する中間電極用補助直流電源33を、さらに備える構成であってもよい。
そして、この中間電極用補助直流電源33は、短絡電流が1A以下となる出力特性を有することが好ましい。中間電極用補助直流電源33から中間電極5にほとんど電流が供給されないため、中間電極用直流電源Mのみから中間電極5に電流が供給されることとなる。つまり、中間電極5に供給される電流を適切に制御することができるからである。
よって、中間電極用補助直流電源33の電圧は、中間電極5が短絡している状態の電圧値(中間電極5と被溶接材料との間の電圧値)を超える値であって、例えば15V以上とするのが好ましい。
一方、短絡判定手段19から入力された結果が、中間電極5が短絡していない状態であるという結果であった場合、電流設定選択回路23は、第2電流設定回路22から入力された第2電流値I2を示す電流値信号を電流値設定信号として誤差増幅器25に出力する。
その他の構成については、第1実施形態に係る多電極ガスシールドアーク自動溶接装置100と同じであるため、説明を省略する。
第3実施形態に係る多電極ガスシールドアーク自動溶接装置100は、図5に示すように、中間電極極用直流電源装置mは、中間電極5と被溶接材料との間の電圧を検知する電圧検知手段18と、電圧検知手段18により検知した電圧が入力され、短絡か否かを判定する短絡判定手段19と、短絡判定手段19が短絡と判定した場合は、第1電流値I1を示す電流値信号を選択し、短絡判定手段19が短絡でないと判定した場合は、第1電流値I1より小さい第2電流値I2を示す電流値信号を選択する中間電極用電流設定手段20と、中間電極5の送給を一定の速度とする速度制御手段32と、定電流特性を有する中間電極用直流電源Mとを一つの筐体にまとめた構成であってもよい。その他の構成については、第1実施形態に係る多電極ガスシールドアーク自動溶接装置100と同じであるため、説明を省略する。
以下、中間電極の電流制御の動作について説明する(適宜、図3参照)。
まず、電圧検知手段18が、被溶接材料(下板1または立板2)と中間電極5との電圧を検知し、検知した電圧信号を短絡判定手段19に出力する。
そして、短絡判定手段19が、電圧検知手段18により検知・入力された電圧信号から短絡か否かを判定し、その判定結果を中間電極用電流設定手段20に出力する。
次に、短絡判定手段19が短絡していると判断した結果が入力された場合は、中間電極用電流設定手段20から、第1電流値I1を示す電流値信号を電流値設定信号として中間電極用直流電源Mに出力する。一方、短絡判定手段19が短絡していないと判断した結果が入力された場合は、中間電極用電流設定手段20から、第2電流値I2を示す電流値信号を電流値設定信号として中間電極用直流電源Mに出力する。
中間電極用電流設定手段20から出力された電流値設定信号の電流が、中間電極5に供給されるように、中間電極用直流電源Mを制御する。
2 立板(被溶接材料)
3 先行ガスシールドアーク溶接電極(先行電極)
4 後行ガスシールドアーク溶接電極(後行電極)
5 中間電極
6 配電盤
7 溶接金属
8 溶融金属(溶融池)
9 溶接スラグ
10 湯だまり
11 三相交流電源
12 整流器
13 平滑コンデンサ
14 インバータ
15 トランス
16 整流器
17 リアクトル
18 電圧検知手段
19 短絡判定手段
20 中間電極用電流設定手段
21 第1電流設定回路
22 第2電流設定回路
23 電流設定選択回路
24 電流検知手段
25 誤差増幅器
26 出力制御回路
27 電極送給手段
28 電極送給速度設定器
29 電極送給モータ制御回路
30 電極送給モータ
31 電極送給ローラ
32 速度制御手段
33 中間電極用補助直流電源
L 直流電源(先行電極に接続された直流電源)
T 直流電源(後行電極に接続された直流電源)
M 中間電極用直流電源
m 中間電極用直流電源装置
I1 第1電流値
I2 第2電流値
Claims (5)
- 先行ガスシールドアーク溶接電極と、後行ガスシールドアーク溶接電極と、を備え、さらに当該先行ガスシールドアーク溶接電極と当該後行ガスシールドアーク溶接電極との間に中間電極を備えるとともに、当該先行ガスシールドアーク溶接電極と、当該後行ガスシールドアーク溶接電極と、当該中間電極とが、消耗電極である多電極ガスシールドアーク自動溶接装置であって、
それぞれ一定の速度で送給される前記先行ガスシールドアーク溶接電極、および前記後行ガスシールドアーク溶接電極が、それぞれ正極に接続され、被溶接材料が負極に接続されるとともに、定電圧特性を有する2つの直流電源と、
前記被溶接材料が正極に接続され、前記中間電極が負極に接続されるとともに、定電流特性を有する中間電極用直流電源と、
前記中間電極と前記被溶接材料との間の電圧を検知する電圧検知手段と、
前記電圧検知手段により検知した電圧が入力され、短絡か否かを判定する短絡判定手段と、
電流値信号が外部より入力されるとともに、前記短絡判定手段が短絡と判定した場合は、第1電流値を示す電流値信号を電流値設定信号として前記中間電極用直流電源に出力し、前記短絡判定手段が短絡でないと判定した場合は、前記第1電流値より小さい第2電流値を示す電流値信号を電流値設定信号として前記中間電極用直流電源に出力する中間電極用電流設定手段と、
前記中間電極の送給速度を一定の速度とする速度制御手段と、
前記中間電極を前記被溶接材料に向かって送給する電極送給手段と、
を備えることを特徴とする多電極ガスシールドアーク自動溶接装置。 - 前記中間電極用直流電源に並列に接続されるとともに、前記被溶接材料が正極に接続され、前記中間電極が負極に接続されており、高インピーダンス特性を有する中間電極用補助直流電源を備えることを特徴とする請求項1に記載の多電極ガスシールドアーク自動溶接装置。
- 前記中間電極用補助直流電源は、短絡電流が1A以下という出力特性を有することを特徴とする請求項2に記載の多電極ガスシールドアーク自動溶接装置。
- 前記電圧検知手段と、前記短絡判定手段と、前記中間電極用電流設定手段と、前記速度制御手段と、前記中間電極用直流電源と、をまとめて一つの筐体に備えることを特徴とする請求項1乃至請求項3のいずれか一項に記載の多電極ガスシールドアーク自動溶接装置。
- 水平すみ肉溶接に適用されることを特徴とする請求項1乃至請求項4のいずれか一項に記載の多電極ガスシールドアーク自動溶接装置。
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