JP2013107085A - Plasma arc welding method and plasma arc welding device - Google Patents

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a new plasma arc welding method and a plasma arc welding device by which a stable penetration bead of a constant height can be reliably obtained when performing keyhole welding.SOLUTION: A welding voltage outputted when performing welding is detected, and the frequency of the welding voltage is controlled so as to substantially match the natural frequency of a weld pool P. This configuration enables the frequency of the weld pool P to be easily controlled so as to match such natural frequency and as a result, when performing keyhole welding, the stable penetration bead of the constant height can be reliably obtained.

Description

本発明は、エネルギー密度が高く、高速度、高品質な溶接が可能なプラズマアーク溶接方法及びプラズマアーク溶接装置に関する。   The present invention relates to a plasma arc welding method and a plasma arc welding apparatus capable of high energy density, high speed, and high quality welding.

一般に、プラズマアーク溶接は、ガスメタルア−ク（ＧＭＡ）溶接、ガスタングステンアーク（ＧＴＡ）溶接などと比べてエネルギー密度が高い。このため、プラズマアークを母材表面側から裏面側へ貫通させながら溶接する、いわゆるキーホール溶接が可能である。キーホール溶接が可能となれば、母材裏面側からの溶接作業が不要となるため、溶接作業効率が大幅に向上する。しかし、このキーホール溶接は、種々の要因、例えば溶接中の母材温度の上昇や大気温度、あるいはアースの取り方による磁気吹きなどにより施工の途中からキーホールの挙動が不安定となり易いため、熟練した作業員でなければ高品質の溶接作業を行うことができず、自動化が難しい。   In general, plasma arc welding has a higher energy density than gas metal arc (GMA) welding, gas tungsten arc (GTA) welding, or the like. For this reason, so-called keyhole welding is possible, in which the plasma arc is welded while penetrating from the base material surface side to the back surface side. If keyhole welding is possible, welding work efficiency from the back side of the base material becomes unnecessary, and the welding work efficiency is greatly improved. However, this keyhole welding is prone to instability of the keyhole behavior during the construction due to various factors, such as a rise in the base metal temperature during welding, atmospheric temperature, or magnetic blowing due to grounding, etc. Unless it is a skilled worker, high-quality welding work cannot be performed, and automation is difficult.

そのため、例えば以下の特許文献１では、溶接部を覆うように被溶接物の裏側にバックシールド治具をあてがっておき、そのバックシールド治具と被溶接物との間に生じる電圧を検出すると共に、その電圧と基準電圧とを比較し、検出電圧が基準電圧に等しくなるように溶接条件を制御することで、キーホール溶接の自動化を可能としている。   Therefore, for example, in Patent Document 1 below, a back shield jig is applied to the back side of the work piece so as to cover the welded portion, and a voltage generated between the back shield jig and the work piece is detected. The keyhole welding can be automated by comparing the voltage and the reference voltage and controlling the welding conditions so that the detected voltage becomes equal to the reference voltage.

特開昭６２−９３０７２号公報JP-A-62-93072

しかし、この特許文献１に開示されているような溶接方法は、溶接電圧の変動を小さく抑えるだけの方法であるため、例えば、裏波ビードが形成されなかったり、溶融金属が垂れ落ちるなどといった最悪の状況は回避できるものの、安定した一定高さの裏波ビードを得ることは困難である。   However, since the welding method disclosed in Patent Document 1 is a method that suppresses fluctuations in the welding voltage to be small, for example, the worst case such as a back bead not being formed or molten metal dripping down. Although this situation can be avoided, it is difficult to obtain a stable and constant back bead.

そこで、本発明はこれらの課題を解決するために案出されたものであり、その目的は、キーホール溶接に際して安定した一定高さの裏波ビードを確実に得ることができる新規なプラズマアーク溶接方法及びプラズマアーク溶接装置を提供するものである。   Therefore, the present invention has been devised to solve these problems, and the object thereof is a novel plasma arc welding that can reliably obtain a stable and constant back bead at the time of keyhole welding. A method and a plasma arc welding apparatus are provided.

これらの課題を解決すべく本発明者らは、多くの研究・実験を行った結果、溶接時に母材裏側に形成される溶融池の揺れの挙動（振動数）と溶接時に出力される溶接電圧の挙動（周波数）との関連性を発見し、本発明に至ったものである。   In order to solve these problems, the present inventors have conducted many researches and experiments, and as a result, the behavior (frequency) of the weld pool formed on the back side of the base metal during welding and the welding voltage output during welding. The present inventors have found a relationship with the behavior (frequency) of the present invention and have arrived at the present invention.

すなわち、前述したようなプラズマアークによるキーホール溶接を行った場合、図２に示すように母材の裏側であって、キーホール（プラズマアーク）の溶接方向後方には、溶接トーチから発生するプラズマアーク１６の熱によって溶けた母材１５による溶融池Ｐがその長手方向に沿って形成される。そして、この溶融池Ｐが、溶接方向前後に揺れることで安定した一定高さの裏波ビードが形成されることが分かった。このとき溶融池Ｐの揺れ（挙動）が大きすぎると溶融金属が垂れ落ちてしまうことから溶融池Ｐの揺れ（挙動）には、安定した一定高さの裏波ビードを形成するための固有の振動数（例えば、３０乃至４０Ｈｚ）が存在することが分かった。また、この固有振動数は、母材１５の材質や溶融池Ｐの大きさ（質量）、粘度などによっても異なる。そして、これらの知見に基づき本発明者らがこの溶融池Ｐの揺れ（挙動）をさらに詳しく調べたところ、この溶融池の揺れ（挙動）の振動数は、キーホール溶接時に出力される溶接電圧の周波数とほぼ一致することが分かった。   That is, when keyhole welding by the plasma arc as described above is performed, the plasma generated from the welding torch is behind the base material and behind the keyhole (plasma arc) as shown in FIG. A molten pool P made of the base material 15 melted by the heat of the arc 16 is formed along its longitudinal direction. And it turned out that the back wave bead of the stable fixed height is formed because this molten pool P shakes around welding direction. At this time, if the sway (behavior) of the molten pool P is too large, the molten metal drips down. It has been found that there is a frequency (eg, 30 to 40 Hz). The natural frequency also varies depending on the material of the base material 15, the size (mass) of the molten pool P, the viscosity, and the like. Then, based on these findings, the present inventors examined the fluctuation (behavior) of the molten pool P in more detail. It was found that it almost coincides with the frequency of.

そこで、前記の目的を達成するために第１の発明は、被溶接物の溶接部にプラズマアークによるキーホールを形成しながら当該溶接部を連続溶接するプラズマアーク溶接方法であって、前記溶接時に母材裏側に形成される溶融池の揺れが固有の振動数となるように溶接することを特徴とするプラズマアーク溶接方法である。このような溶接方法によれば、安定した一定高さの裏波ビードを確実に得ることができる。   Accordingly, in order to achieve the above object, the first invention is a plasma arc welding method for continuously welding a welded portion of a workpiece to be welded while forming a keyhole by a plasma arc. The plasma arc welding method is characterized in that welding is performed such that the vibration of the molten pool formed on the back side of the base metal has a unique frequency. According to such a welding method, a stable and constant back bead can be reliably obtained.

また、第２の発明は、被溶接物の溶接部にプラズマアークによるキーホールを形成しながら当該溶接部を連続溶接するプラズマアーク溶接方法であって、前記溶接時に母材裏側に形成される溶融池の揺れが固有の振動数となるように溶接時に出力される溶接電圧の周波数を制御しながら溶接することを特徴とするプラズマアーク溶接方法である。   Further, the second invention is a plasma arc welding method for continuously welding a welded portion of a workpiece to be welded while forming a keyhole by a plasma arc, and a fusion formed on the back side of the base material during the welding. The plasma arc welding method is characterized in that welding is performed while controlling the frequency of the welding voltage output at the time of welding so that the vibration of the pond has a specific frequency.

このような溶接方法によれば、キーホール溶接時に出力される溶接電圧の周波数を制御することで溶融池の揺れをその溶融池の固有振動数に容易に制御できるため、安定した一定高さの裏波ビードを確実に得ることができる。   According to such a welding method, the fluctuation of the weld pool can be easily controlled to the natural frequency of the weld pool by controlling the frequency of the welding voltage output during keyhole welding. A back bead can be obtained reliably.

第３の発明は、被溶接物の溶接部にプラズマアークによるキーホールを形成しながら当該溶接部を連続溶接するプラズマアーク溶接方法であって、前記溶接時に母材裏側に形成される溶融池の固有振動数を取得する固有振動数取得ステップと、溶接時に出力される溶接電圧の周波数を検出する溶接電圧周波数検出ステップと、前記溶接時に出力される溶接電圧の周波数を前記溶融池の固有振動数とほぼ一致するように制御する溶接電圧周波数制御ステップとを備えたことを特徴とするプラズマアーク溶接方法である。   A third invention is a plasma arc welding method for continuously welding a welded portion of a workpiece to be welded while forming a keyhole by a plasma arc, and a weld pool formed on the back side of a base material during the welding. A natural frequency obtaining step for obtaining a natural frequency, a welding voltage frequency detecting step for detecting a frequency of a welding voltage output at the time of welding, and a frequency of the welding voltage output at the time of the welding by using the natural frequency of the weld pool. And a welding voltage frequency control step for controlling to substantially coincide with the plasma arc welding method.

このような溶接方法によれば、溶接時に出力される溶接電圧の周波数がその溶融池の固有振動数とほぼ一致するように制御したため、その溶融池の揺れを固有振動数に容易に制御することが可能となり、安定した一定高さの裏波ビードを確実に得ることができる。   According to such a welding method, since the frequency of the welding voltage output at the time of welding is controlled to substantially coincide with the natural frequency of the molten pool, the fluctuation of the molten pool can be easily controlled to the natural frequency. Therefore, a stable and constant back bead can be obtained with certainty.

第４の発明は、第１ないし３のいずれかの発明において、前記溶接時に出力される溶接電圧の周波数は、溶接電流、溶接速度、パイロットガス流量、パイロットガス組成、シールドガス組成、スタンドオフ（母材−溶接トーチチップ間隔）、前記溶接トーチチップ穴径、前記プラズマアークを発生する溶接トーチの前記被溶接物に対する角度のうち、いずれか１つまたは２つ以上を変化させて制御することを特徴とするプラズマアーク溶接方法である。   According to a fourth invention, in any one of the first to third inventions, the frequency of the welding voltage output at the time of welding is a welding current, welding speed, pilot gas flow rate, pilot gas composition, shield gas composition, standoff ( Control is performed by changing any one or two or more of the base metal-welding torch tip interval), the welding torch tip hole diameter, and the angle of the welding torch generating the plasma arc with respect to the workpiece. It is the plasma arc welding method characterized.

このような方法によれば、溶接状況に応じて溶接電流、溶接速度、パイロットガス流量パイロットガス組成、シールドガス組成、スタンドオフ（母材−溶接トーチチップ間隔）、前記溶接トーチチップ穴径、前記プラズマアークを発生する溶接トーチの前記被溶接物に対する角度のいずれか１つまたは２つ以上を変化させることで溶接時に出力される溶接電圧の周波数を容易に制御することができる。   According to such a method, the welding current, the welding speed, the pilot gas flow rate, the pilot gas composition, the shielding gas composition, the standoff (base material-welding torch tip interval), the welding torch tip hole diameter, The frequency of the welding voltage output at the time of welding can be easily controlled by changing any one or two or more of the angles of the welding torch generating the plasma arc with respect to the workpiece.

第５の発明は、プラズマアークを発生する溶接トーチを用いて被溶接物の溶接部にキーホールを形成しながら当該溶接部を連続溶接するプラズマアーク溶接装置であって、前記溶接時に母材裏側に形成される溶融池の固有振動数を取得する固有振動数取得手段と、溶接時に出力される溶接電圧の周波数を検出する溶接電圧周波数検出手段と、前記溶接時に出力される溶接電圧の周波数を前記溶融池の固有振動数とほぼ一致するように制御する溶接電圧周波数制御手段とを備えたことを特徴とするプラズマアーク溶接装置である。   5th invention is a plasma arc welding apparatus which continuously welds the said welding part, forming a keyhole in the welding part of a to-be-welded object using the welding torch which generate | occur | produces a plasma arc, Comprising: The base material back side at the time of the said welding Natural frequency acquisition means for acquiring the natural frequency of the weld pool formed in the welding, welding voltage frequency detection means for detecting the frequency of the welding voltage output during welding, and the frequency of the welding voltage output during the welding. A plasma arc welding apparatus comprising welding voltage frequency control means for controlling the frequency to substantially match the natural frequency of the molten pool.

このような構成によれば、第３の発明と同様に溶接時に出力される溶接電圧の周波数がその溶融池の固有振動数とほぼ一致するように制御したため、その溶融池の揺れを固有振動数に容易に制御することが可能となり、安定した一定高さの裏波ビードを確実に得ることができる。   According to such a configuration, since the frequency of the welding voltage output at the time of welding is controlled to substantially coincide with the natural frequency of the molten pool as in the third aspect of the invention, the fluctuation of the molten pool is reduced to the natural frequency. Can be easily controlled, and a stable and constant back bead can be obtained with certainty.

本発明によれば、溶接時に出力される溶接電圧を検出し、その溶接電圧がその溶融池の固有振動数とほぼ一致するようにその溶接電圧の周波数を制御したため、その溶融池の振動数をその固有振動数に容易に制御することが可能となる。これによって、キーホール溶接に際して安定した一定高さの裏波ビードを確実に得ることができる。   According to the present invention, the welding voltage output at the time of welding is detected, and the frequency of the welding voltage is controlled so that the welding voltage substantially matches the natural frequency of the molten pool. It becomes possible to easily control the natural frequency. As a result, a stable and constant back bead can be reliably obtained during keyhole welding.

本発明に係るプラズマアーク溶接装置１００の実施の一形態を示すブロック図である。1 is a block diagram showing an embodiment of a plasma arc welding apparatus 100 according to the present invention. 溶接時に母材１５の裏側に形成される溶融池Ｐの挙動を示す概念図である。It is a conceptual diagram which shows the behavior of the molten pool P formed in the back side of the base material 15 at the time of welding. 本発明に係るプラズマアーク溶接方法の処理の流れを示すフローチャート図である。It is a flowchart figure which shows the flow of a process of the plasma arc welding method which concerns on this invention. 被溶接物１４に関する溶接条件の一例を示す部分拡大図である。It is the elements on larger scale which show an example of the welding conditions regarding the to-be-welded object. 被溶接物１４に対して溶接トーチ１０を所定の角度θを傾斜させて溶接している状態を示す概念図である。It is a conceptual diagram which shows the state which welds the welding torch 10 with the predetermined angle (theta) with respect to the to-be-welded object 14. FIG. 本発明によるキーホール溶接後の溶接部の状態を示す溶接方向断面図である。It is a welding direction sectional view showing the state of the welding part after keyhole welding by the present invention.

次に、本発明に係るプラズマアーク溶接方法および溶接装置の実施の一形態を添付図面を参照しながら説明する。図１は、本発明に係るプラズマアーク溶接装置１００の構成を示したブロック図である。図示するようにこのプラズマアーク溶接装置１００は、溶接トーチ１０と、この溶接トーチ１０を駆動する駆動部２０と、溶接電源を供給する電源部３０と、溶接トーチ１０に溶接ガスを供給するガス供給部４０と、これら各部１０乃至４０を制御する溶接制御部５０とから主に構成されている。   Next, an embodiment of a plasma arc welding method and a welding apparatus according to the present invention will be described with reference to the accompanying drawings. FIG. 1 is a block diagram showing a configuration of a plasma arc welding apparatus 100 according to the present invention. As shown in the figure, the plasma arc welding apparatus 100 includes a welding torch 10, a drive unit 20 that drives the welding torch 10, a power supply unit 30 that supplies a welding power source, and a gas supply that supplies welding gas to the welding torch 10. It is mainly comprised from the part 40 and the welding control part 50 which controls these each part 10 thru | or 40.

溶接トーチ１０は、図２に示すように、タングステン電極１１を溶接トーチチップ１２で覆うと共にその溶接トーチチップ１２をシールドキャップ１３で覆った構造をしている。そして、図示しない高周波発生器を使ってこのタングステン電極１１と溶接トーチチップ１２との間にパイロットアークを発生させると共に、その溶接トーチチップ１２内にアルゴン（Ａｒ）などの動作ガス（プラズマガスＰＧ）を流すと、このプラズマガスＰＧがアーク熱によってイオン化してアーク電流の良導体となってタングステン電極１１と母材１５間で超高温（10000〜20000℃）のプラズマアーク１６が発生するようになっている。そして、このプラズマアーク１６を母材１５の表面側から裏面側に貫通させることでキーホール溶接が可能となっている。また、この溶接トーチチップ１２とシールドキャップ１３間にはアルゴン（Ａｒ）と水素（Ｈ２）、アルゴン（Ａｒ）と酸素（Ｏ２）、アルゴン（Ａｒ）と炭酸ガス（ＣＯ２）などからなるシールドガスＳＧが供給されており、このシールドガスＳＧによって溶接部を大気から保護して溶接品質を維持するようになっている。 As shown in FIG. 2, the welding torch 10 has a structure in which the tungsten electrode 11 is covered with a welding torch tip 12 and the welding torch tip 12 is covered with a shield cap 13. A pilot arc is generated between the tungsten electrode 11 and the welding torch tip 12 using a high frequency generator (not shown), and an operating gas (plasma gas PG) such as argon (Ar) is generated in the welding torch tip 12. The plasma gas PG is ionized by the arc heat and becomes a good conductor of the arc current, and an ultrahigh temperature (10000 to 20000 ° C.) plasma arc 16 is generated between the tungsten electrode 11 and the base material 15. Yes. Then, keyhole welding is possible by penetrating the plasma arc 16 from the front surface side to the back surface side of the base material 15. Further, the gap between the welding torch tip 12 and the shield cap 13 is made of argon (Ar) and hydrogen (H 2 ), argon (Ar) and oxygen (O 2 ), argon (Ar) and carbon dioxide (CO 2 ), and the like. Shielding gas SG is supplied, and the welding part is protected from the atmosphere by this shielding gas SG to maintain the welding quality.

駆動部２０は、この溶接トーチ１０を被溶接物１４に対して所定の距離および角度となるように維持・固定すると共に、溶接制御部５０からの制御信号によってその溶接トーチ１０を被溶接物１４の溶接線に沿って任意の速度で移動（走行）させるようになっている。なお、この駆動部２０は、被溶接物１４側を固定し、この被溶接物１４に対して溶接トーチ１０側を移動させる他、溶接トーチ１０側を固定し、被溶接物１４側を移動させたり、両方をそれぞれ同時に移動（走行）させることも可能となっている。   The drive unit 20 maintains and fixes the welding torch 10 at a predetermined distance and angle with respect to the workpiece 14, and the welding torch 10 is controlled by a control signal from the welding control unit 50. It moves (runs) at an arbitrary speed along the welding line. The drive unit 20 fixes the workpiece 14 side and moves the welding torch 10 side relative to the workpiece 14, and also fixes the welding torch 10 side and moves the workpiece 14 side. It is also possible to move (run) both at the same time.

電源部３０は、溶接トーチ１０と母材１５との間にプラズマアーク１６を発生させるために必要な電流を所定の電圧で供給するものであり、その電流値および電圧値は溶接制御部５０によって細かく制御されるようになっている。また、ガス供給部４０は、溶接トーチ１０に対して前述したプラズマガスやシールドガスなどの溶接ガスを供給するものであり、同じく溶接制御部５０によってそのガス流量やタイミングなどが適宜制御されるようになっている。   The power supply unit 30 supplies a current necessary for generating the plasma arc 16 between the welding torch 10 and the base material 15 at a predetermined voltage. The current value and the voltage value are supplied by the welding control unit 50. It is designed to be finely controlled. The gas supply unit 40 supplies the welding gas such as the plasma gas and the shield gas described above to the welding torch 10, and the gas flow rate and timing are controlled appropriately by the welding control unit 50. It has become.

溶接制御部５０は、中央制御部５１と、記憶部（データベース）５２と、出力電圧計測部５３と、溶接電圧周波数解析部５６と、入力部５４と、出力部５５とから構成されている。そして先ず中央制御部５１は、コンピュータシステムなどの情報処理装置（ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、入出力インタフェースなど）から構成されており、入力部５４から入力される操作指令や所定の制御用プログラムに基づいて前記各部１０乃至４０などを制御するようになっている。   The welding control unit 50 includes a central control unit 51, a storage unit (database) 52, an output voltage measurement unit 53, a welding voltage frequency analysis unit 56, an input unit 54, and an output unit 55. First, the central control unit 51 is composed of an information processing device (CPU, ROM, RAM, input / output interface, etc.) such as a computer system, and is based on an operation command input from the input unit 54 or a predetermined control program. Thus, the respective units 10 to 40 are controlled.

記憶部（データベース）５２は、ＨＤＤや半導体メモリなどのデータの書き込み・読み出し自在の記憶装置から構成されており、各種制御用プログラムなどの他に、少なくとも各種溶接条件とその溶接条件毎に異なる母材裏側の溶融池Ｐの固有振動数に関するデータが書き込み・読み出し自在に記録されている。。   The storage unit (database) 52 includes a storage device that can freely read and write data, such as an HDD and a semiconductor memory. In addition to various control programs, the storage unit (database) 52 includes at least various welding conditions and different mothers for each welding condition. Data relating to the natural frequency of the molten pool P on the material back side is recorded so as to be freely written and read. .

すなわち、この記憶部（データベース）５２には、少なくとも様々な溶接条件とそれら各溶接条件下で一意に決まる溶融池Ｐの固有振動数に関する情報とがデータベースとして記録されている。ここで、様々な溶接条件としては、例えば被溶接物１４に関する条件と溶接施工条件とが挙げられる。そして、被溶接物１４に関する条件としては、材料（母材の種類）の他に、例えば図４に示すように板厚ｔ、開先角度θ、ルート長さｒなどがある。一方、溶接施工条件としては、溶接電流、溶接速度、パイロットガス流量、パイロットガス組成、シールドガス組成、図２に示すスタンドオフ（母材−溶接トーチチップ間隔）、溶接トーチチップ穴径、図５に示すように被溶接物１４に対する溶接トーチ１０の角度などがある。   That is, in this storage unit (database) 52, at least various welding conditions and information on the natural frequency of the weld pool P uniquely determined under each welding condition are recorded as a database. Here, as various welding conditions, the conditions regarding the to-be-welded object 14, and welding construction conditions are mentioned, for example. And as conditions regarding to-be-welded object 14, there exist board thickness t, groove angle (theta), route length r, etc. other than material (kind of base material), for example, as shown in FIG. On the other hand, as welding conditions, welding current, welding speed, pilot gas flow rate, pilot gas composition, shield gas composition, standoff (base material-welding torch tip interval) shown in FIG. 2, welding torch tip hole diameter, FIG. The angle of the welding torch 10 with respect to the work piece 14 is shown in FIG.

出力電圧計測部５３は、溶接電源部３０からの出力電圧を常時あるいは任意の時間計測して溶接電圧周波数解析部５６および中央制御部５１に入力するようになっている。入力部５４は、例えばキーボードやマウスなどの各種入力装置から構成されており、各種の溶接条件や操作指令などを入力するようになっている。出力部はＣＲＴやＬＣＤなどのモニターやスピーカーなどの各種出力装置から構成されており、入力部５４からの溶接条件の入力操作の確認のための表示や各種の溶接状況などの情報を表示するようになっている。なお、この出力部５５はモニターの表面にタッチパネルなどの入力機能を付加することで入力部５４と兼用しても良い。   The output voltage measuring unit 53 measures the output voltage from the welding power source unit 30 constantly or for an arbitrary time and inputs the measured output voltage to the welding voltage frequency analyzing unit 56 and the central control unit 51. The input unit 54 includes various input devices such as a keyboard and a mouse, for example, and inputs various welding conditions and operation commands. The output unit is composed of various output devices such as a monitor such as a CRT or LCD and a speaker, and displays a display for confirming the input operation of the welding conditions from the input unit 54 and information such as various welding conditions. It has become. The output unit 55 may also be used as the input unit 54 by adding an input function such as a touch panel to the surface of the monitor.

次に、このような構成をしたプラズマアーク溶接装置１００によるプラズマ溶接方法の一例を主に図３のフローを参照しながら説明する。本発明装置１００の溶接制御部５０（中央制御部５１）は、入力部５４から被溶接物１４に関する条件と溶接開始指令が入力されたならば、その被溶接物１４に関する条件に最適な溶接施工条件を記憶部（データベース）５２から選択してきてその溶接施工条件に従って各部１０乃至４０を制御して溶接を開始する。   Next, an example of a plasma welding method by the plasma arc welding apparatus 100 having such a configuration will be described mainly with reference to the flow of FIG. The welding control unit 50 (central control unit 51) of the apparatus 100 of the present invention, when a condition related to the workpiece 14 and a welding start command are input from the input unit 54, is optimal for the welding condition related to the workpiece 14. The conditions are selected from the storage unit (database) 52, and welding is started by controlling the respective units 10 to 40 according to the welding conditions.

そして、この溶接制御部５０（中央制御部５１）は、溶接が始まったならば、図３に示すように先ず入力部５４から入力されたその溶接条件を取得する（ステップＳ１００）と共に、記憶部５２にアクセスしてその溶接条件下で一意に定まる溶融池Ｐの固有振動数を取得する（ステップＳ１０２）。次に、この溶接制御部５０（中央制御部５１）は、溶融池Ｐの固有振動数を取得したならば溶接電圧周波数解析部５６で検出された溶接電圧の周波数を溶融池Ｐの固有振動数と比較する（ステップＳ１０４、Ｓ１０６）。   Then, when welding starts, the welding control unit 50 (central control unit 51) first acquires the welding conditions input from the input unit 54 as shown in FIG. 3 (step S100), and also stores the storage unit. 52, the natural frequency of the weld pool P uniquely determined under the welding conditions is acquired (step S102). Next, when the welding control unit 50 (central control unit 51) acquires the natural frequency of the weld pool P, the welding voltage frequency detected by the welding voltage frequency analysis unit 56 is set to the natural frequency of the weld pool P. (Steps S104 and S106).

この結果、溶接電圧の周波数と、記憶部５２から取得された溶融池Ｐの固有振動数とが一致あるいはその差が所定範囲内である（ＹＥＳ）と判断したならば、そのまま次のステップＳ１０８に移行するが、両者が不一致あるいはその差が所定許容範囲を越えている（ＮＯ）と判断したならば、次のステップＳ１０７側に移行する。   As a result, if it is determined that the frequency of the welding voltage matches the natural frequency of the weld pool P acquired from the storage unit 52 or that the difference is within a predetermined range (YES), the process proceeds to the next step S108. If it is determined that the two do not match or the difference exceeds the predetermined allowable range (NO), the process proceeds to the next step S107.

ステップＳ１０７では、溶接電圧の周波数と溶融池Ｐの固有振動数とが一致あるいはその差が所定許容範囲内になるように溶接条件を変更してステップＳ１００に戻る。具体的には溶接電流、溶接速度、パイロットガス流量、パイロットガス組成、シールドガス組成、スタンドオフ（母材−溶接トーチチップ間隔）、溶接トーチチップ穴径、溶接トーチ１０の被溶接物１４に対する角度などのいずれか１つまたは２つ以上の条件を複合して調整する。以後、ステップＳ１０６の条件を満たすまでこのループを繰り返す。   In step S107, the welding conditions are changed so that the frequency of the welding voltage matches the natural frequency of the weld pool P or the difference is within a predetermined allowable range, and the process returns to step S100. Specifically, welding current, welding speed, pilot gas flow rate, pilot gas composition, shield gas composition, standoff (base material-welding torch tip interval), welding torch tip hole diameter, angle of welding torch 10 to work piece 14 Any one or two or more conditions such as. Thereafter, this loop is repeated until the condition of step S106 is satisfied.

一方、ステップＳ１０８では、溶接作業が終了したか否かを判断し、終了したと判断したとき（ＹＥＳ）は、その処理を終了するが、終了していないと判断したとき（ＹＥＳ）は、ステップＳ１０４に戻って前記と同様の処理をその溶接作業が終了するまで継続する。   On the other hand, in step S108, it is determined whether or not the welding operation has ended. When it is determined that the welding operation has ended (YES), the process ends, but when it is determined that the welding operation has not ended (YES), step S108 is performed. It returns to S104 and continues the process similar to the above until the welding operation is complete | finished.

このように本発明は、溶接時に出力される溶接電圧を検出し、その溶接電圧の周波数がその溶融池Ｐの固有振動数とほぼ一致するようにその溶接電圧の周波数を制御（調節）したため、その溶融池Ｐの振動数をその固有振動数に容易に制御（調節）することが可能となる。これによって、図６に示すようにキーホール溶接に際して安定した一定高さの裏波ビードを確実に得ることができる。   Thus, the present invention detects the welding voltage output during welding, and controls (adjusts) the frequency of the welding voltage so that the frequency of the welding voltage substantially matches the natural frequency of the weld pool P. It becomes possible to easily control (adjust) the frequency of the molten pool P to the natural frequency. As a result, as shown in FIG. 6, it is possible to reliably obtain a back wave bead having a constant height during keyhole welding.

なお、前記課題を解決するための手段の欄に記載した本発明を構成する各手段（ステップ）のうち、溶接時に母材の裏側に形成される溶融池の固有振動数を取得する固有振動数取得手段（ステップ）は、例えば図１の記憶部５２や図３のステップ１０２の固有振動数取得ステップなどに対応し、また、溶接時に出力される溶接電圧の周波数を検出する溶接電圧周波数検出手段（ステップ）は、例えば図１の溶接電圧周波数解析部５６や図３のステップ１０４の溶接電圧周波数解析ステップなどに対応する。また、溶接時に出力される溶接電圧の周波数を前記溶融池の固有振動数とほぼ一致するように制御する溶接電圧周波数制御手段（ステップ）は、例えば図１の中央制御部５１による駆動部２０および溶接ガス供給部４０の制御や図３のステップＳ１０７の溶接条件変更ステップなどに対応するものである。   In addition, among each means (step) which comprises this invention described in the column of the means for solving the said subject, the natural frequency which acquires the natural frequency of the molten pool formed in the back side of a base material at the time of welding The acquisition means (step) corresponds to, for example, the storage unit 52 of FIG. 1 or the natural frequency acquisition step of step 102 of FIG. 3 and the like, and a welding voltage frequency detection means for detecting the frequency of the welding voltage output during welding. (Step) corresponds to, for example, the welding voltage frequency analysis unit 56 of FIG. 1 or the welding voltage frequency analysis step of Step 104 of FIG. Further, the welding voltage frequency control means (step) for controlling the frequency of the welding voltage output at the time of welding so as to substantially coincide with the natural frequency of the molten pool includes, for example, the drive unit 20 by the central control unit 51 of FIG. This corresponds to the control of the welding gas supply unit 40, the welding condition changing step in step S107 in FIG.

１００…プラズマアーク溶接装置
１１…タングステン電極
１２…溶接トーチチップ
１０…溶接トーチ
１３…シールドキャップ
１４…被溶接物
１５…母材
１６…プラズマアーク
２０…駆動部
３０…溶接電源部
４０…溶接ガス供給部
５０…溶接制御部
５１…中央制御部
５２…記憶部（データベース）
５３…出力電圧計測部
５４…入力部
５５…出力部
５６…溶接電圧周波数解析部
Ｐ…溶融池
ＰＧ…プラズマガス
ＳＧ…シールドガス DESCRIPTION OF SYMBOLS 100 ... Plasma arc welding apparatus 11 ... Tungsten electrode 12 ... Welding torch tip 10 ... Welding torch 13 ... Shield cap 14 ... Workpiece 15 ... Base material 16 ... Plasma arc 20 ... Drive part 30 ... Welding power supply part 40 ... Welding gas supply Part 50 ... Welding control part 51 ... Central control part 52 ... Storage part (database)
53 ... Output voltage measurement unit 54 ... Input unit 55 ... Output unit 56 ... Welding voltage frequency analysis unit P ... Molten pool PG ... Plasma gas SG ... Shield gas

Claims (5)

被溶接物の溶接部にプラズマアークによるキーホールを形成しながら当該溶接部を連続溶接するプラズマアーク溶接方法であって、
前記溶接時に母材の裏側に形成される溶融池の揺れが固有の振動数となるように溶接することを特徴とするプラズマアーク溶接方法。 A plasma arc welding method for continuously welding the welded part while forming a keyhole by a plasma arc in the welded part of the workpiece,
A plasma arc welding method, wherein welding is performed such that the fluctuation of the molten pool formed on the back side of the base metal at the time of welding has a specific frequency. 被溶接物の溶接部にプラズマアークによるキーホールを形成しながら当該溶接部を連続溶接するプラズマアーク溶接方法であって、
前記溶接時に母材の裏側に形成される溶融池の揺れが固有の振動数となるように溶接時に出力される溶接電圧の周波数を制御しながら溶接することを特徴とするプラズマアーク溶接方法。 A plasma arc welding method for continuously welding the welded part while forming a keyhole by a plasma arc in the welded part of the workpiece,
A plasma arc welding method, wherein welding is performed while controlling a frequency of a welding voltage output at the time of welding so that a fluctuation of a molten pool formed on the back side of the base metal at the time of welding has a specific frequency. 被溶接物の溶接部にプラズマアークによるキーホールを形成しながら当該溶接部を連続溶接するプラズマアーク溶接方法であって、
前記溶接時に母材の裏側に形成される溶融池の固有振動数を取得する固有振動数取得ステップと、溶接時に出力される溶接電圧の周波数を検出する溶接電圧周波数検出ステップと、前記溶接時に出力される溶接電圧の周波数を前記溶融池の固有振動数とほぼ一致するように制御する溶接電圧周波数制御ステップとを備えたことを特徴とするプラズマアーク溶接方法。 A plasma arc welding method for continuously welding the welded part while forming a keyhole by a plasma arc in the welded part of the workpiece,
A natural frequency acquisition step of acquiring a natural frequency of a molten pool formed on the back side of the base metal during the welding, a welding voltage frequency detection step of detecting a frequency of a welding voltage output during welding, and an output during the welding And a welding voltage frequency control step for controlling the frequency of the welding voltage to be substantially matched with the natural frequency of the molten pool. 請求項１ないし３のいずれかに記載のプラズマアーク溶接方法において、
前記溶接時に出力される溶接電圧の周波数は、溶接電流、溶接速度、パイロットガス流量、パイロットガス組成、シールドガス組成、前記プラズマアークを発生する溶接トーチの前記被溶接物に対する角度、前記溶接トーチチップ穴径、スタンドオフのうち、いずれか１つまたは２つ以上を変化させて制御することを特徴とするプラズマアーク溶接方法。 In the plasma arc welding method according to any one of claims 1 to 3,
The frequency of the welding voltage output at the time of welding is a welding current, a welding speed, a pilot gas flow rate, a pilot gas composition, a shield gas composition, an angle of the welding torch that generates the plasma arc with respect to the workpiece, the welding torch tip A plasma arc welding method characterized by controlling any one or two or more of the hole diameter and the standoff. プラズマアークを発生する溶接トーチを用いて被溶接物の溶接部にキーホールを形成しながら当該溶接部を連続溶接するプラズマアーク溶接装置であって、
前記溶接時に母材の裏側に形成される溶融池の固有振動数を取得する固有振動数取得手段と、溶接時に出力される溶接電圧の周波数を検出する溶接電圧周波数検出手段と、前記溶接時に出力される溶接電圧の周波数を前記溶融池の固有振動数とほぼ一致するように制御する溶接電圧周波数制御手段とを備えたことを特徴とするプラズマアーク溶接装置。 A plasma arc welding apparatus that continuously welds a welded portion while forming a keyhole in a welded portion of an object to be welded using a welding torch that generates a plasma arc,
Natural frequency acquisition means for acquiring the natural frequency of the weld pool formed on the back side of the base material during welding, welding voltage frequency detection means for detecting the frequency of the welding voltage output during welding, and output during the welding And a welding voltage frequency control means for controlling the frequency of the welding voltage to be substantially matched with the natural frequency of the molten pool.
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