JP4584496B2

JP4584496B2 - Flash butt welding method and apparatus

Info

Publication number: JP4584496B2
Application number: JP2001177074A
Authority: JP
Inventors: 真土居; 敬峰向井
Original assignee: JFE Engineering Corp; JP Steel Plantech Co
Current assignee: JFE Engineering Corp; JP Steel Plantech Co
Priority date: 2001-06-12
Filing date: 2001-06-12
Publication date: 2010-11-24
Anticipated expiration: 2021-06-12
Also published as: JP2002361435A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、溶接毎に異なる高温被溶接部材の初期部材温度を検出できて、検出した初期部材温度に応じた高品質溶接を可能とすることのできるフラッシュバット溶接方法および装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
高温部材のフラッシュ溶接においては、溶接前の部材温度によって最適な溶接条件は異なる。ある部材温度条件で最適化された溶接条件において、その温度より低い部材を溶接した場合には、入熱不足のため、その溶接品質は悪化する。また高い温度の場合は、入熱過剰や、アプセット時のバルジングによるアプセット不良等のため、溶接品質は悪化する。よって、部材温度を測定できればよいが、部材表面はスケールで覆われており非接触型の放射温度計での測定は不可能である。高速で搬送される部材を接触式温度計で測定することも困難である。仮に測定できたとしても、表面と内部では大きな温度差があるため、正確な測定は非常に困難である。よって、従来は想定される温度変化に対して、最も低い温度にて溶接条件を選定するか、最も頻度の高い温度にて溶接条件を選定するようにしている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、想定される温度変化に対して、最も低い温度にて溶接条件を選定する溶接方法、及び最も頻度の高い温度にて溶接条件を選定する溶接方法のいずれの場合も、溶接品質が不安定であり、溶接不良の発生率も高くなることは免れない。
【０００４】
本発明の技術的課題は、溶接毎に異なる高温被溶接部材の初期部材温度を簡単かつ信頼性の高い方法で検出し、その温度により溶接条件を変更し高品質溶接を可能とすることにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明の請求項１に係るフラッシュバット溶接方法は、一対の高温部材を溶接する際に、溶接毎に、フラッシュ工程時の印加電圧変化からフラッシュ発生回数を測定し、測定したフラッシュ発生回数から単位時間当たりの平均フラッシュ発生回数を演算し、演算した平均フラッシュ発生回数が定常値に達しているか否かを判定し、平均フラッシュ発生回数が定常値に達していればこの定常値に基づいて高温部材の温度を判別し、判別した高温部材温度に基づいて溶接条件を変更することを特徴としている。
【０００６】
また、この方法において、請求項２のように高温部材温度に基づいてフラッシュ工程後期の溶接条件を変更することを特徴としている。
【０００７】
また、この方法において、請求項３のよう高温部材温度に基づいてアプセット量を変更することを特徴としている。
【０００８】
また、請求項１の方法に用いられる請求項４の装置は、一対の高温部材を溶接するフラッシュバット溶接装置において、フラッシュ工程時の印加電圧を検出する電圧検出器と、電圧検出器が検出した印加電圧としきい値とを比較して、その比較結果に基づいてフラッシュ発生回数を測定するフラッシュ発生回数測定手段と、フラッシュ発生回数測定手段が測定したフラッシュ発生回数から単位時間当たりの平均フラッシュ発生回数を演算する平均化演算手段と、平均化演算手段が演算した平均フラッシュ発生回数が定常値に達しているか否かを判定し、平均フラッシュ発生回数が定常値に達していればこの定常値に基づいて被溶接部材の温度を判別する温度判別手段と、温度判別手段が判別した高温部材温度に基づいて溶接条件を変更する手段と、を設けたものである。
【０００９】
【発明の実施の形態】
実施形態１．
以下、本発明の第１実施形態に係るフラッシュバット溶接方法およびこの方法に用いられる装置を図１乃至図７に基づき説明する。図１は本実施形態に係るフラッシュバット溶接装置の全体構成を示すブロック図、図２はそのフラッシュ発生回数測定部の構成を示すブロック図、図３は図１の主にフラッシュ発生回数測定部の詳細を示すブロック図、図４は部材温度とフラッシュ回数の関係を示すグラフ、図５はフラッシュ工程時の印加電圧波形と電流波形とそれぞれのしきい値との関係を示す説明図、図６は部材温度と高品質溶接（欠陥率0.05％以下）を可能とするために必要なアプセット量の関係を示すグラフ、図７は本実施形態装置によるフラッシュバット溶接方法を説明するためのフローチャートである。
【００１０】
高温部材のフラッシュ溶接においては、部材（母材）の温度が高くなると強度が低下（軟化）し、アプセット時にはバルジング（径太り）が大きくなり、フラッシュ端面のクレータを潰しきらないため、低温部材と同じアプセット量では溶接欠陥が発生し、品質が悪化する。アプセット量を増加させれば品質は良くなるが、低温部材の場合には、溶接部のバリが大きくなるため、溶接後のバリ取り量が増大し、多量の部材ロスを生じる。よって部材温度に対して最適なアプセット量が存在する。この値は、クランプ間距離、材質（部材強度）、溶接機のフラッシュ性能（アプセット前の端面凹凸）等によって大きく異なるが、部材温度と必要アプセット量の典型的な関係は図６のようになる。よって部材温度の判別によりアプセット量を最適な値に変更すれば、部材ロスが最小で安定した品質を確保することが可能となる。
【００１１】
本実施形態のフラッシュバット溶接装置は、図１のように搬送ライン（図示せず）上に該ラインに沿って移動可能にクランプ装置１Ａ，１Ｂが設置され、クランプ装置１Ａ，１Ｂにより、断面積１００００〜３２４００mm² 、内部温度９００〜１３００℃の一対の大断面積高温部材すなわちビレット２ａ，２ｂをクランプして付き合わせ、これらビレット２ａ，２ｂを搬送中に近接・離反させることができるようになっている。すなわち、クランプ装置１Ａ，１Ｂは、いずれも搬送ラインの速度に同期しながらビレット２ａ，２ｂをクランプするものであるが、クランプ装置相互の関係で見れば、一方（図１中の右側）のクランプ装置１Ａは可動側、他方（図１中の左側）のクランプ装置１Ｂは固定側として構成され、可動側のクランプ装置１Ａが固定側のクランプ装置１Ｂに対して溶接中、近接・離反し、フラッシュバット溶接が行われるようになっている。
【００１２】
すなわち、クランプ装置１Ａ，１Ｂは、ビレット断面積に面圧３〜７kgf/mm²（３０〜７０MPa）を乗じた値以上の最大推力を持つ駆動系すなわちライン方向に伸縮可能な油圧シリンダ３を介して連結され、シリンダ３のボトム３ａが固定側のクランプ装置１Ｂに、またシリンダ３のピストンロッド３ｂが可動側のクランプ装置１Ａに、それぞれ固定されているとともに、ピストンロッド３ｂのロッド部は、ボトム３ａの両端から突出するように構成されている。シリンダ３のボトム３ａには、応答特性の良い比例弁４が一体化して取り付けられ、油圧ユニット５に接続されている。また、ピストンロッド３ｂのボトム３ａ後端面より突出するロッド部の動き（進退動）を検出するポテンショメータ４１ａが設置され、その出力に基づいてプラテン位置検出手段４１がプラテンの位置（フラッシュ量やアプセット量）を検出するようになっている。
【００１３】
また、クランプ装置１Ａ，１Ｂには、それぞれクランパ６ａ，６ｂの内周にビレット２ａ，２ｂと接触可能な給電用のジョー７ａ，７ｂが設けられ、電源装置と電気的に接続されている。
【００１４】
電源装置は、３相交流電源８からの交流電圧を矩形波交流電圧に変換するＩＧＢＴ（Insulated Gate Bi-polar Transistor）インバータ１１と、インバ−タ１１が出力する矩形波交流電圧を降圧して低電圧に変換する溶接トランス１２と、溶接トランス１２の２次側に配置されて溶接トランス１２で低電圧に変換された矩形波交流電圧を直流電圧に変換してビレット２ａ，２ｂに印加するダイオード整流器１３と、フラッシュ工程時の溶接トランス１２の２次側の出力電圧（ここではジョー７ａ，７ｂ間の電圧）を検出する電圧検出器１４と、インバータ１１と溶接トランス１２間でフラッシュ工程時の電流を検出する電流検出器１５と、電圧検出器１４の検出結果と電流検出器１５の検出結果に基づいてフラッシュが発生したか否かを判定してカウントするフラッシュ発生回数測定手段１６と、フラッシュ発生回数測定手段１６が測定したフラッシュ発生回数に基づいてビレット２ａ，２ｂの温度を判別する温度判別手段１９と、予め設定されているアプセット量を、温度判別手段１９が判別した高温部材すなわちビレットの温度に基づいて変更させる溶接条件設定手段１７と、溶接装置全般の制御、すなわちクランプ装置１Ａ，１Ｂの比例弁４や電源装置のインバータ１１に対し、フラッシュ工程とアプセット工程の開始や停止などのシーケンス制御のための信号を出力する機能を有するとともに、溶接条件設定手段１７よりアプセット量の変更指令が入力すると、この変更されたアプセット量に基づきアプセット時にドライバ４２を介して比例弁４を制御する溶接制御装置１８とから構成されている。
【００１５】
フラッシュ発生回数測定手段１６は、図２のように予め設定された電圧しきい値Ｖｒｅｆに対する電圧検出器１４が検出した印加電圧（実測値）Ｖの立ち上がりｅ（図５）、立ち下がりｆ（図５）を判定する立ち上がり・立ち下がり判定手段２１と、予め設定された電流しきい値Ｉｒｅｆと電流検出器１５が検出した電流値（実測値）Ｉとの比較から負荷、無負荷を判定する開放判定手段２２と、電圧の立ち上がり・立ち下がり判定手段２１と電流の開放判定手段２２の各判定結果に基づいてフラッシュが発生したか否かを判定するフラッシュ判定手段２３と、フラッシュ判定手段２３にてフラッシュ発生と判定される度にカウントするカウンタ２４と、サンプリング時間設定手段２６にて設定される時間とカウンタ２４の出力に基づいて、単位時間（例えば１秒）当たりの平均フラッシュ発生回数を演算するとともに、一定時間内での移動平均処理または加重平均処理する平均化演算手段２５とから成り、フラッシュ判定手段２３は、電流値がしきい値Ｉｒｅｆよりも小さい場合は、電圧のしきい値Ｖｒｅｆに対する立ち上がり、立ち下がりに関係無く、無負荷ｇ（図６）と判定するように構成されている。なお、フラッシュ発生回数は１秒当たり最大１０００回程度であることが本発明者らの実験の結果判明している。
【００１６】
平均フラッシュ発生回数（回／秒）とビレット２ａ，２ｂの温度との関係は、図４のグラフに示すように予め実験によってデータ採取されており、平均フラッシュ発生回数とビレット温度とが一次の関係にあることが分かっている。つまり、平均フラッシュ発生回数が分かれば、一義的にビレット温度が決まる。また、既述したように部材温度（ビレット温度）に対する最適アプセット量（図６）も分かっている。よってビレット温度の判別によりアプセット量を最適な値に変更すれば、部材ロスが最小で安定した品質を確保することが可能となる。
【００１７】
ところで、電圧検出器１４にて検出される２次側出力電圧は大きいため、図３のように絶縁増幅器（ＩＳＡ）３１にて絶縁増幅され、出力調整器（アンプ）３２により出力調整された後、アナログ・ディジタル変換器（ＡＤコンバータ）３３によりディジタル信号に変換され、フラッシュ発生回数測定手段からなる例えばマイクロコンピュータやＤＳＰ（Digital Signal Processor）などの演算器３４に入力されるようになっている。また、電流検出器１５にて検出される電流値も大きいため、絶縁増幅器（ＩＳＡ）３５にて絶縁増幅され、更に直流電圧との対応関係をみれるように全波整流３６され、ローパスフィルタ（ＬＰＦ）３７にてノイズ成分が除去されてから出力調整器（アンプ）３８により出力調整された後、ＡＤコンバータ３３によりディジタル信号に変換され、演算器３４に入力されるようになっている。そして、演算器３４でＡＤコンバータ３３の出力としきい値とが比較され、その比較結果に基づいてフラッシュ発生回数が求められる。なお、フラッシュ発生回数の計測開始のタイミングは、Ｉ／Ｏポート３９を介して演算器３４に入力されるトリガ信号により決定される。演算器３４の演算結果は、温度判別手段１９に対し出力される。
【００１８】
次に、本実施形態のフラッシュバット溶接装置によるフラッシュバット溶接方法について説明する。まず、搬送ライン上を後続のビレット２ｂが送られてきて、先行のビレット２ａと後続のビレット２ｂの溶接される端面相互が付き合わされた状態でライン上の所定位置に到達すると、クランプ装置１Ａ，１Ｂを搭載した移動台車が搬送ラインに同期して走行を開始する。
【００１９】
次いで、溶接制御装置１８によりクランパ６ａ，６ｂに対しビレット把持指令を出し、ビレット２ａ，２ｂを把持する。この場合、クランパ６ａ，６ｂは、それぞれが把持すべきビレット２ａ，２ｂに対し時間差を持たせて把持動作させてもよいし、または同時に把持動作させるようにしてもよい。ビレット２ａ，２ｂの把持が完了した時点で、３相交流電源８よりインバータ１１を介して電力を出力し、溶接トランス１２、ダイオード整流器１３を介してビレット２ａ，２ｂに電力を供給し、ビレット２ａ，２ｂに直流電圧を印加して、フラッシュ溶接を開始する。
【００２０】
フラッシュ溶接におけるフラッシュ発生回数の測定および部材温度判別と、これに基づくアプセットは、図７のフローに従って行われる。まず、初期設定として、サンプリング時間（例えば0.1 秒間隔）とアプセット量が設定され（ステップ１１１）、次いで溶接電源が投入され（ステップ１１２）、タイマが動作を開始する（ステップ１１３）。
【００２１】
通電後、アークが発生する。フラッシュ発生回数測定手段１６では常に出力電圧（実測値）Ｖと電流値（実測値）Ｉをみており、出力電圧Ｖがしきい値Ｖｒｅｆより高いか否かをみて（ステップ１１４）、出力電圧Ｖがしきい値Ｖｒｅｆより高いと判定されれば、次に電流値Ｉがしきい値Ｉｒｅｆより高いか否かをみて（ステップ１１５）、電流値Ｉがしきい値Ｉｒｅｆより高いと判定されれば、フラッシュ発生と判定し（ステップ１１６）、カウントする（ステップ１１７）。次いで、サンプリング時間（0.1 秒）が経過したか否かをみて（ステップ１１８）、サンプリング時間（0.1 秒）が経過していなければステップ１１４に戻り、サンプリング時間（0.1 秒）が経過していれば、過去のｎ回のフラッシュ回数を積算し（ｎ＝設定時間／サンプリング時間）（ステップ１１９）、平均化処理の演算を行い（ステップ１２０）、算出した平均フラッシュ発生回数を温度判別手段１９に対し出力する（ステップ１２１）。
【００２２】
また、ステップ１１５にて電流値Ｉがしきい値Ｉｒｅｆより低いと判定されれば、無負荷と判定し（ステップ１２２）、カウントせず、ステップ１１８に飛ぶ。
【００２３】
温度判別手段１９では、フラッシュ発生回数測定手段１６の出力（平均フラッシュ発生回数）が定常値に達しているか否かをみて（ステップ１２３）、定常値に達していなければ、フラッシュ発生回数測定手段１６に前述のステップ１１３〜ステップ１２２の処理を繰り返させ、定常値に達したら、この定常値に基づいて部材（ビレット）温度を判別し、溶接条件設定手段１７に対し出力する（ステップ１２４）。
【００２４】
溶接条件設定手段１７では、初期設定されているアプセット量を、温度判別手段１９が判別した部材温度に従って変更し（ステップ１２５）、変更後のアプセット量を溶接制御装置１８に設定する。
【００２５】
溶接制御装置１８では、フラッシュ工程を終了させると同時に（ステップ１２６）、比例弁４のドライバ４２に対しアプセット指令を出力し（ステップ１２７）、急速にビレット相互を押し付けるアプセット工程へ移行させる。
【００２６】
次いで、プラテン位置検出手段４１の出力に基づいてアプセット量のカウントが開始され（ステップ１２８）、部材温度に従った押し付け距離（部材温度に従った変更後の規定アプセット量）移動したか否かが判定され（ステップ１２９）、部材温度に従った規定アプセット量移動したら、処理を終了する。
【００２７】
このように、本実施形態においては、フラッシュ発生回数を測定して、測定したフラッシュ発生回数から単位時間当たりの平均フラッシュ発生回数を演算し、演算した平均フラッシュ発生回数が定常値に達しているか否かを判定し、平均フラッシュ発生回数が定常値に達していればこの定常値に基づいて高温部材（ビレット）の温度を判別し、判別した高温部材温度に基づいて溶接条件すなわちアプセット量を変更するようにしているので、アプセット量を高温部材温度に従った最適な値に設定することができて、部材ロスが最小で安定した品質を確保することができる。
【００２８】
実施形態２．
図８は本発明の第２実施形態に係るフラッシュバット溶接装置の全体構成を示すブロック図、図９は溶接前の部材平均温度とフラッシュ発生回数が定常に達してからの最適フラッシュ量の関係を示すグラフ、図１０は本実施形態装置によるフラッシュバット溶接方法を説明するためのフローチャートであり、図８中、前述の第１実施形態のものと同一機能部分には同一符号を付し、説明を省略する。
【００２９】
この第２実施形態に係るフラッシュバット溶接装置は、部材温度に従って溶接条件設定手段１７Ａが変更する溶接条件がフラッシュ工程後期のフラッシュ量である点に特徴を有し、それ以外の構成は前述の第１実施形態のものと同一である。
【００３０】
平均フラッシュ発生回数が定常に達してからの最適フラッシュ量は、部材温度が高いほど少なくて良い。これは部材温度が高いほど必要な入熱が少なくて済むためである。また過剰入熱は逆に品質を悪化させる。最適フラッシュ量の値は、溶接機性能（主に出力）や部材の断面積等に左右されるが、典型例は図９のようになる。よって平均フラッシュ回数が定常値になった時点で部材温度を判別すると同時に、フラッシュ量のカウントを開始し、部材温度に従った規定フラッシュ量に達した時点でアプセットを行えば、部材ロスも少なく高品質の溶接が可能となる。
【００３１】
次に、本実施形態のフラッシュバット溶接装置によるフラッシュバット溶接方法について図１０のフローチャートに基づき、図８及び図９を参照しながら説明する。なお、ここではクランプ装置１Ａ，１Ｂによりビレット２ａ，２ｂの把持が完了し、フラッシュ溶接を開始可能な状態になっているものとする。
【００３２】
まず、初期設定として、サンプリング時間（例えば0.1 秒間隔）とフラッシュ工程後期のフラッシュ量（フラッシュ発生回数が定常に達してからのフラッシュ量）が設定され（ステップ２１１）、次いで溶接電源が投入され（ステップ２１２）、タイマが動作を開始する（ステップ２１３）。
【００３３】
通電後、アークが発生する。前述の第１実施形態の図２で説明したように、フラッシュ発生回数測定手段１６では常に出力電圧（実測値）Ｖと電流値（実測値）Ｉをみており、出力電圧Ｖがしきい値Ｖｒｅｆより高いか否かをみて（ステップ２１４）、出力電圧Ｖがしきい値Ｖｒｅｆより高いと判定されれば、次に電流値Ｉがしきい値Ｉｒｅｆより高いか否かをみて（ステップ２１５）、電流値Ｉがしきい値Ｉｒｅｆより高いと判定されれば、フラッシュ発生と判定し（ステップ２１６）、カウントする（ステップ２１７）。次いで、サンプリング時間（0.1 秒）が経過したか否かをみて（ステップ２１８）、サンプリング時間（0.1 秒）が経過していなければステップ２１４に戻り、サンプリング時間（0.1 秒）が経過していれば、過去のｎ回のフラッシュ回数を積算し（ｎ＝設定時間／サンプリング時間）（ステップ２１９）、平均化処理の演算を行い（ステップ２２０）、算出した平均フラッシュ発生回数を温度判別手段１９に対し出力する（ステップ２２１）。
【００３４】
また、ステップ２１５にて電流値Ｉがしきい値Ｉｒｅｆより低いと判定されれば、無負荷と判定し（ステップ２２２）、カウントせず、ステップ２１８に飛ぶ。
【００３５】
温度判別手段１９では、フラッシュ発生回数測定手段１６の出力（平均フラッシュ発生回数）が定常値に達しているか否かをみて（ステップ２２３）、定常値に達していなければ、フラッシュ発生回数測定手段１６に前述のステップ２１３〜ステップ２２２の処理を繰り返させ、定常値に達したら、この定常値に基づいて部材（ビレット）温度を判別し、溶接条件設定手段１７Ａに対し出力する（ステップ２２４）。
【００３６】
溶接条件設定手段１７Ａでは、初期設定されているフラッシュ工程後期のフラッシュ量を、温度判別手段１９が判別した部材（ビレット）温度に従って変更し（ステップ２２５）、変更後のフラッシュ量を溶接制御装置１８に設定する。
【００３７】
溶接制御装置１８では、溶接条件設定手段１７Ａによりフラッシュ工程後期のフラッシュ量（変更後）が設定されると、その時点からプラテン位置検出手段４１の出力に基づいてフラッシュ量のカウントが開始され（ステップ２２６）、部材温度に従った押し付け距離（部材温度に従った変更後の規定フラッシュ量）移動したか否かが判定され（ステップ２２７）、部材温度に従った規定フラッシュ量移動したら、その時点でフラッシュ工程を終了させ、比例弁４のドライバ４２に対しアプセット指令を出力し（ステップ２２８）、急速にビレット相互を押し付けるアプセット工程へ移行させる。
【００３８】
アプセット工程は、予め定められた押し付け距離（アプセット量）移動後、または予め定められた時間経過後、もしくは予め定められた押し付け力（アプセットカ）付与後、終了される。なお、前述の第１実施形態の溶接方法を本実施形態にも適用することができ、この場合のアプセット工程は、部材温度に従った規定アプセット量移動後、終了される。
【００３９】
このように、本実施形態においては、溶接毎に、フラッシュ発生回数を測定して、測定したフラッシュ発生回数から単位時間当たりの平均フラッシュ発生回数を演算し、演算した平均フラッシュ発生回数が定常値に達しているか否かを判定し、平均フラッシュ発生回数が定常値に達していればこの定常値に基づいて高温部材（ビレット）の温度を判別し、判別した高温部材温度に基づいて溶接条件すなわちフラッシュ工程後期のフラッシュ量を変更するようにしているので、フラッシュ工程後期のフラッシュ量を高温部材温度に従った最適な値に設定することができて、部材ロスが最小で高品質の溶接が可能となる。
【００４０】
実施形態３．
図１１は本発明の第３実施形態に係るフラッシュバット溶接装置の全体構成を示すブロック図、図１２は部材温度に対して、２次電圧と溶接品質やフラッシュ時間の関係を示したもので、（ａ）は縦軸に溶接品質、横軸に２次電圧をとったグラフ、（ｂ）は、縦軸にフラッシュ時間、横軸に２次電圧をとったグラフである。なお、図１１中、前述の第１及び第２実施形態のものと同一機能部分には同一符号を付し、説明を省略する。
【００４１】
この第３実施形態に係るフラッシュバット溶接装置は、部材温度に従って溶接条件設定手段１７Ｂが変更する溶接条件がフラッシュ工程後期の２次電圧である点、及び三相全波整流方式の電源装置が、３相交流電源８からの交流電圧を、サイリスタやパワートランジスタ等を用いたスイッチング回路１１Ａを介して直接溶接トランス１２に出力するように構成されている点に特徴を有し、それ以外の構成は基本的に前述の第１及び第２実施形態のものと同様である。
【００４２】
高温部材のフラッシュ溶接では、同じ溶接条件（特に２次電圧）において、部材温度が高くなればフラッシュ中の端面の凹凸、つまりクレータ深さが深くなることが実験的に知られている。これは、１回のフラッシュ（短絡、溶融、飛散、アーク、のプロセス）において、部材温度が高いあるいは部材の温度勾配が緩やかな場合、同じ入熱に対して溶融量もしくは溶融深さが大きくなるためであると理解される。よって部材温度に対して溶接機の２次電圧（出力）を調整することにより溶接品質を向上させることができる。すなわち、図１２（ａ）（ｂ）に示すように、例えば通常の部材温度を１１００℃として、２次電圧（図のａ点）、フラッシュ時間（図のａ’点）等の溶接条件が初期設定されているものとし、この溶接条件で１３００℃の高温部材であると判別された場合には、２次電圧をｂ点まで下げる。これにより、同じ品質を保ったまま、フラッシュ時間ｂ’をキープすることが可能である。逆に低い温度の部材の場合には、同じ２次電圧においては溶接品質を良くすることができるが、入熱不足のためフラッシュ時間を長くする必要がある。よって２次電圧をｃ点まで上げて、同じ品質を保ったまま、フラッシュ時間ｃ’をキープするようにする。以上により、定められた短い溶接のサイクルタイムをキープしながら安定した溶接が可能となる。なお、図１２（ａ）中のａ点,ｂ点,ｃ点は、溶接品質に関してはいずれも同じ品質（ａ＝ｂ＝ｃ）、図１２（ｂ）中のａ’,ｂ’,ｃ’点は、フラッシュ時間に関してはいずれも同じフラッシュ時間（ａ’＝ｂ’＝ｃ’）であることを意味している。
【００４３】
すなわち、本実施形態に係るフラッシュバット溶接装置では、フラッシュ発生回数測定手段１６の出力（平均フラッシュ発生回数）が定常値に達してから、温度判別手段１９により前記定常値に基づく部材（ビレット）温度が判別され、判別された部材温度が溶接条件設定手段１７Ｂに知らされると、溶接条件設定手段１７Ｂがフラッシュ工程後期の２次電圧、つまり初期設定されている２次電圧Ｖ１を、部材温度に従った２次電圧Ｖ２に変更し、スイッチング回路１１Ａに対し２次電圧をＶ２にするよう指令して、部材温度に対して溶接機の２次電圧（出力）を調整させる。
【００４４】
このように、本実施形態においては、溶接毎に、フラッシュ発生回数を測定して、測定したフラッシュ発生回数から単位時間当たりの平均フラッシュ発生回数を演算し、演算した平均フラッシュ発生回数が定常値に達しているか否かを判定し、平均フラッシュ発生回数が定常値に達していればこの定常値に基づいて高温部材（ビレット）の温度を判別し、判別した高温部材温度に基づいて溶接条件すなわちフラッシュ工程後期の２次電圧を変更するようにしているので、溶接毎に異なる高温部材の初期部材温度に対して、定められた短い溶接のサイクルタイムをキープしながら安定した溶接が可能となる。
【００４５】
なお、本実施形態のスイッチング回路１１Ａを使用した電源装置は、前述の第１及び第２実施形態の電源装置として採用することも可能である。すなわち、本発明のフラッシュバット溶接装置は、電源装置がインバータに限定されるものでなく、適宜選択すればよい。
【００４６】
実施形態４．
図１３は本発明の第４実施形態に係るフラッシュバット溶接装置の全体構成を示すブロック図であり、図中、前述の第１乃至第３実施形態のものと同一機能部分には同一符号を付してある。
【００４７】
この第４実施形態に係るフラッシュバット溶接装置は、部材温度に従って溶接条件設定手段１７Ｂが変更する溶接条件がフラッシュ工程後期の２次電圧である点では前述の第３実施形態のものと共通しているが、条件設定手段１７Ｂが、インバータ１１の上流側に設けた電圧調整器４３を介してフラッシュ工程後期の２次電圧を部材温度に従って変更設定するようにしている点が前述の第１乃至第３実施形態のものと異なっており、それ以外の構成は基本的に前述の第１乃至第３実施形態のものと同様である。
【００４８】
このように、本発明のフラッシュバット溶接装置においても、前述の第３実施形態のものと同様に部材温度に基づいて溶接条件すなわちフラッシュ工程後期の２次電圧を変更するようにしているので、溶接毎に異なる高温部材の初期部材温度に対して、定められた短い溶接のサイクルタイムをキープしながら安定した溶接が可能となる。
【００４９】
実施形態５．
図１４は本発明の第５実施形態に係るフラッシュバット溶接装置の全体構成を示すブロック図、図１５は部材温度に対して、インバータ周波数と溶接品質やフラッシュ時間の関係を示したもので、（ａ）は縦軸に溶接品質、横軸にインバータ周波数をとったグラフ、（ｂ）は、縦軸にフラッシュ時間、横軸にインバータ周波数をとったグラフである。なお、図１４中、前述の第１及び第２実施形態のものと同一機能部分には同一符号を付してある。
【００５０】
この第５実施形態に係るフラッシュバット溶接装置は、電源装置が、前述の第１及び第２実施形態のものと同様のインバータ式ＤＣ電源からなるが、部材温度に従って溶接条件設定手段１７Ｃが変更する溶接条件がフラッシュ工程後期のインバータ周波数である点がこれまでの各実施形態のものと異なっており、それ以外の構成は基本的に前述の第１及び第２実施形態のものと同様である。
【００５１】
インバータ式ＤＣ電源の場合には、インバータ周波数を変えることによって、前述の第３及び第４実施形態の２次電圧変更の場合と同様の効果が得られる。例えば、インバータ周波数を上げれば出力電流が低下するため、結果として２次電圧を下げるのと同じ効果が得られる。よって部材温度に対して溶接機のインバータ周波数（出力）を調整することにより溶接品質を向上させることができる。すなわち、図１５（ａ）（ｂ）に示すように、例えば通常の部材温度を１１００℃として、インバータ周波数（図のａ点）、フラッシュ時間（図のａ’点）等の溶接条件が初期設定されているものとし、この溶接条件で１３００℃の高温部材であると判別された場合には、インバータ周波数をｂ点まで上げる。これにより、同じ品質を保ったまま、フラッシュ時間ｂ’をキープすることが可能である。逆に低い温度の部材の場合には、同じインバータ周波数においては溶接品質を良くすることができるが、入熱不足のためフラッシュ時間を長くする必要がある。よってインバータ周波数をｃ点まで下げて、同じ品質を保ったまま、フラッシュ時間ｃ’をキープするようにする。以上により、定められた短い溶接のサイクルタイムをキープしながら安定した溶接が可能となる。なお、図１５（ａ）中のａ点,ｂ点,ｃ点は、溶接品質に関してはいずれも同じ品質（ａ＝ｂ＝ｃ）、図１５（ｂ）中のａ’,ｂ’,ｃ’点は、フラッシュ時間に関してはいずれも同じフラッシュ時間（ａ’＝ｂ’＝ｃ’）であることを意味している。
【００５２】
すなわち、本実施形態に係るフラッシュバット溶接装置では、フラッシュ発生回数測定手段１６の出力（平均フラッシュ発生回数）が定常値に達してから、温度判別手段１９により前記定常値に基づく部材（ビレット）温度が判別され、判別された部材温度が溶接条件設定手段１７Ｃに知らされると、溶接条件設定手段１７Ｃがフラッシュ工程後期のインバータ周波数、つまり初期設定されているインバータ周波数ｆ１を、部材温度に従ったインバータ周波数ｆ２に変更し、インバータ１１に対しインバータ周波数をｆ２にするよう指令して、部材温度に対して溶接機のインバータ周波数（出力）を調整させる。
【００５３】
このように、本実施形態においては、溶接毎に、フラッシュ発生回数を測定して、測定したフラッシュ発生回数から単位時間当たりの平均フラッシュ発生回数を演算し、演算した平均フラッシュ発生回数が定常値に達しているか否かを判定し、平均フラッシュ発生回数が定常値に達していればこの定常値に基づいて高温部材（ビレット）の温度を判別し、判別した高温部材温度に基づいて溶接条件すなわちフラッシュ工程後期のインバータ周波数を変更するようにしているので、溶接毎に異なる高温部材の初期部材温度に対して、定められた短い溶接のサイクルタイムをキープしながら安定した溶接が可能となる。
【００５４】
実施形態６．
図１６は本発明の第６実施形態に係るフラッシュバット溶接装置の全体構成を示すブロック図であり、図中、これまでの各実施形態のものと同一機能部分には同一符号を付してある。
【００５５】
この第６実施形態に係るフラッシュバット溶接装置は、電源装置が、３相交流電源８からの交流電圧を、ＩＧＢＴインバータ１１で矩形波交流電圧に変換し、インバ−タ１１が出力する矩形波交流電圧を溶接トランス１２により７〜１２Ｖに降圧して交流のままビレット２ａ，２ｂに印加するように構成されているとともに、部材温度に従って変更する溶接条件を変更する溶接条件設定手段１７Ｄに、前述の各実施形態の持つ機能、つまり周波数、２次電圧、フラッシュ量、アプセット量等の溶接条件を変更する機能を全て持たせたものである。
【００５６】
このように、本発明のフラッシュバット溶接装置は、直流溶接方式のものに限定されず、交流溶接方式の採用も可能であり、いずれの方式のものにも本発明を適用することができる。
【００５７】
また、本実施形態のように溶接条件設定手段１７Ｄに、前述の各実施形態の持つ機能を全て持たせることにより、複雑かつ高価となるが、ビレット温度が大きく変動する場合や非常に高品質を要求される場合に対応することができる。換言すれば、条件（温度変動、品質）、コストに合わせて、機能、電源構成は、取捨選択することができる。
【００５８】
なお、電圧検出器１４が検出する２次側電圧は溶接トランス１２の２次側であればどこからとってもよいが、各実施形態のようにジョー７ａ，７ｂ間からとれば、計測が容易である。すなわち、２次側電圧を溶接トランス１２の出口でとることも可能であるが、この位置では、アークの電圧が小さく、短絡の電流によって降下する電圧も小さくなるため、アークの波形は小さい。ところが、ジョー７ａ，７ｂ部分で電圧を測ると、短絡による電圧降下が大きく、アーク電圧も大きいために波形変化が大きい。このため計測が容易となる。
【００５９】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明によれば、溶接毎に、フラッシュ工程時の印加電圧変化からフラッシュ発生回数を測定し、測定したフラッシュ発生回数から単位時間当たりの平均フラッシュ発生回数を演算し、演算した平均フラッシュ発生回数が定常値に達しているか否かを判定し、平均フラッシュ発生回数が定常値に達していればこの定常値に基づいて高温部材の温度を判別し、判別した高温部材温度に基づいて周波数、２次電圧、フラッシュ量、アプセット量等の溶接条件を変更するようにしたので、溶接毎に異なる高温被溶接部材の初期部材温度を簡単かつ信頼性高く検出できて、部材温度の変動に対応させることができた。このため、溶接品質を安定化させ、溶接品質を高く保つことができた。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施形態に係るフラッシュバット溶接装置の全体構成を示すブロック図である。
【図２】フラッシュ発生回数測定部の構成を示すブロック図である。
【図３】図１の主にフラッシュ発生回数測定部の詳細を示すブロック図である。
【図４】部材温度とフラッシュ回数の関係を示すグラフである。
【図５】フラッシュ工程時の印加電圧波形と電流波形とそれぞれのしきい値との関係を示す説明図である。
【図６】部材温度と高品質溶接を可能とするために必要なアプセット量の関係を示すグラフである。
【図７】第１実施形態装置によるフラッシュバット溶接方法を説明するためのフローチャートである。
【図８】本発明の第２実施形態に係るフラッシュバット溶接装置の全体構成を示すブロック図である。
【図９】溶接前の部材平均温度とフラッシュ発生回数が定常に達してからの最適フラッシュ量の関係を示すグラフである。
【図１０】第２実施形態装置によるフラッシュバット溶接方法を説明するためのフローチャートである。
【図１１】本発明の第３実施形態に係るフラッシュバット溶接装置の全体構成を示すブロック図である。
【図１２】部材温度に対して、２次電圧と溶接品質やフラッシュ時間の関係を示すグラフである。
【図１３】本発明の第４実施形態に係るフラッシュバット溶接装置の全体構成を示すブロック図である。
【図１４】本発明の第５実施形態に係るフラッシュバット溶接装置の全体構成を示すブロック図である。
【図１５】部材温度に対して、インバータ周波数と溶接品質やフラッシュ時間の関係を示すグラフである。
【図１６】本発明の第６実施形態に係るフラッシュバット溶接装置の全体構成を示すブロック図である。
【符号の説明】
２ａ，２ｂビレット（高温部材）
１４電圧検出器
１６フラッシュ発生回数測定手段
１９温度判別手段
１７，１７Ａ，１７Ｂ，１７Ｃ，１７Ｄ溶接条件設定手段（溶接条件を変更する手段）[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a flash butt welding method and apparatus that can detect an initial member temperature of a high-temperature welded member that is different for each welding and can perform high-quality welding according to the detected initial member temperature.
[0002]
[Prior art]
In flash welding of a high temperature member, the optimum welding conditions differ depending on the member temperature before welding. In welding conditions optimized under a certain member temperature condition, when a member having a temperature lower than that temperature is welded, the welding quality deteriorates due to insufficient heat input. In the case of a high temperature, the welding quality deteriorates due to excessive heat input or upset failure due to bulging during upsetting. Therefore, it is sufficient that the member temperature can be measured, but the surface of the member is covered with a scale, and measurement with a non-contact type radiation thermometer is impossible. It is also difficult to measure a member conveyed at high speed with a contact-type thermometer. Even if it can be measured, there is a large temperature difference between the surface and the inside, so accurate measurement is very difficult. Therefore, conventionally, the welding conditions are selected at the lowest temperature with respect to the assumed temperature change, or the welding conditions are selected at the highest frequency.
[0003]
[Problems to be solved by the invention]
However, the welding quality is unstable both in the welding method in which the welding condition is selected at the lowest temperature and the welding method in which the welding condition is selected at the highest frequency with respect to the assumed temperature change. Therefore, it is inevitable that the rate of occurrence of poor welding will also increase.
[0004]
The technical problem of the present invention is to detect an initial member temperature of a high-temperature welded member that is different for each welding by a simple and reliable method, and to change the welding conditions according to the temperature to enable high-quality welding. .
[0005]
[Means for Solving the Problems]
In the flash butt welding method according to claim 1 of the present invention, when welding a pair of high temperature members, For every welding, Measure the number of flash occurrences from the applied voltage change during the flash process, and use the measured number of flash occurrences Calculate the average flash occurrence count per unit time, determine whether the calculated average flash occurrence count has reached the steady value, and if the average flash occurrence count has reached the steady value, based on this steady value The temperature of the high temperature member is determined, and the welding condition is changed based on the determined temperature of the high temperature member.
[0006]
Further, in this method, the welding conditions in the latter stage of the flash process are changed based on the high temperature member temperature as in the second aspect.
[0007]
Further, in this method, the amount of upset is changed based on the high temperature member temperature as in the third aspect.
[0008]
The apparatus of claim 4 used in the method of claim 1 is a flash butt welding apparatus for welding a pair of high temperature members, a voltage detector for detecting an applied voltage during the flash process, and a voltage detector. Based on the comparison result between the applied voltage and the threshold value, the flash occurrence number measuring means for measuring the flash occurrence number based on the comparison result, and the flash occurrence number measured by the flash occurrence number measuring means Averaging calculation means for calculating the average number of flash occurrences per unit time and whether or not the average flash occurrence number calculated by the averaging calculation means has reached a steady value. If so, based on this steady value Temperature determining means for determining the temperature of the member to be welded, and means for changing the welding conditions based on the high temperature member temperature determined by the temperature determining means are provided.
[0009]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Embodiment 1. FIG.
Hereinafter, a flash butt welding method and a device used in the method according to the first embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. FIG. 1 is a block diagram showing the overall configuration of the flash butt welding apparatus according to the present embodiment, FIG. 2 is a block diagram showing the configuration of the flash occurrence number measuring unit, and FIG. 3 is mainly the flash occurrence number measuring unit of FIG. 4 is a block diagram showing details, FIG. 4 is a graph showing the relationship between the member temperature and the number of flashes, FIG. 5 is an explanatory diagram showing the relationship between the applied voltage waveform and current waveform and the respective threshold values during the flash process, and FIG. FIG. 7 is a flowchart for explaining the flash butt welding method according to the apparatus of the present embodiment. FIG. 7 is a graph showing the relationship between the member temperature and the upset amount necessary to enable high-quality welding (defect rate of 0.05% or less).
[0010]
In flash welding of high-temperature members, the strength (softening) decreases when the temperature of the member (base material) increases, and bulging (diameter thickening) increases during upsetting, and the crater on the flash end face does not collapse. At the same upset amount, welding defects occur and the quality deteriorates. Increasing the upset amount improves the quality, but in the case of a low-temperature member, the burr at the welded portion increases, so the deburring amount after welding increases and a large amount of member loss occurs. Therefore, there is an optimum upset amount with respect to the member temperature. This value varies greatly depending on the distance between the clamps, the material (member strength), the flash performance of the welder (end surface irregularities before upsetting), etc., but the typical relationship between the member temperature and the required upset amount is as shown in FIG. . Therefore, if the upset amount is changed to an optimum value by determining the member temperature, it is possible to secure a stable quality with a minimum member loss.
[0011]
In the flash butt welding apparatus of the present embodiment, clamp devices 1A and 1B are installed on a transfer line (not shown) as shown in FIG. 1 so as to be movable along the line, and the cross-sectional area is determined by the clamp devices 1A and 1B. 10,000-32400mm ² A pair of large cross-section high temperature members having an internal temperature of 900 to 1300 ° C., that is, billets 2a and 2b are clamped together so that these billets 2a and 2b can be moved close to and away from each other during conveyance. That is, the clamp devices 1A and 1B clamp the billets 2a and 2b in synchronization with the speed of the transport line, but when viewed from the relationship between the clamp devices, one clamp (right side in FIG. 1) The device 1A is configured as a movable side, and the other (left side in FIG. 1) clamp device 1B is configured as a fixed side, and the movable side clamp device 1A moves toward and away from the fixed side clamp device 1B during flashing. Butt welding is performed.
[0012]
That is, the clamping devices 1A and 1B have a surface pressure of 3 to 7 kgf / mm on the billet cross-sectional area. ² It is connected via a drive system having a maximum thrust equal to or greater than a value multiplied by (30 to 70 MPa), that is, a hydraulic cylinder 3 that can be expanded and contracted in the line direction, and the bottom 3a of the cylinder 3 is connected to the clamp device 1B on the fixed side and the cylinder 3 The piston rod 3b is fixed to the movable clamping device 1A, and the rod portion of the piston rod 3b is configured to protrude from both ends of the bottom 3a. A proportional valve 4 with good response characteristics is integrally attached to the bottom 3 a of the cylinder 3 and connected to the hydraulic unit 5. In addition, a potentiometer 41a for detecting the movement (advancement / retraction) of the rod portion protruding from the rear end surface of the bottom 3a of the piston rod 3b is installed, and the platen position detection means 41 based on the output of the potentiometer 41a (flash amount and upset amount). ) Is detected.
[0013]
In addition, the clamping devices 1A and 1B are provided with feeding jaws 7a and 7b that can come into contact with the billets 2a and 2b on the inner circumferences of the clampers 6a and 6b, respectively, and are electrically connected to the power supply device.
[0014]
The power supply device is an IGBT (Insulated Gate Bi-polar Transistor) inverter 11 that converts an alternating voltage from the three-phase alternating current power supply 8 into a rectangular wave alternating voltage, and a low voltage by stepping down the rectangular wave alternating voltage output from the inverter 11. Welding transformer 12 that converts voltage, and a diode rectifier that is arranged on the secondary side of welding transformer 12 and converts a rectangular wave AC voltage converted to a low voltage by welding transformer 12 into a DC voltage and applies it to billets 2a and 2b 13, a voltage detector 14 for detecting the output voltage on the secondary side of the welding transformer 12 during the flash process (here, the voltage between the jaws 7 a and 7 b), and the current during the flash process between the inverter 11 and the welding transformer 12. A current detector 15 for detecting the current, a detection result of the voltage detector 14 and a detection result of the current detector 15 to determine whether or not a flash has occurred. A flash generation number measuring means 16 for performing the determination, a temperature determination means 19 for determining the temperature of the billet 2a, 2b based on the number of flash generations measured by the flash generation number measuring means 16, and a preset upset amount as a temperature determination. A flush process is performed for the welding condition setting means 17 to be changed based on the temperature of the high temperature member, i.e. billet, determined by the means 19 and the control of the welding apparatus in general, i. And a function for outputting a signal for sequence control such as start and stop of the upset process, and when an upset amount change command is input from the welding condition setting means 17, the driver 42 at the time of upset based on the changed upset amount. And a welding control device 18 for controlling the proportional valve 4 via the It has been.
[0015]
As shown in FIG. 2, the flash generation frequency measuring means 16 has a rise e (FIG. 5) and a fall f (FIG. 5) of the applied voltage (actual measurement value) V detected by the voltage detector 14 with respect to a preset voltage threshold value Vref. 5) Rising / falling judging means 21 for judging, and opening for judging load or no load from a comparison between a preset current threshold value Iref and a current value (actually measured value) I detected by the current detector 15 A determination unit 22, a flash determination unit 23 that determines whether or not a flash has occurred based on the determination results of the voltage rise / fall determination unit 21 and the current release determination unit 22, and the flash determination unit 23 Based on the counter 24 that counts every time it is determined that a flash has occurred, the time set by the sampling time setting means 26, and the output of the counter 24, The average flash occurrence number per unit time (for example, 1 second) is calculated, and it comprises an averaging calculation means 25 for moving average processing or weighted average processing within a fixed time. When it is smaller than the threshold value Iref, it is determined that no load g (FIG. 6) is determined regardless of the rise and fall of the voltage with respect to the threshold value Vref. As a result of experiments by the present inventors, it has been found that the maximum number of flashes generated is about 1000 per second.
[0016]
average Number of flash occurrences (Times / second) As shown in the graph of FIG. 4, the relationship between the temperature of the billet and the billets 2a and 2b has been previously collected by experiments, average It has been found that the number of flashes and the billet temperature have a linear relationship. That means average If the number of flashes is known, the billet temperature is uniquely determined. Further, as described above, the optimum upset amount (FIG. 6) with respect to the member temperature (billet temperature) is also known. Therefore, if the upset amount is changed to an optimum value by discriminating the billet temperature, it is possible to secure a stable quality with a minimum member loss.
[0017]
By the way, since the secondary output voltage detected by the voltage detector 14 is large, after being amplified and insulated by the insulation amplifier (ISA) 31 and adjusted by the output regulator (amplifier) 32 as shown in FIG. The digital signal is converted into a digital signal by an analog / digital converter (AD converter) 33 and input to an arithmetic unit 34 such as a microcomputer or a DSP (Digital Signal Processor) comprising a flash generation frequency measuring means. In addition, since the current value detected by the current detector 15 is large, the current is amplified by an insulation amplifier (ISA) 35 and further full-wave rectified 36 so as to have a correspondence with a DC voltage, and a low-pass filter (LPF). ) After the noise component is removed at 37, the output is adjusted by the output adjuster (amplifier) 38, converted into a digital signal by the AD converter 33, and input to the calculator 34. Then, the calculator 34 compares the output of the AD converter 33 with the threshold value, and the number of flash occurrences is obtained based on the comparison result. Note that the timing for starting measurement of the number of flash occurrences is determined by a trigger signal input to the calculator 34 via the I / O port 39. The calculation result of the calculator 34 is output to the temperature discrimination means 19.
[0018]
Next, a flash butt welding method using the flash butt welding apparatus of this embodiment will be described. First, when the succeeding billet 2b is sent on the conveying line and reaches a predetermined position on the line with the welded end faces of the preceding billet 2a and the succeeding billet 2b being brought together, the clamping device 1A, The mobile carriage loaded with 1B starts running in synchronization with the transport line.
[0019]
Next, the welding control device 18 issues a billet grip command to the clampers 6a and 6b to grip the billets 2a and 2b. In this case, the clampers 6a and 6b may be gripped with a time difference with respect to the billets 2a and 2b to be gripped, or may be simultaneously gripped. When gripping of the billets 2a and 2b is completed, power is output from the three-phase AC power source 8 via the inverter 11, and power is supplied to the billets 2a and 2b via the welding transformer 12 and the diode rectifier 13, and the billet 2a , 2b, a DC voltage is applied to start flash welding.
[0020]
The measurement of the number of flash occurrences in flash welding, the member temperature discrimination, and the upset based on the measurement are performed according to the flow of FIG. First, as an initial setting, a sampling time (for example, an interval of 0.1 second) and an upset amount are set (step 111), then a welding power source is turned on (step 112), and a timer starts operating (step 113).
[0021]
An arc is generated after energization. The flash generation frequency measuring means 16 always looks at the output voltage (actual value) V and the current value (actual value) I, and checks whether the output voltage V is higher than the threshold value Vref (step 114). If it is determined that the current value I is higher than the threshold value Iref, it is next checked whether or not the current value I is higher than the threshold value Iref (step 115). Then, it is determined that a flash has occurred (step 116), and is counted (step 117). Next, it is checked whether or not the sampling time (0.1 seconds) has elapsed (step 118). If the sampling time (0.1 seconds) has not elapsed, the process returns to step 114, and if the sampling time (0.1 seconds) has elapsed. The past n flash times are integrated (n = set time / sampling time) (step 119), an averaging process is performed (step 120), and the calculated average flash occurrence number is sent to the temperature discriminating means 19. Output (step 121).
[0022]
If it is determined in step 115 that the current value I is lower than the threshold value Iref, it is determined that there is no load (step 122), and the process jumps to step 118 without counting.
[0023]
The temperature discriminating means 19 outputs the output of the flash occurrence number measuring means 16 ( average It is checked whether or not the number of flash occurrences has reached a steady value (step 123), and if it has not reached the steady value, the flash occurrence count measurement means 16 repeats the processing from step 113 to step 122 described above to obtain a steady value. Is reached, the member (billet) temperature is discriminated based on this steady value and output to the welding condition setting means 17 (step 124).
[0024]
The welding condition setting means 17 changes the initially set upset amount according to the member temperature determined by the temperature determining means 19 (step 125), and sets the changed upset amount in the welding control device 18.
[0025]
At the welding control device 18, the flush process is terminated (step 126), and at the same time, an upset command is output to the driver 42 of the proportional valve 4 (step 127), and the process proceeds to an upset process in which the billets are rapidly pressed together.
[0026]
Next, counting of the upset amount is started based on the output of the platen position detecting means 41 (step 128), and it is determined whether or not the pressing distance according to the member temperature (the specified upset amount after change according to the member temperature) has moved. If it is determined (step 129) and the specified upset amount is moved according to the member temperature, the process is terminated.
[0027]
Thus, in this embodiment, the number of flash occurrences is measured, and the measured number of flash occurrences is measured. Calculate the average flash occurrence count per unit time, determine whether the calculated average flash occurrence count has reached the steady value, and if the average flash occurrence count has reached the steady value, based on this steady value Since the temperature of the high temperature member (billet) is discriminated and the welding condition, that is, the upset amount is changed based on the discriminated high temperature member temperature, the upset amount can be set to an optimum value according to the high temperature member temperature. It is possible to secure a stable quality with a minimum member loss.
[0028]
Embodiment 2. FIG.
FIG. 8 is a block diagram showing the overall configuration of the flash butt welding apparatus according to the second embodiment of the present invention, and FIG. 9 shows the relationship between the average member temperature before welding and the optimum flash amount after the number of flash occurrences reaches a steady state. FIG. 10 is a flowchart for explaining the flash butt welding method by the apparatus of the present embodiment. In FIG. 8, the same functional parts as those of the first embodiment are denoted by the same reference numerals, and the description is given. Omitted.
[0029]
The flash butt welding apparatus according to the second embodiment is characterized in that the welding condition changed by the welding condition setting means 17A according to the member temperature is the flash amount in the latter stage of the flash process, and the other configuration is the above-described first configuration. It is the same as that of one embodiment.
[0030]
average The optimum flash amount after the number of flash occurrences reaches a steady state may be smaller as the member temperature is higher. This is because the higher the member temperature, the less the required heat input. On the other hand, excessive heat input deteriorates the quality. The value of the optimum flash amount depends on the welder performance (mainly output), the cross-sectional area of the member, etc., but a typical example is as shown in FIG. Therefore average When the number of flushes reaches a steady value, the member temperature is determined, and at the same time, the flash amount is counted, and if upsetting is performed when the specified flush amount is reached according to the member temperature, there is less material loss and high quality. Welding is possible.
[0031]
Next, a flash butt welding method using the flash butt welding apparatus of the present embodiment will be described with reference to FIGS. 8 and 9 based on the flowchart of FIG. Here, it is assumed that the gripping of the billets 2a and 2b is completed by the clamping devices 1A and 1B, and the flash welding can be started.
[0032]
First, as an initial setting, a sampling time (for example, an interval of 0.1 second) and a flash amount at the latter stage of the flash process (a flash amount after the number of flash occurrences reaches a steady state) are set (step 211), and then a welding power source is turned on ( Step 212), the timer starts operating (Step 213).
[0033]
An arc is generated after energization. As described with reference to FIG. 2 of the first embodiment described above, the flash occurrence number measuring means 16 always sees the output voltage (actual value) V and the current value (actual value) I, and the output voltage V is the threshold value Vref. If it is determined that the output voltage V is higher than the threshold value Vref (step 214), then it is determined whether or not the current value I is higher than the threshold value Iref (step 215). If it is determined that the current value I is higher than the threshold value Iref, it is determined that a flash has occurred (step 216) and counted (step 217). Next, it is checked whether or not the sampling time (0.1 second) has elapsed (step 218). If the sampling time (0.1 second) has not elapsed, the process returns to step 214, and if the sampling time (0.1 second) has elapsed. The past n flash times are integrated (n = set time / sampling time) (step 219), an averaging process is performed (step 220), and the calculated average flash occurrence number is sent to the temperature discriminating means 19. Output (step 221).
[0034]
If it is determined in step 215 that the current value I is lower than the threshold value Iref, it is determined that there is no load (step 222), and the process jumps to step 218 without counting.
[0035]
The temperature discriminating means 19 outputs the output of the flash occurrence number measuring means 16 ( average It is checked whether or not the number of flash occurrences has reached a steady value (step 223). If the steady value has not been reached, the flash occurrence count measuring means 16 repeats the processing in steps 213 to 222 described above to obtain a steady value. Is reached, the member (billet) temperature is discriminated based on this steady value and output to the welding condition setting means 17A (step 224).
[0036]
The welding condition setting means 17A changes the initially set flash amount in the later stage of the flash process in accordance with the member (billet) temperature determined by the temperature determination means 19 (step 225), and the changed flash amount is determined by the welding control device 18. Set to.
[0037]
In the welding control device 18, when the flush amount (after change) in the latter flash process is set by the welding condition setting unit 17A, counting of the flash amount is started based on the output of the platen position detecting unit 41 from that time (step S1). 226), it is determined whether or not the pressing distance according to the member temperature (the specified flash amount after the change according to the member temperature) has been moved (step 227). The flush process is terminated, an upset command is output to the driver 42 of the proportional valve 4 (step 228), and the process proceeds to an upset process in which the billets are rapidly pressed against each other.
[0038]
The upset process is ended after a predetermined pressing distance (upset amount) is moved, after a predetermined time has elapsed, or after a predetermined pressing force (upset force) is applied. The welding method of the first embodiment described above can also be applied to this embodiment, and the upset process in this case is terminated after the specified upset amount movement according to the member temperature.
[0039]
Thus, in this embodiment, For every welding, Measure the number of flash occurrences, and from the measured number of flash occurrences Calculate the average flash occurrence count per unit time, determine whether the calculated average flash occurrence count has reached the steady value, and if the average flash occurrence count has reached the steady value, based on this steady value Since the temperature of the high temperature member (billet) is determined and the welding condition, that is, the flash amount in the latter half of the flash process is changed based on the determined high temperature member temperature, the flash amount in the latter half of the flash process is in accordance with the high temperature member temperature. It can be set to an optimum value, and high quality welding is possible with a minimum member loss.
[0040]
Embodiment 3. FIG.
FIG. 11 is a block diagram showing the overall configuration of the flash butt welding apparatus according to the third embodiment of the present invention, and FIG. 12 shows the relationship between the secondary voltage, the welding quality and the flash time with respect to the member temperature, (A) is a graph in which the vertical axis represents the welding quality, the horizontal axis represents the secondary voltage, and (b) is a graph in which the vertical axis represents the flash time and the horizontal axis represents the secondary voltage. In FIG. 11, the same functional parts as those in the first and second embodiments described above are denoted by the same reference numerals, and description thereof is omitted.
[0041]
In the flash butt welding apparatus according to the third embodiment, the welding condition changed by the welding condition setting means 17B according to the member temperature is the secondary voltage in the latter stage of the flash process, and the three-phase full-wave rectification type power supply apparatus is It is characterized in that the AC voltage from the three-phase AC power supply 8 is directly output to the welding transformer 12 via the switching circuit 11A using a thyristor, a power transistor, or the like. This is basically the same as that of the first and second embodiments described above.
[0042]
In flash welding of a high temperature member, it is experimentally known that, under the same welding conditions (particularly, secondary voltage), the unevenness of the end face in the flash, that is, the crater depth increases, as the member temperature increases. This is because, in a single flash (short circuit, melting, scattering, arcing), when the member temperature is high or the temperature gradient of the member is gentle, the melting amount or the melting depth increases for the same heat input. It is understood that. Therefore, the welding quality can be improved by adjusting the secondary voltage (output) of the welding machine with respect to the member temperature. That is, as shown in FIGS. 12A and 12B, for example, the normal member temperature is set to 1100 ° C., and the welding conditions such as the secondary voltage (point a in the figure) and the flash time (point a ′ in the figure) are initial. If it is determined that the member is a high-temperature member at 1300 ° C. under this welding condition, the secondary voltage is lowered to point b. As a result, it is possible to keep the flash time b ′ while maintaining the same quality. On the contrary, in the case of a member having a low temperature, although the welding quality can be improved at the same secondary voltage, it is necessary to lengthen the flash time due to insufficient heat input. Therefore, the secondary voltage is raised to point c and the flash time c ′ is kept while maintaining the same quality. As described above, stable welding can be performed while keeping the predetermined short welding cycle time. Note that the points a, b, and c in FIG. 12A are the same in terms of welding quality (a = b = c), and a ′, b ′, and c ′ in FIG. 12B. The point means that the flash times are the same (a ′ = b ′ = c ′).
[0043]
That is, in the flash butt welding apparatus according to the present embodiment, the output ( average When the number of flash occurrences) reaches a steady value, the temperature discriminating means 19 discriminates the member (billet) temperature based on the steady value, and when the discriminated member temperature is notified to the welding condition setting means 17B, the welding condition The setting means 17B changes the secondary voltage in the latter half of the flash process, that is, the initially set secondary voltage V1 to the secondary voltage V2 according to the member temperature, and sets the secondary voltage to V2 for the switching circuit 11A. Command to adjust the secondary voltage (output) of the welder relative to the member temperature.
[0044]
Thus, in this embodiment, For every welding, Measure the number of flash occurrences, and from the measured number of flash occurrences Calculate the average flash occurrence count per unit time, determine whether the calculated average flash occurrence count has reached the steady value, and if the average flash occurrence count has reached the steady value, based on this steady value The temperature of the high temperature member (billet) is determined, and the welding condition, that is, the secondary voltage in the latter stage of the flashing process is changed based on the determined high temperature member temperature. Thus, stable welding can be performed while keeping the predetermined short welding cycle time.
[0045]
Note that the power supply device using the switching circuit 11A of the present embodiment can also be employed as the power supply device of the first and second embodiments described above. That is, in the flash butt welding apparatus of the present invention, the power supply device is not limited to the inverter, and may be appropriately selected.
[0046]
Embodiment 4 FIG.
FIG. 13 is a block diagram showing the overall configuration of the flash butt welding apparatus according to the fourth embodiment of the present invention. In the figure, the same reference numerals are given to the same functional parts as those of the first to third embodiments. It is.
[0047]
The flash butt welding apparatus according to the fourth embodiment is the same as that of the third embodiment described above in that the welding condition changed by the welding condition setting means 17B according to the member temperature is the secondary voltage in the latter stage of the flash process. However, the condition setting means 17B is configured to change and set the secondary voltage at the latter stage of the flash process according to the member temperature via the voltage regulator 43 provided on the upstream side of the inverter 11. The configuration is different from that of the third embodiment, and other configurations are basically the same as those of the first to third embodiments.
[0048]
As described above, also in the flash butt welding apparatus of the present invention, the welding condition, that is, the secondary voltage in the latter stage of the flash process is changed based on the member temperature in the same manner as in the third embodiment described above. Stable welding can be performed while keeping a predetermined short welding cycle time with respect to the initial member temperature of a different high temperature member.
[0049]
Embodiment 5. FIG.
FIG. 14 is a block diagram showing the overall configuration of the flash butt welding apparatus according to the fifth embodiment of the present invention, and FIG. 15 shows the relationship between the inverter frequency, the welding quality and the flash time with respect to the member temperature. a) is a graph with welding quality on the vertical axis and inverter frequency on the horizontal axis, and (b) is a graph with flash time on the vertical axis and inverter frequency on the horizontal axis. In FIG. 14, the same reference numerals are given to the same functional parts as those of the first and second embodiments described above.
[0050]
In the flash butt welding apparatus according to the fifth embodiment, the power supply device is an inverter type DC power supply similar to that of the first and second embodiments described above, but the welding condition setting means 17C changes according to the member temperature. The point that the welding condition is the inverter frequency at the latter stage of the flashing process is different from those of the previous embodiments, and other configurations are basically the same as those of the first and second embodiments described above.
[0051]
In the case of an inverter type DC power source, by changing the inverter frequency, the same effect as in the case of changing the secondary voltage in the third and fourth embodiments described above can be obtained. For example, if the inverter frequency is increased, the output current is decreased, and as a result, the same effect as that of decreasing the secondary voltage can be obtained. Therefore, welding quality can be improved by adjusting the inverter frequency (output) of a welding machine with respect to member temperature. That is, as shown in FIGS. 15A and 15B, for example, the normal member temperature is set to 1100 ° C., and the welding conditions such as the inverter frequency (point a in the figure), flash time (point a ′ in the figure), etc. are initially set. If it is determined that the member is a high-temperature member at 1300 ° C. under this welding condition, the inverter frequency is increased to point b. As a result, it is possible to keep the flash time b ′ while maintaining the same quality. On the other hand, in the case of a member having a low temperature, although the welding quality can be improved at the same inverter frequency, it is necessary to lengthen the flash time due to insufficient heat input. Therefore, the inverter frequency is lowered to point c, and the flash time c ′ is kept while maintaining the same quality. As described above, stable welding can be performed while keeping the predetermined short welding cycle time. Note that the points a, b, and c in FIG. 15A are the same in terms of welding quality (a = b = c), and a ′, b ′, and c ′ in FIG. 15B. The point means that the flash times are the same (a ′ = b ′ = c ′).
[0052]
That is, in the flash butt welding apparatus according to the present embodiment, the output ( average When the number of flash occurrences) reaches the steady value, the temperature discriminating means 19 discriminates the member (billet) temperature based on the steady value, and the discriminated member temperature is notified to the welding condition setting means 17C. The setting means 17C changes the inverter frequency at the latter stage of the flashing process, that is, the inverter frequency f1 that is initially set to the inverter frequency f2 according to the member temperature, and instructs the inverter 11 to set the inverter frequency to f2. The inverter frequency (output) of the welding machine is adjusted with respect to the temperature.
[0053]
Thus, in this embodiment, For every welding, Measure the number of flash occurrences, and from the measured number of flash occurrences Calculate the average flash occurrence count per unit time, determine whether the calculated average flash occurrence count has reached the steady value, and if the average flash occurrence count has reached the steady value, based on this steady value Since the temperature of the high temperature member (billet) is determined and the inverter frequency in the latter stage of the flashing process is changed based on the determined high temperature member temperature, the initial member temperature of the high temperature member that differs for each welding is changed. Thus, stable welding can be performed while keeping the predetermined short welding cycle time.
[0054]
Embodiment 6. FIG.
FIG. 16 is a block diagram showing an overall configuration of a flash butt welding apparatus according to a sixth embodiment of the present invention. In the figure, the same reference numerals are given to the same functional parts as those of the respective embodiments so far. .
[0055]
In the flash butt welding apparatus according to the sixth embodiment, the power supply device converts the AC voltage from the three-phase AC power supply 8 into the rectangular wave AC voltage by the IGBT inverter 11 and outputs the rectangular wave AC output from the inverter 11. The voltage is reduced to 7 to 12 V by the welding transformer 12 and applied to the billets 2a and 2b as AC, and the welding condition setting means 17D for changing the welding conditions to be changed according to the member temperature is used in the above-described manner. Each embodiment has all the functions of changing welding conditions such as frequency, secondary voltage, flash amount, upset amount, and the like.
[0056]
As described above, the flash butt welding apparatus of the present invention is not limited to the DC welding method, and an AC welding method can be adopted, and the present invention can be applied to any method.
[0057]
Further, by providing the welding condition setting means 17D with all the functions of the above-described embodiments as in the present embodiment, it becomes complicated and expensive. However, when the billet temperature fluctuates greatly or the quality is very high. It can respond when required. In other words, functions and power supply configurations can be selected according to conditions (temperature fluctuation, quality) and cost.
[0058]
Note that the secondary voltage detected by the voltage detector 14 may be taken from anywhere on the secondary side of the welding transformer 12, but measurement is easy if taken from between the jaws 7a and 7b as in the embodiments. That is, it is possible to take the secondary voltage at the outlet of the welding transformer 12, but at this position, the arc voltage is small and the voltage dropped due to the short-circuit current is also small, so the arc waveform is small. However, when the voltage is measured at the jaws 7a and 7b, the voltage drop due to the short circuit is large and the arc voltage is large, so that the waveform change is large. For this reason, measurement becomes easy.
[0059]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, For every welding, Measure the number of flash occurrences from the applied voltage change during the flash process, and use the measured number of flash occurrences Calculate the average flash occurrence count per unit time, determine whether the calculated average flash occurrence count has reached the steady value, and if the average flash occurrence count has reached the steady value, based on this steady value Since the temperature of the high-temperature member is determined and the welding conditions such as frequency, secondary voltage, flash amount, upset amount, etc. are changed based on the determined high-temperature member temperature, the initial member of the high-temperature welded member that differs for each welding The temperature could be detected easily and reliably, and it was possible to cope with fluctuations in the member temperature. For this reason, welding quality was stabilized and welding quality was able to be kept high.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a block diagram showing an overall configuration of a flash butt welding apparatus according to a first embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a block diagram showing a configuration of a flash occurrence count measurement unit.
FIG. 3 is a block diagram showing details of a flash generation frequency measurement unit mainly in FIG. 1;
FIG. 4 is a graph showing the relationship between member temperature and the number of flashes.
FIG. 5 is an explanatory diagram showing a relationship between an applied voltage waveform and a current waveform and respective threshold values during a flash process.
FIG. 6 is a graph showing the relationship between the member temperature and the amount of upset necessary to enable high-quality welding.
FIG. 7 is a flowchart for explaining a flash butt welding method by the apparatus according to the first embodiment;
FIG. 8 is a block diagram showing an overall configuration of a flash butt welding apparatus according to a second embodiment of the present invention.
FIG. 9 is a graph showing the relationship between the average member temperature before welding and the optimum flash amount after the number of flash occurrences reaches a steady state.
FIG. 10 is a flowchart for explaining a flash butt welding method by the apparatus of the second embodiment.
FIG. 11 is a block diagram showing an overall configuration of a flash butt welding apparatus according to a third embodiment of the present invention.
FIG. 12 is a graph showing the relationship between secondary voltage, welding quality, and flash time with respect to member temperature.
FIG. 13 is a block diagram showing an overall configuration of a flash butt welding apparatus according to a fourth embodiment of the present invention.
FIG. 14 is a block diagram showing an overall configuration of a flash butt welding apparatus according to a fifth embodiment of the present invention.
FIG. 15 is a graph showing the relationship between the inverter frequency, the welding quality, and the flash time with respect to the member temperature.
FIG. 16 is a block diagram showing an overall configuration of a flash butt welding apparatus according to a sixth embodiment of the present invention.
[Explanation of symbols]
2a, 2b Billet (High temperature member)
14 Voltage detector
16 Flash generation frequency measurement means
19 Temperature discrimination means
17, 17A, 17B, 17C, 17D Welding condition setting means (means for changing welding conditions)

Claims

A flash butt welding method for welding a pair of high temperature members,
For each welding , measure the number of flash occurrences from the change in applied voltage during the flash process,
Calculate the average number of flashes per unit time from the measured number of flashes,
Determine whether the calculated average flash occurrence count has reached a steady value,
If the average number of flashes has reached a steady value, determine the temperature of the hot member based on this steady value ,
A flash butt welding method, wherein welding conditions are changed based on the determined high temperature member temperature.

2. The flash butt welding method according to claim 1 , wherein a welding condition at a later stage of the flash process is changed on the basis of the high temperature member temperature determined based on the steady value for each welding.

2. The flash butt welding method according to claim 1 , wherein the upset amount is changed based on the high temperature member temperature determined based on the steady value for each welding.

In a flash butt welding apparatus for welding a pair of high temperature members,
A voltage detector for detecting the applied voltage during the flash process for each welding ;
Comparing the applied voltage detected by the voltage detector with a threshold value, and measuring the number of flash occurrences based on the comparison result;
An averaging calculation means for calculating an average flash occurrence count per unit time from the flash occurrence count measured by the flash occurrence count measurement means ;
It is determined whether or not the average flash occurrence number calculated by the averaging calculation means has reached a steady value. If the average flash occurrence number has reached a steady value, the temperature of the welded member is determined based on the steady value. Temperature discrimination means for discrimination;
Means for changing the welding condition based on the high temperature member temperature determined by the temperature determining means;
A flash butt welding apparatus characterized by comprising: