JP5189896B2 - 溶接装置及び溶接方法 - Google Patents
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Description
溶接の方法の一つとして用いられるアーク溶接では、母材と電極(溶解棒、溶接ワイア、TIGトーチ等)の間で発生させたアークによってもたらされる高熱を利用して母材及び溶加材(溶接ワイア、溶解棒等)を溶融させて、分子・原子レベルでの加工を行う。
このように、電子部品等が電気的に損傷することを防止するために、いくつかの技術が提案されている(例えば、特許文献1参照)。
この技術では、溶接アークの点弧に際して高周波を電源の出力に重畳するとき、アーク起動ができない状態のときには、高周波を一定時間で停止させて、無駄な高周波の提供を防止し、他の電子機器に対する高周波障害を極力低減することができる。
このように、本技術においては、アーク発生時には高周波を一定時間停止させることにより、他の電子機器が破損することを防止する。
同様に、電源電圧を制限する方法もあるが、これらの技術によると、加工条件に制約が伴うため、作業性が低下する。
この溶接装置では、初期放電吸収部材はアースされており、同様に被溶接物は直接的に若しくは保持部を介して間接的にアースされている。
また、トーチ及び被溶接物の少なくとも一方は、両者が互いに離隔及び近接する方向に移動可能に構成されており、まずトーチと初期放電吸収部材との間で放電を起こして、放電初期段階で発生する高電圧状態から通常電圧状態へと安定するまで待機し、通常電圧状態へと安定した時点での放電状態を保持しながらトーチと初期放電吸収部材とを離隔させるとともに、トーチ及び被溶接物の少なくとも一方を移動させることによりトーチと被溶接物とを近接させて溶接を実施する。
そして、高電圧状態が解除され、通常電圧の定常状態となると、トーチ若しくは被溶接物の少なくとも一方を移動させて、トーチと被溶接部材との間に放電を移行し、溶接を行う。
なお、このとき、トーチを被溶接物の方向に移動させてもよいし、被溶接物をトーチの方向に移動させてもよい。また、トーチ及び被溶接部材双方を移動させて両者を近接させてもよい。
このように構成されているため、溶接回路上に存在する電子部品等が、点火時の高電圧のために損傷することがなくなる。
また、溶接されて形成される製品の品質も安定する。
更に、本発明に係る溶接装置は、簡易な構造であるため、容易に上記効果を奏することができる。
更に、このとき、前記分流調整器は、前記被溶接物と前記アース部間の抵抗値と、前記初期放電吸収部材と前記アース部間の抵抗値を調整することにより、前記被溶接物に流れる電流と前記初期放電吸収部材に流れる電流とを調整するよう構成されていると好適である。
よって、トーチから初期放電吸収部材への放電と、トーチから被溶接物への放電を効率的に切り替えることができる。
つまり、分流調整器は、点火時点では、トーチと初期放電吸収部材との間の抵抗値を、トーチと被溶接物との間の抵抗値より小さくなるように調整し、溶接時には、トーチと被溶接物との間の抵抗値を、トーチと初期放電吸収部材との間の抵抗値より小さくなるように調整する。
このことにより、点火時点では、トーチと初期放電吸収部材との間で放電が起き、溶接時では、トーチと被溶接物との間で効率よく放電が起きる。
また、分流調整器によって、トーチから初期放電吸収部材への放電と、トーチから被溶接物への放電を効率的に切り替えることができる。
なお、以下に説明する構成は本発明を限定するものでなく、本発明の趣旨の範囲内で種々改変することができるものである。
本実施形態は、加工法の制限や製品構造及び加工設備構造の制限を無くすことにより、溶接のための装置を簡素化し、製品品質を安定させることが可能な溶接装置及び溶接方法に関するものである。
本実施形態に係る溶接装置Sは、TIG(Tungsten Inert Gas)溶接装置を例示している。ただし、これに限れることはなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲であれば、どのような形態の装置に適用してもよい。
本実施形態に係る溶接装置Sは、タングステン電極を有するトーチ2を使用し、このタングステン電極と被溶接物Wとの間に放電によりアークAを発生させて、このアークAによる熱により溶接を行うための装置である。
この溶接装置Sにおいては、不活性ガスであるイナートガス(例えば、アルゴンガス、ヘリウムガス等)によりシールドを形成し、このイナートガス雰囲気中で溶接が実行される。
本実施形態に係る電源1は、通常の電源であり、アークAを発生させるための電力を供給する。
本実施形態に係るトーチ2は、溶接を行う際に一般に使用される先端器具である。
このトーチ2は、点火用電極3と被溶接物Wとの間を移動可能となっている。
つまり、トーチ2の自由端側が、点火用電極3又は被溶接物Wと対向する位置に配設されるようトーチ2自体が移動可能となるように構成されている。
本実施形態に係る点火用電極3は、アーク着火用の電極であり、点火時にトーチ2との間でアーク放電を起こし、定常状態となるまでその状態が保持される。
分流抵抗14は、公知の抵抗であり、可変接点15を移動させることにより、分流抵抗14の抵抗値を調整して、トーチ2から点火用電極3及び被溶接物Wへの放電量(放電方向)を調整する。
被溶接物Wは、直接的に分流調整器4に電気的に接続されていてもよいし(この場合、保持部5は、単に被溶接物Wを保持するのみ)、この保持部5を介して分流調整器4に電気的に接続されていてもよい。
また、分流調整器4の分流抵抗14の両端部には、点火用電極3及び被溶接物Wが各々電気的に接続されている。
電源1からトーチ2に供給された電流は、トーチ2より電圧の低い分流調整器4方向へと放電される。
このとき、分流抵抗14の状態によって(つまり、可変接点15の位置によって)、点火用電極3に放電するか、被溶接物Wに放電するかが調整される。
つまり、可変接点15の位置によって、点火用電極3側の抵抗値と被溶接物W側の抵抗値が変わるため(抵抗の長さに比例する)、抵抗値の低い方へ放電することとなる。
よって、可変接点15に位置を調整することによって、点火用電極3に放電するか、若しくは被溶接物Wに放電するかをコントロールすることができる。
図2(a)は着火時の状態を示し、図2(b)は定常通電時(つまり、被溶接物Wの溶接実施時)を示す。
図2(a)に示すように、着火時には、トーチ2は点火用電極3と対向する位置に配設されるとともに、分流調整器4の可変接点15は、分流抵抗14の点火用電極3接続側に接続される(この位置を「点火位置X」と記す)。
つまり、一番点火用電極3に近い位置に接続されることとなる。
よって、分流抵抗被溶接物側R2の抵抗値は、分流抵抗点火用電極側R1の抵抗値よりもはるかに大きくなる。
このため、電源1より供給される電流は、トーチ2から点火用電極3側に大量に放電され、被溶接物W側にはほとんど放電されない。
よって、この状態で電源1を駆動すると、電源1、点火用電極3、トーチ2により回路が構成され、トーチ2と点火用電極3との間でアークAが発生する。
移動が完了した状態が図2(b)である。
このように、溶接時には、トーチ2は被溶接物Wと対向する位置に配設されるとともに、分流調整器4の可変接点15は、分流抵抗14の被溶接物W接続側に接続される(この位置を「溶接位置Y」と記す)。
つまり、一番被溶接物Wに近い位置に接続されることとなる。
よって、分流抵抗点火用電極側R1の抵抗値は、分流抵抗被溶接物側R2の抵抗値よりもはるかに大きくなる。
このため、電源1より供給される電流は、トーチ2から被溶接物W側に大量に放電され、点火用電極3側にはほとんど放電されない。
よって、この状態で電源1を駆動すると、電源1、被溶接物W、トーチ2により回路が構成され、トーチ2と被溶接物Wとの間に発生しているアークAで溶接を行うことができる。
よって、電子部品等の損傷や製品の不具合等を有効に解消することができる。
また、定常状態となった後は、被溶接物Wと対向する位置へトーチ2を移動させることによって、発生しているアークAによって、溶接を行うことができる。
この状態においては、上述のとおり、電圧は定常状態となっているため、溶接回路に存在する電子部品や被溶接物Wに悪影響が及ぼされることはない。
なお、図1及び図2の説明においては、トーチ2を移動させる例を説明したが、図3乃至図7では、被溶接物Wを移動させる例を示す。
上述と同様に、構成はこれに限られるものではなく、トーチ2を移動させて移動しない被溶接物Wに近づけるように構成されていてもよいし、トーチ2及び被溶接物Wの双方を移動させて、互いを近づけるように構成されていてもよい。
この状態を説明図として図示したものが図4である。
着火時には、トーチ2は点火用電極3と対向する位置に配設されるとともに、分流調整器4の可変接点15は、分流抵抗14の点火用電極3接続側に接続される(この位置を「点火位置X」と記す)。
つまり、一番点火用電極3に近い位置に接続されることとなる。
よって、分流抵抗被溶接物側R2の抵抗値は、分流抵抗点火用電極側R1の抵抗値よりもはるかに大きくなる。
このため、電源1より供給される電流は、トーチ2から点火用電極3側に大量に放電され、被溶接物W側にはほとんど放電されない。
よって、この状態で電源1を駆動すると、電源1、点火用電極3、トーチ2により回路が構成され、トーチ2と点火用電極3との間でアークAが発生する。
つまり、放電直後に瞬間的に発生する高電圧の印加が終了したか否かを判定する。
これは、電圧計等の計器を使用して判定してもよいし、取込んだ監視画像等を解析することにより行ってもよい。
また、タイマーを使用して次ステップへと進めるように構成されていてもよい。
ステップS3で所定時間が経過していないと判定した場合(ステップS3:No)、処理はステップS2に戻り、点火が終了したか否かを判定する。
ステップS3で所定時間が経過したと判定した場合(ステップS3:Yes)、何らかの異常が発生している可能性が高いため、ステップS4でエラー報知を行い、処理を終了する。
このように設定された時間を経過しているにもかかわらず、点火が終了しない(つまり、電圧が通常電圧で安定しない)ということは、溶接装置S若しくはセンサ類に何らかの異常が発生している可能性が高いため、エラーを報知して処理を終了することとしたものである。
また、エラー報知は、音声で報知、視覚に訴える報知等、どのような形態でもよいし、不要であれば必ずしも行う必要はない。
このとき、被溶接物Wをトーチ2の方向へと移動させるとともに、可変接点15は、分流抵抗14の被溶接物Wとの接続部方向へと移動させる。
この状態を説明図として図示したものが図5である。
このとき、この動作に合わせて、可変接点15を分流抵抗14の被溶接物W接続側へと移動させる。
つまり、分流抵抗点火用電極側R1の抵抗値と、分流抵抗被溶接物側R2の抵抗値の配分を変化させることにより、電流の配分を徐々に変化させ、分流抵抗被溶接物側R2側の抵抗値を下げて、電流値を大きくする。
このように被溶接物Wと可変接点15を移動させることにより、徐々に、電源1、被溶接物W、トーチ2により回路が構成され始め、アークAはトーチ2と被溶接物Wとの間に移行する。
つまり、被溶接物Wがトーチ2と隣接する位置まで到達したかということと、可変接点15が溶接位置Yまで到達したかということを判定する。
これは、センサ等により判定してもよいし、タイマーにより次ステップへと移行させるように構成されていてもよい。
ステップS7で、所定時間が経過していないと判定した場合(ステップS7:No)、処理は、ステップS6に戻り、被溶接物W及び可変接点15が所定位置まで到達したか否かを判定する。
ステップS7で、所定時間が経過したと判定した場合(ステップS7:Yes)、何らかの異常が発生している可能性が高いため、ステップS4でエラー報知を行い、処理を終了する。
このように設定された時間を経過しているにもかかわらず、被溶接物W及び可変接点15が所定位置まで到達しないということは、溶接装置S若しくはセンサ類に何らかの異常が発生している可能性が高いため、エラーを報知して処理を終了することとしたものである。
また、エラー報知は、音声で報知、視覚に訴える報知等、どのような形態でもよいし、不要であれば必ずしも行う必要はない。
このようにして、被溶接物W及び可変接点15が所定位置まで到達し、溶接を行っている状態の説明図として図示したものが図6である。
つまり、電源1、被溶接物W、トーチ2により完全に回路が構成され、通常の溶接が行われる状態となっている。
この状態において、被溶接物Wの溶融が進行し、溶接が実行される。
これは、取込んだ画像を処理・解析することにより行ってもよいし、センサ等により判定してもよい。また、タイマーにより次ステップへと移行させるように構成されていてもよい。
ステップS9で溶接が完了していないと判定した場合(ステップS9:No)、ステップS10で、所定時間が経過したか否かを判定する。
ステップS10で、所定時間が経過したと判定した場合(ステップS10:Yes)、何らかの異常が発生している可能性が高いため、ステップS4でエラー報知を行い、処理を終了する。
このように設定された時間を経過しているにもかかわらず、溶接が完了しないということは、溶接装置S等に何らかの異常が発生している可能性が高いため、エラーを報知して処理を終了することとしたものである。
また、エラー報知は、音声で報知、視覚に訴える報知等、どのような形態でもよいし、不要であれば必ずしも行う必要はない。
溶接完了時の説明図として図示したものが図7である。
このように、被溶接物Wが溶接されて、処理は完了する。
2‥トーチ、
3‥点火用電極、
4‥分流調整器、14‥分流抵抗、15‥可変接点、
5‥保持部、
A‥アーク、R1‥分流抵抗点火用電極側、R2‥分流抵抗被溶接物側、S‥溶接装置、W‥被溶接物
Claims (2)
- 電源装置と、
該電源装置と電気的に接続されたトーチと、
該トーチに近接して設置された初期放電吸収部材と、
前記トーチから放電される電流により溶接される被溶接物の保持部と、
前記被溶接物及び前記初期放電吸収部材との間に介在されるとともにアース部に電気的に接続される分流調整器と、
を備え、
前記初期放電吸収部材はアースされているとともに、前記被溶接物は直接的に若しくは前記保持部を介して間接的にアースされており、
前記トーチ及び前記被溶接物の少なくとも一方は、両者が互いに離隔及び近接する方向に移動可能に構成され、
前記分流調整器は、前記被溶接物と前記アース部間の抵抗値と、前記初期放電吸収部材と前記アース部間の抵抗値を調整することにより、前記被溶接物に流れる電流と前記初期放電吸収部材に流れる電流とを調整することを特徴とする溶接装置。 - 電源装置と電気的に接続されたトーチと、該トーチに近接して設置された初期放電吸収部材とを近接させて配置する第1の工程と、
前記電源装置から前記トーチへと電流を供給する第2の工程と、
前記被溶接物及び前記初期放電吸収部材との間に介在されるとともにアース部に電気的に接続される分流調整器によって、前記トーチと前記初期放電吸収部材との間の抵抗値を、前記トーチと前記被溶接物との間の抵抗値より小さくなるように調整し、
前記トーチと前記初期放電吸収部材との間で放電を起こし、放電初期段階で発生する高電圧状態から通常電圧状態へと安定するまで待機する第3の工程と、
通常電圧状態へと安定した時点での放電状態を保持しながら前記トーチと前記初期放電吸収部材とを離隔させるとともに、前記トーチ及び該トーチから放電される電流により溶接される被溶接物のうち少なくとも一方を移動させて前記トーチと前記被溶接物とを近接させ、前記分流調整器においては、前記トーチと前記被溶接物との間の抵抗値を、前記トーチと前記初期放電吸収部材との間の抵抗値より小さくなるよう調整する第4の工程と、
を行うことを特徴とする溶接方法。
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