JP5506580B2 - プラズマミグ溶接方法 - Google Patents
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Description
0≦t<Tup
Vc=((Vpc−Vbc)/Tup)・t+Vbc (11)式
Tup≦t<Tup+Tp
Vc=Vpc (12)式
Tup+Tp≦t<Tup+Tp+Tdw
Vc=((Vbc−Vpc)/Tdw)・(t−Tup−Tp)+Vpc (13)式
Tup+Tp+Tdw≦t<Tup+Tp+Tdw+Tb
Vc=Vbc (14)式
Vc1=((Vbc−Vpc)/Tdw)・(ta−Tup−Tp)+Vpc
したがって、経過時間taのときのミグ溶接電圧検出値Vd1は、変動範囲Vc1±ΔVc内に制限される。すなわち、Vd1≧Vc1+ΔVcのときにはミグ溶接電圧制限値Vft1=Vc1+ΔVcに制限され、Vd1≦Vc1−ΔVcのときにはVft1=Vc1−ΔVcに制限される。このようにして算出されたミグ溶接電圧制限値Vftは、異常電圧が略除去されたアーク長に略比例する電圧値となる。上記の変動範囲ΔVcは、予め定めた定数である。その値は、接ワイヤの材質、直径、送給速度、溶接速度、溶接継手等の溶接条件に応じて実験によって適正値に設定される。その値は、0.3〜2V程度である。
Vpr(n)=(Vpf(n-1)+…+Vpf(n-m))/m (21)式
同様に、時刻tnにおいて、上記の第(n-1)〜第(n-m)回目のベース電圧制限値Vbfを入力として、下式のようにベース電圧移動平均値Vbr(n)を算出する。
Vbr(n)=(Vbf(n-1)+…+Vbf(n-m))/m (22)式
0≦t<Tup
Vc(n)=((Vpr(n)−Vbr(n))/Tup)・t+Vbr(n) (31)式
Tup≦t<Tup+Tp
Vc(n)=Vpr(n) (32)式
Tup+Tp≦t<Tup+Tp+Tdw
Vc(n)=((Vbr(n)−Vpr(n))/Tdw)・(t−Tup−Tp)+Vpr(n) (33)式
Tup+Tp+Tdw≦t<Tup+Tp+Tdw+Tb
Vc(n)=Vbr(n) (34)式
ピーク立上り期間中はベース電流からピーク電流へと上昇する遷移電流を通電し、続くピーク期間中は前記ピーク電流を通電し、続くピーク立下り期間中は前記ピーク電流から前記ベース電流へと下降する遷移電流を通電し、続くベース期間中は前記ベース電流を通電し、これらの通電を1パルス周期として繰り返して前記ミグ溶接電流を通電し、
前記ミグ溶接電圧を検出し、このミグ溶接電圧検出値を入力として基準電圧波形を中心電圧値とする予め定めた変動範囲内に制限してミグ溶接電圧制限値を算出し、このミグ溶接電圧制限値に基づいて前記パルス周期又は前記ピーク期間を変化させて前記ミグアークのアーク長制御を行い、
前記ピーク期間中の前記ミグ溶接電圧制限値を過去所定期間にわたり移動平均してピーク電圧移動平均値を算出すると共に、前記ベース期間中の前記ミグ溶接電圧制限値を前記過去所定期間にわたり移動平均してベース電圧移動平均値を算出し、前記基準電圧波形を前記ピーク立上り期間中は前記ベース電圧移動平均値から前記ピーク電圧移動平均値へと上昇する遷移電圧に設定し、続く前記ピーク期間中は前記ピーク電圧移動平均値に設定し、続く前記ピーク立下り期間中は前記ピーク電圧移動平均値から前記ベース電圧移動平均値へと下降する遷移電圧に設定し、続く前記ベース期間中は前記ベース電圧移動平均値に設定し、
前記溶接ワイヤを囲むように供給されるガスを介して前記溶接トーチと前記母材との間にプラズマ溶接電流を通電することによってプラズマアークを発生させるプラズマミグ溶接方法において、
第n回目の前記パルス周期を開始するときに、第n−1回目〜第n−k回目(kは2以上の整数)までの前記パルス周期における全ての前記ミグ溶接電圧検出値が前記基準電圧波形を中心電圧値とする前記変動範囲の下限値以下であったときは、第n回目の前記パルス周期における前記ミグ溶接電圧制限値を前記基準電圧波形の中心電圧値として算出する、
ことを特徴とするプラズマミグ溶接方法である。
ことを特徴とする請求項1記載のプラズマミグ溶接方法である。
実施の形態1に係る発明は、第n回目の前記パルス周期を開始するときに、第n−1回目〜第n−k回目(kは2以上の整数)までの前記パルス周期における全ての前記ミグ溶接電圧検出値が前記基準電圧波形を中心電圧値とする前記変動範囲の下限値以下であったときは、第n回目のパルス周期におけるミグ溶接電圧制限値を基準電圧波形の中心電圧値として算出するものである。すなわち、本実施の形態では、パルス周期中の全てのミグ溶接電圧Vwmが変動範囲の下限値Vc−ΔVc以上である状態が複数回のパルス周期にわたって連続したときは、上述した金属蒸気の噴出に起因する異常電圧が発生したと判別し、ミグ溶接電圧制限値Vftを基準電圧波形の中心電圧値Vcとして出力することでこの異常電圧を除去している。以下、この実施の形態について説明する。
第n−3回目のパルス周期Tf(n-3)の開始時点において、上述した(21)式からピーク電圧移動平均値Vpr(n-3)を算出し、(22)式からベース電圧移動平均値Vbr(n-3)を算出する。そして、上述した(31)式〜(34)式に基づいて基準電圧波形Vc(n-3)を自動設定する。この基準電圧波形は、各パルス周期の開始時点において順次行われる。本パルス周期中は、ミグアークは安定した定常状態にあるので、陰極点の消滅又は再形成に起因する異常電圧及び金属蒸気の噴出に起因する異常電圧は共に発生していない。また、同図(B)に示すミグ溶接電圧Vwm(n-3)の波形は、ほぼ基準電圧波形Vc(n-3)と等しい状態にある。このために、同図(D)に示すように、ミグ溶接電圧制限値Vft(n-3)の波形は、同図(B)に示すミグ溶接電圧Vwm(n-3)の波形と同一となり、基準電圧波形Vc(n-3)とほぼ等しい波形となる。同図(A)に示すように、ミグ溶接電流Iwmを形成するピーク電流Ip及びベース電流Ibは、定電流制御されているので、7周期共に同一の波形となる。同図(C)に示すように、プラズマ溶接電流Iwpは、一定値の直流波形であり、その値は定電流制御されているので、7周期共に同一の値となる。
第n−2回目のパルス周期Tf(n-2)において、金属蒸気の噴出が生じたために、同図(B)に示すように、ミグ溶接電圧Vwm(n-2)は全体的に減少する方向にシフトした波形となる。そして、この周期中の全てのミグ溶接電圧Vwm(n-2)は、基準電圧波形を中心電圧値とする予め定めた変動範囲の下限値Vc(n-2)−ΔVcよりもかなり小さな値となっている。このために、同図(D)に示すように、ミグ溶接電圧制限値Vft(n-2)は、基準電圧波形を中心電圧値とする変動範囲の下限値Vc(n-2)−ΔVcの値となる。
第n−1回目のパルス周期Tf(n-1)中も金属蒸気の噴出が継続しているので、同図(B)に示すように、ミグ溶接電圧Vwm(n-1)は全体的に減少する方向にシフトした波形のままである。本周期開始時点での基準電圧波形Vc(n-1)は、前の周期のミグ溶接電圧制限値Vft(n-2)が減少したために、少し減少した波形となる。そして、この周期中の全てのミグ溶接電圧Vwm(n-1)は、基準電圧波形を中心電圧値とする変動範囲の下限値Vc(n-1)−ΔVcよりもかなり小さな値となっている。このために、同図(D)に示すように、ミグ溶接電圧制限値Vft(n-1)は、基準電圧波形を中心電圧値とする変動範囲の下限値Vc(n-1)−ΔVcの値となる。
第n回目のパルス周期Tf(n)中も金属蒸気の噴出が継続しているので、同図(B)に示すように、ミグ溶接電圧Vwm(n)は全体的に減少する方向にシフトした波形のままである。本周期開始時点での基準電圧波形Vc(n)は、前の周期のミグ溶接電圧制限値Vft(n-2)及びVft(n-1)が減少したために、少し減少した波形となる。本周期の開始時点において、それ以前の2周期Tf(n-2)、Tf(n-1)中の全てのミグ溶接電圧Vwm(n-2)、Vwm(n-1)が変動範囲の下限値以下であったので、本周期中のミグ溶接電圧Vwm(n)の値に関係なしに、ミグ溶接電圧制限値Vft(n)は基準電圧波形の中心電圧値Vc(n)となる。したがって、同図(D)に示すように、ミグ溶接電圧制限値Vft(n)は、前の周期よりもかなり増加した波形となり、第n−3回目のパルス周期Tf(n-3)におけるミグ溶接電圧制限値Vft(n-3)よりも少しだけ減少した波形となる。このようにして、金属蒸気の噴出に起因する異常電圧を除去することができる。
第n+1回目のパルス周期Tf(n+1)中も金属蒸気の噴出が継続しているので、同図(B)に示すように、ミグ溶接電圧Vwm(n+1)は全体的に減少する方向にシフトした波形のままである。本周期開始時点での基準電圧波形Vc(n+1)は、前の周期のミグ溶接電圧制限値Vft(n)が増加したために、少し増加した波形となる。本周期の開始時点において、それ以前の2周期Tf(n-1)、Tf(n)中の全てのミグ溶接電圧Vwm(n-1)、Vwm(n)が変動範囲の下限値以下であったので、本周期中のミグ溶接電圧Vwm(n+1)の値に関係なしに、ミグ溶接電圧制限値Vft(n+1)は基準電圧波形の中心電圧値Vc(n+1)となる。したがって、同図(D)に示すように、ミグ溶接電圧制限値Vft(n+1)は、前の周期よりも少しだけ増加した波形となる。このようにして、金属蒸気の噴出に起因する異常電圧を除去することができる。
第n+2回目のパルス周期Tf(n+2)において金属蒸気の噴出が停止するので、同図(B)に示すように、ミグ溶接電圧Vwm(n+2)は増加して第n−3回目のパルス周期Tf(n-3)と同様の定常状態の波形に戻る。本周期開始時点での基準電圧波形Vc(n+2)は、前の周期のミグ溶接電圧制限値Vft(n+1)が増加したために、少し増加した波形となる。本周期の開始時点において、それ以前の2周期Tf(n)、Tf(n+1)中の全てのミグ溶接電圧Vwm(n)、Vwm(n+1)が変動範囲の下限値以下であったので、本周期中のミグ溶接電圧Vwm(n+2)の値に関係なしに、ミグ溶接電圧制限値Vft(n+2)は基準電圧波形の中心電圧値Vc(n+2)となる。したがって、同図(D)に示すように、ミグ溶接電圧制限値Vft(n+2)は、前の周期よりも少しだけ増加した波形となる。
第n+3回目のパルス周期Tf(n+3)においても金属蒸気の噴出は停止しているので、同図(B)に示すように、ミグ溶接電圧Vwm(n+3)は第n−3回目のパルス周期Tf(n-3)と同様の定常状態の波形となる。本周期開始時点での基準電圧波形Vc(n+3)は、前の周期のミグ溶接電圧制限値Vft(n+2)が増加したために、少し増加した波形となる。本周期の開始時点において、それ以前の2周期Tf(n+1)、Tf(n+2)中の全てのミグ溶接電圧Vwm(n+1)、Vwm(n+2)が変動範囲の下限値以下ではないので、本周期中のミグ溶接電圧Vwm(n+3)は基準電圧波形を中心電圧値とする変動範囲Vc(n+3)±ΔVc内に制限される。したがって、同図(D)に示すように、ミグ溶接電圧制限値Vft(n+3)は、第n−3回目のパルス周期Tf(n-3)におけるミグ溶接電圧制限値Vft(n-3)とほぼ等しい波形となる。
1)各パルス周期の開始時点において従来技術と同様にミグ溶接電圧制限値Vftを移動平均することによって基準電圧波形を自動設定する。
2)第n回目のパルス周期Tf(n)の開始時点において、第n−1回目〜第n−k回目の各パルス周期における全てのミグ溶接電圧Vwmが、基準電圧波形を中心電圧値とする予め定めた変動範囲の下限値Vc−ΔVc以下であるときは、金属蒸気の噴出に起因する異常電圧が発生していると判別する。ここで、kは2以上の整数である。
3)金属蒸気の噴出に起因する異常電圧の発生を判別したときは、第n回目のパルス周期Tf(n)におけるミグ溶接電圧制限値Vft(n)を基準電圧波形の中心電圧値Vc(n)として算出する。
a)金属蒸気異常電圧判別信号MdがLowレベル(正常電圧時)のときは、図6で上述したように、経過時間信号Stに対応するミグ溶接電圧検出信号Vdを基準電圧波形信号Vc及び変動範囲設定信号ΔVcによって定まる変動範囲Vc±ΔVc内に制限して、ミグ溶接電圧制限値信号Vftを出力し、
b)金属蒸気異常電圧判別信号がHighレベル(異常電圧時)のときは、経過時間信号Stに対応する基準電圧波形信号Vcの値をそのままミグ溶接電圧制限値信号Vftとして出力する。
電圧移動平均値算出回路VRAは、このミグ溶接電圧制限値信号Vftを入力として、図8で上述したように、ピーク電圧移動平均値信号Vpr及びベース電圧移動平均値信号Vbrを算出する。これらの算出方法は、上述した(21)式及び(22)式に基づいて行われる。基準電圧波形設定回路VCは、これらピーク電圧移動平均値信号Vpr及びベース電圧移動平均値信号Vbrを入力として、図6で上述したような基準電圧波形信号Vcを出力する。この基準電圧波形信号Vcの設定は、上述した(31)式〜(34)式に基づいて行われる。
1b プラズマ電極
2 母材
3a ミグアーク
3b プラズマアーク
4 給電チップ
51 プラズマノズル
52 シールドガスノズル
61 センターガス
62 プラズマガス
63 シールドガス
7 送給ロール
CM 比較回路
EI 電流誤差増幅回路
Ei 電流誤差増幅信号
FC 送給制御回路
Fc 送給制御信号
FT ミグ溶接電圧制限値算出回路
Ib ベース電流
IBR ベース電流設定回路
Ibr ベース電流設定信号
IDM ミグ溶接電流検出回路
Idm ミグ溶接電流検出信号
IDP プラズマ溶接電流検出回路
Idp プラズマ溶接電流検出信号
Ip ピーク電流
IPR ピーク電流設定回路
Ipr ピーク電流設定信号
IRC 電流制御設定回路
Irc 電流制御設定信号
Iwm ミグ溶接電流
Iwp プラズマ溶接電流
IWPR プラズマ溶接電流設定回路
Iwpr プラズマ溶接電流設定信号
k 整数
MD 金属蒸気異常電圧判別回路
Md 金属蒸気異常電圧判別信号
PM 電源主回路
PSM ミグ溶接電源
PSP プラズマ溶接電源
ST 経過時間測定回路
St 経過時間信号
SV 電圧積分回路
Sv 電圧積分値信号
t、ta 経過時間
Tb ベース期間
Tdw ピーク立下り期間
Tf パルス周期(信号)
Tp ピーク期間
Tup ピーク立上り期間
Vb ベース電圧
Vbc 基準ベース電圧値
Vbf ベース電圧制限値
Vbr ベース電圧移動平均値(信号)
VC 基準電圧波形設定回路
Vc 基準電圧波形(信号)
VD 電圧検出回路
Vd ミグ溶接電圧検出信号
Vft ミグ溶接電圧制限値(信号)
Vp ピーク電圧
Vpc 基準ピーク電圧値
Vpf ピーク電圧制限値
Vpr ピーク電圧移動平均値(信号)
VR 電圧設定回路
Vr 電圧設定信号
VRA 電圧移動平均値算出回路
Vwm ミグ溶接電圧
Vwp プラズマ溶接電圧
WM 送給モータ
WT 溶接トーチ
ΔVC 変動範囲設定回路
ΔVc 変動範囲設定信号
ΔVc 変動範囲
Claims (2)
- 溶接トーチを通して送給される溶接ワイヤと母材との間にミグ溶接電圧を印加してミグ溶接電流を通電することによってミグアークを発生させ、
ピーク立上り期間中はベース電流からピーク電流へと上昇する遷移電流を通電し、続くピーク期間中は前記ピーク電流を通電し、続くピーク立下り期間中は前記ピーク電流から前記ベース電流へと下降する遷移電流を通電し、続くベース期間中は前記ベース電流を通電し、これらの通電を1パルス周期として繰り返して前記ミグ溶接電流を通電し、
前記ミグ溶接電圧を検出し、このミグ溶接電圧検出値を入力として基準電圧波形を中心電圧値とする予め定めた変動範囲内に制限してミグ溶接電圧制限値を算出し、このミグ溶接電圧制限値に基づいて前記パルス周期又は前記ピーク期間を変化させて前記ミグアークのアーク長制御を行い、
前記ピーク期間中の前記ミグ溶接電圧制限値を過去所定期間にわたり移動平均してピーク電圧移動平均値を算出すると共に、前記ベース期間中の前記ミグ溶接電圧制限値を前記過去所定期間にわたり移動平均してベース電圧移動平均値を算出し、前記基準電圧波形を前記ピーク立上り期間中は前記ベース電圧移動平均値から前記ピーク電圧移動平均値へと上昇する遷移電圧に設定し、続く前記ピーク期間中は前記ピーク電圧移動平均値に設定し、続く前記ピーク立下り期間中は前記ピーク電圧移動平均値から前記ベース電圧移動平均値へと下降する遷移電圧に設定し、続く前記ベース期間中は前記ベース電圧移動平均値に設定し、
前記溶接ワイヤを囲むように供給されるガスを介して前記溶接トーチと前記母材との間にプラズマ溶接電流を通電することによってプラズマアークを発生させるプラズマミグ溶接方法において、
第n回目の前記パルス周期を開始するときに、第n−1回目〜第n−k回目(kは2以上の整数)までの前記パルス周期における全ての前記ミグ溶接電圧検出値が前記基準電圧波形を中心電圧値とする前記変動範囲の下限値以下であったときは、第n回目の前記パルス周期における前記ミグ溶接電圧制限値を前記基準電圧波形の中心電圧値として算出する、
ことを特徴とするプラズマミグ溶接方法。 - 前記整数kを、ミグ溶接電流の平均値が大きくなるのに伴い大きくなるように変化させる、
ことを特徴とする請求項1記載のプラズマミグ溶接方法。
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