JP5557515B2 - Plasma MIG welding method - Google Patents
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Description
本発明は、1つの溶接トーチを用いてミグアークとプラズマアークとを同時に発生させて溶接を行うプラズマミグ溶接方法に関するものである。 The present invention relates to a plasma MIG welding method for performing welding by simultaneously generating a MIG arc and a plasma arc using a single welding torch.
従来から、プラズマ溶接方法とミグ溶接方法とを組み合わせたプラズマミグ溶接方法が提案されている(例えば、特許文献1参照)。このプラズマミグ溶接方法においては、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流を通電することによってミグアークを発生させる。これと同時に、溶接ワイヤを囲むようにアルゴンなどのガスを供給し、このガスを介して溶接トーチと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。溶接ワイヤは、ミグアークを発生させる電極として機能すると共に、その先端が溶融することにより溶滴となって母材の接合を補助する。したがって、プラズマミグ溶接方法は、厚板の高効率溶接、薄板の高速溶接等に使用されることが多い。 Conventionally, a plasma MIG welding method combining a plasma welding method and a MIG welding method has been proposed (see, for example, Patent Document 1). In this plasma MIG welding method, a MIG arc is generated by applying a MIG welding current between a welding wire fed through a welding torch and a base material. At the same time, a gas such as argon is supplied so as to surround the welding wire, and a plasma arc is generated by passing a plasma welding current between the welding torch and the base material through this gas. The welding wire functions as an electrode for generating a MIG arc, and the tip of the welding wire melts to form a droplet to assist the joining of the base materials. Therefore, the plasma MIG welding method is often used for high-efficiency welding of thick plates, high-speed welding of thin plates, and the like.
上記のミグ溶接電流は、スパッタの発生を抑制し、かつ、溶滴を安定して供給するために、一般的に直流のパルス波形が使用される。したがって、ミグ溶接方法は、一般的なミグパルス溶接方法である。ミグパルス溶接方法を含む消耗電極式アーク溶接方法では、溶接中のアーク長を適正値に維持することが重要であるために、アーク長制御が行われる。上記のプラズマ溶接電流には、直流又は直流パルス波形が使用される。これ以降の説明において、単にアーク長と記載したときはミグアークのアーク長を意味している。以下、上述したプラズマミグ溶接方法について説明する。 The MIG welding current generally uses a DC pulse waveform in order to suppress the generation of spatter and stably supply droplets. Therefore, the MIG welding method is a general MIG pulse welding method. In the consumable electrode type arc welding method including the MIG pulse welding method, it is important to maintain the arc length during welding at an appropriate value, and therefore arc length control is performed. A DC or DC pulse waveform is used for the plasma welding current. In the following description, when the arc length is simply described, it means the arc length of the MIG arc. Hereinafter, the plasma MIG welding method described above will be described.
図5は、プラズマミグ溶接方法を示す波形図である。同図(A)はミグ溶接電流Iwmを示し、同図(B)はミグ溶接電圧Vwmを示し、同図(C)はプラズマ溶接電流Iwpを示す。以下、同図を参照して説明する。 FIG. 5 is a waveform diagram showing a plasma MIG welding method. (A) shows the MIG welding current Iwm, (B) shows the MIG welding voltage Vwm, and (C) shows the plasma welding current Iwp. Hereinafter, a description will be given with reference to FIG.
同図(A)に示すように、ピーク期間Tp中のピーク電流Ip及びベース期間Tb中のベース電流Ibから成るミグ溶接電流Iwmが通電する。このピーク期間Tpとベース期間Tbとを合わせてパルス周期Tfになる。そして、このミグ溶接電流Iwmの通電に対応して、同図(B)に示すように、ピーク期間Tp中はピーク電圧Vpが溶接ワイヤと母材との間に印加し、ベース期間Tb中はベース電圧Vbが印加する。 As shown in FIG. 6A, a MIG welding current Iwm composed of a peak current Ip during the peak period Tp and a base current Ib during the base period Tb is energized. The peak period Tp and the base period Tb are combined to form a pulse period Tf. Corresponding to the energization of the MIG welding current Iwm, the peak voltage Vp is applied between the welding wire and the base material during the peak period Tp, and during the base period Tb, as shown in FIG. A base voltage Vb is applied.
ミグ溶接では、良好な溶接品質を得るためにアーク長を適正値に維持するアーク長制御が行われる。通常、このアーク長制御は、ミグ溶接電圧Vwmがアーク長と略比例関係にあることを利用して、ミグ溶接電圧Vwmの平均値が予め定めた電圧設定値と等しくなるようにパルス周期が制御される。ミグ溶接電圧Vwmの平均値は、ミグ溶接電圧Vwmをローパスフィルタに通すことによって生成される。このアーク長制御の方式は、周波数変調方式と呼ばれる。この場合、ピーク期間Tp、ピーク電流Ip及びベース電流Ibは所定値に設定され、パルスパラメータとなる。ピーク電流Ipは臨界値以上に設定され、ピーク期間Tpと組み合わせてユニットパルス条件と呼ばれる。このユニットパルス条件は、1パルス周期1溶滴移行になるように設定される。ベース電流Ibは、臨界値未満の数十A程度の小電流値に設定される。ユニットパルス条件及びベース電流Ibは、溶接ワイヤの材質、直径、送給速度等に応じて適正値に設定される。 In MIG welding, arc length control is performed to maintain the arc length at an appropriate value in order to obtain good welding quality. Normally, this arc length control uses the fact that the MIG welding voltage Vwm is substantially proportional to the arc length, and controls the pulse cycle so that the average value of the MIG welding voltage Vwm is equal to a predetermined voltage setting value. Is done. The average value of the MIG welding voltage Vwm is generated by passing the MIG welding voltage Vwm through a low-pass filter. This arc length control method is called a frequency modulation method. In this case, the peak period Tp, the peak current Ip, and the base current Ib are set to predetermined values and become pulse parameters. The peak current Ip is set to a critical value or more and is called a unit pulse condition in combination with the peak period Tp. This unit pulse condition is set so that one droplet period is one droplet transfer. The base current Ib is set to a small current value of about several tens of A that is less than the critical value. The unit pulse condition and the base current Ib are set to appropriate values according to the welding wire material, diameter, feeding speed, and the like.
他方、同図(C)に示すように、プラズマ溶接電流Iwpは、定電流制御されており、予め定めた一定値の直流波形となる。したがって、プラズマアークは、一定値のプラズマ溶接電流Iwpの通電によって発生している。 On the other hand, as shown in FIG. 5C, the plasma welding current Iwp is constant-current controlled and becomes a DC waveform having a predetermined constant value. Therefore, the plasma arc is generated by energizing the plasma welding current Iwp with a constant value.
プラズマミグ溶接では、1つの溶接トーチと母材との間にミグアークとプラズマアークの2つのアークが同時に発生している。そして、ミグアークは、プラズマアークに包まれた状態で発生している。このために、ミグアークの溶接ワイヤは、プラズマアークから熱を受けることになる。ミグアークのアーク長は、送給速度と溶融速度とがバランスして所定値に維持される。送給速度は一定値である。溶融速度は、ミグ溶接電流Iwmの平均値に略比例する。プラズマミグ溶接では、プラズマ溶接電流Iwpの平均値に略比例する溶融速度が加味することになる。すなわち、送給速度=(ミグ溶接電流Iwmの平均値による溶融速度)+(プラズマ溶接電流Iwpの平均値による溶融速度)となる。送給速度が一定値であるので、プラズマ溶接電流Iwpの平均値による溶融速度が大きくなるとアーク長を一定値に維持するために、ミグ溶接電流Iwmの平均値による溶融速度は小さくなるようにアーク長制御が作用する。ミグ溶接電流Iwmの平均値は、図5(A)に示すように、パルス周期Tfに反比例する。この結果、プラズマ溶接電流Iwpの平均値が大きくなると、プラズマ溶接電流Iwpの平均値による溶融速度が大きくなり、ミグ溶接電流Iwmの平均値による溶融速度が小さくなるようにアーク長制御が作用し、ミグ溶接電流Iwmのパルス周期Tfが長くなる。パルス周期Tfが変化すると、1パルス周期ごとに移行する溶滴の大きさが変化することになる。プラズマ溶接電流Iwpの平均値が大きくなり、パルス周期があまり長くなると、溶滴のサイズが大きくなり、溶滴移行状態が不安定になる。このようになると、図6に示すように、ビード表面に筋があるごつごつとしたビード外観となる。数値例を挙げると、以下のようになる。溶接ワイヤ:直径1.2mmのアルミニウム合金ワイヤ、送給速度=9m/min、ピーク期間Tp=1.2ms、ピーク電流Ip=300A、ベース電流Ib=30Aの溶接条件において、プラズマ溶接電流Iwp=50Aのときパルス周期Tf=4.5msとなり、Iwp=100AのときTf=8msとなる。このように、パルス周期Tfは約2倍長くなっている。 In plasma MIG welding, two arcs of MIG arc and plasma arc are generated simultaneously between one welding torch and the base material. The mig arc is generated in a state of being surrounded by a plasma arc. For this reason, the MIG arc welding wire receives heat from the plasma arc. The arc length of the MIG arc is maintained at a predetermined value by balancing the feeding speed and the melting speed. The feeding speed is a constant value. The melting rate is substantially proportional to the average value of the MIG welding current Iwm. In plasma MIG welding, a melting rate approximately proportional to the average value of the plasma welding current Iwp is taken into account. That is, feeding speed = (melting speed based on average value of MIG welding current Iwm) + (melting speed based on average value of plasma welding current Iwp). Since the feed rate is a constant value, the arc length is maintained so that the arc length is kept constant when the melting rate based on the average value of the plasma welding current Iwp is increased, so that the melting rate based on the average value of the MIG welding current Iwm is reduced. Long control works. The average value of the MIG welding current Iwm is inversely proportional to the pulse period Tf, as shown in FIG. As a result, when the average value of plasma welding current Iwp increases, the arc length control acts so that the melting rate by the average value of plasma welding current Iwp increases and the melting rate by the average value of MIG welding current Iwm decreases. The pulse period Tf of the MIG welding current Iwm becomes longer. When the pulse period Tf changes, the size of the droplet that moves every pulse period changes. When the average value of the plasma welding current Iwp becomes large and the pulse period becomes too long, the size of the droplet increases and the droplet transfer state becomes unstable. If it becomes like this, as shown in FIG. 6, it will become the rough bead appearance which has a streak on the bead surface. A numerical example is as follows. Welding wire: Aluminum alloy wire with a diameter of 1.2 mm, feed rate = 9 m / min, peak period Tp = 1.2 ms, peak current Ip = 300 A, base current Ib = 30 A, plasma welding current Iwp = 50 A In this case, the pulse period Tf = 4.5 ms, and when Iwp = 100 A, Tf = 8 ms. Thus, the pulse period Tf is about twice as long.
そこで、本発明では、プラズマ電流の設定値が変化しても安定した溶滴移行状態を維持することができ、かつ、良好なビード外観を得ることができるプラズマミグ溶接方法を提供することを目的とする。 Accordingly, an object of the present invention is to provide a plasma MIG welding method that can maintain a stable droplet transfer state even when the set value of the plasma current changes and can obtain a good bead appearance. To do.
上述した課題を解決するために、請求項1の発明は、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ピーク期間中のピーク電流及びベース期間中のベース電流を1パルス周期とする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ると共に、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、
ミグ溶接電圧値が予め定めた電圧設定値と等しくなるように前記パルス周期を制御してアーク長制御を行い、前記ピーク期間及び前記ピーク電流を前記プラズマ溶接電流の平均値に応じて前記パルス周期が一定値になるように変化させる、
ことを特徴とするプラズマミグ溶接方法である。
In order to solve the above-mentioned problem, the invention of
The arc period is controlled by controlling the pulse period so that the MIG welding voltage value becomes equal to a predetermined voltage setting value, and the peak period and the peak current are set according to the average value of the plasma welding current. Change so that becomes a constant value,
This is a plasma MIG welding method.
本発明によれば、プラズマ溶接電流の平均値に応じてミグ溶接電流におけるピーク期間及びピーク電流を変化させることによって、パルス周期を一定値に維持することができる。このために、プラズマ溶接電流の平均値が変化しても1パルス周期当たりの溶滴サイズが略一定になるので、溶滴移行状態が安定になる。この結果、表面に筋のない、なめらかな美しいビード外観を得ることができる。 According to the present invention, the pulse period can be maintained at a constant value by changing the peak period and the peak current in the MIG welding current according to the average value of the plasma welding current. For this reason, even if the average value of the plasma welding current changes, the droplet size per pulse period becomes substantially constant, so that the droplet transfer state becomes stable. As a result, a smooth and beautiful bead appearance having no streaks on the surface can be obtained.
以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。 Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
図1は、本発明の実施の形態に係るプラズマミグ溶接方法を実施するための溶接装置の構成図である。以下、同図を参照して、各構成物について説明する。 FIG. 1 is a configuration diagram of a welding apparatus for performing a plasma MIG welding method according to an embodiment of the present invention. Hereinafter, each component will be described with reference to FIG.
本溶接装置は、破線で囲まれた溶接トーチWT、ミグ溶接電源PSM及びプラズマ溶接電源PSPを備えている。溶接トーチWTは、シールドガスノズル52内に、プラズマノズル51、プラズマ電極1b及び給電チップ4が同心軸上に配置された構造となっている。シールドガスノズル52とプラズマノズル51との隙間からは、たとえばアルゴンガス、アルゴンガスと炭酸ガスとの混合ガス等のシールドガス63が供給される。プラズマノズル51とプラズマ電極1bとの間には、たとえばアルゴンガス、アルゴンガスと炭酸ガスとの混合ガス等のプラズマガス62が供給される。プラズマ電極1bと給電チップ4との間には、たとえばアルゴンガス、アルゴンガスと炭酸ガスとの混合ガス等のセンターガス61が供給される。
This welding apparatus includes a welding torch WT, a MIG welding power source PSM, and a plasma welding power source PSP surrounded by a broken line. The welding torch WT has a structure in which a
給電チップ4に設けられた貫通孔からは、溶接ワイヤ1aが送給される。給電チップ4は、溶接ワイヤ1aに対して導通している。溶接ワイヤ1aは、送給モータWMを駆動源とする送給ロール7の回転によって送給される。プラズマ電極1bは、たとえば銅又は銅合金からなり、図外の経路を通る冷却水によって間接的に水冷されている。プラズマノズル51は、たとえば銅又は銅合金からなり、冷却水を通す流路が形成されていることにより、直接冷却されている。溶接トーチWTは、通常ロボット(図示は省略)によって保持された状態で、母材2に対して移動させられる。溶接ワイヤ1aの先端と母材2との間には、ミグアーク3aが発生する。プラズマ電極1bと母材2との間には、プラズマガス62によって熱的に拘束されたプラズマアーク3bが発生する。したがって、ミグアーク3aは、プラズマアーク3bに包まれた状態になっている。したがって、プラズマアーク3bは、ミグアーク3aの形状が広がるのを拘束する作用がある。
A welding wire 1 a is fed from a through hole provided in the
ミグ溶接電源PSMは、給電チップ4を介して溶接ワイヤ1aと母材2との間に、ミグ溶接電圧Vwmを印加することにより、ミグ溶接電流Iwmを通電するための電源である。ミグ溶接電源PSMからは、送給モータWMに対して送給制御信号Fcが送られ、溶接ワイヤ1aの送給速度が制御される。ミグ溶接電源PSMからミグ溶接電圧Vwmが印加されるときは、溶接ワイヤ1aが+側とされる。ミグ溶接電源PSMは、定電圧特性の電源であり、ミグ溶接電圧Vwmが予め定めた電圧設定信号Vr(図示は省略)の値と等しくなるように制御される。また、ミグ溶接電流Iwmは、溶接ワイヤ1aの送給速度によってその値が定まる。
The MIG welding power source PSM is a power source for energizing the MIG welding current Iwm by applying the MIG welding voltage Vwm between the welding wire 1 a and the
プラズマ溶接電源PSPは、プラズマ電極1bと母材2との間にプラズマ溶接電圧Vwpを印加することによりプラズマ溶接電流Iwpを通電するための電源である。プラズマ溶接電源PSPからプラズマ溶接電圧Vwpが印加されるときは、プラズマ電極1bが+側とされる。プラズマ溶接電源PSPは、定電流特性の電源であり、プラズマ溶接電流Iwpが所定値になるように制御される。
The plasma welding power source PSP is a power source for energizing the plasma welding current Iwp by applying a plasma welding voltage Vwp between the plasma electrode 1b and the
プラズマ溶接電流設定回路IWPRは、予め定めたプラズマ溶接電流設定信号Iwprをミグ溶接電源PSM及びプラズマ溶接電源PSPに出力する。このプラズマ溶接電流設定信号Iwprは、上記のプラズマ溶接電流Iwpを設定するための信号である。プラズマ溶接電流設定回路IWPRは、ロボット溶接にあってはロボット制御装置内に設けられている。 The plasma welding current setting circuit IWPR outputs a predetermined plasma welding current setting signal Iwpr to the MIG welding power source PSM and the plasma welding power source PSP. The plasma welding current setting signal Iwpr is a signal for setting the plasma welding current Iwp. The plasma welding current setting circuit IWPR is provided in the robot controller for robot welding.
ミグ溶接電流Iwm、ミグ溶接電圧Vwm及びプラズマ溶接電流Iwpの波形図は、上述した図5と同一である。但し、プラズマ溶接電流Iwpにパルス波形を使用する場合もある。そのために、プラズマ溶接電流Iwpのパラメータとしては、瞬時値ではなく平均値を使用することにする。プラズマ溶接電流Iwpが直流であるときは、瞬時値と平均値とは一致することになる。本実施の形態では、ユニットパルス条件であるピーク期間Tp及びピーク電流Ipがプラズマ溶接電流Iwpの平均値によって変化する。この点が従来技術とは異なっている。以下、この点について説明する。 Waveform diagrams of the MIG welding current Iwm, the MIG welding voltage Vwm, and the plasma welding current Iwp are the same as those in FIG. 5 described above. However, a pulse waveform may be used for the plasma welding current Iwp. Therefore, an average value is used instead of an instantaneous value as a parameter of the plasma welding current Iwp. When the plasma welding current Iwp is a direct current, the instantaneous value and the average value coincide with each other. In the present embodiment, the peak period Tp and the peak current Ip, which are unit pulse conditions, vary depending on the average value of the plasma welding current Iwp. This is different from the prior art. Hereinafter, this point will be described.
図2は、プラズマ溶接電流Iwpの平均値(A)とユニットパルス条件であるピーク期間Tp(ms)及びピーク電流Ip(A)との関係を示す図である。同図の横軸は、プラズマ溶接電流Iwpの平均値(A)を示し、実用上使用されることが多い50〜150Aの範囲を示している。縦軸は、ピーク期間Tp(ms)及びピーク電流Ip(A)を示している。同図において、実線はピーク期間Tpの変化を示し、破線はピーク電流Ipの変化を示す。溶接ワイヤには、上述した数値例のときと同様に、直径1.2mmのアルミニウム合金ワイヤを使用し、送給速度=9m/minの場合である。ベース電流Ibは30Aで一定値となっている。 FIG. 2 is a diagram showing the relationship between the average value (A) of the plasma welding current Iwp, the peak period Tp (ms) and the peak current Ip (A) which are unit pulse conditions. The horizontal axis of the figure shows the average value (A) of the plasma welding current Iwp, and shows the range of 50 to 150 A that is often used in practice. The vertical axis represents the peak period Tp (ms) and the peak current Ip (A). In the figure, the solid line shows the change in the peak period Tp, and the broken line shows the change in the peak current Ip. As in the numerical example described above, an aluminum alloy wire having a diameter of 1.2 mm is used for the welding wire, and the feed rate is 9 m / min. The base current Ib is a constant value at 30A.
プラズマ溶接電流Iwpの平均値が50Aのとき、ピーク期間Tp=1.2ms及びピーク電流Ip=300Aに設定されている。このときのパルス周期Tfは4.5msとなっている。プラズマ溶接電流Iwpの平均値が大きくなるのに伴い、ピーク期間Tp及びピーク電流Ipは共に小さくなる。そして、プラズマ溶接電流Iwpの平均値が100Aとなると、ピーク期間Tp=0.8ms及びピーク電流Ip=270Aに設定される。このときのパルス周期Tfは上記と略同一値になる。プラズマ溶接電流Iwpの平均値が150Aになると、ピーク期間Tp=0.6ms及びピーク電流Ip=260Aとなる。このときのパルス周期Tfも上記と略同一値となる。ここで、パルス周期Tfが略同一値であるのは、上述したように、パルス周期Tfはミグ溶接電圧Vwmの平均値と予め定めた電圧設定値とが等しくなるようにフィードバック制御によって定まるために、全く同一値にはならない。±10%の範囲で同一値となる。 When the average value of the plasma welding current Iwp is 50 A, the peak period Tp = 1.2 ms and the peak current Ip = 300 A are set. The pulse period Tf at this time is 4.5 ms. As the average value of the plasma welding current Iwp increases, both the peak period Tp and the peak current Ip decrease. When the average value of the plasma welding current Iwp reaches 100 A, the peak period Tp = 0.8 ms and the peak current Ip = 270 A are set. At this time, the pulse period Tf has substantially the same value as described above. When the average value of the plasma welding current Iwp is 150 A, the peak period Tp = 0.6 ms and the peak current Ip = 260 A. The pulse period Tf at this time is also substantially the same value as above. Here, the reason why the pulse period Tf is substantially the same value is that, as described above, the pulse period Tf is determined by feedback control so that the average value of the MIG welding voltage Vwm is equal to the predetermined voltage setting value. , They are not exactly the same value. It becomes the same value in the range of ± 10%.
プラズマ溶接電流Iwpの平均値が大きくなると、上述したように、ミグアークの溶接ワイヤの溶融速度への寄与分が大きくなる。このために、アーク長を一定値に維持するために必要なミグ溶接電流Iwmの平均値は小さくなる。このときに、同図に示すように、ユニットパルス条件であるピーク期間Tp及びピーク電流Ipが小さくなると、パルス周期Tfが変化しない状態で平均値が小さくなる。したがって、プラズマ溶接電流Iwpの平均値を大きくするのに伴い、ユニットパルス条件を小さくすると、パルス周期Tfを一定値に保持することができる。 When the average value of the plasma welding current Iwp increases, as described above, the contribution of the MIG arc to the melting rate of the welding wire increases. For this reason, the average value of the MIG welding current Iwm necessary for maintaining the arc length at a constant value becomes small. At this time, as shown in the figure, when the peak period Tp and the peak current Ip which are unit pulse conditions become small, the average value becomes small in a state where the pulse period Tf does not change. Therefore, if the unit pulse condition is reduced as the average value of the plasma welding current Iwp is increased, the pulse period Tf can be maintained at a constant value.
同図に示すプラズマ溶接電流Iwpの平均値に対するピーク期間Tpの変化をピーク期間算出関数と呼ぶことにする。また、プラズマ溶接電流Iwpの平均値に対するピーク電流Ipの変化をピーク電流算出関数と呼ぶことにする。これらの関数は、溶接ワイヤの材質、直径、送給速度等に応じて適正値に設定される。この設定は、実験によって行われる。 The change of the peak period Tp with respect to the average value of the plasma welding current Iwp shown in the figure is called a peak period calculation function. Further, the change of the peak current Ip with respect to the average value of the plasma welding current Iwp is referred to as a peak current calculation function. These functions are set to appropriate values according to the material, diameter, feed speed, etc. of the welding wire. This setting is performed by experiment.
図3は、上述した図1を構成するミグ溶接電源PSMのブロック図である。以下、同図を参照して各ブロックについて説明する。 FIG. 3 is a block diagram of the MIG welding power source PSM constituting the above-described FIG. Hereinafter, each block will be described with reference to FIG.
電源主回路PMは、3相200V等の賞用電源(図示は省略)を入力として、後述する電流誤差増幅信号Eiに従ってインバータ制御等の出力制御を行い、ミグ溶接電圧Vwm及びミグ溶接電流Iwmを出力する。この電源主回路PMは、図示は省略するが、商用電源を整流する1次整流回路と、整流された直流を平滑するコンデンサと、平滑された直流を高周波交流に変換するインバータ回路と、高周波交流をアーク溶接に適した電圧値に降圧するインバータトランスと、降圧された高周波交流を整流する2次整流回路と、整流された直流を平滑するリアクトルと、後述する電流誤差増幅信号Eiに従ってPWM変調制御を行ないその結果に基づいてインバータ回路を駆動する駆動回路と、から構成される。溶接ワイヤ1aは、送給モータWMに結合された送給ロール7によって給電チップ4内を通って送給され、母材2との間にミグアーク3aが発生する。溶接トーチの構造は図1のとおりであり、ここでは簡略化して図示している。
The power supply main circuit PM receives an award power supply (not shown) such as a three-phase 200V and performs output control such as inverter control in accordance with a current error amplification signal Ei described later to obtain the MIG welding voltage Vwm and the MIG welding current Iwm. Output. Although not shown, the power supply main circuit PM includes a primary rectifier circuit that rectifies commercial power, a capacitor that smoothes the rectified direct current, an inverter circuit that converts the smoothed direct current into high frequency alternating current, and high frequency alternating current PWM modulation control according to an inverter transformer that steps down the voltage to a voltage value suitable for arc welding, a secondary rectifier circuit that rectifies the stepped-down high-frequency alternating current, a reactor that smoothes the rectified direct current, and a current error amplification signal Ei described later And a drive circuit for driving the inverter circuit based on the result. The welding wire 1 a is fed through the
電圧検出回路VDは、ミグ溶接電圧Vwmを検出して、電圧検出信号Vdを出力する。電圧平均値算出回路VAVは、この電圧検出信号Vdの平均値を算出して、電圧平均値信号Vavを出力する。 The voltage detection circuit VD detects the MIG welding voltage Vwm and outputs a voltage detection signal Vd. The voltage average value calculation circuit VAV calculates an average value of the voltage detection signal Vd and outputs a voltage average value signal Vav.
図1で上述したように、ミグ溶接電源PSMの外部に設けられたプラズマ溶接電流設定回路IWPRは、予め定めたプラズマ溶接電流設定信号Iwprを出力する。プラズマ溶接電流平均値算出回路IWPAは、このプラズマ溶接電流設定信号Iwprを入力として、その値の平均値を算出して、プラズマ溶接電流平均値信号Iwpaを出力する。送給制御回路FCは、予め定めた送給速度設定値で溶接ワイヤ1aを送給するための送給制御信号Fcを送給モータWMに出力する。 As described above with reference to FIG. 1, the plasma welding current setting circuit IWPR provided outside the MIG welding power source PSM outputs a predetermined plasma welding current setting signal Iwpr. The plasma welding current average value calculation circuit IWPA receives the plasma welding current setting signal Iwpr, calculates an average value of the values, and outputs a plasma welding current average value signal Iwpa. The feed control circuit FC outputs a feed control signal Fc for feeding the welding wire 1a at a preset feed speed set value to the feed motor WM.
電圧設定回路VRは、予め定めた電圧設定信号Vrを出力する。電圧誤差増幅回路EVは、この電圧設定信号Vrと上記の電圧平均値信号Vavとの誤差を増幅して、電圧誤差増幅信号Evを出力する。電圧/周波数変換回路VFは、この電圧誤差増幅信号Evの値に応じた周波数を有するパルス周期信号Tfを出力する。このパルス周期信号Tfは、パルス周期ごとに短時間だけHighレベルになるトリガ信号である。 The voltage setting circuit VR outputs a predetermined voltage setting signal Vr. The voltage error amplification circuit EV amplifies an error between the voltage setting signal Vr and the voltage average value signal Vav, and outputs a voltage error amplification signal Ev. The voltage / frequency conversion circuit VF outputs a pulse period signal Tf having a frequency corresponding to the value of the voltage error amplification signal Ev. The pulse period signal Tf is a trigger signal that becomes High level for a short time every pulse period.
ピーク期間設定回路TPRは、上記のプラズマ溶接電流平均値信号Iwpaを入力として、図2で上述したような予め定めたピーク期間算出関数に基づいてピーク期間設定信号Tprを出力する。ピーク期間タイマ回路TPは、上記のパルス周期信号TfがHighレベルになると上記のピーク期間設定信号Tprの値によって定まる期間だけHighレベルになるピーク期間信号Tpを出力する。このピーク期間信号TpがHighレベルのときがピーク期間となり、Lowレベルのときがベース期間となる。 The peak period setting circuit TPR receives the above-mentioned plasma welding current average value signal Iwpa and outputs a peak period setting signal Tpr based on a predetermined peak period calculation function as described above with reference to FIG. The peak period timer circuit TP outputs a peak period signal Tp that is at a high level only during a period determined by the value of the peak period setting signal Tpr when the pulse period signal Tf is at a high level. The peak period is the peak period when the peak period signal Tp is at the high level, and the base period is when the peak period signal Tp is at the low level.
ベース電流設定回路IBRは、予め定めたベース電流設定信号Ibrを出力する。ピーク電流設定回路IPRは、上記のプラズマ溶接電流平均値信号Iwpaを入力として、図2で上述したようなピーク電流算出関数に基づいてピーク電流設定信号Iprを出力する。電流設定制御回路IRCは、上記のピーク期間信号TpがLowレベルのときは上記のベース電流設定信号Ibrを電流設定制御信号Ircとして出力し、Highレベルのときは上記のピーク電流設定信号Iprを電流設定制御信号Ircとして出力する。 The base current setting circuit IBR outputs a predetermined base current setting signal Ibr. The peak current setting circuit IPR receives the plasma welding current average value signal Iwpa and outputs a peak current setting signal Ipr based on the peak current calculation function as described above with reference to FIG. The current setting control circuit IRC outputs the base current setting signal Ibr as the current setting control signal Irc when the peak period signal Tp is at the low level, and outputs the peak current setting signal Ipr as the current when the peak period signal Tp is at the high level. It is output as a setting control signal Irc.
電流検出回路IDは、ミグ溶接電流Iwmを検出して、電流検出信号Idを出力する。電流誤差増幅回路EIは、上記の電流設定制御信号Ircと上記の電流検出信号Idとの誤差を増幅して、電流誤差増幅信号Eiを出力する。この電流誤差増幅信号Eiに従って溶接電源の出力制御が行われることによって図5(A)で上述したミグ溶接電流Iwmが通電する。上述したミグ溶接電源PSMは、ミグ溶接電圧Vwmの平均値が電圧設定信号Vrの値と等しくなるようにパルス周期が変化して出力制御されるので、定電圧特性の電源となる。上記のプラズマ溶接電流設定信号Iwprがパルス波形であるときでも、上記のプラズマ溶接電流平均値算出回路IWPAによってプラズマ溶接電流設定信号Iwprの平均値Iwpaが算出される。そして、この平均値Iwpaに対応したピーク期間Tp及びピーク電流Ipが設定される。 The current detection circuit ID detects the MIG welding current Iwm and outputs a current detection signal Id. The current error amplification circuit EI amplifies an error between the current setting control signal Irc and the current detection signal Id, and outputs a current error amplification signal Ei. By performing output control of the welding power source in accordance with the current error amplification signal Ei, the MIG welding current Iwm described above with reference to FIG. The above-described MIG welding power source PSM is a power source having constant voltage characteristics because the output is controlled by changing the pulse period so that the average value of the MIG welding voltage Vwm becomes equal to the value of the voltage setting signal Vr. Even when the plasma welding current setting signal Iwpr has a pulse waveform, the plasma welding current average value calculation circuit IWPA calculates the average value Iwpa of the plasma welding current setting signal Iwpr. Then, a peak period Tp and a peak current Ip corresponding to the average value Iwpa are set.
図4は、上述した図1を構成するプラズマ溶接電源PSPのブロック図である。以下、同図を参照して各ブロックについて説明する。 FIG. 4 is a block diagram of the plasma welding power source PSP constituting the above-described FIG. Hereinafter, each block will be described with reference to FIG.
電源主回路PMは、3相200V等の賞用電源(図示は省略)を入力として、後述する電流誤差増幅信号Eiに従ってインバータ制御等の出力制御を行いプラズマ溶接電流Iwpを出力する。このプラズマ溶接電流Iwpは、プラズマ電極1b、プラズマアーク3b、母材2を通って通電する。溶接トーチの構造は上述した図1のとおりであるが、ここでは簡略化して図示している。
The power supply main circuit PM receives an award power supply (not shown) such as three-phase 200V as an input, performs output control such as inverter control in accordance with a current error amplification signal Ei described later, and outputs a plasma welding current Iwp. The plasma welding current Iwp is energized through the plasma electrode 1b, the
図1で上述したように、プラズマ溶接電源PSPの外部に設けられたプラズマ溶接電流設定回路IWPRは、予め定めたプラズマ溶接電流設定信号Iwprを出力する。電流検出回路IDは、上記のプラズマ溶接電流Iwpを検出して、電流検出信号Idを出力する。電流誤差増幅回路EIは、上記のプラズマ溶接電流設定信号Iwprと上記の電流検出信号Idとの誤差を増幅して電流誤差増幅信号Eiを出力する。この電流誤差増幅信号Eiに従って溶接電源の出力制御が行われることによって、図5(C)で上述した直流のプラズマ溶接電流Iwpが通電する。上述したプラズマ溶接電源PSPは、プラズマ溶接電流Iwpがプラズマ溶接電流設定信号Iwprの値と等しくなるように出力制御されるので、定電流特性の電源となる。上記のプラズマ溶接電流設定信号Iwprをパルス波形状に変化させると、プラズマ溶接電流Iwpはパルス波形となる。 As described above with reference to FIG. 1, the plasma welding current setting circuit IWPR provided outside the plasma welding power source PSP outputs a predetermined plasma welding current setting signal Iwpr. The current detection circuit ID detects the plasma welding current Iwp and outputs a current detection signal Id. The current error amplification circuit EI amplifies an error between the plasma welding current setting signal Iwpr and the current detection signal Id and outputs a current error amplification signal Ei. By performing output control of the welding power source in accordance with the current error amplification signal Ei, the DC plasma welding current Iwp described above with reference to FIG. Since the plasma welding power source PSP described above is output-controlled so that the plasma welding current Iwp is equal to the value of the plasma welding current setting signal Iwpr, it is a power source with constant current characteristics. When the plasma welding current setting signal Iwpr is changed to a pulse wave shape, the plasma welding current Iwp has a pulse waveform.
上述した実施の形態によれば、プラズマ溶接電流の平均値に応じてミグ溶接電流におけるピーク期間及びピーク電流を変化させることによって、パルス周期を一定値に維持することができる。このために、プラズマ溶接電流の平均値が変化しても1パルス周期当たりの溶滴サイズが略一定になるので、溶滴移行状態が安定になる。この結果、表面に筋のない、なめらかな美しいビード外観を得ることができる。 According to the above-described embodiment, the pulse period can be maintained at a constant value by changing the peak period and the peak current in the MIG welding current according to the average value of the plasma welding current. For this reason, even if the average value of the plasma welding current changes, the droplet size per pulse period becomes substantially constant, so that the droplet transfer state becomes stable. As a result, a smooth and beautiful bead appearance having no streaks on the surface can be obtained.
1a 溶接ワイヤ
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
EI 電流誤差増幅回路
Ei 電流誤差増幅信号
EV 電圧誤差増幅回路
Ev 電圧誤差増幅信号
FC 送給制御回路
Fc 送給制御信号
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
ID 電流検出回路
Id 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 電流設定制御回路
Irc 電流設定制御信号
Iwm ミグ溶接電流
Iwp プラズマ溶接電流
IWPA プラズマ溶接電流平均値算出回路
Iwpa プラズマ溶接電流平均値信号
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
PM 電源主回路
PSM ミグ溶接電源
PSP プラズマ溶接電源
Tb ベース期間
Tf パルス周期(信号)
TP ピーク期間タイマ回路
Tp ピーク期間(信号)
TPR ピーク期間設定回路
Tpr ピーク期間設定信号
VAV 電圧平均値算出回路
Vav 電圧平均値信号
Vb ベース電圧
VD 電圧検出回路
Vd 電圧検出信号
VF 電圧/周波数変換回路
Vp ピーク電圧
VR 電圧設定回路
Vr 電圧設定信号
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
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1a Welding wire
TP Peak period timer circuit Tp Peak period (signal)
TPR Peak period setting circuit Tpr Peak period setting signal VAV Voltage average value calculation circuit Vav Voltage average value signal Vb Base voltage VD Voltage detection circuit Vd Voltage detection signal VF Voltage / frequency conversion circuit Vp Peak voltage VR Voltage setting circuit Vr Voltage setting signal Vwm MIG welding voltage Vwp Plasma welding voltage WM Feed motor WT Welding torch
Claims (1)
ミグ溶接電圧値が予め定めた電圧設定値と等しくなるように前記パルス周期を制御してアーク長制御を行い、前記ピーク期間及び前記ピーク電流を前記プラズマ溶接電流の平均値に応じて前記パルス周期が一定値になるように変化させる、
ことを特徴とするプラズマミグ溶接方法。 A MIG arc is generated by passing a MIG welding current having a peak current during a peak period and a base current during a base period as one pulse period between a welding wire and a base material fed through a welding torch, and In a plasma MIG welding method for generating a plasma arc by energizing a plasma welding current between the welding torch and the base material via a gas supplied so as to surround a welding wire,
The arc period is controlled by controlling the pulse period so that the MIG welding voltage value becomes equal to a predetermined voltage setting value, and the peak period and the peak current are set according to the average value of the plasma welding current. Change so that becomes a constant value,
The plasma MIG welding method characterized by the above-mentioned.
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