JP6112605B2 - 溶接電源のくびれ検出制御方法 - Google Patents
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Description
Vd1=Vw1+L・dIg/dt …(11)式
Vd2=Vw2+L・dIg/dt …(12)式
したがって、第1溶接電圧検出信号Vd1は、第1溶接電圧Vw1に合算溶接電流Igの変化によって共通通電路のインダクタンス値Lに発生する電圧が重畳した値となる。第2溶接電圧検出信号Vd2についても同様である。
時刻t1において第1溶接ワイヤ11がワーク2と接触すると短絡状態になり、同図(B)に示すように、第1溶接電圧検出信号Vd1は数V程度の短絡電圧値に急減する。同図(A)に示すように、第1溶接電流Iw1は、時刻t1においてアーク期間の溶接電流から減少し、時刻t1〜t11の予め定めた初期期間中は予め定めた初期電流値となり、時刻t11〜t12の期間中は予め定めた短絡時傾斜で上昇し、時刻t12〜t2の期間中は予め定めたピーク値となる。同図(B)に示すように、第1溶接電圧検出信号Vd1は、第1溶接電流Iw1がピーク値となる時刻t12あたりから上昇する。これは、溶滴にくびれが次第に形成されるためである。時刻t12からの期間がくびれを検出する期間となる。このくびれを検出する期間においては、同図(A)に示すように、第1溶接電流Iw1はピーク値で略一定値である。かつ、同図(C)に示すように、第2溶接電流Iw2はアーク期間中であるので急速な変化はない。この結果、上述した(11)式において、L・dIg/dtは小さな値となり、無視することができる。したがって、、Vd1=Vw1となるので、溶滴のくびれを誤動作することなく、正常に検出することができる。上記の初期期間は1ms程度に設定され、上記の初期電流値は50A程度に設定され、上記の短絡時傾斜は100〜300A/ms程度に設定され、上記のピーク値は300〜400A程度に設定される。
時刻t2において、同図(B)に示すように、第1溶接電圧検出信号Vd1が急上昇して初期期間中の電圧値からの電圧上昇値ΔVが予め定めたくびれ検出基準値Vtnと等しくなったことによってくびれを検出する。くびれを検出すると、同図(A)に示すように、第1溶接電流Iw1はピーク値から予め定めた低レベル電流値Ilへと急減し、時刻t3のアーク再発生まではその値を維持する。この電流急減速度は、3000A/ms程度と非常に早い値である。同図(B)に示すように、第1溶接電圧検出信号Vd1は、第1溶接電流Iw1が低レベル電流値Ilになるので時刻t2から一旦減少した後に急上昇する。上記の低レベル電流値Ilは30A程度に設定される。
時刻t3においてアークが再発生すると、同図(B)に示すように、第1溶接電圧検出信号Vd1の値は短絡/アーク判別値Vta以上となる。同図(A)に示すように、第1溶接電流Iw1は、時刻t3から予め定めたアーク時傾斜で上昇し、予め定めた高レベル電流値に達するとその値を時刻t4まで維持する。同図(B)に示すように、第1溶接電圧検出信号Vd1は、時刻t3〜t4の予め定めた遅延期間Td中は高レベル電圧値の状態にある。この遅延期間Tdは2ms程度に設定される。
時刻t4において、同図(A)に示すように、第1溶接電流Iw1は高レベル電流値から次第に減少する。同様に、同図(B)に示すように、第1溶接電圧検出信号Vd1は高レベル電圧値から次第に減少する。
同図(C)に示す第2溶接電流Iw2及び同図(D)に示す第2溶接電圧検出信号Vd2の波形は、上記(1)〜(2)の波形と同様であるので、説明を省略する。
時刻t0において第2溶接ワイヤ12がワーク2と接触すると短絡状態になり、同図(D)に示すように、第2溶接電圧検出信号Vd2は数V程度の短絡電圧値に急減する。同図(C)に示すように、第2溶接電流Iw2は、時刻t0においてアーク期間の溶接電流から減少し、初期期間中は初期電流値となり、短絡時傾斜で上昇し、その後はピーク値となる。同図(D)に示すように、第2溶接電圧検出信号Vd2は、初期期間中の電圧値からの電圧上昇値が時刻t13においてくびれ検出基準値に達する。これにより、くびれを検出する。くびれを検出すると、同図(C)に示すように、第2溶接電流Iw2はピーク値から低レベル電流値へと急減する。
時刻t13において、同図(B)に示すように、第1溶接電圧検出信号Vd1が減少してくびれ検出基準値Vtnに達しないので、同図(A)に示すように、第1溶接電流Iw1はピーク値を時刻t3の第1アーク31が再発生するまで維持する。他方、時刻t3よりも前の時刻t14において、第2アーク32が発生するので、同図(D)に示すように、第2溶接電圧検出信号Vd2はアーク電圧値に上昇する。同図(C)に示すように、第2溶接電流Iw2は、時刻t14の低レベル電流値から高レベル電流値までアーク時傾斜で上昇する。
時刻t3においてアークが再発生すると、同図(B)に示すように、第1溶接電圧検出信号Vd1の値は短絡/アーク判別値Vta以上となる。同図(A)に示すように、第1溶接電流Iw1は、時刻t3のピーク値からアーク時傾斜で上昇し、高レベル電流値に達するとその値を時刻t4まで維持する。同図(B)に示すように、第1溶接電圧検出信号Vd1は、時刻t3〜t4の遅延期間Td中は高レベル電圧値の状態にある。
時刻t4において、同図(A)に示すように、第1溶接電流Iw1は高レベル電流値から次第に減少する。同様に、同図(B)に示すように、第1溶接電圧検出信号Vd1は高レベル電圧値から次第に減少する。
前記溶接電源の内の少なくとも1台は、短絡状態からアークが再発生する前兆現象である溶滴のくびれを溶接電圧検出値Vdを用いて検出し、このくびれを検出すると短絡負荷に通電する溶接電流を減少させてアークを再発生させる、溶接電源のくびれ検出制御方法において、
前記溶接電圧検出値Vdには、合算した溶接電流Igが通電する共通通電路のインダクタンス値Lによって発生する電圧値を含んでおり、
前記合算した溶接電流Igを検出し、溶接電圧修正値Vf=Vd−L・dIg/dtを算出し、前記くびれの検出を前記溶接電圧検出値Vdに代えてこの溶接電圧修正値Vfを用いて行う、
ことを特徴とする溶接電源のくびれ検出制御方法である。
ことを特徴とする請求項1記載の溶接電源のくびれ検出制御方法である。
ことを特徴とする請求項1記載の溶接電源のくびれ検出制御方法である。
ことを特徴とする請求項1〜3のいずれか1項に記載の溶接電源のくびれ検出制御方法である。
図1は、本発明の実施の形態1に係る2台の溶接電源を使用して1つのワークの2つの溶接個所を同時に溶接するための溶接装置の構成図である。2台の溶接電源は共にくびれ検出制御機能を内蔵している。同図は上述した図7と対応しており、同一の構成物については同一符号を付して、それらの説明は繰り返さない。同図は、図7に合算溶接電流検出回路IGD、第1溶接電圧修正回路VF1及び第2溶接電圧修正回路VF2を追加したものである。以下、同図を参照してこれらの構成物について説明する。
Vw1=Vd1−dIgd/dt
ここで、第1溶接電圧修正信号Vf1=Vw1とすると、下式となる。
Vf1=Vd1−dIgd/dt …(21)式
この式が上記の第1溶接電圧修正回路VF1で使用される演算式である。
Vf2=Vd2−dIgd/dt …(22)式
1) 第1給電チップ61をワーク2と接触状態にする。
2) 第1溶接電源PS1から一定の電流Ipを通電する。
3) このときの第1溶接電圧検出信号Vd1の値をVpとする。
4) 電流Ipの通電を停止させて、その減少波形から時定数を測定する。停止させた時刻T0から計時を開始し、時定数に該当する電流減少量となる電流値ΔIp(=Ip×36.8%)に到達した時刻をT1として計時する。そして、時刻T0〜T1間の時間を時定数τとして算出する。
5) L=Ve・τ/Ipでインダクタンス値を演算する。
1)短絡判別信号SdがHighレベル(短絡)に変化した時点から予め定めた初期期間中は、予め定めた初期電流設定値を電流制御設定信号Icrとして出力する。
2)その後は、電流制御設定信号Icrの値を、上記の初期電流設定値から予め定めた短絡時傾斜で予め定めたピーク設定値まで上昇させ、その値を維持する。
3)くびれ検出信号NdがHighレベル(くびれ検出)に変化すると、電流制御設定信号Icrの値を低レベル電流設定信号Ilrの値に切り換えて維持する。
4)短絡判別信号SdがLowレベル(アーク)に変化すると、電流制御設定信号Icrを、予め定めたアーク時傾斜で予め定めた高レベル電流設定値まで上昇させ、その値を維持する。
時刻t1において第1溶接ワイヤ11がワーク2と接触すると短絡状態になり、同図(B)に示すように、第1溶接電圧修正信号Vf1は数V程度の短絡電圧値に急減する。この第1溶接電圧修正信号Vf1が短絡/アーク判別値Vta未満になったことを判別して、同図(E)に示すように、遅延信号TdsはLowレベルからHighレベルに変化する。これに応動して、同図(F)に示すように、電流制御設定信号Icrは時刻t1において予め定めた高レベル電流設定値から小さな値である予め定めた初期電流設定値に変化する。時刻t1〜t11の予め定めた初期期間中は上記の初期電流設定値となり、時刻t11〜t12の期間中は予め定めた短絡時傾斜で上昇し、時刻t12〜t2の期間中は予め定めたピーク設定値となる。短絡期間中は上述したように定電流制御されているので第1溶接電流Iw1は電流制御設定信号Icrに相当する値に制御される。このために、同図(A)に示すように、第1溶接電流Iw1は、時刻t1においてアーク期間の溶接電流から急減し、時刻t1〜t11の初期期間中は初期電流値となり、時刻t11〜t12の期間中は短絡時傾斜で上昇し、時刻t12〜t2の期間中はピーク値となる。同図(C)に示すように、くびれ検出信号Ndは、後述する時刻t2〜t3の期間はHighレベルとなり、それ以外の期間はLowレベルとなる。同図(D)に示すように、駆動信号Drは、後述する時刻t2〜t21の期間はLowレベルとなり、それ以外の期間はHighレベルとなる。したがって、同図において時刻t2以前の期間中は、駆動信号DrはHighレベルとなり、図2のトランジスタTRがオン状態となるので、減流抵抗器Rは短絡されて通常の消耗電極アーク溶接電源と同一の状態となる。
時刻t2において、同図(B)に示すように、第1溶接電圧修正信号Vf1が急上昇して初期期間中の電圧値からの電圧上昇値ΔVが予め定めたくびれ検出基準値Vtnと等しくなったことによってくびれを検出すると、同図(C)に示すように、くびれ検出信号NdはHighレベルに変化する。これに応動して、同図(D)に示すように、駆動信号DrはLowレベルになるので、図2のトランジスタTRはオフ状態となり減流抵抗器Rが通電路に挿入される。同時に、同図(F)に示すように、電流制御設定信号Icrは低レベル電流設定信号Ilrの値へと小さくなる。このために、同図(A)に示すように、第1溶接電流Iw1はピーク値から低レベル電流値Ilへと急減する。そして、時刻t21において第1溶接電流Iw1が低レベル電流値Ilまで減少すると、同図(D)に示すように、駆動信号DrはHighレベルに戻るので、図2のトランジスタTRはオン状態となり減流抵抗器Rは短絡される。同図(A)に示すように、第1溶接電流Iw1は、電流制御設定信号Icrが低レベル電流設定信号Ilrのままであるので、時刻t3のアーク再発生までは低レベル電流値Ilを維持する。したがって、トランジスタTRは、時刻t2にくびれが検出されてから時刻t21に第1溶接電流Iw1が低レベル電流値Ilに減少するまでの期間のみオフ状態となる。同図(B)に示すように、第1溶接電圧修正信号Vf1は、第1溶接電流Iw1が小さくなるので時刻t2から一旦減少した後に急上昇する。
時刻t3において第1アーク31が再発生すると、同図(B)に示すように、第1溶接電圧修正信号Vf1の値は短絡/アーク判別値Vta以上となる。これに応動して、同図(F)に示すように、電流制御設定信号Icrの値は、低レベル電流設定信号Ilrの値から予め定めたアーク時傾斜で上昇し、上記の高レベル電流設定値に達するとその値を維持する。同図(E)に示すように、遅延信号Tdsは、時刻t3にアークが再発生してから予め定めた遅延期間Tdが経過する時刻t4までHighレベルのままである。したがって、溶接電源は時刻t4まで定電流制御されているので、同図(A)に示すように、第1溶接電流Iw1は、時刻t3からアーク時傾斜で上昇し、高レベル電流値に達するとその値を時刻t4まで維持する。同図(B)に示すように、第1溶接電圧修正信号Vf1は、時刻t3〜t4の遅延期間Td中は高レベル電圧値の状態にある。同図(C)に示すように、くびれ検出信号Ndは、時刻t3にアークが再発生するので、Lowレベルに変化する。
同図(E)に示すように、遅延信号TdsがLowレベルに変化する。この結果、溶接電源は定電流制御から定電圧制御へと切り換えられる。このために、同図(A)に示すように、第1溶接電流Iw1は高レベル電流値から次第に減少する。同様に、同図(B)に示すように、第1溶接電圧修正信号Vf1は高レベル電圧値から次第に減少する。
実施の形態2の発明は、nを2以上の整数とし、溶接電源に通電する各溶接電流Iw(1)…Iw(n)を検出し、実施の形態1における合算した溶接電流IgをIg=Iw(1)+…+Iw(n)によって算出するものである。すなわち、実施の形態1における合算溶接電流Igを、全ての溶接電源の各溶接電流を検出して、その合算値として算出するものである。
同図は溶接電源が2台の場合であるが、n(2以上の整数)台の場合は、以下のようにすれば良い。n台の溶接電源に通電する各溶接電流Id(1)…Id(n)を検出し、合算溶接電流検出信号IgdをIgd=Id(1)+…+Id(n)によって算出する。
実施の形態3の発明は、mを1以上の整数とし、他の溶接電源に通電する各溶接電流Iw(1)…Iw(m)を検出し、実施の形態1における合算した溶接電流IgをIg=Iw(1)+…+Iw(m)によって算出するものである。すなわち、実施の形態1における合算溶接電流Igを、他の溶接電源の各溶接電流を検出して、その合算値として算出するものである。実施の形態2では全ての溶接電源の溶接電流を合算していたが、実施の形態3では自らを除く他の溶接電源の溶接電流を合算している点が異なる。
同図は溶接電源が2台の場合(他の溶接電源が1台の場合、m=1の場合)であるが、他の溶接電源がm(1以上の整数)台の場合は、以下のようにすれば良い。他の溶接電源m台に通電する各溶接電流Id(1)…Id(m)を検出し、合算溶接電流検出信号IgdをIgd=Id(1)+…+Id(m)によって算出する。
12 第2溶接ワイヤ
2 ワーク
31 第1アーク
32 第2アーク
41 第1溶接トーチ
42 第2溶接トーチ
5 治具
61 第1給電チップ
62 第2給電チップ
AD 溶接電流合算回路
CM 電流比較回路
Cm 電流比較信号
DR 駆動回路
Dr 駆動信号
Ea 誤差増幅信号
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
FC1 第1送給制御回路
Fc1 第1送給制御信号
Fc2 第2送給制御信号
FD1 第1送給機
FD2 第2送給機
FR 送給速度設定回路
Fr 送給速度設定信号
ICR 電流制御設定回路
Icr 電流制御設定信号
ID1 第1溶接電流検出回路
Id1 第1溶接電流検出信号
Id2 第2溶接電流検出信号
Ig 合算溶接電流
IGD 合算溶接電流検出回路
Igd 合算溶接電流検出信号
Il 低レベル電流値
ILR 低レベル電流設定回路
Ilr 低レベル電流設定信号
Ip 一定の電流
Iw1 第1溶接電流
Iw2 第2溶接電流
L 共通通電路のインダクタンス値
m、n 整数
NAD 新溶接電流合算回路
ND くびれ検出回路
Nd くびれ検出信号
PM 電源主回路
PS1 第1溶接電源
PS2 第2溶接電源
R 減流抵抗器
SD 短絡判別回路
Sd 短絡判別信号
SW 制御切換回路
Td 遅延期間
TDS オフディレイ回路
Tds 遅延信号
TR トランジスタ
Vd 溶接電圧検出値
VD1 第1溶接電圧検出回路
Vd1 第1溶接電圧検出信号
VD2 第2溶接電圧検出回路
Vd2 第2溶接電圧検出信号
Vf 溶接電圧修正値
VF1 第1溶接電圧修正回路
Vf1 第1溶接電圧修正信号
VF2 第2溶接電圧修正回路
Vf2 第2溶接電圧修正信号
VND1 新第1溶接電圧検出回路
VNF1 新第1溶接電圧修正回路
Vp 一定の電流を通電したときの電圧値
VR 電圧設定回路
Vr 電圧設定信号
Vta 短絡/アーク判別値
VTN くびれ検出基準値設定回路
Vtn くびれ検出基準(値/信号)
Vw1 第1溶接電圧
Vw2 第2溶接電圧
ΔIp 時定数に該当する電流減少量となる電流値
ΔV 電圧上昇値
τ 時定数
Claims (4)
- 複数の溶接電源によって共通のワークに各々アークを発生させて溶接し、
前記溶接電源の内の少なくとも1台は、短絡状態からアークが再発生する前兆現象である溶滴のくびれを溶接電圧検出値Vdを用いて検出し、このくびれを検出すると短絡負荷に通電する溶接電流を減少させてアークを再発生させる、溶接電源のくびれ検出制御方法において、
前記溶接電圧検出値Vdには、合算した溶接電流Igが通電する共通通電路のインダクタンス値Lによって発生する電圧値を含んでおり、
前記合算した溶接電流Igを検出し、溶接電圧修正値Vf=Vd−L・dIg/dtを算出し、前記くびれの検出を前記溶接電圧検出値Vdに代えてこの溶接電圧修正値Vfを用いて行う、
ことを特徴とする溶接電源のくびれ検出制御方法。 - nを2以上の整数とし、前記溶接電源に通電する各溶接電流Iw(1)…Iw(n)を検出し、前記合算した溶接電流IgをIg=Iw(1)+…+Iw(n)によって算出する、
ことを特徴とする請求項1記載の溶接電源のくびれ検出制御方法。 - mを1以上の整数とし、他の前記溶接電源に通電する各溶接電流Iw(1)…Iw(m)を検出し、前記合算した溶接電流IgをIg=Iw(1)+…+Iw(m)によって算出する、
ことを特徴とする請求項1記載の溶接電源のくびれ検出制御方法。 - 前記共通通電路のインダクタンス値Lを、溶接を施工する前に測定して設定する、
ことを特徴とする請求項1〜3のいずれか1項に記載の溶接電源のくびれ検出制御方法。
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