JP6154672B2 - 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、正確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、その上昇率(微分値)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、その上昇率が時刻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は減少し、その後に急上昇する。この急上昇時の上昇率が、時刻t2においてくびれ検出基準値Vtnに達することになる。しかし、これは第1溶接ワイヤ11の溶滴のくびれを検出したためではなく、上述したように、第2溶接電流Iw2の急減が終了したためである。したがって、この状態は、くびれを誤検出したことになる。時刻t2において第1溶接電圧検出信号Vd1の上昇率がくびれ検出基準値Vtnに達するので、同図(A)に示すように、第1溶接電流Iw1は急減し、時刻t21において低レベル電流値Ilになり、その値を時刻t23まで維持する。
時刻t23において、時刻t2からの経過時間が第1アーク31が再発生する前に予め定めた基準時間に達すると、同図(A)に示すように、第1溶接電流Iw1はピーク値よりも大きな予め定めた短絡強制解除電流値まで再び上昇し、その値の状態を時刻t3に第1アーク31が再発生するまで維持する。このように電流を再上昇させるのは、このままの状態で放置しておくと第1アーク31は再発生せずに溶接不可状態に陥るおそれがあるためである。第1アーク31が再発生しない原因は、くびれを適正に検出して第1溶接電流Iw1を減少させたのではなく、くびれの誤検出に基づいて減少させたためである。この状態では短絡状態を強制的に解除して第1アーク31を発生させる必要があるので、ピーク値よりも大きな値の短絡強制解除電流値を通電している。この短絡強制解除電流値は、600A程度に設定される。また、上記の基準時間は、1ms程度に設定される。
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の短絡強制解除電流値からアーク時傾斜で減少し、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t3において、第1アーク31が再発生したときの電流値は短絡強制解除電流値と大きな値であるので、スパッタが多く発生することになる。
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。
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2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には、合算した溶接電流が通電する共通通電路のインダクタンス値によって発生する電圧値を含んでおり、
前記短絡状態中に前記溶滴の抵抗値が減少したことを判別したときは、前記くびれの検出を禁止する、
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。
前記溶滴の抵抗値を前記溶接電圧検出値を前記溶接電流検出値で除算して算出する、
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である。
前記溶滴の抵抗値が減少したことを、前記溶接電流検出値が減少していないときに前記溶接電圧検出値が減少したことによって判別する、
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。
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。
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は、上述した図5と同一である。但し、溶接電源の内部回路は異なっているので、図1で後述する。図5に示すように、第1溶接電源PS1と第2溶接電源PS2との間では、くびれ検出に伴う溶接電流の急減タイミングを互いに通知することは行っていない。
1) 短絡判別信号SdがHighレベル(短絡)である期間中に、第1溶接電圧検出信号Vd1を第1溶接電流検出信号Id1で除算して溶滴の抵抗値を算出する。算出された抵抗値の微分を行い、この抵抗値の微分値が予め定めた負の値の減少基準値未満に達したときはくびれ検出禁止信号StをHighレベルにセットし、短絡判別信号SdがLowレベル(アーク)になるとLowレベルにリセットする。
2) 短絡判別信号SdがHighレベル(短絡)である期間中に、第1溶接電流検出信号Id1が減少していないときに、第1溶接電圧検出信号Vd1の微分値が予め定めた負の値の減少基準値未満に達したときはくびれ検出禁止信号StをHighレベルにセットし、短絡判別信号SdがLowレベル(アーク)になるとLowレベルにリセットする。
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溶接電圧検出信号Vd1は数V程度の短絡電圧値に急減する。この第1溶接電圧検出信号Vd1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〜t3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〜t3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、後述するように、全期間中Lowレベルのままである。同図(D)に示すように、駆動信号Drは、後述するように、全期間中Highレベルのままとなる。したがって、図1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溶接電圧検出信号Vd1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、ピーク設定値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。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。このように、くびれ検出が禁止されるので、第1アーク31が再発生した時点の電流値はピーク値となり大きな値となる。このために、くびれ検出制御が正常に行われたときよりも少しスパッタが増えることになる。しかし、図7で上述したように、くびれ検出制御が誤動作したときに比べれば、スパッタの増加は少ない。
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溶接電圧検出信号Vd1は高レベル電圧値から次第に減少する。
実施の形態1の発明では、短絡状態中に溶滴の抵抗値が減少したことを判別すると、くびれの検出をアークが再発生するまで禁止している。これに対して、実施の形態2の発明では、くびれの禁止を所定期間行う点が異なっている。
1) 短絡判別信号SdがHighレベル(短絡)である期間中に、第1溶接電圧検出信号Vd1を第1溶接電流検出信号Id1で除算して溶滴の抵抗値を算出する。算出された抵抗値の微分を行い、この抵抗値の微分値が予め定めた負の値の減少基準値未満に達したときはくびれ検出禁止信号StをHighレベルにセットし、それから予め定めた禁止期間が経過したらLowレベルにリセットする。禁止期間が経過する前に短絡判別信号SdがLowレベル(アーク)になったときは、その時点でくびれ検出禁止信号StをLowレベルにリセットする。
2) 短絡判別信号SdがHighレベル(短絡)である期間中に、第1溶接電流検出信号Id1が減少していないときに、第1溶接電圧検出信号Vd1の微分値が予め定めた負の値の減少基準値未満に達したときはくびれ検出禁止信号StをHighレベルにセットし、それから予め定めた禁止期間が経過したらLowレベルにリセットする。禁止期間が経過する前に短絡判別信号SdがLowレベル(アーク)になったときは、その時点でくびれ検出禁止信号StをLowレベルにリセットする。
同図(B)に示すように、第1溶接電圧検出信号Vd1は、くびれの形成に伴って時刻t12から次第に上昇し、時刻t13において第2溶接電流Iw2の急減に伴って減少に転じ、第2溶接電流Iw2の急減が終了して低レベル電流値Ilになると再び上昇する。この第1溶接電圧検出信号Vd1が減少に転じ再上昇する前の時刻t14において、同図(G)に示すように、くびれ検出禁止信号StがHighレベルに変化して、くびれの検出を禁止する。これは、図3の第2くびれ検出禁止回路ST2において、上述した1)又は2)の処理によって溶滴の抵抗値が減少したことを判別したためである。同図(B)に示すように、第1溶接電圧検出信号Vd1は、時刻t14の少し後から急上昇して、微分値がくびれ検出基準値信号Vtnの値に達するが、くびれの検出は禁止されているので、同図(C)に示すように、くびれ検出信号NdはHighレベル(くびれの検出)にはならない。このために、同図(A)に示すように、第1溶接電流Iw1はピーク値のままである。
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、その微分値が予め定めたくびれ検出基準値Vtnに達し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。この時点では、同図(G)に示すように、くびれ検出禁止信号Stは既にLowレベルになっており、くびれ検出は禁止されていない状態にある。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3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3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溶接電圧検出信号Vd1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。
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
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
Ig 合算溶接電流
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
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
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
ST くびれ検出禁止回路
St くびれ検出禁止信号
ST2 第2くびれ検出禁止回路
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
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
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
Claims (5)
- 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2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には、合算した溶接電流が通電する共通通電路のインダクタンス値によって発生する電圧値を含んでおり、
前記短絡状態中に前記溶滴の抵抗値が減少したことを判別したときは、前記くびれの検出を禁止する、
ことを特徴とする溶接電源のくびれ検出制御方法。 - 前記溶接電流を検出して溶接電流検出値を出力し、
前記溶滴の抵抗値を前記溶接電圧検出値を前記溶接電流検出値で除算して算出する、
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。 - 前記溶接電流を検出して溶接電流検出値を出力し、
前記溶滴の抵抗値が減少したことを、前記溶接電流検出値が減少していないときに前記溶接電圧検出値が減少したことによって判別する、
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。 - 前記くびれの検出の禁止を、前記アークが再発生するまでの期間行う、
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。 - 前記くびれの検出の禁止を、所定期間行う、
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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