JP6289713B1 - Welding system and welding method - Google Patents
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Abstract
【課題】溶接品質を安定させることが容易である溶接システム及び溶接方法を提供する。【解決手段】ワーク表面4に溶接材料を溶着させて肉盛溶接を行う溶接装置10と、ワーク2を予熱し保温する予熱装置30と、ワーク2の予熱後に肉盛溶接を開始するように、溶接装置10及び予熱装置30を動作させる制御装置18と、溶接装置10によってワーク表面4で溶融されている溶接材料6の温度である第1の温度Taを計測する第1のセンサ40と、ワーク2の温度である第2の温度Tbを計測する第2のセンサ42とを備える。制御装置18は、第1及び第2の温度Ta,Tbに基づいて、溶接装置10が肉盛溶接を行う間、第1及び第2の温度Ta,Tbがそれぞれ予め決められた第1及び第2の範囲内に収まるように、溶接装置10と予熱装置30とのいずれか一方又は両方の出力を制御する。【選択図】図1To provide a welding system and a welding method that can easily stabilize the welding quality. A welding apparatus 10 for depositing a welding material on a workpiece surface 4 to perform overlay welding, a preheating apparatus 30 for preheating and keeping warm the workpiece 2, and starting overlay welding after the workpiece 2 is preheated. A control device 18 for operating the welding device 10 and the preheating device 30, a first sensor 40 for measuring a first temperature Ta which is the temperature of the welding material 6 melted on the workpiece surface 4 by the welding device 10, and the workpiece And a second sensor 42 that measures a second temperature Tb that is a second temperature. Based on the first and second temperatures Ta and Tb, the control device 18 is configured such that the first and second temperatures Ta and Tb are determined in advance while the welding apparatus 10 performs overlay welding. The output of either one or both of the welding apparatus 10 and the preheating apparatus 30 is controlled so as to be within the range of 2. [Selection] Figure 1
Description
本発明は、溶接システム及び溶接方法に関し、詳しくは、肉盛溶接に用いる溶接システムに関する。 The present invention relates to a welding system and a welding method, and more particularly to a welding system used for overlay welding.
肉盛溶接は、一般に、耐食・耐熱・耐摩耗などの表面改質を目的として、母材の表面に、母材と異なる成分系の材料を溶着させる溶接法であり、アーク溶接、プラズマ溶接、レーザ溶接、ガス溶接などの溶融溶接法が適用可能である。 Overlay welding is generally a welding method in which a component material different from the base material is welded to the surface of the base material for the purpose of surface modification such as corrosion resistance, heat resistance, and wear resistance. Arc welding, plasma welding, Fusion welding methods such as laser welding and gas welding are applicable.
例えば図3は、プラズマ溶接を行う粉体プラズマ溶接装置の概略図である。図3(A)は溶接トーチ8とワーク9との関係を示す構成図、図3(B)は図3(A)の線Z−Zに沿って見た断面図である。図3に示すように、この装置は、溶接トーチ8とワーク9の表面との間に形成されているプラズマアーク中に、溶接トーチ8の複数の粉体供給穴8a,8bから溶接材料の粉末を供給して液滴を形成し、その液滴をワーク9の表面に溶着させる(例えば、特許文献1参照)。
For example, FIG. 3 is a schematic view of a powder plasma welding apparatus that performs plasma welding. FIG. 3A is a configuration diagram showing the relationship between the welding torch 8 and the workpiece 9, and FIG. 3B is a cross-sectional view taken along line ZZ in FIG. 3A. As shown in FIG. 3, this apparatus is configured to provide a powder of welding material from a plurality of
肉盛溶接によって表面改質を達成するためには、熱管理(予熱温度、層間温度・パス間温度及び後熱処理の管理)が必要である。例えば、金型の肉盛等では、所望の「母材強度」の素材を選び、「溶接部」及び「溶接部と母材の界面部」が母材と同等程度の強度となるようにする。強度の高い母材へ、耐熱性・耐摩耗性などが優れた強度の高い溶接材料を盛ることなるが、そのような溶接材料は、熱管理がないと、溶接中又は溶接後に割れてしまう。溶接部の強度を高めるためには、溶接部の内部欠陥(巣など)は無いことが望ましく、できるだけ少なくしなくてはならない。また、溶接品質の一つである、母材と溶接材の密着状態が良好でなくてはならない。さらに、母材の組織の品質も損なってはならない。金型では熱処理によって調質するが、溶接工程で過度に入熱昇温すると、硬度が落ちるなど変質してしまう。 In order to achieve surface modification by overlay welding, thermal management (preheating temperature, interlayer temperature / interpass temperature, and post heat treatment management) is required. For example, when building up a mold, select a material with the desired “base material strength” so that the “welded part” and the “interface between the weld and base material” have the same strength as the base material. . A high-strength base material is filled with a high-strength welding material having excellent heat resistance, wear resistance, and the like, but such a welding material is cracked during or after welding unless heat management is performed. In order to increase the strength of the welded portion, it is desirable that there are no internal defects (such as nests) in the welded portion, and it should be as small as possible. Moreover, the contact | adherence state of a base material and a welding material which is one of welding quality must be favorable. Furthermore, the quality of the matrix structure must not be compromised. The mold is tempered by heat treatment, but if the heat input is excessively raised in the welding process, it will be deteriorated, for example, the hardness will decrease.
しかしながら、熱管理について再現性の高い手法が確立されていないのが現状であり、溶接品質を安定させることは容易でない。 However, the present situation is that a method with high reproducibility has not been established for thermal management, and it is not easy to stabilize the welding quality.
例えば、粉体プラズマ溶接装置を用いて肉盛溶接を行う場合、安定した溶接品質を得るには、電流値(溶接装置の出力)・電流プロファイル・粉末送り出し量・溶接トーチの軌道や移動速度などの溶接条件を設定し溶接を開始した後、作業員が溶接状態を観察し、観察した溶接状態から溶接条件の適否を判断し、適宜、溶接条件を微調整する必要がある。溶接状態の適否は、溶湯(母材上で溶融している溶接材料)の大きさ・形状、溶湯と母材の境界線の乱れ、溶湯の沸き立ち状態、溶湯が凝固したビードに発生するブローホールの数や大きさなどで判断するが、作業員の経験に依存する部分が多く、定量的な判断基準は確立されていない。 For example, when performing overlay welding using a powder plasma welding device, to obtain stable welding quality, the current value (output of the welding device), current profile, powder feed amount, trajectory and moving speed of the welding torch, etc. After the welding conditions are set and the welding is started, the operator needs to observe the welding state, judge the suitability of the welding conditions from the observed welding state, and finely adjust the welding conditions as appropriate. The suitability of the welded state depends on the size and shape of the molten metal (welded material melted on the base metal), the disturbance of the boundary line between the molten metal and the base metal, the boiling state of the molten metal, and the blowhole generated in the bead where the molten metal has solidified However, there are many parts that depend on the experience of workers, and quantitative criteria have not been established.
本発明は、かかる実情に鑑み、溶接品質を安定させることが容易である溶接システム及び溶接方法を提供しようとするものである。 In view of such circumstances, the present invention intends to provide a welding system and a welding method that can easily stabilize the welding quality.
本発明は、上記課題を解決するために、以下のように構成した溶接システムを提供する。 In order to solve the above-mentioned problems, the present invention provides a welding system configured as follows.
溶接システムは、(a)ワークの表面に溶接材料を溶着させて肉盛溶接を行う溶接装置と、(b)直接接触による伝熱、熱線照射、アーク放電、ガスバーナのうち少なくとも一つによって前記ワークを予熱し保温する予熱装置と、(c)前記ワークの予熱後に前記肉盛溶接を開始するように、前記溶接装置及び前記予熱装置を動作させる制御装置と、(d)前記溶接装置によって前記ワークの前記表面で溶融されている前記溶接材料の温度である第1の温度を計測する第1のセンサと、を備える。前記制御装置は、前記溶接装置が前記肉盛溶接を行う間、前記第1のセンサが計測した前記第1の温度に基づいて、前記第1の温度が第1の範囲内に収まるように、前記予熱装置の出力を制御する。 The welding system includes: (a) a welding apparatus that welds a welding material on the surface of the workpiece and performing overlay welding; and (b) heat transfer by direct contact, heat ray irradiation, arc discharge, and gas burner. (C) a control device for operating the welding device and the preheating device so as to start the build-up welding after preheating the workpiece; and (d) the workpiece by the welding device. A first sensor that measures a first temperature that is a temperature of the welding material melted on the surface of the welding material. The control device, based on the first temperature measured by the first sensor, while the welding apparatus performs the overlay welding, so that the first temperature falls within a first range, The output of the preheating device is controlled.
上記構成において、制御装置は、第1の温度(溶湯の温度)の計測値に基づいて、第1の温度が、良好な溶接状態になる範囲内に収まるように、予熱装置の出力を制御する。これによって、溶接中に、溶接条件が適切に制御され、良好な溶接状態が維持される。 In the above configuration, the control device, based on the measurement values of the first temperature (temperature of the molten metal), such that the first temperature is within the ranges become good welding conditions, controls the output of the preheating device To do. Thereby, during welding, the welding conditions are appropriately controlled, and a good welding state is maintained.
上記構成によれば、溶接品質に影響を与える要因を第1の温度に集約し、定量的な基準に基づいて溶接状態を制御することができ、熱管理の再現性が高い。したがって、溶接品質を安定させることが容易である。 According to the said structure, the factor which affects welding quality can be collected on 1st temperature, a welding state can be controlled based on a quantitative reference | standard, and the reproducibility of thermal management is high. Therefore, it is easy to stabilize the welding quality.
予熱装置の出力は、第1の温度が第1の範囲から外れてから変更してもよいし、第1の温度が第1の範囲内のときから変更してもよい。 The output of the preheating apparatus, to the first temperature may be changed from off the first range, the first temperature may be changed from time in the first range.
また、本発明は、上記課題を解決するために、以下のように構成した溶接システムを提供する。 Moreover, in order to solve the said subject, this invention provides the welding system comprised as follows.
溶接システムは、(a)ワークの表面に溶接材料を溶着させて肉盛溶接を行う溶接装置と、(b)直接接触による伝熱、熱線照射、アーク放電、ガスバーナのうち少なくとも一つによって前記ワークを予熱し保温する予熱装置と、(c)前記ワークの予熱後に前記肉盛溶接を開始するように、前記溶接装置及び前記予熱装置を動作させる制御装置と、(d)前記ワークの温度である第2の温度を計測する第2のセンサと、を備える。前記制御装置は、前記溶接装置が前記肉盛溶接を行う間、前記第2のセンサが計測した前記第2の温度に基づいて、前記第2の温度が第2の範囲内に収まるように前記溶接装置の出力を制御する。 The welding system includes: (a) a welding apparatus that welds a welding material on the surface of the workpiece and performing overlay welding; and (b) heat transfer by direct contact, heat ray irradiation, arc discharge, and gas burner. A preheating device that preheats and keeps warm, (c) a control device that operates the welding device and the preheating device so as to start the build-up welding after preheating the workpiece, and (d) the temperature of the workpiece. And a second sensor for measuring a second temperature. The control device is configured so that the second temperature falls within a second range based on the second temperature measured by the second sensor while the welding device performs the overlay welding. Control the output of the welding equipment.
上記構成によれば、溶接品質に影響を与える要因を第2の温度に集約し、定量的な基準に基づいて溶接状態を制御することができ、熱管理の再現性が高い。したがって、溶接品質を安定させることが容易である。溶接装置の出力は、第2の温度が第2の範囲から外れてから変更してもよいし、第2の温度が第2の範囲内のときから変更してもよい。 According to the above configuration, the factors affecting the welding quality can be concentrated on the second temperature, the welding state can be controlled based on a quantitative standard, and the reproducibility of the thermal management is high. Therefore, it is easy to stabilize the welding quality. The output of the welding apparatus may be changed after the second temperature is out of the second range, or may be changed from when the second temperature is within the second range.
前記溶接装置によって前記ワークの前記表面で溶融されている前記溶接材料の温度である第1の温度を計測する第1のセンサを、さらに備える。前記制御装置は、前記第1のセンサが計測した前記第1の温度が第1の範囲から外れたとき、前記予熱装置の前記出力を変更する。A first sensor for measuring a first temperature which is the temperature of the weld material being melted in the surface of the workpiece by the previous SL welding apparatus further comprises. The control device changes the output of the preheating device when the first temperature measured by the first sensor is out of a first range.
この場合、溶接を継続しながら溶接条件を変更することによって、溶接品質を安定させることができる。予熱装置の出力は、第1の温度が第1の範囲から外れてから変更してもよいし、第1の温度が第1の範囲内のときから変更してもよい。 In this case, welding quality can be stabilized by changing welding conditions while continuing welding. The output of the preheating device may be changed after the first temperature is out of the first range, or may be changed from when the first temperature is within the first range.
好ましくは、前記制御装置は、前記第2のセンサが計測した前記第2の温度が前記第2の範囲から外れたとき、前記溶接装置に前記肉盛溶接を中断させた後、前記予熱装置の前記出力を変更し、前記出力が変更された状態で前記溶接装置に前記肉盛溶接を再開させる。 Preferably, the control device, when the front Stories second sensor measured second temperature deviates from the second range, after interrupting the overlay welding to the welding device, before Symbol preheating change the output of the equipment, the output is to resume the overlay welding to the welding apparatus in a state that has changed.
この場合、溶接を中断することによって溶接品質の劣化を未然に回避でき、溶接条件の設定を変更した後に溶接を再開することによって、溶接品質を安定させることができる。 In this case, the welding quality can be prevented from deteriorating by interrupting the welding, and the welding quality can be stabilized by restarting the welding after changing the setting of the welding conditions.
好ましくは、溶接システムは、(e)前記溶接装置が前記肉盛溶接を行う間、前記溶接装置の溶接トーチと前記ワークとが予め設定された経路に沿って相対移動するように、前記溶接トーチと前記ワークとのいずれか一方又は両方を移動させる相対移動装置と、(f)前記ワークの位置を検出する第3のセンサと、をさらに備える。前記制御装置は、前記第3のセンサによって検出された前記予熱後の前記ワークの位置に応じて、予め設定された前記経路を補正し、前記溶接装置が前記肉盛溶接を行う間、前記溶接トーチと前記ワークとが、補正された前記経路に沿って相対移動するように、前記相対移動装置を動作させる。 Preferably, the welding system includes: (e) the welding torch so that the welding torch of the welding apparatus and the workpiece relatively move along a preset path while the welding apparatus performs the overlay welding. And a relative movement device for moving one or both of the workpiece and (f) a third sensor for detecting the position of the workpiece. The control device corrects the preset route according to the position of the workpiece after the preheating detected by the third sensor, and the welding device performs the welding while the welding device performs the overlay welding. The relative movement device is operated so that the torch and the workpiece move relative to each other along the corrected path.
この場合、予熱後のワークの位置に応じて、適切な経路で溶接することができるので、ワークの位置決め誤差や予熱に伴うワークの熱変形などに影響されない。そのため、溶接品質が一層安定する。 In this case, since welding can be performed with an appropriate path in accordance with the position of the workpiece after preheating, it is not affected by workpiece positioning error or thermal deformation of the workpiece accompanying preheating. Therefore, the welding quality is further stabilized.
好ましくは、前記溶接装置は、ガスと前記溶接材料の粉末とを供給する粉末送給装置を備えた粉体プラズマ溶接装置又はレーザ溶接装置である。 Preferably, the welding device is a powder plasma welding device or a laser welding device provided with a powder feeding device for supplying gas and powder of the welding material.
粉体プラズマ溶接装置やレーザ溶接装置を用いて1層又は2層以上の肉盛溶接する場合、溶接品質を確保するためには十分な熱管理(予熱温度、層間温度・パス間温度及び後熱処理の管理)が必要であるため、特に顕著な効果が得られる。また、溶接中のスパッタの飛び散りが少なく、温度計測が容易である。 When performing overlay welding of one or more layers using powder plasma welding equipment or laser welding equipment, sufficient thermal management (preheating temperature, interlayer temperature / interpass temperature and post-heat treatment to ensure welding quality Therefore, a particularly remarkable effect can be obtained. Moreover, there is little spatter scattering during welding, and temperature measurement is easy.
好ましくは、前記制御装置は、前記溶接装置と前記予熱装置とのいずれか一方又は両方の前記出力を、前記溶接装置が前記肉盛溶接を行っているときに手動で変更するための手動操作盤を含む。 Preferably, the control device manually changes the output of one or both of the welding device and the preheating device when the welding device is performing the overlay welding. including.
この場合、溶接条件が制御装置によって変更される前に、手動で溶接条件を変更することができる。そのため、作業員が溶接状態を監視し、適切な溶接状態となるように、より迅速に溶接条件を変更するができ、溶接品質をより安定させることが可能になる。 In this case, the welding conditions can be manually changed before the welding conditions are changed by the control device. Therefore, an operator can monitor the welding state and change the welding conditions more quickly so as to obtain an appropriate welding state, so that the welding quality can be further stabilized.
また、本発明は、上記課題を解決するために、以下のように構成した溶接方法を提供する。 Moreover, in order to solve the said subject, this invention provides the welding method comprised as follows.
溶接方法は、第1ないし第3のステップを備える。前記第1のステップにおいて、直接接触による伝熱、熱線照射、アーク放電、ガスバーナのうち少なくとも一つによってワークを予熱し保温する予熱装置を用いてワークを予熱した後、前記予熱装置を用いて前記ワークを保温しながら、溶接装置のトーチと前記ワークとを、予め設定された経路に沿って相対移動させて、前記ワークの表面に溶接材料を溶着させて肉盛溶接を行う。前記第2のステップにおいて、前記第1のステップで前記肉盛溶接を行う間、前記ワークの前記表面で溶融している前記溶接材料の温度である第1の温度を計測する。前記第3のステップにおいて、前記第2のステップで計測した前記第1の温度に基づいて、前記第1の温度が第1の範囲内に収まるように、前記予熱装置の出力を制御する。 The welding method includes first to third steps. In the first step, after preheating the work using a preheating device that preheats and keeps the work by at least one of heat transfer by direct contact, heat ray irradiation, arc discharge, and gas burner , the preheating device is used to While keeping the workpiece warm, the torch of the welding apparatus and the workpiece are moved relative to each other along a preset path, and welding welding is performed on the surface of the workpiece to perform overlay welding. In the second step, a first temperature, which is a temperature of the welding material melted on the surface of the workpiece, is measured during the build-up welding in the first step. In the third step, the output of the preheating device is controlled based on the first temperature measured in the second step so that the first temperature falls within the first range.
上記方法によれば、溶接品質に影響を与える要因を第1の温度に集約し、定量的な基準に基づいて溶接状態を制御することができ、熱管理の再現性が高い。したがって、溶接品質を安定させることが容易である。 According to the above method, the factors affecting the welding quality can be concentrated on the first temperature, the welding state can be controlled based on a quantitative standard, and the reproducibility of the thermal management is high. Therefore, it is easy to stabilize the welding quality.
また、本発明は、上記課題を解決するために、以下のように構成した溶接方法を提供する。 Moreover, in order to solve the said subject, this invention provides the welding method comprised as follows.
溶接方法は、第1ないし第5のステップを備える。前記第1のステップにおいて、直接接触による伝熱、熱線照射、アーク放電、ガスバーナのうち少なくとも一つによってワークを予熱し保温する予熱装置を用いて前記ワークを予熱した後、前記予熱装置を用いて前記ワークを保温しながら、溶接装置のトーチと前記ワークとを、予め設定された経路に沿って相対移動させて、前記ワークの表面に溶接材料を溶着させて肉盛溶接を行う。前記第2のステップにおいて、前記第1のステップで前記肉盛溶接を行う間、前記ワークの前記表面で溶融している前記溶接材料の温度である第1の温度を計測する。前記第3のステップにおいて、前記第2のステップで計測した前記第1の温度に基づいて、前記第1の温度が第1の範囲内に収まるように前記予熱装置の出力を制御する。前記第4のステップにおいて、前記第1のステップで前記肉盛溶接を行う間、前記ワークの前記表面の温度である第2の温度を計測する。前記第5のステップにおいて、前記第4のステップで計測した前記第2の温度に基づいて、前記第2の温度が第2の範囲内に収まるように前記溶接装置の出力を制御する。 The welding method includes first to fifth steps. In the first step, the heat transfer by direct contact, heat ray irradiation, arc discharge, after preheating the workpiece with a preheater for preheating the workpiece insulation by at least one of the gas burner, with the preheating device While keeping the work warm, the torch of the welding apparatus and the work are moved relative to each other along a preset path, and welding welding is performed on the surface of the work to perform overlay welding. In the second step, a first temperature, which is a temperature of the welding material melted on the surface of the workpiece, is measured during the build-up welding in the first step. In the third step, the output of the preheating device is controlled based on the first temperature measured in the second step so that the first temperature falls within the first range. In the fourth step, a second temperature, which is a temperature of the surface of the workpiece, is measured while the build-up welding is performed in the first step. In the fifth step, the output of the welding apparatus is controlled based on the second temperature measured in the fourth step so that the second temperature falls within the second range.
上記方法によれば、溶接品質に影響を与える要因を第1及び第2の温度に集約し、定量的な基準に基づいて溶接状態を制御することができ、熱管理の再現性が高い。したがって、溶接品質を安定させることが容易である。 According to the above method, factors affecting the welding quality can be concentrated on the first and second temperatures, and the welding state can be controlled based on a quantitative standard, so that the reproducibility of the thermal management is high. Therefore, it is easy to stabilize the welding quality.
本発明によれば、溶接品質を安定させることが容易である。 According to the present invention, it is easy to stabilize the welding quality.
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
<実施例1> 実施例1の溶接システム50について、図1及び図2を参照しながら説明する。
<Example 1> The
図1は、溶接システム50の構成を概念的に示した構成図である。図1に示すように、溶接システム50は、大略、ワーク2の表面4に溶接材料を溶着させて肉盛溶接を行う溶接装置10と、ワーク2を加熱し保温する予熱装置30と、溶接装置10の溶接トーチ11を把持しながら移動させる把持ロボット20と、溶湯6の温度(ワーク2の表面4で溶融している溶接材料の温度、以下「第1の温度Ta」ともいう。)を検出する第1のセンサ40と、ワーク2の温度(以下「第2の温度Tb」ともいう。)を検出する第2のセンサ42と、ワーク2の位置を検出する第3のセンサ44と備えている。なお、第3のセンサ44を備えない構成とすることも可能である。また、第1及び第2のセンサ40,42のいずれか一方を備え、他方は備えない構成とすることも可能である。
FIG. 1 is a configuration diagram conceptually showing the configuration of the
溶接装置10は、例えば、溶接材料として粉体を用いる粉体プラズマ溶接装置である。この場合、溶接装置10は、溶接トーチ11にガスと溶接材料の粉末とを供給する粉末送給装置12と、溶接トーチ11に冷却水を供給し回収する冷却水循環装置14と、電圧を印加して溶接トーチ11内部の電極とワーク2の表面4との間にプラズマアークを発生させるためのプラズマ溶接電源16と、制御装置18とを備えている。
The
なお、溶接装置10は、粉体プラズマ溶接装置に限らず、適宜な溶融溶接法によってワークの表面に溶接材料を溶着させて肉盛溶接を行う溶接装置であればよく、例えば、通常のアーク溶接装置や、レーザ溶接装置や、レーザとアークを組み合わせたハイブリッド溶接装置などでもよい。ガスと溶接材料の粉末とを供給する粉末送給装置を備えた粉体プラズマ溶接装置やレーザ溶接装置等は、溶接中のスパッタが少なく、温度計測が容易である。
The
予熱装置30は、溶接前にワーク2を予熱し、溶接中にワーク2を保温し、溶接後にワーク2の後熱処理を行うために用いることができる。予熱装置30は、例えば、ワーク2が載置される載置面34を有する本体32と、制御器36とを備える。本体32には、不図示の加熱器と温度検出器が内蔵されている。制御器36は、予め設定された保持温度まで載置面34が加熱された後、載置面34の温度が保持温度に維持されるように、本体32内の加熱器を制御する。制御器36には、制御装置18から制御信号が入力され、予熱装置30の予熱・保温や後熱処理の開始や終了、保持温度の設定や変更などが、制御装置18によって制御される。
The preheating
なお、予熱装置30は、ワークの温度を計測する温度センサ(第2のセンサ42と兼用しても、第2のセンサ42とは別でもよい)を用いて、ワークの所定部分の温度が所定温度になるように、ワークを加熱し保温するように構成してもよい。この場合、温度むらが生じやすい大型のワークなどの温度管理が容易になる。
The preheating
予熱装置30の代わりに、熱線照射、アーク放電、ガスバーナなどの適宜な方法で、ワークを加熱し保温する予熱装置を用いてもよい。また、予熱装置は、ワークを支持する装置(例えば、載置されたワークを移動させる移動テーブルや、ワークを把持しワークの位置や向きを変えるワーク把持装置など)に組み込んでも、ワークを支持する装置とは別に設けても構わない。
Instead of pre-heating
把持ロボット20は、予め決められた経路でワーク2の表面4にビードを形成するように、ワーク2の表面4に沿って溶接トーチ11を移動させる。溶接トーチ11の軌道は、例えば3Dシミュレーションで予め検討し設定しておく。
The gripping
把持ロボット20は、相対移動装置(すなわち、溶接装置10が肉盛溶接を行う間、溶接装置10の溶接トーチ11とワーク2とが予め設定された経路に沿って相対移動するように、溶接トーチ11とワーク2といずれか一方又は両方を移動させる相対移動装置)である。相対移動装置は、例えば、ワークが載置され、固定された溶接トーチに対してワークを移動させる移動テーブルでもよいし、ワークを把持しワークの位置や向きを変えるワーク把持装置と、溶接トーチの位置や向きを変える把持ロボットとを組み合わせてもよい。
The gripping
温度を計測する第1及び第2のセンサ40,42は、熱電対や光ファイバー温度計等も使用可能であるが、赤外線放射温度計やサーモカメラなどの非接触タイプが好ましい。第1及び第2のセンサ40,42は適宜に配置すればよく、例えば、把持ロボット20に取り付けてもよいし、把持ロボット20と協調動作する別のロボットに取り付けてもよい。第1及び第2のセンサ40,42は別々である必要はなく、例えば1台のサーモカメラで、溶湯6とワーク2との両方の温度を計測しても構わない。この場合、第1及び第2のセンサ40,42を、静止箇所に固定することができる。
As the first and
第1のセンサ40は、例えば、溶接トーチ11付近から斜めの角度で溶湯6の温度を計測する。
For example, the
第2のセンサ42は、ワーク2の表面4のうち溶接トーチ11の進行方向の肉盛溶接される予定の領域又はその近傍の温度を計測することが好ましいが、ワーク2の温度を計測する位置は、適宜に選択すればよい。例えば、肉盛溶接される予定の領域から離れた部分の温度を計測するように構成することも可能である。また、ワーク2の内部の温度を計測するように構成することも可能である。
The
第2のセンサ42は、例えば、ワーク2の表面4のうち、溶湯6の進行方向、すなわち溶湯6が凝固したビードを形成する方向に対して斜め後方の、凝固直後のビードから所定距離離れた位置の温度を計測する。この場合、溶接直後の溶接層との界面近傍の母材の温度を精度よく推定し管理することができるので、溶接層の密着強度や界面近傍の母材の変質を安定させることが容易である。
The
1つ又は2つ以上の第2のセンサ42によって、ワーク2の複数箇所の温度を計測するように構成すると、ワーク2の温度分布に対応した適切な制御が可能になる。
If one or two or more
例えば、予熱である程度均一に加熱されたワーク2は、予熱装置30によって保温された状態で溶接される。一般的には、予熱装置30の出力(発熱量)は、予熱時より保温時の方が小さい。溶接部位の付近の母材は、溶接で発生する熱が直ぐに伝わるため、温度が上昇しやすい。一方、溶接部位から遠い箇所の母材は、相対的に温度が上昇しにくく、場合によっては、予熱装置30で保温されているのに温度が下がる。そのままでは、溶接されるときの温度は、母材の部位による差が大きくなり、品質ムラの原因となる。また、溶接された部位の母材温度は溶接後に降下するが、温度の降下が想定より大きい箇所では、溶接後の割れなどが発生する可能性有ある。
For example, the
溶接部位の付近の母材温度のみで制御すると、その数値から想定できる以上に、実際には、溶接部位から遠い箇所の母材温度が下がった場合には、適切な制御ができない。そこで、温度センサ2で複数箇所の母材温度を計測し、平均化又はそれぞれにウェイトを適切に持たせた制御を行うなどすれば、ワーク2の温度分布に対応した適切な制御が可能になる。
If control is performed only with the base metal temperature in the vicinity of the welded part, it is actually impossible to perform appropriate control when the base metal temperature in a part far from the welded part is lowered than can be assumed from the numerical value. Therefore, by measuring the temperature of the base material at a plurality of locations with the
ワーク2の位置を検出する第3のセンサ44は、例えばタッチプローブセンサであり、溶接開始直前のワーク2の位置を検出するために用いる。制御装置18は、把持ロボット20により移動するように予め設定された溶接トーチ11の軌道を、第3のセンサ44で検出したワーク2の位置に応じて補正し、実際のワークの位置に応じた適切な軌道を溶接トーチ11が移動するように制御する。すなわち、溶接トーチ11とワーク2とが相対移動するように予め設定された経路が補正され、補正された経路に沿って溶接トーチ11とワーク2とが相対移動する。これによって、ワークの位置決めがずれていたり、予熱でワークが熱変形したりしても、適切な経路で溶接することができ、溶接品質が安定する。
The
制御装置18は、溶接装置10の粉末送給装置12、冷却水循環装置14、及びプラズマ溶接電源16を制御し、さらに、把持ロボット20と予熱装置30とを制御する。
The
制御装置18は、制御信号を出力したり第1ないし第3のセンサ40,42,44からの検出信号が入力されたりするインターフェースと、動作状況等を表示する表示灯や表示パネルなどの表示機器と、起動・溶接開始などの操作や溶接条件の入力等に用いる操作スイッチ・操作ボタン・データ読取装置などの入力機器と、メモリ等の記憶装置と、CPU等の演算処理装置とを含み、予め決められたプログラムに従って制御を実行するように構成されている。
The
制御装置18は、溶接装置10と予熱装置30とのうちいずれか一方又は両方の出力を手動で変更するため手動操作盤19を含むことが好ましい。この場合、手動操作盤19は、図示したように、制御装置18の本体18aとは別体であり、制御装置18の本体18aに接続されてもよいし、制御装置18の本体18a内に組み込まれてもよい。手動操作盤19は、溶接条件を手動操作で微調整できるように構成されている。手動操作盤19を用いると、溶接条件が自動的に変更され前に、溶接条件を変更することができる。そのため、作業員が溶接状態を監視し、適切な溶接状態となるように、より迅速に溶接条件を変更するができ、溶接品質をより安定させることが可能になる。
The
さらに、第1及び第2のセンサ40,42で計測した第1及び第2の温度Ta,Tbのいずれか一方又は両方が表示される温度表示装置を備えることが好ましい。この場合、定量的なデータ(計測された第1及び第2の温度Ta,Tb)に基づいて、溶接条件をより適切に変更することでき、溶接品質をより一層安定させることが可能になる。
Furthermore, it is preferable to include a temperature display device that displays either one or both of the first and second temperatures Ta and Tb measured by the first and
次に、溶接システム50の動作について、図2を参照しながら説明する。図2は、溶接システム50の基本的な動作のフローチャートである。
Next, the operation of the
まず、ワーク2に応じた溶接条件(溶接装置10の出力を決める電流値・電流プロファイル・粉末送り出し量等や、溶接トーチ11の軌道・動作条件・移動速度、予熱装置30の保持温度等)が設定される。
First, the welding conditions (current value, current profile, powder feed amount, etc. that determine the output of the
次いで、制御装置18の入力機器を用いて作業員が所定の起動操作を行うと、制御装置18は、予熱装置30に加熱・保温モードの動作を開始させ、第2のセンサ42がワーク2の温度(第2の温度Tb)の計測を開始する(S10)。予熱装置30の載置面34の温度は、予め決められた保持温度に達するまで上昇する一方、保持温度に達したら保持温度を維持するように自動制御される。予熱装置30の載置面34の温度上昇に伴ってワーク2の温度が上昇し、ワーク2の温度は、予熱装置30の載置面34の温度以下になる。
Next, when an operator performs a predetermined starting operation using the input device of the
次いで、第2のセンサ42が計測したワーク2の温度(第2の温度Tb)が、予め設定された溶接開始基準温度T0に達すると(S12でY)、溶接段取りが完了する。
Then, the
次いで、制御装置18の入力機器を用いて作業員が所定の溶接開始操作をするのを待ち(S14でN)、溶接開始操作がされると(S14でY)、溶接工程を開始する。システム上は、ステップS14をなくし、溶接段取り完了後に溶接工程を自動スタートにすることも可能であるが、安全性の観点から手動スタートにすることが好ましい。 Next, the operator waits for the operator to perform a predetermined welding start operation using the input device of the control device 18 (N in S14). When the welding start operation is performed (Y in S14), the welding process is started. On the system, it is possible to eliminate step S14 and automatically start the welding process after completion of welding setup, but it is preferable to manually start from the viewpoint of safety.
溶接工程では、まず、第3のセンサ44がワーク2の位置を検出し、制御装置18は、第3のセンサ44が計測したワーク2の位置に応じて、予め設定された溶接トーチ11の軌道を補正する(S16)。これによって、予熱後のワーク位置に応じて、適切な経路で溶接することができるので、ワークの位置決め誤差や予熱に伴うワークの熱変形などに影響されない。そのため、溶接品質が一層安定する。なお、ワークの位置決め誤差やワークの熱変形などが溶接品質に影響しない場合や、影響しても問題にならない場合などには、ステップ16をなくしてもよい。
In the welding process, first, the
次いで、制御装置18は、溶接装置10と把持ロボット20を動作させて溶接を開始する(S18)。すなわち、溶接装置10の溶接トーチ11からワーク2の表面4に、溶融している溶接材料が供給される。把持ロボット20は、補正された軌道に沿って、溶接トーチ11を移動させる。
Next, the
溶接中に、第1のセンサ40は溶湯6の温度(第1の温度Ta)を計測し、第2のセンサはワーク2の温度(第2の温度Tb)を計測する。制御装置18は、第1及び第2のセンサ40,42が計測した第1及び第2の温度Ta,Tbに基づいて、第1及び第2の温度Ta,Tbがそれぞれ予め決められた第1及び第2の範囲内に収まるように、溶接装置10と予熱装置30との少なくとも一方の出力を制御する。
During welding, the
具体的には、第1の温度Taが第1の基準温度T1に達するまで(S20でY)、出力を変更せず、ステップS24に進む。第1の温度Taが第1の基準温度T1を超えると(S20でN)、制御装置18が予熱装置30の出力を制御する。すなわち、制御装置18は、予熱装置30に設定されている保温温度を所定値分だけ小さくする制御信号を予熱装置30の制御器36に送り、予熱装置30の出力(加熱器の発熱量)を低下させる(S22)。この場合、溶接を継続しながら溶接条件を微調整することによって、溶接品質のばらつきを抑制することができる。
Specifically, to a first temperature Ta reaches the first reference temperature T 1 (Y at S20), without changing the output, the process proceeds to step S24. When the first temperature Ta exceeds the first reference temperature T 1 (N at S20), the
次いで、ステップS24では、第2の温度Tbが第2の基準温度T2に達するまで(S24でN)、出力を変更せず、ステップS26に進む。第2の温度Tbが第2の基準温度T2を超えると(S24でN)、制御装置18は、溶接装置10と把持ロボット20の動作を一時的に停止させ、溶接を中断する(S30)。次いで、制御装置18は、予熱装置30に設定されている保温温度を所定値分だけ小さくする制御信号を予熱装置30の制御器36に送り、予熱装置30の出力(加熱器の発熱量)を低下させる(S32)。
Then, in step S24, to a second temperature Tb reaches the second reference temperature T 2 (N at S24), without changing the output, the process proceeds to step S26. When the second temperature Tb exceeds the second reference temperature T 2 (N at S24), the
次いで、溶接条件を変更する(S34)。具板的には、溶接開始基準温度T0を、所定値分Δ0だけ小さい値(T0−Δ0)に変更するとともに、第2の基準温度T2を、所定値分Δ2だけ小さい値(T2−Δ2)に変更する。 Next, the welding conditions are changed (S34). Specifically, the welding start reference temperature T 0 is changed to a value (T 0 −Δ 0 ) that is lower by a predetermined value Δ 0 , and the second reference temperature T 2 is lower by a predetermined value Δ 2. Change to the value (T 2 −Δ 2 ).
次いで、第2の温度Tbが変更後の溶接開始基準温度T0まで低下するのを待つ(S36でN)。第2の温度Tbが変更後の溶接開始基準温度T0まで低下したら(S36でY)、制御装置18は、溶接装置10と把持ロボット20の動作の一時的な停止を解除し、動作を再開させ(S38)、ステップ20に戻る。
Next, the process waits for the second temperature Tb to decrease to the welding start reference temperature T 0 after the change (N in S36). When the second temperature Tb decreases to the welding start reference temperature T 0 after the change (Y in S36), the
このように、溶接を中断することによって溶接品質の悪化を未然に回避でき、溶接条件の設定を変更した後に溶接を再開することによって、溶接品質を安定させることができる。 Thus, it is possible to avoid deterioration of the welding quality by interrupting the welding, and to stabilize the welding quality by restarting the welding after changing the setting of the welding conditions.
次いで、ステップS26では、予め決められた範囲の溶接が終了するまで(S26でN)、ステップS20に戻り、溶接を継続する。なお、図2に図示されていないが、ステップS22で低下させた予熱装置30の出力は、再びステップS22に進んでも、所定時間が経過するまでは変更しない。
Next, in step S26, the process returns to step S20 to continue welding until welding in a predetermined range is completed (N in S26). Although not shown in FIG. 2, the output of the preheating
予め決められた範囲の溶接が完了したら(S26でY)、制御装置18は、溶接装置10と把持ロボット20を停止させて溶接を終了し(S40)、予熱装置30の予熱・加熱モードの動作を停止させる(S42)。
When the welding in the predetermined range is completed (Y in S26), the
次いで、制御装置18は、予熱装置30に後熱処理モードの動作を開始させる(S44)。後熱モードにおいて、予熱装置30の載置面34の温度は、予め決められたプロファイルに従って自動制御され、予熱装置の載置面34に載置された溶接完了後のワークは、後熱処理される。
Next, the
予熱装置30は後熱処理を終えると停止し、溶接システム50は動作を終了する(S46)。
The preheating
なお、上述した制御や、後述する変形例1〜8の制御を適宜に取捨選択し、組み合わせて、溶接システム50の溶接装置10及び/又は予熱装置30の出力を制御することができる。
In addition, the output of the
以上に説明したように、制御装置18は、第1の温度Ta(溶湯6の温度)及び第2の温度Tb(ワーク2の温度、すなわち母材の温度)の計測値に基づいて、第1及び第2の温度Ta,Tbが、それぞれ良好な溶接状態になる第1及び第2の範囲内に収まるように、溶接装置10及び/又は予熱装置30の出力を制御する。これによって、溶接中に、溶接条件が適切に制御され、良好な溶接状態が維持される。
As described above, the
溶接システム50は、溶接品質に影響を与える要因を第1及び第2の温度に集約し、定量的な基準に基づいて溶接状態を制御することができ、熱管理の再現性が高い。したがって、溶接品質を安定させることが容易である。
The
通常のアーク溶接では、母材の溶け込みが溶接金属の硬さの低下を招くため、2層以上の肉盛溶接が必要になる。これに対し、粉体プラズマ溶接は、母材の溶け込みが少なく、1層のみの肉盛溶接も可能である。粉体プラズマアーク溶接装置は、耐摩耗性、耐ヒートクラック性、耐剥離性に優れた鍛造用の金型など、通常のアーク溶接では製作が困難な製品を製作することができ、例えば、SKD61の母材に、溶接難易度が高いステライトを肉盛可能である。しかしながら、より厳しい熱管理が必要となるため、溶接装置10が粉体プラズマアーク溶接装置の場合、本発明の効果が特に顕著である。ガスと溶接材料の粉末とを供給する粉末送給装置を備えたレーザ溶接装置の場合も、同様に、本発明の効果が特に顕著である。
In normal arc welding, since the penetration of the base material causes a decrease in the hardness of the weld metal, overlay welding of two or more layers is required. On the other hand, powder plasma welding has little penetration of the base material, and can also perform overlay welding of only one layer. The powder plasma arc welding apparatus can produce products that are difficult to produce by ordinary arc welding, such as a forging die having excellent wear resistance, heat crack resistance, and peel resistance. For example, SKD61 It is possible to build up stellite having a high degree of difficulty in welding on the base material. However, since stricter thermal management is required, the effect of the present invention is particularly remarkable when the
次に、溶接中に、溶接装置及び予熱装置のいずれか一方又は両方の出力を変更する制御について、変形例1〜7を説明する。 Next, modified examples 1 to 7 will be described with respect to control for changing the output of one or both of the welding apparatus and the preheating apparatus during welding.
<変形例1> 第1の温度(溶湯の温度)の計測値が第1の基準温度を超えたとき、制御装置が溶接装置の出力を制御する。例えば、制御装置は、溶接装置の電流値を、所定値分だけ小さい電流値に変更する。 <Modification 1> When the measured value of the first temperature (melt temperature) exceeds the first reference temperature, the control device controls the output of the welding device. For example, the control device changes the current value of the welding device to a current value that is smaller by a predetermined value.
通常動作時には電流値の減少に連動して粉末送り出し量(溶接トーチに供給する粉末量)が減少するように溶接装置が制御される場合、例えば事前に選択した次のような手法により、単位長さあたりの盛り量(溶着量)の変動を抑制するように制御することが好ましい。ひとつの手法は、第1の温度(溶湯の温度)の計測値が第1の基準温度を超えたとき、溶接装置の電流値を小さくするともに、粉末送り出し量を、溶接装置で制御する電流値と関連づけて割り込み制御し、通常動作時に比べ粉末送り出し量を増やし、粉末送り出し量の変動を抑制する。もうひとつの手法は、第1の温度(溶湯の温度)の計測値が第1の基準温度を超えたとき、溶接装置の電流値を小さくするともに、溶接装置で制御する電流値と関連づけて、予め決められた時間(例えば所定秒数)が経過した後に、溶接トーチとワークの相対移動速度を小さくするように把持ロボットを制御する。このような手法により、ビードの均一性を維持し、溶接品質を安定させることができる。 When the welding equipment is controlled so that the amount of powder delivered (the amount of powder supplied to the welding torch) decreases in conjunction with the decrease in the current value during normal operation, for example, the unit length can be determined by the following preselected method: It is preferable to control so as to suppress fluctuations in the amount of deposit (welding amount). One method is to reduce the current value of the welding device when the measured value of the first temperature (melt temperature) exceeds the first reference temperature, and to control the powder feed amount with the welding device. In association with the control, interrupt control is performed, and the amount of powder delivery is increased compared to the normal operation, and fluctuations in the powder delivery amount are suppressed. Another method is to reduce the current value of the welding apparatus when the measured value of the first temperature (molten metal temperature) exceeds the first reference temperature, and relate it to the current value controlled by the welding apparatus, After a predetermined time (for example, a predetermined number of seconds) elapses, the gripping robot is controlled so as to reduce the relative movement speed between the welding torch and the workpiece. By such a method, the uniformity of a bead can be maintained and welding quality can be stabilized.
<変形例2> 第1の温度(溶湯の温度)の計測値の計測値が、予め定められた第3の基準温度を下回ったとき、制御装置が溶接装置の出力を制御する。例えば、制御装置は、溶接装置の電流値を、所定値分だけ大きい電流値に変更する。
<
通常動作時には電流値の増加に連動して粉末送り出し量(溶接トーチに供給する粉末量)が増加するように溶接装置が制御される場合、例えば事前に選択した次のような手法により、単位長さあたりの盛り量(溶着量)の変動を抑制するように制御することが好ましい。ひとつの手法は、第1の温度(溶湯の温度)の計測値の計測値が、予め定められた第3の基準温度を下回ったとき、溶接装置の電流値を大きくするとともに、粉末送り出し量を、溶接装置で制御する電流値と関連づけて割り込み制御し、通常動作時に比べ粉末送り出し量を減らし、粉末送り出し量の変動を抑制する。もうひとつ手法は、第1の温度(溶湯の温度)の計測値の計測値が、予め定められた第3の基準温度を下回ったとき、溶接装置の電流値を大きくするとともに、溶接装置で制御する電流値と関連づけて、予め決められた時間(例えば所定秒数)が経過した後に、溶接トーチとワークの相対移動速度を大きくするように把持ロボットを制御する。このような手法により、ビードの均一性を維持し、溶接品質を安定させることができる。 When the welding equipment is controlled so that the amount of powder delivered (the amount of powder supplied to the welding torch) increases in conjunction with an increase in the current value during normal operation, the unit length can be determined by, for example, the following preselected method: It is preferable to control so as to suppress fluctuations in the amount of deposit (welding amount). One method is to increase the current value of the welding device and to reduce the powder feed amount when the measured value of the first temperature (melt temperature) falls below a predetermined third reference temperature. Then, interrupt control is performed in association with the current value controlled by the welding apparatus, and the powder feed amount is reduced compared with the normal operation, and fluctuations in the powder feed amount are suppressed. Another method is to increase the current value of the welding device and control it with the welding device when the measured value of the first temperature (melt temperature) falls below a predetermined third reference temperature. The gripping robot is controlled so as to increase the relative movement speed between the welding torch and the workpiece after a predetermined time (for example, a predetermined number of seconds) has elapsed in association with the current value. By such a method, the uniformity of a bead can be maintained and welding quality can be stabilized.
<変形例3> 第2の温度(母材の温度)の計測値が、第2の基準温度を超えたとき、制御装置が溶接装置の出力を制御する。例えば、制御装置は、溶接装置に設定されている電流値を、所定値分だけ小さい電流値に変更する。 <Modification 3> When the measured value of the second temperature (the temperature of the base material) exceeds the second reference temperature, the control device controls the output of the welding device. For example, the control device changes the current value set in the welding device to a current value that is smaller by a predetermined value.
通常動作時には電流値の減少に連動して粉末送り出し量(溶接トーチに供給する粉末量)が減少するように溶接装置が制御される場合、例えば事前に選択した次のような手法により、単位長さあたりの盛り量(溶着量)の変動を抑制するように制御することが好ましい。ひとつの手法は、第2の温度(母材の温度)の計測値が、第2の基準温度を超えたとき、溶接装置の電流値を小さくするとともに、粉末送り出し量を、溶接装置で制御する電流値と関連づけて割り込み制御し、通常動作時に比べ粉末送り出し量を増やし、粉末送り出し量の変動を抑制する。もうひとつの手法は、第2の温度(母材の温度)の計測値が、第2の基準温度を超えたとき、溶接装置で制御する電流値と関連づけて、予め決められた時間(例えば所定秒数)が経過した後に、溶接トーチとワークの相対移動速度を小さくするように把持ロボットを制御する。このような手法により、ビードの均一性を維持し、溶接品質を安定させることができる。 When the welding equipment is controlled so that the amount of powder delivered (the amount of powder supplied to the welding torch) decreases in conjunction with the decrease in the current value during normal operation, for example, the unit length can be determined by the following preselected method: It is preferable to control so as to suppress fluctuations in the amount of deposit (welding amount). One method is to reduce the current value of the welding apparatus and control the amount of powder delivered by the welding apparatus when the measured value of the second temperature (the temperature of the base material) exceeds the second reference temperature. Interrupt control is performed in association with the current value, and the amount of powder delivery is increased compared to that during normal operation, and fluctuations in the amount of powder delivery are suppressed. In another method, when the measured value of the second temperature (the temperature of the base material) exceeds the second reference temperature, it is associated with the current value controlled by the welding apparatus and is determined in advance (for example, a predetermined value). After the elapse of seconds, the gripping robot is controlled so as to reduce the relative movement speed of the welding torch and the workpiece. By such a method, the uniformity of a bead can be maintained and welding quality can be stabilized.
例えば、小径のピン盛り等のように、溶接速度が非常に早く、短時間であるため、作業員が溶接条件を微調整しても間に合わない場合に、母材温度を溶接中に計測し、計測値が所望の母材温度プロファイル(良い品質が得られるときの母材温度プロファイル)に一致するように、溶接装置の出力などの溶接条件をリアルタイムに変える制御を行う。これによって、溶接品質を安定させることができる。 For example, because the welding speed is very fast and short, such as a pin with a small diameter, if the worker does not make it in time even if the welding conditions are fine-tuned, measure the base material temperature during welding, Control is performed to change the welding conditions such as the output of the welding apparatus in real time so that the measured value matches the desired base material temperature profile (base material temperature profile when good quality is obtained). Thereby, welding quality can be stabilized.
<変形例4> 第2の温度(母材の温度)の計測値が、予め定められた第4の基準温度を下回ったとき、制御装置が予熱装置の出力を制御する。例えば、制御装置は、予熱装置に設定されている保温温度を、所定値分だけ大きい温度に変更する。
<
<変形例5> 第1及び第2の温度(溶湯と母材の温度)の計測値に基づいて、制御装置が、溶接装置及び予熱装置の両方の出力を変更してもよい。 <Modification 5> Based on the measured value of 1st and 2nd temperature (temperature of a molten metal and a base material), a control apparatus may change the output of both a welding apparatus and a preheating apparatus.
<変形例6> 溶接装置及び/又は予熱装置の出力は、第1の温度(溶湯の温度)が第1の範囲内(第3の基準温度以上、かつ、第1の基準温度以下)のときから変更してもよい。例えば、第1の範囲内の第1の目標温度を設定し、第1の温度が第1の範囲内であっても第1の目標温度から外れているときは、溶接装置及び/又は予熱装置の出力を変更する。同様に、溶接装置及び/又は予熱装置の出力は、第2の温度(母材の温度)が第2の範囲(第4の基準温度以上、かつ、第2の基準温度以下)内のときから変更してもよい。 <Modification 6> The output of the welding device and / or the preheating device is when the first temperature (the temperature of the molten metal) is within the first range (the third reference temperature or more and the first reference temperature or less). You may change from For example, when a first target temperature within the first range is set, and the first temperature is within the first range but deviates from the first target temperature, the welding device and / or the preheating device Change the output of. Similarly, the output of the welding apparatus and / or the preheating apparatus is from the time when the second temperature (the temperature of the base material) is within the second range (the fourth reference temperature or more and the second reference temperature or less). It may be changed.
<変形例7> 第1及び第2の温度(溶湯と母材の温度)のいずれか一方又は両方の温度の計測値が変化する速度又は加速度に基づいて、制御装置が、溶接装置及び予熱装置のいずれか一方又は両方の出力を変更してもよい。 <Modification 7> Based on the speed or acceleration at which the measured value of one or both of the first and second temperatures (the temperatures of the molten metal and the base material) changes, the control device is a welding device and a preheating device. Either or both of the outputs may be changed.
例えば、小径のピン盛り等のように、溶接速度が非常に早く、短時間である場合に、母材温度変化の加速度に基づいて、先の溶接条件を予め予測変更する制御を行う。 For example, when the welding speed is very fast and short, such as a pin with a small diameter, control is performed to predict and change the previous welding conditions in advance based on the acceleration of the base material temperature change.
<変形例8> 第1の温度(溶湯の温度)を計測する第1のセンサと、第2の温度(母材の温度)を計測する第2のセンサとのいずれか一方のみを備える。溶接装置が肉盛溶接を行う間、制御装置は、第1の温度が第1の範囲内に収まるように予熱装置の出力を制御し、又は、第2の温度が第2の範囲内に収まるように溶接装置の出力を制御する。 <Modification 8> Only one of the first sensor that measures the first temperature (the temperature of the molten metal) and the second sensor that measures the second temperature (the temperature of the base material) is provided. While the welding device performs overlay welding, the control device controls the output of the preheating device so that the first temperature falls within the first range, or the second temperature falls within the second range. So as to control the output of the welding apparatus.
<まとめ> 以上に説明した溶接システムは、溶接品質に影響を与える要因を第1及び第2の温度に集約し、定量的な基準に基づいて溶接状態を制御することができ、熱管理の再現性が高い。したがって、溶接品質を安定させることが容易である。 <Summary> The welding system described above is capable of consolidating the factors affecting the welding quality into the first and second temperatures and controlling the welding state based on quantitative criteria, and reproducing thermal management. High nature. Therefore, it is easy to stabilize the welding quality.
なお、本発明は、上記実施の形態に限定されるものではなく、種々変更を加えて実施することが可能である。 The present invention is not limited to the above embodiment, and can be implemented with various modifications.
例えば、実施例1では、溶接システムの制御装置として溶接装置の制御装置を用いる構成を例示したが、溶接システムの制御装置は、適宜に構成すればよい。例えば、溶接システムの制御装置として、相対移動装置(把持ロボット)の制御装置を用いる構成でも、溶接装置及び相対移動装置(把持ロボット)とは別の独立した制御装置を用いる構成でも構わない。 For example, in Example 1, although the structure which uses the control apparatus of a welding apparatus as a control apparatus of a welding system was illustrated, what is necessary is just to comprise the control apparatus of a welding system suitably. For example, as a control device of the welding system, a configuration using a control device of a relative movement device (gripping robot) or a configuration using an independent control device different from the welding device and the relative movement device (gripping robot) may be used.
相対移動装置は、全自動でも、半自動でも、手動でも構わない。 The relative movement device may be fully automatic, semi-automatic, or manual.
本発明の溶接システムにIoT技術を適用して、遠隔メンテナンスができるようにしたり、システム稼働状況や加熱器の制御状況、安全性などを遠隔でモニタできるようにしたりすることも可能である。 It is also possible to apply IoT technology to the welding system of the present invention so that remote maintenance can be performed, and to monitor the system operating status, the control status of the heater, safety, and the like remotely.
2 ワーク
4 表面
6 溶湯(溶融されている溶接材料)
10 溶接装置
11 溶接トーチ
12 粉末送給装置
14 冷却水循環装置
16 プラズマ溶接電源
18 制御装置
19 手動操作盤
20 把持ロボット(相対移動装置)
30 予熱装置
34 載置面
40 第1のセンサ
42 第2のセンサ
44 第3のセンサ
50 溶接システム
Ta 第1の温度
Tb 第2の温度
2
DESCRIPTION OF
30
Claims (8)
直接接触による伝熱、熱線照射、アーク放電、ガスバーナのうち少なくとも一つによって前記ワークを予熱し保温する予熱装置と、
前記ワークの予熱後に前記肉盛溶接を開始するように、前記溶接装置及び前記予熱装置を動作させる制御装置と、
前記溶接装置によって前記ワークの前記表面で溶融されている前記溶接材料の温度である第1の温度を計測する第1のセンサと、
を備え、
前記制御装置は、前記溶接装置が前記肉盛溶接を行う間、前記第1のセンサが計測した前記第1の温度に基づいて、
前記第1の温度が第1の範囲内に収まるように、前記予熱装置の出力を制御することを特徴とする、溶接システム。 A welding apparatus for performing overlay welding by welding a welding material to the surface of the workpiece;
A preheating device that preheats and keeps the workpiece warm by at least one of heat transfer by direct contact, heat ray irradiation, arc discharge, and gas burner ;
A control device for operating the welding device and the preheating device so as to start the build-up welding after preheating the workpiece;
A first sensor for measuring a first temperature which is a temperature of the welding material melted on the surface of the workpiece by the welding device;
With
The control device is based on the first temperature measured by the first sensor while the welding device performs the overlay welding.
The welding system, wherein the output of the preheating device is controlled so that the first temperature falls within a first range.
直接接触による伝熱、熱線照射、アーク放電、ガスバーナのうち少なくとも一つによって前記ワークを予熱し保温する予熱装置と、
前記ワークの予熱後に前記肉盛溶接を開始するように、前記溶接装置及び前記予熱装置を動作させる制御装置と、
前記溶接装置によって前記ワークの前記表面で溶融されている前記溶接材料の温度である第1の温度を計測する第1のセンサと、
前記ワークの温度である第2の温度を計測する第2のセンサと、
を備え、
前記制御装置は、前記溶接装置が前記肉盛溶接を行う間、前記第2のセンサが計測した前記第2の温度に基づいて、前記第2の温度が第2の範囲内に収まるように前記溶接装置の出力を制御するとともに、前記第1のセンサが計測した前記第1の温度が第1の範囲から外れたとき、前記予熱装置の前記出力を変更することを特徴とする溶接システム。 A welding apparatus for performing overlay welding by welding a welding material to the surface of the workpiece;
A preheating device that preheats and keeps the workpiece warm by at least one of heat transfer by direct contact, heat ray irradiation, arc discharge, and gas burner;
A control device for operating the welding device and the preheating device so as to start the build-up welding after preheating the workpiece;
A first sensor for measuring a first temperature which is a temperature of the welding material melted on the surface of the workpiece by the welding device ;
A second sensor for measuring a second temperature which is the temperature of the workpiece;
With
The control device is configured so that the second temperature falls within a second range based on the second temperature measured by the second sensor while the welding device performs the overlay welding. It controls the output of the welding device, wherein the first sensor is measured when the first temperature is deviated from the first range, welding system that is characterized in that to change the output of the preheating device .
前記第2のセンサが計測した前記第2の温度が前記第2の範囲から外れたとき、
前記溶接装置に前記肉盛溶接を中断させた後、前記予熱装置の前記出力を変更し、前記出力が変更された状態で前記溶接装置に前記肉盛溶接を再開させることを特徴とする、請求項2に記載の溶接システム。 The controller is
When the second temperature measured by the second sensor is out of the second range,
The build-up welding is interrupted by the welding device, the output of the preheating device is changed, and the build-up welding is restarted by the welding device with the output changed. Item 3. The welding system according to Item 2 .
前記ワークの位置を検出する第3のセンサと、
をさらに備え、
前記制御装置は、
前記第3のセンサによって検出された前記予熱後の前記ワークの位置に応じて、予め設定された前記経路を補正し、
前記溶接装置が前記肉盛溶接を行う間、前記溶接トーチと前記ワークとが、補正された前記経路に沿って相対移動するように、前記相対移動装置を動作させることを特徴とする、請求項1ないし3のいずれか一つに記載の溶接システム。 While the welding apparatus performs the overlay welding, either or both of the welding torch and the workpiece are moved so that the welding torch and the workpiece of the welding apparatus move relative to each other along a preset path. A relative movement device for moving
A third sensor for detecting the position of the workpiece;
Further comprising
The controller is
According to the position of the workpiece after the preheating detected by the third sensor, the preset route is corrected,
The relative movement device is operated so that the welding torch and the workpiece relatively move along the corrected path while the welding device performs the overlay welding. The welding system according to any one of 1 to 3 .
前記溶接装置と前記予熱装置とのいずれか一方又は両方の前記出力を、前記溶接装置が自動で前記肉盛溶接を行っているときに手動で変更するための手動操作盤を含むことを特徴とする、請求項1ないし5のいずれか一つに記載の溶接システム。 The controller is
A manual operation panel for manually changing the output of one or both of the welding device and the preheating device when the welding device is automatically performing the overlay welding; The welding system according to any one of claims 1 to 5 .
前記第1のステップで前記肉盛溶接を行う間、前記ワークの前記表面で溶融している前記溶接材料の温度である第1の温度を計測する第2のステップと、
前記第2のステップで計測した前記第1の温度に基づいて、前記第1の温度が第1の範囲内に収まるように前記予熱装置の出力を制御する第3のステップと、
を備えたことを特徴とする、溶接方法。 Heat transfer by direct contact, heat ray irradiation, arc discharge, after preheating the workpiece with a preheater for preheating the workpiece insulation by at least one of the gas burner, while kept the work with the preheating device, A first step of performing overlay welding by relatively moving the torch of the welding apparatus and the workpiece along a predetermined path, and welding a welding material to the surface of the workpiece;
A second step of measuring a first temperature which is a temperature of the welding material melted on the surface of the workpiece while performing the overlay welding in the first step;
A third step of controlling the output of the preheating device based on the first temperature measured in the second step so that the first temperature falls within a first range;
A welding method characterized by comprising:
前記第1のステップで前記肉盛溶接を行う間、前記ワークの前記表面で溶融している前記溶接材料の温度である第1の温度を計測する第2のステップと、
前記第2のステップで計測した前記第1の温度に基づいて、前記第1の温度が第1の範囲内に収まるように前記予熱装置の出力を制御する第3のステップと、
前記第1のステップで前記肉盛溶接を行う間、前記ワークの前記表面の温度である第2の温度を計測する第4のステップと、
前記第4のステップで計測した前記第2の温度に基づいて、前記第2の温度が第2の範囲内に収まるように前記溶接装置の出力を制御する第5のステップと、
を備えたことを特徴とする、溶接方法。 Heat transfer by direct contact, heat ray irradiation, arc discharge, after preheating the workpiece with a preheater for preheating the workpiece insulation by at least one of the gas burner, while kept the work with the preheating device, A first step of performing overlay welding by relatively moving the torch of the welding apparatus and the workpiece along a predetermined path, and welding a welding material to the surface of the workpiece;
A second step of measuring a first temperature which is a temperature of the welding material melted on the surface of the workpiece while performing the overlay welding in the first step;
A third step of controlling the output of the preheating device based on the first temperature measured in the second step so that the first temperature falls within a first range;
A fourth step of measuring a second temperature that is a temperature of the surface of the workpiece while performing the overlay welding in the first step;
Based on the second temperature measured in the fourth step, a fifth step of controlling the output of the welding apparatus so that the second temperature falls within a second range;
A welding method characterized by comprising:
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