JP6969976B2 - アーク溶接装置及びアーク溶接方法 - Google Patents
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Description
従って、磁気吹きの予兆に対して遅れなく対応することができ、埋もれアーク溶接における磁気吹き及びアーク切れの発生を効果的に抑制することができる。
従って、磁気吹きの予兆をより早期に検知し、埋もれアーク溶接における磁気吹き及びアーク切れの発生をより効果的に抑制することができる。
溶接電流の下限電流値をこのように設定することによって、埋もれアーク溶接における磁気吹き及びアーク切れの発生をより効果的に抑制することができる。
(実施形態1)
図1は本実施形態1に係るアーク溶接装置の一構成を示す模式図である。本実施形態1に係るアーク溶接装置は、埋もれアーク溶接を行う消耗電極式のガスシールドアーク溶接機であり、溶接電源1、トーチ2及びワイヤ送給部3を備える。
上記平均電流設定値は、周期的に変動する溶接電流Iの平均電流を設定するための数値である。本実施形態1に係るアーク溶接方法を実施する場合、平均電流設定値は、300A以上の平均電流、好ましくは平均電流を300A以上1000A以下の平均電流、より好ましくは500A以上800A以下の平均電流である。
上記周波数設定値は、母材4及び溶接ワイヤ5間の溶接電圧V及び溶接電流Iを周期的に変動させる周波数を設定するための数値である。本実施形態1に係るアーク溶接方法を実施する場合、周波数設定値は、10Hz以上1000Hz以下の周波数、好ましくは50Hz以上300Hz以下の周波数、より好ましくは80Hz以上200Hz以下の周波数である。
上記振幅設定値は、周期的に変動する溶接電流Iの振幅を設定するための数値である。本実施形態1に係るアーク溶接方法を実施する場合、振幅設定値は、50A以上の電流振幅、好ましくは、100A以上500A以下の電流振幅、より好ましくは200A以上400A以下の電流振幅である。
溶接電源1の通電経路には、電気抵抗R及びリアクトルLが存在する。電気抵抗Rの抵抗値Rmは、溶接電源1の内部の配線及び外部の給電ケーブル等に起因する固定分の抵抗を含めた電子的に形成される抵抗である。リアクトルLのインダクタンス値Lmは、溶接電源1の内部に設けられたコイル及び給電ケーブルの引き回しに起因する固定分のインダクタンスを含めた電子的に形成されるインダクタンスである。通常、抵抗値Rmは0.01〜0.3Ω、インダクタンス値Lmは20〜500μHである。
E=Rm・i+Lm・di/dt+v・・・(1)
但し、
E:電源回路11の出力電圧
Rm:電気抵抗Rの抵抗値
Lm:リアクトルLのインダクタンス値
i:溶接電流Iの値
v:溶接電圧Vの値
t:時間
di/dt=(E−v−Rm・i)/Lm・・・(2)
i=∫{(E−v−Rm・i)/Lm}・dt・・・(3)
Irc=∫{(Er−Vd−Rr・Id)/Lr}・dt・・・(4)
但し、
Irc:溶接電流制御設定値
Er:出力電圧設定値
Rr:外部特性傾き設定値
Lr:インダクタンス設定値
Vd:溶接電圧Vの検出値
Id:溶接電流Iの検出値
例えば、溶接電流Iの平均電流が600A、振幅が300Aである場合、下限電流値Iminを300Aに設定すると良い。
閾値は、少なくとも下限電流値Imin以下の値である。
そして、溶接電源1は、周波数10Hz以上1000Hz以下、平均電流300A以上、電流振幅50A以上の範囲内で溶接電流Iの溶接条件を設定する。
そして、制御部12は、電流検出部14にて検出された溶接電流Iの電流値Idが閾値未満であるか否かを判定する(ステップS16)。溶接電流Iが閾値未満であると判定した場合(ステップS16:YES)、制御部12は、溶接電流制御設定値Ircが所定の下限電流値Iminを下回らないように制限する(ステップS17)。ステップS17の処理を終えた場合、又は検出された溶接電流Iが閾値以上であると判定した場合(ステップS16:NO)、制御部12は、溶接電流制御設定値Irc又は下限電流値Iminと、溶接電流Iの電流値Idの差分値ΔIを電源回路11へ出力し、溶接電流Iの供給を制御する(ステップS18)。電源回路11は、制御部12から出力された差分値ΔIに従って、溶接電流Iが溶接電流制御設定値Irc又は下限電流値Iminに一致するように溶接電源1の出力をPWM制御する。つまり、溶接電源1は、定電圧特性において、溶接電流Iを下限電流値Imin以上に維持しつつ、溶接電流Iが周波数10Hz以上1000Hz未満、平均電流300A以上、電流振幅50A以上で周期的に変動するように、出力電圧設定値Erを周期的に変動させて出力を制御する。
第1状態においては、溶接ワイヤ5の先端部5aが埋もれ空間6aに深く進入し、溶融部分6の底部61に照射されるアーク7によって、深い溶け込みが得られる。
第2状態においては、溶接ワイヤ5の先端部5aが埋もれ空間6aに浅く進入し、溶融部分6の側部62に照射されるアーク7の力によって溶融部分6が支えられるため、埋もれ空間6aは安定した状態で維持される。
従って、溶接電流Iを周期的に変動させることによって埋もれ空間6aを安定的に維持することができる。
アーク切れ防止の効果を検証するための埋もれアーク溶接の実施条件は以下の通りである。母材4の板厚は19mm、溶接ワイヤ5のワイヤ径は1.4mm、ワイヤ送給速度は22m/分、溶接電流Iの平均値は600A、出力電圧設定値Erは48Vである。溶接電源1は、溶接電流Iを概ね±300Aの振幅、周波数140Hzで周期的に変動させる。母材4はI開先で、ギャップを4mmとり、裏当てに水冷銅板を用いる。
これに対して、図4Bに示すように、同溶接条件で溶接電流Iの下限を300Aに制限すると、低電流領域でも十分にアーク7の硬直性が維持され、アーク切れを防止することができる。
実施形態2に係るアーク溶接装置は、下限電流値Iminの設定に係る構成が実施形態1と異なるため、以下では主に上記相違点を説明する。その他の構成及び作用効果は実施形態と同様であるため、対応する箇所には同様の符号を付して詳細な説明を省略する。
実施形態3に係るアーク溶接装置は、磁気吹きの検知方法が実施形態1と異なるため、以下では主に上記相違点を説明する。その他の構成及び作用効果は実施形態と同様であるため、対応する箇所には同様の符号を付して詳細な説明を省略する。
2 トーチ
3 ワイヤ送給部
4 母材
5 溶接ワイヤ
5a 先端部
6 溶融部分
6a 埋もれ空間
61 底部
62 側部
7 アーク
11 電源回路
12,212,312 制御部
12a 出力電圧設定部
12b 定電圧制御部
12c 差分増幅部
12d 下限電流設定部
12e 比較部
12f 制限部
12g 計時部
13 電圧検出部
14 電流検出部
15 送給速度制御部
41 第1母材
42 第2母材
R 電気抵抗
L リアクトル
E 設定電圧
V 溶接電圧
I 溶接電流
Vd 溶接電圧の電圧値
Id 溶接電流の電流値
Er 出力電圧設定値
Irc 溶接電流制御設定値
ΔI 差分値
Imin 下限電流値
Claims (5)
- 溶接ワイヤ及び母材間に溶接電圧を印加することにより溶接電流を供給する電源回路と、溶接電圧に係る前記電源回路の設定電圧を周期的に変動させる制御部とを備え、溶接電流の供給によって前記溶接ワイヤの先端部及び母材間にアークを発生させ、該アークにより前記母材に形成される凹状の溶融部分によって囲まれる空間に前記先端部を進入させて前記母材を溶接する消耗電極式のアーク溶接装置であって、
前記電源回路にて印加される溶接電圧を検出する電圧検出部と、
前記電源回路にて供給される溶接電流を検出する電流検出部と
を備え、
前記制御部は、
前記電圧検出部及び前記電流検出部にて検出された溶接電圧及び溶接電流に基づいて、定電圧特性が得られるような溶接電流の電流値を算出し、算出された電流値に基づいて、溶接電流の供給を制御する定電圧制御部と、
前記電流検出部にて検出された溶接電流の電流値と、閾値とを比較する比較部と、
溶接電流の低下時においては定電圧特性からの乖離を一時的に許容することにより所定の下限電流値以上の溶接電流を維持するよう、検出された電流値が閾値未満である場合、前記定電圧制御部にて制御される溶接電流の電流値を前記下限電流値以上に制限する制限部と
を備え、
更に、
前記制限部にて前記電流値が制限されている時間を計時する計時部と、
前記下限電流値を前記制限部に設定する下限電流設定部と
を備え、
前記下限電流設定部は、
前記電流値が制限されている時間が所定時間以上である場合、前記下限電流値を増大させる
アーク溶接装置。 - 溶接ワイヤ及び母材間に溶接電圧を印加することにより溶接電流を供給する電源回路と、溶接電圧に係る前記電源回路の設定電圧を周期的に変動させる制御部とを備え、溶接電流の供給によって前記溶接ワイヤの先端部及び母材間にアークを発生させ、該アークにより前記母材に形成される凹状の溶融部分によって囲まれる空間に前記先端部を進入させて前記母材を溶接する消耗電極式のアーク溶接装置であって、
前記電源回路にて印加される溶接電圧を検出する電圧検出部と、
前記電源回路にて供給される溶接電流を検出する電流検出部と
を備え、
前記制御部は、
前記電圧検出部及び前記電流検出部にて検出された溶接電圧及び溶接電流に基づいて、定電圧特性が得られるような溶接電流の電流値を算出し、算出された電流値に基づいて、溶接電流の供給を制御する定電圧制御部と、
前記定電圧制御部にて算出された電流値と、閾値とを比較する比較部と、
溶接電流の低下時においては定電圧特性からの乖離を一時的に許容することにより所定の下限電流値以上の溶接電流を維持するよう、算出された電流値が閾値未満である場合、前記定電圧制御部にて制御される溶接電流の電流値を前記下限電流値以上に制限する制限部と
を備え、
更に、
前記制限部にて前記電流値が制限されている時間を計時する計時部と、
前記下限電流値を前記制限部に設定する下限電流設定部と
を備え、
前記下限電流設定部は、
前記電流値が制限されている時間が所定時間以上である場合、前記下限電流値を増大させる
アーク溶接装置。 - 溶接電流の平均値は400A以上であり、
前記下限電流値は前記平均値の4分の1以上である
請求項1又は請求項2に記載のアーク溶接装置。 - 溶接ワイヤ及び母材間に溶接電圧を印加することにより溶接電流を供給する電源回路の設定電圧を周期的に変動させて前記溶接ワイヤの先端部及び母材間にアークを発生させ、前記アークにより前記母材に形成される凹状の溶融部分によって囲まれる空間に前記先端部を進入させて前記母材を溶接する消耗電極式のアーク溶接方法であって、
前記電源回路にて印加及び供給される溶接電圧及び溶接電流を検出し、
検出された溶接電圧及び溶接電流に基づいて、定電圧特性が得られるような溶接電流の電流値を算出し、算出された電流値に基づいて溶接電流の供給を制御し、
検出された溶接電流の電流値と、閾値とを比較し、
溶接電流の低下時においては定電圧特性からの乖離を一時的に許容することにより所定の下限電流値以上の溶接電流を維持するよう、検出された電流値が閾値未満である場合、溶接電流の電流値を前記下限電流値以上に制限し、
前記電流値が制限されている時間を計時し、
前記電流値が制限されている時間が所定時間以上である場合、前記下限電流値を増大させる
アーク溶接方法。 - 溶接ワイヤ及び母材間に溶接電圧を印加することにより溶接電流を供給する電源回路の設定電圧を周期的に変動させて前記溶接ワイヤの先端部及び母材間にアークを発生させ、前記アークにより前記母材に形成される凹状の溶融部分によって囲まれる空間に前記先端部を進入させて前記母材を溶接する消耗電極式のアーク溶接方法であって、
前記電源回路にて印加及び供給される溶接電圧及び溶接電流を検出し、
検出された溶接電圧及び溶接電流に基づいて、定電圧特性が得られるような溶接電流の電流値を算出し、算出された電流値に基づいて溶接電流の供給を制御し、
算出された電流値と、閾値とを比較し、
溶接電流の低下時においては定電圧特性からの乖離を一時的に許容することにより所定の下限電流値以上の溶接電流を維持するよう、算出された電流値が閾値未満である場合、溶接電流の電流値を前記下限電流値以上に制限し、
前記電流値が制限されている時間を計時し、
前記電流値が制限されている時間が所定時間以上である場合、前記下限電流値を増大させる
アーク溶接方法。
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