JPH01289571A

JPH01289571A - プッシュ・プルフィーダの制御方法

Info

Publication number: JPH01289571A
Application number: JP11694688A
Authority: JP
Inventors: Tadashi Fujioka; 藤岡　忠志; Shigemasa Kobayashi; 重政小林
Original assignee: NKK Corp; Nippon Kokan Ltd
Current assignee: JFE Engineering Corp
Priority date: 1988-05-16
Filing date: 1988-05-16
Publication date: 1989-11-21

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】［産業上の利用分野］本発明は、ホットワイヤＴＩＧ溶接におけるプッシュ・
プルフィーダの制御方法に関する。

［従来の技術］溶接ワイヤのブツシュψプルフィーダは、通常、ＣＯ２
溶接あるいはＭＡＧ溶接において溶接電源と被溶接部材
間の距離が長い場合に使用されている。また、全白、動
よりも半自動形式のものが多く、一般に第３図に示すよ
うな構成となっている。図において、１はプルフィーダ
、２はプッシュフィーダであり、溶接ワイヤ３（以下、
ワイヤと記す）の送給経路の長さしは８〜２５ｍにも及
んでいる。

ワイヤ３はこれらのフィーダのそれぞれの送給ローラ１
１と１２および２１と２２の間に挾まれ、ワイヤリール
４から溶接トーチ５へほぼ一定速度で送給される。図中
、６は被溶接部材、７はワイヤ３と被溶接部材６との間
に発生するアークである。

以上のように構成されたプッシュ・プルフィーダにおい
て、ワイヤ３の送給制御は、ブツシュフィ−ダ２側では
溶接電源に内蔵された制御装置を使用し、一般にトルク
制御であり、プルフィーダ１側では別の制御装置を溶接
電源に追加して定速制御を行っている。また・、ワイヤ
３の送給速度範囲は１．５〜１５ｍ／ｆｆ１ｉｎあるい
は２〜２０ｍ／■Ｉｎ位が多く、Ｃ０２溶接やＭＡＧ溶
接に対応したものとなっている。さらに、負荷の変動が
大きい場合は数％〜２０％程度、速度が変動する。特に
、ワイヤの送給速度が遅い場合の変動は大きくなるが、
Ｃ０２溶接やＭＡＧ溶接では、あまり低い送給速度は使
用されないことと、また送給速度が変動してもアークの
自己制御性や溶接電源の自己制御作用でアークの発生点
の変化は低く抑制されることから、実際の使用には大き
な問題となっていない。

［発明が解決しようとする課題］従来のプッシュ・プルフィーダは、以上のように負荷変
動に対するワイヤの送給速度の変化が特に低速域で大き
く不安定であるが、ＣＯ２溶接やＭＡＧ溶接に使用する
限り、大きな問題は生じない。しかしながら、このよう
なプッシュ・プルフィーダをホットワイヤＴＩＧ溶接に
使用する場合は非常に大きな問題が生じる。これは、ホ
ットワイヤＴＩＧ溶接では、第４図（ａ）（ｂ）に示す
ようにワイヤの送りが不適正であると、種々のトラブル
を生じ、良好な溶接ができないからである。

すなわち、第４図（ａ）のようにワイヤの送りが速すぎ
る場合は、ワイヤ３が溶融池８内で十分に溶融しないた
め、被溶接部材６の固体部に衝突し、ゴツゴツといった
反動が送給系に伝わり、送給系のトラブルや融合不良、
ビード９の形状不整といった欠陥を生じる。また、第４
図（ｂ）のようにワイヤの送りが遅すぎる場合は、ホッ
トワイヤ電流やアーク７の輻射熱によりワイヤ３がオー
バーヒートし、途中で焼き切れるようになる。このよう
な状態ではホットワイヤ電流が流れたり切れたりするた
め、安定な溶接は不可能となる。なお、第４図（Ｃ）は
ワイヤ３が溶融池８に達すると同時に溶融している状態
を示すものであり、適正なワイヤ送りの時にのみ実現で
きる。図中、１４はＴＡＧ溶接トーチ、１５は通電チッ
プを示す。

以上のように、ホットワイヤＴＩＧ溶接を行うには適正
なワイヤ送りが必要であるが、ホットワイヤ法はワイヤ
先端から・アークが発生せず、自己制御性に乏しい。こ
のため、ＣＯ２溶接やＭＡＧ溶接で使用されているワイ
ヤ送給制御方法では自動溶接は困難であり、送給経路が
長い場合に使用されるプッシュ・プルフィーダではその
困難さは倍加する。さらに、例えばＵＯ鋼管の溶接に使
用されるパイプ内面溶接装置では溶接ブーム内にプルフ
ィーダを収納しなければならないので、装置の小型化と
高精度化を両立させる必要があり、ホットワイヤＴＩＧ
溶接法に要求される広範囲の送給速度とあいまって、従
来のプッシュ・プルフィーダでは対応が不可能であった
。

本発明は、ホットワイヤＴＩＧ溶接に用いられるプッシ
ュ・プルフィーダにおいて小型化、高精度化を可能にし
、かつ、超低速から高速に至るまで安定にワイヤを送給
することができるようにしたプッシュ・プルフィーダの
制御方法を提供することを目的とするものである。

［課題を解決するための手段］本発明に係るプッシュ・プルフィーダの制御方法は、ホ
ットワイヤＴＩＧ溶接に用いられるプッシュ・プルフィ
ーダであって、プルフィーダのプルモータおよびプッシ
ュフィーダのプッシュモータにそれぞれ速度フィードバ
ックをかけながら定速制御を行うとともに、例えばプル
モータおよびプッシュモータの電流を検出することによ
り両モータのトルク比を一定に保つように該プッシュモ
ータの速度を制御し、もってホットワイヤを任意の一定
速度で送給することを特徴とするものである。

［作　用コ本発明においては、プルモータとプッシュモータの回転
速度を速度検出器によりそれぞれ検出し、各モータドラ
イバに速度フィードバックをかけながら定速制御を行う
。その一方で、プルモータとプッシュモータからモータ
電流をそれぞれ検出することにより、それらのモータ電
流によるトルク比を求めることができる。したがって、
このトルク比をホットワイヤの送給速度範囲内において
最適な任意の値に設定し、かつその比が常に一定になる
ようにブツシュモー′夕の速度を制御すれば、超低速か
ら高速までホットワイヤを高精度に安定に送給すること
ができる。

［実施例］以下、本発明の一実施例を図により説明する。

第１図は本発明によるプッシュ・プルフィーダの制御方
法に用いる制御ブロック図、第２図は本発明によるプッ
シュ・プルフィーダの概略構成図である。この実施例の
プッシュ・プルフィーダは、第２図に示すようにプルフ
ィーダーのプルモータ（Ｍ、）１６にタコジェネレータ
、パルスジェネレータのような速度検出器（Ｔ１）１７
を取り付け、また、プッシュフィーダ２のプッシュモー
タ（Ｍ）２６に上記と同様の速度検出器（Ｔ２）２７を
取り付けてなるものである。プルモータ（Ｍ）１６、プ
ッシュモータ（Ｍ２）２６には■ 共にＤＣモータ（界磁は永久磁石）が使用されている。

また第１図において、３０は速度設定器であり、この速
度設定器３０によってワイヤ３の送り速度■、を設定す
る。３１はプル速度指令器で、送り速度Ｖ　に対応する
速度指令電圧Ｖ１に変換しプルモータドライバ３２に入
力する。プルモータドライバ３２はワイヤ送り速度Ｖｒ
に相当する速度でプルモータ（Ｍｌ）１６を駆動し、速
度検出器（Ｔ１）１７により検出されたプルモータ回転
速度ｖ、１を帰還することにより絶えず速度フィードバ
ックをかけられて定速制御を行っている。

３３はプルモータ（Ｍｌ）１６の電流検出器で、プルモ
ータ電流ｌ　を検出し、この電流Ｉａｔは後ｌ述するプルモータ（Ｍｌ）１６とプッシュモータ（Ｍ、
、）２６のトルク比を決定するために用いられる。３４
はブツシュ速度指令器で、速度設定器３０により設定さ
れたワイヤ送り速度Ｖｒにほぼ等しい速度指令電圧Ｖ２
に変換し、比較器３５の一方に入力する。比較器３５の
もう一つの入力は、上記プルモータ電流Ｉａｔと電流検
出器３７によって検出されたプッシュモータ電流ｌａ２
により作成される。この比較器３５の出力がプッシュモ
ータドライバ３６に人力され、プッシュモータドライバ
３６は、上記プルモー・タドライバ３２と同様に速度検
出器（Ｔ２）２７により検出されたプッシュモータ回転
速度■ｒ２を帰還することにより絶えず速度フィードバ
ックをかけられてプッシュモータ（Ｍ２）２６を定速制
御している。３８はプルモータ電流■ａｌのアンプで、
そのゲインをαとすればアンプ３８の出力はα■ａｌと
なる。３９は誤差増幅器で、その一方の入力はアンプ３
８の出力αＩａ！であり、他方の入力はプッシュモータ
電流Ｉａ２である。したがって、誤差増幅器３９のゲイ
ンをβとすれば、その出力はβ（Ｉ　−αＩ、１）とな
る。これが上記比較器３５のもう一つの入力となる。し
たがって、プッシュモータドライバ３６の速度指令は、
［Ｖ　−β（■ａ２−αＩａ□）〕となる。

いま、プルフィーダーとプッシュフィーダ２の機械的な
設計から決定される適正トルク比をγとすれば、ＤＣサ
ーボモータの特性から、γ−Ｉａ２／ｌａ□である。本
発明では、このトルク比γが負荷の変動や速度の変化に
よって変わらないように制御することを目的としている
ので、γが一定、あるいはｌ　−７１，■−０が常に満
たされるようにプッシュモータ（Ｍ２）２６を制御すれ
ばよいことになる。

そこで、アンプ３８のゲインαを上記γに等しく選定す
れば、結局、プッシュモータドライバ３６の速度指令は
、［Ｖ　−β（Ｉ、２−γｌａ□）］となる。プッシュ
モータドライバ３６も、プルモータドライバ３２と同様
に速度フィードバックループを有した高精度の速度制御
を行っているため、ワイヤ３がＶｒの速度で送られてい
るということは、［Ｖ２−β（Ｉａ２−γ１ａ１）］が
Ｖ２に等しい、つまり■ａ２−γＩａｌ−０が満たされ
るように制御系が作用していることを示している。制御
精度は誤差増幅器３９のゲインβにより影響され、βを
制御系が発振しない程度に大きくすれば、■ａ２／Ｉａ
ｔの比は、実際上、常に一定となる。言い換えれば、本
発明は広い速度範囲にわたって、かつ、負荷変動が大き
い、しかも経路の長いワイヤ送給システムにおいて、常
に、プル側とブツシュ側のモータのトルク比・を最適値
に制御する高精度のプッシュ・プルフィーダ制御方式で
ある。

もちろん、速度指令電圧Ｖ　、ｖ２も制御精度に影響す
るが、運転前に単独で速度調整すれば実用上差し支えな
い程度の誤差に簡単におさまる。

なお、上記実施例では、ホットワイヤ単電極の場合で説
明したが、２電極以上の多電極の場合でも同様に実施す
ることができるものである。実際に、ＵＯ鋼管のバイブ
内面溶接装置に２電極で本発明の制御方法を実施したと
ころ、ワイヤ送り速度が０．５〜１０ｍ／ｍｉｎの範囲
で、送り速度変動が２％以下の非常に高い送給性能を達
成することかできた。もちろん、連続２時間の使用でも
何ら支障なく制御可能であった。

［発明の効果〕以上のように本発明によれば、プルモータとプッシュモ
ータの定速制御の下で両モータのトルク比が常に一定と
なるようにプッシュモータの速度を制御するものである
ため、ホットワイヤＴＩＧ溶接のプッシュ・プルフィー
ダにおいてホットワイヤを超低速から高速に至るまで負
荷の変動に対しても高精度に安定に送給することができ
る。また、プルモータ側の機械系は非常にコンパクトに
できるため、本装置の小型化に寄与する。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明によるプッシュ・プルフィーダの制御方
法に用いる制御ブロック図、第２図は本発明によるブツ
シュ争プルフィーダの概略構成図、第３図は従来のＣＯ
２溶接やＭＡＧ溶接に用いられるプッシュ・プルフィー
ダの概略構成図、第４図（ａ）、（ｂ）はホットワイヤ
ＴＩＧ溶接におけるワイヤの送り速度との関係でトラブ
ルが生しる状態を示す説明図で、同図（ｃ）は適正なワ
イヤ送りの場合の状態図である。１・・・プルフィーダ２・・プッシュフィーダ３・・・溶接ワイヤ４・・・ワイヤリール１４・・・ＴＩＧ溶接トーチ１５・・・通電チップ１６・・・プルモータ１７・・・速度検出器２６・・・プッシュモータ２７・・・速度検出器３０・・・速度設定器３１・・・プル速度指令器３２・・・プルモータドライバ３３・・電流検出器３４・・・ブツシュ速度指令器３５・・・比較器３６・・・プッシュモータドライバ３７・・・電流検出器３８・・アンプ３つ・・・誤差増幅器代理人　弁理士　　佐々木　宗　冶＠４図（ｏ）　　　　　　　　　　　　　　　　　（ｂ）（Ｃ
）

Claims

【特許請求の範囲】

ホットワイヤＴＩＧ溶接に用いられるプッシュ・プルフ
ィーダであって、プルフィーダのプルモータとプッシュ
フィーダのプッシュモータをそれぞれ速度フィードバッ
クの下で定速制御を行う一方、前記プッシュモータとプ
ルモータのトルク比を一定に保持するように該プッシュ
モータの速度を制御しながら前記ホットワイヤを任意の
送り速度で送給することを特徴とするプッシュ・プルフ
ィーダの制御方法。