JPS59197389A - 溶接装置 - Google Patents

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】

し発明の技術分野〕 本発明は、２つの部材が互いに相対的に回転され、慣性
浴接か摩擦浴接される溶接工程をｍ制御する制御方法に
関する。 〔発明の技術的背景とその問題点〕 慣性浴接は２つの金、幌部材を接続する公知の方法であ
り、一つの部材をはすみ車に同＋１ｑｌＧこ固着する工
程と、はずみ車を１′９ｒ足の回転速度にまで駆動して
所定のエネルギ１＋Ｉｆ　ｆｊｔ発生させる工程と、は
ずみ車の駆動を停止した後に回転部材を静止部材に圧接
する工程とからなる。 この方法によれば、はずみ車に貯えられたエネルギは回
転部材を回転させ続け、この結果発生する相対的Ｑこ回
転する回転部材と静止部材との間の＃：博は十分な熱を
発生させ、最初に、接合面を軟化し、次に、与えられた
圧力で固相浴接がなしとげられるようにする。 摩擦浴接は慣性溶接よりも公知の浴接方法であり、回転
駆動が、貯えられたエネルギから発生すするよりもむし
ろ動力化されている点と、回転が、貯えらｎたエネルギ
の散逸によるよりもむしろブレーキ（こよって止められ
る点とにおいて、摩擦浴接は慣性浴接と異なっている。 １ヤＩｊ４［接とＪ４１捺浴接では、金属は変位され、
即ち″据え込まれ″、この結果、２つの部材の軸方向の
合計長さが減少する。２つの部材の艮ざの合計減少前は
′据人込み艮″と叶んでも艮い。これは、少くとも摩悼
俗接では、慣性１・焼失“長めるいは慣性１早擦″炎（
熱が発生し′Ｃ接触１川か軟化している時間（こ起きる
及さの減少財）と、これに絖＜（与えられた圧力Ｑこよ
って２つの部材が鍛造され接続されている間の長さの減
少前）である１厳造辰″とに分けられる。 与えられた圧力は、焼失校か−（Ｉｌｌ、王した後Ｏこ
渭加されるのが音曲であり、イ疋って、絨輩圧力は要録
圧力よりも大きい１、慣性浴接では、浴接工程のこイｔ
らの２つの段階の間に一般にはとんど臣異がない。これ
らの件は英国規格協会シこよって発行された英国規格Ｂ
Ｓ　６２２３：１９８２　ｆこ述べられている。 英国特Ｗｆ第１２５４０２２号明細書は摩擦溶接装置の
一例で、この摩擦溶接装置では、駆動モータの速度が前
もってプログラムされた速度と時間との関係に従って制
御されている。この技術は、結果として得られた溶接接
続部の質の制御に役立つものである。しかし、この技術
は、据え込まれた金属の結果として得られた量、詳しく
は、据え込み長は１ｆｆｌｌ（財）しない。例えば、従
来の方法による２つの典型的な部材の摩擦浴接では、据
え込み長に±０．５朋の公差があるかもしれない。更（
こ、慣性溶接では、英し！！１時粁第１２５４０２２号
明粗書ζこ開示されているような連帳制御はほとんど不
可能である。これは、使われている重量のあるはずみ車
の速度を制＠１することは、はずみ車の慣性のためには
とんど不０ＴｌｆＭだからである。従来の方法による２
つの典型的な部材の慣性溶接では、慣性焼失長を制御し
ないために、据え込み長に±ｌｏａの公差があるであろ
う。 （５） 据え込み侵にこのような公差がある為に、精密な部材は
大きめに設計される必要があり、寸法を合わせるための
、大きな費用のかかる加工が溶接作条の後に必要ごある
。史ζこ、クリえばカスタービンエンジンの回転日直組
立体の円盤と円盤との浴接のような、いくつかの用途で
は、浴接作業に続く寸法を合わせるための加工は、部材
の０．雑な形のために実用的でないか？ｆ）ろいは小町
ｎとである。 従って、従来の、慣性浴接方法とｔ箪憧浴接方法はこの
ような川越にはＪ丙していない。 央画時計第１２９３１４１号明則蒼は摩僚浴接接続部の
質のＩｔｉ１１１仰の方法をこ係わり、最初の焼失率は
実際の焼失長よりも康女であると述べている。従って、
英画特許第１２９３１４１号明細−二は・焼失率（長さ
の変化率は最初の焼失期間の時間（こ係わるであろう）
をモニタすることを機業している。・焼失率はあらカ１
しめ設足された標準値と比較され、幀方同俗接圧はＡ頗
されて焼失特性が所望の置台を描くように保たｎる。こ
の方法は、２つの理由で、結果として得られる据え込み
長を？Ｉｆｌｊ御することはできな（６） い。理由の１つは、溶接接続部の′はの理由から、金属
の晧え込み率だけが制御され、このことは据え込み侵を
直接ζこ制御しないので、英国特許第１２９３１４１号
明細書は据え込み唾の制何１に係わるものではないこと
である。理由の２つめは、市１１１師は焼失段階におい
てのみ竹ねれ、成造段階での市［卸が１居え込み長に−
東要な影響を持っているのに、それζこついて示唆して
いないことである。 英国特許第１４３９２７７号明細臀（Ｊ別の慣性溶接方
法を開示している。この特許では、浴接接続部の亘を保
証するためＣと、溶接工程の全体にわたって圧力、速度
と据え込みがモニタされる。圧力、速度あるいは憚）え
込みがあらかじめ決められた範囲から万−外れると、こ
の事央の指示が与えられ、苗束は自動的に停止されるこ
とができる。溶接パラメータに対するフィードバック制
何１はない。このような質料側１方法は、実際には、パ
ラメータが変化してもなお質の良い浴接接続部を作るこ
とができる。あらかじめ決められた範囲が極めて広いた
め（こ受は入れられることができるにすぎない。 実１＠かこうでなければ、′＃接された部材の大部分は
拒絶されなければならない。例えば、名目上士７係のＦ
Ｆ′ｆ芥変化の軸ｕＨが１理想的ａ″醪接バ′ラメータ
として晋１ｍ″Ｑあろう。しかし、本発明が係わる開祖
は、この変化許容され１（い場合に付計括えいは序悔俗
接によって弘いに溶脱されるよう（こ、互いＱこ対して
回軸させられてＩ−１：接される工程を制御する方法で
、この方法は、２つの部材の据え込み量の瞬時値をあら
かじめ決められた俵数個の点（こおい゛Ｃ俗接憎続都の
形成が進竹している間モニタし、姻え込み艮の各モニタ
された値を理想的な浴接作業の＠曾の対応点Ｑこおける
据え込み長のあらかじめ決められた柚と比較し、円者同
のいかなる走からも信号を発生させ、この信号を便って
部材１１１に与えられる圧力を変化させて前述のいかな
る差をも少くとも減少させることとからなる方法が提供
される。 溶接方法が慣性浴接である場合には、好咳しくは、与え
らｎた圧力が、所定の回転率に対する、金媚の据え込み
の実際と理想上の大きさの差からＱ生される信号（こ合
わせて制御される。 浴接方法が摩擦溶接である場合には、好ましくは、与え
られた圧力は、時間に対する、金属の据え込みの＋ｇと
理想上の大きさの差があわば、こる。 第１図においては、はずみ単により駆動されるチヱツク
１０は第一部材１２を回転のために保持する。 第二部材１４は万力１６内に固定して保持され、万力１
６は液圧ラム機構の一部を形成する。ラム機＃ｇ１８の
機能は、万力１６および第二部材１４を第一部材１２の
方へ移動させ第二部材１２から離れさせること番こある
。 ラム機＄１８は液圧装置に接続され、液圧装置は、油供
給源か、ポンプ２■およびサーボ弁ηからなる。 マイクロプロセッサ装置Ｕは記憶装置２５と制御卓２７
とを再している。マイクロプロセッサ装置冴（９） は、ラム機構１８への油圧をｉｌｌ　（Ｊｌするために
サーボ弁ｚ２に接続されている。マイクロプロセッサ装
置２４は史に圧力トランステユーサ２６に接続されて圧
カドランスデューサ２６から信号を受け、圧力トランス
デユーサ２６？こよってマイクロプロセッサ装置第二部
材１４の互いの方への相対的；移動の率と大きさを示す
媚形トランスデユーサＩと、チャック１゜の回転速度、
従って第一部材１２と第二部材１４との相対的１！＋１
転］＊度を示すクコメータ３２も接続されている。 矢に第２図を参照すると、生産規模で２つの所定の部材
を浴接するのに装置を作動させる前に、溶接作条の全体
ζこわたる据え込み理想値が、ラム機構１８　（第ｉ図
）を介して与えられる圧力の所定の名目値における、Ｍ
ｉＪ述の据え込み理想値醗こ対応する、第一部材１２と
第二部材】４（第１図）間の相対的回転の理想値と共に
決められる。これは、当業者には公知の方法で、生産用
の部材と同じ寸法。 （１０） 形、材料の試験用部材での溶接試験で行われる。 理＠据え込み値は実線３４で描かれていて、相対的回転
の、理想減少率は実線３６で描かれている。 そのよう（こ得られたデータは、相対的回転の値の表と
この値に対応する理＠据え込み値のテーブルの形で記憶
装置２．５？こ記憶されている。与えられた名目−にの
圧力は実線あで描かれ、正値限界ＷＭ４０と負１直限界
＠４２とで限られていて、正値、買値限界線は名目上の
１直あの例えば±１０％であろう。これらの上限イ直と
下限値も記憶装置乙に記憶されている。 作動開始時Ｏこは、第一部材１２と第二部材１４は離さ
れていて、第一部材１２は、図示されていない動力駆動
はすみ車を介してあらかじめ犬られた理想同転速度をこ
まで回転させられる。理想回転速度は第２図の点Ｒ（こ
示されている。点Ｒ１こおいて、はずみ東、チャック１
０、第一部材１２が自由回転を開始し、これと同時に第
一部材１２と第二部材１４とが−ｍｉこラム懺信１８の
作用を受けるように、駆動は切られる。このようにして
与えられた圧力は点Ｐ（こ示される名目上の圧力である
。 第一部材１２と第二部材１４との前述の状す坦こおける
当接は摩欅を発生させ、第一　部材１２０回転率を減少
させ、第一部材■２と第二部材１４の接触部を軟化させ
る。この結果、与えらｆｌ、た圧力は第二部材１４を第
一部材１２の方へ史ζこ移動させ、弔二部材のこの移動
は線形トランスデユーサ３０ｔこよ′つて感知されて１
マイクロプロセツサ表直２４へ１ｇ号として送られ、マ
イクロプロセッサ装置２４でその１ｇ号は４２図の夫岬
３４上の適当な点Ｑこ刈応する値と比較される。 マイクロプロセッサ装＋ｔ’ｌＡは圧カドランスデュー
サ２６を片しＣ与えらイＬゐ圧力なモニタし、適当域の
油がラム磯＄１８−＼込らｒＬるようにサーボ弁２２を
操作する。しかし、失踪の据え込み胆が実線３４０こよ
って伯かｎた１１１こ刈して変化する場合は、点線４４
で示されでいるように１５’ｌｌえば↓胃７１ＩＩする
場合は、この劣化は、線形トランスデユーサ加からの信
号をｄ己１惹狭＋ｔ２５のｄ己Ｉ峨した１厄と比較する
マイクロプロセッサ２４ｔこよって即座をこ明らかにな
る。 特定の回転率における１居え込み値の増加は、マイクロ
プロセッサ装置２４を介して信号に変換されてサーボ弁
ｎに送られ、サーボ弁２２は油圧を調節し、従ってラム
機構１８を介して与えられる圧力を調節する。記載され
ている特定の央茄例では、回転率が実線３６上の点Ｒ，
？こ浴ちると、点線４４上の点［Ｊ、　Ｊこおける据え
込み値は実５１３４上の理想据えみ値を央癩３４上の理
想据え込み値と比軟し、サーボ弁２２を操作してあらか
じめ決められた別個の工程ｆこよりＰ、力１ら圧力を減
少させる。回転率が更に洛ちて夷緋上の点Ｒ２に到ると
、実際据え込み１１区Ｕ２　は丹ひ央ｍ、３４上に示さ
れているようになる。 すると、マイクロプロセッサ装置別はサーボ升ηン操作
して圧力なＰ２　に保つ。再び回転率が落ちて火線３６
上の点Ｒ３に到ると、点線４６上の実際据え込み値Ｕ、
は実線３４上の理想据え込み値に対して低いと判断され
る。マイクロプロセッサ装置ｕは点線４８上の実際据え
込み値し３を笑巌３４上の据（１３） え込み理想値と比較し、サーボ弁２２を操作して、圧力
をＰ８　からあらかじめ決められた別個の工程によって
増加させる。実際据え込み値Ｕ４　の回転率が夷緋３４
上の理想据え込み値と杓び一致し、圧力が増加して２４
番こ到ろと、マイクロプロセッサ装置別はサーボ弁ｎを
操作し−Ｃ圧力をＰ４に保つ。 しかし、与えられた圧力は、限界＃４０と４２によって
表わされる埴を超え゛Ｃ楕加したり減少するようには変
化してはならない。 第３図は、マイクロプロセッサ装置別が上述の操作を行
うのに経るブロクラムの開学なフローチャートである。 プログラムの段階７０でマイクロプロセッサ装置別が作
！ｌｆｈを開始し、−保埋の醍接、工程が始まるのを待
つ。この段階７Ｕでは相対的回転！＋Ｚと据え込みのチ
ーフルのポインタが作＠Ｊ開始する。いったん−楯埋の
浴接工程が始まると、ポイントの１直はテーブル内の１
直を示すために増加しく段＋首７２）、続いてタコメー
タ３２から読み出しが行われる（段階７４）。決定段階
７６で、マイクロプロセッサ装置２４は回転速度（ＲＰ
Ｍ）がチー（１４） プール内の現在参照されている１直

【こ落ちているかど
うかを検索する。もし落ちていない場合には、プログラ
ムは、この検索が旨く行く才でプログラムは戻る。そし
て完成した据え込み値は線形トランスデユーサ３０（段
＃７８）から読み出される。 浴接が芙際擾こ進行している間に圧力を制御することが
望ましく、浴接船こおける圧力制御域の前と鏝で、マイ
クロプロセッサ装置２４は、第３図番こ示されていない
プログラム段１楯によって種々のバラメーク’ｌ＋Ｊｉ
＃こモニタし記録するよう（こプログラムされることが
できる。すると、マイクロプロセッサ装置ムは次に、ｆ
６機が圧力制御域にある乃）どうかを段階８０で慣索し
、ない場合には戻る。 制御が心安な場合、段階７８で読み出された実際据え込
み値はテーブル内の現在参照されている位置に記憶され
ている理想据え込み値と段階８２で比軟される。この理
想据え込み値は、第２図に示されているように、現在参
照されている回転速１反ｍｃこおける理想浴接操作で果
されるはずの据え込み値であることが分る。 実際量え込う幼が理想据え込み値より低く（段階８４）
、測定圧力が丁限界１１！！４２より低い時（検索段階
８６）（こは、サーボ弁２２がラム機構１８への圧力を
あらかじめ決められた扉たけ減らすよう番こＮＡ節され
る（段１有８８）。同様瘉こ、実際の据え込み埴が理想
据え込＾１匿より低く、圧力が上限界線４（）より下の
硼曾（検索段階９０）（こは、圧力はあらかじめ決めら
れた菫たけ壇、ＩＪｔｌされる（段ｌｖ９４）　。 いずれの楊付にも、ブロクラムは段１ｖ７２に戻り、段
階７２でポインタの直は増加され、プログラムは回転速
度が、回転速１変のテーブル内の、ポインタに示された
膚しい埴（こ指示された次のモニタ点（こＦがるのを待
つ。 据ん込６が行われている間上述のような厳密な制（財）
が維持されることによって確実１こ金属の理想型が変位
される。このように浴接された第一部材１２と第二部材
１４の最終合計長は史に近似して予測され、得ることか
できる。このことＧこよって寸法を侍るのをこ必−安な
どん’ｆ、ｉ　／ＪＤ工も不較になるか、少くとも最少
眠に減りびれる。央除に、付計裾え込みを１インチの±
１１５　ｏｏｏ　（±１２７μｍ）にまで制御できるこ
とが分った。この許容差は、特定の溶接作業や特定の部
材のパラメータであるというよりもむしろ使われる装備
によって支配されると考えられ、合計据え込みの実際値
と関係がない。 ５】朋（２インチ）直径の軟鋼シリンダの試験溶接では
、繰り返しこの許容差は４．７５ｍｍ（０，１８フイン
チ）の合計据え込み長となり、４．７５ｉｍ（０，１８
フインチ）はこの時定ｒ、ｘ場合２．７％のｒｆＦ　ｇ
　ｋである。 この許容差は従来の方法の許容差と比較して最も好しい
ものである。 仄に第４図を参照する。グラフは縦＠Ｘ（こ取られた第
１図の第一部材１２と第二部材１４との相対的回転１直
と、与えられた圧力１同と、据え込み１直とを横軸Ｙに
取られた理＠時間Ｇこ対して示していて、理想時間φこ
わたって示されている値を取る。グラフは摩捺浴接操作
、即ち第一部材と第二部材間の相対的回転が両部材の一
方を継続的に回転さすことによってなされる操作に係わ
る。 勝６２は第一部材１２と第二部材１４との相対的回転（
１７） の理想速度を示し、線６・１は理想圧力を示し、理想圧
力を加えることによって、回転が理想回転速度擾こ安定
する点Ｆｆこおいて始まる。 線６６はＹＱｔｌと一致する線６）３１こよって示され
ろ所定時１…にねたって行われる据え込み値を表わす。 谷関数の理想値は第１図を参照して説明した型のマイク
ロプロセッサの記憶Ｓ　＋Ｗ　ｌこ入れられる。 第１図を参照して説明した型の加圧装置Ｈ１８が線形ト
ランスデユーサ加と比カドランスデューサ２６とタコメ
ータ３２のようにｉＶけられる。 別の果す也例では、四転速雇は図示されていない動力ｉ
ｔによって与えら眉、るので第一部材と第二部材…１の
接触面の状声ζこ影響されない。しかし、もしセオえ込
み値がｉＡ４図の１ｄ６６＃こよって衣わされた据人込
み値に対して変化する。即ち、曜６８によって衣わされ
ている時間内に達成されるべき据え込み１ｌｉｔこ達し
ないかあるいは超えるＪｔＪ台、関連した信号がマイク
ロプロセッサ装［２，Ｉｉｃ入り、比較され、適切な訂
正細光・がマイクロプロセッサ装置２４によりサーボ弁
２２１Ｃ出され史に加圧装２１１ｓに出（１？ｔ） される。従って、もし金属の理想据え込み値を表わす寸
法Ａが、時間Ｔに到る前に達成されることを示す回転速
度で達成されそうな場合ζこは、与えられＣいる圧力は
マイクロプロセッサ装置１２４（第１図）からの指示で
ドげられる。同様に、もし溶接の最終接続段階で所望の
据え込み値を表わす寸法ＢがＴ１　によって示される時
間と異なる時間内で達成されそうな場曾には、与えられ
ている圧力はマイクロプロセッサ装置２４　（’７４４
１図）で発生させられる毎号によって適正（こ変えられ
る。このようにマイクロプロセッサ装置ｔ２４は確実に
会計据え込み長が寸法Ｃによって示される会計据え込み
長に限定されるようをこし、このようになされた時には
、装置を切る前に時間１゛２　に対する圧力を保つ信号
が発生させられる。第１図の装置はあらかじめ決められ
た回転速度における実際据え込み値と理想据え込み値と
を比較するが、本装置はあらかじめ決められた時間にお
いてこの比較を行う。使われるプログラムは、回転速度
が次のモニタ値に下がるのを待つ代わりに、プログラム
は溶接作業全体にわたる適当なあらかじめ仄められた時
間における据え込みをサンプルして比較するという点を
除いて、第３図のプログラム（こ全体的ζこ類似してい
る。 上述の実施例はいずれもマイクロプロセッサを便って説
明されたが、他のどのよう１．１データ処理装置も望む
朗（こより１史うことかＣさる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明ｔＣ係る制御方法を実施するための装置
の４ｆ！を賛を示す図、第２図は慣性浴接に関する本発
明の一態＠に従う、部材の相対回転連層と、理想据え込
み艮と、作用する圧力との時間番こ対する櫃をホしたグ
ラフ、第３図は第２図に描かれた過程を達成するのに用
いられるマイクロプロセッサ装置のプログラムを示すフ
ローチャート図、第４図は岸１祭浴接による第２図と１
司様のグラフである０ １０・・・チャック、１２・・第一部材、１４・・・第
二部材、１６・・・カカ、１８・・・ラム磯慣、加・・
・旧供給源、２１・・・ポンプ、η・・・サーボ弁、冴
・・・マイクロプロセッサ装置、δ・・・記憶装置、２
６・・・圧カドランスデューサ、苔・・・制御車、公・
・シリンダ、関・・・線形トランスデユーサ、３２・・
・タコメータ。 出願人代理人　猪　股　　　清 （２４）

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １．２つの部材（１２、１４）が互いに相対的−こ回転
   され、慣性浴接力１摩掠浴接される浴接工程を制（財）
   する方法において、浴接接続部の形成が進行している＋
   Ｍｊｌこあらかじめ決められた複数個の点において前記
   ２つの部材の据え込み長の＠時値をモニタし、前記据え
   込み艮のモニタされた谷稙を理想浴接作業の対応点に８
   けるあらかじめ決められた据え込み長値と比較し２両者
   間のいかなる原からも信号ケ出し、この信号ビ便って前
   記２つの部材間に与えられた圧力を変えて前記のい乃）
   なる差も少くとも小さくすることを待値とする浴接工程
   の市ｉｈ卸方法。 ２、据え込み長が、ＰｆｒＪ記２つの部材間の相対的回
   転速度のあらかじめ決められた１ばをこ対応する俵数１
   固の点Ｑこおいてモニタされ比較される。慣性溶接工程
   のための特許請求の範囲第１項に記載の方法。 ３、前記据え込み長が、溶接作業の間あらかじめ決めら
   れた複数個の時間（こおいてモニタされ比軟される。連
   続摩擦浴接工程を制御する特許請求の範囲第１項をこ記
   載の方法。 ４、前記２つの部材間に与んられた圧力があらがじめ決
   められた上眠より低い場合に前記信号を１更ってこの圧
   力を上げ、もしｓｉＪ記２つの部材間に与えられた圧力
   があらかじめ決められた下限より尚い場合（こは、前記
   信号を１史って当咳圧カを上げる、１１Ｊ記２つの部材
   ＋ｕｌに与えられた圧力を決めることを・諦えた特許請
   求の！範囲第１」負。 第２項および第３項のいずれが一項に記載の方法０ ５、前記のあらかじめ決められた値はデータ処理装置１
   ２４１の記憶装置■５）ｔこ記憶され、このデータ処理
   装置（至）はモニタし比較し、前記１Ｂ号を発生させる
   前記段階を行うようにブロクラムされている特許請求の
   範囲第１項、第２填および第３項のいずれか−項に記載
   の方法。