JP2009018314A

JP2009018314A - 非消耗電極アーク溶接装置

Info

Publication number: JP2009018314A
Application number: JP2007180569A
Authority: JP
Inventors: Michitaka Todo; 道隆藤堂; Yosuke Nakagawa; 陽介中川
Original assignee: Daihen Corp
Current assignee: Daihen Corp
Priority date: 2007-07-10
Filing date: 2007-07-10
Publication date: 2009-01-29

Abstract

【課題】溶接作業者が手動で行う非消耗電極アーク溶接において、アーク長が常に適正値になるように溶接トーチを維持して溶接を行うためには熟練した技能が必要である。さらに、ワーク形状の制約からアーク長を目視で確認しづらい場合もある。本発明は、アーク長を容易に適正値に維持することができる非消耗電極アーク溶接装置を提供する。
【解決手段】非消耗電極１と母材２との間にアーク３を発生させるための溶接電流Ｉｗ及び溶接電圧Ｖｗを出力する非消耗電極アーク溶接装置において、前記溶接電圧Ｖｗを検出する電圧検出手段ＶＤと、この溶接電圧検出値Ｖｄを入力として前記溶接電圧値Ｖｗに応じて増加又は減少するサウンドの周波数Ｆｒを設定するサウンド周波数設定部ＦＲと、この設定された周波数Ｆｒを有するサウンドを鳴らすサウンド出力手段ＳＤと、を備えている。
【選択図】図１

Description

本発明は、アーク長を適正値に維持するための非消耗電極アーク溶接装置に関するものである。

ティグ溶接、プラズマアーク溶接等の非消耗電極アーク溶接では、良好な溶接品質を得るためにはアーク長を適正値に維持しながら溶接を行う必要がある。非消耗電極アーク溶接では、アーク長は非消耗電極（以下、電極という）の先端と母材との距離であるので、ロボット溶接の場合には、教示によって適正なアーク長になるように設定することができる。溶接トーチを上下方向に移動させる機構を有する自動溶接装置の場合にも、この上下移動機構によってアーク長が適正値になるように設定することができる。

ロボット溶接等の自動溶接において、ワークの寸法誤差、設置ズレ等によってアーク長が設定された適正値にならない場合が生じる。このような場合には、アーク長を検出してフィードバック制御によって溶接トーチを上下に移動させてアーク長を適正値にいじする方法が慣用されている。このときに、アーク長の検出方法として溶接電圧を使用するのが一般的である。これは、アーク長と溶接電圧とが略比例関係にあるためである。また、これ以外の方法として、フィラワイヤを送給しながら行うティグ溶接において、所定時間にフィラワイヤが溶融池に接触している時間を検出して行う方法も提案されている。これは、アーク長と接触時間との間に略比例関係があるためである。また、アーク長が短くなり過ぎてついには母材に接触したときにアラームを発する方法も提案されている。溶接中に電極と母材との接触回数が多くなると溶接品質が極端に悪くなるために、このような状態が発生したときにアラームを発して接触を解消するように促すものである。上述した従来技術として、特許文献１〜３を参照のこと。

特開平１１−３０９５７７号公報特開２００１−２５９８４０号公報特開２００１−３００７５９号公報

非消耗電極アーク溶接方法は、溶接作業者が溶接トーチを手で持って溶接を行うこと（以下、手動溶接という）も多い。この手動溶接では、アーク長を目視によって観察しながら適正値に維持している。これには熟練した技能が必要である。また、ワークの形状によっては目視によるアーク長の観察が困難な場合がある。

上記の問題を従来技術によって改善しようとした場合、アーク長を検出してフィードバック制御しようとしても溶接トーチを上下方向に移動させる手段を有していないために適用することができない。

そこで、本発明では、手動溶接においてアーク長を容易に適正値に維持することができる非消耗電極アーク溶接装置を提供することを目的とする。

上述した課題を解決するために、第１の発明は、
非消耗電極と母材との間にアークを発生させるための溶接電流及び溶接電圧を出力する非消耗電極アーク溶接装置において、
前記溶接電圧を検出する電圧検出手段と、
この溶接電圧検出値を入力として前記溶接電圧値に応じて増加又は減少するサウンドの周波数を設定するサウンド周波数設定部と、
この設定された周波数を有するサウンドを鳴らすサウンド出力手段と、
を備えたことを特徴とする非消耗電極アーク溶接装置である。

第２の発明は、
前記溶接電圧検出値が適正範囲外にあるときはアラーム信号を出力するアラーム判別部を備え、
前記サウンド周波数設定部は、このアラーム信号が入力されるとサウンドの周波数を予め定めたアラーム周波数に設定する、ことを特徴とする第１の発明記載の非消耗電極アーク溶接装置である。

上記第１の発明によれば、手動溶接において、アーク長が変化すると溶接電圧が変化するので、溶接中に出力されているサウンドの周波数が変化する。このために、溶接作業者は溶接中のアーク長の変化をサウンドの音で判別することができ、アーク長を一定に維持することが容易になる。また、ワークに対するアーク長が適正値になったときのサウンドの音をテスト溶接で確認しておけば、実施工時にそのサウンドの音になるように溶接トーチを上下に操作することによってアーク長を適正値に容易に設定することができる。さらに、ワーク形状の制約からアーク長が目視で確認しづらいときにも、サウンドの音を目標としてアーク長を適正値に維持することができる。また、この第１の発明を自動溶接に使用した場合、溶接中のアーク長の変動をサウンドの音で容易に判別することができるので、アーク状態の監視に有効である。

さらに、第２の発明によれば、溶接電圧（アーク長）が適正範囲内にあるときは第１の発明と同様の効果を奏し、溶接電圧が適正範囲外のときは予め定めたアラーム周波数でサウンドを鳴らす。このために、溶接電圧が適正範囲外になったことをサウンドの音で溶接作業者が容易に判別することができる。

以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。

［実施の形態１］
図１は、本発明の実施の形態１に係る非消耗電極アーク溶接装置のブロック図である。同図は非消耗電極アーク溶接装置がティグ溶接装置である場合を例示するが、プラズマアーク溶接装置の場合も同様である。以下、同図を参照して各ブロックについて説明する。

溶接電源ＰＳは、一般的な定電流特性を有するティグ溶接用の溶接電源であり、設定された溶接電流Ｉｗを出力する。溶接トーチ４の先端に装着されたタングステン等の電極１と母材２との間に溶接電流Ｉｗが通電するアーク３が発生し、溶接電圧Ｖｗが印加する。

電圧検出回路ＶＤは、上記の溶接電圧Ｖｗを検出して、電圧検出信号Ｖｄを出力する。ティグ溶接ではアークスタート時に高周波高電圧を電極１・母材２間に印加するので、この電圧検出回路ＶＤには高周波高電圧をバイパスするためのコンデンサが内蔵されている。

サウンド周波数設定回路ＦＲは、図２で後述するように、溶接電圧値Ｖｗに応じて増加するサウンドの周波数ｆの関数ｆ＝ｇ（Ｖｗ）が予め内蔵されており、上記の電圧検出信号Ｖｄを入力としてこの関数によってサウンド周波数設定信号Ｆｒを出力する。図２は、このサウンド周波数ｆを設定するための関数ｆ＝ｇ（Ｖｗ）の一例を示す図である。同図の横軸は溶接電圧Ｖｗを示し、縦軸はサウンドの周波数ｆを示す。同図では、溶接電圧Ｖｗが大きくなると周波数ｆは次第に増加（高周波化）する。このサウンドを設定する関数は、溶接電圧Ｖｗが大きくなるにつれて周波数ｆが減少（低周波数化）しても良い。また、直線状に増加又は減少する必要はなく、曲線状又はステップ状であっても良い。但し、溶接電圧Ｖｗはアーク電圧（例えば、１０〜４０Ｖ）の範囲であり、このアーク電圧範囲に対応して周波数ｆは可聴範囲で変化するように設定する。

サウンド出力回路ＳＤは、上記のサウンド周波数設定信号Ｆｒによって設定された周波数ｆを有するサウンドを溶接中常時鳴らす。上記の電圧検出回路ＶＤ、サウンド周波数設定回路ＦＲ及びサウンド出力回路ＳＤは、溶接電源ＰＳに内蔵しても良いし、外部にサウンド装置として設置しても良い。

上述した実施の形態１によれば、手動溶接において、アーク長が変化すると溶接電圧が変化するので、溶接中に出力されているサウンドの周波数が変化する。このために、溶接作業者は溶接中のアーク長の変化をサウンドの音で判別することができ、アーク長を一定に維持することが容易になる。また、ワークに対するアーク長が適正値になったときのサウンドの音をテスト溶接で確認しておけば、実施工時にそのサウンドの音になるように溶接トーチを上下に移動させることによってアーク長を適正値に容易に設定することができる。さらに、ワーク形状の制約からアーク長が目視で確認しづらいときにも、サウンドの音を目標としてアーク長を適正値に維持することができる。また、この実施の形態１を自動溶接に使用した場合、溶接中のアーク長の変動をサウンドの音で容易に判別することができるので、アーク状態の監視に有効である。

［実施の形態２］
図３は、本発明の実施の形態２に係る非消耗電極アーク溶接装置のブロック図である。同図において上述した図１と同一のブロックには同一符号を付してそれらの説明は省略する。以下、図１とは異なる点線で示すブロックについて説明する。

電流検出回路ＩＤは、溶接電流Ｉｗを検出して、電流検出信号Ｉｄを出力する。アラーム判別回路ＡＲは、この電流検出信号Ｉｄ及び電圧検出信号Ｖｄを入力として、図４で後述するように、電圧検出信号Ｖｄが適正範囲に外になったことを判別して、アラーム信号Ａｒを出力する。図４は、溶接電圧Ｖｗが適正範囲外になったことを判別する方法を示すアーク特性図である。同図の横軸は溶接電流Ｉｗを示し、縦軸は溶接電圧Ｖｗを示す。特性Ｌｕは、アーク長が適正範囲の上限値であるときのアーク特性であり、特性Ｌｄはアーク長が適正範囲の下限値であるときのアーク特性である。したがって、両特性間に挟まれた範囲がアーク長が適正な範囲である。電流検出信号の値がＩd1であり、電圧検出信号の値がＶd1である場合、この交点（動作点）Ｐ１が上記の適正範囲内にあればアーク長は適正範囲内となり、電圧検出信号Ｖd1も適正範囲内となる。他方、動作点Ｐ１が上記の適正範囲外にあるときは、アーク長は適正範囲外となり、電圧検出信号Ｖd1も適正範囲外となる。このようにして、溶接電圧Ｖｗが適正範囲外であることを判別することができる。上記の電流検出信号Ｉｄの代わりに溶接電源ＰＳ内の溶接電流設定信号を使用しても良い。非消耗電極アーク溶接用の溶接電源ＰＳは定電流特性を有しているので、電流検出信号Ｉｄの値と溶接電流設定信号の値とは同一値となる。この場合、電流検出回路ＩＤを追加する必要はなくなる。

アラーム周波数設定回路ＦＡは、アラーム時のサウンド周波数であるアラーム周波数設定信号Ｆａを出力する。第２サウンド周波数設定回路ＦＲ２は、上記のアラーム信号Ａｒが入力されていないときは上述した図１のときと同様に電圧検出信号Ｖｄに応じて変化するサウンド周波数設定信号Ｆｒを出力し、上記のアラーム信号Ａｒが入力されているときは上記のアラーム周波数設定信号Ｆａの値をサウンド周波数設定信号Ｆｒとして出力する。

図５は、サウンド周波数ｆを設定する関数を示す図である。同図の横軸は溶接電圧Ｖｗを示し、縦軸はサウンドの周波数ｆを示す。同図は上述した図２に対応している。関数ｇ（Ｖｗ）は、図２と同様に、溶接電圧Ｖｗが大きくなると周波数ｆも増加する。他方、関数ｈ（Ｖｗ）は、溶接電圧Ｖｗの値によらず一定値Ｆａとなる。このＦａがアラーム周波数設定信号の値となる。同図において、上記のアラーム信号Ａｒが入力されていないときは関数ｇ（ＶＷ）によってサウンド周波数設定信号Ｆｒの値が算出され、アラーム信号Ａｒが入力されているときは関数ｈ（Ｖｗ）によってサウンド周波数設定信号Ｆｒの値が算出される。

上記のアラーム周波数Ｆａは、関数ｇの周波数範囲外に設定することが望ましい。これは、アラーム信号Ａｒが入力されたことが容易に判別することができるからである。また、図４において、溶接電圧Ｖｗが適正範囲の上限値を超えたのか、又は下限値を下回ったのかによってアラーム信号Ａｒの値を異なるようにした場合、アラーム周波数Ｆａの値もこれに対応して２つ設定して区別することができるようにしても良い。

上述した実施の形態２によれば、溶接電圧（アーク長）が適正範囲内にあるときは実施の形態１と同様の効果を奏し、溶接電圧が適正範囲外のときは予め定めたアラーム周波数でサウンドを鳴らす。このために、溶接電圧が適正範囲外になったことをサウンドの音で溶接作業者が容易に判別することができる。

上述した実施の形態では、ティグ溶接装置について説明したが、プラズマアーク溶接装置についても同様である。上述した実施の形態では、サウンドの周波数を変化させたが、音量、短いサウンドの繰り返し周期、それらの組合せ等を変化させても良い。上記のサウンド出力回路ＳＤは、溶接作業者によく聴こえるように溶接トーチに配置しても良い。また、サウンド出力回路ＳＤに代えてＬＥＤ等の表示器を使用して、その点滅周期を溶接電圧によって変化させても良い。

本発明の実施の形態１に係る非消耗電極アーク溶接装置のブロック図である。実施の形態１における溶接電圧Ｖｗに対するサウンドの周波数ｆの設定関数を示す図である。本発明の実施の形態２に係る非消耗電極アーク溶接装置のブロック図である。実施の形態２における溶接電圧Ｖｗが適正範囲外になったことを判別する方法を示すアーク特性図である。実施の形態２における溶接電圧Ｖｗに対するサウンドの周波数ｆの設定関数を示す図である。

符号の説明

１（非消耗）電極
２母材
３アーク
４溶接トーチ
ＡＲアラーム判別回路
Ａｒアラーム信号
ｆサウンドの周波数
ＦＡアラーム周波数設定回路
Ｆａアラーム周波数（設定信号）
ＦＲサウンド周波数設定回路
Ｆｒサウンド周波数設定信号
ＦＲ２第２サウンド周波数設定回路
ｇ（サウンド周波数設定）関数
ｈ（サウンド周波数設定）関数
ＩＤ電流検出回路
Ｉｄ電流検出信号
Ｉｗ溶接電流
Ｌｄアーク特性
Ｌｕアーク特性
Ｐ１動作点
ＰＳ溶接電源
ＳＤサウンド出力回路
ＶＤ電圧検出回路
Ｖｄ電圧検出信号
Ｖｗ溶接電圧

Claims

非消耗電極と母材との間にアークを発生させるための溶接電流及び溶接電圧を出力する非消耗電極アーク溶接装置において、
前記溶接電圧を検出する電圧検出手段と、
この溶接電圧検出値を入力として前記溶接電圧値に応じて増加又は減少するサウンドの周波数を設定するサウンド周波数設定部と、
この設定された周波数を有するサウンドを鳴らすサウンド出力手段と、
を備えたことを特徴とする非消耗電極アーク溶接装置。
前記溶接電圧検出値が適正範囲外にあるときはアラーム信号を出力するアラーム判別部を備え、
前記サウンド周波数設定部は、このアラーム信号が入力されるとサウンドの周波数を予め定めたアラーム周波数に設定する、ことを特徴とする請求項１記載の非消耗電極アーク溶接装置。