JP3328378B2 - 高周波加熱装置 - Google Patents
高周波加熱装置Info
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Description
し、特に、金属管の高周波電縫溶接に使用する高周波加
熱装置に関する。
法、プラズマ溶接法、TIG溶接法、高周波電縫溶接法
などがあり、このうち高周波電縫溶接法は製管溶接プロ
セスの中で最も高能率なプロセスであることから、一般
に広く採用されている。高周波電縫溶接法は、図4に示
すように、金属帯の両溶接端面51,52がV字形を形
成するようにロールで連続的に環状に曲げ成形してオー
プンパイプ50となした後、高周波加熱装置Cからコン
タクトチップ56,56を介して両溶接端面51,52
に高周波電流を通じて加熱溶融させ、次いでスクイズロ
ール55によって側圧を加え、両溶接端面51,52を
衝合溶接して金属管54を製造する方法である。
て従来から一般的に用いられている高周波加熱装置Cの
構成を示すブロック図である。この高周波加熱装置C
は、降圧トランス32、サイリスタ回路33、昇圧トラ
ンス34、整流回路35、フィルタ回路36、発振回路
37およびカーレントトランス38を含み、高圧トラン
ス32は交流電源31に接続され、カーレントトランス
38は負荷回路39であるオープンパイプ50に接続さ
れる。交流電源31から供給された3相の商用周波数電
圧は、降圧トランス32によって所定の電圧に降圧さ
れ、さらにはサイリスタ回路33において回路素子のス
イッチング動作により所定の出力に調整される。次いで
昇圧トランス34を経て整流回路35で直流電圧に変換
され、コンデンサなどよりなるフィルタ回路36にて平
滑化された後、発振回路37に印加される。発振回路3
7は、真空管、コイル、抵抗およびコンデンサなどより
なる回路であり、真空管の発振現象を利用して通常20
0kHz〜450kHz程度の高周波電力WRFを発生す
る。この高周波電力WRFはカーレントトランス38によ
って出力変換された後、最終的にワークコイルあるいは
コンタクトチップ56,56を介して負荷回路39であ
るオープンパイプ50に供給される。
ためには、金属管54の肉厚や溶接速度、溶接端面5
1,52の突き合せ状態などに応じて高周波電力WRFを
最適値に調整する必要がある。すなわち、高周波電力W
RFが低い場合は両溶接端面51,52が十分に溶融しな
いため溶接部強度が不十分な冷接欠陥を発生させ、逆に
高周波電力WRFが高い場合はペネトレータと呼ばれる微
小な酸化物欠陥が両溶接端面51,52間に在留する。
溶接後のビード外観、赤熱状態およびスパッタ(飛散溶
鋼)の発生状態などを観察して高周波電力WRFの過不足
を経験的に判断し、高周波電力WRFを調整していた。し
かしながら、このような作業者の経験的判断に基づいた
方法では個人差が大きく、正確な電力設定を行なうこと
は困難であり、その上作業者に高い熟練度が要求される
などの問題点があった。
制御が種々試みられており、それらは特公昭54−33
784号公報や特公昭54−40454号公報に開示さ
れている。これらに開示されているごとく、一般的に電
縫溶接における溶接点53は、溶接線方向に周期的に変
動する。これは両溶接端面51,52を流れる溶接電流
によって誘起される電磁力で溶融金属が溶接端面51,
52の外側へ押出され、両溶接端面51,52の接近速
度が遅くなることによって生ずるものである。このよう
な溶接点53の周期的変動は高周波電流パスを変化させ
るため、インピーダンスが周期的に増減するとともに高
周波電圧および高周波電流も同様に変化する。これらは
上述のような溶接点53の周期的な変動現象と溶接品質
との関係を見出し、溶接点53の変動を溶接現象特性値
として検出して、この特性値に基づいたフィードバック
制御を行なうものである。具体的には、溶接点53の周
期的変動を示す特性値から高周波電力の過不足を検知
し、これに基づいてサイリスタ回路33の点弧位相角を
調整している。これにより発振回路37の真空管のプレ
ート電圧が調整され、高周波電力が最適値に調整され
る。
の方法では、フィードバックによる制御対象がサイリス
タ回路33であるために過渡応答の点で商用周波数に起
因する限界があり、制御応答性が悪かった。そのため従
来の方法では、数百msec程度の比較的長いピッチで
変動する溶接現象を制御することは可能であるが、数m
sec〜数十msec程度、あるいはそれ以下の短い時
間間隔で変動する溶接現象そのものをリアルタイムで制
御することは困難であった。
れたものであり、その目的とするところは、溶接現象を
高速で制御することができる高周波加熱装置を提供する
ことにある。
置は、設定された高周波電力に応じて直流電圧を発生す
る直流電圧発生手段と、前記直流電圧に応じてパルス信
号を発生するパルス信号発生手段と、所定の直流電源電
圧を発生する直流電源電圧発生手段と、前記パルス信号
に応じて前記直流電源電圧をスイッチングするパワート
ランジスタと、前記パワートランジスタのスイッチング
に応じて高周波電力を発生する高周波電力発生手段と、
前記高周波電力の周期的変動分を検出する検出手段と、
前記検出手段の検出結果に応じて前記直流電圧を増減さ
せる直流電圧増減手段とを含めて構成される。
電圧を直流電源電圧に変換するためのサイリスタおよび
整流回路を含むこととしてもよい。
ンジスタのスイッチングに応じて高周波電力を発生する
高周波電力発生手段と、高周波電力の周期的変動分を検
出する検出手段とを備えており、検出した高周波電力の
周期的変動分に応じてパワートランスのスイッチングを
制御するようになっている。したがって、サイリスタの
点弧位相角を調整することによって高周波電力を制御し
ていた従来に比べ、高周波電力を高速で制御することが
でき、溶接現象を高速で制御することができる。
装置Aの構成を示すブロック図である。この高周波加熱
装置Aは、降圧トランス2、整流回路3、フィルタ回路
4、パワートランジスタ回路5、昇圧トランス6、整流
回路7、フィルタ回路8、発振回路9、カーレントトラ
ンス10、整流回路12、微分回路13、加減算器1
4、パルス発生回路15および直流電圧発生回路16を
含み、降圧トランス2は交流電源1に接続され、カーレ
ントトランス10は負荷回路11である図4で説明した
オープンパイプ50に接続される。
数電圧は、降圧トランス2によって所定の電圧に降圧さ
れ、さらには整流回路3によって直流電圧に変換され
る。この直流電圧は幾分脈流を含んでいるため、次のコ
ンデンサなどよりなるフィルタ回路4で平滑化される。
平滑化された直流電圧はパワートランジスタ回路5に直
流電源電圧VCCとして与えられる。
プンパイプ50に応じた高周波電力WRFをたとえばダイ
ヤルにより設定すると、直流電圧発生回路16は、それ
に応じた直流電圧VS を加減算器14を介してパルス発
生回路15に出力する。パルス回路15は、図2に示す
ように、直流電圧VS に応じた時間幅TONの正パルスP
+ (TON)および負パルスP- (TON)を所定の周期T
(ただし、0≦TON≦Tである。)で交互に出力する。
この交流パルス信号Pはパワートランジスタ回路5にス
イッチング信号として与えられる。
らは交流パルス信号Pと相似の波形の交流パルス電圧v
O が出力され、交流パルス電圧vO の実効値は交流パル
ス信号Pのオン時間比率(TON/T)を変更することに
より調整される。ここでのスイッチング周波数f(=1
/T)はできるだけ高い方が高周波制御に適している
が、実用上は数kHz〜数十kHz以上あればよい。こ
の後、交流パルス電圧v O は、図5に示した従来の回路
と同様に、昇圧トランス6によって昇圧され、整流回路
7にて再度直流電圧に変換され、フィルタ回路8で平滑
化されて発振回路9に印加される。発振回路9において
発生した高周波電力WRFはカーレントトランス10を介
して負荷回路11であるオープンパイプ50に供給され
る。
動する溶接現象を検出するため、発振回路8における高
周波電流IRFを検出する。前述のように、電縫溶接にお
ける溶接点53は、溶接線方向に周期的に変動してお
り、この現象によって溶接電流パスが変化し、インピー
ダンスが増減するため高周波電流IRFも同様に変化す
る。本来は負荷回路11において高周波電流IRFあるい
は高周波電圧を検出するのが望ましいが、計測の困難性
から本実施例では発振回路9内の高周波電流IRFを計測
することとした。
た高周波電流IRFの変動分ΔIRFを検出し、その変動分
ΔIRFに基づいてオープンパイプ50に与えている高周
波電力WRFの過不足を検知し、高周波電力WRFの過不足
を補正するのに必要な直流電圧ΔVS を加減算器14に
出力する。加減算器14は、直流電圧発生回路16から
入力された直流電圧VS と、微分回路13から入力され
た直流電圧ΔVS とを加減算してパルス発生回路15に
出力する。パルス発生回路15は、補正された直流電圧
VS +ΔVS に応じたパルス信号Pをパワートランジス
タ回路5に出力する。パワートランジスタ回路15はパ
ルス信号Pに応じて交流パルス電圧vOを出力し、交流
パルス電圧vO は直流電圧VPPに変換されて発振回路9
に印加される。したがって、高周波電力WRFが適値に補
正される。
度)で製管を行なった場合の溶接欠陥発生率、スパッタ
発生による表面疵発生率および同原因によるミル停機回
数を、本実施例の高周波加熱装置Aを使用した場合と従
来の高周波加熱装置Bを使用した場合とで比較したもの
である。表1では、従来の高周波加熱装置Cを使用した
場合の溶接欠陥発生率などを1とし、本実施例の高周波
加熱装置Aを使用した場合のそれを1に対する比率で示
している。
装置Aを使用すれば、溶接欠陥発生率などを従来の1/
3から1/10程度に減少させられることがわかった。
使用すれば、溶接現象が安定化して溶接欠陥が減少する
だけでなく、スパッタ発生も抑制され、スパッタ押し込
みによる表面品質の悪化や内面ビード切削治具への堆積
によるミル停機などの生産性悪化が防止される。
信号Pのスイッチング周期Tを一定としオン時間TONを
制御することにより高周波電力WRFを制御したが、逆
に、オン時間TONを一定としスイッチング周期Tを制御
することにより高周波電力WRFを制御することとしても
よい。
いて変動する溶接現象を検出するために発振回路9の高
周波電流IRFを検出したが、これに限るものではなく、
高周波電圧や周波数や位相差などを検出してもよい。ま
た、1つに限らず複数を検出してもよい。
と整流回路3の間にサイリスタ回路17および昇圧トラ
ンス18を設ければ、パワートランジスタ回路5に与え
る直流電源電圧VCCをも調整することができ、高周波電
力WRFをより適切に制御することができる。
ワートランジスタのスイッチングを制御することにより
高周波電力を制御するので、サイリスタの点弧位相角を
制御することにより高周波電力を制御していた従来に比
べ、高周波電力を高速で制御することができ、溶接現象
を高速で制御することができる。また、溶接現象の高速
制御が可能となって溶接現象が安定化し、溶接欠陥の発
生率が激減することは無論、入熱管理も容易となって溶
接作業者の負荷が軽減される。また、スパッタ発生をも
抑制可能となるため、スパッタ押し込みによる表面品質
の悪化や、内面ビード切削治具への堆積による停機がな
くなるなど、優れた効果を奏する。
成を示すブロック図である。
から出力される交流パルス信号Pを例示する波形図であ
る。
構成を示すブロック図である。
を示す一部破断した正面図である。
である。
Claims (2)
- 【請求項1】 設定された高周波電力に応じて直流電圧
を発生する直流電圧発生手段と、 前記直流電圧に応じてパルス信号を発生するパルス信号
発生手段と、 所定の直流電源電圧を発生する直流電源電圧発生手段
と、 前記パルス信号に応じて前記直流電源電圧をスイッチン
グするパワートランジスタと、 前記パワートランジスタのスイッチングに応じて高周波
電力を発生する高周波電力発生手段と、 前記高周波電力の周期的変動分を検出する検出手段と、 前記検出手段の検出結果に応じて前記直流電圧を増減さ
せる直流電圧増減手段とを含むことを特徴とする、高周
波加熱装置。 - 【請求項2】 前記直流電源電圧発生手段は、交流電圧
を直流電源電圧に変換するためのサイリスタおよび整流
回路を含むことを特徴とする、請求項1に記載の高周波
加熱装置。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP17025693A JP3328378B2 (ja) | 1993-07-09 | 1993-07-09 | 高周波加熱装置 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP17025693A JP3328378B2 (ja) | 1993-07-09 | 1993-07-09 | 高周波加熱装置 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH0724582A JPH0724582A (ja) | 1995-01-27 |
JP3328378B2 true JP3328378B2 (ja) | 2002-09-24 |
Family
ID=15901573
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP17025693A Expired - Fee Related JP3328378B2 (ja) | 1993-07-09 | 1993-07-09 | 高周波加熱装置 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP3328378B2 (ja) |
-
1993
- 1993-07-09 JP JP17025693A patent/JP3328378B2/ja not_active Expired - Fee Related
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JPH0724582A (ja) | 1995-01-27 |
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