JP4420863B2 - レーザアーク複合溶接の制御方法 - Google Patents
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Description
例えば、溶接トーチを開先幅方向に揺動させるアーク溶接において、揺動両端での溶接電流を比較することによって揺動中心を溶接線に追従させる制御が行われている(例えば、特許文献2参照)。
以下に本発明の実施形態を詳細に説明する。
図5に示すフローチャートを用いてLA距離を適正範囲に保つための制御方法を詳しく説明する。
一方、LA距離が長くなった場合(図3の領域III)は、(H)でIc≦0となり、また、(G)で求める、短絡回数Nsと短絡回数基準値Nso(適正LA距離の下限値における短絡回数としここではNso=55回)との差Ncが、(J)でNc>0となるため、(L)のようにNcに比例係数(ここではβ=0.1)を積算した値βNcを制御量とし、(M)のLA距離制御用モータドライバに出力することによって、LA距離を短縮し、LA距離の適正領域(図3の領域II)に向かわせる。なお、(J)でNc≦0の場合はLA距離が適正領域(図3の領域II)にあると見なされるため制御を行わない。
なお、基準とする電流基準値Iaoおよび基準とする短絡回数基準値Nsoは、各々適正LA距離の下限値における電流値および適正LA距離の下限値における短絡回数から求めることができる。しかし前述のように、適正LA距離の下限値は溶接条件に依存せず0mm〜0.5mm程度であるのに対し、適正LA距離の上限値は溶接条件に依存し変化する可能性がある。そこで、LA距離の最適値を0.5mmと見なし、そこでの電流値および短絡回数を各々の基準値(ここではIao=200A、Nso=65回)に設定することも可能である。
図1に示すように、レーザ光軸3とアークトーチ9は傾斜角αを20°から50°の範囲で傾斜させて配置するため、母材表面に対する溶接ヘッド7の高さが変化すると、それに比例してLA距離も変化する。すなわち、溶接ヘッド高さが低下するとLA距離は拡大し、溶接ヘッド高さが上昇するとLA距離は短縮する。
開先内での溶接における開先中心倣い制御としては、アーク単独での溶接において揺動左右端の電流差を比較する方法が知られている。しかし、ハイブリッド溶接ではアーク電極ワイヤがレーザを横切る瞬間に、レーザとアークの干渉により溶接電流波形が乱される問題がある。この問題を回避するにはLA距離を適正に保ちレーザアークの干渉状態を適正に維持する必要がある。
以下に、図9に示すフローチャートを用いて開先中心倣い制御方法を詳しく説明する。(A)ハイブリッド溶接開始後、(B)溶接電流値および電圧値をトーチ揺動10周期分計測し、(C)データ記憶装置(パーソナルコンピュータ)に前記溶接電流値および電圧値の測定データを保管する。なお、データの保管期間は揺動10周期分に固定する必要はないが、保管期間を長くすると制御データの平均化が図られ、ばらつきが小さくなる一方で、応答性が遅くなる。
2:レーザヘッド
3:レーザ光軸
4:アーク溶接電極ワイヤ
5:アークプラズマ
6:溶接線方向
7:溶接ヘッド
8:アーク溶接電極ワイヤの送給軸
9:アーク溶接トーチ
10:ワイヤ送給機
11:アーク溶接電源
12:アーク溶接電流、アーク溶接電圧測定器
13:レーザ発振器
14:光ファイバ
15:上下、左右移動軸
16:溶接ビード
17:アーク溶接トーチ揺動装置
18:制御量演算装置
LA:レーザアーク間距離
α:レーザ光軸とアーク溶接電極ワイヤの傾斜角
Claims (3)
- レーザ照射ヘッドおよびアーク溶接トーチを溶接線上に直列に配置し、溶接線上のレーザ照射点とアーク発生点間の距離を制御するレーザアーク複合溶接の制御方法において、アーク溶接の電流値と、アーク溶接の電圧波形から求められる単位時間当たりの短絡回数をそれぞれ測定し、前記電流値が目標とする電流値よりも小さい場合は前記距離を拡大し、前記電流値が目標とする電流値よりも高い場合で、かつ、前記短絡回数が目標とする短絡回数よりも小さい場合は前記距離を短縮し、レーザ照射点とアーク発生点間の距離が適正範囲内となるように制御することを特徴とするレーザアーク複合溶接の制御方法。
- 前記レーザ照射ヘッドの光軸に対して前記アーク溶接トーチを傾斜させるとともに、該アーク溶接トーチと該レーザ照射ヘッドとが一体で上下に移動する溶接ヘッド高さ制御機構を設け、前記電流値が目標とする電流値よりも小さい場合は前記溶接ヘッド高さを下降させることにより前記距離を拡大し、前記電流値が目標とする電流値よりも高い場合で、かつ、前記短絡回数が目標とする短絡回数よりも小さい場合は前記溶接ヘッド高さを上昇させることにより前記距離を短縮し、レーザ照射点とアーク発生点間の距離が適正範囲内となるように制御することを特徴とする請求項1記載のレーザアーク複合溶接の制御方法。
- 前記レーザアーク複合溶接の制御方法において、さらに、アーク溶接トーチから開先内に送給されるワイヤを開先幅方向に揺動させるとともに、前記電流値が目標とする電流値よりも高い場合のみ、前記ワイヤの揺動左右端位置でそれぞれ測定された電流値の差または電圧値の差が零となるように前記ワイヤの揺動中心位置を制御することを特徴とする請求項1または請求項2記載のレーザアーク複合溶接の制御方法。
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