JP4652825B2 - 交流アーク溶接のアークスタート制御方法 - Google Patents
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Description
(1)低電極マイナス比率に起因する実現困難性及びアーク切れの問題
従来技術では電極マイナス比率Rnが過渡的に数%と非常に低い状態が存在する。電極マイナス比率Rnは上述したように電極マイナス期間の長さによって調整される。このために、数%の電極マイナス比率Rnを実現するためには電極マイナス期間は非常に短くなる必要がある。しかし、電流通電路のインダクタンス値及び抵抗値の影響によって電極マイナス期間を短くできる限界があり、数%の電極マイナス比率Rnは現実的に実現困難である。さらに、10%程度以下の電極マイナス比率Rnでは、EP→EN極性切換直後にEN→EPへと極性を切り換えることになり、極性切換直後の不安定状態での再度の極性切り換えとなり、アーク切れが発生しやすい。
アークスタート時の電極マイナス比率Rn=0%のときは極性を切り換える必要がないのでアーク切れは発生しない。しかし、その後は電極マイナス比率Rnは0ではないために、極性を切り換える必要がある。この状態では母材はまだ十分に温度上昇していないために、極性切換時にアーク切れが発生しやすい。
従来技術では、所定期間Ta、電極マイナス比率Rnの上昇率及び送給速度Wfの上率の3つのパラメータを適正化して溶込み及びビード形状を調整しなければならない。これらのパラメータの調整は複雑であり、調整に時間がかかる。
アークスタートに際して予め定めた初期送給速度で溶接ワイヤを送給すると共に電極プラス極性のみで直流溶接電流を通電する直流アーク溶接を、前記交流アーク溶接によって形成される溶接ビードの形状に応じて0.2〜0.6秒の範囲で予め定めた初期期間中行い、
その後は前記交流アーク溶接に切り換えると共に送給速度を前記初期送給速度から前記定常送給速度へ所定のスロープで切り換えて溶接を行い、
前記初期送給速度は前記直流アーク溶接の直流溶接電流値が前記交流アーク溶接の交流溶接電流平均値と略等しくなるように設定され、かつ、前記初期期間は前記直流アーク溶接によって形成される溶接ビードの形状が前記交流アーク溶接によって形成される溶接ビードの形状と略同一になるように設定され、かつ、前記スロープは前記直流アーク溶接の直流溶接電流から前記交流アーク溶接の交流溶接電流へと前記初期期間終了時点で切り換えたときにワイヤ溶融速度が変化するときの変化率に略等しい値に設定される、ことを特徴とする交流アーク溶接のアークスタート制御方法である。
(1)低電極マイナス比率に起因する実現困難性及びアーク切れの問題
本発明では、初期期間Tdc中は直流アーク溶接であるので極性を切り換える必要がないために、極性切換に伴うアーク切れは発生しない。また、続く交流アーク溶接の期間中は、電極マイナス比率Rnはアークが安定する値に設定されるので、低電極マイナス比率に設定されることもない。したがって、上記(1)の課題は解決される。
本発明では、母材温度の低い初期期間Tdc中は直流アーク溶接を行うので、極性の切り換えはないためにアーク切れは発生しない。その後、交流アーク溶接に切り換わった時点では母材温度は上昇しておりアーク切れは発生しない。したがって、上記(2)の課題も解決される。
本発明では、アークスタート部の溶込みを定常部と均一にするために、初期期間Tdc中の直流溶接電流Idcを交流溶接電流の平均値Iavと等しくなるように初期送給速度Fiが決まる。また、アークスタート部のビード形状を定常部と均一にするためには、初期期間Tdcのみを調整すればよい。したがって、パラメータの設定が簡単であり、上記(3)の課題も解決される。
アークスタート部の溶込みを定常部の溶込みと略同一にするためには、母材への入熱を略同一にすればよい。アークからの入熱は溶接電流の平均値に略比例するので、初期期間Tdc中の直流溶接電流Idcの値を交流溶接電流の平均値Iavと略同一にすればよい。直流溶接電流Idcは初期送給速度Fiによって定まり、交流溶接電流の平均値Iavは定常送給速度Fcによって定まる。母材の材質、板厚、継手等が決まると交流溶接電流の平均値Iavが設定され、それに対応した定常送給速度Fcが設定される。また、これらの溶接条件に対して定常電極マイナス比率Rcが設定される。そして、初期期間Tdc中の直流溶接電流Idcは上記の交流溶接電流の平均値Iavと同一値に設定され、それに対応する初期送給速度Fiが設定される。すなわち、初期送給速度Fiは、直流溶接電流Idcが交流溶接電流の平均値Iavと略等しくなるように設定される。
アークスタート部の溶接ビード形状が定常部と略同一形状になるように、初期期間Tdcを設定する。上述したように、初期期間Tdc中の直流溶接電流Idcは既に設定されているので、初期期間Tdcの長さを設定することによってアークスタート部の溶接ビード形状を調整する。初期期間Tdcは定常部の溶接ビード形状に応じて適正値に設定されるが、0.2〜0.6s程度の範囲の数百msに設定される。交流溶接電流の1周期は数ms〜十数ms程度であるので、初期期間Tdcはその数十倍長い期間となる。
初期送給速度Fiから定常送給速度Fcへの切換は、所定のスロープSfによって行う。スロープSfを設ける理由は、時刻t3において直流アーク溶接から交流アーク溶接へと切り換えた時点から溶接ワイヤの溶融速度が徐々に変化する。この溶融速度の変化率と送給速度Wfの変化率すなわちスロープSfとを略等しく設定すると、切換時のアーク安定性を維持することができる。この溶融速度の変化率は、溶接ワイヤの材質、直径等によって定まる値である。例えば、溶接ワイヤが直径1.2mmのアルミニウム合金である場合は、溶融速度の変化率は100ms当たり0.5m/min程度である。したがって、スロープSfも同一値に設定すればよい。図2で上述したように、初期送給速度Fi=6.1m/minで定常送給速度Fc=7.8m/minの場合には、スロープSfの期間は(7.8−6.1)/0.5=340msとなる。このスロープSfは、溶接ワイヤの種類に応じて適正値に設定される。
2 母材
3 アーク
4 溶接トーチ
5 送給ロール
DV 2次側駆動回路
EI 電流誤差増幅回路
EP 電極プラス極性
EV 電圧誤差増幅回路
Fc 定常送給速度
FCR 定常送給速度設定回路
Fcr 定常送給速度設定信号
Fi 初期送給速度
FIR 初期送給速度設定回路
Fir 初期送給速度設定信号
Fs スローダウン送給速度
FSR スローダウン送給速度設定回路
Fsr スローダウン送給速度設定信号
Iav 交流溶接電流平均値
Ib ベース電流
IBR ベース電流設定回路
Ibr ベース電流設定信号
ID 電流検出回路
Id 電流検出信号
Idc 直流溶接電流
Iep 電極プラス電流
In 電極マイナス電流
INR 電極マイナス電流設定回路
Inr 電極マイナス電流設定信号
INT インバータトランス
INV インバータ回路
Ip ピーク電流
IPR ピーク電流設定回路
Ipr ピーク電流設定信号
Isw 電流設定切換信号
Iw 溶接電流
M ワイヤ送給モータ
Nd 電極マイナス駆動信号
NTR 電極マイナストランジスタ
Pd 電極プラス駆動信号
PTR 電極プラストランジスタ
Rc 定常電極マイナス比率
RCR 定常電極マイナス比率設定回路
Rcr 定常電極マイナス比率設定信号
Rn 電極マイナス比率
Sf 送給速度のスロープ
SFR スロープ設定回路
Sfr スロープ設定信号
St 溶接開始信号
SW1 第1切換回路
SW2 第2切換回路
Ta 所定期間
Tb ベース期間
TDC 初期期間タイマ回路
Tdc 初期期間(信号)
Ten 電極マイナス期間
Tep 電極プラス期間
Tf 周期(信号)
TM タイマ回路
Tm タイマ信号
Tp ピーク期間
TPR ピーク期間設定回路
Tpr ピーク期間設定信号
VAV 電圧平均化回路
Vav 電圧平均値信号
VD 電圧検出回路
Vd 電圧検出信号
VF V/Fコンバータ回路
VR 電圧設定回路
Vr 電圧設定信号
Vw 溶接電圧
WC 送給制御回路
Wc 送給制御信号
Wf 送給速度
WL リアクトル
ΔE 誤差増幅信号
ΔI 電流誤差増幅信号
ΔV 電圧誤差増幅信号
Claims (3)
- 溶接ワイヤを予め定めた定常送給速度で送給すると共に電極プラス極性及び電極マイナス極性の交流溶接電流を通電して溶接する交流アーク溶接のアークスタート制御方法において、
アークスタートに際して予め定めた初期送給速度で溶接ワイヤを送給すると共に電極プラス極性のみで直流溶接電流を通電する直流アーク溶接を、前記交流アーク溶接によって形成される溶接ビードの形状に応じて0.2〜0.6秒の範囲で予め定めた初期期間中行い、
その後は前記交流アーク溶接に切り換えると共に送給速度を前記初期送給速度から前記定常送給速度へ所定のスロープで切り換えて溶接を行い、
前記初期送給速度は前記直流アーク溶接の直流溶接電流値が前記交流アーク溶接の交流溶接電流平均値と略等しくなるように設定され、かつ、前記初期期間は前記直流アーク溶接によって形成される溶接ビードの形状が前記交流アーク溶接によって形成される溶接ビードの形状と略同一になるように設定され、かつ、前記スロープは前記直流アーク溶接の直流溶接電流から前記交流アーク溶接の交流溶接電流へと前記初期期間終了時点で切り換えたときにワイヤ溶融速度が変化するときの変化率に略等しい値に設定される、ことを特徴とする交流アーク溶接のアークスタート制御方法。 - 請求項1記載の直流アーク溶接が直流パルスアーク溶接であり、かつ、請求項1記載の交流アーク溶接が交流パルスアーク溶接である、ことを特徴とする交流アーク溶接のアークスタート制御方法。
- 請求項1記載の送給速度のスロープが溶接ワイヤの種類に応じて設定される、ことを特徴とする交流アーク溶接のアークスタート制御方法。
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