JP5937323B2 - プラズマキーホール溶接方法、および、プラズマキーホール溶接システム - Google Patents
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Description
図1〜図12を用いて、本発明の第1実施形態について説明する。
時刻t1において、外部からの溶接開始信号Stがティーチペンダント23を経由して動作制御回路21に入力されると、動作制御回路21は、溶接開始信号Stを、出力回路31(具体的には、電源回路311および周波数制御回路312)に送る。すると、電源回路311はプラズマ電極112と母材Wとの間に溶接電圧Vwを印加し、アークa1が点弧される。そして溶接電流Iwの通電が開始される。
Ff=1/Te
EN比率(%)=Ten/Te×100
=Ten/(Ten+Tep)×100
図4(c)に示すように、成形電圧信号Vfが上昇して時刻t2になると、アークa1は安定する。そのため時刻t2以降、成形電圧信号Vfの上昇率が小さくなる。図3の比較回路CM1は、成形電圧信号Vfを時間微分した電圧微分信号Bvが、予め定めた基準値Bth1以下となった場合、アークa1が母材Wにキーホール889を掘り始め、キーホール889の形成が開始されたと判断する。キーホール889の形成が開始されたと判断すると、比較回路CM1は、同図(d)に示すように、短時間だけHighレベルになるキーホール形成開始信号Cm1を出力する。キーホール形成開始基準電圧設定回路VSは、キーホール形成開始信号Cm1を受けると、このキーホール形成開始信号Cm1を入力した時の成形電圧信号Vfをキーホール形成開始基準電圧信号Vs(同図(c)参照)として設定する。図8(s−2)に示すように、時刻t2以降、キーホール889の形成が継続され、溶融池881の表面882が徐々に低下してゆく。なお、キーホール889の形成が開始した時(時刻t2)から、キーホール889が貫通する時(後述の時刻t3)までの期間は、キーホール形成期間である。
時刻t3において、図8(s−3)に示すように、母材Wにてキーホール889が貫通する。キーホール889が貫通したとき、時刻t3において、図4(c)に示すように、成形電圧信号Vfとキーホール形成開始基準電圧信号Vsとの差が予め定めた基準値Bth2より大きくなる。この場合、比較回路CM2は、キーホール889が貫通したと判断する。すると同図(e)に示すように、比較回路CM2は、キーホール貫通検知信号Cm2を、比較回路332に送る。キーホール889が貫通した直後は、成形電圧信号Vfはキーホール889の貫通の影響で不安定である。キーホール889が貫通した時刻t3からしばらくすると、成形電圧信号Vfが減少したのちに溶接電圧Vwが安定し、成形電圧信号Vfの減少率が小さくなる。
時刻t4において、図3の比較回路332は、電圧微分信号Bvが予め定めた基準値Bth3以下に達すると、溶接裏ビードが適切に形成され且つキーホール889が適切な大きさになったと判断する。このとき、図4(f)に示すように、比較回路332は、定常溶接を開始すべきと判断し、短時間だけHighレベルになる定常溶接開始指示信号Cm3を送る。
図13を用いて、本発明の第1実施形態の第1変形例について説明する。
A11 プラズマキーホール溶接システム
1 溶接ロボット
11 溶接トーチ
111 ノズル
112 プラズマ電極
12 マニピュレータ
2 ロボット制御装置
21 動作制御回路
23 ティーチペンダント
251 初期速さ記憶部
252 定常速さ記憶部
3 溶接電源装置
31 出力回路
311 電源回路
312 周波数制御回路
313 電流制御回路
314 電流検出回路
315 電流誤差計算回路
32 電圧検出回路
33 定常溶接開始判断回路
331 キーホール貫通検知回路
341 絶対値演算回路
342 ローパスフィルタ
343 電圧変動検出回路
332 比較回路
35 ガス流量制御回路
361 初期周波数記憶部
362 定常周波数記憶部
364 設定電流値記憶部
365 初期ガス流量記憶部
366 定常ガス流量記憶部
37 初期周波数計算回路
4 ガス供給装置
881 溶融池
882 表面
886 部位
889 キーホール
a1 アーク
Bth1 基準値
Bth2 基準値
Bth3 基準値
BV 微分回路
Bv 電圧微分信号
CM1 比較回路
Cm1 キーホール形成開始信号
CM2 比較回路
Cm2 キーホール貫通検知信号
Cm3 定常溶接開始指示信号
Dr 溶接進行方向
Ei 電流誤差信号
Ff 周波数
Ffs 周波数設定信号
ff1 初期周波数
ff2 定常周波数
Ia 時間平均値
Id 電流検出信号
Iep 電極プラス極性電流
Ien 電極マイナス極性電流
Iepp 最大絶対値
Ienp 最大絶対値
Inp 電極マイナス極性ピーク電流
Inb 電極マイナス極性ベース電流
Ir 電流設定信号
ir1 設定電流値
Iw 溶接電流
Ms 動作制御信号
PG プラズマガス
Pgs ガス流量設定信号
Vw 溶接電圧
VR 移動速さ
St 溶接開始信号
pg1 初期ガス流量
pg2 定常ガス流量
Te2 周期
Te 周期
Ten 電極マイナス極性期間
Tep 電極プラス極性期間
t1 時刻
t2 時刻
t3 時刻
t4 時刻
Va 電圧絶対値信号
Vd 電圧検出信号
Vf 成形電圧信号
Vs キーホール形成開始基準電圧信号
VS キーホール形成開始基準電圧設定回路
vr1 初期速さ
vr2 定常速さ
W 母材
Claims (10)
- プラズマ電極と母材との間にアークを点弧し、上記アークによってキーホールを貫通させる工程と、
上記キーホールが貫通した後に、上記プラズマ電極を上記母材に対して移動させつつ、定常溶接を行う工程と、を備え、
上記貫通させる工程は、上記キーホールの形成が開始した時から上記キーホールが貫通する時までの期間であるキーホール形成期間中に、上記プラズマ電極と上記母材との間に流れる溶接電流を、周波数が初期周波数であるパルス電流として流す工程を含み、
上記定常溶接を行う工程は、上記溶接電流を、周波数が定常周波数であるパルス電流として流す工程を含み、
上記初期周波数は、上記定常周波数より小さい、プラズマキーホール溶接方法。 - 上記貫通させる工程における上記溶接電流の絶対値の時間平均値、および、上記貫通させる工程における上記溶接電流の絶対値の時間平均値は、互いに同一である、請求項1に記載のプラズマキーホール溶接方法。
- 上記貫通させる工程は、上記キーホール形成期間中に、上記母材に向かって噴出させるプラズマガスを、初期ガス流量で噴出させる工程を含み、
上記定常溶接を行う工程は、上記プラズマガスを定常ガス流量で噴出させる工程を含み、
上記初期ガス流量は、上記定常ガス流量より大きい、請求項1または請求項2に記載のプラズマキーホール溶接方法。 - 初期周波数計算回路によって、上記定常周波数の値を減少させることにより、上記初期周波数の値を計算する工程を更に備える、請求項1ないし請求項3のいずれかに記載のプラズマキーホール溶接方法。
- 上記貫通させる工程は、上記母材に沿った溶接進行方向における、上記母材に対する上記プラズマ電極の速さである移動速さを初期速さに設定する工程を含み、
上記定常溶接を行う工程は、上記移動速さを定常速さに設定する工程を含み、
上記初期速さは、上記定常速さより小さい、請求項1ないし請求項4のいずれかに記載のプラズマキーホール溶接方法。 - プラズマ電極と母材との間にパルス電流を流す出力回路と、
初期周波数の値を記憶する初期周波数記憶部と、
定常周波数の値を記憶する定常周波数記憶部と、
上記母材にてキーホールが貫通したことを検知すると、キーホール貫通検知信号を生成するキーホール貫通検知回路と、を備え、
上記出力回路は、上記キーホール貫通検知信号が生成される前には、周波数を上記初期周波数として上記パルス電流を流し、且つ、上記キーホール貫通検知信号が生成された後には、周波数を上記定常周波数として上記パルス電流を流し、
上記初期周波数は、上記定常周波数より小さい、プラズマキーホール溶接システム。 - 設定電流値を記憶する設定電流値記憶部を更に備え、
上記出力回路は、上記キーホール貫通検知信号が生成される前および上記キーホール貫通検知信号が生成された後のいずれにおいても、絶対値の時間平均値を上記設定電流値として上記パルス電流を流す、請求項6に記載のプラズマキーホール溶接システム。 - 上記母材に向かって噴出させるプラズマガスの流量であるガス流量を制御するガス流量制御回路と、
初期ガス流量の値を記憶する初期ガス流量記憶部と、
定常ガス流量の値を記憶する定常ガス流量記憶部と、を更に備え、
上記ガス流量制御回路は、上記キーホール貫通検知信号が生成される前には、上記ガス流量を上記初期ガス流量に設定し、且つ、上記キーホール貫通検知信号が生成された後には、上記ガス流量を上記定常ガス流量に設定するとともに、
上記初期ガス流量は、上記定常ガス流量より大きい、請求項6または請求項7に記載のプラズマキーホール溶接システム。 - 上記定常周波数記憶部に記憶された定常周波数の値を減少させた値を、上記初期周波数として上記初期周波数記憶部に記憶する初期周波数計算回路を更に備える、請求項6ないし請求項8のいずれかに記載のプラズマキーホール溶接システム。
- 上記母材に沿った溶接進行方向における、上記母材に対する上記プラズマ電極の速さである移動速さを制御する動作制御回路と、
初期速さの値を記憶する初期速さ記憶部と、
定常速さの値を記憶する定常速さ記憶部と、を更に備え、
上記動作制御回路は、上記キーホール貫通検知信号が生成される前には、上記移動速さを上記初期速さに設定し、且つ、上記キーホール貫通検知信号が生成された後には、上記移動速さを上記定常速さに設定するとともに、
上記初期速さは、上記定常速さより小さい、請求項6ないし請求項9のいずれかに記載のプラズマキーホール溶接システム。
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