(57)【要約】【課題】溶接トーチの温度上昇が基準値に達したときは焼損を防止するために、強制的に溶接を停止するようにしているので、生産効率が低下する。【解決手段】水冷式の溶接トーチＷＴを使用して予め定めた電極マイナス極性電流比率Ｒｃｒに設定された交流の溶接電流Ｉｗを通電するアーク溶接にあって、溶接トーチＷＴから流出する復水６２の温度を温度センサＨＤによって検出し、この温度センサＨＤの温度検出値Ｈｄが第１温度基準値Ｈｔ１に達したときは溶接電流Ｉｗの通電を遮断する。第１温度基準値Ｈｔ１未満の第２温度基準値Ｈｔ２を設定し、温度検出値Ｈｄがこの第２温度基準値Ｈｔ２に達したときは電極マイナス極性電流比率Ｒｃｒを増加させる。これにより、第２温度基準値Ｈｔ２に達すると溶接トーチの温度上昇が緩和されるので、溶接が中断されて生産効率が低下することを抑制することができる。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
水冷式の溶接トーチを使用して予め定めた電極マイナス極性電流比率に設定された交流の溶接電流を通電するアーク溶接にあって、前記溶接トーチから流出する復水の温度を温度センサによって検出し、この温度センサの温度検出値が予め定めた第１温度基準値に達したときは前記溶接電流の通電を遮断する溶接装置の保護制御方法において、
前記第１温度基準値未満の第２温度基準値を設定し、前記温度検出値がこの第２温度基準値に達したときは前記電極マイナス極性電流比率を増加させる、
ことを特徴とする溶接装置の保護制御方法。
【請求項２】
前記温度検出値が前記第２温度基準値に達したときの前記温度検出値の変化率に応じて、前記電極マイナス極性電流比率の増加値を設定する、
ことを特徴とする請求項１記載の溶接装置の保護制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、水冷式の溶接トーチから流出する復水の温度を温度センサによって検出し、この温度センサの温度検出値が温度基準値に達したときは溶接電流の通電を遮断する溶接装置の保護制御方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
交流の非消耗電極式アーク溶接方法としては、交流ティグ溶接、交流プラズマ溶接等がある。交流の非消耗電極式アーク溶接方法は、主にアルミニウム材の溶接に使用される。他方、交流の消耗電極式アーク溶接方法には、交流パルスアーク溶接、交流マグ溶接、交流ミグ溶接、交流炭酸ガスアーク溶接等がある。交流の消耗電極アーク溶接は、種々な金属の溶接に使用される。交流アーク溶接方法では、電極マイナス極性ＥＮと電極プラス極性ＥＰとを交互に繰り返す。溶接電流の絶対値の平均値に占める電極マイナス極性期間中の溶接電流の比率は、電極マイナス極性電流比率と呼ばれる。この電極マイナス極性電流比率を変化させると、溶け込み深さ、余盛り高さ、ビード幅等のビード形状を所望形状にすることができる（例えば特許文献１参照）。
【０００３】
図２は、交流プラズマ溶接の一般的な電流波形図である。同図の縦軸は溶接電流Ｉｗ（Ａ）を示し、０Ａから上側は電極マイナス極性ＥＮであり、下側は電極プラス極性ＥＰである。横軸は、時間ｔを示している。以下、同図を参照して説明する。
【０００４】
時刻ｔ１〜ｔ２の電極マイナス極性期間Ｔen中は、予め定めた電極マイナス極性電流Ｉenが通電する。時刻ｔ２〜ｔ３の電極プラス極性期間Ｔep中は、予め定めた電極プラス極性電流Ｉepが通電する。この場合の電極マイナス極性電流比率Ｒは、下式で算出することができる。
Ｒ（％）＝（１００×Ｉen×Ｔen）／（Ｉen×Ｔen＋Ｉep×Ｔep）
但し、Ｉen及びＩepは絶対値とする。
【０００５】
同図では、Ｉen＝Ｉepの場合である。Ｉen＜Ｉepに設定する場合もある。同図では、Ｔenが例えば１０msと一定値であり、電極マイナス極性電流比率Ｒの設定値に応じて、Ｔepが変化する場合である。
【０００６】
同図はＩen及びＩepが一定値である場合であるが、両値がピーク電流とベース電流とから形成されるパルス波形の場合もある。また、両値が正弦波の半周期の波形（凸型波形）となる場合もある。交流の消耗電極式アーク溶接の場合の電流波形についても、同様である。
【０００７】
電極マイナス極性電流比率Ｒを設定するために、交流の非消耗電極式アーク溶接の場合には、電極プラス極性期間Ｔep及び／又は電極プラス極性電流Ｉepを変化させる。他方、交流の消耗電極式アーク溶接の場合には、電極マイナス極性期間Ｔen及び／又は電極マイナス極性電流Ｉenを変化させる。
【０００８】
電極マイナス極性電流比率Ｒの設定範囲は、交流の非消耗電極式アーク溶接の場合には、６０〜９０％程度であり、交流の消耗電極式アーク溶接の場合には、１０〜３０％程度である。
【０００９】
非消耗電極式アーク溶接及び消耗電極式アーク溶接に使用される溶接トーチには、水冷式のものがある。この水冷式の溶接トーチは、水等の冷却流体（以下、冷却水という）をトーチ内部に流入し、循環させた後に流出してトーチボディ、ノズル等を冷却している。この冷却水の循環には、冷却水循環機を設けて行うことが多い。この場合には、冷却水循環機によって冷却された冷却水が溶接トーチに送水され、溶接トーチ内部を循環するときに暖められた復水が冷却水循環機に戻される。
【００１０】
使用率の超過、周囲温度の上昇、冷却水の流量不足等によって溶接トーチが温度超過になると、溶接トーチが焼損して使用不可となる場合が生じる。このような状態になることを防止するために、溶接トーチから流出する復水の温度を温度センサによって検出し、この温度センサからの温度検出値が予め定めた温度基準値に達したときは溶接電流の通電を遮断する溶接装置の保護制御方法が従来から行われている（例えば特許文献２参照）。この保護制御方法によって、溶接トーチの温度上昇と相関する復水温度が溶接トーチが焼損しない温度基準値に達した時点で溶接が強制的に停止されるので、溶接トーチの焼損を防止することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１１】
【特許文献１】特開２００５−２８３８３号公報
【特許文献２】特開２００８−２２９６４４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
溶接中に、上述した従来技術の保護制御が動作すると、溶接トーチを保護するために溶接は強制的に停止されることになる。溶接が途中で停止されたワークは、破棄するか、又は停止個所から溶接をやり直すことになる。どちらの場合でも、工数がかかり、生産効率が低下することになる。
【００１３】
そこで、本発明では、水冷式の溶接トーチを使用した交流のアーク溶接において、溶接トーチの焼損を防止した上で、生産効率が低下することを抑制することができる溶接装置の保護制御方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
上述した課題を解決するために、請求項１の発明は、水冷式の溶接トーチを使用して予め定めた電極マイナス極性電流比率に設定された交流の溶接電流を通電するアーク溶接にあって、前記溶接トーチから流出する復水の温度を温度センサによって検出し、この温度センサの温度検出値が予め定めた第１温度基準値に達したときは前記溶接電流の通電を遮断する溶接装置の保護制御方法において、
前記第１温度基準値未満の第２温度基準値を設定し、前記温度検出値がこの第２温度基準値に達したときは前記電極マイナス極性電流比率を増加させる、
ことを特徴とする溶接装置の保護制御方法である。
【００１５】
請求項２の発明は、前記温度検出値が前記第２温度基準値に達したときの前記温度検出値の変化率に応じて、前記電極マイナス極性電流比率の増加値を設定する、
ことを特徴とする請求項１記載の溶接装置の保護制御方法である。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、温度検出値が第２温度基準値に達したときは電極マイナス極性電流比率を増加させる。これにより、溶接トーチの温度上昇を緩和することができるので、温度検出値の温度上昇も緩和される。このために、温度検出値が第１温度基準値まで上昇して溶接が中断されて、生産効率が低下することを抑制することができる。この結果、本発明では、水冷式の溶接トーチを使用した交流のアーク溶接において、溶接トーチの焼損を防止した上で、生産効率が低下することを抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明の実施の形態に係る保護制御方法を実施するための交流プラズマ溶接装置の構成図である。
【図２】従来技術における交流プラズマ溶接の一般的な電流波形図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
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。
【００１９】
以下の説明においては、溶接トーチの焼損が特に生じやすい交流プラズマ溶接装置を例とする。すなわち、プラズマ溶接では、アークをプラズマノズルによって拘束して高密度エネルギー化しているために、溶接トーチの冷却作用が低下すると、直ぐに溶接トーチの焼損へと至るおそれがある。このために、充分な保護制御を行う必要がある。
【００２０】
図１は、本発明の実施の形態に係る保護制御方法を実施するための交流プラズマ溶接装置の構成図である。以下、同図を参照して各構成物について説明する。
【００２１】
溶接電源ＰＳは、定電流特性又は垂下特性を有する電源であり、一方の出力端子が電極１と接続され、もう一方の出力端子が母材２と接続されており、図２で上述した交流の溶接電流Ｉｗ及び交流の溶接電圧Ｖｗを出力して、電極１と母材２との間にプラズマアーク３を発生させる。また、溶接電源ＰＳは、後述する保護制御器ＨＣからの電極マイナス極性電流比率制御設定信号Ｒcr及び通電遮断信号Ａｓを入力として、図２の電極プラス極性期間Ｔepを変化させて電極マイナス極性電流比率Ｒが電極マイナス極性電流比率制御設定信号Ｒcrと等しくなるようにし、通電遮断信号ＡｓがＨｉｇｈレベルに変化すると溶接電流Ｉｗの通電を停止する。電極マイナス極性電流比率制御設定信号Ｒcrの値と電極プラス極性期間Ｔepとの間の関係については、溶接電源ＰＳ内部に予め記憶されている。
【００２２】
破線で囲まれた溶接トーチＷＴは、電極１、それを取り囲むプラズマノズル４及びそれを取り囲むシールドノズル５を含んでいる。電極１は、非消耗電極であり、タングステン電極が使用されることが多い。プラズマノズル４内をプラズマガス（図示は省略）が流れる。また、シールドノズル５内をシールドガス（図示は省略）が流れる。プラズマガス及びシールドガスには、アルゴンガスが使用されることが多い。プラズマアーク３は、プラズマノズル４によって拘束されて絞り込まれ、電極１と母材２との間に発生する。プラズマノズル４は銅製であり、内部には冷却水が流れる流路が設けられている。
【００２３】
冷却水循環機ＷＣは、送水61をプラズマノズル４の流路に流入させ、プラズマノズル４の流路から流出する復水62を内部に設けられた送風機によって冷却して再び送水61として循環させる。循環する冷却水６は、送水61及び復水62とに区別される。
【００２４】
温度センサＨＤは、復水62の温度を検出して、温度検出信号Ｈｄ（℃）を出力する。温度センサには、サーミスタ等が使用される。温度センサＨＤは、温度変化によるサーミスタの抵抗値変化を温度（℃）に変換して出力する。溶接トーチの温度上昇を正確に検出するために、温度センサは溶接トーチ本体の近くに設けることが望ましい。
【００２５】
破線で囲まれた保護制御器ＨＣは、温度比較回路ＣＭ、電極マイナス極性電流比率設定回路ＲＲ、温度変化率検出回路ＢＤ及び修正回路ＲＣＲを含んでいる。この保護制御器ＨＣを溶接電源ＰＳの内部に設けても良い。
【００２６】
温度比較回路ＣＭは、温度センサＨＤからの温度検出信号Ｈｄを入力として、温度検出信号Ｈｄの値と予め定めた第１温度基準値Ｈt1及び第２温度基準値Ｈt2と比較して、Ｈｄ＜Ｈt2のときは修正信号Ａｈ及び通電遮断信号ＡｓをＬｏｗレベルにして出力し、Ｈｄ≧Ｈt2になると修正信号ＡｈをＨｉｇｈレベルにして出力し、Ｈｄ≧Ｈt1になると通電遮断信号ＡｓをＨｉｇｈレベルにして出力する。修正信号Ａｈは後述する修正回路ＲＣＲに入力され、通電遮断信号Ａｓは溶接電源ＰＳに入力される。ここで、Ｈt2＜Ｈt1である。第１温度基準値Ｈt1は、溶接トーチが使用率超過等による温度上昇によって焼損しない値未満に設定され、第２温度基準値Ｈt2はＨt1よりも低い温度に設定される。
【００２７】
電極マイナス極性電流比率設定回路ＲＲは、予め定めた電極マイナス極性電流比率設定信号Ｒｒを出力する。溶接作業者は、所望のビード形状になるようにこの信号を設定する。
【００２８】
温度変化率検出回路ＢＤは、温度センサＨＤからの温度検出信号Ｈｄを入力として、その信号の微分を行い、温度変化率検出信号Ｂｄとして出力する。このＢｄの値が大きいときは、温度検出信号Ｈｄの値が急速に上昇しているときである。
【００２９】
修正回路ＲＣＲは、電極マイナス極性電流比率設定信号Ｒｒ、修正信号Ａｈ及び温度変化率検出信号Ｂｄを入力として、修正信号ＡｈがＬｏｗレベルのときは電極マイナス極性電流比率設定信号Ｒｒをそのまま電極マイナス極性電流比率制御設定信号Ｒcrとして出力し、修正信号ＡｈがＨｉｇｈレベルのときは電極マイナス極性電流比率設定信号Ｒｒの値にＡｈがＨｉｇｈレベルに変化した時点における温度変化率検出信号Ｂｄの値に応じて定まる増加値だけ加算して電極マイナス極性電流比率制御設定信号Ｒcrとして出力する。この電極マイナス極性電流比率制御設定信号Ｒcrは溶接電源ＰＳに入力される。増加値は、温度変化率検出信号Ｂｄを入力とする予め定めた関数によって設定され、温度変化率検出信号Ｂｄの値が大きくなるほど増加値も大きくなる関数である。増加値を、温度変化率検出信号Ｂｄの値とは関係なく所定値にしても良い。増加値の設定範囲は、５〜２０％程度である。増加値は、交流の消耗電極式アーク溶接のときが交流の非消耗電極式アーク溶接のときよりも大きくなるように設定される。これは、同じ増加値であっても温度上昇効果が異なるからである。
【００３０】
上述した保護制御器ＨＣの動作によって、溶接装置の保護制御は、以下のようになる。
１）温度センサＨＤからの温度検出信号Ｈｄの値が第２温度基準値Ｈt2未満のときは、電極マイナス極性電流比率設定信号Ｒｒによって設定された電極マイナス極性電流比率Ｒの溶接電流Ｉｗが通電して、溶接がおこなわれる。
【００３１】
２）温度検出信号Ｈｄの値が第２基準値Ｈt2に達すると、電極マイナス極性電流比率Ｒが増加値だけ大きくなった溶接電流Ｉｗが通電する。溶接電流Ｉｗの平均値が同じであっても電極マイナス極性電流比率Ｒが大きくなると、溶接トーチＷＴの電極１の温度上昇が緩和されるので、プラズマノズル４の温度上昇も緩和される。このために、温度検出信号Ｈｄの温度上昇も緩和されることになる。この結果、３）項の処理（通電遮断処理）に進むことを抑制することができる。このときに、温度変化率検出信号Ｂｄの値が大きいときは増加値も大きくなるので、温度検出信号Ｈｄの値が急上昇しているときは温度上昇の緩和効果も大きくなる。増加値を必要以上に大きくすると、ビード形状が所望形状から外れる度合いが大きくなるので、実施している溶接作業において３）項の処理に入らない境界の温度上昇の緩和となるように、増加値を決定することが望ましい。交流の消耗電極アーク溶接の場合にも、電極マイナス極性電流比率Ｒが大きくなると、溶接トーチの温度上昇が緩和される。電極マイナス極性電流比率Ｒを大きくするとビード形状が変化するが、溶接トーチの温度上昇を緩和するために溶接電流Ｉｗの平均値、溶接速度等を変化させるよりもビード形状への影響は少ない。
【００３２】
３）温度検出信号Ｈｄの値が第１温度基準値Ｈt1に達すると、溶接電流Ｉｗの通電を強制的に停止する。これにより、温度検出信号Ｈｄの値が上記２）項の処理にもかかわらず第１温度基準値Ｈt1まで上昇したときには、溶接トーチＷＴの焼損を防止するために溶接電流Ｉｗの通電を停止している。
【００３３】
上述した実施の形態によれば、温度検出値が第２温度基準値に達したときは電極マイナス極性電流比率を増加させる。これにより、溶接トーチの温度上昇を緩和することができるので、温度検出値の温度上昇も緩和される。このために、温度検出値が第１温度基準値まで上昇して溶接が中断されて、生産効率が低下することを抑制することができる。この結果、本実施の形態では、水冷式の溶接トーチを使用した交流のアーク溶接において、溶接トーチの焼損を防止した上で、生産効率が低下することを抑制することができる。
【００３４】
上述した実施の形態では、アーク溶接が交流の非消耗電極アーク溶接である交流プラズマ溶接の場合を説明したが、本発明は、水冷式の溶接トーチを使用するその他の交流の非消耗電極アーク溶接、交流の消耗電極アーク溶接にも適用することができる。
【符号の説明】
【００３５】
１            電極
２            母材
３            プラズマアーク
４            プラズマノズル
５            シールドノズル
６            冷却水
61            送水
62            復水
Ａｓ            通電遮断信号
ＢＤ            温度変化率検出回路
Ｂｄ            温度変化率検出信号
ＣＭ            温度比較回路
ＥＮ            電極マイナス極性
ＥＰ            電極プラス極性
ＨＣ            保護制御器
ＨＤ            温度センサ
Ｈｄ            温度検出信号
Ｈt1            第１温度基準値
Ｈt2            第２温度基準値
Ｉen            電極マイナス極性電流
Ｉep            電極プラス極性電流
Ｉｗ            溶接電流
ＰＳ            溶接電源
Ｒ            電極マイナス極性電流比率
ＲＣＲ            修正回路
Ｒcr            電極マイナス極性電流比率制御設定信号
ＲＲ            電極マイナス極性電流比率設定回路
Ｒｒ            電極マイナス極性電流比率設定信号
Ｔen            電極マイナス極性期間
Ｔep            電極プラス極性期間
Ｖｗ            溶接電圧
ＷＣ            冷却水循環機
ＷＴ            溶接トーチ
【図１】
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【図２】
2014061526.tif 000004