(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を使用するアーク溶接にあって、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Ｈｄが温度基準値Ｈｔに達したときは溶接電流Ｉｗの通電を遮断する溶接装置の保護制御方法において、温度検出値Ｈｄが所定時間Ｔｄ後に温度基準値Ｈｔに達すると推定されたときは、音声等によって警報Ａｒ（Ｈｉｇｈレベル）を発する。溶接作業者はこの警報Ａｒを受けて溶接条件を変更するので、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。【選択図】  図２
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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おいて、
前記温度検出値が所定時間後に前記温度基準値に達すると推定されたときは、警報を発する、
ことを特徴とする溶接装置の保護制御方法。
【請求項２】
前記推定は、前記温度検出値の変化率によって行われる、
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。
【請求項３】
前記警報を、音声によって行う、
ことを特徴とする請求項１又は２記載の溶接装置の保護制御方法。
【請求項４】
前記警報が発せられたときは、前記温度検出値の上昇率が低下するように溶接条件を自動的に修正する、
ことを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に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、この温度センサから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】
プラズマ溶接、ＴＩＧ溶接、炭酸ガスアーク溶接、マグ溶接、ミグ溶接等の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。
【０００３】
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１参照）。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基準温度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】
【０００４】
【特許文献１】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】
【０００５】
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。
【０００６】
そこで、本発明では、水冷式の溶接トーチを使用した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】
【０００７】
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おいて、
前記温度検出値が所定時間後に前記温度基準値に達すると推定されたときは、警報を発する、
ことを特徴とする溶接装置の保護制御方法である。
【０００８】
請求項２の発明は、前記推定は、前記温度検出値の変化率によって行われる、
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。
【０００９】
請求項３の発明は、前記警報を、音声によって行う、
ことを特徴とする請求項１又は２記載の溶接装置の保護制御方法である。
【００１０】
請求項４の発明は、前記警報が発せられたときは、前記温度検出値の上昇率が低下するように溶接条件を自動的に修正する、
ことを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の溶接装置の保護制御方法である。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、溶接トーチからの復水温度を検出する温度センサからの温度検出値が所定時間後に予め定めた温度基準値に達すると推定されたときは、「後××秒で温度超過になります」という音声等による警報を発する。溶接作業者は、温度超過になる前に予告されるので、この警報を受けて、溶接を継続しながら溶接条件の変更を行い、ワークを終端まで溶接しても温度超過にならないようにすることができる。また、溶接作業者は、溶接を再開しやすい個所で停止することができるので、溶接電源を休止させた後に溶接を円滑に再開することができる。このために、温度超過によって溶接電流の通電を強制的に遮断されて、溶接を突然停止させられることがない。したがって、ワークを破棄することになったり、溶接を再開するときに多くの工数がかかったりすることを防止することができるので、溶接トーチを使用率超過等によって発生する焼損から保護した上で、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】
【００１２】
【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プラズマ溶接装置の構成図である。
【図２】本発明の実施の形態に係る保護制御方法を示す図１の各信号のタイミングチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
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。
【００１４】
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。
【００１５】
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。
【００１６】
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、マイナス出力が電極１と接続され、プラス出力が母材２と接続されており、溶接電流Ｉｗ及び溶接電圧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からの通電遮断信号Ａｓ及びアラーム信号Ａｒを入力として、通電遮断信号ＡｓがＨｉｇｈレベルに変化すると溶接電流Ｉｗの通電を停止し、アラーム信号ＡｒがＨｉｇｈレベルに変化すると異常表示灯を点灯させる等の警報を発する。また、アラーム信号ＡｒがＨｉｇｈレベルに変化すると、後述する温度検出信号Ｈｄの上昇率が低下するように溶接電流Ｉｗ、溶接速度等の溶接条件が自動的に修正されるようにしても良い。例えば、アラーム信号ＡｒがＨｉｇｈレベルに変化すると、溶接電流Ｉｗの設定値を所定の割合（１０％等）で低下させ、その状態をその溶接が終了するまで継続する。
【００１７】
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から成る。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。
【００１８】
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。
【００１９】
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。
【００２０】
ここで、本実施の形態に係る保護制御方法の原理を以下に説明する。温度保護を動作させる温度基準値Ｈｔ（℃）を設定する。この温度基準値Ｈｔ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る。温度センサからの温度検出信号Ｈｄの値が温度基準値Ｈｔに到達（Ｈｄ≧Ｈｔ）したときは、溶接電流Ｉｗの通電を遮断して溶接を停止する。
【００２１】
予め定めたサンプリング周期Ｔｓごとに温度センサからの温度検出信号Ｈｄをサンプリングしてデジタル値として検出する。第ｎ回目の温度検出デジタル値をＨdd（n）とする。継続時間Ｔｄ（秒）を予め設定する。現時点（第ｎ回目のサンプリング時）からこの継続時間Ｔｄが経過した時点における温度検出信号Ｈｄの推定値（以下、温度推定値Ｈｓ（n）という）は、サンプリング周期Ｔｓごとに下式で演算される。この推定は、温度センサの温度検出デジタル値Ｈdd（n）及びその変化率ΔＨｄ（℃／秒）を算出して行われる。
Ｈｓ（n）＝Ｈdd（n）＋ΔＨｄ・Ｔｄ  …（１）式
但し、ΔＨｄ＝（Ｈdd（n）−Ｈdd（n-1））／Ｔｓである。また、Ｈdd（n）…Ｈdd（n-p）の過去ｐ個のデータから１次近時式を求めて、変化率ΔＨｄを演算しても良い。
【００２２】
上記のサンプリング周期Ｔｓは、例えば０．１〜５秒程度に設定される。上記の継続時間Ｔｄは、現時点から何秒後に温度超過になると推定されるかを決めるための定数であり、例えば３０〜１８０秒程度に設定される。上式によって、温度推定値Ｈｓはサンプリング周期Ｔｓごとに演算される。
【００２３】
保護制御器ＨＣは、上記の温度検出信号Ｈｄを入力として、以下の処理を行い、通電遮断信号Ａｓ及びアラーム信号Ａｒを溶接電源ＰＳに出力し、警報を発する。保護制御器ＨＣは、上述した本実施の形態に係る保護制御方法の原理に従って動作している。
ステップ１：サンプリング周期Ｔｓ、温度基準値Ｈｔ及び継続時間Ｔｄを設定する。そして、サンプリング周期Ｔｓごとに温度センサからの温度検出信号Ｈｄをサンプリングしてデジタル値として検出する。第ｎ回目の温度検出デジタル値をＨｄ（n）とする。
ステップ２：第ｎ回目の温度検出デジタル値Ｈdd（n）が上記の温度基準値Ｈｔに達したときは（Ｈdd（n）≧Ｈｔ）、通電遮断信号ＡｓをＨｉｇｈレベルに変化させて出力する。これにより、溶接電流Ｉｗの通電は遮断されて溶接は停止される。他方、温度基準値Ｈｔに達しないときは（Ｈdd（n）＜Ｈｔ）、通電遮断信号ＡｓはＬｏｗレベルのままであり、溶接電流Ｉｗの通電は継続される。通電遮断信号ＡｓがＨｉｇｈレベルになったときは、ステップ３の処理は行われない。
ステップ３：上記（１）式によって第ｎ回目の温度推定値Ｈｓ（n）をサンプリング周期Ｔｓごとに演算し、この第ｎ回目の温度推定値Ｈｓ（n）が上記の温度基準値Ｈｔに達したときは（Ｈｓ（n）≧Ｈｔ）、アラーム信号ＡｒをＨｉｇｈレベルに変化させて出力すると共に、警報を発する。警報は、溶接作業者が溶接を行いながら認識できるように、「後××秒で温度超過になります」等の音声によって行う。××秒が上記の継続時間Ｔｄとなる。また、溶接トーチのグリップ部をバイブレーションさせて警報を発するようにしても良い。異常表示灯を点灯させることも併用しても良い。アラーム信号ＡｒがＨｉｇｈレベルに変化しても、警報を発するだけで溶接は継続される。
【００２４】
図２は、本発明の実施の形態に係る保護制御方法を示す図１の各信号のタイミングチャートである。同図（Ａ）は溶接電流Ｉｗの時間変化を示し、同図（Ｂ）は温度センサからの温度検出信号Ｈｄの時間変化を示し、同図（Ｃ）はアラーム信号Ａｒの時間変化を示し、同図（Ｄ）は通電遮断信号Ａｓの時間変化を示す。同図は、上述したステップ３において温度推定値Ｈｓ≧温度基準値Ｈｔとなった場合である。以下、同図を参照して説明する。
【００２５】
同図（Ａ）に示すように、時刻ｔ１〜ｔ２の期間は溶接電流Ｉ１が通電する溶接期間であり、時刻ｔ２〜ｔ３の期間は溶接電流Ｉｗは通電しない休止期間であり、時刻ｔ３〜ｔ４の期間は溶接電流Ｉ１が通電する溶接期間であり、時刻ｔ４〜ｔ５の期間は休止期間であり、時刻ｔ５〜ｔ６の期間は溶接電流Ｉ２が通電する予定の溶接期間であり、時刻ｔ６〜ｔ７の期間は休止期間である。ここで、Ｉ１＜Ｉ２である。本実施の形態は非消耗電極アーク溶接の場合であり、溶接電源は定電流制御されるので、溶接電流値は直接電流設定値によって変化する。他方、消耗電極アーク溶接の場合には、溶接電流値は溶接ワイヤの送給速度によって変化する。各溶接期間及び各休止期間は、それぞれ同一の時間長さである。そして、溶接期間と休止期間との合算値は、使用率の基準周期である１０分間となっている。
【００２６】
同図（Ｂ）に示すように、時刻ｔ５以前の期間は、溶接電流Ｉ１が同一の使用率で通電しているので、同図（Ｂ）に示すように、温度検出信号Ｈｄの値は、時刻ｔ１〜ｔ２の溶接期間中は次第に上昇し、時刻ｔ２〜ｔ３の休止期間中は次第に下降し、時刻ｔ３〜ｔ４の溶接期間中は次第に上昇し、時刻ｔ４〜ｔ５の休止期間中は次第に下降する。時刻ｔ５以前の温度検出信号Ｈｄの最大値は、時刻ｔ２及びｔ４のときとなる。この最大値は、一点鎖線で示す温度基準値Ｈｔ未満となっている。上述したステップ１及び２の処理が行われて、同図（Ｄ）に示すように、通電遮断信号ＡｓはＬｏｗレベルのままである。また、上述したステップ３の処理が行われて、時刻ｔ５以前の期間は、上記（１）式によって演算される温度推定値Ｈｓは上記の温度基準値Ｈｔ未満の状態にある。このために、同図（Ｃ）に示すように、アラーム信号ＡｒはＬｏｗレベルとなっている。
【００２７】
同図（Ａ）に示すように、時刻ｔ５からの溶接電流は、溶接電流設定値が変化したためにＩ１からＩ２へと増加する。このために、同図（Ｂ）に示すように、温度検出信号Ｈｄの値は、時刻ｔ１及びｔ２のときよりも大きな傾斜で時刻ｔ５から上昇する。そして、溶接が終了する時刻ｔ６よりも前の時刻ｔ５１において、温度検出信号Ｈｄの値は上記の温度基準値Ｈｔ未満の状態にある。他方、上述したステップ３の処理が行われて、上記（１）式によって演算される温度推定値Ｈｓは、時刻ｔ５１において上記の温度基準値Ｈｔに達するので（Ｈｄ≧Ｈｔ）、同図（Ｃ）に示すように、アラーム信号Ａｒが短時間Ｈｉｇｈレベルに変化し、「後××秒で温度超過になります」という音声警報を発する。ここで、××秒は継続時間Ｔｄである。
【００２８】
溶接作業者は、この警報を受けて、継続時間Ｔｄ（秒）で終端まで溶接を行うことができるかを判断して、可能であれば溶接条件を変更することなく溶接を継続する。可能でないと判断したときは、溶接品質を考慮した上で例えば以下のような対策を実施する。
１）溶接トーチを動かす速度（溶接速度）を早くして、継続時間Ｔｄ未満で終端まで溶接できるようにする。
２）溶接電流Ｉｗの値を小さくすることによって、温度検出信号Ｈｄ≧温度基準値Ｈｔとなるまでの時間を延ばして終端まで溶接できるようにする。
３）継続時間Ｔｄが経過するまでに、溶接を再開しやすい個所で溶接を自発的に停止する。そして、溶接トーチを冷却させた後に、その個所から溶接を円滑に再開させる。
【００２９】
同図は、溶接作業者は警報を受けて、継続時間Ｔｄ以内で終端まで溶接することは可能ではないと判断し、時刻ｔ５１において上記１）に示す溶接速度を速くする対策を実施した場合である。このために、同図（Ａ）に示すように、元々の溶接終了予定時刻ｔ６よりも前の時刻ｔ５２において終端までの溶接を終了するので、溶接電流Ｉ２の通電は時刻ｔ５２で終了する。時刻ｔ５１〜ｔ５２の期間は継続時間Ｔｄよりも短い時間であり、時刻ｔ５１〜ｔ６の期間は継続時間Ｔｄよりも長い時間である。同図（Ｂ）に示すように、温度検出信号Ｈｄの値は、時刻ｔ５から時刻ｔ５２までは上昇し、その後の時刻ｔ６までは下降し、時刻ｔ６〜ｔ７の休止期間中はさらに下降する。同図（Ｄ）に示すように、通電遮断信号Ａｓは、全期間Ｌｏｗレベルのままである。もし、時刻ｔ５１に警報を受けても、溶接電流Ｉ２のままで溶接速度も速くすることなく溶接を継続した場合には、時刻ｔ５２と時刻ｔ６との間で通電遮断信号ＡｓがＨｉｇｈレベルに変化し、溶接電流Ｉｗの通電は強制的に遮断されることになる。
【００３０】
上述した実施の形態によれば、溶接トーチからの復水温度を検出する温度センサからの温度検出値が予め定めた継続時間後に予め定めた温度基準値に達すると推定されたときは、「後××秒で温度超過になります」という音声等による警報を発する。溶接作業者は、温度超過になる前に予告されるので、この警報を受けて、溶接を継続しながら溶接条件の変更を行い、ワークを終端まで溶接しても温度超過にならないようにすることができる。また、溶接作業者は、溶接を再開しやすい個所で停止することができるので、溶接電源を休止させた後に溶接を円滑に再開することができる。このために、温度超過によって溶接電流の通電を強制的に遮断されて、溶接を突然停止させられることがない。したがって、ワークを破棄することになったり、溶接を再開するときに多くの工数がかかったりすることを防止することができるので、溶接トーチを使用率超過等によって発生する焼損から保護した上で、生産効率が低下することを抑制することができる。
【００３１】
上述した実施の形態では、アーク溶接が非消耗電極アーク溶接である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非消耗電極アーク溶接、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】
【００３２】
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
ＨＣ            保護制御器
ＨＤ            温度センサ
Ｈｄ            温度検出信号
Ｈdd            温度検出デジタル値
Ｈｓ            温度推定値
Ｈｔ            温度基準値
Ｉ１、Ｉ２        溶接電流値
Ｉｗ            溶接電流
ＰＳ            溶接電源
Ｔｄ            継続時間
Ｔｓ            サンプリング周期
Ｖｗ            溶接電圧
ＷＣ            冷却水循環機
ＷＴ            溶接トーチ
ΔＨｄ            変化率
【図１】
2014054650.tif 000003
【図２】
2014054650.tif 000004