(57)【要約】【課題】継手条件、被溶接物の材質及び板厚に応じた適正な溶接電流Ｉｗを長年の経験及び煩雑な手間なく容易に設定することができる非消耗電極アーク溶接電源を提供する。【解決手段】溶接電流設定信号Ｉｗｒによって設定された溶接電流Ｉｗを通電する非消耗電極アーク溶接電源において、継手条件を設定するための継手設定信号Ｊｒを出力する継手設定手段ＪＲと、被溶接物の材質を設定するための材質設定信号Ｍｒを出力する材質設定手段ＭＲと、被溶接物の板厚を設定するための板厚設定信号Ｔｒを出力する板厚設定手段ＴＲと、前記継手設定信号、前記材質設定信号及び前記板厚設定信号を入力として、予め定めた溶接電流算出関数によって前記溶接電流設定信号を出力する溶接電流設定部ＩＷＲと、を備えた非消耗電極アーク溶接電源である。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
溶接電流設定信号によって設定された溶接電流を通電する非消耗電極アーク溶接電源において、
継手条件を設定するための継手設定信号を出力する継手設定手段と、
被溶接物の材質を設定するための材質設定信号を出力する材質設定手段と、
被溶接物の板厚を設定するための板厚設定信号を出力する板厚設定手段と、
前記継手設定信号、前記材質設定信号及び前記板厚設定信号を入力として、予め定めた溶接電流算出関数によって前記溶接電流設定信号を出力する溶接電流設定部と、を備えたことを特徴とする非消耗電極アーク溶接電源。
【請求項２】
前記溶接電流算出関数は、前記継手設定信号及び前記材質設定信号の全ての組み合わせ条件ごとに、前記板厚設定信号を入力として前記溶接電流設定信号を算出する予め定めた関数群である、ことを特徴とする請求項１記載の非消耗電極アーク溶接電源。
【請求項３】
前記溶接電流算出関数は、前記継手設定信号によって設定される全ての継手条件ごとに、前記材質設定信号及び前記板厚設定信号を入力として前記溶接電流設定信号を算出する予め定めた関数群である、ことを特徴とする請求項１記載の非消耗電極アーク溶接電源。
【請求項４】
電極の直径を設定するための電極径設定信号を出力する電極径設定手段と、
この電極径設定信号に応じた上限電流設定信号を出力する上限電流設定部と、
この上限電流設定信号と前記溶接電流設定信号とを比較して、前記溶接電流設定信号の値が大きいときは警報信号を出力する比較部と、
この警報信号を入力として警報を発する警報手段と、
を備えたことを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の非消耗電極アーク溶接電源。
【請求項５】
前記警報信号を入力として溶接電源の出力を禁止する出力禁止部と、
を備えたことを特徴とする請求項４記載の非消耗電極アーク溶接電源。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、種々の溶接条件に応じた適正な溶接電流の設定を容易に行うことができる非消耗電極アーク溶接電源に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
非消耗電極アーク溶接法には、ティグ溶接法、プラズマアーク溶接法等がある。以下では、ティグ溶接法の場合を例として説明するが、プラズマアーク溶接法の場合も同様である。
【０００３】
図８は、ティグ溶接の典型的な出力電流波形図である。同図（Ａ）はシールドガスの放流信号Ｇｆを示し、同図（Ｂ）は出力電流Ｉｏを示す。以下、同図を参照して説明する。
【０００４】
トーチスイッチがオンされ溶接電源に起動信号が入力されると、同図（Ａ）に示すように、溶接トーチ先端のノズルからのシールドガスの放流が開始する。同図（Ａ）に示すように、プリフロー期間Ｔｐが経過すると、同図（Ｂ）に示すように、初期電流Ｉｓが通電する。ここでトーチスイッチがオフされると、アップスロープ期間Ｔｕの間初期電流Ｉｓから溶接電流Ｉｗへと出力電流Ｉｏが増加し、その後は溶接電流Ｉｗが通電する。ここで、再びトーチスイッチをオンすると、ダウンスロープ期間Ｔｄの間溶接電流Ｉｗからクレータ電流Ｉｃへと出力電流Ｉｏが減少し、その後はクレータ電流Ｉｃが通電する。ここで、再びトーチスイッチをオフすると、クレータ電流Ｉｃの通電が終了する。ただし、同図（Ａ）に示すように、シールドガスの放流はその後もアフターフロー期間Ｔａの間継続する。
【０００５】
溶接を行う際には、溶接作業者は、継手条件、被溶接物の材質、板厚等の溶接条件に応じて、上記の溶接電流Ｉｗ、初期電流Ｉｓ、クレータ電流Ｉｃ、アップスロープ期間Ｔｕ、ダウンスロープ期間Ｔｄ、プリフロー期間Ｔｐ及びアフターフロー期間Ｔａ（以下、パラメータという）を適正値に設定する必要がある。これら多数のパラメータを種々の溶接条件に応じて適正値に設定するのは、長年の経験と煩雑な手間が必要である。この問題に対処するために、溶接電流Ｉｗを設定すれば他のパラメータは溶接電流Ｉｗとの間で予め定めた関係に従って自動的に設定される従来技術が提案されている（例えば、特許文献１、２参照）。
【０００６】
【特許文献１】特許第３００４８８９号公報
【特許文献２】特開２００６−２６６６３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
従来技術では、溶接電流Ｉｗを設定すれば他のパラメータは自動設定されるので、設定の煩雑さは改善される。しかし、溶接電流Ｉｗは、継手条件、被溶接物の材質及び板厚に応じて適正値に設定する必要があり、これには長年の経験が必要である。
【０００８】
そこで、本発明は、継手形状、被溶接物の材質及び板厚に応じて適正な溶接電流を自動設定することができる非消耗電極アーク溶接電源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】
【０００９】
上述した課題を解決するために、第１の発明は、溶接電流設定信号によって設定された溶接電流を通電する非消耗電極アーク溶接電源において、
継手条件を設定するための継手設定信号を出力する継手設定手段と、
被溶接物の材質を設定するための材質設定信号を出力する材質設定手段と、
被溶接物の板厚を設定するための板厚設定信号を出力する板厚設定手段と、
前記継手設定信号、前記材質設定信号及び前記板厚設定信号を入力として、予め定めた溶接電流算出関数によって前記溶接電流設定信号を出力する溶接電流設定部と、を備えたことを特徴とする非消耗電極アーク溶接電源である。
【００１０】
第２の発明は、前記溶接電流算出関数は、前記継手設定信号及び前記材質設定信号の全ての組み合わせ条件ごとに、前記板厚設定信号を入力として前記溶接電流設定信号を算出する予め定めた関数群である、ことを特徴とする第１の発明記載の非消耗電極アーク溶接電源である。
【００１１】
第３の発明は、前記溶接電流算出関数は、前記継手設定信号によって設定される全ての継手条件ごとに、前記材質設定信号及び前記板厚設定信号を入力として前記溶接電流設定信号を算出する予め定めた関数群である、ことを特徴とする第１の発明記載の非消耗電極アーク溶接電源である。
【００１２】
第４の発明は、電極の直径を設定するための電極径設定信号を出力する電極径設定手段と、
この電極径設定信号に応じた上限電流設定信号を出力する上限電流設定部と、
この上限電流設定信号と前記溶接電流設定信号とを比較して、前記溶接電流設定信号の値が大きいときは警報信号を出力する比較部と、
この警報信号を入力として警報を発する警報手段と、
を備えたことを特徴とする第１〜第３の発明のいずれか１項に記載の非消耗電極アーク溶接電源である。
【００１３】
第５の発明は、前記警報信号を入力として溶接電源の出力を禁止する出力禁止部と、
を備えたことを特徴とする第４の発明記載の非消耗電極アーク溶接電源である。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、継手条件、被溶接物の材質及び板厚を選択するだけで、適正な溶接電流Ｉｗが予め定めた溶接電流算出関数によって算出されて自動設定される。このために、溶接電流Ｉｗの設定に、長年の経験及び煩雑な手間が不要になる。
【００１５】
さらに、溶接電流算出関数を上記第３の発明のように構成することによって、関数群の数を減少させることができるので、関数のカスタマイズ時の手間が軽減され、かつ、溶接電源に関数群を記憶させるための記憶容量も少なくすることができる。
【００１６】
上記第４の発明によれば、上述した効果に加えて、自動設定される溶接電流設定信号の値が電極径に対する上限電流値を超えているときは警報を発することができる。このために、電極の消耗が大きくなり溶接品質が悪くなるのを防止することができる。
【００１７】
上記第５の発明によれば、上述した効果に加えて、自動設定される溶接電流設定信号の値が電極径に対する上限電流値を超えているときは溶接電源の出力を禁止することができる。このために、電極の消耗が大きくなり溶接品質が悪くなるのを防止することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【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】
図１は、本発明の実施の形態に係る非消耗電極アーク溶接電源のブロック図である。電源主回路ＰＭは、３相２００Ｖ等の商用電源を入力として、後述する電流誤差増幅信号Ｅｉに従ってインバータ制御、サイリスタ位相制御等の出力制御を行い、出力電流Ｉｏを出力する。溶接トーチ４に装着されたタングステン等の非消耗電極１と被溶接物２との間にアーク３が発生し、アーク３中を出力電流Ｉｏが通電する。アーク３中にフィラワイヤを添加しながら溶接を行う場合もある。
【００２０】
電流検出回路ＩＤは、上記の出力電流Ｉｏを検出して、電流検出信号Ｉｄを出力する。継手設定回路ＪＲは、溶接電源のフロントパネルに設けた選択スイッチを含み、選択された継手条件に対応した継手設定信号Ｊｒを出力する。例えば、継手設定信号Ｊｒの値は、継手形状が突合せのときに１となり、Ｔ字すみ肉のときに２となり、重ねすみ肉のときに３となるようにする。材質設定回路ＭＲは、溶接電源のフロントパネルに設けられた選択スイッチを含み、被溶接物の材質が選択されると、それに対応した材質設定信号Ｍｒが出力される。例えば、材質設定信号Ｍｒの値は、材質がステンレス鋼のときに１となり、鉄鋼のときに２となるようにする。板厚設定回路ＴＲは、溶接電源のフロントパネルに設けられた選択スイッチを含み、選択された板厚（mm）に対応した板厚設定信号Ｔｒを出力する。この板厚設定信号Ｔｒの値は、板厚（mm）である。
【００２１】
溶接電流設定回路ＩＷＲは、上記の継手設定信号Ｊｒ、材質設定信号Ｍｒ及び板厚設定信号Ｔｒを入力として、図２〜４で後述するように、予め設定された溶接電流算出関数Ｉｗ＝ｆ（Ｊｒ，Ｍｒ，Ｔｒ）によって適正な溶接電流Ｉｗを算出し、それに相当する溶接電流設定信号Ｉwrを出力する。
【００２２】
トーチスイッチＴＳは、溶接トーチ４のハンド部に設けられており、オン／オフに対応したトーチスイッチ信号を出力する。電流制御設定回路ＩＣＲは、上記の溶接電流設定信号Ｉwr及びトーチスイッチ信号Ｔｓを入力として、トーチスイッチ信号Ｔｓのオン／オフに対応して図８で上述した出力電流Ｉｏを通電するための出力電流設定信号Ｉｒを出力する。初期電流Ｉｓ、クレータ電流Ｉｃ、アップスロープ期間Ｔｕ及びダウンスロープ期間Ｔｄは、この電流制御設定回路ＩＣＲによって、入力された溶接電流設定信号Ｉwrとの間で予め定めた関数に従って自動設定される。これについては図５で詳述する。
【００２３】
電流誤差増幅回路ＥＩは、上記の出力電流設定信号Ｉｒと上記の電流検出信号Ｉｄとの誤差を増幅して、電流誤差増幅信号Ｅｉを出力する。これらの回路ブロックによって図８で上述した出力電流Ｉｏが通電する。同図においてはシールドガスの放流制御に関するブロックについては省略している。
【００２４】
図２は、上述した溶接電流設定回路ＩＷＲに内蔵された溶接電流算出関数の構成図である。以下、同図を参照して説明する。
【００２５】
上記の継手設定信号Ｊｒ＝１（突合せ）、かつ、上記の材質設定信号Ｍｒ＝１（ステンレス鋼）のときは関数ｆ11（Ｔｒ）が選定されて、板厚設定信号Ｔｒ（mm）の値を入力として溶接電流Ｉｗが算出される。同様に、Ｊｒ＝１（突合せ）、Ｍｒ＝２（鉄鋼）のときは関数ｆ12（Ｔｒ）となり、Ｊｒ＝２（Ｔ字すみ肉）、Ｍｒ＝１（ステンレス鋼）のときは関数ｆ21（Ｔｒ）となり、Ｊｒ＝２（Ｔ字すみ肉）、Ｍｒ＝２（鉄鋼）のときは関数ｆ22（Ｔｒ）となり、Ｊｒ＝３（重ねすみ肉）、Ｍｒ＝１（ステンレス鋼）のときは関数ｆ31（Ｔｒ）となり、Ｊｒ＝３（重ねすみ肉）、Ｍｒ＝２（鉄鋼）のときは関数ｆ32（Ｔｒ）となる。関数ｆ11（Ｔｒ）〜ｆ32（Ｔｒ）は、予め試験等によって定義されて溶接電流算出関数として設定されている。関数ｆ11及びｆ12の具体例を下式に示す。
Ｉｗ＝ｆ11（Ｔｒ）＝50.14×Ｔｒ−0.84
Ｉｗ＝ｆ12（Ｔｒ）＝54.51×Ｔｒ＋5.02
【００２６】
図３は、上記の関数ｆ11及びｆ12をグラフに表した図である。同図の横軸は板厚Ｔ（mm）を示し、縦軸は溶接電流Ｉｗを示す。同図に示すように、板厚Ｔ（mm）が入力されると、適正な溶接電流値Ｉｗが算出される。
【００２７】
図４は、上述した図２とは別の形態に係る溶接電流算出関数の構成図である。同図に示す関数ｆ１（Ｍｒ，Ｔｒ〜ｆ３（Ｍｒ，Ｔｒ）が上述した溶接電流設定回路ＩＷＲに内蔵されている。以下、同図を参照して説明する。
【００２８】
溶接電流算出関数は、継手設定信号Ｊｒ＝１（突合せ）のときは関数ｆ１（Ｍｒ，Ｔｒ）となり、継手設定信号Ｊｒ＝２（Ｔ字すみ肉）のときは関数ｆ２（Ｍｒ，Ｔｒ）となり、継手設定信号Ｊｒ＝３（重ねすみ肉）のときは関数ｆ３（Ｍｒ，Ｔｒ）となる。ここで、上述したように、材質設定信号Ｍｒが１のときはステンレス鋼であり、２のときは鉄鋼である。板厚設定信号Ｔｒは被溶接物の板厚（mm）である。関数ｆ１の具体例を下式に示す。
Ｉｗ＝ｆ（Ｍｒ，Ｔｒ）＝ａ×Ｔｒ＋ｂ×(Ｍｒ＋１)＋ｃ×(Ｍｒ＋１)×Ｔｒ＋ｄ
但し、ａ＝41.4、ｂ＝5.86、ｃ＝4.37、ｄ＝-12.56である。この関数ｆ１のグラフは、上述した図３と同一となる。また、これ以外の関数ｆ２〜ｆ３は、上記の定数ａ〜ｄの値がそれぞれの継手条件に適合するように最適化されている。
【００２９】
上述した本発明の実施の形態では、継手条件、被溶接物の材質及び板厚を溶接電源のフロントパネルのスイッチで選択すると、適正な溶接電流Ｉｗが予め定めた溶接電流算出関数群によって自動的に算出されて設定される。さらに、溶接電流Ｉｗが設定されると、図８で上述した他のパラメータ（初期電流Ｉｓ、クレータ電流Ｉｃ、アップスロープ期間Ｔｕ、ダウンスロープ期間Ｔｄ、プリフロー期間Ｔｐ及びアフターフロー期間Ｔａ）も、溶接電流Ｉｗ、継手設定信号Ｊｒ、材質設定信号Ｍｒ及び板厚設定信号Ｔｒの適宜の組み合わせを変数とする予め定めた関数によって自動設定する。例えば、初期電流Ｉｓは、溶接電流Ｉｗ及び材質設定信号Ｍｒを変数として下式によって算出することができる。
Ｉｓ＝ｅ×(Ｉｗ)ｐ×(Ｍｒ＋１)ｑ 
但し、ｅ＝96.2、ｐ＝-0.30及びｑ＝0.24である。この関数をグラフに表したものが図５である。同図の横軸は溶接電流Ｉｗを示し、縦軸は初期電流比率Ｒ［％］＝ (Ｉｓ／Ｉｗ)×100を示す。上述したように、ステンレス鋼のときが材質設定信号Ｍｒ＝１となり、鉄鋼のときがＭｒ＝２となる。
【００３０】
上述した実施の形態によれば、継手条件、被溶接物の材質及び板厚を溶接電源のフロントパネルのスイッチによって選択するだけで、適正な溶接電流Ｉｗが予め定めた溶接電流算出関数によって算出されて自動設定される。このために、溶接電流Ｉｗの設定に、長年の経験及び煩雑な手間が不要になる。さらに、上記の溶接電流算出関数の構成を図４で上述したようにすることによって、図２の構成よりも関数群の数を減少させることができるので、関数のカスタマイズ時の手間が軽減される。また、記憶容量も少なくすることができる。さらに、溶接電流Ｉｗの設定値、継手条件、材質及び板厚の溶接条件を適宜組み合わせた変数による関数によって、初期電流Ｉｓ、クレータ電流Ｉｃ、アップスロープ期間Ｔｕ、ダウンスロープ期間Ｔｄ、プリフロー期間Ｔｐ及びアフターフロー期間Ｔａも適正値に自動設定することができ、パラメータの設定時間を短縮することができる。
【００３１】
上述した実施の形態では、継手条件、材質及び板厚を溶接電源のフロントパネルのスイッチで行う場合を例示したが、溶接ロボットの制御装置に接続されたティーチペンダントから通信によって選択するようにしても良い。また、自動設定された溶接電流Ｉｗを微調整する回路を設けても良い。
【００３２】
図６は、図１で上述した本発明の実施の形態に係る非消耗電極アーク溶接電源に電流設定警報機能を追加するためのブロック図である。本ブロックは、使用される非消耗電極１の直径（以下、電極径という）に対して溶接電流設定信号Ｉwrが適正範囲を超えているときに警報を発するものである。また、本ブロックは、図１の溶接電流設定信号Ｉwrを入力として、警報を発すると共に、電源主回路ＰＭの出力を禁止するための出力禁止信号Ｓｔを出力する。以下、同図を参照して説明する。
【００３３】
電極径設定回路ＤＲは、溶接電源のフロントパネルに設けられたスイッチによって電極径が設定されると電極径設定信号Ｄｒを出力する。上限電流設定回路ＩＭは、この電極径設定信号ＤＲを入力として、設定された電極径の電極に通電することができる上限電流値を算出して、上限電流設定信号Ｉｍを出力する。図７は、ティグ溶接のタングステン電極等の電極径に対する上限電流値を示す図である。このグラフに示す関数が上記の上限電流設定回路ＩＭに内蔵されている。
【００３４】
比較回路ＣＰは、上記の上限電流設定信号Ｉｍと溶接電流設定信号Ｉwrとを比較して、Ｉwr≧ＩｍのときはＨｉｇｈレベルになる警報信号Ｃｐを出力する。警報手段ＫＨは、表示器、ブザー等であり、この警報信号Ｃｐが入力（Ｈｉｇｈレベル）されたときは警報を発する。すなわち、表示器の場合は点灯又は点滅し、ブザーの場合は警報音を鳴らす。
【００３５】
出力禁止回路ＳＴは、上記の警報信号Ｃｐが入力（Ｈｉｇｈレベル）されると出力禁止信号Ｓｔを図１の電源主回路ＰＭに出力する。この出力禁止信号Ｓｔが出力されると、溶接電源の出力が停止する。
【００３６】
同図では、警報信号Ｃｐが出力されると警報を発すると共に溶接電源の出力を禁止する場合を例示した。しかし、警報を発するか又は出力禁止するかどちらか一方だけを行っても良い。また、電極径に対して下限電流値を設定し、溶接電流設定信号Ｉwrの値がその下限値以下になったときも警報を発するようにしても良い。また、電極径設定回路ＤＲは、フロントパネルに設ける必要はなく、ロボット溶接の場合にはティーチペンダントによって設定しても良い。
【００３７】
本ブロックを追加することによって、自動設定される溶接電流設定信号Ｉwrの値が電極径に対する上限電流値を超えているときは警報を発することができる。このために、電極の消耗が大きくなり溶接品質が悪くなるのを防止することができる。溶接電源の出力を禁止する場合も同様である。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【図１】本発明の実施の形態に係る非消耗電極アーク溶接電源のブロック図である。
【図２】図１の溶接電流設定回路ＩＷＲに内蔵された溶接電流算出関数群の構成図である。
【図３】図２に示す溶接電流算出関数ｆ11及びｆ12をグラフで表した図である。
【図４】図１の溶接電流設定回路ＩＷＲに内蔵された溶接電流算出関数群の図２とは異なる別の構成図である。
【図５】溶接電流Ｉｗを入力として初期電流Ｉｓを算出する関数をグラフで表した図である。
【図６】図１の非消耗電極アーク溶接電源に、溶接電流設定信号の値が電極径に対する上限電流値を超えたときに警報を発する機能を追加するためのブロック図である。
【図７】電極径に対する上限電流値を示す図である。
【図８】従来技術におけるシールドガスの放流信号Ｇｆ及び出力電流Ｉｏの波形図である。
【符号の説明】
【００３９】
１            非消耗電極
２            被溶接物
３            アーク
４            溶接トーチ
ａ〜ｅ            定数
ＣＰ            比較回路
Ｃｐ            警報信号
ＤＲ            電極径設定回路
Ｄｒ            電極径設定信号
ＥＩ            電流誤差増幅回路
Ｅｉ            電流誤差増幅信号
ｆ１〜ｆ３        関数
ｆ11〜ｆ32        関数
Ｇｆ            シールドガス放流信号
Ｉｃ            クレータ電流
ＩＣＲ            電流制御設定回路
ＩＤ            電流検出回路
Ｉｄ            電流検出信号
ＩＭ            上限電流設定回路
Ｉｍ            上限電流設定信号
Ｉｏ            出力電流
Ｉｒ            出力電流設定信号
Ｉｓ            初期電流
Ｉｗ            溶接電流
ＩＷＲ            溶接電流設定回路
Ｉwr            溶接電流設定信号
ＪＲ            継手設定回路
Ｊｒ            継手設定信号
ＫＨ            警報手段
ＭＲ            材質設定回路
Ｍｒ            材質設定信号
ｐ、ｑ            定数
ＰＭ            電源主回路
Ｒ            初期電流比率
ＳＴ            出力禁止回路
Ｓｔ            出力禁止信号
Ｔ            板厚
Ｔａ            アフターフロー期間
Ｔｄ            ダウンスロープ期間
Ｔｐ            プリフロー期間
ＴＲ            板厚設定回路
Ｔｒ            板厚設定信号
ＴＳ            トーチスイッチ
Ｔｓ            トーチスイッチ信号
Ｔｕ            アップスロープ期間
【図１】
2008238266.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
2008238266.tif 000007
【図６】
2008238266.tif 000008
【図７】
2008238266.tif 000009
【図８】
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