JP2009028775A - Pulse arc welding method and pulse arc welding apparatus - Google Patents
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Abstract
【課題】アークの短時間で正確な定量的評価を行い、高品質で安定したパルスアーク溶接を行うことが可能なパルスアーク溶接方法及びパルスアーク溶接装置を提供する。
【解決手段】ワイヤ1と母材2との間にアークを発生させるための電圧を印加可能な溶接電源3と、2000コマ数/秒以上の撮像能力を有し前記アークを撮像して画像データを取り込むための高速度ビデオカメラ12と、画像データを処理して溶滴のサイズ及びスパッタの発生量を解析するための溶滴サイズ・スパッタ量解析プログラム23と、最適パルス時間を設定するための良否判定プログラム24と、パルス波形の前記最適パルス時間に制御するための溶接電源の制御プログラム21と、高速度ビデオカメラ12を制御するための高速度ビデオカメラの制御プログラム25とから、パルスアーク溶接装置100を構成した。
【選択図】図1The present invention provides a pulse arc welding method and a pulse arc welding apparatus capable of performing accurate and quantitative evaluation of an arc in a short time and performing high-quality and stable pulse arc welding.
A welding power source 3 capable of applying a voltage for generating an arc between a wire 1 and a base material 2 and an imaging capability of 2000 frames / second or more, imaging the arc and image data. A high-speed video camera 12 for capturing a droplet, a droplet size / spatter amount analysis program 23 for processing the image data to analyze the droplet size and spatter generation amount, and an optimum pulse time From the quality determination program 24, the welding power source control program 21 for controlling the pulse waveform to the optimum pulse time, and the high-speed video camera control program 25 for controlling the high-speed video camera 12, pulse arc welding is performed. Apparatus 100 was configured.
[Selection] Figure 1
Description
本発明は、MAGパルス溶接、MIGパルス溶接等のパルスアーク溶接方法及びパルスアーク溶接装置に関するものである。 The present invention relates to a pulse arc welding method and a pulse arc welding apparatus such as MAG pulse welding and MIG pulse welding.
従来、パルスアーク溶接において、飛散するスパッタを目視観察したり、スパッタを囲い箱で回収して測定し定量化することや、溶接電流、アーク電圧等の波形を高速サンプリングし、それらの値の変動をチェックすることで、溶接作業性を評価していた。また、高速度ビデオカメラを用いて、溶滴の成長から離脱までの挙動や、溶融池のうねり等を撮影して、溶接アーク現象を評価することも行われていた。 Conventionally, in pulsed arc welding, the spatter that is scattered is visually observed, the spatter is collected in a box, measured and quantified, and waveforms such as welding current and arc voltage are sampled at high speed, and their values fluctuate. By checking this, welding workability was evaluated. In addition, using a high-speed video camera, the welding arc phenomenon has been evaluated by photographing the behavior from droplet growth to detachment, the undulation of the molten pool, and the like.
これらの観察結果の評価は、人の感覚により行われるか、或いはアーク現象の短時間の挙動を定性的に評価するものであった。そして、このような評価にもとづいて、パルス電流(パルス電圧)やパルス幅等の溶接条件と、溶接アーク現象の評価結果の関係を手作業でマッピングし、適正パルス領域のマップを作成して、溶接条件を最適化することが行われていた。 Evaluation of these observation results was performed by human senses, or qualitatively evaluated the short-time behavior of the arc phenomenon. And based on such evaluation, manually map the relationship between the welding conditions such as pulse current (pulse voltage) and pulse width and the evaluation result of the welding arc phenomenon, create a map of the appropriate pulse area, The welding conditions have been optimized.
また、溶接状況監視装置を用いて撮影した画像を画像処理し、処理結果から得られた情報から溶接状態の良否を判定し、フィードバック制御などの方法で溶接条件を制御することが公知である(例えば特許文献1参照)。特許文献1に記載の具体的な方法は、パルス溶接の電流値がベース電流に下がった時にベース電流時間に同期して溶接状況を撮影し、撮影した画像を画像処理装置に取り込み、二値化等の処理を行い、処理結果から得られた情報をあらかじめ入力してある基準データと対比して、基準データとの間に差がある場合は、その差を補正するように溶接電流を変更し、溶接状態等が一定となるようにフィードバック制御を行い自動溶接するものである。 Further, it is known that image processing is performed on an image captured using a welding condition monitoring device, the quality of the welding state is determined from information obtained from the processing result, and the welding conditions are controlled by a method such as feedback control ( For example, see Patent Document 1). The specific method described in Patent Document 1 is to take a picture of the welding situation in synchronization with the base current time when the current value of pulse welding falls to the base current, and to take the photographed image into an image processing device and binarize it. If there is a difference between the reference data and the information obtained from the processing results, the welding current is changed to correct the difference. The automatic welding is performed by performing feedback control so that the welding state is constant.
しかしながら人の感覚による溶接アーク現象の評価は、個人差があり、評価基準も人によって異なり、更に人の識別能力には限界があり、得られる情報量も少ないという問題がある。また、短時間の定性的な評価では、信頼性に欠けるという問題がある。また、上記のように適正パルス領域のマップを作製する場合には、多大な時間を要するという問題があった。 However, the evaluation of the welding arc phenomenon by human sense has individual differences, the evaluation standard varies depending on the person, there is a limit to the ability of human identification, and there is a problem that the amount of information obtained is small. In addition, short-term qualitative evaluation has a problem of lack of reliability. In addition, there is a problem that it takes a lot of time to create a map of an appropriate pulse region as described above.
また上記特許文献1に記載されているように、画像処理装置で溶接状態の良否を判定する場合、溶接状況の撮影がベース電流時間の時だけのように、アーク現象の一部だけを撮影したのでは、複雑なアーク現象を正確に把握することはできない。従来の画像処理装置では、一画面の処理に要する時間が多大にかかるため、アーク現象を連続的に撮影して正確に解析すること自体が困難であるという問題があった。 Further, as described in Patent Document 1, when determining whether the welding state is good or bad by the image processing apparatus, only a part of the arc phenomenon is photographed as when the photographing of the welding state is the base current time. Therefore, the complicated arc phenomenon cannot be accurately grasped. In the conventional image processing apparatus, since it takes a lot of time to process one screen, there is a problem in that it is difficult to continuously capture and accurately analyze the arc phenomenon.
本発明が解決しようとする課題は、アークの評価を短時間で正確に行い、高品質で安定したパルスアーク溶接を行うことが可能なパルスアーク溶接方法及びパルスアーク溶接装置を提供することを目的とする。 The problem to be solved by the present invention is to provide a pulse arc welding method and a pulse arc welding apparatus capable of accurately performing an arc evaluation in a short time and capable of performing high quality and stable pulse arc welding. And
本発明に係るパルスアーク溶接方法は、ワイヤと母材に溶接電源から電圧を印加してアーク溶接を行うパルスアーク溶接方法において、高速度ビデオカメラを用いて、少なくともパルス電流の周波数よりも速いコマ数/秒の撮像速度でアークを撮像し画像データを得て、前記アークの画像データの画像処理を行い、少なくとも溶滴の移行状況又はスパッタの発生状況のいずれか一方を解析し、前記解析結果を用いて溶接状態の良否を判定しフィードバック制御を行い最適な溶接状態が得られる最適パルス時間を設定し、前記最適パルス時間を用いて溶接を行うことを要旨とするものである。 The pulse arc welding method according to the present invention is a pulse arc welding method in which a voltage is applied to a wire and a base metal from a welding power source to perform arc welding. Image data is obtained by imaging an arc at an imaging speed of several seconds per second, image processing is performed on the image data of the arc, and at least one of the transition state of the droplet or the occurrence state of spatter is analyzed, and the analysis result The gist is to determine whether the welding state is good or not using feedback control, set an optimum pulse time for obtaining an optimum welding state, and perform welding using the optimum pulse time.
上記パルスアーク溶接方法において、前記溶滴の移行状況又はスパッタの発生状況の解析が、溶滴のサイズとパルス時間との関係又はスパッタの量とパルス時間との関係を求めるものであることとすることが好ましい。 In the pulse arc welding method, the analysis of the state of transition of the droplet or the occurrence of spatter is to determine the relationship between the droplet size and the pulse time or the relationship between the amount of sputtering and the pulse time. It is preferable.
本発明に係るパルスアーク溶接装置は、ワイヤと母材との間にアークを発生させるための電圧を印加可能な溶接電源と、少なくともパルス電流の周波数よりも速いコマ数/秒以上の撮像能力を有し前記アークを撮像して画像データを取り込むための高速度ビデオカメラと、前記高速度ビデオカメラで撮像した画像データを処理して、少なくとも溶滴の移行状況又はスパッタの発生状況のいずれか一方を解析するための画像解析手段と、前記画像解析手段の解析結果を用いて溶接状況の良否を判定し、フィードバック制御を行い最適な溶接状況が得られる最適パルス時間を設定するための良否判定手段と、前記溶接電源が印加する電圧を前記最適パルス時間に制御するための溶接電源制御手段と、を備えることを要旨とするものである。 The pulse arc welding apparatus according to the present invention has a welding power source capable of applying a voltage for generating an arc between a wire and a base material, and an imaging capability of at least the number of frames / second faster than the frequency of the pulse current. A high-speed video camera for capturing the image data by capturing the arc, and processing the image data captured by the high-speed video camera, at least one of the transition state of the droplets or the occurrence of spatter Image analysis means for analyzing the quality, and quality determination means for determining the quality of the welding situation using the analysis result of the image analysis means and setting the optimum pulse time for performing the feedback control and obtaining the optimum welding situation And a welding power source control means for controlling the voltage applied by the welding power source to the optimum pulse time.
上記パルスアーク溶接装置において、アーク電圧をサンプリングし、サンプリングしたアーク電圧をフィードバックしてスプレー化アーク電圧を自動設定するためのアーク電圧設定手段を備えることが好ましい。 The pulse arc welding apparatus preferably includes an arc voltage setting means for sampling the arc voltage and feeding back the sampled arc voltage to automatically set the spraying arc voltage.
本発明に係るパルスアーク溶接方法は、高速度ビデオカメラを用いて、少なくともパルス電流の周波数よりも速いコマ数/秒の撮像速度でアークを撮像し画像データを得て、前記アークの画像データの画像処理を行い、少なくとも溶滴の移行状況又はスパッタの発生状況のいずれか一方を解析し、前記解析結果を用いて溶接状態の良否を判定しフィードバック制御を行い最適な溶接状態が得られる最適パルス時間を設定する方法を採用したことにより、アーク現象の評価を短時間で正確に行い、高品質で安定したアーク溶接を行うことが可能である。 The pulse arc welding method according to the present invention uses a high-speed video camera to image an arc at an imaging speed of at least the number of frames / second faster than the frequency of the pulse current to obtain image data. Optimal pulse that performs image processing, analyzes at least one of the droplet transfer status or spatter generation status, determines the quality of the welding status using the analysis result, and performs feedback control to obtain the optimal welding status By adopting the method of setting the time, it is possible to accurately evaluate the arc phenomenon in a short time and to perform high-quality and stable arc welding.
すなわち本発明の方法によれば、パルス電流の周波数よりも速いコマ数/秒の撮像速度でアークを撮像し、アーク現象の撮像を高速度ビデオカメラで行い画像処理する方法を採用したことにより、従来のアークの撮像を30コマ/秒程度の撮像速度のビデオカメラで行っていた場合と比較して、アーク溶接の際に発生する溶滴を正確にとらえて定量的な解析を行うことができる。 That is, according to the method of the present invention, by adopting a method of imaging an arc at an imaging speed of a number of frames / second faster than the frequency of the pulse current and imaging the arc phenomenon with a high-speed video camera, Compared to the case where conventional arc imaging is performed with a video camera with an imaging speed of about 30 frames / second, it is possible to accurately detect the droplets generated during arc welding and perform quantitative analysis. .
すなわちパルスアーク溶接では、パルスのピーク時間とベース時間を合わせた一周期で溶滴が1個発生するのが理想的である。パルス電流の周期が200Hzの場合、一秒間に200個の溶滴が発生すると仮定すると、この全ての溶滴を画像として確実に捕らえるためには、200コマ/秒以上の画像を撮像する必要がある。これに対し、ビデオカメラの撮像能力が30コマ/秒では、200個/秒の溶滴を画像として確実に捕えることは不可能である。しかし、本発明方法では、パルス電流の周波数よりも速いコマ数/秒の撮像速度でアークを撮像する為、200個/秒で発生する溶滴を確実に捕らえて、画像処理を行うことができる。 That is, in the pulse arc welding, it is ideal that one droplet is generated in one cycle including the peak time of the pulse and the base time. Assuming that 200 droplets are generated per second when the period of the pulse current is 200 Hz, it is necessary to capture an image of 200 frames / second or more in order to reliably capture all the droplets as an image. is there. On the other hand, when the imaging capability of the video camera is 30 frames / second, it is impossible to reliably capture 200 droplets / second as an image. However, in the method of the present invention, since the arc is imaged at an imaging speed faster than the frequency of the pulse current, the droplet generated at 200 / sec can be reliably captured and image processing can be performed. .
そして本発明のパルスアーク溶接方法では、上記の最適パルス時間を短時間で設定することができるから、各種の溶接条件が変化しても、直ぐに最適パルス時間を設定して高品質で安定したパルスアーク溶接を行うことが可能である。 In the pulse arc welding method of the present invention, since the above-mentioned optimum pulse time can be set in a short time, even if various welding conditions change, the optimum pulse time is set immediately and a high-quality and stable pulse Arc welding can be performed.
本発明に係るパルスアーク溶接装置は、少なくともパルス電流の周波数よりも速いコマ数/秒以上の撮像能力を有し前記アークを撮像して画像データを取り込むための高速度ビデオカメラと、少なくとも溶滴の移行状況又はスパッタの発生状況のいずれか一方を解析するための画像解析手段と、最適な溶接状況が得られる最適パルス時間を設定するための良否判定手段と、前記溶接電源が印加する電圧を前記最適パルス時間に制御するための溶接電源制御手段とを備えているので、上記の最適パルス時間を短時間で確実に得ることができ、安定した高品質のパルスアーク溶接を確実に行うことができる。 A pulse arc welding apparatus according to the present invention includes a high-speed video camera having an imaging capability of at least the number of frames / second faster than the frequency of the pulse current and capturing the image data by imaging the arc, and at least a droplet Image analysis means for analyzing any one of the transition state or spatter occurrence state, pass / fail judgment means for setting the optimum pulse time for obtaining the optimum welding situation, and the voltage applied by the welding power source Since the welding power source control means for controlling to the optimum pulse time is provided, the optimum pulse time can be reliably obtained in a short time, and stable high-quality pulse arc welding can be reliably performed. it can.
以下、本発明の一実施形態に係るパルスアーク溶接装置について詳細に説明する。図1はパルスアーク溶接装置の一実施例の概略を示す構成図である。図1に示すようにパルスアーク溶接装置100は、ワイヤ1と母材2に溶接電源3から電圧を印加して、ワイヤ1と母材2との間にアークを発生させるものである。 Hereinafter, a pulse arc welding apparatus according to an embodiment of the present invention will be described in detail. FIG. 1 is a block diagram showing an outline of an embodiment of a pulse arc welding apparatus. As shown in FIG. 1, the pulse arc welding apparatus 100 applies a voltage from a welding power source 3 to a wire 1 and a base material 2 to generate an arc between the wire 1 and the base material 2.
図1に示す溶接装置100では、溶接ワイヤ1は溶接トーチ4に固定され、ワイヤロール5が充填されているワイヤ収納容器6からコンジットケーブル7、ワイヤ送給装置8及びコンジットケーブル9を経由して供給されるように接続されている。 In the welding apparatus 100 shown in FIG. 1, the welding wire 1 is fixed to the welding torch 4 and from the wire storage container 6 filled with the wire roll 5 via the conduit cable 7, the wire feeding device 8 and the conduit cable 9. Connected to be supplied.
ワイヤ1と母材2には直流電圧を印加するための溶接電源3からの配線が接続されている。そして、ワイヤ1と母材2の配線の間に電圧計10が設けられ、溶接電源3と溶接トーチ4との間に電流計11が設けられている。 A wire from a welding power source 3 for applying a DC voltage is connected to the wire 1 and the base material 2. A voltmeter 10 is provided between the wire 1 and the base material 2, and an ammeter 11 is provided between the welding power source 3 and the welding torch 4.
尚、特に図示しないが、溶接トーチ4の先端には、シールドガスを噴出するためのガス噴出穴を設けて、シールドガスによりワイヤ1及びアークAの外周を覆い、ワイヤ1及びアークAを大気から遮蔽するように構成されている。このようなパルスアーク溶接装置の基本的な構成としては、炭酸ガス溶接、混合ガス溶接などのMAG溶接、MIG溶接等のパルスアーク溶接を行うことが可能な装置であれば、いずれも用いることができる。 Although not particularly illustrated, a gas ejection hole for ejecting a shield gas is provided at the tip of the welding torch 4 so that the outer periphery of the wire 1 and the arc A is covered with the shield gas, and the wire 1 and the arc A are exposed from the atmosphere. It is configured to shield. As a basic configuration of such a pulse arc welding apparatus, any apparatus capable of performing pulse arc welding such as MAG welding such as carbon dioxide gas welding, mixed gas welding, and MIG welding may be used. it can.
溶接装置100には、ワイヤ1と母材2との間に発生するアークを撮影するための高速度ビデオカメラ12が設けられ、該高速度ビデオカメラ12は撮影した画像を入力して画像処理するためのパーソナルコンピュータ(以下、PCということもある)20に接続されている。PC20は、前記高速度ビデオカメラ12以外に、溶接電源3、電圧計10等に接続されており、溶接電源の制御プログラム21、高速度ビデオカメラの制御プログラム25、アーク電圧演算処理プログラム22、溶滴サイズ・スパッタ量解析プログラム23、アークの良否を判定する良否判定プログラム24等の各種のプログラムが格納されている。 The welding apparatus 100 is provided with a high-speed video camera 12 for photographing an arc generated between the wire 1 and the base material 2, and the high-speed video camera 12 inputs the photographed image and performs image processing. Is connected to a personal computer 20 (hereinafter also referred to as a PC). In addition to the high-speed video camera 12, the PC 20 is connected to a welding power source 3, a voltmeter 10, etc., and a welding power source control program 21, a high-speed video camera control program 25, an arc voltage calculation processing program 22, Various programs such as a droplet size / spatter amount analysis program 23 and a pass / fail judgment program 24 for judging the quality of an arc are stored.
上記溶接電源の制御プログラム21を実行することで、溶接電流のパルス波形における最適パルス時間に制御するための溶接電源の制御手段として機能する。また高速度ビデオカメラの制御プログラム25を実行することで、高速度ビデオカメラのアーク溶滴移行画像の撮像のオン・オフの制御や、PC20へ画像データを送信して画像を取り込み制御するための、高速度ビデオカメラの制御手段として機能する。 By executing the control program 21 for the welding power source, it functions as a welding power source control means for controlling the optimum pulse time in the pulse waveform of the welding current. Also, by executing the control program 25 of the high-speed video camera, it is possible to control on / off of the imaging of the arc droplet transfer image of the high-speed video camera and to control the image capture by transmitting the image data to the PC 20. It functions as a control means for a high-speed video camera.
また上記アーク電圧演算処理プログラム22を実行することで、電圧計10によりサンプリングした電圧をフィードバックしてスプレー化アーク電圧を自動設定することが可能なアーク電圧設定手段として機能する。また上記溶滴サイズ・スパッタ量解析プログラム23を実行させることで、高速度ビデオカメラ12で撮像した画像データを処理して、溶滴のサイズ及びスパッタの量を解析するための画像解析手段として機能する。また上記アークの良否を判定する良否判定プログラム24を実行することで上記画像解析手段の解析結果を用いて溶接状況の良否を判定し、フィードバック処理を行い最適な溶接状況が得られる最適パルス時間を設定するための良否判定手段として機能する。 Further, by executing the arc voltage calculation processing program 22, it functions as an arc voltage setting means capable of automatically setting the spraying arc voltage by feeding back the voltage sampled by the voltmeter 10. In addition, by executing the droplet size / sputter amount analysis program 23, the image data captured by the high-speed video camera 12 is processed to function as an image analysis means for analyzing the droplet size and the amount of spatter. To do. Also, by executing the quality judgment program 24 for judging the quality of the arc, the quality of the welding situation is judged using the analysis result of the image analysis means, and the optimum pulse time for obtaining the optimum welding situation by performing the feedback processing is determined. It functions as a pass / fail judgment means for setting.
また図示しないが、PC20は、上記各種プログラムを格納したり、高速度ビデオカメラ12で撮像したアーク現象の撮像データを記録するための記憶装置等を備えている。 Although not shown, the PC 20 includes a storage device for storing the above-described various programs and recording imaging data of an arc phenomenon captured by the high-speed video camera 12.
PC20は、例えば、CPUとしてPentium4R(インテル社の登録商標)を搭載した動作周波数2GHz程度の市販PC(パーソナルコンピュータ)を用いることができる。 As the PC 20, for example, a commercially available PC (personal computer) having an operating frequency of about 2 GHz equipped with a Pentium 4R (registered trademark of Intel Corporation) as a CPU can be used.
高速度ビデオカメラ12は、溶滴移行が数百Hzで繰り返されるパルス溶接のアーク現象を撮影可能とするために、2000コマ/秒以上の撮像速度を有するものが用いられる。例えば、通常、パルスアーク溶接はパルス電流の周期が数百Hzであるから、アークでは、一秒間に約数百個の溶滴が、ワイヤから母材に移行する現象が発生している。これに対し、2000コマ/秒以上の撮像能力があれば、数百個/秒の溶滴の発生状況を確実に画像として記録することができる。 As the high-speed video camera 12, a camera having an imaging speed of 2000 frames / second or more is used in order to be able to photograph an arc phenomenon of pulse welding in which droplet transfer is repeated at several hundred Hz. For example, since pulse arc welding usually has a pulse current cycle of several hundred Hz, a phenomenon occurs in which several hundred droplets per second are transferred from a wire to a base material in an arc. On the other hand, if there is an imaging capability of 2000 frames / second or more, the occurrence state of several hundred droplets / second can be reliably recorded as an image.
このような高速度ビデオカメラとして、例えば、(株)ナックイメージングテクノロジー社製の高速度デジタルビデオカメラである、モデルMERECAM fx−6000が挙げられる。この高速度ビデオカメラは、3/4インチ、26万画素のカラーCMOSセンサーを備えており、毎秒6000コマの撮像速度を有し、有効ピクセルが水平512ピクセル×垂直386ピクセルで撮像可能である。 As such a high-speed video camera, for example, model MARECAM fx-6000 which is a high-speed digital video camera manufactured by NAC Imaging Technology Co., Ltd. can be mentioned. This high-speed video camera has a color CMOS sensor of 3/4 inch and 260,000 pixels, has an imaging speed of 6000 frames per second, and can capture effective pixels at horizontal 512 pixels × vertical 386 pixels.
高速度ビデオカメラ12を用いたアークの撮像は以下のように行われる。溶接電源の制御プログラム21及び高速度ビデオカメラの制御プログラム25を実行し、PC20が溶接電源3からの溶接開始トリガ信号を受信すると、一定時間の遅延後に、高速度ビデオカメラ12によるアークの溶滴移行動画像の撮像を開始する。高速度ビデオカメラ12で撮像された撮像データは、10ビット/ピクセルで高速度ビデオカメラ12内のフラッシュメモリに記録される。この場合、1回の撮像で、最大2.5秒間撮影可能である。記録された撮像データは、1回の溶接毎にPC20に転送され、PC20内の記憶装置等に専用ファイル形式で保存される。 The arc imaging using the high-speed video camera 12 is performed as follows. When the welding power source control program 21 and the high-speed video camera control program 25 are executed and the PC 20 receives a welding start trigger signal from the welding power source 3, the arc droplets from the high-speed video camera 12 are delayed after a certain time delay. Start capturing the moving image. Image data captured by the high-speed video camera 12 is recorded in a flash memory in the high-speed video camera 12 at 10 bits / pixel. In this case, it is possible to capture a maximum of 2.5 seconds with one imaging. The recorded image data is transferred to the PC 20 for each welding and stored in a dedicated file format in a storage device or the like in the PC 20.
上記専用ファイル形式で保存されている撮像データに対し、溶滴サイズ・スパッタ量解析プログラム23を実行して画像処理を行うことで、溶滴移行現象の解析が行われる。この画像処理は、専用ファイル形式のデータファイルをAVI形式等のファイル形式に変換して行うことができる。尚、撮影データの取り込みを行う高速度ビデオカメラの制御、溶接電源の制御、画像処理(溶滴サイズ・スパッタ量の解析)、良否判定処理を一つのPCで行っているが、これらの制御、処理を別々のPCで行っても良い。 The droplet transfer phenomenon is analyzed by executing the droplet size / spatter amount analysis program 23 and performing image processing on the image data stored in the dedicated file format. This image processing can be performed by converting a data file in a dedicated file format into a file format such as AVI format. The high-speed video camera that captures the image data, welding power source control, image processing (analysis of droplet size and spatter amount), and pass / fail judgment processing are performed on one PC. Processing may be performed by a separate PC.
溶滴移行現象を解析するための溶滴サイズ・スパッタ量解析プログラム23として、高速度ビデオカメラ12で撮像した溶滴移行動画像を画像処理するための画像処理ソフトウェアを自作した。このソフトウェアは、ナショナルインスツルメンツ(株)から市販されているプログラム開発環境であるLabView(Ver7.1)を用いて作製した。 As the droplet size / spatter amount analysis program 23 for analyzing the droplet transfer phenomenon, image processing software for image processing of the droplet transfer moving image captured by the high-speed video camera 12 was made by himself. This software was created using LabView (Ver 7.1), which is a program development environment commercially available from National Instruments.
図2はパルスアーク溶接の評価方法の手順を示すフローチャートである。図2に示すフローチャートに沿って、パルスアーク溶接方法の一実施例を説明する。本発明のパルスアーク溶接は、先ず本溶接に先立って、パルス時間を設定するための予備溶接を実施して、最適溶接条件となる最適パルス時間を設定する。なお実施例で用いた溶接条件及び溶接装置を表1にまとめて示す。
FIG. 2 is a flowchart showing the procedure of the pulse arc welding evaluation method. An embodiment of the pulse arc welding method will be described with reference to the flowchart shown in FIG. In the pulse arc welding of the present invention, prior to the main welding, preliminary welding for setting a pulse time is first performed, and an optimum pulse time that is an optimum welding condition is set. Table 1 summarizes the welding conditions and welding equipment used in the examples.
図2に示すように、まず基本的な溶接条件の設定を行う(S100)。溶接条件としては、固定条件と変動条件がある。固定条件は、ワイヤ送給速度(溶接電流)、ピーク電流Ip及びベース電流Ibである。また変動条件は、アーク電圧とパルス時間Tpである。アーク電圧は、初期値を16Vとして、後述するアーク電圧の自動設定ステップ(S400)において、0.5Vステップずつ増加させる。またパルス時間Tpは、初期値を0.6msとして、後述するパルス時間再設定ステップ(S750)で、0.1msステップで増加させる。以下、パルス時間について説明する。 As shown in FIG. 2, first, basic welding conditions are set (S100). Welding conditions include fixed conditions and variable conditions. The fixed conditions are wire feed speed (welding current), peak current Ip, and base current Ib. Further, the fluctuation conditions are an arc voltage and a pulse time Tp. The arc voltage is set to an initial value of 16V, and is increased by 0.5V step in an arc voltage automatic setting step (S400) described later. The pulse time Tp is set to an initial value of 0.6 ms and is increased in 0.1 ms steps in a pulse time resetting step (S750) described later. Hereinafter, the pulse time will be described.
図3は溶接電流のパルス波形を示す説明図である。図3に示すように、溶接装置100は、ワイヤ1と母材2との間に電圧を印加すると、ベース電流値Ibとピーク電流値Ipとを一定時間間隔で繰り返すパルス波形の溶接電流が流れて、アーク現象が発生する。図3に示すピーク電流値Ipの時間がパルス時間Tpである。そして図中Tcで示す時間が、パルスの1サイクルの時間である。 FIG. 3 is an explanatory diagram showing a pulse waveform of the welding current. As shown in FIG. 3, when a voltage is applied between the wire 1 and the base material 2, the welding apparatus 100 flows a welding current having a pulse waveform that repeats the base current value Ib and the peak current value Ip at regular time intervals. As a result, an arc phenomenon occurs. The time of the peak current value Ip shown in FIG. 3 is the pulse time Tp. The time indicated by Tc in the figure is the time of one cycle of the pulse.
図4(a)、(b)、(c)は、図3の溶接電流のパルス波形におけるa点、b点、c点の各点の溶滴の形態を示す説明図である。図4(a)に示すように、ピーク電流値Ipの開始点(図3のa点)では、ワイヤ1と母材2との間にアークAが生成し、該アークAによりワイヤ1の先端1aが溶融する。さらに、図4(b)に示すように、溶接電流がピーク電流値Ipとなってピーク時間Tpが終了する点(図3のb点)まで、ワイヤ先端部1は溶融が進み所定の溶滴13の大きさに成長する。ピーク電流値Ipからベース電流値Ib(図3のc点)になると、図4(c)に示すように、ワイヤ先端1aが溶融してなる液滴13が、アーク直下部分の母材2の被溶接部分が溶融してなる溶融池14に滴下する。そして溶接トーチ4が移動して被溶接部分をアークが通過した後に溶融池14が冷却され、ビードとなって母材2が溶接される。 4 (a), 4 (b), and 4 (c) are explanatory views showing the form of droplets at points a, b, and c in the pulse waveform of the welding current in FIG. As shown in FIG. 4A, an arc A is generated between the wire 1 and the base material 2 at the start point of the peak current value Ip (point a in FIG. 3), and the tip of the wire 1 is generated by the arc A. 1a melts. Further, as shown in FIG. 4 (b), the wire tip 1 is melted until the welding current becomes the peak current value Ip and the peak time Tp ends (point b in FIG. 3). Grows to a size of 13. When the peak current value Ip is changed to the base current value Ib (point c in FIG. 3), as shown in FIG. 4C, the droplet 13 formed by melting the wire tip 1a becomes a part of the base material 2 immediately below the arc. It is dripped at the molten pool 14 formed by melting the welded portion. Then, after the welding torch 4 moves and the arc passes through the welded portion, the molten pool 14 is cooled and becomes a bead, and the base material 2 is welded.
このとき、図4(a)〜(c)に示すように、一回のピーク電流値Ipにつき一個の液滴がワイヤ1から母材2にスプレー移行するようになっているのが、理想的である。また、スパッタが発生する頻度が高いのは、短絡開放時、瞬間的短絡が起こった時、溶滴の離脱が不適切であった場合等である。アーク安定性を確保して良好な溶接を行う為には、スパッタの発生量を減らし、理想的なスプレー移行が行われるように、適正なパルス時間を見いだして設定することが重要である。 At this time, as shown in FIGS. 4A to 4C, it is ideal that one droplet sprays from the wire 1 to the base material 2 per one peak current value Ip. It is. Moreover, the frequency of occurrence of spatter is high when a short circuit is opened, when an instantaneous short circuit occurs, or when the droplets are inappropriately detached. In order to ensure good arc stability and good welding, it is important to find and set an appropriate pulse time so that the amount of spatter generated is reduced and ideal spray transfer is performed.
図2に示すように、S100の溶接条件(初期値)を設定したならば、その条件でアーク起動を行い溶接を開始する(S200)。次に、電圧計10によりアーク電圧を測定し、測定データをPC20に送信し、アーク電圧のサンプリングを行う(S300)。そしてスプレー化アーク電圧の自動設定処理(S400)では、S300でサンプリングしたアーク電圧をフィードバックして、アーク電圧を所定の電圧(スプレー化アーク電圧)に調整する。 As shown in FIG. 2, when the welding condition (initial value) in S100 is set, arc activation is performed under the condition to start welding (S200). Next, the arc voltage is measured by the voltmeter 10, the measurement data is transmitted to the PC 20, and the arc voltage is sampled (S300). In the spray arc voltage automatic setting process (S400), the arc voltage sampled in S300 is fed back to adjust the arc voltage to a predetermined voltage (spray arc voltage).
図5はアーク電圧と短絡回数の関係を示すグラフである。図5に示すように、パルスアーク溶接ではアーク電圧を高くしていくと、短絡が減ってくる。そして、短絡がなくなったところで、スプレー化が生じる。スプレー化アーク電圧とは、このスプレー化が生じるアーク電圧のことである。スプレー化アーク電圧の自動設定処理(S400)は、具体的には以下のように行う。図12は、アーク電圧と時間の関係を示すグラフである。図12に示すように、時間に対するアーク電圧の電圧値をサンプリングしてモニタすると、スパッタが発生すると短絡して瞬間的な電圧低下が生じる点がある。この点が、スパッタ発生箇所である。図12の前半部分では、スパッタの発生が多いが、アーク電圧をモニタしながら、電圧を上げて行くと、図12の後半部分のように短絡がほとんど生じなくなり、スパッタの発生が少なくなってくる。そして所定の時間(0.25s)内に短絡回数がゼロとなった場合の電圧をスプレー化アーク電圧として設定する。 FIG. 5 is a graph showing the relationship between the arc voltage and the number of short circuits. As shown in FIG. 5, in the arc arc welding, when the arc voltage is increased, the short circuit is reduced. Then, spraying occurs when the short circuit disappears. The spraying arc voltage is the arc voltage at which this spraying occurs. The spray arc voltage automatic setting process (S400) is specifically performed as follows. FIG. 12 is a graph showing the relationship between arc voltage and time. As shown in FIG. 12, when the voltage value of the arc voltage with respect to time is sampled and monitored, there is a point that, when sputtering occurs, a short circuit occurs and an instantaneous voltage drop occurs. This is the place where spatter occurs. In the first half of FIG. 12, spatter is often generated. However, when the voltage is increased while monitoring the arc voltage, short-circuiting hardly occurs as in the latter half of FIG. 12, and spatter is reduced. . And the voltage when the frequency | count of a short circuit becomes zero within predetermined time (0.25 s) is set as a spraying arc voltage.
S400におけるスプレー化アーク電圧の設定値は、溶接条件の最適化のため、短絡のない、完全にスプレー移行した状態となるアーク電圧に設定するが、実際の施工では、若干の短絡が生じるやや低めのアーク電圧に設定するのが好ましい。アーク電圧をやや低めに設定しておくと、外乱や内乱による種々の変化や、変動などに対する影響を受けにくくなって、更に安定した溶接を行う事ができる。この理由を以下に説明する。 The set value of the spraying arc voltage in S400 is set to an arc voltage at which there is no short circuit and completely sprayed in order to optimize the welding conditions. It is preferable that the arc voltage is set to the following value. If the arc voltage is set a little lower, it is less susceptible to various changes and fluctuations due to disturbances and internal disturbances, and more stable welding can be performed. The reason for this will be described below.
一般にアーク電圧が高くなるとアーク長は長くなり、アーク電圧が低くなるとアーク長は短くなる。溶接のビード形状は、アーク長が短いと幅の狭いビード形状になり、アーク長が長いと幅の広いビード形状となる。そしてビード形状が過剰に幅広くなると、ハンピングが生じ易くなり、溶接金属がきちんと満たされないまま凝固する虞が出てくる。アーク電圧が低くアーク長が短いと、そのような虞がない。このような理由から、アーク電圧は、スプレー化が完全に起こる電圧よりも少し低く設定して、若干短絡が生じる程度としておくことが好ましい。この具体的な好ましい電圧の範囲は、スプレー化が完全に起こる電圧に対して、マイナス0.5V〜1.5Vの範囲である。このように、スプレー化アーク電圧をサンプリング及びフィードバック制御を行い電圧調整を行う処理により、短絡のないスプレー移行に設定した状態で、溶接を行うことができる。 In general, the arc length increases as the arc voltage increases, and the arc length decreases as the arc voltage decreases. The welding bead shape becomes a narrow bead shape when the arc length is short, and becomes a wide bead shape when the arc length is long. If the bead shape becomes excessively wide, humping tends to occur, and the weld metal may solidify without being properly filled. If the arc voltage is low and the arc length is short, there is no such concern. For this reason, it is preferable that the arc voltage is set slightly lower than the voltage at which spraying occurs completely, so that a short circuit occurs. This specific preferred voltage range is in the range of minus 0.5V to 1.5V with respect to the voltage at which spraying occurs completely. In this way, welding can be performed in a state where the spraying arc voltage is set to spray transfer without short-circuiting by the process of sampling and feedback controlling the spraying arc voltage and adjusting the voltage.
図2に示すように、スプレー化アーク電圧の自動設定(S400)の次に、高速度ビデオカメラ12でアーク現象を撮像し、画像データをPC20に取り込む処理(S500)を行う。そしてPC20に取り込んだ画像データを用いて、溶滴のサイズ、個数及びスパッタのサイズ、個数を求める、溶滴・スパッタの計算・解析処理(S600)を行う。この解析結果を用いて、溶滴のサイズとスパッタの量が最小であり最適量であるか(OK)、否か(NG)を判定するための、溶滴・スパッタの判定処理(S700)を行う。S700において溶滴・スパッタの判定結果が、NGの場合にはパルス時間を再設定する(S750)。一方S700において溶滴・スパッタの判定結果がOKの場合には、最適な溶接条件となる最適パルス時間が得られたものとして、パルス時間設定のための溶接完了処理(S800)を行う。 As shown in FIG. 2, after the automatic setting of the spraying arc voltage (S400), the arc phenomenon is imaged by the high-speed video camera 12, and the process of taking the image data into the PC 20 (S500) is performed. Then, using the image data captured in the PC 20, the droplet size / number of sputters and the size / number of spatters are calculated and analyzed (S 600). Using this analysis result, a droplet / sputter determination process (S700) for determining whether the droplet size and the amount of spatter are minimum and optimal (OK) or not (NG) is performed. Do. If the determination result of droplet / sputter is NG in S700, the pulse time is reset (S750). On the other hand, if the determination result of droplet / sputter is OK in S700, the welding completion process (S800) for setting the pulse time is performed on the assumption that the optimum pulse time as the optimum welding condition has been obtained.
図6は溶滴のサイズの決定の手順を示すフローチャートであり、図7は撮像した画像の溶滴の検出領域の説明図である。以下、溶滴・スパッタの計算・解析処理(S600)について説明する。アーク現象における溶滴13のサイズは、ワイヤ成分や溶接条件によって変化し、大粒化すると溶滴の離脱が正常に行われず、スパッタ発生などの要因となる。そのため、溶滴13のサイズの定量的な把握が重要である。溶滴サイズを決定するには、先ず取り込んだ画像における検出領域を設定する(S610)。図7に示すように、画像30内でワイヤ1先端から母材2までの間に検出領域DAを設定する。検出領域DAはアークの発生位置に基づいて予め設定されている。検出領域DA内の画像を二値化し(S615)、検出領域の左右端から中央に向かう水平線上における、画像中の明るい部分と暗い部分の境界を検出する(S620)。これを検出領域の上下方向で多数の点でサンプリングして行う。画像中の溶滴13の左側部分で得られた境界と、溶滴13の右側部分で得られた境界との、境界間の距離を計算し記録する(S625)。境界間の距離の計算結果から溶滴13の切れ目を検出する(S630)。切れ目の検出は、境界間の距離がゼロとなった場合に、切れ目があると判断している。切れ目を検出した画像に対し、水平方向に多数サンプリングして得られた点における境界間の距離の最大値を溶滴13のサイズとして決定する。(S635)なお、詳細なステップは省略しているが、本処理では、画像毎に切れ目の判定を順次繰り返し、切れ目があると判断された場合、その画像について溶滴13のサイズを算出している。 FIG. 6 is a flowchart showing a procedure for determining the size of the droplet, and FIG. 7 is an explanatory diagram of the detection region of the droplet in the captured image. The droplet / sputter calculation / analysis process (S600) will be described below. The size of the droplet 13 in the arc phenomenon varies depending on the wire component and welding conditions. If the size of the droplet 13 is increased, the droplet is not separated normally and causes spattering. Therefore, it is important to quantitatively grasp the size of the droplet 13. In order to determine the droplet size, first, a detection region in the captured image is set (S610). As shown in FIG. 7, a detection area DA is set between the tip of the wire 1 and the base material 2 in the image 30. The detection area DA is preset based on the arc generation position. The image in the detection area DA is binarized (S615), and the boundary between the bright part and the dark part in the image on the horizontal line from the left and right ends of the detection area toward the center is detected (S620). This is done by sampling at a number of points in the vertical direction of the detection area. The distance between the boundary obtained by the left side portion of the droplet 13 in the image and the boundary obtained by the right side portion of the droplet 13 is calculated and recorded (S625). The break of the droplet 13 is detected from the calculation result of the distance between the boundaries (S630). In the detection of the break, it is determined that there is a break when the distance between the boundaries becomes zero. The maximum value of the distance between the boundaries at points obtained by sampling a large number of samples in the horizontal direction is determined as the size of the droplet 13. (S635) Although detailed steps are omitted, in this process, the determination of breaks is sequentially repeated for each image, and when it is determined that there is a break, the size of the droplet 13 is calculated for the image. Yes.
上記の手順により、所定のサンプリング時間において、溶滴13が離脱する毎に全ての溶滴13をナンバーリングして、溶滴サイズを決定する。そして、測定した全溶滴サイズの平均値を求めることで、溶滴の状態を定量的に把握することができる。 According to the above procedure, every time the droplets 13 are detached at a predetermined sampling time, all the droplets 13 are numbered to determine the droplet size. And the state of a droplet can be grasped | ascertained quantitatively by calculating | requiring the average value of all the measured droplet sizes.
図8はスパッタ発生量を求める手法のフローチャートであり、図9はスパッタ発生量の解析に用いた画像の説明図であり、(a)は撮像した画像に検出線を設定した状態を示し、(b)は輝度分布画像であり、(c)は(b)の輝度分布を画像処理した後の二値化画像である。スパッタ発生量を得るための手法は以下の通りである。まず図9(a)に示すように、画像31のワイヤ1の両側に検出線DLを設定する(S650)。検出線DLの設定は、アーク発生位置から予め設定されている。本処理では、この検出線DLを通過するスパッタを検出することで、スパッタの個数や大きさを求める。まず、検出線DL上の輝度分布を取り込んだ所定枚数毎の画像毎に記録する(S655)。次に記録した輝度分布を、図9(b)に示すように、横軸を画像数、縦軸を検出線の位置とした輝度変化画像32として再構成する。再構成した結果は、縦軸を検出線DL、横軸を時間変化として捉えることがことができ、検出線DL上を通過したスパッタを表現することができる。なお輝度変化画像32には、ヒュームの発生に起因する濃度変化が存在するため、この影響を除外する必要がある。そこで、輝度変化画像にフィルタ処理(ハイパスフィルタ処理)を実施する(S660)。更にフィルタ処理した輝度変化画像を、一定のしきい値で二値化することにより(S665)、図9(c)に示すような二値画像33が得られる。この二値画像における孤立点を、ひとつひとつ区別して(S670)、孤立点の個数と大きさ(面積)を求める(S675)。そして、孤立点のそれぞれを、スパッタ個数とスパッタ量に相関を持つ値とする(S680)。 FIG. 8 is a flowchart of a method for obtaining the amount of spatter generation, FIG. 9 is an explanatory view of an image used for analyzing the amount of spatter generation, (a) shows a state in which detection lines are set on the captured image, b) is a luminance distribution image, and (c) is a binarized image after image processing of the luminance distribution of (b). The technique for obtaining the amount of spatter generation is as follows. First, as shown in FIG. 9A, detection lines DL are set on both sides of the wire 1 of the image 31 (S650). The detection line DL is set in advance from the arc generation position. In this process, the number and size of spatters are determined by detecting spatter passing through the detection line DL. First, the luminance distribution on the detection line DL is recorded for each predetermined number of images (S655). Next, as shown in FIG. 9B, the recorded luminance distribution is reconstructed as a luminance change image 32 in which the horizontal axis represents the number of images and the vertical axis represents the position of the detection line. As a result of the reconstruction, the vertical axis can be regarded as the detection line DL, and the horizontal axis can be regarded as the time change, and the spatter that has passed over the detection line DL can be expressed. Note that the luminance change image 32 has a density change due to the generation of fume, and therefore it is necessary to exclude this influence. Therefore, filter processing (high-pass filter processing) is performed on the luminance change image (S660). Further, by binarizing the filtered luminance change image with a certain threshold value (S665), a binary image 33 as shown in FIG. 9C is obtained. The isolated points in the binary image are distinguished one by one (S670), and the number and size (area) of the isolated points are obtained (S675). Then, each isolated point is set to a value having a correlation with the number of sputters and the sputter amount (S680).
図10はパルス時間と溶滴のサイズ又はスパッタ量との関係を示すグラフである。図10に示すように、パルスアーク溶接では、溶滴のサイズ及びスパッタ量が、共に極小となるパルス時間(最適パルス時間)が存在する。図2に示す溶滴・スパッタの判定処理(S700)は、この最適パルス時間を決定する処理である。以下、具体例を用いて溶滴・スパッタの判定処理(S700)とパルス時間の再設定処理(S750)について詳細に説明する。なお、以下の説明では溶滴のサイズ及びスパッタ量が極小となるパルス時間が一致している場合を想定している。したがって、溶滴のサイズ及びスパッタ量の何れも算出しているが、パルス時間Tpの設定は、溶滴サイズの極小値のみを基準として行っている。表2は、母材としてYGW12(DS1A):[JIS記号(銘柄)]を用いた場合のアーク現象の画像解析結果を示すものであり、図11は表2のパルス時間と溶滴サイズの関係を示すグラフである。
FIG. 10 is a graph showing the relationship between the pulse time and the droplet size or spatter amount. As shown in FIG. 10, in pulse arc welding, there is a pulse time (optimum pulse time) at which both the droplet size and the spatter amount are minimized. The droplet / sputter determination process (S700) shown in FIG. 2 is a process for determining the optimum pulse time. Hereinafter, the droplet / sputter determination process (S700) and the pulse time resetting process (S750) will be described in detail using specific examples. In the following description, it is assumed that the droplet times and the pulse times at which the spatter amount is minimized are the same. Accordingly, although both the droplet size and the spatter amount are calculated, the pulse time Tp is set based on only the minimum droplet size. Table 2 shows the image analysis result of the arc phenomenon when YGW12 (DS1A): [JIS symbol (brand)] is used as the base material, and FIG. 11 shows the relationship between the pulse time and droplet size in Table 2. It is a graph which shows.
まず、図11に示すように、連続する3点(A1、A2、A3)のパルス時間を合番として、各パルス時間の溶滴サイズを比較する。溶接条件の設定処理(S100)で説明したように、パルス時間Tpの初期値は0.6msである。従ってスタート当初は0.6ms、0.7ms、0.8msの3つの条件の溶滴サイズを比較する。例えば、パルス時間Tpが0.6msの時の溶滴のサイズをA1とし、同様に0.7msの時の溶滴のサイズをA2とし、0.8msの時の溶滴のサイズをA3とした場合、A1>A2かつA3>A2を満足するか(OK)、否か(NG)を判定する。仮に判定結果がOKの場合にはA2の0.7msが最適条件となる。 First, as shown in FIG. 11, the droplet sizes of the respective pulse times are compared using the pulse times of three consecutive points (A1, A2, A3) as a common number. As described in the welding condition setting process (S100), the initial value of the pulse time Tp is 0.6 ms. Accordingly, the droplet sizes under the three conditions of 0.6 ms, 0.7 ms, and 0.8 ms are compared at the start. For example, the droplet size when the pulse time Tp is 0.6 ms is A1, similarly, the droplet size when the pulse time is 0.7 ms is A2, and the droplet size when the pulse time is 0.8 ms is A3. In this case, it is determined whether A1> A2 and A3> A2 are satisfied (OK) or not (NG). If the determination result is OK, 0.7 ms of A2 is the optimum condition.
また上記判定結果がNGの場合、パルス時間Tpを0.1ms増加して、合番が更新され、0.7msの時の溶滴サイズをA1とし、0.8msの時の溶滴サイズをA2とし、0.9msの時の溶滴サイズをA3とした場合に、A1>A2かつA3>A2を満足するかどうかを判定する。判定結果がNGの場合は、以下同様に、この判定結果がOKとなるまで、パルス時間の再設定処理(S750)で、パルス時間Tpを1ステップあたり0.1msずつ増加させて、一連のアーク電圧のサンプリング(S300)から溶滴・スパッタの解析処理(S600)、及び溶滴・スパッタの判定処理(S700)までの処理を繰り返す。 If the determination result is NG, the pulse time Tp is increased by 0.1 ms, the number is updated, the droplet size at 0.7 ms is A1, and the droplet size at 0.8 ms is A2. When the droplet size at 0.9 ms is A3, it is determined whether A1> A2 and A3> A2 are satisfied. If the determination result is NG, the pulse time Tp is incremented by 0.1 ms per step in the pulse time resetting process (S750) until the determination result becomes OK, and a series of arcs is determined. The processing from voltage sampling (S300) to droplet / sputter analysis processing (S600) and droplet / sputter determination processing (S700) is repeated.
S700の判定がOKになったならば、その時のA2のパルス時間を最適パルス時間として設定して、溶接(予備溶接)を完了する。表2及び図11に示すデータによれば、溶滴サイズ及びスパッタ発生量が最小となるパルス時間(最適パルス時間)は、1.5msである。 If the determination in S700 is OK, the pulse time of A2 at that time is set as the optimal pulse time, and welding (preliminary welding) is completed. According to the data shown in Table 2 and FIG. 11, the pulse time (optimum pulse time) at which the droplet size and the amount of spatter are minimized is 1.5 ms.
以上のように図2に示すS100〜S800の処理工程からなる溶接評価方法を行うことで、スプレー化アーク電圧及び最適パルス時間が得られたならば、その溶接条件を活用して、実際の溶接作業を行うことで、信頼性の高いパルスアーク溶接を行うことができる。 As described above, if the spraying arc voltage and the optimum pulse time are obtained by performing the welding evaluation method including the processing steps of S100 to S800 shown in FIG. 2, actual welding is performed using the welding conditions. By performing the work, highly reliable pulse arc welding can be performed.
また上記評価方法は、短時間で実施することができるから、母材の種類や、ワイヤの種類等を変える毎に、本番の溶接前に短時間の予備溶接を行い、適切な溶接条件を得て、この得られた溶接条件を用いて本溶接を行うことで、様々の母材やワイヤにおけるパルスアーク溶接を短時間で且つ容易に行うことが可能である。 Moreover, since the above evaluation method can be carried out in a short time, every time the type of the base material or the type of wire is changed, a short preliminary welding is performed before the actual welding to obtain an appropriate welding condition. By performing the main welding using the obtained welding conditions, pulse arc welding on various base materials and wires can be easily performed in a short time.
上記実施例では、アークの画像データの画像処理を行う際に、溶滴のサイズとパルス時間との関係及びスパッタの量とパルス時間との関係を求めて、溶滴及びスパッタの両者の発生状況を解析しているが、本発明は、溶滴の発生状況又はスパッタの発生状況いずれか一方の発生状況を解析するだけでもよい。すなわち、溶滴のサイズとパルス時間との関係を求めて溶滴の発生状況のみを解析し、溶接状態の良否を判定しても良いし、スパッタの量とパルス時間との関係を求めて、スパッタの発生状況のみを解析し、溶接状態の良否を判定しても良い。 In the above embodiment, when image processing of arc image data is performed, the relationship between the droplet size and the pulse time and the relationship between the spatter amount and the pulse time are obtained, and the occurrence state of both the droplet and the spatter is determined. However, according to the present invention, it is only necessary to analyze either the state of occurrence of droplets or the state of occurrence of spatter. In other words, the relationship between the droplet size and the pulse time is obtained to analyze only the state of occurrence of the droplet, the quality of the welding state may be determined, or the relationship between the amount of spatter and the pulse time is determined, Only the state of occurrence of spatter may be analyzed to determine whether the welding state is good or bad.
特にスパッタの発生状況を解析してパルス時間を決定することは、重要である。スパッタの発生状況を解析することは、溶滴のサイズを解析する場合と比較して、スパッタの発生は直接、溶接不良に結びつく現象であり、そのような現象を直接解析することから、より精度の高い溶接状態の判別を行うことができるという利点がある。 In particular, it is important to determine the pulse time by analyzing the occurrence of sputtering. Analyzing the spatter generation status is more accurate than analyzing the droplet size because spatter generation is a phenomenon that directly leads to poor welding. There is an advantage that it is possible to discriminate a high welding state.
また、上記実施例では、図10に示すように溶滴のサイズとパルス時間との関係と、スパッタの総量とパルス時間との関係を見た場合、両者の極小となるパルス時間が一致する場合について説明したが、溶滴のサイズとパルス時間の関係とスパッタの総量とパルス時間の関係において、両者の極小となるパルス時間が相違する場合もある。その場合には、両者のパルス時間を比較して、短いパルス時間を選択する。その理由は、実際の溶接作業においてパルス時間が短い方が、アーク長を短く設定することができ、溶滴がふらつかず、スムーズに離脱するためである。 Further, in the above embodiment, when the relationship between the droplet size and the pulse time and the relationship between the total amount of sputtering and the pulse time are seen as shown in FIG. In the relationship between the droplet size and the pulse time, and the relationship between the total amount of sputtering and the pulse time, the pulse time that is the minimum of the two may be different. In that case, a short pulse time is selected by comparing both pulse times. The reason is that in the actual welding operation, the shorter the pulse time, the shorter the arc length can be set, and the droplets do not fluctuate and come off smoothly.
1 ワイヤ
1a ワイヤの先端
2 母材
3 溶接電源
4 溶接トーチ
20 パーソナルコンピュータ(PC)
21 溶接電源の制御プログラム
22 アーク電圧演算処理プログラム
23 溶滴サイズ・スパッタ量解析プログラム
24 アークの良否判定プログラム
25 高速度ビデオカメラの制御プログラム
31 画像
32 輝度変化画像
33 二値画像
100 パルスアーク溶接装置
Ip ピーク電流値
Ib ベース電流値
Tp パルス時間
DA 検出領域
DL 検出線
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Wire 1a Wire tip 2 Base material 3 Welding power source 4 Welding torch 20 Personal computer (PC)
21 Control program for welding power source 22 Arc voltage calculation processing program 23 Droplet size / spatter amount analysis program 24 Arc quality determination program 25 High-speed video camera control program 31 Image 32 Brightness change image 33 Binary image 100 Pulse arc welding equipment Ip peak current value Ib base current value Tp pulse time DA detection area DL detection line
Claims (4)
高速度ビデオカメラを用いて、少なくともパルス電流の周波数よりも速いコマ数/秒の撮像速度でアークを撮像し画像データを得て、
前記アークの画像データの画像処理を行い、少なくとも溶滴の移行状況又はスパッタの発生状況のいずれか一方を解析し、
前記解析結果を用いて溶接状態の良否を判定しフィードバック制御を行い最適な溶接状態が得られる最適パルス時間を設定し、
前記最適パルス時間を用いて溶接を行うことを特徴とするパルスアーク溶接方法。 In the pulse arc welding method of performing arc welding by applying a voltage from the welding power source to the wire and the base material,
Using a high-speed video camera, image the arc at an imaging speed of at least the number of frames / second faster than the frequency of the pulse current to obtain image data,
Perform image processing of the image data of the arc, and analyze at least one of the transition state of the droplets or the occurrence of spatter,
Use the analysis results to determine the quality of the welding state and perform feedback control to set the optimal pulse time to obtain the optimal welding state,
A pulse arc welding method, wherein welding is performed using the optimum pulse time.
少なくともパルス電流の周波数よりも速いコマ数/秒以上の撮像能力を有し前記アークを撮像して画像データを取り込むための高速度ビデオカメラと、
前記高速度ビデオカメラで撮像した画像データを処理して、少なくとも溶滴の移行状況又はスパッタの発生状況のいずれか一方を解析するための画像解析手段と、
前記画像解析手段の解析結果を用いて溶接状況の良否を判定し、フィードバック制御を行い最適な溶接状況が得られる最適パルス時間を設定するための良否判定手段と、
前記溶接電源が印加する電圧を前記最適パルス時間に制御するための溶接電源制御手段と、
を備えることを特徴とするパルスアーク溶接装置。 A welding power source capable of applying a voltage for generating an arc between the wire and the base material;
A high-speed video camera having an imaging capability of at least the number of frames / second faster than the frequency of the pulse current and capturing the image data by imaging the arc;
Image analysis means for processing image data picked up by the high-speed video camera and analyzing at least one of the transition state of the droplets or the occurrence state of spatter;
The quality determination means for determining the quality of the welding situation using the analysis result of the image analysis means, and setting the optimal pulse time for performing the feedback control and obtaining the optimum welding situation;
Welding power source control means for controlling the voltage applied by the welding power source to the optimum pulse time;
A pulse arc welding apparatus comprising:
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