JPH09267183A - フラッシュバット溶接機の制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】アプセット工程への移行時に瞬時に比較的高電
圧の電源電圧を得て、接合部の溶接強さを向上させる。 【解決手段】電源トランス２と溶接トランス４との間の
接続線３ａに位相制御開閉器６と単巻トランス８との直
列回路を介挿し、電源トランス２の二次側巻線上の降圧
基準位置２ａと接続線３ａとの間に位相制御開閉器６と
並列に位相制御開閉器７を接続し、溶接トランス４の一
次側巻線上の昇圧基準位置４ａと接続線３ａとの間に単
巻トランス８と並列に位相制御開閉器９を接続する。前
期フラッシュ工程時には位相制御開閉器６のみをオン状
態にし、後期フラッシュ工程時には位相制御開閉器７の
みをオン状態にして二次側巻線数の減少により比較的低
圧な溶接電圧を供給し、アプセット工程時にはさらに位
相制御開閉器９をオン状態にして一次側巻線数の減少に
より瞬時に昇圧された比較的高電圧な溶接電圧を供給す
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、フラッシュバット
溶接機の溶接電極間に供給する溶接電力を制御するフラ
ッシュバット溶接機の制御装置に関し、特に、フラッシ
ュ工程からアプセット工程へ無通電時間を設けることな
く移行することができるようにしたものである。

【０００２】

【従来の技術】鋼帯の連続酸洗ライン，連続式タンデム
圧延ライン等の各種連続処理ラインでは、稼働率を向上
させる目的で鋼帯を連続して処理するために、通常ライ
ン入り側でフラッシュバット溶接機によって鋼帯の溶接
が行われる。

【０００３】このフラッシュバット溶接は、鋼帯端部間
でのアークと局所的な短絡とを繰り返すもので、短絡に
より鋼帯の接触部（端面の微小な凹凸による）が加熱溶
融し、溶け落ちた溶滴がアークによりフラッシュとして
跳ね飛ばされる。このようにして、端面の凹凸がなくな
ると共に鋼帯端部が充分溶融すると、鋼帯端部どうしで
強圧を加え、端面の溶融状態にある酸化物等を押し出し
て圧接を行う。すなわち、フラッシュバット溶接は、フ
ラッシュ工程とアプセット工程とからなり、フラッシュ
工程はさらに被溶接部の予熱が支配的である前期とフラ
ッシュが激しくなる後期とに分けられる。このため、前
期フラッシュ工程，後期フラッシュ工程及びアプセット
工程のそれぞれにおいて、溶接電極に印加する溶接電力
を制御する必要がある。

【０００４】従来のフラッシュバット溶接機の制御装置
としては、図４に示す構成のものが提案されている。こ
の従来例では、交流電源１に電源トランス２の一次側が
接続され、その二次側にそれぞれ接続線３ａ，３ｂを介
して溶接トランス４の一次側が接続され、溶接トランス
４の二次側に溶接電極５ａ，５ｂが接続されている。そ
して、電源トランス２と溶接トランス４との間の接続線
３ａには、前期フラッシュ工程時の電流を制御する位相
制御開閉器６が介挿され、接続線３ａと電源トランス２
の二次側巻線との間に、前期位相制御開閉器６と並列に
後期フラッシュ工程時及びアプセット工程時の電流を制
御する位相制御開閉器７が介挿されている。

【０００５】そして、前期フラッシュ工程時には、位相
制御開閉器６のみをオン状態として電源トランス２で所
定圧に調整された電源電圧を溶接トランス４の一次側に
印加し、後期フラッシュ工程時には、位相制御開閉器７
のみをオン状態とする。このとき、位相制御開閉器７
は、電源トランス２の二次側巻線の途中に接続されてお
り、電源トランス２の二次側巻線数が減少するから、電
源トランス２の二次側電圧が前期フラッシュ工程時の二
次側電圧よりも小さくなって、溶接トランス４の一次側
に印加される電源電圧が、前期フラッシュ工程時よりも
低くなる。そして、アプセット時には、位相制御開閉器
６をオフ状態としたままで、位相制御開閉器７を点弧角
制御することによって、電源トランス２の二次側電圧を
制御し、この電源電圧を溶接トランス４の一次側に印加
するようになっている。

【０００６】図５は、後期フラッシュ工程時とアプセッ
ト工程時の溶接トランス４の一次側に印加される電源電
圧を表したものであって、後期フラッシュ工程時には、
位相制御開閉器７をオン状態とするから図５（ａ）に示
す交流電圧が印加されることになるが、アプセット工程
時には、位相制御開閉器７を点弧角制御するから、図５
（ｂ）に示すように印加される期間が短くなって、一次
側に印加される電源電圧は、後期フラッシュ工程時より
も少なくなる。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来のフラッシュバット溶接機の制御装置においては、ア
プセット工程時には、位相制御開閉器７を点弧角制御し
て所定の電源電圧を溶接トランス４の一次側に印加する
ようになっているため、後期フラッシュ工程時の印加電
圧よりも降圧することは可能であるが、昇圧することは
できない。

【０００８】そのため、良好な溶接品質を得るには、前
期フラッシュ工程時には比較的高い溶接電圧を溶接電極
５ａ，５ｂに印加し、後期フラッシュ時には比較的低電
圧を印加し、さらに、アプセット時には、比較的高電圧
を印加してそのアプセット電流を高電流値に制御するこ
とが好ましいことが知られているが、従来の制御装置で
は、後期フラッシュ工程時の電源電圧を昇圧することが
できないことから、溶接品質を向上させることができな
いという問題がある。

【０００９】これを回避するために、後期フラッシュ工
程が終了した直後に、位相制御開閉器７をオフ状態と
し、位相制御開閉器６をオン状態として、再度比較的高
電圧を溶接トランス４の一次側に印加する方法が考えら
れるが、この場合、位相制御開閉器６及び７が同時にオ
ン状態となり、位相制御開閉器６，電源トランス２，位
相制御開閉器７からなる閉回路が形成されて短絡電流が
流れることを回避するために、まず位相制御開閉器７を
オフ状態とし、次に位相制御開閉器６をオン状態とし、
このとき、短絡電流からの設備保護のために、位相制御
開閉器７をオフ状態とした後、１〜数サイクル程度の無
通電時間が必要となる。

【００１０】そのため、溶接接合部の温度が低下し、気
泡や酸化物が残り溶接強さを低下させることになって、
溶接部が破断しやすくなり、各種連続処理ラインにおい
て処理効率の低下或いは操業安定化を低下させてしまう
という問題がある。

【００１１】そこで、本発明は上記従来の問題点に着目
してなされたものであり、アプセット工程への移行時に
無通電時間を設けることなく瞬時に比較的高電圧な電源
電圧を得て、接合部の溶接強さの高い溶接部を得ること
のできるフラッシュバック溶接機の制御装置を提供する
ことを目的としている。

【００１２】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明に係るフラッシュバット溶接機の制御装置
は、電源トランス及び溶接トランス間に介挿した電源ト
ランス制御手段により前記電源トランスの変圧比を制御
し、前記溶接トランスの二次側に接続されたフラッシュ
バット溶接機の溶接電極間に供給する溶接電力を制御す
るようにしたフラッシュバット溶接機の制御装置におい
て、前記電源トランス制御手段と前記溶接トランスとの
間に且つ前記電源トランス制御手段と直列に、前記溶接
トランスの変圧比を制御する溶接トランス制御手段を設
けたことを特徴としている。

【００１３】したがって、前期フラッシュ工程から後期
フラッシュ工程に移行するときに、前記電源トランス制
御手段により電源トランスの変圧比を降圧方向に制御す
ることによって、比較的低電圧が溶接トランスに印加さ
れ、後期フラッシュ工程からアプセット工程に移行する
ときに、溶接トランス制御手段により溶接トランスの変
圧比を昇圧方向に制御することによって、より高電圧が
溶接トランスに印加される。よって、後期フラッシュ工
程からアプセット工程への移行時には、電源トランス制
御手段の操作を伴うことなく溶接トランス制御手段のみ
の操作によって、溶接トランスの二次側電圧が後期フラ
ッシュ工程時の二次側電圧よりも昇圧され、また、溶接
トランス制御手段は前記電源トランス制御手段と直列に
設けられているために短絡電流が発生する可能性がない
から、溶接トランス制御手段の操作時に無通電時間を設
ける必要はなく、後期フラッシュ工程からアプセット工
程への移行が瞬時に行われる。

【００１４】

【発明の実施の形態】以下に、本発明の実施の形態を説
明する。図１は、本発明の実施の形態の一例を示したも
のであり、フラッシュバット溶接機の制御装置の概略構
成を示す回路図である。

【００１５】図中、１は交流電源、２は電源トランス、
３ａ，３ｂは接続線、４は溶接トランス、５ａ及び５ｂ
は溶接電極であって、これらの構成は前記従来例と同様
であるので、その詳細な説明は省略する。

【００１６】６は前期フラッシュ工程時の電流設定用の
位相制御開閉器、７は後期フラッシュ工程時の電流設定
用の位相制御開閉器であって、これら位相制御開閉器は
例えば２つのサイリスタから形成されている。そして、
上記従来例と同様に、位相制御開閉器６は電源トランス
２及び溶接トランス４間の接続線３ａに接続され、位相
制御開閉器７は、電源トランス２の二次側巻線上の降圧
基準位置２ａと溶接トランス４との間に、位相制御開閉
器６と並列に接続されている。

【００１７】そして、位相制御開閉器６及び７の並列回
路と溶接トランス４との間には、単巻トランス８が介挿
され、位相制御開閉器６と７との並列回路及び単巻トラ
ンス８間と、溶接トランス４の一次側巻線上の昇圧基準
位置４ａとの間に、単巻トランス８と並列に位相制御開
閉器９が接続されている。

【００１８】前記単巻トランス８は、アプセット工程時
に位相制御開閉器９に短絡電流が流れないように設けた
ものである。また、位相制御開閉器９は、アプセット工
程時の電流値を制御するためのものであって、前記位相
制御開閉器６及び７と同様に形成されている。

【００１９】なお、前記位相制御開閉器６及び７が電源
トランス制御手段に対応し、位相制御開閉器９が溶接ト
ランス制御手段に対応している。次に、上記実施の形態
の動作を説明する。

【００２０】溶接しようとする被溶接部材の一方に溶接
電極５ａを固定し、他方に溶接電極５ｂを固定する。こ
の状態で、被溶接部材の溶接端面間を互いに軽く接触さ
せながら位相制御開閉器６のサイリスタにゲート信号を
供給することによりオン状態に制御する。これによっ
て、電源トランス２，位相制御開閉器６，単巻トランス
８及び溶接トランス４からなる閉回路が形成され、この
閉回路によって調整された、比較的高電圧の溶接電圧Ｖ
_FBが溶接トランス４の二次側に誘起され、これが溶接電
極５ａ，５ｂを介して被溶接部材の溶接端面に印加され
て前期フラッシュ状態となる。

【００２１】このとき、被溶接部材の溶接端面間が軽く
接触状態であるので、導通状態にあり、そのときの通電
電力によるジュール熱によって溶接端面間が予熱され
る。そして、溶接端部間の予熱が完了して溶接端面間に
フラッシュ（電気火花）が発生する後期フラッシュ状態
となると、位相制御開閉器６をオフ状態とし、これに変
えて位相制御開閉器７をオン状態に制御する。これによ
り、電源トランス２，位相制御開閉器７，単巻トランス
８，溶接トランス４からなる閉回路が形成され、この閉
回路によって調整された溶接電圧Ｖ_FAが溶接トランス４
の二次側に誘起される。このとき、位相制御開閉器７は
電源トランス２の二次側巻線上の降圧基準位置２ａに接
続されているから、例えば電源トランス２の二次側巻線
数をｎ ₂ とすると、前期フラッシュ工程時の電源トラン
ス２の二次側巻線数ｎ_2Bは、ｎ _2B＝ｎ₂ となるが、後期
フラッシュ工程時の電源トランス２の二次側巻線数ｎ_2A
は、本来の巻線数ｎ₂ よりも小さい値となる。よって、
電源トランス２の二次側電圧が小さくなるから、前期フ
ラッシュ工程時の溶接電圧Ｖ_FBよりも低い、比較的低電
圧の溶接電圧Ｖ_FAが溶接トランス４の二次側に誘起され
ることになる。

【００２２】したがって、このとき、降圧基準位置２ａ
を後期フラッシュ工程時に必要とする溶接電圧Ｖ_FB′に
応じて設定しておけば、交流電源１の電源電圧が電源ト
ランス２、単巻トランス８及び溶接トランス４で調整さ
れて、溶接トランス４の二次側に所望の溶接電圧Ｖ_FB′
が誘起されることになる。

【００２３】そして、溶接電圧Ｖ_FBが溶接電極５ａ，５
ｂを介して被溶接部材の溶接端面に印加されると、この
場合、溶接電圧Ｖ_FBは比較的低電圧であることから、ア
ークを生じて溶融部分をフラッシュとして飛散させる期
間に比較して短絡している期間が多くなり、短絡時にお
けるジュール熱による溶接端面の加熱を良好に行うこと
ができると共に、フラッシュにより溶接端面に生じるク
レータを小さくすることができ、後続のアプセット時に
均一なアプセットを行うことが可能となる。

【００２４】そして、溶接端面が金属蒸気と溶融金属と
で覆われた状態となる適当な時刻に、被溶接部材の一方
に強圧力を加えて両被溶接部材の溶接端面間を圧接し、
これと同時にアプセット用の位相制御開閉器９をオン状
態に制御する。

【００２５】これによって、位相制御開閉器９がオン状
態となることから単巻トランス８側へ電流が流れにくく
なって、電源トランス２，位相制御開閉器７，位相制御
開閉器９，溶接トランス４からなる閉回路が形成され、
この閉回路によって調整された、溶接電圧Ｖ_APが溶接ト
ランス４の二次側に誘起される。このとき、位相制御開
閉器７はオン状態のままであるから、電源トランス２の
変圧比は後期フラッシュ工程時と同様であるが、位相制
御開閉器９は、溶接トランス４の一次側巻線上の昇圧基
準位置４ａに接続されているから、溶接トランス４の一
次側巻線数をｎ ₁ とすると、後期フラッシュ工程時の溶
接トランス４の一次側巻線数ｎ_1Fは、ｎ _1F＝ｎ₁ となる
が、アプセット工程時の溶接トランス４の一次側巻線数
ｎ_1AP は、本来の巻線数ｎ₁ よりも小さい値となる。よ
って、溶接トランス４の変圧比は後期フラッシュ工程時
の変圧比よりも大きくなって昇圧するから、後期フラッ
シュ工程時の溶接電圧Ｖ_FAよりも高い比較的高電圧の溶
接電圧Ｖ_APが溶接トランス４の二次側に誘起される。

【００２６】したがって、このとき、昇圧基準位置４ａ
をアプセット工程時に必要とする溶接電圧Ｖ_AP′に応じ
て設定しておけば、交流電源１の電源電圧が主に電源ト
ランス２、溶接トランス４で調整されて、溶接トランス
４の二次側に所望の溶接電圧Ｖ_AP′が誘起されることに
なる。

【００２７】このとき、後期フラッシュ工程からアプセ
ット工程への移行は、オフ状態の位相制御開閉器９をオ
ン状態に制御するだけでよく、また、位相制御開閉器９
は他の位相制御開閉器６及び７と直列に接続されている
から、位相制御開閉器９のオンオフ制御は、他の位相制
御開閉器６及び７のオンオフ状態に関わらず行うことが
できる。よって、無通電時間が設ける必要はなく溶接電
圧を瞬時に昇圧することができる。

【００２８】これによって、後期フラッシュ工程終了
後、瞬時に溶接トランス４の二次側に高電圧の溶接電圧
Ｖ_APが誘起され、溶接端面間が瞬時に溶融状態となり、
この溶融金属が圧接時の強圧力によって溶接面から押し
出され清浄な溶接部が得られる。

【００２９】したがって、後期フラッシュ工程からアプ
セット工程へ移行する際に、無通電時間を設ける必要が
なく瞬時に移行することができるから、溶接接合部に気
泡等が生じたり、酸化物が残ったりすることはなく、溶
接強度の高い高品質な溶接接合部を得ることができる。
よって、各種連続連続処理ラインにおいて、鋼板の溶接
部での破断が防止されるから、処理効率を向上させるこ
とができると共に、操業安定性の向上を図ることができ
る。

【００３０】また、溶接強度を向上させることができる
から、断面積の大きい被溶接部材についても、溶接強度
を定常的に向上させることができ、溶接材品質向上を図
ることができる。

【００３１】また、溶接トランス４と並列に単巻トラン
ス８を設けているから、位相制御開閉器９をオン状態と
した場合でも、位相制御開閉器９に短絡電流が流れるこ
とを確実に回避することができる。

【００３２】なお、上記実施の形態では、位相制御開閉
器としてサイリスタを使用した場合について説明した
が、これに限定されるものではなく、他のイグナイトロ
ン等の電力制御素子を適用することも可能である。

【００３３】また、上記実施の形態では、位相制御開閉
器をオンオフ制御する場合について説明したが、例えば
点弧角制御を行うことによって、より高精度に電圧制御
を行うことができ、溶接部の品質をより高めることがで
きる。

【００３４】さらに、上記実施の形態では、位相制御開
閉器７及び９を電源トランス２及び溶接トランス４に直
接接続した場合について説明したが、これに限らず、例
えば、タップチェンジャ等を設けて、後期フラッシュ工
程時の溶接電圧及びアプセット工程時の溶接電圧に応じ
てタップ位置を変更する等によって、被溶接部材に応じ
て選択可能にすることが可能であることはいうまでもな
い。

【００３５】

【実施例】以下に、上記発明の実施例を説明する。厚さ
４．５〔ｍｍ〕，幅１５００〔ｍｍ〕の４５Ｋ鋼冷延鋼
板用母材を被溶接部材とし、図１に示すフラッシュバッ
ト溶接機の制御装置を用いて溶接した。そして、図１の
制御装置により溶接した溶接部材と、従来のフラッシュ
バット溶接機の制御装置を用いて溶接した溶接部材とに
ついて、それぞれ溶接部が破断に至るまでの繰り返し曲
げ回数を測定した。

【００３６】なお、従来の制御装置では、溶接トランス
４の二次側無負荷時の電圧を前期フラッシュ工程時に
は、１７．９〔Ｖ〕で８秒間，後期フラッシュ工程時に
は、１０．２〔Ｖ〕で８秒間，アプセット工程時には、
引き続き１０．２〔Ｖ〕で１秒間，それぞれ通電した
（図２（ａ））。また、本発明の制御装置では、前期フ
ラッシュ工程時には、１７．９〔Ｖ〕で８秒間，後期フ
ラッシュ工程時には、１０．２〔Ｖ〕で８秒間，アプセ
ット工程時には、１７．９〔Ｖ〕で１秒間，それぞれ通
電した（図２（ｂ））。

【００３７】なお、各トランスは、一次側巻線数を
ｎ₁ ，二次側巻線数をｎ₂ とすると、電源トランス２の
巻線数比は、ｎ₁ ：ｎ₂ ＝６．６：１，定格出力は１５
００〔ｋＶＡ〕、溶接トランス４の巻線数比は、ｎ₁ ：
ｎ₂ ＝２８：１，定格出力は２５０〔ｋＶＡ〕×４、単
巻トランスの定格出力は５００〔ｋＶＡ〕とした。

【００３８】その結果、図３に示すように、従来の制御
装置による溶接部材は、２回から８回程度で破断し平均
５回程度で破断していたのが、本発明の制御装置によれ
ば、１２回から３０回程度で破断し平均２４回程度で破
断した。よって、溶接部材の接合部の溶接強度が大きく
向上したことが確認された。

【００３９】

【発明の効果】以上説明したように、本発明に係るフラ
ッシュバック溶接機の制御装置は、電源トランスの変圧
比を制御する電源トランス制御手段と直列に溶接トラン
スの変圧比を制御する溶接トランス制御手段を設けたか
ら、後期フラッシュ工程からアプセット工程への移行時
には、電源トランス制御手段の操作を伴うことなく溶接
トランス制御手段のみの操作によって、溶接トランスの
二次側電圧を後期フラッシュ工程時の二次側電圧よりも
昇圧することができ、また溶接トランス制御手段の操作
は電源トランス制御手段の操作状態に関わらず行うこと
ができるから、無通電時間を設けることなく瞬時に昇圧
することができ、アプセット工程への移行時の溶接温度
低下を防止し溶接強度の高い高品質な溶接部材を得るこ
とができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明におけるフラッシュバック溶接機の制御
装置の一例を示す回路図である。

【図２】従来の制御装置による接合部材と本発明の制御
装置による接合部材の破断に至るまでの繰り返し曲げ回
数を測定したものである。

【図３】図２の繰り返し曲げ回数を測定したときの溶接
電圧の変化状況を表す説明図である。

【図４】従来のフラッシュバック溶接機の制御装置の一
例を示す回路図である。

【図５】従来のフラッシュバック溶接機の制御装置にお
ける溶接電圧制御方法の説明に供する説明図である。

【符号の説明】

１ 交流電源 ２ 電源トランス ４ 溶接トランス ５ａ，５ｂ 溶接電極 ６ 前期フラッシュ用の位相制御開閉器 ７ 後期フラッシュ用の位相制御開閉器 ８ 単巻トランス ９ アプセット用の位相制御開閉器

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 電源トランス及び溶接トランス間に介挿
   した電源トランス制御手段により前記電源トランスの変
   圧比を制御し、前記溶接トランスの二次側に接続された
   フラッシュバット溶接機の溶接電極間に供給する溶接電
   力を制御するようにしたフラッシュバット溶接機の制御
   装置において、前記電源トランス制御手段と前記溶接ト
   ランスとの間に且つ前記電源トランス制御手段と直列
   に、前記溶接トランスの変圧比を制御する溶接トランス
   制御手段を設けたことを特徴とするフラッシュバット溶
   接機の制御装置。