JPS58956B2 - 高周波誘導加熱溶接装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は溶接電流一定制御を行なう高周波誘導加熱溶接
装置に関する。

高周波電縫管溶接、特に第１図に示すようにスクイズロ
ーラー前段部に配設したワークコイル２から電磁誘導又
は直接接点による通電によってＶシーム部３に高周波電
流を流すことで溶接する高周波Ｖシーム溶接において、
従来の入熱制御には溶接部継目に“むら”が生じさせな
いだめに第２図又は第３図の如き制御回路により溶接電
流一定制御が行なわれていた。

第２図は従来の溶接電流一定制御を行なう高周波誘導加
熱装置の一例を示し、同図においてワークコイル１５（
第１図のワークコイル２に相当する）への高周波電流供
給源は、交流を電圧制御しだ直流に変換する交流制御部
１１と、この直流を平滑する高圧直流部１２と、高圧直
流部１２の出力である高圧直流を電源として自励発振す
る発振部１３と、この発振部１３の高圧交流電流とワー
クコイル１５との共振整容をとる共振回路部１４と、溶
接負荷変化に基づく高周波電流検出値ｉｒとその設定値
ｉｓとの偏差出力Δｉを送出するつき合せ回路１６と、
つき合せ回路１６の偏差出力Δｉを入力し、対応した電
圧Δｅｉ（＝Ｆ３（Δｉ））を発生させる関数発生器１
７と、板厚ｔの設定値ｔｓとその検出値ｔｒとの偏差Δ
ｔに相当する電圧Δｅｔ（＝Ｆ１（Δ１））と、被溶接
物である管材料送り速度Ｖの設定値ｖ３と検出値ｖｒと
の偏差ΔＶに相当する電圧Δｅｖ（＝Ｆ２（Δｖ））と
、溶接温度θの設定値θｓと検出値θ１の偏差Δθに相
当する電圧Δｅθ（＝Ｆ４（Δθ））との合計ΣΔｅ（
＝Δｅｔ＋Δｅｖ＋Δｅθ）をとる加算回路１８と、発
振部１３の出力電圧（検出値）ｅｒとその設定値ｅ８と
関数発生器１７の出力Δｅｉと加算回路１８の出力ΣΔ
ｅとをつき合せ、その偏差出力にもとづいて交流制御部
１１を制御するつき合せ回路１９とから構成される。

ここで、設定値である高周波電圧ｅｓ、電流ｉｓ、板厚
ｔ８、送り速度ｖ８、溶接温度θ８は被溶接物である管
材料、板厚、送り速度等から適当に定められる入熱量に
応じて設定されるものであり、検出値である高周波電圧
ｅｒ、電流ｉｒ、板厚ｔｒ、送り速度ｖｒ、溶接温度θ
ｒは溶接部又は電源部に設ける検出器により検出される
ものである。

さらに溶接負荷変化の検出は、給電部から電流収束点の
近傍に検出コイルを配置し、電磁誘導結合により電流脈
動を検出するもので、“むら”発生を招＜ ０．０５秒
〜１秒周期の電流脈動を検出して、発振部１３の出力電
圧のフィードバック量ｅｒに加え、溶接電流が一定に近
くなるように発振部１３の出力電圧を制御する。

この溶接電流変化には電源変動、発振部真空管劣化、イ
ンピーダコア微少劣化の変化による変動力も含まれ、こ
れら要素も加味した電流一定制御になる。

また管材料送り速度Ｖとその電圧設定値ｅｓの関数関係
は、溶接部の熱放散が送り速度の関数になることから ここでＫｖ：定数 の範囲、もしくはその近似式になる関数発生とする。

また、板継によるステップ状の板厚変化には、溶接部よ
りも前段に設けた板厚検出器で検出し、溶接部−検出部
間距離と送り速度から板継部が溶接部に達する時間を予
測演算し、この時間遅れを加味した上で板厚偏差分を補
正している。

しかしながら第２図の如く構成すると次のような問題を
有する。

（１）発振部１３の出力電圧は直接負荷インピーダンス
の変化の影響を受けるため、この発振部１３の出力電圧
を制御することは製品の品質を一定にする上からは好ま
しいが、装置としては高圧直流部１２の電圧が過電圧と
なることが多く好ましくない。

（２）溶接電流を一定とすべく、交流制御部１１を制御
するが、この場合も上記同様製品の品質上からは好まし
いが、装置としては高圧直流部１２の電圧を過電圧とす
ることが多く好ましくない。

以上の問題点を解決するだめに高圧直流部１２に過電圧
継電器を設けることも考えられるが、この場合装置を保
護する目的は達せられるが、過電圧継電器が動作する度
に操業停止となり、歩留が大巾に底下する。

そこで、第３図は、第１図の高圧直流部１２に過電圧継
電器を設ける代りに高圧直流部１２の出力電圧の検出回
路に不感帯回路２０を設け、常時は溶接電流一定制御を
行ない、高圧直流部１２の出力電圧ｅｄが装置保護上必
要な上限電圧に近くなると急激に出力電圧を抑えるよう
にしだものであるが、不感帯回路２０の不感帯の範囲内
で溶接電流一定制御をするときは、電圧マイナーループ
が無いと同様の状態となるため応答速度が遅くなり、溶
接電流一定制御の効果が減殺される。

さらに第２図、第３図について言えることであるが、溶
接電流検出器は加熱部に接近した箇所に設けられるだめ
溶接部の熱により加熱され、又冷却水をあびる等きわめ
て環境の悪い所に設けられるため故障する可能性が高く
、その場合発振部１３の出力電圧制御が主体となるから
、第２図の場合にはこの発振部１３の出力電圧は前述し
たと同様に直接負荷インピーダンスの変化の影響を受け
るだめ、装置としては高圧直流都電圧が過電圧となるこ
とが多く好ましくない。

また第３図のように不感帯回路２０を用いた場合には、
不感帯の中白では発振部１３の出力電圧、溶接部電流芸
無制御の状態となり製品品質の低下をきたす。

本発明は以上述べた従来の問題点を除去しようとするも
ので、交流制御部を介して高圧直流部出力電圧を制御す
ることによる溶接電流の制御を基本とし、その上にその
上下限を所定値に制限した補正溶接電流を重畳して溶接
部電流を一定に制御することを特徴とする高周波誘導加
熱溶接装置を提供しようとするもので、以下実施例を用
いて説明する。

第４図は本発明による溶接電流一定制御を行なう高周波
誘導加熱溶接装置の一実施例を示し、第２図、第３図と
同じものあるいは同じ機能を有するものには同符号を用
いている。

第４図において、２１は高圧直流部１２の出力電圧の設
定器、２２は設定器２１の出力電圧ｅ８と前記加算回路
１８の出力（ΣΔｅ）と高圧直流部１２の出力とをつき
合せるつき合せ回路、２３はつき合せ回路２２の偏差出
力を電圧増幅する電圧制御増幅器であって、これらの加
算回路１８と設定器２１とつき合せ回路２２と電圧制御
増幅器２３は溶接電流を制御するだめの高圧直流部出力
電圧制御回路２４を構成する。

２５は設定器２１の出力を上限とする溶接電流の設定器
、２６は溶接負荷変化に基づく高周波電流と設定器２５
の出力ｅｉとをつき合せて偏差出力を送出するつき合せ
回路、２７はつき合せ回路２６の出力を電流増幅する上
下限リミッタ付電流制御増幅器、２８はこの電流制御増
幅器２７の出力として得られる溶接電流の補正信号を前
記電圧制御増幅器２３の出力に加え合せる加え合せ回路
であり、この加え合せ回路２８の出力を交流匍脚部１１
に供給して交流制御部１１を制御し、これにより溶接部
の電流脈動を含む状態変化によって変動する溶接電流を
補正して溶接部電流を一定に制御する。

なお、この場合、第４図の設定については被溶接物（第
１図に示す管材料）の材質、板厚、形状、溶接（送り）
速度等から必要な溶接電流がわかり、それに対応する高
圧直流部１２の電圧がわかるから、ｅ８を設定すること
ができ、又経験的にその場合の所要補正溶接電流の状態
が推定できるから、設定器２５の設定出力ｅｉ、電圧制
御増幅器２３や電流制御増幅器２７のアンプゲイン、電
流制御増幅器２７のリミッタの設定がでとる。

これらの、設定は、ｅｓとの割合が掴めるため、溶接条
件が大巾に変らぬ限り一度設定すればよく、ｅｉはｅ８
の設定値に応じて変るように構成されている。

上述した本発明を用いれば次のような種々の効果を奏す
る。

（１）高圧直流部出力電圧を制御することによって溶接
電流の制御を行なう方法は、従来高周波誘導加熱溶接装
置に一般に用いられてきた公知の安定した技術であり、
製品の品質上からすれば、溶接電流の変化により近い変
化をする全振部出力電圧を制御するものに劣るが、装置
としては高圧直流都電圧を過電圧とすることがなく、従
来の問題点が解決される。

（２）高圧直流部出力電圧の制御を基本とし、溶接部電
流脈動を含む状態変化による溶接電流の変動を補正する
制御系を別個に設けており、増幅器（第４図の電圧制御
増幅器２３、電流制御増幅器２７が相当する）の利得調
整、リミッタ付増幅器（第４図では電流制御増幅器２７
が相当する）の上下限リミッタの調整ができるから、溶
接電流を一定とすべく、交流制御部を制御することがで
き、装置としては高圧直流都電圧を過電圧とすることが
なく好ましい。

また同様に溶接電流の電流偏差が極度に大きくなった場
合には、前記リミッタ付増幅器のリミッタによって制限
されるから、従来の如く高圧直流部に過電圧保護のため
の過電圧継電器を設ける必要がなくなり、まだ高圧直流
部出力電圧の検出回路に不感帯回路を設ける等の必要も
なくなる。

このため従来、過電圧継電器や不感帯回路を設けたこと
による問題点が除去される。

（３）溶接電流補正制御系のリミッタ付増幅器の上下限
リミッタの範囲内では前記（２）項に記したような過電
圧抑制に対する配慮は不要となり、連応性をもった制御
系とすることができる。

（４）溶接電流検出器が破損した場合、従来高圧直流部
出力電圧の検出回路に不感帯回路を用いた場合には不感
帯の中白では全振部出力電圧、溶接電流補正制御系 を来だしていた。

これに対し本発明では溶接電流検出器が破損した場合、
このように無制御となることはなく、また電流補正制御
系の出力はリミッタ付増幅器のリミッタによって制限さ
れ、溶接装置としては高圧直流部の出力電圧が制御され
、現在一般に使用されている高周波誘導加熱溶接装置で
溶接されている製品と同等の品質を確保することができ
、また前記リミッタが利いて高圧直流部が過電圧となる
ことはない。

【図面の簡単な説明】

第１図は電縫管溶接の溶接部を示す図、第２図および第
３図は夫々従来の高周波誘導加熱溶接装置の各側を示す
ブロック図、第４図は本発明による高周波誘導加熱溶接
装置の一実施例を示すブロック図であって、１１は交流
制御部、１２は高圧直流部、１３は発振部、１４は共振
回路部、１５はワークコイル、２１は高圧直流部の出力
電圧の設定器、２２，２６はつき合せ回路、２３は電圧
制御増幅器、２４は高圧直流部出力電圧制御回路、２５
は溶接電流の設定器、２７は上下限リミッタ付電流制御
増幅器、２８は加え合せ回路を示す。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 交流を電圧制御した直流に交換する交流制御部と、
   この交流制御部の直流出力を平滑する高圧直流部と、こ
   の高圧直流部の高圧直流出力を電源として自励発振する
   発振部と、この発振部の高圧交流電流と溶接負荷に高周
   波溶接電流を供給するワークコイルとの共振整合をとる
   共振回路部とを有し、溶接電流一定制御を行なう高周波
   誘導加熱溶接装置において、所定の溶接電流を与えるだ
   めの高圧直流部の出力電圧設定器と、この高圧直流部の
   出力電圧設定器からの設定信号と前記高圧直流部の出力
   電圧検出信号と溶接部材の板厚、送り速度、溶接部温度
   についての各設定値と各検出値との偏差信号とをつき合
   せる第１のつき合せ回路と、この第１のつき合せ回路か
   らの偏差出力信号を入力とする増幅器と、前記高圧直流
   部の出力電圧設定器からの設定信号を上限とする溶接電
   流設定器と、この溶接電流設定器からの設定信号と溶接
   電流の検出信号とをつき合せる第２のつき合せ回路と、
   この第２のつき合せ回路からの偏差信号を入力とし、溶
   接電流値の上限および下限を所要値に制限するためのリ
   ミッタ付増幅器と、とのリミッタ付増幅器出力と前記増
   幅器出力とを加え合せ、その加え合せて得られる出力に
   もとづいて前記交流制御部を制御する加え合せ回路とを
   備えたことを特徴とする高周波誘導加熱溶接装置。