JPS5924585A - 高周波電縫溶接部の電力測定方法および装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は高周波電縫抵抗溶接における溶接部に与えられ
る電力の瞬時値を測定する方法および装置に関する。

高周波電縫溶接法は高速溶接がｎ」能であるなどの利点
から電縫管のシーム溶接などに利用さｉＬでいる。この
場合、溶接部に与えら１１−る電力を一定にする必要が
あるがこれまでは、おもにオペレーターが溶接部の溶鋼
の目視観察やスクイズロール後でのＶシェープエツジの
排出ビードの測温などによシ手動で人力をＷ１■整して
いた。この方法では、操作する人によって溶鋼の色の見
方や、板厚あるいは造管速度などの変化による溶鋼の表
面温度や色の変動に対する応答性に個人差や限界があシ
、しばしば冷接もしくはベネトレーターと称する溶接欠
陥の発生ずることがあった。また、発振器のプレート７
１を圧、電流、グリッド電流を制御信号として自動制御
する方法が提案さｉｌているが、発振器伝送回路１．パ
イプ内の熱損失があり、精度が悪く、実用的ではない。

このような背ｔｉｔから０発明者らは高周波電流・電圧
などを測定することによって自動制御する方法を先に提
出（−た。この方法において、電力は高周波発振回路の
変流器（以下ＣＴと称する）の−次側電流と二次側電圧
から口１算しているが、この際に必要な力率に相当する
比例定数は各リーイズの被溶接鋼管に対してあらかじめ
シンクロスコープなどから測定して求めておいた平均値
を用いていた。しかし、造′Ｕ中に管の板厚、■シェー
プ形状の変化等により、比例定数が変動するためＶこ泪
７’−４して求めた電力は実際溶接部に力えらｆｌ−で
いるｉＨ力の瞬時値と異なることが判明した。

高周波抵抗溶接法における高周波発振、負荷回路を第１
図に示す。第１図の（ａ）　ｉｊ　Ｖシュー１部お上び
管周技部を含む発振、負イＷｉ回路、同図（ｂｌはＶシ
ュー１部および管周技部を合成した発振、負荷回路、同
図（ｃｌは■シェーブ部、管周長部およびＣＴを合成し
た発振、負荷回路である。

ここで、 Ｌｏ＋ｒｏ　；伝送回路自己インダクタンス、抵抗。

Ｌ＋、ｒ＋　；　ＣＴ−次側自己インダクタンス、抵抗
。

Ｌｚ、ｒｚ　：　ＣＴ二次側自己インダクタンス、抵抗
、ＬＳＨ’ｒＮ　；　バイブ部総合自己インダクタンス
、抵抗、 Ｌ４．ｒ４　；”　Ｖシェーブ部自己インダクタンス、
抵抗、 Ｌｓ＋ｒｓ　：　バイブ周長部自己インダクタンス、抵
抗、 Ｉ＋；ＣＴ−次側電流、 Ｉ２；ＣＴ二次側電流、 荀＋　；　Ｃ’Ｉ’−次側電圧、 Ｅｙ；ＣＴ二次側電圧、 Ｍ；相互インダクタンス、 Ｌ；総合自己インダクタンス（＝Ｌｔ＋Ｌｏ　−Ｌ’ｓ
）、■ζ：総合抵抗（＝ｒ＋　＋　ｒｏ　＋　ｒ＋ｓ　
）。

測定器（ＬＣＲメータ）で第１図の回路定数を測定する
と、ｒｓ）ｒｚ　、ωＬｓ　））　ｒｓ　　であること
が認められる。この関係を用いると、■シェープ部に流
れる電流Ｉ４とＣＴ−次側電流１１の間には式（１）が
成立つ、 また、■シュー１部の電圧、電流ＩＥ２’　Ｈ１４間の
位相差をθとすると、力率ｃｏｓθは式（２）で表わさ
れる。

したがって、■シ二−ブ（ｃｌ−に供給さ）］、る電力
Ｐは式（３）で表わさｔする。

・・・・・・・・・（３） これまでは％Ｖシェープ部に供給される電力は、ＣＴ−
次側の電流Ｉ＋と、ＣＴ二次側の電圧Ｅ２の測定値と前
もって求めておいた比例定数αの平均値とからｎＩｎし
ていた。しかし、とのαは造管中一定ではなく、電カ一
定にするための自動制御が必ずしもう寸く行わｉ％ない
ことがわかった。

本発明は、上述した背景に鑑みてなさｉまたものテアっ
て、シンクロスコープ、イメージ七ンーν一カメラおよ
び高周波電流計、電圧ｎ１を組み合せて用い、造管中即
ち高周波電縫溶接中に卦ける比例定数を算出し、こね、
によって溶接部にＪジえらｉする電力の瞬時値を溶液中
連続的に求める方法および装置眞を提供することを目的
とする。

本発明の要旨は、高周波発振恒ｉ路のＣＴ−次側の電圧
ｓ　′ｔ１１流をシンノロスコープに人力し、このシン
クロスコープに描かれたり−リ”−シュ波形がＹ軸によ
って切らＪＬる電圧値２Ｖ＋をイメージセフ　サカメラ
と演算回路とによって求めるとともに電圧言１によって
一次側電圧の波高値Ｅ、を求め、とｉｔらの電圧Ｖ＋　
、　Ｅ＋を演り回路に入力してψ＝　５ｉｎ−’（ＶＥ
＋）から−次（ＩＩ＋電圧、電流間の位相差ψを釣出し
、さらに、−次側電流ＩＩ、二次側電圧＆　、角周波数
ωを測定して演η−回路に入力し、後述する弐〇（塾ま
たは式（１υにしたがって溶接部１シ１時電力Ｐを求め
るものである。

以下、本発明を、図面を参照して具体的に説、明する。

式（３）の比例定数αを構成［２ているＭ　、Ｌｓ　、
　ｒｓ　。

Ｌ２は造管中はとんど変化しないことがわかっている。

したがって、ω、　Ｌ３　、　Ｉ’ｓを造管中に測定す
ればよいことがわかる。

第１図ニオイて、ｒ、）’）　ｒ２．ωＬｓ　＞＞　ｒ
　３とすると、Ｌ１２は式（４）で表わされる。

したがって、発振周波数ｆは式（５）で表わさ７’する
。

式（５）から発振周波数ｆを測定することに正って角周
波数ωは２πｆから、またＬｓは式（５）からｎ目りし
て求められる。なお、Ｌｘは第１図の丘１と１＋の間に
式（６）が成立つことから国司と（１１（を測定するこ
とによっても求めら７１．る。

一方、島とｉ、の間の位相差をψとすると力率ｃｏｓψ
は式（７）　、　（８）で表わされる。

２ｒｇ １〜たがってｒ３は、式（８）からｅ０３　ψ、ＩＩ　
ＨＩ！＋１を測定することによって求められる。ところ
で高周波高電流・１１ε圧間の位相差を測定する技術が
これまで皆無であり、瞬時１シ１時のｒ、を求めること
が不可能であった。本発明ではシンクロスコープ、イメ
ージセンサカメラ、高周波高電流１の出力を用イ”’Ｃ
Ｅ＋と１１間の位相差ψを求めることができる。すなわ
ち１位相差ψの測定方法は、第２図、第３図に示すよう
に、シンクロスコープ１の縦軸に仏を、横軸にＩ＋を人
力してリザージュ波形６を描かせる一方、イメージセン
サカメラ２の走査線がシンクロスコープのＹ’−Ｙ軸に
一致するように配置する。

イメージセンサカメラによって２つの１１−１のある波
形５がイｌらノするが、この波形を演′３つ、’　ｌｉ
」回路７に入ノＪしてここでリザージュ波形がＹ　１ｌ
Ｑｌ＋によって切らｔ上る部分ＡＢの電圧２Ｖ＋を演算
して求める。丑た、高周波電圧ｉ１３によって電圧Ｅ＋
を求める。こｉｔらの電圧Ｖｌ　ｙ　ｌｂ＋を演算回路
４に入力［７て式（９）にしたがって位相差ψを求める
。

一１■１ ψ−８ｉｎ（−）　　　・・・・・・・・・（９）１ ■シェープ部に供給さｉｌ、る電力は、式（３）、　（
（ｉ）　。

（８）から式θ・０またけ（１■）で表わさノ１．る。

・・・・・−・・・・・・（Ｍ） ・・・・・・・・・Ｏｔ） 上式でω！　Ｊ、Ｉ　ＨＩＩ　）　００８ψ、止２以外
の変数は造管中はとんど一定であり、造管前に適正な値
を演３９４装置に入力しておけばよい。

次に第４図を参照して溶接部に力えられる電力の瞬時値
を測定する装置およびその動作を説明する。

高周波発振器１４とＣＴ９を結合する高周波伝送水冷パ
イプ１７の片方に挿入した電流検出器８の出力ｉ菅とＣ
’１”　９の一次側電圧Ｅ＋とをシンクロスコープｌに
入力する。シンクロスコープエのブラウン管面」二に描
かれたりサージュ波形がＹ軸によって切られる部分のＴ
ｌｊ圧２Ｖ＋をイメージセンサカメラ２とリサージュ波
形電圧波＄１［回路７でもとめる。一方、ＣＴ９の一次
側電正モを電圧Ｎ１３で測定する。これら演算回路７、
電圧計３の出力全位相差・１υ、力演獅回路４に入力し
て式い＋）　、　（１１）のψを求める。電流検出器８
の出力α■、を電流演算器１１に入力して電流Ｉ＋を求
める。−まだ、Ｃ’ｌ”、９の二次側電圧計を電圧側１
０で測定する。さらに、溶接部近傍に配置したサーチコ
イル１５の出力を周波数演算回路１６に入力して角周波
数ωを測定する。

以上によって求めたｌ１ｉｌ　ＨＩＩ　Ｈ止２　Ｈωを
位相差・電力演算回路４に入力して式（Ｍ）　、（１１
）に従って■シュー１部に供給さＪｌ、る電力Ｐを泪算
して求める。このようにして求めた電力Ｐは自動溶接制
御回路１３へ入力し、この電力Ｐが一定になるように高
周波入力電流を制御する。

本発明によれば、溶接部に乃えらノ１．る電力をオンラ
インで測定できるので、ｌδ接接電電力より正確に把握
でき、これによって自動電力制御も適切に行うことがで
き、溶接欠陥の発生がほとんどなくなった。なお、本発
明は電縫鋼管の製造分野だけでなく、銅板、形鋼などに
おける高周波抵抗溶接にも適用が可能である。

【図面の簡単な説明】

第１図は高周波抵抗溶接における発振、負荷回路を示し
た図、第２図はＣＴ−次側電圧、電流間の位相差測定回
路を示した図、第３図は本発明に係るシンクロスコープ
に描かれるリサージュ波形を示した図、第４図は本発明
に係る溶接部電力測定装置の回路図である。 １・・・シンクロスコープ、２・・・イメージセンサカ
メラ、　　　　　　　　　３・・・−次側１［１，圧側
、４・・・位相差・’ｉ［を力演算回路、５・・・イメ
ージセンサカメラの出力波形信号、６・・・リサージュ
波形、 ７・・・リサージュ波形電圧演算回路、８・・・電流検
出器、 ９・・・高周波発振回路の変流器ＣＴ。 １０・・・二次側電圧計、　　１１・・・電流演算器、
１３・・・自動溶接制御回路、 １４・・・高周波発振器、　　１５・・・サーチコイル
。 １６・・・周波数演算回路（周波数ＭＮ）。 代理人　弁理士　染　川　利　吉 第２図 第４図

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）、高周波発振回路の変流器−次側の電圧Ｅ＋。 電流Ｉ＋ｆ測足するとともに該−次＋１１１１の電圧１
   弓１．電流Ｌ　ヲシンクロスコープに入力し、そのリサ
   ージュ波形がＹ　Ｎ１１１によって切らす）、る部分の
   電圧２Ｖｌをどして求め、さらに前記発振回路の二次側
   電圧上〕２および角周波数ωを測定して溶接部に−Ｉう
   えられる電力Ｐを。 から求めることを１１“￥徴とする高周波電縫溶接部の
   電力測定方法。 ただし、 Ｌｏｌｒｏ　；伝送回路自己インダクタンス、抵抗。 Ｌ＋、ｒ＋　：　高周波発振回路の変ｂＩＬ器−次側自
   己インダクタンス、抵抗、 Ｌｔ；ｒ２：　高周波発振回路の変流器二次側自己イン
   ダクタンス、抵抗、 ＬｓＨｒｓ　：被溶接管総合自己インダクタンス、抵抗
   、 Ｌ４．ｒ４：　Ｖシュー１部自己インダクタンス、抵抗
   、 Ｌｓ、ｒｓ　；管局長部自己インダクタンス、抵抗、Ｍ
   ；相互インダクタンス、 Ｃ；発振回路キャパシタンス。
2. （２）、高周波発振回路の変流器−次側に接続さ！した
   一次側電流計および一次側電流計と、前記発振回路の一
   次側電流計、および一次（ｉｌｌ電圧Ｅ＋を人力してリ
   サージュ波形を描くシンクロスコープト、前記シンクロ
   スコープのりザージュ波形を走査するイメージセンサカ
   メラと、前ｉ己イメージーヒンザカメシから出力さｉｌ
   、た波形信号を人力して前記リーリ。 −シュ波形がＹ軸によって切ら１するｆ＜ｊｌ、分の電
   圧２Ｖ＋を算出するりサージュ波形１シｉ　Ｉ上演γ１
   回路と、前記発振回路の二次側電圧Ｅ２を測定する電圧
   計と、角周波数ωを測定する周波数目と、溶接中に前記
   Ｖ＋、Ｅ＋　、　Ｉ＋　、Ｅ２　、　Ｃａｔ入力り、テ
   溶ＪＩ部に与エラｎる電力を算出する電力演算回路とを
   有することを特徴とする高周波電縫溶接部の電力測定装
   置。