JPH01245973A - 揺動回転アーク溶接法 - 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】 ［産業上の利用分野］ この発明は、回転アーク溶接に揺動を採用した揺動回転
アーク溶接法、特に開先幅の変動に対して適正な溶け込
み幅が得られるように揺動幅を可変制御するとともに、
開先幅の変動に対して溶着量を補償し、ビード高さを一
定にするための溶接速度の可変制御に関するものである
。

［従来の技術］ 溶接ワイヤを回転軸芯まわりに高速回転することにより
、アークを回転させる高速回転アーク溶接法によれば、
アークの物理的効果が周辺に分散され、溶造の周辺分散
、扁平ビード（わん曲ビード）の形成あるいは回転遠心
力によるワイヤ溶融速度の向上などの利点が得られ、特
に厚板の狭開先溶接に用いられて大きな効果を発揮する
。

また、この種の高速回転アーク溶接法は、開先幅が変化
するとアーク電圧Ｅ′や溶接電流■が変化するという性
質を有している。

以下、この電圧Ｅや溶接電流■の変化特性について説明
する。

第９図は高速回転アーク溶接を行なうときの回転アーク
トーチ３先端と開先２の側面図であり、図において溶接
方向は紙面と垂直で紙面裏面から表面に向う方向であっ
て、℃１はアーク長、Ｃｆ　、Ｒ，Ｌは回転していると
きのワイヤ５の位置を示し、Ｃｆは溶接方向前方のワイ
ヤ５の位置、Ｒは溶接方向に向って時計方向に９０度右
側、Ｌは溶接方向に向って反時計方向に左側のワイヤ５
の位置を示す。また、ＣＷはワイヤ５の回転方向を示す
。

第１Ｏ図は第９図の示した溶接部を回転軸芯Ｏ方向から
見た図であり、Ｃｒは溶接方向Ｚに対して後方のワイヤ
５の位置、φは溶接方向Ｚに対するワイヤ５の回転角、
θはワイヤ５の位置が開先の中心線ＷＣと一致したとき
の回転角を示す。

第９図、第１０図に示すようにワイヤ５が、ワイヤ送給
速度を一定のもとで回転軸芯０を中心にして回転すると
、回転時のワイヤ５の位置によりワイヤ５と開先壁間の
距離δが異なり、アーク長ＩＬ、が変化する。アーク長
１．が変化すると負荷特性が変化して溶接電流Ｉや電極
１と開先間の電圧Ｅ（以下、アーク電圧という。）も変
化する。

この溶接電流１１アーク電圧Ｅの変化はワイヤ５の位置
に対応して正弦波を基準とした変化を示す。何故ならば
、ワイヤ５が回転するとワイヤ５の位置に応じて距離δ
は正弦波を基準として変化するからである。

なお、この関係は消耗電極のみならず、非消耗電極でも
成立する。また、この関係は溶接対象の開先形状がＶ字
開先でもナローギャップ開先でも成立する。

第１１図（ａ）　、　（ｂ）は回転するワイヤ５、即ち
アークの位置に対応して変化するアーク電圧Ｅおよび溶
接電流Ｉの波形を示す。図において（ａ）はアーク電圧
Ｅの波形、（ｂ）は溶接電流！の波形であり、それぞれ
の波形は上下逆転した形状となる。

なお、第１１図（ｂ）に示した溶接電流■の波形は定電
圧特性の溶接電源のみで得ることができ、アーク電圧Ｅ
の波形は定電圧特性、定電流特性のいずれの溶接電源に
おいても得られる。

第１１図（ａ）　、　（ｂ）に於て、実線で示した波形
は第９図、第１０図に示すように開先の中心線ＷＣと回
転軸芯０とがΔＸずれている場合、破線で示した波形は
ずれていない場合、即ちワイヤ５の位置Ｃ，と位置Ｃｒ
を結んだ線が開先の中心線ＷＣと一致した場合を示す。

第１１図（ａ）　、　（ｂ）の破線に示すように、開先
の中心線ＷＣと回転軸芯０がずれていないときは、ワイ
ヤ５の位置Ｃｔを中心として波形は左右対象であるが、
回転軸芯０が開先の中心線ＷＣからずれているとワイヤ
の位置Ｃｆを中心とした波形は非対象となる。

なお、この波形の非対象を検出し、修正することにより
Ｘ軸方向のずれ量△Ｘを修正することができる。すなわ
ち波形をＣ１点を中心として溶接方向に対して左右に分
割し、分割した波形を各々Ｃｆ点から一定角度φ。の間
だけ取出し、この角度φ０間で作る波形の面積（積分値
）ＳＬ、ＳＲを求めて、この面積ＳＬとＳＲが等しくな
るように溶接トーチをＸ軸方向に修正することにより回
転軸芯Ｏを開先の中心線ＷＣと一致させることができる
。この種のアーク自身をセンサとする開先倣いを、アー
クセンサ方式の開先倣いという。

［発明が解決しようとする課題］ 幅広のビードを作る溶接法として溶接トーチを開先幅方
向に揺動（ウィービング）させながら溶接を行なう揺動
溶接法が知られている。この種の揺動溶接法は上記のよ
うな回転アーク溶接法には未だ導入されおらず、その導
入が希求されていた。（以下、回転アーク溶接法におい
て溶接トーチをウィービングさせる溶接法を揺動回転ア
ーク溶接法と称する。） この揺動回転アーク溶接法の実現にあたって、自動溶接
の無人化をはかるには、溶接進行に伴ない時々刻々と変
化゛する開先幅の変動に応じた揺動幅の自動制御が不可
欠である。これは、開先幅が変動すれば、必要とされる
溶け込み幅も変化するためである。

従って、本発明の主要な目的は、開先幅の変動に対して
揺動幅を制御することにより、適正な溶け込みが得られ
る揺動回転アーク溶接法を提供することである。

またこれに加えて、制御された揺動幅に応じて溶接速度
を制御することにより溶着量を補償し、ビード高さを一
定に保つのも本発明の課題の一部である。

［課題を解決するための手段］ 上記目的を達成するために、本発明における揺動回転ア
ーク溶接法は、溶接ワイヤを所定の回転半径で軸芯まわ
りに高速回転させて、アークを回転させるとともに、溶
接トーチを開先内で開先幅方向に往復揺動させ、且つア
ーク電圧または溶接電流を検出し、アークセンサ方式の
開先倣いを行ないつつ、予め設定されたアーク電圧また
は溶接電流を保持するように、被溶接母材に対する高さ
方向の溶接トーチ位置を制御しながらアーク溶接を行な
うに際し、 予測しつる開先幅の開先幅方向の大きさの変移の平均値
±８を予め設定し、この平均値±ｇの絶対値｜ｇ｜と等
しくなるように機械的に制御可能な揺動の単位置を設定
し、 開先幅の設計値である基準開先幅に対して、予め定めら
れた溶け込みを得る揺動幅の初期値を前記揺動単位置の
整数倍として与え、 開先幅の大きさの変化に対するアーク電圧または溶接電
流の変化特性により、開先幅変移に対応ず・る値を検出
し、この検出値をその大きさに応じて０、＋ｇ、−ｇの
何れかに判別し、その判別結果に基き開先幅の変化に対
して溶け込みが予め定められた一定値に保持されるよう
に前記整数を増減して揺動幅を制御するものである。

また、その際、制御された揺動幅に応じて溶接速度を制
御することにより溶着量を補償し、ビード高さを一定に
保つ目的で、制御された揺動幅をＷｗ、その１サイクル
前の揺動幅をＷ８゜、ワイヤ送給速度をＶｆ０、所望の
ビード高さをり、溶接速度の初期値をＶ　Ｏ％制御すべ
き溶接速度をＶとするとき、下式、 ｖ＝ｖｒｏ／（（ｖｒｏ／　Ｖｏ）　”（Ｗｗ−Ｗｗｏ
）　　ｈ　　）に基き溶接速度を制御するものである。

［作用］ この発明に従えば、経験的に予測される開先幅の変移の
平均値±ｇを予め設定し、アーク電圧または溶接電流の
変化特性による開先幅変移の検出は、その値を０、＋ｇ
、−ｇの非連続な値の何れかであるとみなす近似的な検
出を行なう。

更に、平均値±ｇの絶対値１ｇｌと等しくなるように機
械的に制御可能な揺動の単位置を設定し、揺動幅の初期
値は、この揺動単位置の整数倍として与えられる。制御
すべき揺動幅は、開先幅変移の検出値０．＋ｇ、−ｇに
応じて前記整数を増減することにより与えられる。

そして、上記揺動幅制御に加えて、揺動幅の変化に伴な
う溶着量の変化が、ワイヤ送給量を考慮して溶接速度を
制御することにより補償される。

［実施例］ 以下、添付図面を参照して本発明の好ましい実施例につ
いて説明する。

なお、以下の説明においては溶接電源として定電流電源
を用い、アーク電圧を検出する方式について説明するが
、定電圧電源を用いた場合にはアーク電圧の代りに溶接
電流を検出して行なえばよく、これは溶接電源の外部特
性に応じて選択され得るものである。

第１図は本発明の揺動回転アーク溶接法の基本原理を示
す・説明図で、溶接ワイヤ先端及び回転軸芯の軌跡を示
すものである。

図において、ＷＲ，ＷＬは各々回転軸芯０から見た揺動
折り返し点であって、ＷＲは揺動右端、ＷＬは揺動左端
を示す、Ｗｗは揺動幅、すなわち揺動右端ＷＲ〜揺勅左
端ＷＬ間の開先幅方向の距離であり、その中心は開先中
心線ＷＣである。

なお、以下の説明でワイヤ回転位置を示す際、そのとき
の回転軸芯０の揺動位置ＷＲ，ＷＬ、ＷＣを特定する必
要がある場合は、回転位置記号に揺動位置記号を括弧信
者添字で示す。（例えば、Ｒ（□）は回転軸芯０が揺動
右端ＷＲにあるときの回転ワイヤ位置Ｒを示す、） また、ｅ　１０．４は回転による溶接ワイヤ５の先端の
軌跡であり、ｅｌ”’ｅｓを揺動２サイクルとする。ｌ
は揺動による回転軸芯０が描く軌跡を表わしたものであ
る。

アークを発生させて溶接が開始されると、溶接ワイヤ５
は回転軸芯０を中心としてＣＷ方向へ回転しながら、開
先２の幅方向に回転軸芯０を中心として揺動速度ｖｗ、
揺動幅Ｗｗで往復揺動しつつ、溶接速度Ｖで溶接方向Ｚ
へ進行する。これによって、回転軸芯Ｏの軌跡ｌが得ら
れる。

この場合、形成される溶け込み幅は揺動幅ＷＷの大きさ
により決り、必要な溶け込み幅を得る揺動幅ＷＷは開先
幅Ｇに応じて定まる。

例えば、開先幅Ｇの設計値Ｇ０　（以下、基準開先幅Ｇ
０という）に対して必要な溶け込み幅を得る揺動幅Ｗｗ
を基準揺動幅Ｗ０とする。この基準揺動幅Ｗ０は基準開
先幅Ｇ０の大きさに応じて経験的に求めることができる
。いま、開先幅Ｇが基準開先幅Ｇ０に対してΔＧだけ変
化してＧ＝ＧＯ＋ΔＧになったとすると、制御すべき揺
動幅Ｗｗは、 Ｗ　ｗ　”　Ｗ　ｏ＋ΔＧ（１） で与えられる。

従って、基準揺動幅Ｗ０に開先幅変移△Ｇを単純に加え
れば制御すべき揺動幅Ｗｗが求められる。

しかしながら、実際に制御を行なう上では、開先幅変移
ΔＧの大きさを正確に検出するのは困難であり、また揺
動幅Ｗｗは僅か数ｍｍ程度であるから、開先幅の変化に
追従して連続的に揺動幅ＷＷを調整するのは機械的に困
難である。

そこで本発明では、開先幅変移ΔＧの検出に際しては、
経験的に予測しつる開先幅変移ΔＧの大きさの平均値±
ｇを予め設定する。この場合、実際の開先幅変移ΔＧは
、上記従来技術で説明したアーク電圧の変化特性により
、開先幅変移ΔＧの大きさに対応する値として検出し、
この検出される値を成る設定帯域と比較し、その比較結
果によりΔＧ＝０．ΔＧ　＝　＋　ｇ−、ΔＧ＝−ｇの
三種類のうち何れかを選択する。つまり、開先幅変移Δ
Ｇは０．＋ｇ、−Ｈのうち何れかであるとみなすものと
する。

また、機械的に制御可能な揺動単位置Ｗ　ｕｎｉｔを予
測開先幅変移±ｇの絶対値１ｇｌと等しく（Ｗｕｎｔｔ
＝　Ｉ　ｇ　ｌ　）なるように設定し、基準揺動幅Ｗ０
として、この揺動単位置Ｗ　ｕ　ｎ　Ｉ　ｔの整数倍と
して表現される値Ｗ、を採り、制御すべき揺動幅Ｗｗは
上記開先幅変移ΔＧの判別値に応じて上記整数を増減し
て与えるものとする。

ここで、揺動単位置Ｗ　ｕｎｉｔとは、揺動を与えるモ
ータの精度等により定まる揺動幅方向の制御可能な単位
置であり、予めその値が与えられれば、揺動速度Ｖｗ　
　［ｍｍ／ｓ　ｅ　ｃ］とアークの回転数（ワイヤの回
転数）Ｎ［Ｈｚ］とにより、ＷｕｏＩｔ＝ｖｗ・（１／
Ｎ）・ｍ　　　　　（２）の関係式で示すことができる
。

なお、ｍは揺動単位置Ｗ　ｕｎｉｔに収るアークの回転
数であり、予め与えられた揺動単位置Ｗ　ｕｎｉｔの値
により求まる。すなわち、揺動速度■、で距茄Ｗ　ｕｎ
ｌｔ移動する間のアークの回転数であり、ｍ　＝Ｗｕｎ
ｔｔ／　（Ｖｗ　・（１／　Ｎ　）　）　　　　（３）
と表わせる。但し、ｍは適宜に処理、例えば四捨五入し
て整数を採るものとする。

また、半サイクルの基準揺動幅Ｗ１／２を揺動単位置Ｗ
　ｕ　ｎ　Ｉ　ｔのｎ倍、すなわち基準揺動幅Ｗ、を揺
動単位置Ｗ　ｕ　ｎ　ｌ　ｔの２ｎ倍として表わすと、
Ｗ　１　＝２　ｎ−Ｗ　ｕｎｉｔ　　　　　　　　　　
　（４）と書ける。

ｎは、経験的に求められる基準揺動幅ＷＯよりｎ　＝　
（Ｗｏ　／　２　）　／　Ｗｕｎｌｔ＝Ｗ、／２・Ｗｕ
ｎ、、　　　　　　　　　　（Ｓ）として求めることが
できる。但し、ｎは適宜に処理、例えば四捨五入して整
数を採るものとする。

また、ＷｕｎＩｔ＝１ｇＩであるから、開先幅変移ΔＧ
がΔＧ＝±ｇと見なされるときの揺動幅Ｗｗは、 Ｗ　ｗ　　＝　２　　（ｎ　±゛　貫　）　　・　Ｗｕ
ｎｌｔ　　　　　　　　　　　　　　　　　（ｅ）と表
わせる。

（４）　、　　（６）式に各々上記（２）式を代入する
と、Ｗ＋　＝２Ｖｗ　’　（１／Ｎ）　・ｍ　’　ｎ　
　　　（７）Ｗｗ＝２Ｖｗ・（１７Ｎ）・ｍ・　（ｎ＋
１）を得る。

（８）式が制御すべき揺動幅Ｗｗを与える制御式であり
、その初期値は（７）式で表わされる。（８）式の右辺
第４項の＋１が正負の何れを採るかは、判別された開先
幅変移ΔＧにより決る。すなわち、ΔＧ＝＋ｇとみなさ
れるときは＋１、ΔＧ＝−ｇとみなされるときは−１を
採る。また、ΔＧ＝Ｏとみなされるときは（７）式を保
持する。

従って、基準開先幅ＧＯ，経験的に求められる基準揺動
幅ＷＯ％予測開先幅変移±ｇ、揺動単位置Ｗ　ｕｎｉｔ
、揺動速度Ｖｗ、アークの回転数Ｎが与えられれば、開
先幅変移ΔＧの大きさを判別し、その判別結果に基き（
８）式に従い、揺動幅Ｗｗを制御できる。

なお、上記説明では基準揺動幅として、経験的に求めら
れる値ＷＯ％及び（７）式により与えられるＷ、の二種
類の値を用いているが、本発明の方法によるデータが蓄
積されれば、経験的に求められる値も（７）式により与
えられるＷ、のみを用いればよい。

ところで、開先幅Ｇが変動すれば必要とされる溶着量も
変化するが、本発明においては溶接速度の制御により溶
着量を補償し、ビード高さを一定に保つ。

以下、第２図を参照して溶接速度制御について説明する
。この第２図は上記第１図に示した開先２の側面断面図
である。図において、ｌａは母材表面、２ｂは開先底面
を示す。

まず、上記揺動型サイクルにおいて、揺動幅Ｗｗは揺動
両端のワイヤ位置Ｌ　（ＷＬｌ、　Ｒ（□、における開
先幅Ｇに対して次のような関係にある。

Ｇ＝Ｗｗ＋２△Ｗ（９） この（９）式において、△Ｗは揺動端部での回転軸芯Ｏ
と開先壁面との距離であり、基本的には設定すべきアー
ク長とワイヤ回転径によって定められる定数で、アーク
電圧と溶接電流の設定値が一定であれば開先幅Ｇが変動
しても一定である。これは、実験的にも確認されている
。

一方、この揺動１サイクルにおけるワイヤ送給速度をｖ
ｆ、溶接速度をＶとし、形成された溶着量金属の断面積
をＡとすると、これらの間には、Ｖ　ｔ　＝　Ａ　・Ｖ
　　　　　　　　　　　　　　　（１０）の関係がある
。

また、ビード表面と上記揺動両端のワイヤ位置の垂直方
向の距離を△ｈ、ビード高さをｈ、開先角度をθとする
と、 Ａ　＝ （（ＷＷ＋ＺΔＷ）−２△ｈ−ｔａｎθ−ｈ４ａｎθ）
ｈとなる。この開先２の深さ（或は母材１の板厚）と開
先角度θ１が一定であれば、開先幅Ｇの変動下において
も常に一定のビート高さを与える溶着量金属の断面積Ａ
が、上記揺動幅制御から求まる揺動幅Ｗｗの値に基いて
算出できることを示している。

従って、予め、開先角度θ、所望のビード高さｈ、ワイ
ヤ送給速度Ｖ、及び上記の定数ΔＷを設定しておけば、
上記揺動幅制御から求まる揺動幅Ｗｗの値に応じて適正
な溶接速度Ｖを求めることができる。

次に、溶接速度Ｖを求める具体的な演算について説明す
る。

一般に、溶接速度■、溶接電流！、ワイヤ送給速度Ｖ、
などの溶接条件は、その開先形状に応じて予じめ初期値
として設定され、以後開先幅の変動状態をみながら上記
溶接条件の変更が行なわれて行く、この一般的な方法に
従って、ワイヤ送給速度ｖｆ、溶接速度Ｖの初期値を各
々ｖｆ（１＋　ｖＯとし、この条件で溶接を開始して、
１サイクルの揺動を行なうと、その特待られる溶着金属
の断面積Ａ０は、 Ａｏ　＝　ｖ　ｔ−／　ｖ　ｏ　　　　　　　　　　　
（１２）となる。次に、揺動幅ＷＷになる前の揺動１サ
イクルの揺動幅をＷｗ。とする。このとき例えば、ＷＷ
はＷｗ。より大（Ｗ　ｗ　＞　Ｗ　ｗｏ　）とする。

このような場合に一定のビード高さｈを確保するために
は、溶着断面積をΔＡ＝Ａ−ＡＯだけ増加させてやらな
ければならない、すなわち、前述のＡを表わす（１１）
式においては％　ＷＷを除く他の全てのパラメータは定
数であるから、 ΔＡ−Ａ−ＡＯ ＝　（Ｗｗ　−Ｗｗｏ）　ｈ　　　　　　　　　（１３
）故に、一定のビード高さｈを確保するための溶接速度
Ｖは（１１）式と　（１２）式から次式で与えられる。

Ｖ＝Ｖ、０／Ａ ＝　Ｖ　ｔｏ／　（Ａ　ｏ　＋△Ａ） ＝　Ｖｒｏ／（（Ｖｒ０／Ｖｏ）”（Ｗｗ−Ｗｗ０）ｈ
｝　　　　　　　（１４）この　（１４）式を用いれば
、開先幅の変動する開先において、所望するビード高さ
ｈを与えれば、溶接前に定めた初期溶接速度ｖｏとワイ
ヤ送給速度Ｖｆｏと、揺動幅Ｗｗと前サイクルの揺動幅
ＷＷＯとの差、すなわち、ＷＷ　　ＷＷＯから揺動幅Ｗ
Ｗにおける適正溶接速度Ｖが計算で求められる。この方
法は開先角度θ１が一定であれば、もしくは大幅に変化
しなければその設定値に関係なく、適用できるので、第
２図の開先形状に限らず、非対称開先にも適用できる。

第３図はこの発明の好ましい実施例に係る揺動回転アー
ク溶接法の制御系を示すブロック図である。

図において、被溶接部材１には開先２が形成されており
、回転アークトーチ（溶接トーチ）３は、モータ４によ
り溶接ワイヤ５を矢印ＣＷ方向に回転させながら揺動ア
ーム６により開先幅方向にウィービング（揺動）されつ
つ溶接台車７による送りで開先２に沿って紙面表面垂直
方向へ溶接を進め、その後方に溶接ビード（図示せず）
を形成させる。

また、揺動アーム６による揺動は正逆駆動可能な揺動用
モータ８の回転運動を直線運動に換える伝達機構９を介
して行なわれる。

なお、回転アークトーチ３の揺動方法としては、（イ）
ピッチＰを一定にする。

（ロ）揺動速度Ｖｗを一定にする。

の何れかであるが、ここでは揺動用モータ８の負荷を一
定にするため、（０）を採ることにする。

また、回転アークトーチ３は開先幅方向（Ｘ軸方向）と
高さ方向（Ｙ軸方向）との両移動機構１０ｘ、ｔｏｙで
支持されている。ｘ＠穆助動機構１０Ｘ、トーチ３をＸ
軸方向へ位置修正する、すなわち開先倣い制御を行なう
ためのものであり、Ｙ軸移動機構１０Ｙは常にアーク長
が一定となるようにＹ軸方向にトーチ３を位置修正する
、すなわち、定アーク長制御を行なうためのものである
。

これら両移動機構１０Ｘ、ＩＯＹは各々Ｘ軸モータｔｔ
ｘ、ｙ軸モータＩＩＹで駆動される。

トーチ３への溶接電流・電圧の供給は溶接電源１２から
行なわれ、この溶接電源１２は溶接用途によって定電流
電源または定電圧電源のいずれかが使用されるが、ここ
では定電流電源とする。この溶接電源１２には、アーク
電圧検出器１３が並列に接続されている。この検出器１
３Ｅは、後述する制御の必要に応じて設けられているも
のである。

また、ワイヤ送給モータ１４の制御は送給モータ制御装
置１５により行なわれ、揺動アーム６による揺動幅の制
御は揺動制御装置１６により行なわれ、溶接台車７によ
る溶接速度の制御は溶接速度制御装置１７により行なわ
れる。更に、Ｘ軸モータＩＯＸ、Ｙ軸モータＩＯＹの制
御はＸ軸制御装置ｔａｘ、ｙ軸制御装置１８Ｙにより行
なわれる。

送給モータ制御装置１５、揺動制御装置１６、溶接速度
制御装置１７への制御指令はマイクロコンピュータ等の
主処理装置１９から与えられるが、この主処理装置１９
は、各定数及び設定値を設定入力するための入力装置２
０が付属しており、更に、開先幅検出装置２１からの開
先幅変移ΔＧ検出信号と、モータ４に付属するワイヤ回
転数検出器２２からのワイヤ回転数検出信号を受は取る
ようになっている。

次に、上記実施例の揺動幅制御の動作について、第４図
のフローチャートを参照して説明する。なお、このフロ
ーチャートにおける演算は、主処理装置１９内の揺動幅
演算部１９２で行なわれるものである。

先ず基準開先幅Ｇ０に応じて経験的に求まる基準揺動幅
Ｗ０．アークの回転数Ｎ、揺動速度ｖｗ。

及び予測開先幅±ｇに応じて定められる揺動単位置Ｗｕ
ｎ口の値が入力装置２０から主処理装置１９に人力され
、メモリー１９１に格納される（ステップＳＡ）。

次に、（３）　　（５）式が計算され、ｍおよびｎの整
数値が求められ、これらｍ、ｎがメモリー１９１に格納
され（ステップＳＢ）、 （７）式で与えられる基準揺動幅Ｗ、が計算される（ス
テップＳＣ）。

以上の演算の後、溶接が開始される（ステップＳＤ）。

ここで溶接開始時のアーク回転径位置は第１図における
ｅ、とする。

１．５サイクルの揺動が終了したら（ステップＳＥ）、 主処理装置１７は、開先幅変移検出装置２１の検出信号
に基いて、（７）式のｎを保持するか、あるいは（８）
式において、右辺第４項はｎ＋１とｎ−１の何れを採る
かを保持するかを判断しくステップＳＦ）、 その判断結果により揺動幅Ｗｗを演算する（ステップＳ
Ｇ）。

これに基いて揺動１サイクルの溶接が行なわれる（ステ
ップＳＨ）。

ここで、溶接終了か否かの判断が行なわれ（ステップＳ
ｌ）、 その判断結果により溶接を終えるか、成るいは上記（ス
テップＳＦ）→（ステップ３１）の動作が溶接終了に至
るまで繰り返し行なわれる。

このような制御によって溶接中の開先幅Ｇの変動に対す
る揺動幅ＷＷの制御が行なわれ、開先幅Ｇの変動に依ら
ず適正な溶け込み幅が得られる。

なお、上記説明の（ステップＳＡ）においては、基準開
先幅Ｇ０に応じて経験的に求まる基準揺動幅Ｗ。を入力
するものとしたが、（７）式で表わされるＷｌのデータ
が予め得られている場合はくステップＳＡ）においてＶ
ｗ、Ｎ、ｍ、ｎを人力し、（ステップＳＢ）〜（ステッ
プＳＣ）は省略してもよい。

次に、上記実施例の溶接速度制御の動作について、第５
図のフローチャートを参照して説明する。なお、このフ
ローチャートにおける演算は、主処理装置１９内の溶接
速度演算部１９４で行なわれるものである。

先ず所望する溶接ビード高さり、溶接速度の初期値Ｖ０
、ワイヤ送給速度の設定値Ｖｆｏが入力装置２０から主
処理装置１９に入力され、メモリー１９３に格納される
（ステップＳａ）。

次に、Ａ　Ｏ＝Ｖ　ｆｏ／　Ｖ　Ｏの計算が行なわれ、
同様にメモリー１９３に格納される（ステップＳｂ）。

また、上記第４図の揺動幅制御フローチャートのステッ
プＳＣで与えられる基準揺動幅Ｗ１がメモリー１９３に
格納される（ステップＳｃ）。この揺動幅Ｗ１をＷＷＯ
とする。

以上の後、溶接が開始される（ステップＳｄ）。

ここで溶接開始時のアーク回転径位置は第１図における
ｅｌとする。

１．５サイクルの揺動が終了したら（ステップＳｅ）、 上記第４図の揺動幅制御のフローチャートステップＳＧ
で与えられる揺動幅Ｗｗがメモリー１９３に格納される
（ステップＳｆ）。

この揺動幅ＷＷをＷｗ、とする。

以上の溶接作業中の溶接速度は、ｖｏである。

次に、主処理装置１９では、（Ｗ□−Ｗｗｏ）ｈの計算
が行なわれ（ステップＳｇ）、 更に前記溶接速度Ｖに関する（１２）式に基いて溶接速
度Ｖの計算が行なわれる（ステップｓｈ）。

以上のようにして溶接速度Ｖが求められ、これに基いて
半揺勅サイクルの溶接が行なわれる（ステップＳｊ）。

ここで、溶接終了か否かの判断が行なわれ（ステップＳ
ｋ）、その判断結果により溶接を終えるか、成るいは上
記゛（ステップＳｆ）→（ステップＳｊ）の動作を溶接
終了に至るまで繰り返し行なわれる。

以上のように、この実施例によれば、揺動幅Ｗｗの変化
に対して溶接速度Ｖを可変制御することによりビード高
さが一定に保たれる。

なお、上記揺動幅制御及び溶接速度制御を行なう際の主
処理装置１９による揺動の反転指令は、ワイヤ回転数検
出器２２で検出されるワイヤ回転数に基いて行なわれる
。上記（７）式より、回転軸芯Ｏが揺動幅Ｗ、移動する
間のアークの回転数は、２（ｍ−ｎ）で与えられる。ま
た、上記（８）式より、回転軸芯Ｏが揺動幅ｗｗｆＪ動
する間のアークの回転数は、２・（ｍ−ｎ±１）で与え
られる。従って、制御すべき揺動幅が定まればアークの
回転数すなわちワイヤ回転数を検出することにより反転
指令を与えるタイミングを決定できる。

次に、アーク電圧の変化特性による開先幅変移ΔＧの検
出方法の一例について説明する。

第１図に示すように、ワイヤ５が左右の開先壁２Ｌ、２
Ｒに最接近する位置は、ワイヤ回転位置Ｌ　（ＷＬｌ＋
　Ｒｔｗｉｔである。

ここで、ワイヤ回転位置Ｌ　＋ｗｂ＋〜開先壁２Ｌ間の
距離δ、とワイヤ回転位置ＲＴＷＲ１〜開先壁２Ｒ間の
距離δ８とは等しい（δ５＝６８）から、上記従来技術
で説明したアーク特性により、回転位Ｌ　（ｗＬ＋にお
けるアーク電圧の検出値ＥＬＴＷ。と回転位置Ｒ（□）
におけるアーク電圧の検出値Ｅ　Ｒ＋ｗ＋ｓ＋　　とは
等しく　（ＥＬｔｗｃ＋　　＝Ｅ＊＋ｗ＋ｎ　）なる。

この検出値Ｅ１．（ｗ。ｒ　ＥＲ（ＷＲＩ　は、開先幅
Ｇが変化すると上記変化特性により、 Ｅ　シ＋ｗｂ＋　＝　Ｅ　＊（ｗ＋ｎ　の関係を保持し
つつ、その値の大きさが変化する。

従って・このＥ　Ｌ　ｔｗＬ＋　・　Ｅ　Ｒ（ＷＲＩ　
の値を検出すれば基準開先幅Ｇ０に対する正負を検出可
能であるが、ここでは母材内での電圧降下を考慮して、
更に揺動中心ＷＣ上の検出値をも検出する。この揺動中
心ＷＣは開先２の中央であるから、ワイヤ回転位置Ｌ　
（ｗＬ、〜揺動中心ＷＣ間の開先幅方向の距離δＣＬと
ワイヤ回転位置Ｒ（ｗＨ〜揺動揺動中心間Ｃ間先幅方向
の距離δＣＲとは等しい（δＣＬ＝δＣＲ）から、揺動
中心ＷＣ上のワイヤ回転位置ＣｔＬｗｃ＋　におけるア
ーク電圧の検出値Ｅ　Ｃｆ　ＩＷｃＩと、前記検出値Ｅ
Ｌ（Ｗ。及びＥ　Ｒ（ＷＲＩ　　との間には下記の関係
が成り立つ。

（（ＥＲ＋ｗＲ＋　　＋　ＥＬ＋ｗｔ＋　）　／　２　
）　−Ｅｃｔｔｗｃ＋＝　Ｃここで、Ｃは開先幅Ｇの大
きさによって定まる定数である。

この（１４）式を簡易化のため下記のように記す。

（Ｅ　ｍ　−Ｅ　ｃｔ）　　　　　　　　　　　　　　
（１４ａ）（但し、ＥＩ　＝（ＥＲ（ＷＲＩ　　＋ＥＬ
ＩＷＬＩ　　）　／　２＊ＥＣｆはＥＣｆＴＷＣ）を示
す。） この（１４ａ）式の値が実際の開先幅Ｇの大きさに対応
する値を示す。

また、基準開先幅Ｇ。における（１４ａ）式の値をＥｏ
とすると、このＥｏが基準開先幅Ｇ。の大きさに対応す
る値を示す。

上記（１４ａ）式とこのＥＯとの差、 （Ｅ、　−Ｅｃｒ）　−Ｅｏ　＝△Ｅ　　　（１５’）
が、開先幅変Ｂ△Ｇの大きさに対応する値を示す。この
△Ｅを上限Ｅ、と下限Ｅ２を持つ設定不感帯域と比較し
、Ｅ２≦△Ｅ≦Ｅ１のときはΔＧ＝０．△ＥＶＥ、のと
きはΔＧ＝＋ｇ。

△Ｅ　＜　Ｅ　２のときはΔＧ＝−ｇとみなす。

次に、第６図を参照しながら、上記の開先幅変移ΔＧを
求める更に具体的な検出方法について説明する。この第
６図は第３図の開先幅変移検出装置２１の回路ブロック
の一例を示すものである。

上述のＥ＊ｔｗ＊＋　、　Ｅｂ＋ｗＬ＋　、　　Ｅｃｘ
ｗｃ＋を瞬時に検出するのは、ノイズ等の影習もあり困
難なため、ここでは各々積分角φ０の範囲で電圧波形を
積分して積分値として検出する。更に、この積分は、回
転軸芯０が各々ＷＲ，ＷＬ、ＷＣ上にあるときの前後で
α回（アークのα回転分）行なうものとする。この場合
、アークがα回回転する間の、揺動による回転軸芯０の
開先幅方向の移動距離は（Ｖｗ／Ｎ）αで表わされるか
ら、上記の検出を行なう区間は、各々、 ＷＲ±（Ｖ、・α／２Ｎ） ＷＬ±（Ｖｗ　・’ａ　／　２　Ｎ　）ＷＣ±（ｖｗ　
＊　ａ／、２　Ｎ　） となる。

第６図において、アーク電圧検出器１３Ｅでアーク電圧
Ｅを検出し、この検出アーク電圧Ｅと予め設定器２１１
に設定しであるアーク電圧Ｅの平均値である基準電圧Ｅ
Ｏとの差Ｅ−Ｅｏを作動増幅器２１２で演算する。この
演算した値Ｅ−Ｅ０が切換え器２１３で分割されて出力
される。切換え器２１３による分割のタイミングは制御
器２１４からの指令信号で行なう。

制御器２１４は揺動位置設定器２１５に設定された回転
軸芯０の揺動位置ＷＬ、ＷＣ，Ｗ、Ｒと、処理回数設定
器２１６に設定された処理回数αとから、検出区間ＷＬ
±（Ｖｙ　・α／２Ｎ）、ＷＲ：ｔ　（Ｖｗ　・α／２
Ｎ）、ＷＣ±（Ｖｗ　−α／２Ｎ）を求め、これらの値
をワイヤ揺動位置検出器２１７により検出される実際の
ワイヤ軸芯の揺動位置と比較する。そして、ワイヤ軸芯
の揺動位置が検出区間ＷＬ±（Ｖｗ・α／２Ｎ）にある
間、ワイヤ回転位置検出器２１８で検出したワイヤの回
転角φと、予め定めた５″から１８０　°の範囲の一定
の角度φ。を設定した積分角設定器２１９の出力φ。と
を比較演算し、ワイヤの回転軸芯がＷＬ±（ＶＷ　・α
／２Ｎ）にあるときのワイヤ回転位置りを中心としたφ
。の区間をＬ区間として、この区間の波形が切換え器２
１３のＬ側から出力される。同様に、ワイヤ軸芯の揺動
位置が検出区間ＷＣ±（ＶＷ　・α／２Ｎ）にある間の
ワイヤ回転位置Ｃｔを中心としたφ。の区間をＣｆ区間
として、この区間の波形が切換え器２１３のＣ，側から
出力され、ワイヤ軸芯の揺動位置が検出区間ＷＲ±（Ｖ
ｗ　・α／２Ｎ）にある間のワイヤ回転位置Ｒを中心と
したφ。の区間をＲ区間として、この区間の波形が切換
え器２１３のＲ側から出力される。切換え器２１３のＬ
側、ｃｒ側。

Ｒ側からの出力は、各々積分器２２０，２２１゜２２２
で積分される。積分器２２０，２２１，２２２は制御器
２１４を介して出力されるα回（設定器２１６に設定さ
れた処理回数）分のアークの回転に対して波形積分を行
ない、その出力Ｓ８、。

ＳＲ，ＳＣｆを各々記憶器２２３．２２４．２２５に出
力する。記憶器２２３．２２４．２２５は積分器２２０
，２２１，２２２から入力した信号ＳＬ　、　ＳＲ、Ｓ
ｃｔをα回枚に記憶保持を繰返しながらＳＬ、ＳＲを加
算器２２６に、ＳＣｆを差動増幅器２２７の一端に出力
する。加算器２２６の出力ＳＬ＋ＳＲは演算器２２８で
１／２に乗算され、ＳＬとＳＲの平均値 （ＳＬ　＋ＳＲ）／２＝Ｓ、が出力される。演算器２２
８の出力Ｓ、は差動増幅器２２７の他端に入力し、差動
増幅器２２７では、Ｓ、とＳＣｆとの差（Ｓｓ−Ｓｃｒ
）が求められる。この差、（Ｓ、−３ｃｒ）は差動増幅
器２２９の一端に出力する。また、記憶器２３０には（
Ｓ、−３ｃｒ）の初期値、すなわち基準開先幅で適正な
溶け込みを得るため基準揺動幅が与えられているときの
（Ｓ、−５ｃｒ）に相当する値Ｓ０が記憶保持さ。

れ、この値が差動増幅器２２９の他端に与えられ、差動
増幅器２２９では、 （Ｓｓ　−５ｃｒ）　−Ｓ。＝ΔＳが求められる。この
ΔＳの値が、開先幅変移ΔＧに対応する値である。更に
ΔＳは判別器２３１に与えられる。

一方、不感帯設定器２３２に設定されている上限Ｓ、と
下限Ｓ２を持つ帯域は判別器２３１で△Ｓと比較され、
判別器２３１は、 Ｓ２≦ΔＳ≦Ｓ、のときは０．△Ｓ＞Ｓｌのときは十ｇ
、ΔＳ＜３２のときは−ｇを出力する。

なお、上記の説明で積分角設定器２１９に設定された角
度φ。を５　°から１８０　″の範囲としたのは、角度
φ。が５６以下となるとノイズの影晋を受易く検出が困
難になるためである。また、不感帯設定器２３２に設定
される帯域は、予測開先幅変移±ｇの大きさに応じて適
宜に設定される。

次に、Ｘ軸方向のトーチ移動の制御、すなわち開先倣い
制御について説明する。開先倣い制御には、上記第６図
に示した開先幅変移検出装置２１の回路ブロックで得ら
れる信号ＳＬ、ＳＲを用いることができる。この開先左
右縁部で検出されたＳＬ、ＳＲは、ア゛−りの狙い位置
が適正であれば、等しく　（ｓＬ＝ＳＲ）なる。従って
、ＳＬとＳＲとの差５Ｌ−５Ｒを求め、この差Ｓ、　−
ＳＲが；となるようにトーチ３をＸ軸方向へ位置修正す
れば開先倣い制御が行なえる。

第７図には、かかるＸ軸方向の駆動制御を行なうＸ軸制
御装置１８Ｘの回路ブロックの一例が示されている。

上記第６図の記憶器２２３，２２５からα回枚に記憶保
持を繰返しながら出力される信号ＳＬ。

ＳＲは、第７図の差動増幅器１８１Ｘの両入力端に各々
人力される。この差動増幅器１８１Ｘからは、ＳＬとＳ
Ｒとの差５Ｌ−８Ｒが出力され、この差出力はＸ軸モー
タ駆動制御器１８２ｘに人力される。Ｘ軸モータ駆動制
御器１８２Ｘは、該差出力が雫になるように、Ｘ軸モー
タＩＩＸを介してトーチ３をＸ軸方向へ移動させる。こ
のようにして、トーチ３のＸ軸方向の位置を修正するこ
とにより開先倣い制御が行なわれる。

次に、Ｙ軸制御装置１８Ｙによる定アーク長制御につい
て説明する。

第８図には、かかる制御を行なうＹ軸制御装置１８Ｙの
回路ブロックの一例が示されている。

第７図において、アーク電圧検出器１３からの検出アー
ク電圧Ｅは差動増幅器１８１Ｙの一端に人力される。一
方、この差動増幅器１８１Ｙの他端には、予め設定器１
８２Ｙによって適宜の値に設定された基準値が人力され
る。増幅器１８１Ｙは、かかる基準値と、上述した検出
値との差を出力し、この差出力はＹ軸モータ駆動制御器
１８３Ｙに入力される。Ｙ軸モータ駆動制御器１８３Ｙ
は、該差出力が零になるように、すなわちアーク電圧Ｅ
が基準値になるように、Ｙ軸モータ１１Ｙを介してトー
チ３をＹ軸方向へ移動させる。これによって、アーク電
圧Ｅが一定に保たれ、アーク長が一定に保たれる。

従って、トーチ３がＸ軸方向へ移動すると、トーチ３は
開先壁に沿ってＹ軸方向へ移動することになる。この制
御法によれば、開先形状がどのように変化しても、トー
チ３の先端は母材表面１ａあるいは開先底面２ｂから一
定の距離を保ったまま常に開先幅内で反転揺動をくり返
すことになる。

［発明の効果］ 以上のように、この発明によれば、開先幅の変化に基い
て揺動幅を可変制御することとしたので、開先幅が変化
しても適正な溶け込みが得られる。

更に、この揺動幅の変化に基いて溶接速度を可変制御し
溶着量を補償するようにしたので、開先幅が変化しても
一定のビード高さを保てるという効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の揺動回転アーク溶接法の原理を説明
するための溶接部上面図、第２図はその側面　断面図、
第３図はこの発明の揺動回転アーク溶接法に係る制御系
を示すブロック図、第４図は揺動幅制御の動作を示すフ
ローチャート、第５図は溶接速度制御の動作を示すフロ
ーチャート、第６図は開先幅検出装置の構成の一例を示
すブロック図、第７図は開先倣いを行なう回路ブロック
の一例を示すブロック図、第８図は定アーク長制御を行
なう回路ブロックの一例を示すブロックは回転するワイ
ヤの位置に対応して変化するアーク電圧Ｅおよび溶接電
流Ｉの波形を示すグラフである。 図において、１は被溶接部材、２は開先、３は回転アー
クトーチ、１９は主処理装置、２０は入力装置、２１は
開先幅検出装置、２２はワイヤ回転数検出器、１９２は
揺動幅演算部、１９４は溶接速度演算部である。 なお、各図中同一符号は同一または相当部を示す。 代理人　弁理士　佐　藤　正　年 第４図 第５図 第ｉｏ　ｇ

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）溶接ワイヤを所定の回転半径で軸芯まわりに高速
   回転させてアークを回転させるとともに、溶接トーチを
   開先内で開先幅方向に往復揺動させ、且つアーク電圧ま
   たは溶接電流を検出し、アークセンサ方式の開先倣いを
   行ないつつ、予め設定されたアーク電圧または溶接電流
   を保持するように、被溶接母材に対する高さ方向の溶接
   トーチ位置を制御しながらアーク溶接を行なうに際し、
   予測しうる開先幅の開先幅方向の大きさの変移の平均値
   ±ｇを予め設定し、この平均値±ｇの絶対値｜ｇ｜と等
   しくなるように機械的に制御可能な揺動の単位置を設定
   し、 開先幅の設計値である基準開先幅に対して、予め定めら
   れた溶け込みを得る揺動幅の初期値を前記揺動単位置の
   整数倍として与え、 開先幅の大きさの変化に対するアーク電圧または溶接電
   流の変化特性により、開先幅変移に対応する値を検出し
   、この検出値をその大きさに応じて０、＋ｇ、−ｇの何
   れかに判別し、その判別結果に基き開先幅の変化に対し
   て溶け込みが予め定められた一定値に保持されるように
   前記整数を増減して揺動幅を制御することを特徴とする
   揺動回転アーク溶接法。
2. （２）請求項１記載の揺動回転アーク溶接法により前記
   揺動幅を制御するに際し、 この制御された揺動幅をＷ＿ｗ、その１サイクル前の揺
   動幅をＷ＿ｗ＿０、ワイヤ送給速度をＶ＿ｆ＿０、所望
   のビード高さをｈ、溶接速度の初期値をＶ＿０、制御す
   べき溶接速度をＶとするとき、下式、 Ｖ＝Ｖ＿ｆ＿０／｛（Ｖ＿ｆ＿０／Ｖ＿０）＋（Ｗ＿ｗ
   −Ｗ＿ｗ＿０）ｈ｝に基き溶接速度を制御することを特
   徴とする揺動回転アーク溶接法。