JPH0328977B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は、溶接トーチを開先幅方向に揺動
（オシレート）させながら該開先を溶接する消耗
電極式アーク溶接における溶接速度制御方法に関
する。

〔従来の技術〕

この種の溶接速度制御方法としては、従来、特
開昭55−109576号公報や実公昭57−36373号公報
に記載されたものがある。

消耗電極式アーク溶接においては、適正な溶接
ビードを得るために、溶接ワイヤ送給速度もしく
は溶接速度を制御することが行われる。この制御
を有効ならしめるためには、開先の状態（開先幅
の変動の有無、変動の程度等）を正確に認識する
必要がある。

ところで、消耗電極式アーク溶接には、溶接ワ
イヤ送給速度Ｗ、溶接電流Ｉ、溶接ワイヤ突出長
（通電チツプからの突出し長さ）ｌとすると、Ｗ
＝K₁・Ｉ＋K₂・I²・ｌで表される特性がある。
但し、K₁、K₂は比例定数である。今、溶接ワイ
ヤ送給速度Ｗを一定とした場合、溶接ワイヤ突出
長ｌが短くなると溶接電流Ｉが増加する。開先幅
が狭くなると溶接ビード高さが高くなるため溶接
ワイヤ突出長ｌが短くなつて溶接電流Ｉが増加
し、逆に、開先幅が広くなると溶接ビード高さが
低くなるため溶接ワイヤ突出長ｌが長くなつて溶
接電流Ｉが減少する。このことから、溶接電流Ｉ
の変動力を監視することにより開先幅の変動を開
接的に知ることができ、溶接電流Ｉが、基準開先
幅に対して決まる基準電流値に比べて増加あるい
は減少した場合には、その変動分に対応して、溶
接速度を増速あるいは減速することにより溶接ビ
ード高さを適正高さに維持することができる。

しかしながら、溶接電流の上記変動は開先幅の
変動以外の変動要因によつても発生する。この変
動要因の最大のものは、溶接現場における母材の
開先長手方向への傾斜や曲り等に起因する母材と
溶接トーチ保持部（溶接トーチを開先幅方向、ト
ーチ軸方向にオシレートさせても母材基準位置か
らの距離が一定となる溶接トーチ側の基準位置）
間の距離の変動であり、該距離が変動すると、開
先幅に変動がなくても、溶接ワイヤ突出長ｌが変
動するため溶接電流Ｉが変動する。この変動分に
よる影響を除去するために、溶接トーチを母材表
面から一定の高さ位置に保ちつつ溶接速度を制御
する方法が前掲の特開昭55−109576号公報に開示
されている。

〔発明が解決しようとする問題点〕

この従来のものは、溶接電流検出信号と基準溶
接電流信号とを常時比較してその偏差をレベル変
換して溶接速度偏差信号とし、この溶接速度偏差
信号と基準溶接速度信号との加算値を溶接速度指
令値として台車駆動モータを制御するものである
が、上記溶接電流検出信号は、アークが開先壁間
の中央近傍にある場合には最少値となり、アーク
が開先壁近傍にある場合に最大値となる波形を持
つ信号であるために、上記駆動モータはオシレー
ト位置に追従して増速と減速を繰り返すことにな
るという問題がある。

前掲した実公昭57−36373号公報には、溶接電
流の検出個所をオシレートパターンの中央点に特
定したものが開示されており、これにより上記問
題を解消し得るが、この先行技術には以下に述べ
るような問題がある。即ち、ここではオシレート
パターンの中央点における溶接電流の瞬時値を取
り出して利用しているが、難姿勢溶接（立向き姿
勢や上向き姿勢）では溶接電流が低レベルで、溶
接ワイヤからの溶滴の移行も短絡移行やグロビユ
ラ移行であるので、上記溶接電流瞬時値は不安定
である。

更に、この先行技術では、基準溶接速度、高速
溶接速度、低速溶接速度を予め指定しておき、検
出された溶接電流と基準溶接電流とに偏差が生じ
ると、上記高速溶接速度または低速溶接速度に速
度指令を変更し、その結果、上記偏差が解消され
た場合には、第５図ｂに示すように、次のオシレ
ート半周期では基準溶接速度に速度指令を戻し、
上記偏差が解消されない場合には、そのままの速
度（前記高速溶接速度または低速溶接速度）を維
持する。即ち、溶接している開先の開先幅に適し
た溶接速度が得られても、次のオシレート半周期
ではこの適正溶接速度を放棄して基準溶接速度で
溶接する。ところが、実際の開先はその開先幅が
広くまたは狭くテーパ状に連続して変化している
から、上記先行技術では、溶接開始時に設定され
る基準溶接速度と開先幅に対する適正溶接速度と
の差が溶接の進行に伴つて増大し、オシレート半
周期毎に溶接速度が急増または急減を繰り返すハ
ンチング状態を招く恐れがあり、開先全長に亘つ
て均一なビード高さを得ることが難しいという問
題がある。

この発明は上記した従来の問題を解消するため
になされたもので、溶接速度を開先幅の変化に忠
実に追随させ、溶接速度の制御動作を安定させて
溶接ビード高さを常に適正に維持することができ
る消耗電極式アーク溶接の溶接速度制御方法を得
ることを目的とする。

〔問題を解消するための手段〕

この発明は上記目的を達成するために、オシレ
ート半周期毎に測定される溶接電流測定値を初期
設定した溶接電流基準値と比較してその偏差を取
り出し、今回のオシレート半周期に測定された偏
差を前回までのオシレート半周期に測定された偏
差に加算し、加算後の偏差が前回までのオシレー
ト半周期に測定された偏差に対して増減している
場合に、今回のオシレート半周期の溶接速度指令
値を上記増減分に対応する速度分だけ修正して次
回のオシレート半周期の溶接速度指令値とする構
成としたものである。

〔発明の実施例〕

以下、この発明の一実施例を図面を参照して説
明する。

第１図はこの発明が適用される消耗電極式ガス
シールドアーク溶接装置（上向き溶接姿勢）の一
例を慨略構成図で示したものである。図におい
て、１は開先幅のあるＶ型開先を有する母材、２
は初層の裏波溶接で用いるセラミツクの裏当材、
３は母材の拘束板、４は溶接トーチ、５は溶接ワ
イヤである。６はレール、７はレール６上を走行
する台車、８は台車駆動モータ、９は上下軸スラ
イダ、１０は上下軸スライダ駆動モータ、１１は
左右軸スライダ、１２は左右軸スライダ駆動モー
タ、１３はトーチを母材１の板厚方向と左右方向
にオシレートするオシレート装置、１４はオシレ
ート装置用駆動モータ、１５は母材１の表面位置
検出用の接触式検出器であつて、上下軸スライダ
９のスライドベース位置に対する母材１の表面位
置（高さ）の変位を検出する。この検出器１５は
オシレート装置１３とともに左右軸スライダ１１
に取り付けられている。１６はアーク溶接電源、
１７は溶接電流を検出する電流検出器、１８は制
御装置であつて、第２図に示すブロツク構成を有
している。

第２図において、１９は上下位置ずれ判定回路
であつて、検出器１５が検出する変位（信号）を
取り込んで該変位の増減を判別する。２０はサー
ボアンプであつて、上下位置ずれ判定回路１９が
出力する増加或いは減少指令に従つて上下軸スラ
イダ駆動モータ１０（M4）をスライドベースが
上昇する向きに或いは下降する向きに駆動し、上
下軸スライダ９の上記スライドベース位置に対す
る母材１の表面位置間の距離を上下位置決め設定
器２１で設定されている設定距離H₀に調節する。
これにより、溶接トーチ４の保持部基準位置が母
材１表面の上下方向変位に追従する。２２は左右
軸スライダ駆動モータ１２（M3）のためのサー
ボアンプ、２３は左右位置決め設定器であつて、
これを手動操作して左右軸スライダ１１をインチ
ング動作させる。２４はオシレート装置１３の駆
動モータ１４（M2）のためのサーボアンプであ
つて、オシレートパターンの制御機能を有してい
る。２５は手動操作のオシレート幅設定器、２６
は手動操作のオシレート周期設定器である。２７
はタイミング信号発生回路であつて、サーボアン
プ２４のオシレートパターン制御信号からの溶接
トーチ４のオシレート左端停止信号P_L、オシレ
ート右端停止信号P_Rおよび操作シーケンス信号
に基づいて後述する制御用のタイミング信号P₁
〜P₅を作成する。

電流検出器１７が出力する溶接電流（信号）は
ローパスフイルタ２８を通したのち増幅回路２９
で増幅される。このローパスフイルタ２８は商用
周波数成分やアークの溶滴移行に伴うノイズ成分
を除去するために設けられている。３０は平均値
回路であつて、増幅回路２９で増幅された溶接電
流Ｉを取り込んで、タイミング信号発生回路２７
からのタイミング信号に同期して溶接電流平均値
（以下、溶接電流測定値という）I_ASを演算する。
３１はサンプルホールド回路であつて、上記溶接
電流測定値I_ASをサンプリングしてホールドする。
サンプルホールド回路３１にホールドされた溶接
電流測定値I_ASはＡ／Ｄ変換回路３２に読み込ま
れたのちＤ／Ａ変換回路３３に導かれる一方、差
動増幅回路３４に導かれる。Ａ／Ｄ変換回路３２
は溶接開始後にオペレータ操作により作成される
読み込み指令を受ける。また、Ｄ／Ａ変換回路３
３は入力された溶接電流測定値I_ASを溶接電流基
準値I_ACとして保持する。差動増幅回路３４は溶
接電流基準値I_ACと溶接電流測定値I_ASと（オシレ
ート半周期毎に検出される）との溶接電流偏差
ΔIを増幅して不感帯回路３５に送出する。３６
は偏差更新処理回路であつて、第３図に示す如き
回路構成を有し、オシレート半周期毎に、溶接電
流偏差ΔIを加算処理して更新する。３７は増幅
回路、３８は加算回路であつて、初期溶接速度設
定器３９が作成する溶接速度設定値S_KOと増幅回
路３７でレベル変換された溶接速度偏差ΔS_Nとを
加算して台車駆動モータ８（M1）を駆動するた
めのサーボアンプ４０に供給する。４１は台車７
を手動操作でインチング動作させるためのインチ
ング速度設定器である。

上記不感帯回路３５は、第３図に示すように、
演算増幅器OP₁，OP₂，OP₃を有し、溶接電流偏
差ΔIが不感帯設定値−E₁以下になると、該電流
偏差ΔIをゲインG₁＝R₃／（R₂＋VR₂）で増幅し
て出力し、溶接電流偏差ΔIが不感帯設定値E₂以
上になると、ゲインG₂＝R₃／（R₁／VR₁）で増
幅して出力する。なお、G₂＜G₁であることが望
ましい。G₁は減速時のゲイン、G₂は増速時のゲ
インである。溶接電流偏差ΔIが不感帯域（E₂〜
−E₁）内にあるときは零値を出力する。この不
感帯回路３５の出力をΔI_Dとすると、該出力は偏
差更新処理回路３６に供給される。偏差更新処理
回路３６は、サンプルホールド回路SH₁、該サン
プルホールド回路SH₁の出力をホールドするサン
プルホールド回路SH₂、演算増幅器OP₄を有し、
サンプルホールド回路SH₁は、今回のオシレート
半周期での偏差ΔI_DNとサンプルホールド回路SH₂
の出力ΔI_DN-1SUMとの加算値を送出する。ここで、 ΔI_DN-1SUM＝_N-1 〓^N=0 ΔI_DN（但し、ΔI_DO＝０） であり、この値は溶接電流基準値I_ACが設定され
てから前回のオシレート半周期までの電流偏差
ΔI_Dの合計値である。なお、ΔI_Dは０、正および
負の値を取る。この加算値ΔI_DNSUMは演算増幅回
路OP₅で溶接速度指令信号レベルに変換されて溶
接電流偏差（信号）ΔS_Nとなり、初期設定された
溶接速度設定値S_KOに加算され、この加算値
S_N+1SUMが次回のオシレート半周期での溶接速度
指令（信号）としてサーボアンプ４０に供給され
る。なお、スイツチSW₁，SW₂は、それぞれ、溶
接電流基準値I_ACの設定、溶接速度設定値S_KOの設
定が完了するまではオンされ、設定動作に同期し
てオフされる。

以下、上記装置の動作を第４図に示すタイミン
グ信号P₁〜P₅に基づいて説明する。

第４図において、Ｉは平均値回路３０に入力さ
れる溶接電流信号を示している（実際には、オシ
レート周期に同期した正弦波状であるが、説明の
便宜上、三角波で示してある）。オシレート左端
位置信号P_L、オシレート右端位置信号P_Rはそれ
ぞれオシレート装置１３が左端、右端に到達して
停止したタイミングに同期して立上り次に動き始
めるタイミングに同期して立下るパルスであり、
期間t₀はオシレート半周期内の溶接トーチ４の動
作期間（停止期間を除いた期間）を示している。
タイミング信号P₁は信号P_L，P_Rの立上りに同期
して立上る細幅のパルスであつて、サンプルホー
ルド回路３１に対するるサンプル／ホールド指令
となる。タイミング信号P₂は信号P_L，P_Rの立下
りに同期して立上る所定幅t_sのパルスである。タ
イミング信号P₃はタイミング信号P₂の立下りに
同期して立上る細幅のパルスであつて、平均値回
路３０はタイミング信号P₃の立上りでリセツト
され、該信号の立下りからタイミング信号P₁の
立下りまでの期間t₁の溶接電流平均値I_ASを演算す
る。タイミング信号P₄はタイミング信号P₁の立
下りに同期して立上る細幅のパルスであつて、第
３図のサンプルホールド回路SH₁に対するサンプ
ル／ホールド指令となる。タイミング信号P₅は
タイミング信号P₄の立下り同期して立上る細幅
のパルスであつて、第３図のサンプルホールド回
路SH₂に対するサンプル／ホールド指令となる。

溶接開始に先立つて、オペレータにより溶接条
件パラメータが設定される。溶接（オシレート溶
接）が開始されると、溶接電流が電流検出器１７
を通して検出され、検出された溶接電流はローパ
スフイルタ２８、増幅器２９を通して平均値回路
３０に取り込まれる。平均値回路３０では上記期
間t₁の溶接電流平均値I_ASを演算して出力し、この
溶接電流測定値I_ASはタイミング信号P₁によりサ
ンプルされサンプルホールド回路３１にホールド
される。溶接開始後、オペレータは溶接条件パラ
メータのチエツクを行い、必要があれば、各パラ
メータを再調整する。溶接速度設定値S_KOの調整
は初期溶接速度設定器３９で行う。調整完了後、
オペレータは、例えば、図示しない操作盤上の読
み込み押釦を操作してＡ／Ｄ変換回路３２に読み
込み指令を与える。この読み込み指令は溶接電流
基準値を初期設定するためのものであつて、これ
を受けたＡ／Ｄ変換回路３２はサンプルホールド
回路３１がホールドしている溶接電流測定値I_AS
を取り込み、デジタル信号に変換してＤ／Ａ変換
回路３３に入力する。Ｄ／Ａ変換回路３３では入
力された溶接電流測定値I_ASをアナログ値に変換
して溶接電流基準値I_ACとして溶接終了まで保持
する。以後、オシレート半周期毎に検出される溶
接電流測定値I_ASが溶接電流基準値I_ACと比較され、
その溶接電流偏差ΔIが差動増幅回路３４から送
出される。この溶接電流偏差ΔIは不感帯回路３
５を通して増幅され偏差更新処理回路３６に供給
される。偏差更新処理回路３６は、前記したよう
に不感帯回路３５を通して今回入力された溶接電
流偏差ΔI_DNを溶接電流偏差ΔI_DN-1SUMに加算した
加算値ΔI_DNSUMを作成する。この溶接電流偏差は
増幅回路３７によりレベル変換されて溶接速度偏
差ΔS_Nとなる。台車駆動モータ８（M1）を駆動
するサーボアンプ４０はこの溶接速度設定値S_KO
とこの溶接速度偏差ΔS_Nとの加算値S_N+1SUMを溶
接速度指令値として受け台車駆動モータ８（M1）
の速度を制御する。

このように、本実施例では、初期設定された溶
接速度設定値S_KOを、オシレート半周期毎に、溶
接速度偏差ΔS_Nで修正しつつ溶接が行われ、第５
図ａに示す如く、第Ｎ番目のオシレート半周期の
溶接速度指令値S_NSUMは第Ｎ−１番目のオシレー
ト半周期の溶接速度指令値S_N-1SUMと第Ｎ−１番
目のオシレート周期で生じた電流偏差ΔI_DN-1を溶
接速度指令信号レベルに変換した信号値との加算
値となり、今回（第Ｎ−１番目のオシレート半周
期）測定された溶接電流偏差ΔI_DN-1を溶接速度指
令信号レベルに変換した信号値が溶接速度指令値
S_N-1SUMに対して増減している場合にのみ、その
増減分の速度だけ溶接速度指令値S_N-1SUMを修正
する。

即ち、前回のオシレート半周期における開先幅
に対して今回のオシレート半周期における開先幅
の増減の有無が監視され、増減があつた場合にの
みその増減分に対応する速度だけ次回のオシレー
ト半周期の溶接速度が修正されるから、開先幅が
不連続的に急変しない限りは、開先幅の変動に忠
実に追随し、従来のように制御装置側の要因で溶
接速度が急変するようなことはないので、制御動
作は安定し、常時適正なビード状態が得られる。

なお、上記実施例では、オシレート動作そのも
のに起因する溶接電流Ｉの変動分が混入するのを
防止するために、期間t₁の溶接電流平均値を溶接
電流測定値I_ASとしている。

〔発明の効果〕 この発明は以上説明した通り、オシレート半周
期毎に作成される溶接速度指令値は、前回オシレ
ート半周期に到達した溶接速度を開先変動分だけ
修正して作成されるので、開先幅の変化に実質上
忠実に追随して変化し、溶接速度の制御動作が滑
らかに安定しているので、溶接ビード高さの均一
性を従来に比して高めることができる。また、オ
シレート半周期毎に測定される溶接電流値をオシ
レート中心でなく所定期間の平均値としたことに
より溶接姿勢に限定されることなく、適用できる
利点がある。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明を実施した溶接装置の一例を
示す概略構成図、第２図は上記実施例における制
御装置のブロツク図、第３図は上記制御装置の一
部を具体的に示した回路図、第４図は上記実施例
におけるタイミング信号の波形タイムチヤート、
第５図ａは上記実施例における溶接速度指令値の
パターンを示す図、第５図ｂは従来の溶接速度制
御方法における溶接速度指令値のパターンを示す
図である。 ４……溶接トーチ、１３……オシレート装置、
１９……上下位置ずれ判定回路、３０……平均値
回路、３１……サンプルホールド回路、３２……
Ａ／Ｄ変換回路、３３……Ｄ／Ａ変換回路、３４
……差動増幅回路、３５……不感帯回路、３６…
…偏差更新処理回路、３８……加算回路。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 溶接トーチ保持部と被溶接物表面間の距離を
   一定に維持して上記溶接トーチを開先幅方向にオ
   シレートさせつつアーク溶接を行う消耗電極式ア
   ーク溶接において、オシレートされる上記溶接ト
   ーチの各オシレート半周期内における溶接電流を
   非瞬時値で検出し、この溶接電流測定値を溶接電
   流基準値として初期設定するとともに、溶接速度
   を初期設定したのち、オシレート半周期毎に測定
   される上記溶接電流測定値を上記溶接電流基準値
   と比較してその偏差を取り出し、今回のオシレー
   ト半周期に測定された偏差を前回までのオシレー
   ト半周期に測定された偏差に加算し、加算後の偏
   差が前回までのオシレート半周期に測定された偏
   差に対して増減している場合、今回のオシレート
   半周期に作成された溶接速度指令値を上記増減分
   に対応する速度分だけ修正して該修正された溶接
   速度指令値により次回のオシレート半周期の溶接
   速度を制御することを特徴とする消耗電極式アー
   ク溶接の溶接速度制御方法。 ２ 溶接電流測定値が、オシレート半周期内にお
   ける所定期間の平均値であることを特徴とする特
   許請求の範囲第１項記載の消耗電極式アーク溶接
   の溶接速度制御方法。