JPH04200977A

JPH04200977A - ガスシールドアーク溶接におけるガスシールド状態検出方法及びその装置

Info

Publication number: JPH04200977A
Application number: JP33067390A
Authority: JP
Inventors: Akio Koga; 古賀　明夫
Original assignee: YAMAGUCHI PREF GOV
Current assignee: YAMAGUCHI PREF GOV
Priority date: 1990-11-30
Filing date: 1990-11-30
Publication date: 1992-07-21
Anticipated expiration: 2009-08-17
Also published as: JPH0661625B2

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］本発明は、ガスシールドアーク溶接時におけるガスシー
ルド状態を検出する方法及びガスシールド状態を検出す
る装置に関する。

［従来の技術及び発明が解決しようとする課題］アーク
溶接においてアーク雰囲気中に空気が混入すると溶接欠
陥が発生ずるため、アルゴンカスあるいは炭酸カス等の
シールド用ガスで溶接部をシールドすることにより空気
を溶接部から排除するガスシールドアーク溶接が行われ
ている。

一方、アーク溶接作業は大量のヒユームの発生を伴うの
で、溶接作業を行う現場においては作業者の湯境衛生上
換気を行う必要がある６　また、屋外で溶接作業をする
場合に風防を用いても、ガスシールドを行っている溶接
部に風が当ることがある。そのため、ガスシールドが不
良となり、溶接欠陥が発生ずることがある。また、ノズ
ルのつまりゃ炭酸カス供給圧力の低下により、ガスシー
ルト不良を引き起こす場合がある。

良好なガスシールド効果を確保する方法として、従来大
流量のシールドカスと専用のノズルを使用する方法があ
る。しかし、この方法には、ガスシールド状態状態を溶
接作業実行中に直接的に知る事が出来ないため、シール
ドガスを多めに使用するという間接的な欠陥予防策しか
取り得ないという問題がある。

また、溶接電流・電圧の変動を検出することにより、ガ
スシールド状態を検出する方法が、従来行われている。

しかし、この方法には、ガスシールド不良による変化が
微細であるため検出精度を上げることがてきないという
問題がある。

この他に、特開昭６１−３３７６６号公報に、ＴＩＧ溶
接において発生するスパイク状電圧を検出することによ
りガスシールド不良を検出する方法が提案されている。

しかし、ＴＩＧ溶接においては、溶滴は非常に安定した
移行形態であるスプレー移行であるのに対し、通常の炭
酸ガスシールドアーク溶接においては、溶滴の移行形態
がグＵビュール移行もしくは短絡移行形態である。また
、Ｔ■Ｇ溶接は非消耗電極式であるのに対し、炭酸ガス
シールドアーク溶′接は消耗電極式であり電極形状が大
きく変化する。そのため、溶接電流・電圧のレヘル変動
が非常に大きく、被検出波形はこの変動分に埋もれてし
まい、消耗電極式である炭酸ガスシールドアーク溶接に
この方法を適用することはてきない。

このように、従来のいずれの方法によっても、良好なガ
スシールド状態を得ることは困難てあった。

本願各発明は、これらの問題点を解決することを課題と
し、この課題を解決することすなわち、ガスシールドア
ーク溶接を実行中に、ガスシールド“状態を検出するこ
とにより、ガスシールド不良による溶接欠陥を未然に防
止することができるガスシールド状態検出方法及び装置
を提供することを目的とする。

［課題を解決するための手段］本発明者はこの目的を達成するために、種々実験を行い
検討を加えた結果、溶接電流波形に含まれるスパイク状
波形がプラス側とマイナス側で異っており、これらの波
形の変動が、特に従来溶接信号源としては重視されてい
なかった高周波域においてカスシールＩ・状態の変化と
密接に連動していることを見いだした。

本願各発明はこの新規に見いだした現象を利用するもの
であり、すなわち「ガスシールドアーク溶接において、
プラス側及びマイナス側の溶接電流波形を検出し、該溶
接電流波形相互の差の波形信号を求め、該差の波形信号
の実効値を求め、該実効値の変化により、溶接アーク状
態の検出を行うことを特徴とするガスシールド状態検出
方法」であることを構成とする第１の発明、　「溶接電
源出力部のプラス側とマイナス側に同一性能の溶接電流
波形検出器と増幅器を備え、これらの信号相互の差を求
める減算回路、該差の実効値を求める実効値演算回路、
該実効値の大きさによりガスシールド良否を判定する判
定回路、該判定回路の判定結果により警報を発する警報
回路を有することを特徴とするガスシールド状態検出装
置」であることを構成とする第２の発明、　「ガスシー
ルドアーク溶接において、プラス側及びマイナス側の溶
接電流波形を検出し、該溶接電流波形相互の差の波形信
号を求め、該差の波形信号を高速フーリエ変換し、その
周波数分布の変化により、溶接アーク状態の検出を行う
ことを特徴とするガスシールド状態検出方法」であるこ
とを構成とする第３の発明及び「溶接電源出力部のプラ
ス側とマイナス側に同一性能の溶接電流波形検出器と増
幅器を作え、これらの信号相互の差を求める減算回路、
該差を高速フーリエ変換する高速フーリエ変換回路、該
高速フーリエ変換回路により変換された波形信号により
ガスシールド良否を判定する判定回路、該判定回路の判
定結果により警報を発する警報装置を有することを特徴
とするガスシールド状態検出装置」であることを構成と
する第４の発明を提供するものである。

［動　作コ本願各発明は上記のような構成を採っており、第１の発
明及び第２の発明においては実効値が大きくなったこと
によりカスシールト不良を検出し、第３の発明及び第４
の発明においては周波数成分が変化したことによりカス
シールト不良をリアルタイムで検出する。

［実施例］以下、本発明を消耗電極式炭酸カスアーク溶接に適用し
た実施例を図面を参照して説明する。

アナログ信号処理による第１の発明の溶接装置のガスシ
ールド状態検出方法及び第２の発明のガスシールド状態
検出装置を説明するだめの、第１実施例のブロック図を
第１図に示す。

このブロック図において、　ｌは溶接電源、２Ｉ及び２
２は各々プラス側及びマイナス側溶接電源出力部に接続
された全く同一の特性を有する抵抗器である溶接電流検
出手段、３１及び３２は抵抗器２１及び２２から取り出
された電流波形を増幅するための増幅器であり、この２
台の増幅器の零レベル及び増幅度は全く同一である。４
は被溶接物、５はシールド用炭酸カス、６は溶接ノズル
、７はコンタクトチップ、８は溶接ワイヤである。

また、９は増幅器３１及び３２て増幅された信号の一方
から他方を減するアナログ式の波形減算器、　１０は溶
滴移行周期や電源整流リップル波形・電源周波数ノイズ
等に起因する波形変動の影響を低減するためのバイパス
フィルター、１１は信号の変動分を低減するために実効
値平均化処理を行う自乗平均平方根（ＲＭＳ）回路、　
１２は閾値を有する判定回路、　１３は判定回路の判定
結果により警報信号を出す警報回路である。

なお、このバイパスフィルター１０は溶滴移行周期や電
源整流リップル・電源周波数ノイズ等の存在に起因する
ものであるから、これらの問題がない場合には省略する
ことができる。

次に第２図及び第３図を用いて第１図に示した溶接装置
の動作を説明する。

第１図において、溶接電流は溶接電源１のプラス側端子
→コンタクトチップ７→溶接ワイヤ８→溶接アーク気柱
→被溶接物４→溶接電源１のマイナス側端子の経路で流
れる。この電流経路のプラス側の給電線の途中に抵抗器
２１が、マイナス側の給電線の途中に抵抗器２Ｉと全く
同一の特性を有する抵抗器２２が接続されており、これ
らの抵抗器２１及び２２により各々プラス側とマイナス
側の溶接電流波形信号を検出する。

このようにして検出されたプラス側とマイナス側の溶接
電流波形信号を零レベル及び増幅度が全く同一である増
幅器３１及び３２て増幅する。

第２図（ａ）に第１図に示す溶接装置におけるプラス側
溶接電流の増幅後の波形図を、同図（ｂ）にマイナス側
溶接電流の増幅後の波形図を示す。

これらの図から明らかなようにプラス側溶接電流波形と
マイナス側溶接電流波形には差がある。

これは、溶接電流がアーク気柱を通して流れる間に、ア
ーク気柱が一種の気体コンデンサー的働きをすることに
より、気体の種類により高周波成分である溶接電流波形
のピーク値の吸収程度を変化させ、同時にアークの放電
特性も微妙に変化し、この結果溶接電流波形のプラス側
とマイナス側の溶接電流波形の微妙な差となって現われ
るためであると考えられる。

これらの溶接電流波形をアナログ式の波形減算器９を通
ずことにより、プラス側とマイナス側の溶接電流波形中
の差の波形成分のみを取り出す。

第２図（Ｃ）にアナログ式の波形減算器９を通すことに
より得られた、プラス側溶接電流波形とマイナス側溶接
電流波形との差の波形面を示す。この図から明らかなよ
うに、このようにすると、プラス側溶接電流波形とマイ
ナス側溶接電流波形の絶対差の波形を、波形のレベル変
動分に影響されることなく明確な形で取り出すことがで
きる。

このようにして得られた差の波形なバイパスフィルター
１０を通すことにより溶滴移行周期や電源整流リップル
波形・電源周波数ノイズ等の低周波成分の影響を低減し
、これをＲＭＳ回路により処理して実効値を得る。

この実効値は溶接部における風速すなわちガスシールド
状態に依存し、ガスシールド状態が不良であると実効値
は大きくなる。この様子を示したものが第３１ｆｆｌ（
ｂ）のグラフであり、その時の風速を同図（ａ）に示す
。

これらの図において、横軸は１目盛４秒の時間軸であり
、縦軸は（ａ）においてはフルスケール±９　ｍ／ｓの
風速を対数目盛りで表し、　（ｂ）においてはフルスケ
ール±２■の実効値を表す。これらの図から明かなよう
に（ａ）に示す風速２　ｍ／ｓ以上のガスシールド不良
時と、　（ｂ）に示す１■程度の実効値域すなわちガス
シールド不良信号域が対応している。

この実効値の大きさを判定回路１２て検出し、ある一定
の閾値な越えた場合には信号を発生し、警報回路により
警報を発生する。

以上炭酸ガスアーク溶接の場合について説明したが、炭
酸ガスアーク溶接以外の他のガスシールドアーク溶接に
本発明を実施した場合にも同様の効果を得ることができ
る。

次に、デジタル信号処理による第３発明のガスシールド
状態検出方法及び第４発明のガスシールド状態検出装置
を説明するための第２実施例のブロック図を第４図に示
す。

この第４図に実施例を示す第３の発明の溶接方法及び第
４の発明の溶接装置が第１図に示す実施例の溶接方法及
び装置と異なる点は、第１図に示す溶接方法及び溶接装
置においては、波形減算器路９及びバイパスフィルター
１０及びＲＭＳ回路１１を通して得られた、電流波形中
の高周波成分の実効値の大きさによりガスシールド状態
の良不良を判定しているのに対し、第２実施例の溶接装
置においては波形減算回路９を通すことにより得られた
電流波形を高速フーリエ変換（ＦＦＴ）回路１４を通す
ことによって周波数分析を行い、その結果によりガスシ
ールド状態の良不良の判定を行っている点である。

第５図は第４図に示す第２実施例の溶接装置における、
ガスシールドの良不良について周波数解析データを抜き
出し比較したものである。同図（ａ）はガスシールト不
良における周波数分布を示すものであり、同図（ｂ）は
ガスシールド良好状態における周波数分布を示すもので
ある。これらの図から明らかなようにガスシールド良好
時には２−４ＫＨｚ以上の部分には全く周波数成分がな
いのに対し、ガスシールド不良時には２．　４ＫＨｚ以
上の部分に周波数成分が連続して存在している。

また、ガスシールド良好時の全周波数信号強度の総和は
約−３０ｄＢＶてあったのに対して、ガスシールド不良
時には約−２７ｄＢＶと３ｄＢＶの信号強度差があり、
ラインノイズや電源リップル周波数等の影響を遮断した
、２．４ＫＨｚから８ＫＴ（ｚまでの周波数信号強度総
和はガスシールド良好時には約−３７ｄＢＶ、ガスシー
ルド不良時には約−３１ｄＢＶと６ｄＢＶの差があり、
これは信号差として十分な大きさである。

これらの処理結果はデジタル処理であるから、高精度で
ほぼリアルタイムでその変化値を連続して得ることがで
き、判別回路を通してガスシールド不良時報を出力する
ようにするのは容易である。

第１実施例に示すアナログ処理による方法は比較的簡単
な構成で高速アナログ処理が可能であるが、信号パワー
全体の強度の変化を検出しているため、ガスシールド状
態の微妙な変化を明確に把握しにくい。一方、第２実施
例に示すデジタル処理方式は機器の構成が複雑でありか
つ処理に要する時間がやや長くなるが、周波数の分布状
態を常時解析しているため、ガスシールド状態の微妙な
変化を常時検出することが可能である。

なお、上記各実施例においては溶接電流波形検出器とし
て抵抗器を用いているが、他の検出器例えば、取り出す
波形成分が交流であることを利用して、変流器等の交流
検出手段を利用することが可能である。

また、本実施例はガスシールド状態検出方法及び装置に
ついて説明したが、適当なＦＦＴ処理項目を選択すれば
ガスシールドアーク溶接における溶滴移行状態の検出、
短絡状態の検出などアーク状態の多元的評価方法として
しても有用である。

［発明の効果コ以上説明したように、本願各発明の方法によれば、比較
的簡単な機器構成でリアルタイムにガスシールド状態を
検出することが可能であるばかりでなく、消耗電極式ア
ーク溶接のように溶接電源電流波形が大幅に変化する場
合でも、プラス側波形とマイナス側波形との瞬時波形の
絶対差を信号源としているためその変動を受けにくい。

また、信号を溶接電源出力部から取る事ができるため、
　トーチ部等の取扱いが容易である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明を実現する装置のブロック図、第２図は
溶接電流原波形と溶接電流減算波形図、第３図はガスシ
ールド不良状態信号波形図、第４図は別の組合せによる
装置のブロック図、第５図はガスシールド信号周波数分
析波形図である。図中１・・・溶接電源、　　　　　　２１．２２・・・抵抗
器、３＋　、３２・・・増幅器、　　　８・・・溶接ワ
イヤ、９・・・波形減算器、１０・・・バイパスフィルター、１１・・・実効値平均回路、１２・・・ガスシールド判定回路、１３・・・警報回路
、１４・・・高速フーリエ変換回路、

Claims

【特許請求の範囲】

（１）ガスシールドアーク溶接において、プラス側及び
マイナス側の溶接電流波形を検出し、該溶接電流波形相
互の差の波形信号を求め、該差の波形信号の実効値を求
め、該実効値の変化により、溶接アーク状態の検出を行
うことを特徴とするガスシールド状態検出方法。
（２）溶接電源出力部のプラス側とマイナス側に同一性
能の溶接電流波形検出器と増幅器を備え、これらの信号
相互の差を求める減算回路、該差の実効値を求める実効
値演算回路、該実効値の大きさによりガスシールド良否
を判定する判定回路、該判定回路の判定結果により警報
を発する警報回路を有することを特徴とするガスシール
ド状態検出装置。
（３）ガスシールドアーク溶接において、プラス側及び
マイナス側の溶接電流波形を検出し、該溶接電流波形相
互の差の波形信号を求め、該差の波形信号を高速フーリ
エ変換し、その周波数分布の変化により、溶接アーク状
態の検出を行うことを特徴とするガスシールド状態検出
方法。
（４）溶接電源出力部のプラス側とマイナス側に同一性
能の溶接電流波形検出器と増幅器を備え、これらの信号
相互の差を求める減算回路、該差を高速フーリエ変換す
る高速フーリエ変換回路、該高速フーリエ変換回路によ
り変換された波形信号によりガスシールド良否を判定す
る判定回路、該判定回路の判定結果により警報を発する
警報装置を有することを特徴とするガスシールド状態検
出装置。