JPH0454547B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は裏当用材料を用いた片面自動アーク溶
接方法に関し、特に安定な片面溶接を行ない良好
な裏ビード形状を保ち、かつ表ビードの高さを一
定に保つように制御する片面溶接制御方法に関す
るものである。

〔従来技術〕

溶接継手においては開先幅、角度などの形状変
動がさけられないため、これらの変動を検出して
溶接条件を自動制御する必要がある。従来このた
めの有益な検知センサーは皆無といつてもよく、
わずかにITVやレーザー光を用いてアーク前方
の開先幅を検出する方式が見られるのみである。

〔発明が解決しようとする問題点〕

ところで上記方法においても、アーク位置と検
出位置とのずれがあり検出精度に限界があり、さ
らには溶接トーチの他に別体としてのセンサーと
いう個有の機器をトーチ近傍に設けるため、寸法
上、その適用に制約がある。従つてこのような状
況にある片面溶接においては、開先形状の変動に
対して、アーク位置での溶融金属の状態を適確に
反映する有効なセンサー、制御方法はいまだ提案
されていない。

本発明は、溶接アークの特性を利用し、別体と
してのセンサーを用いることなく、アーク位置で
の溶融金属の状態を検知して溶接条件を自動制御
し、開先状態の変動があつても、常にアーク直下
の溶融金属の厚さを一定に保ち、安定な片面溶接
を行なうことによつて良好な裏ビード形状と一定
の高さの表ビードが同時に形成されるような片面
溶接制御方法を提供しようとするものである。

〔問題点を解決するための手段〕

上記目的を達成するため、本発明は裏当用材料
を用いた片面自動アーク溶接方法であつて、あら
かじめ設定された溶接電流、またはアーク電圧を
保持するように溶接電極の軸方向（Ｙ軸）移動機
構によつて電極先端と母材表面との間隔距離を変
化させ、これによりアーク長が常に一定となる制
御動作を行なわせるアーク溶接方法において、開
先底部または母材表面を基準に検出された溶接電
極の軸方向の高さ距離を用いて、アーク直下の溶
融金属の厚さの変化を検出し、良好な裏ビード形
状と一定の高さの表ビードが溶接継手全長にわた
り得られるように溶接速度を自動的に制御する。

〔作用〕

アーク直下に溶融金属が存在する片面溶接にお
いては、その溶込みおよび裏ビードは、伝導や対
流による伝熱によつて形成されるが、この種の片
面溶接においては、アーク直下の溶融金属の厚み
を一定に保つことが安定な溶接の条件となる。

第７図は片面溶接時の溶接トーチを含む溶接ビ
ードの断面を示すものである。

アーク直下より後方の溶融金属はアーク圧力に
より押上げられ、ある高さの溶融金属ヘツドｈで
つりあつている。アーク圧力は溶接電流値に依存
するので、溶接電流が一定であれば溶融金属ヘツ
ドの高さｈは一定である。

一方、アーク直下の溶鋼の厚みhmはビードの
全厚Ｈから前記溶融金属ヘツドｈを差し引いた値
であるから、溶接速度が一定とすると、例えば開
先幅が増加の傾向にあれば、hmは減少して行き
裏ビードの出すぎからアークが裏当材にまで突き
抜けたりする。また、開先幅が減少の傾向にあれ
ば、hmは増加し、裏ビードの出不足をまねくこ
とになる。

したがつて、溶接電流を一定にして、アーク直
下の溶融金属の厚みhmを一定に保つように溶接
速度を制御すれば、安定な片面溶接が可能とな
り、良好な裏ビード形状が得られるとともに、表
ビードの高さも一定に保つことができる。

〔発明の実施例〕

第１図は本発明の一実施例を示す溶接装置の構
成図で、１は被溶接母材、２は開先、３は溶接台
車、４は溶接電極の高さ方向への移動機構、５は
消耗型又は非消耗型の溶接電極、６は変位計、７
は溶接電源、８はアーク電圧検出器、９はアーク
電流検出器、１０はモータ、１１は位置検出器で
ある。

図において、溶接台車３は開先線方向に走行自
在であり、溶接電極５は移動機構４を介して溶接
台車３に支持されているので、溶接電極５は高さ
方向（Ｙ軸）及び開先線方向いずれも移動可能で
ある。さらに電極５のＹ軸方向の変位はポテンシ
ヨメータ等の変位計６で検出され、開先線方向へ
の変位は例えば接触式ローラなどによる検出器１
１で検出されるので、電極５の母材表面における
位置は常に求められる。

電極５と母材１との間には電源７が接続される
が、電源７は溶接用途によつて定電流電源又は定
電圧電源が使い分けられる。

この溶接装置における制御の基本は、アーク長
が常に一定になるように高さ方向（Ｙ軸）に電極
５を移動させつつ行なう定アーク長制御溶接であ
るが、このＹ軸方向の移動制御はモーター１０で
駆動される移動機構４によつて行なわれる。

第２図はモータ１０による定アーク長制御の基
本回路ブロツクを示すもので、電源７が定電流電
源の場合は溶接電圧検出器８からのアーク電圧
を、また電源７が定電圧電源の場合には溶接電流
検出器９からの溶接電流を差動増幅器１４に入力
し、予め設定器１２に設定した基準値との差を増
幅器１４から出力させて、この差出力に応じた速
度でモータ１０を駆動する駆動制御器１３を設け
てある。この回路によつてアーク電圧（又は溶接
電流）が一定に保たれ、アーク長が一定となるも
のである。

第３図は第２図に示す制御系をもつた第１図の
装置による片面溶接の電極の移動状態と溶融金属
および溶接ビードの状態を示すもので、ａは適正
条件で安定な溶接が行なわれている場合、ｂは開
先幅が広くなつた場合である。

図中１５は裏当材料、１６は表ビード、１７は
裏ビードである。

第３図ａにおいては、アーク直下に適当な厚さ
hm₁の溶融金属が存在し、電極は溶接電流が一定
になるような高さに保たれており、このときの溶
融金属ヘツドの高さはｈである。

又ｂに示す溶接条件が一定のまま開先幅が大き
くなつた場合は、開先内の溶融金属の全高さは
H₁からH₂へと低くなり、一方溶接電流は一定で
あるから溶融金属のヘツドの高さｈは一定である
ので、アーク直下の溶融金属の厚さはhm₂と小さ
くなりまた溶接電流が一定になるように移動制御
されている電極高さは、ａの場合に比べて△ey
だけ低くなる。

第４図は溶接条件一定で溶接したときのルート
キヤツプの変化に対する電極高さeyと表・裏ビ
ード高さh_F，h_Bを示した実験結果の一例である。
溶接条件が一定でルートギヤツプが大きくなると
裏ビード高さh_Bはほとんど変化しないが、表ビー
ド高さh_Fは低くなる。また、このときの電極高さ
eyは、ルートギヤツプが大きくなるに従つて低
くなつている。さらに、この場合、ルートギヤツ
プが９mmを越えた位置ではアーク直下に溶融金属
が存在しない状態となるので、極めて不安定な溶
接になり遂には溶接が不可能な状態となる。

本発明によれば、このときの電極高さの変化を
検出し、電極高さを一定に保つように溶接速度を
制御し、安定な片面溶接を行うことによつて良好
な裏ビード形状と同時に一定の高さの表ビードを
得るものである。

第５図は、母材表面を基準にした溶接電極の軸
線方向の高さ距離を検出し、該高さ距離を常に所
定値に保持するよう溶接台車３の速度を制御する
回路ブロツク図である。母材表面の位置検出用の
検出器１１の出力で、電極高さ位置検出用変位計
６の出力を常時母材表面を基準に補正し、電極高
さの基準値１８と比較してその差が０になるよう
に、台車走行速度設定器１９からの速度指令値を
変化させて、台車駆動機２０により溶接台車３の
走行速度を制御するのである。

なお上記記述においては、溶接電極の軸線方向
の高さ距離は母材表面を表準としているが、母材
表面の代わりに開先底部を基準としてもよい。す
なわち検出器１１の接触式ローラを開先底部を走
行せしめ、電極高さ位置検出用変位計６の出力を
常時開先底部を基準に補正するのである。なお開
先底部を基準とする場合、上記ローラを使用する
代りに開先の深さを求め母材表面に対し算出して
もよい。

なお本実施例は電極を揺動しない場合の例であ
るが、電極を開先内で幅方向に揺動しながら溶接
する場合にあつても、例えば開先中央付近におけ
る電極高さを検出することによつて上記方法と同
様に本発明を適用することができる。

〔発明の効果〕

本発明は上記のように、アーク溶接による片面
溶接において、母材表面を基準にした溶接電極の
高さ距離の変化を検出し、電極高さを一定に保つ
ように溶接速度を制御したので、安定な片面溶接
が可能となり、良好な裏ビード形状とともに一定
の高さの表ビードが得られることとなつた。

第６図は本発明に係る制御方法の結果を示すも
のである。図に示すようにルートギヤツプＧの増
大に対し、溶接速度が制御されて減少し、電極高
さがほゞ一定に得られるので、第４図で示される
ような、ルートギヤツプＧの過大な位置における
溶接の不安定状態を招くことはなく、溶接全長に
亘り良好な裏ビードと一定高さh_Fの表ビードが得
られている。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示す溶接装置の構
成図、第２図は定アーク長制る御の構成図、第３
図は溶接状況の説明図でａは適正条件で安定な溶
接が行なわれてい場合、ｂは開先幅が広くなつた
場合のそれである。第４図は溶接条件一定で溶接
する場合の電極高さと表・裏ビードの高さとの関
係を示す線図、第５図は本発明に係る制御の構成
図、第６図は本発明の効果を示す線図、第７図は
溶接の説明図である。 図中、１は被溶接母材、２は開先、３は溶接台
車、４は電極の高さ方向移動機構、５は溶接電
極、６は電極の高さ方向変位計、７は電源、８は
溶接電圧検出器、９は溶接電流検出器、１０はモ
ータ、１１は電極の位置検出器、１２は設定器、
１３は駆動制御器、１４は差動増幅器、１５は裏
当材料、１６は表ビード、１７は裏ビード、１８
は電極高さの基準値、１９は台車走行速度設定
器、２０は台車駆動機である。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 開先裏面に裏当用材料を用いて行なう片面ア
   ーク溶接方法であつて、あらかじめ設定された溶
   接電流、またはアーク電圧を保持するように溶接
   電極の軸線方向移動機構によつて電極先端と母材
   表面との間隔距離を変化させ、これによりアーク
   長が常に一定となる制御動作を行なわせるアーク
   溶接による片面溶接方法において； 上記溶接電極の軸線方向の高さ距離を開先底部
   または母材表面を基準に検出し、その高さ距離を
   一定に保つように溶接速度を制御することにより
   アーク直下の溶融金属の厚さを一定に保ち、安定
   な片面溶接を行うことによつて、良好な裏ビード
   形状を得ることができ、かつ表ビードの高さを一
   定に保つことができることを特徴とする片面溶接
   の制御方法。