JPH0481278A

JPH0481278A - 溶接装置

Info

Publication number: JPH0481278A
Application number: JP19050990A
Authority: JP
Inventors: Yoshio Imajima; 今島　義夫
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1990-07-20
Filing date: 1990-07-20
Publication date: 1992-03-13

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】［発明の目的コ（産業上の利用分野）本発明は溶接部の品質を安定化するための溶接装置に関
する。

（従来の技術）従来の溶接装置の自動化は開先内を溶接するビード・シ
ーケンスを制御するためのトーチ位置関係の制御とか、
あるいはこれに関連する溶接条件。

例えば溶接電流、電圧、速度等を安定した値でシーケン
シャルに制御することが行われていた。

一般に、溶接継手部の品質、特性を管理・評価する場合
に溶接施工時の入熱量が重要な要素として用いられる。

この入熱量は次の（１）式で表される。すなわち入熱量（Ｊ／ｃｍ）　＝　６０×溶接電流（Ａ）×溶接
電圧（Ｄ）溶接速度（ｃｍ／分）・・・・・・・・・・・・（りところで、入熱量が変化すれば、母材へ投入される熱量
が変化するので、母材の溶込、熱影響部の量が変化する
。即ち溶接前の母材の特性を変える量が変わり、結果的
に溶接継手部の性能に影響を及ぼす。これらの相関関係
から溶接継手部の品質特性を管理・評価し、品質を安定
化するために溶接電流、電圧、速度等、溶接装置の出力
を安定化する努力がなされてきた。

（発明が解決しようとする課題）しかし、溶接装置の出力が安定化されていて一定の入熱
量で溶接が行われても、溶接の進行に伴って母材温度が
変化するので、溶接開始時と溶接終了時では溶込み量に
大きな差が生じる。また同じ入熱量で溶接されても母材
の板厚、大きさ等によって溶込み量に差が生じる。さら
に、同一溶接条件で作業しても季節の違いにより溶接結
果が大きく異なる場合が多い。特に、熱伝導の良い例え
ば銅、アルミニウムおよびこれらの合金において、溶接
による母材温度の上昇は溶込み深さに大きな影響を与え
、溶接装置の出力が一定であっても品質的に一定となら
ないという欠点があった。

しかして、溶込み量の変化は、融合不良などの溶接欠陥
につながるだけでなく、希釈量が変化することであり、
溶接継手部の性能に変化を及ぼす重大な問題である。し
たがって、単に溶接装置の出力のみを制御するのではな
く、熱を受ける母材側の変化を検出して溶接装置を制御
する必要がある。

また、ワイヤ供給を伴うＴＩＧ自動溶接においては、溶
接ビードに凹凸が生じないようにするために通常ワイヤ
供給量は均一な溶着量が得られるように制御されなけれ
ばならないという問題があった。

本発明は上記事情に鑑みてなされたもので、その目的は
、溶接時の母材温度およびその変化量を測定し、これに
より母材への溶込み量を制御して溶接部の品質の安定化
および均一化の可能な溶接装置を提供することにある。

［発明の構成］（課題を解決するための手段）上記目的を達成するために、本発明は、走行台車と溶接
トーチと温度センサを備えた溶接装置において、母材の
アーク溶接中にアーク点近傍の母材温度を連続的に測定
し、この母材温度により溶接速度を比例制御するように
構成したことを特徴とするものである。また、母材温度
の下限温度設定未満では溶接速度を最低速度とし、上限
温度設定以上では溶接速度を最高速度になるように制御
する上下限温度設定部と母材の溶接条件が変化したとき
母材温度により比例制御される溶接速度の比例係数及び
定数を変更できる比例変換部を設けたことを特徴とする
ものである。

（作　用）母材への溶込み量等を制御して品質を安定とするには溶
接装置からの出力を受けた母材側の影響を測定し、この
影響度に応じて溶接装置の出力を制御しなければならな
い。

本発明によると、溶液中母材側の受けた影響度を母材温
度の変化としてとらえるために、溶接トーチからある距
離離れた母材温度を連続的に温度計で測定する。この温
度計からの母材温度信号により溶接速度を比例制御する
ようにしているので、熱電導の良い材質における溶は込
み変化がなくなり、品質が安定する。また、上下限界温
度設定部あるいは比例変換部を設けているので、母材温
度の変化あるいは溶接条件の変化に応じて溶接装置の出
力を容易に適合させることができる。

（実施例）以下、本発明の実施例を図面を参照して説明する。

第１図は本発明の一実施例のブロック構成図であり、第
２図は第１図の速度制御系とワイヤ制御系との関連を示
すブロック構成図である。

第１図および第２図に示すように、本発明の溶接装置は
、走行装置Ａと走行速度制御系Ｂとワイヤ制御系Ｃとか
ら構成されている。

走行装置Ａは走行モータ（図示しない）を内蔵した走行
台車１とこの走行台車１に搭載された溶接トーチ２と温
度検出センサ３とから構成されている。溶接トーチ２は
母材８の溶接部にアークを発生させて溶接を行うもので
あり、検出センサ３は赤外線温度計などの温度検出セン
サが用いられる。この赤外線温度計は溶接トーチからあ
る距離の所に保持され、溶液中溶接位置からある距離離
れた点の母材温度を連続的に測定する。

走行速度制御系Ｂは信号変換部４、上下限温度設定部５
、比例変換部６、電圧変換部７から構成されている。

赤外線温度計からの母材温度信号は温度計によってアナ
ログ信号またはディジタル信号であったりするため、使
用する走行速度制御系に合わせて信号変換部４が選ばれ
る。すなわちＤ／Ａ変換またはＡ／Ｄ変換を行い、さら
に温度信号レベルを制御系の信号レベルに増幅したり、
入力と出力の比を変換する。また、上下限温度設定部５
は第３図に示すように、母材温度の制御範囲を設定する
。

比例変換部６は母材の板厚、大きさ等および溶接電流、
電圧等の設定が変わった時に、母材温度と出力の関係を
表す　ｙ＝ａｘ＋ｃ　　なる式（後記（２）式を参照）
の比例係数ａと定数部Ｃを変更して溶接特性の整合を得
るためのものである。電圧変換部７は走行台車のモータ
駆動電圧を得るための電圧変換を行うもので、ここで変
換された電圧が走行台車１のモータ１ａへ供給されて走
行速度が決まる。これにより母材温度に比例した走行台
車１の速度が得られ、結果的に母材温度が一定になるよ
うに構成されている。

またワイヤ制御系Ｃは走行速度検出用エンコーダ９、信
号変換部１０、出力部１１、ワイヤ供給モータ１２とか
ら構成されている。エンコーダ９で走行速度を検出し、
信号変換部１０で走行速度に相応するワイヤ送給量の信
号を変換する。出力部１１で具体的にワイヤ送給モータ
１２へ供給する電圧を得る。

次に、本実施例の作用について説明する。

一般に、母材温度と走行速度の関係は次の１次式で表さ
れる。

ｙ　＝　ａ　ｘ　＋　ｃ　　　　　　　　　（２）ここ
で　ｙ：走行速度、ａ：比例係数Ｘ：母材温度、ｃ：定数しかし、実際的には理想的な各係数を求めることは母材
材質および形状・大きさ等により変化するため極めて困
難である。従って、母材温度と走行速度の関係はある程
度大まかな一次式の関係を得れば良い。この大まかさを
次の上下限温度設定部５で補う。すなわち、信号変換部
４で母材温度と溶接装置の走行速度の関係は第４図の直
線ｍのように設定される。ところが、実際に必要な走行
速度は直線ｍの両端近傍で少しずれる。そこで、第３図
の実線ｎのように、下限および上限設定温度を設け、下
限設定温度以下の母材温度では走行を停止させ、また上
限設定温度以上の母材温度になると、装置の最高速度又
は制御しようとする母材温度の範囲より少し高い母材温
度の場合に相当する走行速度で走行し、上限と下限の設
定温度範囲内では第４図の関係に従って変化する。

ところで、溶接中は、溶接トーチ２から母材８ヘアーク
が発生し、母材温度が上昇していくが、これにつれて走
行台車１の走行速度が速くなる。

溶接電流、電圧が一定の値にセットしてあれば、走行速
度が速くなれば、熱源の移動が速くなることとなり、母
材温度は低下していく。母材温度が低下すれば走行速度
も低下する。

このような母材温度すなわち温度検出センサ３で検出さ
れた温度信号と走行台車１の走行速度との関係を示した
ものが上記した第３図の特性図である。すなわち、走行
台車１は点線ｍ上を移動しながら母材温度を一定に保つ
ように速度制御されるが、このままでは母材温度の幅が
広くなるので、強制的に温度幅を制限する上下限温度設
定部５を設けており、走行台車１は実線ｎに沿って速度
制御される。つまり、下限設定温度未満では最低速度の
零とし、また上限設定温度以上では走行台車１は最高速
度になるように設定されている。したがって、上下限温
度設定部５は温度検出センサ３の信号に対して設定して
もよいし、また電圧変換部４の出力電圧に対して設定し
てもよい。これにより下限温度設定未満の時、走行台車
１は停止して母材温度の上昇を待ち、下限温度以上にな
ると、第３図実線ｎの走行特性に従って走行速度が上昇
する。上限設定温度以上になると、最高速度で走行する
ので、母材温度は急激に低下する。また、下限温度設定
未満になれば走行台車は停止するので、母材温度は急激
に上昇する。これらの動作を繰り返えすことにより母材
温度はより精度よく保持される。

本実施例は上記したように制御することにより、溶接中
の母材温度を溶接開始から終了まで一定に保つことがで
きる。母材温度が一定であれば、溶込み量の制御が容易
になり、その結果、熱伝導の良い材質でも溶は込み量の
制御が簡単となる。

なお、赤外線温度計を複数個用いて温度分布を計算し、
最適の制御のための母材温度測定点を計算することもで
きる。さらに走行速度の検出はエンコーダを用いなくて
も光電スイッチ、近接センサ等を用いても可能である。

また母材温度検出センサの信号で溶接電流を制御しても
良い。この場合母材温度が上昇する程溶は込み易くなる
ので、係数ａはマイナスの傾きにしなければならない。

以上の説明では、−数的な溶接条件の変化の大きい場合
について説明したが、溶接条件が比較的安定しており、
また溶接温度範囲が適性範囲にある場合には上下限界設
定部および比例変換部が設けなくても母材温度により溶
接速度を制御することでを溶接部の精度は充分に保持す
ることができる。

［発明の効果］以上説明したように、本発明によれば、母材温度が一定
に保たれているので、溶接作業が進行するほど母材温度
が上昇し、溶込み量、希釈量が変化するという従来装置
の欠点がなくなる。したがって、特に熱伝導の良い材質
における溶込み変化がなくなり、溶接部の品質が安定化
するという効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例のブロック構成図、第２図は
第１図の速度制御系とワイヤ制御系との関連を示すブロ
ック構成図、第３図は上下限界温度を設定した場合の母
材温度と走行速度の関係を示す特性図、第４図は母材温
度と走行速度の関係を示す特性図である。１・・・走行台車２・・・溶接トーチ３・・・温度検出センサ４・・・信号変換部５・・・上下限温度設定部６・・・比例変換部７・・・電圧変換部８・・・母材９・・・エンコーダ１０・・・信号変換部１１・・・出力部１２・・・ワイヤ送給モータＡ・・・走行装置Ｂ・・・走行速度制御系Ｃ・・・ワイヤ制御系（１１７３３）代理人　弁理士　猪　股　祥　晃（ほか
　１名）第図第図

Claims

【特許請求の範囲】

（１）走行台車と溶接トーチと温度センサを備えた溶接
装置において、母材のアーク溶接中にアーク点近傍の母
材温度を連続的に測定し、この母材温度により溶接速度
を比例制御するように構成したことを特徴とする溶接装
置。
（２）母材温度の下限温度設定未満では溶接速度を最低
速度とし、上限温度設定以上では溶接速度を最高速度に
なるように制御する上下限温度設定部と母材の溶接条件
が変化したとき母材温度により比例制御される溶接速度
の比例係数及び定数を変更できる比例変換部を設けたこ
とを特徴とする請求項１記載の溶接装置。