JPH0630807B2 - ア−ク溶接方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ＜産業上の利用分野＞ 本発明は溶接装置に係り、特に多電極溶接トーチが溶接
線に対して正確に対向しかつ被溶接物からの距離を調節
して好適な溶接をするアーク溶接方法に関する。

＜従来の技術及びその問題点＞ アーク溶接法により構造物を接合する場合溶接が進行す
るに従つて溶接中に発生する熱により被溶接物が熱膨張
をし不規則な変形が発生するのが通常である。この場合
被溶接物の加工精度，組立精度，アーク加熱による部材
変形等の理由から良好な溶接状態を得るに必要な溶接ト
ーチの軌跡は、あらかじめ予定していたものとは異なり
不規則な変動をしなければならぬこととなる。従つて良
好な溶接状態を得るためには溶接中に溶接トーチの被溶
接物に対する位置を調整し、溶接トーチが所定の溶接線
に沿つて移動し得るよう制御しなければならない。ここ
で隅肉溶接において溶接トーチが溶接線から逸脱するこ
とを自動的に修正するための機構として現在実用に供さ
れているものを第２図(A)に示す。同図(A)に示すものは
直接センシング方式と呼ばれるものである。この直接セ
ンシング方式は溶接トーチ33の近傍に被溶接物31からの
距離などを測定するセンサ34（近接スイツチ式等の如く
任意のものを選定できる）を取り付けている。この場合
溶接トーチ33の位置はセンサ34で測定された距離がある
一定の範囲に納まるよう制御されているので、溶接トー
チ例えばその端部の描く軌跡を溶接線32と平行し一致す
るように調整する必要がある。しかし溶接部周辺は高温
にさらされるうえ、溶接ヒユーム，スパツタ，強力なア
ーク光，電磁ノイズなどが発生する過酷な条件下にある
ため使用できるセンサが限定されて検出能力に制御を受
け、また保守を頻繁に行う必要があるためにセンサ取付
位置や使用に際しての範囲が限定される場合が多い。こ
の問題点を解決するため間接センシング方式が提案され
ている。間接センシング方式では第２図(B)に示す如く
溶接トーチ33の近傍にセンサ等を取り付けず溶接アーク
現象を利用して溶接線32の検出を行うものである。即ち
溶接アーク電流電圧等の溶接条件因子を測定し、その結
果を公知の実験式に代入することにより溶接アーク先端
部と被溶接物間の実寸法を求めている。具体的には溶接
トーチ33を溶接線32とは異なる方向にオシレート（第２
図(B)に矢印で(a,b)示す如く揺動）させ、その両端で溶
接条件因子を測定し比較することにより溶接点の偏位位
置とその量を算出し溶接線からのずれを修正する。この
間接センシング方式ではトーチ33近傍に特別なセンサを
取り付ける必要がないので直接センシング方式で問題と
なつた不具合な点は解消されるが、溶接中に溶接トーチ
をオツシレートさせる必要があるので溶接線方向の溶接
速度が遅くなり作業能率が低下するという問題が発生す
る。

この間接センシング方式とは理想的な定電圧電源特性下
では、溶接電流とワイヤ突出し長さが反比例関係にある
ことを利用することにより溶接線を検出するものであ
る。

溶接トーチを第２図(B)図に示す如く溶接線と直角方向
に変位させるときは、溶接ワイヤと母材間の寸法が変化
しその溶接電流等の条件を設定値と比較することにより
トーチの溶接点に対する変位方向とその量をリアルタイ
ムで検知することができるとするものである。この場合
a,b方向の揺動をさせるとａ位置かｂ位置かの検知がで
きる。

しかし溶接電流の変化は単にワイヤ突き出し長さのみに
支配されるものでなく、溶接電源特性，ワイヤ送給速
度，溶滴移行速度等にも影響されるものである。従つて
実験を主体としこれを算式にして、間接に溶接線との相
対位置を算出するものである。またこれについて、数人
の実験者の報告も提出されている。

まず本願発明者が使用する実験式を記載する前に間接セ
ンシングに使用する因子（フアクター）の関連について
述べる。

ワイヤ先端から母材に対し発生しているアークの長さ
は、溶接電流とアーク電圧の値から実験式を使用して求
められる。しかし、アーク電圧を直接測定することは難
しいので、測定の容易な溶接チツプ・母材間の電圧から
ワイヤ突出し部（Ｌ_Ｅ）（第４図）の電圧降下分を補正
すれば、アーク長を求めることができる。ワイヤ突出し
部の電圧降下は、ワイヤ突出し部の抵抗とアーク電流の
積により求められるが、ワイヤ自体がアーク電流により
加熱されるのでワイヤ突出し部の抵抗値は、溶接チツプ
から遠ざかるにつれて増加することとなる。また溶接ワ
イヤは、一定速度で送給されているので、送給速度が遅
い程、あるいは、溶接チツプから離れている程、アーク
電流による加熱時間は長くなり、抵抗値は増加するの
で、ワイヤ送給速度も計算式の因子として含まれること
となる。

本願発明者等の使用する実験式は下記のものとなる。
（第４図参照） Ｌ：チツプ母材間距離 υ：ワイヤ送給速度 Ｌ_A：アーク長 I_a：アーク電流（平均値） Ｌ_E：ワイヤ突出し長 I_e：アーク電流（実効値） Ｖ：溶接電圧 Ｋ_１〜Ｋ₁₀：定数 Ｖ_A：アーク電圧 Ｒ：ワイヤ突出し部の抵抗 Ｖ_E：ワイヤ突出し部の電圧降下 従つて上記の式によりＶ，I_a，Ｒは算出でき、Ｖ_ａもま
た算出することができる。

これにより溶接チツプと被溶接物間の距離は（Ｌ＝Ｌ_Ａ
＋Ｌ_Ｅ）であり、その変動を電流電圧の変動から検知す
ることができる。

＜本発明の目的＞ 本発明は前記した問題点に鑑みなされたものであり、溶
接速度を低下させずしかも溶接精度を高く保持すること
のできる隅肉溶接多電極でする溶接方法を提供すること
を目的とする。

＜本発明の概要＞ 要するにこの発明は溶接中のアーク電流，電圧，溶接ワ
イヤの給送速度を計測し、これを制御箱にインプツトし
溶接トーチ端部と溶接線間の距離をインプツトしてある
算式で換算し、適正位置に溶接トーチを復帰させるよう
にする溶接方法である。

＜実施例＞ 以下本発明の実施使用する装置につき図面を用いて説明
する。

第１図は本発明の実施に使用する溶接装置であり、２本
の消耗電極を用いたガスシールドアーク溶接装置であつ
てボイラ水壁製作用の溶接装置である。ボイラ水壁はチ
ユーブ６と、その間に介在配置させたフラツトバー５と
を連結して構成し、メンブレンパネルと称する壁面とな
つており、この溶接装置はフラツトバー５とチユーブ６
の突き合せ部５′を隅肉溶接するものである。

図中符号１は溶接ワイヤ、２は給送ローラ、３は溶接チ
ツプ、４はこの溶接チツプを収納し、かつ溶接ワイヤの
周囲から不活性ガスを噴射供給するガスシールドノズル
であり、フラツトバー５の両端に位置する溶接部を同時
に溶接し得るよう溶接チツプ３及びガスシールドノズル
４は２基取り付けてある。７は装置本体を構成する支持
金具、８は支持金具の位置調整用の送りネジ、９は送り
ネジ駆動用モータ、10は制御装置、13はワイヤ２を送出
するワイヤリールである。また12はチユーブ６及びフラ
ツトバー５を配置する定盤である。なお、図示の溶接ト
ーチは、例えば45゜〜90゜の範囲で制御装置の指令信号
により取付角θが可変となるよう構成してある。

以上の構成の装置において、図示例では２本の溶接トー
チに関する夫々の溶接アーク電圧，溶接アーク電流，溶
接ワイヤ送給速度等の溶接条件因子のデータが制御箱に
入力される。この制御装置10はこのデータと、あらかじ
め記憶させておいた実験式とから、各溶接トーチの溶接
線に対する変位量を算出し、この結果に基づいて支持金
具７の移動、溶接チツプの角度調節を行い、溶接トーチ
の変位を修正し、かつその状態を制御箱にフイードバツ
クし溶接トーチから溶接ワイヤの突出量の調節と溶接ト
ーチ位置を制御をする。なお溶接トーチの変位は水壁管
の溶接線に対し相対的にするものであり、溶接トーチ自
体が適正の溶接線から逸脱する場合の制御のほか、トー
チは所定の位置にあつて、熱変形等により溶接線側が変
形し、トーチが溶接線に位置しない場合の制御も含むも
のである（以下「溶接トーチの変位」とはこの両者を含
むものとする）。

第３図は溶接トーチの位置の検知を行う方法の一例を示
す。まず溶接チツプ３の取り付け角を所定の値、例えば
70゜に固定する。フラツトバー５の幅Ｗはパイプ６の長
手方向に対して一定であるので、２個のチツプ３の先端
から送出されたワイヤ先端相互間の距離はこのフラツト
バー５の幅Ｗと等しくなるようあらかじめ調節する。こ
の場合、溶接ワイヤの繰り出し長さ、つまり溶接チツプ
３から溶接部までの距離l₁を制御装置に入力しておく。
この状態において、一方のトーチ（図示の場合は左側の
トーチ）が溶接線よりもパイプ側に変位した場合には距
離l₂となつてその寸法が急激に減少するので変位の状態
は溶接電圧，電流の変化に現われその変化の検知が速か
にされる。この場合支持金具を第２図のＡ方向に移動さ
せる制御をする。移動によりl₂は増加するが前述の如く
l₁の具体的な対応する電圧、電流値が入力してあるので
制御箱の制御により（l₂＝l₁）となつた位置でその支持
金具の動きは停止され、溶接ワイヤの端部、従つて溶接
トーチは溶接線に正しく対向することとなる。この場合
停止位置をオーバー（通りすぎ）して行きすぎると（l₁
＝l₁′）となり、今度はｂ方向（第２図(B)）へ支持金
具を移動させる動作をさせる必要がある。

なお多電極の場合（図示例では２電極）は支持金具によ
り溶接トーチの位置はフラツトバー５の幅に対応して設
定固定されているので図面左右の溶接トーチの位置の調
節だけで右方の溶接トーチの位置も適当する位置に来る
こととなる。

また各トーチごとに信号を発し、夫々の溶接トーチの取
付角θの調節で対応することもできる。

＜効 果＞ 以上本発明を実施することにより、溶接トーチを適正な
位置に保持ができ、万一変位した場合でも短時間で適正
位置に戻すことが可能であるので溶接速度を低下させる
ことなく高品質の溶接継手を多電極で得ることができ
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施に使用する装置の一例を示す説明
の図面、第２図(A)は直接センシング方式の実施状態を
示す概略図、同(B)は間接センシング方式の実施状態を
示す概略図、第３図は溶接チツプの位置補正方法を示す
概略説明図、第４図は計算式の符号を説明する図面であ
る。 １……溶接ワイヤ、３……溶接チツプ ５……フラツトバー、６……パイプ ７……支持金具，10……制御装置

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】平行する複数の隅肉溶接線をもつものを一
   つの支持金具に取付けした多電極で溶接する方法におい
   て、被溶接物と電極給電点間の距離を、溶接アーク電
   流、溶接アーク電圧、溶接ワイヤ送給速度について最適
   とする溶接条件の数値を制御箱に入れておき、多電極の
   一以上の溶接チツプの溶接条件について計測した数値を
   前記制御箱にフイードバツクして前記数値と制御箱にお
   いて対比し、多電極の溶接チツプを設定した溶接線に正
   しく対向位置するように調節することを特徴とするアー
   ク溶接方法。