JPH0677834B2

JPH0677834B2 - 溶落ち予知方法

Info

Publication number: JPH0677834B2
Application number: JP22481785A
Authority: JP
Inventors: 昭幸関野; 弘幸高岡
Original assignee: Kobe Steel Ltd
Current assignee: Kobe Steel Ltd
Priority date: 1985-10-11
Filing date: 1985-10-11
Publication date: 1994-10-05
Anticipated expiration: 2009-10-05
Also published as: JPS6284875A

Description

【発明の詳細な説明】〔産業上の利用分野〕本発明は、消耗電極式アーク溶接時に生ず溶落ち現象の
予知方法に関する。

〔従来の技術〕

消耗電極式アーク溶接時、特に、母材が薄板である場合
には、母材に穴があくいわゆる溶落ち現象が発生するこ
とがある。これは、溶接電流の増加、母材開先のギヤツ
プの増加等が原因して発生するが、これが、一旦、発生
すると、以後は溶断状態となつてしまい、正常な溶接に
復帰させることはできない。従来、この溶落ち現象の発
生を予知する技術、予知して溶落ち現象の発生を回避も
しくは防止する技術は無く、溶落ち現象が発生すると、
溶接を停止するようにしているので、作業能率が低下
し、また、溶接を再開するには、ワーク交換、ワーク手
直しを行わなければならず不経済であるという問題があ
つた。また、ロボツト溶接の場合は、この溶落ち現象の
発生を恐れて、安全を充分に見越した溶接条件を設定す
るのが通常であるので低能率になるという問題があつ
た。

〔発明の目的〕

本発明は上記従来の問題を解決するためになされたもの
で、溶落ち前の溶接条件の変更を可能にして溶落ちの防
止もしくは回避を実現し得る溶落ち防止方法を得ること
を目的とする。

〔発明の効果〕

本発明は上記目的を達成するため、短絡周期を監視し、
該短絡周期が増大傾向を呈した場合に溶落ち発生前であ
ると判定するものであり、より具体的には、短絡周期を
監視し、短絡周期毎に、該短絡周期の多数回平均値を演
算するとともに少数回平均値を演算し、少数回平均値／
多数回平均値の比が所定のしきい値を越えた場合に溶落
ち発生前であると判定するものである。

〔発明の実施例〕

第１図（ａ）〜（ｄ）は、本発明者等が、溶落ち現象と
密接に相関する因子を求めて繰り返し行つた測定のうち
の代表的な波形図を示したもので、この測定は、第５図
に示すように光センサを用い、薄板のアーク溶接時に、
上記光センサで溶接点を母材の裏面側からトレースした
ものである。第５図の（Ａ）は平面図で、そのＡ−Ａ方
向から見た図が第５図の（Ｂ）である。該アーク溶接に
おけるアーク電圧波形を第２図に示す。第１図（ａ）の
波形は上記光センサの出力波形であつて、そのＹ軸方向
（時間軸方向）は上記アーク電圧における短絡周期Ｔの
大きさを示し、波形のＡ部は溶落ち部分における出力波
形を示している。溶落ちしていない状態では、短絡と再
アークが繰り返されており、この時の光量変化が未溶接
部の開先の隙間を通して光センサにより捕らえられる。
短絡時は暗く光量が小さくなり、再アーク時は明るく光
量が大きくなる。従って、暗くなる周期、つまり光セン
サの出力が小さくなる周期が短絡周期を示すことにな
る。第１図（ｂ）は上記出力波形をローパスフイルタ
（LPF）（この場合は、カツトオフ周波数fc＝5Hzのも
の）に通して、短絡周期Ｔのバラツキを平均化した波形
であり、第１図（ｃ）はfc＝1HzのLPFで平滑した波形で
ある。

この第１図（ｂ）及び（ｃ）の波形から明らかなよう
に、溶落ち開始前に、短絡周期が増大しており、本発明
は、この短絡周期Ｔの溶落ち前の増大傾向に着目してな
されたもので、アーク電圧を監視してこの増大傾向を検
知し溶落ちを予知するものである。

いわゆる溶落ちが起こつた場合、その溶落ち発生軸点で
溶接を停止すれば、溶融金属の表面張力によつて、母材
にあいた穴は自然に塞がれ、補修溶接を行うことが可能
であるが、溶接ビード外観の乱れを嫌う場合や溶接を続
行させい場合には溶落ちをその発生前に予知する必要が
あり、溶落ちを予知できれば、該溶落ち前に、時間的余
裕をもつて溶接条件を変更（電流の低減、溶接速度の増
大）することにより溶落ちの発生を防止することができ
る。

上記短絡周期Ｔの増大傾向は，しきい値レベルVo（電
圧）を設定して上記LPFの出力波形を比較器で該しきい
値レベルVoと比較することにより電気的に検出すること
ができ、上記測定によれば、上記増大傾向は、例えば、
溶落ち発生時点より200〜300msec前から始まるので、上
記比較器の出力信号（同図（ｄ））を予知信号とし、該
信号を用いて、溶落ちが発生する前に溶接条件を変更す
ることができる。溶落ちの予知が早いほど、この溶接条
件の変更は用意になり溶落ちの回避もしくは防止には好
適であるが、そのためにしきい値レベルVoを低く設定し
過ぎると、個々の短絡周期のバラツキのため、誤検出す
る確率が大きくなる。これに対処する方法として、しき
い値レベルを高いしきい値レベルVH（溶落ち検知レベ
ル）と低いしきい値レベルVL（溶落ち予知レベル）の２
段に設定し、短絡周期Ｔが低いしきい値レベルVLを越え
た場合には、溶接条件を変更させ、高いしきい値レベル
VHを越えた場合には溶接を停止させる構成としてもよ
い。

ところで、上記短絡周期Ｔは、溶接電源によつて制御し
得るものではなく、電流・電圧・速度、ワイヤ突出長、
母材の板厚、表面状態等によつて変動するので、予測す
ることは不可能であり、しきい値レベルとして絶対値を
用いる上記方法では汎用的な予知もしくは検知を行うこ
とが難しい。また、個々の短絡周期Ｔがバラツクので上
記のようにLPFを用いて短絡周期を平均化する必要があ
るが、アナログLPFを使用する場合は、溶接条件毎に最
適なカツトオフ周波数fcを選定しなくてはならず汎用性
の面から限界がある。

これらを考慮して本発明者等は広い範囲の溶接条件に対
応し得る汎用性の高い要落ち方法を発明したので、以下
に、これを説明する。

この方法では、測定される短絡周期の多数回Ｎの平均値
Tdと少数回ｎの平均値Tcとを求め、両者の比Tc/Tdをあ
るしきい値Ａ（予知倍率）と比較して前者が後者を越え
たことにより、すなわち、下記式が成立した場合に、予
知信号ａを発生せしめて溶落ちを予知する。

Tc/Td＞Ａ ……（１）ここで、（１）平均値Tdは溶接を行いながら取込んだ正常溶接時
の短絡周期のデータから演算する値であり、第３図に示
す如く、短絡周期毎に新しいデータを取込み古いデータ
を捨てて演算更新される。

（２）平均値Tcも、短絡周期毎に新しいデータを取込み
古いデータを捨てて更新されるが、少数回ｎの平均値で
あるので、個々の短絡周期のバラツキを平滑しながら、
かつ、短絡周期の増大に敏感に追随する値とすることが
できる。

（３）しきい値Ａは、平均値比Tc/Tdに対するものであ
るので、Vo、VH、VLと異なり相対値としての内容を有
し、溶接条件に一々対応して変更する必要がなく、１個
の値で広い溶接条件に対応させることができる。

本発明者等の実験によれば、多数回Ｎ＝20回以上、少数
回ｎ＝３〜10回、Ａ＝1.5以上の場合に溶落ち防止に効
果のある検知を行うことができた。

・Ｎ＜20の場合は、Tdが変動し良好な予知を行えず、・ｎ＜３の場合は、Tcは変動が大きくなり、誤検知が多
くなり、・ｎ＞10の場合は、Tcの変化が短絡周期の増加傾向に追
随せず、予知は困難であった。

・Ａ＜1.5の場合は、ノイズの影響が大きく、誤検知が
増え、また、・Ａ＞2.5の場合には、溶落ちを看過する可能性が高く
なる傾向があつた。

なお、このＡの値は、溶接電流の高低、開先形状により
変更することが好ましい。

また、この溶落ち予知方法の場合にも、しきい値Ａを高
低２段階設定し、低いレベルABL（溶落ち予知レベル）
を越えた場合には予知信号を発生させて溶接条件を溶落
ち回避レベル側へ変更せしめ、高いレベルABH（溶落ち
検知レベル）を越えた場合には溶接を停止させるように
してもよい。

ところで、短絡周期Ｔは、短絡回数の逆数であるので、
短絡回数を用いても溶落ち現象の予知が可能であるが、
この場合には下記に述べるような問題がある。すなわ
ち、短絡回数の測定にはサンプリング時間が必要となる。つ
まり、サンプリング時間ｔ（sec）の間の短絡回数をＭ
回とすると、単位時間当たりの短絡回数はM/tとなる。
個々の短絡周期のバラツキの影響を低減するためには、
このサンプリング時間ｔを大きくとることが好ましい
が、サプリング時間ｔを大きくとると、溶落ちの予知が
遅れることになる。また、広い溶接条件に亘つて同じS/
N比を得ようとすれば、サンプリング時間ｔ内に含まれ
る短絡回数Ｍを同一にする必要があり、そのためには溶
接条件により時間ｔを変化させなくてはならない。中厚
板の裏波制御のような処理が遅くてもよい制御対象と異
なり、薄板溶接における溶落ちのような、せいぜい400m
sec以下で進行する現象に対しては、この時間ｔの選択
は相当に難しいものとなる。

これに対し、「短絡周期」は、短絡毎に得ることがで
き、前記少数回平均値Tcを用いれば、ある微小な時間遅
れをもつて、実際の短絡周期の増加に時々刻々追随させ
ることができる上、溶接条件を変更した時の短絡周期の
変化に伴いサンプリング時間ｔに相当するｎ×（短絡回
数）は自動的に増減され、広い溶接条件に亘りTcの値に
S/N比を見込むことができる。このため、「短絡周期」
を用いることは、単に、物理的な、〔短絡周期＝1/（短
絡回数）〕という以上の意味を持つているということが
できる。

第４図は、上記短絡周期の平均値比を用いる溶落ち予知
方法を実施した具体的装置をブロツク図で示したもので
ある。同図において、１は短絡検知部、２はカウンタ、
３はラツチ部、４はCPU、５は発振部である。

短絡検知部１は、アーク電圧を受けて短絡検知信号を発
生し、アーク発生期間中ゲート信号をカウンタ２に送出
すると共にラツチ部３に対してラツチ信号を、CPU4に割
込み信号を供給する。

該カウンタ２は上記ゲート信号によりゲートされて発振
動部５が出力するクロツクを計数し、該計数値（短絡周
期Ｔ）はラツチ部３に記憶される。CPU4は割込み信号を
受けると、ラツチ部３に記憶されている短絡周期を読取
り、Td、Tc、Tc/Tdを演算して、上記（１）式の比較演
算を行い、該（１）式が成立した場合に、溶落ち予知信
号を送出する。この予知信号により溶接電源の出力電流
を溶落ち回避レベル側へ低減制御すれば溶落ちを事前に
回避することができる。しきい値をABLとABHの高低２つ
設定した場合には、Tc/Td＞ABLの場合に溶落ち読ち信号
を、Tc/Td＞ABHの場合に溶落ち検知信号を発生させ該溶
落ち検知信号により溶接を一時中断し、警報を発生させ
るようにすればよい。

〔発明の効果〕

本発明は以上説明した通り、溶落ちを予知することがで
きるので、溶落ち前の溶接条件の変更を可能にして溶落
ちの防止もしくは回避を実現することが可能となり、薄
板のアーク溶接の能率を向上することができ、特に、溶
接ロボットによる場合、溶落ちを恐れて安全サイドの溶
接条件を設定する必要がなくなり、その効果は特に大で
ある。

【図面の簡単な説明】

第１図（ａ）〜（ｄ）は本発明の原理を説明するための
波形図、第２図はアーク電圧波形図、第３図は本発明の
一実施例を説明するための図、第４図は本発明を実施し
た溶落ち予知装置のブロツク図、第５図は第１図（ａ）
の波形を測定するための測定方法を示した図である。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】消耗電極式アーク溶接において、アーク電
圧からワイヤと母材の短絡から短絡までの時間である短
絡周期を監視し、該短絡周期が増大傾向を呈した場合に
溶落ち発生前であると判定することを特徴とする溶落ち
予知方法。
【請求項２】消耗電極式アーク溶接において、アーク電
圧からワイヤと母材の短絡から短絡までの時間である短
絡周期を監視し、短絡周期毎に、該短絡周期の多数回平
均値を演算するとともに少数回平均値を演算し、少数回
平均値／多数回平均値の比が所定のしきい値を越えた場
合に溶落ち発生前であると判定することを特徴とする溶
落ち予知方法。