JPH0679776B2 - 溶落ち回避方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、消耗電極式アーク溶接時に生ずる恐れのある
溶落ちを回避する方法に関する。

〔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消するためになされたもの
で、溶落ちの発生を未然に防止して従来に比し能率の高
いアーク溶接を実現することができる溶落ち回避方法を
得ることを目的とする。

〔発明の構成〕

本発明は上記目的を達成するため、短絡周期を監視して
該短絡周期の所定レベルを越える増大変化から溶落ちを
予知し、該予知と同時に溶接電源の出力電流もしくは溶
接速度を、予め設定された溶落ち回避レベルへ非ステツ
プ状に制御し、所定時間後に上記予知前のレベルへ非ス
テツプ状に回復させる構成としたものである。

〔発明の実施例〕

いわゆる溶落ちが起こつた場合、その溶落ち発生時点で
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
行させたい場合には溶落ちを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（電流の低減もしくは溶接速度の増大）
することにより溶落ちの発生を未然に防止することがで
きる。

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８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８図の（Ａ）は平面図で、そのａ−ａ方
向から見た図が第８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ｃ＝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ｃ＝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
では、アーク電圧を監視してこの増大傾向が現れた場合
に、溶落ちが発生する前触れでると判定して溶落ちを予
知する。

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
件の変更は容易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
ることが不可能であり、測定した短絡周期を直接しきい
値レベルと比較する上記絶対値比較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ｃを選定
しなくてはならず汎用性の面から限界がある。

広い範囲の溶接条件に対応し得る汎用性の高い溶落ちの
予知及び検知は次のようにして実現することができる。
即ち、測定される短絡周期の多数回Ｎの平均値Tdと小数
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。

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ための溶落ち検知信号を発生させ
るようにしてもよい。この溶落ち予知レベルABLは予知
後に溶接条件の変更を行えば溶落ちを防止することがで
きるレベルであり、溶落ち検知レベルABHは検知後に溶
接条件を変更しても溶落ちに至るレベルをいう。

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、Tc/TdとABL、ABHの大小を比較し、Tc/Td＞ABLの場
合には溶落ち予知信号ａを、Tc/Td＞ABHの場合には溶落
ち検知信号ｂを発生する。

本発明は、上記のようにして得られる予知信号と検知信
号を用いたもので、溶落ち回避方法のフローを第５図に
示す。第７図は従来の溶接装置の概略をブロツク図で示
したもので、10は溶接電源（高周波インバータ）、11は
変圧器、12は整流器、13は直流リアクトル、14は給電チ
ツプ、15は溶接ワイヤ、16は溶接母材、17は電圧検出
器、18は電流検出器、19は制御装置である。

本発明では、上記予知信号ａが発生すると同時に、第７
図の溶接電源10から電極であるワイヤ15に供給される出
力電流Ｉを、予知前の電流レベル（このレベルの電流
を、本電流Isという）から所定の低レベル（このレベル
の電流を、処理電流Icという）、例えば、本電流Isの80
〜70％程度に制限する。この処理電流Icは気密性を保持
し、溶接ビードの不連続を招くことなく溶落ちを回避す
ることができる電流レベル（溶落ち回避レベル）のもの
であつて、この電流レベルの切換えが、急激、すなわち
ステツプ状であると、ワイヤ送給装置のモータの慣性等
のために溶接が中断する恐れがあるので、出力電流指令
値をある減少率△Idownで低減させて、第６図に示す如
く、溶落ちが予知されてから所定時間td（例えば、0.2
〜0.5sec）後に処理電流Icに低下するように溶接電源１
を制御する。但し、 △Idown＝（Is−Ic）/td ……（２） 溶接電源の出力電流が処理電流Icまで低下した後はこの
電流レベルをtf時間（例えば,0〜1sec）だけ維持して正
常溶接可能な状態に戻し、該時間が経過すると、本電流
Isのレベルまで上昇させる。この場合、ワーク開先ギヤ
ツプ等の条件が変化している場合があり、ステツプ状に
上昇させることは溶落ちの危険があるので好ましくな
く、ある増加率△Iupで上昇させ、時間tu、例えば、１
〜3sec（＞td）後に本電流Isに回復するようにする。但
し、 △Iup＝（Is−Ic）/tu ……（３） この本電流Isへの回復途中に、溶落ちの予知があつた場
合には、その時点から、溶接電源１の出力電流を減少率
△Idownで処理電流Icのレベルまで低減させ、該レベル
をtf時間だけ維持させたのち増減率△Iupで本電流Isへ
回復させる。

このような電流パターンはCPU4によつて電流パターンを
演算し、そのパターン出力を第７図の制御装置19に電流
指令として与えることにより実現することができる。

このように、本実施例では、溶落ち移行現象が発生する
とこれを予知して溶接条件を溶落ち回避レベルに非ステ
ツプ状に調整するので、ビードの不連続性を少なくして
溶落ちを回避することができ、溶接条件を正常溶接条件
に復帰させる場合に非ステツプ状に復帰させるので該復
帰途中に溶落ち移行現象が発生した場合に、予知はした
が結果として溶落ちに至るような事態を防止することが
でき、溶落ちの発生確率を従来に比し著しく低減するこ
とができる。

溶落ち予知時のこのような溶接条件の変更にもかかわら
ず溶落ちが起こり、溶落ち検知信号ｂが発生した場合に
は、該信号を利用して溶接を一時中断するとともに警報
を発生させるようにする。

この実施例では、溶接電源の出力電流を制御して溶落ち
を回避する場合について説明したが、溶接速度を調整し
ても同様に溶落ち回避を行うことができ、この場合に
は、溶落ちの予知があると、速度レベルを高めるように
制御する。

なお、出力電流の制御と溶接速度の制御を併用してもよ
いことは勿論である。

〔発明の効果〕

本発明は以上説明した通り、溶落ちの兆候があると溶接
条件を溶落ち回避レベルに制御して安定させ、溶落ちの
恐れの有無を監視しながら正常溶接条件へ復帰させるの
で、溶落ちにより溶接を中断してワークの交換や手直し
をする手間を殆どなくすことが可能となり、薄板のアー
ク溶接の能率を向上することができ、特に、溶接ロボツ
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）は本発明における溶接予知技術の
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図は上記溶接予知技術の一実施例を説明するた
めの図、第４図は上記溶落ち予知技術を実施した溶落ち
予知装置のブロツク図、第５図は本発明の実施例を示す
フローチヤート、第６図は上記実施例にける溶接条件変
更モードを説明するための波形タイムチヤート、第７図
は溶接装置のブロツク図、第８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 (2)

【特許請求の範囲】
1. 【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
   絡周期を監視して該短絡周期の所定レベルを越える増大
   変化から溶落ちを予知し、該予知と同時に溶接電源の出
   力電流もしくは溶接速度を、予め設定された溶落ち回避
   レベルへ非ステツプ状に制御し、所定時間後に上記予知
   前のレベルへ非ステツプ状に回復させることを特徴とす
   る溶落ち回避方法。
2. 【請求項２】溶落ち予知を、短絡周期毎の短絡周期多数
   回平均値に対する少数回平均値の比を所定のしきい値レ
   ベルと比較して行うことを特徴とする特許請求の範囲第
   １項記載の溶落ち回避方法。