JPH07112628B2 - キーホール式片面溶接方法 - Google Patents
キーホール式片面溶接方法Info
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- JPH07112628B2 JPH07112628B2 JP2406796A JP40679690A JPH07112628B2 JP H07112628 B2 JPH07112628 B2 JP H07112628B2 JP 2406796 A JP2406796 A JP 2406796A JP 40679690 A JP40679690 A JP 40679690A JP H07112628 B2 JPH07112628 B2 JP H07112628B2
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、高速回転アーク溶接法
を適用したキーホール式片面溶接方法に関し、さらに詳
しくは断続的な仮付ビードの有る開先の片面溶接におけ
る裏ビード形状を、アークセンサすなわち、溶接電流や
アーク電圧からの情報に基づいて安定に制御するように
したキーホール式片面溶接方法に関する。
を適用したキーホール式片面溶接方法に関し、さらに詳
しくは断続的な仮付ビードの有る開先の片面溶接におけ
る裏ビード形状を、アークセンサすなわち、溶接電流や
アーク電圧からの情報に基づいて安定に制御するように
したキーホール式片面溶接方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】アーク直下にキーホールを形成しながら
片面溶接を行う従来のアーク溶接方法において、裏ビー
ド形状を制御するには、一般にバッキング法が使用さ
れ、さらにバッキング材に、例えばアーク光量を検出す
る光センサを取り付けて、溶接電流、電圧、溶接速度等
の溶接条件を制御するなどの方法をとっている（特公昭
６２−３６７８７号）。また、このようなセンサを設け
ない場合には、アーク電圧または溶接電流と裏ビードの
幅との間に予めある相関関係を求めておき、この相関に
基づき裏ビード幅を制御するという方法もある（特開昭
６１−１３７６７６号、特開昭６１−１８０６７７
号）。
片面溶接を行う従来のアーク溶接方法において、裏ビー
ド形状を制御するには、一般にバッキング法が使用さ
れ、さらにバッキング材に、例えばアーク光量を検出す
る光センサを取り付けて、溶接電流、電圧、溶接速度等
の溶接条件を制御するなどの方法をとっている（特公昭
６２−３６７８７号）。また、このようなセンサを設け
ない場合には、アーク電圧または溶接電流と裏ビードの
幅との間に予めある相関関係を求めておき、この相関に
基づき裏ビード幅を制御するという方法もある（特開昭
６１−１３７６７６号、特開昭６１−１８０６７７
号）。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
光センサによる制御方法では、バッキング材及び光セン
サを溶接トーチと同期させて移動させるバッキング装置
が必要であり、このようなバッキング装置は複雑で、ま
たその設置が困難な場合がある。
光センサによる制御方法では、バッキング材及び光セン
サを溶接トーチと同期させて移動させるバッキング装置
が必要であり、このようなバッキング装置は複雑で、ま
たその設置が困難な場合がある。
【０００４】一方、アーク電圧または溶接電流との相関
から裏ビード幅を制御する方法では、溶接条件や開先形
状、板厚その他種々の条件に応じた相関関係を全て把握
しておく必要があり、これらの変動要因の決定方法が難
しく、また開先状態に変動が生じた場合には（開先状
態、例えばルートギャップやルートフェースの変動は実
際の片面溶接ではしばしば起こり得る）、安定した裏ビ
ードの形状の制御は一層難しくなる。
から裏ビード幅を制御する方法では、溶接条件や開先形
状、板厚その他種々の条件に応じた相関関係を全て把握
しておく必要があり、これらの変動要因の決定方法が難
しく、また開先状態に変動が生じた場合には（開先状
態、例えばルートギャップやルートフェースの変動は実
際の片面溶接ではしばしば起こり得る）、安定した裏ビ
ードの形状の制御は一層難しくなる。
【０００５】一般に、裏ビードを良好に出すためには開
先状態を均一に保つ必要があるが、現実的には、ルート
ギャップ、ルートフェースが変化する場合が多い。そこ
で、通常は本溶接を行う前に開先を所定間隔で仮付溶接
する。
先状態を均一に保つ必要があるが、現実的には、ルート
ギャップ、ルートフェースが変化する場合が多い。そこ
で、通常は本溶接を行う前に開先を所定間隔で仮付溶接
する。
【０００６】しかし、このような断続的な仮付溶接をし
た開先では仮付ビードの有る区間と無い区間が混在する
ため、それぞれの区間について溶接条件も当然に変わっ
てくる。上記の従来法はいずれも、仮付ビードの無い均
一な開先形状であることが当然の前提条件となってい
る。
た開先では仮付ビードの有る区間と無い区間が混在する
ため、それぞれの区間について溶接条件も当然に変わっ
てくる。上記の従来法はいずれも、仮付ビードの無い均
一な開先形状であることが当然の前提条件となってい
る。
【０００７】そこで、本発明者らは断続的な仮付ビード
が存在するような開先に対しても、特別のセンサを使用
することなく、裏ビード形状の制御ができる技術の開発
に努めた。その結果、本出願人の特許出願に係る特開昭
６４−１５２８７号、特開昭６２−２４８５７１号の技
術をさらに発展させることで解決できることがわかっ
た。すなわち、これらの特許公報は高速で回転するアー
ク自体をセンサとして利用し、このアークセンサにより
開先倣い制御を行う高速回転アーク溶接法を示している
が、この方法でキーホールを形成しながら片面溶接を行
うと、仮付ビードの個所ではアークの回転位置の前方点
Ｃf におけるアーク電圧が変化し、またアークの回転位
置の後方点Ｃr におけるアーク長の変化が、開先状態の
変動による裏ビード形状の変化に対応することが判明し
た。
が存在するような開先に対しても、特別のセンサを使用
することなく、裏ビード形状の制御ができる技術の開発
に努めた。その結果、本出願人の特許出願に係る特開昭
６４−１５２８７号、特開昭６２−２４８５７１号の技
術をさらに発展させることで解決できることがわかっ
た。すなわち、これらの特許公報は高速で回転するアー
ク自体をセンサとして利用し、このアークセンサにより
開先倣い制御を行う高速回転アーク溶接法を示している
が、この方法でキーホールを形成しながら片面溶接を行
うと、仮付ビードの個所ではアークの回転位置の前方点
Ｃf におけるアーク電圧が変化し、またアークの回転位
置の後方点Ｃr におけるアーク長の変化が、開先状態の
変動による裏ビード形状の変化に対応することが判明し
た。
【０００８】本発明は、このような知見に基づいてなさ
れたもので、断続的な仮付ビードの有る開先に対し、特
別のセンサを用いることなくアークセンサの情報のみに
基づいて、安定した裏ビード形状の制御ができるキーホ
ール式片面溶接方法を提供することを目的とする。
れたもので、断続的な仮付ビードの有る開先に対し、特
別のセンサを用いることなくアークセンサの情報のみに
基づいて、安定した裏ビード形状の制御ができるキーホ
ール式片面溶接方法を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
め、本発明に係るキーホール式片面溶接方法は、アーク
直下にキーホールを形成しながら断続的な仮付ビードの
有る開先の片面溶接を行うアーク溶接方法において、高
速回転アーク溶接法を用い、その際トーチ高さ（ワイヤ
突出長とアーク長の和）を公知のＡＣＣ制御法（溶接電
流が一定になるように、トーチ高さを制御する方法）を
用いて一定に保ちながら、アークの回転位置の後方点Ｃ
r におけるアーク長を、該Ｃr 点におけるアーク電圧及
び溶接電流の検出値より演算し、得られたアーク長が設
定値と等しくなるように溶接電流を制御するとともに、
仮付ビードの始端位置をアークの回転位置の前方点Ｃf
におけるアーク電圧が低下することで検知し、ほぼその
時から、好ましくはアークの中心が仮付ビードの始端に
到達した時から溶接電流を上げ、再びそのアーク電圧が
元に戻った時から溶接電流を下げ、その間トーチ高さを
一定に保つよう溶接電流を増加させることとしたもので
ある。
め、本発明に係るキーホール式片面溶接方法は、アーク
直下にキーホールを形成しながら断続的な仮付ビードの
有る開先の片面溶接を行うアーク溶接方法において、高
速回転アーク溶接法を用い、その際トーチ高さ（ワイヤ
突出長とアーク長の和）を公知のＡＣＣ制御法（溶接電
流が一定になるように、トーチ高さを制御する方法）を
用いて一定に保ちながら、アークの回転位置の後方点Ｃ
r におけるアーク長を、該Ｃr 点におけるアーク電圧及
び溶接電流の検出値より演算し、得られたアーク長が設
定値と等しくなるように溶接電流を制御するとともに、
仮付ビードの始端位置をアークの回転位置の前方点Ｃf
におけるアーク電圧が低下することで検知し、ほぼその
時から、好ましくはアークの中心が仮付ビードの始端に
到達した時から溶接電流を上げ、再びそのアーク電圧が
元に戻った時から溶接電流を下げ、その間トーチ高さを
一定に保つよう溶接電流を増加させることとしたもので
ある。
【００１０】また、このＣr 点におけるアーク電圧及び
溶接電流の検出値として、該Ｃr 点を中心に所定の位相
角φについて積分し平均化した値を用いることとし、さ
らにＣr 点におけるアーク長が設定値と等しくなるよう
溶接電流を変化させるとき、トーチ高さ（ワイヤ突出長
とアーク長の和）が一定となるように、ワイヤ送給速度
も変化させ、同時に溶着断面積が一定となるように溶接
速度も変化させるものである。
溶接電流の検出値として、該Ｃr 点を中心に所定の位相
角φについて積分し平均化した値を用いることとし、さ
らにＣr 点におけるアーク長が設定値と等しくなるよう
溶接電流を変化させるとき、トーチ高さ（ワイヤ突出長
とアーク長の和）が一定となるように、ワイヤ送給速度
も変化させ、同時に溶着断面積が一定となるように溶接
速度も変化させるものである。
【００１１】
【作用】本発明の作用を図１〜図４により説明する。図
１は本発明のキーホール式片面溶接方法を示す断面側面
図、図２はその平面図、図３及び図４はそれぞれ図１の
Ａ−Ａ線断面図及びＢ−Ｂ線断面図である。図におい
て、１は溶接トーチ、２は溶接ワイヤ、３はアーク、
４，５は被溶接部材、６は開先、７は溶融池、８はキー
ホール、９は溶接ビード、１０は裏ビード、１１は仮付
ビードである。
１は本発明のキーホール式片面溶接方法を示す断面側面
図、図２はその平面図、図３及び図４はそれぞれ図１の
Ａ−Ａ線断面図及びＢ−Ｂ線断面図である。図におい
て、１は溶接トーチ、２は溶接ワイヤ、３はアーク、
４，５は被溶接部材、６は開先、７は溶融池、８はキー
ホール、９は溶接ビード、１０は裏ビード、１１は仮付
ビードである。
【００１２】図に示すように、高速回転アーク溶接法を
用いてキーホール８を形成しながら片面溶接を行うと、
アーク３は常に溶融池７の前方にあって高速回転する。
そして、アーク３は回転位置の前方点Ｃf においては破
線で示すように開先６側へ振れ、後方点Ｃr においては
溶融池７側へ振れるといった振動現象を呈する。このと
き仮付ビード１１の無い区間では、裏ビード１０の形状
は前述のように開先６の状態の影響を受け、ルートギャ
ップａやルートフェースｂの大小によって裏ビード１０
の形状が変化する。すなわち、開先６の状態の変動によ
って溶融池７がキーホール８を狭めたり広げたりする現
象を引き起こすのである。例えば、ルートギャップａが
小、またはルートフェースｂが大であると、図１の破線
１２で示すように溶融池７はキーホール８を狭める方向
に前進し、このためＣr 点でのアーク長が短くなる。そ
して裏ビード幅は小さくなるか、もしくは形成されなく
なる。このようにアーク長が短くなるので、Ｃr 点での
溶接電流は上昇し、アーク電圧は低下する。また反対
に、ルートギャップａが大、またはルートフェースｂが
小であると、図１の破線１３で示すように溶融池７は逆
にキーホール８を広げる方向に後退し、上記とは逆の現
象となる。
用いてキーホール８を形成しながら片面溶接を行うと、
アーク３は常に溶融池７の前方にあって高速回転する。
そして、アーク３は回転位置の前方点Ｃf においては破
線で示すように開先６側へ振れ、後方点Ｃr においては
溶融池７側へ振れるといった振動現象を呈する。このと
き仮付ビード１１の無い区間では、裏ビード１０の形状
は前述のように開先６の状態の影響を受け、ルートギャ
ップａやルートフェースｂの大小によって裏ビード１０
の形状が変化する。すなわち、開先６の状態の変動によ
って溶融池７がキーホール８を狭めたり広げたりする現
象を引き起こすのである。例えば、ルートギャップａが
小、またはルートフェースｂが大であると、図１の破線
１２で示すように溶融池７はキーホール８を狭める方向
に前進し、このためＣr 点でのアーク長が短くなる。そ
して裏ビード幅は小さくなるか、もしくは形成されなく
なる。このようにアーク長が短くなるので、Ｃr 点での
溶接電流は上昇し、アーク電圧は低下する。また反対
に、ルートギャップａが大、またはルートフェースｂが
小であると、図１の破線１３で示すように溶融池７は逆
にキーホール８を広げる方向に後退し、上記とは逆の現
象となる。
【００１３】故に、Ｃr 点におけるアーク電圧Ｅ（溶接
チップと母材間の電圧）と溶接電流Ｉを検出すれば裏ビ
ードの状態が検出できる。
チップと母材間の電圧）と溶接電流Ｉを検出すれば裏ビ
ードの状態が検出できる。
【００１４】図５に溶接進行方向に対するアークの回転
位置（Ｃf ，Ｒ，Ｃr ，Ｌ）の定義を示し、図６に開先
状態の変動によるアークの回転位置とアーク電圧Ｅとの
関係を示す。同図において、Ａは開先状態が適正の場
合、Ｂはルートギャップが小、またはルートフェースが
大であるため、裏ビード不足の場合、Ｃはルートギャッ
プが大、またはルートフェースが小であるため、裏ビー
ド過大、出過ぎの場合である。すなわち、適正状態Ａに
対して裏ビード不足Ｂになると、Ｃr 点でのアーク電圧
Ｅは低下し、逆に裏ビード過大Ｃになると、該Ｃr 点で
のアーク電圧Ｅは上昇する。
位置（Ｃf ，Ｒ，Ｃr ，Ｌ）の定義を示し、図６に開先
状態の変動によるアークの回転位置とアーク電圧Ｅとの
関係を示す。同図において、Ａは開先状態が適正の場
合、Ｂはルートギャップが小、またはルートフェースが
大であるため、裏ビード不足の場合、Ｃはルートギャッ
プが大、またはルートフェースが小であるため、裏ビー
ド過大、出過ぎの場合である。すなわち、適正状態Ａに
対して裏ビード不足Ｂになると、Ｃr 点でのアーク電圧
Ｅは低下し、逆に裏ビード過大Ｃになると、該Ｃr 点で
のアーク電圧Ｅは上昇する。
【００１５】次に、本発明の制御方法としては、まずＣ
r 点でのアーク電圧Ｅと溶接電流Ｉを検出する。ただし
この場合、アーク長の変化を検知するため、ＡＣＣ制御
法により溶接トーチ１の高さ（ワイヤ突出長とアーク長
の和）を一定に制御しながら行うことが必要である。被
溶接部材の凹凸、うねりなどの影響を受けないようにす
るためである。アーク電圧Ｅと溶接電流Ｉの検出は、図
５に示すように所定の位相角φの間で積分し（ノイズ成
分除去のため）、平均化する。位相角φは５°以上９０
°以下である。次に、それらの検出値からアーク長を演
算し、その演算値が設定値と等しくなるように溶接電流
を変化させ、さらに、トーチ高さ（ワイヤ突出長とアー
ク長の和）が一定となるようにワイヤ送給速度も変化さ
せ、同時に溶着断面積が一定となるように、すなわち、
ワイヤ送給速度と溶接速度の比が一定となるように溶接
速度も変化させるのである。
r 点でのアーク電圧Ｅと溶接電流Ｉを検出する。ただし
この場合、アーク長の変化を検知するため、ＡＣＣ制御
法により溶接トーチ１の高さ（ワイヤ突出長とアーク長
の和）を一定に制御しながら行うことが必要である。被
溶接部材の凹凸、うねりなどの影響を受けないようにす
るためである。アーク電圧Ｅと溶接電流Ｉの検出は、図
５に示すように所定の位相角φの間で積分し（ノイズ成
分除去のため）、平均化する。位相角φは５°以上９０
°以下である。次に、それらの検出値からアーク長を演
算し、その演算値が設定値と等しくなるように溶接電流
を変化させ、さらに、トーチ高さ（ワイヤ突出長とアー
ク長の和）が一定となるようにワイヤ送給速度も変化さ
せ、同時に溶着断面積が一定となるように、すなわち、
ワイヤ送給速度と溶接速度の比が一定となるように溶接
速度も変化させるのである。
【００１６】さらに、溶接条件は仮付ビード１１の有る
区間と無い区間では異なるため、仮付ビード１１の個所
を検知する必要がある。そこで、図５に示すＣf 点での
アーク電圧をモニターすると、アーク３が仮付ビード１
１に近づくとＣf 点でのアーク電圧が低下する。また仮
付ビード１１の終端でこのアーク電圧は元に戻る。図７
にアークの回転位置におけるアーク電圧波形を示す。す
なわち、仮付ビード１１の無い区間では、実線１４で示
すようにＣf 点でのアーク電圧は多少高くなっている
が、Ｃf 点が仮付ビード１１の始端１６に接近してから
終端１７までの間は、破線１５で示すようにＣf 点での
アーク電圧が低下する。
区間と無い区間では異なるため、仮付ビード１１の個所
を検知する必要がある。そこで、図５に示すＣf 点での
アーク電圧をモニターすると、アーク３が仮付ビード１
１に近づくとＣf 点でのアーク電圧が低下する。また仮
付ビード１１の終端でこのアーク電圧は元に戻る。図７
にアークの回転位置におけるアーク電圧波形を示す。す
なわち、仮付ビード１１の無い区間では、実線１４で示
すようにＣf 点でのアーク電圧は多少高くなっている
が、Ｃf 点が仮付ビード１１の始端１６に接近してから
終端１７までの間は、破線１５で示すようにＣf 点での
アーク電圧が低下する。
【００１７】したがって、Ｃf 点でのアーク電圧の変化
で仮付ビード１１の位置を検知できるが、この検知に続
いて仮付ビード１１を溶融し、上述のように裏ビード１
０の形状を制御しなければならない。そのため、まず溶
接電流を上げるタイミングをＣf 点がほとんど仮付ビー
ド１１の始端１６に到達した時点、好ましくはアーク３
の中心が始端１６に達した時とし（このタイミングはア
ーク３の回転直径と溶接速度から求めることができ
る。）、次に溶接電流を下げるタイミングは、図７のア
ーク電圧波形が破線１５から実線１４に変わった時とす
る。そして、その間における溶接電流の増加量はＡＣＣ
制御法によるトーチ高さが一定となるように増加する。
で仮付ビード１１の位置を検知できるが、この検知に続
いて仮付ビード１１を溶融し、上述のように裏ビード１
０の形状を制御しなければならない。そのため、まず溶
接電流を上げるタイミングをＣf 点がほとんど仮付ビー
ド１１の始端１６に到達した時点、好ましくはアーク３
の中心が始端１６に達した時とし（このタイミングはア
ーク３の回転直径と溶接速度から求めることができ
る。）、次に溶接電流を下げるタイミングは、図７のア
ーク電圧波形が破線１５から実線１４に変わった時とす
る。そして、その間における溶接電流の増加量はＡＣＣ
制御法によるトーチ高さが一定となるように増加する。
【００１８】また、本発明においては従来のバッキング
法を用いなくとも実施できる。なお、従来のアークセン
サは開先倣い制御が目的であるため、Ｃf 点についての
情報のみに基づいて制御している。
法を用いなくとも実施できる。なお、従来のアークセン
サは開先倣い制御が目的であるため、Ｃf 点についての
情報のみに基づいて制御している。
【００１９】
【実施例】図８は本発明のキーホール式片面溶接方法を
実施する装置の一実施例を示すブロック図である。
実施する装置の一実施例を示すブロック図である。
【００２０】溶接ワイヤ２の先端のアーク３を回転させ
るには、偏心チップ方式（特公昭６３−３９３４６号）
と偏心回転機構式（特開昭６２−１０４６８４号）とが
あり、ここでは後者の偏心回転機構式で示されている。
すなわち、溶接トーチ１の上部を自動調心玉軸受２１に
より支持し、中間部に図示しない自動調心玉軸受を介し
て偏心回転機構（ギヤ機構）２２を設け、モータ２３に
より溶接トーチ１の下端が円運動を行うように高速で回
転させるものである。これにより溶接トーチ１の中心に
送給される溶接ワイヤ２の先端が円運動を行い、アーク
３が高速回転する。 溶接ワイヤ２すなわちアーク３の
回転位置（図５参照）はモータ２３に取り付けたエンコ
ーダ２４により検出されるようになっている。
るには、偏心チップ方式（特公昭６３−３９３４６号）
と偏心回転機構式（特開昭６２−１０４６８４号）とが
あり、ここでは後者の偏心回転機構式で示されている。
すなわち、溶接トーチ１の上部を自動調心玉軸受２１に
より支持し、中間部に図示しない自動調心玉軸受を介し
て偏心回転機構（ギヤ機構）２２を設け、モータ２３に
より溶接トーチ１の下端が円運動を行うように高速で回
転させるものである。これにより溶接トーチ１の中心に
送給される溶接ワイヤ２の先端が円運動を行い、アーク
３が高速回転する。 溶接ワイヤ２すなわちアーク３の
回転位置（図５参照）はモータ２３に取り付けたエンコ
ーダ２４により検出されるようになっている。
【００２１】溶接電源２５は溶接トーチ１と一方の被溶
接部材４との間に接続されている。アーク３のアーク電
圧Ｅ及び溶接電流Ｉはそれぞれアーク電圧検出器２６及
び溶接電流検出器２７により検出され、それぞれ差動増
幅器２８，２９を介してＣＰＵ３０に入力されるように
なっている。３１，３２はそれぞれアーク電圧の基準値
の設定器及び溶接電流の基準値の設定器であり、アーク
電圧検出器２６と差動増幅器２８，及び溶接電流検出器
２７と差動増幅器２９からのアーク電圧・溶接電流波形
信号、並びにエンコーダ２４からの回転位置信号を得て
ＣＰＵ３０にて公知のアークセンサによる開先倣い制御
３３とＡＣＣ制御によるトーチ高さ制御３４を行う。こ
の開先倣いのための制御回路及びトーチ高さ制御回路は
図示されていない。ただし、ここではＣr 点におけるア
ーク長の変化を検知するため、つまり被溶接部材４，５
の凹凸、うねりなどにより溶接ワイヤ２の先端の高さを
一定に制御する必要があるため、ＡＣＣ制御法によりト
ーチ高さを一定に制御している。
接部材４との間に接続されている。アーク３のアーク電
圧Ｅ及び溶接電流Ｉはそれぞれアーク電圧検出器２６及
び溶接電流検出器２７により検出され、それぞれ差動増
幅器２８，２９を介してＣＰＵ３０に入力されるように
なっている。３１，３２はそれぞれアーク電圧の基準値
の設定器及び溶接電流の基準値の設定器であり、アーク
電圧検出器２６と差動増幅器２８，及び溶接電流検出器
２７と差動増幅器２９からのアーク電圧・溶接電流波形
信号、並びにエンコーダ２４からの回転位置信号を得て
ＣＰＵ３０にて公知のアークセンサによる開先倣い制御
３３とＡＣＣ制御によるトーチ高さ制御３４を行う。こ
の開先倣いのための制御回路及びトーチ高さ制御回路は
図示されていない。ただし、ここではＣr 点におけるア
ーク長の変化を検知するため、つまり被溶接部材４，５
の凹凸、うねりなどにより溶接ワイヤ２の先端の高さを
一定に制御する必要があるため、ＡＣＣ制御法によりト
ーチ高さを一定に制御している。
【００２２】このようなトーチ高さ制御のもとで、エン
コーダ２４からの回転位置信号がＣＰＵ３０に入力され
ると、その回転位置信号に応じてアーク電圧Ｅ及び溶接
電流Ｉが検出され、Ｅcf判定器３５により、まずＣf 点
でのアーク電圧Ｅcfが所定のしきい値ｘより大きいかど
うか判定される。前述のように、アーク３が仮付ビード
１１の始端１６に近付くと、Ｃf 点でのアーク電圧Ｅcf
は低下する。またアーク３が仮付ビード１１の終端１７
より外れると、Ｃf 点でのアーク電圧Ｅcfは元に戻る。
したがって、Ｃf 点でのアーク電圧Ｅcfをモニターすれ
ばその変化が生じたときに、仮付ビード１１の存在及び
位置を検知できる。その仮付ビード１１の存在及び位置
の指標としてしきい値ｘを設定し、Ｅcf≧ｘならば、仮
付ビード１１は存在しないため、溶接電流制御器３６に
より溶接電流設定器３２の設定値を変更することなくＣ
r 点でのアーク長ｌcrを後述するように一定に制御す
る。またＥcf＜ｘとなったときには、仮付ビード１１が
有るため、次に再びＥcf≧ｘとなるまでの間、トーチ高
さが一定となるように溶接電流設定器３２の設定値を増
加変更し、この増加された溶接電流のもとで同じくＣr
点でのアーク長ｌcrを一定に制御する。この溶接電流を
上げるタイミング及び下げるタイミングは前述したとお
りである。
コーダ２４からの回転位置信号がＣＰＵ３０に入力され
ると、その回転位置信号に応じてアーク電圧Ｅ及び溶接
電流Ｉが検出され、Ｅcf判定器３５により、まずＣf 点
でのアーク電圧Ｅcfが所定のしきい値ｘより大きいかど
うか判定される。前述のように、アーク３が仮付ビード
１１の始端１６に近付くと、Ｃf 点でのアーク電圧Ｅcf
は低下する。またアーク３が仮付ビード１１の終端１７
より外れると、Ｃf 点でのアーク電圧Ｅcfは元に戻る。
したがって、Ｃf 点でのアーク電圧Ｅcfをモニターすれ
ばその変化が生じたときに、仮付ビード１１の存在及び
位置を検知できる。その仮付ビード１１の存在及び位置
の指標としてしきい値ｘを設定し、Ｅcf≧ｘならば、仮
付ビード１１は存在しないため、溶接電流制御器３６に
より溶接電流設定器３２の設定値を変更することなくＣ
r 点でのアーク長ｌcrを後述するように一定に制御す
る。またＥcf＜ｘとなったときには、仮付ビード１１が
有るため、次に再びＥcf≧ｘとなるまでの間、トーチ高
さが一定となるように溶接電流設定器３２の設定値を増
加変更し、この増加された溶接電流のもとで同じくＣr
点でのアーク長ｌcrを一定に制御する。この溶接電流を
上げるタイミング及び下げるタイミングは前述したとお
りである。
【００２３】Ｃr 点でのアーク長■crの制御は、以下の
ようにして行う。すなわち、Ｅcr積分器３７及びＩcr積
分器３８によりアーク電圧・溶接電流波形信号を、図５
に示すようにＣr 点を中心とする位相角φの範囲で、ア
ーク３の１回転ごとに積分し、アーク電圧の積分値Ｓ
Ecr ，溶接電流の積分値ＳIcr を求める。そしてこの積
分値ＳEcr ，ＳIcr のそれぞれの平均値、すなわち
Ｅcr，Ｉcrをｌcr演算器３９に入力し、以下の６式を解
くことにより、ｌcrを得る。
ようにして行う。すなわち、Ｅcr積分器３７及びＩcr積
分器３８によりアーク電圧・溶接電流波形信号を、図５
に示すようにＣr 点を中心とする位相角φの範囲で、ア
ーク３の１回転ごとに積分し、アーク電圧の積分値Ｓ
Ecr ，溶接電流の積分値ＳIcr を求める。そしてこの積
分値ＳEcr ，ＳIcr のそれぞれの平均値、すなわち
Ｅcr，Ｉcrをｌcr演算器３９に入力し、以下の６式を解
くことにより、ｌcrを得る。
【００２４】第９図を参照して、ＥcrとＩcrの検出値及
びワイヤ送給速度Ｖf ，制御回路４３により検出される
ワイヤ送給速度ｖf により、Ｃr 点でのアーク長ｌcrは
次式より計算できる。
びワイヤ送給速度Ｖf ，制御回路４３により検出される
ワイヤ送給速度ｖf により、Ｃr 点でのアーク長ｌcrは
次式より計算できる。
【００２５】 Ｅcr＝Ｖa ＋ＶL …（１） ＶL ＝ａＬＩa −ｂｖf ／Ｉa …（２） Ｖa ＝Ｖo ＋Ｘｌcr …（３） Ｖo ＝ｃＩcr＋ｄ …（４） Ｘ＝ｅＩcr＋ｆ …（５） ｖf ＝ｇＩa ＋ｈＬＩa 2 …（６） ここに、 ＶL ：溶接ワイヤ突出し部での両端間の電圧降下 Ｖa ：アーク柱での電圧降下 Ｌ：ワイヤ突出長 Ｉa ：溶接電流の平均値（電流計２７より検出される溶
接電流を平均化した値） ｖf ：ワイヤ送給速度 Ｘ：アークの電位傾度 ａ〜ｈ：全て定数で、ワイヤ、シールドガスの種類によ
り実験で定められる。
接電流を平均化した値） ｖf ：ワイヤ送給速度 Ｘ：アークの電位傾度 ａ〜ｈ：全て定数で、ワイヤ、シールドガスの種類によ
り実験で定められる。
【００２６】以上の６式より求めたアーク長ｌcrがあら
かじめ設定された適正状態Ａでの基準アーク長ｌcro に
等しくなるように溶接電流Ｉa を変化させるのである。
すなわち、ｌcr＞ｌcro のときは、ｌcr＝ｌcro となる
まで、溶接電流Ｉa を減少し、ｌcr＜ｌcro のときは、
ｌcr＝ｌcro となるまで、溶接電流Ｉa を増加させる。
このための比較器４０及びｌcro 設定器４１が設けられ
ている。比較器４０の出力はＣＰＵ３０にフィードバッ
クされ、溶接電流Ｉa（３６），ワイヤ送給速度ｖ
f （４３）及び溶接速度ｖ（４２）をそれぞれ制御する
のである。ここで、溶接電流Ｉa を変化させるとき、
（６）式においてワイヤ突出長Ｌが一定となるようにワ
イヤ送給速度ｖf も変化させ、かつ、ＡＣＣトーチ高さ
制御における電流基準値はこのＩa を用いて常にトーチ
高さを一定に制御しておく。また、溶接電流Ｉa を変化
させるとき、溶着断面積（Ｓ＝ｖf ／ｖ) が一定となる
ように溶接速度ｖも変化させるようにする。
かじめ設定された適正状態Ａでの基準アーク長ｌcro に
等しくなるように溶接電流Ｉa を変化させるのである。
すなわち、ｌcr＞ｌcro のときは、ｌcr＝ｌcro となる
まで、溶接電流Ｉa を減少し、ｌcr＜ｌcro のときは、
ｌcr＝ｌcro となるまで、溶接電流Ｉa を増加させる。
このための比較器４０及びｌcro 設定器４１が設けられ
ている。比較器４０の出力はＣＰＵ３０にフィードバッ
クされ、溶接電流Ｉa（３６），ワイヤ送給速度ｖ
f （４３）及び溶接速度ｖ（４２）をそれぞれ制御する
のである。ここで、溶接電流Ｉa を変化させるとき、
（６）式においてワイヤ突出長Ｌが一定となるようにワ
イヤ送給速度ｖf も変化させ、かつ、ＡＣＣトーチ高さ
制御における電流基準値はこのＩa を用いて常にトーチ
高さを一定に制御しておく。また、溶接電流Ｉa を変化
させるとき、溶着断面積（Ｓ＝ｖf ／ｖ) が一定となる
ように溶接速度ｖも変化させるようにする。
【００２７】
【発明の効果】以上のように本発明によれば、断続的な
仮付ビードの有る開先に対するキーホール式片面溶接に
おいて、高速回転アーク溶接法を適用し、アークセンサ
の情報のみに基づいてアークの回転位置の後方点Ｃr で
のアーク長を一定に制御し、かつ前方点Ｃf でのアーク
電圧の変化により仮付ビードの位置を検知し、該仮付ビ
ードの個所ではトーチ高さが一定となるように溶接電流
を上げることにより、何ら特別のセンサを用いることな
く、安定した裏ビード形状の制御ができるという効果が
ある。
仮付ビードの有る開先に対するキーホール式片面溶接に
おいて、高速回転アーク溶接法を適用し、アークセンサ
の情報のみに基づいてアークの回転位置の後方点Ｃr で
のアーク長を一定に制御し、かつ前方点Ｃf でのアーク
電圧の変化により仮付ビードの位置を検知し、該仮付ビ
ードの個所ではトーチ高さが一定となるように溶接電流
を上げることにより、何ら特別のセンサを用いることな
く、安定した裏ビード形状の制御ができるという効果が
ある。
【図１】本発明のキーホール式片面溶接方法を示す断面
側面図である。
側面図である。
【図２】図１の平面図である。
【図３】図１のＡ−Ａ線断面図である。
【図４】図１のＢ−Ｂ線断面図である。
【図５】溶接進行方向に対するアークの回転位置をあら
わす説明図である。
わす説明図である。
【図６】開先状態の変動によるアークの回転位置とアー
ク電圧との関係を示すアーク電圧波形図である。
ク電圧との関係を示すアーク電圧波形図である。
【図７】仮付ビードの有無によりＣf 点でのアーク電圧
の変化をあらわしたアーク電圧波形図である。
の変化をあらわしたアーク電圧波形図である。
【図８】本発明方法を実施する装置の一実施例を示すブ
ロック図である。
ロック図である。
【図９】アーク長を計算するために用いる説明図であ
る。
る。
１ 溶接トーチ ２ 溶接ワイヤ ３ アーク ４ 被溶接部材 ５ 被溶接部材 ６ 開先 ７ 溶融池 ８ キーホール ９ 溶接ビード １０ 裏ビード １１ 仮付ビード ２３ モータ ２４ エンコーダ ２６ アーク電圧検出器 ２７ 溶接電流検出器 ２８ 差動増幅器 ２９ 差動増幅器 ３０ ＣＰＵ ３５ Ｅcf判定器 ３６ 溶接電流制御器 ３７ Ｅcr積分器 ３８ Ｉcr積分器 ３９ ｌcr演算器 ４０ 比較器 ４１ ｌcro 設定器
Claims (5)
- 【請求項１】 アーク直下にキーホールを形成しながら
断続的な仮付ビードの有る開先の片面溶接を行うアーク
溶接方法において、高速回転アーク溶接法を用い、その
際ＡＣＣ制御法によりトーチ高さ（ワイヤ突出長とアー
ク長の和）を一定に制御し、同時にアークセンサによる
開先自動倣い制御を行いながら、アークの回転位置の後
方点Ｃr におけるアーク長を、該Ｃr 点におけるアーク
電圧及び溶接電流の検出値より演算し、得られたアーク
長が設定値と等しくなるように溶接電流を制御するとと
もに、アークの回転位置の前方点Ｃf におけるアーク電
圧を検出することにより前記仮付ビードの位置を検知
し、前記Ｃf 点におけるアーク電圧が低下したらほぼそ
の時から溶接電流を上げ、前記Ｃf 点におけるアーク電
圧が再び元に戻った時から溶接電流を下げ、その間トー
チ高さを一定に保つように溶接電流を増加させることを
特徴とするキーホール式片面溶接方法。 - 【請求項２】 前記Ｃr 点におけるアーク長を演算する
場合に前記Ｃr 点におけるアーク電圧及び溶接電流の検
出値として、該Ｃr 点を中心に所定の位相角φについて
積分し平均化した値を用いることを特徴とする請求項１
記載のキーホール式片面溶接方法。 - 【請求項３】 演算により得られた前記Ｃr 点における
アーク長が、設定値と等しくなるように、溶接電流を制
御するとき、トーチ高さ（ワイヤ突出長とアーク長の
和）が一定となるように、ワイヤ送給速度も変化させる
ことを特徴とする請求項１または２記載のキーホール式
片面溶接方法。 - 【請求項４】 前記Ｃr 点における設定値と等しくなる
ように溶接電流を変化させるとき、溶着断面積が一定と
なるように溶接速度も変化させることを特徴とする請求
項１もしくは２または３記載のキーホール式片面溶接方
法。 - 【請求項５】 アーク長溶接電流を上げるタイミング
を、高速回転アークの中心が前記仮付ビードの始端に到
達した時としたことを特徴とする請求項１記載のキーホ
ール式片面溶接方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2406796A JPH07112628B2 (ja) | 1990-12-26 | 1990-12-26 | キーホール式片面溶接方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2406796A JPH07112628B2 (ja) | 1990-12-26 | 1990-12-26 | キーホール式片面溶接方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH04224076A JPH04224076A (ja) | 1992-08-13 |
| JPH07112628B2 true JPH07112628B2 (ja) | 1995-12-06 |
Family
ID=18516420
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2406796A Expired - Lifetime JPH07112628B2 (ja) | 1990-12-26 | 1990-12-26 | キーホール式片面溶接方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH07112628B2 (ja) |
Families Citing this family (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR100357372B1 (ko) * | 2000-04-11 | 2002-10-18 | 삼성중공업 주식회사 | 회전아크 자동용접장치의 용접선 추적방법 |
| JP2002001532A (ja) * | 2000-06-21 | 2002-01-08 | Ishikawajima Harima Heavy Ind Co Ltd | 溶接方法及び溶接装置 |
| JP5545101B2 (ja) | 2010-03-17 | 2014-07-09 | 株式会社リコー | 画像形成装置 |
| JP5540987B2 (ja) | 2010-08-18 | 2014-07-02 | 株式会社リコー | 画像形成装置 |
| CN117428297B (zh) * | 2023-09-01 | 2024-04-16 | 广东福维德焊接技术研究院有限公司 | 一种k-tig焊枪短路、焊缝全自动实时检测装置及控制系统 |
-
1990
- 1990-12-26 JP JP2406796A patent/JPH07112628B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH04224076A (ja) | 1992-08-13 |
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