JPH07314139A - 電極回転式非消耗電極アーク溶接における開先倣い方法及び開先倣い制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【目的】 薄板の重ね溶接線に、精確な溶接線自動做い
を行うとともに、下板側の溶け込みの安定化を確保す
る。 【構成】 電極２と母材１とのアーク電圧を検出する電
圧検出器１４と電極の回転角度位置を検出する回転位置
検出器１１と、アーク電圧検出信号がそれぞれ入力され
る２つの積分器２７ａ，２７ｂと、アーク電圧信号のう
ち回転位置検出信号に基づいて２つの所定角度範囲の検
出信号について各積分器を動作させるタイミング回路２
６と、積分器の積分値の差を求める第１比較器２８と、
トーチを溶接線直交方向で溶接線近傍の所定位置に設定
させる基準値を出力するトーチ狙い位置設定器２９と、
第１比較器の積分値の差とトーチ狙い位置設定器の基準
値との差を求める第２比較器３０と、誤差が零になるよ
うにトーチを溶接線直交方向に駆動制御する制御部２
２，３１を備え、回転位置検出信号に基づいて溶接電源
１３に、所定角度範囲について高電流の指令値を出力さ
せる切換器３５とを備える。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、薄板の重ね溶接に関
し、上板及び下板側の母材を溶融させることでビードを
形成する溶加材を用いないＴＩＧ溶接やプラズマ溶接等
の非消耗電極アーク溶接方法において、薄板の重ね部に
より形成される溶接線を自動的に検出し溶接線に対して
適正位置でトーチを倣わせて良好なビード表面形状の溶
接部を形成すると共にビード表面形状と母材の溶込み、
特に下板側の溶込みの安定化を確保するようにした電極
回転式非消耗電極アーク溶接における開先倣い方法及び
開先倣い制御装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、薄板の重ね溶接における溶接線へ
のトーチの追従は作業者の手動操作によるか、或いは高
価ではあるがその検出に接触式センサを用いたり、光学
式センサによる複雑な画像処理方式を採用していた。溶
接の自動化を図るためには前記した後２者の方式が必要
となるが、いずれにせよトーチのほかに他にセンサとい
う固有の機器をトーチ近傍に設ける必要があるため、検
出位置と制御対象位置との間に寸法的な制約で一定の間
隔が生じていた。そのため、その間隔に応じた時間差を
与えてトーチ位置を制御する必要があり、複雑な割りに
は精度に限度のある制御しか実施できなかった。別体と
してのセンサを用いることなく且つ精度的に優れた溶接
線倣い方法として溶接アーク自体をセンサとしたアーク
センサ開先線倣い方法が「特公昭６１−１７５９１号公
報」に開示されている。

【０００３】このアークセンサ開先線倣い方法は開先内
でのトーチ揺動によるアーク特性の変化を、揺動の幅中
心を基準として左・右の揺動の半周期とについて時間積
分後比較し、その両者が等しくなるように、即ちその両
者の差が零になるようにトーチ揺動中心を移動制御する
ことにより開先線倣いを達成するものである。しかし、
薄板の重ね溶接部の溶接線のような一方の開先が存在し
ない継手に対しては適用できないという欠点があった。
また、「特公平１−４８７５号公報（特開昭５７−９１
８７７号公報）」に開示された方法においても、電極回
転による場合の開先倣い方法が開示されているが前述の
ように開先が存在する場合についてのみ適用が可能であ
った。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】溶接の自動化を図るた
めには、溶接中に時々刻々へ変化する溶接線二次元的な
ズレに対してトーチ位置を自動的に制御するために開先
検出センサ及び検出センサによるトーチ位置移動調整機
構が必要である。従来、薄板の重ね溶接における溶接線
へのトーチの追従は溶接作業者の操作によるか、溶接の
自動化を図るためには高価ではあるがその検出に接触式
センサを用いたり、光学式センサによる複雑な画像処理
方式を採用することが必要となるが、いずれにせよトー
チのほかに他のセンサという固有の機器をトーチ近傍に
設ける必要があり、検出位置と制御対象位置との間に寸
法的な制約で一定の間隔があり、その間隔に応じた時間
差を与えてトーチ位置を制御する必要があり、複雑な割
には精度に限界のある制御しか実施できないという問題
点があった。また、薄板の重ね溶接において、溶加材を
用いないで上板及び下板側の母材を溶融させることでビ
ードを形成するＴＩＧ溶接やプラズマ溶接等の非消耗電
極アーク溶接方法において要求される良好なビード表面
形状を得るためには、トーチの狙い位置を常に適正位置
に保持しなければならないものであった。

【０００５】本発明は、薄板の重ね溶接部の溶接線のよ
うに、一方の開先つまり段差しか存在しない継手に対し
ても別体としてのセンサを用いることなく且つ精度的に
優れた溶接線自動倣い行うと共に、ビード表面形状と母
材の溶込み、特に下板側の溶込みの安定化を確保して重
ね溶接部のビード表面形状を適正に保つことができる電
極回転式非消耗電極アーク溶接における開先倣い方法及
び開先倣い制御装置を提供することを目的としたもので
ある。

【０００６】

【課題を解決するための手段及び作用】本発明に係る電
極回転式非消耗電極アーク溶接における開先倣い方法
は、溶接トーチに設けられた非消耗電極先端に円運動を
与え、該非消耗電極に発生するアークを一方向に高速回
転させながら薄板の重ね部の溶接線に沿って重ね溶接を
行っていく溶接中にアーク電圧を検出し、そのアーク電
圧のうち、薄板の重ね部の溶接線と平行なアークの回転
円の進行方向の前方中心を基準としてその左右の５°以
上１８０°以下の２つの所定角度範囲の電極の回転位置
におけるアーク電圧波形のそれぞれの積分値の差を所定
のしきい値と比較し、前記差が零となるように前記溶接
トーチを溶接線と直交する方向に移動制御して薄板の重
ね部の溶接線に対して溶接トーチを適正位置に制御し、
さらに溶接トーチの一回転毎にアークの回転円の進行方
向の後方中心を基準としてその左右にまたがる５°以上
１６０°以下の所定角度範囲について、それ以外の角度
範囲の場合よりも高い溶接電流をに流すようにしたもの
である。

【０００７】本発明に係るもう一つの電極回転式非消耗
電極アーク溶接における開先倣い方法は、溶接トーチに
設けられた非消耗電極先端に円運動を与え、その溶接ト
ーチには電極の回転単位で交互に低電流と高電流を流
し、該非消耗電極に発生するアークを一方向に高速回転
させながら薄板の重ね部の溶接線に沿って重ね溶接を行
っていく溶接中に、溶接トーチに低電流又は高電流のい
ずれかを流しているときにアーク電圧を検出し、そのア
ーク電圧のうち、薄板の重ね部の溶接線と平行なアーク
の回転円の進行方向の前方中心を基準としてその左右の
５°以上１８０°以下の２つの所定角度範囲の電極の回
転位置におけるアーク電圧波形のそれぞれの積分値の差
を所定のしきい値と比較し、前記差が零となるように前
記溶接トーチを溶接線と直交する方向に移動制御して薄
板の重ね部の溶接線に対して溶接トーチを適正位置に制
御するようにしたものである。

【０００８】さらに、本発明に係る電極回転式非消耗電
極アーク溶接における開先倣い制御装置は、所定の溶接
電流を出力し、かつ指令に応じた溶接電流を出力する溶
接電源装置と、溶接電源装置から供給された電源によっ
て溶接する溶接トーチの電極とワークとのアーク電圧を
検出するアーク電圧検出器と、電極の回転角度位置を検
出する回転位置検出器と、アーク電圧検出器の検出信号
が入力される積分器と、アーク電圧検出器の検出信号の
うち、回転位置検出器の位置検出信号に基づいて予め設
定した２つの所定角度範囲の検出信号について積分器を
動作させる信号を出力するタイミング回路と、積分器か
らそれぞれ出力された２つの所定角度範囲の検出信号の
積分値の差を求める第１の比較器と、溶接トーチを溶接
線と直交する方向で溶接線近傍の所定位置に設定させる
基準値を出力するトーチ狙い位置設定器と、第１の比較
器から出力された積分値の差とトーチ狙い位置設定器の
基準値との差を求める第２の比較器と、第２の比較器か
ら出力された前記積分値の差と基準値との差に基づいて
当該差が零となるように溶接トーチを溶接線と直交する
方向に駆動制御する駆動制御部と、回転位置検出器の位
置検出信号に基づいて電極の一回転毎に予め設定した所
定角度範囲についてのみ所定の出力信号を出力し、或い
は電極の回転単位で電極の一回転置きに所定の出力信号
を出力する電流切換タイミング回路と、上記溶接電源装
置が高い出力電流を出力するように高電流値を設定する
電流設定器と、出力電流切換タイミング回路からの出力
信号を受けた場合に電流設定器が設定した高電流の指令
値を上記溶接電源装置に出力させる切換器とを備えて構
成されている。

【０００９】

【実施例】図１は本発明に係る第１実施例の開先倣い制
御装置の全体を示す構成図、図２は電極回転ＴＩＧ溶接
装置の電極回転ＴＩＧトーチを示す断面図、図３は開先
倣い方法の倣い信号検出方法を示した模式図、図４は狙
い位置によるビード形状の差異を示す説明図である。図
において、１は被溶接材である下板１ａに上板１ｂを重
ねてなる母材、２は母材１の開先線に位置される非消耗
電極であるタングステン電極、３は回転駆動モータ、３
ａは回転駆動モータ３のシャフト、４はシャフト３ａに
取り付けられ、回転駆動モータ３により高速回転を与え
られる駆動ギヤ、５は駆動ギヤ４により高速回転を与え
られる従動ギヤ、６はタングステン電極２を先端に設け
たコレットチャック６ａで保持する円筒状の電極保持部
材、６ｂは電極保持部材７の下方に設けられ、タングス
テン電極２を取り囲むガスカップである。

【００１０】７は電極保持部材６の上部を回転自在に支
持する上部自動調心ベアリング、８は上部自動調心ベア
リング７をリング回転中心から一定量偏心して保持す
る、即ち電極保持部材６の上部を従動ギヤ５の回転中心
から一定量偏心して保持する偏心リングであり、上部自
動調心ベアリング７とで偏心リング部材を構成する。９
は偏心リング８を一体的に収納する偏心リング保持ケー
スで、従動ギヤ５に一体的に取り付けられている。１０
は電極保持部材６の下部を支持する下部自動調心ベアリ
ングである。１１は回転駆動モータ３の回転角度位置、
即ちタングステン電極２の先端の回転角度位置を検出す
るエンコーダ等の回転位置検出器である。なお、電極保
持部材６に保持され、その軸線上に位置するタングステ
ン電極２と母材１との間には後述する定電流溶接電源装
置により溶接電圧が印加され、アークが発生している。
１２はタングステン電極２〜回転位置検出器１１から構
成される電極回転ＴＩＧトーチである。

【００１１】１２は電極回転ＴＩＧ溶接装置の電極回転
ＴＩＧトーチで、図２に示したタングステン電極２〜回
転位置検出器１１とから構成されている。１３は所定の
溶接電流を出力し、かつ指令に応じた溶接電流を出力す
る溶接電源装置定電流溶接電源装置、１４はタングステ
ン電極２と母材１間のアーク電圧を検出するアーク電圧
検出器、１５はタングステン電極２を所望回転数で回転
させるための回転速度設定器、１６は回転速度設定器１
５によって設定された回転数設定値に基づき回転駆動モ
ータ３を駆動する回転用モータードライバーである。

【００１２】１７はタングステン電極２と母材１間の基
準アーク電圧を設定するアーク電圧基準設定器、１８は
アーク電圧検出器１４の検出値とアーク電圧基準設定器
１７の基準値との差を比較演算する差動増幅器、１９は
差動増幅器１８の出力に基づきトーチ昇降機構２０の昇
降用モーター２１を回転制御する昇降用モーター制御
器、２２はトーチ横移動機構２３の横移動用モータ２４
を回転制御する横移動機構制御器、２５はトーチ昇降機
構２０とトーチ横移動機構２３とを支持して母材１上を
走行する溶接台車である。

【００１３】２６は回転位置検出器１１の位置検出信号
に基づいて予め設定した２つの所定角度範囲の検出信号
について積分器を動作させる信号を出力するタイミング
回路、２７ａ，２７ｂはアーク電圧検出器１４のアーク
電圧の検出信号が入力されると共にタイミング回路２６
からの信号も入力される積分器、２８は積分器２７ａ，
２７ｂから出力された積分値の差を求める第１比較器、
２９は溶接トーチを溶接線と直交する方向で溶接線近傍
の所定狙い位置に設定させる基準値を出力するトーチ狙
い位置設定器、３０は第１比較器２８から出力された積
分値の差とトーチ狙い位置設定器３０の基準値との差を
求める第２比較器、３１は第２比較器３０から出力され
た前記積分値の差と基準値との差に基づいて当該差が零
となるように制御信号を横移動機構制御器２２に出力す
る溶接線倣い制御回路である。３２はタイミング回路２
６〜溶接線倣い制御回路３１で構成される倣い駆動制御
回路である。

【００１４】３３は回転位置検出器１１の位置検出信号
に基づいて所定のタイミングで出力信号を出力する電流
切換タイミング回路、３４は定電流溶接電源装置１３が
高い出力電流を出力するように高電流値を設定する電流
設定器、３５は電流切換タイミング回路３３からの出力
信号を受けた場合に電流設定器３４が設定した高電流の
指令値を定電流溶接電源装置１３に出力させる切換器で
ある。

【００１５】次に上記実施例の動作を説明する。まず、
図２に示す実施例の電極回転ＴＩＧトーチ１２の動作を
説明する。回転駆動モータ３が回転すると、その回転は
駆動ギア４、従動ギヤ５及び偏心リング保持ケース９を
介して偏心リング８に伝達される。偏心リング８は電極
保持部材６の上部を回転自在に支持している上部自動調
心ベアリング７をリング回転中心から一定距離離れた偏
心位置に回転自在に保持しているから、電極保持部材６
の上部は偏心リング８の回転に伴いその回転軸を中心と
して旋回することになる。また、電極保持部材６の下部
は、偏心リング８の回転中心に同軸で取り付けられ且つ
その周囲を固定された下部自動調心ベアリング１０にも
保持されているから、下部自動調心ベアリング１０と偏
心リング８との作用により、電極保持部材６の下部から
下方に伸びるタングステン電極２の先端は、下部自動調
心ベアリング１０を回転中心の支点としたスリコギ式の
円運動を行うことになる。

【００１６】タングステン電極２の先端が円運動をして
いるときに、タングステン電極２の基部を保持している
電極保持部材６の下部は下部自動調心ベアリング１０に
回転自在に支持され、回転中心の支点となっており、そ
れ自体は回転しないので、図示しない給電ケーブルによ
って電極保持部材６の下部に位置するタングステン電極
２に直接給電することができる。なお、上記上部自動調
心ベアリング７及び下部自動調心ベアリング１０に代え
て球面すべり軸受、ユニット用玉軸受等、同様の機能を
果たす自在軸受で代替することもできる。

【００１７】次に、電極回転ＴＩＧ溶接装置の動作につ
いて説明する。例えば厚みが２mmのステンレススチール
の薄板を重ね溶接する場合、非消耗電極であるタングス
テン電極２の電極回転直径を２．５mmとし、回転駆動モ
ータ３により電極回転周波数を３〜５Ｈｚとし、定電流
溶接装置１３により溶接電流を１００Ａ〜１５０Ａで、
タングステン電極２の先端に円運動を与え、タングステ
ン電極２に発生するアークを高速回転させながら、母材
１の溶接線に沿って溶接速度２５〜３０cm/ 分で重ね溶
接を行う。このとき、トーチ傾斜角は０±１０°以内の
適正値に保持されている。

【００１８】トーチを静止させた状態では、アークが溶
接部に一点集中してアーク直下が常に溶融していたもの
が、アークを発生させながらタングステン電極２の先端
が機械的にほぼ円状に円運動して溶接を行うため、母材
１の被溶接部に対して溶接アークはタングステン電極２
の先端の回転に伴って被溶接部を円状に移動し、アーク
直下の溶融部がある回転径で移動することになり、アー
クの被溶接部への入熱がある径に分散された形となり、
その結果、広幅、浅溶込みの溶接部を高速で効率よく形
成することができる。

【００１９】なお、ＴＩＧアークの特性上、上記のタン
グステン電極２の回転による効果は回転に伴ってアーク
が溶融部を移動可能かどうかで決まり、ＴＩＧアークの
場合は電極回転周波数は約２０Ｈｚ程度が限度である。
また、入熱の分散効果はある回転径以上で見られ、ま
た、入熱分散による母材の溶融効率の大幅な低下がその
回転径の最大値が決定される。薄板の重ね溶接で用いら
れる溶接電流が十数Ａ〜二百数十ＡのＴＩＧアークの場
合には回転径として１〜４ｍｍ程度が適正な範囲であ
る。そして、この回転径の適正範囲は使用する溶接電流
の値に依存する。

【００２０】次に、本発明に係る第２実施例の開先線倣
い方法について図１、図３及び図５に基づいて説明す
る。まず、開先線倣い方法の原理について説明する。電
極回転ＴＩＧトーチ１２に設けられたタングステン電極
２が重ね溶接される下板１ａと上板１ｂとからなる母材
１の溶接線に沿って溶接を行っていく。そして、図３の
（ａ）に示すようにタングステン電極２の先端、即ちア
ークがアークの回転円Ｒの進行方向の後方中心Ｃ．Ｒ位
置であるＡ点から下板１ａ側のＢ点にくると、図３の
（ｂ）に示すように下板１ａ側の回転位置でのアーク電
圧検出器１４が検出するアーク電圧は次第に上昇し、Ｂ
点でアーク電圧の上昇はほぼ最大になる。その後、Ｂ点
からアークの回転円Ｒの進行方向の前方中心Ｃ．Ｆ位置
であるＣ点にくるに従いアーク電圧は次第に減少し、さ
らにアークが回転して今度はＣ点から上板１ｂ側のＤ点
にくると、上板１ｂ側の回転位置でのアーク電圧検出器
１４が検出するアーク電圧は次第に減少し、Ｄ点でアー
ク電圧の減少はほぼ最大になる。その後、Ｄ点からＡ点
にいくに従いアーク電圧は上昇する。

【００２１】図３の（ｂ）は基準電圧を基準として上記
アーク電圧の変化を示したもので、その斜線部分ＳＬ、
ＳＲは図３の（ａ）のアークの回転円Ｒの進行方向の前
方中心Ｃ．Ｆを基準として左右の０°〜９０°（Ｒ領
域）と２７０°〜３６０°（Ｌ領域）の２つの所定角度
範囲θ１，θ２の積分値を表したものである。従って、
回転するタングステン電極２の下板１ａ側と上板１ｂ側
のアーク電圧をそれぞれ検出し、両者の電圧を比較すれ
ば、タングステン電極２の先端の回転円Ｒの中心が母材
１の溶接線に位置しているかどうかがわかる。そこで、
下板１ａ側と上板１ｂ側とのアーク電圧を検出し、検出
した電圧を比較してその差を求め、その差を溶接線位置
を検出できるように設定された基準値と比較することに
より、タングステン電極２の先端の回転円の中心が母材
１の溶接線に位置しているかどうかがわかる。

【００２２】次に、本発明に係る開先線倣い方法につい
て説明する。電極回転ＴＩＧトーチ１２に設けられたタ
ングステン電極２が重ね溶接される下板１ａと上板１ｂ
とからなる母材１の溶接線に沿って溶接を行っていくと
き、アーク電圧検出器１４はタングステン電極２先端の
回転によって変化しているアーク電圧を検出し、積分器
２７ａ，２７ｂに入力している。一方、回転位置検出器
１１は回転しているタングステン電極２の回転位置を検
出して位置検出信号をタイミング回路２６に出力してい
る。そして、タイミング回路２６では回転位置検出器１
１の位置検出信号に基づき、予め設定した下板１ａ側の
例えば４５°〜９０°である４５°の角度範囲θ１と上
板１ｂ側の例えば１８０°〜２２５°である４５°の角
度範囲θ１において積分器２７ａ，２７ｂがアーク電圧
を積分するようにしている。

【００２３】積分器２７ａ，２７ｂがアーク電圧を積分
した積分値は第１比較器２８に入力される。このように
積分器２７ａ，２７ｂで積分するのはアーク電圧波形に
ノイズがあり、その影響を受けないようにするためであ
る。第１比較器２８では積分器２７ａによる積分値ＳＬ
と２７ｂによる積分値ＳＲの差ΔＳを求め、それを第２
比較器３０に出力する。第２比較器３０では第１比較器
２８で求めた積分値の差とをトーチ狙い位置設定器３０
によって設定された所定の基準値と比較し、その差の信
号を溶接線倣い制御回路３１に出力する。溶接線倣い制
御回路３１では第２比較器３０で求めた差が零となるよ
うな横移動指令信号を横移動機構制御器２２に出力す
る。横移動機構制御機２２は横移動用モータ２４を回転
させてトーチ横移動機構２３を駆動して電極回転ＴＩＧ
トーチ１２を溶接線と直交する方向に移動制御して薄板
の重ね部の溶接線に電極回転ＴＩＧトーチ１２がくるよ
うに、即ちタングステン電極２の先端の回転円の中心が
溶接線に位置するように電極回転ＴＩＧトーチ１２を適
正位置に制御するようにしたものである。

【００２４】なお、トーチ狙い位置設定器３０はタング
ステン電極２の先端、即ちアークの回転円の中心が溶接
線に位置するような図４に示す狙い位置Ａのときは、基
準値が例えば０Ｖに設定されており、アークの回転円の
中心が溶接線と直交する方向で、図４に示す狙い位置Ｂ
の位置にくるようにするときは基準値を例えば０．７
Ｖ、図４に示す狙い位置Ｃの位置にくるようにするとき
は基準値を例えば１．０Ｖに設定すればよい。従って、
アークが常に溶接線と平行な狙い位置に適正に存在する
よう調整することができる。このように、溶接中におけ
るアーク電圧を検出し、アーク電圧を信号処理してアー
クの回転円の中心が狙い位置に位置するように制御して
電極回転ＴＩＧトーチ１２を自動追従させるようにして
いるため、溶接アーク自体がセンサの役目を果たし、溶
接過程で溶接線に沿って電極回転ＴＩＧトーチ１２を精
度よく追従できる。

【００２５】なお、上記実施例において、アークの狙い
位置はが微妙なものであり、０．２〜０．３ｍｍ変わる
とビード形状が悪化することがある。また、板厚により
狙い位置も変わり、狙い位置によりビード形状が変化す
る。トーチ角度は概略垂直±１０°以内が望ましく、
０．５〜２．５ｍｍ程度の薄板の場合、溶接線倣いの狙
い位置は上板側に０．５〜０．８ｍｍ程度はいったとこ
ろがよい。さらに、電極回転ＴＩＧトーチ１２はタング
ステン電極２の母材１への短絡を防止するためにトーチ
昇降動作の調整を行う必要がある。電極回転ＴＩＧトー
チ１２の溶接中の昇降動作の調整は、アーク電圧検出器
１４によるアーク電圧検出信号と、アーク電圧基準設定
器１７の基準アーク電圧の偏差を差動増幅器１６により
演算し、この偏差が常の零となるように昇降用モーター
制御器１９が昇降用モーター２１を回転制御して電極回
転ＴＩＧトーチ１２を昇降させることによって行われ
る。

【００２６】上記実施例では、積分器２７ａ，２７ｂで
積分するアーク電圧の対象を下板１ａ側では０°〜４５
°である４５°の角度範囲θ１とし、上板１ｂ側では３
１５°〜３６０°である４５°の角度範囲θ２としてい
るが、下板１ａ側では５°〜１８０°である１７５°の
角度範囲θ１とし、上板１ｂ側では１８０°〜３５５°
である１７５°の角度範囲θ２としても、アークの回転
円Ｒの中心が溶接線に対して適正位置にくるように制御
できることはいうまでもない。上記実施例では、２つの
積分器２７ａ，２７ｂを用いているが、１つの積分器で
２つの所定角度範囲の検出信号についてそれぞれ積分
し、２つの積分値を第１比較器２８に出力してもよく、
この場合、一方の所定角度範囲の検出信号について積分
し、その値を他に転送後、高速でリセットし、他方の所
定角度範囲の検出信号について積分を行えば１つの積分
器でも充分である。

【００２７】そのような電極回転ＴＩＧ溶接は溶接電流
が一定であり、アークの回転による入熱分散効果によ
り、広幅・浅溶込みの溶接部が得られる。しかし、対象
物によっては、ビード表面形状と共に下板１ａ側に深い
溶込みを要求する場合がある。このような場合、電極回
転ＴＩＧ溶接の一定電流溶接条件を高電流にすればと溶
込みは増加するが、ビード表面形状が悪化する場合があ
り、各種板厚に対し安定な溶接条件が狭いのが現状であ
る。そこで、この問題を解決するために次のようなこと
が行われる。

【００２８】図５は本発明に係る第２実施例の開先倣い
方法を示す説明図、図６は同実施例の開先倣い方法によ
り形成されたビード形状を示す説明図である。この実施
例は、図５に示すように電流切換タイミング回路３３が
回転位置検出器１１の位置検出信号に基づいて電極回転
ＴＩＧ溶接トーチ１２のタングステン電極２の一回転毎
にアークの回転円Ｒの進行方向の後方中心ＣＲを基準と
したその左右にまたがる９０°の所定角度範囲θｐにつ
いて出力信号を切換器３５に出力する。一方、電流設定
器３４は定電流溶接電源装置１３が高い出力電流を出力
するよう設定した高電流値の指令を切換器３５に出力し
ている。

【００２９】そこで、切換器３５では電流切換タイミン
グ回路３３からの出力信号を受けた場合に電流設定器３
４が設定した高電流の指令値を定電流溶接電源装置１３
に出力させるから、定電流溶接電源装置１３は電極回転
ＴＩＧ溶接トーチ１２のタングステン電極２の一回転毎
にアークの回転円Ｒの進行方向の後方中心ＣＲを基準と
したその左右にまたがる９０°の所定角度範囲θｐにつ
いて、それ以外の角度範囲の場合よりも高い溶接電流を
流す。即ち、定電流溶接電源装置１３は電極回転ＴＩＧ
溶接トーチ１２のタングステン電極２に例えば１００Ａ
の低電流と１５０Ａの高電流とが交互のパルス状の溶接
電流を流すことになる。このようにパルス状の溶接電流
を電極回転ＴＩＧ溶接トーチ１２のタングステン電極２
に流すことにより、図６に実線で示すように適正なビー
ド表面形状が形成されると共に下板１ａ側に深い溶込み
が形成できる。なお、上記実施例では電流切換タイミン
グ回路３３が回転位置検出器１１の位置検出信号に基づ
いて出力する出力信号の角度範囲θｐを９０°としてい
るが、アークの回転円Ｒの進行方向の後方中心ＣＲを基
準としたその左右にまたがる５°以上６０°以下の角度
範囲θｐとしてもよいことは勿論である。

【００３０】図７は本発明に係る第３実施例の開先倣い
方法を示す説明図である。この実施例は、図７に示すア
ークの回転円Ｒのう斜線で示したように上述した溶接中
に電流切換タイミング回路３３が回転位置検出器１１の
位置検出信号に基づいて電極回転ＴＩＧ溶接トーチ１２
のタングステン電極２にその回転単位毎で一つ置きに所
定の出力信号を切換器３５に出力する。一方、電流設定
器３４は定電流溶接電源装置１３が高い出力電流を出力
するよう設定した高電流値の指令を切換器３５に出力し
ている。そこで、切換器３５では電流切換タイミング回
路３３からの出力信号を受けた場合に電流設定器３４が
設定した高電流の指令値を定電流溶接電源装置１３に出
力させるから、定電流溶接電源装置１３は電極回転ＴＩ
Ｇ溶接トーチ１２のタングステン電極２の一回転単位毎
で一つ置きに、高い溶接電流を流す。即ち、定電流溶接
電源装置１３は電極回転ＴＩＧ溶接トーチ１２のタング
ステン電極２に、例えば５０〜６０Ａの低電流と１２０
〜１４０Ａの高電流とが一回転単位で交互にパルス状に
溶接電流を流すことになる。このようにパルス状の溶接
電流を電極回転ＴＩＧ溶接トーチ１２のタングステン電
極２に流すことにより、適正なビード表面形状が形成さ
れると共に下板１ａ側に深い溶込みが形成できる。

【００３１】なお、この実施例では、電極回転ＴＩＧ溶
接トーチ１２のタングステン電極２の倣い制御は、タン
グステン電極２に１５０Ａの高電流が流されるときに、
電流切換タイミング回路３３からの出力信号がタイミン
グ回路２６に出力され、タイミング回路２６は電流切換
タイミング回路３３からの出力信号を受けたときに行わ
れるようにしている。このようにタングステン電極２の
倣い制御は溶接電流が高電流のときに行うようにしてい
るのは、一般に低電流のときはアークがふらつき、正確
な制御が行われ難いからであるが、上記低電流が１００
Ａで高電流が１５０Ａのような場合には、低電流のとき
に倣い制御を行うようにしてもアークのふらつきがな
く、正確な制御が行われる。

【００３２】また、上記実施例では、電極回転ＴＩＧ溶
接方法及び電極回転ＴＩＧ溶接装置の電極回転ＴＩＧト
ーチ１２について説明したが、本発明はタングステン電
極を用いるプラズマ溶接或いはタングステン電極以外の
銅電極、炭素電極という非消耗電極を用いた他の溶接方
法及び溶接装置にも適用され得ることはいうまでもな
い。

【００３３】

【発明の効果】本発明は以上説明したとおり、溶接トー
チに設けられた非消耗電極先端に円運動を与え、該非消
耗電極に発生するアークを一方向に高速回転させながら
薄板の重ね部の溶接線に沿って重ね溶接を行っている場
合に、アーク電圧を検出し、そのアーク電圧のうち、薄
板の重ね部の溶接線におけるアークの回転円の進行方向
前方の中心を基準としてその左右の２つの所定角度範囲
の電極の回転位置におけるアーク電圧波形のそれぞれの
積分値の差を所定のしきい値と比較し、前記差が零とな
るように前記溶接トーチを溶接線と直交する方向に移動
制御して溶接トーチを薄板の重ね部の溶接線に対して適
正位置に制御し、さらに溶接トーチの一回転毎にアーク
の回転円の進行方向の後方中心を基準としてその左右に
またがる所定角度範囲について、それ以外の角度範囲の
場合よりも高い溶接電流を流すようにしたので、薄板の
重ね溶接継手部の溶接線に対して適正位置でトーチを自
動的に倣わせることができると共に、ビード表面形状と
母材の溶込み、特に下板側の溶込みの安定化を確保して
重ね溶接部のビード表面形状を適正に保つことができる
という効果を有する。

【００３４】また、溶接トーチに設けられた非消耗電極
先端に円運動を与え、その溶接トーチには電極の回転単
位で交互に低電流と高電流を流し、該非消耗電極に発生
するアークを一方向に高速回転させながら薄板の重ね部
の溶接線に沿って重ね溶接を行っていく溶接中に、溶接
トーチに低電流又は高電流のいずれかを流しているとき
にアーク電圧を検出し、そのアーク電圧のうち、薄板の
重ね部の溶接線と平行なアークの回転円の進行方向の前
方中心を基準としてその左右の２つの所定角度範囲の電
極の回転位置におけるアーク電圧波形のそれぞれの積分
値の差を所定のしきい値と比較し、前記差が零となるよ
うに前記溶接トーチを溶接線と直交する方向に移動制御
して薄板の重ね部の溶接線に対して溶接トーチを適正位
置に制御することによつても、薄板の重ね溶接継手部の
溶接線に対して適正位置でトーチを自動的に倣わせるこ
とができると共に、ビード表面形状と母材の溶込み、特
に下板側の溶込みの安定化を確保して重ね溶接部のビー
ド表面形状を適正に保つことができるという効果を有す
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る第１実施例の開先倣い制御装置の
全体を示す構成図である。

【図２】電極回転ＴＩＧ溶接装置の電極回転ＴＩＧトー
チを示す断面図である。

【図３】開先線倣い方法の倣い信号検出方法を示した模
式図である。

【図４】狙い位置によるビード形状の差異を示す説明図
である。

【図５】本発明に係る第２実施例の開先線倣い方法を示
す説明図である。

【図６】同実施例の開先線倣い方法により形成されたビ
ード形状を示す説明図である。

【図７】本発明に係る第３実施例の開先線倣い方法を示
す説明図である。

【符号の説明】

１ 母材 ２ タングステン電極（非消耗電極） １１ 回転位置検出器 １２ 電極回転ＴＩＧトーチ １４ アーク電圧検出器 ２２ 横移動機構制御器（駆動制御部） ２３ トーチ横移動機構 ２４ 横移動用モータ２４ ２６ タイミング回路 ２７ａ 積分器 ２７ｂ 積分器 ２８ 第１比較器 ２９ トーチ位狙い位置設定器 ３０ 第２比較器 ３１ 溶接線倣い制御回路 ３２ 倣い駆動制御回路（駆動制御部） ３３ 電流切換タイミング回路 ３４ 電流設定器 ３５ 電流設定器

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 溶接トーチに設けられた非消耗電極先端
   に円運動を与え、該非消耗電極に発生するアークを一方
   向に高速回転させながら薄板の重ね部の溶接線に沿って
   重ね溶接を行っていく溶接中にアーク電圧を検出し、そ
   のアーク電圧のうち、薄板の重ね部の溶接線と平行なア
   ークの回転円の進行方向の前方中心を基準としてその左
   右の５°以上１８０°以下の２つの所定角度範囲の電極
   の回転位置におけるアーク電圧波形のそれぞれの積分値
   の差を所定のしきい値と比較し、前記差が零となるよう
   に前記溶接トーチを溶接線と直交する方向に移動制御し
   て薄板の重ね部の溶接線に対して溶接トーチを適正位置
   に制御し、さらに溶接トーチの一回転毎にアークの回転
   円の進行方向の後方中心を基準としてその左右にまたが
   る５°以上１６０°以下の所定角度範囲について、それ
   以外の角度範囲の場合よりも高い溶接電流をに流すよう
   にしたことを特徴とする電極回転式非消耗電極アーク溶
   接における開先倣い方法。
2. 【請求項２】 溶接トーチに設けられた非消耗電極先端
   に円運動を与え、その溶接トーチには電極の回転単位で
   交互に低電流と高電流を流し、該非消耗電極に発生する
   アークを一方向に高速回転させながら薄板の重ね部の溶
   接線に沿って重ね溶接を行っていく溶接中に、溶接トー
   チに低電流又は高電流のいずれかを流しているときにア
   ーク電圧を検出し、そのアーク電圧のうち、薄板の重ね
   部の溶接線と平行なアークの回転円の進行方向の前方中
   心を基準としてその左右の５°以上１８０°以下の２つ
   の所定角度範囲の電極の回転位置におけるアーク電圧波
   形のそれぞれの積分値の差を所定のしきい値と比較し、
   前記差が零となるように前記溶接トーチを溶接線と直交
   する方向に移動制御して薄板の重ね部の溶接線に対して
   溶接トーチを適正位置に制御するようにしたことを特徴
   とする電極回転式非消耗電極アーク溶接における開先倣
   い方法。
3. 【請求項３】 電極回転式非消耗電極アーク溶接方法を
   実施する非消耗電極回転アーク溶接装置を備えた電極回
   転式非消耗電極アーク溶接における開先倣い制御装置に
   おいて、 所定の溶接電流を出力し、かつ指令に応じた溶接電流を
   出力する溶接電源装置と、溶接電源装置から供給された
   電源によって溶接する溶接トーチの電極とワークとのア
   ーク電圧を検出するアーク電圧検出器と、電極の回転角
   度位置を検出する回転位置検出器と、アーク電圧検出器
   の検出信号が入力される積分器と、アーク電圧検出器の
   検出信号のうち、回転位置検出器の位置検出信号に基づ
   いて予め設定した２つの所定角度範囲の検出信号につい
   て積分器を動作させる信号を出力するタイミング回路
   と、積分器からそれぞれ出力された２つの所定角度範囲
   の検出信号の積分値の差を求める第１の比較器と、溶接
   トーチを溶接線と直交する方向で溶接線近傍の所定位置
   に設定させる基準値を出力するトーチ狙い位置設定器
   と、第１の比較器から出力された積分値の差とトーチ狙
   い位置設定器の基準値との差を求める第２の比較器と、
   第２の比較器から出力された前記積分値の差と基準値と
   の差に基づいて当該差が零となるように溶接トーチを溶
   接線と直交する方向に駆動制御する駆動制御部と、回転
   位置検出器の位置検出信号に基づいて電極の一回転毎に
   予め設定した所定角度範囲についてのみ所定の出力信号
   を出力し、或いは電極の回転単位で電極の一回転置きに
   所定の出力信号を出力する電流切換タイミング回路と、
   上記溶接電源装置が高い出力電流を出力するように高電
   流値を設定する電流設定器と、出力電流切換タイミング
   回路からの出力信号を受けた場合に電流設定器が設定し
   た高電流の指令値を上記溶接電源装置に出力させる切換
   器とを備えてなることを特徴とする電極回転式非消耗電
   極アーク溶接における開先倣い制御装置。