JPH08309534A

JPH08309534A - 溶接入熱管理装置

Info

Publication number: JPH08309534A
Application number: JP11748995A
Authority: JP
Inventors: Kazuhiro Susuda; 和博須々田
Original assignee: I H I PLANTEC KK
Current assignee: I H I PLANTEC KK
Priority date: 1995-05-16
Filing date: 1995-05-16
Publication date: 1996-11-26

Abstract

(57)【要約】【目的】溶接品質を最良に保ち、生産コストを下げる
ことが可能である溶接入熱管理装置を提供することを目
的としている。【構成】制御ボックス５は、シーム１に印加される溶
接電圧と、シーム１へ流れる溶接電流と、シーム１の近
傍にシーム１に沿って取り付けられたセンサ２からの出
力信号に基づいて発生するパルスの時間間隔とを入力し
て、シーム１への溶接入熱量を算出する。また、溶接電
圧と溶接電流とパルスとは、複数の溶接ボックス６、６
・・・と、これと同数のセンサボックス４、４・・・と
から入力される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、電気溶接されるシー
ムへの入熱量を管理する溶接入熱管理装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】金属を電気溶接する場合、継ぎ目の溶接
強度は、溶接時に与えられた熱量に左右される。そこ
で、建造物の設計時に材質や溶接の部位に応じて溶接入
熱量が決定され、溶接士は規定の溶接入熱量に合致する
よう、一定速度で溶接部位（アーク放電の位置）を移動
させながら溶接する。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】従来、上述のように規
定溶接入熱量で溶接する場合、入熱管理者が、溶接士な
らびに溶接パス毎に、溶接電圧、溶接電流ならびに溶接
速度を測定し、この測定結果から継ぎ目の入熱量を算出
していた。しかし、１人の入熱管理者が管理できる溶接
士の人数には限りがある。このため多大な時間を要する
ことになり、生産コストの上昇を招いていた。また、作
業時間を短縮するためには入熱管理者の人数を増やさな
ければならず、コストダウンは難しかった。さらには、
溶接時に入熱量が制限範囲を越えた場合には、該溶接部
位の作業が終了した後に修正しなければならず、これに
も多大な時間を要していた。この発明は、このような背
景の下になされたもので、溶接品質を最良に保ち、生産
コストを下げることが可能である溶接入熱管理装置を提
供することを目的としている。

【０００４】

【課題を解決するための手段】上述した課題を解決する
ために、請求項１に記載の発明にあっては、電気溶接さ
れるシームへの入熱量を管理する溶接入熱管理装置にお
いて、前記シームへ流れる溶接電流を検出する溶接電流
検出手段と、前記シームに印加される溶接電圧を検出す
る溶接電圧検出手段と、前記シームの近傍に、該シーム
に沿って少なくとも２つ取り付けられたセンサと、前記
各センサから出力される信号の最大時にパルスを発生す
るセンサ信号処理手段と、前記センサ信号処理手段が出
力する各パルスの時間間隔と、前記溶接電流と、前記溶
接電圧とに基づいて前記入熱量を算出し出力する制御手
段とを具備することを特徴とする。

【０００５】また請求項２に記載の発明にあっては、請
求項１に記載の溶接入熱管理装置では、前記各センサ
は、アーク放電により発生する熱によって前記シーム上
の入熱部位を検出することを特徴とする。

【０００６】また請求項３に記載の発明にあっては、請
求項１に記載の溶接入熱管理装置では、前記各センサ
は、アーク放電により発生する光によって前記シーム上
の入熱部位を検出することを特徴とする。

【０００７】また請求項４に記載の発明にあっては、請
求項１に記載の溶接入熱管理装置では、前記各センサ
は、アーク放電により発生する衝撃によって前記シーム
上の入熱部位を検出することを特徴とする。

【０００８】また、請求項５に記載の発明にあっては、
請求項１ないし請求項４の何れかに記載の溶接入熱管理
装置では、前記制御手段は、前記溶接電流と前記溶接電
圧の各々をデジタルデータ変換するＡ／Ｄ変換手段と、
前記デジタルデータが記録されるＲＡＭと、前記デジタ
ルデータを所定時間毎に前記ＲＡＭに記録し、前記ＲＡ
Ｍの記録内容から平均入熱量を算出するＣＰＵとを具備
することを特徴とする。

【０００９】また、請求項６に記載の発明にあっては、
請求項１ないし請求項４の何れかに記載の溶接入熱管理
装置では、前記溶接電流検出手段と、前記溶接電圧検出
手段と、前記Ａ／Ｄ変換手段とは１つの溶接ボックスに
格納され、前記制御手段には、複数の前記溶接ボックス
と、前記複数の溶接ボックスと同数の前記信号処理手段
とが接続され、各々前記デジタルデータ並びに前記パル
スが入力されることを特徴とする。

【００１０】また請求項７に記載の発明にあっては、請
求項１ないし請求項４の何れかに記載の溶接入熱管理装
置では、前記制御手段は、これに接続され、音響信号あ
るいは発光信号等を発する報知手段を有し、前記入熱量
と予め設定される基準値との比較結果に基づいて音響信
号あるいは発光信号等を発することを特徴とする。

【００１１】

【作用】制御手段は、シームに印加される溶接電圧と、
シームへ流れる溶接電流と、シームの近傍にシームに沿
って取り付けられた２つ以上のセンサからの各々の出力
信号に基づいて発生する各パルスの時間間隔とを入力し
て、シームへの溶接入熱量を算出する。また、溶接電圧
と溶接電流と各パルスとは、複数の溶接ボックスと、こ
れと同数の信号処理手段とから入力される。

【００１２】

【実施例】以下に、図面を参照して本発明の一実施例に
かかる溶接入熱管理装置について説明する。Ａ．構成図１は、本実施例の概略構成を示すブロック図である。
図１において、１、１・・・はシーム（継ぎ目）であ
る。このシーム１、１・・・は、例えばガスタンクを構
成する各外壁の境界であり、この部分を電気溶接する。
図１において２、２・・・は、シーム１、１・・・の各
々の近傍に取り付けられたセンサである。また４、４・
・・はセンサボックスであり、それぞれ対応するセンサ
２で検出された微弱な信号を整形してパルスを生成す
る。

【００１３】図２は、これらセンサ２およびセンサボッ
クス４の第１の構成例を詳細に示した構成図である。図
２において、１１-1と１１-2はそれぞれ金属部材であ
り、これらの境界のシーム１部を溶接する。センサ２
は、熱電対２-1〜２-3より構成されており、これらは金
属部材１１-1上のシーム１に沿って、距離Ｌ（本実施例
では１０ｃｍ）の等間隔で取り付けられている。センサ
ボックス４は、各熱電対２-1〜２-3が出力する電圧を入
力して、それぞれ電圧のピーク（最大）時にパルスを出
力する。即ち、周知の通り各熱電対２-1〜２-3は周囲の
温度に応じた電圧の起電力を発生するので、溶接中の部
位に近づくほど出力電圧が高くなる。これによって各熱
電対２-1〜２-3の近傍で溶接中であることがわかる。

【００１４】５は制御ボックスであり、センサボックス
４が出力するパルスと後述する各溶接ボックス６、６・
・・から出力される溶接電圧や溶接電流の検出値とが入
力され、これらから溶接入熱量を算出する。この溶接入
熱量は、数値表示をするディスプレイ３と、メモリカー
ドや磁気テープ等に諸データ記録する記録計８と、この
諸データを印刷するプリンタ９と、音響や発光によって
入熱管理者や溶接士に溶接不良を報知するための警報装
置１０とに入力される。

【００１５】図３は、制御ボックス５および溶接ボック
ス６の詳細な構成を示すブロック図である。なお図３に
おいては、制御ボックス５に溶接ボックス６が１台だけ
接続された場合の構成を示す。図３に示す溶接ボックス
６において、電源部１２が溶接電流Ｉを出力する。この
溶接電流Ｉはホルダ７へ出力される途中、電流センサ１
３によって電流が検出される。この電流センサ１３の検
出結果（溶接電流Ｉ）と、電源部１２の出力電圧ＶはＡ
／Ｄ変換部１４によってデジタルデータＤに変換されて
制御ボックス５に送られる。

【００１６】制御ボックス５に入力されたデジタルデー
タＤと、各処理ボックス４（図２参照）が出力するパル
スＰは、入力Ｉ／Ｆ１５を介してＣＰＵ１６に入力され
る。ＣＰＵ１６は、これらパルスＰおよびデジタルデー
タＤを基に入熱量Ｊを算出する。制御ボックス５の出力
は出力Ｉ／Ｆ１７を介して、ディスプレイ３と、記録計
８と、プリンタ９と、警報装置１０とに入力される（図
２参照）。制御ボックス５が有するＲＯＭ１８はＣＰＵ
１６の処理手順を記憶するもの、ＲＡＭ１９は作業を行
う溶接部位の順序を記憶したり、デジタルデータＤや演
算結果（入熱量Ｊ）等を一時的に記憶するものである。
また２０は、ＣＰＵ１６の指示により時間を測定する計
時器である。

【００１７】Ｂ．動作図４は、本実施例の各部の動作や信号波形のタイミング
を示したタイミングチャートである。図１あるいは図３
に示すホルダ７がシーム１に接触すると、電源部１２
（図３参照）から溶接電流Ｉが流れる。この溶接電流Ｉ
を電流センサ１３が検出して、Ａ／Ｄ変換部１４がデジ
タル変換し、制御ボックス５には溶接電流Ｉのデータを
含むデジタルデータＤが入力される。

【００１８】溶接電流Ｉが検出されてから時間ｔが経過
すると、図４に示すようにＡ／Ｄ変換部１４から溶接電
圧Ｖのデータも出力される。この時間ｔは、溶接開始直
後（アーク発生直後）に発生する様々なノイズから各機
器を保護するために設けられた時間である。溶接電流Ｉ
が検出されてから時間ｔの間は、図示しないアーク安定
タイマがＡ／Ｄ変換部１４に入力される溶接電圧Ｖを遮
断する。

【００１９】溶接電流Ｉが流れ始め、シーム１上を移動
するホルダ７が熱電対２-1部を通過すると、熱電対２-1
は熱せられて熱起電力を発生する。センサボックス４
は、この熱起電力のピークを検出してパルスＰを出力す
る（図中ａ点）。ＣＰＵ１６はパルスＰを検出すると計
時器２０によって、０から時間の測定を開始し、この後
一定時間毎にデジタルデータＤをＲＡＭ１９に書き込
む。

【００２０】シーム１上を移動するホルダ７が熱電対２
-2部を通過すると、熱電対２-2は熱せられて熱起電力を
発生する。センサボックス４は、この熱起電力のピーク
を検出して、再びパルスＰを出力する（図中ｂ点）。こ
のときＣＰＵ１６は、計時器２０から時間Ｔ（ａ−ｂ間
の時間はＴ1）を読み取り、計時器２０の測定時間を一
旦０に戻す。またＲＡＭ１９に書き込まれたデジタルデ
ータＤから、ａ−ｂ間の平均溶接電圧Ｖavと同平均電流
Ｉavとを求める。ここで、シーム１における単位長さ当
たりの入熱量Ｊは、Ｊ＝Ｖav・Ｉav・Ｔ／Ｌ・・・（１）と、求めることができるので、時間Ｔとしてａ−ｂ間の
時間Ｔ1を用いると、Ｊ＝Ｖav・Ｉav・Ｔ1／Ｌ・・・（１）' となる。ＣＰＵ１６は、こうして算出した入熱量Ｊをデ
ィスプレイ３に表示させ、また同時に記録計８およびプ
リンタ９に対して出力する。さらに、この入熱量Ｊが予
め設定した値を上回る場合、警報装置１０によって溶接
士あるいは入熱管理者に報知する。

【００２１】シーム１上を移動するホルダ７が熱電対２
-3部を通過すると、熱電対２-3は熱せられて熱起電力を
発生する。センサボックス４は、この熱起電力のピーク
を検出して、再びパルスＰを出力する（図中ｃ点）。こ
こでＣＰＵ１６は、計時器２０から時間Ｔ（ｂ−ｃ間の
時間はＴ2）を読み取り、計時器２０による時間の測定
を終了する。またＲＡＭ１９に書き込まれたデジタルデ
ータＤから、ｂ−ｃ間の平均溶接電圧Ｖavと同平均電流
Ｉavとを求める。この後、（１）式よりＪ＝Ｖav・Ｉav・Ｔ2／Ｌ・・・（１）'' として入熱量Ｊを求め、ディスプレイ３と、記録計８
と、プリンタ９とに出力する。また先般同様、入熱量Ｊ
が予め設定した値を上回る場合、警報装置１０によって
溶接士あるいは入熱管理者に報知する。

【００２２】この後、他の溶接部位において溶接が開始
されれば、上述のように溶接電流Ｉが検出され、ＣＰＵ
１６はこれを受けて入熱量Ｊを求め、出力する。

【００２３】Ｃ．別の構成例上述の実施例では、センサ２に熱電対を用いた例を示し
た。しかし、センサ２は、以下に述べるような構成のも
のであってもよい。図５は、センサ２およびセンサボッ
クス４の第２の構成例を詳細に示した構成図である。図
５において、２１は金属部材１１-1上においてシーム１
に沿って載置されたスリット板である。このスリット板
２１は、等間隔にスリット２１-1〜スリット２１-3を有
している。これらスリット２１-1〜２１-3の各々の部分
には、それぞれ光センサ２２-1〜光センサ２２-3が取り
付けられている。

【００２４】周知の通り電気溶接（アーク溶接）では、
溶接中の部分に強い閃光を発する。各光センサ２２-1〜
２２-3は、それぞれスリット２１-1〜２１-3を通過して
くる閃光を受けて電気信号を出力し、センサボックス４
はこれら光センサ２２-1〜２２-3からの電気信号のピー
ク時にパルスＰを出力する。本実施例において、センサ
２以外の動作は前述の実施例と同様であるので、その説
明は省略する。

【００２５】以上のようにして制御ボックス５はシーム
１の入熱量を算出し、表示および記録するとともに、入
熱量が所定値を上回った場合には入熱管理者や溶接士に
報知する。また制御ボックス５は、以上の動作を幾つか
同時に行うことができる。即ち、複数の溶接ボックス６
とこれに接続されるホルダ７、並びにこれらと同数のセ
ンサ２およびセンサボックス４を設ける（図１参照）こ
とにより、複数箇所で同時に溶接作業中であっても、そ
の入熱量を一括して管理することができる。

【００２６】なお、電気溶接では溶接中の接触部分に強
い閃光とともに強い衝撃を発生する。そこで、センサ２
として衝撃を検出する素子（例えば加速度センサその他
圧電素子等）であってもよい。また、アーク放電中の部
分をその熱によって検出する構成にあっては、センサ２
に熱電対（２-1〜２-3）を用いる例を示したが、サーミ
スタその他、半導体等を利用した温度センサを用いたも
のであってもよい。さらに、各センサ２として検出素子
を３つ（例えば熱電対２-1〜２-3）有するものを示した
が、本願発明ではこれ以外（２つ、あるいは４つ以上）
であってもよい。

【００２７】

【発明の効果】以上説明したようにこの発明によれば、
制御手段は、シームに印加される溶接電圧と、シームへ
流れる溶接電流と、シームの近傍にシームに沿って取り
付けられた２つ以上のセンサからの各々の出力信号に基
づいて発生する各パルスの時間間隔とを入力して、シー
ムへの溶接入熱量を算出する。また、溶接電圧と溶接電
流と各パルスとは、複数の溶接ボックスと、これと同数
の信号処理手段とから入力されるので複数のシームの溶
接入熱量が同時に把握でき、溶接品質を最良に保ち、生
産コストを下げることが可能である溶接入熱管理装置が
実現可能であるという効果が得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例にかかる溶接入熱管理装置の
概略構成を示すブロック図である。

【図２】同実施例におけるセンサ２およびセンサボック
ス４の第１の構成例を詳細に示した構成図である。

【図３】同実施例における制御ボックス５および溶接ボ
ックス６の詳細な構成を示すブロック図である。

【図４】同実施例の各部の動作や信号波形のタイミング
を示したタイミングチャートである。

【図５】同実施例におけるセンサ２およびセンサボック
ス４の第２の構成例を詳細に示した構成図である。

【符号の説明】

１シーム２センサ２-1〜２-3 熱電対４センサボックス５制御ボックス６溶接ボックス１０警報装置１３電流センサ１４Ａ／Ｄ変換部１６ＣＰＵ１９ＲＡＭ２０計時器２２-1〜２２-3 光センサ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】電気溶接されるシームへの入熱量を管理
する溶接入熱管理装置において、前記シームへ流れる溶接電流を検出する溶接電流検出手
段と、前記シームに印加される溶接電圧を検出する溶接電圧検
出手段と、前記シームの近傍に、該シームに沿って少なくとも２つ
取り付けられたセンサと、前記各センサから出力される信号の最大時にパルスを発
生するセンサ信号処理手段と、前記センサ信号処理手段が出力する各パルスの時間間隔
と、前記溶接電流と、前記溶接電圧とに基づいて前記入
熱量を算出し出力する制御手段とを具備することを特徴
とする溶接入熱管理装置。
【請求項２】前記各センサは、アーク放電により発生する熱によって前記シーム上の入
熱部位を検出することを特徴とする請求項１に記載の溶
接入熱管理装置。
【請求項３】前記各センサは、アーク放電により発生する光によって前記シーム上の入
熱部位を検出することを特徴とする請求項１に記載の溶
接入熱管理装置。
【請求項４】前記各センサは、アーク放電により発生する衝撃によって前記シーム上の
入熱部位を検出することを特徴とする請求項１に記載の
溶接入熱管理装置。
【請求項５】前記制御手段は、前記溶接電流と前記溶接電圧の各々をデジタルデータ変
換するＡ／Ｄ変換手段と、前記デジタルデータが記録されるＲＡＭ（ランダムアク
セスメモリ）と、前記デジタルデータを所定時間毎に前記ＲＡＭに記録
し、前記ＲＡＭの記録内容から平均入熱量を算出するＣ
ＰＵ（中央処理装置）とを具備することを特徴とする請
求項１ないし請求項４の何れかに記載の溶接入熱管理装
置。
【請求項６】前記溶接電流検出手段と、前記溶接電圧
検出手段と、前記Ａ／Ｄ変換手段とは１つの溶接ボック
スに格納され、前記制御手段には、複数の前記溶接ボックスと、前記複
数の溶接ボックスと同数の前記信号処理手段とが接続さ
れ、各々前記デジタルデータ並びに前記パルスが入力さ
れることを特徴とする請求項１ないし請求項４の何れか
に記載の溶接入熱管理装置。
【請求項７】前記制御手段は、これに接続され、音響信号あるいは発光信号等を発する
報知手段を有し、前記入熱量と予め設定される基準値との比較結果に基づ
いて音響信号あるいは発光信号等を発することを特徴と
する請求項１ないし請求項４の何れかに記載の溶接入熱
管理装置。