JPS5915743B2

JPS5915743B2 - ア−ク溶接方法

Info

Publication number: JPS5915743B2
Application number: JP16672080A
Authority: JP
Inventors: 博一野村; 祐司杉谷; 康郎鈴木
Original assignee: Nippon Kokan Ltd
Current assignee: JFE Engineering Corp
Priority date: 1980-11-28
Filing date: 1980-11-28
Publication date: 1984-04-11
Also published as: JPS5791878A

Description

【発明の詳細な説明】０この発明は、溶接継手部の溶接線方向に沿つて進行
する自動溶接において、開先位置検出器を用いずに、ア
ーク自身でトーチの移動を適確に溶接継手に倣わせ、か
つ、その倣い動作に合わせて溶接条件を制御するように
したアーク溶接方法に関５するものである。

自動溶接の無人化を図るためには、溶接中に時時刻々と
変化する開洗線の二次元的なずれに対して、トーチ位置
を自動的に検知し制御するため、検知センサおよび前記
検知センサによるトーチ位・Ｏ置調整機構が必要とさ
れる。

従来、この種の検知センサとしては、接触型の差動変圧
器方式、ポテンショメータ方式、またはリミットスイッ
チ方式など、あるいは、非接触型の電磁式または光学式
位置検出方式のものなど、フ５種々のセンサが使用さ
れている。

しかしながら、いずれにせよトーチの他にセンサという
固有の機器をトーチ近傍に設けるものであるから、検知
位置と制御対象位置との間に、寸法的な制限で一定の間
隔が必要であり、従つてセンサの出力に対し、ノＯ上
記間隔寸法に応じた時間差を与えてトーチ位置を制御す
る、極めて複雑で、そのわりには精度に限界のある制御
方式しか実用化されていなかつた。そこで本発明者は、
先に上述の従来技術における問題点を改善した技術を開
発し、特願昭５２一（５８３５０６として出願した。こ
の先願発明は、ワイヤ送給速度を一定とした消耗電極ア
ーク溶接および非消耗電極アーク溶接一、りにおいて、
トーチと母材間のアーク特性を、ワイヤ突出長またはア
ーク長の変化に対して補償するトーチの軸線方向の移動
機構を設け、トーチ移動量を常時監視して、トーチの軸
線方向の変位もしくは位置を倣い制御に用いるものであ
る。

この方法によれば、別体として倣いセンサを必要とする
ことなしに、安定した溶接が可能となる。すなわち、こ
の先願発明のアーク溶接方法においては、溶接電源とし
て直流定電流電源を用い、設定されたアーク電圧を保持
するように、上記移動機構によつて、トーチをその軸線
方向に移動制御するものである。そして、上記トーチを
、母材の開先線に沿つて溶接進行方向に所定の速度で移
動させながら、該進行方向の巾方向に所定の速度で往復
動させるトーチ駆動動作に合わせ、上記往復動の方向変
換点を、上記トーチ軸線方向の変位もしくは位置が所定
値になる点とすることにより、開先面の傾斜によつてア
ークが常に開先巾内を往復して倣い動作が行なわれ、か
つ溶接継手部のルートから止端までの高さを常に一定に
保持したアーク溶接力保される。またこの場合、溶接進
行方向に対して開先線が平行でなくなつたり、詣先幅が
変化する場合等においては、上記往復動の半周期毎に、
溶着断面積が変るが、この先願発明においては、各半周
期毎の上記トーチの軸線方向の移動量の変化を時間積分
することにより、上記開先断面積に対応した信号を各周
期毎に得ることができる。また別に各周期毎の上記間隔
距離変化を微分することにより、止端間距離に対応した
信号を各周期毎に得ることができる。更に、これら各周
期毎の信号によつて、溶接電流、トーチ移動速度、フイ
ラーワイヤ送給速度等、種々の溶接条件の設定値を、別
に求めておいたアルゴリズムを用いて、各々補正制御す
ることができ、これによつて常に所定の溶着および片面
溶接の場合の適正な裏ビード形成がなされる。しかしな
がら、この先願発明を実施しているうちに、次の点に問
題のあることがわかつた。

即ち、溶接中における母材の変形あるいは、溶接合車レ
ールの曲り、母材とトーチの初期位置設定の不具合等に
より、トーチ移動方向と開先との、トーチ軸線方向の相
対的距離に変化が生じ、開先部におけるトーチ揺動方向
の反転動作が、母材表面から開先の所望の深さで行なわ
れず、ビード高さが一定しないといつた事態が発生した
。この発明は、上述した先願発明の問題点を解決し、ト
ーチ移動方向と開先との、トーチ軸線方向における相対
的距離に変化が生じても、トーチが所望の開先端で適確
に揺動反転し得るようにしたアーク溶接方法を提供する
もので、アーク特性を一定に保持するように、トーチを
母材に対して接近、離反させて、アーク長を一定に保持
しながら、前記トーチを開゛先幅方向に揺動させつつ進
行し、溶接を行なうアーク溶接方法において、前記トー
チの揺動方向における母板表面位置を示す値を基準値と
して、トーチの軸線方向の位置もしくは変位が、前記基
準値に対して所定の値となつた時、トーチの揺動方向を
変換することに特徴を有するものである。

次に、この発明のアーク溶接方法を図面を参照しながら
説明する。

第１図において、１および１″は被溶接物、６は被溶接
物１および１′の間に形成された、上部に向けて広がる
対向する傾斜面４および４′と底面５とからなる開先部
である。２は開先部６に実質的に垂直に向けて挿入され
た溶接電極、３は溶接電極２を通す溶接トーチであつて
、前記溶接電極２は、溶接ワイヤが一定速度で送給され
る消耗溶接電極でも、または非消耗溶接電極でも良い。

溶接電極２に溶接電流を供給して、溶接電極２の先端と
開先部６との間にアークを発生させて、このアーク熱に
より被溶接物１および１′を互いに溶接する。開先部６
の溶接部分は、トーチ３の先端または別に設けられたノ
ズル（図示せず）から噴出するシールドガスによつて大
気から遮蔽される。トーチ３は、第１図において２点鎖
線で示されるように、開先部６の巾方向に、一方の傾斜
面４のＡ点から、傾斜面４にそつて底面５のＢ点に降下
し、次いでＢ点から底面５にそつてＣ点に移動し、次い
でＣ点から他方の傾斜面４′にそつて上昇しＤ点に至る
。

このようにトーチ３が溶接部の開先面に倣つて移動する
間、溶接電極２の先端と開先部６との間に発生するアー
クのアーク電圧またはアーク電流が常に一定値に維持さ
れるように、トーチ３を垂直方向に上下移動し、かくし
て、溶接電極２の先端と開先部６との間の距離を所定距
離に維持する。開先部６を垂直方向に上下移動するトー
チ３の垂直方向の位置を、開先部６の巾方向における１
つの移動ごとに電圧値として連続的に検出する。そして
、前記検出された電圧値が、開先部６の上部から所定距
離Ｈの位置に溶接電極２が上昇したときに生ずる電圧値
、すなわち第１図のＡおよびＤにおける溶接電極２の先
端の位置を示す電圧値と一致したときに、トーチ３の開
先部６の巾方向における移動方向を反転する。第２図゛
は、この発明の一実施態様を示すプロツク図で、溶接電
極２の先端″と開先部６との間に発生するアークのアー
ク電圧が、常に一定値に維持されるようにトーチ３を垂
直方向に上下移動させる場合の例について示してある。
第２図において、被溶接物１および１′の間に形成され
た開先部６内に、実質的に垂直に向けて挿入された溶接
電極２を通すトーチ３は、一方の被溶接物１′上に、開
先部６の長手方向と平行に敷設されたレール（図示せず
）上を走行する台車（図示せず゛）によつて、開先部６
の長手方向に移動する。７はトーチ３を垂直方向に上下
移動させるための垂直ネジ棒、７′は垂直ネジ棒７の取
付部材、８は取付部材７／の上端部に設置された、垂直
ネジ棒７を回転し、トーチ３を垂直方向に上下移動させ
るための昇降用モータで、トーチ３を支持する支持部材
３″は、垂直ネジ棒７に螺合している。

１４はトーチ３を水平方向に移動させるための水平ネジ
棒、１４′は水平ネジ棒１４の取付部材であり、取付部
材１４′は前記台車に固定されている。

１５は取付部材１４′の一端耶に設置された、水平ネジ
棒１４を回転し、トーチ３を水平方向に移動させるため
の水平移動用モータで、垂直ネジ棒７が取付けられてい
る取付部材７″は、水平ネジ棒１４に螺合している。

従つて、トーチ３は、昇降用モータ８および水平移動用
モータ１５の駆動により、開先部６を垂直方向と巾方向
とに移動する。１０はトーチ３と被溶接物１との間に接
続されたアーク電圧検出器、１１はアーク電圧基準設定
器、１２はアーク電圧検出器１０により検出されたアー
ク電圧値の、アーク電圧基準設定器１１により予め設定
されたアーク電圧値からの偏差を演算し、この偏差を一
定の大きさに増巾した偏差信号を後述する昇降用モータ
制御器に出力するための差動増巾器、１３は差動増巾器
１２からの偏差信号に基づいて、昇降用モータ８の駆動
と、その駆動方向の反転を制御するための昇降用モータ
制御器である。

アーク電圧検出器１０により検出されたアーク電圧値は
、アーク電圧基準設定器１１により予め設定されたアー
ク電圧と、差動増巾器１２によつて比較される。差動増
巾器１２は、検出されたアーク電圧値の、予め設定され
たアーク電圧値からの偏差を演算し、この偏差信号を昇
降用モータ制御器１３に出力する。前記制御器１３は、
前記偏差信号が零となるまで昇降用モータ８を駆一動さ
せる。かくして、開先部６を巾方向に移動するトーチ３
は、溶接電極２の先端と開先部６との間の距離が常に所
定距離を維持するように移動する。９は開先部６を垂直
方向に上下移動するトーチ３の垂直方向の位置の信号を
、電圧値として連続的に出力する電位差計、１６は水平
移動用モータ１５を駆動させるとともにその回転方向を
、後述するコンパレータから送られてくるパルスによつ
て反転させるための水平移動用モータ制御器、１７は水
平移動用モータ１５の回転速度を設定するための速度設
定器である。

１８は、被溶接物１′の表面に常に当接するように、ス
プリング等を介して上下動自在に台車に取けられた倣い
ローラ、１９は、倣いローラ１８を支持している支持棒
、２０は倣いローラ１８の上下方向の移動距離の信号を
連続的に電圧値として出力するための電位差計である。

電位差計２０から出力される電圧値は、台車と被溶接物
１″との間の距離が、予め設定した距離である場合、す
なわち、レールまたは被溶接物１／に上下方向の曲りが
ない場合には、零であり、前記距離が長くなるに従つて
高くなり、前記距離が短かくなるに従つて低くなる。す
なわち、電位差計２０は、台車と被溶接物１′との間の
距離の、予め設定した距離からの偏差の信号を、電圧値
として連続的に出力する。電位差計２０から出力される
電圧値は、台車と被溶接物１′との間の距離の変動に応
じてトーチ３が垂直方向に上下移動した場合に、電位差
計９から出力される電圧値と等しい。２１はトーチ３の
開先部６の巾方向における移動方向を反転するための、
開先部６の上部からの予め設定した深さに相当する電圧
値の信号を、後述する差動増巾器に出力するための設定
器である。

前記設定電圧値は、開先耶６を多層盛溶接する場合、各
溶接パス毎にトーチ３の反転深さが異なるので、１パス
毎に異なる。２２は電位差計２０によつて検出された、
台車と被溶接物１′との間の距離の、予め設定した距離
からの偏差に対応する電圧値と、設定器２１からの前記
電圧値との和を演算し、この和の値を一定の大きさに増
巾する差動増巾器、２３は電位差計９から連続的に出力
される電圧値が、前記差動増巾器２２で演算された電圧
値と一致したときに、トーチ３の開先部６の巾方向にお
ける移動方向を反転させる反転信号を、水平移動用モー
タ制御器１６に出力するコンパレータ、そして、２４は
被溶接物１′とトーチ３との間に接続された、溶接用の
直流定電流電源である。

トーチ３の開先部６の巾方向における１つの移動ごとに
、トーチ３の垂直方向における位置は、電位差計９によ
つて電圧値（ＥＹ）として連続的に検出される。この検
出された電圧値（ＥＹ）は、コンパレータ２３に送られ
る。電位差計９は、トーチ３が開先？６を、その底面５
に向けて降下するに従つて高くなる電圧値が発生するよ
うに構成されている。これによつて、電位差計９からは
、トーチ３が開先部６における一方の傾斜面４にそつて
底面５に向けて降下するに従つて高くなり、底面５から
他方の傾斜面４７にそつて上昇するに従つて低くなる電
圧値が、コンパレータ２３に連続的に送られる。一方、
電位差計２０からは、台車と被溶接物１″との間の距離
の予め設定した距離からの偏差に対応する電圧値（Ｅｖ
）の信号が差動増巾器２２に連続的に出力される。

差動増巾器２２は、設定器２１によつて予め設定されて
いる電圧値（ＥＨ）と、前記台車と被溶接物１２との間
の距離の、予め設定した距離からの偏差に対応する電圧
値（Ｅｖ）との和を演算し、この演算された電圧値（Ｅ
Ｈ＋Ｅｖ）の和をトーチ３の反転位置を示す電圧値の信
号としてコンパレータ２３に出力する。コンパレータ２
３は、前記トーチ３の１つの移動ごとに電位差計９によ
つて、連続的に検出されたトーチ３の垂直方向における
位置を示す電圧値（Ｅｖ）を、前記トーチ３の反転位置
を示す電圧値（ＥＨ＋Ｅｖ）と比較して、前記電圧値（
ＥＹ）が、前記電圧値（ＥＨ＋Ｅｖ）と一致したときに
、トーチ３の移動方向の反転信号を、水平移動用モーー
タ制御器１６に出力する。

水平移動用モータ制御器１６は、前記移動方向の反転信
号によつて、水平移動用モータ１５の回転方向を逆転さ
せる。この結果、水平ネジ棒１４の回転方向は逆転し、
これにより、水平ネジ棒１４に螺合している取付部材７
′の働きによつて、トーチ３の開先部６の巾方向におけ
る移動方向が反転する。上述した、トーチ３の開先部６
の巾方向および垂直方向における移動、そして、トーチ
３の開先部６の巾方向における移動方向の反転は繰返し
行１なわれ、かくして、トーチ３は、溶接電極２の先端
と開先部６との間の距離を常に所定距離に維持しながら
、溶接電極２の先端−を、開先部６の開先面に倣つて、
開先部６の巾方向に往復移動させ、そして、同時に、溶
接電極２を開先部６の長手方向に移動させ、もつて、被
溶接物１および１″を開先部６の長手方向に溶接する。

以下、上述した方法により、開先部６内に多層盛り溶接
が施され、被溶接物１および１′の溶接は完丁する。次
に、この発明を、被溶接物１′上に開先部６゛と平行に
敷設された溶接機用台車の走行レールの一部が、被溶接
物１′力坪面である（″ｃもかかわらず、被溶接物１／
に対して上方に湾曲している場合の実施例について、第
１図および第２図を参照しながら説明する。

前記レール上を走行する前記台車と被溶接物１″との間
の距離が、予め設定した距離になつている場合には、電
位差計２０から差動増巾器２２に出力される信号の電圧
値（Ｅｖ）は零である。

従つて、コンパレータ２３に、設定器２１により予め設
定されている電圧値（ＥＨ）が、トーチ３の反転位置を
示す電圧値の信号としてそのまま出力される。そして、
電位差計９から出力されるトーチ３の位置を示す信号の
電圧値（ＥＹ）が前記トーチ３の反転位置を示す信号の
電圧値と一致したときにコンパレータ２３から反転信号
が水平移動用モータ制御器１６に出力され、この結果、
トーチ３の移動方向が反転する。一方、前記台車が被溶
接物１′に対して上方に湾曲しているレール上に至ると
、前記台車と被溶接物１′との間の距離が予め設定した
距離５より長くなる。

この結果、電位差計２０からは前記台車と被溶接物１′
との間の距離の、前記距離（ト）からの偏差（ΔＬ）に
対応する、前記電圧値（Ｅｖ）、すなわち０Ｖより高い
電圧値（Ｅｖ″）の信号が差動増巾器２２に出力される
。差動増巾器２２では、前記電圧値（Ｅｖ″）と、設定
器２１により予め設定されている電圧値（ＥＨ）との和
が演算され、この演算された電圧値の和（ＥＨ＋ＥＶ●
がトーチ３の反転位置を示す電圧値の信号としてコンパ
レータ２３に出力される。そして、電位差計９から出力
される、トーチ３の垂直方向の位置を示す電圧値（ＥＹ
″）が前記電圧値の和（ＥＨ＋ＥＶ″）と一致したとき
に、コンパレータ２３から反転信号が水平移動用モータ
制御器１６に出力される。この結果、トーチ３は、台車
と被溶接物１″との間の距離が変化したにもかかわらず
、予め設定した反転位置で正確に反転しながら、開先部
６をその長手方向に移動する。従つて、被溶接物１およ
び１″は開先部６に均一な高さのビードが形成され良好
に溶接される。上記実施例において、トーチ３は、台車
と共に前記距離（ΔＬ）だけ上昇するが、前述のように
電極２は、電極２の先端と開先部６との距離が常に所定
距離（イ）を維持するように制御される。

換言すれば、トーチ３は前記距離（ΔＬ）だけ下降する
。この結果、電位差計９から出力されるトーチ３の垂直
方向の位置を示す電圧値（ＥＹ″）は、前記電圧値（Ｅ
Ｙ）より高い値となる。前記電圧値（ＥＹ″）と前記電
圧値（ＥＹ）との差の電圧直は、電位計２０から出力さ
れる信号の前記電圧値（Ｅｖ″）と等しい。上述した実
施例は、台車が走行するレールの一部が、被溶接物１″
に対して上方に湾曲している場合であるが、前記レール
の一部が、被溶接物１″に対して下方に湾曲している場
合、または、前記レールは真直に被溶接物１′上に敷設
されているにもかかわらず、被溶接物１″が上方または
下方に湾曲している場合にも、上述した実施例と同様に
、トーチ３は予め設定した反転位置で正確に反転する。

また、上述した実施例は、溶接電極２の先端と開先部６
との間の距離を、一定距離に維持する手段として、溶接
用電源−に、定電流電源を使用してアーク電圧を検出し
、このアーク電圧値が常に所定値になるように、トーチ
３の垂直方向における位置を制御したが、消耗溶接電極
により溶接する場合は、定電圧電源を使用して、アーク
電圧の代りにアーク電流を使用し、このアーク電流値が
常に所定値となるように、トーチ３の上下方向における
位置を制御しても良い。

以上説明したように、この発明のアーク溶接方法によれ
ば、トーチが取付けられた台車と、被溶接物との間の距
離が変動しても、往復移動するトーチの開先部における
反転を、開先部の上部から予め設定した位置で正確に行
なうことができる。

従つて、開先部に常に均一な高さのビードを形成するこ
とができるので、溶け込みは良好となり、溶接欠陥のな
い優れた溶接部を得ることができるといつた、きわめて
有用な効果がもたらされる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の原理を示す説明図、第２図はこの発
明の一実施例を示す制御回路のプロツク図である。図において、１，１′・・・・・・被溶接物、２・・・
・・・溶接電極、３・・・・・・トーチ、３″・・・・
・・支持部材、４，４′・・・・・・傾斜面、５・・・
・・・底面、６・・・・・・開先部、７・・・・・・垂
直ネジ棒、７′・・・・・・取付部材、８・・・・・・
昇降用モータ、９・・・・・・電位差計、１０・・・・
・・アーク電圧検出器、１１・・・・・・アーク電圧基
準設定器、１２・・・・・・差動増巾器、１３・・・・
・・昇降用モータ制御器、１４・・・・・・水平ネジ棒
、１４／・・・・・・取付部材、１５・・・・・・水平
移動用モータ、１６・・・・・・水平移動用モータ制御
器、１７・・・・・・速度設定器、１８・・・・・・倣
いローラ、１９・・・・・・支持棒、２０・・・・・・
電位差計、２１・・・・・・設定器、２２・・・・・・
差動増巾器、２３・・・・・・コンパレータ、２４・・
・・・・直流定電流電源。

Claims

【特許請求の範囲】

１被溶接物に形成された開先部の長手方向に沿つて、
溶接トーチを取り付けた台車を連続的に移動させ、前記
溶接トーチに挿通した溶接電極と前記開先部との間にア
ークを発生させることによつて前記被溶接物を溶接し、
前記トーチを前記台車の移動中、前記開先部の幅方向に
往復移動させ、前記アークのアーク電圧またはアーク電
流（Ｅ＿Ｖ）を検出し、前記値（Ｅ＿Ｖ）の、予め設定
した値（Ｅ＿Ｏ）からの偏差（Ｅ＿Ｏ−Ｅ＿Ｖ）を演算
し、前記偏差（Ｅ＿Ｏ−Ｅ＿Ｖ）が零となるように、前
記トーチを上下方向に移動し、かくして、前記電極と前
記開先部との間の距離を所定距離（ｌ）に維持し、前記
トーチの前記開先部の幅方向における１つの移動ごとに
、前記トーチの上下方向における位置を電位差計によつ
て表示された電圧値（ｅ＿Ｙ）として検出し、前記電圧
値（ｅ＿Ｙ）が所定電圧と一致した時に、前記トーチの
移動方向を反転するアーク溶接方法において、前記所定
電圧値が、予め設定した電圧値（ｅ＿Ｈ）と、前記台車
と前記被溶接物との間の距離の、予め設定した距離（Ｌ
）からの偏差（ΔＬ）に対応する電圧値（ｅ＿Ｖ）との
和の値（ｅ＿Ｈ＋ｅ＿Ｖ）に等しくなつたときに、前記
トーチの移動方向を反転させることを特徴とするアーク
溶接方法。