JPS62238071A - 片面溶接の制御方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は裏当用材料を用いた片面自動アーク溶接方法に
関し、特に安定な片面溶接を行ない良好な裏ビード形状
を保ち、かつ表ビードの高さを一定に保つように制御す
る片面溶接制御方法に関するものである。

〔従来技術〕

溶接継手においては開先（嘔、角度などの形状変動がさ
けられないため、これらの変動を検出して溶接条件を自
動制御する必妾がある。従来このための有益な検知セン
サーは皆無といってもよく、わずかにＩＴＶやレーザー
光を用いてアーク前方の開先幅を検出する方式が見られ
るの入である。

〔発明が解決しようとする問題点〕

ところで上記方法においても、アーク位置と検出位置と
のずれがあり検出精度に限界があり、さらには溶接トー
チの他に別体としてのセンサーという個有の機器をトー
チ近傍に設けるため１寸法上、その適用に制約がある。

従ってこのような状況にある片面溶接においては、開先
形状の変動に対して、アーク位置での溶融金属の状態を
適確に反映する有効なセンサー、制御方法はいまだ提案
されていない。

本発明は、溶接アークの特性を利用し、別体としてのセ
ンサーを用いることす＜、アーク位置での溶融金属の状
態を検知して溶接条件を自動制御し、開先状態の変動が
あっても、常にアーク直下の溶融金属の厚さを一定に保
ち、安定な片面溶接を行なうことによって良好な裏ビー
ド形状と一定の高さの宍ビードが同時に形成されるよう
な片面溶接制御方法を提供しようとするものである。

〔問題点を解決するための手段〕

上記目的を達成するため１本発明は裏当用材料を用いた
片面自動アーク溶接方法であって、あらかじめ設定され
た溶接電流、またはアーク電圧を保持するように溶接電
極の軸方向（Ｙ軸）移動機構によって電極先端と母材表
面との間隔距離を変化させ、これによりアーク長が常に
一定となる制御動作を行なわせるアーク溶接方法におい
て、開先底部または母材表面を基準に検出された溶接電
極の軸方向の高さ距離を用いて、アーク直下の溶）融金
属の厚さの変化を検出し、良好な裏ピード形状と一定の
高さの表ビードが溶接継手全長にわたり得られるように
溶接速度を自動的に制御する。

〔作用〕

アーク直下に溶融金属が存在する片面溶接においては、
その溶込みおよび裏ビードし、伝導や対流による伝熱に
よって形成されるが、この種の片面溶接においては、ア
ーク直下の虐融金属の厚みを一定に保つことが安定な溶
接の条件となる。

第７図は片面溶接時の溶接トーチを含む溶接ビードの断
面を示すものである。

アーク直下より後方の溶融金属はアーク圧力により押上
げられ、ある高さの溶融金属ヘッドｈでつりあっている
。アーク圧力は溶接電流値に依存するので、溶接電流が
一定であれば溶融金属ヘッドの高さｈ）ニ一定であろう 一方、アーク直下の溶鋼の厚みｈｍはビードの全厚Ｈか
ら前記溶融金属ヘッドｈを差し引いた値であるから、溶
接速度が一定とすると、例えば開先幅が増加の傾向にあ
れば、　ｈｍは減少して行き裏ビードの出すぎからアー
クが裏当材にまで突き抜けたりする。また、開先幅が減
少の傾向にあれば。

ｈｍ　）！増加し、裏ビードの出不足をまねくことにな
る。

したがって、溶接１１！流を一定にして、アーク直下の
溶融金属の厚みｈｍ　　を一定に保つように溶接速度を
制御すれば、安定な片面溶接が可能となり。

良好な裏ビード形状が得られるとともに２表ビードの高
さも一定に保つことができる。

〔発明の実施例〕

第１図は本発明の一実梅例を示す溶接装置の構成図で、
（１丹ヱ被溶接母材、（２）は開先、（３）は溶接台車
、（４）は溶接電極の高さ方向への移動機構、（５）は
消耗型又は非消耗型の溶接！極、（６）は変位計、（７
）は溶接電源、（８）　Ｖｓアーク電圧検出器、（９）
はアーク電流検出器、（ＩＱはモータ２αルは位昨検出
器である。

図において、溶接合筆（３）は開先線方向に走行自在で
あり、溶接電極（５）は移動機構（４）を介して溶接台
車（３）に支持されているので、Ｗｇ接電極（５）は高
さ方向＜’１４１１）及び開先線方向いずれも移動可能
である。さらに電極（５）のＹ軸方向の変位はポテンシ
ョメータ等の変位計（６）で検出され、開先線方向への
変位は例えば接触式ローラなどによる検出器αルで検出
されるので、電極（５）の母材表面における位置は常に
求められる。

電極（５）と母材（１）との間には電源（７）が接続さ
れるが、電源（７）は溶接用途によって定電流電源又は
定電圧電源が使い分けられる。

この溶接装置における制御の基本は、アーク長が常に一
定になるように高さ方向（Ｙ軸）に１１′ｃ極（５）を
移動させつつ行なう定アーク長制御溶接であるが、この
Ｙ軸方向の移動制御はモーター（ＬＱで駆動される移動
機構（４）によって行なわれる。

第２図はモータ（至）による定アーク長制御の基本回路
ブロックを示すもので、電源（７）が定電流電源の場合
は溶接電圧検出器（８）からのアーク電圧を、また電源
（７）が定電圧電源の場合には溶接電流検出器（９）か
らの溶接電流を差動増幅器α◆に入力し、予め設定器（
２）に設定した基準値との差を増幅器α◆から出力させ
て、この差出力に応じた速度でモータ翰を駆動する駆動
制御器（６）を設けである。この回路によってアーク電
圧（又は溶接電流）が一定に保たれ、アーク長が一定と
なるものである。

第３図は第２図に示す制御系をもった第１図の装置によ
る片面溶接の電極の移動状態と溶融金属および溶接ビー
ドの状態を示すもので、（ａ）は適正条件で安定な溶接
が行なわれている場合、Ｃｂ）は開先幅が広くなった場
合である。

図中（至）は裏当材料、ａＱは表ビード、αηは裏ビー
ドである。

第３図（ａ）においては、アーク直下に適当な厚さｈｍ
、の溶融金属が存在し、電極は溶接電流が一定になるよ
うな高さに保たれており、このときの溶融金属ヘッドの
高さはｈである。

又伽）に示す溶接条件が一定のまま開先幅が大ぎ、　く
なった場合は、開先内の溶融金属の全高さはＨｌからＨ
ｌへと低くなり、−万溶接電流は一定であるから溶融金
属のヘッドの高さｈは一定であるので。

アーク直下の溶融金属の厚さはｈｍｌと小さくなりまた
溶接電流が一定になるように移動制御されている電極高
さ１工、（ａ）の場合に比べてΔ〜だけ低くなる。

第４図は溶接条件一定で溶接したときのルートキャップ
の変化に対する電極高さｅｙと表・裏ビード高さｈＦ、
　ｈａを示した実験結果の一例である。溶接条件が一定
でルートギャップが太き（なると裏ビード高さｈＢはほ
とんど変化しないが、衣ビード高さｈＦは低くなる。ま
た、このときの電極高さｅｙは、ルートギャップが大き
くなるに従って低くなっている。さらに、この場合、ル
ートギャップが９■を越えた位置ではアーク直下に溶融
金属が存在しない状態となるので、極めτ不安定な溶接
になり遂には溶接が不可能な状態となる。

本発明によれば、このときの電極高さの変化を検出し、
電極高さを一定に保つように溶接速度を制御し、安定な
片面溶接を行うことによって良好な裏ビード形状と同時
に一定の高さの表ビードを得るものである。

第５図は、母材表面を基準にした溶接電極の軸線方向の
高さ距離を検出することにより、溶接台！　（３）の速
度を制御する回路ブロック図である。母材表面の位置検
出用の検出器αηの出力で、電極高さ位置検出用変位計
（６）の出力を常時母材表面を基準に補正し、電極高さ
の基準値α樽と比較してその差が０になるように、台車
走行速度設定ｒｊｒ（至）からの速度指令値を変化させ
て、台車駆動機（１）により溶接台車（３）の走行速度
を制御するのである。

なお本実施例は電極を揺動しない場合の例であるが、電
極を開先内で幅方向に揺動しながら溶接する場合にあっ
ても、例えば開先中央付近における電極高さを検出する
ことによって上記方法と同様に本発明を適用することが
できる。

〔発明の効果〕

本発明は上記のように、アーク溶接による片面溶接にお
いて、母材表面を基準にした溶接電極の高さ距離の変化
を検出し、電極高さを一定に保つように溶接速度を制御
したので、安定な片面溶接が可能となり、良好な裏ビー
ド形状とともに一定の高さの我ビードが得られることと
なった。

第６図は本発明に係る制御方法の結果を示すものである
。図に示すようにルートギャップＧの増大に対し、溶接
速度が制御されて減少し、［極高さがはｙ一定に得られ
るので、第４図で示されるような、ルートギャップＧの
過大な位置における溶接の不安定状態を招くことはなく
、溶接全長に亘り良好な裏ビードと一定高さｈｒの炎ビ
ードが得られている。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示す溶接装置の構成図、第
２図は定アーク長制御の構成図、第３図は溶接状況の説
明図で（ａ）は適正条件で安定な溶接が行なわれている
場合、（ｂ）は開先幅が広くなった場合のそれである。 第４図は溶接条件一定で溶接する場合の電極高、さと表
・裏ピードの高さとの関係を示す線図、第５図は本発明
に係る制御の構成図、第６図は本発明の効果を示す線図
、第７図は溶接の説明図である。 図中（１）は被溶接母材、（２）は開先、（３）は溶接
台車、（４）は電極の高さ方向移動機構、（５）は溶接
［極、（６）は電極の高さ方向変位計、（７ンは電源、
（８）は溶接電圧検出器、（９）は溶接電流検出器、α
ｑはモータ、αｐは電極の位置検出器、（６）は設定器
、（６）は駆動制御器、α◆は差動増幅器、（ト）は裏
当材料、αＱは表ビード、αηは裏ビード、翰は電極高
さの基準値、（至）は台車走行速度設定器、翰は台車駆
動機である。 代理人　弁理士　佐　藤　正　年 第１図 第２図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 開先裏面に裏当用材料を用いて行なう片面アーク溶接方
   法であつて、あらかじめ設定された溶接電流、またはア
   ーク電圧を保持するように溶接電極の軸線方向移動機構
   によつて電極先端と母材表面との間隔距離を変化させ、
   これによりアーク長が常に一定となる制御動作を行なわ
   せるアーク溶接による片面溶接方法において； 上記溶接電極の軸線方向の高さ距離を開先底部または母
   材表面を基準に検出し、その高さ距離を一定に保つよう
   に溶接速度を制御することによりアーク直下の溶融金属
   の厚さを一定に保ち、安定な片面溶接を行うことによつ
   て、良好な裏ビード形状を得ることができ、かつ表ビー
   ドの高さを一定に保つことができることを特徴とする片
   面溶接の制御方法。