JPS6284876A - 溶落ち回避方法 - 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、消耗電極式アーク溶接待に生ずる恐れのある
溶落ちを回避する方法に関する。

〔従来の技術〕

消耗電極式アーク溶接時、特に、母材が薄板である場合
には、母材に穴があくいわゆる溶落ち現象が発生するこ
とがある。これは、溶接電流の増加、母材開先のギャッ
プの増加等が原因して発生するが、これが、一旦、発生
すると、以後は溶断状態となってしまい、正常な溶接に
復帰さ・Σることはできない。従来、この溶落ち現象の
発生を予知する技術、予知して溶落ち現象の発生を回避
もしくは防止する技術は無く、溶落ち現象が発生すると
、溶接を停止するようにしているので、作業能率が低下
し、また、溶接を再開するには、ワーク交換、ワーク手
直しを行わなければならず不経済であるという問題があ
った。また、ロボット溶接の場合は、この溶落ち現象の
発生を恐れて、安全を充分に見越した溶接条件を設定す
るのが通常であるので低能率になるという問題があった
。

〔発明の目的〕

本発明は上記従来の問題を解消するためになされたもの
で、溶落ちの発生を未然に防止して従来に比し能率の高
いアーク溶接を実現することができる溶落ち回避方法を
得ることを目的とする。

〔発明の構成〕

本発明は上記目的を達成するため、短絡周期を監視して
該短絡周期の所定レベルを越える増大変化から溶落ちを
予知し、該予知と同時に溶接電源の出力電流もしくは溶
接速度を、予め設定された溶落ち回避レベルへ非ステッ
プ状に制御し、所定時間後に上記予知前のレベルへ非ス
テップ状に回復させる構成としたものである。

〔発明の実施例〕

いわゆる溶落ちが起こった場合、その溶落ち発生時点で
溶接を停止すれば、溶融金属の表面張力によって、母材
にあいた穴は自然に塞がれ、補修溶接を行うことが可能
であるが、溶接ビード外観の乱れを嫌う場合や溶接を続
行させたい場合には溶落ちを予知する必要があり、溶落
ちを予知できれば、該溶落ち前に、時間的余裕をもって
溶接条件を変更（電流の低減もしくは溶接速度の増大）
することにより溶落ちの発生を未然に防止することがで
きる。

第１図（ａｌ〜（ｄｌは、本発明者等が、溶落ち現象と
密接に相関する因子を求めて繰り返し行った測定のうち
の代表的な波形図を示したもので、この測定は、光セン
サを用い、薄板のアーク溶接時に、上記光センサで溶接
点を母材の裏面側からトレースしたものである。該アー
ク溶接におけるアーク電圧波形を第２図に示す。第１図
（ａ）の波形は上記光センサの出力波形であって、その
Ｙ軸方向は上記アーク電圧における短絡周期Ｔの大きさ
を示し、波形のＡ部は溶落ち部分における出力波形を示
している。第１図（ｂ）は上記出力波形をローパスフィ
ルタ（ＬＰＦ）（この場合は、カットオフ周波数ｆ　ｃ
＝５Ｈｚのもの）に通して、短絡周期Ｔのバラツキを平
均化した波形であり、第１図（Ｃ）はｆｃ＝ＩＨｚのＬ
ＰＦで平滑した波形である。

この第１図Ｔｂ）及び（Ｃ１の波形から明らかなように
、溶落ち開始前に、短絡周期が増大しており、本発明で
は、アーク電圧を監視してこの増大傾向が現れた場合に
、溶落ちが発生する前触れでると判定して溶落ちを予知
する。

上記短絡周期Ｔの増大傾向は、しきい値レベルＶｏ（電
圧）を設定して上記ＬＰＦの出力波形を比較器で該しき
い値レベルＶｏと比較することにより電気的に検出する
ことができ、上記測定によれば、上記増大傾向は、例え
ば、溶落ち発生時点より２００〜３００ｍ５ｅｃ前から
始まるので、上記比較器の出力信号（同図（ｄ））を予
知信号とし、該信号を用いて、溶落ちが発生する前に溶
接条件を変更することができる。溶落ちの予知が早いほ
ど、この溶接条件の変更は容易になり溶落ちの回避もし
くは防止には好適であるが、そのためにしきい値レベル
Ｖｏを低く設定し過ぎると、個々の短絡周期のバラツキ
のため、誤検出する確率が大きくなる。これに対処する
方法として、しきい値レベルを高いしきい値レベル■１
１（溶落ち検知レベル）と低いしきい値レベルＶＬ　　
（ｉ落ち予知レベル）の２段に設定し、短絡周期Ｔが低
いしきい値レベルＶＬを越えた場合には、溶接条件を変
更させ、高いしきい値レベルＶＨを越えた場合には溶接
を停させる構成としてもよい。

ところで、上記短絡周期Ｔは、溶接電源によって制御し
得るものではなく、電流・電圧・速度、ワイヤ突出長、
母材の板厚、表面状態等によって変動するので、予測す
ることは不可能であり、測定した短絡周期を直接しきい
値レベルと比較する上記絶対値比較法では汎用的な予知
もしくは検知を行うことが難しい。また、個々の短絡周
期Ｔがバラツクので上記のようにＬＰＦを用いて短絡周
期を平均化する必要があるが、アナログＬＰＦを使用す
る場合は、溶接条件毎に最適なカットオフ周波数ｆｃを
選定しなくてはならず汎用性の面から限界がある。

広い範囲の溶接条件に対応し得る汎用性の高い溶落ちの
予知及び検知は次のようにして実現することができる。

部ち、測定される短絡周期の多数回Ｎの平均値Ｔｄと小
数回ｎの平均値Ｔｃとを求め、両者の比Ｔ　ｃ　／　Ｔ
　ｄをあるしきい値Ａ（予知倍率）と比較して前者が後
者を越えたことにより、すなわち、下記式が成立した場
合に、予知信号を発生せしめて溶落ちを予知する。

Ｔｃ／Ｔｄ＞Ａ・・・・・・・・（１）ここで、 ｆｉｌ平均値Ｔｄは溶接を行いながら取込んだ正常溶接
時の短絡周期のデータから演算する値であり、第３図に
示す如く、短絡周期毎に新しいデータを取込み古いデー
タを捨てて演算更新される。

（２）平均値Ｔｃも、短絡周期毎に新しいデータを取込
み古いデータを捨てて更新されるが、少数回ｎの平均値
であるので、個々の短絡周期のバラツキを平滑しながら
、かつ、短絡周期の増大に敏感に追随する値とすること
ができる。

（３）シきい値Ａは、平均値比Ｔ　ｃ　／　Ｔ　ｄに対
するものであるので、Ｖｏ、ＶＨ、ＶＬと異なり相対値
としての内容を有し、溶接条件に一々対応して変更する
必要がなく、１個の値で広い溶接条件に対応させること
ができる。

この溶落ち予知方法の場合にも、しきい値Ａを高低２段
階設定し、低いレベルＡＢＬ（溶落ち予知レベル）を越
えた場合には予知信号を発生させて溶接条件を変更せし
め、高いレベルＡＢＨ（溶落ち検知レベル）を越えた場
合には溶接を停止させるための溶落ち検知信号を発生さ
せるようにしてもよい。この溶落ち予知レベルＡＢＬは
予知後に溶接条件の変更を行えば溶落ちを防止すること
ができるレベルであり、溶落ち検知レベルＡＢＨは検知
後に溶接条件を変更しても溶落ちに至るレベルをいう。

第４図は、上記短絡周期の平均値比を用いる溶落ち予知
方法を実施した具体的装置をブロック図で示したもので
ある。同図において、１は短絡検知部、２はカウンタ、
３はラッチ部、４はＣＰＵ、５は発振部である。

短絡検知部１は、アーク電圧を受けて短絡検知信号を発
生し、アーク発生期間中ゲート信号をカウンタ２に送出
すると共にラッチ部３に対してラッチ信号を、ｃｐυ４
に割込み信号を供給する。

該カウンタ２は上記ゲート信号によりゲートされて発振
部５が出力するクロックを計数し、該計数値（短絡周期
Ｔ）はラッチ部３に記憶される。

ＣＰＵ４は割込み信号を受けると、ラッチ部３に記憶さ
れている短絡周期を読取り、　Ｔｄ、ＴＣ１Ｔｃ／Ｔｄ
を演算して、Ｔ　ｃ　／　Ｔ　ｄとＡＢＬ。

ＡＢＨの大小を比較し、Ｔｃ／Ｔｄ＞ＡＢＬの場合には
溶落ち予知信号ａを、Ｔｃ／Ｔｄ＞ＡＢＨの場合には溶
落ち検知信号すを発生する。

本発明は、上記のようにして得られる予知信号と検知信
号を用いたもので、溶落ち回避方法のフローを第５図に
示す。第７図は従来の溶接装置の概略をブロック図で示
したもので、１０は溶接電源（高周波インバータ）、１
１は変圧器、１２は整流器、１３は直流リアクトル、１
４は給電チップ、１５は溶接ワイヤ、１６は溶接母材、
１７は電圧検出器、１８は電流検出器、１９は制御装置
である。

本発明では、上記予知信号ａが発生すると同時に、第７
図の溶接電源１０から電極であるワイヤ１５に供給され
る出力電流Ｉを、予知前の電流レベル（このレベルの電
流を、本電流Ｉｓという）から所定の低レベル（このレ
ベルの電流を、処理電流１ｃという）、例えば、本電流
Ｉｓの８０〜７０％程度に制限する。この処理電流１ｃ
は気密性を保持し、溶接ビードの不連続を招くことなく
溶落ちを回避することができる電流レベル（溶落ち回避
レベル）のものであって、この電流レベルの切換えが、
急激、すなわちステップ状であると、ワイヤ送給装置の
モータの慣性等のために溶接が中断する恐れがあるので
、出力電流指令値をある減少率ΔＩｄｏｗｎで低減させ
て、第６図に示す如く、溶落ちが予知されてから所定時
間ｔｄ　　（例えば、０．２〜０．５　ｓ　ｅ　ｃ）後
に処理電流Ｉｃに低下するように溶接電源１を制御する
。但し、ΔＩｄｏｗｎ＝　（Ｉ　５−１ｃ）／ｌ’ｄ　
・・・１２）溶接電源の出力電流が処理電流１ｃまで低
下した後はこの電流レベルをｔｆ待時間例えば、０〜１
ｓｅｃ）だけ維持して正常溶接可能な状態に戻し、該時
間が経過すると、本電流Ｉｓのレベルまで上昇させる。

この場合、ワーク開先ギャップ等の条件が変化している
場合があり、ステップ状に上昇させることは溶落ちの危
険があるので好ましくなく、ある増加率ΔＩｕｐで上昇
させ、時間ｔｕ、例えば、ｌ　〜３ｓｅｃ　（＞ｔｄ）
後に本電流Ｉｓに回復するようにする。但し　、Δｒｕ
ｐ＝　（Ｉｓ−１ｃ）／ｌｕ・・−−・（３）この本電
流Ｉｓへの回復途中に、溶落ちの予知があった場合には
、その時点から、溶接電源１の出力電流を減少率ΔＩ　
ｄ　ｏ　ｗ　ｎで処理電流Ｉｃのレベルまで低減させ、
該レベルをｔｆ待時間け維持させたのち増減率ΔＩｕｐ
で本電流Ｉｓへ回復させる。

このような電流パターンはＣＰＵ４によって電流パター
ンを演算し、そのパターン出力を第７図の制御装置１９
に電流指令として与えることにより実現することができ
る。

このように、本実施例では、溶落ち移行現象が発生する
とこれを予知して溶接条件を溶落ち回避レベルに非ステ
ップ状に調整するので、ビードの不連続性を少なくして
溶落ちを回避することができ、溶接条件を正常溶接条件
に復帰させる場合に非ステップ状に復帰させるので該復
帰途中に溶落ち移行現象が発生した場合に、予知はした
が結果として溶落ちに至るような事態を防止することが
でき、溶落ちの発生確率を従来に比し著しく低減するこ
とができる。

溶落ち予知時のこのような溶接条件の変更にもかかわら
ず溶落ちが起こり、溶落ち検知信号すが発生した場合に
は、該信号を利用して溶接を一時中断するとともに警報
を発生させるようにする。

この実施例では、溶接電源の出力電流を制御して溶落ち
を回避する場合について説明したが、溶接速度を調整し
ても同様に溶落ち回避を行うことができ、この場合には
、溶落ちの予知があると、速度レベルを高めるように制
御する。

なお、出力電流の制御と溶接速度の制御を併用してもよ
いことは勿論である。

〔発明の効果〕

本発明は以上説明した通り、溶落ちの兆候があると溶接
条件を溶落ち回避レベルに制御して安定させ、溶落ちの
恐れの有無を監視しながら正常溶接条件へ復帰させるの
で、溶落ちにより溶接を中断してワークの交換や手直し
をする手間を殆どなくすことが可能となり、薄板のアー
ク溶接の能率を向上することができ、特に、溶接ロボッ
トによる場合、溶落ちを恐れて安全サイドの溶接条件を
設定する必要がなくなり、その効果は特に大である。

【図面の簡単な説明】

第１図（ａｌ〜（ｄ）は本発明における溶接予知技術の
原理を説明するための波形図、第２図はアーク電圧波形
図、第３図は上記溶接予知技術の一実施例を説明するだ
めの図、第４図は上記溶落ち予知技術を実施した溶落ち
予知装置のブロック図、第５図は本発明の実施例を示す
フローチャート、第６図は上記実施例にける溶接条件変
更モードを説明するための波形タイムチャート、第７図
は溶接装置のブロック図である。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）消耗電極式アーク溶接において、アーク電圧から
   ワイヤと母材の短絡から短絡までの時間である短絡周期
   を監視して該短絡周期の所定レベルを越える増大変化か
   ら溶落ちを予知し、該予知と同時に溶接電源の出力電流
   もしくは溶接速度を、予め設定された溶落ち回避レベル
   へ非ステップ状に制御し、所定時間後に上記予知前のレ
   ベルへ非ステップ状に回復させることを特徴とする溶落
   ち回避方法。
2. （２）溶落ち予知を、短絡周期毎の短絡周期多数回平均
   値に対する少数回平均値の比を所定のしきい値レベルと
   比較して行うことを特徴とする特許請求の範囲第１項記
   載の溶落ち回避方法。