JPS6320182A - 消耗電極式ア−ク溶接の溶接速度制御方法 - 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〕 この発明は、溶接トーチを開先幅方向に揺動（オシレー
ト）させながら該開先を溶接する消耗電極式アーク溶接
における溶接速度制御方法に関する。

〔従来の技術〕

この種の溶接速度制御方法としては、従来、特開昭５５
−１０９５７６号公報や実公昭５７−３６３７３号公報
に記載されたものがある。

消耗電極式アーク溶接においては、適正な溶接ビードを
得るために、溶接ワイヤ給送速度もしくは溶接速度を制
御することが行われる。この制御を有効ならしめるため
には、開先の状態（開先幅の変動の有無、変動の程度等
）を正確に認識する必要がある。

ところで、消耗電極式アーク溶接には、溶接ワイヤ給送
速度Ｗ、溶接電流Ｉ、溶接ワイヤ突出長（通電チップか
らの突出し長さ）ｌとすると、Ｗ−Ｋ　＋　　・Ｉ＋に
２　・１２　・ｌで表される特性がある。但し、Ｋｌ　
、Ｋｇは比例定数である。今、溶接ワイヤ給送速度Ｗを
一定とした場合、溶接ワイヤ突出長ｌが短くなると溶接
電流■が増加する。

開先幅が狭くなると溶接ビード高さが高くなるため溶接
ワイヤ突出長ｌが短くなって溶接電流■が増加し、逆に
、開先幅が広くなると溶接ビード高さが低くなるため溶
接ワイヤ突出長ｌが長くなって溶接電流Ｉが減少する。

このことから、溶接電流Ｉの変動分を監視することによ
り開先幅の変動を間接的に知ることができ、溶接電流Ｉ
が、基準開先幅に対して決まる基準電流値に比べて増加
あるいは減少した場合には、その変動分に対応して、溶
接速度を増速あるいは減速することにより溶接ビード高
さを適正高さに維持することができる。

しかしながら、溶接電流の上記変動は開先幅の変動以外
の変動要因によっても発生する。この変動要因の最大の
ものは、溶接現場における母材の開先長手方向への傾斜
や曲り等に起因する母材と溶接トーチ保持部（溶接トー
チを開先幅方向、トーチ軸方向にオシレートさせても母
材基準位置からの距離が一定となる溶接トーチ側の基準
位置）間の距離の変動であり、該距離が変動すると、開
先幅に変動がなくても、溶接ワイヤ突出長ｌが変動ず為
ため溶接電流Ｉが変動する。この変動分による影響を除
去するために、溶接トーチを母材表面から一定の高さ位
置に保ちつつ溶接速度を制御する方法が前掲の特開昭５
５−１０９５７６号公報に開示されている。

この従来のものは、溶接電流検出信号と基準溶接電流信
号とも常時比較してその偏差をレベル変換して溶接速度
偏差信号とし、この溶接速度偏差信号と基準溶接速度信
号との加算値を溶接速度指令値として台車駆動モータを
制御するものであるが、上記溶接電流検出信号は、アー
クが開先壁間の中央近傍にある場合には最少値となり、
アークが開先壁近傍にある場合に最大値となる波形を持
つ信号であるために、上記駆動モータはオシレート位置
に追従して増速と減速を繰り返すことになるという問題
がある。

前掲した実公昭５７−３６３７３号公報には、溶接電流
の検出個所をオシレートパターンの中央点に特定したも
のが開示されており、これにより上記問題を解消し得る
が、この先行技術には以下に述べるような問題がある。

即ち、ここではオシレートパターンの中央点にける溶接
電流の瞬時値を取り出して利用しているが、難姿勢溶接
（立向き姿勢や上向き姿勢）では溶接電流が低レベルで
、溶接ワイヤからの溶滴の移行も短絡移行やグロビュラ
移行であるので、上記溶接電流瞬時値は不安定である。

更に、この先行技術では、基準溶接速度、高速溶接速度
、低速溶接速度を予め指定しておき、検出された溶接電
流と基準溶接電流とに偏差が生じると、上記高速溶接速
度または低速溶接速度に速度指令を変更し、その結果、
上記偏差が解消された場合には、第５図（ｂｌに示すよ
うに、次のオシレート半周期では基準溶接速度に速度指
令を戻し、上記偏差が解消されない場合には、そのまま
の速度（前記高速溶接速度または低速溶接速度）を維持
する。即ち、溶接している開先の開先幅に適した溶接速
度が得られても、次のオシレート半周期ではこの適正溶
接速度を放棄して基準溶接速度で溶接する。ところが、
実際の開先はその開先幅が広くまたは狭（テーパ状に連
続して変化しているから、上記先行技術では、溶接開始
時に設定される基準溶接速度と開先幅に対する適正溶接
速度との差が溶接の進行に伴って増大し、オシレート半
周期毎に溶接速度が急増または急減を繰り返すハンチン
グ状態を招く恐れがあり、開先全長に亘って均一なビー
ド高さを得ることが難しいという問題がある。

この発明は上記した従来の問題を解消するためになされ
たもので、溶接速度を開先幅の変化に忠実に追随させ、
溶接速度の制御動作を安定させて溶接ビード高さを常に
適正に維持することができる消耗電極式アーク溶接の溶
接速度制御方法を得ることを目的とする。

〔問題を解消するための手段〕

この発明は上記目的を達成するために、オシレート半周
期毎に測定される溶接電流測定値を初期設定した溶接電
流基準値と比較してその偏差を取り出し、今回のオシレ
ート半周期に測定された偏差を前回までのオシレート半
周期に測定された偏差に加算し、加算後の偏差が前回ま
でのオシレート半周期に測定された偏差に対して増減し
ている場合、今回のオシレート半周期に作成された溶接
速度指令値を上記増減分に対応する速度分だけ修正して
該修正された溶接速度指令値により次回のオシレート半
周期の溶接速度を制御することを特徴と対して増減して
いる場合に、今回のオシレート半周期の溶接速度指令値
を上記増減分に対応する速度分だけ修正して次回のオシ
レート半周期の溶接速度指令値とする構成としたもので
ある。

〔発明の実施例〕

以下、この発明の一実施例を図面を参照して説明する。

第１図はこの発明が適用される消耗電極式ガスシールド
アーク溶接装置（上向き溶接姿勢）の−例を概略構成図
で示したものである。図において、１は開先幅のある■
型開光を有する母材、２は初層の裏波溶接で用いるセラ
ミックの裏当材、３は母材の拘束板、４は溶接トーチ、
５は溶接ワイヤである。６はレール、７はレール６上を
走行する台車、８は台車駆動モータ、９は上下軸スライ
ダ、１０は上下軸スライダ駆動モータ、１１は左右軸ス
ライダ、１２は左右軸スライダ駆動モータ、１３はトー
チを母材１の板厚方向と左右方向にオシレートするオシ
レート装置、１４はオシレート装置用駆動モータ、１５
は母材１の表面位置検出用の接触式検出器であって、上
下軸スライダ９のスライドベース位置に対する母材ｌの
表面位置（高さ）の変位を検出する。この検出器１５は
オシレート装置１３とともに左右軸スライダ１１に取り
付けられている。１６はアーク溶接電源、１７は溶接電
流を検出する電流検出器、１８は制御装置であって、第
２図に示すブロック構成を有している。

第２図において、１９は上下位置ずれ判定回路であって
、検出器１５が検出する変位（信号）を取り込んで該変
位の増減を判別する。２０はサーボアンプであって、上
下位置ずれ判定回路１９が出力する増加或いは減少指令
に従って上下軸スライダ駆動モータ１０（Ｍ４）をスラ
イドベースが上昇する向きに或いは下降する向きに駆動
し、上下軸スライダ９の上記スライドベース位置に対す
る母材１の表面位置間の距離を上下位置決め設定器２１
で設定されている設定距離Ｈ８に調節する。これにより
、溶接トーチ４の保持部基準位置が母材１表面の上下方
向変位に追従する。２２は左右軸スライダ駆動モータ１
２（Ｍ３）のためのサーボアンプ、２３は左右位置決め
設定器であって、これを手動操作して左右軸スライダ１
１をインチング動作させる。２４はオシレート装置１３
の駆動モータ１４（Ｍ２）のためのサーボアンプであっ
て、オシレートパターンの制御機能を有している。２５
は手動操作のオシレート幅設定器、２６は手動操作のオ
シレート周期設定器である。

２７はタイミング信号発生回路であって、サーボアンプ
２４のオシレートパターン制御信号からの溶接トーチ４
のオシレート左端停止信号ＰＬ、オシレート右端停止信
号ＰＲおよび操作シーケンス信号に基づいて後述する制
御用のタイミング信号Ｐ、〜Ｐ５作成する。

電流検出器１７が出力する溶接電流（信号）はローパス
フィルタ２８を通したのち増幅回路２９で増幅される。

このローパスフィルタ２８は商用周波数成分やアークの
溶滴移行に伴うノイズ成分を除去するために設けられて
いる。３０は平均値回路であって、増幅回路２９で増幅
された溶接電流Ｉを取り込んで、タイミング信号発生回
路２７からのタイミング信号に同期して溶接電流平均値
（以下、溶接電流測定値という）ＩＡＳを演算する。３
１はサンプルホールド回路であって、上記溶接電流側定
値ｒＡｓをサンプリングしてホールドする。サンプルホ
ールド回路３１にホールドされた溶接電流測定値ＩＡＳ
はＡ／Ｄ変換回路３２に読み込まれたのちＤ／Ａ変換回
路３３に導かれる一方、差動増幅回路３４に導かれる。

Ａ／Ｄ変換回路３２は溶接開始後にオペレータ操作によ
り作成される読み込み指令を受ける。また、Ｄ／Ａ変換
回路３３は入力された溶接電流測定値ＩＡＳを溶接電流
基準値ＩＡＣとして保持する。差動増幅器３４は溶接電
流基準値ＩＡＣと溶接電流測定値ＩＡｓ（オシレート半
周期毎に検出される）との溶接電流偏差ΔＩを増幅して
不感帯回路３５に送出する。３６は偏差更新処理回路で
あって、第３図に示す如き回路構成を有し、オシレート
半周期毎に、溶接電流偏差ΔＩを加算処理して更新する
。３７は増幅回路、３８は加算回路であって、初期溶接
速度設定器３９が作成する溶接速度設定値ＳＫｏと増幅
回路３７でレベル変換された溶接速度偏差ΔＳＮとを加
算して台車駆動モータ８（Ｍｌ）を駆動するためのサー
ボアンプ４０に供給する。４１は台車７を手動操作でイ
ンチング動作させるためのインチング速度設定器である
。

上記不感帯回路３５は、第３図に示すように、演算増幅
器ＯＰ１、Ｏ２０、ＯＦ２を有し、溶接電流偏差ΔＩが
不感帯設定値−Ｅｌ以下になると、該電流偏差ΔＩをゲ
インＧ＋　−Ｒ３／　（Ｒｇ　＋Ｖｎｚ）で増幅して出
力し、溶接電流偏差ΔＩが不感帯設定値Ｅｔ以上になる
と、ゲインｃ、＝Ｒａ／　（Ｒ＋　＋ｖＲ，）で増幅し
て出力する。なお、Ｇ２〈ＧＩであることが望ましい。

Ｇ１は減速時のゲイン、Ｇ２は増速時のゲインである。

溶接電流偏差Δ■が不感帯域（Ｅｘ〜−Ｅｌ）内にある
ときは零値を出力する。この不感帯回路３５の出力を　
ＡＩＤとすると、該出力は偏差更新処理回路３６に供給
される。偏差更新処理回路３６は、サンプルホールド回
路ＳＴ（＋　、該サンプルホールド回路ＳＨ，の出力を
ホールドするサンプルホールド回路ＳＨ２、演算増幅器
ＯＰ　４を有し、サンプルホールド回路ＳＨ，は、今回
のオシレート半周期での偏差ΔＩＤＮとサンプルホール
ド回路Ｓ　Ｈ２の出力　ΔＩＤＮ−１３□との加算値を
送出する。ここで、 ΔＩ工Ｎ−１ｓニーΣΔＩＤＮ（但し、ΔＩＤ０−０）
であり、この値は溶接電流基準値ＩＡＣが設定されてか
ら前回のオシレート半周期までの電流偏差Δ■、の合計
値である。なお、Δ■工は０、正および負の値を取る。

この加算値ΔＩ　ＤＮＳＵＮは演算増幅回路ＯＰｒ、で
溶接速度指令信号レベルに変換されて溶接速度偏差（信
号）ΔＳＮとなり、初期設定された溶接速度設定値ＳＫ
Ｏに加算され、この加算値Ｓ□ｌｊＵＭが次回のオシレ
ート半周期での溶接速度指令（信号）としてサーボアン
プ４０に供給される。なお、スイッチｓｗ、、ｓｗ、は
、それぞれ、溶接電流基準値１’ＡＣの設定、溶接速度
設定値ＳＫＯの設定が完了するまではオンされ、設定動
作に同期してオフされる。

以下、上記装置の動作を第４図に示すタイミング信号Ｐ
、−Ｐ５に基づいて説明する。

第４図において、■は平均値回路３０に入力される溶接
電流信号を示している（実際には、オシレート周期に同
期した正弦波状であるが、説明の　　。

便宜上、三角波で示しである）。オシレート左端位置信
号ＰＬ、オシレート右端位置信号ＰＲはそれぞれオシレ
ート装置１３が左端、右端に到達して停止したタイミン
グに同期して立上り次に動き始めるタイミングに同期し
て立下るパルスであり、期間ｔ０はオシレート半周期内
の溶接トーチ４の動作期間（停止期間を除いた期間）を
示している。タイミング信号Ｐ１は信号ＰＬ−ＰＩの立
上りに同期して立上る細幅のパルスであって、サンプル
ホールド回路３１に対するサンプル／ホールド指令とな
る。タイミング信号Ｐｔは信号ＰＬ％Ｐ、ｌの立下りに
同期して立上る所定幅ｔ、のパルスである。タイミング
信号Ｐ３はタイミング信号Ｐ２の立下りに同期して立上
る細幅のパルスであって、平均値回路３０はタイミング
信号Ｐ、の立上りでリセットされ、該信号の立下りから
タイミング信号Ｐ、の立下りまでの期間ｔ、の溶接電流
平均値■１を演算する。タイミング信号Ｐ４はタイミン
グ信号Ｐ１の立下りに同期して立上る細幅のパルスであ
って、第３図のサンプルホールド回路ＳＨ，に対するサ
ンプル／ホールド指令となる。タイミング信号Ｐ５はタ
イミング信号Ｐ、の立下り同期して立上る細幅のパルス
であって、第３図のサンプルホールド回路ＳＨ２に対す
るサンプル／ホールド指令となる。

溶接開始に先立って、オペレータにより溶接条件パラメ
ータが設定される。溶接（オシレート溶接）が開始され
ると、溶接電流が電流検出器１７を通して検出され、検
出された溶接電流はローパスフィルタ２８、増幅器２９
を通して平均値回路３０に取り込まれる。平均値回路３
０では上記期間ｔ、の溶接電流平均値ＩＡＳを演算して
出力し、この溶接電流測定値ｒＡｓはタイミング信号Ｐ
、によりサンプリングされサンプルホールド回路３１に
ホールドされる。溶接開始後、オペレータは溶接条件パ
ラメータのチェックを行い、必要があれば、各パラメー
タを再調整する。溶接速度設定値ＳＫＯの調整は初期溶
接速度設定器３９で行う。調整完了後、オペレータは、
例えば、図示しない操作盤上の読み込み押釦を操作して
Ａ／Ｄ変換回路３２に読み込み指令を与える。この読み
込み指令は溶接電流基準値を初期設定するためのもので
あって、これを受けたＡ／Ｄ変換回路３２はサンプルホ
ールド回路３１がホールドしている溶接電流測定値ＩＡ
Ｓを取り込み、デジタル信号に変換してＤ／Ａ変換回路
３３に入力する。Ｄ／Ａ変換回路３３では入力された溶
接電流測定値ｒａｓをアナログ値に変換して溶接電流基
準値ＩＡＣとして溶接終了まで保持する。以後、オシレ
ート半周期毎に検出される溶接電流測定値■ａｓが溶接
電流基準値ＩＡＣと比較され、その溶接電流偏差ΔＩが
差動増幅回路３４から送出される。この溶接電流偏差Δ
■は不感帯回路３５を通して増幅され偏差更新処理回路
３６に供給される。偏差更新処理回路３６は、前記した
ように不感帯回路３５を通して今回入力された溶接電流
偏差ΔＩＤＮを溶接電流偏差ΔＩ　Ｄｌｌ−Ｉ　５ＩＩ
Ｈに加算した加算値ΔＩ　ＤＮＳＬＩＭを作成する。こ
の溶接電流偏差は増幅回路３７によりレベル変換されて
溶接速度偏差ΔＳＮとなる。台車駆動モータ８（Ｍｌ）
を駆動するサーボアンプ４０はこの溶接速度設定値ＳＫ
Ｏとこの溶接速度偏差ΔＳＮとの加算値ＳＮ＋ｌ５Ｏ１
４を溶接速度指令値として受は台車駆動モータ８（Ｍｌ
）の速度を制御する。

このように、本実施例では、初期設定された溶接速度設
定値ＳＫＯを、オシレート半周期毎に、溶接速度偏差Δ
ＳＮで修正しつつ溶接が行われ、第５図＋ａｌに示す如
く、第Ｎ番目のオシレート半周期の溶接速度指令値３８
３１１＋４は第Ｎ−１番目のオシレート半周期の溶接速
度指令値Ｓ　Ｎ−Ｉ　ＳＬＩＭと第Ｎ−１番目のオシレ
ート周期で生じた電流偏差ΔＴＤＮ−１を溶接速度指令
信号レベルに変換した信号値との加算値となり、今回（
第Ｎ−１番目のオシレート半周期）測定された溶接電流
偏差ΔＩＤＮ−１を溶接速度指令信号レベルに変換した
信号値が溶接速度指令値５Ｎ−ＩＳＬＩＨに対して増減
している場合にのみ、その増減分の速度だけ溶接速度指
令値５Ｎ−１３゜９を修正する。

即ち、前回のオシレート半周期における開先幅に対して
今回のオシレート半周期における開先幅の増減の有無が
監視され、増減があった場合にのみその増減分に対応す
る速度だけ次回のオシレート半周期の溶接速度が修正さ
れるから、開先幅が不連続的に急変しない限りは、開先
幅の変動に忠実に追随し、従来のように制御装置側の要
因で溶接速度が急変するようなことはないので、制御動
作は安定し、常時適正なビード状態が得られる。

なお、上記実施例では、オシレート動作そのものに起因
する溶接電流Ｉの変動分が混入するのを防止するために
、期間ｔ１の溶接電流平均値を溶接電流測定値■１とし
ている。

〔発明の効果〕

この発明は以上説明した通り、オシレート半周期毎に作
成される溶接速度指令値は、前回オシレート半周期に到
達した溶接速度を開先変動分だけ修正して作成されるの
で、開先幅の変化に実質上忠実に追随して変化し、溶接
速度の制御動作が滑らかに安定しているので、溶接ビー
ド高さの均一性を従来に比して高めることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明を実施した溶接装置の一例を示す概略
構成図、第２図は上記実施例における制御装置のブロッ
ク図、第３図は上記制御装置の一部を具体的に示した回
路図、第４図は上記実施例におけるタイミング信号の波
形タイムチャート、第５図ｔａ）は上記実施例における
溶接速度指令値のパターンを示す図、第５図１ｂ）は従
来の溶接速度制御方法における溶接速度指令値のパター
ンを示す図である。 ４−・溶接トーチ、１３−オシレート装置、１９−・・
上下位置ずれ判定回路、３〇−平均値回路、３１−・−
サンプルホールド回路、３２−−Ａ　／　Ｄ変換回路、
３３−Ｄ　／　Ａ変換回路、３４−・差動増幅回路、３
５−・・−不感帯回路、３６−・偏差更新処理回路、３
８・−・加算回路。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）溶接トーチ保持部と被溶接物表面間の距離を一定
   に維持して上記溶接トーチを開先幅方向にオシレートさ
   せつつアーク溶接を行う消耗電極式アーク溶接において
   、オシレートされる上記溶接トーチの各オシレート半周
   期内における溶接電流を非瞬時値で検出し、この溶接電
   流測定値を溶接電流基準値として初期設定するとともに
   、溶接速度を初期設定したのち、オシレート半周期毎に
   測定される上記溶接電流測定値を上記溶接電流基準値と
   比較してその偏差を取り出し、今回のオシレート半周期
   に測定された偏差を前回までのオシレート半周期に測定
   された偏差に加算し、加算後の偏差が前回までのオシレ
   ート半周期に測定された偏差に対して増減している場合
   、今回のオシレート半周期に作成された溶接速度指令値
   を上記増減分に対応する速度分だけ修正して該修正され
   た溶接速度指令値により次回のオシレート半周期の溶接
   速度を制御することを特徴とする消耗電極式アーク溶接
   の溶接速度制御方法。
2. （２）溶接電流測定値が、オシレート半周期内における
   所定期間の平均値であること特徴とする特許請求の範囲
   第１項記載の消耗電極式アーク溶接の溶接速度制御方法
   。