JP2001030073A - 溶接方法及び装置 - Google Patents

溶接方法及び装置

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JP2001030073A
JP2001030073A JP11204490A JP20449099A JP2001030073A JP 2001030073 A JP2001030073 A JP 2001030073A JP 11204490 A JP11204490 A JP 11204490A JP 20449099 A JP20449099 A JP 20449099A JP 2001030073 A JP2001030073 A JP 2001030073A
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JP
Japan
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welding
intensity
filler wire
gap
light
Prior art date
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JP11204490A
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English (en)
Inventor
Masaya Yamamoto
雅也 山本
Tetsuya Aoyama
哲也 青山
Shinoki Mori
紫乃喜 森
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Sekisui Chemical Co Ltd
Original Assignee
Sekisui Chemical Co Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 突合せのワーク間のギャップが多少変動して
も溶け落ちすることなく適正な自動溶接が可能な溶接方
法及び装置を提供する。 【解決手段】 ワーク間を突合せ溶接するときにそのワ
ーク裏面より発生する光の強度を検出し、光の強度が強
くなった時点で溶け落ちが発生すると判断し、その光の
強度の大きさをワーク間のギャップの面積に換算し、ギ
ャップを埋めることのできるフィラーワイヤ量を計算
し、フィラーワイヤを供給しながら溶接を行なう。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】この発明は、TIG溶接、プ
ラズマ溶接、レーザ溶接等により突合せ溶接する場合の
溶接方法及び装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】従来、自動溶接機を使用して溶接を行な
う場合、光学的手法を用いて溶接条件を制御する方法が
ある。特開平8−267241号公報や特開平1−11
3175号公報に、突合せ溶接時における裏波ビードの
形成状態を、溶接部裏側から発生する光の発光強度を計
測し、その変動をもって検出し、溶接条件を制御する方
法が記載されている。
【0003】つまり、鉄鋼部材をTIG溶接法、プラズ
マ溶接法、レーザ溶接法で突合せ溶接を行なう場合、溶
接中はキーホールと呼ばれる溶接エネルギーによる貫通
孔を開けながら溶接が進行していく。このため、ワーク
の裏側からは貫通孔から発せられるシールドガス、プラ
ズマ等の発光を観察することができる。特開平8−26
7241号公報の技術では、この発光強度の変動によ
り、溶け落ちを含めた裏波ビード形成状態を判定してい
る。また、特開平1−113175号公報の技術は、裏
面から放射される特定波長域の光を2次元的に受光して
画像処理して、明部の領域の大小により溶け落ちを感知
し、溶接停止処理を行なっている。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記い
ずれの方法も、溶け落ち状態を検出し、溶接を停止させ
るか、あるいは溶接電流・電圧へのフィードバックを行
なうといった方法であった。このため、溶接停止だけで
は、そこで再度溶接条件を正しく設定しなければなら
ず、自動溶接とは言えない。また、溶接電流・電圧を制
御する方法でも、ワークの突合せ面の切断精度が悪い
等、突合せのワーク間のギャップが大きく変動した場合
には、対応しきれず、かえって溶け落ちが大きくなる問
題があった。
【0005】そこで、本発明の目的は、上記の問題点を
解消し、突合せのワーク間のギャップが多少変動しても
溶け落ちすることなく自動溶接が可能な溶接方法及び装
置を提供することにある。
【0006】
【課題を解決するための手段】請求項1記載の本発明
は、ワーク間を突合せ溶接するときにそのワーク裏面よ
り発生する光の強度を検出し、光の強度が強くなった時
点で溶け落ちが発生すると判断し、その光の強度の大き
さをワーク間のギャップの面積に換算し、溶接条件を制
御することを特徴とする溶接方法である。
【0007】請求項2記載の本発明は、上記ワーク裏面
より発生する光の強度の大きさをワーク間のギャップの
面積に換算し、これを埋めることのできるフィラーワイ
ヤ量を溶接速度に応じて計算し、フィラーワイヤ供給速
度の制御を行ないながら溶接を行なうことを特徴とする
請求項1に記載の溶接方法である。
【0008】請求項3記載の本発明は、突合せ溶接する
溶接ヘッドと、フィラーワイヤ送給装置と、ワーク裏面
より発生する光の強度を検出するフォトセンサと、この
フォトセンサで検出する光の強度に応じてフィラーワイ
ヤ送給装置を制御する制御装置とを有する溶接装置であ
る。
【0009】請求項4記載の本発明は、突合せ溶接する
溶接ヘッドと、フィラーワイヤ送給装置と、ワーク裏面
より発生する光の強度を検出するフォトセンサと、この
フォトセンサで検出する光の強度に応じて溶接ヘッドと
フィラーワイヤ送給装置とを制御する制御装置とを有す
る溶接装置である。
【0010】上記本発明において、光の強度が強くなっ
た時点とは、適正な溶接が行なわれている場合の光の強
度に対して強度が強くなることである。例えば、適正な
溶接状態の光の強度を測定し、これを基準値として、こ
の基準値を超えた時点とか、上記基準値に幅を持たせ、
この基準値の幅の上限に近づいた時点などがあげられ
る。
【0011】上記本発明において、溶接ヘッドの制御と
は、溶接ヘッドの溶接電流・電圧、溶接速度などを制御
することである。
【0012】
【作用】請求項1記載の本発明の溶接方法は、突合せ溶
接のワーク裏面より発生する光の強度を検出し、光の強
度が強くなった時点で溶け落ちが発生すると判断し、そ
の光の強度の大きさをワーク間のギャップの面積に換算
し、溶接条件を制御するから、ワーク間のギャップに対
応した溶接が行なわれ、溶け落ちがなく、適正な溶接が
できる。
【0013】請求項2記載の本発明の溶接方法は、上記
ワーク裏面より発生する光の強度の大きさをワーク間の
ギャップの面積に換算し、これを埋めることのできるフ
ィラーワイヤ量を溶接速度に応じて計算し、フィラーワ
イヤ供給速度の制御を行ないながら溶接を行なうから、
ワーク間のギャップに適正な量のフィラーワイヤが供給
補充され、ギャップが増大しても溶け落ちが発生するこ
となく、適正な溶接が行なわれる。
【0014】請求項3記載の本発明の溶接装置は、突合
せ溶接する溶接ヘッドと、フィラーワイヤ送給装置と、
ワーク裏面より発生する光の強度を検出するフォトセン
サと、このフォトセンサで検出する光の強度に応じてフ
ィラーワイヤ送給装置を制御する制御装置とを有するか
ら、溶接ヘッドで溶接するワーク間のギャップが増大し
て溶け落ちが発生するのを、予めフォトセンサでワーク
裏面の光の強度の増大として検知し、制御装置の制御に
よりフィラーワイヤ送給装置によりフィラーワイヤを供
給し、溶け落ちを未然に防止し適正な溶接を行なうこと
ができる。
【0015】請求項4記載の本発明の溶接装置は、突合
せ溶接する溶接ヘッドと、フィラーワイヤ送給装置と、
ワーク裏面より発生する光の強度を検出するフォトセン
サと、このフォトセンサで検出する光の強度に応じて溶
接ヘッドとフィラーワイヤ送給装置とを制御する制御装
置とを有するから、溶接ヘッドで溶接するワーク間のギ
ャップが増大して溶け落ちが発生するのを、予めフォト
センサでワーク裏面の光の強度の増大として検知し、制
御装置による溶接ヘッドの制御とフィラーワイヤ送給装
置の制御により適正なフィラーワイヤを供給し、溶け落
ちを未然に防止し適正な溶接を行なうことができる。
【0016】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て図面を参照しながら詳細に説明する。図1は本発明の
実施例である溶接装置の斜視図、図2は本発明の溶接方
法を説明する説明図、図3は本発明の溶接方法のフロー
チャートを示す図である。
【0017】図1に示すように、ステンレス鋼部材など
からなるワーク1、1を突合せ、プラズマ溶接装置の溶
接ヘッド21で溶接を行なう。この時、溶接中は溶接エ
ネルギーによる貫通孔(キーホール)を開けながら溶接
が進行し、貫通孔からプラズマ等の光を発する。この光
を、ワーク1、1の裏側のフォトセンサ251で検知す
るのである。
【0018】溶接ヘッド21は溶接電源装置22に接続
されている。溶接ヘッド21に近接してフィラーワイヤ
送給装置23のワイヤ送給ヘッド231が設けられ、フ
ィラーワイヤ(ステンレス鋼などの添加金属)232を
送給するようになっている。フォトセンサ251からの
信号はアンプ25で増幅され、信号処理・制御装置24
に送られる。信号処理・制御装置24は溶接電源装置2
2とフィラーワイヤ送給装置23とを制御するようにな
っている。
【0019】次に、図2により、溶接方法について説明
する。ワーク1、1間のギャップが適正で、図中の
(a)に示すような適正な溶接状態では、フォトセンサ
251が検知する発光強度αaは図中の(d)のグラフ
に示すように低位置で安定している。ワーク1、1間の
ギャップが増大し、図中の(b)に示すような異常事態
である溶け落ち状態では、フォトセンサ251が検知す
る発光強度αbは図中の(d)のグラフに示すように極
大になる。この溶け落ち状態を防止するために、図中の
(c)に示すように、ワイヤ送給ヘッド231からフィ
ラーワイヤ232を送給するのである。そうすると、フ
ィラーワイヤ232の溶融で溶け落ちが防止され、フォ
トセンサ251が検知する発光強度αcは図中の(d)
のグラフに示すように再び低位置で安定した状態にな
る。
【0020】本発明では、上記図中の(b)に示すよう
な異常事態である溶け落ちが発生する前に、上記図中の
(c)に示すように、ワイヤ送給ヘッド231からフィ
ラーワイヤ232を送給し、事前に溶け落ちを防止する
のである。図中の(d)のグラフに示すように、フォト
センサ251が検知する適正な溶接状態での発光強度α
aから発光強度αが増大し始めた時点で、瞬時に制御装
置24の制御により、フィラーワイヤ232を供給し、
溶け落ちを防止するのである。
【0021】突合せ溶接時の溶け落ち発生の原因として
は、主に以下の2つの原因が考えられる。 1)溶接ヘッド21からの入熱過多によるワーク1、1
の溶融金属ブリッジの崩壊(溶接電流過大、低溶接速度
等による) 2)ワーク1、1の突合せ部のギャップの増大による溶
融金属ブリッジの崩壊(ワーク1、1の精度不良による
ギャップのばらつき、溶接中の熱変形によるギャップの
拡大)
【0022】この発明では、図3にそのフローチャート
を示すように、上記1)2)に対応できるように、ワー
ク1、1の裏側から発生する光の強度をフォトセンサ2
51で検知し、発光強度αが基準強度(適正値)に対し
過大な値を検出したときに、溶け落ちが始まると判断
し、その発光強度αが基準強度(適正値)に入るように
(適正な突合せ溶接状態で溶け落ちが発生しない範囲
に)必要な量のフィラーワイヤ232の量を計算し、こ
れを速度制御しながら溶融部に供給し、そのフィラーワ
イヤ232の溶融で溶け落ちを防止するのである。この
とき、フィラーワイヤ232の供給量は、発光強度αの
大きさをワーク1、1間の面積に換算して計算される。
【0023】発光強度αが基準強度(適正値)に達した
ら、フィラーワイヤ232の供給を停止する。また、制
御装置24により、溶接ヘッド21及び溶接電源装置2
2を制御して、その溶接電流・電圧、溶接速度を制御す
ることにより、より適正できめの細かい溶接が行なわれ
る。
【0024】この溶接方法は、上記ワーク1、1の裏面
より発生する光の強度の大きさをワーク1、1間のギャ
ップの面積に換算し、これを埋めることのできるフィラ
ーワイヤ232量を溶接速度に応じて計算し、適正なフ
ィラーワイヤ供給速度の制御を行ないながら溶接を行な
うから、ワーク1、1間のギャップに適正な量のフィラ
ーワイヤ232が供給補充され、ギャップが増大しても
溶け落ちが発生することなく、適正な溶接が行なわれ
る。
【0025】この溶接装置は、突合せ溶接する溶接ヘッ
ド21と、フィラーワイヤ送給装置23と、ワーク裏面
より発生する光の強度を検出するフォトセンサ251
と、このフォトセンサ251で検出する光の強度に応じ
て溶接ヘッド21とフィラーワイヤ送給装置23とを制
御する制御装置24とを有するから、溶接ヘッド21で
溶接するワーク1、1間のギャップが増大して溶け落ち
が発生するのを、予めフォトセンサ251でワーク1、
1裏面の光の強度の増大として検知し、制御装置24に
よる溶接ヘッド21の制御とフィラーワイヤ送給装置2
3の制御により適正なフィラーワイヤ232を供給し、
溶け落ちを未然に防止し適正な溶接を行なうことができ
る。
【0026】以上、本発明の実施例を説明したが、本発
明は上記実施例に限定されるものではなく、本発明の要
旨を逸脱しない範囲の設計変更等があっても本発明に含
まれる。例えば、フィラーワイヤ232を常時送給しな
がら溶接を行なう場合に適用してもよい。本発明は、溶
接ヘッド21の溶接入熱量とフィラーワイヤ供給量を個
別に制御できる溶接方法、例えばTIG溶接、プラズマ
溶接、レーザ溶接などに有効である。
【0027】
【発明の効果】請求項1記載の本発明の溶接方法は、突
合せ溶接のワーク裏面より発生する光の強度を検出し、
光の強度が強くなった時点で溶け落ちが発生すると判断
し、その光の強度の大きさをワーク間のギャップの面積
に換算し、溶接条件を制御するから、ワーク間のギャッ
プに対応した溶接が行でき、溶け落ちのない適正な溶接
ができる。したがって、ワークの突合せ面の切断精度が
多少悪くとも、適正な溶接を自動的に行なうことができ
る。
【0028】請求項2記載の本発明の溶接方法は、上記
ワーク裏面の発光強度の大きさをワーク間のギャップの
面積に換算し、これを埋めることのできるフィラーワイ
ヤ量を計算し、供給しながら溶接を行なうから、溶け落
ちのない適正な溶接が自動的にできる。
【0029】請求項3記載の本発明の溶接装置は、溶接
ヘッドと、フィラーワイヤ送給装置と、ワーク裏面の発
光の強度を検出するフォトセンサと、このフォトセンサ
の検出に応じてフィラーワイヤ送給装置を制御する制御
装置とを有するから、溶け落ちの発生を、予めフォトセ
ンサでワーク裏面の発光の強度の増大として検知し、制
御装置の制御によりフィラーワイヤ送給装置によりフィ
ラーワイヤを供給し、溶け落ちを未然に防止し適正な溶
接を自動的に行なうことができる。
【0030】請求項4記載の本発明の溶接装置は、溶接
ヘッドと、フィラーワイヤ送給装置と、ワーク裏面の発
光の強度を検出するフォトセンサと、このフォトセンサ
で検出する発光の強度に応じて溶接ヘッドとフィラーワ
イヤ送給装置とを制御する制御装置とを有するから、溶
け落ちの発生を、予めフォトセンサでワーク裏面の発光
の強度の増大として検知し、制御装置による溶接ヘッド
の制御とフィラーワイヤ送給装置の制御により適正なフ
ィラーワイヤを供給し、溶け落ちを未然に防止し、より
適正な溶接を自動的に行なうことができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施例である溶接装置の斜視図であ
る。
【図2】本発明の溶接方法を説明する説明図である。
【図3】本発明の溶接方法のフローチャートを示す図で
ある。
【符号の説明】
1 ワーク 21 溶接ヘッド 22 溶接電源装置 23 フィラーワイヤ送給装置 231 フィラーワイヤ送給ヘッド 232 フィラーワイヤ 24 信号処理,制御装置 251 フォトセンサ

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 ワーク間を突合せ溶接するときにそのワ
    ーク裏面より発生する光の強度を検出し、光の強度が強
    くなった時点で溶け落ちが発生すると判断し、その光の
    強度の大きさをワーク間のギャップの面積に換算し、溶
    接条件を制御することを特徴とする溶接方法。
  2. 【請求項2】 上記ワーク裏面より発生する光の強度の
    大きさをワーク間のギャップの面積に換算し、これを埋
    めることのできるフィラーワイヤ量を溶接速度に応じて
    計算し、フィラーワイヤ供給速度の制御を行ないながら
    溶接を行なうことを特徴とする請求項1に記載の溶接方
    法。
  3. 【請求項3】 突合せ溶接する溶接ヘッドと、フィラー
    ワイヤ送給装置と、ワーク裏面より発生する光の強度を
    検出するフォトセンサと、このフォトセンサで検出する
    光の強度に応じてフィラーワイヤ送給装置を制御する制
    御装置とを有する溶接装置。
  4. 【請求項4】 突合せ溶接する溶接ヘッドと、フィラー
    ワイヤ送給装置と、ワーク裏面より発生する光の強度を
    検出するフォトセンサと、このフォトセンサで検出する
    光の強度に応じて溶接ヘッドとフィラーワイヤ送給装置
    とを制御する制御装置とを有する溶接装置。
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN106180995A (zh) * 2016-08-31 2016-12-07 山东豪迈机械制造有限公司 焊接用背光检测机构、单面焊双面成型自动控制装置及方法
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