JP2857309B2 - 非消耗電極式自動アーク溶接方法 - Google Patents

非消耗電極式自動アーク溶接方法

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JP2857309B2
JP2857309B2 JP5321013A JP32101393A JP2857309B2 JP 2857309 B2 JP2857309 B2 JP 2857309B2 JP 5321013 A JP5321013 A JP 5321013A JP 32101393 A JP32101393 A JP 32101393A JP 2857309 B2 JP2857309 B2 JP 2857309B2
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は自動TIG溶接等の非消
耗電極式自動アーク溶接方法において、定アーク長制御
又は定電圧制御に加えて、母材表面からの盛り残し量又
は余盛量を一定に保持することを可能とする非消耗電極
式自動アーク溶接方法に関する。
【0002】
【従来の技術】自動TIG溶接においては、溶融プール
(溶融池)とトーチ又は電極との間の距離を一定に保持
する定アーク長制御又は定電圧制御が実施されている。
この定アーク長制御及び定電圧制御は、走行台車が走行
するレールと、母材との間の距離が変動した場合、及び
開先内の溶接等の場合に、トーチを上下動させてアーク
長を一定に保持し、高品質の溶接部を得るために有効で
ある。また、定アーク長制御又は定電圧制御を利用し
て、トーチの板厚方向の変位を検出し、この検出結果を
基に、溶接線倣い又は開先幅倣いを行う方法が提案され
ており(特公昭52−29973号)、これにより溶接
工程における一応の省人化を図ることができる。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、この従
来の定アーク長制御又は定電圧制御によっては、ギャッ
プの変動若しくは板に歪がある場合、又は初層溶接の際
に裏ビードの出方に不均一等があった場合に、母材表面
からの盛り残し量又は余盛り量が変動することまでも防
止することはできない。
【0004】そこで、従来、この盛り残し量又は余盛り
量を一定にするために、溶接作業者が手作業で溶接速度
又はフィラーワイヤ送給速度を調整していた。このた
め、作業者が常に溶接を監視している必要があり、省人
化の要求に応えることができない。
【0005】また、トーチ高さの変位量又はオシレート
幅等から、溶接速度又はフィラーワイヤ速度を制御する
方法がある(特開昭57−109575号、特開昭59
−130683号、特開昭62−254968号)。し
かし、このような方法でも、高精度で盛り残し量又は余
盛り量を一定にすることはできなかった。このため、溶
接後に余盛を手直しすることが必要であり、作業者が盛
り残し量又は余盛り量を微調整する必要があった。
【0006】更に、複数個の距離センサを使用して、ビ
ード表面とトーチとの間の距離及び母材表面とトーチと
の間の距離等を測定し、盛り残し量又は余盛り量を制御
することも可能であるが、アーク近傍、特に溶接金属プ
ール(溶融池)の近傍において、ビード表面とトーチと
の間の距離を測定することは困難である。このため、ア
ーク点から離れた位置を測定点とする必要があり、時間
的遅れが必然的に生じてしまうため、高精度の制御を行
うことができない。
【0007】本発明はかかる問題点に鑑みてなされたも
のであって、高精度で溶接ビードの盛り残し量又は余盛
り量を一定に保持することができる非消耗電極式自動ア
ーク溶接方法を提供することを目的とする。
【0008】
【課題を解決するための手段】本発明に係る非消耗電極
式自動アーク溶接方法は、溶接トーチ高さ方向の溶接ト
ーチの変位を検出し、この溶接トーチの変位の検出結果
を基に、溶接線倣い及び開先幅倣い制御を行う定アーク
長制御又は定電圧制御により、溶接トーチを駆動しつ
つ、溶接中に、アーク点から100mm以内の位置の母
材表面を基準とするトーチ高さを検出し、この検出結果
に基づいてこの母材表面を基準とするトーチ高さが一定
となるように、溶接速度及び/又はフィラーワイヤ送給
速度を制御することを特徴とする。
【0009】
【作用】本発明においては、図1(a)に示すように、
定アーク長制御又は定電圧制御により、溶接トーチ2を
駆動することによって、溶接母材4の開先内の溶接金属
5と、トーチ2に取り付けられた非消耗電極(タングス
テン電極等)3との間の距離、即ちアーク長LVを一定
に保持すると共に、例えばレーザセンサ1をトーチ2に
取り付け、このレーザセンサ1とアーク点近傍の母材4
の表面との間の距離Hを検出し、これを母材表面を基準
とするトーチ高さとし、この母材表面を基準とするトー
チ高さHを一定に保つように、溶接速度と、フィラーワ
イヤ送給速度の一方又は双方を制御する。例えば、トー
チ高さHが基準値H0より高い場合には、溶接速度を早
めるなどして盛り残し量又は余盛り量Yが少なくなるよ
うに制御し、逆にトーチ高さHが基準値より低い場合に
は、溶接速度を遅らすなどして盛り残し量又は余盛り量
Yが多くなるように制御する。これにより、図1(b)
に示すように、母材4の表面からの溶接金属5の盛り残
し量又は余盛り量Yを高精度で一定に制御することがで
きる。
【0010】このようにして、本発明によれば、レール
と母材との間の距離が変動した場合においても、定アー
ク長制御又は定電圧制御により瞬時に対応してアーク長
を一定に保持することができると共に、これに加えて母
材表面を基準とするトーチ高さを検出することにより、
これを一定にすべく溶接速度及びフィラーワイヤ送給速
度を制御することによって、盛り残し量又は余盛り量を
高精度で一定に保持することができる。
【0011】また、検出対象は母材表面を基準とするト
ーチ高さのみであるので、簡便に盛り残し量又は余盛量
を制御することができ、更に、開先内のビード表面では
なく、母材表面が検出点であるので、アーク近傍でこれ
を測定でき、制御精度が高い。
【0012】なお、本発明においては、アーク点から1
00mm以内の母材表面を基準とするトーチ高さを検出
するが、これはアーク点から100mmを超えて離れる
と母材の歪みに起因して、母材表面を基準とするトーチ
高さの検出誤差が大きくなるからである。
【0013】また、この検出位置は、アーク点から溶接
線に垂直の方向に離隔した点であることが好ましい。こ
の点よりも溶接線前方の位置の母材表面に対するトーチ
高さを検出する場合は、その検出位置と、アーク点から
溶接線に垂直方向の位置との間の時間差を考慮して検出
値を制御に使用する必要がある。
【0014】
【実施例】以下、本発明の実施例について添付の図面を
参照して具体的に説明する。図2は本発明の実施例に係
るTIG溶接方法を示す斜視図である。被溶接母材10
が開先11を形成するように突き合わされており、この
開先11により構成される溶接線に平行にレール12が
設置されている。そして、このレール12に沿って(矢
印D方向)、走行台車13が移動する。この走行台車1
3には、トーチ水平移動ドライバ14が支持されてお
り、ドライバ14の先端にはトーチ上下移動ドライバ1
5が配設されている。このドライバ14はドライバ15
を走行台車13から溶接線に垂直の方向(矢印C方向)
に進出させ、また走行台車13に向けて後退移動させ
る。
【0015】ドライバ15にはトーチ16がその長手方
向を垂直にして取り付けられており、このトーチ16の
下端にはタングステン電極17が設けられている。そし
て、このタングステン電極17の先端部近傍に向けて、
ロール20から繰り出されたフィラーワイヤ18がワイ
ヤドライバ19により矢印A方向に駆動されて送給され
るようになっている。
【0016】トーチ16にはレーザセンサ21がその検
出方向を垂直下方に向けて取り付けられていて、母材1
0の表面の位置を検出するようになっている。これによ
り、レーザセンサ21は母材表面からの距離Hを検出
し、この測定値Hを溶接母材10の表面を基準とするト
ーチ16の高さとする。
【0017】タングステン電極17には電源(図示せ
ず)からトーチ16を介して給電され、これにより母材
10との間でアーク22が発生する。また、不活性ガス
供給装置(図示せず)により不活性ガスがアーク22の
近傍に供給される。
【0018】次に、図3のフローチャートも参照して本
発明の実施例について更に説明する。先ず、所定のアー
ク長LVが得られる初期電圧VOと、トーチ高さH0と、
溶接速度D0と、フィラーワイヤ速度A0とを設定して溶
接を開示する(ステップS1)。そして、定電圧制御に
より溶接を行い、溶接電圧がV0からV1に変化した(ス
テップS2)場合は、トーチ16を上下動(矢印B方
向)させて電圧を一定に制御する。即ち、変化後の溶接
電圧V1が基準値V0よりも大きい場合は、トーチ16を
下降させて電圧が減少するようにし、溶接電圧V1が基
準値V0より小さい場合は、トーチ16を上昇させて電
圧が増大するようにする。このようにして、溶接電圧が
一定となるように定電圧制御される。
【0019】一方、この定電圧制御の過程で、ギャップ
の変動又は裏ビードの不均一等により、母材表面を基準
とするトーチ高さHがH0からH1に変動した場合には、
レーザセンサ21がこの母材表面に対するトーチ高さH
の変動を検出し(ステップS4)、溶接速度D又はフィ
ラーワイヤ送給速度Aを変更する(ステップS5)。即
ち、トーチ高さHが基準値H0より大きくなった場合に
は、溶接速度Dを早くするか、フィラーワイヤ送給速度
Aを低下させるか、又はその双方により、溶接部に供給
される溶接金属が少なくなるようにする。
【0020】一方、トーチ高さHが基準値H0より小さ
くなった場合には、溶接速度Dを遅くするか、フィラー
ワイヤ送給速度Aを早くするか、又はその双方により、
溶接部に供給される溶接金属が多くなるようにして、母
材表面の余盛量Yが一定になるように制御する。
【0021】このようにして、母材表面を基準とするト
ーチ高さHを検出し、その検出結果に基づいて溶接速度
D又はフィラーワイヤ送給速度Aを制御することによ
り、母材表面に合わせてその余盛量Yが一定となるよう
に制御される。なお、このような制御タイミングは、例
えば10秒間に1回等、適宜設定することができる。
【0022】このようにして、本実施例によれば、レー
ザセンサ21により母材表面との間の距離Hを検出し、
その検出結果を溶接速度及び/フィラーワイヤの送給速
度にフィードバックするだけで、母材表面からの盛り残
し量又は余盛量を一定に制御することができる。このた
め、簡便に且つ高精度で母材表面からの盛り残し量又は
余盛量Yを一定に制御することができる。
【0023】なお、母材を基準とするトーチ高さを検出
するセンサとしては、上記実施例のレーザセンサ21の
外に、種々のセンサがあり、これを大別すると、接触式
センサと非接触式センサとがある。しかし、アーク近傍
で使用するため、耐熱性及び耐摩耗性の観点から、非接
触式センサの方が好ましい。この非接触式センサとして
は、光を利用したもの、超音波等の音を利用したもの、
電磁気を利用したもの等があるが、音及び電磁気を利用
したものは、温度変化、コンパクト性、測定可能距離等
に難点がある。光を利用した非接触式センサの中では、
アーク光及び温度変化に耐えることができるものである
点で、出力が高いレーザ光が最も好ましい。
【0024】なお、図4に示すように、本発明を溶接線
倣い及び開先幅倣いと併用してもよい。図4において
は、定アーク長制御又は定電圧制御により、母材板厚方
向のトーチの変位Δhを検出し、この変位Δhの検出結
果に基づいてオシレート幅を制御して自動的にオシレー
トする溶接線倣い又は開先幅倣いが実施されている様子
を示す。このアーク倣いと本発明とを併用することによ
り、完全な自動溶接が可能となり、無監視化が可能とな
る。また、アーク倣いによるオシレート幅を考慮して、
溶接速度及び/又はフィラーワイヤ送給速度を決定する
ことにより、更に一層高精度の制御が可能になる。
【0025】
【発明の効果】本発明によれば、母材表面を基準とする
トーチ高さを検出することにより、母材表面からの盛り
残し量又は余盛量を一定に制御することができ、極めて
簡便に且つ高精度で盛り残し量又は余盛量を一定に保持
することができ、非消耗電極式アーク溶接装置の省人化
に寄与する。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の原理を説明する図である。
【図2】本発明の実施例方法に使用するTIG溶接装置
を示す斜視図である。
【図3】同じくその実施例方法を示すフローチャート図
である。
【図4】本発明の応用例を示す図である。
【符号の説明】
1;レーザセンサ 2;トーチ 3;非消耗電極 4;母材 10;溶接母材 11;開先 12;レール 13;走行台車 14;水平移動ドライバ 15;垂直移動ドライバ 16;トーチ 17;タングステン電極 18;フィラーワイヤ 19;ワイヤドライバ 21;レーザセンサ 22;アーク
フロントページの続き (72)発明者 輿石 房樹 神奈川県藤沢市宮前字裏河内100番1 株式会社神戸製鋼所藤沢事業所内 (72)発明者 丸山 徳治 愛知県豊橋市三弥町字中原1−2 株式 会社神戸製鋼所豊橋FA・ロボットセン ター内 (72)発明者 宗行 正 愛知県豊橋市三弥町字中原1−2 株式 会社神戸製鋼所豊橋FA・ロボットセン ター内 (56)参考文献 特開 昭64−18579(JP,A) 特開 昭58−9771(JP,A) 特開 昭57−32878(JP,A) 特開 昭52−69846(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) B23K 9/127 B23K 9/12 B23K 9/167

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 溶接トーチ高さ方向の溶接トーチの変位
    を検出し、この溶接トーチの変位の検出結果を基に、溶
    接線倣い及び開先幅倣い制御を行う定アーク長制御又は
    定電圧制御により、溶接トーチを駆動しつつ、溶接中
    に、アーク点から100mm以内の位置の母材表面を基
    準とするトーチ高さを検出し、この検出結果に基づいて
    この母材表面を基準とするトーチ高さが一定となるよう
    に、溶接速度及び/又はフィラーワイヤ送給速度を制御
    することを特徴とする非消耗電極式自動アーク溶接方
    法。
  2. 【請求項2】 前記母材表面を基準とするトーチ高さ
    は、トーチに取り付けられたレーザーセンサが前記母材
    表面との間の距離を検出することにより検出することを
    特徴とする請求項1に記載の非消耗電極式自動アーク溶
    接方法。
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