JP2918148B2 - 非消耗電極式アーク溶接制御方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、フィラワイヤの送給位
置を溶融池に対する接触と離隔とで制御する非消耗電極
式アーク溶接制御方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】非消耗電極式アーク溶接においては、溶
加材としてフィラワイヤが使用されるようになっている
が、健全で且つ綺麗な溶接部を得る上で溶接進行中にフ
ィラワイヤの送給位置を適正に保つことが極めて重要な
ポイントとなる。例えば母材に接近し過ぎていると、フ
ィラワイヤが溶融池の底を突いて融合不良の原因となっ
たり、逆に母材から離れ過ぎると、フィラワイヤの先端
の溶滴が溶融池に落ちて溶融池の状態が不安定となって
ビードの不揃い等を招来することになる。

【０００３】従って、フィラワイヤの送給位置の設定に
あたっては、フィラワイヤに直進性或いは適度の曲げぐ
せを与えるための矯正機構を設けるため、溶接電極に対
する適正位置を安定に保持してフィラワイヤを送給させ
るように細心の注意が払われる。しかしながら、実際に
は、フィラワイヤの僅かな歪みや突き出し長さの変化、
送給チップの磨耗等により送給位置の変動が避けられな
いため、変動に応じた位置調整が必要となる。従って、
従来、フィラワイヤの位置を調整するように、各種のフ
ィラワイヤ送給制御方法が実施および提案されており、
例えば特開昭６２─１１０８７４号公報には、フィラワ
イヤと被溶接材との間の電圧の単位時間当たりの急変回
数を基にしてフィラワイヤの位置を調整するフィラワイ
ヤ送給制御方法が開示されている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】ところが、上記従来の
ように単位時間当たりの急変回数を基にしたフィラワイ
ヤ送給制御方法では、図５および図６に示すように、フ
ィラワイヤが被溶接材５５に対して正極に設定されてい
ると、フィラワイヤ５６が溶融池から離隔しても、溶接
アーク５８により先端が溶融し、さらに溶接アーク５８
による磁界とフィラワイヤ５６を流れる電流による磁界
とが反発しあって、フィラワイヤ先端の溶滴が矢符方向
Ａに力を受けて溶接アーク５８の外へ飛ばされるため、
ビードの外観を悪化させるだけでなく、溶接欠陥を発生
させるという問題がある。

【０００５】また、現地工事のように一次側配線の長距
離化により電気的抵抗や線間の電気的容量が大きくなっ
た場合や、一次側電源が小さな容量である場合には、負
荷の急変により一次側電源電圧が大きく変動するため、
ノイズが多発することになる。従って、このような環境
下において、上記従来のフィラワイヤ送給制御方法を適
用すると、一次側電源電圧の変動によるノイズによっ
て、誤動作が多発するため、フィラワイヤの送給位置を
高い信頼性でもって制御することができないという問題
がある。

【０００６】従って、本発明においては、フィラワイヤ
が被溶接材に対して正極に設定された場合において、溶
接欠陥を発生させることなく良好な外観のビードでもっ
て溶接することができると共に、ノイズが多発する環境
下においてもフィラワイヤの送給位置を高い信頼性でも
って制御できる非消耗電極式アーク溶接制御方法を提供
することを目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記目的を解決するため
に、本発明の非消耗電極式アーク溶接制御方法は、被溶
接材に対して正極として通電されるフィラワイヤを溶接
アーク中に送給し、該フィラワイヤの送給位置を溶融池
に対する接触と離隔とで制御するものであり、下記の特
徴を有している。

【０００８】即ち、本発明の非消耗電極式アーク溶接制
御方法は、上記溶融池に接触されたフィラワイヤを溶融
池から離隔する方向に移動させながら、フィラワイヤ電
流またはフィラワイヤ電圧の変動幅を求め、該変動幅が
第１比較値以上になるまで上記移動を継続する第１処理
を実行し、

【０００９】上記変動幅が第１比較値以上になったとき
に、上記フィラワイヤへの通電を停止した後、上記溶接
アークの電位と被溶接材の電位との間の電圧値に設定さ
れた第２比較値とフィラワイヤ電圧とを比較し、該フィ
ラワイヤ電圧が第２比較値以上であると、フィラワイヤ
への通電を再開する一方、該フィラワイヤ電圧が第２比
較値未満であると、フィラワイヤを溶融池に接触させる
ように、フィラワイヤ電圧が第２比較値以上になるまで
フィラワイヤを溶融池方向に移動させる第２処理を実行
した後、上記第１処理を再実行することを特徴としてい
る。

【００１０】

【作用】本発明の構成によれば、フィラワイヤと溶融池
とが離隔すると、フィラワイヤ電流およびフィラワイヤ
電圧が大きく変動することから、第１処理において、フ
ィラワイヤ電流またはフィラワイヤ電圧の変動幅が第１
比較値以上になることを確認することによって、フィラ
ワイヤが溶融池から離隔したことを検知することが可能
になる。

【００１１】この後、第２処理において、フィラワイヤ
への通電を停止すると、フィラワイヤ通電電源による印
加電圧が解除されてフィラワイヤが外部電圧の影響を受
けるため、フィラワイヤが溶融池から離隔していると、
フィラワイヤ電圧が溶接アークの電圧の影響を受けるこ
とになる一方、フィラワイヤが溶融池に接触している
と、フィラワイヤ電圧が被溶接材の電圧の影響を受ける
ことになる。従って、第２比較値とフィラワイヤ電圧と
を比較することによって、第１処理におけるフィラワイ
ヤと溶融池との離隔の検知がノイズ等よる誤検知である
否かを確認することが可能になる。

【００１２】これにより、第１処理および第２処理を実
行することによって、一次側配線の長距離化による電気
的抵抗や線間の電気的容量が増大した場合や、一次側電
源が小さな容量である場合等のように、ノイズが多発す
る環境下においても、高い信頼性でもってフィラワイヤ
の送給位置を制御することが可能になっている。

【００１３】さらに、フィラワイヤの送給位置を制御す
る際に、フィラワイヤが溶融池から離隔したときに、フ
ィラワイヤへの通電が停止されるため、溶接アークによ
り磁界が発生していても、フィラワイヤ先端の溶滴が溶
接アークの外へ飛ばされることがない。従って、ビード
の外観がフィラワイヤの溶滴により悪化することがない
と共に、溶接欠陥による溶接継ぎ手性能の低下を招来す
ることもない。

【００１４】

【実施例】本発明の一実施例を図１ないし図４を用いて
説明する。本実施例に係る非消耗電極式アーク溶接制御
方法は、図２の非消耗電極式アーク溶接制御系において
実施されるようになっている。この制御系は、タングス
テン電極１と被溶接材５間に溶接電圧を印加して溶接ア
ーク８を発生させる溶接電源２と、ワイヤチップ７に電
力を供給するフィラワイヤ通電電源３とを有している。
フィラワイヤ通電電源３と被溶接材５との間には、通電
電流計測部１３が接続されており、通電電流計測部１３
には、フィラワイヤ通電電流検出部１６が接続されてい
る。そして、フィラワイヤ通電電流検出部１６は、ワイ
ヤチップ７に通電される電流を通電電流計測部１３を介
して検出し、フィラワイヤ電流値としてフィラワイヤ昇
降判断部１０および電流スレッショルド値計算部１４に
出力するようになっている。

【００１５】上記の電流スレッショルド値計算部１４
は、フィラワイヤ６が溶融池に接触している状態におい
て、フィラワイヤ通電電流検出部１６からのフィラワイ
ヤ電流値の最大値Ｉ_iMAXと最小値Ｉ_iMINを獲得し、これ
ら両値Ｉ_iMAX・Ｉ_iMINの差（Ｉ_iMAX−Ｉ_iMIN）に所定値
（３Ａ）を加算することによって、第１比較値となる通
電電流変動検出スレッショルド値を求めるようになって
いる。そして、電流スレッショルド値計算部１４は、フ
ィラワイヤ昇降判断部１０に接続されており、このフィ
ラワイヤ昇降判断部１０に対して通電電流変動検出スレ
ッショルド値を出力するようになっている。

【００１６】上記のフィラワイヤ昇降判断部１０には、
フィラワイヤ通電電流検出部１６および電流スレッショ
ルド値計算部１４の他、フィラワイヤ電圧検出部１７、
電圧スレッショルド値設定部１５、およびフィラワイヤ
位置調整モータ駆動部１１が接続されている。フィラワ
イヤ電圧検出部１７は、ワイヤチップ７と被溶接材５と
の間に接続されており、ワイヤチップ７と被溶接材５間
の電圧を検出してフィラワイヤ電圧としてフィラワイヤ
昇降判断部１０に出力するようになっている。

【００１７】また、電圧スレッショルド値設定部１５に
は、溶接アーク８と被溶接材５との間の電圧（−１〜−
７Ｖ間）の電圧値（例えば−２Ｖ）に設定された電圧検
出スレッショルド値がフィラワイヤ昇降判断部１０によ
り読み出し可能に格納されている。また、フィラワイヤ
位置調整モータ駆動部１１は、ワイヤチップ７を昇降さ
せるフィラワイヤ位置調整モータ１２に接続されてお
り、フィラワイヤ昇降判断部１０からの上昇信号または
下降信号が入力されたときに、フィラワイヤ位置調整モ
ータ１２を信号内容に応じて駆動させることによって、
ワイヤチップ７およびフィラワイヤ６を溶融池に対して
昇降させるようになっている。

【００１８】上記の構成を有するフィラワイヤ送給制御
系の動作を通じて非消耗電極式アーク溶接制御方法につ
いて説明する。

【００１９】先ず、図示しないフィラワイヤ下降スイッ
チが作業員により押圧されることによって、フィラワイ
ヤ６が溶融池方向に下降されることになる。そして、作
業員によりフィラワイヤ６と溶融池との接触が確認され
ると、フィラワイヤ６の下降が停止され、図１のフィラ
ワイヤ送給制御手順が実行されることになる。

【００２０】即ち、フィラワイヤ昇降判断部１０の指示
によりフィラワイヤ通電電源３が作動されることにな
り、ワイヤチップ７に通電される電流が通電電流計測部
１３を介してフィラワイヤ通電電流検出部１６により検
出されることになる。通電電流検出部１６は、検出した
電流をフィラワイヤ電流値としてフィラワイヤ昇降判断
部１０および電流スレッショルド値計算部１４に出力す
ることになる。そして、電流スレッショルド値計算部１
４は、基準となるフィラワイヤ電流値の変動幅を求める
ように、フィラワイヤ電流値の最大値Ｉ_iMAXと最小値Ｉ
_iMINを求めた後（Ｓ１）、最大値Ｉ_iMAXと最小値Ｉ_iMIN
との差（Ｉ_iMAX−Ｉ_iMIN）に所定値（３Ａ）を加算する
ことによって、通電電流変動検出スレッショルド値（Ｉ
_iMAX−Ｉ_iMIN＋３Ａ）を求めることになる。溶接電流や
フィラワイヤ電流の大きさによって、フィラワイヤ電流
値の変動幅が若干異なるが、このように、或る溶接電流
およびフィラワイヤ通電電流が流れている状態における
フィラワイヤ電流値の変動幅を計測して、その値に所定
値（３Ａ）を加えることによって適切な通電電流変動検
出スレッショルド値が得られる（Ｓ２）。

【００２１】次に、フィラワイヤ昇降判断部１０におい
て、フィラワイヤ電流値の変動幅（Ｉ_MAX −Ｉ_MIN ）が
測定されることになる（Ｓ３）。その後、電流スレッシ
ョルド値計算部１４から通電電流変動検出スレッショル
ド値がフィラワイヤ昇降判断部１０に読み取られ、変動
幅と通電電流変動検出スレッショルド値とが比較される
ことになる。そして、変動幅が通電電流変動検出スレッ
ショルド値未満であると判定された場合には、フィラワ
イヤ昇降判断部１０から上昇信号がフィラワイヤ位置調
整モータ駆動部１１に出力されることによって、フィラ
ワイヤ６が溶融池から離隔する方向に所定量上昇される
ことになる（Ｓ５）。その後、Ｓ４において変動幅が通
電電流変動検出スレッショルド値以上であると判定され
るまで、上述のＳ３からＳ５によるフィラワイヤ６の上
昇が繰り返されることになる。

【００２２】次に、フィラワイヤ電流値が大きく変動す
ることによって、Ｓ４において変動幅が通電電流変動検
出スレッショルド値以上であると判定されると、フィラ
ワイヤ６への通電が停止されることになる（Ｓ６）。そ
して、フィラワイヤ電圧に影響を与えない程度にまで通
電電流が低下する５０ｍｓｅｃの待ち時間の経過後（Ｓ
７）、フィラワイヤ電圧検出部１７および電圧スレッシ
ョルド値設定部１５からフィラワイヤ電圧値および電圧
検出スレッショルド値（−２Ｖ）がフィラワイヤ昇降判
断部１０にそれぞれ読み取られ、これらのフィラワイヤ
電圧値と電圧検出スレッショルド値とが比較されること
になる（Ｓ８）。

【００２３】この際、図３に示すように、例えば一次側
電源の急激な電圧変動等のノイズによって、フィラワイ
ヤ電流値の変動幅（Ｉ_MAX −Ｉ_MIN ）が大きくなった場
合には、フィラワイヤ６が溶融池に接触した状態である
ため、フィラワイヤ電圧が被溶接材５の影響を受けて０
Ｖとなっている。従って、この場合には、Ｓ８において
フィラワイヤ電圧値が電圧検出スレッショルド値（−２
Ｖ）以上であると判定されるため、フィラワイヤ６への
通電が開始された後（Ｓ９）、上述のＳ５によるフィラ
ワイヤ６の上昇が再び開始されることになる。これによ
り、フィラワイヤ電流値の変動幅が大きくなった原因が
ノイズによる場合には、Ｓ９における判定によって、通
電が一時的に停止されるが、通電が停止されてから約１
５０ｍｓ程度の経過後に再開されることになるため、通
電の停止が溶接施工上の問題になることはない。

【００２４】一方、図４に示すように、フィラワイヤ６
が溶融池から離隔することによって、フィラワイヤ電流
値の変動幅が大きくなった場合には、フィラワイヤ電圧
がアーク電圧（−１〜−７Ｖ）と同電圧となる。従っ
て、Ｓ８において、フィラワイヤ電圧が電圧検出スレッ
ショルド値（−２Ｖ）未満であると判定されるため、フ
ィラワイヤ６への通電が停止された後、フィラワイヤ６
が溶融池方向に下降されることになる（Ｓ１０）。そし
て、このフィラワイヤ６の下降は、Ｓ８における変動幅
と通電電流変動検出スレッショルド値との比較によっ
て、フィラワイヤ６が溶融池に接触したと判定されるま
で、実行されることになる。この後、上述のＳ９により
フィラワイヤ６への通電が再開された後、Ｓ５からのフ
ィラワイヤ送給制御が繰り返されることになる。

【００２５】以上のように、本実施例の非消耗電極式ア
ーク溶接制御方法は、被溶接材５に対して正極として通
電されるフィラワイヤ６を溶接アーク８中に送給し、フ
ィラワイヤ６の送給位置を溶融池に対する接触と離隔と
で制御するように、下記の第１処理と第２処理とを繰り
返して実行するようになっている。

【００２６】即ち、第１処理は、図１のＳ１〜Ｓ５に相
当し、溶融池に接触されたフィラワイヤ６を溶融池から
離隔する方向に移動させながら、フィラワイヤ電流の変
動幅（Ｉ_MAX −Ｉ_MIN ）を求め、この変動幅が第１比較
値である通電電流変動検出スレッショルド値（Ｉ_iMAX−
Ｉ_iMIN＋３Ａ）以上になるまで移動を継続するものであ
る。

【００２７】そして、第２処理は、図１のＳ６〜Ｓ１０
に相当し、変動幅が通電電流変動検出スレッショルド値
以上になったときに、フィラワイヤ６への通電を停止し
た後、溶接アーク８の電位と被溶接材５の電位との間の
電圧値に設定された第２比較値である電圧検出スレッシ
ョルド値（−２Ｖ）とフィラワイヤ電圧とを比較し、フ
ィラワイヤ電圧が第２比較値以上であると、フィラワイ
ヤ６への通電を再開する一方、フィラワイヤ電圧が第２
比較値未満であると、フィラワイヤ６を溶融池に接触さ
せるように、フィラワイヤ電圧が第２比較値以上になる
までフィラワイヤ６を溶融池方向に移動させるものであ
る。

【００２８】これにより、フィラワイヤ６と溶融池とが
接触および離隔すると、フィラワイヤ電流およびフィラ
ワイヤ電圧が大きく変動することから、第１処理におい
て、フィラワイヤ電流の変動幅が第１比較値以上になる
ことを確認することによって、フィラワイヤ６が溶融池
から離隔したことを検知することが可能になる。

【００２９】この後、第２処理において、フィラワイヤ
６への通電を停止すると、フィラワイヤ通電電源３によ
る印加電圧が解除されてフィラワイヤ６が外部電圧の影
響を受けるため、フィラワイヤ６が溶融池から離隔して
いると、フィラワイヤ電圧が溶接アーク８の電圧の影響
を受けることになる一方、フィラワイヤ６が溶融池に接
触していると、フィラワイヤ電圧は０Ｖとなる。従っ
て、第２比較値とフィラワイヤ電圧とを比較することに
よって、第１処理におけるフィラワイヤ６と溶融池との
離隔の検知がノイズ等よる誤検知である否かを確認する
ことが可能になる。

【００３０】従って、第１処理および第２処理を実行す
ることによって、一次側配線の長距離化による電気的抵
抗や線間の電気的容量が増大した場合や、一次側電源が
小さな容量である場合等のように、ノイズが多発する環
境下においても、高い信頼性でもってフィラワイヤ６の
送給位置を制御することが可能になっている。

【００３１】さらに、フィラワイヤ６の送給位置を制御
する際に、フィラワイヤ６が溶融池から離隔したとき
に、フィラワイヤ６への通電が停止されるため、溶接ア
ーク８により磁界が発生していても、フィラワイヤ６先
端の溶滴が溶接アーク８の外へ飛ばされることがない。
従って、ビードの外観がフィラワイヤ６の溶滴により悪
化することがないと共に、溶接継ぎ手性能が溶接欠陥に
より低下することもない。

【００３２】また、本実施例の非消耗電極式アーク溶接
制御方法は、第１比較値が、フィラワイヤが溶融池に接
触している状態におけるフィラワイヤ電流またはフィラ
ワイヤ電圧の変動幅に所定値を加算したものである。こ
れにより、溶接電流やフィラワイヤ電流の大小に関係な
く適切な第１比較値を設定することができるため、常に
一定の基準でもって第１処理におけるフィラワイヤと溶
融池との離隔を検知することが可能である。

【００３３】尚、本実施例においては、フィラワイヤ電
流を用いてフィラワイヤ６と溶融池との離隔の有無を判
定するようになっているが、これに限定されることはな
く、フィラワイヤ電圧を用いて判定するようになってい
ても良い。この理由は、フィラワイヤ６が溶融池に接触
した通電状態においては、フィラワイヤ電圧Ｖ≒０．０
５×フィラワイヤ電流Ａの関係があるため、フィラワイ
ヤ電圧の変動幅（Ｖ_iMAX−Ｖ_iMIN）を用いて電圧変動検
出スレッショルド値（Ｖ_iMAX−Ｖ_iMIN＋０．１５Ｖ）を
求め、上述のＳ２の通電電流変動検出スレッショルド値
に置き換えることができるからである。そして、この場
合には、フィラワイヤ電圧の変動幅（Ｖ_MAX −Ｖ_MIN ）
と電圧変動検出スレッショルド値（Ｖ_iMAX−Ｖ_iMIN＋
０．１５Ｖ）とを比較することによって、フィラワイヤ
６と溶融池との離隔の有無を判定することができる。

【００３４】

【発明の効果】本発明は、以上のように、被溶接材に対
して正極として通電されるフィラワイヤを溶接アーク中
に送給し、該フィラワイヤの送給位置を溶融池に対する
接触と離隔とで制御する非消耗電極式アーク溶接制御方
法において、上記溶融池に接触されたフィラワイヤを溶
融池から離隔する方向に移動させながら、フィラワイヤ
電流またはフィラワイヤ電圧の変動幅を求め、該変動幅
が第１比較値以上になるまで上記移動を継続する第１処
理を実行し、上記変動幅が第１比較値以上になったとき
に、上記フィラワイヤへの通電を停止した後、溶接アー
クの電位と被溶接材の電位との間の電圧値に設定された
第２比較値とフィラワイヤ電圧とを比較し、該フィラワ
イヤ電圧が第２比較値以上であると、フィラワイヤへの
通電を再開する一方、該フィラワイヤ電圧が第２比較値
未満であると、フィラワイヤを溶融池に接触させるよう
に、フィラワイヤ電圧が第２比較値以上になるまでフィ
ラワイヤを溶融池方向に移動させる第２処理を実行した
後、上記第１処理を再実行する構成である。

【００３５】これにより、第１処理におけるフィラワイ
ヤと溶融池との離隔の検知がノイズ等よる誤検知である
否かが、第２処理における第２比較値とフィラワイヤ電
圧との比較により確認することが可能であることから、
一次側配線の長距離化による電気的抵抗や線間の電気的
容量が増大した場合や、一次側電源が小さな容量である
場合等のように、ノイズが多発する環境下においても、
高い信頼性でもってフィラワイヤの送給位置を制御する
ことが可能である。

【００３６】さらに、フィラワイヤの送給位置を制御す
る際に、フィラワイヤが溶融池から離隔したときに、フ
ィラワイヤへの通電が停止されるため、溶接アークによ
り磁界が発生していても、フィラワイヤ先端の溶滴が溶
接アークの外へ飛ばされることがない。従って、フィラ
ワイヤの溶滴によるビードの外観の悪化を防止すること
が可能であると共に、溶接欠陥による溶接継ぎ手性能の
低下を防止することが可能であるという効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

【図１】フィラワイヤ送給制御手順を示すフローチャー
トである。

【図２】フィラワイヤ送給制御系のブロック図である。

【図３】フィラワイヤ送給制御系の信号状態を示す説明
図である。

【図４】フィラワイヤ送給制御系の信号状態を示す説明
図である。

【図５】フィラワイヤ送給制御を実施している状態を示
す説明図である。

【図６】図５の一部を拡大して示す説明図である。

【符号の説明】

１ タングステン電極 ２ 溶接電源 ３ フィラワイヤ通電電源 ５ 被溶接材 ６ フィラワイヤ ７ ワイヤチップ ８ 溶接アーク １０ フィラワイヤ昇降判断部 １１ フィラワイヤ位置調整モータ駆動部 １２ フィラワイヤ位置調整モータ １３ 通電電流計測部 １４ 電流スレッショルド値計算部 １５ 電圧スレッショルド値設定部 １６ フィラワイヤ通電電流検出部 １７ フィラワイヤ電圧検出部

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平３−238172（ＪＰ，Ａ) 特開 昭62−110874（ＪＰ，Ａ) 特開 昭58−86982（ＪＰ，Ａ) 特開 昭58−122178（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) B23K 9/095,9/12,9/127 B23K 9/167

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 被溶接材に対して正極として通電される
   フィラワイヤを溶接アーク中に送給し、該フィラワイヤ
   の送給位置を溶融池に対する接触と離隔とで制御する非
   消耗電極式アーク溶接制御方法において、 上記溶融池に接触されたフィラワイヤを溶融池から離隔
   する方向に移動させながら、フィラワイヤ電流またはフ
   ィラワイヤ電圧の変動幅を求め、該変動幅が第１比較値
   以上になるまで上記移動を継続する第１処理を実行し、 上記変動幅が第１比較値以上になったときに、上記フィ
   ラワイヤへの通電を停止した後、溶接アークの電位と溶
   融池の電位との間の電圧値に設定された第２比較値とフ
   ィラワイヤ電圧とを比較し、該フィラワイヤ電圧が第２
   比較値以上であると、フィラワイヤへの通電を再開する
   一方、該フィラワイヤ電圧が第２比較値未満であると、
   フィラワイヤを溶融池に接触させるように、フィラワイ
   ヤ電圧が第２比較値以上になるまでフィラワイヤを溶融
   池方向に移動させる第２処理を実行した後、上記第１処
   理を再実行することを特徴とする非消耗電極式アーク溶
   接制御方法。