JP3189637B2 - 揺動高速回転アーク溶接方法 - Google Patents

揺動高速回転アーク溶接方法

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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、アークを高速回転
させながら溶接トーチを開先幅方向に揺動させて溶接を
行う揺動高速回転アーク溶接方法に関する。
【0002】
【従来の技術】高速回転アーク溶接方法は、アークを所
定の半径で高速回転させながら溶接を行う方法であり、
アークが分散されるため、大電流で溶着量を増加させる
ことができる。その結果として、従来のウィービングに
よる溶接方法に比べて、溶接速度を格段に向上させるこ
とができる高能率の溶接方法である。
【0003】ただし、被溶接物の構造や開先加工の制約
等のために開先幅がアークの回転半径の上限より大きく
なった場合には、開先壁部での充分な溶け込みを得るこ
とができなくなるという問題がある。
【0004】そのような開先幅の大きな場合に対処する
方法として、特公平1ー39874号公報に記載された
方法がある。その方法は、同一方向に高速回転するアー
クを開先幅方向に一定の周期と振幅で揺動させるととも
に、アーク電圧または溶接電流の波形を検出し、該波形
を溶接進行方向に対して前記回転の左側半周期と右側半
周期に分割し、開先中心に対して前記揺動の左側半周期
については前記回転の左側分割波形の面積を、前記揺動
の右側半周期については前記回転の右側分割波形の面積
を各々積分して該積分値を比較し、その差が零になるよ
うに前記揺動の中心位置を修正しながら溶接する方法で
ある。つまり、アークを高速回転させながら、開先幅中
心を揺動の中心として所定の振幅で溶接トーチを揺動さ
せるようにすることで、開先幅が広い場合でも開先幅全
体に高速回転アーク溶接方法が適用できるようにしたも
のである。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】通常、同一方向にアー
クを高速回転させた場合には、溶接進行方向の右側の開
先壁面と左側で開先壁面とで、それぞれに接するアーク
の向きが異なるため、アークの回転による溶融金属の挙
動への影響に差異が生じ、溶接ビード表面形状や溶込み
形状が開先幅方向で左右非対称となる危険性を内在して
いる。
【0006】図6は、溶接ビードが左右非対称に偏った
現象を図示した断面図で、1および2は被溶接材、3は
開先、4は裏当材であり、5は前述の非対称に偏った溶
接ビードである。アークを右回転で回転させて溶接を行
うと、溶接進行方向の左側においては盛り上がり右側に
おいては押し下げられた形状の溶接ビードが形成され
る。
【0007】前述の特公平1ー39874号公報に記載
された方法においては、同一方向にアークを高速回転さ
せながら、しかも開先幅方向に揺動することから、溶接
進行方向の左右での溶融金属の挙動への影響差が顕著に
なり、前述の溶接ビードが開先幅方向で左右非対称にな
りやすい。
【0008】このような偏ったビードが形成されると、
図6における右側開先底部での融合不良が発生しやすく
なるという問題や、積層溶接においては開先底部が左右
非対称であるために、アーク電圧または溶接電流の波形
が左右対称とはならず、アークセンサーによる開先倣い
が良好に行われない問題がある。
【0009】本発明は、前述のような問題を解決するた
めになされたものであり、開先幅が広い場合でも良好な
溶接ビードの形成ができる揺動高速回転アーク溶接方法
を提供するものである。
【0010】
【課題を解決するための手段】前述の課題は、アークを
高速回転させながら溶接トーチを開先幅方向に揺動させ
て溶接を行うにあたり、該揺動の右半周期と左半周期で
アークの回転方向を逆転させて溶接を行うとともに、ア
ーク電圧または溶接電流の波形を検出し、揺動の右半周
期の所定の区間で前記波形を回転の右側半周期の所定範
囲で積分して積分値(SR)を求め、揺動の左半周期の
所定の区間で前記波形を回転の左側半周期の所定範囲で
積分して積分値(SL)を求め、前記右半周期の積分値
(SR)と前記左半周期の積分値(SL)との差が零と
なるように溶接トーチの揺動中心位置を制御することを
特徴とする揺動高速回転アーク溶接方法により解決され
る。
【0011】揺動の右半周期と左半周期でアークの回転
方向が逆となるので、溶接進行方向の右側の開先壁面と
左側で開先壁面で、それぞれに接するアークの進行方向
が、ともに溶接進行方向と同一か、またはともに溶接進
行方向と逆の向きとなる。その結果、アークの回転によ
る溶融金属の挙動への影響が溶接進行方向の左右で差が
なくなるので、溶接ビード表面形状や溶込み形状が開先
幅方向で左右対称となる。
【0012】さらに、溶接トーチが開先壁面に近づく
と、開先壁側のアーク長が短くなりアーク電圧が低下す
るので、回転アークを揺動の右半周期における回転の右
側範囲の積分値と揺動の左半周期における回転の左側範
囲の積分値と比較すれば、開先幅方向でみて、その積分
値が小さい側に揺動の中心位置が偏っていることにな
る。したがって、前記の積分値の左右差が零になるよう
に溶接トーチの揺動中心を修正することで、たとえ開先
の加工精度や溶接の熱影響等によって開先線方向が変動
している場合でも、揺動中心位置を開先中心に一致させ
ることが可能となり、開先線自動倣いができることにな
る。
【0013】以上により、開先幅が広い場合でも左右に
偏りのない良好な溶接ビードが得られ、効率的な溶接作
業が実施できる。
【0014】
【発明の実施の形態】図1は、本発明にかかる揺動高速
回転アーク溶接方法の一実施例を説明する概略図であ
り、(イ)は平面図を、(ロ)は開先断面図を示したも
のである。
【0015】図1において、1、2は被溶接材、3は該
被溶接材1、2より形成された開先で、開先壁1a、2
aを有する。6は開先3の中心線で、7、8は開先3の
壁縁線である。9は開先3内を揺動する高速回転アーク
の回転中心の軌跡であり、溶接トーチの軌跡でもある。
【0016】本発明の一例では、回転アークの揺動軌跡
は開先3の右側(R)および左側(L)で各々直線部A
→B→C→D→E→F→Aの軌跡となるように揺動す
る。
【0017】さらに、高速で回転するアークの回転方向
は、開先3の右側(R)におけるA→B区間では時計廻
り(CW)とし、開先3の左側(L)におけるD→Eの
区間では反時計廻り(CCW)とする(矢視方向)。そ
れにより、図2に示すような左右対称な溶接ビードWを
得ることができる。
【0018】図3は、本発明の実施例における溶接トー
チの軌跡とアークの回転速度変化およびアーク電圧(溶
接電流)の積分区間を図示したものである。ここで、横
軸は時間変化を示すとともに、溶接進行方向位置を表し
ており、揺動位置A〜Fを記入している。
【0019】図3(イ)は、アークの回転中心(溶接ト
ーチ)の軌跡を示した図である。縦軸は溶接トーチの移
動量を示しており、右側移動量を上に、左側移動量を下
に図示している。実施例の揺動パターンは、揺動幅3m
mで、揺動の両端(A→B、D→E)で、所定時間溶接
トーチの揺動を停止させている。
【0020】図3(ロ)は、アークの回転速度のタイミ
ングチャートである。縦軸はアークの回転数を示してお
り、上に右回転を、下に左回転を表した。開先中心位置
CおよびF付近でアークの回転方向を逆転し、開先壁部
のA→BおよびD→Eでアーク回転速度を50Hz一定
にしている。
【0021】図3(ハ)は、アーク電圧または溶接電流
を積分する区間を示しており、ハッチングしている箇所
が積分区間である。右半周期ではA→B間の所定区間で
積分し、左半周期ではD→E間の所定区間で積分する。
【0022】図4は、回転アークのアーク電圧または溶
接電流の積分区間および積分範囲を示す模式図である。
【0023】図4(イ)は開先の概略平面図であり、回
転アークが開先右側壁面線8に接近したA→B間の所定
区間で、図4(ロ)にハッチングで示すアークの回転の
右側部分の所定範囲を積分範囲として積分する。同様
に、回転アークが開先左側壁面線7に接近したD→E間
の所定区間で、図4(ハ)にハッチングで示すアークの
回転の左側部分の所定範囲を積分範囲として積分する。
なお、Cf は回転アークの前部中心を、Cr は回転アー
クの後部中心を示す。Lは左部、Rは右部を示してい
る。積分範囲は、5°から180°の任意の範囲で定め
る。
【0024】そして、左右での積分値SRと積分値SL
が等しくなるように溶接トーチの揺動を制御してやれ
ば、揺動中心位置を開先幅中心6に一致させることがで
きる。すなわち、SR>SLの場合は、溶接トーチの揺
動中心位置を右側に修正し、SR<SLの場合は、溶接
トーチの揺動中心位置を左側に修正する。これにより、
溶接トーチの開先線自動倣いが実施できることになる。
【0025】図5は、本発明における実施例の制御回路
のブロック図である。図5において、1、2は被溶接
材、3は開先、4は裏当材、10は溶接電源である。該
溶接電源10からパワーケーブル10aおよびアースケ
ーブル10bにより溶接トーチ11および被溶接材2へ
の通電回路が形成されている。なお、11′は溶接ワイ
ヤ、12はアークである。
【0026】13はアーク12に高速回転を付与する回
転モータで、回転駆動部14を介して溶接トーチ11等
を高速で偏心回転させることによりアークの高速回転が
得られる。
【0027】15はアーク回転位置検出器でエンコーダ
等が使用される。16は開先幅方向(X軸)に溶接トー
チ11を駆動するためのX軸モータで、溶接トーチの開
先幅方向の位置は、X軸位置検出器17でX軸移動量
(Xp)として検出される。
【0028】18はX軸送り機構であり、X軸モータ1
6の駆動によりネジ軸18aおよび該ネジ軸18aに螺
合したアーム19とから構成されている。また、前記X
軸揺動制御回路25の指令は、トーチ回転制御回路29
およびトーチ回転駆動回路30を経由して溶接トーチ1
1の開先中心付近でトーチ回転モータ13の反転を行わ
せ、アークの回転方向を逆向きに変える。以上の機構は
溶接台車(図示せず)に搭載されている。
【0029】溶接電源10からの通電により溶接トーチ
11の溶接ワイヤ11′に溶接アークを発生させ、X軸
モータ16と回転モータ13により揺動高速回転アーク
溶接を開始すると、アーク電圧検出器20により、溶接
トーチと母材間のアーク電圧は、アーク回転位置検出器
23からアークの回転位置タイミング信号および開先幅
方向のアークの回転中心位置(溶接トーチ11の位置)
の値(Xp)がX軸位置検出器24から出力するタイミ
ング信号で、揺動右半周期積分器21および揺動左半周
期積分器22に取り込まれる。
【0030】さらに、該X軸揺動制御回路25には、揺
動の開始および停止の指令、揺動パターン指令(揺動速
度、揺動幅、開先両端停止時間)が別途、溶接条件とし
て与えられる。
【0031】前記揺動右半周期積分器21および揺動左
半周期積分器22に取り込まれたアーク電圧波形値か
ら、所定のアークの回転範囲の右半周期の積分値SRと
左半周期の積分値SLが出力される。
【0032】該右半周期の積分値SRと左半周期の積分
値SLは比較器26で比較され、差がある場合は、揺動
中心演算器27で開先中心とのズレ量が計算され、前記
X軸揺動制御回路25で揺動中心の左右修正量として、
X軸駆動回路28に指令し、X軸モータ16を制御しX
軸送り機構18を駆動して、溶接トーチ11の揺動中心
が開先中心と一致するように制御される。
【0033】なお、前記X軸揺動制御回路25は、溶接
トーチ11の揺動速度も制御しているので、速度指令と
してX軸駆動回路28に指令される。
【0034】そして、以上はアーク電圧を用いた場合に
ついて述べたが、溶接電流を用いても同様の効果を得る
ことができる。
【0035】
【発明の効果】高速回転アーク溶接方法で揺動を行うに
際し、開先の左右においてアークの回転方向を逆にする
ことにより、開先壁に対してはアークの向きが統一され
るので、左右対称な溶接ビードが形成できる。さらに、
左右半周期のアーク電圧の積分値の比較方式により開先
線倣いが自動的に高精度で行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の揺動高速回転アーク溶接方法の一実施
例を説明する概略図。
【図2】本発明により形成された溶接ビードを示した
図。
【図3】本発明の実施例における溶接トーチの軌跡とア
ークの回転速度およびアーク電圧(溶接電流)の積分区
間を示した図。
【図4】本発明の実施例におけるアーク電圧の積分区間
と積分範囲を示す図。
【図5】本発明の実施例における制御ブロック図。
【図6】従来技術で形成された溶接ビードを示す図。
【符号の説明】
1 被溶接材 2 被溶接材 3 開先 4 裏当材 5 偏った溶接ビード 6 開先中心 7 開先右側 8 開先左側 9 揺動軌跡 10 溶接電源 11 溶接トーチ 12 アーク 13 回転モータ 14 回転駆動部 15 アーク回転位置検出器 16 X軸モータ 17 X軸位置検出器 18 X軸送り機構 19 アーム 20 アーク電圧検出器 21 揺動右半周期積分器 22 揺動左半周期積分器 23 アーク回転位置検出器 24 X軸位置検出器 25 X軸揺動制御回路 26 比較器 27 揺動中心演算器 28 X軸駆動回路
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) B23K 9/12 B23K 9/022 B23K 9/127

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】アークを高速回転させながら溶接トーチを
    開先幅方向に揺動させて溶接を行うにあたり、該揺動の
    右半周期と左半周期でアークの回転方向を逆転させて溶
    接を行うとともに、アーク電圧または溶接電流の波形を
    検出し、揺動の右半周期の所定の区間で前記波形を回転
    の右側半周期の所定範囲で積分して積分値(SR)を求
    め、揺動の左半周期の所定の区間で前記波形を回転の左
    側半周期の所定範囲で積分して積分値(SL)を求め、
    前記右半周期の積分値(SR)と前記左半周期の積分値
    (SL)との差が零となるように溶接トーチの揺動中心
    位置を制御することを特徴とする揺動高速回転アーク溶
    接方法。
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