JP3893738B2

JP3893738B2 - Ｔｉｇ溶接の欠陥判定方法

Info

Publication number: JP3893738B2
Application number: JP11965298A
Authority: JP
Inventors: 哲朗大久保; 稔田上; 秋雄手島; 浩史山鳥; 一道小野
Original assignee: 石川島播磨重工業株式会社
Priority date: 1998-04-28
Filing date: 1998-04-28
Publication date: 2007-03-14
Anticipated expiration: 2018-04-28
Also published as: JPH11314159A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ＴＩＧ溶接の欠陥判定方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
ＴＩＧ溶接は、図３に示すように、ＴＩＧ溶接機１と母材２とを相対移動（図３ではＴＩＧ溶接機１を矢印Ａ方向に移動）させ、溶接トーチ３に電極４の外周を包囲するようにシールドガス５を供給しつつワイヤ６の送給と電極４への給電（電圧と電流の制御）を行いながら、溶接トーチ３のウィービング（図３中矢印Ｂで示すように溶接方向にＡに対して左右の方向へ溶接トーチ３を往復移動させること）を行って溶接するようにしている。
【０００３】
上記ＴＩＧ溶接機１により溶接する際には、溶接欠陥を生じさせないように作業することが非常に重要である。
【０００４】
一般に溶接に当たっては、溶接電圧、溶接電流、溶接速度、ワイヤ送給速度、ウィービング速度、ウィービング幅、シールドガス流量等のパラメータを監視して適宜制御することにより、良好な溶接品質が得られるように作業している。しかし、種々の要因によって溶接欠陥が発生しているのが現状である。
【０００５】
溶接欠陥としては、ビード不揃い、ビードの大小、ビード高さの大小、ピット、酸化等の溶着金属表面欠陥、アンダーカット、オーバーラップ等の母材との境界部（表面）欠陥、ポロシティ、タングステン巻込み等の溶着金属内部欠陥、融合欠陥、溶込み不足等の母材との境界部（内部）欠陥等があげられる。
【０００６】
従来のＴＩＧ溶接方法では、前記パラメータの各々が過大或いは過小になることによって溶接欠陥が発生するので、前記パラメータの夫々についてしきい値を設定し、何れかのパラメータがしきい値を越えた時に、そのパラメータが要因となる溶接欠陥が発生すると判断し、しきい値を越えそうなパラメータを修正する作業を行うようにしている。
【０００７】
図４は、溶接速度がある値を越えて過大になることによってビード不揃いの溶接欠陥、及びビード小の溶接欠陥が生じる点をしきい値として設定した場合であり、溶接速度の標準値が例えば６ｃｍ／分である場合において、溶接速度９ｃｍ／分のしきい値を設定している。
【０００８】
又、図５は、ウィービング速度がある値を越えて過小になることによってビード不揃いの欠陥を生じる点をしきい値として設定した場合であり、ウィービング速度の標準値が例えば１００ｃｍ／分である場合において、ウィービング速度４０ｃｍ／分のしきい値を設定している。
【０００９】
図６は、ワイヤ送給速度がある値を越えて過小になることによってビード小の溶接欠陥を生じる点をしきい値として設定した場合であり、ワイヤ送給速度の標準値（ベース値）が例えば６０ｃｍ／分である場合において、２０ｃｍ／分のワイヤ送給速度をしきい値として設定している。
【００１０】
従って、従来の溶接方法では、溶接速度がしきい値の９ｃｍ／分を越えて過大にならないように制御すると共に、ワイヤ送給速度が２０ｃｍ／分を超えて過小にならないように制御することによって、ビード不揃いの溶接欠陥、及びビード小の溶接欠陥が生じないようにしている。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、従来の制御方法では、夫々のパラメータについてしきい値を設定し、各パラメータに設定したしきい値を越えないように夫々のパラメータの値を単独で修正する制御を行っているために、次のような問題を生じていた。
【００１２】
即ち、溶接速度がしきい値を越えて過大になっておらず、ウィービング速度もしきい値を越えて過小になっていないにも拘わらず、ビード不揃いの溶接欠陥が生じてしまうという問題がある。これは、溶接速度もウィービング速度もしきい値を越えてはいないが、溶接速度とウィービング速度の両方がしきい値に近い値になった場合であり、この場合には、溶接速度とウィービング速度の相互作用によってビード不揃いの溶接欠陥が生じてしまう。
【００１３】
また、溶接速度がしきい値を越えて過大になっておらず、ワイヤ送給速度もしきい値を越えて過小になっていないにも拘わらず、ビード小の溶接欠陥が生じてしまうという問題がある。これは、溶接速度もワイヤ送給速度もしきい値を越えてはいないが、溶接速度とワイヤ送給速度の両方がしきい値に近い値になった場合であり、この場合には、溶接速度とワイヤ送給速度の相互作用によってビード小の溶接欠陥が生じてしまう。
【００１４】
この問題は従来の方法では解決することができなかった。
【００１５】
一方、ＴＩＧ溶接時に前記パラメータの何れかがしきい値から大きく外れたような場合には、そのパラメータの変動を要因とする溶接欠陥が発生するが、これと同時に他のパラメータへも影響を与えて他のパラメータを大きく変動させて他の溶接欠陥を生じさせてしまうことがある。
【００１６】
このような場合には、何れのパラメータの変動が主体となって溶接欠陥が生じているかを判断することができず、そのために溶接欠陥を回避しようとして、例えば変動の主体であるパラメータ以外のパラメータを修正してしまった場合には、更にパラメータが混乱して溶接不能に陥ってしまうことがある。
【００１７】
本発明は、かかる従来の問題点を解決すべくなしたもので、パラメータの相互作用によって生じる溶接欠陥を判断し、しかも何れの溶接欠陥が主体に起こり得るかを判断するＴＩＧ溶接の欠陥判定方法を提供することを目的としている。
【００１８】
【課題を解決するための手段】
本発明は、ＴＩＧ溶接機と母材とを相対移動させ、シールドガスを供給しつつワイヤの送給と電極への給電を行いながら溶接トーチをウィービングさせて溶接を行う際に、１つの溶接欠陥を生じる要因となる第１のパラメータと第２のパラメータを選定し、更に少なくとも別の１つの溶接欠陥を生じる要因となる第３のパラメータと第４のパラメータを選定し、前記各パラメータの標準値に対して溶接欠陥を生じるしきい値を夫々について設定し、第１のパラメータのしきい値を標準化した第１の標準しきい値を第１のＸ−Ｙ座標のＸ軸上にとり、更に第２のパラメータのしきい値を標準化した第２の標準しきい値を前記第１のＸ−Ｙ座標のＹ軸上にとり、第３のパラメータのしきい値を標準化した第３の標準しきい値を第２のＸ−Ｙ座標のＸ軸上にとり、更に第４のパラメータのしきい値を標準化した第４の標準しきい値を前記第２のＸ−Ｙ座標のＹ軸上にとり、前記第１のＸ−Ｙ座標における第１の標準しきい値と第２の標準しきい値とを結ぶ第１のしきい値線を求めると共に、前記第２のＸ−Ｙ座標における第３の標準しきい値と第４の標準しきい値とを結ぶ第２のしきい値線を求め、前記第１のパラメータの測定信号を標準化した第１の標準測定信号と第２のパラメータの測定信号を標準化した第２の標準測定信号とにより前記第１のＸ−Ｙ座標上に第１の座標点を取り、前記第３のパラメータの測定信号を標準化した第３の標準測定信号と第４のパラメータの測定信号を標準化した第４の標準測定信号とにより前記第２のＸ−Ｙ座標上に第２の座標点を取り、前記第１のしきい値線と第１の座標点との距離と、第２のしきい値線と第２の座標点との距離を比較し、距離が最も大きいものがその時点の溶接欠陥であると判定することを特徴とするＴＩＧ溶接の欠陥判定方法、に係るものである。
【００１９】
上記手段では、第１のパラメータと第２のパラメータの夫々の測定信号がしきい値を越えていないのに、第１のパラメータと第２のパラメータとの相互作用によって溶接欠陥が生じるといった問題の発生を判断することができ、また、第３のパラメータと第４のパラメータの夫々の測定信号がしきい値を越えていないのに、第３のパラメータと第４のパラメータとの相互作用によって溶接欠陥が生じるといった問題の発生を判断することができ、更に、複数の溶接欠陥が同時に発生した場合に、何れの溶接欠陥が主体に起こっているかを判断できるので、パラメータの修正を適切に行って、溶接品質が優れたＴＩＧ溶接を安定して行うことができる。
【００２０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の好適な実施の形態例を図面を参照して説明する。
【００２１】
表１は、本発明のＴＩＧ溶接の各パラメータと溶接欠陥との関係を示したもので、表１から明らかなように、ＴＩＧ溶接のパラメータとしては、溶接電圧Ｖ、溶接電流Ａ、溶接速度ｃｍ／分、ワイヤ送給速度ｃｍ／分、ウィービング速度ｃｍ／分、ウィービング幅ｍｍ、シールドガス流量Ｌ／分等があげられる。
【００２２】
また、溶接欠陥としては、ビード不揃い、ビードの大小、ビード高さの大小、ピット、酸化等の溶着金属表面欠陥、アンダーカット、オーバーラップ等の母材との境界部（表面）欠陥、ポロシティ、タングステン巻込み等の溶着金属内部欠陥、融合欠陥、溶込み不足等の母材との境界部（内部）欠陥等があげられる。
【００２３】
表１の各パラメータを要因として生じる溶接欠陥の種類の欄に丸印が付してある。
【００２４】
【表１】

【００２５】
前記各パラメータについては、良好な溶接を行うための標準値を予め設定している。表１では、溶接電圧の標準値は９．７／８．５Ｖ（ウィービングにより電極が左右端部に移動した時のピーク電圧が９．７Ｖ、左右中間部を移動する時のベース値が８．５Ｖであることを示す）、溶接電流の標準値は２００／１４０Ａ（同上）、溶接速度の標準値は６ｃｍ／分、ワイヤ送給速度の標準値は１００／６０ｃｍ／分（同上）、ウィービング速度の標準値は１００ｃｍ／分、ウィービング幅の標準値は６ｍｍ、シールドガス流量の標準値は２０Ｌ／分である場合を示している。
【００２６】
表１によれば、例えば溶接速度が過大になると、ビード不揃い、ビード小、ビード高さ小の溶接欠陥を生じ、またウィービング速度が過小になると、ビード不揃いの溶接欠陥を生じる。
【００２７】
このようにビード不揃いという１つの溶接欠陥を発生する要因となる溶接速度（第１のパラメータ）とウィービング速度（第２のパラメータ）において、溶接速度の標準値６ｃｍ／分に対して溶接不揃いの欠陥を生じる過大のしきい値９ｃｍ／分（第１のしきい値）を設定し、またウィービング速度の標準値１００ｃｍ／分に対してビード不揃いの欠陥を生じる過小のしきい値４０ｃｍ／分（第２のしきい値）を設定する。
【００２８】
また、表１によれば、溶接速度が過大になると、ビード小の溶接欠陥を生じ、ワイヤ送給速度が過小になると、ビード小の溶接欠陥を生じる。
【００２９】
このようにビード小という別の１つの溶接欠陥が発生する要因となる溶接速度（第３のパラメータ）とワイヤ送給速度（第４のパラメータ）において、溶接速度の標準値６ｃｍ／分に対してビード小の欠陥を生じる過大のしきい値９ｃｍ／分（第３のしきい値）を設定し、またワイヤ送給速度の標準値６０（ベース値）ｃｍ／分に対してビード小の欠陥を生じる過小のしきい値２０ｃｍ／分（第４のしきい値）を設定する。
【００３０】
このように、表１において、更にビード大という溶接欠陥が生じる要因となる溶接速度過小とワイヤ送給速度過大、或いはピットという溶接欠陥が発生する要因となる溶接電圧過大とシールドガス流量過小、オーバーラップという溶接欠陥が生じる要因となる溶接電流過小とワイヤ送給速度過大などの夫々についても、しきい値を設定する。
【００３１】
このように、１つの溶接欠陥或いは別の１つの溶接欠陥（複数）を生じる要因となる夫々のパラメータに設定したしきい値を標準化するために、夫々のしきい値について下記式（Ｉ）による計算を行う。
【００３２】
【数１】
Ｄ＝Ｃ／Ｋ−１…（Ｉ）
式中、Ｄ：標準化された標準しきい値，Ｃ：設定したしきい値，Ｋ：各パラメータの標準値である。
【００３３】
また、パラメータの測定信号に対しても下記式（ＩＩ）によって標準化する計算を行う。
【００３４】
【数２】
Ｇ＝Ｆ／Ｋ−１…（ＩＩ）
式中、Ｇ：標準化した標準測定信号，Ｆ：各パラメータの測定信号，Ｋ：各パラメータの標準値である。
【００３５】
１つの溶接欠陥がビード不揃いである場合の第１のパラメータが溶接速度であり、第２のパラメータがウィービング速度である場合を例にとって説明すると、第１のパラメータである溶接速度の標準値が６ｃｍ／分であるのに対して、ビード不揃いの溶接欠陥が発生する第１のしきい値が９ｃｍ／分であった場合には、この第１のしきい値を前記式（Ｉ）に代入することにより、９／６−１＝０．５の第１の標準しきい値（Ｄ₁）を求め、この第１の標準しきい値０．５を、図１に示すコンピュータ上の第１のＸ−Ｙ座標Ｓ₁のＸ軸上にとる。
【００３６】
また、第２のパラメータであるウィービング速度の標準値が１００ｃｍ／分であるのに対して、ビード不揃いの溶接欠陥が発生する第２のしきい値が４０ｃｍ／分であった場合には、この第２のしきい値を前記式（Ｉ）に代入することにより、４０／１００−１＝−０．６の第２の標準しきい値（Ｄ₂）を求め、この第２の標準しきい値−０．６を図１に示す前記第１のＸ−Ｙ座標Ｓ₁のＹ軸上にとる。
【００３７】
更に、前記溶接速度の第１の標準しきい値０．５とウィービング速度の第２の標準しきい値−０．６とを結ぶ直線、即ち、しきい値線Ｍ₁を求める。
【００３８】
このしきい値線Ｍ₁は下記式（ＩＩＩ）となる。
【００３９】
【数３】
１／ａ・Ｄ₁＋１／ｂ・Ｄ₂＝１…（ＩＩＩ）
式中、ａ：Ｘ軸を切る点の座標，ｂ：Ｙ軸を切る点の座標，Ｄ₁：第１の標準しきい値，Ｄ₂：第２の標準しきい値である。
【００４０】
また、別の１つの溶接欠陥がビード小である場合の第３のパラメータが溶接速度であり、第４のパラメータがワイヤ送給速度である場合を例にとって説明すると、第３のパラメータである溶接速度の標準値が６ｃｍ／分であるのに対して、ビード小の溶接欠陥が発生する第３のしきい値が９ｃｍ／分であった場合には、この第３のしきい値を前記式（Ｉ）に代入することにより、９／６−１＝０．５の第３の標準しきい値（Ｄ₃）を求め、この第３の標準しきい値０．５を、図２に示すコンピュータ上の第２のＸ−Ｙ座標Ｓ₂のＸ軸上にとる。
【００４１】
また、第４のパラメータであるワイヤ送給速度の標準値が６０ｃｍ／分（ベース値）であるのに対して、ビード小の溶接欠陥が発生する第４のしきい値が２０ｃｍ／分であった場合には、この第４のしきい値を前記式（Ｉ）に代入することにより、２０／６０−１＝−０．６７の第４の標準しきい値（Ｄ₄）を求め、この第４の標準しきい値−０．６７を図２に示す前記第２のＸ−Ｙ座標Ｓ₂のＹ軸上にとる。
【００４２】
更に、前記溶接速度の第３の標準しきい値０．５とワイヤ送給速度の第４の標準しきい値−０．６７とを結ぶ直線、即ち、しきい値線Ｍ₂を求める。
【００４３】
このしきい値線Ｍ₂は下記式（ＩＶ）となる。
【００４４】
【数４】
１／ａ・Ｄ₃＋１／ｂ・Ｄ₄＝１…（ＩＶ）
式中、ａ：Ｘ軸を切る点の座標，ｂ：Ｙ軸を切る点の座標，Ｄ₃：第１の標準しきい値，Ｄ₄：第２の標準しきい値である。
【００４５】
一方、前記第１のパラメータ及び第３のパラメータである溶接速度を実際に測定し、測定した第１及び第３の測定信号を前記式（ＩＩ）に代入して標準化することにより、第１及び第３の標準測定信号Ｇ₁，Ｇ₃を得る。例えば、第１及び第３の測定信号が８ｃｍ／分であった場合には、第１及び第３の標準測定信号Ｇ₁，Ｇ₃は０．３３である。
【００４６】
同様に、第２のパラメータであるウィービング速度を実際に測定し、測定した第２の測定信号を前記式（ＩＩ）に代入して標準化することにより、第２の標準測定信号Ｇ₂を得る。例えば第２の測定信号が６０ｃｍ／分であった場合には、第２の標準測定信号Ｇ₂は−０．４である。
【００４７】
更に、第４のパラメータであるワイヤ送給速度を実際に測定し、測定した第４の測定信号を前記式（ＩＩ）に代入して標準化することにより、第４の標準測定信号Ｇ₄を得る。例えば第４の測定信号（ベース値）が３０ｃｍ／分であった場合には、第４の標準測定信号Ｇ₂は−０．５である。
【００４８】
上記によって求めた、第１の標準測定信号０．３３と第２の標準測定信号−０．４とをコンピュータに入力し、前記第１のＸ−Ｙ座標Ｓ₁におけるＸ軸上の第１の標準測定信号０．３３とＹ軸上の第２の標準測定信号０．４の第１の座標点Ｐ₁を求める。
【００４９】
また、第３の標準測定信号０．３３と第４の標準測定信号−０．５とをＸ−Ｙ座標上にとり、前記第２のＸ−Ｙ座標Ｓ₂におけるＸ軸上の第１の標準測定信号０．３３とＹ軸上の第２の標準測定信号０．４の座標点Ｐ₂を求める。
【００５０】
この時、前記座標点Ｐ₁,Ｐ₂が、前記しきい値線Ｍ₁，Ｍ₂よりＸ−Ｙ座標Ｓ₁，Ｓ₂の原点（０）側にある時を品質正常と判定し、前記座標点がしきい値線Ｍに対してＸ−Ｙ座標Ｓ₁，Ｓ₂の原点と反対側にある時を品質異常と判定することができる。
【００５１】
このとき、第１のしきい値線Ｍ₁と第１の座標点Ｐ₁との距離Ｈ₁と、第２のしきい値線Ｍ₂と第２の座標点Ｐ₂との距離Ｈ₂を比較し、距離が大きいものがその時点の溶接欠陥であると判定することができる。即ち、距離Ｈ₁とＨ₂を比較することにより、主体として発生する溶接欠陥の種類とその要因となっているパラメータを特定することができる。図１と図２の比較では、距離Ｈ₁より距離Ｈ₂の方が大きく、よって溶接速度とワイヤ送給速度を要因とするビード小の溶接欠陥が主体に発生していることが判断される。
【００５２】
更に説明すると、前記式（ＩＩＩ）及び式（ＩＶ）における左辺の値の絶対値が大きい方を主体として溶接欠陥が発生することが特定される。
【００５３】
即ち、前記第１の標準測定信号０．３３と第２の標準測定信号−０．４を前記式（ＩＩＩ）に代入すると、０．３３／０．５＋（−０．４／−０．６）＝０．６７＋０．６７＝１．３４であるのに対し、前記第３の標準測定信号０．３３と第４の標準測定信号−０．５を前記式（ＩＶ）に代入すると、０．３３／０．５＋（−０．５／−０．６７）＝０．６７＋０．７４＝１．４１であり、式（ＩＶ）の第３の標準測定信号と第４の標準測定信号によるビード小の溶接欠陥が主体となって発生することが分かる。
【００５４】
上記ビード不揃い、ビード小以外の溶接欠陥の要因となっているパラメータについても上記と同じ演算を行って、比較することにより、何れのパラメータに基づく溶接欠陥が主体に発生しているかを特定することができ、従って、溶接品質の優れたＴＩＧ溶接が行えるように、前記判定結果に基づいて主体となっているパラメータを修正して適切に制御することができる。
【００５５】
尚、本発明は上記形態例にのみ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内において種々変更を加え得ることは勿論である。
【００５６】
【発明の効果】
本発明によれば、第１のパラメータと第２のパラメータの夫々の測定信号がしきい値を越えていないのに、第１のパラメータと第２のパラメータとの相互作用によって溶接欠陥が生じるといった問題の発生を判断することができ、また、第３のパラメータと第４のパラメータの夫々の測定信号がしきい値を越えていないのに、第３のパラメータと第４のパラメータとの相互作用によって溶接欠陥が生じるといった問題の発生を判断することができ、更に、複数の溶接欠陥が同時に発生した場合に、何れの溶接欠陥が主体に起こっているかを判断できるので、パラメータの修正を適切に行って、溶接品質が優れたＴＩＧ溶接を安定して行えるという優れた効果を奏し得る。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のＴＩＧ溶接の欠陥判定方法を説明するための第１のＸ−Ｙ座標線図である。
【図２】本発明のＴＩＧ溶接の欠陥判定方法を説明するための第２のＸ−Ｙ座標線図である。
【図３】ＴＩＧ溶接機の一例を示す概略断面図である。
【図４】従来のＴＩＧ溶接方法における溶接速度のしきい値を設定する例を示す線図である。
【図５】従来のＴＩＧ溶接方法におけるウィービング速度のしきい値を設定する例を示す線図である。
【図６】従来のＴＩＧ溶接方法におけるワイヤ送給速度のしきい値を設定する例を示す線図である。
【符号の説明】
１溶接機
２母材
３溶接トーチ
４電極
５シールドガス
６ワイヤ
Ｄ₁ 第１の標準しきい値
Ｄ₂ 第２の標準しきい値
Ｄ₃ 第３の標準しきい値
Ｄ₄ 第４の標準しきい値
Ｇ₁ 第１の標準測定信号
Ｇ₂ 第２の標準測定信号
Ｇ₃ 第３の標準測定信号
Ｇ₄ 第４の標準測定信号
Ａ矢印（相対移動方向）
Ｂ矢印（ウィービング方向）
Ｍ₁ 第１のしきい値線
Ｍ₂ 第１のしきい値線
Ｐ₁ 第１の座標点
Ｐ₂ 第２の座標点
Ｓ₁ 第１のＸ−Ｙ座標
Ｓ₂ 第２のＸ−Ｙ座標

Claims

ＴＩＧ溶接機と母材とを相対移動させ、シールドガスを供給しつつワイヤの送給と電極への給電を行いながら溶接トーチをウィービングさせて溶接を行う際に、１つの溶接欠陥を生じる要因となる第１のパラメータと第２のパラメータを選定し、更に少なくとも別の１つの溶接欠陥を生じる要因となる第３のパラメータと第４のパラメータを選定し、前記各パラメータの標準値に対して溶接欠陥を生じるしきい値を夫々について設定し、第１のパラメータのしきい値を標準化した第１の標準しきい値を第１のＸ−Ｙ座標のＸ軸上にとり、更に第２のパラメータのしきい値を標準化した第２の標準しきい値を前記第１のＸ−Ｙ座標のＹ軸上にとり、第３のパラメータのしきい値を標準化した第３の標準しきい値を第２のＸ−Ｙ座標のＸ軸上にとり、更に第４のパラメータのしきい値を標準化した第４の標準しきい値を前記第２のＸ−Ｙ座標のＹ軸上にとり、前記第１のＸ−Ｙ座標における第１の標準しきい値と第２の標準しきい値とを結ぶ第１のしきい値線を求めると共に、前記第２のＸ−Ｙ座標における第３の標準しきい値と第４の標準しきい値とを結ぶ第２のしきい値線を求め、前記第１のパラメータの測定信号を標準化した第１の標準測定信号と第２のパラメータの測定信号を標準化した第２の標準測定信号とにより前記第１のＸ−Ｙ座標上に第１の座標点を取り、前記第３のパラメータの測定信号を標準化した第３の標準測定信号と第４のパラメータの測定信号を標準化した第４の標準測定信号とにより前記第２のＸ−Ｙ座標上に第２の座標点を取り、前記第１のしきい値線と第１の座標点との距離と、第２のしきい値線と第２の座標点との距離を比較し、距離が最も大きいものがその時点の溶接欠陥であると判定することを特徴とするＴＩＧ溶接の欠陥判定方法。