JP3906559B2 - 溶接品質判定方法及び装置 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は溶接品質判定方法及び装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
従来、発電プラント設備あるいは橋梁のような大量生産の対象とならない構造物の構築にあたっては、配管部材や構成部材などの種々の部材を手作業により相互に溶接しているが、近年、熟練した溶接作業者の減少に伴って、上記の構造物の構築に全自動溶接装置を導入することが検討されている。
【0003】
図4は全自動溶接装置に用いるTIG溶接トーチの一例であり、このTIG溶接トーチは、タングステンによって形成された非消耗方式の電極1と、該電極1の基端寄り部分を周方向に取り囲み且つ電極1の前方へ向ってアルゴンガスなどの不活性ガス2を流出させるガスノズル3とを備えており、前記の電極1の先端前方には、溶接材であるフィラーワイヤ4が連続的に送給されるようになっている。
【0004】
TIG溶接トーチにより溶接作業を行う際には、電極1の先端を溶接対象部材5に対峙させたうえ、ガスノズル3から不活性ガス2を流出させて、電極1の先端寄り部分及び溶接対象部材5の電極1に対峙する部分を不活性ガス雰囲気にする。
【0005】
次いで、電極1及び溶接対象部材5に電圧を印加して、電極1の先端と溶接対象部材5との間にアーク6を発生させるとともに、電極1の先端前方へフィラーワイヤ4を連続的に送給することにより、該フィラーワイヤ4の先端を不活性ガス雰囲気中で溶融させて、溶接対象部材5に溶け込む溶接層7を形成する。
【0006】
アーク溶接を行うときに、たとえば、電極1と溶接対象部材5との間に印加される溶接電圧や電極1に通電される溶接電流が変化することにより、溶接アーク長(電極1の先端から溶接対象部材5の表面までの距離)が過大になると、溶接層7の表面部分においては、溶着不良に起因したアンダーカットやオーバーラップなどが発生し、溶接層7の内部においては、過小溶融に起因した溶け込み不良などの欠陥が発生する。
【0007】
また、溶接対象部材5に対するTIG溶接トーチの移動速度(溶接速度)、アーク6に対するフィラーワイヤ4の送給速度(ワイヤ送給速度)、溶接対象部材5に対するTIG溶接トーチの高さ(トーチ高さ)、及びガスノズル3からの不活性ガス2の吐出流量(不活性ガス流量)が適正範囲を逸脱した場合にも、溶着不良、過大溶融、ビード形状不良などのアーク現象の乱れが生じ、溶接層7に種々の欠陥が発生する。
【0008】
そこで、溶接作業を行う際の溶接電圧、溶接電流、溶接速度、ワイヤ送給速度、トーチ高さ、及び不活性ガス流量を検知する種々の検出手段を、全自動溶接装置に取り付け、各検出手段から出力される溶接信号を媒介変数として、図3に示すように、溶接信号の変化とアーク現象の乱れとの関係を予め把握しておき、実際の溶接作業時に検知する溶接信号に基づき、溶接層7の品質を判定することが検討されている。
【0009】
すなわち、溶接信号の検出値が、アーク現象が正常な状態を呈する標準条件のねらい値(中央値)付近の適正範囲Sから大きく外れた場合には、アーク現象の乱れに起因する品質不良が溶接層7に発生していることになる。
【0010】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、図3に破線で示す2つの溶接信号の双方が同時に変化する場合に、溶接層7の品質が良好に保たれ得る上限第2段階しきい値B1及び下限第2段階しきい値B2は、図3に実線で示す1つの溶接信号が単独で変化する場合に、溶接層7の品質が良好に保たれ得る上限第1段階しきい値Cx1(Cy1)と下限第1段階しきい値Cx2(Cy2)との間になる。
【0011】
従って、溶接層7の品質を判定するのにあたり、1種類の溶接信号の変化だけに注目したとすると、当該溶接信号の検出値が両第1段階しきい値Cx1(Cy1),Cx2(Cy2)の間で変化し、見掛け上の溶接層7の品質が良好であっても、他の溶接信号の変化により溶接層7に品質不良が発生していることがある。
【0012】
また、2種類の溶接信号の第1段階しきい値Cx1,Cx2,Cy1,Cy2を第2段階しきい値B1,B2に合せたとすると、たとえば、一方の溶接信号だけが第2段階しきい値B1,B2の間の範囲を逸脱し且つ他方の溶接信号が適正範囲Sであるときなどには、溶接層7に品質不良が発生したとの誤判定がなされることがある。
【0013】
本発明は上述した実情に鑑みてなしたもので、溶接層の品質判定を適確に行えるようにすることを目的としている。
【0014】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、本発明の溶接品質判定方法では、溶接作業を行う際の溶接電圧、溶接電流、溶接速度、ワイヤ送給速度、トーチ高さ、及び不活性ガス流量のうちの複数の事象を溶接信号として、当該溶接信号の変化とアーク現象の乱れとの関係を各溶接信号ごとに予め把握しておき、各溶接信号の1つが単独で変化した場合に溶接層の品質が良好に保たれ得る第1段階しきい値を定め、2つの溶接信号が同時に変化した場合に溶接層の品質が良好に保たれ得る検出値の範囲を、一方の溶接信号の第1段階しきい値と他方の溶接信号の第1段階しきい値とにより定め、実際の溶接作業時に溶接信号を検知し、各溶接信号の1つが単独で変化するときには、当該溶接信号ごとに定めた第1段階しきい値に基づいて溶接層の品質を判定し、2つの溶接信号が同時に変化するときには、両溶接信号のそれぞれの第1段階しきい値により定めた検出値の範囲に基づいて溶接層の品質を判定する。
【0015】
本発明の溶接品質判定装置では、溶接作業を行う際の溶接電圧、溶接電流、溶接速度、ワイヤ送給速度、トーチ高さ、及び不活性ガス流量の各事象のうちの1つを第1の溶接信号として検知する第1の検出手段と、該第1の検出手段による検知対象以外の他の事象のうちの1つを第2の溶接信号として検知する第2の検出手段と、両溶接信号のどちらかが単独で変化した場合に溶接層の品質が良好に保たれ得る第1段階しきい値のデータを保持する第1段階しきい値保持手段と、両溶接信号が同時に変化した場合に溶接層の品質が良好に保たれ得る検出値の範囲のデータを保持する第2段階しきい値データ保持手段と、両検出手段からの溶接信号、第1段階しきい値保持手段のデータ、及び第2段階しきい値データ保持手段のデータに基づき溶接層に欠陥が生じているか否を判定する品質判定手段とを備えている。
【0016】
本発明の溶接品質判定方法においては、各溶接信号の1つが単独で変化するときには、変化を呈していない検知事象の溶接信号に係わりなく、変化を呈した検溶接信号と第1段階しきい値とを対比して、溶接層の品質を判定し、また、2つの溶接信号が同時に変化した場合には、両溶接信号と第1段階しきい値により定めた検出値の範囲とを対比して、溶接層の品質を判定する。
【0017】
また、本発明の溶接品質判定装置では、一方の検出手段からの溶接信号だけが変化すると、品質判定手段が、変化を呈した溶接信号と第1段階しきい値保持手段にデータとして保持されている第1段階しきい値とを対比して、溶接層の品質を判定し、また、両検出手段からの溶接信号が同時に変化すると、品質判定手段が、両溶接信号と第2段階しきい値データ保持手段にデータとして保持されている検出値の範囲とを対比して、溶接層の品質を判定する。
【0018】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づき説明する。
【0019】
図1及び図2は本発明の溶接品質判定装置の実施の形態の一例であり、図中、図4と同一の符号を付した部分は同一物を表している。
【0020】
この溶接品質判定装置は、電圧検出手段8、電流検出手段9、第1段階しきい値保持手段10、第2段階しきい値データ保持手段11、品質判定手段12、及び記録表示器15を備えている。
【0021】
電圧検出手段8は、溶接用電源13により溶接トーチ14の電極1と溶接対象部材5との間に印加される溶接電圧Vを検知して、溶接電圧信号Xを出力するようになっている。
【0022】
電流検出手段9は、溶接用電源13により溶接トーチ14の電極1へ通電される溶接電流Aを検知して、溶接電流信号Yを出力するようになっている。
【0023】
第1段階しきい値保持手段10には、溶接電圧信号Xあるいは溶接電流信号Yのどちらかが単独で変化した場合に、溶接層7の品質が良好に保たれ得る第1段階しきい値Cx1,Cx2,Cy1,Cy2が、単独変化データとして保持されている。
【0024】
第2段階しきい値データ保持手段11には、溶接電圧信号X及び溶接電流信号Yが同時に変化した場合に、溶接層7の品質が良好な状態に保たれ得る検出値の範囲Qが、相関変化データとして保持されている。
【0025】
この範囲Qは、図2に示すように、溶接電圧信号X及び溶接電流信号Yの標準条件のねらい値Ax,Ayを原点とした平面座標内において、しきい値Cx1,Cy1を結ぶ第2段階しきい値線P11、しきい値Cx1,Cy2を結ぶ第2段階しきい値線P12、しきい値Cx2,Cy1を結ぶ第2段階しきい値線P21、及びしきい値Cx2,Cy2を結ぶ第2段階しきい値線P22で囲まれる検出値の領域であり、ねらい値Ax,Ay、及び従来の第2段階しきい値B1,B2(図3参照)に相当する第2段階しきい値Bx1,Bx2,By1,By2は、いずれも、第2段階しきい値線P11,P12,P21,P22で囲まれる領域に含まれている。
【0026】
すなわち、相関変化データでは、溶接電圧信号Xと溶接電流信号Yとの第2段階しきい値を、第2段階しきい値線P11,P12,P21,P22上の変数と見なしている。
【0027】
品質判定手段12は、電圧検出手段8からの溶接電圧信号X、電流検出手段9からの溶接電流信号Y、第1段階しきい値保持手段10の単独変化データ(第1段階しきい値Cx1,Cx2,Cy1,Cy2)、及び第2段階しきい値データ保持手段11のデータ(第2段階しきい値線P11,P12,P21,P22)に基づき、溶接層7に欠陥が生じているか否を判定して判定信号Rを出力するように構成されている。
【0028】
記録表示器15は、品質判定手段12からの判定信号R及び溶接トーチ14の移動機構の位置検出手段(図示せず)からの位置信号Tに基づいて、溶接層7に欠陥が生じている位置を記録し且つ表示するように構成されている。
【0029】
溶接トーチ14を用いて溶接対象部材5を溶接する際に、電圧検出手段8からの溶接電圧信号Xだけが単独で変化すると、品質判定手段12において、溶接電圧信号Xの検出値と第1段階しきい値保持手段10のデータ(第1段階しきい値Cx1,Cx2)とが対比され、溶接層7に欠陥が生じたか否が判定される。
【0030】
これとは逆に、電流検出手段9からの溶接電流信号Yだけが単独で変化すると、品質判定手段12において、溶接電流信号Yの検出値と第1段階しきい値保持手段10のデータ(第1段階しきい値Cy1,Cy2)とが対比され、溶接層7に欠陥が生じたか否かが判定される。
【0031】
また、電圧検出手段8からの溶接電圧信号X及び電流検出手段9からの溶接電流信号Yが同時に変化すると、品質判定手段12において、溶接電圧信号X及び溶接電流信号Yのそれぞれの検出値と第2段階しきい値データ保持手段11のデータ(第2段階しきい値線P11,P12,P21,P22)とが対比され、溶接層7に欠陥が生じたか否かが判定される。
【0032】
更に、品質判定手段12から出力される判定信号Rと、溶接トーチ14の移動機構の位置検出手段から出力される位置信号Tに基づいて、溶接層7の欠陥の有無と位置とが記録表示器15に記録され且つ表示される。
【0033】
このように、図1に示す溶接品質判定装置では、溶接電圧信号Xあるいは溶接電流信号Yが単独で変化すると、第1段階しきい値保持手段10にデータとして保持されている第1段階しきい値Cx1,Cx2,Cy1,Cy2に基づき、品質判定手段12が溶接層7の品質を判定し、溶接電圧信号Xと溶接電流信号Yとの双方が同時に変化すると、第2段階しきい値データ保持手段11にデータとして保持されている検出値の範囲Qに基づき、品質判定手段12が溶接層7の品質を判定するので、溶接層7の品質を適確に判定することができる。
【0034】
なお、本発明の溶接品質判定方法及び装置は上述した実施の形態のみに限定されるものではなく、溶接電圧と溶接電流との一方あるいは双方に替えて、溶接速度、ワイヤ送給速度、トーチ高さ、及び不活性ガス流量を検知対象として溶接層の品質判定すを行う構成とすること、MAG溶接をはじめとするTIG溶接以外の他のアーク溶接に適用すること、その他、本発明の要旨を逸脱しない範囲において変更を加え得ることは勿論である。
【0035】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明の溶接品質判定方法及び装置においては下記のような種々の優れた効果を奏し得る。
【0036】
(1)本発明の溶接品質判定方法では、各溶接信号の1つが単独で変化するときには、変化を呈していない検知事象の溶接信号に係わりなく、変化を呈した溶接信号と第1段階しきい値とを対比して溶接層の品質を判定し、また、2つの溶接信号が同時に変化した場合には、両溶接信号の第1段階しきい値により定めた検出値の範囲に基づき、溶接層の品質を判定するので、溶接層の品質判定を適確に行うことができる。
【0037】
(2)本発明の溶接品質判定装置では、一方の検出手段からの溶接信号だけが変化すると、品質判定手段が、変化を呈した溶接信号と第1段階しきい値保持手段にデータとして保持されている第1段階しきい値とを対比して、溶接層の品質を判定し、また、両検出手段からの溶接信号が同時に変化すると、品質判定手段が、両溶接信号と第2段階しきい値データ保持手段にデータとして保持されている検出値の範囲とを対比して、溶接層の品質を判定するので、溶接層の品質判定を適確に行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の溶接品質判定装置の実施の形態の一例を示す概念図である。
【図2】第2段階しきい値データ保持手段にデータとして保持される第2段階しきい値線を示すグラフである。
【図3】溶接信号の変化とアーク現象の乱れとの関係を示すグラフである。
【図4】TIG溶接トーチの一例を示す概念図である。
【符号の説明】
7 溶接層
8 電圧検出手段(第1の検出手段)
9 電流検出手段(第2の検出手段)
10 第1段階しきい値保持手段
11 第2段階しきい値データ保持手段
12 品質判定手段
A 溶接電流
Cx1 上限第1段階しきい値
Cx2 下限第1段階しきい値
Cy1 上限第1段階しきい値
Cy2 下限第1段階しきい値
Q 検出値の範囲
V 溶接電圧
X 溶接電圧信号(第1の溶接信号)
Y 溶接電流信号(第2の溶接信号)
Claims (2)
- 溶接作業を行う際の溶接電圧、溶接電流、溶接速度、ワイヤ送給速度、トーチ高さ、及び不活性ガス流量のうちの複数の事象を溶接信号として、当該溶接信号の変化とアーク現象の乱れとの関係を各溶接信号ごとに予め把握しておき、各溶接信号の1つが単独で変化した場合に溶接層の品質が良好に保たれ得る第1段階しきい値を定め、2つの溶接信号が同時に変化した場合に溶接層の品質が良好に保たれ得る検出値の範囲を、一方の溶接信号の第1段階しきい値と他方の溶接信号の第1段階しきい値とにより定め、実際の溶接作業時に溶接信号を検知し、各溶接信号の1つが単独で変化するときには、当該溶接信号ごとに定めた第1段階しきい値に基づいて溶接層の品質を判定し、2つの溶接信号が同時に変化するときには、両溶接信号のそれぞれの第1段階しきい値により定めた検出値の範囲に基づいて溶接層の品質を判定することを特徴とする溶接品質判定方法。
- 溶接作業を行う際の溶接電圧、溶接電流、溶接速度、ワイヤ送給速度、トーチ高さ、及び不活性ガス流量の各事象のうちの1つを第1の溶接信号として検知する第1の検出手段と、該第1の検出手段による検知対象以外の他の事象のうちの1つを第2の溶接信号として検知する第2の検出手段と、両溶接信号のどちらかが単独で変化した場合に溶接層の品質が良好に保たれ得る第1段階しきい値のデータを保持する第1段階しきい値保持手段と、両溶接信号が同時に変化した場合に溶接層の品質が良好に保たれ得る検出値の範囲のデータを保持する第2段階しきい値データ保持手段と、両検出手段からの溶接信号、第1段階しきい値保持手段のデータ、及び第2段階しきい値データ保持手段のデータに基づき溶接層に欠陥が生じているか否を判定する品質判定手段とを備えてなることを特徴とする溶接品質判定装置。
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- 1998-04-27 JP JP11685398A patent/JP3906559B2/ja not_active Expired - Fee Related
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