JP4500489B2

JP4500489B2 - Welding method and welding apparatus

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Publication number: JP4500489B2
Application number: JP2002378872A
Authority: JP
Inventors: 昭慈今永; 光明羽田; 辰郎関; 清一豊田; 登志美佐藤
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 2002-12-27
Filing date: 2002-12-27
Publication date: 2010-07-14
Anticipated expiration: 2022-12-27
Also published as: JP2004209485A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、溶接ワイヤを電極にするアーク溶接で使用する給電ケーブルの長さ変更に関わり、特に、変更した給電ケーブルの往復長さに適した所望の平均溶接電流，適正な平均溶接電圧を出力させて良好に溶接するに好適な溶接方法及び溶接装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
発電プラントや化学プラントなど大型構造物は、厚板長尺の継手部材が多く用いられており、工場内で溶接が可能なものや現地で組立溶接が必要なものもある。これらの継手部材は大きさ，設置場所，作業場所が一様ではなく、溶接電源及び溶接装置の設置場所から近い場所で溶接する時もあれば、５０ｍ以上遠く離れた場所で溶接する時もあれば、高さ１０ｍ以上の高い場所で溶接する時もある。
【０００３】
これらの溶接作業を実施するためには、少なくとも溶接電源と、継手部材，溶接トーチとの間に給電ケーブルを各々接続して給電できる状態にすると共に、所望の溶接電流及びその溶接電流に適したアーク電圧を出力できるようにする必要がある。しかし、給電ケーブルの長さ変更をすると、ケーブル抵抗，リアクタが変化するために、初期設定の溶接条件のままでは、所望の溶接電流及びアーク電圧が出力できず、アーク溶接に悪影響を及ぼす結果になる。また、ワイヤ溶融式のパルス溶接電源を用いてパルスアーク溶接を実施する場合には、給電ケーブルの長さ変更によって、所望の溶接電流及びアーク電圧が出力できないばかりでなく、所望の高いパルス電流及びそのパルス電流に適したパルスアーク電圧が出力できない状態に至る。このため、給電ケーブルの長さ変更をして溶接する場合には、その都度、変更した給電ケーブル長さに合った溶接条件出しの実験が必要となり、溶接電流の大きさに適したアーク溶接電圧，適正なパルス溶接条件などを再度確立しなければならない。さらに、給電ケーブルが過剰に長過ぎる場合には、ケーブル抵抗の増大によって溶接電源の出力能力を超えてしまい、所望のアーク溶接ができない状態に至り、無茶をすると溶接電源を破損させることも有り得る。
【０００４】
給電ケーブルの長さ変更をなくす１つの方法として、例えば、溶接すべき継手部材の近くに溶接電源及び溶接装置を運搬移設することが考えられる。しかし、クレーン作業による装置移設を必要とするばかりでなく、装置の移設場所や溶接作業範囲に限界がある。また、給電ケーブルを最長にした状態にしておくと、溶接電源及び溶接装置の近くで溶接作業が必要な時に、最長の給電ケーブルが厄介物となって整理整頓の障害になるばかりでなく、その給電ケーブルの置き方，巻き方の状態変化によってリアクタが変化し、アーク溶接の結果に悪影響を及ぼす可能性がある。
【０００５】
さらに、溶接を自動化するためには、例えば、開先形状寸法や溶接線の位置を検出する視覚センサによる検出情報に基づいて、溶接条件パラメータの適応制御，溶接トーチ位置の修正制御を行う必要がある。
【０００６】
従来技術として、例えば、特許文献１には、負荷回路のインダクタンスＬ２の電気的特性値を演算する演算器を設け、その演算器の出力に基づいて制御回路の動作状態を切り換える制御手段を設けることが開示されている。しかし、この溶接用電源装置では、長さ変更した給電ケーブルを流れる電流で消費するケーブル電圧が考慮されていないために、ケーブル長さが数倍変化するような長い給電ケーブルの交換には、対応することが困難と考えられる。また、パルス電流の出力波形信号などは詳細に記載されているが、給電ケーブルの長さ変更に伴う溶接作業で必要な所望の平均溶接電流及びその平均溶接電流の大きさに適した平均アーク電圧，溶接電源に設定すべき平均溶接電圧については記載されていない。
【０００７】
また、特許文献２には、１００Ｖ以上の直流電圧を出力する電源ユニットと溶接制御ユニットとを分割し、その電源ユニットの出力端子と溶接制御ユニットの入力端子との間に任意長さの給電ケーブルを接続することが開示されている。本アーク溶接用電源では、給電ケーブルの小径化や長さ変更を容易にすることや、電源ユニットから離れた場所にある継手部材の近くに溶接制御ユニットを簡単に移動するのに有効と考えられる。しかし、溶接回路内に接続されている給電ケーブルを流れる電流で消費するケーブル電圧，リアクタで消費するリアクタ電圧は、電源ユニット側が負担しており、これらの消費電圧を加算した溶接電圧を電源ユニット側に設定及び出力させる必要がある。給電ケーブルの長さ変更をすると、ケーブル抵抗，リアクタが変化するために、初期設定の溶接条件のままでは、所望の溶接電流及びアーク電圧が出力できず、アーク溶接に悪影響を及ぼす結果になる。パルスアーク溶接をする場合も、同様であり、長さや径を変更給電ケーブルに適したパルス溶接条件の設定が不可欠である。
【０００８】
一方、特許文献３は、非消耗性のタングステンを電極にするアーク溶接を用いており、溶接ワイヤを電極にするパルスアーク溶接やアーク溶接ではなかった。また、給電ケーブルの長さ変更を想定していなかった。このため、特許文献３の多層盛溶接の制御方法及び多層盛溶接装置では、溶接ワイヤを電極にするパルスアーク溶接やアーク溶接で必要な視覚センサによる検出情報に基づく溶接条件パラメータの適応制御が困難であり、また、給電ケーブルの長さ変更に適したパルス溶接の条件設定に対応することが困難であった。
【０００９】
【特許文献１】
特開平８−１０３８６８号公報（要約，特許請求の範囲）
【特許文献２】
特開平９−２７１９４０号公報（要約，特許請求の範囲）
【特許文献３】
特開平１０−２１６９４０号公報（要約，特許請求の範囲）
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、溶接ワイヤを電極にするアーク溶接で使用する給電ケーブルの長さ変更に適した所望の平均溶接電流，適正な平均溶接電圧，パルス電圧，パルス電流を出力させて良好に溶接するに好適な溶接方法及び溶接装置を提供することである。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記目的を達成するために、溶接すべき継手部材の大きさ，設置場所，作業場所及び溶接箇所の相違によって前記継手部材と溶接装置との距離が変化する溶接作業を対象に、溶接ワイヤを電極にするアーク溶接で用いる定電圧制御方式のパルス溶接電源と、継手部材，溶接台車に搭載された溶接トーチとの間に各々接続する給電ケーブルの往復長さを変更して前記継手部材を溶接する溶接方法において、所望の平均溶接電流の大きさに適した平均アーク電圧と、変更した給電ケーブルの往復長さを流れる前記平均溶接電流で消費する第１のケーブル電圧の予測値と、溶接回路内のリアクタで消費する第１のリアクタ電圧とを予め加算した平均溶接電圧を前記定電圧制御方式のパルス溶接電源に設定して溶接する溶接方法を提案する。
【００１２】
また、本発明は、上記目的を達成するために、溶接すべき継手部材の大きさ，設置場所，作業場所及び溶接箇所の相違によって前記継手部材と溶接装置との距離が変化する溶接作業を対象に、溶接ワイヤを電極にするアーク溶接で用いる定電圧制御方式のパルス溶接電源と、継手部材，溶接台車に搭載された溶接トーチとの間に各々接続する給電ケーブルの往復長さを変更して前記継手部材を溶接する溶接方法において、所望のパルス電流の出力に必要なパルスアーク電圧と、変更した給電ケーブルの往復長さを流れるパルス電流で消費する第２のケーブル電圧と、溶接回路内のリアクタで消費する第２のリアクタ電圧とを予め加算したパルス電圧またはそのパルス電圧及びパルス時間を前記定電圧制御方式のパルス溶接電源に設定し、所望の平均溶接電流の大きさに適した平均アーク電圧と、変更した給電ケーブルの往復長さを流れる平均溶接電流で消費する第１のケーブル電圧の予測値と、溶接回路内のリアクタで消費する第１のリアクタ電圧とを予め加算した平均溶接電圧を設定して溶接する溶接方法を提案する。
【００１３】
特に、前記定電圧制御方式のパルス溶接電源は、給電ケーブルを最長にした溶接時に必要となる高い負荷電圧、所望のパルス電流が出力可能なパルス電圧及びパルス時間の調整と、所望の平均溶接電圧，平均溶接電流またはワイヤ送り速度に連動した平均溶接電流の調整とが可能なパルス溶接電源とし、溶接を実行する時には、所望のパルス電流の出力に必要なパルスアーク電圧と、変更した給電ケーブルの往復長さを流れるパルス電流で消費する第２のケーブル電圧と、溶接回路内のリアクタで消費する第２のリアクタ電圧とを予め加算したパルス電圧またはそのパルス電圧及びパルス時間を設定し、所望のパルス電流，パルスアーク電圧を出力させ、所望の平均溶接電流の大きさに適した平均アーク電圧と、変更した給電ケーブルの往復長さを流れる前記平均溶接電流で消費する第１のケーブル電圧の予測値と、溶接回路内のリアクタで消費する第１のリアクタ電圧とを予め加算した平均溶接電圧を設定し、前記平均アーク電圧をアーク溶接部分で出力させるとよい。
【００１４】
また、少なくとも給電ケーブルの往復長さ別に予め定めた複数のパルス電圧またはそのパルス電圧及びパルス時間と、平均溶接電圧を算出する電圧算出式とを条件テーブルに設け、溶接を実行する時には、給電ケーブル長さの選択で予め決定したパルス電圧またはそのパルス電圧及びパルス時間を前記定電圧制御方式のパルス溶接電源に設定し、所望のパルス電流，パルスアーク電圧を出力させ、増減制御する平均溶接電流の大きさに適した平均アーク電圧と、変更した給電ケーブルの往復長さを流れる前記平均溶接電流で消費する第１のケーブル電圧の予測値と、溶接回路内のリアクタで消費する第１のリアクタ電圧とを予め加算した平均溶接電圧を設定し、前記平均アーク電圧をアーク溶接部分で出力させるとよい。
【００１５】
また、変更した給電ケーブルの往復長さを流れる所望のパルス電流で消費する第２のケーブル電圧と、リアクタで消費する第２のリアクタ電圧とを補充可能なパルス電圧またはそのパルス電圧及びパルス時間を設定し、また、溶接中に増減制御する前記平均溶接電流で消費する第１のケーブル電圧と、リアクタで消費する第１のリアクタ電圧とを補充可能な平均溶接電圧を設定し、少なくとも高電流の１パルスで１溶滴が低電流のベース時間中に移行可能なパルス電流，パルスアーク電圧を出力させ、ワイヤ溶滴の移行時に短絡移行が生じない程度のアーク長を保持し得る平均アーク電圧を出力させて溶接するとよい。
【００１６】
パルス電流と異なる直流電流を出力する直流溶接電源を用いる場合には、給電ケーブルを最長にした溶接時に必要となる高い負荷電圧及び定格電流が出力可能であると共に、所望の平均溶接電圧，平均溶接電流またはワイヤ送り速度に連動した平均溶接電流の調整が可能な直流溶接電源とし、溶接を実行する時には、所望の平均溶接電流の大きさに適した平均アーク電圧と、変更した給電ケーブルの往復長さを流れる前記平均溶接電流で消費する第１のケーブル電圧の予測値と、溶接回路内のリアクタで消費する第１のリアクタ電圧とを予め加算した平均溶接電圧を設定し、前記平均アーク電圧をアーク溶接部分で出力させるとすることもできる。
【００１７】
前記ケーブル電圧の予測値は、少なくとも使用する給電ケーブルの単位長さ当りの抵抗または給電ケーブルの断面積に関係する単位長さ当りの抵抗と、その往復長さと、所望の電流との関係式で算出するとよい。
【００１８】
また、開先部のギャップ，開先面積，開先肩幅，左右上下方向の開先中心ずれをリアルタイムで検出する視覚センサ及び画像処理装置を設け、溶接を実行する時には、ギャップ幅または開先肩幅または開先面積と開先肩幅の大きさ対応した平均溶接電流、その平均溶接電流に適した平均溶接電圧とワイヤ送り速度，溶接速度，ウィービング幅などの溶接条件パラメータを各々算出して増減制御し、溶接線左右及び上下の位置ずれをなくす方向にトーチ位置を修正制御するとよい。
【００１９】
また、本発明は、上記目的を達成するために、溶接すべき継手部材の大きさ，設置場所，作業場所及び溶接箇所の相違によって前記継手部材と溶接装置との距離が変化する溶接作業を対象に、溶接ワイヤを電極にするアーク溶接で用いる定電圧制御方式のパルス溶接電源と、継手部材，溶接台車に搭載された溶接トーチとの間に各々接続する給電ケーブルの往復長さを変更して前記継手部材を溶接する溶接装置において、変更した給電ケーブルの往復長さに対応したパルス電圧またはそのパルス電圧及びパルス時間を前記定電圧制御方式のパルス溶接電源に設定するパルス電圧設定手段と、平均溶接電流の大きさに適した平均アーク電圧，変更した給電ケーブルの往復長さを流れる前記平均溶接電流で消費する第１のケーブル電圧，リアクタで消費する第１のリアクタ電圧を予め加算した平均溶接電圧を算出する平均溶接電圧算出手段とを備えた溶接装置を提案する。
【００２０】
特に、溶接トーチを左右上下方向に移動及び溶接線方向に移動可能な駆動機構、ワイヤ送り機構を搭載した溶接台車を制御する台車制御手段と、定電圧制御方式のパルス溶接電源を制御する電源制御手段と、パルス溶接電源及び溶接装置から溶接対象の継手部材までの距離に応じて延長する複数の給電ケーブルと、同様に延長する制御ケーブルやガスホース類などを収納した予備の配線ケーブルと、給電ケーブルの往復長さに対応したパルス電圧またはそのパルス電圧及びパルス時間を設定するパルス電圧設定手段と、平均溶接電流の大きさに適した平均アーク電圧，変更した給電ケーブルの往復長さで消費する第１のケーブル電圧，リアクタで消費する第１のリアクタ電圧を予め加算した平均溶接電圧を算出する平均溶接電圧算出手段とを備えるとよい。
【００２１】
また、溶接トーチを左右上下方向に移動及び溶接線方向に移動可能な駆動機構、ワイヤ送り機構を搭載した溶接台車を制御する台車制御手段と、定電圧制御方式のパルス溶接電源を制御する電源制御手段と、パルス溶接電源及び溶接装置から溶接対象の継手部材までの距離に応じて延長する複数の給電ケーブルと、同様に延長する制御ケーブルやガスホース類などを収納した予備の配線ケーブルと、給電ケーブルの往復長さに対応したパルス電圧またはそのパルス電圧及びパルス時間を設定するパルス電圧設定手段と、平均溶接電流の大きさに適した平均アーク電圧，変更した給電ケーブルの往復長さで消費する第１のケーブル電圧，リアクタで消費する第１のリアクタ電圧を予め加算した平均溶接電圧を算出する平均溶接電圧算出手段と、平均溶接電流、その平均溶接電流に適した平均溶接電圧とワイヤ送り速度，溶接速度，ウィービング幅などの溶接条件パラメータの増減制御，溶接トーチ位置の修正制御に使用する開先部のギャップ，開先面積，開先肩幅，左右上下方向の開先中心ずれを検出する視覚センサ及び画像処理装置とを備えるとすることもできる。
【００２２】
すなわち、本発明の溶接方法では、所望の平均溶接電流の大きさに適した平均アーク電圧と、変更した給電ケーブルの往復長さを流れる前記平均溶接電流で消費する第１のケーブル電圧の予測値と、溶接回路内のリアクタで消費する第１のリアクタ電圧とを予め加算した平均溶接電圧を定電圧制御方式のパルス溶接電源に設定して溶接すると、溶接すべき継手部材の大きさ，設置場所，作業場所及び溶接箇所の相違によって給電ケーブルの長さ変更が必要な場合でも、給電ケーブルの長さ変更で変化するケーブル電圧，リアクタで消費するリアクタ電圧を補充でき、平均溶接電流の大きさに適した所望の平均アーク電圧をアーク溶接部分で確実に出力でき、過剰なアーク電圧や電流の低下または上昇によって発生するアーク切れ，スパッタの多発，溶滴移行の乱れ，アーク溶接の乱れ，溶接ビードの悪化を防止することができる。
【００２３】
また、所望のパルス電流の出力に必要なパルスアーク電圧と、変更した給電ケーブルの往復長さを流れるパルス電流で消費する第２のケーブル電圧と、溶接回路内のリアクタで消費する第２のリアクタ電圧とを予め加算したパルス電圧またはそのパルス電圧及びパルス時間を定電圧制御方式のパルス溶接電源に設定して溶接すると、給電ケーブルの長さ変更で変化するケーブル電圧，リアクタで消費するリアクタ電圧を補充でき、所望のパルス電流，パルスアーク電圧をアーク溶接部分で出力させることができる。
【００２４】
前記定電圧制御方式のパルス溶接電源は、給電ケーブルを最長にした溶接時に必要となる高い負荷電圧，所望のパルス電流が出力可能なパルス電圧及びパルス時間の調整と、所望の平均溶接電圧，平均溶接電流またはワイヤ送り速度に連動した平均溶接電流の調整とが可能なパルス溶接電源にすると、給電ケーブルの長さを短くまたは長くした場合でも、変更した給電ケーブルの往復長さに対応した所望のパルス電圧，パルス時間，平均溶接電圧，平均溶接電流をそれぞれ正確に設定することができる。また、同時に高電流の１パルスで１溶滴が低電流のベース時間中に移行でき、小電流（平均）領域から大電流領域まで、スパッタの発生がなく、融合不良やアンダーカットなど欠陥のない良好な溶接結果を得ることができる。また、溶接中にアーク長の変化を抑制する方向に自己制御作用（電流増減によるアーク長回復作用）が働くため、溶接トーチ高さやワイヤ送り速度の微小変動によって変化したアーク長を定常状態に回復することができる。
【００２５】
また、給電ケーブルの往復長さ別に予め定めた複数のパルス電圧またはそのパルス電圧及びパルス時間と、平均溶接電圧を算出する電圧算出式とを条件テーブルに設けると、操作画面から給電ケーブル長さを選択するだけで、所定のパルス電圧，パルス時間，平均溶接電圧を定電圧制御方式のパルス溶接電源へ自動設定でき、給電ケーブルの長さ変更で必要な適正条件出しの溶接実験や面倒な計算が省略でき、使い勝手を高めることができる。
【００２６】
一方、パルス溶接電源と異なる直流溶接電源を用いる場合には、給電ケーブルを最長にした溶接時に必要となる高い負荷電圧及び定格電流が出力可能であると共に、所望の平均溶接電圧，平均溶接電流またはワイヤ送り速度に連動した平均溶接電流の調整が可能な直流溶接電源にするとよい。パルス溶接電源と比べると、スパッタの発生が多いが、直流溶接電源に使用する変圧器の定格容量を抑制することができ、制御回路も簡素で低コストである。また、所望の平均溶接電流の大きさに適した平均アーク電圧と、変更した給電ケーブルの往復長さを流れる前記平均溶接電流で消費する第１のケーブル電圧の予測値と、溶接回路内のリアクタで消費する第１のリアクタ電圧とを予め加算した平均溶接電圧を前記直流溶接電源に設定して溶接すると、パルス溶接の時とほぼ同様に、給電ケーブルの長さ変更をした場合でも、給電ケーブルの往復長さを流れる平均溶接電流で変化するケーブル電圧，リアクタで消費するリアクタ電圧が補充可能になり、平均溶接電流の大きさに対応した所望の平均アーク電圧をアーク溶接部分で確実に出力でき、アーク溶接の乱れや溶接ビードの悪化を防止することができる。
【００２７】
ケーブル電圧の予測値は、少なくとも使用する給電ケーブルの単位長さ当りの抵抗または給電ケーブルの断面積に関係する単位長さ当りの抵抗と、その往復長さと、所望の電流との関係式で算出すると、変更した給電ケーブルの往復長さで消費するケーブル電圧を正確に求めることができる。
【００２８】
さらに、開先部のギャップ，開先面積，開先肩幅，左右上下方向の開先中心ずれをリアルタイムで検出する視覚センサ及び画像処理装置を設けると、溶接制御で必要な検出情報をリアルタイムで得ることができる。また、その検出情報に基づいて、ギャップ幅または開先肩幅または開先面積と開先肩幅の大きさ対応した平均溶接電流，その平均溶接電流に適した平均溶接電圧とワイヤ送り速度，溶接速度，ウィービング幅などの溶接条件パラメータを各々算出して増減制御し、溶接線左右及び上下の位置ずれをなくす方向にトーチ位置を修正制御すると、ギャップや開先面積が変化，溶接線の曲がりやずれがある開先継手であっても、溶接条件パラメータの増減制御，トーチ位置の修正制御によって対応でき、良好な溶け込み形状の溶接結果を得ることができ、溶接を自動化することができる。
【００２９】
また、本発明の溶接装置では、変更した給電ケーブルの往復長さに対応したパルス電圧またはそのパルス電圧及びパルス時間を前記定電圧制御方式のパルス溶接電源に設定するパルス電圧設定手段と、所望の平均溶接電流の大きさに対応した平均アーク電圧と変更した給電ケーブルの往復長さを流れる前記平均溶接電流で消費する第１のケーブル電圧の予測値と溶接回路内のリアクタで消費する第１のリアクタ電圧とを予め加算した平均溶接電圧を算出する平均溶接電圧算出手段とを備えているので、溶接すべき継手部材の大きさ，設置場所，作業場所及び溶接箇所の相違によって給電ケーブルの長さ変更をした場合でも、溶接時に変化するケーブル電圧，リアクタで消費するリアクタ電圧を補充可能になり、所望のパルス電流，パルスアーク電圧，平均アーク電圧をアーク溶接部分で確実に出力することができ、小電流（平均）領域から大電流領域まで、スパッタの発生がなく、融合不良やアンダーカットなど欠陥のない良好な溶接結果を得ることができる。
【００３０】
また、溶接装置及びパルス溶接電源から溶接対象の継手部材までの距離に応じて延長する複数の給電ケーブル，配線ケーブルを備えているので、広い工場内のあちらこちらに配置された幾つかの継手部材を順次に溶接する場合、または工場外の現地で複数の継手部材を順次に組立溶接する場合でも、溶接装置及びパルス溶接電源を所定の場所に設置したままの状態で、給電ケーブル，配線ケーブルを継手部材及び溶接台車まで簡単に延長または短縮することができ、クレーン作業による装置移設を省略し、溶接台車の取り付けや装置立上げの時間を短縮することができる。
【００３１】
さらに、溶接条件パラメータの増減制御，溶接トーチ位置の修正制御に使用する開先部のギャップ，開先面積，開先肩幅，左右上下方向の開先中心ずれを検出する視覚センサ１２及び画像処理装置とを備えることにより、ギャップや開先面積が変化，溶接線の曲がりやずれがある開先継手であっても、溶接パス毎にリアルタイムで検出する適正な検出情報に基づいて、溶接条件パラメータの増減制御及びトーチ位置の修正制御を実行することができ、溶接の自動化による合理化，工数低減を図ることができる。
【００３２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の溶接方法及び溶接装置について好ましい実施の形態を図面に基づいて説明する。図１は、本発明による溶接方法を採用した自動溶接装置の一実施形態の構成を示す斜視図である。溶接すべき一対の継手部材を突合わせた溶接ワーク１ａ，１ｂは、一組の溶接制御装置１１及びパルス溶接電源１０の近くに配置されており、その溶接ワーク１ｂの長手方向に設置されたガイドレール９ａ上を溶接台車３が走行する。また、前記溶接ワーク１ａ，１ｂと開先形状が同様または異なる別の継手部材の溶接ワーク１ｃ，１ｄは、前記溶接制御装置１１及びパルス溶接電源１０から遠く離れた別の場所に配置されている。溶接台車３には、溶接ワイヤ１８を電極にするアーク溶接で用いる溶接トーチ４と、その溶接トーチ４を左右・上下方向に移動可能な駆動機構と、ワイヤ送り機構と、開先継手部のギャップ，開先面積，開先肩幅，深さ，左右上下方向の開先中心ずれを検出する視覚センサ１２及び画像処理装置とを搭載している。
【００３３】
給電ケーブル５ａ，６ａは、アーク溶接部分に給電するため、パルス溶接電源１０と、継手部材の溶接ワーク２ａ，溶接台車３に搭載された溶接トーチ４とにそれぞれ接続しており、最小長さ（例えば１５ｍ×２本＝３０ｍ）の給電ケーブルを使用している。また、溶接台車３と溶接制御装置１１の間を結ぶ配線ケーブル７ａは、溶接台車３を駆動する制御ケーブル，溶接トーチ４にシールドガスや冷却水を供給するガスホースや水ホース，視覚センサ１２を駆動する制御ケーブルなどを収納したケーブルである。操作ペンダント８は、溶接台車３や溶接トーチ４の移動操作、溶接条件パラメータの設定や修正の操作に用い、溶接前に溶接トーチ４を開始点へ移動させてトーチ（ワイヤ）位置決めし、溶接開始，溶接中に不具合が生じた時にトーチ位置や溶接条件の割込み修正，溶接停止などができるようにしている。溶接制御装置１１は、自動溶接を実行する時に溶接台車３の駆動を制御し、パルス溶接電源１０の出力を制御し、視覚センサ１２と一対の画像処理装置に指令して検出データを情報処理し、溶接トーチ４位置や溶接条件パラメータを制御し、溶接の開始から終了に至る一連の動作及び構成機器を統括管理するものである。また、この溶接制御装置１１には、アーク溶接部分で所望のパルス電流，パルスアーク電圧，平均溶接電流，平均アーク電圧を出力させるために、給電ケーブルの往復長さの違いによって消費するケーブル電圧の変化，溶接回路内のリアクタで消費するリアクタ電圧の変化を補充可能なパルス電圧，パルス時間，平均溶接電圧を設定する機能を具備している。
【００３４】
一方、溶接制御装置１１及びパルス溶接電源１０から遠く離れた別の場所に配置された溶接ワーク１ｃ，１ｄを溶接する場合には、パルス溶接電源１０と溶接ワーク１ｃ及び溶接台車３（溶接トーチ４）の間を点線で示したように複数の給電ケーブル５ａ，５ｂ，６ａ，６ｂをそれぞれジョイント１３で結んで延長接続（例えば往復長さ：１５ｍ×８本＝１２０ｍ）している。同時に、溶接台車３と溶接制御装置１１の間を結ぶ配線ケーブル７ａ，７ｂも配線コネクタ１４を介して延長接続している。なお、溶接台車３が２台ある場合は、次に溶接すべき継手部材の溶接ワーク１ｄ上に設置されたガイドレール９ｂに２台目の溶接台車３を予め取り付けでき、溶接前の段取り作業を高めることができる。溶接台車３が１台の場合には、溶接ワーク１ａ，１ｂの溶接作業が終了した後に、ガイドレール９ａから取り外して、別の溶接ワーク１ｃ，１ｄ及びガイドレール９ｂまで搬送して取り付け、給電ケーブル５ａ，５ｂ，６ａ，６ｂ、配線ケーブル７ａ，７ｂをそれぞれ延長して接続すればよい。図中の給電ケーブル５ａ，５ｂ，６ａ，６ｂは、単線ケーブルを接続して用いているが、極性の異なるケーブル２本を一体形成してリアクタを減少させた同軸ケーブルを用いてもよい。
【００３５】
パルス溶接電源１０は、給電ケーブルを最長（例えば往復長さが１５０ｍ）にした溶接時に必要となる高い負荷電圧（例えば６４〜７４Ｖ程度）、所望のパルス電流（例えば５００〜６００Ａ程度）が出力可能なパルス電圧及びパルス時間の調整と、所望の平均溶接電圧，平均溶接電流（１００〜４００Ａ）またはワイヤ送り速度に連動した平均溶接電流の調整とが可能な定電圧制御方式のパルス溶接電源である。ガスボンベ１５から供給するシールドガスは、配線ケーブル７ａ内に収納しているガスホースを経て溶接トーチ４先端に流出してアーク溶接部分を大気から保護する。ガスボンベ１５は、鋼材溶接の場合、Ａｒガスを主成分とする１０〜３０％程度のＣＯ₂ ガス入りの混合ガスボンベである。Ａｒ＋ＣＯ₂ 混合ガスの代わりに、例えば数％のＯ₂ を加えたＡｒ＋ＣＯ₂＋Ｏ₂の混合ガスやＡｒ＋Ｏ₂ の混合ガスを使用することも可能である。冷却水循環ポンプ１６から供給する冷却水は、配線ケーブル７ａ内に収納している水ホースを経て溶接トーチ内を循環冷却する。
【００３６】
図２は、本発明の溶接装置に採用した定電圧制御方式のパルス溶接電源に関する電源回路の一実施形態を示す構成図である。インバータ回路４１は、一次側端子から供給される商用交流電源を整流器４０で変換した直流を高周波交流に再変換し、その高周波交流の電圧レベルを可変決定する変圧器４２を制御する。整流器４３は、変圧器４２の出力を再度直流に変換し、スイッチング素子４４，リアクタ４５を経由して、直流パルス溶接で必要な所望の電圧及び電流を二次側端子に出力する。この定電圧制御方式のパルス溶接電源１０は、給電ケーブルを最長（例えば１５０ｍ）にした溶接時に必要となる高い負荷電圧（例えば６４〜７４Ｖ程度）を有し、所望のパルス電流（例えば５００〜６００Ａ程度）が出力可能なパルス電圧Ｖｐ，パルス時間Ｔｐなどの設定、所望の平均溶接電圧Ｅ，ワイヤ送り速度Ｗｆに連動した平均溶接電流（例えば１００〜４００Ａ）の設定を可能にしている。パルス電圧波形設定器４８は、所望のパルス電圧Ｖｐ，ベース電圧Ｖｂ，平均溶接電圧Ｅを設定するものであり、演算器４７に接続され、制御器４６を経由して、インバータ回路４２やスイッチング素子４４に伝達し、パルス溶接電源１０の二次側端子に出力される。また、パルス時間設定器４９は、パルス時間Ｔｐ，ベース時間Ｔｂ，パルス波形の周波数ｆを設定するものであり、演算器４７に接続されている。電流検出器５０ｂは、検出素子５０ａと一対で、出力中のパルス電流や平均溶接電流を検出し、パルス時間設定器４９に接続されており、必要に応じてベース時間Ｔｂの増減による電流調整を可能にしている。溶接電圧設定器５２は、パルス溶接電源１０から出力すべき平均溶接電圧Ｅを設定するものであり、パルス電圧波形設定器４８とパルス時間設定器４９とに接続されている。溶接電流設定器５３は、所望の平均溶接電流Ｉａ，ワイヤ送り速度Ｗｆを設定するものであり、パルス電圧波形設定器４８とパルス時間設定器４９，ワイヤ送りモータＭを駆動するワイヤ送り設定器５４にそれぞれ接続されている。
【００３７】
また、電源制御部６２は、定電圧制御方式のパルス溶接電源１０を外部から遠隔制御するものであり、給電ケーブル５ａ，５ｂ，６ａ，６ｂの往復長さ（最短で３０ｍ，最長で１５０ｍ）に対応したパルス電圧Ｖｐ，パルス時間Ｔｐなどを設定するパルス電圧波形設定器５７と、アーク溶接部分で出力すべき平均アーク電圧Ｖａに必要な平均溶接電圧Ｅを設定する溶接電圧設定器５５と、所望の平均溶接電流Ｉａを設定する溶接電流設定器５６とに連結され、溶接制御装置１１の内部に装備し、パルス溶接電源側１０の配線に各々接続されている。省略しているが、溶接制御装置１１の内部には、溶接台車３を駆動する各軸駆動装置，視覚センサ１２に接続しているセンサ制御器及び画像処理装置，溶接条件パラメータの適応制御や溶接トーチ位置の修正制御を演算する演算制御部，溶接データファイル，給電ケーブルの長さ別に定めたパルス条件選択テーブル，構成機器を統括制御及び管理する溶接運転プログラムなどを備えている。
【００３８】
平均溶接電圧Ｅは、所望の平均溶接電流Ｉａの大きさに適した平均アーク電圧Ｖａと、変更した給電ケーブルの往復長さＸＬ(最短で３０ｍ，最長で１５０ｍ)を流れる平均溶接電流Ｉａで消費するケーブル電圧の予測値Ｖｋ１と、リアクタで消費するリアクタ電圧ＶＬ１とを予め加算した値を設定するようにしている。アーク電圧検出器６３は、アーク２０溶接部分における平均アーク電圧Ｖａを検出するものであり、溶接電圧設定器５５に接続され、この検出電圧と指示電圧との偏差をなくすように平均溶接電圧Ｅの指令値を補正可能にしている。また、定電圧制御方式のパルス溶接電源１０に設定するパルス電圧Ｖｐは、所望のパルス電流Ｉｐの出力に必要なパルスアーク電圧Ｖｐａと、給電ケーブルの往復長さを流れるパルス電流Ｉｐで消費する第２のケーブル電圧Ｖｋ２と、リアクタで消費する第２のリアクタ電圧ＶＬ２とを予め加算したパルス電圧Ｖｐまたはそのパルス電圧Ｖｐ及びパルス時間Ｔｐである。
【００３９】
このように構成して溶接すると、溶接すべき継手部材の大きさ，設置場所，作業場所及び溶接箇所の相違によって給電ケーブルの長さ変更をした場合でも、溶接時に変化するケーブル電圧，リアクタで消費するリアクタ電圧が補充可能になり、所望のパルス電流，パルスアーク電圧，平均アーク電圧をアーク溶接部分で確実に出力することができる。また、高電流の１パルスで１溶滴が低電流のベース時間中に移行でき、小電流（平均）領域から大電流領域の溶接まで、スパッタの発生がなく、融合不良やアンダーカットなど欠陥のない良好な溶接結果を得ることができる。また、定電圧制御方式のパルス溶接電源では、溶接中にアーク長の変化を抑制する方向に自己制御作用（電流増減によるアーク長回復作用）が働くため、溶接トーチ高さやワイヤ送り速度の微小変動によって変化したアーク長を定常状態に回復することが可能である。
【００４０】
図３は、図２に示した電源主要回路より給電される溶接回路の等価回路を示す一実施形態であり、Ｒ３０〜Ｒ１５０は５種類に区分けした給電ケーブル長さ(最短で３０ｍ，最長で１５０ｍ)に該当する各ケーブル抵抗、Ｌ３０〜Ｌ１５０はケーブルのリアクタ、Ｌは電源内のリアクタ、Ｓはスイッチング素子、Ｅ，Ｖｐ，Ｖｂは、パルス溶接電源より出力する平均電圧，パルス電圧、ベース電圧であり、Ｉａ，Ｉｐ，Ｉｂは回路を流れる平均電流，パルス電流，ベース電流である。また、Ｖｅは電源出力部の検出電圧、Ｖａは溶接トーチと継手部材間の検出電圧であり、アーク２０溶接部分で生じるアーク電圧とワイヤ突出し部で消費するワイヤ電圧とを含んだ電圧である。上記の等価回路でケーブル抵抗Ｒ３０（給電ケーブルの往復長さ：３０ｍ）を実線のように接続した時の回路方程式は、概略下記の（１）（２）式で示される。Ｔｐはパルス時間、Ｔｂはベース時間である。また、高いパルス電流Ｉｐを供給するのに必要な合計のパルス電圧Ｖｐは、（３）式で示される。Ｖｐａは、ワイヤ突出しを含むアーク２０溶接部分で生じるパルスアーク電圧である。
【００４１】

交換する給電ケーブルの往復長さＸＬが長く（最長で１５０ｍ）なると、点線のようにケーブル抵抗（Ｒ１５０）の増加，リアクタ（Ｌ＋Ｌ１５０）の増加によって、パルス電流Ｉｐ，平均電流Ｉａ，平均アーク電圧Ｖａが減少するために、アーク溶接状態を悪化させることになる。したがって、アーク溶接状態を良好に保持するためには、所望のパルス電流Ｉｐ，平均電流Ｉａ，平均アーク電圧Ｖａを確保する必要があり、給電ケーブルの長さ変更（最短で３０ｍ，最長で１５０ｍ）で消費するケーブル電圧Ｖｋの予測値と、リアクタで消費するリアクタ電圧ＶＬの予測値とを予め加算したパルス電圧Ｖｐ，平均溶接電圧Ｅをパルス溶接電源より出力させる必要がある。
【００４２】
図４は、本発明の溶接方法において、溶滴の安定移行及びスパッタの発生防止を図るためのパルスアーク溶接の電圧・電流波形及びワイヤ先端の溶滴移行の概要を示す説明図である。横軸の時間ｔ（ｍｓ）に対する縦軸には、ワイヤ送り速度Ｗｆ，電源出力の電圧波形，アーク溶接部分のアーク電圧の波形，パルス電流とベース電流の波形、ワイヤ溶滴の形成と移行の概要を示している。パルス溶接電源１０より高いパルス電圧Ｖｐ・電流Ｉｐと低いベース電圧Ｖｂ・電流Ｉｂを交互に出力させる。または直流の低いベース電圧Ｖｂ・電流Ｉｂに高電流のパルス電圧Ｖｐ・電流Ｉｐのパルス波形を重畳して出力させてもよい。
【００４３】
このパルス電圧Ｖｐ・電流Ｉｐの時間Ｔｐ中に、溶融させたワイヤ１８先端に溶滴１９を形成させ、パルス時間Ｔｐ終了後のベース時間Ｔｂ前半に、ワイヤ溶滴１９を母材１ａ，１ｂ側の溶融プール２１へ離脱移行させる１パルスで１溶滴移行が可能な適正パルス溶接波形を出力させている。例えば、鋼材用の１.２mm 径のソリッドワイヤを使用する場合、パルス電流Ｉｐを高めの６００Ａ程度、そのパルス時間Ｔｐを１.５〜２.０ｍｓの範囲に設定してパルス溶接すると、高電流の１パルスで１溶滴を低電流のベース時間前半に移行させることができ、同時に、高いパルス電流によるアーク力によって溶け込み深さを増加することもできる。平均溶接電流Ｉａは、ベース時間Ｔｂの増減制御によって増減でき、また、ワイヤ送り速度Ｗｆも同期させて増減するようにしている。
【００４４】
ここでは、所望のパルス電流Ｉｐ、平均溶接電流Ｉａを確保するために、特に、給電ケーブルの往復長さを流れるパルス電流Ｉｐで消費する第２のケーブル電圧Ｖｋ２と、リアクタで消費する第２のリアクタ電圧ＶＬ２との予測値を予め加算したパルス電圧Ｖｐをパルス溶接電源１０より出力させている。リアクタ電圧ＶＬ２は、主にパルス電流波形の立上り立下りを緩やかにする方向に働く。また、アーク溶接部分で必要な平均アーク電圧Ｖａを確保するために、平均溶接電流Ｉａで消費する第１のケーブル電圧Ｖｋ１の予測値と、リアクタで消費する第１のリアクタ電圧ＶＬ１の予測値とを加算した平均溶接電圧Ｅを出力させている。平均アーク電圧Ｖａは、ワイヤ溶滴１９の移行時に短絡移行が生じない程度のアーク長が保持可能な適正アーク電圧である。
【００４５】
このように、給電ケーブルの長さ変更をした場合でも、適正なパルス電流Ｉｐとパルス時間Ｔｐ、平均溶接電流Ｉａの大きさに適した平均アーク電圧Ｖａを出力させて溶接すると、高電流の１パルスで１溶滴が低電流のベース時間中に移行でき、小電流（平均）領域から大電流領域の溶接まで、スパッタの発生がなく、融合不良やアンダーカットなど欠陥のない良好な溶接結果を得ることができる。
【００４６】
図５は、給電ケーブルの断面Ｂと単位長さ当りのケーブル抵抗Ｒ１（Ω／ｍ）の関係を示す特性図であり、断面Ｂが小さくなるに従ってケーブル抵抗Ｒ１が大きくなる様子を示している。単位長さ当りのケーブル抵抗Ｒ１は、下記の（４）式で示される。Ｃ１，Ｃ２はケーブル定数である。
【００４７】
ケーブル抵抗：Ｒ１＝Ｃ１／Ｂ^C2（Ω／ｍ） …（４）
図６は、断面が６０mm² の給電ケーブル長さ（ＸＬ＝１０〜１５０ｍ）を変化させた時にアーク溶接部分で出力すべきパルスアーク電圧Ｖｐａと、給電ケーブルＸＬを流れる所望のパルス電流（例えばＩｐ＝６００Ａ）で消費するケーブル電圧Ｖｋ２と、リアクタで消費するリアクタ電圧ＶＬ２と、パルス溶接電源から給電が必要な合計のパルス電圧Ｖｐとの関係を示す特性図である。パルス電流６００Ａ（●印の線）の通電で消費すると予想されるケーブル電圧Ｖｋ２（△印の線）は、ケーブル長さＸＬとパルス電流Ｉｐの大きさに比例増加（Ｖｋ２＝Ｒ１・ＸＬ・Ｉｐ）する。例えば、ケーブル長さＸＬ＝３０ｍの場合で約Ｖｋ２＝５.６Ｖ，ＸＬ＝１５０ｍの場合で５倍の約Ｖｋ２＝２８Ｖにもなる。また、溶接回路内のリアクタで消費すると予想される平均的なリアクタ電圧ＶＬ２｛□印の線｝もある。この平均的なリアクタ電圧｛ＶＬ２＝（Ｌ＋ＬＲ）・ｄＩｐ／ｄｔ｝の値は、ケーブル電圧Ｖｋ２の値に比べると小さいが、ケーブル長さによってＬＲのリアクタ成分（インダクタンス成分）が変化し、無視することができない。単線ケーブルの代わりに同軸ケーブルを用いた場合、ＬＲのリアクタ成分を小さくすることが可能である。
【００４８】
パルス溶接電源より給電すべき合計のパルス電圧Ｖｐ（○印の線）は、下記の（５）式で示される。断面が８０mm² で少し太い給電ケーブルまたは４０mm² で細い給電ケーブルを使用する場合でも、（４）（５）式よりパルス電圧Ｖｐを算出することできる。また、ベース電流Ｉｂの出力に必要なベース電圧Ｖｂも同様な方法で算出可能である。なお、ベース電流Ｉｂは、パルス電流Ｉｐと比べて約１／８〜１／１０程度の低い値であり、ケーブル電圧，リアクタ電圧の変化によるベース電圧Ｖｂ及びベース電流Ｉｂの変化量（ΔＩｂ，ΔＶｂ）は小さい。
【００４９】
パルス電圧：Ｖｐ＝Ｖｐａ＋Ｖｋ２＋ＶＬ２ …（５）
このように、所望のパルスアーク電圧Ｖｐａと、給電ケーブルの往復長さＸＬを流れるパルス電流Ｉｐで生じるケーブル電圧Ｖｋ２と、リアクタ電圧ＶＬとを加算したパルス電圧Ｖｐを出力させて溶接すると、給電ケーブルの長さ変更をした場合でも、所望のパルス電流Ｉｐ及びパルスアーク電圧Ｖｐａをアーク溶接部分で出力でき、小電流（平均）領域から大電流領域の溶接まで、スパッタの発生がなく、融合不良やアンダーカットなど欠陥のない良好な溶接結果を得ることができる。
【００５０】
図７は、給電ケーブルの往復長さ（ＸＬ）を３０ｍ使用時と１５０ｍ使用時との溶接で必要な所望の平均溶接電流Ｉａ（パルス電流Ｉｐも同列記載）を変化させた時の適正な平均アーク電圧Ｖａと、ケーブル電圧Ｖｋ１と、リアクタ電圧Ｖｋ１と、溶接電源より出力すべき平均溶接電圧Ｅとの関係を示す一実施形態の特性図である。平均溶接電流Ｉａの大きさに適した平均アーク電圧Ｖａをアーク溶接部分で正確に出力するためには、ケーブルを流れるＩａで消費するケーブル電圧(Ｖｋ１＝Ｒ１・ＸＬ・Ｉａ)と、リアクタで消費するリアクタ電圧｛ＶＬ１＝（Ｌ＋ＬＲ）・ｄＩａ／ｄｔ｝とを加算した平均溶接電圧Ｅを溶接電源より出力する必要がある。溶接電源より出力すべき平均溶接電圧Ｅは、（１）式を変形した下記の（６）式で求められる。また、アーク溶接部分で確保すべき平均アーク電圧Ｖａは、アーク成分とワイヤ突出し成分との合計電圧であり、平均溶接電流Ｉａにほぼ比例増加し、（７）式で求められる。Ｃ３，Ｃ５はアーク電圧定数であり、ＷｘとＣ４はワイヤ突出し長さと、使用するワイヤ径や材質などで決まるワイヤ定数である。
【００５１】
平均溶接電圧：Ｅ＝Ｖａ＋Ｖｋ１＋ＶＬ１ …（６）
平均アーク電圧：Ｖａ＝（Ｃ３＋Ｃ４・Ｗｘ）・Ｉａ＋Ｃ５ …（７）
このように、平均溶接電流Ｉａの大きさに適した平均アーク電圧Ｖａと、給電ケーブルの往復長さを流れる平均溶接電流Ｉａで変化するケーブル電圧Ｖｋ１と、リアクタ電圧ＶＬ１とを加算した平均溶接電圧Ｖａを設定して溶接すると、給電ケーブルの長さ変更をした場合でも、溶接時に変化するケーブル電圧，リアクタで消費するリアクタ電圧が補充可能になり、平均溶接電流の大きさに適した所望の平均アーク電圧をアーク溶接部分で確実に出力でき、過剰なアーク電圧や電流の低下または上昇によって発生するアーク切れ，スパッタの多発，溶滴移行の乱れ，アーク溶接の乱れ，溶接ビードの悪化を防止することができる。
【００５２】
一方、パルス溶接電源と異なる直流溶接電源を用いる場合には、給電ケーブルを最長にした溶接時に必要となる高い負荷電圧及び定格電流が出力可能であると共に、所望の平均溶接電圧，平均溶接電流またはワイヤ送り速度に連動した平均溶接電流の調整が可能な直流溶接電源にすればよい。パルス溶接電源と比べると、スパッタの発生が多いが、直流溶接電源に使用する変圧器の定格容量を抑制することができ、制御回路も簡素で低コストである。また、上記の（６）式で算出する平均溶接電圧Ｖａ値を設定して溶接すると、パルス溶接時とほぼ同様に、給電ケーブルの長さ変更をした場合でも、溶接時に変化するケーブル電圧，リアクタ電圧が補充可能になり、平均溶接電流の大きさに対応した所望の平均アーク電圧をアーク溶接部分で確実に出力でき、アーク溶接の乱れや溶接ビードの悪化を防止することができる。
【００５３】
表１は、定電圧制御方式のパルス溶接電源によるパルス溶接で使用する給電ケーブル長さ別に定めた条件テーブルを示す一実施形態である。本条件テーブルには、５種類のケーブル長さＸＬに別に定めたパルス電圧Ｖｐ，パルス時間Ｔｐ，ベース電圧Ｖｂ，パルス電流Ｉｐ，平均溶接電圧Ｅ，平均アーク電圧Ｖａを示している。パルス電圧Ｖｐとパルス時間Ｔｐは、パルス電流Ｉｐを約６００Ａ出力させるのに必要なケーブル長さ別に定めた値であり、そのパルス電圧Ｖｐ値は、上記の（５）式と図６より算出できる。ベース電圧Ｖｂについては、７０Ａ程度のベース電流Ｉｂを出力させて保持する値である。平均溶接電流Ｉａの大きさに適した平均溶接電圧Ｅは、上記の（６）式と図７より算出でき、また、平均アーク電圧Ｖａは、（７）式と図７より算出することができる。
【００５４】
【表１】

【００５５】
このように、給電ケーブルの往復長さＸＬ別に定めた複数のパルス電圧Ｖｐまたはそのパルス電圧Ｖｐ及びパルス時間Ｔｐと、平均溶接電圧Ｖａを算出する電圧算出式とを条件テーブルに設けると、操作画面から給電ケーブル長さを選択するだけで、所定のパルス電圧，パルス時間，平均溶接電圧Ｖａを定電圧制御方式のパルス溶接電源へ自動設定でき、給電ケーブルの長さ変更で必要な適正条件出しの溶接実験や面倒な計算が省略でき、使い勝手を高めることができる。
【００５６】
図８は、本発明の溶接方法において、視覚センサによる検出情報に基づいて初層溶接の条件パラメータを制御する一実施形態を示す説明図である。開先部のギャップ幅Ｇｓの検出画像と、ギャップ幅の大きさ（Ｇｓ＝０，Ｇｓ＝５mm）に応じて出力させるパルス電流波形と、溶着量Ｓ１を増減させて形成した溶接ビード断面と、平均溶接電流Ｉａ，平均溶接電圧Ｅ，溶接速度Ｖｐなどの溶接条件パラメータを増減制御する様子とを示している。給電ケーブルの往復長さＸＬは３０ｍ（断面６０mm² ）であり、そのケーブル長さに合った溶接条件を出力させている。
【００５７】
深溶け込みが必要なギャップのない部分及びその近傍では、高めの平均溶接電流Ｉａとその平均溶接電流Ｉａに適した平均溶接電圧Ｅａを出力させる。平均溶接電流Ｉａが高いと、ワイヤ送り速度Ｗｆ（溶融速度）が速くなるために、溶接すべき溶着量Ｓ１（ワイヤ溶着面積）が減少するように溶接速度Ｖｓを速くしている。開先部のギャップ幅Ｇｓが大きくなるに従って、平均溶接電流Ｉａを階段状に減少させてアーク力を弱めると共に、それに適した平均アーク電圧Ｖａ及びワイヤ送り速度Ｗｆをアーク溶接部分で出力させている。同時に、溶接すべき溶着量Ｓ１を増加させるために溶接速度Ｖｓを減少させると共に、開先両壁を溶融させるためにウィービング幅Ｕｗを増加させる制御を実行している。省略しているが、開先中心ずれΔＹｓ，ΔＺｓの検出情報を用いて、溶接線左右及び上下の位置ずれをなくす方向に溶接トーチ位置Ｙ，Ｚを修正制御している。ギャップ幅の広い部分には、開先部の裏側に予め裏当て材(例えばセラミック性の裏当て材)を設置すると、溶け落ちを防止できる。
【００５８】
図９は、充填層溶接の条件パラメータを制御する一実施形態を示す説明図である。初層後の充填層溶接では、開先肩幅Ｗｓまたはビード幅Ｂｓ，開先面積Ａｓの検出情報を用い、平均溶接電流Ｉａ、その平均溶接電流Ｉａに適した平均溶接電圧Ｅａとワイヤ送り速度Ｗｓ，溶接速度Ｖｓ，ウィービング幅Ｕｗなどの溶接条件パラメータを各々算出して増減制御している。平均溶接電流Ｉａ及び平均溶接電圧Ｅａは、初層の溶接時より低めであり、開先両壁を溶融させるために、開先肩幅Ｗｓが大きさに応じてＩａ及びＥａを階段状に増加させ、ウィービング幅Ｕｗも増加させている。同時に、開先面積Ａｓの大きさに対応した溶接すべき溶着量Ｓ１を増加させるために、溶接速度Ｖｓを減少させる制御を実行している。また、初層溶接の時と同様に、溶接トーチ位置Ｙ，Ｚを修正制御している。
【００５９】
仕上層の溶接では、視覚センサによる開先形状検出が困難となるため、その検出動作を停止して、前層溶接で検出した記録データを再度用い、溶接すべき残存の溶着面積を算出し、その平均溶接電流Ｉａに適した平均溶接電圧Ｅａとワイヤ送り速度Ｗｆ，溶接速度Ｖｓ，ウィービング幅Ｕｗなどの溶接条件パラメータを各々算出して増減制御するとよい。ここでは、Ｖ開先の溶接例を示したが、Ｕ開先，レ開先，Ｘ開先，すみ肉の溶接に対しても、本溶接制御が適用可能である。
【００６０】
このように制御して溶接すると、ギャップや開先面積が変化、溶接線の曲がりや位置ずれがある開先継手であっても、溶接パス毎に実行する溶接条件パラメータの増減制御，トーチ位置の修正制御によって対応でき、良好な溶け込み形状の溶接結果を得ることができ、溶接を自動化することができる。
【００６１】
【発明の効果】
本発明の溶接方法及び溶接装置によれば、溶接すべき継手部材の大きさ，設置場所，作業場所及び溶接箇所の相違によって給電ケーブルの長さ変更をした場合でも、溶接時に変化するケーブル電圧，リアクタで消費するリアクタ電圧を補充可能になり、所望のパルス電流，パルスアーク電圧，平均アーク電圧をアーク溶接部分で確実に出力することができ、小電流（平均）領域から大電流領域まで、スパッタの発生がなく、融合不良やアンダーカットなど欠陥のない良好な溶接結果を得ることができる。また、溶接装置及び溶接電源を所定の場所に設置したままの状態で、給電ケーブル，配線ケーブルを継手部材及び溶接台車まで簡単に延長または短縮することができ、クレーン作業による装置移設を省略し、溶接台車の取り付けや装置立上げの時間を短縮でき、さらに自動の溶接化による合理化，工数低減を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による溶接方法を採用した自動溶接装置の一実施形態の構成を示す斜視図である。
【図２】定電圧制御方式と異なる定電流制御方式のパルス溶接電源に関する電源回路の一実施形態を示すブロックである。
【図３】図２で示した電源主要回路より給電される溶接回路の等価回路を示す一実施形態である。
【図４】溶滴の安定移行及びスパッタの発生防止を図るためのパルスアーク溶接の電圧・電流波形及びワイヤ先端の溶滴移行の概要を示す説明図である。
【図５】給電ケーブルの断面Ｂと単位長さ当りのケーブル抵抗Ｒ１（Ω／ｍ）の関係を示す特性図である。
【図６】断面が６０mm² の給電ケーブル長さ（ＸＬ＝１０〜１５０ｍ）を変化させた時にパルス溶接電源から給電が必要な合計のパルス電圧Ｖｐの関係を示す特性図である。
【図７】給電ケーブルの往復長さ（ＸＬ）を３０ｍ使用時と１５０ｍ使用時との溶接で必要な所望の平均溶接電流Ｉａと平均溶接電圧Ｅとの関係を示す一実施形態の特性図である。
【図８】視覚センサによる検出情報に基づいて初層溶接の条件パラメータを制御する一実施形態を示す説明図である。
【図９】充填層溶接の条件パラメータを制御する一実施形態を示す説明図である。
【符号の説明】
１ａ，１ｂ，１ｃ，１ｄ…溶接ワーク、２…開先部の溶接線、４…溶接トーチ、５ａ，５ｂ，６ａ，６ｂ…給電ケーブル、７ａ，７ｂ…配線ケーブル、１０…パルス溶接電源、１１…溶接制御装置、１２…視覚センサ、１８…ワイヤ、１９…ワイヤ溶滴、２０…アーク、２１…溶融池、４１…インバータ回路、４５…リアクタ、４６…制御器、４７…演算器、４８，５７…パルス電圧波形設定器、４９…パルス時間設定器、５０ａ…電流検出素子、５０ｂ…電流検出器、５１…電圧検出器、５２，５５…溶接電圧設定器、５３，５６…溶接電流設定器、５４…ワイヤ送り設定器、６０，６２…電源制御部、６３…アーク電圧検出器。[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a change in the length of a power supply cable used in arc welding using a welding wire as an electrode, and in particular, outputs a desired average welding current and an appropriate average welding voltage suitable for the reciprocating length of the changed power supply cable. In particular, the present invention relates to a welding method and a welding apparatus suitable for welding well.
[0002]
[Prior art]
Large structures such as power plants and chemical plants often use long plate-like joint members, and some can be welded in the factory and others require assembly welding on site. These joint members are not uniform in size, installation location, and work location, and may be welded at a location close to the location where the welding power source and welding equipment are installed, or may be welded at a location more than 50 m away. For example, there are times when welding is performed at a height of 10 m or more.
[0003]
In order to carry out these welding operations, at least a power supply cable is connected between the welding power source, the joint member, and the welding torch so that power can be supplied, and a suitable welding current and the welding current are suitable. It is necessary to be able to output an arc voltage. However, if the length of the power supply cable is changed, the cable resistance and reactor will change, so the desired welding current and arc voltage cannot be output under the default welding conditions, resulting in adverse effects on arc welding. Become. Further, when performing pulse arc welding using a wire melting type pulse welding power source, it is not only possible to output a desired welding current and arc voltage by changing the length of the feeding cable, but also a desired high pulse current and A state in which a pulse arc voltage suitable for the pulse current cannot be output is reached. For this reason, when welding is performed with the length of the power supply cable changed, it is necessary to conduct an experiment to determine the welding conditions that match the changed power supply cable length, and the arc welding voltage suitable for the magnitude of the welding current is required. Appropriate pulse welding conditions must be re-established. Furthermore, if the power supply cable is excessively long, the output capacity of the welding power source is exceeded due to an increase in cable resistance, leading to a state where the desired arc welding cannot be performed.
[0004]
As one method for eliminating the change in the length of the power supply cable, for example, it is conceivable to transport and transfer the welding power source and the welding apparatus near the joint member to be welded. However, not only equipment transfer by crane work is required, but there are limits to the equipment transfer location and welding work range. In addition, if the power supply cable is in the longest state, when welding work is required near the welding power source and the welding equipment, the longest power supply cable becomes a troublesome thing and becomes an obstacle to tidy up. The reactor changes due to changes in the way the power cable is placed and wound, which may adversely affect the results of arc welding.
[0005]
Furthermore, in order to automate the welding, for example, it is necessary to perform adaptive control of welding condition parameters and correction control of the welding torch position based on detection information by a visual sensor that detects the groove shape dimension and the position of the welding line. is there.
[0006]
As a conventional technique, for example, Patent Document 1 includes an arithmetic unit that calculates an electrical characteristic value of an inductance L2 of a load circuit, and a control unit that switches an operation state of the control circuit based on an output of the arithmetic unit. Is disclosed. However, this welding power supply unit does not take into account the cable voltage consumed by the current flowing through the power supply cable whose length has been changed, so it is possible to replace a long power supply cable whose cable length changes several times. It seems difficult to do. Although the output waveform signal of the pulse current is described in detail, the average arc voltage suitable for the desired average welding current and the magnitude of the average welding current required for welding work accompanying the change in the length of the power supply cable The average welding voltage to be set for the welding power source is not described.
[0007]
In Patent Document 2, a power supply unit that outputs a DC voltage of 100 V or more and a welding control unit are divided, and a power supply cable having an arbitrary length is provided between the output terminal of the power supply unit and the input terminal of the welding control unit. Is disclosed. This power source for arc welding is considered to be effective for facilitating the diameter reduction and length change of the power supply cable and for easily moving the welding control unit near the joint member located away from the power supply unit. . However, the cable voltage consumed by the current flowing through the power supply cable connected in the welding circuit and the reactor voltage consumed by the reactor are borne by the power supply unit, and the welding voltage obtained by adding these consumption voltages is the power supply unit side. Must be set and output. When the length of the power supply cable is changed, the cable resistance and the reactor change, so that the desired welding current and arc voltage cannot be output under the default welding conditions, which adversely affects arc welding. The same applies to the pulse arc welding, and it is essential to set the pulse welding conditions suitable for the power supply cable by changing the length and diameter.
[0008]
On the other hand, Patent Document 3 uses arc welding using non-consumable tungsten as an electrode, and is not pulse arc welding or arc welding using a welding wire as an electrode. Moreover, the length change of the power feeding cable was not assumed. For this reason, in the method of controlling multi-layer welding and the multi-layer welding apparatus disclosed in Patent Document 3, it is difficult to adaptively control welding condition parameters based on detection information by a visual sensor necessary for pulse arc welding or arc welding using a welding wire as an electrode. In addition, it is difficult to cope with the pulse welding condition setting suitable for changing the length of the power supply cable.
[0009]
[Patent Document 1]
JP-A-8-103868 (abstract, claims)
[Patent Document 2]
Japanese Patent Laid-Open No. 9-271940 (abstract, claims)
[Patent Document 3]
Japanese Patent Laid-Open No. 10-216940 (Abstract, Claims)
[0010]
[Problems to be solved by the invention]
It is an object of the present invention to output a desired average welding current, an appropriate average welding voltage, a pulse voltage, and a pulse current suitable for changing the length of a power supply cable used in arc welding using a welding wire as an electrode, and to perform welding well. It is another object of the present invention to provide a welding method and a welding apparatus that are suitable.
[0011]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, the present invention is directed to a welding operation in which the distance between the joint member and the welding device varies depending on the size of the joint member to be welded, the installation location, the work location, and the welding location. The joint is obtained by changing the reciprocating length of the feed cable connected between the pulse welding power source of constant voltage control system used in arc welding using a welding wire as an electrode, and the welding torch mounted on the joint member and welding carriage. In a welding method for welding members, an average arc voltage suitable for a desired average welding current magnitude, and a predicted value of the first cable voltage consumed by the average welding current flowing through the reciprocating length of the changed power supply cable, A welding method is proposed in which an average welding voltage obtained by adding in advance a first reactor voltage consumed in a reactor in a welding circuit is set to the pulse welding power source of the constant voltage control method and welded.
[0012]
In order to achieve the above object, the present invention is directed to a welding operation in which the distance between the joint member and the welding apparatus varies depending on the size, installation location, work location, and welding location of the joint member to be welded. In addition, the reciprocating length of the power supply cable connected between the pulse welding power source of the constant voltage control method used in arc welding with the welding wire as an electrode and the welding torch mounted on the joint member and welding carriage is changed. In the welding method for welding the joint member, a pulse arc voltage necessary for outputting a desired pulse current, a second cable voltage consumed by the pulse current flowing through the reciprocating length of the changed power supply cable, and a welding circuit A pulse voltage obtained by adding the second reactor voltage consumed in the reactor in advance or the pulse voltage and the pulse time to the pulse welding power source of the constant voltage control method is set as desired. The average arc voltage suitable for the magnitude of the average welding current, the predicted value of the first cable voltage consumed by the average welding current flowing through the reciprocating length of the changed feeding cable, and the first consumed by the reactor in the welding circuit A welding method is proposed in which welding is performed by setting an average welding voltage obtained by adding the reactor voltage in advance.
[0013]
In particular, the constant voltage control type pulse welding power source has a high load voltage, a pulse voltage capable of outputting a desired pulse current and a pulse time, and a desired average welding voltage. , A pulse welding power source capable of adjusting the average welding current or the average welding current in conjunction with the wire feed speed. When performing welding, the pulse arc voltage required for the output of the desired pulse current and the changed power supply cable A pulse voltage or a pulse voltage and a pulse time obtained by adding in advance the second cable voltage consumed by the pulse current flowing through the reciprocating length and the second reactor voltage consumed by the reactor in the welding circuit is set to a desired value. Pulse current and pulse arc voltage are output, and the average arc voltage suitable for the desired average welding current size and the reciprocation of the modified power supply cable An average welding voltage obtained by adding in advance the predicted value of the first cable voltage consumed by the average welding current flowing through the first reactor voltage and the first reactor voltage consumed by the reactor in the welding circuit is set, and the average arc voltage is set. It is good to output at the arc welding part.
[0014]
In addition, when a plurality of pulse voltages determined at least according to the reciprocating length of the power supply cable or the pulse voltage and pulse time thereof and a voltage calculation formula for calculating the average welding voltage are provided in the condition table, Set the pulse voltage or the pulse voltage and the pulse time determined in advance by selecting the length to the pulse welding power source of the constant voltage control method, output the desired pulse current and pulse arc voltage, and control the increase or decrease of the average welding current. The average arc voltage suitable for the size, the predicted value of the first cable voltage consumed by the average welding current flowing through the reciprocating length of the changed power supply cable, and the first reactor voltage consumed by the reactor in the welding circuit Is set in advance, and the average arc voltage may be output at the arc welding portion.
[0015]
In addition, a pulse voltage that can be supplemented with the second cable voltage consumed by the desired pulse current flowing through the reciprocating length of the changed power supply cable and the second reactor voltage consumed by the reactor, or the pulse voltage and the pulse time thereof are set. And setting an average welding voltage capable of supplementing the first cable voltage consumed by the average welding current controlled to increase or decrease during welding and the first reactor voltage consumed by the reactor, and at least a high current A pulse current and pulse arc voltage that can be transferred during one pulse per low current during one pulse are output, and an average arc voltage that can maintain an arc length that does not cause a short-circuit transfer during wire droplet transfer. It is good to output and weld.
[0016]
When using a DC welding power source that outputs a DC current different from the pulse current, it is possible to output the high load voltage and rated current required for welding with the longest feed cable, as well as the desired average welding voltage and average welding. A DC welding power source that can adjust the average welding current in conjunction with the current or wire feed rate. When performing welding, the average arc voltage suitable for the desired average welding current magnitude and the reciprocating length of the changed feed cable An average welding voltage obtained by adding in advance the predicted value of the first cable voltage consumed by the average welding current flowing through the first reactor voltage and the first reactor voltage consumed by the reactor in the welding circuit is set, and the average arc voltage is set. It is also possible to output at the arc welding part.
[0017]
The predicted value of the cable voltage is a relational expression of at least the resistance per unit length of the power supply cable to be used or the resistance per unit length related to the cross-sectional area of the power supply cable, the reciprocation length, and the desired current. It is good to calculate.
[0018]
In addition, a visual sensor and an image processing device that detect gaps in the groove portion, groove area, groove shoulder width, groove center deviation in the horizontal and vertical directions in real time are provided, and when performing welding, the gap width or groove shoulder width Or, control the increase / decrease by calculating the average welding current corresponding to the groove area and groove shoulder width, and the welding condition parameters such as the average welding voltage and wire feed speed, welding speed, and weaving width suitable for the average welding current. The torch position may be corrected and controlled in a direction that eliminates the misalignment of the welding line left and right and up and down.
[0019]
In order to achieve the above object, the present invention is directed to a welding operation in which the distance between the joint member and the welding apparatus varies depending on the size, installation location, work location, and welding location of the joint member to be welded. In addition, the reciprocating length of the power supply cable connected between the pulse welding power source of the constant voltage control method used in arc welding with the welding wire as an electrode and the welding torch mounted on the joint member and welding carriage is changed. In the welding apparatus for welding the joint member, a pulse voltage setting means for setting the pulse voltage corresponding to the reciprocating length of the changed power feeding cable or the pulse voltage and the pulse time in the pulse welding power source of the constant voltage control method, and an average The average arc voltage suitable for the magnitude of the welding current, the first cable voltage consumed by the average welding current flowing through the reciprocating length of the changed feeding cable, and the reactor Suggest welding apparatus provided with an average welding voltage calculating means for calculating an average welding voltage first reactor voltage previously adding to consume.
[0020]
In particular, a drive mechanism that can move the welding torch left and right and up and down and move in the welding line direction, a carriage control means that controls a welding carriage equipped with a wire feed mechanism, and a power supply control that controls a constant voltage control type pulse welding power supply Means, a plurality of power supply cables extending in accordance with the distance from the pulse welding power source and the welding apparatus to the joint member to be welded, a spare wiring cable containing similarly extended control cables, gas hoses, and the like, and a power supply cable The pulse voltage setting means for setting the pulse voltage corresponding to the reciprocal length of the current or the pulse voltage and pulse time, the average arc voltage suitable for the average welding current, and the reciprocating length of the changed power supply cable Average welding voltage calculation means for calculating an average welding voltage obtained by adding in advance a cable voltage of 1 and a first reactor voltage consumed in the reactor. You may obtain.
[0021]
Also, a drive mechanism that can move the welding torch left and right and up and down and move in the welding line direction, a carriage control means that controls a welding carriage equipped with a wire feed mechanism, and a power supply control that controls a constant voltage control type pulse welding power supply Means, a plurality of power supply cables extending in accordance with the distance from the pulse welding power source and the welding apparatus to the joint member to be welded, a spare wiring cable containing similarly extended control cables, gas hoses, and the like, and a power supply cable The pulse voltage setting means for setting the pulse voltage corresponding to the reciprocal length of the current or the pulse voltage and pulse time, the average arc voltage suitable for the average welding current, and the reciprocating length of the changed power supply cable Average welding voltage calculating means for calculating an average welding voltage obtained by adding in advance a cable voltage of 1 and a first reactor voltage consumed in the reactor; Average welding current, average welding voltage suitable for the average welding current, increase / decrease control of welding condition parameters such as wire feed speed, welding speed, weaving width, gap of groove part used for correction control of welding torch position, groove A visual sensor and an image processing device for detecting an area, a groove shoulder width, and a groove center shift in the horizontal and vertical directions may be provided.
[0022]
That is, in the welding method of the present invention, the average arc voltage suitable for the desired average welding current and the predicted value of the first cable voltage consumed by the average welding current flowing through the reciprocating length of the changed power supply cable. When welding is performed by setting an average welding voltage obtained by adding the first reactor voltage consumed by the reactor in the welding circuit in advance to the pulse welding power source of the constant voltage control method, the size of the joint member to be welded and the installation location Even when the length of the power supply cable needs to be changed due to differences in the work site and welding location, the cable voltage that changes with the change in the length of the power supply cable and the reactor voltage consumed by the reactor can be supplemented, and the average welding current can be increased. A suitable desired average arc voltage can be reliably output at the arc welding part, and arc breakage or spatter caused by excessive arc voltage or current decrease or increase Calling, it is possible to prevent disturbance of the droplet transfer, the arc welding disturbed, the deterioration of the weld bead.
[0023]
In addition, a pulse arc voltage necessary for outputting a desired pulse current, a second cable voltage consumed by the pulse current flowing through the reciprocating length of the changed power supply cable, and a second reactor consumed by the reactor in the welding circuit When welding by setting the pulse voltage or the pulse voltage and pulse time to the constant voltage control type pulse welding power source in advance, the cable voltage that changes with the change in the length of the power supply cable and the reactor voltage that is consumed by the reactor The desired pulse current and pulse arc voltage can be output at the arc welding part.
[0024]
The pulse welding power source of the constant voltage control method is a high load voltage required at the time of welding with the longest feed cable, adjustment of pulse voltage and pulse time capable of outputting a desired pulse current, desired average welding voltage, average When a pulse welding power source that can adjust the welding current or the average welding current linked to the wire feed speed is used, even if the length of the power supply cable is shortened or lengthened, the desired length corresponding to the reciprocating length of the power supply cable is changed. The pulse voltage, pulse time, average welding voltage, and average welding current can be set accurately. At the same time, one droplet of high current can be transferred during the low current base time, no spatter is generated from the small current (average) region to the large current region, and there is no defect such as poor fusion or undercut. Good welding results can be obtained. In addition, self-control action (arc length recovery action by increasing / decreasing current) works in the direction to suppress the change of arc length during welding, so that the arc length changed by minute fluctuations in welding torch height and wire feed speed is restored to the steady state. can do.
[0025]
In addition, when a plurality of pulse voltages determined in advance for each reciprocating length of the power supply cable or pulse voltage and pulse time thereof and a voltage calculation formula for calculating the average welding voltage are provided in the condition table, the length of the power supply cable can be determined from the operation screen. Simply select the pulse voltage, pulse duration, and average welding voltage to the constant voltage control type pulse welding power source, and change the length of the power supply cable to perform necessary welding conditions and troublesome calculations. It can be omitted and the usability can be improved.
[0026]
On the other hand, when a DC welding power source different from the pulse welding power source is used, a high load voltage and rated current required for welding with the longest feed cable can be output, and a desired average welding voltage, average welding current or A DC welding power source capable of adjusting the average welding current in conjunction with the wire feed speed is preferable. Compared with the pulse welding power source, spatter is generated more, but the rated capacity of the transformer used for the DC welding power source can be suppressed, and the control circuit is simple and low-cost. Further, an average arc voltage suitable for a desired average welding current magnitude, a predicted value of the first cable voltage consumed by the average welding current flowing through the reciprocating length of the changed power supply cable, and a reactor in the welding circuit When welding with the average welding voltage added in advance to the first reactor voltage consumed in the DC welding power source, even when the length of the power feeding cable is changed, as in the case of pulse welding, the power feeding cable The cable voltage that changes with the average welding current flowing through the reciprocating length of the reactor and the reactor voltage that is consumed by the reactor can be supplemented, and the desired average arc voltage corresponding to the magnitude of the average welding current can be reliably output at the arc welding part. Further, it is possible to prevent disturbance of arc welding and deterioration of the weld bead.
[0027]
The predicted value of the cable voltage is calculated by the relational expression of at least the resistance per unit length of the power supply cable to be used or the resistance per unit length related to the cross-sectional area of the power supply cable, the reciprocation length, and the desired current. Then, the cable voltage consumed with the reciprocation length of the changed electric power feeding cable can be calculated | required correctly.
[0028]
Furthermore, if a visual sensor and an image processing device for detecting in real time the gap of the groove portion, the groove area, the groove shoulder width, and the groove center deviation in the horizontal and vertical directions are provided, detection information necessary for welding control is obtained in real time. be able to. Based on the detected information, the average welding current corresponding to the gap width, groove shoulder width or groove area and groove shoulder width, average welding voltage and wire feed speed suitable for the average welding current, welding speed, When the welding condition parameters such as weaving width are calculated and controlled to increase or decrease, and the torch position is corrected and controlled in a direction that eliminates the position deviation of the welding line from left to right and up and down, the gap and groove area change, and the bending and deviation of the welding line may occur. Even a groove joint can be handled by increasing / decreasing control of the welding condition parameter and correcting control of the torch position, so that a welding result having a good penetration shape can be obtained and welding can be automated.
[0029]
In the welding apparatus of the present invention, the pulse voltage setting means for setting the pulse voltage corresponding to the reciprocating length of the changed power supply cable or the pulse voltage and the pulse time thereof to the pulse welding power source of the constant voltage control method, and a desired voltage The predicted value of the first cable voltage consumed by the average arc voltage corresponding to the magnitude of the average welding current and the average welding current flowing through the changed reciprocating length of the feeding cable and the first value consumed by the reactor in the welding circuit The average welding voltage calculation means for calculating the average welding voltage obtained by adding the reactor voltage in advance is provided, so that the length of the feeding cable depends on the size of the joint member to be welded, the installation location, the work location, and the welding location. Even if it is changed, it is possible to replenish the cable voltage that changes during welding and the reactor voltage consumed by the reactor. Voltage and average arc voltage can be output reliably at the arc welding part, there is no spatter from small current (average) region to large current region, and good welding results without defects such as poor fusion and undercut Obtainable.
[0030]
In addition, since it has a plurality of power supply cables and wiring cables that extend according to the distance from the welding equipment and pulse welding power source to the joint member to be welded, several joint members arranged here and there in a wide factory Even if the welding equipment and pulse welding power source are still installed in the specified place, the power supply cable and wiring cable must be It can be easily extended or shortened to the joint member and the welding carriage, the equipment transfer by crane work can be omitted, and the time for mounting the welding carriage and starting up the equipment can be shortened.
[0031]
Further, a visual sensor 12 and an image processing device for detecting a gap of a groove part, a groove area, a groove shoulder width, and a groove center deviation in the horizontal and vertical directions used for increase / decrease control of welding condition parameters and correction control of a welding torch position. Even with a grooved joint where there is a change in the gap and groove area, and there is a bend or misalignment of the weld line, the welding condition parameters can be set based on appropriate detection information detected in real time for each welding pass. Increase / decrease control and torch position correction control can be carried out, and rationalization and man-hour reduction can be achieved by automated welding.
[0032]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, preferred embodiments of the welding method and the welding apparatus of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is a perspective view showing a configuration of an embodiment of an automatic welding apparatus employing a welding method according to the present invention.

Welding workpieces

1a and 1b, each of which is a pair of joint members to be welded, are arranged near a set of welding control device 11 and pulse welding power source 10, and are installed in the longitudinal direction of the welding workpiece 1b. The welding cart 3 runs on the rail 9a. Further, welded workpieces 1c and 1d of other joint members having the same or different groove shape from the welded

workpieces

1a and 1b are arranged at different locations far from the welding control device 11 and the pulse welding power source 10. . The welding carriage 3 includes a welding torch 4 used in arc welding using a welding wire 18 as an electrode, a drive mechanism capable of moving the welding torch 4 in the left and right and up and down directions, a wire feed mechanism, and a gap between groove joints. , A visual sensor 12 for detecting a groove area, a groove shoulder width, a depth, and a groove center shift in the horizontal and vertical directions, and an image processing device are mounted.
[0033]
The

power supply cables

5a and 6a are connected to the pulse welding power source 10, the welding work 2a of the joint member, and the welding torch 4 mounted on the welding carriage 3 in order to supply electric power to the arc welding portion, respectively. For example, a 15 m × 2 = 30 m feed cable is used. A wiring cable 7 a connecting the welding carriage 3 and the welding control device 11 drives a control cable for driving the welding carriage 3, a gas hose for supplying shield gas and cooling water to the welding torch 4, a water hose, and a visual sensor 12. It is a cable that houses a control cable and the like. The operation pendant 8 is used to move the welding carriage 3 and the welding torch 4, and to set and correct the welding condition parameters. Before the welding, the welding torch 4 is moved to the starting point to position the torch (wire) and start welding. , Torch position and welding condition interrupt correction, welding stop, etc. can be performed when trouble occurs during welding. The welding control device 11 controls the driving of the welding carriage 3 when performing automatic welding, controls the output of the pulse welding power source 10, and instructs the visual sensor 12 and a pair of image processing devices to process the detected data. The welding torch 4 position and welding condition parameters are controlled, and a series of operations and constituent devices from the start to the end of welding are comprehensively managed. In addition, in this welding control device 11, in order to output a desired pulse current, pulse arc voltage, average welding current, and average arc voltage at the arc welding portion, the cable voltage consumed due to the difference in the reciprocating length of the power feeding cable is set. It has a function to set a pulse voltage, a pulse time, and an average welding voltage that can compensate for the change and the change of the reactor voltage consumed by the reactor in the welding circuit.
[0034]
On the other hand, when welding the welding workpieces 1c and 1d arranged at different locations far from the welding control device 11 and the pulse welding power source 10, the pulse welding power source 10, the welding workpiece 1c, and the welding carriage 3 (welding torch 4) are used. ), A plurality of

power supply cables

5a, 5b, 6a, 6b are connected by joints 13 for extension connection (for example, reciprocation length: 15 m × 8 = 120 m). At the same time, the wiring cables 7 a and 7 b connecting the welding carriage 3 and the welding control device 11 are also extended and connected via the wiring connector 14. When there are two welding carriages 3, the second welding carriage 3 can be attached in advance to the guide rail 9b installed on the welding workpiece 1d of the joint member to be welded next, so that the setup work before welding can be performed. Can be increased. When there is only one welding carriage 3, after the welding work of the

welding workpieces

1a and 1b is completed, the welding carriage 3 is detached from the guide rail 9a, transported to another welding workpieces 1c and 1d and the guide rail 9b, and attached. What is necessary is just to extend and connect 5a, 5b, 6a, 6b and the wiring cables 7a, 7b, respectively. The

feeding cables

5a, 5b, 6a, and 6b in the figure are connected to single-wire cables, but coaxial cables in which two cables having different polarities are integrally formed to reduce the reactor may be used.
[0035]
The pulse welding power source 10 can output a high load voltage (for example, about 64 to 74 V) and a desired pulse current (for example, about 500 to 600 A) necessary for welding with the longest feeding cable (for example, a reciprocating length of 150 m). This is a constant voltage control type pulse welding power source capable of adjusting the pulse voltage and pulse time and adjusting the desired average welding voltage, average welding current (100 to 400 A) or the average welding current linked to the wire feed speed. . The shield gas supplied from the gas cylinder 15 flows out to the tip of the welding torch 4 through the gas hose accommodated in the wiring cable 7a and protects the arc welded portion from the atmosphere. In the case of steel welding, the gas cylinder 15 is about 10 to 30% CO mainly composed of Ar gas. ₂ It is a mixed gas cylinder containing gas. Ar + CO ₂ Instead of mixed gas, for example, several percent O ₂ Ar + CO with ₂ + O ₂ Mixed gas and Ar + O ₂ It is also possible to use a mixed gas of The cooling water supplied from the cooling water circulation pump 16 circulates and cools the inside of the welding torch through a water hose accommodated in the wiring cable 7a.
[0036]
FIG. 2 is a configuration diagram showing an embodiment of a power supply circuit relating to a constant voltage control type pulse welding power source employed in the welding apparatus of the present invention. The inverter circuit 41 reconverts the direct current obtained by converting the commercial alternating current power supplied from the primary terminal with the rectifier 40 into high frequency alternating current, and controls the transformer 42 that variably determines the voltage level of the high frequency alternating current. The rectifier 43 converts the output of the transformer 42 into direct current again, and outputs the desired voltage and current required for direct current pulse welding to the secondary terminal via the switching element 44 and the reactor 45. This constant voltage control type pulse welding power supply 10 has a high load voltage (for example, about 64 to 74 V) required during welding with the longest power supply cable (for example, 150 m), and a desired pulse current (for example, 500 to 600 A). Setting of the pulse voltage Vp, the pulse time Tp, etc. that can be output, the desired average welding voltage E, and the average welding current (for example, 100 to 400 A) linked to the wire feed speed Wf can be set. The pulse voltage waveform setter 48 sets a desired pulse voltage Vp, base voltage Vb, and average welding voltage E. The pulse voltage waveform setter 48 is connected to the arithmetic unit 47 and passes through the controller 46 and the inverter circuit 42 and the switching element. 44 and output to the secondary terminal of the pulse welding power source 10. The pulse time setting unit 49 sets the pulse time Tp, the base time Tb, and the frequency f of the pulse waveform, and is connected to the calculator 47. The current detector 50b is paired with the detection element 50a, detects the pulse current and the average welding current being output, and is connected to the pulse time setting device 49, and adjusts the current by increasing or decreasing the base time Tb as necessary. It is possible. The welding voltage setter 52 sets an average welding voltage E to be output from the pulse welding power source 10, and is connected to a pulse voltage waveform setter 48 and a pulse time setter 49. The welding current setter 53 sets a desired average welding current Ia and wire feed speed Wf, and a pulse voltage waveform setter 48, a pulse time setter 49, and a wire feed setter 54 that drives the wire feed motor M. Are connected to each.
[0037]
Further, the power supply control unit 62 remotely controls the constant voltage control type pulse welding power supply 10 from the outside, and has a reciprocating length (30 m at the shortest and 150 m at the longest) of the

power supply cables

5a, 5b, 6a, 6b. A pulse voltage waveform setting device 57 for setting the corresponding pulse voltage Vp, pulse time Tp, etc., a welding voltage setting device 55 for setting the average welding voltage E required for the average arc voltage Va to be output at the arc welding portion, and a desired Are connected to a welding current setting device 56 for setting the average welding current Ia of the welding welding apparatus 11, and are connected to the wiring on the pulse welding power source side 10. Although omitted, inside the welding control device 11, each axis driving device for driving the welding carriage 3, a sensor controller and an image processing device connected to the visual sensor 12, adaptive control of welding condition parameters and welding A calculation control unit for calculating correction control of the torch position, a welding data file, a pulse condition selection table defined for each length of the power supply cable, a welding operation program for overall control and management of components, and the like are provided.
[0038]
The average welding voltage E is consumed by the average arc voltage Va suitable for the desired average welding current Ia and the average welding current Ia flowing through the reciprocating length XL (30 m at the shortest and 150 m at the longest) of the changed power supply cable. A value obtained by adding in advance the predicted value Vk1 of the cable voltage to be used and the reactor voltage VL1 consumed in the reactor is set. The arc voltage detector 63 detects the average arc voltage Va in the arc 20 welding portion, and is connected to the welding voltage setter 55, and the average welding voltage E of the average welding voltage E is eliminated so as to eliminate the deviation between the detected voltage and the indicated voltage. The command value can be corrected. Further, the pulse voltage Vp set in the constant voltage control type pulse welding power source 10 is consumed by the pulse arc voltage Vpa necessary for outputting the desired pulse current Ip and the pulse current Ip flowing through the reciprocating length of the power supply cable. 2 is a pulse voltage Vp obtained by previously adding the second cable voltage Vk2 and the second reactor voltage VL2 consumed in the reactor, or the pulse voltage Vp and the pulse time Tp.
[0039]
When welding is constructed in this way, even if the length of the power supply cable is changed due to differences in the size of the joint member to be welded, installation location, work location, and welding location, the cable voltage that changes during welding, consumed by the reactor Therefore, the desired pulse current, pulse arc voltage, and average arc voltage can be reliably output at the arc welding portion. Moreover, one droplet of high current can be transferred during the base time of low current, there is no spatter from low current (average) region to large current region, and defects such as poor fusion and undercut No good welding results can be obtained. In addition, the constant voltage control type pulse welding power source has a self-control action (arc length recovery action by increasing / decreasing the current) in a direction that suppresses the change in arc length during welding. It is possible to restore the arc length changed by the above to a steady state.
[0040]
FIG. 3 is an embodiment showing an equivalent circuit of a welding circuit fed from the main circuit of the power source shown in FIG. 2, and R30 to R150 are divided into five types of feeding cable lengths (shortest 30 m, longest 150 m). ) L30 to L150 are cable reactors, L is a reactor in a power supply, S is a switching element, E, Vp, and Vb are average voltages, pulse voltages, and base voltages output from a pulse welding power supply. Ia, Ip, and Ib are an average current, a pulse current, and a base current flowing through the circuit. Further, Ve is a detection voltage of the power supply output portion, and Va is a detection voltage between the welding torch and the joint member, and is a voltage including an arc voltage generated at the welding portion of the arc 20 and a wire voltage consumed at the wire protruding portion. The circuit equation when the cable resistance R30 (reciprocating length of the feeding cable: 30 m) is connected as shown by the solid line in the above equivalent circuit is roughly expressed by the following equations (1) and (2). Tp is the pulse time and Tb is the base time. Further, the total pulse voltage Vp necessary for supplying the high pulse current Ip is expressed by the equation (3). Vpa is a pulsed arc voltage generated at the arc 20 weld including the wire protrusion.
[0041]

When the reciprocating length XL of the power supply cable to be replaced becomes long (up to 150 m), the pulse current Ip, the average current Ia, and the average arc voltage Va are increased by increasing the cable resistance (R150) and the reactor (L + L150) as shown by the dotted line. This reduces the arc welding state. Therefore, in order to maintain the arc welding state satisfactorily, it is necessary to secure a desired pulse current Ip, average current Ia, and average arc voltage Va, and change the length of the feeding cable (30 m at the shortest and 150 m at the longest). It is necessary to output from the pulse welding power source the pulse voltage Vp and the average welding voltage E obtained by adding in advance the predicted value of the cable voltage Vk consumed in the above and the predicted value of the reactor voltage VL consumed in the reactor.
[0042]
FIG. 4 is an explanatory diagram showing the outline of voltage and current waveforms of pulse arc welding and droplet transfer at the wire tip for achieving stable transfer of droplets and prevention of occurrence of spatter in the welding method of the present invention. On the vertical axis with respect to time t (ms) on the horizontal axis, the wire feed speed Wf, the voltage waveform of the power supply output, the waveform of the arc voltage at the arc welding part, the waveform of the pulse current and the base current, the formation and transition of wire droplets An overview is shown. A pulse voltage Vp / current Ip higher than that of the pulse welding power source 10 and a low base voltage Vb / current Ib are alternately output. Alternatively, a pulse waveform of a high current pulse voltage Vp / current Ip may be superimposed on a low DC base voltage Vb / current Ib and output.
[0043]
During the time Tp of the pulse voltage Vp / current Ip, a droplet 19 is formed at the tip of the melted wire 18, and the wire droplet 19 is placed on the

base material

1a, 1b side in the first half of the base time Tb after the end of the pulse time Tp. An appropriate pulse welding waveform that allows one droplet transfer with one pulse to be transferred to the molten pool 21 is output. For example, when a 1.2 mm diameter solid wire for steel is used, the pulse current Ip is increased to about 600 A and the pulse time Tp is set within the range of 1.5 to 2.0 ms. In one pulse, one droplet can be transferred to the first half of the low current base time, and at the same time, the penetration depth can be increased by the arc force due to the high pulse current. The average welding current Ia can be increased or decreased by increasing or decreasing control of the base time Tb, and the wire feed speed Wf is also increased or decreased in synchronization.
[0044]
Here, in order to ensure the desired pulse current Ip and average welding current Ia, in particular, the second cable voltage Vk2 consumed by the pulse current Ip flowing through the reciprocating length of the power feeding cable and the second consumed by the reactor. A pulse voltage Vp obtained by adding a predicted value to the reactor voltage VL2 in advance is output from the pulse welding power source 10. The reactor voltage VL2 mainly works in a direction that makes the rise and fall of the pulse current waveform gentle. Moreover, in order to ensure the average arc voltage Va required in the arc welding portion, a predicted value of the first cable voltage Vk1 consumed by the average welding current Ia and a predicted value of the first reactor voltage VL1 consumed by the reactor The average welding voltage E obtained by adding is output. The average arc voltage Va is an appropriate arc voltage that can maintain an arc length that does not cause a short-circuit transfer when the wire droplet 19 is transferred.
[0045]
In this way, even when the length of the power supply cable is changed, if the welding is performed by outputting the average arc voltage Va suitable for the appropriate pulse current Ip, the pulse time Tp, and the average welding current Ia, the high current 1 One droplet can be transferred during the low current base time with a pulse, and there is no spatter from low current (average) region to large current region welding, and good welding results without defects such as poor fusion and undercut. Obtainable.
[0046]
FIG. 5 is a characteristic diagram showing the relationship between the cross section B of the power supply cable and the cable resistance R1 (Ω / m) per unit length, and shows how the cable resistance R1 increases as the cross section B decreases. The cable resistance R1 per unit length is expressed by the following equation (4). C1 and C2 are cable constants.
[0047]
Cable resistance: R1 = C1 / B ^C2 (Ω / m) (4)
6 shows a cross section of 60 mm ² The cable voltage consumed by the pulsed arc voltage Vpa to be output at the arc welding portion when the length of the power feeding cable (XL = 10 to 150 m) is changed and the desired pulse current (for example, Ip = 600 A) flowing through the power feeding cable XL It is a characteristic view which shows the relationship between Vk2, the reactor voltage VL2 consumed in a reactor, and the total pulse voltage Vp which needs electric power feeding from a pulse welding power supply. The cable voltage Vk2 (Δ mark line) that is expected to be consumed by energizing the pulse current 600A (marked with a circle) increases in proportion to the cable length XL and the magnitude of the pulse current Ip (Vk2 = R1 · XL · Ip). ) For example, when the cable length XL = 30 m, it is about Vk2 = 5.6V, and when XL = 150 m, it is about Vk2 = 28V, which is five times. There is also an average reactor voltage VL2 {dotted line} that is expected to be consumed by the reactor in the welding circuit. The average reactor voltage {VL2 = (L + LR) · dIp / dt} is smaller than the value of the cable voltage Vk2, but the reactor component (inductance component) of the LR changes depending on the cable length and is ignored. I can't. When a coaxial cable is used instead of a single wire cable, the reactor component of LR can be reduced.
[0048]
The total pulse voltage Vp (circled line) to be fed from the pulse welding power source is expressed by the following equation (5). 80mm cross section ² A little thick feeder cable or 40mm ² Even when a thin power supply cable is used, the pulse voltage Vp can be calculated from the equations (4) and (5). Further, the base voltage Vb necessary for the output of the base current Ib can be calculated by a similar method. Note that the base current Ib is a low value of about 1/8 to 1/10 of the pulse current Ip, and changes in the base voltage Vb and the base current Ib due to changes in the cable voltage and the reactor voltage (ΔIb, ΔVb ) Is small.
[0049]
Pulse voltage: Vp = Vpa + Vk2 + VL2 (5)
As described above, when the pulse voltage Vp obtained by adding the desired pulse arc voltage Vpa, the cable voltage Vk2 generated by the pulse current Ip flowing through the reciprocating length XL of the power supply cable, and the reactor voltage VL is output and welded, Even when the length is changed, the desired pulse current Ip and pulse arc voltage Vpa can be output at the arc welding part, and there is no spatter from small current (average) region to large current region welding, Good welding results without defects such as undercut can be obtained.
[0050]
FIG. 7 shows an appropriate average when the desired average welding current Ia (pulse current Ip is also shown in the same column) required for welding when the reciprocating length (XL) of the power feeding cable is 30 m and 150 m is used. It is a characteristic view of one Embodiment which shows the relationship between the arc voltage Va, the cable voltage Vk1, the reactor voltage Vk1, and the average welding voltage E which should be output from a welding power supply. In order to accurately output the average arc voltage Va suitable for the magnitude of the average welding current Ia at the arc welding portion, the cable voltage consumed by Ia flowing through the cable (Vk1 = R1 · XL · Ia) and consumed by the reactor It is necessary to output from the welding power source an average welding voltage E obtained by adding the reactor voltage {VL1 = (L + LR) · dIa / dt}. The average welding voltage E to be output from the welding power source is obtained by the following equation (6) obtained by modifying equation (1). Further, the average arc voltage Va to be secured in the arc welding portion is a total voltage of the arc component and the wire protruding component, increases substantially in proportion to the average welding current Ia, and is obtained by the equation (7). C3 and C5 are arc voltage constants, and Wx and C4 are wire constants determined by the wire protrusion length and the wire diameter and material used.
[0051]
Average welding voltage: E = Va + Vk1 + VL1 (6)
Average arc voltage: Va = (C3 + C4 · Wx) · Ia + C5 (7)
Thus, the average arc voltage Va suitable for the magnitude of the average welding current Ia, the cable voltage Vk1 changing with the average welding current Ia flowing through the reciprocating length of the power supply cable, and the average welding voltage obtained by adding the reactor voltage VL1. When welding is performed with Va set, the cable voltage that changes during welding and the reactor voltage consumed in the reactor can be replenished even when the length of the power supply cable is changed, and the desired average suitable for the magnitude of the average welding current The arc voltage can be output reliably at the arc welding part, preventing arc breakage, frequent spatter, disturbance of droplet transfer, arc welding disturbance, and weld bead deterioration caused by excessive arc voltage or current drop or rise. be able to.
[0052]
On the other hand, when a DC welding power source different from the pulse welding power source is used, a high load voltage and rated current required for welding with the longest feed cable can be output, and a desired average welding voltage, average welding current or A DC welding power source capable of adjusting the average welding current linked to the wire feed speed may be used. Compared with the pulse welding power source, spatter is generated more, but the rated capacity of the transformer used for the DC welding power source can be suppressed, and the control circuit is simple and low-cost. Also, when welding is performed with the average welding voltage Va calculated by the above equation (6) set, the cable voltage and reactor that change during welding are changed even when the length of the feeding cable is changed, as in pulse welding. The voltage can be replenished, and a desired average arc voltage corresponding to the magnitude of the average welding current can be reliably output at the arc welding portion, and arc welding disturbance and deterioration of the weld bead can be prevented.
[0053]
Table 1 is an embodiment showing a condition table defined according to the length of the power supply cable used in pulse welding with a constant voltage control type pulse welding power source. This condition table shows a pulse voltage Vp, a pulse time Tp, a base voltage Vb, a pulse current Ip, an average welding voltage E, and an average arc voltage Va separately determined for five types of cable lengths XL. The pulse voltage Vp and the pulse time Tp are values determined for each cable length necessary to output the pulse current Ip of about 600 A, and the pulse voltage Vp value can be calculated from the above equation (5) and FIG. . The base voltage Vb is a value that is generated by holding a base current Ib of about 70 A. The average welding voltage E suitable for the magnitude of the average welding current Ia can be calculated from the above equation (6) and FIG. 7, and the average arc voltage Va can be calculated from the equation (7) and FIG. .
[0054]
[Table 1]

[0055]
As described above, when a plurality of pulse voltages Vp determined according to the reciprocation length XL of the power feeding cable or the pulse voltage Vp and pulse time Tp and a voltage calculation formula for calculating the average welding voltage Va are provided in the condition table, the operation screen is displayed. By simply selecting the length of the power supply cable, the specified pulse voltage, pulse time, and average welding voltage Va can be automatically set to the constant voltage control type pulse welding power source. Welding experiments and troublesome calculations can be omitted, improving usability.
[0056]
FIG. 8 is an explanatory view showing an embodiment for controlling the condition parameters of the first layer welding based on the detection information by the visual sensor in the welding method of the present invention. A detection image of the gap width Gs of the groove portion, a pulse current waveform output according to the size of the gap width (Gs = 0, Gs = 5 mm), a weld bead cross section formed by increasing or decreasing the welding amount S1, It shows how the welding condition parameters such as the average welding current Ia, the average welding voltage E, and the welding speed Vp are increased or decreased. The reciprocating length XL of the power supply cable is 30 m (cross section 60 mm ² ), And welding conditions that match the cable length are output.
[0057]
In a portion where there is no gap that requires deep penetration and in the vicinity thereof, a higher average welding current Ia and an average welding voltage Ea suitable for the average welding current Ia are output. When the average welding current Ia is high, the wire feed speed Wf (melting speed) increases, so the welding speed Vs is increased so that the welding amount S1 (wire welding area) to be welded decreases. As the gap width Gs of the groove increases, the average welding current Ia is decreased stepwise to weaken the arc force, and an appropriate average arc voltage Va and wire feed speed Wf are output at the arc welding portion. . At the same time, control is performed to decrease the welding speed Vs in order to increase the welding amount S1 to be welded and to increase the weaving width Uw in order to melt both the grooves. Although omitted, the welding torch positions Y and Z are corrected and controlled in the direction of eliminating the positional deviations on the left and right and top and bottom of the welding line using the detection information of the groove center deviations ΔYs and ΔZs. If a backing material (for example, a ceramic backing material) is previously installed on the back side of the groove portion in the wide gap portion, it is possible to prevent melting.
[0058]
FIG. 9 is an explanatory view showing an embodiment for controlling the condition parameters of packed bed welding. In the filling layer welding after the first layer, detection information of the groove shoulder width Ws or the bead width Bs and the groove area As is used, the average welding current Ia, the average welding voltage Ea suitable for the average welding current Ia, and the wire feed speed Ws. The welding condition parameters such as the welding speed Vs and the weaving width Uw are calculated and controlled to increase or decrease. The average welding current Ia and the average welding voltage Ea are lower than those at the time of welding of the first layer, and in order to melt both the grooves, the groove shoulder width Ws increases Ia and Ea in a stepped manner according to the size. The weaving width Uw is also increased. At the same time, in order to increase the welding amount S1 to be welded corresponding to the size of the groove area As, control is performed to decrease the welding speed Vs. Further, the welding torch positions Y and Z are corrected and controlled as in the case of the first layer welding.
[0059]
In the welding of the finishing layer, since it becomes difficult to detect the groove shape by the visual sensor, the detection operation is stopped, the recorded data detected in the previous layer welding is used again, and the remaining welding area to be welded is calculated. The welding condition parameters such as the average welding voltage Ea, the wire feed speed Wf, the welding speed Vs, and the weaving width Uw suitable for the average welding current Ia may be calculated and controlled to increase or decrease. Here, although the welding example of V groove was shown, this welding control is applicable also to welding of a U groove, a lathe groove, an X groove, and a fillet.
[0060]
When welding is performed in this manner, even if the groove joint has a gap or groove area change, or a weld line is bent or misaligned, the welding condition parameter increase / decrease control executed for each welding pass, It can be dealt with by correction control, a welding result having a good penetration shape can be obtained, and welding can be automated.
[0061]
【The invention's effect】
According to the welding method and the welding apparatus of the present invention, even when the length of the power feeding cable is changed due to the difference in size, installation location, work location, and welding location of the joint member to be welded, Reactor voltage consumed in the reactor can be replenished, and the desired pulse current, pulse arc voltage, and average arc voltage can be reliably output at the arc welding part, and sputtering can be performed from a small current (average) region to a large current region. Therefore, it is possible to obtain good welding results free from defects such as poor fusion and undercut. In addition, with the welding device and welding power source installed in place, the power supply cable and wiring cable can be easily extended or shortened to the joint member and welding carriage, and the equipment transfer by crane work is omitted. It is possible to shorten the time required to install the welding carriage and start up the device, and to achieve rationalization and reduction of man-hours by automatic welding.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a perspective view showing a configuration of an embodiment of an automatic welding apparatus employing a welding method according to the present invention.
FIG. 2 is a block diagram showing an embodiment of a power supply circuit related to a pulse welding power source of a constant current control method different from a constant voltage control method.
FIG. 3 is an embodiment showing an equivalent circuit of a welding circuit fed by the main power supply circuit shown in FIG. 2;
FIG. 4 is an explanatory diagram showing a voltage / current waveform of pulse arc welding and an outline of droplet transfer at the tip of a wire for stable transfer of droplets and prevention of spattering.
FIG. 5 is a characteristic diagram showing a relationship between a cross section B of the power feeding cable and a cable resistance R1 (Ω / m) per unit length.
Fig. 6 Cross section is 60mm ² It is a characteristic view which shows the relationship of the total pulse voltage Vp which needs electric power feeding from a pulse welding power supply, when changing the electric power feeding cable length (XL = 10-150m).
FIG. 7 is a characteristic diagram of an embodiment showing a relationship between a desired average welding current Ia and an average welding voltage E required for welding when the reciprocating length (XL) of the feeding cable is 30 m and 150 m. is there.
FIG. 8 is an explanatory diagram showing an embodiment for controlling condition parameters for first layer welding based on detection information by a visual sensor.
FIG. 9 is an explanatory diagram showing an embodiment for controlling condition parameters of packed bed welding.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF

SYMBOLS

1a, 1b, 1c, 1d ... Welding workpiece, 2 ... Welding wire of groove part, 4 ... Welding torch, 5a, 5b, 6a, 6b ... Feeding cable, 7a, 7b ... Wiring cable, 10 ... Pulse welding power supply, 11 DESCRIPTION OF SYMBOLS ... Welding control apparatus, 12 ... Visual sensor, 18 ... Wire, 19 ... Wire droplet, 20 ... Arc, 21 ... Molten pool, 41 ... Inverter circuit, 45 ... Reactor, 46 ... Controller, 47 ... Calculator, 48, 57 ... Pulse voltage waveform setting device, 49 ... Pulse time setting device, 50a ... Current detection element, 50b ... Current detector, 51 ... Voltage detector, 52, 55 ... Welding voltage setting device, 53, 56 ... Welding current setting device 54 ... Wire feed setting device, 60,62 ... Power supply control unit, 63 ... Arc voltage detector.

Claims

Constant voltage used in arc welding using welding wire as an electrode for welding work in which the distance between the joint member and the welding device varies depending on the size, installation location, work location, and welding location of the joint member to be welded A pulse welding power source of a control system, a welding torch mounted on a welding carriage, a power supply cable connected and extended between a joint member to be welded and the pulse welding power source, and a plurality of power supply cables determined according to the length of the power supply cable And a condition table describing a voltage calculation formula for calculating an average welding voltage E adapted to the pulse voltage Vp or the pulse voltage Vp and the pulse time Tp, a desired average welding current Ia and an average arc voltage Va. In a welding method of welding the joint member by changing the length of
The pulse voltage Vp includes a pulse arc voltage Vpa necessary for output of a desired pulse current Ip, a second cable voltage Vk2 consumed by the pulse current Ip flowing through the changed power supply cable length XL, and a welding circuit. And the second welding voltage VL2 consumed in the reactor is added, and the average welding voltage E is equal to the average arc voltage Va adapted to the desired average welding current Ia and the length of the feeding cable. The first cable voltage Vk1 consumed by the average welding current Ia flowing through the length XL and the first reactor voltage VL1 consumed by the reactor in the welding circuit are added to the value calculated by the following calculation formula (6). ,
At the time of performing the pulse arc welding, the pulse voltage Vp determined according to the power supply cable length or the pulse voltage Vp and the pulse time Tp and the average welding voltage E are set in the pulse welding power source from the condition table, and the arc welding portion A welding method characterized in that welding is performed by outputting desired pulse current Ip, average welding current Ia and average arc voltage Va.
Average welding voltage: E = Va + Vk1 + VL1 (6)

The welding method according to claim 1,
The length XL of the power feeding cable is in a range of 30 ≦ XL ≦ 150 m, and the pulse voltage Vp is in a range of 50 ≦ Vp ≦ 72V.

The welding method according to claim 1 or 2 ,
The cable voltages Vk1 and Vk2 are calculated from at least the resistance per unit length of the power supply cable to be used, the length XL of the power supply cable, the desired pulse current Ip, and the average welding current Ia. A welding method characterized.

The welding method according to any one of claims 1 to 3,
In the first layer welding, the average welding current Ia is decreased stepwise according to the increase in the gap width Gs at the groove bottom detected by the visual sensor, and at the same time, the welding speed Vs is decreased and the weaving width Uw is increased. Let
In the welding of the filling layer after the first layer, the average current Ia is decreased and the weaving width Uw is increased in accordance with the increase in the groove shoulder width Ws at the upper part of the groove, and at the same time, the groove area As is increased. Reducing the welding speed Vs,
In the finishing layer welding, the detection operation of the visual sensor is stopped, the recorded data detected in the previous layer welding is used again, the remaining welding area is calculated, and the wire is determined in accordance with the calculated welding area size. A welding method characterized by calculating a feed speed Wf, the welding speed Vs, and a weaving width Uw .