JP6418005B2 - Undercut defect detection method, undercut defect detection device, and fillet arc welding method - Google Patents
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Description
本発明は、アーク溶接中に溶接欠陥を検出する方法に関し、特に、アーク溶接において、オンラインでアンダーカット欠陥を検出する方法に関するものである。 The present invention relates to a method for detecting weld defects during arc welding, and more particularly to a method for detecting undercut defects online in arc welding.
自動溶接の場合、開先の寸法精度が悪いと、溶接線倣いを行っていても溶接トーチの移動軌跡が開先の中心からずれるなどの原因で、アンダーカットが発生する場合がある。 In the case of automatic welding, if the dimensional accuracy of the groove is poor, undercutting may occur due to the movement trajectory of the welding torch being deviated from the center of the groove even if the welding line is copied.
そこで、溶接作業が終了した後に、作業者が溶接部周囲の外観形状を目視することで、アンダーカット欠陥を検出している。しかし、作業者が目視でアンダーカット欠陥の検出を行っているのでは、アンダーカット欠陥の発見に熟練を要し、良否判断において誤差を生じやすく、補修に多大な手間を要していた。また、溶接作業が終了した後に、目視などでアンダーカット欠陥を検出する方法であると、アンダーカット欠陥が発見された場合、欠陥部の周囲を切除し、補修溶接後、再欠陥検出という繰り返し作業が必要となり、経費及び作業工数が増加し、溶接コストが高くなっていた。 Therefore, after the welding operation is completed, the operator detects the undercut defect by visually observing the appearance shape around the welded portion. However, when an operator visually detects an undercut defect, skill is required to find the undercut defect, an error is likely to occur in the quality determination, and much labor is required for repair. In addition, when the undercut defect is detected by visual inspection after the welding operation is completed, if an undercut defect is found, the periphery of the defective part is excised, and after repair welding, the repetitive operation of detecting the defect again The cost and work man-hours increased, and the welding cost was high.
そのため、溶接中に発生する欠陥をリアルタイムに検出することが望まれていた。つまり、溶接中に溶接部の情報をリアルタイムで監視して、アンダーカット欠陥を検出し、溶接の続行の可否を即座に判定することが望まれていた。このような状況のもと、溶接部周囲の溶接欠陥の溶接中における検出(オンライン検出)に関して、種々提案がなされている。 For this reason, it has been desired to detect in real time defects that occur during welding. That is, it has been desired to monitor the information on the welded part in real time during welding, detect an undercut defect, and immediately determine whether or not to continue welding. Under such circumstances, various proposals have been made regarding detection (on-line detection) of welding defects around a welded part during welding.
特許文献1には、アーク溶接において、アーク溶接時の溶接電圧をモニタリングし、通常溶接時のデータより設定された規定値から一定以上の乖離が発生した瞬間を検出することで穴あきを検出する技術が開示されている。 In Patent Document 1, in arc welding, the welding voltage at the time of arc welding is monitored, and the perforation is detected by detecting the moment when a certain deviation or more has occurred from the specified value set from the data at the time of normal welding. Technology is disclosed.
特許文献2には、電流変化量ΔIとトーチから溶接対象母材までの距離変化量ΔLとの関係式を試験溶接により同定し、実際の溶接において、溶接電流Iを検出して目標電流からの電流変化量ΔIを算出して、前記関係式に算出した電流変化量ΔIを代入することにより、トーチから溶接対象母材までの目標距離からの距離変化量ΔLを算出して、算出した距離変化量ΔLが減少するようにトーチの先端位置をフィードバック制御して、狙い位置をずらさずに欠陥の発生を抑制する技術が開示されている。 In Patent Document 2, a relational expression between a current change amount ΔI and a distance change amount ΔL from the torch to the base material to be welded is identified by test welding, and in actual welding, the welding current I is detected and detected from the target current. By calculating the current change amount ΔI and substituting the calculated current change amount ΔI into the relational expression, the distance change amount ΔL from the target distance from the torch to the base material to be welded is calculated, and the calculated distance change A technique is disclosed in which the tip position of the torch is feedback-controlled so as to reduce the amount ΔL, and the occurrence of defects is suppressed without shifting the target position.
特許文献3には、溶接を行う開先部にスリット光を照射し、開先部の表面で反射されたスリット光を撮像し、撮像されたスリット光の画像を画像処理して光切断線を抽出し、得られた光切断線から開先部の位置及び形状を認識し、正確な狙い位置を溶接することで欠陥の発生を抑制する技術が開示されている。 In Patent Document 3, slit light is irradiated to a groove part to be welded, the slit light reflected on the surface of the groove part is imaged, and an image of the imaged slit light is image-processed to obtain a light cutting line. A technique is disclosed that suppresses the occurrence of defects by extracting and recognizing the position and shape of the groove portion from the obtained optical cutting line and welding an accurate target position.
特許文献1に開示の技術は、穴あき欠陥以外の溶接欠陥では、電圧変動が小さくモニタリングできない問題があり、特許文献2に開示の技術は、切断精度が悪い開先では、狙い位置がずれてしまいアンダーカット欠陥が発生する問題があり、特許文献3に開示の技術は、光切断法の装置を使用するものであり、アンダーカット欠陥の検出は可能だが非常に高価であり実用化し難い問題があった。 The technique disclosed in Patent Document 1 has a problem that the voltage fluctuation is small and cannot be monitored in a welding defect other than a hole defect, and the technique disclosed in Patent Document 2 is misaligned in a groove with poor cutting accuracy. There is a problem that an undercut defect occurs, and the technique disclosed in Patent Document 3 uses an optical cutting method device, which can detect an undercut defect but is very expensive and difficult to put into practical use. there were.
本発明は、上記の従来技術の現状に鑑みて、アーク溶接において、アンダーカット欠陥をオンライン検出できる方法を提供することを目的とする。 An object of the present invention is to provide a method capable of detecting an undercut defect on-line in arc welding in view of the above-described state of the art.
そこで、本発明者らは、上記課題を解決する方法について鋭意検討した。隅肉アーク溶接を行う際に、隅肉アーク溶接装置の溶接進行方向に対して逆進行方向の斜め上方にカメラを設置して、溶接部周囲を観察したところ、溶接金属の凝固直後の上方のウィービングの反転位置に相当する箇所に高輝度の光を観測した。この光を詳細に調査したところ、アンダーカット欠陥でアーク光が反射された光であるとの知見を得た。そして、この反射光を隅肉アーク溶接中に検出することで、アンダーカット欠陥の有無をオンラインで検出、判定できることを見出した。 Therefore, the present inventors diligently studied a method for solving the above problems. When performing fillet arc welding, a camera was installed diagonally above the welding direction of the fillet arc welding device in the reverse direction, and the periphery of the weld was observed. High-intensity light was observed at the location corresponding to the weaving reversal position. When this light was investigated in detail, it was found that the arc light was reflected by an undercut defect. And it discovered that the presence or absence of an undercut defect could be detected and determined online by detecting this reflected light during fillet arc welding.
本発明は、上記知見に基づいてなされたもので、その要旨とするところは以下の通りである。
(1)溶接トーチをウィービングさせながら隅肉アーク溶接する際の溶接中にアンダーカット欠陥を検出する方法であって、隅肉アーク溶接中の溶接部周囲のうち、凝固直後の溶接部周囲をカメラで撮像し、アーク光の反射光を監視し、ウィービングの反転位置に相当する箇所に観測される当該箇所の周囲より高輝度のアーク光の反射光を検出したときに、アンダーカット欠陥が生じたと判断することを特徴とするアンダーカット欠陥の検出方法。
(2)溶接トーチをウィービングさせながら隅肉アーク溶接する際の溶接中にアンダーカット欠陥を検出する装置であって、隅肉アーク溶接中の溶接部周囲のうち、凝固直後の溶接部周囲を撮像するカメラと、前記カメラにより撮像された像を表示し、アーク光の反射光の有無を監視できる表示装置とを有することを特徴とするアンダーカット欠陥の検出装置。
(3)溶接トーチをウィービングさせながら自動で隅肉アーク溶接する方法であって、前記隅肉アーク溶接中に、前記(1)に記載のアンダーカット欠陥の検出方法により、アンダーカット欠陥が生じたことを検出したところで、前記隅肉アーク溶接を中止し、溶接トーチの溶接位置を変更して隅肉アーク溶接することを特徴とする隅肉アーク溶接方法。
The present invention has been made based on the above findings, and the gist thereof is as follows.
(1) A method of detecting an undercut defect during welding when welding a fillet arc while weaving a welding torch, and a camera around the welded portion immediately after solidification among the welded portion surrounding fillet arc welding When the reflected light of the arc light that is brighter than the surroundings observed at the place corresponding to the reversing position of the weaving is detected, the undercut defect has occurred. A method of detecting an undercut defect, characterized by: determining.
(2) An apparatus for detecting an undercut defect during welding when performing fillet arc welding while weaving the welding torch, and imaging around the welded portion immediately after solidification among the welded portion during fillet arc welding An undercut defect detection device comprising: a camera for displaying an image captured by the camera, and a display device capable of monitoring the presence or absence of reflected light of arc light.
(3) A method of automatically performing fillet arc welding while weaving the welding torch, wherein an undercut defect has occurred during the fillet arc welding by the undercut defect detection method described in (1) above. When this is detected, the fillet arc welding method is characterized in that the fillet arc welding is stopped, and the fillet arc welding is performed by changing the welding position of the welding torch.
本発明によれば、隅肉アーク溶接において、開先の寸法精度によらず、電圧監視では検出できないアンダーカット欠陥をオンライン検出することができ、熟練者でなくとも、アンダーカット欠陥の有無を容易に検出、判定することができる。 According to the present invention, in fillet arc welding, an undercut defect that cannot be detected by voltage monitoring can be detected on-line regardless of the dimensional accuracy of the groove. Can be detected and determined.
以下、本発明の溶接欠陥の検出方法(以下、「本発明の検出方法」という)について、説明する。
本発明の検出方法は、2枚の板の合せ部や交差部などを隅肉アーク溶接する際の隅肉アーク溶接中に生じるアンダーカット欠陥を検出する方法である。特に、隅肉アーク溶接中の溶接部周囲のうち、凝固直後の溶接部周囲のウィービングの反転位置を含む周囲をカメラで撮像して、アーク光の反射光を監視し、ウィービングの反転位置に相当する箇所からの高輝度のアーク光の反射光を検出したときにアンダーカットが生じたと判断する検出方法である。
Hereinafter, the welding defect detection method of the present invention (hereinafter referred to as “the detection method of the present invention”) will be described.
The detection method of the present invention is a method for detecting an undercut defect that occurs during fillet arc welding when performing fillet arc welding of a joining portion or a crossing portion of two plates. In particular, of the surroundings of the welded part during fillet arc welding, the surroundings including the reversing position of the weaving around the welded part immediately after solidification are imaged with a camera, the reflected light of the arc light is monitored, and it corresponds to the reversing position of the weaving This is a detection method in which it is determined that an undercut has occurred when the reflected light of high-intensity arc light from a spot to be detected is detected.
本発明者らは、溶接作業が終了した後に、目視などでアンダーカット欠陥を検出する方法であると、アンダーカット欠陥の発見に熟練を要し、良否判断に誤差を生じやすく、補修に多大な手間を要するため、アンダーカット欠陥の発生をオンラインで簡便に検出する方法を検討した。まず、アーク溶接装置の溶接進行方向に対して、逆進行方向の斜め上方にカメラを設置して、T字継手の隅肉アーク溶接を行い、アーク溶接中の溶接部周囲を観察した。そうしたところ、溶接直後の溶接部周囲に高輝度の光を確認した。溶接作業の終了後に光っていた部分を確認したところ、アンダーカット欠陥が生じていた。これより、溶接直後の溶接部周囲の高輝度の光は、アンダーカット欠陥により反射されるアーク光であると推察した。 The inventors of the present invention, when the welding operation is completed, detect the undercut defect by visual inspection or the like, require skill to find the undercut defect, easily cause an error in the quality determination, and greatly repair. Since it takes time, we studied a method for easily detecting the occurrence of undercut defects online. First, with respect to the welding progress direction of the arc welding apparatus, a camera was installed obliquely above the reverse traveling direction, fillet arc welding of the T-shaped joint was performed, and the periphery of the welded part during arc welding was observed. As a result, high brightness light was confirmed around the welded part immediately after welding. When the part which was shining after completion | finish of welding work was confirmed, the undercut defect had arisen. From this, it was guessed that the high-intensity light around the welded part immediately after welding was arc light reflected by the undercut defect.
そこで、本発明者らは、隅肉アーク溶接の際に、溶接トーチの溶接狙い位置をアンダーカット欠陥が生じやすいように意図的に調整して、溶接直後の溶接部周囲の高輝度の光とアンダーカット欠陥との関係を確認するために、次のような試験を行った。 Therefore, the present inventors intentionally adjust the welding target position of the welding torch so that an undercut defect is likely to occur during fillet arc welding, and the high brightness light around the welded part immediately after welding. In order to confirm the relationship with the undercut defect, the following test was performed.
図1に、ウィービングの中心の溶接狙い位置を調整して隅肉アーク溶接を行う方法の概略を示す。まず、隅肉アーク溶接に用いる試験板の形状について、図1を用いて説明する。試験では、試験板として鋼板1と鋼板2を用い、鋼板1に鋼板2を、溶接トーチ3を用いて隅肉アーク溶接を行うものである。溶接用ワイヤには、YM―24Tを用いた。鋼板1及び鋼板2は、ともに紙面奥行方向(以下、「長さ方向」という)に200mmの長さを有している。鋼板2は、長さ方向及び板厚方向に垂直な方向(以下、「幅方向」という)に50mmの長さを有している。また、鋼板2は、溶接部端部に幅方向に10mmで板厚方向に5mmの傾斜部を有している。これは、多層盛り溶接において、下層が形成された後の状態からの溶接を模擬するためである。 FIG. 1 shows an outline of a method for performing fillet arc welding by adjusting the welding target position at the center of the weaving. First, the shape of the test plate used for fillet arc welding will be described with reference to FIG. In the test, the steel plate 1 and the steel plate 2 are used as test plates, the steel plate 2 is used for the steel plate 1, and the fillet arc welding is performed using the welding torch 3. YM-24T was used for the welding wire. Both the steel plate 1 and the steel plate 2 have a length of 200 mm in the depth direction of the paper (hereinafter referred to as “length direction”). The steel plate 2 has a length of 50 mm in the length direction and the direction perpendicular to the plate thickness direction (hereinafter referred to as “width direction”). Moreover, the steel plate 2 has an inclined portion of 10 mm in the width direction and 5 mm in the plate thickness direction at the end of the weld. This is to simulate welding from the state after the lower layer is formed in the multi-layer welding.
次に、隅肉アーク溶接の溶接条件について説明する。まず、溶接トーチ3の溶接狙い位置について説明する。溶接狙い位置4は、鋼板2の溶接部端部を0として、鋼板2の溶接部端部の傾斜方向に1mm間隔で0〜+7まで設定できるようになっている。試験では、溶接狙い位置4を+1に設定し、この溶接狙い位置4を中心として、周波数を50Hzに設定して溶接トーチ3をウィービングさせ、鋼板1及び鋼板2の長さ方向に隅肉アーク溶接を行った。その他の溶接条件は、電流270A、電圧30V、溶接速度18cm/minに設定した。 Next, welding conditions for fillet arc welding will be described. First, the welding target position of the welding torch 3 will be described. The welding target position 4 can be set to 0 to +7 at 1 mm intervals in the inclination direction of the welded portion end of the steel plate 2 with the welded end portion of the steel plate 2 being set to 0. In the test, the welding target position 4 is set to +1, the frequency is set to 50 Hz with the welding target position 4 as the center, the welding torch 3 is weaved, and the fillet arc welding is performed in the length direction of the steel plates 1 and 2. Went. Other welding conditions were set to a current of 270 A, a voltage of 30 V, and a welding speed of 18 cm / min.
次に、溶接直後の溶接部周囲の高輝度の光の観察方法について説明する。隅肉アーク溶接中に溶接部のうち、凝固直後の溶接部周囲の鋼板1のウィービングの反転位置を含む周囲をカメラで撮像して、高輝度の光の観察をした。カメラは、CCDカメラに波長940nm±4nmの範囲の光のみ通過するバンドパスフィルターを取り付けたものとした。そして、このカメラを、溶接部に対して、溶接逆進行方向の斜め上方に設置し、凝固直後の溶接部周囲の鋼板1を撮像した。撮像条件は、2000フレーム/秒で行った。 Next, a method for observing high-luminance light around the welded part immediately after welding will be described. During fillet arc welding, the periphery of the welded portion including the weaving reversal position of the steel plate 1 around the welded portion immediately after solidification was imaged with a camera to observe high-luminance light. The camera was a CCD camera equipped with a band-pass filter that allows only light in the wavelength range of 940 nm ± 4 nm. And this camera was installed in the diagonally upward direction of welding reverse progress with respect to the welding part, and the steel plate 1 around the welding part immediately after solidification was imaged. The imaging condition was 2000 frames / second.
この試験における隅肉アーク溶接中の様子と形成された溶接ビードについて説明する。図2に、隅肉アーク溶接中の様子の図と溶接ビードの断面図を示す。図2(a)に、隅肉アーク溶接中の溶接直後の溶接部周囲の高輝度に光る部分の図を示し、図2(b)に、高輝度に光っていた部分を含む溶接ビードの断面図を示す。 The state during fillet arc welding in this test and the formed weld bead will be described. FIG. 2 shows a state during fillet arc welding and a cross-sectional view of the weld bead. FIG. 2A shows a diagram of a portion that shines with high brightness around the welded portion immediately after welding during fillet arc welding, and FIG. 2B shows a cross section of the weld bead including the portion that shines with high brightness. The figure is shown.
図2(a)に示すように、隅肉アーク溶接中の様子は、鋼板1と鋼板2の隅肉アーク溶接において、溶接トーチ3に設けられたワイヤ5の先端からアーク6が発生し、溶融池7が形成されている。溶接方向に対して、溶融池7の後方に溶接ビード8が形成され、凝固直後の溶接ビード8の上部に周囲の鋼板1より高輝度の光を発する部分9が点状に観測される。しかし、溶融池7の前方の溶接予定部及び溶融池7から約5cm以上はなれた溶接ビード8の上部には、高輝度の光は観測されなかった。 As shown in FIG. 2 (a), during fillet arc welding, arc 6 is generated from the tip of the wire 5 provided on the welding torch 3 in the fillet arc welding of the steel plate 1 and the steel plate 2 and melted. A pond 7 is formed. A weld bead 8 is formed behind the molten pool 7 with respect to the welding direction, and a portion 9 that emits light with higher brightness than the surrounding steel plate 1 is observed in the form of dots on the top of the weld bead 8 immediately after solidification. However, high-intensity light was not observed on the welded portion in front of the molten pool 7 and on the upper portion of the weld bead 8 that is about 5 cm or more away from the molten pool 7.
高輝度の光を発する部分9を溶接ビード8の長手方向の位置と対応させておき、隅肉アーク溶接の終了後に、高輝度の光を発する部分9を含むように溶接ビード8の長手方向に対して垂直に切断した。この切断した断面像が図2(b)に示す像である。図2(b)に示すように、光学顕微鏡で観察した断面には、点線で囲んだ部分にアンダーカットが形成されていた。したがって、周囲の鋼板1より高輝度の光を発する部分9は、アンダーカット欠陥がアーク光を反射して光る部分であることが確認された。また、アンダーカット欠陥に近接してウィービングの反転位置に相当する箇所があり、ウィービングの中心の溶接狙い位置が適切でない場合に、ウィービングの反転位置に相当する箇所に、アンダーカット欠陥が形成されることを知見した。 The portion 9 that emits high-intensity light is made to correspond to the position in the longitudinal direction of the weld bead 8, and in the longitudinal direction of the weld bead 8 so as to include the portion 9 that emits high-intensity light after completion of fillet arc welding. Cut vertically. The cut cross-sectional image is an image shown in FIG. As shown in FIG. 2B, an undercut was formed in a section surrounded by a dotted line in the cross section observed with the optical microscope. Therefore, it was confirmed that the portion 9 that emits light with higher luminance than the surrounding steel plate 1 is a portion where the undercut defect shines by reflecting the arc light. In addition, there is a portion corresponding to the reversing position of the weaving in the vicinity of the undercut defect, and when the welding target position at the center of the weaving is not appropriate, an undercut defect is formed at a position corresponding to the reversing position of the weaving. I found out.
次に、溶接直後の溶接部周囲の高輝度の光として観測できるアンダーカット欠陥の深さを確認するために、次のような試験を行った。 Next, in order to confirm the depth of the undercut defect that can be observed as high-intensity light around the welded part immediately after welding, the following test was performed.
図1に示す試験板と同様の試験板を鋼板1及び鋼板2として5組準備した。そして、溶接狙い位置4を+3〜+7までの5水準に設定して、各溶接狙い位置4を中心として、周波数を50Hzに設定して溶接トーチ3をウィービングさせ、鋼板1及び鋼板2の長さ方向に隅肉アーク溶接を行い、5片の試験片を作成した。その他の溶接条件は、各組共通とし、電流270A、電圧30V、溶接速度18cm/minに設定した。 Five sets of test plates similar to the test plate shown in FIG. Then, the welding target position 4 is set to 5 levels from +3 to +7, the frequency is set to 50 Hz around each welding target position 4, and the welding torch 3 is weaved. Fillet arc welding was performed in the direction to prepare five test pieces. Other welding conditions were common to each group, and were set to a current of 270 A, a voltage of 30 V, and a welding speed of 18 cm / min.
また、溶接直後の溶接部周囲の高輝度の光の観察は、上述の溶接直後の溶接部周囲の高輝度の光とアンダーカット欠陥との対応関係の試験と同様のカメラ及びバンドパスフィルターを用いて、溶接部に対して、溶接逆進行方向の斜め上方に設置し、凝固直後の溶接部周囲の鋼板1をカメラで撮像した。撮像条件は、2000フレーム/秒で行った。 In addition, the observation of high-intensity light around the welded part immediately after welding uses the same camera and bandpass filter as the above-described test of the correspondence between the high-intensity light around the welded part immediately after welding and the undercut defect. The steel sheet 1 around the welded part immediately after solidification was imaged with a camera. The imaging condition was 2000 frames / second.
図3に、ウィービングの中心の溶接狙い位置を調整して隅肉アーク溶接した際に溶接部周囲の高輝度に光っていた部分を含む溶接ビードの光学顕微鏡で観察した断面図を示す。また、図3には、上述の溶接狙い位置4を+1として、隅肉アーク溶接した際に溶接部周囲の高輝度に光っていた部分を含む溶接ビードの断面図も併せて示す。図3から、溶接狙い位置を+1から+7の方向へ移動させることで、アンダーカット欠陥が小さくなることがわかる。すなわち、溶接狙い位置が+7のときに、アンダーカット欠陥が生じない適正な溶接狙い位置であることがわかる。 FIG. 3 shows a cross-sectional view of a weld bead that is observed with an optical microscope including a portion that shines with high brightness around the welded part when fillet arc welding is performed by adjusting the welding target position at the center of the weaving. FIG. 3 also shows a cross-sectional view of a weld bead including a portion shining with high brightness around the welded portion when the fillet arc welding is performed with the above-mentioned welding target position 4 being +1. FIG. 3 shows that the undercut defect is reduced by moving the welding target position from +1 to +7. That is, when the welding target position is +7, it can be seen that the welding target position is an appropriate welding target where no undercut defect occurs.
このウィービングの中心の溶接狙い位置とアンダーカット欠陥の深さの関係を図4に示す。また、白抜きの丸が、高輝度に光る部分が観察された溶接狙い位置とアンダーカット深さに対する関係であり、黒丸が高輝度に光る部分が観察されなかった溶接狙い位置とアンダーカット深さに対する関係である。これより、溶接狙い位置を+6に設定して、隅肉アーク溶接を行った際に形成された0.1mm程度の非常に浅いアンダーカット欠陥であっても、高輝度に光る部分が観察された。ここで、アンダーカット深さは、鋼板1の表面とアンダーカットの最も深い点との距離を測定することにより得た。 FIG. 4 shows the relationship between the welding target position at the center of the weaving and the depth of the undercut defect. In addition, the white circle is the relationship between the welding target position and the undercut depth where the bright part was observed, and the welding target position and the undercut depth where the black circle was not observed as the bright part. It is a relation to. As a result, even when the welding target position was set to +6 and the fillet arc welding was performed, even a very shallow undercut defect of about 0.1 mm was observed to shine with high brightness. . Here, the undercut depth was obtained by measuring the distance between the surface of the steel plate 1 and the deepest point of the undercut.
以上より、隅肉アーク溶接中の溶接部のうち、凝固直後の溶接部周囲の鋼板1のウィービングの反転位置を含む周囲をカメラで撮像し、周囲の鋼板1より高輝度のアーク光の反射光を検出することで、浅いアンダーカット欠陥であっても、オンラインで検出できることを知見した。
また、高速度カメラやバンドパスフィルターは高価であるため、市販のホームデジタルカメラにバンドパスフィルターの代わりに減光フィルタを取り付け、同様の実験を行った。その結果、市販のホームデジタルカメラでも同様にアンダーカット欠陥が検出されることを確認した。
From the above, among the welded parts during fillet arc welding, the surroundings including the reversal position of the weaving of the steel sheet 1 around the welded part immediately after solidification are imaged by the camera, and the reflected light of the arc light with higher brightness than the surrounding steel sheet 1 It was found that even under shallow defects can be detected online by detecting.
In addition, since high-speed cameras and bandpass filters are expensive, a similar experiment was performed by installing a neutral density filter instead of a bandpass filter on a commercially available home digital camera. As a result, it was confirmed that an undercut defect was detected in a commercially available home digital camera as well.
本発明は、以上のような検討過程を経て上記(1)〜(3)に記載の発明に至ったものであり、そのような本発明について、さらに、必要な要件や好ましい要件について順次説明する。 The present invention has reached the inventions described in the above (1) to (3) through the examination process as described above, and the necessary requirements and preferable requirements will be further described in order for the present invention. .
まず、本発明の検出方法について説明する。
本発明の検出方法は、溶接継手の溶接トーチをウィービングさせながら隅肉アーク溶接する際の溶接中に生じるアンダーカット欠陥を検出する方法であり、隅肉アーク溶接中の溶接部のうち、凝固直後の溶接部周囲の鋼板のウィービングの反転位置を含む周囲をカメラで撮像して、当該鋼板から反射するアーク光を監視し、鋼板のウィービングの反転位置に相当する箇所に観測される当該箇所の周囲より高輝度のアーク光の反射光を検出したときに溶接欠陥が生じたと判断する方法である。図1における鋼板1側、鋼板2側のどちらから発生するアンダーカットも観測できる。
First, the detection method of the present invention will be described.
The detection method of the present invention is a method for detecting an undercut defect that occurs during welding during fillet arc welding while weaving a welding torch of a welded joint. The surrounding area including the reversing position of the weaving of the steel plate around the welded part is imaged with a camera, and the arc light reflected from the steel sheet is monitored, and the periphery of the position observed at the position corresponding to the reversing position of the weaving of the steel sheet This is a method for determining that a welding defect has occurred when the reflected light of arc light with higher brightness is detected. Undercuts generated from either the steel plate 1 side or the steel plate 2 side in FIG. 1 can be observed.
(隅肉アーク溶接)
本発明の検出方法は、鋼板と鋼板の交差部などを隅肉アーク溶接する際に行う方法である。隅肉アーク溶接の溶接方法は、特に限定されるものでなく、溶接トーチをウィービングさせながら溶接する方法であれば、通常用いられる溶接方法を採用することができる。溶接用ワイヤもワイヤの成分によらず使用できる。電流、電圧などの溶接条件についても通常用いられている条件で良い。シールドガスを使用する場合、シールドガスは、Arガス、CO2ガス、及びそれらの混合ガスなどとすることができる。
(Fillet arc welding)
The detection method of the present invention is a method that is performed when fillet arc welding is performed on a crossing portion of a steel plate and a steel plate. The welding method of fillet arc welding is not particularly limited, and a commonly used welding method can be adopted as long as welding is performed while weaving the welding torch. A welding wire can also be used regardless of the wire component. Conventional welding conditions such as current and voltage may be used. When the shielding gas is used, the shielding gas may be Ar gas, CO 2 gas, and a mixed gas thereof.
(被溶接鋼板)
溶接しようとする鋼板の板厚は、特に限定されない。ただし、板厚6mm以上の鋼板の隅肉アーク溶接では、溶接トーチをウィービングしながら徐々に溶接進行方向に移動させて、積層する溶接方法が採用されることがある。本発明の検出方法は、ウィービングの中心の溶接狙い位置が適切でない場合に、ウィービングの反転位置に近接して形成されるアンダーカット欠陥を検出する方法であるため、板厚6mm以上の鋼板の隅肉アーク溶接において、採用すると有効である。溶接しようとする鋼板の形状は、少なくとも板状部分があればよく、全体が板でなくともよく、例えば、形鋼や鋼管なども含むものである。
(Welded steel plate)
The thickness of the steel sheet to be welded is not particularly limited. However, in fillet arc welding of a steel sheet having a thickness of 6 mm or more, a welding method in which the welding torch is gradually moved in the welding progress direction while weaving may be employed. The detection method of the present invention is a method for detecting an undercut defect formed close to the weaving reversal position when the welding target position at the center of the weaving is not appropriate. It is effective when used in meat arc welding. The shape of the steel sheet to be welded should have at least a plate-like portion, and the whole may not be a plate, and includes, for example, a shape steel and a steel pipe.
また、溶接しようとする鋼板の成分組成は、特に限定されない。本発明の検出方法は、前述したように、アンダーカット欠陥からのアーク光の反射光の検出に基づくものであるので、この限りで溶接しようとする鋼板及び溶接金属の成分組成は、必ずしも限定する必要はなく、所望の機械特性などに応じて調整すればよい。またステンレスやアルミを用いてもよい。 Moreover, the component composition of the steel plate to be welded is not particularly limited. As described above, the detection method of the present invention is based on the detection of the reflected light of the arc light from the undercut defect. Therefore, the component composition of the steel plate and the weld metal to be welded is limited to this limit. There is no need to make adjustments according to the desired mechanical properties. Stainless steel or aluminum may be used.
(カメラの設置場所)
カメラを、凝固直後の溶接部周囲のウィービングの反転位置を含む周囲を撮像できるように、溶接部の溶接の逆進行方向に設置することで、アンダーカット欠陥を撮像できる。凝固直後の溶接部とは、溶融池後方から約5cmの範囲の溶接部のことである。そして、カメラは、凝固直後の溶接部周囲に生じるアンダーカット欠陥を撮像できる位置に設置され、アーク光、溶融池、及び、溶接ビードの監視を必ずしも行う必要はない。よって、カメラの視野内に鋼板のウィービングの反転位置を含む周囲が入るように溶接部と溶接カメラとの距離(例えば、150mm〜300mm)を調整すればよい。また、溶接部周囲の鋼板に対し、カメラを溶接部の溶接の逆進行方向の斜め上方に設置すると、アンダーカット欠陥を検出しやすいため好ましい。
(Camera installation location)
An undercut defect can be imaged by installing the camera in the reverse direction of welding of the welded portion so as to image the periphery including the weaving reversal position around the welded portion immediately after solidification. The welded part immediately after solidification is a welded part within a range of about 5 cm from the rear of the molten pool. And a camera is installed in the position which can image the undercut defect produced around the welding part immediately after solidification, and does not necessarily need to monitor arc light, a molten pool, and a weld bead. Therefore, the distance (for example, 150 mm to 300 mm) between the welded portion and the welding camera may be adjusted so that the periphery including the reversal position of the weaving of the steel sheet enters the field of view of the camera. In addition, it is preferable to install a camera obliquely above the steel plate around the welded portion in the reverse direction of welding of the welded portion because it is easy to detect an undercut defect.
(アーク光の反射光の監視)
鋼板から反射するアーク光をカメラにより撮像し、表示装置に表示して監視する。鋼板のウィービングの反転位置に相当する箇所に観測される当該箇所の周囲より高輝度のアーク光の反射光を確認したときに、アンダーカット欠陥が生じたと判断する。前記箇所からのアーク光の反射光は高輝度のため、容易に確認でき、熟練作業者でなくともアンダーカット欠陥の発生を判断できる。また、溶接部の接合強度に影響を与えるアンダーカット欠陥は、最終パスにおいて形成されるアンダーカット欠陥であるので、鋼板と鋼板の交差部などを多層盛り溶接する場合は、最終パスの隅肉アーク溶接の際に、また、鋼板と鋼板の交差部などを1パス溶接する場合は、1パスの隅肉アーク溶接の際に、アーク光の反射光の監視を行えばよい。
(Monitoring of arc reflected light)
The arc light reflected from the steel plate is imaged by a camera and displayed on a display device for monitoring. It is determined that an undercut defect has occurred when the reflected light of arc light having a higher luminance than the periphery of the portion observed at the portion corresponding to the reversal position of the weaving of the steel plate is confirmed. Since the reflected light of the arc light from the said part is high-intensity, it can confirm easily and can determine the occurrence of an undercut defect even if it is not a skilled worker. In addition, the undercut defect that affects the joint strength of the weld is an undercut defect that is formed in the final pass. When welding, and when one-pass welding of a crossing portion of a steel plate and the like is performed, the reflected light of the arc light may be monitored during one-pass fillet arc welding.
次に、本発明のアンダーカット欠陥の検出装置(以下、「本発明の検出装置」という)について説明する。
本発明の検出装置は、隅肉アーク溶接中に生じるアンダーカット欠陥を検出する装置であり、隅肉アーク溶接中の溶接部周囲のうち、凝固直後の溶接部周囲の鋼板のウィービングの反転位置を含む周囲を撮像するカメラと、カメラにより撮像された像を表示する表示装置とを有する装置である。
Next, the undercut defect detection apparatus of the present invention (hereinafter referred to as “detection apparatus of the present invention”) will be described.
The detection apparatus of the present invention is an apparatus for detecting an undercut defect that occurs during fillet arc welding. Among the surroundings of the weld during fillet arc welding, the reversing position of the weaving of the steel plate around the weld immediately after solidification is detected. It is an apparatus having a camera that captures the surroundings and a display device that displays an image captured by the camera.
(カメラ)
本発明の検出装置は、隅肉アーク溶接中に溶接部のうち、凝固直後の溶接部周囲の鋼板のウィービングの反転位置を含む周囲を撮像するカメラを有し、カメラは、CCDカメラや高速度デジタルビデオカメラなど赤外領域まで感度を有するカメラとすることができる。カメラは、撮像するためのレンズを備え、このレンズに、減光フィルタなどを取り付けることが好ましい。アーク光は、強度が強すぎるからである。また、隅肉アーク溶接において、パルス電流を用いて行うときは、パルスの周波数で放出されるアーク光を撮像できるように、パルスの周波数の2倍以上のコマ数で観察できるカメラを用いることが好ましい。例えば、50Hzでウィービングさせて隅肉アーク溶接を行う場合、カメラの撮像条件を2000フレーム/秒で行うことが例示される。
(camera)
The detection apparatus of the present invention has a camera that images the periphery of the welded part including the reversal position of the weaving of the steel plate around the welded part immediately after solidification during fillet arc welding. It can be set as the camera which has sensitivity to infrared region, such as a digital video camera. The camera preferably includes a lens for imaging, and a neutral density filter or the like is attached to the lens. This is because the arc light is too strong. In fillet arc welding, when a pulse current is used, a camera that can be observed with a frame number more than twice the pulse frequency should be used so that the arc light emitted at the pulse frequency can be imaged. preferable. For example, when fillet arc welding is performed by weaving at 50 Hz, the imaging condition of the camera is exemplified at 2000 frames / second.
(バンドパスフィルター)
バンドパスフィルターをカメラに取り付けて、特定の波長の光のみを通して、カメラで撮像することも好ましい。しかしながら、この高輝度部からの放射は、600nm以下の波長域の光が主体であることから、赤色より長波長の領域を選択的に透過するバンドパスフィルターを用いて撮影すると、アーク周辺プラズマの部分が相対的に抑制されて、溶接部周囲の様子をよりよく観察することができる。また、バンドパスフィルターが赤外線も透過するものであれば、CCDカメラなど赤外領域まで感度を有する撮像装置を用いたときに、アンダーカットからのアーク光の反射光を検出してより明瞭な画像を得ることができる。市販のホームデジタルカメラを用いる場合は減光フィルタを用いても、明瞭な画像を得ることができる。
(Band pass filter)
It is also preferable to attach a band-pass filter to the camera and pick up an image with the camera through only light of a specific wavelength. However, since the radiation from this high-luminance part is mainly light in a wavelength region of 600 nm or less, when photographing using a bandpass filter that selectively transmits a region having a wavelength longer than red, the plasma around the arc The portion is relatively suppressed, and the appearance around the weld can be better observed. If the bandpass filter can also transmit infrared light, a clearer image can be obtained by detecting reflected light of the arc light from the undercut when using an imaging device having sensitivity up to the infrared region, such as a CCD camera. Can be obtained. When a commercially available home digital camera is used, a clear image can be obtained even using a neutral density filter.
(表示装置)
カメラによって撮像された像は、たとえば、液晶ディスプレイなどの表示装置に表示させる。表示装置は、特に限定されるものでなく、作業者が、表示された像を確認できればよい。
(Display device)
The image picked up by the camera is displayed on a display device such as a liquid crystal display, for example. The display device is not particularly limited as long as the operator can confirm the displayed image.
次に、本発明の隅肉アーク溶接方法(以下、「本発明の溶接方法」という)について説明する。
本発明の溶接方法は、溶接トーチをウィービングさせながら予め決められた溶接狙い位置に基づいて自動で隅肉アーク溶接中に、本発明の検出方法により、アンダーカット欠陥が生じたことを検出したとき、隅肉アーク溶接を中止し、溶接トーチの溶接狙い位置を変更して隅肉アーク溶接する方法である。
Next, the fillet arc welding method of the present invention (hereinafter referred to as “the welding method of the present invention”) will be described.
When the welding method of the present invention detects that an undercut defect has occurred by the detection method of the present invention during fillet arc welding automatically based on a predetermined welding target position while weaving the welding torch. The fillet arc welding is performed by stopping fillet arc welding and changing the welding target position of the welding torch.
溶接ロボット等を用いて、自動でウィービングさせながら溶接する場合、予め決められた溶接狙い位置に基づいて、あるいは、溶接線倣いを併用して、溶接トーチを進行させている。しかし、開先中心がずれている場合、あるいは、溶接線倣い併用する場合でもそのずれが溶接線倣いでカバーできる範囲を超えている場合などでは、溶接トーチが開先の変化に追随できずに、アンダーカットが生じることがある。 When welding is performed while automatically weaving using a welding robot or the like, the welding torch is advanced based on a predetermined welding target position or in combination with welding line tracing. However, if the groove center is misaligned, or if the misalignment is beyond the range that can be covered by welding line scanning even when welding line scanning is used, the welding torch cannot follow the groove change. Undercut may occur.
そこで、本発明の検出方法により、アンダーカット欠陥を検出したとき、隅肉アーク溶接を中止し、溶接狙い位置を適切な位置、たとえば、溶接狙い位置を図1における+7の位置に変更し、溶接を再度実施する。これにより、溶接作業の終了後にアンダーカット欠陥周囲を補修溶接することがなくなる。 Therefore, when an undercut defect is detected by the detection method of the present invention, fillet arc welding is stopped, the welding target position is changed to an appropriate position, for example, the welding target position is changed to +7 in FIG. Perform again. This eliminates the need for repair welding around the undercut defect after completion of the welding operation.
本発明によれば、隅肉アーク溶接において、開先の寸法精度によらず、電圧監視では検出できないアンダーカット欠陥をオンライン検出することができ、熟練者でなくとも、アンダーカット欠陥の有無を容易に検出、判定することができる。よって、本発明は、産業上の利用可能性が高いものである。 According to the present invention, in fillet arc welding, an undercut defect that cannot be detected by voltage monitoring can be detected on-line regardless of the dimensional accuracy of the groove. Can be detected and determined. Therefore, the present invention has high industrial applicability.
1 鋼板
2 鋼板
3 溶接トーチ
4 溶接狙い位置
5 ワイヤ
6 アーク
7 溶融池
8 溶接ビード
9 高輝度の光を発する部分(アンダーカット)
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Steel plate 2 Steel plate 3 Welding torch 4 Welding aim position 5 Wire 6 Arc 7 Weld pool 8 Weld bead 9 Part which emits high-intensity light (undercut)
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