JPH03297567A - 片面溶接方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業−４二の利用分野〕 本発明は、開先裏面に真当材を当て表面から溶接を行う
片面溶接方法に関する。

〔従来の技術〕

母材表面から溶接を行い、裏波を形成させる片面溶接は
、母材を反転できない現地での溶接あるいは大形鋼板の
板継ぎ溶接に広く利用されている。

この片面溶接では、開先ギャップが溶接全長にわたって
均一な場合は比較的容易に良好な裏波ビドを形成するこ
とができるが、開先ギャップが均一でない場合には溶接
作業者が開先ギャップに応じた溶接条件（溶接速度、溶
接電圧、溶接電流など）を調整しながら溶接しないと良
好な裏波ビードは形成できない。

この問題点を解決しようとする技術として特開昭６１−
５６７７５号公報には、銅当金の上にフラックスを散布
した裏当材を用いて溶接し、母材と銅当金間の電位差を
検出して裏波ビードを制御する方法が提案されている。

〔発明が解決しようとする課題〕

しかしながら該方法は、銅当金の上にフラックスを散布
した真当材、即ち母材と導電体の間に電気抵抗の大きい
絶縁体を介在させた真当材を使用した溶接のみに適用さ
れるものであってその利用範囲が狭い。また、」二記の
問題に対して出願人は、オシレート幅中央位置での溶接
電流を検出して、実験によってあらかじめ設定したしき
い値と比較し、検出した電流値がしきい値より大であれ
ば溶接速度大で溶接し、しきい値より小であれば溶接速
度小で溶接する方法を特願昭６１−２２４１．１１号に
て提案した。ここで溶接速度は予想される速度より大き
い速度と小さい速度の２段階をあらかじめ設定しておき
、このいずれかを選択する。溶接速度を２段階としたの
は装置を簡素化するためであり、無段階で制御するより
経済的に目的を達成できる。このようにオシレーＩ−幅
中央において毎回溶接電流を検出し、その都度溶接速度
を切り替えてワイヤ突出し長さが一定に保持されるよう
制御し溶接するものであるが、母材、部材の変化によっ
て溶接条件を変えた場合、それに合わせて溶接電流の基
準設定の調整をその都度必要とし、また第２図に示すご
とく溶接電流値の変動はワイヤ突き出し長さの長い場合
と短い場合とで異なるため、固定式フィルターを設けて
変動分のみ除去する方法を提案したが、固定式フィルタ
ーの時定数によす応答が遅れる傾向がある。また溶接電
流の変化を検出して基準電流値との比較により溶接速度
を制御する場合、母材面と溶接１〜−チとの距離を絶え
ず一定にする必要があり、母材面と溶接トーチ走行面と
の相互間距離が変動するような場合には良好な裏波ビー
ドを得ることが困難である。更にこのような場合には安
定した溶接ビード高さも得られない。

本発明はかかる点に鑑みてなされたものであり、開先幅
の変動する部材や、母材面と溶接トーチ走行面と相互間
距離が変動するような部材に列して、良好な裏波ビード
を形成するとともに安定した溶接ビード高さが得られる
片面溶接方法を提供するものである。

〔課題を解決するための手段〕

本発明の要旨は、開先裏面に真当材を当て、溶接ワイヤ
を表面から定速供給しつつ溶接を行う下向突合せ溶接姿
勢の片面溶接方法において、被溶接物の表面またはビー
ド表面と溶接１〜−チとの距離を検出すべく配設した距
離計の検出出力が一定− − となるように溶接１〜−チの高さを制御しつつ、開先幅
中央における溶接電流値の変化分を検出し、あらかじめ
設定した基準値に対する該変化分の差に応じて溶接速度
を制御して溶接することを特徴とする片面溶接方法であ
る。

〔作用〕

本発明を図によって詳細に説明する。

第１図は、本発明を一態様で実施するワイヤオシレート
式ガスシールドアーク片面溶接装置の構成概要を示すブ
ロック図である。これにおいてＶ型開光を形成して突合
わされた母材１および２の裏面には耐火性を有する固形
真当材３が当てられており、母材２の表面にはガイドレ
ール４が載置されている。溶接台車７はガイドレール４
に沿って図示されていないモータにて駆動される。溶接
台車７にはオシレート装置８が塔載されている。

第３図に、溶接台車７部をより詳細に示す。ガイドレー
ル４はマグネット５および６で母材１上に固定して載置
しである。オシレート装置８はオシレート軸９を、オシ
レート方向１０即ち開先幅方向にオシレートさせ、オシ
レート軸９の先端に設けた溶接トーチホルダー１１で保
持された溶接トーチ１２を同様に開先幅方向にオシレー
トまたは開先幅中央に固定させる。また溶接ｌ・−チホ
ルダ−１１には母材表面または溶接ビード表面と溶接ト
ーチとの距離を検出する距離計２６が保持具２７によっ
て保持されている。溶接ワイヤ１３は溶接トーチ１２を
通して開先内に供給され、第１図の直流定電圧溶接電源
１７から電圧が印加され溶接が行われる。１４はガスシ
ールドノズルである。

第２図に、前記構成によって溶接を行った場合の裏波形
成の状態を、溶接金属とガスシールドノズルとの位置関
係に対して模式的に示す。第２図の（ａ）においては、
溶接速度即ち溶接台車７の速度と、溶接金属１６との関
係が適正であって溶接アーク１５は溶接金属１６に対し
て先行せず、また遅れることもなく良好な裏波ビードが
形成されている。第２図の（ｂ）は開先幅が第２図の（
ａ）の場合より広くなったときで溶接金属１６の量が不
足し、余盛速度が遅くなり相対的に適正溶接速度より溶
接台車７の速度が早くなり溶接アーク１５は溶接金属１
６に対して先行し、過大な裏波ビドが形成されている。

第２図の（ｂ）において最悪の場合は、真当材３が溶は
落ちて溶接金属１６が垂れ落ち、溶接不能となる危険性
もある。また第２図の（Ｃ）は、開先幅が第２図の（ａ
）の場合より狭くなったときであり、溶接金属１６の量
が過剰となり余盛速度が早くなって相対的に適正溶接速
度より溶接台車７の速度が遅いために、溶接アク１５に
対して溶接金属１６が先行し充分な裏波が形成されない
。なお、溶接電流値の検出値としては、溶接ワイヤをオ
シレー１〜しない場合は溶接トーチ１２は開先幅中央位
置にあるので検出値そのものを利用しているが、溶接ワ
イヤをオシレトしている場合は、溶接トーチ１２が開先
幅の中央位置（溶接１・−チの位置は図示しないポテン
ションメータにて検知）にあるときの溶接電流検出値と
している。ポテンショメータの代わりに他の位置又は距
離センサー類を使用することも可能である。

ところで第２図において裏波ビードが良好に形成される
ときと、そうでないときの違いについてワイヤの突出し
長さ（ＥＸ、Ｔ）に着目すると、過大な裏波ビードとな
る場合に突出し長さ（ＥＸＴ）が最も長く、充分な裏波
ビードが形成されない場合に突出し長さ（Ｅ　Ｘ　Ｔ）
が最も短く、良好な裏波ビドが形成される場合が両者の
中間的なワイヤ突出し長さとなることがわかる。また、
溶接電源に直流電圧溶接電源を用いワイヤを定速送給し
て溶接を行うとき、ワイヤ突出し長さが長いと溶接電流
値は低く、ワイヤ突出し長さが短いと溶接電流値は高く
なることが一般的に知られている。しかして常に良好な
裏波ビードを得るためには、溶接電流値を検出して溶接
速度を制御し、溶接アークを溶接金属の一定位置に保持
させればよいことがわかる。しかしながら溶接電流値の
検出に際し、第２図の溶接電流値（Ｉ）に示すようにワ
イヤ突出し長さ（Ｅ　Ｘ　Ｔ）が長くなるにつれて、溶
接電流値は低くなるとともに変動幅が大きくなり第２図
の− 一 適正電流値幅以上となる。逆にワイヤ突出し長さ（ＥＸ
Ｔ）が短くなるにつれて、溶接電流値は高くなるととも
に変動幅が小さくなり、第２図の適正電流値幅以下とな
る。

本発明はこの変動幅の大小を利用したものであり、溶接
電流値の変化幅を微分出力電圧に変換して、第２図の適
正電流値変動幅対応の微分出力電圧値（ＥＤ）を基準値
として、微分出力電圧が基準値より高いと溶接台車７の
目標速度より下げ、低いと上げて、溶接台車の速度を制
御して溶接したところ良好な裏波ビードを得た。ただし
、以上のことは母材面と溶接１〜−チ走行面との相互間
距離が常に一定である場合に良好な結果を得ることがで
きるが、実際の構造物の溶接に際しては母材と溶接トー
チ走行面との距離を常に一定に保つことは困難であり、
変動することが多い。このような場合に単に溶接電流の
変動幅を検出して溶接速度を制御するのみでは良好な裏
波ビードを形成することできない。

これを解決するために本発明では第３図に示すように、
母材面または溶接ビード面と溶接１〜−チとの相互間距
離を検出する距離計２６を備え、該距離計の検出値が常
に一定となるように、溶接トーチを、駆動モータ（図示
省略）で上下駆動制御している。この方法により溶接実
験したところ良好な裏波ビードを得るとともに安定した
溶接ビド高さを得た。

第１図を参照すると、直流定電圧溶接電源１７の十出力
はシャント２３を通し溶接トーチ１２に接続されて溶接
電流値（Ｉ）が流れることによりシャント２３より、溶
接電流値に比例するレベルの出力電圧（Ｅｉ）が発生す
る。このときの出力電圧（Ｅｉ）の波形は第２図の溶接
電流値（Ｉ）と同等である。該出力電圧（Ｅｉ）を微分
回路２４が第２図の微分出力電圧値（Ｅ　Ｄ）に変換す
る。変換された微分出力電圧値（ＥＤ）と適正基準回路
１９よりの基準電圧値（ＥＳ）とを比較回路１８に入力
し、その出力として比較差電圧±ΔＥが得られる。さら
に比較差電圧±ΔＥを増幅器２ｏにて増幅し、電力出力
回路２１によって溶接台車モータ２２の速度を連続的に
制御する。一方、距離計２６で検出された母材面または
溶接ビード面と溶接トーチとの相互間距離に相当する電
圧信号は、フィルター等で構成さ九る信号処理回路２８
に入力され、その出力信号は初期値メモリー３０および
比較器２９に入力される。初期値メモリー３０は溶接開
始時の溶接ｌ・−チ高さ設定位置（電圧値）を記憶して
、該記憶値を比較器２９に入力し、該記憶値を基準とし
て距離計２６で検出された距離信号とを比較器２９で比
較し、その差信号を増幅器３１にて増幅し、電力出力回
路３２によって溶接トーチ」１下モータ３３を連続的に
制御する。

こうして本発明は、母材表面または溶接ビード面と溶接
トーチとの距離を検出して初期値（基準値）と比較し、
比較結果に応じて溶接トーチ高さを制御するとともに、
溶接電流を微分回路を通して検出し、該微分回路の検出
結果をあらかじめ設定した基準値との差に応じて溶接速
度を制御して、良好な裏波ビードを形成し、安定した溶
接ビード高さを得るものである。

〔実施例〕

本発明の実施例を次に説明すると、溶接法はＣＯ２ガス
シールド溶接法で、母材は軟鋼、板厚１６ｍｎ　を用い
、開先角度４０°、開先ギャップ３〜８ＩでＶ型開光を
形成し開先裏面に耐火性固形真当材を当てて溶接長５０
０ｍ　に対し、母材面と溶接トーチとの相互間距離を溶
接開始点と溶接終了点とで１０ｍｍの差を設けて溶接実
験した。その結果きわめて良好な裏波ビー１くが形成さ
れるとともに安定した溶接ビート高さを得ることができ
た。

その他の溶接条件は以下の通りである。

溶接ワイヤ：１．．６ｎｍ＋　　φのソリッ１くワイヤ
。

適正溶接電流値：　４００（Ａ’ｌ　。

溶接電圧：　３４［：ＶＬ ワイヤ突出し長さ：３０ｍｍ。

ワイヤオシレート幅：６ｍｎ。

オシシー１〜回数：５０＠７分。

なお、前記実施例ではＣＯ２ガスシールド溶接法で裏当
材に耐火性固形真当材を用いて溶接した例を示したが、
サブマージ溶接法であっても直流１１ １２− 定電圧溶接電源を用い、ワイヤを定速送給して行う溶接
であれば本発明の適用はできるし、真当材が鋼板であっ
てもさしつかえない。またＭＡＧ溶接法、ＭＩＧ溶接法
であっても同様である。

第１図に示す装置構成では、微分回路２４で溶接電流の
微分値対応の電圧を得ているが、他の装置構成として、
溶接電流を一方でローパスフィルタで平滑化し、他方で
差動増幅器でローパスフィルタの出力値（中心値）に対
する溶接電流瞬時値の偏差を表わす偏差電圧を得て、こ
の偏差電圧を例えば絶対値回路又は整流回路で偏差絶対
値を表わす電圧に変換して、この電圧を比較回路１８に
与えるようにしてもよい。この場合には、溶接電流値の
変動幅に対応して溶接台車モータ２２の速度が制御され
、」二連と同様な効果が得られる。

〔発明の効果〕

以上説明したとおり本発明によれば、開先精度が悪い部
材あるいは母材表面または溶接ビード面と溶接トーチ走
行面との相互間距離が変動するような実際の構造物に対
しての片面溶接が容易に行え、溶接者が溶接中に条件を
再調整するなどの手間が省略できるため、自動溶接の効
果を一段と高めることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明を一態様で実施する装置構成を示すブ
ロック図である。 第２図は、下向突合せ溶接における、溶接金属に対する
ガスシールドノズル位置と溶接電流値。 その微分出力電圧値および裏波ビードとの関係を示すグ
ラフである。 第３図は、第１図に示す溶接台車７部の詳細を示すブロ
ック図である。 １．２：母材　　　　　３：裏当材 ４ニガイドレール　　　５，６：マグネツト７：溶接台
車　　　　　８：オシレート装置９：オシレート軸　　
　ｌＯ：オシレート方向１１：溶接Ｉ・−チホルダ−１
２：溶接トーチ１３：溶接ワイヤ　　　　１４：ガスシ
ールドノズル１５：溶接アーク　　　　１６：溶接金属
１７：直流定電圧溶接電源　　１８：比較回路１９：適
正基準回路　　　２０，３］、：増幅器２１，３２　：
電力出力回路　　　２２：溶接台車モ２３ニジヤント　
　　　　　２４：微分回路２５：ワイヤリール　　　　
２６：距離計２７：距離計保持具　　　　２８：信号処
理回路２９：比較器　　　　　　　３０：初期値メモリ
３３：溶接トーチ」１下モータ ３４：溶接トーチ上下装置 り

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 開先裏面に裏当材を当て、溶接ワイヤを表面から定速供
   給しつつ、溶接を行う下向突合せ溶接姿勢の片面溶接方
   法において、被溶接物の表面またはビード表面と溶接ト
   ーチとの距離を検出すべく配設した距離計の検出出力が
   一定となるように溶接トーチの高さを制御しつつ、開先
   幅中央における溶接電流値の変化分を検出し、あらかじ
   め設定した基準値に対する該変化分の差に応じて溶接速
   度を制御して溶接することを特徴とする片面溶接方法。