JPH039828B2 - - Google Patents

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JPH039828B2
JPH039828B2 JP59067307A JP6730784A JPH039828B2 JP H039828 B2 JPH039828 B2 JP H039828B2 JP 59067307 A JP59067307 A JP 59067307A JP 6730784 A JP6730784 A JP 6730784A JP H039828 B2 JPH039828 B2 JP H039828B2
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JP
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arc
metal
length
falling
welding machine
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JP59067307A
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Gee Doroe Mitsusheru
Nadoo Furansowa
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Hydro Quebec
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Hydro Quebec
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Publication date
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Publication of JPH039828B2 publication Critical patent/JPH039828B2/ja
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K9/00—Arc welding or cutting
    • B23K9/06—Arrangements or circuits for starting the arc, e.g. by generating ignition voltage, or for stabilising the arc
    • B23K9/073—Stabilising the arc
    • B23K9/0735—Stabilising of the arc length
    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05B—ELECTRIC HEATING; ELECTRIC LIGHT SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; CIRCUIT ARRANGEMENTS FOR ELECTRIC LIGHT SOURCES, IN GENERAL
    • H05B7/00—Heating by electric discharge
    • H05B7/02—Details
    • H05B7/144—Power supplies specially adapted for heating by electric discharge; Automatic control of power, e.g. by positioning of electrodes
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P10/00—Technologies related to metal processing
    • Y02P10/25—Process efficiency

Description

【発明の詳細な説明】 本発明はアーク溶接機のアーク長制御装置に関
し、特に、溶加材としての付加的な溶融金属ワイ
ヤを供給しながら電極と被溶接金属片との間でア
ークを発生するガス−タングステンアーク溶接機
（TIG溶接機）のアーク長制御装置に関する。
アーク炉やアーク溶接機の分野においては、ア
ーク柱に供給される電力がアーク長の関数である
ということがすでに知られている。従つて、アー
ク炉やアーク溶接機或いはアークランプのような
機械を作動させるアークを用いる際に良好な結果
を得るためには、機械の離間した要素の間隔、す
なわちアークが形成される間隔を調整し及び制御
することが否応なしに必要である。機械を作動さ
せている間に、これらの要素の一方又は両方が消
耗するときには、この制御が特に必須のものとな
る。
アーク溶接機の場合には、溶接の品質と均一性
が直接この距離に依存しているので、１以上の電
極と溶接すべき金属部分との間の距離を常に一定
の値に制御することが必要となる。
アーク溶接機を使用する際に不可欠である電気
アーク長の制御を確実にするために、現在までア
ーク電圧の電圧降下を測定するということが提案
されてきている。それは、電圧降下の値がアーク
長の関数であるということがすでに知られている
からである。また、アーク溶接機におけるアーク
電極を監視してこの値を一定に保つことも提案さ
れている。
アーク電圧降下を測定するために、通常は、１
以上のワイヤによつて、アークの端部近傍で電圧
プローブをアーク電源に接続している。アークを
得るための電源供給線内に測定ループを設ける必
要があるこの方法はいくつかの大きな欠点を有し
ている。これら欠点の中で、まず最初に述べてお
くべきことは、電圧プロープがアーク電源から電
気的に絶縁されていないということである。アー
ク発生機械を高電圧下で作動させたり、或いはア
ーク供給電流がフローテイングであるときには、
これにより非常に厳しい問題が生ずる。他の大き
な欠点として述べておくべきことは、特にアーク
電流が大きな変動を受けるようなときには、測定
ループがループ中に生ずる寄生電圧に悩まされる
ということである。
現在まで用いられている慣例の方法における他
の大きな欠点は、アーク電圧降下の正確な値を得
ることがむずかしいということである。それは、
測定ループによつて得られる値が、事実上、次に
掲げる電圧降下の和であるからである。
(1) 実際のアーク柱の電圧降下 (2) 陰極と陽極との間の電圧降下 (3) 電極及び測定ループに含まれる電源供給回路
部分の抵抗分による電圧降下 (4) 例えば測定ループを工業用アーク炉に用いる
場合には、三相電流供給回路内の電流の各位相
間における相互インダクタンスに起因する誘導
電圧 (5) 測定ループ内に生ずる寄生電圧。
アーク長の関数であるアーク柱電圧降下以外の
これら電圧降下の測定及び／又は決定が非常に難
しく、従つて、アーク柱電圧降下を、測定ループ
によつて得られた値から分離することは非常に難
しい。何故ならば、測定ループによつて得られた
この値が、しばしば全測定電圧に対して非常にわ
ずかであるからである。
アーク溶接機に交流又は変調電流が供給される
場合には、電極と被溶接金属間に形成されたアー
クが可聴音響信号を生成することが知られてい
る。また、アークによつて得られた音響信号の振
幅が、アーク柱に供給される電力の時間に関する
導関数に比例するということが知られている。
この理論的な認識から、アーク溶接作業におけ
るいくつかのパラメータを制御するため、アーク
によつて発生した音響信号の振幅を検出し、その
検出した値を用いるということは既に提案されて
いる。
一例として、三共造船株式会社に付与され、
1976年４月４日に発行された英国特許第1430824
号には、アークによつて発生する音の強さを測定
することによりアーク溶接機の動作を制御し、そ
のようにして測定された音の強さが異常に変動し
たかどうかを検出し、そのように検出された異常
な音に応動して溶接機のいくつかの溶接特性を動
作させるという方法が開示されている。アーク柱
によつて発生する音響信号の強さを測定すること
によつて制御可能であるという上述の英国特許の
パラメータは、溶接スピード、即ち溶接される金
属加工片に関連して電極を移動させるスピード、
プラズマ溶接機を用いる場合にはプラズマガラス
流量、溶接電流の強さ及び金属ワイヤの供給速度
である。
この英国特許は、非常に広い理論的な原理に関
係しており、その実際の具体例に関係しておら
ず、その英国特許には、アーク長制御が良好な溶
接を得るための基本的な条件であるのにもかかわ
らず、アーク長を制御するために、アークによつ
て発生する音響信号を利用できるということが述
べられていない。また、この特許には、溶接作業
中に引き起こされる異常な動作を検出してそれを
修正するためにのみ、アーク柱によつて発生する
音の強さを検出するということが提示されている
だけであり、アークにより発生する音響信号を利
用して、かかるアーク溶接機を常時積極的に制御
するということについては言及されていない。
本発明の目的は、アークから発生する音響信号
に基づいて、アーク長を制御するとともに、溶加
材としての付加的な供給ワイヤの供給速度をも供
給ワイヤからの溶滴音を検出することにより同時
に制御するようにしたアーク溶接機のアーク長制
御装置を提供することにある。
アーク柱によつて発生する音響信号の振幅が、
このアーク柱に供給される電力の時間に関する導
関数に直接比例し、またアーク柱に供給される電
力がこのアーク長の関数であれば、アーク柱によ
つて発生する音響信号の振幅がまたアーク長の関
数であるという点に基づいて本発明がなされたも
のである。従つて、アーク溶接機を積極的に操作
する際の基本的なパラメータであるアーク長、す
わなち、複数の要素間で形成されるアーク長を、
それら要素のいずれか１つを監視するために、ア
ーク溶接機を作動させているときにアークによつ
て発生する音響信号の振幅を測定することによつ
て、及び、そのようにして測定された値を用いて
制御することができる。
事実、変調電流又は交流電流によつて発生する
アークによつて生じた音響信号の振幅がアーク長
の関数であるので、ある電流の強度に対するアー
ク長の変化は、アーク柱によつて発生する音響信
号の振幅の変化に一致することになる。電気アー
ク長を制御するためには、アークによつて発生す
る音響信号を検出し、そのようにして検出された
信号を基準信号と比較し、アークが形成される二
つの要素間のいずれか一つの要素を監視してアー
ク長を増減するために、その二つの信号の差の代
数値を用いれば十分である。
本発明は、溶加材として付加的な金属ワイヤの
供給を伴なつて作動するガスタングステンアーク
溶接機における被溶接金属片と電極との間に発生
する電気アークの長さを制御する装置において、
前記アーク溶接機のアークによつて発生した音響
信号と、前記金属ワイヤから前記被溶接金属片へ
落下する金属溶滴により生ずる音のすべてを検出
する手段と、検出された音響信号をその基本周波
数でろ波し、ろ波された信号に応答して、振幅が
アークの実長に比例する音響信号を発生する手段
と、発生した音響信号の振幅を、前記電気アーク
の所望の長さに対応した可調基準振幅と比較し
て、その比較結果である差の代数値を定めるとと
もに、当該代数値に比例した第１の連続した電気
信号を生成する手段と、前記第１の連続した電気
信号に応答し、前記アークの実長が前記所望の長
さと等しくなるまで、前記被溶接金属片に対して
前記電極を移動する手段と、前記ろ波手段に平行
して設けられ、前記検出手段により検出された音
響信号から金属溶滴の落下により生じた音を識別
する闘値手段と、所定の期間に識別された溶滴落
下音数を同じ所定期間内に落下すべき所定の溶滴
落下数に対応する可調整基準数と比較して、その
比較結果である差の代数値を定めるとともに、当
該代数値に比例した第２の連続した電気信号を生
成する付加手段と、前記付加手段によつて生成さ
れた第２の連続した電気信号に応答して、金属溶
滴の落下実数が前記金属溶滴の所望の落下数と一
致するように、被溶接金属片に対して前記金属ワ
イヤを供給する手段とを具備したことを特徴とす
る。
以下、図面に基づいて本発明を詳細に説明す
る。
上述したように、アークによつて発生する音響
信号がアーク柱の長さの関数であり、従つて、ア
ーク発生機械の作動中にアークによつて発生する
音響信号の振幅を測定し、また、そのように検出
された信号を用いて、アークがその間で形成され
る部材のうち少なくともいずれか一方の部材を監
視することにより、アーク柱の長さ、すなわち、
積極的に作動するアーク発生機械の基本的パラメ
ータであるアーク柱の長さを容易に制御できると
いう知見に基づいて本発明はなされた。
第１図に、溶加材としての付加的な金属ワイヤ
を供給しながら作動する直流または交流ガス−タ
ングステンアーク溶接機において、溶接される加
工片と電極との間に発生する電気アークの長さを
制御する本発明装置の一実施例を示す。この場
合、直流であれば音響信号を発生させるため、わ
ずかに電流を変調する必要がある。また、第２図
には第１図に示した電気制御回路の詳細を示す。
この種溶接機は溶接加工片に近接する電極２を
有し、電極２と溶接加工片３との間に電気アーク
１が形成されるような電圧に保持される。ワイヤ
１３は、加工片３の溶接を完全なものにするに必
要な金属を供給するため、発生するアークの熱に
より溶滴となる。
この装置は、その詳細を第２図に示した構成の
制御回路６にワイヤ５を介して接続されたマイク
ロフオン４を有する。この制御回路６は、基本周
波数で検出された音響信号をろ波するフイルタ２
１を有する。その基本周波数は、アークが直流で
発生しているとこきには変調周波数と等しく、ア
ークが交流で発生しているときには交流の周波数
の２倍と等しい。また、制御回路６は、ろ波され
た音響信号の振幅を所望のアーク長に相当する可
調整基準振幅と比較してその差の代数値を決定
し、及びその代数値に比例する連続電気信号を得
るコンパレータ２３をも有する。アークの実際の
長さが所望の値になるまで、溶接される加工片３
に対して電極２を移動させるため、そのようにし
て得た電気信号を、ワイヤ７を介して装置８に供
給する。その装置８は複数のローラ９を動作させ
るモータを有する。基準信号２２の振幅は可変抵
抗により調整できる。
すなわち、アーク１から発生する音をマイクロ
フオン４で収音して音響信号を得、その音響信号
をワイヤ５を介して制御回路６のフイルタ２１に
供給する。直流が供給されていれば、変調された
周波数で音響信号をろ波する。交流が供給されて
いれば、交流の基本周波数の２倍の周波数でろ波
する。交流が60Hzであれば120Hzでろ波する。次
いで、ろ波された信号をコンパレータ２３に供給
して可調整基準振幅を有する信号２２と比較す
る。そして、二つの信号間の差である代数値を決
定して連続した電気信号を得る。この電気信号
は、実アーク長が短かするぎるときに正の値とす
ることができ、その場合には装置８のモータによ
り電極２が被溶接金属片３から遠ざかるように制
御され、また実アーク長が長すぎるときは負の値
とすることができ、その場合には、モータにより
電極２が被溶接金属片３に近づくように制御され
る。
この動作と同時に、ワイヤ１３によつて供給さ
れる金属の溶滴が溶接加工片３上に落下する際に
生ずる音を同じマイクロフオン４によつて検出
し、フイルタ２１に平行して設けられ、マイクロ
フオン４により検出された音響信号から金属溶滴
の落下により生じた音を識別する闘値設定回路
（electronic threshold）３２を介してコンパレー
タ３３に供給する。次いで、そのようにして検出
された音、すわなち、一定期間内に溶接加工片３
上に落下する溶滴により生ずる衝突音数を同じ期
間に落下すべき所定の溶滴数に対応する可調整基
準数と比較して、それらの差の代数値を決定し、
測定した音数と所望の溶滴数との間の差である代
数値と比例する連続電気信号を得る。次いで、コ
ンパレータ３３によつて得た連続電気信号を、ワ
イヤ１４を介して、複数のローラ１６を作動させ
る直流モータを有する装置１５に供給して、加工
片３上に落下する金属の溶滴の音の発生頻度が所
望の金属溶滴落下頻度と一致するように、被容接
金属片に対して金属ワイヤを供給する。
容易に理解できるように、本発明に係る音響制
御装置はアーク長を制御すると共に、ワイヤによ
つて供給される付加的な金属の溶着を制御するの
に用いるものである。事実、金属ワイヤの端部で
形成される溶滴落下の発生頻度は操作条件により
変化し、発生音の頻度によつてワイヤ供給の速度
を調整できる。
以上説明したように本発明によれば、電極と被
溶接金属片との間のアークから発生する音響信号
を、所定の周波数、すなわち、直流の場合には変
調周波数で、交流の場合には基本周波数の２倍の
周波数でろ波して得た信号に基づいてアーク長を
所望の長さに制御し、また、溶加材である付加的
な金属ワイヤから落下する溶滴により発生する音
響信号を所定の闘値設定回路に供給して得た信号
に基づいて、金属ワイヤから落下する溶滴を制御
するようにしたので、複雑な計算を実行したり、
測定が不正確となる電圧降下に基づいてアーク長
を制御する必要がなくなり、極めて正確かつ迅速
なアーク長制御が可能となるばかりか、付加的な
金属ワイヤからの溶滴数も正確にかつ迅速に制御
できるので、溶接の品質が向上し、かつ、均一な
溶接が得られる。また発明によれば、AVC（arc
voltage control）の名称で知られ、かつ使用さ
れている電圧制御装置を用いることなく、そし
て、かかるAVC装置を用いる場合よりも制御の
感度を向上させたアーク長制御が可能となる。
それは、本発明が、AVC装置により従来まで
考慮しているような電極端部における電圧降下を
考慮していないからである。
【図面の簡単な説明】
第１図は本発明に係るアーク長制御装置を設け
たアーク溶接機の概略構成を示す図、第２図はそ
の制御回路の詳細例を示すブロツク図である。 １……アーク、２……電極、３……被溶接金属
片、４……マイクロフオン、６……制御回路、１
３……金属ワイヤ、２１……フイルタ、２３，３
３……コンパレータ、３２……闘値設定回路。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 １ 溶加材として付加的な金属ワイヤの供給を伴
    なつて作動するガスタングステンアーク溶接機に
    おける被溶接金属片と電極との間に発生する電気
    アークの長さを制御する装置において、 前記アーク溶接機のアークによつて発生した音
    響信号と、前記金属ワイヤから前記被溶接金属片
    へ落下する金属溶滴により生ずる音のすべてを検
    出する手段と、 検出された音響信号をその基本周波数でろ波
    し、振幅がアークの実長に比例する音響信号を発
    生する手段と、 発生した音響信号の振幅を、前記電気アークの
    所望の長さに対応した可調基準振幅と比較して、
    その比較結果である差の代材数値を定めるととも
    に、当該代数値に比例した第１の連続した電気信
    号を生成する手段と、 前記第１の連続した電気信号に応答し、前記ア
    ークの実長が前記所望の長さと等しくなるまで、
    前記被溶接金属片に対して前記電極を移動する手
    段と、 前記ろ波手段に平行して設けられ、前記検出手
    段により検出された音響信号から金属溶滴の落下
    により生じた音を識別する闘値手段と、 所定の期間に識別された溶滴落下音数を同じ所
    定期間内に落下すべき所定の溶滴落下数に対応す
    る可調整基準数と比較して、その比較結果である
    差の代数値を定めるとともに、当該代数値に比例
    した第２の連続した電気信号を生成する付加手段
    と、 前記付加手段によつて生成された第２の連続し
    た電気信号に応答して、実際の金属溶滴の落下頻
    度が前記金属溶滴の所望の落下頻度と一致するよ
    うに、被溶接金属片に対して前記金属ワイヤを供
    給する手段とを具備したことを特徴とするアーク
    溶接機のアーク長制御装置。 ２ 前記アーク溶接機に直流電流を供給する手段
    と、前記直流を所望の音響信号が生成するように
    僅かに変調する手段とを含み、前記基本周波数が
    変調電流の周波数と等しいことを特徴とする特許
    請求の範囲第１項記載の装置。 ３ 前記アーク溶接機に交流電流を供給する手段
    を含み、前記基本周波数が交流電流の周波数の２
    倍であることを特徴とする特許請求の範囲第１項
    記載の装置。
JP59067307A 1981-05-19 1984-04-04 ア−ク溶接機のア−ク長制御装置 Granted JPS59206162A (ja)

Applications Claiming Priority (2)

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CA377808 1981-05-19
CA000377808A CA1154813A (fr) 1981-05-19 1981-05-19 Mesure et controle acoustique de la longueur d'un arc electrique

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JPS59206162A JPS59206162A (ja) 1984-11-21
JPH039828B2 true JPH039828B2 (ja) 1991-02-12

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JP59067307A Granted JPS59206162A (ja) 1981-05-19 1984-04-04 ア−ク溶接機のア−ク長制御装置
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JP (4) JPS57209777A (ja)
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DE (1) DE3270367D1 (ja)

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