JPH0448253A - 溶接性の判定方法および判定装置並びに溶接性の優れた溶接用ワイヤ - 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】 （産業上の利用分野） 本発明は、ガスシールド溶接、ミグ溶接等の短絡移行溶
接の溶接性の良否を判定する方法および装置並びに溶接
性の優れた溶接用ワイヤに関するもので、特に溶接作業
中に溶接性の良否を評価することができる溶接性の判定
方法および判定装置並びに優れた溶接性を発揮する溶接
用ワイヤに関する。

（従来の技術） 従来より溶接部の欠陥としては、ブローホール、スラグ
巻込み、ビード不整等があるが、このような溶接欠陥の
有無または程度の指標となる溶接性の評価は、溶接作業
の終了後、Ｘ線検査や外観検査により溶接性の良否を判
定していた。

（発明が解決しようとする課題） この従来の溶接性の良否を判定する方法によると、溶接
作業を終了した後でないと、前述したビード形状、ブロ
ーホール等の溶接欠陥を発見することはできない。その
ため、溶接性に優れた溶接方法を見出すには熟練者によ
る試行錯誤と経験を要するので、溶接品の生産性を低下
させるという問題があった。

本発明は、このような問題点を解決するためになされた
もので、溶接作業中に溶接性の良否を判定し、溶接部の
欠陥の有無および欠陥の程度を検査し、溶接性の迅速か
つ正確な良否判定が可能な溶接性の判定方法および判定
装置並びに溶接性の優れた溶接用ワイヤを提供すること
を目的とする。

（課題を解決するための手段） そのために、本発明の溶接性の判定方法は、短絡移行溶
接による電流および電圧の経時波形を合成し、電流−電
圧ループ線図を作成し、該ループ線図の経時的変化度合
より溶接性の良否を評価する。

前記経時的変化度合は、前記ループ線図の中心点の経時
的分布度合であることを特徴とする。また、前記経時的
変化度合は、前記ループ線図のループが描く長さの積分
値の経時的変化度合であることをも特徴とする。

本発明の溶接性の判定装置は、溶接機の電源から溶接電
圧波形と溶接電流波形を抽出し画像信号にする画像信号
形成手段と、この画像信号形成手段からの各画像信号を
逐次合成し、電流−電圧ループ線図を作成する画像処理
装置と、前記ループ線図の描くループの中心点または前
記ループ線図のループが描く長さの積分値の少なくとも
一方の変化度合を標準変化度合と比較する判別手段とか
ら構成されることを特徴とする。

本発明の短絡移行溶接用ワイヤは、組成が重量％で、ｃ
：ｏ、ｏｉ−０，１５％、Ｓｉ：０．４〜１．５％、　
Ｍｎ　：　１．０〜２．０％、Ｓ二００１６〜０．０３
０％、およびＳｅ、Ｂｉ、Ｎｂ、Ｔｅ、Ｃ１ｌから選ば
れた少なくとも一種以上であって総量が０．００１〜０
．１２５％、残部実質的にＦｅからなることを特徴とす
る。

（作用） 前記溶接性の判定装置によれば、溶接作業をしながら電
流−電圧ループ線図が画像モニタに表示され、画像モニ
タに表示されるループの中心点位置のバラツキ度合また
はループ線図の長さ積分値のバラツキ度合から溶接性の
良否をリアルタイムに判別でき、判定結果に応じて溶接
ワイヤの取替、溶接条件の変更等の措置を速やかに行う
ことが可能となる。また、前記溶接性の判定装置により
良と判定された組成をもつ短絡移行溶接用ワイヤを用い
ると、アークと短絡の周期が一定し、安定した短絡移行
溶接を行え、溶接欠陥を低減することができる。

（実施例） 以下、本発明の実施例を図面にもとづいて説明する。

本発明の実施例による溶接性の判定装置は、第１図に示
すように、溶接装置１と処理装置２とから構成される。

溶接装置１は、溶接機３と電源４からなり、電源４は、
電源制御部５と、溶接電圧波形抽出部６と溶接電流波形
抽出部７を含む。溶接電圧波形抽出部６及び溶接電流波
形抽出部７の電圧波形および電流波形を画像信号に変換
し、処理装置２の後述する画像処理装置１１に送信する
。

処理装置２は、判定装置全体の制御と測定データの処理
を行う情報処理装置１０、この情報処理装置１０の指令
にもとづき前記電圧波形信号および電流波形信号を入力
し、同時に画像合成処理を行う画像処理装置１１、画像
処理装置１１により合成された電流−電圧ループ線図を
表示する画像モニタ１２、前記ループ線図のハードコピ
ーを出力するビデオプリンタ１３、さらに前記情報処理
装置１０で処理された測定データ、合成画像、ループの
中心点および長さ積分値の各バラツキをあらかじめ入力
しである標準モデル（許容範囲）と対比し、対比結果を
印字するプリンタ１５からなる。なお、前記標準モデル
との重ね合わせ画像と対比結果とを画像モニタ１２また
はビデオプリンタ１３に出力することも可能である。

前記溶接装置１の溶接電圧波形抽出部６および溶接電流
波形抽出部７より取出される電流および電圧は、例えば
第２図に示すようになる。ここに、本実施例による短絡
移行溶接とは、溶接ワイヤの先端が母材に接触短絡し、
短絡電流によるピンチ力および溶融池の表面張力等の力
により母材へ離脱し、その直後に再アークし、短絡とア
ークを繰返しながら移行する形態をとる溶接をいう。溶
接形態が第２図の下方に示すａ、ｂ、ｃおよびｄが短絡
状態を示し、ｅ　、ｆ　％　ｇおよびｈがアーク状態を
示す。ここに時間Ｔ、はアーク時から短絡時への移行時
を示し、Ｔ２は短絡時からアーク時への移行時を示し、
Ｔ３は次回のアーク時から短絡時への移行時を示してい
る。

次に溶接性の良否の判定方法について説明する。

溶接電流Ｉおよび溶接電圧■はそれぞれ例えば第３図お
よび第４図に示すように経時変化する。これらの溶接電
施工と溶接電圧■を合成し、例えば第５図に示すような
電流■−電圧■ループ線図（Ｉ−Ｖ線図）を作成する。

ここに、第５図に示されるＡ点、Ｂ点、０点およびＤ点
はそれぞれ第３図および第４図に示すＡ点、Ｂ点、０点
、Ｄ点に対応する。これより、短絡移行溶接を行う場合
のＩ−Ｖ線図は一定の周期で第５図に示すようなループ
を描く。この場合、溶接時のアークおよび短絡が安定し
て行われると、Ｉ−Ｖ線図の軌跡が安定化しバラツキが
少なくなる。従ってＩ−Ｖ線図のループの描く中心点の
位置のバラツキが小さくなり軌跡の各ループ長さの積分
値もほぼ一定の範囲内の値をとる。これに対し、不安定
なアークおよび短絡を繰り返す溶接を行うと、これらの
中心点およびループ長さの積分値のバラツキが大きくな
る。次に、短絡移行溶接時の溶接欠陥を生じる場合の類
型を第６図（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）に示す。（Ａ）は、
火花が飛ぶようなスパッタ時の短絡異常を示し、（Ｂ）
は再アークミスによる気孔などが生じる異常を示し、（
Ｃ）はアーク長が長くなり気孔などの溶接欠陥を生じる
異常などの例である。

次に本実施例による溶接性の判定装置の良否判定制御シ
ステムを第７図に示すフローチャートにもとづいて説明
する。

まずステップ２０でデータを抽出するが否かを判別し、
データを抽出すると判別されるとステップ２１に進みデ
ータを抽出し、次いでステップ２２に進み画像モニタに
溶接電流Ｉおよび溶接電圧■の波形を表示し、次いでス
テップ２３に進みこれらの電流波形または電圧波形等の
データを保存し、このルーチンを終了する。ステップ２
ｏでデータを抽出しないと判別されると、ステップ２４
に進み溶接性の判定を行うか否かを判別し、良否判定を
行わないのであればこのルーチンを終了する。良否判定
を行うのであれば、次のステップ２５に進みデータを取
込み、次いでステップ２６に進みデータ数値の計算を実
行し、次いでステップ２７に進み電流■および電圧７曲
線を画像モニタに表示し、このルーチンを終了する。

溶接作業時、前記画像モニタに表示されるＩ−７曲線に
もとづいて溶接時の溶接性を評価することができ、溶接
品について迅速かつ正確な検査を行うことができる。こ
れにより、溶接ワイヤの選定や溶接条件の変更等を早期
に採用することができ、最適な溶接が可能となり、溶接
品の生産性向上を図ることができる。

次に、前記溶接性の判定装置を用いて短絡移行溶接ワイ
ヤの組成がどのようなものが最適であるかについて比較
試験を行った。

その結果、前記した組成範囲をもつ短絡移行溶接用ワイ
ヤが好ましいことが判明した。

組成範囲の限定理由は次のとおりである。

Ｃ：０．０１〜０．１５％、 Ｃが０．０１％未満においては溶接性を評価するループ
長さの積分値の変動が大きく、溶接部の強度も不十分で
ある。一方、０．１５％を超える量が含まれると、ルー
プ長さの積分値を低下させる効果も小さく、溶接部の靭
延性が低くなる。従って溶接性を害するものである。

Ｓｉ：０．４〜１．５％ Ｓｉが０．４％未満ではガス被包アーク溶接の短絡移行
において気孔を発生するようになり溶接性評価値である
ループ長さ積分値変動が太き（なる。０．４％〜１．５
％は適量で溶接性を良くする。１．５％を超えると逆に
脱酸が過剰となり、溶接性評価値であるループ長さ積分
値の変動が再び大きくなり気孔を生ずるようになる。

Ｍｎ　　：　　１．　　０〜２．　０％Ｍｎはガス被包
溶接において溶接性を改善する有益な元素であり最良効
果の大きい量は１．５％である。１．０％未満のＭｎは
、靭性改善に役立たず２．０％を超えると硬度が上昇し
すぎこれもまた不都合である。もちろんループ長さの積
分値も１．０％以下では大きくバラツキ、２．０％を超
える場合も同様である。

Ｓ：０．０１６〜０．０３０％ Ｓは溶接性評価指数であるループ長さ積分値のバラツキ
を大幅に小さくする効果のある元素であり、その効果は
０．０１６％を超えると発揮されるようになる。０．０
３０％を超える場合は靭性劣化、割れ発生など溶接性を
害することが解った。

Ｓｅ、Ｂｉ、Ｎｂ％ＣＩ２： これら元素は極く少量である０、００１％で既に表面活
性剤の様相で効果を表わしループ長さの積分値のバラツ
キを小さいものとする。一方、０１４％以上にすると、
効果はあるが大幅でない。

これらの元素添加による前記効果については第１０図に
Ｂｉを例として画面ループ長さの変動を示したとおりで
ある。

以下、試験したワイヤの組成例を第１表に示す。

（以下、余白。） 前記実施例１と前記比較例１の組成をもつ短絡移行溶接
用ワイヤを用いて溶接を行ったところ、その溶接電流と
溶接電圧から得られるＩ−Ｖ線図にもとづいてＩ−Ｖ線
図の描くループ中心点の経時的変化およびループ長さの
積分値の経時的変化を検査した。その結果を第８図およ
び第９図に示す。

試験条件は、第８図では画面上ループの各サイクルの中
心点とそれらの平均ループ中心点との距離の差の標準偏
差により算出し、また第９図では画面上ループの各サイ
クル長さとその平均長さとの差の標準偏差をとった。第
８図に示すように、実施例１では標準偏差の値が比較例
１に比べ相対的に小さいことが解る。また、第９図では
実施例１のループ曲線の長さ積分値の標準偏差が比較例
１のものに比べてかなり小さいことが解った。

（発明の効果） 以上説明したように本発明の溶接性の判定装置によれば
、溶接作業中に即時に溶接欠陥の有無あるいは欠陥の程
度を評価することが可能となるので、迅速かつ正確な溶
接性の検査を行うことができるという効果がある。また
溶接性の評価を逐次行うことにより、溶接ワイヤ、溶接
棒等の選定あるいは溶接条件の変更等の措置を早期に採
用することが可能となるので、最適溶接を行うことがで
き、溶接品の生産性の大幅な向上を実現することができ
る。

また本発明の短絡移行溶接用ワイヤによれば、軟鋼、高
速度鋼等の鋼材の溶接を迅速かつ正確に溶接することが
でき、品質保証を高いものとすることができるという効
果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の実施例による溶接性の判定装置をあ
られす概略構成図、第２図はその溶接電圧および溶接電
流ならびに溶接状態の経時的変化をあられす説明図、第
３図は溶接電圧を表す特性図、第４図は溶接電流を表す
特性図、第５図は溶接電流と溶接電圧の合成曲線を表す
電流−電圧線図、第６図は溶接異常を生じた時の電流−
電圧線図の態様を表す特性図、第７図は本発明の実施例
による溶接性の判定装置の作動例を表すフローチャート
図、第８図は本発明の実施例１と比較例１について溶接
性の良否を判断する特性図、第９図は本発明の実施例１
と比較例１との溶接性の良否を判定する特性図、第１０
図はＢｉ含有量と画面上ループ長さの変動量との関係を
表す特性図である。 １・・・溶接装置、 ２・・・処理装置、 ６・・・溶接電圧波形抽出部（画像信号形成手段）、 ７・・・溶接電流波形抽出部（画像信号形成手段）、 Ｏ・・・情報処理装置（判別装置）、 １・・・画像処理装置（判別装置）。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 （１）短絡移行溶接による電流および電圧の経時波形を
   合成し、電流−電圧ループ線図を作成し、該ループ線図
   の経時的変化度合より溶接性の良否を評価する溶接性の
   判定方法。（２）前記経時的変化度合は、前記ループ線
   図の中心点の経時的分布度合であることを特徴とする請
   求項１に記載の溶接性の判定方法。 （３）前記経時的変化度合は、前記ループ線図のループ
   が描く長さの積分値の経時的変化度合であることを特徴
   とする請求項１に記載の溶接性の判定方法。 （４）溶接機の電源から溶接電圧波形と溶接電流波形を
   抽出し画像信号にする画像信号形成手段と、この画像信
   号形成手段からの各画像信号を逐次合成し、電流−電圧
   ループ線図を作成する画像処理装置と、前記ループ線図
   の描くループの中心点または前記ループ線図のループが
   描く長さの積分値の少なくとも一方の変化度合を標準変
   化度合と比較する判別手段とから構成されることを特徴
   とする溶接性の判定装置。 （５）組成が、重量％で、 Ｃ：０．０１〜０．１５％、 Ｓｉ：０．４〜１．５％、 Ｍｎ：１．０〜２．０％、 Ｓ：０．０１６〜０．０３０％、 およびＳｅ、Ｂｉ、Ｎｂ、Ｔｅ、Ｃｌから選ばれた少な
   くとも一種以上であって総量が０．００１〜０．１２５
   ％、 残部実質的にＦｅ、 からなることを特徴とする溶接性の優れた短絡移行溶接
   用ワイヤ。