JPH0566234B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［発明の目的］ （産業上の利用分野） 本発明は溶接電流、溶接電圧、溶接速度の主要
３要素は勿論、溶接入熱や母材温度及びワイヤ送
給速度などの管理が溶接施工の進行と同時に評価
できるアーク溶接管理装置に関する。

（従来の技術） 従来、例えば溶接構造物をアーク溶接するには
作業者以外に記録員を置いて溶接電流、溶接電圧
をアーク溶接機の電源装置に備えられた電流計、
電圧計から読取つて記録し、その平均的な値をも
とに溶接電流Ｉおよび溶接電圧Ｖを設定すると共
にこれらの溶接電流および溶接電圧と溶接速度計
で計測された溶接速度Vsをもとに溶接入熱、(Q)、
Ｑ＝60×Ｉ×Ｖ／Vs（Ｊ／cm）を算出し、この溶
接入熱を管理しながら溶接を施工している。また
ワイヤ送給速度および母材温度などに関してもこ
れらを計測、記録して設定値に対してオーバして
いるか否かを判断しながら管理している。そし
て、このような計測管理に対する評価は施工の途
中又は施工完了後に行なわれている。

（発明が解決しようとする問題点） しかし、このように作業者以外に記録員を置い
て溶接電流、溶接電圧と溶接速度の計測およびこ
れらをもとに溶接入熱(Q)の計算並びにワイヤ送給
速度、母材温度などの計測を行なつてこれらを記
録しながら溶接施工を管理し、その管理に対して
溶接施工の途中又は後に評価していたのでは、溶
接施工者による計器の読取り誤差や溶接電流およ
び電圧がそのときの溶接現象と異なることが多い
ため、溶接部の形状（ビート）、外観（製品）お
よび品質にバラツキが生じる。また溶接施工管理
は溶接熟練工の技量に負うところが大きく、その
評価にも多少の差異が生じる。

そこで、本発明は記録員を置かずに溶接電流、
溶接電圧、溶接速度の主要３要素は勿論、溶接入
熱や母材温度並びに溶接品質に係わるシールドガ
スなどの管理を溶接施工の進行と同時に評価で
き、品質の安定化を図ることができるアーク溶接
管理装置を提供することを目的とする。

［発明の構成］ （問題点を解決するための手段） 上記目的を達成するため、第１の発明では電源
装置に接続され且つ溶接トーチに溶材を供給して
被溶接材をアーク溶接するアーク溶接機におい
て、溶接電流、溶接電圧、溶接速度、溶接入熱
量、溶材送給速度および母材温度を設定する溶接
条件設定手段と、アーク溶接時の溶接電流、溶接
電圧、溶接速度、溶接入熱量、溶材送給速度およ
び母材温度をそれぞれ検出する検出手段と、この
検出手段により検出された溶接電流、溶接電圧を
サンプリングして溶接現象に近似した波形平均値
を求めると共にこの溶接電流および溶接電圧の波
形平均値と前記検出手段で検出された溶接速度を
もとに溶接入熱量を求める演算手段と、この演算
手段で求められた溶接電流、溶接電圧の波形平均
値および溶接入熱量並びに前記検出手段で検出さ
れた溶接速度、溶材送給速度および母材温度と前
記溶接条件設定手段に設定された各設定値とをそ
れぞれ比較しこれらが許容範囲内に入つているか
否かを判定する判定手段と、この判定手段で許容
範囲外と判定されるとその旨の報知指令又は前記
電源装置に対してトリツプ指令を出力する出力手
段と、前記判定手段で前記各検出手段で検出され
る溶接電流、溶接電圧、溶接速度および溶接入熱
量、溶材送給速度および母材温度が許容範囲内に
入つていることが判定されるとその時の各データ
を記憶し、一連のデータ処理が終了するとデータ
を集計して記録するデータ記録手段とを備えたこ
とを特徴としている。

また、第２の発明では溶接入熱量を設定する溶
接条件設定手段と、アーク溶接時の溶接電流、溶
接電圧、溶接速度、溶接入熱量、溶材送給速度お
よび母材温度をそれぞれ検出する検出手段と、こ
の検出手段により検出された溶接電流、溶接電圧
をサンプリングして溶接現象に近似した波形平均
値を求めると共にこの溶接電流および溶接電圧の
波形平均値と前記検出手段で検出された溶接速度
をもとに溶接入熱量を求める演算手段と、この演
算手段で求められた溶接入熱量と前記溶接条件設
定手段に設定された設定値とを比較して許容範囲
内に入つているか否かを判定する判定手段と、こ
の判定手段で許容範囲外と判定されると報知指令
を出力する出力手段と、前記判定手段で許容範囲
外と判定されると前記検出手段で検出される溶接
入熱量が設定値になるように溶接電流、溶接速
度、溶材送給速度及び母材温度の少なくとも何れ
か一つを調整する手段と、前記判定手段で溶接入
熱量が設定値の許容範囲内に入つていることが判
定されるとその時の各検出データを記憶し、一連
のデータ処理が終了するとデータを集計して記録
するデータ記録手段とを備えたことを特徴として
いる。

（作用） したがつて、第１の発明のような構成のアーク
溶接管理装置にあつてはアーク溶接時に検出され
た溶接電流、溶接電圧を高速度でサンプリングし
て取込んで求められた波形平均値、これらの波形
平均値と溶接速度とをもとに求められた溶接入熱
およびそれぞれ検出された溶材送給速度、母材温
度を予め設定された各設定値と比較しこれらが許
容範囲内に入つているか否かを判定してその結果
が設定値に対して過大又は過少の場合にはその旨
の報知指令又は電源装置のトリツプ指令を出力
し、許容範囲内に入り一連の溶接施工が終了する
とその時の各データを集計して記録することで溶
接施工の進行と同時に計測管理に対する評価が可
能となるので、溶接部の品質が安定したものとな
り、記録の処理をデータ処理装置で実施すれば、
その後の事務処理にも大きな効果を期待すること
が可能となる。

また、第２の発明のような構成のアーク溶接管
理装置にあつてはアーク溶接時に検出された溶接
電流と溶接電圧をサンプリングして求められた溶
接現象に近似した波形平均値と溶接速度とをもと
に溶接入熱量を求め、この溶接入熱量を溶接条件
設定装置に設定された設定値と比較して許容範囲
内に入つているか否かを判定し、許容範囲内に入
つていない場合には溶接入熱量が設定値になるよ
うに溶接電流、溶接速度、溶材送給速度及び母材
温度の少なくとも何れか一つを調整し、溶接入熱
量が設定値の許容範囲内に入つた時の各データを
記憶し、一連のデータ処理が終了するとデータを
集計して記録することで溶接施工の進行と同時に
計測管理に対する評価が可能となり、しかも溶接
工の教育段階から同一プログラムで教育・評価が
可能となる。

（実施例） 以下本発明の一実施例を図面を参照して説明す
る。

第１図は本発明によるアーク溶接管理装置全体
のシステム構成例を示すものである。第１図にお
いて、１は溶接トーチ１ａ、この溶接トーチ１ａ
にワイヤを供給するワイヤ供給ドラム１ｂ等を備
えたアーク溶接機で、このアーク溶接機１は図示
しない自動走行車又は自動溶接ロボツトに組込ま
れて自動溶接が可能になつている。２はアーク溶
接機１に接続された電源装置で、この電源装置２
は電源トランス、交流を直流に変換する変換器等
から構成されている。３は溶接トーチ先端部にシ
ールドガスを供給するガスボンベである。また、
４は電源装置２とアーク溶接機１とを結ぶ電路に
流れる電流をシヤント検出する溶接電流検出器、
５は同じく電路の電圧を検出する溶接電圧検出
器、６はワイヤ供給ドラム１ｂを駆動する駆動部
の回転速度からワイヤ送給速度を検出するワイヤ
供給速度検出器である。さらに、７は溶接トーチ
駆動源の駆動量をエンコーダ信号に変換して溶接
速度を検出する溶接速度検出器、８は被溶接部材
９の温度を検出する母材温度検出器である。な
お、母材温度の検出としては被溶接部材９自体の
温度に限らず、溶融プールの温度を検出するよう
にしてもよい。

一方、１０は溶接電流検出器４、溶接電圧検出
器５、ワイヤ送給速度検出器６、溶接速度検出器
７および母材温度検出器８の各検出信号が入力さ
れるマイクロコンピユータ（以下単にマイコンと
呼ぶ）である。このマイコン１０は各検出信号を
取込むと溶接電流検出器４および溶接電圧検出器
５により検出された溶接電流および溶接電圧を
1000（回／秒）でサンプリングしてその平均値を
求め、この溶接電流および溶接電圧の平均値と溶
接速度検出器７で検出された溶接速度Vsをもと
に溶接入熱Ｑ、Ｑ＝60×Ｉ×Ｖ／Vsを求める演
算機能と、この演算機能で求められた溶接電流お
よび溶接電圧の平均値、溶接入熱Ｑを予め設定さ
れた設定値とそれぞれ比較し、これらが許容範囲
内に入つているか否かを判定する判定機能および
この判定機能により許容範囲外の場合にはデータ
設定を変更すべき指令を出すデータ設定変更機能
を有している。また、１１はマイコン１０に対し
て初期設定や設定変更したり、マイコン１０で演
算および判定されたデータを作業記録データとし
て集計し、これをメツセージ内容と共に表示した
り、プリントアウトしたりするパーソナルコンピ
ユータ（以下単にパソコンと呼ぶ）である。

なお、上記のように溶接電流および溶接電圧を
1000回／秒でサンプリングしてその波形平均値を
求めれば、母材の材質や溶接電流および溶接電圧
等の溶接条件にほとんど左右されずに溶接現象に
近似したデータを得ることができるが、溶接条件
を特定すれば溶接電流および溶接電圧のサンプリ
ング周期が短くても溶接現象に近似したデータを
得ることができる。例えば母材としてステンレ
ス、ワイヤとして1.6Φのものをそれぞれ使用し、
また溶接電圧として27〜32V、溶接電流として
330〜400Aの条件で溶接する場合にはサンプリン
グ周期を500回／秒としてもよい。また、母材と
して軟鉄を、ワイヤとして1.2Φのものをそれぞ
れ使用し、また溶接電圧として22〜26V、溶接電
流として130〜180Aの条件で溶接する場合にはサ
ンプリング周期を250回／秒としてもよい。

次に上記のように構成されたアーク溶接管理装
置の作用について第２図に示すフローチヤートを
参照しながら説明する。

まず、第２図ａにおいてステツプ21で処置の指
定入力を行なうと、ステツプ22でその入力がマニ
ユアル入力か否かが判定され、マニユアル入力で
あればステツプ23でデータの設定がなされている
か否かを判定する。データの設定が未だであれば
溶接管理項目のキー入力により溶接電流ピーク、
ベースIP，IB、溶接電圧Ｖや溶接速度Vs、ワイ
ヤ送給速度Vf、溶接入熱Ｑ、母材温度Ｔなど、
必要な項目をキー入力してセツトする。また、処
置の指定入力がマニユアル入力でなければパソコ
ンデータ入力により過去の該当するパソコンデー
タを検索し、そのデータをマイコン１０のデータ
設定部に転送する。また、ステツプ24で計測開始
が未だかどうかが判定され、計測開始が未だであ
ればステツプ25にて計測値に対して初期設定の必
要があるか否かが判定され、必要がある場合には
第２図ｂのようなフローによりデータの補正が行
なわれる。即ち、計測及び計測値に対する修正作
業として、まずステツプ26のデータの補正がなさ
れていないと判定されると、この場合にはデータ
補正としてステツプ27、28、29で溶接電流、溶接
電圧、母材温度の修正の有無をそれぞれ判定する
と共にその修正値を指定する。そしてステツプ26
での判定が終わると、ステツプ30にてデータのモ
ジユールの選択が未だであるか否かを判定し、モ
ジユールの選択が未だであれば計測に必要なモジ
ユールを選択する。この場合、ステツプ38では過
去のデータを消去する必要があるか否かを判定
し、消去する必要があれば初期設定状態に戻す。
次に第２図ａに戻り、ステツプ24で計測が開始し
てもよいと判定されると、そのメツセージと初期
設定がなされる。例えば計測に必要な補助資料と
して、ブロツクや工事名、工事日、作業者、開
始・終了パス、溶接長さ、並びにパルス（有無）
やワイヤの径・比重などをキー入力する。そし
て、計測が開始されるとその旨の表示がなされる
と共に溶接電流検出器４および溶接電圧検出器５
で検出された溶接電流および溶接電圧を1000
（回／秒）のサンプリング周期でサンプリングし
て、これらの平均値が求められる。したがつて、
その平均値は溶接電流および溶接電圧の波形に近
似したものとなる。また溶接電流および溶接電圧
の波形平均値と溶接速度検出器７で検出された溶
接速度をもとに溶接入熱Ｑを求める。これら溶接
電圧Ｖおよび電流Ｉの波形平均値と溶接入熱Ｑと
ワイヤ送給速度検出器６で検出されたワイヤ送給
速度および母材温度検出器８で検出された母材温
度のサンプリング値はステツプ31にて溶接条件と
して設定された各設定値とそれぞれ比較され、許
容範囲に入つているか否かが判定される。この場
合、溶接電流、溶接電圧および母材温度に対して
データ補正の必要があれば、第２図ｂのステツプ
27、28、29で判定された補正値により補正され
る。そして、その判定結果が設定値に対する許容
範囲内にある場合にはパスを更新して設定パス数
だけ前述した処理をサイクリツクに繰返し、ステ
ツプ32で設定パス数に達すると最終パスの記録を
終了してその時の溶接電圧Ｖおよび電流Ｉの波形
平均値と溶接入熱Ｑとワイヤ送給速度検出器６で
検出されたワイヤ送給速度および母材温度検出器
８で検出された母材温度のサンプリング値がパソ
コン１１の表示面に表示される。ここで、設定パ
ス数とは溶接開口部の深部から開口面に至る間に
予め設定された箇所に溶材を注入するための回数
である。前述した設定値との比較で許容範囲外と
判定されると、警報を発すると同時に該当する要
素のエラーを表示し、ステツプ33でデータ設定の
変更の必要があるか否かが判定される。変更の必
要がある場合にはステツプ23に戻り、ここで該当
するデータの変更をキー操作により行ない、また
データ設定の変更の必要がなくなれば計測終了の
キーを操作して計測を終了する。

次に前述した一連の処理が終了すると、ステツ
プ34ではデータの集計をしてもよいか否かを判定
し、データの集計をしてもよければ第２図ｃに示
すような集計処理が実行される。すなわち、第２
図ｃにおいてデータ集計のキーを操作すると、ま
ずステツプ35でデータ表示をしてもよいか否かを
判定し、表示をしてもよければ前述したメツセー
ジ表示内容を溶接施工データとが表示され、次に
ステツプ36でプリントをしてもよいか否かが判定
され、プリントをしてもよければこのメツセージ
表示内容と溶接施工データとがプリントされる。
メツセージ表示内容および溶接施工データのプリ
ントが終了すると、ステツプ37でデータを転送し
てもよいか否かが判定され、データを転送しても
よければパソコン１１とデータ転送ラインにより
結ばれ、データ転送キーの入力により前述した各
計測データの転送が行なわれ、全てのデータの転
送が終わると前述したステツプ23に戻る。

なお、上記説明では自動溶接の場合について述
べたが、半自動溶接あるいは手動溶接の場合にも
前述同様に実施できるものである。この場合、半
自動溶接ではワイヤを作業員が手で持つて溶接部
に供給するだけでワイヤ自体は自動送給されるの
で、前述同様に溶接速度検出器で溶接速度を検出
できるが、手動溶接では溶接速度検出器での検出
ができない。そこで、手動溶接の場合には溶接棒
に一定間隔を存して配置された光電スイツチ、又
はリミツトスイツチ等でアーク通過を検出して配
置間隔（距離）をアーク通過時間で割算すること
により、溶接速度を求めることができる。

このように本実施例ではマイコン１０に溶接電
流Ｉおよび溶接電圧Ｖを1000（回／秒）でサンプ
リングしてその平均値を求め、この溶接電流Ｉお
よび溶接電圧Ｖの平均値と溶接速度Vsをもとに
溶接入熱Ｑを求める演算機能と、この演算機能で
求められた溶接電流Ｉおよび溶接電圧Ｖの平均
値、溶接入熱Ｑや溶接速度Vs、母材温度Ｔを予
め設定された設定値とそれぞれ比較し、これらが
許容範囲内に入つているか否かを判定する判定機
能およびこの判定機能により許容範囲外の場合に
はその旨の警報を出力させる警報機能とデータ設
定を変更すべき指令を出すデータ設定変更機能を
持たせて、溶接電流、溶接電圧、溶接速度の３要
素は勿論のこと、溶接入熱や母材温度などの管理
を溶接施工の進行と同時に評価できるようにし、
且つ一連の溶接施工が完了するとパソコン１１に
よりその管理データを表示し、集計してこれらを
計測に必要な補助資料と共にプリントアウトする
と同時に記録処理を行なうようにしたものであ
る。したがつて、従来の如く溶接施工の一部又は
溶接施工の完了後に評価する場合と比べ、溶接電
源特性の補正が可能となるので、優れた溶接管理
を行なうことができる。このような各情報の同時
計測は溶接結果や現状処置のシユミレーシヨンが
可能で、且つ記憶・記録の自動化で溶接部の品質
管理がより優れたものとなり、しかもその後の事
務管理にも大きな効果が得られる。

なお、上記実施例においては判定機能により溶
接電流Ｉおよび溶接電圧Ｖの平均値、溶接入熱Ｑ
や溶接速度Vs、母材温度Ｔが許容範囲外のとき
警報を出力させるようにしたが、電源装置に対し
てトリツプ指令を出力するようしてもよい。

次に本発明の他の実施例を述べる。

上記実施例では溶接電流、溶接電圧、溶接入熱
量、溶接速度、ワイヤ送給速度及び母材温度をそ
れぞれの設定値と比較してその結果を記録するよ
うにしたが、この実施例は溶接適正条件が明確な
場合に有効である。しかし、溶接電流、溶接速
度、ワイヤ送給速度、母材温度の適正な溶接設定
条件が明確でない場合には次のようにして実施す
ればよい。即ち、溶接電流検出器４、溶接電流検
出器５、溶接速度検出器７で検出されたそれぞれ
の検出値から溶接入熱量を求め、この溶接入熱量
のその設定値と比較して溶接入熱量が設定値から
外れている場合には溶接電流を調整して溶接入熱
量が設定値になるようにしてもよく、溶接速度を
調整して溶接入熱量が設定値になるようにしても
よい。さらに、ワイヤ送給速度（溶接電流に比
例）を調整して溶接入熱量が設定値になるように
してもよく、母材温度（溶接速度に比例）を調整
して溶接入熱量が設定値になるようにしてもよ
い。

このような構成のアーク溶接管理装置にあつて
は、前記実施例と同様の効果が得られることは勿
論、溶接工の教育段階から同一プログラムで教
育・評価が可能となので、従来のように熟練溶接
工でなくても安定した品質の溶接部が得られ、溶
接技術の発展に大きく寄与できるものとなる。

なお、前記各実施例では特に説明しなかつた
が、マイコン１０に対する溶接時のノイズ対策と
して一般のフイルタを使用することにより、その
機能を充分に発揮させることができる。

［発明の効果］ 以上述べたように本発明によれば、記録員を置
かずに溶接電流、溶接電圧、溶接速度の主要３要
素は勿論、溶接入熱や母材温度などの管理を溶接
施工の進行と同時に評価でき、もつて溶接電源の
特性補正が可能となり、安定した品質の溶接部を
得ることができるアーク溶接管理装置を提供する
ことができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明によるアーク溶接管理装置の一
実施例を示すシステム構成図、第２図は同実施例
におけるデータ処理手順を示すフローチヤートで
ある。 １……溶接機、４……溶接電流検出器、５……
溶接電圧検出器、６……ワイヤ送給速度検出器、
７……溶接速度検出器、８……母材温度検出器、
１０……マイコン、１１……パソコン。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 電源装置に接続され且つ溶接トーチに溶材を
   供給して被溶接材をアーク溶接するアーク溶接機
   において、溶接電流、溶接電圧、溶接速度、溶接
   入熱量、溶材送給速度および母材温度を設定する
   溶接条件設定手段と、アーク溶接時の溶接電流、
   溶接電圧、溶接速度、溶接入熱量、溶材送給速度
   および母材温度をそれぞれ検出する検出手段と、
   この検出手段により検出された溶接電流、溶接電
   圧をサンプリングして溶接現象に近似した波形平
   均値を求めると共にこの溶接電流および溶接電圧
   の波形平均値と前記検出手段で検出された溶接速
   度をもとに溶接入熱量を求める演算手段と、この
   演算手段で求められた溶接電流、溶接電圧の波形
   平均値および溶接入熱量並びに前記検出手段で検
   出された溶接速度、溶材送給速度および母材温度
   と前記溶接条件設定手段に設定された各設定値と
   をそれぞれ比較しこれらが許容範囲内に入つてい
   るか否かを判定する判定手段と、この判定手段で
   許容範囲外と判定されるとその旨の報知指令又は
   前記電源装置に対してトリツプ指令を出力する出
   力手段と、前記判定手段で前記各検出手段で検出
   される溶接電流、溶接電圧、溶接速度および溶接
   入熱量、溶材送給速度および母材温度が許容範囲
   内に入つていることが判定されるとその時の各デ
   ータを記憶し、一連のデータ処理が終了するとデ
   ータを集計して記録するデータ記録手段とを備え
   たことを特徴とするアーク溶接管理装置。 ２ 判定手段は溶接電流、溶接電圧の波形平均値
   および溶接入熱量並びに溶接速度、溶材送給速度
   および母材温度の何れかが溶接条件に対して許容
   範囲外と判定されると溶接条件設定手段に該当す
   る設定値を変更する機能を持たせたものである特
   許請求の範囲第１項に記載のアーク溶接管理装
   置。 ３ 電源装置に接続され且つ溶接トーチに溶材を
   供給して被溶接材をアーク溶接するアーク溶接機
   において、溶接入熱量を設定する溶接条件設定手
   段と、アーク溶接時の溶接電流、溶接電圧、溶接
   速度、溶接入熱量、溶材送給速度および母材温度
   をそれぞれ検出する検出手段と、この検出手段に
   より検出された溶接電流、溶接電圧をサンプリン
   グして溶接現象に近似した波形平均値を求めると
   共にこの溶接電流および溶接電圧の波形平均値と
   前記検出手段で検出された溶接速度をもとに溶接
   入熱量を求める演算手段と、この演算手段で求め
   られた溶接入熱量と前記溶接条件設定手段に設定
   された設定値とを比較して許容範囲内に入つてい
   るか否かを判定する判定手段と、この判定手段で
   許容範囲外と判定されると報知指令を出力する出
   力手段と、前記判定手段で許容範囲外と判定され
   ると前記検出手段で検出される溶接入熱量が設定
   値になるように溶接電流、溶接速度、溶材送給速
   度及び母材温度の少なくとも何れか一つを調整す
   る手段と、前記判定手段で溶接入熱量が設定値の
   許容範囲内に入つていることが判定されるとその
   時の各検出データを記憶し、一連のデータ処理が
   終了するとデータを集計して記録するデータ記録
   手段とを備えたことを特徴とするアーク溶接管理
   装置。