JPH0575510B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ この発明はアーク溶接方法に関し、特に溶接母
材の開先に沿つて、消耗電極を移動しながらこの
開先部分に溶接を行なう方法に関するものであ
る。

［従来技術］ 第３図はこの種の溶接方法の一例を示したもの
であり、１は溶接母材であり、その開先２は位置
によつて幅が異なつている。開先２の裏側にはセ
ラミツク製の裏当材３が開先２に沿つて設置され
ている。

４は溶接トーチであり、台車５に装着され開先
２と同方向に並設されたレール６上を移動しつ
つ、該溶接トーチ４から繰り出される消耗電極式
の溶接ワイヤ７によつて開先２にアーク溶接によ
るビード８が形成される。第３図に示すような開
先ギヤツプが一定していない突合せ片面裏波溶接
を行なう場合、第３図のaa′位置ですなわち第４
図イ，ロの位置で溶接条件を調整して適切なもの
にしても、溶接条件を一定にしておくと溶接が進
行するに従つて第３図bb′では第５図イ，ロのよ
うなものとなる。すなわち、第４図イ，ロでは溶
接部の裏波は出るが、第５図イ，ロは裏開先が溶
かされず裏波は充分出ていない。溶接ワイヤ７の
位置をみると第４図イ、第５図イでは非常に異な
つたものとなつている。

一般に、溶接ワイヤ７の溶融速度をＶ、溶接速
度をυとすると第６図と第７図に示すように、開
先２の単位長さに供給される溶接金属量ＳはＳ＝
Ｖ／υ……(1)で表わされ、溶接金属高さＨは開先
ギヤツプＧに応じてＨ＝Ｓ／Ｇ＝Ｖ／（υG）…
…(2)となる。溶接金属の供給量Ｓや開先ギヤツプ
Ｇが変化して溶接金属の高さＨが表面張力により
支えられる高さH₀を越えると、すなわちＨ＞H₀
になると開先２の溶接進行方向に溶接金属が流れ
出す。流出した溶接金属の高さがH₀以下になる
と再び表面張力により支えられるのでそれ以上は
流出しない。流出長さｄ、即ち溶接金属先端から
ワイヤ先端までの距離は（ｄは小さいので、この
範囲でギヤツプＧはほとんど変化しないので）ｄ
＝（Ｈ−H₀）／H₀＝Ｖ／（υGH₀−１）……(3)で
与えられる。ｄ＜０の場合溶接ワイヤが溶接金属
より先行し溶接ワイヤ先端は裏当材を突き破る。
なぜならば裏当材はガラス繊維あるいはセラミツ
クでできたものがあるから溶接電流は流れなくな
るからである。

ｄ≫＞０の場合には溶接金属に妨げられて開先
裏へのアーク熱が充分与えられず裏波は充分出て
いない。従つて流出長さｄは０≦ｄ≦dpの適切
な範囲に保つ必要がある。

第４図イ，ロでは、溶接条件が適切に調整され
ているためｄは０≦ｄ≦dpの範囲内にあるが、
第５図イ，ロでは溶接条件Ｖ、υは第４図イ，ロ
と同一であるが開先ギヤツプＧが小さくなつたた
めｄがｄ＞dpとなり裏波が充分出ない。このと
きｄは０≦ｄ≦dpの適切範囲内に保つためには
溶接ワイヤの溶融速度Ｖを小さくするか溶接速度
υを大きくする必要がある。

特公昭53−29292号では開先ギヤツプの変動に
対して溶接速度を制御する方法が開示されてい
る。この方法では第８図と第９図に示すように溶
接金属８の先端から溶接ワイヤ７の先端までの距
離ｄが変化すると、これに対応して溶接ワイヤ７
の突出し長さｌ（通電チツプ４から溶接ワイヤ７
の先端までの距離）が変化する。すなわちd₁＜d₂
のときl₁＞l₂となる。このときの溶接電流Ｉを検
出し、検出値を常に基準値I₀に保持するように溶
接速度が制御されている。

しかしこの方法では次のような問題点がある。
すなわち溶接電流の基準値I₀を決めるために溶接
開始直後の模範溶接施工域で決定し記憶するか、
あらかじめの予備実験で決めておく必要がある。
基準値I₀を模範施工域で決める場合、模範施工域
ではオペレータが溶接状態を監視し最適条件を決
定する必要があるので溶接開始直後から完全な無
監視溶接はできないし、オレペータの技倆を必要
とする。又、基準値I₀を予備実験で決めておく場
合ワイヤの突出し長さを電流値で検出しているの
で溶接機を設置するときの溶接トーチ高さ（基準
となる突出し長さ）を正確に決める必要があり、
溶接機の設置に細心の注意が必要である。

［発明の目的］ この発明は上述の種々の欠点を除き、設置が容
易でかつ開先寸法が変動しても良好な溶接が行な
うことができる自動化の容易な溶接方法を提供す
ることを目的とする。

［発明の概要］ 第１０図に示すように溶接金属８の先端と溶接
ワイヤ７の先端間の距離ｄが比較的大きい場合溶
接ワイヤ７の先端は溶融池１０のほぼ中央に位置
しているので、溶融池の振動の影響を受け溶接ワ
イヤと母材との間の短絡回数は多くなり短絡時間
率（短絡時間／（短絡時間＋アーク発生時間））
は増す。しかし第１１図に示すように溶接金属８
の先端と溶接ワイヤ７の先端間の距離ｄが小さい
場合、溶接ワイヤ７の先端は溶融池１０の先端部
にあるので溶融池１０の振動の影響をあまり受け
ず溶接ワイヤと母材との間の短絡回数は少なくな
る。（短絡時間率は小になる）。すなわち溶接金属
先端と溶接ワイヤ先端間の距離ｄと単位時間内の
短絡回数ｎあるいは短絡時間率ηには上記のよう
に相関関係があることが明らかとなつた。

第１２図はこれを実証した測定データである。
今ある開先ギヤツプG₀で適正溶接速度の場合、
溶接金属８の先端と溶接ワイヤ先端間距離がd₀と
なり第４図イ，ロのようになり裏波が良好であ
る。このときの短絡回数はn₀（短絡時間率はη₀）
となる。ワイヤ送給速度はそのままで開先ギヤツ
プG₁が小さく（G₁＜G₀）なると(3)式の関係によ
り溶接金属８の先端と溶接ワイヤ７の先端間の距
離d₁は大きく（d₁＞d₀）なり適正最大距離dpをこ
えると第５図イ，ロのように裏波は充分出ず短絡
回数はn₁（短絡時間率はη₁）となり、n₁＞np＞n₀
（η₁＞ηp＞η₀）（np、ηpはdpのときの短絡回数及
び短絡時間率）となる。

次に溶接速度υを増すと(3)式の関係によりｄは
小さくなりd₀に近づきｎはn₀（ηはη₀に）に近づ
く。従つて第４図イ，ロのようになり裏波は良好
になる。開先ギヤツプが広くなつた場合は上記と
逆の現象が生じ、溶接速度υを遅くすることによ
りｎ（η）をn₀（η₀）に近づけることができる。

一方、短絡回数ｎ（短絡時間率η）を設定値に
保持するためにワイヤ送給速度が一定で溶接速度
を制御する方法について述べたが(3)式から明らか
なように、溶接速度υを一定にしておきワイヤ送
給速度すなわちワイヤの溶融速度Ｖを制御する
と、溶接電流、溶接電圧が変化し、片面裏波溶接
には好ましくない結果となる。即ち、開先ギヤツ
プＧが小さくなるとｄを０≦ｄ≦dpの適切範囲
内に保つために溶接ワイヤの溶融速度Ｖを小さく
する必要があるが、溶融速度Ｖを小さくすると溶
接電流、溶接電圧が下がり、溶接線単位長さ当た
りの入熱量（Ｑ＝（溶接電流）×（溶接電圧）／溶
接速度）が小さくなる上にアークエネルギーが弱
くなるので更に裏波が出にくくなる。

開先ギヤツプＧが大きい場合は逆に溶接線単位
長さ当たりの入熱量Ｑが大きくなる上に溶接電
流、溶接電圧が上がりアークエネルギーが強くな
るので裏波が過大に出てついには裏当材まで溶融
してしまうことになる。

このようにワイヤ送給速度即ちワイヤの溶融速
度Ｖを制御する方法は安定した裏波を得るために
アークエネルギーの点からは逆の制御になるので
好ましくない。

そこで本発明では、開先の間隔が変化する開先
に沿つて所定の一定速度にてワイヤ即ち消耗電極
を送給しアーク溶接を行い、単位時間内の前記消
耗電極と被溶接材との間の短絡回数または短絡時
間率を検出し、この検出値を常に設定値に保つよ
うに溶接速度を制御するようにした。よつて本発
明では、消耗電極の溶融速度の制御は行わず、そ
れに伴う溶接電流、溶接電圧の変化はなく、本発
明は安定した裏波を得るように作用する。

［発明の構成］ この発明の溶接方法は上述の知見にもとづいて
なされたものであり、被溶接材間の開先の裏側に
裏当材を設け、前記開先の間隔が変化する開先に
沿つて所定の一定速度にて送給される消耗電極に
てアーク溶接を行い、単位時間内の前記消耗電極
と被溶接材との間の短絡回数または短絡時間率を
検出し、この検出値を常に設定値に保つように溶
接速度を制御することを特徴とする。

このように例えば短絡回数ｎ（短絡時間率η）
を検出し、この検出値を適切な設定値n₀（η₀）に
保持するように溶接速度υを制御することによ
り、溶接金属先端と溶接ワイヤ先端間距離ｄを裏
波の良好な範囲に保持することができる。

［実施例］ 以下にこの発明を一実施例について説明する。

第１図に短絡回数を検出して、溶接台車の速度
を制御する装置の一実施例を示す。同図において
溶接電源１０の出力側は溶接トーチ４と被溶接材
１に接続されている。１１は溶接トーチ４と被溶
接材１との間に接続された短絡回数検出装置で溶
接ワイヤ７と被溶接材１との間の単位時間当りの
短絡回数に対応した信号電圧を発生する。短絡回
数検出装置１１には溶接ケーブルに分流器１２を
設けて溶接電流を入力として加えてもよい。１４
は予め設定される基準短絡回数n₀に対応する基準
電圧発生装置で、この基準電圧は比較回路１５で
短絡回数検出装置１１からの信号電圧と比較され
てその差電圧を溶接台車モータ制御装置１６に入
力として加える。溶接台車モータ制御装置１６の
出力は溶接台車モータ５ａに加えられて溶接台車
５の走行速度を調整する。この場合溶接台車モー
タ制御装置１６は入力信号すなわち短絡回数検出
装置１１の出力と基準電圧との差が正のときはこ
の差電圧を無くするように溶接台車モータ５の速
度を制御して台車速度を上げるように動作する。
すなわち、短絡回数ｎが第２図に示す基準値Ｍ点
より高いＮ点にある場合は、溶接台車モータ制御
装置１６に正の値の入力信号が印加されて溶接台
車モータ５ａの回転数を上げ台車速度を上昇せし
める。溶接速度が上昇すると第２図のように短絡
回数ｎの値は減少してゆき、基準値（Ｍ点）に達
してその差が無くなり、溶接台車モータ制御装置
１６の入力信号は零となつて台車速度の上昇が停
止する。短絡回数ｎが基準値Ｍより低いＬ点の場
合は上記と逆の動作を行ない、溶接速度が低下し
短絡回数ｎの値は増加してゆき基準値（Ｍ点）に
達すると台車速度の低下は停止する。従つて溶接
台車台車速度は常に短絡回数ｎが基準値と合致す
るように調整されるため裏波の状態を常に良好に
保つことができる。ある一定の開先ギヤツプでの
溶接速度υと短絡回数ｎの関係を示すと第２図の
ようになるので、この図から開先ギヤツプでは溶
接速度をυ₀にすれば短絡回数が設定値n₀になり、
溶接速度がυ₀より遅れければ短絡回数が増し、溶
接速度がυ₀より速ければ短絡回数は減ずることが
わかる。それ故上述の制御により、溶接速度υと
短絡回数とを第２図の適正溶接速度域に保てば良
好な裏波のある溶接をすることができる。前記実
施例は短絡回数で溶接速度を調整する場合を示し
たが、短絡時間とアーク発生時間を検出し両者の
比、即ち短絡時間率で溶接速度を調整するように
構成してもよい。

なお実施例では第１４図（第１５図）に示すよ
うに、溶接ワイヤの突出し長さｌが変化しても溶
接金属先端と溶接ワイヤ先端間の距離ｄが一定の
位置では短絡回数ｎ（短絡時間率η）はほとんど
変化しない。

本発明の実施例は下向突合せ溶接のＩ形開先の
場合について説明したがＶ形開先でウイービング
を行う場合は、短絡回数あるいは短絡時間率の検
出は、ウイービングの中央部もしくはその近傍で
断続的に行う方法が好ましい。

又、本発明は下向姿勢に限らず立向姿勢、上向
姿勢にも適用できることは云うまでもない。

［発明の効果］ 以上のように本発明では例えば短絡回数（短絡
時間率）の最適な設定値n₀（η₀）を予備実験で決
めることもできるので特に溶接速開始後に模範溶
接施工域を設ける必要もない。又、溶接機を設置
するときに溶接トーチ高さが多少変化しても問題
がない。従つて、溶接機の設置に神経を使う必要
がなく、スタート部から完全無監視で裏波の安定
した溶接ができ、オペレーターの技倆を必要とし
ない等の利点を有する。

さらに本発明は、被溶接材の開先の無作為変動
に対しても安定した裏波あるいは溶込みが得ら
れ、かつ完全無人化溶接を可能にする。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の溶接方法に適用される制御
装置の一実施例を示すブロツク図、第２図は溶接
速度と短絡回数の関係を示すグラフ、第３図は従
来の溶接方法を説明するための斜視図、第４図イ
は第３図のｃ−c′線断面図、第４図ロは第３図の
ａ−a′線断面図、第５図イは第３図のｃ−c′線断
面図、第５図ロは第３図のｂ−b′線断面図、第６
図と第７図は溶接金属先端とワイヤ先端の間の距
離を説明するとための図、第８図と第９図は溶接
金属先端とワイヤ先端間距離と突出し長さの関係
を示す図。第１０図と第１１図は溶接条件と溶融
池の関係を示す側断面図、第１２図と第１３図は
溶接金属先端と溶接ワイヤ先端間の距離と短絡回
数あるいは短絡時間率の関係を示すグラフ図、第
１４図と第１５図は溶接ワイヤの突出し長さと、
短絡回数あるいは短絡時間率の関係を示すグラフ
である。 １……被溶接材、２……開先、３……裏当材、
４……溶接トーチ、５……台車、６……レール、
７……溶接ワイヤ、８……溶接金属、１０……溶
接電源、１１……短絡回数検出装置、１４……基
準電圧発生装置、１５……比較器、１６……台車
モータ制御装置。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 被溶接材間の開先の裏側に裏当材を設け、前
   記開先の間隔が変化する開先に沿つて所定の一定
   速度にて送給される消耗電極にてアーク溶接を行
   い、単位時間内の前記消耗電極と被溶接材との間
   の短絡回数または短絡時間率を検出し、この検出
   値を常に設定値に保つように溶接速度を制御する
   ことを特徴とするアーク溶接方法。