JPH0661625B2 - ガスシールドアーク溶接におけるガスシールド状態検出方法及びその装置 - Google Patents

ガスシールドアーク溶接におけるガスシールド状態検出方法及びその装置

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JPH0661625B2
JPH0661625B2 JP33067390A JP33067390A JPH0661625B2 JP H0661625 B2 JPH0661625 B2 JP H0661625B2 JP 33067390 A JP33067390 A JP 33067390A JP 33067390 A JP33067390 A JP 33067390A JP H0661625 B2 JPH0661625 B2 JP H0661625B2
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【発明の詳細な説明】 [産業上の利用分野] 本発明は、ガスシールドアーク溶接時におけるガスシー
ルド状態を検出する方法及びガスシールド状態を検出す
る装置に関する。
[従来の技術及び発明が解決しようとする課題] アーク溶接においてアーク雰囲気中に空気が混入すると
溶接欠陥が発生するため、アルゴンガスあるいは炭酸ガ
ス等のシールド用ガスで溶接部をシールドすることによ
り空気を溶接部から排除するガスシールドアーク溶接が
行われている。
一方、アーク溶接作業は大量のヒュームの発生を伴うの
で、溶接作業を行う現場においては作業者の環境衛生上
換気を行う必要がある。また、屋外で溶接作業をする場
合に風防を用いても、ガスシールドを行っている溶接部
に風が当ることがある。そのため、ガスシールドが不良
となり、溶接欠陥が発生することがある。また、ノズル
のつまりや炭酸ガス供給圧力の低下により、ガスシール
ド不良を引き起こす場合がある。
良好なガスシールド効果を確保する方法として、従来大
流量のシールドガスと専用のノズルを使用する方法があ
る。しかし、この方法には、ガスシールド不良状態を溶
接作業実行中に直接的に知る事が出来ないため、シール
ドガスを多めに使用するという間接的な欠陥予防策しか
取り得ないという問題がある。
また、溶接電流・電圧の変動を検出することにより、ガ
スシールド状態を検出する方法が、従来行われている。
しかし、この方法には、ガスシールド不良による変化が
微細であるため検出精度を上げることができないという
問題がある。
この他に、特開昭61−33766号公報に、TIG溶
接において発生するスパイク状電圧を検出することによ
りガスシールド不良を検出する方法が提案されている。
しかし、TIG溶接においては、溶滴は非常に安定した
移行形態であるスプレー移行であるのに対し、通常の炭
酸ガスシールドアーク溶接においては、溶滴の移行形態
がグロビュール移行もしくは短絡移行形態である。ま
た、TIG溶接は非消耗電極式であるのに対し、炭酸ガ
スシールドアーク溶接は消耗電極式であり電極形状が大
きく変化する。そのため、溶接電流・電圧のレベル変動
が非常に大きく、被検出波形はこの変動分に埋もれてし
まい、消耗電極式である炭酸ガスシールドアーク溶接に
この方法を適用することはできない。
このように、従来のいずれの方法によっても、良好なガ
スシールド状態を得ることは困難であった。
本願各発明は、これらの問題点を解決することを課題と
し、この課題を解決することすなわち、ガスシールドア
ーク溶接を実行中に、ガスシールド状態を検出すること
により、ガスシールド不良による溶接欠陥を未然に防止
することができるガスシールド状態検出方法及び装置を
提供することを目的とする。
[課題を解決するための手段] 本発明者はこの目的を達成するために、種々実験を行い
検討を加えた結果、溶接電流波形に含まれるスパイク状
波形がプラス側とマイナス側で異っており、これらの波
形の変動が、時に従来溶接信号源としては重視されてい
なかった高周波域においてガスシールド状態の変化と密
接に連動していることを見いだした。
本願各発明はこの新規に見いだした現象を利用するもの
であり、すなわち「ガスシールドアーク溶接において、
プラス側及びマイナス側の溶接電流波形を検出し、該溶
接電流波形相互の差の波形信号を求め、該差の波形信号
の実効値を求め、該実効値の変化により、溶接アーク状
態の検出を行うことを特徴とするガスシールド状態検出
方法」であることを構成とする第1の発明、「溶接電源
出力部のプラス側とマイナス側に同一性能の溶接電流波
形検出器と増幅器を備え、これらの信号相互の差を求め
る減算回路、該差の実効値を求める実効値演算回路、該
実効値の大きさによりガスシールド良否を判定する判定
回路、該判定回路の判定結果により警報を発する警報回
路を有することを特徴とするガスシールド状態検出装
置」であることを構成とする第2の発明、「ガスシール
ドアーク溶接において、プラス側及びマイナス側の溶接
電流波形に検出し、該溶接電流波形相互の差の波形信号
を求め、該差の波形信号を高速フーリエ変換し、その周
波数分布の変化により、溶接アーク状態の検出を行うこ
とを特徴とするガスシールド状態検出方法」であること
を構成とする第3の発明及び「溶接電源出力部のプラス
側とマイナス側に同一性能の溶接電流波形検出器と増幅
器を備え、これらの信号相互の差を求める減算回路、該
差を高速フーリエ変換する高速フーリエ変換回路、該高
速フーリエ変換回路により変換された波形信号によりガ
スシールド良否を判定する判定回路、該判定回路の判定
結果により警報を発する警報装置を有することを特徴と
するガスシールド状態検出装置」であることを構成とす
る第4の発明を提供するものである。
[動 作] 本願各発明は上記のような構成を採っており、第1の発
明及び第2の発明においては実効値が大きくなったこと
によりガスシールド不良を検出し、第3の発明及び第4
の発明においては周波数成分が変化したことによりガス
シールド不良をリアルタイムで検出する。
[実施例] 以下、本発明を消耗電極式炭酸ガスアーク溶接に適用し
た実施例を図面を参照して説明する。
アナログ信号処理による第1の発明の溶接装置のガスシ
ールド状態検出方法及び第2の発明のガスシールド状態
検出装置を説明するための、第1実施例のブロック図を
第1図に示す。
このブロック図において、1は溶接電源、2及び2
は各々プラス側及びマイナス側溶接電源出力部に接続さ
れた全く同一の特性を有する抵抗器である溶接電流検出
手段、3及び3は抵抗器2及び2から取り出さ
れた電流波形を増幅するための増幅器であり、この2台
の増幅器の零レベル及び増幅度は全く同一である。4は
被溶接物、5はシールド用炭酸ガス、6は溶接ノズル、
7はコンタクトチップ、8は溶接ワイヤである。
また、9は増幅器3及び3で増幅された信号の一方
から他方を減ずるアナログ式の波形減算器、10は溶滴
移行周期や電源整流リップル波形・電源周波数ノイズ等
に起因する波形変動の影響を低減するためのハイパスフ
ィルター、11は信号の変動分を低減するために実効値
平均化処理を行う自乗平均平方根(RMS)回路、12
は閾値を有する判定回路、13は判定回路の判定結果に
より警報信号を出す警報回路である。
なお、このハイパスフィルター10は溶滴移行周期や電
源整流リップル・電源周波数ノイズ等の存在に起因する
ものであるから、これらの問題がない場合には省略する
ことができる。
次に第2図及び第3図を用いて第1図に示した溶接装置
の動作を説明する。
第1図において、溶接電流は溶接電源1のプラス側端子
→コンタクトチップ7→溶接ワイヤ8→溶接アーク気柱
→被溶接物4→溶接電源1のマイナス側端子の経路で流
れる。この電流経路のプラス側の給電線の途中に抵抗器
が、マイナス側の給電線の途中に抵抗器2と全く
同一の特性を有する抵抗器2が接続されており、これ
らの抵抗器2及び2により各々プラス側とマイナス
側の溶接電流波形信号を検出する。
このようにして検出されたプラス側とマイナス側の溶接
電流波形信号を零レベル及び増幅度が全く同一である増
幅器3及び3で増幅する。
第2図(a)に第1図に示す溶接装置におけるプラス側
溶接電流の増幅後の波形図を、同図(b)にマイナス側
溶接電流の増幅後の波形図を示す。これらの図から明ら
かなようにプラス側溶接電流波形とマイナス側溶接電流
波形には差がある。
これは、溶接電流がアーク気柱を通じて流れる間に、ア
ーク気柱が一種の気体コンデンサー的働きをすることに
より、気体の種類により高周波成分である溶接電流波形
のピーク値の吸収程度を変化させ、同時にアークの放電
特性も微妙に変化し、この結果溶接電流波形のプラス側
とマイナス側の溶接電流波形の微妙な差となって現われ
るためであると考えられる。
これらの溶接電流波形をアナログ式の波形減算器9を通
すことにより、プラス側とマイナス側の溶接電流波形中
の差の波形成分のみを取り出す。第2図(c)にアナロ
グ式の波形減算器9を通すことにより得られた、プラス
側溶接電流波形とマイナス側溶接電流波形との差の波形
図を示す。この図から明らかなように、このようにする
と、プラス側溶接電流波形とマイナス側溶接電流波形の
絶対差の波形を、波形のレベル変動分に影響されること
なく明確な形で取り出すことができる。
このようにして得られた差の波形をハイパスフィルター
10を通すことにより溶滴移行周期や電流整流リップル
波形・電源周波数ノイズ等の低周波成分の影響を低減
し、これをRMS回路により処理して実効値を得る。
この実効値は溶接部における風速すなわちガスシールド
状態に依存し、ガスシールド状態が不良であると実効値
は大きくなる。この様子を示したものが第3図(b)の
グラフであり、その時の風速を同図(a)に示す。
これらの図において、横軸は1目盛4秒の時間軸であ
り、縦軸は(a)においてはフルスケール±9m/s の風
速を対数目盛りで表し、(b)においてはフルスケール
±2Vの実効値を表す。これらの図から明らかなように
(a)に示す風速2m/s 以上のガスシールド不良域と、
(b)に示す1V程度の実効値域すなわちガスシールド
不良信号域が対応している。
この実効値の大きさを判定回路12で検出し、ある一定
の閾値を越えた場合には信号を発生し、警報回路により
警報を発生する。
以上炭酸ガスアーク溶接の場合について説明したが、炭
酸ガスアーク溶接以外の他のガスシールドアーク溶接に
本発明を実施した場合にも同様の効果を得ることができ
る。
次に、デジタル信号処理による第3発明のガスシールド
状態検出方法及び第4発明のガスシールド状態検出装置
を説明するための第2実施例のブロック図を第4図に示
す。
この第4図に実施例を示す第3の発明の溶接方法及び第
4の発明の溶接装置が第1図に示す実施例の溶接方法及
び装置と異なる点は、第1図に示す溶接方法及び溶接装
置においては、波形減算回路9及びハイパスフィルター
10及びRMS回路11を通して得られた、電流波形中
の高周波成分の実効値の大きさによりガスシールド状態
の良不良を判定しているのに対し、第2実施例の溶接装
置においては波形減算回路9を通すことにより得られた
電流波形を高速フーリエ変換(FFT)回路14を通す
ことによって周波数分析を行い、その結果によりガスシ
ールド状態の良不良の判定を行っている点である。
第5図は第4図に示す第2実施例の溶接装置における、
ガスシールドの良不良について周波数解析データを抜き
出し比較したものである。同図(a)はガスシールド不
良における周波数分布を示すものであり、同図(b)は
ガスシールド良好状態における周波数分布を示すもので
ある。これらの図から明らかなようにガスシールド良好
時には2.4KHz以上の部分には全く周波数成分がない
のに対し、ガスシールド不良時には2.4KHz以上の部
分に周波数成分が連続して存在している。
また、ガスシールド良好時の全周波数信号強度の総和は
約−30dBVであったのに対して、ガスシールド不良
時には約−27dBVと3dBVの信号強度差があり、
ラインノイズや電源リップル周波数等の影響を遮断し
た、2.4KHzから8KHzまでの周波数信号強度総和は
ガスシールド良好時には約−37dBV、ガスシールド
不良時には約−31dBVと6dBVの差があり、これ
は信号差として十分な大きさである。
これらの処理結果はデジタル処理であるから、高精度で
ほぼリアルタイムでその変化値を連続して得ることがで
き、判別回路を通してガスシールド不良警報を出力する
ようにするのは容易である。
第1実施例に示すアナログ処理による方法は比較的簡単
な構成で高速アナログ処理が可能であるが、信号パワー
全体の強度の変化を検出しているため、ガスシールド状
態の微妙な変化を明確に把握しにくい。一方、第2実施
例に示すデジタル処理方式は機器の構成が複雑でありか
つ処理に要する時間がやや長くなるが、周波数の分布状
態を常時解析しているため、ガスシールド状態の微妙な
変化を常時検出することが可能である。
なお、上記各実施例においては溶接電流波形検出器とし
て抵抗器を用いているが、他の検出器例えば、取り出す
波形成分が交流であることを利用して、変流器等の交流
検出手段を利用することが可能である。
また、本実施例はガスシールド状態検出方法及び装置に
ついて説明したが、適当なFFT処理項目を選択すれば
ガスシールドアーク溶接における溶滴移行状態の検出、
短絡状態の検出などアーク状態の多元的評価方法として
しても有用である。
[発明の効果] 以上説明したように、本願各発明の方法によれば、比較
的簡単な機器構成でリアルタイムにガスシールド状態を
検出することが可能であるばかりでなく、消耗電極式ア
ーク溶接のように溶接電源電流波形が大幅に変化する場
合でも、プラス側波形とマイナス側波形との瞬時波形の
絶対差を信号源としているためその変動を受けにくい。
また、信号を溶接電源出力部から取る事ができるため、
トーチ部等の取扱いが容易である。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明を実現する装置のブロック図、第2図は
溶接電流原波形と溶接電流減算波形図、第3図はガスシ
ールド不良状態信号波形図、第4図は別の組合せによる
装置のブロック図、第5図はガスシールド信号周波数分
析波形図である。 図中 1……溶接電源、2,2……抵抗器、 3,3……増幅器、8……溶接ワイヤ、 9……波形減算器、 10……ハイパスフィルター、 11……実効値平均回路、 12……ガスシールド判定回路、13……警報回路、 14……高速フーリエ変換回路、

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】ガスシールドアーク溶接において、プラス
    側及びマイナス側の溶接電流波形を検出し、該溶接電流
    波形相互の差の波形信号を求め、該差の波形信号の実効
    値を求め、該実効値の変化により、溶接アーク状態の検
    出を行うことを特徴とするガスシールド状態検出方法。
  2. 【請求項2】溶接電源出力部のプラス側とマイナス側に
    同一性能の溶接電流波形検出器と増幅器を備え、これら
    の信号相互の差を求める減算回路、該差の実効値を求め
    る実効値演算回路、該実効値の大きさによりガスシール
    ド良否を判定する判定回路、該判定回路の判定結果によ
    り警報を発する警報回路を有することを特徴とするガス
    シールド状態検出装置。
  3. 【請求項3】ガスシールドアーク溶接において、プラス
    側及びマイナス側の溶接電流波形を検出し、該溶接電流
    波形相互の差の波形信号を求め、該差の波形信号を高速
    フーリエ変換し、その周波数分布の変化により、溶接ア
    ーク状態の検出を行うことを特徴とするガスシールド状
    態検出方法。
  4. 【請求項4】溶接電源出力部のプラス側とマイナス側に
    同一性能の溶接電流波形検出器と増幅器を備え、これら
    の信号相互の差を求める減算回路、該差を高速フーリエ
    変換する高速フーリエ変換回路、該高速フーリエ変換回
    路により変換された波形信号によりガスシールド良否を
    判定する判定回路、該判定回路の判定結果により警報を
    発する警報装置を有することを特徴とするガスシールド
    状態検出装置。
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JP6024283B2 (ja) * 2012-08-22 2016-11-16 Jfeスチール株式会社 アーク溶接制御装置およびアーク溶接制御方法
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