JPH07314138A - 電極回転式非消耗電極アーク溶接における開先倣い方法及び開先倣い制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【目的】 仮付けやノイズ等による開先做いの誤動作を
防止し薄板の重ね溶接部の溶接線自動做いを行うともに
ビード表面形状を適正に保つ。 【構成】 高速回転する非消耗電極２による溶接中、ア
ーク電圧検出器１４と電極の回転角度位置検出器１１の
検出信号が２つの積分器２７ａ，２７ｂに入力される。
入力される信号はトーチ進行方向の前方中心の左右所定
角度範囲の電極の回転位置における信号がタイミング回
路２６を経て積分器に入力され、出力された積分値は第
１比較器２８により所定のしきい値と比較され、トーチ
狙い位置設定器２９による基準値との差が零になるよう
に做い制御回路３１、横移動機構制御器２２とへ第２比
較器３０からの差信号が入力され、移動制御を行う。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、薄板の重ね溶接に関
し、上板及び下板側の母材を溶融させることでビードを
形成する溶加材を用いないＴＩＧ溶接やプラズマ溶接等
の非消耗電極アーク溶接方法において、ビード表面形状
が良好でかつ広幅・浅溶込み溶接部を形成しながら、薄
板の重ね部により形成される溶接線を自動的に検出し溶
接線に対して適正位置でトーチを倣わせ、仮付けや外来
ノイズ等による開先倣いの誤動作を防止した電極回転式
非消耗電極アーク溶接における開先倣い方法及び開先倣
い制御装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、薄板の重ね溶接における溶接線へ
のトーチの追従は作業者の手動操作によるか、或いは高
価ではあるがその検出に接触式センサを用いたり、光学
式センサによる複雑な画像処理方式を採用していた。溶
接の自動化を図るためには前記した後２者の方式が必要
となるが、いずれにせよトーチのほかに他にセンサとい
う固有の機器をトーチ近傍に設ける必要があるため、検
出位置と制御対象位置との間に寸法的な制約で一定の間
隔が生じていた。そのため、その間隔に応じた時間差を
与えてトーチ位置を制御する必要があり、複雑な割りに
は精度に限度のある制御しか実施できなかった。別体と
してのセンサを用いることなく且つ精度的に優れた溶接
線倣い方法として溶接アーク自体をセンサとしたアーク
センサ開先線倣い方法が「特公昭６１−１７５９１号公
報」に開示されている。このアークセンサ開先線倣い方
法は開先内でのトーチ揺動によるアーク特性の変化を、
揺動の幅中心を基準として左・右の揺動の半周期とにつ
いて時間積分後比較し、その両者が等しくなるように、
即ちその両者の差が零になるようにトーチ揺動中心を移
動制御することにより開先線倣いを達成するものであ
る。しかし、薄板の重ね溶接部の溶接線のような一方の
開先が存在しない継手に対しては適用できないという欠
点があった。また、「特公平１−４８７５号公報（特開
昭５７−９１８７７号公報）」に開示された方法におい
ても、電極回転による場合の開先倣い方法が開示されて
いるが前述のように開先が存在する場合についてのみ適
用が可能であった。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】溶接の自動化を図るた
めには、溶接中に時々刻々へ変化する溶接線二次元的な
ズレに対してトーチ位置を自動的に制御するために開先
検出センサ及び検出センサによるトーチ位置移動調整機
構が必要である。従来、薄板の重ね溶接における溶接線
へのトーチの追従は溶接作業者の操作によるか、溶接の
自動化を図るためには高価ではあるがその検出に接触式
センサを用いたり、光学式センサによる複雑な画像処理
方式を採用することが必要となるが、いずれにせよトー
チのほかに他のセンサという固有の機器をトーチ近傍に
設ける必要があり、検出位置と制御対象位置との間に寸
法的な制約で一定の間隔があり、その間隔に応じた時間
差を与えてトーチ位置を制御する必要があり、複雑な割
には精度に限界のある制御しか実施できないという問題
点があった。また、薄板の重ね溶接において、溶加材を
用いないで上板及び下板側の母材を溶融させることでビ
ードを形成するＴＩＧ溶接やプラズマ溶接等の非消耗電
極アーク溶接方法において良好または要求されるビード
表面形状を得るためには、トーチの狙い位置を常に適正
位置に保持しなければならないものであった。

【０００４】本発明は、薄板の重ね溶接部の溶接線のよ
うに、一方の開先つまり段差しか存在しない継手に対し
ても別体としてのセンサを用いることなく且つ精度的に
優れた溶接線自動倣い行い、さらにその溶接線上に仮付
けやアークを乱す酸化物等の倣い信号のノイズ源となる
部分が存在していたとしても、仮付けや外来ノイズ等に
よる開先倣いの誤動作を防止して倣いを安定させ、薄板
の重ね溶接部のビード表面形状を適正に保つことができ
る電極回転式非消耗電極アーク溶接における開先倣い方
法及び開先倣い制御装置を提供することを目的としたも
のである。

【０００５】

【課題を解決するための手段及び作用】本発明に係る電
極回転式非消耗電極アーク溶接における開先倣い方法
は、溶接トーチに設けられた非消耗電極先端に円運動を
与え、該非消耗電極に発生するアークを一方向に高速回
転させながら薄板の重ね部の溶接線に沿って重ね溶接を
行っていく溶接中にアーク電圧を検出し、そのアーク電
圧のうち、薄板の重ね部の溶接線と平行なアークの回転
円の進行方向の前方中心を基準としてその左右の５°以
上１８０°以下の２つの所定角度範囲の電極の回転位置
におけるアーク電圧波形のそれぞれの積分値の差を所定
のしきい値と比較し、前記差が零となるように前記溶接
トーチを溶接線と直交する方向に移動制御し、その制御
中に上記積分値の差のある区間での平均値を求め、その
平均値と溶接トーチの倣い制御を停止させる基準値とを
比較し、前記平均値と基準値との差が所定値以上のとき
は溶接トーチの移動制御を停止させ、前記平均値と基準
値との差が所定値以下のときは溶接トーチの移動制御を
続行させ、薄板の重ね部の溶接線に対して溶接トーチを
適正位置に制御するようにしたものである。

【０００６】また、本発明に係る電極回転式非消耗電極
アーク溶接における開先倣い制御装置は、電極回転式非
消耗電極アーク溶接方法により溶接する溶接トーチの電
極とワークとのアーク電圧を検出するアーク電圧検出器
と、電極の回転角度位置を検出する回転位置検出器と、
アーク電圧検出器の検出信号が入力される積分器と、ア
ーク電圧検出器の検出信号のうち、回転位置検出器の位
置検出信号に基づいて予め設定した２つの所定角度範囲
の検出信号について積分器を動作させる信号を出力する
タイミング回路と、積分器からそれぞれ出力された２つ
の所定角度範囲の検出信号の積分値の差を求める第１の
比較器と、溶接トーチを溶接線と直交する方向で溶接線
近傍の所定位置に設定させる基準値を出力するトーチ狙
い位置設定器と、第１の比較器から出力された積分値の
差とトーチ狙い位置設定器の基準値との差を求める第２
の比較器と、第２の比較器から出力された前記積分値の
差と基準値との差の信号に基づいて当該差が零となる信
号を演算して出力する溶接線倣い制御回路と、溶接線倣
い制御回路からの信号に基づいて溶接トーチを溶接線と
直交する方向に駆動制御する横移動機構制御器と、第２
の比較器からの差の信号のある区間での平均値を求めて
出力する差信号平均値回路と、溶接トーチの倣い制御を
停止させる基準値を出力する倣い制御停止設定器と、差
信号平均値回路から出力された平均値と倣い制御停止設
定器の基準値との差を求める第３の比較器と、第３の比
較器から出力された前記平均値と基準値との差が所定値
以上のときは溶接線倣い制御回路から横移動機構制御器
への信号の出力を停止させ、前記平均値と基準値との差
が所定値以下のときは溶接線倣い制御回路から横移動機
構制御器への信号の出力を続行させる倣い制御オン・オ
フ切換器とを備えて構成されている。

【０００７】

【実施例】図１は本発明に係る一実施例の開先倣い制御
装置の全体を示す構成図、図２は電極回転ＴＩＧ溶接装
置の電極回転ＴＩＧトーチを示す断面図、、図３は開先
倣い方法の倣い信号検出方法を示した模式図、図４は狙
い位置によるビード形状の差異を示す説明図である。図
において、１は被溶接材である下板１ａに上板１ｂを重
ねてなる母材、２は母材１の開先線に位置される非消耗
電極であるタングステン電極、３は回転駆動モータ、３
ａは回転駆動モータ３のシャフト、４はシャフト３ａに
取り付けられ、回転駆動モータ３により高速回転を与え
られる駆動ギヤ、５は駆動ギヤ４により高速回転を与え
られる従動ギヤ、６はタングステン電極２を先端に設け
たコレットチャック６ａで保持する円筒状の電極保持部
材、６ｂは電極保持部材７の下方に設けられ、タングス
テン電極２を取り囲むガスカップである。

【０００８】７は電極保持部材６の上部を回転自在に支
持する上部自動調心ベアリング、８は上部自動調心ベア
リング７をリング回転中心から一定量偏心して保持す
る、即ち電極保持部材６の上部を従動ギヤ５の回転中心
から一定量偏心して保持する偏心リングであり、上部自
動調心ベアリング７とで偏心リング部材を構成する。９
は偏心リング８を一体的に収納する偏心リング保持ケー
スで、従動ギヤ５に一体的に取り付けられている。１０
は電極保持部材６の下部を支持する下部自動調心ベアリ
ングである。１１は回転駆動モータ３の回転角度位置、
即ちタングステン電極２の先端の回転角度位置を検出す
るエンコーダ等の回転位置検出器である。なお、電極保
持部材６に保持され、その軸線上に位置するタングステ
ン電極２と母材１との間には後述する定電流溶接電源装
置により溶接電圧が印加され、アークが発生している。
１２はタングステン電極２〜回転位置検出器１１から構
成される電極回転ＴＩＧトーチである。

【０００９】１２は電極回転ＴＩＧ溶接装置の電極回転
ＴＩＧトーチで、図２に示したタングステン電極２〜回
転位置検出器１１で構成されている。１３は定電流溶接
電源装置、１４はタングステン電極２と母材１間のアー
ク電圧を検出するアーク電圧検出器、１５はタングステ
ン電極２を所望回転数で回転させるための回転速度設定
器、１６は回転速度設定器１５によって設定された回転
数設定値に基づき回転駆動モータ３を駆動する回転用モ
ータードライバーである。

【００１０】１７はタングステン電極２と母材１間の基
準アーク電圧を設定するアーク電圧基準設定器、１８は
アーク電圧検出器１４の検出値とアーク電圧基準設定器
１７の基準値との差を比較演算する差動増幅器、１９は
差動増幅器１８の出力に基づきトーチ昇降機構２０の昇
降用モーター２１を回転制御する昇降用モーター制御
器、２２はトーチ横移動機構２３の横移動用モータ２４
を回転制御する横移動機構制御器、２５はトーチ昇降機
構２０とトーチ横移動機構２３とを支持して母材１上を
走行する溶接台車である。

【００１１】２６は回転位置検出器１１の位置検出信号
に基づいて予め設定した２つの所定角度範囲の検出信号
について積分器を動作させる信号を出力するタイミング
回路、２７ａ，２７ｂはアーク電圧検出器１４のアーク
電圧の検出信号が入力されると共にタイミング回路２６
からの信号も入力される積分器、２８は積分器２７ａ，
２７ｂから出力された積分値の差を求める第１比較器、
２９は電極回転ＴＩＧトーチ１２を溶接線と直交する方
向で溶接線近傍の所定狙い位置に設定させる基準値を出
力するトーチ狙い位置設定器、３０は第１比較器２８か
ら出力された積分値の差とトーチ狙い位置設定器３０の
基準値との差を求める第２比較器、３１は第２比較器３
０から出力された前記積分値の差と基準値との差に基づ
いて当該差が零となるように制御信号を横移動機構制御
器２２に出力する溶接線倣い制御回路である。

【００１２】３２は第２の比較器３０からの差の信号の
ある区間毎即ち、所定時間間隔での平均値を求めて出力
する差信号平均値回路、３３は電極回転ＴＩＧトーチ１
２の倣い制御を停止させる基準値を出力する倣い制御停
止設定器、３４は差信号平均値回路３２から出力された
平均値と倣い制御停止設定器３３の基準値との差を求め
て出力する第３の比較器、３５は第３の比較器３４から
出力された前記平均値と基準値との差が所定値以上のと
きは溶接線倣い制御回路３１から横移動機構制御器２２
への信号の出力を停止させ、前記平均値と基準値との差
が所定値以下のときは溶接線倣い制御回路３１から横移
動機構制御器２２への信号の出力を続行させる倣い制御
オン・オフ切換器である。

【００１３】次に上記実施例の動作を説明する。まず、
図２に示す実施例の電極回転ＴＩＧトーチ１２の動作を
説明する。回転駆動モータ３が回転すると、その回転は
駆動ギア４、従動ギヤ５及び偏心リング保持ケース９を
介して偏心リング８に伝達される。偏心リング８は電極
保持部材６の上部を回転自在に支持している上部自動調
心ベアリング７をリング回転中心から一定距離離れた偏
心位置に回転自在に保持しているから、電極保持部材６
の上部は偏心リング８の回転に伴いその回転軸を中心と
して旋回することになる。また、電極保持部材６の下部
は、偏心リング８の回転中心に同軸で取り付けられ且つ
その周囲を固定された下部自動調心ベアリング１０にも
保持されているから、下部自動調心ベアリング１０と偏
心リング８との作用により、電極保持部材６の下部から
下方に伸びるタングステン電極２の先端は、下部自動調
心ベアリング１０を回転中心の支点としたスリコギ式の
円運動を行うことになる。

【００１４】タングステン電極２の先端が円運動をして
いるときに、タングステン電極２の基部を保持している
電極保持部材６の下部は下部自動調心ベアリング１０に
回転自在に支持され、回転中心の支点となっており、そ
れ自体は回転しないので、図示しない給電ケーブルによ
って電極保持部材６の下部に位置するタングステン電極
２に直接給電することができる。なお、上記上部自動調
心ベアリング７及び下部自動調心ベアリング１０に代え
て球面すべり軸受、ユニット用玉軸受等、同様の機能を
果たす自在軸受で代替することもできる。

【００１５】次に、電極回転ＴＩＧ溶接装置の動作につ
いて説明する。例えば厚みが２mmのステンレススチール
の薄板を重ね溶接する場合、非消耗電極であるタングス
テン電極２の電極回転直径を２．５mmとし、回転駆動モ
ータ３により電極回転周波数を３〜５Ｈｚとし、定電流
溶接装置１３により溶接電流を１４０Ａで、タングステ
ン電極２の先端に円運動を与え、タングステン電極２に
発生するアークを高速回転させながら、母材１の溶接線
に沿って溶接速度２５〜３０cm/ 分で重ね溶接を行う。
このとき、トーチ傾斜角は０±１０°以内の適正値に保
持されている。

【００１６】トーチを静止させた状態では、アークが溶
接部に一点集中してアーク直下が常に溶融していたもの
が、アークを発生させながらタングステン電極２の先端
が機械的にほぼ円状に円運動して溶接を行うため、母材
１の被溶接部に対して溶接アークはタングステン電極２
の先端の回転に伴って被溶接部を円状に移動し、アーク
直下の溶融部がある回転径で移動することになり、アー
クの被溶接部への入熱がある径に分散された形となり、
その結果、広幅、浅溶込みの溶接部を高速で効率よく形
成することができる。

【００１７】なお、ＴＩＧアークの特性上、上記のタン
グステン電極２の回転による効果は回転に伴ってアーク
が溶融部を移動可能かどうかで決まり、ＴＩＧアークの
場合は電極回転周波数は約２０Ｈｚ程度が限度である。
また、入熱の分散効果はある回転径以上で見られ、ま
た、入熱分散による母材の溶融効率の大幅な低下がその
回転径の最大値が決定される。薄板の重ね溶接で用いら
れる溶接電流が十数Ａ〜二百数十ＡのＴＩＧアークの場
合には回転径として１〜４ｍｍ程度が適正な範囲であ
る。そして、この回転径の適正範囲は使用する溶接電流
の値に依存する。

【００１８】次に、溶接中における開先線倣い方法につ
いて図１、図３及び図４に基づいて説明する。まず、開
先線倣い方法の原理について説明する。電極回転ＴＩＧ
トーチ１２に設けられたタングステン電極２が重ね溶接
される下板１ａと上板１ｂとからなる母材１の溶接線に
沿って溶接を行っていく。そして、図３の（ａ）に示す
ようにタングステン電極２の先端、即ちアークがアーク
の回転円Ｒの進行方向の後方中心Ｃ．Ｒ位置であるＡ点
から下板１ａ側のＢ点にくると、図３の（ｂ）に示すよ
うに下板１ａ側の回転位置でのアーク電圧検出器１４が
検出するアーク電圧は次第に上昇し、Ｂ点でアーク電圧
の上昇はほぼ最大になる。その後、Ｂ点からアークの回
転円Ｒの進行方向の前方中心Ｃ．Ｆ位置であるＣ点にく
るに従いアーク電圧は次第に減少し、さらにアークが回
転して今度はＣ点から上板１ｂ側のＤ点にくると、上板
１ｂ側の回転位置でのアーク電圧検出器１４が検出する
アーク電圧は次第に減少し、Ｄ点でアーク電圧の減少は
ほぼ最大になる。その後、Ｄ点からＡ点にいくに従いア
ーク電圧は上昇する。

【００１９】図３の（ｂ）は基準電圧を基準として上記
アーク電圧の変化を示したもので、その斜線部分ＳＬ、
ＳＲは図３の（ａ）のアークの回転円の進行方向の前方
中心Ｃ．Ｆを基準として左右の０°〜９０°（Ｒ領域）
と２７０°〜３６０°（Ｌ領域）の２つの所定角度範囲
θ１，θ２の積分値を表したものである。従って、回転
するタングステン電極２の下板１ａ側と上板１ｂ側のア
ーク電圧をそれぞれ検出し、両者の電圧を比較すれば、
タングステン電極２の先端の回転円Ｒの中心が母材１の
溶接線に位置しているかどうかがわかる。そこで、下板
１ａ側と上板１ｂ側とのアーク電圧を検出し、検出した
電圧を比較してその差を求め、その差を溶接線位置を検
出できるように設定された基準値と比較することによ
り、タングステン電極２の先端の回転円Ｒの中心が母材
１の溶接線に位置しているかどうかがわかる。

【００２０】次に、開先線倣い方法について説明する。
電極回転ＴＩＧトーチ１２に設けられたタングステン電
極２が重ね溶接される下板１ａと上板１ｂとからなる母
材１の溶接線に沿って溶接を行っていくとき、アーク電
圧検出器１４はタングステン電極２先端の回転によって
変化しているアーク電圧を検出し、積分器２７ａ，２７
ｂに入力している。一方、回転位置検出器１１は回転し
ているタングステン電極２の回転位置を検出して位置検
出信号をタイミング回路２６に出力している。そして、
タイミング回路２６では回転位置検出器１１の位置検出
信号に基づき、予め設定した下板１ａ側の例えば４５°
〜９０°である４５°の角度範囲θ１と上板１ｂ側の例
えば１８０°〜２２５°である４５°の角度範囲θ１に
おいて積分器２７ａ，２７ｂがアーク電圧を積分するよ
うにしている。

【００２１】積分器２７ａ，２７ｂがアーク電圧を積分
した積分値は第１比較器２８に入力される。このように
積分器２７ａ，２７ｂで積分するのはアーク電圧波形に
ノイズがあり、その影響を受けないようにするためであ
る。第１比較器２８では積分器２７ａによる積分値ＳＬ
と２７ｂによる積分値ＳＲの差ΔＳを求め、それを第２
比較器３０に出力する。第２比較器３０では第１比較器
２８で求めた積分値の差とをトーチ狙い位置設定器３０
によって設定された所定の基準値と比較し、その差の信
号を溶接線倣い制御回路３１に出力する。溶接線倣い制
御回路３１では第２比較器３０で求めた差が零となるよ
うな横移動指令信号を横移動機構制御器２２に出力す
る。横移動機構制御機２２は横移動用モータ２４を回転
させてトーチ横移動機構２３を駆動して電極回転ＴＩＧ
トーチ１２を溶接線と直交する方向に移動制御して薄板
の重ね部の溶接線に電極回転ＴＩＧトーチ１２がくるよ
うに、即ちタングステン電極２の先端の回転円の中心が
溶接線に位置するように電極回転ＴＩＧトーチ１２を適
正位置に制御するようにしたものである。

【００２２】ところで、図５で示すように重ね溶接され
る下板１ａと上板１ｂとからなる母材１の溶接線に仮付
けＰが行われている場合、かかる電極回転ＴＩＧトーチ
１２を適正位置に制御する方法では、電極回転ＴＩＧト
ーチ１２の位置精度及び追従性が良好なため、仮付けＰ
のある場所では、必ず上板１ｂ側に修正移動されるた
め、ビードが仮付け部で図６の破線で示すように上板１
ｂ側に蛇行したようになる。また、電極回転ＴＩＧトー
チ１２が仮付けＰのある場所にきたときには、第２比較
器３０から溶接線倣い制御回路３１に出力される差の信
号Ｓは図５に示すように、大きく変化する。かかる差の
信号の変化は外来ノイズが混入することによっても生じ
る。

【００２３】そこで、母材１の溶接線に仮付けが行われ
ている場合の開先倣い実施時には、開先線倣い方法は次
のように行われる。まず、仮付けが存在しない母材１の
溶接線に対しては、上述の如く、第２比較器３０から出
力された第１比較器２８で求めた積分値の差とトーチ狙
い位置設定器３０の所定の基準値と比較した差の信号Ｓ
が溶接線倣い制御回路３１に出力され、溶接線倣い制御
回路３１では第２比較器３０で求めた差が零となるよう
な横移動指令信号を横移動機構制御器２２に出力し、横
移動機構制御機２２は横移動用モータ２４を回転させて
トーチ横移動機構２３を駆動して電極回転ＴＩＧトーチ
１２を溶接線と直交する方向に移動制御して薄板の重ね
部の溶接線に電極回転ＴＩＧトーチ１２がくるように、
電極回転ＴＩＧトーチ１２を適正位置に制御する。

【００２４】つぎに、仮付けが存在する母材１の溶接線
に対しては、仮付けが存在しない母材１の溶接線に対し
て行われている開先線倣い制御中に、差信号平均値回路
３２が第２比較器３０から出力された差信号Ｓのある区
間毎での平均値を求め、それを第３の比較器３４に出力
している。第３の比較器３４では差信号平均値回路３２
の平均値と倣い制御停止設定器３３の基準値との差を求
めて倣い制御オン・オフ切換器３５に出力する。制御オ
ン・オフ切換器３５では第３の比較器３４から出力され
た溶接トーチの倣い制御を停止させる基準値と差信号平
均値回路３２の平均値との差が所定値以上のときは溶接
線倣い制御回路３１から横移動機構制御器２２への信号
の出力を停止させて溶接トーチの移動制御を停止させ
る。また、前記平均値と基準値との差が所定値以下のと
きは溶接線倣い制御回路３１から横移動機構制御器２２
への信号の出力を続行させて溶接トーチの移動制御を続
行させる。こうすることにより、薄板の重ね部の溶接線
に対して溶接トーチが適正位置に制御されてビードの蛇
行がかなり緩和される。

【００２５】なお、トーチ狙い位置設定器３０はタング
ステン電極２の先端、即ちアークの回転円の中心が溶接
線に位置するような図４に示す狙い位置Ａのときは、基
準値が例えば０Ｖに設定されており、アークの回転円Ｒ
の中心が溶接線と直交する方向で、図４に示す狙い位置
Ｂの位置にくるようにするときは基準値を例えば０．７
Ｖ、図４に示す狙い位置Ｃの位置にくるようにするとき
は基準値を例えば１．０Ｖに設定すればよい。従って、
アークが常に溶接線と平行な狙い位置に適正に存在する
よう調整することができる。このように、溶接中におけ
るアーク電圧を検出し、アーク電圧を信号処理してアー
クの回転円Ｒの中心が狙い位置に位置するように制御し
て電極回転ＴＩＧトーチ１２を自動追従させるようにし
ているため、溶接アーク自体がセンサの役目を果たし、
溶接過程で溶接線に沿って電極回転ＴＩＧトーチ１２を
精度よく追従できる。

【００２６】なお、上記実施例において、アークの狙い
位置はが微妙なものであり、０．２〜０．３ｍｍ変わる
とビード形状が悪化することがある。また、板厚により
狙い位置も変わり、狙い位置によりビード形状が変化す
る。トーチ角度は概略垂直±１０°以内が望ましく、
０．５〜２．５ｍｍ程度の薄板の場合、溶接線倣いの狙
い位置は上板側に０．５〜０．８ｍｍ程度はいったとこ
ろがよい。さらに、電極回転ＴＩＧトーチ１２はタング
ステン電極２の母材１への短絡を防止するためにトーチ
昇降動作の調整を行う必要がある。電極回転ＴＩＧトー
チ１２の溶接中の昇降動作の調整は、アーク電圧検出器
１４によるアーク電圧検出信号と、アーク電圧基準設定
器１７の基準アーク電圧の偏差を差動増幅器１６により
演算し、この偏差が常の零となるように昇降用モーター
制御器１９が昇降用モーター２１を回転制御して電極回
転ＴＩＧトーチ１２を昇降させることによって行われ
る。

【００２７】上記実施例では、積分器２７ａ，２７ｂで
積分するアーク電圧の対象を下板１ａ側では０°〜４５
°である４５°の角度範囲θ１とし、上板１ｂ側では３
１５°〜３６０°である４５°の角度範囲θ２としてい
るが、下板１ａ側では５°〜１８０°である１７５°の
角度範囲θ１とし、上板１ｂ側では１８０°〜３５５°
である１７５°の角度範囲θ２としても、アークの回転
円Ｒの中心が溶接線に対して適正位置にくるように制御
できることはいうまでもない。上記実施例では、２つの
積分器２７ａ，２７ｂを用いているが、１つの積分器で
２つの所定角度範囲の検出信号についてそれぞれ積分
し、２つの積分値を第１比較器２８に出力してもよく、
この場合、一方の所定角度範囲の検出信号について積分
し、その値を他に転送後、高速でリセットし、他方の所
定角度範囲の検出信号について積分を行えば１つの積分
器でも充分である。また、上記実施例では、電極回転Ｔ
ＩＧ溶接方法及び電極回転ＴＩＧ溶接装置の電極回転Ｔ
ＩＧトーチ１２について説明したが、本発明はタングス
テン電極を用いるプラズマ溶接或いはタングステン電極
以外の銅電極、炭素電極という非消耗電極を用いた他の
溶接方法及び溶接装置にも適用され得ることはいうまで
もない。

【００２８】

【発明の効果】本発明は以上説明したとおり、溶接トー
チに設けられた非消耗電極先端に円運動を与え、該非消
耗電極に発生するアークを一方向に高速回転させながら
薄板の重ね部の溶接線に沿って重ね溶接を行っている場
合に、アーク電圧を検出し、そのアーク電圧のうち、薄
板の重ね部の溶接線におけるアークの回転円の進行方向
前方の中心を基準としてその左右の５°以上１８０°以
下の２つの所定角度範囲の電極の回転位置におけるアー
ク電圧波形のそれぞれの積分値の差を所定のしきい値と
比較し、前記差が零となるように前記溶接トーチを溶接
線と直交する方向に移動制御し、その制御中に上記積分
値の差のある区間での平均値を求め、その平均値と溶接
トーチの倣い制御を停止させる基準値とを比較し、前記
平均値と基準値との差が所定値以上のときは溶接トーチ
の移動制御を停止させ、前記平均値と基準値との差が所
定値以下のときは溶接トーチの移動制御を続行させ、薄
板の重ね部の溶接線に対して溶接トーチを適正位置に制
御するようにしたので、薄板の重ね溶接継手部の溶接線
の自動開先倣いが可能となり、広幅、浅溶込みの溶接部
を高速で効率よく形成することができ、さらにその溶接
線上に仮付けやアークを乱す酸化物等の倣い信号のノイ
ズ源となる部分が存在していたとしても、仮付けや外来
ノイズ等による開先倣いの誤動作を防止すするため、薄
板の重ね部の溶接線に対して溶接トーチが適正位置に制
御されてビードの蛇行がかなり緩和され、溶接部の要求
するビード形状の維持ができるという効果を有する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る一実施例の開先倣い制御装置の全
体を示す構成図である。

【図２】電極回転ＴＩＧ溶接装置の電極回転ＴＩＧトー
チを示す断面図である。

【図３】開先線倣い方法の倣い信号検出方法を示した模
式図である。

【図４】狙い位置によるビード形状の差異を示す説明図
である。

【図５】母材の溶接線に仮付けが行われている場合の倣
い信号の変化を示す説明図である。

【図６】仮付けが行われている母材の溶接線に溶接され
た場合のビード形状を示す説明図である。

【符号の説明】

１ 母材 ２ タングステン電極（非消耗電極） １１ 回転位置検出器 １２ 電極回転ＴＩＧトーチ １４ アーク電圧検出器 ２２ 横移動機構制御器 ２３ トーチ横移動機構 ２４ 横移動用モータ２４ ２６ タイミング回路 ２７ａ 積分器 ２７ｂ 積分器 ２８ 第１比較器 ２９ トーチ位狙い位置設定器 ３０ 第２比較器 ３１ 溶接線倣い制御回路 ３２ 差信号平均値回路 ３３ 倣い制御停止設定器 ３４ 第３の比較器 ３５ 倣い制御オン・オフ切換器

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 溶接トーチに設けられた非消耗電極先端
   に円運動を与え、該非消耗電極に発生するアークを一方
   向に高速回転させながら薄板の重ね部の溶接線に沿って
   重ね溶接を行っていく溶接中にアーク電圧を検出し、そ
   のアーク電圧のうち、薄板の重ね部の溶接線と平行なア
   ークの回転円の進行方向の前方中心を基準としてその左
   右の５°以上１８０°以下の２つの所定角度範囲の電極
   の回転位置におけるアーク電圧波形のそれぞれの積分値
   の差を所定のしきい値と比較し、前記差が零となるよう
   に前記溶接トーチを溶接線と直交する方向に移動制御
   し、その制御中に上記積分値の差のある区間での平均値
   を求め、その平均値と溶接トーチの倣い制御を停止させ
   る基準値とを比較し、前記平均値と基準値との差が所定
   値以上のときは溶接トーチの移動制御を停止させ、前記
   平均値と基準値との差が所定値以下のときは溶接トーチ
   の移動制御を続行させ、薄板の重ね部の溶接線に対して
   溶接トーチを適正位置に制御することを特徴とする電極
   回転式非消耗電極アーク溶接における開先倣い方法。
2. 【請求項２】 電極回転式非消耗電極アーク溶接方法に
   より溶接する溶接トーチの電極とワークとのアーク電圧
   を検出するアーク電圧検出器と、電極の回転角度位置を
   検出する回転位置検出器と、アーク電圧検出器の検出信
   号が入力される積分器と、アーク電圧検出器の検出信号
   のうち、回転位置検出器の位置検出信号に基づいて予め
   設定した２つの所定角度範囲の検出信号について積分器
   を動作させる信号を出力するタイミング回路と、積分器
   からそれぞれ出力された２つの所定角度範囲の検出信号
   の積分値の差を求める第１の比較器と、溶接トーチを溶
   接線と直交する方向で溶接線近傍の所定位置に設定させ
   る基準値を出力するトーチ狙い位置設定器と、第１の比
   較器から出力された積分値の差とトーチ狙い位置設定器
   の基準値との差を求める第２の比較器と、第２の比較器
   から出力された前記積分値の差と基準値との差の信号に
   基づいて当該差が零となる信号を演算して出力する溶接
   線倣い制御回路と、溶接線倣い制御回路からの信号に基
   づいて溶接トーチを溶接線と直交する方向に駆動制御す
   る横移動機構制御器と、第２の比較器からの差の信号の
   ある区間での平均値を求めて出力する差信号平均値回路
   と、溶接トーチの倣い制御を停止させる基準値を出力す
   る倣い制御停止設定器と、差信号平均値回路から出力さ
   れた平均値と倣い制御停止設定器の基準値との差を求め
   る第３の比較器と、第３の比較器から出力された前記平
   均値と基準値との差が所定値以上のときは溶接線倣い制
   御回路から横移動機構制御器への信号の出力を停止さ
   せ、前記平均値と基準値との差が所定値以下のときは溶
   接線倣い制御回路から横移動機構制御器への信号の出力
   を続行させる倣い制御オン・オフ切換器とを備えてなる
   ことを特徴とする電極回転式非消耗電極アーク溶接にお
   ける開先倣い制御装置。