JPH1110335A - 溶接状況の監視方法とその装置 - Google Patents

溶接状況の監視方法とその装置

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JPH1110335A
JPH1110335A JP9177601A JP17760197A JPH1110335A JP H1110335 A JPH1110335 A JP H1110335A JP 9177601 A JP9177601 A JP 9177601A JP 17760197 A JP17760197 A JP 17760197A JP H1110335 A JPH1110335 A JP H1110335A
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万騎 松林
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 溶接欠陥が顕在化する前に、その前段階で、
異常を早期に精度よく且つ確実に検出し得る溶接状況の
監視方法とその装置を提供する。 【解決手段】 本発明は、溶接アークや溶接ビーム等に
よる光を発生する溶接方法に適用されるもので、その特
徴とするところは、前記溶接アークや溶接ビーム等から
発生する光を波長フィルタを通して、正常な溶接品質を
維持するに必要な元素に起因する波長成分、溶接品質に
悪影響を与える元素に起因する波長成分の内、少なくと
も一の波長成分の波長光を選択して採取し、該一又は複
数の特定波長光の発光強度を監視しながら、該発光強度
に応じて溶接状況の異常の有無を判断することを特徴と
する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、シールドガスを用
いるガスシールドアーク溶接(ティグ溶接、マグ溶接、
ミグ溶接、エレクトロガスアーク溶接)の他プラズマ溶
接やレーザビーム溶接など、溶接時にアークやビーム等
による光を発生する溶接方法に適用される溶接状況監視
方法に関する。
【0002】
【従来の技術】従来より溶接状況異常の有無を判断する
監視方法として騒音計を用いた監視方法が存在する。そ
の一例を図4に基づいて説明するに、図4は騒音計を用
いた従来の監視方法をティグ溶接に適用した場合の一例
を示し、同図において溶接トーチ2からシールドガス9
を母材7上に噴出させ溶接部位をシールドした状態で、
溶接電源8に接続したタングステン電極3の先端と母材
7の間でアーク1を発生し、ワイヤリール6から送給ロ
ーラ5によって溶接ワイヤ4を溶接位置に送給しながら
溶接を行なっていく。かかるティグ溶接時にアーク部1
から発生する音を騒音計16を用い、特に10kHz近
傍の信号成分に着目して音圧を計測し、コンピュータ1
5における計算結果から、その音圧が予め確認している
正常値(基準レベル)に比べ同等レベル若しくはそれよ
り低いレベルであれば正常、高いレベルであれば異常と
判断している。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】しかしながらかかる騒
音計を用いた従来の監視方法によれば、前記10kHz
近傍の音圧レベルの変化は、シールドガス9のシールド
不良やアーク1による溶接部分に水が混入するなど溶接
欠陥が発生する程度まで溶接状況が悪化して始めて前記
音圧レベルが基準レベルを越えるものであり、異常音圧
レベル域に達しなければ異常と判断できない。一方前記
基準レベルを下げると、今度は正常な溶接状況でも異常
と判定する恐れがあり、したがって、図4に示す従来技
術では溶接欠陥を未然に防止するための監視方法として
は、異常検出のタイミングおよび精度上問題がある。本
発明はかかる技術的課題に鑑み、溶接欠陥が顕在化する
前に、その前段階で、異常を早期に精度よく且つ確実に
検出し得る溶接状況の監視方法とその装置を提供するこ
とにある。
【0004】
【課題を解決するための手段】本発明は、溶接アークや
溶接ビーム等による光を発生する溶接過程、より具体的
にはシールドガスを用いるガスシールドアーク溶接(テ
ィグ溶接、マグ溶接、ミグ溶接、エレクトロガスアーク
溶接)やプラズマ溶接やレーザビーム溶接のように、溶
接時にアークやビームを発生する溶接方法に適用される
もので、その特徴とするところは、前記溶接アークや溶
接ビーム等から発生する光を波長フィルタを通して、正
常な溶接品質を維持するに必要な元素に起因する波長成
分、溶接品質に悪影響を与える元素に起因する波長成分
の内、少なくとも一の波長成分の波長光を選択して採取
し、該一又は複数の特定波長光の発光強度を監視しなが
ら、該発光強度に応じて溶接状況の異常の有無を判断す
ることにある。
【0005】尚、前記元素にはシールドガスや作動ガス
等のガス成分のみならず、母材や溶接棒等の固体元素、
更には単一元素のみならず水や炭酸ガス等の分子化した
元素も含む。又溶接母材も鉄鋼その他の金属母材のみな
らず、石英ガラス等の非金属母材も含む。更に発光強度
とはその絶対値のみならず、相対値若しくは2つの波長
光の発光強度の比率等、監視演算する側の機器や溶接種
類に応じて適宜に選択される。従って正常な溶接品質を
維持するに必要な元素、溶接品質に悪影響を与える元素
は溶接種類によって適宜選択されるものであり、例えば
ガスシールドアーク溶接においてはアルゴンやヘリウム
を前者の元素として採用し、又後者の元素として前記シ
ールドガス中に混入された大気中の酸素を用いる事が出
来る。又、監視すべき波長光は単一の波長光を用いても
よく、又複数の波長光を組合わせてその発光強度比率に
より異常判断を行なってもよく、これにより一層高精度
の異常判定が可能となる。
【0006】請求項2記載の発明は、前記発明を好適に
実施するための装置に関する発明で、その特徴とすると
ころは、前記溶接アークや溶接ビーム等から発生する光
成分より、正常な溶接品質を維持するに必要な元素に起
因する波長成分、溶接品質に悪影響を与える元素に起因
する波長成分の内、少なくとも一の波長成分の波長光を
選択して採取する波長光選択採取手段と、該波長光選択
採取手段により採取された、一又は複数の特定波長光の
発光強度に対応する検出信号レベルに基づいて溶接状況
の異常の有無を判断する判断手段と、からなる溶接状況
監視装置を提案する。
【0007】尚、前記異常判断は、前記検出信号レベル
と予め定められた基準レベルとを比較し、その比較結果
に基づいて溶接状況の異常の有無を判断するようにして
もよく、又正常な溶接品質を維持するに必要な元素に起
因する波長成分に対応する発光強度と、溶接品質に悪影
響を与える元素に起因する波長成分に対応する発光強度
を夫々個別に検出し、両者の発光強度の比率に基づいて
異常判断を行なうようにしてもよい。
【0008】
【発明の実施の形態】以下、図面を参照して本発明の好
適な実施形態を例示的に詳しく説明する。但しこの実施
形態に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、そ
の相対的配置等は特に特定的な記載がないかぎりは、こ
の発明の範囲をそれに限定する趣旨ではなく、単なる説
明例にすぎない。本発明の実施形態に係る監視装置を図
4の従来技術と同様に、ティグ溶接に適用した場合を図
1に示す。同図において溶接トーチ2からアルゴンガス
からなるシールドガス9を母材7上に噴出させ溶接部位
をシールドした状態で、溶接電源8に接続したタングス
テン電極3の先端と母材7の間でアーク1を発生し、ワ
イヤリール6から送給ローラ5によって溶接ワイヤ4を
溶接位置に送給しながら溶接を行なっていく点は前記従
来技術と同様である。
【0009】そして本実施形態では、溶接アーク部1か
ら発生する光を集光レンズ10により採集し、その光を
ハーフミラー形プリズム11を用いて2等分し、一の光
を772±3nmの波長のみを通す干渉フィルタ12側
と、他の光を778±3nmの波長の光のみを通す干渉
フィルタ13側へと半分ずつ光路を変える。
【0010】尚、上記干渉フィルタ12、13の選択波
長は、次のようにして選定した。図2は図1に示すティ
グ溶接方法において目的とする波長を選択する為の装置
構成を示し、シールドガス9にAr100%、1%エア
ー(0.2%O2 )入りAr、5%エアー(1%O2
入りAr、10%エアー(2%O2 )入りAr及び20
%エアー(4%O2 )入りArの5種類を用いて所定の
ティグ溶接を実施し、夫々の溶接時にアーク部1から発
生する光を集光レンズ10で集光したものを光ファイバ
17を介して分光器18に導き分光した後、マルチチャ
ンネル検出器19を用いて約200〜800nmの波長
域の分光分析を行った。なお、溶接母材7にはステンレ
ス鋼(SUS304)を、又溶接電流は50A一定、移
動速度は0mm/minの静止アーク、光の採取時間は
100msecの条件下であった。
【0011】そして前記分光分析により得られた各シー
ルドガス9による光の波長と発光強度の関係は、図3に
示すように、アルゴン(Ar)に起因する772nm付
近の波長と、エアー混入率との相関性が高い酸素(O
2 )に起因する778nm付近の波長が検出された。そ
して前記溶接条件により溶接された溶接部を調査した結
果、5%エアー(1%O2 )入りAr、10%エアー
(2%O2 )入りAr、及び20%エアー(4%O
2 )入りArのシールドガス雰囲気下に基づく溶接結
果ではいずれも溶接欠陥がみられたが、1%エアー
(0.2%O2 )入りArのシールドガス雰囲気下に
基づく溶接結果では、Ar100%のシールドガス雰
囲気下の場合に比べ、外観及び断面マクロ組織とも変化
は認められなかった。
【0012】しかし、図3では、Ar100%と1%
エアー(0.2%O2 )入りArとでは発光強度に差
が生じている。これらの結果、溶接欠陥が発生する前段
階のわずかな異常が検出できることがわかった。そこで
本実施形態では、772±3nmの波長のみを通す干渉
フィルタ12及び778±3nmの波長のみを通す干渉
フィルタ13を採用した。元に戻り、図1に示す実施形
態では、これらの干渉フィルタ12及び13を通過した
光は、光電素子14により発光強度に応じた電気信号に
変換される。
【0013】次に、各光電素子14からの電気信号はコ
ンピュータ15へ送られ、772±3nmと778±3
nmの各波長の発光強度の比率を計算し、この計算結果
から溶接状況が正常であるか、又は異常であるかを判断
し、異常の場合は警告を出し、作業者に対策をうながす
ので溶接欠陥の発生を未然に防止することができる。テ
ィグ溶接の場合の発光強度の比率の一例を述べると、例
えば、溶接正常時における(O2 /Ar)の比率を約1
/50以下に設定し、又溶接異常時における(O2 /A
r)の比率を約1/25以上の値に設定することが出来
る。
【0014】以上の実施形態は、本発明をティグ溶接に
適用した場合について述べたが、シールドガスを用いる
ガスシールドアーク溶接(マグ溶接、ミグ溶接、エレク
トロガスアーク溶接)プラズマ溶接やレーザビーム溶接
など、溶接時にアークやビーム等による光を発生する溶
接方法に対しても同様の手法で適用することができるこ
とは前記した通りである。
【0015】
【発明の効果】以上記載のごとく溶接状況の監視方法に
おいて、従来の監視方法では、ティグ溶接等において完
全なシールド不良や溶接部に水が混入するなど溶接欠陥
が発生するまで溶接状況が悪化しなければ異常であると
判断できないという異常検出の精度上の問題があった。
それに対して、本発明の溶接状況の監視方法では、溶接
時に発生する光を採集し、溶接品質に良い影響を与える
元素に起因する波長成分の発光強度と溶接品質に悪い影
響を与える元素に起因する波長成分の発光強度との強度
比率から溶接状況を監視するようにした。これにより、
アーク部に存在する溶接品質に悪い影響を与える元素の
割合を高精度で監視できるようになり、溶接状況の異常
検出精度が大幅に向上した。
【0016】また、前記実施形態による実験結果より明
らかなように、の1%エアー(0.2%O2 )入りA
rのシールドガス雰囲気下に基づく溶接過程では酸素
(O2)の影響が検出できたが、該の1%エアー入り
Arでの溶接部の品質は、Ar100%の場合と何ら変
わらなかったことから、溶接欠陥が発生する前段階のわ
ずかな異常が検出できることがわかった。従って本発明
を適用することにより、溶接の途中中断及び溶接欠陥発
生後の補修作業など大幅に低減できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施形態に係る溶接状況監視装置の概
略図である。
【図2】図1の装置に使用される干渉フィルタ選定状況
の概略図である。
【図3】図2の干渉フィルタ選定に為にArシールドガ
ス中にO2 の混入量を異ならせたシールドガス分光分析
結果を示すグラフ図である。
【図4】従来の溶接状況監視装置を示す概略図である。
【符号の説明】
1 アーク 2 溶接トーチ 3 非消耗(タングステン)電極 4 溶接ワイヤ 5 送給ローラ 6 ワイヤリール 7 母材 8 溶接電源 9 シールドガス 10 集光レンズ 11 ハーフミラー形プリズム 12、13 干渉フィルタ 14 光電素子 15 コンピュータ 17 光ファイバ 18 分光器 19 マルチチャンネル検出器

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 溶接アークや溶接ビーム等による光を発
    生する溶接過程における溶接状況を監視する方法におい
    て、 前記溶接アークや溶接ビーム等から発生する光を波長フ
    ィルタを通して、正常な溶接品質を維持するに必要な元
    素に起因する波長成分、溶接品質に悪影響を与える元素
    に起因する波長成分の内、少なくとも一の波長成分の波
    長光を選択して採取し、該一又は複数の特定波長光の発
    光強度を監視しながら、該発光強度に応じて溶接状況の
    異常の有無を判断することを特徴とする溶接状況の監視
    方法。
  2. 【請求項2】 溶接アークや溶接ビーム等による光を発
    生する溶接過程における溶接状況を監視する装置におい
    て、 前記溶接アークや溶接ビーム等から発生する光成分よ
    り、正常な溶接品質を維持するに必要な元素に起因する
    波長成分、溶接品質に悪影響を与える元素に起因する波
    長成分の内、少なくとも一の波長成分の波長光を選択し
    て採取する波長光選択採取手段と、 該波長光選択採取手段により採取された、一又は複数の
    特定波長光の発光強度に対応する検出信号レベルに基づ
    いて溶接状況の異常の有無を判断する判断手段と、 からなることを特徴とする溶接状況監視装置。
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