JPS5812109B2 - ジドウデンキヨウユウヨウセツホウホウ オヨビ ソノソウチ - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 この発明は、少なくとも２個の通電溶接電極が同時に使
用され、上記通電溶接電極は被加工片に対して手動的に
或いは機械的に駆動されるジヨイント・ホルダ内に装着
されており、そして上記通電溶接電極のうちの少なくと
も１個は機械的送給装置によって溶接点に対して送給さ
れる連続的に融解する電極である自動電気溶融溶接方法
に関する。

溶接工学技術の分野においては、１個或いはそれ以上の
通電されて連続的に融解する電極を使用し、そして溶接
プロセスを多かれ少なかれ自動制御する機械化された電
気溶融溶接方法は多数公知であり、また、使用されてい
る。

これら公知で、使用されている一連の方法は、連続的に
送給される電極に着目して分類すれば、中実であり、或
いは中空のワイヤ状の或いはストリップ状のもの、そし
て裸の或いは被覆された或いはフラックスが充填された
ものを使用する方法があり、また溶融した溶接金属に対
して使用されるシールドの性質に着目して分類すれば、
溶融したフラックスからのスラグ・カバーによる方法、
或いは溶融した材料に吹きつけられるシールド・ガスに
よる方法がある。

公知であって、使用されている方法として更に機械化の
程度に応じて分類すれば、溶接ノズルが被加工片に対し
て手動的に駆動される一方、溶接電極が該溶接ノズルを
介して機械的に送給される半自動プロセス方法と、被加
工片に対する溶接ノズルの駆動は溶接点に対する溶接電
極の送給と共に機械的に行なわれる完全自動プロセス方
法とがある。

実現可能な最高の溶接速度を達成するために、被加工片
に対して全ユニットとして駆動されるジヨイント・ホル
ダに装着された２個或いはそれ以上の数の溶接電極を同
時に使用する一連の方法が開発されている。

上記方法のすべてに共通する特徴は、溶接電極を一様に
融解せしめ、また溶接点に対する必要な溶接熱量の流れ
と必要な溶融材料の流れを維持することができる融解プ
ロセスの自動制御を必要とする点である。

公知の方法の場合、融解プロセスに必要とされる自己調
節は、溶接プロセス中宮に溶接電極の融解端部と被加工
片の表面に形成された溶融プールの表面との間の距離を
一定に保持するフィードバック制御によって達成するこ
とができる。

これは溶接電極の送給速度を自動制御することにより、
或いは溶接電極と被加工片との間に印加される電位の形
で、そして溶接電極と被加工片との間を流れる電流の形
で供給される電力を自動制御することによって達成する
ことができる。

如くして、公知の方法に関する限り、上記の機械的およ
び電気的パラメータの不可避的な結合を基礎としており
、そしてこれら方法は２つの主要な群に分類することが
できる。

特に被覆された電極およびフラックス被覆を有する電極
を使用して溶接する場合に適用される第１の群において
は、溶接電極と被加工片との間に印加されている電位は
、該電位ができる限り一定に前取って設定された値に保
持されるように溶接電極の送給速度を制御するのに使用
される。

このフィードバック制御が垂下電圧−電流特性曲線を有
する溶接電源と結合して使用されるときは、融解プロセ
スの全制御は電極の先端から溶融プールの表面迄の距離
をはゞ一定に維持し、また単位時間当りの溶融電極金属
の量をはゞ一定に維持するものとなる。

シールド・ガスを使用して溶接する場合に適用される第
２の群においては、溶接電極について一定速度の供給が
行なわれるようにして後、電極の先端から溶融プールの
表面までの距離の制御と融解速度の制御とを、はぼ平坦
な電流−電圧特性曲線を有する定電圧溶接電源を使用す
ることによって純電気的に行なう。

このような手段を用いることによってフィードバック制
御は、電極の先端から溶融プールの表面までの距離のラ
ンダムな変動従って、溶接電極と被加工片との間の電位
の変動が、溶接電流の変化そしてこの変化による定速度
で送給される電極の融解速度の変化によって自動的に補
償されるという効果を奏する。

溶接パラメータのプリセット値を適当に選択することに
よって、この場合も、また融解プロセスの全制御は電極
の融解端部から溶融プールの表面迄の距離がほぼ一定に
維持され、また単位時間当りの溶融電極金属の量もほぼ
一定に維持されるという効果が達成される。

公知の全機械化溶融溶接方法において、溶接速度、即ち
電極ホルダーの被加工片に対する駆動速度は、所定の一
定値に設定されるのであるが、この値は、溶接溝（開先
とも言う）の形状寸法或いはその他の条件のランダムな
変動が、供給される溶接熱或いは溶接ジヨイントの単位
長当りの溶融電極金属量を局部的に変化させることを要
求した場合は、その要求に応じて溶接作業員の手動操作
によって再調節されるべきものである。

しかし、成る場合には、溶接溝において溶接点の前方に
センサーを適用してこれによって電極ホルダーの駆動速
度の自動調節を便利に行なうことが試みられている。

上述された公知の自動溶融溶接方法は、すべてその制御
に関して欠点を有するものである。

この欠点があるので溶接プロセスの完全に自由なる使用
および完全な自動化が阻害され、従って、また現代の高
度に生産的な溶接産業における該プロセスの応用が阻害
されるのである。

これら欠点は、先ず第１に、これら公知の方法はすべて
溶接電極の融解端部から溶融プールの表面布の距離を一
定に保持する、というフィードバック制御を行なうこと
を基礎とするものである事実に起因するものとされなけ
ればならない。

このような制御を行なうと、電極は必然的に垂下した溶
融プールに追従することとなる。

溶接溝がバーン・スルーする傾向が見え始めると、その
結果溶融プールの垂下が始まることとなるのであるが、
この場合も溶接電極はこの距離を維持するように自動的
に追従する。

その結果、溶融プールは更に圧し下げられ、そしてこの
プロセスは被加工片が完全にバーン・スルーする迄継続
することとなる。

従来の方法の上述の如き望ましくない結果に起因して、
高度に生産的な片側自動溶接の場合に、溶接ジヨイント
を生産するに際して被加工片の厚みに達する規則的で完
全な溶込が生起するという極めて大きな困難を伴なう。

そのために、工場においては、しばしば大きな被加工片
例えば溶接された船体構造のようなものの位置を変える
というような費用のかさむ工程を必要とする両側溶接を
採用することとなる。

従来の融解プロセスの制御方法においては機械的および
電気的溶接パラメータ相互が不可避的に一対結合してい
るので、プリセットされる溶接熱の流れおよび単位時間
当りの溶融電極金属量を自動調節するための、或いは電
極ホルダの駆動速度を自動調節し、そして、それによっ
て溶接熱および溶接ジヨイントの単位長当りの溶融溶接
金属量を溶接溝の断面のランダムな変動に関連して調節
するための自由な制御パラメータがないという欠点が生
ずる。

断面のこのようなランダムな変動、特に互に溶接される
べき２つの端部間に存在するギャップの変動は、各溶接
ジヨイントが２０ｍ以上の長さとなる大きな板構造を製
造する場合には、これは不可避的なことである。

従来の製造方法においては、これらランダムな変動は、
それに比例して、溶接溝における等しくない溶込みと等
しくない充填に結びつくものであるが、これを避けるた
めに工場においては極めて精度の高い、且大きな費用の
かかる板の端部の予備加工を実施してきた。

上述と同様の理由で、溶接電力を減少して加工を実施し
ていたので、必然的に経済的でない低溶接速度にならざ
るを得なかった。

更に、成る場合には、溶接溝の断面のランダムな変動を
溶接作業員が主観的に評価してそれに応じて溶接プロセ
スの手動再調節をする必要があったが、このような方法
は大変に信頼度の低いものということができる。

特に、溶接アーク、溶融プールおよび加熱されている全
溶接領域が厚い溶接フラックスの層に覆われているサブ
マージ・アーク溶接の場合に信頼度は低くなる。

最後に、従来方法は、溝の大きさに変動のある場合は、
完成した溶接ジヨイントの品質の信頼度に自信のもてな
いものとなり、このような場合、溶接後に範囲の広い検
査と時間のかかる手直しとを必要とし、従って溶接の生
産性と経済性とは原理的に達成し得る最大の結果より本
質的に低いものとなる。

この発明は、上述の如き公知の電極のタイプすべてに対
し、そして溶融溶接金属のシールド方法のすべてに対し
適用することができ、また上述の如き公知の方法の上述
の如き欠点を大きく減少し或いは完全に除去した自動電
気溶融溶接方法を提供することをその目的とするもので
ある。

この発明によれば、溶接電極を、これら電極の融解が行
なわれる交差点で会合するように０°から１８０°の間
の相対角度で装着、送給することによって、上記目的は
達成される。

慣用されている溶接電源を使用した場合でさえも電極の
交差点における安定なジヨイント融解を維持することが
できることが実験で証明されているのであるが、これは
電極のうちの１本に突出部があればこの部分が電極から
被加工片に流れる全電流によって急速に融解することに
よるものと考えられている。

この発明の方法によれば、自動溶融溶接の公知の方法と
比較して、溶接電極の融解端部は溶接プロセス中宮に交
差点に、或いは電極がストリップの場合は交差線に保持
され、これら交差点或いは交差線はジヨイント・ホルダ
ーに対して確定した位置に保持されており、そしてそれ
故に上記融解端部は被加工片の表面に形成された溶融プ
ールの表面の位置のランダムな変動に全く無関係に被加
工片からの必要とされる距離だけ離れた静止位置に保持
されるという極めて重要な利益を、先ず第１に達成する
ことができる。

電極の先端と溶融プールの表面との間の距離を強制的に
固定するという従来の方法の特徴を採用しないようにし
たために、電極が垂下した溶融プールに追従しそして自
己増大プロセスを経由して被加工片を完全にバーン・ス
ルーという極めて重大な欠点を完全に除去することがで
きることとなった。

この場合、溶接溝の初期のバーン・スルーおよび溶融プ
ールの低下はもはや自己増大プロセスに到ることはなく
なり、電極の融解端部から溶融プールの表面までの距離
がそれだけ増大するにすぎないのである。

この発明による方法は、高い生産性を有する自動片側溶
接において規則的で完全な溶込みを有する溶接ジヨイン
トを生産する全く新しい可能性を創造するものであり、
これによって溶接産業に対し経済性および生産性の双方
に亘って可成りの利益がもたらされることとなる。

第２に、この発明の方法によれば、公知の方法とは異な
って、融解プロセスから自由の自由制御パラメータを有
することが可能となった、という大変大きな利益を得る
に到ったのである。

この制御パラメータは、溶接プロセス全体の直接自動制
御に使用することができるものである。

例えば、溶接溝の断面の不透的な局部的変動を自動的に
補償することに使用することができるものである。

かくの如く解放された制御パラメータは、例えば、直接
に溶接速度を制御するのに使用することができる。

即ち、電極ホルダの被加工片に対する駆動速度の制御に
使用することができるのである。

また、電極の先端から溶融プールの表面迄の距離に対応
して単位時間当りの供給電力を制御することによって、
溶接溝の断面に存するランダムな変動に影響されずに被
加工片の表面からある一定のレベル迄溶接溝の充填を実
施するように溶接を制御することにも使用することがで
きるのである。

この発明の方法は、溶接工業に対し経済性および生産性
の双方に亘って可成り大きな利益をもたらす溶接プロセ
スを有する大規模生産完全自動溶融溶接の新規な可能性
を創造するものである。

公知の自動溶融溶接技術、溶接方法、溶接技術において
使用されるフィードバック制御方法、原理、装置に精通
している溶接工学の当業者であれば、この発明の方法は
容易に実施できるものであることは明らかであろう。

電極を互いに相対的に装着しそして共通の交差点に送給
することに関する上述の如き発明の基本原理を一度び知
れば、当業者にとっては、この発明を公知の種々の自動
電気溶融溶接に適用するようなことは単なる決まりきっ
た仕事にしかすぎなくなり、従って、すでに説明された
実施例および以下において図示説明される実施例は全く
説明のための例にしかすぎないものであり、この発明を
余すところなく記載したつもりのものではない。

この発明の方法の特に好適な実施例は、溶接プロセス中
溶接電極間に常に存在する電位はフィードバック制御装
置によって該電位が常にできる限り現在値を保存するよ
うに溶接電極の融解端部の送給速度を制御するのに使用
され、この現在値は溶接プロセス中溶接電極と被加工片
との間に使用されている電位の１０％より少ない値であ
ることを好適とする自動電気溶融溶接方法である。

このようにすることによって、電極の先端が溶接プロセ
ス中宮に電極材料の融解する上記交差点に或いは該点に
極めて近い点に位置決めされることが保障されるのであ
る。

上述の如く交差点において安定なジヨイント融解が得ら
れる場合であっても、電極が、その融解にランダムな変
動のある場合、共通の融解点から余り遠く離れないよう
にするために、フィードバック制御を付加すると好適で
ある。

ある場合には、フィードバック制御は溶接プロセス全体
を制御する上述の自由制御パラメータとして具備される
。

フィードバック制御を具備したこの発明の方法の好適な
実施例は、上記溶接電極の融解端部の送給速度の制御は
機械的送給装置が電極を溶接点に送給するのを制御する
ことにより行なわれることを特徴とする自動電気溶融溶
接方法、である。

このようにすることによって、電極のホルダに対して確
定したところに位置する融解位置に或いはこれに極めて
近い位置に電極の融解端部を位置決め保持するための極
めて簡単な方法が得られるのである。

それと同時に、この発明による新規な制御は、電極の送
給速度のアーク電圧フィードバック制御付の自動溶接を
行なう公知で且つ実施のテストも完了している方法に対
して直接に、簡単に適用することができるという効果も
奏するものである。

フィードバック制御を具備したこの発明による方法の更
に他の好適な実施例は、上記溶接電極の融解端部の送給
速度の制御は電極を介して流れそして被加工片を介して
戻る電流の強さを制御することによって行なわれること
を特徴とする自動電気溶融溶接方法、である。

このようにすることによって、電極のホルダに対して確
定したところに位置する融解位置に或いはこれに極めて
近い位置に電極の融解端部を位置決め保持するための極
めて簡単な電極制御が得られる。

それと同時に、この発明による制御は、慣用されている
電源と共に使用して一定な電極送給速度を有する自動溶
接を行なう公知で且つ実施のテストも完了している方法
に対して直接に、簡単に適用することができるという効
果をも奏するものである。

フィードバック制御を具備したこの発明による方法の更
に他の好適な実施例は、上記溶接電極の融解端部の送給
速度の制御は電極のホルダが被加工片に対して駆動され
るスピードを制御することによって行なわれることを特
徴とする自動電気溶融溶接方法、である。

このようにすることによって、電極のホルダに対して確
定したところに位置する融解位置に或いはこれに極めて
近い位置に電極の融解端部を位置決め保持するための極
めて簡単な電極制御が得られると同時に、溶接プロセス
を自動的に制御する極めて簡単な方法が得られる。

電極と被加工片との間の電位に基ずいて電極の融解速度
を制御する従来方法を使用することによって、溶接溝に
断面のランダムな変動が存在するような場合であっても
これに影響されずに該溝に対して一定な溶込みを行ない
そして充填を行なうことが保障されるのである。

溶融プールの表面のレベルが上昇したときは、溶融プー
ルから電極迄の距離は減少することとなる。

この減少によって電極と被加工物との間の電位は低下し
、この低下によってそれ自体公知の仕方によって電極の
融解速度が増大するに到る。

その結果、電極の融解端部は各々少しだけ除去されて、
電極間の電位が増大することとなる。

この発明によれば、この電位は電極ホルダが被加工片に
対して駆動されるところでその速度を増大するのに使用
される。

このようにすることによって、電極は溶接溝中のある点
の上に位置する迄前進せしめられる。

そこにおいて、溶融プールの表面は未だ所望のレベルに
達していない。

これによって、電極と溶融プールとの間の距離は増大し
て、電極と被加工片との間の電位は増大するに到る。

これによって、電極の融解速度は減少せしめられ、電極
間の距離は減少し、これら２個の電極間の電位は減少し
、これによって電極ホルダは被加工片に対して駆動され
るところでその速度を減少せしめられるのであるが、上
述のことは溶融プールの表面が所望のレベルに達する迄
続く。

上述のフィードバック制御プロセスは、溶接溝に局所的
なランダムな変動が存在するような場合であってもその
ことに影響されないで該溝が所望レベル迄充填される迄
、何回もくり返し行なわれる。

この発明による方法の特に好適な実施例は溶接プロセス
中宮に電極のうちの１個のものにぼ溶接電流が供給され
ており、こめ電流によって当該電極には他方の電極より
も高い電流密度が発生するようにした事を特徴とする自
動電気溶融溶接方法に係るものである。

このようにすることによって、電極の先端は溶接プロセ
ス中宮に電極材料の融解の行なわれる交差点或いはこの
点に極めて近い点に位置決めされることとなる。

電極のうちのあるものに高めの電流密度の電流が加えら
れ、その結果残余の電極よりも早く融解するときは、全
融解プロセスにそれに対応したバイアスが設けられる。

低めの電流密度の方の電極は絶えず融解の生ずる点を通
過して突出する傾向を有するが、この突出した部分は全
溶接電流を通電せしめられることとなるので急速に融解
除去され、その結果融解の生ずる点は一定位置に保持さ
れることになる。

上述の如きフィードバック制御が更に付加されれば、全
融解プロセスにおける上記バイアスは、電極間に電位差
の形の適当な制御信号を常に発生する。

上述の如きバイアスを設けない場合は、制御信号は電極
先端からの融解金属の滴下によって生ずるランダムな変
動によってのみ生ずるにすぎないので、この場合の安定
度は劣り、そして制御の精度も劣ったものとなる。

フィードバック制御を付加したこの発明の方法の特に好
適な実施例は、一方の電極は他方の電極と比較してその
厚さは可成り薄いものであり、そして該電極は単位時間
当りに溶融する溶融材料の合計の１０％より少ない、好
ましくは５％より少ない貢献度を示すように低い溶接電
流で溶融せしめられ且つ低い送給速度で送給せしめられ
ることを特徴とする自動電気溶融溶接方法、である。

このようにすることによって、慣用されている１個の溶
接電極の融解端部を電極ホルダに対して位置的に確定し
たある点に保持するための特に簡単な方法が得られるの
である。

この場合、薄い方の電極は単に測定用電極として動作す
るにすぎないものである。

この測定用電極は、信号を検知しこれを使用してフィー
ドバック制御を経由して溶融材料の大部分を供給する電
極の融解端部と電力とを被加工片に対して保持するもの
である。

それと同時に、この発明による新規な制御は、既に公知
であって実施のテストのなされているような自動溶融溶
接方法に直接に適用してもこれら従来の方法の本来の機
能を何等害することなしに実施することができるという
簡単化の効果の達成されるものである。

この発明による方法の特に好適な実施例のうちの最後の
ものは、電極のうちの少なくとも１個はホルダに対して
固定された非消耗性電極であることを特徴とする自動電
気溶融溶接方法、である。

このようにすることによって、この場合も慣用されてい
る１個の溶接電極の融解端部を電極ホルダに対して位置
的に確定したある点に保持するための特に簡単な方法が
得られるのである。

更に上述のフィードバック制御が付加されれば、非消耗
性電極も、また、この場合測定用電極として動作するも
のとなる。

このとき、この測定用電極は、信号を検知し、これを使
用してフィードバック制御を経由して、被加工片に対し
て溶融材料を供給する電極の融解端部を静止位置に保持
する作用をする。

ここに記載された形式の方法は、不活性シールド・ガス
の存在下で行なわれる溶接に特に適したものである、そ
して耐熱性の金属−セラミック材料より構成されたそれ
自体は公知の非消耗性電極は、測定用電極として動作す
ると同時に、更に必要とあらば慣用されている如くにし
て被加工片に対して大部分の或いは可成りの部分の電力
を伝達するものとすることもできるものである。

この発明は、またこの発明はよる方法を実施するために
使用される装置に関し、該装置は被加工片に対して自動
的に或いは機械的に駆動することができるジヨイント・
ホルダー内に少なくとも２個の通電電極が装置されてお
り、溶接電極のうちの少なくとも１個は溶接点において
連続融解するように機械的送給装置によって溶接ノズル
を介して送給することができるものである特許請求の範
囲第１項記載の方法の１つ或いはそれ以上を実施する自
動電気溶融溶接装置においてホルダは溶接電極をこれら
電極が交差点において会合するように０°から１８０°
の間の相対角で保持することを特徴とする自動電気溶融
溶接装置、である。

この発明の装置の特に好適な実施例は、該装置はフィー
ドバックの制御装置を具備しており、該制御装置は電位
測定装置を介して溶接電極に接続しており、そして溶接
プロセス中溶接電極間に存在する電位はフィードバック
制御装置によって該電位が常にできる限り現在値を保持
するように溶接電極の融解端部の送給速度を制御するの
に使用され、この現在値は溶接プロセス中溶接電極と被
加工片との間に使用されている電位の１０％より少ない
値であることを好適とする自動電気溶融溶接装置、であ
る。

このようにすることによって、電極の先端は溶接プロセ
ス中宮に電極材料の融解の行なわれる交差点或いはこの
点に極めて近い点に位置決めされることになる。

フィードバック制御を具備したこの発明の装置の好適な
実施例は、上記フィードバック制御装置は機械的送給装
置に接続しており、そして上記溶接電極の融解端部の送
給速度の制御は電極が溶接点に送給される速度を制御す
ることにより行なわれることを特徴とする自動電気溶融
溶接装置、である。

このようにすることによって、新規なフィードバック制
御装置を、既に公知であり且つ実施のためのテストもな
されている電極の送給速度をアーク電圧フィードバック
制御する自動溶接装置に対して、直接に簡単な仕方で結
合するということができるという、特に簡単な実施例が
得られる。

フィードバック制御を具備したこの発明の装置の好適な
実施例は、上記フィードバック制御装置は溶接電源に接
続され、そして上記溶接電極の融解端部の送給の速度の
制御が上記電極を流れそして被加工片を介して戻る電流
の強さを制御することによって行なわれる如くに配列さ
れていることを特徴とする自動電気溶融溶接装置、であ
る。

このようにすることによって、新規なフィードバック制
御を、既に公知であり且つ実施のためのテストもなされ
ているところの慣用の電源を使用し電極を一定速度で送
給する自動溶接装置に対して、直接に簡単な仕方で結合
することができるという、特に簡単な実施例が得られる
。

フィードバック制御を具備したこの発明の装置の更に他
の好適な実施例は、上記フィードバック制御装置は電極
のホルダを駆動する機構に接続され、そして上記溶接電
極の融解端部の送給の速度の制御が、被加工片に対して
ホルダが駆動される速度を制御することによって行なわ
れるように配列されていることを特徴とする自動電気溶
融溶接装置、である。

このようにすることによって、溶接装置全体についての
全フィードバック制御を具備した装置の特に簡単な実施
例が得られる。

すなわち、この場合もまた極めて簡単な仕方でこの発明
の新規なフィードバック制御装置を公知の慣用されてい
る自動溶融溶接装置に直接に結合することができ、また
該溶接装置に組込まれている溶接電極の可動ホルダーの
ための従来公知のメカニズムにも結合することができる
。

この発明の特に好適な最後の実施例は、少なくとも１個
の電極はホルダーに対して固定された非消耗性電極であ
ることを特徴とする自動電気溶融溶接装置、である。

このようにすることによって、不活性シールドガスの存
在のもとで、特に１本の連続的に融解する電極を使用し
て溶接するのに特に好適な簡単な装置が得られた。

この好適な装置は、新規なフィードバック装置と公知の
耐熱性金属−セラミック材料よりなる非消耗性電極とを
、公知で且つ実施のためのテストもなされたシールド・
ガスの存在下で自動溶接する装置に簡単に直接結合する
ことができるものである。

以下において、この発明を更に詳細に説明する。

第１図は、２本の通電電極１，２を使用する自動電気溶
融溶接方法の原理を説明するための図である。

ここにおいて、電極１，２はワイヤー状或いはストリッ
プ状の形状を有しており、ジヨイント・ホルダー３内に
装着されている。

このホルダー３は手動的に或いは機械的に被加工片４に
対して相対駆動されるものである。

これら電極を加熱するための、そして融解端部９および
１０から電極材料を溶融供給するための電力は溶接電源
１５および１６から供給されるのであるが、ここで、溶
接電流は公知の如く電極から更に導電溶接アーク１９或
いは溶融スラグの導電プール、被加工片１４を介して電
源１５および１６に戻る。

溶接電極１および２が溶接点において連続的に融解され
るようにするために、これら電極は公知の如く機械的送
給装置５および６によってホルダー３内の溶接ノズル１
１および１２を介して連続送給される。

この発明による方法は下記の如き原理によって実施され
るものである。

溶接電極１および２は、電極材料の融解が行なわれる交
差点８において会合するように０°から１８０°の間の
相対角度７で固定されている。

電極１および２の形状がストリップ状である場合、これ
ら電極の面は紙面と直角となるように保持されなければ
ならない。

すなわち、電極の会合は、紙面に直角の方向に延伸した
交差線８においてなされるようにされなければならない
。

如くして融解の交差点８の位置はホルダ３に関して成る
所定の位置に確定する。

そして、しづく状の溶融電極材料は上記交差点８からジ
ヨイント・フロー１９となって被加工片４上に滴下し、
溶融材料プール２０となって被加工片４に沈積する。

電極か融解する点である８が上述の如くにその位置が確
定することによって電極の融解端部９および１０から被
加工片４迄の距離を、溶融プール２０の被加工片表面上
での変位に全く無関係に、任意に維持或いは制御するこ
とが可能となる。

このことがこの発明の達成しようとしている特徴である
。

それと同時に、自由な制御パラメータが得られる。

即ち、このパラメータは融解プロセス固有の自動制御に
対しもはや束縛されてはいないし、従って溶接プロセス
全体としての自動制御に自由に使用することができるも
のである。

自動電気溶融溶接方法の従来例においては溶接電流、電
極先端と被加工片との間のアーク電圧、溶接電極の溶接
点に対する送給速度および上記パラメータからの誘導パ
ラメータ、その他の全制御パラメータ数は、電極の先端
から溶融プールの表面布の距離を前取って設定しておい
たある値に維持することによって融解プロセスを制御す
るフィードバック制御システムにおいて、強制的に互い
に一体に結合されていた。

溶接プロセス全体のために上記ある値或いはそれ以外の
パラメニタの設定値を変動させたい時は、これらパラメ
ータは従来の方法の場合は溶接行程中において溶接作業
員が手動によって変動させなければならなかった。

この発明の方法により電極の融解の会合点８が確定した
ことによって、制御パラメータの全数が上述の如く互い
に一体に結合することがなくなりそして一つの制御パラ
メータは解放された。

この一つの制御パラメータは実質上自由に選択され得る
ものであり、そして溶接パラメータのうちの一つについ
ての自動制御に便利に使用することができる。

この制御は、従来方法においては、溶接作業員の評価に
よって手動で行なわれなければならないものであった。

２本の電極を使用する点がこの発明の方法と共通してい
るサブマージ・アーク溶接についての実験によって、融
解する会合点の位置が確定し、安定化し、そして安定且
つ規則的な溶接プロセスが得られるものと確保されるに
到った。

このとき電極の送給速度は供給される電源に対して早目
であり、これら電極は常に交差点８において会合してい
た。

このおどろくべき安定性は、交差点を横切って突出しよ
うとする電極突出端部は他の電極に電気的に接触して両
電極から被加工片に流れる全電流をすべて担持すること
になり、従って急速に融解してしまうものであるから、
であると推考される。

このようにして、予期せざる自己調節効果が発揮される
のであるが、この効果によって、溶接電極の融概端部９
および１０は融解する会合点８或いはこの点に極めて近
い点に位置決めされることとなる。

第１図は、この発明による方法の無数の実施例のうちの
一つの実施例を説明するためのものである。

自動溶融溶接についての公知技術に精通している当業者
であれば、電極を相対的に装着しそして融解の行なわれ
る共通の会合点にこれら電極を送給することに関するこ
の発明の基本原理を現存する電気溶融溶接に適用するこ
とができるということは明らかなことである。

如くして、溶接電極１および２は何れも公知のものとす
ることができる。

中空の或いは中実の、被覆され或いは裸の、フラックス
を充填し或いは充填しないものの何れの電極でもよく、
同時に使用される電極のタイプが異なっていてもよく、
寸法が相違していてもさしつかえない。

溶融溶接材料１９および２０のシールドも公知の如何な
るものであってもよい。

例えば、溶融フラックスのスラブ・カバー（裸金属アー
ク溶接、サブマージ・アーク溶接、エレクトロスラグ溶
接、その他）或いはシールド・ガス（アルゴン・アーク
溶接、ＣＯ２溶接、プラズマ溶接、エレクトロ・ガス溶
接、その他）をシールドとすることができる。

この発明の方法は、更に被加工片の表面の溶接金属の溶
接によるサーフエシングと共にバット溶接、コーナー溶
接、フィレット溶接を含む公知の溶接目的に適用するこ
とができるものである。

この方法は、第１図に示される如く、電極を２本のみ使
用して実施することができるものであるが、３本或いは
それ以上の数の電極を同時に使用することができる。

後者の場合も交差点８において電極は会合し、そして各
電極は、それら送給速度、融解速度、溶接電流に関し互
いに同一であってもまた相違していてもよい。

電極間の相対角７は、良好な交差点８が確立されさえす
れば、０°から１８０°の間のどのような値であっても
差支えない。

また、第３および第４の電極が使用される場合、これら
電極が初めの２本の電極と同一の面内にある必要はない
。

被加工片４の面に対する電極の傾斜は０°から９０°の
間の範囲で自由に決定することができる。

この決定によって溶融材料の流れ１９の集束の状態が決
定される。

電極１および２間の角度およびホルダー３の被加工
片４に対する運動方向は、第１図に示される如く、９０
°とすることができるが、また０°から１８０°間で自
由に選択することができるものである。

ノズル１１および１２を具備したホルダ３は公知の如何
なるタイプのものであってもよく、そしてホルダ３の被
加工片４に対する駆動は手動により実施しても或いは機
械的に実施してもよい。

例えば、被加工片の表面上を直接走行する走行車により
或いは別個に設けたレール上を走行する走行車により駆
動することができる。

機械的送給装置５および６は公知の如何なるタイプのも
のであってもよく、ホルダー３に固定されたものでも、
またホルダー３と別体のものであってもよい。

送給装置に対する駆動力は、溶接電源１５および１６の
タップから取り出した電力により或いは別個の電源から
の電力により励磁されるようにしたモータから得ること
ができるし、また純粋に機械的に水力装置或いは油圧装
置から得ることもできる。

溶接電源１５および１６は、垂下電流−電圧特性を有す
る公知のり、Ｃ或いはＡ、Ｃ電源とすることができるし
、また定電圧或いは定電流型の電源とすることができる
。

第１図に示される如く、各電極に対して各別の電源を使
用するようにすることができるが、各電極に対する別個
のタップを有する電源をも同様に使用することができる
。

各溶接電極の送給速度と融解速度を制御するフィードバ
ック制御は公知の仕方で実施することができる。

例えば送給速度或いは溶接電力を制御する電極先端と被
加工片間に印加されている電位による制御によって実施
することができる。

そして各電極に対する制御原理は互いに同一であっても
よく、また各別であってもよい。

確定した位置において融解が行なわれるようにして溶接
するこの発明の方法により提供された上述の自由制御パ
ラメータは、当業者に対して溶接プロセス全体を制御す
るための多数の可能性を示唆するものである。

自由制御パラメータは融解プロセス自体を制御する従来
方法に結合している種々のパラメータのうちから選定す
ることができるものである。

当業者であれば、機械的パラメータ或いは電気的パラメ
ータのいずれが当該溶接において最も好適なものである
か選定することができるし、またそのいずれが最も明確
で好適な制御信号を発生するものであるか選定すること
ができる。

当業者であれば、この自動フィードバック制御のための
制御信号を溶接パラメータの一つに使用するか２つ以上
に使用するかを自由に選定することができるが、この選
定は従来の方法においては溶接作業員が手動で調節する
必要のあるものであった。

この選定は、溶接プロセスおよび溶接課題に応じて何が
最も好適であるかを考慮して行なわれる。

明らかな例として、被加工片に対して駆動されるホルダ
ーの速度制御、ホルダーと被加工片との間の距離の制御
、或いは被加工片における溶接熱の適正な分布を企るた
めのホルダーのくねり運動の制御がある。

上述と同時に、当業者であればこのフィードバック制御
の新規な可能性を全溶接プロセスの完全自動最適化、例
えば溶接ジヨイントの単位長当りに加えられる許容範囲
内のパワーのための前取って設定されたリフト内の最大
溶接速度を得るために使用することは明らかである。

第２図はこの発明の方法の特に好適な実施例を略説する
ための図である。

ここに示されている例は、電位測定装置１４が加えられ
ている点を除いて、第１図に示されているものと同様で
ある。

ここで、電位測定装置１４は溶接電極１および２とフィ
ードバック制御装置１３とに電気的に接続している。

この装置１３は今度は溶接電源１５および１６に接続し
ている。

そして電源のタップを介して機械的送給装置５および６
のためのモータ１７および１８が接続している。

溶接プロセス中溶接電極１および２間にたえず印加され
ている電位は測定されて、公知の仕方で電極１および２
の融解端部９および１０の送給速度を制御するフィード
バック制御のための制御信号として使用されている。

この場合、上記電位が現在値をできる限り維持するよう
に制御される。

溶接電極の融解端部からの溶融金属の滴下のランダムな
変動に対応して、溶接電極の先端９および１０から被加
工片の表面に形成された溶融プール２０の表面迄の距離
にもランダムな変動が生じその結果各電極と被加工片と
の間の電位にもランダムな変動が生ずる。

この変動によって、各電極間の電位差にもランダムな変
動が生ずる。

付加されたフィードバック制御はこれらランダムな変動
を自動的に補償する。

そして、このフィードバック制御のために前取って基準
値が設定されるのであるが、電極間に加えられている基
準電圧が低い値、例えば電極１および２と被加工片４と
の間のアーク電圧の１０％より少さな値に設定されてい
ると、電極の先端９および１０は常に交差点８或いは該
点に極めて近い点に位置することを保障されるのである
。

フィードバック制御の設計のための詳細な原理は、電気
溶接プロセス一般のフィードバック制御のための従来技
術に精通している者にはよく知られたものである。

フィードバック制御はその作用自体は公知であって、例
えば電位がプリセット値を上、下するとそれに応じて電
極１および２のプリセット送給速度も増大成いは減少す
る。

ある溶接プロセスにおいて、電極の送給速度を一定とし
、そしてその代り、それ自体公知の方法で、フィードバ
ック制御によって、電極１および２を流れそして被加工
片４を介して流れる溶接電流の強さを調節すると便利で
ある場合がある。

その際の一定の送給速度は溶接電極の融解滴下の量に比
例して決定される。

最後に、フィードバック制御によってホルダー３の被加
工片４に対する駆動速度を調節するようにすると好適で
ある場合がある。

その結果は、上述の如く溶接プロセス全体をフィードバ
ック制御することであり、このことは、先ず第１に、電
極が融解する位置を確定し、第２に、溶接材料による所
望の一定レベルまでの充填を被加工片の形状に関して生
ずるランダムな変動に無関係に可能とする。

第３図はこの発明の方法の更に他の好適な実施例の原理
を略説するための図である。

この例においては２本の電極が使用されている。

そのうちの１本である２ａは主電極１ａよりも薄い。

これら電極は相対角度７ａで装着されておりそしてモー
タ１７ａおよび１８ａにより駆動される機械的送給装置
５ａおよび６ａによりホルダー３ａ中の溶接ノズル１１
ａおよび１２ａを介して融解の行なわれる会合点８ａに
送給される。

この例においては、電極に対する溶接電流は共通の溶接
電源１５ａから別個のタップを介して供給される。

この電源１５ａはモータ１７ａおよび１８ａにも給電す
るものである。

電位測定装置１４ａは溶接電源１５ａに電気的に接続し
ておりそしてそれによってモータ１７ａおよび１８ａに
接続している。

一方の電極である２ａは、主電極１ａと比較して可成り
薄く形成されており、そして可成り低い溶接電流で融解
し、そして単位時間当りの全溶融材料量の１０％、好ま
しくは５％より少ない割合を占めるように送給速度を低
くされているものである。

このようにして、溶接プロセスは公知の如くに進行する
。

即ち、電極１ａと、更に薄いものではあるが消耗性電極
２ａが自動溶融しながら進行する。

この場合、電極２ａは融解プロセスを阻害することはな
いが、その先端１０ａによって信号を検知し、そしてフ
ィードバック制御を経由して主電極の融解端部９ａの位
置をホルダー３ａからある所定の距離だけ離れた位置と
するように調節している。

この場合、その位置は電極の先端９ａから被加工片４上
に形成された溶融プール２０の表面までの距離がランダ
ムに変動してもそれに影響されない。

第４図はこの発明の方法の更に他の好適な実施例の原理
を略説するための図である。

この例においては２本の電極が使用されているが、その
うちの１本である１ｂは融解する点において連続的に融
解するように送給される。

これら電極はホルダー３ｂ中の溶接ノズル１１ｂおよび
１２ｂに相対角７ｂとなるように装着している。

そして、電極１ｂはモータ１７ｂに駆動される機械的送
給装置５ｂにより交差点８ｂに送給されて電極２ｂと会
合する。

この例においては、溶接電流は電極に対して別個の溶接
電源１５ｂおよび１６ｂから供給される。

これら電極のうちの一方である１５ｂはモータ１７ｂに
対しても給電する。

電位測定装置１４ｂは電極と電気的に接続し、フィード
バック制御装置１３ｂとも電気的に接続している。

装置１３ｂは溶接電源１５ｂに接続し、そしてそれによ
ってモータ１７ｂに接続する。

電極のうちの一方で２ｂは非消耗性電極でありその端面
１０ｂが交差点８ｂに或いはこの点８ｂに極めて近い点
に位置して他方の電極１ｂと会合するように溶接ノズル
１２ｂに固定している。

このようにすることによって、溶接プロセスは公知の如
く進行する。

即ち、非消耗性電極と消耗性電極とが自動溶融溶接を行
っている。

この場合消耗性電極は必要とされる溶融溶接金属を供給
するものであるが、非消耗性電極２ｂはその先端１０ｂ
によって常に信号を検知し、そしてフィードバック制御
を経由して消耗性電極の融解端部９ｂの位置を調節する
作用をするようにした点がこの発明の特徴とする点であ
る。

この場合、その位置は電極の先端９ｂから被加工片４上
に形成された溶融プール２０の表面までの距離がランダ
ムに変動してもそれに影響されないように調節される。

第１図ないし第４図は、またこの発明の方法を実施する
ために発明された装置の原理を示すためのものでもある
。

そして、その装置の要素および動作の態様についてもす
でに図示説明された。

以上において図示説明されたこの発明の実施例について
、各構成要素の配列、構造、動作の態様装置全体、フィ
ードバック制御装置その他について更に詳細な説明を加
える必要はないものと考えられる。

これらの詳細はすべて通常使用されている公知技術に含
まれるものである。

更に、これらは多数の異なった態様で設計、結合される
ものであることは、自動電気溶融溶接の分野で公知の技
術、この分野で通常使用されている溶接およびフィード
バック制御方法、原理、装置に精通している者にとって
は明白なことである。

（１）特許請求の範囲第１項記載の方法において、溶接
プロセス中溶接電極１および２間に常に存在する電位は
フィードバック制御装置によって該電位が常にできる限
り現在値を保持するように溶接電極１および２の融解端
部９および１０の送給速度を制御するのに使用され、こ
の現在値は溶接プロセス中溶接電極１および２と被加工
片４との間に使用されている電位の１０％より少ない値
であることを好適とする自動電気溶融溶接方法。

（２）上記第１項記載の方法において上記溶接電極１お
よび２の融解端部９および１０の送給速度の制御は機械
的送給装置５および６が電極を溶接点に送給するのを制
御することにより行なわれることを特徴とする自動電気
溶融溶接方法。

（３）上記第１項記載の方法において上記溶接電極１お
よび２の融解端部９および１０の送給速度の制御は電極
１および２を介して流れそして被加工片４を介して戻る
電流の強さを制御することによって行なわれることを特
徴とする自動電気溶融溶接方法。

（４）上記第１項記載の方法において上記溶接電極１お
よび２の融解端部９および１０の送給速度の制御は電極
１および２のホルダ３が被加工片４に対して、駆動され
るスピードを制御することによって行なわれることを特
徴とする自動電気溶融溶接方法。

（５）特許請求の範囲第１項記載の方法において溶接プ
ロセス中宮に溶接電極のうちの１個に対して電流が供給
され、該電流は該電極材料中に成る電流密度の電流を生
ぜしめ、該電流密度はこれら電極に流れる溶接電流によ
り残余の溶接電極に同時に生ぜしめられる電流密度より
大であることを特徴とする自動電気溶融溶接方法。

（６）上記第１項記載の方法において一方の電極２ａは
他方の電極１ａと比較してその厚さは可成り薄いもので
あり、そして該電極２ａは単位時間当りに溶融する溶融
材料の合計１０％より少ない、好ましくは５％より少な
い貢献度を示すように低い溶接電流で溶接せしめられ且
つ低い送給速度で送給せしめられることを特徴とする自
動電気溶融溶接方法。

（７）特許請求の範囲第１項記載の方法において電極の
うちの少なくとも１個はホルダ３ｂに対して固定された
非消耗性電極２ｂであることを特徴とする自動電気溶融
溶接方法。

（８）特許請求の範囲第２項記載の装置において該装置
はフィードバック制御装置１３を具備しており、該制御
装置１３は電位測定装置１４を介して溶接電極１および
２に接続しており、そして溶接プロセス中溶接電極１お
よび２間に常に存在する電位はフィードバック制御装置
によって該電位が常にできる限り現在値を保持するよう
に溶接電極１および２の融解端部９および１０の送給速
度を制御するのに使用され、この現在値は溶接プロセス
中溶接電極１および２と被加工片４との間に使用されて
いる電位の１０％より少ない値であることを好適とする
自動電気溶融溶接装置。

（９）上記第８項記載の装置において、上記フィードバ
ック制御装置１３は機械的送給装置５および６に接続し
ており、そして上記溶接電極１および２の融解端部９お
よび１０の送給速度の制御は電極が溶接点に送給される
速度を制御することにより行われることを特徴とする自
動電気溶融溶接装置。

（１０）上記第８項記載の装置において、上記フィード
バック制御装置１３は溶接電源１５および１６に接続さ
れ、そして上記溶接電極１および２の融解端部９および
１０の送給の速度の制御が上記電極１および２を流れそ
して被加工片４を介して戻る電流の強さを制御すること
によって行なわれる如くに配列されていることを特徴と
する自動電気溶融溶接装置。

０１）上記第８項記載の装置において、上記フィードバ
ック制御装置１３は電極１および２のホルダー３を駆動
する機構に接続され、そして上記溶接電極１および２の
融解端部９および１０の送給の速度の制御が被加工片に
対してホルダー３が駆動される速度を制御することによ
って行なわれるように配列されていることを特徴とする
自動電気溶融溶接装置。

０２、特許請求の範囲第２項記載の装置において少なく
とも１個の電極はホルダー３ｂに対して固定された非消
耗性電極２ｂであることを特徴とする自動電気溶融溶接
装置。

【図面の簡単な説明】

第１図は自動電気溶融溶接方法の原理を略説するための
図、第２図はフィードバック制御を具備した方法の原理
を略説するための図、第３図は薄い測定用電極を使用す
るこの発明の原理を略説するための図、第４図は非消耗
性電極を使用するこの発明の原理を略説するための図を
示す。 図中、符号：１、１ａ・・・・・・溶接電極、２．２ａ
。 ２ｂ・・・・・・溶接電極、３．３ａ、３ｂ・・・・・
・ジョイン；ト・ホルダ、４・・・・・・被加工片、５
・・・・・・機械的送給装置、６・・・・・・機械的送
給装置、７・・・・・・相対角、８・・・・・・交差点
、９・・・・・・融解端部、１０・・・・・・融解端部
、１１・・・・・・溶接ノズル、１２・・・・・・溶接
ノズル、１３・・・・・・フィードバック制御装置、１
４・・・・・・電位ン測定装置、１５・・・・・・溶接
電源、１６・・・・・・溶接電源、１７、１７ａ 、
１７ｂ−モータ、 １８．１８ａ・・・・・・モータ、
１９・・・・・・導電溶接アーク、２０・・・・・・溶
融材料プール。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 少なくとも２個の通電溶接電極１および２が同時に
   使用され、上記通電溶接電極は被加工片４にに対して手
   動的に或は機械的に駆動されるジヨイント・ホルダ３内
   に装着されており、そして上記通電溶接電極のうち少な
   くとも１個は機械的送給装置５および６によって溶接点
   に向けて送給される連続的に融解する電極である自動電
   気溶融溶接方法において、溶接電極１および２は電極材
   料の溶融が行われる交差点８において会合するように０
   °から１８０°の間の相対角度７で装着、送給され、溶
   接プロセス中前記溶接電極１および２間に常に存在する
   電位はフィードバック制御装置によって該電位が常にで
   きる限り現在値を保持するように溶接電極１および２の
   融解端部９および１０の送給速度を制御するのに使用さ
   れ、この現在値は溶接プロセス中溶接電極１および２と
   被加工片４との間に使用されている電位の１０％より少
   ない値であることを特徴とする自動電気溶融溶接方法。 ２ 被加工片４に対して自動的に或いは機械的に駆動す
   ることができるジヨイント・ホルダ３内に少なくとも２
   個の通電電極１および２が装着されており、溶接電極の
   うちの少なくとも１個は溶接点において連続融解するよ
   うに機械的送給装置５および６によって溶接ノズル１１
   および１２を介して送給可能となっており、前記ホルダ
   ３が前記溶接電極１および２を交差点８において会合す
   るように０°〜１８０°の間の相対角Ｉにおいて保持可
   能と成した自動電気溶融溶接装置において、該装置はフ
   ィードバック制御装置１３を具備しており、該制御装置
   １３は電位測定装置１４を介して溶接電極１および２に
   接続しており、他方その出力側は前記機械的送給装置５
   および６を制御すべく溶接電源１５に接続している事を
   特徴とする自動電気溶融溶接装置。