JPS58205679A - ア−ク溶接におけるア−ク柱の偏向方法およびその装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 この発明はアーク＃４接においてアーク柱を開先壁方向
ｖＣ１Ｊ！Ｉｌ向さぜる方法およびこの方法を実現する
装置に関する。

通常の定電流特性のティグ溶接電源においては、第１図
に示すように、アーク長（＝電極と母材との距離）とア
ーク電圧は＃１は比例するという性質を有する。し九が
って、溶接開先線の底部が平らならば、この底部に平行
に溶接トーチをオシレートさせると、第２図（、）のよ
うに溶接トーチ１が開先２の左右側壁（開先ＩＩｋ）ｌ
ａ、２ｂから離れているときは、アーク長ｄＶＬ一定で
あるのでアーク電圧も一定であるが、第２図缶）のよう
に浴接トーチ１が開先１１２ｂに近づくと、アーク長ｄ
はしだいに短くなるので、アーク電圧はしだいに低下し
てくる。このような性質を利用して、溶接トーチを左右
にオシレートさせながらアーク電圧を検出すれば、溶接
トーチを開先に沿って移動させることができ、非接触の
自動倣い制御が実現される。

＃Ｉ３図はこれを利用した従来における自動倣い制御装
置の一例を示すブロック図である。この機構は次の通り
でるる。

まず、溶接トーチｌを電動モータ（図示せず）で、右オ
シレート信号オンによシ右方向ヘオシレートさせる。こ
のとき同時に右スイッチ３をオンして、アーク電圧検出
器４で検出されるアーク電圧と基準電圧設定器５で予め
設定された基準電圧とを比較器６において比較する。ア
ーク電圧検出値が基準電圧と等しいかまたはそれよりも
低くなると、右壁検知器７は右壁検知の達成信号を出し
、右オシレートを停止させる。そして、右タイミング設
定器８で設定された時間（溶接トーチｌをそのまま右壁
位置に静止させておく時間）の経過後に左オシレート信
号オンによシ、今度は醪接トーチ１をμ方向ヘオシレー
トさせる。このとき同時に左スイッチ９をオンして、ア
ーク電圧検出器４で検出されるアーク電圧と基準電圧設
定器５で予め設定された基準電圧とを比較器１０におい
て比較する。アーク電圧検出値が基準電圧と等しいかま
たは低くなると、左壁検知器１１ｔｉ左壁検知の達成信
号を出し、左オシレートを停止させる。そして、左タイ
ミング設定器８で設定された時間の経過後に右オシレー
ト信号オンにより、再び右方向ヘオシレートさせ、以後
同じ動作を繰返すことによシ、溶接トーチｌをオシレー
トさせながら、非接触で開先２に倣わせることができる
。

上記の方法では電極１ｍの直下のアーク電圧を検知して
倣い量としているが、電極１ａの直下のアーク電圧は、
溶融プールの大きさや形状にょシ、また溶接下地の形状
により大きく変化する。また。

溶融ゾールの液面に浮遊する酸化物の童、大きさ、位置
などによって、同じアーク長であってもアーク電圧は変
化する。これらの原因によるアーク電圧の変化ｔよｓ　
Ｎｈ　１　ｍが開先壁２ｍ、２ｂに近づくことによるア
ーク電圧の変化よりも大きく、開先壁２ｍ、２ｂＫ近づ
いていないのに開先壁２ａ、２ｂが検知されたと判定し
てしまうことがある。

このため、上記の方法でｉ接を行なうと、あたかも開先
線が蛇行しているかのごとく溶接トーチｌが移動し、開
先線に正確に倣わせることができない場合がある。′ま
た、電ＪｄＩＡｌａの直下のアーク電圧を検出するので
、開先壁２ａ、２ｂが斜面であれば開先壁２ａ　、２ｂ
の周端に近づくにつれてア一り電圧は徐々に低下してく
るが、開先壁２畠。

２ｂが直角近くに切立っていると、開先壁２ｍ。

２ｂにごく接近するまではアーク電圧は変化しないので
、電極１ａが開先壁２ａ、２ｂに衝突する危険がある。

　　　　　゛ 以上のような欠点はアーク柱を開先壁２１，２ｂの方向
に偏向させた状態でアーク電圧を検出することにより解
決できる。すなわち、アーク柱を開先壁２ｍ、２ｂの方
向に偏向させればアーク柱は溶融プールから外れるので
、溶融プールが形成される直前のアーク電圧を検出する
ことができ、開先壁どの距離を正確に検出することかで
専る。

また、開先壁２ａ、２ｂが切立っていても電極１為と開
先壁２ｍ、２ｂとの距離に対応したアーク電圧を得るこ
とができるので、電極１ｍが開先壁２ａ、２ｂに衝突す
るのを防ぐことができる。また、アーク柱を開先壁２ｇ
、２ｂの方向に偏向させれば、開先壁２ｍ、での俗は込
みが良好になり、従来よく発生していた融合不良、カッ
ト、オー／々ラップなどの溶接欠陥がなくなり、しかも
起伏の少ない平らなビードが形成でき、積層溶接を簡単
に行なうことができる。

そこで、具体的にアーク柱をどのようにして開先壁２ｍ
　、２ｂの方向に偏向させるかということであるが、１
つには溶接トーチ１を開先壁２ｍ。

２ｂの方向に傾かせてアーク柱を偏向させることが考え
られる。ところが、この方法では溶接トーチ１を傾かせ
るだめの機構が複雑になる欠点がある。また、別の方法
として、アーク柱に不活性ガスを横方向から吹き付けて
アーク柱を開先壁２ａ、２ｂの方向に偏向させることが
考えられるが、この方法ではガスを噴射するノズルを開
先２０幅方向に配置しな１ればならないので、開先幅が
狭い場合に１，１ノズルを開先２内に入り込ませること
ができないのでこの方法を適用することができない。

この発明はこのような点に鑑みてなされたもので、アー
ク柱を偏向させる新規な方法を提供しようとするもので
ある。すなわち、この発明は第４図に示すように、開先
９−ａに平行な方向からアーり柱すに磁界Ｃをかけるこ
とにより、アーク柱すを開先Ｑａの方向に偏向させるよ
うにしたものである（なお、その理論については彼達の
実施例中で説明する）。このような方法によれば、アー
ク柱を偏向させるために機械的に動かす部分がないので
構造が簡単であり、また、開先壁と平行な方向から磁界
をかければよいので、開先幅が狭くともじゃまにならず
に適用できる。

また、この発明では上記の方法を具体化する機構を提供
する。すなわち、との発明のアーク柱偏向装置は溶接ト
ーチに電磁石を組み込み、そこから両磁極を引出して、
溶接トーチの電極を挾んで開先壁と平行な方向に対向し
て配置することにより、電磁石に電圧を印加するタイミ
ングと極性を制御するだけで、任意の時期に任意の方向
にアーク柱を偏向できるようにしている。

以下、この発明の実施例を添付図面を参照して肝しく説
明する。この実施例では、この発明の方法によりアーク
柱を開先壁の方向に偏向させた状態でアーク電圧を検出
することにより、−先壁の位置を正確に検出して、溶接
トーチを開先線に沿って倣い制御するようにしている。

第５図の自動溶接装置は溶接トーチ部２３を溶接線ｔに
対して前後方向に移動させる前後移動軸ｘ１溶接＠１に
対して直角な水平方向に移動させる左右移動軸Ｙ、溶接
Ｈｔに対して直角な垂直方向に移動させる上下移動軸Ｚ
の３軸を具えている。

各軸については、それぞれ駆動モータと位置検出器によ
ってＭｖＥなフィードパックによるサーゼ制御システム
が構成されている。

前後移動軸Ｘは台車２０の両側に配置された走行輪２５
を走行用モータ２１で駆動することにより制御される。

上下移動軸Ｚｔ′ｉ台車２０上に垂直に配設されたネジ
２６を上下駆動用モータ３ｏで回転することにより制御
される。左右移動軸Ｙは上下移動軸２上に配設されたネ
−）２９を左右駆動用モータ２８で回転することに上り
制御される。

符号２７は左右移動軸Ｙ上の位置を検出する位匝恨出器
でめる。

ｍ按トーチ廊２３は左右移動軸Ｙを構成するネ−）２９
に取付けられており、トーチノズル４１および電極３３
を具えている。フィラーワイヤ４３はワイヤリール３４
ぶら、供給モータ３５によって、ローラ３６およびコン
ジット３７を経て溶融ゾール３９に供給されている。

溶接トーチ部２３は、また、アーク柱１８を開先４４の
両側壁４４ｇ、４４ｂ方向に偏向させるための磁気オシ
レートヘッド１９を具えている。

これは例えば第６図に示すように、鉄心１３に磁気コイ
ル１４．１５を巻き付け、鉄心１３の各他から磁極１６
．１７を下方に伸ばし、電極３３の下部を挾んでこれら
磁極１６．１７を前後移動軸゛Ｘの方向（開先線ｔに平
行な方向）に対向して配置したも゛のである。このよう
な構成でアーク柱を開先壁４４ａ、４４ｂの方向に偏向
させることができるのは次のよう彦原理にもとづく。

第６図において、溶接電流は母材２２からｔ極３３の方
向へと流れる。磁界が発生されていない状態では、アー
ク柱１８は第７図（、）のように電極３３の直下に向き
、浴融プール３９に落ちる。ここで、磁気コイル１４．
１５を励磁してアーク柱１８に前後移動軸Ｘの方向の磁
界を与えると、アーク柱１８はこの磁界の中で力を受け
る。この力Ｆ（Ｎ）はアーク柱１８の長さをＬ　（ｍ）
、アーク柱１８を流れる電流をＩ（λ）、アーク柱１８
に直角に与えられる磁界の磁束密度をＢ　（Ｗｂ／、、
ｓ）とすると、 ＦζＢ・■・Ｌ で与えられる。この力Ｆの向きけ、電流Ｉの向きとも、
また磁界の向きとも直角な方向である。したがって、ｍ
極１６をＮ極、磁極１７を８極にすればアーク柱１８は
第７図（ｂ）のように左側の開先壁４４ｂの方向に偏向
され、逆に磁＋＊１６を８極、磁極１７をＮ極にすれば
、アーク柱１８は第７図（ｃ）のように右側の開先ｋｇ
　４４　ａの方向に偏向される。

第８図は第６図の＋１ｋＤＩの制？ｇｌ装置の一例を示
すものである。

ここでは、オシレート振幅を適当な値に設定して＃接ト
ーチ部２３を左右オシレートし、オシレ−トの左右両端
での開先壁との距離をアーク柱を偏向させた状態でそれ
ぞれ測定し、これらの距離が規定値になるように左右各
オシレート振幅を補正することにより、溶接トーチ部２
３を開先縁に倣わせている。

第８図において振幅設定器５５には左右オシレートの振
幅値（Ｙ軸上の０の位置を基準として右オシレートの振
幅＋ｙ・、左オシレートの振幅−ｙ・）が設定されてい
る。この設定値±ｙ・は加算器５６（Ｖｔ？、述するよ
うにオシレート振幅設定値±ｙ・　を補正するものであ
る）を介して、左右オシレート駆動モータ２８に加わシ
、これを左または右に駆動する。溶接トーチ部２３のＹ
軸上の位置ｙ　ｕ　）−チ位置検出器２７（第５図）に
よって検出される。比較器５８は上記設定値＋ｙ・また
は−ｙ・と検出値ｙとを比較し、これらが一致したら右
ま九は左の振幅達成信号を出力し、五右オシレート駆動
モータ２８を停止する。

右または左オシレートが終了したら磁気オシレートヘッ
ド部１９は磁気設定器５９で設定された強さで磁界を発
生し、アーク柱１８を開先壁４４ａｉたは４４ｂの方向
へ偏向させる。アーク電圧検出器６１ｔ′ｉこのときの
アーク電圧を検出する。

基準倣い置設定器６２は基準のアーク電圧（電極３３の
先端と開先壁４４ｍ、４４ｂとの距離が予め規定された
基準値のときのアーク地圧値）を設定するものである。

倣い量比較器６３はアーク電圧検出値と基準アーク電圧
値を比較して、上記基準値に対する実際の距離の誤差を
サンプリングタイム６８の間で測定する。この測定され
た１差は倣い鎗演算器６６に記憶される。

一方、比較器５８から出力された左右振幅達成信号ｔよ
左右タイミングＷ５１矩器７０に加わり、ここで設定さ
れた時間の畦′ｉ４後に、アーク倣い開始・ぼ号発生器
６４からアーク倣い開始イぎ号が発生される。倣いデー
タ入力・消去指令発生器６５この信号によυ、倣い輩演
算器６６に倣い量比較器６３からのデータを記ｊする。

また、倣いｔ＠簾製器６６すでに１遣されているデータ
のうちのいちばん古いものを消去する。これＶＣより、
倣い菫演典器６６には現在のデータと、それ以前の左右
各数個のデータが記１４されるようになる。

倣い電波算器６６はこれらのデータの平均を左右それぞ
れについてとって、右振幅、左振幅の補正値として出力
する。この補正値はオシレート中心位置補正器６７を介
して、前記加算器５６に入力する。これにより、加算器
５６は、前記左右オシレート振幅設定値±ｙ・にこの誤
差の平均値を加算して、新たなオシレート振幅指令値と
して左右オシレート駆動モータ２８を駆動し、溶接トー
チ部２３の位置を補正する。

第９図は第８図の制御装置の動作の一例を示すタイムチ
ャートである。溶接トーチ部２３は右方向に移動（矢印
Ａ）して、オシレート振幅指令値（前記オシレート振幅
設定値＋ｙ・に前回の右方向のオシレートにおける補正
値を加算した値）ｙｓに達すると讐止する（点ａＬ次に
磁気オンレートによ抄、アーク柱を同じ方向（右方向）
に偏向させて、所定の時間ｔ！の村通後にアーク電圧値
を検出する。ここで所定の時間の経過後というのは、ア
ーク柱を偏向した瞬間の過渡期の１１Ｌ土は小安定であ
るため、十分なアークが母材間に形成され始め九後に検
出するということである。

次に、この検出されたアーク電圧値に対応する倣い量（
補正量をいう）を算出し、これとすでに記憶されている
その数回前までの同じく右方向の倣い量の平均をとり、
この平均値をオシレート振幅設定値ｙ・に加算して、新
たなオシレート振幅指令値７ｍとして、溶接トーチ部２
３を制御する（点ｂ）ｅこのオシレート振幅ｙ！は次に
右方向にオシレートするまで記憶される。

＃１縁トーチ部２３がオシレート振幅ｙｍに達したら、
所定時間１．経過後に左方向のオシレート振幅指令値（
前記オシレート振幅設定値−ｙ・に前回のＢ方向のオシ
レートにおける補正値を加算し九ｍ）−ｙ凰′により、
溶接トーチ部２３を左方向に移動させ（矢印Ｂ）％この
指令値−Ｙｌ’に達すると停止する（点Ｃ）、そして、
磁気オシレートにより、アーク柱を同じ方向（左方向）
に偏向させて、所定の時間ｔ１の経過後にアーク電圧値
を検出する０次に、この検出されたアーク電圧値に対応
する倣い蓋を算出し、これとすでに記憶されているその
数回前までの同じく左方向の倣い量の平均をとり、この
平均値をオシレート振幅設定値−ｙ・に加算して、新た
なオシレート振幅設定値−ｙｓ’として、溶接トーチ部
２３を制御する（点ｄ）。このオシレート振幅−ｙｌは
次に左方向にオシレートするまで記憶される。

溶接トーチ部２３がオシレート振幅−ｙｌに達したら、
所定時間ｔ！経過後に、オシレート振幅指令値ｙ！によ
り、溶接トーチ部２３を右方向に移動させる。以後前記
同様の動作を繰り返すこζにより、ｌｖ接トーチを開先
線に倣わせることができる。

なお、上記実施例においてはこの発明をティグ溶接に適
用した場合について示したが、その他のアーク溶接（ミ
グ溶接等）にも適用することができる。また、アーク柱
の偏向により開先壁での済は込みも良好になる。

以上説明したようにこの発明によれば、アーク柱に対し
開先壁と平行な方向に磁界をかけることによシ、アーク
柱を開先壁の方向に偏向させるようにし九ので、！接ト
ーチ自体を傾かせてアーク柱を偏向させる方法に比べて
構造が簡単であり。

ま良問先壁と平行な方向から磁界をかければよいので％
−先幅が狭くても適用できる。

また、この発明では上記の方法を具体化する構造として
、溶接トーチに電磁石を組込み、そこから両磁極を引き
出して、溶接トーチの電極を挾んで開先壁と平行な方向
に対向して配置するようにし九ので、電磁石に電圧を印
加するタイミングと極性を制御するだけで、任意の時期
に任意の方向にアーク柱を偏向することができる。

【図面の簡単な説明】

８１図はアーク長とアーク電圧の関係を示す特性図、＃
１２図は溶接位置とアーク長との関係を説明するための
図、第３図は従来における倣い制御装置の一例を示すブ
ロック図、第４図はこの発明の漁場を示す斜視図、第５
図はこの発明が適用される自動溶接装置の一例を示す斜
視図、第６図は第５図の磁気オシレートヘラｒ部１９の
内部構造の一例を示す斜視図、第７図は第５図の装置に
おいてアーク柱１８を偏向させる状態を示す図、第８図
は第５図の装置に適用される制御装置の一例を示すブロ
ック図、第９図は第８図の制御装置の動作説明図である
。 ２３・・・溶接トーチ部、１９・−・磁気オシレートヘ
ッド部、１４．１５−磁気コイル、１６．１７−・磁極
、２２・・・母材、３３・・・電極、４４−・開先、４
４ｍ、４４ｂ＝・開先壁

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、　開先壁の底部方向に向いているアーク柱に対し、
   開先線に平行または略平行な方向からｍｌ界をかけるこ
   とにより、アーク柱を開先壁の方向に偏向させるように
   したアーク浴接におけるアーク柱の１−内方法。 ２、溶接トーチに電磁石を組込み、そこから両磁極を引
   出し、この両電極の端部を溶接トーチの電極を挾んで開
   光線に平行または略平行な方向に対向して配置してなる
   アーク浴接におけるアーク柱の偏向装置。