JPS58205680A - ア−ク溶接の倣い制御方法 - 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】 この発明は自動ティグ溶接に適用される非接触式開先倣
い制御方法に関し、特に溶接中の開先形状の変化をアー
ク柱を偏向させた状態での７−ク電圧を用いて検知する
ことにより、開先形状の変化を正確に検出できるように
したものである。

通常の定電ａＳ性のティグ溶接電源においては、ｔ＄１
図に示すように、アーク長（＝電極と母材との距離）と
アーク電圧ははは比例するという性質を有する。したが
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ｌが開先２の左右側壁２ａ　、２ｂから
離れているときは、アーク長ｄｔ−１一定であるのでア
ーク電圧も一定であるが、第２図（ｂ）のように溶接ト
ーチｌが開先壁２ｂに近づくと、アーク長ｄ　ｒｊ　Ｌ
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、＃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。

第３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。この機構は次の通シで
ある。

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り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１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
号オンにより、今度は＃接トーチ１を左方向ヘオシレー
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１５におい
て比較する。アーク電圧検出値が基準ＩＤＬＥ低くなる
と、左壁検知器１１Ｕ 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り、合接ト
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１碓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ＥＥｔ
ｊ％瀦融プールの大きさや形状により、また溶接下地の
形状により大きく変化する。また、溶融プールの液面に
浮遊する酸化物の量、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は、電極１ａが開先壁面２ａ
、２ｂに近づくことによるアーク電圧の変化よりも大き
く、開先壁面２ｍ、２ｂに近づいていないのに開先壁面
２ａ、２ｂが検知されたと判定してし甘うことがある。

このため、上記の方法で溶接を行なうと、あたかも開先
線が蛇行しているかのごとく溶接トーチ１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
、電極１ａの直下のアーク電圧を検出するので。

開先壁面２ａ　、２ｂが斜面であれは開先２ａ、２ｂの
両端に近づくにつれてアーク電圧は余々に低下してくる
が、開先壁面２ａ、２ｂが直角近くに切立っていると、
開先壁（８）２ａ　、２ｂにごく接近するまでＬｔアー
ク電圧ｅよ変化しないので、電惟１ａが開先壁面に衝突
する危険がある。

この発明はこのような点に鑑みてなされたもので、上述
し九ようにアーク電圧を倣い−として制御する方法にお
いて、−先壁の位置を正確に検知できるようにし１、＃
４接トーチを開先線に正確に倣わせることができるよう
にしたアーク陪接の倣い制一方法をＭ！供しようとする
ものである。

この発明は、アーク柱を値がなどで開先壁方向に偏向さ
せた状−で７−ク電圧を検出するようにした点に特徴を
有するものである。このような方法によれば、溶融プー
ルが形成される直前のアーク電圧が検出されるので、ア
ーク電圧の変化は電極と開先壁との船離に正確に対応し
たものとなる。したがって、これを倣い量として制御を
行なえば溶接トーチを開先線に正確に倣わせることがセ
きる。また、アーク柱を開先壁方向に偏向させるので、
開先の形状が切立っていても１を他と開先壁との距離に
応じたアーク電圧ｔ−得ることができる。

なお、健来の電憔直下のアーク電圧を横用する方法では
溶接全行ないながら同時にアーク−圧の検出も０行なえ
るが、この発明の方法を利用する場合は浴接するときと
検出するときとでアーク柱の方向が異なるので、アーク
電圧を検出するときは沁接トーチを一旦停止させておく
のが望ましい、そこで、どのタイミングで浴接トーチを
停止させるかが問題となる。このタイミングを取る方法
の１つとして、以下の実施例に示すように、オシレート
振幅の指令値を与えて、溶接トーチをこの振幅たり移動
させた後停止して、アーク柱ｒ偏向させてアーク′祇圧
を検出することが号えられる。この場合は５秒りえは検
出される開先壁までの１岨に応じてオシレート振幅を補
正して新たな指令値とすれは、溶接トーチを開先線に正
確に倣わせることができる。なお、この場合、各オシレ
ートごとにアーク電圧を検知させ、オシレート振幅を補
正する方式だと、かえって蛇行してしまう場合もあるの
で、過去数回のアーク電圧データの平均値、あるいはそ
の複紅のデータから最大値、最小値を除去した吃のの平
均値によって釉上するようにしてもよい。

また、別の方法として、前述した従来の方法と組合せて
、溶接しながら電−直下のアーク也圧を検出し、それが
基準電圧に達したら、アーク柱を偏向させてもう一度ア
ーク電圧を検出し、開先壁との距離を正確に測って、そ
れに応じて溶接トーチの位置を補正する方法が考えられ
る。この方法によればオシレート振幅の指令値を与えな
くても制御が可能である。

また、アーク柱を偏向させる方法は、以下の実施例で示
すような磁界を加える方法のほかに、ティグ溶接で用い
られる不活性ガスを横方向からアーク柱に吹き付ける方
法などが考えられる。

以下、この発明の実施例を添付図面を参照して詳しく説
明する１ 第４図はこの発明の方法を実現する自動溶接装置を示す
ものである。第４図の自動溶接装置は溶接トーチ部２３
を溶接Ｈｔに対して前後方向に移動させる前後移動軸Ｘ
ｓｐ／ｉ接線ｔに対して直角な水平方向に移動させる左
右移動軸Ｙ１溶接線ｔに対して直角なｉｉｉ直方肉方向
動させ遜上ド移動＠２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ｔ１１慣出器によってｊ
ｆｐＩｗなフィードバックによる丈−デ制御システムが
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２は台車２０上に垂直に配設されたネジ２６
を上下駆動用モータ３０で回転することによシ制御され
る。左右移動軸Ｙは上下移動軸Ｚ上に配設されたネジ２
９を左右駆動用モータ２８で回転することにより制御さ
れる。符号２７は左右）ｅ動軸Ｙ上の位置を検出する位
置検出器である。

浴接トーチ部２３は左右移動軸Ｙを構成するネジ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か
ら、供給モータ３５によって、ロー２３６およびコンジ
ット３７を経て溶融プール３９に供給されている。

浴接トーチ部２３は、また、アーク柱１８を開先４４０
両側壁４４ａ、４４ｂ方向に偏向させるだめの磁気オシ
レートヘッド１９ｔ８えている。これは例えば第５図に
示すように、鉄心１３に磁気コイル１４．１５を巻ぎ付
け、鉄心１３の６極から磁極１６゜１７ｆｔ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の方向に対向して配置し友ものである。この
より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なＩＩＸ理にもと
づく。

第５図において、溶接−ｔＭ、流は母材２２から電極３
３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６図（、）のように電極３３の直下
に向き、溶融プール３９に賂ちる。仁こで、磁気コイル
１４．１５を励磁し−Ｃ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（ｌＴｈアーク
柱１８に直角に与えられる磁　　界の出束布糺をｉ／、
）とすると、 ）’＃Ｂ＠Ｉ−Ｌ で与えられ心。この力Ｆの回きｔユ、電流■の向きとも
、また蝋昇の同きとも直角な方向である。したがつて、
−［極１６をＮ極、磁極１７を８極にすればアーク柱１
８は第６図（ｂ）のように左側の開先壁４４ｂの方向に
偏向され、逆に磁極１６を８極、磁極１７をＮ極にすれ
ば、アーク柱１８は第６図（Ｃ）のように右側の開先壁
４４ａの方向に偏向される。

第７図は第５図の機構の制御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溶接ト
ーチ部２３を左右オシレートシ、オシレートの左右両端
での開先壁との距離をこの発明の方法によりそれぞれ測
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２３を開
先線に倣わせている。

第７図において、振幅収定器５５には左右オシレートの
振幅値（Ｙ軸上の００位置を基準として右オシレートの
振幅＋ｙ・、にオシレートの振幅−ｙｏ）が設定されて
いる。この設定値上ｙｏは加算器５６（後述するように
オシレート振幅設定値±Ｙｏ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に加わり、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はトーチ位置検出器２７（＠４図）によって検出
される。比較器５８は上記設定値十ｙ−または−ｙｅと
検出値ｙとを比較し、これらが−腋したら右またはムの
振幅連成信号を出力し、左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ｄｉ界を
発生し、アーク柱１８を開先壁４４畠または４４ｂの方
向へ偏向させる。アーク電圧検出器６１はこのときのア
ーク′蝋田を検出する。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ｈＩｉ１．４４　ｍ
　、　４４　ｂとの距離が予め規定された基準値のとき
のアーク電圧値）を設定するものである。

做い緻比較器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
丈ンゾリングタイム６８の間で＃］定する。

この測定された誤差は倣い電波算器６６に記憶される１
゜ 一力、比較器５８から出力された左右倣１−達成悟号ｅ
ユ左石タイミング設定姦７０に加わり、ここで設定され
友時間のｉ過後に、アーク倣い開始信号発生器６４から
アーク倣い開始信号が発生される。倣いデータ入力・消
去指令発生器６５この信号により。

倣い電波算器６６に倣い量比較器６３からのデータ全記
憶する。また、倣い電波算器６６にすでに記憶されてい
るデータのうちいちばん古いものを消去する。これによ
ハ倣い電波算器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憶されるようになる。

倣い麓演算！＃６６４ま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
定値上ｙｅ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
會駆動し、溶接トーチ部２３の位置を補正する。

ｗ８図は第７′Ａの制御装置の動作の一例を示すタイム
チャートであも。溶接トーチ８２３ｅ１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に達すると停止する（点ａ）
。次に磁気オシレートにより、アーク柱を同じ方向（右
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。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電圧は不安定で
あるため、十分なアークが母材間に形成され始めた後に
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ｉｍ
（補正ｋをいう）を算出し、これとすアに記憶されてい
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、
紡たなオシレート振幅指令値ｙ３として、溶接トーチ部
２３を制御する（点ｂ）。このオシレート録暢ｙ意は次
に右方向にオシレートするまで一己憶される。

イｉ接トーチ部２３がオシレート振幅ｙｚに達（〜たら
、Ｆ−Ｊｒ建時間を雪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−ｙｏに前回のＢ方
向の一オシレートにおける補正値を加算した値）−ｙ＋
’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−ｙＩ′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の経通後にアー
ク電圧値を検出する。次に、この検出されたアーク電圧
値に対応する倣い蓋を篇出し、これとすでに記憶されて
いるその舷回前までの同じく左方向の倣い奮の平均をと
り、この平均値をオシレート振幅設定値−ｙｏに７ＩＯ
Ｈして、新たなオシレート振幅設定値−ｙ２′として、
沿接トーチ部２３を制御する（点ｄ）。このオシレート
振幅−ｙ鵞は次に左方向にオシレートするまで記す、値
される。

溶接トーチ部２３がオシレート振幅−ｙｓ’に達したら
、所定時間ｔ１紅過後に、オシレート振幅指令値ｙａに
より、溶接トーチ部２３を右方向に移動させる。

以後繭記同様の動作【−リ返すことにより、溶接トーチ
を開先縁に倣わせることができる。

以上説明したようにこの−Ａ明によれば、アーク柱を開
先壁方向に偏向させてアーク電圧を検出するようにした
ので、溶接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、開先壁との距離を正確に検出すること
ができる。また、溶融プールの液面に酸化物が発生し、
浮遊する前のアーク電圧を検出することができるので、
開先壁との距離を正確に検出することかで無る。これに
より、溶接トーチを開先ＩｉＫ沿って正確に倣わせるこ
とができる。特に、過去の検出慣との平均をとってこの
制御を行なえばより正確に倣わせることができる。

ま九、この発明によれば開先の形状が切立っていても開
先壁との距離に応じたアーク電圧が得られる。

更に、この発明によれば、アーク柱を偏向させることに
より開先壁での耐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、オーツクラップなどの溶接欠
陥がなくなハ　しかも起伏の少ない平らなビードが形成
でき、積層溶接が簡単になるという幼果も期待できる。

【図面の簡単な説明】

第１図はアニク長とアーク電圧の関係を示す特性図、第
２図は溶接位−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図はこの発明が適用される自動溶接装置の
一例を示す斜視図、！５図は第４図の磁気オシレートヘ
ッド部１９の内部構造の一例を示す斜視図、第６図は第
４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７図は第４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８図は第７図の制御装置の動作
貌明図である。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １　電極と開先壁との距離をアーク電圧を用いて検出す
   ることにより、電極の位置を逐次補正して、開先に沿っ
   て倣わせるようにしたアーク溶接の倣い制御方法におい
   て、前ｍｌ距離の検出を、アーク柱を開先壁方向に偏向
   させた状態で行なうようにしたことを特徴とするアーク
   溶接の倣い制御方法。 ｚｔ極と開先壁との距離をアーク電圧を用いて検出する
   ことにより、電極の位置を逐次補正して：開先に沿って
   倣わせるようにしたアーク溶接の倣い制御方法において
   、前記距離の検出を、アーク柱を開先壁方向に偏向させ
   た状態で行ない、かつこの方法で逐次検出される距離の
   左右をそれぞれの平均をとって前記電極の２位置補正を
   行なうようにしたことを特徴とするアーク溶接の倣い制
   御方法。