JPS5835064A - ア−ク溶接法 - 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、アークによる開先倣いで多層ウィービング
溶接を行なうアーク溶接法に関し、特にアークによる開
先倣いが不安定になりやすい最終仕上げ層のウィービン
グ溶接時の開先倣いに対する改良に関するものである。

自動溶接の無人化を図るためには、溶接中に時々刻々と
変化する開先線の二次元的なずれに対してトーチ位置を
自動的に検知し制御するため、検知センサおよび該セン
サによるトーチ位置調整機構が必要とされる。

従来、この種セ／すとしては、接触型の差動変圧器方式
、ポテンショメータ方式、またはリミットスイッチ方式
のもの、あるいは非接触型の電磁式又は光学式位置検出
方式のものなど、徨々のセンサが使用されている。しか
しながら、いずれにせよトーチの他にセンナという固有
の機器をトーチ近傍に設けるものであるから、検知位置
と制御対象位置との間に、寸法的な制限で一定の間隔が
必要であり、従ってセンサの出力に対し、上記間隔寸法
に応じた時間差を与えてトーチ位置を制御するという、
極めて複雑でそのわりＫは精度に限界のある制御方式し
か実用化されていない、このようなセンサを設ける方式
における問題点はアーク自身によって開先倣いを行なう
方式によって解決され、現在までに種々のアーク倣い方
式が提案されている０例えば特開昭５４−１９４４５に
は、ワイヤ送給速度を一定とした消耗電極アーク溶接お
よび非消耗電極アーク溶接において、アーク特性をワイ
ヤ突出長またはアーク長の変化に対して補償するトーチ
移動機構を設け、この機構によりトーチ移動歓を常時監
視して、トーチの軸線方向の変位もしくは位置を倣い制
御に用いた方式が開示されており、この方式によれば別
体として倣いセンサを設けることなしに安定した溶接が
可能となる。すなわちこの方式では溶接電源として直流
定電流電源を用い、非消耗電極の場合には設定されたア
ーク電圧を保持するように前記移動徐構によってトーチ
をその軸線方向に移動制御し、またｊ　　　　消耗電極
の場合には一定速度で送給されている消耗電極ワイヤの
トーチ下端面からの突出長を一定に保持するようにトー
チの軸線方向の移動制御動作を行なわせるもので、上記
トーチを母材の開先線に沿って溶接進行方向に所定の速
度（以下移動速度と云う）で移動させながら、該進行方
向の１１］方向に所定の速度（以下横行速度と云う）で
往復揺動させるトーチウィービング駆動動作に組合わせ
、上記往復揺動の方向変換点を、上記トーチ軸線方向の
変位もしくは位置が所定値になる点とすることにより、
開先面の傾斜によってアークが常に開先幅内を往復して
倣い動作が行なわれ、かつ溶接継手部のルートから止端
までの高さを常に一定に保持したアーク溶接が果される
。またこの場合、溶接進行方向に対して開先のギャップ
に変動があると、上記往復揺動の半周期毎に溶着断面積
が変るが、各半周期毎の上記間隔距離変化を時間積分す
ることにより、上記溶着断面積に対応した信号を各周期
毎に得ることができる。また別に各周期毎の上記間隔距
離変化を微分すること罠より、止端間距離に対応した信
号を各周期毎に得ることかでと、各々１周期前のこれら
信号によって、溶接電流、アーク電圧、溶接速度等の溶
接条件の設定値な、別に求めておいたアルゴリズムを用
いて各々補正制御することかでき、これによって常に所
定の離着および適正なビード形成がなされる。

［７かしながら上述のようなアーク自身による開先倣い
方式でのウィービング溶接ＶＣおいては、トーチに対す
る開先面の傾斜をトーチ変位の検出に利用するため、多
層溶接時の最終仕上げ層の溶接の際にはウィービングの
周期端でこの傾斜開先面がそれまでの溶接層に、よって
すでに被われ、トーチ変位を検出できないことがある。

このため最終仕上げ層のウィービングの折り返し点が定
まらず、アーク自身による開先倣いが不全に終る結釆を
招く。

この発明は、このようなアーク自身による開先倣いを行
なうアーク溶接法において、最終仕上げ層の開先倣いを
別体のセンサの付設なしに簡単罠行ない得るようにする
ことを目的とし、同時１Ｃ溶接速度の変化に対しても倣
い精度が影響を受けないような改良されたアーク溶接法
を提供することを目的としている。

すなわちこの発明のアーク溶接法においては、前述のよ
５にアーク自身による開先倣いで多層ウィービング溶接
を行な５に際し、最終仕上げ層の前層もしくはそれ以前
の層のクイ−ピング溶接時に、溶接進行方向の位置とそ
の位置でのウィービング中心位置もしくはウィービング
両端位置とを時々刻々記憶しておぎ、最終仕上げ層のウ
ィービング溶接に際しては順次溶接進行方向の各位置に
おいてその位置に対応した前記ウィービング中心位置記
憶情報もしくはウィービング両端位置記憶清報を読出し
てその読出し情報をもとに開先倣い制御を行なうもので
あり、この最終仕上げ層の溶接時のウィービング幅は別
に一定値に設定されるものである。

したがってこの発明のアーク溶接法ではウィービングの
折り返し点が検出できない最終仕上げ層の溶接時でもそ
れまでの開先倣いの実績情報によって安定した倣い動作
が果され、また溶接速度が違っても開先倣いには何等の
影響も生じないものである。

この発明を実施例図面と共に説明すれば以下の通りであ
る。

第１図、はアーク自身による開先倣いで多層ウィービン
グ溶接を行なう場合の溶接継手断面における溶接層とト
ーチの動ぎを示す説明図で、同図ｔａｌは３層目の溶接
が終って４層目の溶接を開始する状態を示し、同図（ｂ
ｌは最終仕上げ層である６層目の前層、すなわち５層目
の溶接が終了した状態を示している。また第２図はこの
発明を実施するための制御系の一例を示すブロック図で
ある。

第１図１ｍｌにおいて（１）は母材、（りは母材（１＋
の開先内に配置される電極、（８）はこの電極（ｌ！１
を保持するトーチで、前記電極（２）と母材（１）との
間には定電流電源によって溶接アークが発生されている
ｅ　（Ｐｓ）は１層目の溶接層、（Ｐいは２層目の溶接
層、（Ｐｓ）は３層目の溶接層であり、第１図１ａ）　
Ｋ示す状態では、この６層目の溶接層（Ｐｓ）の表面を
開先底面［６１としてＡ点からＩＩ、Ｃ，Ｄ点へと４層
目の溶接層のためのウィービング溶接を開始しようとし
ているところが示されている。今、第１図１ｍｌ　にお
いて、トーチ（勾をＡ点から一方の傾斜開先面＋４１　
Ｋ　？０つで図面上の右方へ移動させるが、この場合、
アーク電圧をＡ点における値に一定に保持するために、
開先底面（６）から各溶接点まで垂直高さの変化に応じ
てトーチ（３）を昇降せしめ、トーチｔｅｌ　Ｋｍ保持
された電極（Ｓｌと母材（１１間の長さを常罠一定にす
るように制御する。トーチ［３）の昇降変位量はＡ点か
らＢ、Ｃ。

Ｄ点へ至る間に開先断面形状に応じて変化し、Ａ点にお
けるトーチ（３）の高さ位置と同じ高さ位置にトーチ１
３）が到達したとぎ揺動の方向が反転される。

第１図＋ｍ＋　においてはこのＡ点における高さ位置を
開先底面℃）の最低位置からの高さく６）で示しである
が、これは母材表面からの位置もしくは開先内の任意位
置とするととによっても同様に行ない得ることは述べる
までもない、すなわちウィービングの反転制御に当って
上記の（２）を設定値として与え、トーチ１８１の変位
もしくは位置が設定値＠になるたびに方向を反転するこ
とにより開先倣いが果されるわけであるが、例えば第１
図−）に示すような５層目（Ｐｉ）の溶接の後に最終仕
上げ層として６層目（Ｐ、）の溶接をする場合には、前
記（６）の設定を（・かに与えても制御系が開先の傾斜
面（４）（６）を検出できす、結果、として倣い動作が
不可能になる。そこでこの発明では５層目（Ｐｓ）また
はそれ以前の溶接層（’４　）（Ｐｓ　）等のウィービ
ング溶接時に溶接進行方向の位置とその位置でのウィー
ビング中心位置もしくはウィービング両端位置とを時々
刻々求めて記憶しておぎ、この記憶情報を最終仕上げ層
の開先倣い制御に用いるものである。

すなわちこの発明における制御の具体的な一例を第２図
と共に説明すれば、第２５ｊＪにおいて（７）ヲよｔ−
チ（３）を昇降させるトーチ昇降機構、ａｅはトーチ（
３）Ｋウィービングと開先倣いのための横行動作をさせ
るトーチ横移動機構で、各★昇降用モータ（８）（以下
Ｙ軸モータと云う）および横移動用モータＱ？１　（以
下Ｘ軸モータと云う）で駆動される、トーチ１３）の昇
降は、アーク電圧検出器（９）からの検出信号と、アー
ク電圧基準設定器ｉｌｌによる基準アーク電圧との偏差
を差動増巾器α１１によって得て、この偏差が常に零に
なるようＫＹ軸モータ制御器ｆｉりによってＹ軸モータ
（８）を制御することにより行なわれる。トーチ横移動
機構ａｅＫよるトーチ１３）の横移動に伴い、上記Ｙ軸
モータ（８）Ｋよる制御によってトーチ（３）の先端の
アーク点は第１図１ｍｌ　ＫおＸ、ＳてＡ、Ｂ、Ｃ，Ｄ
の各点を順に通り、開先断面形状に倣って移動し、それ
に応じてトーチ１３）も昇降移動することになる。この
トーチ１３）の昇降移動量の変イしをま、ポテンショメ
ータＱＩ（以下Ｙ軸ボテンシｇ／メータと云う）Ｋよっ
て経時的な変化をする電圧信号として検出される。また
横行移動量の変化を↓、ポテンショメータａｌ　（以下
Ｘ軸ボテンシｌメータと云う）により、経時的に変化す
る電圧信号として検出され、Ｘ軸制御器（２）からの信
号によってウィービングの両端もしくは中心位ｔＫ相当
するＸ軸電圧信号がアナログメモリａ番に記憶される。

すなわちＸ軸上−ターはＸ軸モータ制御器−によって反
転制御されるが、Ｘ軸モータ制御器乃はこのＸ軸モータ
■の反転のタイミングに合わせて回転方向に応じた信号
内容をもつ切換信号をアナログメモ９０番へ与え、アナ
ログメモリＯａの読出しタイミングを制御するｅＸ軸方
向の反転動作を説明すると、反転位置基準設定器■の設
定値（６）と、Ｙ軸ポテンショメータＱ１の出力値とを
コンパレータ！ｌで比較しており、このＹ軸ポテンショ
メータ０１の出力が第１図ｔａｒの反転位置Ａ点もしく
はＤ点のトーチ位置に対応する値以上になったときにこ
のコンパレータ圓から揺動の反転信号がアナログスイッ
チ（ハ）および後述の選択器（至）を介してＸ軸モータ
制御器Ｑ３に入力され、これによってＸ軸モータ０の回
転方向が反転される。

さてこの発明においては、例えば６層溶接の場合に最終
仕上げ層である６層目の溶接に先立つ１〜５層目の溶接
は以上に述べた通りのアーク自身による開先倣いでウィ
ービング溶接を行ない、第５層目の溶接時或いはそれ以
前の層の溶接時に、各揺動の半周期毎にアナログメモリ
α暑から出力される前半周期のウィービング反転位置に
相当する記憶値（ＸＲおよびｘＬ）もしくはトーチ横行
移動中の中心位置すなわちウィービング中心位置に対応
した電圧信号（ＸＲ＋ＸＬ）／２は、Ａ−Ｄ変換器＠に
よってデジタル信号に変換されて台車（至）の走行移動
に伴って時々刻々と主メモリａｉｌＫ台車位置情報と共
に格納しておくものであり、第６層目の最終仕上げ溶接
時にはこの主メモリ（２）内の上記Ｘ軸の位置データを
読出して、台車位置に対応したウィービング位置信号を
得、これをＤ−ム変換器（２）によって元の電圧信号に
戻してから反転信号発生回路圓によって設定器ａＩＫよ
る設定ウィービング巾を与える左右各端での反転信号を
作り、これを選択器（財）を介してＸ軸モータ制御器ｔ
ｒｓＫ前述のコンパレータ３Ｉからの反転信号の代りに
入力するものである。ここにおいてトーチ１３１の溶接
進行方向の位置情報は走行台車１２１に取付けられたパ
ルスエンコーダの如ぎ走行位置検出器（至）の出力で与
えられ、また第５層（又はそれ以前の層）の溶接時にお
けるウィービング位置の主メモリ（２）への記憶動作と
、第６層すなわち最終仕上げ層の溶接時におけるウィー
ビング位置情報の主メ篭り（至）からの読出しく再生）
動作との各開始位置は走行位置検出器ａＫよる検知位置
情報で同一位置に合致されることは述ぺるまでもなく、
またこの開始点を母材（１）上に予じめ固定点として与
えておいてもよい。圓は上述の主メ禿！Ｊ　ＱＳの記憶
動作および再生動作を走行位置検出器■からの溶接進行
方向位置信号、例えば距離サンプリング間隔Δ／、＝２
〜５ｗ程度の位置信号によってタイミング制御するため
のタイミング回路で、開始位置からの溶接開始タイミン
グを与えるスタート信号発生回路（至）によって制御動
作を始め、選択信号発生回路（至）からの選択信号に応
じて主メモリα−の記憶（−４ｔ込み）又は再生（読出
し）動作を時々刻々と検出器器からの位置情報に対応さ
せて制御する０選択器号発生回路■は第５層（或いはそ
れ以前の層）の溶接開始時にウィービング位置の主メ屹
り似への記憶をする記憶そ−ドと、最終仕上げ溶接時に
主メモリα９からウィービング位を情報の読出しを行な
う再生モードとのモード選択信号を与えるもので、その
出方はまた選択器−をも制御しており、再生モード時の
み選択器＠が反転信号発生回路蔦の出力をＸ軸モータ制
御器−へ与え、記憶モード時を含むそれ以外のとぎには
選択器（財）がアナログスイッチ■を介したコンバレー
　ｚ　２１＋の出力をＸ軸毫−夕制御器（至）へ与える
ようＫするものである。また反転信号発生回路（支）は
主メモリ（２）からのクイービ／グ位置情報に基づいて
設定器（２）による設定揺動中となるように左右各端で
の反転信号を作成し出力するもので、最終仕上げ層（Ｐ
ｓ）のウィービングは主メモリα９に記憶された前層で
のウィービング位置に倣ってしかも設定器（支）で与え
られた巾で行なわれ、従って前層のピードの状況に応じ
て所望中の最終仕上げ層の溶接も可能である。

以上に述べたようにこの発明においては最終仕上げ溶接
時のアーク自身による開先倣い制御に前層溶接時の実績
情報を用いるものであり、従ってアーク自身による開先
端部の検出かできないような浅い開先でも別体のセンナ
を用いないアーク自己倣い方式が達成で館、また溶接進
行方向位置と共にウィービング位置の記憶と再生を行な
うから溶接進行速度に影響されることなく倣いが果され
るものである。

【図面の簡単な説明】

第１図はアーク自身による開先倣いで多層ウィービング
溶接を行なう場合の溶接継手断面における溶接層とトー
チの動ぎを示す説明図で、同図１ｍｌは３層目の溶接終
了後第４層目の溶接を開始する状態を示し、同図１ｂｌ
は最終仕上げ層の前層としての第５層目の溶接終了時の
状態を示している。第２図はこの発明を実施するための
制御系の一例を示すブロック図である、 （１）：母材、（２）：電極ｅ　ｌａｌ　’　）−チ、
（７）：トーチ昇降機構、　＋８）　：　Ｙ軸モータ、
０：Ｙ軸モータ制御器、　ａｓ　ｒ　ｙ軸ボテ／ショメ
ータ、　ｎａ　：アナログメモリ、　０９　：主メモリ
ｓｔｌ！’）−チ横移動機構、■：Ｘ軸モータ、＠；反
転信号発生回路、　ａＳ　：　Ｘ軸ポテンショメータ、
（社）：コンパレータ、（至）：ｘ軸モータ制御器、関
：選択器、＠二台車、ｎ：走行位置検出器、（至）二選
択信号発生回路、（至）：タイ建ング回路、ａＳニスタ
ート信号発生回路。 代理人　弁理士　佐　藤　正　年 第１図（０） 第１図（ｂ）

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. トーチを溶接進行方向の巾方向に往復揺動させながらア
   ーク電圧を一定に保持するようにトーチを母材に対して
   接近離反させてアーク長を一定に保持し、前記接近離反
   によるトーチの軸線方向の変位もしくは位置が予め定め
   られた値になるたびに前記揺動の方向を変換してアーク
   による開先倣いで多層ウィービング溶接を行なうアーク
   溶接法において、最終仕上げ層の前層もしくはそれ以前
   の層のウィービング溶接時に、溶接進行方向の位置とそ
   の位置でのクイ−ピングの中心ないし両端位置とを時々
   刻々記憶しておき、最終仕上げ層のウィービング溶接時
   の開先倣いを前記記憶内容の読出しに基づいて行なうこ
   とを特徴とするアーク溶接法。