JPS5912386B2 - 消耗電極式自動ア−ク溶接方法とその装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の利用分野〕 ５ 本発明は、消耗電極式アーク溶接法に関するもので
ある。

〔従来技術〕

消耗電極式アーク溶接においては一般的には連続して同
じ強さのアークを持続させて溶接が行な１０われるが、
アークを周期的に強弱切換えつつ行なう方法もある。

これは下向以外の溶接姿勢においてはたとえば２〜３秒
といつた弱いアークの期間中に溶融池の凝固を促進し、
これの垂れ落ちを防ぐものである。また下向の姿勢にお
いても平均的１５な入熱量は小さくして強いアーク期間
中に十分な溶け込みを得られるので、材質上入熱量を上
げられない材料には有益な方法である。またさらにウイ
ービングと連動してアークを強弱切換える方法も知られ
ているが、これはウイービングの効果と２０あいまつて
溶け込み、入熱の条件がさらに厳しい場合に優れた方法
である。ところで上記のアークの強弱切換えは、溶接電
圧と溶接電極送給速度を大小それぞれに設定した回路を
リレー等により断続的に切換えることによ２５り行なわ
れる。

すなわちウイービングと連動して強弱切換える場合には
溶接トーチの位置の検出により、またウイービングと連
動しない場合にはタイマにより強弱アークの時間をそれ
ぞれ設定して行なわれる。３０しかしながらこのような
断続的なアークの切換えは切換え時にアークが途切れた
り、アークの不安定によるスパッタの発生が生じたりす
る。

これの対策として本発明者等は先に特開昭４９−３４４
４６号の装置を発明した。これは強弱アー３５クの切換
時における上記不安定現象が、溶接電極送給モータの慣
性に支配される変化速度と溶接電源内部のインダクタン
スにより支配される過渡的な電圧変化速度との差により
生ずるという知見にもとずくものである。この差を補償
する手段として強から弱、弱から強それぞれへのアーク
切換え時において溶接電圧と溶接電極送給速度との切換
タイミングを試行錯誤的にずらして調節することにより
解決した。しかしこの特開昭４９−３４４４６号の方法
は同じ強いアークの状態でもその時の溶接条件の相違で
モータの回転速度等が当然異なるから慣性による変化の
タイミングのずれも変つてくる。

従つてこれに追随してタイミングを適宜調整する患られ
しさがある。〔発明の目的〕 本発明は前記のような強弱アーク切換えによる消耗電極
式アーク溶接法の問題点を解決してアークの途切れやス
パツタ発生の問題が無い溶接方法を提供するものである
。

〔発明の概要〕

本発明の主要点とするところは、溶接トーチの揺動によ
るトーチの位置の変化に対応する連続的に変化する函数
電圧を溶接電圧および溶接電極送給速度の設定値として
用いて、これら溶接電圧および溶接電極送給速度を前記
連続的に変化する函数電圧に従つて制御することを特徴
とするものである。

従来の第２図の如くリレー等で強弱アークの状態を切換
える方法においては、過渡的な変化の状態はほとんど制
御不能で、それぞれ強弱アークの定常状態に達するまで
は不安定な過渡状態になる。

本発明の方法においては第１図の如く連続的な変化がな
されるので溶接電圧、電流は常に制御状態のもとに変化
を受け、極めて安定したアークが得られる。すなわち別
の言い方をすれば、従来法においては強弱アークの切換
過程において、溶接電圧と溶接電極送給速度はアーク安
定上好ましくない値をとる時期が生ずるおそれがある。

これに対して本発明法においては溶接電圧と溶接電極送
給速度を刻々所望の値にしつつ変化させるのである。し
たがつて本発明における連続的とは図示すれば第２図に
対する第１図、第５図、第７図〜第１０図を言い、たと
えば溶接電極送給のモータが慣性等により回転速度が変
化し得る速さよりもゆつくりと設定値を変化させること
を意味するのである。これよりも速く設定値を変化させ
たのでは、これにモータの回路速度が追随できず、本発
明の連続的に変化させる意味が失なわれる。本発明にお
いては、前記連続した函数電圧を発生させる具体的方法
も含めてこれらの技術を提供するものである。

以下にその詳細を述べる。第３図は通常用いられている
溶接トーチの揺動装置に本発明を加えたものであつて、
図示してないモータにより駆動軸１が一方向の回転運動
を行ない、これによりトーチ２が正弦関数の単振動の運
動をする。本発明部分では、揺動運動の回転軸３にセク
タギア４が取りつけられ、これとかみ合うギア５の軸に
可変抵抗器６を取りつけている。従つてトーチ２の揺動
運動と同期して可変抵抗器６は正逆回転されることにな
る。この可変抵抗器６には中間タツプ６Ａつきのものを
用い、第４図のように直流電圧Ｅ１およびＥ２を印加す
ることにより、端子ＡおよびＢの間に第１図のような形
の直流電圧信号を取り出すことができる。電極送給モー
タの制御には一般的にサイリスタが用いられ、速度の設
定は直流電圧信号によりなされるから、前記の端子Ａお
よびＢ間の電圧をこの回路に導入すればよい。また溶接
電圧の制御は現在の一般的な溶接機ではサイリスタまた
は可飽和リアクトルによりなされるが、サイリスタによ
るものは前記の電極送給モータの制御回路と同じく電圧
信号によつて設定できるから、端子ＡおよびＢ間の電圧
をこの回路に入れればよい。可飽和リアクトルの場合も
リアクトルの励磁に必要な電流を得るようにＡ，Ｂ間の
電圧を増幅して制御を行なえる。必要によつては溶接電
圧Ｖ１電極送給速度Ｓの変化の状態を独立して自由に変
えるように同軸に配置された２連型の可変抵抗器を使用
して、それぞれに溶接電圧設定、電極送給速度設定を受
け持たせてもよいＯまた第１図のようなウイーピンク運
動の移動距離と溶接電圧、電極送給速度Ｓが直線的な比
例関係にあるような様式の他に、たとえば記５図に示し
たような曲線的な変化をとらせることも可能である。

第５図のような変化の様式は狭開先で立向、上向等の溶
接を行なうときに第１図のような変化よりも好ましい結
果が得られる。このような変化の様式は第３図の機構に
おいて可変抵抗器の抵抗変化が回転角に対して曲線状に
なるものを使用すればよい。また可変抵抗器に幾つかの
中間タツプを出し、この間の印加電圧を変えるか、また
は並列にシヤント抵抗を入れる等の手段でも折線近似に
よる曲線的変化を得ることができる。また前記のような
曲線状の変化様式は機械的な ．―手段によつても得ら
れる。第６図は第３図と類似の揺動機構であつて、可変
抵抗器６の取りつけ方のみが異なるものである。すなわ
ち第６図ではピン８が長穴１１内で滑動することにより
レバー１０が往復運動をなす。このレバー１０の回転軸
１に可変抵抗器６が取りつけられている。この機構で
は回転軸９の回転速度は揺動の最大振幅点近傍では相対
的に大きくなり、直線変化の可変抵抗器を用いても第５
図のような変化曲線が得られる。また前記したような電
気的もしくは機械的な手段を用いることにより第７図乃
至第１０図に示すような種々の溶接電圧および電極送給
速度Ｓの変化を得ることも可能である。第７図の変化様
式はＶ開先のとき、第１パス目の溶接のルート部の溶け
込みを確保するのに好ましい。すなわちＶ開先の初層の
溶接においてはアークは開先底部に集中させることが困
難で、両側の開先壁に広がり、ルート部の溶け込み不良
を生じ易い。この方法によれば平均的溶接電流値は低く
抑えて材質上の問題等を生ずることなく、強いアークを
開先底部に集中させ溶け込みを確保できる。第８図の変
化様式はウイーピングの幅を調節したとき、溶接電圧お
よび電極送給速度Ｓの最高値が変らないという溶接作業
上の利点を有する。また第９図の変化様式は横向溶接お
よび横向方向成分を有する各種姿勢の溶接において有用
である。また第１０図の変化様式はウイービイング運動
の往路と復路とで異なつた変化をするもので、大きな溶
接電圧で生じた溶融池の凝固を促進することにより、立
向等の溶接姿勢において溶着金属の垂れ下がりを防止し
つつ、しかも最大限の溶着量を確保でき高能率の溶接が
可能である。この第１０図のような往路と復路とで異な
つた変化を得る装置としては、たとえば第３図において
図示しないが揺動運動の駆動軸１に取りつけられた３６
０度無終端回転の可変抵抗器６を用いればよい。

これの結線図を第１１図に示すが、抵抗器の記号を示す
ジクザクの粗い所は抵抗変化の急な所を、密な所は抵抗
変化の緩やかな所を模式的）Ｃ に示している。

摺動子が図中の矢印の方向に回転することにより端子Ａ
およびＢ間に第１０図に示すような変化様式の電圧が得
られる。本発明の装置の実施態様として可変抵抗器を使
用するものを述べたが、これを可変容量、差動変圧器等
で置きかえても適当な電気的変換手段を用いて実施し得
る。

すなわち変位検出の電気的な手段は変位トランスジユー
サと総称されるが、これらはいずれも採用可能である。
また揺動装置として第３図や第６図に示した態様のもの
でなくモータの正逆転回転運動によるものでも良いし、
また可変抵抗器等は回転式でなく直線変化式のものも適
当な機構を組み合わせることにより用いられ得る。また
パルスによるデイジタル制御を用いると前記のようなウ
イーピングの振幅位置の検出手段を用いないで同様な溶
接電圧、電極送給速度の制御を行なわせることも可能で
ある。第１２図はパルスによるデイジタル制御方式の回
路構成を示すプロツクダイヤグラムで、一定周波数のパ
ルス信号を発生しているパルス信号発生器１５から、揺
動の振幅に応じた数のパルス信号を発生させると、これ
によりきまつた回転角だけパルスモータ１９が回転する
。

揺動機構としてモータの正逆回転による方式のものを使
うと、同数のパルスをモータが交互に正転、逆転するよ
うにパルスモータ駆動回路１８に入れればよい。一方揺
動の振幅の中心点を基準にした計数パルスに応じてＤ−
Ａ（デイジタルーアナログ）変換回路２１により電圧出
力を取り出せばあとは可変抵抗器を使用した場合と同様
に溶接電圧および電極送給速度の制御が行なえる。ま、
た第１図のような変化だけでなしこの間でたとえば２乗
の演算回路を入れれば、第５図のような変化様式の制御
も行なえる。その他種々の変化様式がそれぞれ電気回路
的な手段で行ない得る。なおこの第１２図で、１６はゲ
ート回路、１７は揺動タイミング指令装置、２０はパル
ス計数回路、２２は溶接電圧設定回路、２３は電極送給
速度設定回路である。また先に述べた可変抵抗器等を使
用する方式と上に述べたパルス信号を用いる方式との中
間的な方式も可能である。揺動のモータは通常のものを
用いて、たとえば第３図もしくは第６図にある可変抵抗
器６の代りにロータリエンコーダを取りつけ回転角度に
見合つたパルス信号を発生させ、これにより前に述べた
方法で溶接電圧および電極送給速度を連続的に設定して
いくこともできる。ロータリエンコーダは１回転当り１
０００パルス前後のパルス信号を発生するものが通常市
販されているので、溶接電圧、電極送給速度を事実上連
続的に変化させるのに充分な連続的な電圧信号をＤ一Ａ
変換により得られる。上記したような溶接電圧、電極送
給速度の連続的な変化をさせるに充分なパルス数が１ウ
イーピングサイクル当りに得られるなら、市販のロータ
リエンコーダを用いず、歯車の歯の凹凸に応じて近接ス
イツチ、光電子スイツチ等によりパルス信号を発生せし
める等の手段でも当然全く同じ効果が得られ、これも結
局ロータリエンコーダの範喚に属するものである。この
ような方法を用いるときには１ウイーピングサイクル当
りのパルス数を増加させるため、歯車装置等を用いてウ
イーピング運動の回転角度を増幅せしめてここで検出す
るとよい。また前記したような回転角度量に応じてパル
ス信号が出るインクリメンタル方式のエンコーダでなく
、角度位置に応じてその角度位置に固有なパルス信号を
発生するアプソルート方式のエンコーダを用いてもよく
、この場合はこれの出力信号がそのままある溶接電圧、
電極送給速度に対応させられる。

また適当な機構によりロータリエンコーダでなく、直線
運動によりパルス信号を発生するリニアエンコーダを用
いてもよいことは前に述べた可変抵抗器等を用いる方式
の場合と同様である。またウイーピング運動の位置の検
出に用いる可変抵抗器やロータリエンコーダの取りつけ
は前記したように溶接トーチの揺動装置内に直接取りつ
けずに、シンクロを用いて回転位置を制御装置内に伝送
して、ここに可変抵抗器等を移すことも可能であつてこ
れは当然本発明の範囲に属するものである。〔発明の実
施例〕 以下に本発明の方法の実施例を述べる。

実施例 鋼板の立向突合せ溶接に本発明の方法を実施した。

装置は原理的には第３図に示すような機構のもので、揺
動の振幅は軸１と軸３の距離を変えることにより変える
。溶接条件 鋼 板：ＪＩＳ規格 ＳＭ５ＯＢｌ板厚２５１ｍフ溶
接電極：ソリツドワイヤ １．２１１径開先形状：４５
゜Ｖ開先、ルートギヤツプ６Ｗ！１溶接姿勢：立向突合
せその他の溶接条件については第１３図に本発明の実施
例と比較例とを対比して示してある。

比較例については揺動装置本体は本発明のものと同じで
あるが、最大振幅点にリミツトスイツチを設け一定時間
揺動を停止させると共に、この停止時間中のみ溶接電圧
と溶接電極送給速度とを同時に切換えて強いアークを発
生させる。この振幅両端における停止以外の時間には第
２図のごとく弱いアークにするものである。アーク切れ
のデータは１分間当りの回数の平均値であるが、不安定
になつて瞬間的にに途切れたものも回数に入れている。

また溶接欠陥については２０個の断面について各パス毎
に欠陥の有無を調べたものである。本発明法においては
１パス目の溶接において裏当金３への溶け込みを良好に
するため振幅の中心の方でアークを強くしている。

比較例では振幅両端停止時のみにアークを強くできるだ
けなので、一定のアークで溶接を行なつている。本発明
法ではアーク切れが無く、これに伴つてスパツタの発生
が少なかつた。

また溶接欠陥の発生率も少なくなつている。これは本発
明法では１パス目においては裏当て金への溶け込みが良
好なこと、また２パス目、３パス目ではアークの途切れ
が無く安定していることが寄与していると考えられる。
また比較例においては強いアークにできるのは両端停止
位置のみであるので、トーチ移動中は全体的に弱いアー
クにせねばならず溶接速度もや＼小さい値に止まつてい
る。

〔発明の効果〕 以上述べたように本発明の溶接方法は溶接トーチのウイ
ーピングサイクルに同期して、ウイーピング運動の位置
と連続的な函数関係を持つ溶接電圧、溶接電極送給速度
を設定させるので、立向等の溶接姿勢でビードの垂れ下
がりのない良好な溶接が高能率で行なえ、また従来のア
ークを不連続に断続したり強弱切り換えたりする方法と
異なつて、アーク不安定によるスパツタ発生、電極溶着
、パーツパック等の不都合のない安定な溶接を行なえる
。

しかもまた比較的単純な機構のウイーピング装置ではウ
イーピング運動に伴なう溶接トーチ先端と被溶接物との
距離の変動によるアーク不安定が発生し易いものである
が、本発明の溶接方法ではこれを補償するように溶接電
圧および電極送給速度の変化様式を織り込むことにより
良好な溶接が可能で、その経済的効果も大きい。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明方法による溶接電圧および電極送給速
度の、ウイーピング運動の位置に伴なう変化の様式の一
例を示す図表である。 第２図は、従来の方法による溶接電圧および電極送給速
度の変化の様式を示す図表である。第３図は、本発明方
法のための溶接装置の一例を示す概略平面図である。第
４図は、本発明の溶接方法に用いる可変抵抗器の結線方
法の一例を示す回路図である。第５図は、本発明方法に
よる溶接電圧および電極送給速度の変化の様式の一例を
示す図表である。第６図は、第３図と同じく本発明方法
のための溶接装置の一例を示す概略側面図である。第７
図から第１０図までは、本発明方法による溶接電圧およ
び電極送給速度の変化の様式の各種の例を示す図表であ
る。第１１図は、第４図の変形例を示す回路図である。
第１２図は、ウイーピング運動のモータにパルスモータ
を使用してデイジタル制御を行なつた場合の本発明方法
の制御回路のプロツクダイヤグラムである。第１３図は
本発明方法の実施例と比較例のデータを示す図である。
第３図および第６図において図中の番号は下記のものを
示している。１・・・・・・駆動軸、２・・・・・・ト
ーチ、３・・・・・・回転軸、４・・・・・・セクタギ
ア、５・・・・・・ギア、６・・・・・・可変抵抗器、
７・・・・・・溶接電極（ワイヤ）、８・・・・・・ピ
ン、９・・・・・・回転軸、１０・・・・・ルバ一 １
１・・・・・・長穴。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 溶接トーチの揺動装置に変位トランスジューサを連
   結して、前記溶接トーチの揺動運動位置に対応して連続
   的に変化する函数電圧を出力させ、前記函数電圧を溶接
   電圧および溶接電極送給速度の設定値として用いて、こ
   れら溶接電圧および溶接電極送給速度を前記連続的に変
   化する函数電圧に従つて制御することを特徴とする消耗
   電極式アーク溶接方法。 ２ パルス信号発生器からのパルスにより駆動されるパ
   ルスモータによつて運動するウイービング機構を設け、
   また前記パルスモータに送られたパルス数に対応して連
   続的に変化する函数電圧を出力するディジタル−アナロ
   グ変換回路を設け、前記函数電圧を溶接電圧、溶接電極
   送給速度の設定値として用いて、これら溶接電圧および
   溶接電極送給速度を前記連続的に変化する函数電圧に従
   つて制御することを特徴とする消耗電極式アーク溶接方
   法。