JPS59502093A - 溶接法及び溶接装置 - 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】 溶接法及び溶接装置 この発明は、工作物を溶接する機械化された方法及びこの方法に用いる溶接装置 に関するものである。

継手を溶接する際に通常出会う１つの問題は、継手フィツトアップ上の諸変動及 びマルチパス溶接に於ける１つのパスから次のパスに至る間の諸相違によって、 継手の幾何学的形態が著しく変るということである。

例えば重工業に於ては、２つの工作物間の最小距離であるルート間隔は０朋から １０−１２朋或はそれ以上の間で変動する。更に複雑なことに、溶接に伴う熱応 力及び機械的応力によって溶接中に板材が動き、その結果幾何学的形態が、継手 準備の問題によって変動するだけでな（時間と共に連続的に且つ予想できない程 度に変動することになる。継手を手動で溶接している場合には、これに対する若 干の補正は浴接者が行なうことができる。しかし増大する要求は機械化された溶 接システムに対して行なわれるのであって、このようなシステムでは、補正は起 らない。マルチ７）（′ス溶接に於ては、継手は上記のような問題に曝されるば かりでなく、成る溶接操作即ちパスから次の７）０スに変るときの溶接システム の調整及び再調整の問題に突き当る。

従来は、これらの問題に対して若干の補正を行なうために、溶接を進めて行く・ ０に伴い溶接性を継手の幅を横切ってウィービングさ→−だ。理想的な状態のも とでは、溶接ガンの各パス毎に１５着する金属の厚さは、例えば５關程度であろ う。溶接ビードの、変動する幾何学的状態の継手に於ける溶融を、確実ならしめ るためには、ウィービングの幅をその継手に適合するように調節丁木ことが必要 である。継手が広がり、又は次のパスが始まると、ウィービングの幅は増大させ なければならず、又従ってビードの厚さは減って例えば３朋程度になるかも知れ ない。更に、溶接ビードの基本形状も又当紙受容れることのできない形状に変っ てしまうであろう。機械化された溶接に於ては、異った位置に於て異ったフィル 速度で継手に対処することは、工作物の表面に対するガンの位置を連続的に変動 させなげればならないので、極めて困難である。

このように、従来の溶接／ステムが変動する幾何学的状態にある継手に出会うと ぎ、問題点は、継手の溶融の完全性、ビード形状の完全性、及びフィル速度を維 持しながら、ウィービングの幅は極めて限られた範囲内で調整（又は変動）し得 るに′）ｆＥｌきないということになることである。同様に１つのパスが完了し たとき、全溶接システムは、継手の完全性を維持するために次のパスを開始する 前に、再調整しなげればならないであろう。

この発明によれば、工作物のｊ衰械化された溶接法は、工作物及び溶接電極又は 溶接棒をウィービングパス即ちウィービングの行なわれる経路に沿って相対的に 移動させることで、この場合、移動速度（Ｔ）、ウィービングの幅（Ｗ）、及び 基本ウィービング頻度（Ｆ）は次の定義に従い次の関係式によってコントロール する。即ち、 これらの式に於て、ｗ、Ｖ、Ｘ、ｙは、定数又は係数であって、θ即ち溶接継手 の角度及びＶ即ち溶接棒の溶融速度（溶接棒の送り速度）によって変る。

移動速度（Ｔ）とは、ウィービングパスがほぼ継手の方向に横切られる速度を云 う。ウィービング幅（Ｗ）とは、ウィービングパスの連続する最端位置間に於け る、はぼ移動方向に名目上直角にとった距離を云う。基本ウィービング頻度（Ｆ ）とは終端停止期間のなし・ウィービングパスの頻度を云う。

θ及び■が一定である最も簡単な溶接関係の式に於てｔ４、ｗ、ｖ、ｘ、７はす べて定数である。

溶接姿勢θ即ち継手の水平からの角度が変数として含まれる１つの式では、Ｗ、 Ｖ、Ｘ、ｙはθに依存する係数である。

Ｔ、Ｗ、７間の関係は次のようになった。即ち、Ｔ＝（ｗ＋ａθ＋ｂ）／（Ｃθ 十ｄ） Ｆ＝θ（ｅｌｇ　Ｔ　）　＋ｈＴ＋に ここで、ａ、ｂ、Ｃ２ｄ、ｅｌｇ、ｈ、にはすべて定数である。

溶接棒が、変動する速度■でθを一定として浴接池内に溶融している別の式では 、Ｔ、Ｗ、Ｆを結ぶ関係は次のようになった。即ち、 Ｔ　＝　（Ｗ＋ＩＶ＋ｎ　）／　（ｎＶ＋ｐ　）Ｆ　＝　Ｖ　（ｑＴ＋ｒ　）− １−ｓ’Ｔ＋ｕここでＸ１＋　”ｌ　”ｌ　ｐｒ　ｑｒ　ｒｔ　”＋　ｕはすべ て定数である。

発明者は、上に特定した諸関係式に従うならば、平坦で且つ一貫し良く形成され た溶接ビードが、継手のフィンドアツブ或いはパス間の考慮と無関係に、得られ ることを発見した。パラメータのいくつかがこれらの関係式を満足させるパラメ ータと着く異るときは、当紙容認し得ない凹んだ溶接ビードになるか（最良の場 合よりも低いフィル速度を持つ）、或いは又当紙容認し得ない峰のような溶接に なるか（過度に高いフィル速度）であろう。

ウィービング幅（Ｗ）は、基本ウィーブ頻度（Ｆ）及び移動速度（Ｔ）が特定し た関係によって自動的にきまるように、溶接姿勢（θ）又は速度（Ｖ）と関連さ せてコントローラするのがよい。このようにすれば、継手の溶融の完全性、ビー ド形状の完全性及び最良のフィル速度を維持しながら、広い範囲のウィービング 幅を得ることができる。このようにして、機械化された溶接システムを使用する 際の継手の変動する幾何学的状態の問題を克服することができる。

ウィービング幅をコントロール用のパラメータとして使用したいならば、どのよ うなウィービング幅が要求されているかをきめるため成る方法を提供しなければ ならないが、これは例えば電気的又は光学的の従来の型のものでよい。

ａないしｙのグループ内の適当な定数を、関連する特定の溶接処理用に定めなけ ればならない。２つ或いはそれ以上のルートパス、フィルパス、キャッピングパ スを行なわなければならない場合には、ａないしｙのグループ内の少くとも適当 な諸元数を各タイプのパスに対して調整するのがよい。

この発明による方法は、ＭＩＧ溶接に適用し得るだけでな（、、ＴＩＧ、プラズ マ、フラクス入りワイヤ溶接などのような他の多くの浴接法、爽には又エレクト ロンビーム、レーず溶接を含む高度に精巧な溶接法にさえも適用することができ る。

こ９発明のもう１つの態様としての機械化された工作物溶接装置は、溶接棒、工 作物及び溶接棒をウィービングパスに沿い相対的に動かす装置、及び移動速度（ Ｔ）・ウィービング幅（Ｗ）・基本ウィーブ頻度（Ｆ）のコントロール装置を備 え、これらのものはすべて上記のように次のように定義される。

Ｔ　＝　（Ｗ＋Ｗ　）／ｖ Ｆ　＝　ｘＴ　＋ｙ ここで”ｒ　ｖｒ　”ｒ　７は、溶接継手の角度θ及び溶接棒の溶融速度Ｖに依 存して定まる定数又は係数である。

この発明による溶接法及び溶接装置の例を、添付図面を参照して以下に述べる。

添付図面に於て、第１図は溶接装置の概略図、第２Ａ図は溶接装置の一部分の概 略斜視図、第２Ｂ図は第２Ａ図に示す装置の端面図、第２Ｃ図は第２Ａ図に示す 装置の部分平面図、第２Ｄ図は溶接平面の概略図、第３Ａ図及び第６Ｂ図は２つ のウィーブパターン図、第４図は成る与えられた溶接棒送り速度の場合、移動速 度及び基本ウィーブ頻度に対するウィービング幅の変動を示す図、第５図は成る 与えられた溶接棒送り速度に対する各種のビード形状を示す図、第６（１）ない し第６（１１０図は各種のマルチパス溶接継手の断面図、第７（１）及び第７　 （ｉｔ）図は第１図の２つの配置の概略図である。

第１図に示す溶接装置は金属−不活性ガス（ＭｌＧ）装置であって、ガスの供給 装置は省略しである。この装置は、ウィーブコントローラ１、プリプログラマ２ 、電源３、移動速度用の電動機４、ワイヤ送りユニット５及びウィービングへノ ド６を備えている。電極ワイヤ７は、周知のように送りユニット５から工作物８ に向って送る。

この装置に於ては、工作物８は電動機４によって電極ワイヤ７の下方に送り、又 ワイヤＴは第２Ａないし第２Ｃ図に示すウィービングの通る道即ちウィービング パスタが描かれるように、工作物８の運動方向に対して横向きに揺動させる。こ の方法は６個のパラメータによって特徴付けられている。第１は、第２Ａ図に矢 印１０で示す継手の方向に沿う有効速度に相当する移動速度（Ｔ）である。第２ は、第６Ａ図で参照数字１２で示Ｖウィービング幅（Ｗ）であって、これはウィ ービングパス９の最端位置間の継手緋１１を横切る距離である。第６は、ウィー ビングパスタの連続するサイクル間の期間即ち周期忙比例する基本ウィーブ頻度 （Ｆ）である。第６Ｂ図に示す終端停止期間１３をウィービングパス９に含める ならば、サイクル間にもつと長い有効ウィーブ周期を生じ、これは上述の基本ウ イーゾ周期とは区別すべきものである。

これらの６伽の変数は対をなす次の方程式によってここでａ′ないしａ′は定数 である。

これらの式は次のように簡単化することができる。

ここでｗ、ｖ、ｘ、ｙは一定である０ この１対の方程式は、この発明による同期浴接の基本形を示している。最も簡単 な形では、Ｗ、Ｖ、Ｘ。

ｙは定数であって、これらはパスのタイプの関数であり、フィルパス或いはキャ ッピングパスに対するよりもルートパスに対して相違する。新手完了、の段階に 関連する適当なプログラムのプリプログラミング及び選択によって、継手は、ウ ィービング中量Ｗを除くどのパラメータの調整又は再調整の必要もなしに光子さ せることができる。ウィービング幅は継手のフィントアンプに関連して連続的に 調整しなければならず、又パスのタイプ例えばウィービング幅は、継手の準備に 平行な辺がない場合には、第１のフィルパスに対するものの方が第２以降のパス に対するものよりも小さい。

このように使用する場合は、変数は関もかにＷ、Ｔ及びＦでろって、ウィービン グ幅ＷにＮ係してコントロールされる。定数の中には、ワイヤーの送り速度（Ｖ ）、溶接姿勢（θ）、及びウイープザイクルに含めても含めなくてもよい終端停 止期間が含まれる。

定数ｗ、ｖ、ｘ及びｙは、更に、溶接姿勢（θ）及びワイヤー送り速度（Ｖ）に 依存するものであることが明らかになった。

成る１つの形の場合、ワイヤー送り速度Ｖを一定に昧ち、次のようになっている 。

Ｘ−ｇｏ−」−１１ ｙ二θθ十に ここでａ、ｂ、Ｃ，ｄ、θ２ｇ、ｈ、には定数である。

これを方程式（１）に代入すれば次の式を得る。

浴接棒を可変速度Ｖ７Ｍ−浴接池に溶かし込み、又溶接継手の角度θを一定にし た別の装置では、定数Ｗ、Ｖ。

ｘ、ｙは次の式で表わされるとされている。即ち、ここで１＋　”＋　ｎ＋　ｐ ＋　ｑ＋　ｒ＋　Ｓ＋　”は定数である。

これらを方程式（１）に代入すれは次の式を得る。

ウィービング幅、移動速度及び基本ウィーブ頻度間の相互関係は、与えられた棒 送り速度及び浴接姿勢θに対するものとして、第４図に示す通りである。例えば 、ウィービング幅Ｗ１、移動速度Ｔ１及び基本ウィーブ頻度Ｆ１で満足すべき溶 接がなされたとすれば、これらの値は、ウィービング幅をＷ２の値まで増加させ る必要が生じたとき、移動速力Ｔ及び基本ウィーブ頻度ＦをそれぞれＴ２及びＦ ２の値をとるようにコントロールすることによって、適当に調節することができ る。３つのパラメータの各ノリ間に連続した関係が得られ、広い範囲のウィービ ング幅を受入れろことができる。或いはこれとは別に、移動速度又は基本ウィー ブ頻度のいずれかをウィービング幅によるコントロールに代ってコントロールす るように丁−ることもできることは云うまでもない。

第５図は、最良の関係が得られなかった場合、どのようにビードの形状が変るか を示している。こノ荷定の場合に於てば、最良の関係を移動速度の点だけから見 て説明している。最良の関係が得られないならば、凹んだビード１４又は峰のよ うなビード１５が生ずる。

望ましい平坦なビードは１６で示しである。

諸関係によって必要とされろグループａないしｙから適当な定数を定めるために は、い（つかの予備的なパスを実行しその結果を同期溶接コントローラ１に送る ことが必要である。定数及び係数をプリプログラマユニット２に設定しておけば 、後はウイーゾコントローラが、適当な関係に従って、移動速度及びウィービン グ幅をコントロールすることができる。マルチパス溶接に於けるように異ったタ イプのパスが必要とされる場合、ウィービング幅に対する移動速度の変動は、１ つのパスタイブからもう１つのパスタイブへと移るごとに変化することが判った 。！　６　（ｉ）図ないしｙ　６　（ｒｒｒ）図は異ったマルチパス溶接継手を 示し、それぞれルートハスＲ及び少くとも１つのキャッピングパスＣを持ってい る。第６（１）図は数個の中間的のフィルパスを示し、第６Ｑｉｉ）図は上下に キャッピングパスを、上面に２つのフィルパスを下面に１つのフィルパスを持つ 継手ヲ示している。ルートバス、フィルパス及ヒキャンフパスに対するウィービ ング幅（Ｗ）対移動速度（Ｔ）の変動を第４図の上方部に示す。しかし、基本ウ ィーブ頻度（Ｆ）対ウィービング幅（Ｗ）の変動も又パスのタイプと共に変動す る。

第１図に示した浴接コントロールの２つの可能な変化を、設備の形態に従って利 用することができる。第７（１）図は最も簡単なコントロールを示し、θ、■及 びパスタイブはプリプログラムしウィービング幅（Ｗ）１１は適当なセンサで監 視するようにする一方、コントローラ１により適当なコントロール信号７２　（ Ｗ）をウィービングヘッドに与えてウィーブの幅をコントロールし、これと同期 的に信号７３　（Ｆ）をウィーブヘッドに与えてウィーブの頻度をコントロール し、信号７４　（Ｔ）を電動＠４に与えて継手に沿うウィービングヘッドの速度 をコントロールする。第７　（ｉｉ）図は電気的に３個のセンサを必要とする恐 らく最も複雑なシステムヲ示￥。ウィービング幅モニターが前と同様にコントロ ーラ１に幅に関する情報７５　（Ｗ）を提供する。

７６は角度に関する情報７７（θ）を提供し、又ワイヤー送りユニット５はワイ ヤーの溶融速度に関する情報７８をコンＩ・ローラ１に提供する。この場合、パ スのタイプだけがプリプログラム７９され、又コントローラがウィービング幅を コントロールすると共に同期的に第７（１）図の場合と同様ウィーブ頻度及びウ ィーブヘッド速度をコントロールする。

上述の関係（２）を採用した１１＋ｌｌであって、継手が３．２５ｍ／ｍ工ｎの ワイヤー送り速度及び９０°の溶接平面でフィルされ、ウィーブサイクルに０． ８秒の終端停止期間１３を含んでいる場合、各定数の値は次の通りである。

ａ二十〇、１０　ｅ　＝十〇−００１８ｂ　＝　−６４，９ｇニー０．００００ ４７ｃ二十口、０口２４　ｈ、　＝＋［１，１７ｄ　＝−０，９９ｋ　＝−０， ４４ 使用に際しては、終端停止期間、棒のワイヤーサイズ、継手の幾何学的状態、溶 接方向、ウィービングのパターンタイプ及びａないしｙまでの定数は同期プリプ ログラマ２内にプログラムする。次いで移動速度電動機４及びウィービングへノ ド６の作動は、前に特定した関係に従って同期ウィーブコントローラ１，２によ ってコントロールする。パスのタイプ、ワイヤーの送り速度及び溶接姿勢は、対 として、或いは同期溶接コントローラと組合わせて個々に、プリプログラムする か又は組合わせて使用することが、できる。この発明はこのような点に於て特に 有用である。その理由は一旦プリプログラミングが完成すると、溶接運動のあら ゆる変動がウィービング幅だけでコントロールされるからである。正確なウィー ビング幅を測定するだめの手段も設けなげればならないことは明らかであるが、 これはどのような従来の方法によるものでよく、この中には元祿ビーム、レーデ −ビーム、或いは機械的試験装置の使用などのような方法が含まれる。

ウィービングパス９は、ここにはジグずグパターンを持つものとして示してきた が、このパスとしては単振動或いは又更に複雑なパターンを持つものでめっても よい。又この発明は前述の突合わせ継手以外の継手、例えばすみ肉溶接などにも 適用させることができる。

この同期溶接法は、適当な装置に応用することによって、縦方向継手のほかこれ に加えて円周継手及びサドル継手に使用することもできる。

ウィーブ幅

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 （１）溶接棒と工作物及び溶接棒をウィービングパスに沿い相対的に移動させる 装置とを使う、工作物に於ける継手の機械化された溶接法に於て、溶接棒の継手 の長さ方向に平行な移動速度（Ｔ）をコントロールする手段と、継手の長さ方向 にほぼ直角に計ったウィービング幅（Ｗ）をコントロールする手段と、基本ウィ ーブ頻度（Ｆ）をコントロールする手段とを設け、次式中のｗ、ｖ、ｘ及びｙを 継手の角度（θ）及び溶接棒の溶融速度（Ｖ）の関数として とするように（Ｔ）、（Ｗ）及び（Ｆ）をコントロールすることを特徴とする機 械化された溶接法。 （２）溶接棒の溶融速度（Ｖ）を一定とし、継手の角度（θ）を一定とするか又 は予め定めるかして、ｗ、ｖ。 Ｘ及びｙが丁べて一定であるようにすることを特徴とする請求の範囲第（１）項 記載の溶接法。 （３）溶接棒の浴融速度（ｖ）を一定に保ち、Ｗ、Ｖ。 Ｘ及びｙを継手の角度（θ）に正比例するようにして、次式中のａｒ　ｂ＋　Ｃ ＋　ｄ＋　”＋　ｇ＋　ｈ及びｋを定数とし溶接を、関係式 ％式％） によってコントロールすることを特徴とする請求の範囲第（１）項記載の溶接方 法。 （４）継手の角度（θ）を計測し、溶接棒の溶融速度（Ｖ）を予め調節すること を特徴とする請求の範囲第（３）項記載の溶接方法。 （５）継手の角度（θ）を一定とするか又は予め定めておき、ｗ、ｖ、ｘ及びｙ をＶに正比例させて、次式中の１＋　”＋　ｎｒ　ｐｌ　ｑｌ　”ｒ　”及びＶ を定数とし溶接を、関係式 ％式％）） によってコントロールするようにすることを特徴とする請求の範囲第（１）項記 載の溶接方法。 （６）諸定数を、使用する溶接方法のタイプに関連して予め定めてお（請求の範 囲第（２）項ないし第（５）項のいずれかに記載の溶接法。 （７）溶接棒により工作物に対して１回以上のパスを施し、又定数を上に定義し たように各タイプのパスに対して予め定めてお（ことを特徴とする請求の範囲第 （６）項記載の溶接法。 （８）　ウィービング幅（■りを浴接中の継手に関連させて計測することを特徴 とする請求の範囲第（１）項ないし第（力項のいずれかに記載の溶接法。 （９）溶接棒と工作物及び溶接棒をウィービングパスに沿い相対的に移動させる 装置とを備えた、工作物に於ける継手の機械化された溶接用の装置に於て、上に 定義した移動速度（Ｔ）、ウィービング幅（Ｗ）及び基本ウィーブ頻度（Ｆ）を 、次式中のｗ、ｖ、ｘ及びｙを上に定義したように継手の角度（θ）及び溶接棒 の溶融速度（■）の関数として関係式 によってコントロールする装置を包含させたことを特徴とする機械化された溶接 装置。 ａＯ）、継手の角度（θ）（７６）を計測する装置を包含させたことを特徴とす る請求の範囲第（９）項記載の溶接装置。 （１υ　ウィービング幅（Ｗ）（７１，７５）を継手に関連させて計測する装置 を包含させたことを特徴とする請求の範囲第（９）項又は第０ω項記載の溶接装 置。 （１２）　溶接棒の溶融速度（Ｖ）を一定に保ち、継手の角度（θ）を一定にす るか又は予め定めるかして、Ｗｌ　■ＩＸ及びｙをすべて一定にするようにする ことを特徴とする請求の範囲第（９）項ないし第Ｕυ項のいずれかに記載の溶接 装置。 （１３）溶接棒の浴融速度（Ｖ）を一定に保ち、ｗ、ｖ。 Ｘ及びｙを継手の角度（θ）に正比例させ、次式中のａ。 ｂ、Ｃ２ｄ、０２ｇ、ｈ及びｋを定数として溶接を関係式 ％式％） によってコントロールすることを特徴とする請求の範囲第（９）項ないし第０υ 項のいずれかに記載の溶接装置。 圓　継手の角度（θ）を一定とするか又は予め定め、ｗ、ｖ、ｘ及びｙを溶接棒 の溶融速度（Ｖ）に正比例させ、次式中の１＋　”＊　ｎ＋　ｐ＋　ｑＩ　ｒ＋ 　ｓ及びはを定数として溶接を関係式 ％式％） によってコントロールすることを特徴とする請求の範囲第（９）項ないし第０υ 項のいずれかに記載の溶接装置。