JPS60118381A

JPS60118381A - オツシレ−ト幅自動制御法

Info

Publication number: JPS60118381A
Application number: JP22514283A
Authority: JP
Inventors: Hiroshi Fujimura; 藤村　浩史; Maretoshi Hashimoto; 橋本　希俊; Eizo Ide; 栄三井手; Kobo Inoue; 弘法井上
Original assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Current assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Priority date: 1983-11-29
Filing date: 1983-11-29
Publication date: 1985-06-25

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】本発明は、消耗電極（以下、ワイヤと称する。）を使用
するアーク溶接におけるオンシレート幅自動制御法に関
する。

ワイヤを使用するアーク溶接においては溶接トーチを２
次元にオンシレートさせることが行われている。しかし
溶接欠陥のない健全な継手を得るには、オンシレート幅
は、被溶接物で構成される開先面の面間距離（以下、開
先幅と称する。）の変化を検出し、開先間隔の大小に応
じて自動調整する必要がある。

本発明は斯かる要望に応え、溶接トーチの近傍に格別有
形な検出子を装着することなく、溶接時の溶接条件を電
気的に演算することにより、開先間隔の変化に応じてオ
ンシレート幅を自動制御する方法を提供することを目的
とする。

この目的を達成する本発明のオンシレート幅自動制御法
の構成は、消耗電極即ちワイヤを使用し溶接トーチを２
次元にオンシレートさせながらアーク溶接を行うに際し
、溶接電流の平均値Ｉａ　及び実効値Ｉｅ　とワイヤ送
給速度Ｖとを検出し、溶接電流Ｉａ、Ｉｅとワイヤ送給
速度Ｖとを用いて電気・演算回路によってワイヤ突出し
長さＬＦＩ　をめ、更に上記オンシレートニ基づくワイ
ヤ突出し長さＬＦＩの変化パターンから上記溶接トーチ
のオンシレート中心位置と被溶接物の継手中心位置との
偏差並Ｆ？＝開先面を検知し、この偏差に応じて上記溶
接トーチの位置を制御してアーク点が溶接線を自動的に
倣うようにし、且つ検知した上記開先面の面間距離の変
化に応じてオンシレート幅を自動調整すると共に溶接速
度を制御してルート間隔の変化にかかわらず一定のビー
ド高さを得ることを特徴とする。

本発明では、検出が容易で且つ通常用いられている溶接
条件（溶接平均電流Ｉａ、溶接実効電流Ｉｅ、ワイヤ送
給速度Ｖ）を電気的演算回路で処理することによりワイ
ヤ突出し長さＬＤ　をめ、オンシレートに基づ＜　ＬＦ
Ｉ　の変化ｚ４ターンから開先幅の変化を検出するので
、有形な開先幅検出子を必要としない。また、開先間隔
の変化に対して自動的にオンシレート幅が適応し且つ溶
接線を自動的に倣うので、欠陥のない溶接継手部が得ら
れる。従って、本発明方法を自動溶接機と組合せること
によシ、大幅な省人化ができる。

以下、図面に基づき本発明の一実施例を説明する。但し
、本発明における演算処理はアナログ演算器によっても
勿論可能であるが、以下の実施例ではディジタル電子計
算機（以下、電算機と称す。）による処理の場合を示す
。なお、第１図は溶接回路及び演算処理機構を示すプμ
ツク説明図、第２図はオンシレートパターンとワイヤ突
き出し長さり、の関係によって本発明に基づく原理を説
明するグラフ、第３図は開先幅（開先間隔）の変化状態
を示す図、第４図は第３図のｍＶ−ｍＶ’断面とその幅
狭開先内でのオンシレートによるオンシレート幅Ｗに対
するワイヤ突出し長さＬＢの変化パターンとを示す図、
第５図は第３図のｖ　−ｖ’断面とその幅広開先内での
オンシレートによるオンシレート幅Ｗに対するワイヤ突
出し長さＬＢの変化パターンとを示す図、第６図、第７
図は２次元オンシレート時における板厚方向のオンシレ
ート高さＷｙを加味したワイヤ突出し長さＬＢ　とオン
シレート幅Ｗの関係によ）本発明に基づく原理を説明す
るグラフ、第８図、第９図はそれぞれ第６図、第７図の
グラフと開先断面との関係を示す図である。

まず、第１図における各種構成部材１〜４６を説明する
。

１は、消耗電極（ワイヤ）５と被溶接材との間にアーク
６を発生させて溶接金属７を得るのに必要な電気エネル
ギを供給するための溶接電源である。

２は、消耗電極用の溶接トーチである。

３は、シールドノズルでアリ、シールドガス９と共にア
ーク６、雰囲気及び溶接金属７を大気からシールドさせ
る。

４は、ワイヤに給電するためのチップである。

１０　、１０’は、コイル状に巻かれたワイヤ１１を溶
接トーチ２内に送給するためのローラである。送給ロー
ラ１０はモータ１２に結合されており、モータ１２は駆
動装置１３によって制御されている。

１４は、溶接電源１から溶接トーチ２への給電点である
。

１５は、シャントなど、溶接電流値を検出する電流値検
出器である。

１６は、四−タリエンコーダなど、ワイヤ送給速度を検
出する回転量検出器である。

１７は、溶接トーチ２に機械的に結合し、溶接トーチ２
を溶接の進行と直角の方向（Ｘ方向）及び被溶接材の板
厚方向（Ｙ方向）の２次元に揺動させるオンシレータで
あり、モータ１８゜１９によって駆動される。モータ１
８は、オンシレータ１７に作用してトーチ２を溶接の進
行と直角方向（Ｘ方向）にオンシレートする。モータ１
９は、オンシレータ１７に作用してトーチ２を被溶接材
８の板厚方向（Ｙ方向）にオツシレートする。

２０は、上下移動装置２１とオンシレータ１７とを結合
する金具である。上下移動装置２１はモータ２２によっ
て、また左右移動装置２３はモータ２４によってそれぞ
れ駆動されている。

２５は、溶接トーチ２、オンシレータ１７、上下移動装
置２１、左右移動装置２３などの結合体を支持する金具
であり、図示省略の紙面と前後方向に移動する台車等に
搭載されている。

２６は、モータ１９の駆動制御装置４４からオンシレー
ト位置情報（Ｙ方向）を受けるもので、波形整形機能を
有する増幅器である。

２７は、モータ１８の駆動制御装置４３からオンシレー
ト位置情報（Ｘ方向）を受けるもので、波形整形機能を
有する増幅器である。

２８は、回転量検出器１６からの信号を適当なレベルに
するための増幅器である。

２９は、電流値検出器１５の信号から溶接電流の平均値
に比例する信号を発生するための増幅器である。

３０は、電流値検出器１５の信号から溶接電流の実効値
に比例する信号を発生するための増幅器である。

３１は、ワイヤ突出し長さＬＤ　を設定するだめの設定
器である。

３２．３３，３４，３５，３６．３７は、Ａ−Ｄ変換器
（アナログ−デジタル変換器）であり、各増幅器等２６
．２７．２８．２°９，３゜のアナログ信号をデジタル
信号に変換して電算機３８へ出力する。

３９は、電算機３８からのディジタル信号をアナログ信
号に変換し、モータ１８の駆動制御装置４３へ出力する
ためのＤ−Ａ変換器（ディジタル−アナログ変換器）で
ある。その信号は、オンシレート幅制御信号、オンシレ
ート速度制御信号などのオンシレート制御信号である。

４０は、電算機３８からのディジタル信号をアナログ信
号に変換し、モータ１９の駆動制御装置４４へ出力する
ためのＤ−Ａ変換器である。

その信号はオンシレート制御信号である。

４１は、電算機３８からのディジタル信号をアナログ信
号に変換するＡ−Ｄ変換器であり、左右移動装置２３の
駆動モータ２４を制御する駆動制御装置４５へ信号を出
力する。

４２は、電算機３８からのディジタル信号をアナログ信
号に変換するＡ−Ｄ変換器であり、上下移動装置２１の
駆動モータ２２を制御する駆動制御装置４６へ信号を出
力する。

次に、各図を参照しながら実施例の作用を下記０）〜（
３）項に分けて説明する。

（イ）電流値検出器１５と増幅器２９によって溶接電流
の平均値Ｉａ　がめられ、また電流値検出器１５と増幅
器３０とによって溶接電流の実効値Ｉｅ　がめられる。

さらに、回転量検出器１６と増幅器２８とによってワイ
ヤ送給速度Ｖが検出される。

（ロ）　これらのアナログ量はＡ／Ｄ変換器３５，３６
゜３４によってディジタル量に変換され、ディジタルミ
算機３Ｂに加えられる。

（ハ）　ここで記号を次のように定義する。

工ａ；溶接電流の平均値、Ｉｅ；溶接電流の実効値、Ｖ：ワイヤ送給速度、ＬＥ；チップ４の先端からアーク６までのワイヤ５の長
さ、いわゆるワイヤ突出し長さ、とすると、上記の諸量の間には近似的に次の関係がある
。

ＬＨ＝　ｆ、　（Ｉａ、Ｉｅ、ｖ）　−００式は参考文
献「電流制御アーク溶接に関する研究（社団法人溶接学
会、溶接法研究委員１）１９８０年７月、大阪大学工学
部、丸尾大、平田好則」における式αａｖ＝０．３１　ｉ　Ｉ　＋４．６３　Ｘ　１０’ＥｘＶ
：速度（、、／臓）工：電流　囚Ｅｘ：ワイヤ突出長（ｍ）ｆ；電流パルスの繰返周波数（Ｈｚ）カどからめられる。

に）■式の関係をディジタルミ算機３８にデロダラムし
ておき、ワイヤ送給速度Ｖと溶接、電流Ｉａ、Ｉｓを与
えるとワイヤ突出し長さＬＥがめられる。

（ホ）上述のように、説明変数として溶接電流Ｉａ。

Ｉｅ　及びワイヤ送給速度Ｖを与えると０式からワイヤ
突出し長さＬＢ　が目的変数としてめられる。

（へ）　第２図は、オンシレートモータ１８を制御する
駆動制御装置４３からのオンシレート情報（振幅が最大
になるタイミング及び振幅が零になるタイミング）を基
にして、即ちオンシレート振幅がゼ四を横切るタイミン
グを基準にして、それから一定時間Δｔ　毎に、溶接電
流Ｉａ、Ｉｓ　、ワイヤ送給速度Ｖをサンプリングして
前述のワイヤ突出し長さＬＢ　を演算した時のタイミン
グ（これは等測的にオンシレート振幅となる。伺故なら
ばオンシレート速度は一定でありかつ、サンプリング間
隔も一定だからである。）と、ワイヤ突出し長さＬＥと
の関係を、第１図に示したような■型突合１せ開先内で溶接した場合の１例を示す。但し、データー
（Ｉａ、Ｉｅ、ｖ　）のサンプリングは振幅のゼ目りロ
ス時から最大までの往路のみで行い、復路では行わない
場合を示す。このように開先内でオンシレート溶接を行
うと、オンシレート位置とそれに対応するワイヤ突出し
長さＬｈ　とのパターン図が得られる。

（ト）第３図は被溶接材８で形成される開先の開先間隔
が変化している状態を示すが、第４図、第５図は第３図
で示した開先の位置が異なる２つの断面でオンシレート
を２次元に行いつつ溶接を行った時に、Ｘ方向のオンシ
レート幅Ｗとワイヤ突出し長さＬＦｆ　との関係および
トーチ先端の軌跡４７．４８を示す。第４図は開先間隔
が小さく、第５図は開先間隔が大きい場合を示している
。いずれも、２次元のオンシレート軌跡（４７，４８に
相当する）を開先の断面形状に近く選ぶとＷとＬＰ　と
の関係においてワイヤ突出し長さＬＥは平坦になる。

２（イ）第６図、第７図は、第４図、第５図に於けるＷと
ＬＢ　との関係とチップ先端の軌跡４７゜４８とに注目
し、Ｙ方向のオンシレート高さをＷｙ　とする時に、Ｘ
方向のオンシレート幅Ｗに対する（ＬＥ−ｗｙ）をめた
ものである。

ここに、ｗ！およびＷ、はＸ方向のオンシレート幅、Ｗ
ｌおよびｗ４はｗｙ＝０であるＷの幅であり、Ｗｙは軸
（ｗｙ　＝　０　）に対して左右対称とする。

（１月　第８図、第９図は被溶接材８で形成される■形
突合せ継手において、２次元オンシレートによる溶接で
前記（２）で述べたｗ　−Ｌ’Ｂ　（Ｌ’ｐ、＝ＬＢ−
ｗｙとする）に注目すれば、オンシレート幅が制御でき
ることの説明図である。

ここでＬ’ＢｏはＸ方向のオンシレート振幅Ｗが小さに
時の、即ち開先中央付近でのＬＩｗの値でちる。ｒは演
算によってめたＬ′Ｂの値が外乱による誤差のためバラ
ツキを生ずるので、この影響を除くために設けたパラメ
ータである・。Ｕはオンシレート振幅を制御するために
設けた／４ラメータである。

に）第８図は開先形状が不変の時に、／４ラメータＵの
設定値の大小によって適正なＸ方向のオンシレート幅Ｗ
が変化することを説明する図である。

ここで、γおよびＵはあらかじめ実験によってめた適正
な値をディジタル電算機３８にパラメータとして設定し
ておく。

に）溶接が開始されると、Ｘ方向のオンシレート振幅が
零のタイミングを検出し、検出したらデータ（Ｉａ、Ｉ
ｅ、ｖ　）をサンプリングしてＬＦｌを０式に従って演
算する。次のすｙデルタイムが来たら又データを取込み
ＬＩＥを計算する。

この過程を数回繰返してその平均値Ｌ′Ｅ０をめておく
。サンプリングの間隔は第２図で示したΔｔ　である。

（ロ）その後は、Δを毎にその時のデータ（Ｉａ。

Ｉｅ、ｖ）に基づ＜　Ｌ’ＦＩ　を演算し、Ｌ’ＢとＬ
′Ｂ０−（ｒ十Ｕ）との大小関係に注目する。もし、Ｌ
’Ｂ　＞　Ｌ’１Ａｏ−（ｒ　＋　Ｕ　）ならば、さら
に同じ方向にオンシレートを行う。しかし、Ｌ’ｍ　＜
Ｌ’ｂ　−（γ＋Ｕ）の条件が数回連続して成立すれば
、オンシレート方向を反転させる。

（ロ）　次は、またＸ方向のオンシレート振幅が零のタ
イミングを検出し、以後に）、Ｃｙ）で述べたシーケン
スを繰返す。

（ロ）　このようにすれば、γ及びＵで設定されたパラ
メータ条件に従い、適当な大きさでオンシレートが繰返
し行われる。

（＠　ところで、第８図は開先形状が不変の場合に、／
４ラメータＵをＵ＋　、　Ｕｌ　（Ｕｔ　＜　Ｕｔ　）
　とした場合の例を示しているが、Ｌ’Ｂ　＜　ＬＢｏ
　−（ｒ　＋Ｕ　）の条件を成立させるためには、Ｕ、
の方がＵｌの場合よシも大きくＸ方向にオンシレートさ
せかければならないことは、第８図か”ら自明である。

即ち、Ｕを調整することによって、Ｘ方向のオンシレー
ト幅Ｗを制御できる。なお、Ｕｌ＜Ｕｔ　ならばｗ６　
（ｖｒ６　となる。ここに、Ｗ。

はＵ、に対応するＸ方向のオンシレート幅、Ｗ６はＵ、
に対応するＸ方向のオンシレート幅である。

５オンシレートパターンの制御は、第６図、第７図に於い
て、Ｘ方向のオンシレート幅Ｗ。

およびＷ、を制御するものとし、（ｗｙ）ｍａｘおよび
（ｗ２−ｗ＋）　（Ｗ４　ｗｓ）は一定とする。ここに
（Ｗｙ　）　ｍａ工はＷｙ　の最大値である。

し）第９図は、溶接途中で開先間隔が変化した時に、パ
ラメータＵを一定にしておけば、Ｘ方向のオンシレート
幅が適正値に制御できることの説明図である。

１　動作の原理は、前記に）〜（ロ）と同一であるが、
第９図の場合はパラメータＵを一定の値Ｕ、に設定した
ことである。開先間隔が異っている時に、ノ臂うメータ
Ｕが一定であると、開先間隔が大きい場合（実線で示す
）のオンシレート幅ｗ７は開先間隔が小さい場合（点線
で示す）のオンシレート幅Ｗ、よりも大きくなることは
第９図から自明なことである。即ち、ノ母うメータＵに
適正な値を選んで置くと、開先間隔の変化によって自動
的にＸ方向のオンシレート幅Ｗが制御される。

６（財）以上、第８図から開先間隔が不変の場合、Ｘ方向
のオンシレート幅ＷはパラメータＵの設定値によって制
御できることを説明した。

＆丸、第９図に示した開先間隔が変化している時は適正
なＵを設定することによってＸ方向のオンシレート幅Ｗ
が変化し、開先間隔の変化に適応する制御ができること
を説明した。

（財）　次に、第６図、第７図におけるＬ’ｎ（＝Ｌｍ
−ｗｙ）の第２図に示したＸ方向オンシレートの１サイ
クルの平均値Ｌ’ｍｍは次のように演算することができ
る。

（ト）　したがって、設定器３１の設定値ＬＦｆｄと上
述（財）のＬ’Ｂｍとを比較してもしＬ’訓＞　ＬＢｄ
ならば、モータ２２を駆動して上下移動装置２１を下方
にＬ’師＝　ＬＢｄになるまで移動する。逆にＵＢｍ　
＜　Ｌ’ｎｄならば、モータ２２を駆動して上下移動装
置２１を上方にＬ’Ｂｍ−ＬＢｄになるまで移動する。

因　上記（財）、（ト）によって、Ｌ’ｍ　ｔ　ＬＢｄ
の値に常に保持することができる。

（勺　また、第６図、第７図におけるＬ’ＥＧ（Ｊｖ−
ｗｙ　）の第２図に示したオンシレートノヤタ−７にお
であるが、ΔＤ’＝Ｏの時はオンシレート中心軸と被溶
接材８で形成される開先の中心軸が不一致であることを
示して゛いる。即ち、ΔＤ〉０であれば、オンシレート
中心軸は開先の中心軸よりも右側に存在し、逆に、ΔＤ
＜Ｏならばオンシレート中心軸は開先の中心軸よりも左
側に存在している。

に）従ってΔＤ）Ｏならば、モータ２４を駆動してΔｎ
＝ｂになるまで左右移動装置２３を左側に移動し、逆に
、ΔＤ＜Ｏならばモータ２４を駆動してΔＤ＝０になる
まで左右移動装置２３を右側に移動する。

り）　上記（ロ）、に）によって、オンシレート中心位
置を常に開先の中心位置に保持することができる。

（イ）以上の如く、本発明によれば開先間隔が変動した
場合に、オンシレート幅がそれに適応すること、また、
トーチ２と被溶接材８との距離が変化しても常に、ワイ
ヤ突出し長さを設定値に保持できること、さらに、溶接
線が設定位置からずれてもそれに自動追随できることを
述べた。しかし開先幅が変動した場合ワイヤ送給速度が
一定で（通常この状態である。）かつ溶接速度が一定で
あれば、ビード高さが変化する。

Ｇ／）　そこで、第８図、第９図に示すようにディジタ
ル電算機３８はオツシレー）　１１１１ｉ　（ｗｅ　＋
ｗ＠＋ｗｙ　、　ｗＢ　）を演算することができるので
、オンシレート幅Ｗの変化をフィードバックして、図に
は書いていないが、金具２５を搭載している９台車の速度を制御することにより常にビード高さが均一
になるようにしている。

（６）以上述べた操作はすべて電算機３８のプログラム
で制御するものとしている。

【図面の簡単な説明】

第１図は溶接回路及び演算処理機構を示すブロック説明
図、第２図はオンシレート／４ターンとワイヤ突出し長
さＬＨの関係によって本発明に基づく原理を説明するグ
ラフ、第３図は開先幅（開先間隔）の変化状態を示す図
、第４図は第３図のｗ　−■’断面とその幅狭開先内で
のオンシレートによるオンシレート幅Ｗに対するワイヤ
突出し長さＬＥの変化ｉ＋ターンとを示す図、第５図は
第３図のｖ　−ｖ’断面とその幅広開先内でのオンシレ
ートによるオンシレート幅Ｗに対するワイヤ突出し長さ
ＬＢの変化パターンとを示す図、第６図、第７図は２次
元オンシレート時における板厚方向のオンシレート高さ
Ｗｙを加味したワイヤ突出し長さＬＨとオンシレート幅
Ｗの関係によシ本発明に基づく原理を説明す０るグラフ、第８図、第９図はそれぞれ第６図、第７図の
グラフと開先断面との関係を示す図である。図面中、２は溶接トーチ、５はワイヤ、１５は電流値検出盤、１６はワイヤ送給速度の検出器、１７はオンシレータ、２１は上下移動装置、２３は左右移動装置、２５は台車などに搭載された支持金具、２９は平均電流
値の信号を出す増幅器、３０は実効電流値の信号を出す
増幅器、３１はワイヤ突出し長さの設定器、３８はディジタルミ子計算機である。特許出願人　三菱重工業株式会社復代理人　弁理士　光　石　士　部（他１名）第４図第５図第６図第７図第８図第９図

Claims

【特許請求の範囲】消耗電極即ちワイヤを使用し溶接トーチを２次元にオン
シレートさせながらアーク溶接を行うに際し、溶接電流の平均値Ｉａ　及び実効値Ｉｅ　とワイヤ送給
速度Ｖとを検出し、溶接電流Ｉａ、Ｉｅとワイヤ送給速
度Ｖとを用いて電気演算回路によってワイヤ突出し長さ
ＬＨをめ、更に上記オンシレートに基づくワイヤ突出し
長さＬＥの変化パターンから上記溶接トーチのオンシレ
ート中心位置と被溶接物の継手中心位置との偏差並び１
；開先面を検知し、この偏差に応じて上記溶接トーチの
位置を制御してアーク点が溶接線を自動的に倣うように
し、且つ検知した上記開先面の面間距離の変化に応じて
オンシレート幅を自動調整すると共に溶接速度を制御し
てルート間隔の変化にかかわらず一定のビード高さを得
ることを特徴とするオンシレート幅自動制御法。