JPS6056592B2 - ア−ク溶接方法 - Google Patents

ア−ク溶接方法

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JPS6056592B2
JPS6056592B2 JP4337077A JP4337077A JPS6056592B2 JP S6056592 B2 JPS6056592 B2 JP S6056592B2 JP 4337077 A JP4337077 A JP 4337077A JP 4337077 A JP4337077 A JP 4337077A JP S6056592 B2 JPS6056592 B2 JP S6056592B2
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JP
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arc
welding
heat input
signal corresponding
signal
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宏 中井
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Osaka Transformer Co Ltd
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Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、手動、半自動等によつて溶接ホルダ又は溶接
トーチを移動して行なうアーク溶接方法に関するもので
ある。
通常溶接部への溶接入熱量が溶接結果を左右する重要な
因子である。
一般に、アーク電圧をE,(VOlt)、溶接電流をI
,(A)、溶接速度を■,(Cm/Sec)、被溶接物
への電気的入力をP1〔Kw〕、単位長当りの入熱量を
Q(KilO−JOule/・Cm)、定数をK,とす
れば、が成立する。
この(1)式は、場合によつては更に簡単に表現するこ
とができる。例えば定電流特性の溶接電源を使用して手
溶接をする場合には、溶接電流■1(A)は略一定値を
有するのて定数をK2とすれば、が成立する。
又、定電圧特性の溶接電源を使用して半自動溶接をする
場合には、アーク電圧E1(VOIt)は略一定てある
のて、定数をK3とすれば、が成立する。
従来自動アーク溶接法においては、自動走行台車の走行
速度を検出すれは、溶接速度に対応した信号vを容易に
得ることができるので、自動溶接機における入熱測定及
びその測定値による制御はすてに提案されている。
しかし手動溶接及び半自動溶接方法においては、自動走
行台車がなく人為的に溶接トーチを溶接線にそつて移動
させるために溶接速度V1を検出することができない。
したがつて従来、手溶接又は半自動溶接方法においては
入熱を簡易、迅速、正確に測定して入熱を管理すること
が極めて困難てあつた。本発明は、上記に鑑み、手溶接
、半自動溶接等のアーク溶接方法において、アークが任
意の期間中に移動した距離における平均溶接入熱を求め
て溶接入熱を調整tつつ溶接を進めるアーク溶接方法を
提案したものてある。
手溶接又は半自動溶接等において、アークが任意の期間
中に移動した距NLLCCm〕を溶接するために要した
時間をTCsec〕とすれば、その距離内における平均
の溶接入熱QCKilO−JOule/礪〕は、定数を
K4とすれば、F3■Dt=Lであるので、と表わすこ
とができる。
本発明は、上記(4)式に基いて溶接入熱を求めること
を1つの特徴としている。
このようにして溶接入熱を求めると溶接速度の検出を要
しないので、手溶接や半自動溶接における溶接入熱をも
求めることができ、従つて溶接入熱を適正に保つて溶接
を進めることが可能になる。以下図示の実施例により本
発明のアーク溶接方法を詳細に説明する。第1図は本発
明のアーク溶接方法を実施する装置を示したもので、同
図において、1は被溶接物、1aは溶接線、2は溶接電
極、3はアークであり、このアーク3を発生させるため
溶接電極2と被溶接物1との間には溶接電源4の出力が
印加されている。
5は被溶接物1及び溶接電極2を通して流れる電流に対
応した信号(例えば変流器の出力信号)Iとアーク電圧
に対応した信号Eとを検出して被溶接物及び溶接電極間
に供給された電力に相応した信号P(=EXI)を出力
する電力検出回路てある。
電力検出回路5の出力は、後述するアーク検出器の予め
定めた移動距離Lを設定するための第1の移動距離設定
器6に入力され、この設定器の出力側には電力に対応し
た信号Pを距離して除して得た商に対応する信号P/L
が出力されるようになつている。図示の例では、第1の
移動距離設定器6として複数の固定抵抗器の直列回路6
aと、この直列回路の分圧点を切換える切換スイッチ6
bとからなる分圧回路が用いられている。尚可変抵抗器
を用いた分圧回路等により第1の移動距離設定器6を構
成することもできる。7はリセット端子7aにリセット
信号が与えられる毎に上記信号P/Lの積分を開始して
積分値に対応した積算信号Bを出力する積分回路、8は
端子8aに信号が与えられる毎に上記積算信号Bを記憶
する記憶回路である。
9は溶接線1aに沿つて移動し得るように設けられたア
ーク検出器である。アーク検出器9は、アークがこの検
出器の停止位置を通過したときにアーク検出信号Aを出
力する。このアーク検出器はアークが通過したときに電
気的な信号を発生するものであれば如何なるものでもよ
く、例えば、フォトトランジスタ、CdSの如き光電導
素子等の光電変換素子によりアーク光を検出するもの、
アークの高温度を検出するもの、アークの磁界分布を検
出するもの、或いはアークが発生する音を検出するもの
等を採用することができる。アーク検出器9を移動させ
るため、図示の例では、溶接線1aと平行に延びるネジ
杆10が設けられ、このネジ杆の一端は軸受11に支承
されている。ネジ杆10の他端はモータの如き回転駆動
源12に接続され、ネジ杆10に螺合された雌ネジ部を
有して溶接線1aと平行な方向にのみ移動し得るように
案内された移動部材13に上記アーク検出器9が取付け
られている。アーク検出器9の移動距離を検出するため
移動距離検出器14が設けられ、この移動距離検出器に
アーク検出器9の移動距離Lを予め設定しておくため、
第2の移動距離設定器15が設けられている。移動距離
検出器14は、アーク検出器9が予め設定された距離L
だけ移動したときに移動距離検出信号1を発生するもの
で、例えば、駆動源12から出力される駆動源の回転数
に対応したパルス信号数を計数するカウンタにより構成
される。移動距離検出器14力幼ウンタからなる場合、
第2の移動距離設定器15は例えばこのカウンタのプリ
セット部分である。この場合検出器14は駆動源12の
回転数に対応″した(したがつてアーク検出器9の移動
距離に対応した)パルス信号数がプリセットした信号数
に達したときに移動距離検出信号1を出力する。この信
号1はアーク検出器9から発生するアーク検出信号Aと
ともにアーク検出器駆動制御回路16・に入力されてい
る。駆動制御回路16は、アーク検出信号Aが入力され
たときアーク検出器9をアーク3の移動速度よりも速い
速度てアークに先行して移動させるように回転駆動源1
2を駆動するための信号を出力し、また移動距離検出信
号1が)入力されたときに上記信号の出力を停止してア
ーク検出器9を停止させる。したがつて、アーク検出器
9を溶接開始位置より所定距離先行した位置に停止させ
ておき、アーク3を発生させて溶接方向に移動させると
、アーク3がアーク検出器9の停止位置を通過したとき
にアーク検出信号Aが発生し、これによりアーク検出器
9がアークより速い速度て溶接方向に移動を開始する。
アーク検出器9の移動距離は、移動距離検出器14によ
り検出され、この検出値が第2の移動距離設定器15に
設定した距離Lに達したとき駆動制御回路16から駆動
源12に与えられる出力が停止されてアーク検出器Aが
停止する。溶接が進行してアーク3が再度アーク検出器
9の停止位置を通過すると再度アーク検出信号Aが発生
し、アーク検出器9が距離Lだけ先行する。以下溶接が
終了するまで同様の動作が反復される。尚移動距離検出
器14がカウンタからなる場合、アーク検出器9が距離
L移動するごとにこのカウンタをリセットする必要があ
るが、この場合のリセット信号としては、回転駆動源1
2を停止させるときに駆動制御回路16から出力される
信号、または移動距離Lを検出したときに検出器14を
構成するカウンタから得られる信号1を遅延させるタイ
マ(図示せず。
)の出力信号等を用いることができる。また、第1及び
第2の移動距離設定器で設定する距離は同一てあるので
、両者を機械的または電気的に連動させて、一つの操作
で両者の設定を行なうことができるようにしてもよい。
アーク検出器9から得られるアーク検出信号Aはまた、
記憶回路8の端子8aに与えられるとともに、リセット
回路17を介して積分回路7のリセット端子7aに与え
られている。
リセット回路17は遅延要素を含むもので、アーク検出
信号Aはこのリセット回路により短い時間遅延されて積
分回路7にリセット信号として与えられる。したがつて
信号Aが発生すると、先ず記憶回路8が積算信号Bを記
憶し、次いで積分回路7がリセットされて次の積分が開
始される。記憶回路8の出力信号(積算値に対応した信
号)Cは表示器18により表示される。この表示器は例
えば電圧計の原理を用いた指示計器、A/D変換器を有
するディジタル表示器、アナログ記録計、ディジタル記
録計等である。記憶回路8の出力信号Cはまた、溶接入
熱の出力信号として基準最大人熱設定器19の出力とと
もに上限値検出用比較器20に入力される。
基準最大人熱設定器19は、距離Lを溶接する間に供給
すべき適正な溶接入熱(平均値)の上限値に対応した第
1の基準信号R1を出力する。比較器20は上記信号C
とR1とを比較して信号CがR1を超えている場合に両
者の差に対応する差信号F1を出力する。この信号F1
は、ブザー、ベル、点滅する表示灯等からなつていて第
1の警報Dを発生する警報器21に与えられる。警報器
21は差信号F1を入力として警報を発するが、この場
合差信号F1の大小に対応させて警報の大きさ、警”報
の継続時間、警報の発生回数等を変えることができるよ
うにしておくことが望ましい。差信号F1はまた溶接電
源4の内部の制御回路に与えられ、差信号F1の大きさ
に応じて溶接電源4の出力が調整される。これにより被
溶接物1と溶接電極2との間に供給される電力が適正値
まで減少される。記憶回路8の出力信号Cはまた、基準
最小人熱設定器22の出力とともに下限値検出用比較器
23に入力される。
基準最小人熱設定器22は、距離Lを溶接する間に供給
すべき適正な溶接入熱(平均値)の下限値に対応した第
2の基準信号R2を出力し、比較器23は上記信号C(
5R2とを比較して両信号の差に対応する差信号F2を
出力する。この信号F2は第2の警報Eを発生する警報
器24に与えられる。この第2の警報Eも、第1の警報
Dと同様に差信号F2の大きさを識別できるものである
ことが望ましい。差信号F2はまた溶接電源4内の制御
回路に与えられ、この差信号の大きさに応じて溶接電源
の出力が調整される。これにより被溶接物及び溶接電極
間に与えられる電力が適正値まで増大される。次に第1
図の装置を用いて行なう本発明の溶接方法を説明する。
今、最初アーク検出器9が溶接開始位置から距離Lだけ
先行した位置に停止しており、積分回路7はリセットさ
れているものとする。溶接電極2と被溶接物1との間に
アーク3を発生させて溶接作業を開始すると、電力検出
回路5から被溶接物1及び溶接電極2間に供給された電
力に対応した信号Pが出力され、溶接長設定器6から信
号P/Lが出力される。従つて積分回路7は積算信号B
(=f(p/L)Dt)を出力する。溶接開始時に積分
回路7がリセットされているため、この積算信号Bは溶
接開始時から溶接電極及び被溶接物間に与えられた電力
の積分値を距離して除した値に対応した信号となる。ア
ーク3が溶接開始位置からアーク検出器9の停止位置ま
て移動すると、アーク検出器9がアーク検出信号Aを発
生し、前述の動作により、アーク検出器9が゛アークよ
り速い速度で距離Lだけ移動する。またアーク検出信号
Aは記憶回路8及びリセット回路17に与えられるため
、記憶回路8は溶接開始後距離Lを溶接する間に与えら
れた入熱を距離Lで除した平均溶接入熱に対応した信号
Bを記憶する。次いで積分回路7がリセットされ、積分
回路は再度電力に対応した信号P/Lの積分を開始する
。アーク3が更に距離Lだけ移動するとアーク検出器9
がアーク検出信号Aを発生した後距MLだけ離れた位置
に向つて先行する。またこのアーク検出信号Aが記憶回
路8及びリセット回路17に与えられるため、記憶回路
8は距離Lを溶接する間に与えられた平均溶接入熱に対
応した信号Bを記憶し、続いて積分回路7がリセットさ
れる。以後溶接が終了するまて同様の動作が繰り返され
る。上記のように、記憶回路7に積算信号Bを記憶させ
ると、この記憶回路の出力信号Cを利用して溶接入熱の
調整を行なうことができる。
先ず表示器18を用いてこの信号Cを表示させると、こ
の表示は設定距離Lを溶接する間に学えられた平均の溶
接入熱に対応しているので、この表示に基いて溶接入熱
が適正であるか否かを判断することができ、適正でない
楊合には、これを適正にするよ,,うに溶接電極及び被
溶接物間に与える電力を調整したり溶接速度を調整した
りして溶接を進めることができる。次に図示のように、
基準最大人熱設定器19、上限値検出用比較器20、及
び警報器21を設けた場合には、距離Lを溶接する間の
平均の溶接入熱に対応する信号Cが基準最大人熱(適正
な平均溶接入熱の上限値)に対応する第1の基準信号R
,と比較され、実際の溶接で与えた平均溶接入熱が適正
な平均溶接入熱の上限を超えている場合には警報Dが発
生する。
また比較器20の出力F1を溶接電源4に与えてこの電
源を制御した場合には、溶接入熱が上限値を超えた場合
に溶接電源4の出力が減少され、被溶接物及び溶接電極
間に与えられる電力が適正値に調整される。更に第1図
に示したように、基準最小人熱設定器22、下限値検出
用比較器23、及び警報器24を設けた場合には、距離
Lを溶接する間の平均の溶接入熱に対応する信号Cが適
正な平均溶接入熱の下限値に対応する第2の基準信号R
2と比較され、溶接入熱が適正な入熱の下限に達しない
場合に警報Eが発生する。
また比較器23の出力F2を溶接電源4に与えてこの電
源を制御した場合には、溶接入熱が適正入熱の下限に達
しない場合に溶接電源4の出力が増大され、被溶接物及
び溶接電極間に与えられる電力が適正値に調整される。
尚溶接入熱に対応した信号の表示のみを行なわせる場合
には、当然のことながら第1図において符号19乃至2
4で示した各部は不要である。
また符号19乃至21て示した部分及び符号22乃至2
4で示した部分の一方または双方を設けて、警報の発生
または電源の制御、或いは警報の発生と電源の制御との
双方を行なわせるようにした場合には表示器18を省略
することもできる。次に第2図に本発明の溶接方法を実
施する装置の他の構成例を示す。この実施例ては、積分
回路7から得られる積算信号Bが、瞬時値検出用比較器
25に時々刻々と入力される。比較器25には基準最大
人熱信号発生器19から与えられる第1の基準信号R1
が入力され、比較器25の出力信号F″は瞥報D″を発
生する警報器2「と溶接電源4の制御回路とに入力され
ている。符号22乃至24で示した部分は第1図と全く
同様てある。また第2図の実施例では、被溶接物1の溶
接線1aが湾曲している。このような場合、フレキシブ
ルなネジ杆を用いて第1図と同様な螺進機構によりアー
ク検出器を移動させることも考えられるが、溶接長が長
い場合、及び湾曲部の曲率が大きい場合には実施困難で
ある。そこで、第2図に示す例では、溶接線1aと平行
にガイドレール26を配置してこのガイドレールに沿つ
て駆動源12を有する台車27を走行させ、台車27ば
アーク検出器9を搭載している。台車27を距離Lずつ
移動させて停止させるための構成及び動作は第1・図の
場合と全く同様である。上記のガイドレール26として
は、例えば磁石付きの可撓性を有するガイドレールを用
いることができる。尚アーク検出器9を予め定めた距離
移動させて停止させる移動機構は、第1図及び第2図に
示した例に限定されることなく、被溶接物の形状、溶接
条件等に応じて適宜に他の機構を用いることがてきる。
例えば、被溶接物がT形の断面を有する場合には、ガイ
ドレールを省略して駆動台車を溶接線を含む面と直交す
る被溶接物の面に倣わせることができる。第2図に示し
た装置を用いる場合には、積分回路7から得られる積算
信号Bが瞬時値検出用比較器25に時々刻々入力される
ので、距離Lの溶接が終る前に信号Bの大きさが信号R
1の大きさを超えたときに警報D″が発生し、また溶接
電源4の出力が減少される。
したがつて第2図の装置によると、第1図に示した装置
よりも迅速に溶接入熱の調整を行なうことができる。第
1図及び第2図においては、溶接長設定器6を電力検出
回路5と積分回路7との間に挿入したが、電力検出回路
5の入力側から積分回路7または記憶回路8の出力側ま
での任意の位置に溶接長設定器6を設けることができる
第1図及び第2図に示した例では、基準最大人熱信号設
定器と基準最小人熱設定器とを設けているが、1つの基
準入熱信号を与えた場合に基準入熱信号に対応して予め
定めた大きさの基準最大人熱信号と基準最小人熱信号と
の2つの基準信号を出力するような1個の設定器を用い
るようにして−もよい。
また、1個の基準入熱信号Rを設定値として入力した場
合に、C>R+α(R+αは適正入熱の上限値に対応す
る信号)のときに信号F1を出力し、C<R−α(R−
αは適正入熱の下限値に対応する信号)のときに信号F
2を出力する.ような1個の比較器を用いることもでき
る。また距離Lが常に一定の場合、表示器の表示値を距
離Lで割ることにより平均の溶接入熱値に換算する場合
、或いは基準入熱信号設定器の設定値R1またはR2を
距離Lに応じて設定する場合等に.は、溶接長設定器6
を省略することができる。上記の説明では、距離Lを溶
接する間の平均溶接入熱を問題にしたが、距離Lを溶接
する間に与えられた溶接入熱の総計を求めてこれを表示
させたり、この溶接入熱の総計に対応した信号と、距離
Lを溶接する間に与えるべき適正な溶接入熱の総計の上
限及び(または)下限に対応した信号と比較して警報を
発したり、電源の出力を調整したりすることもできる。
この場合も溶接長設定器6を省略することができる。上
記の実施例では、電力に対応した信号(アナログ量)を
積分回路で積分することにより電力の・積算値に対応す
る信号Bを得るようにしたが、電力に対応した信号をパ
ルス変換して電力に対応する周波数のパルスを得、この
パルス信号の計数値を電力の積算値に対応する信号Bと
することもてきる。
またこのパルス信号を積分してその積分値を積算信号B
とすることもできる。尚第1図または第2図の装置の各
部は、扱う信号がアナログ信号かディジタル信号かによ
つてその構成が異なるのは勿論である。第2図の実施例
においては、積分回路7から得られる積算信号Bを常時
基準信号R1と比較しているが、この比較は一定の時間
間隔をおいて行なわせるようにしてもよい。
以上のように、本発明によれば、溶接速度の検出ができ
ないために溶接入熱の調整が困難であつた手溶接または
半自動溶接において溶接入熱の調整を容易に行なわせる
ことができる利点がある。
【図面の簡単な説明】
第1図及び第2図はそれぞれ本発明のアーク溶接方法を
実施する装置の異なる構成例を示す接続図である。 1・・・・・・被溶接物、1a・・・・・溶接線、2・
・・・・・溶接電極、3・・・・・・アーク、L・・・
・・・予め定めた距離、9・・・・・アーク検出器、A
・・・・・・アーク検出信号、B・・・・・・積算信号
、C・・・・・・積算された電力に対応する信号、D・
・・・・・第1の警報、E・・・・・・第2の警報、D
″・・・・・・警報、R1・・・・・・第1の基準信号
、R2・・・・・・第2の基準信号、Fl,F2・・・
・・・差信号。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1 被溶接物と溶接電極との間に発生させたアークを溶
    接線に沿つて移動させながら溶接を行なうアーク溶接方
    法において、前記溶接線に沿つて移動及び停止が可能な
    アーク検出器を設けるとともに、被溶接物と溶接電極と
    の間に供給された電力に対応した信号の積算動作を行な
    い得るようにし、前記アーク検出器が停止している位置
    をアークが通過したときに前記アーク検出器からアーク
    検出信号を出力させて該アーク検出信号が出力される毎
    に前記アーク検出器をアークの移動速度よりも大なる速
    度で予め定めた距離だけアークに先行して移動させて停
    止させることにより前記アーク検出器の移動と停止とを
    反復させ、また前記アーク検出信号が出力される毎に前
    記積算動作をリセットし、前記電力に対応した信号の積
    算値に対応した信号の表示及び該積算値から求められた
    溶接入熱が適正でないことを示す警報の発生の少なくと
    も一方を行なわせ、前記表示及び警報の一方または双方
    に基いて溶接入熱を調整しつつ溶接を進めることを特徴
    とするアーク溶接方法。 2 前記表示される信号は、順次発生するアーク検出信
    号相互間に積算された電力に対応する信号である特許請
    求の範囲第1項に記載のアーク溶接方法。 3 前記警報は、順次発生するアーク検出信号間で積算
    された電力から求められた溶接入熱に対応した信号が適
    正な溶接入熱に対応した基準信号と異なる場合に発生す
    る特許請求の範囲第1項または第2項に記載のアーク溶
    接方法。 4 前記警報は、順次発生するアーク検出信号間で積算
    された電力から求められた溶接入熱に対応する信号が適
    正な溶接入熱の上限値に対応する基準信号を超えている
    ときに発生する特許請求の範囲第1項または第2項に記
    載のアーク溶接方法。 5 前記警報は、順次発生するアーク検出信号間で積算
    された電力から求められた溶接入熱に対応した信号が適
    正な溶接入熱の下限値に対応した基準信号に達していな
    いときに発生する特許請求の範囲第1項または第2項に
    記載のアーク溶接方法。 6 前記警報は、順次発生するアーク検出信号間で積算
    された電力から求められた溶接入熱に対応する信号が適
    正な溶接入熱の上限値に対応する第1の基準信号を超え
    ているときに発生する第1の警報と、該積算された電力
    から求められた溶接入熱に対応する信号が前記適正な溶
    接入熱の下限値に対応する第2の基準信号に達していな
    いときに発生する第2の警報とからなる特許請求の範囲
    第1項または第2項に記載のアーク溶接方法。 7 前記警報は、前記積算動作の途中で積算値から求め
    られる溶接入熱に対応する信号が適正な溶接入熱の上限
    値に対応する基準信号を超えたときに発生する特許請求
    の範囲第1項または第2項に記載のアーク溶接方法。 8 被溶接物と溶接電極との間に発生させたアークを溶
    接線に沿つて移動させながら溶接を行なうアーク溶接方
    法において、前記溶接線に沿つて移動及び停止が可能な
    アーク検出器を設けるとともに、被溶接物と溶接電極と
    の間に供給された電力に対応した信号の積算動作を行な
    い得るようにし、前記アーク検出器が停止している位置
    をアークが通過したときに前記アーク検出器からアーク
    検出信号を出力させて該アーク検出信号が出力される毎
    に前記アーク検出器をアークの移動速度より大なる速度
    で予め定めた距離だけアークに先行して移動させて停止
    させることにより前記アーク検出器の移動と停止とを反
    復させ、また前記アーク検出信号が出力される毎に前記
    積算動作をリセットし、前記電力に対応した信号の積算
    値に基いて前記被溶接物に与えられた溶接入熱に対応す
    る検出信号を発生させ、前記溶接入熱に対応する検出信
    号と適正な溶接入熱に対応する基準信号とを比較して前
    記検出信号と基準信号との差信号を発生させ、前記差信
    号に対応して前記被溶接物及び溶接電極間に供給される
    電力を調整することにより溶接入熱を適正に保つことを
    特徴とするアーク溶接方法。 9 前記検出信号と基準信号との比較は順次発生するア
    ーク検出信号相互間における積算が終了する毎に行なわ
    れる特許請求の範囲第8項に記載のアーク溶接方法。 10 前記検出信号と基準信号との比較は前記電力に対
    応する信号の積算の途中で常時または所定の時間間隔を
    おいて行なわれる特許請求の範囲第8項に記載のアーク
    溶接方法。 11 前記基準信号は適正な溶接入熱の上限値に対応し
    た第1の基準信号と前記適正な溶接入熱の下限値に対応
    した第2の基準信号とからなり、前記検出信号が第1の
    基準信号より大きいときは前記被溶接物及び溶接電極間
    に与える電力を減少させ、前記検出信号が第2の基準信
    号より小さいときは前記被溶接物及び溶接電極間に与え
    る電力を増大させる特許請求の範囲第8項または第9項
    に記載のアーク溶接方法。 12 前記基準信号は適正な溶接入熱の上限値に対応し
    た信号であり、前記積算動作の途中で前記検出信号が該
    基準信号を超えたときに前記被溶接物及び溶接電極間に
    供給する電力を減少させる特許請求の範囲第8項または
    第10項に記載のアーク溶接方法。
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