JPS6119342B2 - - Google Patents
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- JPS6119342B2 JPS6119342B2 JP11347581A JP11347581A JPS6119342B2 JP S6119342 B2 JPS6119342 B2 JP S6119342B2 JP 11347581 A JP11347581 A JP 11347581A JP 11347581 A JP11347581 A JP 11347581A JP S6119342 B2 JPS6119342 B2 JP S6119342B2
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- JP
- Japan
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- wire
- filler wire
- welding
- temperature
- molten pool
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Links
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Classifications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
- B23K9/00—Arc welding or cutting
- B23K9/12—Automatic feeding or moving of electrodes or work for spot or seam welding or cutting
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Plasma & Fusion (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Arc Welding In General (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】
本発明はホツトワイヤテイグ（TIG）溶接に係
り、特にフイラーワイヤ送給位置の温度をモニタ
リングして高品質の溶接部を得るに好適なホツト
ワイヤTIG溶接制御方法に関するものである。
り、特にフイラーワイヤ送給位置の温度をモニタ
リングして高品質の溶接部を得るに好適なホツト
ワイヤTIG溶接制御方法に関するものである。
ホツトワイヤTIG溶接法は第１図に示すように
フイラーワイヤの先端を溶融プールに突込み、フ
イラーワイヤ送給用コンタクトチツプと溶融プー
ル間に通電してフイラーワイヤを加熱し、フイラ
ーワイヤの溶融を容易にすることによつて溶着量
の増加を図る方法である。このような高能率なホ
ツトワイヤTIG溶接法として文献（Welding
Journal，Vol47，No.５（1968）386〜393P，
Vol49，No.５（1970），363〜371P）及び特許（U.
SPat.3122629）に示されるようにフイラーワイヤ
に交流電流を、非消耗電極に直流電流をそれぞれ
通電している例があり公知である。上記の例では
フイラーワイヤと非消耗電極に同時に電流を流す
ため、非消耗電極に発生したアークは磁気干渉を
起こし溶接結果に悪影響を及ぼすという欠点があ
る。そこでこれを解消するため、フイラーワイヤ
と非消耗電極に通電する電流を交互に切換える方
式が米国特許第3627974号としてある。以上のよ
うに高能率なアーク溶接法としてホツトワイヤ
TIG溶接法は適用拡大が図られている。ところ
が、このホツトワイヤTIG溶接法ではフイラーワ
イヤの送給位置が溶接部の品質を大きく影響す
る。第２図に示すように、フイラーワイヤ送給位
置ｘがTIG電極直下の点ｏに対し接近した場合、
フイラーワイヤの先端部はアークで直接溶融さ
れ、球状になつて落下する。このためフイラーワ
イヤは溶融プールと接触しない状態となり、フイ
ラーワイヤの通電による加熱が安定に行なわれ
ず、高溶着量は期待できない。またこの時フイラ
ーワイヤと母材間に印加された電圧によりフイラ
ーワイヤ先端から不安定なアークが発生したりす
る。逆に第３図のようにワイヤ送給位置ｘがｏ点
に対し離れすぎた場合、送給位置付近の溶融プー
ルの温度が低いためフイラーワイヤは完全に溶融
しない。このため溶接部に未溶融の部分が残留
し、欠陥が発生する。以上のように、フイラーワ
イヤの送給位置は溶接結果は非常に大きな影響を
与える因子である。従来はフイラーワイヤの送給
位置は溶接条件や開先形状に応じて、あらかじめ
半固定の状態にしておき、溶接中に溶接士が溶接
部を監視しながら、その位置を常時微調整してい
る。従つて溶接を自動化しようとする場合、フイ
ラーワイヤの送給位置の制御をどうするかという
ことが大きな課題となつている。
フイラーワイヤの先端を溶融プールに突込み、フ
イラーワイヤ送給用コンタクトチツプと溶融プー
ル間に通電してフイラーワイヤを加熱し、フイラ
ーワイヤの溶融を容易にすることによつて溶着量
の増加を図る方法である。このような高能率なホ
ツトワイヤTIG溶接法として文献（Welding
Journal，Vol47，No.５（1968）386〜393P，
Vol49，No.５（1970），363〜371P）及び特許（U.
SPat.3122629）に示されるようにフイラーワイヤ
に交流電流を、非消耗電極に直流電流をそれぞれ
通電している例があり公知である。上記の例では
フイラーワイヤと非消耗電極に同時に電流を流す
ため、非消耗電極に発生したアークは磁気干渉を
起こし溶接結果に悪影響を及ぼすという欠点があ
る。そこでこれを解消するため、フイラーワイヤ
と非消耗電極に通電する電流を交互に切換える方
式が米国特許第3627974号としてある。以上のよ
うに高能率なアーク溶接法としてホツトワイヤ
TIG溶接法は適用拡大が図られている。ところ
が、このホツトワイヤTIG溶接法ではフイラーワ
イヤの送給位置が溶接部の品質を大きく影響す
る。第２図に示すように、フイラーワイヤ送給位
置ｘがTIG電極直下の点ｏに対し接近した場合、
フイラーワイヤの先端部はアークで直接溶融さ
れ、球状になつて落下する。このためフイラーワ
イヤは溶融プールと接触しない状態となり、フイ
ラーワイヤの通電による加熱が安定に行なわれ
ず、高溶着量は期待できない。またこの時フイラ
ーワイヤと母材間に印加された電圧によりフイラ
ーワイヤ先端から不安定なアークが発生したりす
る。逆に第３図のようにワイヤ送給位置ｘがｏ点
に対し離れすぎた場合、送給位置付近の溶融プー
ルの温度が低いためフイラーワイヤは完全に溶融
しない。このため溶接部に未溶融の部分が残留
し、欠陥が発生する。以上のように、フイラーワ
イヤの送給位置は溶接結果は非常に大きな影響を
与える因子である。従来はフイラーワイヤの送給
位置は溶接条件や開先形状に応じて、あらかじめ
半固定の状態にしておき、溶接中に溶接士が溶接
部を監視しながら、その位置を常時微調整してい
る。従つて溶接を自動化しようとする場合、フイ
ラーワイヤの送給位置の制御をどうするかという
ことが大きな課題となつている。
本発明の目的はホツトワイヤTIG溶接において
フイラーワイヤの送給位置が最適になるように、
フイラーワイヤが溶融プールと接触する点の溶融
プール表面温度を検出し、検出温度に応じてフイ
ラーワイヤ送給位置を制御するホツトワイヤTIG
溶接法を提供するにある。
フイラーワイヤの送給位置が最適になるように、
フイラーワイヤが溶融プールと接触する点の溶融
プール表面温度を検出し、検出温度に応じてフイ
ラーワイヤ送給位置を制御するホツトワイヤTIG
溶接法を提供するにある。
ホツトワイヤTIG溶接において、溶融プールの
温度はTIG電極直下が200℃以上、周縁部分すな
わち第３図のＸの位置近傍が1400〜1500℃である
ので、溶融プールは制御に利用できる温度分布を
有している。ホツトワイヤTIG溶接では通電加熱
されたワイヤが溶融プールのどの位置に送給され
るかということは、溶接部の品質に大きく影響す
る。すなわち、良好な溶接部を得るためには、通
電加熱されるワイヤが常に溶融プールと接触し加
熱が安定に行なわれ、かつ送給されるワイヤが完
全に溶融し、良好なビード形状となる必要があ
る。このためには、ワイヤの送給量、ワイヤの通
電電流、ワイヤの送給位置が重要な因子となる。
ワイヤの送給量及びワイヤの通電電流は要求され
る溶着量やTIG電流に応じて、ある適正条件が定
まる。そしてこれらの自動制御は容易に達成可能
であり、実際に行なわれている。しかし、ワイヤ
の送給位置の自動制御は行なわれていない。ワイ
ヤ送給位置以外の他の溶接条件が適正であつて
も、ワイヤ送給位置によつて良好な溶接部が得ら
れたり、不良が溶接部が得られたりする。従つて
溶接中、最適な位置にワイヤを送給するように制
御する必要がある。この最適なワイヤ送給位置は
送給位置の溶融プールの温度と密接な関係があ
る。本発明は、ワイヤが溶融プールに接触する点
の溶融プール表面温度を検出し、検出した温度に
応じたワイヤの送給位置を制御するようにしたも
のである。なお本発明においては、非消耗電極に
流す電流をパルス状にして小さいベース電流のと
きに溶融プールの表面温度を検出する。
温度はTIG電極直下が200℃以上、周縁部分すな
わち第３図のＸの位置近傍が1400〜1500℃である
ので、溶融プールは制御に利用できる温度分布を
有している。ホツトワイヤTIG溶接では通電加熱
されたワイヤが溶融プールのどの位置に送給され
るかということは、溶接部の品質に大きく影響す
る。すなわち、良好な溶接部を得るためには、通
電加熱されるワイヤが常に溶融プールと接触し加
熱が安定に行なわれ、かつ送給されるワイヤが完
全に溶融し、良好なビード形状となる必要があ
る。このためには、ワイヤの送給量、ワイヤの通
電電流、ワイヤの送給位置が重要な因子となる。
ワイヤの送給量及びワイヤの通電電流は要求され
る溶着量やTIG電流に応じて、ある適正条件が定
まる。そしてこれらの自動制御は容易に達成可能
であり、実際に行なわれている。しかし、ワイヤ
の送給位置の自動制御は行なわれていない。ワイ
ヤ送給位置以外の他の溶接条件が適正であつて
も、ワイヤ送給位置によつて良好な溶接部が得ら
れたり、不良が溶接部が得られたりする。従つて
溶接中、最適な位置にワイヤを送給するように制
御する必要がある。この最適なワイヤ送給位置は
送給位置の溶融プールの温度と密接な関係があ
る。本発明は、ワイヤが溶融プールに接触する点
の溶融プール表面温度を検出し、検出した温度に
応じたワイヤの送給位置を制御するようにしたも
のである。なお本発明においては、非消耗電極に
流す電流をパルス状にして小さいベース電流のと
きに溶融プールの表面温度を検出する。
以下、本発明の実施例につき図を用いて説明す
る。第４図において、TIGトーチ２のタングステ
ン電極１と被溶接材４の間にアーク３を発生さ
せ、溶融プール７を形成させる。形成された溶融
プールにフイラーワイヤ５の先端を突込み、フイ
ラーワイヤ通電用コンタクトチツプ６と被溶接材
４の間に通電してフイラーワイヤを抵抗加熱しな
がら送給する。フイラーワイヤと溶融プールが接
触する点の温度検出を行うため、赤外線温度検出
用光学ヘツド１０がコンタクトチツプと一体化し
てTIGトーチ２に取付治具１２及び駆動軸１３を
介して取り付けられている。駆動軸１３には直流
モータ１４が取り付けられ、直流モータ及び駆動
軸の回転によつて、温度検出用光学ヘツド及びコ
ンタクトチツプは図面上で左右方向に移動するよ
うになつている。温度検出用光学ヘツド１０には
温度測定点からの赤外放射エネルギーを集束する
レンズ２０が設けられている。また温度検出用光
学ヘツド１０には、レンズ２０で集束された赤外
線を伝送する光フアイバ１１の一端が、配設され
ている。光フアイバの他端は赤外線温度検出装置
１５がつながれている。この赤外線温度検出装置
１５にはPbS赤外線検出素子が組み込まれてお
り、ここで赤外放射エネルギーを電気信号に変換
する。赤外線温度検出装置１５の出力は温度変換
増幅器１６で増幅され比較演算器１８に送られ
る。一方、温度設定器１７はあらかじめ求めたフ
イラーワイヤの最適送給位置とその温度との関係
に従つて最適な温度を設定し、設定された温度信
号と検出された温度信号とは比較演算器で比較さ
れる。比較演算器１８はモータ駆動回路１９につ
ながれ、比較演算結果を受けて直流モータ１４を
正又は逆回転させる。以下、動作ついて説明す
る。第４図に示すように、電極１の直下の点０を
原点に溶接方向と反対方向をｘ軸とする。ワイヤ
送給位置を電極直下後方の溶接線上の点Ｐとす
る。赤外線温度検出用光学ヘツド１０はＰ点の直
前方の点からの赤外放射エネルギーを集光するよ
うにコンタクトチツプ６に取り付けられてある。
検出した温度をTx（℃）、最適な設定温度をＴ
（℃）とする。比較演算器１８ではＴとTxを比較
し、その差Ｔ−Txに対応した出力Ｅ（Ｔ−Tx）
が出力される。この出力信号に応じてモータ駆動
回路１９より直流モータ１４は駆動され、コンタ
クトチツプ６及び温度検出用光学ヘツドは比較演
算器の出力が零、すなわちＴ＝Txになるように
溶接線の前後方向に移動する。例えば、Ｐ点の検
出温度Txが設定温度Ｔより低い場合、コンタク
トチツプ６及び赤外線温度検出用光学ヘツドはタ
ングステン電極側にＴ＝Txになるまで移動する
ように自動制御される。なお、本実施例ではタン
グステン電極とフイラーワイヤの通電電流は第５
図に示すような電流波形を用いた。これは、溶融
プールの表面温度の検出においては、タングステ
ン電極とフイラーワイヤに同時に電流を流した場
合、タングステン電極に発生したアーク光の影響
を受け正確な温度検出ができない。しかし、第５
図のようにタングステン電極とフイラーワイヤに
交互に通電すると、タングステン電極のピーク電
流ＩTP時にはアーク光の影響を受けるが、ワイヤ
のピーク電流（ＩWP）時にはタングステン電極の
アーク光の影響を受けることなく温度検出が可能
である。この時タングステン電極に流すベース電
流は30A以下にしてアーク光の影響を防止してい
る。第６図にこの時の検出温度信号の例を示す。
ＩTP時には温度信号がアーク光の影響で乱れてい
るが、ＩWP時には安定な温度信号が得られる。そ
こで、本実施例で述べた検出温度Txはワイヤ通
電時twの中間の時の温度を用いて制御を行つて
いる。本実施例によれば、フイラーワイヤが常に
溶融プールと接触し安定したフイラーワイヤの通
電加熱が行なわれ、かつ最適なフイラーワイヤの
送給位置の制御が可能であるという効果がある。
なお、TIG溶接における溶融プールの温度は、ア
ーク長が溶接電流によつても変動するが、アーク
長についてはアーク電圧を検出して制御する技術
が確立されており、溶接電流についてはICやト
ランジスタを用い数％程度の誤差で制御する方法
が確立されている。
る。第４図において、TIGトーチ２のタングステ
ン電極１と被溶接材４の間にアーク３を発生さ
せ、溶融プール７を形成させる。形成された溶融
プールにフイラーワイヤ５の先端を突込み、フイ
ラーワイヤ通電用コンタクトチツプ６と被溶接材
４の間に通電してフイラーワイヤを抵抗加熱しな
がら送給する。フイラーワイヤと溶融プールが接
触する点の温度検出を行うため、赤外線温度検出
用光学ヘツド１０がコンタクトチツプと一体化し
てTIGトーチ２に取付治具１２及び駆動軸１３を
介して取り付けられている。駆動軸１３には直流
モータ１４が取り付けられ、直流モータ及び駆動
軸の回転によつて、温度検出用光学ヘツド及びコ
ンタクトチツプは図面上で左右方向に移動するよ
うになつている。温度検出用光学ヘツド１０には
温度測定点からの赤外放射エネルギーを集束する
レンズ２０が設けられている。また温度検出用光
学ヘツド１０には、レンズ２０で集束された赤外
線を伝送する光フアイバ１１の一端が、配設され
ている。光フアイバの他端は赤外線温度検出装置
１５がつながれている。この赤外線温度検出装置
１５にはPbS赤外線検出素子が組み込まれてお
り、ここで赤外放射エネルギーを電気信号に変換
する。赤外線温度検出装置１５の出力は温度変換
増幅器１６で増幅され比較演算器１８に送られ
る。一方、温度設定器１７はあらかじめ求めたフ
イラーワイヤの最適送給位置とその温度との関係
に従つて最適な温度を設定し、設定された温度信
号と検出された温度信号とは比較演算器で比較さ
れる。比較演算器１８はモータ駆動回路１９につ
ながれ、比較演算結果を受けて直流モータ１４を
正又は逆回転させる。以下、動作ついて説明す
る。第４図に示すように、電極１の直下の点０を
原点に溶接方向と反対方向をｘ軸とする。ワイヤ
送給位置を電極直下後方の溶接線上の点Ｐとす
る。赤外線温度検出用光学ヘツド１０はＰ点の直
前方の点からの赤外放射エネルギーを集光するよ
うにコンタクトチツプ６に取り付けられてある。
検出した温度をTx（℃）、最適な設定温度をＴ
（℃）とする。比較演算器１８ではＴとTxを比較
し、その差Ｔ−Txに対応した出力Ｅ（Ｔ−Tx）
が出力される。この出力信号に応じてモータ駆動
回路１９より直流モータ１４は駆動され、コンタ
クトチツプ６及び温度検出用光学ヘツドは比較演
算器の出力が零、すなわちＴ＝Txになるように
溶接線の前後方向に移動する。例えば、Ｐ点の検
出温度Txが設定温度Ｔより低い場合、コンタク
トチツプ６及び赤外線温度検出用光学ヘツドはタ
ングステン電極側にＴ＝Txになるまで移動する
ように自動制御される。なお、本実施例ではタン
グステン電極とフイラーワイヤの通電電流は第５
図に示すような電流波形を用いた。これは、溶融
プールの表面温度の検出においては、タングステ
ン電極とフイラーワイヤに同時に電流を流した場
合、タングステン電極に発生したアーク光の影響
を受け正確な温度検出ができない。しかし、第５
図のようにタングステン電極とフイラーワイヤに
交互に通電すると、タングステン電極のピーク電
流ＩTP時にはアーク光の影響を受けるが、ワイヤ
のピーク電流（ＩWP）時にはタングステン電極の
アーク光の影響を受けることなく温度検出が可能
である。この時タングステン電極に流すベース電
流は30A以下にしてアーク光の影響を防止してい
る。第６図にこの時の検出温度信号の例を示す。
ＩTP時には温度信号がアーク光の影響で乱れてい
るが、ＩWP時には安定な温度信号が得られる。そ
こで、本実施例で述べた検出温度Txはワイヤ通
電時twの中間の時の温度を用いて制御を行つて
いる。本実施例によれば、フイラーワイヤが常に
溶融プールと接触し安定したフイラーワイヤの通
電加熱が行なわれ、かつ最適なフイラーワイヤの
送給位置の制御が可能であるという効果がある。
なお、TIG溶接における溶融プールの温度は、ア
ーク長が溶接電流によつても変動するが、アーク
長についてはアーク電圧を検出して制御する技術
が確立されており、溶接電流についてはICやト
ランジスタを用い数％程度の誤差で制御する方法
が確立されている。
本発明によれば、ホツトワイヤTIG溶接におい
て、フイラーワイヤの最適な送給位置の自動制御
ができるので、ワイヤの安定した加熱、ワイヤの
完全溶融が図れ、高品質の溶接部が得られるとい
う効果がある。また、ワイヤ送給位置の自動制市
により、溶接士が溶接中にワイヤ送給位置を微調
整する必要がなく省人化の効果がある。
て、フイラーワイヤの最適な送給位置の自動制御
ができるので、ワイヤの安定した加熱、ワイヤの
完全溶融が図れ、高品質の溶接部が得られるとい
う効果がある。また、ワイヤ送給位置の自動制市
により、溶接士が溶接中にワイヤ送給位置を微調
整する必要がなく省人化の効果がある。
第１図はホツトワイヤTIG溶接の基本原理を説
明する概略図、第２図、第３図はワイヤ送給位置
を説明する溶接部の縦断面図、第４図は本発明の
構成を説明する全体構成図、第５図は電流波形
図、第６図は検出温度信号を示す図である。 １……タングステン電極、２……TIGトーチ、
３……TIGアーク、４……被溶接材、５……フイ
ラーワイヤ、６……コンタクトチツプ、７……溶
融プール、８……TIG用電源、９……ワイヤ用電
源、１０……赤外線温度検出用光学ヘツド、１１
……光フアイバ、１４……直流モータ、１５……
赤外線温度検出装置、１６……温度変換増幅器、
１７……温度設定器、１８……比較演算器、１９
……モータ駆動回路。
明する概略図、第２図、第３図はワイヤ送給位置
を説明する溶接部の縦断面図、第４図は本発明の
構成を説明する全体構成図、第５図は電流波形
図、第６図は検出温度信号を示す図である。 １……タングステン電極、２……TIGトーチ、
３……TIGアーク、４……被溶接材、５……フイ
ラーワイヤ、６……コンタクトチツプ、７……溶
融プール、８……TIG用電源、９……ワイヤ用電
源、１０……赤外線温度検出用光学ヘツド、１１
……光フアイバ、１４……直流モータ、１５……
赤外線温度検出装置、１６……温度変換増幅器、
１７……温度設定器、１８……比較演算器、１９
……モータ駆動回路。
Claims (1)
- １ 不活性シールドガス中で非消耗電極により被
溶接材上にアークを発生させ、形成した溶融プー
ル中にフイラワイヤを送給し、且つ該非消耗電極
と該フイラワイヤに交互に通電して溶接する方法
において、前記非消耗電極に流す電流をパルス状
にして該電流が小さいベース電流時に前記フイラ
ワイヤが溶融プールに接触する点の該溶融プール
の表面温度を検出し、該表面温度に基づいて前記
フイラワイヤの送給位置を制御することを特徴と
するホツトワイヤTIG溶接法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP11347581A JPS5816774A (ja) | 1981-07-22 | 1981-07-22 | ホットワイヤｔｉｇ溶接法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP11347581A JPS5816774A (ja) | 1981-07-22 | 1981-07-22 | ホットワイヤｔｉｇ溶接法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS5816774A JPS5816774A (ja) | 1983-01-31 |
| JPS6119342B2 true JPS6119342B2 (ja) | 1986-05-16 |
Family
ID=14613201
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP11347581A Granted JPS5816774A (ja) | 1981-07-22 | 1981-07-22 | ホットワイヤｔｉｇ溶接法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS5816774A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN103862136A (zh) * | 2014-03-14 | 2014-06-18 | 吉林大学 | 熔焊过程的监测装置及监测方法 |
Families Citing this family (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
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1981
- 1981-07-22 JP JP11347581A patent/JPS5816774A/ja active Granted
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Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS5816774A (ja) | 1983-01-31 |
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