JPS6139149B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 この発明は厚板のＩ形またはＩ形類似突合せ開
先をシールドガスの雰囲気中でアークを揺動して
多層溶接するナローギヤツプ自動溶接法に関す
る。

ナローギヤツプ溶接は、溶接入熱が低く、開先
も狭いため高能率で高品質な溶接部が得られる利
点を持つている。しかしながら、開先底面または
溶接ビード表面が開先側壁面と交差するコーナー
部において未溶融部、融合不良部またはスラグ巻
込部を形成することがあり、溶接手直しに要する
時間、労働、溶接材料等の損失がナローギヤツプ
溶接の実用化の重大な障害となつている。

このような難点を解消する方法として種々の溶
接方法が発表されているが、その主流をなすもの
は溶接アークの揺動（ウイービング）によつて融
合不良の発生を防止しようとするものである。こ
の溶接アークの揺動によつてコーナー部の融合不
良の発生を防止できるのは、機械加工等による開
先精度のよい被溶接物に限られているのが現状で
ある。しかし、実際にはこのような被溶接物は少
く、ナローギヤツプ溶接法の実用化にあたつては
開先端の変動があつても確実な溶接が行なわれ、
融合不良等を生じない融合方法を開発する必要が
ある。

ところで、従来のナローギヤツプ溶接では開先
幅に変動があつても融合不良等を発生させないた
め、目視で開先幅の見当をつけ、アークを監視し
ながら手動でワイヤ突出し長さなどを変えてアー
ク揺動振幅を調整していた。しかし、長時間にわ
たつてアーク監視を続けることは困難であり、か
つ大型、厚肉化した被溶接物を手動操作によつて
溶接を行ない、これにより信頼性の高い健全な溶
接部を得ることは実際上極めて困難なことであ
る。

この発明は上記のような事実に着目してなされ
たものである。その目的はナローギヤツプ溶接に
おける融合不良やスラグ巻込みの発生を防止し、
しかも被溶接物の組立精度、すなわち、開先幅に
変動があつてもなんら不都合なく溶接施工可能な
ナローギヤツプ溶接法を提供しようとするもので
ある。

上記目的を達成するため、この発明者等は溶接
ワイヤを一定曲率でもつて円弧状にそ性変形して
溶接トーチに送給し、溶接トーチ軸線を中心とし
かつ溶接線に対して直角方向にワイヤ突出し部を
揺動させるナローギヤツプ溶接法について種々検
討を重ねた結果、少々の開先幅変動があつても融
合不良等が生じない健全な溶接部を得るために
は、ワイヤ突出し部の揺動角を変えてアーク点に
おける揺動振幅を調整することが重要であり、さ
らにアーク揺動端および中央における溶接電流の
瞬時値の差に基づいて揺動振幅を自動的に調整し
得ることを見出した。そして、この特徴によつて
開先幅変動があつても融合不良等のない健全な溶
接部を得ることができるナローギヤツプ自動溶接
を完成するに至つた。

以下、この発明を望ましい実施例について図面
を参照しながら詳細に説明する。

第１図はこの発明が応用されるナローギヤツプ
溶接装置の一例を示す斜視図である。この図面に
おいて、２枚の厚板１が端面を相対させ、Ｉ形開
先２を形成するように配置されており、この開先
２内に溶接ヘツド１１に装着した溶接トーチ１２
が挿入される。一方、例えば1.2mmの細径の溶接
ワイヤ７がワイヤルール１３から送給装置１４に
よりコンジツトチユープ１５を経て曲げくせ付与
機構１６に送られ一定の曲率でもつて円弧状にそ
性変形される。そして、溶接ワイヤ７はワイヤ揺
動板１７において回転ホイール１８に巻き付けら
れ、これを一周したのちガイドチユーブ１９を経
て上記溶接トーチ１２に送給される。ワイヤ揺動
板１７はこれにウオーム・ギヤ機構２０を介して
連結した揺動モータ２１を正転・逆転させること
により矢印Ｒ方向に揺動し、これに伴いワイヤ突
出し部８も溶接トーチ１２の軸線を中心として矢
印Ｓ方向に揺動する。溶接はワイヤ突出し部８を
揺動しながら行ない、溶融プールは溶接トーチ１
２のシールドガス穴２２およびサイドノズル２３
からのシールドガスによつてシールドされる。な
お溶接トーチ１２は水冷穴２４を貫通する冷却水
によつて冷却される。

上記のような装置を用いてナローギヤツプ溶接
を行なう場合、前述のように開先幅が変化したと
きに融合不良等の溶接欠陥を発生する。第２図は
開先幅を一定とし、ワイヤ揺動振幅を変えた場合
におけるアーク状態と溶接電流波形を示したもの
である。第２図イは開先幅に対して揺動振幅が大
きすぎる状態を示したものであり、いわゆる開先
壁３のかじり現象があり、かじられた部分が次の
パスで埋らない欠陥やスラグ巻込みの欠陥が生じ
易くなる。また、この時の電流波形を観察してみ
ると図示のように揺動中央部の電流値ｉ_Cと揺動
右端、左端の電流値ｉ_R，ｉ_Lとの差は第２図ロ，
ハに比べて大きいことがわかる。第２図ロは開先
幅に対して揺動振幅が適切な状態を示したもの
で、欠陥の全くない健全な溶接部が得られる。こ
の時の電流波形は図示のようにｉ_Cとｉ_R，ｉ_Lと
の差は第２図イより小さく、第２図ハより大きく
なつている。第２図ハは開先幅に対して揺動振幅
が小さすぎる状態を示したものであり、開先壁３
までアーク６が届かず、溶接部に融合不良の欠陥
が発生する。また、この時の電流波形は図示のよ
うにｉ_Cとｉ_R，ｉ_Lとの差は第２図イ，ロに比べ
て小さい。

この発明では上記のようにアーク揺動端および
中央における溶接電流の瞬時値の差によつて揺動
振幅の適・不適を検知する。この場合、溶接トー
チ１２がちようど開先端の中心線上に位置してい
ると揺動右端における電流ｉ_Rと左端における電
流ｉ_Lとは殆んど等しく、両端のうち何れか一方
の電流と揺動中央における電流ｉ_Cとを比較すれ
ばよい。溶接トーチ１２が開先２内で偏つて位置
する場合には、揺動右端のｉ_Rとｉ_Lとの平均値を
揺動中央における電流ｉ_Cと比較する。

したがつて被溶接物１と溶接トーチ１２の距離
が溶接中に変つたとしても揺動中央部の電流ｉ_C
と揺動両端部の電流（ｉ_R又はｉ_L）の相対的変化
を検出することになるためその影響は受けない。

上記のようにして揺動振幅の不適が検知された
ならば、ワイヤ突出し長さを一定とし、揺動角を
変えて揺動振幅を適正値に修正する。第３図は溶
接トーチ１２から溶接ワイヤ８が一定の突出し長
さで突出された状態において溶接ワイヤ８を揺動
した場合を下方より見た図面である。同図におい
て、ワイヤ揺動角がα_１の時の揺動振幅はd₁であ
り、ワイヤ揺動角がα_２の時の揺動振幅はd₂とな
る。すなわち、ワイヤ揺動角を180゜まで増加す
るに従つてワイヤ先端の揺動振幅は大きくなるこ
とになる。

つぎに、この発明では上記電流値の差に基づき
溶接ワイヤの揺動角を自動的に変え、溶接アーク
の揺動振幅を制御する。第４図はこのような制御
回路の一例を示すブロツク図である。図において
被溶接物１と溶接電源３１の陰極との間に挿入し
たシヤント３２により溶接電流を検出する。検出
された溶接電流の信号はゲート回路３３に入力さ
れ、後述のポジシヨンコントロール３８からの指
令により揺動中央部の電流信号ｉ_C、両端部の電
流信号ｉ_Rおよびｉ_Lがそれぞれ別にゲート回路３
３から出力される。ゲート回路３３からの電流信
号ｉ_Rおよびｉ_Lはそれぞれ記憶装置３４および３
５に入力され、記憶される。また、揺動中央部の
電流信号ｉ_Cはゲート回路３３により揺動１サイ
クルに１回出力されるようになつており、演算回
路３７に入力される。さらに、記憶装置３４およ
び３５に書き込まれた電流信号ｉ_Rおよびｉ_Lは電
流信号ｉ_Cのゲートが開いたときに読み出され、
平均回路３６に入力される。電流信号ｉ_Rおよび
ｉ_Lは平均回路３６において両信号の平均値が演
算され、求められた平均値の信号imが上記演算
回路３７に電流信号ｉ_Cと共に入力される。そし
て、両信号の差が演算回路３７において演算され
ると共に予め設定された基準値と比較される。ま
た、ポジシヨンコントロール３８には位置検出器
２６および手動振幅設定器３９からの信号が入力
され、上記演算回路３７からの信号と比較されて
その偏差信号はモータ駆動回路４０に入力され
る。前記揺動モータ２１はモータ駆動回路４０か
らの信号によつて反転する位置すなわち揺動角が
制御され、これによつて揺動振幅が自動制御され
る。なお、ポジシヨンコントロール３８は揺動モ
ータ４０の反転位置を制御するだけではなく、揺
動両端における溶接ワイヤの停止時間を制御した
り、前記ゲート回路３３の開閉を制御して所要の
タイミングで電流信号ｉ_R，ｉ_Lおよびｉ_Cを出力
する機能を有している。また、上記位置検出器２
６は第１図に示すように前記ウオーム・ギヤ機構
２０に作動連結して、揺動板１７すなわち溶接ワ
イヤ突出し部８の回動角を検出する。

以上、詳細に説明したようにこの発明では揺動
端および中央部において溶接電流の瞬時値を検出
し、これに基づいて溶接アークの揺動振幅を調整
するようにしているので、たとえば被溶接物１と
溶接トーチ１２との距離が変つたとしても、常に
開先幅に対して適正な揺動振幅を得ることがで
き、融合不良、スラグ巻込みなどの溶接欠陥を発
生することなしにナローギヤツプ溶接を行なうこ
とができる。また、揺動振幅の調整を自動的に行
なうようにしているので、作業能率の向上および
労力の軽減を図ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の方法が応用されるナローギ
ヤツプ溶接装置の一例を示す斜視図、第２図は開
先幅を一定とし、ワイヤ揺動振幅を変えた場合に
おけるアーク状態と溶接電流波形を示す図面、第
３図はワイヤ揺動角と揺動振幅との関係を説明す
る図、および第４図はアーク揺動振幅を自動制御
する装置のブロツク図である。 １…被溶接物、２…開先、３…開先壁、６…ア
ーク、８…溶接ワイヤ、１１…溶接ヘツド、１２
…溶接トーチ、１６…ワイヤ曲げくせ付与機構、
１７…揺動板、２１…揺動モータ、２６…位置検
出器、３１…溶接電源、３２…シヤント、３３…
ゲート回路、３４，３５…記憶装置、３６…平均
回路、３７…演算回路、３８…ポジシヨンコント
ロール、３９…手動振幅設定器、４０…モータ駆
動回路。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 溶接ワイヤを一定曲率でもつて円弧状にそ性
   変形して揺動板を通過させてから溶接トーチに送
   給し、溶接トーチ軸線を中心として該揺動板を揺
   動することによりワイヤ突き出し部を揺動させ、
   厚板のＩ型またはＩ型類似開先をシールドガス雰
   囲気中で多層溶接する溶接方法において、アーク
   揺動端および中央における溶接電流の瞬時値を検
   出し、両瞬時値を比較演算してその差が一定の値
   なるように差が大なる時は揺動振幅を狭め、差が
   小なる時は揺動振幅を広げるように前記揺動板の
   揺動角を制御して溶接ワイヤの揺動角を調整しな
   がら溶接することを特徴とするナローギヤツプ自
   動溶接法。