JPS62110874A - フイラ−ワイヤの送給制御方法 - 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】 ［産業上の利用分野］ 本発明はＴＩＧ溶接におけるフィラーワイヤの送給制御
方法に関し、詳細には比較的簡単な機構でフィラーワイ
ヤ送給位置の不適正を検知し正しい位置へ戻すことによ
り美麗な溶接ビードを得る技術に関するものである。

［従来の技術］ ＴＩＧ溶接においては溶加材としてフィラーワイヤが使
用されるが、健全で且つ美麗な溶接部を得る上でフィラ
ーワイヤの送給位置を適正に保つことは極めて重要なポ
イントとなる。フィラーワイヤの送給位置が適正でない
場合は、該ワイヤの溶融速度が不均一となり、例えば母
材に接近し過ぎていると溶加材過剰になって溶接ビード
の一部がオーバラップ気味となり、逆に母材から離れ過
ぎると、溶加材不足になってアンダーカット気味となり
、ビードの不揃いや継手性能の低下を招く。その為フィ
ラーワイヤ送給位置の設定に当たっては、ワイヤに直進
性或は適度の曲げぐせを与える為の矯正機構を設ける他
、溶接電極に対する適正位置を安定に保持してフィラー
ワイヤが送給される様細心の注意が払われる。しかしな
がら実際のＴＩＧ溶接工程ではフィラーワイヤの僅かな
歪曲、突出し長さの変化、送給チップの摩耗等により送
給位置が変動することは避けられない為、該変動に応じ
た位置調整が必要となる。こうした要求に対処すべく例
えば特公昭５１−１４１０１号公報に開示される様なフ
ィラーワイヤの送給位置自動調整方法が提案されている
。この方法は、フィラーワイヤ送給ノズルと被溶接材間
に生ずる電圧が該ワイヤの送給位置によって変動する現
象を利用し、該電圧が極カ一定となる様にフィラーワイ
ヤの送給位置を自動的にコントロールしようとするもの
であり、それなりの効果は期待できる。

［発明が解決しようとする問題点コ ところがフィラーワイヤと被溶接材間に生ずる電圧は、
該ワイヤの送給位置だけでなくワイヤ送給量等の外部要
因によりでもかなり変動し、殊に溶着率向上の為フィラ
ーワイヤを通電加熱する様な場合は、印加電流の影響も
加わって電圧は１００ｍＶ〜２■程度に亘って大きく変
動する。

従ってこうした電圧変動にもかかわらずフィラーワイヤ
送給位置の異常を確実に検知する為には、前述の様な外
部要因による電圧変化を打ち消す為の複雑な補正手段が
必要となり、制御機構が非常に複雑になるという問題が
あった。殊に円形、球形、くら型の如く溶接線が３次元
的に変化し且つその姿勢に応じて溶接条件を変えなけれ
ばならない溶接に適用する場合は、広い溶接条件でフィ
ラーワイヤの送給位置を制御する必要がある為、前述の
様な方法を実用化することは非常に困難であった。

本発明はこうした事情に着目してなされたものであって
、その目的は、フィラーワイヤの送給異常を簡単な機構
で確実に検知し、該ワイヤの送給位置を的確に制御する
ことのできる技術を提供しようとするものである。

［問題点を解決する為の手段］ 本発明に係る制御方法の構成は、ＴＩＧ溶接におけるフ
ィラーワイヤの送給制御方法であって、最良の溶接状況
下における単位時間内の被溶接材に対するフィラーワイ
ヤの接触・離隔回数を標準接触・離隔回数として予め求
めておき、実溶接時の接触・離隔回数を該実溶接時の前
記単位時間内におけるフィラーワイヤと被溶接材間の電
圧及び／又は電流の急変回数として検知し、該実測接触
・１ｌＩｉ隔回数が前記標準接触・離隔回数より多いと
きはフィラーワイヤを被溶接材に近づける方向へ移動さ
せ、該実測接触・離隔回数が前記標準接触・離隔回数よ
りも少ないときはフィラーワイヤを被溶接材から離れる
方法へ移動させるところに要旨が存在する。

［作用］ 本発明は、Ｔ工Ｇ溶接におけるフィラーワイヤと被溶接
材間の電圧及び／又は電流を検知要素とするものである
が、従来例の様に該電圧や電流の絶対値に基づいて制御
の判断を下すのではなく、該電圧及び／又は電流の急変
によって確認することのできる「被溶接材と・フィラー
ワイヤとの接触・離隔回数」を判断基礎とするものであ
る。即ち電圧及び／又は電流の絶対値が外部要因によっ
て変動することは先に述べた通りであるが、以下に詳述
する如く母材とフィラーワイヤとの接触・離隔時に生ず
る電圧及び／又は電流の変動は極めて急激であるから、
その急変回数を検知することができれば、単位時間内に
おける接触・離隔回数を容易に知ることができる。しか
も本発明者らが確認したところによると、フィラーワイ
ヤの接触・離隔回数と溶接状況の間には密接な関係があ
り、良好な溶接状況が得られているときの前記接触・離
隔回数は比較的狭い範囲内に収まっており、溶接異常が
生じた時には該移行回数も急変しているという事実をつ
きとめた。ちなみに第１図（Ａ）はＴＩＧ溶接時におけ
るフィラーワイヤＦの挙動を示す模式図（図中Ｔは電極
、Ｍは被溶接材、Ａは溶接アークを示す）、第１図（Ｂ
）は上記に対応するフィラーワイヤＦと被溶接材（母材
）Ｍ間の電圧変動を示すものであり（各図の■〜■は夫
々対応している）、第１図（Ａ）における■の状態から
■の状態に移った時点では、フィラーワイヤＦが接触状
態から離隔状態へ容性する為電圧の絶対値は急激に大き
くなり、■の状態ではフィラーワイヤＦが離隔状態から
接触状態になる為一定の電流が流れ、電圧は定常状態に
復帰する。そして上記のと■の中間における溶滴移行段
階■では、■の状態で急激に低下した電圧が徐々に定常
電圧まで復帰してくる。この様にＴＩＧ溶接工程では、
フィラーワイヤＦと被溶接材Ｍ間の接触と離隔を電圧の
急変によって確認でき（勿論電流の急変によっても同様
に確認することができる）。従ってこの急変回数により
接触・離隔回数を容易に確認し得る訳であるが、単位時
間内におけるこの接触・離隔回数とフィラーワイヤ／被
溶接材間距離の間にはある範囲では一定の正の相関関係
があることを確認した。即ち上記距離が短か過ぎる場合
は実質的に接触状態を維持したままで溶接が進行する為
前記接触・離隔回数は非常に少なくなり、一方上記距離
が長くなるにつれて接触・離隔回数は増大してくるが、
適正な溶接状況が得られているときの接触・離隔回数は
比較的狭い範囲に収まる。従って溶接条件等に応じて最
適の溶接状況が得られるときの前記接触・離隔回数を標
準接触・離隔回数として予め求めておき、実溶接時にお
ける接触・離隔回数を前記標準接触・離隔回数と比較し
つつ、該標準接触・離隔回数に近づける様にフィラーワ
イヤと被溶接材間の距離を調節してやれば、ＴＩＧ溶接
を極めて円滑に遂行することができる。具体的には、実
測接触・離隔回数が標準接触・離隔回数よりも多いとき
はフィラーワイヤが被溶接材に近接し過ぎていることを
表わしているから、フィラーワイヤを被溶接材から離す
方向へ移動させればよく、逆の場合はフィラーワイヤが
被溶接材から離れ過ぎていることを表わしているから、
フィラーワイヤを被溶接材へ近づける方向に移動させれ
ばよい。上記と同様の趣旨で、フィラーワイヤの接触か
ら次の離隔までに要する時間によって接触・離隔頻度を
求め、同様の制御を行なうことも可能である。

ところで通常のＴＩＧ溶接では殆んどの場合窓アーク長
制御によるウィービング制御が行なわれるが、この制御
方法においては、開先（特に■開先等の様に開先角度が
９０度未満のもの）の両端部側と中央部ではワイヤ／母
材間の距離状況は当然に異なってくる。即ち開先両端部
側では、フィラーワイヤ送給ノズルは電極と共に開先壁
面に沿って穆勤（前進又は後退）するが、開先壁面側で
は溶融金属は重力や表面張力の影響を強く受ける為中央
部はど円滑に流動することができず、その為フィラーワ
イヤは特に開先両端部側で被溶接材から開放され易くな
る。従ってウィービング法を採用する場合は、開先両端
部側における溶接状況を適正に保つことが極めて重要と
なる訳であるが、本発明によればウィービング法に適用
した場合でも非常に適切な制御を行なうことができる。

例えば第２図はウィービング法を採用した場合の電圧変
動パターンを例示する説明図であり、（Ａ）はウィービ
ングパターン、（Ｂ）はフィラーワイヤと母材間の距離
が近過ぎる場合の電圧変動、（Ｃ）はこの距離が適正で
ある場合の電圧変動、（Ｄ）は上記距離が離れ過ぎてい
る場合の電圧変動を夫々対応して示している。これらの
図からも明らかな様に適正なウィービング溶接状況が得
られているとき［第２図（Ｃ）の状態コには、開先両端
部側で数回の電圧急変（即ち接触・離隔）が生じており
、中央部では溶融金属の流れが安定していることもあっ
て電圧変化は殆んど生じていない。これに対しフィラー
ワイヤの送給位置が母材に近過ぎる場合［第２図（Ｂ）
の状態コでは、電圧の急変が殆んど見られず、フィラー
ワイヤの先端が常時母材表面に接した状態となっており
、接触・離隔は生じていない。一方フィラーワイヤの挿
入位置が母材表面から離れ過ぎているとき［第２図（Ｄ
）の状態］は、開先両端部だけでなく中央部においても
多数の電圧急変が見られ、ウィービング軌跡の全長に亘
って頻繁に接触・離隔を繰り返していることが分かる。

この場合、最良の溶接状況が得られるのは第２図（Ｃ）
のパターンであることが予め確認されているので、この
ときの開先両端部における接触・離隔回数を標準接触・
離隔回数として設定しておき、実際の溶接工程では開先
両端部側における実測接触・ｉ隔回数が前記標準接触・
離隔回数に近づく様、母材に対してフィラーワイヤを進
出若しくは退避させることにより、全長に亘って良好な
ウィービング溶接状況を確保することができる。

尚電圧又は電流の急変によって確認することのできる前
記標準接触・離隔回数の好ましい値は、母材やフィラー
ワイヤの種類更には溶接電流、溶接電圧、溶接速度、溶
接姿勢、ウィービングパターン或はウィービングの有無
等の溶接条件によって相当変わってくるので一般に決め
ることはできず、その都度予備実験によって確認してお
くべきである。

また第２図の例からも明らかな様に、フィラーワイヤを
母材近接位置から徐々に離して行くと、電圧の急変はウ
ィービングの両側縁位置より現われてくるが、この出現
時期を厳密に観察すると、該出願時期はウィービングに
同期しているのではなく、定アーク長制御を行なフてい
る電極の位置に同期することが分かった。例えば第３図
はウィービングパターン、電極位置、電圧変化等を時系
列的に対応して示したものであり、フィラーワイヤの接
触・離隔による電圧急変の出現時期は明らかに電極位置
と対応している。これは、電極を制御するサーボ系の遅
れによるものと考えられるが、何れにしてもウィービン
グ動作に対し数十〜数百ミリ秒程度の遅れが見られる。

従ってこの様なウィービング法を用いる溶接に適用する
場合は、第３図（Ｅ）に示す如く、接触・離隔回数測定
期間を、ウィービングの両端停止期間に対して前記サー
ボ系の遅れ相当分ずらせておくのがよく、こうすること
によって制御精度を高めることがで跨る。

［実施例コ 第４図は本発明の送給制御法を例示するブロック図であ
り、図中１は非消耗電極、２はフィラーワイヤ、３は被
溶接材（母材）を示し、４は、フィラーワイヤ２と母材
３の接触・離隔を電圧（又は電流）の急変により検知す
る為の検知器であり、コンパレータやレベル設定器等で
構成されている。該検知器４で検知される電圧（又は電
流）の急変はカウント用信号発生器５へ送られ、この部
分でカウント用に短時間のパルス信号に変換された後、
電圧（又は電流）急変の回数はカウンター６でカウント
される。７は、上記急変回数のカウント時期をリセット
する為のカウント時期設定器、８はモータ１２への制御
信号発生器であり、標準接触・離隔回数設定器９から伝
えられる信号とカウンター６から送られてくる所定時間
内の急変回数を比較し、ドライバー１１を経てモータ１
２へ制御信号を発信する。尚１０はシフト量設定器であ
り、上記比較演算の結果求められる急変回数の差に応じ
た最適のシフト量（フィラーワイヤ２と母材３間の距離
の短縮若しくは延長）を制御信号発信器８に与える。そ
してこの制御信号を受けたモータ１２は、進退機構（ラ
ック・ビニオン、スクリュー、パンタグラフ等）１３を
作動させ、フィラーワイヤノズル１４を指定量だけ母材
３方向へ進出又は後退させる。この様な制御機構を採用
することにより、ストレートτＩＧ溶接を円滑に遂行す
ることができる。

第５図は本発明の他の実施例を示すブロック図であって
、ＴＩＧ溶接電極１をウィービングさせる場合を示して
おり、図中２〜１４は第４図と同一であるＳ説明は省略
する。本例において２０はウィービング駆動装置を示し
、該駆動装置２０からの信号によりモータ２１を駆動し
、機械的伝達装置２２を介して溶接トーチ２３に所定の
ウィービングパターンを伝達することにより、ウィービ
ング溶接が進められる。２４はウィービング位置検出器
であって、例えばオプティカルエンコーダーやポテンシ
ョメーター等によって構成され、この検出器２４によっ
て溶接電極１のウィービング位置が常時検知される。そ
して該検出器２４からの検知信号は、ウィービング両端
位置信号作成器２５に伝えられて、ビード両端部でウィ
ービングが停止しているときにその信号をサンプリング
期間設定器２６に伝える′。そして該設定器２６へ入力
されるウィービング停止時期信号と、遅れ時間設定器２
７から入力される所定の遅れ時間とから適正なサンプリ
ング期間が算出され、サンプリング開始・停止の信号に
応じてスイッチ２８のオン−オフが行なわれ、その間の
電流（又は電圧）の急変回数により、ウィービング停止
時（ビード両端部溶接時）におけるフィラーワイヤの接
触・離隔回数が検知される。これらの機構が、前記第４
図と同様に構成した符号２〜１４からなるフィラーワイ
ヤ挿入位置制御機構に組込まれることにより、ウィービ
ング方式を採用した場合であっても円滑にＴＩＧ溶接を
実施することができる。

尚上−記の制御例は本発明で採用される最も代表的なも
のを示しただけのものであって本発明は勿論これらに限
定される訳ではなく、本発明の前記特徴を有効に発揮せ
しめうる限度で必要により任意に変更して実施すること
ができ、それらはすべて本発明の技術的範囲に含まれる
。

［発明の効果］ 本発明は以上の様に構成されるが、要するにフィラーワ
イヤ供給位置の異常を、該ワイヤと母材間の電圧（又は
電流）の急変により確実に知ることのできる接触・離隔
回数の変動によって検知して供給位置調整を行なう方法
であるから、電圧等の絶対値の変動を検知要素とする従
来例の如く高精度の補正機構等を全く要することなく、
さらに、微小なアナログ信号を取り扱うこともないため
、回路の検査・調整が簡単でフィラーワイヤ挿入位置の
異常を確実に検知することができ、その位置調整も比較
的簡単な機構で的確に実施し得ることになった。

【図面の簡単な説明】

第１図はＴＩＧ溶接時におけるフィラーワイヤの溶滴移
行経緯とその間の電圧変動を対比して示す説明図、第２
．３図はウィービング法を採用した場合におけるウィー
ビングパターンと電圧変動等を対比して示す説明図、第
４．５図は本発明を実施する際の制御例を示すブロック
図である。 Ａ・・・アーク　　　　　　Ｔ・・・電極Ｆ・・・フィ
ラーワイヤ　Ｍ・・・母材１・・・溶接電極　　　　２
・・・フィラーワイヤ３・・・母材（被溶接材） ４・・・検知器 ５・・・カウント用信号発生器 ６・・・カウンター　　　７・・・カウント時期設定器
８・・・制御信号発生器 ９・・・標準接触・離隔回数設定器 １０・・・シフト量設定器　１１・・・ドライバー１２
・・・モータ　　　　　１３・・・進退機構２０・・・
ウィービング駆動装置 ２１・・・モータ　　　　　２３・・・溶接トーチ２４
・・・ウィービング位置検出器 ２５・・・ウィービング両端位置信号作成器２６・・・
サンプリング期間設定器 ２７・・・遅れ時間設定器

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. ＴＩＧ溶接におけるフィラーワイヤの送給制御方法であ
   って、最良の溶接状況下における単位時間内の被溶接材
   とフィラーワイヤの接触・離隔回数を標準接触・離隔回
   数として予め求めておき、実溶接時の接触・離隔回数を
   該実溶接時の前記単位時間内におけるフィラーワイヤと
   被溶接材間の電圧及び／又は電流の急変回数として検知
   し、該実測接触・離隔回数が前記標準接触・離隔回数よ
   り多いときはフィラーワイヤを被溶接材に近づける方向
   へ移動させ、該実測接触・離隔回数が前記標準接触・離
   隔回数よりも少ないときはフィラーワイヤを被溶接材か
   ら離れる方法へ移動させることを特徴とするフィラーワ
   イヤの送給制御方法。