JPS62118976A - 開先シ−ム倣い方法 - 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） 本発明は溶接ワイヤを揺動させながら溶接する方法にお
ける開先７−ム倣い方法に関する。

（従来の技術） 従来、溶接開先シーム全自動的に倣う方法として例えば
特公昭５０−１１３３４号公報に示されるような開先に
ソロパン型ローラを沿わせた機械的倣い方法、或いはレ
ーデビームを開先面に照射しＴＶカメラもしくはイメー
ジセンサでこれを検知して開先を倣う光学的倣い方法、
さらには溶接ワイヤを開先幅方向に揺動し、倣いずれに
よって生じる揺動両側での溶接電流値差を検知してこれ
が零となるよう溶接トーチの揺動中心を修正するいわゆ
るアークセンサ倣い方法等が一般に知られている。

これらの倣い方法のうち機械的倣い方法、光学的倣い方
法は溶接トーチに先行して倣い装置を配置する必要があ
・シ、アーク光、ヒエーム、スノ’？　７り等の影響を
受けその耐久性、信頼性に問題があった。一方、アーク
センサ倣い方法はトーチ回シに何ら付加的な装置を必要
としないので耐久性は良いが、安定した倣いが可能なの
はある限られた溶接条件の場合のみであり、例えば固定
管の突合せ部のガース溶接や定置構造物の溶接等溶接姿
勢が連続的もしくは断続的に変化する溶接対象への適用
は困難であった。

（発明が解決しようとする問題点） 本発明は溶接姿勢が連続的もしくは断続的に変化する溶
接対象の溶接においてアークセンサ倣い方法を利用し、
溶接姿勢が変化しても常に安定した開先ンーム倣いを行
う方法を提供しようとするものである。

（問題点を解決するための手段〉 本発明の要旨は溶接ワイヤを開先幅方向に揺動する溶接
法において、揺動両端での溶接電流値を検出し、両端で
のそれぞれの溶接電流値差を演算し、該電流値差に対す
る溶接ワイヤ位置修正量を溶接姿勢に応じて変化させる
ことを特徴とする開先シーム倣い方法にある。

（作　用） 第１図は本発明方法の一つの実施態様の概略を示す図で
ある。第１図において２本の鋼管１．２の端面を相対せ
しめて■開先を形成する。この開先内に曲げくせをつけ
た溶接ワイヤ３を円弧状に回転揺動させ、開先内を矢印
で示すように溶接ワイヤ３を揺動させながら溶接を行う
。このとき、溶接ワイヤ３が開先壁側に向いた時に溶接
電流を高くし、一方の開先壁への移動中はこれを低くす
る。本例のように全姿勢溶接を行う場合にはとのように
強制的に溶接電流を変化させる方法はビード形状を良く
し溶接欠陥の発生を防止するので非常に効果的である。

第２図は溶接が図の左から右へ進行する場合の電流変化
（Ｃ寥、ＣＩ　）ｙｋ溶接ワイヤの揺動Ｃ４と関連づけ
て説明したもので、Ｃ３は浴接電流変化指令信号、ＣＩ
は溶接ワイヤの揺動信号を示している。また、Ｃ，は第
１図のシャント８で検出した電流変化、ＣＩはローノ’
？スフィルタ１０により波形を整形した溶接電流変化を
示す。第２図において、溶接電流変化指令信号Ｃ３によ
り溶接電流はＣＩのように高低に変化し、ワイヤの揺動
は浴接電流変化信号Ｃ３が高から低に切替力、待ち時間
ＴＤを経過した後、Ｃ，に示す右行信号によりＣ４のよ
うに左端から右端へと行われる。Ｃｉの整形された溶接
電流波形のうち、高電流のピーク値を用いればアークセ
ンサ倣い方法が使えることは本発明者らがすでに提案し
た（特願昭５９−２５１７９２号）。

ところが特願昭５９−２５１７９２号の方法を含め従来
のアークセンサ倣い方法は、本例のごとき全姿勢溶接に
対しては倣いが不安定となフ適用できない。その理由を
以下に述べる・ そもそもアークセンサ倣い方法の原理は第３図（、）に
示すように倣いずれによって生じる揺動両端のワイヤ突
出長丸、ＥＢの変化と溶接電流値の変化の反比例関係を
利用したものである。すなわち。

溶接トーチが偏った開先壁側でワイヤ突出長が短くなり
溶接電流値が上昇するのに対し、逆の開先壁側ではワイ
ヤ突出長が呻びて溶接電流値が低下するので、揺動両側
での溶接′ｆｌ流値を比較することによって倣いずれ量
を推測することができるのである。したがって常に倣い
制御系の設計者には倣いずれと、それによって生ずる揺
動両側での溶接電流値との対応関係の把握がなされてい
なければならない。

ところが本発明者らの実験によれば、倣いずれと電流値
差との関係は開先形状と溶接ワイヤが同一であれば溶接
姿勢をパラメータとする関数関係であシ、溶接姿勢の違
いは無視できない。このように溶接姿勢の影響が大きい
のは第３図（ｂ）　、　（りに示されるように主として
重力によるビードの傾きが原因でらろう。

本実施例の場合は例えば第４図の如く、倣いずれ量０．
６■に対し、下向では４Ａ、上向では１２Ａの電流値差
を生ずる。逆にいえば、ある電流値差を検出したとき、
それがどのような溶接姿勢のときのものなのかがわから
なければ倣いずれ量が推測できず、したがって適正なト
ーチ位置修正量は求めることができない。つまり、下向
浴接に対して適正であった溶接電流値差とトーチ位置修
正量は上向溶接では修正量が過大となり、倣いが安定し
ないのである。

それ故に本発明者らは、アークセンサ倣い方法の適用に
おいて、溶接電流値の検出と共に溶接姿勢を検知し、適
応的に溶接トーチ位置修正量を決めることによって開先
シーム倣いを溶接姿勢の変化に係わらず安定して実行で
きる方法を提案するものである。

以下１本発明の開先シーム倣い方法の一つの実施例を図
面を参照して詳細に説明する。

（実施例） 第１図は本発明の原理を示したものである。２本の鋼管
１，２は端面を相対せしめて丁型開先を形成するように
配置されてお夛、この開先内に溶接トーチ４が配置され
る。一方、細径の溶接ワイヤ３はワイヤリール２５から
ワイヤ送給ローラ装置２６（ｉ−経て揺動板５において
回転ローラ６に巻きつけられ、これを１周した後回げく
せをつけられて上記トーチ４に供給される。揺動板５は
揺動装置（図示せず）によって矢印の方向に揺動され、
これに伴い溶接ワイヤ３は開先内を矢印で示すように揺
動する。溶接ワイヤ３はコンタクトチラグを介して溶接
電源７に電気的に接続されアークを発生する。ワイヤ送
給装置２６および溶接電源７にはコンピュータユニット
１２によシ溶接ワイヤ３の先端が、いずれかの揺動端に
達した時点で一定時高電流となシ、一方の揺動端から他
端への移動中は低電流となるよう、それぞれワイヤ送給
速度指令および溶接電圧指令信号がディジタル・アナロ
グ変換器（以後ＤＡ変換器という）２０゜２３全通して
出力される。そのタイミングチャートの一例を第２図に
示す。まず溶接電流を高・低に切替える溶接電流切替信
号ｃ３がコンピュータユニット１２から発生され、溶接
電流がｃ２のように変化する。本実施例では溶接電流値
１３００Ａ（高〕と１００Ａ（低）の間で切替えた。溶
接ワイヤの揺動は、例えば今溶接ワイヤが揺動左端にあ
るとして、溶接電流切替信号ｃ３が高から低になれば待
ち時間ＴＤを経過した後ｃｓに示される溶接ワイヤ右行
信号がコンビーータエニット１２から出され、これを受
けて０４に示すように溶接ワイヤ３は揺動左端から揺動
右端へ移動する。との移動は第１図に示す揺動板５が揺
動モータ（図示せず）によシ左右に揺動されることによ
って行われる。溶接ワイヤ３が一方の揺動端から他端へ
移動する時間はＣ３の低電流信号時間より短く設定され
るので低電流期間内に溶接ワイヤは他端へ到達し、停止
してから高電流に切替るというサイクルを繰シ返すこと
になる。このように強制的に溶接電流を切替えることに
よって、開先側壁に発生しやすい融合不良は高電流で防
止され、また立向・上向等の難姿勢時に生じるビードの
垂れ落ちやビード形状の劣化は低電流による凝固の促進
によシ防止されるので、この方法は本実施例の如き全姿
勢には非常に適している。

さて、浴接電流値はンヤント８によって検出後。

アンプ９、ローノＪ？スフィルタ１０を通して増幅・成
形され、アナログ−ディジタル変換器（以後ＡＤ変換器
）１１で量子化されてコンピュータユニット１２に取込
まれる。取シ込まれた電流信号は高電流の極大値すなわ
ち溶接電流が高から低に切替る直前の−１６０ｍ５ｅｃ
の値のみを１０ｍ５ｅｃおきに１６個検出（第２図の■
、およびＩａ　）され揺動両端別々にそれぞれ加算後コ
ンピュータユニット１２内のＩＣメモリに記憶され、残
シは捨てられる。メモリに記憶される値は揺動−周期ご
とに更新してもよい。複数個のメモリに過去二周期また
はそれ以前の電流値を残しておき、トーチ位置修正量の
計算にそれらを加重平均して用いることによって突発的
外乱に起因する異常値の影響を減らすようにすることも
できる。本実施例は揺動両端それぞれ四周期分のデータ
を加重平均して用いた。

溶接電流値１１．　＋　ＩＲは溶接トーチが開先幅に対
し中央にあるとき、すなわち倣いずれがないときに所定
の値（本実施例では３００Ａ　）’ｉ示すが、倣すずれ
が生ずると揺動両端での溶接ワイヤ突出長が変化し％　
ＩＬ、　＋　ＩＲは等しくなくなる。例えば、開先左端
方向に溶接トーチが１ｍずれたときの溶接部の断面マク
ロは第３図の如く溶接トーチがずれた開先壁側に溶接金
属が偏９、揺動左端におけるビード高さＨＬが右端にお
けるビード高さＨ１！よシ高くなるが、揺動両側でのビ
ード高さの差ＨＬ−ＨＲは溶接姿勢で異なシ、下向き・
立向き・上向き姿勢に対しそれぞれ０．２ｍｌ・１．５
ｍ・３．７ｗｍである。溶接金属の形、状は溶接中の溶
融池形状をそのまま反映したものと考えられるから、溶
接中のワイヤ突出長は溶接トーチの偏シの影響に加え溶
融池の起伏の影響を受けて変化し、揺動左端で短く、右
端で長くなる。定電圧特性の溶接電源を用いれば、ワイ
ヤ突出長と溶接電流は反比例するので、ワイヤ突出長の
短い揺動左端で溶接電流のピーク値！Ｌ（第２図参照）
が右端でのそれ■８よシ大となる。すなわち、同じ倣い
ずれ量に対しても溶接姿勢が異なれば、溶接池形状が違
りので倣いずれに伴う揺動両端での溶接電流値差は同一
ではない。

本実施例の場合、倣いずれ量ｄと揺動両端での溶接電流
値差（Ｉ、　−Ｉ、　）の関係は第４図のように溶接姿
勢を・やラメータとする関数であシ、この関係は第４図
の（、）の線の勾配から下向き姿勢でｄ　＝　（ＩＬ−
ＩＲ）１５．５、第４図の（、）の線の勾配から上向き
姿勢でｄ＝（ＩＬ−Ｉｌ）／１７と表現される。そこで
第１図に示す溶接台車（図示せず）に取シ付けた角度検
出用ポテンシヨメータ２７によって溶接姿勢を検出し、
検出値をＡＤ変換器２４を用いてコンピュータユニット
１２に取シ込み、取り込んだ値に応じて溶接トーチ位置
修正係数αを表１のように決めた。なお、ポテンショメ
ータ２７の出力ｙは上向き姿勢、下向き姿勢に対しそれ
ぞれ０■。

＋５Ｖであシ、その間は線形に変化する。トーチ位置修
正量Ｓは下記の式に従って算出される。

Ｓ＝−α（Ｉｒ、　−”ｎ　） 表　　１ 上記に示されたトーチ位置修正量決定の手続きはあらか
じめコンビュータエニット１２内のＩＣメモリ内にプロ
グラミングされておシ、揺動−周期ごとに実行される。

溶接トーチ位置修正量はトーチ位置制御信号としてコン
ピュータユニット１２からＤＡ変換器１３、アンｆ１４
を通して移動軸１６を制御するモータ（図示せず）へ送
られ自動的に開先シーム倣いが達成される。

本実施例ではＩ型開光を用いて溶接電流を高低に切替え
る溶接法について述べたが１本発明は一般の■型開光で
強制的な電流変化をさせない溶接に対してももちろん適
用可能である。Ｖ型開光に対しては第１図に示した特殊
な揺動装置は必要ではなく、溶接トーチそのものを揺動
させればよいので装置の構成はよ）簡単になる。その場
合、倣いずれと揺動両側での溶接電流値差との関係は開
先角度によって異なるので、溶接トーチ位置修正量の適
正値も変わってくる。

（発明の効果） 以上詳細に述べてきたように、本発明によればいかなる
溶接姿勢に対しても最適の開先シーム倣い制御が行える
ため、溶接の自動化・無人化技術としてその効果は大き
い。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明実施態様の一つを示す図、第２図は溶接
電流波形とワイヤ揺動との関係を示すチャート図、第３
図は代表的溶接姿勢における各断面の状態を示す図で、
（、）は下向姿勢、（ｂ）は立向姿勢、（Ｃ）は上向姿
勢を示す図、第４図は各溶接姿勢における倣いずれ量と
揺動両側での溶接電流値差の関係を示す図である。 ｌ・・・鋼管、２・・・鋼管、３・・・溶接ワイヤ、４
・・・溶接トーチ、５・・・揺動板、６・・・回転ロー
ラ、７・・・溶接電源、８・・・ンヤント、９・・・増
幅器、１０・・・ローパスフィルタ、１１・・・〜勺変
換器、１２・・・″：Ｉ／ピユータユニット、１３・・
・Ｄ／Ａ変換器、１４・・・増幅器、１５・・・モータ
、１６・・・移動軸、１７・・・ピニオン、１８・・・
位置検出器、１９・・・加え合せ点、２０・・・Ｄ／Ａ
変換器、２１・・・増幅器、２２・・・モータ、２３・
・・Ｄ／Ａ変換器、２４・・・〜勺変換器、２５・・・
ワイヤリール、２６・・・ワイヤ送給装置、２７・・・
角度検出用ポテンシヨメータ、ｄ・・・倣いずれ量。 第２図 イ′　了′ 第３図 （σ）　　、　　　　（ｂ）　　　　　（Ｃ）第４図 なジいす゛水量ｄ（ｒｒｌｍ）

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 溶接ワイヤを開先幅方向に揺動する溶接法において、揺
   動両端での溶接電流値を検出し、両端でのそれぞれの溶
   接電流値差を演算し、該電流値差に対する溶接ワイヤ位
   置修正量を溶接姿勢に応じて変化させることを特徴とす
   る開先シーム倣い方法。