JPS626902B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は厚板のＩ形もしくは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ダ
巻込み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
なく、ナローギヤツプ溶接法の実用化にあたつて
は開先幅の変動があつても確実な溶接が行なわ
れ、融合不良等の溶接欠陥や溶接ビードの高低差
が生じない溶接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の溶接欠陥や溶接
ビードの高低差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
イヤ突き出し長さを変え揺動振幅を調整し、融合
不良等の欠陥を防止すると共に溶接速度を手動調
整してビード高低差が生じないようにしていた。
しかし、長時間にわたつてアークを監視し続ける
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。

本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、本発明者等は溶接ワ
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き出し部
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、融合不良等の欠陥が生じないようにすると共
に開先幅変動に伴うビードの高低差の生じない健
全な溶接部を得るためには、溶接トーチを溶接母
材の表面から一定の高さ位置に保ち開先幅の変動
により、溶接ビードの高低差が生じないように、
基準溶接電流と実際の溶接電流との差に応じて溶
接速度を調整すると共に揺動振幅不足による融合
不良を防止するため該溶接速度と基準溶接速度と
の差に応じて揺動振幅と振動回数を調整すること
が必要であることを見出した。そしてこれらの調
整を自動化することにより開先幅変動があつても
融合不良等の溶接欠陥がなく、しかも開先幅変動
に伴うビード高低差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。

即ち本発明は、溶接ワイヤーを一定曲率でもつ
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しながら厚板のＩ形
またはＩ形類似開先をシールドガスの雰囲気中で
多層溶接する方法において、溶接トーチを被溶接
物の表面から一定の高さ位置に保ち、開先幅の変
動により溶接ビードの高低差が生じないように、
基準溶接電流と実際の溶接電流との偏差に応じて
溶接速度を制御すると共に、揺動振幅不足又は揺
動回数不足による融合不良を防止するため該溶接
速度と基準溶接速度との偏差に応じて揺動振幅と
揺動回数を制御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である。

以下、本発明を図面を参照しながら詳細に説明
する。

第１図は本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1.2mmφの細径の溶接
ワイヤ７がワイヤリール１３から送給装置１４に
よりコンジツトチユーブ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１２
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を貫流する冷却水に
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
溶接アークの揺動振幅を一定とすると共に溶接速
度及びワイヤ送給速度を一定とした場合の溶接状
態を示している。第２図イは揺動振幅に対して開
先幅が狭い場合の状態を示すもので、開先壁３を
溶かしすぎスラグ巻込み等の欠陥が発生し易い。
第２図ロは揺動振幅に対して適切な開先幅の状態
にあり、何らの欠陥も発生せず、理想的な状態を
示している。第２図ハは揺動振幅に対して開先幅
が広すぎる場合の状態を示すもので、アーク６が
開先壁３に届かず融合不良の欠陥が発生する。従
つてこれらの欠陥をなくするためには開先幅に対
応した揺動振幅を与えることが必要である。

揺動振幅を調整するには揺動板の揺動角度を調
整することにより揺動振幅を制御する。第４図は
溶接トーチ１２から溶接ワイヤが一定の突き出し
長さで突き出された状態において、溶接ワイヤを
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。また開先幅が変動した場合には溶着
量一定、すなわちワイヤ送給速度、及び溶接速度
が一定の場合には開先幅の差により、第２図のよ
うに溶接ビード高さがd₁＞d₂＞d₃となり、多層盛
りする程その差は大きくなる。

第３図イに開先幅の変動がある場合のビード高
低差が生じる状態を断面図で示している。このよ
うにビード高低差が生じると、次パスでビードの
低くなつた部分を盛り足すか、あるいはビードの
高くなつた部分を削り補修することが必要とな
る。このビード高低差をなくすためには、開先幅
に応じた溶着量、すなわち溶接速度を変化するこ
とにより平坦な溶接ビードを得ることができる。
開先幅が狭くなつた場合は溶接速度を早くし、開
先幅が広がると溶接速度を遅くすることが必要で
ある。

上記のように溶接速度を調整する場合、溶接ワ
イヤの揺動回数を一定にして溶接速度を高める
と、溶接方向単位長さに対する揺動ピツチが粗く
なり、その間で溶け込み不足を生ずる。すなわ
ち、開先部の平面図を表わす第３図ロにおいて、
開先幅はａ，ｂ，ｃの順に広くなつており、本発
明では溶接速度はａ，ｂ，ｃの順に遅くなる。し
たがつて、揺動回数を一定にしておくと、揺動ピ
ツチはａの所では粗く、ｃの所では密になる。こ
のような欠点をなくすためには揺動回数を溶接速
度に応じて調整することが必要であり、揺動回数
を調整するには、揺動両端の停止時間を制御する
ことにより得られる。

次に開先幅の変動に伴い、ビード高低差が生じ
ることを検出するには、ワイヤ突き出し長さの変
化に伴う溶接電流の変化を検出する。このために
は、第３図イに示すように溶接トーチ１２の先端
を被溶接物１の表面から一定の位置Ｄに保つこと
が必要である。第５図に溶接トーチを被溶接物表
面から一定の高さ位置に保つための装置の構成例
を示す。溶接個所に対応する被溶接物表面の凹凸
を検出する面倣い機構２５からの信号によりトー
チ昇降モータ２６を駆動し、ねじ機構２９により
溶接ヘツド１１に取り付けられている溶接トーチ
１２を昇降する。溶接トーチ昇降量検出ポテンシ
ヨメータ２７は、前述の面倣い機構２５からの信
号により溶接トーチ昇降量を決定すると共に、溶
接パス毎に溶接トーチを引き上げるためのもので
ある。このようにして溶接トーチを被溶接物表面
から一定の高さ位置に保つことにより、開先幅の
変動に伴うビード高低差が生じだすと、ワイヤ突
き出し部８の長さが変化する。これは定電圧特性
の電源によるアークの自己制御作用でアーク長が
一定になるからである。ワイヤ突き出し長さが変
化すると、ワイヤ突き出し部の電気低抗が変化す
るので溶接電流が変化する。

本発明はこの溶接電流の変化を利用したもので
ある。即ち開先幅が広くなりビード高さが低くな
ると、溶接電流は下り、逆に開先幅が狭くなりビ
ード高さが高くなると、溶接電流は上る。したが
つて溶接電流の増減によつて溶接ビードの高低を
検知することができる。すなわち基準ワイヤ突き
出し長さに対応する溶接電流を基準溶接電流と
し、これと実際の溶接電流を比較することにより
開先幅の変動を検知することができる。溶接電源
が定電圧特性であり、溶接ワイヤが定速送給であ
ることから、溶接方向単位長さ当たりの溶融メタ
ル量は、溶接速度に反比例する。したがつて、溶
接電流の増減により溶接速度制御すれば平坦な溶
接ビードが得られる。

上記のように溶接速度は、溶接電流が一定（基
準溶接電流値）になるように加減速し自動制御す
ることになる。このように変化する溶接速度の変
化分（基準溶接速度との偏差）の信号を利用して
溶接ワイヤの揺動振幅及び揺動両端における停止
時間を制御することにより、開先幅に適した揺動
振幅及び揺動回数を得ることができる。

第６図は本発明を実施するために必要な制御回
路の一例を示すブロツク図である。

この図において溶接電源３０からの溶接電流信
号はシヤント３１によつて検出され、フイルター
回路３２で波形を整形したのち、突き合わせ点３
４にて基準溶接電流設定器３３の電圧値と突き合
わせ、その偏差が増幅器３５に入力する。一方、
基準溶接速度設定器３６は基準溶接電流値に対す
る適正な溶接速度を設定するもので、その信号は
突き合わせ点３７を経て走行モーター駆動回路３
８に入力し、走行モーター３９を設定溶接速度で
回転するように制御する。前述の増幅器３５から
出力された溶接電流の偏差信号は加え合わせ点３
７に入力し、基準溶接速度設定器３６の基準値に
加え合わされる。したがつて実際の溶接電流が設
定電流値より低くなれば、溶接速度は設定溶接速
度よりも遅くなり、逆に実際の溶接電流が設定電
流値より高くなれば、溶接速度は設定溶接速度よ
りも早くなる。その増減する感度は増幅器３５の
増幅度により決定される。この溶接速度を増減す
る制御系は溶接電流が設定電流値になるように、
即ちビード高低差が生じないように、閉ループを
形成することになる。

また一方、揺動板１７を揺動し、溶接ワイヤ突
き出し部８を揺動するための制御は、揺動速度設
定器５１からの信号で揺動モータ駆動回路５２を
出力させ、スイツチ回路５３及びゲート回路５４
を経由して揺動モーター２１を駆動する。揺動モ
ーターにはウオームギヤ２０が取り付けられ揺動
板１７を回転すると共にギヤを介して位置検出器
５５を回転さす。位置検出器で揺動板１７の回転
角度を検出してその信号は突き合わせ点４８に入
力する。突き合わせ点４８では揺動振幅設定器４
５からの信号とを突き合わせ、その値が一致し偏
差が０になれば前述のスイツチ回路５３に入力
し、揺動モータ駆動回路５２からの駆動信号の極
性を反転する。それにともない揺動モータ２１は
逆転する。このようにして揺動板１７は揺動振幅
設定器の設定値どうりに揺動する。また一方、揺
動両端での停止時間は、揺動両端停止時間設定器
４６からの信号がタイマ５０に入力され、タイマ
５０では前記突き合わせ点４８からの信号でタイ
ムを数え始め、設定停止時間になるまでゲート５
４を開いていて揺動モータ２１を回転しないよう
にしている。

このような揺動モータ制御回路に開先幅を検知
した信号が入力されることになる。その信号は前
述の走行モータ３９の回転をタコジエネレータ４
０で検出し、突き合わせ点４２に入力する。突き
合わせ点４２では前述の基準溶接速度設定器３６
の設定値を増幅器４１で増幅し突き合わせる。し
たがつて突き合わせ点４２では設定溶接速度で走
行モータが回転していると偏差信号はなくなる
が、開先幅が変動し溶接電流が変ろうとすると、
偏差が生じることになる。この突き合わせ点４２
からの偏差信号は増幅器４３及び４４で増幅さ
れ、加え合わせ点４７及び４８にそれぞれ入力
し、前述の揺動振巾設定器４５及び揺動両端停止
時間設定器４６の設定値を修正するように働き、
開先幅に応じた揺動振巾及び揺動両端停止時間を
制御する。溶接速度の偏差、すなわち開先幅の変
動値に対する揺動振幅及び揺動両端停止時間の修
正感度は増幅器４３及び４４の増幅度により適当
に選ぶことができる。

次に本発明法の効果を実施例によりさらに具体
的に説明する。

被溶接物として材質SB49、板厚100mm、開先形
状はＩ型狭開先、開先変動幅は第７図に示すよう
に溶接長１ｍに対して中央開先幅が18mm両端開先
幅が12mm及び８mmの開先を本発明法を用いて溶接
を行つた。

溶接電源：直流定電圧特性 溶接ワイヤ：1.2φソリツド ループ径180φmm 溶接電圧：30V 溶接電流：300A の条件で第５図に示す装置と第６図に示す回路で
溶接を行つた結果、第７図に示すような溶接速
度、揺動回数及び揺動振幅の変化を示した。即
ち、開先巾が広くなると溶接速度は遅くなり、揺
動回数は減少すると共に揺動振幅は大きくなる。
また、溶接品質としては融合不良、スラグ巻込み
等の溶接欠陥はなく、しかも溶接ビードの高低も
ない良好な溶接結果が得られた。

以上詳細に説明したように本発明の方法を用い
れば、従来手動では困難であつた開先幅変動のあ
るナローギヤツプ溶接に対して良好な品質の溶接
結果が得られると共に、作業能率の向上及び労力
の軽減を図ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本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
幅とアーク揺動振幅及びビード高低の関係を説明
する図面、第３図は開先幅変動がある場合のビー
ド断面及び揺動状態を説明する図面、第４図は揺
動角度と揺動振幅との関係を示す図面、第５図は
溶接台車とこれに取り付けたトーチの一例を示す
正面図、第６図は本発明法を説明する制御ブロツ
ク図、第７図は実施例を説明するための図であ
る。 １…被溶接物、２…開先、３…開先壁、４…溶
接ビード、６…アーク、７…溶接ワイヤ、８…ワ
イヤ突き出し部、１１…溶接ヘツド、１２…溶接
トーチ、１３…ワイヤリール、１４…ワイヤ送給
モータ、１５…コンジツトチユーブ、１６…曲げ
くせ付与機構、１７…ワイヤ揺動板、１８…回転
ホイール、１９…ガイドチユーブ、２０…ウオー
ムギヤ機構、２１…揺動モータ、２２…シールド
ガス穴、２３…サイドノズル、２４…水冷穴、２
５…面倣い機構、２６…トーチ昇降用モータ、２
７…ポテンシヨメータ、２８…溶接台車、２９…
ネジ機構、３０…溶接電源、３１…シヤント、３
２…フイルタ、３３…基準溶接電流設定器、３４
…突き合わせ点、３５…増幅器、３６…基準溶接
速度設定器、３７…加え合わせ点、３８…走行モ
ータ駆動回路、３９…走行モータ、４０…タコジ
エネレータ、４１…増巾器、４２…突き合わせ
点、４３…増巾器、４４…増巾器、４５…揺動振
幅設定器、４６…揺動両端停止時間設定器、４７
…加え合わせ点、４８…突き合わせ点、４９…加
え合わせ点、５０…タイマー、５１…揺動速度設
定器、５２…揺動モータ駆動回路、５３…スイツ
チ回路、５４…ゲート回路、５５…位置検出器。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 溶接ワイヤーを一定曲率でもつて円弧状にそ
   性変形してワイヤ揺動板を介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しながら厚
   板のＩ形またはＩ形類似開先をシールドガスの雰
   囲気中で多層溶接する方法において、 定電圧特性の電源を用い、ワイヤ送給速度を一
   定とし、溶接トーチを被溶接物の表面から一定の
   高さ位置に保ち、開先幅の変動により溶接ビード
   の高低差が生じないように、基準溶接電流と実際
   の溶接電流との偏差を検出し、実際の電流値が基
   準電流値より低いときは溶接速度を遅くしかつ高
   いときは溶接速度を早くすると共に、揺動振動不
   足又は揺動回数不足による融合不良を防止するた
   め、前記溶接速度と基準溶接速度との偏差を検出
   し、溶接速度が基準速度より遅いときは前記揺動
   板の揺動角度を大きくして揺動振幅を広くしかつ
   揺動両端の停止時間を長くして揺動回数を減少さ
   せ、また溶接速度が基準速度より早いときは揺動
   板の揺動角度を小さくして揺動振幅を狭くしかつ
   揺動両端の停止時間を短くして揺動回数を増加さ
   せ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。