JPS63157766A - 開先倣い制御方法 - 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〕 この発明は、溶接トーチを開先幅方向にオシレートさせ
ながら溶接線に沿って進行させて溶接を行う場合の開先
倣い制御方法に関する。

〔従来の技術〕

アーク溶接におけるこの種の開先倣い制御方法では、従
来、例えば、特公昭５２−２９９７３号公報や持分昭和
５９−１５７４３号公報に記載されているように、アー
ク電圧を常時監視し、アーク電圧が一定になるように電
極高さを調整し電極先端が開先壁（開先端）に近づいて
上記電極高言の検出値が設定値に等しい値（反転高さ）
になってトーチ反転条件が成立した時に反転指令を発生
せしめて溶接トーチのオシレート方向を反転させるよう
にしている。この場合、溶接トーチのオシレート半サイ
クル中に、仮付ビードがあったり、フィラーワイヤーの
不安定供給が起ったり、溶融金属の波釘等があると、溶
接トーチが開先端まで移動されないうちに上記反転高さ
を検知して反転動作を行い、所望の反転位置での反転動
作が行われないといった事態が発生する。これを防止す
る為、従来は、例えば、特公昭６０−１８２７０号公報
に示されているように、前サイクルにおける溶接トーチ
の反転位置より所定区間手前の区域に不感帯域を設定し
、この不感帯域では溶接トーチの反転動作を禁止するよ
うにしている。

この不感帯域を設定する開先倣い制御では、溶接トーチ
が開先壁近傍の所望の位置に達する以前に開先中央部近
傍で反転指令が発生して誤動作してしまうと云う問題は
解消することができるが、今度は、溶接トーチが開先壁
近傍の所望の位置に達しても反転指令が発生せず、誤動
作するといった別の問題が発生する。以下これについて
説明する。

〔発明が解決しようとする問題点〕

開先壁が低い場合、例えば、被溶接母材（以下、母材と
略記する）の板厚が薄い場合や多層溶接において溶接が
上層部まで進んだ場合等、仮付はビードや開先幅の変化
等が原因してビード表面に高低差が生まれると、極所的
に開先壁が存在しない個所ができ、この個所では、反転
指令が作成されないので、溶接トーチが暴走してしまう
と云う問題があり、上記したような開先倣い制御は開先
壁の低い場合には用いることができないと云う欠点があ
った。

上記の開先倣い制御の他に、例えば、特公昭５５−１６
１５７１号公報に記載されているように、オシレートの
半サイクルの開先中央部付近におけるアーク電流検出値
を基準値としてオシレート反転条件を設定する方法があ
るが、この場合には、仮付ビードや溶融金属の波打ち等
によって上記基準値に変動が起こると、溶接トーチが開
先壁に近づいても所定の反転指令が作成されず、アーク
が開先壁に乗り上げて開先にアンダーカットを生せしめ
るという問題がある。

また、消耗電極を用いる短絡移行溶接においては、短絡
の影響で検出値が不安定になるので、溶接トーチが開先
壁に近接しても所定の指令が作成されない場合があり、
この場合にも、アークが開先壁に乗り上げて開先にアン
ダーカットを生ぜしめ、溶接品質の著しい低下を招く。

この発明は上記したような従来の問題を解消するために
なされたもので、充分な開先壁高さが得られない薄板溶
接や、多層盛溶接における上層部溶接おいても、開先の
アンダーカット等を作ることなく溶接トーチのオシレー
ト動作を制御することができ、従来に比して、溶接品質
を向上させることができる開先倣い制御方法を得ること
を目的とする。

（問題を解決するための手段〕 この発明は上記目的を達成するため、オシレート半サイ
クル毎に、溶接トーチのオシレート方向の反転位置の外
側に無条件反転位置を設定し、今回オシレート半サイク
ルに対する上記無条件反転位置は前回オシレート半サイ
クル以前のオシレート動作に基づき演算により設定し、
上記無条件反転位置では上記トーチ反転条件の成立の有
無にかかわらず溶接トーチのオシレート方向を反転させ
る構成としたものである。

〔作用〕

この発明では、溶接トーチが開先壁近傍に移動して、該
開先壁例の所望の反転位置を開先巾方向に通過したにも
かかわらず反転指令が作成されず、該開先壁側に更に過
移動した場合、この過移動中が設定値に達して溶接トー
チが無条件反転位置に到達すると、上記反転指令が作成
されなくても、即ち、トーチ反転条件が成立しなくても
、溶接トーチが強制的に反転されられるので、前記した
溶接トーチの暴走や開先のアンダーカットの発生等は確
実に防止される。

〔実施例〕

第１図はこの発明における基本技術思想を、消耗電極式
アーク溶接を行う場合を例にって説明するための図であ
って、１は母材、２は溶接トーチ、３は電極（ワイヤー
）、４は開先、４Ｌは左傾行間先壁、４Ｒは右傾斜開先
壁、５は開先底面を示している。Ａ点は溶接トーチ２が
右開先壁側に向かって反転した時の反転位置（左反転位
置）、Ｂ点は溶接トーチ２が左開先壁側に向かって反転
した時の反転位置（右反転位置）を示している。

なお、溶接トーチ２は開先底面５に対して一定高さに保
持されつつ開先巾方向にオシレート駆動され、ワイヤ３
の先端が開先面に対して所定距離を隔てるようにワイヤ
突出長さが制御される。

この発明では、右反転位置Ｂより幅ΔＲだけ外側に右無
条件反転位置Ｃを、左反転位置Ａより幅ΔＬだけ外側に
左無条件反転位置りを設定し、例えば、溶接トーチ２が
Ａ点側からＢ点側に移動するオシレート半サイクル（右
行オシレートサイクル）において、溶接トーチ２が前回
（もしくは前回以前数回反転位置の平均反転位置）のオ
シレート反転位置Ｂを通過する前後から右無条件反転位
置Ｃに達するまでに反転指令が作成されなかった場合、
即ち、トーチ反転条件が成立しなかった場合には、溶接
トーチ２が右無条件反転位置Ｃに達した時に、トーチ反
転条件成立の有無に関係なく溶接トーチ２を反転させる
絶対反転指令を発生させ、右無条件反転位置Ｃに達する
までの間に反転指令が作成された場合にはこの反転指令
に基づいて溶接トーチ２を反転させる。同様に、溶接ト
ーチ２がＢ点側からＡ点側に移動するオシレート半サイ
クル（左行オシレートサイクル）において、溶接トーチ
２が前回（もしくは前回以前数回反転位置の平均反転位
置）のオシレート反転位置Ａを通過する前後から左無条
件反転位置りに達するまでに反転指令が作成されなかっ
た場合には、溶接トーチ２が左無条件反転位置りに達し
た時に、トーチ反転条件成立の有無に関係なく溶接トー
チ２を反転させる絶対反転指令を発生させ、左無条件反
転位置りに達するまでの間に反転指令が作成された場合
にはこの反転指令に基づいて溶接トーチ２を反転させる
。

第２図は、上記第１図について説明した開先倣い制御を
実現するための回路構成を示すロック図であって、７は
溶接トーチ２を開先巾方向に揺動させるためのオシレー
タ、８はオシレータ７の駆動モータ、９はオシレート位
置検出器である。オシレート位置検出器９は溶接トーチ
２のオシレート位置変化量を検出して位置信号Ｘと、左
反転位置信号ＸＡ及び右反転位置信号Ｘ、を作成する。

１０は溶接電源である。１１は溶接電流検出器であって
、ワイヤ３を流れる溶接電流を検出して該電流に対応し
た検出信号（電圧信号）Ｐを反転指令作成回路１２に送
出する。この反転指令作成回路１２は、ワイヤ３先端が
開先４の底面５に接触した時の電流の最低値（電流最低
値）ＩＭＩＮに対してワイヤ３が左傾斜開先壁４Ｌもし
くは右傾斜開先壁４Ｒに近接しワイヤ突出長さが短くな
って電流がΔＩだけ増大した時、即ち、上記検出信号Ｐ
が予め設定されたトーチ反転条件（設定反転値Ｑ（ΔＩ
＋Ｉや、８）に対応する値になった時に反転指令（信号
）Ｍを切換回路１３に送出する。切換回路１３は入力さ
れた反転指令Ｍが右傾斜開先壁４Ｒ近傍へ溶接トーチ２
が移動した時に発生した反転指令である場合には、出力
回路１３Ｒを開して該反転指令を右反転指令ＭＲとして
、ＯＲ回路２２を経由してモータ駆動回路２４に送出し
、また、入力された反転指令Ｍが左傾斜開先壁４Ｌ近傍
へ溶接トーチ２が移動した時に発生した反転指令である
場合には、出力回路１３Ｌを開して該反転指令を左反転
指令ＭＬとして、ＯＲ回路２３を経由してモータ駆動回
路２４に送出する切換動作を行う。この切換回路１３は
ＯＲ回路２２とＯＲ回路２３の出力を切換指令信号とし
て上記弁別作用を行い、ＯＲ回路２２の出力を受けた後
は、出力回路１３Ｒを閉し、ＯＲ回路２３の出力を受け
ると出力回路１３Ｌを閉する。１４は右反転位置記憶回
路であって、オシレート位置検出器９が作成する右反転
位置信号ＸＢが導かれ右反転位置Ｂを記憶する。１５は
左反転位置記憶回路であって、オシレート位置検出器９
が作成する左反転位置信号ＸＡが導かれ左反転位置Ａを
記憶する。

１８は右オシレート限界設定回路（差動増幅回路）であ
って、右反転位置記憶回路１４に記憶された最新の右反
転位１１ＺＢ　（前回右行オシレートサイクルにおける
右反転位置）に中段定器１６からの中段定値ΔＲを加算
し、右無条件反転位置信号Ｃを作成する。同様に、左オ
シレート限界設定回路１９は、記憶回路１５に記憶され
た最新の左反転位置Ｂ（前回左行オシレートサイクルに
おける左反転位置）に中段定器からの１７幅設定値ΔＬ
を加（減）算し、左無条件反転位置信号りを作成する。

２０は右無条件反転指令作成回路（比較演算回路）であ
って、右無条件反転位置信号Ｃとオシレート位置検出器
９からの位置信号Ｘが導かれ、両者が一敗した時に右無
条件反転指令（信号）２、を作成する。この右無条件反
転指令（信号）Ｚ、ＩはＯＲ回路２２を通してモータ駆
動回路２４に供給される。同様に、左無条件反転指令作
成回路（比較演算回路）２１は、左無条件反転位置信号
りとオシレート位置検出器９からの位置信号Ｘが導かれ
、両者が一致した時に左無条件反転指令（信号）ＺＬを
作成する。この左無条件反転指令（信号）ＺＬはＯＲ回
路２３を通してモータ駆動回路２４に供給される。モー
タ駆動回路２４は、ＯＲ回路２２の出力（右反転指令Ｍ
、もしくは右無条件反転指令２＊）を受けると、駆動モ
ータ８を停止させ停止後直にもしくは所定時間後に該駆
動モータ８を停止前とは逆方向に回転させるための制御
信号を該駆動モータ８に送出し、また、ＯＲ回路２３の
出力（右反転指令ＭＬもしくは右無条件反転指令ＺＬ）
を受けると、駆動モータ８を停止させ停止後直にもしく
は所定時間後に該駆動モータ８を停止前とは逆方向に回
転させるための制御信号を該駆動モータ８に送出する。

次に、この装置の動作について説明する。

今、溶接トーチ２は右行オシレートサイクルにあって、
Ａ点側から右傾斜開先壁４Ｒに向かって移動し始めたも
のとする。この時、切換回路１３の出力回路１３Ｒは開
状態、出力回路１３Ｌは閉状態にある。

溶接トーチ２は一定の高さに保持されてオシレートされ
、開先形状に応じてワイヤ３の突出長さが変化するので
、溶接電流検出器１１は上記ワイヤ３の突出長さの変化
に対応して変化する溶接電流を検出する。溶接トーチ２
が右傾斜開先壁４Ｒに近接して、溶接電流検出器１１の
検出信号Ｐの値がオシレート反転条件Ｑに等しくなるま
で増大すると、反転指令作成回路１２が反転指令Ｍを送
出する。切換回路１３の出力回路１３Ｌが閉されている
ので、上記反転指令ＭはＯＲ回路２２を経由し、右反転
指令Ｍ、Ｉとしてモータ駆動回路２４に供給される。モ
ータ駆動回路２４は上記反転指令Ｍ、を受けると前記し
た制御信号を送出するので、オシレータフの駆動モータ
８は停止し、これにより溶接トーチ２も停止して右行オ
シレートサイクルが終了する。溶接トーチ２のこの停止
位置はオシレート位置検出器９により検出されて、前回
右行オシレートサイクルに於ける右反転位置ＢＮ−１を
記憶している右反転位置記憶回路１４に入力され、該右
反転位置記憶回路１４の内容は今回右行オシレートサイ
クルにおける上記反転位置（右反転位置）ＢＮに書き換
えられる。

仮止め等が原因して、溶接トーチ２が上記前回右行オシ
レートサイクルに於ける右反転位置ＢＮ−１近傍を通過
しても、反転指令作成回路１２が出力せず、溶接トーチ
２が更に右へ過移動する場合、溶接トーチ２の上記右反
転位置Ｂ’Ｈ−１を通過してからの過移動距離が中段定
値ΔＲに達すると、比較演算回路２０が右無条件反転指
令ＺＲを送出する。この右無条件反転指令Ｚ、ｌはＯＲ
回路２２を経由してモータ駆動回路２４に送出されるの
で、該モータ駆動回路２４は、上記右反転指令Ｍｌを受
けた場合と同様に、駆動モータ８を停止させたのち逆回
転させ、これにより溶接トーチ２は停止したのち左行オ
シレートサイクルを開始する。また、右反転位置記憶回
路１４には溶接トーチ２のこの時の停止位置が今回オシ
レートサイクルにおける右反転位置ＢＮとして格納され
る。なお、溶接トーチ２の上記過移動中にトーチ反転条
件が成立して反転指令作図路１２が反転指令Ｍを送出し
た場合には、該反転指令Ｍは右反転指令ＭＲとしてモー
タ駆動回路２４に供給されるので、溶接トーチ２はこの
反転指令の発生時点に対応する位置で反転する。

溶接トーチ２の左行オシレートサイクルにおいても同様
に、溶接トーチ２が左傾斜開先壁４Ｌ近傍に達して反転
指令Ｍが作成されると、該反転指令は左反転指令Ｍ、と
してモータ駆動回路２４に供給され、溶接トーチ２は反
転し、前回左行オシレートサイクルに於ける左反転位置
、Ａ、Ｎ、、、を記ｔｇしていた左反転位置記憶回路１
５の内容は今回左行オシレートサイクルにおける上記反
転位置（左反転位置）ＡＮに書き換えられる。また、溶
接トーチ２が左反転位置ＡＮ−１近傍を通過しても、反
転指令作成回路１２が出力せず、溶接トーチ２が更に左
に過移動する場合には、溶接トーチ２の上記左反転位置
Ａ　Ｈ＋　１を通過してからの移動距離が設定値ΔＬに
達すると、比較演算回路２１が左無条件反転指令ＺＬを
送出する。この左無条件反転指令ＺＬはＯＲ回路２３を
経由してモータ駆動回路２４に送出されるので、溶接ト
ーチは停止した後反転し、左反転位置記憶回路１５には
溶接トーチ２のこの時の反転位置が今回オシレートサイ
クルにおける左反転位置ＡＭとして格納される。

このように、本実施例では、オシレート半サイクル中の
溶接トーチの移動径路において仮付ビード等があったた
めに、溶接トーチ２が開先壁近傍の所望の反転位置まで
移動しても、反転指令が作成されず、過移動した場合、
この過程動量が中段定値ΔＲ１ΔＬに等しくなると、ト
ーチ反転条件が成立しなくても、無条件反転指令が作成
され、溶接トーチは強制的に反転させられるので、中段
定値を適切に設定してお（ことにより、前記した溶接ト
ーチの暴走や傾斜開先壁のアークの乗り上げを防止する
ことができる。なお、溶接トーチ２の上記過移動中にト
ーチ反転条件が成立がして反転指令作回路１２が反転指
令Ｍを送出した場合には、該反転指令Ｍは左反転指令Ｍ
Ｒとしてモータ駆動回路２４に供給されるので、溶接ト
ーチ２はこの反転指令の発生時点に対応する位置で反転
すする。

許容過移動量であるΔＲ１ΔＬは、その値が小さすき゛
ると、オシレート１サイクル当たりのオシレート巾修正
量が小さく開先の倣いの追従性が悪くなり、大きすぎる
と、アークが開先に乗り上げる量が大きくなって、開先
にアンダーカットを発生させやすくなるため、溶接法や
溶接条件、開先倣い精度等を考慮して適宜決定すること
が望ましい。例えば、消耗電極式のガスシールド溶接法
では、ΔＲ１ΔＬは０．２〜４ｍｍが好ましく、４ｍｍ
以上になると、アークが傾斜開先壁に過大に乗り上げア
ンダーカットを生せしめる。一方、０．２ｍｍ以下にな
ると、アークの安定性から、最大オシレート速度がＩ　
Ｈｚ　、溶接速度が５〜３０ｃｍ／ｍｉｎとなるので、
開先の変動が１／２５以上であると、倣い不能となる。

上記実施例における無条件反転位置Ｃ，Ｄは、反転位置
Ｂ、Ａの外側にΔＲ１ΔＬを固定値として設定器１６．
１７で設定することにより得ているが（第３図（ａ））
、第３図（ｂｌに示すように、オシレート半サイクル毎
に、前回オシレート半サイクルのオシレート巾Ｗから演
算により（ＷＸα１、但し、α１　；定数〕として、或
いは、前回オシレート同方向半サイクル以前の複数半サ
イクルのオシレート巾や複数反転位置から演算により求
めて設定してもよい。この方法は開先中の変動が激しい
ときに特に有効である。

また、無条件反転位置Ｃ，Ｄは、今回オシレート半サイ
クルのオシレート開始端位置を基準として設定してもよ
く、この場合は、第３図ｆｃ）、［ｄ）に示すように、
前回オシレート同方向半サイクルのオシレート巾Ｗから
演算により　（ＷＸα２、但し、α２シｌ）として、或
いは、〔Ｗ＋α１、但し、α３＝一定値〕として求めれ
ばよい。この方法は溶接線と装置進行方向にズレがある
場合に特に有効である。また、第３図ｔｅｌに示すよう
に、〔前回オシレート逆方向半サイクルのオシレート巾
Ｗ×α４、但し、α４〉１〕として設定してもよい。

また、多層盛溶接を行う場合には、前層の溶接時におけ
るオシレート巾もしくはオシレート反転位置を用いて、
実施例の設定方法や第３図（ａｌ、ｆｂｌに示す設定方
法を採用するようにすれば、安定な下層の溶接時を基準
にすることできるため、無条件反転位置による反転が頻
発して開先倣いが乱れるような事態の発生を防止できる
。

なお、左右無条件反転位置は同一値である必要はなく、
横向姿勢溶接や開先が特殊である場合等には個別な値と
して設定することもある。

また、上記第１図の実施例における上記ΔＲ１ΔＬは信
号レベル（電圧値）で設定しているが、オシレート速度
を一定として、時間で設定することもできる。

上記実施例は、開先倣い制御を行う消耗電極式アーク溶
接に本発明を実施した例であるが、定アーク長制御を行
う非消耗電極式アーク溶接、例えば、特公昭５２−２９
９７３号公報に記載されているような非消耗電極式アー
ク溶接に本発明を実施する場合には、溶接トーチを開先
底面に対して手下方向（Ｚ軸方向）駆動するＺ軸方向駆
動モータの変位量を検出器を通して取り出し、該変位量
を所定値と比較して溶接トーチの反転位置を決定する回
路部に加え、溶接トーチを開先巾方向にオシレートする
ための駆動モータ（Ｙ軸方向駆動モータ）の回転１ｉ（
ｉ接トーチのオシレート半サイクルの回転量）を検出器
を通して取り出し、該回転量が、上記所定値と中段定値
ΔＲ（もしくはΔＬ）に対応する値との和に達した時に
無条件反転指令（信号）を作成してＹ軸方向駆動モータ
のモータ駆動回路に送出する回路部とを設けるようにす
れば良い。

定アーク長制御を行う上記非消耗電極式アーク溶接では
、アークが傾斜開先壁に乗り上げても比較的アンダーカ
ットを発生し難く、開先中変動は、通常、該開先中に比
例するので、ΔＲ１ΔＬは前回オシレート巾の５〜３０
％が好まし。３０％を越えると開先壁にアンダーカット
を生ぜしめ、５％以下では倣い精度が低下して実用的で
はなくなる。

１　〔発明の効果〕 この発明は以上説明した通り、トーチ反転条件が成立し
た時に溶接トーチが反転する通常の反転位置の外側に無
条件反転位置を設定したことにより、溶接トーチが上記
通常の反転位置を通過して過移動した場合にも、上記無
条件反転位置まで移動するとトーチ反転条件の成立を有
無に関係なく溶接トーチを反転させることができるので
、仮付ビード、ワイヤの不安定供給や溶融金属の波うち
等があっても、溶接トーチの暴走やアークの開先壁への
乗り上げによるアンダーカットの発生を確実に防止して
従来に比し溶接品質を向上し、開先倣いの安定性を高め
ることができる利点があり、特に、薄板溶接や多層盛溶
接に用いて好適である。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の基本的な技術思想を説明するための
開先と溶接トーチの反転位置との関係を示した図、第２
図はこの発明の実施例を示すブロック図、第３図はこの
発明における無条件反転位置設定方法を説明するための
図である。 ２・−・−溶接トーチ、４・・・開先、７−オシレータ
１．８・・・駆動モータ、１２−・・反転指令作成回路
、１３・・・切換回路、１４．１５・−反転位置記憶回
路、１８．１９・・−オシレート巾設定回路、２０゜２
１・・・無条件反転指令作成回路、２４−・モータ駆動
回路。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 溶接トーチを被溶接母材の開先巾方向にオシレートさせ
   、溶接電流もしくは電圧もしくはこれらに対応して変化
   するパラメーターを監視して所定のトーチ反転条件が成
   立した時に上記溶接トーチのオシレート方向を反転させ
   つつ溶接トーチを溶接線に倣わせる開先倣い制御方法に
   おいて、オシレート半サイクル毎に、溶接トーチの上記
   オシレート方向の反転位置の外側に無条件反転位置を設
   定し、今回オシレート半サイクルに対する上記無条件反
   転位置は前回オシレート半サイクル以前のオシレート動
   作に基づき演算により設定し、上記無条件反転位置では
   上記トーチ反転条件の成立の有無にかかわらず溶接トー
   チのオシレート方向を反転させることを特徴とする開先
   倣い制御方法。