JPS63290686A - ア−ク溶接管理装置 - 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】 ［発明の目的］ （産業上の利用分野） 本発明は溶接電流、溶接電圧、溶接速度の主要３要素は
勿論、溶接入熱や母材温度及びワイヤ送給速度などの管
理が溶接施工の進行と同時に評価できるアーク溶接管理
装置に関する。

（従来の技術） 従来、例えば溶接構造物をアーク溶接するには作業者以
外に記録員を置いて溶接電流、溶接電圧をアーク溶接機
の電源装置に備えられた沼流計。

電圧計から読取って記録し、その平均的な値をもとに溶
接電流■および溶接電圧■を設定すると共にこれらの溶
接電流および溶接電圧と溶接速度計で計測された溶接速
度ＶＳをもとに溶接入熱（Ｑ）、Ｑ＝６０Ｘ　ＩｘＶ／
Ｖｓ　（Ｊ／ｃｚ）を算出し、この溶接入熱を管理しな
がら溶接を施工している。またワイヤ送給速度および母
材温度などに関してもこれらを計測、記録して設定値に
対してオーバしているか否かを判断しながら管理してい
る。そして、このような計測管理に対する評価は施工の
途中又は施工完了後に行なわれている。

（発明が解決しようとする問題点） しかし、このように作業者以外に記録員を置いて溶接電
流、溶接電圧と溶接速度の計測およびこれらをもとに溶
接入熱（Ｑ）の計算並びにワイヤ送給速度、母材温度な
どの計測を行なってこれらを記録しながら溶接施工を管
理し、その管理に対して溶接施工の途中又は後に評価し
ていたのでは、溶接施工者による計器の読取り誤差や溶
接電流および電圧がそのときの溶接現象と異なることが
多いため、溶接部の形状（ビート）、外観（製品）およ
び品質にバラツキが生じる。また溶接施工管理は溶接熟
練工の技量に負うところが大きく、その評価にも多少の
差異が生じる。

そこで、本発明は記録員を置かずに溶接電流。

溶接電圧、溶接速度の主要３要素は勿論、溶接入熱や母
材温度並びに溶接品質に係わるシールドガスなどの管理
を溶接施工の進行と同時に評価でき、品質の安定化を図
ることができるアーク溶接管理装置を提供することを目
的とする。

［発明の構成コ （問題点を解決するための手段） 上記目的を達成するため、第１の発明では電ａ装冨に接
続され且つ溶接トーチに旧材を供給して被溶接材をアー
ク溶接するアーク溶接機においび母材温度をそれぞれ検
出する検出手段と、この検出手段により検出された溶接
電流、溶接電圧をサンプリングして溶接現象に近似した
波形平均１直を求めると共にこの溶接電流および溶接電
圧の波形平均値と前記検出手段で検出された溶接速度を
もとに溶接入熱量を求める演算手段と、この演尊手段で
求められた溶接電流、溶接電圧の波形平均前記溶接条件
設定手段に設定された各設定値とをそれぞれ比較しこれ
らが許容範囲内に入っているか否かを判定する判定手段
と、この判定手段で許容範囲外と判定されるとその旨の
報知指令又は前記電源装置に対してトリップ指令を出力
する出力手段と、前記判定手段で前記各検出手段で検出
される溶接定流、溶接電圧、溶接速度および溶接入熱量
、溶材送給速度および母材温度が許容範囲内に入ってい
ることが判定されるとその時の各データを記憶し、一連
のデータ処理が終了するとデータを集計して記録するデ
ータ記録手段とを備えたことを特徴としている。

また、第２の発明では溶接入熱量を設定する溶接条件設
定手段と、アーク溶接時の溶接電流。

溶接電圧、溶接速度、溶接人熱湯、溶材送給速度および
母材温度をそれぞれ検出する検出手段と、この検出手段
により検出された溶接電流、溶接電圧をサンプリングし
て溶接現像に近似した波形平均値を求めると共にこの溶
接＠流および溶接電圧の波形平均値と前記検出手段で検
出された溶接速度をもとに溶接入熱量を求める演算手段
と、この演算手段で求められた溶接入熱（至）と前記溶
接条件設定手段に設定された設定値とを比較して許容範
囲内に入っているか否かを判定する判定手段と、この判
定手段で許容範囲外と判定されると報知指令剣ト修侶−
１！−４！４＝ｉｉ＝聡→ＨＦモセ暇宍＃≠詣暗を出力
する出力手段と、前記判定手段で許容範囲外と判定され
ると前記検出手段で検出される溶接人熱邑が設定値にな
るように溶接電流、溶接速度、溝材送給速度及び母材温
度の少なくとも何れか一つを判定手段で溶接入熱量が設
定値の許容範囲内に入っていることが判定されるとその
時の各検出データを記憶し、一連のデータ処理が終了す
るとデータを集計して記録するデータ記録手段とを備え
たことを特徴としている。

（作用） したがって、第１の発明のような構成のアーク溶接管理
装置にあってはアーク溶接時に検出された溶接電流、溶
接電圧を高速度でサンプリングして取込んで求められた
波形平均値、これらの波形平均圃と溶接速度とをもとに
求められた溶接入熱およびそれぞれ検出された溶材送給
速度、母材温度を予め設定された各設定値と比較しこれ
らが許容範囲内に入っているか否かを判定してその結果
が設定値に対して過大又は過少の場合にはその旨の報知
指令又は電源装置のトリップ指令を出力し、許容範囲内
に入り一連の溶接施工が終了するとその時の各データを
集計して記録することで溶接施工の進行と同時に計測管
理に対する評価が可能となるので、溶接部の品質が安定
したものとなり、記録の処理をデータ処理装置で実施す
れば、その後の事務処理にも大きな効果を期待すること
が可能となる。

また、第２の発明のような構成のアーク溶接管理装置に
あってはアーク溶接時に検出された溶接電流と溶接電圧
をサンプリングして求められた溶接現象に近似した波形
平均値と溶接速度とをもとに溶接入熱量を求め、この溶
接入熱量を溶接条件設定装置に設定された設定値と比較
して許容範囲内に入っているか否かを判定し、許容範囲
内に入っていない場合には溶接入熱量が設定値になるよ
うに溶接電流、溶接速度、溝材送給速度及び母材温度の
少なくとも何れか一つを調整し、溶接入熱量が設定値の
許容範囲内に入った時の各データを記憶し、一連のデー
タ処理が終了するとデータを集計して記録することで溶
接施工の進行と同時に計測管理に対する評価が可能とな
り、しかも溶接工の教育段階から同一ブＯグラムで教育
・評価が可能となる。

（実施例） 以下本発明の一実施例を図面を幸照して説明する。

第１図は本発明によるアーク溶接管理装置全体のシステ
ム構成例を示すものである。第１図において、１は溶接
トーチ１ａ、この溶接トーチ１ａにワイヤを供給するワ
イヤ供給ドラム１ｂ等を備えたアーク溶接機で、このア
ーク溶接機１は図示しない自動走行車又は自動溶接ロボ
ットに組込まれて自動溶接が可能になっている。２はア
ーク溶接機１に接続された電源装置で、この電源装置２
は電源トランス、交流を直流に変換する変換器等から構
成されている。３は溶接トーチ先端部にシールドガスを
供給するガスボンベである。また、４は電源装置２とア
ーク溶接機１とを結ぶ電路に流れる電流をシャント検出
する溶接電流検出器、５は同じく電路の電圧を検出する
溶接電圧検出器、６はワイヤ供給ドラム１ｂを駆動する
駆動部の回転速度からワイヤ送給速度を検出するワイヤ
送給速度検出器である。さらに、７は溶接トーチ駆動源
の駆動部をエンコーダ信号に変換して溶接速度を検出す
る溶接速度検出器、８は被溶接部材９の温度を検出する
母材温度検出器である。なお、母材温度の検出としては
被溶接部材９自体の温度に限らず、溶融プールの温度を
検出するようにしでもよい。

一方、１０は溶接電流検出器４．溶接電圧検出器５．ワ
イヤ送給速度検出器６．溶接速度検出器７および母材温
度検出器８の各検出信号が入力されるマイクロコンピュ
ータ（以下単にマイコンと呼ぶ）である。このマイコン
１０は各検出信号を取込むと溶接電流検出器４および溶
接電圧検出器５により検出された溶接電流および溶接電
圧を１０００（回／秒）でサンプリングしてその平均値
を求め、この溶接電流および溶接電圧の平均値と溶接速
度検出器７で検出された溶接速度Ｖｓをもとに溶接入熱
（Ｑ）、Ｑ＝６０Ｘ　ＩＸＶ／ＶＳを求める演算機能と
、この演算機能で求められた溶接電流および溶接電圧の
平均値、溶接入熱（Ｑ）を予め設定された設定値とそれ
ぞれ比較し、これらが許容範囲内に入っているか否かを
判定する判定機能およびこの判定機能により許容範囲外
の場合にはデータ設定を変更すべき指令を出すデータ設
定変更機能を有している。また、１１はマイコン１０に
対して初期設定や設定変更したり、マイコン１０で演算
および判定されたデータを作業記録データとして集計し
、これをメツセージ内容と共に表示したり、プリントア
ウトしたりするパーンナルコンピュータ（以下単にパソ
コンと呼ぶ）である。

なお、上記のように溶接電流および溶接電圧を１０００
回／秒でサンプリングしてその波形平均値を求めれば、
母材の材質や溶接電流および溶接電圧等の溶接条件にほ
とんど左右されずに溶接現象に近似したデータを得るこ
とができるが、溶接条件を特定すれば溶接電流および溶
接電圧のサンプリング周期が短くても溶接現象に近似し
たデータを得ることができる。例えば母材としてステン
レスを、ワイヤとして１．６０のものをそれぞれ使用し
、また溶接電圧として２７〜３２Ｖ、溶接電流として３
３０〜４００Ａの条件で溶接する場合にはサンプリング
周期を５００回／秒としてもよい。また、母材として軟
鉄を、ワイヤとして１．２Φのものをそれぞれ使用し、
また溶接電圧として２２〜２６■、溶接電流として１３
０〜１８０Ａの条件で溶接する場合にはサンプリング周
期を２５０回／秒としてもよい。

次に上記のように構成されたアーク溶接管理装置の作用
について第２図に示すフローチャートを参照しながら説
明する。

まず、第２図（ａ）においてステップ２１で！１ａｉｆ
ｆの指定入力を行なうと、ステップ２２でその入力がマ
ニュアル入力か否かが判定され、マニュアル入力であれ
ばステップ２３でデータの設定がなされているか否かを
判定する。データの設定が未だであれば溶接管理項目の
キー人力により溶接電流ピーク、ベース（ＩＰ、１Ｂ）
、溶接電圧（Ｖ）や溶接速度（ＶＳ）、ワイヤ送給速度
（Ｖｆ）、溶接入熱（Ｑ）、母材温度（Ｔ）など、必要
な項目をキー人力してセットする。また、処置の指定入
力がマニュアル入力でなければパソコンデータ入力によ
り過去の該当するパソコンデータを検索し、そのデータ
をマイコン１０のデータ設定部に転送する。また、ステ
ップ２４で計測開始が未だかどうかが判定され、計測開
始が未だであればステップ２５にて計測値に対して初期
設定の必要があるか否かが判定され、必要がある場合に
は第２図（ｂ）のようなフローによりデータの補正が行
なわれる。即ち、計測及び計測値に対する修正作業とし
て、まずステップ２６でデータの補正がなされていない
と判定されると、この場合にはデータ補正としてステッ
プ２７．２８．２９で溶接電流、溶接電圧、母材温度の
修正の有無をそれぞれ判定すると共にその修正値を指定
する。

そしてステップ２６での判定が終わると、ステップ３０
にてデータのモジュールの選択が未だであるか否かを判
定し、モジュールの選択が未だであれば計測に必要なモ
ジュールを選択する。この場合、ステップ３８では過去
のデータを消去する必要があるか否かを判定し、消去す
る必要があれば初期設定状態に戻す。次に第２図（ａ）
に戻り、ステップ２４で計測が開始してもよいと判定さ
れると、そのメツセージと初期設定がなされる。例えば
計測に必要な補助資料として、ブロック　。

や工事名、工事日９作業者、開始・終了パス、溶接長さ
、並びにパルス（有無）やワイヤの径・比重などをキー
人力する。そして、計測が開始されるとその旨の表示が
なされると共に溶接電流検出器４および溶接電圧検出器
５で検出された溶接電流および溶接電圧を１０００（回
／秒）のサンプリング周期でサンプリングして、これら
の平均値が求められる。したがって、その平均値は溶接
電流および溶接電圧の波形に近似したものとなる。

また溶接電流および溶接電圧の波形平均値と溶接速度検
出器７で検出された溶接速度をもとに溶接入熱（Ｑ）を
求める。これら溶接電圧Ｖおよび電流Ｉの波形平均値と
溶接入熱（Ｑ）とワイヤ送給速度検出器６で検出された
ワイヤ送給速度および母材温度検出器８で検出された母
材温度のサンプリング値はステップ３１にて溶接条件と
して設定された各設定値とそれぞれ比較され、許容節回
に入っているか否かが判定される。この場合、溶接電流
、溶接電圧および母材温度に対してデータ補正の必要が
あれば、第２図（ｂ）のステップ２７゜２８．２９で判
定された補正値により補正される。

そして、その判定結果が設定値に対する許容範囲内にあ
る場合にはパスを更新して設定パス数だけ前述した処理
をサイクリックに繰返し、ステップ３２で設定パス数に
達すると最終パスの記録を終了してその時の溶接電圧Ｖ
および電流Ｉの波形平均値と溶接入熱（Ｑ）とワイヤ送
給速度検出器６で検出されたワイヤ送給速度および母材
温度検出器８で検出された母材温度のサンプリング値が
パソコン１１の表示面に表示される。ここで、設定パス
数とは溶接開口部の深部から開口面に至る間に予め設定
された箇所に溝材を注入するための回数である。前述し
た設定値との比較で許容範囲外と判定されると、警報を
発すると同時に該当する要素のエラーを表示し、ステッ
プ３３でデータ設定の変更の必要があるか否かが判定さ
れる。変更の必要がある場合にはステップ２３に戻り、
ここで該当するデータの変更をキー操作により行ない、
またデータ設定の変更の必要がなくなれば計測終了のキ
ーを操作して計測を終了する。。

次に前述した一連の処理が終了すると、ステップ３４で
はデータの集計をしてもよいか否かを判定し、データの
集計をしてもよければ第２図（Ｃ）に示すような集計処
理が実行される。すなわち、第２図（Ｃ）においてデー
タ集計のキーを操作すると、まずステップ３５でデータ
表示をしてもよいか否かを判定し、表示をしてもよけれ
ば前述したメツセージ表示内容と溶接施工データとが表
示され、次にステップ３６でプリントをしてもよいか否
かが判定され、プリントをしてもよければこのメツセー
ジ表示内容と溶接施工データとがプリントされる。メツ
セージ表示内容および溶接施工データのプリントが終了
すると、ステップ３７でデータを転送してもよいか否か
が判定され、データを転送してもよければパソコン１１
とデータ転送ラインにより結ばれ、データ転送キーの入
力により前述した各計測データの転送が行なわれ、全て
のデータの転送が終わると前述したステップ２３に戻る
。

なお、上記説明では自動溶接の場合について述べたが、
半自動溶接あるいは千〇溶接の場合にも前述同様に実施
できるものである。この場合、半自動溶接ではワイヤを
作業員が手で持って溶接部に供給するだけでワイヤ自体
は自動送給されるので、前述同様に溶接速度検出器で溶
接速度を検出できるが、手動溶接では溶接速度検出器で
の検出ができない。そこで、手動溶接の場合には溶接棒
に一定間隔を存して配置された光電スイッチ、又はリミ
ットスイッチ等でアーク通過を検出して配茸間隔（距１
！Ｉ）をアーク通過時間で割算することにより、溶接速
度を求めることができる。

このように本実施例ではマイコン１０に溶接電流Ｉおよ
び溶接電圧Ｖを１０００（回／秒）でサンプリングして
その平均値を求め、この溶接電流■および溶接電圧Ｖの
平均値と溶接速度ＶＳをもとに溶接入熱Ｑを求める演算
機能と、この演算機能で求められた溶接電流ｌおよび溶
接電圧Ｖの平均値、溶接入熱Ｑや溶接速度ＶＳ、母材温
度Ｔを予め設定された設定値とそれぞれ比較し、これら
が許容範囲内に入っているか否かを判定する判定機能お
よびこの判定機能により許容範囲外の場合にはその旨の
警報を出力させる警報機能とデータ設定を変更すべき指
令を出すデータ設定変更機能を持たせて、溶接電流、溶
接電圧、溶接速度の３要素は勿論のこと、溶接入熱や母
材温度などの管理を溶接施工の進行と同時に評価できる
ようにし、且つ一連の溶接施工が完了するとパソコン１
１によりその管理データを表示し、集計してこれらを計
測に必要な補助資料と共にプリントアウトすると同時に
記録処理を行なうようにしたものである。

したがって、従来の如く溶接施工の一部又は溶接施工の
完了後に評価する場合と比べ、溶接電源特性の補正が可
能となるので、優れた溶接管理を行なうことができる。

このような各情報の同時計測は溶接結果や現状処置のシ
ュミレーションが可能で、且つ記憶・記録の自動化で溶
接部の品質管理がより浸れたものとなり、しかもその後
の事務管理にも大きな効果が得られる。

なお、上記実施例においては判定機能により溶接電流Ｉ
および溶接電圧■の平均値、溶接入熱Ｑや溶接速度Ｖｓ
、母材温度Ｔが許容範囲外のとき警報を出力させるよう
にしたが、電源装置に対してトリップ指令を出力するよ
うにしてもよい。

次に本発明の池の実施例を述べる。

上記実施例では溶接電流、溶接電圧、溶接人熱最、溶接
速度、ワイヤ送袷速度及び母材温度をそれぞれの設定値
と比較してその結果を記録するようにしたが、この実施
例は溶接適正条件が明確な場合に有効である。しかし、
溶接電流、溶接速度、ワイヤ送給速度、ｆｆｉ材温度の
適正な溶接設定条件が明確でない場合には次のようにし
て実施すればよい。即ち、溶接電流検出器４．溶接電流
検出器５．溶接速度検出器７で検出されたそれぞれの検
出値から溶接入熱量を求め、この溶接入熱量をその設定
値と比較して溶接入熱量が設定値から外れている場合に
は溶接電流を調整して溶接入熱量が設定値になるように
してもよく１．溶接速度を調整して溶接入熱量が設定値
になるようにしてもよい。さらに、ワイヤ送給速度く溶
接電流に比例）を調整して溶接入熱量が設定値になるよ
うにしてもよく、母材温度（溶接速度に比例）を調整し
て溶接入熱量が設定値になるようにしてもよい。

このような構成のアーク溶接管理装置にあっては、前記
実施例と同様の効果が得られることは勿論、溶接工の教
育段階から同一プログラムで教育・評価が可能となので
、従来のように熟練溶接工でなくても安定した品質の溶
接部が得られ、溶接技術の発展に大きく寄与できるもの
となる。

なお、前記各実施例では特に説明しなかったが、マイコ
ン１０に対する溶接時のノイズ対策として一般のフィル
タを使用することにより、その機能を充分に発揮させる
ことができる。

［発明の効果］ 以上述べたように本発明によれば、記録員を置かずに溶
接電流、溶接電圧、溶接速度の主要３要素は勿論、溶接
入熱や母材温度などの管理を溶接施工の進行と同時に評
価でき、もって溶接電源の特性補正が可能となり、安定
した品質の溶接部を得ることができるアーク溶接管理装
置を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明によるアーク溶接管理装置の一実施例を
示すシステム構成図、第２図は同実施例におけるデータ
処理手順を示すフローチャートである。 １・・・・・・溶接線、４・・・・・・溶接電流検出器
、５・・・・・・溶接電圧検出器、６・・・・・・ワイ
ヤ送給速度検出器、７・・・・・・溶接速度検出器、８
・・・・・・母材温度検出器、１０・・・・・・マイコ
ン、１１・・・・・・パソコン。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）電源装置に接続され且つ溶接トーチに溶材を供給
   して被溶接材をアーク溶接するアーク溶接機において、
   溶接電流、溶接電圧、溶接速度、溶接入熱量、溶剤送給
   速度および母材温度を設定する溶接条件設定手段と、ア
   ーク溶接時の溶接電流、溶接電圧、溶接速度、溶接入熱
   量、溶材送給速度および母材温度をそれぞれ検出する検
   出手段と、この検出手段により検出された溶接電流、溶
   接電圧をサンプリングして溶接現象に近似した波形平均
   値を求めると共にこの溶接電流および溶接電圧の波形平
   均値と前記検出手段で検出された溶接速度をもとに溶接
   入熱量を求める演算手段と、この演算手段で求められた
   溶接電流、溶接電圧の波形平均値および溶接入熱量並び
   に前記検出手段で検出された溶接速度、溶剤送給速度お
   よび母材温度と前記溶接条件設定手段に設定された各設
   定値とをそれぞれ比較しこれらが許容範囲内に入つてい
   るか否かを判定する判定手段と、この判定手段で許容範
   囲外と判定されるとその旨の報知指令又は前記電源装置
   に対してトリップ指令を出力する出力手段と、前記判定
   手段で前記各検出手段で検出される溶接電流、溶接電圧
   、溶接速度および溶接入熱量、溶材送給速度および母材
   温度が許容範囲内に入つていることが判定されるとその
   時の各データを記憶し、一連のデータ処理が終了すると
   データを集計して記録するデータ記録手段とを備えたこ
   とを特徴とするアーク溶接管理装置。
2. （２）判定手段は溶接電流、溶接電圧の波形平均値およ
   び溶接入熱量並びに溶接速度、溶材送給速度および母材
   温度の何れかが溶接条件に対して許容範囲外と判定され
   ると溶接条件設定手段に該当する設定値を変更する機能
   を持たせたものである特許請求の範囲第１項に記載のア
   ーク溶接管理装置。
3. （３）電源装置に接続され且つ溶接トーチに溶材を供給
   して被溶接材をアーク溶接するアーク溶接機において、
   溶接入熱量を設定する溶接条件設定手段と、アーク溶接
   時の溶接電流、溶接電圧、溶接速度、溶接入熱量、溶材
   送給速度および母材温度をそれぞれ検出する検出手段と
   、この検出手段により検出された溶接電流、溶接電圧を
   サンプリングして溶接現象に近似した波形平均値を求め
   ると共にこの溶接電流および溶接電圧の波形平均値と前
   記検出手段で検出された溶接速度をもとに溶接入熱量を
   求める演算手段と、この演算手段で求められた溶接入熱
   量と前記溶接条件設定手段に設定された設定値とを比較
   して許容範囲内に入っているか否かを判定する判定手段
   と、この判定手段で許容範囲外と判定されると報知指令 と、前記判定手段で許容範囲外と判定されると前記検出
   手段で検出される溶接入熱量が設定値になるように溶接
   電流、溶接速度、溶材送給速度及び母材温度の少なくと
   も何れか一つを調整する手段と、前記判定手段で溶 接入熱量が設定値の許容範囲内に入っていることが判定
   されるとその時の各検出データを記憶し、一連のデータ
   処理が終了するとデータを集計して記録するデータ記録
   手段とを備えたことを特徴とするアーク溶接管理装置。