JPS6380976A - ア−ク溶接装置 - 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】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、比較的大きな板厚材のつき合わせ部に開先を
形成して、その開先部を自動溶接するＴＩＧ自動溶接装
置に関し、詳しくは、溶接トーチ近傍に余分なセンサー
などを設けず構成の簡易な高精度溶接線倣いを行なうＴ
ＩＧ自動溶接装置に関する。

［従来の技術］ 近年、低電圧高電流のアークプラズマを利用した溶接の
うち、タングステン電極の整流作用によりアーク電流に
直流成分を含ませ、アークの安定をはかりつつ、母材に
接触させず点弧させる方式や、アーク電圧を一定に保つ
ような自動制御機構を台車の上に載せ、これを例えば直
線継手に沿ってレール上を動かし、いわゆる全自動溶接
装置が、その作業能率と品質の安定性のために多用され
つつある。

この中で、比較的大形の溶接措造物の製作においては、
断面がＶ字やＵ字の開先をとった比較的板厚の大きい板
と板とのつき合わせ部が存在し、これらの溶接線は略直
線であるのが普通である。

この直線部の溶接を行うのに一般的な装置には、第４図
、第５図の様なものがある。同図において走行台車駆動
ローラ（２）によって走行台車（１）が、又駆動モータ
（４）によってオシレートユニット（３）が駆動せしめ
られる。駆動モータ（４）に直結された送りネジ（５）
は、ナツト（６）と締結せしめられる。オシレートユニ
ット（３）に取り付けられたアーク長制御ユニット（７
）は、駆動モータ（８）によって駆動せしめられる。送
りネジ（９）は、駆動モータ（８）に直結され、この送
りネジ（９）によって溶接トーチ取付ブロック（１０）
が上下に移動する。タングステン電極（１２）は、溶接
トーチ（１１）に保持され、ワイヤ（１４）は、ワイヤ
リール（１３）に巻かれている。

コンジットチューブ（１５）は、ワイヤ（１４）を導き
、ワイヤガイド（１６）は、コンジットチューブ（１５
）により導かれたワイヤ（１４）をタングステン電極（
１２）の真下に挿入する。ここに溶接線（２０）と略平
行に走行レール（１８）を配し、この上に走行台車（１
）を載せ、走行溝（１８）に走行台車駆動ローラ（２）
をはめ込み、２枚の被溶接材（１９）は、その開先（２
１）で互いにつき合わせ溶接される。

次に動作について説明する。被溶接材（１９）の開先（
２１）を溶接するためには、まず溶接線（２０）とほぼ
平行に走行レール（１２）を敷設し、その上に走行台車
（１）を置き走行溝（１８）に走行台車駆動ローラ（２
）をはめ込む。次に駆動モータ（４）をインチング操作
し、溶接トーチ（１１）のタングステン電極（１２）を
溶接線（２０）の真上に位置させると共に駆動モータ（
８）をインチング操作し、溶接トーチ（１１）と開先（
２１）との上下方向の距離を設定する。

次に溶接トーチ（１１）のタングステン電極（１２）と
被溶接材（１９）の間にアークを発生させると共に、ワ
イヤ（１４）をワイヤリール（１３）からコンジットケ
ーブル（１５）　、ワイヤガイド（１６）を通してタン
グステン電極（１２）と開先（２１）の間に導き走行台
車（１）を走行させ開先（２１）を溶接する。この場合
溶接線と直角方向にはオシレートユニット（３）により
溶接トーチ（１１）を往復運動させながら、溶接すると
共に溶接トーチ（１１）はアーク長制御ユニット（７）
により、アーク長が一定になるよう制御されるのが普通
である。第６図は開先（２１）内における溶接時の電極
先端の動作軌跡（２２）を示したものであり、第７図は
溶接トーチ（１１）がオシレート中心に位置したときの
アーク（２３）と溶融金属（２４）の状態を示す。第８
図はオシレート端での溶接トーチ（１１）　、アーク（
２３）、溶融金属（２４）の状態を示すものである。第
９図はオシレート制御、アーク長制御回路のブロック図
であり、同図において（２５）は溶接中、非溶接時に溶
接トーチ（１１）の溶接線と直角方向の開先内での位置
を調整するオシレート中心設定器、（２６）は（２５）
の信号線、（２７）はオシレートパターン発生器、（２
８）は（２７）の信号線、（２９）はオシレート中心設
定器（２５）とオシレートパターン発生器（２７）の出
力電圧の加算器、（３０）は溶接トーチ左右位置検出器
（３４）と加算器（２９）の出力電圧を比較する比較器
、（３１）は比較器（３７）の出力電圧によりオシレー
トモータを駆動するオシレートモータ駆動回路、（３２
）は（３１）の信号線であり、（３５）はアーク長設定
器、（３６）は（３５）の信号線、（３７）はアーク電
圧検出器（４１）により検出されたアーク電圧とアーク
長設定器（３５）の出力電圧を比較する比較器、（３９
）は比較器（３７）の出力によりアーク長用モータ（８
）を駆動するアーク長用モータ駆動回路である。次にこ
のブロック図の動作を説明する。オシレート制御はオシ
レート中心設定器（２５）とオシレートパターン発生Ｗ
（２７）の出力電圧を加算器（２９）で加算し、この出
力電圧と溶接トーチ左右位置検出器（３４）の出力電圧
と比較器（３０）に入力し、比較器（３０）の出力電圧
が常にＯＶになるようオシレート用モータ（４）がオシ
レートモータ駆動回路（３１）により駆動される。オシ
レート中心設定器はオシレートの中心位置を決め、オシ
レートパターン発生器により、オシレート端停止時間、
オシレートトラバース時間を設定する。アーク長制御は
アーク長設定器（３５）とアーク電圧検出器（４１）の
出力電圧を比較器（３７）に入力し、比較器（３７）の
出力電圧が常に零Ｖ（ＯＶ）になるようアーク長用モー
タ（８）をアーク長用モータ駆動回路（３９）により駆
動し、溶接中、常にアーク長が一定に制御される。ブロ
ック図には示していないが、このようなオシレート制御
とアーク長制御とは同期がとられている。

［発明が解決しようとする問題点コ 以上説明した従来のアーク溶接装置の場合、次に述べる
問題点があった。すなわち、このような大形構造物の場
合、溶接線（２０）は必らずしも厳密な直線ではなく、
素材の加工精度や溶接進行にともなう熱歪みによって直
線からずれるし、また走行レール（１７）を溶接線（２
０）に厳密に平行に敷設することは非常に困難であるか
ら、溶接の進行にともなってオシレートの中心位置をオ
シレート中心設定器（２５）により、溶接線（２０）に
あわせるようにオペレータが操作する必要があり、常に
オペレータが溶接状態を監視しなければならないという
問題点があった。

この問題点を解決するためには、次の２つの構成が考え
られるが、これらの構成の概要とこれらの構成に係る問
題点を以下に説明する。

まずその第１の構成としては、溶接前に走行台車（１）
を溶接線（２０）に沿って走行させ、各位置での溶接ト
ーチ位置すなわちオシレート中心設定器（２５）の出力
電圧と制御装置内に記憶させ、その記憶に従って溶接を
行うティーチングプレイパック方式によるものが考えら
れるが、これには溶接前に余分な機械操作が必要なこと
と、熱歪に対応できないこと等の問題点がある。

次に第２の構成としては、走行台車（１）に何らかのセ
ンサーを搭載し、その信号によって溶接を行いつつ補正
していく手段によるものもあるが、これは余分にセンサ
ーの取付が必要なこと、アーク発生点近傍は高熱のため
センサーの取付ができないから、ある距離をはなしてセ
ンサーを溶接トーチに先行させる必要があり、センサー
の情報を遅延制御する必要があって装置が複雑になるこ
と等の問題点がある。

本発明は、上記のような従来の問題点を解消するために
なされたものであり、センサー等の余分な器具・機構を
付帯せしめることなく、良好なビードを維持しつつ、開
先倣いアーク溶接を全自動でしかも簡略な構成にて実現
する自動アーク溶接装置を提供するものである。

［問題点を解決するための手段］ 本発明に係るアーク溶接装置は、オシレートバターン同
期信号発生器によりオシレートパターン発生器の動作パ
ターンに同期した信号を発生させるとともに、アーク電
圧を取り込み、アーク長制御回路とは独立したローパス
フィルタ回路を通過したアーク電圧を、核オシレートパ
ターン同期信号発生器の出力信号により検出し、演算し
、オシレート中心からオシレート左端とオシレート中心
からオシレート右端までのアーク電圧平均値の差電圧に
応じた出力電圧をアーク電圧比較演算増幅器によって発
生させ、核アーク電圧比較演算増幅器の出力電圧をオシ
レート制御回路の加算器に入力することにより、アーク
電圧の高い方へ溶接トーチのオシレート中心をあらかじ
め定められたアーク電圧差に比例した移動量だけ移動す
るごとくの手段で、溶接トーチ位置制御を実行しつつ溶
接線倣いを行なうことによって成されるものである。

以下、本発明の一実施例を図を参照にして説明する。

第１図において、アーク長制御回路とは独立したアーク
電圧検出器（４１）の後段に、アーク長制御回路とは別
にアーク電圧を取込むためのローパスフィルタ回路（５
０）を取りつけ、核ローパスフィルタ（５０）を通し、
溶接中のアーク電圧をアーク電圧比較演算増幅器（４７
）へ、アーク電圧信号線（４９）により取り込むと同時
に、オシレートパターン発生器（２７）の出力信号に同
期した信号を発生するオシレート同期信号発生器（４４
）の出力信号もアーク電圧比較演算増幅器へ人力する。

アーク電圧比較演算増幅器（４７）の内部においては、
まず溶接電源回路と本回路を絶縁する絶縁部（５１）よ
りアナログ／ディジタル変換部（５３）を通し、アーク
電圧がアナログ／ディジタル変換され検出部（５５）へ
供給されるとともに演算部（５８）は、オシレート同期
信号発生器（４４）の出力信号を演算部（５８）に取り
込むための入力部（６０）に供給されるオシレート右側
同期信号（４５）　、オシレート左側同期信号（４６）
に従ってアーク電圧検出タイミング波号を信号ｉ　（５
７）を通して演算部（５８）の指令により、アーク電圧
を検出する検出部（５５）へ供給し、必要なタイミング
でアナログ／ディジタル変換されたアーク電圧を演算部
（５８）が取り込み、開先（２１）における溶接トーチ
（１１）のオシレート中心からオシレート左端までのア
ーク電圧平均値と、オシレート中心からオシレート右端
までのアーク電圧検出器をそれぞれ演算比較し、その結
果、アーク電圧の高かった方向へ溶接トーチのオシレー
ト中心をあらかじめ定められたアーク電圧差に比例した
移動量だけ移動する出力をディジタル／アナログ変換部
（６２）を通して出力部（６４）にアウトプットする。

この出力電圧を信号線（４８）を通してオシレート制御
回路の加算器（２９）ヘコネクティングする。この結果
、オシレート中心がオシレート中心から左右のアーク電
圧の高い方向へ移動する。通常ＴＩＧ溶接では定電流特
性の溶接電源が使用される為、アーク長がある程度変化
しても溶接電流は変化しないがアーク長の変化はアーク
電圧に比例している。

本発明はこのアーク長とアーク電圧との比例関係を利用
し溶接中の溶接トーチ（１１）の上下方向のアーク長制
御とは別に、溶接進行時、開先（２１）とオシレートの
中心がずれることにより、オシレート左右端部でアーク
長が変化することに告目し、オシレート中心から左端・
右端までのアーク電圧平均値の比較を行っている。また
開先側壁での融合を良好にするためタングステン電極（
１２）と被溶接材（１９）の距離は開先中央より開先側
壁の方が短くなっており、オシレート左右端ではアーク
長制御を停止しているため、アーク長制御により開先側
壁と、開先中央とでアーク電圧が変化しないということ
はないので本発明の効果は充分発揮される。

第３図は、オシレートパターンと同期信号、アーク電圧
比較演算増幅器（４７）の出力部（６４）のタイミング
波形、出力電圧波形を示すものであり、この一実施例で
は初めのオシレート端停止時間（６５）のＴｌ　＋Ｔｌ
−２Ｔ１と、トラバース時間（６６）のＴ２の和である
２Ｔｌ＋Ｔ２の間でアーク電圧の比較演算を行い、次の
トラバース時間（６６）の初めでオシレート中心の移動
指令を出力部（６４）に出力しており、この動作を交互
に繰り返して常にオシレート中心の移動制御を行ない、
溶接線倣いを行なっている。また出力部（６４）の出力
電圧は常にオシレート１往復前の中心位置に対して補正
を行なっている。

また溶接中に外乱、たとえば磁気吹等により実際には溶
接線のずれがなくてもアーク電圧が大きく変化する場合
がある為、オシレート中心位置の１回の補正量は、最大
でも０．５ｍ＋ｓを越えないように演算処理している。

さらに前述と同様に本発明実施例では、オシレートの中
心移動制御と円滑ならしめるようアーク電圧差にしきい
値を設け、左右アーク電圧差がある程度大きくなっては
じめて補正制御動作を開始する手段によって成るもので
ある。

また、上記実施例では平板のつき合わせ部の溶接につい
て説明したが、バイブ等のつき合わせ、隅肉溶接であっ
てもよく、上記実施例と同様の効果を奏する。また第３
図ではオシレート１回ごとにオシレート中心位置の補正
を行なっているが、被溶接物の溶接線とオシレート中心
のずれ二が少なければ補正頻度を低くしてもよい。

［本発明の効果］ 以上述べたように本発明によれば、溶接トーチの近傍に
新たに制御のための検知系、特にセンサーとセンサー出
力の変換系などを付加することなく、従来のアーク長制
御用のアーク電圧をダイレクトに制御のためにに利用す
る手段によるので、溶接トーチまわりの装置構成が非常
に簡単化され、その上、複雑かつデリケートな検知系に
係る故障発生率も低く、高精度でかつ信頼性の高い溶接
線開先倣い自動アーク溶接装置を提供できる効果を奏す
るものである。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の一実施例を示す制御回路例を示す図
、第２図は第１図のアーク電圧比較演算増幅器の制御回
路例を示す図。第３図はこの発明のオシレート波形と同
期信号、オシレート中心位置移動出力波形を示す図、第
４，５図は一般的な自動溶接装置の概略を示す、平面図
と正面図、第６図は開先の断面とオシレートしたときの
電極先端の軌跡を示す図、第７図は開先中央付近でのア
ークの状態を示す図、第８図は開先の端部付近でのマー
クの状態を示す図、第９図は従来の制御回路例を示す図
である。 なお、図中（１）は走行台車、（２）は走行台車駆動ロ
ーラ、（３）はオシレートユニット、（４）はオシレー
ト用モータ、（５）は送りネジ、（６）はナツト、（７
）はアーク長制御ユニット、（８）はアーク長用モータ
、（９）は送りネジ、（１０）は溶接トーチ取付ブロッ
ク、（１１）は溶接トーチ、（１２）はタングステン電
極、（１３）ワイヤリール、（１４）はワイヤ、（１５
）はコンジットチューブ、（１６）はワイヤガイド、（
１７）は走行レール、（１８）は走行溝、（１９）は離
溶接材、（２０）は溶接線、（２１）は開先、（２２）
は電極先端の移動軌跡、（２３）はアーク、（２４）は
溶接金属、（２５）はオシレート中心設定器、（２７）
はオシレートパターン発生器、（２９）は加算器、（３
０）は比較器、（３１）はオシレートモータ駆動回路、
（３４）は溶接トーチ左右位置検出器、（３５）はアー
ク長設定器、（３７）は比較器、（３９）はアーク長用
モータ駆動回路、（４１）はアーク電圧検出器、（４４
）はオシレート同期信号発生器、（４７）はアーク電圧
比較演算増幅器、（５０）はローパスフィルタ回路、（
５１）は絶縁部、（５３）はアナログ／ディジタル変換
部、（５５）は検出部、（５８）は演算部、（６０）は
入力部、（６２）はディジタル／アナログ変換部、（６
４）は出力部、（６５）はオシレート端停止時間、（６
６）はオシレートトラバース時間を示す。 なお、図中、同一符号は同−又は相当部分を示す。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）溶接トーチのオシレート機構をコントロールしな
   がら開先加工を施した２つの被溶接部材のつき合わせ部
   を溶接するに際し、該つき合わせ部に沿って走行する台
   車に搭載した溶接線をまたいで台車進行方向と直角に溶
   接トーチを往復運動させるとともに、溶接トーチ上下機
   構により溶接方向とオシレート方向との双方に垂直な方
   向に溶接トーチを移動させ、溶接進行時にアーク電圧検
   出回路によって溶接トーチと被溶接材間のアーク電圧を
   検出しながら、この検出回路の出力電圧と基準電圧設定
   器出力電圧とを比較増幅器により比較し、該比較増幅器
   の出力電圧により前記溶接トーチ上下機構を動作させ、
   溶接トーチと被溶接材間の距離を常に一定値になるよう
   制御するアーク長制御を行なう溶接方法によって溶接を
   行なう自動溶接装置において。 前記アーク長制御回路とは、独立して、該アーク検出回
   路の後段に、アーク電圧をとり込むためのローパスフィ
   ルタ回路を有し、オシレートパターン同期信号発生器に
   より、オシレートパターンに同期した信号を発生すると
   ともに、前記ローパスフィルタ回路を通過したアーク電
   圧を該オシレートパターン同期信号発生器の出力信号に
   より、オシレート時のオシレート中心からオシレート左
   端までのアーク電圧の平均値と、オシレート中心からオ
   シレート右端までのアーク電圧の平均値をそれぞれ検出
   し、その差電圧を比較増幅し、アーク電圧比較増幅器に
   よって、この出力電圧を前記オシレート機構のオシレー
   ト制御回路に加算して、アーク電圧の高い方向へ溶接ト
   ーチのオシレート中心をあらかじめ定められたアーク電
   圧差に比例した移動量だけ移動するごとくの手段で溶接
   トーチの位置制御を行ないつつ、溶接線倣いを行なうこ
   とを特徴とするアーク溶接装置。
2. （２）前記オシレート中心からオシレート左端、右端ま
   でのアーク電圧平均値の演算部には、しきい値を設ける
   ことを特徴とする特許請求の範囲第１項記載のアーク溶
   接装置。
3. （３）前記アーク電圧比較演算増幅器の出力電圧は、オ
   シレート中心の１回の修正移動量が０．５ｍｍを越えな
   いことを特徴とする特許請求の範囲第１項記載のアーク
   溶接装置。