JP2536335B2 - 2ワイヤ回転ア―ク溶接方法 - Google Patents

2ワイヤ回転ア―ク溶接方法

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JP2536335B2
JP2536335B2 JP3184767A JP18476791A JP2536335B2 JP 2536335 B2 JP2536335 B2 JP 2536335B2 JP 3184767 A JP3184767 A JP 3184767A JP 18476791 A JP18476791 A JP 18476791A JP 2536335 B2 JP2536335 B2 JP 2536335B2
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祐司 杉谷
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、先行、後行の2本の溶
接ワイヤを使用し、開先幅の変動に対応して2つの回転
アークの偏向方向を制御するようにした2ワイヤ回転ア
ーク溶接方法に関する。ここで、2ワイヤ回転アーク溶
接方法とは、先行、後行の2本の溶接ワイヤを使用し、
各々の溶接ワイヤ先端より回転アークを発生させ同一の
溶融池を形成しながら溶接する方法をいうものとする。
【0002】
【従来の技術】従来の回転アーク溶接方法はアークを一
定の半径で回転させ、アークセンサ方式で開先倣い制御
を行いながら溶接するものであり、溶接中アークの回転
径(溶接ワイヤ先端の回転径をいう)を変更することは
できないので、あらかじめ開先幅に応じた回転径を選定
して溶接する(特公昭63−39346号、特開昭57
−91877号、特開昭62−248571号)。しか
しながら開先幅は必ずしも一定ではなく溶接熱の影響等
により変動するものであり、特に狭開先溶接においては
パス回数が多いため上層部にいくに従って開先幅が次第
に狭まる。そのためアークの回転径が一定であると、開
先幅が狭くなった場合にはアークが乱れ、広くなった場
合には開先の側壁に溶込み不足を生じるなどの問題があ
る。
【0003】このような開先幅の変動に対する対応策と
しては、例えば特公平1−39874号公報に示される
ようにアークの回転径を一定に保持しつつ開先幅方向に
一定の周期で揺動させる方法がある。この場合アークセ
ンサ方式による開先倣い制御も同時に行われる。また他
の方法としては、特開昭60−174268号公報に示
されるように開先幅に応じて電極の揺動幅を変更するも
のである。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
いずれの方法も電極を開先幅方向に揺動させるものであ
るから、狭開先溶接においては電極が開先壁に接触する
おそれがあり、また揺動速度を上げることは機構的に困
難であるので回転アークの持つ高速溶接性やビード形状
の良好性の利点を減殺することにもなりかねない。さら
に開先幅が変化した場合にも各層のビード高さは一定で
あることが溶接品質上望ましいわけであるが、これに対
する手段は講じられていない。
【0005】本発明は、上記のような課題を解決するた
めになされたもので、先行、後行の2本の溶接ワイヤを
使用し、2つの回転アークの偏向方向を変えることによ
って各アークの回転径が一定であっても開先幅の変動に
対処できる2ワイヤ回転アーク溶接方法を提供すること
を目的とする。
【0006】
【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
め、本発明に係る2ワイヤ回転アーク溶接方法は、先
行、後行の2本の溶接ワイヤを使用し、2つの回転アー
クにより同一の溶融池を形成し、その先行、後行ワイヤ
におけるアーク電圧を検出し、検出されたアーク電圧の
波形から開先壁側に近いアーク回転位置の左側及び右側
位置の所定領域についてアーク電圧をそれぞれ積分し、
これらの積分値の和が設定値と等しくなるように先行、
後行ワイヤ間の中央を中心に2つの回転アークを旋回さ
せることにより、開先幅の変動に対応させるものであ
る。
【0007】また、上記のように制御された回転アーク
の旋回角度を検出することにより開先幅を検知し、その
開先幅の基準開先幅に対する比でもって溶接速度を制御
し、開先幅の変動下においてもビード高さを一定に制御
するものである。そしてこれらの方法で使用される溶接
トーチは、単一の電極ノズルで構成し、その軸芯より等
距離偏心した対称の位置にそれぞれ溶接ワイヤを通し、
この電極ノズルを回転装置により上端部を支点として歳
差運動させ、さらに旋回角度調整装置により電極ノズル
を軸芯周りに回転し、2つの回転アークに所要の旋回角
度を与えるようにする。
【0008】
【作用】図1により本発明の作用を説明する。同図の
(a),(b)は開先を上から見た図であり、(a)は
開先幅が狭い場合、(b)は開先幅が広い場合を示して
いる。それぞれの開先1において2本の溶接ワイヤ2,
3を同一方向に同一の半径及び等速度で円運動させると
2つの回転アークが得られ、これらの回転アークによっ
て同一の溶融池4を形成し、溶接ビード5がつくられ
る。この先行ワイヤ2及び後行ワイヤ3におけるアーク
電圧を検出すると、アーク回転位置(Cf ,R,Cr
L)に対応するアーク電圧波形は図1の(c),(d)
のようになる。ただし、この電圧波形図は単一の電極ノ
ズルを使用した場合であり、各溶接ワイヤについて独立
の電極ノズルを使用する場合は2つの電圧波形図が得ら
れることになるが、アーク電圧の増減傾向は同じであ
る。すなわち、開先壁6,7側に最も近い先行ワイヤ2
のアーク回転位置Lと後行ワイヤ3のアーク回転位置R
におけるアーク電圧が他のアーク回転位置におけるアー
ク電圧よりも低くなり、しかも2つの回転アークの回転
中心間を結ぶ仮想のワイヤ間偏向軸8の向きが溶接進行
方向Aに対して一定であると、開先幅が狭い場合は開先
壁と回転アーク間のギャップが狭まるため図1の(c)
のようにLとR点におけるアーク電圧がより低くなり、
逆に開先幅が広い場合は開先壁と回転アーク間のギャッ
プが広がるため図1の(d)のようにLとR点における
アーク電圧がより高くなる。そこで、この検出されたア
ーク電圧波形からLとR点における所定領域(それぞれ
L,R点を中心とする回転角が±45°以内の領域)に
ついてアーク電圧を積分し、それぞれ積分値SL ,SR
を求め、このSL とSR の和(SL +SR )とあらかじ
め設定された設定値S0 とを比較し、(SL +SR )が
0 と等しくなるように上記ワイヤ間偏向軸8をその中
間を中心に回転させ旋回角度θを制御すれば(図2参
照)、開先幅の変動に対しても良好な開先壁の溶け込み
を確保できることになる。この制御のために図2に示す
ような溶接トーチを使用すると便利であり、電極ノズル
16を軸芯周りに回転させ旋回角度θを制御する。旋回
角度θは0°から90°の範囲である。この溶接トーチ
の詳細については後述する。また、溶接のアークセンサ
方式による開先倣い制御は上記のSL とSR の値を比較
する方法で行うことができる。
【0009】また、ワイヤ間偏向軸8の旋回角度つまり
電極ノズルの回転角度を検出することにより、そのとき
の回転角度から開先幅を検知し、この開先幅の基準開先
幅に対する比でもって溶接速度を制御すれば、開先幅の
変動に対応する溶接速度となり、したがってビード高さ
が一定になる。
【0010】
【実施例】図3は本発明における旋回角度制御系の概略
ブロック図であり、アークセンサによりアークの1回転
ごとにアーク電圧を検出し、その検出されたアーク電圧
波形から、図示しない制御装置の演算器11により最終
的に上記SLとSR の和(SL +SR )を算出し、これ
を比較器13に入力して、設定器12によりあらかじめ
設定された設定値S0 と比較する。そして(SL
R )とS0 の差が零になるように溶接トーチ15の旋
回角度調整装置14を制御しつつアーク溶接を行うもの
である。ワイヤ間偏向軸8の旋回角度を自動調節するた
めには、例えば図4に示すような2ワイヤ溶接トーチを
使用する。図4はこの溶接トーチの概略構成図、図5は
この溶接トーチの回転機構部の説明図である。図におい
て、15は全体を示す溶接トーチ、16は電極ノズル
で、軸芯17より等距離偏心した対称の位置にそれぞれ
溶接ワイヤ2,3が通るようになっている。18は電極
ノズル16の先端に取り付けられた給電チップ、19は
電極ノズル16の上端部を支持する自動調心ベアリング
で、ギヤボックス20に取り付けられている。21は電
極ノズル16の中間部を支持する自動調心ベアリング
で、偏心回転筒体22の偏心位置に取り付けられてお
り、偏心回転筒体22はベアリング23を介してギヤボ
ックス20に回転自在に支持されている。この電極ノズ
ル16の旋回角度調整装置14はモータM1 ,プーリ2
4,25間に巻回された歯付きベルト26から構成さ
れ、電極ノズル16を必要に応じて軸芯17周りに0〜
90°の間で旋回させ、図2に示すようにワイヤ間偏向
軸8の旋回角度θを調整する。27は電極ノズル16に
歳差運動を与える回転装置で、モータM2 によりギヤ2
8,29を介して偏心回転筒体22を回転駆動するよう
になっている。電極ノズル16は上端部の自動調心ベア
リング19を支点とする歳差運動をする。また、上記の
アーク回転位置及び旋回角度θはそれぞれモータM2
1 に取り付けたエンコーダ(図示せず)などにより検
出することができる。
【0011】この溶接トーチ15においては、モータM
2 によりギヤ28,29を介して偏心回転筒体22を回
転駆動すると、電極ノズル16は上端部の自動調心ベア
リング19を支点とする歳差運動をするので、溶接ワイ
ヤ2,3の先端が円運動を行い、2つの回転アークが得
られる。これらの回転アークの軌跡を示すと図6のよう
になり、同図の(a)は溶接線30上に溶接ワイヤ2,
3を一致させてセットした場合であり、(b)は溶接線
30に対して溶接ワイヤ2,3の向きを直角にセットし
た場合である。すなわち、最小の開先幅のときは(a)
のように電極ノズル16の旋回角度θを0°にセット
し、最大の開先幅のときは(b)のように電極ノズル1
6の旋回角度θを90°にセットする。この間旋回角度
θは旋回角度調整装置14のモータM1 を駆動させるこ
とにより変更することができる。
【0012】次に、図7は本発明においてビード高さを
一定に制御する場合のブロック図であり、上記のように
制御された旋回角度θを検出器31で検出し、この時の
旋回角度θより次式により開先幅Gを演算器32で算出
する。 G=G0 +dsin θ−dsin θ0 ただし、G :開先幅計算値 G0 :基準開先幅 d :2本の溶接ワイヤ中心間距離 θ :電極ノズルの回転角度 θ0 :G0 時の基準回転角度 したがって、この時の溶接速度vはG0 時の基準溶接速
度をv0とすると、 v=v0 ・G0 /G となる。よって、上式による溶接速度vとなるように溶
接速度制御装置33を制御すれば、開先幅が変動しても
ビード高さは常に一定となる。つまり、開先幅が狭くな
れば溶接速度vを基準時の溶接速度v0 より速くし、開
先幅が広くなれば遅くなるように制御するものである。
【0013】図8は本発明方法によって溶接した溶接部
の断面図であり、同図の(a)は狭開先溶接の場合、
(b)はV開先溶接の場合である。本発明では開先幅の
変動に対して歳差運動をする溶接トーチ15により2本
の溶接ワイヤ2,3の先端より2つのアークを回転させ
るだけで溶接するので、高速度の回転アーク溶接とする
ことができ、開先壁の溶け込みが良好なものとなってい
る。また各層1パスで溶接でき、ビード高さを一定にす
ることができる。
【0014】
【発明の効果】以上のように本発明によれば、開先幅の
変動に対して、先行、後行の2本の溶接ワイヤを使用
し、2つの回転アークの偏向方向を自動的に変えるよう
にしたので、回転アークの特長を損なうことがなく、か
つ、良好な開先壁の溶け込みが得られる。また狭開先溶
接の場合でも溶接トーチが開先壁に接触するおそれがな
く、高速溶接及び高品質の溶接を実現できる。さらに各
層1パスで、しかもビード高さが一定の溶接ができ、能
率、品質ともに向上する。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明において開先幅の変動に対するアーク電
圧の変化を示す説明図である。
【図2】本発明における旋回角度の定義を示す説明図で
ある。
【図3】本発明の旋回角度制御系のブロック図である。
【図4】本発明で使用する2ワイヤ溶接トーチの概略構
成図である。
【図5】上記溶接トーチの回転機構部の説明図である。
【図6】回転アークの軌跡図である。
【図7】本発明のビード高さ一定制御系のブロック図で
ある。
【図8】本発明による溶接部の断面図である。
【符号の説明】
1 開先 2 先行ワイヤ 3 後行ワイヤ 4 溶融池 5 溶接ビード 6,7 開先壁 8 ワイヤ間偏向軸 11 (SL +SR )演算器 12 S0 設定器 13 比較器 14 旋回角度調整装置 15 溶接トーチ 31 旋回角度検出器 32 開先幅演算器 33 溶接速度制御装置

Claims (3)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 開先幅が変動する場合の回転アーク溶接
    方法において、先行、後行の2本の溶接ワイヤ先端から
    それぞれ回転アークを発生させ同一の溶融池を形成し、
    その先行ワイヤ及び後行ワイヤにおけるアーク電圧を検
    出し、該アーク電圧の波形から開先壁側に近いアーク回
    転位置におけるアーク電圧をそれぞれ積分し、これらの
    積分値の和が設定値と等しくなるように前記先行ワイヤ
    及び後行ワイヤ間の中央を中心に2つの回転アークを旋
    回させることを特徴とする2ワイヤ回転アーク溶接方
    法。
  2. 【請求項2】 前記回転アークの旋回角度を検出するこ
    とにより開先幅を検知し、その開先幅の基準開先幅に対
    する比でもって溶接速度を制御することによりビード高
    さを一定に制御することを特徴とする請求項1記載の2
    ワイヤ回転アーク溶接方法。
  3. 【請求項3】 前記2本の溶接ワイヤが軸芯より等距離
    偏心した対称の位置を通る単一の電極ノズルと、該電極
    ノズルに上端部を支点として歳差運動を与える回転装置
    と、前記電極ノズルを軸芯周りに回転させる旋回角度調
    整装置を有する溶接トーチを使用することを特徴とする
    請求項1または2記載の2ワイヤ回転アーク溶接方法。
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JP5163601B2 (ja) * 2009-07-03 2013-03-13 Jfeエンジニアリング株式会社 固定管の円周溶接方法及び装置
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