JPH091340A - パイプ円周自動溶接装置のパルスモード自動設定方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 下進溶接を行う溶接機において、溶接中にア
ークを停止せずに、溶接姿勢に応じてパルスモードを切
り替え制御することにより、高速で、高い溶接品質が得
られるパイプ円周自動溶接装置のパルスモード自動設定
方法を提供する。 【構成】 高速ウィービング制御におけるパイプ円周全
姿勢自動溶接装置において、下向き，立向き及び上向き
姿勢溶接時のパルス電流のパルス幅を下向きで最も大き
く、次いで立向き及び上向きの順に小さくしたプログラ
ムモードを備えたことを特徴とする。 【効果】 アークオンの状態で、溶接姿勢及び上下進に
応じてパルスモードを切り替え、最適の条件で溶接する
ことができ、高速で、高い溶接品質が得られるパイプ円
周自動溶接装置の提供が可能。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明はパイプ円周自動溶接装置
に係り、特に、溶接姿勢の変化に対して溶接速度を早く
でき、溶接欠陥等の発生を防止した、パイプの円周自動
溶接装置のパルスモード自動設定方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、パルス制御によるアーク溶接機と
して特開昭５６−１６５５６４号公報には電流の変化幅
とパルスの立上り時間を制御して安定した溶接を行うこ
とが開示されている。従来、パイプの円周自動溶接では
上向、立向、下向の順に溶接を行う上進溶接用の装置が
用いられているが、溶接中はパルスモードを変化させ
ず、一定にしていた。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかし、前述の公報に
は、一般の平板溶接に関する開示はあるが、パイプ円周
を溶接することに関しては何ら開示がない。更に、従来
のパイプ溶接機は上進溶接用がほとんどで下進溶接を行
うものは少ない。従来の溶接法においては、アークオン
の状態でパルスモードの切換えができずに、姿勢が変化
してもパルスモードを一定にして溶接を行っていたため
全姿勢に適したものにならず、溶接速度を遅くしなけれ
ばならないという問題が有る。また、アークをオフして
モードを切換えた場合、溶接ビードの継ぎ目部ができ、
溶接欠陥の原因となるという問題が有る。

【０００４】本発明の目的は下進溶接を行う溶接機にお
いて、溶接中にアークを停止せずに、溶接姿勢に応じて
パルスモードを切り替え制御することにより、高速で、
高い溶接品質が得られるパイプ円周自動溶接装置のパル
スモード自動設定方法を提供するにある。

【０００５】

【課題を解決するための手段】全姿勢でパイプの円周自
動溶接を行う際に、各姿勢に適するパルスモードを予め
求め、記憶しておき、前記記憶されたパルスモードを溶
接姿勢に応じて切り替え制御する。下向き姿勢では電流
のパルス幅を大きくし、アーク長を長くする。立向き姿
勢及び上向き姿勢では電流のパルス幅を短くし、アーク
長を短くする。

【０００６】

【作用】全姿勢でパイプの円周自動溶接を行う際に、溶
接姿勢に応じてパルスモードを自動的に切り替え制御す
るため、溶接中にアークを停止することはない。下向き
姿勢では高電流で、電流のパルス幅を大きくし、パルス
訛りを防止する。またこの姿勢ではアーク長を長くでき
るので、高速な溶接が可能である。立向き姿勢及び上向
き姿勢では電流のパルス幅を短くし、アーク長を短くし
て、１パルス１溶滴の溶接ができるので、溶融池の垂れ
下がり、垂れ落ち等を防ぐことができる。なお、高周波
パルス電流はリアクタンス等の影響によるパルス訛りが
生じない範囲（３００Ｈｚ〜８００Ｈｚ）を用いる。

【０００７】

【実施例】図１は本発明のパルスモードを自動設定でき
るパイプ円周自動溶接装置の全体構成図である。図にお
いて、予め作成した、溶接するパイプの開先形状、材
質、パイプの外形や肉厚等のデータを制御装置２に入力
する。

【０００８】制御装置２は、入力されたデータを各種溶
接条件に変換して、その溶接条件を制御データとして記
録する。記録された制御データを用いて逐次制御し、パ
イプ５にセットされた溶接ヘッド４を駆動制御すると共
に、トーチ１のアークを制御（パルスモードの切替制
御）して自動的に多層盛溶接を行う。

【０００９】トーチ１のアーク制御は後で詳細説明する
ように、入力データに基づき、実際に溶接する層毎、姿
勢（位置）毎にパルスモードデータが作成され、制御テ
ーブルに記録されている。また、溶接ヘッド４はパイプ
５に設けられたガイドレール６上を、走行用サーボモー
タにより最上部から最下部に向かって移動する。３は溶
接電源装置であり、制御装置２からの指令に基づき溶接
条件に応じた電力を溶接ヘッド４に供給する。溶接ヘッ
ド４は供給された電力から所望のパルス電流を生成し、
それをトーチ１に供給する。７はインターフェースボッ
クスで、制御装置２からの指令信号の授受を行う部分で
ある。６はＡｌ製の円周２分割のガイドレールである。

【００１０】ここでは、実施例として、高周波パルスＭ
ＡＧ（Metal Active Gas ）について説明する。ここで
使用したパルスモードでは、パルス電流の周波数が３０
０〜８００Ｈｚであり、最大のパルス電流は４８０Ａで
ある。実際の制御ではワイヤの臨界電流より高いパルス
電流に同期してワイヤ先端に形成された溶滴を１パルス
１溶滴，溶滴の大きさをほぼワイヤ径の１／２〜１／４
となるように強制的に高速で離脱させ、連続的にスプレ
ー状に溶融池に移行させるものである。

【００１１】ところで、パイプ円周を下進行により溶接
する場合、実験により次のような条件を満足するように
制御することにより高精度に溶接ができることが判っ
た。下向き溶接を行う場合は、最も溶接がし易く高周波
パルスが訛らないモードにする。立向き溶接を行う場合
は、溶融池が最も走り易いため短いアーク長のモードと
し、アーク電圧を下げ、多少スパッタを発生させる。上
向き溶接を行う場合は、溶融池の垂れ落ちを防止するた
め低電流とするが、短いアーク長でのモードとする。

【００１２】図２に各向きで溶接を行ったときの溶融池
の形状を示す。図の横軸はビード幅Ｗｂを縦軸に余盛高
さｈを示している。このように各姿勢により溶融池の形
状が変化することが判る。図２からも、前記の条件に示
した各位置により溶融池の状態になっている。

【００１３】制御装置２には、表１に示すようなパルス
モードが予め設定されている。表１は先に説明した条件
を満足するように、実験に基づいて設定されたパルスモ
ードの１例を示したものである。このパルスモードも、
先に説明したように入力データに基づいて作成される溶
接条件の１つである。

【００１４】

【表１】

【００１５】表１に示すように、実際に使用するデータ
としては、どこの層の溶接を行うかによって、溶接姿勢
毎の溶接範囲（位置）や、溶接時のパルス電流、パルス
幅、周波数、ヘッドの溶接速度、ウィーブ幅やウィーブ
速度等が記録されている。なお、この表は直径φ６００
で厚さ１５ｔのパイプを示しているが、パイプの材質等
によって同じ径、肉厚でも数値は異なってくる。

【００１６】なお、６０度Ｖ開先での溶接層状態の概略
を図３に示す。図のａはパイプの直径がφ６００で肉厚
１５ｔの時の積層状態を、ｂはパイプの直径がφ７５０
で肉厚１９ｔの時の積層状態を、ｃはパイプの直径がφ
６５０で肉厚３０ｔの時の積層状態を示したものであ
る。図中の１層目は裏波層であり、一番表面の層が仕上
げ層で、残りの間の層が中間層と称している。先の表１
は５層の時の溶接データを示している。図３に示すよう
に層数が増えてくると、１回のウィーブでは同一面を溶
接できず、ウィーブ中心位置をずらして２回以上の溶接
を行っている。

【００１７】図４は、各姿勢を先の表１に示したように
位置を時分で表しているものである。それぞれの向きに
おける、一般的な溶融池の形状を示してある。図のよう
に１２時の下向き、６時の上向き及び１２時と３時の中
間点における溶融池形状はいずれも半円形を示し、３時
及び３時と６時との中間点においては溶融池形状はやや
垂れ下がった状態になる。但しこの垂れ下がりは、本発
明のパルスモードの切替を行うことにより他の部分と同
様に半円径にすることが出来る

【００１８】次に図５にパルス波形の模擬図を、図６に
実際に実験したときのパルス波形の代表例を示す。図５
では、Ａ，Ｂ２つのモードを示している。図中のＩｐが
パルス電流を、Ｉｂがベース電流を、Ｉａｖが溶接電流
を示している。本実験では立向き溶接時はＢモードのよ
うにパルス幅を狭くして、上向きや下向き溶接を行う場
合Ａモードのように広くする制御を行っている。但し、
下向き溶接時はパルス電流Ｉｐを大きなパルス電流（例
えば４８０Ａ）とし、上向き溶接時はパルス電流を小さ
くしている。これは、パルス周波数を上げる方が、溶滴
を小さく出来るが、周波数を上げることによって電流も
大きくなるため、上向き溶接では電流値を下げる様に制
御して、滴下量を垂れ下がりが発生しない量に制御する
ためである。

【００１９】図６は、パルス電流Ｉｐを４８０Ａとし、
パルス幅Ｔｐを０．１〜０．４ｍｓとして、周波数を変
化させたときの実測波形を示したものである。図に示す
ように本実験では周波数を変化させても大幅な波形のひ
ずみ等の発生はみられない。周波数を変化させると若干
ベース電流が変化しているが、これによって、アークに
悪い影響を及ぼしてはいない。当然のことながら、周波
数の変化によりアーク長の長さは変化しており、滴下量
から実際に適した周波数を選択すれば良いことがわかっ
た。

【００２０】以上のように、本実施例によれば、アーク
オンの状態で、各姿勢に適したパルスモードの切換えを
スムーズに行えると共に、溶滴の滴下量も溶接電流及び
パルス電流、パルス幅を、それぞれの姿勢に応じて選択
することにより、溶接速度を速くすることができ、更
に、溶接欠陥の発生を防止することができる。

【００２１】

【発明の効果】本発明によれば、高周波の溶接パルスを
用いて、溶接姿勢に適した条件で溶接するので、溶接速
度が早くできるとともに、高品質のパイプの円周自動溶
接ができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のパイプ円周自動溶接装置の全体システ
ム図である。

【図２】溶接姿勢における溶融池の形状を示す図であ
る。

【図３】多層溶接時の層の説明図である。

【図４】溶接姿勢と位置の概略説明図である。

【図５】パルス波形の模擬図である。

【図６】実験時のパルス波形である。

【符号の説明】

１…トーチ ２…制御装置 ３…溶接電源装置 ４…溶接ヘッド ５…パイプ ６…ガイドレール ７…インターフェ
ースボックス。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 伊藤 浩司 茨城県ひたちなか市大成町14−19

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 下向き姿勢，立向き姿勢及び上向き姿勢
   の全姿勢でパルス電流によって溶接するパイプの円周自
   動溶接装置のパルスモード自動設定において、 各姿勢において適するパルスモードを予め求めて記憶し
   ておき、溶接姿勢に応じてアークオンの状態で前記パル
   スモードを切り替え制御するパイプ円周自動溶接装置の
   パルスモード自動設定方法。
2. 【請求項２】 請求項１において、前記パルスモード
   は、立向き姿勢を基準として前記下向き姿勢及び上向き
   姿勢のパルス電流を等しくし、パルス幅を上向き姿勢に
   比べ下向き姿勢を広くしたことを特徴とするパイプ円周
   自動溶接装置のパルスモード自動設定方法。