JPS5832578A

JPS5832578A - ア−ク溶接方法

Info

Publication number: JPS5832578A
Application number: JP56129384A
Authority: JP
Inventors: Hiroichi Nomura; 野村　博一; Yuji Sugitani; 祐司杉谷; Yasuro Suzuki; 康郎鈴木
Original assignee: NKK Corp; Nippon Kokan Ltd
Current assignee: JFE Engineering Corp
Priority date: 1981-08-20
Filing date: 1981-08-20
Publication date: 1983-02-25
Also published as: JPS6128433B2

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】この発明は、アーク自身による開先倣いで多層ウィービ
ング溶接を行なうアーク溶接方法に関し特に姿勢溶接時
にも安定した良好な裏波ビード形状を得るための初層溶
接に対する改良に関するものである。

溶接中に時々刻々と変化する開先Ｉｉｌ！℃二次元的な
ずれに対してトーチの位置を自動的に検知し倣い制御す
るため、接触式或いは非接触式などの別体のセンサを設
けることなく、アーク自身による開先倣−で溶接を行な
うアーク溶接法は、例えば特開昭５４−１９４４５号公
報によって公知である。この公報に示された方法は、ワ
イヤ送給速度を一定とした消耗電極アーク溶接および非
消耗電極アーク溶接において、アーク特性をワイヤ突出
長またはアーク長の変化に対して補償するトーチ移動機
構を設けると共に溶接電源として直流電源を用い、非消
耗電極の場合には設定されたアーク電圧を保持するよう
に前記トーチ移動機構によってトーチ全その軸線方向に
移動制御し、また消耗電極の場合には一定速度で送給さ
れている消耗電極ワイヤのトーチ下端面からの突出長を
一定に保持するようにトーチの軸線方向の移動制御動作
を行なわせる吃ので、上記トーチを母材の開先線に°　
　沿って溶接進行方向に所定の移動速度で移動させなが
ら、該進行方向の巾方向に所定の横行速度で往復揺動さ
せるトーチウィービング駆動動作に組合わせ１上記往復
揺動の方向変換点を、上記トーチ軸線方向の変位もしく
は位置が所定値になる点とすることにより、開先面の傾
斜によってアークが常に開先−内を往復して倣い動作が
行なわれ、かつ溶接継手部のルーＦから止端までの高さ
もしくけ母材表面から止端までの高さを常に一定に保持
したアーク溶接が果される。またこの場合、浴接進行方
向に対して開先のギャップに変動があると、上記往復揺
動の半周期毎に溶着断面積が変るが、各半周期毎の上記
間隔距離変化を時間検分することにより、上記溶着断面
積に対応した（ｍ号を各周期毎に得ることができる。ま
た別に各；１“Ｊ期＋Ｕ：の上記間隔距離変化ｋ（通分
することにより、上端間距離に対応した信号を各半周期
毎に得ることができ、各々ひとつ前の半周期のこれら信
号によって、溶接電流、アーク電圧、溶接速度等の溶接
条件の設定値を、別υこ求めておいたアルゴリズムを用
いて各々補正制御することができ、これによって常に所
定の浴着および片圓溶従の場合の適正な初層裏波ビード
の形成が果され得る。

しかしながら、トーチを積極的にウィービングさせて開
先壁付近でのトーチの軸線方向夛位を検出することによ
って開先倣いを達成する前記のγ−り溶接方法において
は、トーチが下向姿勢で一定の場合には初層裏波が安定
して良好に形成できるが、例えば鋼管の突合せ浴接時の
全周溶１がのよつにトーチが立向きから上向姿勢になる
場合にはトーチの姿勢に応じて溶接条件を調整しないと
裏波ビードが不充分となったり、特に上向姿勢付近で裏
波ビード裏面側が若干陥没してへこむことがあって裏溶
接をしなければならがくなるなど、種々の支障を生じて
いる。

すなわち、第１図において、（１ａ）（１ｂ）は母材と
しての一対のｆ１４管、（２）は両鋼管突合せ部に形成
された開先内に配置される溶接電極、（３）はこの電極
（２）を保持するトーチで、前記電＆（２）と母材間に
は定流流電源によって溶接アークが発生されている。今
、第１図の一臂上部の開先内にてトーチ（６）′ｋＡ点
から一方の傾斜開先面（４）に沿って図面上の右方へ積
行・させるが、この場合、アーク電圧を一定に保持する
ために、開先低面（５）から各溶接点までの垂直高上の
変化に応じてトーチ（３）を昇降せしめ、トーチ（３）
に保持された電極（２）と母材間の距離を常に一定にす
るように制御する。トーチ（６）の昇降変位ｆｆｉはＡ
点からＢ、Ｏ，Ｄ点へ至る間に開先〜「面形状に応じて
変化し、他方の傾斜開先面（６）においてＡ点における
トーチ（３）の高さ位置と同じ高さ位置にトーチ（３）
が到達したＤ点で揺動の方向が反転される。第１図にお
いてはこのＡ点における高さ位置を一先底面（５）から
の高さくＨ）で示・しであるが′、どれは母材表面（６
Ｉ）からの高さ′（Ｈ勺で示してもよいことは述べるま
でもない。すなわち、ウィービングの反転制御・に当っ
て上記の（Ｈ）をＶ定値として与え、揺動中心を基点と
して左右におけるトーチ（３）の変位量が設定！！！［
（’Ｈ）になるたびに方向を反転することにより、又は
、トーチ（３）の位置が設定値（Ｈｌ）′に妥るたびｖ
ｃＢ動方向の反転制御することにより、開先倣いが果さ
れる。このようにして初層＜Ｐ　’ｔ）が形成され、裏
波ビード（Ｗ）が形成され２が、このような溶接が鋼管
の突合せ針子を周らて鋼管下部に達すると、トーチ（６
）が開先下方から上向姿勢で溶接することに’ｌす、と
め上向姿勢のウィービング溶接で形成され之初Ｍ溶接層
（Ｐりの裏波ビード上面は重力によって第１図中に符号
（Ｓ）で示す如く陥没部る。仁の陥没部（Ｓ）は継羊巖
下部を間にして前後の各自姿勢範囲の一部にわたって生
じることがあり、また陥没部（Ｓ）の開先巾方向の中心
位置は溶接層（Ｐｌ）の中心位置ないしウィービング中
心位置にほぼ合致している。

この発明の目的は、アーク自身による開先倣いを達成し
つつ、姿勢溶接時においても安定した良好な裏波ビード
の形成を可能とするアーク溶接方法を提供することであ
る。

すなわちこの発明のアーク溶接方法においては、トーチ
を溶接進行方向の巾方向に往復揺動させながらアーク電
圧を一定に保持するようにトーチを母材に対して接近離
反させてアーク長を一定に保持し、前記接近離反による
トーチの軸線方向の変位もしくは位置が予じめ定められ
た値になるたびに前記揺動の方向を変換してアークによ
る開先倣いで多層ライ−１ング溶接を行なうアーク溶接
方法において、ウィービングの半周期毎にウィービング
中心位置を検出し、ひとつ前の半周期に検出されたウィ
ービング中心位置を中央にして各半周期中内に予じめ設
定された小区間にわたり前記定了−り長制御を遮断する
と共にこの小区間にわたつて溶接電流を変えることを特
徴とするものであり、この場合、ひとつの態様によれば
Ｆ−チが上向姿勢で溶接中に前記小区間における溶接電
流が小区間以外における溶接電流より大電流となされる
。

このようにして本発明ではトーチの姿勢Ｋ　１，６じた
振巾値のパルス状電流がウィービング中心位置にて低レ
ベルの溶接電流に重畳され、これによってアーク自身に
よる開先倣いでライ−ビン夛溶接を行なっている線中に
トーチの姿勢変化に対する初層躾波ビード形状の補償が
前記小区間のパルス状電流の重畳によって果され、この
補償の程度は前記小区間の巾とパルス状電流の振巾値と
の設定調整によって達成され得る本のである。

この発明を実施例に基づいて図面と共に説明すれば以下
の通りである。

第２図は、この発明を実施するための制御系の一例を示
すブロック図で、（１）は溶接母材、（２）は溶接電極
、６）はトーチ、σ）はトーチ（６）を昇降させるトー
チ昇降機構、（１４）はトーチ（ろ）にウィービングと
開先倣埴のための横行動作をさせるトーチ横移動機構で
、各々昇降用モータ（８）（以下・Ｙ軸モータと云う）
および横移動用モータ（１５）（以下Ｘ軸モータと云う
）で駆動される。）−チ（３）の昇降は、アーク電圧検
出器θ）ｂ−もの検出信号と、アーク電圧基準設定器（
１０）による基準アーク−５圧との偏差を差動増巾器（
１１）によって得て、この偏差信号を了すｐグスイッチ
（２０）を介してＹ軸モータ制御器（１２）Ｋ与え、該
制御器（１２）によって前記偏差が常に零となるように
Ｙ軸モータ但）を制御することによし果される。）−チ
槓移動機構（１４）ＶＣよるトーチ（３）の横移動に伴
い、上記Ｙ軸モータ（均によ゛る制御によってトーチ（
６）の先端のアーク点は第１図においてム、Ｂ、０、Ｄ
の各点を順に通り、開先断面形状に倣って移動し、それ
に応じて）−チ（３）　４昇降移動するととになる。ト
ーチ（３）の昇降移動量の変化はｌテンシ曹メータ（１
３）（“以下Ｙ軸ボテンシ冒メータと云う）によって経
時的な変イヒをする電圧信号として検出され、この電圧
信号は反転位置基準設定器（１８）による前述（Ｈ）又
は（Ｈ’）に対応した設定値とコンパレータ（１９）で
比較され、このＹ軸ボテンシ冒メータ（１３）の出力が
第１図の反転位置Ａ点もしくけ・Ｄ点のトーチ位置に対
応する値以上にな・つたときコンパレータ（１９）から
揺動の反転信号がＸ軸モータ制御器（１７）［入力され
、これによってＸ１ｌｋ毫−タ（１５）の回転方向が反
転される。

尚、（１６）はＸ軸モータ（１５）の速度を所望値に制
御するために制御器（１７）に速度基準信号を与える設
定器、（２２）　ＦｉＸ軸およびＹ軸移動機構（１４）
（７）やトーチ６）などの溶接機構を溶接進行方向へ移
動させ′る台車で、この台車（２２）の移動速度は［４
示しない台車“走行制御器によって設定速度に制御され
るよう゛になっていることは述べるまでも、ない。

このよりな゛定了−り長制御７によるアーク自身での開
先倣゛い動作系におい・て、この発明で・は、トーチ（
３）のＸ曽方向（開先巾、方向）の５′位置がＸ軸ボテ
ンシ冒゛メータ（２６）により検知さ、れ、と・のｘ＠
ｌテンシロメータ（２３）の出力は、ウィービングの反
転毎の左端（ム点側）位置（・Ｘｔ＞に対応した信号を
記憶する左端用アナリグメモリ（２４）および右端（Ｄ
点種）位置（Ｘｒ　）Ｋ対応した信号を記憶する右端用
アナログメモリ（２５）を含む演算回路（２６）　Ｋよ
って演算されて、ウィービングの各半周期毎にウィービ
ング中心位Ｉｔ　（Ｘｃ　）　（＝　（Ｘｔ＋　Ｘｒ）
／２　）に対応した信号に変換され、このようにして求
められたひとつ前の半周期におけるウィービング中心位
置信号は比較回路（２７）において各半周期におけるＸ
軸方向位置信号と重ね合わされ、かくして比較回路（２
７）の出力に各々ひとつ前の半周期におけるウィービン
グ中心位置で正規化された各半周期毎のＸ軸方向位置信
号を生じるようになされている。このＸ軸方向位置信号
の変化は第３図（Ｊｉ）に示す如くであり、第１図の一
方の傾斜開先面（４）上のム鳳点からウィービングの半
周期分の横行移動を経て他方の傾斜開先面（６）上のＤ
ｔ点に達し、そこで反転して傾斜開先面（４）上のム鵞
点に達し、そこでまた反転して一以後同様ＫＤ！、ム畠
、Ｄｌｓム４、Ｄ４、ム５、Ｄｒ・・とウィービングを
行なって、％Ａ′る様子が示されている。ム１−Ｄ１点
間の半周期におけるウィービング中心位置Ｊｄ　ｐＨ点
であり、このｐＨ点の縦軸目盛を零点として次の半周期
、すなわちＤＩ　”−１２点間の半周期におけるＸ軸方
向位置信号が正規化され、その零点を第３図（１１に（
Ｐ１１’　）として示しである。

第２図において（２８）　ｔｊウィンドコンパレータで
あり、互いに異なる高低二つの電圧レベルの比較入力（
Ｖｕ）および（Ｖｊ）の中間の電圧レベルの信号入力に
対して高レベル出力を生じ、信号入力の電圧レベルが（
Ｖｕ　）以上又は（ｖｇ以下のときには低レベル出力を
生じる。比較入力（Ｖｕ）　（Ｖｌ）は前述小区間の巾
を決める設定信号であって、電流変化区間設定器（２９
）による設定電圧ｆＪ号を変換器（３０）によって小区
間中に対応した上下限イｇ号に変えて得ている。第３図
（ａ）ではこの小区間中かへＸとして示され、このΔＸ
を前記のように電圧レベルＣＶＩ　）　（Ｖｕ　）で対
応づけているわけである。

さて、ひとつ前のム１−Ｉ）ｔの半周期で得られたウィ
ービング中心位置（′１Ｐｕ　）を零点とするＤｔ−Ａ
ａの半周期のＸ軸方向位置信号は、ウィンドコンパレー
タ（２８）で小区間巾ΔＸＫ対応ずふ比較入力（Ｖｊ）
（ＶＬＩ）と比較され、（ＰＩ３勺を中央にΔＸの小区
間に対応する電圧レベルのときのみウィンドコンパレー
タ（２８）　ｔ）出力を高レベルにする。ウィンドコン
バレー＃　（２Ｂ）の出力は、各々高レベルの１Ｉｌｌ
ｌＩＩ入力を受けたときオン状態となるアナリグスイッ
チ（２１）および（３１）を直接制御し、また同様な別
のアナリグスイッチ（２０）および（３２）をインバー
タ（３３）（３４）を介して制御するようになされてい
る。すなわちアナリグスイッチ（２１）と（３１）はウ
ィンドコンパレータ（２８）の出力が高レベルのときオ
ン状態となり、低レベルのときはオフ状態となる。また
別のアナリグスイッチ（２０）と（３２）はウィンドコ
ンパレータ（２８）の出力が高レベルのと愈オフ状態と
なり、低レベルのときはオン状態となる。アナログスイ
ッチ（２０）は前述の如く差動増巾器（１１）の出力を
Ｙ軸モータ制御器（１２）へ入力するか否かを制御し、
アナリグスイッチ（２１）ａアナログスイッチ（２０）
がオフ状態になったと１１に可逆的にオン状態となって
制御器（１２）の入力を接地する。別のアナリグスイッ
チ（３１）と（３２）は、各々ペース電流調整器（３６
）とビータ電流調整器（３７）との出力を切換るための
もので、ウィンドコンパレータ（２８）の出力が低レベ
ルのとＩｉ轄了すリグスイッチ（２０）と（６２）がオ
ン状態となっていて定アーク長制御が作動すると共に溶
接電源電流調整出力端（３５）　Ｋはベース電流調整器
（３６）で調整されたペース電流（工１）が現れ、一方
、ウィンドコンパレータ（２８）の出力がΔＸ区間にお
いて高レベルになると、代りにアナリグスイッチ（２１
）と（６１）がオン状態となって定アーク長制御が一時
的に遮断されると共に出力端（３５ＭＣはビーク電流１
１１１ＥＩＩ（３７）で調整されたピーク電流（工、）
が現れる。この様子を第５図（ａ）　Ｋ添画して同図（
６）として示しである。すなわち、各半周期においてひ
とつ前の半周期でのウィービング中心位置（ダッシュを
付・した符号で示しである。）を中央にして一定の小区
間中ΔＸに相当する区間だけ大電流のビータ電流（ＩＰ
）を溶接電流として流し、その他の区間では定常溶接電
流としてのベース電流（工１）を流すものであり、これ
によって例えばト−チの上向姿勢でのウィービング溶接
時に開先のほぼ中央位置でパルスＴＩＧ溶接に似たパル
ス状浴接電流のタイよング制御を行なうものである。

また同様に１ウイービングの各半周期において、前の半
周期で検出されたウィービングの中心位置を中央として
一定の小区間中だけアーク長制御を遮断し、前の半周期
でのウィービングの中心位置においてウィービングを一
定期間停止すると共に、この期間だけ大電流のピーク電
流（ＩＰ　）を溶接電流として流し、その他の期間では
定常溶接電流を流すことによっても同じような効果が得
られる。

この場合、ピーク電流（Ｉｐ）の大きさはトーチの姿勢
に応じて設定され、この設定を例えば鋼管の全周溶接時
などでは台車の鋼管周方向角度位置に応じて連続的に可
変としてもよい。

以上に述べたようにこの発明においては、トーチの上向
姿勢等の姿勢溶接でのウィービング溶接においてもその
ウィービング中心近傍において溶接、１ｔｔ１１．を変
化させ、裏波ビード面の陥没等を効果的に防止して良好
な初層裏波を形成し得るものであり、その場合にアーク
自身による開先倣いも支障を受けることがない。

【図面の簡単な説明】

第１図は、アーク自身による開先倣いでウィービング溶
接を行なう場合の溶接継手断面における初層溶接層の形
状とトーチの動きを示す説明図、第２図はこの発明を実
１４するための制御系の一例を示すブロック図、第３図
はその動作説明図の線図で（１）はアーク点のＸ軸方向
変位を経時的に示す線図、中）は溶接電流の経時的変化
を示す線［′４である。（１）　（１ａ　）　（１ｂ　）−・・浴接母材（Ｍ管
）、（２）・・・溶接電極、（３）・・・トーチ、■・
・・トーチ昇降機構、（８）・・・Ｙ軸モータ、（９）
・・・アーク屯圧検出器、（１０）・・・アーク電圧基
準設定器、（１１）・・・差動増巾孤（１２）・・・Ｙ
軸モータ制御器、（１３）・・・Ｙｌｄｌ〆テンショメ
ータ、（１４）・・・トーチｆＩｔｉ移動機構、（１５
）・・・Ｘ軸モータ、（１７）・・・Ｘ軸モータ制御器
、（１８）・・・反転位置基準設定器、（１９）・・・
コンパレータ、（２０）　（２１）　（３１）（３２）
・・・アナログスイッチ、（２３）・・・Ｘ軸ｌテンシ
目メータ、（２４）（２５）・・・アナログメモリ、（
２６）・・・演算回路、（２７）・・・比較回路、（２
８）・・・ウィンドコンパレータ、（２９）・・・電流
変イヒ区間設定器、（６０）・・・変換器、（！１３）
（３４）・・・インバータ、（３５）・・・溶接電源電
流調整器。代理人　弁理士　　佐　藤　正　年第１図

Claims

【特許請求の範囲】

（１）トーチを溶接進行方淘の巾方向に往復揺動させな
がらアーク電圧を一定に保持するようにトーチを母材に
対して接近離反させてアーク長を一定に保持し、前記接
近離戻によるトーチの軸線方向の変位もしくは位置が予
じめ定められた値になる友びに前記揺動の方向を変換し
てアークによる開先倣いで多層ウィービング溶接を行な
うアーク溶接方法にお−て、ウィービングの半周期毎に
ウィービング中心位置を検出し、前の半周期和検出され
たウィービング中心位置を中央Ｋｌ−て各半周期中内に
予しめ設定された小区間にわたり前記定アーク長制御を
遮断すると共和この小区間にわたって溶接電流を変える
ことを特徴とするアーク溶接方法。
（２）溶接中（前記小区１１における溶接電流を小区間
以外における溶接電流よ砂増加する特許請求の範匪第１
項に記載のアーク溶接方法。
（３）前記小区間中に定アーク長制御を遮断すると共に
、前の半周期に検出されたウィービング中心位置におい
て予じめ設定した時間にわたり揺動を停止し、同時に溶
接電流を停止区間以外の溶接電流より増加させる特許請
求の範狸第１項に記載のアーク溶接方法。