JPS6139147B2

JPS6139147B2 -

Info

Publication number: JPS6139147B2
Application number: JP10566578A
Authority: JP
Inventors: Yasushi Ishikawa; Hiroshi Tachikawa; Tomoo Hagiwara; Ryuichi Kataoka; Kanetaka Imai
Original assignee: Nippon Steel Corp
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 1978-08-31
Filing date: 1978-08-31
Publication date: 1986-09-02
Also published as: JPS5536104A

Description

【発明の詳細な説明】この発明は厚板のＩ形またはＩ形類似突合せ開
先をシールドガスの雰囲気中でアークを揺動して
多層溶接するナローギヤツプ自動溶接法に関す
る。

ナローギヤツプ溶接法は溶接能率の向上、溶接
材料の節約、溶接入熱が少く高品質継手が得られ
ること、溶接ひずみが少いことなどにより最近広
く用いられるようになり、多くの方法が開発され
ている。

第１図はこのようなナローギヤツプ溶接を実施
する装置の一例を示すものである。この図面にお
いて、２枚の厚板１が端面を相対させ、Ｉ形開先
２を形成するように配置されており、この開先２
内に、溶接ヘツド１１に装着した溶接トーチ１２
が挿入される。一方、例えば1.2mmの細径の溶接
ワイヤ７がワイヤリール１３から送給装置１４に
よりコンジツトチユーブ１５を経て曲げくせ付与
機構１６に送られ一定の曲率でもつて円弧状にそ
性変形される。そして、溶接ワイヤ７はワイヤ揺
動板１７において回転ホイール１８に巻き付けら
れこれを一周したのち、ガイドチユーブ１９を経
て上記溶接トーチ１２に送給される。ワイヤ揺動
板１７はこれにウオーム・ギヤ機構２０を介して
連結した揺動モータ２１を正転・逆転させること
により矢印Ｒ方向に揺動し、これに伴いワイヤ突
出し部８も溶接トーチ１２の軸線を中心として矢
印Ｓ方向に揺動する。溶接はワイヤ突出し部８を
揺動しながら行ない、溶動プールは溶接トーチ１
２のシールドガス穴２２からのシールドガスおよ
びサイドノズル２２によつてシールドされる。な
お、溶接トーチ１２は水冷穴２３を貫流する冷却
水によつて冷却される。

ところで、厚板の端面を相対させてＩ形開先を
形成する場合、厚板の端面はガス切断により加工
されるのが普通であり、したがつて、開先幅は溶
接線に沿つている。開先幅が変動している場合、
一定の溶接速度およびワイヤ送給速度で溶接を行
なうと、広い開先幅の所では溶接ビード高さが低
くなり、狭いところでは高くなり、溶接線に沿つ
て溶接ビード高さの凹凸が生じる。また、アーク
長は一定に保たれているので、溶接ビードの凹部
ではワイヤ突出し長さが長くなり、逆に凸部では
短くなる。

上記のように開先幅が変動し、溶接ビード高さ
に凹凸を生じるとワイヤ振幅の過不足により溶接
欠陥を発生する。すなわち、第２図に示すように
開先幅B₁であつたものが開先幅B₂に広がつたと
する。このとき、ワイヤエツクステンシヨンはr₁
からr₂に変化するが、揺動角θを一定にしておく
と、開先幅B₂の場合、δだけアークの先端が届
かない。したがつて、開先側面２ａと溶接ビード
面５ａとが接するコーナー部６で溶け込み不足が
生じる。また、逆に開先幅が狭くなつたときには
溶け込み過ぎスラグ巻込みまたは溶け込み不足を
生じる。このため、従来では作業者がアークを監
視し、開先幅が変化すると手動操作でもつてワイ
ヤの揺動角あるいは溶接トーチ１２の高さを変
え、ワイヤ揺動振幅を調整していた。しかしなが
ら、このような方法では連続的にアークを監視せ
ねばならず、労力および作業能率の面で問題があ
つた。

そこでこの発明はナローギヤツプ溶接における
上記のような問題を解決したもので、溶け込み不
足による溶接欠陥を防止し、労力の軽減および作
業能率の向上を図ることができるナローギヤツプ
自動溶接法を提供せんとするものである。

以下、この発明を詳細に説明する。

この発明は溶接トーチを溶接母材の表面から一
定の高さに保ち、ビード高さの凹凸に基づくワイ
ヤ突出し長さの変化に伴つて生じる溶接電流の変
化に応じてワイヤ揺動振幅および揺動速度を自動
制御する。

第３図に示すように溶接個所に対応する母材表
面３の凹凸を検出する面倣い機構２５からの信号
によりモータ２６を駆動し、溶接ヘツド１１を昇
降させて溶接中常に溶接ヘツド１１に取り付けら
れている溶接トーチ１２を母材表面３から一定の
高さ位置に保持する。上記のように溶接トーチ１
２の高さ位置を一定にするのは、溶接ビード３の
基準面Ａに対する基準のワイヤ突出し長さ、すな
わち後述の溶接電流の基準を定めるためである。

また、この発明では定電圧特性の直流電源を用
い、溶接ワイヤは定速送給するようにしているの
で、溶接ビード５のａ部におけるメタル量が不足
してビード高さが凹部となつている所では（この
場所では前述のように開先幅が広くなつてい
る。）ワイヤ突出し長さが伸びてこの部分の電気
抵抗が増し、溶接電流が下がる。逆にｂ部のよう
なビード高さが凸部ではワイヤ突出し長さが縮ま
り、溶接電流が上がる。したがつて、溶接電流の
増減によつて溶接ビード５の高さの凹凸を検出す
ることができる。すなわち、前記基準ワイヤ突出
し長さに対応する溶接電流を基準溶接電流とし、
これと実際の溶接電流を比較することにより溶接
ビード５の基準面Ａに対する高さの凹凸を知るこ
とができる。そこで、溶接電流の変化に応じてワ
イヤ揺動角θすなわち揺動振幅を調整するように
すれば振幅に過不足なく溶接を行なうことができ
る。

また、この溶接法では揺動速度およびワイヤ送
給速度を一定としているので、揺動振幅の変化と
共に揺動速度も変化しなければならない。すなわ
ち、揺動振幅に応じて揺動速度を調整しないと、
揺動ピツチが粗くなつて溶け込み不足を生じる。
実験によると溶け込み不足を防止する上から揺動
密度（＝単位時間当りの揺動回数／溶接速度）は
１（回／cm）以上であることが望ましい。

ここで、この発明のナローギヤツプ自動溶接法
を具体例によつて説明する。まず、溶接条件は次
の通りである。

溶接電源直流定電圧特性（DC500A）溶接ワイヤ（ソリツド）1.2φ ループ径180φmm シールドガス Ar＋CO₂10％流量40/min 開先形状Ｉ形狭開先標準ギヤツプ11mm 基準溶接電流 300A 基準溶接電圧 27V 揺動速度 25cm/min ワイヤ送給速度 10m/min 基準突出し長さ 26mm 基準ビード高さ４mm/パス基準揺動振幅９mm なお、基準揺動振幅が基準開先幅より２mm狭い理
由は、アークの先端が最大に振れたときにコーナ
ー部より１mm内側に位置するようにすると良好な
溶接が行えるからである。

第４図は開先幅の変化△Ｂに対するビード高さ
の変化△Ｈの関係を示すグラフである。この例で
は、開先幅が3.7mm広くなつたためにビード高さ
が１mm低くなることを示している。

第５図はビード高さの変化△Ｈに対する溶接電
流の変化△Ａの関係を示すグラフであり、ビード
高さが１mm低くなつたことにより溶接電流が
2.5A減少したことを示している。

第６図は溶接電流の変化△Ａに対する揺動振幅
の変化△αおよび基準揺動速度Noと調整後の揺
動速度Ｎとの比N/Noの関係を示すグラフであ
る。この図から明らかなように、開先幅3.7mmの
増加すなわち溶接電流2.5Aの減少に対し、ワイ
ヤ揺動振幅を3.7mm増すと共に揺動速度を２倍
（80回/min）にしなければならない。

揺動振幅の変更は第７図に示すように揺動角を
変更して行なう。この例では、揺動振幅９mmから
揺動振幅12.7mmに変化させるために揺動角を90゜
から180゜に増加しなければならない。

つぎに、この発明の方法を実施するに用いられ
る制御手段の一例について説明する。

第８図は溶接トーチ１２を所定の高さ位置に保
持する制御系のブロツク図である。同図におい
て、溶接ビードの基準面から溶接ワイヤの先端が
所定の距離だけ離れるように、すなわち基準ワイ
ヤ突出し長さとなるように溶接トーチ１２の高さ
位置を溶接トーチ１２高さ設定部３１に設定す
る。一方、前記面倣い機構２５により母材表面３
の凹凸も検出し、その信号を比較部３２において
溶接トーチ高さ設定部３１からの信号と比較す
る。比較部３２からの信号によりモータ駆動回路
３３は溶接ヘツド駆動モータ２６を駆動し、溶接
ヘツド１１を昇降して溶接トーチ１２を所定の高
さに位置させる。なお、溶接トーチ移動量検出器
３４からの信号は上記比較部３２に入力され、フ
イードバツク制御により溶接トーチ１２は常に母
材表面３に対して一定の高さ位置に保持される。

第９図はワイヤ揺動振幅および揺動速度制御系
のブロツク図である。溶接電源４１の陽極は溶接
ワイヤ８に、陰極は母材１にそれぞれ接続されて
おり、陽極と溶接ワイヤ８との間に溶接電流を検
出するシヤント４２を設けている。シヤント４２
からの信号は増幅器４３を経て比較部４４および
４５に送られる。比較部４４には上記増幅器４３
からの信号、振幅設定部４６からの信号および揺
動角検出器４７からのフイードバツク信号が入力
され、比較部４４からの信号は所定の振動角を揺
動するように揺動方向の切替時点を判断する揺動
方向判別回路４８に送られる。そして、揺動方向
判別回路４８からの信号は揺動方向切替部４９に
送られる。また、比較部４５には上記増幅器４３
および揺動速度設定部５０からの信号が入力さ
れ、揺動モータ駆動回路４５からの信号に基づい
て所要の揺動速度を演算する。揺動モータ２１に
は揺動モータ駆動回路５１からの速度信号が揺動
方向切替部４９を介して入力され、溶接ワイヤ８
はこの信号に基づき所要の振幅および速度で揺動
駆動される。

以上詳細に説明したように、この発明のナロー
ギヤツプ溶接法は従来手動操作によつていたもの
を自動操作により溶接作業を行なうようにしたの
で労力を著しく軽減でき、作業能率も著しく向上
する。また、自動操作の方法は溶接電流を検出
し、検出信号と基準溶接電流との差によつてワイ
ヤの揺動振幅および揺動速度を制御するようにし
ているので、溶接ビード幅に過不足なく、かつ小
さい凹凸差でナローギヤツプ溶接を行なうことが
できる。したがつて、溶け込み不足または過剰に
よる溶接欠陥はほとんど発生しない。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明が応用されるナローギヤツプ
溶接装置の一例を示す斜視図、第２図は開先幅の
変化に伴なう揺動振幅の変化の説明図、第３図は
溶接ヘツド、面倣い機構および溶接ビードの断面
を示す略図、第４図は開先幅の変化△Ｂと溶接ビ
ード高さの変化△Ｈとの関係を示すグラフ、第５
図は溶接ビード高さの変化△Ｈと溶接電流の変化
△Ａとの関係を示すグラフ、第６図は溶接電流の
変化△Ａと揺動振幅変化△αおよび揺動速度比
M/Noとの関係を示すグラフ、第７図は揺動振幅
と揺動角の説明図、第８図は溶接トーチ高さ位置
制御系のブロツク図および第９図はワイヤ揺動振
幅と速度の制御系のブロツク図である。１…母材、２…開先、５…溶接ビード、６…コ
ーナー部、７，８…溶接ワイヤ、１１…溶接ヘツ
ド、１２…溶接トーチ、１４…ワイヤ送給装置、
１６…ワイヤ曲げくせ付与機構、１７…揺動板、
２１…揺動モータ、２２…シールドガス穴、２５
…面倣い機構、２６…溶接ヘツド昇降用モータ、
４１…溶接電源、４２…シヤント。

Claims

【特許請求の範囲】

１溶接ワイヤを一定曲率でもつて円弧状にそ性
変形を与える揺動板を通過させ溶接トーチに送給
し、溶接トーチ軸線を中心として該揺動板を揺動
することによりワイヤ突き出し部を揺動させなが
ら厚板のＩ形またはＩ形類似開先をシールドガス
の雰囲気中で多層溶接する方法において、定電圧
の電源を用い、溶接速度およびワイヤ送給速度を
一定とし、溶接トーチを面ならい機構を用いて溶
接母材の表面から一定の高さ位置に保ち、ワイヤ
揺動振幅の過不足による溶接欠陥の発生を防止す
るように基準溶接電流と実際の溶接電流との差に
応じて揺動板の揺動角度を変化させてワイヤ揺動
振幅を変化させると共に揺動板の振動速度を制御
しながら溶接することを特徴とするナローギヤツ
プ自動溶接法。