JPS62234666A - ２電極高速回転ア−ク隅肉溶接方法 - 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］ この発明は、２電極高速回転アーク隅肉溶接方法に関す
る。

［従来の技術］ 従来、下板に立設した立板の隅肉溶接を高能率で行？７
つ方法として、近接した２木の電極ワイヤに独立した電
源を接続し電極を平行に移動して溶接を行なう２電極溶
接法が用いられている。

この２電極隅肉溶接ては溶接速度の向上を図ると共に比
較的幅の広いヒートを得ることかできる。

［発明が解決しようとする問題点］ 上記従来の２電極隅肉溶接においては脚長か大きくなる
と第１２図に示すように先行電極が下板１と立板２のす
み部に形成するビー１−３は中央か深く幅かせまいフイ
ンカ状に形成されるため開先ルート５部の溶込みか小さ
く、融合不良か生ずるという問題点かあった。

また後行電極により形成される後行と−ｌ〜４は第１２
図に示すようにビードの垂れ下がりを生じ、このため立
板側にアンタカットが生したり凸ビートになるという問
題点かあった。

これらの問題点かあるため、従来の２電極隅肉溶接法で
は大脚長の良好なビー１−を形成することは困難であっ
た。

また、アークのねらい位置か所定の位置かられずかずれ
ると、溶接欠陥が広範囲に発生するため、溶接トーチの
自動ならいが不可欠である。

この発明はかかる問題点を解決するためになされたもの
であり、大脚長で、かつ形状の良好なヒートを高能率て
形成することかで鮒、さらに、応答性良好で高精度の開
先自動ならい機能を有する２電極高速回転アーク隅肉溶
接方法を提案することを目的とするものである。

［問題点を解決するための手段］ この発明に係る２電極高速回転アーク隅肉溶接方法は、
先行電極と後行電極を開先ルートをはさなて一定間隔で
設け、先行電極と後行電極の各電極ノズルを回転するこ
とによりアークを高速回転しなから行なう隅肉溶接法に
おいて、 ■垂直脚長ρ１と水平脚長Ｉ１２との比ｉ＋／ρ１／ｌ
２が最大となるのアークの回転速度範囲をＮＯ（＋１７
．　　）　とすると、先行電極と後行電極のアーク回転
速度範囲をＮｏ（１＋ｚ）から１２０　（＋１２）とし
、 ■先行電極のアークの回転直径範囲を１ｍｍから６ｍｍ
とし、 ■上記先行型イ÷により形成されるヒート幅をＷＬとす
ると、後行電極のアークの回転直径範囲を（Ｗ　Ｌ−８
）ｍｍまた又は１ｍｍのうち、いずれか大きい方から（
Ｗ　ｚ＋６）ｍｍとし、 ■上記回転する先行電極と後行電極のアーク電圧波形又
は溶接電流波形を検出し、 ■上記先行電極の電圧波形又は電流波形を溶接進行方向
前方点Ｃｆを中心として左右に各々５度から１８０度以
下の範囲の一定角度φＯて分割し、 ■上記左右に一定度φＯで分割した先行電極の電圧波形
又は電流波形の作る右側面積Ｓｌ？および左側面積ＳＬ
を演算し、 ■」１記右側面積Ｓ３と左側面積ＳＬとの差５Ｒ−８ｌ
、があらかじめ定めた基準値と一致するように先行電極
を開先の幅方向に移動させ、■上記右側面積ＳＲと左側
面積ＳＬとの和ＳＲ＋ＳＬが、あらかじめ定められた基
準値と一致するように先行電極を回転軸線方向に牙多動
させ、■上記後行電極の電圧波形又は電流波形を溶接進
行方向前方点Ｃ′ｆを中心として左右に各々５度から１
８０度の一定角度φ′Ｏで分割し、［相］上記左右に一
定度φ゛０で分割した後行電極の電圧波形又は電流波形
の作る右側面積Ｓ′□および左側面積Ｓ”１．を演算し
、 ０上記右側面積ｓ’Ｉｌと左側面積ｓ　ｌ　、、との差
Ｓ’１ｌ−３′しかあらかじめ定めた基準値と一致する
ように後行電極を開先の幅方向に移動させ、０上記右側
面積Ｓ′□と左側面積Ｓ′１４との和Ｓ′Ｌ＋ｓ＋、か
あらかじめ定められた基準値と一致するように後行電極
を回転１１ｉ１１１線方向に移動させることを特徴とす
る。

［作用］ この発明においては、先行電極と後行電極を高速回転し
て、各電極のアークを高速回転することにより、先行電
極で形成するビートを偏平化し開先ルート部の溶込みを
確保し、後行電極により形成するし−トの垂れ下がりを
防止し、ヒート表面を平滑化する。また先行電極と後行
電極のアーク電圧波形又は溶接電流波形の変動に基いて
開先ならい制御を行なうから、応答性の良い高精度な開
先ならいを行／Ｊう。

［実施例］ 第１図は、この発明の一実施例を示す斜視図てあり、図
において１０は開先ルート５より下板１側に１１１１１
１線を向りて配置した先行電極、１１は先行電極１０矢
印１２方向に回転する回転モータ、１３は開先ルー］・
５より立板２側に軸線を向りて配置した後行電極、１４
は後行電極】３を回転する回転モータ、１５は先行電極
１０と後行電極１３の各先端部に備えた通電チップの偏
心孔を通過するワイヤ、１６はアークである。なお、先
行電極１０と後行電極１３の間隔は先行電極１０による
先行溶融池と後行電極にＪ：る後行溶融池とが重ならな
いような間隔とすることにより磁気吹ぎを防止し、かつ
ビート形状を乱さないようにする。

また、先行電極１０と後行電極１３を回転し、アークを
高速回転アークとしたのは、回転しない従来の隅肉溶接
ではヒートか重力の影響を受けて下板１側に垂れ下がる
か、これを防止するためヒートに立板２側に偏向する力
すなわち、すくい上げ効果を与えるためである。

このアークの高速回転によるずくい上げ効果はアークの
回転速度と関係し、溶接電流および溶接速度を定めれば
、すくい上げ効果を最大とする回転速度ＮＯが定まる。

この回転速度ＮＯを定めるには、使用する溶接電流Ｉ−
溶接速度■にて隅肉溶接を行７７い立板２の脚長立、と
下板１の脚長で２の比１１　＋　／　ｆＬ　２が最大と
なる回転速度を求めれば良い。第２図は溶接電流１−３
００Ａ−溶接速度Ｖ　＝　５０　ｃｍ／分のときのアー
ク回転速度と脚長比ｊ２　＋　／　ＩＶ、２の関係を示
し、図に示すようにこの溶接条件のときの回転速度Ｎｏ
は１５Ｈｚとなる。

上記のようにアークの回転速度がＮｏ（Ｈｚ）に近づく
とすくいあげ効果か最大に発揮される。

またアークの回転速度を次第に高速としてＮｏ（Ｈｚ）
に近つりると第３図に示すようにヒート形状ＧＪ凸部の
高さΔ℃を有する凸形ビートになる。そこてアークの回
転速度Ｎ（Ｈｚ）と凸部の高さΔ℃の関係を調へた結果
第４図に示すようになった。

第４図６Ｊ横軸にアークの回転速度Ｎ（＋１２）を、１
ｉ（’［軸に立板脚長ｐ、と下板脚長℃２の平均値に対
するビーｌ〜の凸部の高さ△ρの割合を示す。図からあ
きらか）了ようにアークの回転速度Ｎ　（）ｌｚ）か３
Ｎｏ（Ｈｚ）以」二てビー１〜の凸部の高さ△ρか最小
になる。このことはアークの高速回転により溶融池か周
辺部に広かり易くなるためである。

一方ビードの形状を調べると、アークの回転速度が零の
場合すなわち従来の水平イ容接の場合は第５図の鎖線で
示すように、中央部か深く幅かセまいフィンガ状のビー
ド３ａを形成し、かつこのビード３ａＬｌ下垂れヒート
となるため、溶接速度か例えば８０　ｃｍ／　ｍｍと速
くなると不良ヒートとなり隅肉溶接の高速化は図ねなか
った。

しかしアークの回転速度をＮｏ（Ｈｚ）以」二３Ｎｏ（
Ｈｚ）未満の場合は第３図に示すようにヒートの高さΔ
℃か大きくｔ♂ると同時に脚長比ｆｌ　＋　／　ｆｌ　
２が改善されているためヒート形状は第５図の実線に示
す偏平ビート３ｂとなり、幅方向特に立板側の熔込みか
増加し、実質的な溶込みＩＪ）増加することにノ♂る。

さらにアークの回転速度か３Ｎｏ（＋＋ｚ）以上になる
と、アークの高速回転により溶融池か周辺部に拡がり易
くなるため、ビート形状は中央部は浅いか幅の広いビー
トとなり、下板側及び立板側の幅方向の溶込みか増加す
る。

上記アークの回転速度をＮｏ（１１Ｚ）以上とすること
による溶込み増加により溶接速度を例えば１４０　ｃｍ
／　ｍｍ程度にしても不良ヒートの発生を防＋１するこ
とかでき、隅肉溶接の高速化を図ることかできる。この
ためアークの回転速度Ｎｏ（ｌｔｚｌ　以上とした。

また、アークの回転速度Ｎか増加すると、回転速度Ｎに
ほぼ比例してワイヤの溶融速度ＭＲも例えは第６図に示
ずＪ：うに増加する。すなわち隅肉溶接か高能率となる
。第６図はワイヤ径１．２ｍｍ、（８接電流３００Ａの
ＭＡＧ溶接において、アークの回転径を６ｍｍとしてア
ークの回転Ｎを変えてワイヤの溶融速度ＭＲの変化を調
へた結果を示し、第６図において構軸はアークの回転速
度Ｎ　（ｆｉｚ）、縦軸はワイヤの溶融速度Ｍ　Ｒ（ｇ
／ｍ１ｎ）である。

しかしなから、アークの回転速度Ｎを増加すると第７図
に示すようにスパッタか増加する。第７図は第６図に示
した条件で溶接を行なったときのアークの回転速度Ｎ　
（Ｈｚ）とスパッタ損（ｇ／ｍ１ｎ）の関係を示す。図
からあきらかなようにアークの回転速度Ｎが１２０　（
Ｈｚ）を越えるとスパッタ損は急増し約２５　ｇ／ｍｉ
ｎとなり、溶接作業か困難となる。このため、アークの
回転速度Ｎを＋　２０　（Ｈｚ）以下としたのである。

次に、この発明において、先行アークの回転直径りしを
１〜６ｍｍの範囲に限定した理由について説明する。先
行アークの回転直径ＤＬか１ｍｍ未満であると、十分な
溶込みか得られないために、回転アークｆ４接の機能を
十分に発揮で参ず、また、回転直径が小さいためにる後
ｉホする開先倣い制御が精度良く行なえない。一方、先
行アークの回転直径Ｄ１．が６ｍｍを越えると、先行ア
ークか立板２および下板１に接近し過ぎ、特に、立板２
側にアンダーカッＩ〜が生じ易すくなる。

従って、この発明においては、先行アークの回転直径Ｄ
１．を１〜６ｍｍの範囲に限定したのであ１す る。

次に、この発明において、後行アークの回転直径ＤＴを
（ＷＬ−Ｂｍｍ）およびＩ＋ｎｍのうち何れか大きい方
から（ＷＬ＋６ｍｍ）の範囲に限定した理由について説
明する。ここで、Ｗ５は、先行アークによる下層ヒート
３の幅を示す。

後行アークの回転直径ＤＴか前記下限値未満では、十分
な溶込みが確保できず、且つ後述する後行電極による開
先倣い制御が精度良く行なえないからである。一方、後
行アークの回転直径ＤＴが前記」−限値を越えると、後
行アークが立板２およＣ・下板１に接近し過きて、特に
、立板２側にアンターカットか生じ易ずくなるからであ
る。

次に、この発明における先行電極１ｏの開先倣い制御方
法について説明する。

第８図は先行電極１０の開先倣い制御方法のブロック図
、第９図は、先行電極１０の回転！ｌｌｌ線が開先幅方
向中央部（ルート）より下板１側を向いている状態で隅
肉？８接を行なっている状態を示す正面図である。

第８図において、先行アーク電圧検出器３０は、母旧と
所定速度で回転する先行電極１０との間の電圧、即ち、
先行アーク電圧Ｅを検出する。

切換え器３１は、先行アーク電圧検出器３０によって検
出された先行アーク電圧Ｅを、後述する制御器からの指
令信号によって、先行電極１０の溶接進行方向最前方点
Ｃｆを中心として左右に所定範囲にわたってそれぞれ切
りる換える。制御器３２は、先行電極位置検出器３３に
よって検出された先行電極１０の前記最前方点を示す位
置信号に基づいて、切換え器３１を作動させる。右側お
よび左側積分器３４Ａおよび３４Ｂは、切換え器３１に
よって切り換えられた先行アーク電圧Ｅを積分して、右
側および左側積分値ＳＲおよびＳ　ｔを得る。積分範囲
設定器３５は、前記積分器３４Ａおよび３４Ｂによる先
行アーク電圧の積分範囲を制御器３２に予め設定する。

積分回数設定器３６は、前記積分器３４Ａおよび３４．
　Ｂによる積分を、先行電極１０が何回転するごとに行
なうかを制御器３２に予め設定する。

右側および左側記憶器３７Ａおよび３７Ｂは、前記積分
値Ｓ３およびＳＬをそれぞれ記憶する。

第１差動増幅器３８は、右側記憶器３７Ａによって記憶
された右側積分値ＳＩｌと左側記憶器３７Ｂによって記
憶された左側積分値るｓｌ、どの差を演算する。

次段の差動増幅器３９は上記差（ＳＲ−５Ｌ）とあらか
じめ基準値設定器４０に設定した基準値Ｓｏとの差を演
算する。Ｘ軸トライバ４１は差動増幅器３９て１ｉｉｉ
算した（　（ＳＬｌ−５，、）−５ｏ）が零になるよう
に先行電極１０を開先幅方向に８動させるためのＸ＋１
山モータ４２を！駆動する。

第３の差動増幅器４４は、加算器４３にょフて演算され
た右側積分値ＳＲと左側積分値ＳＬどの和の演算値（Ｓ
Ｒ＋Ｓｂ）と、基準電圧設定器４５によって予め設定さ
れている基準電圧Ｅｏとの差を演算する。Ｙ軸ドライバ
ー４６は、前記差の演算値ｆ（ｓＲ”ｓ＋、）−Ｅｏ）
）か零となるように、先行電極１゜を電極の高さ方向、
即ち、Ｙ軸方向に駆動さゼるためのＹ軸モータを駆動す
る。

ここて、積分範囲を４５°に設定し、積分回数の設定を
１とした場合の先行電極１０の開先倣い制御方法につい
て説明する。

先行電極１０の回転φ１１］線が、開先中央部に向いて
いる場合には、先行アーク電圧検出器３ｏににって検出
される先行アーク電圧（Ｅ）は、Ｍ２Ｏ図（八）に示す
Ｊ：うに、先行型イ′ｆ２１０か立板２および下板１に
最も接近したときに最小となり、そして、先行電極１０
か開先の幅方向中央部に位置したときに最大となる。

この場合には、右側積分値ｓｌｌと左側積分値ＳＬとは
等しくなる。

なお、第１０図（八）　、　（Ｂ）において、Ｃｆとは
先行電極１０の」１方から見たワイヤ１５の回転位置を
示す第１１図に記すＪ：うに、先行電極１０の溶接進行
方向後方点を示し、■、とは先行電極１ｏか下板１に最
も接近したときの点を示し、Ｃｆとは先行電極１０の溶
接進行方向前方点を示し、そして、Ｒとは先行電極１０
が立板２に最も接近したと幹の点を示す。また、第１０
図（Ａ）　、　（Ｃ）　において、Ｃ’ｒ、Ｌ’、　Ｃ
′ｆおよびＲ′は上記先行Ｎ極１ｏのワイヤ位置に対応
する後行電極１３のワイヤ１５の位置を示ず。

次に第９図に示すように、先行ノズルの中心の中心軸線
が、開先幅方向にそって、下板１側に片寄っている場合
には、先行アーク電圧器３ｏによって検出される先行ア
ーク電圧Ｅは、第１０図（Ｂ）中実線で示すように、先
行電極１ｏか下Ｆｉ、１に最も接近したときの先行アー
ク電圧Ｅは、先行電極１０か立板２に最も接近したとき
の先行アーク電圧Ｅに比へて小さい。この結果、右側積
分値ＳＲは、左側積分値Ｓ１、に比べて大きくなる。こ
れら積分値ＳＲとＳＬとの差（ＳＲ−５Ｌ）があらかし
め定めた基準値と一致するようにＸ軸モータ４２を駆動
し、先行電極１０の開先幅方向の位置を制御する。

先行電極１０の高さ方向の位置か変化すると、第３の差
動増幅器４４によって、加算器４３からの右側積分値Ｓ
Ｒと左側積分値ＳＬとの和の演算値（ＳＲ＋ＳＬ）と、
基準電圧ＥＯとの間の差が演算され、前記差の演算値（
（ＳＲ”ＳＩ、）−Ｅｏ）か男になるようにＹ輔ドライ
バー４６によってＹ軸モータ４７が駆動される。これに
より、先行電極１０の高さ制御が行なわれる。

このようにして、先行電極１０のＸ軸およびＹ軸方向、
即ち、開先幅および高さ方向における開先倣い制御が応
答性良くかつ高精度に行なわれる。

上記倣い制御においてアーク電圧波形を積分する範囲は
溶接進行方向前方点Ｃｆを中心に左右に各々５度から１
８０度の範囲とする。この範囲を５度以上としたのは５
度未満になると波形に乗るノイズ成分の影響を受＋Ｊる
からである。

次に、この実施例による後行電極１３の開先倣い制御方
法も先行電極】０の開先倣い制御と同様に行なわれるの
で、説明は省略する。但し後行電極１３のアーク電圧波
形の積分値ｓ’、　、ｓ”１４は第１０図（Ｃ）　に示
すようにＳ′□〈Ｓ゛１゜となる。

なお、上記実施例はアーク電圧により倣い制御を行なう
場合について説明したが溶接電流を検出しても同様に制
御することかできる。

また、Ｙ！１Ｉｌ１１方向の制御に関するＳＬとｓｌｌ
は第８図ではＸ軸方向の制御に用いた信号ＳＬ、、Ｓ□
と同一になっているか必ずしもＹ軸方向の制御に用いる
積分範囲はＸ軸方向の制御に用いる積分範囲と同一でな
くとも上記実施例と同様に制御できる。

［発明の効果コ この発明は以上説明したように、隅肉溶接を一定回転速
度範囲、一定回転直径の高速回転アークにより行なうよ
うにしたから、溶融金属の下垂れ、立板側のアンタカッ
トを防止し、等脚長でかつ良好な溶込みのビートを容易
に得ることができると共にビードの平滑化を図ることが
できる効果を有する。

さらに、アークの高速回転によりワイヤ溶融速度か増加
するから、隅肉溶接の高能率価を図ることかでき、隅肉
溶接の高速度化、あるいは大脚長化を図ることができる
利点も有する。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の実施例を示す斜視図、第２図はアー
クの回転速度と脚長比ｆｌ　＋　／　、Ｑ　２の特性図
、第３図はビード形状を示した断面図、第４図はアーク
の回転速度と、立板脚長で２．下板脚長に２の平均値に
対するビード凸部の高さ△での割合との特性図、第５図
はヒート形状の説明図、第６図はアークの回転速度とワ
イヤの溶融速度との特性図、第７図はアークの回転速度
とスパッタ損の特性図、第８図は制御回路のブロック図
、第９図は先行電極の隅肉溶接時の正面図、第１０図（
八）　、　（Ｂ）　、　（Ｃ）は各々アーク電圧波形図
、第１１図は回転するワイヤの位置を示す説明図、第１
２図は従来のビードを示す断面図である。 １・・・下板、２・・・立板、３．３ａ、３ｂ、４・・
・ビート、１０・・・先行電極、１３後行電極、１５・
・・ワイヤ。 なお、各図中同一符号は同−又は相当部分を示すもので
ある。 第１図 Ｏｔｏ　　２０３０４０　５０ 回転走度Ｎ　（Ｈｚ　） ７−２の回転遼庭Ｎ 第９図 ｒ 第１１図 第１２図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 先行電極と後行電極を開先ルートをはさんで一定間隔で
   設け、先行電極と後行電極の各電極ノズルを回転するこ
   とによりアークを高速回転しながら行う隅肉溶接法にお
   いて、 ［１］垂直脚長ｌ＿１と水平脚長ｌ＿２との比ｌ＿１／
   ｌ＿２が最大となるアークの回転速度をＮｏ（Ｈｚ）と
   すると、先行電極と後行電極のアークの回転速度範囲を
   Ｎｏ（Ｈｚ）から１２０（Ｈｚ）とし、 ［２］先行電極のアークの回転直径範囲を１ｍｍから６
   ｍｍとし、 ［３］上記先行電極により形成されるビード幅をＷ＿Ｌ
   とすると、後行電極のアークの回転直径範囲を（Ｗ＿Ｌ
   −８）ｍｍ又は１ｍｍのうち、いずれか大きい方から（
   Ｗ＿Ｌ＋６）ｍｍとし、 ［４］上記回転する先行電極と後行電極のアーク電圧波
   形又は溶接電流波形を検出し、 ［５］上記先行電極の電圧波形又は電流波形を溶接進行
   方向前方点Ｃｆを中心として左右に各々５度から１８０
   度以下の範囲の一定角度φ＿Ｏで分割し、 ［６］上記左右に一定角度φ＿Ｏで分割した先行電極の
   電圧波形又は電流波形の作る右側面積Ｓ＿Ｒおよび左側
   面積Ｓ＿Ｌを演算し、 ［７］上記右側面積Ｓ＿Ｒと左側面積Ｓ＿Ｌとの差Ｓ＿
   Ｒ−Ｓ＿Ｌがあらかじめ定めた基準値と一致するように
   先行電極を開先の幅方向に移動させ、 ［８］上記右側面積Ｓ＿Ｒと右側面積Ｓ＿Ｌとの和Ｓ＿
   Ｒ＋Ｓ＿Ｌが、あらかじめ定められた基準値と一致する
   ように先行電極を回転軸方向に移動させ、 ［９］上記後行電極の電圧波形又は電流波形を溶接進行
   方向前方点Ｃ′ｆを中心として左右に各々５度から１８
   ０度以下の範囲の一定角度φ′＿Ｏで分割し、 ［１０］上記左右に一定角度φ′＿Ｏで分割した後行電
   極の電圧波形又は電流波形の作る右側面積Ｓ′＿Ｒおよ
   び左側面積Ｓ′＿Ｌを演算し、 ［１１］上記右側面積Ｓ′＿Ｒと左側面積Ｓ′＿Ｌとの
   差Ｓ′＿Ｒ−Ｓ′＿Ｌがあらかじめ定めた基準値と一致
   するように後行電極を開先の幅方向に移動させ、 ［１２］上記右側面積Ｓ′＿Ｒと左側面積Ｓ′＿Ｌとの
   和Ｓ′＿Ｒ＋Ｓ′＿Ｌがあらかじめ定められた基準値と
   一致するように後行電極を回転軸線方向に移動させる、
   ことを特徴とする２電極回転アーク隅肉溶接方法。