JPS63248575A - 揺動ア−ク溶接法および揺動装置 - 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） 本発明は、アーク現象を利用して溶接アークの揺動を制
御することにより、開先倣い制御を行う自動アーク溶接
法の特に揺動アーク溶接法および自動アーク溶接用揺動
装置に関するものである。

（従来の技術） 自動溶接においては、溶接線と溶接トーチをつねに一定
の位置関係に高精度に保持する必要があり、従来から種
々の溶接線倣い制御法が提案されている。特別な検出器
を必要としない方法として、揺動装置と組み合わせてア
ークを揺動しアーク現象を利用した開先倣い制御法が種
々提案されている。

一般に、揺動機構としては、溶接全書第６巻［溶融溶接
機器Ｊ　（Ｐ］４８〜１５０）のウィービング溶接には
、クランク軸を回転させリンク機構により支点を中心に
溶接トーチを揺動する方法が代表的な機構として広く知
られている。

また溶接アーク現象を利用した方法としては、特開昭５
８−１７６０７６号公報で、溶接トーチを溶接進行方向
の幅方向に平行に往復運動させ、揺動の中心での検出信
号と揺動の端部における検出信号の差が基準値と一致す
るように制御する揺動幅制御方法が提案されている。ま
た特公昭５７−３４６２号公報では、アーク電圧を一定
に保持するよう溶接トーチを上下し母材表面からの距離
を変化させ、該溶接トーチを溶接進行方向の幅方向に平
行に往復運動させ、溶接トーチの上下方向の変位高さが
所定の設定値に等しくなるたびに幅方向の往復運動の方
向変換を行う等速反転揺動が提案されている。

しかし、ここで検出しようとする溶接電流または溶接電
圧の変化は、一般にチップ・母材間の距離の変化により
変動しているものと考えられていたが、実際には第３図
に示すように溶接ワイヤの先端が右または左の開先壁面
２８に近付く過程、つまりチップ・母材間距離が短くな
る過程では、アーク長の変化に対してワイヤ突き出し長
の変化が遅れるためアーク長が短くなり溶接電流は大き
く溶接電圧は低くなる。又揺動の両端で揺動を反転し第
４図に示すように右または左の開先壁面゛２８から遠ざ
かる過程、即ちチップ・母材間距離が長くなる過程では
逆にアーク長が長くなり溶接電流は小さく溶接電圧は高
くなるため、揺動の両端近傍での溶接電流は第５図、溶
接電圧は第６図のように変化する。従って、開先内でア
ークを揺動する時の溶接電流および溶接電圧は第７図の
ようになる。

この現象を利用して発明者等は、特願昭１ｉ０−２４９
９５８号で第７図（ロ）の溶接電流と揺動位置によって
描かれる図形の面積り、Ｒの検出による開先倣い制御法
を提案した。しかし、このように揺動の両端近傍におけ
る溶接電流および溶接電圧の変化はチップ・母材間距離
の変化だけでなく、該チップ・母材間距離の変化速度の
双方によるものであり、この揺動の両端近傍でのチップ
・母材間距離の変化速度は揺動方向への移動速度の影響
を受ける。即ち、溶接電流および溶接電圧の変化量は一
定の揺動周期のもとで揺動幅を広げるか、または一定の
揺動幅のもとで揺動回数を増加し揺動幅方向の移動速度
を速くすると第８図に示すように増加する。このため、
特に揺動両端における溶接電流または溶接電圧の変化量
により、開先幅を検知し開先幅に揺動幅を追従させる開
先幅倣い制御においては、第９図に示すごとく揺動幅が
最適値より狭くなり、開先コーナ一部に融合不良の欠陥
を生ずる。

また逆に、揺動幅方向の移動速度を遅くすると溶接電流
および溶接電圧の変化量は第１０図のように減少するた
め、揺動幅は第１１図のように最適値より広くなり、ア
ークによって開先壁面が掘られ、開先壁面にアンダーカ
ットを生じ次のパスで融合不良やスラグ巻き込みの欠陥
を生ずる原因となる。

従って特に揺動の両端近傍での溶接電流または溶接電圧
変化を検知し、その結果により揺動中心位置や揺動幅を
逐一修正する溶接線倣い制御を用いる自動溶接では、検
出結果が揺動幅や揺動回数の変更に伴う揺動方向への移
動速度変動の影響を受けないように、揺動方向への移動
速度を一定に保持する必要がある。

しかし、前記のいずれの方法においても揺動の溶接電流
および溶接電圧の変動への影響に対する考慮がなされて
おらず、前記のいずれの揺動方法においても揺動幅およ
び揺動回数を変更する為には、揺動幅方向の移動速度を
変化させねばならず、揺動条件を自由に選択できないと
言う欠点がある。従って、特に揺動の両端近傍での溶接
電流または溶接電圧変化を検知する溶接線倣い制御を用
いる自動溶接では、従来の揺動方法では安定した高鯖度
の開先線倣いが困難であり、健全な溶接継ぎ手を得るこ
とができないと言う問題点がある。

（発明が解決しようとする問題点） 本発明は溶接アーク現象を利用した開先倣い制御方法で
の問題点であった、溶接トーチの揺動に起因する検出信
号のバラツキによる制御の不安定を解決し、溶接トーチ
の正確な位置決めが可能な揺動アーク溶接法、および安
定した検出信号が得られるアーク溶接用揺動装置を提供
するものである。

（問題点を解決するための手段） 本発明の要旨は、溶接トーチを開先幅方向に往復運動さ
せ揺動の両端近傍における溶接電流または溶接電圧の変
動を検知し揺動中心位置を修正しながら溶接線に沿って
溶接を行う揺動アーク溶接法において、揺動の両端部か
ら中央側に定められた区間を設け、該区間における揺動
方向への溶接トーチの移動速度を常にあらかじめ設定さ
れた一定速度で行うことを特徴とする揺動アーク溶接法
、および、 アーク現象を利用して溶接アークの揺動を制御するアー
ク溶接用揺動装置において、溶接トーチを開先幅方向に
揺動するトーチ揺動機構、揺動幅方向の溶接トーチの位
置を検出する揺動位置検出器、揺動の中心位置を設定す
る揺動中心位置設定器、揺動回数を設定する揺動回数設
定器、揺動の幅を設定する揺動幅設定器、定速区間の基
準幅を設定する定速区間基準幅設定器、該揺動幅設定器
および該定速区間基準幅設定器からの信号により定速区
間幅を判定する判定器、該揺動中心位置設定器、該揺動
幅設定器、該揺動回数設定器および該判定器からの信号
により揺動両端の位置、左右の揺動速度変更点および速
度可変区間の揺動速度を演算する演算器、該演算器の演
算結果によりそれぞれを別々に設定する左端設定器、左
速度変更点設定器、右速度変更点設定器、右端設定器お
よび可変速度設定器、速度変更信号および位置選択信号
を出力する司令回路、該司令回路からの位置選択信号に
より該左端設定器、該左速度変更点設定器、該右速度変
更点設定器および該右端設定器のいずれか１つからの信
号を位、置設定器に伝達する位置選択器、該位置選択器
または該揺動中心位置設定器からの位置信号を記憶する
位置設定器、定速区間の速度を設定する定速度設定器、
該司令回路からの速度変更信号により該定速度設定器お
よび該可変速度設定器からの信号を切り換える速度切り
換え器、該速度切り換え器からの速度信号により該トー
チ揺動機構の揺動モータの回転速度および該揺動位置検
出器と該位置設定器からの位置信号を比較演算した結果
により揺動モータの回転方向を制御する制御信号および
該司令回路を起動するパルス信号を出力するモータコン
トローラからなることを特徴とする揺動装置にある。

以下に実施例を示す図を基に本発明を詳述する。

（作用） 第１図は本発明による揺動軌跡および検出信号波形の関
係を示す波形図、第２図は本発明の揺動装置のブロック
図を示したもので、揺動中心位置設定器３からは揺動中
心位置信号が演算器７および位置設定器１４に出力され
ている。演算器７は揺動中心位置設定器３からの揺動中
心位置信号、揺動幅設定器４からの揺動幅信号および判
定器６からの定速区間幅信号により揺動両端の位置、左
右の揺動速度変更点および速度可変区間の揺動速度を演
算し、それぞれ、左端設定器８、右端設定器９、左速度
変更点設定器１０、右速度変更点設定器１１および可変
速度設定器１２に伝達される。該演算結果に基づき左端
設定器８からは揺動の左端、右端設定器９からは揺動の
右端、左速度変更点設定器１０からは左側の速度変更点
、右速度変更点設定器１１からは右側の速度変更点の位
置信号が出力される。可変速度設定器１２からは該演算
結果に基づき可変速度区間における揺動速度信号が、定
速度設定器１３からは定速区間における揺動速度信号が
出力される。

トーチ揺動機構１にはアーム２５を介してトーチホルダ
２６に溶接トーチ２７が取り付けられ、揺動モータ２０
によって開先幅方向（左右）に揺動される。

揺動位置検出器２は、揺動モータ２０に取り付けたパル
スジェネレータとアップダウンカウンタで構成し、揺動
モータ２０の回転によりパルスジェネレータの出力パル
スをアップダウンカウンタでカウントし、溶接トーチ２
７の揺動方向の位置信号としてモータコントローラ】６
に出力する。モータコントローラ１６は、位置設定器１
４からの出力信号と該溶接トーチ位置信号を比較し、そ
の結果、溶接トーチ２７が設定位置より左にあるときは
右行信号を、また右にあるとき左行信号を、また同時に
速度切替器１８から出力された速度信号により揺動モー
タ２０の速度制御信号を、揺動モータ２０に出力する。

揺動モータ２０はモータコントローラ１６からの制御信
号により回転し、揺動機構１は溶接トーチ２７を開先幅
方向に移動する。位置設定器１４からの出力信号と該溶
接トーチ位置信号を比較し、その結果が一致したときは
、溶接モータ２０への制御信号は出力されず、司令回路
１７にパルス信号が出力され、該指令回路１７を起動す
る。

司令回路１７は、位置選択信号を１度の動作で１つずつ
、左側の速度変更点（ａ）→揺動の左端（ｂ）→左側の
速度変更点（Ｃ）→右側の速度変更点（ｄ）→揺動の右
端（ｅ）→右側の速度変更点（ｆ）→左側の速度変更点
（ａｌ）の順で位置選択器１５に出力する。位置選択器
１５は位置選択信号２１によって左端設定器８からの揺
動の左端、右端設定器９からの揺動の右端、左速度変更
点設定器１０からの左側の速度変更点、右速度変更点設
定器１１からの右側の速度変更点の位置信号から１つだ
けを選択し位置設定器１４へ伝達する。位置設定器１４
はこの新しい位置信号を記憶しモータコントローラ１６
に新しい位置信号を出力する。このため溶接トーチ位置
と位置設定器１４からの位置信号は異なり、モータコン
トローラ１６からは揺動モータ２０に制御信号か出力さ
れ、溶接トーチ２７は左側の速度変更点（ａ）→揺動の
左端（ｂ）→左側の速度変更点（Ｃ）→右側の速度変更
点（ｄ）→揺動の右端（ｅ）→右側の速度変更点（ｆ）
→左側の速度変更点（ａｌ）の順で順次移動する。

また、司令回路１７からは各速度変更点で速度切替信号
２２が出力され、速度切替器１８によって速度信号が切
替えられ、速度変更点（ａ、ｄ）では定速度設定器１３
からの定速度信号が、速度変更点（ｃ、ｆ）では可変速
度設定器１２からの可変速度信号がモータコントローラ
１６に伝達される。

即ち、司令回路１７からの位置選択信号２１により位置
選択器１５を経て位置設定器１４に左側の速度変更点（
ａ）が記憶されており、溶接トーチ２７が左へ移動して
溶接トーチ位置が左側の速度変更点（ａ）と一致すると
、モータコントローラ１６からの揺動モータ２０への制
御信号の出力は停止し、同時に司令回路１７にパルス信
号が出力される。該司令回路１７からの位置選択信号２
１により位置選択器１５を経て位置設定器１４に揺動の
左端（ｂ）が記憶され、同時に速度変更信号２２が速度
切替器１８に出力され定速度信号がモータコントローラ
１６に伝達される。

モータコントローラ１６は定速度による左行制御信号を
モータ２０に出力し、溶接トーチ２７は定速度設定器１
３によって与えられた移動速度で左へ移動する。次に溶
接トーチ位置が揺動の左端（ｂ）と一致すると前記と同
様に位置設定器１４には左側の速度変更点（Ｃ）が記憶
され、出力される位置信号と溶接トーチ位置は一致せず
、モータコントローラ１６からは右行の制御信号が出力
され揺動は反転される。更に左側の速度変更点（Ｃ）と
溶接トーチ位置が一致すると、位置設定器１４には右側
の速度変更点（ｄ）が記憶され同時に司令回路１７から
速度切替信号が出力され、可変速度設定器１２で設定さ
れた速度信号が伝達され、モータコントローラ１６から
は可変速度設定器１２で設定された速度での右行信号が
揺動モータ２０に出力される。以上のように順次繰り返
される。

従って左側の速度変更点（ａ）→揺動の左端（ｂ）→左
側の速度変更点（Ｃ）および右側の速度変更点（ｄ）→
揺動の右端（ｅ）→右側の速度変更点（ｆ）の揺動速度
は定速度設定器１３で設定した一定の速度となり、また
モータコントローラ１６からパルス信号が出力されてか
ら再び揺動モータ２０に制御信号が出力されるまでの時
間は約５０μＳｅＣ，と極めて短時間で処理されており
揺動は間断なく行われ、第１図に示す揺動軌跡が得られ
る。

ここで判定器６からの定速区間幅信号が揺動幅設定器４
で設定された揺動幅の１７２より大きいときには、左側
の速度変更点（ｃ）→右側の速度変更点（ｄ）および右
側の速度変更点（ｆ）→左側の速度変更点（ａ、）の速
度可変区間が存在できなくなり、揺動回数が固定されて
しまう。そこで本発明の装置ではこの問題を解決するた
めに判定器６は、定速区間基準幅設定器５で設定された
定速区間の基準幅と揺動幅設定器４で設定された揺動幅
の１７４の幅とを比較し、いずれか狭い方の幅信号が定
速幅信号として演算器７に伝達される。即ち常に左側の
速度変更点（ａ）→揺動の左端（ｂ）→左側の速度変更
点（Ｃ）および右側の速度変更点（ｄ）→揺動の右端（
ｅ）→右側の速度変更点（ｆ）の定速区間の幅を揺動幅
の１７４以下とすることで、揺動幅が狭い領域において
も左側の速度変更点（ａ）→揺動の左端（ｂ）→左側の
速度変更点（Ｃ）および右側の速度変更点（ｄ）→揺動
の右端（ｅ）→右側の速度変更点（ｆ）の定速区間を確
保しながら揺動回数を変更可能にしている。

また揺動を行わないときは揺動中心位置設定器３から出
力される揺動の中心位置信号が位置設定器１４に出力さ
れ、司令回路１７は起動されない。従って溶接トーチ２
７は揺動中心位置に保持される。

揺動中心位置設定器３の揺動の中心、揺動幅設定器４の
揺動幅および揺動回数設定器１９の揺動回数は、開先倣
い制御回路（図示せず）からの倣い信号によって変更さ
れる。該３つの設定値の内いずれかが変更されると、演
算器７により揺動両端の位置、左右の揺動速度変更点お
よび速度可変区間の揺動速度を演算し、それぞれ、左端
設定器８、右端設定器９、左速度変更点設定器１０、右
速度変更点設定器１１および可変速度設定器１２の設定
値を更新し揺動位置を修正する。

なお、揺動機構１は走行方向と直行する開先幅方向に走
行台車２９に取り付けられ、溶接トーチ２７を揺動方向
に１００ｍｍ移動ができる。また、走行台車２９は開先
と概ね平行に設置したレール３０に取り付け、溶接トー
チ１を開先の中心に位置させ溶接を開始する。溶接開始
と同時に開先幅方向への揺動とレール３０上を走行台車
２９が移動を開始する。

このときの、揺動軌跡は、第１図に示すととく揺動幅、
揺動回数の変化に対しては、左側の速度変更点（Ｃ）→
右側の速度変更点（ｄ）および右側の速度変更点（ｆ）
→左側の速度変更点（ａ、）の速度可変区間での揺動幅
方向の溶接トーチ２７の移動速度が変化するだけで、揺
動両端に設定された左側の速度変更点（ａ）→揺動の左
端（ｂ）→左側の速度変更点（Ｃ）および右側の速度変
更点（ｄ）→揺動の右端（ｅ）→右側の速度変更点（ｆ
）の定速区間での揺動幅方向の溶接トーチ２７の移動速
度は揺動幅、揺動回数の変化に関係なく、一定であるた
め、開先壁面によるチップ・Ｉり材間距離の変化量か一
定となる。即ち、溶接電流波形は揺動両端の左側の速度
変更点（ａ）→揺動の左端（ｂ）→左側の速度変更点（
Ｃ）および右側の速度変更点（ｄ）→揺動の右端（ｅ）
→右側の速度変更点（ｆ）の定速区間では揺動幅、揺動
回数の変化に影響されることなく一定の信号波形を得る
ことができる。

従って、溶接電流および溶接電圧は揺動端部と開先壁面
との位置関係の変動のみによって変化するため、揺動の
変化に関係なく倣い制御回路（図示せず）による、高精
度の開先壁面の位置検出を可能にして、追従精度の高い
開先倣い制御を可能にし、良好な溶接結果を得ることが
できた。なお、検出信号に溶接電圧を用いても溶接電流
と同様の結果を得ることができる。

（発明の効果） 以上のように本発明によれば、揺動両端における揺動軌
跡が常に一定であるため、揺動両端近傍における溶接電
流および溶接電圧の変化は、時間に対しても、揺動位置
に対しても常に一定条件となるため、アークの揺動によ
る開先壁面のアーク現象を利用したあらゆるセンシング
技術に応用で工　９ き、しかも高精度の検出を可能にした。

また、アークを揺動し溶接電流または溶接電圧の変化に
より開先壁面を検知し、開先位置を認識し、揺動中心お
よび揺動幅を最適位置に保持しようとする溶接方法にお
いて、揺動条件の変更に伴う、揺動幅方向のアークの移
動速度変化による検出誤差を防止するという開先倣い制
御の根本問題を解決し高精度の開先倣い制御を実用化し
たことにより、健全な溶接を安定して得ることができる
など、工業上優れた効果がもたらされる。

【図面の簡単な説明】 第１図は本発明による揺動軌跡および検出信号波形を示
す波形図、第２図は本発明の揺動装置のブロック図、第
３〜７図は揺動アークと開先壁面の関係および溶接電流
、溶接電圧の関係を示す説明図、第８〜１１図は揺動軌
跡と検出信号の関係を示す説明図である。 １・・・トーチ揺動機構、２・・・揺動位置検出器、３
・・・揺動中心位置設定器、４・・・揺動幅設定器、５
・・・定速区間基準幅設定器、６・・・判定器、７・・
・演算器、８・・・左端設定器、９・・・右端設定器、
１０・・・左速度変更点設定器、１１・・・右速度変更
点設定器、１２・・・可変速度設定器、１３−・・定速
度設定器、１４・・・位置設定器、１５・・・位置選択
器、】６・・・モータコントローラ、１７・・・司令回
路、１８・・・速度切替器、］　９−・・揺動回数設定
器、２０・・・揺動モータ、２１・・・位置選択信号、
２２・・・速度変更信号、２３・・・パルス信号、２４
・・・速度信号、２５・・・アーム、２６・・・トーチ
ホルダ、２７・・・溶接トーチ、２８・・・開先壁面、
２９・・・走行台車、３０・・・レール。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）溶接トーチを開先幅方向に往復運動させ揺動の両
   端近傍における溶接電流または溶接電圧の変動を検知し
   揺動中心位置を修正しながら溶接線に沿って溶接を行う
   揺動アーク溶接法において、揺動の両端部から中央側に
   定められた区間を設け、該区間における揺動方向への移
   動速度が常にあらかじめ設定された一定速度であること
   を特徴とする揺動アーク溶接法。
2. （２）アーク現象を利用して溶接アークの揺動を制御す
   るアーク溶接用揺動装置において、 溶接トーチを開先幅方向に揺動するトーチ揺動機構、 揺動幅方向の溶接トーチの位置を検出する揺動位置検出
   器、 揺動の中心位置を設定する揺動中心位置設定器、 揺動回数を設定する揺動回数設定器、 揺動の幅を設定する揺動幅設定器、 定速区間の基準幅を設定する定速区間基準幅設定器、 該揺動幅設定器および該定速区間基準幅設定器からの信
   号により定速区間幅を判定する判定器、該揺動中心位置
   設定器、該揺動幅設定器、該揺動回数設定器および該判
   定器からの信号により揺動両端の位置、左右の揺動速度
   変更点および速度可変区間の揺動速度を演算する演算器
   、 該演算器の演算結果によりそれぞれを別々に設定する左
   端設定器、左速度変更点設定器、右速度変更点設定器、
   右端設定器および可変速度設定器、 速度変更信号および位置選択信号を出力する司令回路、 該司令回路からの位置選択信号により該左端設定器、該
   左速度変更点設定器、該右速度変更点設定器および該右
   端設定器のいずれか１つからの信号を位置設定器に伝達
   する位置選択器、 該位置選択器または該揺動中心位置設定器からの位置信
   号を記憶する位置設定器、 定速区間の速度を設定する定速度設定器、 該司令回路からの速度変更信号により該定速度設定器お
   よび該可変速度設定器からの信号を切り替える速度切替
   器、 該速度切替器からの速度信号により該トーチ揺動機構の
   揺動モータの回転速度および該揺動位置検出器と該位置
   検出器からの位置信号を比較演算した結果により揺動モ
   ータの回転方向を制御する制御信号および該司令回路を
   起動するパルス信号を出力するモータコントローラ、 からなることを特徴とする揺動装置。