JPS6329627B2

JPS6329627B2 -

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Publication number: JPS6329627B2
Application number: JP52080026A
Authority: JP
Inventors: William Nelson Jerome
Original assignee: CRC Pipeline International Inc
Current assignee: CRC Pipeline International Inc
Priority date: 1976-07-06
Filing date: 1977-07-06
Publication date: 1988-06-14
Also published as: US4380695A; AU512347B2; DE2730350A1; ES460472A1; IT1079876B; GB1590392A; NL191055C; MX146994A; SU797564A3; FR2357327A1; CA1075324A; NL7706221A; FR2357327B1; NL191055B; AU2613977A; JPS5322970A

Description

【発明の詳細な説明】本発明は、自動溶接の溶接径路の幅を制御する
ための装置に関するものである。

互いに隣接する加工品たとえば平らな板材、管
材又はその他の環状物品の間に溶接継手を形成す
る際或いは又その他の多くの場合、とくに狭いす
きまに溶着金属を満たそうとする場合、高品質の
継手を作ろうとするならば所定の溶接機の移動径
路の幅を精密に制御しなければならない。

なぜなら、アーク又は熱源がすきま側壁に近接
しすぎると側壁は深く切欠かれ又は刻み込まれ欠
陥部を生ずる。充分に近接しなければ、充てん金
属及び側壁の間の結合が弱く又は不適当になるか
らである。

従つて本発明は溶接径路の幅を制御するための
装置を提供することを目的とする。

本発明においては、平均溶接径路を横切つて往
復運動しこの径路に沿う予め定めた横方向限界位
置に対して接近離反するトーチを使用する。この
場合溶接電流はトーチが前記限界位置に接近する
と上昇し離反すると下降する。

本発明はこの現象を利用する。すなわち、アー
クを通つて流れる溶接電流の強さを、少なくとも
アークが前記限界位置に近接している時限の間、
検出する。検出した電流強さはトーチの横方向位
置を表わすパラメータとなる。従つて、アークが
横方向一方側の前記限界位置に近接している時限
の間に流れる溶接電流の強さを表わす検出信号
と、アークが横方向他方側の前記限界位置に近接
している時限の間に流れる溶接電流の強さを表わ
す検出信号とを加算すると、その合計信号はトー
チの往復運動振幅を表わすパラメータとなる。前
記合計信号を、基準値を表わす基準信号と比較し
することにより、トーチの前記往復運動振幅の過
大過小が検出される。検出結果に従つて振幅を調
整することによつて、溶接径路の幅を制御するこ
とが可能となる。

溶接針金は第４〜５図に関連して後述するよう
に任意適当な駆動装置によりトーチに送られアー
ク内に突出し溶融される。

アーク溶接電流の強さは、トーチが溶接する壁
に近付くにつれて増加し、その増加の程度はトー
チが壁に近付く程大きくなるが、この現象につい
ては、以下の説明中で第６図に関連して詳細の述
べる。

また、トーチの振幅を調整する具体的手段につ
いては、以下の説明中で第７図、第８図および第
１０図に関連して詳細に述べる。

以下本発明の実施例を添付図面について詳細に
説明する。

第１Ａ図は、オシロスコープ又は高速記録図表
に現われるように電気溶接電流に、とくに断続ア
ーク又は移動点付け（デイツプトランスフアー）
で溶接するときの電気アーク電流に認められる波
形の幾分圧縮した連続信号又はその群の一部を示
す。もとの信号S₁は約100Aから600Aまで変る末
端値を持つ約240ないし250Aの直流アーク溶接電
流から誘導されるものである。当業界にはよく知
られているようにこれ等の広い変動は少くとも一
部は短いアーク又は移動点付けのアークの継続性
に基づく。この信号S₁はそのままでは解析がむず
かしい波形をもつ。実際、第１Ａ図に示した波形
は、その最高値及び最低値間の過程がなめらかで
ないので幾分理想化してあり、更に長い時間目盛
で拡大すると第１Ｂ図に示した波形となる。第１
Ｂ図に見られるように、電流の主な変化過程を示
す主波S₁に多くの小さい変動ｆが重なつている。
標準的なアーク溶接作業の場合に、第１Ａ図に示
した波形は約100ｍsec間に、第１Ｂ図の波形は約
10ｍsec間に見られる。

第１Ａ図の未処理データ波から高周波の変動ｆ
を取除くために小振幅の交流電流信号を重ね、増
幅し、ろ波し、クリツプし、蓄積し又は処理す
る。この処理した信号S₂を高度に圧縮した形で第
１Ｃ図に幾分理想的に表わしてある。第１Ｃ図の
波形は数secの時限を持ち一般にアーチ形の輪郭
ｈを持つ。このアーチ形は、溶接パラメータの変
動によつて生ずる相対的に極めて低い周波数のマ
スキング信号が重なつているためであるので、こ
れをろ波して取除く。

第２Ａ図ないし第２Ｈ図は第１Ｃ図の区間Ａ―
Ａに相当する処理信号を増幅し拡大して示したも
のであり、すべて同じ時間目盛又は横座標によ
る。

第２Ａ図の波形７００は、ヘツドＨが互に対向
する側壁OW，IW間の主径路に沿い移動する際
にヘツドＨの往復動する溶接器具の正弦波形径路
を表わす。各側壁OW，IWは１回の溶接により
充てんしようとする又は少くとも部分的に充てん
しようとするすきまＧの幅を仕切る。波形７００
は、ヘツドＨが加工品２，３間の主径路に沿い移
動する際に側部から側部までヘツドＨを機械的に
往復動させることにより生ずる。又これは第４図
又は第５図にも明らかである。すきまＧの側壁
IWは第２Ａ図では内壁とし又側壁OWは外壁と
して示してある。理想的にはトーチ又はヘツドＨ
は各側壁に極めて近接するが通常各側壁に実際上
接触しない。すなわち電極は各側壁に密接に近接
する。針金Ｗが側壁に近接しすぎ又は押込まれる
と、側壁はえぐられきずが生ずる。針金Ｗがあま
り近接しなければ、溶着金属が側壁内に適正に溶
け込まなくて別の種類のきずが生ずる。

第２Ａ図（又第３図の上部参照）では正弦波形
移動の際のヘツドＨの径路７００は外側壁OWに
向い片寄つているように見える。ヘツドＨは内側
壁IWにあまり近接しなくて、その移動径路又は
中心移動線は上方にすなわち内側に補正する必要
がある。点７００ＢではヘツドＨは内側壁IWに
対し充分に溶接しない。

図示の時間軸は第２図では拡大してある。実際
の溶接に当たりヘツドＨは1/20inごとにたとえば
約0.30in（7.6mm）の幅のすきまＧを横切る。すな
わち横方向揺動の各全サイクルに対し主軸に沿う
ヘツドＨの移動はたとえば約0.10inすなわち2.54
mmである。移動割合の１例では揺動の回数は一般
に２ないし10なるべくは３ないし６往復サイク
ル／secの範囲である。

溶接アークの電流はヘツドＨが側壁に近ずくの
に伴い幾分増すようになる。この増加はヘツドＨ
が近接するほど著しくなる。第２Ｂ図の波形７０
２はこの増加をピーク値７０４，７０６を持つ各
別の信号として示す。各ピーク値は横方向の末端
アーク位置における（各側壁における）電流増加
例を表わす。各ピーク値７０４，４０６の間に、
アークがすきまＧに交さする際に著しい電流増加
を表わさない谷すなわち零部７０５を示してあ
る。各ピーク値７０４，７０６の高さはΔIとし
て示してある。これは第１Ａ図及び第１Ｂ図の未
処理信号S₁では容易には認められない理想的信号
である。この信号はこれを認識し又は利用できる
前に隔離しなければならない。このことは、従来
の電子技術で一般に知られているろ波工程又はそ
の他の処理工程を使い後述の方法によつてでき
る。

波形７０２すなわちろ波信号は次の段階で増幅
し第２Ｃ図の波形７１０を生ずる。この増幅した
信号に関しては第２Ｂ図の増幅波のピーク値７０
４，７０６に対応するピーク値７１４，７１６に
おいて第２Ｄ図に示すように機械的に調時したサ
ンプリング信号すなわち波形７２０を生じピーク
値７１４，７１６を第２Ａ図のヘツドＨの空間内
で各側壁IW，OWに関係的に各横方向位置に関
連させる。どちらの側壁でもヘツドＨは瞬間的に
滞留し次で離れる。外側壁OWにおける時限信号
は波形７２０の負電圧信号７２２として示してあ
る。内側壁IWではこの時限信号は正信号７２４
として示してある。

増幅した各ピーク信号は、第２Ｅ図の信号７３
０で示すように与えられた側の次の往復動まで保
持される。外側壁保持制御信号７２２は、これが
この側の前回の信号より大きい振幅を持つので図
示のような信号７３２に上昇する。信号７３２は
外側壁にもどるアークの全機械的往復動に対し記
憶される。信号７３２は第２Ｃ図のピーク値７１
４を持つ。内側壁時限信号７２４はピーク値７０
６又はピーク値７１６を第２Ｅ図の信号７３４に
示すように各別に保持する。異る値を持つ別の信
号７２４Ａを次のサイクルで受けるとこの信号は
この内側壁に対する先行信号に取つて代る。これ
は径路すなわち信号７３１の部分７３６に示して
ある。この場合第２Ｅ図の線図はなお一層下降し
小さな絶対信号値を指示する。

次の工程では各信号７３２，７３４の差又は和
は、径路中心又はその幅の補正を定めるように適
当な比較演算又は加算演算により定める。心合わ
せ制御のために使う差は第２Ｆ図の線図７４０に
現われる。幅制御のために使う和は線図７４２で
示され所望の幅を表わす一定の基準信号と比較す
る。心合わせのためには各ピーク値すなわち信号
７３０又は信号７３４の間の差が負であれば機械
的の心合わせ装置又は調節装置（たとえば後述す
る装置の１つ）を動作させヘツドＨを第２Ａ図に
示すように外側壁に向い又は第４図或は第５図の
左方に動かす。この差が正であれば第２Ａ図の内
側に向い上方に或は第４図、第５図等の右方に補
正を行う。このようにしてすきま内の初期の不整
合又は心合わせを必要に応じて補正する。

段形（オン・オフ）制御で心合わせするとき
は、基準が必要である。２つの信号７３２，７３
４の和が越えると補正を必要とする値７５０（第
２Ｇ図）である0.8Vの基準値を越える場合には、
横送り又はヘツド心合わせの制御信号（＋0.8V
の値以上）は心合わせ制御スイツチ信号を働かせ
ヘツドＨを内側に動かす。前記の制御信号が−
0.8Vの値以下であれば外側への移動が生ずる。
図示してないが第２Ｆ図の幅指示信号７４２で同
じ種類の操作を行い幅制御装置を駆動することが
できる。

第３図は前記した手順を実施する機械的装置及
び電子回路の組合わせの具体例を示す。すきまＧ
は前記した短い区分の波形７００と共に両側壁
IW，OW間で上部に示してある。溶接ヘツドＨ
には発電機又は給電源７６０から導線７６１を経
て給電する。電源７６０の他方の導線７６２は加
工品２に位置７６３で接地してある。接地導線７
６２に接続した分流器７６５は、絶えず変動する
値を持つ電流信号を生ずる。本来溶接電流は、ヘ
ツドＨが各側壁に近ずくと上昇する。接地導線７
６２のアーク電流に正比例する信号は先ずフイル
タ７７０を通過し第１Ａ図及び第１Ｂ図の高周波
数成分を取除く。この場合第２Ｂ図の有意信号す
なわちピーク値７０４，７０６と共に、存在する
若干の一層低い周波数たとえば、アークの他の要
因により生ずる振幅ｈ（第１Ｃ図の上向きの弓形）
を持つ前記した周波数が残る。存在するこの低周
波数成分及びその他の低周波数成分を除くよう
に、この信号は次に高周波フイルタ７７０から低
域フイルタすなわち交流リプル通過フイルタ７７
１に送る。この場合第２Ｂ図の所望の信号すなわ
ち波形７０２が実質的に残る。波形７０２の信号
を増幅すると、前記したピーク値７１４，７１６
を持つ第２Ｃ図の信号すなわち波形７１０にな
る。

信号波形７１０をすきまの側方のアーク位置に
関連させるようにコンミテータ形のサンプリング
装置を使い、調時信号を生じこの信号を、アーク
が側壁にあるか又は極めて側壁に近接する狭い時
間帯域に制限する。このコンミテータは、複数種
類の公知の構造のうちの任意のものでよいが、第
３図には交流リツプルフイルタ７７１の出力端子
から後述の他の結線に並列に接続した１対のマイ
クロスイツチ７７２，７７３から成るものとして
示してある。各マイクロスイツチ７７２，７７３
を適当な時間に開閉する装置は、回転カム板７７
５から成つている。カム板７７５は適当な電動機
により横動機構又は揺動機構のサイクルと同期し
て駆動する。この機構はすきまＧを横切つてヘツ
ドＨを前後に動かす。カム板７７５はこのような
駆動装置に直接連結してある。カム板７７５は、
枢着腕部片７７８に取付けた従動部片７７７に作
用する突起７７６を備えている。枢着腕部片７７
８は、ヘツドＨの揺動の各半サイクル端に一方の
マイクロスイツチ７７２又は他方のマイクロスイ
ツチ７７３を交互に閉じるように配置してある。

各スイツチ７７２，７７３の他方の端子は、そ
れぞれ外側壁信号サンプル記憶装置又は保持単位
７８０と内側壁用保持単位７８１とに接続してあ
る。帯域フイルタ７７１からの他方の導線もまた
これ等の単位７８０，７８１に接続してある。各
サンプリングを行う持続時間は、第３図の上部に
外側壁に対しT₁で内側壁に対しT₂で示してある。
通常この持続時間は各側壁に対し360゜全部の揺動
サイクル又は往復動サイクルの約30゜ないし75゜な
るべくは約60゜にわたつて続く。これは又第２Ｄ
図及び第６図にも示してある。

すなわち外側壁における電流上昇又はピーク値
はこの装置に送られ第２Ｃ図のピーク値７１４で
示すように増幅し、そして内側壁のピーク値はピ
ーク値７１６で示すように増幅する。これ等の増
幅器は普通のもので第３図には示してない。単位
７８０に送る信号は第２Ｅ図のピーク値７３０に
保持され、そして内側壁の単位７８１の信号は前
記したようにピーク値信号７３１に保持される。

第３図に示すように各単位７８０，７８１の出
力は比較器７８４に送りもし存在する場合にその
差ΔIを定める。これは又第２Ｂ図にも示してあ
る。差ΔIは第３図に示すように第２の比較器７
８６で一定の電圧源７８５からの標準の基準値と
比較し、これが基準値を越えると電動機を駆動す
る。第２の比較器７８６で出力ΔIが基準値Ａよ
り高い値を持てば、心合わせ制御装置７８７への
出力により制御装置７８７を指示された方向に調
節する。この第２の出力が基準値Ａより低けれ
ば、他方向に調節する。このようにしてヘツドＨ
は所定の移動径路に沿い心合わせした状態に保た
れる。踊り現象を防ぐように比較器７８６への電
圧源７８５の信号は零値として作用し、差が基準
値Ａたとえば±0.8Vを越えなければ補正作用が
起らないようにしてある。このような制御を行う
装置は当業界にはよく知られているから詳しい説
明は省くことにする。

又各保持単位７８０，７８１に送る信号は幅制
御単位７９０に送る。制御単位７９０でこれ等の
信号は加算され第２Ｆ図の和ΣIが得られる。こ
のような加算を行う装置は当業界にはよく知ら
れ、比較器７８４内の減算器も同様様であり本説
明では述べないことにする。制御単位７９０の出
力は比較器７９２に送る。この出力は比較器７９
２で、電位差計７９１により生ずる基準信号Ｂと
比較する。基準信号Ｂは、手動調節により所望の
電圧準位に設定され心合わせしたアークを各側壁
にどのように近接させるかを定める。基準信号Ｂ
の値は、異る材料、溶接条件及び継手構造に伴い
変えることができる。比較器７９２では和ΣIが
基準値Ｂを越えると幅制御装置７９３を比較器７
９２の出力により駆動し径路を一層狭くする。こ
のためには任意適当な調節装置を使えばよい。

機械的な心合わせ装置および幅調節装置の例は
第７〜１０図に関連して後述する。

第４図及び第５図には溶着金属を充てんしよう
とするすきまＧの外側壁及び内側壁を仕切る互に
隣接する２個の加工品２，３を示してある。第４
図及び第５図において初期の作業で部分的な溶接
を前以つて行つてある。管接合の場合には初期の
内側溶着材Ｓと外側の第１の充てん材すなわち熱
い溶着剤Ｆとは形成してあるものとする。すきま
Ｇの残りの部分はなお充てんする。すきまＧは、
これを適正に充てんし両方のすきま側壁に充分接
着するのにアークの横方向往復動を必要とするよ
うな幅を持つものとする。ヘツドＨはすきまＧに
沿い縦移動し又この移動の際にすきまＧを横切つ
て往復動する。

すきまＧは、或は大きい或は小さい竪方向側壁
７，８と頂部における外側の広がりすなわち斜切
部９，１０とを持つように示してある。その他の
構造の継手を使つてもよい。

伸長自在な公知の形状の充てん針金Ｗの電極を
熱源のアーク内に装入し溶融し各側壁７，８と下
側の熱い充てん材Ｆとに接着する。針金Ｗはリー
ル又はその他の供給源（図示してない）から任意
適当な針金駆動装置により送られヘツドＨを通過
しアーク内に突出する。針金Ｗはこのアーク内で
溶融しすきまＧ内に溶着する。

第４図の場合にはトーチすなわちヘツドＨは、
これがすきまＧに沿つて移動する間に単純な並進
運動ですきまＧを横切り前後に往復動する。破線
によりヘツドＨ及び針金Ｗを、実線で示すように
他方の側壁７に対するよりも外側壁すなわち右側
壁８に対し一層近接して停止する状態を示してあ
る。又ヘツドＨはわずかに左方に調節する必要が
ある。第５図ではヘツドＨはピボツトすなわち軸
線のまわりに角度方向に揺動し針金Ｗが一方の
側壁及び他方の側壁に向い鋭角を挾んで交互に突
出する。又ヘツドＨは右方にわずかに変位して示
されそのすきまＧに沿う移動の際に左側壁すなわ
ち内側壁に向い補正を必要とする。補正は第５図
の場合に、ヘツドＨが左方にすなわち時計回りに
他方向におけるよりも一層揺動するように、揺動
限度を変えることにより補正を行う。しかしこの
補正を行うと、２つの側壁への針金の接近角度が
全く異りこの場合問題が生ずる。従つて移動径路
の心合わせは第４図又は第５図のどちらでも重要
である。又各場合における揺動の幅又は振幅は補
正を必要とする。本発明装置の重要部分は、前記
したように、すきまのアーク横動に関係的に適正
に調時した有意義な信号をアークから得て、アー
クがその適正な径路から離れすぎる前に所要の補
正の信号を送りその実施ができるようにする。

第６図はヘツドの移動及び横動の線図であり、
中間すきま位置から一方の側に又逆に中間すきま
位置までの半サイクルの径路を示す。全サイク
ルの残りの半サイクルは大体同様であるが簡略化
のために図示してない。ヘツド揺動サイクルで末
端の側部位置を零点とすると、ヘツドは270゜の全
サイクルで適正に中心を定めたときにすきま内の
中間点を通り90゜で中間すきま位置にもどる。こ
の間にヘツドは主径路に沿い移動している。径路
Ｙは前進移動速度と横方向揺動回数とによる。１
例では前進移動は約１ないし20c／ｓの回数の各
全往復動サイクルに対し約1/10inすなわち2.54mm
である。与えられた瞬間Ａにおいてヘツドは曲線
Ｙ上の位置Ａにある。前記したようにヘツドが
側壁に近ずくに伴い、電流は曲線I₀により示すよ
うに或る準位の平均値L₁（アークが両側壁又は両
端の間で所望の往復回数で動いている間、第１Ａ
図及び第１Ｂ図参照）から幾分高い準位の値L₂
に増す。この接近が壁内まで続くと１例としてI₀
はその約240ないし260Aの平均値L₁から500A又
はそれ以上もの極めて高い準位の値L₃に達する。
正規の場合に壁への接近に基づく上昇はこのよう
な極端な値よりはるかに低くたとえば平均値の１
ないし２％又はわずかに数Ａである。

変化するがサイクルの約−30゜から＋30゜までの
時限中に好適とする場合に、アークは壁の近くで
は滞留し向きを変える。第６図にI₀で表わしたア
ークの電流はこの向き変え中に幾分上昇する。往
復曲線７はこの時限中に小さな長方形Ｒを経て図
示の径路に沿う。前記した手段により時間サンプ
ル信号が得られる。サンプリング時間は、側壁の
付近のアークの向き変え時間及び滞留時間に制限
される。この場合第２Ｂ図の信号ピーク値７０４
又はピーク値７０６が生ずる。

第２Ｅ図に関連して説明したように、信号７３
２および７３４は各振動の横方向限界位置での最
大電流を示す。第６図に示した電流曲線を例にと
り、トーチが望まれる横方向限界位置に達したと
きに電流値がL₂に達するとすると、適正な振幅
に対する信号７３２および７３４の合計値は2L₂
である。この値は望まれる振幅に相当するもので
あるから、電位差計７９１により生ずる基準信号
Ｂを2L₂にセツトする。もし振幅が大きすぎて溶
接電流が限界位置で値L₃にまで増加したとする
と、信号７３２および１３４の合計値は2L₃とな
り基準信号Ｂすなわち2L₂を遥かに越えてしま
う。すると第３図に示した比較器７９２が作動し
て幅制御装置７９３が発動しトーチの振幅を小さ
くする制御を行う。

この制御は、比較器７９２が示す検知された振
幅の過大または過小に従つて、幅制御装置７９３
が実際の振幅をより小さくしまたはより大きくす
る指示を発する、一種のフイードバツク制御であ
る。実際の振幅の調整は、実際に用いる溶接方式
に従つてその対象を適当に定めて行う。たとえば
後述する第７図に示した例ではターンバツクル５
０の調節により、第８図に示した例では可逆電動
機５８の回転角度の調節により、そして第１０図
に示した例では小形可逆電動機９９の回転角度の
調節により、行うことができる。

第７図は、加工品２，３間のすきまG₁内でヘ
ツドH₁を揺動させヘツドH₁の中心線位置及び揺
動幅を共に所要に応じて補正する流体圧式機械的
装置を示す。針金Ｗは供給源２１からヘツドH₁
を経て送る。ヘツドH₁はピボツト３１により可
動架わく３０に枢着してある。架わく３０は、相
対的に固定の架台にすなわち溶接機をその主径路
に沿つて動かす移動往復台に取付けた流体圧シリ
ンダ３２内のピストン３４により左右に移動する
ことができる。図示してない適当なポンプにより
シリンダ３２に対し流体を押込み又は押込み又は
押出しピストン３４を右方又は左方に動かす。こ
のようにしてヘツドH₁の中心線位置を調節する。

ヘツドH₁をそのピボツト３１のまわりに揺動
させるように、ピストン棒３６は、ヘツドH₁に
ピボツト３１の上方の位置３７で連結され、流体
圧シリンダ３９内のピストン３８により左右に動
かす。シリンダ３９内の強いつる巻ばね部片４０
により通常ピストン３８を左方に付勢してある
が、左側の作動流体によりピストン３８を右方に
押すときはばね部片４０に打勝つことができる。
流体はシリンダ３９に管路４１を経て別の流体圧
シリンダ４２から供給する。シリンダ４２は、回
転自在な揺動板４４により上下に往復動するよう
にした可動ピストン４３を納めてある。ピストン
棒４７の下部の従動部片４６によりピストン４３
が揺動板４４の半回転中に上昇し流体をシリンダ
３９に押込む。残りの半回転中にばね部片４０に
より流体をシリンダ４２内に押込みピストン４３
を押下げる。揺動板４４は、可動架わく３０に固
定した電動機４８により駆動する回転軸に枢着し
てある。揺動板４４及びその軸の間のターンバツ
クル５０により揺動板４４の支持軸に関係的な角
度を変えてピストン４３，３８の行程を調節し揺
動の幅を所望に応じ変えることができる。

第８図は、揺動幅の調節だけできる一層簡単な
装置を示す。供給源５５からの針金Ｗはヘツド
H₂を経てアークに送る。ヘツドH₂は、ピボツト
５４により固定の支持体に枢着されラツク棒５６
によりすきまG₂を横切つて前後に揺動する。ラ
ツク棒５６は、ヘツドH₂にその固定へピボツト
の下方で枢着され、ピニオン５７によりラツク棒
５６にかみ合う可逆電動機５８により前後に駆動
する。電動機５８の回転の限度を変えることによ
り揺動幅と或る程度は移動の中心線とを調節する
ことができる。しかし心合わせ調節は第７図の構
造とは異つて各側壁に対する針金接近角の良好な
制御によつてできる。

第９図は一方の壁の位置を示す。ヘツドH₃は
比較的アークに近い低いピボツト位置すなわち軸
線８８のまわりに枢動する。ピボツト位置が低い
ので壁８６及び架台８７に対する針金接近角は広
い限度間で調節することができる。この構造は又
Ｖ字形すきまの充てんにも使える。通常ヘツド
H₃は２部品間の角度を２等分するように設定す
る。すきま幅の限度内でこの同じ特長は第４図、
第５図及びその他の装置にも適用できる。調節装
置は図示してないが第７図、第８図又は第１０図
におけるような機構は第９図の装置にも使えるの
は明らかである。Ｖ字形すきまに対してはヘツド
H₃は後述のように第９図から時計回りに位置を
２等分する適当なすきま角に傾ける。

第１０図は、アークの中心線位置とヘツドの角
度位置とを制御する機械的装置と共にヘツドを揺
動させ揺動幅を変える装置を示す。溶接ヘツド
H₄はすきまG₄内で、揺動自在な支持体９０に取
付けた瞬間的に固定のピボツトのまわりに揺動す
る。支持体９０はその上縁に、ピニオン９２の歯
とかみあうラツク歯を形成してある。ピニオン９
２は相対的に固定の主架わく８９に取付けた間欠
可逆電動機９１に固定してある。支持体９０は、
これが左右に直線運動するように拘束して滑動自
在に取付けてある。支持体９０を左右に動かすと
すきまG₄内のヘツドH₄の移動中心線位置を変え
る。腕部片９６は、適当な電動機９５により一方
向に連続駆動するクランク輪９４に取付けたクラ
ンク９３により左右に揺動する。リンク９７によ
り腕部片９６をヘツドH₄に連結してある。リン
ク９７の左端部は、腕部片９６の竪方向みぞ穴内
で枢動するが高さを調節できる。このみぞ穴内で
リンク９７の左端部を上下することによりヘツド
H₄の揺動の行程を変えることができる。このよ
うな調節は、ねじ軸９９Ａを持ち支持体９０の部
分９８に枢着した小形の可逆電動機９９によりで
きる。ねじ軸９９Ａはリンク９７の穴内に枢動自
在に支えたナツト９９Ｂに連関している。これ等
の手段によりヘツドH₄の揺動幅の中心線調節が
後述のように容易にできる。

第１４図は本発明の後述の別の特長を線図的に
示す。狭いすきまG₅は互に隣接する加工品２Ａ，
３Ａの間に設けてある。加工品２Ａ，３Ａは互に
隣接する管材の端部又は互に並べた板材の縁部又
は多くの種類の加工品のうちの任意の種類のもの
でよい。すきまG₅は、ヘツドH₅の横方向揺動が
すきまG₅を適正に充てんするのに実際上必要が
ないほどに狭い。しかしこの場合前記した場合と
同様にアークはそのすきまG₅に沿う移動中に適
正に心合わせした状態に留まらなく溶接に欠陥を
生ずる。中心線の移動の精度を保つために、ヘツ
ドH₅の径路の正確さに関連する制御信号が得ら
れるようにヘツドH₅は軌跡８００で示すように
極めて狭く揺動する。これ等の信号は前記したよ
うに横方向末端位置でサンプリングを行う。アー
クは極めて狭い横方向径路を経て横方向にゆるや
かに揺動し又は往復動し制御のために第２ｃ図の
ピーク値７１４，７１６のような移動波形及びピ
ーク信号を生ずる。これ等の信号を適当に処理し
サンプリングを行うと、溶接ヘツドは前記したよ
うな適当な制御により第３図に示した適当な心合
わせ制御装置７８７により整合状態に保たれる。

第１１図は第３図に示した装置の変型として交
番信号タイミング装置又はコンミユーテータ装置
を示す。２組の腕部片及び従動部片を設けない
で、単一カム１０１に２個の突起１０１Ａ，１０
１Ｂを形成し単一の腕部片を１サイクルに２回動
かす。各突起１０１Ａ，１０１Ｂはその従動部片
１０２Ａにより腕部片１０３Ａを持上げスイツチ
１０４Ａの接点を１回転ごとに２回閉じる。この
場合一方の側壁を他方の側壁から区別しようとす
れば回路に補助スイツチング装置を使う必要があ
るのはもちろんである。

第１２図及び第１３図は前記した信号を図表に
記録し又はオシロスコープに示す方法を線図的に
示す。これ等の信号は所望により直接使い米国特
許第3806694号明細書に示してあるような普通の
移動式溶接機の手動調節の際に作業者を案内する
ことができる。第１２図では第１Ａ図に示したよ
うな平均アーク電流S₁が加熱往復動サイクルの大
部分にわたり全く定常状態にあるが、アークが各
側壁に近接するに伴い部分７００Ａ，７００Ｂで
上昇する。しかし第１２図では一方の側について
オシロスコープで反復しなければ一方の壁がどち
らの側壁であるか直接には明らかでない。第１３
図では外側壁信号７２２（第２Ｄ図参照）は負で
示され内側壁信号７２４は正として示してある。
このような信号は普通のスイツチング信号により
得られる。この構造により、どちら側の壁を与え
られた瞬間に見ているかを図表又はオシログラム
から作業者が直接言うことが一層容易になる。

第１２図及び第１３図の場合と同様にオシログ
ラム又は記録軌跡は中心線又は幅の制御の手動調
節を行う際に作業者を案内するのに使える。又適
当な駆動制御装置を使うことにより自動制御のた
めに同じ信号を使えるのは明らかである。その、
複数の例はとくに第３図に示すようにすでに述べ
てある。

第１５図は、作業者をその手動制御の際に案内
するように情報を展示する目視信号装置を示す。
この信号装置はその下部に３個のランプから成る
群を備えている。これ等のランプは、溶接機が適
正な中心線位置から離れる傾向を示す。上部では
３個のランプから成る別の群により揺動の幅を示
す。左側の赤色ランプ２５９は両側壁への接近が
近すぎることを示す。右側の赤色ランプ２６１
は、揺動の幅の狭すぎることを示す。中間の緑色
のランプ２６０は、幅の正しいことを示す。指針
を持つ計器２６２は、同様な情報を与え若干の場
合に各ランプを補助し又はその代りにもなる。下
部では右側赤色ランプ２６６及び左側の赤色ラン
プ２６４は右方及び左方に対する不正位置を示
し、又これ等のランプの間の緑色ランプ２６５は
移動径路が適正に心合わされていることを示す。
又指針を持つ計器２６７を使つてもよい。

第１６図では、各側壁に対し１列の５個のラン
プを持つ幾分異る構造を示してある。左側の群の
中間の緑色ランプ２７０は外側壁に関係的に正し
い溶接機位置を示す。各側の黄色のランプ２７
１，２７２はそれぞれの方向における初期の不正
位置を示す。最も左側の赤色ランプ２７３及び最
も右側の赤色ランプ２７４は、すぐに修正しない
と欠陥部の生ずる著しい不整合又は不正位置を示
す。同様に右側では中間の緑色ランプ２７７と各
側の黄色ランプ２７６，２７８と各末端の赤色ラ
ンプ２７５，２７９とは右側壁すなわち内側壁に
おける各条件を示す。又計器２８１，２８２を加
えてもよい。制御装置からこれ等のランプへの結
線の詳細は本発明の範囲外である。

第１６図の構造は、各側壁における初期条件と
共に切実な条件をこれ等が主径路に沿う不整合又
は誤つた揺動幅のどちらにより生じても示す点で
若干の利点を持つ。

前記したように警報ランプ又は計器を使う目視
警報又は電子式オシログラム或は図表を直接観察
することにより得られる警報は、実際の補正作業
は手動で行うにしても補正を始めるために使うこ
とができる。又適当な自動機構を介し所要の補正
を実施するようにした光電池装置への入力として
目視信号を使つてもよい。

本明細書において『横方向限界位置』又は『側
壁位置』に近接している時限とは、アーク又は電
極が有意義の信号を与えるように壁又は構造体に
充分近接して移動する時限のことである。有用信
号は最も接近した精密な瞬間に必ずしも限るわけ
ではない。これ等の信号は、限定した持続時間す
なわち、第６図の小さな長方形の有限の幅に又は
第３図の上部にT₁，T₂で示したような大体の相
当時間に同等な全サイクルの一部を持つものとし
て線図的に考えられる。次に調時した『サンプル
信号』又は『転換信号』のような表現は、適当な
サンプリング装置により信号が得られる短い時間
又は連続サイクルの小部分のことである。これ等
のサンプリング装置は第３図又は第１１図のカム
装置或は相当品でよい。信号は、これらが有意義
のときに取出され、壁又は隣接する若干の類似の
上向き或は外向きに突出する構造体において側方
の一時的な又は瞬間的な溶接機又は熱源の位置に
直接関連させることができる。このような限定し
た時限信号は第１Ａ図及び第１Ｂ図に線図的に示
すように連続するアーク電流、電圧又は類似物を
表わす連続信号からは区別される。

側壁又は同等の上向きに突出する構造体に関係
的な側方溶接機位置に従つて変り連続信号又は搬
送信号を生ずるのに可変特性は、アーク電流には
全く限定されない。この特性が電気アーク又は相
当する熱源の側方位置に従つて可変であればこれ
は電圧、電力、光等でよい。

『電気溶接』という用語は一般的に任意の電気
装置又は電子装置により溶接することを意味す
る。電極又その他の充てん材は、すきま又は継目
に溶着するために適当な熱源により溶融する。本
発明は、たとえばプラズマ噴流、電子ビーム、レ
ーザー等を使う種種の作業に応用し得る。とくに
本発明は、アークが所定の溶接径路に沿つて前進
する際に側方アーク位置に関連する信号を使いア
ーク溶接機の制御に応用し得る。このような径路
は直線形又は曲線形であつても規則正しくても不
規則でも、原理に差異はない。本発明はとくに管
路の周囲継手の溶接に応用し得る。しかし本発明
は一般に多くのその他の用途及び構造体に応用し
得る。

溶接又は類似の作業が１対の互に対向する側壁
間のすきまから識別され単一の側壁に沿つて進行
する場合には、前記した信号△Ｉは第３図の電位
差計７９１に設定した適当な値Ｂと比較する。こ
の信号が値Ｂを越えると、制御装置７９３を付勢
し移動の中心線を単一の壁から離れる向きに動か
すことができる。信号が設定値Ｂより低ければ、
制御装置７９３を駆動し中心線をこの壁に一層接
近させる。このようにして普通のすきま内の揺動
の幅又は振幅を制御する方法は、単一の突出壁に
沿う溶接機又はその他の機器の移動を制御するの
に使うことができる。

以上本発明をその実施例について詳細に説明し
たが本発明はその精神を逸脱することなく種々の
変化変型を行ない得ることは云うまでもない。

【図面の簡単な説明】

第１Ａ図、第１Ｂ図及び第１Ｃ図は本発明の実
施に使う信号の線図、第２Ａ図、第２Ｂ図、第２
Ｃ図、第２Ｄ図、第２Ｅ図、第２Ｆ図、第２Ｇ図
及第２Ｈ図は本発明で生成し、隔離し、サンプリ
ングを行い、使う、時間に関連した信号及び変更
信号の１連の比較線図である。第３図は本発明に
より適正な時刻に制御信号を得るのに使う電気部
品を備えた回路を持つ一部を線図的に示した機械
的構造部の斜視図である。第４図は充てんしよう
とする狭いすきまを含む溶接継手を、本発明によ
り形成するのに使う溶接機と共に示す横断面図、
第５図は第４図の変形例による第４図と同様な横
断面図である。第６図は本発明に使うデータを隔
離するために溶接機往復動の際に臨界点における
調時した信号サンプルを得る方法の線図である。
第７図は本発明による溶接機整合及び側方運動の
制御のための流体圧式機構を備えた装置を一部を
横断面にして示す正面図、第８図は本発明により
溶接を実施する更に簡単な機械的位置制御装置の
正面図、第９図はすきま壁に対する電極の更によ
い接近角が得られるように本発明により溶接ヘツ
ドをすみ部で比較的低い中心のまわりに往復動さ
せる状態を示す横断面図、第１０図は溶接機アー
ク位置の調節及び制御を行う別の機械的装置の正
面図、第１１図は本発明の変形例を使い溶接機で
特性信号から調時した信号又は信号要素を得る装
置の正面図である。第１２図は本発明に関連する
若干の電気的特性及び信号特性を示す線図、第１
３図は第１２図の変型の線図、第１４図は本発明
の別の変形例を示す平面図である。第１５図は本
発明により溶接の際作業者を案内するデータ表示
板の正面図、第１６図は第１５図の変型の正面図
である。

Claims

【特許請求の範囲】１平均溶接径路Ｇを横切つて往復運動しこの径
路に沿う予め定めた横方向限界位置IW，OWに
対して接近離反するトーチを使用して、トーチが
前記限界位置に接近すると溶接電流が上昇するよ
うな溶接を行うときの、溶接径路の幅を制御する
ための装置であつて、 (a) アークを通つて流れる溶接電流の強さを、少
なくともアークが前記限界位置に近接している
時限の間、検出する手段７６５，７７０〜７７
３，７７５〜７７８，７８０，７８１と、 (b) アークが横方向一方側の前記限界位置に近接
している時限の間に流れる溶接電流の強さを表
わす検出信号と、アークが横方向他方側の前記
限界位置に近接している時限の間に流れる溶接
電流の強さを表わす検出信号とを加算し、合計
信号を発生する手段７９０と、 (c) 前記合計信号を、基準値を表わす基準信号と
比較する手段７９２と、 (d) 比較の結果に従つてトーチの前記往復運動の
振幅を調整する手段７９３と、を含んで成る、前記溶接径路幅制御装置。２対向する側壁IW，OWの間のすきまＧを横
切つて往復運動しつつこのすきまに沿つて移動す
る電気アーク溶接トーチＨを使用して、前記すき
ま内に金属を溶着して両側壁を一体に接合する溶
接を行うときの、特許請求の範囲１に記載の溶接
径路幅制御装置であつて、手段(a)として、アーク電流を、分流器７６５、
高周波フイルタ７７０および交流リプル通過フイ
ルタ７７１を経て取出し、その値をコンミテータ
形サンプリング装置７７２，７７３，７７５〜７
７８により対向する側壁OW，IW位置において
検出し、そしてその値を各各記憶装置７８０，７
８１に保持する手段を、手段(b)として、対向する側壁IW，OW位置に
おいて発生した信号の振幅値を加算して合計信号
を発生する手段７９０を、手段(c)として、前記合計信号を、基準信号と比
較する手段７９２を、手段(d)として、比較の結果に従つて両側壁間の
トーチ往復運動振幅を調整する手段７９３を、含
んで成る、特許請求の範囲１に記載の溶接径路幅
制御装置。