JPS644875B2

JPS644875B2 -

Info

Publication number: JPS644875B2
Application number: JP55166719A
Authority: JP
Inventors: Hiroichi Nomura; Juji Sugitani
Original assignee: Nippon Kokan Ltd
Current assignee: JFE Engineering Corp
Priority date: 1980-11-28
Filing date: 1980-11-28
Publication date: 1989-01-27
Also published as: US4441011A; EP0066626B1; EP0066626A1; SE435027B; SE8204460L; GB2100642B; SE8204460D0; JPS5791877A; EP0066626A4; GB2100642A; WO1982001839A1

Description

【発明の詳細な説明】〔発明の技術分野〕溶接電極からのアークを円運動させながら溶接
を行う、回転アーク溶接方法に関するものであ
る。

〔従来技術とその問題点〕

厚板等でなる被溶接物をアーク溶接により溶接
する場合、被溶接物にＶ形またはＸ形の開先を形
成して溶接を行うと、開先部の空間が大きいため
大入熱を必要とする。このため溶接熱影響部の靭
性が劣化する等の問題がある。

上述の問題を解決する溶接方法として、開先部
はＩ形、即ち、開先面が互いに平行に向き合い、
しかも開先部の幅を狭くした狭開先とする方法が
考えられるが、この方法では、開先部の隅部に十
分にアークを行きわたらせて、前記隅部の溶込み
を十分とし、良好な溶接ビードを形成させること
ができない。

従来、上述の問題を解決する方法として、上記
狭開先内に挿入する溶接電極（以下、単に電極と
いう）の先端を、開先部の幅方向に一定周期で揺
動させながら溶接を行う方法があつた。

しかし、上記溶接方法では、電極の曲げぐせの
変動により、電極先端部と開先部との距離が変動
し、安定したアークが得られず、また、電極の揺
動機構が複雑であるばかりか、揺動幅を開先部の
幅に応じて厳密に設定しないと、電極が開先面に
接近し過ぎて被溶接物に過大な溶込みが生じて、
場合によつてはアンダーカツトが生じたり、電極
が開先面に接触して溶接電流が短絡する虞れがあ
り、しかも、電極の揺動回数に限界があるので、
隣接するビードのラツプ部に融合不良が生じる等
の問題があつた。

そこで、本願発明者等は、上記問題を解決する
溶接方法として、1980年10月18日付の日本特許公
開公報No.133871号／80に開示された、下記からな
る、回転アーク溶接方法（以下、“先行技術”と
いう）を提案した。

第１図を参照しながら先行技術の一態様につい
て説明する。

第１図において、１，１′は被溶接物、２はＩ
形をなす開先部、３は開先部２内に垂直に挿入さ
れたノズルである。前記ノズル３は、後述するア
ームの先端に固定されたホルダー４に軸心を中心
として回転自在に取付けられている。５はノズル
３の上端部に固定された歯車、６は歯車５に噛合
う歯車であり、前記歯車６は前記アーム上に固定
したモータ７によつて回転される。８はノズル３
の中心軸線から偏位したノズル下面に固定された
チツプ、９はノズル３及びチツプ８を貫通してチ
ツプ８の先端から供給ローラ１０によつて開先部
２に向けて連続的に供給される消耗電極、１１は
一方の被溶接材１′上に、溶接線と平行に敷設さ
れたレール、１２はレール１１上を車輪（図示せ
ず）を介して走行する台車、１３は台車１２に垂
直に取付部材１４を介して取付けられた垂直ネジ
棒、１５は取付部材１４の上端部に固定された、
ネジ棒１３を回転させるためのモータ、そして１
６は一端がネジ棒１３に螺合され、他端がホルダ
ー４の側壁に固定されたアームである。

前記被溶接物１，１′と前記電極９間には溶接
電源（図示せず）が接続されている。電極９への
溶接電流の供給は、供給ローラ１０を介して行う
以外に、ノズル３を介して行つても良い。

ノズル３の先端部近傍には、不活性ガス吹出し
用の別のノズル（図示せず）が設けられていて、
溶接中に溶接部に向けて不活性ガスを吹出すこと
ができるようになつている。なお、前記ノズル３
をその先端に不活性ガス吹出用の孔を形成したも
のとすれば、前記不活性ガス吹出し用のノズルを
設ける必要はない。

ノズル３の中心軸線を開先部２の幅方向の中央
（以下、単に開先部２の中央という）に設置し、
モータ７を駆動させて歯車５および６を介してノ
ズル３を回転させながら台車１２を走行させて溶
接を行う。このようにして一層目の溶接が完了し
たらモータ１５を駆動させてネジ棒１３およびア
ーム１６を介してノズル３を所定高さ上昇させた
後、２層目の溶接を行う。以下、上述の操作を繰
返し行い、被溶接物１，１′の溶接を完了する。

電極９の先端を案内するチツプ８は、ノズル３
の中心軸線から偏位した位置に固定されているの
で、電極９の先端と被溶接物１，１′間に発生す
るアークは、開先２内で水平方向に円運動する。

従つて、一本の一定幅を有する広幅のアークが
得られるので開先隅部にもアークが十分に行きわ
たり、しかも、電極９が開先面に接近し過ぎた
り、開先面に接触する虞れがないので良好なビー
ドが形成され、しかも能率良く溶接が行えるとい
つた有用な効果が得られた。

しかし、上述した先行技術には、次のような問
題がある。

即ち、被溶接物１′上に敷設されたレール１１
が、溶接線と完全に平行になつていない場合やレ
ール１１が真直ぐに敷設されているにもかかわら
ず、開先部２が途中で曲つている場合には、電極
９の中心軸線（円運動するアークの回転中心）が
開先部２の中央に位置せず、円運動するアークが
何れかの開先面側に偏る。この結果、被溶接物
１，１′の溶込み量が一定でなくなり、均一なビ
ードが形成されない。

また、レール１１が敷設された被溶接物１′が
上下方向に歪んでいた場合には、ノズル３が上下
方向に移動するので、電極９の先端と溶接部との
距離が変化する。この結果、被溶接部の溶込み量
が一定でなくなり、均一なビードが形成されな
い。

次に、ノズルの回転軸心が開先部の中央に位置
している場合と、位置していない場合における、
ノズルの回転に伴う溶接電流の変化について説明
する。

第２図Ａに示されるように、ノズル３の中心軸
線“ａ”が開先部２の中央“ｂ”上に位置してい
る場合には、第２図Ｂに示されるように、電極９
の先端は、開先部２の幅方向中央部で円運動をす
る。電極９の回転に伴い溶接電流は、第２図Ｃに
示されるように変化する。即ち、電極９の先端が
開先部２の中央“ｂ”に位置したときの電流値を
“I₀”とし、前記先端が溶接方向と平行な垂直面
上に位置した点を“a′”、“a″”とすると、溶接電
流は前記先端が一方の開先面２′に接近するにつ
れて次第に大きくなり、前記先端が一方の開先面
２′に最も接近したときに最大となり、この後前
記開先面２′から離れるに従つて次第に小さくな
り、“a″”の位置で“I₀”となる。この後再び大
きくなり、他方の開先面２″に最も接近したとき
に再び最大となる。このように、一定振幅で変化
する電流となる。

一方、第３図Ａに示されるように、ノズル３の
中心軸線“ａ”が、開先部２の中央“ｂ”から外
れ被溶接物１側に偏つている場合には、第３図Ｂ
に示されるように、電極９の先端は、一方の開先
面２′に偏つたところで円運動する。電極９の回
転に伴い溶接電流は、第３図Ｃに示されるように
変化する。即ち、前記溶接電流は、電極９の先端
が一方の開先面２′に接近するにつれて次第に大
きくなり、前記先端が一方の開先面２′に最も接
近したときに最大となり、この後前記開先面２′
から離れるに従つて次第に小さくなり、“a″”の
位置で“I₀”より若干大きい値となる。この後、
前記先端が開先部の中央“ｂ”上に来たときに
“I₀”となり、この後他方の開先面２″に接近する
につれて次第に大きくなるが、開先面２″に最も
接近しても、前記最大値にはならず、かなり小さ
い電流値となる。このように、半周期毎に振幅が
変化する電流となる。

上述したように、ノズル３の回転に伴い溶接電
流の大きさが変化することによつて、一方の被溶
接物１の溶込みが他方の被溶接物１′の溶込みに
比べて過大になるので、均一なビードが形成され
ない。

〔発明の目的〕

従つて、この発明の目的は、ノズルの中心軸線
を常に開先部の中央に位置させて溶接を行うこと
ができ、また、電極の先端と開先部との距離を常
に所定距離に維持して溶接を行うことができる、
回転アーク溶接方法を提供することにある。

〔発明の概要〕

この発明は、溶接電極を中心軸線から偏位させ
て設けたノズルを開先部内で回転させる溶接方法
において、溶接電流又は電圧の変動値をノズルの
左右の半回転毎に平滑化し、それらの差が零とな
るようにノズルを溶接方向と直角の水平方向に制
御的に移動させることにより、ノズルの中心軸線
を開先部の中央に一致させ、また、必要に応じて
溶接電流又は電圧の変動値を平滑化し、その値と
設定値との差が零となるように、ノズルを垂直方
向に制御的に移動させ、開先部に対する高さを所
定距離に維持することを特徴とする。

〔発明の構成〕

この発明の回転アーク溶接方法の一実施態様に
ついて図面を参照しながら説明する。

第４図は、この発明の回転アーク溶接方法の一
実施態様を示すブロツク図である。

第４図において、１，１′から１６までは前述
の第１図に示したものと同様のものである。

ノズル３は、モータ７を駆動させることによつ
て、歯車５および６を介して開先部２内で回転
し、モータ１５により垂直ネジ棒１３を回転させ
れば、ノズル３はアーム１６を介して上下方向に
移動する。

第１図の場合と異なるところは、垂直ネジ棒１
３が取付けられている取付部材１４が台車１２上
に水平に取付けられた水平ネジ棒１７に螺合して
いることである。水平ネジ棒１７は、台車１２上
にアーム１８を介して水平に固定された取付部材
１９に取付けられていて、取付部材１９の一端に
設置されたモータ２０によつて回転される。

前記水平ネジ棒駆動用モータ２０の回転を制御
して、ノズル３の中心軸線を開先部２の中央に位
置させ、更に必要に応じて前記垂直ネジ棒駆動用
モータ１５の回転を制御して、電極９の先端と被
溶接部との距離を常に所定距離に維持すること
が、この発明の特徴である。

次に、前記モータ１５および２０の回転制御方
法について説明する。

第４図において、２１は被溶接物１′と供給ロ
ーラ１０との間に接続された溶接電源、２２は供
給ローラ１０と溶接電源２１との間に接続された
溶接電流検出器、２３は検出された溶接電流から
有害なノイズ信号を除去するローパスフイルタ、
２４はパルス発生回路、前記回路２４は、電極９
の先端が、第２図Ｂおよび第３図Ｂにおける
“a′”、“a″”点に来たときにパルスを出す回路で
ある。２５は前記パルスによつて切換信号を発生
する切換信号発生回路、２６は切換スイツチ、前
記スイツチ２６は、左半周期スイツチ２６ａと右
半周期スイツチ２６ｂとからなり、これらのスイ
ツチ２６ａ，２６ｂは、前記回路２５からの切換
信号によつて、半周期毎に切換えられる。前記ス
イツチ２６ａが前記回路２５からの切換信号によ
つてオンすると、ローパスフイルタ２３からの左
半周期（a′からa″）の溶接電流が後述する平滑化
回路に出力される。一方、前記スイツチ２６ｂが
前記回路２５からの切換信号によつてオンする
と、ローパスフイルタ２３からの右半周期（a″か
らa′）の溶接電流が後述する平滑化回路に出力さ
れる。２７ａは左半周期の溶接電流を平滑化す
る、積分器で構成される平滑化回路、２７ｂは右
半周期の溶接電流を平滑化する、積分器で構成さ
れる平滑化回路、２８は平滑化回路２７ａと２７
ｂからの平滑化された左半周期の溶接電流と右半
周期の溶接電流との差をとり、この差電流を一定
の大きさに増幅する差動増幅器、２９はモータ制
御回路、前記回路２９は、差動増幅器２８からの
差分電流が零又は、所定の許容電流になるまでモ
ータ２０に電流を供給する回路であり、これによ
つて、ノズル３の中心軸線が開先部２の中央に位
置するまで、ノズル３が開先部２の幅方向に移動
する。３０は、ローパスフイルタ２３からのノイ
ズ信号が除かれた溶接電流を平滑化する、積分器
で構成される平滑化回路、３１は基準信号発生回
路、前記回路３１は、所定の溶接電流と同等の電
流を発生する回路である。３２は、平滑化回路３
０からの平滑化された溶接電流と、前記基準信号
との差をとり、この差電流を一定の大きさに増幅
する差動増幅器である。そして、３３はモータ制
御回路、前記回路３３は、差動増幅器３２からの
差電流が零又は、所定の許容電流になるまでモー
タ１５に電流を供給する回路であり、これによつ
て、電極９の先端と被溶接部との距離が所定距離
になるまで、ノズル３が開先部２の高さ方向に移
動する。

ローパスフイルタ２３によつてノイズ信号が除
去された溶接電流は、切換スイツチ２６によつて
半周期毎に切換えられ、左半周期および右半周期
の溶接電流は夫々平滑化回路２７ａおよび２７ｂ
によつて平滑化される。これらの平滑化された左
半周期および右半周期の溶接電流は、差動増幅器
２８によつて比較され差がとられる。ノズル３の
中心軸線が開先部２の中央に位置している場合に
は、前記差電流は零であるが、前記中心軸線が前
記中央から外れている場合には、前記差電流が零
又は、所定の許容電流になるまでモータ制御回路
２９によつてモータ２０が駆動される。これによ
つて、ノズル３の中心軸線が開先部２の中央に位
置するまで、ノズル３が前記幅方向に移動し、ア
ークは開先部２の中央で円運動する。

一方、ローパスフイルター２３からの溶接電流
は、平滑化回路３０によつて平滑化されて、差動
増幅器３２によつて、基準信号発生回路３１から
の基準信号と比較され差がとられる。電極９の先
端と被溶接部との距離が所定距離となつていれ
ば、前記差電流は零であるが、前記距離が所定距
離となつていない場合には、前記差電流が零又
は、所定の許容電流になるまでモータ制御回路３
３によつてモータ１５が駆動される。これによつ
て、電極９の先端と被溶接部との距離が所定距離
になるまで、ノズル３が開先部２の高さ方向に移
動し、最適のアークが発生する。

以上説明した例は、溶接電流を検出してノズル
の位置を制御するものであるが、溶接電圧を検出
してノズルの位置を制御することも可能である。
この場合は溶接電圧検出器３４を溶接ワイヤ９と
被溶接物１′間に接続し、検出した溶接電圧をロ
ーパスフイルタ２３に送る。（第４図参照）また、例えば、Ｖ開先を上述した方法で溶接す
る場合にも上述した場合と同様な効果が得られ
る。

更に、溶接ワイヤ９は、非消耗電極であつても
良い。

〔発明の効果〕

以上説明したように、この発明の回転アーク溶
接方法によれば、ノズルの中心軸線を常に開先部
の中央に位置させて溶接を行うことができ、ま
た、電極の先端と溶接部との距離を常に所定距離
に維持して溶接を行うことができるので均一なビ
ードを形成することができるといつたきわめて有
用な効果がもたらされる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、先行技術の回転アーク溶接方法の一
態様を示す斜視図である。第２図Ａは、ノズルの
中心軸線が開先部の中央に位置している場合の溶
接状態を示す正面図である。第２図Ｂは、ノズル
の中心軸線が開先部の中央に位置している場合
の、円運動するアークの軌跡を示す平面図であ
る。第２図Ｃは、ノズルの中心軸線が開先部の中
央に位置している場合の、電極の回転に伴う溶接
電流の変化を示す図である。第３図Ａは、ノズル
の中心軸線が開先部の中央から外れている場合の
溶接状態を示す図である。第３図Ｂは、ノズルの
中心軸線が開先部の中央から外れている場合の、
円運動するアークの軌跡を示す平面図である。第
３図Ｃは、ノズルの中心軸線が開先部の中央から
外れている場合の、電極の回転に伴う溶接電流の
変化を示す図である。第４図は、この発明の方法
の一実施態様を示すブロツク図である。図面にお
いて、１，１′……被溶接物、２……開先部、２′，
２″……開先面、３……ノズル、４……ホルダー、
５，６……歯車、７……モータ、８……チツプ、
９……溶接電極、１０……供給ローラ、１１……
レール、１２……台車、１３……垂直ネジ棒、１
４……取付部材、１５……モータ、１６……アー
ム、１７……水平ネジ棒、１８……アーム、１９
……取付部材、２０……モータ、２１……溶接電
源、２２……溶接電流検出器、２３……ローパス
フイルタ、２４……パルス発生回路、２５……切
換信号発生回路、２６……切換スイツチ、２６ａ
……左半周期切換スイツチ、２６ｂ……右半周期
切換スイツチ、２７ａ，２７ｂ……平滑化回路、
２８，３２……差動増幅器、２９，３３……モー
タ制御回路、３０……平滑化回路、３１……基準
信号発生回路、３２……差動増幅器、３３……モ
ータ制御回路、３４……溶接電圧検出器。

Claims

【特許請求の範囲】１ノズルを被溶接物の間に形成された開先部に
対して垂直に向け、溶接電極を前記ノズルを通し
て前記ノズルの中心軸線から偏位して前記開先部
に対して垂直に向け、溶接電流を前記溶接電極に
供給して、前記溶接電極の先端と前記開先部との
間にアークを発生させ、アーク熱により前記被溶
接物を前記開先部にそつて溶接し、前記ノズルを
回転させて前記アークに前記偏位に対応する円運
動を行なわせ、前記ノズルの１回転ごとに溶接電
流および溶接電圧の何れか１つの変動値を前記ノ
ズルの中心軸線に関して、左半周期および右半周
期の各々について少なくとも１回検出し、前記１
回転ごとに前記検出された変動値の、前記左半周
期および前記右半周期におけるそれぞれの値の間
の差を演算し、そして、前記差が零となるように
前記１回転ごとに前記ノズルを前記開先部の幅方
向に移動させることからなる回転アーク溶接方法
において、前記ノズルの１回転ごとに、前記変動値を前記
左半周期および前記右半周期の各々について連続
的に検出し、前記１回転ごとに、前記検出された
変動値の、前記左半周期および前記右半周期につ
いてのそれぞれの値を積分器で構成される平滑化
回路によつて平滑化し、このように平滑化された
それぞれの値の間の差を前記１回転ごとに演算
し、そして、前記差が零となるように、前記１回
転ごとに前記ノズルを前記開先部の幅方向に移動
させることを特徴とする回転アーク溶接方法。２ノズルを被溶接物の間に形成された開先部に
対して垂直に向け、溶接電極を前記ノズルを通し
て前記ノズルの中心軸線から偏位して前記開先部
に対して垂直に向け、溶接電流を前記溶接電極に
供給して、前記溶接電極の先端と前記開先部との
間にアークを発生させ、アーク熱により前記被溶
接物を前記開先部にそつて溶接し、前記ノズルを
回転させて前記アークに前記偏位に対応する円運
動を行なわせ、前記ノズルの１回転ごとに溶接電
流および溶接電圧の何れか１つの変動値を前記ノ
ズルの中心軸線に関して、左半周期および右半周
期の各々について少なくとも１回検出し、前記１
回転ごとに前記検出された変動値の、前記左半周
期および前記右半周期におけるそれぞれの値の間
の差を演算し、前記差が零となるように前記１回
転ごとに前記ノズルを前記開先部の幅方向に移動
させ、そして、同時に、前記ノズルの前記１回転
ごとに前記溶接電流および溶接電圧の何れか１つ
の変動値を少なくとも１回検出し、前記１回転ご
とに、前記検出された変動値と基準値との間の差
を演算し、そして、前記差が零となるように、前
記１回転ごとに前記ノズルを垂直方向に移動させ
ることからなる回転アーク溶接方法において、前記ノズルの１回転ごとに、前記変動値を前記
左半周期および前記右半周期の各々について連続
的に検出し、前記１回転ごとに、前記検出された
変動値の、前記左半周期および前記右半周期につ
いてのそれぞれの値を積分器で構成される平滑化
回路によつて平滑化し、このように平滑化された
それぞれの値の間の差を前記１回転ごとに演算
し、そして、前記差が零となるように、前記１回
転ごとに前記ノズルを前記開先部の幅方向に移動
させ、そして、同時に、前記ノズルの前記１回転
ごとに前記変動値を連続的に検出し、前記１回転
ごとに、前記検出された変動値を積分器で構成さ
れる平滑化回路によつて平滑化し、前記平滑化さ
れた変動値と前記基準値との間の差を前記１回転
ごとに演算し、そして、前記差が零となるよう
に、前記１回転ごとに前記ノズルを垂直方向に移
動させることを特徴とする回転アーク溶接方法。