タンデム揺動溶接におけるアークセンサ制御方法
【課題】タンデム揺動溶接において、アークセンサの検出性能を向上させるとともに、開先幅または前層ビード幅の変動に応じて、精度のよい、溶接線倣い制御、揺動幅の制御、溶接速度制御が可能なアークセンサ制御方法を提供する。
【解決手段】タンデム揺動溶接におけるアークセンサによる制御方法であって、先行電極における開先に近い側の揺動端部近傍の所定領域での溶接電流の増加量と、後行電極における開先に近い側の揺動端部、すなわち先行電極と反対側の揺動端部近傍の所定領域での溶接電流の増加量とを比較し、両者が等しくなるように、あるいは、両者の差が所定値と一致するように、揺動中心位置を制御することにより溶接線倣い制御を行う。
【解決手段】タンデム揺動溶接におけるアークセンサによる制御方法であって、先行電極における開先に近い側の揺動端部近傍の所定領域での溶接電流の増加量と、後行電極における開先に近い側の揺動端部、すなわち先行電極と反対側の揺動端部近傍の所定領域での溶接電流の増加量とを比較し、両者が等しくなるように、あるいは、両者の差が所定値と一致するように、揺動中心位置を制御することにより溶接線倣い制御を行う。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、タンデム揺動溶接におけるアークセンサ制御方法に関し、特にアークセンサによる溶接線倣い制御、揺動幅制御、および溶接速度制御に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
橋梁、鉄骨、重機等の鋼構造物の厚板多層盛溶接継手の施工に適用されるガスメタルアーク溶接方法としては、１電極溶接が一般的だが、高能率化を目的に、１つの溶接継手を複数電極で施工する場合がある。
特に２電極を使用する溶接を以下「タンデム溶接」といい、２本の電極を開先幅方向に揺動させる方式を「タンデム揺動溶接」というものとする。
また、開先形状は、必ずしも一定ではなく、溶接継手の拘束度合いや溶接熱による収縮などの影響により、開先幅などの開先形状が変化する。また、開先幅は、溶接継手の全長に渡って均一とは限らず、組立精度のバラツキにより溶接位置に応じて、変動している。従って、厚板の多層盛溶接を良好に施工するためには、開先形状、特に開先幅の変動に応じて、溶接トーチの狙い位置や揺動幅、溶接速度を適正に制御することが望まれる。
なお、「開先幅」とは、溶接施工前の継手では、開先底部のルートギャップであり、溶接施工中の継手では、前層のビード幅のことである。
そして、このような開先の中心を倣いながら溶接する制御方法としては、一般には、アークセンサを用いる溶接線倣い（開先中心倣い）制御方法が知られている。
【０００３】
まず、従来の１電極揺動溶接におけるアークセンサの原理について簡単に説明する。周知のように、溶接電流および溶接電圧は、トーチの揺動位置、すなわちトーチ先端に発生するアークと開先との距離に応じて変化する。すなわち、アークが揺動運動により開先に近づくと、溶接電流は増加し、溶接電圧は減少する。逆に、アークが開先から遠ざかると、溶接電流は減少し、溶接電圧は増加する。
したがって、例えば、溶接電流波形を開先形状の検出センサとして、左右の揺動端部近傍の所定領域における溶接電流変化量を求め、左右の変化量が等しくなるように、あるいは両者の差が所定値と一致するように、揺動中心位置を制御することにより、アークセンサによる溶接線倣い制御を行ってしている。
【０００４】
電極間距離の短い１プールタンデム溶接においてトーチを揺動させる場合、揺動軸は２電極共通の１軸とする方式が一般的であり、従って、先行電極と後行電極は同一の位相、同一の振幅で揺動する。
しかしながら、このようなタンデム揺動溶接では、後述するように先行・後行各電極のアークセンサ検出性能が低下するという課題がある。
一方、トーチを回転させる方式である回転アークセンサを用いた溶接線倣い制御方法として、例えば特許文献１がある。しかしながら、同文献に開示される２電極連動回転機能を有する溶接トーチは、回転機構そのものが特注品となるため、高価であり、トーチも大型になる。また、トーチが大型になるため、極間角度（開先幅方向に対して各溶接ワイヤーの回転軸心間のなす角度）θの調整機構も高価かつ大型となる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開昭６４−８７０６７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
一方、回転ウィービングではなく、一般的な直線反復式ウィービングによるタンデム揺動溶接では、溶接装置や機構が簡単かつ小型にできるので、特許文献１の回転アーク方式のような問題は少ない。
しかしながら、従来のタンデム揺動溶接におけるアークセンサの検出性能については以下に示すような問題がある。
【０００７】
図９は、従来のタンデム揺動溶接方法を示す上面図（上図）と開先断面図（下図）である。図において、１は先行電極、２は後行電極、３はアーク（３ａは先行アーク、３ｂは後行アーク）、４は開先、５は溶融池、６は溶接ビードである。なお、先行電極１と後行電極２は、溶接進行方向に対して一直線（左右極間距離ゼロ）で配置されている。また、図示しない揺動軸は、両電極共通の１軸だけである。
図９に示すように、先行電極１および後行電極２は、溶融池５が１プールとなるように溶接方向に対して前後に所定の電極間距離（前後極間距離）で配置され、同じ位相かつ同じ振幅で開先幅方向に揺動する。つまり、各電極１、２は同一の位相および振幅で開先幅のほぼ全域にわたって反復移動する。
【０００８】
一般的に アークセンサの検出性能は、溶接状況（開先や溶融池とアークとの位置関係）により異なることが知られている。例えば、１電極揺動溶接の場合、図１０（ａ）に示すように溶接速度が適正な場合は問題ないが、同図（ｂ）のように溶接速度が遅くアーク３よりも溶融池５が先行した状態、すなわちアーク３の直下にある程度の厚みの溶融金属が存在すると、アーク３が開先側壁に触れずに、溶融金属上で発生するので、アークセンサの検出性能は大幅に低下する。
【０００９】
従来の(１プール)タンデム揺動溶接の場合、図１１に示すように、両電極の前後極間距離が短いため、先行アーク３ａと後行アーク３ｂとの間に溶融金属の湯溜まり７が生じる。そのため、段落［０００８］で述べた１電極溶接において溶接速度が遅い場合と同様の原理で後行アーク３ｂが開先側壁に触れない場合が起こりやすく、上述のようにアークセンサの検出性能が低下する。
【００１０】
本発明は、上記のような課題に鑑みてなされたもので、タンデム揺動溶接において、アークセンサの検出性能を向上させるとともに、開先幅または前層ビード幅の変動に応じて、精度のよい、溶接線倣い制御、揺動幅の制御、溶接速度制御が可能なアークセンサ制御方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
第１の発明に係るタンデム揺動溶接におけるアークセンサ制御方法は、
先行電極と後行電極による溶融池が１プールとなるように、電極間の溶接方向の前後極間距離及び開先幅方向の左右極間距離を保持し、
前記先行電極と前記後行電極を、同じ位相かつ同じ振幅で、開先幅方向に揺動させるとともに、開先幅または前層ビード幅に応じて、揺動幅と前記左右極間距離を制御して多層盛溶接を行う消耗電極式アーク溶接による厚板の多層盛タンデム揺動溶接方法において、
前記先行電極における開先に近い側の揺動端部近傍の所定領域での溶接電流の増加量または溶接電圧の減少量と、
前記後行電極における開先に近い側の揺動端部、すなわち前記先行電極と反対側の揺動端部近傍の所定領域での溶接電流の増加量または溶接電圧の減少量とを比較し、
両者が等しくなるように、あるいは、両者の差が所定値と一致するように、揺動中心位置を制御することにより、溶接線倣い制御を行うことを特徴とする。
【００１２】
第２の発明に係るタンデム揺動溶接におけるアークセンサ制御方法は、
先行電極と後行電極による溶融池が１プールとなるように、電極間の溶接方向の前後極間距離及び開先幅方向の左右極間距離を保持し、
前記先行電極と前記後行電極を、同じ位相かつ同じ振幅で、開先幅方向に揺動させるとともに、開先幅または前層ビード幅に応じて、揺動幅と前記左右極間距離を制御して多層盛溶接を行う消耗電極式アーク溶接による厚板の多層盛タンデム揺動溶接方法において、
前記先行電極における開先に近い側の揺動端部近傍の所定領域での溶接電流の増加量または溶接電圧の減少量を基準値と比較し、
前記溶接電流の増加量または溶接電圧の減少量が基準値と一致するように、前記先行電極の揺動端部の位置、すなわち揺動の折り返し位置を制御するとともに、
前記後行電極における開先に近い側の揺動端部、すなわち前記先行電極と反対側の揺動端部近傍の所定領域での溶接電流の増加量または溶接電圧の減少量を基準値と比較し、
前記溶接電流の増加量または溶接電圧の減少量が基準値と一致するように、前記後行電極の揺動端部の位置、すなわち揺動の折り返し位置を制御することにより、
揺動の両端での折り返し位置の適応制御、すなわち揺動中心位置と揺動幅とを同時に適応制御することを特徴とする。
【００１３】
第３の発明に係るタンデム揺動溶接におけるアークセンサ制御方法は、第２の発明のタンデム揺動溶接におけるアークセンサ制御方法において、
アークセンサ制御の結果である揺動幅を標準揺動幅と比較し、
その差に応じて、あらかじめ設定しておいた揺動幅と揺動速度の関係式から、溶接速度を適正に制御することにより、
溶着ビード高さが一定となるように、溶接速度も制御することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１４】
本発明の効果は、以下のとおりである。
（１）アークセンサ検出性能の向上
図１に本発明のタンデム揺動溶接プロセスの模式図を示す。図９に示した従来のタンデム揺動溶接プロセスとの違いは、左右極間距離を設けていることである。従って、実際の電極間距離は、左右極間距離の分だけ、本発明によるタンデム揺動溶接プロセスの方が大きくなる。
その結果、湯溜まりの影響が少なくなり、各電極のアークはそれぞれの揺動端部で確実に開先側壁を検知するので、アークセンサの検出性能を向上させることができる。
（２）アークセンサのサンプリング周期の向上
本発明のタンデム揺動溶接では、開先幅方向の揺動範囲を、先行電極と後行電極で分割（分担）するため、従来のタンデム揺動溶接よりも揺動幅を小さくできるという特長がある。
また、揺動溶接では、両側の開先の溶込みを確保するため、揺動１周期における溶接進行距離、すなわち揺動ピッチを所定値以下にする必要があるため、揺動幅が大きい場合は、揺動速度を速くする必要がある。しかし、揺動速度はアークの安定性から、過度に速くするとアークが不安定になるため、実用的には上限がある。
したがって、揺動速度一定の条件では、本発明の方が揺動幅を小さくできるため、揺動周波数を高くすることができる。その結果、アークセンサのサンプリング周期が短くなるため、アークセンサの応答性が向上する。
（３）本発明のタンデム揺動溶接におけるアークセンサ制御方法は、上記（１）、（２）の効果を有するため、開先幅または前層ビード幅の変動に対応して、精度のよい溶接線倣い制御が可能で、さらには溶接線倣いと揺動幅の同時制御が可能であり、また、溶着ビード高さを一定にする溶接速度制御が可能なため、多層盛溶接において安定した溶接品質が得られる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の一実施の形態のタンデム揺動溶接方法を示す模式図で、上図は溶接部の上面図、下図は開先断面図である。
【図２】タンデム揺動溶接装置の概要図である。
【図３】タンデム揺動溶接方法の対象となる溶接継手形状の例を示す図である。
【図４】タンデム揺動溶接の揺動位置に対する先行・後行溶接電流波形を模式的に示す図である。
【図５】開先と揺動端との距離、すなわち揺動端部におけるトーチと開先との距離が変化した場合の溶接電流波形の変化を示した図である。
【図６】図５の溶接電流波形に対応する開先と揺動端との距離の変化についての説明図である。
【図７】開先幅が変化した場合の揺動動作の変化を示す図である。
【図８】開先幅が変化した場合の適正揺動幅および必要溶着断面積の変化を示す図である。
【図９】従来のタンデム揺動溶接方法を示す上面図（上図）と開先断面図（下図）である。
【図１０】１電極溶接において、溶接速度が適正な場合と極端に遅い場合の溶接状況を模式的に示した図である。
【図１１】従来の１プール型タンデム溶接における溶接状況を模式的に示した図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態の一例について説明する。
【００１７】
図１は本発明の一実施の形態におけるタンデム揺動溶接方法を示す模式図である。図において、１は先行電極、２は後行電極、４は開先、５は溶融池、６は溶接ビードである。
また、Ｇは開先幅（または前層ビード幅）、Ｗは揺動幅、ＤSは先行電極１の内側の揺動端と後行電極２の内側の揺動端と間の間隔（振り幅間隔）、ＤFRは溶接方向の前後極間距離、ＤRLは開先幅方向の左右極間距離、ＤLは先行電極１の右側揺動端と開先４との距離（右側差幅）、ＤTは後行電極２の左側揺動端と開先４との距離（左側差幅）をあらわす。
ここに、上記の揺動幅Ｗおよび左右極間距離ＤRLは、次式で表される。
Ｗ＝｛Ｇ−（ＤL＋ＤS＋ＤT）｝／２ ・・・（１）
ＤRL＝Ｗ＋ＤS ・・・（２）
【００１８】
すなわち、本実施形態のタンデム揺動溶接方法は、消耗電極式アーク溶接による厚板の多層盛溶接において、先行電極１と後行電極２による溶融池５が１プールとなるように、電極間の溶接方向の前後極間距離ＤFRを設定する。また、開先幅方向の左右極間距離ＤRLは、開先幅Ｇと所定値ＤL，ＤT，ＤSおよび上記（１）,（２）式から設定される。この状態で、先行電極１と後行電極２を、同じ位相かつ同じ振幅で、開先幅方向に揺動させるとともに、開先幅Ｇに応じて、揺動幅Ｗと左右極間距離ＤRLを適正な値に設定して多層盛溶接を行うものである。ここで、前後極間距離ＤFRは一般的に１０〜４０ｍｍの範囲に設定される。
したがって、本実施形態のタンデム揺動溶接方法によれば、１電極溶接の場合と比較して、溶着金属量が２倍に増加するので、溶接能率が向上するとともに、左右極間距離を設けることで、つまり先行電極１と後行電極２がカバーする溶接範囲を分担させることで、揺動幅Ｗを小さくできるので、揺動端部での溶接欠陥を抑制することができ、その結果、良好なビード形状で安定した積層溶接が可能となる効果がある。
【００１９】
図２は実施の形態の一例を示すタンデム揺動溶接装置の概要図である。このタンデム溶接装置１０は、台車走行方式の直交座標型溶接装置である。すなわち、タンデム溶接装置１０は、溶接方向（Ｘ軸）に走行する走行台車１５と、走行台車１５上に上下方向（Ｚ軸）に昇降する昇降体１６と、昇降体１６に支持され、先行トーチ１１および後行トーチ１２を一緒に開先幅方向（Ｙ軸）に揺動させる揺動スライダー１７と、揺動スライダー１７に設けられ、どちらか一方の溶接トーチ（ここでは後行トーチ１２）だけを開先幅方向（Ｙ軸）に移動させる左右極間距離調整軸１８とを備えている。なお、図２において、ＨBは溶着ビード高さ（厚さ）をあらわす。
【００２０】
このように、タンデム揺動溶接方法を実施するためのタンデム溶接装置１０は、溶接現場に多数存在する１電極式揺動溶接装置に、左右極間距離調整軸１８と後行トーチ２を追加しただけの簡単な構成であるため、小型かつ安価な装置となる。また、先行トーチ１１（先行電極１）および後行トーチ１２（後行電極２）の揺動幅および揺動速度は、揺動スライダー１７の図示しないコントローラの移動距離および移動速度の設定値により与えられる。
さらに、電極１、２間の左右極間距離は、左右極間調整軸１８を作動させることにより調整することができる。
【００２１】
本タンデム揺動溶接方法は、例えば、図３のＡ、Ｂに示すようなレ型開先の多層盛溶接を実施するために使用するものである。このほかにはＹ開先やＸ開先、Ｖ開先などにも適用することができる。また、板厚ｔは１９ｍｍ以上の厚板の溶接継手に適用されることが多い。
開先Ａは、裏当金付の片面レ型開先で、開先角度は３５゜、ルートギャップＲＧは３〜８ｍｍ程度が一般的である。開先Ｂは、ギャップなしの片面レ型開先で、開先角度は４５゜〜６０°と開先Ａよりも大きくすることが一般的である。
ルートギャップや開先角度が小さい場合は、初層溶接において、高温ワレの恐れがあるので、揺動スライダー１７は動作させずに左右極間距離調整軸１８だけを動作させて、先行トーチ１１は揺動させずに、後行トーチ１２だけを揺動させながら初層溶接する場合もある。
【００２２】
［アークセンサ溶接線倣い制御方法］
次に、タンデム揺動溶接におけるアークセンサによる溶接線倣い制御方法について説明する。
以下の説明では、溶接電流波形をアークセンサ信号とした場合について説明するが、溶接電圧の場合は溶接電流とは反対の現象となる。つまり、溶接電流が上昇の場合は溶接電圧は減少という具合になる。
【００２３】
図４は、タンデム電極 、すなわち揺動スライダーの揺動位置に対する先行および後行電極の溶接電流波形を模式的にあらわしたものである。（ａ）図は揺動位置の軌跡を示し、（ｂ）図は先行電極の溶接電流波形（特に溶接電流の増加量ΔＩR）を示し、（ｃ）図は後行電極の溶接電流波形（特に溶接電流の増加量ΔＩL）を示す。また、（ｄ）図は先行・後行電極の揺動端Ｒ、Ｌの定義を示す図である。なお、溶接方向の進行方向右側をＲ、進行方向左側をＬであらわすものとする。また、Ｌaは先行電極のアーク（トーチ）、Ｔaは後行電極のアーク（トーチ）を示す。
先行電極では、（ｂ）図に示すように、Ｒ側の揺動端部近傍で溶接電流が上昇し、後行電極では、（ｃ）図に示すように、Ｌ側の揺動端部近傍で溶接電流が上昇する。
そこで、（ａ）図に斜線で示すように、先行電極のＲ側揺動端部近傍に所定領域２１を設定し、後行電極のＬ側揺動端部近傍に所定領域２２を設定する。そして、先行電極側の所定領域２１での溶接電流の増加量ΔＩRと後行電極側の所定領域２２での溶接電流の増加量ΔＩLとを比較し、両者が等しくなるように、あるいは、両者の差が所定値と一致するように、タンデム電極の揺動中心位置を制御する。
アークセンサの原理的には、両者が等しくなるように制御するが、実際の開先形状は左右対称とは限らず、先行と後行の溶接条件が同じでない場合もあるため、両者の差、すなわち（ΔＩR−ΔＩL）が所定の値となるように制御するのが、一般的である。
なお、図４では、アークセンサ信号（ΔＩRとΔＩL）を揺動端における溶接電流の単純な増加量として説明したが、実際の制御では、溶接電流波形のノイズ除去を目的に、所定領域２１および２２における溶接電流値の積分値などを用いることが一般的である。
タンデム電極は、単一の揺動スライダーにより揺動しているので、上記のようにタンデム電極の揺動中心位置を制御することにより、精度良く溶接線倣い制御を行うことができる。
【００２４】
［アークセンサ溶接線倣いと揺動幅制御方法］
次に、タンデム揺動溶接におけるアークセンサによる溶接線倣いと揺動幅の制御方法について説明する。
タンデム揺動溶接におけるアークセンサによる溶接線倣い制御の原理は上述したとおりである。ここでは、この溶接線倣い制御に加えて揺動幅の適応制御について説明する。
図５は、図４で示した揺動端での溶接電流波形の変化を、開先と揺動端との距離に応じて模式的に示した図である。また、図６は、開先と揺動端Ｒ（右側）との距離を（ａ）〜（ｃ）の３水準で示したもので、図５の３つの波形に対応している。
図５および図６に示すように、開先と揺動端との距離が適正な場合に対して、揺動端が開先に近い場合は溶接電流の増加量は大きくなり、遠い場合は小さくなる。
【００２５】
（１）開先幅変動の検出
本制御法では、Ｒ側揺動端とＲ側開先との距離の変動は、図４に示した先行電極の溶接電流増加量ΔＩRを基準値ΔＩR0と比較することにより検出する。なお、基準値ΔＩR0とは、Ｒ側揺動端とＲ側開先との距離が適正な場合の溶接電流増加量である。
また、Ｌ側揺動端とＬ側開先との距離の変動は、図４に示した後行電極の溶接電流増加量ΔＩLを基準値ΔＩL0と比較することにより検出する。なお、基準値ΔＩL0とは、Ｌ側揺動端とＬ側開先との距離が適正な場合の溶接電流増加量であり、ΔＩR0と同じ値とは限らない。
以上の手法により、左右両側における揺動端と開先との距離の変動、すなわち開先幅の変動を検出することができる。
【００２６】
（２）揺動幅の制御
次に、揺動幅制御の具体的な方法として、Ｒ側（先行電極側）での揺動折り返し位置の制御方法について説明する。
ここで、Ｒ側揺動端における溶接電流の増加量をΔＩR、開先と揺動端との距離が適正な場合の基準値をΔＩR0、不感帯をＯＦＢとすると、
（ｉ）ΔＩR0−ＯＦＢ≦ΔＩR≦ＩR0＋ＯＦＢのときは、
Ｒ側揺動端での折り返し位置はそのままとし、
（ii）ΔＩR0＋ＯＦＢ＜ΔＩRのときは、
Ｒ側揺動端での折り返し位置を内側に所定量移動し、
（iii）ΔＩR＜ＩR0−ＯＦＢのときは、
Ｒ側揺動端での折り返し位置を外側に所定量移動させる。
Ｌ側揺動端での折り返し位置の制御についても同様である。
このように、左右両側の揺動端での折り返し位置制御を行うことにより、溶接線のズレに対する揺動中心位置の適応制御（溶接線倣い制御）だけでなく、開先幅の変動に対する揺動幅の適応制御を同時に行うことができる。
【００２７】
前記（２）で説明した制御法は、開先幅の適応制御と同時に溶接線の自動倣い制御、すなわち揺動中心の適応制御を同時に行う方式であり、段落［００２３］で説明したアークセンサ溶接線狙い制御とは独立した別の制御方法である。
ただし、実用的には、段落［００２３］で説明したアークセンサ溶接線倣い制御により揺動中心位置を適応制御するとともに、溶接電流波形の振幅から開先幅の変動を検出し、揺動幅を適応制御する方式を取る場合もある。
具体的には、例えば、先行電極側の所定領域２１（図４）での溶接電流の増加量ΔＩRと後行電極側の所定領域２２（図４）での溶接電流の増加量ΔＩLとの合計（ΔＩR＋ΔＩL）を基準値と比較し、基準値よりも大きい場合は開先幅が減少したと判断して揺動幅を所定量減少し、逆に基準値よりも小さい場合は開先幅が増加したと判断して揺動幅を所定量増加することにより、揺動幅の適応制御を行うことが出来る。
【００２８】
（３）左右極間距離の制御
図２のタンデム揺動溶接装置の軸構成で示したように、本発明では揺動スライダー以外に左右極間距離調整軸を用いて、先行および後行電極の揺動制御を行うため、従来の１電極揺動溶接法とは、揺動制御の方法が異なる。
図７に、開先幅が変化した場合の揺動動作の変化、すなわち揺動スライダーによる揺動幅の変化と左右極間距離調整軸による左右極間距離の変化を示す。
図において、ＬL、ＬRは先行電極１の揺動左端と揺動右端、ＴL、ＴRは後行電極２の揺動左端と揺動右端を示す。その他の記号は図１と同じ意味をあらわしている。
図７の（ａ）から（ｂ）に開先形状が変化した場合、すなわち開先幅がΔＧだけ増加した場合、ＤL・ＤT・ＤSは一定に保持する必要があるため、揺動スライダーによる揺動幅の増加量ΔＷは 1/2・ΔＧとなる。また、左右極間距離調整軸による左右極間距離の増加量ΔＤRLも 1/2・ΔＧとなる。
このように、開先幅の変動量ΔＧに対して、揺動幅Ｗおよび左右極間距離ＤRLを、それぞれ 1/2・ΔＧずつ増加することにより、適正なタンデム揺動溶接を行うことができる。
【００２９】
以上のように、この制御方法によれば、アークセンサによる溶接線倣い制御と揺動幅の制御を同時に行うことができ、開先幅または前層ビード幅の変動に対応した制御が可能となる。
【００３０】
［溶着ビード高さ制御（溶接速度制御）］
タンデム揺動溶接における溶着ビード高さ制御（溶接速度制御）について、図８を参照して説明する。図８の上図は、開先幅（前層ビード幅）がΔＧだけ変化した場合の揺動幅の変化をあらわした図である。また、図８の下図は、その時の溶着断面積の変化をあらわした図である。
左図のように、開先幅が標準値Ｇ0の場合で、そのときの溶着断面積をＳ0、溶着ビード高さをＨ0とする。そして、ある溶接時点で、右図のように、開先幅がΔＧだけ増加し、それに伴い、溶着ビード高さＨ0を一定に保ちながら、溶着断面積をＳ0よりΔＳだけ増加する必要が生じた場合である。
開先幅がΔＧだけ増加すると、揺動幅Ｗ（＝Ｗ0＋ΔＷ）も、同様にΔＧ（＝ΔＷ）だけ増加する必要がある。すなわち、揺動幅の変化量ΔＷは、開先幅の変化量ΔＧに等しいものとする。
ここで、ワイヤー溶着速度一定、すなわち溶接電流一定の条件で、開先幅Ｇの変動に対して、溶着ビード高さＨを一定にするためには、溶接速度ＶZを適正に制御する必要がある。
【００３１】
ワイヤー溶着速度一定では、溶着断面積Ｓと溶接速度ＶZは反比例するので、次式のようになる。
ＶZ0：ＶZ＝１／Ｓ0：１／（Ｓ0＋ΔＳ）
∴ＶZ＝Ｓ0／（Ｓ0＋ΔＳ）・ＶZ0
＝Ｓ0／（Ｓ0＋Ｈ0・ΔＧ）・ＶZ0 ・・・（１）
ＶZ0：標準開先幅における適正溶接速度（標準溶接速度）
Ｓ0 ：上記標準条件における溶着断面積（標準溶着断面積）
Ｈ0 ：上記標準条件における溶着ビード高さ（標準溶着ビード高さ）
【００３２】
ここで、上記（１）式は溶接制御装置の演算処理部に記憶しておくものである。この溶接速度制御では、前述したように、アークセンサ制御の結果である揺動幅Ｗを標準揺動幅Ｗ0と比較し、その差（Ｗ−Ｗ0）に応じて、上記（１）式から溶着ビード高さが一定となるように、溶接速度ＶZを制御する。
したがって、開先幅の変動に対応して、溶着ビード高さが一定になるように溶接速度を制御することにより、安定した溶接品質を確保することができる。
【符号の説明】
【００３３】
１ 先行電極
２ 後行電極
３ アーク
３ａ 先行アーク
３ｂ 後行アーク
４ 開先
５ 溶融池
６ 溶接ビード
７ 湯溜まり
１０ タンデム溶接装置
１１ 先行トーチ
１２ 後行トーチ
１５ 走行台車
１６ 昇降体
１７ 揺動スライダー
１８ 左右極間調整軸
２１ 先行電極側の所定領域
２２ 後行電極側の所定領域
【技術分野】
【０００１】
本発明は、タンデム揺動溶接におけるアークセンサ制御方法に関し、特にアークセンサによる溶接線倣い制御、揺動幅制御、および溶接速度制御に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
橋梁、鉄骨、重機等の鋼構造物の厚板多層盛溶接継手の施工に適用されるガスメタルアーク溶接方法としては、１電極溶接が一般的だが、高能率化を目的に、１つの溶接継手を複数電極で施工する場合がある。
特に２電極を使用する溶接を以下「タンデム溶接」といい、２本の電極を開先幅方向に揺動させる方式を「タンデム揺動溶接」というものとする。
また、開先形状は、必ずしも一定ではなく、溶接継手の拘束度合いや溶接熱による収縮などの影響により、開先幅などの開先形状が変化する。また、開先幅は、溶接継手の全長に渡って均一とは限らず、組立精度のバラツキにより溶接位置に応じて、変動している。従って、厚板の多層盛溶接を良好に施工するためには、開先形状、特に開先幅の変動に応じて、溶接トーチの狙い位置や揺動幅、溶接速度を適正に制御することが望まれる。
なお、「開先幅」とは、溶接施工前の継手では、開先底部のルートギャップであり、溶接施工中の継手では、前層のビード幅のことである。
そして、このような開先の中心を倣いながら溶接する制御方法としては、一般には、アークセンサを用いる溶接線倣い（開先中心倣い）制御方法が知られている。
【０００３】
まず、従来の１電極揺動溶接におけるアークセンサの原理について簡単に説明する。周知のように、溶接電流および溶接電圧は、トーチの揺動位置、すなわちトーチ先端に発生するアークと開先との距離に応じて変化する。すなわち、アークが揺動運動により開先に近づくと、溶接電流は増加し、溶接電圧は減少する。逆に、アークが開先から遠ざかると、溶接電流は減少し、溶接電圧は増加する。
したがって、例えば、溶接電流波形を開先形状の検出センサとして、左右の揺動端部近傍の所定領域における溶接電流変化量を求め、左右の変化量が等しくなるように、あるいは両者の差が所定値と一致するように、揺動中心位置を制御することにより、アークセンサによる溶接線倣い制御を行ってしている。
【０００４】
電極間距離の短い１プールタンデム溶接においてトーチを揺動させる場合、揺動軸は２電極共通の１軸とする方式が一般的であり、従って、先行電極と後行電極は同一の位相、同一の振幅で揺動する。
しかしながら、このようなタンデム揺動溶接では、後述するように先行・後行各電極のアークセンサ検出性能が低下するという課題がある。
一方、トーチを回転させる方式である回転アークセンサを用いた溶接線倣い制御方法として、例えば特許文献１がある。しかしながら、同文献に開示される２電極連動回転機能を有する溶接トーチは、回転機構そのものが特注品となるため、高価であり、トーチも大型になる。また、トーチが大型になるため、極間角度（開先幅方向に対して各溶接ワイヤーの回転軸心間のなす角度）θの調整機構も高価かつ大型となる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開昭６４−８７０６７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
一方、回転ウィービングではなく、一般的な直線反復式ウィービングによるタンデム揺動溶接では、溶接装置や機構が簡単かつ小型にできるので、特許文献１の回転アーク方式のような問題は少ない。
しかしながら、従来のタンデム揺動溶接におけるアークセンサの検出性能については以下に示すような問題がある。
【０００７】
図９は、従来のタンデム揺動溶接方法を示す上面図（上図）と開先断面図（下図）である。図において、１は先行電極、２は後行電極、３はアーク（３ａは先行アーク、３ｂは後行アーク）、４は開先、５は溶融池、６は溶接ビードである。なお、先行電極１と後行電極２は、溶接進行方向に対して一直線（左右極間距離ゼロ）で配置されている。また、図示しない揺動軸は、両電極共通の１軸だけである。
図９に示すように、先行電極１および後行電極２は、溶融池５が１プールとなるように溶接方向に対して前後に所定の電極間距離（前後極間距離）で配置され、同じ位相かつ同じ振幅で開先幅方向に揺動する。つまり、各電極１、２は同一の位相および振幅で開先幅のほぼ全域にわたって反復移動する。
【０００８】
一般的に アークセンサの検出性能は、溶接状況（開先や溶融池とアークとの位置関係）により異なることが知られている。例えば、１電極揺動溶接の場合、図１０（ａ）に示すように溶接速度が適正な場合は問題ないが、同図（ｂ）のように溶接速度が遅くアーク３よりも溶融池５が先行した状態、すなわちアーク３の直下にある程度の厚みの溶融金属が存在すると、アーク３が開先側壁に触れずに、溶融金属上で発生するので、アークセンサの検出性能は大幅に低下する。
【０００９】
従来の(１プール)タンデム揺動溶接の場合、図１１に示すように、両電極の前後極間距離が短いため、先行アーク３ａと後行アーク３ｂとの間に溶融金属の湯溜まり７が生じる。そのため、段落［０００８］で述べた１電極溶接において溶接速度が遅い場合と同様の原理で後行アーク３ｂが開先側壁に触れない場合が起こりやすく、上述のようにアークセンサの検出性能が低下する。
【００１０】
本発明は、上記のような課題に鑑みてなされたもので、タンデム揺動溶接において、アークセンサの検出性能を向上させるとともに、開先幅または前層ビード幅の変動に応じて、精度のよい、溶接線倣い制御、揺動幅の制御、溶接速度制御が可能なアークセンサ制御方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
第１の発明に係るタンデム揺動溶接におけるアークセンサ制御方法は、
先行電極と後行電極による溶融池が１プールとなるように、電極間の溶接方向の前後極間距離及び開先幅方向の左右極間距離を保持し、
前記先行電極と前記後行電極を、同じ位相かつ同じ振幅で、開先幅方向に揺動させるとともに、開先幅または前層ビード幅に応じて、揺動幅と前記左右極間距離を制御して多層盛溶接を行う消耗電極式アーク溶接による厚板の多層盛タンデム揺動溶接方法において、
前記先行電極における開先に近い側の揺動端部近傍の所定領域での溶接電流の増加量または溶接電圧の減少量と、
前記後行電極における開先に近い側の揺動端部、すなわち前記先行電極と反対側の揺動端部近傍の所定領域での溶接電流の増加量または溶接電圧の減少量とを比較し、
両者が等しくなるように、あるいは、両者の差が所定値と一致するように、揺動中心位置を制御することにより、溶接線倣い制御を行うことを特徴とする。
【００１２】
第２の発明に係るタンデム揺動溶接におけるアークセンサ制御方法は、
先行電極と後行電極による溶融池が１プールとなるように、電極間の溶接方向の前後極間距離及び開先幅方向の左右極間距離を保持し、
前記先行電極と前記後行電極を、同じ位相かつ同じ振幅で、開先幅方向に揺動させるとともに、開先幅または前層ビード幅に応じて、揺動幅と前記左右極間距離を制御して多層盛溶接を行う消耗電極式アーク溶接による厚板の多層盛タンデム揺動溶接方法において、
前記先行電極における開先に近い側の揺動端部近傍の所定領域での溶接電流の増加量または溶接電圧の減少量を基準値と比較し、
前記溶接電流の増加量または溶接電圧の減少量が基準値と一致するように、前記先行電極の揺動端部の位置、すなわち揺動の折り返し位置を制御するとともに、
前記後行電極における開先に近い側の揺動端部、すなわち前記先行電極と反対側の揺動端部近傍の所定領域での溶接電流の増加量または溶接電圧の減少量を基準値と比較し、
前記溶接電流の増加量または溶接電圧の減少量が基準値と一致するように、前記後行電極の揺動端部の位置、すなわち揺動の折り返し位置を制御することにより、
揺動の両端での折り返し位置の適応制御、すなわち揺動中心位置と揺動幅とを同時に適応制御することを特徴とする。
【００１３】
第３の発明に係るタンデム揺動溶接におけるアークセンサ制御方法は、第２の発明のタンデム揺動溶接におけるアークセンサ制御方法において、
アークセンサ制御の結果である揺動幅を標準揺動幅と比較し、
その差に応じて、あらかじめ設定しておいた揺動幅と揺動速度の関係式から、溶接速度を適正に制御することにより、
溶着ビード高さが一定となるように、溶接速度も制御することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１４】
本発明の効果は、以下のとおりである。
（１）アークセンサ検出性能の向上
図１に本発明のタンデム揺動溶接プロセスの模式図を示す。図９に示した従来のタンデム揺動溶接プロセスとの違いは、左右極間距離を設けていることである。従って、実際の電極間距離は、左右極間距離の分だけ、本発明によるタンデム揺動溶接プロセスの方が大きくなる。
その結果、湯溜まりの影響が少なくなり、各電極のアークはそれぞれの揺動端部で確実に開先側壁を検知するので、アークセンサの検出性能を向上させることができる。
（２）アークセンサのサンプリング周期の向上
本発明のタンデム揺動溶接では、開先幅方向の揺動範囲を、先行電極と後行電極で分割（分担）するため、従来のタンデム揺動溶接よりも揺動幅を小さくできるという特長がある。
また、揺動溶接では、両側の開先の溶込みを確保するため、揺動１周期における溶接進行距離、すなわち揺動ピッチを所定値以下にする必要があるため、揺動幅が大きい場合は、揺動速度を速くする必要がある。しかし、揺動速度はアークの安定性から、過度に速くするとアークが不安定になるため、実用的には上限がある。
したがって、揺動速度一定の条件では、本発明の方が揺動幅を小さくできるため、揺動周波数を高くすることができる。その結果、アークセンサのサンプリング周期が短くなるため、アークセンサの応答性が向上する。
（３）本発明のタンデム揺動溶接におけるアークセンサ制御方法は、上記（１）、（２）の効果を有するため、開先幅または前層ビード幅の変動に対応して、精度のよい溶接線倣い制御が可能で、さらには溶接線倣いと揺動幅の同時制御が可能であり、また、溶着ビード高さを一定にする溶接速度制御が可能なため、多層盛溶接において安定した溶接品質が得られる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の一実施の形態のタンデム揺動溶接方法を示す模式図で、上図は溶接部の上面図、下図は開先断面図である。
【図２】タンデム揺動溶接装置の概要図である。
【図３】タンデム揺動溶接方法の対象となる溶接継手形状の例を示す図である。
【図４】タンデム揺動溶接の揺動位置に対する先行・後行溶接電流波形を模式的に示す図である。
【図５】開先と揺動端との距離、すなわち揺動端部におけるトーチと開先との距離が変化した場合の溶接電流波形の変化を示した図である。
【図６】図５の溶接電流波形に対応する開先と揺動端との距離の変化についての説明図である。
【図７】開先幅が変化した場合の揺動動作の変化を示す図である。
【図８】開先幅が変化した場合の適正揺動幅および必要溶着断面積の変化を示す図である。
【図９】従来のタンデム揺動溶接方法を示す上面図（上図）と開先断面図（下図）である。
【図１０】１電極溶接において、溶接速度が適正な場合と極端に遅い場合の溶接状況を模式的に示した図である。
【図１１】従来の１プール型タンデム溶接における溶接状況を模式的に示した図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態の一例について説明する。
【００１７】
図１は本発明の一実施の形態におけるタンデム揺動溶接方法を示す模式図である。図において、１は先行電極、２は後行電極、４は開先、５は溶融池、６は溶接ビードである。
また、Ｇは開先幅（または前層ビード幅）、Ｗは揺動幅、ＤSは先行電極１の内側の揺動端と後行電極２の内側の揺動端と間の間隔（振り幅間隔）、ＤFRは溶接方向の前後極間距離、ＤRLは開先幅方向の左右極間距離、ＤLは先行電極１の右側揺動端と開先４との距離（右側差幅）、ＤTは後行電極２の左側揺動端と開先４との距離（左側差幅）をあらわす。
ここに、上記の揺動幅Ｗおよび左右極間距離ＤRLは、次式で表される。
Ｗ＝｛Ｇ−（ＤL＋ＤS＋ＤT）｝／２ ・・・（１）
ＤRL＝Ｗ＋ＤS ・・・（２）
【００１８】
すなわち、本実施形態のタンデム揺動溶接方法は、消耗電極式アーク溶接による厚板の多層盛溶接において、先行電極１と後行電極２による溶融池５が１プールとなるように、電極間の溶接方向の前後極間距離ＤFRを設定する。また、開先幅方向の左右極間距離ＤRLは、開先幅Ｇと所定値ＤL，ＤT，ＤSおよび上記（１）,（２）式から設定される。この状態で、先行電極１と後行電極２を、同じ位相かつ同じ振幅で、開先幅方向に揺動させるとともに、開先幅Ｇに応じて、揺動幅Ｗと左右極間距離ＤRLを適正な値に設定して多層盛溶接を行うものである。ここで、前後極間距離ＤFRは一般的に１０〜４０ｍｍの範囲に設定される。
したがって、本実施形態のタンデム揺動溶接方法によれば、１電極溶接の場合と比較して、溶着金属量が２倍に増加するので、溶接能率が向上するとともに、左右極間距離を設けることで、つまり先行電極１と後行電極２がカバーする溶接範囲を分担させることで、揺動幅Ｗを小さくできるので、揺動端部での溶接欠陥を抑制することができ、その結果、良好なビード形状で安定した積層溶接が可能となる効果がある。
【００１９】
図２は実施の形態の一例を示すタンデム揺動溶接装置の概要図である。このタンデム溶接装置１０は、台車走行方式の直交座標型溶接装置である。すなわち、タンデム溶接装置１０は、溶接方向（Ｘ軸）に走行する走行台車１５と、走行台車１５上に上下方向（Ｚ軸）に昇降する昇降体１６と、昇降体１６に支持され、先行トーチ１１および後行トーチ１２を一緒に開先幅方向（Ｙ軸）に揺動させる揺動スライダー１７と、揺動スライダー１７に設けられ、どちらか一方の溶接トーチ（ここでは後行トーチ１２）だけを開先幅方向（Ｙ軸）に移動させる左右極間距離調整軸１８とを備えている。なお、図２において、ＨBは溶着ビード高さ（厚さ）をあらわす。
【００２０】
このように、タンデム揺動溶接方法を実施するためのタンデム溶接装置１０は、溶接現場に多数存在する１電極式揺動溶接装置に、左右極間距離調整軸１８と後行トーチ２を追加しただけの簡単な構成であるため、小型かつ安価な装置となる。また、先行トーチ１１（先行電極１）および後行トーチ１２（後行電極２）の揺動幅および揺動速度は、揺動スライダー１７の図示しないコントローラの移動距離および移動速度の設定値により与えられる。
さらに、電極１、２間の左右極間距離は、左右極間調整軸１８を作動させることにより調整することができる。
【００２１】
本タンデム揺動溶接方法は、例えば、図３のＡ、Ｂに示すようなレ型開先の多層盛溶接を実施するために使用するものである。このほかにはＹ開先やＸ開先、Ｖ開先などにも適用することができる。また、板厚ｔは１９ｍｍ以上の厚板の溶接継手に適用されることが多い。
開先Ａは、裏当金付の片面レ型開先で、開先角度は３５゜、ルートギャップＲＧは３〜８ｍｍ程度が一般的である。開先Ｂは、ギャップなしの片面レ型開先で、開先角度は４５゜〜６０°と開先Ａよりも大きくすることが一般的である。
ルートギャップや開先角度が小さい場合は、初層溶接において、高温ワレの恐れがあるので、揺動スライダー１７は動作させずに左右極間距離調整軸１８だけを動作させて、先行トーチ１１は揺動させずに、後行トーチ１２だけを揺動させながら初層溶接する場合もある。
【００２２】
［アークセンサ溶接線倣い制御方法］
次に、タンデム揺動溶接におけるアークセンサによる溶接線倣い制御方法について説明する。
以下の説明では、溶接電流波形をアークセンサ信号とした場合について説明するが、溶接電圧の場合は溶接電流とは反対の現象となる。つまり、溶接電流が上昇の場合は溶接電圧は減少という具合になる。
【００２３】
図４は、タンデム電極 、すなわち揺動スライダーの揺動位置に対する先行および後行電極の溶接電流波形を模式的にあらわしたものである。（ａ）図は揺動位置の軌跡を示し、（ｂ）図は先行電極の溶接電流波形（特に溶接電流の増加量ΔＩR）を示し、（ｃ）図は後行電極の溶接電流波形（特に溶接電流の増加量ΔＩL）を示す。また、（ｄ）図は先行・後行電極の揺動端Ｒ、Ｌの定義を示す図である。なお、溶接方向の進行方向右側をＲ、進行方向左側をＬであらわすものとする。また、Ｌaは先行電極のアーク（トーチ）、Ｔaは後行電極のアーク（トーチ）を示す。
先行電極では、（ｂ）図に示すように、Ｒ側の揺動端部近傍で溶接電流が上昇し、後行電極では、（ｃ）図に示すように、Ｌ側の揺動端部近傍で溶接電流が上昇する。
そこで、（ａ）図に斜線で示すように、先行電極のＲ側揺動端部近傍に所定領域２１を設定し、後行電極のＬ側揺動端部近傍に所定領域２２を設定する。そして、先行電極側の所定領域２１での溶接電流の増加量ΔＩRと後行電極側の所定領域２２での溶接電流の増加量ΔＩLとを比較し、両者が等しくなるように、あるいは、両者の差が所定値と一致するように、タンデム電極の揺動中心位置を制御する。
アークセンサの原理的には、両者が等しくなるように制御するが、実際の開先形状は左右対称とは限らず、先行と後行の溶接条件が同じでない場合もあるため、両者の差、すなわち（ΔＩR−ΔＩL）が所定の値となるように制御するのが、一般的である。
なお、図４では、アークセンサ信号（ΔＩRとΔＩL）を揺動端における溶接電流の単純な増加量として説明したが、実際の制御では、溶接電流波形のノイズ除去を目的に、所定領域２１および２２における溶接電流値の積分値などを用いることが一般的である。
タンデム電極は、単一の揺動スライダーにより揺動しているので、上記のようにタンデム電極の揺動中心位置を制御することにより、精度良く溶接線倣い制御を行うことができる。
【００２４】
［アークセンサ溶接線倣いと揺動幅制御方法］
次に、タンデム揺動溶接におけるアークセンサによる溶接線倣いと揺動幅の制御方法について説明する。
タンデム揺動溶接におけるアークセンサによる溶接線倣い制御の原理は上述したとおりである。ここでは、この溶接線倣い制御に加えて揺動幅の適応制御について説明する。
図５は、図４で示した揺動端での溶接電流波形の変化を、開先と揺動端との距離に応じて模式的に示した図である。また、図６は、開先と揺動端Ｒ（右側）との距離を（ａ）〜（ｃ）の３水準で示したもので、図５の３つの波形に対応している。
図５および図６に示すように、開先と揺動端との距離が適正な場合に対して、揺動端が開先に近い場合は溶接電流の増加量は大きくなり、遠い場合は小さくなる。
【００２５】
（１）開先幅変動の検出
本制御法では、Ｒ側揺動端とＲ側開先との距離の変動は、図４に示した先行電極の溶接電流増加量ΔＩRを基準値ΔＩR0と比較することにより検出する。なお、基準値ΔＩR0とは、Ｒ側揺動端とＲ側開先との距離が適正な場合の溶接電流増加量である。
また、Ｌ側揺動端とＬ側開先との距離の変動は、図４に示した後行電極の溶接電流増加量ΔＩLを基準値ΔＩL0と比較することにより検出する。なお、基準値ΔＩL0とは、Ｌ側揺動端とＬ側開先との距離が適正な場合の溶接電流増加量であり、ΔＩR0と同じ値とは限らない。
以上の手法により、左右両側における揺動端と開先との距離の変動、すなわち開先幅の変動を検出することができる。
【００２６】
（２）揺動幅の制御
次に、揺動幅制御の具体的な方法として、Ｒ側（先行電極側）での揺動折り返し位置の制御方法について説明する。
ここで、Ｒ側揺動端における溶接電流の増加量をΔＩR、開先と揺動端との距離が適正な場合の基準値をΔＩR0、不感帯をＯＦＢとすると、
（ｉ）ΔＩR0−ＯＦＢ≦ΔＩR≦ＩR0＋ＯＦＢのときは、
Ｒ側揺動端での折り返し位置はそのままとし、
（ii）ΔＩR0＋ＯＦＢ＜ΔＩRのときは、
Ｒ側揺動端での折り返し位置を内側に所定量移動し、
（iii）ΔＩR＜ＩR0−ＯＦＢのときは、
Ｒ側揺動端での折り返し位置を外側に所定量移動させる。
Ｌ側揺動端での折り返し位置の制御についても同様である。
このように、左右両側の揺動端での折り返し位置制御を行うことにより、溶接線のズレに対する揺動中心位置の適応制御（溶接線倣い制御）だけでなく、開先幅の変動に対する揺動幅の適応制御を同時に行うことができる。
【００２７】
前記（２）で説明した制御法は、開先幅の適応制御と同時に溶接線の自動倣い制御、すなわち揺動中心の適応制御を同時に行う方式であり、段落［００２３］で説明したアークセンサ溶接線狙い制御とは独立した別の制御方法である。
ただし、実用的には、段落［００２３］で説明したアークセンサ溶接線倣い制御により揺動中心位置を適応制御するとともに、溶接電流波形の振幅から開先幅の変動を検出し、揺動幅を適応制御する方式を取る場合もある。
具体的には、例えば、先行電極側の所定領域２１（図４）での溶接電流の増加量ΔＩRと後行電極側の所定領域２２（図４）での溶接電流の増加量ΔＩLとの合計（ΔＩR＋ΔＩL）を基準値と比較し、基準値よりも大きい場合は開先幅が減少したと判断して揺動幅を所定量減少し、逆に基準値よりも小さい場合は開先幅が増加したと判断して揺動幅を所定量増加することにより、揺動幅の適応制御を行うことが出来る。
【００２８】
（３）左右極間距離の制御
図２のタンデム揺動溶接装置の軸構成で示したように、本発明では揺動スライダー以外に左右極間距離調整軸を用いて、先行および後行電極の揺動制御を行うため、従来の１電極揺動溶接法とは、揺動制御の方法が異なる。
図７に、開先幅が変化した場合の揺動動作の変化、すなわち揺動スライダーによる揺動幅の変化と左右極間距離調整軸による左右極間距離の変化を示す。
図において、ＬL、ＬRは先行電極１の揺動左端と揺動右端、ＴL、ＴRは後行電極２の揺動左端と揺動右端を示す。その他の記号は図１と同じ意味をあらわしている。
図７の（ａ）から（ｂ）に開先形状が変化した場合、すなわち開先幅がΔＧだけ増加した場合、ＤL・ＤT・ＤSは一定に保持する必要があるため、揺動スライダーによる揺動幅の増加量ΔＷは 1/2・ΔＧとなる。また、左右極間距離調整軸による左右極間距離の増加量ΔＤRLも 1/2・ΔＧとなる。
このように、開先幅の変動量ΔＧに対して、揺動幅Ｗおよび左右極間距離ＤRLを、それぞれ 1/2・ΔＧずつ増加することにより、適正なタンデム揺動溶接を行うことができる。
【００２９】
以上のように、この制御方法によれば、アークセンサによる溶接線倣い制御と揺動幅の制御を同時に行うことができ、開先幅または前層ビード幅の変動に対応した制御が可能となる。
【００３０】
［溶着ビード高さ制御（溶接速度制御）］
タンデム揺動溶接における溶着ビード高さ制御（溶接速度制御）について、図８を参照して説明する。図８の上図は、開先幅（前層ビード幅）がΔＧだけ変化した場合の揺動幅の変化をあらわした図である。また、図８の下図は、その時の溶着断面積の変化をあらわした図である。
左図のように、開先幅が標準値Ｇ0の場合で、そのときの溶着断面積をＳ0、溶着ビード高さをＨ0とする。そして、ある溶接時点で、右図のように、開先幅がΔＧだけ増加し、それに伴い、溶着ビード高さＨ0を一定に保ちながら、溶着断面積をＳ0よりΔＳだけ増加する必要が生じた場合である。
開先幅がΔＧだけ増加すると、揺動幅Ｗ（＝Ｗ0＋ΔＷ）も、同様にΔＧ（＝ΔＷ）だけ増加する必要がある。すなわち、揺動幅の変化量ΔＷは、開先幅の変化量ΔＧに等しいものとする。
ここで、ワイヤー溶着速度一定、すなわち溶接電流一定の条件で、開先幅Ｇの変動に対して、溶着ビード高さＨを一定にするためには、溶接速度ＶZを適正に制御する必要がある。
【００３１】
ワイヤー溶着速度一定では、溶着断面積Ｓと溶接速度ＶZは反比例するので、次式のようになる。
ＶZ0：ＶZ＝１／Ｓ0：１／（Ｓ0＋ΔＳ）
∴ＶZ＝Ｓ0／（Ｓ0＋ΔＳ）・ＶZ0
＝Ｓ0／（Ｓ0＋Ｈ0・ΔＧ）・ＶZ0 ・・・（１）
ＶZ0：標準開先幅における適正溶接速度（標準溶接速度）
Ｓ0 ：上記標準条件における溶着断面積（標準溶着断面積）
Ｈ0 ：上記標準条件における溶着ビード高さ（標準溶着ビード高さ）
【００３２】
ここで、上記（１）式は溶接制御装置の演算処理部に記憶しておくものである。この溶接速度制御では、前述したように、アークセンサ制御の結果である揺動幅Ｗを標準揺動幅Ｗ0と比較し、その差（Ｗ−Ｗ0）に応じて、上記（１）式から溶着ビード高さが一定となるように、溶接速度ＶZを制御する。
したがって、開先幅の変動に対応して、溶着ビード高さが一定になるように溶接速度を制御することにより、安定した溶接品質を確保することができる。
【符号の説明】
【００３３】
１ 先行電極
２ 後行電極
３ アーク
３ａ 先行アーク
３ｂ 後行アーク
４ 開先
５ 溶融池
６ 溶接ビード
７ 湯溜まり
１０ タンデム溶接装置
１１ 先行トーチ
１２ 後行トーチ
１５ 走行台車
１６ 昇降体
１７ 揺動スライダー
１８ 左右極間調整軸
２１ 先行電極側の所定領域
２２ 後行電極側の所定領域
【特許請求の範囲】
【請求項１】
先行電極と後行電極による溶融池が１プールとなるように、電極間の溶接方向の前後極間距離及び開先幅方向の左右極間距離を保持し、
前記先行電極と前記後行電極を、同じ位相かつ同じ振幅で、開先幅方向に揺動させるとともに、開先幅または前層ビード幅に応じて、揺動幅と前記左右極間距離を制御して多層盛溶接を行う消耗電極式アーク溶接による厚板の多層盛タンデム揺動溶接方法において、
前記先行電極における開先に近い側の揺動端部近傍の所定領域での溶接電流の増加量または溶接電圧の減少量と、
前記後行電極における開先に近い側の揺動端部、すなわち前記先行電極と反対側の揺動端部近傍の所定領域での溶接電流の増加量または溶接電圧の減少量とを比較し、
両者が等しくなるように、あるいは、両者の差が所定値と一致するように、揺動中心位置を制御することにより、溶接線倣い制御を行うことを特徴とするタンデム揺動溶接におけるアークセンサ制御方法。
【請求項２】
先行電極と後行電極による溶融池が１プールとなるように、電極間の溶接方向の前後極間距離及び開先幅方向の左右極間距離を保持し、
前記先行電極と前記後行電極を、同じ位相かつ同じ振幅で、開先幅方向に揺動させるとともに、開先幅または前層ビード幅に応じて、揺動幅と前記左右極間距離を制御して多層盛溶接を行う消耗電極式アーク溶接による厚板の多層盛タンデム揺動溶接方法において、
前記先行電極における開先に近い側の揺動端部近傍の所定領域での溶接電流の増加量または溶接電圧の減少量を基準値と比較し、
前記先行電極側の溶接電流の増加量または溶接電圧の減少量が基準値と一致するように、前記先行電極の揺動端部の位置、すなわち揺動の折り返し位置を制御するとともに、
前記後行電極における開先に近い側の揺動端部、すなわち前記先行電極と反対側の揺動端部近傍の所定領域での溶接電流の増加量または溶接電圧の減少量を基準値と比較し、
前記後行電極側の溶接電流の増加量または溶接電圧の減少量が基準値と一致するように、前記後行電極の揺動端部の位置、すなわち揺動の折り返し位置を制御することにより、
揺動の両端での折り返し位置の適応制御、すなわち揺動中心位置と揺動幅とを同時に適応制御することを特徴とするタンデム揺動溶接におけるアークセンサ制御方法。
【請求項３】
請求項２に記載のタンデム揺動溶接におけるアークセンサ制御方法において、
アークセンサ制御の結果である揺動幅を標準揺動幅と比較し、
その差に応じて、あらかじめ設定しておいた設定揺動幅と揺動速度の関係式から、溶接速度を適正に制御することにより、
溶着ビード高さが一定となるように、溶接速度も制御することを特徴とするタンデム揺動溶接におけるアークセンサ制御方法。
【請求項１】
先行電極と後行電極による溶融池が１プールとなるように、電極間の溶接方向の前後極間距離及び開先幅方向の左右極間距離を保持し、
前記先行電極と前記後行電極を、同じ位相かつ同じ振幅で、開先幅方向に揺動させるとともに、開先幅または前層ビード幅に応じて、揺動幅と前記左右極間距離を制御して多層盛溶接を行う消耗電極式アーク溶接による厚板の多層盛タンデム揺動溶接方法において、
前記先行電極における開先に近い側の揺動端部近傍の所定領域での溶接電流の増加量または溶接電圧の減少量と、
前記後行電極における開先に近い側の揺動端部、すなわち前記先行電極と反対側の揺動端部近傍の所定領域での溶接電流の増加量または溶接電圧の減少量とを比較し、
両者が等しくなるように、あるいは、両者の差が所定値と一致するように、揺動中心位置を制御することにより、溶接線倣い制御を行うことを特徴とするタンデム揺動溶接におけるアークセンサ制御方法。
【請求項２】
先行電極と後行電極による溶融池が１プールとなるように、電極間の溶接方向の前後極間距離及び開先幅方向の左右極間距離を保持し、
前記先行電極と前記後行電極を、同じ位相かつ同じ振幅で、開先幅方向に揺動させるとともに、開先幅または前層ビード幅に応じて、揺動幅と前記左右極間距離を制御して多層盛溶接を行う消耗電極式アーク溶接による厚板の多層盛タンデム揺動溶接方法において、
前記先行電極における開先に近い側の揺動端部近傍の所定領域での溶接電流の増加量または溶接電圧の減少量を基準値と比較し、
前記先行電極側の溶接電流の増加量または溶接電圧の減少量が基準値と一致するように、前記先行電極の揺動端部の位置、すなわち揺動の折り返し位置を制御するとともに、
前記後行電極における開先に近い側の揺動端部、すなわち前記先行電極と反対側の揺動端部近傍の所定領域での溶接電流の増加量または溶接電圧の減少量を基準値と比較し、
前記後行電極側の溶接電流の増加量または溶接電圧の減少量が基準値と一致するように、前記後行電極の揺動端部の位置、すなわち揺動の折り返し位置を制御することにより、
揺動の両端での折り返し位置の適応制御、すなわち揺動中心位置と揺動幅とを同時に適応制御することを特徴とするタンデム揺動溶接におけるアークセンサ制御方法。
【請求項３】
請求項２に記載のタンデム揺動溶接におけるアークセンサ制御方法において、
アークセンサ制御の結果である揺動幅を標準揺動幅と比較し、
その差に応じて、あらかじめ設定しておいた設定揺動幅と揺動速度の関係式から、溶接速度を適正に制御することにより、
溶着ビード高さが一定となるように、溶接速度も制御することを特徴とするタンデム揺動溶接におけるアークセンサ制御方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【公開番号】特開２０１１−１６７７２０（Ｐ２０１１−１６７７２０Ａ）
【公開日】平成２３年９月１日（２０１１．９．１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−３３６８９（Ｐ２０１０−３３６８９）
【出願日】平成２２年２月１８日（２０１０．２．１８）
【出願人】（０００００４１２３）ＪＦＥエンジニアリング株式会社 (1,044)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年９月１日（２０１１．９．１）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年２月１８日（２０１０．２．１８）
【出願人】（０００００４１２３）ＪＦＥエンジニアリング株式会社 (1,044)
【Ｆターム（参考）】
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