(57)【要約】【課題】スタッド溶接の電流値波形チャート図を自動的に作成すると共に、電流値から溶接結果の合否判定を行い、また溶接箇所をパターン化して表示し、溶接箇所の逸脱があればこれを容易に判明できるようにする。【解決手段】溶接機本体からスタッドガンへ流れる電流値を、電流値記録計で記録すると共に品質判定ＰＣへ取り込み、処理する。品質判定ＰＣは、波形チャート作成部と、合否判定部と、溶接終了結果のパターン表示部とを備えている。波形チャート作成部は、溶接作業ごとに波形チャート図を作成する。合否判定部は、溶接電流値が予め設定した上限値と下限値との間にあるか否かを判断することで溶接結果の合否の判定を行う。パターン表示部は、予定する溶接箇所を区分けしてパターン化し、一回の溶接電流の通電が終了するごとに区分けした部分を着色する等して表示する。【選択図】図１
2010029935.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
溶接機本体からスタッドガンに溶接電流を通電し、スタッド棒と母材との間にアークを発生させることでスタッド棒と母材とを溶融させ、スタッド棒を母材へ融着させるスタッド溶接において、溶接機本体からスタッドガンへ流れる電流値を計測して記録する電流値記録計と、該電流値記録計の電流値のデータを入力して処理する品質判定ＰＣとより成り、該品質判定ＰＣは、一箇所の溶接作業ごとに識別記号を付して電流値の波形チャート図を作成する波形チャート作成部と、溶接電流値が予め設定した上限値と下限値との間にあるか否かを判断することで溶接結果の合否の判定を行う合否判定部と、予定する溶接箇所を区分けしてパターン化し、一回の溶接電流の通電が終了するごとに区分けした部分を着色する等して表示するパターン表示部とを備えていることを特徴とするスタッド溶接システム。
【請求項２】
溶接機本体からスタッドガンに溶接電流を通電し、スタッド棒と母材との間にアークを発生させることでスタッド棒と母材とを溶融させ、スタッド棒を母材へ融着させるスタッド溶接において、溶接機本体からスタッドガンへ流れる電流値を記録して電流値波形チャート図を作成すると共に、溶接箇所ごとに区分けして溶接が終了した箇所を着色する等してパターン表示し、また前記電流値が予め設定した上限値と下限値との間にあるか否かを判断することで溶接の合否判定を行い、不合格と判断されたときは、再度この溶接箇所の直近にスタッド棒を溶接し、そのときの波形チャート図及びパターン表示には前回の不合格である溶接箇所と同じ識別記号を表示し、全ての溶接作業が終了したときに予定する溶接箇所の数と、前記波形チャート図の数及びパターン表示部の着色等の表示数が一致しているか否かを判断し、一致していないときは溶接箇所の逸脱であると判断するようにしたことを特徴とするスタッド溶接システムの溶接管理方法。
【請求項３】
溶接箇所の逸脱があったときは、逸脱箇所を特定し、当該特定した箇所の以降の波形チャート図及びパターン表示部の識別記号の順番を順次繰り下げるようにした請求項２に記載のスタッド溶接システムの溶接管理方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】  本発明は、スタッド溶接の電流値波形チャート図を自動的に作成すると共に、電流値から溶接結果の合否判定を行い、また溶接箇所をパターン化して表示し、溶接箇所の逸脱があればこれを容易に判明できるようにした技術に関するものである。
【背景技術】
【０００２】  通常、スタッド溶接は、母材をアースに接続し、スタッドガンの先端にスタッド棒を連接して母材へ圧接した後、溶接機からスタッドガン及びスタッド棒を通じて母材へ直流電流を通電し、然る後にスタッド棒を母材からアーク長だけ引き上げることで、母材とスタッド棒との間でアークを発生させている。そして、スタッド溶接は、このアークにより母材とスタッド棒の双方の金属を溶融させ、この溶融状態において、最後にスタッド棒を母材へ加圧して通電を遮断することにより、溶融金属部を凝固させ、スタッド棒を母材へ溶接するものである。
ところで、このようなスタッド溶接では、溶接がある一定以上の強度を保つべく正常に行なわれたか否かの判定を行なうのが外観検査のみでは難しく、溶接後の検査工程で溶着部の引っ張り試験及び屈曲強度試験を実施して溶着性の良否を判定していた。【０００３】  このような溶接の合否判定では、例えば図６や図７に示すような数千本から数万本を単位とする多数のスタッド棒を溶接する作業になると、試験検査の工程数も膨大なものとなり、工期が大幅に遅れる原因となったり、また作業員の負担が厳しくなるという問題があった。これらの図６及び図７に示す溶接作業は、港湾・河川における鋼矢板や鋼管杭などの鋼構造物の腐食に対して防食・補強・補修を目的として行われるものであり、かなりの需要があるため大きな問題であった。【０００４】  図６の場合は、港湾や河川において打ち込まれた鋼矢板２１に対してスタッド棒（スタッドボルトの場合を含む）２２をスタッド溶接し、これに必要に応じて鉄筋２３を配筋し、型枠２４を用いて鋼矢板２１にコンクリート２５を打設し、コンクリート２５の硬化後に型枠２４を取り除くか又は保護カバーとしてそのまま使用し、鋼矢板２１を防食・補修・補強するようにしている。スタッド棒２２がないと、地震などで鋼矢板２１に振動が加わるとコンクリート２５が脱落し、防食・補修・補強の目的が早期に失われてしまうからである。また図７の図（Ａ）〜図（Ｃ）の場合は、港湾や河川において打ち込まれた鋼管杭２６に外周面に対して多数段にスタッド棒（スタッドボルト）２２をスタッド溶接し、これに必要に応じて鉄筋２３を配筋し、型枠２７を用いて鋼管杭２６にコンクリートを打設し、コンクリートの硬化後に型枠２７を取り除くか又は保護カバーとしてそのまま使用し、鋼管杭２６を防食・補修・補強するようにしている。【０００５】  このようにスタッド棒の溶接作業数が膨大になる港湾や河川における鋼構造物の防食・補修・補強を目的としたスタッド棒の溶接作業にあって、溶着部の引っ張り試験及び屈曲強度試験を実施して溶着性の良否判定を行なっていたのでは、工期の長期化、作業員の負担が著しいため、従来ではこれを解決するために、特許文献１及び特許文献２による判定方法が開発されている。【０００６】  特許文献１の技術では、アークが発生しているときに、アークによって溶融した母材とスタッド棒とが短絡すると、急激に電流値が一定以上流れることと、電圧値がゼロになることに着目し、溶接電流と溶接電圧とを監視し、電流値が一定値以上のときにＯＮ動作するリレーと、電圧値が一定値以下になったときにＯＮ動作するリレーとを組み合わせ、両リレーがＯＮ動作したときに溶接不良と判定し、ブザーやランプで警報を発するようにしている。
一方、特許文献２では、アークが発生しているときに、アークによって溶融した母材とスタッド棒とが短絡すると、アーク電圧値がゼロになることに加えて、このような短絡状態になると、母材とスタッド棒との溶融部の外周部が冷却されてその表面に凝固域が生成され、このときにスタッド棒を押し込むと前記凝固域ではスタッド棒が母材に対して融合せず、接合部に亀裂が発生することに着目している。そして、この特許文献２では、溶接接合部の融合不良欠陥を検出する手段として、アーク発生中のスタッド棒の軸方向の移動状態を検出し、このスタッド棒の溶融部への押し込みが開始される直前のアーク電圧を検出してその変動をモニタリングし、スタッド棒が押し込まれる直前のアーク電圧がゼロになったときを溶接不良と判断するようにしている。
【特許文献１】特開昭４９−１２７８４０号公報
【特許文献２】特許第２８１５３０１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】  ところで、最近ではＩＳＯ／ＴＣ４４等のように、品質管理の重要性が認識され、スタッド溶接においても実際の溶接電流値がどのような経過を辿ったかを溶接電流値記録計（ビジコーダなど）で記録し、これを保存しておくことが必要である。
ところが、特許文献１では、アーク電流値が一定以上で、アーク電圧値がゼロになったときを検出して溶接不良と判断する技術が開示されているだけである。また特許文献２では、スタッド棒押し込み直前のアーク電流値を計測してそのときのアーク電流値がゼロになったときは溶接不良であると判断する技術が開示されているだけである。これらの特許文献１及び２のいずれの場合も品質管理を行なう観点からの技術的対策については、開示がなされていなかった。【０００７】  そのため、これらの特許文献１及び２の技術等において、実際の溶接電流値がどのような経過を辿ったかを記録・保存するためには、それぞれの溶接箇所ごとに溶接電流値記録計で溶接作業中のアーク電流値の変化及び通電時間をロール紙に連続状に記録し、所定数の溶接作業が終了するごとに、ロール紙に記録された電流値の波形チャートを一箇所分ごとに切り取り、これを別の用紙に貼り付けて、溶接箇所・日付・場所、工事名（プロジェクト名）などを記録し、整理する必要があった。このような溶接作業後の記録の照合・整理・保存作業は、溶接作業以上に時間を要し、しかも作業員にとっては単純作業の繰り返しであるため、過酷な負担を強いられるものであった。【０００８】  また溶接作業が終了した時点で、実際の溶接作業の本数と、計画した溶接作業の本数とを照合し、両者が一致しているときは、溶接作業の逸脱（抜け落ち）がないものと判断し、前記記録の照合・整理・保存作業へ移行するが、一致していないときは、溶接作業の逸脱があったことになる。このような溶接作業の逸脱があったときは、現場の溶接作業員が溶接した箇所の全点検を行い、溶接箇所の逸脱箇所を特定し、当該逸脱箇所にスタッド棒を溶接し直していた。この逸脱箇所の溶接の記録は、ロール紙に連続して記録される関係上、最後に溶接を行なったので、最後に記録されることになり、実際の溶接作業箇所の配列順番とは異なることになっていた。【０００９】  そのため、照合・整理・保存に際しては、これらの逸脱箇所がロール紙に連続状に記録されている波形チャート図のどの位置に該当するか（本来どの位置に記録されるべきであったか）を、ロール紙の実際の波形チャート図から探し出して特定し、その逸脱箇所以降の配列順番を繰り下げて正しい配列順番の番号に訂正した上で照合・整理・保存を行う必要があった。このロール紙における逸脱箇所の特定も、ロール紙に記録されている波形チャート図には、鋼管杭や鋼矢板の番号と、電流値の波形と、通電時間と、溶接作業順番とが記録されているのみであるため、実際の溶接箇所との紐付けがなされておらず、多くの手間隙を要し、極めて煩雑な作業となり、また人為的ミスも発生し易いという問題もあった。【００１０】  本発明は従来の前記課題に鑑みてこれを改良除去したものであって、スタッド溶接の電流値波形チャート図を自動的に作成すると共に、電流値から溶接結果の合否判定を行い、また溶接箇所をパターン化して表示し、溶接箇所の逸脱があればこれを容易に判明できるようにした技術を提供せんとするものである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】    而して、前記課題を解決するために本発明が採用した請求項１の手段は、溶接機本体からスタッドガンに溶接電流を通電し、スタッド棒と母材との間にアークを発生させることでスタッド棒と母材とを溶融させ、スタッド棒を母材へ融着させるスタッド溶接において、溶接機本体からスタッドガンへ流れる電流値を計測して記録する電流値記録計と、該電流値記録計の電流値のデータを入力して処理する品質判定ＰＣとより成り、該品質判定ＰＣは、一箇所の溶接作業ごとに識別記号を付して電流値の波形チャート図を作成する波形チャート作成部と、溶接電流値が予め設定した上限値と下限値との間にあるか否かを判断することで溶接結果の合否の判定を行う合否判定部と、予定する溶接箇所を区分けしてパターン化し、一回の溶接電流の通電が終了するごとに区分けした部分を着色する等して表示するパターン表示部とを備えていることを特徴とするスタッド溶接システムである。【００１２】  本発明が採用した請求項２の手段は、溶接機本体からスタッドガンに溶接電流を通電し、スタッド棒と母材との間にアークを発生させることでスタッド棒と母材とを溶融させ、スタッド棒を母材へ融着させるスタッド溶接において、溶接機本体からスタッドガンへ流れる電流値を記録して電流値波形チャート図を作成すると共に、溶接箇所ごとに区分けして溶接が終了した箇所を着色する等してパターン表示し、また前記電流値が予め設定した上限値と下限値との間にあるか否かを判断することで溶接の合否判定を行い、不合格と判断されたときは、再度この溶接箇所の直近にスタッド棒を溶接し、そのときの波形チャート図及びパターン表示には前回の不合格である溶接箇所と同じ識別記号を表示し、全ての溶接作業が終了したときに予定する溶接箇所の数と、前記波形チャート図の数及びパターン表示部の着色等の表示数が一致しているか否かを判断し、一致していないときは溶接箇所の逸脱であると判断するようにしたことを特徴とするスタッド溶接システムの溶接管理方法である。【００１３】  更に、本発明が採用した請求項３の手段は、溶接箇所の逸脱があったときは、逸脱箇所を特定し、当該特定した箇所の以降の波形チャート図及びパターン表示部の識別記号の順番を順次繰り下げるようにした請求項２に記載のスタッド溶接システムの溶接管理方法である。
【発明の効果】
【００１４】  請求項１の発明のスタッド溶接システムにあっては、溶接機本体からスタッドガンへ流れる電流値を、電流値記録計で記録するようにしている。そして、この電流値記録計で記録される溶接時の電流値を品質判定ＰＣへ取り込み、処理するようにしている。
品質判定ＰＣは、波形チャート作成部と、合否判定部と、溶接終了結果のパターン表示部とを備えている。波形チャート作成部は、一箇所の溶接作業ごとに溶接順番を識別するための識別記号を付して電流値の波形チャート図を作成する。これにより、溶接作業の終了後にアーク電流値の波形チャート図を作成する作業が不要となり、著しい工期の短縮及び省力化が得られる。【００１５】  合否判定部は、溶接電流値が予め設定した上限値と下限値との間にあるか否かを判断することで溶接結果の合否の判定を行っている。上限値と下限値との間にあるときは合格（ＯＫ）であり、上限値を超えたとき及び下限値に満たないときは不合格（ＮＧ）である。上限値を超えた電流が流れたときは、スタッド棒と母材とが接触して短絡電流が流れ、既に説明した溶接不良が発生するからである。また溶接時のアーク電流値が下限値に満たないときは、スタッド棒と母材とが十分に溶融せず、この場合もスタッド棒が母材に対して融合しないからである。【００１６】  溶接終了結果のパターン表示部は、予定する溶接箇所を区分けしてパターン化し、一回の溶接電流の通電が終了するごとに区分けした部分を着色する等して表示するようにしている。従って、溶接作業の品質管理者は、品質判定ＰＣの画面に表示されるパターン表示部を見ながら溶接作業の進捗状況を監視することが可能である。【００１７】請求項２の発明の溶接管理方法にあっては、基本的に前記請求項１の発明のスタッド溶接システムにより、溶接結果の合否判定及びパターン表示を行っている。そして、溶接結果が不合格と判断されたときは、再度この溶接箇所の直近にスタッド棒を溶接し、そのときの波形チャート図及びパターン表示には前回の不合格である溶接箇所と同じ識別記号を表示するようにしている。要するに、不合格箇所の近傍に新にスタッド棒を溶接するようにしている。
また全ての溶接作業が終了したときは、予定する溶接箇所の数と、前記波形チャート図の数及びパターン表示部の着色等の表示数が一致しているか否かを判断し、一致していないときは溶接箇所の逸脱であると判断するようにしている。このように品質管理者は、現場からの溶接作業の終了信号と、品質判定ＰＣ画面上の波形チャート図の数及びパターン表示部の着色等の表示数とをチェックするだけで溶接作業の逸脱を判別することができ、著しい作業の簡略化が図れる。【００１８】  更に、請求項３の発明の溶接管理方法にあっては、請求項２の発明において、溶接作業の逸脱が発見されたときは、作業現場へ指示し、逸脱箇所を特定する。そして、当該特定した箇所の以降の波形チャート図及びパターン表示部の識別記号の順番を順次繰り下げるようにしている。これらの繰り下げ作業は、品質判定ＰＣ上で逸脱箇所の次の識別記号の順番を変更することで、以降の識別記号は自動的に繰り下げられ、ワンタッチ操作で行うことが可能である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】  以下に、本発明の構成を図面に示す発明の実施の形態に基づいて説明すると次の通りである。図１は本発明の一実施の形態に係るスタッド溶接システムの全体構成を示すシステム構成図、図２は品質判定ＰＣ１における各部の信号処理の手順を示すブロック図、図３は溶接時のアーク電流値の波形チャート図、図４は溶接作業の進捗状況をリアルタイムで表示するパターン表示部の画面例、図５は溶接作業の流れを示すフローチャート図である。【００２０】  図１に示す如く、この実施の形態のスタッド溶接システムは、単相２００Ｖの交流電源２を電源装置３で数千アンペアの直流に変換し、溶接機４へ供給している。溶接機４ではアース端子５を母材へ接続し、スタッドガン６へプラス電流を通電するようにしている。スタッドガン６ではその先端にスタッド棒（図示せず）を取り付け、これを母材へ押し付けて電圧を印加し、溶接機４からスタッドガン６及びスタッド棒を通じて母材へ電流を通電し、アース端子５から溶接機４へ流れる直流回路を形成するようにしている。そして、一旦、母材側へ押し付けたスタッド棒を引き上げ、スタッド棒の先端と母材との間にアークを発生させ、このアークによりスタッド棒と母材の双方の金属を溶融させ、この溶融状態においてスタッド棒を母材側へ押し付けることで溶融金属を凝固させ、スタッド棒を母材へ溶接するようにしている。【００２１】  図１において、溶接機４からスタッドガン６へ通電される電流値は電流値記録計７へ記録されると共に、この電流値記録計７から品質判定ＰＣ１へも送られる。電流値記録計７は、電流値をビジグラフとして記録するものであり、同時に予め設定した電流値の上限値と下限値とをグラフに表示するようにしている。上限値と下限値の設定は、スタッド棒の大きさや母材の種類などにより異なり、これまでに行なわれた溶接作業の記録を統計的に分析した結果から得られるものである。【００２２】  図２は、品質判定ＰＣ１の信号処理回路を示すブロックである。同図に示すように、品質判定ＰＣ１は、溶接電流値が予め設定した上限値と下限値との間にあるか否かを判断することで溶接結果の合否の判定を行う合否判定部８と、一箇所の溶接作業ごとに溶接順番を識別するための識別記号を付して電流値の波形チャート図を作成する波形チャート作成部９と、予定する溶接箇所を区分けしてパターン化し、一回の溶接電流の通電が終了するごとに区分けした部分を着色する等して表示するパターン表示部１０と、溶接作業の逸脱の有無を判断し、逸脱があったときは後述する現場の溶接作業部１２からの逸脱箇所の特定信号を受信し、溶接作業部１２に対して逸脱箇所へスタッド棒の溶接作業を指示する品質管理部１１を有している。【００２３】  合否判定部８は、溶接時のアーク電流値が予め設定した上限値と下限値との間にあるときは合格（ＯＫ）と判断し、上限値を超えたとき及び下限値に満たないときは不合格（ＮＧ）と判断する。上限値を超えた電流が流れたときは、スタッド棒と母材とが接触して短絡電流が流れたからであり、母材とスタッド棒との溶融部の外周部が冷却されてその表面に凝固域が生成され、スタッド棒が母材に対して融合せず、接合部に亀裂が発生することになるからである。ま��溶接時のアーク電流値が下限値に満たないときは、スタッド棒と母材とが十分に溶融せず、この場合もスタッド棒が母材に対して融合しないからである。【００２４】  波形チャート作成部９は、一箇所の溶接作業ごとに溶接順番を識別するための識別記号を付して電流値の波形チャート図を作成する。図３はその波形チャートを示すものであり予め設定した溶接電流値の上限値と下限値とを表示したグラフの中に、溶接開始時点から溶接終了時点までの溶接時のアーク電流値の変化を記録すると共に、溶接の開始時点から終了時点までの溶接電流の通電時間とを記録している。溶接作業時においては、品質判定ＰＣ１の画面上にこれらの溶接箇所識別番号と、波形と、上限値及び下限値と、通電時間とがリアルタイムで表示されるため、品質管理者はこの画面を見ながら溶接作業の進捗状況及び合否の判断データを目視で確認することが可能である。また当然にこれらのデータは、当該ＰＣのハードディスク及びＣＤやＤＶＤ等の媒体に保存しておくことができ、プリントアウトすることも可能である。そのため、溶接作業の終了後にアーク電流値の波形チャート図を作成する作業が不要となり、著しい工期の短縮及び省力化が得られる。【００２５】  溶接終了結果のパターン表示部１０は、図４の画面例に示すように、予定する溶接箇所を区分けしてパターン化し、一回の溶接電流の通電が終了するごとに区分けした部分を着色する等して表示するようにしている。パターン表示部１０の画面例では、溶接終了箇所の色表示の他に工事名や作業箇所の識別番号（杭番号  １−１−１）の何番という表示、鋼管杭の周囲に溶接するスタッド棒の数番なども併せて同時に表示するようにしている。
また品質判定ＰＣ１の画面では、図３に示す波形チャート図と、図４に示すパターン表示とを画面を二分割する等して同時に表示することが可能である。【００２６】  次に、このように構成されたスタッド溶接システムの動作態様を説明する。溶接作業が開始されると、スタッドガン６の先端にセットされたスタッド棒に数千アンペアを超える大電流が流れる。電流値記録計７では、この溶接電流値をビジグラフとして記録し、同時に品質判定ＰＣ１へ出力する。品質判定ＰＣ１では、合否判定部８において、入力された電流値が予め設定した上限値と下限値の範囲内にあるか否かによって、合否の判定を行ない、上限値と下限値の範囲外のときは、不合格（ＮＧ）であると判定し、波形チャート部９と、パターン表示部１０と、現場の溶接作業部１２に再溶接の信号を出力する。この実施の形態にあっては、図３に示すように、１１番目のスタッド棒の溶接作業において、アーク電流値が下限値を下回っており、溶接不十分の不合格となっている例を示している。【００２７】  波形チャート作成部９では、図３の１１番の波形チャート図に、ＮＧであることも同時に記録し、次の溶接箇所も同じ溶接箇所の再溶接であるため、同じ１１番の番号を記録するようにしている。パターン表示部１０では、１０番までのスタッド棒については溶接作業が完了したことを表す着色表示を行い、１１番のスタッド棒については再溶接の指示がなされたので、点滅表示するか又は違う色で溶接作業中であることを表示する。そして、１１番のスタッド棒の再溶接作業が合格となったときには、溶接完了を示す着色表示をするようになっている。溶接作業部１２では、１１番のスタッド棒について再溶接の指示が音声信号等によりなされるので、現場作業員は不合格となったスタッド棒の近傍に別のスタッド棒を新に溶接する。【００２８】  なお、水中でのスタッド溶接の場合も上述した同じ要領で作業を行なえば良いが、水面付近での作業が行なわれるときには、波の影響を受けて溶接作業員が体ごと流されることがあり、スタッド棒を溶融金属に対して押し付けて凝固させている溶接終了間際にスタッド棒が傾斜するようなこともある。このようなアクシデントが発生したときには、既に溶接電流の通電は終了しているので、合否判定部８による判定だけでは不十分である。このようなアクシデントの場合は、図５のフローチャートに示すように、個別のチェック工程を必要とし、現場作業員によるハンマー打撃確認を行う。ハンマー打撃確認は、打撃によりスタッド棒が脱落しなしこと、異音がしないことを確認して合格としている。【００２９】  このようにして順次溶接作業を進めていけばよい。品質管理者は、品質判定ＰＣの画面を見ながら溶接時のアーク電流値が上限値と下限値との間の適切な範囲内にあるか否かを目視により監視するだけである。また現場の作業員は、溶接後の品質判定について各スタッド棒ごとに引っ張り試験や屈曲強度試験を行なう必要がなく、作業員の負担を著しく軽減することが可能である。【００３０】  そして、全ての溶接作業が終了したときは、溶接作業部１２である現場の作業員から溶接作業終了の信号が品質管理部１１へ伝達される。一方、波形チャート作成部９は、計画した溶接作業数��実際に電流値記録計７から入力された電流値信号の数とを比較し、一致しているときは、品質管理部１１へ終了信号を出力する。これは、パターン表示部１０の場合も同じである。品質管理部１１は、溶接作業部１２と、波形チャート作成部９と、パターン表示部１０の三部門から溶接作業終了の信号が得られたときには、溶接箇所の逸脱はないものと判断し、計画した溶接作業の全てを完了とする。上記三部門からの溶接作業終了信号が一致しないときは、溶接予定箇所のどこかにスタッド棒の溶接をしなかった箇所があることになる。この場合は、品質管理部門１１は、溶接作業部１２へ逸脱箇所を特定するめの確認作業を行なうように指示する確認信号を出力する。溶接作業部１２では、溶接した箇所を点検し、逸脱箇所を発見して特定する。また逸脱箇所にスタッド棒の溶接作業を実施する。【００３１】  波形チャート作成部９では、最後に行なった逸脱箇所の波形チャートはビジグラフの最後に記録されることになる。一方、この逸脱箇所の以降の溶接箇所を特定する識別記号は一つ順番が繰り上がって記録されていることになる。品質管理部１１は逸脱箇所が特定されると逸脱箇所の以降の溶接箇所について順次番号を繰り下げ修正する信号を出力する。この信号を受け、波形チャート作成部９は逸脱箇所の次の溶接箇所の番号を訂正する。これは手動で行なうことも可能である。この訂正により、順次それ以降の番号は自動的に繰り下げ修正される。
この逸脱箇所についての修正は、パターン表示部１０においても行われる。パターン表示部１０では、逸脱箇所の区域に一つ番号を挿入することで、以降のパターン表示部の番号が順次、繰り下がり、全てのパターン表示区域の着色表示が満たされることになる。【００３２】  ところで、品質判定ＰＣ１においては、波形チャート作成部８で作成した図３に示す波形チャート図と、図４に示すパターン表示画面のデータとは、ＰＣ内のハードディスクにメモリーして保存できるばかりでなく、ＣＤやＤＶＤ等の記憶媒体へ記録保存することも可能であり、当然にプリントアウトすることも可能である。工事の発注人である官庁や土木事業者等によっては、アーク電流値の波形チャートであるビジグラフの提出を要求することが多く、このような場合に特別な照合、編集、整理、記録をする一連の作業を省略することができ、著しい工期の短縮と省力化、作業員の負担の軽減が可能である。
また品質判定ＰＣ１における合否判定の手順、波形チャート作成の手順、パターン表示の作成手順、品質管理の手順などは、一つのソフトウェアによってもよく、また個別のソフトウェアで処理し、これらを別のソフトウェアで制御するようにしてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】本発明の一実施の形態に係るスタッド溶接システムの全体構成を示すシステム構成図である。
【図２】本発明の一実施の形態に係る品質判定ＰＣにおける各部の信号処理の手順を示すブロック図である。
【図３】本発明の一実施の形態に係る溶接時のアーク電流値の波形チャート図である。
【図４】本発明の一実施の形態に係る溶接作業の進捗状況をリアルタイムで表示するパターン表示部の画面例を示す図面である。
【図５】本発明の一実施の形態に係る溶接作業の流れを示すフローチャート図である。
【図６】従来の鋼矢板の防食・補強・補修工事の例を示す斜視図である。
【図７】図（Ａ）〜図（Ｃ）は、従来の鋼管杭の防食・補強・補修の工程順を示す正面図である。
【符号の説明】
【００３４】１…品質判定ＰＣ、２…電源、３…電源装置、４…溶接機、５…アース端子、６…スタッドガン、７…電流値記録計（ビジコーダ）、８…合否判定部、９…波形チャート作成部、１０…パターン表示部、１１…品質管理部、１２…溶接作業部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【手続補正書】
【提出日】平成21年1月30日(2009.1.30)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
溶接機本体からスタッドガンに溶接電流を通電し、スタッド棒と母材との間にアークを発生させることでスタッド棒と母材とを溶融させ、スタッド棒を母材へ融着させるスタッド溶接において、溶接機本体からスタッドガンへ流れる電流値を計測して記録する電流値記録計と、該電流値記録計の電流値のデータを入力して処理する品質判定ＰＣとより成り、該品質判定ＰＣは、一箇所の溶接作業ごとに順番を表示する識別記号を付して電流値の波形チャート図を作成する波形チャート作成部と、溶接電流値が予め設定した上限値と下限値との間にあるか否かを判断することで溶接結果の合否の判定を行い、不合格のときは溶接作業部へ再溶接を指示すると共に不合格となった波形チャートに付された識別記号と同じ識別記号を付して再溶接の電流値波形チャートを記録するように波形チャート作成部へ指示する合否判定部と、予定する溶接箇所を区分けしてパターン化し、合格した溶接電流の通電が終了するごとに区分けした部分を着色する等して表示するパターン表示部と、溶接作業の逸脱の有無を判断して逸脱があったときは溶接作業部からの逸脱箇所の特定信号を受信し、溶接作業部に対して逸脱箇所へスタッド棒の溶接作業を指示する品質管理部とを備えていることを特徴とするスタッド溶接システム。
【請求項２】
溶接機本体からスタッドガンに溶接電流を通電し、スタッド棒と母材との間にアークを発生させることでスタッド棒と母材とを溶融させ、スタッド棒を母材へ融着させるスタッド溶接において、溶接機本体からスタッドガンへ流れる電流値を記録してこれに一箇所の溶接作業ごとに溶接順番を識別するための識別記号を付して電流値波形チャート図を作成すると共に、溶接箇所ごとに区分けして溶接が終了した箇所を着色するようにしてパターン表示し、また前記電流値が予め設定した上限値と下限値との間にあるか否かを判断することで溶接の合否判定を行い、不合格と判断されたときは、溶接作業部では再度この溶接箇所の直近にスタッド棒を溶接すると共に、波形チャート図には前回の不合格である溶接箇所と同じ溶接順番の識別記号を付して電流値波形チャート図を新たに作成表示し、パターン表示部では不合格の間は点滅表示するか又は合格とは異なる色で表示し、合格になったときに不合格とは異なる着色の表示をし、品質管理部は溶接作業部からの全ての溶接作業が終了した信号を受信して計画した溶接箇所の数と、波形チャート作成部へ入力された合格した電流値信号の数と、パターン表示部の着色の表示数が一致しているか否かを判断し、一致していないときは溶接箇所の逸脱であると判断するようにしたことを特徴とするスタッド溶接システムの溶接管理方法。
【請求項３】
溶接箇所の逸脱があったときは、品質管理部は溶接作業部からの逸脱箇所を特定する信号を受信し、当該特定した箇所の以降の波形チャート図の識別記号の番号を一つ増やして順番を順次繰り下げるようにすると共に、波形チャート図の最も最後の方に逸脱箇所の波形チャート図を作成して逸脱箇所の順番を示す識別記号を付し、パターン表示部では逸脱箇所の区域に一つ番号を挿入することで、以降のパターン表示部の番号を順次繰り下げるようにし、全てのパターン表示区域の着色表示が満たされるようにした請求項２に記載のスタッド溶接システムの溶接管理方法。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、スタッド溶接の電流値波形チャート図を自動的に作成すると共に、電流値から溶接結果の合否判定を行い、また溶接箇所をパターン化して表示し、溶接箇所の逸脱があればこれを容易に判明できるようにした技術に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
通常、スタッド溶接は、母材をアースに接続し、スタッドガンの先端にスタッド棒を連接して母材へ圧接した後、溶接機からスタッドガン及びスタッド棒を通じて母材へ直流電流を通電し、然る後にスタッド棒を母材からアーク長だけ引き上げることで、母材とスタッド棒との間でアークを発生させている。そして、スタッド溶接は、このアークにより母材とスタッド棒の双方の金属を溶融させ、この溶融状態において、最後にスタッド棒を母材へ加圧して通電を遮断することにより、溶融金属部を凝固させ、スタッド棒を母材へ溶接するものである。
ところで、このようなスタッド溶接では、溶接がある一定以上の強度を保つべく正常に行なわれたか否かの判定を行なうのが外観検査のみでは難しく、溶接後の検査工程で溶着部の引っ張り試験及び屈曲強度試験を実施して溶着性の良否を判定していた。
【０００３】
このような溶接の合否判定では、例えば図６や図７に示すような数千本から数万本を単位とする多数のスタッド棒を溶接する作業になると、試験検査の工程数も膨大なものとなり、工期が大幅に遅れる原因となったり、また作業員の負担が厳しくなるという問題があった。これらの図６及び図７に示す溶接作業は、港湾・河川における鋼矢板や鋼管杭などの鋼構造物の腐食に対して防食・補強・補修を目的として行われるものであり、かなりの需要があるため大きな問題であった。
【０００４】
図６の場合は、港湾や河川において打ち込まれた鋼矢板２１に対してスタッド棒(スタッドボルトの場合を含む)２２をスタッド溶接し、これに必要に応じて鉄筋２３を配筋し、型枠２４を用いて鋼矢板２１にコンクリート２５を打設し、コンクリート２５の硬化後に型枠２４を取り除くか又は保護カバーとしてそのまま使用し、鋼矢板２１を防食・補修・補強するようにしている。スタッド棒２２がないと、地震などで鋼矢板２１に振動が加わるとコンクリート２５が脱落し、防食・補修・補強の目的が早期に失われてしまうからである。また図７の図（Ａ）〜図（Ｃ）の場合は、港湾や河川において打ち込まれた鋼管杭２６に外周面に対して多数段にスタッド棒(スタッドボルト)２２をスタッド溶接し、これに必要に応じて鉄筋２３を配筋し、型枠２７を用いて鋼管杭２６にコンクリートを打設し、コンクリートの硬化後に型枠２７を取り除くか又は保護カバーとしてそのまま使用し、鋼管杭２６を防食・補修・補強するようにしている。
【０００５】
このようにスタッド棒の溶接作業数が膨大になる港湾や河川における鋼構造物の防食・補修・補強を目的としたスタッド棒の溶接作業にあって、溶着部の引っ張り試験及び屈曲強度試験を実施して溶着性の良否判定を行なっていたのでは、工期の長期化、作業員の負担が著しいため、従来ではこれを解決するために、特許文献１及び特許文献２による判定方法が開発されている。
【０００６】
特許文献１の技術では、アークが発生しているときに、アークによって溶融した母材とスタッド棒とが短絡すると、急激に電流値が一定以上流れることと、電圧値がゼロになることに着目し、溶接電流と溶接電圧とを監視し、電流値が一定値以上のときにＯＮ動作するリレーと、電圧値が一定値以下になったときにＯＮ動作するリレーとを組み合わせ、両リレーがＯＮ動作したときに溶接不良と判定し、ブザーやランプで警報を発するようにしている。
一方、特許文献２では、アークが発生しているときに、アークによって溶融した母材とスタッド棒とが短絡すると、アーク電圧値がゼロになることに加えて、このような短絡状態になると、母材とスタッド棒との溶融部の外周部が冷却されてその表面に凝固域が生成され、このときにスタッド棒を押し込むと前記凝固域ではスタッド棒が母材に対して融合せず、接合部に亀裂が発生することに着目している。そして、この特許文献２では、溶接接合部の融合不良欠陥を検出する手段として、アーク発生中のスタッド棒の軸方向の移動状態を検出し、このスタッド棒の溶融部への押し込みが開始される直前のアーク電圧を検出してその変動をモニタリングし、スタッド棒が押し込まれる直前のアーク電圧がゼロになったときを溶接不良と判断するようにしている。
【特許文献１】特開昭４９−１２７８４０号公報
【特許文献２】特許第２８１５３０１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ところで、最近ではＩＳＯ／ＴＣ４４等のように、品質管理の重要性が認識され、スタッド溶接においても実際の溶接電流値がどのような経過を辿ったかを溶接電流値記録計（ビジコーダなど）で記録し、これを保存しておくことが必要である。
ところが、特許文献１では、アーク電流値が一定以上で、アーク電圧値がゼロになったときを検出して溶接不良と判断する技術が開示されているだけである。また特許文献２では、スタッド棒押し込み直前のアーク電流値を計測してそのときのアーク電流値がゼロになったときは溶接不良であると判断する技術が開示されているだけである。これらの特許文献１及び２のいずれの場合も品質管理を行なう観点からの技術的対策については、開示がなされていなかった。
【０００８】
そのため、これらの特許文献１及び２の技術等において、実際の溶接電流値がどのような経過を辿ったかを記録・保存するためには、それぞれの溶接箇所ごとに溶接電流値記録計で溶接作業中のアーク電流値の変化及び通電時間をロール紙に連続状に記録し、所定数の溶接作業が終了するごとに、ロール紙に記録された電流値の波形チャートを一箇所分ごとに切り取り、これを別の用紙に貼り付けて、溶接箇所・日付・場所、工事名（プロジェクト名）などを記録し、整理する必要があった。このような溶接作業後の記録の照合・整理・保存作業は、溶接作業以上に時間を要し、しかも作業員にとっては単純作業の繰り返しであるため、過酷な負担を強いられるものであった。
【０００９】
また溶接作業が終了した時点で、実際の溶接作業の本数と、計画した溶接作業の本数とを照合し、両者が一致しているときは、溶接作業の逸脱（抜け落ち）がないものと判断し、前記記録の照合・整理・保存作業へ移行するが、一致していないときは、溶接作業の逸脱があったことになる。このような溶接作業の逸脱があったときは、現場の溶接作業員が溶接した箇所の全点検を行い、溶接箇所の逸脱箇所を特定し、当該逸脱箇所にスタッド棒を溶接し直していた。この逸脱箇所の溶接の記録は、ロール紙に連続して記録される関係上、最後に溶接を行なったので、最後に記録されることになり、実際の溶接作業箇所の配列順番とは異なることになっていた。
【００１０】
そのため、照合・整理・保存に際しては、これらの逸脱箇所がロール紙に連続状に記録されている波形チャート図のどの位置に該当するか（本来どの位置に記録されるべきであったか）を、ロール紙の実際の波形チャート図から探し出して特定し、その逸脱箇所以降の配列順番を繰り下げて正しい配列順番の番号に訂正した上で照合・整理・保存を行う必要があった。このロール紙における逸脱箇所の特定も、ロール紙に記録されている波形チャート図には、鋼管杭や鋼矢板の番号と、電流値の波形と、通電時間と、溶接作業順番とが記録されているのみであるため、実際の溶接箇所との紐付けがなされておらず、多くの手間隙を要し、極めて煩雑な作業となり、また人為的ミスも発生し易いという問題もあった。
【００１１】
本発明は従来の前記課題に鑑みてこれを改良除去したものであって、スタッド溶接の電流値波形チャート図を自動的に作成すると共に、電流値から溶接結果の合否判定を行い、また溶接箇所をパターン化して表示し、溶接箇所の逸脱があればこれを容易に判明できるようにした技術を提供せんとするものである。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
而して、前記課題を解決するために本発明が採用した請求項１の手段は、溶接機本体からスタッドガンに溶接電流を通電し、スタッド棒と母材との間にアークを発生させることでスタッド棒と母材とを溶融させ、スタッド棒を母材へ融着させるスタッド溶接において、溶接機本体からスタッドガンへ流れる電流値を計測して記録する電流値記録計と、該電流値記録計の電流値のデータを入力して処理する品質判定ＰＣとより成り、該品質判定ＰＣは、一箇所の溶接作業ごとに順番を表示する識別記号を付して電流値の波形チャート図を作成する波形チャート作成部と、溶接電流値が予め設定した上限値と下限値との間にあるか否かを判断することで溶接結果の合否の判定を行い、不合格のときは溶接作業部へ再溶接を指示すると共に不合格となった波形チャートに付された識別記号と同じ識別記号を付して再溶接の電流値波形チャートを記録するように波形チャート作成部へ指示する合否判定部と、予定する溶接箇所を区分けしてパターン化し、合格した溶接電流の通電が終了するごとに区分けした部分を着色する等して表示するパターン表示部と、溶接作業の逸脱の有無を判断して逸脱があったときは溶接作業部からの逸脱箇所の特定信号を受信し、溶接作業部に対して逸脱箇所へスタッド棒の溶接作業を指示する品質管理部とを備えていることを特徴とするスタッド溶接システムである。
【００１３】
本発明が採用した請求項２の手段は、溶接機本体からスタッドガンに溶接電流を通電し、スタッド棒と母材との間にアークを発生させることでスタッド棒と母材とを溶融させ、スタッド棒を母材へ融着させるスタッド溶接において、溶接機本体からスタッドガンへ流れる電流値を記録してこれに一箇所の溶接作業ごとに溶接順番を識別するための識別記号を付して電流値波形チャート図を作成すると共に、溶接箇所ごとに区分けして溶接が終了した箇所を着色するようにしてパターン表示し、また前記電流値が予め設定した上限値と下限値との間にあるか否かを判断することで溶接の合否判定を行い、不合格と判断されたときは、溶接作業部では再度この溶接箇所の直近にスタッド棒を溶接すると共に、波形チャート図には前回の不合格である溶接箇所と同じ溶接順番の識別記号を付して電流値波形チャート図を新たに作成表示し、パターン表示部では不合格の間は点滅表示するか又は合格とは異なる色で表示し、合格になったときに不合格とは異なる着色の表示をし、品質管理部は溶接作業部からの全ての溶接作業が終了した信号を受信して計画した溶接箇所の数と、波形チャート作成部へ入力された合格した電流値信号の数と、パターン表示部の着色の表示数が一致しているか否かを判断し、一致していないときは溶接箇所の逸脱であると判断するようにしたことを特徴とするスタッド溶接システムの溶接管理方法である。
【００１４】
更に、本発明が採用した請求項３の手段は、溶接箇所の逸脱があったときは、品質管理部は溶接作業部からの逸脱箇所を特定する信号を受信し、当該特定した箇所の以降の波形チャート図の識別記号の番号を一つ増やして順番を順次繰り下げるようにすると共に、波形チャート図の最も最後の方に逸脱箇所の波形チャート図を作成して逸脱箇所の順番を示す識別記号を付し、パターン表示部では逸脱箇所の区域に一つ番号を挿入することで、以降のパターン表示部の番号を順次繰り下げるようにし、全てのパターン表示区域の着色表示が満たされるようにした請求項２に記載のスタッド溶接システムの溶接管理方法である。
【発明の効果】
【００１５】
請求項１の発明のスタッド溶接システムにあっては、溶接機本体からスタッドガンへ流れる電流値を、電流値記録計で記録するようにしている。そして、この電流値記録計で記録される溶接時の電流値を品質判定ＰＣへ取り込み、処理するようにしている。
品質判定ＰＣは、波形チャート作成部と、合否判定部と、溶接終了結果のパターン表示部とを備えている。波形チャート作成部は、一箇所の溶接作業ごとに溶接順番を識別するための識別記号を付して電流値の波形チャート図を作成する。これにより、溶接作業の終了後にアーク電流値の波形チャート図を作成する作業が不要となり、著しい工期の短縮及び省力化が得られる。
【００１６】
合否判定部は、溶接電流値が予め設定した上限値と下限値との間にあるか否かを判断することで溶接結果の合否の判定を行っている。上限値と下限値との間にあるときは合格（ＯＫ）であり、上限値を超えたとき及び下限値に満たないときは不合格（ＮＧ）である。上限値を超えた電流が流れたときは、スタッド棒と母材とが接触して短絡電流が流れ、既に説明した溶接不良が発生するからである。また溶接時のアーク電流値が下限値に満たないときは、スタッド棒と母材とが十分に溶融せず、この場合もスタッド棒が母材に対して融合しないからである。
【００１７】
溶接終了結果のパターン表示部は、予定する溶接箇所を区分けしてパターン化し、一回の溶接電流の通電が終了するごとに区分けした部分を着色する等して表示するようにしている。従って、溶接作業の品質管理者は、品質判定ＰＣの画面に表示されるパターン表示部を見ながら溶接作業の進捗状況を監視することが可能である。
【００１８】
請求項２の発明の溶接管理方法にあっては、基本的に前記請求項１の発明のスタッド溶接システムにより、溶接結果の合否判定及びパターン表示を行っている。そして、溶接結果が不合格と判断されたときは、再度この溶接箇所の直近にスタッド棒を溶接し、そのときの波形チャート図及びパターン表示には前回の不合格である溶接箇所と同じ識別記号を表示するようにしている。要するに、不合格箇所の近傍に新にスタッド棒を溶接するようにしている。
また全ての溶接作業が終了したときは、予定する溶接箇所の数と、前記波形チャート図の数及びパターン表示部の着色等の表示数が一致しているか否かを判断し、一致していないときは溶接箇所の逸脱であると判断するようにしている。このように品質管理者は、現場からの溶接作業の終了信号と、品質判定ＰＣ画面上の波形チャート図の数及びパターン表示部の着色等の表示数とをチェックするだけで溶接作業の逸脱を判別することができ、著しい作業の簡略化が図れる。
【００１９】
更に、請求項３の発明の溶接管理方法にあっては、請求項２の発明において、溶接作業の逸脱が発見されたときは、作業現場へ指示し、逸脱箇所を特定する。そして、当該特定した箇所の以降の波形チャート図及びパターン表示部の識別記号の順番を順次繰り下げるようにしている。これらの繰り下げ作業は、品質判定ＰＣ上で逸脱箇所の次の識別記号の順番を変更することで、以降の識別記号は自動的に繰り下げられ、ワンタッチ操作で行うことが可能である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
以下に、本発明の構成を図面に示す発明の実施の形態に基づいて説明すると次の通りである。図１は本発明の一実施の形態に係るスタッド溶接システムの全体構成を示すシステム構成図、図２は品質判定ＰＣ１における各部の信号処理の手順を示すブロック図、図３は溶接時のアーク電流値の波形チャート図、図４は溶接作業の進捗状況をリアルタイムで表示するパターン表示部の画面例、図５は溶接作業の流れを示すフローチャート図である。
【００２１】
図１に示す如く、この実施の形態のスタッド溶接システムは、単相２００Ｖの交流電源２を電源装置３で数千アンペアの直流に変換し、溶接機４へ供給している。溶接機４ではアース端子５を母材へ接続し、スタッドガン６へプラス電流を通電するようにしている。スタッドガン６ではその先端にスタッド棒（図示せず）を取り付け、これを母材へ押し付けて電圧を印加し、溶接機４からスタッドガン６及びスタッド棒を通じて母材へ電流を通電し、アース端子５から溶接機４へ流れる直流回路を形成するようにしている。そして、一旦、母材側へ押し付けたスタッド棒を引き上げ、スタッド棒の先端と母材との間にアークを発生させ、このアークによりスタッド棒と母材の双方の金属を溶融させ、この溶融状態においてスタッド棒を母材側へ押し付けることで溶融金属を凝固させ、スタッド棒を母材へ溶接するようにしている。
【００２２】
図１において、溶接機４からスタッドガン６へ通電される電流値は電流値記録計７へ記録されると共に、この電流値記録計７から品質判定ＰＣ１へも送られる。電流値記録計７は、電流値をビジグラフとして記録するものであり、同時に予め設定した電流値の上限値と下限値とをグラフに表示するようにしている。上限値と下限値の設定は、スタッド棒の大きさや母材の種類などにより異なり、これまでに行なわれた溶接作業の記録を統計的に分析した結果から得られるものである。
【００２３】
図２は、品質判定ＰＣ１の信号処理回路を示すブロックである。同図に示すように、品質判定ＰＣ１は、溶接電流値が予め設定した上限値と下限値との間にあるか否かを判断することで溶接結果の合否の判定を行う合否判定部８と、一箇所の溶接作業ごとに溶接順番を識別するための識別記号を付して電流値の波形チャート図を作成する波形チャート作成部９と、予定する溶接箇所を区分けしてパターン化し、一回の溶接電流の通電が終了するごとに区分けした部分を着色する等して表示するパターン表示部１０と、溶接作業の逸脱の有無を判断し、逸脱があったときは後述する現場の溶接作業部１２からの逸脱箇所の特定信号を受信し、溶接作業部１２に対して逸脱箇所へスタッド棒の溶接作業を指示する品質管理部１１を有している。
【００２４】
合否判定部８は、溶接時のアーク電流値が予め設定した上限値と下限値との間にあるときは合格（ＯＫ）と判断し、上限値を超えたとき及び下限値に満たないときは不合格（ＮＧ）と判断する。上限値を超えた電流が流れたときは、スタッド棒と母材とが接触して短絡電流が流れたからであり、母材とスタッド棒との溶融部の外周部が冷却されてその表面に凝固域が生成され、スタッド棒が母材に対して融合せず、接合部に亀裂が発生することになるからである。また溶接時のアーク電流値が下限値に満たないときは、スタッド棒と母材とが十分に溶融せず、この場合もスタッド棒が母材に対して融合しないからである。
【００２５】
波形チャート作成部９は、一箇所の溶接作業ごとに溶接順番を識別するための識別記号を付して電流値の波形チャート図を作成する。図３はその波形チャートを示すものであり、予め設定した溶接電流値の上限値と下限値とを表示したグラフの中に、溶接開始時点から溶接終了時点までの溶接時のアーク電流値の変化を記録すると共に、溶接の開始時点から終了時点までの溶接電流の通電時間とを記録している。溶接作業時においては、品質判定ＰＣ１の画面上にこれらの溶接箇所識別番号と、波形と、上限値及び下限値と、通電時間とがリアルタイムで表示されるため、品質管理者はこの画面を見ながら溶接作業の進捗状況及び合否の判断データを目視で確認することが可能である。また当然にこれらのデータは、当該ＰＣのハードディスク及びＣＤやＤＶＤ等の媒体に保存しておくことができ、プリントアウトすることも可能である。そのため、溶接作業の終了後にアーク電流値の波形チャート図を作成する作業が不要となり、著しい工期の短縮及び省力化が得られる。
【００２６】
溶接終了結果のパターン表示部１０は、図４の画面例に示すように、予定する溶接箇所を区分けしてパターン化し、一回の溶接電流の通電が終了するごとに区分けした部分を着色する等して表示するようにしている。パターン表示部１０の画面例では、溶接終了箇所の色表示の他に工事名や作業箇所の識別番号（杭番号  １−１−１）の何番という表示、鋼管杭の周囲に溶接するスタッド棒の数番なども併せて同時に表示するようにしている。
また品質判定ＰＣ１の画面では、図３に示す波形チャート図と、図４に示すパターン表示とを画面を二分割する等して同時に表示することが可能である。
【００２７】
次に、このように構成されたスタッド溶接システムの動作態様を説明する。溶接作業が開始されると、スタッドガン６の先端にセットされたスタッド棒に数千アンペアを超える大電流が流れる。電流値記録計７では、この溶接電流値をビジグラフとして記録し、同時に品質判定ＰＣ１へ出力する。品質判定ＰＣ１では、合否判定部８において、入力された電流値が予め設定した上限値と下限値の範囲内にあるか否かによって、合否の判定を行ない、上限値と下限値の範囲外のときは、不合格（ＮＧ）であると判定し、波形チャート部９と、パターン表示部１０と、現場の溶接作業部１２に再溶接の信号を出力する。この実施の形態にあっては、図３に示すように、１１番目のスタッド棒の溶接作業において、アーク電流値が下限値を下回っており、溶接不十分の不合格となっている例を示している。
【００２８】
波形チャート作成部９では、図３の１１番の波形チャート図に、ＮＧであることも同時に記録し、次の溶接箇所も同じ溶接箇所の再溶接であるため、同じ１１番の番号を記録するようにしている。パターン表示部１０では、１０番までのスタッド棒については溶接作業が完了したことを表す着色表示を行い、１１番のスタッド棒については再溶接の指示がなされたので、点滅表示するか又は違う色で溶接作業中であることを表示する。そして、１１番のスタッド棒の再溶接作業が合格となったときには、溶接完了を示す着色表示をするようになっている。溶接作業部１２では、１１番のスタッド棒について再溶接の指示が音声信号等によりなされるので、現場作業員は不合格となったスタッド棒の近傍に別のスタッド棒を新に溶接する。
【００２９】
なお、水中でのスタッド溶接の場合も上述した同じ要領で作業を行なえば良いが、水面付近での作業が行なわれるときには、波の影響を受けて溶接作業員が体ごと流されることがあり、スタッド棒を溶融金属に対して押し付けて凝固させている溶接終了間際にスタッド棒が傾斜するようなこともある。このようなアクシデントが発生したときには、既に溶接電流の通電は終了しているので、合否判定部８による判定だけでは不十分である。このようなアクシデントの場合は、図５のフローチャートに示すように、個別のチェック工程を必要とし、現場作業員によるハンマー打撃確認を行う。ハンマー打撃確認は、打撃によりスタッド棒が脱落しなしこと、異音がしないことを確認して合格としている。
【００３０】
このようにして順次溶接作業を進めていけばよい。品質管理者は、品質判定ＰＣの画面を見ながら溶接時のアーク電流値が上限値と下限値との間の適切な範囲内にあるか否かを目視により監視するだけである。また現場の作業員は、溶接後の品質判定について各スタッド棒ごとに引っ張り試験や屈曲強度試験を行なう必要がなく、作業員の負担を著しく軽減することが可能である。
【００３１】
そして、全ての溶接作業が終了したときは、溶接作業部１２である現場の作業員から溶接作業終了の信号が品質管理部１１へ伝達される。一方、波形チャート作成部９は、計画した溶接作業数と実際に電流値記録計７から入力された合格した電流値信号の数とを比較し、一致しているときは、品質管理部１１へ終了信号を出力する。これは、パターン表示部１０の場合も同じである。品質管理部１１は、溶接作業部１２と、波形チャート作成部９と、パターン表示部１０の三部門から溶接作業終了の信号が得られたときには、溶接箇所の逸脱はないものと判断し、計画した溶接作業の全てを完了とする。上記三部門からの溶接作業終了信号が一致しないときは、溶接予定箇所のどこかにスタッド棒の溶接をしなかった箇所があることになる。この場合は、品質管理部門１１は、溶接作業部１２へ逸脱箇所を特定するめの確認作業を行なうように指示する確認信号を出力する。溶接作業部１２では、溶接した箇所を点検し、逸脱箇所を発見して特定する。また逸脱箇所にスタッド棒の溶接作業を実施する。
【００３２】
波形チャート作成部９では、最後に行なった逸脱箇所の波形チャートはビジグラフの最後に記録されることになる。一方、この逸脱箇所の以降の溶接箇所を特定する識別記号は一つ順番が繰り上がって記録されていることになる。品質管理部１１は逸脱箇所が特定されると逸脱箇所の以降の溶接箇所について順次番号を繰り下げ修正する信号を出力する。この信号を受け、波形チャート作成部９は逸脱箇所の次の溶接箇所の番号を訂正する。これは手動で行なうことも可能である。この訂正により、順次それ以降の番号は自動的に繰り下げ修正される。
この逸脱箇所についての修正は、パターン表示部１０においても行われる。パターン表示部１０では、逸脱箇所の区域に一つ番号を挿入することで、以降のパターン表示部の番号が順次、繰り下がり、全てのパターン表示区域の着色表示が満たされることになる。
【００３３】
ところで、品質判定ＰＣ１においては、波形チャート作成部８で作成した図３に示す波形チャート図と、図４に示すパターン表示画面のデータとは、ＰＣ内のハードディスクにメモリーして保存できるばかりでなく、ＣＤやＤＶＤ等の記憶媒体へ記録保存することも可能であり、当然にプリントアウトすることも可能である。工事の発注人である官庁や土木事業者等によっては、アーク電流値の波形チャートであるビジグラフの提出を要求することが多く、このような場合に特別な照合、編集、整理、記録をする一連の作業を省略することができ、著しい工期の短縮と省力化、作業員の負担の軽減が可能である。
また品質判定ＰＣ１における合否判定の手順、波形チャート作成の手順、パターン表示の作成手順、品質管理の手順などは、一つのソフトウェアによってもよく、また個別のソフトウェアで処理し、これらを別のソフトウェアで制御するようにしてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】本発明の一実施の形態に係るスタッド溶接システムの全体構成を示すシステム構成図である。
【図２】本発明の一実施の形態に係る品質判定ＰＣにおける各部の信号処理の手順を示すブロック図である。
【図３】本発明の一実施の形態に係る溶接時のアーク電流値の波形チャート図である。
【図４】本発明の一実施の形態に係る溶接作業の進捗状況をリアルタイムで表示するパターン表示部の画面例を示す図面である。
【図５】本発明の一実施の形態に係る溶接作業の流れを示すフローチャート図である。
【図６】従来の鋼矢板の防食・補強・補修工事の例を示す斜視図である。
【図７】図（Ａ）〜図（Ｃ）は、従来の鋼管杭の防食・補強・補修の工程順を示す正面図である。
【符号の説明】
【００３５】
１…品質判定ＰＣ、２…電源、３…電源装置、４…溶接機、５…アース端子、６…スタッドガン、７…電流値記録計（ビジコーダ）、８…合否判定部、９…波形チャート作成部、１０…パターン表示部、１１…品質管理部、１２…溶接作業部
【手続補正書】
【提出日】平成21年4月16日(2009.4.16)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
溶接機本体からスタッドガンに溶接電流を通電し、スタッド棒と母材との間にアークを発生させることでスタッド棒と母材とを溶融させ、スタッド棒を母材へ融着させるスタッド溶接において、溶接機本体からスタッドガンへ流れる電流値を計測して記録する電流値記録計と、該電流値記録計の電流値のデータを入力して処理する品質判定ＰＣとより成り、該品質判定ＰＣは、一箇所の溶接作業ごとに順番を識別する識別記号を付して電流値の波形チャート図を作成する波形チャート作成部と、溶接電流値が予め設定した上限値と下限値との間にあるか否かを判断することで溶接結果の合否の判定を行い、不合格のときは溶接作業部へ再溶接を指示すると共に不合格となった波形チャートに付された識別記号と同じ識別記号を付して再溶接の電流値波形チャートを記録するように波形チャート作成部へ指示する合否判定部と、予定する溶接箇所を区分けしてパターン化し、合格した溶接電流の通電が終了するごとに区分けした部分を着色する等して表示するパターン表示部と、溶接作業の逸脱の有無を判断して逸脱があったときは溶接作業部からの逸脱箇所の特定信号を受信し、溶接作業部に対して逸脱箇所へスタッド棒の溶接作業を指示する品質管理部とを備えていることを特徴とするスタッド溶接システム。
【請求項２】
溶接機本体からスタッドガンに溶接電流を通電し、スタッド棒と母材との間にアークを発生させることでスタッド棒と母材とを溶融させ、スタッド棒を母材へ融着させるスタッド溶接において、溶接機本体からスタッドガンへ流れる電流値を記録してこれに一箇所の溶接作業ごとに溶接順番を識別するための識別記号を付して電流値波形チャート図を作成すると共に、溶接箇所ごとに区分けして溶接が終了した箇所を着色するようにしてパターン表示し、また前記電流値が予め設定した上限値と下限値との間にあるか否かを判断することで溶接の合否判定を行い、不合格と判断されたときは、溶接作業部では再溶接指示により不合格となったスタッド棒の近傍に別のスタッド棒を新たに溶接すると共に、波形チャート図には前回の不合格である溶接箇所と同じ溶接順番の識別記号を付して電流値波形チャート図を新たに作成表示し、パターン表示部では不合格の間は点滅表示するか又は合格とは異なる色で表示し、合格になったときに溶接完了を示す着色の表示をし、全ての溶接作業が終了するに際し、波形チャート作成部は計画した溶接箇所の数と波形チャート作成部へ入力された合格した電流値信号の数とを比較して一致しているときは品質管理部へ終了信号を出力し、パターン表示部は計画した溶接箇所の数と溶接完了を示す着色の表示数とを比較して一致しているときは品質管理部へ終了信号を出力し、溶接作業部は全ての溶接作業が終了したときは品質管理部へ溶接作業終了の信号を伝達し、品質管理部は波形チャート作成部とパターン表示部と溶接作業部の三部門からの溶接作業終了信号を受信してこれらの終了信号が一致しているか否かを判断し、一致していないときは溶接箇所の逸脱であると判断するようにしたことを特徴とするスタッド溶接システムの溶接管理方法。
【請求項３】
溶接箇所の逸脱があったときは、品質管理部は溶接作業部からの逸脱箇所を特定する信号を受信し、当該特定した箇所の以降の波形チャート図の識別記号の番号を一つ増やして順番を順次繰り下げるようにすると共に、波形チャート図の最も最後の方に逸脱箇所の波形チャート図を作成して逸脱箇所の順番を示す識別記号を付し、パターン表示部では逸脱箇所の区域に一つ番号を挿入することで、以降のパターン表示部の番号を順次繰り下げるようにし、全てのパターン表示区域の着色表示が満たされるようにした請求項２に記載のスタッド溶接システムの溶接管理方法。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、スタッド溶接の電流値波形チャート図を自動的に作成すると共に、電流値から溶接結果の合否判定を行い、また溶接箇所をパターン化して表示し、溶接箇所の逸脱があればこれを容易に判明できるようにした技術に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
通常、スタッド溶接は、母材をアースに接続し、スタッドガンの先端にスタッド棒を連接して母材へ圧接した後、溶接機からスタッドガン及びスタッド棒を通じて母材へ直流電流を通電し、然る後にスタッド棒を母材からアーク長だけ引き上げることで、母材とスタッド棒との間でアークを発生させている。そして、スタッド溶接は、このアークにより母材とスタッド棒の双方の金属を溶融させ、この溶融状態において、最後にスタッド棒を母材へ加圧して通電を遮断することにより、溶融金属部を凝固させ、スタッド棒を母材へ溶接するものである。
ところで、このようなスタッド溶接では、溶接がある一定以上の強度を保つべく正常に行なわれたか否かの判定を行なうのが外観検査のみでは難しく、溶接後の検査工程で溶着部の引っ張り試験及び屈曲強度試験を実施して溶着性の良否を判定していた。
【０００３】
このような溶接の合否判定では、例えば図６や図７に示すような数千本から数万本を単位とする多数のスタッド棒を溶接する作業になると、試験検査の工程数も膨大なものとなり、工期が大幅に遅れる原因となったり、また作業員の負担が厳しくなるという問題があった。これらの図６及び図７に示す溶接作業は、港湾・河川における鋼矢板や鋼管杭などの鋼構造物の腐食に対して防食・補強・補修を目的として行われるものであり、かなりの需要があるため大きな問題であった。
【０００４】
図６の場合は、港湾や河川において打ち込まれた鋼矢板２１に対してスタッド棒(スタッドボルトの場合を含む)２２をスタッド溶接し、これに必要に応じて鉄筋２３を配筋し、型枠２４を用いて鋼矢板２１にコンクリート２５を打設し、コンクリート２５の硬化後に型枠２４を取り除くか又は保護カバーとしてそのまま使用し、鋼矢板２１を防食・補修・補強するようにしている。スタッド棒２２がないと、地震などで鋼矢板２１に振動が加わるとコンクリート２５が脱落し、防食・補修・補強の目的が早期に失われてしまうからである。また図７の図（Ａ）〜図（Ｃ）の場合は、港湾や河川において打ち込まれた鋼管杭２６に外周面に対して多数段にスタッド棒(スタッドボルト)２２をスタッド溶接し、これに必要に応じて鉄筋２３を配筋し、型枠２７を用いて鋼管杭２６にコンクリートを打設し、コンクリートの硬化後に型枠２７を取り除くか又は保護カバーとしてそのまま使用し、鋼管杭２６を防食・補修・補強するようにしている。
【０００５】
このようにスタッド棒の溶接作業数が膨大になる港湾や河川における鋼構造物の防食・補修・補強を目的としたスタッド棒の溶接作業にあって、溶着部の引っ張り試験及び屈曲強度試験を実施して溶着性の良否判定を行なっていたのでは、工期の長期化、作業員の負担が著しいため、従来ではこれを解決するために、特許文献１及び特許文献２による判定方法が開発されている。
【０００６】
特許文献１の技術では、アークが発生しているときに、アークによって溶融した母材とスタッド棒とが短絡すると、急激に電流値が一定以上流れることと、電圧値がゼロになることに着目し、溶接電流と溶接電圧とを監視し、電流値が一定値以上のときにＯＮ動作するリレーと、電圧値が一定値以下になったときにＯＮ動作するリレーとを組み合わせ、両リレーがＯＮ動作したときに溶接不良と判定し、ブザーやランプで警報を発するようにしている。
一方、特許文献２では、アークが発生しているときに、アークによって溶融した母材とスタッド棒とが短絡すると、アーク電圧値がゼロになることに加えて、このような短絡状態になると、母材とスタッド棒との溶融部の外周部が冷却されてその表面に凝固域が生成され、このときにスタッド棒を押し込むと前記凝固域ではスタッド棒が母材に対して融合せず、接合部に亀裂が発生することに着目している。そして、この特許文献２では、溶接接合部の融合不良欠陥を検出する手段として、アーク発生中のスタッド棒の軸方向の移動状態を検出し、このスタッド棒の溶融部への押し込みが開始される直前のアーク電圧を検出してその変動をモニタリングし、スタッド棒が押し込まれる直前のアーク電圧がゼロになったときを溶接不良と判断するようにしている。
【特許文献１】特開昭４９−１２７８４０号公報
【特許文献２】特許第２８１５３０１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ところで、最近ではＩＳＯ／ＴＣ４４等のように、品質管理の重要性が認識され、スタッド溶接においても実際の溶接電流値がどのような経過を辿ったかを溶接電流値記録計（ビジコーダなど）で記録し、これを保存しておくことが必要である。
ところが、特許文献１では、アーク電流値が一定以上で、アーク電圧値がゼロになったときを検出して溶接不良と判断する技術が開示されているだけである。また特許文献２では、スタッド棒押し込み直前のアーク電流値を計測してそのときのアーク電流値がゼロになったときは溶接不良であると判断する技術が開示されているだけである。これらの特許文献１及び２のいずれの場合も品質管理を行なう観点からの技術的対策については、開示がなされていなかった。
【０００８】
そのため、これらの特許文献１及び２の技術等において、実際の溶接電流値がどのような経過を辿ったかを記録・保存するためには、それぞれの溶接箇所ごとに溶接電流値記録計で溶接作業中のアーク電流値の変化及び通電時間をロール紙に連続状に記録し、所定数の溶接作業が終了するごとに、ロール紙に記録された電流値の波形チャートを一箇所分ごとに切り取り、これを別の用紙に貼り付けて、溶接箇所・日付・場所、工事名（プロジェクト名）などを記録し、整理する必要があった。このような溶接作業後の記録の照合・整理・保存作業は、溶接作業以上に時間を要し、しかも作業員にとっては単純作業の繰り返しであるため、過酷な負担を強いられるものであった。
【０００９】
また溶接作業が終了した時点で、実際の溶接作業の本数と、計画した溶接作業の本数とを照合し、両者が一致しているときは、溶接作業の逸脱（抜け落ち）がないものと判断し、前記記録の照合・整理・保存作業へ移行するが、一致していないときは、溶接作業の逸脱があったことになる。このような溶接作業の逸脱があったときは、現場の溶接作業員が溶接した箇所の全点検を行い、溶接箇所の逸脱箇所を特定し、当該逸脱箇所にスタッド棒を溶接し直していた。この逸脱箇所の溶接の記録は、ロール紙に連続して記録される関係上、最後に溶接を行なったので、最後に記録されることになり、実際の溶接作業箇所の配列順番とは異なることになっていた。
【００１０】
そのため、照合・整理・保存に際しては、これらの逸脱箇所がロール紙に連続状に記録されている波形チャート図のどの位置に該当するか（本来どの位置に記録されるべきであったか）を、ロール紙の実際の波形チャート図から探し出して特定し、その逸脱箇所以降の配列順番を繰り下げて正しい配列順番の番号に訂正した上で照合・整理・保存を行う必要があった。このロール紙における逸脱箇所の特定も、ロール紙に記録されている波形チャート図には、鋼管杭や鋼矢板の番号と、電流値の波形と、通電時間と、溶接作業順番とが記録されているのみであるため、実際の溶接箇所との紐付けがなされておらず、多くの手間隙を要し、極めて煩雑な作業となり、また人為的ミスも発生し易いという問題もあった。
【００１１】
本発明は従来の前記課題に鑑みてこれを改良除去したものであって、スタッド溶接の電流値波形チャート図を自動的に作成すると共に、電流値から溶接結果の合否判定を行い、また溶接箇所をパターン化して表示し、溶接箇所の逸脱があればこれを容易に判明できるようにした技術を提供せんとするものである。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
而して、前記課題を解決するために本発明が採用した請求項１の手段は、溶接機本体からスタッドガンに溶接電流を通電し、スタッド棒と母材との間にアークを発生させることでスタッド棒と母材とを溶融させ、スタッド棒を母材へ融着させるスタッド溶接において、溶接機本体からスタッドガンへ流れる電流値を計測して記録する電流値記録計と、該電流値記録計の電流値のデータを入力して処理する品質判定ＰＣとより成り、該品質判定ＰＣは、一箇所の溶接作業ごとに順番を識別する識別記号を付して電流値の波形チャート図を作成する波形チャート作成部と、溶接電流値が予め設定した上限値と下限値との間にあるか否かを判断することで溶接結果の合否の判定を行い、不合格のときは溶接作業部へ再溶接を指示すると共に不合格となった波形チャートに付された識別記号と同じ識別記号を付して再溶接の電流値波形チャートを記録するように波形チャート作成部へ指示する合否判定部と、予定する溶接箇所を区分けしてパターン化し、合格した溶接電流の通電が終了するごとに区分けした部分を着色する等して表示するパターン表示部と、溶接作業の逸脱の有無を判断して逸脱があったときは溶接作業部からの逸脱箇所の特定信号を受信し、溶接作業部に対して逸脱箇所へスタッド棒の溶接作業を指示する品質管理部とを備えていることを特徴とするスタッド溶接システムである。
【００１３】
本発明が採用した請求項２の手段は、溶接機本体からスタッドガンに溶接電流を通電し、スタッド棒と母材との間にアークを発生させることでスタッド棒と母材とを溶融させ、スタッド棒を母材へ融着させるスタッド溶接において、溶接機本体からスタッドガンへ流れる電流値を記録してこれに一箇所の溶接作業ごとに溶接順番を識別するための識別記号を付して電流値波形チャート図を作成すると共に、溶接箇所ごとに区分けして溶接が終了した箇所を着色するようにしてパターン表示し、また前記電流値が予め設定した上限値と下限値との間にあるか否かを判断することで溶接の合否判定を行い、不合格と判断されたときは、溶接作業部では再溶接指示により不合格となったスタッド棒の近傍に別のスタッド棒を新たに溶接すると共に、波形チャート図には前回の不合格である溶接箇所と同じ溶接順番の識別記号を付して電流値波形チャート図を新たに作成表示し、パターン表示部では不合格の間は点滅表示するか又は合格とは異なる色で表示し、合格になったときに溶接完了を示す着色の表示をし、全ての溶接作業が終了するに際し、波形チャート作成部は計画した溶接箇所の数と波形チャート作成部へ入力された合格した電流値信号の数とを比較して一致しているときは品質管理部へ終了信号を出力し、パターン表示部は計画した溶接箇所の数と溶接完了を示す着色の表示数とを比較して一致しているときは品質管理部へ終了信号を出力し、溶接作業部は全ての溶接作業が終了したときは品質管理部へ溶接作業終了の信号を伝達し、品質管理部は波形チャート作成部とパターン表示部と溶接作業部の三部門からの溶接作業終了信号を受信してこれらの終了信号が一致しているか否かを判断し、一致していないときは溶接箇所の逸脱であると判断するようにしたことを特徴とするスタッド溶接システムの溶接管理方法である。
【００１４】
更に、本発明が採用した請求項３の手段は、溶接箇所の逸脱があったときは、品質管理部は溶接作業部からの逸脱箇所を特定する信号を受信し、当該特定した箇所の以降の波形チャート図の識別記号の番号を一つ増やして順番を順次繰り下げるようにすると共に、波形チャート図の最も最後の方に逸脱箇所の波形チャート図を作成して逸脱箇所の順番を示す識別記号を付し、パターン表示部では逸脱箇所の区域に一つ番号を挿入することで、以降のパターン表示部の番号を順次繰り下げるようにし、全てのパターン表示区域の着色表示が満たされるようにした請求項２に記載のスタッド溶接システムの溶接管理方法である。
【発明の効果】
【００１５】
請求項１の発明のスタッド溶接システムにあっては、溶接機本体からスタッドガンへ流れる電流値を、電流値記録計で記録するようにしている。そして、この電流値記録計で記録される溶接時の電流値を品質判定ＰＣへ取り込み、処理するようにしている。
品質判定ＰＣは、波形チャート作成部と、合否判定部と、溶接終了結果のパターン表示部とを備えている。波形チャート作成部は、一箇所の溶接作業ごとに溶接順番を識別するための識別記号を付して電流値の波形チャート図を作成する。これにより、溶接作業の終了後にアーク電流値の波形チャート図を作成する作業が不要となり、著しい工期の短縮及び省力化が得られる。
【００１６】
合否判定部は、溶接電流値が予め設定した上限値と下限値との間にあるか否かを判断することで溶接結果の合否の判定を行っている。上限値と下限値との間にあるときは合格（ＯＫ）であり、上限値を超えたとき及び下限値に満たないときは不合格（ＮＧ）である。上限値を超えた電流が流れたときは、スタッド棒と母材とが接触して短絡電流が流れ、既に説明した溶接不良が発生するからである。また溶接時のアーク電流値が下限値に満たないときは、スタッド棒と母材とが十分に溶融せず、この場合もスタッド棒が母材に対して融合しないからである。
【００１７】
溶接終了結果のパターン表示部は、予定する溶接箇所を区分けしてパターン化し、一回の溶接電流の通電が終了するごとに区分けした部分を着色する等して表示するようにしている。従って、溶接作業の品質管理者は、品質判定ＰＣの画面に表示されるパターン表示部を見ながら溶接作業の進捗状況を監視することが可能である。
【００１８】
請求項２の発明の溶接管理方法にあっては、基本的に前記請求項１の発明のスタッド溶接システムにより、溶接結果の合否判定及びパターン表示を行っている。そして、溶接結果が不合格と判断されたときは、再度この溶接箇所の直近にスタッド棒を溶接し、そのときの波形チャート図及びパターン表示には前回の不合格である溶接箇所と同じ識別記号を表示するようにしている。要するに、不合格箇所の近傍に新にスタッド棒を溶接するようにしている。
また全ての溶接作業が終了したときは、予定する溶接箇所の数と、前記波形チャート図の数及びパターン表示部の着色等の表示数が一致しているか否かを判断し、一致していないときは溶接箇所の逸脱であると判断するようにしている。このように品質管理者は、現場からの溶接作業の終了信号と、品質判定ＰＣ画面上の波形チャート図の数及びパターン表示部の着色等の表示数とをチェックするだけで溶接作業の逸脱を判別することができ、著しい作業の簡略化が図れる。
【００１９】
更に、請求項３の発明の溶接管理方法にあっては、請求項２の発明において、溶接作業の逸脱が発見されたときは、作業現場へ指示し、逸脱箇所を特定する。そして、当該特定した箇所の以降の波形チャート図及びパターン表示部の識別記号の順番を順次繰り下げるようにしている。これらの繰り下げ作業は、品質判定ＰＣ上で逸脱箇所の次の識別記号の順番を変更することで、以降の識別記号は自動的に繰り下げられ、ワンタッチ操作で行うことが可能である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
以下に、本発明の構成を図面に示す発明の実施の形態に基づいて説明すると次の通りである。図１は本発明の一実施の形態に係るスタッド溶接システムの全体構成を示すシステム構成図、図２は品質判定ＰＣ１における各部の信号処理の手順を示すブロック図、図３は溶接時のアーク電流値の波形チャート図、図４は溶接作業の進捗状況をリアルタイムで表示するパターン表示部の画面例、図５は溶接作業の流れを示すフローチャート図である。
【００２１】
図１に示す如く、この実施の形態のスタッド溶接システムは、単相２００Ｖの交流電源２を電源装置３で数千アンペアの直流に変換し、溶接機４へ供給している。溶接機４ではアース端子５を母材へ接続し、スタッドガン６へプラス電流を通電するようにしている。スタッドガン６ではその先端にスタッド棒（図示せず）を取り付け、これを母材へ押し付けて電圧を印加し、溶接機４からスタッドガン６及びスタッド棒を通じて母材へ電流を通電し、アース端子５から溶接機４へ流れる直流回路を形成するようにしている。そして、一旦、母材側へ押し付けたスタッド棒を引き上げ、スタッド棒の先端と母材との間にアークを発生させ、このアークによりスタッド棒と母材の双方の金属を溶融させ、この溶融状態においてスタッド棒を母材側へ押し付けることで溶融金属を凝固させ、スタッド棒を母材へ溶接するようにしている。
【００２２】
図１において、溶接機４からスタッドガン６へ通電される電流値は電流値記録計７へ記録されると共に、この電流値記録計７から品質判定ＰＣ１へも送られる。電流値記録計７は、電流値をビジグラフとして記録するものであり、同時に予め設定した電流値の上限値と下限値とをグラフに表示するようにしている。上限値と下限値の設定は、スタッド棒の大きさや母材の種類などにより異なり、これまでに行なわれた溶接作業の記録を統計的に分析した結果から得られるものである。
【００２３】
図２は、品質判定ＰＣ１の信号処理回路を示すブロックである。同図に示すように、品質判定ＰＣ１は、溶接電流値が予め設定した上限値と下限値との間にあるか否かを判断することで溶接結果の合否の判定を行う合否判定部８と、一箇所の溶接作業ごとに溶接順番を識別するための識別記号を付して電流値の波形チャート図を作成する波形チャート作成部９と、予定する溶接箇所を区分けしてパターン化し、一回の溶接電流の通電が終了するごとに区分けした部分を着色する等して表示するパターン表示部１０と、溶接作業の逸脱の有無を判断し、逸脱があったときは後述する現場の溶接作業部１２からの逸脱箇所の特定信号を受信し、溶接作業部１２に対して逸脱箇所へスタッド棒の溶接作業を指示する品質管理部１１を有している。
【００２４】
合否判定部８は、溶接時のアーク電流値が予め設定した上限値と下限値との間にあるときは合格（ＯＫ）と判断し、上限値を超えたとき及び下限値に満たないときは不合格（ＮＧ）と判断する。上限値を超えた電流が流れたときは、スタッド棒と母材とが接触して短絡電流が流れたからであり、母材とスタッド棒との溶融部の外周部が冷却されてその表面に凝固域が生成され、スタッド棒が母材に対して融合せず、接合部に亀裂が発生することになるからである。また溶接時のアーク電流値が下限値に満たないときは、スタッド棒と母材とが十分に溶融せず、この場合もスタッド棒が母材に対して融合しないからである。
【００２５】
波形チャート作成部９は、一箇所の溶接作業ごとに溶接順番を識別するための識別記号を付して電流値の波形チャート図を作成する。図３はその波形チャートを示すものであり、予め設定した溶接電流値の上限値と下限値とを表示したグラフの中に、溶接開始時点から溶接終了時点までの溶接時のアーク電流値の変化を記録すると共に、溶接の開始時点から終了時点までの溶接電流の通電時間とを記録している。溶接作業時においては、品質判定ＰＣ１の画面上にこれらの溶接箇所識別番号と、波形と、上限値及び下限値と、通電時間とがリアルタイムで表示されるため、品質管理者はこの画面を見ながら溶接作業の進捗状況及び合否の判断データを目視で確認することが可能である。また当然にこれらのデータは、当該ＰＣのハードディスク及びＣＤやＤＶＤ等の媒体に保存しておくことができ、プリントアウトすることも可能である。そのため、溶接作業の終了後にアーク電流値の波形チャート図を作成する作業が不要となり、著しい工期の短縮及び省力化が得られる。
【００２６】
溶接終了結果のパターン表示部１０は、図４の画面例に示すように、予定する溶接箇所を区分けしてパターン化し、一回の溶接電流の通電が終了するごとに区分けした部分を着色する等して表示するようにしている。パターン表示部１０の画面例では、溶接終了箇所の色表示の他に工事名や作業箇所の識別番号（杭番号  １−１−１）の何番という表示、鋼管杭の周囲に溶接するスタッド棒の数番なども併せて同時に表示するようにしている。
また品質判定ＰＣ１の画面では、図３に示す波形チャート図と、図４に示すパターン表示とを画面を二分割する等して同時に表示することが可能である。
【００２７】
次に、このように構成されたスタッド溶接システムの動作態様を説明する。溶接作業が開始されると、スタッドガン６の先端にセットされたスタッド棒に数千アンペアを超える大電流が流れる。電流値記録計７では、この溶接電流値をビジグラフとして記録し、同時に品質判定ＰＣ１へ出力する。品質判定ＰＣ１では、合否判定部８において、入力された電流値が予め設定した上限値と下限値の範囲内にあるか否かによって、合否の判定を行ない、上限値と下限値の範囲外のときは、不合格（ＮＧ）であると判定し、波形チャート部９と、パターン表示部１０と、現場の溶接作業部１２に再溶接の信号を出力する。この実施の形態にあっては、図３に示すように、１１番目のスタッド棒の溶接作業において、アーク電流値が下限値を下回っており、溶接不十分の不合格となっている例を示している。
【００２８】
波形チャート作成部９では、図３の１１番の波形チャート図に、ＮＧであることも同時に記録し、次の溶接箇所も同じ溶接箇所の再溶接であるため、同じ１１番の番号を記録するようにしている。パターン表示部１０では、１０番までのスタッド棒については溶接作業が完了したことを表す着色表示を行い、１１番のスタッド棒については再溶接の指示がなされたので、点滅表示するか又は違う色で溶接作業中であることを表示する。そして、１１番のスタッド棒の再溶接作業が合格となったときには、溶接完了を示す着色表示をするようになっている。溶接作業部１２では、１１番のスタッド棒について再溶接の指示が音声信号等によりなされるので、現場作業員は不合格となったスタッド棒の近傍に別のスタッド棒を新に溶接する。
【００２９】
なお、水中でのスタッド溶接の場合も上述した同じ要領で作業を行なえば良いが、水面付近での作業が行なわれるときには、波の影響を受けて溶接作業員が体ごと流されることがあり、スタッド棒を溶融金属に対して押し付けて凝固させている溶接終了間際にスタッド棒が傾斜するようなこともある。このようなアクシデントが発生したときには、既に溶接電流の通電は終了しているので、合否判定部８による判定だけでは不十分である。このようなアクシデントの場合は、図５のフローチャートに示すように、個別のチェック工程を必要とし、現場作業員によるハンマー打撃確認を行う。ハンマー打撃確認は、打撃によりスタッド棒が脱落しなしこと、異音がしないことを確認して合格としている。
【００３０】
このようにして順次溶接作業を進めていけばよい。品質管理者は、品質判定ＰＣの画面を見ながら溶接時のアーク電流値が上限値と下限値との間の適切な範囲内にあるか否かを目視により監視するだけである。また現場の作業員は、溶接後の品質判定について各スタッド棒ごとに引っ張り試験や屈曲強度試験を行なう必要がなく、作業員の負担を著しく軽減することが可能である。
【００３１】
そして、全ての溶接作業が終了したときは、溶接作業部１２の現場の作業員から溶接作業終了の信号が品質管理部１１へ伝達される。一方、波形チャート作成部９は、計画した溶接作業数と実際に電流値記録計７から入力された合格した電流値信号の数とを比較し、一致しているときは、品質管理部１１へ終了信号を出力する。これは、パターン表示部１０の場合も同じである。品質管理部１１は、溶接作業部１２と、波形チャート作成部９と、パターン表示部１０の三部門から溶接作業終了の信号が得られたときには、溶接箇所の逸脱はないものと判断し、計画した溶接作業の全てを完了とする。上記三部門からの溶接作業終了信号が一致しないときは、溶接予定箇所のどこかにスタッド棒の溶接をしなかった箇所があることになる。この場合は、品質管理部門１１は、溶接作業部１２へ逸脱箇所を特定するめの確認作業を行なうように指示する確認信号を出力する。溶接作業部１２では、溶接した箇所を点検し、逸脱箇所を発見して特定する。また逸脱箇所にスタッド棒の溶接作業を実施する。
【００３２】
波形チャート作成部９では、最後に行なった逸脱箇所の波形チャートはビジグラフの最後に記録されることになる。一方、この逸脱箇所の以降の溶接箇所を特定する識別記号は一つ順番が繰り上がって記録されていることになる。品質管理部１１は逸脱箇所が特定されると逸脱箇所の以降の溶接箇所について順次番号を繰り下げ修正する信号を出力する。この信号を受け、波形チャート作成部９は逸脱箇所の次の溶接箇所の番号を訂正する。これは手動で行なうことも可能である。この訂正により、順次それ以降の番号は自動的に繰り下げ修正される。
この逸脱箇所についての修正は、パターン表示部１０においても行われる。パターン表示部１０では、逸脱箇所の区域に一つ番号を挿入することで、以降のパターン表示部の番号が順次、繰り下がり、全てのパターン表示区域の着色表示が満たされることになる。
【００３３】
ところで、品質判定ＰＣ１においては、波形チャート作成部８で作成した図３に示す波形チャート図と、図４に示すパターン表示画面のデータとは、ＰＣ内のハードディスクにメモリーして保存できるばかりでなく、ＣＤやＤＶＤ等の記憶媒体へ記録保存することも可能であり、当然にプリントアウトすることも可能である。工事の発注人である官庁や土木事業者等によっては、アーク電流値の波形チャートであるビジグラフの提出を要求することが多く、このような場合に特別な照合、編集、整理、記録をする一連の作業を省略することができ、著しい工期の短縮と省力化、作業員の負担の軽減が可能である。
また品質判定ＰＣ１における合否判定の手順、波形チャート作成の手順、パターン表示の作成手順、品質管理の手順などは、一つのソフトウェアによってもよく、また個別のソフトウェアで処理し、これらを別のソフトウェアで制御するようにしてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】本発明の一実施の形態に係るスタッド溶接システムの全体構成を示すシステム構成図である。
【図２】本発明の一実施の形態に係る品質判定ＰＣにおける各部の信号処理の手順を示すブロック図である。
【図３】本発明の一実施の形態に係る溶接時のアーク電流値の波形チャート図である。
【図４】本発明の一実施の形態に係る溶接作業の進捗状況をリアルタイムで表示するパターン表示部の画面例を示す図面である。
【図５】本発明の一実施の形態に係る溶接作業の流れを示すフローチャート図である。
【図６】従来の鋼矢板の防食・補強・補修工事の例を示す斜視図である。
【図７】図（Ａ）〜図（Ｃ）は、従来の鋼管杭の防食・補強・補修の工程順を示す正面図である。
【符号の説明】
【００３５】
１…品質判定ＰＣ、２…電源、３…電源装置、４…溶接機、５…アース端子、６…スタッドガン、７…電流値記録計（ビジコーダ）、８…合否判定部、９…波形チャート作成部、１０…パターン表示部、１１…品質管理部、１２…溶接作業部