(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の電極を持つトーチを用い、電極別にアーク電流を印加する多電極ＴＩＧ溶接のアーク長制御方法において、トーチを開先の左右に移動させるトーチオシレートに伴い、トーチの左右位置を検出し、トーチが開先の左側に位置するときには左側の電極を選択し、トーチが開先の右側に位置するときには右側の電極を選択し、選択された電極のアーク電圧を検出し、このアーク電圧に基づいてトーチの上下位置を制御することを特徴とする多電極ＴＩＧ溶接のアーク長制御方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、多電極ＴＩＧ溶接に適した新規なアーク長制御方法に係り、特に、トーチをどの方向に移動させても電極が溶接母材に接触しない多電極ＴＩＧ溶接のアーク長制御方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、ＴＩＧ溶接におけるアーク長さ調整のために、検出されるアーク電圧に基づいて溶接母材に対する電極の距離を自動調整する技術が知られている。
【０００３】
例えば、図５に示されるように、トーチ５１は、電極を支持するために絶縁体で構成されたトーチ本体５２と、開先にガスを供給するためにトーチ本体５２の下部に設けられたガスノズル５３と、そのガスノズル５３の下部より溶接母材に向けて突出し溶接母材に対して垂直な姿勢に置かれた電極５４とからなる。５５は電極の着脱に用いるトーチキャップ、５６は溶接母材、５７は溶接ワイヤである。
【０００４】
このトーチ本体５２は、これを上下（溶接母材５６に対して垂直な方向）移動させる図示しない上下機構に支持されており、また、溶接母材５６と電極５４との間に生じているアーク電圧を検出する図示しない電圧検出手段が設けられている。そして、この検出電圧に基づいてトーチ５１の上下位置を制御するようになっている。このような技術又は回路装置をアーク長自動制御（ＡＶＣ）と呼ぶ。
【０００５】
ところで、ＴＩＧ溶接の溶接ムラ（溶接欠陥）の防止及び高速化を図るために複数の電極を使用する多電極ＴＩＧ溶接の方法が提案されている（特願平６−０４４７３０号）。この方法に係る多電極ＴＩＧ溶接トーチは、図６に示されるように、一体のトーチ本体６２を構成するＡトーチ６３及びＢトーチ６４と、開先にガスを供給するためにトーチ本体６２下部に設けられたガスノズル６と、そのガスノズル６の下部より溶接母材７に向けて突出する２つの電極４，５と、その電極４，５の先端部で溶接ワイヤ２を溶接母材７上に連続供給するワイヤガイド（トーチ本体６２内）とからなる。６５は溶接ワイヤの挿入口、６６，６７はそれぞれ絶縁体である。これによると、ちょうど円筒を半割りしたような２つの電極４，５に絶縁体からなるワイヤガイドを挟み込み、溶接ワイヤ２が軸心を通って供給されようになっている。それぞれの電極４，５には別々に電源を接続し、互いに異なる電流を印加することができる。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
従来のアーク長制御方法は電極が単一であることを前提とするものであり、多電極の場合のアーク長制御方法は知られていない。これはそれぞれの電極の電圧が異なるために、従来のようにアーク電圧に基づいて電極を調整するわけにいかないからである。
【０００７】
多電極ＴＩＧ溶接に関して特に問題となるのは、トーチオシレートが必要な溶接を行う場合である。電極が単一であって上記のアーク長制御方法（ＡＶＣ）が適用されておれば、トーチが左右移動して開先壁に電極が接近すると、開先壁に対してアークが届くようになるので、このアーク長を調整するべくトーチが上昇する。ところが、多電極溶接ではアーク長制御方法がないために、トーチが左右移動したとき、開先壁に電極が接近し、そのまま接触するまでに至り、溶接ができなくなる。
【０００８】
そこで、本発明の目的は、上記課題を解決し、トーチをどの方向に移動させても電極が溶接母材に接触しない多電極ＴＩＧ溶接のアーク長制御方法を提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため本発明は、複数の電極を持つトーチを用い、電極別にアーク電流を印加する多電極ＴＩＧ溶接のアーク長制御方法において、トーチを開先の左右に移動させるトーチオシレートに伴い、トーチの左右位置を検出し、トーチが開先の左側に位置するときには左側の電極を選択し、トーチが開先の右側に位置するときには右側の電極を選択し、選択された電極のアーク電圧を検出し、このアーク電圧に基づいてトーチの上下位置を制御するものである。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の一実施形態を添付図面に基づいて詳述する。
【００１２】
図１に示す多電極ＴＩＧ溶接のためのトーチは、図６で既に説明したものと同じであるが、破断して示されているトーチ１の内部構造について詳しく説明すると、軸心に位置する２は溶接ワイヤであり、その外周を覆う３は絶縁体からなるワイヤガイドであってアーク制御ガス導入部及び電極間スペーサを兼ねている。さらにその外周を覆う４及び５は、ワイヤガイド３を挟んで２分割される第１の電極（Ａ電極）及び第２の電極（Ｂ電極）である。最外周の６はトーチシールドガスを供給するためのガスノズルである。
【００１３】
また、断面が示されている先端部形態について詳しく説明すると、７は溶接母材、４及び５は開先に臨むＡ電極及びＢ電極、２は溶接ワイヤ、３はワイヤガイド、８は各電極による溶接アーク、２ａは溶接ワイヤ２の溶融部、９は開先に形成される溶融プールである。
【００１４】
トーチ１を駆動し制御する回路は、Ａ電極４及びＢ電極５にそれぞれ電流を印加するＡ電源１０及びＢ電源１１と、溶接ワイヤ２に加熱電流を印加するワイヤ用電源１２と、このトーチ１を搭載した台車（図示せず）を開先の長手方向に進行させる進行制御部（図示せず）と、溶接ワイヤ２の供給速度（供給量）を加減するワイヤ供給部（図示せず）と、トーチ１をその進行方向の左右に移動させるトーチオシレート部（図示せず）と、トーチ１の左右位置を検出するトーチ左右位置検出部（図示せず）と、Ａ電極４及びＢ電極５のアーク電圧を検出する電圧計１３，１４と、アーク長自動制御（ＡＶＣ）を内蔵した溶接制御装置１５と、電極を切り替える電極選択部（切替器）１６とからなる。
【００１５】
各電源１０，１１のアース側は溶接母材７に共通に接続され、印加側は各々電極に接続されると共に電圧計１３，１４を介して電極選択部１６に接続されている。この電極選択部１６内ではいずれか一つの電圧計がアース側に切り替え接続されるようになっている。
【００１６】
溶接制御装置１５は、従来技術で説明したＡＶＣを内蔵する他に、トーチ左右位置の検出結果に基づき電極選択部１６を作動させる手段、ＡＶＣのために各電圧計１３，１４を読み取る手段を内蔵しており、また、各電源１０，１１，１２をパルス状に駆動する手段を内蔵している。溶接制御装置１５は、本発明に関しては図２の制御フローに従って動作するようになっている。
【００１７】
次に動作を説明する。
【００１８】
まず、図２の溶接制御装置１５のフローに従い、溶接が開始される。次いで、ＡＶＣが開始される。さらに、トーチオシレートが開始される。このトーチオシレートに伴い、トーチの左右位置をトーチ左右位置検出部で検出する。検出した位置が中心より左側であれば左端制御、右側であれば右端制御となる。
【００１９】
左端制御及び右端制御について図３を用いて説明する。図３は、トーチが移動する開先の断面図である。３１は左端の開先壁、３２は右端の開先壁である。３３の範囲でトーチオシレートが行われるものとする。３４はこのとき形成される溶接ビードである。
【００２０】
左端制御とは、図３に実線で示されるように、左側のＡ電極４が左端の開先壁３１に接近しすぎないように、Ａ電極４についてＡＶＣを行うものである。即ち、電極選択部１６をＡ電源１０側に切り替え、電圧計１３で検知されるＡ電極４のアーク電圧に基づいてトーチ１の上下位置を制御する。これにより左側のＡ電極４が左端の開先壁３１に接近すると、開先壁３１に対してアークが届くようになるので、このアーク長を調整するべくトーチ１が上下動する。
【００２１】
右端制御とは、図３に破線で示されるように、右側のＢ電極５が右端の開先壁３２に接近しすぎないように、Ｂ電極５についてＡＶＣを行うものである。即ち、電極選択部１６をＢ電源１１側に切り替え、電圧計１４で検知されるＢ電極５のアーク電圧に基づいてトーチ１の上下位置を制御する。これにより右側のＢ電極５が右端の開先壁３２に接近すると、開先壁３２に対してアークが届くようになるので、このアーク長を調整するべくトーチ１が上下動する。
【００２２】
次に、電流の印加方法を説明する。
【００２３】
Ａ電極４にはＡ電源１０、Ｂ電極５にはＢ電源１１が接続され、さらに溶接ワイヤ２にはワイヤ用電源１２が接続され、各電源が独立しているので、溶接制御装置１５はこれらを任意に組み合わせて制御することができる。図４にその一例を示す。上段はＡ電源１０の駆動波形、中段はＢ電源１１の駆動波形、下段はワイヤ用電源１２の駆動波形である。各電源は、それぞれパルス駆動され、位相同期が図られている。この例ではＡ電源１０とワイヤ用電源１２とが同相、Ｂ電源１１が逆相となっている。各電源の電圧は、最高・最低ともに任意に設定できる。定電流で使用するときには、各電圧設定を同一にするとよい。
【００２４】
図４の例のようにそれぞれの電極の電圧が異なる場合でも、本発明を適用することができる。
【００２５】
以上、説明したように、本発明の方法は、トーチの移動方向の前側に位置する電極を選択し、選択された電極のアーク電圧を検出し、このアーク電圧に基づいてトーチの上下位置を制御するので、開先壁に接近する電極についてアーク長制御がなされることになり、接触が回避される。また、トーチオシレートを行う場合、トーチの左右位置によって電極を選択することによって開先壁に近い方の電極が選択され、トーチオシレート範囲の左右端でトーチの移動方向が反転したときにも、引き続き開先壁に近い方の電極が選択されることになる。
【００２６】
【発明の効果】
本発明は次の如き優れた効果を発揮する。
【００２７】
（１）被溶接物への溶接装置取り付けの位置精度の制約が緩和され、且つ溶接中のトーチ上下位置調整が自動化され、溶接士の負担が軽減される。
【００２８】
（２）ＡＶＣの装置は１台でよく、経済的である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の方法による多電極ＴＩＧ溶接のトーチの内部構造、先端部形態及び回路構成を示す図である。
【図２】本発明の方法を適用した制御装置の制御フローの図である。
【図３】トーチが移動する開先の断面図である。
【図４】各電源の電流パターンの図である。
【図５】従来の単一電極のトーチの側面図である。
【図６】従来の複数電極のトーチの側面図である。
【符号の説明】
１  トーチ
２  溶接ワイヤ
３  ワイヤガイド
４  電極（Ａ電極）
５  電極（Ｂ電極）
１６  電極選択部
【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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