(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＴＩＧ溶接機と母材とを相対移動させ、シールドガスを供給しつつワイヤの送給と電極への給電を行いながら溶接トーチをウィービングさせて溶接を行う際に、同一の溶接欠陥を生じる要因となる第１のパラメータと第２のパラメータと第３のパラメータを選定し、前記第１のパラメータの標準値に対して溶接欠陥を生じる第１のしきい値を設定すると共に、第２のパラメータの標準値に対して溶接欠陥を生じる第２のしきい値を設定し、更に第３のパラメータの標準値に対して溶接欠陥を生じる第３のしきい値を設定し、前記第１のパラメータのしきい値を標準化した第１の標準しきい値をＸ−Ｙ−Ｚ座標のＸ軸上にとり、第２のパラメータのしきい値を標準化した第２の標準しきい値を前記Ｘ−Ｙ−Ｚ座標のＹ軸上にとり、更に第３のパラメータのしきい値を標準化した第３の標準しきい値を前記Ｘ−Ｙ−Ｚ座標のＺ軸上にとり、前記第１の標準しきい値と第２の標準しきい値と第３の標準しきい値を結ぶしきい値面を求め、前記第１のパラメータの測定信号を標準化した第１の標準測定信号と第２のパラメータの測定信号を標準化した第２の標準測定信号と第３のパラメータの測定信号を標準化した第３の標準測定信号とによりＸ−Ｙ−Ｚ座標上にとった座標点が、前記しきい値面よりＸ−Ｙ−Ｚ座標の原点側にある時を品質正常と判定し、前記座標点がしきい値面に対して原点と反対側にある時を品質異常と判定することを特徴とするＴＩＧ溶接の品質診断方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ＴＩＧ溶接の品質診断方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
ＴＩＧ溶接は、図２に示すように、ＴＩＧ溶接機１と母材２とを相対移動（図２ではＴＩＧ溶接機１を矢印Ａ方向に移動）させ、溶接トーチ３に電極４の外周を包囲するようにシールドガス５を供給しつつワイヤ６の送給と電極４への給電（電圧と電流の制御）を行いながら、溶接トーチ３のウィービング（図２中矢印Ｂで示すように溶接方向にＡに対して左右の方向へ溶接トーチ３を往復移動させること）を行って溶接するようにしている。
【０００３】
上記ＴＩＧ溶接機１により溶接する際には、溶接欠陥を生じさせないように作業することが非常に重要である。
【０００４】
一般に溶接に当たっては、溶接電圧、溶接電流、溶接速度、ワイヤ送給速度、ウィービング速度、ウィービング幅、シールドガス流量等のパラメータを監視して適宜制御することにより、良好な溶接品質が得られるように作業している。しかし、種々の要因によって溶接欠陥が発生しているのが現状である。
【０００５】
溶接欠陥としては、ビード不揃い、ビードの大小、ビード高さの大小、ピット、酸化等の溶着金属表面欠陥、アンダーカット、オーバーラップ等の母材との境界部（表面）欠陥、ポロシティ、タングステン巻込み等の溶着金属内部欠陥、融合欠陥、溶込み不足等の母材との境界部（内部）欠陥等があげられる。
【０００６】
従来のＴＩＧ溶接方法では、前記パラメータの各々が過大或いは過小になることによって溶接欠陥が発生するので、前記パラメータの夫々についてしきい値を設定し、何れかのパラメータがしきい値を越えた時に、そのパラメータが要因となる溶接欠陥が発生すると判断し、しきい値を越えそうなパラメータを修正する作業を行っている。
【０００７】
図３は、溶接速度がある値を越えて過大になることによってビード高さ小の欠陥が生じる点をしきい値として設定した場合であり、溶接速度の標準値が例えば６ｃｍ／分である場合において、９ｃｍ／分の溶接速度をしきい値として設定している。
【０００８】
図４は、ワイヤ送給速度がある値を越えて過小になることによってビード高さ小の欠陥を生じる点をしきい値として設定した場合であり、ワイヤ送給速度の標準値（ベース値）が例えば６０ｃｍ／分である場合において、２０ｃｍ／分のワイヤ送給速度をしきい値として設定している。
【０００９】
また図５は、ウィービング幅がある値を越えて過大になることによってビード高さ小の欠陥を生じる点をしきい値として設定した場合であり、ウィービング幅の標準値が例えば６ｍｍである場合において、８．５ｍｍのウィービング幅をしきい値として設定している。
【００１０】
従って、従来の溶接方法では、溶接速度がしきい値の９ｃｍ／分を越えて過大にならないように制御すると共に、ワイヤ送給速度が２０ｃｍ／分を超えて過小にならないように制御し、ウィービング幅がしきい値の８．５ｍｍを越えて過大にならないように制御することによって、ビード高さ小の溶接欠陥が生じないようにしている。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、従来の制御方法では、夫々のパラメータについてしきい値を設定し、各パラメータがしきい値を越えないように、夫々のパラメータの値を単独で修正する制御を行っているために、次のような問題が生じていた。
【００１２】
即ち、溶接速度がしきい値を越えて過大になっておらず、ワイヤ送給速度がしきい値を越えて過小になっておらず、ウィービング幅もしきい値を越えて過大になっていないにも拘わらず、ビード高さ小の溶接欠陥が生じてしまうという問題がある。
【００１３】
これは、溶接速度、ワイヤ送給速度、ウィービング幅の何れもがしきい値を越えてはいないが、溶接速度とワイヤ送給速度とウィービング幅がしきい値に近い値になった場合に、溶接速度とワイヤ送給速度とウィービング幅の相互作用によってビード高さ小の溶接欠陥が生じてしまうことによる。この問題は従来の方法では解決することができなかった。
【００１４】
本発明は、かかる従来の問題点を解決すべくなしたもので、パラメータの相互作用によって生じる溶接欠陥を判断して溶接欠陥の発生を未然に防止するためのＴＩＧ溶接の品質診断方法を提供することを目的としている。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
本発明は、ＴＩＧ溶接機と母材とを相対移動させ、シールドガスを供給しつつワイヤの送給と電極への給電を行いながら溶接トーチをウィービングさせて溶接を行う際に、同一の溶接欠陥を生じる要因となる第１のパラメータと第２のパラメータと第３のパラメータを選定し、前記第１のパラメータの標準値に対して溶接欠陥を生じる第１のしきい値を設定すると共に、第２のパラメータの標準値に対して溶接欠陥を生じる第２のしきい値を設定し、更に第３のパラメータの標準値に対して溶接欠陥を生じる第３のしきい値を設定し、前記第１のパラメータのしきい値を標準化した第１の標準しきい値をＸ−Ｙ−Ｚ座標のＸ軸上にとり、第２のパラメータのしきい値を標準化した第２の標準しきい値を前記Ｘ−Ｙ−Ｚ座標のＹ軸上にとり、更に第３のパラメータのしきい値を標準化した第３の標準しきい値を前記Ｘ−Ｙ−Ｚ座標のＺ軸上にとり、前記第１の標準しきい値と第２の標準しきい値と第３の標準しきい値を結ぶしきい値面を求め、前記第１のパラメータの測定信号を標準化した第１の標準測定信号と第２のパラメータの測定信号を標準化した第２の標準測定信号と第３のパラメータの測定信号を標準化した第３の標準測定信号とによりＸ−Ｙ−Ｚ座標上にとった座標点が、前記しきい値面よりＸ−Ｙ−Ｚ座標の原点側にある時を品質正常と判定し、前記座標点がしきい値面に対して原点と反対側にある時を品質異常と判定することを特徴とするＴＩＧ溶接の品質診断方法、に係るものである。
【００１６】
上記手段では、同一の溶接欠陥を生じる要因となる第１のパラメータと第２のパラメータと第３のパラメータを選定する。第１のパラメータの標準値に対して溶接欠陥を生じる第１のしきい値を設定し、第２のパラメータの標準値に対して溶接欠陥を生じる第２のしきい値を設定し、第３のパラメータの標準値に対して溶接欠陥を生じる第３のしきい値を設定し、第１のパラメータのしきい値を標準化した第１の標準しきい値をＸ−Ｙ−Ｚ座標のＸ軸上にとり、第２のパラメータのしきい値を標準化した第２の標準しきい値を前記Ｘ−Ｙ−Ｚ座標のＹ軸上にとり、第３のパラメータのしきい値を標準化した第３の標準しきい値をＸ−Ｙ−Ｚ座標のＺ軸上にとる。更に、第１の標準しきい値と第２の標準しきい値と第３の標準しきい値を結ぶしきい値面を求める。一方、第１のパラメータの測定信号を標準化した第１の標準測定信号と第２のパラメータの測定信号を標準化した第２の標準測定信号と第３のパラメータの測定信号を標準化した第３の標準測定信号とにより、Ｘ−Ｙ−Ｚ座標上に座標点をとり、この座標点が、前記しきい値面よりＸ−Ｙ−Ｚ座標の原点側にある時を品質正常と判定し、前記座標点がしきい値面に対して原点と反対側にある時を品質異常と判定することができる。
【００１７】
これにより、第１のパラメータと第２のパラメータと第３のパラメータの夫々の測定信号がしきい値を越えていないのに、第１のパラメータと第２のパラメータと第３のパラメータの相互作用によって溶接欠陥が生じるといった問題を判断することができ、よって常に溶接品質の優れたＴＩＧ溶接が行えるように前記パラメータを適切に制御することができる。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の好適な実施の形態例を図面を参照して説明する。
【００１９】
表１は、本発明のＴＩＧ溶接の各パラメータと溶接欠陥との関係を示したものである。
【００２０】
【表１】
0003893737.tif 000002
【００２１】
表１から明らかなように、ＴＩＧ溶接のパラメータとしては、溶接電圧Ｖ、溶接電流Ａ、溶接速度ｃｍ／分、ワイヤ送給速度ｃｍ／分、ウィービング速度ｃｍ／分、ウィービング幅ｍｍ、シールドガス流量Ｌ／分等があげられる。
【００２２】
また、溶接欠陥としては、ビード不揃い、ビードの大小、ビード高さの大小、ピット、酸化等の溶着金属表面欠陥、アンダーカット、オーバーラップ等の母材との境界部（表面）欠陥、ポロシティ、タングステン巻込み等の溶着金属内部欠陥、融合欠陥、溶込み不足等の母材との境界部（内部）欠陥等があげられる。
【００２３】
表１の各パラメータが要因となって生じる溶接欠陥の種類の欄に丸印が付してある。
【００２４】
前記各パラメータについては、良好な溶接を行うための標準値を予め求めておく。表１では、溶接電圧の標準値は９．７／８．５Ｖ（ウィービングにより電極が左右端部に移動した時のピーク電圧が９．７Ｖ、左右中間部を移動する時のベース値が８．５Ｖであることを示す）、溶接電流の標準値は２００／１４０Ａ（同上）、溶接速度の標準値は６ｃｍ／分、ワイヤ送給速度の標準値は１００／６０ｃｍ／分（同上）、ウィービング速度の標準値は１００ｃｍ／分、ウィービング幅の標準値は６ｍｍ、シールドガス流量の標準値は２０Ｌ／分である場合を示している。
【００２５】
表１によれば、例えば溶接速度がしきい値を超えて過大になると、ビード不揃い、ビード小、ビード高さ小の溶接欠陥を生じ、ワイヤ送給速度がしきい値を超えて過小になるとビード小、ビード高さ小、アンダーカットの溶接欠陥が生じ、ウィービング幅がしきい値を超えて過大になるとビード高さ小、アンダーカットの溶接欠陥を生じる。
【００２６】
このように、溶接速度（第１のパラメータ）とワイヤ送給速度（第２のパラメータ）とウィービング幅（第３のパラメータ）とは、夫々「ビード高さ小」という同一の溶接欠陥を発生する要因となっているので、この３つのパラメータを選定し、溶接速度の標準値６ｃｍ／分に対して過大となることによってビード高さ小の欠陥を生じるしきい値９ｃｍ／分（第１のしきい値）を設定し、またワイヤ送給速度の標準値６０ｃｍ／分（ベース値）に対して過小となることによってビード高さ小の欠陥を生じるしきい値２０ｃｍ／分（第２のしきい値）を設定し、ウィービング幅の標準値６ｍｍに対して過大となることによってビード高さ小の欠陥を生じるしきい値８．５ｍｍ（第３のしきい値）を設定する。
【００２７】
このように、同一の溶接欠陥を発生する要因となる第１のパラメータと第２のパラメータと第３のパラメータについて、しきい値を夫々設定し、このしきい値を標準化するために夫々のしきい値について下記式（Ｉ）の計算を行う。
【００２８】
【数１】
Ｄ＝Ｃ／Ｋ−１…（Ｉ）
式中、Ｃ：設定したしきい値，Ｄ：標準化された標準しきい値，Ｋ：各パラメータの標準値である。
【００２９】
また、パラメータの測定信号に対しても下記式（ＩＩ）によって標準化する計算を行う。
【００３０】
【数２】
Ｇ＝Ｆ／Ｋ−１…（ＩＩ）
式中、Ｆ：各パラメータの測定信号，Ｇ：標準化した標準測定信号である。
【００３１】
第１のパラメータが溶接速度であり、第２のパラメータがワイヤ送給速度であり、第３のパラメータがウィービング幅である場合を例にとって説明すると、第１のパラメータである溶接速度の標準値が６ｃｍ／分であるのに対して、ビード高さ小の溶接欠陥が発生する第１のしきい値が９ｃｍ／分であった場合には、この第１のしきい値を前記式（Ｉ）に代入することにより、９／６−１＝０．５の第１の標準しきい値（Ｄ1）を求め、この第１の標準しきい値０．５を、図１に示すようにＸ−Ｙ−Ｚ座標のＸ軸上にとる。
【００３２】
また、第２のパラメータであるワイヤ送給速度の標準値が６０ｃｍ／分（ベース値）であるのに対して、ビード高さ小の溶接欠陥が発生する第２のしきい値が２０ｃｍ／分であった場合には、この第２のしきい値を前記式（Ｉ）に代入することにより、２０／６０−１＝−０．６７の第２の標準しきい値（Ｄ2）を求め、この第２の標準しきい値−０．６７を図１に示すように前記Ｘ−Ｙ−Ｚ座標のＹ軸上にとる。
【００３３】
また、第３のパラメータであるウィービング幅の標準値が６ｍｍであるのに対して、ビード高さ小の溶接欠陥が発生する第３のしきい値が８．５ｍｍであった場合には、この第３のしきい値を前記式（Ｉ）に代入することにより、８．５／６−１＝０．４２の第２の標準しきい値（Ｄ3）を求め、この第２の標準しきい値０．４１を図１に示すように前記Ｘ−Ｙ−Ｚ座標のＺ軸上にとる。
【００３４】
更に、前記溶接速度の第１の標準しきい値である０．５と、ワイヤ送給速度の第２の標準しきい値である−０．６７と、ウィービング幅の第３の標準しきい値である０．４２とを結ぶ面、即ち、しきい値面Ｍを求める。
【００３５】
このしきい値面Ｍは下記式（ＩＩＩ）となる。
【００３６】
【数３】
１／ａ・Ｄ1＋１／ｂ・Ｄ2＋１／ｃ・Ｄ3＝１…（ＩＩＩ）
式中、ａ：Ｘ軸を切る点の座標，ｂ：Ｙ軸を切る点の座標，ｃ：Ｚ軸を切る点の座標、Ｄ1：第１の標準しきい値，Ｄ2：第２の標準しきい値，Ｄ3：第３の標準しきい値である。
【００３７】
一方、前記第１のパラメータである溶接速度を実際に測定し、測定した第１の測定信号を前記式（ＩＩ）に代入して標準化することにより、第１の標準測定信号Ｇ1を得る。例えば、第１の測定信号が８ｃｍ／分であった場合には、第１の標準測定信号Ｇ1は０．３３である。
【００３８】
同様に、第２のパラメータであるワイヤ送給速度を実際に測定し、測定した第２の測定信号を前記式（ＩＩ）に代入して標準化することにより、第２の標準測定信号Ｇ2を得る。例えば第２の測定信号が３０ｃｍ／分であった場合には、第２の標準測定信号Ｇ2は−０．５である。
【００３９】
また、第３のパラメータであるウィービング幅を実際に測定し、測定した第３の測定信号を前記式（ＩＩ）に代入して標準化することにより、第３の標準測定信号Ｇ3を得る。例えば第３の測定信号が８ｍｍであった場合には、第３の標準測定信号Ｇ3は０．３３である。
【００４０】
上記によって求めた、第１の標準測定信号０．３３と第２の標準測定信号−０．５と第３の標準測定信号０．３３をＺ軸上にとり、Ｘ軸上の第１の標準測定信号０．３３とＹ軸上の第２の標準測定信号−０．５とＺ軸上の第３の標準測定信号０．３３の前記Ｘ−Ｙ−Ｚ座標上における座標点Ｐを求める。
【００４１】
この時、前記座標点Ｐが、前記しきい値面ＭよりＸ−Ｙ−Ｚ座標の原点０側にある時を品質正常と判定し、前記座標点Ｐがしきい値面Ｍに対してＸ−Ｙ−Ｚ座標の原点０と反対側にある時を品質異常と判定する。
【００４２】
即ち、前記式（ＩＩＩ）の左辺の値が＞１．０ならば品質異常、≦１．０ならば品質正常と判断することができる。
【００４３】
従って、前記第１の標準測定信号０．３３と第２の標準測定信号−０．５と第３の標準測定信号０．３３を、前記式（ＩＩＩ）に代入すると、０．３３／０．５＋（−０．５／−０．６７）＋０．３３／０．４２＝０．６６＋０．７５＋０．７９＝２．２０となり、＞１．０であるので、品質異常であることが判定できる。
【００４４】
これにより、図１の座標点Ｐのように、第１のパラメータと第２のパラメータと第３のパラメータの夫々の標準測定信号が標準しきい値を越えていないのに、第１のパラメータと第２のパラメータと第３のパラメータの相互作用によって溶接欠陥が生じてしまうといった問題の発生を予め判断することができる。
【００４５】
上記では溶接速度とワイヤ送給速度とウィービング幅を例にとって説明したが、これ以外にも、３つのパラメータが要因となって同一の溶接欠陥を生じる場合には、種々のパラメータについて同様に実施することができる。即ち、表１に黒丸で示すように、溶接速度過小とワイヤ送給速度過大とウィービング幅過小によるビード高さ大の溶接欠陥、溶接電流過大と溶接速度過小とシールドガス流量過小による酸化の溶接欠陥、溶接電圧過大とワイヤ送給速度過小とウィービング幅過大によるアンダーカットの溶接欠陥等に適用できる。
【００４６】
このように、３つのパラメータを要因として同一の溶接欠陥を生じる第１のパラメータと第２のパラメータと第３のパラメータを選定し、第１のパラメータの第１の標準しきい値をＸ−Ｙ−Ｚ座標のＸ軸上にとり、第２のパラメータの第２の標準しきい値を前記Ｘ−Ｙ−Ｚ座標のＹ軸上にとり、第３のパラメータの第３の標準しきい値を前記Ｘ−Ｙ−Ｚ座標のＺ軸上にとり、第１の標準しきい値と第２の標準しきい値と第３の標準しきい値を結ぶしきい値面を求め、続いて、第１のパラメータの測定信号と第２のパラメータの測定信号と第３のパラメータの測定信号を夫々標準化した第１の標準測定信号と第２の標準測定信号と第３の標準測定信号によりＸ−Ｙ−Ｚ座標上における座標点を求めると、この座標点が前記しきい値面よりＸ−Ｙ−Ｚ座標の原点側にある時を品質正常と判定し、前記座標点がしきい値面に対して原点と反対側にある時を品質異常と判定することができる。
【００４７】
従って、溶接品質の優れたＴＩＧ溶接が行えるように、前記判定結果に基づいて前記パラメータを適切に制御することができる。
【００４８】
また、各パラメータの値を監視していると、しきい値を超えそうなパラメータの組合わせから発生しそうな溶接欠陥の種類も想定することができる。
【００４９】
尚、本発明は上記形態例にのみ限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加え得ることは勿論である。
【００５０】
【発明の効果】
本発明によれば、同一の溶接欠陥を生じる要因となる第１のパラメータと第２のパラメータと第３のパラメータを選定し、前記第１のパラメータの標準値に対して溶接欠陥を生じる第１のしきい値を設定し、第２のパラメータの標準値に対して溶接欠陥を生じる第２のしきい値を設定し、第３のパラメータの標準値に対して溶接欠陥を生じる第３のしきい値を設定し、前記第１のパラメータのしきい値を標準化した第１の標準しきい値をＸ−Ｙ−Ｚ座標のＸ軸上にとり、第２のパラメータのしきい値を標準化した第２の標準しきい値を前記Ｘ−Ｙ−Ｚ座標のＹ軸上にとり、第３のパラメータのしきい値を標準化した第３の標準しきい値を前記Ｘ−Ｙ−Ｚ座標のＺ軸上にとり、前記第１の標準しきい値と第２の標準しきい値と第３の標準しきい値を結ぶしきい値面を求め、前記第１のパラメータの測定信号を標準化した第１の標準測定信号と第２のパラメータの測定信号を標準化した第２の標準測定信号と第３のパラメータの測定信号を標準化した第３の標準測定信号とにより、Ｘ−Ｙ−Ｚ座標上の座標点を求め、この座標点が、前記しきい値面よりＸ−Ｙ−Ｚ座標の原点側にある時を品質正常と判定し、前記座標点がしきい値面に対して原点と反対側にある時を品質異常と判定することができる。
【００５１】
これにより、第１のパラメータと第２のパラメータと第３のパラメータの夫々の測定信号がしきい値を越えていないのに、第１のパラメータと第２のパラメータと第３のパラメータの相互作用によって溶接欠陥が生じるといった問題を判断することができ、よって常に溶接品質の優れたＴＩＧ溶接が行えるように前記パラメータを適切に制御することができる効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のＴＩＧ溶接の品質診断方法を説明するためのＸ−Ｙ−Ｚ座標線図である。
【図２】ＴＩＧ溶接機の一例を示す概略断面図である。
【図３】従来のＴＩＧ溶接方法における溶接速度のしきい値を設定する例を示す線図である。
【図４】従来のＴＩＧ溶接方法におけるワイヤ送給速度のしきい値を設定する例を示す線図である。
【図５】従来のＴＩＧ溶接方法におけるウィービング幅のしきい値を設定する例を示す線図である。
【符号の説明】
１          溶接機
２          母材
３          溶接トーチ
４          電極
５          シールドガス
６          ワイヤ
Ｄ1         第１の標準しきい値
Ｄ2         第２の標準しきい値
Ｄ3         第３の標準しきい値
Ｇ1         第１の標準測定信号
Ｇ2         第２の標準測定信号
Ｇ3         第３の標準測定信号
Ａ          矢印（相対移動方向）
Ｂ          矢印（ウィービング方向）
Ｍ          しきい値面
Ｐ          座標点
【図１】
0003893737.tif 000003
【図２】
0003893737.tif 000004
【図３】
0003893737.tif 000005
【図４】
0003893737.tif 000006
【図５】
0003893737.tif 000007