(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、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座標のＸ軸上にとり、更に第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座標のＹ軸上にとり、前記第１の標準しきい値と第２の標準しきい値とを結ぶしきい値線を求め、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の標準測定信号とによりＸ−Ｙ座標上にとった座標点が、前記しきい値線よりＸ−Ｙ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線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、融合不良、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不揃い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、溶接速度が９ｃｍ／分のしきい値を設定している。
【０００８】
又、図４は、ウィービング速度がある値を越えて過小になることによってビード不揃い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、ウィービング速度の標準値が例えば１００ｃｍ／分である場合において、ウィービング速度が４０ｃｍ／分のしきい値を設定している。
【０００９】
従って、従来の溶接方法では、溶接速度がしきい値の７ｃｍ／分を越えないように制御すると共に、ウィービング速度がしきい値の４０ｃｍ／分を越えないように制御することによってビード不揃いの溶接欠陥が生じないようにしている。
【００１０】
【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、各パラメータに設定した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。
【００１１】
即ち、溶接速度がしきい値を越えて過大になっておらず、ウィービング速度もしきい値を越えて過小になっていないにも拘わらず、ビード不揃いの溶接欠陥が生じてしまうという問題がある。
【００１２】
これは、溶接速度もウィービング速度もしきい値を越えてはいないが、溶接速度とウィービング速度の両方がしきい値に近い値になった場合であり、この場合には、溶接速度とウィービング速度の相互作用によってビード不揃いの溶接欠陥が生じてしまう。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。
【００１３】
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する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。
【００１４】
【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、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座標のＸ軸上にとり、更に第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座標のＹ軸上にとり、前記第１の標準しきい値と第２の標準しきい値とを結ぶしきい値線を求め、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の標準測定信号とによりＸ−Ｙ座標上にとった座標点が、前記しきい値線よりＸ−Ｙ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線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。
【００１５】
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、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座標のＸ軸上にとり、更に第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座標のＹ軸上にとる。更に、第１の標準しきい値と第２の標準しきい値とを結ぶしきい値線を求める。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の標準測定信号とにより、Ｘ−Ｙ座標上に座標点をとり、この座標点が、前記しきい値線よりＸ−Ｙ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線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。
【００１６】
これにより、第１のパラメータと第２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。
【００１７】
【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。
【００１８】
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。
【００１９】
【表１】
0003945013.tif 000002
【００２０】
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。
【００２１】
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。
【００２２】
表１の各パラメータを要因として生じる溶接欠陥の種類の欄に丸印が付してある。
【００２３】
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。
【００２４】
表１によれば、例えば溶接速度が過大になると、ビード不揃い、ビード小、ビード高さ小の溶接欠陥を生じ、またウィービング速度が過小になると、ビード不揃いの溶接欠陥を生じる。
【００２５】
このようにビード不揃いという同一の溶接欠陥を発生する要因となる溶接速度（第１のパラメータ）とウィービング速度（第２のパラメータ）において、溶接速度の標準値６ｃｍ／分に対して溶接不揃いの欠陥を生じる過大のしきい値９ｃｍ／分（第１のしきい値）を設定し、またウィービング速度の標準値１００ｃｍ／分に対してビード不揃いの欠陥を生じる過小のしきい値４０ｃｍ／分（第２のしきい値）を設定する。
【００２６】
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。
【００２７】
【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。
【００２８】
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。
【００２９】
【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。
【００３０】
第１のパラメータが溶接速度であり、第２のパラメータがウィービング速度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、ビード不揃い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座標のＸ軸上にとる。
【００３１】
また、第２のパラメータであるウィービング速度の標準値が１００ｃｍ／分であるのに対して、ビード不揃いの溶接欠陥が発生する第２のしきい値が４０ｃｍ／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、４０／１００−１＝−０．６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−０．６を図１に示すように前記Ｘ−Ｙ座標のＹ軸上にとる。
【００３２】
更に、前記溶接速度の第１の標準しきい値０．５とウィービング速度の第２の標準しきい値−０．６とを結ぶ直線、即ち、しきい値線Ｍを求める。
【００３３】
このしきい値線Ｍは下記式（ＩＩＩ）となる。
【００３４】
【数３】
１／ａ・Ｄ1＋１／ｂ・Ｄ2＝１…（ＩＩＩ）
式中、ａ：Ｘ軸を切る点の座標，ｂ：Ｙ軸を切る点の座標，Ｄ1：第１の標準しきい値，Ｄ2：第２の標準しきい値である。
【００３５】
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。
【００３６】
同様に、第２のパラメータであるウィービング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６０ｃｍ／分であった場合には、第２の標準測定信号Ｇ2は−０．４である。
【００３７】
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０．４をＸ−Ｙ座標上にとり、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０．４の前記Ｘ−Ｙ座標上における座標点Ｐを求める。
【００３８】
この時、前記座標点Ｐが、前記しきい値線ＭよりＸ−Ｙ座標の原点０側にある時を品質正常と判定し、前記座標点がしきい値線Ｍに対してＸ−Ｙ座標の原点０と反対側にある時を品質異常と判定する。
【００３９】
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。
【００４０】
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−０．４を、前記式（ＩＩＩ）に代入すると０．３３／０．５＋（−０．４／−０．６）＝０．６６＋０．６７＝１．３３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。
【００４１】
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を判断することができる。
【００４２】
上記では溶接速度とウィービング速度を例にとって説明したが、これ以外にも、別のパラメータを要因として同一の溶接欠陥を生じる場合に、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に示されるように、溶接速度過大とワイヤ送給速度過小によるビード小の欠陥、溶接速度過小とワイヤ送給速度過大によるビード大の欠陥、或いは溶接電圧過大とシールドガス流量過小によるピットの欠陥等に適用できる。
【００４３】
このように、別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座標のＹ軸上にとり、第１の標準しきい値と第２の標準しきい値とを結ぶ直線を求め、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の標準測定信号とによりＸ−Ｙ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線よりＸ−Ｙ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線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。
【００４４】
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。
【００４５】
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。
【００４６】
【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、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座標のＸ軸上にとり、更に第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座標のＹ軸上にとり、前記第１の標準しきい値と第２の標準しきい値とを結ぶしきい値線を求め、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の標準測定信号とによりＸ−Ｙ座標上の座標点を求め、この座標点が、前記しきい値線よりＸ−Ｙ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線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】
これにより、第１のパラメータと第２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溶接方法におけるウィービング速度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
Ｇ1         第１の標準測定信号
Ｇ2         第２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          しきい値線
Ｐ          座標点
【図１】
0003945013.tif 000003
【図２】
0003945013.tif 000004
【図３】
0003945013.tif 000005
【図４】
0003945013.tif 000006