(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
溶接作業を行う際の溶接電圧、溶接電流、溶接速度、ワイヤ送給速度、トーチ高さ、及び不活性ガス流量のうちの複数の事象を溶接信号として、当該溶接信号の変化とアーク現象の乱れとの関係を各溶接信号ごとに予め把握しておき、各溶接信号の１つが単独で変化した場合に溶接層の品質が良好に保たれ得る第１段階しきい値を定め、２つの溶接信号が同時に変化した場合に溶接層の品質が良好に保たれ得る検出値の範囲を、一方の溶接信号の第１段階しきい値と他方の溶接信号の第１段階しきい値とにより定め、実際の溶接作業時に溶接信号を検知し、各溶接信号の１つが単独で変化するときには、当該溶接信号ごとに定めた第１段階しきい値に基づいて溶接層の品質を判定し、２つの溶接信号が同時に変化するときには、両溶接信号のそれぞれの第１段階しきい値により定めた検出値の範囲に基づいて溶接層の品質を判定することを特徴とする溶接品質判定方法。
【請求項２】
溶接作業を行う際の溶接電圧、溶接電流、溶接速度、ワイヤ送給速度、トーチ高さ、及び不活性ガス流量の各事象のうちの１つを第１の溶接信号として検知する第１の検出手段と、該第１の検出手段による検知対象以外の他の事象のうちの１つを第２の溶接信号として検知する第２の検出手段と、両溶接信号のどちらかが単独で変化した場合に溶接層の品質が良好に保たれ得る第１段階しきい値のデータを保持する第１段階しきい値保持手段と、両溶接信号が同時に変化した場合に溶接層の品質が良好に保たれ得る検出値の範囲のデータを保持する第２段階しきい値データ保持手段と、両検出手段からの溶接信号、第１段階しきい値保持手段のデータ、及び第２段階しきい値データ保持手段のデータに基づき溶接層に欠陥が生じているか否を判定する品質判定手段とを備えてなることを特徴とする溶接品質判定装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は溶接品質判定方法及び装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、発電プラント設備あるいは橋梁のような大量生産の対象とならない構造物の構築にあたっては、配管部材や構成部材などの種々の部材を手作業により相互に溶接しているが、近年、熟練した溶接作業者の減少に伴って、上記の構造物の構築に全自動溶接装置を導入することが検討されている。
【０００３】
図４は全自動溶接装置に用いるＴＩＧ溶接トーチの一例であり、このＴＩＧ溶接トーチは、タングステンによって形成された非消耗方式の電極１と、該電極１の基端寄り部分を周方向に取り囲み且つ電極１の前方へ向ってアルゴンガスなどの不活性ガス２を流出させるガスノズル３とを備えており、前記の電極１の先端前方には、溶接材であるフィラーワイヤ４が連続的に送給されるようになっている。
【０００４】
ＴＩＧ溶接トーチにより溶接作業を行う際には、電極１の先端を溶接対象部材５に対峙させたうえ、ガスノズル３から不活性ガス２を流出させて、電極１の先端寄り部分及び溶接対象部材５の電極１に対峙する部分を不活性ガス雰囲気にする。
【０００５】
次いで、電極１及び溶接対象部材５に電圧を印加して、電極１の先端と溶接対象部材５との間にアーク６を発生させるとともに、電極１の先端前方へフィラーワイヤ４を連続的に送給することにより、該フィラーワイヤ４の先端を不活性ガス雰囲気中で溶融させて、溶接対象部材５に溶け込む溶接層７を形成する。
【０００６】
アーク溶接を行うときに、たとえば、電極１と溶接対象部材５との間に印加される溶接電圧や電極１に通電される溶接電流が変化することにより、溶接アーク長（電極１の先端から溶接対象部材５の表面までの距離）が過大になると、溶接層７の表面部分においては、溶着不良に起因したアンダーカットやオーバーラップなどが発生し、溶接層７の内部においては、過小溶融に起因した溶け込み不良などの欠陥が発生する。
【０００７】
また、溶接対象部材５に対するＴＩＧ溶接トーチの移動速度（溶接速度）、アーク６に対するフィラーワイヤ４の送給速度（ワイヤ送給速度）、溶接対象部材５に対するＴＩＧ溶接トーチの高さ（トーチ高さ）、及びガスノズル３からの不活性ガス２の吐出流量（不活性ガス流量）が適正範囲を逸脱した場合にも、溶着不良、過大溶融、ビード形状不良などのアーク現象の乱れが生じ、溶接層７に種々の欠陥が発生する。
【０００８】
そこで、溶接作業を行う際の溶接電圧、溶接電流、溶接速度、ワイヤ送給速度、トーチ高さ、及び不活性ガス流量を検知する種々の検出手段を、全自動溶接装置に取り付け、各検出手段から出力される溶接信号を媒介変数として、図３に示すように、溶接信号の変化とアーク現象の乱れとの関係を予め把握しておき、実際の溶接作業時に検知する溶接信号に基づき、溶接層７の品質を判定することが検討されている。
【０００９】
すなわち、溶接信号の検出値が、アーク現象が正常な状態を呈する標準条件のねらい値（中央値）付近の適正範囲Ｓから大きく外れた場合には、アーク現象の乱れに起因する品質不良が溶接層７に発生していることになる。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、図３に破線で示す２つの溶接信号の双方が同時に変化する場合に、溶接層７の品質が良好に保たれ得る上限第２段階しきい値Ｂ1及び下限第２段階しきい値Ｂ2は、図３に実線で示す１つの溶接信号が単独で変化する場合に、溶接層７の品質が良好に保たれ得る上限第１段階しきい値Ｃｘ1（Ｃｙ1）と下限第１段階しきい値Ｃｘ2（Ｃｙ2）との間になる。
【００１１】
従って、溶接層７の品質を判定するのにあたり、１種類の溶接信号の変化だけに注目したとすると、当該溶接信号の検出値が両第１段階しきい値Ｃｘ1（Ｃｙ1），Ｃｘ2（Ｃｙ2）の間で変化し、見掛け上の溶接層７の品質が良好であっても、他の溶接信号の変化により溶接層７に品質不良が発生していることがある。
【００１２】
また、２種類の溶接信号の第１段階しきい値Ｃｘ1，Ｃｘ2，Ｃｙ1，Ｃｙ2を第２段階しきい値Ｂ1，Ｂ2に合せたとすると、たとえば、一方の溶接信号だけが第２段階しきい値Ｂ1，Ｂ2の間の範囲を逸脱し且つ他方の溶接信号が適正範囲Ｓであるときなどには、溶接層７に品質不良が発生したとの誤判定がなされることがある。
【００１３】
本発明は上述した実情に鑑みてなしたもので、溶接層の品質判定を適確に行えるように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】
上記目的を達成するため、本発明の溶接品質判定方法では、溶接作業を行う際の溶接電圧、溶接電流、溶接速度、ワイヤ送給速度、トーチ高さ、及び不活性ガス流量のうちの複数の事象を溶接信号として、当該溶接信号の変化とアーク現象の乱れとの関係を各溶接信号ごとに予め把握しておき、各溶接信号の１つが単独で変化した場合に溶接層の品質が良好に保たれ得る第１段階しきい値を定め、２つの溶接信号が同時に変化した場合に溶接層の品質が良好に保たれ得る検出値の範囲を、一方の溶接信号の第１段階しきい値と他方の溶接信号の第１段階しきい値とにより定め、実際の溶接作業時に溶接信号を検知し、各溶接信号の１つが単独で変化するときには、当該溶接信号ごとに定めた第１段階しきい値に基づいて溶接層の品質を判定し、２つの溶接信号が同時に変化するときには、両溶接信号のそれぞれの第１段階しきい値により定めた検出値の範囲に基づいて溶接層の品質を判定する。
【００１５】
本発明の溶接品質判定装置では、溶接作業を行う際の溶接電圧、溶接電流、溶接速度、ワイヤ送給速度、トーチ高さ、及び不活性ガス流量の各事象のうちの１つを第１の溶接信号として検知する第１の検出手段と、該第１の検出手段による検知対象以外の他の事象のうちの１つを第２の溶接信号として検知する第２の検出手段と、両溶接信号のどちらかが単独で変化した場合に溶接層の品質が良好に保たれ得る第１段階しきい値のデータを保持する第１段階しきい値保持手段と、両溶接信号が同時に変化した場合に溶接層の品質が良好に保たれ得る検出値の範囲のデータを保持する第２段階しきい値データ保持手段と、両検出手段からの溶接信号、第１段階しきい値保持手段のデータ、及び第２段階しきい値データ保持手段のデータに基づき溶接層に欠陥が生じているか否を判定する品質判定手段とを備えている。
【００１６】
本発明の溶接品質判定方法においては、各溶接信号の１つが単独で変化するときには、変化を呈していない検知事象の溶接信号に係わりなく、変化を呈した検溶接信号と第１段階しきい値とを対比して、溶接層の品質を判定し、また、２つの溶接信号が同時に変化した場合には、両溶接信号と第１段階しきい値により定めた検出値の範囲とを対比して、溶接層の品質を判定する。
【００１７】
また、本発明の溶接品質判定装置では、一方の検出手段からの溶接信号だけが変化すると、品質判定手段が、変化を呈した溶接信号と第１段階しきい値保持手段にデータとして保持されている第１段階しきい値とを対比して、溶接層の品質を判定し、また、両検出手段からの溶接信号が同時に変化すると、品質判定手段が、両溶接信号と第２段階しきい値データ保持手段にデータとして保持されている検出値の範囲とを対比して、溶接層の品質を判定する。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づき説明する。
【００１９】
図１及び図２は本発明の溶接品質判定装置の実施の形態の一例であり、図中、図４と同一の符号を付した部分は同一物を表している。
【００２０】
この溶接品質判定装置は、電圧検出手段８、電流検出手段９、第１段階しきい値保持手段１０、第２段階しきい値データ保持手段１１、品質判定手段１２、及び記録表示器１５を備えている。
【００２１】
電圧検出手段８は、溶接用電源１３により溶接トーチ１４の電極１と溶接対象部材５との間に印加される溶接電圧Ｖを検知して、溶接電圧信号Ｘを出力するようになっている。
【００２２】
電流検出手段９は、溶接用電源１３により溶接トーチ１４の電極１へ通電される溶接電流Ａを検知して、溶接電流信号Ｙを出力するようになっている。
【００２３】
第１段階しきい値保持手段１０には、溶接電圧信号Ｘあるいは溶接電流信号Ｙのどちらかが単独で変化した場合に、溶接層７の品質が良好に保たれ得る第１段階しきい値Ｃｘ1，Ｃｘ2，Ｃｙ1，Ｃｙ2が、単独変化データとして保持されている。
【００２４】
第２段階しきい値データ保持手段１１には、溶接電圧信号Ｘ及び溶接電流信号Ｙが同時に変化した場合に、溶接層７の品質が良好な状態に保たれ得る検出値の範囲Ｑが、相関変化データとして保持されている。
【００２５】
この範囲Ｑは、図２に示すように、溶接電圧信号Ｘ及び溶接電流信号Ｙの標準条件のねらい値Ａｘ，Ａｙを原点とした平面座標内において、しきい値Ｃｘ1，Ｃｙ1を結ぶ第２段階しきい値線Ｐ11、しきい値Ｃｘ1，Ｃｙ2を結ぶ第２段階しきい値線Ｐ12、しきい値Ｃｘ2，Ｃｙ1を結ぶ第２段階しきい値線Ｐ21、及びしきい値Ｃｘ2，Ｃｙ2を結ぶ第２段階しきい値線Ｐ22で囲まれる検出値の領域であり、ねらい値Ａｘ，Ａｙ、及び従来の第２段階しきい値Ｂ1，Ｂ2（図３参照）に相当する第２段階しきい値Ｂｘ1，Ｂｘ2，Ｂｙ1，Ｂｙ2は、いずれも、第２段階しきい値線Ｐ11，Ｐ12，Ｐ21，Ｐ22で囲まれる領域に含まれている。
【００２６】
すなわち、相関変化データでは、溶接電圧信号Ｘと溶接電流信号Ｙとの第２段階しきい値を、第２段階しきい値線Ｐ11，Ｐ12，Ｐ21，Ｐ22上の変数と見なしている。
【００２７】
品質判定手段１２は、電圧検出手段８からの溶接電圧信号Ｘ、電流検出手段９からの溶接電流信号Ｙ、第１段階しきい値保持手段１０の単独変化データ（第１段階しきい値Ｃｘ1，Ｃｘ2，Ｃｙ1，Ｃｙ2）、及び第２段階しきい値データ保持手段１１のデータ（第２段階しきい値線Ｐ11，Ｐ12，Ｐ21，Ｐ22）に基づき、溶接層７に欠陥が生じているか否を判定して判定信号Ｒを出力するように構成されている。
【００２８】
記録表示器１５は、品質判定手段１２からの判定信号Ｒ及び溶接トーチ１４の移動機構の位置検出手段（図示せず）からの位置信号Ｔに基づいて、溶接層７に欠陥が生じている位置を記録し且つ表示するように構成されている。
【００２９】
溶接トーチ１４を用いて溶接対象部材５を溶接する際に、電圧検出手段８からの溶接電圧信号Ｘだけが単独で変化すると、品質判定手段１２において、溶接電圧信号Ｘの検出値と第１段階しきい値保持手段１０のデータ（第１段階しきい値Ｃｘ1，Ｃｘ2）とが対比され、溶接層７に欠陥が生じたか否が判定される。
【００３０】
これとは逆に、電流検出手段９からの溶接電流信号Ｙだけが単独で変化すると、品質判定手段１２において、溶接電流信号Ｙの検出値と第１段階しきい値保持手段１０のデータ（第１段階しきい値Ｃｙ1，Ｃｙ2）とが対比され、溶接層７に欠陥が生じたか否かが判定される。
【００３１】
また、電圧検出手段８からの溶接電圧信号Ｘ及び電流検出手段９からの溶接電流信号Ｙが同時に変化すると、品質判定手段１２において、溶接電圧信号Ｘ及び溶接電流信号Ｙのそれぞれの検出値と第２段階しきい値データ保持手段１１のデータ（第２段階しきい値線Ｐ11，Ｐ12，Ｐ21，Ｐ22）とが対比され、溶接層７に欠陥が生じたか否かが判定される。
【００３２】
更に、品質判定手段１２から出力される判定信号Ｒと、溶接トーチ１４の移動機構の位置検出手段から出力される位置信号Ｔに基づいて、溶接層７の欠陥の有無と位置とが記録表示器１５に記録され且つ表示される。
【００３３】
このように、図１に示す溶接品質判定装置では、溶接電圧信号Ｘあるいは溶接電流信号Ｙが単独で変化すると、第１段階しきい値保持手段１０にデータとして保持されている第１段階しきい値Ｃｘ1，Ｃｘ2，Ｃｙ1，Ｃｙ2に基づき、品質判定手段１２が溶接層７の品質を判定し、溶接電圧信号Ｘと溶接電流信号Ｙとの双方が同時に変化すると、第２段階しきい値データ保持手段１１にデータとして保持されている検出値の範囲Ｑに基づき、品質判定手段１２が溶接層７の品質を判定するので、溶接層７の品質を適確に判定することができる。
【００３４】
なお、本発明の溶接品質判定方法及び装置は上述した実施の形態のみに限定されるものではなく、溶接電圧と溶接電流との一方あるいは双方に替えて、溶接速度、ワイヤ送給速度、トーチ高さ、及び不活性ガス流量を検知対象として溶接層の品質判定すを行う構成とすること、ＭＡＧ溶接をはじめとするＴＩＧ溶接以外の他のアーク溶接に適用すること、その他、本発明の要旨を逸脱しない範囲において変更を加え得ることは勿論である。
【００３５】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明の溶接品質判定方法及び装置においては下記のような種々の優れた効果を奏し得る。
【００３６】
（１）本発明の溶接品質判定方法では、各溶接信号の１つが単独で変化するときには、変化を呈していない検知事象の溶接信号に係わりなく、変化を呈した溶接信号と第１段階しきい値とを対比して溶接層の品質を判定し、また、２つの溶接信号が同時に変化した場合には、両溶接信号の第１段階しきい値により定めた検出値の範囲に基づき、溶接層の品質を判定するので、溶接層の品質判定を適確に行うことができる。
【００３７】
（２）本発明の溶接品質判定装置では、一方の検出手段からの溶接信号だけが変化すると、品質判定手段が、変化を呈した溶接信号と第１段階しきい値保持手段にデータとして保持されている第１段階しきい値とを対比して、溶接層の品質を判定し、また、両検出手段からの溶接信号が同時に変化すると、品質判定手段が、両溶接信号と第２段階しきい値データ保持手段にデータとして保持されている検出値の範囲とを対比して、溶接層の品質を判定するので、溶接層の品質判定を適確に行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の溶接品質判定装置の実施の形態の一例を示す概念図である。
【図２】第２段階しきい値データ保持手段にデータとして保持される第２段階しきい値線を示すグラフである。
【図３】溶接信号の変化とアーク現象の乱れとの関係を示すグラフである。
【図４】ＴＩＧ溶接トーチの一例を示す概念図である。
【符号の説明】
７          溶接層
８          電圧検出手段（第１の検出手段）
９          電流検出手段（第２の検出手段）
１０          第１段階しきい値保持手段
１１          第２段階しきい値データ保持手段
１２          品質判定手段
Ａ          溶接電流
Ｃｘ1          上限第１段階しきい値
Ｃｘ2          下限第１段階しきい値
Ｃｙ1          上限第１段階しきい値
Ｃｙ2          下限第１段階しきい値
Ｑ          検出値の範囲
Ｖ          溶接電圧
Ｘ          溶接電圧信号（第１の溶接信号）
Ｙ          溶接電流信号（第２の溶接信号）
【図１】
0003906559.tif 000002
【図２】
0003906559.tif 000003
【図３】
0003906559.tif 000004
【図４】
0003906559.tif 000005