昭和63年度 研究牽崖告：太労県ここ寒害或験場

すみ肉自動溶接システムの開発研究（昭和63年度加速的技術開発支援事業成果報菖）
機械部

（総括）

横 山 栄 一（溶接条件の変更に伴う過渡応答現象を考慮した高品質す

機械部 清 高 稔

（溶接条件の変更に伴う過渡応答現象を考慮したパソ

ン

池 松 克
江 藤 博
㈱上組大分支店 合 原 克

勝也明英コ

み肉溶接継手の自動化溶接技術の研究）

制御によるすみ肉自動溶接システムの開発）
電子部

小田原 幸 生藤 井 謙二郎

葵エンジニアリング㈱大分工場 平 野 富美夫
1，はじめに溶接作業では溶接される材料にあらかじめ仮付け

倣い装置に溶接トーチを固定して，台車走行ですみ

肉溶接を行った。溶接トーチは前進法10）で，卜」ナを行っているが，本溶接の際にその箇所で何らかの角度（ウェブとトーチの角度）紆，チップー母材間調整をしなければ溶込み不良，スラグ巻き込み等の距離15mm，シールドガス（CO2）流量15〜1鵬1；／min

溶接欠陥や不手前いピードが発生する。そこで今回炭とし，ワイヤがフランジに接触したときのウェブと酸ガス半自動法における溶接条件の変化に対するピワイヤ先端の距離をねらい位置とした。溶接材料は9ード形成の過渡応答実験を行い，ピード形状及び溶溶接電流200Aに於いて￠1。2mmのVGW12，溶接電込み形状を調査検討し，さらに仮付けど一ドを有す

流25（ト300Aに於いて￠1．2mmのVGWllワイヤ

る溶接継手において9 仮付けど山ド位置を検出し，を9また供試材にSS41の板厚12mm，長さ400mmのも溶接電流率アーク電圧サ 溶接速度等の溶接条件をコンビふ夕制御するすみ肉溶接自動システムの開発をのを⊥継手として使用した。表21に供試材の化学成分及び機械的強さを示す。ビ」ド形状及び溶込み行った。

形状は卿長L19脚長L2与溶込み圭）ユタ溶込み主）2き理

なおゥ本研究は国庫委託事業（中小企業事業巨＝∴／論ノド凰 余鼠 ピード断面積（過渡応答実験）と

29 県1／′／2）である佐伯中日杵地域加速的技術開してぅまた各特性値の測定はピード横断面を切断し9発支援事業の共通基盤的技術開発として実施されエメリー研磨紙輔㈹又はパフ研磨で仕上げて，ナイ
タ」ルでマクロエッチしラ それを投影機で拡大して／こ〇

正確にトレースした。またそのトレース画像を画像
2．溶接条件の変更に伴う過渡応答現象を考慮した処理機を用いてラ ビhド形状及び溶込み形状き ど」

高品質すみ肉溶接継手都自動イヒ溶接技術の研究
2 1 実験方法

ド断面積等♂J各特性値を計測した諭鋸ト1ほその測

半自動溶接電源はぅ出力電流範囲亜〜350Åのイン
バーwタh電源を用いた。また母材に対するアース端子は溶接進行方向前方に接続した。実験には不要因
子の混入を避け，正確さを期するために9 接触式の8定要領を示す。

昭和63年度 研究睾巨告 大分県工業書式験場

角形にならない。その為き 溶接条件因子とピード形

嚢2山王 供試財の化学成分及び機械的性質
材 料状及び溶込み形状について基礎的に関係を求めた。

化 学 成 分 頂（ヲ占）

溶接電流200A，250Å，3むOAにおいて溶接因子の影F ロ。i6 喜〔う．27

響を調べた。又各溶接電流に対するア山ク電圧の設を1．52 rl

定に於いては，溶接可能条件内でピード形状が良好
で，スパッタの発生が少ない値を用いた。
溶接電流200Åにおける溶接速度と郡長ラ 潜込み9理論ノド厚及び余盛の関係を図22〜4に，又ねら
い位置と榔長9 潜込み，理論ノド厚及び余盛の関係を図25〜7に示す。ウェブ側の溶込みは溶接速度の増加に伴って減少するが，フランジ側の溶込みは血走である。文理論ノド厚と余盛についても溶接速度の増加につれてラ 理論ノド厚の減少は認められるが，余盛については9 溶接速度に関係なくほぼ一定となっている。次にねらい位置の影響であるが，脚長及び溶込みに顕著に影響を及ぼしている。又等脚長のすみ肉ピードを得るためには，ねらい位置は0〜1mmの問が適当である。

溶接電流250Aにおける溶接速度と各特性値の関係を図2…8へ10に？又ねらい位置と各特性値の関係を図211〜13に示す。溶接速度は，溶接電流200Aと同様の傾向を示しているが，フランジ部分の溶込みについて溶接速度の増加と伴に減少傾向が認めら

図2Ⅶ1 ビ叩ド形状及び漬込み形状測定要領れる。ねらい位置についても溶接電流200Aと同傾向であるが，等脚長を得るためのねらい位置として1mm前後が最適である。

2．2 結果溶接電流300Aにおける溶接速度と各特性値の関

1）定常溶接実験係を園214〜ユ6に予又ねらい位置と各特性値の関係（Ⅰ）溶接条件因子とど一ド及び溶込み形状を図217〜19に示す。溶接電流250Aと同様の傾向

水平すみ肉溶接の場合9 重力の影響により9 ピーを示すがぅ ほぼ等脚長を得るためのすみ肉溶接ビ山

ド断面形状は下向きすみ肉のような単純な二等辺三ドのねらし上位置として1〜2mlnが適する。

溶接電流200A
ア…ク竃往三 21もr

ねらい位置 伽nl50

溶接速度（cmノ／′mi王1）

図2Ⅶ3 溶接速度と漬込みの関係

嶋︼1 り′︺

皇0

P P
みみ

30

溶潜

図2仙2 溶接速度と脚長の関係

＼
○−

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5り

︑ノ︼

40
溶接速度（cIn／111iIl）︵≡︶ 破戒箪

4︵≡︶ 唖 藍

︻J

30

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︹︺

1上 ︑ソ︺

一

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︹︺

にU

溶接電流200A
ア仙ク電圧 21V
ねらい位置 Omm

昭和63年度 研究報告 大分県工業書式験場
﹇−
︼︹J

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6

ニ闘長1）1± 脚長Ⅰ｝2

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︵喜︶

坪諭ノド牢
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2ユ1r

溶接電流2ご川A壷

ねらい位置 Ommr−／ソ電圧 24＼′

日日

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5

一子7−ク電f三三よU︵≡︶

溶接電流200A∩ノ′︼

感状慧 東 壁 ﹂ ヽ 盛 哲

軋＼℃＼＼

ねらい位遇 1mn〕

）

4 5り

△＼＼＼＼＼≠一一「¶▼【△

4

40
3n
溶接速度（cm／min）

3 50

50

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4t）

5（）

60

溶接速度（c汀ト′−−1ill）

図2冊4 溶接速度と理論ノド厚及び余盛の関係

図2−8 潜幸妾速度と脚長の関係○¶脚長Ll
△柳長L2
︵≡︶

︑．

︵∈∈︶

溶接電流200A

接電流25（1A
2アーク電圧 21＼′r

雷

屯想些

砥

〆：二

−潜込ふⅠ）1′±浮ぎ込ふⅠ）2

溶接速度 4r）（・m′′′111iIl

ク電圧 24＼′

・﹂ねらい位眉 11れn】￥こ…≡ 溶ユ
ねらしゝ位置（mm）

30

40
50
6（J
溶接速度（nll′／111ill）

図2−5 ねらい位置と脚長の関係

図2−9 溶接速度と溶込みの関係
4．5り
︵EUニ

○1容込みPi△、∧溶込みf）2

5

アーク竃〔仁241r
ねらいt、′、′」茸 1mt¶

リん
■hJ

ハリ

三㌧ 珂＝

溶接電流25t）A

3

りエ

積悪笹

アーク電圧 封V
溶接速度 40ぐ軋′′mm

：〕5（）

∩リ

域張急啓駆こ＼窯智︵喜︶

溶接電流2醐A○ 理論ノド厚
△皿∴余盛

i

△へ
二i（） ⊥拍

5（） 6（1ねらし1位置（mm）

溶接速度（用ぃ／ⅠⅥill）

図2−6 ねらい位置と溶込みの関係

図2鵬10 溶接速度と理論ノド厚及び余盛の関係︿′∈E︶ 蟻亜古画囲﹂＼繕哲

トL J﹁

﹁

ノド厚
⊂ト

J

6・5（）

⊃−−叫」○

捌長L】」 掛f、iノ三（う

i零接電流200A∈

瀬ポ宴電わ徒㌘l）ノ1▼′′−ク電fI二 2i＼7−1

溶接射隻 40m′】11iIl出三5▼5りこ占i、△叫叫叫−「かノーノーーーーー【−一一通
、

リ︼
1

、

0

≠

ねらい位置（mm）

図2−7 ねらい位置と理論ノド厚及び余盛の関イ
l nU

1〔蓼

夕責任 24＼、．′｝接墟璧 4り川Ill】Ilて〜いし、f【「ピ」tl？lロー）

図2−11ねらい位置と脚長の関係

昭和63年度 研究報告 大分県工業書式験場（）

1

寧華 誓 慧 ㌘ 二 義 諾垣ぃ⁚

溶接電流250ノ1
ノ竃美三封斗
酒接速度」眈−11

4りJり ノ ︼

︵E∈︶

語込jイ1
溶セ㍉り）2＼ミ溶接電流こう00A−）′一夕看ぎ三 28ヽ
′ね二八ソ」頂［］l†lm

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り

30

40

5（）

60

70

〜いゝ）し亘㍍責（lnm）

溶接速度（cnl／／lⅥiIl）

図2欄12 ねらい位置と溶込みの関係

図2−16 溶接速度と理論ノド厚及び余盛の関係

へE∈︶

＼

4「／／／／／瓜＼＼ぺ≡こ芸霊ノド撃

城端告軽妙Lヽ窪密

溶接電流250A／r

アーク電H三 2417
溶接速度 4r）cmIlliIl○柳長Ll∠㌧¶∧ 脚長L2

溶接電流30りA
アーク電圧 銅V
溶接速度 舶cm／mi】1

三ドjま′▲）い仁．▲〔置（m汀l）

ねらい位置（mm）

図2−17 ねらい位置と脚長の関係

図2−一13 ねらい位置と理論ノド厚及び余盛の関係〔つ 柳長Ll
町長L2

U 潜込みPl∠＼〉溶込みP2
4︵≡︶

接 電流300A
ク電圧 28＼′y

つJ

攻想箪

ゝ㌔

l侵′二置 1mm、

わらい位牒（mnり

図2−14 溶接速度と脚長の関係

図2−18 ねらい位置と溶込みの関係

リJ

﹁︺

り

0 ／

確論ノド慣
刀て景記

∠ゝG17

溶接電流二用（）ノA
ア…夕電圧 28＼T
溶緒凌聖 4加両11i11

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ね〆ちし1呈置 1Tl111l

翼基ソJ蕗断ノ∵二葦野r〉7−フ戸E（1三 2机▼／／／一一CL¶−叫竜﹁

溶接竃∴充二う川）A

l︑ノ一

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′㌧ ／

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4（1 5（） 6（） 7り
溶接速度（し、nlIlⅦ1〕

トヽ t）

覇

溶接′電流300A
アルク竃jE 2817＼＼／

41） 51） 6（） 7り
溶接凄空（壷1′／Ⅰ川Il）

ねレ1い位置（mlれ）

図2−15 溶接速度と漬込みの関係

囲2】19 ねらい位置と理論ノド厚及び余盛の関係

1‖

昭和63年度 研究報告 大分県工業試験場り互）仮付けピード上における定常溶接実験

29〜34である。溶接電流250Aにおいて仮付け部を再仮付け部脚長約3mInについて9溶接電流200Å，250

溶融する速度範囲が存在しない。又溶接電流300ÅにÅヲ300Aにおいて溶接速度を変化させて溶接した時

おいても再溶融できる速度範囲が30cm／／n血〜40の溶接ピードの各特性値及び仮付け部ピードの溶融

Cm／minと狭くなっている。次に仮付け部脚長約5についてホしたものが凶2〟20〜28である。文i動こお

mmについて溶接電流300Åで同様切実験を行ったもいて仮付け溶接が末溶融の物は黒く塗りつぶしてあのを図2†35〜37に示す。仮付け部を丙溶融させる範る。

囲は，仮付け部脚長約4mmとほぼ同様の速度範囲で溶接電流の増加に従って，仮付け部を再溶融できあった。

る速度範囲が広がっている。又これを溶接入熱で換

溶接電流300Aで仮付けピード脚長約3mmのもの

散すると，溶接電流200Åの場合，6300J／cm9溶接を溶接した時の溶接部の硬さ分布を図2ん38に予組織

電流250Aの場合，6000J／cmで仮付け部再溶融が不写真を写真21に示す。
溶接電流250Aにおいて溶接速度40cm／minで仮可能となっている。又溶才妾電流300Aにおいて溶接速

度70cm／miriでは溶接入熟7200J／cmで再溶融可能

付けピードなしで溶接したものとぅ仮付けピード脚であり，溶接入熱と関連が考えられる。

長約4mmで仮付けピードが再溶融できていない物の仮付け部脚長約4mについて，溶接電流250A，300

マクロ写真を写真2−2に示す。

Aにおいて前記と同様の実験を行ったものが図2ワ

︻○

nU

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溶接電流2㈹A

アーク電圧

﹁﹂J

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仮付廿郡長3．2n】1n

＼＼＼＼㌦

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50

30
40
溶接適度（cmノ／ノnliIl）

ハ＝U

溶接速度（cm／／Illin）

図2−20 溶接速度と脚長の関係

2］＼ノー

ねらい位二置す≡ （）mmハリ

朝葵祭尋吐⊥＼轄惑つ︶30〔ノト ≡理論ノド摩
ニ、余盛

＼＼＼げ牒

4

︵喜︶

溶接電流2川）A
ア血ク電上l三 21V′さ1らい位置 伽m
仮付け脚長3．2mm∩リ

4、ノ脚長Lユ＼、柳長L250

1

図2仙22 溶接速度と理論ノド厚及び余盛の関係

GU
4
リJ

12

︹J rJ

図2w21溶接速度と漬込みの関係

溶接牒＝電路M㌔こ○

ア∴夕ノ乳t 2まVね・らい仁礪 1m−f⊇

仮付け僻脹∴．2汀】m

〇

︺

5（1

rJ ‖り一斗 ハり りJ

4〔）

溶接速度（し、恥1T血1）

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′‖U l

板材け斯慣∴L抽−−

ハリ T′ rU ハhり √lU

孝よ・、ノい位置 （）Fn川盲三 雄一整︻Jア▼皿ク電J」三 封V

︹′′

リ′︼

︵≡︶ 鳶ぷ華溶接電流200A

こ：榔長Ll＿ 柳責L2

rJ

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‖U

〃㌧J

ノ﹂

′、＼ 溶．L込みP2

nコ ハ‖リ︑UU

3

しJ 洛込みi）1

30

4り

5（）

60

i綱要速度（c肛′1〕1i王1）

図2−23 溶接速度と脚長の関係

B召和63年度 研究報告 譲二分県工業喜或験場

︹
J
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二言

一

三幸︶

＼。一牒

図2血24 溶接速度と漬込みの関係︵喜︺ノ上r／∠−㌦二封） 40506り
溶接速度（川ノ111il−）

7り

図2脚28 溶接速度と理論ノド厚及び余盛の関係′1f里謡ノドギ

、■†

脚長壬ノ1

≦±≡．父

W相良L2

＼

7．5り

溶接電流250A
アーク電圧 錮V

ハリ

㌦

りJ

こJ

∩り

リJ︑ソ︺ijユr、Jい位違宣 1mm†反付け郡長3．2mln

リノ︺

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墨壷告頭附こ＼窪酎

＼

＼℃ ＼

1−

湾岸逐注 しCぎlト11豆出

＼。、＼

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接′一芸浣2訓A−ツ電圧 封V堵6・50

らい位置 Imm

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5．5n

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11

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ニう（） 4り
5‥
溶接速度（（、Ill／111i両

溶接速度（cm／1Ⅵi11）

図2−29 溶接速度と闘長の関係

図2−25 溶接速度と三哩論ノド厚及び余盛の関係
TL

3．5り

に上

く

〔： 溶込みP】／二」溶込みP2

ハソ︺

L

l

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60

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ii

2．50

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1ソ

†溶接電流 300ノ1
アルク電圧 銅Ⅴ
ねらい位置 11nm

〔 ■

蜃軋馴

仮付り卿た3．2n】m

5．訓）ニう（） ′川 5り 6り
溶接速度 r川′111i11）

ア∴夕電ノ［24＼−
克1．5り

鞋 1

∵て＼心司

（）5り

7り

（J

：ミ〔i 405（） 6り溶接速遁（cIlll11ill）

図2山30 溶接速度と漬込みの関係

ニ用4t） こ川 （川7り

溶接連壊 しⅢレ／′111‖1）

図2脚27 溶接速度と漬込みク）関係J、へ五＼＼、＼廿／／武芸；f、〕こ千野ii三三二う2nl】。

︶

車牒ユ1Ⅲ1

卜1﹁ミヨヨ∴ク電圧三 2射

ヽrlノ

溶接牒＝在訓肘二≡ヒ一翼菰㌻皇ギ帖一＼ノ準訝

C＼＼て√へ、れト、∴哺牒 1mロー
仮付け脚長▲呈．加】m

隆＼＼＼＼＼√ノ＼γく〉

図2酬26 溶接速度と弼長の関係＼

溶接電流25りA

、

﹁

」 †転

6

こ

溶接牒＝な告肘〜′一夕蛋〔］′ 241−
1Fnn］

ぺよレ）い「一′さだナか」け牒暇 ′i21れ川

ニうO Ll（）5り6（j溶接速度（cI−1／】11）

図2−31溶接速度と理論ノド厚選び食感の関係
i3

昭和63年度 研究幸辰告：大分県工業喜式験i募

8∵汀

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7．5り

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ト卜≡卜L

盲U︶

≡毒う．う＝：川川、 「予て音速度〔（二日lllli11）

5り 〔うし） 丁（）

溶接透美㍉わ11illi】1ノ

図2州35 溶接速度と脚長の関係

図2仙32 溶接速度と脚長の関係
ノr、打込みイ∵
甘1±ふi〕2

←リ︼

こ㌻臥＼

1
∩り

rhJ

ハ

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川

う（） 6り

1

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、＼

満貫：血
侯付り崩」Jくi．2Jすtnl

り

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﹂

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こJ

′ぺづ庭

う′︼

盲三

溶接牒＝充馴冊

▲

7（）

ニう＝

図2−33 溶接速度と溶込みの関係

LrJ
L︶

4

一‖i
J

虹＼、廿／一過一虹＼＼＼洩三妄言：：j説．2。川，

50

醐

7り

掛磋通性（Cllト／JlliTl）

図2−34 溶接速度と章里論ノド厚及び余盛の関係

14

喋壷わ壁掛⊥＼窯諺

ハ＝り

∴∴∴

「アーア電圧 28＼

︵喜︶

n

一﹁り

∵

、／＝妾電ノ託 裾）A

1【れⅠれ

Y上り

7r）

図2−36 溶接速度と漬込みの関係
叩論ノト芝
奈落

＼
3り

4（） 5（） 6‥
溶接連座㍉烏11′111i11）】チi接「針空 し（二111′ノ11川1ノ

埋論ノド摩
ニ 余盛

＼

＼∴豊崇器
／愈／諭

カま・、Jしン位置 1mFn

簡引用廣4．8一門l。

√／／／一△≠：川

4〔 51） 6（）7（）

瀞紛酎麦 汁【1ト111in）

図2…37 溶接速度と茸翌論ノド厚及び余盛の関係

昭和63年度 研究章臣告：大分県工業書式験場㌔0叫＼○3
メユリい泣f墨 1nlm
溶接通せ 4り（二m′′IlliIl
掛寸け脚長 32ⅠIlm

i ソ 、j4

56パ 〔） 川 1112 1：う距 配 しmmノ

図2劇38 溶接部の硬さ分布

熱影響部十母材（×1州）

溶接条件 溶接電流 300A
溶接速度 40cl¶ノ／′ノn−ir−

ア山ク電圧 28V
ねらし〕位置 11nnl

写真2劇1すみ肉溶接部の組織写真
i5

員召華ロ63年度 研究章巨資 誘こ分県工業書式馬食場

溶接電流 250⊥ち

溶接電瀦二 ：魚用ア∴ク竃封⊥：狙もアーク電照三 こHV

溶接速度 三肌軋∴11盲11

溶接速度＋4触町旬1血ねらい位瀾1mm＼√∫′】脊1mm ねりい…⊥＿2【ユ仮付村長 4．2ⅠⅥIll

写真2血2 溶接部のマクロ写真

2）過渡応答溶接実験… 一つの準定常状態から次の準定常状態に達するまでぅ ど山ド形状及び溶込み形状の遺憾的変化を調べた。ビード形状及び潜込み形状の特性値としては図

特性値の過渡的変化を回2ん47〜50に示す。やはり925（jAから：猟）Aに増加した場合と同様にウェブ柳脚
長及び溶込み丈余盛について前記傾向が認められ−′ てJo21の脚長，溶込み9理論ノド厚及び余盛ヲ ビ血ド（可 溶接入熱弟減少

断面積を咽いた。

図25ト／54は溶接速度4（jcm／ノ′／／王millで9一対55へ58は

又う 溶接条件を変更する位置をC㌘とした。

溶接速度50cm／／／nli亘1で溶接電流3榊Aから250Aに減r丑 溶接電流（アーク電圧）を変更

少した時の特性値の過渡的変化を示す。

川 溶接入熱の増加
巨Ⅰ2 39ヘノ42は溶接速度丞臓Ⅵ／／／／王11iilでぅ 図2

溶接入勲を増加した場合と同様に特性値の変化としては讐 溶接条件変更前の準定常状態から一端減少

4ニき／、46は溶接速度5（）（二軋／／111i！てで溶接電流25（）Aからし9 そけ後溶接条件変更後の準定常状態に向かって

駅軋Aに増加Lた時針特性値の過渡的変化を示す。余変化するが，その変化後の準定常状態に達する前に

盛については溶接変更ノ点前から変化が始まってし

一端減少してっ 変化 後の準定常状態に弓蒙る。そして

るしつ その変化状態については余盛が変更ノ［烹前で軌少この傾向は，ウェブ側脚長9 溶込み及び余盛にラ まを示し9 その後変更ノ責を中心に増加が始まり再び減た溶接速度しり速い50cnレノ／首11i互1で明確圭認められる。

少を示し㌢ その後準定常状態に坐る現像を示す。こビ」ド断面積の変化としては，溶接入熟を増加した

しノ′〕傾向は溶接速度が速い5触】1／／miilで顕著圭なって場合よりも早く変更ノ札以前で過渡的変化が現れていいるのが認められる。落込みについても余盛と同様′で溶接条件変更前の準定常条件での溶込みから端V̲

溶接電流を25（1Aから計掛Åに減少した時針特性値

減少し今 次に条件変更に伴って増加するが号 次レ 〕準け過渡的濃化を図2 59〜62に示す。やはり前記の傾定常状態に達する前に−一度減少する傾向にある〔〕脚≦亙がソニプ側脚長9 溶込み及び余盛に弗ユゴLている〔長に／〕いてはチ ャニプ側胚膜に一jいて自∃′ほ己ル傾向が認められる。
次に溶接電流を2（枇曳か㌫盟偶に増加した場合のi6

昭和63年度 研究章匡告 大分県二工業言式琴挨ま易

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図2−39 溶接電流及びア皿ク電圧変更に伴う脚長

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図2−43 溶接電流及びア鞘ク電圧変更に伴う脚長の変化
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図2−45 溶接電流及びアーク電圧変更に伴う理論

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図2−46 溶接電流及びア騨ク電圧の変更に伴うど

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4り昭和63年度 研究季長告 二大分県工業書式験場

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図2−54 溶接電流及びアーク電圧の変更に伴うど■ド断面積の変化
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図2−53 溶接電流及びア凹ク電圧変更に伴う理論
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19昭和63年度 研究章艮告 大分県工業書式験i易

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図2−57 溶接電流及びアーク電圧変更に伴う理論
ノド厚及び余盛の変化

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潜鶴抽ノー）挙動観察がノよ、粟と思われる

速度／王一醐c王11111呈11（）仙肌111iilに軋ソさせた特じ）特ン1二他線応許世′；二′を考慮、／ノ∵効果的フしトゲラム倒′卜H矩〕遇劇的変化をホーづ＝ 溶接電流キ変更させた塚 Iiと図2 ニう9ヒ2封及び採は1ま1二2「

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次に‡宇字音電流25りノ㌔において溶接連ノぎ如t）cn巨′′1〕1iil

2）イ酢ナけピード上における定常溶接実験て：士9√−−′3f）c111／／′rllhに変更させた教合び）特性惜しり過渡的変

本実験で用いた溶接電流では，仮付宮部の溶融溶魔化をホしたも甘か珂2 71√−＼−／74である。溶接電流二伸〕

条件奉納三組云い仮付くナ脚長約3mmが凍ゴうであろ。

Aと傾向は宣・であるが∴牢接速凄J〕変更寿が少なニう）溶接条件変更時ノ左折後を通じた過渡止こ笛現象

いためフランジ＼側部分び）溶込みについてけ過渡的度

は，溶接電流の変更及び溶敬重度じ）変更で認めろれ化がスポット的なものとなっている。

るが9 溶接速度♭り効果が大きい√。すなわち溶接電流

叫 溶接入熟レ〕減少

変更て㌧㍉ 余盛とノド厚については変更ノ鼠以前かぺノ

ミ鞘昇竜流3一拍Aに於いて図2 75r、78ミまi容藷速度を変化Lているがぅ 脚長及ひ綴込みは矩著′た変化とL

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け過渡的変化をホす〔や∴ょり溶接速度を減少させた侍と同様に溶履局詔証変更に比較して変更凋ヰJlては条件変更後ヒな−ノ「ている。

溶接適度変更では，郡民◎溶込み◎余盛砂ノド厚信

ド断面積等〃特使傾が変軌．H以新」 か⊥1変化しノていろ。

もかノーごり前かレ1連続的に変化が始ま／）ている。

射1宵靂電流（アーク電圧）及び溶接速度書Jニ溶

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過渡的変化を示す。溶接電流こ300ノ1と何様の傾演ヰ′Jミって異なる。

5）溶接ノ王室流J）変更に際モノては，膏引妾妾吏碍ノ榊書‡
後に際して特性値し7）一次的な減少が認めレゝJれろ。

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音過渡的変化についてuつ考緊溶接条件（溶接眉満」アーク電圧，溶接適度＝〕6二｝ 過渡応答現象と定常溶接条件とを考慮して変化図は図ニト3と閲3 9常圧寺川て成る。溶讃電

選1な便付け部長ならば本港按に際してぅ 叶美しノ／汗流を変更させた場合ヲ 変更時ノ鶴弥後〃変化は9 ウL−ドブ糾たこ溶込みをヰ］ するご、ドを得る二

プ側聞J島 洒iムみ及び余盛に諏著に認められ9 そレア〕

である。

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変仁域〃長さは余盛において特に長く諾匪〕r二）jLる。

7）溶接条件変更」二伴う壁り長㊥潜込み也ノド厚￠ニン∴二とは∴溶接条件の変化に対する溶融拙い変化？ご一ド断［酢積等Cリ各特性値紆変化開始ノキ及び終∵′キ

によるもしりで，溶融泡Jり変化は余盛及びウェブ側脚が異なるため本実験で甘巨町長につ十てピード形状と考えらゴLる。／丈条件変が息患甘一になるように実験を行ったが？ノド摩を更前÷後レ津別三三値〔ノン▲次約な減少は，溶接電流の変更含めた均一など」ド外観を今後作る必要がある。そに伴う−二；アーク硯芽レり変化と溶融池レ′）変化との直接又いたふミ〕フランジとウェブに

は夏互作月汗二よるものてはないかと考えらオtる。溶キ考慮したナ㌧∵ク電力三のシ」ルドガ

接電流変更によろ溶塵馳滋化は溶接速層変史に伴う溶接法）9ね′〕い付帯精度向i二の検討がノと／要てある。

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対する溶着金属のな∵カ

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昭和63年度 研究幸巨告 大分県工業言式験ゴ易

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図2−64 溶接速度変更に伴う溶込みの変化

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昭孝n63年度 研究草炭告 二大分県コニ業喜式験場

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写真3−iすみ肉自動溶接システム全体写真

図2仙87 溶接条件変更のプログラム

3．溶接における過渡応答現象を考慮したすみ肉自動溶接システムの開発：う．1システムの概要

開発した「すみ肉自動溶接システム」は倣い機構による正確なトーチ位置決めと仮付けピード検出により，溶接欠陥の発生し易い仮付け部において溶け
写真3や叩一2 すみ肉自動溶接システム制御部

込みやピード形成等び〕過渡応答牒象を考慮して溶接条件の変更調整を行い9 溶接品質や形状を制御できる特徴を持つ。

タも少なく，小型￠軽量化されている。

すみ肉自動溶接システムは溶接機に半自動溶接機

すみ肉白動溶接システムでは溶接電流中電圧の設を使用し，自動化機構として溶接線に沿ったト血チ

定◎変更はすみ肉自動溶接コントローラ制御1・1i路にの移動のために台車走行機構を，溶接億湖に対するト J、一つている。

（溶接電流◎電圧と指令′亀旺の関係を図3ユに示トーチ位置決め，仮付けピードの検出J〕ために倣い機構を使用し，パソコンにより制御情報を与えながす。）

ら， すみ肉自動潜凝コントロ←ラを介L，溶接条件（2）トーチ走行機構（溶接電流￠電圧・速度）の設定砂変￣更など給含白勺トーチ（台車卜走行機構は溶接線に二、1年テにトーチ

な制御を行っている。

及び倣い機構（センサラ 位置決琉テーブル）を移動（試作システムの写真を写真3vi（一32に，仕様を表31へ3ノ2に示す。）

させる働きをする。〉

3，2 個々の機能についての説明用可能な様にな二ノており∴動力伝達方式もヒニオ

用 溶接機

ン ゐラック噛み合わせで，急激な速度変化に対して溶接機（マイコン魯インバータオート 350て、B）

台車J〕構造は水平尊重商会方向の走行姿勢でも使もガタやスリップの心配が無い。また，速度制御はは炭酸ガス。MAG溶接法のための自動溶接⑳ロボ

精度や症諸引生を高めるためにモータ回転数をタコ◎

ット用直流溶接電源で9 電子リアクトル制御（説明ジェネで検出してフィードバック制御をLている。

書による）でラ 小電流から大電流までiⅢ）％近い脚寺
アーク◎スタートが得られプ 従凍機と比べてスノヾッ
26（台車走行速度と指令電圧の関係を図32，壬？車
走行速度豆〕変更特性を区tニトニうに示す。）

昭和63年度 研究学匡貴 大分県工業試写会壕

機宙 巨皿チ走行機構⑳溶接倣い機構の仕様
ノてツ1∴r、ミうり′i、‡う 鞘yl＼／汀）メニ‖引5（r［田上二J、うー＝、艮圧∵十十上」∬※長浩
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1 寸法 昏 玉 し−二 Ⅴ∴∬ニmり‡J45∩（：mlm′丹1I16りこrlⅧ1、）1うこkg：
が捏勲モー〟タ 正課十−′ナミモーーノア、クニ子シ、二〉ノ＼l、∴ 電灘H）し24し1▼】∴上わ乱）代㌣
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1′き 寸法 Q 至㌃畳 Wlt沌（riml）xL1950こ口汀n）f；（i（g）

21ラ、ソク9ギヤ モジニ】ノーし1．5，歯偏5（mm：Ⅲi；′亨接倣い機構○倣十帯滞順㌍ギ＋ぐ型ぺしClり51りり け［に告封1）溶接シー㌢ンス制桁

走行問姓ソ肯憬十膏
十倣い起動（押し／釦S＼＼▼）→セ雷引妾耶台け世釦SⅥT）→才一二′7㍗む走（タイマ）→甘辛車
血ク終端塵出→⑥非倣い溶接いトトり→てクしノ夕処埋ケせミ、子引き上げぺ諺高遠胤「キ（メ∴〟ト匂り二㌻一−ン）
21f■丁東走千川」群 アイ」ドバック方式による速度制御（「可逆）∴∵竃軌：ミラでド輔（虻 ヽr2草鋸 〔クモr土式）SIくこう川0ⅠノⅠ〕

1）移軌スト ローク］r）り（mm）（移動速度2（〕「けmnレノ分〕）

夕】）し1t州（Ⅴ∴15（、＼㌔T）ニう）許容モーメント荷重 2r）0 し転・色（、王11）

2） 千

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（型式〕KC ニう

1）変 移横〔さiフ」￣ 弐

接触式プローブヒ光′づご二糸（0／′／E変換）打紐み合わせ

封＋樟出い1二律上∈決め精蛙 ±（ト1（nlnl二〉表3−2 すみ肉自動溶接システム制御系の仕様†＼「．㌻み「窄自動溶諸コントU−ラ○ヰ圭一1終1〕CPし：Z8りA ニッてトソクノ矧波数4（Ⅸ′THz）ノ〕

メモリ：く墨0九Ⅰ〉 8こ1（バイト），く民AA′1）2（：1くべで卜）2）パソコンとレ〕インタ、一フェース：RS232C（シリアル通信）
ニり タイマ：2（チャンネル．）（仮り郡横山と板材部浴凝滞拭ぃ終了JJ時間的ズレを調整）
二っ溶接葦：流電ノ王い卸間。

1）1神卸信号出力範紙 し）へ／13．5（＼′r二）1こ255段階：〉
2）手某作パネル⊥u）アナt了グ・メ、、夕に表示

3） メ」夕下のポリュ」ムによりL川％の微調整が可能
4）フォトカプラによる／u至‡カアイソレ一皿シ′ゴニン（二潤打溝」御装置とJつインターフェース回路1二）制御信号出力範囲（ト＼1いⅤ）ほ55段階）
2）撰作パネルj二亡リ∵十ログ。メ、一夕に表′jここう）フォトカブラによる入．コカアイソレーション
ー′1：＞

根付け検針′′， 仮付け溶接中′′ をランプにより表ホ（ニニそJり他ユ） ト㌦ナ走行機構プ）走行適度の表示（操作パネル寸丑け十ログ。メー、夕）21パソコンと1ニり通信状態の表示（受信，送信）
3、） てフィクリ㊤スイッチ，タイマ等〃窪ノ真入力端子
V＿ ハソコン（型式）上）Cr9SOl王〈X2（モト本電気隼式会社 製：〉

1）1モS232Cでンタ・フ工−、スによりす引勾甘覿溶接コントローラに接続
2） 〉7〔了グラム≡j▲語 ベイシ＼ソク

1rI．そ再他こ）燕昭二電電源裳「昌三 （型」二5こ）1「し「‡JSiOnO壬i（㈱青嵐甘サイバネナノツク 製）

11′ヾッツアップ時間1（〕（）％負荷 ′、1（kV A）約7川）（Ⅵり〕で8分間2）抑）替え時間：4（111SeC㍉ せ丹督え電「‡て：85（＼′ ），とゴカ波形：方脈状■、丁昭和63年度 研究幸匝告 大分県工業≡式験場、

図3−1溶接電流。電圧と指令電圧の関係

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指令電圧
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台車走行速度 VL

図3仙2

台車走行速度と指令電圧の関係

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（秒）

図3−3 台車走行速度の変更特性（3）溶接倣い機構

溶接倣い機構（キロニー◎オートガイド）は倣いは変移に比例してセンサ出力が±10（Ⅴ）まで変化

センサからの信号により直交型スライド甲テーブル

し，変移が0・3（Inm）を越えると全速（士iOV）が出によって卜」チを位置決めし，卜血チ連行機構（台力される。位置決めは無負荷の場合で±（＝（mm）以車）と連動して倣い動作を行う。制御装置には倣い下の精度である。

起動（ワークへの接近），トーチの引き上げの他，自仮付けピードの検出はセンサの出力が急激に変化

動溶接を行うための溶接シーケンス制御回路（詳細する状態を検知し，仮付けど山ドの始端が検出されは表31の互f王参照）が組み込まれている。（写真3る0 この間，位置決め機構は作動がロックされ，仮3〜35参照）

付けピードを倣わないようにしている。仮付けピー

キロニーやオ血トガイドは比例制御方式の倣い装

ド終端はセンサ出力がピード始端を検出した時と同置でヲ センサ◎プローブ先端明変移が0．3（mm）まで

28

じレベルになった時をもって判断される。

昭和63年度 研究報告 大分県工業喜式毎食場

山 ド検出信号により仮付けピーmド始端い終端で溶凝
集件の変更㊤復帰を行う。こび〕！；乳 センサ。フ1コ山
ブが溶接の際明ア⊥クや溶融熱ジ）影響を受けないよ
うに卜←チ先端から約6n（mm）離して1俣り付けられているので（写真ニト5参照），ブロープの倣っている位置が溶接さjLるまでに溶接速度によリ 3〜10（秒）の遅れを生じる。そこで，2偶のタイ「7を使用して溶接条件変更時期の調整を行っている。
その他，マイクロ。スイッチやタイマ等による外部信号入力によっても溶接条件の変更ができるよう
写真3冊3 卜Ⅷチ位置決め用直交型スライド飽テ【ブルにしている。
制御の詳細は，r3．3−す¶み肉自動溶接システムの制御」で述べる。
（すみ肉自動溶接コントロ山ラの写真を写真36に示す。）

写真3】4 溶接倣い機構

写真3w6 すみ肉自動溶接コニ／卜E巨Ⅳラ（5）パリコン「2∴溶接条件の変更に伴う過渡席巻牒象を考慮した高品質溶接継手の自動化溶接技術の研究」で得たデータ等を基に警 指示脚最に対する溶接条件や仮付け部溶接のための溶接条件変粟デ」夕をCRTに表示しヶ すみ肉自動溶接システムにこれら紺青報を与えている。

3．3 すみ肉自動溶接システムプ〕制御

写真3−5 すみ肉溶接における卜血テ￠倣いセン
サのセッティング

（1けみ肉自動溶接コントひ一ラの回路

刷 すみ肉自動溶接コントローラ

回路，タイマ回路，パソコン。溶接機a倣い制御装

すみ肉自動溶接コントロ㌧山ラの回路はC㌘U周辺

すみ肉自動溶魔コントロ、¶ラはパソコンから制御置との接続回路から成る。（ブロック区を図り4に陽報を受け取り，仮付けピードを待ったワ山ク♂）溶示す。）CPU周辺［可路ほ市販〟′〕ボードめてイコン（ワ接に対応するために，倣い制御装置からの仮付けビ

ンダーキット KBC80S）を利用し9 外部リセッ
29昭和63年度 研究率鼓告：た分県二工業喜式験場（ホスト，コンピュータ）

パソコン（PC−980且）（すみ肉自動溶接コントローラ）

図3冊4 すみ肉自動溶接システム制御ブロック図

卜回路，CTC，8251等を付加した。これらの回路補正を行えるようにしている。

「夏lを図35〜38に示す。

（2）すみ肉自動溶接システムの動作について「溶接機との接続回路についての補足説明」

すみ肉自動溶接システムは自動溶接シーケンスの使用している溶接機は直流定電圧特性の電源で，中でワークの仮付けピード検出により，その箇所でワイヤ送給速度によって溶接電流を制御している。

溶接電流。電圧。速度を変更し，溶接ピードレ〕品質

ところが，溶接電流や電圧の変更を急激に行う際はや形状の制御を行っている。

ワイヤ送給モータ（直流プリント。モ山夕）の回転（作動フロー。 チ17山トを図310に示す。）

が安定するまでに最大0．5（秒）程度かかり，この間

仮付けど一ドの検出ではスバッタ等の異物やノイ〟〕溶接状態が不安定になる可能性があるので9 溶接ズのために短い周期（0．5秒以内）の仮付け検知が発電流伊電圧の変更は積分回路を同い，1（秒）位の生するが，これらは，ノイズとしてすみ肉自動溶接

時間をかけてゆるやかに変化させている。（溶接電コントロ㌧】ラのマイコンにより識別を行っている。

流。電圧変更の際の溶接機出力の変化の例をぎ妾！ニト9（3）システムのノイズ対策に示す。）

溶接電流■電圧の設定はトーチの位置決め精度やすみ肉自動溶接システムの電子回路（パソコン9
各種制御桓Ⅰ路）は溶接機電源ケ」プル及びア山ク発

1ブーツと溶接機（¶）電極との間の電気抵抗，シー

生箇所から発生する高周波ノイズや電磁ノイズ幻影ルド。ガス流量，卜山チ。チップの汚れ等に影響さ響を強く受ける。このために9 制御用インタ山フェれ，特に溶接電流はコンジット内の磨耗による抵抗ースの主回路（マイコンCPU似）と溶接機電流￠やワイヤ送給◎矯jt機構のエクステンションによっ

電圧制御回路及び台車走行速度制御胆】路とはアイソても変化する。溶接電流e電圧の設定では状況に応レーションを行い，また，電源や信号の入出力ケ」

じて微妙な調整が必＝要であり，試作システムではパプルにノイズ￠フィルタやフェライト◎どふズを使

ソコンのデータによる設定に対して，制御パネル上用したり，入出力回路にフィルタを用いるなどしてび〕微調整ポリュ血ムによる手動調整で±10（％）のノイズの減衰を区hている。

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昭和63年度 研究報告 大分県工業試験場

二

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図3¶5 CPU周辺回路

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図3山6 タイマゆRS−232Cインタ血フェ…ス
31

巴雲孝冒63年度 研究章短告 二転分県二こ薬害式駿場

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32

昭孝ロ63年度 研究報告 ：な分県二こ業喜式験喝

図3−9 溶接電流・電圧の変更例

図3−10 すみ肉自動溶接システム 作動プロ化チヤⅧ卜33

昭和63年度 研究幸巨告 大分県工業書式験場

3．4 すみ肉自動溶接システムの試験運転結果
一 定の作業標準に従って作られた仮付けど血ドを持つ供試材の溶接加工試験を試作システムにより実施し9 良好な結果が得られた。
写真3w7は母材に溶接条件を120Å18Vとして作成した標準仮付けピードである。
写真ニト8は標準仮付けピードを持つ供試材に溶
接条件300A28Vで一様に溶接を行ったもので，

仕

ヒげ形状に仮付けど一ドのあった箇所で若二1け〕膨らみが見られる。
写真39は，非仮付け部では溶接条件を300A28

写真3−7 供試材の標準仮付ビ叫ド＼rとし，仮付け郡において溶接条件を250A24Vに変更している。後者の条件では標準仮付けど血ドの再溶融が可能であることを既に実験で確認している。この結果，仮付けど」ドがあった箇所においても溶接仕上げ形状に殆ど変化がなく，良好な結果が得られた。
3．5 試作したすみ肉自重如各接システムの課題（1）溶接条件変更調整の問題

炭酸ガス◎MAG溶接では入熱（溶接電流）を増大させるとワイヤ送給畳も増加し，従って，溶接ピー
ド形状も大きくなるという特性があり，TIG溶接の様に入熱だけを個別に制御できないため，仮付けピードの再溶融を十分に行うという条件では仮付けピ

写真3−8 すみ肉溶接例（溶接条件の変更調整な
し）ードの大きさに制限を設けなければ一様な仕上げ形
状を得ることはできない。その他の理由からも溶接品質。形状（脚長・厚さ）の変化を各パラメータ毎に個別に制御することばできないので，任意の大きさの仮付けピードに対して適当な溶接条件の変更＆調整を行っても必ずしも満足のできる溶接仕上がりが得られない可能性もあるが，溶接条件の変更に伴う過度応答現象の傾向を把握していれば，それを実際の溶接に応用した場合に溶接後に得られる品質◎
形状が予測できるのでラ 溶接品質曾形状の改善には役立つと思われる。
（2）トーチの位置決めについて
溶接箇所に対するトーチの位置決めはア血ク長

写真3−9 すみ肉溶接例（溶接条件の変更調整を実施）（ひいては溶接電流。電圧，仕上げ形状）に影響を与えるので正確でなければならないが，溶接倣い機ても最初の位置決めは手動により行い，かなり神経構を用いれば母材の据付言呉差や1唇寸妾作業中の熱歪みを使う作業であり，使用している微調整機構の剛性等に対しても卜山チの位置を溶接箇所に対して−一定が弱いこともあって調整に苦労している。このた恥に保つことができる。しかし，溶接倣い機構におい初期の位置決め方法について9 今後。検討しなけれ:14

昭和63年度 研究報告 大分県工業試験場はならない。

㌻み肉溶接で仮付け箇所において所定の溶凝品質凍し3）溶接電流。電圧の設定について

るいは形状（脚長等）を得るために，継手部しり仮付

一般山半自動溶接においては作業者が溶接申の音

けピー【ド打棒Hにエリ，仮刊け部において溶接条什

や溶接の仕上がり状態によリリモート。′ゴトソクスJ〕（溶接電流◎電圧㍉速度）をコンビュー夕制御する

ポリ【1、−ムにこよって潜音電流。電圧の調整を行ってすみ肉自動潜堀コントロー川【ラを試作し，実証試験をいるが，ニれらは溶接機や作業の状態によってかな行った。ニC）結果，一り変動し，溶接明仕上げ品質に影響を与える。すみ作られた仮仙ナビhドに対して溶接条件しつ変更◎調

肉自動溶接システムでは，実験の際は電流計，電圧整を実施し，はぼ一様な溶接誹接い形状の仕上がり計を見ながら制御パネルジ）微調整ポリュレムで調整が得られ，実用化に向けての手掛かりが得られた。

定J〕作業基準によって母材工を行〉ノているが，二れはフイ」ドバック制御を応用

今後の課題としては，溶接方法及び溶接条件の設するなどして簡略化できるぴ〕で，今後検討したし㌔

定精度や変更方法についてさらに検討する必要があ（4）実用化にあたって試作したシステムは」Ⅰ二場内で常時使用するためにり，また，研究期間が短かったため溶掛こおける過渡応答現象の実験データもまだ少なしゝ状況なので，はさらにノイズや粉塵等の対策を行わなければなら

今後，実験を積み重ねてデー一夕を充実させる必要がない。ニプ〕ため，制御回路全休を電気的にシールドある。また，今回の成果を突き／合わせ継手等の溶接することや，パソコンの部分と制御用インター〟フェや各種溶接材料の継手溶接についても適用を考えてースを一体化してコンパクトにし，悪環境下での便いきたい。

F削こ耐える構造にする必要がある。

4．まとめ

5．おわりに
今回の研究開発にあたって，研究の企画から実施

すみ肉溶接における溶接条件の変更に伴う過渡応圭で指導。助言を与えて下さった圃大分県高度技術

答特性￠り解明のために，谷接条件の変更点前後で等開発研究所び）立川達郎所長に感謝しユたします▲。

間隔に試料を切り出し，ピード脚長。断面積。ノド厚。溶込み等の特伴僧を観察し，基本的傾向を把握〈参考文献〉

し，すみ肉自動溶接システムにおける溶接条件変（1）「自動TI（；溶接における溶込みとピード形成に更。調整用のデ血夕とした。

麦た，これと並行し，実際に仮付けど一ドを持つ

及ぼす溶加村の影響」溝川逸郎ら（溶接芋会論
文集第5巻第2号1987年）

35