JP2000000664A - 鋼管の横向き多層盛り溶接方法および装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 多層盛り溶接各パスのビード会合部のビード
の高さを低くする会合部近辺でのメタル垂れを防止す
る。 【解決手段】 自動溶接ロボットによる鋼管の横向き多
層盛り溶接に於いて、溶接スタート時、低い初期電流
・電圧で溶接アークを発生させ、次にそれよりも高く本
電流・電圧よりも低い中間電流・電圧で溶接を行い、
一定距離だけ進行後本電流・電圧で溶接を行う。パス
終端部は、本電流より低いエンド電流・電圧で、又、
本電流・電圧域よりも遅い一定の速度で該パスの始端部
と一定距離Ｄラップさせ、該パスの溶接を終了する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、端面を突合せて立
てた上，下鋼管の間の開先を、自動溶接ロボットにて鋼
管を中心に溶接ト−チを旋回させて横向き多層盛り溶接
する方法および該自動溶接ロボットに関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、鋼管の横向き多層盛り溶接に於い
て、自動溶接ロボットにより形成する溶接ビードの始端
と終端との会合部を、パス毎に周方向に一定距離づつ移
動させることが行なわれている。各パスの始端では、溶
接スタート時にアークの発生に対して溶接台車の溶接速
度への昇速にタイムラグがあり、溶接ビード始端では溶
接ワイヤの溶融が先行し溶接ビードが膨らむ。アークが
発生する前に、溶接台車を動かして所定の位置に達した
ときに溶接を開始する方法もあるが、この方法では、溶
接トーチのチップと母材間（エクステンション）のワイ
ヤ（溶材）の長さにより溶接アークの発生位置が違って
くるので母材に対する溶接開始位置のばらつきが大き
く、溶接ビ−ド会合部に溶接欠陥を生じ易い。

【０００３】したがって溶接ア−ク発生に合せて溶接台
車の走行を開始することが一般的であり、溶接ト−チが
鋼管を一廻りして該始端の溶接ビ−ドに達すると、そこ
でクレ−タ処理に移り、所定時間のクレ−タ処理を終え
るとそこで１パスの溶接を終える。この始端と後端処理
の重なり部を会合部というが、上述のように会合部では
ビ−ドが膨らむので、この膨らみを周方向に分散させる
ために、上述のように、会合部を、パス毎に周方向に一
定距離づつ移動させることが行なわれている。これによ
り、厚肉鋼管の場合にはパス数が多く、各パスの会合部
が、開先内で螺旋状に分布することになる。すなわち、
鋼管の周方向に溶接ビード会合部が広く散らばることに
なる。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】溶接ビード会合部は、
溶接ビードが高く、それに接する次パスの溶接でメタル
垂れが生じやすく、溶接欠陥を生じ易い。したがって、
溶接ビード会合部は、特別に品質検査，後加工又は後処
理をする可能性が高いが、会合部が周方向に薄く広く分
散することは、これらに手間を要することになる。

【０００５】本発明は溶接ビード会合部のビードの高さ
を低くすることを第１の目的とし、溶接ビード会合部近
辺でのメタル垂れを防止することを第２の目的とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】（１）本発明は、自動溶
接ロボットによる鋼管の横向き多層盛り溶接に於いて、
溶接スタート時、低い初期電流・電圧で溶接アークを発
生させ、次にそれよりも高く本電流・電圧よりも低い中
間電流・電圧Ａで溶接を行い、一定距離だけ進行後本電
流・電圧で溶接を行うことを特徴とする。

【０００７】溶接スタート時の電流・電圧を、本電流・
電圧より低くすることにより、溶接ビード会合部のビー
ドの膨らみが小さくなる。

【０００８】

【発明の実施の形態】（２）パス終端部は、本電流より
低いエンド電流・電圧で、又、本電流・電圧域よりも遅
い一定の速度で該パスの始端部と一定距離ラップさせ、
その終端位置でクレータ溶接条件で該パスの溶接を終了
する。パス溶接の始端と終端が重なるが、始端溶接時は
低い初期電流・電圧および中間電流・電圧であるので始
端ビ−ドが低く、該始端ビ−ドに重なる後端溶接時は、
低いエンド電流・電圧であるので、溶接ビード会合部の
ビードの膨らみは小さい。後端溶接は、低速度のクレ−
タ処理で終えるので、終端処理が確実かつ安定したもの
となり、終端欠陥を生じない。 （３）各パスの始端ビ−ドと終端ビ−ドとの会合部を１
パス毎に、設定範囲内で周方向にずらす。これにより会
合部が設定範囲内となり、会合部が周方向に薄く広く分
散することがなく、溶接ビード会合部の、品質検査，後
加工又は後処理の手間が節約になる。 （４）会合部を１パス毎に小さい設定パス毎減少量ΔＬ
ｏ分周方向にずらし、パス毎のずらし移動量Ｌａの積算
値がずらし移動量初期値Ｌｏを越えるとき、ずらし移動
量初期値Ｌｏのずらしを行なって、その後また１パス毎
にパス毎減少量ΔＬｏ分周方向にずらす。これによれ
ば、例えば会合部のラップ距離Ｄ＝０における図９およ
び図１０に示すように、会合部（Ｓ，Ｅ）が逆三角形の
２辺に交互に飛ぶように分布し、会合部の分布に重なり
がなく、しかも比較的に限られた領域に集中するので、
メタル垂れを生ずることがなく、しかも溶接ビード会合
部の、品質検査，後加工又は後処理の手間が節約にな
る。 （５）第２パスは、第１パスの会合部に対してずらし移
動量初期値Ｌｏ分周方向に会合部をずらして第１パスと
は逆方向に溶接ヘッドを駆動して溶接を行ない、第３パ
スは、第２パスの会合部に対してずらし移動量初期値Ｌ
ｏ−パス毎減少量ΔＬｏ分周方向に会合部をずらして第
１パスと同方向に溶接ヘッドを駆動して溶接を行ない、
第４パスは、第３パスの会合部に対してずらし移動量初
期値Ｌｏ−パス毎減少量ΔＬｏ×２分周方向に会合部を
ずらして第１パスと逆方向に溶接ヘッドを駆動して溶接
を行ない、ずらし移動量Ｌａ＝Ｌｏ−ΔＬｏ×ｎが０以
下かつｎが奇数となるパスでずらし移動量初期値Ｌｏ分
周方向に会合部をずらし、次のパス以降ではまた順次に
ずらし移動量初期値をパス毎減少量ΔＬｏ分づつ減ら
す。

【０００９】すなわち、会合部のラップ距離Ｄ＝０にお
ける図９および図１０に示すように、会合部（Ｓ，Ｅ）
が逆三角形の２辺に交互に飛ぶように分布し、会合部の
分布に重なりがなくしかも比較的に限られた領域に集中
するので、メタル垂れを生ずることがなく、しかも溶接
ビード会合部の、品質検査，後加工又は後処理の手間が
節約になる。 （６）鋼管(14)を周回するリング状のレ−ル(10)；該レ
−ル(10)に装着されレ−ル(10)に沿って鋼管(14)を周回
移動する溶接台車(11)；溶接台車(11)に搭載された溶接
ト−チ(12)；溶接台車(11)に搭載された走行駆動機構(2
L,RL,ML)；該走行駆動機構を正，逆走行駆動する駆動手
段(4,3,1L)；鋼管(13,14)に対する始終端での、溶接電
流・電圧，ラップ距離Ｄ，ずらし移動量初期値Ｌｏ，パ
ス毎減少量ΔＬｏ，外形Ｐ，管厚Ｔ，開先底面幅Ｇ，開
先角度αおよびレール外径Ｒを入力するための入力手段
(8)；入力された値に基づいて鋼管(13,14)に対する各パ
ス(i)の会合部の位置(r,z)，パス毎のずらし移動量(La)
およびト−チ(12)の周方向移動量(L)に対応した溶接条
件(電流・電圧,速度)に切替える手段(4,9)；および、生
成された各パス(i)の会合部の位置(r,z)，パス毎のずら
し移動量(La)およびト−チ(12)の周方向移動量(L)対応
の溶接条件(電流・電圧,速度)に従って、溶接台車(11)の
走行および溶接条件を制御する溶接制御手段(4,3,1w)；
を備える鋼管の横向き多層盛り溶接装置。なお、理解を
容易にするためにカッコ内には、図面に示し後述する実
施例の対応要素の符号もしくは対応事項又はその記号
を、参考までに付記した。

【００１０】これによれば、オペレ−タが、鋼管(13,1
4)に対する各溶接パス(i)の位置(r,z)，溶接電流・電
圧，ラップ距離Ｄ，ずらし移動量初期値Ｌｏおよびパス
毎減少量ΔＬｏを入力することによって、各パスの、上
記（１）〜（５）の多層盛り溶接を行なう各パスの溶接
制御スケジュ−ルが自動生成され、溶接装置に対する各
パラメ−タの設定が容易である。 （７）更に、入力された初終端条件，鋼管サイズおよび
レール外径を記憶する手段；を含む鋼管の横向き多層盛
り溶接装置。これによれば、同一の初終端条件，鋼管サ
イズおよびレール外径となる、同一仕様の上下鋼管対の
複数のそれぞれに対して、入力は一度でよく、作業能率
が高い。

【００１１】本発明の他の目的および特徴は、図面を参
照した以下の実施例の説明より明らかになろう。

【００１２】

【実施例】図１に本発明の一実施例の機構の外観を示
す。高さ方向ｚに端面を合せて上下に配置された下鋼管
１３と上鋼管１４の合せ端面には、レ型開先（図６）が
形成されている。上鋼管１４には、それと同軸にリング
状のレ−ル１０が固定されており、このレ−ル１０に溶
接台車１１が装着されている。溶接台車１１には、レ−
ル１０をその周方向には移動自在に、上下方向ｚおよび
半径方向ｒには移動不可に保持するガイドロ−ラおよび
レ−ルと噛み合う車輪があり、該車輪は、図示しない減
速機を介して、周回駆動用の電気モ−タＭＬで、正，逆
回転駆動され、正回転駆動されると溶接台車１１の基台
は時計方向に、逆回転駆動されると反時計方向に回動す
る。すなわちレ−ル１０に沿って円運動する。電気モ−
タＭＬにはロ−タリエンコ−ダＲＬが結合しておりこれ
が、キヤリッジ１１の所定短距離の移動につき１パルス
の電気パルスを発生する。

【００１３】溶接台車１１の、車輪を支持する基台には
昇降機構が結合されており、昇降駆動用の電気モ−タＭ
ｚにて該機構が駆動され、電気モ−タＭｚの正回転によ
り、溶接台車１１の基台に対して昇降台１９が上昇し、
逆回転により降下する。電気モ−タＭｚにはロ−タリエ
ンコ−ダＲｚが結合しておりこれが、昇降台１９の所定
短距離の移動につき１パルスの電気パルスを発生する。

【００１４】昇降台１９には進退機構が結合されてお
り、進退駆動用の電気モ−タＭｒにて該機構が駆動さ
れ、電気モ−タＭｒの正回転により、進退台２０が鋼管
１４の中心に近付く方向に移動し、逆回転により中心よ
り離れる方向に移動する。電気モ−タＭｒにはロ−タリ
エンコ−ダＲｒが結合しておりこれが、進退台２０の所
定短距離の移動につき１パルスの電気パルスを発生す
る。

【００１５】進退台２０には傾動機構が結合されてお
り、傾動用の電気モ−タＭθにて該機構が駆動され、電
気モ−タＭθの正回転によりト−チホルダ２１の、水平
面に対する傾斜θが小さくなり、逆回転により大きくな
る。電気モ−タＭθにはロ−タリエンコ−ダＲθが結合
しておりこれが、ト−チホルダ２１の所定小角度の回転
につき１パルスの電気パルスを発生する。

【００１６】溶接ト−チ１２はト−チホルダ２１で支持
され、水平面に対して角度θをなす。溶接ト−チ１２に
は、図示しないワイヤ送給装置より溶接ワイヤが供給さ
れる。

【００１７】溶接台車１１には、電気ケ−ブルおよび流
体ホ−スが接続されており、それらならびにワイヤ送給
装置の配設上の制約から、多層盛り溶接のときには、大
略で言うと、奇数番パスの溶接は例えば溶接台車１１を
時計廻りに回動駆動して行なわれ、偶数番パスの溶接は
反時計廻りに回動駆動して行なわれる。その逆であって
もよい。なお後述するように、先行パスの溶接を終了す
ると、先行パスでの台車１１の移動方向と同方向に、次
パスの会合部のずらし移動量分台車１１が回動駆動され
て停止し、そして台車を先行パスでの回動方向と逆方向
に駆動して次パスの溶接が開始される。

【００１８】図２に、図１に示す溶接装置の電気要素の
概要を示す。上述の昇降機構，進退機構および傾動機構
には、それぞれに運動範囲を定める始端リミットスイッ
チＬｚｏ，Ｌｒｏ，Ｌθｏおよび終端リミットスイッチ
Ｌｚｅ，Ｌｒｅ，Ｌθｅが備わっており、ト−チ１２が
各機構の始端相当位置にあるときに始端リミットスイッ
チが開、終端リミットスイッチは閉であり、ト−チ１２
が始端相当位置と終端端相当位置の間にあるときには両
スイッチ共に閉、ト−チ１２が各機構の終端相当位置に
あるときに始端リミットスイッチは閉、終端リミットス
イッチは開である。

【００１９】上述の昇降機構，進退機構および傾動機構
それぞれの電気モ−タＭｚ，Ｍｒ，およびＭθの回転軸
には、ロ−タリエンコ−ダＲｚ，ＲｒおよびＲθが結合
されており、これらは電気モ−タの所定小角度の回転に
つき１個の電気パルスを発生する。ト−チ１２を駆動し
ているとき、マイクロプロセッサを含むコントロ−ラ１
ｚ，１ｒおよび１θが、電気モ−タＭｚ，ＭｒおよびＭ
θを正転付勢しているときにはロ−タリエンコ−ダが発
生する電気パルスをカウントアップし、逆転付勢してい
るときにはロ−タリエンコ−ダが発生する電気パルスを
カウントダウンし、始端リミットスイッチＬｚｏ，Ｌｒ
ｏおよびＬθｏが開のときにはカウント値をクリアする
（カウントデ−タを０を示すものにする）。

【００２０】例えば、コントロ−ラ１ｚは、それ自身に
電源が投入されると、始端リミットスイッチＬｚｏが開
（ト−チ１２の回転位置が始端位置）であるかをチェッ
クし、それが閉（始端位置にない）であると、モ−タド
ライバ２ｚにモ−タ逆転付勢を指示し、モ−タドライバ
２ｚが逆転通電回路を閉じる。この逆転通電回路に始端
リミットスイッチＬｚｏが含まれておりそれが閉である
ので、電気モ−タＭｚに逆転電流が流れ電気モ−タＭｚ
が逆回転する。この逆回転で始端リミットスイッチＬｚ
ｏが開になると、逆転通電回路が開となって電気モ−タ
Ｍｚへの逆転電流が遮断されて電気モ−タＭｚが停止す
る。一方コントロ−ラ１ｚは、始端リミットスイッチＬ
ｚｏが閉から開に切換わると、モ−タドライバ２ｚへの
逆転指示を解除し、昇降位置レジスタ（マイクロプロセ
ッサの内部ＲＡＭの１領域）をクリアする。ここでト−
チ１２の昇降位置が昇降範囲の始端にあり、昇降位置レ
ジスタのデ−タは０（基点）を示すものになっているこ
とになる。

【００２１】コントローラ１ｒおよび１θの動作も１ｚ
のものと同様であり、モータドライバ２ｒおよび２θの
動作も２ｚのものと同様である。マイクロプロセッサ
（以下ＣＰＵと記す）４は、オペレータの１番目の教示
指令（図１１に示す開先底コーナー部Ｏの位置記憶）に
応じてコントローラ１Ｌに走行距離レジスタのクリアを
指示する。この走行位置が、走行範囲の始端となり、走
行位置レジスタのデータは０（基点）を示すものになっ
ていることになる。

【００２２】コントローラ１ｗはＣＰＵ４の指示に応じ
て、トーチ１２が接続される溶接電源１６には、溶接電
流・電圧およびオン（通電）／オフ（通電停止）を指定
する信号を与え、流体供給装置１７にはオン（ガス供
給）／オフ（供給停止）を指示する信号を与え、ワイヤ
送給装置１８には供給速度およびオン（供給）／オフ
（供給停止）を指示する信号を与える。ＣＰＵ４には、
入出力（Ｉ／Ｏ）ポート３を介してコントローラ１Ｌ，
１ｚ，１ｒ，１θおよび１ｗ、ならびに操作／表示ボー
ド８および不揮発メモリ９が選択的に接続される。この
接続は、システムコントローラ５を介してＣＰＵ４が指
定する。ＣＰＵ４のアドレスバス，データバスにはＲＯ
Ｍ６およびＲＡＭ７が接続されている。システムコント
ローラ５は、ＣＰＵ４が指示する制御信号をＲＯＭ６，
ＲＡＭ７および操作／表示ボード８に与える。

【００２３】図３に、図１および図２に示す本発明の実
施例を使用するオペレータの作業概要を示し、図４に、
ＣＰＵ４の制御動作を示す。オペレータは図１に示すよ
うにレール１０および溶接台車１１を鋼板１４に装着し
溶接台車１１は中心位置に位置決めする。そして始終端
条件を、操作表示ボード８で入力し（図３のＡ）、鋼管
外径等、鋼管の寸法およびレール外径を入力し（図３の
Ｂ）、開先形状に対する開先底面幅Ｇ，開先角度α，鋼
管の管厚Ｔを入力する。そして、図１１に示す開先底部
のコーナー部Ｏにワイヤの先端を移動させ、教示位置Ｋ
（Ｌ，ｒ，ｚ，θ）として各軸の位置を記憶させる。そ
して、ＣＰＵ４は、オペレータが、１番目の教示位置Ｋ
１の指令に応じて、コントローラ１Ｌに走行距離レジス
タのクリアを指示する。この位置が、走行範囲の始端と
なり、走行位置レジスタのデータは０（基点）を示すも
のになっていることになる。

【００２４】この操作を鋼管１周に対し、ｎ個行う。こ
の１番目の教示位置Ｋ１の（ｒ１，ｚ１，θ１）とｎ番
目の教示位置Ｋｎの（ｒｎ，ｚｎ，θ１）は同じ位置と
する。次に、ＣＰＵ４は、教示位置ＫｎのＬｎを０と
し、教示位置Ｋ１からＫｎ−１のＬ１（＝０），Ｌ２，
Ｌ３，・・・・，Ｌｎ−１を、Ｌｎ，Ｌｎ−Ｌ２，Ｌｎ
−Ｌ３，・・・・，Ｌｎ−Ｌｎ−１に書替える。ここ
で、Ｌｎ−Ｌ１は、ずらし移動量Ｌａ＝０およびラップ
距離Ｄ＝０のときレール上での１パスの溶接距離とな
る。これらのデータを図４のステップ２で読取り、使用
するワイヤ径φ１．２ｍｍと、予めプログラムに固定値
として書込んでいる、本溶接電流値のワイヤ送給量Ｖｆ
ｗ，電圧値Ｖｗ，１層当たりの層高さＨ，１パス当たり
のパス断面積Ｓから、「溶接条件生成」（ステップ３）
で、データに対応したパススケジュールの生成を行い、
各パスの溶接条件および溶接位置を演算生成する。

【００２５】なお、溶接速度については、第１パスの溶
接位置（ｒｓ１，ｚｓ１）、特に半径方向の位置ｒｓ１
による速度ずれ分、溶接速度を補正している。例えば、
同一の周速度で溶接台車１１を施回駆動した場合、トー
チ先端（ワイヤ）が開先の底（裏当材１５（図６）に近
い、パスＮｏ．ｉが小さいパスでは、トーチ先端の周速
度が遅く、レールに近い、パスＮｏ．ｉが大きいパスで
は、トーチ先端の周速度が速く、これらの速い，遅い
が、溶接速度ずれとなり、レール取付け位置を基準と
し、第ｉパスの溶接速度（台車移動速度）Ｖｗｉを、Ｖ
ｗｉ×Ｒ／（Ｐ−（Ｔ−ｒｓｉ）×２）に書替える。こ
こで、Ｒはレール径，Ｐは外径，Ｔは管厚，ｒｓｉは第
１パスのｒ位置である。

【００２６】以下において、上記パス毎のデータ群をパ
ススケジュールと称す。ここで、パスＮｏ．は、図６に
示すように、一周１回の溶接を１パスとして実行順に番
号を付けたものである。

【００２７】又、溶接位置は、教示位置との相対距離で
表示しているため、例えば、ＣＰＵ４がコントローラ１
ｚに、パスＮｏ．ｉの高さｚｉのデータを与えると、コ
ントローラ１ｚは、パスＮｏ．ｉの溶接位置（ｚｅ（ｅ
番目の教示位置の昇降方向位置）＋ｚｉ）と昇降位置レ
ジスタのデータが示す前パスの溶接位置（実高さ）ｚａ
＝ｚｅ＋ｚｉ−１の偏差（ｚｉ−ｚｉ−１）の極性をチ
ェックして、それが正であればモータドライバ２ｚに正
転指示し、負であれば逆転を指示する。モータドライバ
２ｚがこれに応答して、電気モータＭｚを正転通電又は
逆転通電する。この通電により電気モータＭｚが回転
し、ロータリエンコーダＲｚが１パルスを発生する毎
に、コントローラ１ｚは、正転通電のときには昇降位置
レジスタのデータを前の値より１大きい数値を示すもの
に更新し、逆転通電のときには前の値より１小さい数値
を示すものに更新して、昇降位置レジスタのデータがパ
スＮｏ．ｉの溶接位置を示すものになったときに、モー
タドライバ２ｚへの正転指示又は逆転指示を解除（モー
タ停止指示）する。モータドライバ２ｚがこれに応答し
てモータＭｚの通電を遮断する。このようにして、ＣＰ
Ｕ４が指示する高さｚｉにトーチ１２の高さｚａが設定
される。更に、各教示位置間は直線補完を行っている。

【００２８】次に、オペレータが溶接スタートを入力す
ると、ＣＰＵ４は教示位置ＫｎからＫ１に向かって第１
パスから溶接を開始する。第１パスの溶接が終了する
と、順次パススケジュールに基づいて、第２パス以降の
溶接を行う。第２パスは、第１パスとは逆方向に溶接台
車１１を駆動して溶接を行う。第３パスは、第１パスと
同方向に溶接台車１１を駆動して溶接を行う。第４パス
は、第２パスと同方向に溶接台車１１を駆動して溶接を
行う。このように溶接方向は、パス毎に溶接方向を逆転
する往復溶接で行う。パススケジュールの最終パスの溶
接を終了すると、溶接終了を報知する。オペレータは、
溶接終了の報知があると、レール１０を鋼管１４から外
し、次の溶接対象鋼管に装着する。次の溶接も同一仕様
であるときには、ＣＰＵ４が不揮発メモリ９に書込んだ
前回の始終端条件（図３のＡ）を利用することができ
る。

【００２９】オペレ−タ入力の始終端条件は、次の通り
である。

【００３０】初期電流値Ｉｓａ，電圧Ｖｓａ，初期ア
−ク保持距離Ｌｓａ， 中間電流値Ｉｉａ，電圧Ｖｉａ，中間ア−ク保持距離
Ｌｉａ， エンド電流値Ｉｃ，電圧値Ｖｃ． ずらし移動量初期値Ｌ０， パス毎減少量ΔＬ０， ラップ距離Ｄ， エンド溶接速度Ｓｃ． なお、上記データは、オペレータの図３の「始終端条件
初期設定」（Ａ）での入力を、ＣＰＵ４が図４の「入力
読取り」（ステップ２）で読込んでセーブしているもの
である。ここで、，，，のデータは、図７およ
び図８に示すように、１パスの溶接の始終端部の溶接電
流，電圧であり、このデータは全パス共通である。図７
および図８に示すのデータは、予めプログラム上に固
定値として設定している。

【００３１】なお、図７は溶接トーチ１２の円周移動を
直線展開して示し、図８は管軸を中心にした円周移動を
そのまま示す。

【００３２】オペレータ入力の鋼管サイズおよびレール
外形としては、外形Ｐ，管厚Ｔ，開先底面幅Ｇ（開先の
底幅），開先角度αおよびレール外形Ｒである。

【００３３】再度図５を参照する。ＣＰＵ４は「溶接条
件生成」を行うと（図４のステップ３）、パスＮｏ．ｉ
を１に設定し、パス毎減少回数ｎを０に初期化して（ス
テップ２１）、教示データを読込む（ステップ２２）。
そして、「溶接条件生成」で生成したパススケジュール
に基づいて、各パスの溶接軌跡（周方向開始位置Ｌｓ
ｉ，周方向終了位置Ｌｃｉ）を設定する。溶接軌跡、す
なわち溶接台車１１の駆動範囲は、パスＮｏ．ｉが１で
あると、ずらし移動量Ｌａを０とする（ステップ２３〜
２６）。そして、ｎ番目の教示位置ＫｎのＬｎ（＝０）
と、ずらし移動量Ｌａ１（＝０）に基づいて、第１パス
の周方向開始位置Ｌｓ１をＬｎ（＝０）に設定する。次
に、溶接速度の補正と同様に、第１パスの溶接位置（ｒ
ｓ１，ｚｓ１）、特に半径方向の位置ｒｓ１による距離
ずれ分、ラップ距離Ｄを補正する（ステップ２８）。例
えば、ある一定速度で溶接台車１１を旋回駆動した場
合、ト−チ先端（ワイヤ）が開先の底（裏当材１５（図
６））に近い、パスＮｏ．ｉが小さいパスでは、トーチ
先端の移動距離が溶接台車１１の移動距離より短く、こ
れが距離ずれとなる。ステップ２８では、レール取付け
位置を基準とし、第ｉパスのラップ距離Ｄｉを、Ｄ×Ｒ
／（Ｐ−（Ｔ−ｒｓｉ）×２）に書替える。ここで、Ｄ
はラップ距離，Ｒはレール径，Ｐは半径，Ｔは管厚，ｒ
ｓｉは第１パスのｒ位置である。そして、１パスの溶接
長Ｌｎ−Ｌ１と、ラップ距離Ｄｉに基づいて、周方向終
了位置Ｌｃ１をＬｎ−Ｌ１＋Ｄｉに設定する。第２パス
は、ＣＰＵ４が、ずらし移動量Ｌａ（第２パスのものは
Ｌａ２）に、ずらし移動量初期値Ｌ０を設定し（ステッ
プ２２，２３，３１）、第１パスの周方向終了位置Ｌｃ
１にずらし移動量Ｌａ２＝Ｌ０を加えた和を算出して、
それを周方向開始位置Ｌｓ２とする。次に、第２パスの
半径方向位置ｒｓ２による距離ずれ分、ラップ距離Ｄ２
を、Ｄ×Ｒ／（Ｐ−（Ｔ−ｒｓ２）×２）に書替え、第
２パスの周方向開始位置Ｌｓ２にパスの溶接長Ｌｎ−Ｌ
１と、ラップ距離Ｄ２の和を減算したＬａ２−（Ｌｎ−
Ｌ１＋Ｄ）を周方向終了位置Ｌｃ２とする。

【００３４】第３パスは、ＣＰＵ４が、パス毎減少回数
ｎを１インクリメントして（ステップ２２，２３，３
１）、ずらし移動量 Ｌａ３＝Ｌ０−１×ΔＬ０ を算出する（ステップ３２）。そしてＬａ３が負値（１
パス毎にパス毎減少量のΔＬ０分のずらしをした積算値
ｎ×ΔＬ０が、ずらし移動量初期値Ｌ０以上になった：
再度Ｌ０分のずらし要）かをチェックして（ステップ３
３）、正値であると、前パスである第２パスの終了位置
Ｌｃ２より、算出したずらし移動量Ｌａ３を減算した差
（Ｌａ３が負値であると実際には和）を算出して、それ
を周方向開始位置Ｌｓ３とする（ステップ２６）。次
に、第３パスの半径方向位置ｒｓ３による距離ずれ分、
ラップ距離Ｄ３を、Ｄ×Ｒ／（Ｐ−（Ｔ−ｒｓ３）×
２）に書替え、第３パスの周方向開始位置Ｌｓ３に１パ
スの溶接長Ｌｎ−Ｌ１と、ラップ距離Ｄ３の和を算出し
て、それを周方向終了位置Ｌｃ３とする。

【００３５】第４パスは、ＣＰＵ４が、パス毎減少回数
ｎを１インクリメントして（ステップ２２，２３，３
１）、ずらし移動量 Ｌａ４＝Ｌ０−２×ΔＬ０ を算出する（ステップ３２）。そしてＬａ４が負値かを
チェックして（ステップ３３）、正値であると、前パス
である第３パスの終了位置Ｌｃ３より、算出したずらし
移動量Ｌａ４を加算した和（Ｌａ４が負値であると実際
には差）を算出して、それを周方向開始位置Ｌｓ４とす
る（ステップ２６）。次に、第４パスの半径方向の位置
ｒｓ４による距離ずれ分、ラップ距離Ｄ４を、Ｄ×Ｒ／
（Ｐ−（Ｔ−ｒｓ３）×２）に書替え、第４パスの周方
向開始位置Ｌｓ４に１パスの溶接長Ｌｎ−Ｌ１と、ラッ
プ距離Ｄ４の和を算出して、それを周方向終了位置Ｌｃ
４とする。

【００３６】以下、第５パス以降の奇数番パスのパスス
ケジュ−ルは、上記の第３パスと同様に生成し、第６パ
ス以降の偶数番パスのパススケジュ−ルは、上記の第４
パスと同様に生成する。

【００３７】その過程で、算出したずらし移動量 Ｌａｉ＝Ｌ０−ｎ×ΔＬ０ が０以下の値となったときは、ｎが奇数であるかをチェ
ックし（ステップ３４）、奇数であるとずらし移動量Ｌ
ａｉにずらし移動量初期値Ｌ０を設定する（ステップ３
０）。奇数でなかったら、次の奇数パスでこれを行な
う。

【００３８】オペレ−タが、溶接スタ−トを入力する
と、ＣＰＵ４は図４のステップ３，ステップ４で生成し
たパススケジュールをディスプレイに表示して、パスＮ
ｏ．レジスタｉに１を設定して（第１パスを指定し
て）、第ｉパスのパススケジュ−ルに基づいて、第ｉパ
スの溶接を、図７および図８に示すように行なう。第１
パスの溶接は、ト−チ位置および姿勢を（ｒｓ１，ｚｓ
１，θｓ１）にして第１パスの周方向開始位置Ｌｓ１か
ら開始するが、第２パスは、第１パスの終点Ｌｃ１でト
−チ位置および姿勢を（ｒｓ２，ｚｓ２，θｓ２）にし
そして第２パスの周方向開始位置Ｌｓ２にト−チを駆動
してから開始する。第３パスは、第２パスの終点Ｌｃ２
でト−チ位置および姿勢を（ｒｓ３，ｚｒｓ３，θｓ
３）にし、そして第３パスの周方向開始位置Ｌｓ３にト
−チを駆動してから開始する。以下同様である。いずれ
のパスにおいても、溶接速度，方向，溶接電流，電圧お
よび電流，電圧の切換タイミングは、パススケジュ−ル
のデ−タに対応して定める（図４のステップ９〜１
６）。

【００３９】以上に説明した実施例によれば、溶接スタ
ート時、低い初期電流，電圧で溶接アークを発生さ
せ、次にそれよりも高く本電流・電圧よりも低い中間
電流，電圧で行い、一定距離だけ進行後本電流・電圧
で溶接を行うことによりスタ−ト時のト−チ移動の遅れ
による初期ビ−ドの膨らみが少く、各パスのビ−ド会合
部の膨らみが少く、メタル垂れを生じない。

【００４０】溶接ビード会合部（１パスの溶接始端と終
端とのラップ部）は、本電流より低い低電流，電圧
で、又、本電流，電圧域よりも遅い一定の速度で一定距
離Ｄラップさせ、その位置でクレータ溶接条件で終了す
るので、会合部に溶接欠陥を生じない。

【００４１】溶接ビード会合部を１パス毎に移動させ、
一定の距離範囲内で繰り返している。すなわち、ずらし
移動量初期値Ｌｏを設定し、１パス毎のパス毎減少量Δ
Ｌｏだけずらし移動量を減少して行きずらし移動量Ｌａ
≦０になるときは、Ｌａ＝Ｌｏとする。減少回数ｎ＝Ｌ
ｏ÷ΔＬｏ＝偶数、の場合は、もう一回継続する。これ
を繰り返すことにより、一定の距離範囲内に会合部が繰
り返し現われる。このことにより特に欠陥が生じやすい
溶接ビード会合部を一定の距離範囲内に納めることが出
来る。図９および図１０に、パス間の溶接開始位置のず
らし移動量を実線で示す。横軸が溶接ト−チ１２の周方
向位置であり、０点が、第１パスの溶接開始時の周方向
溶接位置（狙い位置）である。数値の単位はｍｍであ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の一実施例の機構外観を示す斜視図で
ある。

【図２】 図１に示す溶接装置の電気系システム構成を
示すブロック図である。

【図３】 図１に示す溶接装置を使用するオペレ−タの
作業手順を示すフロ−チャ−トである。

【図４】 図２に示すＣＰＵ４が行なう処理の概要を示
すフロ−チャ−トである。

【図５】 図４に示す「溶接軌跡生成」（４）の内容の
一部を示すフロ−チャ−トである。

【図６】 図１に示す溶接対象の鋼管１３，１４の一部
分の拡大縦断面図であり、多層盛り溶接を行なった開先
の横断面を示す。

【図７】 図１に示す溶接装置による１パスの溶接の間
の溶接電流，電圧の変化と溶接速度の変化を示すグラフ
であり、横軸は、溶接ト−チ１２の周方向移動を直線展
開した移動距離である。

【図８】 図１に示す溶接装置による１パスの溶接の間
の溶接電流，電圧の変更点を示す平面図である。

【図９】 図１に示す溶接装置による多層盛り溶接の場
合の、パス毎の溶接開始位置ずらし移動量の一例を実線
で示すグラフであり、横軸は、溶接ト−チ１２の周方向
移動を直線展開した移動距離である。

【図１０】 図１に示す溶接装置による多層盛り溶接の
場合の、パス毎の溶接開始位置ずらし移動量のもう１つ
の例を実線で示すグラフであり、横軸は、溶接ト−チ１
２の周方向移動を直線展開した移動距離である。

【図１１】 図１に示す溶接対象の鋼管１３，１４の一
部の拡大縦断面であり、ワイヤ先端での教示位置を示す
開先の横断面を示す。

【符号の説明】

１０：レ−ル １１：溶接台車 １２：溶接ト−チ １３，１４：鋼管 １９：昇降基台 ２０：進退基台 ２１：ト−ルホルダ ＭＬ，Ｍｚ，Ｍｒ，Ｍθ：電気モ
−タ ＲＬ，Ｒｚ，Ｒｒ，Ｒθ：ロ−タリエンコ−ダ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 川 上 善 孝 千葉県習志野市東習志野７丁目６番１号 日鐵溶接工業株式会社機器事業部内 (72)発明者 丸 山 修 志 千葉県習志野市東習志野７丁目６番１号 日鐵溶接工業株式会社機器事業部内 (72)発明者 平 戸 誠一郎 東京都新宿区西新宿六丁目３番１号 株式 会社テトラ内 (72)発明者 堀 健 治 東京都新宿区西新宿六丁目３番１号 株式 会社テトラ内 Ｆターム(参考） 4E081 AA02 BA27 DA14 DA19 DA40 DA41 DA48 DA55 DA56 EA06 EA17 EA24 EA32 EA56

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 自動溶接ロボットによる鋼管の横向き多
   層盛り溶接に於いて、溶接スタート時、低い初期電流・
   電圧で溶接アークを発生させ、次にそれよりも高く本電
   流・電圧よりも低い中間電流・電圧で溶接を行い、一定
   距離だけ進行後本電流・電圧で溶接を行うことを特徴と
   する鋼管の横向き多層盛り溶接方法。
2. 【請求項２】 パス終端部は、本電流より低いエンド電
   流・電圧で、又、本電流・電圧域よりも遅い一定の速度
   で該パスの始端部と一定距離ラップさせ、該パスの溶接
   を終了する、請求項１記載の鋼管の横向き多層盛り溶接
   方法。
3. 【請求項３】 各パスの始端ビ−ドと終端ビ−ドとの会
   合部を１パス毎に、設定範囲内で周方向にずらす、請求
   項１記載の鋼管の横向き多層盛り溶接方法。
4. 【請求項４】 会合部を１パス毎にパス毎減少量ΔＬｏ
   分周方向にずらし、パス毎のずらし量の積算値がずらし
   移動量初期値Ｌｏを越えるとき、ずらし移動量初期値Ｌ
   ｏ程度のずらしを行なって、その後また１パス毎にパス
   毎減少量ΔＬｏ分周方向にずらす、請求項３記載の鋼管
   の横向き多層盛り溶接方法。
5. 【請求項５】 第２パスは、第１パスの会合部に対して
   ずらし移動量初期値Ｌｏ分周方向に会合部をずらして第
   １パスとは逆方向に溶接ヘッドを駆動して溶接を行な
   い、第３パスは、第２パスの会合部に対してずらし移動
   量初期値Ｌｏ−パス毎減少量ΔＬｏ分周方向に会合部を
   ずらして第１パスと同方向に溶接ヘッドを駆動して溶接
   を行ない、第４パスは、第３パスの会合部に対してずら
   し移動量初期値Ｌｏ−パス毎減少量ΔＬｏ×２分周方向
   に会合部をずらして第１パスと逆方向に溶接ヘッドを駆
   動して溶接を行ない、ずらし移動量Ｌａ＝Ｌｏ−ΔＬｏ
   ×ｎが０以下かつｎが奇数となるパスでずらし移動量初
   期値Ｌｏ分周方向に会合部をずらし、次のパス以降では
   また順次にずらし移動量初期値Ｌｏをパス毎減少量ΔＬ
   ｏづつ減らす、請求項３記載の鋼管の横向き多層盛り溶
   接方法。
6. 【請求項６】鋼管を周回するリング状のレ−ル；該レ−
   ルに装着されレ−ルに沿って鋼管を周回移動する溶接台
   車；溶接台車に搭載された溶接ト−チ；溶接台車に搭載
   された走行駆動機構；該走行駆動機構を正，逆走行駆動
   する駆動手段；鋼管に対する始終端での、溶接電流・電
   圧，ラップ距離Ｄ，ずらし移動量初期値Ｌｏ，パス毎減
   少量ΔＬｏ，外形Ｐ，管厚Ｔ，開先底面幅Ｇ，開先角度
   αおよびレール外径Ｒを入力するための入力手段；入力
   された値に基づいて鋼管に対する各パスの会合部の位
   置，パス毎のずらし移動量Ｌａおよびト−チの周方向移
   動量に対応した溶接条件に切替える手段；および、 生成された各パスの会合部の位置，パス毎のずらし移動
   量Ｌａおよびト−チの周方向移動量対応の溶接条件に従
   って、溶接台車の走行および溶接条件を制御する溶接制
   御手段；を備える鋼管の横向き多層盛り溶接装置。
7. 【請求項７】更に、生成されたパススケジュ−ルを記憶
   する手段；を含む請求項６記載の鋼管の横向き多層盛り
   溶接装置。