JP2001252767A

JP2001252767A - 立向溶接方法

Info

Publication number: JP2001252767A
Application number: JP2000065724A
Authority: JP
Inventors: Kiyoshi Hashimoto; 潔橋本; Koji Kawakami; 浩司川上; Kenji Sadahiro; 健次定廣; Hiroshi Matsumura; 浩史松村; Hajime Uchiyama; 肇内山; Hideto Wakinaka; 秀人脇中
Original assignee: Kobe Steel Ltd
Current assignee: Kobe Steel Ltd
Priority date: 2000-03-06
Filing date: 2000-03-06
Publication date: 2001-09-18

Abstract

(57)【要約】【課題】下側固形タブ１３を用いて溶接を行う際に、
少ない溶接材料および溶接時間で良好な溶接品質の溶接
を行うことができると共に、下側固形タブ１３を取り除
いたときに良好な美観を得ることができるようにする。【解決手段】立向姿勢にされたＴ字型継手の溶接にお
いて、ワーク開先の端部を下側固形タブ１３で塞ぐと共
にルート側を裏当金１２で塞いだ後、溶接トーチ７のワ
イヤ先端をウィービングさせながら上昇させることによ
って、ワーク開先を溶接するものである。ワーク開先を
下側固形タブ１３側の端部領域とこれ以外の本溶接部領
域とに区分し、これら各領域の溶接特性を考慮した溶接
条件を設定する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、立向姿勢にされた
ワーク開先を溶接する立向溶接方法に関するものであ
る。

【０００２】

【従来の技術】アーク溶接ロボット等の自動溶接装置に
より立向姿勢の完全溶け込み継手溶接を行う場合におい
て、導電性材料で形成されたスチールタブを溶接継手の
端部に取り付けて溶接を行うと、スチールタブを溶接後
に取り外すときに手間がかかる。従って、近年において
は、セラミックス等の非導電性材料で形成された取り外
しの容易な固形タブをスチールタブの代わりに用いて溶
接する方法が注目されている。

【０００３】ところが、上記の固形タブは、非導電性材
料がアークを不安定化させ易いと共に湯流れを引き起こ
し易いという溶接特性を有しているため、溶接継手の端
部における溶接品質を十分に高いものにすることが困難
であるという問題がある。そこで、従来から、固形タブ
を用いた場合でも十分に高い溶接品質を得ることができ
るように、各種の方法や構成が提案されている。

【０００４】例えば特開昭５７−６８２８９号公報に
は、非導電性材料からなる固形フラックス層の表面に鉄
粉層を形成し、この鉄粉層の導電性によりアークの安定
化を図った固形タブが提案されている。また、固形タブ
の表面に鉄粉層を形成しただけでは、鉄粉層から蒸発す
る不純物によりアークが不安定化することによって、良
好な溶接品質を得ることが困難であるため、特開平１１
−９０６２６号公報においては、固形タブを開先を有す
るように形成し、この固形タブをワークに取り付けたと
きに、ワーク開先の両端部に固形タブによる開先を存在
させるようにする。そして、固形タブの開先を固形タブ
用の溶接条件で溶接し、ワーク開先をワーク用の溶接条
件で溶接することによって、固形タブにおける不純物の
発生を抑制し、ワーク開先の全域を良好な溶接品質でも
って溶接することを可能にしている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来のように、ワークの両端部に固形タブによる開先を存
在させ、この開先を固形タブ用の溶接条件で溶接する方
法では、ワーク開先の溶接に加えて固形タブのタブ開先
に対する溶接も必要になるため、溶接材料および溶接時
間が余分に必要になるという問題がある。さらに、溶接
後に固形タブをワークから取り除いたときに、タブ開先
に形成された溶接部分がワーク側に残るため、このまま
では最終製品として美観が悪いという問題もある。

【０００６】従って、本発明は、固形タブを用いて溶接
を行う際に、少ない溶接材料および溶接時間で良好な溶
接品質の溶接を行うことができると共に、固形タブを取
り除いたときに良好な美観を得ることができる溶接方法
を提供するものである。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、請求項１の発明は、立向姿勢にされたＴ字型継手の
溶接において、ワーク開先のルート側を裏当金で塞ぐと
共に下端部を固形タブで塞いだ後、溶接トーチのワイヤ
先端をウィービングさせながら上昇させることによっ
て、該ワーク開先を溶接する立向溶接方法において、前
記ワーク開先を始端側の始端部領域および終端側の終端
部領域とこれ以外の本溶接部領域とに区分し、これら各
領域の溶接特性を考慮した溶接条件を設定し、前記ウィ
ービングによる運棒パターンの１周期を１ループとし、
前記ウィービングの軌跡中に含まれる教示点の位置座標
を、Ｘ軸（溶接始端から溶接終端に向かう方向を＋、開
先のあるワーク鋼板の下端を０）、Ｙ軸（溶接方向から
開先を投影して開先面のある方向を＋、ルートギャップ
の中心を０）、Ｚ軸（ルート側から開先側に＋、裏当金
面を０）で表し、固形タブの溝深さをＤ（ｍｍ）とした
とき、前記端部領域の第１ループに含まれる教示点のう
ち、ワークと裏当金あるいは下層溶接ビード表面と固形
タブとの接点に最も近い教示点Ｐ１の位置座標（ｘｐ
１，ｙｐ１，ｚｐ１）および反対側のワークと裏当金あ
るいは下層溶接ビード表面と固形タブとの接点に最も近
い教示点Ｐ２の位置座標（ｘｐ２，ｙｐ２，ｚｐ２）に
おけるＸ座標（ｘｐ１，ｘｐ２）の少なくとも一方の値
が−Ｄ−２（ｍｍ）以上かつ＋３（ｍｍ）以下であり、
前記教示点Ｐ１および教示点Ｐ２に対して、０．２〜
３．０ｓの停止時間で停止し、該停止中の溶接電流を１
９０Ａ〜２５０Ａにするという溶接条件が設定されてい
ることを特徴としている。

【０００８】上記の構成によれば、始端部、本溶接部、
終端部に区分された領域においてそれぞれに必要とされ
る溶接特性を考慮した溶接条件を設定することによっ
て、固形タブを用いる始端部領域および終端部領域の溶
接品質の低下を防止することができる。さらに、始端部
領域の第１ループに含まれる教示点のうち、ルート側の
教示点Ｐ１（ｘｐ１，ｙｐ１，ｚｐ１）および教示点Ｐ
２（ｘｐ２，ｙｐ２，ｚｐ２）におけるＸ座標（ｘｐ
１，ｘｐ２）の少なくとも一方の値を−Ｄ−２（ｍｍ）
以上かつ＋３（ｍｍ）以下に設定することによって、最
も溶込みが得られにくい始端部領域の固形タブとの接点
部分にアーク点を確実に配置し、融合不良等の欠陥を防
止することができる。また、該教示点に対して０．２〜
３．０ｓの停止時間を設定することにより必要十分な大
きさの溶融池を形成することができ、さらに停止中の溶
接電流を１９０Ａ〜２５０Ａに設定することによりワー
クや裏当金に対する良好な溶込みやなじみを得ることが
できる。そして、この場合における溶接は、端部領域と
本溶接部領域とで行われるが、固形タブの溝深さ（Ｄ）
は通常２〜３ｍｍ程度であり、端部領域の大部分がワー
ク開先内に存在するため、従来のようなワーク開先と共
にタブ開先を溶接する場合と比較して、溶接材料および
溶接時間を低減することができる。さらに、溶接後に固
形タブを取り除いたときに、従来のようなタブ開先の溶
接部分が発生せず、タブの溝深さ程度の凸部しか残らな
いため、良好な外観を得ることができる。

【０００９】請求項２の発明は、請求項１記載の立向溶
接方法であって、ワークに対して水平方向を前後角０°
とし、トーチ先端が上を向く方向を＋、トーチ先端が下
を向く方向を−としたとき、前記ワーク開先の始端部領
域での最初のループにおける溶接トーチの前後角α１°
と、前記本溶接部のループ中における溶接トーチの前後
角αｗ°との関係が、αｗ−１０≦α１≦αｗであるこ
とを特徴としている。上記の構成よれば、良好なビード
形状や溶込みを得ることができると共に溶接トーチの固
形タブへの接触を防止することができる。

【００１０】請求項３の発明は、請求項１または２記載
の立向溶接方法であって、溶接始端部領域における開口
部側に位置する少なくとも一つ以上の教示点に対して、
０．２ｓ〜２．５ｓのアーク停止時間が溶接条件として
設定されていることを特徴としている。上記の構成によ
れば、溶融池の熱量を放出させることによって、開口部
側のビードの垂れを防止し、フラットなビード形状を得
ることができる。

【００１１】請求項４の発明は、請求項１ないし３の何
れか１項に記載の立向溶接方法であって、溶接終端部領
域の溶接終了点を含むループを最終ループとしたとき、
該最終ループから逆算し、最終ループを含めて少なくと
も二つ以上のループの教示点に対して１１０Ａ〜１６０
Ａの溶接電流が溶接条件として設定されていることを特
徴としている。上記の構成によれば、ワークのアンダー
カットを防止し、ビード形状を整えることができる。
尚、スパッタの飛散を減少させるため、教示点に対して
溶接トーチの前後角αＥ°を本溶接部領域のループ中の
教示点における前後角αＷ°に対してαＷ−１５≦αＥ
≦αＷの範囲で設定しても良い。また、開先側の角の溶
け落ちを確実に防止し、ビードなじみを良好にするた
め、開先面を延長する固形タブがワークの上端面に設け
られていても良い。

【００１２】

【発明の実施の形態】本発明の実施の形態を図１ないし
図１３に基づいて以下に説明する。本実施の形態に係る
立向溶接方法は、例えば図１に示すように、一方のワー
ク１１の端部を他方のワーク１１’の壁面に対してＴ字
状に突き合わせ、開先壁１１ａ・１１ａ’が左右に位置
した立向き姿勢となるようにセットした後、開先のルー
ト側と下端部とを裏当金１２と下側固形タブ１３とでそ
れぞれ塞いだ状態で開先を溶接する立向溶接装置におい
て実施される。

【００１３】上記の立向溶接装置は、複数の自由度を有
した多関節型の溶接ロボット１０と、図示しないロボッ
トコントローラおよびオフライン教示装置とを備えてい
る。溶接ロボット１０は、床面に固設されたベース１を
有している。ベース１には、基台２がθ₁方向に旋回可
能に設けられており、基台２には、第１アーム３がθ ₂
方向に揺動可能に縦設されている。第１アーム３は、主
アーム３ａおよび副アーム３ｂからなっており、主アー
ム３ａおよび副アーム３ｂは、自由端側において第２ア
ーム４をそれぞれθ₃方向に回動自在に軸支している。

【００１４】上記の第２アーム４の自由端側には、手首
部材５がθ₄方向およびθ₅方向に揺動可能および回動
可能に設けられている。手首部材５には、トーチブラケ
ット６を介して溶接トーチ７が設けられている。そし
て、溶接トーチ７は、上述の各方向θ₁〜θ₅の揺動、
回転および旋回により任意の姿勢で任意の位置に移動さ
れるようになっている。

【００１５】上記の溶接ロボット１０には、このロボッ
ト１０の姿勢や動作を制御する図示しないロボットコン
トローラが接続されている。ロボットコントローラは、
溶接ロボット１０等の外部装置との信号を入出力する入
出力部を備えていると共に、この入出力部に信号バスを
介して接続された記憶部、演算部および通信部を有して
いる。記憶部は、ギャップセンシングプログラムや溶接
プログラム等の各種のプログラムを記憶すると共に、ギ
ャップセンシング結果等の各種のデータを記憶する。ま
た、通信部は、教示ペンダントやオフライン教示装置に
着脱可能に接続されており、これらの装置との間で各種
のプログラムやデータを送受信可能にしている。

【００１６】上記のオフライン教示装置は、プログラム
作成ルーチン等のソフトウエアを実行可能になってい
る。このソフトウエアは、ワークデータや溶接条件デー
タに基づいてギャップセンシングプログラムを作成し、
このプログラムをロボットコントローラに送信した後、
ロボットコントローラからのギャップセンシング結果を
受け取る第１処理と、ギャップセンシング結果に基づい
て溶接プログラムを作成し、このプログラムをロボット
コントローラに送信する第２処理とを実行可能にしてい
る。

【００１７】ここで、ワークデータとは、ワーク寸法
（溶接長）・形状・板厚等のデータを意味する。尚、基
準開先とは、例えば開先幅が６ｍｍ、開先角度が３５
°、レ型等のように、或る一定の条件を前提としたワー
ク誤差を含まない開先を意味する。

【００１８】また、ギャップセンシングとは、ワーク開
先の下端部（始端部）から上端部（終端部）におけるル
ートギャップを求める動作のことであり、このルートギ
ャップを溶接ロボット１０に求めさせるロボット軌跡・
制御プログラムをギャップセンシングプログラムと称
し、このプログラムの実行により得られたルートギャッ
プをギャップセンシング結果と称する。そして、このギ
ャップセンシング結果に基づいて溶接トーチ軌跡や溶着
金属量（溶接速度）を補正するように溶接プログラムを
作成する機能をギャップセンシング機能と称する。

【００１９】上記のように構成された立向溶接装置によ
り溶接されるワーク１１の下面には、下側固形タブ１３
が取り付けられている。下側固形タブ１３は、ＭｇＯ、
ＳｉＯ₂、Ａｌ₂Ｏ₃、ＣａＣＯ₃等を主成分とする非
導電性材料により形成されている。尚、下側固形タブ１
３は、上記の非導電性材料のみからなっていても良い
し、非導電性材料からなるコア部と、コア部の表面に形
成された導電性材料からなる表層部とからなっていても
良い。

【００２０】上記の下側固形タブ１３は、図３（ａ）・
（ｂ）にも示すように、平面視四角形の板状に形成され
ている。下側固形タブ１３の上面および下面には、ワー
ク１１の端面が当接される凸面部１３ａと、凸面部１３
ａに対して所定の溝深さＤ（ｍｍ）に設定された凹面部
１３ｂとが形成されている。そして、これらの凸面部１
３ａと凹面部１３ｂとの境界線は、ワーク１１の開先に
一致する傾斜角度に設定されている。

【００２１】尚、下側固形タブ１３は、凸面部１３ａお
よび凹面部１３ｂが固形タブ１３の上面および下面に同
一方向の傾斜角度の境界線を有するように形成されてい
ても良いし、図４（ａ）・（ｂ）に示すように、逆方向
の傾斜角度の境界線を有するように形成されていても良
い。さらに、下側固形タブ１３は、図５（ａ）・（ｂ）
に示すように、一対の凸面部１３ａ・１３ａが両端部に
左右対称に平行配置され、これらの凸面部１３ａ・１３
ａ間に凹面部１３ｂが存在するように形成されていても
良い。

【００２２】また、図１に示すように、ワーク１１の上
端面には、開先を延長させる上側固形タブ１４が取り付
けられている。上側固形タブ１４は、形状が長方体形状
であることを除いて上述の下側固形タブ１３と同一の構
成にされており、一端面１４ａがワーク１１の開先壁１
１ａに対して面一とされている。尚、上側固形タブ１４
は、必要に応じて取り付けられていれば良く、図２に示
すように、下側固形タブ１３のみがワーク１１に取り付
けられていても良い。

【００２３】上記の構成において、立向溶接装置の動作
を通じて立向溶接方法について説明する。

【００２４】先ず、図１に示すように、溶接ロボット１
０の動作領域内にワーク（母材）１１・１１’が搬入さ
れ、開先壁１１ａ・１１ａ’を左右に位置させた立向き
姿勢となるようにワーク１１・１１’がＴ字形状にセッ
トされる。この後、これらのワーク１１・１１’で形成
された開先のルート側に裏当金１２が押し当てられるこ
とによって、開先のルート側が塞がれると共に、ワーク
１１の下面に下側固形タブ１３が押し当てられることに
よって、上下方向に設定された開先の下端が塞がれる。
さらに、一方のワーク１１の上端面に上側固形タブ１４
が載置され、上側固形タブ１４の一端面１４ａがワーク
１１の開先壁１１ａに対して面一にされることによっ
て、開先が上方に延長される。

【００２５】次に、初期設定として、各パス毎に溶接速
度・教示点の座標等の適切な条件が設定され、オフライ
ン教示装置に対してワークデータおよび溶接条件データ
が入力される。これらのデータの入力が完了し、オフラ
イン教示装置においてソフトウエアが実行されると、図
６に示すように、運転条件データが読み込まれた後（Ｓ
１）、ソフトウエア中の第１処理（Ｓ２）が実行される
ことによって、オフライン教示装置とロボットコントロ
ーラとの間でギャップセンシング実行動作が行われる。

【００２６】即ち、オフライン教示装置においては、運
転条件データに基づいてギャップセンシングプログラム
を作成し、このプログラムをロボットコントローラに送
信した後、ロボットコントローラからのギャップセンシ
ング結果の受信を待つ。一方、ロボットコントローラに
おいては、受信したギャップセンシングプログラムを実
行し、溶接ロボット１０を作動させることによって、溶
接トーチ７のセンシングによりワーク開先の上端から下
端までのルートギャップを求め、ギャップセンシング結
果としてオフライン教示装置に送信する。そして、オフ
ライン教示装置は、ギャップセンシング結果を受信した
ときに、この結果を取り込んで記憶する（Ｓ２）。

【００２７】次に、ソフトウエア中の第２処理（Ｓ３）
が実行されることによって、オフライン教示装置とロボ
ットコントローラとの間で溶接プログラム実行動作が行
われる。

【００２８】即ち、先ず、オフライン教示装置において
は、図７に示すように、溶接プログラム作成ルーチンを
実行し、前処理としてビード形成部の高さと、始端乗り
移り部の高さと、終端乗り移り部の高さとを計算する
（Ｓ１１）。この後、本処理を実行し、図８および図９
に示すように、ビード形成部におけるギャップ中央部・
底部およびトーチ角度を計算する。また、始端乗り移り
部、終端乗り移り部および本溶接部における上昇ピッ
チ、ギャップ中央部・底部およびトーチ角度を計算する
と共に、ギャップセンシング結果に基づいてギャップ中
央部・底部・幅を補正する（Ｓ１２）。

【００２９】この後、以上のようにして溶接プログラム
が完成されると、後処理が行われた後（Ｓ１３）、図６
に示すように、溶接プログラムがオフライン教示装置か
らロボットコントローラに送信される。そして、Ｓ３に
おいて、この溶接プログラムがロボットコントローラに
実行されることによって、溶接継手の１パス目の溶接が
行われる。

【００３０】先ず、図１０に示すように、始端部の溶接
開始点に溶接トーチ７が移動された後、矩形状の運棒パ
ターンのウィービングでもってトーチ先端が移動されな
がら溶接方向に上昇される。これにより、運棒パターン
の１周期分の１ループ毎に板状のビードが溶接方向に積
層されることになる。尚、『運棒パターンの１周期分の
１ループ』とは、或る教示点から運棒を開始して開先に
対しての位置関係が上昇成分を除いて教示点と略同様に
対応している教示点に至るまでのことを意味する。

【００３１】この際、ビード形成部および始端乗り移り
部からなる溶接始端側の端部領域（始端部領域）の溶接
時においては、始端の下側固形タブ１３にとって最適な
溶接条件（溶接電流、溶接電圧、停止時間、次教示点へ
の移動速度、移動中の溶接電流、トーチ角度、アークの
ＯＮ／ＯＦＦ）が設定される。

【００３２】具体的には、始端部領域に含まれる教示点
のうち、ワーク１１の壁面（ワーク壁）と裏当金１２と
下側固形タブ１３との接点に最も近い教示点Ｐ１の位置
座標（ｘｐ１，ｙｐ１，ｚｐ１）および反対側のワーク
壁と裏当金１２と下側固形タブ１３との接点に最も近い
教示点Ｐ２の位置座標（ｘｐ２，ｙｐ２，ｚｐ２）にお
けるＸ座標（ｘｐ１，ｘｐ２）の少なくとも一方の値が
−Ｄ−２ｍｍ以上かつ＋３ｍｍ以下に設定される。この
理由は、Ｘ座標（ｘｐ１，ｘｐ２）が−Ｄ−２ｍｍ未満
であると、溶接トーチ７から突出された溶接ワイヤが下
側固形タブ１３に突っ込んでしまうことによって、始端
部領域のビード形状が劣化したり、溶接トーチ７がワー
ク１１等に干渉する危険性が高まるからである。一方、
Ｘ座標（ｘｐ１，ｘｐ２）が−Ｄ＋３ｍｍを越えると、
始端部領域のビードなじみが不十分になるからである。

【００３３】但し、教示点の位置座標は、図１１（ａ）
・（ｂ）に示すように、Ｘ軸（溶接始端から溶接終端に
向かう方向を＋、開先のあるワーク鋼板の端部を０）、
Ｙ軸（溶接方向から開先を投影して開先面のある方向を
＋、ルートギャップの中心を０）、Ｚ軸（ルート側から
開先側に＋、裏当金面を０）で表されるものとする。ま
た、下側固形タブ１３が溝深さＤｍｍを有しているもの
とする。

【００３４】また、図１０に示すように、上記の教示点
Ｐ１・Ｐ２においては、溶接電流が１９０Ａ〜２５０Ａ
の範囲に設定される。これは、溶接電流が１９０Ａ未満
であると、溶け込みが不十分になる一方、２５０Ａを越
えると、裏当金１２等をアークで抜いてしまって溶け落
ち等が発生するという問題があるからである。尚、この
ような問題を確実に防止するには、溶接電流が２００Ａ
〜２４０Ａの範囲であることが望ましい。

【００３５】さらに、教示点Ｐ１・Ｐ２における溶接ト
ーチ７に対して０．２ｓ〜３．０ｓの停止時間が設けら
れる。これは、０．２ｓ未満であると、溶融池が十分に
形成されずにビード形状が不良になる一方、３．０ｓを
越えると、溶融池が大きくなって開口部側へのビードの
垂れ落ちが発生するからである。尚、このような問題を
確実に防止するには、０．５ｓ〜３．０ｓの停止時間で
あることが望ましい。

【００３６】また、始端部領域の最初のループは、図１
２に示すように、溶接トーチ７が前後角α１°に設定さ
れることによって、溶接トーチ７の下側固形タブ１３へ
の接触や溶け込み不良が防止される。一方、本溶接部領
域の他のループは、溶接トーチ７が前後角αｗに設定さ
れる。尚、前後角α１°と前後角αｗ°とは、αｗ−１
０°≦α１≦αｗ°の関係に設定されている。これは、
α１がαｗ−１０°未満であると、アークが下側固形タ
ブ１３を過度に溶かしてビード形状を劣化させるおそれ
がある一方、α１がαｗ°よりも大きいと、溶接トーチ
７が下側固形タブ１３に接触して下側固形タブ１３を外
してしまうおそれがあるからである。尚、ビード形状を
保ちながら、溶込みを確実に確保するには、αｗ−５°
≦α１≦αｗ−１．５°の関係にあることが望ましい。

【００３７】また、図１０に示すように、始端部領域に
含まれる少なくとも一つ以上の開口部側の教示点におい
ては、０．２ｓ〜２．５ｓのアーク停止時間が設けられ
ることによって、溶融池の熱量が放出される。この結
果、開口部側のビードの垂れが防止され、ビード面がフ
ラットな形状にされる。尚、アーク停止時間を０．２ｓ
〜２．５ｓに範囲に設定した理由は、０．２ｓ未満であ
ると、溶融池の放熱が不十分になる一方、２．５ｓを越
えると、溶融池が冷却されすぎて再アーク性が低下する
からである。

【００３８】さらに、終端部領域においては、下記の溶
接条件（溶接電流、溶接電圧、停止時間、次教示点への
移動速度、移動中の溶接電流、トーチ角度、アークのＯ
Ｎ／ＯＦＦ等）が設定される。即ち、ワーク１１に対し
て水平方向を前後角０°とし、トーチ先端が上を向く方
向を＋、トーチ先端が下を向く方向を−としたとき、教
示点において溶接トーチ７の前後角αＥ°が、前後角α
Ｗ°に対して、αＷ−１５≦αＥ≦αＷであるように設
定され、かつ、溶接終了点の含むループを最終ループと
したとき、この最終ループから逆算し、最終ループを含
めて少なくとも二つ以上のループの教示点に対して１１
０Ａ〜１６０Ａの溶接電流が溶接条件として設定され
る。この結果、ワーク１１のアンダーカットが防止さ
れ、ビード形状が整えられ、スパッタの飛散が減少され
る。

【００３９】ここで、αＥがαＷ°に対してαＷ−１５
≦αＥ≦αＷとなるように設定されるのは、以下の理由
による。即ち、立向溶接では溶接トーチ７の移動方向に
よっては溶融池に対して極端な前進角がついてスパッタ
が発生し易いが、溶融池近傍の開先が壁となるため、周
囲へのスパッタ飛散は抑制される。しかし、終端部領域
では、溶融池の周囲に開先が残っていないため、スパッ
タ飛散が増大する。そこで、αＥをαＷ°に対してαＷ
−１５≦αＥ≦αＷとなるように設定することによっ
て、溶融地に対する角度を適正に保ち、スパッタの発生
を減じることでスパッタの飛散も減少させるようにする
ためである。尚、この角度がαＷ°以上では上記の効果
がなく、αＷ−１５°未満ではビードが垂れ易くなる。

【００４０】また、溶接電流が１１０Ａ〜１６０Ａの範
囲に設定される理由は、１１０Ａであると、アーク安定
性が低下してビード形状が損なわれる一方、１６０Ａを
越えると、ワーク１１のアンダーカットが発生するから
である。尚、アンダーカットを確実に防止するために
は、１１０Ａ〜１５０Ａに設定することがより望まし
い。

【００４１】さらに、終端部領域の溶接時においては、
図１に示すように、上側固形タブ１４により開先が延長
されているため、開先側の角の溶け落ちが確実に防止さ
れると共に、ビードなじみが良好にされる。

【００４２】この後、図６に示すように、以上のように
して１パス目の溶接が完了すると（Ｓ３）、次のパスが
存在するか否かが判定され（Ｓ４）、次のパスが存在す
れば（Ｓ４，ＹＥＳ）、上述のＳ３が再実行される。一
方、次のパスが存在しなければ（Ｓ４，ＮＯ）、次の継
手が存在するか否かが判定され（Ｓ５）、存在すれば
（Ｓ５，ＹＥＳ）、Ｓ２から再実行される。一方、次の
継手が存在しなければ（Ｓ５，ＮＯ）、全ての溶接が完
了したと判断されて運転が終了される。

【００４３】尚、本実施形態においては、複数の自由度
を有した多関節型の溶接ロボット１０に適用した場合に
ついて説明しているが、これに限定されるものではな
く、他の方式の自動溶接装置に適用することもできる。

【００４４】

【実施例】本実施形態の立向溶接方法について、表１お
よび表２の供試材料および基本溶接条件で実際に溶接を
行った場合を具体的に説明する。

【００４５】

【表１】

【００４６】

【表２】

【００４７】先ず、表３に示すように、各種の母材板厚
を有するワークを準備した後、Ｔ字状またはレ字状に突
き合わせ、Ｎｏ．１〜１９の母材板厚やパス数等でもっ
て溶接を行った。

【００４８】

【表３】

【００４９】ここで、表３中における『Ｄ（ｍｍ）』
は、下側固形タブの溝深さを示す。『領域区分』の欄
は、ワーク開先を始端部領域、終端部領域、および本溶
接部領域に区分しているか否かを示すためのものであ
り、『あり』が各領域に区分していることを示し、『な
し』が各領域に区分していないことを示す。『ＳＬＰ
１』および『ＳＬＰ２』は、始端部領域の第１ループに
含まれる教示点のうち、ワークと裏当金あるいは下層溶
接ビード表面と下側固形タブとの接点に最も近い教示
点、および反対側のワークと裏当金あるいは下層ビード
表面と下側固形タブとの接点に最も近い教示点を示す。
尚、『Ｘ』は教示点のＸ座標値であり、『溶接電流』は
停止時間中に設定されている溶接電流である。

【００５０】『トーチ角度』は、溶接トーチの前後角を
示す。そして、『α１』は、始端部領域の第１ループに
おける溶接トーチの前後角を示し、『αＷ』は、本溶接
部領域における溶接トーチの前後角を示す。また、『始
端部のアークＯＦＦ処理』は、溶接中にアークを一時的
に停止する処理を示す。そして、『教示点数』は、アー
クの一時的に停止する処理が溶接条件として設定されて
いる教示点の数を示し、『処理時間』は、アークの停止
時間を示す。また、『終端部の溶接電流』は、終端部の
最後の２ループに含まれる教示点で設定されている溶接
電流の値であり、例えば１００−１３０の表記は、溶接
電流が１００Ａから１３０Ａの間で設定されていること
を示す。

【００５１】さらに、１パス目の溶接施工条件は、表４
〜表１０に示すようにした。尚、表４は、始端部第１ル
ープの溶接条件（１９ｔ，１パス目）である。表５は、
始端部第２ループの溶接条件（１９ｔ，１パス目）であ
る。表６は、始端部第３ループの溶接条件（１９ｔ，１
パス目）である。表７は、本溶接部の溶接条件（１９
ｔ，１パス目）である。表８は、終端乗り移り部第１ル
ープの溶接条件（１９ｔ，１パス目）である。表９は、
終端乗り移り部第２ループの溶接条件（１９ｔ，１パス
目）である。表１０は、終端部ループの溶接条件（１９
ｔ，１パス目）である。

【００５２】

【表４】

【００５３】

【表５】

【００５４】

【表６】

【００５５】

【表７】

【００５６】

【表８】

【００５７】

【表９】

【００５８】

【表１０】

【００５９】表中の『ブースト電流』は、停止中の溶接
電流である。尚、溶接電圧は、ロボットコントローラか
ら溶接電源への指示電圧であるため、％表示としてい
る。『移動速度』は、現在の教示点から次教示点にアー
ク点が移動する速度である。『アークＯＦＦ時間』は、
一時的にアークを切っている時間を示し、その値が０
（ゼロ）の場合はアークが継続して出ていることを示
す。『α１』、『αＷ』、『αＥ』は、溶接トーチの前
後角を示す。

【００６０】以上のＮｏ．１〜２１の溶接条件に基づい
て溶接を行うことによって、始端部のビード形状、なじ
み、および溶込みの状態を測定すると共に、終端部のビ
ード形状および耐アンダーカット性を測定し、合否を判
定した結果を表１１に示す。

【００６１】

【表１１】

【００６２】ここで、表１１中における『◎』は優、
『○』は良、『△』はやや不良、『×』は劣を示す。ま
た、『耐アンダーカット性』の欄において、『○』は合
格を示し、『×』は不合格を示す。尚、耐アンダーカッ
ト性の不合格は、深さが１．０ｍｍを越えるという第
１条件、０．５ｍｍ≦深さ≦１・０ｍｍであって、且
つ一つの長さが７．０ｍｍを越えるか両端面の合計長さ
が２１ｍｍを越えるという第２条件のうちの何れか一方
の条件・を満たすときに判定される。

【００６３】この結果、Ｎｏ．１〜６におけるＴ字型開
先の溶接は、各種の板厚のワーク１１を対象に溶接して
いるが、始端部のビード形状、なじみ、溶け込み、およ
び終端部のビード形状、耐アンダーカット性に関して極
めて良好な結果が得られており、本発明例である。ま
た、Ｎｏ．７〜１２においても、良好な結果が得られて
いることから本発明例である。

【００６４】これに対し、Ｎｏ．１３〜１９は、比較例
である。即ち、Ｎｏ．１３は、ワーク開先を始端部、終
端部、本溶接部の各領域に区分して溶接条件等を設定し
ているが、１パス目および２パス目の教示点SLP1のＸ座
標値が−Ｄ−２（ｍｍ）よりも小さいため、始端部のビ
ード形状が不良、なじみがやや不良、および溶込みが不
良であった。さらに、溶接ノズルと下側固形タブとが溶
接中に接触することによって、ワークと下側固形タブと
の間に隙間が生じたため、ビード形状が劣化した。

【００６５】また、Ｎｏ．１４は、ワーク開先を始端
部、終端部、本溶接部の各領域に区分して溶接条件等を
設定しているが、１パス目および２パス目の教示点SLP1
のＸ座標値が３（ｍｍ）よりも大きいため、始端部のな
じみが不良であると共に溶込みが劣っていた。

【００６６】Ｎｏ．１５は、ワーク開先を始端部、終端
部、本溶接部の各領域に区分して溶接条件等を設定して
いるが、１パス目の教示点SLP1の停止時間が０．２秒未
満であったため、始端部のビード形状、なじみ、および
溶込みが劣っていた。

【００６７】Ｎｏ．１６は、ワーク開先を始端部、終端
部、本溶接部の各領域に区分して溶接条件等を設定して
いるが、１パス目および２パス目の教示点SLP1および教
示点SLP2の停止時間が３．０秒を越えているため、始端
部の開口部側においてビードの垂れ落ちが発生し、また
溶け込みもやや不良であった。

【００６８】Ｎｏ．１７は、ワーク開先を始端部、終端
部、本溶接部の各領域に区分して溶接条件等を設定して
いるが、１パス目における教示点SLP1および教示点SLP2
の停止中の溶接電流が１９０Ａ未満に設定されているた
め、始端部のなじみおよび溶込みが劣っていた。

【００６９】Ｎｏ．１８は、ワーク開先を始端部、終端
部、本溶接部の各領域に区分して溶接条件等を設定して
いるが、１パス目および２パス目の教示点SLP1および教
示点SLP2の停止中の溶接電流が２５０Ａを越えて設定さ
れているため、始端部の裏当金をアークが抜いてしま
い、溶け落ちが発生すると共にビード形状が劣ってい
た。

【００７０】Ｎｏ．１９は、ワーク開先を始端部、終端
部、本溶接部の各領域に区分せず、全て本溶接部の溶接
条件で施工したため、全ての評価項目で劣っていた。

【００７１】

【発明の効果】請求項１の発明は、立向姿勢にされたＴ
字型継手の溶接において、ワーク開先のルート側を裏当
金で塞ぐと共に下端部を固形タブで塞いだ後、溶接トー
チのワイヤ先端をウィービングさせながら上昇させるこ
とによって、該ワーク開先を溶接する立向溶接方法にお
いて、前記ワーク開先を始端側の始端部領域および終端
側の終端部領域とこれ以外の本溶接部領域とに区分し、
これら各領域の溶接特性を考慮した溶接条件を設定し、
前記ウィービングによる運棒パターンの１周期を１ルー
プとし、前記ウィービングの軌跡中に含まれる教示点の
位置座標を、Ｘ軸（溶接始端から溶接終端に向かう方向
を＋、開先のあるワーク鋼板の下端を０）、Ｙ軸（溶接
方向から開先を投影して開先面のある方向を＋、ルート
ギャップの中心を０）、Ｚ軸（ルート側から開先側に
＋、裏当金面を０）で表し、固形タブの溝深さをＤ（ｍ
ｍ）としたとき、前記端部領域の第１ループに含まれる
教示点のうち、ワークと裏当金あるいは下層溶接ビード
表面と固形タブとの接点に最も近い教示点Ｐ１の位置座
標（ｘｐ１，ｙｐ１，ｚｐ１）および反対側のワークと
裏当金あるいは下層溶接ビード表面と固形タブとの接点
に最も近い教示点Ｐ２の位置座標（ｘｐ２，ｙｐ２，ｚ
ｐ２）におけるＸ座標（ｘｐ１，ｘｐ２）の少なくとも
一方の値が−Ｄ−２（ｍｍ）以上かつ＋３（ｍｍ）以下
であり、前記教示点Ｐ１および教示点Ｐ２に対して、
０．２〜３．０ｓの停止時間で停止し、該停止中の溶接
電流を１９０Ａ〜２５０Ａにするという溶接条件が設定
されている構成である。

【００７２】上記の構成によれば、始端部、本溶接部、
終端部に区分された領域においてそれぞれに必要とされ
る溶接特性を考慮した溶接条件を設定することによっ
て、固形タブを用いる始端部領域および終端部領域の溶
接品質の低下を防止することができる。さらに、始端部
領域の第１ループに含まれる教示点のうち、ルート側の
教示点Ｐ１（ｘｐ１，ｙｐ１，ｚｐ１）および教示点Ｐ
２（ｘｐ２，ｙｐ２，ｚｐ２）におけるＸ座標（ｘｐ
１，ｘｐ２）の少なくとも一方の値を−Ｄ−２（ｍｍ）
以上かつ＋３（ｍｍ）以下に設定することによって、最
も溶込みが得られにくい始端部領域の固形タブとの接点
部分にアーク点を確実に配置し、融合不良等の欠陥を防
止することができる。また、該教示点に対して０．２〜
３．０ｓの停止時間を設定することにより必要十分な大
きさの溶融池を形成することができ、さらに停止中の溶
接電流を１９０Ａ〜２５０Ａに設定することによりワー
クや裏当金に対する良好な溶込みやなじみを得ることが
できる。そして、この場合における溶接は、端部領域と
本溶接部領域とで行われるが、固形タブの溝深さ（Ｄ）
は通常２〜３ｍｍ程度であり、端部領域の大部分がワー
ク開先内に存在するため、従来のようなワーク開先と共
にタブ開先を溶接する場合と比較して、溶接材料および
溶接時間を低減することができる。さらに、溶接後に固
形タブを取り除いたときに、従来のようなタブ開先の溶
接部分が発生せず、タブの溝深さ程度の凸部しか残らな
いため、良好な外観を得ることができる。

【００７３】請求項２の発明は、請求項１記載の立向溶
接方法であって、ワークに対して水平方向を前後角０°
とし、トーチ先端が上を向く方向を＋、トーチ先端が下
を向く方向を−としたとき、前記ワーク開先の始端部領
域での最初のループにおける溶接トーチの前後角α１°
と、前記本溶接部のループ中における溶接トーチの前後
角αｗ°との関係が、αｗ−１０≦α１≦αｗである構
成である。上記の構成よれば、良好なビード形状や溶込
みを得ることができると共に溶接トーチの固形タブへの
接触を防止することができる。

【００７４】請求項３の発明は、請求項１または２記載
の立向溶接方法であって、溶接始端部領域における開口
部側に位置する少なくとも一つ以上の教示点に対して、
０．２ｓ〜２．５ｓのアーク停止時間が溶接条件として
設定されている構成である。上記の構成によれば、溶融
池の熱量を放出させることによって、開口部側のビード
の垂れを防止し、フラットなビード形状を得ることがで
きる。

【００７５】請求項４の発明は、請求項１ないし３の何
れか１項に記載の立向溶接方法であって、溶接終端部領
域の溶接終了点を含むループを最終ループとしたとき、
該最終ループから逆算し、最終ループを含めて少なくと
も二つ以上のループの教示点に対して１１０Ａ〜１６０
Ａの溶接電流が溶接条件として設定されている構成であ
る。上記の構成によれば、ワークのアンダーカットを防
止し、ビード形状を整えることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】立向溶接を行う状態を示す説明図である。

【図２】立向溶接を行う状態を示す説明図である。

【図３】固形タブを示すものであり、（ａ）は正面図、
（ｂ）は平面図である。

【図４】固形タブを示すものであり、（ａ）は正面図、
（ｂ）は平面図である。

【図５】固形タブを示すものであり、（ａ）は正面図、
（ｂ）は平面図である。

【図６】オフライン教示装置とのロボットコントローラ
との動作状態を示すフローチャートである。

【図７】溶接プログラム作成ルーチンのフローチャート
である。

【図８】ビード形成部の状態を示す説明図である。

【図９】溶接過程を示す説明図である。

【図１０】運棒パターンを示す説明図である。

【図１１】教示点の位置座標を示す説明図であり、
（ａ）は正面視した状態、（ｂ）は正面視した状態、
（ｃ）は側面視した状態である。

【図１２】溶接トーチの前後角を示す説明図である。

【図１３】溶接過程を示す説明図である。

【符号の説明】

７溶接トーチ１０溶接ロボット１１ワーク１１' ワーク１２裏当金１３下側固形タブ１４上側固形タブ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者定廣健次神奈川県藤沢市宮前字裏河内100番１株式会社神戸製鋼所藤沢事業所内 (72)発明者松村浩史神奈川県藤沢市宮前字裏河内100番１株式会社神戸製鋼所藤沢事業所内 (72)発明者内山肇神奈川県藤沢市宮前字裏河内100番１株式会社神戸製鋼所藤沢事業所内 (72)発明者脇中秀人神奈川県藤沢市宮前字裏河内100番１株式会社神戸製鋼所藤沢事業所内Ｆターム(参考） 4E081 AA09 BA40 BB04 CA09 DA05 DA36 DA40 DA72 EA24

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】立向姿勢にされたＴ字型継手の溶接にお
いて、ワーク開先のルート側を裏当金で塞ぐと共に下端
部を固形タブで塞いだ後、溶接トーチのワイヤ先端をウ
ィービングさせながら上昇させることによって、該ワー
ク開先を溶接する立向溶接方法において、前記ワーク開先を始端側の始端部領域および終端側の終
端部領域とこれ以外の本溶接部領域とに区分し、これら
各領域の溶接特性を考慮した溶接条件を設定し、前記ウィービングによる運棒パターンの１周期を１ルー
プとし、前記ウィービングの軌跡中に含まれる教示点の位置座標
を、Ｘ軸（溶接始端から溶接終端に向かう方向を＋、開
先のあるワーク鋼板の下端を０）、Ｙ軸（溶接方向から
開先を投影して開先面のある方向を＋、ルートギャップ
の中心を０）、Ｚ軸（ルート側から開先側に＋、裏当金
面を０）で表し、固形タブの溝深さをＤ（ｍｍ）としたとき、前記端部領域の第１ループに含まれる教示点のうち、ワ
ークと裏当金あるいは下層溶接ビード表面と固形タブと
の接点に最も近い教示点Ｐ１の位置座標（ｘｐ１，ｙｐ
１，ｚｐ１）および反対側のワークと裏当金あるいは下
層溶接ビード表面と固形タブとの接点に最も近い教示点
Ｐ２の位置座標（ｘｐ２，ｙｐ２，ｚｐ２）におけるＸ
座標（ｘｐ１，ｘｐ２）の少なくとも一方の値が−Ｄ−
２（ｍｍ）以上かつ＋３（ｍｍ）以下であり、前記教示点Ｐ１および教示点Ｐ２に対して、０．２〜
３．０ｓの停止時間で停止し、該停止中の溶接電流を１
９０Ａ〜２５０Ａにするという溶接条件が設定されてい
ることを特徴とする立向溶接方法。
【請求項２】ワークに対して水平方向を前後角０°と
し、トーチ先端が上を向く方向を＋、トーチ先端が下を
向く方向を−としたとき、前記ワーク開先の始端部領域
での最初のループにおける溶接トーチの前後角α１°
と、前記本溶接部のループ中における溶接トーチの前後
角αｗ°との関係が、αｗ−１０≦α１≦αｗであるこ
とを特徴とする請求項１記載の立向溶接方法。
【請求項３】溶接始端部領域における開口部側に位置
する少なくとも一つ以上の教示点に対して、０．２ｓ〜
２．５ｓのアーク停止時間が溶接条件として設定されて
いることを特徴とする請求項１または２記載の立向溶接
方法。
【請求項４】溶接終端部領域の溶接終了点を含むルー
プを最終ループとしたとき、該最終ループから逆算し、
最終ループを含めて少なくとも二つ以上のループの教示
点に対して１１０Ａ〜１６０Ａの溶接電流が溶接条件と
して設定されていることを特徴とする請求項１ないし３
の何れか１項に記載の立向溶接方法。