JP2005095915A - 円周多層盛溶接方法及び自動溶接装置 - Google Patents

Abstract

【課題】
多層盛溶接及び溶接パス毎のビード継ぎが必要な厚板管材の開先継手に対して、非消耗性電極のパルスアーク溶接又は直流アーク溶接により欠陥のない平滑で良好な円周溶接ビードを得る。
【解決手段】
初層１パス目の溶接開始位置Ｘｓ１を予め教示したトーチ基準位置Ｘｏと同じ位置に設定し、２パス目から最終層のＮパス目までの各溶接開始位置を前記トーチ基準位置Ｘｏより溶接線方向に特定角度α１ずつ又は特定距離Ｌ１ずつ前進又は後退させた位置に各々設定する。円周溶接のビード継ぎ部の終了側では、初層１パス目から最終層のＮパス目までの各溶接終了位置を各溶接開始位置から溶接線方向に一周させた位置より始終端重ね長さＣｅだけ又は特定角度α２だけ前進させた位置に各々設定する。
【選択図】図６

Description

本発明は、多層盛溶接及び溶接パス毎のビード継ぎが必要な厚板管材の開先継手を非消耗性電極による溶接トーチでパルスアーク溶接又は直流アーク溶接を行う円周多層盛溶接方法及び自動溶接装置に関する。

容器や配管や案内管など円形又は楕円形の管材の開先継手の円周溶接を行う場合、溶接開始部と終了部とのビード継ぎ溶接が必要である。特に、厚板管材の開先継手では、多層盛の円周溶接及び溶接パス毎のビード継ぎ溶接が必要である。また、ステンレス材などの高級材料を溶接する場合には、高品質な溶接結果が求められ、一般に非消耗性のタングステンを電極にするパルスアーク溶接や直流アーク溶接が用いられている。このパルスアーク溶接や直流アーク溶接の場合においても、円周多層盛溶接及びビード継ぎに適した制御を行う必要がある。

従来からビード継ぎ溶接に関する制御方法が幾つか提案されている。例えば、特許文献１に記載の円周溶接方法では、溶接ワイヤを電極にするアーク溶接を用い、溶接開始の始端ビードと溶接終了の終端ビードとのラップ区間の溶接終端部で流す溶接電流を本溶接区間の溶接電流値より大きくして前記始端ビードを終端ビードに溶け込ませることが提案されている。

また、特許文献２に記載の溶接始終端処理方法では、円周方向に溶接が進行して溶接始端の手前の位置に到達した時に、溶接トーチの向きを溶接始端側に傾斜移動させると同時に電流を増加させて始端形状を滑らかに修正し、溶接トーチの向きを元に戻した後に定常作業により溶接終端を溶接始端に重ねることが提案されている。

また、特許文献３に記載の固定管の片面突き合せ溶接方法では、左半周と右半周の溶接を各々受け持つ２本の溶接トーチを配置し、溶接の開始時と終了時に各溶接トーチを傾動及び溶融プールを一体化させてビード始端継ぎ及びビード終端継ぎを行うことが提案されている。

また、特許文献４に記載の溶接方法及び溶接構造では、溶接ビードの終端位置で、溶接トーチの進行を一旦停止させ、少なくとも溶接進行方向の後方に生じている溶融プールの長さ分、溶接トーチを逆戻りさせ、その逆戻り終端位置でクレータ処理を施すことが提案されている。

また、特許文献５に記載のビード継ぎ重ね溶接の制御方法では、ビード継ぎの組合せを事前に決め、ビード継ぎ重ね溶接の開始側では、前記既存溶接のビード終端部の凹み始めた位置より小電流・電圧のアークを発生させると共に溶接トーチを走行させた後に、その小電流アークから定常溶接の高電流・高電圧のアークに移行させると共に溶接速度を一旦高速に切り換え、その後、高速から低速の定常速度に移行させてアーク溶接するようにし、また、前記既存溶接のビード始端部に対するビード継ぎ重ね溶接の終了側では、溶接トーチがそのビード始端境界位置に到達して特定距離走行後に、アーク溶接の電流・電圧を減少及び溶接トーチの走行を一時停止させ、その後、小電流のアークを持続した状態のままで溶接トーチを再び走行させて終点へ到達後にそのアーク溶接を終了することが提案されている。

一方、特許文献６に記載の多層盛溶接の制御方法及び多層盛溶接では、光学式センサで検出する検出データ群から抽出した未溶接面積より面積差分倍率を算出し、この面積差分倍率の特性に基づいて溶接速度と溶接電流又はワイヤ速度を増減制御すること、さらに、開先中心ずれに基づいてトーチ位置を修正制御することが提案されている。なお、溶接始終端のビード継ぎ溶接については、全く記載されていない。また、溶接トーチを左右に揺動させる制御についても記載されておらず不明である。

特開昭６２−２６７０７３号公報 特開平３−４２１７９号公報 特開平８−１５５６３８号公報 特開平１０−０９９９６５号公報 特開平１１−０７７３０５号公報 特開平１０−２１６９４０号公報

上記特許文献１の場合には、融合不良のない溶接始終端ビードを得るための工夫がされている。しかしながら、始終端ビードのラップ区間で溶接電流を大きくしているため、溶融金属の増加（溶接ワイヤの増加）を伴い、溶接終端部のビード幅が広くなり、溶接外観が悪化する可能性がある。また、１パス仕上の円周溶接であるため、２パス以上の多層盛溶接にそのまま適用することができないものと推定される。

上記特許文献２の場合には、融合不良のない溶接始終端ビードを得るための制御に工夫がされており、一応の目的を達成し得る方法である。しかしながら、溶接始端部の手前の位置で溶接トーチの向きを前方に傾斜移動及び電流を増加させると、アーク長の変化及び溶融金属の増加による不具合が生じる可能性がある。また、溶接ワイヤを電極にするアーク溶接であるため、非消耗性のタングステンを電極にするアーク溶接又はパルスアーク溶接が必要な開先継手の円周多層盛溶接に適用することができない。

上記特許文献３の場合には、左半周と右半周の振分け溶接における始端部同士のビード継ぎと終端部同士のビード継ぎを良好に行うための制御に工夫がされている。しかしながら、２つの溶接トーチを溶接開始時と終了時に傾斜移動させて各々のアーク及び溶融プールを一体化させると、電磁場の発生によるアーク同士の干渉やスパッタの多発や多重の溶融金属によるビード盛上りなどの不具合が生じる可能性がある。また、２つの溶接トーチを駆動制御する２組の溶接台車が必要であり、装置の大型化及び複雑な制御を要するという課題がある。

上記特許文献４の場合には、溶接終端部の凹みを防止するための制御に工夫がされている。しかしながら、上記特許文献１，２と同様に１パス仕上の円周溶接であるため、２パス以上の多層盛溶接にそのまま適用することができないものと推定される。また、溶接ワイヤを電極にするアーク溶接であるため、非消耗性のタングステンを電極にする直流アーク溶接又はパルスアーク溶接が必要な開先継手の円周多層盛溶接に適用することができない。

上記特許文献５は、本発明者らが提案したビード継ぎ重ね溶接の制御方法であるが、溶接ワイヤを電極にするアーク溶接を対象にしており、非消耗性のタングステンを電極にするアーク溶接ではなかった。このため、上記特許文献２，４と同様に、非消耗性のタングステンを電極にする直流アーク溶接又はパルスアーク溶接が必要な開先継手の円周多層盛溶接に適用することができない。

また、上記特許文献６は、本発明者らが提案した多層盛溶接の制御方法及び多層盛装置であり、溶接条件の制御及びトーチ位置の制御に有効であるが、ビード継ぎ部の条件制御が考慮されていなかった。したがって、溶接パス毎に良好な溶接始終端のビード継ぎ部及び円周溶接部を得るための新たな制御技術が必要である。

本発明の目的は、多層盛溶接及び溶接パス毎のビード継ぎが必要な厚板管材の開先継手からなる溶接製品に対して、非消耗性電極のパルスアーク溶接又は直流アーク溶接により溶接パス毎に溶接開始部から定常溶接の円周部及び一周後の開始部と終端部とのビード継ぎ部まで欠陥のない平滑で良好な円周溶接ビードを得ることが可能な円周多層盛溶接方法及び自動溶接装置を提供することにある。

本発明は、上記目的を達成するために、少なくとも２パス以上の多層盛溶接及び溶接パス毎のビード継ぎが必要な容器や配管や案内管など円形又は楕円形の厚板管材の開先継手を非消耗性電極による溶接トーチでパルスアーク溶接又は直流アーク溶接を行う円周多層盛溶接方法において、溶接前に前記円周多層盛溶接の基準となるトーチ基準位置を前記開先継手の所望の開先中心位置かこの位置近傍に設定し、初層１パス目の溶接開始位置を前記トーチ基準位置と同じ位置に設定し、初層後の２パス目から最終層Ｎパス目までの各溶接開始位置を前記トーチ基準位置より溶接線方向に第１の特定角度ずつ又は第１の特定距離ずつ前進又は後退させた溶接線位置に各々設定し、あるいは前記初層後の２パス目から最終層Ｎパス目までの各溶接開始位置を前記トーチ基準位置より前進又は後退させる方向に複数定めた特定角度か特定距離の位置に振分けて各々設定し、あるいは奇数番号の溶接パスに該当する第１の溶接開始位置を前記トーチ基準位置より溶接線方向に第１の特定角度だけ又は第１の特定距離だけ前進又は後退させた溶接線位置に設定し、偶数番号の溶接パスに該当する第２の溶接開始位置を前記第１の溶接開始位置と異なる正反対の溶接線位置に設定し、溶接パス毎に各々設定された前記各溶接開始位置かこの位置近傍、あるいは前記第１の溶接開始位置，前記第２の溶接開始位置かこの位置近傍よりアークを発生させて前記パルスアーク溶接又は直流アーク溶接を開始することを特徴とする円周多層盛溶接方法を提案する。

特に、前記アーク溶接の開始側では、該当する溶接パスの前記溶接開始位置かこの位置近傍に前記溶接トーチを相対移動及び停止させた後に、溶接トーチ先端より小電流のアークを発生させ、前記小電流のアップスロープ時間経過後に定常溶接のパルスアークのピーク電流・ベース電流又は直流アークの平均電流に到達させ、その後に、溶接線方向に所定速度で前記溶接トーチを走行させ又は母材の開先継手側を回転させ、あるいは前記溶接トーチを走行させ又は母材の開先継手側を回転させる前後に、前記アーク中及び溶融プール内にワイヤを送給しながら定常状態の円周溶接に移行させるようにするとよい。

また、前記アーク溶接の開始側では、該当する溶接パスの前記溶接開始位置かこの位置近傍に前記溶接トーチを相対移動及び停止させた後に、溶接トーチ先端より小電流のアークを発生させ、前記小電流のアップスロープ時間経過後に定常溶接のパルスアークのピーク電流・ベース電流又は直流アークの平均電流に到達させると同時かその後に、前記溶接トーチを溶接線左右方向に揺動させ、溶接線方向に所定速度で前記溶接トーチを走行させ又は母材の開先継手側を回転させる前後に、前記アーク中及び溶融プール内にワイヤを送給しながら定常状態の円周溶接に移行させるようにすることもできる。

また、本発明は、上記目的を達成するために、少なくとも２パス以上の多層盛溶接及び溶接パス毎のビード継ぎが必要な容器や配管や案内管など円形又は楕円形の厚板管材の開先継手を非消耗性電極による溶接トーチでパルスアーク溶接又は直流アーク溶接を行う円周多層盛溶接方法において、初層１パス目から最終層Ｎパス目までの各溶接終了位置は、円周多層盛溶接の基準となるトーチ基準位置を含み、このトーチ基準位置から溶接線方向に第１の特定角度ずつ又は第１の特定距離ずつ前進又は後退させた溶接線位置に各々設定された各溶接開始位置か、あるいは奇数パス目と偶数パス目とで前後異なる正反対の方向であって前記トーチ基準位置から第１の特定角度だけ又は第１の特定距離だけ前進又は後退させた溶接線位置に振分けて設定された第１の溶接開始位置，第２の溶接開始位置から溶接線方向に一周させた位置より第２の特定角度又は第２の特定距離だけ前進させた溶接線位置に設定し、あるいは初層１パス目から最終層Ｎパス目までの各溶接終了位置は、前記トーチ基準位置を含み、このトーチ基準位置より前進又は後退させる方向に複数定めた特定角度か特定距離の位置に振分けて各々設定した各溶接開始位置から溶接線方向に一周させた位置より第２の特定角度又は第２の特定距離だけ前進させた溶接線位置に設定し、定常状態の円周溶接中に前記溶接トーチが該当する溶接パスの前記溶接終了位置に到達した地点又はこの位置近傍で、あるいは前記溶接終了位置までの到達時間の経過後に、出力すべき溶接終了条件に移行し又は切り換えてビード継ぎ溶接することを特徴とする円周多層盛溶接方法を提案する。

特に、溶接パス毎のビード継ぎ部では、定常状態の円周溶接中に前記溶接トーチが該当する溶接パスの前記溶接終了位置に到達した地点かこの位置近傍で、あるいは前記溶接終了位置までの到達時間の経過後に、定常溶接のピーク電流・ベース電流又は平均電流をダウンスロープさせ、ワイヤの送給を停止し又は停止直後に引き戻し、溶接トーチの走行又は母材の回転を停止又は走行停止遅れ時間後に停止させ、ダウンスロープ時間経過後に小電流のアークを停止させるとよい。

また、溶接パス毎のビード継ぎ部では、定常状態の円周溶接中に前記溶接トーチが該当する溶接パスの前記溶接終了位置到達した地点かこの位置近傍で、あるいは前記溶接終了位置までの到達時間の経過後に、定常溶接のピーク電流・ベース電流又は平均電流をダウンスロープさせると同時か直後に、前記溶接トーチの左右揺動を停止又は前記左右揺動の幅を減少して停止させ、ワイヤの送給を停止し又は停止直後に引き戻し、溶接トーチの走行又は母材の回転を停止又は走行停止遅れ時間後に停止させ、ダウンスロープ時間経過後に小電流のアークを停止させるとすることもできる。

また、本発明は、上記目的を達成するために、少なくとも２パス以上の多層盛溶接及び溶接パス毎のビード継ぎが必要な容器や配管や案内管など円形又は楕円形の厚板管材の開先継手を非消耗性電極による溶接トーチでパルスアーク溶接又は直流アーク溶接を行う円周多層盛溶接方法において、定常溶接区間で出力すべき溶接パス毎のピーク電流／ベース電流又は平均電流，ピーク電圧又は平均電圧，ピーク時間／ベース時間又は停止時間／移動時間，ピークワイヤ／ベースワイヤの送り速度又は平均ワイヤの送り速度，ウィビング幅，溶接速度や回転速度などの溶接条件パラメータと、溶接開始部とビード継ぎの溶接終了部とで出力すべき溶接開始条件及び溶接終了条件と、溶接パス毎の左右／上下方向の各トーチ位置，溶接開始位置及び溶接終了位置と、溶接の制御や計算に用いる各定数及び基準データとを書き込み設定，引出し可能な溶接データファイル又はこの溶接データファイルに該当する溶接情報手段を設け、溶接前に初層１パス目の溶接開始位置に該当又は円周多層盛溶接の基準位置に該当するトーチ基準位置を前記開先継手の所望の開先中心位置かこの位置近傍に設定し、円周多層盛溶接を実行する時には、前記トーチ基準位置及び前記溶接データに基づいて溶接パス毎に溶接トーチを所定の溶接開始位置に移動させて溶接開始条件によるアーク溶接を開始させ、定常状態の該当パスの溶接条件及び円周溶接動作に移行させ、その後に溶接終了位置で溶接終了条件によるビード継ぎ溶接、このビード継ぎ終了後に終了処理する一連の制御動作を実行するようにしたことを特徴とする円周多層盛溶接方法を提案する。

特に、初層１パス目から最終層Ｎパス目までの各溶接開始位置は、前記トーチ基準位置を含む開先中心位置から溶接線方向に第１の特定角度ずつ又は第１の特定距離ずつ前進又は後退させた溶接線位置に各々設定し、あるいは奇数パス目と偶数パス目とで前後異なる正反対の方向であって前記トーチ基準位置から第１の特定角度だけ又は第１の特定距離だけ前進又は後退させた溶接線位置に振分けて設定し、あるいは前記トーチ基準位置を含むこのトーチ基準位置より前進又は後退させる方向に複数定めた特定角度か特定距離の位置に振分けて各々設定、あるいは溶接パス毎に不特定な角度だけ前進又は後退させた溶接線位置に各々設定し、初層１パス目から最終層Ｎパス目までの各溶接終了位置は、各々設定された前記各溶接開始位置から溶接線方向に一周させた位置より第２の特定角度又は第２の特定距離だけ前進させた溶接線位置に設定するようにするとよい。

また、上記の円周多層盛溶接方法において、前記開先継手の開先肩幅，深さ，ギャップ，溶接部のビード幅，左右方向の開先中心ずれ，上下方向の位置ずれをリアルタイムで検出する視覚センサ及び画像処理装置をさらに設け、溶接前にセンサ基準位置合せを前記トーチ基準位置かこのトーチ基準位置近傍で設定し、円周多層盛溶接を実行する時には、溶接動作中に前記画像処理装置から取得する各検出値をデータ処理及び各々平均化処理して使用し、溶接部のビード幅，深さ，開先肩幅の大きさに応じて溶接すべきビード高さが一定高さになるように溶着面積及び溶接速度を算出又は溶着面積及びワイヤ送り速度を算出して適応制御し、前記ギャップ又はビード幅又は開先肩幅の大きさに応じて前記溶接トーチを溶接線左右方向に揺動させるウィービング幅を適応制御し、前記開先中心ずれをなくす方向に左右トーチ位置を修正制御又は前記開先中心ずれと前記上下位置ずれの両方をなくす方向に左右トーチ位置及び上下トーチ位置を修正制御することもできる。

さらに、少なくとも最終層の溶接又は最終層の溶接及び最終層の前層の溶接を実行する時には、前記視覚センサ及び画像処理装置による検出動作を停止して、最後に検出及び制御した前層溶接又は指定パスの溶接で記録した各検出値をデータ処理及び各々平均化処理して再使用し、溶接部のビード幅，深さ，開先肩幅の大きさに応じて溶接すべきビード高さが一定高さになるように溶着面積及び溶接速度を算出又は溶着面積及びワイヤ送り速度を算出して適応制御し、前記ギャップ又はビード幅又は開先肩幅の大きさに応じて前記溶接トーチを溶接線左右方向に揺動させるウィービング幅を適応制御し、前記開先中心ずれをなくす方向に左右トーチ位置を修正制御又は前記開先中心ずれと前記上下位置ずれの両方をなくす方向に左右トーチ位置及び上下トーチ位置を修正制御するとよい。

本発明は、上記目的を達成するために、少なくとも２パス以上の多層盛溶接及び溶接パス毎のビード継ぎが必要な容器や配管や案内管など円形又は楕円形の厚板管材の開先継手に対して、非消耗性電極による溶接トーチと、パルスアーク又は直流アークの出力可能なＴＩＧ溶接電源と、前記開先継手の回転走行が制御可能な母材回転装置又は溶接トーチの回転走行が制御可能な溶接台車と、ワイヤ及び溶接トーチの上下左右位置の駆動制御可能な駆動装置と、パス毎の溶接開始から終了に至る一連の動作及び構成機器を統括管理する溶接制御装置とを用いて、円周多層盛溶接及びビード継ぎ溶接を行う自動溶接装置において、溶接前に前記円周多層盛溶接の基準となるトーチ基準位置を前記開先継手の所望の開先中心位置に教示する位置教示手段と、教示した前記トーチ基準位置を溶接座標原点と見なして処理し又は前記トーチ基準位置を加算処理して溶接パス毎の溶接開始位置及び溶接線一周後の溶接終了位置を算出決定する始終端位置算出手段と、事前に入力設定又は算出設定する溶接パス毎の定常溶接区間の溶接条件パラメータ，溶接開始部での溶接開始条件及びビード継ぎを含む溶接終了部での溶接終了条件を出力制御する条件出力制御手段と、溶接開始位置から溶接終了位置に至るまでの回転走行位置及びトーチ左右上下位置を検出及び表示する位置検出表示手段とを設けたことを特徴とする自動溶接装置を提案する。

また、上記の自動溶接装置において、前記開先継手の開先肩幅，深さ，ギャップ，溶接部のビード幅，左右方向の開先中心ずれ，上下方向の位置ずれをリアルタイムで検出する視覚センサ及び画像処理装置と、溶接前にセンサ基準位置合せを前記トーチ基準位置又は該トーチ基準位置近傍に設定するセンサ基準位置設定手段と、溶接中に前記ビード幅，深さ，開先肩幅の大きさに応じて溶接すべきビード高さが一定高さになるように溶着面積及び溶接速度を算出又は溶着面積及びワイヤ送り速度を算出して適応制御し、前記ギャップ又はビード幅又は開先肩幅の大きさに応じて前記溶接トーチを溶接線左右方向に揺動させるウィービング幅を算出して適応制御する条件制御手段と、前記左右方向の開先中心ずれをなくす方向に左右トーチ位置を修正制御する又は前記左右方向の開先中心ずれと上下方向の位置ずれの両方をなくす方向に左右トーチ位置及び上下トーチ位置を修正制御するトーチ位置制御処理手段とをさらに設けた自動溶接装置とすることもできる。

すなわち、本発明の円周多層盛溶接方法では、溶接前に円周多層盛溶接の基準となるトーチ基準位置を前記開先継手の所望の開先中心位置かこの位置近傍に教示すると、円周溶接すべき開先継手のトーチ基準位置を確実に決定することができる。また、初層１パス目の溶接開始位置を前記トーチ基準位置と同じ位置に設定し、初層後の２パス目から最終層のＮパス目までの各溶接開始位置を前記トーチ基準位置より溶接線方向に第１の特定角度ずつ又は第１の特定距離ずつ前進又は後退させた溶接線位置に各々設定すると、溶接パス毎の溶接開始位置を一箇所に集中させないで各々分散することができる。また、前記初層後の２パス目から最終層Ｎパス目までの各溶接開始位置を前記トーチ基準位置より前進又は後退させる方向に複数定めた特定角度か特定距離の溶接線位置に振分けて各々設定しても、溶接パス毎の溶接開始位置を一箇所に集中させないで各々分散することができる。そして、各々設定された各溶接開始位置かこの位置近傍よりアークを発生させて前記パルスアーク溶接又は直流アーク溶接を開始すると、各々異なる溶接開始位置に良好な溶接始端ビードを適正に形成することができる。

また、奇数番号の溶接パスに該当する第１の溶接開始位置を前記トーチ基準位置より溶接線方向に第１の特定角度だけ又は第１の特定距離だけ前進又は後退させた溶接線位置に設定し、偶数番号の溶接パスに該当する第２の溶接開始位置を前記第１の溶接開始位置と異なる正反対の溶接線位置に設定すると、溶接開始位置を２箇所以上に分散することができる。前記第２の溶接開始位置は、第１の溶接開始位置と反対方向にトーチ基準位置より第１の特定角度かこの特定角度と少し異なる角度だけ又は第１の特定距離かこの特定距離と少し異なる距離だけ移動させた位置に設定すればよい。そして、各々設定された前記第１の溶接開始位置，第２の溶接開始位置かこの位置近傍よりアークを発生させて前記パルスアーク溶接又は直流アーク溶接を開始すると、２箇所以上に分散した溶接開始位置に良好な溶接始端ビードを適正に形成することができる。

特に、アーク溶接の開始側では、該当する溶接パスの前記溶接開始位置かこの位置近傍に前記溶接トーチを相対移動及び停止させた後に、溶接トーチ先端より小電流のアークを発生させ、前記小電流のアップスロープ時間経過後に定常溶接のパルスアークのピーク電流・ベース電流又は直流アークの平均電流に到達させると、溶接ワイヤを電極にする従来のアーク溶接の電極消耗形態及び溶接状態と異なり、タングステンを主成分とする非消耗性の電極先端に安定なアークが形成し、アーク負荷の時間的緩和によって電極消耗を未然に防止できる。また、溶接スパッタの発生が全くなく、所望の大きさの溶融プールを適正に形成することができる。その後に、溶接線方向に所定速度で前記溶接トーチを走行させ又は母材の開先継手側を回転させ、あるいは前記溶接トーチを走行させ又は母材の開先継手側を回転させる前後に、前記アーク中及び溶融プール内にワイヤを送給しながら定常状態の円周溶接に移行させると、適正なワイヤ溶融及び溶融プールの形成によって余盛り高さの緩やかで良好な溶接始端ビード及び溶接欠陥のない定常状態の良好な円周溶接ビードを得ることができる。

また、アーク溶接の開始側では、該当する溶接パスの前記溶接開始位置かこの位置近傍に前記溶接トーチを相対移動及び停止させた後に、溶接トーチ先端より小電流のアークを発生させ、前記小電流のアップスロープ時間経過後に定常溶接のパルスアークのピーク電流・ベース電流又は直流アークの平均電流に到達させると同時かその後に、前記溶接トーチを溶接線左右方向に揺動（ウィービング動作）させ、溶接線方向に所定速度で前記溶接トーチを走行させ又は母材の開先継手側を回転させる前後に、前記アーク中及び溶融プール内にワイヤを送給しながら定常状態の円周溶接に移行させると、適正なワイヤ溶融及び溶融プールの形成だけでなく、ウィービング動作による溶融プール幅の広がりによって開先内の壁面まで確実に溶融でき、融合不良やアンダーカットなどの溶接欠陥のない良好な溶接始端ビード及び定常状態の良好な円周溶接ビードを得ることができる。このウィービング動作は、特に溶接部の開先幅が広くなる２パス目又は３パス目以降の溶接パスで開先壁面まで溶融が必要な時に使用するとよい。

また、本発明の円周多層盛溶接方法では、初層１パス目から最終層Ｎパス目までの各溶接終了位置は、円周多層盛溶接の基準となるトーチ基準位置を含む開先中心位置から溶接線方向に第１の特定角度ずつ又は第１の特定距離ずつ前進又は後退させた溶接線位置に各々設定された各溶接開始位置から、溶接線方向に一周させた位置より第２の特定角度又は第２の特定距離だけ前進させた位置に設定すると、溶接パス毎の溶接開始部と終端部とのビード継ぎ部を各々異なる適正な位置に分散することができる。そして、定常状態の円周溶接中に前記溶接トーチが該当する溶接パスの前記溶接終了位置に到達した地点又はこの位置近傍で、あるいは前記溶接終了位置までの到達時間の経過後に、出力すべき溶接終了条件に移行し又は切り換えてビード継ぎ溶接すると、溶接ワイヤを電極にする従来のアーク溶接と異なるビード継ぎの溶接制御を適正に行うことができるばかりでなく、円周溶接一周後の溶接始端ビードを適正に再溶融でき、前記ビード継ぎ部に溶接欠陥のない平滑で良好な終端重ねビードを確実に得ることができる。

また、初層１パス目から最終層Ｎパス目までの各溶接終了位置は、奇数パス目と偶数パス目とで前後異なる正反対の方向であって前記トーチ基準位置から第１の特定角度だけ又は第１の特定距離だけ前進又は後退させた溶接線位置に振分けて設定された第１の溶接開始位置，第２の溶接開始位置から、溶接線方向に一周させた位置より第２の特定角度又は第２の特定距離だけ前進させた溶接線位置に設定すると、溶接パス毎の溶接開始部と終端部とのビード継ぎ部を２箇所以上の適正な位置に分散することができる。そして、上述したように定常状態の円周溶接中に前記溶接トーチが該当する溶接パスの前記溶接終了位置に到達した地点又はこの位置近傍で、あるいは前記溶接終了位置までの到達時間の経過後に、出力すべき溶接終了条件に移行し又は切り換えてビード継ぎ溶接すると、円周溶接一周後の溶接始端ビードを適正に再溶融でき、前記ビード継ぎ部に溶接欠陥のない平滑で良好な終端重ねビードを確実に得ることができる。

また、初層１パス目から最終層Ｎパス目までの各溶接終了位置は、前記トーチ基準位置を含むと共に、このトーチ基準位置より前進又は後退させる方向に複数定めた特定角度か特定距離の位置に振分けて各々設定することもできる。そして、上述したように定常状態の円周溶接中に前記溶接トーチが該当する溶接パスの前記溶接終了位置に到達した地点又はこの位置近傍で、あるいは前記溶接終了位置までの到達時間の経過後に、出力すべき溶接終了条件に移行し又は切り換えてビード継ぎ溶接することにより、溶接開始部と終端部とのビード継ぎ部をパス毎に各々異なる適正な位置に分散できるばかりでなく、溶接始端ビードを適正に再溶融でき、前記ビード継ぎ部に溶接欠陥のない平滑で良好な終端重ねビードを確実に得ることができる。

特に、溶接パス毎のビード継ぎ部では、定常状態の円周溶接中に前記溶接トーチが該当する溶接パスの前記溶接終了位置に到達した地点かこの位置近傍で、あるいは前記溶接終了位置までの到達時間の経過後に、定常溶接のピーク電流・ベース電流又は平均電流をダウンスロープさせ、ワイヤの送給を停止し又は停止直後に引き戻し、溶接トーチの走行又は母材の回転を停止又は走行停止遅れ時間後に停止させ、ダウンスロープ時間経過後に小電流のアークを停止させると、前記溶接始端ビードを適正に再溶融した後に定常状態の大きさの溶融プールを徐々に縮小でき、溶接開始部と終端部とのビード継ぎ部に欠陥のない平滑で良好な終端重ねビードを得ることができる。また、ワイヤ停止直後の引き戻しによってワイヤ先端を溶融プールから引上げられ、ワイヤ凝着を未然防止することができる。前記アーク停止後に、シールドガスを停止し、溶接トーチを上昇回避するとよい。

また、溶接パス毎のビード継ぎ部では、定常状態の円周溶接中に前記溶接トーチが該当する溶接パスの前記溶接終了位置到達した地点かこの位置近傍で、あるいは前記溶接終了位置までの到達時間の経過後に、定常溶接のピーク電流・ベース電流又は平均電流をダウンスロープさせると同時か直後に、前記溶接トーチの左右揺動を停止又は前記左右揺動の幅を減少して停止させると、開先壁面に融合不良やアンダーカットなど溶接欠陥のない円周溶接ビードを確保した状態のまま、揺動停止のアークによって前記溶接始端ビードを適正に再溶融することができる。さらに、上述したようにワイヤの送給を停止し又は停止直後に引き戻し、溶接トーチの走行又は母材の回転を停止又は走行停止遅れ時間後に停止させ、ダウンスロープ時間経過後に小電流のアークを停止させると、両壁まで溶け込みを有するばかりでなく、溶接開始部と終端部とのビード継ぎ部に欠陥のない平滑で良好な終端重ねビードを得ることができる。

また、本発明の円周多層盛溶接方法では、定常溶接区間で出力すべき溶接パス毎のピーク電流／ベース電流又は平均電流，ピーク電圧又は平均電圧，ピーク時間／ベース時間又は停止時間／移動時間，ピークワイヤ／ベースワイヤの送り速度又は平均ワイヤの送り速度，ウィビング幅，溶接速度や回転速度などの溶接条件パラメータと、溶接開始部とビード継ぎの溶接終了部とで出力すべき溶接開始条件及び溶接終了条件と、溶接パス毎の左右／上下方向の各トーチ位置，溶接開始位置及び溶接終了位置と、溶接の制御や計算に用いる各定数及び基準データとを書込み設定，引出し可能な溶接データファイル又はこの溶接データファイルに該当する溶接情報手段を設けることにより、円周多層溶接で必要な溶接データの書き込み，引き出し及び出力が可能になる。また、溶接前に初層１パス目の溶接開始位置に該当又は円周多層盛溶接の基準位置に該当するトーチ基準位置を前記開先継手の所望の開先中心位置かこの位置近傍に設定することにより、円周溶接すべき開先継手のトーチ基準位置を確実に決定することができる。

さらに、円周多層盛溶接を実行する時には、前記トーチ基準位置及び前記溶接データに基づいて溶接パス毎に溶接トーチを所定の溶接開始位置に移動させて溶接開始条件によるアーク溶接を開始させ、定常状態の該当パスの溶接条件及び円周溶接動作に移行させ、その後に溶接終了位置で溶接終了条件によるビード継ぎ溶接、このビード継ぎ終了後に終了処理する一連の制御動作を実行することにより、溶接パス毎に溶接開始から定常溶接及び終了まで一連の制御を確実に行うことが可能になる。

初層１パス目から最終層Ｎパス目までの各溶接開始位置は、前記トーチ基準位置を含む開先中心位置から溶接線方向に第１の特定角度ずつ又は第１の特定距離ずつ前進又は後退させた溶接線位置に各々設定すればよい。また、奇数パス目と偶数パス目とで前後異なる正反対の方向であって前記トーチ基準位置から第１の特定角度だけ又は第１の特定距離だけ前進又は後退させた溶接線位置に振分けて設定することもできる。また、前記トーチ基準位置を含むこのトーチ基準位置より前進又は後退させる方向に複数定めた特定角度か特定距離の位置に各々設定することもできる。さらに、溶接パス毎に不特定な角度だけ前進又は後退させた溶接線位置に各々設定し、初層１パス目から最終層Ｎパス目までの各溶接終了位置は、各々設定された前記各溶接開始位置から溶接線方向に一周させた位置より第２の特定角度又は第２の特定距離だけ前進させた溶接線位置に設定することもできる。このように位置設定することにより、上述したように溶接パス毎の溶接開始位置を一箇所に集中させないで分散でき、この分散した位置に溶接始端ビードを形成することができる。

また、初層１パス目から最終層Ｎパス目までの各溶接終了位置は、各々設定された前記各溶接開始位置から溶接線方向に一周させた位置より第２の特定角度又は第２の特定距離だけ前進させた溶接線位置に設定することにより、上述したように溶接パス毎の溶接開始部と終端部とのビード継ぎ部を異なる適正な位置に分散でき、この分散した位置に溶接欠陥のない平滑で良好な終端重ねビードを形成することができる。

また、前記開先継手の開先肩幅，深さ，ギャップ，溶接部のビード幅，左右方向の開先中心ずれ，上下方向の位置ずれをリアルタイムで検出する視覚センサ及び画像処理装置をさらに設けると、溶接中の制御で必要な検出情報をリアルタイムで得ることができる。また、溶接前にセンサ基準位置合せを前記トーチ基準位置かこのトーチ基準位置近傍で設定することにより、トーチ基準位置とセンサ基準位置との原点合せを誤差なく設定することができる。

また、円周多層盛溶接を実行する時には、溶接動作中に前記画像処理装置から取得する各検出値をデータ処理及び各々平均化処理して使用し、溶接部のビード幅，深さ，開先肩幅の大きさに応じて溶接すべきビード高さが一定高さになるように溶着面積及び溶接速度を算出又は溶着面積及びワイヤ送り速度を算出して適応制御し、前記ギャップ又はビード幅又は開先肩幅の大きさに応じて前記溶接トーチを溶接線左右方向に揺動させるウィービング幅を適応制御することにより、ギャップや開先肩幅が変化する開先継手であっても、この変化に対応でき、ビード高さがほぼ一定で良好な円周溶接ビードを有する溶接結果を得ることができる。さらに、前記開先中心ずれをなくす方向に左右トーチ位置を修正制御又は前記開先中心ずれと前記上下位置ずれの両方をなくす方向に左右トーチ位置及び上下トーチ位置を修正制御することにより、溶接線の曲がりやずれがある開先継手であっても、左右トーチ位置を適正に制御又はこの左右トーチ位置と上下トーチ位置の両方を適正に制御でき、良好な溶接結果を得ることができる。また、円周多層盛溶接の自動化による溶接作業の工数低減，生産性の向上や省力化を図ることができる。

また、少なくとも最終層の溶接又は最終層の溶接及び最終層の前層の溶接を実行する時には、前記視覚センサ及び画像処理装置による検出動作を停止して、最後に検出及び制御した前層溶接又は指定パスの溶接で記録した各検出値をデータ処理及び各々平均化処理して再使用することにより、開先上部の溶融などで検出が困難な開先状態になっていても制御不可に陥ることなく、上述した溶接速度やウィービング幅の適応制御，トーチ位置の修正制御に対応でき、最終層の溶接まで良好な溶接結果を得ることができる。

また、本発明の自動溶接装置では、溶接前に前記円周多層盛溶接の基準となるトーチ基準位置を前記開先継手の所望の開先中心位置に教示する位置教示手段と、教示した前記トーチ基準位置を溶接座標原点と見なして処理し又は前記トーチ基準位置を加算処理して溶接パス毎の溶接開始位置及び溶接線一周後の溶接終了位置を算出決定する始終端位置算出手段と、事前に入力設定又は算出設定する溶接パス毎の定常溶接区間の溶接条件パラメータ，溶接開始部での溶接開始条件及びビード継ぎを含む溶接終了部での溶接終了条件を出力制御する条件出力制御手段と、溶接開始位置から溶接終了位置に至るまでの回転走行位置及びトーチ左右上下位置を検出及び表示する位置検出表示手段とを設けることにより、上述したように、溶接パス毎に溶接開始部から定常溶接の円周部及び一周後の開始部と終端部とのビード継ぎ部まで欠陥のない平滑で良好な円周溶接ビードを得ることができる。さらに、前記開先継手の開先肩幅，深さ，ギャップ，溶接部のビード幅，左右方向の開先中心ずれ，上下方向の位置ずれをリアルタイムで検出する視覚センサ及び画像処理装置と、溶接前にセンサ基準位置合せを前記トーチ基準位置又は該トーチ基準位置近傍に設定するセンサ基準位置設定手段と、溶接中に前記ビード幅，深さ，開先肩幅の大きさに応じて溶接すべきビード高さが一定高さになるように溶着面積及び溶接速度を算出又は溶着面積及びワイヤ送り速度を算出して適応制御し、前記ギャップ又はビード幅又は開先肩幅の大きさに応じて前記溶接トーチを溶接線左右方向に揺動させるウィービング幅を算出して適応制御する条件制御手段と、前記左右方向の開先中心ずれをなくす方向に左右トーチ位置を修正制御する又は前記左右方向の開先中心ずれと上下方向の位置ずれの両方をなくす方向に左右トーチ位置及び上下トーチ位置を修正制御するトーチ位置制御処理手段とを設けることにより、ギャップや開先肩幅が変化、溶接線の曲がりやずれがある開先継手であっても、溶接条件の適応制御，トーチ位置の修正制御によって対応でき、ビード継ぎ部を含む円周溶接ビードの良好な溶接結果を得ることができ、円周多層盛溶接の自動化による溶接作業の工数低減，生産性の向上や省力化を図ることができる。

本発明の円周多層盛溶接方法によれば、多層盛溶接及び溶接パス毎のビード継ぎが必要な容器や配管や案内管など円形又は楕円形の厚板管材の開先継手からなる溶接製品に対して、非消耗性電極のパルスアーク溶接又は直流アーク溶接の適正な制御により溶接パス毎に溶接開始部から定常溶接の円周部及び一周後の開始部と終端部とのビード継ぎ部まで欠陥のない平滑で良好な円周溶接ビードを得ることができる。また、ギャップや開先肩幅が変化、溶接線の曲がりやずれがある開先継手であっても、溶接条件の適応制御，トーチ位置の修正制御によって自動溶接することができ、溶接作業の工数低減，生産性の向上や省力化を図ることができる。

以下、本発明の内容を図１〜図１３の実施例に基づいて説明する。

図１は、本発明の円周多層盛溶接方法に係わる自動溶接装置を示す構成図である。円周の開先継手１を有する一対の厚板管材（母材）６ａ，６ｂを回転装置９に設置し、所望の速度で回転できるようにしている。開先継手１の上部には、非消耗性の電極４を有する溶接トーチ３と溶接中に送給するワイヤ５とを配置している。この非消耗性の電極４は、例えばＴｈＯ_２入りＷ，Ｌａ_２Ｏ_３入りＷ，Ｙ_２Ｏ_３入りＷなど高融点材のタングステンを主成分とする市販品の溶接電極棒を用いればよい。また、溶接トーチ３の前方の開先継手１の上面位置に視覚センサ７ａも配置している。溶接トーチ３とワイヤ５は、駆動装置
１１により上下方向及び左右方向に任意位置に可動できるようにしている。ＴＩＧ溶接電源１２には、トーチケーブル１７を経由して溶接トーチ３にシールドガスを供給するためのガスボンベ１４と、冷却水を循環するための冷却水循環装置１３とが接続されている。シールドガスはアーク溶接部及び非消耗性の電極を大気から保護するための不活性ガスであり、例えばＡｒガスを使用している。Ａｒがスの代わりにＡｒ＋Ｈ_２混合ガスやＨｅガスを使用することも可能である。また、ＴＩＧ溶接電源１２には、溶接トーチ３と開先継手１の間にアークを発生させ、所望の大きさの電流を出力給電できるように給電ケーブル１５ａ，１５ｂが接続されている。画像処理装置８は、センサ制御器７ｂを経由して視覚センサ７ａによって撮像する開先断面画像を処理して、開先肩幅，開先深さ，ギャップ，ビード幅，左右方向開先中心ずれ，上下方向の位置ずれなどを検出できるようにしている。

溶接制御装置１０は、溶接を実行する時に回転装置を回転制御し、駆動装置１１を経由して溶接トーチ３及びワイヤ５を制御し、ＴＩＧ溶接電源１２の出力を制御し、視覚センサ７ａと一対の画像処理装置８に指令して検出データを情報処理し、溶接パス毎の溶接条件パラメータ，溶接開始条件及び溶接終了条件を適応制御し、溶接トーチ３の左右上下位置を制御し、溶接の開始から終了に至る一連の動作及び構成機器を統括管理するものである。また、この溶接制御装置１０には、溶接パス毎の定常溶接区間で出力すべき溶接条件パラメータ，溶接開始部とビード継ぎ部で出力すべき溶接開始条件及び溶接終了条件，溶接の制御や計算に用いる各定数及び補正データなどの書込み設定及び引出し可能な溶接データファイルを具備している。この溶接データファイルに該当する他の溶接情報手段であってもよい。この溶接データファイル又はこの溶接データファイルに該当する他の溶接情報手段に基づいて、溶接パス毎のパルスアーク溶接又は直流アーク溶接の制御を行うことができるようにしている。また、この溶接制御装置１０には、溶接前に前記円周多層盛溶接の基準となるトーチ基準位置を前記開先継手の所望の開先中心位置に教示する位置教示手段，教示した前記トーチ基準位置を溶接座標原点と見なして処理し又は前記トーチ基準位置を加算処理して溶接パス毎の溶接開始位置及び溶接線一周後の溶接終了位置を算出決定する始終端位置算出手段，事前に入力設定又は算出設定する溶接パス毎の定常溶接区間の溶接条件パラメータ，溶接開始部での溶接開始条件及びビード継ぎを含む溶接終了部での溶接終了条件を出力制御する条件出力制御手段と、溶接開始位置から溶接終了位置に至るまでの回転走行位置及びトーチ左右上下位置を検出及び表示する位置検出表示手段とを有しており、溶接パス毎に溶接開始部から定常溶接の円周部及び一周後の開始部と終端部とのビード継ぎ部まで円周多層盛溶接を自動で行えるようにしている。さらに、視覚センサ７ａ及び画像処理装置８による検出データに基づいて、溶接トーチ３を溶接線左右方向に揺動させるウィービング動作及びウィービング幅の適応制御，溶接速度の適応制御，左右方向と上下方向のトーチ位置の修正制御を行うこともできるようにしている。ここでは厚板管材（母材）６ａ，６ｂを回転装置９によって回転させながらパルスアーク溶接又は直流アークの制御を行う実施例を示したが、前記厚板管材６ａ，６ｂの回転が困難な母材のアーク溶接を可能にするには、溶接トーチ３の方を回転走行させる溶接台車を用いるとよい。

図２は、本発明の円周多層盛溶接方法に係わる自動溶接を行う走行式溶接台車の一例を示す概略構成図である。横向き姿勢で円周溶接すべき別の管材６ｃ，６ｄが上下に固定配置され、この開先継手１の円周とほぼ平行方向にレール１９が取付けられている（下側又は上側の管材６ｄに設置）。このレール１９上を溶接台車２０が所望の速度で回転走行することができる。この溶接台車２０には、非消耗性の電極４を有する溶接トーチ３、この溶接トーチ３を上下方向及び左右方向に駆動可能なトーチ駆動機構（省略），ワイヤ５とそのワイヤリール５ｂ及びワイヤ送り機構（省略），視覚センサ７ａなどを搭載している。また、省略してある溶接制御装置１０は、前記溶接台車２０を走行制御すると共に、この溶接台車を介して溶接トーチ３の上下左右位置，ワイヤ５送りやワイヤ位置を制御する。また、上述したようにＴＩＧ溶接電源１２の出力を制御し、視覚センサ７ａと一対の画像処理装置８に指令して検出データを情報処理し、溶接パス毎の溶接条件パラメータ，溶接開始条件及び溶接終了条件，溶接トーチ３の左右上下位置を制御し、溶接パス毎に溶接開始部から定常溶接の円周部及び一周後の開始部と終端部とのビード継ぎ部まで円周多層盛溶接を自動で行えるようにしている。さらに、視覚センサ７ａ及び画像処理装置８による検出データに基づいて、溶接トーチ３を溶接線左右方向に揺動させるウィービング動作及びウィービング幅の適応制御，溶接速度の適応制御，左右方向と上下方向のトーチ位置の修正制御を行うこともできるようにしている。

図３は、図１に示した厚板管材６ａ，６ｂの開先継手１の一つであるＵ開先の多層盛溶接を示す断面図である。図３（１）は４層４パス溶接の場合、図３（２）はさらにパス数の多いＮ層Ｎパス溶接（例えばＮ＝８パス，Ｐ＝１ to Ｎ）の場合を示している。図中に記載の番号は溶接順位のパス番号である。また、記号のＴは板厚、ｆは開先底部のルートフエイス、Ｄは管内径、ｈ１，ｈ２〜ｈ（ｐ）は積層溶接すべきパス毎のビード高さ
（例えば１〜３mm程度）を示している。また、●印はパス毎の溶接トーチ位置であり、例えば、初層１パス目の左右上下方向のトーチ位置はＱ１（Ｙ１，Ｚ１）で示し、最終層Ｎパス目の左右上下方向のトーチ位置はＱｐ（Ｙｐ，Ｚｐ）で示している。左右方向の各トーチ位置Ｙ１〜Ｙｐはほぼ開先中心位置であり、上下方向の各トーチ位置は、前層溶接までの各ビード高さを累計した累計高さ位置である。

図４は、図２に示した他の管材６ｃ，６ｄの開先継手１における横向き姿勢の多層盛溶接を示す断面図である。同様に、図中に記載の番号は溶接順位のパス番号であり、また、●印はパス毎の溶接トーチ位置を示している。板厚Ｔ方向が上下方向のトーチ位置である。初層１パス目から充填層２，３パス目までが１層１パスの積層溶接であり、最終層のみ（４，５パス目の溶接）が溶接ビードの垂れ落ちを防止するべく上下振分けの１層２パス仕上げの溶接を行うようにしている。

ここでは、片面のＵ開先で説明したが、開先形状が異なるＶ開先，Ｊ開先でもよい。さらに両面のＵ開先，Ｖ開先，Ｊ開先に対しては外側と内側に分離する手法で積層溶接することが可能である。

図５は、溶接前に行うトーチ基準位置の設定方法を示す図である。図１に示した溶接制御装置１０と一対の操作ボックス（省略）からの手動操作により溶接トーチ３及び母材
６ａ，６ｂを可動させて、溶接トーチ３の電極４先端を開先継手１内の所望の開先中心位置かこの位置近傍に合せて位置教示する。教示した○印の位置が円周多層盛溶接におけるトーチ基準位置（Ｘｏ，Ｙｏ，Ｚｏ）となる。このトーチ基準位置は、図３及び図４に示した各開先の多層盛溶接における初層１パス目のトーチ位置Ｑ１（Ｙ１，Ｚ１）に該当する。

図６は、本発明の円周多層盛溶接方法に係わる溶接パス毎のトーチ位置の設定を示す説明図である。Ｘｏは溶接線方向のトーチ基準位置（○印）であり、図５に示したように溶接前に管材の開先継手１（母材）の所望に開先中心位置かこの位置近傍に教示している。１ｗ１〜１ｗ４は溶接パス毎の溶接線であり、矢印の方向１６に母材を回転させながら円周多層盛及びパス毎のビード継ぎ溶接を行う場合の一実施例である。なお、図２に示した溶接台車２０を用いて円周多層盛及びパス毎のビード継ぎ溶接を行う場合には、溶接トーチ３を駆動する溶接台車２０を回転走行させることになる。Ｘｓ１〜Ｘｓ４は溶接パス毎の溶接開始位置（●印）であり、Ｘｅ１〜Ｘｅ４は円周の溶接線を一周させた後の溶接終了位置（◆印）である。また、Ｃｅは溶接パス毎の開始位置Ｘｓ１〜Ｘｓ４と終了位置
Ｘｅ１〜Ｘｅ４との距離を示す始終端重ね長さであり、例えば１０〜２０mm程度にするとよい。初層１パス目の開始位置Ｘｓ１は、トーチ基準位置Ｘｏと同じ位置に設定している。また、初層後の２パス目からＮパス目（Ｎ＝４）までの各溶接開始位置Ｘｓ２〜Ｘｓ４は、特定角度α１ずつ前進させた位置にしている。この前進角度α１の値は、例えば１０〜２０度程度にするとよい。図３（１）及び（２）に示した多層盛溶接での最終パスは、Ｎ＝４とＮ＝８である。また、図４に示した多層盛溶接での最終パスは、Ｎ＝５であり、パス毎（Ｐ＝１ to Ｎ）の溶接開始位置及び溶接終了位置はＸｓ１〜Ｘｓ(ｐ)，Ｘｅ１〜Ｘｅ（ｐ）となる。

初層１パス目の溶接から最終層Ｎパス目の溶接（Ｐ＝１ to Ｎ）まで各溶接開始位置Ｘｓ（ｐ）は、下記の（１）式で求められる。角度α１ずつ後退させる場合には−α１を代入して算出すればよい。また、トーチ基準位置Ｘｏより特定距離Ｌ１ずつ前進又は後退させるように溶接開始位置Ｘｓ（ｐ）を算出して設定することも可能である。例えば特定距離Ｌ１ずつ前進させる場合の溶接開始位置はＸｓ（ｐ）＝Ｘｏ＋（Ｎ−１）＊（３６０＊Ｌ１／（π＊Ｄｗ（ｐ））の式で算出することができる。また、初層後の２パス目から最終層Ｎパス目までの各溶接開始位置Ｘｓ（ｐ）を前記トーチ基準位置Ｘｏより前進又は後退させる方向に複数定めた特定角度（α１，α２…αｐ）か特定距離（Ｌ１，Ｌ２…
Ｌｐ）の位置に振分けて各々設定することも可能である。

一方、パス毎の溶接終了位置Ｘｅ（ｐ）は、数１より算出するパス毎の溶接開始位置
Ｘｓ（ｐ）より円周の溶接線を一周させた位置より始終端重ね長さＣｅだけ前進させた位置であり、数２で求められる。なお、Ｄｗ（ｐ）はパス毎（Ｐ＝１ to Ｎ）の前層溶接の表面外径であり、溶接すべき開先継手の管内径をＤ、開先底部のルートフェイスをｆ、パス毎に積層すべき前層までの累計ビード高さＨｂ（ｐ−１）とすると、下記の数３で算出することができる。また、上述した２パス目から最終層Ｎパス目までの各溶接開始位置
Ｘｓ（ｐ）を前記トーチ基準位置Ｘｏより前進又は後退させる方向に複数定めた特定角度（α１，α２…αｐ）か特定距離（Ｌ１，Ｌ２…Ｌｐ）の位置に振分けた場合でも、各溶接開始位置Ｘｓ（ｐ）より円周の溶接線を一周させた位置より始終端重ね長さＣｅだけ前進させた位置として算出できる。さらに、前記始終端重ね長さＣｅの代わりに特定角度
（第２の角度）θ２を代入してθ２だけ前進させる溶接終了位置Ｘｅ（ｐ）を算出［Ｘｅ（ｐ）＝Ｘｓ（ｐ）＋３６０＋θ２］して設定することも可能である。

溶接開始位置：Ｘｓ（ｐ）＝Ｘｏ＋（Ｎ−１）＊α１ …（数１）
溶接終了位置：Ｘｅ（ｐ）＝Ｘｓ(ｐ)＋３６０＊［１＋Ｃｅ／（π＊Ｄｗ(ｐ)）］
…（数２）
前層溶接の表面外径：Ｄｗ（ｐ）＝Ｄ＋２＊（ｆ＋Ｈｂ（ｐ−１）） …（数３）
このように算出決定することによりパス毎の溶接開始位置Ｘｓ（ｐ）と溶接終了位置
Ｘｅ（ｐ）とを正確に設定でき、溶接パス毎の開始位置及び終了位置とを一箇所に集中させないで各々分散することができる。また、各々分散した位置で溶接の開始部と終端部とのビード継ぎ溶接が行え、所望の溶接始端ビードが形成可能になる。なお、上述したパス毎の溶接開始位置Ｘｓ（ｐ）及び溶接終了位置Ｘｅ（ｐ）の算出は、始終端位置算出手段によって算出が可能であり、溶接制御装置１０の内部の配備をすればよい。また、この算出結果を例えば溶接データファイル（又はこの溶接データファイルに該当する溶接情報手段）に記載保存し、溶接を実行する時に、この溶接データファイル又はこの溶接データファイルに該当する溶接情報手段を引出して使用するとよい。また、溶接開始位置から溶接終了位置に至るまでの回転走行位置及びトーチ左右上下位置の検出や表示は、位置検出表示手段によって容易にでき、前記溶接制御装置１０に配備し、前記検出に必要な部品類の一部は使用する回転装置９又は溶接台車２０に設ければよい。

図７は、図６に示したトーチ位置の設定方法と異なる設定方法を示す説明図であり、各記号は同じである。ここでは、奇数番号の溶接パス（Ｐ＝１，３）に該当する第１の溶接開始位置（Ｘｓ１，Ｘｓ３）をトーチ基準位置Ｘｏ（○印）より溶接線方向に特定角度
α１だけ前進させた位置（●印）に設定している。これに対して、偶数番号の溶接パス
（Ｐ＝２，４）に該当する第２の溶接開始位置（Ｘｓ２，Ｘｓ４）は、前記奇数番号の溶接開始位置と異なる正反対の方向に特定角度α１だけ後退させた位置（●印）に設定している。したがって、パス毎（Ｐ＝１ to Ｎ）の溶接開始位置Ｘｓ（ｐ）は、下記の(４)式及び（５）式で求められる。奇数番号の溶接開始位置をトーチ基準位置Ｘｏより角度
α１だけ後退させた位置（Ｘ（ｐ）＝Ｘｏ−α１）にし、反対に偶数番号の溶接開始位置をトーチ基準位置Ｘｏより角度α１だけ前進させた位置（Ｘ（ｐ）＝Ｘｏ＋α１）に設定することもできる。また、角度α１の代わりに特定距離Ｌ２を代入し、この距離Ｌ２だけ前進又は後退させるように奇数番号に該当する第１の溶接開始位置と偶数番号に該当する第２の溶接開始位置とを区別して算出することも可能である。また、偶数番号に該当する第２の溶接開始位置を前記第１の溶接開始位置と異なる正反対の方向にトーチ基準位置
Ｘｏより第２の角度α２だけ変化させる位置に設定することも可能である。一方、パス毎の溶接終了位置（Ｘｅ１〜Ｘｅ４）は、数４及び数５で算出した溶接開始位置Ｘｓ（ｐ）より円周の溶接線を一周させた位置より始終端重ね長さＣｅだけ前進させた位置（◆印）であり、上述した数２及び数３式より算出できる。始終端重ね長さＣｅの代わりに第２の角度α２を代入し、この角度α２だけ前進させる溶接終了位置［Ｘｅ（ｐ）＝Ｘｓ（ｐ）＋３６０＋α２］を算出して変更設定することも容易である。

奇数番号の溶接開始位置：Ｘｓ（ｐ）＝Ｘｏ＋α１ …（数４）
偶数番号の溶接開始位置：Ｘｓ（ｐ）＝Ｘｏ−α１ …（数５）
このように算出決定することによりパス毎の溶接開始位置Ｘｓ（ｐ）と溶接終了位置
Ｘｅ（ｐ）とを正確に設定でき、溶接パス毎の開始位置及び終了位置とを一箇所に集中させないで２箇所以上に分散することができる。また、分散した２箇所以上の各位置で溶接の開始部と終端部とのビード継ぎ溶接が行え、所望の溶接始端ビードを形成することができる。

図８は、本発明の円周多層盛溶接方法の一実施例を示す条件制御ブロック線図である。図８（１）と（３）には、円周溶接の終了側と開始側とで制御するパルスアーク溶接の電流３１波形，電圧３２波形，溶接トーチ３を左右に揺動させるウィーブ幅３３（ウィービング幅），ワイヤ５の送り速度３４，溶接速度３５（回転速度に該当）の溶接パラメータ，溶接開始条件及びビード継ぎの溶接終了条件を示している。また、図８（２）には、溶接開始側の始端ビード２ｓ，定常溶接部の溶接ビード２，始端ビード２ｓとのビード継ぎをする溶接終端側の終端ビード２ｅの様子を示している。Ｘｓ（●印）は、図６及び図７で説明した溶接パス毎の溶接開始位置（Ｘｓ１〜Ｘｓ（ｐ）に該当）であり、また、Ｘｅ（◆印）は溶接線一周後の溶接終了位置（Ｘｅ１〜Ｘｅ（ｐ）に該当）である。Ｃｅはパス毎の溶接開始位置Ｘｓと溶接終了位置Ｘｅとの距離を示す始終端重ね長さである。

すなわち、図８（２）（３）に示すように円周溶接の開始側では、シールドガス流出
（省略）の雰囲気内で溶接開始点Ｘｓ（●印）の位置かこの位置近傍より溶接トーチ３先端の非消耗性電極４と母材（開先継手１）との間に小電流Ｉｓのアーク１８を発生させてパルスアーク溶接を開始する。この小電流Ｉｓのアップスロープ時間Ｔ２（例えば１〜２秒程度）経過後に定常溶接のパルスアークのピーク電流Ｉｐ／ベース電流Ｉｂに到達させると同時かその後に、溶接トーチ３を溶接線左右方向に揺動（ウィーブ幅Ｕｗ）させる。この溶接トーチ３の揺動は、ピーク電流Ｉｐの時間Ｔｐとベース電流Ｉｂの時間Ｔｂとに同期させるとよい。この場合、揺動時間に該当するベース時間Ｔｂ中にトーチを左右揺動させ、停止時間に該当するピーク時間Ｔｐ中に開先壁面近傍で一時停止させる動作を繰り返すことになる。溶接開始位置Ｘｓの直下の開先低部又は前層溶接のビード表面部を徐々に溶融して所望の大きさの溶融プールが形成できる。ワイヤ待ち時間Ｔ３（例えば２〜４秒程度）経過後に、アーク１８中及び溶融プール内にワイヤ５を送給Ｗｐ，Ｗｂし、走行待ち時間Ｔ５(例えば２〜５秒程度）の経過後に所定速度Ｖで母材(開先継手１）を回転走行させながら定常状態の円周溶接を行う（アーク溶接動作は図１３を参照）。この走行待ち時間Ｔ５によって開先壁面まで溶融させることができる。ワイヤ送りは少なくとも安定な溶融プールが形成した後に開始すればよい。例えばワイヤ送りを回転走行の直前（Ｔ３＜Ｔ５）か直後（Ｔ３＞Ｔ５）に開始すると、余盛り高さ調整が可能な溶接始端ビード
２ｓを得ることができる。回転走行とワイヤ送りをほぼ同時にして溶接することも可能である。また、図示していないが、ワイヤ５を低速送りから短時間のアップスロープ後に定速送りに到達するようにしてもよい。

このように溶接条件を適正に制御することにより、溶接開始部の余盛り高さの緩やかな始端ビード２ｓが良好に形成できると共に、開先壁面に融合不良やアンダーカットのない滑らかで良好な円周溶接ビード２が形成できる。

一方、図８（１）（２）に示したように、溶接始端ビード２ｓとのビード継ぎが必要な溶接終了側では、溶接線一周後の溶接終了位置Ｘｅ（◆印）に溶接トーチが到達した地点又はこの位置近傍で、あるいは溶接終了位置Ｘｅまでの到達時間の経過後に、ピーク電流Ｉｐ／ベース電流Ｉｂをダウンスロープさせると同時か直後に、溶接トーチ３の左右揺動を停止又は揺動幅Ｕｗを減少して停止させるとよい。ワイヤ送りＷｐ，Ｗｂも停止させる。溶接終了位置Ｘｅまでの到達時間Ｔは、円周溶接長さ（Ｘｅ−Ｘｓ）の走行距離又は回転距離角度と溶接速度Ｖ（又は回転走行速度）との関係から概算可能である。前記ワイヤ送りの停止直後に、ワイヤ５先端を短時間Ｔ７又は所定長さだけ引き戻して溶融プールから引き上げるとよい。走行停止遅れ時間Ｔ８（例えば０〜２秒程度に設定）後に、母材の回転走行を停止させる。そして、ダウンスロープ時間Ｔ６（例えば１〜３秒程度）経過後に小電流Ｉｅのアーク１８を停止させる。その後に、省略してあるシールドガスを停止し、溶接トーチ３を上昇回避させるとよい。

このように溶接条件を制御することにより、ワイヤを電極にする従来のアーク溶接の溶融形態及び溶接ビード形状と異なり、溶接パス毎に溶接開始部から定常溶接の円周部及び一周後の開始部と終端部とのビード継ぎ部まで欠陥のない平滑で良好な円周溶接ビードを得ることができる。同時に、ワイヤ先端の母材溶着を未然に防止し、溶接トーチの外周部又は該溶接トーチ先端の電極と母材との接触を防止することもできる。また、溶接データファイルか他の溶接情報手段に基づいてパルスアーク溶接又は直流アーク溶接の制御を行うことにより、溶接パス毎に溶接開始から定常溶接及び終了まで一連の溶接動作及び制御を確実に実行することができる。

なお、図８（１）（３）に示したアップスロープ時間Ｔ２及びダウンスロープ時間Ｔ６における傾斜状の電流波形をパルス状の電流波形に変更してもよい。また、パルスアーク溶接の代わりに直流アーク溶接を用いて、平均電流と平均ワイヤ送りを出力させて円周溶接及び始終端のビード継ぎを良好に行うことも可能である。また、母材側を回転走行させる代わりに、図２に示した溶接トーチ３搭載の溶接台車２０を回転走行させて、上述の円周多層盛溶接及びビード継ぎを行う場合も上述したように溶接条件を制御するとよい。

図９は、本発明の円周多層盛溶接方法の他の一実施例を示す条件制御ブロック線図である。図８との相違点は溶接トーチ３を溶接線左右方向に揺動させるウィービング動作をしない溶接制御の一例であり、名称や記号及び番号は同じである。図９に示す条件制御ブロック線図は、特に開先の底部幅が狭い領域での初層１パス目の溶接や２層目の溶接で使用するとよい。定常溶接時のピーク電流Ｉｐ／ベース電流Ｉｂ，ピーク電圧Ｅａ，ピークワイヤＷｐ／ベースワイヤＷｂ，溶接速度Ｖなどの各値は、完全溶け込みが必要な初層溶接，浅い溶け込みでよい２層目溶接にそれぞれ適した溶接条件を予め設定して溶接時に出力させるとよい。

図９（２）（３）に示すように円周溶接の開始側では、シールドガス流出（省略）の雰囲気内で溶接開始点Ｘｓ（●印）の位置かこの位置近傍より溶接トーチ３先端の非消耗性電極４と母材（開先継手１）との間に小電流Ｉｓのアーク１８を発生させてパルスアーク溶接を開始する。小電流Ｉｓのアップスロープ時間Ｔ２経過後に定常溶接のパルスアークのピーク電流Ｉｐ／ベース電流Ｉｂに到達させる。アーク１８直下に良好な溶融プールが形成できる。その後に、溶接線方向に所定速度Ｖで母材（開先継手１）を回転走行させ又は溶接台車２０側の溶接トーチ３を走行させる。この前後に、アーク１８中及び溶融プール内にワイヤを送給Ｗｐ，Ｗｂしながら定常状態の円周溶接に移行させる。

このように溶接条件を適正に制御することにより、溶接開始部の余盛り高さの緩やかな始端ビード２ｓが良好に形成でき、融合不良やアンダーカットのない滑らかで良好な円周溶接ビード２が形成できる。

一方、溶接始端ビード２ｓとのビード継ぎが必要な溶接終了側では、図９（１）（２）に示したように、溶接線一周後の溶接終了位置Ｘｅ（◆印）に溶接トーチ３が到達した地点又はこの位置近傍で、あるいは溶接終了位置Ｘｅまでの到達時間の経過後に、定常溶接のピーク電流Ｉｐ／ベース電流Ｉｂダウンスロープさせ、ワイヤの送給を停止し又は停止直後に短時間Ｔ７引き戻して引上げるとよい。母材の回転走行又は溶接トーチ３の走行を停止か走行停止遅れ時間Ｔ８後に停止させる。ダウンスロープ時間Ｔ６の経過後に小電流Ｉｅのアーク１８を停止させるようにしている。その後に、省略してあるシールドガスを停止し、溶接トーチ３を上昇回避させるとよい。上述したようにパルスアーク溶接の代わりに直流アーク溶接を用いて、平均電流と平均ワイヤ送りを出力させて円周溶接及び始終端のビード継ぎを良好に行うことも可能である。

このように溶接条件を制御することにより、ワイヤを電極にする従来のアーク溶接の溶融形態及び溶接ビード形状と異なり、溶接パス毎に溶接開始部から定常溶接の円周部及び一周後の開始部と終端部とのビード継ぎ部まで欠陥のない平滑で良好な円周溶接ビードを得ることができる。特に、特に開先の底部幅が狭い領域での初層１パス目の溶接や２層目の溶接に適している。同時に、ワイヤ先端の母材溶着を未然に防止し、溶接トーチの外周部又は該溶接トーチ先端の電極と母材との接触を防止することもできる。

上述した溶接開始部で出力すべき溶接開始条件，ビード継ぎ部の溶接終了部で出力すべき溶接終了条件，定常溶接区間で出力すべきパス毎の溶接条件パラメータ，溶接の制御や計算に用いる各定数や基準データなどについては、例えば、書き込み設定，引出し可能な溶接データファイルに予め記載して保存，引出し使用すると便利である。また、この溶接データファイルに該当する他の溶接情報手段を利用してもよい。図１０は定常溶接区間で出力すべきパス毎の溶接条件パラメータの一実施を示すデータ図である。図中の上段には、溶接対象の開先継手，開先寸法（板厚，開先角度，ルートフエイス，余盛り高さ），積層溶接すべき面積，溶接パス数の情報を示している。また、図中の中下段には、パス毎の溶接開始位置Ｘｓ(ｐ)，溶接終了位置Ｘｅ(ｐ)，左右及び上下方向のトーチ位置Ｙ(ｐ)，Ｚ（ｐ），パス毎に出力すべき適正なピーク電流Ｉｐ／ベース電流Ｉｂ（ｐ），ピーク電圧Ｅａ（ｐ），ピークワイヤＷｐ／ベースワイヤＷｂ（ｐ），ピーク時間Ｔｐ／ベース時間Ｔｂ（ｐ），溶接速度Ｖ（ｐ）（又は回転走行速度でもよい），ウィーブ幅（ウィービング幅）Ｕｗ（ｐ）など適正溶接条件を予め記載しており、多層盛溶接を実行する時に該当パスの各値を抽出設定して適正に出力できるようにしている。

図１１は、図５に示したトーチ基準位置の設定後に行うセンサ基準位置の設定方法を示す検出図である。上述したトーチ基準位置（Ｘｏ，Ｙｏ，Ｚｏ）又はこの位置近傍に視覚センサ７ａを相対移動させ、この視覚センサ７ａと一対の画像処理装置８にセンサ基準位置の検出及び設定を行わせる。開先形状断面の線画像３６，３７を画像処理して検出した開先の肩幅中心位置及び低部中心位置をセンサ基準位置(Ｙｓ＝０，Ｚｓ＝０)にしている。このセンサ基準位置の検出設定により、溶接線の曲がりやずれがある開先継手であっても、円周溶接における開先部の左右方向の中心位置ずれと上下位置ずれ(ΔＹｓ，ΔＺｓ)とを溶接動作中にリアルタイムで検出することができる。

図１２は、初層溶接以降の任意の充填溶接時に検出される開先部の開先形状寸法，開先中心の左右位置ずれ及び上下位置ずれを示す検出図である。視覚センサ７ａと一対の画像処理装置８により開先形状断面の線画像３６，３７を画像処理し、開先上面部の開先肩幅Ｗｓ，段違いｋｓ，開先底部のビード幅Ｂｓ，開先底部までの深さＨｓ，開先内の断面積Ａｓ，初期設定のセンサ基準位置（Ｙｓ＝０，Ｚｓ＝０）との左右位置ずれ，上下位置ずれΔＹｓ，ΔＺｓをリアルタイムで検出する。初層溶接時には、ビード幅Ｂｓの代わりにギャップ幅Ｇｓを検出すればよい。これらの検出データは、溶接制御装置１０側で各々の値を分類し平均化処理している。また、平均化処理の検出データに基づいて、ウィービング幅の制御量と溶接速度の制御量，左右トーチ位置の修正量又は左右トーチ位置及び上下トーチ位置の両方の修正量をリアルタイムで計算処理して制御するようにしている。このように制御で必要な検出情報を取得してデータ処理及び計算処理することによって溶接条件の適応制御，トーチ位置の左右や上下の修正制御が可能になる。

次に、円周多層盛溶接で必要なウィービング動作の制御方法について説明する。図１３は、アーク溶接中のウィービング幅とビード高さの制御方法を示す図である。充填層溶接（Ｐ＝２ to Ｎ−１又はＮ−２）の時は、ビード幅Ｂｓの検出値を平均化処理［Ｂｓ＝（Ｂｓ１＋Ｂｓ２＋…＋Ｂｓａ）／ａ］して用い、このビード幅Ｂｓの大きさに比例させてウィービング幅Ｕｗを広くする。初層１パス目（Ｐ＝１）の溶接時は、基本的にウィービングを動作させないでよい。しかし、開先底部のギャップ幅が大きい場合には、溶け落ち防止や開先壁面の溶融促進を図るべくウィービングを動作させるとよい。例えばギャップ幅Ｇｓの検出値を平均化処理［Ｇｓ＝（Ｇｓ１＋Ｇｓ２＋…＋Ｇｓａ）／ａ］して用い、このギャップ幅Ｇｓが小さい（０≦Ｇｓ≦Ｃ１）時は、ウィービング幅Ｕｗを０にしてウィービングを停止させ、ギャップ幅Ｇｓが大きい（Ｇｓ＞Ｃ１）時にはウィービング幅Ｕｗを適正に増減制御するとよい。初層溶接のウィービング幅Ｕｗは下記の数６及び数７で求められる。また、充填層溶接のウィービング幅Ｕｗは数８で求められる。ただし、Ｃ１，Ｃ２はウィービングの幅定数である。

一方、最終層の仕上溶接（Ｐ＝Ｎ）や仕上前の前層溶接（Ｐ＝Ｎ−１）の時には、開先上部の溶融によって検出が困難になる可能性があるため、ここでは、視覚センサ７ａ及び画像処理装置による検出動作を停止して、最後に検出及び制御した前層溶接で記録（例えばＰｋ＝Ｎ−２のパス）した検出データを再使用する。また、最後に検出及び制御した前層溶接より前の指定パスの溶接（例えばＰｋ＝Ｎ−３）で記録した検出データを再使用することも可能である。開先肩幅Ｗｓの検出値を平均化処理［Ｗｓ＝（Ｗｓ１＋Ｗｓ２＋…＋Ｗｓａ）／ａ］して用い、この開先肩幅Ｗｓの大きさに比例させてウィービング幅
Ｕｗを広くする。最終仕上層のウィービング幅Ｕｗは数９で求められる。ただし、Ｃ３はウィービングの幅定数である。また、最終層の溶接が左右又は上下に振分ける２パス溶接の場合には、数９のウィービング幅をパス数で割った値（例えばＵｗ＝（Ｗｓ−Ｃ３）／２）にすればよい。さらに、溶接パス毎の揺動速度Ｖｕは、図８で述べたベース時間Ｔｂ（又は左右停止時間）に関係しており、数１０で求められる。

初層のウィービング幅（０≦Ｇｓ≦Ｃ１の時）：Ｕｗ＝０ …（数６）
初層のウィービング幅（Ｇｓ＞Ｃ１の時）：Ｕｗ＝Ｇｓ−Ｃ１ …（数７）
充填層のウィービング幅：Ｕｗ＝Ｂｓ−Ｃ２ …（数８）
仕上層のウィービング幅：Ｕｗ＝Ｗｓ−Ｃ３ …（数９）
パス毎の揺動速度：Ｖｕ＝Ｕｗ／Ｔｂ …（数１０）
このように計算して制御することにより、ギャップＧｓ又はビード幅Ｂｓ，開先肩幅
Ｗｓが変化する開先継手であっても、溶接トーチを左右に揺動させるウィービング幅Ｕｗを適正に制御でき、開先両壁部で生じ易いアンダーカットや溶融不良を防止して良好な溶接ビードを得ることができる。

次に、充填層（Ｐパス目）の溶接中のビード高さｈ（ｐ）が一定になるように溶接すべき溶着面積Ｓ及び溶接速度Ｖを算出して適正に制御する方法について説明する。図１２において、Ｈｓは溶接されていない残存部分の開先深さを平均化処理［（Ｈｓ＝Ｈｓ１＋
Ｈｓ２…＋Ｈｓａ）／ａ］した検出値であり、また、Ｈｂ（ｐ−１）は前層溶接までに積層予定の累計ビード高さ、Ｓ（ｐ）はＰパス目の溶接で予定している基準溶着面積、Δｈはビード高さずれである。このビード高さずれΔｈは、残存部分の開先深さＨｓと板厚Ｔとルートフエイスｆと前層溶接までの累計ビードＨｂ（ｐ−１）に関係しており、下記の数１１より求められる。また、溶接すべき溶着面積Ｓは、該当溶接パス（Ｐパス目）の基準溶着面積Ｓ（ｐ）とビード高さずれΔｈに相当する部分の面積とを加算した値になり、数１２より求められる。したがって、適応制御に必要な溶接速度Ｖは、数１１及び数１２で算出したビード高さずれΔｈ及び溶着面積Ｓと、該当溶接パス（Ｐパス目）でアーク
１８中の溶接部分に送給すべき平均ワイヤ送り速度Ｗｆ（ｐ）［平均値：Ｗｆ（ｐ）＝
（Ｗｐ＊Ｔｐ＋Ｗｂ＊Ｔｂ）／（Ｔｐ＋Ｔｂ）］とに関係しており、数１３より求められる。ただし、Ｃ４は面積補正定数、Ｃ５はワイヤ溶着率係数、ｄはワイヤ径、θは開先角度である。また、溶接速度Ｖの代わりに平均ワイヤ送り速度Ｗｆ（ｐ）の値を可変するように制御することも可能である。この場合には、溶接速度Ｖが一定でワイヤ送り速度Ｗｆ（ｐ）の値が変化するように数１３を変形して算出［例えばＷｆ（ｐ）＝（４＊Ｓ＊Ｖ）／（１０＊ｄ＊ｄ＊π＊Ｃ５）］できるようにすればよい。これらの算出式や定数を用いて計算及び制御する算出制御手段（省略）は溶接制御装置１０の内部に配備すればよい。

ビード高さずれ：Δｈ＝Ｈｓ−Ｔ＋ｆ＋Ｈｂ（ｐ−１） …（数１１）
溶着面積：Ｓ＝Ｓ（ｐ）＋Ｃ４＊Δｈ＊（Ｂｓ＋Δｈ＊tan(θ／２））…（数１２）
溶接速度：Ｖ＝（１０＊ｄ＊ｄ＊π＊Ｃ５＊Ｗｆ（ｐ））／（４＊Ｓ）…（数１３）
上述したように最終層の仕上溶接（Ｐ＝Ｎ）や仕上前の前層溶接（Ｐ＝Ｎ−１）の時には、視覚センサ７ａ及び画像処理装置による検出動作を停止して、最後に検出及び制御した前層溶接で記録（例えばＰｋ＝Ｎ−２のパス）又は指定パスの溶接で記録（例えばＰｋ＝Ｎ−３のパス）した検出データ（平均化処理後の検出値）を再使用する。また、ビード高さずれΔｈを算出する時には、上記累計ビード高さＨｂ（ｐ−１）の代わりに、再使用する検出データの前層溶接までの累計ビード高さＨｂ（ｐｋ−１）を数１１に代入すればよい。さらに、最終仕上層（１パス仕上の時Ｐ＝Ｎ）で溶接すべき溶着面積Ｓは、下記の数１４で概算することができる。最終仕上層の溶接速度Ｖは数１４で算出した溶着面積Ｓを上記数１３に代入して算出すればよい。ただし、ｈｓは仕上ビード高さ、ｂ１は仕上ビードの幅定数である。また、最終層を２パスに振分け溶接（Ｐ＝Ｎ−１とＮ）する場合には、振分け時の仕上ビード高さｈｓ２を用いて溶接すべき溶着面積Ｓを概算［例えばＳ＝ｈｓ２＊（Ｗｓ＋ｂ１）／３］すればよい。

仕上層の溶着面積：Ｓ＝ｈｓ＊（Ｗｓ＋ｂ１）＊２／３ …（数１４）
このように計算して制御することにより、残存部分の開先深さＨｓやビード幅Ｂｓや開先肩幅Ｗｓが変化する開先継手であっても、ビード高さずれΔｈをなくすように溶着面積Ｓ及び溶接速度Ｖを又は溶着面積Ｓ及び平均ワイヤ送り速度Ｗｆ（ｐ）を適正に算出して制御でき、積層ビード高さが均一で平滑な溶接ビードを得ることができる。また、センサによる検出が困難になり易い最終仕上層の溶接や仕上前の前層溶接であっても、最後に検出及び制御した前層溶接又は指定パスの溶接で記録した検出データを再使用することにより、制御不可に陥ることなく最終パスの溶接まで適正に制御でき、積層ビード高さが均一で平滑な溶接ビードを得ることが可能になる。

溶接パス毎の左右トーチ位置Ｙ（ワイヤ位置も含む）の制御については、図１１に示した開先中心ずれΔＹｓをなくす方向に位置修正することにより、トーチ位置及びワイヤ位置を適正な開先中心位置に制御することができる。また、溶接パス毎の上下トーチ位置
（ワイヤ位置も含む）の制御については、図１１に示した上下方向の位置ずれΔＺｓをなくす方向に位置修正するとよい。このように前記開先中心ずれをなくす方向に左右トーチ位置を修正制御又は前記開先中心ずれと前記上下位置ずれの両方をなくす方向に左右トーチ位置及び上下トーチ位置を修正制御することにより、溶接線の曲がりやずれがある開先継手であっても、トーチ位置を適正な位置に修正制御でき、良好な溶接結果を得ることができる。

本発明により、円周多層盛溶接の自動化を実現でき、産業の発達に寄与するところは極めて大きい。

本発明の円周多層盛溶接方法に係わる自動溶接装置を示す構成図である。 本発明の円周多層盛溶接方法に係わる自動溶接を行う走行式溶接台車の一例を示す概略構成図である。 図１に示した厚板管材６ａ，６ｂの開先継手１の一つであるＵ開先の多層盛溶接を示す断面図である。 図２に示した他の管材６ｃ，６ｄの開先継手１における横向き姿勢の多層盛溶接を示す断面図である。 溶接前に行うトーチ基準位置の設定方法を示す図である。 本発明の円周多層盛溶接方法に係わる溶接パス毎のトーチ位置の設定を示す説明図である。 図６に示したトーチ位置の設定方法と異なる設定方法を示す説明図である。 本発明の円周多層盛溶接方法の一実施例を示す条件制御ブロック線図である。 本発明の円周多層盛溶接方法の他の一実施例を示す条件制御ブロック線図である。 溶接パス毎の溶接条件パラメータの一実施例を示す溶接データ図である。 図５に示したトーチ基準位置の設定後に行うセンサ基準位置の設定方法を示す検出図である。 任意の充填溶接時に検出される開先部の開先形状寸法及び開先中心位置ずれを示す検出図である。 アーク溶接中のウィービング幅とビード高さの制御方法を示す図である。

符号の説明

１…開先継手、２…溶接ビード、２ｓ…始端ビード、２ｅ…終端ビード、３…溶接トーチ、４…非消耗性電極、５…ワイヤ、６ａ，６ｂ，６ｃ，６ｄ…厚板管材、７ａ…視覚センサ、８…画像処理装置、９…回転装置、１０…溶接制御装置、１１…駆動装置、１２…ＴＩＧ溶接電源、１３…冷却水循環装置、１８…アーク、１９…レール、２０…溶接台車。

Claims (12)

1. 少なくとも２パス以上の多層盛溶接及び溶接パス毎のビード継ぎが必要な容器，配管或いは案内管など円形又は楕円形の厚板管材の開先継手を非消耗性電極による溶接トーチでパルスアーク溶接又は直流アーク溶接を行う円周多層盛溶接方法において、
   溶接前に前記円周多層盛溶接の基準となるトーチ基準位置を前記開先継手の所望の開先中心位置かこの位置近傍に設定し、初層１パス目の溶接開始位置を前記トーチ基準位置と同じ位置に設定し、初層後の２パス目から最終層Ｎパス目までの各溶接開始位置を前記トーチ基準位置より溶接線方向に第１の特定角度ずつ又は第１の特定距離ずつ前進又は後退させた溶接線位置に各々設定し、あるいは前記初層後の２パス目から最終層Ｎパス目までの各溶接開始位置を前記トーチ基準位置より前進又は後退させる方向に複数定めた特定角度か特定距離の位置に振分けて各々設定し、あるいは奇数番号の溶接パスに該当する第１の溶接開始位置を前記トーチ基準位置より溶接線方向に第１の特定角度だけ又は第１の特定距離だけ前進又は後退させた溶接線位置に設定し、偶数番号の溶接パスに該当する第２の溶接開始位置を前記第１の溶接開始位置と異なる正反対の溶接線位置に設定し、溶接パス毎に各々設定された前記各溶接開始位置かこの位置近傍、あるいは前記第１の溶接開始位置，前記第２の溶接開始位置かこの位置近傍よりアークを発生させて前記パルスアーク溶接又は直流アーク溶接を開始することを特徴とする円周多層盛溶接方法。
2. 請求項１において、前記アーク溶接の開始側では、該当する溶接パスの前記溶接開始位置かこの位置近傍に前記溶接トーチを相対移動及び停止させた後に、溶接トーチ先端より小電流のアークを発生させ、前記小電流のアップスロープ時間経過後に定常溶接のパルスアークのピーク電流・ベース電流又は直流アークの平均電流に到達させ、その後に、溶接線方向に所定速度で前記溶接トーチを走行させ又は母材の開先継手側を回転させ、あるいは前記溶接トーチを走行させ又は母材の開先継手側を回転させる前後に、前記アーク中及び溶融プール内にワイヤを送給しながら定常状態の円周溶接に移行させるようにしたことを特徴とする円周多層盛溶接方法。
3. 請求項１において、前記アーク溶接の開始側では、該当する溶接パスの前記溶接開始位置かこの位置近傍に前記溶接トーチを相対移動及び停止させた後に、溶接トーチ先端より小電流のアークを発生させ、前記小電流のアップスロープ時間経過後に定常溶接のパルスアークのピーク電流・ベース電流又は直流アークの平均電流に到達させると同時かその後に、前記溶接トーチを溶接線左右方向に揺動させ、溶接線方向に所定速度で前記溶接トーチを走行させ又は母材の開先継手側を回転させる前後に、前記アーク中及び溶融プール内にワイヤを送給しながら定常状態の円周溶接に移行させるようにしたことを特徴とする円周多層盛溶接方法。
4. 少なくとも２パス以上の多層盛溶接及び溶接パス毎のビード継ぎが必要な容器や配管や案内管など円形又は楕円形の厚板管材の開先継手を非消耗性電極による溶接トーチでパルスアーク溶接又は直流アーク溶接を行う円周多層盛溶接方法において、
   初層１パス目から最終層Ｎパス目までの各溶接終了位置は、円周多層盛溶接の基準となるトーチ基準位置を含み、このトーチ基準位置から溶接線方向に第１の特定角度ずつ又は第１の特定距離ずつ前進又は後退させた溶接線位置に各々設定された各溶接開始位置か、あるいは奇数パス目と偶数パス目とで前後異なる正反対の方向であって前記トーチ基準位置から第１の特定角度だけ又は第１の特定距離だけ前進又は後退させた溶接線位置に振分けて設定された第１の溶接開始位置，第２の溶接開始位置から溶接線方向に一周させた位置より第２の特定角度又は第２の特定距離だけ前進させた溶接線位置に設定し、あるいは初層１パス目から最終層Ｎパス目までの各溶接終了位置は、前記トーチ基準位置を含み、このトーチ基準位置より前進又は後退させる方向に複数定めた特定角度か特定距離の位置に振分けて各々設定した各溶接開始位置から溶接線方向に一周させた位置より第２の特定角度又は第２の特定距離だけ前進させた溶接線位置に設定し、定常状態の円周溶接中に前記溶接トーチが該当する溶接パスの前記溶接終了位置に到達した地点又はこの位置近傍で、あるいは前記溶接終了位置までの到達時間の経過後に、出力すべき溶接終了条件に移行し又は切り換えてビード継ぎ溶接することを特徴とする円周多層盛溶接方法。
5. 請求項４において、溶接パス毎のビード継ぎ部では、定常状態の円周溶接中に前記溶接トーチが該当する溶接パスの前記溶接終了位置に到達した地点かこの位置近傍で、あるいは前記溶接終了位置までの到達時間の経過後に、定常溶接のピーク電流・ベース電流又は平均電流をダウンスロープさせ、ワイヤの送給を停止し又は停止直後に引き戻し、溶接トーチの走行又は母材の回転を停止又は走行停止遅れ時間後に停止させ、ダウンスロープ時間経過後に小電流のアークを停止させることを特徴とする円周多層盛溶接方法。
6. 請求項４において、溶接パス毎のビード継ぎ部では、定常状態の円周溶接中に前記溶接トーチが該当する溶接パスの前記溶接終了位置到達した地点かこの位置近傍で、あるいは前記溶接終了位置までの到達時間の経過後に、定常溶接のピーク電流・ベース電流又は平均電流をダウンスロープさせると同時か直後に、前記溶接トーチの左右揺動を停止又は前記左右揺動の幅を減少して停止させ、ワイヤの送給を停止し又は停止直後に引き戻し、溶接トーチの走行又は母材の回転を停止又は走行停止遅れ時間後に停止させ、ダウンスロープ時間経過後に小電流のアークを停止させることを特徴とする円周多層盛溶接方法。
7. 少なくとも２パス以上の多層盛溶接及び溶接パス毎のビード継ぎが必要な容器や配管や案内管など円形又は楕円形の厚板管材の開先継手を非消耗性電極による溶接トーチでパルスアーク溶接又は直流アーク溶接を行う円周多層盛溶接方法において、
   定常溶接区間で出力すべき溶接パス毎のピーク電流／ベース電流又は平均電流，ピーク電圧又は平均電圧，ピーク時間／ベース時間又は停止時間／移動時間，ピークワイヤ／ベースワイヤの送り速度又は平均ワイヤの送り速度，ウィビング幅，溶接速度や回転速度などの溶接条件パラメータと、溶接開始部とビード継ぎの溶接終了部とで出力すべき溶接開始条件及び溶接終了条件と、溶接パス毎の左右／上下方向の各トーチ位置，溶接開始位置及び溶接終了位置と、溶接の制御や計算に用いる各定数及び基準データとを書き込み設定，引出し可能な溶接データファイル又はこの溶接データファイルに該当する溶接情報手段を設け、溶接前に初層１パス目の溶接開始位置に該当又は円周多層盛溶接の基準位置に該当するトーチ基準位置を前記開先継手の所望の開先中心位置かこの位置近傍に設定し、円周多層盛溶接を実行する時には、前記トーチ基準位置及び前記溶接データに基づいて溶接パス毎に溶接トーチを所定の溶接開始位置に移動させて溶接開始条件によるアーク溶接を開始させ、定常状態の該当パスの溶接条件及び円周溶接動作に移行させ、その後に溶接終了位置で溶接終了条件によるビード継ぎ溶接、このビード継ぎ終了後に終了処理する一連の制御動作を実行するようにしたことを特徴とする円周多層盛溶接方法。
8. 請求項７において、初層１パス目から最終層Ｎパス目までの各溶接開始位置は、前記トーチ基準位置を含む開先中心位置から溶接線方向に第１の特定角度ずつ又は第１の特定距離ずつ前進又は後退させた溶接線位置に各々設定し、あるいは奇数パス目と偶数パス目とで前後異なる正反対の方向であって前記トーチ基準位置から第１の特定角度だけ又は第１の特定距離だけ前進又は後退させた溶接線位置に振分けて設定し、あるいは前記トーチ基準位置を含むこのトーチ基準位置より前進又は後退させる方向に複数定めた特定角度か特定距離の位置に振分けて各々設定し、あるいは溶接パス毎に不特定な角度だけ前進又は後退させた溶接線位置に各々設定し、初層１パス目から最終層Ｎパス目までの各溶接終了位置は、各々設定された前記各溶接開始位置から溶接線方向に一周させた位置より第２の特定角度又は第２の特定距離だけ前進させた溶接線位置に設定するようにしたことを特徴とする円周多層盛溶接方法。
9. 請求項７，８において、前記開先継手の開先肩幅，深さ，ギャップ，溶接部のビード幅，左右方向の開先中心ずれ，上下方向の位置ずれをリアルタイムで検出する視覚センサ及び画像処理装置をさらに設け、溶接前にセンサ基準位置合せを前記トーチ基準位置かこのトーチ基準位置近傍で設定し、円周多層盛溶接を実行する時には、溶接動作中に前記画像処理装置から取得する各検出値をデータ処理及び各々平均化処理して使用し、溶接部のビード幅，深さ，開先肩幅の大きさに応じて溶接すべきビード高さが一定高さになるように溶着面積及び溶接速度を算出又は溶着面積及びワイヤ送り速度を算出して適応制御し、前記ギャップ又はビード幅又は開先肩幅の大きさに応じて前記溶接トーチを溶接線左右方向に揺動させるウィービング幅を適応制御し、前記開先中心ずれをなくす方向に左右トーチ位置を修正制御又は前記開先中心ずれと前記上下位置ずれの両方をなくす方向に左右トーチ位置及び上下トーチ位置を修正制御することを特徴とする円周多層盛溶接方法。
10. 請求項９において、少なくとも最終層の溶接又は最終層の溶接及び最終層の前層の溶接を実行する時には、前記視覚センサ及び画像処理装置による検出動作を停止して、最後に検出及び制御した前層溶接又は指定パスの溶接で記録した各検出値をデータ処理及び各々平均化処理して再使用し、溶接部のビード幅，深さ，開先肩幅の大きさに応じて溶接すべきビード高さが一定高さになるように溶着面積及び溶接速度を算出又は溶着面積及びワイヤ送り速度を算出して適応制御し、前記ギャップ又はビード幅又は開先肩幅の大きさに応じて前記溶接トーチを溶接線左右方向に揺動させるウィービング幅を適応制御し、前記開先中心ずれをなくす方向に左右トーチ位置を修正制御又は前記開先中心ずれと前記上下位置ずれの両方をなくす方向に左右トーチ位置及び上下トーチ位置を修正制御することを特徴とする円周多層盛溶接方法。
11. 少なくとも２パス以上の多層盛溶接及び溶接パス毎のビード継ぎが必要な容器や配管や案内管など円形又は楕円形の厚板管材の開先継手に対して、非消耗性電極による溶接トーチと、パルスアーク又は直流アークの出力可能なＴＩＧ溶接電源と、前記開先継手の回転走行が制御可能な母材回転装置又は溶接トーチの回転走行が制御可能な溶接台車と、ワイヤ及び溶接トーチの上下左右位置の駆動制御可能な駆動装置と、パス毎の溶接開始から終了に至る一連の動作及び構成機器を統括管理する溶接制御装置とを用いて、円周多層盛溶接及びビード継ぎ溶接を行う自動溶接装置において、
    溶接前に前記円周多層盛溶接の基準となるトーチ基準位置を前記開先継手の所望の開先中心位置に教示する位置教示手段と、教示した前記トーチ基準位置を溶接座標原点と見なして処理し又は前記トーチ基準位置を加算処理して溶接パス毎の溶接開始位置及び溶接線一周後の溶接終了位置を算出決定する始終端位置算出手段と、事前に入力設定又は算出設定する溶接パス毎の定常溶接区間の溶接条件パラメータ、溶接開始部での溶接開始条件及びビード継ぎを含む溶接終了部での溶接終了条件を出力制御する条件出力制御手段と、溶接開始位置から溶接終了位置に至るまでの回転走行位置及びトーチ左右上下位置を検出及び表示する位置検出表示手段とを設けたことを特徴とする自動溶接装置。
12. 請求項１１において、前記開先継手の開先肩幅，深さ，ギャップ，溶接部のビード幅，左右方向の開先中心ずれ，上下方向の位置ずれをリアルタイムで検出する視覚センサ及び画像処理装置と、溶接前にセンサ基準位置合せを前記トーチ基準位置又は該トーチ基準位置近傍に設定するセンサ基準位置設定手段と、溶接中に前記ビード幅，深さ，開先肩幅の大きさに応じて溶接すべきビード高さが一定高さになるように溶着面積及び溶接速度を算出又は溶着面積及びワイヤ送り速度を算出して適応制御し、前記ギャップ又はビード幅又は開先肩幅の大きさに応じて前記溶接トーチを溶接線左右方向に揺動させるウィービング幅を算出して適応制御する条件制御手段と、前記左右方向の開先中心ずれをなくす方向に左右トーチ位置を修正制御する又は前記左右方向の開先中心ずれと上下方向の位置ずれの両方をなくす方向に左右トーチ位置及び上下トーチ位置を修正制御するトーチ位置制御処理手段とをさらに設けたことを特徴とする自動溶接装置。

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