JP2009006368A - Gas shielding and arc welding method - Google Patents
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Abstract
Description
この発明は、トーチ先端がトーチの進行方向(溶接方向)に対して前後関係となるように並置した複数の溶接トーチを同期移動させて行う溶接方法に関するものである。 The present invention relates to a welding method in which a plurality of welding torches arranged in parallel so that the front end of the torch is in a front-rear relationship with the traveling direction (welding direction) of the torch are synchronously moved.
溶接トーチの移動速度を高速化できることによる溶接作業の生産性向上を主眼とし、加えて複数の溶接トーチに与える電流値やワイヤ送り速度を制御することで溶接品質の向上を図るために、複数本のトーチの先端相互の前後関係を一定に保持した状態で同期移動させて行うアーク溶接(以下、「タンデム溶接」と言う。)は、特許文献1〜3に示すように公知である。
In order to improve the welding quality by controlling the current value and the wire feed speed given to multiple welding torches, the main purpose is to improve the productivity of welding work by increasing the moving speed of the welding torch. Arc welding (hereinafter referred to as “tandem welding”) performed by synchronously moving the front and rear of the torch tips in a state where the front-rear relationship is kept constant is known as shown in
タンデム溶接は、同期移動する2本のトーチで溶接を行うので、トーチ1本で溶接を行うシングル溶接に比べて1回のトーチの移動でより多くの溶融金属を母材に溶かし込むことができ、それ自体が比較的高効率のガスシールドアーク溶接にタンデム溶接を採用することにより、効率の良い高速溶接を実現することができる。 In tandem welding, welding is performed with two torches that move synchronously. Therefore, more molten metal can be melted into the base metal with a single movement of the torch compared to single welding with one torch. By adopting tandem welding for gas shielded arc welding, which is relatively high per se, efficient high-speed welding can be realized.
タンデム溶接は、2本のトーチの先端から送り出される2本の溶接ワイヤが1個の溶融池を形成するようにトーチ先端を接近させる必要があるが、接近させすぎると前後のアークが干渉してアーク柱が乱れ、溶接品質を低下させる。また、前後のトーチのそれぞれに流す電流を1本トーチで溶接するときの電流と同程度のものとすると、アーク干渉が起りやすくなるほか、熱負荷が過大になって、やはり溶接品質を低下させる。トーチの進行方向の前方に位置する前トーチは、溶融池を形成するトーチとなるので、後トーチよりも電流値を大きくする。すなわち、従来のタンデムアーク溶接では、前トーチに流す電流を1本トーチの場合のそれより低くし、後トーチに流す電流をそれより更に低くして溶接を行っている。そのため、2本トーチを用いても、溶接効率の向上は数割程度に止まるのが普通である。 In tandem welding, it is necessary to make the torch tip approach so that the two welding wires fed from the tip of the two torches form one molten pool. The arc column is disturbed and the welding quality is degraded. Also, if the current passed through each of the front and rear torches is about the same as that when welding with a single torch, arc interference is likely to occur and the thermal load becomes excessive, which also degrades the welding quality. . Since the front torch located in front of the traveling direction of the torch becomes a torch forming a molten pool, the current value is made larger than that of the rear torch. That is, in the conventional tandem arc welding, the current flowing through the front torch is made lower than that in the case of the single torch, and the current passed through the rear torch is made lower than that. For this reason, even if two torches are used, the improvement in welding efficiency is usually only about a few percent.
前述したように、タンデムアーク溶接は、前後のトーチのワイヤ先端が1個の溶融池を形成するように、たとえば間隔20mm程度に接近させる必要があるが、トーチボディはそれより太いため、トーチ先端を互いに接近する方向に屈曲させるか(特許文献2参照)、トーチ全体を先端側が接近するように逆ハ字状に配置する必要がある。このときのトーチ先端部、実際には溶接ワイヤの逆ハ字の頂角は、10〜30度程度になる。 As described above, in tandem arc welding, for example, the front and rear torches need to be close to each other at intervals of about 20 mm so that the wire ends of the torches form one molten pool, but the torch body is thicker than that. Must be bent in a direction approaching each other (see Patent Document 2), or the entire torch must be arranged in an inverted C shape so that the tip side approaches. The apex angle of the tip of the torch at this time, in fact, the inverted half-shape of the welding wire is about 10 to 30 degrees.
1本トーチで溶接を行う場合のトーチ進行方向に対するトーチ先端の角度は、通常、直角である。タンデム溶接を行う場合にも、従来は図5に示すように、2本のトーチ2f、2rの中心線Cがトーチ進行方向Bに対して直角となるようにして溶接を行っている。従ってこのときは、前トーチ2fは、その進行方向に対してトーチ先端側が後退する方向に傾斜し、後トーチ2rは、その進行方向に対してトーチ先端側が前進する方向に傾斜している。2本のトーチ2f、2rをその先端部の逆ハ字の中心線Cに対称に配置したときは、その中心線Cをトーチの進行方向Bに対して直角にしたときに、両トーチの先端から母材までの距離gが同一になる。すなわち、従来は2本のトーチ2f、2rを両者の軸線から等距離にある中心線Cに対して対称に配置し、当該中心線Cをトーチの進行方向Bに対して直角にした状態でタンデム溶接を行っていたのである。
前述したように、タンデム溶接では、前後のトーチの電流値を大きくするとアーク干渉が起るために、シングル溶接の場合よりも低い電流値で溶接を行わなければならず、そのため2本のトーチを用いるにもかかわらず、溶接速度の向上が数割程度に制限されるという問題があった。 As described above, in tandem welding, arc interference occurs when the current value of the front and rear torches is increased. Therefore, welding must be performed at a current value lower than that in the case of single welding. Despite the use, there has been a problem that the improvement in welding speed is limited to about several tens of percent.
アーク干渉を避ける手段として、前後のトーチの溶接点P1、P2の間隔(極間)dを大きくする方法や、前後のアーク柱が離れる方向の磁界をトーチ先端部にかけるという方法が考えられる。しかし、前者の方法は、前後のアークによって一つの溶融池を形成することが困難になると共に、溶接可能な最小半径が大きくなり、タンデム溶接が可能な製品ないし溶接箇所が少なくなって、溶接全体として見たときの溶接効率がかえって低下するという問題がある。また後者の方法は、トーチ先端部に電磁石を設けて、その通電を制御しなければならないため、溶接装置の設備コストや運転コストを増大させるという問題がある。 As means for avoiding arc interference, a method of increasing the distance (between the poles) d between the welding points P1 and P2 of the front and rear torches, and a method of applying a magnetic field in a direction in which the front and rear arc columns are separated from each other to the torch tip are conceivable. However, the former method makes it difficult to form a single weld pool by the front and rear arcs, increases the minimum radius that can be welded, reduces the number of products or welding points that can be tandemly welded, and makes the entire weld As a result, there is a problem that the welding efficiency is lowered. In the latter method, an electromagnet is provided at the tip of the torch, and the energization of the electromagnet must be controlled. Therefore, there is a problem that the equipment cost and operation cost of the welding apparatus are increased.
この発明は、複数本のトーチを同期移動させるタンデムアーク溶接において、上記のような不利益を生ずることなく、アーク干渉を生じさせないで溶接電流を増大させることにより、タンデムアーク溶接の溶接効率を向上させることを課題としている。 This invention improves the welding efficiency of tandem arc welding by increasing the welding current without causing arc interference in the tandem arc welding in which a plurality of torches are moved synchronously. The challenge is to make it happen.
この発明は、トーチの進行方向Bを含む面内で逆ハ字状(下端が離れたV字形)に配置された2本のトーチの進行方向前側のトーチ(前トーチ)2fの少なくとも先端部の軸線がトーチ進行方向Bに対して直角となるか、または前トーチ2fの先端部軸線が、その先端側(母材側)がトーチ進行方向の前方となる方向に傾斜させてガスシールドアーク溶接、特に好ましくは炭酸ガス溶接を行うことにより、上記課題を解決したものである。
In the present invention, at least the tip of two torches (front torch) 2f on the front side in the direction of travel of the two torches arranged in a reverse C-shape (V shape with the lower end separated) in the plane including the direction of travel B of the torch. Gas shielded arc welding in which the axis is perpendicular to the torch traveling direction B, or the tip axis of the
前トーチ2fと後トーチ2rの少なくとも先端部の軸線が逆ハ字状を呈していることから、後トーチ2rの軸線は、その先端側がトーチ進行方向前方となる方向に前トーチ2fより更に傾斜することとなる。トーチの進行方向に直角の軸に対するこれらの軸線の好ましい傾斜角(前進角)は、前トーチの前進角θfが5〜20度、後トーチの前進角θrが15〜50度である。
Since the axes of at least the front end portions of the
また、この発明の方法では、前後のトーチの溶接ギャップgを同一にするため、後トーチ2rは前後のトーチの中心線Cに対する前トーチ2fの対称位置から若干後退した位置とする。従って、前後のトーチの中心線Cに対して後トーチ2rを前トーチ2fの対称位置に設けた従来配置の溶接ヘッド(図6参照)を単に全体として傾斜させただけでは、この発明の方法による溶接を行うことはできない。
Further, in the method of the present invention, the
この出願の請求項1の発明に係るアーク溶接方法は、トーチの進行方向に対してトーチ先端が前後関係となるように複数本のトーチをそれらの先端が逆ハ字を形成するように配置し、前記進行方向前側のトーチに後側のトーチより大きい電流を流しながら前後のトーチをその相互位置関係を保持して同期移動するアーク溶接方法において、前記前側のトーチの少なくとも先端をその先端側がトーチ進行方向に向く方向に傾斜させて前記2本のトーチを同期移動させることを特徴とするガスシールドアーク溶接方法である。 In the arc welding method according to the first aspect of the present application, a plurality of torches are arranged so that the front ends of the torches are in a front-to-back relationship with respect to the traveling direction of the torches so that the front ends thereof form an inverted letter C. In the arc welding method in which a current larger than the rear torch is passed through the front torch in the traveling direction and the front and rear torches move synchronously while maintaining their mutual positional relationship, at least the front end of the front torch is the torch at the front end side. The gas shielded arc welding method is characterized in that the two torches are moved synchronously while being inclined in a direction toward the traveling direction.
また、本願の請求項2の発明は、上記手段を備えたガスシールドアーク溶接方法において、前記前側のトーチの少なくとも先端における前記の方向に傾斜させる角度が5〜20度であることを特徴とするものである。
The invention according to
なお、2本設けた溶接トーチの1本を進退させることによって、狭い溶接箇所を1本トーチで溶接できるようにすることは、前記特許文献1〜3に示されており、これらの特許文献に示された方法でシングル溶接とタンデム溶接を切換え可能にすることは、この発明のアーク溶接方法においても可能である。この場合、特許文献1〜3に示した従来構造と異なることは、両トーチの先端を揃えたタンデム溶接状態にしたとき、従来方法では前後のトーチの先端が同一位置(中心線Cに対して対称な位置)となるようにそれぞれのトーチ進出端が設定されるのに対し、この発明の方法では、後トーチの先端が両トーチの中心線Cに対する前トーチの対称位置より後退した位置に設定される。
It has been shown in
この発明の方法で炭酸ガス溶接を行った実験では、前トーチの前進角θfを7.5〜17.5度、後トーチの前進角θrを27.5〜37.5度の範囲にある最適傾斜としたとき、従来方法に比べて前トーチの電流値を1割程度、後トーチの電流値を5割程度増加してもアーク干渉が起らず、全体の電流値を2.5割程度大きくすることができた。これにより、タンデムアーク溶接の溶接効率をシングル溶接の1.5倍以上とすることが可能となり、設備コストやランニングコストを増大させないで溶接効率を大幅に向上させることが可能となった。 In the experiment in which carbon dioxide welding was performed by the method of the present invention, the forward angle θf of the front torch was 7.5 to 17.5 degrees, and the forward angle θr of the rear torch was optimal within the range of 27.5 to 37.5 degrees. When inclined, the current value of the front torch is increased by about 10% compared to the conventional method, and even if the current value of the rear torch is increased by about 50%, arc interference does not occur, and the total current value is about 2.5%. I was able to make it bigger. As a result, the welding efficiency of tandem arc welding can be made 1.5 times or more that of single welding, and the welding efficiency can be greatly improved without increasing the equipment cost and running cost.
また、前トーチのアークが安定し、アーク干渉が緩和されることから、前トーチのアークで形成される溶接プールが安定し、それによって後トーチのアークが安定することや、ビート表面が滑らかになる効果が認められた。この結果、従来タンデム溶接で多層盛りを行う溶接では、最後のビートを1本溶接で行っていたのを最後のビートまでタンデム溶接で行うことができ、この点での溶接効率の向上も得られるという効果がある。 Also, since the arc of the front torch is stabilized and the arc interference is mitigated, the weld pool formed by the arc of the front torch is stabilized, which stabilizes the arc of the rear torch and the beat surface is smooth. The effect becomes. As a result, in the conventional multi-layer welding by tandem welding, the last beat can be performed by tandem welding up to the last beat, and the welding efficiency can be improved in this respect. There is an effect.
以下、図面を参照してこの発明の実施形態を説明する。図1はトーチの装着構造の例を示す側面図、図2はこの発明の方法で隅肉溶接を行っているトーチ先端部の拡大側面図、図3は同拡大正面図である。図1において、11は溶接ロボットのアーム先端、12は当該アーム先端に図1の紙面直角方向の軸回りに揺動自在に取り付けられたチルト部、13はこのチルト部の先端にその中心軸14回りに回動可能に装着された手首フランジであり、この手首フランジまでが溶接ロボット側の部材である。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. FIG. 1 is a side view showing an example of a torch mounting structure, FIG. 2 is an enlarged side view of a tip portion of a torch performing fillet welding by the method of the present invention, and FIG. 3 is an enlarged front view thereof. In FIG. 1, 11 is an arm tip of the welding robot, 12 is a tilt portion attached to the arm tip so as to be swingable about an axis in a direction perpendicular to the plane of FIG. 1, and 13 is a
15は手首フランジ13にボルト16で固定された取付板、17はこの取付板の先端にボディ側を固定して装着されたショックセンサ、18はこのショックセンサのロッド17aに固定されたトーチ取付板である。ショックセンサ17は、溶接ロボットに対するティーチングミスなどにより、トーチがワークなどに衝突したときにそのショックを吸収してトーチの損傷を防止すると共に溶接ロボットを緊急停止させるために設けられているものである。以上の構造は、一般的なものである。
15 is a mounting plate fixed to the
トーチ2は、個別進退装置3、センタリング装置4及び傾動装置5を介して、トーチ取付板18に取付けられている。トーチ2は、図1には1本のみしか示されていないが、図1の紙面の前後方向に2本のトーチが正面視で逆ハ字状にして装着されている(図3参照)。個別進退装置3は、2本のトーチ2の1本を軸方向に後退させるもので、2本のトーチのそれぞれをその軸方向に進退させるスライドホルダ22及び進退シリンダ23を備えている。個別進退装置3は、溶接の開始時や終了時や、狭い場所や屈曲した場所を溶接するときに、1本のトーチのみで溶接を行うこと(シングル溶接)ができるように設けられているものである。
The
センタリング装置4は、シングル溶接を行う1本のトーチをタンデム溶接のときの2本のトーチの中央位置に移動させるために設けられているものである。タンデム溶接では、図3に示すように、2本のトーチ2f、2rの先端相互にアーク干渉を避けるための間隔dを開けて配置している。この状態で1本のトーチを後退させてシングル溶接に移行すると、溶接の中心がこの間隔dの1/2だだけずれることになる。そこでこの問題を避けるために、1本のトーチを後退させたときに、センタリング装置4で残ったトーチを間隔dの1/2だけ後退したトーチ側に移動し、後退したトーチを復帰してタンデム溶接に復帰するときは、反対側に移動して、タンデム溶接とシングル溶接とで溶接中心が変化しないようにしているのである。
The centering
センタリング装置4は、図1の紙面直角方向の円弧ガイド19で案内されているシフトブラケット20、シフトブラケット20を円弧ガイド19に沿って図1の紙面直角方向に往復動させる2本のシフトシリンダ26を備えている。シフトシリンダ26が2個設けられているのは、前後のトーチのいずれを後退させたときも、残ったトーチを溶接中心に移動させることができるようにするためである。前述した個別進退装置3は、シフトブラケット20に装着されている。
The centering
傾動装置5は、センタリング装置4を取付けた傾斜板28をトーチ取付板18に、2本のトーチ2f、2rを配置した面に垂直な傾斜軸29回りに傾斜させて固定する構造で、最も簡単には、トーチ取付板18に傾斜板28を正面視で左右方向(図1の左方向から見た左右方向)に傾けた状態でボルトなどにより固定した構造である。
The
図2は、上記構造で装着された2本のトーチを用いて、開先角35度の開先34を設けた第1板31を第2板32に隅肉溶接している状態を示している。2本のトーチ2(2f、2r)は、第2板32に対して開先角の1/2の角度で傾斜している。この傾斜は、溶接ロボットの手首を傾斜させることにより行われる。なお、図2の33は裏当金である。
FIG. 2 shows a state where the
図3には、図2の矢印A方向(正面)から見たときの2本のトーチ2f、2rの配置面内での角度関係が示されている。図の例では、頂角20度の逆ハ字状に配置された2本のトーチ2f、2rが、トーチ先端がトーチの進行方向(図3の左方向である矢印B方向)を向く方向に、全体として20度傾斜させて取付けられている。すなわち、トーチの進行方向前側になる前トーチ2fは、トーチ先端がトーチの進行方向を向く方向にθf=10度傾斜しており、トーチの進行方向後側になる後トーチ2rは、トーチ先端がトーチの進行方向を向く方向にθr=30度傾斜している。
FIG. 3 shows the angular relationship in the arrangement plane of the two
逆ハ字状に配置された2本のトーチ2f、2rを全体として傾斜させたとき、当該2本のトーチの先端からワークまでの距離gを一定にするために、傾斜角が大きい方のトーチ2rの先端を他側のトーチ2fより若干後退させておく必要がある。図の例では、前トーチ2fの溶接点P1と後トーチ2rの溶接点P2との間隔dが18mmに設定され、それぞれの溶接点からトーチ先端までの距離が共にg=30mmとなるように、両トーチ2f、2rの軸方向位置を前後させている。この軸方向の前後関係は、進退シリンダ23の1本を軸方向にずらして取付けること、あるいは進退シリンダ23の1本の進出位置をストッパで規制することによって実現できる。
When the two
図4は、上記のこの発明の方法でタンデム溶接を行ったときと、図6に示すように2本のトーチの中心線Cをトーチ進行方向Bに対して直角にした従来方法で溶接を行ったときとの、前トーチの溶接電圧[V]及び溶接電流[A]の変化並びに短絡回数[回]を経過時間を横軸にして記録した図で、(a)がこの発明の方法のもの、(b)が従来方法のものである。溶接条件は、前トーチの電流340A、後トーチの電流230A、合計電流570Aである。図より明らかなように、従来方法では前後トーチのアーク干渉によって溶接電流が激しく変動しており、これに伴って溶接電圧も激しく変動している。これに対してこの発明の方法では、アーク干渉が回避されて、安定した溶接が行われていることが分かる。図6に示した従来方法でタンデム溶接をアーク干渉を生じさせることなく行うためには、前トーチ電流310A、後トーチ電流150A、合計電流460A程度が限界であった。これに対してこの発明の方法によれば、合計電流を1.24倍にすることができ、タンデム溶接の溶接効率をシングル溶接の5割以上の効率にすることが可能となった。 FIG. 4 shows a case where the tandem welding is performed by the above-described method of the present invention and a case where the center line C of the two torches is perpendicular to the torch traveling direction B as shown in FIG. FIG. 6 is a diagram in which the change in the welding voltage [V] and welding current [A] of the previous torch and the number of short circuits [times] are recorded with the elapsed time as the horizontal axis, and FIG. , (B) are of the conventional method. The welding conditions are a front torch current 340A, a rear torch current 230A, and a total current 570A. As is apparent from the figure, in the conventional method, the welding current fluctuates greatly due to the arc interference of the front and rear torches, and the welding voltage also fluctuates drastically. On the other hand, in the method of the present invention, it is understood that arc interference is avoided and stable welding is performed. In order to perform tandem welding without causing arc interference by the conventional method shown in FIG. 6, the front torch current 310A, the rear torch current 150A, and the total current 460A are the limits. On the other hand, according to the method of the present invention, the total current can be increased 1.24 times, and the welding efficiency of tandem welding can be increased to 50% or more of single welding.
図5は、前トーチと後トーチの逆ハ字状の頂角(θr−θf)を20度に維持して、前トーチの前進角を2.5度から25度まで2.5度ずつ変化させたときの、電流安定度(電流値の変動幅)と、目視によるスパッタ量、ビート外観及び溶け込みの評価の結果を示したもので、スパッタ量、ビート外観及び溶け込みの評価並びに総合判定の欄に記した×は不可、△は可、○は良、◎は特に良いことを示す。トーチの前進角以外の条件は、図4の試験におけるものと同じである。この試験の結果によれば、前トーチの前進角7.5〜17.5度、後トーチの前進角27.5〜37.5度の範囲が好ましく、前トーチの前進角10〜12.5度、後トーチの前進角30〜32.5度の範囲が特に好ましいことが分かる。 FIG. 5 shows that the forward angle of the front torch and the rear torch is maintained at 20 degrees, and the forward angle of the front torch is changed by 2.5 degrees from 2.5 degrees to 25 degrees. This shows the current stability (current value fluctuation range) and the results of the visual spatter amount, beat appearance and penetration evaluation, and the spatter amount, beat appearance and penetration evaluation and comprehensive judgment columns. “X” marked in “不可” means “not acceptable”, “Δ” means “good”, “◯” means “good”, and “◎” means particularly good. Conditions other than the advance angle of the torch are the same as those in the test of FIG. According to the results of this test, the forward torch forward angle of 7.5 to 17.5 degrees and the rear torch forward angle of 27.5 to 37.5 degrees are preferable, and the forward torch forward angle of 10 to 12.5 degrees is preferable. It can be seen that a forward angle of 30 to 32.5 degrees is particularly preferable.
2f 前トーチ
2r 後トーチ
3 個別進退装置
4 センタリング装置
5 傾動装置
13 溶接ロボットの手首フランジ
17 ショックセンサ
18 トーチ取付板
B トーチ進行方向
θf 前トーチの傾斜角
θr 後トーチの傾斜角
2f front torch
13 Welding robot wrist flange
17 Shock sensor
18 Torch mounting plate B Torch travel direction θf Tilt angle of front torch θr Tilt angle of rear torch
Claims (2)
前記前側のトーチの少なくとも先端をその先端側がトーチ進行方向に向く方向に傾斜させて前記2本のトーチを同期移動させることを特徴とする、ガスシールドアーク溶接方法。 A plurality of torches are arranged so that the front ends of the torches are in a longitudinal relationship with respect to the traveling direction of the torches so that the front ends thereof form a reverse letter C. In the arc welding method in which the front and rear torches maintain their mutual positional relationship and move synchronously while flowing
A gas shielded arc welding method, wherein the two torches are synchronously moved by inclining at least the front end of the front torch in a direction in which the front end side faces the torch traveling direction.
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