JP2017024062A

JP2017024062A - 溶接装置

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Publication number: JP2017024062A
Application number: JP2015147888A
Authority: JP
Inventors: 雄太内田; Yuta Uchida; 謙司伊井; Kenji Ii
Original assignee: IHI Corp
Current assignee: IHI Corp
Priority date: 2015-07-27
Filing date: 2015-07-27
Publication date: 2017-02-02
Anticipated expiration: 2035-07-27
Also published as: JP6686313B2

Abstract

【課題】開先形状が変化した場合でも溶接の自動化が可能な溶接装置を提供する。
【解決手段】開先５内にアークを発生させる溶接トーチ４２と、該溶接トーチに溶接ワイヤを供給するワイヤ供給部と、前記溶接トーチを溶接線に沿って走行させる走行駆動部１９と、前記溶接トーチをウィービングさせるウィービング駆動部４３，４４と、前記開先内の断面形状を計測するセンサ２４と、前記断面形状に対応して設定された複数のパスパターンが格納された記憶部５２と、前記センサが検出した前記断面形状から前記複数のパスパターンのうちの１つを選択し、選択されたパスパターンに基づき溶接を実行させる制御部４９とを具備する。
【選択図】図１

Description

本発明は、自動で多層盛り溶接を行う溶接装置に関するものである。

従来、多層盛り溶接、例えば被溶接物の横向きの開先に対して自動で多層盛り溶接を行う際には、予め開先の形状を設計データ等により求め、得られた形状を記憶し、記憶した開先形状を基に溶接条件を作成して溶接条件データベースとして保存し、溶接条件データベースを基に溶接を行っていた（ティーチングプレイバック方式）。

尚、特許文献１には、溶接トーチに隣接して開先部の断面形状を測定する一対の光センサが設けられ、該光センサにより測定された断面形状のうち一番深い位置を選択し、一番深い位置を溶接線方向に連結したラインに沿ってビードを形成する構成が開示されている。

特開平６−２７７８４３号公報

然し乍ら、溶融金属が凝固することで開先が収縮し形状が変形する場合があり、溶接変形によりデータから得られる狙い位置と実際の狙い位置とでズレが生じた場合には、作業者が手動で狙い位置を補正する必要があった。

本発明は斯かる実情に鑑み、開先形状が変化した場合でも溶接の自動化が可能な溶接装置を提供するものである。

本発明は、開先内にアークを発生させる溶接トーチと、該溶接トーチに溶接ワイヤを供給するワイヤ供給部と、前記溶接トーチを溶接線に沿って走行させる走行駆動部と、前記溶接トーチをウィービングさせるウィービング駆動部と、前記開先内の断面形状を計測するセンサと、前記断面形状に対応して設定された複数のパスパターンが格納された記憶部と、前記センサが検出した前記断面形状から前記複数のパスパターンのうちの１つを選択し、選択されたパスパターンに基づき溶接を実行させる制御部とを具備する溶接装置に係るものである。

又本発明は、前記制御部は、前記センサにより計測された前記開先内の断面形状データを基に単一ビードの上端及び下端を検出し、該単一ビードの上端又は下端を基準として前記溶接トーチの狙い位置を決定する様構成された溶接装置に係るものである。

又本発明は、前記記憶部には最新パスの単一ビード上端と前記開先との間の残り幅に関する第１の閾値と、前記最新パスの単一ビード上端の層厚に関する第２の閾値が格納され、前記制御部は、前記センサにより計測された前記断面形状データを基に実行される溶接が最下段のパスであるかを判断すると共に、前記残り幅と前記第１の閾値を比較し、前記層厚と前記第２の閾値を比較し、パスパターンを選択する様構成された溶接装置に係るものである。

又本発明は、前記記憶部には、下端パス、中間パス、上端パスの３つのパスパターンが格納され、前記制御部は、実行される溶接が最下段のパスである場合には前記下端パスを選択し、前記残り幅が前記第１の閾値よりも大きい場合には前記中間パスを選択し、前記残り幅が前記第１の閾値以下である場合には前記上端パスを選択する様構成された溶接装置に係るものである。

又本発明は、前記記憶部には、パスパターンとして追加パスが更に格納され、前記制御部は、前記上端パスが実行された後に前記層厚と前記第２の閾値とを比較し、前記層厚が前記第２の閾値以下である場合に前記追加パスを選択する様構成された溶接装置に係るものである。

更に又本発明は、前記溶接トーチと前記センサは、それぞれ独立して昇降可能、進退可能、回転可能に構成された溶接装置に係るものである。

本発明によれば、溶接変形により前記開先が変形し、前記溶接トーチの狙い位置やビードの必要溶着量が変化した場合であっても、別途補正処理を行うことなく溶接の自動化を可能とするという優れた効果を発揮する。

本発明の実施例に係る溶接装置の正面図である。本発明の実施例に係る溶接装置の斜視図である。開先内でのビードの積層状態と、選択されるパスの種類を説明する説明図である。（Ａ）は下端パスが選択される場合を示す説明図であり、（Ｂ）は中間パスが選択される場合を示す説明図であり、（Ｃ）は上端パスが選択される場合を示す説明図である。（Ａ）〜（Ｄ）は、本発明の実施例に係る溶接装置による多層盛り溶接を説明するシーケンス図である。

以下、図面を参照しつつ本発明の実施例を説明する。

先ず、図１、図２に於いて、本発明の実施例に係る溶接装置１について説明する。尚、図１中、紙面に対して上下方向をＺ軸方向、紙面に対して左右方向をＸ軸方向、Ｚ軸方向及びＸ軸方向と直交する方向をＹ軸方向とする。又、図２中では、Ｘ軸方向、Ｙ軸方向、Ｚ軸方向は図示の通りとなっている。

台座２上に円板状の下側被溶接物３が載置され、該下側被溶接物３上に円筒状の上側被溶接物４が載置されている。前記下側被溶接物３には、前記上側被溶接物４と同心で、且つ該上側被溶接物４の内径と同径の円形の孔が穿設されている。該上側被溶接物４は、基部４ａと本体部４ｂとから構成され、前記基部４ａは予め前記下側被溶接物３に溶接されている。

前記本体部４ｂの下端は、全周に亘って外周側に向って漸次拡幅される様欠切され、開先５が形成されている。又、前記基部４ａと前記本体部４ｂの接続部の内周面には、全周に亘って裏当て材６が取付けられている。前記開先５に対して多層盛り溶接が行われる。

尚、前記基部４ａと前記本体部４ｂとは前記裏当て材６を介して仮止めされ、前記本体部４ｂは前記基部４ａに対して同心に位置決めされ、且つ前記本体部４ｂは自立可能となっている。

前記上側被溶接物４上には、前記溶接装置１が設けられている。該溶接装置１は、上端が閉塞された円筒状の支持部材７を有し、該支持部材７は前記上側被溶接物４の上端部に嵌合し、嵌合により前記支持部材７と前記本体部４ｂとは同心に位置決めされる。又、前記支持部材７と前記本体部４ｂとはネジ等所定の手段により固定される。

前記支持部材７上には、回転軸部８を介して溶接装置本体部９が設けられている。該溶接装置本体部９は、前記支持部材７を介して前記上側被溶接物４に支持されると共に、前記回転軸部８を介して前記支持部材７の軸心を中心に回転自在となっている。

前記回転軸部８上には、支持台座部１１が設けられている。該支持台座部１１には、前記溶接装置本体部９を回転させる回転モータ１２が設けられると共に、鉛直方向に延びる支柱１３が立設されている。該支柱１３の一面には第１昇降部１４が設けられ、前記支柱１３の反対側の面には第２昇降部１５が設けられている。尚、前記第１昇降部１４と前記第２昇降部１５は同様の構造となっている。

前記第１昇降部１４には、一端側（図１中紙面に対して左側）に向って水平方向（Ｘ軸方向）に延出する第１進退部１６が鉛直方向（Ｚ軸方向）に昇降可能に設けられている。前記第１昇降部１４は、垂直に立設された第１昇降ガイドシャフト１７と、第１昇降スクリューロッド１８と、該第１昇降スクリューロッド１８に連結された第１昇降モータ１９とを有している。前記第１進退部１６は、前記第１昇降ガイドシャフト１７に摺動自在に嵌合すると共に、前記第１昇降スクリューロッド１８に螺合する。前記第１昇降モータ１９により前記第１昇降スクリューロッド１８が回転されることで、前記第１進退部１６が前記第１昇降ガイドシャフト１７に沿って昇降する様になっている。

前記第１進退部１６には、センサ部２１が進退可能に設けられている。前記第１進退部１６は、水平方向に設けられた第１進退ガイドシャフト（図示せず）と、第１進退スクリューロッド（図示せず）と、該第１進退スクリューロッドに連結された第１進退モータ２２とを有している。該第１進退モータ２２により前記第１進退スクリューロッドが回転されることで、前記センサ部２１が前記第１進退ガイドシャフトに沿って水平方向（Ｘ軸方向）に進退する様になっている。

前記センサ部２１は、前記第１進退部１６より垂下されたセンサ支持部２３と、該センサ支持部２３の下端に設けられたセンサ２４とを有すると共に、該センサ２４を所定の方向に回転させる第１ピッチモータ（図示せず）及び第１ロールモータ（図示せず）を有している。前記第１ピッチモータは、Ｙ軸方向に延出する第１ピッチ軸２５を中心に前記センサ２４を回転させ、前記第１ロールモータは、Ｘ軸方向に延出する第１ロール軸２６を中心に前記センサ２４を回転させる様になっている。即ち、該センサ２４は、鉛直軸（Ｚ軸）と直交する水平２軸（Ｘ軸、Ｙ軸）を中心に回転可能となっている。

該センサ２４は、例えばレーザセンサであり、前記開先５内にラインレーザを照射するレーザ照射器２７と、前記開先５内を撮影するカメラ２８とで構成されている。前記センサ２４は、前記カメラ２８により取得された前記開先５内に照射されたラインレーザの画像を基に、該開先５内の断面形状データを取得し、該断面形状データを基に前記開先５内の断面形状を計測可能となっている。即ち、図３に示される様な、該開先５内に形成される単一ビード２９の上端下端を検出可能となっている。

前記第２昇降部１５には、他端側に向って水平方向（Ｘ軸方向）に延出する第２進退部３１が鉛直方向（Ｚ軸方向）に昇降可能に設けられている。前記第２昇降部１５は、垂直に立設された第２昇降ガイドシャフト（図示せず）と、第２昇降スクリューロッド（図示せず）と、該第２昇降スクリューロッドに連結された第２昇降モータ３２とを有している。該第２昇降モータ３２により前記第２昇降スクリューロッドが回転されることで、前記第２進退部３１が前記第２昇降ガイドシャフトに沿って昇降する様になっている。

前記第２進退部３１には、トーチ部３３が進退可能に設けられている。前記第２進退部３１は、水平方向に設けられた第２進退ガイドシャフト３４と、第２進退スクリューロッド３５と、該第２進退スクリューロッド３５に連結された第２進退モータ３６とを有している。該第２進退モータ３６により前記第２進退スクリューロッド３５が回転されることで、前記トーチ部３３が前記第２進退ガイドシャフト３４に沿って水平方向（Ｘ軸方向）に進退する様になっている。

前記トーチ部３３は、上下２枚の棚板部３７，３８を有するトーチ支持部３９と、該トーチ支持部３９より垂下されたトーチ本体部４１と、該トーチ本体部４１の下端に設けられた溶接トーチ４２とを有している。又、前記トーチ部３３は、上側の前記棚板部３７に設けられたヨウモータ４３と、下側の前記棚板部３８に設けられた第２ピッチモータ４４と第２ロールモータ４５とを有している。

前記ヨウモータ４３は、Ｚ軸方向に延出するヨウ軸４６を中心に、前記第２ピッチモータ４４、前記第２ロールモータ４５毎前記溶接トーチ４２を回転させる。又、前記第２ピッチモータ４４は、Ｙ軸方向に延出する第２ピッチ軸４８を中心に前記溶接トーチ４２を回転させ、前記第２ロールモータ４５は、Ｘ軸方向に延出する第２ロール軸４７を中心に前記溶接トーチ４２を回転させる様になっている。即ち、前記溶接トーチ４２は鉛直軸（Ｚ軸）と、鉛直軸と直交する水平２軸（Ｘ軸、Ｙ軸）を中心に３軸方向に回転可能となっている。

上記した様に、前記センサ２４と前記溶接トーチ４２とは、それぞれ独立して鉛直方向に昇降可能であり、水平方向に進退可能である。又、前記センサ２４は水平２軸を中心に回転可能であり、前記溶接トーチ４２は鉛直軸及び水平２軸を中心に回転可能となっている。尚、前記回転モータ１２、前記第１昇降モータ１９、前記第２昇降モータ３２等により、前記センサ２４及び前記溶接トーチ４２を前記開先５の溶接線に沿って移動させる為の走行駆動部が構成される。又、前記ヨウモータ４３、前記第２ピッチモータ４４、前記第２ロールモータ４５等により、前記溶接トーチ４２に供給される溶接ワイヤの先端を前記開先５内で往復移動させる為のウィービング駆動部が構成される。

又、前記溶接装置１は、制御部４９を有している。該制御部４９は、前記回転モータ１２、前記第１昇降モータ１９、前記第１進退モータ２２、前記第１ピッチモータ、前記第１ロールモータ、前記第２昇降モータ３２、前記第２進退モータ３６、前記ヨウモータ４３、前記第２ピッチモータ４４、前記第２ロールモータ４５の駆動を制御すると共に、前記溶接トーチ４２の先端より生じるアークの制御等を行い、更に前記センサ２４による前記開先５内の積層ビード５１（図３参照）の表面形状（断面形状）の計測を行う。

又、前記制御部４９は、記憶部５２を有している。該記憶部５２には、予め計測された溶接前の前記開先５内の断面形状データ、前記センサ２４で計測された前記開先５内の断面形状データに対応して設定された複数のパスパターン、該複数のパスパターンに対応したトーチ角度が格納されると共に、前記センサ２４により計測された前記開先５内の断面形状データとその時の計測位置が関連付けられて順次格納される。又、前記記憶部５２には、前記センサ２４により計測された前記開先５内の断面形状データに基づいてパスパターンを選択し、溶接を行うシーケンスプログラム等のプログラム等の制御プログラムが格納される。

図３、図４に於いて、本実施例の前記溶接装置１で適用されるパスパターンについて説明する。尚、本実施例では、始端から終端迄の一筆の溶接の軌跡をパスと称し、予め狙い位置及びトーチ角度が設定されたパスをパスパターンと称している。

本実施例では、下端パス、中間パス、上端パスの３つのパスパターンを設定している。尚、図３中、下端パスから上端パス迄実行し、上下方向に積層された前記単一ビード２９を１層の積層ビード５１ａ〜５１ｃとしている。又、図４（Ａ）〜図４（Ｃ）中、白丸は溶接により形成された各単一ビード２９の上端及び下端を示し、黒丸は前記溶接トーチ４２による狙い位置を示している。

図３、図４（Ａ）に示される様に、下端パスは、前記開先５内に形成される前記積層ビード５１の各層の１パス目を溶接する際に選択されるパスパターンとなっている。下端パスでは、前記開先５に対する前記溶接トーチ４２の角度を第１トーチ角度、例えば３０°とし、前層の２パス目の単一ビード２９ａの下端を狙い位置として溶接を行う様になっている。

下端パスに於ける前記溶接トーチ４２の狙い位置としては、前記前層の２パス目の単一ビード２９ａの下端よりも僅かに上方、例えば１ｍｍ程度上方を狙うのが望ましい。

図３、図４（Ｂ）に示される様に、中間パスは、前記開先５内に形成される前記積層ビード５１の各層の２パス目以降を溶接する際に選択されるパスパターンとなっている。中間パスでは、前記開先５に対する前記溶接トーチ４２の角度を第１トーチ角度より小さい第２トーチ角度、例えば２０°とし、最新パスの単一ビード２９ｂ上端、即ち２パス目であれば同層１パス目の単一ビード２９の上端、３パス目であれば同層２パス目の単一ビード２９の上端を狙い位置として溶接を行う様になっている。

又、中間パスは、前記最新パスの単一ビード２９ｂの上端と、前層最上段パスの単一ビード２９ｃの上端との高さ方向の距離Ｗが、予め設定された前記最新パスの単一ビード２９ｂ上端と前記開先５との間の残り幅に関する第１の閾値である閾値αよりも大きい場合に選択される。即ち、中間パスは、２パス目からα＜Ｗとなる範囲で選択される。

中間パスに於ける前記溶接トーチ４２の狙い位置としては、前記最新パスの単一ビード２９ｂ上端よりも僅かに上方、例えば１ｍｍ程度上方を狙うのが望ましい。

図３、図４（Ｃ）に示される様に、上端パスは、中間パス終了後、前記開先５内の上端部を溶接する際に選択されるパスパターンとなっている。上端パスでは、前記開先５に対する前記溶接トーチ４２の角度を第２トーチ角度より小さい第３トーチ角度、例えば１０°とし、前記最新パスの単一ビード２９ｂ上端を狙い位置として溶接を行う様になっている。

尚、上記した第１トーチ角度、第２トーチ角度、第３トーチ角度は、熟練の作業者が手動で前記開先５の多層盛り溶接を行なった際の判断を蓄積してデータベース化し、該データベースを基に設定した値であり、適宜変更可能である。

上端パスが実行されると、前記最新パスの単一ビード２９ｂの上端と前記前層最上段パスの単一ビード２９ｃの上端との距離（開先残り幅）Ｗが、予め設定された閾値α以下、即ちＷ≦αであるか、又前記最新パスの単一ビード２９ｂの上端と、前記前層最上段パスの単一ビード２９ｃの上端との水平方向の距離（層厚）ｈが、予め設定された前記最新パスの単一ビード２９ｂの上端の層厚に関する第２の閾値である閾値βよりも小さい、即ちｈ＜βであるかが前記制御部４９により判断される様になっている。

Ｗ≦α且つｈ＜βであった場合には、再度上端パスが選択され、β＜ｈとなった時点で同層の溶接を終了し、次層に於いて再度下端パスが選択され、溶接が実行される。

上端パスに於ける前記溶接トーチ４２の狙い位置としては、前記最新パスの単一ビード２９ｂ上端よりも僅かに上方、例えば１．５ｍｍ程度上方か、或は前記最新パスの単一ビード２９ｂ上端よりも僅かに下方、例えば１．５ｍｍ程度下方のいずれかが選択される。狙い位置の選択としては、例えば開先残り幅Ｗが０であれば前記最新パスの単一ビード２９ｂ上端よりも下方が選択され、開先残り幅Ｗが０でなければ前記最新パスの単一ビード２９ｂ上端よりも上方が選択される様になっている。

尚、上記した各パスパターンで設定される閾値α、閾値βは、熟練の作業者が手動で前記開先５の多層盛り溶接を行なった際の判断を蓄積してデータベース化し、該データベースを基に設定した値となっている。

次に、図１、図２、図５（Ａ）〜図５（Ｄ）に於いて、前記溶接装置１を用いた前記開先５の自動多層盛り溶接について説明する。尚、図５（Ａ）〜図５（Ｄ）中、実線の矢印は溶接や計測が実行されながら移動している状態を示し、波線の矢印は溶接や計測が行われずに移動している状態を示している。

先ず、図１、図２に示される様に、前記上側被溶接物４の上端部に前記支持部材７を覆い被せ、ネジ等所定の手段で固着する。

次に、前記回転モータ１２を駆動させて前記溶接装置本体部９を回転させ、前記ヨウモータ４３、前記第２ピッチモータ４４、前記第２ロールモータ４５を駆動させて前記溶接トーチ４２の位置を調整することで、図示しないワイヤ供給部より供給された溶接ワイヤの先端位置を前記開先５内の溶接開始位置へと誘導する。

又、第１ピッチモータ（図示せず）、第１ロールモータ（図示せず）を駆動させて前記センサ２４の位置を調整し、前記溶接トーチ４２と対向する位置へと誘導する。

誘導が完了すると、前記制御部４９により前記溶接トーチ４２の電極と前記基部４ａ、前記本体部４ｂ間にアークが発生され、更に溶接ワイヤが供給され、溶接が開始される。

尚、１パス目の溶接については、前記開先５内にビードが形成されていないので、前記記憶部５２に格納された予め計測された溶接前の前記開先５内の断面形状データを基に、予め設定された狙い位置より溶接が行われる。

本実施例では、図５（Ａ）に示される様に、先ず前記制御部４９が走行駆動部、ウィービング駆動部を駆動させ、前記溶接トーチ４２を前記開先５に沿って紙面に対して下方から上方迄時計回りで半周分（１８０°分）移動させ、溶接が行われる。左半周分の溶接が完了すると、溶接を停止し、前記溶接トーチ４２を更に時計回りに半周分移動させ、該溶接トーチ４２を溶接開始位置へと再度誘導する。

この時、図５（Ｂ）に示される様に、前記溶接トーチ４２の溶接開始位置への誘導と並行して、前記センサ２４により溶接が行われた左半周分の前記開先５内の断面形状データが計測される。

該開先５内の計測は、所定角度ピッチ毎、例えば６°ピッチ毎に行われる様になっており、計測された断面形状データは計測位置（計測点）と関連付けられて前記記憶部５２に格納される。

前記溶接トーチ４２の溶接開始位置への誘導が完了すると、次に図５（Ｃ）に示される様に、前記制御部４９が走行駆動部、ウィービング駆動部を駆動させ、前記溶接トーチ４２を前記開先５に沿って紙面に対して下方から上方迄反時計回りで半周分（１８０°分）移動させ、溶接が行われる。右半周分の溶接が完了すると、溶接を停止し、前記溶接トーチ４２を更に反時計回りに半周分移動させ、該溶接トーチ４２を溶接開始位置へと再度誘導する。

この時、図５（Ｄ）に示される様に、前記溶接トーチ４２の溶接開始位置への誘導と並行して、前記センサ２４により溶接が行われた右半周分の前記開先５内の断面形状データが計測される。

尚、前記センサ２４により計測された前記開先５内の断面形状データは、所定角度ピッチ毎の不連続なデータとなっており、前記制御部４９が各断面形状データ間の補完処理を行うことで、前記開先５内の全周の断面形状データを得ることができる。

左右半周ずつ、全周に亘って前記開先５の１パス目の溶接、計測が完了すると、２パス目の溶接が行われる。２パス目の溶接も１パス目と同様、前記溶接トーチ４２により前記開先５の左半周分の溶接が行われ、前記センサ２４により前記開先５内の左半周分の断面形状計測が行われた後、前記溶接トーチ４２により前記開先５の右半周分の溶接が行われ、前記センサ２４により前記開先５内の右半周分の断面形状計測が行われる。

２パス目以降の溶接については、前記センサ２４により取得された前記開先５内の断面形状データを基に、前記制御部４９が最下段のパスかどうかを判断し、又開先残り幅Ｗと閾値αとの比較、層厚ｈと閾値βとを比較し、上端パス、中間パス、下端パスのいずれか１つのパスパターンを選択する（図３参照）。前記制御部４９は、選択したパスパターンに基づき、前記溶接装置１に２パス目以降の溶接を実行させる。

尚、１層目の溶接については、最上段のビードが存在しないので、前記最新パスのビード２９ｂ上端と前記開先５底部の上端との高さ方向の距離を開先残り幅Ｗとして閾値αとの比較を行い、前記最新パスのビード２９ｂ上端と前記開先５底部の上端との水平方向の距離を層厚ｈとして閾値βとの比較を行う。

３パス目以降についても同様に溶接が行われ、前記開先５内に順次前記単一ビード２９を積層していく。前記開先５内全体が前記積層ビード５１により充填されると、即ち前記制御部４９が層厚ｈを検出できなくなると、該制御部４９が前記開先５内が前記積層ビード５１により充填されたと判断し、最後に前記開先５の上端部に化粧ビードを１パス分施し、該開先５の自動多層盛り溶接処理を終了する。

上述の様に、本実施例では、前記開先５内にアークを発生させる前記溶接トーチ４２と、該溶接トーチ４２に溶接ワイヤを供給するワイヤ供給部と、前記溶接トーチ４２を溶接線に沿って走行させる走行駆動部と、前記溶接トーチ４２をウィービングさせるウィービング駆動部と、前記開先５内の断面形状を計測する前記センサ２４と、前記断面形状に対応して設定された複数のパスパターンが格納された前記記憶部５２と、前記センサ２４が検出した前記断面形状から前記パスパターンのうちの１つを選択し、選択された該パスパターンに基づき溶接を実行させる前記制御部４９とを具備するので、溶接変形により前記開先５が変形し、前記溶接トーチ４２の狙い位置や前記積層ビード５１の必要溶着量が変化した場合であっても、別途補正処理を行うことなく溶接を自動化させることができる。

又、得られた断面形状データから前記単一ビード２９の上端及び下端を検出し、該単一ビード２９の上端又は下端を基準として前記溶接トーチ４２の狙い位置を決定する様にしている。従って、溶接により前記開先５が変形して前記単一ビード２９の形成される位置が当初の予測とずれた場合であっても、狙い位置の補正処理を行う必要がない。

又、上端パスに於いて、開先残り幅Ｗと層厚ｈを予め設定された閾値α、閾値βと比較し、比較結果に応じて自動で上端パスの実行回数を増減させる様になっているので、前記開先５の形状が溶接により変形し、必要な前記積層ビード５１の溶着量が変化した場合であっても、別途補正処理を行うことなく自動で最適な溶着量のビードを得ることができる。

従って、本実施例では、前記開先５の変形により変化した前記積層ビード５１の必要溶着量毎に溶接条件を設定する必要がなく、下端パス、中間パス、上端パスの３つのパスパターンを設定するだけで溶接の自動化が可能であるので、必要溶着量毎の狙い位置やパス数等の溶接条件が不要となり、又自動化の為の溶接条件データベースを容易に構築することができる。

又、前記センサ２４及び前記溶接トーチ４２は、それぞれ独立して昇降可能、進退可能、回転可能となっているので、傾斜した前記下側被溶接物３に前記上側被溶接物４を垂直に取付ける場合等、図２に示される様に、前記開先５の形状が傾斜した楕円等であっても多層盛り溶接を実行することができる。

尚、本実施例では、前記開先５の溶接を行なう際のパスパターンとして、下端パス、中間パス、上端パスの３つのパスパターンを設定しているが、上端パスを上端パスと追加パスの２つのパスパターンに分割してもよい。

この場合、上端パスの実行回数を１回のみとし、上端パスの実行後に前記制御部４９が層厚ｈと閾値βとを比較する。ｈ≦βであれば前記制御部４９が追加パスを実行させ、β＜ｈであれば追加パスを実行することなく次層の溶接が実行される。

又、本実施例では、リング状の前記開先５に対する円周溶接を行っているが、前記溶接装置１を水平方向に直進走行可能とし、直線上の開先に対して多層盛り溶接を行う様にしてもよい。この場合、溶接パスと形状計測を交互に行い、直線上の開先に対して１パス分の溶接を行った後、該開先の断面形状を計測し、計測結果に基づいて次のパスが実行される。

１溶接装置３下側被溶接物
４上側被溶接物５開先
７支持部材９溶接装置本体部
１２回転モータ１４第１昇降部
１５第２昇降部１６第１進退部
１９第１昇降モータ２４センサ
２９ａ〜２９ｃ単一ビード３１第２進退部
３２第２昇降モータ４２溶接トーチ
４３ヨウモータ４４第２ピッチモータ
４５第２ロールモータ４９制御部
５２記憶部

Claims

開先内にアークを発生させる溶接トーチと、該溶接トーチに溶接ワイヤを供給するワイヤ供給部と、前記溶接トーチを溶接線に沿って走行させる走行駆動部と、前記溶接トーチをウィービングさせるウィービング駆動部と、前記開先内の断面形状を計測するセンサと、前記断面形状に対応して設定された複数のパスパターンが格納された記憶部と、前記センサが検出した前記断面形状から前記複数のパスパターンのうちの１つを選択し、選択されたパスパターンに基づき溶接を実行させる制御部とを具備する溶接装置。
前記制御部は、前記センサにより計測された前記開先内の断面形状データを基に単一ビードの上端及び下端を検出し、該単一ビードの上端又は下端を基準として前記溶接トーチの狙い位置を決定する様構成された請求項１に記載の溶接装置。
前記記憶部には最新パスの単一ビード上端と前記開先との間の残り幅に関する第１の閾値と、前記最新パスの単一ビード上端の層厚に関する第２の閾値が格納され、前記制御部は、前記センサにより計測された前記断面形状データを基に実行される溶接が最下段のパスであるかを判断すると共に、前記残り幅と前記第１の閾値を比較し、前記層厚と前記第２の閾値を比較し、パスパターンを選択する様構成された請求項２に記載の溶接装置。
前記記憶部には、下端パス、中間パス、上端パスの３つのパスパターンが格納され、前記制御部は、実行される溶接が最下段のパスである場合には前記下端パスを選択し、前記残り幅が前記第１の閾値よりも大きい場合には前記中間パスを選択し、前記残り幅が前記第１の閾値以下である場合には前記上端パスを選択する様構成された請求項３に記載の溶接装置。
前記記憶部には、パスパターンとして追加パスが更に格納され、前記制御部は、前記上端パスが実行された後に前記層厚と前記第２の閾値とを比較し、前記層厚が前記第２の閾値以下である場合に前記追加パスを選択する様構成された請求項４に記載の溶接装置。
前記溶接トーチと前記センサは、それぞれ独立して昇降可能、進退可能、回転可能に構成された請求項１〜請求項５のうちいずれか１項に記載の溶接装置。