JP2018075583A - 溶接装置及び溶接方法 - Google Patents

Abstract

【課題】一対の開先壁の各溶融状況が異なる場合であったとしても、溶接線に沿って倣い溶接を行い得る溶接装置及び溶接方法を提供する。
【解決手段】電極尖端１１ｂを有する電極１１と、被溶接物Ｗｎ，Ｗｓ間の開先Ｗａを横切る方向への電極１１の往復移動及び開先Ｗａに接近離間する方向の電極１１の往復移動をさせる電極駆動機構と、電極１１を回転させる回転機構と、電極１１の開先横断動作の進行側に電極尖端１１ｂを配置する回転機構の制御及び電極１１のＡＶＣを行う制御部１０を備え、制御部１０には、開先Ｗａの開先壁Ｗｎｂ，Ｗｓｂ側の各々でＡＶＣにより電極１１を開先Ｗａから離間する方向へ移動させる開先壁Ｗｎｂ，Ｗｓｂの各溶接条件と、電極１１の移動量が達することで電極１１に逆方向へ向かわせる開先壁Ｗｎｂ，Ｗｓｂの各閾値が設定されている。
【選択図】図２

Description

本発明は、非消耗電極を用いた溶接装置及び溶接方法に関するものであり、一方の被溶接物及び他方の被溶接物間の溝状溶接部（溶接線）を自動的に検出して倣う機能（ロボット溶接に定義される「溶接線自動倣い」に類する機能）を有する溶接装置及び溶接方法に関するものである。

上記した非消耗電極を用いるＴＩＧ溶接やプラズマ溶接は、アークが安定しているため、アークセンサを用いた倣い溶接の場合には、形状の整った品質良好な溶接ビードを得ることができる。

従来、上記した非消耗電極を用いた溶接装置（ＴＩＧ溶接装置）としては、例えば特許文献１に記載されたものがある。
特許文献１に記載された開先倣い溶接装置は、先端が斜め切りされてアークを偏向可能とした電極を有する溶接トーチと、電極を軸心回りに回転させる回転機構と、溶接トーチにオシレート動作を行わせるオシレート機構と、制御部を備えている。この制御部では、ＡＶＣ（Arc Voltage Control）を採用することで、溶接トーチの電極の斜め切りされた電極尖端と開先との距離（アーク長）を、一定に保つように制御している。

この開先倣い溶接装置では、オシレート動作する溶接トーチが進む側に常に電極尖端を配置している。そして、開先における開先壁の近傍において溶接トーチの電極尖端から開先までの距離が短くなった時点で、ＡＶＣによって溶接トーチを開先から離間する方向に移動させ、溶接トーチの移動量が設定した閾値に達した時点で開先壁と認識して、溶接トーチにそれまでとは逆方向へのオシレート動作を行わせるようになっている。

この開先倣い溶接装置においては、先端が斜め切りされてアークを偏向可能とした電極を用いたうえで、この電極の電極尖端がオシレート動作する溶接トーチの進行側に常に位置するようにしている。このようにすると、開先角度の小さい狭開先の倣い溶接中であったとしても、電極が開先壁に干渉するような事態の発生を回避することができる。

特開２０１５−０２４４２５号公報

ところが、上記した開先倣い溶接装置では、溶接により互いに接合される一方の被溶接物及び他方の被溶接物が同一の材料で且つ両者間の開先の開先角度が同じ場合を想定している。つまり、開先のいずれの開先壁も確実に認識することができるものの、一方の被溶接物及び他方の被溶接物の各融点や開先角度の違いによる濡れ性等の溶融状況が異なる場合には、開先壁として認識する位置も異なる。このように、開先壁として認識する位置が異なる場合には、電極が開先壁に近付き過ぎて接触したり、開先壁から離れすぎて溶接不良になったりしてしまう。

本発明は、上記したような従来の課題を解決するためになされたもので、例えば、開先倣い溶接において、一対の開先壁における各溶融状況が異なる場合であったとしても、いずれの開先壁でも適正な位置で倣い溶接を行うことが可能な溶接装置及び溶接方法を提供することを目的としている。

本発明の第１の態様は、斜め切りされた電極尖端を有する棒状の非消耗電極と、溶接により互いに接合される一方の被溶接物及び他方の被溶接物間の溝状溶接部を横切る方向に前記非消耗電極を往復移動させると共に、該非消耗電極を長手方向に沿って往復移動させて前記溝状溶接部に接近離間させる電極駆動機構と、前記非消耗電極を軸心回りに回転させる回転機構と、前記電極駆動機構による前記非消耗電極の前記溝状溶接部を横切る方向の往復移動における進行側に前記電極尖端を配置するべく前記回転機構を制御すると共に、前記非消耗電極のＡＶＣを行う制御部を備え、前記制御部には、前記溝状溶接部を横切る方向に移動する前記非消耗電極が前記溝状溶接部の一方の溝壁側及び他方の溝壁側のそれぞれに接近した状態で前記ＡＶＣにより前記非消耗電極を該非消耗電極の長手方向に沿って前記溝状溶接部から離間する方向へ移動させる前記一方の溝壁及び他方の溝壁の各々の溶接条件と、前記非消耗電極の移動量が達することで前記非消耗電極にそれまでとは逆方向の溝壁に向かう動作を行わせる前記一方の溝壁及び他方の溝壁の各々の閾値とが設定されている構成としている。

本発明の第２の態様は、前記一方の被溶接物及び他方の被溶接物が互いに異なる種類の金属である構成としている。

本発明の第３の態様は、前記溝状溶接部内において、前記電極駆動機構による前記非消耗電極の該溝状溶接部を横切る方向の往復移動を行い得ない場合には、前記非消耗電極の前記回転機構による回転及び前記電極駆動機構による該非消耗電極の長手方向に沿う方向の前記溝状溶接部に接近離間する往復移動のみが行われる構成としている。

本発明の第４の態様において、前記溝状溶接部の一方の溝壁及び他方の溝壁は、互いに上下の位置関係を成している、又は、上下の位置関係を成す溝壁部分をそれぞれ含んでいる構成としている。

本発明の第５の態様は、前記溝状溶接部の一方の溝壁及び他方の溝壁の溝底に対する各角度が互いに異なっている構成としている。

本発明の第６の態様において、前記一方の被溶接物及び他方の被溶接物はすみ肉溶接により互いに接合され、前記溝状溶接部は前記一方の被溶接物及び他方の被溶接物間に形成される入隅部である構成としている。

一方、本発明の第７の態様は、斜め切りされた棒状の電極尖端を有する非消耗電極を、溶接により互いに接合される一方の被溶接物及び他方の被溶接物間の溝状溶接部を横切る方向に往復移動させると共に該非消耗電極を長手方向に沿って往復移動させて前記溝状溶接部に接近離間させるに際して、前記非消耗電極の前記溝状溶接部を横切る方向の往復移動における進行側に前記電極尖端を配置すると共に、前記非消耗電極のＡＶＣを行い、前記溝状溶接部を横切る方向に移動する前記非消耗電極が前記溝状溶接部の一方の溝壁に接近した段階で、該一方の溝壁に対して設定した溶接条件に基づいて前記ＡＶＣにより前記非消耗電極を該非消耗電極の長手方向に沿って前記溝状溶接部から離間する方向へ移動させて、前記非消耗電極の移動量が前記一方の溝壁に設定した閾値に達したところで前記非消耗電極に前記他方の溝壁に向かう動作を行わせ、前記溝状溶接部を横切る方向に移動する前記非消耗電極が前記溝状溶接部の他方の溝壁に接近した段階で、該他方の溝壁に対して前記一方の溝壁とは別に設定した溶接条件に基づいて前記ＡＶＣにより前記非消耗電極を該非消耗電極の長手方向に沿って前記溝状溶接部から離間する方向へ移動させて、前記非消耗電極の移動量が前記他方の溝壁に前記一方の溝壁とは別に設定した閾値に達したところで前記非消耗電極に前記一方の溝壁に向かう動作を行わせる構成としている。

本発明に係る溶接装置によれば、例えば、開先倣い溶接において、一対の開先壁における各溶融状況が異なる場合であったとしても、いずれの開先壁でも適正な位置で倣い溶接を行うことが可能であるという非常に優れた効果がもたらされる。

本発明の一実施形態に係る溶接装置の概略構成説明図（ａ）及び溶接装置で使用する電極の他の形態例を示す拡大側面説明図（ｂ），拡大正面説明図（ｃ）である。 図１の溶接装置により互いに異なる種類の金属である被溶接物間の開先に対して倣い溶接を行う際の電極のオシレート動作を示す開先の拡大断面説明図（ａ），（ｂ）である。 図２（ａ），（ｂ）にそれぞれ対応する開先の部分拡大平面説明図（ａ），（ｂ）である。 図１の溶接装置による開先倣い溶接のタイムチャートである。 本発明の他の実施形態に係る溶接装置により一方の被溶接物及び他方の被溶接物間の狭開先に対して倣い溶接を行う際の電極の動作を示す開先の拡大断面説明図である。 本発明のさらに他の実施形態に係る溶接装置により一方の被溶接物及び他方の被溶接物間の横向の開先に対して倣い溶接を行う際の電極の動作を示す開先の拡大断面説明図である。 本発明のさらに他の実施形態に係る溶接装置により一方の被溶接物及び他方の被溶接物間の開先壁の各角度が互いに異なっている開先に対して倣い溶接を行う際の電極の動作を示す開先の拡大断面説明図である。 本発明のさらに他の実施形態に係る溶接装置により一方の被溶接物及び他方の被溶接物を脚長が大きいすみ肉溶接により接合する際の電極の動作を示す拡大断面説明図（ａ），（ｂ）である。 本発明のさらに他の実施形態に係る溶接装置により一方の被溶接物及び他方の被溶接物を脚長が小さいすみ肉溶接により接合する際の電極の動作を示す拡大断面説明図である。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
図１〜図４は、本発明の一実施形態に係る溶接装置を示している。この実施形態では、互いに種類（融点）の異なるＮｉ基合金鋼及びＳＵＳの倣い溶接に本発明に係る溶接装置及び溶接方法を採用した場合を示しており、この実施形態では、下向姿勢で且つ一対の開先壁（溝壁）の各開先角度が等しい開先に対して倣い溶接を行う場合を示している。

図１（ａ）に示すように、自動ＴＩＧ溶接装置である倣い溶接装置１は、一方の被溶接物（Ｎｉ基合金鋼）Ｗｎ及び他方の被溶接物（ＳＵＳ）Ｗｓ間の開先（溝状溶接部）Ｗａに沿って配置されたレール２上を移動する走行部３と、この走行部３に配置された上下方向の縦ガイド４に沿って上下動する昇降部５と、この昇降部５に開先Ｗａを横切る方向に配置された横ガイド６に沿って移動するスライダ７と、このスライダ７に支持される溶接トーチ８と、この溶接トーチ８及び被溶接物Ｗｎ，Ｗｓに接続する溶接電源９と、制御部１０を備えているほか、後述する制御部１０のＡＶＣに必要な溶接トーチ８の軸心方向の変化量を計測するための図示しないポテンショメータが備えられている。なお、倣い溶接装置１は、自動ＴＩＧ溶接装置であることに限定されることはなく、プラズマ溶接装置であってもよい。

溶接トーチ８の先端部に位置する円柱状のタングステン製の電極１１は、図１の拡大円内に示すように、その先端が軸心に対してθの角度をもって斜め切りされており、カット面１１ａの下端を電極尖端１１ｂとしていて、アークＡｒが真下ではなくカット面１１ａに沿うようにして偏向するようになっている。
なお、溶接トーチ８の先端部に配置する電極として、図１（ｂ），（ｃ）に示すように、先端を斜め切りしたうえでＶ字状にカットして成る２つのカット面１１ｃ，１１ｃを有する電極１１Ａを採用してもよい。

ここで、先端が斜め切りされた電極１１のカット面１１ａの軸心に対する角度θは、このカット面１１ａの下端に位置する電極尖端１１ｂから発生するアークＡｒの指向性及び集中性を考慮して設定され、３０°〜６０°とすることが望ましく、４５°とすることがより望ましい。
なお、図１における符号１２は溶接ワイヤであり、符号１３はワイヤホルダである。

この実施形態において、上下方向の縦ガイド４に沿って上下動する昇降部５及び横ガイド６に沿って移動するスライダ７で電極駆動機構が構成され、スライダ７には、溶接トーチ８とともに円柱状のタングステン製の電極１１を軸心回りに回転させる回転機構が内蔵されている。

この際、図３に示すように、先端が斜め切りされた電極１１は、アークＡｒの開先壁Ｗｎｂ，Ｗｓｂへの指向性及び溶接ワイヤ１２の溶融性を確保するために、開先Ｗａに沿う方向に対して角度αで回転させておく必要があり、この回転角度αは、１５°〜４５°とすることが望ましく、３０°とすることがより望ましい。但し、溶接ワイヤ１２をアークＡｒの位置に調整して供給し得る機構を装備することができる場合には、回転角度αを開先壁Ｗｎｂ，Ｗｓｂの検出性が上がる４５°〜９０°にしてもよい。

制御部１０は、走行部３に速度指令を与えて、被溶接物Ｗｎ，Ｗｓ間の開先Ｗａに対する溶接トーチ８の溶接速度を制御すると共に、電極駆動機構を構成する昇降部５及びスライダ７のそれぞれに指令を与えて、開先Ｗａに沿って移動する溶接トーチ８に開先Ｗａを横切る方向のオシレート動作を行わせるようになっている。

また、制御部１０は、図２に示すように、電極駆動機構の作動によってオシレート動作する溶接トーチ８が進む側（矢印方向側）に常に電極１１の電極尖端１１ｂを位置させるべく回転機構を制御するようになっている。

さらに、制御部１０において、開先倣いの制御には、アークＡｒの長さ（溶接トーチ８の高さ）を一定にするＡＶＣ（Arc Voltage Control）を採用している。
このＡＶＣは、アークＡｒの長さによってＴＩＧ溶接やプラズマ溶接におけるアーク電圧が変化することを利用したものである。つまり、電極１１の電極尖端１１ｂと被溶接物Ｗｎ，Ｗｓとの距離（アークＡｒの長さ）が短くなって測定アーク電圧が基準電圧よりも低くなった時は、溶接トーチ８を上昇させてアーク電圧を大きくし、一方、電極１１の電極尖端１１ｂと被溶接物Ｗｎ，Ｗｓとの距離が長くなって測定アーク電圧が基準電圧よりも高くなった時は、溶接トーチ８を下降させてアーク電圧を小さくすることで、溶接トーチ８の高さを一定に保つようにしている。

具体的には、図２（ａ）に示すように、オシレート動作する溶接トーチ８が開先Ｗａにおける一方の開先壁Ｗｎｂ（或いは他方の開先壁Ｗｓｂ）に接近して、アークＡｒの発生位置が電極尖端１１ｂと開先底Ｗｃとの距離ｈから、電極尖端１１ｂと開先壁Ｗｎｂ（或いは他方の開先壁Ｗｓｂ）との距離ｈ１に転じた段階で、一方の開先壁Ｗｎｂ（或いは他方の開先壁Ｗｓｂ）に対して設定した溶接条件に基づいて溶接トーチ８を電極１１の長手方向に沿って開先Ｗａから離間する方向（図２（ａ）上方向）へ移動させるべく電極駆動機構を制御するようになっている。

そして、この制御部１０では、ＡＶＣによる溶接トーチ８の移動量が予め一方の開先壁Ｗｎｂ（或いは他方の開先壁Ｗｓｂ）に設定した閾値に達したところで回転機構を動作させて電極１１を軸心回りに反転させて、図２（ｂ）に示すように、溶接トーチ８にそれまでとは逆方向へのオシレート動作を行わせるべく制御するようになっている。

上記一方の開先壁Ｗｎｂ及び他方の開先壁Ｗｓｂに対する溶接条件及び閾値は、溶接性が保たれる範囲で開先壁検出性を最大限高め得るように各開先壁Ｗｎｂ，Ｗｓｂ毎に個別に設定される。ここで、溶接条件とは、溶接結果、すなわち、溶接性としての溶接品質及び施工裕度を左右する条件パラメータのことであり、一方、開先壁検出性とは開先壁Ｗｎｂ，Ｗｓｂを素早くそして確実に検出する能力のことである。

つまり、一方の開先壁Ｗｎｂ及び他方の開先壁Ｗｓｂに対する溶接条件及び閾値は、優れた溶接品質を維持しつつ効率の向上も図るべく各開先壁Ｗｎｂ，Ｗｓｂ毎に個別に設定され、この溶接条件及び閾値が好適に設定される場合には倣い溶接が可能になり、初心者による溶接や自動化された溶接においても溶接品質が確保される。

一方の開先壁Ｗｎｂ及び他方の開先壁Ｗｓｂに対する溶接条件としては、電極尖端１１ｂを有する電極１１の回転角度αや、溶接電流の大きさや、アーク電圧や、溶接ワイヤ１２の送給速度や、電極１１の停止時間等をパラメータとして含んでいる。
なお、一方の開先壁Ｗｎｂ及び他方の開先壁Ｗｓｂにおいて互いに異なる溶接条件にするには、ここに列挙したパラメータのうちのいずれか１つをパラメータとしてもよいし、すべてをパラメータとしてもよい。また、ここに列挙したパラメータ以外のパラメータを用いてもよい。

電極１１の回転角度αは、上述したように、溶接ワイヤ１２をアークＡｒの位置に調整して供給し得るのであれば９０°に設定してもよい。

溶接電流は、この実施形態のように、一方の被溶接物Ｗｎ及び他方の被溶接物Ｗｓが互いに異種金属であり、開先壁Ｗｎｂ，Ｗｓｂの開先角度が同じ場合において、一方の開先壁Ｗｎｂ及び他方の開先壁Ｗｓｂのうちの溶けにくい側（この場合は他方の開先壁Ｗｓｂ側）において電流値を高めて入熱を多くする。
この際、一方の開先壁Ｗｎｂ及び他方の開先壁Ｗｓｂのうちの溶け易い側（この場合は一方の開先壁Ｗｎｂ側）においてアーク電圧を高めたり、溶接電流値を下げたりしてもよい。但し、溶接電流値を下げる場合には、一方の開先壁Ｗｎｂ及び他方の開先壁Ｗｓｂへの入熱が減らないように、ワイヤ送給速度を下げる必要がある。また、アークＡｒの長さの調整には、これと比例するアーク電圧を用いる。

ワイヤ送給速度は、この実施形態のように、一方の被溶接物Ｗｎ及び他方の被溶接物Ｗｓが互いに異種金属であり、開先壁Ｗｎｂ，Ｗｓｂの開先角度が同じ場合において、いずれの開先壁Ｗｎｂ，Ｗｓｂで等しく設定し、開先壁Ｗｎｂ，Ｗｓｂの開先角度が異なる場合において、溶接ビードの側縁の形状が一方の開先壁Ｗｎｂ側及び他方の開先壁Ｗｓｂ側で同じになるように違えて設定するのに加えて、溶接電流及びアーク電圧も調整する。
なお、一方の被溶接物及び他方の被溶接物が同じ種類の金属であり、各開先壁の開先角度が異なる場合は、ワイヤ送給速度のみ調整する。

また、一方の開先壁Ｗｎｂ及び他方の開先壁Ｗｓｂに対する閾値は、この実施形態のように、一方の被溶接物Ｗｎ及び他方の被溶接物Ｗｓが異種金属であり、開先壁Ｗｎｂ，Ｗｓｂの開先角度が同じ場合において、いずれの開先壁Ｗｎｂ，Ｗｓｂで同等に設定する。
なお、開先壁Ｗｎｂ，Ｗｓｂで閾値をそれぞれ変える場合、開先壁Ｗｎｂに溶接トーチ８が進む際には、開先壁Ｗｎｂに設定された閾値が選択され、開先壁Ｗｓｂに溶接トーチ８が進む際には、開先壁Ｗｓｂに設定された閾値が選択される。

そこで、このような構成を成す倣い溶接装置１により互いに異種金属である一方の被溶接物Ｗｎ及び他方の被溶接物Ｗｓ間の開先Ｗａに対して倣い溶接を行う際の電極１１の挙動を図４のタイムチャートに基づいて説明する。

まず、先端が軸心に対して角度θをもって斜め切りされた電極１１を有する溶接トーチ８を開先Ｗａに沿って所定速度で移動させつつオシレート動作を行わせると（Ｔ１）、図２（ａ）及び図３（ａ）に示すように、電極１１の電極尖端１１ｂが制御部１０によりオシレート動作する溶接トーチ８が進む側（図示左側）に配置される。

この状態で開先Ｗａの開先壁Ｗｎｂに溶接トーチ８が接近すると、図２（ａ）及び図３（ａ）に一点鎖線で示すように、アークＡｒの発生位置が電極尖端１１ｂと開先底Ｗｃとの距離ｈから電極尖端１１ｂと開先壁Ｗｎｂとの距離ｈ１に転じて、すなわち、電極尖端１１ｂから開先Ｗａまでの距離が短くなって、一方の開先壁Ｗｎｂに対して設定した溶接条件に基づいて、溶接トーチ８を開先Ｗａから離間する方向（この実施形態では上方向）に移動させるＡＶＣが行われる。

そして、このＡＶＣにより溶接トーチ８が上昇して、移動量が予め一方の開先壁Ｗｎｂに対して設定した閾値ｈ２に達した時点（Ｔ２）において、ＡＶＣにより溶接トーチ８が上昇し続けるのを防ぐためにＡＶＣをオフにし、溶接品質を確保すると共にビード形状を盛り上がりのない良好な形状にするために、上記溶接条件に基づいて溶接電流値を抑えた状態で一方の開先壁Ｗｎｂ近傍において溶接トーチ８を所定時間停止させる（Ｔ３）。
なお、この実施形態では、溶接条件のパラメータとして溶接電流値を採用しているが、これは一例であり、溶接条件のパラメータとして溶接電流値とは異なる項目を採用してもよい。

一方の開先壁Ｗｎｂ側での停止時間が終了すると、電極１１が軸心回りに反転し（Ｔ４）、この電極１１が軸心回りに反転している間にＡＶＣが再びオン状態になる（Ｔ４’）。

溶接トーチ８は、電極１１が反転し終わった時点（Ｔ５）から、図２（ｂ）及び図３（ｂ）に二点鎖線で示すように、それまでとは逆方向へのオシレート動作を開始し（Ｔ６）、この状態で開先Ｗａの開先壁Ｗｓｂに溶接トーチ８が接近してアークＡｒが開先壁Ｗｓｂに到達すると、他方の開先壁Ｗｓｂに対して設定した溶接条件に基づいて、溶接トーチ８を開先Ｗａから離間する方向に移動させるＡＶＣが行われる。

そして、このＡＶＣにより溶接トーチ８が上昇して、移動量が予め他方の開先壁Ｗｓｂに対して設定した閾値に達した時点（Ｔ７）においＡＶＣをオフにし、この他方の開先壁Ｗｓｂ側では、一方の開先壁Ｗｎｂ側とは異なり、溶接条件に基づいて溶接電流値を高めた状態で溶接トーチ８を所定時間停止させる（Ｔ８）。

他方の開先壁Ｗｓｂ側での停止時間が終了すると、電極１１が軸心回りに反転し（Ｔ９）、この電極１１が軸心回りに反転している間にＡＶＣが再びオン状態になる（Ｔ９’）。

溶接トーチ８は、電極１１が反転し終わった時点（Ｔ１０）から、それまでとは逆方向へのオシレート動作を開始し（Ｔ１１）、この状態で開先Ｗａの一方の開先壁Ｗｎｂに溶接トーチ８が再び接近すると、一方の開先壁Ｗｎｂに対して設定した溶接条件に基づいて、溶接トーチ８を開先Ｗａから離間する方向に移動させるＡＶＣが行われ、以降、上記と同様の各タイミング（Ｔ１２，Ｔ１３，Ｔ１４，…）で、倣い動作が行われる。

上記したように、この実施形態に係る倣い溶接装置１では、一方の被溶接物Ｗｎ及び他方の被溶接物Ｗｓ間における開先Ｗａの一方の開先壁Ｗｎｂ及び他方の開先壁Ｗｓｂのそれぞれにおいて、溶接条件及び電極１１のＡＶＣによる移動量の閾値を個別に設定するようにしているので（この実施形態において開先壁Ｗｎｂ，Ｗｓｂで閾値は同等）、互いに異種金属である一方の被溶接物Ｗｎ及び他方の被溶接物Ｗｓのように、一方の開先壁Ｗｎｂ及び他方の開先壁Ｗｓｂでの各溶融状況が異なる場合であったとしても、いずれの開先壁Ｗｎｂ，Ｗｓｂも適正な位置で倣い溶接を行うことが可能である。

また、この実施形態に係る倣い溶接装置１によれば、Ｎｉ基合金鋼と低合金鋼とを接合することができるため、例えば、従来はＮｉ基合金鋼同士の接合としていた構造を、Ｎｉ基合金鋼と低合金鋼とを接合する構造にすることができる。したがって、Ｎｉ基合金鋼等の高価な材料の使用量を減じて、コストダウンを図ることができる。

図５は、上記倣い溶接装置１により一方の被溶接物Ｗｎ及び他方の被溶接物Ｗｓ間の開先Ｗａに対して倣い溶接を行う際の電極１１の動作を示している。
一方の被溶接物Ｗｎ及び他方の被溶接物Ｗｓ間の開先Ｗａは、その内部において電極駆動機構による電極１１の開先幅方向の往復移動（オシレート動作）を行い得ない、いわゆる狭開先Ｗａである。このような狭開先Ｗａに対する倣い溶接装置１による倣い溶接は、電極１１の回転機構による回転及び電極駆動機構による狭開先Ｗａに接近離間する方向（図示上下方向）の往復移動のみが行われる。

すなわち、回転機構により電極１１を二点鎖線で示す状態から実線（或いは一点鎖線）で示す状態に回転させて、その電極尖端１１ｂを一方の開先壁Ｗｎｂ側（或いは他方の開先壁Ｗｓｂ側）に配置すると、アークＡｒの発生位置が電極尖端１１ｂと開先底Ｗｃとの距離ｈから電極尖端１１ｂと開先壁Ｗｎｂとの距離ｈ１に転じて、すなわち、電極尖端１１ｂから開先Ｗａまでの距離（アーク長）が短くなって、一方の開先壁Ｗｎｂ（或いは他方の開先壁Ｗｓｂ）に対して設定した溶接条件に基づいて、溶接トーチ８を開先Ｗａから離間する方向に移動させるＡＶＣが行われる。

そして、このＡＶＣにより溶接トーチ８が上昇して、移動量が予め一方の開先壁Ｗｎｂ（或いは他方の開先壁Ｗｓｂ）に対して設定した閾値ｈ２に達した時点で一方の開先壁Ｗｎｂ（或いは他方の開先壁Ｗｓｂ）を検出（認識）し、電極１１を軸心回りに反転させる。

したがって、この実施形態においても、互いに異種金属である一方の被溶接物Ｗｎ及び他方の被溶接物Ｗｓ間における、いわゆる狭開先Ｗａの一方の開先壁Ｗｎｂ及び他方の開先壁Ｗｓｂでの各溶融状況が異なる場合であったとしても、いずれの開先壁Ｗｎｂ，Ｗｓｂも適正な位置で倣い溶接を行うことが可能である。

図６は、上記倣い溶接装置１により一方の被溶接物Ｗ及び他方の被溶接物Ｗ間における横向の開先Ｗａの開先壁Ｗｂ，Ｗｂ、すなわち、互いに上下の位置関係を成す開先壁Ｗｂ，Ｗｂに対して倣い溶接を行う際の電極１１の動作を示している。

この実施形態では、先端が軸心に対して角度θをもって斜め切りされた電極１１を有する溶接トーチ８にオシレート動作を行わせると、電極１１の電極尖端１１ｂが制御部１０によりオシレート動作する溶接トーチ８が進む側（図示上側）に配置され、この状態で開先Ｗａの上側の開先壁Ｗｂに溶接トーチ８が接近すると、図６に一点鎖線で示すように、アークＡｒの発生位置が電極尖端１１ｂと開先底Ｗｃとの距離ｈから電極尖端１１ｂと開先壁Ｗｂとの距離ｈ１に転じて、すなわち、電極尖端１１ｂから開先Ｗａまでの距離（アーク長）が短くなって、上側の開先壁Ｗｂに対して設定した溶接条件に基づいて、溶接トーチ８を開先Ｗａから離間する方向（この実施形態では右方向）に移動させるＡＶＣが行われる。

そして、溶接トーチ８の移動量が予め上側の開先壁Ｗｂに対して設定した閾値ｈ２に達した時点で上側の開先壁Ｗｂを検出（認識）し、電極１１を軸心回りに反転させる。この後、溶接トーチ８がそれまでとは逆方向へのオシレート動作を開始し、この状態で開先Ｗａの下側の開先壁Ｗｂに溶接トーチ８が接近すると、下側の開先壁Ｗｂに対して設定した溶接条件に基づいて、溶接トーチ８を開先Ｗａから離間する方向に移動させるＡＶＣが行われ、溶接トーチ８の移動量が予め下側の開先壁Ｗｂに対して設定した閾値に達した時点で下側の開先壁Ｗｂを検出（認識）し、電極１１を軸心回りに反転させる。

したがって、この実施形態では、被溶接物Ｗ，Ｗ間の横向の開先Ｗａにおける上側の開先壁Ｗｂ及び下側の開先壁Ｗｂのように、重力の影響で溶融金属の垂れ方（溶融状況）が異なる場合であったとしても、いずれの開先壁Ｗｂ，Ｗｂも適正な位置で倣い溶接を行うことが可能である。

図７は、上記倣い溶接装置１により一方の被溶接物Ｗｎ及び他方の被溶接物Ｗｓ間の開先壁Ｗｎｂ，Ｗｓｂの各角度が互いに異なっている開先Ｗａに対して倣い溶接を行う際の電極１１の動作を示している。

この実施形態では、先端が軸心に対して角度θをもって斜め切りされた電極１１を有する溶接トーチ８にオシレート動作を行わせると、図７に実線で示すように、電極１１の電極尖端１１ｂが制御部１０によりオシレート動作する溶接トーチ８が進む側（図示左側）に配置され、この状態で開先Ｗａの一方の開先壁Ｗｎｂに溶接トーチ８が接近すると、図７に一点鎖線で示すように、アークＡｒの発生位置が電極尖端１１ｂと開先底Ｗｃとの距離ｈから電極尖端１１ｂと開先壁Ｗｎｂとの距離ｈ１に転じて、すなわち、電極尖端１１ｂから開先Ｗａまでの距離（アーク長）が短くなって、一方の開先壁Ｗｎｂに対して設定した溶接条件に基づいて、溶接トーチ８を開先Ｗａから離間する方向（この実施形態では上方向）に移動させるＡＶＣが行われる。

そして、溶接トーチ８の移動量が予め一方の開先壁Ｗｎｂに対して設定した閾値ｈ２に達した時点で一方の開先壁Ｗｎｂを検出（認識）し、電極１１を軸心回りに反転させる。この後、溶接トーチ８がそれまでとは逆方向へのオシレート動作を開始し、この状態で開先Ｗａの一方の開先壁Ｗｎｂとは開先角度が異なる他方の開先壁Ｗｓｂに溶接トーチ８が接近すると、図７に二点鎖線で示すように、アークＡｒの発生位置が電極尖端１１ｂと開先底Ｗｃとの距離ｈから電極尖端１１ｂと開先壁Ｗｓｂとの距離ｈ１に転じて、他方の開先壁Ｗｓｂに対して設定した溶接条件に基づいて、溶接トーチ８を開先Ｗａから離間する方向に移動させるＡＶＣが行われ、溶接トーチ８の移動量が予め他方の開先壁Ｗｓｂに対して設定した閾値ｈ２に達した時点で他方の開先壁Ｗｓｂを検出（認識）し、電極１１を軸心回りに反転させる。

したがって、この実施形態では、一方の被溶接物Ｗｎ及び他方の被溶接物Ｗｓ間における開先壁Ｗｎｂ，Ｗｓｂの各角度が互いに異なっている（溶融状況が異なっている）場合であったとしても、いずれの開先壁Ｗｎｂ，Ｗｓｂも適正な位置で倣い溶接を行うことが可能である。

上記した実施形態では、本発明に係る溶接装置及び溶接方法を突き合わせ溶接に用いた場合を例に挙げて説明したが、これに限定されるものではなく、例えば、図８に示すように、すみ肉溶接にも用いることができる。

図８は、上記倣い溶接装置１により一方の被溶接物Ｗｚ及び他方の被溶接物Ｗｘを脚長が大きいすみ肉溶接により接合する際の電極１１の動作を示している。この実施形態において、溝状溶接部とは入隅部Ｗｄである。また、溝壁とは一方の被溶接物Ｗｚ及び他方の被溶接物Ｗｘの各入隅部Ｗｄ側に位置する面である。

この実施形態では、先端が軸心に対して角度θをもって斜め切りされた電極１１にオシレート動作を行わせると、図８（ａ）に実線で示すように、電極１１の電極尖端１１ｂがオシレート動作する電極１１が進む側（図示左上側）に配置され、この状態で入隅部Ｗｄの開先壁に相当する一方の被溶接物Ｗｚに電極１１が接近してアークＡｒの発生位置が電極尖端１１ｂと他方の被溶接物Ｗｘとの距離ｈから、電極尖端１１ｂと一方の被溶接物Ｗｚとの距離ｈ１に転じると、図８（ａ）に二点鎖線で示すように、電極尖端１１ｂから一方の被溶接物Ｗｚまでの距離が短くなって、一方の被溶接物Ｗｚに対して設定した溶接条件に基づいて、電極１１を入隅部Ｗｄから離間する方向（図示矢印方向）に移動させるＡＶＣが行われる。

そして、電極１１の移動量が予め一方の被溶接物Ｗｚに対して設定した閾値に達した時点で一方の被溶接物Ｗｚを検出（認識）し、電極１１を軸心回りに反転させる。この後、図８（ｂ）に実線で示すように、電極１１がそれまでとは逆方向（図示右下方向）へのオシレート動作を開始し、この状態で入隅部Ｗｄの開先壁に相当する他方の被溶接物Ｗｘに電極１１が接近すると、図８（ｂ）に二点鎖線で示すように、他方の被溶接物Ｗｘに対して設定した溶接条件に基づいて、電極１１を入隅部Ｗｄから離間する方向（図示矢印方向）に移動させるＡＶＣが行われ、電極１１の移動量が予め他方の被溶接物Ｗｘに対して設定した閾値に達した時点で他方の被溶接物Ｗｘを検出（認識）し、電極１１を軸心回りに反転させる。

したがって、この実施形態では、一方の被溶接物Ｗｚ及び他方の被溶接物Ｗｘを脚長が大きいすみ肉溶接により接合する場合であったとしても、いずれの被溶接物Ｗｚ，Ｗｘも適正な位置ですみ肉溶接を行うことが可能である。

ここで、上記倣い溶接装置１により一方の被溶接物Ｗｚ及び他方の被溶接物Ｗｘを脚長が小さいすみ肉溶接により接合する場合は、図９に示すように、電極１１を二点鎖線で示す状態から実線（或いは一点鎖線）で示す状態に回転させて、その電極尖端１１ｂを一方の被溶接物Ｗｚ側（或いは他方の被溶接物Ｗｘ側）に配置すると、アークＡｒの発生位置が電極尖端１１ｂと他方の被溶接物Ｗｘとの距離ｈから電極尖端１１ｂと一方の被溶接物Ｗｚとの距離ｈ１に転じて、すなわち、電極尖端１１ｂから一方の被溶接物Ｗｚまでの距離（アーク長）が短くなって、一方の被溶接物Ｗｚ（或いは他方の被溶接物Ｗｘ）に対して設定した溶接条件に基づいて、電極１１を入隅部Ｗｄから離間する方向に移動させるＡＶＣが行われる。

そして、このＡＶＣにより電極１１が上昇して、移動量が予め一方の被溶接物Ｗｚ（或いは他方の被溶接物Ｗｘ）に対して設定した閾値に達した時点で一方の被溶接物Ｗｚを検出（認識）し、電極１１を軸心回りに反転させる。

したがって、この実施形態では、一方の被溶接物Ｗｚ及び他方の被溶接物Ｗｘを脚長が小さいすみ肉溶接により接合する場合であったとしても、いずれの被溶接物Ｗｚ，Ｗｘも適正な位置ですみ肉溶接を行うことが可能である。

上記した図８，９の実施形態に係る倣い溶接装置１によれば、すみ肉溶接において、一方の被溶接物の溝壁における溶融状況と、他方の被溶接物の溝壁における溶融状況とが互いに異なる場合であっても、いずれも適正な位置ですみ肉溶接を行うことが可能である。

本発明に係る溶接装置及び溶接方法の構成は、上記した実施形態に限られるものではなく、発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々変形可能である。
また、本発明に係る溶接装置及び溶接方法が適用される溶接姿勢は、上述した下向姿勢や横向姿勢の開先倣い溶接だけでなく、立向姿勢及び上向姿勢の各開先倣い溶接にも適用可能であり、例えば、管の全周にわたって開先倣い溶接を行う全姿勢の開先倣い溶接や、溝状溶接部の一方の溝壁及び他方の溝壁が上下の位置関係を成す溝壁部分をそれぞれ含んでいるような傾斜した管の全周にわたって開先倣い溶接を行う全姿勢（ＡＷＳ：６Ｇ姿勢）の開先倣い溶接にも適用可能である。

なお、上記した各実施形態では、一方の被溶接物Ｗｎ及び他方の被溶接物Ｗｓがそれぞれ互いに種類の異なるＮｉ基合金鋼及びＳＵＳである場合を示したが、被溶接物に用いる金属の種類はこれらに限定されないのは言うまでもない。

１ 倣い溶接装置（溶接装置）
５ 昇降部（電極駆動機構）
７ スライダ（電極駆動機構）
１０ 制御部
１１，１１Ａ 電極（非消耗電極）
１１ｂ 電極尖端
ｈ２ 閾値
Ｗ 被溶接物
Ｗａ 開先（溝状溶接部）
Ｗｂ 開先壁（溝壁）
Ｗｃ 開先底（溝底）
Ｗｄ 入隅部（溝状溶接部）
Ｗｎ 一方の被溶接物（Ｎｉ基合金鋼）
Ｗｎｂ 一方の開先壁（溝壁）
Ｗｓ 他方の被溶接物（ＳＵＳ）
Ｗｓｂ 他方の開先壁（溝壁）
Ｗｘ 一方の被溶接物
Ｗｚ 他方の被溶接物

Claims (7)

1. 斜め切りされた電極尖端を有する棒状の非消耗電極と、
   溶接により互いに接合される一方の被溶接物及び他方の被溶接物間の溝状溶接部を横切る方向に前記非消耗電極を往復移動させると共に、該非消耗電極を長手方向に沿って往復移動させて前記溝状溶接部に接近離間させる電極駆動機構と、
   前記非消耗電極を軸心回りに回転させる回転機構と、
   前記電極駆動機構による前記非消耗電極の前記溝状溶接部を横切る方向の往復移動における進行側に前記電極尖端を配置するべく前記回転機構を制御すると共に、前記非消耗電極のＡＶＣを行う制御部を備え、
   前記制御部には、前記溝状溶接部を横切る方向に移動する前記非消耗電極が前記溝状溶接部の一方の溝壁側及び他方の溝壁側のそれぞれに接近した状態で前記ＡＶＣにより前記非消耗電極を該非消耗電極の長手方向に沿って前記溝状溶接部から離間する方向へ移動させる前記一方の溝壁及び他方の溝壁の各々の溶接条件と、前記非消耗電極の移動量が達することで前記非消耗電極にそれまでとは逆方向の溝壁に向かう動作を行わせる前記一方の溝壁及び他方の溝壁の各々の閾値とが設定されている溶接装置。
2. 前記一方の被溶接物及び他方の被溶接物が互いに異なる種類の金属である請求項１に記載の溶接装置。
3. 前記溝状溶接部内において、前記電極駆動機構による前記非消耗電極の該溝状溶接部を横切る方向の往復移動を行い得ない場合には、前記非消耗電極の前記回転機構による回転及び前記電極駆動機構による該非消耗電極の長手方向に沿う方向の前記溝状溶接部に接近離間する往復移動のみが行われる請求項１又は２に記載の溶接装置。
4. 前記溝状溶接部の一方の溝壁及び他方の溝壁は、互いに上下の位置関係を成している、又は、上下の位置関係を成す溝壁部分をそれぞれ含んでいる請求項１〜３のいずれか一つの項に記載の溶接装置。
5. 前記溝状溶接部の一方の溝壁及び他方の溝壁の溝底に対する各角度が互いに異なっている請求項１又は２に記載の溶接装置。
6. 前記一方の被溶接物及び他方の被溶接物はすみ肉溶接により互いに接合され、前記溝状溶接部は前記一方の被溶接物及び他方の被溶接物間に形成される入隅部である請求項１〜３のいずれか一つの項に記載の溶接装置。
7. 斜め切りされた棒状の電極尖端を有する非消耗電極を、溶接により互いに接合される一方の被溶接物及び他方の被溶接物間の溝状溶接部を横切る方向に往復移動させると共に該非消耗電極を長手方向に沿って往復移動させて前記溝状溶接部に接近離間させるに際して、
   前記非消耗電極の前記溝状溶接部を横切る方向の往復移動における進行側に前記電極尖端を配置すると共に、前記非消耗電極のＡＶＣを行い、前記溝状溶接部を横切る方向に移動する前記非消耗電極が前記溝状溶接部の一方の溝壁に接近した段階で、該一方の溝壁に対して設定した溶接条件に基づいて前記ＡＶＣにより前記非消耗電極を該非消耗電極の長手方向に沿って前記溝状溶接部から離間する方向へ移動させて、前記非消耗電極の移動量が前記一方の溝壁に設定した閾値に達したところで前記非消耗電極に前記他方の溝壁に向かう動作を行わせ、前記溝状溶接部を横切る方向に移動する前記非消耗電極が前記溝状溶接部の他方の溝壁に接近した段階で、該他方の溝壁に対して前記一方の溝壁とは別に設定した溶接条件に基づいて前記ＡＶＣにより前記非消耗電極を該非消耗電極の長手方向に沿って前記溝状溶接部から離間する方向へ移動させて、前記非消耗電極の移動量が前記他方の溝壁に前記一方の溝壁とは別に設定した閾値に達したところで前記非消耗電極に前記一方の溝壁に向かう動作を行わせる溶接方法。

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