JP2656423B2 - 立向自動溶接方法 - Google Patents
立向自動溶接方法Info
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- JP2656423B2 JP2656423B2 JP16794092A JP16794092A JP2656423B2 JP 2656423 B2 JP2656423 B2 JP 2656423B2 JP 16794092 A JP16794092 A JP 16794092A JP 16794092 A JP16794092 A JP 16794092A JP 2656423 B2 JP2656423 B2 JP 2656423B2
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明はガスシールドアーク溶接
により、単層盛りで立向溶接する方法に関するものであ
る。
により、単層盛りで立向溶接する方法に関するものであ
る。
【０００２】
【従来の技術】近年溶接工程もロボット化・自動溶接化
されてきたが実際に実用化されているのは下向溶接ある
いは隅肉溶接である。例えば、図４に示すような建築用
鉄骨の柱に４方向に梁を溶接する場合、下向溶接だけで
溶接するときは柱を立ててこの柱に梁の上フランジ（図
４、１〜８）を溶接し、下フランジを溶接するために柱
を上下反転しなければならない。このためには大型の反
転装置と手間をかけなければならない。しかし、立向で
溶接する場合には例えば図５に示すように柱を寝かせて
柱両脇の梁（図５、１〜８）を立向溶接し、９０度回転
すれば残りの溶接ができるので反転装置は小型ですみ手
間も少ない。
されてきたが実際に実用化されているのは下向溶接ある
いは隅肉溶接である。例えば、図４に示すような建築用
鉄骨の柱に４方向に梁を溶接する場合、下向溶接だけで
溶接するときは柱を立ててこの柱に梁の上フランジ（図
４、１〜８）を溶接し、下フランジを溶接するために柱
を上下反転しなければならない。このためには大型の反
転装置と手間をかけなければならない。しかし、立向で
溶接する場合には例えば図５に示すように柱を寝かせて
柱両脇の梁（図５、１〜８）を立向溶接し、９０度回転
すれば残りの溶接ができるので反転装置は小型ですみ手
間も少ない。
【０００３】従って、このような柱梁の溶接では大形の
反転装置が置けない工場では小型の回転装置を用いて柱
を寝かせて取り付け半自動溶接にて立向溶接されてき
た。
反転装置が置けない工場では小型の回転装置を用いて柱
を寝かせて取り付け半自動溶接にて立向溶接されてき
た。
【０００４】立向溶接用の自動溶接方法、装置は従来よ
り開発されてきたが板厚、開先角度、ルートギャップ等
の違いや変動に対し適正な溶接電流、電圧、ワイヤ送給
速度、溶接速度等の溶接条件の変更や調整方法が確立さ
れていないため、自動溶接といえども熟練した溶接者が
開先やビード形成状態を観察しながら、経験的に操作し
なければならず、経験の少ない溶接者は溶接中の判断、
操作を誤り、溶融メタル垂れや余盛り不足、カット、溶
込み不良等の欠陥を発生し易く、立向自動溶接の操作は
たいへん困難であった。また、一般的な立向自動溶接方
法は多層盛り溶接であるため、パス毎に溶接条件を設定
し、スラグを除去し溶接しなければならなかった。
り開発されてきたが板厚、開先角度、ルートギャップ等
の違いや変動に対し適正な溶接電流、電圧、ワイヤ送給
速度、溶接速度等の溶接条件の変更や調整方法が確立さ
れていないため、自動溶接といえども熟練した溶接者が
開先やビード形成状態を観察しながら、経験的に操作し
なければならず、経験の少ない溶接者は溶接中の判断、
操作を誤り、溶融メタル垂れや余盛り不足、カット、溶
込み不良等の欠陥を発生し易く、立向自動溶接の操作は
たいへん困難であった。また、一般的な立向自動溶接方
法は多層盛り溶接であるため、パス毎に溶接条件を設定
し、スラグを除去し溶接しなければならなかった。
【０００５】その後、実開昭５９−６２８９２号公報に
示されるような立向エレクトロガス溶接装置が開発さ
れ、この装置では、溶接速度で上昇する水冷摺動銅板に
よりビード形成を整えられるため溶接条件の変更や調整
は容易になり、単層盛り溶接であるため次パスの溶接条
件設定やスラグを除去作業はなくなり能率は向上した。
しかし、水冷摺動銅板が必要で、溶接装置も大きく複雑
で水冷のためのホースの装備や配管も繁雑でその操作・
取扱に困難を伴なうため溶接長の長い限られた溶接対象
物以外は実用化されなかった。
示されるような立向エレクトロガス溶接装置が開発さ
れ、この装置では、溶接速度で上昇する水冷摺動銅板に
よりビード形成を整えられるため溶接条件の変更や調整
は容易になり、単層盛り溶接であるため次パスの溶接条
件設定やスラグを除去作業はなくなり能率は向上した。
しかし、水冷摺動銅板が必要で、溶接装置も大きく複雑
で水冷のためのホースの装備や配管も繁雑でその操作・
取扱に困難を伴なうため溶接長の長い限られた溶接対象
物以外は実用化されなかった。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】前記したように立向溶
接開始から終了まで自動溶接する場合、多層盛り溶接で
は次パスのスタート部のビード表面がスラグで覆われる
ためアークスタートが円滑にできず、安定した溶接がで
きない。このような観点からは、単層盛り溶接の方が適
性がある。しかし、前記従来のものでは、水冷摺動鋼板
を有し大型で、複雑な操作取扱いが必要で必ずしも充分
なものとは云えない。本発明は、このような観点からコ
ンパクトな装置で、板厚の違いあるいは開先角度、ルー
トギャップの連続的な変化に応じて適正な溶接条件を自
動制御できる立向自動溶接方法を提供するものである。
接開始から終了まで自動溶接する場合、多層盛り溶接で
は次パスのスタート部のビード表面がスラグで覆われる
ためアークスタートが円滑にできず、安定した溶接がで
きない。このような観点からは、単層盛り溶接の方が適
性がある。しかし、前記従来のものでは、水冷摺動鋼板
を有し大型で、複雑な操作取扱いが必要で必ずしも充分
なものとは云えない。本発明は、このような観点からコ
ンパクトな装置で、板厚の違いあるいは開先角度、ルー
トギャップの連続的な変化に応じて適正な溶接条件を自
動制御できる立向自動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】本発明の第１の発明は、
ＪＩＳＺ３３１２のワイヤの径１．２ｍｍに該当するソ
リッドワイヤを用いたガスシールドアーク溶接による仕
口開先の立向自動溶接法において、溶着部に対するワイ
ヤ送給速度Ｖ［mm3 ／分］を、該溶着部の溶着断面積Ｓ
［mm2 ］との関係で ６．２Ｓ＋６０００≦Ｖ≦６．２Ｓ＋８０００ ……… Ｖ≦１３０００ の範囲を満足するように該溶着断面積に応じて選択し、
単層盛りで溶接することを特徴とする立向自動溶接方法
であり、第２の発明は、ＪＩＳＺ３３１３のワイヤの径
１．２ｍｍに該当するフラックス入りワイヤを用いたガ
スシールドアーク溶接による仕口開先の立向自動溶接法
において、溶着部に対するワイヤ送給速度Ｖ［mm3 ／
分］を、該溶着部の溶着断面積Ｓ［mm2 ］との関係で ６．２Ｓ＋８０００≦Ｖ≦６．２Ｓ＋１００００ ……… Ｖ≦１４０００ の範囲を満足するように該溶着断面積に応じて選択し、
単層盛りで溶接することを特徴とする立向自動溶接方法
である。
ＪＩＳＺ３３１２のワイヤの径１．２ｍｍに該当するソ
リッドワイヤを用いたガスシールドアーク溶接による仕
口開先の立向自動溶接法において、溶着部に対するワイ
ヤ送給速度Ｖ［mm3 ／分］を、該溶着部の溶着断面積Ｓ
［mm2 ］との関係で ６．２Ｓ＋６０００≦Ｖ≦６．２Ｓ＋８０００ ……… Ｖ≦１３０００ の範囲を満足するように該溶着断面積に応じて選択し、
単層盛りで溶接することを特徴とする立向自動溶接方法
であり、第２の発明は、ＪＩＳＺ３３１３のワイヤの径
１．２ｍｍに該当するフラックス入りワイヤを用いたガ
スシールドアーク溶接による仕口開先の立向自動溶接法
において、溶着部に対するワイヤ送給速度Ｖ［mm3 ／
分］を、該溶着部の溶着断面積Ｓ［mm2 ］との関係で ６．２Ｓ＋８０００≦Ｖ≦６．２Ｓ＋１００００ ……… Ｖ≦１４０００ の範囲を満足するように該溶着断面積に応じて選択し、
単層盛りで溶接することを特徴とする立向自動溶接方法
である。
【０００８】
【作用】立向溶接の溶接部における主要な熱の出入を模
式的に示せば図６のように、溶接アーク１３から溶接部
に供給される溶接電流・電圧に応じた入熱Ｑa と溶融プ
ール１４内の凝固面積に応じた母材１５への放熱Ｑb が
ある。ある条件で立向溶接が連続的に良好に溶接されて
いるときの入熱及び放熱をそれぞれＱa1、Ｑb1とすれ
ば、Ｑa1とＱb1はほぼバランスし、 Ｑa1＝Ｑb1 が成り立つはずである。もし、Ｑa1より大きい（小さ
い）Ｑa2（Ｑa3）の入熱があったとき、Ｑa2＞Ｑb1（Ｑ
a3＞Ｑb1）であるため溶融プールが大きく（小さく）な
り凝固面積が大きく（小さく）なることによりＱb1より
大きい（小さい）放熱Ｑb2（Ｑb3）となりＱa2≒Ｑb2
（Ｑa3≒Ｑb3）となる溶融プールの大きさでバランス
し、この場合には溶接ビード１６が大きく（小さく）な
る。極端にＱa2が大きいときは溶融メタルが垂れてビー
ド形成できない。極端にＱa3が小さいときはビード形状
が凹形になり溶込み不良等の欠陥が発生する。
式的に示せば図６のように、溶接アーク１３から溶接部
に供給される溶接電流・電圧に応じた入熱Ｑa と溶融プ
ール１４内の凝固面積に応じた母材１５への放熱Ｑb が
ある。ある条件で立向溶接が連続的に良好に溶接されて
いるときの入熱及び放熱をそれぞれＱa1、Ｑb1とすれ
ば、Ｑa1とＱb1はほぼバランスし、 Ｑa1＝Ｑb1 が成り立つはずである。もし、Ｑa1より大きい（小さ
い）Ｑa2（Ｑa3）の入熱があったとき、Ｑa2＞Ｑb1（Ｑ
a3＞Ｑb1）であるため溶融プールが大きく（小さく）な
り凝固面積が大きく（小さく）なることによりＱb1より
大きい（小さい）放熱Ｑb2（Ｑb3）となりＱa2≒Ｑb2
（Ｑa3≒Ｑb3）となる溶融プールの大きさでバランス
し、この場合には溶接ビード１６が大きく（小さく）な
る。極端にＱa2が大きいときは溶融メタルが垂れてビー
ド形成できない。極端にＱa3が小さいときはビード形状
が凹形になり溶込み不良等の欠陥が発生する。
【０００９】開先に対し適正な余盛り高さを形成させな
がら溶接するには、溶融プール内の凝固面に対応する溶
着断面積に応じた適正な溶接電流、電圧で溶接する必要
がある。しかし、溶接電流はワイヤ送給速度にほぼ比例
し、ワイヤや母材に溶融に強く寄与する。溶接電圧は、
安定したアーク状態を維持するために適正な溶接電圧値
がワイヤの種類によって決ってくるため、これを大きく
調整することはできない。
がら溶接するには、溶融プール内の凝固面に対応する溶
着断面積に応じた適正な溶接電流、電圧で溶接する必要
がある。しかし、溶接電流はワイヤ送給速度にほぼ比例
し、ワイヤや母材に溶融に強く寄与する。溶接電圧は、
安定したアーク状態を維持するために適正な溶接電圧値
がワイヤの種類によって決ってくるため、これを大きく
調整することはできない。
【００１０】そこで、本発明では、板厚の違いあるいは
開先角度、ルートギャップの連続的な変化による溶着断
面積の変化に応じてワイヤ送給速度を制御する方法を採
用した。また、ワイヤ送給速度が大きいと溶接電流が高
くなりすぎ、アークが荒くなりスパッタの増大、ビード
形状不良となる。したがって、ワイヤ送給速度の上限を
ソリッドワイヤではＶ≦１３０００、フラックス入りワ
イヤでは≦１４０００とした。
開先角度、ルートギャップの連続的な変化による溶着断
面積の変化に応じてワイヤ送給速度を制御する方法を採
用した。また、ワイヤ送給速度が大きいと溶接電流が高
くなりすぎ、アークが荒くなりスパッタの増大、ビード
形状不良となる。したがって、ワイヤ送給速度の上限を
ソリッドワイヤではＶ≦１３０００、フラックス入りワ
イヤでは≦１４０００とした。
【００１１】なお、溶着断面積Ｓは図７に示す如く開先
断面積Ｓ１と余盛りビード断面積Ｓ２から求めた。
断面積Ｓ１と余盛りビード断面積Ｓ２から求めた。
【００１２】Ｓ＝Ｓ１＋Ｓ２
【００１３】
【実施例】実施例により本発明をさらに詳細に説明す
る。
る。
【００１４】実施例に用いた自動溶接装置の構成図を図
３に示す。レール７を溶接長方向（Ｙ方向）に走行する
走行台車１には溶接トーチ５を開先幅方向（Ｘ方向）に
揺動するＸ揺動機構２と開先深さ方向（Ｚ方向）に揺動
するＺ揺動機構３が搭載され走行台車１、Ｘ揺動機構お
よびＺ揺動機構の動作は制御器８で制御される。
３に示す。レール７を溶接長方向（Ｙ方向）に走行する
走行台車１には溶接トーチ５を開先幅方向（Ｘ方向）に
揺動するＸ揺動機構２と開先深さ方向（Ｚ方向）に揺動
するＺ揺動機構３が搭載され走行台車１、Ｘ揺動機構お
よびＺ揺動機構の動作は制御器８で制御される。
【００１５】溶接試験板の開先形状は図７に示す仕口開
先形状で板厚Ｔ[mm]、開先角度θ［度］ルートギャップ
Ｇ[mm]は表１および表２に示す。溶接長は５００mmとし
た。
先形状で板厚Ｔ[mm]、開先角度θ［度］ルートギャップ
Ｇ[mm]は表１および表２に示す。溶接長は５００mmとし
た。
【００１６】溶着断面積Ｓは図７に示す板厚Ｔ［mm］、
開先角度θ［度］、ルートギャップＧ［mm］から開先断
面積Ｓ１を
開先角度θ［度］、ルートギャップＧ［mm］から開先断
面積Ｓ１を
【００１７】
【数１】
【００１８】余盛り断面積Ｓ２を
【００１９】
【数２】
【００２０】とし、 Ｓ＝Ｓ１＋Ｓ２ のように算出した。ここで、余盛り高さＨ＝０．２５Ｔ
とした。溶着断面積Ｓから式（図１）あるいは式
（図２）を用いて、ソリッドワイヤあるいはフラックス
入りワイヤのワイヤ送給速度範囲を算出した。
とした。溶着断面積Ｓから式（図１）あるいは式
（図２）を用いて、ソリッドワイヤあるいはフラックス
入りワイヤのワイヤ送給速度範囲を算出した。
【００２１】溶接速度はソリッドワイヤとフラックス入
りワイヤの溶着効率が９８％と８７％とし、
りワイヤの溶着効率が９８％と８７％とし、
【００２２】
【数３】
【００２３】から算出した。
【００２４】溶接トーチの揺動は図７に示すルート部左
端Ｐ１、ビード左端Ｐ２、ビード右端Ｐ３、ルート部右
端Ｐ４の順に四角形Ｐ１Ｐ２Ｐ３Ｐ４の１mm内側を揺動
するように図３のＸ軸機構２およびＺ軸機構３を制御し
た。
端Ｐ１、ビード左端Ｐ２、ビード右端Ｐ３、ルート部右
端Ｐ４の順に四角形Ｐ１Ｐ２Ｐ３Ｐ４の１mm内側を揺動
するように図３のＸ軸機構２およびＺ軸機構３を制御し
た。
【００２５】実験に用いたソリッドワイヤはＪＩＳＺ３
３１２ ＹＧＷ１１に該当する１．２mmφをフラックス
入りワイヤはＪＩＳＺ３３１３ ＹＦＷ２４に該当する
１．２mmφを用いた。
３１２ ＹＧＷ１１に該当する１．２mmφをフラックス
入りワイヤはＪＩＳＺ３３１３ ＹＦＷ２４に該当する
１．２mmφを用いた。
【００２６】実施結果はビード外観と断面マクロによる
溶込みで評価した。ビード外観は溶接中に溶融メタルの
垂れがなく余盛りが形成されているものを良好、溶接中
に溶融メタルが垂れ、ビード表面が試験板表面より低い
ものは不良と評価した。溶込みは溶接前の開先が十分に
溶込んでいるものは良好、残っているものは不良と評価
した。
溶込みで評価した。ビード外観は溶接中に溶融メタルの
垂れがなく余盛りが形成されているものを良好、溶接中
に溶融メタルが垂れ、ビード表面が試験板表面より低い
ものは不良と評価した。溶込みは溶接前の開先が十分に
溶込んでいるものは良好、残っているものは不良と評価
した。
【００２７】実施条件と結果を表１と表２に示す。ソリ
ッドワイヤの場合は表１に示すように本発明方法である
実験No. １，２，３，４のものはビード外観、溶込みと
もに良好で総合評価は良好であった。しかし、比較方法
による実験No. ５はワイヤ送給速度が小さいため溶込み
不良があり、実験No. ６はワイヤ送給速度が大きく溶接
電流が高くなりすぎ溶融メタルが垂れ余盛り不足になり
ビード外観不良になった。フラックス入りワイヤの場合
は表２に示すように本発明方法である実験Ｎｏ．１１，
１２，１３，１４のものはビード外観、溶込みともに良
好で総合評価は良好であった。しかし、比較方法による
実験Ｎｏ． １５はワイヤ送給速度が小さいため溶込み
不良があり、また実験No. １６はワイヤ送給速度が大き
く溶接電流が高くなりすぎ溶融メタルが垂れ余盛り不足
になりビード外観不良になった。
ッドワイヤの場合は表１に示すように本発明方法である
実験No. １，２，３，４のものはビード外観、溶込みと
もに良好で総合評価は良好であった。しかし、比較方法
による実験No. ５はワイヤ送給速度が小さいため溶込み
不良があり、実験No. ６はワイヤ送給速度が大きく溶接
電流が高くなりすぎ溶融メタルが垂れ余盛り不足になり
ビード外観不良になった。フラックス入りワイヤの場合
は表２に示すように本発明方法である実験Ｎｏ．１１，
１２，１３，１４のものはビード外観、溶込みともに良
好で総合評価は良好であった。しかし、比較方法による
実験Ｎｏ． １５はワイヤ送給速度が小さいため溶込み
不良があり、また実験No. １６はワイヤ送給速度が大き
く溶接電流が高くなりすぎ溶融メタルが垂れ余盛り不足
になりビード外観不良になった。
【００２８】
【表１】
【００２９】
【表２】
【００３０】
【発明の効果】本発明は自動溶接方法に適性の高い単層
盛りによる立向溶接方法において、板厚の違いあるいは
開先角度、ルートギャップの連続的な変化に応じてワイ
ヤ供給速度を適正範囲に自動制御して溶接の安定性を良
好に維持できるので、これまで困難であった立向溶接の
自動化が可能になり、溶接作業性を向上することがで
き、鉄骨の柱・梁溶接ばかりでなく多くの溶接工程にお
いて巾広く効果的に適用することが可能である。
盛りによる立向溶接方法において、板厚の違いあるいは
開先角度、ルートギャップの連続的な変化に応じてワイ
ヤ供給速度を適正範囲に自動制御して溶接の安定性を良
好に維持できるので、これまで困難であった立向溶接の
自動化が可能になり、溶接作業性を向上することがで
き、鉄骨の柱・梁溶接ばかりでなく多くの溶接工程にお
いて巾広く効果的に適用することが可能である。
【図１】本発明方法でソリッドワイヤを用いる場合の溶
着断面積Ｓに対する適正なワイヤ送給速度範囲を示すグ
ラフ。
着断面積Ｓに対する適正なワイヤ送給速度範囲を示すグ
ラフ。
【図２】本発明方法でフラックス入りワイヤを用いる場
合の溶着断面積Ｓに対する適正なワイヤ送給速度範囲を
示すグラフ。
合の溶着断面積Ｓに対する適正なワイヤ送給速度範囲を
示すグラフ。
【図３】本発明方法の実施例で用いた溶接装置例の構成
図。（ａ）図は側面図、（ｂ）図は正面図。
図。（ａ）図は側面図、（ｂ）図は正面図。
【図４】従来方法で、鉄骨の柱・梁溶接を下向溶接で行
なう方法を示す説明図。
なう方法を示す説明図。
【図５】従来方法で鉄骨の柱・梁溶接を立向溶接で行な
う方法を示す説明図。
う方法を示す説明図。
【図６】立向溶接時の主要な熱の出入りの模式図。
【図７】開先形状と溶着断面積を示す断面図。
１…走行台車 ２…Ｘ揺動機構 ３…Ｚ揺動機構 ４…溶接試験板 ５…溶接トーチ ６…溶接ビード ７…レール ８…制御盤 １１…ノズル １２…ワイヤ １３…溶接アーク １４…溶融プー
ル １５…母材 １６…溶接ビー
ド
ル １５…母材 １６…溶接ビー
ド
Claims (2)
- 【請求項１】 ＪＩＳＺ３３１２のワイヤの径１．２ｍ
ｍに該当するソリッドワイヤを用いたガスシールドアー
ク溶接による仕口開先の立向自動溶接法において、溶着
部に対するワイヤ送給速度Ｖ［mm3 ／分］を、該溶着部
の溶着断面積Ｓ［mm2 ］との関係で ６．２Ｓ＋６０００≦Ｖ≦６．２Ｓ＋８０００ Ｖ≦１３０００ の範囲を満足するように該溶着断面積に応じて選択し、
単層盛りで溶接することを特徴とする立向自動溶接方
法。 - 【請求項２】 ＪＩＳＺ３３１３のワイヤの径１．２ｍ
ｍに該当するフラックス入りワイヤを用いたガスシール
ドアーク溶接による仕口開先の立向自動溶接法におい
て、溶着部に対するワイヤ送給速度Ｖ［mm3 ／分］を、
該溶着部の溶着断面積Ｓ［mm2 ］との関係で ６．２Ｓ＋８０００≦Ｖ≦６．２Ｓ＋１００００ Ｖ≦１４０００ の範囲を満足するように該溶着断面積に応じて選択し、
単層盛りで溶接することを特徴とする立向自動溶接方
法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP16794092A JP2656423B2 (ja) | 1992-06-25 | 1992-06-25 | 立向自動溶接方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP16794092A JP2656423B2 (ja) | 1992-06-25 | 1992-06-25 | 立向自動溶接方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH067939A JPH067939A (ja) | 1994-01-18 |
| JP2656423B2 true JP2656423B2 (ja) | 1997-09-24 |
Family
ID=15858877
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP16794092A Expired - Lifetime JP2656423B2 (ja) | 1992-06-25 | 1992-06-25 | 立向自動溶接方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2656423B2 (ja) |
-
1992
- 1992-06-25 JP JP16794092A patent/JP2656423B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH067939A (ja) | 1994-01-18 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
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