JP3875791B2

JP3875791B2 - Ｍａｇ自動溶接方法

Info

Publication number: JP3875791B2
Application number: JP07466098A
Authority: JP
Inventors: 慶和佐藤; 潔士金山; 任布村上; 一樹杉浦; 定史三浦
Original assignee: Ｊｆｅ工建株式会社
Priority date: 1998-03-23
Filing date: 1998-03-23
Publication date: 2007-01-31
Anticipated expiration: 2018-03-23
Also published as: JPH11267842A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、溶接対象部分が狭開先溶接となり、その狭開先溶接を溶接対象部分に沿って移動可能なアーク溶接型自動溶接機を用いて行うＭＡＧ（メタル・アーク・ガス）自動溶接方法に関し、特に、鋼管どうしを溶接する際の溶接ビードの継ぎ領域を高精度に溶接して自動化するのに好適な技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】
例えば、鋼管どうしの端部を突き合わせて溶接する技術に、アーク溶接式のＭＡＧ自動溶接機を用いて行う方法が知られている。
【０００３】
このＭＡＧ自動溶接機は、鋼管の周方向に一周する溶接対象部分に沿って移動可能な２機の溶接装置と、それらの制御系及び供給系等を備える。両溶接装置は、溶接開始点から一方の溶接方向にスタートしていく先行溶接装置と、この先行溶接装置のスタート後に、それとは反対の溶接方向にスターとしていく後行溶接装置に分けられる。
【０００４】
したがって、溶接開始点付近では、両溶接装置が時間差をおいて互いに離れる方向にスタートするため、溶接ビードの継ぎ領域が生じることになる。この溶接ビードの継ぎ領域では、溶接時間差や溶接重なり部分の形状等に起因して、溶接ビードの連続性が低下したり空洞部が形成されたりする、いわゆる溶接欠陥部が発生しやすい。
【０００５】
この点の解決方法として、従来においては、先行溶接装置がスターとして、後行溶接装置がスタートする前に、先行溶接装置による溶接ビードのスタート部分（溶接開始点部分）をグラインダーで除去した後、その先行溶接装置による溶接ビードの上から反対方向にスタートし、さらに、その後行溶接装置によるビードのスタート部分を再びグライダーで除去する方法を採用していた。
【０００６】
そして、厚肉の鋼管で溶接対象部分に対する溶接ビードの積層を繰り返すことによって溶接完了とする場合には、このグラインダーによるビードの除去作業を繰り返し行い、溶接欠陥が発生するのを防止している。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、このグライダーによるビードの除去作業は、手作業となって手間がかかる上に、溶接自動化の妨げとなる問題がある。
【０００８】
また、開口角度が広い通常の開先溶接の場合には、こうしたグラインダーによるビード除去作業は特別に困難ではないが、狭開先の場合には非常に困難となり、作業性が著しく低下する。特に、自動溶接のために水平固定管とする方式では、作業場所も狭く、その上、狭開先溶接となる場合はさらに作業性が低下し、溶接欠陥の発生率も高くなる。
【０００９】
本発明は、以上のような点を考慮してなされたもので、溶接ビード除去作業のような手間のかかる手作業を無くして自動溶接化を図ることができ、しかも、良好なビード継ぎ領域を形成して溶接欠陥の発生を確実に防止することができるＭＡＧ自動溶接方法を提供することを課題とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
前記課題を解決するため、本発明では、溶接対象部分が狭開先溶接となり、その狭開先溶接を溶接対象部分に沿って移動可能なアーク溶接型自動溶接機を用いて行うＭＡＧ自動溶接方法であって、溶接開始点からその溶接対象部分に沿って一方の方向に溶接する第１溶接工程と、その第１溶接工程とは反対の方向に溶接する第２溶接工程とを含み、第１溶接工程では、溶接開始点から所定距離の範囲内において溶接ビードの高さが順次高くなり、所定距離に達する手前で本溶接に移行する溶接方法とし、第２溶接工程では、第１溶接工程で本溶接した位置を溶接開始点とし、その溶接開始点から所定距離の範囲内において溶接ビードの高さが順次高くなり、前記第１溶接工程における溶接開始点の手前で本溶接に移行する溶接方法とした。
【００１１】
その場合、第１溶接工程の溶接ビードと第２溶接工程の溶接ビードとが重なる部分を溶接ビードの継ぎ領域とし、その継ぎ領域では、第２溶接工程において第１溶接工程での溶接ビードを溶融させながら行うのが大変好適である。
【００１２】
これにより、第１溶接工程の溶接ビードと第２溶接工程の溶接ビードとが所定の範囲において重なる溶接ビードの継ぎ領域が形成されるが、この継ぎ領域においては、先行の溶接ビードと後行の溶接ビードとの接続面が緩い傾斜を形成する形態となる。したがって、先行の溶接ビードの表面が均一に溶けて後行の溶接ビードと滑らかに一体化するので、溶接欠陥が生じにくくなる。
【００１３】
ここで、第１溶接工程及び第２溶接工程における溶接ビードの継ぎ領域では、溶接電流、溶接電圧及び溶接ワイヤの供給速度をそれぞれ自動制御することにより溶接ビードの高さを制御する方法とすることもできる。これにより、継ぎ領域における溶接ビードの高さ制御を容易にかつ自動的に行うことができる。
【００１４】
また、第１溶接工程及び第２溶接工程における前記溶接ビードの継ぎ領域では、溶接ビードの高さ制御を、溶接ビードの高さが連続的に又は段階的に変化するように行うこともできる。溶接ビードの継ぎ領域については、溶接方向の長さで３０〜５０ｍｍの範囲とするのが好適である。
【００１５】
さらに、溶接対象部分は、溶接すべき鋼管の周方向に沿って一周する形態であり、前記自動溶接機は、第１工程を行う第１溶接機と、第２溶接工程を行う第２溶接機と、それらの制御手段とを備え、その制御手段に組み込んだ制御プログラムにしたがって第１溶接機及び第２溶接機を動作させることもできる。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、図面に基づいて、本発明の実施の形態を説明する。
図１は、本発明のＭＡＧ自動溶接方法を実施するのに好適な自動溶接機のシステム構成を示す図であり、図２は溶接装置の構成を示す側面図である。
【００１７】
これらの図において、Ｋ１、Ｋ２が溶接対象である鋼管であり、両鋼管Ｋ１、Ｋ２の突き合わせ部Ｋが、鋼管の周方向に一周する溶接対象部分を示している。鋼管Ｋ１とＫ２は内側からクランプ１０によって同軸に支持されている。クランプ１０にはコンプレッサー１１にて圧搾エアーが供給される。したがって、クランプ１０はこの圧搾エアーの力を動力源としている。
【００１８】
自動溶接機Ｓは、２機の溶接装置Ｌ、Ｔと、その制御系及び供給系を有するシステム構成である。２機の溶接装置Ｌ、Ｔは、鋼管Ｋ１の外周部分に設けたレール９に沿って移動可能に設けられ、溶接対象部分Ｋを自動溶接することができる。各溶接装置Ｌ、Ｔには、リモコンペンダント１２付の制御装置１３、パソコン１４、メモリーカード１５等を含む制御系と、電源１６、ガスボンベ１７等を含む供給系とが、それぞれの配線１８、１９及び管路２０を介して接続されている。
【００１９】
各溶接装置Ｌ、Ｔについては、具体的には図２に示すような構成である。この図２において、１は高速回転トーチ、２はそのトーチ角制御軸、３はトーチ高さ制御軸、４は開先倣い制御軸、５は走行台車、６はワイヤフィーダー、７はワイヤリール、８はＣＣＤカメラボックスをそれぞれ示している。
【００２０】
この溶接装置Ｌ、Ｔは、レール９を利用する走行台車５部分によって、図３に示すような走行移動を行う。即ち、ここでは、溶接装置（第１溶接装置）Ｌが時計回りに移動し、溶接装置（第２溶接装置）Ｔが反時計回りに移動しながら溶接を行う。それぞれの移動距離は半周を超える程度であり、１８０度相対する中継領域内において溶接ビードの継ぎ領域が形成される。同図において、▲１▼〜▲４▼は溶接ビードの積層回数を示している。
【００２１】
一方、溶接対象部分Ｋは、図４に示すように、その開先形状が狭開先であり、したがって、狭開先溶接となる。そこで、本実施の形態においては、以下の図５及び図６に示すようなＭＡＧ自動溶接方法を採用している。
【００２２】
図５に示す例では、溶接開始点からその溶接対象部分に沿って一方の方向に溶接していく第１溶接工程２１と、その第１溶接工程２１とは反対の方向に溶接していく第２溶接工程２２とを行う。そして、第１溶接工程２１では、溶接開始点２１ａから所定距離αの範囲内において溶接ビードｂ１の高さが順次高くなり、所定距離αに達する手前で本溶接に移行する溶接方法とする。
【００２３】
また、第２溶接工程２２では、第１溶接工程２１で本溶接した位置を溶接開始点２２ａとし、その溶接開始点２２ａから所定距離αの範囲内において溶接ビードｂ２の高さが順次高くなり、第１溶接工程２１における溶接開始点２１ａの手前で本溶接に移行する溶接方法とする。したがって、所定距離αに相当する部分が溶接ビードｂ１、ｂ２の継ぎ領域となる。
【００２４】
この継ぎ領域においては、ここでは第１溶接工程におけるスタート時のビードｂ１の高さが１．２ｍｍで距離１０ｍｍ、その後距離２８ｍｍの間に３．７ｍｍまで次第に高くなり、そこから本溶接に移行している。また、第２溶接工程におけるスタート時のビードｂ２の高さが１．２ｍｍで距離１０ｍｍ、その後距離２８ｍｍの間に３．７ｍｍまで次第に高くなり、そこから本溶接に移行している。これにより、継ぎ領域では、理論的には全体として１．２ｍｍ程度高くなるが、実際にはそれ以下となり、継ぎ領域以外の部分とほぼ同じか、僅かに高くなる。なお、所定距離αは５０ｍｍに設定している。
【００２５】
このときの溶接条件を表１に示す。ここで、Ｖｚは溶接速度、Ｖｆは溶接ワイヤーの送給速度、ｌａは溶接電流、Ｅａは溶接電圧、Ｎは高速回転トーチの回転数、Ｄｒはその回転径をそれぞれ示す。
【００２６】
【表１】

【００２７】
なお、第１溶接工程２１の溶接ビードｂ１と第２溶接工程２２の溶接ビードｂ２とが重なる部分である継ぎ領域では、第２溶接工程２２において第１溶接工程２１での溶接ビードｂ１の少なくとも表面を溶融させながら行うことになる。これにより、第１溶接工程２１の溶接ビードと第２溶接工程２２の溶接ビードとが所定の範囲αにおいて重なる溶接ビードの継ぎ領域においては、先行の溶接ビードと後行の溶接ビードとの接続面が図５に示すように緩い傾斜を形成する形態となる。したがって、先行の溶接ビードの表面が均一に溶けて後行の溶接ビードと滑らかに一体化するので、溶接欠陥が生じにくくなる。その結果、グラインダー等によるビードの除去作業は不要になる。したがって、全体の自動溶接化を図ることができる。
【００２８】
ここで、溶接ビードの継ぎ領域では、溶接速度Ｖｚ、溶接電流ｌａ、溶接電圧Ｅａ及び溶接ワイヤーの送給速度Ｖｆ等をそれぞれ自動制御することにより溶接ビードの高さを制御する方法としている。これにより、継ぎ領域における溶接ビードの高さ制御を容易にかつ自動的に行うことができる。こうした制御は、例えばメモリカード１５に組み込んだ制御プログラムにしたがって第１溶接機Ｌ及び第２溶接機Ｔを動作させることにより行う。
【００２９】
図６は本発明に係るＭＡＧ自動溶接方法の他の実施の形態を示す。
この例では、第１溶接工程２１及び第２溶接工程２２における溶接ビードｂ１、ｂ２の継ぎ領域において、溶接ビードの高さ制御を、溶接ビードの高さが段階的に変化するような方法としている。
【００３０】
すなわち、この継ぎ領域においては、ここでは第１溶接工程におけるスタート時のビードｂ１の高さが１．２ｍｍで、距離９．６ｍｍ毎に、１．８ｍｍ、２．４ｍｍ、３．０ｍｍと段階的に高くなり、その後、高さ３．７ｍｍの本溶接に移行している。また、第２溶接工程におけるスタート時のビードｂ２の高さが１．２ｍｍで、距離９．６ｍｍ毎に１．８ｍｍ、２．４ｍｍ、３．０ｍｍと段階的に高くなり、その後、高さ３．７ｍｍの本溶接に移行している。このときの溶接条件を表２に示す。なお、その他に関しては先の実施の形態と同様である。
【００３１】
【表２】

【００３２】
なお、以上の実施の形態では、２機の溶接装置Ｌ、Ｔを備えた自動溶接機を用いて溶接する方法について述べたが、溶接効率を考慮しなければ、基本的には１機の溶接装置を備えた自動溶接機を用いて行うこともできる。その場合には、１機の溶接装置を一方の方向と、それとは反対の方向とに移動させて行えば良い。
【００３３】
また、本発明の溶接方法は、鋼管に限らず、溶接ビードの継ぎ領域を形成することになる溶接であればこれに適用することができる。
【００３４】
【発明の効果】
以上のように、本発明によれば、従来行っていた溶接ビード除去作業のような極めて手間のかかる手作業を無くすことができ、しかも、良好なビード継ぎ領域を形成して溶接欠陥の発生を確実に防止することができる。これにより完全なＭＡＧ自動溶接方法を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態に係る自動溶接機のシステム構成図である。
【図２】本発明の実施の形態に係る自動溶接機の溶接装置の構成を示す側面図である。
【図３】本発明の実施の形態に係る溶接手順を示す説明図である。
【図４】本発明の実施の形態に係る溶接対象部分の開先形状を示す正面図である。
【図５】本発明の実施の形態に係る溶接ビードの継ぎ領域の溶接方法を示す説明図である。
【図６】本発明の他の実施の形態に係る溶接ビードの継ぎ領域の溶接方法を示す説明図である。
【符号の説明】
１高速回転トーチ
２トーチ角制御軸
３トーチ高さ制御軸
４開先倣い制御軸
５走行台車
６ワイヤフィーダー
７ワイヤリール
８ＣＣＤカメラボックス
９レール
１０クランプ
１１コンプレッサー
１２リモコンペンダント
１３制御装置
１４パソコン
１５メモリーカード
１６電源
１７ガスボンベ
１８、１９配線
２０配管
２１第１溶接工程
２１ａ溶接開始点
２２第２溶接工程
２２ａ溶接開始点
Ｋ溶接対象部分
Ｋ１、Ｋ２鋼管
Ｌ第１溶接装置
Ｌ第２溶接装置
ｂ１、ｂ２溶接ビード

Claims

溶接対象部分が狭開先溶接となり、その狭開先溶接を溶接対象部分に沿って移動可能なアーク溶接型自動溶接機を用いて行うＭＡＧ自動溶接方法であって、溶接開始点からその溶接対象部分に沿って一方の方向に溶接する第１溶接工程と、その第１溶接工程とは反対の方向に溶接する第２溶接工程とを含み、第１溶接工程では、溶接開始点から所定距離の範囲内において溶接ビードの高さが順次高くなり、所定距離に達する手前で本溶接に移行する溶接方法とし、第２溶接工程では、第１溶接工程で本溶接した位置を溶接開始点とし、その溶接開始点から所定距離の範囲内において溶接ビードの高さが順次高くなり、前記第１溶接工程における溶接開始点の手前で本溶接に移行する溶接方法とすることを特徴とする、ＭＡＧ自動溶接方法。
前記第１溶接工程の溶接ビードと第２溶接工程の溶接ビードとが重なる部分を溶接ビードの継ぎ領域とし、その継ぎ領域では、第２溶接工程において第１溶接工程での溶接ビードを溶融させながら行うことを特徴とする、請求項１に記載のＭＡＧ自動溶接方法。
前記第１溶接工程及び第２溶接工程における前記溶接ビードの継ぎ領域では、溶接電流、溶接電圧及び溶接ワイヤの供給速度をそれぞれ自動制御することにより溶接ビードの高さを制御することを特徴とする、請求項１又は２に記載のＭＡＧ自動溶接方法。
前記第１溶接工程及び第２溶接工程における前記溶接ビードの継ぎ領域では、溶接ビードの高さ制御を、溶接ビードの高さが連続的に又は段階的に変化するよう行うことを特徴とする、請求項１〜３の何れかに記載のＭＡＧ自動溶接方法。
前記溶接ビードの継ぎ領域は、その溶接方向の長さで３０〜５０ｍｍの範囲であることを特徴とする請求項２〜４の何れかに記載のＭＡＧ自動溶接方法。
前記溶接対象部分は、溶接すべき鋼管の周方向に沿って一周する形態であり、前記自動溶接機は、前記第１工程を行う第１溶接機と、前記第２溶接工程を行う第２溶接機と、それらの制御手段とを備え、その制御手段に組み込んだ制御プログラムにしたがって前記第１溶接機及び第２溶接機を動作させることを特徴とする、請求項１〜５に記載のＭＡＧ自動溶接方法。