JP4038458B2 - 多電極円周エレクトロガスアーク溶接方法 - Google Patents

Description

本発明は、多電極の円周エレクトロガスアーク溶接方法に関し、特に、同一溶接素材の両側に形成される開先空間を同時に溶接する多電極円周エレクトロガスアーク溶接方法に関する。

柱貫通型の仕口を形成する場合、鋼管柱(ワーク)をポジショナーに水平軸回りに回転可能に装着し、所定の間隔で配置したフランジ状外ダイヤフラム板を隅肉溶接等の溶接で溶着する。この場合、柱となる鋼管の肉厚やダイヤフラム板の肉厚は１６〜５０mmあることから、通常自動溶接装置を使用して多層盛りで行っているが、多層盛り溶接では、作業性に問題がある。また柱貫通型の仕口では、通常１本の鋼管柱に外ダイヤフラム板が所定の間隔で複数配置される。このため、作業性の問題が顕著にあらわれる。

そこで近年、ポジショナーに鋼管柱及びダイヤフラム板を回転可能に支持し、この交換中とダイヤフラム板との溶接接合部をエレクトロガスアーク溶接で、外ダイヤフラムと鋼管柱との接合個所を１パスで溶接するようにしたものが知られている(特開平１１−３３７１６号公報参照)。
特開平１１−３３７１６号公報

エレクトロガス溶接での周面溶接では、開先断面積とワークの移動速度との積によって溶融させる溶接ワイヤ量が設定されるのであるが、仮付け溶接の有無、開先の加工精度、仮付け時の組み付け精度等の種々の要件によって、開先断面積が変動することから開先空間での容積が変動し、溶湯液面の位置が変動することになり、アークの安定性が損なわれるという問題があった。また、前記従来技術に挙げた溶接方法は、太鼓状に形成した仕口部材のダイヤフラム板に対して鋼管柱を溶接固着するものであることから、１枚のダイヤアラム板の片側だけを溶接する状態となり、同じダイヤフラム板の両側溶接個所を個別に溶接することになって、作業効率が悪いという問題もあった。また、前述の従来技術のものは多電極同時溶接といっても、溶接個所が相互に干渉しあうものではなく、複数の同形溶接個所を個別に同時溶接しているに過ぎないものであった。

本発明は、このような点に着目してなされたもので、ダイヤフラム板の表裏に形成される開先空間部分を同時にエレクトロガスアーク溶接することにより、作業効率を高めると共に、溶接欠陥の発生が少なくなる溶接方法を提供することを目的とする。

上述の目的を達成するために本発明は、水平軸回りに回転可能な状態でポジショナーに支持されている筒型ワークと、ダイヤフラム板とをエレクトロガスアーク溶接で溶着するにあたり、ダイヤフラム板と筒型ワークとの接合個所でダイヤフラム板の両側に形成される開先空間溶接トーチから導出された溶接ワイヤをそれぞれ突入させて両側開先空間を同時に溶接するように構成し、開先空間に突入している両溶接ワイヤを開先形状に合せた多角形状にそれぞれウイービング作動させるように溶接トーチを作動制御し、このウィービング移動径路中の一点で溶接電流を計測すると共に、その溶接電流計測点よりもウィービング移動方向上流側での所定位置で溶接ワイヤ供給速度を標準供給速度に調整するようにし、計測した溶接電流が予め設定されている標準電流幅よりも大きい場合には溶接ワイヤの供給速度を低下させ、計測した溶接電流が予め設定されている標準電流幅よりも小さい場合には溶接ワイヤの供給速度を増加させるようにそれぞれ単独で制御することをしたことを特徴としている。また、請求項２に記載した発明では、溶接電流の計測点を冷却金属板の表面に沿う方向に移動するための方向変換点としたことを特徴としている。

本発明では、複数のエレクトロガスア―ク溶接装置をワークの回転軸芯に沿わせて調整移動可能な状態で配置し、同一ワークの溶接個所を表裏同時に溶接するように構成し、溶接トーチを開先空間形状に合せて多角形にウィービングさせ、そのウィービング径路中の一点で溶接電流をそれぞれ計測し、その計測電流に基づき次のウィービング時に各溶接トーチでのワイヤ供給速度を単独で制御するようにしていることから、開先空間内での溶融池液面を所定の範囲に保持することができ、１層溶接により溶接欠陥の発生を防止して効率よく溶接作業を行うことができる。また、同一ワークの表裏に位置する溶接個所を同時に溶接することにより、近接して位置する接合部でのお互いに入熱量を補充しあう状態となることから、溶接装置から供給するエネルギーを低減させることができる。

そして、請求項２に記載したように、溶接電流の計測点を冷却金属板の表面に沿う方向に移動するための方向変換点とした場合には、最も溶けにくい個所(入熱量の少ない個所)での電流計測となることから、安定した電流計測を行うことがができ、溶融池の液面を高精度に制御することができる。

図は本発明方法を実施する溶接装置の一実施形態を示し、図１は溶接装置の概略側面図、図２は溶接装置の要部概略平面図、図３は溶接状態を示す概略斜視図である。
図示した溶接装置は、鋼管等の柱部材に所定のピッチで一対のフランジ状外ダイヤフラム板を溶着する際に使用するものであり、水平軸回りに回転可能な状態でワークを支持するポジショナー(１)の回転軸芯に沿ってその設置位置を変更出来る状態で配置してある。

この溶接装置は、溶接ヘッド(２)と、この溶接ヘッド(２)に取り付けられている溶接トーチ(３)と、この溶接トーチ(３)対応している冷却板(４)と、冷却金属板(４)に冷却水を送給する水冷装置(５)と、溶接トーチ(３)に溶接ワイヤ(６)を送給するワイヤ送給機(７)と、溶接電源(８)と、開先空間部分(９)にシールドガスを供給するシールドガス供給系(10)と、溶接電流やシールドガス量を制御する溶接制御装置(11)等を１つの溶接ユニットとして構成したエレクトロガスアーク溶接装置であり、この溶接ユニットをポジショナー(１)の回転軸芯に沿って配置した移動用レール(12)により移動可能に設定されている台車(13)にそれぞれ搭載設置してある。そして、図示は省略したがこの溶接ユニットの２基を一対として複数対の台車(13)が移動用レール(12)に所定間隔へだてて配置してある。

各溶接ヘッド(２)は、水平面内でワーク回転軸と平行な方向(Ｘ方向)とその軸と直交する方向(Ｙ方向)の二軸方向にそれぞれ制御移動可能に構成してある。また、この各溶接ヘッド(２)は台車(13)に昇降ならびにＹ方向に固定位置調整可能に支持されている。

各溶接ヘッド(２)は、ポジショナー(１)に回転可能に支持されている筒型ワーク(柱部材)(Ｗ)に装嵌配置した仕口部形成用のフランジ状外ダイヤフラム板(Ｄ)を挟む状態に位置している。そして、図４及び図５に示すように、外ダイヤフラム(Ｄ)に形成されている柱部材貫通孔の両端縁部分を切除して形成した開先と筒型ワーク(Ｗ)の外周面及び冷却板(４)とで構成される両開先空間(９)に溶接トーチ(３)からそれぞれ溶接ワイヤ(６)を突入させて、筒型ワーク(Ｗ)をその周面における移動速度が一定となる状態で回転移動させるとともに、各溶接ワイヤ(６)を三角形あるいは台形等の多角形にウイービングさせながら筒型ワーク(Ｗ)と外ダイヤフラム板(Ｄ)を両側から同時にエレクトロガスアーク溶接で溶接するようにしてある。

本発明は、このようなエレクトロガス溶接装置を使用しての溶接作業時での溶接方法を提供するものであって、以下のように構成したことを特徴としている。
即ち、エレクトロガスアーク溶接で溶接する場合、筒型ワーク(Ｗ)と外ダイヤフラム板(Ｄ)との接合部で外ダイヤフラム板(Ｄ)の両側に形成される開先空間(９)に、開先空間部分での断面積と筒型ワーク(Ｗ)の周面移動速度との積に見合う量の溶湯があれば安定した溶け込みが得られることになる。ところが、現実には、外ダイヤフラム板(Ｄ)に形成される開先形状の加工誤差や、外ダイヤフラム板(Ｄ)を筒型ワーク(Ｗ)に組み付ける際の組み付け誤差、あるいは、外ダイヤフラム板(Ｄ)と筒型ワーク(Ｗ)との仮付溶接の有無等により、開先空間の容積(開先断面積)は変化する。

そして、開先空間(９)の容積が変動すると、開先空間(９)内での溶融池の液面位置が変動することになり、溶融池の液面位置が低下すると、溶接ワイヤ(６)の先端と溶融金属の表面との距離が長くなることから、溶接電流値が低下してアークが不安定になり、最悪の場合には、アーク切れを起こすことになる。また、溶融池の液面位置が上昇すると、溶接電流値が増加することから入熱量が増大し、水冷式の冷却金属板(４)だけでは冷却不足になり、最悪の場合には、溶湯が溢れ出すことになる。

そこで、本発明では図６に示すように、開先空間(９)内で多角形状にウイービング移動する移動径路中で、外ダイヤフラム板(Ｄ)に形成されている開先形成面(15)に沿って移動する方向から冷却金属板(４)の表面(16)に沿って移動する方向への移動方向変換点(Ｋ)で溶接ワイヤ(６)に送給されている溶接電流を各溶接ヘッド(２)毎に計測し、その計測した溶接電流が予め設定されている電流変動幅を越えた大電流の場合には溶接ワイヤ(６)の供給速度を低下させるように制御し、計測した溶接電流が予め設定されている電流変動幅を越えた小電流の場合には溶接ワイヤ(６)の供給速度を増加させるようにそれぞれの溶接ユニットで単独で制御するようにしている。また、ウイービング移動する移動径路中での前記移動方向変換点(Ｋ)よりも一定距離だけ移動方向上手側の位置(Ｐ)で、溶接ワイヤ送給速度を標準速度に戻すように設定している。

図７は筒状ワーク(Ｗ)の外周にフランジ状ダイヤフラム板(Ｄ)を挿嵌配置し、筒状ワーク(Ｗ)の外周面とフランジ状ダイヤフラム板(Ｄ)の内周面部分に形成された開先端面及び冷却金属板(４)との間に形成される開先空間(９)を三角形状にウィービングする場合の片側を示し、図８はフランジ状ダイヤフラム板(Ｄ)の両面部分に筒状ワーク(Ｗ)の端面部分を当接配置し、フランジ状ダイヤフラム板(Ｄ)、筒状ワーク(Ｗ)、冷却金属板(４)及び裏当金(17)とで形成される開先空間(９)を台形状にウィービングする場合の片側を示している。そして、フランジ状ダイヤフラム板(Ｄ)の両側を同時に溶接するのであるが、ウィービングは対称に移動するように設定してある。

このように、溶接電流値の検出動作の前に、ワイヤ供給速度を標準速度に戻しておくことにより、常に標準溶接設定状態での溶接電流値を計測することになり、溶融池の液面高さに起因する溶接電流の増減を正確に検出することになる。

なお、溶接電流の計測点を、外ダイヤフラム板(Ｄ)に形成されている開先形成面(15)に沿って移動する方向から冷却金属板(４)の表面(16)に沿って移動する方向への移動方向変換点(Ｋ)としたのは、その個所での温度が常時安定しており、最も溶けにくい個所であることに由来する。

口径６００mm、肉厚１９mmの鋼管(筒型ワーク)に肉厚４０mmのダイヤフラム板を、標準溶接電流を３５０Ａ、ウィービング速度を６００mm／sec、ウィービングパターンを６０°の三角形として、許容高電流値を４４０Ａ、許容低電流値を２００Ａ、標準溶接ワイヤ供給速度を９.２ｍ／minに設定し、溶接ワイヤ送給速度を標準速度に戻す位置を移動方向変換点(Ｋ)の前２mmとしてエレクトロガス溶接で１パス溶接した。その際、検出した溶接電流が許容高電流値を越えた場合にはワイヤ供給速度を５.２ｍ／minに減少させ、検出した溶接電流が許容低電流値を越えた場合には、ワイヤ供給速度を１１.５ｍ／minに増大させるように制御した。

なお、上記の実施態様では筒状ワークの外周に外フランジ状ダイヤフラム板を配置したいわゆる柱貫通型のワークについて説明したが、フランジ状ダイヤフラム板の両面に筒状ワークを当接配置するいわゆる梁貫通型のワークでも本発明を適用することが出来る。

本発明は、柱貫通型鉄骨仕口や梁貫通型鉄骨仕口等、柱の外周面に複数のダイヤフラムガ突出する状態にエレクトロガス溶接する際に使用することができる。

溶接装置の概略側面図である。 溶接装置の要部概略平面図である。 溶接状態を示す概略斜視図である。 溶接部分を模式的に説明する正面図である。 溶接部分を模式的に説明する平面図である 溶接電流検出と溶接ワイヤ送給速度制御との関連を示すタイムチャートである。 開先部分を取り出した要部拡大図である。 異なる実施形態での開先部分を取り出した要部拡大図である。

符号の説明

１…ポジショナー、３…溶接トーチ、４…冷却金属板、６…溶接ワイヤ、９…開先空間、Ｗ…筒型ワーク、Ｄ…ダイヤフラム板、Ｋ…溶接電流計測点。

Claims (6)

1. 水平軸回りに回転可能な状態でポジショナー(１)に支持されている筒型ワーク(Ｗ)と、ダイヤフラム板(Ｄ)とをエレクトロガスアーク溶接で溶着するエレクトロガスアーク溶接方法であって、
   ダイヤフラム板(Ｄ)と筒型ワーク(Ｗ)との接合個所でダイヤフラム板(Ｄ)の両側に形成される開先空間(９)に溶接トーチ(３)から導出された溶接ワイヤ(６)をそれぞれ突入させて両側開先空間(９)を同時に溶接するように構成し、開先空間(９)に突入している両溶接ワイヤ(６)を開先形状に合せた多角形状にそれぞれウイービング作動させるように溶接トーチ(３)を作動制御し、このウィービング移動径路中の一点で溶接電流をそれぞれ計測すると共に、その溶接電流計測点よりもウィービング移動方向上流側での所定位置で溶接ワイヤ供給速度を標準供給速度に調整するようにし、計測した溶接電流が予め設定されている標準電流幅よりも大きい場合には溶接ワイヤ(６)の供給速度を低下させ、計測した溶接電流が予め設定されている標準電流幅よりも小さい場合には溶接ワイヤ(６)の供給速度を増加させるように各溶接トーチ(３)を単独で制御することを特徴とする多電極円周エレクトロガスアーク溶接方法。
2. 溶接電流の計測点が、多角形ウィービングでの冷却金属板(４)の表面に沿う方向に移動するための方向変換点(Ｋ)である請求項１に記載の多電極円周エレクトロガスアーク溶接方法。
3. 多角形ウィービングが三角形状ウィービングである請求項１または２に記載した多電極円周エレクトロガスアーク溶接方法。
4. 多角形ウィービングが台形状ウィービングである請求項１または２に記載した多電極円周エレクトロガスアーク溶接方法。
5. 溶接ワークが筒型ワーク(Ｗ)の外周にダイヤフラム板(Ｄ)を外嵌装着する柱貫通型のワークである請求項１〜４のいずれか１項に記載した多電極円周エレクトロガスアーク溶接方法。
6. 溶接ワークがダイヤフラム板(Ｄ)の両側面に筒型ワーク(Ｗ)の端部を当接させる梁貫通型のワークである請求項１〜４のいずれか１項に記載した多電極円周エレクトロガスアーク溶接方法。
   
   

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