JP4109911B2

JP4109911B2 - Multi-layer welding method

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Publication number: JP4109911B2
Application number: JP2002175174A
Authority: JP
Inventors: 昭慈今永; 光明羽田; 信雄柴田; 登志美佐藤; 清一豊田
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 2002-06-17
Filing date: 2002-06-17
Publication date: 2008-07-02
Anticipated expiration: 2022-06-17
Also published as: JP2004017088A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、寸法精度の悪い開先継手の厚板構造物の自動溶接に係わり、特に、多層盛溶接方法及び多層盛自動溶接装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
厚板構造物の多くは大型で長尺であり、加工コストの安いガス切断加工による開先継手が用いられている。開先継手には片面溶接が可能なＶ形やレ形もあるが、溶接歪みや残留応力などの低減に有効な両面溶接用のＸ開先継手が多く、そのＸ開先の角度は約５０〜７０度と広い。
【０００３】
ガス切断加工の開先継手は、寸法精度が悪く、開先部のギャップ変化が大きく、開先表面に段差があり、溶接線も蛇行し易い形状となっている。長尺の開先継手内にギャップのない接触部分を設ければ、溶接ワークの組立作業が容易となるが、溶接時に溶け込み不足となり易い。このようなギャップ変化の大きい開先継手の溶接は、一般に自動溶接が難しく、従来から手動溶接が多く行われており、溶接作業に多くの時間を要している。手動溶接には、一般にワイヤ溶融式の直流アーク溶接法が用いられ、スパッタの発生が伴う溶接作業となる。厚板長尺で角度の広いＸ開先継手は、表側から多層盛溶接を行った後に、裏側より表側の初層ビード面まで裏ハツリ加工（ガウジングやグラインダ加工）をして、裏側から完全溶け込み溶接の多層盛溶接をするため、一連の溶接作業に多大な時間を要すると共に、溶接で消費するワイヤ量も増大してコスト高となっている。
【０００４】
したがって、溶接の工数を低減し合理化するためには、開先を狭くし、裏ハツリを省略し、溶接の効率を高め、及び溶接を自動化する必要がある。まず、開先を狭くし、裏ハツリを省略できるようにするためには、深溶け込み溶接が可能な新たな溶接法の導入が必要である。その際に、溶け込み不足と入熱過多による溶接割れ（高温割れ）や溶け落ちを防止するために、適正な溶接施工技術を確立する必要がある。溶接を自動化するには、開先部のギャップ幅や開先面積などの開先形状寸法や溶接線の位置ずれの検出が可能なセンサが必要になる。ギャップ変化や開先面積変化に対応可能な溶接条件制御やトーチ位置制御の技術を確立する必要がある。この他、自動溶接を長時間保持するためには、トーチノズルへのスパッタ付着によるシールド低下を防止しなければならず、スパッタの発生が少ない溶接法が求められている。
【０００５】
一方、高い電流・電圧と低い電流・電圧を交互に出力させるワイヤ溶融式のパルスアーク溶接法は、通常の直流アーク溶接法と比べて、スパッタの発生が少なく、また、高溶着な溶接が可能であることから、自動車部品など薄板の溶接に多く適用されており、最近では厚板の溶接構造物にも適用されつつある。しかし、市販されているパルスＭＡＧ／ＭＩＧ溶接電源の大半は、パルス電流の出力値が高々５００Ａ程度であり、６００Ａを越えるような高電流のパルス溶接電源は極めて少ない。また、溶接母材の板厚や継手形状やワイヤの材質及び径によって、適用可能なパルス溶接波形及び溶接条件が異なるため、実際にスパッタが少なく、溶接欠陥がない溶接を実現するためには、対象製品の継手に合った適正なパルス溶接波形及び溶接施工条件を確立しなければならない。
【０００６】
自動溶接の従来技術として、一般に据付け型の溶接ロボットがある。溶接パス毎にティーチングしてプレイバック溶接するのは、手間と時間がかかるので、１品物の溶接には不向きである。また、溶接ロボットの可動範囲を超える大物製品や工場外の現地で組立溶接が必要な構造物の溶接は、実際にはできない。他の自動溶接の従来技術として、例えば、特公平４−７５１１４号公報の自動アーク溶接法では、溶接中にギャップ幅を検出しながら、そのギャップ幅の大きさに対応して溶接電流Ｉａを
「Ｉａ＝Ｉｏ−ｋ・Ｇ」
の関係式で増減制御し、また、この溶接電流Ｉａの大きさに応じてワイヤ送り速度Ｗｆを
「Ｗｆ＝Ａ・Ｉａ＋Ｂ・Ｉａ²」
の関係式で可変制御し、溶接電圧Ｅを
「Ｅ＝Ｅｌ＋Ｅａ＋Ｅｒ」
の関係式でそれぞれ可変制御している。
【０００７】
特公平４−７５１１５号公報には、溶接電流Ｉａ及びワイヤ送り速度Ｗｆの変化に対応して、ビード高さが一定に保たれるように、溶接速度Ｖｐを
「Ｖｐ＝Ｗｆ／［（α・Ｗｆｏ／Ｖｐｏ）＋β・（Ｉｏ−Ｉａ）］」
の関係式で可変制御している。
【０００８】
また、特開平３−４７６８０号公報の開先倣い制御装置では、開先内の形状を検出するレーザー変位センサと、開先左右端位置及びワイヤ先端位置の情報を検出するＩＴＶカメラと、これらの情報から溶接トーチの位置を演算する手段とを備え、左右方向の位置ずれを演算しトーチ位置を制御している。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
上記の特公平４−７５１１４号公報及び特公平４−７５１１５号公報の自動アーク溶接法は、ギャップ幅の変化に対して溶け込みを所望の目標値に保って自動溶接することが可能な１つの方法として有効と考えられる。しかし、実際に溶接電流（平均）を微小（数アンペア単位）に可変制御することは困難であり、また、溶接電圧及びワイヤ送り速度の微小制御も同様に難しく、過敏な制御で逆効果の動きとなって溶接を乱す可能性がある。また、対象板厚が１０mm程度のステンレス鋼で、開先角度も広く、表側１パスと裏側１パスの溶接であるため、充填層や仕上層溶接が必要な厚板継手の多パス溶接、材質が異なる継手の溶接には適用することは困難である。フラックス入りワイヤによる溶接では、ビード表面全体に形成されるフラックスの除去作業が必要となる。また、フラックス入りワイヤとソリッドワイヤとでは、ワイヤ溶融特性及び適正溶接条件が異なるばかりでなく、母材材質や継手形状やワイヤ材質などが異なると、それに適した溶接条件を新たに見出す必要がある。さらに、この自動アーク溶接法では、高速回転アーク溶接法が用いられており、通常の直流アーク溶接や高い電流と低い電流を交互に出力させるパルスアーク溶接と異なるものである。
【００１０】
特開平３−４７６８０号公報の開先倣い制御装置は、トーチずれ量を演算して左右方向のトーチ位置制御を行うことが可能な１つの装置として有効と考えられる。しかしながら、レーザ変位センサの場合は、開先内を走査するための回転ミラー機構や揺動機構を必要とし、装置が大型になるばかりなく、溶接速度が速くなると、検出する開先断面形状の歪みによって誤差が生じるおそれがある。また、光の強烈なアーク溶接画像と微光の開先切断画像を両立させるための特殊なフィルタや装置が必要となる。この開先倣い制御装置では、溶接中の電流・電圧，溶接速度などの条件パラメータ制御はなく、上下方向のトーチ位置制御についても記載されていない。
【００１１】
一方、特開平５−１３８３５４号公報の溶接自動倣い装置では、レーザスリット光による開先切断画像及び溶接トーチを含む溶融池のアーク溶接画像を同時に撮像するＩＴＶカメラと、このＩＴＶカメラの検出画像情報よりトーチ左右位置ずれ，ビード高さ，溶接断面積を求める演算手段とを設けて、トーチ左右位置を制御し、トーチ下端位置を制御し、溶接速度を制御している。しかし、開先部にギャップ変化がある開先継手に対しては、ギャップ幅の大きさに対応した高い溶接電流と低い溶接電流を出力する制御やウィービング幅を増減する制御を同時に行わないと、溶け込み不足，溶け落ち，アンダーカットが発生し良好な溶接ビードが得られない可能性が高い。また、開先が深いまたは広い継手の多層多パス盛溶接の場合は、撮像する画像の視野範囲を大きくする必要がある。その視野範囲の拡大に伴って、検出すべき位置や溶接断面積や形状の検出精度が著しく低下し、トーチ位置制御及び速度制御に大きな誤差が生じる可能性がある。開先底部の溶接から開先上部の溶接を行う過程で、アーク溶接画像が上昇していくので、レーザスリット光による開先切断画像がアーク溶接画像と重なり合って見えなくなって検出不可能となるおそれがある。
【００１２】
本発明者らは、特開平１０−２１６９４０号公報において、多層盛溶接方法及び多層盛溶接装置を提案したが、片面溶接が可能なＶ形やレ形の開先継手を主な対象としており、Ｘ開先継手ではなかった。したがって、Ｘ開先継手のギャップの幅が問題になることはなく、Ｘ開先継手に特有な溶け落ちや溶け込み不足の現象に悩まされることも相対的に少なかった。その結果、初層の溶接及び仕上層の溶接を充填層の溶接と区別し、特別に配慮する必要性も少なかった。したがって、特開平１０−２１６９４０号公報の多層盛溶接装置は、Ｘ開先継手に関しては「自動」溶接装置にはならず、作業員が制御する必要があった。
【００１３】
本発明の目的は、ギャップ変化や溶接線の蛇行など寸法精度の悪い開先継手の厚板構造物を対象に、ギャップ幅やビード幅の大きさに対応した溶接条件パラメータを可変制御し、トーチ位置ずれを修正制御し、完全溶け込みで高温割れなど溶接欠陥のない良好な溶接を実行するに好適な多層盛溶接方法及び多層盛自動溶接装置を提供することである。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記目的を達成するために、溶接すべき一対の厚板長尺部材を突合わせた継手部の溶接線内に複数の仮付け部分を有し、突合わせ部にギャップがある開先継手に対して、前記開先継手の溶接線方向に設置されたガイドレール上を走行し、ワイヤ溶融式の溶接トーチとトーチ駆動機構と開先部のギャップ幅，仮付けの有無，開先中心の左右及び上下位置ずれ量の少なくとも１つ以上を検出するセンサとを搭載した自走式の溶接台車と、パルス溶接電源と、溶接制御装置とを用いて多層盛溶接する多層盛溶接方法において、パルス溶接電源から出力すべき高電流の１パルスで１溶滴が低電流のベース時間前半に移行可能なパルス溶接波形を設定し、初層のパルス溶接で用いるギャップ幅範囲別の複数の平均電流群または電流群及び平均電圧群を条件テーブルに設定し、初層溶接を実行する時は、仮付けのない開先部分から検出したギャップ幅を用い、開先中心の左右及び上下位置ずれの検出情報に基づいて、ギャップ幅の大きさに対応した平均電流及び平均電圧を階段状に増減出力させ、前記ギャップ幅に関係する溶着面積，溶接速度，ウィービングの幅などの溶接条件パラメータを各々算出して増減し、溶接線左右及び上下方向の位置ずれをなくす方向にトーチ位置を修正制御する多層盛溶接方法を提案する。
【００１５】
特に、初層溶接動作時には、仮付けのない開先部分から検出したギャップ幅を正常値とし、仮付けのある開先部分から検出したギャップ幅は異常値と見なして削除し、または前記異常値の削除後に、前回検出した正常値のギャップ幅に変換して正常値と見なし、このギャップ幅の検出情報に基づいて、初層の溶接条件パラメータを各々算出して増減制御するとよい。
【００１６】
また、充填層のパルス溶接で用いるビード幅範囲別または開先肩幅別の複数の平均電流群または電流群及び平均電圧群または所定値の平均電流を条件テーブルに設定し、前記充填層の溶接を実行する時には、仮付けのない部分とある部分とで変化している残存の開先面積と、ビード幅または開先肩幅またはビード幅及び開先肩幅とを用い、開先中心の左右及び位置ずれ，上下位置ずれの検出情報に基づいて、ビード幅または開先肩幅の大きさに対応した平均電流及び平均電圧を階段状に増減出力させ、または所定値の平均電流及び平均電圧を出力させ、充填層で溶接すべき溶着面積，溶接速度，ウィービングの幅などの溶接条件パラメータを各々算出して増減し、溶接線左右及び上下方向の位置ずれをなくす方向にトーチ位置を修正制御する多層盛溶接方法とすることもできる。
【００１７】
仕上層のパルス溶接で用いる開先肩幅別の複数の平均電流群または電流群及び平均電圧群を条件テーブルに設定し、前記初層または充填層の溶接後に仕上層の溶接を実行する時には、センサの検出動作を停止して、前層溶接で検出及び制御に用いた検出記録データを再度用い、前記開先肩幅の大きさに対応した平均電流及び平均電圧を階段状に増減出力させ、仕上層で溶接すべき残存の溶着面積，溶接速度，ウィービングの幅などの溶接条件パラメータを各々算出して増減し、溶接線左右及び上下方向の位置ずれをなくす方向にトーチ位置を修正制御する多層盛溶接方法とすることもできる。特に、前記充填層と仕上層または仕上層の溶接を実行する時には、さらに開先表面の段差の検出情報を用い、前記段差の高い開先側の方向にトーチ位置を所定量シフト，ウィービングの停止時間を所定値長くするとよい。
【００１８】
また、前記厚板長尺部材の開先継手は、完全溶け込み溶接が必要なＸ開先継手であって、表側と裏側の各初層溶接は、深溶け込みが必要なギャップのない部分では、裏ビードの形成可能な高めの平均電流を出力させ、開先両壁面の溶融が必要なギャップ変化のある部分では、前記ギャップ幅が大きくなるに従って平均電流を予め定めた値ずつ減少するように出力させ、溶着面積の増加に必要な溶接速度を減少する制御と、溶接トーチのウィービング幅を増加する制御とを実行し、前記初層溶接後の充填層の溶接では、開先肩幅が大きくなるに従って平均電流を予め定めた値ずつ増加するように出力させまたは所定値の平均電流を出力させ、仕上層の溶接では、開先肩幅が大きくなるに従って平均電流を予め定めた値ずつ増加するように出力させ、前記充填層及び仕上層別にそれぞれ溶接すべき残存の溶着面積の増減計算に対応した溶接速度の増減制御と、溶接トーチのウィービング幅を増加する制御と、開先表面の段差が高い開先側のウィービング停止時間を予め定めた値だけ長くする制御とを実行する多層盛溶接方法とすることもできる。特に、開先角度の狭いＸ開先継手または開先角度の広いＸ開先継手の各溶接を選択可能とし、前記Ｘ開先継手の表側の初層溶接と、裏側の初層溶接と、初層溶接後の充填層の溶接と、仕上層の溶接とで各々出力すべきギャップ範囲別，開先幅範囲別の複数の平均電流群を溶接条件テーブルにそれぞれ設けるとよい。
【００１９】
上記いずれの多層盛溶接方法においても、開先部の断面形状画像を処理する画像処理装置に接続している光切断式センサを溶接トーチ前方の開先上面に設置し、溶接前に溶接開始点でトーチ先端のワイヤ位置決めとセンサ座標の基準原点とを合わせ、初層と充填層の溶接動作時には、前記画像処理装置と一対の光切断式センサとにより、溶接トーチより先行する位置でほぼ一定時間間隔で取得する断面形状画像を処理し、ギャップ幅，ビード幅，開先肩幅，開先深さ，角度，開先面積，開先表面の段差，開先中心の左右位置ずれ，上下位置ずれの値をそれぞれ検出し、検出したデータを溶接制御装置側で分類，異常値の削除及び平均化の処理をして用い、仕上層の溶接動作時には、センサの検出動作を停止して、前層溶接で検出した記録データを再度用い、初層と充填層及び仕上層の溶接パス毎に溶接すべき溶着面積，溶接速度，ウィービングの幅などの溶接条件パラメータを算出して増減制御し、溶接線左右及び上下方向の位置ずれを修正制御するとよい。
【００２２】
すなわち、本発明の多層盛溶接方法では、厚板長尺部材の開先部にギャップ変化や段差や溶接線の蛇行が伴う溶接構造物を対象に、高電流の１パルスで１溶滴が移行可能なパルス溶接波形と、溶接パス毎に画像処理装置と一対の光切断式センサで検出する開先部のギャップ幅，ビード幅，開先肩幅，開先面積，開先表面の段差，開先中心の左右位置ずれ，上下位置ずれの検出情報とに基づいて、ギャップ幅や開先肩幅の大きさに対応した平均電流及び平均電圧を出力すると共に、溶接条件パラメータの適正制御，トーチ位置の修正制御を溶接パス毎に実行するので、スパッタの発生が少ないパルス溶接が可能となる。また、開先部にギャップ変化や段差や仮付けや溶接線の曲がりがある長尺部材の開先継手であっても、溶接開始点から終点まで良好な溶接ビードが形成でき、初層から仕上層までの多層盛溶接を自動で実行でき、工数を低減し、溶接品質を高めることができる。特に、完全溶け込み溶接が必要なＸ開先継手であっても、表側及び裏側の初層溶接で、深溶け込みが必要なギャップのない部分では、裏ビードの形成可能な高めの平均電流を出力させてパルス溶接するので、欠陥のない深溶け込みの初層ビード断面を得ることができる。また、開先両壁面の溶融が必要なギャップ変化のある部分では、前記ギャップ幅が大きくなるに従って平均電流を予め定めた値ずつ減少するように出力させ、溶着面積の増加に必要な溶接速度を減少させる制御と、溶接トーチのウィービング幅を増加させる制御とをするので、アーク力が抑制されて溶け落ちやアンダーカットの発生を抑制でき、ギャップ変化のある部分も平滑で良好な溶接ビードを得ることができる。同時に、位置ずれに対するトーチ位置を修正制御し、溶接線の曲がりがある長尺部材の開先継手でも溶接線左右及び上下方向のトーチ位置ずれが解消でき、溶接ビードの形成不良を防止できる。
【００２３】
充填層のパルス溶接で用いるビード幅範囲別または開先肩幅別の複数の平均電流群または電流群及び平均電圧群または所定値の平均電流を条件テーブルに設定し、前記初層後の充填層の溶接を実行する時には、仮付けのない部分とある部分とで変化している残存の開先面積とビード幅または開先肩幅またはビード幅及び開先肩幅とを用いて、ビード幅または開先肩幅の大きさに対応した平均電流及び平均電圧を階段状に増減出力させ、充填層で溶接すべき溶着面積，溶接速度，ウィービングの幅などの溶接条件パラメータを各々算出して増減制御するので、開先幅の狭い部分も広い部分も同一のパス数で溶接できる。また、仕上層の溶接を実行する時には、センサの検出動作を停止して、前層溶接で検出及び制御に用いた検出記録データを再度用い、開先肩幅の大きさに対応した平均電流及び平均電圧を階段状に増減出力させ、仕上層で溶接すべき残存の溶着面積，溶接速度，ウィービングの幅や停止時間などの溶接条件パラメータを各々算出して増減し、溶接線左右及び上下方向の位置ずれをなくす方向にトーチ位置を修正制御するので、センサによる検出が困難な時でも、開先幅の狭い部分も広い部分も、また仮付けのある部分もない部分も同一のパス数で溶接できるばかりでなく、溶接線の曲がりやレールずれに対する左右及び上下方向のトーチ位置ずれが解消でき、溶着融合不良やアンダーカットのない平滑でほぼ均等な余盛高さの溶接ビードを得ることができる
さらに、本発明の多層盛自動溶接装置では、少なくとも高電流の１パルスで１溶滴を移行させるための直流パルス溶接波形が設定可能であって、パルス電流値または前記パルス電流を出力させるパルス電圧値とパルス時間の調整設定が可能であり、ベース時間及びワイヤ送り速度の可変制御によってパルス溶接の平均電流，平均電圧の増減制御が可能なパルス溶接電源を用いている。パルス溶接する時は、例えば、鋼材用の１.２mm 径のソリッドワイヤに給電するパルス電流値
Ｉｐを高めの５５０〜６５０Ａ、そのパルス時間Ｔｐを短めの１.８〜１.２ｍｓの範囲に設定し、高電流の１パルスで１溶滴が低電流のベース時間Ｔｂ前半に移行可能なパルス波形とし、ベース時間及びワイヤ送り速度の可変制御による平均電流Ｉａの増減制御を実行すると、小電流領域（平均）から大電流領域まで安定なアーク及び溶滴移行が得られ、スパッタの発生が少ない良好なパルス溶接が可能となり、アーク溶接時間，スパッタ除去作業，トーチノズル清掃回数を大幅に軽減できる。
【００２４】
光切断式センサは、開先断面形状の画像を処理する画像処理装置と一対であって、少なくとも開先面を直角に切断する垂直方向にスリット光を照射するレーザ投光器と、干渉フィルタを介してスリット光の反射像を撮像する受光器とをセンサ筐体内に装備している。その光切断式センサは、溶接トーチより先行する開先上面で断面形状画像の撮像が可能であると共に、溶接台車に搭載されている左右及び上下方向に移動可能な溶接トーチと独立させた位置の溶接台車本体に設けると、溶接線左右方向に揺動させる溶接トーチの動きに影響を受けることなく、開先上面の位置で揺れのない断面形状画像を正常に抽出できる。また、この断面形状画像を処理して開先中心の左右位置ずれ，上下位置ずれ，ギャップ幅，ビード幅，開先肩幅，開先深さ，角度，開先面積及び開先表面の段差などを検出する検出手段を画像処理装置に設けると、検出情報が得られ、その検出情報を制御装置側で取得して分類，異常値の削除及び平均化などの処理をして溶接の制御に用いることが可能となる。検出データ処理手段と、溶接条件の出力や計算処理で使用する溶接データファイルと、位置ずれの修正量や溶接条件パラメータの増減量を算出して制御する溶接処理手段を溶接制御装置に設けると、検出データの分類及び平均処理と溶接線左右及び上下方向の位置ずれをなくすためのトーチ位置の修正制御と溶接すべき溶着面積，溶接速度，ウィービングの幅や停止時間などの溶接条件パラメータの適正制御が可能となり、開先部にギャップ変化や段差や溶接線の曲がりがある長尺部材の開先継手であっても、溶接開始点から終点まで平滑で欠陥のない良好な溶接ビードが形成でき、初層から仕上層までの多層盛溶接が自動で実行でき、溶接を合理化し、工数を低減し、溶接品質を高めることができる。
【００２５】
溶接対象の任意寸法の開先継手に対して、溶接前にその開先形状寸法や溶接の基準条件の入力情報を基にして、多層盛溶接で必要なパス数やパス毎のトーチ位置及び溶接条件を演算及び演算結果の画面表示をすると、任意寸法の多層盛溶接の計画や演算結果の事前把握が可能となり、確定後の演算結果の溶接データを用いて溶接パス毎のトーチ位置及び溶接条件の指令や基本的な溶接動作が可能となる。トーチ位置決めとセンサ座標原点合わせの設定及び結果表示の画面を設けると、溶接前に必要な初層溶接開始点でのトーチ（ワイヤ先端）位置決めとその位置座標の取得及び記憶，センサ座標原点合わせを容易に実行できる。溶接線長さを設定表示させると、溶接の開始点から終了点に到達した位置で溶接動作を終了させることができる。溶接実行中の情報をリアルタイムで表示する画面を設けると、制御されているトーチ現在位置，出力中の溶接条件，検出データを表示画面で視認できる。装置異常や溶接異常が生じた時にその警告表示をすると、溶接動作の強制終了処理、異常回避の操作などを容易に実行でき、装置の操作性及び使い勝手を高めることができる。
【００２６】
【発明の実施の形態】
次に、図１〜図２１を参照して、本発明による多層盛溶接方法及び多層盛自動溶接装置の実施形態を説明する。図１は、本発明による多層盛溶接方法を採用した多層盛自動溶接装置の一実施形態の構成を示す斜視図である。図２は、図１に示した多層盛自動溶接装置における溶接制御装置１１の内容構成の一例を示すブロック図である。
【００２７】
図１において、一対の厚板長尺部材を突合わせた溶接ワーク１ａ，１ｂは、多層盛溶接が必要なＸ開先継手である。溶接ワーク１ａ，１ｂは、コストが安いガス切断加工法により、事前に開先面を加工し、その開先面同士を突合わせてＸ開先継手を組立てている。このため、加工面の寸法精度や組立てが悪く、溶接すべき継手の長手方向には、開先部２にギャップ変化がある部分とない部分が混在しており、溶接線も曲がりが生じている。長手方向の溶接ワーク１ａ上に設置されたガイドレール３は、溶接台車４の走行を案内する。自走式の溶接台車４には、ワイヤ溶融式の溶接トーチ６と、ワイヤリール７に巻かれている溶接ワイヤ５を溶接トーチ６先端へ送給するワイヤ送り機構８と、溶接トーチ６を左右・上下方向に任意移動できるトーチ駆動機構９と、開先部２の断面形状を撮像する光切断式センサ１０とを搭載している。
【００２８】
光切断式センサ１０は、溶接トーチ６より所定距離だけ先行する独立した位置の溶接台車４本体に設置しているため、溶接線左右に揺動（ウィービング動作）させる溶接トーチ６の動きに影響を受けることなく、開先上面の位置で揺れのない開先部の断面形状画像を正しく抽出できる。画像処理置２２は、この断面形状画像を取込み画像処理し、自動溶接の制御で必要な開先中心の左右位置ずれ，上下位置ずれ，開先部２のギャップ幅またはビード幅，開先肩幅，角度，開先面積，開先表面の段差などの情報を検出する。溶接制御装置１１は、溶接台車４の駆動を制御し、パルス溶接電源１２ａの出力を制御し、光切断式センサ１０と一対の画像処理装置２２に検出を指令して検出データを情報処理し、溶接トーチ６位置及び溶接条件を制御し、構成機器を統括管理する。
【００２９】
パルス溶接電源１２ａは、溶接ワイヤ溶融のための高いパルス電流と低いベース電流を交互に繰り返し出力する定電流制御方式または定電圧制御方式または両方併用制御方式のパルス溶接電源であり、溶接トーチ６先端に送給するワイヤ５と溶接ワーク１ａ，１ｂとの間に給電する。パルス溶接電源１２ａは、少なくとも高電流の１パルスで１溶滴を移行させるための直流パルス溶接波形が設定可能であり、パルス電流値またはこのパルス電流を出力させるパルス電圧値とパルス時間の調整設定が可能である。また、パルス溶接の平均電流の出力制御は、ベース時間及びワイヤ送り速度の可変制御によりなされる。
【００３０】
溶接中のシールドガスは、パルス溶接電源１２ａ及びトーチケーブル介してガスボンベ１６から供給される。ガスボンベ１６は、鋼材溶接の場合、Ａｒガスを主成分とする１０〜３０％程度のＣＯ₂ ガス入りの混合ガスボンベである。Ａｒ＋ＣＯ₂ 混合ガスの代わりに、例えば数％のＯ₂ を加えたＡｒ＋ＣＯ₂＋Ｏ₂の混合ガスやＡｒ＋Ｏ₂ の混合ガスを使用することも可能である。配線ケーブル１３は、パルス溶接電源１２ａと溶接トーチ６及びワイヤ送り機構８を接続しており、配線ケーブル１４ａ，１４ｂは、溶接制御装置１１と溶接台車４，光切断式センサ１０，パルス溶接電源１２ａを接続している。
【００３１】
図２において、操作盤１５ａは、自動運転に必要な初期設定，開先部２の形状寸法，基本溶接条件を入力設定する。画面表示装置１５ｂは、溶接データファイル作成時の入力と演算結果とを表示し、自動溶接時に必要な溶接トーチ位置，溶接条件，センサの検出情報を表示し、その他、自動運転時に必要な情報を表示する。統括制御装置１７はパソコンなどからなり、任意形状寸法の開先部２の多層盛溶接に必要なパス毎の溶接位置や溶接条件を予め決定して登録しておく溶接データファイル１８ｂを自動作成する溶接演算プログラム１８ａと、溶接データファイル１８ｂと画像処理装置２２より取得する検出データとに基づき、溶接パス毎の制御及び多層盛溶接を自動実行する自動運転プログラム１９と、自動溶接で必要な溶接位置演算制御部２０ａ，溶接条件演算制御部２０ｂ，溶接中のデータを記録する制御データ記録ファイル２１ａ，検出データ記録ファイル２１ｂなどを備えている。操作ペンダント２４ｂは、各軸駆動装置２４ａを介して、溶接台車４や溶接トーチ６の移動操作，溶接条件の設定修正の操作に用いられ、溶接前に溶接トーチ６を開始点へ移動させてトーチ（ワイヤ）位置決めし、溶接中に不具合が生じた時にトーチ位置や溶接条件の割込み修正，溶接停止などができるようにする。
【００３２】
図３は本発明の多層盛溶接方法において、スパッタの発生を抑制するためのパルスアーク溶接の電圧・電流波形及びワイヤ先端の溶滴移行の概要を示す図である。横軸の時間に対する縦軸には、定速送りのワイヤ，パルス電圧の波形，パルス電流の波形，ワイヤ溶滴の形成と移行の概要を示している。
【００３３】
本発明においては、定速送りのワイヤに同期させて、パルス溶接電源１２ａより高いパルス電流Ｉｐ・電圧Ｖｐと低いベース電流Ｉｂ・電圧Ｖｂを交互に出力させるか、または直流の低いベース電流Ｉｂ・電圧Ｖｂに高電流のパルス電流Ｉｐ・電圧Ｖｐのパルス波形を重畳して出力させる。このパルス電流Ｉｐ・電圧Ｖｐの期間Ｔｐ中に、溶融させたワイヤ５先端に溶滴２６を形成させ、パルス期間Ｔｐ終了後のベース電流Ｉｂ・電圧Ｖｂの期間Ｔｂ前半に、ワイヤ溶滴２６を母材２９側の溶融プール２７へ離脱移行させる１パルスで１溶滴移行が可能な適正パルス溶接波形を出力させる。ワイヤ溶滴２６の移行時に短絡移行が生じない程度のアーク２５長を保持するように溶接平均電圧Ｅａを出力させてパルスアーク溶接するので、スパッタの発生を防止でき、良好な溶接ビードを形成できる。
【００３４】
なお、アーク２５長が短かすぎてワイヤ先端の溶滴２６が短絡移行（アーク消滅）してアーク再点弧する時や、ピーク時間が長すぎてアーク力の強いパルス電流Ｉｐの期間Ｔｐ中に溶滴２６が離脱移行する時には、溶滴２６の一部がスパッタ２８となって飛散する。そのスパッタの一部がトーチノズルに付着して堆積すると、ガスシールドの低下による溶接欠陥の発生に至る。
【００３５】
角度の狭いＸ開先継手の溶接では、特にギャップのない部分で裏側まで溶融する深溶け込みと溶接割れ防止が必要であるために、パルス電流Ｉｐ値の出力が高い溶接波形を採用している。例えば、鋼材用の１.２mm 径のソリッドワイヤに給電すべきパルス電流Ｉｐを高めの５５０〜６５０Ａ、そのパルス時間Ｔｐを短めの１.８〜１.２ｍｓの範囲に設定して、高電流の１パルスで１溶滴をベース時間前半に移行可能としている。パルス電流Ｉｐ値が５５０Ａ未満の溶接電源では深溶け込み溶接が得られなかった。また、６５０Ａを遥かに越えるような溶接電源はトランス容量が増大することになるので好ましくない。パルスアーク溶接での平均電圧Ｅａと平均電流Ｉａは、
「Ｅａ＝（Ｖｐ・Ｔｐ＋Ｖｂ・Ｔｂ）／（Ｔｐ＋Ｔｂ）」
「Ｉａ＝（Ｉｐ・Ｔｐ＋Ｉｂ・Ｔｂ）／（Ｔｐ＋Ｔｂ）」
で示される。
【００３６】
平均電流Ｉａは主にベース時間Ｔｂを増減させて可変制御する。ワイヤ送り速度Ｗｆは、その平均電流Ｉａとほぼ比例関係にあるので、同調させて増減し、その溶接中にワイヤ溶滴２６が短絡移行しない程度のアーク長２５を保持するように平均電圧Ｅａを調整すればよい。また、定電圧制御方式のパルス溶接電源を使用する場合は、パルス電圧Ｖｐ及びベース電圧Ｖｂの設定によって上記のパルス電流Ｉａ及びベース電流Ｉｂを出力させればよい。このように制御すると、小電流（平均）領域から大電流領域までスパッタのないパルス溶接を良好に実行できる。ここでは、矩形波のパルス波形で説明したが、台形波状，鋸形波状のパルス波形でもよい。
【００３７】
図４は、鋼材板厚Ｔ＝３２mmのＸ開先継手で、角度が６０度と３５度における多層盛溶接を示す図である。角度が６０度と広い従来開先の場合（１）は、表側４パス裏側４パス溶接であるのに対して、角度を３５度に狭くして開先面積を小さくすると、図４（２）に示すようにパス数の少ない表側３パス裏側３パス溶接が可能となる。図中に記載の番号は溶接のパス番号であり、記号のＴは板厚、Ｈは表側の開先深さ、ｈ１は１パス目溶接の初層ビード高さである。
【００３８】
図５は、図４（２）に示した多層盛溶接における下向き姿勢での各パス毎の溶接手順を示す図である。（１）は表側初層の１パス目溶接Ｓ１、（２）は充填層で２パス目溶接Ｓ２、（３）は仕上層で３パス目溶接Ｓ３である。また、（４）は溶接ワークを反転した後の裏側初層の４パス目溶接Ｓ４、（５）は充填層で５パス目溶接Ｓ５、（６）は裏側最後の仕上層で６パス目溶接のビード断面をそれぞれ示している。立て向き上進姿勢や横向き姿勢の場合には、溶接ワークの反転作業が不要となり、下向き姿勢溶接の時より平均電流・電圧を減少させて充填層及び仕上層を溶接することになる。
【００３９】
図６は、本発明の溶接方法で初層溶接の条件を制御する状況を示す図である。上段は開先部ギャップ検出画像、そのギャップ幅の大きさ（Ｇ＝０，Ｇ＝５mm）に対応したパルス電流波形，溶接ビード断面を中央に示し、下段にはギャップ幅Ｇに対応した平均電流Ｉａと溶接速度Ｖｐと平均電圧Ｅａとワイヤ送り速度とウィービング幅Ｕｗとの関係を示している。すなわち、深溶け込みが必要なギャップのない部分及びその近傍では、平均電流Ｉａが高い約３００Ａを出力させると共に、それに比例関係にある適正な平均電圧Ｅａを出力させる。平均電流Ｉａが高いと、ワイヤ送り速度（溶融速度）Ｗｆが速くなるために、溶接速度Ｖｐを速くして溶接すべき溶着面積（ワイヤ溶着面積）を減少させる。ギャップ幅が大きくなるに従って、平均電流Ｉａを階段状に予め定めた値（例えば２０〜４０Ａ程度）ずつ減少させてアーク力を弱めると共に、それに適した平均電圧Ｅａ及びワイヤ送り速度Ｗｆを出力させ、ウィービング幅を増加させる。溶接速度Ｖｐについては、ギャップ幅が大きくなるに従って溶接すべき溶着面積Ｓ１（溶着量）を増加させる必要があるため、溶接速度Ｖｐをギャップ幅に応じて減少させる。
【００４０】
図７及び図８は、本発明の溶接方法で充填層及び仕上層の溶接条件を制御する状況を示す図である。初層溶接後の充填層の溶接では、残存している開先面積Ａｓ，ビード幅Ｂｓ，開先肩幅Ｗｓの検出情報を用いる。平均電流Ｉａは初層溶接時より低めであり、ギャップ幅と関係のある開先肩幅Ｗｓ（ギャップなし時のＷｏ＋Ｇ）が大きくなるに従って、階段状に予め定めた値（例えば２０〜４０Ａ程度）ずつ増加させ、ウィービング幅も増加させている。その平均電流Ｉａと比例関係にある適正な平均電圧及びワイヤ送り速度を出力させ、融合不良の防止と開先両壁の溶融を促進している。溶接速度は、開先面積及び開先肩幅の大きさによって増減する溶着面積に対応するように増減させている。
【００４１】
一方、仕上層の溶接では、センサによる開先形状検出が困難となるため、その検出動作を停止して、前層溶接で検出した記録データを再度用い、溶接すべき残存の溶着面積，平均電流，溶接速度，ウィービング幅などの溶接条件パラメータをそれぞれ算出して増減出力している。さらに開先表面の段差ｋｓの情報を用いて、この段差ｋｓの高い開先側の方向にウィービングの停止時間を長く、トーチ位置を所定量シフトさせるとよい。このように増減制御することにより、開先面積や開先肩幅が変化するまたは開先表面に段差のある開先継手であっても、開先上面の余盛高さがほぼ均等で溶け込みが良好でアンダーカットのない溶接ビード断面を得ることができる。
【００４２】
図９は、図３に示したパルス溶接及び図６〜図８に示したパス毎の多層盛溶接とにおける平均電流Ｉａとワイヤ送り速度Ｗｆ及び平均電圧Ｅａとの関係を示す図である。両者の間には比例増加する関係の特性を有しており、下記の（１）式及び（２）式で表わせられる。ｋ₁，ｋ₂はワイヤ定数、ｋ₃，ｋ₄は電圧定数である。
【００４３】
ワイヤ送り速度：Ｗｆ＝ｋ₁・Ｉａ＋ｋ₂ …（１）
平均電圧：Ｅａ＝ｋ₃・Ｉａ＋ｋ₄ …（２）
図１０は、角度が３５度で狭いＸ開先継手（板厚：３２mm）における初層溶接で重要な開先部のギャップ幅Ｇと平均電流Ｉａとの関係を示す図である。図１０の○印の部分が溶け込みの良好な適正領域であり、ギャップ幅が大きくなるに従って、その適正領域は、概ね階段状に低電流側へ移行する結果となっている。特に、ギャップのない（Ｇ＝０）部分の溶接では、約３００Ａ前後の平均電流で裏側まで溶け込む溶接が可能である。しかし、約３３０Ａを越える高電流領域ではワイヤ溶融量の増加によって溶接ビードが高く(ビードの高さと幅の比が大きい)なり、また、溶接速度を増減させても溶接による高温割れ（◆印）が発生し易い。約２７０Ａ未満の電流領域ではアーク力及び溶接入熱の不足によって裏側まで溶かすことができずに溶け込み不足（▲印）となる。ギャップ幅１mm以上の領域では、高温割れの問題がなくなるが、平均電流及び溶接入熱が高すぎると溶け落ち（●印）やアンダーカットが生じる。その平均電流及び溶接入熱が低すぎると溶け込み不足（▲印）が生じることになる。したがって、溶け良好な適正領域は両者の中間に存在することが分かり、開先角度が３０〜４０度のＸ開先継手で適用可能である。ギャップ幅が広い部分での溶け落ちを確実に防止する一つの手段として、裏側の開先継手内にセラミックス性の裏当て材を設ければよい。
【００４４】
図１１は、ギャップなしのＸ開先継手で溶接速度Ｖｐと平均電流を変化させて初層溶接をした結果を示す図である。溶け込みの良好な適正領域は、溶接速度
Ｖｐが５００mm／min 前後及び幾分遅い領域、平均電流Ｉａが２７０Ａ≦Ｉａ≦３３０Ａの範囲の部分に存在することが分かった。
【００４５】
図１２はＸ開先の深さＨが１６mm、角度θが３５度の継手溶接におけるギャップ幅Ｇと開先面積［Ａｓ＝Ｈ²・tan(θ／２)＋Ｈ・Ｇ］、初層の溶着面積Ｓ１及びビード高さの関係を示す図である。溶着面積Ｓ１を増大させる制御をすると、図４（２）及び図５に示したように初層のビード高さｈ１を約８.５±１mm 範囲に形成できる。この初層溶接後に残存する面積は、図７及び図８に示した充填層と仕上層の溶接とで開先表面まで均等に盛り上げることができる。
【００４６】
したがって、ここでは、ギャップが０（Ｇｏ）の時の基準面積Ｓｏと、センサ側から順次取得する検出データを分類してそれぞれ平均化処理したギャップ幅
Ｇｓ値またはギャップ幅Ｇｓと開先角度θｓ両方の値を用いて、溶接すべき溶着面積Ｓ１を（３）式かまたは（４）式より求めるようにしている。ｋ₅ はギャップ重み定数、ｋ₆ は角度重み定数、θｏは標準角度である。また、その溶着面積Ｓ１に必要な溶接速度Ｖｐ(mm／min）は、平均電流Ｉａと相関関係のあるワイヤ送り速度Ｗｆ(mm／min）及びワイヤ径ｄ（mm）とから求めることができ、（５）式で示される。ηはワイヤ溶着定数である。
【００４７】
初層の溶着面積：
Ｓ１＝Ｓｏ＋ｋ₅・(Ｇｓ−Ｇｏ） …（３）
Ｓ１＝Ｓｏ＋ｋ₅・（Ｇｓ−Ｇｏ）＋ｋ₆・tan(θｓ−θｏ） …（４）
溶接速度：
Ｖｐ＝（１０³・ｄ²・π・η・Ｗｆ）／（４・Ｓ１） …（５）
この他に、ギャップ幅が１mm以上の領域では開先面両壁の溶融促進と溶け落ち防止を図る必要があるため、溶接トーチを溶接線方向の左右に揺動させるウィービング制御をしている。ギャップ幅Ｇｓの大きさ及び溶接速度Ｖｐに対応したウィービング幅Ｕｗやウィービング周波数ｆｗの増減制御［例えばＵｗ＝Ｇｓ−ｋ₁₀，ｆｗ＝Ｖｐ／(６０・Ｐｕ)］をする。ｋ₁₀はウィービングの幅定数、Ｐｕは一往復のピッチである。このようにしてギャップ幅の大きさに対応させて溶接条件パラメータの制御をすると、図６〜図８の各中央にそれぞれ示した溶接ビード断面のように良好な溶接部を得ることができる。
【００４８】
図１３は、開先角度が３０〜４０度のＸ開先継手の多層盛溶接を対象に、表側の初層溶接と裏側の初層溶接、表側と裏側の充填層及び仕上層の溶接でそれぞれ出力する平均電流Ｉａの溶接条件テーブルの一実施例を示す図であり、図６〜図８に示した初層，充填層及び仕上層の各溶接の条件制御に用いている。裏側の初層溶接を行う時には、表側溶接が完了済みで溶け落ちの可能性がないので、ギャップの広い部分でも高めの平均電流を出力させて能率良く確実な完全溶け込みを得るようにしている。表側と裏側の初層溶接では、それぞれギャップ幅範囲別に設定した各々の平均電流を選択して出力させ、その平均電流Ｉａに適したワイヤ送り速度Ｗｆ及び平均電圧Ｅａを前記の（１）（２）式で計算する。
【００４９】
また、表側または裏側の充填層，仕上層の各溶接を行う時には、ギャップと関係のある開先肩幅範囲別の平均電流Ｉａを選択して出力させる。一定値の平均電流を出力させるように設定することも可能である。そして、溶接中にほぼ一定時間間隔でセンサ側より検出される開先面積（残存面積）Ａｓと開先肩幅Ｗｓまたはビード幅Ｂｓまたは前記開先肩幅及びビード幅とを用いて、溶接すべき残存の溶着面積Ｓｐ，溶接速度Ｖｐ，ウィービング幅Ｕｗなどを算出して増減制御する。同時に、開先表面の段差ｋｓを用いて、段差の高い開先側の方向にトーチ位置をシフト，ウィービングの停止時間を長くするとよい。
【００５０】
ここでは、溶接パスプラン演算で求めたギャップ０時の充填層及び仕上層での基準面積ＳＧｏ及び最小開先肩幅Ｗmin と、検出データの開先肩幅Ｗｓを平均化Ｗｓ＝（Ｗｓ１＋Ｗｓ２＋…＋Ｗｓａ）／ａ
した値を用いて、開先肩幅の変化に対応した溶接すべき溶着面積Ｓｐを（６）式で求めている。ｋ₇ はビード幅重み定数である。或いは開先面積Ａｓと開先肩幅Ｗｓの検出値を用いて、残されている溶接面積［Ａｓ＋ｋ₈・（Ｗｓ＋ｋ₉）］を残りのパス数（ｐ−ｎ）で割算する（７）式によって開先面積の変化に対応した溶着面積Ｓｐを求めることができる。ｋ₈ は余盛り高さ、ｋ₉ は仕上ビード幅定数である。この時の溶接速度Ｖｐは（８）式で求められる。
【００５１】
充填／仕上層の溶着面積：Ｓｐ＝ＳＧｏ＋ｋ₇・（Ｗｓ−Ｗmin） …（６）
Ｓｐ＝［Ａｓ＋ｋ₈・（Ｗｓ＋ｋ₉）］／（Ｐ−ｎ） …（７）
溶接速度：Ｖｐ＝（１０³・ｄ²・π・η・Ｗｆ）／（４・Ｓｐ） …（８）
このように計算処理して、溶接条件パラメータをリアルタイムで制御すると、図５に示した溶接パス毎のビード断面のように、良好な溶接部を得ることができる。溶接条件テーブルには、各々の平均電流とその電流に適した各平均電圧Ｅａの両方を編集可能な溶接条件テーブルにして、開先部のギャップや開先肩幅の検出情報に基づいて切り換え出力できるようにしてもよい。このように溶接条件テーブルを事前に準備すると、図６〜図８に示したように溶接条件パラメータを可変制御できる。
【００５２】
一方、対象製品によっては、Ｘ開先継手の開先角度を狭くするができずに、これまでと同様の広い開先角度のままで自動溶接したい要求もあり、これに対応できるようにする必要がある。図１４は、開先角度が５５〜６５度のＸ開先継手の多層盛溶接を対象に、表側の初層溶接と裏側の初層溶接、表側と裏側の充填層及び仕上層の溶接でギャップ幅範囲別及び開先肩幅範囲別に各々出力する平均電流Ｉａの溶接条件テーブルの一実施例を示す図である。開先角度が広いＸ開先継手の場合は、狭いＸ開先継手の初層溶接の時と比べて溶融し易いので、ギャップ幅範囲別に低めの平均電流を設定している。充填層と仕上層の各溶接で用いる開先肩幅範囲別の平均電流は、図１４に示した開先角度の狭い溶接の時と同程度の値を設定している。これらの各値は必要に応じて変更できるようにすればよい。このような溶接条件テーブルを用いると、開先角度の広いＸ開先継手の多層盛溶接が可能となる。
【００５３】
図１５は、鋼材板厚Ｔ＝２０mm、開先角度が６０度のＸ開先継手で、表側２パス及び裏側２パスが必要な多層盛溶接における初層溶接の条件を制御する状況を示す図である。上段は開先部のギャップＧ，開先肩幅Ｗｓ，開先面積Ａｓ，段差ｋｓなどの検出画像、中央にはギャップ幅の大きさ（Ｇ＝０，Ｇ＝５mm）に対応したパルス電流波形，溶接ビード断面を示し、下段にはギャップ幅Ｇに対応した平均電流Ｉａと溶接速度Ｖｐと平均電圧Ｅａとワイヤ送り速度Ｗｆ及びウィービング幅Ｕｗとの関係を示している。初層で溶接すべき溶着断面積Ｓ１は、ギャップが０（Ｇｏ）の時の基準面積Ｓｏを調整した（３）式で求め、また、ワイヤ送り速度Ｗｆと平均電圧Ｅａ及び溶接速度Ｖｐは、（１）（２）（５）式でそれぞれ求めて増減させている。
【００５４】
初層と仕上層とからなる２パス溶接の場合、初層後の仕上層で溶接すべき残存の溶着面積Ｓ２は、充填層がないため、初層溶接時に検出し記録した開先面積
Ａｓと開先肩幅Ｗｓとより算出する溶接面積［Ａｓ＋ｋ₈・（Ｗｓ＋ｋ₉）］から、既に溶接済みの溶着面積Ｓ１を除いた値となり、（９）式で求められる。また、その時の溶接速度Ｖｐは（１０）で求められる。
【００５５】
充填層のない仕上層の溶着面積：
Ｓ２＝［Ａｓ＋ｋ₈・（Ｗｓ＋ｋ₉）］−Ｓ１ …（９）
溶接速度：Ｖｐ＝（１０³・ｄ²・π・η・Ｗｆ）／（４・Ｓ２）…（１０）
この仕上層の溶接を実行する時には、センサの検出動作を停止して、前層の初層溶接で検出及び制御に用いた検出記録データを再度用い、図１４に示した開先肩幅範囲別の平均電流Ｗｓを出力させ、溶接すべき残存の溶着面積Ｓ２，溶接速度Ｖｐ，ウィービング幅Ｕｗ（例えばＵｗ＝Ｗｓ−Ｋ₁₂）などを算出して増減制御する。同時に、開先表面の段差ｋｓを用いて、段差の高い開先側の方向にトーチ位置をシフトさせ、ウィービングの停止時間を長くするとよい。
【００５６】
裏側の初層と仕上層の２パス溶接も、表側の溶接の時と同様に算出して増減制御すればよい。また、開先角度が狭いＸ開先継手の２パス溶接の場合も同様に算出して増減制御すればよい。このように計算処理して、溶接条件パラメータをリアルタイムで制御すると、ギャップ変化や段差があっても、また、角度の広い開先の溶接や角度の狭い開先の溶接であっても、同一の所定パス数で開先表面にアンダーカットのない完全溶け込みの溶接ビード断面を得ることができる。
【００５７】
一方、板厚などの寸法が異なる各々のＸ開先継手に対しても自動溶接ができるようにする必要があるため、ここでは、入力すべき開先寸法と図１３及び図１４に示した平均電流の条件テーブルに基づいて、溶接開始点での基準となる溶接パス数やパス毎のトーチ及び溶接条件を溶接演算プログラム１８ａによって演算するようにしている。図１６は、溶接データ演算結果の表示例を示す図である。その演算方法は省略するが、溶接パス毎のトーチ位置の目標値，溶接条件，積層ビードの幅や高さが分かるようになっている。
【００５８】
次に、本発明の溶接制御で使用する光切断式センサによる検出方法の概要について説明する。図１７は、光切断式センサ１０と関連機器の構成を示す斜視図である。光切断式センサ１０は、溶接トーチ６より先行する開先部２の上部位置にあり、その開先部２を直角に切断する垂直方向にスリット状の光３１ｂを照射するレーザ投光器３１ａと、その反射像を干渉フィルタ３２ｂを介して撮像するカメラ３２ａを備えている。干渉フィルタ３２ｂは特定波長のレーザ光のみを抽出する。２３は投光受光制御器であり、レーザ投光器３１ａとカメラ３２ａを制御すると共に、撮像された光切断画像を画像処理装置２２に送信する。画像処理装置２２は、自動溶接を行う時に必要な開先中心の左右位置ずれΔＹｓ，上下位置ずれΔＺｓ，開先肩幅Ｗｓ，開先面積Ａｓ，開先表面の段差ｋｓ，ギャップＧｓ，ビード幅Ｂｓなどの検出情報を抽出する溶接検出プログラムを内蔵しており、統括制御装置１７からの検出指令と検出結果の報告要求に応答する。光切断式センサ１０の筐体部分は、過熱を防止する水冷構造、支障のある微粒子の侵入を防止するガス流出構造になっており、溶接トーチ６と独立した位置の溶接台車４に固定されている。
【００５９】
図１８は溶接前に行うトーチ位置（ワイヤ先端位置）座標の原点とセンサ座標の原点の位置基準合わせを示す図である。溶接台車４を駆動して溶接トーチ６を溶接開始点に移動し、図１８（２）に示したようにワイヤ５先端を開先部２の中央部にあるギャップＧの中心位置（●点）に合わせ、そのワイヤ位置を溶接位置座標の原点（Ｙｐ＝０，Ｚｐ＝０）とする。センサ側では、図１８（１）に示したように光切断式センサ１０の設置位置で撮像される開先断面の線画像３３を画像処理装置２２で処理し、ギャップＧｓの中央位置（●点）を検出し、その検出位置をセンサ座標の原点（Ｙｓ＝０，Ｚｓ＝０）として、左右及び上下方向のトーチ位置ずれを（ΔＹｓ＝０，ΔＺｓ＝０）する。初層溶接の時には、開先肩幅の中心位置を他のセンサ座標の原点（Ｙｓ＝０，Ｚｓ＝０）として使用することも可能である。溶接の終了位置については、開始点からの溶接線長さ(溶接距離)を入力設定することで、所定の位置で溶接動作を終了させることができる。他の方法として、例えば溶接の終了位置を検知する検知スイッチを溶接台車側かガイドレール側か溶接母材側に設置すると、所定の位置で溶接動作を終了させることができる。
【００６０】
図１９は、画像処理装置２２と一対の光切断式センサ１０で検出する内容を示す図である。光切断式センサ１０で撮像される開先断面の線画像（３３ａ〜ｆ）を画像処理装置２２に取込んで検出項目を抽出する。例えば、開先肩幅Ｗｓは、左右上面の線画像３３ｆ，３３ａと左右の開先斜面の線画像３３ｄ，３３ｂが各々交わる交点（ｄ点とｃ点を結ぶ長さ）の距離で求められる。ｃ点とｄ点の高さ変化が左右の段差ｋｓであり、このｃ点とｄ点の距離を２等分した中点が左右方向の開先中心である。開先斜面の角度が左右異なるまたは加工精度が悪い場合に、開先継手の上部と底部とで中心ずれが生じることになる。それを避けるために、溶接部に近い位置で開先中心を求めている。すなわち、開先の右斜面の線画像３３ｄと開先底部のビード面の線画像３３ｅとが交わる交点(ｂ点)より１mm程度上の位置に水平線３５を描き、その水平線３５と左右の開先斜面の線画像３３ｄ，３３ｂとが交わる交点（ｊ点とｉ点を結ぶ長さ）の距離を２等分した中点位置（ｆ点）を開先中心とすることで、中心ずれをなくすことができる。この中点位置ｆ点と初期設定時の原点位置（Ｙｓ＝０）との偏差（水平方向の距離）を左右位置ずれΔＹｓとしている。一方、開先底部の上下位置ずれΔＺｓについては、開先底部の最も深い位置（ｅ点）を求め、または開先の左斜面の線画像３３ｂと左底面の線画像３３ｃとが交わる交点ａ点を通る他の水平線と前記ｆ点の垂直線とが交わる交点位置（ｅ点近傍）を求めた後に、初期設定時の原点位置（Ｚｓ＝０）との偏差（垂直方向の距離）を計測して上下位置ずれΔＺｓとしている。上下位置ずれΔＺｓは、前層のビード高さを加算した合計量に相当する値である。また、開先面積Ａｓ（溶接残存面積）は、まだ溶接が残っている部分の開先内の総面積を計測している。
【００６１】
図２０は、溶接すべき開先内に仮付けのある部分とない部分との検出画像を示す図である。図２０（１）に示した仮付け４９のない開先部では、線画像が２本に分かれており、正常なギャップＧｓをして検出できる。これに対して図２０（２）に示した仮付け４９のある開先部では、開先深さＨｓが幾分小さく、前記線画像が底部で一体となっているため、仮付け部４９のビード幅（広い）をギャップＧｓと誤って検出する可能性が高い。なお、この仮付け部のビード幅をギャップとして処理して制御に用いると、溶接速度を減少させて溶着面積が増加する不具合な結果となるおそれがある。
【００６２】
仮付けの有無判別は、線画像の相違または開先深さの相違によって識別することができる。ここでは、この仮付けの有無判別により仮付け４９のない開先部分から検出したギャップ幅Ｇｓを正常値とし、仮付け４９のある開先部分から検出したギャップ幅Ｇｓは異常値と見なして削除している。この異常値の削除後に、その前段階で検出した正常値のギャップＧｓ幅に変換している。このように処理すると、正常なギャップ幅の検出ができ、仮付け部分の溶接を正常に制御することができる。
【００６３】
図２１は、本発明の自動溶接装置の操作盤に表示する画面構成の一実施例を示す図である。（１）は多層盛溶接運転メニュー選択の初期画面５１、（２）は溶接パスプラニングでの継手選択及びパスプラン作成画面５２、（３）はトーチ基準位置取込み画面５３、（４）はセンサ基準位置自動設定画面５４、（５）は溶接線長さ設定画面５５、（６）は自動溶接運転画面５６を示している。装置起動時の初期画面５１には、幾つかのメニュー表示の選択画面があり、所定の番号指定によって、図２１（２）〜（６）に示した各々の画面に移行でき、また、初期画面に戻ることもできるようになっている。操作手順の概要は以下の通りである。まず、１番の溶接パスプラニングを指定すると、同図（２）の画面５２になり、継手選択（Ｘ開先，Ｖ開先），溶接パスプラン新規作成実行，溶接データ登録ファイル開示が行えるようになっている。例えば、溶接パスプラン新規作成実行では、選択した継手用の溶接演算プログラム１８ａが起動し、その開先寸法の入力と図１３，図１４に示した平均電流の条件テーブルを基にして、基準となる溶接パス数やパス毎のトーチ及び溶接条件を自動演算する。その演算結果を図１６に示したように表示し、溶接データファイルが作成される。既に登録済みの溶接データファイルを指定（ファイル番号）して呼び出し開示することもできるようになっている。２番指定のトーチ基準位置取込み画面５３では、溶接台車を溶接開始点へ移動させて、図１８（２）に示したように開先内でトーチ位置（ワイヤ先端位置）決めをした後に、トーチ位置取込みを実行すると、溶接制御装置１１側でそのトーチ位置（Ｘｏ，Ｙｏ，Ｚｏ）を取得して結果を表示する。その後に、３番指定のセンサ基準位置自動設定画面５４で実行を指定すると、光切断式センサ１０を溶接開始点へ自動で誘導すると共に、画像処理装置２２側へ検出指令を出して、図１８（１）に示したように開先部のギャップ幅中心と開先肩幅中心でのセンサ基準位置（Ｙｓ＝０，Ｚｓ＝０）とを合せる。４番指定の溶接線長さ設定画面５５で、溶接の開始点から終了点までの溶接距離Ｘを入力設定する。この距離設定によって溶接の終了点で自動停止できる。溶接スタートエンド条件設定やその他必要な設定をした後に、５番指定で自動溶接運転画面５６となる。この自動溶接運転画面５６では、継手や溶接パス数と溶接すべき現在パス番号の表示，電流や電圧などの出力すべき溶接条件の表示，検出データとトーチ現在位置の表示をする。また、溶接パスの指定と実行の他に、溶接の一時停止や溶接再開も行え、装置異常や溶接異常の発生時には、一時停止をしてその異常の内容表示や警告表示をする。このような操作画面及び表示画面を設けることで、自動溶接運転が可能となるばかりでなく、リアルタイムで変化している溶接及び検出の状況を画面で見ることができる。また、異常の内容表示や警告表示をすることで、異常回避の操作などを容易にし、装置の操作性及び使い勝手を高められる。
【００６４】
図２２は、本発明の多層盛溶接方法における検出動作及び溶接制御動作の実行手順の概要を示す図である。図２１（６）に示した自動溶接運転画面５６で溶接実行を指定すると、実施される内容である。最初に溶接台車４を初期位置６２へ移動させ、光切断式センサ１０と一対の画像処理装置２２に検出指令を出し、位置ずれや開先形状寸法を検出させると共に、溶接トーチより先行する位置で取得した検出データの分類及び平均化処理、トーチ位置の修正計算や溶接条件パラメータの補正計算の処理６７を実行する。溶接トーチ６が溶接開始位置６４へ到達した地点で、パルス溶接電源１２ａ側へ指令して溶接開始６５となる。予め定めた溶接スタート条件でアークを発生させた後に、定常の溶接条件に移行する。溶接台車４にはトーチ現在位置要求と結果報告６８をさせている。また、トーチ位置修正及び溶接条件補正の位置６９，７１に到達する毎に、溶接線左右及び上下方向の位置ずれ量ΔＹｍ，ΔＺｍの修正指令７０とウィービング条件の補正指令７２ｂは溶接台車４に送信し、平均電流Ｉａ及び平均電圧Ｅａの補正指令はパルス溶接電源１２ａに送信する。したがって、検出指令６６からトーチ位置の修正計算や溶接条件パラメータの補正計算６７し、それを制御７０，７２ｂ，７２ｃする一連の動作は、ほぼ一定時間間隔で溶接終了位置７５ａに到達するまで繰り返す７５ｂ。溶接終了位置７５ａに到達すると、予め定めた溶接エンド条件で溶接終端処理７６ａをした後に、溶接トーチ６を回避位置へ移動７７する。指定数の溶接パスが完了していなければ、溶接パス更新６１の箇所まで戻り７７ｂ，再び初期位置６２に移動する。溶接パス完了ならば７７ｃ，エンド７８に至る。
【００６５】
このように構成すると、多層盛溶接の自動運転で必要な検出動作及び溶接制御動作を確実に実行できる。ここでは省略しているが、溶接の不具合が認められた時にはオペレータの判断で、トーチ位置ずれの割込み修正，溶接条件パラメータの割込み修正ができるようにしてある。また、溶接の一時停止とその溶接再開もできるので、溶接不具合を回避することが可能になる。
【００６６】
次に、本発明の多層盛溶接におけるトーチ位置の制御方法について説明する。図２３は、溶接線の位置ずれとその位置ずれ検出の概要を示す図である。図２３（１）は初層溶接で目標値とすべき溶接位置（Ｙ１＝０，Ｚ１＝０）と溶接ワイヤ５（トーチ）位置ずれΔＹｍ，ΔＺｍの関係を示し、図２３（２）は光切断式センサによる位置ずれ（ΔＹｓ，ΔＺｓ）、ギャップ幅Ｇｓの検出を示し、図２３（３）はガイドレール３上を走行する溶接台車４と修正すべき溶接線左右の位置ずれΔＹｍの関係を示す。溶接トーチを位置決めした後に、溶接開始点（●点）から溶接台車４が走行する過程で、図１８（３）に示したように開先継手の曲がりやガイドレール３の設置ずれなどによって溶接トーチ６が開先中心の溶接線３６からずれることになる。このような開先継手の溶接を良好に自動で行うためには、位置ずれ（ΔＹｓ，ΔＺｓ）の検出情報を用いて、この位置ずれをなくす方向にトーチ位置を修正する制御が必要となる。
【００６７】
図２４は、図２３に示した溶接線左右方向のトーチ位置ずれを適正に修正する方法の制御ブロックを示す図である。一連の制御動作は、溶接線方向に走行しながらパルス溶接をする溶接トーチ６及び溶接台車４の制御と、光切断式センサ１０と一対の画像処理装置２２から検出データ群の取得と、その検出データの分類や平均化の処理や位置ずれ計算３８ａ，３８ｂ，修正値の計算４０と、位置修正の制御指令４１，トーチ現在位置４３の把握などの手順からなり、溶接トーチ６が溶接終了位置に到達するまで繰り返される。修正位置でない時には、他の計算処理４４も実行している。検出データの処理としては、ほぼ一定時間間隔（１〜２秒程度）で取得する検出データ群の中から左右方向の位置ずれΔＹｓの値を抽出する。その位置ずれの検出データ値は、ばらついているおそれがあるので、順次取得した値（ΔＹｓ１，ΔＹｓ２，…ΔＹｓａ）を所定数（例えばａ＝３点から５点）を集めて平均化の処理を（１１）式で実行する。
【００６８】
平均化：ΔＹｓ＝（ΔＹｓ１＋ΔＹｓ２＋…＋ΔＹｓａ）／ａ …（１１）
この平均化処理は古いデータを１つ捨てて新しいデータを１つ加えて平均化する処理を繰り返し、データのバラツキを緩和する。また、修正すべき左右方向の位置修正量ΔＹｍは、トーチ位置の基準値Ｙｐと、平均化の処理をした検出データの算出値ΔＹｓとの偏差となり（１２）式で求めることができる。
【００６９】
左右位置の修正量：ΔＹｍ＝Ｙｐ−ΔＹｓ …（１２）
なお、トーチ位置の目標値Ｙｐは、溶接パス毎の左右位置（Ｙ１，Ｙ２，…Ｙｐ）の値であり、１層１パスの多層盛溶接の場合（図４）には、表側も裏側も何れの溶接パスも開先中心が目標値となる。さらに、ここでは過剰な修正や過小な修正を避けるため、上限下限領域（ｋ１３≦ΔＹｍ≦ｋ１４）を設けて１回当りの修正量を抑制すると、過剰な修正動作や不要な動きが防止でき、溶接の悪化を防止できる。このように溶接パス毎に所定の検出及び位置修正の計算処理を実行して左右方向のトーチ位置制御をリアルタイムですると、左右方向の位置ずれを解消できる。
【００７０】
一方、上下方向のトーチ位置制御では、検出データ群の中から上下位置ずれΔＺｓの値を順次抽出して平均化の処理［ΔＺｓ＝（ΔＺｓ１＋ΔＺｓ２＋…ΔＺｓａ）／ａ］をした検出データ値を用いる。初層溶接で検出される上下位置ずれの値はギャップ部分の位置ずれである。これに対して、充填層や仕上層の溶接で検出される上下位置ずれの値は、前層までの累計ビード高さを加算したずれ量に該当することになる。溶接パス毎のトーチ上下位置の目標値Ｚｐは、図１２に示した上下位置（Ｚ１，Ｚ２，…Ｚｐ）の値である。したがって、修正すべき上下方向の位置修正量ΔＺｍは、平均化処理した検出データ値ΔＺｓとトーチ上下位置の目標値Ｚｐとの偏差となり（１３）式で求められる。
【００７１】
上下位置の修正量：ΔＺｍ＝ΔＺｓ−Ｚｐ …（１３）
また、上記と同様に、１回当りの修正量を抑制するための上限下限領域
（±Ｃ３≦ΔＺｍ≦Ｃ４）を設けると、過剰な修正動作や不要な動きが防止できる。
【００７２】
このようにして上下方向のトーチ位置制御を上述した左右方向のトーチ位置制御と合せて実行すると、該当する溶接パス毎のトーチ位置ずれをなくし、良好な溶接ビードを得ることができる。溶接パス毎のトーチ位置制御や溶接条件パラメータの増減制御は、溶接開始点から終了位置に到達するまで実行すればよい。また、溶接開始部と溶接終端部のビード形状変化が検出結果に及ぼす影響を抑制するために、これらの制御を溶接開始点より所定距離（例えば１０〜５０mm）前進した位置から開始して、溶接終了点より所定距離（１０〜５０mm）手前の位置で可変制御を止める制御に切り換えてもよい。さらに、仕上層の溶接前に前層溶接で開先上面肩の一部が溶かされていて、開先形状の検出が困難な場合には、その前層溶接で検出及び制御されて記憶した検出記録データを再度使用して、溶接線左右及び上下方向のトーチ位置制御，溶接条件パラメータの増減制御をすると、自動溶接を持続できる。
【００７３】
次に、多層盛溶接で必要なウィービング動作の制御方法について説明する。ギャップ幅又はビード幅Ｂｓが変化する開先部の両壁を確実に溶融させるためには、溶接トーチを溶接線左右方向に揺動させるウィービング溶接の制御が必要である。図２５はウィービング溶接の制御方法を示す図である。図２６はウィービング溶接の制御ブロックを示す図である。また、図２７は開先表面に段差ｋｓがある仕上層溶接でのウィービングの左右停止時間及びトーチ位置の制御方法を示す図である。初層溶接の時は、光切断式センサと一対の画像処理装置で検出されるギャップ幅Ｇｓの平均化処理した情報を用いて、ウィービング条件の増減を制御する。充填層溶接の時は、ビード幅Ｂｓの検出値を平均化処理してもちいる。仕上層溶接の時には、開先肩幅Ｗｓまたはビード幅Ｂｓ、開先表面の段差ｋｓの検出値を平均化処理して用いる。ウィービング条件の主な制御項目は、ウィービング幅Ｕｗ，揺動速度Ｖｕ，左右の停止時間Ｔ_L，Ｔ_Rであり、溶接トーチ６が修正すべき位置４１に到達した地点で、ウィービング条件の修正制御４７をリアルタイムでする。ここでは溶接速度Ｖｐを増減する制御に合せて、トーチ揺動の１往復のピッチＰｕが一定になるようにＵｗ，Ｖｕの値を計算処理４６する。すなわち、該当する溶接パスで検出されるデータ４５ａの平均化処理をした検出値４５ｂ（ギャップＧｓまたはビード幅Ｂｓまたは開先肩幅Ｗｓ）の大きさに比例してウィービング幅Ｕｗを広くし、揺動速度Ｖｕを速くする。各層別のウィービング幅Ｕｗは（１４）〜（１６）式で求められ、揺動速度Ｖｕは（１７）式で求められる。
【００７４】
初層のウィービング幅：Ｕｗ＝Ｇｓ−ｋ₁₀ …（１４）
充填層のウィービング幅：Ｕｗ＝Ｂｓ−ｋ₁₁ …（１５）
仕上層のウィービング幅：Ｕｗ＝Ｗｓ−ｋ₁₂又はＵｗ＝Ｂｓ−ｋ₁₂…（１６）
揺動速度：Ｖｕ＝２・Ｕｗ／［(６０・Ｐｕ／Ｖｐ)−(Ｔ_L＋Ｔ_R)］…（１７）
ただし、ｋ₁₀，ｋ₁₁，ｋ₁₂はウィービングの幅定数である。
【００７５】
仕上層の溶接で、図２７（１）に示したように開先表面左側の段差が高い場合（−ｋｓ＜Ｃ１の時）には、左停止時間Ｔ_L(ｓ）を初期値より長く（例えばＴ_L＝Ｔ_L＋０.１）し、開先中心のトーチ位置をΔＹｋだけ左側へシフトさせる制御をする。反対に、図２７（２）開先表面右側の段差が高い場合（＋ｋｓ＞Ｃ２の時）には、右停止時間Ｔ_R を初期値より長く(例えばＴ_R＝Ｔ_R＋０.１）し、開先中心のトーチ位置をΔＹｋだけ右側にシフトさせる制御をする。この仕上層前の充填層の溶接でも、段差ｋｓの情報を用いて、段差の高い開先側の方向にトーチ位置を所定量シフト，ウィービングの停止時間を所定値長くする制御をすることもできる。
【００７６】
このように所定の検出及び位置修正の計算処理を実行し、ウィービング条件の修正制御をすると、溶接パス毎にアンダーカットや融合不良のない溶接ビードが得られる。
【００７７】
【発明の効果】
本発明の多層盛方法及び自動溶接装置によれば、開先部のギャップ変化や段差や溶接線の蛇行など寸法精度の悪い開先継手の溶接構造物であっても、高電流の１パルスで１溶滴を移行させるパルス溶接波形の出力と、ギャップ幅，開先肩幅，段差などの大きさに対応した平均電流，平均電圧，溶接速度，ウィービングの幅や停止時間などの条件パラメータの適正制御によって、スパッタの少ない深溶け込み溶接，溶接割れや溶け落ちやアンダーカットのない溶接品質を得ることができる。また、溶接線左右及び上下方向のトーチ位置の修正制御によって、溶接線曲がりやレール設置ずれがある長尺部材の開先継手でも、溶接始点から終点まで良好な溶接ビードをパス毎に形成でき、初層から仕上層までの多層盛溶接を自動で実行でき、溶接を合理化し、工数を低減し、溶接の品質を高めることができる。さらに、溶接前の設定や結果表示から溶接中の動作表示や異常時の警告表示などの画面表示によって、装置の操作性及び使い勝手を良くできる。本発明の多層盛方法及び自動溶接装置を発電プラントや化学プラントなど厚板溶接構造物へ適用すると、溶接の自動化，合理化，コスト削減などを達成できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による多層盛溶接方法を採用した多層盛自動溶接装置の一実施形態の構成を示す斜視図である。
【図２】図１に示した多層盛自動溶接装置における溶接制装置１１の内容構成の一例を示すブロック図である。
【図３】本発明の多層盛溶接方法において、スパッタの発生を抑制するためのパルスアーク溶接の電圧・電流波形及びワイヤ先端の溶滴移行の概要を示す図である。
【図４】鋼材板厚Ｔ＝３２mmのＸ開先継手で、角度が６０度と３５度における多層盛溶接を示す図である。
【図５】図４（２）に示した多層盛溶接における下向き姿勢での各パス毎の溶接手順を示す図である。
【図６】本発明の溶接方法で初層溶接の条件を制御する状況を示す図である。
【図７】本発明の溶接方法で充填層溶接の条件を制御する状況を示す図である。
【図８】本発明の溶接方法で仕上層溶接の条件を制御する状況を示す図である。
【図９】図３に示したパルス溶接における平均電流Ｉａとワイヤ送り速度Ｗｆ及び平均電圧Ｅａとの関係を示す図である。
【図１０】Ｘ開先継（角度：３５度，板厚：３２mm）における初層溶接で重要な開先部のギャップ幅Ｇと平均電流Ｉａとの関係を示す図である。
【図１１】ギャップなしのＸ開先継手で溶接速度Ｖｐと平均電流を変化させて初層溶接して結果を示す図である。
【図１２】Ｘ開先の深さＨが１６mm、角度θが３５度の継手溶接におけるギャップ幅Ｇと開先面積及び初層の溶着面積Ｓ１とビード高さとの関係を示す図である。
【図１３】角度の狭いＸ開先継手における表側の初層溶接と裏側の初層溶接と表側と裏側の充填層及び仕上層の各溶接とで出力する平均電流Ｉａの溶接条件テーブルの一例を示す図である。
【図１４】角度の広いＸ開先継手における表側の初層溶接と裏側の初層溶接と表側と裏側の充填層及び仕上層の各溶接とで出力する平均電流Ｉａの溶接条件テーブルの一例を示す図である。
【図１５】角度の広いＸ開先継手における初層溶接の条件を制御する状況を示す図である。
【図１６】溶接データ演算結果の表示例を示す図である。
【図１７】光切断学式センサ１０及び関連機器の構成を示す図である。
【図１８】溶接前にするトーチ位置（ワイヤ先端位置）座標の原点とセンサ座標の原点の位置基準合わせを示す図である。
【図１９】画像処理装置２２と一対の光切断式センサ１０とにより検出する内容を示す図である。
【図２０】溶接すべき開先内に仮付けのある部分とない部分との検出画像を示す図である。
【図２１】本発明の多層盛自動溶接装置の操作盤に表示する画面構成の一例を示す図である。
【図２２】本発明の多層盛溶接方法における検出動作及び溶接制御動作の実行手順の概要を示す図である。
【図２３】溶接線の位置ずれとその位置ずれ検出の概要を示す図である。
【図２４】図２３に示した溶接線左右方向のトーチ位置ずれを適正に修正する方法の制御ブロックを示す図である。
【図２５】ウィービング溶接の制御方法を示す図である。
【図２６】図２５に示したウィービング溶接方法の制御ブロックを示す図である。
【図２７】開先表面に段差ｋｓがある仕上層溶接でのウィービングの左右停止時間とトーチ位置の制御方法を示す図である。
【符号の説明】
１ａ，１ｂ…溶接ワーク、２…開先部、３…ガイドレール、４…溶接台車、５…溶接ワイヤ、６…溶接トーチ、８…ワイヤ送り機構、９…トーチ駆動機構、
１０…光切断式センサ、１１…溶接制御装置、１２ａ…パルス溶接電源、１５ａ…操作盤、１５ｂ…画面表示装置、１７…統括制御装置、１８ｂ…溶接データファイル、２２…画像処理装置、２３…投光受光制御器、２４ａ…各軸駆動装置、２５…アーク、２６…ワイヤ溶滴、３１ａ…レーザ投光器、３１ｂ…スリット光、３２ａ…カメラ、３２ｂ…干渉フィルタ、３３…開先形状の線画像。[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to automatic welding of a thick plate structure of a groove joint with poor dimensional accuracy, and more particularly to a multilayer overlay welding method and a multilayer overlay automatic welding apparatus.
[0002]
[Prior art]
Many of the thick plate structures are large and long, and groove joints by gas cutting with a low processing cost are used. There are also V-shaped and L-shaped groove joints that can be welded on one side, but there are many X-groove joints for double-sided welding that are effective in reducing welding distortion and residual stress, and the angle of the X groove is about 50. It is as wide as ~ 70 degrees.
[0003]
The groove joint for gas cutting has poor dimensional accuracy, a large gap change in the groove, a step on the groove surface, and a shape in which the weld line is easy to meander. If a contact portion without a gap is provided in the long groove joint, the assembly work of the welded workpiece is facilitated, but the penetration tends to be insufficient during welding. In general, automatic welding is difficult for welding a groove joint with such a large gap change. Conventionally, many manual weldings are performed, and much time is required for welding work. For manual welding, a wire melting type DC arc welding method is generally used, which is a welding operation accompanied by generation of spatter. Thick plate long and wide angle X-groove joints are multi-layer welded from the front side, then chipped back (gouging and grinder processing) from the back side to the first layer bead surface and completely melted from the back side In order to perform multi-layer welding of welding, a great amount of time is required for a series of welding operations, and the amount of wires consumed by welding is increased, resulting in high costs.
[0004]
Therefore, in order to reduce and rationalize the welding man-hours, it is necessary to narrow the groove, omit the back-chipping, increase the welding efficiency, and automate the welding. First, in order to narrow the groove and eliminate the back-chipping, it is necessary to introduce a new welding method capable of deep penetration welding. At that time, it is necessary to establish an appropriate welding technique in order to prevent weld cracking (hot cracking) and meltdown due to insufficient penetration and excessive heat input. In order to automate welding, a sensor capable of detecting a groove shape dimension such as a gap width and a groove area of a groove portion and a displacement of a welding line is required. It is necessary to establish welding condition control and torch position control technology that can cope with gap changes and groove area changes. In addition, in order to maintain automatic welding for a long time, it is necessary to prevent a reduction in shield due to adhesion of spatter to the torch nozzle, and a welding method that generates less spatter is required.
[0005]
On the other hand, the wire-melting pulse arc welding method, which alternately outputs high current / voltage and low current / voltage, generates less spatter and enables high-weld welding compared to the normal DC arc welding method. Therefore, it is often applied to welding of thin plates such as automobile parts, and recently, it is also being applied to welded structures of thick plates. However, most of the commercially available pulse MAG / MIG welding power supplies have a pulse current output value of about 500 A at most, and there are very few pulse welding power supplies with a high current exceeding 600 A. In addition, because the applicable pulse welding waveform and welding conditions differ depending on the thickness of the weld base metal, joint shape, and wire material and diameter, in order to realize welding with little spatter and no welding defects, Appropriate pulse welding waveform and welding conditions suitable for the joint of the target product must be established.
[0006]
As a conventional technique of automatic welding, there is generally a stationary welding robot. Teaching and welding for each welding pass is troublesome and time consuming, and is not suitable for welding one product. Also, it is not possible to weld large products that exceed the movable range of the welding robot or structures that require assembly welding outside the factory. As another prior art of automatic welding, for example, in the automatic arc welding method disclosed in Japanese Examined Patent Publication No. 4-75114, the welding current Ia is set corresponding to the gap width while detecting the gap width during welding.
“Ia = Io-k · G”
In addition, the wire feed speed Wf is controlled according to the magnitude of the welding current Ia.
“Wf = A ・ Ia + B ・ Ia ² "
The welding voltage E is variably controlled by the relational expression
“E = El + Ea + Er”
These are variably controlled by the relational expression.
[0007]
In Japanese Examined Patent Publication No. 4-75115, the welding speed Vp is set so that the bead height is kept constant in response to changes in the welding current Ia and the wire feed speed Wf.
“Vp = Wf / [(α · Wfo / Vpo) + β · (Io−Ia)]”
It is variably controlled by the relational expression.
[0008]
Further, in the groove tracking control device disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 3-47680, a laser displacement sensor that detects the shape in the groove, an ITV camera that detects information on the groove left and right end positions, and the wire tip position, and these Means for calculating the position of the welding torch from the information, and calculating the position shift in the left-right direction to control the torch position.
[0009]
[Problems to be solved by the invention]
The automatic arc welding method disclosed in Japanese Patent Publication No. 4-75114 and Japanese Patent Publication No. 4-75115 is one method capable of automatic welding while maintaining the penetration at a desired target value with respect to a change in gap width. It is considered effective. However, it is difficult to actually variably control the welding current (average) to a minute (in the unit of several amperes), and it is also difficult to finely control the welding voltage and wire feed speed. May disturb the welding. In addition, it is a stainless steel with a target plate thickness of about 10mm, has a wide groove angle, and is welded with one pass on the front side and one pass on the back side. However, it is difficult to apply to welding of different joints. In welding with a flux-cored wire, it is necessary to remove the flux formed on the entire bead surface. In addition to the difference in wire melting characteristics and appropriate welding conditions between flux-cored wire and solid wire, it is necessary to find new welding conditions suitable for the base material, joint shape, and wire material. . Furthermore, this automatic arc welding method uses a high-speed rotating arc welding method, which is different from ordinary DC arc welding and pulse arc welding in which high current and low current are alternately output.
[0010]
The groove scanning control device disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 3-47680 is considered to be effective as one device capable of calculating the torch shift amount and performing torch position control in the left-right direction. However, in the case of a laser displacement sensor, a rotating mirror mechanism or a swinging mechanism for scanning the inside of the groove is required, and not only the apparatus becomes large, but also when the welding speed is increased, distortion of the groove cross-sectional shape to be detected is detected. May cause errors. In addition, a special filter or device is required to achieve both a light intense arc welding image and a low light groove cutting image. In this groove tracking control device, there is no control of condition parameters such as current / voltage and welding speed during welding, and no description of vertical torch position control.
[0011]
On the other hand, in the welding automatic copying apparatus disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 5-138354, an ITV camera that simultaneously captures a groove cutting image by a laser slit light and an arc welding image of a molten pool including a welding torch, and detection image information of the ITV camera Calculation means for obtaining a torch left-right position shift, bead height, and welding cross-sectional area is provided to control the torch left-right position, torch bottom end position, and welding speed. However, for a groove joint with a gap change in the groove portion, it is necessary to simultaneously perform a control to output a high welding current and a low welding current corresponding to the size of the gap width and a control to increase or decrease the weaving width. There is a high possibility that a good weld bead cannot be obtained due to insufficient penetration, melt-down, or undercut. In addition, in the case of multi-pass multipass welding with a joint having a deep groove or a wide groove, it is necessary to increase the field of view of the image to be captured. As the field of view is enlarged, the detection accuracy of the position to be detected, the weld cross-sectional area and the shape is remarkably lowered, and a large error may occur in torch position control and speed control. In the process of welding the groove bottom to the groove top, the arc welding image rises, so the groove cutting image by the laser slit light may overlap the arc welding image and become invisible and undetectable. There is.
[0012]
In the Japanese Patent Laid-Open No. 10-216940, the present inventors have proposed a multi-layer prime welding method and a multi-layer prime welding apparatus, but the main object is a V-shaped or lathe-shaped groove joint capable of one-side welding, It was not an X groove joint. Therefore, the gap width of the X groove joint does not become a problem, and it is relatively rare that the X groove joint suffers from the phenomenon of melt-out or insufficient penetration. As a result, the first layer welding and the finishing layer welding were distinguished from the packed layer welding, and there was little need for special consideration. Therefore, the multi-layer welding apparatus disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 10-216940 is not an “automatic” welding apparatus with respect to the X groove joint, and the operator has to control it.
[0013]
The object of the present invention is to variably control the welding condition parameters corresponding to the gap width and bead width for a thick plate structure of a groove joint with poor dimensional accuracy such as gap change and welding line meandering, and torch It is an object of the present invention to provide a multilayer overlay welding method and a multilayer overlay automatic welding apparatus that are suitable for executing good welding without correction of welding defects such as hot cracks by correcting and controlling misalignment.
[0014]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above-mentioned object, the present invention has a plurality of temporary attachment portions in a weld line of a joint portion where a pair of long plate elongate members to be welded are butted, and there is a gap in the butt portion. It runs on the guide rail installed in the weld line direction of the groove joint with respect to the tip joint, and the wire melting type welding torch and torch drive mechanism and gap width of the groove portion, presence or absence of temporary attachment, groove In a multi-layer prime welding method in which multi-layer prime welding is performed using a self-propelled welding carriage equipped with a sensor that detects at least one of the center left and right and vertical position deviation amounts, a pulse welding power source, and a welding control device. A pulse welding waveform that allows one droplet of high current to be output from the pulse welding power source to be transferred to the first half of the base time with a low current is set, and a plurality of averages for each gap width range used in pulse welding of the first layer Current group or current group and average When the pressure group is set in the condition table and the first layer welding is performed, the gap width detected from the groove portion without provisional attachment is used, and the gap width is determined based on the detection information of the left / right and vertical position deviation of the groove center. The average current and average voltage corresponding to the size of the gap are increased or decreased in a stepwise manner, and welding condition parameters such as the welding area, welding speed, and weaving width related to the gap width are calculated and increased or decreased, respectively. In addition, a multi-layer welding method is proposed in which the torch position is corrected and controlled in a direction that eliminates the vertical displacement.
[0015]
In particular, during the first layer welding operation, the gap width detected from the groove portion without tack is regarded as a normal value, and the gap width detected from the groove portion with tack is regarded as an abnormal value and deleted, or the abnormal value After the deletion, it is preferable that the gap value is converted into a previously detected normal value and regarded as a normal value, and the welding condition parameters for the first layer are calculated and controlled to increase or decrease based on the detected gap width information.
[0016]
Also, a plurality of average current groups or current groups and average voltage groups or average currents of a predetermined value for each bead width range or groove shoulder width used in pulse welding of the filler layer are set in the condition table, and welding of the filler layer is performed. When performing, use the remaining groove area changing between the part with no tack and the part and the bead width or groove shoulder width or bead width and groove shoulder width. , Based on the detection information of vertical position deviation, the average current and average voltage corresponding to the size of the bead width or groove shoulder width are increased or decreased in a stepped manner, or the average current and average voltage of a predetermined value are output and filled Calculate and increase / decrease the welding condition parameters such as the welding area to be welded by the layer, welding speed, and weaving width, and correct and control the torch position in a direction that eliminates misalignment in the horizontal and vertical directions of the weld line. It may be a SoSakari welding method.
[0017]
When a plurality of average current groups or current groups and average voltage groups for each groove width used in the pulse welding of the finishing layer are set in the condition table, and the finishing layer is welded after the initial layer or the filling layer is welded, The detection operation is stopped, the detection record data used for detection and control in the previous layer welding is used again, and the average current and the average voltage corresponding to the size of the groove shoulder width are increased or decreased in a stepped manner, and the finish layer Multi-layer overlay welding that corrects and controls the torch position in a direction that eliminates misalignment in the horizontal and vertical directions of the weld line by calculating and increasing or decreasing the welding condition parameters such as the remaining welding area, welding speed, and weaving width to be welded in It can also be a method. In particular, when performing welding of the filling layer and the finishing layer or finishing layer, the detection information of the step on the groove surface is further used, the torch position is shifted by a predetermined amount in the direction of the groove side where the step is high, and weaving is stopped. The time may be increased by a predetermined value.
[0018]
Further, the groove joint of the long plate elongate member is an X groove joint that requires complete penetration welding, and each of the first layer welds on the front side and the back side has a gap in the portion that does not require a deep penetration. A higher average current capable of forming a bead is output, and in a portion where there is a gap change that requires melting of both wall surfaces of the groove, the average current is decreased by a predetermined value as the gap width increases. In the welding of the filling layer after the initial layer welding, the average is increased as the groove width of the groove is increased, and the control for decreasing the welding speed required for increasing the welding area and the control for increasing the weaving width of the welding torch are performed. The current is output so as to increase by a predetermined value or an average current of a predetermined value is output, and in finishing layer welding, the average current is output so as to increase by a predetermined value as the groove shoulder width increases. , Increase / decrease control of welding speed corresponding to calculation of increase / decrease of remaining welding area to be welded for each of the filling layer and finish layer, control to increase the weaving width of the welding torch, and groove side with a high step on the groove surface It is also possible to adopt a multilayer overlay welding method in which the control for increasing the weaving stop time by a predetermined value is executed. In particular, it is possible to select each welding of an X groove joint with a narrow groove angle or an X groove joint with a wide groove angle, and the first layer welding on the front side, the first layer welding on the back side of the X groove joint, A plurality of average current groups may be provided in the welding condition table for each gap range and groove width range to be output in each of the filling layer welding after the layer welding and the finishing layer welding.
[0019]
In any of the above multi-layer welding methods, a light-cutting sensor connected to an image processing device for processing a cross-sectional shape image of the groove portion is installed on the groove upper surface in front of the welding torch, and the welding start point before welding With the wire positioning at the tip of the torch and the reference origin of the sensor coordinates, during the welding operation of the initial layer and the filling layer, the image processing device and the pair of light cutting sensors are used to perform a substantially constant time at a position preceding the welding torch. Process the cross-sectional image acquired at intervals, gap width, bead width, groove shoulder width, groove depth, angle, groove area, groove surface step, groove center misalignment, vertical misalignment Each value is detected, and the detected data is classified and used on the welding control device side, and abnormal values are deleted and averaged. Then, during the finishing layer welding operation, the sensor detection operation is stopped and the previous layer welding is performed. Recorded data detected in Is used again, and the welding condition parameters such as the welding area, welding speed, and weaving width to be welded are calculated for each welding pass of the first layer, filling layer, and finishing layer, and the increase / decrease control is performed. It is preferable to correct the deviation.
[0022]
That is, in the multi-layer welding method of the present invention, one droplet is transferred with one pulse of high current for a welded structure in which a gap change, a step or a meandering of a welding line is involved in a groove portion of a long plate member. Possible pulse welding waveform, gap width, bead width, groove shoulder width, groove area, groove surface step, groove, detected by image processing device and a pair of optical cutting sensors for each welding pass Based on the detection information of left and right center position deviation and up and down position deviation, the average current and average voltage corresponding to the gap width and groove shoulder width are output, the welding condition parameters are properly controlled, and the torch position is corrected. Since the control is executed for each welding pass, pulse welding with less spattering is possible. In addition, even with long groove bevel joints with gap changes, step differences, tacking, and weld line bends at the groove, a good weld bead can be formed from the welding start point to the end point, and finish from the first layer. Multi-layer welding up to the layer can be automatically performed, man-hours can be reduced, and welding quality can be improved. In particular, even for X-groove joints that require full penetration welding, in the first layer welding on the front side and the back side, a higher average current that can form the back bead is output at the part where there is no gap that requires deep penetration. In this way, the first layer bead cross section without defects and deep penetration can be obtained. In addition, in a portion where there is a gap change that requires melting of both wall surfaces of the groove, the average current is decreased so as to decrease by a predetermined value as the gap width increases, and the welding speed necessary for increasing the welding area is increased. The control to decrease and the control to increase the weaving width of the welding torch, the arc force is suppressed and the occurrence of burn-out and undercut can be suppressed, and a smooth and good weld bead is obtained even in the part where the gap changes. be able to. At the same time, the torch position with respect to the position deviation is corrected and controlled, and even in a grooved joint of a long member having a weld line bend, the position deviation of the torch position in the left and right and up and down directions of the weld line can be eliminated, thereby preventing the formation of a weld bead.
[0023]
A plurality of average current groups or current groups and average voltage groups or average currents of a predetermined value for each bead width range or groove shoulder width used in pulse welding of the packed bed are set in the condition table, When performing welding, the bead width or groove shoulder width is calculated by using the remaining groove area and bead width or groove shoulder width or bead width and groove shoulder width which are changed between the part with no tack and the part. The average current and average voltage corresponding to the size of the weld are increased or decreased in a stepped manner, and welding condition parameters such as the welding area to be welded in the packed bed, welding speed, and weaving width are calculated and controlled to increase or decrease. Narrow and wide tips can be welded with the same number of passes. When performing finishing layer welding, the detection operation of the sensor is stopped, and the detection record data used for detection and control in the previous layer welding is used again, and the average current and average corresponding to the groove shoulder width are averaged. The voltage is increased or decreased in a stepped manner, and the welding condition parameters such as the remaining welding area, welding speed, weaving width and stop time to be welded in the finishing layer are calculated and increased or decreased, respectively, and the welding line left and right and vertical position Because the torch position is corrected and controlled in a direction that eliminates misalignment, even when it is difficult to detect by the sensor, it is possible to weld a narrow part, a wide part, or a part with no tack with the same number of passes, even when detection is difficult. In addition to eliminating torsional position in the left and right and up and down directions due to bending of the welding line and rail displacement, a weld bead with a smooth and almost uniform overfill height without weld fusion failure and undercut is obtained. Can
Furthermore, in the multilayer prime automatic welding apparatus of the present invention, a DC pulse welding waveform for transferring one droplet with at least one pulse of a high current can be set, and a pulse current value or a pulse voltage for outputting the pulse current is set. A pulse welding power source that can adjust and set the value and pulse time and can control the increase and decrease of the average current and average voltage of pulse welding by variable control of the base time and wire feed speed is used. When performing pulse welding, for example, the value of the pulse current supplied to a 1.2 mm diameter solid wire for steel
A pulse in which Ip is set to a high range of 550 to 650 A and its pulse time Tp is set to a short range of 1.8 to 1.2 ms, and one droplet can be transferred to the first half of the low current base time Tb with one pulse of high current. When the waveform is used and the increase / decrease control of the average current Ia is performed by the variable control of the base time and wire feed speed, stable arc and droplet transfer can be obtained from the small current region (average) to the large current region, and the occurrence of spatter is small. Good pulse welding is possible, and the arc welding time, spatter removal work, and the number of cleaning of the torch nozzle can be greatly reduced.
[0024]
The light-cutting sensor is paired with an image processing device that processes an image of a groove cross-sectional shape, and at least through a laser projector that irradiates slit light in a vertical direction that cuts the groove surface at a right angle, and an interference filter A light receiver that captures a reflected image of the slit light is provided in the sensor housing. The optical cutting sensor is capable of taking a cross-sectional image on the upper surface of the groove preceding the welding torch, and at a position independent of the welding torch mounted on the welding carriage and movable in the left and right and up and down directions. When the welding carriage main body is provided, it is possible to normally extract a cross-sectional shape image that does not fluctuate at the position of the groove upper surface without being affected by the movement of the welding torch that swings in the horizontal direction of the welding line. In addition, this cross-sectional image is processed to check the horizontal misalignment, vertical misalignment, gap width, bead width, groove shoulder width, groove depth, angle, groove area, groove surface step, etc. When detection means for detecting is provided in the image processing apparatus, detection information is obtained, and the detection information is acquired on the control apparatus side, and processing such as classification, deletion of abnormal values and averaging is used for welding control. Is possible. When the welding control device is provided with a detection data processing means, a welding data file used in welding condition output and calculation processing, and a welding processing means for calculating and controlling a positional deviation correction amount and a welding condition parameter increase / decrease amount, Classification and averaging of detected data and correction control of torch position to eliminate misalignment in the horizontal and vertical directions of the welding line and appropriate control of welding condition parameters such as welding area to be welded, welding speed, weaving width and stop time It is possible to form a good weld bead that is smooth and defect-free from the welding start point to the end point, even in the case of a groove joint of a long member with gap change, step difference or bend in the weld line at the groove part, Multi-layer welding from the first layer to the finishing layer can be performed automatically, streamlining welding, reducing man-hours, and improving welding quality.
[0025]
The number of passes required for multi-layer welding, the torch position for each pass, and welding for the groove joint of any size to be welded based on the input information of the groove shape dimensions and welding reference conditions before welding If the conditions are calculated and the calculation results are displayed on the screen, it is possible to know the plan of the multi-layer welding with arbitrary dimensions and the calculation results in advance, and the torch position and welding conditions for each welding pass using the welding data of the calculation results after confirmation. Commands and basic welding operations are possible. Setting the torch positioning and sensor coordinate origin alignment and the result display screen provides torch (wire tip) positioning at the first layer welding start point required before welding, acquisition and storage of the position coordinates, and sensor coordinate origin alignment. Easy to implement. When the welding line length is set and displayed, the welding operation can be ended at a position where the end point is reached from the welding start point. By providing a screen that displays information during welding in real time, the current position of the controlled torch, welding conditions being output, and detection data can be viewed on the display screen. If a warning is displayed when an apparatus abnormality or a welding abnormality occurs, a forced termination process of the welding operation, an operation for avoiding the abnormality, etc. can be easily executed, and the operability and usability of the apparatus can be improved.
[0026]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Next, with reference to FIGS. 1-21, embodiment of the multilayer overlay welding method and multilayer overlay automatic welding apparatus by this invention is described. FIG. 1 is a perspective view showing a configuration of an embodiment of a multilayer overlay automatic welding apparatus employing a multilayer overlay welding method according to the present invention. FIG. 2 is a block diagram showing an example of the content configuration of the welding control apparatus 11 in the multilayer overlay automatic welding apparatus shown in FIG.
[0027]
In FIG. 1, welded workpieces 1 a and 1 b butting a pair of long plate elongate members are X groove joints that require multi-layer welding. The welded workpieces 1a and 1b are processed with groove surfaces in advance by a gas cutting method with low cost, and the groove surfaces are brought into contact with each other to assemble an X groove joint. For this reason, the dimensional accuracy and assembly of the processed surface are poor, and in the longitudinal direction of the joint to be welded, there are a portion where there is a gap change in the groove portion 2 and a portion where there is no gap change, and the weld line is also bent. . The guide rail 3 installed on the welding workpiece 1 a in the longitudinal direction guides the traveling of the welding carriage 4. The self-propelled welding carriage 4 includes a wire melting type welding torch 6, a wire feeding mechanism 8 for feeding the welding wire 5 wound around the wire reel 7 to the tip of the welding torch 6, and the welding torch 6 on the left and right sides. A torch drive mechanism 9 that can arbitrarily move in the vertical direction and a light-cutting sensor 10 that images the cross-sectional shape of the groove portion 2 are mounted.
[0028]
Since the light-cutting sensor 10 is installed in the main body of the welding carriage 4 at an independent position that precedes the welding torch 6 by a predetermined distance, it affects the movement of the welding torch 6 that swings (weaves) the welding line to the left and right. Without receiving, it is possible to correctly extract the cross-sectional shape image of the groove portion without shaking at the position of the upper surface of the groove. The image processing unit 22 takes in this cross-sectional shape image, processes the image, and performs horizontal position shift, vertical position shift necessary for automatic welding control, gap width or bead width of the groove portion 2, groove shoulder width, Detects information such as angle, groove area, and groove surface level difference. The welding control device 11 controls the driving of the welding carriage 4, controls the output of the pulse welding power source 12 a, instructs the optical cutting sensor 10 and the pair of image processing devices 22 to detect, and processes the detection data, The welding torch 6 position and welding conditions are controlled, and the components are managed in an integrated manner.
[0029]
The pulse welding power source 12a is a pulse welding power source of a constant current control method, a constant voltage control method, or a combination control method that alternately and repeatedly outputs a high pulse current and a low base current for melting a welding wire. Power is supplied between the wire 5 to be fed to the welding work 1a and 1b. The pulse welding power source 12a can set a DC pulse welding waveform for transferring one droplet with at least one high current pulse, and adjust and set the pulse current value or the pulse voltage value and pulse time for outputting this pulse current. Is possible. Further, the output control of the average current of pulse welding is performed by variable control of the base time and the wire feed speed.
[0030]
The shield gas during welding is supplied from the gas cylinder 16 via the pulse welding power source 12a and the torch cable. In the case of steel welding, the gas cylinder 16 is about 10 to 30% of CO mainly composed of Ar gas. ₂ It is a mixed gas cylinder containing gas. Ar + CO ₂ Instead of mixed gas, for example, several percent O ₂ Ar + CO with ₂ + O ₂ Mixed gas and Ar + O ₂ It is also possible to use a mixed gas of The wiring cable 13 connects the pulse welding power source 12a to the welding torch 6 and the wire feed mechanism 8, and the wiring cables 14a and 14b include the welding control device 11, the welding carriage 4, the light cutting sensor 10, and the pulse welding power source 12a. Is connected.
[0031]
In FIG. 2, the operation panel 15a inputs and sets initial settings necessary for automatic operation, shape dimensions of the groove portion 2, and basic welding conditions. The screen display device 15b displays the input and calculation result when creating the welding data file, displays the welding torch position, welding conditions, and sensor detection information necessary for automatic welding, and other information necessary for automatic operation. indicate. The overall control device 17 is composed of a personal computer or the like, and automatically creates a welding data file 18b that predetermines and registers welding positions and welding conditions for each pass necessary for multi-layer welding of the groove portion 2 having an arbitrary shape and size. Based on the welding calculation program 18a, the welding data file 18b, and the detection data acquired from the image processing device 22, an automatic operation program 19 that automatically executes control for each welding pass and multi-layer welding, and a welding position necessary for automatic welding A calculation control unit 20a, a welding condition calculation control unit 20b, a control data recording file 21a for recording data during welding, a detection data recording file 21b, and the like are provided. The operation pendant 24b is used for the operation of moving the welding carriage 4 and the welding torch 6 and the operation for correcting the setting of the welding conditions via the respective axis driving devices 24a, and moves the welding torch 6 to the starting point before welding. (Wire) Positioning so that when trouble occurs during welding, interrupt correction of the torch position and welding conditions, welding stop, etc. can be performed.
[0032]
FIG. 3 is a diagram showing an outline of the voltage / current waveform of pulse arc welding for suppressing the occurrence of spatter and the transfer of droplets at the wire tip in the multi-layer welding method of the present invention. The vertical axis with respect to time on the horizontal axis shows the outline of constant speed feed wire, pulse voltage waveform, pulse current waveform, and formation and transfer of wire droplets.
[0033]
In the present invention, a pulse current Ip / voltage Vp and a low base current Ib / voltage Vb higher than those of the pulse welding power source 12a are alternately output in synchronism with a constant speed feed wire, or a low DC base current Ib / A pulse waveform of a high current pulse current Ip / voltage Vp is superimposed on the voltage Vb and output. During the period Tp of the pulse current Ip / voltage Vp, the droplet 26 is formed at the tip of the melted wire 5, and the wire droplet 26 is formed in the first half of the period Tb of the base current Ib / voltage Vb after the end of the pulse period Tp. An appropriate pulse welding waveform capable of transferring one droplet with one pulse to be transferred to the molten pool 27 on the base material 29 side is output. Since the welding average voltage Ea is output and pulse arc welding is performed so as to maintain the length of the arc 25 that does not cause a short-circuit transfer when the wire droplet 26 is transferred, generation of spatter can be prevented and a good weld bead can be formed. .
[0034]
It should be noted that when the arc 25 is too short and the droplet 26 at the tip of the wire is short-circuited (arc extinguished) to re-ignite the arc, or during the period Tp of the pulse current Ip where the peak time is too long and the arc force is strong. When the droplet 26 moves away, a part of the droplet 26 becomes spatter 28 and scatters. When a part of the sputter adheres to the torch nozzle and accumulates, a welding defect is generated due to the lowering of the gas shield.
[0035]
In welding of an X groove joint with a narrow angle, since it is necessary to prevent deep penetration and weld cracking that melt to the back side particularly in a portion without a gap, a welding waveform having a high output of the pulse current Ip value is adopted. For example, by setting the pulse current Ip to be supplied to a 1.2 mm diameter solid wire for steel material to a higher 550 to 650 A and the pulse time Tp to a shorter range of 1.8 to 1.2 ms, One droplet can be transferred to the first half of the base time by one pulse. Deep penetration welding could not be obtained with a welding power source having a pulse current Ip value of less than 550A. Also, a welding power source that far exceeds 650A is not preferable because the transformer capacity increases. The average voltage Ea and average current Ia in pulse arc welding are:
“Ea = (Vp · Tp + Vb · Tb) / (Tp + Tb)”
“Ia = (Ip · Tp + Ib · Tb) / (Tp + Tb)”
Indicated by
[0036]
The average current Ia is variably controlled mainly by increasing or decreasing the base time Tb. Since the wire feed speed Wf is substantially proportional to the average current Ia, the wire feed speed Wf is increased or decreased in synchronization, and the average voltage Ea is set so as to maintain an arc length 25 that prevents the wire droplet 26 from being short-circuited during the welding. Adjust it. When using a constant voltage control type pulse welding power source, the pulse current Ia and the base current Ib may be output by setting the pulse voltage Vp and the base voltage Vb. By controlling in this manner, pulse welding without sputtering can be favorably performed from a small current (average) region to a large current region. Here, a rectangular wave pulse waveform has been described, but a trapezoidal wave shape or a sawtooth wave shape may be used.
[0037]
FIG. 4 is a view showing multi-layer welding at an angle of 60 degrees and 35 degrees with an X groove joint having a steel plate thickness T = 32 mm. In the case of the conventional groove having a wide angle of 60 degrees (1), the front side 4-pass back side 4-pass welding is performed, whereas when the angle is narrowed to 35 degrees to reduce the groove area, FIG. As shown in FIG. 4, the front side 3 pass back side 3 pass welding with a small number of passes is possible. The numbers described in the figure are welding pass numbers, the symbol T is the plate thickness, H is the groove depth on the front side, and h1 is the height of the first layer bead of the first pass welding.
[0038]
FIG. 5 is a diagram showing a welding procedure for each pass in the downward posture in the multi-layer welding shown in FIG. 4 (2). (1) is the first pass welding S1 of the front side first layer, (2) is the filling layer and the second pass welding S2, and (3) is the finishing layer and the third pass welding S3. Also, (4) is the fourth pass welding S4 of the first back layer after reversing the welding workpiece, (5) is the fifth pass welding S5 in the filling layer, and (6) is the sixth pass welding in the last finishing layer on the back side. Each of the bead cross sections is shown. In the case of the upright posture or the horizontal posture, the work of reversing the welding work is not required, and the filling layer and the finishing layer are welded by reducing the average current and voltage as compared with the downward posture welding.
[0039]
FIG. 6 is a diagram showing a situation in which the conditions of the first layer welding are controlled by the welding method of the present invention. The upper row shows the gap detection image of the groove, the pulse current waveform corresponding to the gap width (G = 0, G = 5 mm), and the weld bead cross section at the center. The lower row shows the average current corresponding to the gap width G. The relationship among Ia, welding speed Vp, average voltage Ea, wire feed speed, and weaving width Uw is shown. That is, at a portion where there is no gap that requires deep penetration and in the vicinity thereof, about 300 A having a high average current Ia is output, and an appropriate average voltage Ea that is proportional to the average current Ia is output. When the average current Ia is high, the wire feed speed (melting speed) Wf increases, so the welding speed Vp is increased to reduce the welding area (wire welding area) to be welded. As the gap width increases, the average current Ia is decreased stepwise by a predetermined value (for example, about 20 to 40 A) to weaken the arc force, and an appropriate average voltage Ea and wire feed speed Wf are output. Increase the weaving width. As for the welding speed Vp, it is necessary to increase the welding area S1 (the amount of welding) to be welded as the gap width increases, so the welding speed Vp is decreased according to the gap width.
[0040]
7 and 8 are diagrams showing a situation in which the welding conditions of the filling layer and the finishing layer are controlled by the welding method of the present invention. In the welding of the filling layer after the first layer welding, detection information of the remaining groove area As, bead width Bs, and groove shoulder width Ws is used. The average current Ia is lower than that in the first layer welding, and as the groove shoulder width Ws (Wo + G when there is no gap), which is related to the gap width, increases in steps (for example, about 20 to 40 A). The weaving width is also increased. An appropriate average voltage and wire feed speed proportional to the average current Ia are output to prevent the fusion failure and to melt the groove walls. The welding speed is increased or decreased so as to correspond to the welding area that increases or decreases depending on the size of the groove area and the groove shoulder width.
[0041]
On the other hand, since it is difficult to detect the groove shape by a sensor in finishing layer welding, the detection operation is stopped, and the recorded data detected in the previous layer welding is used again, and the remaining welding area and average current to be welded are used. The welding condition parameters such as welding speed and weaving width are calculated and output in increments and decrements. Furthermore, using the information on the step ks on the groove surface, the weaving stop time may be increased in the direction of the groove side where the step ks is high, and the torch position may be shifted by a predetermined amount. By controlling the increase / decrease in this way, even if the groove joint or groove shoulder width changes or the groove joint has a step on the groove surface, the extra height on the groove upper surface is almost uniform and the penetration is good. It is possible to obtain a weld bead cross section without undercut.
[0042]
FIG. 9 is a diagram showing the relationship between the average current Ia, the wire feed speed Wf, and the average voltage Ea in the pulse welding shown in FIG. 3 and the multipass welding for each pass shown in FIGS. There is a characteristic of a proportional increase between the two, which can be expressed by the following formulas (1) and (2). k ₁ , K ₂ Is the wire constant, k _Three , K _Four Is a voltage constant.
[0043]
Wire feed speed: Wf = k ₁ ・ Ia + k ₂ ... (1)
Average voltage: Ea = k _Three ・ Ia + k _Four ... (2)
FIG. 10 is a diagram showing the relationship between the gap width G of the groove portion and the average current Ia which are important in the first layer welding in the narrow X groove joint (plate thickness: 32 mm) having an angle of 35 degrees. The circled portion in FIG. 10 is an appropriate region with good melting, and as the gap width increases, the appropriate region is shifted to the low current side in a generally staircase shape. In particular, in the welding of a portion without a gap (G = 0), it is possible to perform welding that melts to the back side with an average current of about 300 A. However, in a high current region exceeding about 330 A, the weld bead becomes high (the ratio of the bead height to the width is large) due to an increase in the amount of wire melting, and hot cracking due to welding even if the welding speed is increased or decreased (marked by ◆) Is likely to occur. In the current region of less than about 270 A, the arc cannot be melted to the back side due to insufficient arc force and welding heat input, resulting in insufficient penetration (marked by ▲). In the region where the gap width is 1 mm or more, the problem of hot cracking disappears, but if the average current and welding heat input are too high, melting (marked with ●) or undercut occurs. If the average current and welding heat input are too low, insufficient penetration (marked by ▲) will occur. Therefore, it can be seen that an appropriate region with good melting exists between the two, and is applicable to an X groove joint having a groove angle of 30 to 40 degrees. A ceramic backing material may be provided in the groove joint on the back side as one means for reliably preventing the melt-off at the wide gap portion.
[0044]
FIG. 11 is a diagram showing a result of the first layer welding with the welding speed Vp and the average current changed with an X groove joint without a gap. The proper area of good penetration is the welding speed
It was found that Vp was around 500 mm / min and a somewhat slow region, and the average current Ia was in the range of 270 A ≦ Ia ≦ 330 A.
[0045]
FIG. 12 shows gap width G and groove area [As = H in joint welding with X groove depth H of 16 mm and angle θ of 35 degrees. ² It is a figure which shows the relationship between tan ((theta) / 2) + H * G], the welding area S1 of a first layer, and bead height. When the control for increasing the welding area S1 is performed, the bead height h1 of the first layer can be formed in the range of about 8.5 ± 1 mm as shown in FIGS. The area remaining after the initial layer welding can be evenly raised to the groove surface by the welding of the filling layer and the finishing layer shown in FIGS.
[0046]
Therefore, here, the reference area So when the gap is 0 (Go) and the detection data sequentially obtained from the sensor side are classified and the gap width is averaged.
Using both the Gs value or the gap width Gs and the groove angle θs, the welding area S1 to be welded is obtained from the equation (3) or (4). k _Five Is the gap weight constant, k ₆ Is an angle weight constant, and θo is a standard angle. Further, the welding speed Vp (mm / min) required for the welding area S1 can be obtained from the wire feed speed Wf (mm / min) and the wire diameter d (mm) correlated with the average current Ia. It is shown by the equation (5). η is a wire welding constant.
[0047]
Welding area of the first layer:
S1 = So + k _Five ・ (Gs-Go) (3)
S1 = So + k _Five ・ (Gs-Go) + k ₆ ・ Tan (θs−θo) (4)
Welding speed:
Vp = (10 ^Three ・ D ² · Π · η · Wf) / (4 · S1) (5)
In addition, in the region where the gap width is 1 mm or more, it is necessary to promote melting and prevent melting of both walls of the groove surface, so weaving control is performed to swing the welding torch left and right in the welding line direction. Increase / decrease control of the weaving width Uw and the weaving frequency fw corresponding to the size of the gap width Gs and the welding speed Vp [for example, Uw = Gs−k _Ten , Fw = Vp / (60 · Pu)]. k _Ten Is the width constant of weaving, and Pu is the pitch of one reciprocation. When the welding condition parameters are controlled in accordance with the gap width in this way, good welds can be obtained as in the weld bead cross-sections shown at the centers of FIGS.
[0048]
FIG. 13 is a schematic view of multi-layer welding of X groove joints with a groove angle of 30 to 40 degrees, with front layer first layer welding and back side first layer welding, front side and back side filling layer and finishing layer welding, respectively. It is a figure which shows one Example of the welding condition table of the average current Ia to output, and is used for the condition control of each welding of the first layer, the filling layer, and the finishing layer shown in FIGS. When performing the first layer welding on the back side, since the front side welding has been completed and there is no possibility of melting out, a high average current is output even in a wide gap portion so as to obtain efficient and reliable complete penetration. In the first layer welding on the front side and the back side, each average current set for each gap width range is selected and output, and the wire feed speed Wf and the average voltage Ea suitable for the average current Ia are set to the above (1) (2 ) Calculate with the formula.
[0049]
In addition, when each of the front side or back side filling layer and finishing layer is welded, the average current Ia for each groove shoulder width range related to the gap is selected and output. It is also possible to set so as to output a constant average current. Then, the groove area (remaining area) As detected from the sensor side at a substantially constant time interval during welding and the groove shoulder width Ws or the bead width Bs or the groove shoulder width and the bead width are left to be welded. The welding area Sp, the welding speed Vp, the weaving width Uw, etc. are calculated and controlled to increase or decrease. At the same time, using the step ks on the groove surface, the torch position may be shifted in the direction of the groove having a high step, and the weaving stop time may be increased.
[0050]
Here, the reference area SGo and the minimum groove shoulder width Wmin in the filling layer and finish layer obtained by the welding path plan calculation and the groove shoulder width Ws of the detection data are averaged Ws = (Ws1 + Ws2 +... + Wsa) / a
Using the obtained values, the welding area Sp to be welded corresponding to the change in the groove shoulder width is obtained by the equation (6). k ₇ Is a bead width weight constant. Alternatively, using the detected values of the groove area As and the groove shoulder width Ws, the remaining welding area [As + k ₈ ・ (Ws + k ₉ )] Is divided by the remaining number of passes (p−n), the welding area Sp corresponding to the change in the groove area can be obtained by the equation (7). k ₈ Is extra height, k ₉ Is the finish bead width constant. The welding speed Vp at this time is obtained by the equation (8).
[0051]
Welding area of filling / finishing layer: Sp = SGo + k ₇ ・ (Ws−Wmin) (6)
Sp = [As + k ₈ ・ (Ws + k ₉ ]] / (P-n) (7)
Welding speed: Vp = (10 ^Three ・ D ² · Π · η · Wf) / (4 · Sp) (8)
When calculation processing is performed in this way and the welding condition parameters are controlled in real time, a good weld can be obtained as in the bead cross section for each welding pass shown in FIG. In the welding condition table, both the average current and each average voltage Ea suitable for the current can be edited, and can be switched and output based on the detection information of the gap and the groove width of the groove. You may do it. When the welding condition table is prepared in advance as described above, the welding condition parameters can be variably controlled as shown in FIGS.
[0052]
On the other hand, depending on the target product, the groove angle of the X groove joint cannot be narrowed, but there is a demand for automatic welding with the same wide groove angle as before, and it is necessary to be able to cope with this. There is. FIG. 14 shows a gap between the front-side first layer welding and the back-side first layer welding, and the front-side and back-side filling layer and finish layer welding, for multilayer prime welding of X groove joints with a groove angle of 55 to 65 degrees. It is a figure which shows one Example of the welding condition table of the average electric current Ia each output according to width range and groove width range. In the case of an X groove joint with a wide groove angle, melting is easier than in the first layer welding of a narrow X groove joint, so a lower average current is set for each gap width range. The average current for each groove shoulder width range used in each welding of the filling layer and the finishing layer is set to a value comparable to that in the welding with a narrow groove angle shown in FIG. Each of these values may be changed as necessary. When such a welding condition table is used, multilayer prime welding of an X groove joint having a wide groove angle becomes possible.
[0053]
FIG. 15 is a view showing a state of controlling the conditions of the first layer welding in the multi-layer welding in which the front side two passes and the back side two passes are required for the X groove joint having a steel plate thickness T = 20 mm and a groove angle of 60 degrees. It is. The upper part shows a detected image of the gap G, groove shoulder width Ws, groove area As, step ks, and the like in the upper part, and the pulse current waveform corresponding to the gap width (G = 0, G = 5 mm) in the center, The cross section of the weld bead is shown, and the lower part shows the relationship among the average current Ia, the welding speed Vp, the average voltage Ea, the wire feed speed Wf, and the weaving width Uw corresponding to the gap width G. The welding cross-sectional area S1 to be welded in the first layer is obtained by the equation (3) adjusted for the reference area So when the gap is 0 (Go), and the wire feed speed Wf, the average voltage Ea, and the welding speed Vp are: (1), (2), and (5) are respectively obtained and increased or decreased.
[0054]
In the case of two-pass welding consisting of the first layer and the finishing layer, the remaining weld area S2 to be welded in the finishing layer after the first layer is the groove area detected and recorded during the first layer welding because there is no filler layer.
Welding area calculated from As and groove shoulder width Ws [As + k ₈ ・ (Ws + k ₉ )] Is a value obtained by removing the welded area S1 which has already been welded, and is obtained by the equation (9). Further, the welding speed Vp at that time is obtained by (10).
[0055]
Welding area of finished layer without filling layer:
S2 = [As + k ₈ ・ (Ws + k ₉ )]-S1 (9)
Welding speed: Vp = (10 ^Three ・ D ² .Pi..eta..Wf) / (4.S2) (10)
When performing the finishing layer welding, the detection operation of the sensor is stopped, and the detection record data used for the detection and control in the first layer welding of the previous layer is used again, and the groove shoulder width ranges shown in FIG. The average current Ws is output, the remaining welding area S2 to be welded, the welding speed Vp, the weaving width Uw (for example, Uw = Ws−K) ₁₂ ) Etc. are calculated and increased or decreased. At the same time, using the step ks on the groove surface, the torch position may be shifted in the direction of the groove having a high step to increase the weaving stop time.
[0056]
The two-pass welding of the first layer and the finishing layer on the back side may be calculated and increased / decreased similarly to the case of the front side welding. Further, in the case of two-pass welding of an X groove joint having a narrow groove angle, the increase / decrease control may be performed similarly. By calculating and controlling the welding condition parameters in real time in this way, even if there is a gap change or a step, welding with a wide angle or welding with a narrow angle is the same. It is possible to obtain a weld bead cross-section with a complete penetration with no undercut on the groove surface with a predetermined number of passes.
[0057]
On the other hand, since it is necessary to enable automatic welding for each X groove joint having different dimensions such as plate thickness, the groove dimensions to be input and the average shown in FIGS. 13 and 14 are used here. Based on the current condition table, the welding calculation program 18a calculates the number of welding passes serving as a reference at the welding start point, the torch for each pass, and the welding conditions. FIG. 16 is a diagram illustrating a display example of the welding data calculation result. Although the calculation method is omitted, the target value of the torch position for each welding pass, welding conditions, and the width and height of the laminated beads can be understood.
[0058]
Next, an outline of a detection method using an optical cutting sensor used in welding control of the present invention will be described. FIG. 17 is a perspective view showing configurations of the light-cutting sensor 10 and related devices. The light cutting type sensor 10 is located at the upper position of the groove portion 2 that precedes the welding torch 6, and a laser projector 31a that irradiates a slit-shaped light 31b in a vertical direction that cuts the groove portion 2 at a right angle; The camera 32a which images a reflected image via the interference filter 32b is provided. The interference filter 32b extracts only laser light having a specific wavelength. A light projecting / receiving controller 23 controls the laser projector 31 a and the camera 32 a, and transmits the captured light cut image to the image processing device 22. The image processing device 22 has a groove center lateral displacement ΔYs, vertical displacement ΔZs, groove shoulder width Ws, groove area As, groove surface step ks, gap Gs, and bead width Bs necessary for automatic welding. A welding detection program for extracting detection information such as the above is built in, and it responds to a detection command from the overall control device 17 and a report request for a detection result. The optical cutting sensor 10 has a water cooling structure for preventing overheating and a gas outflow structure for preventing intrusion of fine particles which are hindered, and is fixed to the welding carriage 4 at a position independent of the welding torch 6. Yes.
[0059]
FIG. 18 is a diagram showing a position reference alignment between the origin of the torch position (wire tip position) coordinates and the origin of the sensor coordinates performed before welding. The welding carriage 4 is driven to move the welding torch 6 to the welding start point, and the center position of the gap G at the center of the groove portion 2 (point ●) as shown in FIG. The wire position is set as the origin of the welding position coordinates (Yp = 0, Zp = 0). On the sensor side, as shown in FIG. 18 (1), the line image 33 of the groove cross-section imaged at the installation position of the light-cutting sensor 10 is processed by the image processing device 22, and the center position of the gap Gs (● dot) ) And the detected position as the origin of sensor coordinates (Ys = 0, Zs = 0), and torch position shifts in the horizontal and vertical directions (ΔYs = 0, ΔZs = 0). During the first layer welding, the center position of the groove shoulder width can be used as the origin of other sensor coordinates (Ys = 0, Zs = 0). As for the welding end position, the welding operation can be ended at a predetermined position by inputting and setting the welding line length (welding distance) from the starting point. As another method, for example, if a detection switch for detecting the welding end position is installed on the welding carriage side, the guide rail side, or the welding base material side, the welding operation can be ended at a predetermined position.
[0060]
FIG. 19 is a diagram showing the contents detected by the image processing device 22 and the pair of light cutting sensors 10. Line images (33a-f) of the groove cross-section imaged by the light-cutting sensor 10 are taken into the image processing device 22 to extract detection items. For example, the groove shoulder width Ws is obtained by a distance between intersection points (the length connecting the point d and the point c) where the line images 33f and 33a on the left and right upper surfaces intersect with the line images 33d and 33b on the left and right groove slopes. The change in height between the point c and the point d is the left and right step ks, and the middle point obtained by equally dividing the distance between the point c and the point d is the groove center in the left-right direction. When the angle of the groove slope is different from left to right or the processing accuracy is poor, the center deviation occurs between the top and bottom of the groove joint. In order to avoid this, the groove center is obtained at a position close to the weld. That is, a horizontal line 35 is drawn at a position approximately 1 mm above the intersection (point b) where the line image 33d of the right slope of the groove and the line image 33e of the bead surface at the groove bottom intersect, and the horizontal line 35 and the left and right grooves are drawn. Center misalignment is eliminated by setting the midpoint position (point f) that bisects the distance of the intersection (the length connecting point j and point i) where the line images 33d and 33b of the slope intersect each other. Can do. A deviation (horizontal distance) between the midpoint position f and the initial position (Ys = 0) at the time of initial setting is defined as a left-right positional deviation ΔYs. On the other hand, with respect to the vertical displacement ΔZs of the groove bottom, the deepest position (point e) of the groove bottom is obtained, or the intersection point a where the line image 33b on the left slope of the groove intersects with the line image 33c on the left bottom surface. Measure the deviation (vertical distance) from the initial position (Zs = 0) at the initial setting after obtaining the intersection position (near point e) where the other horizontal line passing through and the vertical line of point f intersects Thus, the vertical position deviation ΔZs is set. The vertical displacement ΔZs is a value corresponding to the total amount obtained by adding the bead heights of the previous layer. Further, the groove area As (remaining welding area) measures the total area in the groove of the portion where the welding still remains.
[0061]
FIG. 20 is a diagram showing detection images of a part with and without a tack in the groove to be welded. In the groove portion without the tack 49 shown in FIG. 20 (1), the line image is divided into two, and can be detected with a normal gap Gs. On the other hand, in the groove part with the tack 49 shown in FIG. 20 (2), the groove depth Hs is somewhat small and the line image is integrated at the bottom. There is a high possibility that the bead width (wide) is erroneously detected as the gap Gs. If the bead width of the tacking portion is processed as a gap and used for control, there is a risk that the welding speed is reduced and the welding area increases, resulting in a disadvantageous result.
[0062]
The presence / absence determination of tacking can be identified by a difference in line images or a difference in groove depth. Here, the gap width Gs detected from the groove portion without the tack 49 is determined as a normal value by the presence / absence determination of the tack, and the gap width Gs detected from the groove portion with the tack 49 is regarded as an abnormal value and deleted. is doing. After this abnormal value is deleted, it is converted into a normal value gap Gs width detected in the previous stage. By processing in this way, a normal gap width can be detected, and welding of the tacked portion can be controlled normally.
[0063]
FIG. 21 is a diagram showing an example of a screen configuration displayed on the operation panel of the automatic welding apparatus of the present invention. (1) is an initial screen 51 for selecting a multi-layer welding operation menu, (2) is a joint selection and path plan creation screen 52 in welding pass planning, (3) is a torch reference position capture screen 53, and (4) is a sensor reference. An automatic position setting screen 54, (5) shows a welding line length setting screen 55, and (6) shows an automatic welding operation screen 56. There are several menu display selection screens on the initial screen 51 at the time of starting the apparatus, and the screen can be shifted to each of the screens shown in FIGS. You can also return to. The outline of the operation procedure is as follows. First, when the first welding pass planning is specified, the screen 52 of FIG. 2 (2) is displayed, so that joint selection (X groove, V groove), new welding path plan creation, and welding data registration file disclosure can be performed. It has become. For example, in the new creation of the welding path plan, the welding calculation program 18a for the selected joint is started, and the reference and reference values are input based on the input of the groove dimensions and the average current condition table shown in FIGS. The number of welding passes and the torch and welding conditions for each pass are automatically calculated. The calculation result is displayed as shown in FIG. 16, and a welding data file is created. The welding data file that has already been registered can be specified (file number) and be disclosed. In the second designated torch reference position capture screen 53, after moving the welding carriage to the welding start point and determining the torch position (wire tip position) within the groove as shown in FIG. When the position capture is executed, the torch position (Xo, Yo, Zo) is acquired on the welding control device 11 side and the result is displayed. Thereafter, when execution is designated on the sensor reference position automatic setting screen 54 designated by No. 3, the light-cutting sensor 10 is automatically guided to the welding start point, and a detection command is issued to the image processing device 22 side. As shown in (1), the gap reference center (Ys = 0, Zs = 0) at the gap width center of the groove portion and the groove shoulder width center is matched. On the weld line length setting screen 55 designated by No. 4, the welding distance X from the welding start point to the end point is input and set. This distance setting enables automatic stop at the end point of welding. After setting the welding start / end conditions and other necessary settings, the automatic welding operation screen 56 is displayed by specifying No. 5. The automatic welding operation screen 56 displays the number of joints and welding passes and the current pass number to be welded, the welding conditions to be output such as current and voltage, and the detection data and the current position of the torch. In addition to specifying and executing a welding pass, welding can be temporarily stopped and welding can be resumed. When an apparatus abnormality or welding abnormality occurs, the welding is temporarily stopped and the contents of the abnormality are displayed or a warning is displayed. By providing such an operation screen and a display screen, not only automatic welding operation is possible, but also the welding and detection status changing in real time can be seen on the screen. In addition, by displaying the content of an abnormality and a warning, an operation for avoiding the abnormality can be facilitated, and the operability and usability of the apparatus can be improved.
[0064]
FIG. 22 is a diagram showing an outline of the execution procedure of the detection operation and the welding control operation in the multilayer overlay welding method of the present invention. When welding execution is designated on the automatic welding operation screen 56 shown in FIG. First, the welding carriage 4 is moved to the initial position 62, and a detection command is issued to the light-cutting sensor 10 and the pair of image processing devices 22 to detect misalignment and groove shape dimensions, and at a position preceding the welding torch. A process 67 for classifying and averaging the acquired detection data, correction calculation of the torch position, and correction calculation of the welding condition parameter is executed. At the point where the welding torch 6 reaches the welding start position 64, a command is given to the pulse welding power source 12a to start welding 65. After an arc is generated under a predetermined welding start condition, the process shifts to a steady welding condition. The welding cart 4 is caused to make a torch current position request and a result report 68. Further, every time the positions 69 and 71 of the torch position correction and the welding condition correction are reached, a correction command 70 for the positional deviation amounts ΔYm and ΔZm in the horizontal direction and the vertical direction of the welding line and a correction command 72b for the weaving condition are transmitted to the welding carriage 4. Then, correction commands for the average current Ia and the average voltage Ea are transmitted to the pulse welding power source 12a. Accordingly, a series of operations for calculating and correcting the torch position and the welding condition parameter 67 from the detection command 66 and controlling them 70, 72b, and 72c is repeated 75b until the welding end position 75a is reached at substantially constant time intervals. . When the welding end position 75a is reached, the welding torch 6 is moved 77 to the avoidance position after performing the welding termination process 76a under a predetermined welding end condition. If the designated number of welding passes has not been completed, the process returns to the welding pass update 61 and returns to the initial position 62 again. If the welding pass is completed, the process reaches 77c and end 78.
[0065]
If comprised in this way, the detection operation and welding control operation which are required by the automatic operation of multilayer overlay welding can be performed reliably. Although omitted here, it is possible to correct the interruption of the torch position deviation and the interruption of the welding condition parameter at the discretion of the operator when a welding defect is recognized. In addition, since welding can be temporarily stopped and welding can be resumed, it is possible to avoid welding defects.
[0066]
Next, a method for controlling the torch position in multi-layer welding according to the present invention will be described. FIG. 23 is a diagram showing an outline of the positional deviation of the weld line and detection of the positional deviation. FIG. 23 (1) shows the relationship between the welding position (Y1 = 0, Z1 = 0) to be set as the target value in the first layer welding and the welding wire 5 (torch) positional deviations ΔYm, ΔZm, and FIG. FIG. 23 (3) shows the relationship between the welding carriage 4 traveling on the guide rail 3 and the positional deviation ΔYm on the left and right of the welding line to be corrected. FIG. 23 (3) shows detection of the positional deviation (ΔYs, ΔZs) and the gap width Gs. Show. After positioning the welding torch, in the process in which the welding carriage 4 travels from the welding start point (● point), the welding torch is caused by bending of the groove joint or misalignment of the guide rail 3 as shown in FIG. 6 will deviate from the weld line 36 at the center of the groove. In order to perform welding of such a groove joint automatically and satisfactorily, it is necessary to perform control for correcting the torch position in a direction to eliminate the positional deviation using detection information of the positional deviation (ΔYs, ΔZs).
[0067]
FIG. 24 is a diagram showing a control block of a method for appropriately correcting the torch position shift in the left-right direction of the weld line shown in FIG. A series of control operations include control of the welding torch 6 and the welding carriage 4 that perform pulse welding while traveling in the welding line direction, acquisition of a detection data group from the optical cutting sensor 10 and the pair of image processing devices 22, and detection thereof. It consists of procedures such as data classification and averaging processing, position deviation calculation 38a, 38b, correction value calculation 40, position correction control command 41, torch current position 43, etc., and welding torch 6 is at the welding end position. Repeat until it reaches. When it is not the correction position, another calculation process 44 is also executed. As processing of the detection data, the value of the positional deviation ΔYs in the left-right direction is extracted from the detection data group acquired at a substantially constant time interval (about 1 to 2 seconds). Since the detected data value of the positional deviation may vary, a predetermined number (for example, a = 3 to 5 points) of sequentially acquired values (ΔYs1, ΔYs2,... ΔYsa) is collected and averaged. (11) Formula is executed.
[0068]
Averaging: ΔYs = (ΔYs1 + ΔYs2 +... + ΔYsa) / a (11)
In this averaging process, one old data is discarded, one new data is added and averaging is repeated, and the variation in data is alleviated. Further, the left-right position correction amount ΔYm to be corrected is a deviation between the reference value Yp of the torch position and the calculated detection value ΔYs of the averaged detection data, and can be obtained by Expression (12).
[0069]
Left / right position correction amount: ΔYm = Yp−ΔYs (12)
The target value Yp of the torch position is a value of the left and right positions (Y1, Y2,... Yp) for each welding pass. In the case of multi-layer welding with one layer and one pass (FIG. 4), both the front side and the back side In any welding pass, the groove center is the target value. Furthermore, in order to avoid excessive correction and excessive correction here, if an upper limit region (k13 ≦ ΔYm ≦ k14) is provided to suppress the correction amount per time, excessive correction operation and unnecessary movement can be prevented, Welding deterioration can be prevented. As described above, when the predetermined detection and position correction calculation processing is executed for each welding pass and the torch position control in the left-right direction is performed in real time, the position shift in the left-right direction can be eliminated.
[0070]
On the other hand, in the torch position control in the vertical direction, the detection data value obtained by sequentially extracting the value of the vertical position deviation ΔZs from the detection data group and performing the averaging process [ΔZs = (ΔZs1 + ΔZs2 +... ΔZsa) / a] is used. The value of the vertical position shift detected by the first layer welding is the position shift of the gap portion. On the other hand, the value of the vertical position deviation detected by welding of the filling layer and the finishing layer corresponds to the deviation amount obtained by adding the accumulated bead height up to the previous layer. The target value Zp of the torch vertical position for each welding pass is the value of the vertical position (Z1, Z2,... Zp) shown in FIG. Accordingly, the vertical position correction amount ΔZm to be corrected is a deviation between the averaged detection data value ΔZs and the target value Zp of the torch vertical position, and is calculated by the equation (13).
[0071]
Vertical position correction amount: ΔZm = ΔZs−Zp (13)
In addition, as described above, the upper and lower limit areas for suppressing the correction amount per time
When (± C3 ≦ ΔZm ≦ C4) is provided, excessive correction operation and unnecessary movement can be prevented.
[0072]
Thus, when the torch position control in the vertical direction is executed together with the above-described torch position control in the horizontal direction, the torch position shift for each applicable welding pass is eliminated, and a good weld bead can be obtained. The torch position control and the welding condition parameter increase / decrease control for each welding pass may be executed from the welding start point to the end position. Further, in order to suppress the influence of the bead shape change at the welding start portion and the welding end portion on the detection result, these controls are started from a position advanced by a predetermined distance (for example, 10 to 50 mm) from the welding start point. You may switch to the control which stops variable control in the position before a predetermined distance (10-50 mm) from an end point. Furthermore, if the groove upper surface shoulder is partly melted by previous layer welding and it is difficult to detect the groove shape before the finish layer is welded, the detection is detected and controlled by the previous layer welding and stored. If the recorded data is used again to control the torch position in the left / right and up / down direction of the welding line and increase / decrease control of the welding condition parameters, automatic welding can be continued.
[0073]
Next, a method for controlling the weaving operation necessary for multi-layer welding will be described. In order to reliably melt both the walls of the groove portion where the gap width or the bead width Bs changes, it is necessary to control weaving welding in which the welding torch is swung in the horizontal direction of the welding line. FIG. 25 is a diagram showing a control method of weaving welding. FIG. 26 is a diagram showing a control block of weaving welding. FIG. 27 is a diagram showing a control method for the left and right stop time of the weaving and the torch position in finish layer welding having a step ks on the groove surface. In the first layer welding, increase / decrease of the weaving condition is controlled using information obtained by averaging the gap width Gs detected by the optical cutting sensor and the pair of image processing apparatuses. At the time of packed bed welding, the detected value of the bead width Bs is averaged. During finish layer welding, the detected values of the groove shoulder width Ws or bead width Bs and the groove surface step ks are averaged and used. The main control items of the weaving condition are the weaving width Uw, the swing speed Vu, and the left and right stop time T. _L , T _R At the point where the welding torch 6 reaches the position 41 to be corrected, the weaving condition correction control 47 is performed in real time. Here, in accordance with the control to increase or decrease the welding speed Vp, the values Uw and Vu are calculated 46 so that the one-way pitch Pu of the torch swing is constant. That is, the weaving width Uw is increased in proportion to the magnitude of the detected value 45b (gap Gs or bead width Bs or groove shoulder width Ws) obtained by averaging the data 45a detected in the corresponding welding pass, and swings. Increase the speed Vu. The weaving width Uw for each layer is obtained by the equations (14) to (16), and the swing speed Vu is obtained by the equation (17).
[0074]
Weaving width of the first layer: Uw = Gs-k _Ten ... (14)
Weaving width of packed bed: Uw = Bs−k ₁₁ ... (15)
Finishing layer weaving width: Uw = Ws-k ₁₂ Or Uw = Bs−k ₁₂ ... (16)
Oscillation speed: Vu = 2 · Uw / [(60 · Pu / Vp) − (T _L + T _R ]] ... (17)
Where k _Ten , K ₁₁ , K ₁₂ Is the width constant of the weaving.
[0075]
In the welding of the finishing layer, when the step on the left side of the groove surface is high as shown in FIG. 27 (1) (when -ks <C1), the left stop time T _L (s) is longer than the initial value (for example, T _L = T _L +0.1), and controls to shift the groove center torch position to the left by ΔYk. On the other hand, when the step on the right side of the groove surface in FIG. 27 (2) is high (when + ks> C2), the right stop time T _R Longer than the initial value (for example, T _R = T _R +0.1), and controls to shift the groove center torch position to the right by ΔYk. Even in the welding of the filling layer before the finishing layer, it is possible to control the shift of the torch position by a predetermined amount in the direction of the groove side where the level difference is high and lengthen the weaving stop time by a predetermined value using the information on the level difference ks. .
[0076]
When the predetermined detection and position correction calculation processing is executed and the weaving condition correction control is performed as described above, a weld bead having no undercut or poor fusion can be obtained for each welding pass.
[0077]
【The invention's effect】
According to the multilayer welding method and the automatic welding apparatus of the present invention, even a welded structure of a groove joint with poor dimensional accuracy such as a gap change in a groove portion, a step or a meandering of a welding line can be obtained with one pulse of high current. Appropriate control of condition parameters such as average current, average voltage, welding speed, weaving width and stop time corresponding to the size of gap welding, groove shoulder width, step, etc. By means of this, it is possible to obtain a weld quality without deep spatter welding with little spatter, weld cracks, melt-through and undercut. In addition, with the correction control of the torch position in the left and right and up and down directions of the weld line, even with a grooved joint of a long member with a weld line bend or rail installation deviation, a good weld bead can be formed for each pass from the welding start point to the end point. Multi-layer welding from the first layer to the finishing layer can be performed automatically, streamlining welding, reducing man-hours, and improving welding quality. Furthermore, the operability and usability of the apparatus can be improved by the screen display such as the operation display during welding and the warning display at the time of abnormality from the setting before welding and the result display. By applying the multi-layer welding method and automatic welding apparatus of the present invention to thick plate welded structures such as power plants and chemical plants, it is possible to achieve welding automation, rationalization, cost reduction, and the like.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a perspective view showing a configuration of an embodiment of a multi-layer automatic welding apparatus employing a multi-layer welding method according to the present invention.
2 is a block diagram showing an example of a content configuration of a welding control device 11 in the multilayer overlay automatic welding device shown in FIG. 1;
FIG. 3 is a view showing an outline of a voltage / current waveform of pulse arc welding for suppressing generation of spatter and droplet transfer at a wire tip in the multi-layer welding method of the present invention.
FIG. 4 is a view showing multi-pass welding at an angle of 60 degrees and 35 degrees with an X groove joint having a steel plate thickness T = 32 mm.
FIG. 5 is a diagram showing a welding procedure for each pass in a downward posture in the multi-layer welding shown in FIG. 4 (2).
FIG. 6 is a diagram showing a situation in which the conditions of first layer welding are controlled by the welding method of the present invention.
FIG. 7 is a diagram showing a situation in which the conditions of packed bed welding are controlled by the welding method of the present invention.
FIG. 8 is a diagram showing a situation in which finishing layer welding conditions are controlled by the welding method of the present invention.
9 is a diagram showing the relationship between average current Ia, wire feed speed Wf, and average voltage Ea in the pulse welding shown in FIG.
FIG. 10 is a diagram showing the relationship between the gap width G of the groove and the average current Ia important in the first layer welding in the X groove joint (angle: 35 degrees, plate thickness: 32 mm).
FIG. 11 is a diagram showing a result of first layer welding with an X groove joint without a gap and changing a welding speed Vp and an average current.
FIG. 12 is a diagram showing a relationship between a gap width G and a groove area, a weld area S1 of a first layer, and a bead height in joint welding with an X groove depth H of 16 mm and an angle θ of 35 degrees.
FIG. 13 shows an example of a welding condition table of average current Ia output in front side first layer welding, back side first layer welding, front side and back side filling layer and finishing layer welding in a narrow angle X groove joint. FIG.
FIG. 14 shows an example of a welding condition table of average current Ia output in front side first layer welding, back side first layer welding, front side, back side filling layer and finishing layer welding in a wide angle X groove joint. FIG.
FIG. 15 is a diagram illustrating a situation in which conditions for first layer welding in an X groove joint having a wide angle are controlled.
FIG. 16 is a diagram showing a display example of a welding data calculation result.
FIG. 17 is a diagram illustrating a configuration of the optical cutting sensor 10 and related devices.
FIG. 18 is a diagram illustrating position reference alignment between the origin of the torch position (wire tip position) coordinates and the origin of the sensor coordinates before welding.
FIG. 19 is a diagram illustrating contents detected by the image processing device 22 and a pair of light-cutting sensors 10;
FIG. 20 is a diagram showing detection images of a portion with and without a tack in a groove to be welded.
FIG. 21 is a diagram showing an example of a screen configuration displayed on the operation panel of the multilayer overlay automatic welding apparatus of the present invention.
FIG. 22 is a diagram showing an outline of execution procedures of a detection operation and a welding control operation in the multi-layer welding method of the present invention.
FIG. 23 is a diagram showing an outline of a positional deviation of a weld line and detection of the positional deviation.
24 is a diagram showing a control block of a method for properly correcting the torch position shift in the left-right direction of the weld line shown in FIG. 23. FIG.
FIG. 25 is a diagram illustrating a control method of weaving welding.
26 is a diagram showing a control block of the weaving welding method shown in FIG. 25. FIG.
FIG. 27 is a diagram showing a control method for the left and right stop time of the weaving and the torch position in the finish layer welding in which the groove surface has a level difference ks.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1a, 1b ... Welding workpiece, 2 ... Groove part, 3 ... Guide rail, 4 ... Welding cart, 5 ... Welding wire, 6 ... Welding torch, 8 ... Wire feed mechanism, 9 ... Torch drive mechanism,
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 ... Optical cutting type sensor, 11 ... Welding control apparatus, 12a ... Pulse welding power supply, 15a ... Operation panel, 15b ... Screen display apparatus, 17 ... General control apparatus, 18b ... Welding data file, 22 ... Image processing apparatus, 23 ... Projection / reception controller, 24a: each axis drive device, 25: arc, 26: wire droplet, 31a ... laser projector, 31b ... slit light, 32a ... camera, 32b ... interference filter, 33 ... line image of groove shape .

Claims

Welding of the groove joint to a groove joint having a plurality of temporary attachment portions in a weld line of a joint portion where a pair of thick plate elongate members to be welded is abutted and having a gap in the abutting portion It runs on a guide rail installed in the linear direction, and is at least one of a wire melting type welding torch and torch drive mechanism and gap width of the groove portion, presence / absence of temporary attachment, left and right of the groove center, and vertical displacement In the multi-layer prime welding method in which multi-layer prime welding is carried out using a self-propelled welding carriage equipped with a sensor for detecting, a pulse welding power source, and a welding control device,
Set multiple average current groups or current groups and average voltage groups for each gap width range used in the first layer pulse welding in the condition table,
When performing the first layer welding, use the gap width detected from the groove part with no temporary attachment, and based on the detection information of left and right and vertical position deviation of the groove center, the average current corresponding to the gap width size The average voltage is increased or decreased in a stepwise manner, and welding condition parameters such as the welding area, welding speed, and weaving width related to the gap width are calculated and increased or decreased to eliminate positional deviation in the horizontal and vertical directions of the weld line. A multi-layer welding method characterized by correcting and controlling a torch position in a direction.

In the multi-layer welding method according to claim 1,
During the first layer welding operation, the gap width detected from the groove portion with no tack is regarded as a normal value, and the gap width detected from the groove portion with a tack is regarded as an abnormal value and deleted, or the abnormal value is deleted. Later, it is converted to a previously detected normal value gap width and regarded as a normal value, and based on this gap width detection information, the welding condition parameters of the first layer are calculated and controlled to increase or decrease, respectively. Welding method.

In the multi-layer welding method according to claim 1,
A plurality of average current groups or current groups and average voltage groups or average currents of predetermined values for each bead width range or groove shoulder width used in pulse welding of the packed bed are set in the condition table, and the packed bed is welded. Occasionally, using the remaining groove area changing between the part with no tack and the part and the bead width or groove shoulder width or bead width and groove shoulder width, left and right of the groove center and the positional deviation, up and down Based on the misalignment detection information,
The average current and average voltage corresponding to the size of the bead width or groove shoulder width are increased or decreased in a stepped manner, or the average current and average voltage of a predetermined value are output, and the welding area, welding speed, A multilayer overlay welding method characterized in that a welding condition parameter such as a weaving width is calculated and increased or decreased to correct and control the torch position in a direction that eliminates misalignment in the horizontal and vertical directions of the weld line.

In the multi-layer welding method according to claim 1,
When a plurality of average current groups or current groups and average voltage groups for each groove width used in the pulse welding of the finishing layer are set in the condition table, and the finishing layer is welded after the initial layer or the filling layer is welded, Stop the detection operation, and again use the detection record data used for detection and control in the previous layer welding,
The average current and the average voltage corresponding to the size of the groove shoulder width are increased or decreased in a stepped manner, and the welding condition parameters such as the remaining welding area to be welded in the finishing layer, the welding speed, and the weaving width are calculated. A multi-layer welding method characterized in that the torch position is corrected and controlled in a direction that increases or decreases and eliminates a position shift in the left and right and up and down directions of the welding line.

In the multilayer overlay welding method according to claim 3 or 4,
When performing welding of the filling layer and the finishing layer or finishing layer, the detection information of the step difference on the groove surface is further used, the torch position is shifted by a predetermined amount in the direction of the groove side where the step is high, and the weaving stop time is set. A multilayer overlay welding method characterized by elongating a predetermined value.

In the multilayer overlay welding method according to any one of claims 1 to 5,
The groove joint of the long plate member is an X groove joint that requires complete penetration welding, and each of the first layer welds on the front side and the back side is formed of a back bead at a portion without a gap that requires deep penetration. A higher average current that can be formed is output, and in areas where there is a gap change that requires melting of both walls of the groove, the average current is output so as to decrease by a predetermined value as the gap width increases, and welding is performed. Control to reduce the welding speed required to increase the area and control to increase the weaving width of the welding torch,
In the welding of the filling layer after the initial layer welding, the average current is output so as to increase by a predetermined value as the groove shoulder width increases, or an average current of a predetermined value is output. As the leading shoulder width increases, the average current is output so as to increase by a predetermined value, the welding speed increase / decrease control corresponding to the increase / decrease calculation of the remaining weld area to be welded for each of the filling layer and the finishing layer, and welding A multilayer overlay welding method comprising: executing a control for increasing a weaving width of a torch; and a control for increasing a weaving stop time on a groove side where a step on the groove surface is high by a predetermined value.

In the multilayer overlay welding method according to any one of claims 1 to 6,
Each welding of X groove joint with narrow groove angle or X groove joint with wide groove angle can be selected, the first layer welding on the front side, the first layer welding on the back side, and the first layer welding of the X groove joint A multi-layer welding method characterized in that a plurality of average current groups are provided in a welding condition table for each gap range and groove width range to be output respectively in welding of a later filling layer and welding of a finishing layer .

In the multilayer overlay welding method according to any one of claims 1 to 7,
An optical cutting sensor connected to the image processing device that processes the cross-sectional shape image of the groove portion is installed on the groove upper surface in front of the welding torch, and before welding, the wire positioning at the tip of the torch and the sensor coordinates Align with the reference origin,
During the welding operation of the initial layer and the packed layer, the image processing device and the pair of light-cutting sensors process the cross-sectional shape image acquired at substantially constant time intervals at positions preceding the welding torch, and the gap width and bead width. , Groove shoulder width, groove depth, angle, groove area, groove surface step, groove center left and right position deviation, vertical position deviation values are detected, and the detected data is classified on the welding controller side , Delete and average outliers, and use the finishing process. During the welding operation of the finishing layer, stop the detection operation of the sensor and use the recording data detected in the previous layer welding again.
The welding condition parameters such as welding area, welding speed, and weaving width to be welded are calculated for each welding pass of the first layer, filling layer, and finishing layer, and increase / decrease control is performed. A multilayer overlay welding method characterized by: