JPH0128673B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の技術分野〕 この発明は例えば管内面の耐食性を向上させる
ため管内面に肉盛を行う管内面肉盛溶接方法に関
するものである。

〔従来技術〕

管内面に肉盛を行う肉盛溶接は従来外径200mm
以上の管に対してはMIG溶接あるいはTIG溶接
によるスパイラル法またはステツプオーバー法が
採用されている。

スパイラル法は第１図に示すように矢印Ａの円
周方向に回転している管１内で溶接トーチ２を揺
動しながら溶接トーチ２を矢印Ｂ方向に連続して
移動し、第２図に示すように管１の内面にビート
３をスパイラル状に巻き付けていく方法である。

ステツプオーバー法は同じく第１図に示す回転
している管１内で溶接トーチ２を揺動しながら、
管１の１回転を検出して第３図に示すようにビー
ド３の幅だけ溶接トーチ２を間欠的に移動する方
法である。

このスパイラル法及びステツプオーバー法にお
いては管１の回転と溶接トーチ２の移動を機械的
に同期させる必要があり、このためのギヤボツク
スが大となり、かつ管１を回転する回転機構と溶
接装置を同一ベツド上に設置する必要がある。し
たがつて装置全体が大がかりとなり、価格も高価
となつてしまう。

また溶接トーチ２の揺動ピツチはギヤボツクス
のギヤ比で決まる例えば６mm、９mm、12mm等と段
階的で固定であるためビードのつなぎが平担とな
らず、さらに機械的条件に溶接条件を合わせる必
要が有るため管１の材質が変つたときの溶接条件
の変更に対応できず管１内面の肉盛の品質上に問
題があつた。

また外径が200mm以下の管に対しては管径が細
いために上記したスパイラル法あるいはステツプ
オーバー法は適用できず手溶接で行われる被覆ア
ーク溶接により直線盛り法が採用されている。

直線盛り法は第４図に示すように管１の内面の
長手方向にビード３を置き、次にそのビード幅だ
けずらして次のビード３を置いていく方法であ
る。

この直線盛り法によるとビード幅だけ溶接トー
チをずらして肉盛りするため、ビード幅を完全に
制御できずビード表面に凹凸が生じ易いという問
題がある。またこの直線盛り法では被覆アーク溶
接が行われるためスラグが生じ、その剥離に時間
がかかり、材質によつて剥離が困難な場合もあり
スラグの巻込みが生じやすい。さらにこの方法は
手溶接で行われるため肉盛できる管の長さも手の
届く範囲に限定され、長尺の管を必要とする場合
は内面に肉盛した管を複数本円周溶接で継いでい
く必要があり、工数の増大を招きかつ管の直線性
が悪くなり、また円周溶接部での落込み変形が増
すという問題を生じる。また材質によつては割れ
を生じ円周溶接ができないということもあつた。

〔発明の目的〕

この発明は上記した諸問題点を解決するため溶
接トーチの高さ一定のもとにアーク電位を利用し
て先に肉盛したビードの端面を基準とするビード
端面倣い自動肉盛溶接法であつて上記のスパイラ
ル法に適用できる管内面肉盛溶接方法を提供する
ことを目的とするものである。

〔発明の構成〕

この発明の管内面肉盛溶接方法は細長いアーム
先端に設けた溶接トーチを一定の高さに保ちなが
ら揺動運動させ、この揺動運動中溶接トーチのア
ーク電圧を検出し、溶接トーチが先に肉盛溶接し
たビードの端面に向う方向の運動のときにはこの
アーク電圧があらかじめビード高さに応じて設定
した基準値と一致したことを検出し、その時から
一定時間後に溶接トーチを反転させ、溶接トーチ
がビードの端面側と反対方向の運動のときには所
定の揺動幅に達した時に溶接トーチを反転させる
ことによりビードの端面倣いを行い、平滑なビー
ドを得る方法である。

この発明において溶接のアーク電圧を検出して
溶接トーチの揺動運動を制御するのは以下に示す
理由による。

第５図に示すように母材４上にポテンシヨンメ
ータ等の適当な位置検出器６で溶接トーチ２を一
定の高さに保ちながら矢印の方向に所定の幅で溶
接トーチ２を揺動するとビード５の高さに応じて
アーク電圧が減少し、このアーク電圧と溶接トー
チの揺動を測定すると第６図に示す波形が得られ
る。第６図は横軸に時間Ｔを縦軸に電圧Ｖを示
す。図において波形v_pは溶接トーチ２の揺動波形
を、波形v_Aはアーク電圧波形を示し、溶接トーチ
２が先に肉盛したビード５の位置に移動すると溶
接トーチ２と該ビード５の端面間の距離が短かく
なり、アーク電圧波形は低下する。逆に、溶接ト
ーチ２と該ビード５の端面間の距離が長くなると
アーク電圧波形は高くなる。この溶接トーチ２の
揺動波形v_pとアーク電圧波形v_Aとは非常によい対
応があるため、溶接トーチ２の揺動運動中アーク
電圧を検出することにより先に肉盛したビード５
の位置、高さを検知することができる。

〔発明の実施例〕

第７図、第８図及び第９図はこの発明の実施に
使用する一溶接装置を示し、第７図は正面図、第
８図は平面図、第９図は第７図のＡ−Ａ断面図で
ある。図において７は先端に溶接トーチ２及び位
置検出器６を取付けた細長い管からなるアームで
ある。８はアーム７を取付け、台形ねじからなる
軸９の回転により溶接トーチ２を上下方向に移動
するホルダである。１１は昇降モータで、ギヤー
群１０を介して軸９を回転することにより溶接ト
ーチ２の高さを調節する。１２は上記昇降モータ
１１等を固定した揺動スライダで揺動モータ１３
に連結した台形ねじからなる揺動軸１４の回転に
より溶接トーチ２を揺動する。１５は揺動モータ
１３を取付けた主スライダで、ガイド１６及びナ
ツト１７を有する。ナツト１７は台形ねじからな
る主軸１８に螺合され、主軸１８の回転により主
スライダ１５をガイドレール１９に沿つて移動す
る。２０は主モータでギヤ２１、クラツチ２２及
びギヤ群２３を介して主軸１８を回転する。２４
は早送りモータでクラツチ２２Ａ及びギヤ群２３
を介して主軸１８を回転する。なお２５は主軸１
８をベツド２６に取付けるナツトである。

上記のように構成した溶接装置を使用してTIG
溶接により、第１０図に示した小径管１の内面に
肉盛溶接する場合の斜視図を第１１図に示す。ま
ず溶接トーチの早送りモータ２４を駆動して、溶
接トーチ２を管１内に挿入し後に溶接トーチ２の
管１内面からの高さを位置検出器６で検出し、昇
降モータ１１を駆動して溶接トーチ２を一定の高
さとする。次に管１を不図示の回転装置で回転し
ながら主モータ２０を駆動して自動で溶接トーチ
２を図のＢ矢印方向に移動しつつ、ワイヤフイラ
２７よりワイヤを送給しながら、揺動モータ１３
を駆動して管１内面に一定幅の肉盛りを行う。以
後先に肉盛りしたビード５端面に倣つて溶接トー
チ２の揺動を行いながら管１内面に連続して肉盛
りを行う。

第１２図に溶接トーチ２を揺動する場合のフロ
ーチヤートを示す。ステツプ101で溶接トーチ２
の揺動方向を確認し、揺動方向が先に肉盛したビ
ードの端面に向う方向である場合は第６図に示し
たアーク電圧v_Aを検出し（ステツプ102）、このア
ーク電圧v_Aがあらかじめビードの高さに応じて設
定した基準電圧v_rと一致したことを比較器（不図
示）により検出し（ステツプ103）、その時から直
ちに、あるいは適当な時間後に揺動停止指令を出
し（ステツプ105）、あらかじめ設定した時間Ｔ秒
後に（ステツプ106）溶接トーチ２の反転を行う
（ステツプ100）。溶接トーチ２の揺動方向が先に
肉盛したビード５の端面側と反対側の場合はあら
かじめ設定してある揺動幅Ｗを検出して（ステツ
プ104）、その揺動幅Ｗに達した時に直ちに溶接ト
ーチ２の反転を行う。これを繰返すことにより管
１内面に肉盛溶接を行う。なお、上記実施例で
は、TIG溶接法により前述のスパイラル法で肉盛
溶接する場合について説明したが、この発明は
MIG溶接法によるスパイラル法でも行うことが
できる。

〔発明の効果〕

この発明は以上説明した通り先に肉盛したビー
ド端面に倣つて管内面の肉盛溶接を行うことか
ら、ビード表面が非常に平滑となり手溶接で問題
となつていたアンダカツトやビード重ね部の谷間
がなくなり溶接後の非破壊検査が容易となる。ま
た肉盛溶接に必要な溶接ビード幅や肉盛厚を他の
溶接法と比して自由に選択できるため仕様に合つ
た最適な肉盛条件を採用することができる。さら
にビードの継ぎが任意の位置でできるため溶接中
何等かの原因でアークが切れても再び溶接を続行
することができる。

またこの発明では溶接トーチの揺動及び送りと
管の回転を独立に調整できるため管の材質の違い
によるビード形状や幅、溶接条件の変更に対して
自由に対処できる。

さらにこの発明は溶接トーチをビード端面に倣
つて揺動することから管内面の肉盛りを自動でか
つ不活性ガスを使用するTIG溶接により行えば、
いかなる材質に対しても対応することが可能とな
ると共に、スラグが発生しないため、スラグ巻き
込みや、それに伴う溶接欠陥がなくなり品質の安
定した肉盛りが可能となる。

またこの発明によると溶接トーチの揺動を溶接
装置本体で行うことができるため、溶接トーチを
取付けるアームを細長くすることができ、その結
果肉盛後の内径が50mm程度の小径管まで肉盛する
ことができ、管を反転させて各端からそれぞれ溶
接すれば管長1.2ｍまでの肉盛溶接も可能となり、
品質の向上に果たす効果が大である。

【図面の簡単な説明】

第１図は管に肉盛溶接する場合の管と溶接トー
チの配置図、第２図は従来のスパイラル法による
ビードの模式図、第３図は従来のステツプオーバ
法によるビードの模式図、第４図は同じく従来の
直線盛り法によるビードの模式図、第５図は肉盛
溶接によるビード形成時の模式図、第６図はアー
ク電圧と溶接トーチの揺動の波形図、第７図〜第
９図はこの発明の実施に使用する溶接装置の構造
図で、第７図は正面図、第８図は平面図、第９図
は第７図のＡ−Ａ断面図、第１０図はビードと溶
接トーチの配置図、第１１図はこの発明の実施に
おいて使用する溶接装置と管を示した斜視図、第
１２図はこの発明の実施例において溶接トーチを
揺動するときのフローチヤートである。 １……管、２……溶接トーチ、３，５……ビー
ド、４……母材、６……位置検出器、７……アー
ム、８……ホルダ、９……軸、１０，２３……ギ
ヤ群、１１……昇降モータ、１２……揺動スライ
ダ、１３……揺動モータ、１４……揺動軸、１５
……主スライダ、１６……ガイド、１７……ナツ
ト、１８……主軸、１９……ガイドレール、２０
……主モータ、２１……ギヤ、２２，２２Ａ……
クラツチ、２４……早送りモータ、２６……ベツ
ド、２７……ワイヤフイラ。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 細長いアーム先端に設けた溶接トーチを一定
   の高さに保ちながら揺動運動させ、この揺動運動
   中前記溶接トーチのアーク電圧を検出し、該溶接
   トーチが先に肉盛溶接したビードの端面に向う方
   向の運動のときには前記アーク電圧があらかじめ
   ビード高さに応じて設定した基準値と一致したこ
   とを検出し、その時から一定時間後に前記溶接ト
   ーチを反転させ、前記溶接トーチが前記ビードの
   端面側と反対方向の運動のときには所定の揺動幅
   に達した時に該溶接トーチを反転させることによ
   りビードの端面倣いを行うことを特徴とする管内
   面肉盛溶接方法。