JPH0252590B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は管と管とをＴ字形、Ｙ字形、ト字形等
（以下略Ｔ字形状と総称する）に突き合わせて溶
接する枝管自動溶接方法に関するものである。

第１図に示すごとく、大径の母管１の側面に小
径の枝管２をＴ字形状に突き合わせて自動溶接す
る場合、従来一般に自動溶接機の自動制御装置３
に母管１の径Ｄと枝管２の径ｄとを与え、自動制
御装置３によつて上記双方の管の交線４を解析幾
何学的に算出させ、上記の交線４に沿つて溶接ト
ーチ５を移動せしめて行なう。

同図において６は溶接トーチ５ａを懸架する保
持装置を支承して上下方向に駆動される上下軸、
６ａは上下駆動モータであり、７は上記の上下軸
６を志承して回転駆動される回転軸、７ａは回転
駆動用モータであり、７ｂはパルスジエネレータ
である。そして、枝管２は回転軸７と同心状に位
置せしめられ、回転軸７の回転はパルスジエネレ
ータ７ｂによつて検出される。上下駆動モータ６
ａは上記パルスジエネレータ７ｂの発するパルス
に同期して上下軸６が上下動するよう自動制御装
置３によつて制御され、溶接トーチ５は前記の交
線４に沿つて移動せしめられる。なお、８はこの
装置の支持台である。

この場合、回転軸７の回転角θに対する上下軸
６の上下方向の位置、つまり鞍形移動量Ｚは次式
で表わされる。

Ｚ＝√（２）²−（２）²・² …(1) 前記の交線４は、第１図のようにＤ＞ｄの場合
は滑らかな３次元曲線であるが、枝管２の径ｄが
母管１の径Ｄに接近すると曲率半径の小さい個所
ができる。

管径ｄがＤに接近した極限の状態としてｄ＝Ｄ
の場合の平面図、正面図及び側面図をそれぞれ第
２図、第３図及び第４図に示す。ただし、これら
の図においては母管１及び枝管２′をそれぞれ、
その外周面で表わしてある。

平面図（第２図）では母管１と枝管２′との交
線４′の平面投影が枝管２′の平面投影と重なつて
いる。第２図の交線４′にその角位置を付記する。
背部交点は０度及び180゜の点である。

Ａは上記交線４′の90゜点を示す。この点で交線
４′は折返し角度が鋭角となり鋭い屈曲（曲率半
径０）を示す。同様に270゜点にも鋭角の折返し点
ができる。

枝管２と母管１の肉厚が厚い場合（例えば、原
子炉圧力容器等）には通常のＶ字形開先としない
でＩ型の狭開先を形成し突合せ溶接を行うことが
有利である。狭開先溶接法は、一般に第５図に示
すように、厚板突合せ溶接に適用すると溶着金属
が少ないこと及び熱歪が少ない等の利点があるの
で実用されている。この狭開先溶接法では、厚板
９ａ，９ｂに幅９mm程度の狭い開先１０を形成
し、この開先１０の中に扁平形状のトーチ１１を
挿入した状態で開先１０に沿つて移動しながらア
ーク溶接する。溶接ワイヤ１２はリール１３から
送給装置１４ａ，１４ｂを介してトーチ１１の中
に送給される。１５ａ，１５ｂはワイヤ送給モー
タである。扁平なトーチ１１を使用する狭開先溶
接法を枝管２と母管１の突合せ溶接に適用しよう
とすると、トーチ１１を狭開先内に挿入した状態
で移動させた時、第６図及び第７図に示すように
母管１の径Ｄと枝管２の径ｄとの比が１に近い場
合、90゜点と270゜点に急峻なカーブがあるためト
ーチ１１が点Ａで側壁に引掛り、連続的な多層溶
接ができず、このＡ点で一旦溶接を止めて再度溶
接を開始しなければならなかつた。なお、第６図
は母管１と枝管２との径が等しい場合の相貫線
ｃ，c′を示す斜視図であり、第７図は相貫線ｃ，
c′を枝管２の外周に沿つた旋回角について展開し
た展開図である。

このため、溶接スタート時に生じ易い溶接欠陥
および溶接ストツプ時に生じ易い溶接欠陥の発生
率が高くて溶接品質を損う上に溶接作業能率を低
下させていた。

本発明は以上の事情に鑑みて為され、母管と枝
管との管径が近似し、若しくは等径であつても連
続的に溶接を行なつて溶接欠陥を減少せしめ、か
つ溶接作業能率を向上せしめ得る鞍形自動溶接方
法を提供することを目的とする。

上記目的を達成する為に本発明においては母管
１の側面部で高さ方向にΔhの補正を加えて、折
り返し部開先面Ａを円滑にする。具体的には枝管
２の外周が長軸は内径と等しくｄ、短軸が（ｄ−
2Δd）なる楕円管を想定し、これが内径Ｄの母管
１と相貫して形成される交線を開先中心線とし、
この交線１５に沿つて枝管２の端部を切断し、且
つ母管１の開口を鞍形に形成し、溶接トーチ１１
を上記交線１５に沿つて移動して溶接することを
特徴とする。

次に、本発明の原理を第８図乃至第１０図につ
いて説明する。１は母管、２′は上記の母管１と
等径の枝管であり、それぞれその外周面を書き表
わしてある。仮想線で示した交線４は、枝管２′
と母管１との交線、即ち、従来技術（第３図）に
おける溶接線を参考のために付記したものであ
る。

第８図に破線で示すごとく、枝管２′の外周円
柱面に内接する楕円柱面１６を想定する。

上記楕円柱面１６は、その長径を枝管２′の径
Ｄと等しくし、かつ、上記の長径を母管１の中心
軸Ｂ−B′と平行にした状態を想定し、この楕円
柱面１６と母管１との交線１５を後述のようにし
て求める。

上記の交線１５の平面投影（第８図）は楕円柱
面１６と重なり、立面投影（第９図）においては
点線１５のごとく楕円形の弧状をなす。そして上
記の交線１５は立体的には前記の交線４にほぼ沿
い、しかもＡ点のように鋭い折返し点の無い滑ら
かな鞍形Ｅとなる。

上述の原理により、楕円柱面１６の短径（ｄ−
Δd）の寸法を適宜に選ぶと鋭い屈曲点の無い滑
らかな鞍形であつて実用上理想的な溶接線を適宜
設定することができる。Δdを０，５，10，20
（mm）にした時の交線１５の変化を第１１図に示
す。

次に本発明の一実施例を第１２図乃至第１３図
について説明する。同図において５ｂは保持装置
１７の他端に取付けられたガス切断トーチ５で溶
接トーチ５ａと略同一の軌跡を描くように設定さ
れる。なおこのガス切断トーチ５ｂは、第１図に
示した溶接トーチ５ａと交換可能としてもよい。
すなわち、このガス切断トーチ５ｂを移動するに
は、自動制御装置３に母管１の径Ｄと枝管２′の
径ｄとを与え、更に前述の楕円柱１６の短径の値
d′を与える。

本実施例においては、母管１および枝管２′共
に外径500mmの管材を用い、肉厚は10mm、15mm、
20mmの３種類についてテストを行つた。

そして楕円柱１５の長径を500mm、短径を490mm
に想定することにより連続溶接に好適な滑らかな
鞍形の交線１５が得られる。自動制御装置３に所
要データをインプツトし、仮想線で示した枝管位
置２′に枝管用管材を位置せしめてその下端部を
ガス切断トーチ５ｂで前述の交線１５（母管１と
仮想線楕円柱１６との交線）に沿つて切断する。

円柱面と楕円柱面との交線１５に沿つてガス切
断トーチ５ｂを移動せしめることは、自動制御装
置３の指令に基づいて回転軸７を回転させなが
ら、その角位置θに応じて上下軸６を次式に従つ
て上下動せしめることによつて行ない得る。

Ｚ＝√（２）²−（２−２）²・
²
…(2) ただし、Ｄ：母管の径（本例においては500mm） ｄ：枝管の径（本例においてはＤに等し
い） Δd：枝管に内接する楕円柱の長径と短径
との差（本例においては10mm） である。

以上のようにして枝管用の管材の下端を交線１
５に沿つて鞍形に切断したならば枝管用の管材を
取り外しておき、次いで開口を回転軸７の真下に
母管用管材を位置せしめて前記と同様にして交線
１５に沿つて鞍形の開口を穿つ。

以上のように準備した後、母管１および枝管
２′をそれぞれ自動溶接機に取り付け、上下軸６
の下端に取付けたガス切断トーチ５ｂを溶接トー
チ５ａと交換して、上記の交線１５に沿つて溶接
を行なわせる。母管１と枝管２′とは第１３図に
示すように接続部内に収容された支持部材１８に
より溶接開先幅ｈの間隔を隔てて対向する。支持
部材１８の下部１９は母管１の内面側に固定さ
れ、且つ上部２０は枝管２′の内側壁面２１を外
側へ押し拡げるように力を加えて支持する。２２
は裏当部材で銅等により作られ、溶接時の溶着金
属がたれ落ちしないように開先の底部の母管１の
内側から押えるように配置される。

上記の交線１５は既述のごとく鋭い屈曲を有し
ないで第１６図ａ，ｂのようにゆるやかな曲線と
なるので、この線に沿つて連続的に溶接すること
が技術的に容易であり、90゜点A′で溶接を中断す
る必要が無いので溶接スタート時及び溶接ストツ
プ時に特有の溶接欠陥の発生率を著しく低減し得
る。

本実施例において、枝管２′の肉厚は10〜20mm
であり、想定楕円柱面１６の長半径と短半径との
差Δd／２は５mmであるから、上記の想定楕円柱
面１６は枝管２′の肉厚範囲内に収まつており、
溶接技術上なんらの不具合を生じない。なぜかと
いうと、実際には、楕円柱面１６を想定して枝管
２′と母管１を切断した後に切断面を合わせると、
枝管２′の切断面が母管１の切断面から外に突出
することになるが、管の突合せ溶接では、接合部
に更に余盛をするため、枝管２′の突出部は盛り
上げた溶着金属の下に埋められるためである。

上記の実施例では枝管と母管との径が等しい場
合について述べたが、第１４図ａ，ｂの概略平面
並びに正面図に示すように枝管２′が母管１より
も若干細い場合は前述の等径の場合に比して溶接
技術的に容易となるので、本発明方法を適用する
について不具合を生じない。

本発明の軌跡制御方法を説明するフローチヤー
トを第１５図に示す。母管１と枝管２′とを回転
軸７の真下に配置した後、溶接トーチ５ｂを開先
内にセツトし、同時にトーチ５ａを上下駆動モー
タ６ａの原点に合わせ、制御装置３には母管１の
径Ｄ、枝管２′の径ｄ、楕円柱の長径と短径との
差Δd、トーチ５ａの移動速度Ｖ、及び開先の高
さｈのデータを入力すると、前述の鞍形軌跡に沿
つてトーチを移動するようにトーチの旋廻角毎に
トーチを上下動させるとともに等速度で旋廻する
ようにモータ６ａ及び７ａを制御する。旋廻角度
θは位置検出器（パルスジエネレータ）７ｂによ
り検出し必要に応じて溶接形態（条件）を変え
る。この溶接条件は鞍形の高低差により変わり、
溶接姿勢の変化が主な要因である。この変化は管
径比１の時が最も大きく、１周の間に水平→45゜
下進→水平→45゜上進を２回繰り返す。また１周
目の溶接に重ねて２周目、３周目……と積層する
場合にはトーチ５ａを開先から順次引抜く必要が
ある。水平、下進、上進などそれぞれに適した溶
接条件を３通りプリセツトしておき、旋回角30゜
ピツチで、すなわち１周を12分割して、溶接条件
の自動切換を行なうようにすることもできる。

溶接速度については、鞍形駆動の線速度を一定
とする演算により制御できるが、更に積層につれ
トーチ先端の旋回直径が変化するので１パス当り
の積層厚さ、何層目の溶接かを自動的に計数し、
補正することもできる。また、矩形断面状の溶接
トーチを溶接線に沿つて鞍型軌跡をたどらせよう
とすると、上進・下進部など溶接線がＺ軸方向に
対して傾斜しているところでは、その傾斜角に対
応して最大＋45゜の範囲でトーチに捻りを与えな
ければならない。

そこで、溶接心線が通過するコンタクトチユー
ブを中心軸として（換言すれば、アーク発生位置
を中心線上において）溶接トーチが回転できるよ
うなトーチ支持構造にすることもできる。

以上説明したように、本発明は、枝管に内接す
る楕円柱面と母管との交線を想定し、上記の交線
に沿つてトーチを移動せしめることにより枝管
２′と母管１により形成される開先がゆるやかな
略曲線となるので溶接トーチを容易に移動するこ
とが可能となる。したがつて母管の管径と枝管の
管径とが近似、若しくは等径であつても双方の管
を突き合わせて連続的に枝管自動溶接を行なうこ
とができるから、溶接不良欠陥が発生せず良好な
管継手を製造することができるという効果があ
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は枝管自動溶接機の斜視図である。第２
図乃至第４図及び第６図は従来方法により枝管溶
接する場合の母管及び枝管を示し、第２図は平面
図、第３図は正面図、第４図は側面図である。第
５図は狭開先溶接を説明する斜視図、第６図は溶
接前の母管と枝管の斜視図、第７図は従来の枝管
溶接方法における交線を示す展開図である。第８
図乃至第１０図は本発明の一実施例における母管
及び枝管を示し、第８図は平面図、第９図は正面
図、第１０図は側面図である。第１１図は補正量
による交線の形状変化を示す特性図である。第１
２図は本発明の一実施例を示す全体構成図を示
し、第１３図は第１２図の一部断面図である。第
１４図ａ，ｂは本発明の他の実施例を示す概略図
で、ａは平面図、ｂは正面図である。第１５図は
本発明の動作を説明するフローチヤート、第１６
図ａ，ｂは本発明による交線の変化を示す図で、
ａは展開図、ｂは斜視図である。 １……母管、２，２′……枝管、３……自動制
御装置、４……母管と枝管との交線、５ａ，１１
……溶接トーチ、５ｂ……切断トーチ、６……自
動溶接機の上下軸、７……同回転軸、１５……交
線、１６……楕円柱面。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 母管の側面に枝管を溶接する枝管自動溶接方
   法において、上記枝管の径を長径とする楕円柱を
   擬制し該擬制楕円柱の外周と母管との交線を求
   め、該交線を基準として加工された枝管端部と母
   管開口部との接続部を、該交線を基準として軌跡
   に沿つて移動するトーチによつて溶接することを
   特徴とする枝管自動溶接方法。