JPH0459993B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、中・厚肉構造物の周継手溶接に於い
て、多層連続溶接の振分け時の溶接線倣い、溶接
条件制御を自動化した周継手の自動溶接方法に関
する。

〔従来の技術〕

継手溶接の積層方法は板厚、開先形状等により
区分けされる。中厚板（ｔ＝10〜100mm程度）の
場合、通常Ｖ形、Ｕ形、ν形などの開先形状と
し、ビードを振分けて積層を行なう必要がある
（第１図参照）。

〔発明が解決しようとする問題点〕

従来、これらの振分け溶接は、例えば潜弧溶接
を適用した場合、溶接部はフラツクスで覆われ、
しかも溶接ビードはスラグで覆われるため、溶接
トーチ狙い位置の設定、溶接条件の選定が難し
く、特に周継手の振分け溶接では、１周した後、
次層に移る際次層へのトーチ狙い位置のシフトタ
イミングが難しいために、多層連続溶接の自動化
の妨げとなり、熟練作業者の経験に頼つていた。
又、ガスシールドアーク溶接の場合でも周継手の
振分け溶接時には同様の問題が生じている。

〔問題点を解決するための手段及び作用〕

本発明は、例えば熱交換機圧力容器などの中・
厚肉構造物の周継手溶接を対象に多層連続溶接の
妨げとなっていた振分け時の溶接線倣い、溶接条
件制御を自動化し、これにより複数継手溶接を１
人で管理できるようにして省力化を計り、かつ品
質の安定と大幅な能率向上を計ることを目的とし
てなされたものである。

本発明は、中・厚板構造物の円周継手溶接に於
いて、溶接線と略直角方向に光学式距離センサを
揺動させ、溶接線に対しほぼ一定間隔での開先形
状を検知して、この情報を予め設定した手法で演
算処理し、溶接線倣いと溶接条件制御を自動化
し、しかも溶接スタート位置に振分け時の目印と
なる突起物等を固着し、これを非接触センサ等で
検知して振分け制御のタイミングを適正にすると
共に、円筒溶接物の回転用ターニングローラに基
準周長（本例では１mmに設定）当り１パルスを発
信させるパルスエンコーダを設け、この出力パル
スを計数することにより、簡単に精度良く遅延タ
イミングを設定できるようにして、多層振分け溶
接を完全自動化したものである。

〔実施例〕

以下図面を参照して本発明の一実施例を説明す
る。

第１図は本発明で対象とする中・厚肉構造物の
周継手の振分け溶接部断面を示したもので、同図
ａはＶ形開先、同図ｂはＵ形開先、同図ｃはν形
開先の一例である。図中、１は被溶接母材、２
ａ、２ｂ、２ｃはそれぞれの開先線、３は溶接ビ
ード、４は裏側溶接部を示す。

第２図は溶接状況および光学式距離センサによ
る開先形状の検出手段を示したもので、図中、
１，１は被溶接母材、２は開先、３は溶接ビー
ド、５はフラツクス、６は溶接ワイヤ、７は溶接
トーチ、８は光学式距離センサ、９は光学式距離
センサ８の走査ライン、１０は光学式距離センサ
８を開先２を横切つて所定幅揺動させるための揺
動用モータ、１１は光学式距離センサ８で得られ
た距離信号の処理装置、１２は光学式距離センサ
８による距離信号と揺動用モータ１０の位置信号
を合成して開先形状を得る演算装置である。

第３図は第２図の手段で検出した開先部断面形
状の一例を示したもので、９ａは溶接前、９ｂは
１パス溶接後、９ｃは２パス溶接後の開先断面形
状である。

第４図Ａは、円筒継手自動化システムの概要を
示したもので、図中、１，１は円筒製溶接材たる
母材、５はフラツクス、６は溶接ワイヤ、７は溶
接トーチ、８は光学式距離センサ、１０は該セン
サ８の揺動装置、Ｗはワイヤ送給装置、Ｚは揺動
装置１０や、ワイヤ送給装置Ｗを搭載した保持
台、１３は溶接トーチ７をＸ軸方向に位置制御す
るサーボモータ駆動のＸ軸テーブル、１４は同様
に溶接トーチ７をＹ軸方向に位置制御するＹ軸テ
ーブル、１５は台車、１６は台車１５が走行する
サイドビーム、１７は溶接条件制御装置（手動−
自動切換機能をもつ自動溶接時には積層パス数、
開先断面積に応じて、予め設定した演算式により
条件制御する）、１８はマイクロコンピユータ制
御用溶接電源、１９は自動溶接制御装置（施工条
件設定機能、溶接状況表示用CRTを内蔵）、２０
はモータ類の制御部とセンサの距離信号処理部と
各種演算装置を内蔵した制御盤、２１は円筒製溶
接材（母材）１の溶接スタート位置に固着した目
印、２２は目印２１を検知するセンサ、２３はセ
ンサ２２を取付けた保持具、２４は円筒製溶接材
たる母材１を回転制御するターニングローラ、２
５はターニングローラ２４に同期して回転し基準
周長毎にパルスを発信するロータリーエンコー
ダ、２６はロータリーエンコーダ２５の受信部と
ターニングローラ２４の駆動モータ制御部を内蔵
する操作盤である。

ここで作用を説明する。第１図に各種継手の積
層結果の一例を示す。これらの多層振分け溶接を
自動化するため、第２図に示すように、溶接部の
前方（距離一定）で溶接線とほぼ直角方向に光学
式距離センサ８を揺動させ、微小ピツチで連続的
に距離信号を取込みこの信号（Ｙ方向）とセンサ
位置信号（Ｘ方向）を演算装置１２により合成し
て高精度に開先形状を検知する。その検知結果の
一例を第３図に示す。尚、上記揺動タイミング
は、ターニングローラ２４に配置したパルスエン
コーダ２５から発信されるパルスを計数し、一定
パルス毎（一定溶接線長毎）に行われる。

これらの開先断面情報をもとに予め設定した演
算式（式の説明は省略）にて演算処理し、各層の
各断面毎の溶接トーチ狙い位置並びに溶接条件を
設定する。これら、光学式距離センサ８の一走査
毎に取込み、設定された狙い位置、溶接条件の情
報は一時記憶され、溶接トーチと光学式距離セン
サ８間の溶接が進行したことを第４図Ａに図示し
たパルスエンコーダ２５から発信される基準周長
毎のパルス信号を計数することにより検知し、適
正な遅延タイミングで制御することができる。

次に、周継手の溶接スタート位置に目印２１を
設け、これをセンサ２２にて検出することによ
り、次層ビードへの溶接トーチ狙い位置制御並び
に条件変更の出力タイミング誤差をなくすること
ができる。したがって前述した第２図に示す開先
情報の検知、演算処理方式と第４図に示すシステ
ム構成にて、周継手の多積振分け溶接の完全自動
化が計れる。

ここで第５図に示す自動溶接フローチャートを
参照して一実施例に於ける具体的な作用を説明す
る。作業者は溶接材料、被溶接物を準備し、施工
条件（開先形状、板厚等）を設定して、「自動溶
接」をONにすることにより、自動溶接が開始さ
れる。（第５図ステツプ１〜３）。溶接開始後、光
学式距離センサ８にて開先形状をサンプリングし
演算処理する（第５図ステツプ４）。これにより
得られた開先情報から所定の演算式で、トーチ狙
い位置、溶接条件を設定して一時記憶し、基準周
長毎に発信されるパルスを計数して、適正な遅延
タイミングとなつたときの実際の溶接トーチ位
置、溶接条件と比較し、偏差が生じた場合、トー
チ位置修正あるいは溶接条件修正を行なう（第５
図ステツプ５〜10）。

さらにワークが１回転したか否かを溶接スター
ト位置に設けた目印２１の検出信号にて判断し
（第５図ステツプ11）、１回転した場合、最終層か
否かを判断し（第５図ステツプ12）、NOの場合
（最終でない場合）、層変更処理（狙い位置、溶接
条件を変更）を行なつて（第５図ステツプ13）、
次層条件にて上記同様のトーチ狙い位置演算、溶
接条件演算を行なう（以下繰返し）。そして最終
層となつた場合、溶接終了処理（重ね量制御とク
レータ処理）を行なつて、溶接を完了（自動停
止）する（第５図ステツプ14、15）。

このような本発明の一実施例による自動溶接手
段により「自動溶接」ON後、作業者は無監視と
なり複数継手の管理が可能で、しかも品質の安定
が計れる。

〔発明の効果〕

以上詳記したように本発明による周継手の自動
溶接方法によれば、光学式距離センサを溶接線に
略直角方向に揺動させ、該センサより得られる距
離信号と上記揺動時のセンサ位置信号をもとに、
溶接線の位置、形状を検出するもので、周継手の
多層連続溶接に於いて、上記センサを溶接部前方
にて一定周長毎に揺動せしめて上記各信号をもと
に溶接部の開先形状を検出し、該検出形状をもと
に各層毎の溶接トーチ狙い位置、並びに溶接条件
を設定し、一時記憶して、上記トーチとセンサと
の間の距離を補正するための遅延タイミングを決
定し、かつ周継手の溶接スタート位置に取付けた
目印の検出信号をもとに周継手溶接に於ける次層
条件への振分けタイミングを決定して、周継手の
多層振分け溶接を実施することにより、周継手溶
接の省力化が計れ、品質の安定化と能率の大幅な
向上が計れる。

【図面の簡単な説明】

図はそれぞれ本発明の一実施例を説明するため
のもので、第１図ａ乃至ｃはそれぞれ本発明の一
実施例で対象とする中・厚肉構造物の周継手の振
分け溶接部断面形状を示す図、第２図は上記実施
例に於ける開先形状の検出手段を示す図、第３図
ａ乃至ｃはそれぞれ上記第２図の検出手段により
検出した開先部断面形状を示す図、第４図Ａは上
記実施例に於ける周継手自動化システムの概要を
示す図、同図Ｂは同図ＡのＡ−Ａ線に沿う断面
図、第５図は上記実施例に於ける自動溶接フロー
を示すフローチャートである。 １……母材、２……開先、３……溶接ビード、
６……溶接ワイヤ、７……溶接トーチ、８……光
学式距離センサ、１０……揺動用モータ、１１…
…距離信号処理装置、１２……演算装置、１３…
…Ｘ軸テーブル、１４……Ｙ軸テーブル、１５…
…台車、１６……サイドビーム、１７……溶接条
件制御装置、１８……溶接電源、１９……自動溶
接制御装置、２０……制御盤、２１……目印、２
２……センサ、２４……ターニングローラ、２５
……ロータリーエンコーダ、２６……操作盤。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 光学式距離センサを溶接線に略直角方向に揺
   動させ、該センサより得られる距離信号と上記揺
   動時のセンサ位置信号をもとに、溶接線の位置、
   形状を検出するもので、周継手の多層連続溶接に
   於いて、上記センサを溶接部手前方にて一定周長
   毎に揺動せしめて上記各信号をもとに溶接部の開
   先形状を検出し、該検出形状をもとに各層毎の溶
   接トーチ狙い位置、並びに溶接条件を設定し、一
   時記憶して、上記トーチとセンサとの間の距離を
   補正するための遅延タイミングを決定し、かつ周
   継手の溶接スタート位置に取付けた目印の検出信
   号をもとに周継手溶接に於ける次層条件への振分
   けタイミングを決定して、周継手の多層振分け溶
   接を実施することを特徴とした周継手の自動溶接
   方法。