JPH05285651A

JPH05285651A - 自動溶接方法

Info

Publication number: JPH05285651A
Application number: JP11832592A
Authority: JP
Inventors: Iwao Shimizu; 巖清水; Hiroshi Tachikawa; 博立川; Norimitsu Baba; 則光馬場
Original assignee: Nippon Steel Corp
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 1992-04-10
Filing date: 1992-04-10
Publication date: 1993-11-02

Abstract

(57)【要約】【目的】開先部の変化に応答性良く対応する自動溶接
方法を提供する。【構成】溶接トーチを開先壁部の始端から溶接方向に
直角な方向（ｘ軸方向）に移動して（Ｓ３）第１パスの
溶接を行う。ステップＳ４では、ｘ軸方向の移動が予め
定めた移動量の上限値であるか否かを判断する。移動し
た地点が上限値であれば、その位置の座標を記憶し（Ｓ
５）、溶接トーチ５０を溶接方向（ｙ軸方向）に溶接幅
の分だけステップ状に移動し（Ｓ６）、更に、溶接方向
に直角な方向であってステップＳ３での移動方向とは逆
の方向に移動して溶接を行う。ステップＳ４の判断で移
動量が上限値でなければ、溶接電流が前記の平均値より
予め定めた一定値以上に大きくなったか否かを検知する
（Ｓ１０）。検知すれば、その溶接層のその部分につい
ては、これ以上溶接を行わない。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、厚板の自動溶接方法に
関し、特に開先部の形状の変化に対応して、開先部を自
動で溶接する自動溶接方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来より、厚板の開先部を溶接する際に
は、例えば、開先部の幅が場所により異なる場合がある
ので、このような開先部の変化に応じて、溶接トーチを
制御する種々の提案がなされている。図７は従来の自動
溶接方法を説明するための図である。図７に示すように
従来の溶接方法は、ウィービング軌跡が略サイン曲線
状、或いは鋸刃状となり、その軌跡の頂点部が開先部の
開先壁部にできるだけ接近するように溶接トーチを制御
している。例えば、特開昭６２−２４０１６７号公報で
は、溶接電流や溶接電圧が、開先部の中央部と端部とで
大きく変化することに着目し、この溶接電流の変化を用
いてウィービングの中心位置及びウィービングの振幅を
制御することが提案されている。これにより、厚板材に
多層盛り溶接を施すときに、開先部の形状及び大きさが
場所毎に異なる場合にあっても、その変化に対応して溶
接することができる。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】上記の従来の方法で
は、例えば、あるサイクルにおいて開先部の端部の位置
を検出し、その結果に基づいて次のサイクルの溶接時に
ウィービングの中心及びその振幅を制御している。すな
わち、あるサイクルで開先部が広くなっていたために、
端部が検出ができなかったときには、次のサイクルで溶
接トーチのウィービングの中心を移動し、また溶接トー
チの振幅を大きくして溶接することにより、開先部の変
化に対応している。しかしながら、上記の方法では、開
先部の変化に対応した制御が１サイクル遅れとなり、し
たがって開先部が緩やかに変化する場合には問題ない
が、開先部が急激に変化する場合には対応しきれないこ
とがあった。

【０００４】また、上記の方法では、ウィービング軌跡
が略サイン曲線状又は鋸刃状となっていることから分か
るように、溶接トーチを溶接方向に移動する制御と、溶
接方向に直角な方向に移動する制御との双方の制御を同
時に行っているので、両方向における溶接速度の制御を
同時に行わなければならず、溶接トーチの速度制御が複
雑なものとなっていた。

【０００５】本発明は上記事情に基づいてなされたもの
であり、開先部の変化に応答性良く対応することができ
る自動溶接方法を提供することを目的とするものであ
る。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに本発明の自動溶接方法は、溶接継手部の開先形状を
指示して溶接トーチの移動を制御し、開先部の各溶接層
を１又は複数のパスにより溶接する自動溶接方法におい
て、溶接電流及び溶接電圧のうち一方又は双方の値が所
定値に変化するのを検知する検知手段により前記開先部
の開先壁部の位置を検知し、且つ予め溶接入熱の上限値
から溶接速度を算出し、その溶接速度に基づいて溶接方
向に直角な方向の移動量の上限値を算出し、前記各パス
を溶接するときに始端から溶接方向に直角な方向に溶接
トーチを移動し、第１パスは溶接トーチが前記移動量の
上限値又は前記開先部の一方の開先壁部に到達する毎
に、溶接トーチを溶接方向に移動した後、前記溶接方向
に直角な方向の移動を逆にして溶接を行い、第２パス以
降のパスは溶接トーチが自己パスの前記移動量の上限値
又は前のパスの溶接端部に到達する毎に、溶接トーチを
溶接方向に移動した後、前記溶接方向に直角な方向の移
動を逆にして溶接を行い、前記各パスで溶接を行ってい
るときに前記検知手段により前記開先部の他方の開先壁
部を検知したときにはその位置で溶接トーチを溶接方向
に移動した後、前記溶接方向に直角な方向の移動を逆に
して溶接を行うことを特徴とするものである。

【０００７】

【作用】本発明は前記の構成によって、溶接電流及び溶
接電圧のうち一方又は双方を検知してその値の変化によ
り、開先部の開先壁部を検出するので、開先部の開先壁
部の形状がたとえ急激に変化している場合であっても、
その変化に応じて、開先壁部まで確実に溶接を行うこと
ができる。また、溶接トーチを溶接方向に直角な方向に
移動し、所定の位置で溶接方向に移動した後、溶接方向
に直角な方向の移動を逆にすることにより、溶接軌跡が
矩形波状となり、また溶接トーチの移動は溶接方向及び
溶接方向に直角な方向のうちいずれか一方の方向に移動
するときの速度を制御すればよいので、溶接トーチの速
度制御が簡単なものとなる。

【０００８】また、各パスでは、溶接方向に直角な方向
の溶接トーチの移動量を制限することにより、溶接速度
を予め定めた一定値とすることができる。したがって、
所定の溶接入熱で溶接しなければならないときでも、要
求される溶接入熱の上限値以内で連続自動溶接を行うこ
とができる。

【０００９】

【実施例】以下に本発明の一実施例を図１乃至図４を参
照して説明する。図１は本発明の一実施例である自動溶
接方法を実施するための自動溶接装置の概略図である。
図１に示す自動溶接装置は、溶接機１０と制御装置１０
０とからなり、溶接機１０はレール部１１と、そのレー
ル部１１に沿って移動自在に構成された台車部２０と、
台車部２０に設けられた伸縮自在な伸縮腕３０を介して
取着された溶接トーチ支持部４０と、溶接トーチ支持部
４０によって支持された溶接トーチ５０とを備える。

【００１０】制御装置１００は、モータＭ_xにより伸縮
腕３０の伸縮を制御して溶接トーチ５０のｘ軸方向にお
ける移動を調整するｘ軸方向移動制御部６０と、モータ
Ｍ_yにより台車部２０を移動することにより溶接トーチ
５０のｙ軸方向（溶接方向）における移動を調整するｙ
軸方向移動制御部６２と、モータＭ_zにより溶接トーチ
支持部４０のｚ軸方向における移動を制御することによ
り溶接トーチ５０のｚ軸方向における移動を調整するｚ
軸方向移動制御部６４と、モータＭ_rにより溶接トーチ
５０の姿勢を制御する姿勢制御部６６と、装置全体を制
御する主制御部７０と、溶接に必要なデータを記憶する
メモリ７１及び共有メモリ７２と、操作用のスイッチや
ティーチングデータを入力するための入力部等を有する
操作部８０とを備える。尚、ｘ，ｙ，ｚは各々空間直行
座標軸を表している。また、７４はＩ／Ｏポートであ
る。

【００１１】図示しない溶接用ワイヤ供給装置によって
送られた溶接用のワイヤは、溶接トーチ５０から送りだ
され、溶融されて開先部に積層される。図２は厚板のＶ
字状をした開先部を６層に分けて溶接する場合を示して
いる。一般に厚板のＶ字状の開先部を溶接する場合に
は、このように多層溶接になる。

【００１２】また、特殊な高級鋼、例えば低温用鋼や高
張力鋼の場合、８００°Ｃから５００°Ｃのときの冷却
速度を制御する必要がある。このため、溶接入熱の上限
やパス間の温度が指定される。溶接入熱と他の溶接条件
とは次式で示す関係を持っている。ｖ＝６０ＩＥ／Ｑ但し、Ｉ：溶接電流（Ａ）Ｅ：溶接電圧（Ｖ）Ｑ：溶接入熱（Ｊ）ｖ：溶接方向における速度（溶接速度）（ｃｍ／分）ところで、溶接時に溶接電流や溶接電圧を変えると、溶
接プールの大きさが変わり、ビード形状が平滑でなくな
るので、これらの溶接条件は変えることができない。本
実施例では、各溶接層の各パスのウィービング幅を制限
することにより、溶接速度を制御し、これにより溶接入
熱を制御することとしている。尚、上式で求められる溶
接速度ｖは、下限値であり、これ以上溶接速度ｖが小さ
くなると、溶接入熱Ｑが大きくなってしまう。

【００１３】本実施例の方法で溶接するには、予め開先
部の始端、終端、開先形状（例えば高さ２４ｍｍのＶ字
状）等の情報を操作部より入力する。これらの値の入力
は手動で行ってもよいし、自動計測して入力してもよ
い。主制御部７０は、これらの情報に基づいて溶接層数
や溶接層の厚さ、及び各溶接層におけるパス数を決定
し、更に前記溶接入熱の上限に基づいて、各溶接層のパ
ス数及び、溶接方向に直角な方向に溶接トーチを移動す
るときの速度（ｘ軸方向の移動速度）を算出する。そし
て、こられの値に基づいて各溶接層の各パスの溶接を行
う。尚、開先部は上記の２４ｍｍに限られるものではな
く、例えば高さ４０ｍｍ以上の開先部を１０層以上に分
けて溶接してもよい。

【００１４】以下、開先部の平面形状が図３に示すよう
に広く、またその開先幅が一定でない高級鋼を自動溶接
する場合の手順について説明する。図４乃至図６は本実
施例方法の手順を示す図である。ステップＳ１で、上記
のように設定したティーチングプログラムを呼び出し、
溶接電流・溶接電圧・ｘ軸方向における移動速度等の溶
接条件を設定する。次に、溶接トーチ５０を溶接の始端
に移動し（ステップＳ２）、シールドガスを供給してア
ーク溶接を開始し、ｘ軸方向移動制御部６０により溶接
トーチ５０を開先壁部Ａの始端から溶接方向に直角な方
向（ｘ軸方向）に移動して（ステップＳ３）第１パスの
溶接を行う。ステップＳ４では、ｘ軸方向の移動が予め
定めた移動量の上限値であるか否かを判断する。移動し
た地点が上限値であれば、その位置の座標を記憶し（ス
テップＳ５）、ｙ軸方向移動制御部６２により溶接トー
チ５０を溶接方向（ｙ軸方向）に溶接幅の分だけステッ
プ状に移動する（ステップＳ６）。ステップ７では、そ
の移動した位置がそのパス、この場合は第１パスの終了
端であるか否かを判断する。終了端でなければ、更にス
テップＳ８で、ｘ軸方向移動制御部６０により、溶接方
向に直角な方向であってステップＳ３での移動方向とは
逆の方向に移動して溶接を行う。

【００１５】ステップＳ４の判断で移動量が上限値でな
ければ、実際に溶接しているときの溶接電流の値を検知
し、その値を積算して平均値を算出する（ステップＳ
９）。一般に、開先部の中央部に比べて開先壁部では、
溶接電流が大きくなるので、溶接電流が前記の平均値よ
り予め定めた一定値以上に大きくなったか否かを検知す
る（ステップＳ１０）ことにより開先壁部Ｂを検知す
る。溶接電流が一定値以上大きくなったことを検知しな
ければ、ステップＳ４に戻って、ｘ軸方向の溶接を続行
して移動量の上限値を検知する。なお、例えば第２パス
の溶接を行っているときに、ステップＳ１０で、溶接電
流が一定値以上大きくなったことを検知すれば、現在溶
接している溶接層の図３の開先壁部Ｂを検知したことに
なり、したがって、その部分についてこれ以上溶接を行
わないようにするために、その部分の溶接層の溶接が終
了したことと、その部分の位置の座標を記憶する（ステ
ップＳ１１）。

【００１６】次に、ステップＳ１２では、現在の溶接が
第１パスであるか否かを判断する。今は第１パスの溶接
を行っているので、ステップＳ１３に移行してステップ
Ｓ９と同様にして溶接電流を検知することにより、溶接
位置が図３の開先壁部Ａに到達したか否かを判断する
（ステップＳ１４）。開先壁部Ａに到達していなけれ
ば、ステップＳ８に戻ってｘ軸逆方向移動を続け溶接を
行い、開先壁部Ａに到達していれば、ｙ軸方向移動制御
部６２により溶接トーチ５０を溶接方向（ｙ軸方向）に
溶接幅の分だけステップ状に移動する（ステップＳ１
５）。ステップＳ１６では、その移動した位置がそのパ
ス、この場合は第１パスの終了端であるか否かを判断す
る。終了端でなければ、更にステップＳ１７で、ｘ軸方
向移動制御部６０により、溶接方向に直角な方向であっ
てステップＳ３での移動方向と同方向に溶接トーチを移
動して溶接を行う。

【００１７】以下、上述したステップＳ４からステップ
Ｓ１７まで処理を繰り返して溶接を行うことにより第１
パスの溶接を行う。ステップＳ７か又はステップＳ１６
において第１パスの溶接が終了したことを検知すれば、
ステップＳ１８に移行して、クレータ処理をした後、ア
ークを止め、シールドガスを止め（ステップＳ１８）、
待拠位置に移動する（ステップＳ１９）。

【００１８】ステップＳ２０では、次のパスがあるか否
かを判断する。これは、例えばステップＳ１１で当該溶
接部分についてその溶接層の溶接が終了しているか、終
了していないかを判断して記憶しているので、まだ、そ
の溶接層の溶接が終了していなければ、次のパスがある
ことになる。次のパスがあれば、ステップＳ２１に移行
して第２パスの溶接位置に移動する。次のパスへの移動
位置は、ステップＳ５の処理で、おり返した位置の座標
を記憶しているので、この座標を基準にして決定するこ
とができる。なお、ステップＳ５では、単に折り返し位
置の座標を記憶するだけでなく、各折り返し地点の間を
直線補完した情報をも記憶することにより、第２パスの
溶接を行っているときに、溶接トーチが第１パスの一の
折り返し地点と、次の折り返し地点との間の中間点に戻
ってきた場合でも、前記直線補完した情報に基づいてそ
の中間点から折り返して溶接を行うことができる。ま
た、例えば図３に示す第４パスの場合、溶接の開始位置
はＣ地点となる。この位置はステップＳ１１の処理で、
開先壁部Ｂを検知して、おり返した位置の座標を記憶し
ているので、この情報に基づき第３パスでまだ開先壁部
Ｂを検知していない最初の点Ｃの位置の座標を決定す
る。なお、予め入力された開先部の開先形状の情報に基
づいて、各溶接層毎のパス数を算出し、算出したパス数
では開先部の開先壁部Ｂを検出できない部分について
は、さらにパス数を増加させ、また算出したパス数より
も少ないパス数で開先壁部Ｂを検出した部分について
は、以後のパスでその部分の溶接を行わないことによ
り、各溶接層の溶接を行うようにしてもよい。これによ
り、各溶接層の終了をより確実なものとすることができ
る。

【００１９】第２パス以降の溶接も、第１パスとほぼ同
様にして溶接を行う。第２パスの溶接が第１パスの溶接
と異なる点は、図３に示すように第１パスでは、開先端
部Ａと移動量の上限値の位置との間で折り返して溶接を
行っているのに対して、第２パス以降では前のパスの溶
接端部、第２パスの場合ＤＥ曲線から第２パスの移動量
の上限値までの間を折り返して溶接する点が異なる。こ
のため、ステップＳ１２で第１パスの溶接か否かを判断
し、第２パス以降の場合、第１パスのステップＳ１４の
代わりに、ステップＳ２２に移行してステップＳ５で記
憶した前のパスの折り返し位置、すなわち溶接端部に到
達したか否かを判断する。到達していれば、ステップＳ
１５に移行してその位置から折り返し、以下前述の第１
パスと同様にして溶接を行う。

【００２０】各パスの溶接が全て終了すると、ステップ
Ｓ２０からステップＳ２３に移行し、次の溶接層があれ
ば、次の溶接層の溶接始端に溶接トーチを移動し、以下
上述の手順に従って、次の溶接層の各パスを順次溶接
し、全ての溶接層の溶接を終了したときに、ステップＳ
２３でこれを判断し、自動溶接を終了する。

【００２１】また、高級鋼の場合、パス間の温度が指定
されることがある。この場合、あるパスを溶接した後、
そのパスの溶接部分の温度が一定以下に下がらなけれ
ば、次のパスの溶接を行うことができない。このように
パス間の温度が指定された場合は、溶接部分の温度を測
定する手段を設け、各パスの溶接終了後に、ステップＳ
２１で次のパスのスタート地点に移動する前又は後に、
前のパスで行った溶接部分の温度が指定された温度以下
に下がっているか否かを判断する処理ステップを挿入す
ることにより、容易に対応することができる。

【００２２】上記の本実施例によれば、溶接入熱が指定
された場合でも、ｘ軸方向の移動速度を制御して溶接速
度を制御することにより、指定された溶接入熱の上限値
で溶接を行うことができる。

【００２３】上記の本実施例の方法によれば、溶接電流
の値を検知することにより、開先壁部を検出して、溶接
の方向を変えているので、リアルタイムで溶接を制御す
ることができ、したがって開先部の形状が図３に示すよ
うに変化する場合でも、従来の１サイクル遅れの制御に
比べて、より確実に開先壁部まで、溶接を行うことがで
きる。

【００２４】また、上記の本実施例の方法によれば、図
２及び図３に示すように、ウィービング軌跡が矩形波状
となる。すなわち、本実施例の方法では、溶接速度の制
御がｘ軸方向又はｙ軸方向の速度の制御となり、ｘ軸方
向とｙ軸方向の双方について同時に速度を制御していた
従来の方法に比べて、溶接速度の制御が容易となる。更
に、従来の方法では、予めウィービングの中心及びその
幅を設定して溶接を行っていたが、本実施例の方法で
は、このような設定は不要となり、ティーチングが容易
になる。

【００２５】また、上記の本実施例の方法によれば、ウ
ィービング軌跡が矩形波となるので、従来のウィービン
グ軌跡がサイン波形状又は鋸刃状となる場合に比べて、
より溶接面を平坦に仕上げることができる。

【００２６】なお、本発明は上記の実施例に限定される
ものではなく、その要旨の範囲内で種々の変形が可能で
ある。例えば、上記の実施例では、第２パス以降は、各
パスの溶接端部の位置の座標を記憶することにより、そ
の記憶情報に基づいて折り返して溶接していたが、溶接
端部の情報を記憶する代わりに、溶接電流及び溶接電圧
のうち一方又は双方を検知してその値が所定値に変化す
るのを検知することにより、前のパスの溶接端部を検知
してもよい。

【００２７】また、上記の実施例では、溶接電流の値を
検知することにより、開先壁部の位置を検知していた
が、溶接電圧の値を検知するか、あるいは溶接電流と溶
接電圧の双方の値を同時に検知することにより、開先壁
部の位置を検知するようにしてもよい。更に、上記の実
施例では、開先部の開先壁部を検知する場合について説
明したが、例えば開先部の一方の端が開放部であり、開
先壁部がない場合には、溶接トーチがその開放部にきた
ときに、溶接電流の値が中央部の平均値よりも小さくな
るので、これを検知することにより、開放部の位置を検
知して、溶接トーチの移動を制御することにより、開放
部の形状が急激に変化している場合でも、その変化に応
じて確実に溶接することができる。更に、開先部の形状
は、上記のＶ字状に限らず、逆Ｖ字状、Ｉ字状、レ字状
等であってもよい。

【００２８】

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、前
記の構成としたことにより、開先部の形状が急激に変化
する場合でも、応答性よく溶接を行うことができ、しか
も溶接入熱が制限される場合にも容易に対応することが
でき、したがって特に低温用鋼や高張力鋼などの高級鋼
の溶接に好適な自動溶接方法を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例である自動溶接方法を実施す
るための自動溶接装置の概略図である。

【図２】本実施例の自動溶接方法によりＶ字状の開先部
を溶接するときの状態を示す図である。

【図３】本実施例の自動溶接方法で溶接する開先部の一
例を示す平面図である。

【図４】本実施例の自動溶接方法の手順を示す図であ
る。

【図５】本実施例の自動溶接方法の手順を示す図であ
る。

【図６】本実施例の自動溶接方法の手順を示す図であ
る。

【図７】従来の自動溶接方法を説明するための図であ
る。

【符号の説明】

１０溶接機５０溶接トーチ６０ｘ軸方向移動制御部６２ｙ軸方向移動制御部６４ｚ軸方向移動制御部７０主制御部８０操作部１００制御装置

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】溶接継手部の開先形状を指示して溶接ト
ーチの移動を制御し、開先部の各溶接層を１又は複数の
パスにより溶接する自動溶接方法において、溶接電流及び溶接電圧のうち一方又は双方の値が所定値
に変化するのを検知する検知手段により前記開先部の開
先壁部の位置を検知し、且つ予め溶接入熱の上限値から
溶接速度を算出し、その溶接速度に基づいて溶接方向に
直角な方向の移動量の上限値を算出し、前記各パスを溶接するときに始端から溶接方向に直角な
方向に溶接トーチを移動し、第１パスは溶接トーチが前記移動量の上限値又は前記開
先部の一方の開先壁部に到達する毎に、溶接トーチを溶
接方向に移動した後、前記溶接方向に直角な方向の移動
を逆にして溶接を行い、第２パス以降のパスは溶接トーチが自己パスの前記移動
量の上限値又は前のパスの溶接端部に到達する毎に、溶
接トーチを溶接方向に移動した後、前記溶接方向に直角
な方向の移動を逆にして溶接を行い、前記各パスで溶接を行っているときに前記検知手段によ
り前記開先部の他方の開先壁部を検知したときにはその
位置で溶接トーチを溶接方向に移動した後、前記溶接方
向に直角な方向の移動を逆にして溶接を行うことを特徴
とする自動溶接方法。
【請求項２】前記移動量の上限値は下式ｖ＝６０ＩＥ／Ｑ但し、Ｉ：溶接電流（Ａ）Ｅ：溶接電圧（Ｖ）Ｑ：被溶接鋼材の継手性能確保可能な上限溶接入熱
（Ｊ）ｖ：溶接方向における速度（溶接速度）（ｃｍ／分）により算出されるものであることを特徴とする請求項１
記載の自動溶接方法。
【請求項３】前記各パスの溶接端部の位置を記憶し、
その位置情報に基づいて次のパスの溶接を行うことを特
徴とする請求項１又は２記載の自動溶接方法。
【請求項４】前記各パスの溶接端部は、溶接電流及び
溶接電圧のうち一方又は双方を検知してその値が所定値
に変化するのを検知することにより検知するものである
ことを特徴とする請求項１又は２記載の自動溶接方法。
【請求項５】予め入力された前記開先部の開先形状の
情報に基づいて、各溶接層毎のパス数を算出し、算出し
たパス数では前記開先部の他方の開先壁部を検出できな
い部分については、さらにパス数を増加させ、また算出
したパス数よりも少ないパス数で前記他方の開先壁部を
検出した部分については、以後のパスでその部分の溶接
を行わないことを特徴とする請求項１，２，３，又は４
記載の自動溶接方法。