JPH06198442A - 角鋼管の溶接装置及び溶接方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 突き合わせた状態の上下の角鋼管の溶接を自
動化できる溶接装置及び溶接方法を提供する。 【構成】 互いに突き合わせた上下の角鋼管の周囲全体
にわたり、閉鎖型のレール１８を取り付ける。このレー
ル上には溶接台車３０及び走行台車３４が走行して上下
の角鋼管の接合部を溶接する。溶接を行う場合にはま
ず、角鋼管１０及び１２の接合部のうちエレクションピ
ースが取り付けられていない対向する部分２６ａついて
同時に、例えば３パス程度の溶接を行う。このとき２６
ａの端部２７はカスケード状とする。そして残りの２６
ｂの部分について溶接し、更に２６ａ，２６ｂの上に２
６ｃの部分の溶接を行う。以上の作業を自動的に行うこ
とにより溶接作業の省力化、作業効率の向上、作業品質
の一定化を図ることができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、ビル建設などで建築材
料として使用される角鋼管同士を、建設現場で自動的に
突き合わせて溶接する角鋼管の溶接装置及び溶接方法に
関するものである。

【０００２】

【従来の技術】建設現場で使用される角鋼管を上下に突
き合わせて、その接合部を溶接する作業は従来は半自動
であり、熟練した作業者の技術が必要であった。この場
合まず角鋼管同士を突き合わせ、エレクションピースで
上下の角鋼管を仮止めして固定し、その後、例えば二人
の作業者が角鋼管の対向する両側でエレクションピース
とエレクションピースの間を同時に溶接する。これは角
鋼管が歪などで一方へ傾くことを防止するためである。
次にエレクションピースを取り外し、残りの部分につい
ても同じように両側から同時に溶接して、上下の角鋼管
の接合部の一周分を溶接する。このとき最初の溶接で形
成されたビードの端部と次の溶接で形成されるビードの
端部の継目を滑らかにすることが必要であり、場合によ
っては溶接後にグラインダーなどによって平滑処理を行
う。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】ところで、従来の角鋼
管の突き合わせ溶接装置は半自動的であるため作業能率
が低く、したがって工事の促進を図ることが難しいとい
う問題がある。また、作業が半自動であるため作業者に
熟練した高い溶接技能が要求される。このため初心者が
かかる作業を行うのは難しく、このことも作業能率の低
下につながるという問題がある。

【０００４】また、最初に角鋼管の対向する両側を同時
に溶接し、次にエレクションピースを取り外して残りの
部分を溶接するので、両方の溶接で形成されるビードの
端部を滑らかにするのが難しく、グラインダーなどによ
る平滑処理が必要となって更に作業能率が低下するとい
う問題がある。

【０００５】本発明は上記事情に基づいてなされたもの
であり、角鋼管の突き合わせ溶接を自動的に行うことに
より作業能率を向上させることができ、かつビードの継
目も滑らかにすることができる角鋼管の溶接装置及び溶
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
めの第１の発明は、互いに突き合わせた上下の角鋼管の
うちの一方に装着され前記上下の角鋼管の接合部に沿っ
て角鋼管の周りを取り囲む閉鎖型レールと、溶接トーチ
を搬送しながら前記閉鎖型レール上を移動する複数の台
車と、前記溶接トーチの動作及び前記台車の速度などを
制御する制御装置と、既に溶接されたビードに新たに溶
接するビードをつなぐときに前記既に溶接されたビード
の端部を検出する手段とを備え、仮止め手段で仮止めさ
れた接合部を除いて前記接合部の一部を自動的に溶接す
るとともに仮止め手段を取り除いた後で残りの接合部を
自動的に溶接することを特徴とするものである。

【０００７】上記の目的を達成するための第２の発明
は、上下に突き合わせて仮止め手段で仮止めした角鋼管
について仮止めされた部分以外の接合部の一部を所定の
パス数よりも少ないパス数で第１の溶接作業を行い、前
記仮止め手段を取り外し、前記第１の溶接作業で溶接さ
れた接合部以外の接合部について前記第１のパス数と同
じパス数で第２の溶接作業を行い、前記第１の溶接作業
及び第２の溶接作業がなされた接合部の上において第１
及び第２の溶接作業のパス数との合計が前記所定のパス
数となるだけのパス数で第３の溶接作業を行うことによ
り、前記角鋼管の一周にわたって前記所定のパス数によ
る溶接を行うことを特徴とするものである。

【０００８】上記の目的を達成するための第３の発明
は、請求項２記載の角鋼管の溶接方法において、第１の
溶接作業によって溶接されるビードの端部を所定のパス
数よりも少ないパス数でカスケード状とし、第２の溶接
作業によって溶接される前記残りのビードの端部は前記
第１の溶接作業のパス数と同じパス数で第１の溶接作業
によって溶接されたビードのカスケード状の端部に重な
るようにして溶接し、前記第１の溶接作業及び第２の溶
接作業がなされた接合部の上において第１及び第２の溶
接作業のパス数との合計が前記所定のパス数となるだけ
のパス数で第３の溶接作業を行うことを特徴とするもの
である。

【０００９】

【作用】第１の発明に係る装置は前記の構成により、閉
鎖型レールを角鋼管に取り付けて溶接作業を行うことに
より、上下の角鋼管を接合する間にレールの取り外し作
業が不要である。また複数の台車で同時に溶接作業を行
うことにより、作業中に角鋼管が溶接時の熱により一方
へ傾くという心配はなく、また作業能率も向上する。更
に、ビードの端部を検出する手段を設けることにより、
ビード継ぎも自動的に行うことができ、溶接作業の省力
化を図ることができる。

【００１０】第２の発明に係る方法は前記の構成によ
り、第１の溶接作業を行うことによりこの溶接が仮止め
の役割を果たすので、第１の溶接作業の後に仮止め手段
であるエレクションピースを取り外すことができる。そ
して第２の溶接作業を行うことにより、角鋼管の接合部
全体が第１の溶接作業のパス数と同じパス数で溶接され
る。更にこの上に第３の溶接作業を行うことにより、所
定のパス数の溶接が完了する。

【００１１】第３の発明に係る方法は前記の構成によ
り、第１の溶接作業によるビードの端部をカスケード状
とすることにより、通常の溶接でビードの端部に使用さ
れるタブ材が不要となる。そして第２の溶接作業による
ビードの端部をこのカスケード状の端部の上に重ねて溶
接することにより、滑らかなビード継ぎが形成される。

【００１２】

【実施例】以下に図面を参照して本発明の実施例を説明
する。図１は本発明の一実施例である自動溶接装置の側
面図、図２はその自動溶接装置の正面図である。また図
３は被溶接物である角鋼管を突き合わせて仮止めした状
態を示す斜視図、図４は角鋼管に自動溶接装置のための
レールを取り付けた状態の右半分を示す平面図、図５は
角鋼管を溶接する手順を示す角鋼管の断面図である。な
お、ここでは図３に示すようにビル建設素材として使用
される角鋼管１０及び１２を溶接部１４において上下に
突き合わせて溶接する場合について説明する。

【００１３】溶接を行う前に、まず角鋼管１０と１２を
互いに突き合わせ、エレクションピース１６で両者を仮
止め固定する。このエレクションピース１６は図示しな
いボルト等で固定されるものである。その後、図４に示
すように角鋼管１０に移動用のレール１８を固定する。
このレール１８は、角鋼管１０の互いに対向する面を固
定手段２０で挟み、ボルト２２を締めつけることにより
両側から押えるようにして角鋼管に固定される。なお、
図４ではレール１８の右半分しか描かれていないが、レ
ール１８は閉鎖型のレールであり、角鋼管１０（又は１
２）の周囲を取り囲むように取り付けられる。

【００１４】図１及び図２に示すように、レール１８上
には溶接台車３０及び走行台車３４が設けられている。
溶接台車３０及び走行台車３４はいずれもレール１８の
上下から一組につき４個のベアリング３２で支持され、
これがもう一方の側、すなわち図１の奥行き方向にもう
一組設けられ、合計８個のベアリングで支持されてい
る。また、走行台車３４と溶接台車３０はジョイント３
６によって互いに連結されている。レール１８上にはラ
ック３８が設けられており、走行台車３４に設けられた
駆動可能な歯車４０がこのラック３８と噛合している。
したがって、歯車４０を駆動することにより、走行台車
３４及びこれに連結された溶接台車３０をレールに沿っ
て移動させることができる。

【００１５】溶接台車３０の下部には、先端から溶接ワ
イヤ４４を送給する溶接トーチ４２が設けられている。
この溶接トーチ４２はガスメタルアーク溶接用の溶接ト
ーチで、溶接台車３０によるレール１８に沿った移動
（これをｘ方向とする）の他、図１に示すようにｙ方向
及びｚ方向にも移動できる。したがって、この溶接トー
チ４２の先端部は、被溶接物の任意の位置へ移動させる
ことができる。また、溶接トーチ自体を揺動させて先端
部にいわゆるウィービング動作を行わせることもでき
る。溶接条件は、アーク電圧を一定とした場合には、溶
接台車３０の走行速度と溶接ワイヤ４４の送給速度によ
って決定される。

【００１６】図１又は図２の溶接台車３０は、図４のレ
ール１８に沿って移動しながら、角鋼管１０の曲線部と
直線部とを連続的に溶接する。このように連続的に溶接
すると、直線部と曲線部の境目でビード継ぎを行う必要
がない。更に本実施例では直線部と曲線部におけるビー
ドの高さが均一となるよう、予め求めた曲線部の曲率か
ら曲線部における最適な溶接速度を計算し、これに基づ
いて曲線部における台車の速度を制御する手段を含んで
いる。これについては本出願人による特許出願（特願平
４−３３５５９９号）に詳細に述べられている。なお、
本実施例では一つの接合部について複数回のパスで溶接
する溶接多層盛り溶接を前提としており、一つの箇所を
溶接する場合でも一回のパスでの一層分のビード厚みは
薄く、これを複数層にわたって重ねることにより所定の
厚さとする。

【００１７】次に、図５（Ａ）〜（Ｃ）を参照して本発
明の装置を用いた角鋼管の溶接手順について説明する。
まず図５（Ａ）において、エレクションピースによって
上下の角鋼管１０及び１２を仮止めする。そして、この
角鋼管１０及び１２の接合部のうちエレクションピース
が取り付けられていない部分、すなわち図５（Ａ）の左
右の部分２６ａについて同時に、例えば３パス程度の溶
接を行う。なお、２６ａの溶接を行う際には従来から行
われていたように、前もって端部にビードの端部を整形
するためのタブ材（図示せず）を配置する。このタブ材
としてはセラミックタブもしくはフラックスタブを使用
することができる。

【００１８】２６ａの部分の溶接が行われると、上下の
角鋼管１０及び１２は一応固定された状態となるので、
この時点で仮止めのためのエレクションピース１６を取
り外し、またタブ材も外す。次に図５（Ｂ）に示すよう
にエレクションピース１６が仮止めされていた部分２６
ｂについて、最初の溶接と同じパス数（３パス）だけの
溶接を行う。そして最後に、これら２６ａ，２６ｂの部
分の上層において角鋼管の周囲全体にわたり複数回のパ
スで２６ｃの部分の溶接を行う。これにより最終的に所
定のパス数の溶接が行われる。

【００１９】上の実施例では溶接ビード２６ａの端部に
タブ材を使用したが、更に本発明では上記のようなタブ
材を使用しないで済む方法を開示する。タブ材を設けな
いで各層のビードの端部をみな同じ位置まで延ばすと、
溶融した状態の溶接金属が流れ出してしまうので、ここ
では溶接ビードの端部２７を図６（Ａ）の拡大図に示す
ように斜めに傾斜させる。この端部２７を上から見ると
ちょうどカスケード状となっている。このように溶接ビ
ードの端部をカスケード状とするには、上の溶接層の端
部が下の溶接層の端部に達する前に溶接を終了するよう
に各層を積層するという作業を繰り返す。そして次に２
６ｂの部分を溶接する場合には、２６ａの場合とは反対
に、上の溶接層の端部が下の溶接層の端部より先へ行く
まで溶接を行い各層を積層するという作業を繰り返す。
このようにすると２６ａの端部と２６ｂの端部は図６
（Ｂ）に示すように互いに重なり合い、最終的に得られ
るビード継目の表面は滑らかなものとなる。

【００２０】なお、上記のように本実施例では角鋼管の
周囲全体にわたって閉鎖型レールが取り付けられるの
で、上で説明した一連の溶接作業を行う際にレールを付
け換える必要がないという利点がある。

【００２１】上記の図５（Ａ）〜（Ｃ）の溶接作業にお
いて、２６ａの部分を溶接した後に２６ｂの部分を溶接
する際に溶接トーチ４２は、既に溶接されているビード
２６ａの端部の位置を知っておく必要がある。この場
合、作業者がティーチングによって溶接ロボットにこれ
を教え込む方法もあるが、本実施例では以下の二つの方
法によってビード２６ａの端部位置を検出する。

【００２２】第１の方法は、いわゆるワイヤタッチ方法
で、まず２６ａの部分の溶接作業が終了した後に、溶接
トーチ４２の溶接ワイヤ４４と角鋼管１０（又は１２）
との間に所定の電圧を印加した状態で溶接トーチ４２を
溶接前の２６ｂの経路に沿って移動させる。このとき溶
接ワイヤが２６ａの端部に達すると前記の電圧及び流れ
る電流が変化するので、この電圧又は電流の変化を検出
することにより間接的にビード２６ａの端部位置を検出
する。そして、この位置を記憶しておき、この記憶情報
に基づいて２６ｂの部分の溶接作業を行い、２６ａの端
部と２６ｂの端部にビード継目を自動的に形成する。か
かる方法を用いると、２６ｂの部分の溶接の自動化がよ
り促進され、作業能率が向上するとともに作業者に特別
の熟練は要求されない。

【００２３】第２の方法は、図５（Ａ）において、まず
２６ａの部分の溶接を行い、その後直ちに２６ｂの部分
の溶接作業を開始する。そしてこの作業の期間中におい
て溶接電流を常時計測し、当該溶接電流の変化に基づい
てビード２６ａの端部位置を検出し、これによりビード
２６ａの端部とビード２６ｂの端部にビード継目を自動
的に形成するというものである。この場合にも、自動化
がより促進され、作業能率が向上するとともに作業者に
特別の熟練は要求されないという利点がある。

【００２４】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。

【００２５】

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、従
来はほとんど手作業で行っていた建築作業現場での角鋼
管の突合せ溶接の作業を自動化して行うことができ、し
かも角鋼管の周囲の全体にわたるレールを設けることに
より、作業効率の向上、作業人員の削減、溶接品質の安
定化という利点が得られるとともに、作業者の熟練も必
要ない角鋼管の溶接装置及び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装置の側面図
である。

【図２】図１に示す自動溶接装置の正面図である。

【図３】被溶接物である角鋼管を突き合わせた状態を示
す斜視図である。

【図４】溶接台車及び走行台車が通過するレールを角鋼
管に固定した状態の右半分を示す平面図である。

【図５】（Ａ）〜（Ｃ）は角鋼管を溶接する手順を示す
平面図である。

【図６】カスケード状とされたビードの端部を示す断面
図である。

【符号の説明】

１０，１２ 角鋼管 １６ エレクションピース １８ レール ２０ 固定手段 ２２ ボルト ２４ セラミックタブ ２６ａ，２６ｂ，２６ｃ 溶接ビード ２７ 溶接ビードの端部 ３０ 溶接台車 ３２ ベアリング ３４ 走行台車 ３６ ジョイント ３８ ラック ４０ 歯車 ４２ 溶接トーチ ４４ 溶接ワイヤ

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 互いに突き合わせた上下の角鋼管のうち
   の一方に装着され前記上下の角鋼管の接合部に沿って角
   鋼管の周りを取り囲む閉鎖型レールと、 溶接トーチを搬送しながら前記閉鎖型レール上を移動す
   る複数の台車と、 前記溶接トーチの動作及び前記台車の速度などを制御す
   る制御装置と、 既に溶接されたビードに新たに溶接するビードをつなぐ
   ときに、前記既に溶接されたビードの端部を検出する手
   段とを備え、 仮止め手段で仮止めされた接合部を除いて前記接合部の
   一部を自動的に溶接するとともに、仮止め手段を取り除
   いた後で残りの接合部を自動的に溶接することを特徴と
   する角鋼管の溶接装置。
2. 【請求項２】 上下に突き合わせて仮止め手段で仮止め
   した角鋼管について、仮止めされた部分以外の接合部の
   一部を所定のパス数よりも少ないパス数で第１の溶接作
   業を行い、 前記仮止め手段を取り外し、 前記第１の溶接作業で溶接された接合部以外の接合部に
   ついて、前記第１のパス数と同じパス数で第２の溶接作
   業を行い、 前記第１の溶接作業及び第２の溶接作業がなされた接合
   部の上において第１及び第２の溶接作業のパス数との合
   計が前記所定のパス数となるだけのパス数で第３の溶接
   作業を行う、 ことにより前記角鋼管の一周にわたって前記所定のパス
   数による溶接を行うことを特徴とする角鋼管の溶接方
   法。
3. 【請求項３】 請求項２記載の角鋼管の溶接方法におい
   て、 第１の溶接作業によって溶接されるビードの端部を所定
   のパス数よりも少ないパス数でカスケード状とし、 第２の溶接作業によって溶接される前記残りのビードの
   端部は前記第１の溶接作業のパス数と同じパス数で第１
   の溶接作業によって溶接されたビードのカスケード状の
   端部に重なるようにして溶接し、 前記第１の溶接作業及び第２の溶接作業がなされた接合
   部の上において第１及び第２の溶接作業のパス数との合
   計が前記所定のパス数となるだけのパス数で第３の溶接
   作業を行う、 ことを特徴とする請求項２記載の角鋼管の溶接方法。