JPH06285632A - 自動溶接方法 - Google Patents

自動溶接方法

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JPH06285632A
JPH06285632A JP5105187A JP10518793A JPH06285632A JP H06285632 A JPH06285632 A JP H06285632A JP 5105187 A JP5105187 A JP 5105187A JP 10518793 A JP10518793 A JP 10518793A JP H06285632 A JPH06285632 A JP H06285632A
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JP
Japan
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welding
welded
curved portion
line part
straight line
Prior art date
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Withdrawn
Application number
JP5105187A
Other languages
English (en)
Inventor
Iwao Shimizu
巖 清水
Norimitsu Baba
則光 馬場
Shunsuke Fukami
俊介 深見
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Nippon Steel Corp
Original Assignee
Nippon Steel Corp
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Publication date
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Publication of JPH06285632A publication Critical patent/JPH06285632A/ja
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 溶接電極棒の位置制御を行う溶接ロボット
と、直線部及び曲線部からなる溶接線が同一の平面に含
まれるように被溶接物を支持し、かつ前記平面に直交す
る軸回りについて当該被溶接物を回転させるポジショナ
とを用い、直線部、曲線部共に積層高さを一定とし、か
つ溶接ビードの形状を平滑に仕上げることのできる自動
溶接方法を提供する。 【構成】 曲線部の曲率中心と被溶接物の断面の幾何学
的中心とを結ぶ直線に平行しかつ直線部と曲線部との接
点を通る直線上に置かれた点を中心とし、曲率中心と幾
何学的中心との間の距離を半径として描かれる円弧に沿
って曲線部の角度範囲を溶接電極棒を移動させつつ被溶
接物を回転させて曲線部の溶接を行うと共に、曲線部の
各層の体積を求め、該体積値に基づいて被溶接物の回転
速度及び溶接電極棒の移動速度を設定する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、例えば鉄骨建造物の柱
と梁との接合に使用される仕口コアなどのように直線と
曲線とからなる溶接線を有する被溶接物の自動溶接方法
に関するものである。
【0002】
【従来の技術】鉄骨建造物に使用される仕口コアは、鋼
製の角パイプからなるコラムの両端にダイヤフラムと呼
ばれる鋼板を溶接して形成されるが、一般に角パイプの
外形輪郭が、直線部とコーナー部分の円弧状曲線部とか
らなっているため、その溶接線にも、互いに連続した直
線部と曲線部とが含まれている。
【0003】このような仕口コアを製造するに当たり、
その溶接線を鉛直平面内に置いてコラムとダイヤフラム
とを自動溶接する際に、直線部と曲線部との溶接条件
(溶接速度や溶接電流など)を同一にして溶接すると、
曲線部の溶接時に溶接プールの溶接位置がアーク点から
後方へずれるため、曲線部に於ける溶接プールが上進溶
接の状態となり、溶融メタルが流出してビード形状が平
滑でなくなることがある。このような不都合が生じない
ようにするために、曲線部の溶接電流を直線部よりも低
くする方法が知られている(特開平2−307675号
公報など参照)。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】さて、上記公報に開示
された従来技術に於ては、直線部と曲線部との溶接部の
断面積差に基づいて両者の溶接条件を変更するようにし
ている。しかしながら、単に断面積の差に基づいて溶接
速度を求めたのでは、正確な結果が得られないため、直
線部と曲線部との積層高さにアンバランスが生じること
を免れ得なかった。
【0005】本発明は、このような従来技術の不都合を
解消すべく案出されたものであり、その主な目的は、直
線部、曲線部共に積層高さを一定とし、かつ溶接ビード
の形状を平滑に仕上げることのできる自動溶接方法を提
供することにある。
【0006】
【課題を解決するための手段】このような目的は、本発
明によれば、溶接電極棒の位置制御を行う溶接ロボット
と、直線部及び曲線部からなる溶接線が同一の平面に含
まれるように被溶接物を支持し、かつ前記平面に直交す
る軸回りについて当該被溶接物を回転させるポジショナ
とを用い、前記溶接電極棒の複数回のパスによって前記
溶接線に沿う多層盛り溶接を行うための自動溶接方法に
於て、前記平面内に於て前記曲線部の曲率中心と前記被
溶接物の断面の幾何学的中心とを結ぶ直線に平行しかつ
前記直線部と前記曲線部との接点を通る直線上に置かれ
た点を中心とし、前記曲率中心と前記幾何学的中心との
間の距離を半径として描かれる円弧に沿って前記曲線部
の角度範囲を前記溶接電極棒を移動させつつ前記被溶接
物を回転させて前記曲線部の溶接を行うと共に、前記曲
線部の各層の体積を求め、該体積値に基づいて前記被溶
接物の回転速度及び前記溶接電極棒の移動速度を設定す
ることを特徴とする自動溶接方法を提供することによっ
て達成される。
【0007】
【作用】このような構成によれば、曲線部の溶接に於け
る溶接電極棒と被溶接物との相対速度の適正設定が可能
となる。また曲線部の挟角を与えるだけで、例えば長方
形や台形などのようなあらゆる形状の溶接線に沿う自動
溶接に対応し得る。
【0008】
【実施例】以下に添付の図面に示された具体的な実施例
に基づいて本発明の構成を詳細に説明する。
【0009】図1は、本発明が適用される自動溶接装置
の概略構成を示している。この自動溶接装置1は、多関
節のアーム2及び該アーム2にて支持された溶接トーチ
3とを有する溶接ロボット4と、この溶接ロボット4と
同期作動して被溶接物である仕口コア5を回転させるた
めのポジショナ6とから構成されている。
【0010】溶接トーチ3の先端部には、溶接電極棒7
が設けられており、これに往復振幅運動を与えることに
より、適宜なビード幅での溶接が行えるようになってい
る。
【0011】ポジショナ6は、仕口コア5を片持ち式に
支持するための回転盤8を有しており、この回転盤8を
回転駆動することにより、仕口コア5に任意の角度を与
えることができるようになっている。
【0012】仕口コア5は、鋼製角パイプからなるコラ
ム9と、コラム9の両端に溶接された鋼板製ダイヤフラ
ム10とからなっている。これらコラム9とダイヤフラ
ム10とは、図2に示すように、コラム端の全周に渡っ
て一様に形成された開先部11をダイヤフラム10に固
設された裏当て板12に内接した状態で、ダイヤフラム
10と開先部11との間に多層盛りの隅肉溶接を施すこ
とにより、一体的に結合されている。
【0013】溶接トーチ3は、図2に示すように、コラ
ム9の軸線に直交する方向から見て、適宜な傾斜角度α
を与えられてその先端を開先部11に向けられて配置さ
れている。またコラム9の軸線方向(図2に於ける矢印
III方向)から見て、溶接電極棒7の軸線が溶接線に直
交するように配置されている(図3参照)。
【0014】仕口コア5の溶接線には、図3に示すよう
に、直線部Lと曲線部Rとがあり、溶接時にこれら直線
部Lと曲線部Rとが同一の鉛直面内に置かれるように仕
口コア5が回転盤8に取付けられる。
【0015】次に曲線部Rの溶接速度制御方法について
説明する。
【0016】図4は、コラム9の開先部11とダイヤフ
ラム10との間に、複数回のパスを経て多層盛り溶接を
行った状態を示す縦断面図であり、t1、t2、・・ta
は、それぞれ第1層、第2層、・・第a層の厚さを示し
ている。先ず適正溶接速度を設定するために各層の体積
を算出するが、図4に於けるa層の体積を求める手順を
例にとって説明する。
【0017】図5(A)〜(E)の各図に於て、曲線部
Rに於けるアミを施した部分のような垂直断面形状をな
す部分の体積を求める。ここで各部分の体積を、VA
B、VC、VD、VEとすると、第a層の体積Vaは、次
式で表される。 Va=(VA−VB)−(VC−VD−VE) =VA−VB−VC+VD+VE … (1) 従って、上式のVA、VB、VC、VD、VEを求めること
によってa層の体積Vaを求めることができる。
【0018】先ず、図5(A)に於けるアミ部分の断面
形状をなす立体は、1/4円柱であり、その体積V
Aは、次式で与えられる。
【0019】但し、w:ルートギャップ、r:曲線部R
の最内周曲率半径、θ:開先角度、ti:第i層の厚さ
(a>i)である。なお、実際には、開先部11の先端
にルートフェイスがあるが、これは極めて小さいので体
積の計算上は無視し得る。
【0020】
【数1】
【0021】次に図5(B)に於けるアミ部分の体積V
Bを求める。これは上記VAの場合と同様に1/4円柱な
ので、次式で与えられる。
【0022】
【数2】
【0023】次に図5(C)に於けるアミ部分の体積V
Cは、図5(A)のアミ部分と同一の半径及び高さを有
する円錐の体積の1/4に相当するので、次式で与えら
れる。
【0024】
【数3】
【0025】次に図5(D)に於けるアミ部分の体積V
Dも、VCと同様に円錐の体積から求められるので、次式
で与えられる。
【0026】
【数4】
【0027】次に図5(E)に於けるアミ部分の体積V
Eも円柱の体積から求められるので、次式で与えられ
る。
【0028】
【数5】
【0029】これら各部の体積VA、VB、VC、VD、V
Eを(1)式に代入して整理することによりa層の体積
Vaを算出する次式が与えられる。
【0030】
【数6】
【0031】このようにして、各層の体積が求められる
と、各層をそれぞれ溶接する際の溶接トーチ3と仕口コ
ア5との相対速度を算出することができる。
【0032】ここで溶着速度、即ち単位時間当たりの溶
着体積(cm3/min)をeとすると、ある体積Vを溶着す
るのに要する時間Tは、 T=V/e で与えられる。従って、第a層の基底部の長さ、即ち曲
線部Rの長さをlaとすると、溶接トーチ3と仕口コア
5との相対速度vは、 v=la/T=la・e/Va … (8) となる。
【0033】ところで、本発明の溶接方法に於ては、例
えば図6(A)(B)に示したような、溶接線の直線部
が長辺LLと短辺LSとからなる長方形をなすコラムを溶
接する場合、直線部LL・LSは、直線部を水平状態にし
てコラムを静止させ、溶接トーチ3を水平方向に等速度
で移動させて溶接を行う。そして曲線部Rは、溶接トー
チ3の運動によるのみならず、回転盤8を同時に回転さ
せて溶接を行う。従って、上記(8)式で与えられる相
対速度から、溶接トーチ3とポジショナ6とのそれぞれ
の絶対速度を求める必要がある。
【0034】ここでコラムの断面の幾何学的中心Psか
ら曲線部Rの曲率中心Pcまでの距離をb、曲線部Rの
曲率半径をrとすると、(8)式より、溶接トーチ3の
絶対速度vAは次式で表される。
【0035】
【数7】
【0036】さて、図6(A)に示した長方形のコラム
の場合、直線部を溶接する際には、水平に置かれた長辺
L上のA点を始点として溶接トーチ3を直線移動させ
る。そして長辺LLと曲線部Rとの接点であるB点に溶
接トーチ3が到達したところで、回転盤8を起動して回
転を開始させる。これと同時に、溶接トーチ3は、曲線
部Rの曲率中心Pcとコラムの断面の幾何学的中心Psと
を結ぶ直線に平行しかつ直線部(長辺LL)と曲線部R
との接点(B点)を通る直線上に置かれた点Ptを中心
とし、曲率中心Pcと幾何学的中心Psとの間の距離bを
半径として描かれる円弧ACに沿ってB点からC点へと
移動させる(図6−Aに於ける想像線で示した状態)。
この時、曲線部Rの挟角は90度なので、回転盤8が1
/4回転するのに要する時間と同一時間内に溶接トーチ
3がB点−C点間の円弧ACを描くようにすれば、曲線
部Rを溶接することができる。
【0037】同様に図6(B)に示すように、短辺LS
を水平にした状態で回転盤8を停止してC点から水平に
溶接トーチ3を直線移動させ、D点に到達したところで
回転盤8を回転させると共に上記と同様に溶接トーチ3
に円弧ACを描かせてD点からE点にかけての溶接を行
う。
【0038】以上のようにして、多層盛り溶接を行う各
層について溶接トーチ3の速度を求め、この求めた速度
で各層について曲線部Rの溶接を実行すれば、溶着量の
不足を来すことなく直線部Lと同様の積層高さで曲線部
Rを溶接することができ、積層高さにアンバランスを生
ずることなく溶接ビードの形状を全周に渡って平滑に仕
上げることができる。
【0039】次に本発明の第2実施例として台形断面の
コラムを溶接する場合について図7(A)(B)を参照
して説明する。なお、上記第1実施例に対応する部分に
は共通の符号を付してその説明を省略する。
【0040】この場合、曲線部Rの挟角をφとおくと、
曲線部Rの軌跡は、φ/2π円弧となるので、曲線部R
の体積Vaは、次式で与えられる。
【0041】
【数8】
【0042】即ち、曲線部Rの挟角φが異なる場合に
も、上記(10)式のφの値を変えるだけで基本的には
上記第1実施例と同様に曲線部Rの体積を計算すること
ができ、溶接トーチ3の速度を決定することができる。
そして回転盤8の回転角度と溶接トーチ3の移動角度と
は、共に曲線部Rの挟角φに等しい角度となる。なお、
直線部Lの溶接については、上記第1の実施例と何等変
わるところはない。
【0043】
【発明の効果】このように本発明によれば、曲線部に於
ける多層盛りの各層の体積を算出して適正な溶接速度を
求めると同時に、溶接トーチに適切な運動軌跡を与える
ことができるので、直線部と直線部とを連続自動溶接す
る際に、積層高さにアンバランスを生ずることなく溶接
ビードの形状を全周に渡って均一化するうえに多大な効
果を奏することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明が適用される自動溶接装置の概略斜視
図。
【図2】仕口コアに於ける溶接部の部分的な断面図。
【図3】図2に於ける仕口コアを矢印III方向から見た
図。
【図4】開先部とダイヤフラムとの間に多層盛り溶接を
行った状態を示す拡大断面図。
【図5】仕口コアの曲線部の体積を求める手順を示す説
明図。
【図6】仕口コアの曲線部を溶接する際の溶接トーチの
移動軌跡を示す説明図。
【図7】別の断面形状を有する仕口コアの曲線部を溶接
する際の溶接トーチの移動軌跡を示す説明図。
【符号の説明】
1 自動溶接装置 2 アーム 3 溶接トーチ 4 溶接ロボット 5 仕口コア 6 ポジショナ 7 溶接電極棒 8 回転盤 9 コラム 10 ダイヤフラム 11 開先部 12 裏当て板
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.5 識別記号 庁内整理番号 FI 技術表示箇所 B23K 9/127 502 E 7920−4E 509 D 7920−4E

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 溶接電極棒の位置制御を行う溶接ロボッ
    トと、直線部及び曲線部からなる溶接線が同一の平面に
    含まれるように被溶接物を支持し、かつ前記平面に直交
    する軸回りについて当該被溶接物を回転させるポジショ
    ナとを用い、前記溶接電極棒の複数回のパスによって前
    記溶接線に沿う多層盛り溶接を行うための自動溶接方法
    に於て、 前記平面内に於て前記曲線部の曲率中心と前記被溶接物
    の断面の幾何学的中心とを結ぶ直線に平行しかつ前記直
    線部と前記曲線部との接点を通る直線上に置かれた点を
    中心とし、前記曲率中心と前記幾何学的中心との間の距
    離を半径として描かれる円弧に沿って前記曲線部の角度
    範囲を前記溶接電極棒を移動させつつ前記被溶接物を回
    転させて前記曲線部の溶接を行うと共に、 前記曲線部の各層の体積を求め、該体積値に基づいて前
    記被溶接物の回転速度及び前記溶接電極棒の移動速度を
    設定することを特徴とする自動溶接方法。
JP5105187A 1993-04-06 1993-04-06 自動溶接方法 Withdrawn JPH06285632A (ja)

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113600977A (zh) * 2021-08-11 2021-11-05 青岛中车四方轨道车辆有限公司 一种厚壁方钢管对接接头焊接方法

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Publication number Priority date Publication date Assignee Title
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