JPH0669622B2 - 角型部材の自動溶接方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、例えば柱と梁との接合部に使用される仕口コ
ア等のごとき角型部材の自動溶接方法に関するものであ
る。

［従来の技術］ 鉄骨構造物における仕口コアは、第５図及び第６図に示
すように、鉄骨柱とＨ形鋼等の鋼製梁との接合部に使用
されるものであり、図において、30は仕口コア、34は鉄
骨柱、36は鋼製梁である。

このような仕口コア30は、一般に四角形の角型コラム31
と、このコラム31の上下両端に溶接され、梁36からの応
力を伝達するためのダイヤフラム32とから構成されてい
る。コラム31とダイヤフラム32の継手は通常、突合せ継
手であり、その開先33の形状は第７図に示すようにレ字
型が普通である。このような開先33に多層盛溶接を行っ
て仕口コア30を製作する。なお、第７図において38はバ
ッキングである。

そして、仕口コア30のダイヤフラム32の面に柱34の端面
を溶接し、一方、ダイヤフラム32の辺とコラム31の面に
梁36の端面を溶接することにより、鉄骨構造物を構築し
ている。

上記の仕口コア30は比較的単純な形状をしているが、角
型コラム31とダイヤフラム32との溶接線はコラム31の辺
にあたる直線部とコーナー部にあたる円弧部の組合せで
ある。したがって、特にコーナー部での溶接が難しいた
め、従来は、直線部とコーナー部に分けて半自動溶接に
より別個に溶接していた。しかし、直線部とコーナー部
を別個に溶接するのでは、能率が悪いうえに溶接ビード
の継目が多くなり、これが溶接欠陥の発生の原因となっ
たり、ビード形状の不良を招くおそれがあるなどの問題
があった。そこで、溶接の自動化が要請される。このた
め溶接ロボット等の利用が考えられるが、このような自
動溶接の場合においても、直線部とコーナー部では溶接
条件（溶接速度、電流等）を変更する必要があるばかり
でなく、一般に多層盛溶接となるため溶接プログラムの
作成に多大な時間、手数を要するという問題がある。さ
らに、コラム31は精度の面で常に良好とはいえず、この
ため溶接の自動化を一層困難なものにしている。

［発明が解決しようとする課題］ 仕口コア30における自動溶接で最も問題となるのは、コ
ラム31のコーナー部における溶接であることは明らかで
ある。その一つに、コーナー部における溶接速度の適正
化がある。これがもし不適正であると、直線部と同じビ
ード高さが得られないからである。

したがって、本発明の目的は、仕口コアのごとき角型部
材の自動溶接において、特にコーナー部における溶接速
度の適正化を図った自動溶接方法を提供することにあ
る。

［課題を解決するための手段］ 上記の目的を達成するため、本発明に係る角型部材の自
動溶接方法は、溶接線が直線部と円弧部を含む角型部材
の自動溶接において、溶接ロボットと、角型部材を取り
付けそれを所定角度回転する手段を含むポジショナとを
使用して開先を溶接し、この場合において溶接線の直線
部及び円弧部における溶接速度をそれぞれｖ_ｓ,v_ｃとす
ると、円弧部における溶接速度ｖ_ｃが次式を満足するよ
うに角型部材を溶接ロボットの動作と同期させて回転さ
せ、角型部材の回転中及び回転後においても相対的に上
記溶接速度ｖ_ｃで円弧部を溶接するものである。

ただし、ｈは溶接ビードの高さ、ｒ_ｉは上記円弧部の第
ｉ層目の溶接ビードの内周半径である。

［作用］ ポジショナに取り付けられた角型部材に対し溶接ロボッ
トで開先を溶接する。この場合において、溶接線は直線
部と円弧部を含む。そして、その直線部に対して溶接速
度ｖ_ｓで溶接し、円弧部に対して溶接速度ｖ_ｓに対し上
記(1)式を満足するような溶接速度ｖ_ｃで溶接する。す
なわち、速度ｖ_ｓよりｈ／（2r_ｉ＋ｈ）分だけ遅い速度
でコーナー部を溶接することにより、コーナー部のビー
ド高さは直線部と同一となる。

コーナー部の溶接の際、ポジショナは溶接ロボットと同
期して動作する。したがって、溶接トーチが直線部から
コーナー部の始点に到達した時に角型部材を所定角度回
転させ、同時に溶接速度を相対的に上記のｖ_ｓからｖ_ｃ
に切り替える。

次に、溶接トーチがそのコーナー部の終点に到達すると
（この間に角型部材の回転は終了している）、同時に溶
接速度を相対的に上記ｖ_ｃからｖ_ｓに切り替え、次の直
線部をこの速度ｖ_ｓで溶接する。以後同様の動作を繰り
返すことにより角型部材を全周連続で自動溶接すること
ができる。

［実施例］ 以下、本発明の一実施例を図により説明する。第１図
（ａ）〜（ｃ）は仕口コアの溶接線を全周連続的に自動
溶接する場合の動作説明図である。この場合、溶接線10
は鉛直面内に置かれ、直線部11a,11b,11c,11dとコーナ
ー部12a,12b,12c,12dを含むものである。溶接トーチ１
は、この溶接線10に対して垂直でかつ後方または前方
（紙面の表裏方向）に一定の角度で傾斜しており、上記
コーナー部ではその軸線がコーナー部の曲率中心を向く
ように姿勢制御される。なお、開先断面形状は全周につ
いて一様である。

第１図において、仕口コア30の断面の輪郭形状が破線で
示されており、仕口コア30は後述するようにポジショナ
に取り付けられ、溶接ロボットと同期して動作するよう
に制御される。

第１図に基づいて溶接動作を説明する。まず、溶接開始
点Ａを水平な直線部11aの適当な位置に設定する（第１
図（ａ）参照）。この開始点Ａ及び各々の直線部とコー
ナー部との接続点B,C,D,…,Iの各位置は仕口コア30の寸
法あるいは溶接ロボットによるティーチングによって制
御装置（図示せず）の記憶部に記憶されている。したが
って、溶接開始点Ａから第１のコーナー部12aの始点Ｂ
まではあらかじめ設定された溶接速度ｖ_ｓで溶接する。
次いで、第１コーナー部12aの始点Ｂから終点Ｃまでは
速度ｖ_ｓに対し上記(1)式を満足する溶接速度ｖ_ｃに変
更して溶接する。ただし、この場合、後述するように、
同時に仕口コア30を90°回転させながら溶接する。

(1)式について、さらに第２図を参照しながら説明す
る。まず、開先の断面形状は直線部、コーナー部共に一
様で、ワイヤ送給速度は一定とする。直線部でビード高
さｈを得る溶接速度ｖ_ｓで内面曲率半径ｒ_ｉのコーナー
部を移動させたときの溶着量Ｗ_ｓと、該コーナー部で同
じビード高さｈを得るための溶接速度ｖ_ｃで曲率半径ｒ
_ｉのコーナー部を移動させたときの溶着量Ｗ_ｃとの比
は、 で表される。また、曲率半径ｒ_ｉのコーナー部を速度v,
ワイヤ送給速度ｖ_ｆで移動させたときの溶着量Ｗは、 であるから、 したがって、 となって、上記(1)式が得られる。すなわち、コーナー
部の溶接速度ｖ_ｃを直線部の溶接速度ｖ_ｓよりｈ／（2r
_ｉ＋ｈ）分だけ遅くなるように相対的に制御することに
より、直線部と同じビード高さｈが得られる。

次に、仕口コア30の回転について、溶接トーチ１がＢ点
に到達すると同時に、仕口コア30をポジショナによりＯ
点を中心に90°回転させる。同時に、この回転動作に同
期させて溶接トーチ１を動かす（第１図（ｂ）参照）。
この回転動作中第１コーナー部12aの溶接速度ｖ_ｃは上
記(1)式を満足するよう制御される。ところで、Ｂ点の
運動軌跡B₀−Ｂ−B₁（15）は判っているので、トーチ１
の運動軌跡もこのＢ点の運動軌跡15から容易に求められ
るとともに、仕口コア30の回転中における溶接速度ｖ_ｃ
は、Ｂ点の移動速度つまりポジショナの回転速度（既
知）から相対的に上記(1)式を満足するように制御する
ことができる。

任意の１つのコーナーの円弧部において溶接速度ｖ_ｃを
実現する手段について説明すると、第３図において L₁：溶接線の縦辺の長さ L₂：溶接線の横辺の長さ R:円弧部の曲率中心の回転半径 r:円弧部の半径 とすると、 １つのコーナーの円弧部の長さ＝πｒ／２ その円弧部を溶接するときのロボットの移動距離＝πＲ
／２ ここで、 Ｌ_１＝Ｌ_２のときは したがって、溶接速度ｖ_ｃを実現するためのロボット移
動速度ｖ_ｃ（Rob）は、 となる。したがって、コーナー部入口にトーチが到達し
たときポジショナを回転し始め、ロボットは半径Ｒの円
弧上を速度Ｒ／ｒ×ｖ_ｃで移動すればよい。

なお、ポジショナの回転速度はトーチが１つのコーナー
部の円弧上を移動する間（ｔ）に90°回転すればよいの
で、 となり、ポジショナの回転角速度は、 となる。

このようにして第１コーナー部12aの溶接が終了し、終
点Ｃに溶接トーチ１が到達した時には、溶接速度を上記
のｖ_ｃからｖ_ｓに切り替え、この速度ｖ_ｓで次の第２直
線部11bを溶接する（第１図（ｃ）参照）。以後、上記
と同様に第２コーナー部12b,第３直線部11c,第３コーナ
ー部12c,第４直線部11d,及び第４コーナー部12dの順に
溶接し、第１直線部11aの溶接開始点Ａに戻って一周す
る。２層目以降は上記の動作を繰り返すことになる。こ
のようにして仕口コア30を全周連続で自動溶接すること
ができる。

次に、第４図は上記の自動溶接を行う溶接装置の斜視図
であり、本装置は、多関節の溶接ロボット20と、仕口コ
ア30を取り付けロボット20と同期動作を行うポジショナ
24とから構成されている。

ポジショナ24は、仕口コア30を水平に片持ち状に取り付
ける回転テーブル25を有し、この回転テーブル25により
仕口コア30を所定角度回転させる。その動作は前述した
ように溶接ロボット20の動作に同期させて行う。

以上の説明から明らかなように、溶接線10は四角形のも
のに限らず、多角形すなわち三角形、五角形、六角形等
のものにも同様に適用できるものである。

［発明の効果］ 以上のように本発明によれば、溶接線が直線部と円弧部
を含む角型部材に対し、溶接ロボットとポジショナを使
用し全周連続で自動溶接することができ、しかも円弧部
における溶接速度ｖ_ｃを直線部の溶接速度ｖ_ｓに対して
前記(1)式を満足するように切り替え制御することによ
り、円弧部を溶接することとしたので、円弧部における
ビード高さを直線部と同じ高さにすることができ、ビー
ド形状の平滑さを保ち得るという効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図（ａ）〜（ｃ）は本発明による角型部材の自動溶
接方法の動作説明図、第２図はコーナー部（円弧部）の
溶接速度を求めるための説明図、第３図は円弧部で溶接
速度ｖ_ｃを実現する手段に用いる図、第４図は本発明の
自動溶接方法に使用する溶接装置の斜視図、第５図は仕
口コアの使用状態を示す図、第６図は仕口コアの斜視
図、第７図は仕口コアにおける開先の断面図である。 １…溶接トーチ ２…電極ワイヤ 10…溶接線 11a〜11d…直線部 12a〜12d…コーナー部（円弧部） 20…溶接ロボット 24…ポジショナ 25…回転テーブル 30…仕口コア 33…開先

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 山下 健一郎 富山県富山市石金20番地 株式会社不二越 内 (72)発明者 金山 秀明 富山県富山市石金20番地 株式会社不二越 内

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】溶接線が直線部と円弧部を含む角型部材の
   自動溶接において、 溶接ロボットと、前記角型部材を取り付けそれを所定角
   度回転する手段を含むポジショナとを使用して開先を溶
   接し、この場合前記溶接線の直線部及び円弧部における
   溶接速度をそれぞれｖ_ｓ,v_ｃとするとき、該円弧部にお
   ける溶接速度ｖ_ｃが次式を満足するように前記角型部材
   を前記溶接ロボットの動作と同期させて回転させ、該円
   弧部を溶接することを特徴とする角型部材の自動溶接方
   法。 ただし、h:溶接ビードの高さ ｒ_ｉ：前記円弧部の第ｉ層目の溶接ビードの内周半径