JPH07328766A - 横向自動溶接方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 現場据付精度に起因する鉄皮肌違いが発生し
た場合でも、溶接条件の人的制御調整を不要とし、各パ
スの溶接開始時のねらい位置を溶接者が調整するだけ
で、全溶接線の溶接進行度合いを管理しながら、溶接施
工の大半が完了するまで熟練度を必要とせず、多層横向
自動溶接する。 【構成】 開先内を溶接トーチが開先形状に倣いながら
横向に溶接する際に、開先奥部検知センサー３と母板表
面検知センサー５とによって溶接前に溶接全線に渡り開
先奥行距離を算出する。該算出データに基づいて１パス
目を溶接電流および溶接速度を変化させて溶接を行い、
溶接トーチの倣い位置、溶接電流および溶接速度の各デ
ータを記憶する。２パス目以降は、前パス目の溶接電
流、溶接速度の変動に伴って変化するビード厚さに対応
して各データを補正し、溶接することにより、溶接全線
に渡り同数の層数およびパス数で開先内の溶接をする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、厚板の多数積層を必要
とする横向自動溶接方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】厚板の突合せ溶接の中で、横向継手が比
較的多い現場据付・組立溶接においては、作業環境の悪
さ、据付精度の悪さなどの理由により横向自動溶接方法
は発展していない。特に板厚が２５ｍｍを越える厚板の
現場横向溶接ではこれらがさらに顕著となって、経済
面、工期面を考慮しても手溶接や半自動溶接によって多
人数の溶接工により施工することがほとんどである。特
公昭６０−２９５９６号公報には、開先の両面を水冷銅
板と裏当てバッキングテープとで囲み、開先内に挿入し
たワイヤーに電流を通じメタルを溜めつつ溶接する横向
エレクトロ・スラグ溶接法が記載されているが、現場段
取溶接作業が繁雑であり、かつ据付精度の悪化に起因す
る開先形状の大きな誤差を許容するに至らず、継続的に
採用されていない。

【０００３】特願平５−１５８０９０号明細書には、溶
接トーチねらい角度を常に一定とし、ワイヤーを揺動し
ながら、電流を周期的に変化させながら溶接する横向自
動溶接方法が記載されている。これを製鉄設備の一つで
ある転炉炉体鉄皮の横継手の溶接に採用すると、品質的
にも経済的にも多大な成果を上げることができるが、据
付精度に起因する鉄皮肌違いによる各部位での溶接面積
差異に因り一定自動溶接条件では溶接完成までの層数お
よびパス数差異が発生し、溶接電流および走行速度の人
的制御調整を必要とすることが判明した。すなわち、図
２により模式的に説明すれば、図２（ａ）に示す設計上
の標準開先でのｎ層後の積層断面積に対し、図２（ｂ）
に示す目違い開先ではほぼ下側母板２端面まで積層溶接
が終わってしまうし、図２（ｃ）に示す目違い開先では
開先全体を考慮すれば溶接施工はあまり進んでいないと
いう偏差が発生する。これでは溶接者はｎ層終了後の部
分的な重点溶接個所、層数、溶接条件の選定を判断せね
ばならず、結果的に熟練度を要することになり、さらに
部分的に溶接断面積が多様に変化することに起因する厚
板横向溶接特有の熱管理の考慮も必要となるばかりか、
自動溶接が必然的に断続的となり、自動溶接としての溶
接能率の低下をまねく。

【０００４】特公平６−２７４号公報には、多層溶接に
際し、溶接前に開先位置および母板表面の稜線の位置を
検知して第１層目の溶接を行い、第２層目以降は母板表
面の稜線の位置を検知し、溶接前の開先位置および母板
表面の稜線の位置関係に基づいて開先位置を計算し、そ
の値に基づき溶接用トーチの倣い制御を行うセンサ付き
自動溶接装置が記載されている。この装置は、開先角度
のバラツキや仮付け部のスパッタやゴミの影響、および
第２層目以降の開先ワークが溶接することにより受ける
熱歪の影響を回避するために各層のねらい位置を決定
し、溶接トーチを機械的に制御するものであり、現場据
付・組立溶接における据付精度に起因する鉄皮肌違いに
よる各部位での溶接面積差異に因る層数およびパス数差
異の発生を回避し、溶接電流および走行速度の人的制御
調整を不要にするものではない。また、母板表面の稜線
の位置をたびたび検知し、溶接前の開先位置および母板
表面の稜線の位置関係に基づいて開先位置を計算してい
くためＣＰＵ・ＲＯＭ等よりなる複雑で規模の大きな制
御装置が必要になると考えられ現場溶接に不向きであ
り、横向自動溶接には採用困難である。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】据付物が大きくなり、
かつ、より厚板となって、現場据付において上下母板が
各々一体ではなく、分割して据付けることを余儀なくさ
れる場合は、現地縦継手が発生し、工法的に先行する縦
継手溶接施工に起因する溶接変形により開先精度が劣化
するし、厚板のため発生した変形を現地で修正すること
は極めて困難であり、開先精度が劣化することは、開先
間隙、目違いが大きく変動することになり、一定溶接条
件、すなわち溶接電流、溶接速度を固定しているために
単一溶接ビード断面積は常にほぼ一定であり、開先の変
動、すなわち開先断面積の変化に応じて、ｎ層後の開先
内の溶接完成断面積比率は変動することになる。

【０００６】本発明は、多層横向自動溶接の際の現場据
付・組立溶接における据付精度に起因する鉄皮肌違いに
よる各部位での溶接面積差異に因り一定自動溶接条件で
は溶接完成までの層数およびパス数差異が発生するのを
回避させるために行う自動溶接であるにもかかわらず、
能率低下をもたらす溶接電流および走行速度の人的制御
調整を不要とし、各パス溶接開始時のねらい位置を溶接
者が調整するだけで、溶接施工の大半が完了するまで熟
練度を必要とせず、自動溶接の高能率性を維持すること
ができるばかりか、全溶接線の溶接進行度合いをも管理
することができる横向自動溶接方法を提供する。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明は、開先内を溶接
トーチが開先形状に倣いながら横向に溶接する際に、開
先奥部検知センサーと母板表面検知センサーとによって
溶接前に溶接全線に渡り連続的または断続的に開先奥行
距離を算出し、該算出データに基づいて変動する開先形
状に対し１パス目を溶接電流および溶接速度を変化させ
て溶接を行い、１パス目の溶接トーチの倣い位置、溶接
電流および溶接速度の各データを記憶し、２パス目以降
は、前パス目の溶接電流、溶接速度の変動に伴って変化
するビード厚さに対応して溶接トーチの倣い位置、溶接
電流および溶接速度の各データを補正し、溶接すること
により、溶接全線に渡り同数の層数およびパス数で開先
内の溶接をすることを特徴とする横向自動溶接方法であ
る。

【０００８】

【作用】本発明法は、予め選定した溶接材料の欠陥の発
生しない溶接電流および溶接速度の許容範囲内で少なく
とも２種類以上の設定溶接条件による単一ビード厚さデ
ータを作成する。開先内を走査するセンサーと横向溶接
継手の下側母板表面を検知するセンサーを用い、下側母
板端面からの開先奥行を溶接線全線にわたり連続的に全
ての位置で、または断続的に一定間隔おきの位置での開
先奥行距離を溶接機の制御装置に溶接施工前に検知記憶
させる。該開先奥行距離を基準とし、標準開先形状の標
準溶接条件によって、下側母板の開先端面まで溶接施工
するのに必要な溶接層数ｎを算出し、開先奥行が変動し
ている溶接線全線においてもｎ層の溶接積層で下側母板
開先端面まで溶接を進行させることができるように該開
先奥行の変動に応じて溶接電流と溶接速度を制御し、１
パス目を溶接する。２パス目以降は、前パス目の溶接ト
ーチの倣い位置および溶接電流、溶接速度の変動による
溶接ビードの厚さの変化を算出し、溶接時のトーチ倣い
位置および溶接電流、溶接速度の補正を当該溶接ビード
の厚さから設定し、２パス目以降を溶接することによ
り、溶接全線に渡り同数の層数およびパス数で開先内の
溶接をする。

【０００９】図３により本発明法の作用を説明する。開
先内を走査する開先奥部検知センサー３と下側母板２の
表面を検知する母板表面検知センサー５との併用により
開先奥行距離外１を検出する。図３（ａ）は標準的開先
形状、（ｂ）は上側母板１が手前に出た目違い開先形
状、（ｃ）は逆に下側母板２が手前に出た目違い開先形
状、（ｄ）は開先間隔が大きい開先形状を示し、開先奥
部検知センサー３の先端部は球状等の一定の寸法形状を
有しているので、開先奥行距離は常に数１の関係にあ
る。

【００１０】

【外１】

【００１１】

【数１】

【００１２】一方、溶接条件は一般的に標準開先形状を
基準として選定されるが、近年の溶接材料の適正溶接条
件は許容範囲を有しており、特に、溶接電流、溶接速度
に関しては下限と上限とでかなりの差が許容できる溶接
材料もあり、溶接電流および溶接速度を溶接欠陥の発生
しない許容範囲で有効に使用することにより、同一溶接
線において単一同一溶接ビードの断面積をある範囲で変
化させることが可能である。図３と同様に図４（ａ）は
標準的開先、（ｂ）、（ｃ）は目違い開先を示し、本発
明は、各々、初層ビード６から下側母板２端面を溶接す
るｎ層まで同じであって、パス数もできる限り同じにな
るよう計画するものであり、（ａ）の標準開先に対する
各ビード断面積は（ｂ）では比較的小さくなり、（ｃ）
では大きくなるよう予め設定された許容溶接電流、溶接
速度範囲から図３の開先奥行距離外２のデータを基準に
して選定する。すなわち、開先内の溶接積層パターンを
予め予備実験で決めておき、各層ビードの厚さｔは、標
準開先（ａ）では数２、（ｂ）では数３、（ｃ）では数
４となるよう溶接電流と溶接速度を設定する。一般的に
溶接電流を小さく、溶接速度を速くすれば厚さｔは小と
なり、電流を大きく、速度を遅くすれば厚さｔは大とな
る。溶接線倣いシステムの基準となる開先奥行の前後、
上下変化のデータおよび下側母板表面位置を溶接線全線
について連続的に全ての位置で、または断続的に一定間
隔おきの位置で図６に示す倣いデータ計測時フロー
（ａ）に従って溶接施工前に記憶させる。溶接時は図６
に示す倣い溶接時動作フロー（ｂ）に従って該データよ
り開先奥行距離を算出し、算出値を基準にして、算出し
た単一ビード厚さｔを満足する溶接条件、すなわち溶接
電流および溶接速度を当該データ位置でまたは当該デー
タ位置の事前で調整する。開先目違い、間隔の誤差の大
きさの度合いにより、溶接電流ないし溶接速度のいづれ
かのみを調整する場合と両方を調整する場合がある。

【００１３】

【外２】

【００１４】

【数２】

【００１５】

【数３】

【００１６】

【数４】

【００１７】加えて、任意の溶接位置でのビード厚さｔ
の変動に伴う次層溶接時のトーチのねらい位置の溶接中
の位置補正を、標準開先部位のビード厚さ差異を溶接前
に記憶された位置変位データより加減算して算出し、よ
り適正に行うものであって、図３および図４に示すよう
に、ｎ層ビード７まで溶接する時の、溶接開始点を
（ａ）としたｍ層目溶接時の（ｂ）位置での補正距離を
外３とすれば、数５として算出し補正する。

【００１８】

【外３】

【００１９】

【数５】

【００２０】

【実施例】本発明法を製鋼設備の９０トン転炉炉体鉄皮
溶接に応用した実施例を示す。

【００２１】鉄皮板厚は５０ｍｍであり、図５に示すＫ
型開先形状とし、炉内側すなわち開先の大きい側のみ本
発明法によるガスシールドアーク自動溶接を行った。
尚、反対側は半自動溶接法によった。溶接材料は５０ｋ
ｇ級フラックスコアードワイヤーφ１．４ｍｍとし、シ
ールドガスにＣＯ₂ ガスを用いて、標準条件を溶接電流
２８０Ａｍｐ、溶接速度３５ｃｍ／ｍｉｎとした。

【００２２】鉄皮全周は３６０°であり、２台の自動溶
接機で施工したため、１台の受持分担は半周１８０°で
あった。図１に示すように、溶接機の走行台車１０は上
側母板１の表面に固定された形状レール１１に沿って駆
動するが、走行台車１０の下部に自由継手のヒンジ９を
配設して溶接トーチの前後・上下駆動ユニット１２を支
持する。球状の開先奥部検知センサー３は前後・上下駆
動ユニット１２に取付けられる。溶接トーチのねらい位
置を変化させながら、上側母板１表面を走行台車１０と
共に密接横行するマグネットローラー８の位置を基準と
して、溶接機下部に固定配設されている下側母板表面を
検知する母板表面検知センサー４と開先奥部検知センサ
ー３から得られるデータにより、開先奥行距離を５０ｍ
ｍ間隔で検出した。下側母板２端部までを本発明法で施
工し、余盛りないし仕上げ溶接ビードに関しては、表面
の美麗さに重点を置き一定溶接電流で、且つ一定溶接速
度での自動溶接を行ったが、溶接施工途中でのビード補
正や手溶接は不要であった。

【００２３】表１に開先奥行距離に対応して溶接電流お
よび溶接速度を変化させて溶接を行った場合のデータを
示す。１台の半周分の開先奥行距離の変化データを溶接
線５０ｍｍ間隔で断続的に測定し、それに伴い溶接条件
を変化させたデータより抜粋して３０°毎置き換えた記
録を示した。

【００２４】

【表１】

【００２５】

【発明の効果】本発明方法によれば、多層横向自動溶接
の際の現場据付・組立溶接における据付精度に起因する
鉄皮肌違いによる各部位での溶接面積差異に因る溶接電
流および走行速度の人的制御調整を不要とし、各パス溶
接開始時のねらい位置を溶接者が調整するだけで、溶接
施工の大半が完了するまで熟練度を必要とせず、自動溶
接の高能率性を維持することができるばかりか、全溶接
線の溶接進行度合をも管理することができる。本発明
は、据付物が大きくより厚板の場合に特に効果が顕著と
なる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明を実施するための装置の例を示す図であ
る。

【図２】従来の問題点を示す図である。

【図３】開先の断面図である。

【図４】開先の断面図である。

【図５】実施例における開先の断面図である。

【図６】本発明法のフローを示す図である。

【符号の説明】

１ 上側母板 ２ 下側母板 ３ 開先奥部検知センサー ４ 溶接トーチ ５ 母板表面検知センサー ６ 初層ビード ７ ｎ層ビード ８ マグネットローラー ９ ヒンジ １０ 走行台車 １１ 形状レール １２ 前後・上下駆動ユニット １３ ビード

フロントページの続き (72)発明者 渡邊 和好 北九州市戸畑区大字中原46−59 新日本製 鐵株式会社機械・プラント事業部内 (72)発明者 太田 浩二 兵庫県尼崎市昭和通２−２−27 特殊電極 株式会社内 (72)発明者 大槻 治仁 兵庫県尼崎市昭和通２−２−27 特殊電極 株式会社内

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 開先内を溶接トーチが開先形状に倣いな
   がら横向に溶接する際に、開先奥部検知センサーと母板
   表面検知センサーとによって溶接前に溶接全線に渡り連
   続的または断続的に開先奥行距離を算出し、該算出デー
   タに基づいて変動する開先形状に対し１パス目を溶接電
   流および溶接速度を変化させて溶接を行い、１パス目の
   溶接トーチの倣い位置、溶接電流および溶接速度の各デ
   ータを記憶し、２パス目以降は、前パス目の溶接電流、
   溶接速度の変動に伴って変化するビード厚さに対応して
   溶接トーチの倣い位置、溶接電流および溶接速度の各デ
   ータを補正し、溶接することにより、溶接全線に渡り同
   数の層数およびパス数で開先内の溶接をすることを特徴
   とする横向自動溶接方法。