JPH078436B2 - 多層溶接方法 - Google Patents
多層溶接方法Info
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- JPH078436B2 JPH078436B2 JP15850386A JP15850386A JPH078436B2 JP H078436 B2 JPH078436 B2 JP H078436B2 JP 15850386 A JP15850386 A JP 15850386A JP 15850386 A JP15850386 A JP 15850386A JP H078436 B2 JPH078436 B2 JP H078436B2
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Description
【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は、母管と枝管との管相貫継手に形成されたく
ら型溶接線を有する開先を多層溶接する多層溶接方法に
関する。
ら型溶接線を有する開先を多層溶接する多層溶接方法に
関する。
一般に、オイルリグなどの海洋構造物を構成する母管と
枝管との管相貫継手に形成された開先を多層溶接する場
合、主として手溶接による溶接が行なわれているが、溶
接作業に長い時間を要し、作業能率の向上を図ることが
できず、しかも多層溶接における各層の溶接品質を確保
するのに，作業者の熟練を要するため、たとえば、数値
制御式の溶接ロボツトを用いて溶接の自動化を図り、作
業能率を向上することが行なわれており、この場合、ロ
ボツト制御手段に溶接トーチの移動制御用の数値データ
や溶接条件制御用の数値データ等を入力することによ
り、入力した数値データに従い，制御手段により溶接ロ
ボツトの各部の制御が行なわれて管相貫継手の自動多層
溶接が行なわれることになる。
枝管との管相貫継手に形成された開先を多層溶接する場
合、主として手溶接による溶接が行なわれているが、溶
接作業に長い時間を要し、作業能率の向上を図ることが
できず、しかも多層溶接における各層の溶接品質を確保
するのに，作業者の熟練を要するため、たとえば、数値
制御式の溶接ロボツトを用いて溶接の自動化を図り、作
業能率を向上することが行なわれており、この場合、ロ
ボツト制御手段に溶接トーチの移動制御用の数値データ
や溶接条件制御用の数値データ等を入力することによ
り、入力した数値データに従い，制御手段により溶接ロ
ボツトの各部の制御が行なわれて管相貫継手の自動多層
溶接が行なわれることになる。
ところが、この場合、入力すべき制御用の数値データを
管相貫継手の図面寸法にもとづいて導出しているが、管
相貫継手が大型でしかもその溶接部の形状が複雑に変化
し、溶接線および開先断面形状とも図面寸法と実際の寸
法とが異なるため、このような管相貫継手の多層溶接に
数値制御式の溶接ロボツトを適用することができない。
管相貫継手の図面寸法にもとづいて導出しているが、管
相貫継手が大型でしかもその溶接部の形状が複雑に変化
し、溶接線および開先断面形状とも図面寸法と実際の寸
法とが異なるため、このような管相貫継手の多層溶接に
数値制御式の溶接ロボツトを適用することができない。
そこで、テイーチング・プレイバツク式の溶接ロボツト
を用いることが考えられるが、前記したように、溶接部
の形状が複雑に変化するため、テイーチング作業に長時
間を要し、作業能率を根本的に改善するには至らず、管
相貫継手の多層溶接には適さないという問題点がある。
を用いることが考えられるが、前記したように、溶接部
の形状が複雑に変化するため、テイーチング作業に長時
間を要し、作業能率を根本的に改善するには至らず、管
相貫継手の多層溶接には適さないという問題点がある。
したがつて、この発明では、管相貫継手の多層溶接にお
いて、作業能率の向上を図るとともに、溶接部の品質を
確保できるようにすることを技術的課題とする。
いて、作業能率の向上を図るとともに、溶接部の品質を
確保できるようにすることを技術的課題とする。
この発明は、前記の点に留意してなされたものであり、
母管と枝管との管相貫継手に形成されたくら型溶接線を
有する開先を多層溶接する多層溶接方法において、前記
継手の寸法データにもとづき前記溶接線および前記開先
の断面形状を演算により導出し、導出した前記溶接線に
沿つて視覚センサを移動させ、前記視覚センサにより実
際の前記溶接線の位置を導出して溶接トーチの倣いデー
タを得るとともに、前記視覚センサによる前記開先の画
像を処理して前記開先の断面形状を導出し、前記演算お
よび前記画像処理により導出された前記開先の断面形状
データを合成し、合成した前記開先の断面形状データに
もとづき，溶接層数および各層の溶接パス数を決定して
積層パターンを作成し、前記積層パターンの各パスごと
のウイービング幅，ウイービング時の溶接トーチのねら
い位置，溶接速度の溶接条件を決定し、前記倣いデータ
により前記溶接トーチの倣い制御を行ない，前記溶接条
件に従つて前記開先の溶接を行なうことを特徴とする多
層溶接方法である。
母管と枝管との管相貫継手に形成されたくら型溶接線を
有する開先を多層溶接する多層溶接方法において、前記
継手の寸法データにもとづき前記溶接線および前記開先
の断面形状を演算により導出し、導出した前記溶接線に
沿つて視覚センサを移動させ、前記視覚センサにより実
際の前記溶接線の位置を導出して溶接トーチの倣いデー
タを得るとともに、前記視覚センサによる前記開先の画
像を処理して前記開先の断面形状を導出し、前記演算お
よび前記画像処理により導出された前記開先の断面形状
データを合成し、合成した前記開先の断面形状データに
もとづき，溶接層数および各層の溶接パス数を決定して
積層パターンを作成し、前記積層パターンの各パスごと
のウイービング幅，ウイービング時の溶接トーチのねら
い位置，溶接速度の溶接条件を決定し、前記倣いデータ
により前記溶接トーチの倣い制御を行ない，前記溶接条
件に従つて前記開先の溶接を行なうことを特徴とする多
層溶接方法である。
そして、この発明によると、管相貫継手の寸法データに
もとづきくら型溶接線および開先の断面形状が演算によ
り導出され、導出された溶接線に沿い視覚センサが移動
されて実際の溶接線の位置が導出され、溶接トーチの倣
いデータが得られるとともに、視覚センサによる開先の
画像処理により開先の断面形状が導出され、演算および
画像処理による開先の断面形状データの合成データにも
とづき開先の積層パターンが作成され、作成された積層
パターンの各溶接パスごとの溶接条件が決定され、前記
倣いデータにより溶接トーチの倣い制御が行なわれ、前
記溶接条件に従つて開先に溶接ビードが形成されて溶接
ロボツト等による自動多層溶接が行なわれる。
もとづきくら型溶接線および開先の断面形状が演算によ
り導出され、導出された溶接線に沿い視覚センサが移動
されて実際の溶接線の位置が導出され、溶接トーチの倣
いデータが得られるとともに、視覚センサによる開先の
画像処理により開先の断面形状が導出され、演算および
画像処理による開先の断面形状データの合成データにも
とづき開先の積層パターンが作成され、作成された積層
パターンの各溶接パスごとの溶接条件が決定され、前記
倣いデータにより溶接トーチの倣い制御が行なわれ、前
記溶接条件に従つて開先に溶接ビードが形成されて溶接
ロボツト等による自動多層溶接が行なわれる。
このとき、倣いデータの導出，積層パターンの作成，溶
接条件の導出，決定をコンピユータにより行なえるた
め、開先の多層溶接作業の完全自動化が可能となり、し
かも視覚センサを用いて倣いデータの導出，積層パター
ンの作成を行なうため、複雑に変化する溶接線および開
先断面形状の実際のデータが精度よく検出され、高精
度，高品質の溶接が行なえる。
接条件の導出，決定をコンピユータにより行なえるた
め、開先の多層溶接作業の完全自動化が可能となり、し
かも視覚センサを用いて倣いデータの導出，積層パター
ンの作成を行なうため、複雑に変化する溶接線および開
先断面形状の実際のデータが精度よく検出され、高精
度，高品質の溶接が行なえる。
つぎに、この発明を、その１実施例を示した図面ととも
に詳細に説明する。
に詳細に説明する。
まず、第１図は母管（１）および該母管（１）に交差し
た枝管（２）からなる管相貫継手（３）を示しており、
母管（１）の中心線方向をＸ軸とし、当該中心線に直交
する２方向をそれぞれＹ軸,Z軸とするXYZ座標系を考
え、くら型溶接線上の部分交差Ｐにおける部分交差角
を求める場合について説明する。
た枝管（２）からなる管相貫継手（３）を示しており、
母管（１）の中心線方向をＸ軸とし、当該中心線に直交
する２方向をそれぞれＹ軸,Z軸とするXYZ座標系を考
え、くら型溶接線上の部分交差Ｐにおける部分交差角
を求める場合について説明する。
このとき、継手（３）の寸法データとして母管（１）の
半径をR,枝管（２）の半径をr,X軸の正方向を基準とし
たときの枝管（２）の中心線ｍに直交する断面の扇の中
心角すなわち進行角をθ，母管（１）および枝管（２）
の中心線のなす角をα,X軸の負方向から見て点Ｐと座標
原点Ｏを結ぶ線ｎとＺ軸とのなす角を−ξとすると、点
Ｐにおいて母管（１）に接する平面の式は、 となり、同様に点Ｐにおいて枝管（２）に接する平面の
式は、 sinα・sinθ・Ｘ−cosθ・Ｙ−cosα・sinθ・Ｚ＝ｒ
… となり、これらの２個の平面のなす角である部分交差角
は、 cos＝sinξ・cosθ＋cosξ・sinθ・cosα… で表わされ、これより部分交差角は、 となる。
半径をR,枝管（２）の半径をr,X軸の正方向を基準とし
たときの枝管（２）の中心線ｍに直交する断面の扇の中
心角すなわち進行角をθ，母管（１）および枝管（２）
の中心線のなす角をα,X軸の負方向から見て点Ｐと座標
原点Ｏを結ぶ線ｎとＺ軸とのなす角を−ξとすると、点
Ｐにおいて母管（１）に接する平面の式は、 となり、同様に点Ｐにおいて枝管（２）に接する平面の
式は、 sinα・sinθ・Ｘ−cosθ・Ｙ−cosα・sinθ・Ｚ＝ｒ
… となり、これらの２個の平面のなす角である部分交差角
は、 cos＝sinξ・cosθ＋cosξ・sinθ・cosα… で表わされ、これより部分交差角は、 となる。
そして、前記式より算出される部分交差角と開先角
Ｋとの関係を、AWS,API,BP/MAGNUSの各規格による標準
開先形状について求めるとともに、これらの部分交差角
，開先角Ｋおよび枝管（２）の厚さｔにもとづき、開
先の枝管（２）側の端縁から母管（１）側に降した垂線
の長さh,開先の脚長Ｌ等を算出する。
Ｋとの関係を、AWS,API,BP/MAGNUSの各規格による標準
開先形状について求めるとともに、これらの部分交差角
，開先角Ｋおよび枝管（２）の厚さｔにもとづき、開
先の枝管（２）側の端縁から母管（１）側に降した垂線
の長さh,開先の脚長Ｌ等を算出する。
このとき、第２図に示すように、溶接線に直交した平面
での管相貫継手（３）の開先（Ｗ）の断面において、開
先底を点A,点Ａを通る開先角Ｋの２等分線ｌを想定し、
開先（Ｗ）の枝管（２）側の端縁を点B,点Ｂから前記２
等分線ｌに降した垂線と母管（１）の表面との交点を点
C,開先外溶接部の端部を点Ｄとすると、 であるため、母管（１）の表面上の開先外溶接部の長さ
▲▼は、 で与えられることになり、前記したAWS,API,BP/MAGNUS
の各規格の開先に対する開先断面の各寸法を、所定の進
行角Δθごとにコンピユータ等により算出し、メモリに
蓄積しておく。
での管相貫継手（３）の開先（Ｗ）の断面において、開
先底を点A,点Ａを通る開先角Ｋの２等分線ｌを想定し、
開先（Ｗ）の枝管（２）側の端縁を点B,点Ｂから前記２
等分線ｌに降した垂線と母管（１）の表面との交点を点
C,開先外溶接部の端部を点Ｄとすると、 であるため、母管（１）の表面上の開先外溶接部の長さ
▲▼は、 で与えられることになり、前記したAWS,API,BP/MAGNUS
の各規格の開先に対する開先断面の各寸法を、所定の進
行角Δθごとにコンピユータ等により算出し、メモリに
蓄積しておく。
一方、母管（１）の表面と枝管（２）の表面との交差部
に形成されるくら型の曲線をくら型溶接線（Lw）とした
ときに、前記した継手（３）の寸法データにもとづき，
溶接線（Lw）を表わす式を導出し、前記所定の進行角Δ
θごとの前記溶接線（Lw）上の各点のX,Y,Z座標をコン
ピユータにより算出し、メモリに一時蓄積しておく。
に形成されるくら型の曲線をくら型溶接線（Lw）とした
ときに、前記した継手（３）の寸法データにもとづき，
溶接線（Lw）を表わす式を導出し、前記所定の進行角Δ
θごとの前記溶接線（Lw）上の各点のX,Y,Z座標をコン
ピユータにより算出し、メモリに一時蓄積しておく。
つぎに、溶接ロボツトのアーム先端部に設けられた溶接
トーチに、図示されていないテレビジヨンカメラ等の視
覚センサを，該視覚センサの視野内に前記トーチの先端
および開先が入いるように取り付け、前記メモリに蓄積
した溶接線（Lw）上の各点の座標データをロボツト座標
に変換し、座標変換した座標データに従い，前記溶接ト
ーチおよび視覚センサを溶接線（Lw）に沿つて移動さ
せ、前記視覚センサの撮像画像を画像処理手段により処
理し、溶接トーチの先端位置と実際の溶接線の位置との
ずれ量にもとづき、前記メモリの溶接線（Lw）上の各点
の座標データをコンピユータにより補正し、実際の溶接
線上の各点の位置を導出して前記所定の進行角Δθごと
の前記溶接トーチの倣いデータを導出し、導出した倣い
データをメモリに新たに蓄積しておく。
トーチに、図示されていないテレビジヨンカメラ等の視
覚センサを，該視覚センサの視野内に前記トーチの先端
および開先が入いるように取り付け、前記メモリに蓄積
した溶接線（Lw）上の各点の座標データをロボツト座標
に変換し、座標変換した座標データに従い，前記溶接ト
ーチおよび視覚センサを溶接線（Lw）に沿つて移動さ
せ、前記視覚センサの撮像画像を画像処理手段により処
理し、溶接トーチの先端位置と実際の溶接線の位置との
ずれ量にもとづき、前記メモリの溶接線（Lw）上の各点
の座標データをコンピユータにより補正し、実際の溶接
線上の各点の位置を導出して前記所定の進行角Δθごと
の前記溶接トーチの倣いデータを導出し、導出した倣い
データをメモリに新たに蓄積しておく。
さらに、前記視覚センサによる開先（Ｗ）の撮像画像を
前記処理手段により処理し、前記所定の進行角Δθごと
の溶接線上の各点における実際の開先（Ｗ）の断面形状
を導出し、演算により導出した開先（Ｗ）の断面形状デ
ータと、画像処理により導出した開先（Ｗ）の断面形状
データとを合成する。
前記処理手段により処理し、前記所定の進行角Δθごと
の溶接線上の各点における実際の開先（Ｗ）の断面形状
を導出し、演算により導出した開先（Ｗ）の断面形状デ
ータと、画像処理により導出した開先（Ｗ）の断面形状
データとを合成する。
ところで、画像処理により得られる開先（Ｗ）の断面形
状データは開先内溶接部のみのデータであり、前記した
第２図でいうと、三角形ABCのデータのみであるため、
開先外溶接部である三角形BCDのデータ，とくに点C,D間
の長さを演算による開先断面形状データの合成により補
うことになる。
状データは開先内溶接部のみのデータであり、前記した
第２図でいうと、三角形ABCのデータのみであるため、
開先外溶接部である三角形BCDのデータ，とくに点C,D間
の長さを演算による開先断面形状データの合成により補
うことになる。
そして、前記したようにして合成された開先断面形状デ
ータおよび溶接層の層厚，溶接パスのパス幅の許容限界
値等にもとづき、溶接層数および各溶接層の溶接パス数
を決定し、たとえば第３図に示すように、開先内４層，
開先外２層で、開先内の第３層が２パス，第４層が３パ
ス，開先外の第１層が２パスで他の層がすべて１パスと
なるような積層パターンPTを作成するとともに、前記し
た所定の進行角Δθごとにこのような積層パターンを作
成し、前記メモリにこれらの積層パターンデータを蓄積
しておく。
ータおよび溶接層の層厚，溶接パスのパス幅の許容限界
値等にもとづき、溶接層数および各溶接層の溶接パス数
を決定し、たとえば第３図に示すように、開先内４層，
開先外２層で、開先内の第３層が２パス，第４層が３パ
ス，開先外の第１層が２パスで他の層がすべて１パスと
なるような積層パターンPTを作成するとともに、前記し
た所定の進行角Δθごとにこのような積層パターンを作
成し、前記メモリにこれらの積層パターンデータを蓄積
しておく。
このとき、コンピユータにより積層パターンの作成処理
を行ない、CRT画面上に作成した積層パターンのグラフ
イツク表示を行なうようにする。
を行ない、CRT画面上に作成した積層パターンのグラフ
イツク表示を行なうようにする。
つぎに、作成した積層パターンPTの各溶接パスを、その
断面形状から、第４図（ａ），（ｂ），（ｃ）にそれぞ
れ示すように、片側のみ開先壁があるタイプI,1層を１
パス施工する場合の如く両側に開先壁があるタイプII,
多パス施工時の最終パスの如く両側に直前のパスの側壁
および一方の開先壁があるタイプIIIの３つに分類し、
たとえば第３図に示す積層パターンPTの場合，同図中に
I,II,IIIで示すようになり、積層パターンPTの各溶接パ
スのウイービング幅，溶接トーチのねらい位置であるウ
イービング移動の中心位置を導出する。
断面形状から、第４図（ａ），（ｂ），（ｃ）にそれぞ
れ示すように、片側のみ開先壁があるタイプI,1層を１
パス施工する場合の如く両側に開先壁があるタイプII,
多パス施工時の最終パスの如く両側に直前のパスの側壁
および一方の開先壁があるタイプIIIの３つに分類し、
たとえば第３図に示す積層パターンPTの場合，同図中に
I,II,IIIで示すようになり、積層パターンPTの各溶接パ
スのウイービング幅，溶接トーチのねらい位置であるウ
イービング移動の中心位置を導出する。
このとき、各溶接パスのタイプ別に、ウイービング幅Ww
およびＨ−Ｖ座標上におけるウイービング移動の中心位
置Wt（H,V）を定める基本式を予め次のように求めてお
き、積層パターンにもとづく具体的数値を代入して実際
の各溶接パスの溶接条件データを得るようにする。
およびＨ−Ｖ座標上におけるウイービング移動の中心位
置Wt（H,V）を定める基本式を予め次のように求めてお
き、積層パターンにもとづく具体的数値を代入して実際
の各溶接パスの溶接条件データを得るようにする。
いま、前記した各タイプＩ〜IIIの溶接パスにおいて、
開先壁に対する十分な溶け込み量と安定したアーク状況
とを確保でき，かつ当該溶接パスのパス幅が所定値にな
るようにウイービング幅，ウイービング移動の中心位置
を定める必要があり、そのために、溶接パスの底部にお
いて開先壁から所定の距離，すなわちずらし量を設定
し、各タイプごとに，しかも溶接姿勢に応じてこのずら
し量を適宜設定するようにすると、タイプＩの場合，第
４図（ａ）に示すように開先壁が片側だけであるため、
片側にだけずらし量βを設定し、タイプIIおよびIIIの
場合，第４図（ｂ）および（ｃ）に示すように開先壁が
両側にあるため、ずらし量β，δを両側にそれぞれ設定
することになり、とくにタイプIIの場合には実質的に両
側のずらし量は等しくなる。
開先壁に対する十分な溶け込み量と安定したアーク状況
とを確保でき，かつ当該溶接パスのパス幅が所定値にな
るようにウイービング幅，ウイービング移動の中心位置
を定める必要があり、そのために、溶接パスの底部にお
いて開先壁から所定の距離，すなわちずらし量を設定
し、各タイプごとに，しかも溶接姿勢に応じてこのずら
し量を適宜設定するようにすると、タイプＩの場合，第
４図（ａ）に示すように開先壁が片側だけであるため、
片側にだけずらし量βを設定し、タイプIIおよびIIIの
場合，第４図（ｂ）および（ｃ）に示すように開先壁が
両側にあるため、ずらし量β，δを両側にそれぞれ設定
することになり、とくにタイプIIの場合には実質的に両
側のずらし量は等しくなる。
そして、溶接パスの層厚をεとすると、層厚がε/2とな
るときのパス幅が当該溶接パスの平均パス幅となり、タ
イプＩの場合そのウイービング幅Wwは Ww＝（平均パス幅）−6.5mm … と与えられ、タイプII,IIIの場合にはウイービング幅Ww
は Ww＝（溶接パスの底幅）−（ずらし量β＋ずらし量δ）
… と与えられ、前記したようにして得られた開先断面形状
データおよび積層パターンにもとづき、前記，式の
演算を行ない、各積層パターンの各溶接パスのウイービ
ング幅Wwを決定する。
るときのパス幅が当該溶接パスの平均パス幅となり、タ
イプＩの場合そのウイービング幅Wwは Ww＝（平均パス幅）−6.5mm … と与えられ、タイプII,IIIの場合にはウイービング幅Ww
は Ww＝（溶接パスの底幅）−（ずらし量β＋ずらし量δ）
… と与えられ、前記したようにして得られた開先断面形状
データおよび積層パターンにもとづき、前記，式の
演算を行ない、各積層パターンの各溶接パスのウイービ
ング幅Wwを決定する。
つぎに、第ｉ層の第ｊパスに対するＨ−Ｖ座標上におけ
るウイービング移動の中心位置を決定する場合、前記し
た第５図のように開先底の中央を座標原点Ｏに一致させ
てＨ−Ｖ座標上に開先断面を表わしたとき、タイプＩ〜
IIIのねらい位置のＶ座標Wt（Ｖ）はすべて Wt（Ｖ）＝ε・（ｉ−１） … と与えられるとともに、タイプＩのねらい位置のＨ座標
Wt（Ｈ）は と与えられる。ただし、ω1,ΔHrは前記したように母管
壁の傾きおよび右オフセツト量であり、Wwは前記式に
よるウイービング幅,Wt（Ｖ）は前記式によるねらい
位置のＶ座標であり、SAWは第ｉ層での第１パスから第
（ｊ−１）パスまでの各パスの平均パス幅の和であり、
第ｋパスの平均幅をPkとすると、 となる。
るウイービング移動の中心位置を決定する場合、前記し
た第５図のように開先底の中央を座標原点Ｏに一致させ
てＨ−Ｖ座標上に開先断面を表わしたとき、タイプＩ〜
IIIのねらい位置のＶ座標Wt（Ｖ）はすべて Wt（Ｖ）＝ε・（ｉ−１） … と与えられるとともに、タイプＩのねらい位置のＨ座標
Wt（Ｈ）は と与えられる。ただし、ω1,ΔHrは前記したように母管
壁の傾きおよび右オフセツト量であり、Wwは前記式に
よるウイービング幅,Wt（Ｖ）は前記式によるねらい
位置のＶ座標であり、SAWは第ｉ層での第１パスから第
（ｊ−１）パスまでの各パスの平均パス幅の和であり、
第ｋパスの平均幅をPkとすると、 となる。
一方、タイプII,IIIのねらい位置のＨ座標Wt（Ｈ）は で与えられ、ただし、ω2,ΔHlは前記したように枝管壁
の傾きおよび左オフセツト量であり、Wwは前記式によ
るウイービング幅,Wt（Ｖ）は前記式によるねらい位
置のＶ座標である。
の傾きおよび左オフセツト量であり、Wwは前記式によ
るウイービング幅,Wt（Ｖ）は前記式によるねらい位
置のＶ座標である。
従つて、合成により得られた開先断面形状データおよび
作成した各積層パターンにもとづき、前記，式の演
算および前記〜式の演算をコンピユータにより行な
い、前記所定の進行角Δθごとの開先断面における各溶
接層の各溶接パスに対する溶接条件であるウイービング
幅Ww,および溶接トーチのねらい位置としてのウイービ
ング移動の中心位置Wtを導出し、第５図に示すような積
層パターンPTが作成されてCRT画面上にグラフイツク表
示されたときに、各溶接パスのねらい位置を同図中の▽
印のようにCRT画面上に図示すると同時に、各ねらい位
置のH,V座標および算出した各溶接パスのウイービング
幅をもCRT画面上に表示するようにし、これらのウイー
ビング幅，ねらい位置の各データを各積層パターンの各
溶接パスごとに前記メモリに蓄積しておく。
作成した各積層パターンにもとづき、前記，式の演
算および前記〜式の演算をコンピユータにより行な
い、前記所定の進行角Δθごとの開先断面における各溶
接層の各溶接パスに対する溶接条件であるウイービング
幅Ww,および溶接トーチのねらい位置としてのウイービ
ング移動の中心位置Wtを導出し、第５図に示すような積
層パターンPTが作成されてCRT画面上にグラフイツク表
示されたときに、各溶接パスのねらい位置を同図中の▽
印のようにCRT画面上に図示すると同時に、各ねらい位
置のH,V座標および算出した各溶接パスのウイービング
幅をもCRT画面上に表示するようにし、これらのウイー
ビング幅，ねらい位置の各データを各積層パターンの各
溶接パスごとに前記メモリに蓄積しておく。
つぎに、多の溶接条件として、低周波パルスMAG溶接を
行なう際の高電流通電時間Thと低電流通電時間Tlとのタ
イミング比Rtおよび溶接速度ｖを導出する。
行なう際の高電流通電時間Thと低電流通電時間Tlとのタ
イミング比Rtおよび溶接速度ｖを導出する。
すなわち、タイミング比Rtの値は溶け込み量，アークの
安定性，溶接ビード形状に影響を与えるため、溶接時の
溶接姿勢などの状況に応じて決定する必要があり、たと
えば低周波パルスMAG溶接時の高電流通電時間Thと低電
流通電時間Tlとの和，すなわちくり返し時間（＝Th＋T
l）を一定の1.5秒としたときに、溶接欠陥に対する裕度
が最大になるような溶接姿勢，溶接パスのタイプ別の部
分交差角の絶対値とタイミング比Rtとの関係を調べた
結果第６図に示すようになり、タイプＩの溶接パスの場
合のタイミング比Rtは、同図中の１点鎖線に示すよう
に、０゜≦＜120゜では約2.7と一定で,120゜≦＜15
0゜では約2.7から約2.1まで徐々に減少し,150゜≦＜1
80゜では約2.1と一定になるようにし、タイプIIおよびI
IIの溶接パスの場合のタイミング比Rtは同図中の実線に
示すように、０゜≦＜30゜では約2.7から約4.0まで徐
々に増加し、30゜≦＜90゜では約4.0と一定で、90゜
≦＜120゜では約4.0から約2.0まで徐々に減少し、120
゜≦＜180゜では約2.0と一定になるように、タイミン
グ比Rtを設定すればよい。
安定性，溶接ビード形状に影響を与えるため、溶接時の
溶接姿勢などの状況に応じて決定する必要があり、たと
えば低周波パルスMAG溶接時の高電流通電時間Thと低電
流通電時間Tlとの和，すなわちくり返し時間（＝Th＋T
l）を一定の1.5秒としたときに、溶接欠陥に対する裕度
が最大になるような溶接姿勢，溶接パスのタイプ別の部
分交差角の絶対値とタイミング比Rtとの関係を調べた
結果第６図に示すようになり、タイプＩの溶接パスの場
合のタイミング比Rtは、同図中の１点鎖線に示すよう
に、０゜≦＜120゜では約2.7と一定で,120゜≦＜15
0゜では約2.7から約2.1まで徐々に減少し,150゜≦＜1
80゜では約2.1と一定になるようにし、タイプIIおよびI
IIの溶接パスの場合のタイミング比Rtは同図中の実線に
示すように、０゜≦＜30゜では約2.7から約4.0まで徐
々に増加し、30゜≦＜90゜では約4.0と一定で、90゜
≦＜120゜では約4.0から約2.0まで徐々に減少し、120
゜≦＜180゜では約2.0と一定になるように、タイミン
グ比Rtを設定すればよい。
ところで、第６図は枝管（２）を横置きの状態にして、
開先を上進溶接する場合を示し、上向，斜上向，立向，
斜下向，下向はそれぞれ溶接トーチの姿勢を示してい
る。
開先を上進溶接する場合を示し、上向，斜上向，立向，
斜下向，下向はそれぞれ溶接トーチの姿勢を示してい
る。
また、溶接速度をｖ〔mm/sec〕，溶着断面積をＳ〔m
m2〕とすると、溶着金属量Cw〔mm3/sec〕は Cw＝Ｓ×ｖ … と表わされ、低周波パルスMAG溶接時の高電流Ih,低電流
Ilがそれぞれ一定であれば、溶着量Cwはタイミング比Rt
に依存して変化する。
m2〕とすると、溶着金属量Cw〔mm3/sec〕は Cw＝Ｓ×ｖ … と表わされ、低周波パルスMAG溶接時の高電流Ih,低電流
Ilがそれぞれ一定であれば、溶着量Cwはタイミング比Rt
に依存して変化する。
つぎに、たとえば電流Ih,Ilをそれぞれ280A,80Aとした
ときのタイミング比Rtと溶着量Cwとの関係は第７図に示
すようになり、ただし第７図の溶着量Cwの単位は１分間
当りのグラム数であり、前記した第６図の関係にもとづ
き、各溶接パスのパルスアーク溶接の高電流，低電流通
電時間のタイミング比Rtを決定したのち、それぞれのタ
イミング比Rtに対する溶着量Cwを前記した第７図の関係
図から求め、溶着量Cwが求めた所定値になるときの溶接
速度を前記式から求め、各溶接パスに対する溶接速度
ｖの決定を行ない、前記タイミング比および溶接速度デ
ータを、前記各積層パターンの各溶接パスごとに前記ウ
イービング幅データ等と併わせて前記メモリに蓄積して
おく。
ときのタイミング比Rtと溶着量Cwとの関係は第７図に示
すようになり、ただし第７図の溶着量Cwの単位は１分間
当りのグラム数であり、前記した第６図の関係にもとづ
き、各溶接パスのパルスアーク溶接の高電流，低電流通
電時間のタイミング比Rtを決定したのち、それぞれのタ
イミング比Rtに対する溶着量Cwを前記した第７図の関係
図から求め、溶着量Cwが求めた所定値になるときの溶接
速度を前記式から求め、各溶接パスに対する溶接速度
ｖの決定を行ない、前記タイミング比および溶接速度デ
ータを、前記各積層パターンの各溶接パスごとに前記ウ
イービング幅データ等と併わせて前記メモリに蓄積して
おく。
このとき、溶着断面積Ｓは積層パターンから導出できる
ため、前記式に既知の断面積Ｓおよび溶着量Cwを代入
して変形すれば、溶接速度ｖを算出できることになる。
ため、前記式に既知の断面積Ｓおよび溶着量Cwを代入
して変形すれば、溶接速度ｖを算出できることになる。
そして、前記コンピユータにより、前記メモリに蓄積さ
れた継手（３）の溶接部に対する倣いデータに従い、溶
接ロボツトのアーム先端部の溶接トーチの倣い制御が行
なわれるとともに、前記メモリに蓄積された各積層パタ
ーンの各溶接パスの溶接条件に従つて各溶接パスの施工
が行なわれ、各パスに溶接ビードが順次に形成され、継
手（３）の開先（Ｗ）の多層溶接が自動的に行なわれ
る。
れた継手（３）の溶接部に対する倣いデータに従い、溶
接ロボツトのアーム先端部の溶接トーチの倣い制御が行
なわれるとともに、前記メモリに蓄積された各積層パタ
ーンの各溶接パスの溶接条件に従つて各溶接パスの施工
が行なわれ、各パスに溶接ビードが順次に形成され、継
手（３）の開先（Ｗ）の多層溶接が自動的に行なわれ
る。
以上のように、この発明の多層溶接方法によると、溶接
ロボツト等の溶接トーチの倣いデータの導出，積層パタ
ーンの作成，溶接条件の導出，決定をコンピユータによ
り行なえるため、開先の多層溶接作業の完全自動化が可
能となり、しかも視覚センサを用いて倣いデータの導
出，積層パターンの作成を行なうため、複雑に変化する
溶接線および開先断面形状の実際のデータを精度よく検
出することができ、高精度，高品質の溶接を行なうこと
ができ、溶接部の形状が複雑に変化する大型の管相貫継
手の開先の多層溶接に非常に有効であり、その効果は極
めて大きい。
ロボツト等の溶接トーチの倣いデータの導出，積層パタ
ーンの作成，溶接条件の導出，決定をコンピユータによ
り行なえるため、開先の多層溶接作業の完全自動化が可
能となり、しかも視覚センサを用いて倣いデータの導
出，積層パターンの作成を行なうため、複雑に変化する
溶接線および開先断面形状の実際のデータを精度よく検
出することができ、高精度，高品質の溶接を行なうこと
ができ、溶接部の形状が複雑に変化する大型の管相貫継
手の開先の多層溶接に非常に有効であり、その効果は極
めて大きい。
図面は、この発明の多層溶接方法の１実施例を示し、第
１図（ａ）〜（ｃ）はそれぞれ管相貫継手の正面図，平
面図，右側面図、第２図は開先断面形状の算出時の動作
説明図、第３図は積層パターンおよび各溶接パスの分類
の説明図、第４図（ａ）〜（ｃ）はそれぞれタイプI,I
I,IIIの溶接パスに対するウイービング幅およびウイー
ビング移動の中心位置の導出時の動作説明図、第５図は
各溶接パスに対する溶接トーチのねらい位置としてのウ
イービング移動の中心位置の説明図、第６図は部分交差
角とタイミング比との関係図、第７図はタイミング比と
溶着量との関係図である。 （１）……母管、（２）……枝管、（３）……管相貫継
手、（Ｗ）……開先、（Lw）……溶接線、PT……積層パ
ターン。
１図（ａ）〜（ｃ）はそれぞれ管相貫継手の正面図，平
面図，右側面図、第２図は開先断面形状の算出時の動作
説明図、第３図は積層パターンおよび各溶接パスの分類
の説明図、第４図（ａ）〜（ｃ）はそれぞれタイプI,I
I,IIIの溶接パスに対するウイービング幅およびウイー
ビング移動の中心位置の導出時の動作説明図、第５図は
各溶接パスに対する溶接トーチのねらい位置としてのウ
イービング移動の中心位置の説明図、第６図は部分交差
角とタイミング比との関係図、第７図はタイミング比と
溶着量との関係図である。 （１）……母管、（２）……枝管、（３）……管相貫継
手、（Ｗ）……開先、（Lw）……溶接線、PT……積層パ
ターン。
Claims (1)
- 【請求項１】母管と枝管との管相貫継手に形成されたく
ら型溶接線を有する開先を多層溶接する多層溶接方法に
おいて、前記継手の寸法データにもとづき前記溶接線お
よび前記開先の断面形状を演算により導出し、導出した
前記溶接線に沿って視覚センサを移動させ、前記視覚セ
ンサにより実際の前記溶接線の位置を導出して溶接トー
チの倣いデータを得るとともに、前記視覚センサによる
前記開先の画像を処理して前記開先の断面形状を導出
し、前記演算および前記画像処理により導出された前記
開先の断面形状データを合成し、合成した前記開先の断
面形状データにもとづき，溶接層数および各層の溶接パ
ス数を決定して積層パターンを作成し、前記積層パター
ンの各パスごとのウイービング幅，ウイービング時の溶
接トーチのねらい位置，溶接速度の溶接条件を決定し、
前記倣いデータにより前記溶接トーチの倣い制御を行
い，前記溶接条件に従って前記開先の溶接を行うことを
特徴とする多層溶接方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP15850386A JPH078436B2 (ja) | 1986-07-04 | 1986-07-04 | 多層溶接方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP15850386A JPH078436B2 (ja) | 1986-07-04 | 1986-07-04 | 多層溶接方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS6313676A JPS6313676A (ja) | 1988-01-20 |
| JPH078436B2 true JPH078436B2 (ja) | 1995-02-01 |
Family
ID=15673158
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP15850386A Expired - Lifetime JPH078436B2 (ja) | 1986-07-04 | 1986-07-04 | 多層溶接方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH078436B2 (ja) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2709911B2 (ja) * | 1995-10-03 | 1998-02-04 | 青森県 | 交差する管の溶接方法 |
-
1986
- 1986-07-04 JP JP15850386A patent/JPH078436B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS6313676A (ja) | 1988-01-20 |
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