JPH08281428A - 自動溶接方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 大電流溶接を可能にして溶接能率を向上させ
ることができ、また、相隣接する溶接ビード間で良好な
溶け込みを得ることができ、さらに、良好な溶接ビード
外観を得ることができる自動溶接方法を提供する。 【構成】 横向き開先の開先深さ方向の全幅を、開先深
さ方向にパルス波形軌跡を描くようにウィービングを行
いながら、溶接トーチ３を徐々に溶接進行方向に移動さ
せて横向き溶接を行い、開先手前部でトーチ傾斜角度を
小さくして溶接トーチ３を起こし、開先奥部でトーチ傾
斜角度を大きくして溶接トーチ３を寝かせる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、高炉鉄皮等の厚板を溶
接する自動溶接方法に係り、特に横向き姿勢のレ型開先
又はＫ型開先を自動で溶接する自動溶接方法に関するも
のである。

【０００２】

【従来の技術】高炉の炉体強度は鉄皮強度に依存してい
るため、高炉改修工事において、鉄皮溶接を高品質に行
うことが要望される。しかし、近年、熟練溶接工の確保
は難しく、且つ高炉鉄皮は厚板であるので、溶接品質を
均一し、溶接能率を向上させるため、鉄皮溶接の自動化
が図られている。

【０００３】従来、この種の自動溶接方法に関する発明
としては、特開平５−２９３６５５号公報（以下、「引
用例１」という。）に開示されている「自動溶接方
法」、特開平５−２９３６５６号公報（以下、「引用例
２」という。）に開示されている「自動溶接方法」が提
案されている。

【０００４】これら引用例１及び引用例２の自動溶接方
法は、図１８に示すように、開先深さ方向の幅に応じ
て、開先深さ方向にパルス波形状になるようにウィービ
ングを行いながら、溶接トーチを徐々に溶接進行方向に
移動させて溶接を行い、次層以降の各層を同様に狙い高
さまで積層することにより、多層盛り溶接を行うもので
ある。

【０００５】特に、引用例１は開先手前で教示データに
したがって溶接トーチを制御しており、引用例２は溶接
中の電流値あるいは電圧値の変化によって開先奥の位置
を検出し、狙い位置を変更しつつ溶接を行っている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】ところで、引用例１及
び引用例２にあっては、開先深さ方向にパルス波形状に
なるようにウィービングを行いながら、溶接トーチを徐
々に溶接進行方向に移動させて横向き溶接を行っている
が、トーチ傾斜角度が一定であり、かつその角度が大き
いため、大電流で溶接することができず、溶接能率が低
下するという問題があった。

【０００７】また、溶接トーチの開先奥方向への移動及
び開先手前方向への移動を直線軌跡で行っているため、
相隣接する溶接ビード間の溶け込みが小さいという問題
があった。

【０００８】さらに、開先深さ方向の幅いっぱいにウィ
ービングして横向き溶接を行っているので、開先手前縁
部において溶接ビード形状に凹凸ができ、溶接ビードの
外観が良くないという問題があった。

【０００９】本発明の目的は、上記課題に鑑み、大電流
での溶接を可能にして溶接能率を向上させることがで
き、また、相隣接する溶接ビード間で良好な溶け込みを
得ることができ、さらに、良好な溶接ビード外観を得る
ことができる自動溶接方法を提供することにある。

【００１０】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成すべく、
本発明に係る自動溶接方法は、横向き開先の開先深さ方
向の全幅を、開先深さ方向にパルス波形軌跡を描くよう
にウィービングを行いながら、溶接トーチを徐々に溶接
進行方向に移動させて横向き溶接を行う自動溶接方法に
おいて、開先手前部でトーチ傾斜角度を小さくして溶接
トーチを起こし、開先奥部でトーチ傾斜角度を大きくし
て溶接トーチを寝かせるようにしたものである。

【００１１】上記構成において、好ましくは、上記開先
手前部でのトーチ傾斜角度が鉛直軸に対して５度〜７５
度に設定され、開先奥部でのトーチ傾斜角度が鉛直軸に
対して４５度〜７５度に設定されるものである。

【００１２】また、好ましくは、開先長手方向にウィー
ビングしながら、開先深さ方向の全幅を、開先深さ方向
にパルス波形軌跡を描くようにウィービングを行うよう
にしたものである。

【００１３】さらに、横向き開先の開先深さ方向の全幅
を、開先深さ方向にパルス波形軌跡を描くようにウィー
ビングを行いながら、溶接トーチを徐々に溶接進行方向
に移動させて横向き溶接を行う自動溶接方法において、
トーチ傾斜角度を鉛直軸に対して４５度〜７５度の一定
の値とし、同一層の開先手前終点から開先手前始点へ向
けて開先手前表面を溶接進行方向と逆方向に直線軌道で
溶接し、各層を同様に繰り返して多層盛溶接するように
したものである。

【００１４】そして、横向き開先の開先深さ方向の全幅
を、開先深さ方向にパルス波形軌跡を描くようにウィー
ビングを行いながら、溶接トーチを徐々に溶接進行方向
に移動させて横向き溶接を行う自動溶接方法において、
トーチ傾斜角度を鉛直軸に対して４５度〜７５度の一定
の値とし、開先長手方向にウィービングしながら、開先
深さ方向の全幅を、開先深さ方向にパルス波形軌跡を描
くようにウィービングを行うようにしたものである。

【００１５】好ましくは、同一層の開先手前終点から開
先手前始点へ向けて開先手前表面を溶接進行方向と逆方
向に直線軌道で溶接し、各層を同様に繰り返して多層盛
溶接するようにしたものである。

【００１６】また、好ましくは、開先奥側の入熱が、開
先手前側の入熱よりも大きく設定されているものであ
る。

【００１７】この構成において、開先長手方向にウィー
ビングを行う場合に、開先奥側のウィービング幅が、開
先手前側のウィービング幅よりも拡幅して設定されてい
るものである。

【００１８】さらに、好ましくは、溶接トーチが開先奥
方向へ移動する際の溶接電流・電圧が、開先手前方向へ
移動する際の溶接電流・電圧よりも大きく設定されてい
るものである。

【００１９】この構成において、開先長手方向にウィー
ビングを行う場合に、溶接トーチが開先奥方向へ移動す
る際のウィービング幅が、開先手前方向へ移動する際の
ウィービング幅よりも拡幅して設定されているものであ
る。

【００２０】上述したいずれかの横向き溶接により複数
層を積層した後、その上に開先長手方向に沿って直線軌
道で複数パス積層するようにしたものである。

【００２１】

【作用】上記構成によれば、開先深さ方向にパルス波形
軌跡を描くようにウィービングしながら横向き溶接を行
う場合に、開先手前部でトーチ傾斜角度を小さくして溶
接トーチを起こし、開先奥部でトーチ傾斜角度を大きく
して溶接トーチを寝かせるようにしたので、開先深さ方
向の全幅において比較的大電流で溶接を行うことがで
き、溶接能率を向上させることができるものである。

【００２２】この場合、開先手前部でのトーチ傾斜角度
は、鉛直軸に対して５度〜７５度に設定される。トーチ
傾斜角度の下限を５度にしたのは、溶接トーチが開先手
前の鉛直部（開先の上部角）に当たる限界だからであ
り、上限を７５度にしたのは、開先手前部では９０度以
上でも溶接トーチは接触しないが、開先水平面を延長し
た線に接触しないように設定したものである。一方、開
先奥部でのトーチ傾斜角度は、鉛直軸に対して４５度〜
７５度に設定される。トーチ傾斜角度の下限を４５度に
したのは、溶接トーチが開先の傾斜部に当たる限界だか
らであり、上限を７５度にしたのは、溶接トーチが開先
水平面に当たる限界だからである。

【００２３】また、開先長手方向にウィービングさせる
ことにより、開先奥方向への移動及び開先手前方向への
移動が波形軌跡になるため、相隣接する溶接ビード間の
溶け込みが良好になるものである。

【００２４】さらに、開先深さ方向にパルス波形軌跡を
描くようにウィービングしながら横向き溶接を行う際
に、トーチ傾斜角度を一定に維持する場合は、鉛直軸に
対して４５度〜７５度の一定の値とする。この場合、ト
ーチ傾斜角度の下限を４５度にしたのは、溶接トーチが
開先の傾斜部に当たる限界だからであり、上限を７５度
にしたのは、溶接トーチが開先水平面に当たる限界だか
らである。そして、各層の溶接最終段階において、同一
層の開先手前終点から開先手前始点へ向けて開先手前表
面を溶接進行方向と逆方向に直線軌道で溶接するので、
開先手前縁部において溶接ビード形状が平滑化され、各
層を同様に繰り返して多層盛溶接することにより、溶接
ビードの外観が良好になるものである。

【００２５】このトーチ傾斜角度を一定に維持する場合
も、開先長手方向にウィービングさせることにより、開
先奥方向への移動及び開先手前方向への移動が波形軌跡
になるため、相隣接する溶接ビード間の溶け込みが良好
になるものである。

【００２６】このように開先長手方向にウィービングさ
せる場合にも、同一層の開先手前終点から開先手前始点
へ向けて開先手前表面を溶接進行方向と逆方向に直線軌
道で溶接すれば、開先手前縁部において溶接ビード形状
が平滑化され、各層を同様に繰り返して多層盛溶接する
ことにより、溶接ビードの外観が良好になるものであ
る。

【００２７】また、開先奥側の入熱を、開先手前側の入
熱よりも大きく設定するのは、溶接し難い開先奥側にお
いて良好な溶け込みを得るためである。

【００２８】その際、開先長手方向にウィービングを行
う場合には、開先奥側のウィービング幅を、開先手前側
のウィービング幅よりも拡幅して設定する。これは、溶
接入熱が異なると溶け込み量も異なるため、開先奥方向
の全幅において均一な溶け込みを得るためである。

【００２９】さらに、溶接トーチが開先奥方向へ移動す
る際の溶接電流・電圧を、開先手前方向へ移動する際の
溶接電流・電圧よりも大きく設定するのは、移動方向が
相違してもトーチ傾斜方向が変わらないため、双方の移
動方向において良好な溶け込みを得るためである。

【００３０】その際、開先長手方向にウィービングを行
う場合には、溶接トーチが開先奥方向へ移動する際のウ
ィービング幅を、開先手前方向へ移動する際のウィービ
ング幅よりも拡幅して設定する。これは、溶接電流・電
圧が異なると溶け込み量も異なるため、開先奥方向の全
幅において均一な溶け込みを得るためである。

【００３１】上述したいずれかの横向き溶接により複数
層を積層した後、その上層は開先長手方向に沿って直線
軌道で複数パスにより積層するのは、開先内上部におい
ては、開先表面から開先奥までの長さが短いことによる
溶接トーチを動作させる装置上の限界と、１パス１レア
溶接法では溶接電流が大きく溶接池が大きくなり過ぎて
安定性が悪くなる場合（ワイヤ種や鋼種で変化する）な
どに、これを補うためである。

【００３２】

【実施例】以下、本発明に係る自動溶接方法の好適実施
例を添付図面に基づいて詳細に説明する。本実施例の自
動溶接方法は、図１に示すような自動溶接装置を使用し
て行われる。図示するように、自動溶接装置１の溶接機
本体２は、溶接トーチ３を支持しながら走行レール４に
沿って走行移動するように成っている。

【００３３】上記走行レール４は、被溶接物（図示せ
ず）の横向き継手と略平行に設置される。従って、溶接
機本体２は、走行レール４の長手方向に沿って略水平に
走行移動することになる。この走行レール４には直状走
行レールと円弧状走行レールとを使用することができ、
円弧状走行レールを使用すれば、この自動溶接装置１を
高炉鉄皮の周方向継手の溶接に適用することができる。

【００３４】また、溶接機本体２の下方には、溶接アー
ム５に支持されて、溶接トーチ３が配置されている。溶
接アーム５は、溶接機本体２に配置されている前後移動
手段６、上下移動手段７及び水平回動手段８を介して溶
接機本体２と接続されている。

【００３５】前後移動手段６は溶接トーチ３を被溶接物
の板厚方向に移動させ、上下移動手段７は溶接トーチ３
を上下方向に移動させ、水平回動手段８は溶接トーチ３
を水平面内で回動させる手段であり、それぞれ図示しな
い制御装置に接続されている。

【００３６】よって、前後移動手段６、上下移動手段７
及び水平回動手段８は、制御装置で演算した回転速度・
位置に従ってモータ駆動される歯車機構（図示せず）に
より作動されるように成っている。特に、水平回動手段
８は、被溶接物の曲率軸と溶接トーチ３の軸とが常に平
行になるようにモータの回転速度・位置の制御が行われ
る。

【００３７】即ち、前後移動手段６により溶接トーチ３
を前後に、上下移動手段７により溶接トーチ３を上下に
動作することができ、さらに、これらを制御装置によっ
て制御することにより、溶接トーチ３の狙いを上下左右
自由に決定することができる。

【００３８】また、水平回動手段８により、溶接トーチ
３を水平面内で回動することができる。従って、走行レ
ール４と被溶接物との曲率が違う場合には、水平回動手
段８を動作させることで、溶接トーチ３の向きを被溶接
物に対して常に一定方向に保つことができる。

【００３９】そして、溶接アーム５のトーチ取付部に
は、円弧状を呈する鉛直回動手段９が設けられている。
この鉛直回動手段９は溶接トーチ３を鉛直面内で回動さ
せる手段であり、制御装置で演算した回転速度・位置に
従ってモータ駆動される歯車機構（図示せず）により作
動されるように成っている。この鉛直回動手段９によ
り、溶接トーチ３が、溶接ワイヤ先端（溶接アーク点）
を中心に円弧を描いて回動するので、溶接アークが振れ
ることなく、鉛直面内でトーチ傾斜角度を変化させるこ
とができる。

【００４０】また、溶接機本体２には、検査ユニット１
０が連結装備され、検査ユニット１０内には、継手開先
に向けて赤外線レーザ光を照射するレーザ光発信機１１
と、開先のレーザ切断像を撮像する２台のＣＣＤカメラ
１２ａ，１２ｂとが収納されている。これらＣＣＤカメ
ラ１２ａ，１２ｂは、図示しない画像処理装置にそれぞ
れ接続されおり、画像処理装置は制御装置内に内蔵され
ている。

【００４１】以下に、上記自動溶接装置１を使用して行
う本発明に係る自動溶接方法の実施例を説明する。 実施例１ 図２及び図３は、実施例１の自動溶接方法におけるトー
チ狙い位置の軌跡を示すものである。図示するように、
実施例１の自動溶接方法は、Ｋ型横向き開先の開先深さ
方向の全幅を、開先深さ方向にパルス波形軌跡を描くよ
うにウィービングを行いながら、溶接トーチを徐々に溶
接進行方向に移動させて横向き溶接を行う。その際、図
４に示すように、開先手前部でトーチ傾斜角度を小さく
して溶接トーチ３を起こし、開先奥部でトーチ傾斜角度
を大きくして溶接トーチ３を寝かせる。

【００４２】具体的には、開先手前部で被溶接物の垂直
断面における溶接トーチ３のトーチ傾斜角度は、鉛直軸
に対して３８度に設定される（図３中）。この３８度
は、鉛直軸に対して５度〜７５度の範囲から選択された
トーチ傾斜角度である。開先手前部でのトーチ傾斜角度
の下限を５度にしたのは、溶接トーチ３が開先手前の鉛
直部（開先の上部角）に当たる限界だからであり、上限
を７５度にしたのは、開先手前部では９０度以上でも溶
接トーチ３は接触しないが、開先水平面を延長した線に
接触しないように設定したものである。

【００４３】また、開先奥部へ向けて移動するにしたが
って、溶接トーチ３を一定速度で寝かせていく（図３中
）。このとき、開先奥部でトーチ傾斜角度が６５度と
なるように制御装置により鉛直回動手段９を一定速度で
制御する。溶接トーチ３が開先奥部まで到達したとき
に、トーチ傾斜角度は６５度とする（図３中）。この
６５度は、鉛直軸に対して４５度〜７５度の範囲から選
択されたトーチ傾斜角度である。開先奥部でのトーチ傾
斜角度の下限を４５度にしたのは、溶接トーチ３が開先
の傾斜部に当たる限界だからであり、上限を７５度にし
たのは、溶接トーチ３が開先水平面に当たる限界だから
である。

【００４４】その後、開先長手方向に沿って被溶接物の
開先奥と平行になるように、制御装置により溶接機本体
２の走行移動と水平回動手段８を制御して、溶接トーチ
３が被溶接物の垂直断面と平行でかつ鉛直軸に対して６
５度の一定角度を維持するように制御する（図３中
）。

【００４５】次に、開先手前部へ向けて移動するにした
がって、溶接トーチ３を一定速度で起こしていく（図３
中）。このとき、開先手前部で３８度となるように制
御装置により鉛直回動手段９を一定速度で制御する。溶
接トーチ３が開先手前部まで到達したときに、トーチ傾
斜角度は３８度とする（図３中）。

【００４６】その後、開先長手方向に沿って被溶接物の
開先手前と平行になるように、制御装置により溶接機本
体２の走行移動と水平回動手段８を制御して、溶接トー
チ３が被溶接物の垂直断面と平行でかつ鉛直軸に対して
３８度の一定角度を維持するように制御する（図３中
）。

【００４７】上記からの動作を繰り返して１層にお
ける溶接を行い、図５に示すように、これを各層につい
て行うことによって、多層盛りを行う。各層の教示点
は、１層毎にずらしてあり、これによって開先奥方向と
開先手前方向に移動しつつ溶接する際に生じる溶接ビー
ド間の融合不良をなくすことができる。尚、図２乃至図
５において、ｂのウィービングピッチ１は３ｍｍ、ｃの
ウィービングピッチ２は３ｍｍであり、図５において、
ｅの積層ピッチは４ｍｍである。

【００４８】このように横向き溶接を行う際、被溶接物
の組立精度のうち、開先奥方向のズレに対しては、ＣＣ
Ｄカメラによる画像処理によって得られた溶接トーチ３
の軌道を算出する。さらに、開先奥から開先手前に溶接
トーチ３を動作させる際に、被溶接物の開先手前に合わ
せて動作を止め、開先長手方向の動作に移行する。これ
によって、開先手前部の溶接倣いを自動的に行うことが
できる。

【００４９】実施例１にあっては、開先手前部でトーチ
傾斜角度を６５度に設定するため、溶接状態が向上し、
表１に示すように、大電流、大電圧及び高速度溶接を実
現することができ、良好な溶け込みと溶接能率を向上さ
せることができた。

【表１】

【００５０】実施例２ 図６及び図７は、実施例２の自動溶接方法におけるトー
チ狙い位置の軌跡を示すものである。図示するように、
実施例２の自動溶接方法は、開先長手方向にもウィービ
ング行う点で、実施例１と異なる。実施例２において
も、図４に示したように、開先手前部でトーチ傾斜角度
を小さくして溶接トーチ３を起こし、開先奥部でトーチ
傾斜角度を大きくして溶接トーチ３を寝かせる。

【００５１】具体的には、開先手前部で被溶接物の垂直
断面における溶接トーチ３のトーチ傾斜角度は、鉛直軸
に対して３８度に設定される（図７中）。この３８度
は、実施例１と同様に、鉛直軸に対して５度〜７５度の
範囲から選択されたトーチ傾斜角度である。

【００５２】また、開先奥部へ向けて移動するにしたが
って、溶接トーチ３を一定速度で寝かせていく（図７中
）。このとき、開先奥部でトーチ傾斜角度が６５度と
なるように制御装置により鉛直回動手段９を一定速度で
制御する。その際、制御装置により水平回動手段８を制
御して、溶接トーチ３を開先長手方向にウィービングさ
せる。溶接トーチ３が開先奥部まで到達したときに、ト
ーチ傾斜角度は６５度とする（図７中）。この６５度
は、実施例１と同様に、鉛直軸に対して４５度〜７５度
の範囲から選択されたトーチ傾斜角度である。

【００５３】その後、開先長手方向に沿って被溶接物の
開先奥と平行になるように、制御装置により溶接機本体
２の走行移動と水平回動手段８を制御して、溶接トーチ
３が被溶接物の垂直断面と平行でかつ鉛直軸に対して６
５度の一定角度を維持するように制御する（図７中
）。

【００５４】次に、開先手前部へ向けて移動するにした
がって、溶接トーチ３を一定速度で起こしていく（図７
中）。このとき、開先手前部で３８度となるように制
御装置により鉛直回動手段９を一定速度で制御する。そ
の際、制御装置により水平回動手段８を制御して、溶接
トーチ３を開先長手方向にウィービングさせる。溶接ト
ーチ３が開先手前部まで到達したときに、トーチ傾斜角
度は３８度とする（図７中）。

【００５５】その後、開先長手方向に沿って被溶接物の
開先手前と平行になるように、制御装置により溶接機本
体２の走行移動と水平回動手段８を制御して、溶接トー
チ３が被溶接物の垂直断面と平行でかつ鉛直軸に対して
３８度の一定角度を維持するように制御する（図７中
）。

【００５６】上記からの動作を繰り返して１層にお
ける溶接を行い、図５に示したように、これを各層につ
いて行うことによって、多層盛りを行う。各層の教示点
は、１層毎にずらしてあり、これによって開先奥方向と
開先手前方向に移動しつつ溶接する際に生じる溶接ビー
ド間の融合不良をなくすことができる。尚、図５、図６
及び図７において、ｂのウィービングピッチ１は６ｍ
ｍ、ｃのウィービングピッチ２は６ｍｍであり、図５に
おいて、ｅの積層ピッチは４ｍｍであり、図６及び図７
において、ｄの振幅は３ｍｍ、周波数は２Ｈｚである。

【００５７】実施例２は、実施例１と同様に溶接倣いを
自動的に行い、表２に示すように、同様の作用効果を奏
するが、特に実施例２にあっては、開先奥方向への溶接
および開先手前方向への溶接の際に、開先長手方向にも
ウィービングを行うことによち、直線軌道で溶接する場
合に比して、相隣接する溶接ビード間の溶け込みが良好
になり、かつ、１段下層への溶け込みが向上するもので
ある。

【表２】

【００５８】実施例３ 図８及び図９は、実施例３の自動溶接方法におけるトー
チ狙い位置の軌跡を示すものである。図示するように、
実施例３の自動溶接方法は、Ｋ型横向き開先の開先深さ
方向の全幅を、開先深さ方向にパルス波形軌跡を描くよ
うにウィービングを行いながら、溶接トーチを徐々に溶
接進行方向に移動させて横向き溶接を行う。その際、図
１０に示すように、トーチ傾斜角度を鉛直軸に対して４
５度〜７５度の一定の値とする。また、図８、図９及び
図１１に示すように、各層の溶接最終段階において、同
一層の開先手前終点から開先手前始点へ向けて開先手前
表面を溶接進行方向と逆方向に直線軌道で溶接し、各層
を同様に繰り返して多層盛溶接する。

【００５９】具体的には、開先手前部で被溶接物の垂直
断面における溶接トーチ３のトーチ傾斜角度は、鉛直軸
に対して６５度に設定される（図９中）。この６５度
は、鉛直軸に対して４５度〜７５度の範囲から選択され
たトーチ傾斜角度である。トーチ傾斜角度の下限を４５
度にしたのは、溶接トーチ３が開先の傾斜部に当たる限
界だからであり、上限を７５度にしたのは、溶接トーチ
３が開先水平面に当たる限界だからである。

【００６０】また、開先奥部へ向けて移動する際もトー
チ傾斜角度は６５度と一定に維持され、一定速度で溶接
できるように溶接機本体２を制御する（図９中）。ト
ーチ傾斜角度を６５度に維持したまま、溶接トーチ３が
開先奥部に到達する（図９中）。

【００６１】その後、開先長手方向に沿って被溶接物の
開先奥と平行になるように、制御装置により溶接機本体
２の走行移動と水平回動手段８を制御して、溶接トーチ
３が被溶接物の垂直断面と平行でかつ鉛直軸に対して６
５度の一定角度を維持するように制御する（図９中
）。

【００６２】次に、開先手前部へ向けて移動する際もト
ーチ傾斜角度は６５度と一定に維持され、一定速度で溶
接できるように溶接機本体２を制御する（図９中）。
トーチ傾斜角度を６５度に維持したまま、開先手前部か
らの間隔ａが３ｍｍの位置まで溶接する（図９中）。

【００６３】その後、開先長手方向に沿って被溶接物の
開先手前と平行になるように、制御装置により溶接機本
体２の走行移動と水平回動手段８を制御して、溶接トー
チ３が被溶接物の垂直断面と平行でかつ鉛直軸に対して
６５度の一定角度を維持するように制御する（図９中
）。

【００６４】上記からの動作を繰り返して１層にお
ける溶接を行い、図５に示したように、これを各層につ
いて行うことによって、多層盛りを行う。各層の教示点
は、１層毎にずらしてあり、これによって開先奥方向と
開先手前方向に移動しつつ溶接する際に生じる溶接ビー
ド間の融合不良をなくすことができる。尚、図５、図８
及び図９において、ｂのウィービングピッチ１は３ｍ
ｍ、ｃのウィービングピッチ２は３ｍｍであり、図５に
おいて、ｅの積層ピッチは４ｍｍである。また、ｂのウ
ィービングピッチ１は溶接電流に応じて、行きと帰りの
幅の５０％〜１２０％の範囲で変化させるものであり、
例えば、３００Ａで幅５５％、２６０Ａで幅９０％とす
る。

【００６５】実施例３は、実施例１及び２と同様に溶接
倣いを自動的に行い、表３に示すように、同様の作用効
果を奏するが、特に実施例３にあっては、開先手前縁部
において溶接ビード形状が平滑化され、各層を同様に繰
り返して多層盛溶接することにより、溶接ビードの外観
が良好になるものである。

【表３】

【００６６】実施例４ 実施例４は、図６及び図７に示したように、開先長手方
向にウィービングしながら、開先深さ方向の全幅を、開
先深さ方向にパルス波形軌跡を描くようにウィービング
を行い、図１２に示すように、開先深さ方向の全幅に亘
って、トーチ傾斜角度を鉛直軸に対して６５度の一定値
に維持するものである。

【００６７】具体的には、開先手前部で被溶接物の垂直
断面における溶接トーチ３のトーチ傾斜角度は、鉛直軸
に対して６５度に設定される（図７中）。この６５度
は、鉛直軸に対して４５度〜７５度の範囲から選択され
たトーチ傾斜角度である。

【００６８】また、開先奥部へ向けて移動する際もトー
チ傾斜角度は６５度と一定に維持され、一定速度で溶接
できるように溶接機本体２を制御する（図７中）。そ
の際、制御装置により水平回動手段８を制御して、溶接
トーチ３を開先長手方向にウィービングさせる。トーチ
傾斜角度を６５度に維持したまま、溶接トーチ３が開先
奥部に到達する（図７中）。

【００６９】その後、開先長手方向に沿って被溶接物の
開先奥と平行になるように、制御装置により溶接機本体
２の走行移動と水平回動手段８を制御して、溶接トーチ
３が被溶接物の垂直断面と平行でかつ鉛直軸に対して６
５度の一定角度を維持するように制御する（図７中
）。

【００７０】次に、開先手前部へ向けて移動する際もト
ーチ傾斜角度は６５度と一定に維持され、一定速度で溶
接できるように溶接機本体２を制御する（図７中）。
その際、制御装置により水平回動手段８を制御して、溶
接トーチ３を開先長手方向にウィービングさせる。開先
手前部に到達するまで、トーチ傾斜角度を６５度に維持
したまま溶接する（図７中）。

【００７１】その後、開先長手方向に沿って被溶接物の
開先手前と平行になるように、制御装置により溶接機本
体２の走行移動と水平回動手段８を制御して、溶接トー
チ３が被溶接物の垂直断面と平行でかつ鉛直軸に対して
６５度の一定角度を維持するように制御する（図７中
）。

【００７２】上記からの動作を繰り返して１層にお
ける溶接を行い、図５に示したように、これを各層につ
いて行うことによって、多層盛りを行う。各層の教示点
は、１層毎にずらしてあり、これによって開先奥方向と
開先手前方向に移動しつつ溶接する際に生じる溶接ビー
ド間の融合不良をなくすことができる。尚、図５、図６
及び図７において、ｂのウィービングピッチ１は６ｍ
ｍ、ｃのウィービングピッチ２は６ｍｍであり、図５に
おいて、ｅの積層ピッチは４ｍｍであり、図６及び図７
において、ｄの振幅は３ｍｍ、周波数は２Ｈｚである。

【００７３】実施例４は、実施例１乃至３と同様に溶接
倣いを自動的に行い、表４に示すように、同様の作用効
果を奏するが、特に実施例４にあっては、開先奥方向へ
の溶接および開先手前方向への溶接の際に、開先長手方
向にもウィービングを行うことにより、直線軌道で溶接
する場合に比して、相隣接する溶接ビード間の溶け込み
が良好になり、かつ、１段下層への溶け込みが向上する
ものである。

【表４】

【００７４】実施例５ 実施例５は、Ｋ型横向き開先の開先深さ方向の全幅を、
開先深さ方向にパルス波形軌跡を描くようにウィービン
グを行い、図８、図９及び図１４に示すように、各層の
溶接最終段階において、同一層の開先手前終点から開先
手前始点へ向けて開先手前表面を溶接進行方向と逆方向
に直線軌道で溶接し、各層を同様に繰り返して多層盛溶
接する。その際、図１３に示すように、開先手前部でト
ーチ傾斜角度を小さくして溶接トーチ３を起こし、開先
奥部でトーチ傾斜角度を大きくして溶接トーチ３を寝か
せる。

【００７５】具体的には、開先手前部で被溶接物の垂直
断面における溶接トーチ３のトーチ傾斜角度は、鉛直軸
に対して３８度に設定される（図９中）。この３８度
は、鉛直軸に対して５度〜７５度の範囲から選択された
トーチ傾斜角度である。

【００７６】また、開先奥部へ向けて移動するにしたが
って、溶接トーチ３を一定速度で寝かせていく（図９中
）。このとき、開先奥部でトーチ傾斜角度が６５度と
なるように制御装置により鉛直回動手段９を一定速度で
制御する。溶接トーチ３が開先奥部まで到達したとき
に、トーチ傾斜角度は６５度とする（図９中）。この
６５度は、鉛直軸に対して４５度〜７５度の範囲から選
択されたトーチ傾斜角度である。

【００７７】その後、開先長手方向に沿って被溶接物の
開先奥と平行になるように、制御装置により溶接機本体
２の走行移動と水平回動手段８を制御して、溶接トーチ
３が被溶接物の垂直断面と平行でかつ鉛直軸に対して６
５度の一定角度を維持するように制御する（図９中
）。

【００７８】次に、開先手前部へ向けて移動するにした
がって、溶接トーチ３を一定速度で起こしていく（図９
中）。このとき、開先手前部で３８度となるように制
御装置により鉛直回動手段９を一定速度で制御する。開
先手前部からの間隔ａが３ｍｍの位置まで到達したとき
に、トーチ傾斜角度は３８度とする（図９中）。

【００７９】その後、開先長手方向に沿って被溶接物の
開先手前と平行になるように、制御装置により溶接機本
体２の走行移動と水平回動手段８を制御して、溶接トー
チ３が被溶接物の垂直断面と平行でかつ鉛直軸に対して
３８度の一定角度を維持するように制御する（図９中
）。

【００８０】上記からの動作を繰り返して１層にお
ける溶接を行い、図５に示したように、これを各層につ
いて行うことによって、多層盛りを行う。各層の教示点
は、１層毎にずらしてあり、これによって開先奥方向と
開先手前方向に移動しつつ溶接する際に生じる溶接ビー
ド間の融合不良をなくすことができる。尚、図５、図８
及び図９において、ｂのウィービングピッチ１は３ｍ
ｍ、ｃのウィービングピッチ２は３ｍｍであり、図５に
おいて、ｅの積層ピッチは４ｍｍである。

【００８１】実施例５は、実施例１乃至４と同様に溶接
倣いを自動的に行い、表５に示すように、同様の作用効
果を奏するが、特に実施例５にあっては、開先手前部で
トーチ傾斜角度を６５度に設定するため、表５に示すよ
うに、大電流、大電圧及び高速度溶接を実現することが
でき、良好な溶け込みと溶接能率を向上させることがで
きる。且つ、開先手前縁部において溶接ビード形状が平
滑化され、各層を同様に繰り返して多層盛溶接すること
により、溶接ビードの外観が良好になるものである。

【表５】

【００８２】実施例６ 実施例６は、上記実施例１乃至実施例５において、開先
奥側の入熱を、開先手前側の入熱よりも大きく設定し
て、溶接し難い開先奥側において良好な溶け込みを得る
ものである。

【００８３】具体的には、図１５中に示すように、開
先奥側で溶接電流を２５０Ａ〜３５０Ａ、溶接電圧を３
０Ｖ〜４０Ｖ、溶接速度を９０ｃｍ／ｍｉｎ〜１２０ｃ
ｍ／ｍｉｎの範囲に維持することにより、入熱を３．８
ｋＪ〜９．３ｋＪに設定する。好ましくは、２８０Ａ、
３６Ｖ、１２０ｃｍ／ｍｉｎに維持する。また、図１５
中に示すように、開先手前側で溶接電流を１００Ａ〜
１６０Ａ、溶接電圧を１８Ｖ〜２６Ｖ、溶接速度を９０
ｃｍ／ｍｉｎ〜１２０ｃｍ／ｍｉｎの範囲に維持するこ
とにより、入熱を０．９ｋＪ〜２．５ｋＪに設定する。
好ましくは、１２０Ａ、２２Ｖ、１２０ｃｍ／ｍｉｎに
維持する。

【００８４】実施例７ 実施例６の条件下で開先長手方向にウィービングを行う
場合に、開先奥側のウィービング幅を、開先手前側のウ
ィービング幅よりも拡幅して設定することにより、開先
奥方向の全幅において均一な溶け込みを得るものであ
る。

【００８５】例えば、開先奥側のウィービング幅は溶接
電流３２０Ａで行きと帰りの幅に対して幅５５％に設定
し、開先手前側のウィービング幅は溶接電流１５０Ａで
行きと帰りの幅に対して幅１２０％に設定する。

【００８６】実施例８ 実施例８は、上記実施例１乃至実施例５において、溶接
トーチが開先奥方向へ移動する際の溶接電流・電圧を、
開先手前方向へ移動する際の溶接電流・電圧よりも大き
く設定して、双方の移動方向において良好な溶け込みを
得るものである。

【００８７】具体的には、開先奥方向へ移動する際は、
溶接速度を９０ｃｍ／ｍｉｎ〜１２０ｃｍ／ｍｉｎにお
いて、溶接電流を２５０Ａ〜３００Ａ、溶接電圧を３２
Ｖ〜３８Ｖ、の範囲に設定することにより、入熱を４．
０ｋＪ〜７．６ｋＪに維持する。好ましくは、１２０ｃ
ｍ／ｍｉｎで２８０Ａ、３６Ｖに設定する。また、開先
手前方向へ移動する際は、溶接速度を９０ｃｍ／ｍｉｎ
〜１２０ｃｍ／ｍｉｎにおいて、溶接電流を２８０Ａ〜
３２０Ａ、溶接電圧を３４Ｖ〜４０Ｖの範囲に設定する
ことにより、入熱を４．８ｋＪ〜８．５ｋＪに維持す
る。好ましくは、１２０ｃｍ／ｍｉｎで３２０Ａ、３８
Ｖに設定する。

【００８８】実施例９ 実施例８の条件下で開先長手方向にウィービングを行う
場合に、溶接トーチが開先奥方向へ移動する際のウィー
ビング幅を、開先手前方向へ移動する際のウィービング
幅よりも拡幅して設定することにより、開先奥方向の全
幅において均一な溶け込みを得るものである。

【００８９】例えば、開先奥方向へ移動する際のウィー
ビング幅は溶接電流２５０Ａで行きと帰りの幅に対して
幅９５％に設定し、開先手前方向へ移動する際のウィー
ビング幅は溶接電流３００Ａに対して幅５５％に設定す
る。

【００９０】実施例１０ 実施例１０は、図１６に示すように、上記実施例１乃至
実施例９のいずれかの横向き溶接により複数層を積層し
た後、その上に開先長手方向に沿って直線軌道により複
数パスで積層するものである。

【００９１】具体的には、開先表面から開先奥までの距
離が１５ｍｍ〜４０ｍｍ（例えば、２０ｍｍ）より広い
下層では、上記実施例１乃至実施例９のいずれかの横向
き溶接により複数層を積層する。開先表面から開先奥ま
での距離の下限を１５ｍｍとしたのは、溶接トーチ３を
動作させる装置上の限界であり、上限を４０ｍｍとした
のは、溶接能率の向上が図れる限界だからである。

【００９２】次に、その上層を開先長手方向に沿ったス
トレートビードにより複数パスで積層する。このように
上層において従来の溶接法を採用するのは、本実施例の
ような１パス１レア溶接法では溶接電流が大きく溶融池
が大きくなり過ぎて安定性が悪くなる場合（ワイヤ種や
鋼種で変化する）などに、これを補うためである。この
上層でのトーチ傾斜角度は鉛直軸に対して２０度〜７０
度に設定する。

【００９３】図１６に示した下層は各パスともθ〜φ１
の間でトーチ傾斜角度を変化させたものであるが、図１
７に示したように、下層Ａの部分（平行四辺形Ａ）でθ
〜φｂでトーチ傾斜角度を変化させると共に、下層Ｂの
部分（三角形Ｂ）でφｂ〜φ１でトーチ傾斜角度を変化
させれば、平行四辺形Ａの部分でアークの安定性が向上
する。

【００９４】例えば、平行四辺形Ａでのトーチ傾斜角度
は開先奥で鉛直軸に対して４５度〜７５度（θ）、開先
手前で鉛直軸に対して３５度〜６０度（φｂ）とする。
一方、三角形Ｂでのトーチ傾斜角度は開先手前で鉛直軸
に対して５度〜５０度（φ１）、開先奥で最下層が鉛直
軸に対して３５度〜６０度（φｂ）で最上層がφｂまで
の値をとる（その間の層は、下層から上層へ向けて小さ
くなる）。

【００９５】尚、本実施例の自動溶接方法に適用可能な
溶接姿勢は、横向き姿勢であるが、図 に示したウィー
ビング軌跡は微視的には下向き姿勢と成っている。さら
に、適用可能な開先形状は、主に横向きレ形開先、横向
きＫ形開先であるが、横向きＸ形開先にも適用すること
ができる。

【００９６】

【発明の効果】以上述べたように、本発明に係る自動溶
接方法によれば、大電流での溶接を可能にして溶接能率
を向上させることができ、また、相隣接する溶接ビード
間で良好な溶け込みを得ることができ、さらに、良好な
溶接ビード外観を得ることができるという優れた効果を
発揮する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る自動溶接方法に使用する自動溶接
装置を示す概略図である。

【図２】実施例１の自動溶接方法におけるトーチ狙い位
置の軌跡を示す概略斜視図である。

【図３】実施例１の自動溶接方法におけるトーチ狙い位
置の軌跡を示す概略平面図である。

【図４】実施例１の自動溶接方法におけるトーチ傾斜角
度の変化状況を示す垂直断面図である。

【図５】実施例１の自動溶接方法における積層状況を示
す正面図である。

【図６】実施例２の自動溶接方法におけるトーチ狙い位
置の軌跡を示す概略斜視図である。

【図７】実施例２の自動溶接方法におけるトーチ狙い位
置の軌跡を示す概略平面図である。

【図８】実施例３の自動溶接方法におけるトーチ狙い位
置の軌跡を示す概略斜視図である。

【図９】実施例３の自動溶接方法におけるトーチ狙い位
置の軌跡を示す概略平面図である。

【図１０】実施例３の自動溶接方法におけるトーチ傾斜
角度一定の状況を示す垂直断面図である。

【図１１】実施例３の自動溶接方法において、開先手前
を直線軌道で溶接する際のトーチ狙い位置を示す垂直断
面図である。

【図１２】実施例４の自動溶接方法におけるトーチ傾斜
角度一定の状況を示す垂直断面図である。

【図１３】実施例５の自動溶接方法におけるトーチ傾斜
角度の変化状況を示す垂直断面図である。

【図１４】実施例５の自動溶接方法において、開先手前
を直線軌道で溶接する際のトーチ狙い位置を示す垂直断
面図である。

【図１５】実施例６の自動溶接方法において、開先手前
と開先奥側とで入熱を変化させる場合の説明図である。

【図１６】実施例１０の自動溶接方法において、上層を
従来の溶接法で行う場合の説明図である。

【図１７】実施例１０の自動溶接方法における変形例を
示す説明図である。

【図１８】従来の自動溶接方法におけるトーチ狙い位置
の軌跡を示す概略斜視図である。

【符号の説明】

１ 自動溶接装置 ２ 溶接機本体 ３ 溶接トーチ ４ 走行レール ５ 溶接アーム ６ 前後移動手段 ７ 上下移動手段 ８ 水平回動手段 ９ 鉛直回動手段 １０ 検査ユニット １１ レーザスリット光発信機 １２ａ，１２ｂ ＣＣＤカメラ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 馬場 則光 神奈川県相模原市西橋本５−９−１ 新日 本製鐵株式会社相模原技術センター内 (72)発明者 清水 巖 栃木県河内郡上三川町3967番地 日本大洋 海底電線株式会社上三川工場内

Claims (11)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 横向き開先の開先深さ方向の全幅を、開
   先深さ方向にパルス波形軌跡を描くようにウィービング
   を行いながら、溶接トーチを徐々に溶接進行方向に移動
   させて横向き溶接を行う自動溶接方法において、 開先手前部でトーチ傾斜角度を小さくして溶接トーチを
   起こし、開先奥部でトーチ傾斜角度を大きくして溶接ト
   ーチを寝かせるようにしたことを特徴とする自動溶接方
   法。
2. 【請求項２】 前記開先手前部でのトーチ傾斜角度が鉛
   直軸に対して５度〜７５度に設定され、開先奥部でのト
   ーチ傾斜角度が鉛直軸に対して４５度〜７５度に設定さ
   れる請求項１に記載の自動溶接方法。
3. 【請求項３】 開先長手方向にウィービングしながら、
   開先深さ方向の全幅を、開先深さ方向にパルス波形軌跡
   を描くようにウィービングを行うようにした請求項１又
   は２に記載の自動溶接方法。
4. 【請求項４】 横向き開先の開先深さ方向の全幅を、開
   先深さ方向にパルス波形軌跡を描くようにウィービング
   を行いながら、溶接トーチを徐々に溶接進行方向に移動
   させて横向き溶接を行う自動溶接方法において、 トーチ傾斜角度を鉛直軸に対して４５度〜７５度の一定
   の値とし、同一層の開先手前終点から開先手前始点へ向
   けて開先手前表面を溶接進行方向と逆方向に直線軌道で
   溶接し、各層を同様に繰り返して多層盛溶接するように
   したことを特徴とする自動溶接方法。
5. 【請求項５】 横向き開先の開先深さ方向の全幅を、開
   先深さ方向にパルス波形軌跡を描くようにウィービング
   を行いながら、溶接トーチを徐々に溶接進行方向に移動
   させて横向き溶接を行う自動溶接方法において、 トーチ傾斜角度を鉛直軸に対して４５度〜７５度の一定
   の値とし、開先長手方向にウィービングしながら、開先
   深さ方向の全幅を、開先深さ方向にパルス波形軌跡を描
   くようにウィービングを行うようにしたことを特徴とす
   る自動溶接方法。
6. 【請求項６】 同一層の開先手前終点から開先手前始点
   へ向けて開先手前表面を溶接進行方向と逆方向に直線軌
   道で溶接し、各層を同様に繰り返して多層盛溶接するよ
   うにした請求項１、２、３又は５に記載の自動溶接方
   法。
7. 【請求項７】 開先奥側の入熱が、開先手前側の入熱よ
   りも大きく設定されている請求項１乃至６のいずれかに
   記載の自動溶接方法。
8. 【請求項８】 開先長手方向にウィービングを行う場合
   に、開先奥側のウィービング幅が、開先手前側のウィー
   ビング幅よりも拡幅して設定されている請求項７に記載
   の自動溶接方法。
9. 【請求項９】 溶接トーチが開先奥方向へ移動する際の
   溶接電流・電圧が、開先手前方向へ移動する際の溶接電
   流・電圧よりも大きく設定されている請求項１乃至６の
   いずれかに記載の自動溶接方法。
10. 【請求項１０】 開先長手方向にウィービングを行う場
    合に、溶接トーチが開先奥方向へ移動する際のウィービ
    ング幅が、開先手前方向へ移動する際のウィービング幅
    よりも拡幅して設定されている請求項９に記載の自動溶
    接方法。
11. 【請求項１１】 請求項１乃至１０のいずれかの横向き
    溶接により複数層を積層した後、その上に開先長手方向
    に沿って直線軌道で複数パス積層するようにしたことを
    特徴とする自動溶接方法。