JPH0866768A - 固定管の狭開先突合せ溶接における最終層溶接方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 狭開先幅および溶接姿勢が変化しても欠陥の
ない美麗な最終層の溶接ビードを得る。 【構成】 前層の溶接における開先中心位置を記憶再生
しながら、あらかじめ設定された溶接姿勢別および開先
幅別の溶接条件データベースを用いて、溶接中の溶接姿
勢および開先幅の変化に対応した溶接条件を選定して、
溶接トーチのウィービングを制御しながら固定管の狭開
先突合せ溶接における最終層溶接を行う。 【効果】 溶接姿勢および開先幅および溶接トーチ位置
が変化しても的確なウィービング溶接が自動的に行われ
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、固定管の狭開先突合せ
溶接における最終層の溶接方法に関する発明である。

【０００２】

【従来の技術】固定管の多層突合せ溶接における最終仕
上げ層の溶接では欠陥のない美麗な溶接ビード外観が要
求され、特に、開先両端部では、充分な溶込みが要求さ
れる。

【０００３】従来、仕上げ溶接である最終層の溶接にお
いて溶接トーチを開先幅方向にウィービングさせながら
溶接するウィービング溶接が公知である。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】前述の従来技術にかか
るウィービング溶接では、開先幅の変動に対する溶接条
件の制御が行われておらず、開先両端部の溶込み不足、
アンダーカット（溶着金属量不足）、余盛ビードの過大
または不足等の溶接欠陥が発生しやすい。

【０００５】また、固定管の円周上を、上部位置（時計
表示で０時）から下部位置（時計表示で６時）まで溶接
する際の溶接姿勢の変化、即ち、時計表示で０時位置で
は下向き姿勢であるが時計表示で３時位置では立向き姿
勢、時計表示で６時位置では上向き姿勢と変化する溶接
姿勢に対応した溶接条件の制御、すなわち、最適化が行
われていないため、外乱に対して溶接欠陥が発生しやす
く自動化が困難であり、溶接作業者の技能に頼るところ
大であった。

【０００６】

【課題を解決するための手段】前述の課題は、固定管の
上部位置（０時）から下部位置（６時）までのウィービ
ング式ガスメタルアーク溶接により最終層溶接を行うに
あたり、最終層前の積層溶接時の溶接トーチの動きから
得られた溶接姿勢毎の開先幅方向中央位置を記憶してお
き、該記憶された溶接姿勢毎の開先幅方向中央位置を最
終層溶接時に再生して最終層溶接時のウィービング中心
とするとともに、溶接トーチ高さ方向の制御はアークセ
ンサによる制御を行いながら、溶接速度、溶接電流、ア
ーク電圧、溶接進行方向に対する溶接トーチ角度、ウィ
ービング幅、ウィービング速度およびウィービング両端
停止時間の溶接条件を溶接姿勢別および開先幅別にあら
かじめ設定した最適溶接条件データベースから、該最終
層溶接中の溶接姿勢の変化と開先幅の変動の検出値に従
って溶接条件を選定して、円周溶接を行うことを特徴と
する固定管の狭開先突合せ溶接における最終層溶接方法
により解決される。

【０００７】

【作用】本発明では、固定管の円周上を、上部位置（時
計表示で０時）から下部位置（時計表示で６時）まで、
ウィービング式ガスメタルアークにより最終層の仕上げ
溶接を行うものであるが、最終層溶接では開先面がほと
んど残っていないので、それまでの積層溶接時に用いた
アークセンサ開先倣い制御による溶接線追従が行なえな
い。そこで、最終層前の積層溶接時のアークセンサ開先
倣い制御等による溶接トーチの動きから溶接姿勢毎の開
先幅方向中央位置を求めて、それを記憶しておき、最終
層溶接時にそれを再生して最終層溶接時のウィービング
中心とすることにより、溶接線追従が可能となる。

【０００８】溶接トーチ高さ方向の制御は溶接電流の平
均値が基準値と一致するよう開先底部面から一定高さの
制御が行われる。

【０００９】ウィービング幅、ウィービング速度および
ウィービングにおける両端停止時間というウィービング
条件は、溶接姿勢別および開先幅別にデータがあらかじ
め実験により求められ、データベース化されている。

【００１０】また、溶接電流および溶接速度も、あらか
じめ実験で求められたデータを溶接姿勢別および開先幅
別にデータベース化されている。

【００１１】溶接姿勢の検知、即ち、溶接位置検出器
は、固定管の外径が既知であり溶接される固定管の半周
長さが求まるので、該半周長さと円周上に設けられた走
行レールのラックと噛み合う溶接台車のエンコーダで溶
接トーチの現在位置として検出できる。尚、溶接姿勢別
のデータは、管外径より溶接位置別のデータに変換され
ることは言うまでもない。

【００１２】固定管の狭開先突合せ溶接における最終層
溶接に際して、溶接トーチは、０時位置から６時位置ま
での間で、下向き、立向き、上向きと溶接姿勢が変化す
るが、あらかじめ設定されたウィービング条件等の最適
溶接条件データベースから、溶接姿勢および開先幅の変
動値に応じて適正な溶接条件が選定され、適応制御溶接
が行われる。

【００１３】なお、最適溶接条件データベースは下記の
点を考慮して作成するのが好ましい。

【００１４】溶接速度が１０ｃｍ／分未満だと、溶接ビ
ード厚さが厚くなり、溶接金属の湯流れや垂れ落ちおよ
び溶接ビードの割れが生じやすい。また、４０ｃｍ／分
を越えると、入熱不足により溶込みが不足となりやす
く、安定した溶接ビードが形成されない。

【００１５】溶接ビード厚さが２．５ｍｍ未満だと、溶
接速度が速過ぎる場合で溶接入熱が不足し、狭開先側壁
での溶込み不足が発生しやすい。また、溶接ビード厚さ
が５．０ｍｍを越えると、特に立向き姿勢で顕著である
が、溶融池の溶融金属がアークにより保持できず、湯流
れが発生し、アーク直下の溶融金属の厚さが過大とな
り、アーク直下の開先底部が充分に溶融せず、融合不良
が発生する。

【００１６】溶接電流が８０Ａ未満だと、アーク圧力が
不足し、溶込みが減少するため開先壁面の融合不良の原
因となりやすく、また、２００Ａを越えると、逆に、ア
ーク圧力が過大となり、特に、立向溶接姿勢で溶融金属
の保持が困難になり湯流れ、垂れ落ちが発生し、良好な
溶接ビードが形成されない。

【００１７】溶接トーチ角度は、主に溶接姿勢との関係
が深い。該溶接トーチ角度が０時および６時付近では垂
直から前進角を取り、３時付近では後退角を取る。そし
て、前進角が１０°未満では、溶融金属を前方に押し出
すためスパッタが増加し溶込みも浅くなり、また、後退
角が３０°を越えると、溶融池の保持が難しくなり湯流
れが発生しやすい。

【００１８】ウィービング幅は、主に開先幅との関係が
深い。ウィービング幅が２ｍｍ未満だと、開先両端の融
合不良が発生し、６ｍｍを越えると、逆に溶接ビード幅
が過大となり湯流れが発生しやすい。

【００１９】ウィービング速度は、主に溶接姿勢との関
係が深い。０時および６時付近はゆっくりとし、３時付
近は速くする。そして、ウィービング速度が５ｍｍ／秒
未満だと、ウィービングの中央、即ち、溶接トーチが開
先の中央に位置する時間が長くなり湯流れが発生する。
また、４０ｍｍ／秒を越えると、アークの圧力や入熱が
分散され過ぎるので開先両端での融合不良が発生しやす
い。

【００２０】両端停止時間は、主に溶接姿勢との関係が
深い。０時、６時付近は短くする。両端停止時間が１秒
を越えると、溶接ビード幅が過大になり湯流れが発生し
やすい。

【００２１】

【実施例】本発明を以下、図面に示す一実施例により説
明する。図１は、溶接トーチのウィービング軌跡を図示
したもので、ＷＷはウィービング幅、ＷＴはウィービン
グパターンである開先両端停止時間、傾きＷＳはウィー
ビング速度である。そして、点線はウィービング中心
で、溶接線が開先幅方向に振れていない場合である。

【００２２】なお、溶接トーチのウィービングは、開先
幅方向の制御軸（Ｘ軸）を駆動して行われる。

【００２３】図２は、溶接線が開先幅方向に振れている
場合の溶接トーチのウィービング軌跡を図示したもの
で、前層の積層溶接時のアークセンサ開先倣い制御にお
ける溶接トーチ位置の動きから求まる開先幅方向中央位
置を溶接姿勢毎に記憶しておき、最終仕上げ層溶接時に
再生し、それをウィービング中心として溶接トーチのウ
ィービングを行なったものである。なお、ウィービング
幅ＷＢは、２ｍｍ〜６ｍｍの範囲で使用した。

【００２４】図３は、本発明の固定管１、２の狭開先突
合せ溶接における最終層溶接装置の側面図である。図３
において、突合せ溶接される固定管２の外周面にセット
された走行レール７に沿って、溶接トーチ８、該溶接ト
ーチ８の角度制御軸９、該溶接トーチ８の高さ制御軸１
０、該溶接トーチ８の開先倣い制御軸１１を有する走行
台車１２が固定管２の外周を周りながら、固定管１、２
の突合せ最終層溶接を行う。なお、５は初層溶接用裏当
材、６は溶接ワイヤ、１３は溶接ワイヤフィーダー、１
４は溶接ワイヤリールである。

【００２５】図４は、本発明の固定管の狭開先突合せ溶
接における最終層溶接での制御ブロック図で、前述の溶
接姿勢および開先幅の変動値に応じて適正な溶接条件を
出力するシステムを示した溶接条件制御ブロック図であ
る。

【００２６】図４において、６は溶接ワイヤ、８は溶接
トーチ、１５はＣＣＤカメラで、該ＣＣＤカメラ１５か
らの狭開先の開先幅の画像は、画像メモリ１７に取り込
まれ、ＣＰＵ１６で開先幅ＷＢの計算がされる。開先幅
は、前記のＣＣＤカメラ１５の画像を画像処理する方法
の他、レーザースキャニング方法、磁気センサ、渦流セ
ンサ等により検知する方法でも良い。

【００２７】１８はデジタル入出力回路、１９は溶接制
御装置で溶接トーチ８および溶接ワイヤ６の溶接条件を
制御する。２０は前述の溶接姿勢別および開先幅別の溶
接条件があらかじめ設定された最適溶接条件データベー
ス、２１は溶接台車の移動量から溶接姿勢を検知する溶
接位置検出器である。溶接姿勢の検出は、傾斜計で検知
する方法もある。２３は前述の開先幅方向中央位置を記
憶した溶接線記憶装置である。

【００２８】ＣＰＵ１６は、前述の画像メモリ１７を用
いて開先幅の計算をし、溶接位置検出器２１からの信号
により、溶接線記憶装置２３からウィービング中心位置
を求めるともに、溶接条件データベース２０から溶接姿
勢別および開先幅別のデータを読み出し、その情報をデ
ジタル入出回路１８を経由して溶接制御装置１９へ出力
を行う。

【００２９】なお、２２はモニターＴＶである。本発明
は以下の実施例で固定管の狭開先突合せ最終層溶接を施
工した。

【００３０】 （１） 固定管外径 ：９００ｍｍ （ＡＰＩ５ＬＸ−６０） （２） 〃 〃板厚 ： １２ｍｍ （３） 開先形状 テーパーθ ：２° 開先幅ＷＢ ：５．５〜７．５ｍｍの範囲で変動。 （４） アークセンサ ：溶接トーチ高さ制御、開先記憶再生 （５） 溶接ワイヤ ：ソリッドタイプ （６） 溶接ワイヤ径 ：１．２ｍｍ （７） シールドガス ：ＣＯ₂ １００％ （８） 溶接電流 ：８０Ａから２００Ａ （９） 溶接速度 ：１０ｃｍ／分から４０ｃｍ／分 （10) 溶接トーチ角度：前進角１０°〜後退角３０° （11） ウィービング幅ＷＷ ：２〜６ｍｍ （12） ウィービング開先両端停止時間ＷＴ：０〜１．０秒 （13） ウィービング速度ＷＳ ：５〜４０ｍｍ／秒

【００３１】本発明は、前述の溶接条件で狭開先３継手
の最終層仕上げ溶接を、固定管１、２の上部位置である
０時から下部の６時位置まで、円周を左右半分づつに分
けて、下進溶接で行い、好結果を得た。

【００３２】

【発明の効果】本発明は、固定管の狭開先突合せ溶接に
おける最終層仕上げ溶接において、溶接姿勢および開先
幅の変動に対し、的確に溶接条件の制御を行いながらウ
ィービング溶接が行われるので、開先両端部の溶込み不
足、アンダーカット、余盛ビードの過大または不足等の
溶接欠陥が発生することがない。

【００３３】また、溶接条件の制御が自動的に行われる
のでビード外観が美麗であり、脱技能化を図ることがで
きる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の最終層仕上げ溶接におけるウィービン
グ軌跡図。

【図２】本発明の最終層仕上げ溶接における他のウィー
ビング軌跡図。

【図３】本発明の固定管の狭開先突合せ溶接における最
終層溶接装置の側面図。

【図４】本発明の固定管の狭開先突合せ溶接における最
終層溶接の制御ブロック図。

【符号の説明】

１・２ 固定管 ３ 狭開先 ４ 積層溶接ビード ５ 初層溶接用裏当材 ６ 溶接ワイヤ ７ 走行レール ８ 溶接トーチ ９ 溶接トーチの角度制御軸 １０ 溶接トーチの高さ制御軸 １１ 溶接トーチの狭開先倣い制御軸 １２ 走行台車 １３ 溶接ワイヤフィーダ １４ 溶接ワイヤリール １５ ＣＣＤカメラ １６ ＣＰＵ １７ 画像メモリ １８ デジタル入出力回路 １９ 溶接制御装置 ２０ 最適溶接条件データベース ２１ 溶接位置検出器 ２２ モニターＴＶ ２３ 溶接線記憶装置 ＷＢ 狭開先幅 ＷＷ ウィービング幅 ＷＴ ウィービング開先両端停止時間 ＷＳ ウィービング速度

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 Ｂ２３Ｋ 9/173 Ｄ 8315−4Ｅ

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 固定管の上部位置（０時）から下部位置
   （６時）までのウィービング式ガスメタルアーク溶接に
   より最終層溶接を行うにあたり、最終層前の積層溶接時
   の溶接トーチの動きから得られた溶接姿勢毎の開先幅方
   向中央位置を記憶しておき、該記憶された溶接姿勢毎の
   開先幅方向中央位置を最終層溶接時に再生して最終層溶
   接時のウィービング中心とするとともに、溶接トーチ高
   さ方向の制御はアークセンサによる制御を行いながら、
   溶接速度、溶接電流、アーク電圧、溶接進行方向に対す
   る溶接トーチ角度、ウィービング幅、ウィービング速度
   およびウィービング両端停止時間の溶接条件を溶接姿勢
   別および開先幅別にあらかじめ設定した最適溶接条件デ
   ータベースから、該最終層溶接中の溶接姿勢の変化と開
   先幅の変動の検出値に従って溶接条件を選定して、円周
   溶接を行うことを特徴とする固定管の狭開先突合せ溶接
   における最終層溶接方法。