JPH0890229A - 管の突合せ溶接方法及びその装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】管の突合せ溶接において、初層溶接時に管の全
周において適正な溶込みを確保することが可能な突合せ
溶接方法を提供すること。また本突合せ溶接方法を適用
した管の全自動溶接装置を提供すること。 【構成】図１に管の開先形状を示す。開先ルート部にイ
ンサートリングを挿入し、更に開先形状のうちルートフ
ラット長及びルートフェース長を調整することにより、
前記適正な溶込みを確保することができる。 【効果】本発明によれば、管の突合せ溶接において、常
に管全周にわたって管内面と同一高さあるいは凸型形状
の裏波を形成することができる。これにより、管の全自
動溶接が可能になる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は管の突合せ溶接方法及び
装置に係わり、特に施工の効率化及び溶接部の信頼性確
保のための自動溶接方法及び装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】管の突合せ溶接において信頼性の高い溶
接部を得るためには、初層溶接時に適正な溶接材料の溶
込みを確保する必要がある。溶接では被溶接物を切断せ
ずに溶込み形状を確認することは困難であるため、突合
せ溶接などの完全溶込み溶接の場合における溶込みの良
否は、被溶接物の裏側に形成される裏波ビード（以下裏
波と言う）の形状で判断される。図２に初層溶接時に形
成される裏波の形状を管の断面方向より見た図を模式的
に示す。図２（ｃ）に示すように裏波が管内面よりへこ
んでいる場合、溶接部の収縮に伴う被溶接物の角変形に
より裏波のへこみが深くなり、溶接終了後の放射線透過
検査で欠陥として検出される可能性が高くなり、またへ
こみ部が応力集中部となるなどの不具合が生じる。この
ため裏波は管内面と同一高さあるいは内面より盛り上が
っている凸型形状が好ましい。

【０００３】現地での施工は管を回転させることが困難
なため、管を固定しトーチを管の回りを移動させて施工
する事が多い。しかしこの方法では、溶接進行に伴い溶
接姿勢が刻々と変化するため、溶融部が受ける重力の方
向が溶接姿勢によって相対的に異なり、それに伴い裏波
形状が変化する。特に上向姿勢（管底部の溶接時）では
裏波の上方から重力が作用するため裏波がへこみやす
く、管の全周において管内面と同一高さあるいは管内面
より凸型形状の裏波を形成することは非常に困難であ
る。

【０００４】一般に裏波の形状は溶接入熱に起因すると
されている。そのため管の全周において適正形状の裏波
を形成するためには、溶接姿勢ごとに逐次溶接条件を変
化させ入熱量を制御する必要がある。管の突合せ溶接で
は、アークが安定しているＴＩＧ溶接を使用することが
多いが、ＴＩＧ溶接を用いた場合は以下に示すような二
つの方法で施工されている。一つは溶接技能者がトーチ
を手で保持し、それを移動させて施工する手動ＴＩＧ溶
接、もう一つはトーチを機械的に移動する台車（以下溶
接ヘッドと言う）に搭載し、人の手を介さず自動的に移
動させて施工する自動ＴＩＧ溶接である。通常の管溶接
では前述したように、施工が最も困難である初層溶接は
溶接経験の豊富な熟練溶接技能者による手動ＴＩＧ溶接
で施工され、２層目以降の溶接は作業効率を上げるため
に自動ＴＩＧ溶接で施工される。しかし近年、熟練溶接
技能者の高齢化による作業者の減少及び放射線環境下で
の施工ニーズの増加により、初層から最終層に至る全工
程の自動化が要求されている。

【０００５】図３に従来用いられている管の自動ＴＩＧ
溶接機を示す。これは溶接電源，トーチを含む溶接ヘッ
ド及び遠隔操作用の制御装置で構成される。この装置で
は、溶接前に予め求めた各姿勢に対する適正な溶接条件
をメモリ機能を有する溶接電源に入力し、その条件に従
って施工する方法、あるいは溶接ヘッドにテレビカメラ
やマイクロフォンを搭載し、熟練溶接技能者が遠方から
溶接状況を監視しながらリモコンによって溶接条件を制
御して施工する方法、またはこれらを組み合わせて施工
する方法が採られている。例えば藤本らによる遠隔操作
式ＴＩＧ円周自動溶接工法（溶接技術，１９９２年２月
号）が知られている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】上記従来方法は、溶接
中作業者が溶接現場から離れていても施工することがで
きるため、放射線環境下でも対応することができる。し
かし予め入力された溶接条件で施工する場合は、手動Ｔ
ＩＧ溶接の場合と比較して細かい入熱の制御ができない
ため、裏波が管内面よりもへこみやすい立向下進姿勢及
び上向姿勢において適正形状の裏波を形成することは困
難であり、溶接中に生じる外乱に対応することも困難で
ある。遠隔操作によって溶接する場合も、適正形状の裏
波を形成するためには手動ＴＩＧ溶接の場合と同様に、
熟練溶接技能者による監視及び施工が必要である。また
現状では裏波がへこみやすい立向下進姿勢を避けて溶接
するため、管の底部から頂部へ向けて溶接ヘッドを移動
させることで、溶接を２回に分け施工している。溶接方
向の振り分けによる施工により、適正形状の裏波が形成
可能であることは発明者らも確認した。しかし振り分け
施工では、溶接ヘッドの進行方向が変わるため、管溶接
の全自動化のために不可欠である溶接状況を観察するた
めのセンサ及びフィラワイヤ送給装置を、溶接進行方向
に対して前後に２台搭載する必要があり、溶接ヘッドを
大型化してしまうことになる。狭隘部への適用が必要と
なる現地での施工に対応させるためには溶接ヘッドを小
型化する必要があり、そのためには溶接方向を振り分け
ずに一方向に溶接ヘッドを移動させて施工する方法を採
らなければならない。

【０００７】以上のことから管の突合せ溶接を全自動化
するためには、溶接姿勢に対して入熱条件を変化させず
に全周において適正形状の裏波を形成する方法を確立す
ること、あるいは溶接を一方向で施工することにより同
様の裏波を形成する方法を確立することが望まれてい
る。

【０００８】本発明の目的は、溶接ヘッドを一方向に移
動させて施工しても、全周において適正形状の裏波を形
成することができる管の突合せ溶接方法及び溶接装置を
提供することにある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明によれば、複数の管の突合せ部にインサート
リングを挿入し更に、前記突合せ部にＵ型形状開先を設
け、前記Ｕ型形状開先のルートフラット長を１パスの溶
接ビード幅以上の長さになるよう調整した後、複数の管
を全自動で溶接する管の突合せ溶接方法が提供される。

【００１０】また、本発明によれば、複数の管の突合せ
部にインサートリングを挿入し更に、前記突合せ部にＵ
型形状開先を設け、前記Ｕ型形状開先のルートフラット
長を１パスの溶接ビード幅以上の長さに調整した後、溶
接後の管内面に生ずる裏波ビードの高さが管内面と同一
以上の高さを有するように、前記Ｕ型形状開先のルート
フェイス長に関する条件，前記開先角度に関する条件，
前記インサートリング形状に関する条件及び入熱量に関
する条件の少なくとも一つを、予め求められた前記裏波
ビードの高さと前記条件の関係から決定された条件に従
って複数の管を全自動で溶接する管の突合せ溶接方法が
提供される。

【００１１】また、本発明によれば、複数の管の突合せ
部にインサートリングを挿入し更に、前記突合せ部にＵ
型形状開先を設け、前記Ｕ型形状開先のルートフラット
長を１パスの溶接ビード幅以上の長さに、ルートフェイ
ス長を溶接後の管内面に生ずる裏波ビード高さが管内面
と同一以上の高さを有するようにそれぞれ調整し、常に
前記裏波ビードの形状が形成できるよう、溶接時の溶接
部から得られるビード幅，ビード温度，溶融池幅，溶融
池面積及び溶融池温度の少なくとも一つの情報に基づい
て入熱量を実時間で制御して複数の管を全自動で溶接す
る管の突合せ溶接方法が提供される。

【００１２】また、上記の管の突合せ溶接方法におい
て、前記インサートリングの形状が、断面形状の高さａ
が３.８mm≦ａ≦４.８mm，幅ｂが１.０mm≦ｂ≦１.６mm
であることが好ましい。

【００１３】また、上記の管の突合せ溶接方法におい
て、前記インサートリングの配管内面からの突き出し量
ｃがｃ≦１.２mmであることが好ましい。

【００１４】また、上記の管の突合せ溶接方法におい
て、前記開先角度θが３０°≦θ≦９０°であることが
好ましい。

【００１５】また、上記の管の突合せ溶接方法におい
て、前記インサートリングの幅を含めたルートフラット
長ｄ及び前記ルートフェイス長ｅの比ｄ／ｅが３.１≦
ｄ／ｅ≦７.６ であることが好ましい。

【００１６】また、上記の管の突合せ溶接方法におい
て、前記ルートフラット長ｆが１.８mm≦ｆ≦３.０mm，
前記ルートフェイス長ｅが１.０mm≦ｅ≦１.５mmのどち
らかまたは両方の条件を備えることが好ましい。

【００１７】また、上記の管の突合せ溶接方法におい
て、溶接時の溶接部から得られるビード幅，ビード温
度，溶融池幅，溶融池面積及び溶融池温度の各情報を計
算機を用いて処理し、該処理結果に基づいて入熱量を実
時間で制御することが好ましい。また、上記の管の突合
せ溶接方法において、パルスアークＴＩＧ溶接機を用い
ることが好ましい。

【００１８】また、上記の管の突合せ溶接方法におい
て、前記パルスアークＴＩＧ溶接のパルス周波数が１Ｈ
ｚ以下であることが好ましい。

【００１９】また、上記の管の突合せ溶接方法におい
て、前記パルスアークＴＩＧ溶接の溶接入熱Ｑが３００
０Ｊ／cm≦Ｑ≦９０００Ｊ／cmであることが好ましい。

【００２０】また、上記の管の突合せ溶接方法におい
て、溶接時のピーク電流ＩＰが120Ａ≦ＩＰ≦２７０
Ａ，ベース電流ＩＢが１０Ａ≦ＩＢ≦５０Ａであること
が好ましい。

【００２１】また、上記の管の突合せ溶接方法におい
て、ＴＩＧ溶接ヘッドを管の回りを一方向に周回させ溶
接することが好ましい。

【００２２】また、上記の管の突合せ溶接方法におい
て、原子炉格納容器内で使用する配管の施工に適用する
ことが好ましい。

【００２３】また、本発明によれば、複数の管の突合せ
溶接時に溶接部近傍のビード幅，ビード温度，溶融池
幅，溶融池面積及び溶融池温度の測定部，以前に行った
管の突合せ溶接についての突合せ溶接部の前記Ｕ型形状
ルートフェイス長に関する条件，前記開先角度に関する
条件，前記インサートリング形状に関する条件及び前記
入熱量に関する条件の少なくとも一つの条件と溶接部の
管内面に生じる裏波ビードの高さに関する情報を記憶す
る記憶部，前記測定部からの情報と前記記憶部に記憶さ
れている情報を突合せて解析し、新たな前記条件を決定
する解析部を有する管の突合せ溶接装置が提供される。

【００２４】また、上記の管の突合せ溶接装置におい
て、新たに決定された溶接条件により、実時間で溶接機
の溶接条件を制御する管の全自動溶接装置が提供され
る。

【００２５】

【作用】管を固定し溶接ヘッドを周回させて施工する管
の突合せ溶接では、立向下進姿勢及び上向姿勢において
裏波が管内面よりへこみやすい傾向にある。これは主に
溶融部に作用する重力の影響である。そのため開先ルー
ト部にインサートリングを挿入し、予めルート部が管内
面より凸型となる開先形状にすることにより、適正形状
の裏波を形成させやすくすることができる。しかし、熟
練技術者による細かな溶接条件（具体的には溶接トーチ
と被溶接物との距離、及び被溶接物に対する溶接トーチ
の角度の調節による入熱量の変化）の調整があれば比較
的容易な裏波形状の制御も、初層溶接から機械が溶接す
る全自動溶接方法においては、人間が行うような経験に
よる細かな溶接条件の調整ができないため、インサート
リングを管の突合せ部に挿入するだけでは、管全周にわ
たる良好な裏波の形成は困難であった。本発明者らは、
管の突合せ溶接において、上記のような熟練者の経験に
よる細かな溶接条件の調整なしに初層より自動溶接でき
る全自動溶接方法について検討し、本発明に到った。す
なわち、裏波部の形状は、重力により影響されるが、重
力の影響を低減するためには溶融量を減少させる必要が
あり、そのためには低入熱で溶接できる開先形状にすれ
ば良い。

【００２６】図１に管の突合せ部をＵ型開先形状とし、
前記突合せ部にインサートリングを挿入した場合の突合
せ部の断面の模式図を示す。ａはインサートリングの高
さ、ｂはインサートリングの幅、ｃは管内面に対するイ
ンサートリングの突き出し量、ｆはルートフラット長、
ｅはルートフェイス長である。このとき低入熱でインサ
ートリングを完全に溶融し、凸型形状の裏波を形成させ
るためには、インサートリングの高さ及び幅を可能な限
り短くする必要がある。しかし高さが短すぎると管内面
に対する突き出し量が減り、凸型の裏波を形成させる効
果がなくなる。また、幅が短すぎると図１に示すインサ
ートリングの幅を含めたルートフラット長が短くなり、
溶接入熱をルートフラット部に集中できず、インサート
リングが未溶融となる。このため適正形状の裏波を形成
させるためには、発明者らの実験によるとインサートリ
ングの形状を、高さａが３.８mm≦ａ≦４.８mm，幅ｂが
１.０mm≦ｂ≦１.６mmとすることが好ましいことがわか
った。また、管内面に対する突き出し量が長すぎると、
突き出したインサートリングの先端まで溶接入熱が伝わ
らずインサートリングが未溶融となる。このためインサ
ートリングの未溶融を防止するためには、突き出し量ｃ
をｃ≦１.２mmとすることが好ましい。

【００２７】また、開先角度θは、大きすぎると積層溶
接時の溶着金属量が増加するため溶接変形が大きくな
り、逆に小さすぎると開先面（管内面に対し斜めの部
分）に奪われる入熱量が多くなるためインサートリング
が未溶融となる。このため溶着金属量を最小限に抑え、
インサートリングの未溶融を防止するためには、開先角
度θを３０°≦θ≦９０°とすることが好ましい。

【００２８】また、図４に開先形状が溶接入熱に及ぼす
影響を模式的に示す。開先形状のうちルートフラット長
が短い場合は、アークが開先面に達し溶接入熱が管の軸
方向に多く奪われてしまうため、管内面まで溶融させる
ためにはさらに入熱量を増やす必要があり、結果的に溶
融量が増加する。逆にルートフラット長が長い場合は、
積層溶接時の溶着金属量が増加するため溶接変形が大き
くなる。このため溶接入熱をルートフラット部に集中さ
せ、かつ溶着金属量を減少させるためには、ルートフラ
ット長をアークが開先面に達しない程度に長くする、具
体的には溶接入熱により被溶接物が溶融して形成される
ビードの幅（すなわち１パスの溶接によるビード幅）以
上にルートフラット長を設定すれば良く、ルートフラッ
ト長ｆを１.８mm≦ｆ≦３.０mmとすることが好ましい。
また、ルートフェイス長が長い場合も、管内面まで溶融
させるためには入熱量を増やす必要があり溶融量が増加
する。逆にルートフェイス長が短い場合は、溶接金属が
減少するため初層溶接において良好な継手強度を得るこ
とが困難である。このため溶融量を減少させ、かつ良好
な継手強度を得るためにはルートフェイス長ｅを１.０m
m≦ｅ≦１.５mmとすることが好ましい。また、このとき
インサートリングの幅を含めたルートフラット長ｄ及び
ルートフェイス長ｅの比ｄ／ｅを３.１≦ｄ／ｅ≦７.６
とすることが好ましい。

【００２９】また、溶接姿勢が変化する管溶接では、上
記のように細かい入熱量の制御が必要となる。また、特
に原子力発電プラントなどで用いられる配管では、溶接
部に高い信頼性が要求されるため、安定した溶接をする
必要がある。このため溶接電流をピークとベースに分け
て出力し、一周期の間で溶融（ピーク電流時）と凝固
（ベース電流時）を繰り返すことにより、入熱量が容易
に制御できるパルス溶接機を使用することが好ましい。
また、安定したアークを発生できるＴＩＧ溶接機を使用
することが好ましい。

【００３０】また、立向下進姿勢では、管の内側の溶融
池が不安定な湯流れの挙動を示すため、入熱量が大きい
にもかかわらず、インサートリングの未溶融を生じる場
合がある。溶融池の不安定な湯流れの挙動は、ベース電
流時間が短く、凝固を促進することができなかったため
に生じたものである。このため、ベース電流時間を長く
するためにパルス周波数を１Ｈｚ以下で施工することが
好ましい。また、インサートリングを完全に溶融し、か
つ裏波を管内面よりへこまさないためには、溶接入熱Ｑ
を３０００Ｊ／cm≦Ｑ≦９０００Ｊ／cmとすることが好
ましい。また、このときピーク電流ＩＰを１２０Ａ≦Ｉ
Ｐ≦２７０Ａ，ベース電流ＩＢを１０Ａ≦５０Ａとする
ことが好ましい。

【００３１】また、Ｕ型形状開先のルートフェイスに関
する条件，開先角度に関する条件，前記インサートリン
グ形状に関する条件及び入熱量に関する条件の少なくと
も一つの条件を、予め求められた前記裏波ビードの高さ
と前記条件との関係から決定し、その条件で溶接を行う
ことにより裏波形状を制御できる。上記条件は、計算機
上でシミュレーションできないため、過去の裏波ビード
の高さと前記諸条件との関係のデータの蓄積が重要であ
る。

【００３２】また、現状では裏波がへこみやすい立向下
進姿勢を避けて溶接するため、管の底部から頂部へ向け
て溶接ヘッドを移動させることで、溶接を２回に分け施
工している。しかし振り分け施工では、溶接ヘッドの進
行方向が変わるため、管溶接の全自動化のために不可欠
である溶接状況を観察するためのセンサ及びフィラワイ
ヤ送給装置を、溶接進行方向に対して前後に２台搭載す
る必要があり、溶接ヘッドを大型化してしまうことにな
る。狭隘部への適用が必要となる現地での施工に対応さ
せるためには溶接ヘッドを小型化する必要があり、その
ためには溶接方向を振り分けずに一方向に溶接ヘッドを
移動させて施工する方法を採ることが好ましい。

【００３３】また、管の突合せ溶接を自動化することに
より、溶接ヘッド付近に溶接作業者が立ち会う必要がな
くなる。このため、人間が近づくことが難しい極限環境
下、特に放射線環境下にあり狭隘部が多い原子炉格納容
器内に使用される配管の施工に対して適用することが好
ましい。

【００３４】また、溶接時の入熱量は上記のように基本
的には管の全周を通じて溶接開始前に溶接条件を設定す
ることで、適切な裏波を形成することができるのである
が、何らかの外乱があった場合を想定すると、溶接状況
を何らかの形で把握し、それを溶接の入熱量に反映させ
ることがより好ましい。このための手段として、溶接時
の溶接部から得られるビード幅，ビード温度，溶融池
幅，溶融池面積及び溶融池温度の情報を、可視光線波長
領域に感度のある工学的なカメラや光温度計、または赤
外線波長領域に感度のある赤外線温度計で関知し、その
情報をＡ−Ｄ変換してディジタル情報化した後画像処理
技術を用いて可視化し、そこから得られる情報と、上記
のように予め求められた裏波ビードの高さと前記諸条件
との関係から溶接の入熱量を実時間で制御することが有
効である。

【００３５】

【実施例】

＜実施例１＞図５に開先ルート部にインサートリングを
挿入し、初層溶接を裏波がへこみやすい上向姿勢で実施
した場合の、ピーク電流とビード幅及び裏波形状の関係
の一例について示す。溶接はパルスアークＴＩＧ溶接機
を使用し、裏波のへこみを抑制するように凝固速度を速
めるため、ベース電流を１０Ａまで低下させ一定として
実施した。また入熱量の制御はピーク電流を変化させる
ことで行った。図６に溶接電流の波形の一例を示す。他
の溶接条件はアーク電圧を１０Ｖ，溶接速度を１００mm
／min ，パルス周波数を１Ｈｚ及びパルス周波数の周期
に対するピーク時間の比であるデューティを５０％で一
定とした。被溶接物の材質はSUS304であり、インサート
リングの材質も被溶接物と同等成分である。またインサ
ートリングの断面形状は高さが４.８mm，幅が１.６mmで
あり、被溶接物へは裏面からの突き出し量が１.２mm と
なるように取り付けた。

【００３６】図５に示されるようにルート部にインサー
トリングを挿入した作用，ベース電流を低下させて凝固
速度を速めた作用及びピーク電流を変化させ入熱量を制
御した作用により、裏波がへこみやすい上向姿勢でも適
正形状の裏波を形成することが可能である。

【００３７】＜実施例２＞図７及び図８にルートフラッ
ト長を変化させた場合に、管の全周において適正形状の
裏波を形成するための溶接姿勢とピーク電流の関係の一
例を示す。図７のルートフラット長は１.８mm，図８の
ルートフラット長は３.０mmである。管は図７及び図８
ともに呼び径が３００Ａで肉厚が１５.５mm であり、開
先形状はルートフェース長が２.０mm 及び開先角度が６
０°であり、ルート部にはインサートリングを挿入して
いる。管の材質，インサートリングの材質，インサート
リングの断面形状及びインサートリングを管に取り付け
たときの管内面からの突き出し量は実施例１の場合と同
様である。溶接も図７及び図８ともに実施例１と同様に
パルスアークＴＩＧ溶接機を使用し、入熱量の制御はピ
ーク電流を変化させることで行った。他の溶接条件はベ
ース電流を１０Ａ，アーク電圧を９Ｖ及び溶接速度を１
００mm／min で一定とした。

【００３８】図７及び図８を比較すると適正形状の裏波
を形成するためのピーク電流の範囲は、図７に対して図
８の方が全体的に低下していることがわかる。図７はル
ートフラット長が短いため、アークが開先面に達し溶接
入熱が管の軸方向に奪われてしまい、管内面まで溶融す
るための入熱量が多くなっている。これに対して図８の
方はルートフラット長が長いため、アークが開先面まで
達することはなく、溶接入熱をルートフラット部に集中
させることができるため、低い入熱量で管内面まで溶融
することが可能である。このことからルートフラット長
を長くした作用により、低い入熱量で管内面まで溶融す
ることができるため、溶融量を減少することが可能であ
り、これにより溶融部に及ぼす重力の影響を抑制するこ
とができるため、管全周において適正形状の裏波を形成
可能な溶接条件範囲を拡大することが可能である。

【００３９】＜実施例３＞図９にルートフェース長を変
化させた場合に、管の全周において適正形状の裏波を形
成するための溶接姿勢とピーク電流の関係の一例を示
す。ルートフェース長は１.０mm であり、配管，インサ
ートリング，溶接機及び溶接条件については実施例２と
同様である。

【００４０】図９と図７を比較すると適正形状の裏波を
形成するためのピーク電流の範囲は、図７に対して図９
の方が全体的に大きく低下していることがわかる。これ
はルートフェース長を短くした作用により、アークが開
先面まで達しない程度の低い入熱量で管内面まで溶融す
ることができたためである。また図９よりピーク電流を
細かく変化させることなく、管の全周において適正形状
の裏波を形成可能であることがわかる。これは低い入熱
量で溶接することにより溶融量を減少することができ、
これにより溶融部に及ぼす重力の影響を抑制することが
できたためである。

【００４１】実施例１，実施例２及び実施例３ではオー
ステナイト系ステンレス鋼の管及びインサートリングに
本発明を適用した場合の一例を示しているが、本発明に
よる効果は他のステンレス鋼管及び炭素鋼管でも期待で
きる。

【００４２】＜実施例４＞図１０に実施例１，実施例２
及び実施例３に示した全自動溶接方法を適用した管の全
自動溶接装置の一例を示す。本装置はパルスアークＴＩ
Ｇ溶接電源，溶接ヘッド，溶接ヘッドに搭載したフィル
タやレンズなどの光学系を取り付けたセンサ，センサの
コントローラ，画像処理装置，コンピュータで構成され
る。本装置では最初に溶接ヘッドに搭載したセンサによ
り得られた画像を画像処理装置に取り込み、二値化など
の手法で監視対象物である溶接状況（例えばビード幅）
あるいは溶接前の開先形状（例えばルートフラット長）
を認識する。次に画像処理結果から得られた情報をコン
ピュータに転送し、コンピュータに予め入力してある基
準データと現在の監視対象物のデータを比較し誤差の判
定を行う。このとき基準データと現在の監視対象物のデ
ータに誤差がある場合は、誤差を補正するように溶接条
件（例えばピーク電流）を変更し、新たな溶接条件を溶
接電源に出力することにより、常に監視対象物が一定の
状態になるようにフィードバックなどの制御を実施す
る。本装置では本発明による管の突合せ溶接方法によ
り、管の突合せ溶接において最も重要である初層溶接時
に、適正な溶込みを確保することができるため、作業者
の手を介さずに全自動での溶接施工が可能である。

【００４３】

【発明の効果】本発明によれば、管の突合せ溶接におい
て、常に管全周にわたって管内面と同一高さあるいは凸
型形状の裏波を形成することができる。これにより、適
正な溶込みを確保することができ、接合強度を一定以上
に確保した上で、管の全自動溶接が可能になる。これに
より、現地での管の突合せ溶接を短時間に確実に行うこ
とができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】管の開先形状を示す図。

【図２】裏波の形状を模式的に示した図。

【図３】従来使用されている管の自動溶接機を示した
図。

【図４】開先形状が溶接入熱に及ぼす影響を模式的に示
した図。

【図５】上向姿勢におけるピーク電流とビード幅及び裏
波形状の関係を示した図。

【図６】パルス溶接における溶接電流の波形を示した
図。

【図７】ルートフラット長が１.８mm の場合において、
適正形状の裏波を形成するための溶接姿勢とピーク電流
の関係を示した図。

【図８】ルートフラット長が３.０mm の場合において、
適正形状の裏波を形成するための溶接姿勢とピーク電流
の関係を示した図。

【図９】ルートフェース長が１.０mm の場合において、
適正形状の裏波を形成するための溶接姿勢とピーク電流
の関係を示した図。

【図１０】本発明による突合せ溶接方法を適用した管の
全自動溶接装置の実施例を示した図。

【符号の説明】

１…パルスアークＴＩＧ溶接電源、２…溶接ヘッド、３
…テレビカメラ、４…リモコン、５…モニタ、６…セン
サ、７…コントローラ、８…画像処理装置、９…コンピ
ュータ。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 松本 俊美 茨城県日立市大みか町七丁目１番１号 株 式会社日立製作所日立研究所内 (72)発明者 小林 正宏 茨城県日立市幸町三丁目１番１号 株式会 社日立製作所日立工場内 (72)発明者 上原 壮夫 茨城県日立市幸町三丁目１番１号 株式会 社日立製作所日立工場内 (72)発明者 日野 英司 茨城県日立市幸町三丁目１番１号 株式会 社日立製作所日立工場内

Claims (17)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】複数の管の突合せ部にインサートリングを
   挿入し更に、前記突合せ部にＵ型形状開先を設け、前記
   Ｕ型形状開先のルートフラット長を１パスの溶接ビード
   幅以上の長さになるよう調整した後、複数の管を全自動
   で溶接することを特徴とする管の突合せ溶接方法。
2. 【請求項２】複数の管の突合せ部にインサートリングを
   挿入し更に、前記突合せ部にＵ型形状開先を設け、前記
   Ｕ型形状開先のルートフラット長を１パスの溶接ビード
   幅以上の長さに調整した後、溶接後の管内面に生ずる裏
   波ビードの高さが管内面と同一以上の高さを有するよう
   に、前記Ｕ型形状開先のルートフェイス長に関する条
   件，前記開先角度に関する条件，前記インサートリング
   形状に関する条件及び入熱量に関する条件の少なくとも
   一つを、予め求められた前記裏波ビードの高さと前記条
   件の関係から決定された条件に従って複数の管を全自動
   で溶接することを特徴とする管の突合せ溶接方法。
3. 【請求項３】複数の管の突合せ部にインサートリングを
   挿入し更に、前記突合せ部にＵ型形状開先を設け、前記
   Ｕ型形状開先のルートフラット長を１パスの溶接ビード
   幅以上の長さに、ルートフェイス長を溶接後の管内面に
   生ずる裏波ビード高さが配管内面と同一以上の高さを有
   するようにそれぞれ調整し、常に前記裏波ビードの形状
   が形成できるよう、溶接時の溶接部から得られるビード
   幅，ビード温度，溶融池幅，溶融池面積及び溶融池温度
   の少なくとも一つの情報に基づいて入熱量を実時間で制
   御して複数の管を全自動で溶接することを特徴とする管
   の突合せ溶接方法。
4. 【請求項４】請求項１〜３のいずれかに記載の管の突合
   せ溶接方法において、前記インサートリングの形状が、
   高さａが３.８mm≦ａ≦４.８mm，幅ｂが１.０mm≦ｂ≦
   １.６mmであることを特徴とする管の突合せ溶接方法。
5. 【請求項５】請求項１〜４のいずれかに記載の管の突合
   せ溶接方法において、配管内面に対する前記インサート
   リングの突き出し量ｃがｃ≦１.２mm であることを特徴
   とする管の突合せ溶接方法。
6. 【請求項６】請求項１〜３のいずれかに記載の管の突合
   せ溶接方法において、前記開先角度θが３０°≦θ≦９
   ０°であることを特徴とする管の突合せ溶接方法。
7. 【請求項７】請求項１〜３のいずれかに記載の管の突合
   せ溶接方法において、前記インサートリングの幅を含め
   たルートフラット長ｄ及び前記ルートフェイス長ｅの比
   ｄ／ｅが３.１≦ｄ／ｅ≦７.６であることを特徴とする
   管の突合せ溶接方法。
8. 【請求項８】請求項１〜３のいずれかに記載の管の突合
   せ溶接方法において、前記ルートフラット長ｆが１.８m
   m≦ｆ≦３.０mm，前記ルートフェイス長ｅが１.０mm≦
   ｅ≦１.５mm のどちらかまたは両方の条件を備えること
   を特徴とする管の突合せ溶接方法。
9. 【請求項９】請求項３記載の管の突合せ溶接方法におい
   て、溶接時の溶接部から得られるビード幅，ビード温
   度，溶融池幅，溶融池面積及び溶融池温度の各情報を計
   算機を用いて処理し、該処理結果に基づいて入熱量を実
   時間で制御することを特徴とする管の突合せ溶接方法。
10. 【請求項１０】請求項１〜９のいずれかに記載の管の突
    合せ溶接方法において、パルスアークＴＩＧ溶接機を用
    いることを特徴とする管の突合せ溶接方法。
11. 【請求項１１】請求項１０記載の管の突合せ溶接方法に
    おいて、前記パルスアークＴＩＧ溶接のパルス周波数が
    １Ｈｚ以下であることを特徴とする管の突合せ溶接方
    法。
12. 【請求項１２】請求項１０記載の管の突合せ溶接方法に
    おいて、前記パルスアークＴＩＧ溶接の溶接入熱Ｑが３
    ０００Ｊ／cm≦Ｑ≦９０００Ｊ／cmであることを特徴と
    する管の突合せ溶接方法。
13. 【請求項１３】請求項１１〜１２のいずれかに記載の管
    の突合せ溶接方法において、溶接時のピーク電流ＩＰが
    １２０Ａ≦ＩＰ≦２７０Ａ，ベース電流ＩＢが１０Ａ≦
    ＩＢ≦５０Ａであることを特徴とする管の突合せ溶接方
    法。
14. 【請求項１４】請求項１〜１０のいずれかに記載の管の
    突合せ溶接方法において、ＴＩＧ溶接ヘッドを管の回り
    を一方向に周回させ溶接することを特徴とする管の突合
    せ溶接方法。
15. 【請求項１５】請求項１〜１４のいずれかに記載の管の
    突合せ溶接方法において、原子炉格納容器内で使用する
    配管の施工に適用することを特徴とする管の突合せ溶接
    方法。
16. 【請求項１６】複数の管の突合せ溶接時に溶接部近傍の
    ビード幅，ビード温度，溶融池幅，溶融池面積及び溶融
    池温度の測定部，以前に行った管の突合せ溶接について
    の突合せ溶接部の前記Ｕ型形状ルートフェイス長に関す
    る条件，前記開先角度に関する条件，前記インサートリ
    ング形状に関する条件及び前記入熱量に関する条件の少
    なくとも一つの条件と溶接部の管内面に生じる裏波ビー
    ドの高さに関する情報を記憶する記憶部，前記測定部か
    らの情報と前記記憶部に記憶されている情報を突合せて
    解析し、新たな前記条件を決定する解析部を有すること
    を特徴とする管の突合せ溶接装置。
17. 【請求項１７】請求項１６記載の管の突合せ溶接装置に
    おいて、新たに決定された溶接条件により、実時間で溶
    接機の溶接条件を制御することを特徴とする管の全自動
    溶接装置。