JPH10249530A - Ｔｉｇ溶接装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 溶接条件を変更した場合等に溶加棒の供給位
置を適切に維持し得るＴＩＧ溶接装置を提供する。 【解決手段】 溶接電極３と溶加棒送給部４とを溶接機
本体２に設けてあるＴＩＧ溶接装置であって、溶接電極
３を、母材６に対して高さ調節自在となるよう電極高さ
調節手段９を介して溶接機本体２に取り付けると共に、
溶加棒送給部４を、溶接電極３とは独立に母材６に対し
て高さ調節自在となるよう溶加棒高さ調節手段１４を介
して溶接機本体２に取り付け、電極高さ調節手段９と溶
加棒高さ調節手段１４とを独立に動作させる制御手段８
を有する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、溶接電極と溶加棒
送給部とを溶接機本体に設けてあるＴＩＧ溶接装置に関
する。

【０００２】

【従来の技術】従来、この種のＴＩＧ溶接装置にあって
は、溶接機本体に設けた溶加棒送給装置と溶接電極との
位置関係が固定されていた。例えば、上記従来のＴＩＧ
溶接装置を用いてパイプどうしの多層盛り溶接を行う場
合には、パイプに取付けたガイドレールに沿って溶接本
体を自動走行させて行う。そして、夫々の溶接パスに応
じて溶接電流・電圧を適宜変更させる際には、溶接電極
の先端部と母材との間に生じているアークの長さを適切
に調節すべく溶接機本体の高さを調節して行っていた。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかし、上記従来のＴ
ＩＧ溶接装置では、溶接電極の高さが変動すると溶接機
本体に設けた溶加棒送給装置の位置も従動するから、溶
接位置に対する溶加棒の送給位置を適切に調節すること
ができなかった。通常、溶加棒は、アーク発生点であっ
て、且つ、溶融池の近傍に供給する必要がある。つま
り、アークによって溶融した金属が円滑に溶融池に移行
するように溶加棒の供給位置を設定するのである。しか
し、溶加棒は溶接電極の側方から供給するから、溶接電
極の高さが変動すると溶加棒の供給高さが変動する。例
えば、溶接電流等を増大させた際に適切なアークを形成
すべく溶接電極を母材から離間させると、溶加棒は母材
から離れた位置で溶融されることとなって溶融した金属
が母材側に円滑に移行できず、多量のスパッタが発生す
る。逆に、溶接電流等を低下させる際に溶接電極を母材
に近付けると、溶加棒はアークの内部に達する前に母材
と接触し、所謂スティッキングを生じる結果、溶加棒の
溶融が円滑に行えなくなる。

【０００４】本発明の目的は、このような従来技術の欠
点を解消し、溶接条件を変更した場合等に溶加棒の供給
位置を適切に維持し得るＴＩＧ溶接装置を提供すること
にある。

【０００５】

【課題を解決するための手段】この目的を達成するため
の本発明の特徴構成を、図１に示した例を参考に説明す
る。 （構成１）本発明のＴＩＧ溶接装置は、請求項１に記載
したごとく、溶接電極３を、母材６に対して高さ調節自
在となるよう電極高さ調節手段９を介して溶接機本体２
に取り付けると共に、溶加棒送給部４を、前記溶接電極
３とは独立に母材６に対して高さ調節自在となるよう溶
加棒高さ調節手段１４を介して前記溶接機本体２に取り
付け、前記電極高さ調節手段９と前記溶加棒高さ調節手
段１４とを独立に動作させる制御手段８を有する点に特
徴を有する。 （作用・効果）本構成のごとく、溶接電極の高さと溶加
棒の供給位置とを独立に調節できる構成とすることで、
予め設定した溶接条件に従って溶接電極の位置を変化さ
せた場合や、溶接途中において母材に対する溶接機本体
の位置がずれた場合などにおいても、溶接電極の位置を
自動的に変更できると共に、溶加棒を溶接アークに対し
て最適な位置に供給することができるため、溶接欠陥の
発生を防止して健全な溶接部を得ることができる。

【０００６】（構成２）本発明のＴＩＧ溶接装置は、請
求項２に記載したごとく、母材６に対する溶接電極３の
位置を検出するためのレーザセンサ５を前記溶接機本体
２に備えて構成することができる。 （作用・効果）溶接電極の位置を検出するためのレーザ
センサを溶接機本体に設けることで溶接電極と母材との
位置関係、即ち、母材に対する溶接電極の高さや溶接開
先に対して横方向への溶接電極の位置ずれを認識するこ
とができる。よって、当該位置情報に基づいて前記制御
手段が溶接電極を最適な位置に設定することで、安定的
な溶接作業を実施させることができ、健全な溶接部を得
ることができる。

【０００７】（構成３）本発明のＴＩＧ溶接装置は、請
求項３に記載したごとく、パイプＰどうしの周方向突合
せ溶接を、横置きした前記パイプＰの周囲に設けたガイ
ド手段１５に沿って前記溶接機本体２を走行させて行う
際に、溶接姿勢の変化に対応して予め前記制御手段８に
設定した情報に基づいて前記電極高さ調節手段９の位置
と前記溶加棒高さ調節手段１４の位置とを独立に調節
し、同一溶接姿勢で溶接している際に、前記溶加棒高さ
調節手段１４によって溶加棒１３の高さを自動調節でき
るように構成することができる。 （作用・効果）パイプどうしを溶接する場合には、溶接
姿勢が常に変化するから溶接条件を一層の溶接中に変化
させる必要があるうえに、溶接位置が正しいかどうかを
常に視認することは困難である。しかし、本構成であれ
ば、溶接作業が困難であるパイプどうしの周方向突合せ
溶接を容易にかつ確実に行うことができ、ＴＩＧ溶接の
適用範囲を拡大することができる。

【０００８】尚、上記課題を解決するための手段の説明
中、図面を参照し、図面との対照を便利にするために符
号を記すが、当該記入により本発明が添付図面の構成に
限定されるものではない。

【０００９】

【発明の実施の形態】以下に本発明の実施例を図面に基
づいて説明する。

【００１０】（概要）本発明のＴＩＧ溶接装置１は、図
１に示すごとく、溶接機本体２に溶接電極３、および、
溶加棒送給部４、レーザセンサ５を備えて構成する。当
該ＴＩＧ溶接装置１により、例えば、母材６どうしの多
層盛り突合せ溶接を行う。当該ＴＩＧ溶接装置１は、溶
接電極３と溶加棒送給部４とが母材６に対して独立に位
置調節可能であり、溶接途中で溶接電流・電圧等の溶接
条件を変化させた場合、或いは、溶接開先７の作製誤差
等によって溶接機本体２と母材６との位置関係が変動し
た場合に、溶接電極３および溶加棒送給部４の位置を適
切に調節することができる。これら溶接電極３および溶
加棒送給部４の位置調節は、前記溶接機本体２に略一体
的に設けたレーザセンサ５と、当該レーザセンサ５で認
識した結果等を処理する制御手段８とで行う。

【００１１】（溶接電極）図１に示すごとく、溶接電極
３は電極高さ調節手段９を介して溶接機本体２に取り付
けてある。当該電極高さ調節手段９は、例えば、通常の
スクリュー機構やラック・ピニオン機構などで構成す
る。これにより、前記溶接電極３は、母材６に対して溶
接電極３の軸芯方向に沿って近接離間自在となる。溶接
電極３は、例えばタングステン製の非消耗電極とし、原
則として母材６に対して垂直な角度で保持する。溶接電
極３の先端部から溶接開先７の底部までの距離すなわち
電極高さ１０は５〜１０ｍｍの範囲に設定する。溶接電
流・電圧が高い場合には、電極高さ１０を増大させ、溶
接電流・電圧が低い場合には、電極高さ１０を減少させ
る。また、溶接電極３は溶接進行方向Ｘに対して略直角
方向に揺動自在である。揺動幅は、例えば１〜２ｍｍで
あり、揺動回数はおよそ３００回／分である。これによ
り、例えば溶接ビードの幅を多少広げることができ、特
に溶接開先７の両側で融合不良などの溶接欠陥が発生す
るのを防止することができる。また、アーク１１の幅よ
りも多少広い溶接開先７を溶接する場合であっても、一
パスで溶接を行うことができ、溶接効率を向上させるこ
とができる。本発明のＴＩＧ溶接装置１では、例えば、
多層盛り溶接する際の各層における溶接電極３の電極高
さ１０を、各層の溶接電流・電圧などの条件に併せて制
御手段８に予め入力しておき、溶接の進行に伴って自動
的に調節させることができる。図２に示すごとく、当該
溶接電極３の周囲には、シールドガス供給口１２を設け
る。シールドガスＧは、溶接に際してアーク１１に外気
が混入して溶接欠陥が発生するのを防止する。シールド
ガスＧとしては、例えば、不活性ガスであるアルゴンガ
スやヘリウムガスを用いる。

【００１２】（溶加棒送給部）図１に示すごとく、溶接
開先７の内部に溶融金属を肉盛りする場合に、溶加棒１
３を溶接電極３の側方からアーク１１の内部に供給す
る。溶加棒１３を供給する溶加棒送給部４は、溶加棒高
さ調節手段１４を介して母材６に対して高さ調節自在に
溶接機本体２に取り付けてある。また、溶加棒送給部４
は、溶加棒高さ調節手段１４に対して首振り揺動可能で
あり、溶加棒の送給方向を微調節可能に構成する。高さ
調節の方向は、前記溶接電極３の移動方向と略平行であ
り、溶加棒送給部４は前記溶接電極３とは独立に動作す
る。例えば、前述のごとく多層盛り溶接の各層において
溶接電極３の高さが自動変更された場合には、後述する
レーザセンサ５によって認識した当該変更後の電極高さ
１０或いは母材６と溶接機本体２との距離に基づいて溶
加棒送給部４の位置調節を行う。また、溶加棒送給部４
の位置調節は、予め設定された溶接条件の変動に従動さ
せる場合のほか、溶接機本体２のガイド手段１５が誤差
を有する状態で母材６に取付けられている場合に、その
走行中に生じる溶接機本体２の位置ずれを吸収すること
も可能である。溶加棒１３は、例えば、コイル状に巻取
梱包したものを溶接機本体２に併設し、送給モータＭに
より送給する。当該送給モータＭは、溶接電流・電圧等
と連動し、溶接電流・電圧等が高く溶接入熱が高い場合
には溶加棒１３の送給速度を高め、溶接入熱が低い場合
には溶加棒１３の送給速度を低くする。本構成であれ
ば、溶接条件を変化させるべく前記電極高さ１０を変更
した場合等においても、溶加棒１３をアーク１１の内部
であって溶融池１６の近傍位置に供給することができ
る。

【００１３】（レーザセンサ）前記電極高さ１０および
前記溶加棒送給部４の位置調節は、前記溶接機本体２と
略一体的に設けたレーザセンサ５および制御手段８を用
いて行う。当該レーザセンサ５は、例えば前記溶加棒１
３に対して溶接進行方向Ｘの前方に位置させ、照射部１
７からレーザビーム１８を溶接開先７に照射し、その反
射ビームを受光部１９で検出することにより前記溶接機
本体２と溶接開先７との位置関係を認識する。認識の方
式としては、例えば、レーザビーム１８の往復時間を測
定することにより、当該レーザセンサ５と溶接開先７と
の距離を認識するものであってもよいし、レーザビーム
１８を溶接進行方向Ｘに対して略直角方向に拡がる状態
に照射し、レーザビーム１８の照射部１７とは溶接進行
方向Ｘにおいて異なる位置に設けたカメラ１９ａ等によ
ってレーザビーム１８の反射状態を画像処理することで
溶接開先７の位置或いは溶接開先７の形状を認識するも
のであってもよい。この結果と、前記レーザセンサ５と
前記溶接機本体２との位置関係に係る位置関係情報とに
基づいて、前記溶加棒送給部４の位置を認識することが
でき、溶加棒１３を、アーク１１の内部であって溶融池
１６の近傍位置である最適位置に供給することができ
る。以上のごとく、前記レーザセンサ５は、前記溶加棒
送給部４の位置を調節する機能を有するのみならず溶接
開先７の倣い機能をも有する。電極高さ１０と溶加棒送
給部４の位置との設定に際しては、何れを優先的に設定
する方式であってもよい。ただし、健全な溶接部を得る
ためには、アーク１１の状態が健全であることが必要不
可欠であるため、電極高さ１０の調節を優先するのがよ
い。尚、レーザセンサ５と前記溶加棒送給部４との間に
は遮蔽手段２０を設ける。当該遮蔽手段２０により、レ
ーザビーム１８を照射する母材６の表面にアーク１１の
光が直接照射されることがなくなって、当該母材６の表
面で反射するレーザビーム１８を確実に検出することが
できる。また、遮蔽手段２０があれば、溶接部で発生す
るスパッタ等がレーザ照射部１７等に付着するのを防止
できるから、レーザセンサ５の機能が損なわれることも
ない。

【００１４】（溶接実施例）図３には、本発明のＴＩＧ
溶接装置１を用いて鋼製のパイプＰどうしの多層盛り突
合せ溶接を行う場合の溶接例を示す。パイプＰの突合せ
部の周囲に溶接機本体２を走行させるための円環状のガ
イド手段１５を取付け、溶接機本体２を頂上部分から下
方に向かって走行させながら溶接を行う。溶接は、パイ
プＰの半周分毎に左右に分けて個々に下向き溶接しても
よいし、頂上部分から開始した溶接を一周分連続して行
ってもよい。溶接に際しては、溶接電流・電圧、電極高
さ１０、溶加棒送給位置、溶接速度、溶接電極３の揺動
幅・揺動回数等の溶接条件を、各溶接層毎におよび円周
部の各位置における代表的な溶接姿勢毎に対応させて予
め設定しておく。溶加棒送給部４の位置も予め設定する
が、前記溶接条件、溶接姿勢に応じて電極高さ１０とは
独立して設定する。つまり、溶加棒送給部４の位置は、
アーク１１の大小あるいは溶融池１６の大小によって予
測される溶加棒１３の溶融状態等を考慮して設定してお
く。パイプＰの半周分を溶接する場合、溶接姿勢は、パ
イプＰの頂上位置近傍では下向き姿勢であり、真横位置
近傍では立向き姿勢に変化し、次いで下部位置近傍では
上向き溶接になる。このため、例えばパイプＰの半周分
をこれら三つの領域に分割しておき、溶融池の溶融金属
が流れ落ちないように溶接機本体２が各領域に浸入した
時点で溶接条件を順次変化させる。つまり、溶接位置が
パイプＰの下方側に進むに応じて溶接電流・電圧を下げ
て溶接入熱を少なくし、溶接電極３を母材６の側に近接
させてアーク１１を縮小させると共に、溶加棒１３の供
給位置も溶融池１６の側に近接させるのである。一方、
溶接条件を変化させない場合においても、前記パイプＰ
の曲率と前記ガイド手段１５の曲率とが異なる場合、或
いは、前記パイプＰの曲率そのものが一定でない場合等
には、溶接開先７に対する前記溶接機本体２の位置が変
化することとなるが、前記溶接電極３および前記溶加棒
１３の位置等を所定の設定条件に基づいて適宜調節す
る。

【００１５】以上のごとく、本発明のＴＩＧ溶接装置１
を用いることで、予め設定した溶接条件に従って溶接電
極３の位置を変化させた場合や、溶接途中において母材
６に対する溶接機本体２の位置がずれた場合などにおい
ても、溶接電極３の位置を自動的に変更すると共に、当
該溶接電極３とは独立して溶加棒送給部４の位置を調節
することができ、この結果、溶接欠陥の発生を防止して
健全な溶接部を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係るＴＩＧ溶接装置の概要を示す説明
図

【図２】溶接中の溶接電極近傍を示す説明図

【図３】本発明のＴＩＧ溶接装置を用いた溶接実施例を
示す説明図

【符号の説明】

２ 溶接機本体 ３ 溶接電極 ４ 溶加棒送給部 ６ 母材 ８ 制御手段 ９ 電極高さ調節手段 １４ 溶加棒高さ調節手段

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 溶接電極と溶加棒送給部とを溶接機本体
   に設けてあるＴＩＧ溶接装置であって、 前記溶接電極を、母材に対して高さ調節自在となるよう
   電極高さ調節手段を介して前記溶接機本体に取り付ける
   と共に、 前記溶加棒送給部を、前記溶接電極とは独立に母材に対
   して高さ調節自在となるよう溶加棒高さ調節手段を介し
   て前記溶接機本体に取り付け、 前記電極高さ調節手段と前記溶加棒高さ調節手段とを独
   立に動作させる制御手段を有するＴＩＧ溶接装置。
2. 【請求項２】 母材に対する溶接電極の位置を検出する
   ためのレーザセンサを前記溶接機本体に備えてある請求
   項１に記載のＴＩＧ溶接装置。
3. 【請求項３】 パイプどうしの周方向突合せ溶接を、横
   置きした前記パイプの周囲に設けたガイド手段に沿って
   前記溶接機本体を走行させて行う際に、溶接姿勢の変化
   に対応して予め前記制御手段に設定した情報に基づいて
   前記電極高さ調節手段の位置と前記溶加棒高さ調節手段
   の位置とを独立に調節し、 同一溶接姿勢で溶接している際に、前記溶加棒高さ調節
   手段によって溶加棒の高さを自動調節することができる
   請求項１または請求項２に記載のＴＩＧ溶接装置。