JPH11254189A - アーク溶接装置及びアーク溶接方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 横向き姿勢及び縦向き姿勢のいずれであって
も、簡単な方法で良好な溶接品質を確保する。 【解決手段】 アーク溶接ロボット１０のロボットアー
ム１２にはトーチブラケット１４を介して溶接トーチ１
６が可搬されており、更にトーチブラケット１４には先
端部にローラ３６を備えたエアシリンダ２２が保持され
ている。ローラ３６は溶融池４６が垂れ下がる前にこれ
を押圧して溶融池４６が垂れ下がるのを防止する役目を
果たす。従って、横向き姿勢及び縦向き姿勢のいずれで
あっても、簡単な方法で良好な溶接品質を確保すること
ができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、横向き姿勢・縦向
き姿勢で実施されるアーク溶接に好適なアーク溶接装置
及びアーク溶接方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来から、溶接ロボットを使って被溶接
物を溶接部位に沿ってアーク溶接していく手法が多用さ
れている。この種のアーク溶接を実施するに際しては、
アンダーカットや過剰な余盛りの発生を防止するべく、
溶接トーチが下向きになるような下向き姿勢の溶接とす
ることが一般には望ましい。

【０００３】ところが、下向き姿勢のアーク溶接を実施
することが困難な場合もある。例えば、ユニット住宅の
ユニット躯体を構成する柱（角パイプ）同士を継手部に
てアーク溶接するような場合、下向き姿勢のアーク溶接
を実施するためにはユニット躯体を回転させなければな
らないが、大型で重量物であるユニット躯体を回転させ
ることは設備上困難である。このため、このような場合
には、溶接トーチが横向きになるような横向き姿勢のア
ーク溶接を実施せざるを得ない。

【０００４】このような横向き姿勢のアーク溶接をする
場合にも、前述したアンダーカットや必要以上の余盛り
の発生が生じないようにするための発明が、特開平８−
２１５８４０号公報に開示されている。この公報に開示
された構成について簡単に説明すると、まず、上母材と
下母材とで形成された開先に対し、裏側に固形バッキン
グ材を当接させる。次に、大電流と小電流とを周期的に
繰り返し通電して溶接する電流変化溶接法を実施するこ
とによって、初層ビードを形成する。次に、残る開先部
の表側に摺動可能な当金を当接させ、溶接トーチを開先
の幅方向に揺動させながら溶接していくエレクトロガス
溶接法によって、仕上げビードを形成する。

【０００５】上記構成によれば、一次溶接として電流変
化溶接法を用いることにより、溶融金属（溶融池）が垂
れ下がる前に小電流に切り換えて溶融金属の凝固を促進
することが可能となるため、溶融金属の垂れ下がりを防
止することができるというものである。また、二次溶接
としてエレクトロガス溶接法を用いるが、この時点では
既に初層ビードが形成されているため、初層ビード形成
分だけ開先断面積が減少している。従って、溶融金属の
表面張力が強くなり、溶融金属が垂れ下がることなく良
好な仕上げビードが得られるというものである。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述し
た構成による場合、一次溶接のための電流変化溶接法と
二次溶接のためのエレクトロガス溶接法とを使い分ける
ことで、溶融金属の垂れ下がりを防止する構成であるた
め、構成が複雑であり装置も大掛かりなものとなる。

【０００７】また、横向き姿勢でアーク溶接を行う場合
に溝を備えた当金を使うことは理に適っているが、アー
ク溶接を行う実際の場面としては上記のような横向き姿
勢をとるよりも縦向き姿勢をとる方が有利な場合或いは
効率が良い場合もある。このような縦向き姿勢をとる方
がよい場合に上記構成を適用すると、たとえ一次溶接と
二次溶接とを使い分け更に当金を使ったとしても、溶接
品質を確保することは困難であると思われる。すなわ
ち、当金を使っても粘性流体状の溶融金属はその自重で
垂れ下がろうとするため、進行方向が下方の場合には、
アーク発生ポイントよりも溶融池が先行し、溶け込み代
が浅くなる。逆に、進行方向が上方の場合には、アーク
発生ポイントに溶融池が無いため、溶け込み代は深くな
るが、過剰な余盛りやアンダーカットが発生しやすくな
る。また、場合によっては、溶断が発生することもあ
る。

【０００８】上述した背景から、横向き姿勢及び縦向き
姿勢のいずれであっても、簡単な方法で良好な溶接品質
を確保することができるアーク溶接装置及びアーク溶接
方法の案出が望まれていた。

【０００９】本発明は上記事実を考慮し、横向き姿勢及
び縦向き姿勢のいずれであっても、簡単な方法で良好な
溶接品質を確保することができるアーク溶接装置及びア
ーク溶接方法を得ることが目的である。

【００１０】

【課題を解決するための手段】請求項１記載の本発明に
係るアーク溶接装置は、被溶接物の溶接部位に沿って横
方向移動及び縦方向移動可能に設けられた溶接トーチ
と、この溶接トーチに支持されて当該溶接トーチに追従
して移動し、溶融池が垂れ下がらないように当該溶融池
を押圧する押圧体を先端部に備えた溶融池押圧手段とを
有することを特徴としている。

【００１１】請求項２記載の本発明に係るアーク溶接装
置は、請求項１に記載の発明において、前記押圧体は、
溶融池押圧手段の先端部に設けられたローラであること
を特徴としている。

【００１２】請求項３記載の本発明に係るアーク溶接方
法は、被溶接物の溶接部位に沿って溶接トーチを横方向
又は縦方向に移動させながらアーク溶接し、このとき、
溶融状態にある溶融池が垂れ下がる前に当該溶融池を押
圧体で押圧することを特徴としている。

【００１３】請求項１記載の本発明によれば、被溶接物
の溶接部位に沿って、溶接トーチを横方向移動させなが
らアーク溶接がなされる。このとき、溶接トーチに支持
された溶融池押圧手段は、溶接トーチに追従して移動す
る。そして、この溶融池押圧手段の先端部に設けられた
押圧体によって溶融池が押圧される。これにより、横向
き姿勢でアーク溶接する場合、縦向き姿勢の場合のいず
れにおいても、溶融池の垂れ下がりが防止される。その
結果、アンダーカットや過剰な余盛りが発生することも
なくなる。

【００１４】しかも、溶融池押圧手段が備える押圧体に
よって溶融池を機械的に押圧していく構成であるため、
従来の二段階に溶接を実施する方法に比し、簡素な構成
となり、操作も簡単になる。

【００１５】請求項２記載の本発明によれば、溶融池押
圧手段の先端部に設けられたローラによって溶融池を押
圧することとしたので、非転動体によって溶融池を押圧
する場合に比し、溶融池押圧手段の移動時の摩擦抵抗が
低減される。

【００１６】請求項３記載の本発明によれば、被溶接物
の溶接部位に沿って溶接トーチを横方向又は縦方向に移
動させながらアーク溶接していく場合に、溶融状態にあ
る溶融池が垂れ下がる前に当該溶融池を押圧体で押圧す
るため、溶融池の垂れ下がりが防止される。その結果、
アンダーカットや過剰な余盛りが発生することもなくな
る。

【００１７】総じて言えば、上記請求項に記載の本発明
によれば、特に品質確保が困難とされる横向き姿勢、縦
向き姿勢等でアーク溶接する場合において、アーク発生
ポイントと溶融池の相対位置関係を常に適正な状態に保
つ（即ち、下向き姿勢でアーク溶接する場合と同レベル
に保つ）ことにより、良好な溶接品質を確保することが
可能となる。

【００１８】

【発明の実施の形態】以下、図１〜図５を用いて、本発
明の実施形態について説明する。

【００１９】図１には、本実施形態に係る「アーク溶接
装置」としてのアーク溶接ロボット１０の要部が側面視
で示されている。この図に示されるように、アーク溶接
ロボット１０のロボットアーム１２には、中間部がパイ
プ状又は棒状に形成されたトーチブラケット１４を介し
て溶接トーチ１６が可搬されている。なお、請求項１に
記載された「溶接トーチ」は、溶接トーチ１６とこれに
付随するトーチブラケット１４の双方を含む概念であ
る。

【００２０】また、溶接トーチ１６の中心線は、溶接ト
ーチ１６の進行方向Ｍと直交する方向に対して角度θ
（この角度θをトーチ角度という）だけ進行方向Ｍ側に
傾いた後退角となるように設定されている。なお、本図
に示される状態が溶接トーチ１６の縦向き姿勢の状態で
ある。

【００２１】上述したトーチブラケット１４の中間部に
は、クランプ部１８Ａ及びこのクランプ部１８Ａから溶
接トーチ１６と平行にその先端部側へ延出された保持部
１８Ｂから成る支持ブラケット１８が取り付けられてい
る。クランプ部１８Ａは、トーチブラケット１４の中間
部をクランプした状態でボルト２０で締め付けられるよ
うになっている。また、保持部１８Ｂは矩形平板状とさ
れており、この保持部１８Ｂの先端部側に「溶融池押圧
手段」としてのエアシリンダ２２が保持されている。

【００２２】エアシリンダ２２は、シリンダ本体２４
と、このシリンダ本体２４の後端部に取り付けられた底
面視でＴ字形の連結部２６と、シリンダ本体２４の前端
部に取り付けられたガイド部材２８と、を含んで構成さ
れている。連結部２６の連結板２６Ａは矩形平板状とさ
れており、支持ブラケット１８の保持部１８Ｂに重合さ
れている。この保持部１８Ｂには一対の長孔２９が形成
されており、これらの長孔２９を介して連結板２６Ａに
取り付けられたボルト３０によって連結板２６Ａと保持
部１８Ｂとは相互に連結されている。

【００２３】さらに、エアシリンダ２２の軸心部には、
シリンダ本体２４の内圧の増減によって伸出し・引込み
されるロッド３２が挿通されている。ロッド３２の先端
部には底面視でコ字形のローラ支持部３４が取り付けら
れており、このローラ支持部３４の一対の側壁部間にセ
ラミック製の「押圧体」としてのローラ３６の支軸３８
が回転自在に軸支されている。

【００２４】次に、本実施形態の作用並びに効果につい
て説明する。縦向き姿勢でアーク溶接を実施する場合、
図１及び図２に示される如く、まず、溶接トーチ１６の
先端部から突出され電極として機能する溶接ワイヤ４０
に対するローラ３６の位置及び角度が適正位置及び適正
角度となるように設定される。この設定は、支持ブラケ
ット１８の保持部１８Ｂに設けられた二つの長孔２９
と、この長孔２９を介してエアシリンダ２２の連結部２
６の連結板２６Ａに取り付けられた二本のボルト３０と
のガタ分（隙間）を利用して行われる。なお、このとき
の溶接トーチ１６のトーチ角度θは、溶接トーチ１６の
進行方向Ｍに対して後退角となるように予め設定されて
いる。従って、このトーチ角度がθに設定された溶接ト
ーチ１６の溶接ワイヤ４０によるアーク発生ポイント
（溶接ワイヤ４０の狙い位置）を基準にして、ローラ３
６の位置及び角度が調整されることになる。なお、アー
ク発生ポイントＡとローラ３６による押圧位置Ｂとの距
離Ｓは約５ｍｍ程度に調整するのが好ましい。

【００２５】次に、実際にアーク溶接が実施される。す
なわち、母材４２の溶接部位に沿って縦方向である上方
（矢印Ｍ方向）へ溶接トーチ１６を移動させながら、ア
ーク４４を発生させていく。これにより、母材４２のア
ーク発生ポイントＡを中心にして粘性流体状の溶融池４
６が生じるが、当該溶融池４６はその自重により垂れ下
がろうとする。

【００２６】ここで、本実施形態では、溶接トーチ１６
のトーチブラケット１４に支持ブラケット１８を介して
エアシリンダ２２が保持されており、エアシリンダ２２
のローラ３６が溶接トーチ１６のアーク発生ポイントＡ
に対して距離Ｓだけ下がった位置で追従移動していくた
め、溶融池４６は垂れ下がる前にローラ３６によって押
し潰される（図２及び図４参照）。従って、溶融池４６
は垂れ下がることなく、ローラ３６によって押圧されて
いる間に凝固して溶接ビード４８となっていく。このた
め、アンダーカットが生じることもなく余盛り高も均一
な溶接ビード４８が形成される。その結果、良好な溶接
品質を確保することができる。

【００２７】しかも、エアシリンダ２２のロッド３２の
先端部に設けられたローラ３６によって溶融池４６を機
械的に押圧（転圧）していく構成であるため、従来の二
段階に溶接を実施する方法に比し、構成の簡素化を図る
ことができると共に操作の容易化を図ることができる。
また、この効果により、下向き姿勢のアーク溶接とする
べく、被溶接物を回転させる必要がなくなり、溶接治具
の回転機構を廃止することができる。

【００２８】上述したことは、横向き姿勢でアーク溶接
を実施する場合にも同様に当てはまる。簡単に説明する
と、図３の平面図に示されるように、横向き姿勢でアー
ク溶接を実施する場合には、ロボットアーム１２を回転
させて溶接トーチ１６の進行方向を横方向（図３の矢印
Ｎ方向）に変える。その後は、縦向き姿勢でアーク溶接
を実施する場合と同様であり、溶接部位に形成された溶
融池４６は垂れ下がる前にローラ３６によって押圧（転
圧）されていくことになる。

【００２９】また、本実施形態によれば、回転自在なロ
ーラ３６によって溶融池４６を押圧していく構成である
ため、非転動体によって溶融池４６を押圧する場合に比
し、エアシリンダ２２の追従移動時の摩擦抵抗が低減さ
れる。その結果、溶接トーチ１６に対してエアシリンダ
２２を円滑に追従移動させることができる。

【００３０】さらに、本実施形態では、セラミック製の
ローラ３６を用いたので、溶融金属を堰き止めて押圧す
る時の耐熱性を向上させることができる。また、溶融金
属の付着を防止することができるので、水冷が不要にな
る。加えて、溶接トーチ１６の移動時の抵抗を低減させ
ることができる。

【００３１】なお、本実施形態では、溶融池４６を押圧
する押圧体としてローラ３６を使用したが、これに限ら
ず、溶接トーチ１６に追従して移動し溶融池４６が垂れ
下がる前にこれを押圧することができるものであれば、
すべて適用可能である。

【００３２】例えば、図５に示されるように、Ｔ字継手
部材６０のコーナー部をアーク溶接するような場合に
は、上述したローラ３６を使用するよりも、「押圧体」
としてのペンシル形状の押圧部材６２を使用する方が適
切といえる。なお、このペンシル形状の押圧部材６２も
セラミック製であり、又押圧部材６２の先端部にボール
を回転自在に保持させておけば、ローラ３６を用いた場
合と同様に、追従移動時の摩擦抵抗を低減させることが
できる。

【００３３】

【発明の効果】以上説明したように請求項１記載の本発
明に係るアーク溶接装置は、被溶接物の溶接部位に沿っ
て横方向移動及び縦方向移動可能に設けられた溶接トー
チと、この溶接トーチに支持されて当該溶接トーチに追
従して移動し、溶融池が垂れ下がらないように当該溶融
池を押圧する押圧体を先端部に備えた溶融池押圧手段と
を有するので、横向き姿勢及び縦向き姿勢のいずれであ
っても、簡単な方法で良好な溶接品質を確保することが
できるという優れた効果を有する。

【００３４】請求項２記載の本発明に係るアーク溶接装
置は、請求項１に記載の発明において、押圧体を、溶融
池押圧手段の先端部に設けられたローラとしたので、溶
融池押圧手段の移動時の摩擦抵抗を低減させることがで
き、その結果、溶接トーチに対して溶融池押圧手段を円
滑に追従移動させることができるという優れた効果を有
する。

【００３５】請求項３記載の本発明に係るアーク溶接方
法は、被溶接物の溶接部位に沿って溶接トーチを横方向
又は縦方向に移動させながらアーク溶接し、このとき、
溶融状態にある溶融池が垂れ下がる前に当該溶融池を押
圧体で押圧することで、アーク発生ポイントと溶融池の
相対位置関係を常に一定としたので、横向き姿勢及び縦
向き姿勢のいずれであっても、簡単な方法で良好な溶接
品質を確保することができるという優れた効果を有す
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本実施形態に係るアーク溶接ロボットの全体構
成並びにローラを備えたエアシリンダを示す構成図であ
る。

【図２】図１に示されるアーク溶接ロボットを用いて縦
向き姿勢でアーク溶接（上進溶接）を実施した場合の様
子を示す要部拡大側面図である。

【図３】図１に示されるアーク溶接ロボットを用いて横
向き姿勢でアーク溶接を実施した場合の様子を示す要部
拡大平面図である。

【図４】縦向き姿勢又は横向き姿勢でアーク溶接を実施
した際に、溶融池がローラによって押圧された状態を示
す要部拡大図である。

【図５】別の実施形態に係り、ローラに代えてペンシル
形状の押圧部材を用いた例を示す要部拡大平面図であ
る。

【符号の説明】

１０ アーク溶接ロボット（アーク溶接装置） １６ 溶接トーチ ２２ エアシリンダ（溶融池押圧手段） ３６ ローラ（押圧体） ４２ 母材 ４６ 溶融池 ６０ Ｔ字継手部材 ６２ 押圧部材（押圧体）

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 被溶接物の溶接部位に沿って横方向移動
   及び縦方向移動可能に設けられた溶接トーチと、 この溶接トーチに支持されて当該溶接トーチに追従して
   移動し、溶融池が垂れ下がらないように当該溶融池を押
   圧する押圧体を先端部に備えた溶融池押圧手段と、 を有することを特徴とするアーク溶接装置。
2. 【請求項２】 前記押圧体は、溶融池押圧手段の先端部
   に設けられたローラである、 ことを特徴とする請求項１に記載のアーク溶接装置。
3. 【請求項３】 被溶接物の溶接部位に沿って溶接トーチ
   を横方向又は縦方向に移動させながらアーク溶接し、 このとき、溶融状態にある溶融池が垂れ下がる前に当該
   溶融池を押圧体で押圧する、 ことを特徴とするアーク溶接方法。