JPH11267832A - 円柱材の周溶接方法および設備 - Google Patents

円柱材の周溶接方法および設備

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JPH11267832A
JPH11267832A JP7107798A JP7107798A JPH11267832A JP H11267832 A JPH11267832 A JP H11267832A JP 7107798 A JP7107798 A JP 7107798A JP 7107798 A JP7107798 A JP 7107798A JP H11267832 A JPH11267832 A JP H11267832A
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JP
Japan
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welding
work
rotation
weaving
torch
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JP7107798A
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English (en)
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Eiji Suga
英治 菅
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SHIKOKU SEIKI KOGYO KK
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SHIKOKU SEIKI KOGYO KK
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Abstract

(57)【要約】 【課題】周溶接の前後方向のウイービングを容易に実施
できて、1パスの溶接で脚長や肉盛り層厚を大きく形成
できる。 【解決手段】回転ポジショナー1にパイプ材Wを軸心回
りに正逆回転自在に取付け、パイプ材Wの周方向に沿う
溶接線Pに対向して溶接トーチ2を固定し、回転ポジシ
ョナー1により溶接線Pの回転速度が溶接速度となるよ
うに正転させて溶接トーチ2により溶接し、一定の正転
距離を溶接するごとにパイプ材Wを反転させて戻しつつ
先の溶接部に重ねて一定の反転距離だけ後方にウイービ
ングさせ、正転方向の溶接と逆転方向の溶接とを繰り返
して周方向溶接を施す。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、円柱材の周溶接方
法および設備に関する。
【0002】
【従来の技術】従来、イナートガスアーク溶接において
隅肉溶接を行う場合、所求脚長を確保するために、複数
パスにより複数層を溶接する方法と、溶接速度を遅くし
て1パス(少数パス)で肉盛り量を増加させる方法と、
前後にトーチをウイービングさせることにより、1パス
(少数パス)で溶接する方法がある。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】複数パスで溶接する場
合、前回の溶接層の表面にスラグ層が形成されるため、
これを除去して次回の溶接を行う必要があり、作業が面
倒で作業時間が長くなるという問題がある。また溶接速
度を遅くして溶接する場合では、溶融金属が流れ落ちた
り、溶接ワイヤーが溶接金属に触れて溶け込み、溶接不
良を起こすという問題がある。さらにトーチをウイービ
ングさせる方法は、スラグ層もなく、特に直線溶接の場
合には極めて有効である。
【0004】ところで、ワークが鋼管やパイプなどを周
方向に溶接する場合、通常ポジショナーによりワークを
軸心回りに回転自在に支持させ、溶接線の頂部で溶融池
を形成する狙い位置に溶接トーチを配置する。そしてポ
ジショナーによりワークを溶接速度となるように回転さ
せて周方向の溶接を行っている。この溶接トーチをウイ
ービングするために前後方向に直線移動させると、前後
位置でアークの長さが変化するとともに溶接線に対する
トーチの角度も変化し、均質な溶接ができない。それを
解決するためアーク長さや溶接角を一定に保持しようと
すると、溶接トーチを円弧状の溶接線に沿って接近離間
させると同時に溶接トーチの角度を変化させる複雑な三
次元の制御動作が要求される。また、この制御動作も、
ワークが変わると、溶接線の径や条件が変化するため、
その都度溶接ロボットに複雑な動作をプログラムする必
要がある。
【0005】本発明は、上記問題点を解決して、周溶接
の前後方向のウイービングを容易に実施できて、1パス
の溶接で脚長または肉盛り層厚を十分に得られる円柱状
ワークの周溶接方法および設備を提供することを目的と
する。
【0006】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に本発明の円柱材の周溶接方法は、ワークを軸心回りに
正逆回転自在に保持する回転手段に円柱状ワークを取付
け、円柱状ワークの周方向に沿う溶接線に対向して溶接
トーチを固定し、回転手段により溶接線の回転速度が溶
接速度となるように正転させて溶接トーチによりワーク
を溶接し、一定の正転距離を溶接するごとにワークを反
転させて戻しつつ先の溶接部に重ねて一定の反転距離だ
け後方にウイービングさせ、正転方向の溶接と逆転方向
の溶接とを繰り返して周方向溶接を施すものである。
【0007】また請求項3記載の円柱材の周溶接設備
は、円柱状ワークを軸心回りに正逆回転自在に保持する
回転手段と、円柱状ワークの周方向に沿う溶接線に対向
して固定された溶接トーチとを具備し、前記回転手段
に、ワークの回転角を検出する回転角検出器の検出信号
に基づいて、所定の溶接速度で正転させる正転駆動と、
一定角度の正転駆動ごとにワークを反転させて反転距離
だけ後方にウイービングさせる反転駆動とを交互に繰り
返して溶接トーチにより周方向溶接を施す溶接制御装置
を設けたものである。
【0008】上記構成によれば、溶接トーチを固定して
おき、回転手段によりワークを正転および反転を繰り返
して前後方向のウイービングを行うので、回転手段の簡
単な制御で前後方向のウイービングを精度よく行うこと
ができ、1パスまたは少数パスで脚長または肉盛り層厚
を十分に得られ、溶接欠陥のない良質な周溶接を行うこ
とができる。
【0009】
【発明の実施の形態】ここで、本発明に係るアーク溶接
による円柱材の周溶接設備およびその周溶接方法を図1
〜図7に基づいて説明する。
【0010】図7に示すように、この周溶接設備は、円
柱状のワーク、たとえばパイプ材Wを傾斜した軸心Oを
中心に正逆回転自在に支持する隅肉周溶接用の回転手段
である回転ポジショナー1と、溶接トーチ2をワークの
溶接位置に配置する溶接ロボット3と、回転ポジショナ
ー1のパイプ材Wの回転速度および回転方向を制御して
前後方向のウイービング機能付き溶接制御装置4とが配
置され、図示しないが溶接トーチ2に溶接電流を供給す
る溶接電源装置や、溶接ワイヤ供給装置、シールドガス
供給装置が設けられている。
【0011】回転ポジショナー1は、本体11に傾斜角
αを介して回転軸12が回転自在に配設され、回転軸1
2の一端部にワーク把持具(図示せず)を有する回転テ
ーブル13が設けられている。また回転軸12の他端部
は、回転ギヤボックス14を介して回転駆動モータ(サ
ーボモータ)15に連結連動され、モータコントローラ
15aにより任意の溶接速度が得られるように構成され
る。またこの回転軸12には、ワークの回転位置を検出
する回転角検出器であるエンコーダ16が取付けられて
いる。
【0012】溶接ロボット3は、架台21に側部アーム
22が昇降自在に支持されており、この側部アーム22
の先端部に多関節アーム23を介して溶接トーチ2が取
付けられている。
【0013】溶接制御装置4は、入力されたワークの形
状および材質に対応して溶接速度を選択し、モータコン
トローラ15aを介して回転駆動モータ15の回転速度
および回転方向を制御するもので、前後方向のウイービ
ングを実施することができる。すなわち、通常、溶接の
ウイービングは、溶接トーチ2を幅方向や前後方向に移
動させて溶接するものであるが、この周溶接設備では、
反対に回転ポジショナー1を制御してワークの回転を正
転と逆転を交互に行うことにより、溶接部を前後方向に
移動してウイービングを行う。
【0014】この溶接制御装置4では、ワークの形状お
よび材質、溶接形状などに対応して、溶接電圧や溶接速
度、溶接ワイヤーとワークの隙間などの溶接条件を設定
するとともに、正転速度や正転距離に対してウイービン
グによる反転速度や反転距離を演算し、たとえば2パス
による2層溶接が必要な場合でも、前後方向のウイービ
ングを行うことにより、1パスによる溶接で所求脚長L
(図3)を確保することができる。
【0015】たとえば直径300mmのSS41材のス
テンレスパイプをイナートガスアーク溶接により隅肉周
溶接する場合、脚長L=6mmを得るために、直径1.
2mmのワイヤーを使用するとともに、溶接チップとワ
ーク母材の間隔を15mmに設定し、溶接電流が330
A、溶接電圧が32Aで溶接すると、溶接速度100m
m/minと130mm/minとで2層(2パス)溶
接する必要がある。
【0016】しかし、ここで直径1.2mmのワイヤー
を使用し、溶接チップとワーク母材の間隔を15mmに
設定するとともに、溶接電流が330A、溶接電圧が3
2Aで溶接する条件下で、正転距離12mmで溶接速度
100mm/min、反転距離6mmで溶接速度260
mm/minとを交互に行い、前後方向のウイービング
を実施することにより、脚長L=6mmを得ることがで
きる。
【0017】したがって、この溶接制御装置4では、エ
ンコーダ16の検出値に基づいてパイプ材Wを正転また
は逆転し、その回転速度を制御することができる。ま
た、ここで正転距離Lfは、逆転距離Lrの2倍以下に
設定されて2度目の肉盛り部が重なるように設定されて
いる。
【0018】上記構成におけるパイプ材Wの隅肉周溶接
方法を説明する。回転ポジショナー1の回転テーブル1
3に把持具を介してパイプ材Wを取り付ける。そして、
溶接ロボット3を操作してパイプ材Wの周方向に沿う溶
接線Pに対向して溶接トーチ2を固定する。パイプ材W
を回転して溶接開始位置に溶接トーチ2を対向させ、溶
接電源をオンしてパイプ材Wと溶接チップとの間に溶接
電流を供給してアークを形成するとともに、シールドガ
ス供給装置から溶接トーチ2にシールドガスを供給す
る。
【0019】そして回転駆動モータ15を起動して所定
の正転速度Vfで最初の正転移動を行い溶接する。これ
により溶接線Pに沿って溶融池が形成されて最初の肉盛
り部M1が形成される。
【0020】ついで正転距離Lf分が溶接されて、エン
コーダ16により検出される回転軸12が所定の正転角
θf(経過時間T1)となると、溶接制御装置4から逆
転信号と逆転溶接速度Vrとなる逆転回転速度信号が出
力されて回転駆動モータ15が逆転され、パイプ材Wが
逆転速度Vrで逆転されてウイービングされる。たとえ
ばこのウイービング時の逆転速度Vr=2×Vfに設定
され、図6に示すように、既に形成された肉盛り部M1
の上を覆って再溶融する。これにより、最初の肉盛り部
M1に形成されたブローホールが解消されるとともに肉
盛り部側縁の凹凸状態を滑らかに再形成することができ
る。
【0021】さらに逆転距離Lr分が溶接されてエンコ
ーダ16により逆転角θr(経過時間T2)が検出され
ると、溶接制御装置4から正転信号と正転溶接速度Vf
となる正転回転速度信号が出力されてパイプ材Wが正転
速度Vfで正転される。これにより、脚長Lおよび溶け
込みの大きい次の肉盛り部M2が形成される。
【0022】このようにパイプ材Wの正転と逆転を繰り
返すことにより、全周にわたって溶接を施す。上記実施
の形態によれば、回転ポジショナー1によるパイプ材W
の正転と逆転とを交互に行うことにより、極めて簡単な
制御で前後方向のウイービングを実施することができ、
溶け込みも深くかつ肉盛り層が厚く、脚長Lの長い溶接
部を形成することができる。しかも2回目の肉盛り部M
2により、最初の肉盛り部M1でできたブローホールを
解消できるとともに、滑らかな肉盛りを形成することが
できる。また、複数パス溶接のように、スラグ層の除去
作業もなく、溶接速度を遅くする場合のように、溶融金
属が流れ落ちなどもない。
【0023】なお、上記実施の形態では、回転手段を回
転ポジショナー1としたが、この回転手段は、ターンテ
ーブルやターニングロールなど、ワークを保持して正逆
回転させることができるものであればよい。
【0024】
【発明の効果】以上に述べたごとく本発明によれば、溶
接トーチを固定しておき、回転手段によりワークを正転
および反転を繰り返して前後方向のウイービングを行う
ので、回転手段の簡単な制御で前後方向のウイービング
を精度よく行うことができ、1パスまたは少数パスで脚
長または肉盛り層厚を十分に得られ、溶接欠陥のない良
質な周溶接を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係る円柱材の周溶接設備の実施の形態
を示す構成図である。
【図2】同周溶接設備によるウイービング動作の説明図
である。
【図3】同周溶接設備による隅肉溶接部の断面図であ
る。
【図4】同周溶接設備によるウイービングを行うタイミ
ングチャートである。
【図5】(a)、(b)は同周溶接設備によるウイービ
ングの正転終了時の溶接部を示し、(a)は縦断面図、
(b)は平面図である。
【図6】(a)、(b)は同周溶接設備によるウイービ
ングの反転終了時の溶接部を示し、(a)は縦断面図、
(b)は平面図である。
【符号の説明】
1 回転ポジショナー 2 溶接トーチ 3 溶接ロボット 4 溶接制御装置 12 回転軸 13 回転テーブル 14 回転ギヤボックス 15 回転駆動モータ 16 エンコーダ W パイプ材 P 溶接線
─────────────────────────────────────────────────────
【手続補正書】
【提出日】平成10年5月12日
【手続補正1】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】0009
【補正方法】変更
【補正内容】
【0009】
【発明の実施の形態】ここで、本発明に係るアーク溶接
による円柱材の周溶接設備およびその周溶接方法を図1
図6に基づいて説明する。
【手続補正2】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】0010
【補正方法】変更
【補正内容】
【0010】図1に示すように、この周溶接設備は、円
柱状のワーク、たとえばパイプ材Wを傾斜した軸心Oを
中心に正逆回転自在に支持する隅肉周溶接用の回転手段
である回転ポジショナー1と、溶接トーチ2をワークの
溶接位置に配置する溶接ロボット3と、回転ポジショナ
ー1のパイプ材Wの回転速度および回転方向を制御して
前後方向のウイービング機能付き溶接制御装置4とが配
置され、図示しないが溶接トーチ2に溶接電流を供給す
る溶接電源装置や、溶接ワイヤ供給装置、シールドガス
供給装置が設けられている。

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 ワークを軸心回りに正逆回転自在に保持
    する回転手段に円柱状ワークを取付け、 円柱状ワークの周方向に沿う溶接線に対向して溶接トー
    チを固定し、 回転手段により溶接線の回転速度が溶接速度となるよう
    に正転させて溶接トーチによりワークを溶接し、 一定の正転距離を溶接するごとにワークを反転させて戻
    しつつ先の溶接部に重ねて一定の反転距離だけ後方にウ
    イービングさせ、 正転方向の溶接と逆転方向の溶接とを繰り返して周方向
    溶接を施すことを特徴とする円柱材の周溶接方法。
  2. 【請求項2】 先の正転方向の先端溶接部と、次の正転
    方向の溶接した後のウイービング後端位置の溶接部とが
    重なるように、正転距離を反転距離の2倍以内に設定し
    たことを特徴とする請求項1記載の円柱材の周溶接方
    法。
  3. 【請求項3】 円柱状ワークを軸心回りに正逆回転自在
    に保持する回転手段と、円柱状ワークの周方向に沿う溶
    接線に対向して固定された溶接トーチとを具備し、 前記回転手段に、ワークの回転角を検出する回転角検出
    器の検出信号に基づいて、所定の溶接速度で正転させる
    正転駆動と、一定角度の正転駆動ごとにワークを反転さ
    せて反転距離だけ後方にウイービングさせる反転駆動と
    を交互に繰り返して溶接トーチにより周方向溶接を施す
    溶接制御装置を設けたことを特徴とする円柱材の周溶接
    設備。
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