JPS5828032B2 - 自動多層溶接法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は母管に枝管が交差する継手の自動多層溶接法な
らびにその装置に関するものである。

母管に枝管が交差する継手の溶接線は複雑な鞍型形状を
なし、しかも溶接線円周方向の断面積が順次変化する。

従って従来この種の溶接を自動化するのは困難であり、
手動あるいは半自動溶接法を用いて溶接作業を行なって
いた。

この発明は上記母管に枝管が交差する継手の溶接を完全
に自動化するための自動多層溶接法ならびにその装置を
提供することを目的としたものである。

この目的を達成するためにこの発明は、溶接部を母管と
枝管とそれぞれ同一中心を持つ同心円筒で分割し、この
分割の１断面を溶接トーチが１周する間に溶接されるよ
うに溶接トーチ位置、角度および溶接条件を演算制御し
、これを連続することにより自動的に多層溶接を行なう
ようにしたものである。

以下図によってこの発明の実施例について説明する。

第１図は母管に枝管が直交し、枝管側を開先加工した場
合の継手の１例を示したもので、Ａは正面図、ＢはＡ図
のＡ−Ａ７に沿う断面図、ＣはＡ図のＢ−Ｂ’線に沿う
断面図、Ｄは継手部の拡大図である。

図において１は母管、２は枝管、３は溶接部、４は座標
のＺ軸、５はＲ軸、６はθ軸、７は脚長止りをそれぞれ
示す。

ここで、開先角度α（θ）は、枝管開先止まりＡ点から
母管１へ垂した法線の高さＨがθ軸の回りＯ〜３６０°
において一定となる角度になっている。

すなわちα（θ）はθ＝０°においてα。

とすると、つぎのように表わせる。この様な状態の開先
形状を形成しておけば、溶接部を同心円筒で単純分割す
ることにより連続的に自動溶接が可能になる。

次に積層法について説明する。

第２図に示す通り第１ステツプ目の溶接として、母管１
と同一中心を持ち外径が（Ｄｏ＋２ＪＺ）の円筒で囲ま
れた溶接部分を、枝管２と同一中心を持ち半径が、（Ｒ
づつ大きくなる円筒群で分割しこの同心円筒同志で囲ま
れたＳｌの部分を１周の溶接ビードで充填し、次に８２
，８３の部分をそれぞれ１周の溶接ビードで充填させな
がら第１ステツプ目の溶接を完了させる。

ここでＡＲは溶接ビードの重ね代、ＡＺは１層溶接のビ
ード高さであり、この値は溶接実験により決定される値
である。

つづいて以上の積層を繰返して第２ステツプ、第３ステ
ツプと積層を続け、第Ｎステップ目に全溶接部の積層が
完了する。

次に前記積層法における溶接トーチ位置、角度および溶
接条件の制御法について説明する。

第３図は溶接部の任意の分割断面を溶接している場合を
示す。

同図においてハツチング部を溶接する場合の溶接トーチ
Ｔのねらい位置Ｐは、円周方向θ＝０〜３６０°におい
て次の式で表わされる。

またこの時の溶接トーチ角度ω（θ）は ここでω。

・・・・・・θ ０°におけるトーチ角度 で表わされる。

また分割部の断面積Ｓ（θ）は ここでＡ、Ｂは（２）式のＡ、Ｂと同一 で表わされるから、１周の溶接でこの断面を充填する場
合の溶接条件は、１例として溶接電流と溶接電圧とを一
定とし、溶接速度を変化させてコントロールしようとす
れば溶接速度Ｖ（θ）はここで Ｖ。

・・・・・・θ＝０°における溶接速度Ａ、Ｂ・・・・
・・（２）式におけるＡ、Ｂの値で表わされる。

次に以上説明した積層法に基づいて溶接を行なう場合の
制御フローを第４図により説明する。

制御装置をスタートさせ前記Ｊ Ｒ） Ｊ ＺＩ Ｄｏ
１ｄＯｔ１α。

、ω０．およびＬを初期入力条件８に入力する。

ここで制御変数の初期値として次の値をセットしておく
。

−Ｏ Ｄ −Ｄ。

次に第１ステツプ目の溶接を行なうのであるが、演算９
を実行し第５図に示したこれから積層しようとするステ
ップのＲｍｉｎおよびＲｍａｘを次の式で計算すると同
時に制御変数Ｈの初期値としてＲｍｉｎを与えておく。

溶接開始点決定処理１０においてθの初期値を与えてお
く。

この値は通常近接溶接ビードの溶接開始点と一致し溶接
欠陥が発生するのを防止するため、ある一定の規則で変
化させる。

次に溶接をスタートさせ溶接トーチ位置、角度および溶
接条件の演算制御１１に基づき溶接を続行する。

ここで演算制御１１は基本的に前記（１）〜（３）式と
同じであるが次の式で表わされる。

ここでＡ、Ｂは（２）式の値と同じ 次いで１回転検出１２で１周溶接が完了したかどうかを
判断し、まだ１周溶接が完了していなければ演算ポイン
トカウントアツプ制御１３においてθの値を微小角Ａθ
だけ増Ｕ口させて演算制御１１を実行させ溶接を継続さ
せる。

以上を繰返し、１周の溶接が完了すると溶接トーチ位置
半径方向移動制御１４にてＲを、ＪＲだけ増加させる。

さらに１ステツプの溶接終了判断１５にて、ＲとＲＪＴ
ＩａＸとの大きさ判断を行ないＲがＲｍ ａ ｘより小
さい場合は１ステツプの溶接が終了していないことにな
るから前記溶接開始点決定処理１０から繰返し実行を行
なう。

以上を繰返し１ステツプの溶接が終了したら、溶接トー
チステップアップ制御１６を実行させてＺの値をＪＺだ
け増力口させ、続いて全溶接終了判断１７においてＺの
値とＨの値とを判断し、Ｚの値がＨの値より大きくなれ
は全溶接が終了したことになるので終了処理を行なう。

全溶接未完の場合は次のステップの溶接を行なうが、そ
の場合母管径増力ロ処理１８においてＤの値を２×ＡＺ
だけ増加しておき、続いて前記Ｒｍ ｉ ｎ 、 Ｒｍ
ａｘ演算処理９から繰返し実行させる。

次に上記した各演算制御を行なう制御装置を用いて自動
多層溶接を行なう溶接装置について説明する。

第６図において１９は被溶接物Ｗの枝管内径を利用して
溶接装置を固定する固定装置、２０は前記固定装置１９
の上にセットされた回転装置であり、駆動モータ２０Ｍ
によって前記枝管２と同一中心で回転する機構になって
いる。

２１は前記回転装置２０に固定されたアーム、２２は前
記アーム２１にセットされたスライドユニットであり、
駆動モータ２１Ｍによってマーム２１に沿ってスライド
する。

２３は前記アーム２１に直角に前記スライドユニット２
２にセットされているアームであり、駆動モータ２３Ｍ
によって上下にスライドする。

２４は前記アーム２３の下端に固定されたトーチ固定ブ
ロックであり、駆動モータ２４Ｍによって溶接トーチＴ
のトーチ角度が変化可能な機構になっている。

２５は上記した演算制御する自動多層制御装置であり、
これらの出力信号により前記駆動モータ２０Ｍ、２１Ｍ
、２３Ｍおよび２４Ｍを制御する。

図示の溶接装置は回転装置２０の回転中心が枝管中心と
一致しているため、溶接トーチ位置制御がＲ軸とＺ軸の
２軸制御でよいという利点を有していると同時に、溶接
装置を固定装置１９により被溶接物Ｗに固定する方式を
採用しているため、固定した被溶接物Ｗへ溶接装置を移
動し簡単に固定できる構造になっている。

このような状態において自動多層制御装置２５より出力
される信号によって溶接トーチＴの位置、角度および溶
接条件が前記第４図の通り自動制御され、連続して自動
多層溶接が実行される。

以上述べた如く、この発明は母管に枝管が交差する継手
において母管および枝管とそれぞれ同一中心を持つ同心
円筒で前記溶接部を分割はこの分割に基づき溶接トーチ
位置、角度および溶接条件を演算することにより溶接を
行なうようにしたもので、従来自動的に溶接することの
できなかった母管と枝管とが交差する継手の多層溶接を
自動的に行なうことができるという効果が得られる。

【図面の簡単な説明】

第１図は対称溶接物の形状図でＡが正面図、ＢがＡ図の
Ａ−Ａ線に沿う断面図、ＣがＡ図のＢ−Ｂ′線に沿う断
面図、Ｄが継手部の拡大図、第２図は溶接部の分割方法
の説明図、第３図は溶接トーチ位置、角度の説明図、第
４図は自動多層溶接の制御方式を示すフロー、第５図は
溶接部分を分割した時の記号化のための説明図、第６図
は自動多層溶接装置の説明図である。 １・・・・・・母管、２・・・・・・枝管、３・・・・
・・溶接部、４・・・・・・Ｚ座標軸、５・・・・・・
Ｒ座標軸、６・曲−０座標軸、８・・・・・・初期条件
入力、９・・曲ステップ半径演算、１０・・・・・・溶
接開始点決定処理、１１・・川・溶接トーチ位置、角度
、溶接条件演算制御、１２・・曲１回転検出、１３・・
曲演算ポイントカウントアツプ制御、１４・・・・・・
溶接トーチ半径方向移動制御、１５・・・・・・１ステ
ンプ溶接終了判断、１６・・・・・・溶接トーチステッ
プアップ制御、１７・・曲全溶接終了判断、１８・・・
・・・母管後増加処理。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 母管に枝管が交差する継手の溶接において、開先角
   度を枝管開先止まりから母管へ垂した法線の高さが枝管
   の回りにおいて一定となるようにし母管および枝管とそ
   れぞれ同一中心を有する同心円筒で溶接部を分割し、こ
   の分割に基づき溶接トーチ位置、角度および溶接条件を
   演算制御し、溶接トーチが前記枝管の回りを１周するこ
   とにより前記分割の１つの断面を溶接完了し、これを連
   続することにより多層溶接を行なうようにしたことを特
   徴とする自動多層溶接法。