JPS59185570A - 自動溶接装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の技術分野〕 本発明は、円弧部を有する被溶接物を部分々毎に溶接条
件を変えて自動溶接を可能とした自動溶接装置に関する
。

〔発明の技術的背景〕

重工場プラント、重電プラント等における主たる被溶接
物は配管であシ、従って円周部（円弧部）を溶接する配
管溶接は全溶接工程に対して大きな割合を占めている。

特に据付現地で行なう溶接では、配管浴接が全溶接工数
の１／２にも及ぶ場合がある。また製造工場では組立工
程において配管溶接が頻繁に行なわれるが、溶接継手部
が円周部に位置する配管等の被溶接物にあっては回転が
不可能な場合が多い。このような据付現地及び製造工場
においては、円弧部を有する被溶接物が固定されている
場合が非常に多い。

〔背景技術の問題点〕

一方、固定された配管等を溶接する場合は、溶接トーチ
が鉛直方向から少なくとも１８００回転させなければな
らず、所謂、全姿勢溶接が要求される。この配管溶接に
おける全姿勢浴接は、溶接鮭手の各部位において適正な
溶接条件の選択は困難である場合が多い。また据付現地
における配管溶接では、作業−イーＡ＜取れなン場合が
あり、人手による溶接が困難である場合が多い。

上記事情から、近時、配管用の自動溶接装置が種々開発
され実用に供されている。以下第１図を参照して配管用
の自動溶接装置の一例について説明する。第１図は電気
溶接形の自動溶接装置における溶接ヘッド部を示してい
る。第１図において１は被溶接物としての配管である。

２は配管１の円周部を周方向に移動するだめの半円環状
の走行用ガイドレールであり、これらの外周部には、こ
の自動溶接装置の溶接ヘッド部を、配管１の円周部を回
転させるための走行装置３が搭載されている。またこの
走行装置３には、微調整機構４が設けられ、これの端部
には溶接トーチ５が取付けられ、これを配管１の＃接部
に対して上下。

左右に微調整可能としている。６は溶接トーチ５に電源
及びシールトガ゛ス等の溶接媒体を供給するパワーケー
ブルである。図中７は溶接部にフィシ−ワイヤ８を送給
するワイヤ送給機構であシ、フィラーワイヤ８はワイヤ
リール９に巻回されている。

次に、上記構成の自動溶接装置にょシ、配管１を自動溶
接する場合の手順について説明する。

先づ、走行用ガイドレール２を、溶接すべき溶接継手の
開先に対して平行となるように移動してセットする。次
に浴接トーチ５の先端部が１に対して３６０°回転させ
て、溶接部の全溶接線に対して溶接トーチ５が開先の適
正位置にセットされているか否かをチェックする。上記
において適正位置にセットされていない箇所が見い出さ
れた場合は、再び上記走行用ガイドレール２及び走行装
置３の設定位置を修正する。溶接トーチ５が全溶接線に
対して適正値１６にセントされていることが確認された
ら、配管１における溶接条件を設定する。第１図におい
て被溶接物は配管１であるので、その溶接は全姿勢溶接
となシ、溶接トーチ１の溶接姿勢に従った適正値を設定
する。溶接条件は、第２図に示すように配管１０円周上
に位置する浴接縁をその中心に対して９０°毎に４等分
、或いは第３図に示すように４５°毎に８等分に分割し
てｉシ定されるものである。一方、溶接トーチ５は第１
図に示すように、被溶接物である配管１の中心方向に固
定されているので、適切な溶接姿勢に合わせてトーチ角
を変化させつつ溶接を進行することは不可能である。従
って配管１が第１図に示すような状態−で固定されてい
る場合にあっては、下側から上側への上進或いは上側か
ら下側への下進の違いによって生じるだろうビート形状
の差違を修正するために、予じめ、この被浴接物として
の配管１に対して予備試験を実施して、最適な溶接条件
の選定を行なう必要がある。更に走行用ガイドレール２
及び走行装置３は、仮溶接物の直径に対する適用範囲は
限定されるため、予想される異なる大きさの被溶接物に
対しては、それに対応した異なる大きさの走行用ガイド
レール２を予じめ用意しておく必要があった。

また、従来（第１図に示すものも含む）の配管用の自動
溶接装置では、被溶接物の全訂接線における開先に対し
、溶接トーチを適正位置に設定するには、位置修正も考
慮すると多大な時間が費やされてしまう。更に被溶接物
における真円度等の加工精度が直接的に溶接現象に影響
を与えるため、良好な浴接結果を得るには、被溶接物に
高い製品精度及び加工ＭＷが要求される。

また溶接電流、溶接電圧、溶接速度等の浴接条件を溶接
姿勢に対して適正に設定しようとする場合、従来の自動
溶接ｉｔでは、被溶接物に対する分割数が少なく、特に
被浴接物の特定部分が異種材料であるような場合で浴接
条件を細分割化して設定する必要があるときは、各分割
部に対し適正に溶接条件を設定することは困難先 である。第１図は非磁性材料として５ＵＳ３０４と炭素
鋼とを円周溶接する場合の例を示すもので、状をなす被
溶接物１０は周方向に４分割され、１−は５ＵＳ３０４
１．？は炭素鋼である。この被溶接物１０はフランジ１
３と、溶接ｋ　１４にて溶接される。

また姿勢溶接によって多層盛溶接を行なう場合、良好な
多層盛結果を得るためには、各溶接姿勢での溶接ビート
の形状を均一にそろえなければならない。このような場
合、一般に溶融金属の垂れ下ｐヲ溶接マークカによって
押し上げる必要性から、溶接線方向のトーチ角を大きく
変化させなければならない。第６図は手操作によりトー
チ角を大きく変化させつつ溶接を進行させる姿勢溶接を
模式的に示したもので６Ｄ、被溶接物１５の上部では溶
接トーチ１６を鉛直方向に向け、側面側では溶接トーチ
１６の先端が上方を向くようにトーチ角を変化させてい
る。

一方、従来の配管用の自動溶接装置では、予じめ設定し
た浴接速度で溶接を進行させつつ、トーチ角を溶接条件
に基づいた角度に変化させることは困難である。第７図
は従来の自動溶接装置におけるトーチ角を一定にて溶接
を進行した場合を示している。第７図において、溶接ト
ーチ１７は、配管等の被溶接物１８に対し、そのトーチ
角が常に中心方向に向いている。このように溶接を行な
うと、その溶接部は、被溶接物１８の上側部分では第８
図に示すように開先内の中央部に凸部１９か形成され、
被溶接物１８の側部分では第９図に示すように開先内で
波釘形状２０が形成され、ビート断面形状に均一さが欠
けてしまう。

また、被溶接物自体の製品精度が十分満足された場合で
あって、被溶接物の低利は或いは開先の一部が歪んだ場
合、又は開先底の突き合せが良好でない場合には、従来
の自動溶接装置では局所的に動作軸を急転させて溶接継
手の形状不連続部に対して良好な溶接結果が得られるよ
うに、ト、−チ角及びトーチ位置を適切に制御すること
は不可能であった。

以上述べたように従来の配管用の自動溶接装置にあって
は、以下のような不具合があった。

即ち、 ■　固定された配管等の被溶接物に対し、装置のセツテ
ィングは正確に行なわなければならない。

■　被溶接物には高い製品精度が要求され、また溶接継
手には高い加工精度が要求される。

■　姿勢溶接に追従できる適正な溶接条件を設定するこ
とは困難である。

■　溶接継手における形状不連続部に対し、溶接トーチ
が取付けられた動作軸を局所的に制御動作させることは
不可能であった。

〔発明の目的〕

本発明は上記事情に基づいてなされたもので、その目的
とするところは、円弧部を不するＭＷ接吻に文」しても
自動的に良好な溶接を施こすことが可能な自動溶接装置
を提供することにある。

〔発明の概要〕

本発明による自動浴接装置は上記目的を達成するために
以下の如く構成したことを特徴としている。即ち、溶接
トーチと、この溶接トーチに溶接媒体を供給する第１の
手段と、多軸駆動可能な複数の動作軸を有する第２の手
段と、前記第１．第２の手段を制御する制御手段を備え
、前記溶接トーチを前記第２の手段に装着して多軸方向
の案内を可能とし、前記制御手段により前記複数の動作
軸の駆動及び前記溶接媒体の供給条件を被溶接物の溶接
条件毎に同期制御するように構成している。

〔発明の実施例〕

以下本発明の実施例を図面を挙照して説明する。第１０
図は本発明による自動溶接装置の第１の実施例を被溶接
物との関係で示した構成図である。

ｉ　１０　ｉ’ａにおいて、２１は複数の動作軸ケ有し
た駆動機構であり、これの先端の動作軸には溶接トーチ
２２が装着されると共に、動作第１軸としての車輪２３
によシ、被溶接物としての配管２４０円周上を移動可能
としている。上記駆動機構２ノはＭｉｌ、制御装置２５
によりり作軸の制御が行なわれ、溶接トーチ２２は溶接
電諒裳置黍 ２６によシ溶接媒体としての電力供給されると。

ともにワイヤ供給装置２７により溶檄媒体としフ ての室イラーワイヤが供給されている。そして制御装置
２５は上記溶接条件に基づいて１駆動様及びワイヤ供給
製筒２７と電気的に接続している。更に制御装置２５に
は溶接条件を設定するだめの操作盤２８が′６気的に接
緯されている。

次に駆動機構２１の詳細について第１１図を参照して説
明する。第１１図において、この１駆動装置２１は、車
輪２３により第１０図に示す配管２４の円周上を移動さ
れる第１軸（Ｚ軸）と、ボールネジ機構２９等によシ水
平方向に駆動される第２軸（Ｘ軸）と、スライド機構３
０により上下方向に駆動される第３軸（Ｙ軸）と、スウ
ィング３ノによシ首振り駆動されるものであって溶接ト
ーチ２２が装着された第４軸（θ軸）と、伝達機構３２
により上記第２軸全体力；軸回転される第５軸（ψ軸）
とを有している。

上記において、第３軸乃至第５軸は第２軸上に搭載され
、また第１＠及び第２軸は基本フレーム３３に搭載され
、各軸の１駆動ｋ　［ｉ’ｉ＋別に行なうことが可能に
構成されている。更に第１軸〜第５軸は夫々図示しない
駆動力源としてのモータ及び移動検出のだめのエンコー
ダ全備え、第１０図に示す制御装置２５により夫々制イ
呻されている。

次に第１２図を参照して第１０図における電気的な機能
ブロックについて説明する。第１２図において、操作盤
２８からのティーチングデータは制御回路２５を介して
、夫々、駆動機構２）のモータ２１ｋに１駆動指令を与
えると共にその移動量はエンコーダ２１Ｂにより検出さ
れ制御回路２５にフィードバックされる。甘・た制御回
路２５は浴接電源装置２６及びワイヤ供給装置２７に上
記１駆動僚構２１と同期して指令を与える。次に詳細に
説明する。先づ、動作ティーチングを操作盤２８により
行ない、そのデータを制御回路２５に取込み、分岐回路
２５Ａにて各軸組のティーチングデータに分岐し、夫々
ＲＡＭ　（ランダムアクセスメモリー）２５Ｂに記憶す
る。この時、浴接条件（溶接電流、溶接電圧、ワイヤ送
シ速等）も同時にＲＡＭ　２５　Ｂに沓込み保存する。

上記各軸のティーチングデータ及び溶接条件は同期処理
回ｙ６２ｓ　ｃに送出される。同期制御回路２５Ｃては
被溶接物における溶接条件と、溶接トーチ２２の位置と
を同期させ、溶接トーチ２２葡駆動するための各軸ティ
ーチングデータを指令パルスドライ／Ｚ−２５０を介し
てＤ　／　Ａコンバータ２５Ｅに送出し、こはその移動
量をエンコーダ２１Ｂにより検出し、その検出データー
２Ｄ／ｈコンｉＺ−夕２５Ｅにフデータに同期した溶接
条件の指令値をインターフェイス２５（ｘを介して浴接
電源装置２６及びワイヤー送給装置２７に与え、浴接ト
ーチ２２に対し所定の電圧、電流供給及びワイヤー供給
を行なう。上記において、駆動機構２１の各軸のモータ
２１にの１駆動と、浴接条件の指令値とは被溶接物に対
して、溶接トーチ２２のトーチ角度、トーチ位置及び溶
接条件毎に同期処理回路２５Ｃにて同期制御されるよう
になっている。

次に本実施例の駆動機構２１に対するティーチング方式
について説明する。一般に動作軸を現芙に手動により動
かして、その移ＪＪ’ｌＪ　ｔをエンコーダ等の検出器
によシデータ化し、操作盤を介してティーチングデータ
として記憶するティーチングプレイパック方式と、図面
寸法から与えられた数値データをティーチングデータと
して入力するオフラインティーチング方式とがある。

第１３図は本実施例におけるティーチングブトである。

第１３図において処理Ｐ１で電源１人し、処理Ｐ２で駆
動機構２１の各軸を原点復帰させる。次に処理Ｐ３で制
御装置２５におけるティーチングモードの選択を行ない
、結合子Ａｉ経て処理Ｐ４でティーチング用の走行プロ
グラムを実行する。この走行プログラムが実行されると
駆動機構２ノの各軸は予じめ上記プログラムで設定され
た移動量だけ移４動し、処理Ｐ５では移動後にティーチ
ングポイントを検出し、処理Ｐ６で上記ティーチングポ
イントを記憶する。次に処理Ｐ７で上記ティーチングポ
イントが溶接終了点であるか否かが判定され、終了点で
あると判定されると処理Ｐ８へ進み、終了点でないと判
定されると結合子Ａへ戻り、処理Ｐ４〜Ｐ７の動作を繰
返す。一方終了点であると判定されると処理Ｐ８では上
記ティーチングを終了し、処理Ｐ９で自動運転モードを
逃択し、処理ＰＩＯで自動溶接を実行し、最終的に全て
の溶接が終ると処理ｐＨで動作終了となる。

次に第１４図を参照してオフラインティーチング方式に
ついて説明する。先づ処理Ｑ１での被溶接物における溶
接線の仕様図面情報全処理Ｑ２で数値データ化し、処理
Ｑ３では上記数値データを座標数値化する。処理Ｑ４で
は駆動機構２１における動作軸の位置と、被溶接物との
相対距離を一致させるべく座標変換処理を行なう。上記
処理Ｑ１〜処理Ｑ４でオフラインティーチングデータが
作成され、処理Ｑ５で厭テープ、磁気チーｆ等の記憶媒
体を介して制御製置２５内のＲＡＭ　２５　Ｂに配糖、
し、第１３図に示しだティーチングプレイバック方式と
同様に処理Ｑ６で自動運転モードを選択し、上記オフラ
インティーチングデータにより処理Ｑ７で自動溶接を実
行し、被溶接物における全溶接線で溶接が終了すると処
理Ｑ８で動作終了となる。

上述したティーチングプレイバック方式では被溶接物に
対して現物倣いで動作ティーチングを行なうため複雑な
プログラム作成が不要であシ、トー九角度の設定等、微
細にわたるティーチングが可能となる。一方オフライン
ティーチング方式では、駆動機構を一切操作することな
しに外部作成したティーチングデータを与えるようにし
ているので、装置を休止きせることなく、データを入力
することができ、装置の稼動率を高くすることができる
。

以上述べたように本実施例では、駆動機構２１の各軸の
動作と、溶接トー　チ２２に対する溶接電源及びワイキ
ーの供給とを夫々被溶接物における浴接条件毎に同期制
御モきる構成としている。

従って、本実施例の装置を被溶接物として固定配管を円
周溶接する場合に適用したならば、溶接開先に対し駆動
機構２１に製着した溶接トーチ２２が適正位置にセット
されていなくとも、ティーチングプレイバック方式で現
物倣いによるティーチングブータラ得ることができるの
で、所々の開先に対して溶接トーチ２２は適正な位置に
設定可能となる。

また被加工物の製品精度及び開先の加工精度が良好でな
い場合であっても、上記と同様に現物倣いによりティー
チングデータが作成されるので溶接＃Ｐ！各所において
適切な溶接結果が侍られる。

更に全姿勢溶接であって多層盛溶接を行なう場合、駆動
機構２１の全動作軸は同期制御が可能であるので、溶接
線方向のトーチ角は適正な角度に設定させつつ、溶接ト
ーチ２２の先端の進行速度、即ち、溶接速度を設定値に
一致させることが可能となる。従って全模勢において、
ビート形状は均一化さぜることか可能となる。

また、一層高精度の全姿勢多層盛溶接が青米される場合
Ｖよ、駆動機ｇ２１の第１軸ＣＺ　ｊｌｉｌｉ（）方向
の移動、即ち、溶接姿勢の変化に伴い溶接条件（例えば
溶接電流の・ぐルスのピーク値等）全同期制御させるこ
とによシ、浴接姿勢が変化してもビート形状の差異ヲ極
小化することが可能となり、全姿勢多層盛溶接を自動的
に行なうととが可能となる。

ところで、被浴接物の製品梢度度は一定水準でありなが
ら、仮付時のビート或いは開先の一部に突合せに不具合
の箇所が存在し溶接継手の形状に不連続部がある場合に
、これら全無視して溶接を行なうと、上記不通わ“乙部
ではＳ−り現家は不安定になシ、場合によっては母材が
浴は落ちるに至ることがある。このような場合、本実施
例の装置を適用すれば、不連続０部に対しては溶接条件
が変更されるようにティーチングデータを設定すること
（例えば、開先底におけるギャップの大きい不連続部に
対しては溶接電流を小さくする等）により、或いは、仮
付は時の不連続部に対して、駆動機構２１の特定動作軸
を駆動して、仮付けを飛びこす方法等による、駆動機構
２１の制御及び溶接条件の制御の両面から対処が可能な
り、良好な溶接結果が得られる。

次に第１５図を参照して本発明の第２の実施例について
説明する、第１５図においては第１０図と同一部分には
同一符号を倒してその説明は省略する。第１５図に示す
第２の実施例においては、被溶接物として肉厚の薄い配
管３４を溶接する場合について示している。この第１の
実施例では開先形状はその幅寸法は小さいものであるた
め、多層盛溶接は必要なく、従ってトーチ角の設定は不
要となる。これにより駆動機構２ノにおける第１軸（Ｘ
軸）方向の、１必動は必要がなく、その分だけ溶接条件
毎の同期制御は容易となる。この他の作用については第
１の実施例と同様であるので、その説明は省略する。

更に上記実施例における配管３４よシも一層肉厚が薄い
被溶接物の場合、高速溶接が可能となるが、この場合に
は１駆動機構２１におけるψ軸制御は不要となり、Ｘ、
Ｙ、Ｚ軸と溶接条件との同期制御のみとなり、第１の実
施例と同様の作用効果を得ることができる。

次に第１６図を参照して第３の実施例について説明する
。第３の実施例では大型の円筒構造の被溶接物３５の内
側円周溶接を行なう場合を示している。この第３の実施
例では、１駆動機構３６として４軸回期制御可能で浴接
トーチ２２が装着され配管３５の内部で駆動可能なヘッ
ド部３６にと、このへ、ド部３６Ａを水平軸方向に移動
可能とする水平移動軸のマニプレータ３６Ｂとから構成
されている。他の構成は第１０図に示す第１の実施例と
同様でめる。上記においてマニプレータ３６Ｂの水平軸
上に搭載された溶接ヘッド部３’６には、上記マニプレ
ータ、９６　Ｂの水平軸と同一方向に駆動する水平軸３
６Ａ１と、垂直軸３６Ａ２、トーチ角傾斜軸３６Ａ３を
有すると共に配管３５の内周部の溶接線３７に対して溶
接トーチ２２が移動可能な様にマニプレータ３６Ｂの水
平軸に対しての旋回軸３６Ａ４を有している。

上記構成の第３の実施例によれば、浴接トーチ２２が装
着されたヘッド部３６にの配管３５内への挿入は、マニ
プレータ３６Ｂの水平軸により行なうことができ、溶接
線３７に接近させて、適正な位置に設定することができ
る。これ以外の溶接に係わる溶接トーチ２２の動作はヘ
ッド部３６Ａの旋回軸３６Ａ４、水平軸３６Ａ、　％垂
直軸３６Ａ２、トーチ角傾斜軸３６Ａ２の４軸によシ、
溶接条件との同期制御のもとに行なわれる。従って溶接
トーチ２２は溶接線３７を順次追従して溶接を進行する
ことが可能である。

本実施例の作用効果は第１の実施例と同様であるので省
略する。

尚、本発明は、上記実施例に限定されるものではなく、
駆動機構、電気的装置の構成は同等の機能を有するもの
であれば種々変形して適用可能であり、この他に本発明
の要旨を変更しない範囲で種々変形して実施できる。

〔発明の効果〕

以上述べたように本発明によれは、浴接トーチを多軸方
向に案内可能とする複数の動作軸の１駆動及び前記溶接
トーチに供給される溶接媒体の供給条件を夫々被浴接物
の浴接条件句に同期？ｔ制御するようは構成したので、
円弧部を有する被溶接物に対しても部分々籾の溶接条件
に基づいた良好な浴接全自動的に行なうことが可能とし
た自動溶接装置が提供できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の自動浴接装動′を配管との関係で示した
構成図ζ第２図及び第３図は浴接条件を説明するための
配管の断面図、第４図は異種金属溶接を説明するための
配管の構成図、第５　　　′図は第４図のＡ　−Ａ’方
向に児た帥ｔｍ図、第６図は配管を手操作によシ溶接す
る場合全説明するための模式図、第７図は従来の自動浴
按製置録を用いて配管を溶接する場合をｈ兄明するため
の模式図、第８図及び第９図は従来の自動浴接製置を用
いた場合の溶接部を説明するだめの図、第１０図は本発
明による自動＃接装置の第１の実示す部分断…」図、第
１２図は同実施例における制御装置の詳細を示すブロッ
ク図、第１３図は同実施例におけるティーチングブレイ
パノク方式による教示を説明するためのフローチャー１
・、第１４図は同実施例におけるオフラインティーチン
グ方式による教示を説明するだめのフローチャート、第
１５図は本発明の第２の実施例を肉厚が薄い配管との関
係で示しだ構成図、第１６図は本発明の第３の実施例を
大型の円筒構造物との関係で示した構成図である。 ２１・・・駆動機構、２２・・溶接１・−チ、２４゜３
４．３５・・・配管、２５・・・制御装置、２６・・・
浴接電源装置、２７・・・ワイヤ供給装置、２８・・・
操作盤、３６・・・１駆！！ｌＩ機構、３６　Ａ・・・
ヘンド部、３６Ｂ・・・マニラ０レーク。 出願人代理人　　弁理士　鈴　江　武　彦３３ 第３図 第４図 第５ＷＪ １ 第６図 第７図 第８図 第９図 第１０図 第１４図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 溶接トーチと、この溶接トーチに浴接媒体を供給する第
   １の手段と、複数の動作軸を有するものであって前記溶
   接トーチを前記複数の動作軸によシ多軸駆動可能とする
   第２の手段と、この第２の手段における複数の動作軸の
   駆動及び前記第１の手段における溶接媒体の供給条件を
   被溶−彫物の溶接条件毎に同期制御する制御手段とから
   構成されたことを特徴とする自動溶接装置っ