JPS5948702B2 - 消耗電極式横向自動溶接法および装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は横向自動溶接法および装置に関するものであり
、その目的は従来からの横向自動溶接法の問題点であつ
た作業能率の改善を図ることができる溶接方法および装
置を提供することにある。

横向姿勢継手の溶接においては従来最も多く用いられて
いる方法は、被溶接材の上側部材に３５０〜６００の開
先角度を設けたレ形あるいはに形の開先を構成し、手溶
接、半自動炭酸ガスアーク溶接、ノンガス溶接等を行な
うものであつて、第１図に溶接線方向と直角な断面を示
すごとく多くのノパスを繰り返して溶接金属を累層する
ものである。この溶接方法をそのま・自動装置として装
置化してもさして能率向上が望めない。なぜならｌ回の
バスで置ける溶接金属の量はこれの垂れ落ちの問題から
制限され、また一方溶接機の進行速度丁も重量のある機
械装置をラック付のレール等で保持して動かすといつた
機構上の制約のためあまり早くはできない。この横向溶
接の能率向上の問題に対処するため種々の方法が提案さ
れている。

その一つは第２図に示すように累層方法を下から順に積
み上げるようにするものである。この方法はある程度パ
ス回数を減らすことができるが、１回のパスで積層可能
な溶接金属量は開先前面へのビードの垂れ落ちの点から
制限を受け、大きな能率向上は期待できない。一方能率
向上の他の手段として狭開先ガスシールドアーク溶接法
を適用することが知られている。これは第３図に示すご
とく被溶接材の下側部材１，上側部材２，および裏当材
３で構成される開先に対して交互に下側部材１の側，上
側部材２の側を狙つてアークを発生させてビードを累層
するものである。また第４図に示す方法はパス数を減ら
して能率の向上を図つたもので、アークを大電流，小電
流と交互に切り換えて溶接金属の凝固を促進してビード
の垂れ落ちを防ぐ等の手段を併用することにより、下側
部材１，上側部材２にまたがるビードを各パス毎に形成
するものである。これら狭開先溶接法を適用した横向溶
接法は特に被溶接材の板厚が大きいとき溶接金属量がレ
形開先等と比較して少なくて済み能率的に有利である。

しかしながら狭開先溶接法は溶接欠陥の防止の点から一
般に開先間隙の精度が要求され、また特に第３図に示し
た方法の場合アーク点の狙い位置に高精度が要求され精
密な倣い装置が必要になつてくる。このため狭開先溶接
法は建築構造物のＨ型鋼等の柱と柱との水平継手等継手
長さが短かい場合には近年多く用いられるようになつた
が、．円筒タンク，化学反応塔等の水平継手，船側外板
の水平継手等長大な継手長さを要する横向溶接には殆ん
ど適用されていない。即ちＨ形鋼等の柱と柱の接合の場
合継手１個所の長さは高々１ｍ程度であり、開先間隙の
精度も．維持し易＜、倣いも溶接装置の走行のためのレ
ール等を精度良く設置すれば倣い装置の省略も可能であ
る。

またパス数の多いことも短かい継手長さの場合は作業者
が溶接の進行と共に追いかけて動く必要がないので、作
業上の支障も比較的少なく ，てすむ。しかしながら継
手長さが長い横向溶接の場合はこれらの点が大きな問題
と・よつているのが現状である。本発明は前述の問題点
に対処し得る横向自動溶接法および装置を提供するもの
である。

即ち、本発明は横向突合せ溶接を行なう方法において、
下側部材の開先面はほゞ水平、上側部材の開先面は水平
面に対して１５゜乃至４０゜の開先を構成し、少門なく
とも開先部前面には摺動式当材を当て、気体を下側部材
の開先面にほゞ沿つて溶接金属に向けて噴出させつつ、
溶接ワイヤの進入角度を下側部材の開先面に対し１０゜
乃至３５゜となし、被溶接材板面に対してほゞ垂直方向
に前記溶接ワイヤを往フ復運動させつつ溶接を進行する
ことを同一溶接個所に対して１回以上行なうことを特徴
とする消耗電極式横向自動溶接法およびこれを具現化す
るための装置である。以下に本発明を図面によつて詳細
に説明する。

・第５図は本発明の溶接方法を具現化するための溶接装
置の一態様を示す部分図である。被溶接材の下側部材１
の開先面はほゞ水平、上側部材２は水平面に対して１５
゜乃至４０゜の開先、即ちレ型開先を構成する。裏当材
３は被溶接材と同種の材料でも耐火物でもよい。また溶
接条件によつては裏当材を用いないで裏波を出すことも
可能である。また後に述べる表側の当材と同様な摺動式
の当材を用いることもできる。本発明においては１パス
当りの溶接金属量をできるだけ大きくして能率を向上さ
せるため、表側の開先部すなわち開先部前面には摺動式
当材４を当ててビードの垂れ落ちを防止する。摺動式当
材としては水冷した銅製のものが良いが、セラミツクス
等耐火材料製のものも用い得る。１パス当りの溶接金属
量を大きくするためには開先部前面にビードの垂れ落ち
を防ぐと共に溶接進行方向への溶融金属の流れ出しを防
ぐ必要がある。

このため本発明においては気体噴流の作用と溶接トーチ
の開先に対する角度を工夫することによるアークカの作
用を組み合わせることにより対処している。第５図に示
すごとく開先内には溶接トーチ５，気体噴流ノズル６，
ガスシールドノズル７が挿入される。溶接トーチは開先
内に挿入して被溶接材である材料の面に垂直に往復運動
させる。往復運動の距離は開先深さに応じて開先の奥を
充分に溶かし、手前に溶接金属を充分に供給できる位置
にする。第１回のパスでは被溶接材の板厚に見合う距離
となるが、後述するように更にパスを重ねて溶接する場
合には往復運動の距離は短かくなる。第６図および第７
図は開先内における溶接トーチ５，気体噴流ノズル６，
ガスシールドノズル７等の位置関係をさらに明確にする
図面で、第６図は上側部材２と摺動式当材４を除去して
下方を見た図で、溶接金属８の一部分は上側部材２との
境界における断面として図示されている。

また第７図は溶接トーチ５，気体噴流ノズル６，ガスシ
ールドノズル７を第６図Ａ−Ｎ矢視断面において被溶接
材板面に垂直方向から見た図で摺動式当材４は図示され
ていない。溶接トーチ５はこれらの図にみられるように
溶接ワイヤ９の下側部材１の開先面となす角αが１０゜
乃至３５゜になるように挿入する。

また溶接ワイヤ９が被溶接材板面となす角βは３０゜以
下にすることが望ましい。このため溶接トーチ５は第６
図にみられるように先端部が湾曲し、且つできるだけ扁
平であることが必要である。角αは１０゜未満であると
下側の開先面に沿つてアークがトーチの方へ移動し不安
定になり、３５゜超だと溶接金属の流れ出しの防止効果
が小さくなる。角βは溶接トーチ５の往復運動において
アーク点を開先奥まで充分移動させるためには溶接トー
チの幅寸法との関連でこれが開先壁にぶつかるのを防ぐ
ため或る程度は必要であるが、小さい方が望ましく３０
゜を超えると溶接金属の流れ出しが起きる。溶接金属の
流れ出しをさらに防ぐため気体噴流ノズル６を設けるが
、第６図および第７図に示すごとく下側部材１の開先面
にほ〜沿つて溶接金属に向けて噴出させるようにする。

溶接トーチの開先に対する角度を工夫することによるア
ークカの作用のみでは、溶接トーチが往復運動してアー
ク点が板厚方向に移動するので、溶接金属の流れ出しを
板厚全面に亘つて絶えず止めておくことは困難であるが
、気体噴流の作用を併用することにより完全に流れ出し
を止めることが可能になる。気体の種類は特に限定する
ものではないが通常は溶接のシールドガスと同じもので
よい。噴出孔は小穴が適当な間隔で並んだものでもスリ
ツト状の長穴を管の側面にあけたものでもよい。ガスの
流量は被溶接材の板厚等溶接条件によつても異なるが、
噴出孔におけるガスの流速として３０ｍ／秒以上が望ま
しい。ガスシールドノズル７は通常は溶接トーチ５とは
分離した型式のものを用いるが、溶接トーチ５の往復運
動と共に往復運動させて、良好なシールドを要求される
アーク点近傍を中心にガスを噴出させてもよいし、ガス
流量を充分に大きくすれば往復運動をさせない方法でも
よい。また摺動式当材４にガス噴出孔を設ける方法、溶
接トーチ５にガス送給管が平行に取りつけられているも
のを用い、その先端からガスを噴出させる方法も可能で
ある。またさらに板厚が小さい場合等状況によつては気
体噴流ノズル６からのシールドガスのみで澗に合わせる
ことにより省略することもできる。上に述べたように溶
融金属の開先部前面および溶接進行方向への流れ出しを
防止しつつ溶接を行なうが、その溶接部の溶接進行方向
に直角な断面は第８図のようになる。

被溶接材の板厚がたとえば４０ｍｍ位であると、この図
に示すように８Ａ，８Ｂ，８Ｃの３層の溶接金属を重ね
て溶接が完了する。板厚がさらに大きくなると層数が増
加することは云う迄もないが、逆に板厚が薄くなつて２
０ｍｍ以下といつた程度になつても１層のみで溶接を完
了することはや・困難である。すなわち開先部前面上部
に凹みが残り易く第８図の８Ｃの層のような最終仕上げ
パスを置くことが望ましい。この最終仕上パスのみは本
発明の溶接法によらず直線状に溶接金属を置く方式でも
よい。本発明の溶接装置において開先部前面の摺動式当
材を除去して溶接トーチを往復運動させず溶接してもよ
いし、溶接トーチを手で持つて溶接しても１パスのみで
あるので大きな手間ではない。先に述べたように本発明
の溶接方法において開先角度は１５゜乃至４０゜を適当
としているが、１５゜未満になると溶接作業が困難にな
り欠陥を発生し易くなり、４０゜を超えると溶接金属量
が増え、特に被溶接材の板厚が大きい場合能率が著しく
悪く・なる。

第５図において摺動式当材４は溶接進行方向上部を斜め
に切り落とした形状になつているが、開先角度が小さい
とき溶接作業を容易にする効果がある。同一溶接部でパ
スを繰り返して溶接金属を累層する場合、摺動式当材４
を後続のパスフにおいて取り換えることなく、斜めに切
り落とした斜面に沿つて溶接進行方向と反対方向に溶接
トーチ５，気体噴流ノズル６，ガスシールドノズル７等
をずらせて設置すればよい。次に本発明の溶接装置につ
いてさらに詳細に述べる。

第９図は溶接機本体の一部を切り欠いて示した本発明の
一実施態様装置を溶接進行方向から見た図である。走行
レール１２が開先に平行に設置され、これに取りつけら
れているラツク１３とピニオン１４が噛み合い、溶接機
本体１５、すなわち溶接装置の各種機構を塔載すべき台
車部分に取りつけられた溶接機走行モータ２２で前記ピ
ニオン１４を駆動するようになつている。摺動式当材４
は第５図にも示されているように開先部にこれを押しつ
けるばね１０，１０′、上下調整機構１１等を介して溶
接機本体１５に結合されている。また気体噴流ノズル６
及びガスシールドノズル７も溶接機本体１５に結合され
ている。また溶接トーチ５は往復運動体１６に結合され
ているが、この往復運動体１６にはねじ棒１７、丸棒１
８，１８′等が貫通し、往復運動モータ１９の動力を歯
車２０Ａ，２０Ｂ，２０Ｃを介してねじ棒１７に伝える
ことによりほゞ水平に運動させられる。また往復運動体
１６が２個のリミツトスイツチ２１Ａ，２１Ｂに交互に
当たることによりモータ１９の回転方向が変るようにな
つているので、リミツトスイツチ２１Ａ，２１Ｂの位置
を変えることにより往復運動の距離を変えることができ
る。なお、前にも述べたようにガスシールドノズル７は
溶接機本体１５と結合しても、溶接トーチ５と同様に往
復運動体１６に結合してもよいし、摺動式当材４にガス
噴出孔を設ける等の手段でこれに代えたり、溶接条件に
よつては省略することもある。

また溶接機本体１５を保持して走行させる手段は第９図
に示したような走行レール１２を被溶接物に直接取りつ
ける方法に限られるものではなく、被溶接物の脇に離し
て梁を設置するいわゆるサイドビーム方式等種々の方法
が用いられ得るし、また往復運動機構も第９図に示した
ねじ棒１７による方式に限定するものでなく、リンクに
よる方式等種々の方法が用いられ得るものである。本発
明の溶接装置においては溶接作業をさらに容易にして高
能率且つ高品質の溶接を行なうために、溶接の進行に伴
なう溶接機走行モータ２２の駆動を自動化することもで
きる。以下図によりこれを説明する。第１０図は溶接機
の自動進行装置のプロツク化した回路図である。溶接電
流は分流器３１により検出されるが、この信号はたとえ
ば溶接電流５００Ａについて６０ｍＶといつた小さいも
のであるので、前置増幅器２３によつて後の回路に適し
た電圧レベルに増幅される。一方直流電源２４から溶接
電流設定用可変抵抗器２５に電圧が供給され、これを調
節することによりＢ点の電圧が変化する。演算増幅器２
６には演算抵抗器２７，２８，２９がそれぞれ接続され
、溶接電流の検出信号と溶接電流の設定信号がこれの反
転入力端子に同時に入力されるようになつている。演算
抵抗フ器２７，２８，２９の抵抗値をそれぞれＲ，，Ｒ
。，Ｒ，とする。また前置増幅器の出力は溶接電流に比
例した負の電圧がＡ点にでるようにし、この値を−ＶＡ
とする。またさらに溶接電流設定信号はＢ点に正の電圧
がでるがこれをＶＢとする・と、演算増幅器２６の出力
であるＣ点の電圧は可変抵抗器２５の抵抗値と前置増幅
器の出力インピーダンスによる誤差を無視すればＲ，ｘ
（ＶＡＩＲ，−ＶＢ／Ｒ。）となる。すなわち電圧ＶＡ
およびＶＢにそれぞれ係数を掛けた値の差に比例する信
号がＣ点に出″る。前記係数は設定すべき溶接電流の範
囲や直流電源２４の電圧，前置増幅器２３の増幅率等を
考慮して適当に定めれば、結局溶接電流の検出値と設定
値との差に比例した信号がＣ点に出る。モータ速度制御
回路３０は入力信号電圧に比例して溶接機走行モータ２
２の回転速度を制御できるようになつており、溶接電流
値が溶接電流設定値より大きくなると、その程度に応じ
た速度で溶接機走行モータ２２は回転する。なお溶接電
流値が溶接電流設定値を下回つているときにはＣ点には
負の極性の信号が出ることになるが、溶接機走行モータ
２２を逆転させる必要はないのでこの場合はこれが停止
するようにすればよい。上述のような溶接機の自動進行
装置は次のような作用をする。

溶接中において溶接金属が溶着されて溶接トーチと溶接
金属が接近するとワイヤの突き出し長さが短かくなり、
この部分の電圧降下が小さくなつて溶接電流が増加する
。このようにして予め設定した値を超えるに従つて溶接
機の進行速度は増大し、溶接トーチと溶接金属は離れて
ワイヤの突き出し長さは長くなろうとする。結局溶接電
流設定値に見合う速度で平衡状態を保ちつつ溶接機は進
行することになる。本発明の自動進行装置を横向自動溶
接装置に設けることにより、溶接金属の各パスの溶接量
を溶接進行方向への溶融金属の流れ出しの限界まで増大
せしめることができる。

すなわち自動進行装置が無い場合には溶接機の進行速度
が溶接金属の盛り上げ可能な限界を超えて遅過ぎた場合
、溶接進行方向に流れ出した溶融金属が溶接トーチに当
た，りこれを損傷するおそれがある。本発明の如くに自
動進行装置を設ければこのような場合溶接機の進行速度
が自動的に増大して事故を未然に防ぐことができる。ま
た開先幅が溶接線方向で変動していても、自動的にこれ
に対処して溶接機の進行速１度を変えることができるの
で、溶接機を操作する作業者の負担も軽くなり、本発明
溶接法の実施に当つて更に一層の能率の向上を期待でき
るものである。なお本発明装置に用いられる自動進行装
置は第，１０図に示した回路に限定するものでなく、本
発明の趣旨の範囲内で変えることが可能である。

たとえば溶接電流が溶接電流設定値を超えたときに予め
定められた一定速度でモータが動き、これを下回つたと
きには完全に停止するといつた、いわ二ゆるオン・オフ
制御も溶接機の進行が間欠的にはなるが充分実用可能で
ある。これは理論的には第１０図の回路において抵抗器
２９の抵抗値が著しく大きくなつた場合に相当するが、
オン・オフ制御の場合、入力が設定値を超えたときに動
作する！リレー等を利用して安価に装置を作成できる利
点がある。以上の通り本発明の溶接装置によれば横向自
動溶接作業を能率よく行なうことができ、取扱も簡便で
同一溶接個所を繰り返してビードを累層する場合でも、
溶接トーチ，気体噴流ノズル等のわずかな位置の変更で
後続のパスの溶接を行なうことができるものである。

またさらに自動進行装置を併用することにより、各溶接
パスにおいて溶融金属が流れ出す限界量の溶接金属を自
動的に溶着することができるのでさらに一層の能率向上
ができるものである。本発明の溶接方法を板厚４０ｍｍ
の鋼板の横向溶接に用いた実施例は次の通りである。

この溶接条件による溶融金属の累層状況は第８図に示し
たようになる。

以上述べたように本発明の横向自動溶接法によれば従来
の方法よりもはるかに高能率に厚い材料の溶接が可能で
ある。

【図面の簡単な説明】

第１図，第２図，第３図，第４図は従来の横向溶接法に
よる溶接部の溶接線方向と直角な断面図、第５図は本発
明の溶接方法を具現化するための溶接装置の一実施態様
を示す部分図、第６図は第５図の態様において上側部材
と当材を除去して下方を見た断面図、第７図は第６図Ａ
−Ｎ矢視断面、第８図は本発明の横向自動溶接法による
溶接部の溶接線方向と直角な断面図、第９図は本発明一
実施態様装置を溶接進行方向から見た一部切欠正面図、
第１０図は本発明の溶接装置における自動進行装置の回
路を示すプロツク図である。 １ ・・・・・・下側部材、２ ・・・・・・上側部材
、３ ・・・・・・裏当材、４・・・・・・摺動式当材
、５・・・・・・溶接トーチ、６ ・・・・・・気体噴
流ノズル、７・・・・・・ガスシールドノズル、８ ・
・・・・・溶接金属、９ ・・・・・・溶接ワイヤ、１
０，１０’・・・・・・ばね、１１・・・・・・上下調
整機構、１２・・・・・・走行レール、１３・・・・・
・ラツク、１４・・・・・・ピニオン、１５・・・・・
・溶接機本体、１６・・・・・・往復運動体、１７・・
・・・・ねじ棒、１８，１８’・・・・・・丸棒、１９
・・・・・・往復運動モータ、２０Ａ，２０Ｂ，２０Ｃ
・・・・・・歯車、２１Ａ，２１Ｂ・・・・・・リミツ
トスイツチ、２２・・・・・・溶接機走行モータ、２３
・・・・・・前置増幅器、２４・・・・・・直流電源、
２５・・・・・・可変抵抗器、２６・・・・・・演算増
幅器、２７，２８，２９・・・・・・演算抵抗器、３０
・・・・・・モータ速度制御回路、３１・・・・・・分
流器。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 横向突合せ溶接を行なう方法において、下側部材の
   開先面はほゞ水平、上側部材の開先面は水平面に対して
   １５°乃至４０°の開先を構成し、少なくとも開先部前
   面には摺動式当材を当て、気体を下側部材の開先面にほ
   ゞ沿つて溶接金属に向けて噴出させつつ、溶接ワイヤの
   進入角度を下側部材の開先面に対し１０°乃至３５°と
   なし、被溶接材板面に対してほゞ垂直方向に前記溶接ワ
   イヤを往復運動させつつ溶接を進行することを同一溶接
   個所に対して１回以上行なうことを特徴とする消耗電極
   式横向自動溶接法。 ２ 横向突合せ溶接を行なうようになした溶接装置にお
   いて、開先部に平行に移動可能になした溶接機本体には
   開先部を摺動する当材と、溶接進行方向と反対側に噴出
   孔を有し下側部材の開先面に近接して置かれた気体噴流
   ノズルと、溶接進行方向とほゞ直角且つほゞ水平に運動
   を行なう往復運動機構とがそれぞれ結合され、前記往復
   運動機構には溶接ワイヤの進行角度が下側部材の開先面
   に対し１０°乃至３５°になる如く溶接トーチが保持さ
   れていることを特徴とする消耗電極式横向自動溶接装置
   。 ３ 横向突合せ溶接を行なうようになした溶接装置にお
   いて、開先部に平行に移動可能になした溶接機本体には
   開先部を摺動する当材と、溶接進行方向と反対側に噴出
   孔を有し下側部材の開先面に近接して置かれた気体噴流
   ノズルと、溶接進行方向とほゞ直角且つほゞ水平に運動
   を行なう往復運動機構とがそれぞれ結合され、前記往復
   運動機構には溶接ワイヤの進行角度が下側部材の開先面
   に対し１０°乃至３５°になる如く溶接トーチが保持さ
   れており、溶接電流の検出値と設定値との差の信号によ
   り前記溶接機本体に結合された溶接機走行モータの速度
   を制御する回路を構成したことを特徴とする消耗電極式
   横向自動溶接装置。