JPS595068B2 - 曲線部を有する継手の自動上進溶接制御方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は円弧その他の曲線状溶接継手を有する溶接構造
物をエレクトロスラグ溶接若しくはエレクトロガスアー
ク溶接等により上進自動溶接する制御方法に係る。

１０例えば反応塔、圧力容器等の鏡板の製作に当つて、
小型の鏡板であればプレスを使用した絞り作業によりー
体的なものを得ることが可能である。

ところが、大型の鏡板では一体的に得ることは因難であ
るので、いくつかに分割したものを溶接部１５合して得
るのが一般である。この分割は天板と半球台に分割する
方式がとられ、天板はプレスにより形成されるが、後者
の半球台は数枚のいわゆる花弁に分割成形し、これを互
いに溶接接合によりー体化している。

２０花弁を溶接によりー体化する方法として現在、第１
図に示す方式が採用されている。

ポジシヨナ１に前記のような花弁状の被溶接物２を定置
し、定位置に定置したエレクトロスラグ溶設装置３から
複数の溶接トーチ４、４・・・を突出させて開先面２５
に均一に亘るように配置し、この位置において溶融スラ
グ５を得るように、溶接の進行についてポジシヨナ１を
回転させつつ溶接を行うものである。このように、溶接
トーチを定位置に固定し、ポジシヨナによつて被溶接物
を回転するようにしてい３０るのは、このエレクトロス
ラグ溶接法は立向き姿勢に適用するのが最も好ましい、
とされていることに起因する。しかしながら、このよう
な方法では、半球台の低面中心軸を軸中心として回転す
る特別なポジシ３５ ヨナを準備しなければならないし
、また円錐状物体に対しては適用できない。

また、例えば前記のような形状の構造物の溶接に於いて
、構造物が大型となり、板厚が増すと必然的にポジシヨ
ナそのものも大型となつて莫大な設備費を必要とし、し
かもそのポジシヨナの設置場所として、大きなスペース
を確保しなければならず、工業建屋の大きさにまで影響
を及ぼすこととなる。加うるに、このようなポジシヨナ
に構造物を固定し、ポジシヨナを回転して常に垂直立向
位置で溶接する方法では、一時に一つの継手しか溶接で
きず、極めて能率が悪く、さらに構造物として一体化し
た場合に歪みが大きく現われ、この歪みを矯正する手間
を要す、という好ましくない問題が生ずる。以上の従来
方法の有する欠点を解消するには、曲線状溶接継手を有
する被溶接物を基台上に定置し、台車を上昇させて溶接
トーチを溶接線とほぼ平行に移動させつつ、溶融プール
あるいは溶接スラグの位置に応じて溶接トーチの角度及
び工クズテンションを制御しながら溶接すれば良い。

本発明はこのような溶接方法に基くものであり、溶接部
の接線の角度を検出して、この角度から溶接面巾を算出
し、この溶接面巾と予め設定された条件から溶接トーチ
の数及び相互の間隔並びに各溶接トーチのウイーピング
巾及び工クズテンション（被溶接物表面に最も近い溶接
トーチを除く）を演算し、これから得られた最適値に基
いて溶接する曲線部を有する継手の自動上進溶接制御方
法を提供することを目的とする。即ち、本発明方法の特
徴は、溶接の進行に伴ない溶接面幅及び溶接部の接線の
傾きが変化するような曲線部を有する継手の自動上進溶
接方法であつて、且つ複数の溶接トーチを先端に有し、
昇降並びに水平方向に移動自在に支柱に保持されたアー
ムを、被溶接物表面に最も近い溶接トーチのワイヤの工
クズテンションが一定となるように上昇しつつ、該アー
ムの先端で溶接部の接線の傾きを検出し、該接線と溶接
ワイヤが平行になる様に溶接トーチを傾けると共に、溶
接部の接線の傾き及ひ被溶接物の外半径と板厚とにより
算出される溶接面幅と、該溶接面幅を元にした条件に基
づいて溶接面に対しての溶接トーチ間隔と溶接トーチ数
と複数の溶接トーチの揺動幅とを演算して最適値となし
、前記被溶接物表面に最も近い溶接トーチを除く他の溶
接トーチの工クズテンションをも演算して最適値としな
がら溶接する方法にある。

大型圧力容器等の鏡板花弁の突合せ継手を有する被溶接
物２を、その半球台もしくは円錐台の底面を作業定盤６
などの水平面に固定して、立向溶接を行なう際には、第
２図に示すように、溶接のスタート時においては、一般
の垂直立向溶接の状態と同一で、被溶接物表面（この方
法の場合は、表面球面であるから、その接線）と、形成
される溶融プール又は溶融スラグとは直角であるが、溶
接の進行に伴ないこの角度θは、その中心角度と同時に
変化していくこととなる。このような場合に、表面の余
盛りを十分にして正常なビード形状を得るためには、第
３図に示すように、被溶接物表面７と溶融プールまたは
溶融スラグ（単に溶接面という）８との交点における被
溶接物表面の接線Ｌ（単に溶接線接線Ｌという）と溶接
ワイヤ９の先端とを常に平行にし、かつ溶接面と溶接ト
ーチ４の先端との距離Ｅ１つまり工クズテンションＥを
溶接条件に応じて一定に保たなければならない。例えば
、第３図に示すように溶接トーチ４ａ，４ｂについて考
えてみると、溶接面がＡの位置（θ−９『；スタートの
とき）にある時と、溶接が中心角でα゜分だけ進行して
Ｂの位置（θ９『−α゜）になつたときとで比較すれば
、溶接ワイヤの先端は４ａ，４ｂ極共にα゜傾斜させ、
さらに４ａ極はｄ１−ｂ／Ｔａａｌ４ｂ極はＤ２＝（Ａ
Ｌ＋ｂ）／Ｔａｎθずつ溶接線接線と略平行方向に引き
上げなくてはならない。一方、溶接ト一手４ａ，４ｂ間
の間隔（単に極間という）について比較してみると、Ａ
の位置で極間ＡＬであつたものがＢの位置ではＡＬ／Ｔ
ａｎθとなる。

すなわち、θ＝３『とすれば約２倍になる。これでは実
際の溶接は行なえないので、極間も溶接の進行に伴ない
修正しなくてはならない。この場合には、溶接線接線と
略垂直方向に調整して極間を修正するとともに、工クズ
テンションＥを溶接条件に応じて一定に保つため、溶接
線接線と略平行方向にも調整しなくてはならない。また
、溶接面の幅も大きくなつているため溶接トーチのウイ
ーピンク巾及び本数を考慮する必要も生ずる。前記溶接
トーチの本数、ウイーピング巾極間及び溶接トーチの引
上げ高さは溶接面巾の大小によつて左右され第２図に示
すような球状物体の曲線部の溶接においては、溶接面巾
ＷはＷ＝Ｒ−Ｓｉｎθ一 （Ｒ−Ｔ）− ＲＣＯＳθ）
但し、Ｒ：被溶接物の外半径、Ｔ：被溶接物の板厚 で表わされる如く、溶接の進行に伴なつて増加していく
。

そのためこのような溶接では、前述したような溶接ワイ
ヤを被溶接物の接線と平行に供給すること及び工クズテ
ンションを一定に保つことに加えて次のような条件を満
足することが必要となる。ａ）十分な溶け込みを得るた
めには、表銅板及び裏銅板から溶接ワイヤを１５ｍ７７
！以内に位置させなければならない。

このため溶接面巾が３０ｍ１Ｌ以上になると極数を増や
すか、又はウイーピングをしなければならない。ｂ）極
間が６０ｍｍ以下であれば電極間の？け込みは十分であ
り且つウイーピングは不要であるが、極間が６０ｍｍ以
上１８０ｍｍであれば、ウイーピングをし且つそのウイ
ーピンク沖は極間より小さく極間より６０ｍｍを引いた
値より大きくなければならない。

但し、極間が１８０ｍｍ以上になつてはいけない。前記
溶接面巾Ｗは板厚Ｔ及び外半径Ｒが予め実測できるので
、溶接面と接線とがなす角度θを検出すれば算出できる
。

この角度θの検出機構としては第４図に示すようなもの
が使用できる。第４図に示した角度検出機構１１は被溶
接物の外面を転動する１対の倣いローラ１２をアーム１
３で支持したものであり、このアーム１３の角度を検出
機１４で測定して角度θを検出する。検出機１４はアー
ム１８の先端に支持されている。被溶接物の外面の凹凸
が激しい場合は、前記角度検出機構１１では正確な検出
はでき難いので、その場合は被溶接物と同曲率の倣いレ
ールを外面に配置して、倣いローラを倣いレール上で移
動させるようにする。前記角度検出機構１１からの検出
信号は溶接面巾の演算のための第１演算機構（後述する
）に入力されると共に、溶接トーチの角度制御に使用さ
れる。

台車を被溶接物外面を自走させれば、溶接トーチを接線
に平行にして角度を不変にしておいても良いが、被溶接
物と別個に載置した支柱上で走行させる場合は、溶接ト
ーチ角度制御機構を必要とする。第４図には溶接トーチ
角度制御機構１３の１例を示しており、溶接トーチ４を
支持台１６上のスライドバ一１９で支持し、この支持台
１６をアーム１８の先端に配置された台板２０に装着さ
れた角度設定モータ１７の出力軸に装着した構成であり
、前記角度設定モータ１７としてはパルスモータを使用
するか又は角度検出機を備えた一般モータを使用する。

溶接トーチの本数（極数）ＢＮｌ間隔（極間）ＡＬ及び
ウイーピンク′１１ＵＯＷ（オ、互いに相関関係にあり
、その関係はＷ＝０Ｗ＋（ＢＮ−１）・ＡＬ＋３０ となる。

極数ＢＮは複数であることが前提であり且つ段階的に変
化するように設定される。

尚、被溶接物表面に最も近い溶接トーチは極間の設定の
基準になるとともに工クズテンションが不変（即ち、こ
の溶接トーチの工クズテンションが一定になるようにア
ーム１８が移動する）である。極間ＡＬは連続的に変化
させるように設定できるが、極数が多い場合（ごは調整
が困難であるので段階的に変化させる。

ウイーピング巾０Ｗは段階的に変化させることは可能で
あるが、極間ＡＬを段階的に変化させる場合は連続的に
変化するように設定することが好ましい。

また、前記極数ＢＮｌ極間ＡＬ及びウイーピング巾０Ｗ
は、条件Ａ，ｂよりまた常識的にＡＬ〉０ｗ〉ＡＬ−６
０ ０≦０ｗ≦１８０ となり、溶接面巾Ｗを元にしたこのような条件に基いて
溶接面に対しての各最適値が求められる。

即ち、極数ＢＮｌ極間ＡＬ及びウイーピング巾０Ｗは、
前記関係式を演算する第２演算機構（後述する）に記憶
させており、溶接面巾Ｗを入力することにより、溶接面
巾Ｗのある値における極数、極間、ウイーピング巾の最
適値を算出させる。第４図には極間調整機構２１の１例
を示しており、この機構２１はスライドバ・−１９上の
スライダ２２に装着されており且つ溶接トーチ４を軸方
向摺動自在に支持しているホルダ２３と、ラツク・ビニ
オン等を介して溶接トーチ４を軸方向に移動させるパル
スモータ２４等から構成されている。また、ウイーピン
グ機構３１（第４図に示す）は、溶接トーチ４を水平方
向に前後揺動させるべく台板２０を水平移動させる構成
であり、アーム１８内に配置されているモータ３２、ネ
ジ軸３３及びこのネジ軸に螺合しており且つ台板２０の
下面に固定されているプロツク３４とから成る。極数の
増加は、待機させていた溶接トーチを溶接位置まで前進
させることによつて為されるので、次に示す溶接トーチ
引上げ機構で行なう。各溶接トーチの工クズテンション
を一定にするには、前記第３図で説明した如く被溶接物
に最も近い溶接トーチ４ａを除く溶接トーチの位置を引
上げなければならない。

この引上げ高さは溶接トーチ４ａを基準としてｎ番目の
溶接トーチにおいてはＮＡＬ／Ｔａｎθとなる。極間Ａ
Ｌは前述した如く最適値が算出され、角度θは角度検出
機構で検出できるので、これらを第３演算機構（後述す
る）に入力して溶接トーチの引上げ量を演算させること
はできる。

尚、極間調整機構から機械的な動力伝達機構を介して溶
接トーチを引上げるように構成することも可能である。
第４図に示した溶接トーチ引上げ機構３５はパルスモー
タ３６の駆動により溶接トーチを引上げる機構であり、
第３演算機構からの信号により作動するパルスモータ３
６はスライダ２２に装着されており、ラツク・ピニオン
等を介してスライドバ一１９に対してスライド２２を移
動させる。

この溶接トーチ引上げ機構３５のパルスモータ３６Ｃに
は第２演算機構からの極数増加信号も入力される。即ち
、使用されていない溶接トーチはスライドバ一１９の上
端で待機しており、極数増加信号がパルスモータ３６に
入力されることによつて、溶接トーチを溶接位置に配置
するようにスライダ ３を降下させ、その溶接トーチが
溶接に加わつた後は、第３演算機構からの信号によりパ
ルスモータ３６は溶接トーチ引上げ機構３５を駆動じて
、溶接に加わつた溶接トーチの工クズテンションをも一
定に保つように作用する。前記第１、第２及び第３演算
機構は夫々別個に設けても良いが、１台のマイクロコン
ピユータを使つて３種の演算を行なわせることが最も合
理的である。

前記マイクロコンピユータには被溶接物の外面径、肉厚
、溶接速度及び溶接条件等をプロ ４グラムしておけば
、溶接線の全長を自動制御しながら溶接できる。尚、前
記各機構ではパルスモータにより作動するように構成し
ているが、本発明方法ではこれに限ることなくシンクロ
電機等を用いた制御方式を採用しても良いことは勿論で
ある。以上の如く本発明方法では、曲線状溶接線を有す
る被溶接物を溶接するに当り、溶接線の接線角度を検出
して溶接トーチの角度を制御し、゛また接線角度から溶
接面巾を算出し、この溶接面巾から溶接トーチの本数、
間隔及びウイーピング巾を演算して、これにより算出さ
れた各最適値を夫々の機構にフイードバツクさせ、また
前記接線角度と溶接トーチ間隔とから溶接トーチの引上
げ量を算出して引上げ機構を制御しているので、最良条
件の溶接が可能であり且つ制御も確実に行なうことがで
きる。また、これによつて従来不可能であつた厚板曲線
部のエレクトロスラグ溶接を可能とし、且つ従来のサブ
マージ溶接に比べてスピード化及び製造コストダウンを
図ることができ且つ信頼性の高いエレクトロスラグ溶接
若しくはエレクトロガス溶接を行い得ることになる。第
４図は本発明方法を実施するための上進自動溶接装置の
全体機造を示しており、各部分の構造は前記方法の説明
の中で述べた通りである。

尚、アーム１８は台車１０に軸方向（水平方向）移動可
能に支持されており、台車４０は傾斜した支柱４１に昇
降自在に配置されている。支柱４１は被溶接物から台車
４０までの距離を極端に大きくしないように傾斜されて
いるが、この支柱はその下端を中心にして油圧シリンダ
で回動するように構成しても良く、その場合は溶接速度
、台車上進速度及び被溶接物の外面径等から得られる関
数方程式を前記マイクロコンピユータで演算させ、アー
ム１８の移動軌跡を溶接線と平行になるように支柱の回
動を自動制御することもできる。

尚、溶接部位置が上昇するに従つて上昇速度は小さくな
るので台車の上進速度は遅くなるようにマイクロコンピ
ユータにより制御されている。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来方法の説明図、第２図は本発明方法によつ
て溶接を行なうに当つて配置される被溶接物の一例を示
す説明図、第３図は本発明方法を説明するための原理を
示す説明図、第４図は本発明方法を実施するための上進
自動溶接装置の一部断面概略図である。 ２・・・・・・被溶接物、４・・・・・・溶接トーチ、
１１・・・・・・角度検出機構、１５・・・・・・溶接
トーチ角度制御機構、２１・・・・・・極間調整機構、
３１・・・・・・ウイーピング機構、３５・・・・・・
溶接トーチ引上げ機構、α，θ・・・・・・角度、Ｒ・
・・・・・被溶接物の外半径、Ｔ・・・・・・被溶接物
の板厚、Ｗ・・・・・・溶接面巾、ＢＮ・・・・・・極
数、・・・極間、０Ｗ・・・・・・ウイーピング沖。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 複数の溶接トーチを先端に有し、昇降並びに横方向
   に移動自在に支柱に保持されたアームを、被溶接物表面
   に最も近い溶接トーチのワイヤのエクステンシヨンが一
   定となるように上昇しつつ、該アームの先端で溶接部の
   接線の傾きを検出し、該接線と溶接ワイヤが平行になる
   様に溶接トーチを傾けると共に、溶接部の接線の傾き及
   び被溶接物の外半径と板厚とにより算出される溶接面幅
   と、該溶接面幅を元にした条件に基づいて溶接面に対し
   ての溶接トーチ間隔と溶接トーチ数と複数の溶接トーチ
   の揺動幅とを演算して最高値となし、前記被溶接物表面
   に最も近い溶接トーチを除く他の溶接トーチのエクステ
   ンシヨンをも演算して最適値としながら溶接することを
   特徴とする溶接の進行に伴ない溶接面幅及び溶接部の接
   線の傾きが変化するような曲線部を有する継手の自動上
   進溶接制御方法。