JPS6099485A - 開先を有する突合せ継手の多層溶接法 - 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】 〔発明の利用分野〕 本発明はアーク溶接による開先を有する突合せ継手の多
層溶接法に係り、特に自動多層溶接に好適な多層溶接法
に関するものである。

〔発明の背景〕

従来、アーク溶接により多層溶接を行う場合、一般に、
溶接線に沿って取付けられたレール上に配備された台車
に溶接トーチを取付け、−回の溶接ごとに、溶接１−−
チの位置及び溶接条件を作業者が手動により調整してア
ーク溶接を行う方法がとられている。また、自動多層溶
接では、前層の厚さを接触式高さ検出器や磁気センサ等
により検出し、次の溶接において、適正な位置に溶接ト
ーチを自動的に演算制御し、手動設定された溶接条件及
びウィービング条件で多層溶接を行っているものもある
。この場合には、溶接式検出器もしくは非接触式の検出
器が必要となるが、これらは操作性の観点から溶接トー
チ近傍に設備さＪしることが多く、アーク熱、スパッタ
及びヒユーム等で長寿命及び高検出精度は望めない。

さらに、検出器を使用しないで多層溶接にお番プるトー
チ位置を自動的に制御する多層溶接法では、あらかじめ
溶着金属を満たして接合すべき開先断面形状を幾何学的
に明らかにしておき、前層の溶接において、開先内へ与
えら］した即位時間当りの溶着量と溶接速度から、前層
の積層厚さと幅を算出し１次層の溶接を行うための溶接
トーチ位置を演算によりめ自動的に制御する方法もある
が、溶接条件及びウィービング条件については手動設定
であるため、多層多バス溶接では溶接条件の入力が大変
煩わしい。

〔発明の目的〕

本発明の目的はアーク溶接による開先を有する突合せ継
手の多層溶接において、検出器が不要であってトーチ位
置及び溶接条件を自動で制御する簡便な多層溶接法を提
供することにある。

〔発明の概要〕

本発明は、あらかじめ溶着金属を満たして接合すべき開
先断面形状を！　何学的に明らかにしておき、溶接条件
として溶接電流を入力するのみで開先内へ与えられた単
位時間当りの溶着量と前層の積層幅から演算でめた溶接
速度から、前層の積層厚さと幅を算出し、次層の溶接を
行うための溶接トーチ位置及び溶接条件を自動的に制御
するようにしたものである。

〔発明の実施例〕

本発明について、第１図はＶ開先閾合せ継手にＭＡＧ溶
接を適用した場合を例に説明する。

■型開先ｌの形状は開先角度０（°）、開先深さｔ（ａ
）とする。１層目２の単位時間当りの溶着量をＱ（Ｉｆ
ｆｎ”　／ｍ１ｎ）、溶接速度をｕ（ｎｏ／ｍｊｎ）と
すると、開先内の１層目２による溶着金属の断面積Ｓ（
ｍｍ”）は次式によってめられる。

Ｓ＝Ｑ／υ　（１） そして、第１図に示すように、容積に１の断面形状は幾
何学的に台形を呈するものと仮定すＪＬ＋ｆｉ層口の積
層厚さり、（ｎｍｔ）ならびに（責層幅Ｗ、（ｍ＋＋＋
）は次式（２）、’（３）によってめられる。

ｈ　、＝（２ｔａｎＯ／２）−’Ｘ（Ｗ＋　−Ｗ＋−＋
）（２）’Ｎ＋　＝　（Ｗ＋　−＋）’　＋　４５ｔａ
ｎ（１／　２　（３）ここに、ｉ　＝　１におけるＷＯ
は開先底部の幅である。

（３）式のｆｉｉ層断面積Ｓ（匝２）は（１）式よりめ
ることができるが、（１）式に示されている溶着ｆｆｉ
Ｑ（ｍｍ　３／　ｍｊ、ｎ）及び溶接速度ｕ　（ｎｕｎ
　／　ｎ＋ｊ、ｕ）は予め実験等によりめた以下に示す
実験式を使用する。

溶Ｘｉ　ｎ　Ｑ　＜ｎＩＬ＋　３／　＋ｎｉｎ　）は、
溶接電流１（Ａ）のみを溶接条件として入力しているの
で溶接電流Ｉ　（Ａ）の関斂どしで、ここでＬＪニー次
式の表現をとった結果、（４）式で得らＪした。

Ｑ　＝　Ｋ　Ｉ　・Ｉ＋Ｋ　（４） ごこにＫ　１　、　Ｋは使用ワイヤ径、シールドガスの
種類で変１ヒする定数であり、実験によりめらＪ’Ｌる
数１直である。ｋ＜ＩｙＫの定数値の一例として示すと
、シールドガスにＭＡＧ　（Ａ　ｒ　＋　２０％ＣＯＯ
２）を使用したワイヤ径１．２（Ｉｌｌ；ｎ）のソリッ
ドワイヤでは、Ｋ　Ｉ＝　８　／Ｊ　（ｎ１１１’　／
　＋ｕｉｒ＋−Ａ）、Ｋ；−１２，！１１８Ｘ　１０”
　（ｎａ＋＋３／ｗｉｎ）であった、１工した、ｉ層目
の溶接速度υ（１刷／＋ｎ１ｎ）は、溶接電流Ｉ（ハ）
に無関係で前層の積層幅Ｗ　ｉ−１に関係する（５）式
で表現する二とが実験により判明した。

υ＝−Ｗ、−１十に■　（５） ここにに■は使用ワイヤ径、シ−ルガスの種類等で変ｆ
ヒする定数であり、ＭＡＧカスを使用したワイヤ径］、
　、　２　（ＩＩｎ）のソリッドワイヤの例でＫ　ｕ　
＝　３５　（＋ｎｍ　／　ｍ１ｎ）であった。

上述の（１）〜（５）式を用いることにより任意のｉ層
目の積層厚さり、を計算でめることができるので、ｉ層
目の溶接を行う際の１容接１・−チの位置は（ｉ−１）
７ｉ！Ｊ目ノア６接が終７　Ｌり時点テ（ｉ　−１）層
目の積層厚さｈ　ｉ−＋で番づ上昇させた位置でよく、
（ｉ−１）層Ｈの溶接が糸冬了後自動的に）ｉ　Ｈ−１
だけ上昇させることが可能である。

また、溶接線に対して左右方間の溶Ｊ菜１ヘーチ位置に
ついては、計算によってめたその層の積層幅Ｗ、が、１
回のストレートバス溶接で欠陥のない層の得られる溶接
ビード幅以内であれば溶接１・−チを溶接線に対しＣ左
もしくは右に移動しなくでもよい。しかし、１回のスト
レートバス溶接では欠陥のない層が得られない積層幅に
なった場合には、溶接トーチをウィービングしてその層
を溶接するか、もしくは溶接１・−チを左、右に移動し
、一層を複数のストレー１−パス７容接により溶１妾を
行う方法を取る。この用台の一層を複数のストレー１−
パス溶接す幣際の溶接１〜−チの左右位置は、１回のス
トレー１へパス溶ｊ妾ピッドの積層）すさからまる積層
幅とその層の積層幅からノくス数にめ、各パスの溶接１
・−チ位置を決定することでめることができる。さらに
、溶接１−−チをウィービングしてそのＲ参を積層する
場合も、１ノ（スウィービングでその層の積層できない
場合には、仇数のストレートパス溶接の場合と同様の考
え方を導入し。

て、溶接１−−チの左右位置を決定することができる。

一方、溶接条件として溶接電流１（Ａ）を入力するのみ
で他の溶接条件（アーク電圧Ｅ（Ｖ）、溶接速度υ（ｏ
ＩＩＩｌ／　ｍ　、ｉ　１１　）　）を自動的に決定す
る方法は、実験式から容易に算出できる。

ずなオ〕ち、溶接速度ｖ　（１１１１／　ｍ１ｎ）は、
（５）式から積層幅の関数として自動的に法定でき、ま
た、アーク電圧Ｅ（Ｖ）は、（６）式より溶接電流ｉ　
（Ａ）の関数として、ｌ′１接電流１　（Ａ）を指定す
イしくよ自動６勺に決定できる。

Ｅ　”　ＣＩ　・Ｉ＋Ｃｏ　（６） ここに、Ｃ）　＋　Ｇ　ｏは使用ワイヤの＠魚及びワイ
ヤ径、シールドガスの種類で袈化する定数でｊリリ、実
験によりめられる数値である。Ｃ，、Ｃ，の定数値の一
例で示すと、シール１〜ガスにＭＡＧ（Ａｒ＋２０％Ｃ
０２’）を使用し、たワイヤ径１．２輸）のソリッドワ
イヤでは、Ｃ，＝０．０５（Ｖ／Ａ）、ｃｏ＝　１６（
Ｖ）であった。

以」二述べた手法により、開先断面形状と設定イ容接条
件として溶接電流１（Ａ）のみを人力ｔ　Ａ′シＬｆ、
　ｉ密接トーチ位置及び溶接条件を計ｒ１しこ、、ｌ：
す〔１動１的し；算出することができるので、自動糸Ｗ
Ｊｉぞｊ接を容易に行うことができる。なお、溶接電流
ｒ（Ａ）を変えて多層溶接を行う場合、層間で溶接電流
１（Ａ）は変えて設定できるが、その層内の溶接ノ（ス
ｉ１１．　（ｊχで変えることは＋ＲＪ！Ｊ厚さが変る
ので量比１−る必・要がある。

以下、本発明の一実施例を第２図、第３１こよす説明す
る。本発明を実施するための装置の構成を第２図に示す
。本装置ａは７１１耗電極式溶接１〜−チ３が固定され
、溶接トーチ３を上下、左右、前後に自由に駆動させる
ことができ、溶接線の長手方向に移動可能な駆！ＩＩ装
置４とその制御装置５．溶接装置に、及び、前述のトー
チ位置及びｊ６接条件を設定するだめの入力部とその演
算部をＵｎえた入力演算装置７からなる。なお、８は溶
接ワークである。第３図の本装置の動作フローチャー１
−を示す。初めに、初期条件として開先断面形状（開先
角度、開先深さ、開先底部の幅）、初層の溶接線の開始
点と終了点及び溶接１−−チの位置、次に。

７Ｂ接条件である溶接電流を入力演算装置７の人力部に
入力する。そして、入力した条件に基づＱ　ａ接条（’
Ｉを演算し、溶接を実行、さらに、人力演算装置゛１の
演算部により前述の溶接電流螢もとにした単位時間の溶
接貝を演算、前層の積層Ｒｆに基づく溶接λ・Ｕ度の演
算、そして初期条件として人力した初層の溶接１ヘ一チ
位置を原点として、積層厚さ、積層幅を演算する。ここ
で、積層厚さが開先深さ以上であれば溶接は終了したと
入力演算装置７は判断し溶接を終了させる。積層厚さが
開先深さ以下であれば、演算した積層厚さ、積層幅から
次層の溶接に適した溶接１−一層３の位置を演算し、出
力する。そし°Ｃ１）Ｚ　□）指令値に基づ゛）駆動装
置５により溶接１−一層３を移動させ、溶接条件（アー
ク電圧、溶接速度）を演算し溶接を再度待う、以下、全
積層の合計の厚さが開先深さく指定しゾ辷値）よりも大
きい値になるまで溶接を繰り３１スす。また、積層）・
１．ｉの値から、１回のストレー１へバス溶接ビートで
一層の溶接が可能な幅かどうか判定、ある一定の幅以１
では溶接１・−チ３のウィービングを行わせる６本例の
場合、ＭへＧ溶シ妾（ソリツ１ごワイヤφ］　、　２　
＋ｈｍ　）　、　ｆ６接電流３２０（Ａ＞でけ、ウィ−
ビングを開始する積層幅は］　Ｑ　（ｎｐｎ　）であ−
１、ウィービンク条件は、ｉＥ弦波、４２回７７川１０
幅４ＪＶ層幅より２（馴）小さくした３、さらに、積層
幅／八３Ｇ　Ｃ１１！＋１　）以−Ｆとなった場合、１
容接１〜−チ３をｆμ層幅の１／４の値だけ中心位置よ
り左右に振り分【１、ウィービング（１）「記と同様の
条件）を併用して溶接を行わせた。積層幅が３６　（ｎ
ｏ）以上では、溶接１−−チ３を積層幅の１／６の１直
だけ中心位置より左右に振り分け、前記ウィービング条
件を併用して溶接を行わせた。

上記のウィービング条件で丞し７た値は；内用する温圧
電流の違いによって変化させる必要がある。

表に本例の溶接条件をまた、第４図に積層パターンを丞
す。１２層２ｏパスによって溶接は完了し、ブローホー
ル、溶込み不良の欠陥の３ｃ生は見ら才しオにかった。

さらに、ビード外観形状も平滑であり、がっ、ビート・
止え°Ｊ部もなめらかに母相に接した溶接部が得られた
。

〔発明の効果〕

本発明によ汎ば、予め溶着金属を満して接合すべき開先
断面形状を幾何学的に明らかにしておき、溶接条件とし
て溶接電流を人力するのみで開先内へ与えられた単位時
間当りの溶Ｒ量と前層の積層幅から演算でめた溶接速度
から、積層厚さと幅を算出し、次層の溶接を行うための
溶接トーチ位置及び溶接条件を自動的に制御することが
できるので、従来の溶接条件設定方式に比較して省力効
果が大である。

【図面の簡単な説明】

図面は本発明に係わる多層溶接法の説明図゛Ｃ１第１図
は■型開光を有した突合せ維手の断面と溶接による積層
断面を示す図、第２図は本発明を実施するための装置の
溝成を示す図、第３図は装置の動作フローチャー１−を
示す図、第４図は実施例における積層パターンを示す図
である。 ■・・・■型開先突合せ継手のＷｒ面、２・・・積層断
面、３・・・溶接１・−チ、４・・・溶接１−−チ駆動
装置、５・・・溶接トーチ駆動用制御装置、６・・・溶
接Ｓ置、７・・・第１圀 オ　２　閏 Ａ′　３　の １−、−　Ｊ

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、開先を有する突合せ継手の多層溶接において、溶着
   金属を満たして接合すべき開先もしくは溶接個所の断面
   形状と、設定溶接電流値から演算でめた一回の溶接によ
   る単位時間当りの溶着基及び前層の積層幅から演算でめ
   た溶接速度から、次層又は次の溶接パスの溶接１ヘ一チ
   位置を決定し、かつ、設定溶接電流値と該完溶接電流値
   から演算でめたアーク電圧及び前記溶接速度より溶接条
   件を決定し、連続して多層溶接を行うことを特徴とする
   開先を有する突合せ継手の多層溶接法。 ２、溶接電流のみを溶接条件として設定することを特徴
   とする前記１項に記載の開先を有する突合せ継手の多層
   溶接法。