JPS61226179A - 多層振分け自動溶接方法 - 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】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、多層振分は自動溶接方法の改良に関する。

〔従来の技術〕

従来、非接触センサにより溶接開先を検知し、トーチ位
置制御並びに溶接条件を制御する方法が種々考案されて
いる。例えば、開先と直角にスリット先を投射し、これ
を斜め方向がらＩＴＶカメラなどでＩｔ像し断面形状を
検出してトーチ位置を開先中央に制御する方法が挙げら
れる。

〔発明が解決しようとする問題点〕

しかしながら、従来技術は、１パス仕上の継手溶接や隅
肉溶接に用いられているのみで、多層振分は溶接に適用
し満足な結果が得られた例は見られない。即ち、多層振
分は溶接では前ビードの重なり部にトーチ狙い位置を制
御して振分けるという高精度な狙い技術が必要で、従来
法に□はこれらの制御に必要な高精度な開先情報を提供
する方法やその情報処理方法が確立されてぃなかった。

従って、こにょうな多層振分は溶接は作業者に頼らざる
を得ず、熟練作業者不足などの問題からも自勧化による
高品質化、高能率化が望まれている。

本発明は上記事情に鑑みてなされたもので、熱交・塔槽
類などの中・厚板構造物の多層振分は溶接を対象に非接
触センサを高精度な開先情報検知手段を開発すると共に
、この情報を利用した振分は溶接手法を確立し多層連続
溶接の妨げとなっていた振分は溶接の溶接線習いを自動
化し、これにより複数継手を一人で管理できるようにに
して品質の安定と大幅な能率向上を実現する多層振分は
自動溶接方法を提供することを目的とする。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明は、光学式距離センサを溶接線に対し略直角に揺
動させ、得られた距離信号と揺動時のセンサ信号に基づ
いて被溶接物の開先の位置、形状を検出する多層振分は
自動溶接方法において、被溶接物の開先断面形状から多
層振分は自動溶接の狙い位置の設定に必要な開先両肩、
開先内置深部を求める工程と、前記開先両肩と開先内置
深部を基準に１パス目の狙い位置及び振分は時の狙い位
置設定式を決める工程と、予め施工対象別に溶接施工条
件を出力データ表にまとめこれをプログラムかし、これ
により開先深さ、総パスを求めて１パスから最終パスま
での条件を順次設定、出力する工程とを具備することに
より、多層振分は溶接の自動化等を図ったものである。

〔作用〕

本発明によれば、１パス目からの振分は最終パスまでの
トーチ狙い位置設定に必要な高精度な開先情報を提供す
る方法と、基準開先データを元に積層手順を設定する方
法により多層振分は溶接を自動化でき、熱交・塔槽類な
どの中・厚肉溶接構造物全般に応用できるものである。

〔実施例〕

以下、本発明の一実施例を図を参照して説明する。

まず、中・厚肉構造物の振分は溶接物の断面図を第２図
に示す。ここで、第２図（ａ）は■型開力、同図（ｂ）
はＵ型開力の一例を示す。同図において、１は被溶接母
材（被溶接物）を、２．２′は夫々開先線を、３は溶接
ビードを、４は裏側溶接部を示す。なお、以下の説明は
Ｖ型開力の潜弧（サブマージアーク〉溶接法の場合を想
定して行うが、開先がＵ型などや溶接法が異なる場合も
同様に適用できる。

第１図は、潜弧溶接法による溶接状態及び光学式距離セ
ンサによる開先形状の検出手段を示すものである。図中
の１１は、被溶接母材１の開先である。前記母材１の上
方には、溶接ワイヤ１２を供給する溶接トーチ１３が設
けられている。なお、１４は溶接トーチ１３の下方の開
先１１に存在するフラックスである。前記母材１の情報
には、溶接線に対し略直角に揺動する光学式距離センサ
（以下、センサと呼ぶ）１４が設けられている。

ここで、センサ１４の揺動タイミングは溶接トーチ１３
を移動させる場合はこれを搭載した溶接台車、母材を回
転させる場合は回転装置等の駆動部にパルスエンコーダ
を取付けてこれから発振されるパルスを計数し、同期さ
せる。前記センサ１４の上方には、このセンサ１４を開
先１１を横切って所定幅揺動させるための揺動用モータ
１５が設けられている。前記センサ１４には、センサ１
４で得られた距離信号の処理装置１６、及び前記センサ
１４による距離信号と揺動用モータ１５の位置信号を合
成して開先形状を得る演算装置１７が順次電気的に接続
され、この演算装置１７は揺動用モータ１５に電気的に
接続されている。なお、第１図において、１８はセンサ
１４を揺動させて開先断面形状を検出した軌跡である。

第３図は、第１図の検出手段で検出した開先部断面形状
の一例を示す図である。ここで、同図（ａ）は溶接前を
、同図（ｂ）は１パス溶接復を、同図（Ｃ）は２パス溶
接後の夫々の開先断面形状１９を示す。

第４図は、第１図の検出手段で検出した開先断面形状の
処理方法を説明した図である。ここで、２０は開先断面
形状であり、Ｗはセンサ揺動幅を、Ｙはセンサと母材間
の距離を示す。以下、開先断面形状２０から多層振分は
溶接の狙い位置の設定に必要な特徴点（開先両肩、開先
内置深部）を求める方法について説明する。

（１）開先両肩の求め方； ■左端ａ点からｂ点までの平均（Ａ：長さ１〜１０履位
の平均値、Ｂも同様）とｂ点から０点までの平均（Ｂ）
より直線Ａ−８の傾きを求める。

■次に、直線Ａ−８２Ｆｉ：Ｘ　（数ＩＷ１１：任意に
設定）だけ図の下方にスライドさせ、開先２０の交点ｄ
を求め、これを仮の開先左肩とする。

■更に、ｄ点の先（図の右側）の数点を同時に比較し、
ｄ点のセンサ値（Ｙ軸値）より小さい事（図の下方にあ
る事）という条件を満たしたとき、最終的にｄ点を開先
左肩とする。右肩ｆ点も同様にして求める。

（２）開先肉量深部の求め方： ■左端ａ点より順にセンサ値を比較し小さい方のセンサ
値を残す処理を行い最小センサ値を求める。

■次に、先に求めた両肩ｄ、ｆ点の中点を求める。

■更に、最小センサ値のＸ座標十数＃（任意に設定）の
範囲内であれば最小値の座標（Ｘ、Ｙ）を最深部とする
。そうでなければ、ｄ、ｆ点の中点と開先２０の中点を
最深部ｅとする。以上のように、平均化処理による母材
表面の直線近似及び比較処理による検知点の評価を行っ
て求めた開先内特徴点（両肩ｄ点、ｆ点、最深部ｅ点）
は母材表面のうねり、キズ、組立て誤差、スパッタ等の
影響が排除でき、信頼性の高い′データとなる。

第５図は、■字間光の多層振分は溶接結果（４パス仕上
）と溶接時の狙い位置を示した図でおる。

同図において、Ｄは被溶接母材１の開先深さを、Ｐ１〜
Ｐ２は溶接トーチ狙い位置（小文字１〜４は溶接順序）
を示す）。即ち、溶接条件出力手法は、まず予備実験に
より、各パス度の適正狙い位置を求め（図中の・印）。

これらの狙い位置と先に求めた特徴点（両肩、最深部と
の関係を把握し、施工対象（材質、開先種類、溶接法、
ワイヤなど）度に分類整理することにより行う。

第６図は、第１図の検出で検出した開先形状を、第４図
に示す処理方法を用い、振分は溶接に要求されるパス度
のトーチ狙い位置の検知方法を示す図である。ここで、
同図）ａ）は１パス目狙い位置を、同図（ｂ）は２パス
目狙い位置を、同図（Ｃ）は３・５パス目他の狙い位置
を、同図（ｄ）は４・６パス目狙い位置の検出方法を示
し、パス度に使い分ける。なお、第６図において、Ｏ印
は開先内特徴点（開先上方処理結果）を、・印は溶接ト
ーチ狙い位置を夫々示す。

第７図は、各施工対象型に予め設定した各パス度の狙い
位置と溶接条件を示した図である。即ち、施工条件入力
（例：材質、開先種類、溶接法、ワイヤ径等）により対
応する図が選択され、更に開先深さの入力データにより
総パス数を求め、これにより各パス度の施工条件（狙い
位置、溶接電圧、溶接速度）を設定、出力する。

次に、作用及び効果について前述した図を用いて説明す
る。

■まず、多層振分は溶接を自動化するため、第１図に示
す如く溶接部の前方（距離一定）で溶接線と略直交方向
にセンサ１４を揺動させ、微少ピッチ（０，１〜１．０
ｍ＋＋程度）で連続的に距離信号を取込む。そして、こ
の信号（Ｙ軸）とセンサ位置信号（Ｘ軸）を演算装置１
７により合成して高精度に開先形状を検出する。その結
果、第３図に示すように■型開光の断面形状が検出され
る。

■これらの断面形状から先に述べた表面キズやスパッタ
の影響を排除し、適正開先情報を得るため、第４図に示
す処理を行う。

■この処理により、開先断面形状２０から多層振分は溶
接狙い位置の設定に必要な特徴点両肩ｄ点、ｆ点、最深
部ｅ点）を求める。この求め方については、既述した通
りなので省略する。そして、求めた開先内特徴点は、母
材表面のうねり、キズ、組立誤差、スパッタなどの影響
が排除でき、信頼性の＾いデータとなる。なお、これら
のデータは溶接線倣い手法に用いられ、本願はこの手法
と以下に示す溶接条件手法とにより多層振分は溶接を自
動化するものである。

■第５図に示す如く、予備実験により各パス度の適正位
置を求め、これらの狙い位置と先に求めた特徴点の関係
を把握し、施工対象（材質、開先種類、溶接法、ワイヤ
径等）度に分類、整理する（溶接条件出力手法）。ここ
で、−例を第７図に示す。同図では、炭素鋼、７０度■
型開先、潜弧溶接、ワイヤ径４．８ａｍΦの場合の溶接
施工条件出力データの一部を示したもので、本図の中か
ら開先深さ１５ａｍを取り上げて処理手順を説明する。

開先深さを１５＃Ｉと入力すると、総パス数が求められ
る。総パスが４パスの欄には、１パス〜４パスまでの各
々の溶接条件並びに狙い位置演算式がセットしである。

従って、溶接を開始すると、まず１パス目の溶接条件が
出力され、（条件番号は別に設けた条件表と対応してお
り、溶接電流、溶接電圧、溶接速度を出力する）同時に
センサで検出した断面形状から１パス用の狙い位置を求
め、実開先の断面形状、溶接線に対応した溶接を行う。

次に、２パス目の信号を受けたら（１パス終了の信号は
、被溶接物が円筒の場合は溶接開始点に突起物を設けこ
れをリミットスイッチなどでける事により得る。平面の
場合は端部をセンサで検知して）尋る）出力データを２
パス目にする。これを順次繰返して多層振分は溶接を行
い総パス数が終了した時点で自動的に溶接を停止する。

以上のように本発明によれば、多層振分は溶接が自動化
され、作業者は溶接中熱監視となる。

（具体例） 第８図を用いて多層振分は溶接を行うときの作業者の操
作手順並びに制御フローの概略を説明する。

（１）まず、作業者は被溶接物を概略位置決めしくＡ）
、溶接材料のセット（Ｂ）並びに溶接トーチのセット（
Ｃ）を行う。

（２）次に、溶接施工条件（溶接法、被溶接材料の材質
、開先種類、開先深さ等）　（Ｄ）を制御装置に入力す
る。

（３）つづいて、制御盤の「自動溶接」のボタンをＯＮ
にすれば、後は自動的に溶接開始される（Ｅ）。自動溶
接が開始したら、センサにて開先形状をサンプリング・
演算する（Ｆ）。

（４）演算の結果得られた開先情報を基に所定の狙い位
置演算式（第６図）でトーチ狙い位置を求め（Ｇ）、一
時記憶し適正な倣いタイミングになったときの実際のト
ーチ位置と比較しくＨ）、偏差が生じた場合修正する（
Ｉ）。

（５）更に、ｎパス目の溶接が終了したか否かを判断し
くＪ）、ＹＥＳの場合、ｎパスが最終層か否かを判断す
る（Ｋ）。逆に、Ｎｏの場合、パス変更処理（狙い位置
、溶接条件を変更）　（Ｌ）を行って、次パス条件にて
（Ｆ）以降を繰返す。

（６）前記（Ｋ）でｎパス目が最終層（ＹＥＳ）の場合
、溶接終了処理（重ね量制御とクレーム処理・・・詳細
記載せず）（Ｍ）を行なって溶接停止する（Ｎ＞。

従って、本発明によれば、「自動溶接」ボタンをＯＮし
た後は作業者は無監視となり、複数継手の管理が可能で
しかも品質の安定化が計れる。

〔発明の効果〕

以上詳述した如く本発明によれば、多層振分は溶接を自
動化して複数継手を一人で管理できるようにし、品質の
安定と大幅な能率向上を実現できる多層振分は自動溶接
方法を提供できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例に係る多層振分は自動溶接方
法における開先形状の検出手段を示す説明図、第２図（
ａ）、（ｂ）は夫々中・厚肉構造物の振分は溶接部の断
面図、第３図（ａ）〜（Ｃ）は夫々第１図の検出手段で
検出した開先部の断面形状を示す図、第４図は第１図の
検出手段で検出した開先断面形状の処理方法を説明する
ための図、第５図はＶ型開光の多層振分は溶接結果と溶
接時の狙い位置を説明するための図、第６図（ａ）〜（
ｄ）は夫々パス度のトーチ狙い位置の検出方法を説明す
るための図、第７図は各パス度の狙い位置と溶接条件を
示す図、第８図は本発明による多層振分は自動溶接方法
のフローチャートである。 １・・・被溶接母材、２．２′・・・開先線、３・・・
溶接ビード、１１・・・開先、１２・・・溶接ワイヤ、
１３・・・溶接トーチ、１４・・・光学式距離センサ、
１５・・・揺動要モータ、１６・・・処理装置、１７・
・・演算装置、１９．２０・・・開先断面形状。 出願人復代理人　弁理士　鈴江武彦 ＾　　　　　　　　　　　　　　　　　　６句　　　　
　　　　　　　　Ｄ 、　　　　　　　　　　Ｄ

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 光学式距離センサを溶接線に対し略直角方向に揺動させ
   、得られた距離信号を揺動時のセンサ信号に基づいて被
   溶接物の開先の位置、形状を検出する多層振分け自動溶
   接方法において、被溶接物の開先断面形状から多層振分
   溶接時の狙い位置の設定に必要な開先両肩、開先内最深
   部を求める工程と、前記開先両肩と開先内最深部を基準
   に１パス目の狙い位置及び振分け時の狙い位置設定式を
   決める工程と、予め施工対象別に溶接施工条件を出力デ
   ータ表にまとめこれをプログラム化し、これにより開先
   深さ、総パスを求めて１パスから最終パスまでの条件を
   順次設定、出力する工程とを具備することを特徴とする
   多層振分け自動溶接方法。