JPS61269976A

JPS61269976A - 自動溶接装置

Info

Publication number: JPS61269976A
Application number: JP11147885A
Authority: JP
Inventors: Nobuyuki Okui; 信之奥井; Hidenobu Amano; 天野　秀信; Toshio Irisawa; 入沢　敏夫
Original assignee: SHIPBUILD RES ASSOC JAPAN; IHI Corp
Current assignee: SHIPBUILD RES ASSOC JAPAN; IHI Corp
Priority date: 1985-05-24
Filing date: 1985-05-24
Publication date: 1986-11-29
Anticipated expiration: 2009-02-02
Also published as: JPH067991B2

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、自動溶接装置に関するもので、詳しくは、開
先状態の変動にかかわらず、常に一定の溶は込み形状を
確保し、かつ、応力集中の少ない余盛形状を得るために
改良された新規構成の自動溶接装置に関するものである
。

「従来の技術」例えば、ＬＮＧ船のＬＮＧタンク、あるいは鉄道橋等、
疲労設計が適用される溶接構造物では、溶接継ぎ平部の
品質を向上させ、強度上の信頼性を高めることから、応
力集中が起こりにくくなるように、溶接継ぎ平部の余盛
形状等を厳密にコントロールすることが、要求される。

そこで、従来、疲労設計が適用される溶接構造物では、
前述の要求を満たすことから、溶接後に機械的な加工（
グラインダ加工等）で整形したり、ティグ・アーク溶接
で余盛止端部を再溶融したり、小ビードの溶接（ドレッ
シングビード法という　）をして形状を滑らかにすると
いう対策が採られてきた。

ところが、このような対策は、非常に作業性が悪く、得
策ではない。

一方、最近では、板材や管材の突き合わせ溶接で片側か
ら溶接する場合に、均一な裏ビードを得ることを目的と
して、開先状態の変化（断面積、ルートギャップなど）
を検出し、この開先状態の変化に対応して溶接条件を適
宜変更する自動溶接装置の提案や研究が多くなされるよ
うになった。

「発明が解決しようとする問題点」ところが、従来の自動溶接装置は、走行台車上に溶接ト
ーチを搭載し、溶接トーチの移動速度、ワイヤー供給速
度、電流等の溶接条件を調撃可能にしているが、疲労設
計が適用される場合を考慮したものではなく、開先状態
の変化は作業者がみて把握し、それに応じて溶接条件を
変更しなければならなかった。また、これを−歩進めて
、開先状態の変化を開先センサを使って検出し、開先状
態の変化に対応して適宜自動的に溶接条件を変更する自
動溶接装置も研究されているが、これ才での技術では、
種々の困難があった。

また、前述のように開先状態の変化に応じて溶接条件を
変えるようにした自動溶接装置によっても、溶接作業終
了後に検査してみると、部分的に、応力集中を避ける上
で適切とは言いかたい余盛形状となっている場合があり
、このような不都合を見逃すことのないように、これま
では、溶接作業終了後の検査が必須とされており、作業
性の低下や、品質の向上の点で、さらなる改善が望まれ
ていた。

この発明は、前記事情に鑑みて提案されたもので溶接条
件をより一層厳密にコントロールすることによって、開
先状態の変動にかかわらず、常に一定の溶は込み形状を
確保するとともに、応力集中の少ない余盛形状を得るこ
とができ、したがって、溶接継ぎ手の品質および強度上
の信頼性をより一層高めることができ、かつ、溶接作業
終了後　　　　　　）に、溶接状態の検査等を特別に実
施する必要がなく、作業性を向上させる上でも優れた自
動溶接装置を提供することを目的をする。

「問題点を解決するための手段」本発明の自動溶接装置は、溶接継ぎ手のビード形状パラ
メータと溶接条件パラメータについて重回帰解析を行っ
て究明した幾つかの理論、即ち、■　応力集中係数に最
も大きく影響を与える溶接部の上端半径はフランク角と
の相関が強く、また、このフランク角はビード高さとの
相関が強く、結局、前記止端半径は、溶接パラメータと
して制御可能なビード高さに置き換えることが可能であ
ること、 ■　ビード高さは１、単独のパラメータではなく、ビー
ド幅との相関が強く、応力集中係数を規定値内に収める
ためのビード形状パラメータとしては、これらビード高
さおよびビード幅の積である余盛の溶着断面積を制御す
ればよいこと、 ■　単位時間における溶着量は溶接電流によって定まり
、一方、溶着断面積は開先断面積と余盛断面積の和とし
て求められ、溶接速度は前記溶着断面積と溶着量の関数
として求められること、等の理論に基づいて勘案された
もので、走行台車上に溶接トーチを搭載し、溶接トーチ
の移動速度、該溶接トーチへのワイヤ供給速度、ワイヤ
に印加する電流値等の溶接条件を調整し得るようにした
自動溶接機と、被溶接部の開先状態を検出するとともに
検出結果に応じた信号を出力する開先検知装置と、前記
溶接トーチの移動方向の直後に配置した余盛検知センサ
ーによって溶接状態を検出するとともに、この検出結果
を解析・評価して所定の信号を出力する溶接状態検知装
置と、前記開先検知装置の出力信号によって前記自動溶
接機のトーチ移動速度やワイヤに印加する電流値等の溶
接条件を設定するとともに、前記溶接状態検知装置の信
号によって前記溶接条件を補正する主制御装置とを備え
ることを必須としている。

「作用」このような構成であると、開先状態によって設定された
溶接条件が溶接直後の溶接状態に応じてさらに補正され
るため、単に開先状態だけで溶接条件を設定した従来の
ものと比較して、より厳密に溶接条件をコントロールす
ることでき、開先状態の変動にかかわらず、常に一定の
溶は込み形状を確保し、かつ、応力集中の少ない余盛形
状を得ることが可能で、したがって１．溶接継ぎ手の品
質および強度上の信頼性をより一層高めることができる
。

また、前記溶接状態検知装置によって溶接作業時に順次
溶接状態が検査されてゆくため、溶接作業終了とほぼ同
時に溶接状態の検査作業も終了することになり、作業時
間を短縮して作業性を向上させることもできる。

「実施例」以下、本発明に係る自動溶接装置の一実施例を図面に基
づいて説明する。

第１図は一実施例の自動溶接装置１の斜視図を示してい
る。

この自動溶接装置１は、自動溶接機２、開先検知装置３
、溶接状態検知装置４、主制御装置５等から構成されて
いる。

前記自動溶接機２は、レール６によって案内され走行速
度を調節可能な走行台車７に、溶接トーチ８や、溶接ワ
イヤ９を溶接トーチ８に自動的に供給するワイヤ送給装
置１０を搭載して、走行台車７の走行速度を加減するこ
とによって溶接トーチ８の移動速度を設定するようにし
たもので、前記溶接トーチ８は位置を調節可能に取り付
けられ、また、走行台車７とは別個に配置した電源１１
から、電圧、電流を供給する構成にされている。

前記開先検知装置３は、被溶接部の開先状態を検出し、
検出結果に応じた信号を出力するもので、第２図に示す
ように、前記溶接トーチ８の移動方向の直前に位置して
開先状態を検出する開先検知センサー３ａと、該開先検
知センサー３ａからの信号を受けて開先状−態を読み取
るとともに、読み取ったデータを分析し、この分析結果
に応じた司令値を情報として出力する出力部３ｂとを具
備しており、また、第１図に示すように、開先検知セン
サー３ａは、位置調節機構３ｃによって走行台車７に位
置間節回能に取り付けられている。前記開先検知センサ
ー３ａは、レーザーダイオードと一次元半導体装置検出
素子（ＰＳＤ）を組み合わせた非接触式のセンサーであ
り、例えば、被溶接部が、第３図に示すように、板材１
２・１２相互を開先を取って突き合わせ溶接する場合に
、該開先検知センサー３ａの検出データが前記出力部３
ｂに送られると、直ちに、ルートギャップＧや開先中心
Ｃの位置、開先角度α等が解析されるようになっている
。

前記溶接状態検知装置４は、前記溶接トーチ８によって
溶接が完了した部分の溶接状態を直ちに検出し、検出結
果に応じた信号を出力するもので、第２図に示すように
、前記溶接トーチ８の移動方向の直後に位置して溶接状
態を検出する余盛検知センサー４ａと、該余盛検知セン
サー４ａがらの信号を受けて溶接状態を読み取るととも
に、読み取ったデータを分析・評価し、この評価に応じ
た司令値を情報として出力する評価出力部４ｂとを具備
しており、また、第１図に示すように、前記余盛検知セ
ンサー４ａは、位置調節機構４０によって走行台車７に
位置調節可能に取り付けられている。前記余盛検知セン
サー４ａは、レーザーダイオードとＣＯＤカメラを組み
合わせた非接触式のセンサーを用いて光波切断法によっ
て溶接形状を計測するものであり、例えば、溶接部が、
第４図に示すように、板材１２・１２相互を開先を取っ
て突き合わせ溶接した場合に、該余盛検知センサー４ａ
によって計測されたデータが評価出力部４ｂに送られる
と、直ちに、ビード幅Ｗ１ビード高さ　ｈＳＷ／ｈ等が
解析されるようになっている。

また、前記余盛検知センサー４ａによる計測は、第５図
（Ａ）に示すように、溶接部１３に沿って指定したピッ
チＰ毎に行なわれる。

前記余盛検知センサー４ａで計測される情報、すなわち
、第５図（Ｂ）に示すように、レーザーダイオードから
溶接部にレーザーを照射して得られる情報（光切断像の
ことで第５図（Ｄ）に示すような像）は、直ちに第５図
（Ｅ）のような形状データに変換され、この形状データ
から、上記ビード幅Ｗとビード高さおよびＷ’／ｈだけ
が解析され、この形状データはバブルメモリーに記録さ
れる。

溶接終了後バブルメモリーを解析装置（バブルリーダー
）にかけて、形状データ（ビード幅ｗ１ビード高さｈ１
フランク角θ、止端半径ρ　）と応力集中係数Ｋｔをア
ウトプットし、合否が判定される。

前記主制御装置５は、前述の各検知装置３・４から情報
を受けて、これらの情報に基づいて、前記自動溶接機２
の各部の動作を制御するもので、具体的には、溶接トー
チ８の自動倣い、および溶接動作の始動・停止等の動作
を制御する他に、溶接トーチ８の移動速度（即ち、走行
台車７の走行速度）やワイヤ９に印加する電流値等の溶
接条件の設定を行ない、さらに、設定した溶接条件およ
び各検知装置３・４の計測結果を適宜手段で表示する。

このような主制御装置５の機能について、第２図に基づ
いて詳述すると、該主制御装置５は、開先状態、溶接電
流、溶接速度（トーチの移動速度）等の溶接条件のデー
タおよびプログラムをファイルした記憶回路５ａと、前
述の検知装置３からの情報を前記記憶回路５ａのデータ
やプログラムに従って演算処理し、溶接状態が最適とな
る溶接条件を算出するとともに、この算出した溶接条件
をさらに前記検知装置４の情報によって補正する中央処
理回路５ｂと、各検知装Ｒ３・４の計測データや中央処
理装置５ｂの算出した溶接条件を表示するためのインタ
ーフェース５ｃと、前記開先検知装置３の情報に基づい
て溶接トーチ８を被溶接部の開先中心Ｃに位置合わせし
たりするための位置制御用入出力回路５ｄと、前記中央
処理回路５ｂの算出した溶接条件で前記自動溶接機２の
各部を動作させるための溶接条件用入出力回路５ｅと、
被溶接部の板厚や開先形状、あるいは両面溶接か片面溶
接か等の溶接の初期条件をマニュアル入力するための入
力部５ｆ（第１図参照）を備えており、機器への指令、
速度指令、電流指令、電圧指令等を出力するとともに、
異常が検出されて異常指令が入力された場合には、動作
を停止するように構成されている。

前記記憶回路５ａへの溶接条件のファイルは、ル］ −トギャップＧがゼロの時の適正溶接条件（Ｕ半部の応
力集中係数Ｋｔを設定値以下に抑えることのできる溶接
条件）を、被溶接部の板厚の関数として入力しても良く
、また、前記板厚がｌｌｌ１ｆｆｉ変化する毎に、対応
する適正溶接条件をマトリックス式に入力しておいても
良い。

以下、前記自動溶接装置ｌを用いて溶接する場合の動作
・順序等について、第６図に基づいて説明する。

まず、作業開始にあたって、溶接準備作業を行う。この
準備作業には、走行台車７の位置合わせ、溶接機２の各
部の点検等が含まれる。

次に、溶接条件をセットする。この場合の溶接条件のセ
ットは、主制御装置５の操作パネル上キイを操作して所
定の入力データＳｌをマニュアル入力することによって
行う。前記入力データＳＪは、被溶接部の板厚、開先形
状、両面溶接あるいは片面溶接等で、これらのデータが
入力されると、主制御装置５の記憶回路５ａにファイル
されているデータから適正な溶接条件が選定され、セッ
トされる。

溶接条件がセットされたことを確認後、前記主制御装置
５の溶接開始ボタンを押すと、溶接開始となる。この溶
接開始のステップ（Ｓ２で示す）になると、開先検知装
置３が始動して、開先検知センサー３ａの計測データに
より、開先中心Ｃの位置やルートギャップＧが検出され
、その情報が主制御装Ｒ５に送られる。開先中心Ｃの位
置やルートギャップＧを検出すると、前記開先検知セン
サー３ａは動きを止める。一方、前記主制御装置５は、
前記開先検知装置３から送られた情報により、溶接トー
チ８が開先中心Ｃに位置決めされるように、所定の信号
を溶接機２に送るとともに、情報に応じた溶接条件を設
定し、該溶接条件が入力データＳ１によってセットされ
た溶接条件と一致する場合には、Ｓ３で示す如く溶接機
２の各部へ開始信号を送り、また、セットされた溶接条
件と一致しない場合には、前記情報に基づいて溶接条件
をセットし直して、各部に開始信号を送る。

そして、主制御装置５から各部に開始信号が送られて数
秒後に、シールドガスのプリフロー、ワイヤーの送給が
開始され、アーク発生が始まり、アーク発生後数秒後に
は、走行台車７が走行を始めて、溶接が実施されて行く
。

溶接実施中には、前記開先検知装置３は、被溶接部の開
先状態を計測してその情報を前記主制御装置５に送り、
主制御装置５は、その情報に基づいて所定の演算を行い
、Ｓ４に示す如く、開先状態の変動があればそれに応じ
て溶接条件を設定し直して、溶接トーチ８が開先中心Ｃ
に位置するように、また、溶は込み深さＤが一定に保た
れ、かつ応力集中の少ない余盛形状が得られるように、
溶接機２の各部にその指令信号を出力する。この場合に
設定し直される溶接条件は、溶接電流や、溶接速度（走
行台車の走行速度）で、例えば、ルートギャップＧが標
準よりも大きくなった場合には、溶接電流及び溶接速度
を小さくする。溶接電流及び溶接速度をこのように制御
することによって、溶は込み深さＤを一定にすることが
でき、また、ビード高さ　ｈおよびフランク角θ、止端
半径ρ等を一定に保つことができる。

一方、溶接が実施されるとほぼ同時、あるいは若干遅れ
て、前記溶接状態検知装置４が始動する。

この溶接状態検知装置４は、余盛検知センサー４ａの計
測したデータを解析して、前述の如く、ビード幅Ｗ１ビ
ード高さｈ、フランク角θ、上端半径ρ等を求め、これ
らから、余盛形状が設定した応力集中係数Ｋｔを満足す
るかどうかを評価し、また一方では、計測したデータを
バブルメモリーに記憶させるとともに、これらの情報を
主制御装置５に送る。主制御装置５は、これらの情報に
基づいて、応力集中係数Ｋｔが設定値を満足しない場合
には、Ｓ５・Ｓ６に示す如く変更信号が出され、Ｋｔが
設定値に近付くように、溶接速度を増減するなどの二次
的な溶接条件の補正が行なわれる。

前述の溶接状態の評価は、溶接速度に同期させて行うこ
とができ、指定距離（例えば、１０ａｖ、　５０■、１
００ｍｍ等）を単位として行われる。

溶接実施中に、台車のオーバーロードや、アーク切れ、
抜は落ち等の異常が発生して、主制御袋　　　　　］置
５に異常指令が入力されると、Ｓ７に示すように、その
異常信号によって溶接機２が停止される。

異常指令がない場合には、そのまま溶接作業が続行され
て、溶接線の終端に配置したリミットスイッチ等によっ
て一連の溶接作業が終了したことが検出されたら、Ｓ８
・Ｓ９に示すように、主制御装置５から溶接機２に停止
信号が出され、溶接動作が停止される。

以上のように、前記自動溶接装置１においては、開先状
態によって設定された溶接条件が溶接直後の溶接状態に
応じてさらに補正されるため、単に開先状態だけで溶接
条件を設定した従来のものと比較して、より厳密に溶接
条件をコントロールすることでき、開先状態の変動にか
かわらず、常に一定の溶は込み形状を確保し、かつ、応
力集中の少ない余盛形状を得ることが可能で、したがっ
て、溶接継ぎ手の品質および強度上の信頼性をより一層
高めることができる。

また、前記溶接状態検知装置４によって溶接作業時に順
次溶接状態が検査されてゆくため、溶接作業終了とほぼ
同時に溶接状態の検査作業も終了することになり、作業
時間が短縮され、作業性が向上する。

「発明の効果」以上の説明で明らかなように、本発明の自動溶接装置に
あっては、開先状態によって設定された溶接条件が溶接
直後の溶接状態に応じてさらに補正されるため、単に開
先状態だけで溶接条件を設定した従来のものと比較して
、より厳密に溶接条件をコントロールすることでき、開
先状態の変動にかかわらず、常に一定の溶は込み形状を
確保し、かつ、応力集中の少ない余盛形状を得ることが
可能で、したがって、溶接継ぎ手の品質および強度上の
信頼性をより一層高めることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例の自動溶接装置の斜視図、第
２図は同ブロック図、第３図は被溶接部の説明図、第４
図は余盛形状の説明図、第５図（Ａ）（Ｂ　ＸＣ）（Ｄ
　ＸＥ　）はそれぞれ余盛検知装置による計測の説明図
で、そのうち第５図（Ｃ）は第５図（Ｂ）のＣ−Ｃ線に
沿う矢視図、第６図は前記一実施例の作業手順を説明す
るフロー図である。１・・・・・・自動溶接装置、２・・・・・・自動溶接
機、３・・・・・・開先検知装置、３ａ・・・・・・開
先検知センサー、３ｂ・・・・・・出力部、４・・・・
・・溶接状態検知装置、４ａ・・・・・・余盛検知セン
サー、４ｂ・・・・・・評価出力部、５・・・・・・主
制御装置、５ａ・・・・・・記憶回路、５ｂ・・・・・
・中央処理回路、５ｃ・・・・・・インターフェース、
５ｄ・・・・・・位置制御用入出力回路、５ｅ・・・・
・・溶接条件用入出力回路、５ｆ・・・・・・入力部、
７・・・・・・走行台車、８・・・・・・溶接トーチ、
９・・・・・・溶接ワイヤ、１０・・・・・・ワイヤ送
給装置、１１・・・・・・電源、１２・・・・・・板材
、１３・・・・・・溶接部、出願人　　社団法人　日本
造船研究協会第３図　　　　　　第４図第５図（Ａ）

Claims

【特許請求の範囲】

走行台車上に溶接トーチを搭載し、溶接トーチの移動速
度、該溶接トーチへのワイヤ供給速度、ワイヤに印加す
る電流値等の溶接条件を調整し得るようにした自動溶接
機と、被溶接部の開先状態を検出するとともに検出結果
に応じた信号を出力する開先検知装置と、前記溶接トー
チの移動方向の直後に配置した余盛検知センサーによっ
て溶接状態を検出するとともに、この検出結果を解析・
評価して所定の信号を出力する溶接状態検知装置と、前
記開先検知装置の出力信号によって前記自動溶接機のト
ーチ移動速度やワイヤに印加する電流値等の溶接条件を
設定するとともに、前記溶接状態検知装置の信号によっ
て前記溶接条件を補正する主制御装置とを備えた自動溶
接装置。