JPS6310076A - 多層溶接の溶接条件決定方法 - 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〕 この発明は、溶接継手に形成された開先を多層溶接する
際のウィービング幅などの溶接条件を決定する多層溶接
の溶接条件決定方法に関する。

〔従来の技術〕

一般に、溶接ロボット等により溶接継手に形成された開
先を多層溶接する場合、予め定めたウィービング幅、溶
接トーチのねらい位置としてのウィービング移動の中心
位置、溶接速度等の溶接条件をロボットの制御手段に入
力し、入力した溶接条件に従い、ロボットを制御して前
記開先の溶接を行なっている。

〔発明が解決しようとする問題点〕

ところで、溶接継手に形成された開先の断面形状１脚長
が溶接線上のいずれの点においても変化せずに一定であ
る場合には、当該開先に対して予め定められた溶接条件
を溶接前に入力しておけば、入力した溶接条件を溶接途
中で変更する必要がないのに対し、第９図に示すように
、母管（１）と枝管（２）との管相貫継手（３）に形成
されたくら型溶接線を有する開先のように、開先の断面
形状が連続的に変化する場合には、溶接線上の一定間隔
ごとの各点での開先の断面形状に応じた溶接条件を、オ
ペレータが適宜選定してその都度入力しており、非常に
手間がかかり、作業能率の向上を図ることができないと
いう問題点がある。

そこで、この発明では、溶接継手の開先の断面形状にも
とづいて作成した開先の積層パターンの各溶接層の層厚
、各溶接パスのパス幅に応じ、ウィービング幅等の溶接
条件を決定し、開先の断面形状が変化する場合であって
も、従来のように溶接途中で溶接条件を入力する手間を
省けるようにすることを技術的課題とする。

〔問題点を解決するための手段〕

この発明は、前記の点に留意してなされたものであり、
溶接継手に形成された開先の断面形状にもとづき、溶接
層数および該各溶接層の溶接パス数を決定して前記開先
の積層パターンを作成し、作成した前記パターンの各溶
接層の層厚、各溶接パスのパス幅にもとづき、各パスご
とのウィービング幅、溶接トーチのねらい位置としての
ウィービング移動の中心位置、溶接速度等の溶接条件を
決定することを特徴とする多層溶接の溶接条件決定方法
である。

〔作用〕

したがって、この発明によると、溶接継手に形成された
開先の断面形状にもとづき、溶接層数および各溶接層の
溶接パス数が決定されて積層パターンが作成され、作成
された積層パターンの各溶接層の層厚、各溶接パスのパ
ス幅にもとづき、各パスごとのウィービング幅等の溶接
条件が決定される。

このトキ、コンピュータ等により、積層パターンに応じ
た溶接条件の導出、決定が自動的に行なえ、溶接ロボッ
ト等による開先の多層溶接を自動的に行なえることにな
る。

〔実施例〕

つぎに、この発明を、その１実施例を示した第１図ない
し第８図とともに詳細に説明する。

まず前記第９図中に示すように、母管（１）の中心線方
向をＸ軸とし、当該中心線に直交する２方向をそれぞれ
Ｙ軸、Ｚ軸とするｘＹｚ座標系を考え、くら型溶接線上
の部分交差点Ｐにおける部分交差角ψを求める場合につ
いて説明する。

このとき、継手（３）の寸法データとして母管（１）の
半径を几、枝管（２）の半径をｒ、Ｘ軸の正方向を基準
としたときの枝管（２）の中心線ｍに直交する断面の扇
の中心角すなわち進行角をθ、母管（１）および枝管（
２）の中心線のなす角をα、Ｘ軸の負方向から見て点Ｐ
と座標原点Ｏを結ぶ線ｎと２軸とのなす角を一ξとする
と、点Ｐにおいて母管（１）に接する平面の式は、 ０・Ｘ−１−ｓｉｎξ・Ｙ＋（２）ξ・２＝几　　　　
　　　・・・■となり、同様に点Ｐにおいて枝管（２）
に接する平面の式は、 Ｓｉｎα・Ｓ石θ−Ｘ−歯ａ−Ｙ−ｃｍａ−ｓｍｌ）−
Ｚ　＝　ｒ　　　　＝−Ｑ２となり、これらの２個の平
面のなす角である部分交差角ψは、 （２）ψ＝癲ξ・（２）θ＋（２）ξ弓石θ・（２）α
　　　　　　・・・■で表わされ、これより部分交差角
ψは、そして、前記０式よシ算出される部分交差角ψと
開先角にとの関係を、ＡＷＳ　、　Ａ　Ｐ　Ｉ　、　Ｂ
Ｐ　７ＭＡＧＭＵＳの各規格による標準開先形状につい
て求めるとともに、これらの部分交差角ψ、開先角にお
よび枝管（２）の厚さｔにもとづき、開先の枝管（２）
側の端縁から母管（１）側に降した垂線の長さり、開先
の脚長り等を算出する。

このとき、第２図に示すように、溶接線に直交した平面
での管相貫継手（３）の開先Ｗの断面において、開先底
を点Ａ９点Ａを通る開先角にの２等分線ｌを想定し、開
先Ｗの枝管（２）側の端縁を点Ｂ。

点゛Ｂから前記２等分線ｌに降した垂線と母管（１）の
表面との交点を点Ｃ１開先外溶接部の端部を点りとする
と、 であるため、母管（１）の表面上の開先外溶接部の長さ
ＣＤは、 で与えられることになり、前記したＡＷＳ、ＡＰＩ。

ＢＰ／ＭＡＧＮＵＳの各規格の開先に対する開先断面の
各寸法を、所定の進行角Δθごとにコンピュータ等によ
シ算出し、メモリに蓄積しておく。

つキニ、テレビジョンカメラ等の視覚センサによシ、継
手（３）の開先を実際に撮像し、画像処理手段により前
記開先の画像を処理し、前記所定の進行角Δθごとの溶
接線上の各点における実際の前記開先の断面形状を導出
し、演算によシ導出した前記開先の断面形状データと、
画像処理によシ導出した前記開先の断面形状データとを
合成する。

このとき、画像処理により得られる開先の断面形状デー
タは開先自溶接部のみのデータであり、前記した第２図
でいうと、三角形ＡＢＣのデータのみであるため、開先
外温接部である三角形ＢＣＤのデータ、とくに点Ｃ，Ｄ
間の長さを演算による開先断面形状データの合成により
補うことになる。

そして、前記した合成処理により、たとえば第３図に示
すように、開先底の中央を座標原点ＯとしてＨ−Ｖ座標
系で表わした開先断面の合成図が得られた場合、同図中
の母管壁の傾きの１．枝管壁の傾きω２９脚長の頌きω
３を開先断面の各寸法データにもとづいて算出し、後述
の積層パターン作成時のデータとして用いる。

ところで、第３図に示すように開先断面の各点をａ、ｂ
、ｃ、ｄ、ｅとすると、前記した傾きωｌ。

ω２１ω３は、 と表わされ、ただし、Ｈａ　、Ｈｂ　、Ｈａ　、Ｈｄは
点ａ、ｂ。

ｃ、ｄそれぞれからＶ軸に降した垂線の長さであり、Ｖ
ａ、Ｖｂ、Ｖｃ、Ｖｄ、Ｖｅは点ａ、ｂ　、　ｃ　、　
ｄ　、　ｅそれぞれからＨ軸に降した垂線の長さであシ
、第３図から明らかなヨウニ、Ｖａ　＝　Ｖｄ　テＩ）
　ｐ　、　Ｖａ　（＝Ｖｄ）は開先内深さに相当し、Ｖ
ｏ　（＝　Ｍｅ　−Ｖｄ　）は開先外深さに相当し、ま
た、ΔＨｒ　、ΔＨ１！は右、左オフセット量を示す。

つぎに、前記したようにして合成された開先断面形状デ
ータおよび溶接層の層厚、溶接パスのパス幅の許容限界
値等にもとづき、溶接層数および各溶接層の溶接パス数
を決定し、たとえば第４図に示すように、開先内４層、
開先外２層で、開先内の第３層が２パス、第４層が３パ
ス、開先外の第１層が２パスで他の層がすべてｌパスと
なるような積層パターンＰＴを作成するとともに、前記
した所定の進行角Δθごとにこのような積層パターンを
作成する。

このとき、コンピュータにより積層パターンの作成処理
を行ない、ＣＲＴ画面上に作成した積層パターンのグラ
フィック表示を行なうようにする。

そして、作成した積層パターンの各溶接パスを、その断
面形状から、第５図（ａ）　、　（ｂ）　、　（Ｃ）に
それぞれ示すように、片側にのみ開先壁があるタイプＩ
。

１層を１パス施工する場合の如く両側に開先壁があるタ
イプ■、多パス施工時の最終パスの如く両側に直前のパ
スの側壁および一方の開先壁があるタイプ■の３つに分
類し、たとえば第４図に示す積層パターンＦＴの場合、
同図中に示すようになり、積層パターンの各溶接パスの
ウィービング幅、溶接トーチのねらい位置であるウィー
ビング移動の中心位置を導出する。

このとき、各溶接パスのタイプ別に、ウィービｙ　りｌ
ｌｉ　Ｗｗおよびｆ（−Ｖ座標上におけるウィービング
移動の中心位置Ｗｔ（Ｈ，Ｖ）を定める基本式を予め次
のように求めておき、積層パターンにもとづく具体的数
値を代入して実際の各溶接パスの溶接条件データを得る
ようにする。

いま、前記した各タイプＩ〜■の溶接パスにおいて、開
先壁に対する十分な溶は込み量と安定したアーク状況と
を確保でき、かつ当該溶接パスのパス幅が所定値になる
ようにウィービング幅、ウィービング移動の中心位置を
定める必要があシ、そのために、溶接パスの底部におい
て開先壁から所定の距離、すなわちずらし量を設定し、
各タイプごとに、しかも溶接姿勢に応じてこのずらし量
を適宜設定するようにすると、タイプ■の場合。

第６図（ａ）に示すように開先壁が片側だけであるため
、片側にだけずらし量βを設定し、タイプ■および■の
場合、第６図（ｂ）および（ｅ）に示すように開先壁が
両側にあるため、すらし量β、ｉを両側罠設定すること
になシ、とくにタイプＨの場合には実質的に両側のずら
し量は等しくなる。

そして、溶接パスの層厚をεとすると、層厚がε／２と
なるときのパス幅が当該溶接パスの平均パス幅となり、
タイプＩの場合そのウィービング幅ＷＷは Ｗｗ　＝　（平均パス幅）　　６．５Ｍ　　　　　　・
・・■と与えられ、タイプ■１ｍの場合にはウィービン
グ幅Ｗｗは と与えられ、前記したようにして得られた開先断面形状
データおよび積層パターンにもとづき、前記■、■式の
演算を行ない、各積層パターンの各溶接パスのウィービ
ング幅を決定する。

つぎに、第ｉ層の第ｊパスに対するＨ−Ｖ座標上におけ
るウィービング移動の中心位置を決定する場合、前記し
た第３図のように開先底の中央を原点Ｏに一致させてＨ
−Ｖ座標上に開先断面を表わしたとき、タイプ■〜■の
ねらい位置のＶ座標Ｗｔ（ｖ）はすべて Ｗ喧η＝Ｃ・（ｉ−１）　　　　　　　　　　　　　　
　・・・＠と与えられるとともに、タイプＩのねらい位
置のＨ座標Ｗｔ的は と与えられる。ただし、ωｌ、ΔＨｒは前記したようＫ
よるねらい位置のＶ座標であり、ＳＡＷは第ｉ層での第
１パスから第（ｊ−１）パスまでの各パスの平均パス幅
の和であシ、第にパスの平均幅をＰｋとすると、 となる。

一方、タイプ［１，Ｉ［［のねらい位置のＨ座標Ｗｔ（
１Ｂ）で与えられ、ただし、ω２．ΔＨＩ！は前記した
ように枝管壁の煩きおよび左オフセット量であシ、背は
前記０式によるウィービング幅、Ｗｔ（Ｖ）は前記［相
］式によるねらい位置の■座標である。

従って、合成により得られた開先断面形状データおよび
作成した各積層パターンにもとづき、前記■、■式の演
算および前記０〜０式の演算をコンピュータによシ行な
い、前記所定の進行角Δθごとの開先断面における各溶
接層の各溶接パスに対する溶接条件であるウィービング
幅瘤、および溶接トーチのねらい位置としてのウィービ
ング移動の中心位置Ｗ＋、を導出し、たとえば第１図に
示すような積層パターンＰＴが作成されてＣＲＴ画面上
にグラフィック表示されたときに、各溶接パスのねらい
位置を第１図中のｖ印のようにＣＲＴ画面上に図示する
と同時に、各ねらい位置のＨ，Ｖ座標および算出した各
溶接パスのウィービング幅をもＣＲＴ画面上に表示する
ようにしておく。

つぎに、他の溶接条件として、低周波パルスＭＡＧ溶接
を行なう際の高電流通電時間Ｔｈと低電流通電時間Ｔ７
７とのタイミング比鯉および溶接速度Ｖを導出する。

すなわち、タイミング比′ＰＬｔの値は溶は込み量。

アークの安定性、溶接ピード形状に影響を与えるため、
溶接時の溶接姿勢などの状況に応じて決定する必要があ
り、たとえば低周波パルスＭＡＧ溶接時の高電流通電時
間Ｔｈと低電流通電時間Ｔｌとの和、すなわちくり返し
時間（＝　Ｔｈ４−ＴＩりを一定の１．５秒としたとき
に、溶接欠陥に対する裕度が最大になるような溶接姿勢
、溶接パスのタイプ別の部分交差角ψの絶対値とタイミ
ング比Ｒｔとの関係を調べた結果第７図に示すようにな
り、タイプ■の溶接パスの場合のタイミング比Ｒｔは、
同図中の１点鎖線に示すように、Ｏ′４ψ〈１２０では
約２．７と一定で、１２０°乙ψ＜１５０°では約２．
７から約２．１まで徐々に減少し、　１５０’乙ψ〈１
８０°では約２．１と一定になるようにし、タイプ■お
よび■の溶接パスの場合のタイミング比Ｒｔは同図中の
実線に示すようＫ、Ｏ０ｚψ〈３０°では約２．７から
約４．０まで徐々に増加し、３００４ψ〈９００では約
４．０と一定で、９０°４ψ＜１２０゜では約４．０か
ら約２．Ｏｆで徐々に減少し、１２０乙ψ〈１８０°で
は約２．０と一定になるように、タイミング比Ｒｔを設
定すればよい。

なお、第７図は枝管（２）を横置きの状態にして、開先
を上進溶接する場合を示し、上向、斜上向。

立向、斜下向、下向はそれぞれ溶接トーチの姿勢を示し
ている。

さらに、溶接速度をｖ　（ｍ／５ｅｅ）　、溶着断面積
をＳ−２〕トスルト、溶着金属量Ｃｗ　（ｔｓ３／ａｅ
ｃ〕はＣｗ　＝　Ｓ　ｘ　ｖ　　　　　　　　　　　　
　・・・［相］と表わされ、パルスアーク溶接時の高電
流Ｉｈ、低電流Ｉ７？がそれぞれ一定であれば、溶着量
ＣＷはタイミング比Ｒｔに依存して変化する。

そして、たとえば電流Ｉｈ　、　Ｉｆをそれぞれ２８０
Ａ　、　８０Ａとしたときのタイミング比Ｒｔと溶着量
Ｃｗとの関係は第８図に示すようになり、ただし第８図
の溶着量Ｃｗの単位は１分間当りのグラム数であり、前
記した第７図の関係にもとづき、各溶接パスのバルクア
ーク溶接の高電流、低電流通電時間のタイミング比Ｒｔ
を決定したのち、それぞれのタイミング比Ｒｔに対する
溶着量Ｃｗを前記した第８図の関係図から求め、溶着量
Ｃｗが求めた所定値になるときの溶接速度を前記０式か
ら求め、各溶接パスに対する溶接速度Ｖの決定を行なう
。

このとき、溶着断面積Ｓは積層パターンから導出できる
ため、前記０式に既知の断面積Ｓおよび溶着量ＣＷを代
入して変形すれば、溶接速度Ｖを算出できることになる
。

なお、前記実施例では、くら型溶接線を有する開先に適
用した場合について説明したが、これに限るものでない
のは勿論である。

〔発明の効果〕

以上のように、この発明の多層溶接の溶接条件決定方法
によると、溶接継手に形成された開先の断面形状にもと
づき、溶接層数および各溶接層の溶接パス数を決定して
積層パターンを作成し、生成した積層パターンの各溶接
層の層厚、各溶接パスのパス幅にもとづき、各パスごと
のウィービング幅等の溶接条件を決定するため、管相貫
継手などの如く開先の断面形状が変化する場合であって
も、従来のように溶接途中で溶接条件を入力する手間を
省くことができ、溶接ロボットによる開先の自動多層溶
接が可能となり、溶接時の作業能率の向上を図ることが
でき、その効果は極めて大きい。

【図面の簡単な説明】

第１図ないし第８図はこの発明の多層溶接の溶接条件決
定方法の１実施例を示し、第１図は積層パターンおよび
溶接トーチのねらい位置としてのウィービング移動の中
心位置の説明図、第２図および第３図は開先断面形状の
算出時の動作説明図、第４図は積層パターンの各溶接パ
スの分類の説明図、第５図（ａ）〜（Ｃ）はそれぞれタ
イプ１．Ｉｌ、ＩＩＩの溶接パスの説明図、第６図（ａ
）〜（Ｃ）はそれぞれタイプＩ、ＩＩ、ＩＩＩの溶接パ
スに対するウィービング幅およびウィービング移動の中
心位置の導出時の動作説明図、第７図は部分交差角とタ
イミング比との関係図、第８図はタイミング比と溶着量
との関係図、第９図（ａ）〜（Ｃ）は一般の管相貫継手
の正面図。 平面図、右側面図である。 （３）・・・管相貫継手、ＰＴ・・・積層パターン。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）溶接継手に形成された開先の断面形状にもとづき
   、溶接層数および該各溶接層の溶接パス数を決定して前
   記開先の積層パターンを作成し、作成した前記パターン
   の各溶接層の層厚、各溶接パスのパス幅にもとづき、各
   パスごとのウイービング幅、溶接トーチのねらい位置と
   してのウイービング移動の中心位置、溶接速度等の溶接
   条件を決定することを特徴とする多層溶接の溶接条件決
   定方法。