JPS6364268B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

本発明はアーク溶接による多層溶接法に係り、
特に、自動多層溶接に好適な多層溶接に関するも
のである。 従来、アーク溶接により、多層溶接を行う場合
一般に、台車に溶接トーチを取付け、台車を移動
させる溶接法が行われている。そして、一回一回
の溶接ごとに、溶接トーチの位置を作業者が手動
により調整している。また、特殊な全自動多層溶
接では、前層の厚さを接触式高さ検出器（例えば
特開昭48−72057号）や磁気センサ（例えば特開
昭53−103944号）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制御することで
全自動多層溶接が行われていた。このため、接触
式検出器もしくは非接触式の検出器が必要であつ
た。 本発明の目的は多層溶接において、検出器が不
要であつてトーチ位置制御を簡易に自動化できる
多層溶接法を提供することにある。 本発明は前層の積層厚さや幅を測定する特別な
検出器などを用いることなく、多層溶接における
トーチ位置の制御が行える多層溶接法であり、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、開先内へ与えられた単位時間当りの溶
着量と溶接速度から、前層の積層厚さと幅を算出
し、次層の溶接を行うための溶接トーチ位置を制
御するようにしたものである。 本発明について、第１図のＶ型開先突合せ継手
にミグ溶接を適用した場合を例に説明する。Ｖ型
開先１の形状は開先角度θ〔゜〕、開先深さｔ〔mm〕 とする。初層２の単位時間当りの溶着量をＭ〔mm
^３／min〕、溶接速度をｖ〔mm／min〕とすると、開
先内の初層２による溶着金属の断面積Ｓ〔mm²〕は
次式によつて求められる。 Ｓ＝Ｍ／ｖ (1) そして、第１図に示すように、初層の断面形状
は幾何学的に三角形を呈するものと仮定すれば開
先形状から初層２による積層厚さh₁〔mm〕ならび
に積層幅w₁〔mm〕は次式(2)，(3)によつて求められ
る。 Ｓ＝w₁・h₁／２ (2) w₁＝2h₁tan（θ／２） (3) (1)〜(3)式からh₁，w₁は この結果、第二層３の溶接を行う際の溶接トー
チの高さは(4)式で示される積層厚さh₁だけ上昇さ
せることで、第二層３の溶接を行うに際して、適
正な溶接トーチ高さを設定することができる。 さらに、第三層の適正なトーチ高さを求めるた
めには、第１図に示すように、第二層３の断面形
状を底辺w₁の台形を呈するものと仮定し、初層
２の場合と同様に溶接金属の断面積Ｓから、次式
(6)，(7)によつて、第二層目の積層厚さh₂、積層幅
w₂の関係式が求められ、この２式より、h₂，w₂
が求められる。 Ｓ＝１／２h₂（w₁＋w₂） (6) w₂＝2h₂tan（θ／２）＋w₁ (7) この結果より、第三層の溶接を行うための適正
な溶接トーチは第二層目終了後に、第二層目の積
層厚さh₂だけ上昇させることで得られる。以下同
様に、第四層、第五層の溶接を行うために適正な
溶接トーチ高さは計算により決定される。 また、溶接線に対し左右方向の溶接トーチ位置
については、計算によつて求めた前層の積層幅の
値から、１回の溶接で欠陥のない層が得られる幅
であれば左右の移動は考えなくてよい。しかし、
１回の溶接では欠陥のない層が得られない幅以上
になつた場合、溶接トーチをウイービングする。
もしくは溶接トーチを、左、右に移動し、一層を
複数の溶接パスにより溶接を行う方法を取る。 本発明による溶接トーチの位置制御の基本とな
る値である開先内へ与えられる単位時間当りの溶
融金属の量、つまり、溶着量は単位時間当りの溶
接ワイヤ（または溶加材）の溶融量と溶着効率の
積から求められる。溶着効率はスパツタの発生の
著しい炭酸ガスアーク溶接では多少考慮する必要
もあるが他のミグ溶接やテイグ溶接では溶着効率
の値は１と考え、無視することができる。開先内
へ与えられる単位時間当りの溶着量は次の２つの
手段により求められれる。１）溶接ワイヤの単位
時間当りのワイヤの送給量を測定し、ワイヤの直
径をもとに体積を求める。２）ミグ溶接では溶接
ワイヤの溶融量は一般に溶接電流の関数で表わさ
れることが知られており、実験式として求められ
ている。そこで、溶着量は溶接電流を測定し、実
験式から算出することができる。 以下、本発明の一実施例を第２図、第３図によ
り説明する。本発明を実施するための装置の構成
を第２図に示す。本装置はミグ溶接トーチ４が固
定され、溶接トーチ４を上下、左右、前後自由に
駆動させることができ、溶接線の長手方向に移動
可能な駆動装置５とその制御装置６、溶接装置
７、および、前述のトーチ位置設定のための入力
部とその演算部を備えた入力演算装置８からな
る。なお、９は溶接ワークである。第３図に本装
置の動作フローを示す。初めに、初期条件として
開先断面形状（開先角度と開先深さ）、初層の溶
接線の開始点と終了点、溶接トーチの位置、次
に、溶接条件（溶接電流、溶接電圧、溶接速度）
を入力演算装置８の入力部に入力する。そして、
入力した条件に基づき溶接を実行、さらに、入力
演算装置８の演算部により前述のように、ワイヤ
送給速度（溶接電流から求まる）、もしくは、溶
接電流により（本例はミグ溶接を用いたので、検
出の容易な溶接電流を使つた）単位時間の溶着量
を演算、そして入力した溶接速度から初期条件と
して入力した初層の溶接トーチ位置を原点とし
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８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トーチ４の位
置を演算し、出力する。そして、この指令値に基
づき駆動装置５により溶接トーチ４を移動させ、
溶接を再度行う。以下、全積層の合計の厚さが開
先深さ（指定した値）よりも大きい値になるまで
溶接を繰り返す。また、積層幅の値から、一回の
溶接で一層の溶接が可能な幅かどうか判定、ある
一定の幅以上では溶接トーチ４のウイービングを
行なわせる。本例の場合、ミグ溶接（ワイヤφ1.6
mm）、溶接電流400Aでは、ウイービングを開始す
る積層幅は15mmであり、ウイービング条件は正弦
波、80回／min、幅は積層幅より５mm小さくし
た。さらに、積層幅が30mm以上となつた場合、溶
接トーチ４を積層幅の1/4の値だけ中心位置より
左右に振り分け、ウイービング（前記と同様の条
件）を併用して溶接を行なわせた。上記の値は適
用する溶接電流の違いにより変化させる必要があ
る。 表に本例の適用開先形状と溶接条件について示
す。合計４パスによつて溶接は完了し、ブロホー
ル、溶込み不良等の欠陥の発生は見られなかつ
た。

【表】 さらに、ビード外観形状も平滑であり、かつ、
ビード止端部もなめらかに母材に接した溶接部が
得られた。 本発明によれば、多層溶接を行う際の各層にお
ける適正な溶接トーチの位置制御に前層の積層厚
さを、特別の検出器を用いることなく、前層の単
位時間当りの溶着量と開先断面形状から、前層の
積層厚さと幅を演算し、自動多層溶接のための適
正なトーチ位置を決定することができる。その結
果、容易に自動多層溶接が可能となる。

【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で、
第１図はＶ型開先を有した突合せ継手の断面と溶
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構成を示す図、第３図は装置
の動作フローを示す図である。 １……Ｖ型開先突合せ継手の断面、２，３……
積層断面、４……溶接トーチ、５……溶接トーチ
動装置、７……溶接装置、８……入力演算装置。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ ２つの溶接ワークで形成される開先角度θの
   溶接部を多層溶接する方法において、先ず溶着金
   属を満たして接合すべき開先の前記開先角度θ及
   び開先深さｔ、初層の溶接線の開始点と終了点、
   溶接トーチの位置、溶接電流、溶接電圧及び溶接
   速度を入力し、次に前記溶接電流に基づいて一回
   の溶接をするときの単位時間当りの溶着量を演算
   し、該溶着量、前記溶接速度及び前記開先角度θ
   から初層の積層厚さと積層幅を演算し、２層以後
   の積層厚さ及び積層幅も順次前記の溶着量、溶接
   速度、開先角度に基づき演算して次層の溶接を行
   うために適正な溶接トーチ位置を決定し、以下全
   積層の合計の厚さが開先深さｔ若しくは指定した
   値よりも大きい値になるまで溶接を繰り返して行
   うとともに、各層について積層幅がある値以上な
   ら溶接トーチのウイービングを併用して、連続し
   て多層溶接を行うことを特徴とする多層溶接法。