JPH02307677A

JPH02307677A - 角型部材の自動溶接方法

Info

Publication number: JPH02307677A
Application number: JP1126722A
Authority: JP
Inventors: Yuji Sugitani; 祐司杉谷; Hisahiro Tamaoki; 玉置　尚弘; Kenichiro Yamashita; 健一郎山下; Hideaki Kanayama; 金山　秀明
Original assignee: Nachi Fujikoshi Corp; NKK Corp; Nippon Kokan Ltd
Current assignee: Nachi Fujikoshi Corp; JFE Engineering Corp
Priority date: 1989-05-22
Filing date: 1989-05-22
Publication date: 1990-12-20
Anticipated expiration: 2009-09-07
Also published as: JPH0669624B2

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】［産業上の利用分野コ本発明は、例えば柱と梁との接合部に使用される仕口コ
ア等のごとき角型部材の自動溶接方法に関するものであ
る。

［従来の技術］鉄骨構造物における仕口コアは、第８図及び第９図に示
すように、鉄骨柱とＨ形鋼等の鋼製梁との接合部に使用
されるものであり、図において、３０は仕口コア、３４
は鉄骨柱、３６は鋼製梁である。

このような仕口コア３０は、一般に四角形の角型コラム
３１と、このコラム３１の上下両端に溶接され、梁３６
からの応力を伝達するためのダイヤフラム３２とから構
成されている。コラム３１とダイヤフラム３２の継手は
通常、突合せ継手であり、その開先３３の形状は第１０
図に示すようにし字型か普通である。このような開先３
３に多層盛溶接を行って仕口コア３０を製作する。なお
、第１０図において３８はバッキングである。

そして、仕口コア３０のダイヤフラム３２の面に柱３４
の端面を溶接し、一方、ダイヤフラム３２の辺とコラム
３１の面に梁３６の端面を溶接することにより、鉄伺構
造物を構築している。

上記の仕口コア３０は比較的単純な形状をしているが、
角型コラム３１とダイヤフラム３２との溶接線はコラム
３１の辺にあたる直線部とコーナ一部にあたる円弧部の
組合せである。したがって、特にコーナ一部での溶接が
難しいため、従来は、直線部とコーナ一部に分けて半自
動溶接により別個に溶接していた。しかし、直線部とコ
ーナ一部を別個に溶接するのでは、能率が悪いうえに溶
接ビードの継目が多くなり、これが溶接欠陥の発生の原
因となったり、ビード形状の不良を招くおそれがあるな
どの問題があった。そこで、溶接の自動化か要請される
。このため溶接ロボット等の利用か考えられるが、この
ような自動溶接の場合においても、直線部とコーナ一部
では溶接条件（溶接速度、電流等）を変更する必要かあ
るばかりでなく、一般に多層盛溶接となるため溶接プロ
グラムの作成に多大な時間、手数を要するという問題が
ある。さらに、コラム３１は精度の面で常に良好とはい
えず、このため溶接の自動化を一層困難なものにしてい
る。

［発明が解決しようとする課題］仕口コア３０における自動溶接で最も問題となるのは、
コラム３１のコーナ一部における溶接であることは明ら
かである。その一つに、コーナ一部における溶接速度の
適正化とビード形状の平滑化がある。すなわち、直線部
と円弧部を含む溶接線が鉛直面内に置かれる場合、コー
ナ一部の溶接速度が不適正であると直線部と同じビード
高さか得られないばかりでなく、仮にその速度か適正で
あるとしても溶融プールの重心位置かアーク点より後方
に離れているため、コーナ一部においては上進溶接の状
態となり、このためビードの断面形状が凸になりやすく
、またビード高さか一様てなく歪曲したりしてビード形
状の平滑さを損う。そこて、この対策としては溶融プー
ルをできるだけ小さく、つまり溶融プールの重心位置を
アーク点に近づけるように小さくする必要がある。

したがって、本発明の目的は、仕口コアのごとき角型部
材の自動溶接において、特にコーナ一部における溶接速
度の適正化及びビード形状の平滑化を図った自動溶接方
法を提供することにある。

［課題を解決するための手段］上記の目的を達成するため、本発明に係る角型部材の自
動溶接方法は、溶接線が鉛直面内に置かれかつ直線部と
円弧部を含む角型部材の自動溶接において、溶接ロボッ
トと、角型部材を取り付けそれを所定角度回転する手段
を含むポジショナとを使用して開先を溶接し、この場合
において円弧部においては溶接電流値を直線部のときよ
り低くして溶接し、かつ直線部及び円弧部における溶接
゛速度をそれぞれｖ　　、ｖ　　とし、また電極ワイヤ
Ｓ　　　　　　　Ｃの送給速度をそれぞれｖ　、■　とすると、円弧ｆｓ　
　　ｆｃ部における溶接速度Ｖ　が次式を満足するように角型部
材を溶接ロボットの動作と同期させて回転させ、該円弧
部を溶接することとしたものである。

ただし、ｈは溶接ビードの高さ、ｒ、は」１記円弧部の
第１層目の溶接ビードの内周半径である。

［作　用］ポジショナに取り付けられた角型部材に対し溶接ロボッ
トで開先を溶接する。この場合において、溶接線は鉛直
面内に置かれかつ直線部と円弧部を含む。そして、その
直線部に対して、溶接電流値工　、ワイヤ送給速度Ｖｆ
ｓ及び溶接速度ｖ８で溶接し、円弧部に対して上記■　
より低い溶接電流値■　、同様に上記ｖ、８より遅いワ
イヤ送給速度■、。及び上記■８に対し溶接電流値を低
下したことに伴うワイヤ送給速度の変化分を見込んで補
正した溶接速度Ｖ　、具体的には上記（］）式を満足す
るような溶接速／ｉｖ　　て溶接する。すなわち、円弧
部において溶接電流値を直線部のときよりも低くすれば
溶融プールが小さくなってその重心位置がアーク点に近
づくため、上進溶接の状態をはとんと解消できる。しか
しなから、溶接電流値を低くすればワイヤ送給速度も当
然、円弧部では遅くなるので、ビード高さを同一にする
にはワイヤ送給速度の変化分を見込んで溶接速度を補正
する必要がある。この結束、円弧部においてもビード高
さは変わらず、かっビード形状の平滑さを保つことがで
きる。

・ところで、円弧部の溶接の際、ポジショナは溶接ロボ
ットと同期して動作する。したがって、溶接トーチか直
線部から円弧部の始点に到達した時に角型部材をポジシ
ョナにより所定角度回転させ、同時に溶接電流値を低く
し、かつ溶接速度を相対的に上記のＶ　からＶ　に切り
替える。

Ｓ　　　　　　　　　　　Ｃ次に、溶接トーチがその円弧部の終点に到達すると（こ
の間に角型部材の回転は終了している）、同時に溶接電
流値を高くし、かつ溶接速度を上記■　からＶ　へ切り
替え、次の直線部をこの速度Ｓ ■　で溶接する。以後、同様の動作を繰り返すことによ
り角型部材を全周連続で自動溶接することができる。

［実施例コ以下、本発明の一実施例を図により説明す・る。

第１図（ａ）〜（ｃ）は仕口コアの溶接線を全周連続的
に自動溶接する場合の動作説明図である。

この場合、溶接線１０は鉛直面内に置かれ、直線部１１
ａ、１］、ｂ、］、１ｃ、ｌｌｄとコーナ一部１２　ａ
、　　１２　ｂ、　　１２　ｃ、　　１２　ｄを含むも
のである。溶接トーチ１は、この溶接線１０に対して垂
直でかつ後方または前方（紙面の表裏方向）に一定の角
度で傾斜しており、上記コーナ一部ではその軸線がコー
ナ一部の曲率中心を向くように姿勢制御される。なお、
開先断面形状は全周について一様である。

第１図において、仕口コア３０の断面の輪郭形状か破線
で示されており、仕口コア３０は後述するようにポジシ
ョナに取りイτｊけられ、溶接ロボットと同期して動作
するように制御される。

第１図に基ついて溶接動作を説明する。まず、溶接開始
点Ａを水平な直線部１１ａの適当な位置に設定する（第
１図（ａ）参照）。この開始点Ａ及び各々の直線部とコ
ーナ一部との接続点Ｂ、Ｃ。

Ｄ、・・・、■の各位置は仕口コア３０の寸法あるいは
溶接ロボットによるティーチングによって制御装置（図
示せず）の記憶部に記憶されている。また、これらの直
線部及びコーナ一部に対応して溶接電流値が変更設定さ
れる。すなわち、コーナ一部では直線部のときＩ　より
も低い値Ｉ　　（普通、Ｓ　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　Ｃ１０〜３０％減）に設定される。さらに
、電極ワイヤ２の送給速度についても直線部のＶｆｓか
らコーナ一部の■、。に変更設定されるとともに、溶接
電流値の低下に伴いワイヤ送給速度も遅くなるため、コ
ーナ一部の溶接速度Ｖ　を、上記（１）式に従ってワイ
ヤ送給速度の変化分を見込んで補正するよう制御される
。したがって、溶接開始点Ａから第１のコーナ一部１２
ａの始点Ｂまではあらかしめ設定された溶接速度Ｖ　で
溶接する。このときの溶接電流値はＩ　であり、ワイヤ
送給速度はｖｆｓである。

次いで、第１コーナ一部１２ａの始点Ｂから終点Ｃまで
は溶接速度Ｖ　に対し、上記（１）式を満足する溶接速
度Ｖ　に変更して溶接する（第１図（ｂ）参照）。この
ときの溶接電流値工　は直線部の溶接電流値Ｉ　より低
い値であり、これに伴いワイヤ送給速度Ｖ、。も直線部
のワイヤ送給速度ｖｆｓより遅くなる。そのため、コー
ナ一部においでも直線部と同じゼード高さを得るため、
溶接速度Ｖ。についてワイヤ送給速度の変化分を見込ん
だ補正をする必要があるのである。なお、コーナ一部の
溶接の場合、後述するように、同時に仕口コア３０を９
０°回転させながら溶接する。

次に、上記のコーナ一部の溶接速度Ｖ　を求めるにあた
って第２図を参照しながら説明する。まず、開先の断面
形状は直線部、コーナ一部共に一様であるとする。

直線部でビート高さｈを得る溶接速度Ｖ　で内面曲率半
径ｒ、のコーナ一部を移動さぜたときの溶着量Ｗ　と、
該コーナ一部で同じビード高さｈを得るための溶接速度
Ｖ　て曲率半径ｒ　のコーす一部を移動させたときの溶
着量Ｗ　との１ヒＣｔ、Ｃ次のように表される。

また、曲率半径ｒ、のコーナ一部を速度■１　ワイヤ送
給速度Ｖ　て移動させたときの溶着量Ｗｉｔ、Ｃヨ　　
　Ｓ　　ｘ　−」ニーＷ８　　　　ｖｏ　　　　ｖｒＳしたがって、となって、上記（１）式か得られる。

いま、仮にワイヤ送給速度を直線部、コーナ一部共に同
一で、溶接速度のみを変えた場合、上式％式％コーナ一部の溶接速度Ｖ　は、Ｏとなる。したがって、ワイヤ送給速度か一定の場合、（
２）式に従ってコーナ一部の溶接速度を制御すれば、コ
ーナ一部のビード高さｈを直線部と同じにすることかで
きる。しかしながら、コーナ一部の溶接は一般に上進溶
接の状態となる。これを第３図、第４図について説明す
る。

アーク溶接において、アーク点３と溶融プール４の重心
位置Ｇとは第３図に示すように一致せず、後方に多少熱
れている。この距離Ωは主に溶接電流値に関係し、溶接
電流値１＝２５０Ａで、ρ−５〜６　＋ｎｍ位である。

したがって、あるコーナ一部のＲ止まり（直線部と該コ
ーナ一部との接続点）にアーク点３が到達した時に仕口
コア３０が回転を始めるとすると、第４図（ａ）に示す
ように、溶融プール４の重心位置Ｇにおける接線５は水
平とならず、水平線６との間に傾斜角α（”、Ｑ　／ｒ
、）を持つ。

また、当該コーナ一部における傾斜角αを図示すると第
４図（ｂ）のようになる。図中、■　は隣接直線部の溶
接速度である。

このように溶融プール４の重心はコーナ一部において常
に上り勾配にさらされ、このため上進溶接の状態のよう
になり、第５図（ａ）に示すようにビード７の断面形状
か凸になりやすく、また同図（ｂ）に示ずようにビード
高さ１〕が直線部と同じ高さにならす歪曲することとな
る。

したかって、コーナ一部では溶接電流値を低くすること
によって、溶融プール４かできるだけ小さくなるように
し、これによって溶融プール４の重心位置Ｇをアーク点
３に近づける。また、このようにすることにより傾斜角
αかゼロに近くなり水平に近づくため上進溶接の状態を
ほとんど解消することができる。この結果、上述したよ
うなビード形状の不具合を生ぜず、平滑なものとなる。

もぢろん、ビード高さは変化しない。

よって、本発明においては、コーナ一部で溶接電流値を
低くするとともに、それによるワイヤ送給速度の変化分
を加味した、上記（１）式に従う溶接速度Ｖ　としたも
のである。

再び、第１図に戻って、仕口コア３０の回転について説
明すると、溶接１・−チ１がＢ点に到達した時に、ポジ
ショナにより０点を中心に９０°回転させる。同時に、
この回転動作に同期させて溶接１・−チ１を動かす（第
１図（ｂ）参照）。また、溶接電流値及びワイヤ送給速
度も上述のようにそれぞれ直線部のときよりも小さくし
た値Ｉ　及びＣＶ「。に切り替えられていることはいうまでもない。

また、仕口コア３０の回転動作中第１コーナ一部１２ａ
の溶接速度Ｖ　は上記（１）式を満足するよう制御され
る。ところで、Ｂ点の運動軌跡Ｂ　−Ｂ−８１（１５）
は判っているので、１・−チ１の運動軌跡もこのＢ点の
運動軌跡１５から容易に求められるとともに、仕口コア
３０の回転中における溶接速度Ｖ　は、Ｂ点の移動速度
つまりポジンヨナの回転速度（既知）から相対的に上記
（１）式を満足するように制御することができる。

任意の１つのコーナーの円弧部において溶接速度Ｖ　を
実現する手段について説明すると、第６図においてＬｌ　：溶接線の縦辺の長さＬ２：溶接線の横辺の長さＲ：円弧部の曲率中心の回転半径ｒ・円弧部の半径とすると、１つのコーナーの円弧部の長さ＝πｒ　／　２その円弧
部を溶接するときのロボットの移動距離−πＲ／２Ｌ１＝Ｌ２のときは　Ｒ＝、、／−丁（Ｌ／２−ｒ）し
たかって、溶接速度Ｖ　を実現するためのロボット移動
速度Ｖ。（Ｒｏｂ）は、となる。したがって、コーナ一部人口にトーチが到達し
たときポジショナを回転し始め、ロボットは半径Ｒの円
弧上を速度Ｒ／　ｒＸ　ｖ　　で移動ずればよい。

なお、ポジショナの回転速度はトーチが１つのコーナ一
部の円弧上を移動する間（１）に９０゜回転すればよい
ので、／ＩＱｔとなり、ポジショナの回転角速度は、となる。

第１コーナ一部］、　２　ａの終点Ｃに溶接トーチ１が
到達した時には溶接速度を上記のＶ　からｖ８へ切り替
え、かつ溶接電流値及びワイヤ送給速度もそれぞれ上記
の１　からより高いＩ　へ、ｖｆｃＳからより速いｖｆＳへ切り替え、この溶接速度ｖ８で次
の第２直線部］、　１　ｂを溶接する（第１図（Ｃ）参
照）。以後、上記と同様に第２コーナ一部１２ｂ、第３
直線部１１Ｃ１第３コーナ一部１２Ｃ１第４直線部］１
ｄ、及び第４コーナ一部１２ｄの順に溶接し、第１直線
部１１ａの溶接開始点Ａに戻って一周する。２層目以降
は」二足の動作を繰り返すことになる。このようにして
仕口コア３０を全周連続で自動溶接することかできる。

次に、第７図は上記の自動溶接を行う溶接装置の斜視図
であり、本装置は、多関節の溶接ロボット２０と、仕口
コア３０を取り伺はロボット２０と同期動作を行うポジ
ショナ２４とから構成されている。

ポジショナ２４は、仕口コア３０を水平に片持ち状に取
り付ける回転テーブル２５を有し、この回転テーブル２
５により仕口コア３０を所定角度回転させる。その動作
は前述したように溶接ロホッＩ・２０の動作に同期させ
て行う。

以上の説明から明らかなように、溶接線］０は四角形の
ものに限らず、多角形すなわち三角形、五角形、六角形
等のものにも同様に適用できるものである。

［発明の効果］以上のように本発明によれば、溶接線が鉛直面内に置か
れかつ直線部と円弧部を含む角型部祠に対し、溶接ロボ
ットとポジショナを使用し全周連続で自動溶接すること
ができ、しかも円弧部における溶接電流値を直線部のと
きより低くし、かつ溶接速度Ｖ　を直線部の溶接速度Ｖ
　に対して前Ｓ記（１）式を満足するように切り替えて該円弧部を溶接
することとしたので、円弧部における溶融プールが小さ
くなり、その重心位置がアーク点に近づくため、上進溶
接の状態をほとんど解消でき、その結果、直線部と同じ
ビード高さで、かつそのビード形状を平滑にすることが
できるという効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図（ａ）〜（ｃ）は本発明による角型部制の自動溶
接方法の動作説明図、第２図はコーナ一部（円弧部）の
溶接速度を求めるための説明図、第３図はアーク点と溶
融プールの重心位置までの距離ρの関係図、第４図（ａ
）、（ｂ）は角型部刊の回転時溶融プールの重心位置に
おける接線が傾斜角を示す状態及びその傾斜角の変化状
態を示した図、第５図（ａ）、（ｂ）は溶融プールが大
きいときのコーナ一部のビード形状を示した図、第６図
は円弧部で溶接速度Ｖ　を実現する手段に用いる図、第
７図は本発明の自動溶接方法に使用する溶接装置の斜視
図、第８図は仕口コアの使用状態を示した図、第９図は
仕口コアの斜視図、第１０図は仕口コアにおける開先の
断面図である。１・・・溶接トーチ２・・・電極ワイヤ３・アーク点４・・・溶融プール１０・・・溶接線１１ａ〜ｌｌｄ・・・直線部１２ａ〜１２ｄ・コーナ一部（円弧部）２０・・溶接ロ
ボット２４・ボジンヨナ２５・・・回転テーブル３０・・・仕口コア３３・開先

Claims

【特許請求の範囲】　溶接線が鉛直面内に置かれかつ直線部と円弧部を含む
角型部材の自動溶接において、溶接ロボットと、前記角型部材を取り付けそれを所定角
度回転する手段を含むポジショナとを使用して開先を溶
接し、この場合前記溶接線の円弧部においては溶接電流
値を直線部のときより低くして溶接し、かつ直線部及び
円弧部における溶接速度をそれぞれｖ＿ｓ、ｖ＿ｃとし
、また電極ワイヤの送給速度をそれぞれＶ＿ｆ＿ｓ、Ｖ
＿ｆ＿ｃとするとき、該円弧部における溶接速度ｖ＿ｃ
が次式を満足するように前記角型部材を前記溶接ロボッ
トの動作と同期させて回転させ、該円弧部を溶接するこ
とを特徴とする角型部材の自動溶接方法。ｖ＿ｃ＝ｖ＿ｓ×（２ｒ＿ｉ／２ｒ＿ｉ＋ｈ）×（ｖ＿
ｆ＿ｃ／ｖ＿ｆ＿ｓ）ただし、ｈ：溶接ビードの高さｒ＿ｉ：前記円弧部の第ｉ層目の溶接ビードの内周半径