JPH05277735A - 自動溶接方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 開先部の変動に応答性良く対応することがで
きる自動溶接方法を提供する。 【構成】 ５層目の開先部の一部（Ａ部分）の高さが他
の部分に比べて低い場合には、Ａ部分の５層目の溶接を
行っているときに、その溶接位置が推定値を越えたか否
かを判断し（Ｓ６）、推定値を越えた場合は、その推定
値より更に一定値だけ移動・溶接した後、ステップＳ８
に移行してＹ軸方向にステップ状に移動する（Ｓ８）。
以下同様にして、開先壁部を検知しない場合でも、Ａ部
分の溶接を自動で行う。６層目の溶接を行うときにに
は、溶接位置がＡ部分にくると、Ａ部分での溶接を行わ
ずに、Ｙ軸方向にステップ状に溶接トーチを移動する。
移動した位置が、まだＡ部分であれば、再びステップＳ
８に移行して、Ｙ軸方向にステップ状に移動する。これ
により、６層目では、Ａ部分の溶接は行わない。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、厚板の自動溶接方法に
関し、特に開先部の形状の変化に対応して、開先部を自
動で溶接する自動溶接方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来より、厚板の開先部を溶接する際に
は、例えば、開先部の幅が場所により異なる場合がある
ので、このような開先部の変動に応じて、溶接トーチを
制御する種々の提案がなされている。図５は従来の自動
溶接方法を説明するための図である。図５に示すように
従来の溶接方法は、ウィービング軌跡が略サイン曲線状
又は鋸刃状となり、その軌跡の頂点部が開先部の開先壁
部にできるだけ、接近するように溶接トーチを制御して
いる。例えば、特開昭６２−２４０１６７号公報では、
溶接電流や溶接電圧が、開先部の中央部と端部とで大き
く変化することに着目し、この溶接電流の変化を用いて
ウィービングの中心位置及びウィービングの振幅を制御
することが提案されている。これにより、厚板材に多層
盛り溶接を施すときに、開先部の形状及び大きさが場所
毎に異なる場合にあっても、その変動に対応して溶接す
ることができる。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】上記の従来の方法で
は、例えば、あるサイクルにおいて開先部の端部の位置
を検出し、その結果に基づいて次のサイクルの溶接時に
ウィービングの中心及びその振幅を制御している。すな
わち、あるサイクルで開先部が広くなっていたために、
端部が検出ができなかったときには、次のサイクルで溶
接トーチのウィービングの中心を移動し、また溶接トー
チの振幅を大きくして溶接することにより、開先部の変
動に対応している。しかしながら、上記の方法では、開
先部の変動に対応した制御が１サイクル遅れとなり、し
たがって開先部か緩やかに変動する場合には問題ない
が、開先部が急激に変化する場合には対応しきれないこ
とがあった。

【０００４】また、上記の方法では、ウィービング軌跡
が略サイン曲線状又は鋸刃状となっていることから分か
るように、溶接トーチを溶接方向に移動する制御と、溶
接方向に直角な方向に移動する制御との双方の制御を同
時に行っているので、両方向における溶接速度の制御を
同時に行わなければならず、溶接トーチの速度制御が複
雑なものとなっていた。

【０００５】更に、例えば部分的な板厚の違い、目違
い、裏当てとの隙間、仮付けビード、クロスビードの処
理状況等が原因で、開先部の高さが場所により異なる場
合は、従来は、層数を自動的に変えることができなかっ
たので、開先部の低い部分を別途に溶接するか、あるい
はその部分に余分な余盛りビードを付けていた。

【０００６】本発明は上記事情に基づいてなされたもの
であり、開先部の変動に応答性良く対応することができ
る自動溶接方法を提供することを目的とするものであ
る。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに本発明の自動溶接方法は、開先部の開先形状を指示
して、溶接トーチの移動を制御することにより開先部を
多層溶接する自動溶接方法において、前記開先部の溶接
を開始する始端から溶接方向に直角な方向に溶接トーチ
を移動し、溶接電流及び溶接電圧のうち一方又は双方を
検知してその検知値が所定値に変化したときに、その変
化を検知する毎に、その変化した位置から溶接トーチを
溶接方向に移動した後、検知前の移動方向とは逆方向に
移動して溶接を行い、且つ前記変化した位置を記憶して
おき、該変化した位置に関する情報と、前記開先部の開
先角度とから今回の層で前記検知値が変化する位置を推
測し、その推測した位置を越えて溶接しても前記検知値
が変化しない場合には、推測した位置に対して一定値進
んだ位置で溶接トーチを溶接方向に移動した後、溶接ト
ーチを逆方向に移動して溶接を行い、更に次の層では前
層で前記検知値が変化しなかった位置に対応する部分に
ついては溶接をしないように溶接トーチの移動を制御す
ることを特徴とするものである。

【０００８】

【作用】本発明は前記の構成によって、溶接を開始する
始端から溶接方向に直角な方向に進行し、溶接電流及び
溶接電圧のうち一方又は双方を検知してその値の変化に
より、開先部の、例えば開先壁部を検出する。開先壁部
を検知するまでは、溶接方向に直角な方向に進行して溶
接を行うので、開先部の開先壁部の形状がたとえ急激に
変動している場合であっても、その変動に応じて、開先
壁部まで確実に溶接を行うことができる。また、溶接を
開始する始端から溶接方向に直角な方向に進行し、開先
壁部を検知する毎に、溶接トーチを溶接方向に、例えば
溶接幅と同じ距離だけ移動した後、検知前の移動方向と
は逆方向に移動することにより、ウィービング軌跡が矩
形波状となり、溶接トーチの移動は溶接方向及び溶接方
向に直角な方向のうちいずれか一方の方向に移動すると
きの速度を制御をすればよいので、溶接トーチの速度制
御が簡単なものとなる。

【０００９】更に、前層までの前記変化した位置を記憶
しておき、該変化した位置に関する情報と、前記開先部
の開先角度とから今回の層で前記検知値が変化する位置
を推測して溶接することにより、開先部の高さが場所に
より異なる場合でも、その高さの相違に応じて自動で溶
接を行うことができる。すなわち、開先部の高さが低い
部分で最上層を溶接するときには、前記推測した位置を
越えて溶接しても前記検知値が変化しないので、推測し
た位置に対して一定値進んだ位置でその部分の溶接を終
了し、次の層を溶接するときにはその部分を飛ばして溶
接する。一方、開先部の高さが高い部分については引き
続きさらに上層の溶接が行われ、開先部の高さに応じて
必要な層数の溶接を行う。

【００１０】

【実施例】以下に本発明の一実施例を図１乃至図４を参
照して説明する。図１は本発明の一実施例である自動溶
接方法を実施するための自動溶接装置の概略図である。
図１に示す自動溶接装置は、溶接機１０と制御装置１０
０とからなり、溶接機１０はレール部１１と、そのレー
ル部１１に沿って移動自在に構成された台車部２０と、
台車部２０に設けられた伸縮自在な伸縮腕３０を介して
取着された溶接トーチ支持部４０と、溶接トーチ支持部
４０によって支持された溶接トーチ５０とを備える。

【００１１】制御装置１００は、モータＭ_x により伸縮
腕３０の伸縮を制御して溶接トーチ５０のｘ軸方向にお
ける移動を調整するｘ軸方向移動制御部６０と、モータ
Ｍ_yにより台車部２０を移動することにより溶接トーチ
５０のｙ軸方向（溶接方向）における移動を調整するｙ
軸方向移動制御部６２と、モータＭ_z により溶接トーチ
支持部４０のｚ軸方向における移動を制御することによ
り溶接トーチ５０のｚ軸方向における移動を調整するｚ
軸方向移動制御部６４と、モータＭ_r により溶接トーチ
５０の姿勢を制御する姿勢制御部６６と、装置全体を制
御する主制御部７０と、溶接に必要なデータを記憶する
メモリ７１及び共有メモリ７２と、操作用のスイッチや
ティーチングデータを入力するための入力部等を有する
操作部８０とを備える。尚、ｘ，ｙ，ｚは各々空間直行
座標軸を表している。また、７４はＩ／Ｏポートであ
る。

【００１２】図示しない溶接用ワイヤ供給装置によって
送られた溶接用のワイヤは、溶接トーチ５０から送りだ
され、溶融されて開先部に積層される。図２は厚板のＶ
字状をした開先部を６層に分けて溶接する場合を示して
いる。一般に厚板のＶ字状の開先部を溶接する場合に
は、このように多層溶接になる。

【００１３】本実施例の方法で溶接するには、予め開先
部の始端、終端、開先形状（例えば高さ２４ｍｍのＶ字
状）等の情報を操作部より入力する。これらの値の入力
は手動で行ってもよいし、自動計測して入力してもよ
い。主制御部７０は、これらの情報に基づいて溶接層数
や溶接層の厚さを決定し、その値に基づいて各溶接層の
溶接を行う。尚、開先部は上記の２４ｍｍに限られるも
のではなく、例えば高さ４０ｍｍ以上の開先部を１０層
以上に分けて溶接してもよい。

【００１４】図３は本実施例の方法の手順を示す図であ
る。ステップＳ１で、上記のように設定したティーチン
グプログラムを呼び出し、溶接電流・溶接電圧・溶接速
度等の溶接条件を設定する。次に溶接トーチ５０を溶接
の始端に移動し（ステップＳ２）、シールドガスを供給
してアーク溶接を開始し、ｘ軸方向移動制御部６０によ
り溶接トーチ５０を溶接方向に直角な方向（Ｘ方向）に
移動する（ステップＳ３）。ステップＳ４では、実際に
溶接しているときの溶接電流の値を検知し、その値を積
算して平均値を算出する。一般に、開先部の中央部に比
べて開先壁部では、溶接電流が大きくなるので、溶接電
流が前記の平均値より予め定めた一定値以上に大きくな
ったときにこれを検知する（ステップＳ５）。溶接電流
が一定値以上大きくなったことを検知しなければ、ステ
ップＳ６に移行する。

【００１５】ステップＳ６では、現在の溶接位置が開先
壁部の推定値を越えたか否かを判断する。ここで、開先
壁部の推定値とは、予め入力された開先部の開先角度か
ら現在溶接している層の開先壁部の位置を予め算出した
ものである。この開先壁部の推定値は各層毎に双方の壁
について算出される。また、この開先壁部の推定値は、
過去２回の層を溶接した際に得た開先壁部の情報に基づ
いて現在溶接している層の開先壁部の位置を推定しても
よい。尚、この推定値を決定する際には、溶接ビードの
高さを考慮することにより、より正確な推定値を得るこ
とができる。ステップＳ６で現在の溶接位置が開先壁部
の推定値を越えていなければ、ステップＳ３に戻ってＸ
方向の溶接を続行し、もし越えていれば、ステップＳ８
に移行する。

【００１６】ステップＳ５で溶接電流が一定値以上大き
くなったことを検知し、開先壁部を検知すれば、その位
置を記憶し（ステップＳ７）、ｙ軸方向移動制御部６２
により溶接トーチをＹ軸方向にステップ状に移動して
（ステップＳ８）、その位置が予め入力した終端である
か否かを判断する（ステップＳ９）。その位置が終端で
なければ、その位置が前層の溶接をしたときに前層の推
定値を越えたか否かを判断する（ステップＳ１０）。前
層の溶接をしたときに前層の推定値を越えた溶接してい
なければ、その位置で、Ｘ軸方向に移動して溶接を行い
（ステップＳ１１）、ステップＳ３に戻り溶接電流の値
を検知する。以下、上述したステップＳ３からステップ
Ｓ１１までの各ステップの処理を行うことにより開先部
の溶接を行う。そして、ステップＳ９で、溶接している
位置が予め入力した終端にくれば、これを検知してクレ
ータ処理をした後、アークを止め、シールドガスを止め
（ステップＳ１２）、待拠位置に移動する（ステップＳ
１３）。ステップＳ１４で、次に溶接する層があるか否
か判断し、溶接する層があれば、溶接を開始する始端に
溶接トーチを移動し（ステップＳ１５）、ステップＳ１
６で、溶接を開始する始端が前層で推定値を越えて溶接
したか否かを判断する。推定値を越えて溶接していれ
ば、ステップＳ１７に移行してＹ軸方向にステップ状に
移動した後、ステップＳ１６でその位置が前層で推定値
を越えて溶接したか否かが判断される。そして、前層で
推定値を越えて溶接しなかった位置まで、溶接トーチを
移動した後、ステップＳ３に戻って上記の手順を繰り返
し、次の層の溶接を行う。

【００１７】ところで、例えば図２に示すように、５層
目の開先部の一部（Ａ部分）の高さが他の部分に比べて
低い場合、Ａ部分の５層目の溶接を行っているときに、
ステップＳ５で開先壁部を検知できないので、このまま
では、このＡ部分のＸ軸方向の移動を停止することがで
きない。この場合、ステップＳ６で５層目のＡ部分の溶
接を行う際に溶接位置が上述した推定値を越えたか否か
を判断し、推定値を越えた場合は、その推定値より一定
値（数ミリ）だけ移動した後、ステップＳ８に移行して
Ｙ軸方向にステップ状に移動する。以下同様にして、開
先壁部を検知しない場合でも、Ａ部分の溶接を自動で行
うことができる。

【００１８】そして、６層目の溶接を行うときにには、
溶接位置がＡ部分にくると、ステップＳ１０で前層、す
なわち５層で推定値を越えたか否かが判断され、この場
合、Ａ部分は５層目で推定値を越えて溶接しているの
で、Ａ部分での溶接を行わずに、つまりステップＳ１１
に移行せずに、ステップＳ８に移行してもう一度、Ｙ軸
方向にステップ状に溶接トーチを移動する。移動した位
置が、溶接終端ではなく、しかもまだＡ部分であれば、
再びステップＳ８に移行して、Ｙ軸方向にステップ状に
移動する。このようにして、６層目の溶接を行うときに
は、Ａ部分の溶接を行うことなく、他の部分だけを溶接
することができる。

【００１９】なおＡ部分が、たとえば溶接を開始する始
端であるときには、上述したようにステップＳ１６でこ
れを検知して、その始端の溶接を行わずに、Ｙ軸方向の
ステップ状の移動を繰り返し、Ａ部分を溶接することな
く、Ａ部分の次の部分から６層目の溶接を行う。

【００２０】上記の本実施例の方法によれば、例えば部
分的な板厚の違い、目違い、裏当てとの隙間、仮付けビ
ード、クロスビードの処理状況等が原因で、開先部の高
さが場所により異なる場合でも、その高さに応じた層数
の溶接を自動で行うことができる。

【００２１】また、上記の本実施例の方法によれば、溶
接電流の値を検知することにより、開先壁部を検出し
て、溶接の方向を変えているので、リアルタイムで溶接
を制御することができ、したがって開先部の形状が図４
に示すように変化する場合でも、従来の１サイクル遅れ
の制御に比べて、より確実に開先壁部まで、溶接を行う
ことができる。

【００２２】本実施例の方法によれば、図２に示すよう
に、ウィービング軌跡が矩形波状となる。すなわち、本
実施例の方法では、溶接速度の制御がＸ軸方向又はＹ軸
方向の速度の制御となり、Ｘ軸方向とＹ軸方向の双方に
ついて同時に速度を制御していた従来の方法に比べて、
溶接速度の制御が容易となる。更に、従来の方法では、
予めウィービングの中心及びその幅を設定して溶接を行
っていたが、本実施例の方法では、このような設定は不
要となり、ティーチングが容易になる。

【００２３】また、上記の本実施例の方法によれば、ウ
ィービング軌跡が矩形波となるので、従来のウィービン
グ軌跡がサイン波形状又は鋸刃状となる場合に比べて、
より平坦に溶接面を仕上げることができる。

【００２４】なお、本発明は上記の実施例に限定される
ものではなく、その要旨の範囲内で種々の変形が可能で
ある。例えば、上記の実施例では、溶接電流の値を検知
することにより、開先壁部の位置を検知していたが、溶
接電圧の値を検知するか、あるいは溶接電流と溶接電圧
の双方の値を同時に検知することにより、開先壁部の位
置を検知するようにしてもよい。また、上記の実施例で
は、開先部の開先壁部を検知する場合について説明した
が、例えば開先部の一方の端が開放部であり、開先壁部
がない場合には、溶接トーチがその開放部にきたとき
に、溶接電流の値が中央部の平均値よりも小さくなるの
で、これを検知することにより、開放部の位置を検知し
て、溶接トーチの移動を制御することにより、開放部の
形状が急激に変動している場合でも、その変動に応じて
確実に溶接することができる。更に、開先部の形状は、
上記のＶ字状に限らず、逆Ｖ字状、Ｉ字状、レ字状等で
あってもよい。

【００２５】

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、開
先部の溶接を開始する始端から溶接方向に直角な方向に
溶接トーチを移動し、溶接電流及び溶接電圧のうち一方
又は双方を検知してその検知値が所定値に変化したとき
に、その変化を検知する毎に、その変化した位置から溶
接トーチを溶接方向に移動した後、検知前の移動方向と
は逆方向に移動して溶接を行い、且つ前記変化した位置
を記憶しておき、該変化した位置に関する情報と、前記
開先部の開先角度とから今回の層で前記検知値が変化す
る位置を推測し、その推測した位置を越えて溶接しても
前記検知値が変化しない場合には、推測した位置に対し
て一定値進んだ位置で溶接トーチを溶接方向に移動した
後、溶接トーチを逆方向に移動して溶接を行い、更に次
の層では前層で前記検知値が変化しなかった位置に対応
する部分については溶接をしないように溶接トーチの移
動を制御することにより、開先部の形状、例えば開先部
の高さが急激に変動した場合でも、応答性よく溶接を行
うことができ、したがって特に厚板の溶接に好適な自動
溶接方法を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例である自動溶接方法を実施す
るための自動溶接装置の概略図である。

【図２】本実施例の自動溶接方法によりＶ字状の開先部
を溶接するときの状態を示す図である。

【図３】本実施例の自動溶接方法の手順を示す図であ
る。

【図４】本実施例の自動溶接方法で溶接する開先部の一
例を示す平面図である。

【図５】従来の自動溶接方法を説明するための図であ
る。

【符号の説明】

１０ 溶接機 ５０ 溶接トーチ ６０ ｘ軸方向移動制御部 ６２ ｙ軸方向移動制御部 ６４ ｚ軸方向移動制御部 ７０ 主制御部 ８０ 操作部 １００ 制御装置

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 開先部の開先形状を指示して、溶接トー
   チの移動を制御することにより開先部を多層溶接する自
   動溶接方法において、前記開先部の溶接を開始する始端
   から溶接方向に直角な方向に溶接トーチを移動し、溶接
   電流及び溶接電圧のうち一方又は双方を検知してその検
   知値が所定値に変化したときに、その変化を検知する毎
   に、その変化した位置から溶接トーチを溶接方向に移動
   した後、検知前の移動方向とは逆方向に移動して溶接を
   行い、且つ前記変化した位置を記憶しておき、該変化し
   た位置に関する情報と、前記開先部の開先角度とから今
   回の層で前記検知値が変化する位置を推測し、その推測
   した位置を越えて溶接しても前記検知値が変化しない場
   合には、推測した位置に対して一定値進んだ位置で溶接
   トーチを溶接方向に移動した後、溶接トーチを逆方向に
   移動して溶接を行い、更に次の層では前層で前記検知値
   が変化しなかった位置に対応する部分については溶接を
   しないように溶接トーチの移動を制御することを特徴と
   する自動溶接方法。
2. 【請求項２】 前記開先部の開先角度は前記指示された
   開先形状のティーチングデータから算出したものである
   請求項１記載の自動溶接方法。
3. 【請求項３】 前記開先部の開先角度は過去２回の層に
   おける前記変化した位置に関する情報から算出したもの
   である請求項１記載の自動溶接方法。
4. 【請求項４】 前記推測した位置は余盛ビードの高さを
   も考慮したものである請求項１，２，又は３記載の自動
   溶接方法。
5. 【請求項５】 前記溶接電流及び溶接電圧のうち一方又
   は双方を検知するのは、開先部の開先壁部又は開放部の
   うち少なくとも一方を検知するためである請求項１，
   ２，３又は４記載の自動溶接方法。