JPH08309524A - 自動溶接方法と装置及び溶接構造物 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 据付け現地などで角柱と角柱を溶接によって
接続する場合に、自動溶接機による横向き姿勢での多層
盛り溶接を行う場合に、最適な溶接方法と手順での溶接
が行える溶接技術を提供すること。 【構成】 溶接ワイヤ８の送給時にワイヤ送給ユニット
１内のワイヤ送給部品であるローラ２、３、５を結ぶ軸
線に対して、ローラ４が下方にあると、ローラ３の外径
に沿ってワイヤ８が狭開先トーチ６に送られるため、ワ
イヤ８に下向きの曲げ癖が付加され、ワイヤ８がトーチ
６から下向きに出てくるので、ワイヤ８先端が開先１０
の下面の角部を狙うことができ、トーチ６を傾けること
なく、開先１０の下面の溶接を行うことができる。ま
た、ローラ４が前記軸線の上方にあると、ワイヤ８に上
向きの曲げ癖が付加され、その先端が開先１０の上面の
角部を狙うことができる。こうしてＩ形の開先１０でも
連続して積層が行えるので、効率的な自動溶接が可能と
なる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は自動溶接方法と装置およ
び該自動溶接方法で得られた溶接構造物に関し、特に建
築物の鉄骨に用いられる角柱の自動溶接技術に関する。

【０００２】

【従来の技術】ボイラ鉄骨などの大型建築物の鉄骨には
型鋼の他に厚板の角柱が使用され、現地据付けにおい
て、角柱と角柱の接続が横向き姿勢の多層盛溶接で行わ
れることが多い。従来、この部分の溶接は手溶接や半自
動溶接で行われているが、溶接作業の能率向上のため、
自動溶接機を用いる溶接方法も提案されている（例え
ば、日立造船技報第５５巻第３号）。

【０００３】角柱の溶接開先継手（以下、開先と言うこ
とがある。）の形状は、従来、図１４に示すような角柱
９の断面レの字形の開先１０’の形状のものが一般的で
あるが、角柱９のような厚板では、開先形状が大きくな
り、溶接金属の積層数が増加し、溶接に多くの時間を要
することから、溶接金属の減少を目的として、図１５に
示すような開先形状が平行かまたはほぼ平行で、開先角
度を持たない断面Ｉ字形の開先１０も提案されている。

【０００４】図１４、図１５のいずれの場合の開先形状
においても、図１６に示すように裏当て金または、裏当
て金の用途を成す部材を用いて、ＭＡＧ（Metal Active
Gas）溶接法によって行われることが多い。図１６には
上側角柱９を下側角柱９に差し込む前の状態を示す。下
側角柱９の内側に差込み裏当て金３１および受け裏当て
金３２が、上側角柱９の内側には突合わせ裏当て金３４
が各々工場にて取り付けられている。コーナを溶接して
製造される角柱９の場合は、溶接ひずみなどの影響でコ
ーナ近傍には不整形が生じ易いので、差込み裏当て金３
１は直線部に、突合わせ裏当て金３４および受け裏当て
金３２はコーナに配置する方が好都合である。

【０００５】図１６に示すように裏当て金３２などを用
いて角柱９のレ字形の開先を溶接する場合、図１７
（ａ）または図１８に示すように、レ字形の開先１０’
が、例えば３５度または３７度の標準開先角度である
と、開先１０’内が広いことから開先１０’内において
溶接トーチ角度を溶接に適正な角度に選択でき、特に溶
け込み不良が生じやすい開先１０’面においても良好な
溶接部を比較的容易に得ることができる。

【０００６】この場合、溶接金属の積層は、図１７
（ａ）または図１８に示すように初層は１パスで行われ
るが、２層目は２パス、３層目は２パスまたは３パスと
増加していき、最終層では７パスまたは８パスとなり、
全パス数では３４パスまたは４２パスとかなりの積層数
となる。

【０００７】従って、手溶接などではかなりの作業時間
を要したものが自動化することによって、かなりの作業
効率の向上の効果が得られる。しかしながら図１７
（ａ）と図１８の開先１０’の３層目以降の積層状態で
示すように、開先角度などの開先形状の加工寸法公差
や、開先面の設定寸法公差や、溶接条件の差による溶接
積層形状の違いなどにより、溶接金属の積層方法を変え
る必要があるため、自動で全部の積層を連続して溶接す
ることは難しい。

【０００８】これに対して、Ｉ字形の開先形状に自動溶
接を適用する場合、図１７（ｂ）に示すように溶接金属
の積層を初層から最終層まで２パス／層で行うことがで
き、レの字形の開先１０’の形状の場合のようなパス数
のばらつきがないため、自動で全部の積層を連続して溶
接するのに適している。

【０００９】しかしながら開先形状がＩ字形の場合、図
１９に示すように、開先角度がほとんどないため開先１
０内が狭く、開先１０内において溶接トーチ角度を、溶
接に適正な角度に選択できず、溶接トーチ６からのワイ
ヤ８の狙い方向を開先１０面に向けることができない。
特に角柱９のような厚板の場合には、溶接トーチ６を開
先１０内部へ挿入するため、溶接トーチ６を開先１０面
とほぼ平行に設定し、ほぼ平行に移動させながら溶接す
る方法がとられるため、溶接トーチ６からのワイヤ８の
狙い方向が開先１０面に対してほぼ平行となり、開先１
０面において溶け込み不良が生じやすい。

【００１０】このためＩ字形の開先形状に自動溶接を適
用する場合には、図１５に示すように、溶接トーチ６か
らのワイヤ８の狙い方向を開先１０面に向けるために溶
接トーチ６を傾ける方法や、溶接電流を大電流にして所
定の溶け込みを得る方法が提案されている。

【００１１】しかしながら、前記溶接トーチ６を傾ける
方法は、特に角柱９のような厚板においては、開先１０
内が狭くなるのに伴い、開先幅を広くする必要があるた
め積層数が増加することになり、レの字形の開先１０’
に対する優位性がない。

【００１２】また、前記溶接電流を大電流にする方法
は、適正な積層形状かつ溶け込みが得られる溶接条件範
囲や溶接トーチ６の設定位置の許容範囲が狭くなること
から、地上から、数十ｍにもなる現地溶接位置に大電流
の供給が可能な容量の電源ケーブルを配線したり、製缶
公差で製作されている製缶品であるところの角柱９に、
精密な溶接トーチ６の位置設定が可能な装置を設置する
必要があり、実用上不向きな方法である。

【００１３】一方、溶接手順においては、図２０の角柱
９の水平断面方向からの視図に示すように、角柱９の開
先１０（斜線部）の放差周囲に設置した直線レール２１
などのガイド装置に、溶接トーチを有する溶接ヘッド１
１を搭載し、溶接ヘッド１１が角柱の周方向を連続的に
移動しながら溶接を行うものがある。すなわち、角柱９
の所定の一面の任意の位置を溶接開始点とし、１パス目
を左回りまたは右回りで角柱９の四面を連続して溶接し
た後、溶接開始点で折り返して２パス目を溶接すること
を繰り返し行う方法が行われている。

【００１４】また、この他には、図２１の角柱９の断面
方向からの視図に示すように、角柱９の四面のうちの任
意の一面毎に全積層の溶接を行う方法（図２１の下面に
示す矢印Ａが溶接順序を表し、上面に４層からなる溶接
層を表している。）などが、一般的に行われている。

【００１５】まず、図２０に示すような連続して角柱９
の四面または、二面以上を溶接する方法では、角柱９の
コーナ部において、溶接トーチ６を有する溶接ヘッド１
１が９０度回転する必要があるが、この場合に、直線部
と同じ溶接条件では、溶接ヘッド１１が９０度回転する
間に供給される溶接金属量が多すぎると、余剰の溶接金
属が積層形状不良となり、連続して溶接する場合に支障
をきたす。

【００１６】この対策として、角柱９のコーナ部分で、
溶接速度すなわち回転速度を速くして単位時間当りの溶
接金属供給量を減少する方法や、溶接速度は余り落さず
に、溶接金属供給量を減少させる方法や、溶接を中断す
る方法がある。

【００１７】しかしながら、前記コーナ部分で、溶接速
度を速くする方法では、溶接速度は直線部の数十倍の速
さを必要とするため、装置能力の限界や高速での積層形
状の安定性などからみて、実用上不向きな方法である。
また、何らかの理由でコーナ部からの溶接の再開が必要
となった場合には、溶接開始直後の溶接速度が、数ｍ／
分の高速走行となり、安定な溶接金属形状が得られず、
手溶接での補修が必要となる。

【００１８】また、溶接速度を余り落さずに、溶接金属
供給量を減少させる方法では、ＭＡＧ溶接などの消耗電
極を使用する溶接方法の場合には、溶接金属供給量は電
流に依存しているため、溶接金属供給量を減少させるに
は、大幅に電流を減少させる必要があり、積層形状の不
良や、溶け込み不良などが発生しやすい。

【００１９】また、図２２に示すように、前記連続して
角柱９の四面または二面以上を溶接する方法では、角柱
９のコーナ部の溶接条件の設定がうまくいったとして
も、角断面形状であるコーナ部において積層形状が円弧
形状になるため、自動溶接終了後に角断面形状へ仕上げ
るために、手溶接によって肉盛溶接作業を行うことにな
り、溶接後のグラインダー仕上げも含めて、効率的な溶
接作業が行えなかった。

【００２０】次に、図２１に示すような、角柱９の任意
の一面毎に溶接を行う方法は、隣の面内に溶接金属が流
れ込むのを防止するために、セラミックタブ２２をコー
ナ部に設置し、任意の一面毎にコーナ部を含めた面内
を、図示していない溶接トーチを有する溶接ヘッドの往
復移動を繰り返しながら溶接を行うものであるが、この
方法ではコーナ部のセラミックタブ２２部分に溶接不良
が出やすく、特に溶接開始部と終了部に溶接不良が多
い。また、この方法では、コーナ部のセラミックタブ２
２が開先内に設置されるため、溶接トーチの形状が限定
される。すなわち、小型で断面円形状の普通のトーチを
使用するレの字形の開先１０’には、溶接トーチとセラ
ミックタブ２２とが干渉することなく使用できるが、薄
型で板状の狭開先トーチを使用するＩ字形の狭い開先１
０には、溶接トーチとセラミックタブ２２とが、コーナ
部において干渉するため使用できない。

【００２１】

【発明が解決しようとする課題】以上述べた従来技術に
は次のような問題点があった。すなわち、角柱９を目的
の現地で据え付ける場合など、角柱９と角柱９を溶接に
よって接続する場合に、自動溶接機による横向き姿勢で
の多層盛り溶接を行う場合に、図１４、図１７（ａ）、
図１８に示すレの字形の開先１０’を有する場合は、開
先角度などの開先形状の加工寸法公差や、開先面の設定
寸法公差や、溶接条件の差による溶接積層形状の違いな
どにより、溶接金属の積層方法を変える必要があるた
め、自動で全部の積層を連続して溶接することは難しか
った。

【００２２】また図１５、図１９に示す開先１０の形状
がＩ字形である場合は、開先角度がほとんどないため開
先内が狭く、開先内において溶接トーチ角度を適正な角
度に選択できず、溶接トーチ６からのワイヤ８の狙い方
向を開先面に適正な角度に向けることができなかったた
め、開先面において溶け込み不良が生じやすいという問
題があった。

【００２３】上記従来技術の対策として、溶接トーチ６
を傾けて、溶接トーチ６からのワイヤ８の狙い方向を開
先面に適正な角度に向けたり、溶接電流を大電流にし
て、所定の溶け込みを得るなどの方法があるが、溶接ト
ーチ６の角度を確保するためには、開先幅を広く取って
溶接トーチ６との干渉をなくす必要があるため、積層数
が増加することや、適正な積層状態と溶け込みを得るた
めの溶接条件範囲が狭いなど実用上の問題があった。

【００２４】さらに、溶接手順において、図２０、図２
２に示す従来技術では、手溶接による角柱９のコーナ部
の仕上げ溶接が必要となることや、図２１に示すセラミ
ックタブ２２を角柱９のコーナ部に使用した従来技術で
は、溶接トーチ６とセラミックタブ２２が干渉するため
に、この方法はＩ字形の狭い開先１０には使用できなか
った。

【００２５】また、特開昭５９−２０２１８３号には図
２３に示すように溶接ワイヤ８に下向きおよび上向きの
曲げ癖をそれぞれ巻き付けローラ３８、３９で付加した
２組のワイヤ送給部品４０、４１を用いてこれらを水平
方向に前後して移動させながら角柱９の開先１０部分の
下側と上側を同時に溶接する方法が開示されている。し
かし、この方法では２組のワイヤ送給部品４０、４１が
必要である上に、２本のワイヤ８の下向きおよび上向き
の曲げ癖は巻き付けローラ３８、３９への巻き付け方に
より決まり、それぞれのワイヤ８の曲げ癖は変えられな
い。

【００２６】したがって、下向きの曲げ癖がついた溶接
ワイヤ８に有するワイヤ送給部品４０を常に先行させて
水平方向に移動させながら開先１０の下側部分を溶接し
た後、上向きの曲げ癖がついた溶接ワイヤ８に有するワ
イヤ送給部品４１を追従させることで開先１０の上側を
溶接する必要がある。そのため、往復溶接作業時に、復
路では、改めてワイヤ送給部品４０、４１をスタートラ
インに戻して、常に下向きの曲げ癖がついた溶接ワイヤ
８に有するワイヤ送給部品４０を先行スタートさせる必
要があり、溶接作業時間に無駄があることも問題であ
る。

【００２７】本発明の目的は、据付け現地などで角柱と
角柱を溶接によって接続する場合に、自動溶接機による
横向き姿勢での多層盛り溶接を行う場合に、最適な溶接
方法と手順で能率的に溶接が行える溶接技術を提供する
ことである。

【００２８】また、本発明の目的は、据付け現地などで
角柱と角柱を溶接によって接続するのに最適な溶接装置
を提供することにある。

【００２９】また、本発明の目的は、据付け現地などで
角柱と角柱を溶接によって接続するのに最適な自動溶接
用開先を提供することにある。

【００３０】また、本発明の目的は、能率的な自動溶接
方法で得られる被溶接構造物を提供することにある。

【００３１】

【課題を解決するための手段】本発明の上記目的は次の
構成によって達成される。すなわち、溶接トーチを有す
る溶接ヘッドと溶接電源と制御装置と冷却水供給装置を
備えた自動溶接装置を使用し、搭載機能を有するガイド
装置を被溶接部の開先継手面に配置し、少なくとも溶接
ヘッドをガイド装置に搭載し、ガイド装置上を移動させ
ながら溶接を行う自動溶接方法において、溶接ヘッド内
に少なくとも３組のワイヤ送給部品をワイヤ送給方向に
並べて配置し、前記３組のワイヤ送給部品のうち外側に
位置する２組のワイヤ送給部品を結ぶ軸線に対して、前
記２組のワイヤ送給部品の間に位置するワイヤ送給部品
の軸位置を上方向または下方向へずらすことで、ワイヤ
送給時にワイヤに開先継手の上面方向または下面方向の
曲げ癖を付加しながら開先継手内の少なくとも上面側と
下面側の溶接をする自動溶接方法である。

【００３２】上記本発明の自動溶接方法において、開先
継手内を各溶接層当たり下側面と上側面の２回のパスに
振り分けて、開先継手内部の全領域にわたり多層盛溶接
を行うことが望ましい。また、上記本発明の自動溶接方
法において、２組のワイヤ送給部品の間に位置するワイ
ヤ送給部品の軸位置を外側に位置する２組のワイヤ送給
部品を結ぶ軸線に対して下方向へずらすことで、ワイヤ
送給時にワイヤに開先継手の下側面方向の曲げ癖を付加
しながら開先継手の任意の一辺の、一方の端部から他方
の端部へ向けて溶接を開始し、他方の端部では溶接走行
を停止し、溶接終了端部の処理を行うと共に、次パスを
溶接する位置に溶接ヘッドを移動した後、または停止位
置のままであって、次パスの溶接を開始する前までに、
２組のワイヤ送給部品の間に位置するワイヤ送給部品の
軸位置を外側に位置する２組のワイヤ送給部品を結ぶ軸
線に対して上方向へずらすことで、ワイヤ送給時にワイ
ヤに開先継手の上側面方向の曲げ癖を付加しながら開先
継手の一辺の、前記他方の端部から前記一方の端部へ向
けて溶接を開始し、前記他方の端部では溶接走行を停止
し、溶接終了端部の処理を行うことができる。

【００３３】また、本発明の上記自動溶接方法において
は、２組のワイヤ送給部品の間に位置するワイヤ送給部
品の軸位置を外側に位置する２組のワイヤ送給部品を結
ぶ軸線に対して下方向へずらすことで、ワイヤ送給時に
ワイヤに開先継手の下側面方向の曲げ癖を付加しなが
ら、４面ある開先継手面のうち少なくとも１面につい
て、一方の端部から他方の端部へ向けてその下側面の溶
接を開始し、他方の端部では溶接走行を停止し、溶接終
了端部の処理を行うと共に、次パスを溶接する位置に溶
接ヘッドを移動した後、または停止位置のままであっ
て、次パスの溶接を開始する前までに、２組のワイヤ送
給部品の間に位置するワイヤ送給部品の軸位置を外側に
位置する２組のワイヤ送給部品を結ぶ軸線に対して上方
向へずらすことで、ワイヤ送給時にワイヤに開先継手の
上側面方向の曲げ癖を付加しながら開先継手の前記他方
の端部から前記一方の端部へ向けて溶接を開始し、前記
他方の端部から一方の端部へ向けて、開先継手の上側面
の溶接を開始し、一方の端部にきたときには、溶接走行
を停止し、溶接終了端部の処理を行うと共に、次パスの
溶接をする位置に溶接ヘッドを移動した後かまたは停止
位置のままであって、次パスの溶接を開始する前まで
に、溶接トーチを溶接済みの層から遠ざかる方向にワイ
ヤを移動し、前記二段の溶接工程と同様の溶接手順を順
次繰り返すことで開先継手内部の全領域にわたり多層盛
溶接を行うこともできる。

【００３４】上記本発明の自動溶接方法は、２台の溶接
ヘッドを用いて、被溶接部材の対向する２面を、同時か
またはほぼ同時に、前記被溶接部材の対向する２面に略
直交する２面を溶接する前に溶接する方法としても良
い。例えば、本発明の溶接トーチは狭開先継手溶接トー
チであって、溶接電源はＭＡＧ溶接電源であって、被溶
接部材は角柱であり、該角柱の溶接開先継手はＩ字形の
狭開先継手とする。

【００３５】また、本発明は次の構成からなる。すなわ
ち、溶接トーチを有する溶接ヘッドと溶接電源と制御装
置と冷却水供給装置を備えた自動溶接装置を使用し、搭
載機能を有するガイド装置を被溶接部の開先継手面に配
置し、少なくとも溶接ヘッドをガイド装置に搭載し、ガ
イド装置上を移動させながら溶接を行う自動溶接装置に
おいて、溶接ヘッド内に少なくとも３組のワイヤ送給部
品をワイヤ送給方向に並べて配置し、前記３組のワイヤ
送給部品のうち外側に位置する２組のワイヤ送給部品を
結ぶ軸線に対して、前記２組のワイヤ送給部品の間に位
置するワイヤ送給部品を上方向または下方向へ移動可能
な構成とした自動溶接装置である。上記本発明の自動溶
接装置は溶接ヘッドのガイド装置に水平方向および上下
方向の各駆動装置を備えたもの、または被溶接部材の対
向する２面にそれぞれ対応した溶接ヘッドとそのガイド
装置を備えたものでも良い。

【００３６】また、本発明は次の構成からなる。すなわ
ち、前記本発明の自動溶接方法で溶接開先継手部分が溶
接されたことを特徴とする溶接構造物である。そして、
該溶接構造物は被溶接構造物がＩ字形の溶接開先継手形
状を有する角柱からなるものを用いることができる。

【００３７】

【作用】本発明を理解し易くするために、図面により概
略を説明するが、これらの図面は本発明の一例にしか過
ぎない。図１、図２に示すように、溶接ワイヤ８の送給
時にワイヤ送給ユニット１内に少なくとも３組のワイヤ
送給部品（ローラ２〜５）をワイヤ送給方向に並べて配
置し、前記３組のワイヤ送給部品（ローラ２〜５）のう
ち外側に位置する２組のワイヤ送給部品（ローラ２、
３、５）を結ぶ軸線に対して、前記２組のワイヤ送給部
品（ローラ２、３、５）の間に位置するワイヤ送給部品
（ローラ４）が下方にある場合には、外側に位置する２
組のうち、角柱９の狭い開先１０のトーチ６側の溶接ワ
イヤ送給部品（ローラ２、３）の下側のローラ３の外径
に沿って溶接ワイヤ８が狭開先トーチ６に送られるた
め、溶接ワイヤ８に下向きの曲げ癖が付加され、ワイヤ
８が狭開先トーチ６から下向きに出てくるので、溶接ワ
イヤ８先端が開先１０の下面の角部１５を狙うことがで
き、狭開先トーチ６を傾けることなく、狭開先１０の下
面の溶接を行うことができる。

【００３８】また、前記溶接ワイヤ送給部品（ローラ
４）が図２に示すように２組のワイヤ送給部品（ローラ
２、３、５）を結ぶ軸線に対して、上方にある場合に
は、狭開先トーチ側の溶接ワイヤ送給部品（ローラ２、
３）の上側のローラ２の外径に沿って溶接ワイヤ８が狭
開先トーチ６に送られるため、溶接ワイヤ８に上向きの
曲げ癖が付加され、ワイヤ８が狭開先トーチ６から上向
きに出てくるので、溶接ワイヤ８の先端が開先１０の上
面の角部１５’を狙うことができ、狭開先トーチ６を傾
けることなく、狭開先１０の上面の溶接を行うことがで
きる。

【００３９】次に、溶接手順においては、図３の角柱９
のＩ字形狭開先１０の正面図中に示すように、Ａ点より
１パス目の溶接を開始し、Ｂ点で溶接走行を停止し、ク
レータ処理に入ると共に、前記溶接ワイヤ送給部品（ロ
ーラ４）を上昇させ、溶接ワイヤ８に上向きの曲げ癖を
付加できる位置とした後、狭開先トーチ６を上方のＣ点
まで移動させ、Ｃ点から２パス目の溶接を開始し、Ｄ点
で溶接走行を停止してクレータ処理に入ると共に、溶接
ワイヤ送給部品（ローラ４）を下降させ、溶接ワイヤ８
に下向きの曲げ癖を付加できる位置とした後、１層目の
溶接が終了する。さらに、次の層の１パス目の溶接は、
Ｄ点で１層目の溶接終了後に、狭開先トーチ６を開先１
０内から遠ざかる方向に、次の層を溶接するのに好適な
距離だけ移動する（図９（ｂ）参照）と共に、下方のＡ
点まで移動させる。このような溶接手順を繰り返すこと
で、開先深さ分を連続して積層が行えるので、効率的な
自動溶接が可能となる。

【００４０】

【実施例】本発明の実施例を図面とともに説明する。図
４に本発明を具体化する角柱自動溶接装置の構成を示
す。角柱自動溶接装置は溶接ヘッド１１、冷却水ポンプ
１６、溶接電源１７、制御装置１８、走行ユニット１９
およびケーブル類（制御ケーブル、冷却水ホース、シー
ルドガスホース、パワーケーブル、アースなど）で構成
される。溶接ヘッド１１は走行ユニット１９とワイヤ送
給ユニット１などから構成され、走行ユニット１９とワ
イヤ送給ユニット１との間には、トーチ上下機構２５と
トーチ前後機構２６がある。ワイヤ送給ユニット１は図
１、図２に示すように、一対の送給ローラである上側ワ
イヤ送給ローラ２と下側ワイヤ送給ローラ３、曲げ付加
用ローラ４およびガイドローラ５の３組のローラを有す
る。

【００４１】なお、図４には角柱９に設けられた直線レ
ール１２、１３も図示しており、直線レール１２、１３
上を角柱自動溶接装置の走行ユニット１９が走行する。

【００４２】図１に角柱９の溶接箇所近傍にあるワイヤ
送給ユニット１のワイヤ送給機構を示す。曲げ付加用ロ
ーラ４は上下方向に移動でき（上下移動機構は図示せ
ず）、上側ワイヤ送給ローラ２はバネ（図示せず）によ
り下側ワイヤ送給ローラ３に押し付けられ、下側ワイヤ
送給ローラ３にはモータ（図示せず）が取り付けられて
いる。ワイヤ送給ユニット１に送られるワイヤ８はワイ
ヤリール７から前記ガイドローラ５、曲げ付加用ローラ
４を通り、上側ワイヤ送給ローラ２と下側ワイヤ送給ロ
ーラ３に挟まれ狭開先トーチ６に送り込まれる。自動溶
接を行う場合に図４、図５に示すように角柱９に取り付
けられた直線レール１２、１３に溶接ヘッド１１を懸架
して移動させながら行う。

【００４３】溶接ヘッド１１の狭開先溶接トーチ６を図
７に示す角柱９の開先１０に向け、狭開先溶接トーチ６
を図７の左右、上下、前後の矢印方向に動かすことがで
きる。すなわち、走行ユニット１９により角柱９の開先
１０に対して左右方向に、トーチ上下機構２５により上
下方向に、またトーチ前後機構２６により前後方向にそ
れぞれ移動でき、制御装置１８からの指令により、狭開
先溶接トーチ６は任意の位置に位置決め可能である。

【００４４】図１および図２に示すようにワイヤ送給ユ
ニット１はワイヤリール７よりワイヤ８を取り出し、狭
開先溶接トーチ６を通して消耗電極として角柱９の開先
１０内に送る働きをする。曲げ付加用ローラ４は上下に
移動可能であり、図１に示すように曲げ付加用ローラ４
がワイヤ送給ユニット１内の下方にある場合、ワイヤ８
は下側ワイヤ送給ローラ３の外周に沿って、狭開先溶接
トーチ６に送られるため、下側ワイヤ送給ローラ３でワ
イヤ８は塑性変形すなわち曲げぐせが与えられ、狭開先
溶接トーチ６の先端から下方に向かって出てくる。図２
は曲げ付加用ローラ４がワイヤ送給ユニット１内の上方
にある場合を示すが、この場合は図１と逆にワイヤ８は
狭開先トーチ６から上方に向かって出てくる。本発明は
このワイヤ曲げぐせを利用した溶接法である。角柱９の
開先１０の上下方向の幅（以後、単に開先幅と言う。）
は１０〜１４ｍｍが望ましい。

【００４５】次に溶接積層手順を以下に述べる。まず、
曲げ付加用ローラ４をワイヤ送給ユニット１内の下方に
セットし、下側ワイヤ送給ローラ３を回転させ上側ワイ
ヤ送給ローラ２との間にワイヤ８を挟み込んで狭開先溶
接トーチ６に送り、トーチ６先端から出たワイヤ８を図
１のように下向きにわん曲させる。

【００４６】次に、図８（ａ）に示すように、平行開先
１０内に狭開先溶接トーチ６を入れ、トーチ６先端から
のワイヤ８が平行開先１０内の下側の開先角部１５を狙
う位置に狭開先溶接トーチ６の上下方向、前後方向の位
置を設定する。この状態でアークスタートさせ溶接を開
始し、ワイヤ８を消耗電極として使用しながら狭開先溶
接トーチ６を角柱９に向かって左または右方向に動か
す。この溶接法を狭開先ＭＡＧ溶接法と言うこととす
る。この結果、図１に示す１−１ビードが形成される。

【００４７】次に図２に示すように曲げ付加用ローラ４
をワイヤ送給ユニット１内の上側に移動し、ワイヤ８を
ワイヤ送給ローラ２、３によりワイヤリール７から狭開
先溶接トーチ６側へ送る。このとき、狭開先溶接トーチ
６内には下方の曲げぐせのついたワイヤ８がＬの長さだ
け残っており、ワイヤ８をＬの長さ分を送給したところ
でワイヤ８は狭開先溶接トーチ６先端から上方向に出る
ようになり、図２に示すように、トーチ６先端から出た
ワイヤ８は上向きにわん曲した状態になる。

【００４８】狭開先溶接トーチ６が図８（ａ）に示すも
のと同じ位置にあると、図８（ｂ）のようにワイヤ８が
平行開先１０内の上側開先角部１５’を狙うとは限らな
い。そこで、図８（ｃ）に示すように狭開先溶接トーチ
６を上方に移動させる操作が必要となるときがある。ワ
イヤ８の曲げぐせの量は曲げ付加用ローラ４のワイヤ送
給ユニット１での位置を変えることにより調整できるた
め、狭開先溶接トーチ６の上下移動量は大きくなり、角
柱９の開先１０の幅１４ｍｍの中で１ｍｍであった。図
８（ｃ）の状態でアークスタートして溶接を開始し、狭
開先溶接トーチ６を角柱９に対して左または右方向に水
平方向に動かす。この結果、図１に示す１−２ビードが
形成される。これで１層目の溶接が終了したことにな
る。

【００４９】次に曲げ付加用ローラ４をワイヤ送給ユニ
ット１の下側に移動し、ワイヤ８を送って再び図１の状
態にし、図９（ｂ）に示すようにビードの高さ分だけ狭
開先溶接トーチ６を後方に下げる。さらにトーチ６の上
下位置を調整し、２層目を溶接する。上記の手順を繰り
返すことにより、１層２パスの積層で溶接され余盛を含
め、図１０の状態になり積層を終える。

【００５０】上記の狭開先ＭＡＧ溶接法を使用し、角柱
９を自動連続溶接する手順を以下に述べる。図５、図６
は角柱９の溶接手順を示し、図３は狭開先内で狭開先ト
ーチ６の動きを示している。ここで、図５、図６は角柱
９の水平断面方向からみた図であり、図３は角柱９の開
先１０部分の側面方向から見た図である。図５に示すよ
うに角柱９に取り付けられた取付具は図示せず、直線レ
ール１２、１３に溶接ヘッド１１を懸架する。

【００５１】角柱９の溶接手順は、まず、図５に示す直
線レール１３上を溶接ヘッド１１を走行させ、図５の角
柱９の対向する位置にある２面の開先１０の部分に縞模
様で示す溶接層〜を開先１０の奥から順に溶接し、
角柱９の対向する開先１０部分を角柱９の内寸の幅で溶
接する。次いで図６に示す残りの角柱９の対向する位置
にある２面の開先１０の部分に縞模様で示す溶接層〜
を開先１０の奥から順に溶接し、角柱９の対向する開
先１０部分の外寸の幅で溶接する。

【００５２】また、ワイヤ８の先端の曲げぐせは図１に
示すように下方に向け、図３に示すＡ点に狭開先溶接ト
ーチ６を持ってくる。この位置でアークスタートさせ、
狭開先ＭＡＧ溶接を開始する。

【００５３】まず、図５に示す直線レール１３上を溶接
ヘッド１１を走行させ、走行ユニット１９は直線レール
１３上を右側に制御装置１８（図４）で設定された溶接
速度で動き、Ｂ点（図３も参照のこと）を検出したとこ
ろで停止する。これにより図１、図１０に示す１−１ビ
ードが形成される。また、Ａ点−Ｂ点間距離は角柱９の
内寸に近い寸法である。Ｂ点の検出はリミットスイッチ
（図示せず）でも、走行ヘッド１９に内蔵されたパルス
発生器（図示せず）による走行距離の積算と制御装置１
８（図４）に入力された値との比較によるものでも良
い。制御装置１８への入力はマニュアルで行っても良い
し、ロボットのようなティーチングでも、センサーによ
るセンシングで行っても良い。図３におけるＡ点〜Ｄ点
の設定や検出、あるいは狭開先溶接トーチ６の上下方
向、前後方向の移動量の設定、算出方法はその他の適切
な方法であれば、いかなる方法を用いても良い。

【００５４】溶接ヘッド１１の走行の停止と共に、溶接
クレータ処理を行い、狭開先溶接トーチ６を図８（ｃ）
のように図８（ｂ）に示す場合より上方に移動させ、同
時に曲げ付加用ローラ４を溶接ヘッド１１内の上方に移
動させる。トーチ６の前記上方移動量は開先１０の幅と
溶接条件とワイヤ曲げぐせ量により変わるが、溶接条件
とワイヤ曲げぐせは一定にできるため、開先幅で決定で
きる。溶接前に開先幅を測定し、制御装置１８にそれを
入力すればトーチ上方移動量は自動的に決定される。ク
レータ処理時間は約５秒であり、狭開先溶接トーチ６内
に残った長さＬ（約２５０ｍｍ）分のワイヤ８は約２．
５秒でトーチ６先端から出るため、クレータ処理終了す
なわち溶接終了時にはワイヤ８の曲げぐせにより図２に
示すようにワイヤ８の先端は上向きに曲がっている。

【００５５】また、クレータ処理終了すなわち溶接終了
時にはトーチ６の位置もＣ点（図３、図５参照）にあ
る。ここでアークを自動再スタートさせ、溶接ヘッド１
１を図３で示すように、開先１０に向かって左方に移動
させながら溶接を行う。そして、Ｄ点を検出したところ
で溶接クレータ処理に入り、溶接走行を停止し、曲げ付
加用ローラ４を溶接ヘッド１１内の下方に移動させる。
クレータ終了後、制御装置１８の指令により自動的に狭
開先溶接トーチ６を下方へ下げるとともに図９（ｂ）に
示すように図９（ａ）の場合に比べて開先１０内の後方
へ下げる（トーチ６の前後移動機構は図示していない
が、ワイヤ送給ユニット１中にある）。後方移動量は開
先幅、溶接条件により左右されるが溶接条件は一定にで
きるため、開先幅のみで決定できる。これは上方移動量
と同じように開先幅を制御装置１８に入力するだけで決
定される。

【００５６】開先幅１４ｍｍ、溶接条件は、溶接電流２
２０Ａ、溶接電圧２６Ｖ、溶接速度２２０ｍｍ／ｍｉｎ
で、図９に示す後方移動量は５ｍｍである。つまり１層
のビード高さが５ｍｍであり、板厚２５ｍｍの角柱は余
盛分を１層を含めて６層１２パスで開先を積層できる。

【００５７】トーチ６の移動後、つまり図３のＡ点の位
置でアークを自動再スタートさせ、１層目と同様のシー
ケンスで溶接する。これを繰返し、図５に示すように対
向する２面を角柱９の内寸の幅で溶接する。

【００５８】図１０（図４のＡ−Ａ線断面図）に余盛
（６−１、６−２）までを溶接した断面を示す。また、
図１１（ａ）に示すように余盛およびビード１４の左
右両端部は凹凸があるため、グラインダーで余盛およ
びビード１４の両端部の凹凸の端面を平滑にするよう手
入れする。この作業は数分で終了する。このとき２台の
溶接装置で角柱９の対向する２面にある開先１０部分を
同時に溶接を行うと角柱９の溶接変形による傾きが小さ
くなる。

【００５９】図１２には、２台の溶接ヘッド１１を角柱
９に取りつけたレール１３に懸架した状態を示す。上下
の角柱９はエレクションピース２７により接続固定さ
れ、レール１２、１３はレールサポート２８により角柱
９に固定される。この状態で図５、図１１に示すように
溶接を行う。溶接終了後はエレクションピース２７を取
り除く。

【００６０】次に図６に示すように溶接ヘッド１１を直
線レール１２に移動し、図５などで説明したと同様に角
柱９の対向する面にある開先１０部分を溶接する。この
場合図５に示す溶接部分より水平方向に長い距離である
角柱９の外寸に近い寸法分の溶接幅がある。図１３には
片側２面の溶接後、２台の溶接ヘッド１１をレール１２
に懸架した状態を示す。この状態で角柱９の外寸に近い
寸法分（図１１参照）の溶接を行う。

【００６１】本発明の上記実施例によれば、開先１０の
形状が平行であるため、開先１０を加工作製する工数は
従来のレの字形開先１０’に対し１／３〜１／４の時間
で済んだ。また開先１０の形状がレの字形の場合（図１
７（ａ））とＩ字形の場合（図１７（ｂ））の比較をす
ると、角柱９の板厚が５０ｍｍの場合、本実施例のＩ字
形の場合に適用できる溶接法を用いれば、開先幅１２ｍ
ｍで１８パスで溶接できたが、レの字形の開先１０’の
場合は３４パスも必要であった。

【００６２】自動化に対しても上記実施例は優れてい
る。もともと開先１０の形状が平行なため、開先精度が
よい（開先１０の加工作製時の寸法誤差などが小さい）
が、具体例で示したように、開先１０の寸法誤差に対し
ては、開先幅のみに左右されるだけであり、センサーな
どを使用して開先１０の形状の認識や、それに対応する
処理などが不要であり、建築現地で要求される簡単に使
用できる装置が提供できる。

【００６３】また、上記実施例の溶接方法では溶け込み
不良の出やすい開先１０の角部１５、１５’（図８
（ａ）、図８（ｂ）参照）を先端を曲げたワイヤ８によ
り狙えるため、溶け込み不良がなくなる。また、図１９
に示す先端を曲げていないワイヤ８に比べてトーチ６の
位置設定が上下１ｍｍ、前後２ｍｍ程度はずれていても
先端を曲げたワイヤ８による溶接の裕度が広がる溶接不
良とはならない。

【００６４】さらに数回のパス毎に溶接手順が同じこと
の繰り返しであり、溶接ヘッド１１に溶接するケーブル
類も直線往復のため周回溶接のように作業者が監視する
必要がなく、一人で２台の溶接ヘッド１１を操作するこ
とができ、現場工数の大幅な低減となる。また、角柱９
の対向する開先１０を同時に溶接すると角柱９の歪によ
る傾きも小さくなる。

【００６５】

【発明の効果】本発明によれば、開先形状が平行なた
め、開先を加工作製する工数は従来のレ形開先に対し１
／３〜１／４の時間で済み、開先精度が良く、自動化に
対しても本発明は優れている。また、本発明の溶接法
は、溶け込み不良の出やすい開先角部を曲げたワイヤに
より狙えるため溶け込み不良がなくなり、また、溶接が
同じことの繰返しであり、現場工数の大幅な低減とな
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明になる溶接ユニットの具体例を示す側
面図。

【図２】 本発明になる溶接ユニットの具体例を示す側
面図。

【図３】 本発明の一実施例の溶接シーケンスを示す角
柱部分の正面図。

【図４】 本発明の一実施例の溶接法を具現化する自動
溶接装置の構成図。

【図５】 本発明の一実施例の溶接手順を示す角柱の水
平部分の断面図。

【図６】 本発明の一実施例の溶接手順を示す角柱の水
平部分の断面図。

【図７】 本発明の一実施例の溶接方法を適用する角柱
の外観図。

【図８】 本発明の一実施例の溶接方法を適用する角柱
開先部分の側面図。

【図９】 本発明の一実施例の溶接方法を適用する角柱
開先部分の側面図。

【図１０】 図５のＡ−Ａ線断面図。

【図１１】 本発明の一実施例の溶接手順を示す角柱部
分の水平断面図。

【図１２】 本発明の一実施例の２台の溶接ヘッドを角
柱に取り付けて溶接作業を行う状態を示す斜視図。

【図１３】 本発明の一実施例の２台の溶接ヘッドを角
柱に取り付けて溶接作業を行う状態を示す斜視図。

【図１４】 従来技術によるトーチ位置を示す開先側面
図。

【図１５】 従来技術によるトーチ位置を示す開先側面
図。

【図１６】 角柱の接合構造を示す斜視図。

【図１７】 開先の形状がレの字形の場合とＩ字形の場
合の溶接積層状態を示す開先部分の垂直断面図。

【図１８】 レの字形の開先溶接積層状態を示す垂直断
面図。

【図１９】 従来技術によるトーチ位置を示す開先側面
図。

【図２０】 従来技術による溶接手順を示す角柱の水平
断面図。

【図２１】 従来技術による溶接手順を示す角柱の水平
断面図。

【図２２】 従来技術による自動溶接終了後の状態を示
す角柱の水平断面図。

【図２３】 従来技術の２台の溶接装置を用いて角柱の
開先の溶接作業を行う状態を示す斜視図。

【符号の説明】

１…ワイヤ送給ユニット、２〜５…ワイヤ送給ローラ ６…狭開先溶接トーチ、７…ワイヤリール、８…ワイ
ヤ、９…角柱、１０…開先、１１…溶接ヘッド、１２、
１３…直線レール １４…ビード、１５、１５'…開先角部、１７…溶接電
源 １８…制御装置、１９…走行ユニット、２５…トーチ上
下機構 ２６…トーチ前後機構、２７…エレクションピース、２
８…レールサポート

Claims (11)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 溶接トーチを有する溶接ヘッドと溶接電
   源と制御装置と冷却水供給装置を備えた自動溶接装置を
   使用し、搭載機能を有するガイド装置を被溶接部の開先
   継手面に配置し、少なくとも溶接ヘッドをガイド装置に
   搭載し、ガイド装置上を移動させながら溶接を行う自動
   溶接方法において、 溶接ヘッド内に少なくとも３組のワイヤ送給部品をワイ
   ヤ送給方向に並べて配置し、前記３組のワイヤ送給部品
   のうち外側に位置する２組のワイヤ送給部品を結ぶ軸線
   に対して、前記２組のワイヤ送給部品の間に位置するワ
   イヤ送給部品の軸位置を上方向または下方向へずらすこ
   とで、ワイヤ送給時にワイヤに開先継手の上面方向また
   は下面方向の曲げ癖を付加しながら開先継手内の少なく
   とも上面側と下面側の溶接をすることを特徴とする自動
   溶接方法。
2. 【請求項２】 開先継手内を各溶接層当たり下側面と上
   側面の２回のパスに振り分けて、開先継手内部の全領域
   にわたり多層盛溶接を行うことを特徴とする請求項１記
   載の自動溶接方法。
3. 【請求項３】 ２組のワイヤ送給部品の間に位置するワ
   イヤ送給部品の軸位置を外側に位置する２組のワイヤ送
   給部品を結ぶ軸線に対して下方向へずらすことで、ワイ
   ヤ送給時にワイヤに開先継手の下側面方向の曲げ癖を付
   加しながら開先継手の任意の一辺の、一方の端部から他
   方の端部へ向けて溶接を開始し、他方の端部では溶接走
   行を停止し、溶接終了端部の処理を行うと共に、次パス
   を溶接する位置に溶接ヘッドを移動した後、または停止
   位置のままであって、 次パスの溶接を開始する前までに、２組のワイヤ送給部
   品の間に位置するワイヤ送給部品の軸位置を外側に位置
   する２組のワイヤ送給部品を結ぶ軸線に対して上方向へ
   ずらすことで、ワイヤ送給時にワイヤに開先継手の上側
   面方向の曲げ癖を付加しながら開先継手の一辺の、前記
   他方の端部から前記一方の端部へ向けて溶接を開始し、
   前記他方の端部では溶接走行を停止し、溶接終了端部の
   処理を行うことを特徴とする請求項１〜２のいずれかに
   記載の自動溶接方法。
4. 【請求項４】 ２組のワイヤ送給部品の間に位置するワ
   イヤ送給部品の軸位置を外側に位置する２組のワイヤ送
   給部品を結ぶ軸線に対して下方向へずらすことで、ワイ
   ヤ送給時にワイヤに開先継手の下側面方向の曲げ癖を付
   加しながら、４面ある開先継手面のうち少なくとも１面
   について、一方の端部から他方の端部へ向けてその下側
   面の溶接を開始し、他方の端部では溶接走行を停止し、
   溶接終了端部の処理を行うと共に、次パスを溶接する位
   置に溶接ヘッドを移動した後、または停止位置のままで
   あって、 次パスの溶接を開始する前までに、２組のワイヤ送給部
   品の間に位置するワイヤ送給部品の軸位置を外側に位置
   する２組のワイヤ送給部品を結ぶ軸線に対して上方向へ
   ずらすことで、ワイヤ送給時にワイヤに開先継手の上側
   面方向の曲げ癖を付加しながら開先継手の前記他方の端
   部から前記一方の端部へ向けて溶接を開始し、前記他方
   の端部から一方の端部へ向けて、開先継手の上側面の溶
   接を開始し、一方の端部にきたときには、溶接走行を停
   止し、溶接終了端部の処理を行うと共に、次パスの溶接
   をする位置に溶接ヘッドを移動した後かまたは停止位置
   のままであって、 次パスの溶接を開始する前までに、溶接トーチを溶接済
   みの層から遠ざかる方向にワイヤを移動し、前記二段の
   溶接工程と同様の溶接手順を順次繰り返すことで開先継
   手内部の全領域にわたり多層盛溶接を行うことを特徴と
   する請求項１記載の自動溶接方法。
5. 【請求項５】 ２台の溶接ヘッドを用いて、被溶接部材
   の対向する２面を、同時かまたはほぼ同時に、前記被溶
   接部材の対向する２面に略直交する２面を溶接する前に
   溶接することを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記
   載の自動溶接方法。
6. 【請求項６】 溶接トーチは狭開先継手溶接トーチであ
   って、溶接電源はＭＡＧ溶接電源であって、被溶接部材
   は角柱であり、該角柱の溶接開先継手はＩ字形の狭開先
   継手であることを特徴とする請求項１〜５のいずれかに
   記載の自動溶接方法。
7. 【請求項７】 溶接トーチを有する溶接ヘッドと溶接電
   源と制御装置と冷却水供給装置を備えた自動溶接装置を
   使用し、搭載機能を有するガイド装置を被溶接部の開先
   継手面に配置し、少なくとも溶接ヘッドをガイド装置に
   搭載し、ガイド装置上を移動させながら溶接を行う自動
   溶接装置において、 溶接ヘッド内に少なくとも３組のワイヤ送給部品をワイ
   ヤ送給方向に並べて配置し、前記３組のワイヤ送給部品
   のうち外側に位置する２組のワイヤ送給部品を結ぶ軸線
   に対して、前記２組のワイヤ送給部品の間に位置するワ
   イヤ送給部品を上方向または下方向へ移動可能な構成と
   したことを特徴とする自動溶接装置。
8. 【請求項８】 溶接ヘッドのガイド装置に水平方向およ
   び上下方向の各駆動装置を備えたことを特徴とする請求
   項７記載の自動溶接装置。
9. 【請求項９】 被溶接部材の対向する２面にそれぞれ対
   応した溶接ヘッドとそのガイド装置を備えたことを特徴
   とする請求項７記載の自動溶接装置。
10. 【請求項１０】 請求項１ないし６のいずれかに記載の
    自動溶接方法で溶接開先継手部分が溶接されたことを特
    徴とする溶接構造物。
11. 【請求項１１】 被溶接構造物がＩ字形の溶接開先継手
    形状を有する角柱からなることを特徴とする請求項１０
    記載の溶接構造物。