JPH1190626A - 上進溶接方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 フラックスタブを用いた開先の下端部及び上
端部での良好な溶接品質が得られる上進溶接方法を提供
する。 【解決手段】 ワーク開先を上進溶接する上進溶接方法
において、前記ワーク開先の下端部端面に、本体部が非
導電性材料で形成され、かつ、開先を有すると共に、こ
の開先の表面が導電体層で形成されたフラックスタブ５
を当接させ、前記ワーク開先を上進溶接する前に、前記
フラックスタブ５の開先の内側からアークスタートして
上進溶接する。そして、前記ワーク開先の下端部より下
方のフラックスタブ５の開先で所定の溶接条件で上進溶
接し、前記ワーク開先ではこのワーク開先に適合した溶
接条件に変更して上進溶接する。また、前記フラックス
タブ５の開先内での溶接トーチ先端の軌跡を、前記ワー
ク開先内での軌跡よりも平面視で内側とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、厚板で構成された
大型の溶接構造物の開先を上進溶接する際に、溶接開始
位置及び終了位置にフラックスタブを用いる場合の溶接
アルゴリズムに関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、厚板で構成された大型の鉄骨溶接
構造物のワークの開先を溶接する場合、このワークをポ
ジショナ等で回転させて下向き溶接や水平溶接を行うこ
とができない場合には、上進溶接（立向き溶接）を行っ
ている。この上進溶接においては、溶接線の下端部すな
わち溶接始端部、及び上端部すなわち溶接終端部での湯
流れの防止やアークの安定性のために、フランジ開先内
と遜色の無いアーク安定性を有するスチールタブを前記
下端部及び上端部に使用するのが一般的である。このス
チールタブは導電性を有しており、スチールタブを使用
する限りにおいては、タブ部つまり前記始端部及び終端
部と前記開先内部とは同一の溶接条件で溶接することが
でき、十分な溶接品質を確保することができる。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】通常、溶接の始端部及
び終端部には溶接欠陥が発生しやすいので、溶接後にス
チールタブを溶接したままの状態で始端部及び終端部の
溶け込み量等の溶接品質を検査する場合がある。しかし
ながら、スチールタブがあるので目視により溶接品質を
検査することが困難であり、したがって非破壊検査等に
より検査しなければならず、タブ部の溶接部の検査に非
常に長時間を要するという問題を生じている。

【０００４】さらに、スチールタブと母材との溶接部に
は過度の応力が集中する傾向があり、これによる鉄骨構
造物の亀裂の問題が最近顕著になっている。例えば、図
１０に示すような、母材１１と、この母材１１の端部に
溶接されたスチールタブ１２との間の溶接部Ｐには、地
震等のために過大な応力集中が発生し、この溶接部Ｐか
ら亀裂が発生することが最近判明している。この問題を
解決する一つの方法として、溶接後にスチールタブ１２
を除去することが考えられる。一般的に、スチールタブ
１２を使用した場合、溶接後に構造上又は施工上特に支
障が無いときはこのスチールタブ１２を取り除く必要は
ないが、上記のような問題があるとき、又は、例えば組
み立て時に他の構造物に干渉するなどの支障があるとき
は、スチールタブ１２を切断して取り除く必要がある。
しかしながら、このスチールタブ１２の取り外し作業
は、スチールタブ部を切断したり、この切断後の面を滑
らかにグラインダ仕上げしたりするなど、非常に煩雑で
多くの時間を要するという問題がある。したがって、最
近では、スチールタブ１２の代わりに非導電性のフラッ
クスタブを使用することが注目され始めている。このフ
ラックスタブを使用することにより、溶接後にフラック
スタブを除去するのが容易となり、また除去後に溶け込
み量などの溶接品質を目視で簡単に検査することができ
るようになる。

【０００５】ところが、従来のままの溶接技術を、セラ
ミックス等の非導体からなるフラックスタブを使用した
上進溶接に適用した場合、下端（始端部）及び上端（終
端部）に位置するフラックスタブ部ではアークが非常に
不安定となり、また湯流れ等が発生する。このため、始
端部及び終端部において、十分な溶接品質を確保するこ
とができないという問題が生じている。この問題の解決
手段として、例えば特開昭５７−６８２８９号公報に
は、フラックスタブと母材との接触面を固形鉄粉層とし
たフラックスタブを使用する技術が開示されている。し
かしながら、この公報に開示されたフラックスタブを使
用した始端部及び終端部で従来どおりの溶接条件で溶接
を行った場合、溶接時にフラックスタブから不純物が発
生し、アークが非常に不安定になる。この結果、溶接品
質が低下して強度を損なうという問題が生じている。

【０００６】本発明は、上記の問題点に着目してなされ
たものであり、フラックスタブを用いた開先の下端部及
び上端部での良好な溶接品質が得られる上進溶接方法を
提供することを目的としている。

【０００７】

【課題を解決するための手段、作用及び効果】上記の目
的を達成するために、請求項１に記載の発明は、ワーク
開先を上進溶接する上進溶接方法において、前記ワーク
開先の下端部端面に、本体部が非導電性材料で形成さ
れ、かつ、開先を有すると共に、この開先の表面が導電
体層で形成されたフラックスタブ５を当接させ、前記ワ
ーク開先を上進溶接する前に、前記下端部のフラックス
タブ５の開先の内側からアークスタートして上進溶接す
る方法としている。

【０００８】請求項１に記載の発明によると、ワーク開
先の下端部端面に当接したフラックスタブの開先の内側
からアークスタートするので、溶接開始位置の隙間等に
よる溶接開始時の溶接トーチの突っ込みを抑制できる。
また、フラックスタブの開先の表面が導電体層で形成さ
れているので、フラックスタブの開先でのアークが安定
し、よってフラックスタブを用いた上進溶接において溶
接品質を確保することが可能となる。

【０００９】請求項２に記載の発明は、前記ワーク開先
の下端部より下方の前記フラックスタブ５の開先で所定
の溶接条件で上進溶接し、前記ワーク開先ではこのワー
ク開先に適合した溶接条件に変更して上進溶接する請求
項１記載の上進溶接方法としている。

【００１０】請求項２に記載の発明によると、上進溶接
において、下端部のフラックスタブの開先での溶接条
件、及びワーク開先での溶接条件はそれぞれに適合した
異なった条件にできるので、フラックスタブ及びワーク
開先でのそれぞれの溶接品質を十分に確保することがで
きる。

【００１１】請求項３に記載の発明は、前記ワーク開先
の下端部のフラックスタブ５の開先内での溶接トーチ先
端の軌跡が、前記ワーク開先内での軌跡よりも開先表面
から遠い内側である請求項２記載の上進溶接方法として
いる。

【００１２】請求項３に記載の発明によると、下端部の
フラックスタブの開先では、溶接トーチ先端の軌跡（つ
まり、溶接トーチのねらい位置）をワーク開先内での軌
跡よりも内側とする。このことは、すなわちフラックス
タブの壁よりも内側を溶接トーチがねらうことになり、
したがって溶接時にフラックスタブから噴出される不純
物の量が少なくなるので、アークが安定し、フラックス
タブでの溶接品質を確保することができる。この結果、
フラックスタブを使用した上進溶接が可能となる。

【００１３】請求項４に記載の発明は、前記ワーク開先
の上端部端面に、開先が形成された本体部が非導電性材
料で形成され、かつ、この開先の表面が導電体層で形成
されたフラックスタブ６を当接させ、このフラックスタ
ブ６の開先では前記ワーク開先での溶接条件と異なる所
定の溶接条件で上進溶接する請求項２記載の上進溶接方
法としている。

【００１４】請求項４に記載の発明によると、ワーク開
先の上端部に、開先の表面に導電体層が形成されたフラ
ックスタブを当接させ、この上端部のフラックスタブの
開先では、ワーク開先での溶接条件と異なった条件で上
進溶接を行う。これにより、上端部のフラックスタブで
のアークを安定させ、また、このフラックスタブの開先
に適合した溶接条件で上進溶接することができる。この
結果、ワーク開先の下端部及び上端部にそれぞれフラッ
クスタブを取り付けて上進溶接する際、溶接品質の確保
が可能となる。

【００１５】請求項５に記載の発明は、前記ワーク開
先、及び前記ワーク開先の下端部のフラックスタブ５の
開先毎の、多層盛時の各層の溶接条件及び溶接トーチ軌
跡をそれぞれ設定し、この溶接条件及び溶接トーチ軌跡
に基づいて多層盛の上進溶接を行う請求項２記載の上進
溶接方法としている。

【００１６】請求項５に記載の発明によると、ワーク開
先、及び下端部のフラックスタブの開先での上進溶接に
おいて、それぞれの開先での多層盛溶接時の各層毎の溶
接条件及び開先内の溶接トーチ軌跡を各開先に適合させ
て設定し、この溶接条件及び溶接トーチ軌跡に基づいて
多層盛溶接が可能となる。したがって、フラックスタブ
を使用したワーク開先での上進溶接による多層盛溶接の
品質確保が可能となる。

【００１７】

【発明の実施の形態】以下、図面を参照して実施形態を
説明する。図１は、本発明に係わる上進溶接を適用する
ワーク例を示しており、ここでは鉄骨コラムの仕口溶接
部を例にとって説明する。なお、通常、鉄骨コラムの仕
口溶接部は溶接ロボットを備えた溶接ラインにおいて溶
接されるが、ここでは溶接ロボットを図示していない。
また、本発明においては、溶接トーチの移動方法は溶接
ロボットによる方法に限定されず、例えば他の自動装置
又は手動操作でもよいので、以下では具体的な溶接トー
チの移動装置は説明されていない。

【００１８】鉄骨コラムの柱１は、外形が四角柱状を成
した中空の部材で構成されており、この柱１の外周側面
にはＨ鋼で形成されたフランジ２が柱１の長手方向に溶
接される。フランジ２は、このＨ鋼の対向する平行な部
材２ａ，２ｂが柱１の長手方向に直交するように溶接さ
れている。このフランジ２は、柱１の外周面に環状に溶
接された１対のダイヤフラム３，３を介して溶接されて
いる。そして、各ダイヤフラム３，３とフランジ２の各
部材２ａ，２ｂとの仕口溶接部４には開先（通常はレ型
開先）が設けられており、この鉄骨コラムをポジショナ
等で回転できない場合には、この開先は上進溶接により
溶接される。

【００１９】図２は上進溶接を行うワーク開先の詳細斜
視図を示しており、ここでは前記仕口溶接部４の開先を
表している。なお、以下の説明では、仕口溶接部４の開
先をワーク開先と呼ぶ。また、同図において、フランジ
２の各部材２ａ，２ｂの開先での開先形状や溶接条件等
は同じなので、説明の簡単のために部材２ａの方の上進
溶接についてのみ説明する。ダイヤフラム３の外周面に
面した部材２ａの端部に開先が設けられており、この開
先の溶接線方向が略鉛直方向を向くように本ワークが設
置されている。この開先の溶接始端部（前記溶接線下端
部）及び溶接終端部（前記溶接線上端部）には溶接線延
長上に沿ってそれぞれフラックスタブ５，６を当接して
いる。各フラックスタブ５，６は前記溶接線の延長方向
にそれぞれ所定の長さＬ1 ，Ｌ2 の開先を有しており、
この開先の角度（いわゆる開先角度）は、前記ワーク開
先（ここでは前記フランジ２の開先）と略同一となって
いる。

【００２０】フラックスタブ５，６の本体は例えばセラ
ミックス等の非導電性の材料から形成されており、フラ
ックスタブ５，６の開先部の表面には所定厚さの導電体
層が形成されている。この導電体層は、例えば鉄粉やア
ルミニウム粉等の金属粉を含んで所定の導電性を有する
塗布材を所定厚さに塗布したもの、あるいは、アルミ箔
や亜鉛板により形成することができる。

【００２１】図３は、本発明に係わるフラックスタブ使
用時の上進溶接シーケンスを表すフローチャート例を示
す。なお、フローチャートの各ステップ番号はＳを付し
て表す。Ｓ１で、溶接トーチを上進溶接を行う開先の下
端部の溶接開始位置へ移動させ、次にＳ２で、下端タブ
部（すなわち、フラックスタブ５の開先）の溶接条件で
アークスタートを行う。そして、Ｓ３で、溶接トーチの
溶接線方向（ここでは鉛直方向）の移動量が前記下端タ
ブ部の長さＬ1 に達したか否かを判断し、達しないとき
はＳ３を繰り返して長さＬ1 に達するまで待ち、達した
ときはＳ４で直ちにワーク開先の溶接条件に変更した
後、このワーク開先の溶接を継続する。この次、Ｓ５
で、溶接トーチの溶接線方向の移動量がワーク開先の溶
接線の長さＬ0（図２を参照）に達したか否かを判断
し、達してないときはＳ５を繰り返して長さＬ0 に達す
るまで待ち、達したときはＳ６で直ちに上端タブ部（す
なわち、フラックスタブ６の開先）の溶接条件に変更し
た後、上端タブ部での溶接を継続する。そして、Ｓ７
で、溶接トーチの溶接線方向の移動量が上端タブ部の長
さＬ2に達したか否かを判断し、達してないときはＳ７
を繰り返して長さＬ2 に達するまで待ち、達したときは
Ｓ８でアーク停止を行い、溶接を終了する。

【００２２】このように、各開先部、すなわち下端タブ
部、ワーク開先及び上端タブ部毎に、それぞれの開先に
適切な溶接条件が設定されており、フラックスタブ５，
６を使用した下端タブ部及び上端タブ部での溶接条件を
ワーク開先の溶接条件とは異なった条件としている。な
お、ここで言う溶接条件とは、溶接電流、溶接電圧、溶
接速度（溶接トーチ先端速度に等しい）、開先内での溶
接トーチ先端の描く軌跡、この軌跡上の各停止位置での
停止タイマ時間等を表している。また、ここで言う溶接
トーチ先端とは、厳密には、溶接トーチから所定の突出
長だけ突き出た溶接ワイヤの先端のことを言う。

【００２３】図４は、フラックスタブ使用時の上進溶接
の下端タブ部（始端部）の溶接トーチ先端軌跡を模式的
に表している。同図において、点線はフラックスタブ５
内での軌跡を表し、実線はワーク開先内での軌跡を表し
ている。ここでは、２層の多層盛溶接の軌跡が示されて
おり、溶接トーチは、１層目で、フラックスタブ５内の
各ポイントをＰ1'→Ｐ2'→Ｐ3'→Ｐ4'→Ｐ5'→Ｐ1'の１
サイクルのウィービングパターンで所定サイクル繰り返
して上進溶接した後、ワーク開先内の各ポイントをＰ1
→Ｐ2 →Ｐ3 →Ｐ4 →Ｐ5 →Ｐ1 のウィービングパター
ンで繰り返して上進溶接する。また、２層目では、同様
にして、フラックスタブ５内の各ポイントをＱ1'→Ｑ2'
→Ｑ3'→Ｑ4'→Ｑ1'の１サイクルのウィービングパター
ンで所定サイクル繰り返して上進溶接した後、ワーク開
先内の各ポイントをＱ1 →Ｑ2 →Ｑ3 →Ｑ4 →Ｑ1 のウ
ィービングパターンで繰り返して上進溶接する。このよ
うに、フラックスタブ５内の軌跡は各層共にワーク開先
内の軌跡よりも開先表面から遠い内側に設定されてい
る。これは、非導電性のフラックスタブ５が溶けてアー
ク切れ異常が発生し、これによって溶接ロボット等が異
常停止するなど、溶接ラインの無人化が阻害されないよ
うに、ワーク開先内でのウィービングパターンよりウィ
ービング幅を小さくするためである。また、フラックス
タブ５内の開先の内側のポイントＰ1'からスタートアー
クが行われており、これにより開先の端部の隙間に溶接
トーチが突っ込むことを防止している。

【００２４】また、下端タブ部では、溶接電流及び溶接
電圧はフラックスタブ５に使用されている導電体層の厚
さに適合させて設定され、また、ワーク開先での溶接条
件に対して低めとしている。さらに、フラックスタブ５
への溶け込み量を所定値以下に抑えるために、フラック
スタブ５内でのウィービングパターンの繰り返しサイク
ル回数又は周波数、あるいは溶接線方向の上進速度によ
り制御している。この結果、フラックスタブ５，６から
発生する不純物の量を抑え、またアーク切れ異常の発生
を防止できる。また、導電体層によってフラックスタブ
５，６でのアークが安定するので、フラックスタブ５，
６の溶接品質が向上する。

【００２５】図５は、フラックスタブ使用時の上進溶接
の上端タブ部（終端部）の溶接トーチ先端軌跡を模式的
に表しており、前記同様に、点線はフラックスタブ６内
での軌跡を表し、実線はワーク開先内での軌跡を表して
いる。ここでも、２層の多層盛の場合の軌跡が示されて
おり、溶接トーチは、１層目で、前記ワーク開先内の各
ポイントをＰ1 →Ｐ2 →Ｐ3 →Ｐ4 →Ｐ5 →Ｐ1 のウィ
ービングパターンで繰り返して上進溶接した後、フラッ
クスタブ６内の各ポイントをＰ1'' →Ｐ2'' →Ｐ3'' →
Ｐ4'' →Ｐ5'' →Ｐ1'' のウィービングパターンで所定
サイクル繰り返して上進溶接し、ポイントＰ1'' で溶接
を終了する。また、２層目では、同様にして、ワーク開
先内の各ポイントをＱ1 →Ｑ2 →Ｑ3 →Ｑ4 →Ｑ1 のウ
ィービングパターンで繰り返して上進溶接した後、フラ
ックスタブ６内の各ポイントをＱ1'' →Ｑ2'' →Ｑ3''
→Ｑ4'' →Ｑ1'' のウィービングパターンで所定サイク
ル繰り返して上進溶接し、ポイントＱ1'' で溶接を終了
する。このように、フラックスタブ６内の軌跡は、下端
タブ部と同様に、各層共ワーク開先内の軌跡より開先の
内側に設定されており、ウィービングパターンのウィー
ビング幅を小さくしている。これは、上端タブ部での溶
接時には、それまでワーク開先を上進溶接して来たとき
の熱がフラックスタブ６に伝達されているので、フラッ
クスタブ６が非常に溶け易くなっているからである。し
たがって、上端タブ部での溶接電流、溶接電圧及び溶接
速度も、ワーク開先での各条件と変えている。

【００２６】図６〜８は、それぞれワーク開先、下端タ
ブ部及び上端タブ部の溶接条件の一例を示しており、１
層目の条件のみを示している。ここで、ポイントは図５
及び図６で示したような各部の開先内での溶接トーチ先
端の軌跡上の位置を表し、各ポイント間では例えばロボ
ットの場合には溶接トーチは直線補間により移動するも
のとする。また、Ｘ、Ｙ、Ｚは基準ポイント（ワーク開
先ではＰ１、下端タブ部ではＰ１' 、また上端タブ部で
はＰ１''とする）からの各ポイントの相対位置を表して
いる。電流、電圧及び速度は、当該ポイントまでの移動
時の溶接電流、溶接電圧及び溶接速度を表し、停止タイ
マは当該ポイントに到達した後に前記溶接電流及び溶接
電圧を維持する時間を表す。このように、ワーク開先で
はその開先に適合した溶接条件で上進溶接し、下端部及
び上端部でのフラックスタブ５，６の開先では、それぞ
れワーク開先での溶接条件より小さ目にしている。例え
ば、軌跡がフランジ開先での軌跡より平面視で開先の内
側になるように各ポイントは１〜３ｍｍ程度内側に、溶
接電流及び溶接電圧はそれぞれフランジ開先より５〜１
５Ａ、０〜３Ｖ小さく、また、停止タイマは小さくして
いる。また、電流を小さくしない場合には、各ポイント
の高さ方向（同図ではＺ方向）の位置を大きくするか、
速度を大きくするようにしてもよい。

【００２７】図９は、フラックスタブ使用時の上進溶接
の他のシーケンス例を表すフローチャートを示す。な
お、図３で示したフローチャートと同一処理内容のステ
ップには同一のステップ番号が付けられており、以下で
は異なる処理を行うステップを中心に説明する。まず、
Ｓ２で、前述同様に下端タブ部の溶接条件でアークスタ
ートを行い、ワーク開先に向かって上進溶接する。つぎ
にＳ１３で、溶接トーチの溶接線方向（ここでは鉛直方
向）の位置が、ワーク開先より１サイクル以内手前か否
かを判断する。ここで、ワーク開先より１サイクル以内
手前か否かの判断は、現在位置からワーク開先位置まで
の溶接線方向の距離が下端タブ部での１サイクル上進溶
接時の上進距離よりも小さいか否かで判断している。そ
して、１サイクル以内手前でないときはＳ１３を繰り返
して１サイクル以内手前になるまで待ち、手前になった
ときは前述同様のＳ４に処理を移行して直ちにワーク開
先の溶接条件に変更し、このワーク開先の上進溶接を継
続する。

【００２８】このように、本上進溶接シーケンス例で
は、ワーク開先位置より１サイクル以内手前になった
ら、ワーク開先の溶接条件に変更して上進溶接してい
る。これによって、ワーク開先の溶接条件に切り換わる
位置がワーク開先内に入らないようにできるので、ワー
ク開先の溶接強度を確実に強化することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係わる上進溶接を適用するワーク例を
示す。

【図２】上進溶接を行うワーク開先の詳細斜視図であ
る。

【図３】フラックスタブ使用時の上進溶接シーケンスの
フローチャート例を示す。

【図４】上進溶接のフラックスタブの下端タブ部の溶接
トーチ先端軌跡を表す。

【図５】上進溶接のフラックスタブの上端タブ部の溶接
トーチ先端軌跡を表す。

【図６】フラックスタブ使用時の上進溶接のワーク開先
の溶接条件を示す。

【図７】フラックスタブ使用時の上進溶接の下端タブ部
の溶接条件を示す。

【図８】フラックスタブ使用時の上進溶接の上端タブ部
の溶接条件を示す。

【図９】フラックスタブ使用時の上進溶接の他のシーケ
ンスを表すフローチャート例を示す。

【図１０】従来技術に係わるスチールタブを用いた開先
端部の溶接部の説明図である。

【符号の説明】

１…柱、２フランジ、３イヤフラム、４仕口溶接部、
５，６フラックスタブ、１１母材、１２スチールタブ。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号 ＦＩ Ｂ２３Ｋ 9/18 Ｂ２３Ｋ 9/18 Ｃ 37/06 37/06 Ｒ

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ワーク開先を上進溶接する上進溶接方法
   において、 前記ワーク開先の下端部端面に、本体部が非導電性材料
   で形成され、かつ、開先を有すると共に、この開先の表
   面が導電体層で形成されたフラックスタブ(5)を当接さ
   せ、前記ワーク開先を上進溶接する前に、前記下端部の
   フラックスタブ(5) の開先の内側からアークスタートし
   て上進溶接することを特徴とする上進溶接方法。
2. 【請求項２】 前記ワーク開先の下端部より下方の前記
   フラックスタブ(5)の開先で所定の溶接条件で上進溶接
   し、前記ワーク開先ではこのワーク開先に適合した溶接
   条件に変更して上進溶接することを特徴とする請求項１
   記載の上進溶接方法。
3. 【請求項３】 前記ワーク開先の下端部のフラックスタ
   ブ(5) の開先内での溶接トーチ先端の軌跡が、前記ワー
   ク開先内での軌跡よりも開先表面から遠い内側であるこ
   とを特徴とする請求項２記載の上進溶接方法。
4. 【請求項４】 前記ワーク開先の上端部端面に、本体部
   が非導電性材料で形成され、かつ、開先を有すると共
   に、この開先の表面が導電体層で形成されたフラックス
   タブ(6) を当接させ、このフラックスタブ(6) の開先で
   は前記ワーク開先での溶接条件と異なる所定の溶接条件
   で上進溶接することを特徴とする請求項２記載の上進溶
   接方法。
5. 【請求項５】 前記ワーク開先、及び前記ワーク開先の
   下端部のフラックスタブ(5) の開先毎の、多層盛時の各
   層の溶接条件及び溶接トーチ軌跡をそれぞれ設定し、こ
   の溶接条件及び溶接トーチ軌跡に基づいて多層盛の上進
   溶接を行うことを特徴とする請求項２記載の上進溶接方
   法。