JP2016022480A - 多層溶接方法及び多層溶接装置 - Google Patents

Abstract

【課題】開先継手を介して配管同士を接合するに際して、溶接能率の向上を実現することが可能である多層溶接方法及び多層溶接装置を提供する。【解決手段】トーチ１２と、溶接制御部１３と、溶接制御部１３からの指令を受けてトーチ１２を溶接ワイヤＷとともに配管１，２の端面間に形成される周方向の開先３に対して接近離間させるトーチ駆動機構１４と、溶接制御部１３からの指令を受けてトーチ１２を溶接ワイヤＷとともに配管１，２の周方向に相対的に移動させる配管駆動機構１５を備え、溶接制御部１３は、トーチ１２を溶接ワイヤＷとともに配管１，２の周方向に相対的に移動させる１層パス４分の溶接を行う毎に溶接アークを停止させ、次層パス４ｂの溶接に先立って、前層パス４ａの溶接で開先３に置かれた溶接ビード６に対するパス間温度の制限を超えない最短距離５の位置に、トーチ１２及び溶接ワイヤＷを移動させるべく制御する。【選択図】図２

Description

本発明は、開先継手を介して配管同士を接合するのに用いられる多層溶接方法及び多層溶接装置に関するものである。

従来、上記したような多層溶接方法としては、例えば、特許文献１に記載された肉盛溶接方法がある。

この多層溶接方法は、溶接前において、接合する配管の端面間における開先の円周方向適宜位置にトーチ基準位置を設定すると共に、初層１パス目の溶接開始位置をトーチ基準位置に設定し、初層後の２パス目から最終層Ｎパス目までの各溶接開始位置をトーチ基準位置よりも溶接線方向に特定距離ずつ前進又は後退させた溶接線位置に設定し、溶接パス毎に各々設定された各溶接開始位置ないしその近傍からアークを発生させて溶接を開始するようにしている。

特開2005-095915号公報

ところが、上記した多層溶接において、２パス目以降の溶接パス毎に、初層１パス目の溶接開始位置であるトーチ基準位置よりも溶接線方向に特定距離ずつ前進又は後退させた溶接線位置ないしその近傍から溶接を開始するようにしている都合上、前層の溶接パスで形成された溶接ビードに対するパス間温度（次層パスの溶接開始が許容される前層パスによる溶接ビードの温度）が制限値を下回るのを待って、次層の溶接パスを開始する必要があり、溶接能率が良いとは言えないという問題を有しており、この問題を解決することが従来の課題となっている。

本発明は、上記した従来の課題に着目してなされたもので、開先継手を介して配管同士を接合するに際して、溶接効率の向上を実現することが可能である多層溶接方法及び多層溶接装置を提供することを目的としている。

上記した従来の課題を解決するべく本発明の請求項１に係る多層溶接方法は、配管の円形状又は楕円形状を成す端面間に形成される周方向の開先に沿ってトーチ及び溶接ワイヤを相対的に移動させて多層溶接を行うに際して、初層パスから最終層パスに至るまでの過程において、１層パス分の溶接を行う毎に溶接アークを停止させ、次層パスの溶接に先立って、前層パスの溶接で前記開先に置かれた溶接ビードに対するパス間温度の制限を超えない最短距離の位置に、溶接アークを停止させたまま前記トーチ及び溶接ワイヤを移動させてから、次層パスの溶接を開始する構成としたことを特徴としており、この構成の多層溶接方法を前述した従来の課題を解決するための手段としている。

また、本発明の請求項２に係る多層溶接方法は、次層パスの溶接に先立って、前層パスにおける前記トーチ及び溶接ワイヤの進行方向と反対方向で且つ該前層パスの溶接で前記開先に置かれた溶接ビードに対するパス間温度の制限を超えない最短距離の位置に、溶接アークを停止させたまま前記トーチ及び溶接ワイヤを後退させてから、その後退方向に向けて次層パスの溶接を開始する構成としている。

さらに、本発明の請求項３に係る多層溶接方法は、次層パスの溶接に先立って、前層パスにおける前記トーチ及び溶接ワイヤの進行方向と同じ方向で且つ該前層パスの溶接で前記開先に置かれた溶接ビードに対するパス間温度の制限を超えない最短距離の位置に、溶接アークを停止させたまま前記トーチ及び溶接ワイヤを前進させてから、その前進方向に向けて次層パスの溶接を開始する構成としている。

一方、本発明の請求項４に係る多層溶接装置は、トーチと、溶接制御部と、この溶接制御部からの指令を受けて前記トーチを溶接ワイヤとともに配管の端面間に形成される周方向の開先に対して接近離間させるトーチ駆動機構と、前記溶接制御部からの指令を受けて前記トーチを溶接ワイヤとともに前記配管の周方向に相対的に移動させる回動機構を備えた多層溶接装置において、前記溶接制御部は、前記トーチを溶接ワイヤとともに前記配管の周方向に相対的に移動させる初層パスから最終層パスに至るまでの過程において、１層パス分の溶接を行う毎に溶接アークを停止させ、次層パスの溶接に先立って、前層パスの溶接で前記開先に置かれた溶接ビードに対するパス間温度の制限を超えない最短距離の位置に、溶接アークを停止させたまま前記トーチ及び溶接ワイヤを移動させるべく制御する構成としている。

本発明に係る多層溶接方法及び多層溶接装置では、ＴＩＧ溶接やＭＡＧ溶接やプラズマ溶接を採用することができるが、これらの種類の溶接に限定されない。

本発明に係る多層溶接方法及び多層溶接装置では、配管の端面間に形成される周方向の開先に沿って多層溶接を行うに際して、初層パスから最終層パスに至るまでの過程において、次層パスの溶接を行う前に一旦溶接アークを停止させて、前層パス溶接で形成された溶接ビードに対するパス間温度の制限を超えない最短距離の位置に、トーチ及び溶接ワイヤを移動させてから次層パスの溶接を開始するようにしているので、すなわち、前層の溶接パスで形成された溶接ビードに対するパス間温度が制限値を下回るのを待たずに次層の溶接パスを開始するようにしているので、溶接能率の向上が図られることとなる。

この際、前層パスにおけるトーチ及び溶接ワイヤの進行方向と反対方向にトーチ及び溶接ワイヤを後退させてから、その後退方向に向けて次層パスの溶接を開始するように成すと、溶接ワイヤや電源ケーブルの巻き付きが起こり難くなり、トーチを台車に載せて配管の周りを移動させる場合に好適である。

一方、前層パスにおけるトーチ及び溶接ワイヤの進行方向と同じ方向にトーチ及び溶接ワイヤを前進させてから、その前進方向に向けて次層パスの溶接を開始するように成すと、前層パスの冷却によって、より少ない移動距離で済む分だけ溶接能率のより一層の向上が図られることとなる。

本発明に係る多層溶接方法では、上記した構成としているので、開先継手を介して配管同士を接合する場合に、溶接能率の向上を実現することが可能であるという非常に優れた効果がもたらされる。

本発明の一実施例に係る多層溶接方法により接合された配管の接合部位における断面説明図（ａ）及び本発明に係る多層溶接方法を多層肉盛接合に用いた場合の断面説明図（ｂ）である。 本発明の一実施例に係る多層溶接方法及び多層溶接装置により配管同士を接合する際の溶接要領を図１（ａ）のＡ−Ａ線位置に基づいて説明する図である。 本発明の他の実施例に係る多層溶接方法により配管同士を接合する際の溶接要領を図１（ａ）のＡ−Ａ線相当位置に基づいて説明する図である。

以下、本発明を図面に基づいて説明する。
図１（ａ）は、本発明の一実施例に係る多層溶接方法により接合された配管の接合部位を示し、図２は、本発明の一実施例に係る多層溶接装置により配管同士を接合する際の溶接要領を示している。

図１（ａ）に示すように、配管１，２は、各々の端面間に形成される周方向の開先３に溶接ビード６を多層盛ることで互いに接合されている。

図２に示すように、開先継手を介して配管１，２同士を接合する多層溶接装置１０は、ＴＩＧ溶接電源１１と、タングステン電極を有するトーチ１２と、溶接制御部１３と、この溶接制御部１３からの指令を受けてトーチ１２及び溶接ワイヤＷを送給するワイヤ送給部１６を配管１，２の端面間の開先３に対して接近離間させると共に周方向にも移動させ得るトーチ駆動機構１４と、配管１，２を支持し且つ溶接制御部１３からの指令を受けて配管１，２を軸心周りに回動させる（トーチ１２を溶接ワイヤＷとともに配管１，２の周方向に相対的に移動させる） 配管駆動機構（回動機構）１５を備えている。

この場合、溶接制御部１３は、配管駆動機構１５によって配管１，２を回動させて、１層溶接パス４（４ａ，４ｂ，４ｃ，４ｄ…）の溶接を行う毎に溶接アークを停止させるように制御している。そして、この溶接制御部１３では、例えば、初層４ａの次の第２層パス（次層パス）４ｂにおける溶接に先立って、初層パス（前層パス）４ａの溶接で開先３に置かれた溶接ビード６に対するパス間温度の制限を超えない最短距離５の位置に、溶接アークを停止させつつトーチ１２及び溶接ワイヤＷを後退させるべく制御するようになっている。

上記した多層溶接装置１０により、配管１，２の端面間の開先３に沿って多層溶接を行うに際して、まず、溶接開始位置ＳＴから初層パス４ａの溶接を行い、この初層パス４ａの溶接が終了した時点で一旦溶接アークを停止させる。

次いで、第２層パス４ｂにおける溶接に先立って、初層パス４ａの溶接で開先３に置かれた溶接ビード６に対するパス間温度の制限を超えない最短距離５の位置に、溶接アークを停止させつつトーチ１２及び溶接ワイヤＷを後退させてから、その後退方向に向けて第２層パス４ｂの溶接を開始する。

以降、最終層パスに至るまでの過程において、上記と同様に１層パス４（４ｂ，４ｃ，４ｄ…）の溶接を行う毎に溶接アークを停止させ、次層パスの溶接に先立って、前層パスで形成された溶接ビード６に対するパス間温度の制限を超えない最短距離５の位置に、溶接アークを停止させつつトーチ１２及び溶接ワイヤＷを後退させてから、その後退方向に向けて次層パスの溶接を開始する。

このように、上記した多層溶接装置１０では、配管１，２の端面間に形成される周方向の開先３に沿って多層溶接を行うに際して、次層パスの溶接を行う前に一旦溶接アークを停止させ、前層パス溶接で形成された溶接ビード６に対するパス間温度の制限を超えない最短距離５の位置に、トーチ１２及び溶接ワイヤＷを移動させてから次層パスの溶接を開始するようにしているので、すなわち、前層の溶接パスで形成された溶接ビード６に対するパス間温度が制限値を下回るのを待たずに次層の溶接パスを開始するようにしているので、溶接能率の向上が図られることとなる。

また、この実施例では、前層パスにおけるトーチ１２及び溶接ワイヤＷの進行方向と反対方向にトーチ１２及び溶接ワイヤＷを後退させてから、その後退方向に向けて次層パスの溶接を開始するようにしているので、溶接ワイヤＷや図示しない電源ケーブルの巻き付きが起こり難くなり、したがって、この実施例のように配管１，２側を回動させる場合は勿論のこと、トーチ１２を台車に載せて配管１，２の周りを移動させる場合にも対応できることとなる。

上記した実施例では、前層パスにおけるトーチ１２及び溶接ワイヤＷの進行方向と反対方向にトーチ１２及び溶接ワイヤＷを後退させてから、その後退方向に向けて次層パスの溶接を開始するようにしているが、他の構成として、図３に示すように、前層パス４（４ａ，４ｂ，４ｃ，４ｄ…）におけるトーチ１２及び溶接ワイヤＷの進行方向と同じ方向にトーチ１２及び溶接ワイヤＷを前進させてから、その前進方向に向けて次層パスの溶接を開始するようにしてもよく、この場合には、前層パスの冷却によって、より少ない移動距離で済む分だけ溶接能率のより一層の向上が図られることとなる。

なお、上記した実施例において、ＴＩＧ溶接を採用した場合を示したが、この溶接に限定されるものではなく、例えば、ＭＡＧ溶接やプラズマ溶接を採用し得る。
また、本発明に係る多層溶接方法は、図１（ｂ）に示すように、部材２１，２１間に溶接ビード６を多層肉盛して接合する多層肉盛接合にも用いることができる。

本発明に係る多層溶接方法及び多層溶接装置の構成は、上記した実施例の構成に限定されるものではない。

１，２ 配管
３ 開先
４（４ａ，４ｂ，４ｃ，４ｄ…） 溶接パス
５ 後退距離（前進距離）
６ 溶接ビード
１０ 多層溶接装置
１２ トーチ
１３ 制御部
１４ トーチ駆動機構
１５ 配管駆動機構（回動機構）
Ｗ 溶接ワイヤ

Claims (4)

1. 配管の端面間に形成される周方向の開先に沿ってトーチ及び溶接ワイヤを相対的に移動させて多層溶接を行うに際して、
   初層パスから最終層パスに至るまでの過程において、１層パス分の溶接を行う毎に溶接アークを停止させ、
   次層パスの溶接に先立って、前層パスの溶接で前記開先に置かれた溶接ビードに対するパス間温度の制限を超えない最短距離の位置に、溶接アークを停止させたまま前記トーチ及び溶接ワイヤを移動させてから、次層パスの溶接を開始する
   ことを特徴とする多層溶接方法。
2. 次層パスの溶接に先立って、前層パスにおける前記トーチ及び溶接ワイヤの進行方向と反対方向で且つ該前層パスの溶接で前記開先に置かれた溶接ビードに対するパス間温度の制限を超えない最短距離の位置に、溶接アークを停止させたまま前記トーチ及び溶接ワイヤを後退させてから、その後退方向に向けて次層パスの溶接を開始する請求項１に記載の多層溶接方法。
3. 次層パスの溶接に先立って、前層パスにおける前記トーチ及び溶接ワイヤの進行方向と同じ方向で且つ該前層パスの溶接で前記開先に置かれた溶接ビードに対するパス間温度の制限を超えない最短距離の位置に、溶接アークを停止させたまま前記トーチ及び溶接ワイヤを前進させてから、その前進方向に向けて次層パスの溶接を開始する請求項１に記載の多層溶接方法。
4. トーチと、溶接制御部と、この溶接制御部からの指令を受けて前記トーチを溶接ワイヤとともに配管の端面間に形成される周方向の開先に対して接近離間させるトーチ駆動機構と、前記溶接制御部からの指令を受けて前記トーチを溶接ワイヤとともに前記配管の周方向に相対的に移動させる回動機構を備えた多層溶接装置において、
   前記溶接制御部は、前記トーチを溶接ワイヤとともに前記配管の周方向に相対的に移動させる初層パスから最終層パスに至るまでの過程において、１層パス分の溶接を行う毎に溶接アークを停止させ、次層パスの溶接に先立って、前層パスの溶接で前記開先に置かれた溶接ビードに対するパス間温度の制限を超えない最短距離の位置に、溶接アークを停止させたまま前記トーチ及び溶接ワイヤを移動させるべく制御する
   ことを特徴とする多層溶接装置。

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