JPS61266184A - 矩形ウイ−ビング倣い溶接法 - Google Patents

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） この発明は比較的幅の広い開先であっても自動的に溶接
することのできる矩形ウィービング倣い溶接法に関し、
特に積層溶接に好適なものである。 〔従来の技術〕 溶接すべぎ母材の板厚が厚く間先深さが深い場合には、
従来から積層溶接が行なわれるどどもに、溶接作業能率
向上のため溶接ｉ〜−ヂをウィービングしながら１層１
パスで溶接することが行なわれている。 例えば、第９図に示すように、■型間光１で開先角度θ
が６０度程度と大きいものを溶接する場合には、溶接１
〜−ヂを、第１０図に示すように、斜め前方への移動ａ
、ｂと両端部での前進Ｃとを組合せた台形状にウィービ
ングさせるようにしている。 〔発明が解決しＪ：うとする問題点〕 ところが、積層溶接によって開先の断面で、溶接幅はＷ
＋△Ｗと変化づ−る（第９図（ａ））。この変化は、開
先線の加工や蛇行熱変形等によっても生ずる（第９図（
ｂ））。 このため溶接トーチを台形状にウィービングしながら変
化した溶接幅Ｗ十△Ｗに対応さけ前進Ｃの出を一定とし
て溶接すると、ビードピッチＰは溶接幅Ｗの変化に対応
して増加しＰ＋ΔＰになる。 このため、溶接＋−−ヂの軌跡の幅部進方向と左右斜め
方向で異なってしまい融合不良２が生じてしｊ：う。 したがって、溶Ｊｇ　Ｉ−〜ブの横行速度と前進速度と
を変えて融合不良が生じないＪ、うに制御しなりればな
らず、自動溶接が勤しい。 一方、自動溶接を行なうためには、開先の断面形状の変
化による溶接幅Ｗを検出したり、溶接線方向への開先の
蛇行等を検出する必要がある。 このため従来のＴＩＧ溶接法では、溶接用４．Ｊと電極
との間のアーク電圧の変化を倣い（１）号として利用す
ることが行なわれているが、アーク特１１Ｉより電流に
よってアーク電圧は大幅に変化りる。 そのためこのアーク電圧を利用して倣い溶接することは
勤しい。 さらに、従来の台形状のウィービング法では、溶接トー
チを溶接母材に対し垂直に保持したまま溶接を行なう溶
接姿勢を採るため、開先の両端壁での溶込み不良が生じ
やすいという問題もある。 この発明は上記従来技術に基づく溶接１ヘーヂのウィー
ビング形状ヤ）溶接１〜−ヂの姿勢および倣いセンサー
の問題を解消し、自動溶接を行なうことのできる矩形ウ
ィービング倣い溶接法の程１ノ（を目的とづ−るちので
ある。 〔問題点を解決するための手段〕 かかる目的を達成するこの発明は、溶接線方向に走行移
動でき、これど直交する方向に平行移動できるとともに
電極先端を中心に回転できる制御軸をもつ溶接１〜−ヂ
と、電ｌ！近傍の溶接線を挟む両側に開先位置を倣う倣
いセンサーを設け、この倣いセン→ｊの信号に基づき溶
接１〜−ブを開先形状に沿って矩形にウィービングさせ
ると同時に溶接トーチの姿勢を予め定めた複数の溶接姿
勢Ｔ−ドに切嘗えながら倣い溶接するようにしたことを
特徴どするものである。 （作用） 溶接１〜−ヂを溶接線方向への走行移動とこれど直交づ
る方向への平行移動とを組合せて、平行移動の際には走
行を行なわない矩形にウィービングして溶接幅の変化に
よる融合不良の発生を防１にし、溶接ｊ〜−ヂをさらに
電極先端を中心に溶接線ど直交する平面内で回転できる
Ｊ：うにし、溶接１−−ヂの姿勢をウィービングにとも
なって開先面に垂直な平行移動と回転移動との組合ｌ！
ないしはそれぞれの単独移動により構成される溶接姿勢
モードを通信°選択して開先両端壁での溶込み不良を防
＋Ｌし、さらに、電極の両側に設置プだ倣いセンサの信
号を用いることで倣い溶接を可能どするものである。 〔実施例〕 以下この発明の一実施例を図面を参照しながら具体的に
説明する。 この発明の矩形ウィービング倣い溶接法が適用される自
動溶接装置の一例

【ユ、第１図に示すように、溶接線り
方向に沿って敷設された専用レール１０上を自走する溶
接台車１１を備え、この溶接台車１１に上下動機構１２
を介して溶接線１−に直交する平行移動機構１３が設り
られ、この平行移動機構１３を介して溶接線しに直交す
る平面内で電極１１！Ｉの先端を中心として回転づ−る
回転機構１５がｇＱ　ＴＪられでその先端部に溶接１〜
−ヂ１６が取付【ノてあり、溶接１−−ヂ１６は４軸の
制御が行なわれる。 この溶接１〜−ヂ１６の溶接線１−を挟む両側には、そ
れぞれ倣いセンサ１７，１８が数句けられ、その先端が
電極１４の近傍の溶接用材に接触するｊ；うになってい
る。 Ｊ：た、溶接トーチ１Ｇの電極１４の先端には、溶接ワ
イヤ送給機構１９を介して溶接ワイヤ２０が送給できる
ようになっている。 これら各機構は直線状ないしは円弧状のラックとピニオ
ンどザーボモータ等や送りねじ（歿構等周知の機構で構
成してあり、図示しない制御装置で制御される。 このような自動溶接装置の基本動作は、溶接トーチ１６
を、第２図に示すように、矩形にウィービングづること
と、これと組合せて行なわれる溶接１−−チ１６の姿勢
を、第３図（ａ）に示すように、垂直のまま平行移動す
ること、同図（ｂ）に示すように、電極先端を中心に回
転移動することおＪ：び同図（Ｃ）に示すＪ：うに、平
行移動と回転移動とを同時に行なう合成移動することで
構成されている。 このＪ：うな基本動作を切ｔ４えながら自動溶接リ−る
のに必要不可欠な倣いレン（Ｊｉ７，１８おＪ：びその
信号検出回路例は、第４図おＪ、び第５図に示すように
構成されている。 すなわち、倣いセンサ−１７，１８は、金属製の細いワ
イヤで作られており、溶接ｒ’３　’ｔＡ　３との間に
電圧が印加されている。 したがって、自動倣い溶接中において、溶接用材３と倣
いセンサ１７．１８間の電圧あるいは電流にＪ：す、倣
いセン４）１７．１８が開先壁１ａ。 １ｂにタッチしたことを検出すれば電極１４と開先壁１
ａ、１ｂどの接近状態を検出することができる。 この倣いセンサ１７．１８と開先壁１ａ、１ｂとのタッ
チを検出する回路は、例えば第５図に示すＪ：うに、電
源２１から供給される交流電圧が電源１ヘランス２２を
介してダイオードブリッジ２３で整流され、正の電圧が
抵抗Ｒ１を介して左の倣いセンサ１７に導びかれ、負の
電圧が抵抗Ｒ２を介して右の倣いセンサ１８に導びかれ
、ゼロ電圧が抵抗Ｒ３，Ｒ４を介して溶接用材３に導ひ
かれている。 また、この整流された電圧がダイオードＤ１゜発光グイ
オードＤｆ１，１〜ランジスタＱ１．抵抗Ｒ５の回路と
、抵抗Ｒ５，１〜ランジスタＱ２．発光ダイオードＤｆ
２．ダイオードＤ２の回路にそれぞれ印加されており、
発光ダイオードＤｆ１゜ｒ）ｆ２にはぞれぞれフォトト
ランジスタＱｆ１゜Ｑｆ２が組合せである。 ざらに、１〜ランジスタＱ１．Ｑ２のベースには、抵抗
Ｒ３とＲ４どの接続点の電圧が抵抗Ｒ６を介して印加さ
れる」：うにしである。 したがって、左の倣いセン’Ｊ−１７が左の開先壁１ａ
にタッチするど、トランス２２→ダイオードブリツジ２
３→抵抗Ｒ１→左の倣いセン（Ｊ−１７→溶接ｆ！１月
３→抵抗Ｒ３→抵抗Ｒ４→トランス２２の経路で電流が
流れ、トランジスタＱ１．Ｑ２のベース電位が正になっ
て、１〜ランジスタＱ１がオンとなり、発光ダイオード
Ｄｆ１が発光して、）Ａ１〜１ヘランジスタＱｆ１の出
力２／Ｉにタッチ信号片が寄られる。 また、右の倣いセンサ１８が右の開先壁１ｂにタッチす
ると、１〜ランス２２→抵抗Ｒ／ｌ→抵抗Ｒ３→溶接ｆ
ｌ　４Ｊ　３→右の倣いセン勺１８→抵抗Ｒ２→ダイオ
ードブリッジ２３の経路で電流が流れ、１−ランジスタ
Ｑ１．Ｑ２のベース電位が負になって、１〜ランジスタ
Ｑ２がオンどなり、発光ダイオードＤｒ２が発光して、
フＡ１〜１〜ランジスタＱ、２の出力２５にタッチ信号
有が得られる。 そこで、出力端子２４，２５のタッチ信号を検出するこ
とにＪ：す、倣いセンサ１７，１８ど溶接ｆｆｌ　４ｆ
ｌ　３とのタッチを検知することができるのである。 次に、このにうな２つの倣いセンサ゛１７，１８を用い
て溶接］・−チ１６を矩形に自動ウィービングする基本
動作について、第６図および第７図を参照して説明する
。 第６図には、矩形オシレート法による平面上での１〜−
ヂ軌跡を示す。 にず、溶接１〜−ヂ１６を平行移動機構１３にｊ：り右
方向に移動ざ１（ａ＞、右の開先壁１ｂに右の倣いセン
サ１８がタップしたことを検知したら、平行移動機構１
３を停止する。次いで、溶接台車１１を前進さ−けると
ともに平行移動ｎ　ｔｌＦＪｌ　３を補正して右の開先
壁１ｂに沿って前進させ（Ｃ）、所定距ｌ１ｉｌ＋、　
（または所定時間）移動したら、前進を停止ざｌ゛ると
同時に平行移動機構１３により左方向に溶接Ｉ〜−ヂ１
６を移動させる（ｂ）。 そして、左の開先壁１ａに左の倣いセンサ１７がタッチ
したことを検知したら、平行移動機構１３を停止し、溶
接台車１１を前進させるとともに平行移動機構１３を補
正して左の開先壁１ａに沿って移動さぜ（ｄ）、所定距
１ｉｆｔ（または所定時間）移動したら、前進を停止さ
せるど同時に平行移動機構１３を右方向に移動させて（
ａ）、以下上記の動作を繰り返すようにする。 このような一連の動作（ａ→ｃ−＋ｂ→ｄ）を実現する
ためのフローチャートが第７図であり、順を追って説明
する。 （１）　　溶接台車１１等を所定の位置に設置するとと
もに溶接トーチ１６および倣いセンＩｔ−１７゜１８を
開先１内に位置させる等の準備が完成したのち、溶接ス
ター１へ操作２Ｇがなされると、平行移動機構１３にｊ
：り溶接１−−チ１Ｇが右方向に駆動される（２７）。 （２）　　右の倣いセンサ１８が右の開先壁１ｂにタッ
チする（２８）と、平行移動が停止され、溶接台車１１
を前進ざぜる（　３０　）　、。 （３）　　この溶接台車１１を前進ざじているとぎ（Ｃ
）は、右の倣いセンサ１８が右の開先壁１ｂにタッチす
るかしないかという状態を維持するよう平行移動ｉ構１
３を補正制御する（３２へ・３５）。 すなわち、右の倣いセンサ１８が右の開先壁１ｂから離
れた場合は、平行移動機構１３で溶接トーチ１６を右方
向（右の開先壁１ｂに近づく方向）に駆動し、右の開先
壁１ｂにタッチした場合は、逆に左方向に駆動する。こ
うすることににす、右の開先壁１ｂが途中で曲っていて
も、この曲がりに倣いながら溶接することができる。 （４）　　溶接台車１１の前進が所定時間（または所定
距離）行なわれたら、これを停由する（３６）。 （５）　　続いて、平行移動１１）Ｍ１３により溶接１
〜−ヂ１６を左方向に駆動する（３７）。 （６）　　左の倣いレノ１ノ１７が左の開先壁１ａにク
ッヂすると、平行移動１幾１ｔｉｌ　１３を停止して溶
接台車１１を前進さ氾る（４１）。 （７）　　溶接台車１１を前進させているときは、上記
（３）と同様に左の倣いセンサ１７が左の開先壁１ａに
タッチするかしないかという状態を維持するように平行
移動機構１３を制御し補正する（４２〜４５）。 すなわち、左の倣いセンサ１７が左の開先壁１ａから離
れた場合は、平行移動機構１３を左方向（左の開先壁１
ａに近づく方向）に駆動し、左の開先壁１ａにタッチし
た場合は、平行移動機構１３を右方向に駆動する。こう
することにより、左の開先壁１ａが途中で曲がっていて
も、この曲がりに倣いながら溶接することができる。 （８）　　溶接台車１１の前進が所定時間（または所定
距１！ｔ）行なわれたら、これを停止する（４６）。 （９）　　続いて、平行移動機構１３により溶接トーチ
１６を右方向に移動（２７）して、以下上記の動作を繰
り返すことにより、開先１に倣った矩形ウィービングに
にる自動溶接が実現される。 すなわち、開先１の溶接幅Ｗが積層数や溶接変形等でＷ
＋ΔＷに変化した場合や溶接線りが曲がったり蛇行した
場合にもこれに倣って矩形ウィービングによる自動溶接
ができる。 次に、矩形ウィービング中の溶接１−−チ１６の姿勢を
制御し、積層状態等に対応して初層から最上層まで自動
溶接するのに必要な３つの溶接姿勢モードについて、第
８図に示す制御シーケンスにより説明する。 （＾）　片壁倣い平行移動モード この片壁倣い平行移動モードでは、溶接トーチ１６は、
第３図（ａ）に示すように、溶接母材３に対し垂直に保
持した状態とされるとともに、制御装置内に組込まれた
２つのタイマＴ１．Ｔ２により、溶接台車１１が前進中
の時間Ｔ１の間は溶接電流■を低い値１１に保持（例え
ばＴ　１＝　０．５ｓｅｃ。 Ｔ１＝　１０ＯＡ　）する一方、溶接台車１１が停止中
の時間Ｔ　の間は溶接電流Ｉを高い値１２に保持（例え
ばＴ　　−０，５ｓｅｃ　、　　ｌ　２　＝２５０八）
（こし、これらＴ、Ｔ２をもう−１ＩＩＩ合ｌて矩形ウ
ィービングに対応させる。なｄ３、図中、Δ丁はタイマ
Ｔ１の切替時の遅れ時間である。 この平行移動モードを使用することにより、初層の突合
せ開先の自動溶接等が可能となり、溶接台車１１の走行
中は２つの倣いセンサ１７．１８のうち、いずれか一方
を選択スイッチの切替え等で選択しながら片方の開先壁
１ａ又は１ｂの倣い走行を行なう。 また、溶接トーチ１６の先端の電極１４を溶接母材３の
表面から一定の距離に保持するためアーク電圧制御方式
（ＡＶＣ＞が採用され、上下動機構１２を制御するよう
になっている。 （Ｂ）　　片壁倣い回転移動モード この片壁倣い回転移動上−ドでは、溶接１〜−ヂ１６を
、第３図（１））に示すにうに、先端を中心に左右に回
転さゼ扇形に移動づることを基本どＪるものであり、矩
形ウィービングに対応した１つのスアージ■〜■Ｃ４ｔ
、１成されている。 ステージ■は回転機４ｉ１７１５にＪ、り溶接トーチ１
Ｇが右に回転して設定した１〜−ブ角にｊヱ田るまで゛
の状態である。 ステージ■は、１〜−ヂ角が右設定舶に達した状ｇであ
り、このステージ■で′タイマＴ１が仔力き、Ｔ１時間
に達したどきにステージ■になる。 ス−７−ジ■は、ステージ■と反対のノを方向に溶接１
〜−チ１６を回転機構１５で傾【フ、左設定値の１〜−
ヂ角に達するまでの状態である。 ステージ■は、トーチ角が左設定値に達した状態であり
、このステージ■でタイマＴ２が働き、Ｔ２時間に達し
！ζどき、ステージ■に戻り、以後繰り返す。 また、この片壁倣い回転移動子−ドでは、２つの倣いセ
ン’Ｊ１７，１８を選択スイッチで切昌えて一方の倣い
センサ１７（または１８）だけで倣い溶接を行ない溶接
幅Ｗは予め設定した値どして溶接するので、溶接線１−
は曲がったり蛇行してもかまわないが、溶接幅Ｗは少な
くとも一層溶接中は一定である場合に使用する。 そして、上記片壁倣い平行移動モードの場合と胃なり、
溶接１−−チ１Ｇが傾いた場合にも開先壁１ａ（または
１ｂ）の倣い精度を向上させるため溶接トーチ１６を左
に傾りた時には、右の倣いセンサ１８を動作させるよう
にしている。 （ｃ）　　両壁倣い合成移動モード この両壁倣い合成移動モードでは、溶接トーチ１６を、
第３図（Ｃ）に示すＪ：うに、平行移動と回転移動とを
相合せた合成移動をさせ、しかも溶接トーチ１６の先端
の電極１４は常に開先１の表面から一定の距離に保った
状態とするものであり、矩形ウィービングに対応した４
つのステージ■〜■で構成されている。 ステージ■は、溶接トーチ１Ｇを平行移動機構１３によ
り右方向に平行移動すると同時に、回転１ｊｌｔ横１５
により溶接１−一層１６の先端が石壁側を向＜、ｌう傾
け、右の倣いセンサ１８が右の開先壁１ｂを検１」１す
るまで駆動リ−る。このステージ■では走行は停止した
状態どしである。 ステージ■は、右の倣いレンザ１８が右の開先壁１ｂを
検知し、平行移動機構１３および回転（幾！：ｉ　１５
をその位置で停由した状態である。このステージ■でタ
インＴ　が働ぎ、Ｔ１時間に達したどぎにステージ■に
なる。なお、図中、ΔＴ　４；にステージ■からステー
ジ■に切替わるどぎの走行開始までのわずかな遅れ時間
である。 ステージ■は、溶接トーチ１６を平行移動機構１３にＪ
こり左方向に平行移動すると同時に、回転Ｉｎ、構１５
ににり溶接１−一層１６の先端が左壁側を向くよう傾り
、左の倣いセンサ−１７が左の開先壁１ａを検出するま
で駆動する。このステージ■でもステージ■と同様、走
行は停止した状態どする。 ステージ■は、左の倣いセンｖ１７が左の開先壁１ａを
検知し、平行移動機構１３および回転機構１５をその位
置で停止しｌｃ状態である。このステーラ■の長さ、す
なわち溶接トーチ１６の前進はタイマ下　の設定時間Ｔ
２で定められ、わずかな遅れ時間Δ丁の後に走行が開始
されるＪ：うになっている。 そして、このタイマＴ　の設定時間Ｔ２に達するど、ス
テージ■に戻り、以後繰り返す。 なお、ステージ■および■で溶接１〜−チ１６の前進を
わずかに行なわせて斜めに移動ざｌても良いが、ステー
ジ■の軌跡とステージ■の軌跡とが平行になるよう、例
えば、ステージ■で前進させたら、これど対応する分だ
けステージ■で後退さゼて矩形ウィービングを保持する
ようにすることが好ましい。 また、溶接電流Ｉや溶接ワイヤの供給ｆｎＦは、両壁倣
い合成移動モードの各ステージ■〜■に対応して図示の
如く制御される。 このような両壁倣い合成移動モードにＪ：れば、溶接幅
Ｗが溶接線り方向に変化し、Ｗ十ΔＷになる部分があっ
てもこれに倣って自動溶接ができ、積層溶接に広く適用
できる。 以上のような３つの溶接姿勢モード（Ａ）。 （Ｂ）、（Ｃ）を既に説明した矩形ウィービングと組合
せることにより、開先形状が直線状でなく、溶接幅Ｗが
変化しても初層から最上層まで全てを自動溶接すること
ができるのである。 （発明の効果〕 以上実施例とともに具体的に説明し１ｃようにこの発明
によれば、溶接１ヘーヂを矩形にウィービングするど同
時に溶接トーチの姿勢を予め設定した複数の溶接姿勢モ
ードに従って切替えながら、溶接１〜−ヂの両側に設【
プた倣いセンサにＪ：る自動倣いを行なうようにしたの
で、開先の角度ヤ】深さ、あるいは溶接線の蛇行や溶接
幅の変化があって−ｂこれらに対応して自動倣い溶接が
できる。 すなわち、溶接トーチの両側に倣いセンサを配置したの
で、電極近傍の開先線を遅れ時間をともなうことなく倣
うことが可能どなった。 また、溶接トーチの溶接姿勢モードを複数設定し、これ
を切替えながら溶接するので、開先の形状に対応した溶
接姿勢モードにより、従来、放置溶接が困ｆｆ１ｌｌで
あった初層の自動溶接もでき、全層の放置溶接が可能ど
なった。 さらに、溶接１ヘーチの移動動作のひとつに、先端を中
心にした回転移動があるので、開先内での溶接１−−ヂ
の角度を大ぎく変えることができ、開先壁面の溶込みが
大きく、溶接品質を向上することができる。 また、溶接１〜−チを矩形にウィービングするので、溶
接幅が変化しても平行移動速度や走行速度を変えること
なく対応でき、しかも、融合不良が生じることがない。 さらに、溶接トーチの移動動作のひどつに平行移動と先
端を中心とした回転移動とを組合せた合成移動があり、
この場合には、常に溶接１〜−ヂを開先表面から一定の
距離に保つことができ、電極の開先内でのねらい位置が
安定し、溶接準備等が容易となる。 また、ＴＴＧ溶接はもとより、ＭＴＧ溶接やサブマージ
溶接にも適用でき、汎用性に優れた溶接法である。

【図面の簡単な説明】

第１図〜第８図はこの発明の矩形ウィービング倣い溶接
法の一実施例にかかり、第１図はこの溶接法を用いた自
動溶接装置の概略構成図、第２図および第３図はそれぞ
れ基本動作の説明図、第４図おにび第５図は倣いセンサ
の斜視図おＪ：びそののフローチャート、第８図は溶接
姿勢モードの制御シーケンスの説明図、第９図（ａ）、
　（ｂ）はそれぞれ溶接対象の一例の説明図、第１０図
は従来のウィービングの説明図である。 １・・・開先、ｉａ、ｌｂ・・・左右の開先壁、１１・
・・溶接台車、１２・・・上下動機構、１３・・・平行
移動機構、１４・・・電極、１５・・・回転機構、１６
・・・溶接１−一チ、１７．１８・・・左右の倣いセン
サ、１９・・・溶接ワイヤ送給機構、２０・・・溶接ワ
イヤ。 ２０Ｌ　　　　１

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 溶接線方向に走行移動でき、これと直交する方向に平行
   移動できるとともに電極先端を中心に回転できる溶接ト
   ーチの電極近傍の溶接線を挟む両側に開先形状を倣う倣
   いセンサを設け、この倣いセンサの信号に基づき溶接ト
   ーチを開先形状に沿って矩形にウィービングさせると同
   時に溶接トーチの姿勢を予め定めた複数の溶接姿勢モー
   ドに切替えながら倣い溶接するようにしたことを特徴と
   する矩形ウィービング倣い溶接法。