WO2021205858A1 - ガスシールドアーク溶接方法及び鋼管の製造方法 - Google Patents
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Definitions
- the present invention relates to a gas shielded arc welding method and a steel pipe manufacturing method, and more particularly to a gas shielded arc welding method for welding a steel pipe by multi-layer welding and a steel pipe manufacturing method.
- Patent Document 1 of the quarters separated by the steel frame construction adjustment jigs provided on the four surfaces of the joint, the opposing quarters are welded for the first few layers using a welding robot. Polish the weld end. Then, after welding the remaining two quarters with another welding robot in the same manner for the first few layers, the steel frame construction adjustment jig was removed, and then using two welding robots, A welding method for a polygonal square steel pipe column for construction is described in which the remaining several layers are welded while alternately polishing the welded ends in half circumferences with each other.
- the present invention has been made in view of the above-mentioned problems, and an object of the present invention is a gas shielded arc that has a small number of seams, which are parts where defects are likely to occur, enables automatic welding by a welding robot, and has high work efficiency. It is an object of the present invention to provide a welding method and a method for manufacturing a steel pipe.
- the above object of the present invention is achieved by the configuration of the following (1) according to the gas shielded arc welding method.
- a gas shielded arc welding method in which steel pipes are welded by multi-layer welding.
- a gas shielded arc welding method characterized by being provided with. According to this configuration, it is possible to provide a gas shielded arc welding method capable of automatic welding with a small number of seams, which are parts where defects are likely to occur, and with high work efficiency by a welding robot.
- preferred embodiments of the present invention relating to the gas shielded arc welding method relate to the following (2) to (9).
- welding defects can be suppressed at bead seams where welding defects are likely to occur.
- (3) When welding the remaining layers by a plurality of the welding robots, At the bead seam In the first layer of the remaining layers, For each of the plurality of welding robots Set the welding start point to any position and The welding end point of one of the welding robots is set at a position beyond the welding start point of the other adjacent welding robots. The overlapping portion of the welding beads from the welding start point to the welding end point is set to 10 to 20 mm. In the next and subsequent layers, For each of the plurality of welding robots The vicinity of the welding end point of the previous layer is set as the welding start point of the next layer.
- the welding end point of one of the welding robots is set at a position beyond the welding start point of the other adjacent welding robots.
- At least one of the welding current, the welding speed, and the distance between the tip and the base metal is changed in the welding start range of 10 to 30 mm from the welding start point.
- the starting welding current in the welding starting range is 50 to 90% of the welding current of the main welding.
- the starting welding speed in the welding starting range is 110 to 140% of the welding speed of the main welding.
- the tip-base metal distance in the welding start range is set to 50 to 120% of the tip-base metal distance in the main welding.
- the gas shielded arc welding method according to (2) or (3) According to this configuration, the amount of welding in the welding start range can be suppressed, and the swelling of the overlapping portion can be suppressed.
- the overlapping portion at least one of the welding current, the welding speed, the arc voltage, and the distance between the tip and the base metal is changed.
- the end welding current at the overlapping portion is 50 to 90% of the welding current of the main welding.
- the final welding speed at the overlapping portion is 110 to 140% of the welding speed of the main welding.
- the end arc voltage at the overlapping portion is 50 to 90% of the arc voltage of the main welding.
- the end tip-base metal distance at the overlap is set to 50-120% of the tip-base metal distance of the main weld.
- the gas shielded arc welding method according to any one of (2) to (4). According to this configuration, the crater treatment can be performed after the main welding to flatten the dent of the weld bead and improve the appearance.
- the crater current which is the welding current during the crater processing, is set to 50 to 90% of the welding current of the main welding.
- a transition period of 0.1 to 1 second is provided between the main welding and the crater treatment.
- the gas shielded arc welding method according to (8) According to this configuration, the crater processing following the transition period is stable.
- the above object of the present invention is achieved by the configuration of the following (10) relating to the method for manufacturing a steel pipe.
- a method for manufacturing a steel pipe to be joined by using gas shielded arc welding A step of attaching a steel frame construction adjustment jig to the erection piece provided on the steel pipe and fixing the groove portion of the steel pipe, and a step of fixing the groove portion of the steel pipe.
- a step of welding the first layer or several layers to the groove by semi-automatic welding or manual welding. After the welding of the first layer or the several layers is completed, the step of removing the steel frame construction adjusting jig and the step of removing the steel frame construction adjusting jig.
- the step of welding the remaining layers with a welding robot so that there are no more than two bead seams.
- a method for manufacturing a steel pipe which comprises welding the steel pipe. According to this configuration, it is possible to provide a method for manufacturing a steel pipe which has a small number of seams, which are parts where defects are likely to occur, and which enables automatic welding with high work efficiency by a welding robot.
- the present invention it is possible to provide a gas shielded arc welding method and a steel pipe manufacturing method in which the number of seams, which are parts where defects are likely to occur, is small, automatic welding by a welding robot is possible, and work efficiency is high.
- FIG. 1 is a schematic side view of a portable welding robot suitable for applying the gas shielded arc welding method according to the present invention.
- FIG. 2 is a perspective view of the portable welding robot shown in FIG.
- FIG. 3 is a process diagram showing a schematic procedure of the gas shielded arc welding method according to the present invention.
- FIG. 4 is a schematic view showing the overlapping portion by welding having the overlapping portion of the welding beads from the welding start point to the welding end point.
- FIG. 5 is a schematic cross-sectional view showing the relationship between the path by multi-layer welding and each layer.
- FIG. 6 is a plan view of a welded portion having an overlapping portion of the weld beads from the welding start point to the welding end point as viewed from a direction perpendicular to the groove portion.
- FIG. 7 is a plan view of the welded portion having the overlapping portion of the weld beads from the welding start point to the welding end point as viewed from a direction perpendicular to the groove portion, and a cross-sectional view of the groove portion.
- FIG. 8 is a plan view of the welding start point and the welding start range as viewed from a direction perpendicular to the groove portion.
- FIG. 9 is a plan view of the welding start point and the welding start range viewed from a direction perpendicular to the groove portion, and a cross-sectional view of the groove portion.
- FIG. 10 is a graph showing the relationship between the main welding, the crater treatment, and the transition period from the main welding to the crater treatment.
- FIG. 11 is a plan view of a welded portion having no overlapping portion of the weld bead from the welding start point to the welding end point as viewed from a direction perpendicular to the groove portion.
- FIG. 12 is a plan view of a welded portion having no overlapping portion of the weld bead from the welding start point to the welding end point as viewed from a direction perpendicular to the groove portion, and a cross-sectional view of the groove portion.
- the gas shielded arc welding method includes a step of attaching a steel frame construction adjusting jig to an erection piece provided on a steel pipe to fix the groove portion of the steel pipe, and semi-automatic welding or manual welding to the groove portion.
- a steel frame construction adjusting jig to an erection piece provided on a steel pipe to fix the groove portion of the steel pipe
- semi-automatic welding or manual welding to the groove portion.
- it is a method for welding a steel pipe by multi-layer welding, which comprises a step of welding the remaining layers by a welding robot.
- a portable welding robot suitable for carrying out the above gas shielded arc welding method will be described.
- a portable welding robot will be described as an example of the welding robot, but the welding robot in the present invention is not limited to the portable welding robot, and for example, a vertical articulated robot or the like can be applied. ..
- the portable welding robot 100 is mounted on the guide rail 120, the robot body 110 which is installed on the guide rail 120 and moves along the guide rail 120, and the robot body 110.
- the torch connection portion 130 is provided.
- Robot body 110 mainly includes a main body 112 which is installed on the guide rail 120, and the fixed arm 114 which is attached to the main body portion 112, to the fixed arm portion 114, which can be rotated in an arrow R 1 direction It is composed of a movable arm portion 116 attached in a state.
- the torch connection portion 130 is attached to the movable arm portion 116 via the crank 170, which is a movable portion that moves the welding torch 200 in the direction of the welding line indicated by the arrow X in FIG.
- the torch connection portion 130 includes torch clamps 132 and 134 for fixing the welding torch 200.
- the main body 112 is provided with a feeding device (not shown) and a cable clamp 150 for supporting a conduit tube 420 connecting the welding torch 200 on the side opposite to the side on which the welding torch 200 is mounted.
- a voltage is applied between the workpiece W o welding wire 211, the welding wire 211 by using the voltage drop phenomenon that occurs when in contact with the workpiece W o, the groove on the work W o
- a touch sensor that senses the surface of the portion 10 or the like is used as a detection means.
- the detection means is not limited to the touch sensor of the present embodiment, and an image sensor by visual sensing, a laser sensor by laser sensing, or a combination of these detection means may be used. It is preferable to use the touch sensor of.
- the main body 112 of the robot main body 110 includes a robot driving unit that drives the robot main body 110 in the direction perpendicular to the paper surface, that is, in the X direction in which the robot main body 110 moves along the guide rail 120. .. Further, the main body portion 112 can also be driven in the Z direction which moves in the depth direction of the groove portion 10 which is perpendicular to the X direction. Further, the fixed arm portion 114 can be driven with respect to the main body portion 112 in the Y direction, which is the width direction of the groove portion 10 perpendicular to the X direction, via the slide support portion 113.
- the torch connections 130 welding torch 200 is attached, by the crank 170 is rotated as shown by an arrow R 2 in FIG. 2, in the X direction, swing drivable in the longitudinal direction, which is the weld line direction Is.
- the movable arm 116 as shown by the arrow R 1, rotatably mounted relative to the fixed arm portion 114 can be fixed by adjusting the optimum angle.
- the robot body 110 can drive the welding torch 200, which is the tip of the robot body 110, with three degrees of freedom.
- the robot body 110 is not limited to this, and may be driven with an arbitrary number of degrees of freedom depending on the application.
- the tip of the welding torch 200 attached to the torch connection 130 can be directed in any direction.
- the robot body 110 can be driven on the guide rail 120 in the X direction in FIG.
- the welding torch 200 can perform weaving welding by moving the robot body 110 in the X direction while reciprocating in the Y direction.
- the crank 170 by driving by the crank 170, the welding torch 200 can be tilted according to the construction situation such as providing a forward angle or a backward angle.
- the mounting member 140 is provided such as a magnet
- the guide rail 120 is attached to and detached from the workpiece W o is easily configured by the attachment member 140.
- Step 1 of FIG. 3 first, the erection piece 12 is fixed to each of the four sides 11 of the pair of polygonal square steel pipes Wo1 and Wo2 by welding or the like, and then the steel frame construction is adjusted to the erection piece 12. A jig 13 is attached to fix the groove portion 10.
- Step 2 the first layer or several layers are welded to the fixed groove portion 10 by semi-automatic welding or manual welding to form a weld bead 15. It should be noted that continuous welding is difficult at the portion where the steel frame construction adjusting jig 13 is attached because the steel frame construction adjusting jig 13 becomes an obstacle.
- the initial stage of welding by semi-automatic welding or manual welding is not limited to the first layer or several layers, and can be carried out after the several layers, but it is preferable that the number is as small as possible from the viewpoint of work efficiency, and at most. It is preferable to keep it up to the third layer or less.
- Step 3 a steel frame construction method is performed from a pair of polygonal square steel pipes Wo1 and Wo2 in which welding beads 15 up to the first layer or several layers are formed by semi-automatic welding or manual welding. Remove the adjusting jig 13.
- the guide rail 120 is attached along the outer surface of the polygonal square steel pipe Wo1 , and the portable welding robot 100 is attached on the guide rail 120 with the welding torch 200 facing downward. Then, using the portable welding robot 100, multi-layer welding is performed by automatically welding the remaining layers so that the number of bead seams is two or less. In the automatic welding by the portable welding robot 100, in order to minimize the number of bead seams in which welding defects are likely to occur, it is preferable to perform welding with at most two portable welding robots 100, preferably one.
- the bead seam of the automatic welding part can be reduced as much as possible, so continuous welding can be automatically performed without stopping the welding in the middle, and the work efficiency is greatly improved.
- This effect is large, and the work efficiency up to the first layer or several layers is slightly inferior due to semi-automatic welding or manual welding, but the work efficiency is improved as a whole.
- each case of welding having an overlapping portion of the welding beads from the welding start point to the welding end point and welding having no overlapping portion will be described in detail.
- multi-layer welding in the remaining layers by the portable welding robot 100 there are welding having an overlapping portion of the welding beads from the welding start point to the welding end point and welding having no overlapping portion.
- welding having the overlapping portion by shifting the welding start point for each layer to form a welding bead, it is possible to suppress welding defects that are likely to occur at the bead seam.
- FIG. 4 shows the relationship between the welding start point and the welding end point in each of the remaining layers, that is, the overlapping portion.
- FIG. 5 is a schematic cross-sectional view showing the relationship between the pass by multi-layer welding and each layer, and the numbers in the figure indicate the pass order.
- the first layer is formed by 1 pass
- the second layer is formed by 2 passes and 3 passes
- the third layer is formed by 4 passes
- 5 passes, 6 passes, and so on the first layer may have multiple passes.
- Third layer fourth pass as shown in FIG. 5 consists of five pass and 6 pass, in bead seam of each path, from the welding start point S 1, as shown in FIG. 4 to the welding end point E 1 overlapping portion D 1 of the weld bead is set.
- the overlapping portion D 1 is preferably set within the range of 10 to 20 mm. For example, in FIG. 4, it is set to 10 mm. Then, the welding of the next layer, that is, the fourth layer shown in FIG.
- the overlapping portion D 2 is preferably set within the range of 10 to 20 mm. For example, in FIG. 4, it is set to 10 mm.
- the welding start point is set near the welding end point of the previous layer, and the welding process is performed up to the welding end point so as to have an overlapping portion, and this process is repeated until the final layer (FIG. 5). Then, do up to the 6th layer.
- the multi-layer welding in the remaining layers may be performed by a single portable welding robot 100 or by a plurality of portable welding robots 100. First, welding by a single portable welding robot 100 will be described.
- the welding end point E is set at a position beyond the welding start point S, and the welding bead from the welding start point S to the welding end point E is set.
- the overlapping portion D is set to an arbitrary length.
- the welding start point S is the position of the welding wire 211 at the start of welding.
- the welding end point E is the position of the welding wire 211 at the end of welding.
- neighbor means a circle radius of 5 mm with the welding end point E as the center, that is, 0 to 5 mm.
- the vicinity of the welding end point E of the previous layer is set as the welding start point S of the next layer, and the welding end point E of the next layer is set at a position exceeding the welding start point S of the next layer.
- the more preferable length of the overlapping portion D is about 15 mm.
- Figure 4 in the welding start range S A is set to 25 mm. That is, starting the welding current in the welding start range S A is set to 50 to 90% welding current of the welding.
- the start welding current in the welding start range SA is in the range of 150 A to 250 A.
- starting the welding speed in the welding start range S A is set to 110 to 140 percent relative welding speed of the welding.
- the present welding tip - is set to 50 to 120% relative to the base distance.
- the end welding current at the overlapping portion D is set to 50 to 90% with respect to the welding current of the main welding
- the end welding speed at the overlapping portion D is set to 90 to 140% with respect to the welding speed of the main welding.
- the end arc voltage at the overlapping portion D is set to 50 to 90% of the arc voltage of the main welding
- the distance between the end chip and the base metal at the overlapping portion D is the distance between the tip and the base metal of the main welding.
- the end welding current at the overlapping portion D is set to 150 to 250A when the welding current of the main welding is 220 to 300A, and the end welding speed at the overlapping portion D is 25 to 80 cm / min at the welding speed of the main welding.
- the end arc voltage in the overlapping portion D is set to 30 to 90 cm / min, and the end arc voltage in the overlapping portion D is set to 15 to 28V when the arc voltage of the main welding is 21 to 33V.
- the distance is set to 15 to 35 mm when the distance between the tip and the base metal of the main welding is 20 to 30 mm.
- a crater treatment is performed after the main welding, and the welding bead 15 is subjected to the crater treatment.
- the dents can be flattened to improve the appearance.
- the welding speed and chip - change at least one of the welding conditions of the inter-base material distance, or welding start point S
- the crater current that is, the end welding current Ie, which is the welding current at the time of crater processing at the welding end point E, is set to 50 to 90% with respect to the welding current I of the main welding. It is preferable that the period CT for the crater treatment is provided, for example, for 0.1 to 5 seconds. Thereby, the crater treatment can be performed to flatten the recess of the weld bead 15 and improve the appearance.
- crater processing changes the position by changing welding conditions such as arc voltage, protrusion length, welding speed and gas flow rate, advance angle and receding angle by changing the torch angle, or backstepping. You may let them do the same.
- the protrusion change refers to a change in welding conditions
- the movement after the completion of welding refers to a position change.
- a transition period TT of 0.1 to 1 second between the main welding and the crater treatment.
- the crater treatment following the transition period TT can be stably performed, the welding defect at the welding end point E can be suppressed, and the dent of the welding bead 15 can be flattened to improve the appearance.
- each welding start point S of the two welding robots 100 is set at a position 180 ° out of phase, and the two welding robots 100 are moved in the same direction for welding. Then, the welding end point E of one welding robot 100 is set at a position beyond the welding start point S of the other welding robot 100, and the welding end point E of the other welding robot 100 is set to the welding end point E of one welding robot 100.
- the overlapping portion D of the welding beads from the welding start point S to the welding end point E is set to 10 to 20 mm for each of the two welding robots 100 by setting the position beyond the welding start point S.
- the vicinity of the welding end point E of the previous layer is set as the welding start point S of the next layer, and the welding end point E of one welding robot 100 exceeds the welding start point S of the other welding robot 100.
- Set to the position set the welding end point E of the other welding robot 100 to a position beyond the welding start point S of one welding robot 100, and set the welding start point S for each of the two welding robots 100.
- the overlapping portion D of the welding beads from the welding end point E to the welding end point E is set to 10 to 20 mm.
- the welding having no polymerization becomes part, in bead seam, in each path in the first layer of the remaining layers, set the welding start point S 1 and the welding end point E 1 at the same position, the next layer after each path in the layer, welding the weld end point E 1 near the front layer as a welding start point S 2 of the said next layer, or the position of the front and rear 5 ⁇ 20 mm with respect to the weld line direction from the welding end point E 1 and welding the welding start point S 2 of the said next layer. Then, the welding end point E 2 is set at the same position as the welding start point S 2.
- neighbor means within a radius of 5 mm with the welding end point E as the center, that is, 0 to 5 mm.
- the welding start point S of one welding robot 100 and the welding start point S of one welding robot 100 are used in the first layer of the remaining layers as described above.
- the welding end point E of the other welding robot 100 is set at the same position, and in the layers after the next layer, the vicinity of the welding end point E of the previous layer is set as the welding start point S of the next layer for each of the plurality of welding robots 100.
- the welding end point E of one welding robot 100 is set as the welding start point S of the next layer at a position 5 to 20 mm in the front-rear direction with respect to the welding line direction from the welding end point E of the front layer, and the other welding robot 100.
- Welding start point S of the above, and the welding end point E of the other welding robot 100 is set as the welding start point S of one welding robot 100, and welding without overlapping portions is performed.
- the present invention is not limited to the above-described embodiment, and can be appropriately modified, improved, and the like.
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Abstract
欠陥が発生しやすい部分である継ぎ目の数が少なく、かつ溶接ロボットによる自動溶接が可能なガスシールドアーク溶接方法を提供する。鋼管Woを多層盛溶接で溶接するガスシールドアーク溶接方法は、鋼管Woに設けられたエレクションピース(12)に鉄骨建方調整治具(13)を装着して鋼管Woの開先部(10)を固定するステップと、開先部(10)に対して、半自動溶接又は手動溶接により、最初の1層又は数層目までを溶接するステップと、最初の1層又は数層目までの溶接終了後に、鉄骨建方調整治具(13)を撤去するステップと、溶接ロボット(100)によって、ビード継ぎ目が2箇所以下となるように残りの層を溶接するステップと、を備える。
Description
本発明は、ガスシールドアーク溶接方法及び鋼管の製造方法に関し、より詳細には、鋼管を多層盛溶接で溶接するガスシールドアーク溶接方法及び鋼管の製造方法に関する。
建設現場における多角形角型鋼管や円形鋼管の継手溶接は、エレクションピースに鉄骨建方調整治具を装着し、柱が垂直固定した状態で溶接が行われる。この多角形角型鋼管や円形鋼管の溶接は作業効率を向上させるため、近年、可搬型の小型溶接ロボットや自動機が適用されている。しかしながら、一般的に、1柱あたりに使用される鉄骨建方調整治具は4個以上であることが多く、この鉄骨建方調整治具は開先を遮ることになるため、連続的な溶接が困難となる。よって、可搬型の小型溶接ロボットや自動機を使用したとしても、半自動溶接に比べると作業効率が劣る場合もある。
特許文献1には、接合部の4面に設けられた鉄骨建方調整治具で区切られた四半部のうち、対向する四半部を、溶接ロボットを用いて最初の数層分を溶接して溶接端部を研磨する。次いで、他の溶接ロボットを用いて残りの2つの四半部を、同様に最初の数層分を溶接した後、鉄骨建方調整治具を撤去し、次いで、2台の溶接ロボットを用いて、互いに半周を交互に、溶接端部を研磨しつつ、残りの数層分を溶接する建築用多角形角型鋼管柱の溶接方法が記載されている。
しかしながら、特許文献1に開示されている建築用多角形角型鋼管柱の溶接方法によると、最初の数層分の溶接では4箇所の継ぎ目が生じ、残りの数層分の溶接では、2箇所の継ぎ目が生じる。なお、多角形角型鋼管や円形鋼管の溶接においては、初層及び2層目の溶接は、難易度が高く、溶接欠陥が発生しやすい傾向がある。また、溶接ビードの継ぎ目(以降、単に「継ぎ目」又は「ビード継ぎ目」ともいう。)においては、さらに欠陥が発生しやすい。このため、継ぎ目を少なくし、溶接欠陥を抑制できるとともに、作業効率の高い溶接方法が求められていた。
本発明は、前述した課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、欠陥が発生しやすい部分である継ぎ目の数が少なく、かつ溶接ロボットによる自動溶接を可能とし作業効率の高いガスシールドアーク溶接方法及び鋼管の製造方法を提供することにある。
本発明の上記目的は、ガスシールドアーク溶接方法に係る下記(1)の構成により達成される。
(1) 鋼管を多層盛溶接で溶接するガスシールドアーク溶接方法であって、
前記鋼管に設けられたエレクションピースに鉄骨建方調整治具を装着して前記鋼管の開先部を固定するステップと、
前記開先部に対して、半自動溶接又は手動溶接により、最初の1層又は数層目までを溶接するステップと、
前記最初の1層又は前記数層目までの溶接終了後に、前記鉄骨建方調整治具を撤去するステップと、
溶接ロボットによって、ビード継ぎ目が2箇所以下となるように残りの層を溶接するステップと、
を備えることを特徴とするガスシールドアーク溶接方法。
この構成によれば、欠陥が発生しやすい部分である継ぎ目の数が少なく、かつ溶接ロボットによる作業効率の高い自動溶接が可能なガスシールドアーク溶接方法を提供できる。
前記鋼管に設けられたエレクションピースに鉄骨建方調整治具を装着して前記鋼管の開先部を固定するステップと、
前記開先部に対して、半自動溶接又は手動溶接により、最初の1層又は数層目までを溶接するステップと、
前記最初の1層又は前記数層目までの溶接終了後に、前記鉄骨建方調整治具を撤去するステップと、
溶接ロボットによって、ビード継ぎ目が2箇所以下となるように残りの層を溶接するステップと、
を備えることを特徴とするガスシールドアーク溶接方法。
この構成によれば、欠陥が発生しやすい部分である継ぎ目の数が少なく、かつ溶接ロボットによる作業効率の高い自動溶接が可能なガスシールドアーク溶接方法を提供できる。
また、ガスシールドアーク溶接方法に係る本発明の好ましい実施形態は、以下の(2)~(9)に関する。
(2) 単一の前記溶接ロボットによって前記残りの層を溶接する際、
前記ビード継ぎ目において、
前記残りの層のうちの初層では、
溶接開始点を任意の位置に設定し、
溶接終了点は前記溶接開始点を超えた位置に設定し、
前記溶接開始点から前記溶接終了点までの溶接ビードの重なり部を10~20mmに設定し、
次層以降の層では、
前層の溶接終了点近傍を該次層の溶接開始点とし、
溶接終了点は前記溶接開始点を超えた位置に設定し、
前記溶接開始点から前記溶接終了点までの溶接ビードの重なり部を10~20mmに設定することを特徴とする(1)に記載のガスシールドアーク溶接方法。
この構成によれば、溶接欠陥が発生しやすいビード継ぎ目において、溶接欠陥を抑制することができる。
(3) 複数の前記溶接ロボットによって前記残りの層を溶接する際、
前記ビード継ぎ目において、
前記残りの層のうちの初層では、
複数の前記溶接ロボットそれぞれに対し、
溶接開始点を任意の位置に設定し、
一の前記溶接ロボットの溶接終了点は、隣接する他の前記溶接ロボットの前記溶接開始点を超えた位置に設定し、
前記溶接開始点から前記溶接終了点までの溶接ビードの重なり部を10~20mmに設定し、
次層以降の層では、
複数の前記溶接ロボットそれぞれに対し、
前層の溶接終了点近傍を該次層の溶接開始点とし、
一の前記溶接ロボットの溶接終了点は、隣接する他の前記溶接ロボットの前記溶接開始点を超えた位置に設定し、
前記溶接開始点から前記溶接終了点までの溶接ビードの重なり部を10~20mmに設定することを特徴とする(1)に記載のガスシールドアーク溶接方法。
この構成によれば、溶接欠陥が発生しやすいビード継ぎ目において、溶接欠陥を抑制することができる。
前記ビード継ぎ目において、
前記残りの層のうちの初層では、
溶接開始点を任意の位置に設定し、
溶接終了点は前記溶接開始点を超えた位置に設定し、
前記溶接開始点から前記溶接終了点までの溶接ビードの重なり部を10~20mmに設定し、
次層以降の層では、
前層の溶接終了点近傍を該次層の溶接開始点とし、
溶接終了点は前記溶接開始点を超えた位置に設定し、
前記溶接開始点から前記溶接終了点までの溶接ビードの重なり部を10~20mmに設定することを特徴とする(1)に記載のガスシールドアーク溶接方法。
この構成によれば、溶接欠陥が発生しやすいビード継ぎ目において、溶接欠陥を抑制することができる。
(3) 複数の前記溶接ロボットによって前記残りの層を溶接する際、
前記ビード継ぎ目において、
前記残りの層のうちの初層では、
複数の前記溶接ロボットそれぞれに対し、
溶接開始点を任意の位置に設定し、
一の前記溶接ロボットの溶接終了点は、隣接する他の前記溶接ロボットの前記溶接開始点を超えた位置に設定し、
前記溶接開始点から前記溶接終了点までの溶接ビードの重なり部を10~20mmに設定し、
次層以降の層では、
複数の前記溶接ロボットそれぞれに対し、
前層の溶接終了点近傍を該次層の溶接開始点とし、
一の前記溶接ロボットの溶接終了点は、隣接する他の前記溶接ロボットの前記溶接開始点を超えた位置に設定し、
前記溶接開始点から前記溶接終了点までの溶接ビードの重なり部を10~20mmに設定することを特徴とする(1)に記載のガスシールドアーク溶接方法。
この構成によれば、溶接欠陥が発生しやすいビード継ぎ目において、溶接欠陥を抑制することができる。
(4) 前記溶接開始点から10~30mmの溶接開始範囲において、溶接電流、溶接速度及びチップ‐母材間距離のうち少なくとも1つの溶接条件を変更するものであって、
前記溶接開始範囲における開始溶接電流は、本溶接の前記溶接電流に対して50~90%、
前記溶接開始範囲における開始溶接速度は、本溶接の前記溶接速度に対して110~140%、
前記溶接開始範囲におけるチップ‐母材間距離は、本溶接の前記チップ‐母材間距離に対して50~120%に設定される、
ことを特徴とする(2)又は(3)に記載のガスシールドアーク溶接方法。
この構成によれば、溶接開始範囲での溶着量を抑制して、重なり部の膨れを抑制することができる。
前記溶接開始範囲における開始溶接電流は、本溶接の前記溶接電流に対して50~90%、
前記溶接開始範囲における開始溶接速度は、本溶接の前記溶接速度に対して110~140%、
前記溶接開始範囲におけるチップ‐母材間距離は、本溶接の前記チップ‐母材間距離に対して50~120%に設定される、
ことを特徴とする(2)又は(3)に記載のガスシールドアーク溶接方法。
この構成によれば、溶接開始範囲での溶着量を抑制して、重なり部の膨れを抑制することができる。
(5) 前記重なり部の溶接において、溶接電流、溶接速度、アーク電圧及びチップ‐母材間距離のうち少なくとも1つの溶接条件を変更するものであって、
前記重なり部における終了溶接電流は、本溶接の前記溶接電流に対して50~90%、
前記重なり部における終了溶接速度は、本溶接の前記溶接速度に対して110~140%、
前記重なり部における終了アーク電圧は、本溶接の前記アーク電圧に対して50~90%、
前記重なり部における終了チップ‐母材間距離は、本溶接の前記チップ‐母材間距離に対して50~120%に設定される、
ことを特徴とする(2)~(4)のいずれか1つに記載のガスシールドアーク溶接方法。
この構成によれば、本溶接後にクレータ処理を行って、溶接ビードの凹みを平らにして外観を改善することができる。
前記重なり部における終了溶接電流は、本溶接の前記溶接電流に対して50~90%、
前記重なり部における終了溶接速度は、本溶接の前記溶接速度に対して110~140%、
前記重なり部における終了アーク電圧は、本溶接の前記アーク電圧に対して50~90%、
前記重なり部における終了チップ‐母材間距離は、本溶接の前記チップ‐母材間距離に対して50~120%に設定される、
ことを特徴とする(2)~(4)のいずれか1つに記載のガスシールドアーク溶接方法。
この構成によれば、本溶接後にクレータ処理を行って、溶接ビードの凹みを平らにして外観を改善することができる。
(6) 単一の前記溶接ロボットによって前記残りの層を溶接する際、
前記ビード継ぎ目において、
前記残りの層のうちの初層では、
溶接開始点と溶接終了点を同じ位置に設定し、
次層以降の層では、
前層の前記溶接終了点近傍を該次層の前記溶接開始点とする、又は、前層の前記溶接終了点から溶接線方向に対し前後5~20mmの位置を該次層の前記溶接開始点とする、
ことを特徴とする(1)に記載のガスシールドアーク溶接方法。
この構成によれば、ビード継ぎ目において、重なり部を有しないので、溶接開始点と溶接終了点の教示がしやすい。
前記ビード継ぎ目において、
前記残りの層のうちの初層では、
溶接開始点と溶接終了点を同じ位置に設定し、
次層以降の層では、
前層の前記溶接終了点近傍を該次層の前記溶接開始点とする、又は、前層の前記溶接終了点から溶接線方向に対し前後5~20mmの位置を該次層の前記溶接開始点とする、
ことを特徴とする(1)に記載のガスシールドアーク溶接方法。
この構成によれば、ビード継ぎ目において、重なり部を有しないので、溶接開始点と溶接終了点の教示がしやすい。
(7) 複数の前記溶接ロボットによって前記残りの層を溶接する際、
前記ビード継ぎ目において、
前記残りの層のうちの初層では、
複数の前記溶接ロボットそれぞれに対し、
一の前記溶接ロボットの溶接開始点と、隣接する他の前記溶接ロボットの溶接終了点を同じ位置に設定し、
次層以降の層では、
複数の前記溶接ロボットそれぞれに対し、
前層の溶接終了点近傍を該次層の溶接開始点とする、又は、前層の溶接終了点から溶接線方向に対し前後5~20mmの位置を該次層の溶接開始点とする、
ことを特徴とする(1)に記載のガスシールドアーク溶接方法。
この構成によれば、ビード継ぎ目において、重なり部を有しないので、溶接開始点と溶接終了点の教示がしやすい。
前記ビード継ぎ目において、
前記残りの層のうちの初層では、
複数の前記溶接ロボットそれぞれに対し、
一の前記溶接ロボットの溶接開始点と、隣接する他の前記溶接ロボットの溶接終了点を同じ位置に設定し、
次層以降の層では、
複数の前記溶接ロボットそれぞれに対し、
前層の溶接終了点近傍を該次層の溶接開始点とする、又は、前層の溶接終了点から溶接線方向に対し前後5~20mmの位置を該次層の溶接開始点とする、
ことを特徴とする(1)に記載のガスシールドアーク溶接方法。
この構成によれば、ビード継ぎ目において、重なり部を有しないので、溶接開始点と溶接終了点の教示がしやすい。
(8) 前記重なり部を溶接する際、
溶接終了時に0.1~5秒間のクレータ処理のための期間を設ける、
ことを特徴とする(2)~(5)のいずれか1つに記載のガスシールドアーク溶接方法。
この構成によれば、クレータ処理を行って、溶接ビードの凹みを平らにして外観性能を向上させることができる。
溶接終了時に0.1~5秒間のクレータ処理のための期間を設ける、
ことを特徴とする(2)~(5)のいずれか1つに記載のガスシールドアーク溶接方法。
この構成によれば、クレータ処理を行って、溶接ビードの凹みを平らにして外観性能を向上させることができる。
(9) 前記クレータ処理時の溶接電流であるクレータ電流は、本溶接の溶接電流に対して50~90%に設定され、
前記本溶接から前記クレータ処理までの間に、0.1~1秒間の移行期間を設ける、
ことを特徴とする(8)に記載のガスシールドアーク溶接方法。
この構成によれば、移行期間に続くクレータ処理が安定する。
前記本溶接から前記クレータ処理までの間に、0.1~1秒間の移行期間を設ける、
ことを特徴とする(8)に記載のガスシールドアーク溶接方法。
この構成によれば、移行期間に続くクレータ処理が安定する。
本発明の上記目的は、鋼管の製造方法に係る下記(10)の構成により達成される。
(10) ガスシールドアーク溶接を用いて接合される鋼管の製造方法であって、
前記鋼管に設けられたエレクションピースに鉄骨建方調整治具を装着して前記鋼管の開先部を固定するステップと、
前記開先部に対して、半自動溶接又は手動溶接により、最初の1層又は数層目までを溶接するステップと、
前記最初の1層又は前記数層目までの溶接終了後に、前記鉄骨建方調整治具を撤去するステップと、
溶接ロボットによって、ビード継ぎ目が2箇所以下となるように残りの層を溶接するステップによって、
前記鋼管が溶接されることを特徴とする鋼管の製造方法。
この構成によれば、欠陥が発生しやすい部分である継ぎ目の数が少なく、かつ溶接ロボットによる作業効率の高い自動溶接が可能な鋼管の製造方法を提供できる。
前記鋼管に設けられたエレクションピースに鉄骨建方調整治具を装着して前記鋼管の開先部を固定するステップと、
前記開先部に対して、半自動溶接又は手動溶接により、最初の1層又は数層目までを溶接するステップと、
前記最初の1層又は前記数層目までの溶接終了後に、前記鉄骨建方調整治具を撤去するステップと、
溶接ロボットによって、ビード継ぎ目が2箇所以下となるように残りの層を溶接するステップによって、
前記鋼管が溶接されることを特徴とする鋼管の製造方法。
この構成によれば、欠陥が発生しやすい部分である継ぎ目の数が少なく、かつ溶接ロボットによる作業効率の高い自動溶接が可能な鋼管の製造方法を提供できる。
本発明によれば、欠陥が発生しやすい部分である継ぎ目の数が少なく、かつ溶接ロボットによる自動溶接を可能とし作業効率の高いガスシールドアーク溶接方法及び鋼管の製造方法を提供できる。
以下、本発明に係るガスシールドアーク溶接方法の一実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。
本発明に係るガスシールドアーク溶接方法は、鋼管に設けられたエレクションピースに鉄骨建方調整治具を装着して鋼管の開先部を固定するステップと、開先部に対して半自動溶接又は手動溶接により最初の1層又は数層目までを溶接するステップと、最初の1層又は数層目までの溶接終了後に鉄骨建方調整治具を撤去するステップと、ビード継ぎ目が2箇所以下となるように、溶接ロボットによって、残りの層を溶接するステップとを備える、鋼管を多層盛溶接で溶接するための方法である。
まず、上記ガスシールドアーク溶接方法を実施する際に好適な可搬型溶接ロボットについて説明する。なお、以下の説明においては、溶接ロボットとして可搬型溶接ロボットを例に説明するが、本発明における溶接ロボットは可搬型溶接ロボットに限定されず、例えば、垂直多関節ロボット等を適用することもできる。
[可搬型溶接ロボット]
可搬型溶接ロボット100は、図1及び図2に示すように、ガイドレール120と、ガイドレール120上に設置され、該ガイドレール120に沿って移動するロボット本体110と、ロボット本体110に載置されたトーチ接続部130と、を備える。ロボット本体110は、主に、ガイドレール120上に設置される本体部112と、この本体部112に取り付けられた固定アーム部114と、この固定アーム部114に、矢印R1方向に回転可能な状態で取り付けられた可動アーム部116と、から構成される。
可搬型溶接ロボット100は、図1及び図2に示すように、ガイドレール120と、ガイドレール120上に設置され、該ガイドレール120に沿って移動するロボット本体110と、ロボット本体110に載置されたトーチ接続部130と、を備える。ロボット本体110は、主に、ガイドレール120上に設置される本体部112と、この本体部112に取り付けられた固定アーム部114と、この固定アーム部114に、矢印R1方向に回転可能な状態で取り付けられた可動アーム部116と、から構成される。
トーチ接続部130は、溶接トーチ200を、図1の矢印Xで示す溶接線方向に可動する可動部であるクランク170を介して、可動アーム部116に取り付けられている。トーチ接続部130は、溶接トーチ200を固定するトーチクランプ132,134を備えている。また、本体部112には、溶接トーチ200が装着される側とは反対側に、図示しない送給装置と、溶接トーチ200を繋ぐコンジットチューブ420を支えるケーブルクランプ150が設けられている。
また、本実施形態においては、ワークWoと溶接ワイヤ211間に電圧を印加し、溶接ワイヤ211がワークWoに接触したときに生じる電圧降下現象を利用して、ワークWo上の開先部10の表面等をセンシングする、タッチセンサを検知手段とする。検知手段は、本実施形態のタッチセンサに限られず、視覚センシングによる画像センサ、若しくはレーザーセンシングによるレーザーセンサ等、又はこれら検知手段の組み合わせを用いても良いが、装置構成の簡便性から本実施形態のタッチセンサを用いることが好ましい。
ロボット本体110の本体部112は、図1の矢印Xで示すように、紙面に対して垂直方向、すなわち、ロボット本体110がガイドレール120に沿って移動するX方向に駆動するロボット駆動部を備える。また、本体部112は、X方向に対し垂直となる開先部10の深さ方向に移動するZ方向にも駆動可能である。また、固定アーム部114は、本体部112に対して、スライド支持部113を介して、X方向に対し垂直となる開先部10の幅方向であるY方向へ駆動可能である。
さらに、溶接トーチ200が取りつけられたトーチ接続部130は、クランク170が図2の矢印R2に示すように回動することで、X方向において、溶接線方向である前後方向に首振り駆動可能である。また、可動アーム部116は、矢印R1に示すように、固定アーム部114に対して回転可能に取り付けられており、最適な角度に調整して固定することができる。
以上のことから、ロボット本体110は、その先端部である溶接トーチ200を3つの自由度で駆動可能である。ただし、ロボット本体110は、これに限られるものでなく、用途に応じて、任意の数の自由度で駆動可能としてもよい。
上記のように構成されていることで、トーチ接続部130に取り付けられた溶接トーチ200の先端部は、任意の方向に向けることができる。さらに、ロボット本体110は、ガイドレール120上を、図1においてX方向に駆動可能である。溶接トーチ200は、Y方向に往復移動しながら、ロボット本体110がX方向に移動することより、ウィービング溶接を行うことができる。また、クランク170による駆動により、例えば、前進角又は後退角を設ける等の施工状況に応じて、溶接トーチ200を傾けることができる。さらに、クランク170の駆動により溶接トーチ200をX方向に傾けることで、後述する多角形角型鋼管などのワークWoの角部とガイドレール120の曲線部122の曲率が異なる場合などで生じる、トーチ角の変化、すなわち前進角又は後退角を補正することができる。
なお、ガイドレール120の下方には、例えば磁石などの取付け部材140が設けられており、ガイドレール120は、取付け部材140によりワークWoに対して着脱が容易に構成されている。可搬型溶接ロボット100をワークWoにセットする場合、オペレータは可搬型溶接ロボット100の両側把手160を掴むことにより、可搬型溶接ロボット100をワークWo上に容易にセットすることができる。
[溶接方法]
上記の可搬型溶接ロボット100を用いた、ガスシールドアーク溶接方法による鋼管の溶接は、突合せ溶接で行うことが多く、図3に示す以下の手順で突合せ溶接が行われる。なお、以下の説明においては、鋼管として多角形角型鋼管を例に説明するが、本発明における鋼管は、多角形角型鋼管に限定されず、例えば、円形鋼管を適用することもできる。
上記の可搬型溶接ロボット100を用いた、ガスシールドアーク溶接方法による鋼管の溶接は、突合せ溶接で行うことが多く、図3に示す以下の手順で突合せ溶接が行われる。なお、以下の説明においては、鋼管として多角形角型鋼管を例に説明するが、本発明における鋼管は、多角形角型鋼管に限定されず、例えば、円形鋼管を適用することもできる。
図3のStep1に示すように、まず、一対の多角形角型鋼管Wo1,Wo2のそれぞれの4辺11にエレクションピース12を溶接などにより固定した後、該エレクションピース12に鉄骨建方調整治具13を装着して、開先部10を固定する。
次いで、Step2に示すように、固定された開先部10に対して、半自動溶接又は手動溶接により、最初の1層又は数層目までを溶接して、溶接ビード15を形成する。なお、鉄骨建方調整治具13が装着された部分は、鉄骨建方調整治具13が障害となるため、連続した溶接は困難である。
一般的に、溶接初期段階においては、溶接部に溶接欠陥が発生しやすい傾向があるが、溶接初期段階を半自動溶接又は手動溶接することで、溶接欠陥の発生を最小限に抑制できる。なお、半自動溶接又は手動溶接による溶接初期段階は、1層又は数層目までに限定されず、該数層目以降も実施可能であるが、作業効率の観点から極力少ないことが好ましく、多くとも3層目以下までにとどめるのが好ましい。
続いて、Step3に示すように、半自動溶接又は手動溶接により、最初の1層又は数層目までの溶接ビード15が形成された一対の多角形角型鋼管Wo1,Wo2から、鉄骨建方調整治具13を取り外す。
さらに、Step4に示すように、多角形角型鋼管Wo1の外面に沿ってガイドレール120を取り付け、可搬型溶接ロボット100をガイドレール120上に溶接トーチ200を下方に向けた状態で取り付ける。そして、可搬型溶接ロボット100を用いて、ビード継ぎ目が2箇所以下となるように、残りの層を自動溶接することにより多層盛り溶接を行う。なお、可搬型溶接ロボット100による自動溶接は、溶接欠陥が発生しやすいビード継ぎ目を極力少なくするため、多くとも2台、好ましくは1台の可搬型溶接ロボット100で溶接することが好ましい。
これらStep1~4のプロセスによって、自動溶接部分のビード継ぎ目を極力少なくできるため、溶接を途中で止めることなく、連続した溶接が自動で可能になり、大きく作業効率が向上する。この効果が大きく、半自動溶接又は手動溶接により、最初の1層又は数層目までの作業は多少作業効率が劣るが、作業全体で見ると、従来よりも作業効率が向上する。
続いて、溶接開始点から溶接終了点までの溶接ビードの重なり部を有する溶接と、該重なり部を有さない溶接のそれぞれの場合について詳細に説明する。可搬型溶接ロボット100による残りの層における多層盛り溶接では、溶接開始点から溶接終了点までの溶接ビードの重なり部を有する溶接と、該重なり部を有さない溶接とがある。該重なり部を有する溶接では、溶接開始点を各層ごとにずらして溶接ビードを形成することで、ビード継ぎ目に発生しやすい溶接欠陥を抑制することができる。
[重なり部を有する溶接]
まず、図4及び図5を参照し、該重なり部を有する溶接について説明する。なお、図4は、残りの層の各層における溶接開始点と溶接終了点との関係、すなわち重なり部を示している。図5は、多層盛溶接によるパスと各層との関係を示す断面概略図であり、図中の数字は、パス順を示している。図に示す例では、1層目は1パス、2層目は2パス及び3パス、3層目は4パス、5パス及び6パス、・・・で形成されることを示している。なお、Gapによっては、1層目が多パスになる場合もある。
まず、図4及び図5を参照し、該重なり部を有する溶接について説明する。なお、図4は、残りの層の各層における溶接開始点と溶接終了点との関係、すなわち重なり部を示している。図5は、多層盛溶接によるパスと各層との関係を示す断面概略図であり、図中の数字は、パス順を示している。図に示す例では、1層目は1パス、2層目は2パス及び3パス、3層目は4パス、5パス及び6パス、・・・で形成されることを示している。なお、Gapによっては、1層目が多パスになる場合もある。
例えば、図5の1~2層目までを手溶接とした場合、可搬型溶接ロボット100により自動溶接される層である残りの層のうちの初層の溶接は、図5で示すと3層目となる。3層目は図5に示すように4パス目、5パス目及び6パス目で構成され、各パスのビード継ぎ目において、図4に示すように溶接開始点S1から溶接終了点E1までの溶接ビードの重なり部D1が設定される。なお、重なり部D1は10~20mmの範囲内で設定されると良い。例えば、図4では10mmに設定されている。そして、次層、すなわち図5で示す4層目の溶接は、7パス目~10パス目で構成され、各パスのビード継ぎ目において、3層目の溶接終了点、すなわち図4で示すところの溶接終了点E1近傍を、4層目の溶接開始点、すなわち図4で示すところの溶接開始点S2とし、溶接開始点S2から溶接終了点E2までの溶接ビードの重なり部D2が設定される。なお、重なり部D2は10~20mmの範囲内で設定されると良い。例えば、図4では10mmに設定されている。さらに、次層である5層目以降も前層の溶接終了点近傍を溶接開始点とし、重なり部を有するように溶接終了点まで溶接するプロセスを行い、このプロセスを最終層まで繰り返す(図5では6層目まで行う。)。
なお、残りの層における多層盛り溶接は、単一の可搬型溶接ロボット100による溶接の場合と、複数の可搬型溶接ロボット100による溶接の場合が考えられる。
まず、単一の可搬型溶接ロボット100による溶接について説明する。
まず、単一の可搬型溶接ロボット100による溶接について説明する。
図6及び図7に示すように、残りの層の各パスにおいて、溶接終了点Eが溶接開始点Sを超えた位置に設定して、溶接開始点Sから溶接終了点Eまでの溶接ビードの重なり部Dを任意の長さに設定する。なお、溶接開始点Sとは、溶接開始時における溶接ワイヤ211の位置である。また、溶接終了点Eとは、溶接終了時における溶接ワイヤ211の位置のことである。そして、溶接開始時に開先部10に形成される開始溶接ビード15Sと、溶接終了時に開先部10に形成される終了溶接ビード15Eが、溶接開始点Sから溶接終了点Eまでの重なり部Dを形成する。
なお、近傍とは、溶接終了点Eを中心として円半径5mm範囲内、すなわち、0~5mmを示す。溶接終了点Eと溶接開始点Sをずらすことによって、溶接終了位置に発生しやすいスラグを避け、通電性を確保して溶接開始を行うことができるため、アークスタート性が向上する。例えば、アークスタート性を得るために、あらかじめ溶接終了点Eをビード幅に対して中心から外れる位置に設定し、溶接開始点Sをビード幅に対する中心位置に設け、溶接終了後、溶接終了点Eから溶接開始点Sに移動し、次パスの溶接を始めても良い。
以後同様に、次層以降の層でも、前層の溶接終了点E近傍を次層の溶接開始点Sとし、次層の溶接終了点Eが次層の溶接開始点Sを超えた位置に設定して上記重なり部Dを形成する。なお、重なり部Dのより好ましい長さは、略15mmである。
以後同様に、次層以降の層でも、前層の溶接終了点E近傍を次層の溶接開始点Sとし、次層の溶接終了点Eが次層の溶接開始点Sを超えた位置に設定して上記重なり部Dを形成する。なお、重なり部Dのより好ましい長さは、略15mmである。
続いて、図8及び図9も参照して、各層の溶接開始点Sから10~30mmの溶接開始範囲SAにおいて、溶接電流、溶接速度及びチップ‐母材間距離のうち少なくとも1つの溶接条件は、以下の範囲に制御されるのが好ましい。例えば、図4では溶接開始範囲SAが25mmに設定されている。すなわち、溶接開始範囲SAにおける開始溶接電流は、本溶接の溶接電流に対して50~90%に設定される。例えば、本溶接の溶接電流が200~300Aの場合、溶接開始範囲SAにおける開始溶接電流は150A~250Aの範囲となる。また、溶接開始範囲SAにおける開始溶接速度は、本溶接の溶接速度に対して110~140%に設定される。例えば、本溶接の溶接速度が10~60cm/minの場合、溶接開始範囲SAにおける開始溶接速度は11~84cm/minの範囲となる。また、溶接開始範囲SAにおける開始チップ‐母材間距離は、本溶接のチップ‐母材間距離に対して50~120%に設定される。例えば、本溶接のチップ‐母材間距離が20~30mmの場合、溶接開始範囲SAにおける開始チップ‐母材間距離は15~35mmの範囲となる。
このように、上記溶接開始範囲SAにおいて、溶接電流、溶接速度及びチップ‐母材間距離のうち少なくとも1つの溶接条件を変更することにより、溶接開始範囲SAでの溶着量を抑制して、重なり部Dの膨れを抑制することができる。
また、溶接開始点Sから溶接終了点Eまでの溶接ビードの重なり部Dにおいて、溶接電流、溶接速度、アーク電圧及びチップ‐母材間距離のうち少なくとも1つの溶接条件は、以下の範囲に制御されるのが好ましい。すなわち、重なり部Dにおける終了溶接電流は、本溶接の溶接電流に対して50~90%に設定され、重なり部Dにおける終了溶接速度は、本溶接の溶接速度に対して90~140%に設定され、重なり部Dにおける終了アーク電圧は、本溶接のアーク電圧に対して50~90%に設定され、重なり部Dにおける終了チップ‐母材間距離は、本溶接のチップ‐母材間距離に対して50~120%に設定される。例えば、重なり部Dにおける終了溶接電流は、本溶接の溶接電流が220~300Aの場合、150~250Aに設定され、重なり部Dにおける終了溶接速度は、本溶接の溶接速度が25~80cm/minの場合、30~90cm/minに設定され、重なり部Dにおける終了アーク電圧は、本溶接のアーク電圧が21~33Vの場合、15~28Vに設定され、重なり部Dにおける終了チップ‐母材間距離は、本溶接のチップ‐母材間距離が20~30mmの場合、15~35mmに設定される。
このように、重なり部Dにおいて、溶接電流、溶接速度、アーク電圧及びチップ‐母材間距離のうち少なくとも1つの溶接条件を変更することにより、本溶接後にクレータ処理を行って、溶接ビード15の凹みを平らにして外観を改善することができる。
以上の通り、各層の溶接開始点Sから10~30mmの溶接開始範囲SAにおいて溶接電流、溶接速度及びチップ‐母材間距離のうち少なくとも1つの溶接条件を変更し、又は、溶接開始点Sから溶接終了点Eまでの溶接ビードの重なり部Dにおいて、溶接電流、溶接速度、アーク電圧及びチップ‐母材間距離のうち少なくとも1つの溶接条件を変更して、重なり部Dを形成することで、重なり部Dに溶接欠陥、膨れ、凹みのない溶接が可能となる。
また、図10に示すように、溶接終了点Eにおける、クレータ処理時の溶接電流であるクレータ電流、すなわち終了溶接電流Ieを、本溶接の溶接電流Iに対して50~90%に設定し、クレータ処理のための期間CTを、例えば、0.1~5秒間設けることが好ましい。これにより、クレータ処理を行って、溶接ビード15の凹みを平らにして外観を改善することができる。
なお、クレータ処理は溶接電流、処理時間の他にも、アーク電圧、突出し長さ、溶接速度やガス流量、トーチ角度変更による前進角、後退角等の溶接条件の変更またはバックステップ等で位置変更する等をさせても良い。溶接条件の変更と位置変更を組み合わせるとなお好ましく、例えば、クレータ処理時に、一度突出しを短くし、溶接終了直後に、溶接開始点に移動し、動作終了する等が挙げられ、このプロセスにより、溶接ワイヤとビード間での融着を防止することができる。なお、ここで突出し変更は、溶接条件の変更を指し、溶接終了後の移動は、位置変更を指す。
なお、クレータ処理は溶接電流、処理時間の他にも、アーク電圧、突出し長さ、溶接速度やガス流量、トーチ角度変更による前進角、後退角等の溶接条件の変更またはバックステップ等で位置変更する等をさせても良い。溶接条件の変更と位置変更を組み合わせるとなお好ましく、例えば、クレータ処理時に、一度突出しを短くし、溶接終了直後に、溶接開始点に移動し、動作終了する等が挙げられ、このプロセスにより、溶接ワイヤとビード間での融着を防止することができる。なお、ここで突出し変更は、溶接条件の変更を指し、溶接終了後の移動は、位置変更を指す。
また、本溶接からクレータ処理までの間に、0.1~1秒間の移行期間TTを設けることが好ましい。これにより、移行期間TTに続くクレータ処理を安定して行って、溶接終了点Eにおける溶接欠陥を抑制するとともに、溶接ビード15の凹みを平らにして外観を改善することができる。
次に、複数の可搬型溶接ロボット100による溶接について説明する。ここでは、2台の可搬型溶接ロボット100による溶接を例にとって、図4を参照しつつ説明する。
まず、2台の溶接ロボット100の各溶接開始点Sを180°位相が異なる位置に設定し、2台の溶接ロボット100を同じ方向に移動させて溶接する。そして、一方の溶接ロボット100の溶接終了点Eを、他方の溶接ロボット100の溶接開始点Sを超えた位置に設定し、かつ他方の溶接ロボット100の溶接終了点Eを、一方の溶接ロボット100の溶接開始点Sを超えた位置に設定して、2台の溶接ロボット100それぞれに対し、溶接開始点Sから溶接終了点Eまでの溶接ビードの重なり部Dを10~20mmに設定する。
次層以降の層では、前層の溶接終了点E近傍を次層の溶接開始点Sとし、一方の溶接ロボット100の溶接終了点Eを、他方の溶接ロボット100の溶接開始点Sを超えた位置に設定し、他方の溶接ロボット100の溶接終了点Eを、一方の溶接ロボット100の溶接開始点Sを超えた位置に設定して、2台の溶接ロボット100それぞれに対し、溶接開始点Sから溶接終了点Eまでの溶接ビードの重なり部Dを10~20mmとする。
[重なり部を有さない溶接]
続いて、単一の可搬型溶接ロボット100による、溶接開始点Sから溶接終了点Eまでの溶接ビードの重なり部を有さない溶接について、図11及び図12に基づいて説明する。該重なり部を有さない溶接においても、図5に示す多層盛溶接によるパスと各層との関係は同様である。該重なり部を有さない溶接においては、ビード継ぎ目において、残りの層のうちの初層での各パスでは、溶接開始点S1と溶接終了点E1を同じ位置に設定し、次層以降の層での各パスでは、前層の溶接終了点E1近傍を該次層の溶接開始点S2として溶接する、又は、溶接終了点E1から溶接線方向に対し前後5~20mmの位置を、該次層の溶接開始点S2として溶接する。そして、溶接終了点E2を溶接開始点S2と同じ位置に設定する。
続いて、単一の可搬型溶接ロボット100による、溶接開始点Sから溶接終了点Eまでの溶接ビードの重なり部を有さない溶接について、図11及び図12に基づいて説明する。該重なり部を有さない溶接においても、図5に示す多層盛溶接によるパスと各層との関係は同様である。該重なり部を有さない溶接においては、ビード継ぎ目において、残りの層のうちの初層での各パスでは、溶接開始点S1と溶接終了点E1を同じ位置に設定し、次層以降の層での各パスでは、前層の溶接終了点E1近傍を該次層の溶接開始点S2として溶接する、又は、溶接終了点E1から溶接線方向に対し前後5~20mmの位置を、該次層の溶接開始点S2として溶接する。そして、溶接終了点E2を溶接開始点S2と同じ位置に設定する。
なお、近傍とは、溶接終了点Eを中心として円半径5mm範囲内、すなわち、0~5mmを示す。溶接終了点Eと溶接開始点Sをずらすことによって、溶接終了位置に発生しやすいスラグを避けて溶接開始をすることができるため、アークスタート性が向上する。また、該重なり部を有さない溶接の場合は、溶接開始点Sと溶接終了点Eが教示しやすいという利点がある。
また、複数の溶接ロボット100による溶接ビードの重なり部を有さない溶接においても、上記したのと同様に、残りの層のうちの初層では、一方の溶接ロボット100の溶接開始点Sと、他方の溶接ロボット100の溶接終了点Eを同じ位置に設定し、次層以降の層では、複数の溶接ロボット100それぞれに対し、前層の溶接終了点E近傍を次層の溶接開始点Sとする、又は、前層の溶接終了点Eから溶接線方向に対し前後5~20mmの位置を次層の溶接開始点Sとして、一方の溶接ロボット100の溶接終了点Eを、他方の溶接ロボット100の溶接開始点Sとし、他方の溶接ロボット100の溶接終了点Eを、一方の溶接ロボット100の溶接開始点Sとして、重なり部を有さない溶接を行う。
なお、本発明は、前述した実施形態に限定されるものではなく、適宜、変形、改良等が可能である。
以上、図面を参照しながら各種の実施の形態について説明したが、本発明はかかる例に限定されないことは言うまでもない。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された範疇内において、各種の変更例又は修正例に想到し得ることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。また、発明の趣旨を逸脱しない範囲において、上記実施の形態における各構成要素を任意に組み合わせてもよい。
なお、本出願は、2020年4月10日出願の日本特許出願(特願2020-071284)に基づくものであり、その内容は本出願の中に参照として援用される。
10 開先部
12 エレクションピース
13 鉄骨建方調整治具
15 溶接ビード
100 可搬型溶接ロボット(溶接ロボット)
CT クレータ処理期間
D,D1,D2 重なり部
E,E1,E2 溶接終了点
I 溶接電流
S,S1,S2 溶接開始点
SA 溶接開始範囲
TT 移行期間
Wo,Wo1,Wo2 ワーク(多角形角型鋼管、鋼管)
12 エレクションピース
13 鉄骨建方調整治具
15 溶接ビード
100 可搬型溶接ロボット(溶接ロボット)
CT クレータ処理期間
D,D1,D2 重なり部
E,E1,E2 溶接終了点
I 溶接電流
S,S1,S2 溶接開始点
SA 溶接開始範囲
TT 移行期間
Wo,Wo1,Wo2 ワーク(多角形角型鋼管、鋼管)
Claims (10)
- 鋼管を多層盛溶接で溶接するガスシールドアーク溶接方法であって、
前記鋼管に設けられたエレクションピースに鉄骨建方調整治具を装着して前記鋼管の開先部を固定するステップと、
前記開先部に対して、半自動溶接又は手動溶接により、最初の1層又は数層目までを溶接するステップと、
前記最初の1層又は前記数層目までの溶接終了後に、前記鉄骨建方調整治具を撤去するステップと、
溶接ロボットによって、ビード継ぎ目が2箇所以下となるように残りの層を溶接するステップと、
を備えることを特徴とするガスシールドアーク溶接方法。 - 単一の前記溶接ロボットによって前記残りの層を溶接する際、
前記ビード継ぎ目において、
前記残りの層のうちの初層では、
溶接開始点を任意の位置に設定し、
溶接終了点は前記溶接開始点を超えた位置に設定し、
前記溶接開始点から前記溶接終了点までの溶接ビードの重なり部を10~20mmに設定し、
次層以降の層では、
前層の溶接終了点近傍を該次層の溶接開始点とし、
溶接終了点は前記溶接開始点を超えた位置に設定し、
前記溶接開始点から前記溶接終了点までの溶接ビードの重なり部を10~20mmに設定することを特徴とする請求項1に記載のガスシールドアーク溶接方法。 - 複数の前記溶接ロボットによって前記残りの層を溶接する際、
前記ビード継ぎ目において、
前記残りの層のうちの初層では、
複数の前記溶接ロボットそれぞれに対し、
溶接開始点を任意の位置に設定し、
一の前記溶接ロボットの溶接終了点は、隣接する他の前記溶接ロボットの前記溶接開始点を超えた位置に設定し、
前記溶接開始点から前記溶接終了点までの溶接ビードの重なり部を10~20mmに設定し、
次層以降の層では、
複数の前記溶接ロボットそれぞれに対し、
前層の溶接終了点近傍を該次層の溶接開始点とし、
一の前記溶接ロボットの溶接終了点は、隣接する他の前記溶接ロボットの前記溶接開始点を超えた位置に設定し、
前記溶接開始点から前記溶接終了点までの溶接ビードの重なり部を10~20mmに設定することを特徴とする請求項1に記載のガスシールドアーク溶接方法。 - 前記溶接開始点から10~30mmの溶接開始範囲において、溶接電流、溶接速度及びチップ‐母材間距離のうち少なくとも1つの溶接条件を変更するものであって、
前記溶接開始範囲における開始溶接電流は、本溶接の前記溶接電流に対して50~90%、
前記溶接開始範囲における開始溶接速度は、本溶接の前記溶接速度に対して110~140%、
前記溶接開始範囲におけるチップ‐母材間距離は、本溶接の前記チップ‐母材間距離に対して50~120%に設定される、ことを特徴とする請求項2又は3に記載のガスシールドアーク溶接方法。 - 前記重なり部の溶接において、溶接電流、溶接速度、アーク電圧及びチップ‐母材間距離のうち少なくとも1つの溶接条件を変更するものであって、
前記重なり部における終了溶接電流は、本溶接の前記溶接電流に対して50~90%、
前記重なり部における終了溶接速度は、本溶接の前記溶接速度に対して110~140%、
前記重なり部における終了アーク電圧は、本溶接の前記アーク電圧に対して50~90%、
前記重なり部における終了チップ‐母材間距離は、本溶接の前記チップ‐母材間距離に対して50~120%に設定される、
ことを特徴とする請求項2又は3に記載のガスシールドアーク溶接方法。 - 単一の前記溶接ロボットによって前記残りの層を溶接する際、
前記ビード継ぎ目において、
前記残りの層のうちの初層では、
溶接開始点と溶接終了点を同じ位置に設定し、
次層以降の層では、
前層の前記溶接終了点近傍を該次層の前記溶接開始点とする、又は、前層の前記溶接終了点から溶接線方向に対し前後5~20mmの位置を該次層の前記溶接開始点とする、
ことを特徴とする請求項1に記載のガスシールドアーク溶接方法。 - 複数の前記溶接ロボットによって前記残りの層を溶接する際、
前記ビード継ぎ目において、
前記残りの層のうちの初層では、
複数の前記溶接ロボットそれぞれに対し、
一の前記溶接ロボットの溶接開始点と、隣接する他の前記溶接ロボットの溶接終了点を同じ位置に設定し、
次層以降の層では、
複数の前記溶接ロボットそれぞれに対し、
前層の溶接終了点近傍を該次層の溶接開始点とする、又は、前層の溶接終了点から溶接線方向に対し前後5~20mmの位置を該次層の溶接開始点とする、
ことを特徴とする請求項1に記載のガスシールドアーク溶接方法。 - 前記重なり部を溶接する際、
溶接終了時に0.1~5秒間のクレータ処理のための期間を設ける、
ことを特徴とする請求項2又は3に記載のガスシールドアーク溶接方法。 - 前記クレータ処理時の溶接電流であるクレータ電流は、本溶接の溶接電流に対して50~90%に設定され、
前記本溶接から前記クレータ処理までの間に、0.1~1秒間の移行期間を設ける、
ことを特徴とする請求項8に記載のガスシールドアーク溶接方法。 - ガスシールドアーク溶接を用いて接合される鋼管の製造方法であって、
前記鋼管に設けられたエレクションピースに鉄骨建方調整治具を装着して前記鋼管の開先部を固定するステップと、
前記開先部に対して、半自動溶接又は手動溶接により、最初の1層又は数層目までを溶接するステップと、
前記最初の1層又は前記数層目までの溶接終了後に、前記鉄骨建方調整治具を撤去するステップと、
溶接ロボットによって、ビード継ぎ目が2箇所以下となるように残りの層を溶接するステップによって、
前記鋼管が溶接されることを特徴とする鋼管の製造方法。
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NENP | Non-entry into the national phase |
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122 | Ep: pct application non-entry in european phase |
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