WO2021205858A1

WO2021205858A1 - ガスシールドアーク溶接方法及び鋼管の製造方法

Info

Publication number: WO2021205858A1
Application number: PCT/JP2021/011709
Authority: WO
Inventors: 聖八島
Original assignee: 株式会社神戸製鋼所
Priority date: 2020-04-10
Filing date: 2021-03-22
Publication date: 2021-10-14
Also published as: JP2021167012A; US20230081560A1; CN114981031A; JP7376417B2

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Ｗ_ｏ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Ｗ_ｏ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Ｗ_ｏ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

ガスシールドアーク溶接方法及び鋼管の製造方法

　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。

日本国特開２０１８－５３６２６号公報

　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。

　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。

（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。

（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。

（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。

（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。

（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。

（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。

　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。

　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。

図１は、本発明に係るガスシールドアーク溶接方法を適用するのに好適な可搬型溶接ロボットの概略側面図である。図２は、図１に示す可搬型溶接ロボットの斜視図である。図３は、本発明に係るガスシールドアーク溶接方法の概略手順を示す工程図である。図４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による、該重なり部を示す概略図である。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る。図６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部を開先部に対して直角方向から見た平面図である。図７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部を開先部に対して直角方向から見た平面図、及び開先部での断面図である。図８は、溶接開始点及び溶接開始範囲を、開先部に対して直角方向から見た平面図である。図９は、溶接開始点及び溶接開始範囲を開先部に対して直角方向から見た平面図、及び開先部での断面図である。図１０は、本溶接、クレータ処理、及び本溶接からクレータ処理までの移行期間の関係を示すグラフである。図１１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しない溶接部を開先部に対して直角方向から見た平面図である。図１２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しない溶接部を開先部に対して直角方向から見た平面図、及び開先部での断面図である。

　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Ｒ_１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Ｗ_ｏ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Ｗ_ｏ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Ｗ_ｏ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Ｒ_２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Ｒ_１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Ｗ_ｏ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Ｗ_ｏ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Ｗ_ｏ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Ｗ_ｏ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。

　図３のＳｔｅｐ１に示すように、まず、一対の多角形角型鋼管Ｗ_ｏ１，Ｗ_ｏ２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Ｗ_ｏ１，Ｗ_ｏ２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Ｗ_ｏ１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。

　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Ｓ_１から溶接終了点Ｅ_１までの溶接ビードの重なり部Ｄ_１が設定される。なお、重なり部Ｄ_１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Ｅ_１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Ｓ_２とし、溶接開始点Ｓ_２から溶接終了点Ｅ_２までの溶接ビードの重なり部Ｄ_２が設定される。なお、重なり部Ｄ_２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。

　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。

　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Ｓ_Ａ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Ｓ_Ａが２５ｍｍに設定されている。すなわち、溶接開始範囲Ｓ_Ａ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Ｓ_Ａ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Ｓ_Ａ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Ｓ_Ａ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Ｓ_Ａ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Ｓ_Ａ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Ｓ_Ａ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Ｓ_Ａ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Ｓ_Ａ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。

　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Ｓ_１と溶接終了点Ｅ_１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Ｅ_１近傍を該次層の溶接開始点Ｓ_２として溶接する、又は、溶接終了点Ｅ_１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Ｓ_２として溶接する。そして、溶接終了点Ｅ_２を溶接開始点Ｓ_２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，Ｄ_１，Ｄ_２　重なり部
Ｅ，Ｅ_１，Ｅ_２　溶接終了点
Ｉ　溶接電流
Ｓ，Ｓ_１，Ｓ_２　溶接開始点
Ｓ_Ａ　溶接開始範囲
ＴＴ　移行期間
Ｗ_ｏ，Ｗ_ｏ１，Ｗ_ｏ２　ワーク（多角形角型鋼管、鋼管）

Claims

　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。