(57)【要約】【課題】溶接面が凹状に形成されることなく（中心の肉盛り不足を解消し）、十分な継手強度を担保するアーク溶接方法およびアーク溶接を提供する。【解決手段】アーク溶接方法は、溶接ワイヤを保持する溶接トーチを溶接開始位置に配置する工程と、溶接トーチをウィービング中心にウィービングさせるとともに、溶接トーチが母材に近づくにつれて、溶接ワイヤがウィービング中心から遠ざかる延出方向に向かって、溶接トーチを母材に接近させるウィービング工程と、を備え、溶接線と直交する面において、溶接ワイヤを直線の軌跡に沿って移動させる。【選択図】図２
2020192589.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
溶接ワイヤを保持する溶接トーチを溶接開始位置に配置する工程と、
前記溶接トーチをウィービング中心に揺動させるとともに、前記溶接ワイヤが前記ウィービング中心から遠ざかる延出方向に向かって、前記溶接トーチを母材に接近させるウィービング工程と、を備え、
溶接線と直交する面において、前記溶接ワイヤを直線の軌跡に沿って移動させる、アーク溶接方法。
【請求項２】
前記溶接線と直交する面において、前記ウィービング中心から前記溶接ワイヤの先端までの距離（Ｌ）が次式で表されるように前記溶接トーチを前記延出方向に向かって前記母材に接近させる、請求項１に記載のアーク溶接方法。
［数１］
Ｌ＝Ｌ０／cosθ
ここでＬ０は、前記溶接開始位置にある前記溶接トーチの前記ウィービング中心から前記溶接ワイヤの先端までの距離とし、θは、前記溶接トーチが前記溶接開始位置にあるときの前記溶接ワイヤの前記延出方向と、前記溶接トーチが揺動しているときの前記溶接ワイヤの前記延出方向とがなす揺動角とする。
【請求項３】
前記母材は、第１および第２の母材を含み、
前記ウィービング工程は、
前記溶接トーチをウィービング中心に第１の揺動角（θ１）で揺動させるとともに、前記溶接トーチを前記延出方向に向かって前記第１の母材に接近させる第１のウィービング工程と、
前記溶接トーチをウィービング中心に第２の揺動角（θ２）で揺動させるとともに、前記溶接トーチを前記延出方向に向かって前記第２の母材に接近させる第２のウィービング工程と、を有し、
前記第１の揺動角（θ１）と、前記第２の揺動角（θ２）とが互いに異なる、請求項１または２に記載のアーク溶接方法。
【請求項４】
前記母材は、第１および第２の母材を含み、
前記ウィービング中心は、前記第１および第２の母材に隣接する第１および第２のウィービング中心（Ｏ１，Ｏ２）を含み、
前記ウィービング工程は、
前記溶接トーチを前記第１のウィービング中心（Ｏ１）に揺動させるとともに、前記溶接トーチを前記延出方向に向かって前記第１の母材に接近させる第１のウィービング工程と、
前記溶接トーチを前記第２のウィービング中心（Ｏ２）に揺動させるとともに、前記溶接トーチを前記延出方向に向かって前記第２の母材に接近させる第２のウィービング工程と、
前記第１のウィービング中心（Ｏ１）と前記第２のウィービング中心（Ｏ２）とを結ぶ直線と略平行な直線に沿って、前記溶接トーチを移動させる第３のウィービング工程と、を有する、請求項１〜３のいずれか１項に記載のアーク溶接方法。
【請求項５】
前記ウィービング工程は、前記溶接トーチおよび／または前記溶接ワイヤが前記母材と干渉することなく実行される、請求項１〜４のいずれか１項に記載のアーク溶接方法。
【請求項６】
溶接トーチを移動可能に支持する溶接アームと、
前記溶接トーチの位置および角度を調整するように前記溶接アームを制御する制御部と、を備え、
前記制御部は、
前記溶接トーチを溶接開始位置に配置し、
前記溶接トーチをウィービング中心に揺動させるとともに、溶接ワイヤが前記ウィービング中心から遠ざかる延出方向に向かって、前記溶接トーチを母材に接近させることにより、溶接線と直交する面において、前記溶接ワイヤを直線の軌跡に沿って移動させるように前記溶接アームを制御する、アーク溶接装置。
【請求項７】
前記制御部は、前記溶接線と直交する面において、前記ウィービング中心から前記溶接ワイヤの先端までの距離（Ｌ）が次式で表されるように前記溶接トーチを前記延出方向に向かって前記母材に接近させるように前記溶接アームを制御する、請求項６に記載のアーク溶接装置。
［数１］
Ｌ＝Ｌ０／cosθ
ここでＬ０は、前記溶接開始位置にある前記溶接トーチの前記ウィービング中心から前記溶接ワイヤの前記先端までの距離とし、θは、前記溶接トーチが前記溶接開始位置にあるときの前記溶接ワイヤの前記延出方向と、前記溶接トーチが揺動しているときの前記溶接ワイヤの延出方向とがなす揺動角とする。
【請求項８】
前記母材は、第１および第２の母材を含み、
前記制御部は、
第１のウィービング工程において、前記溶接トーチを前記延出方向に向かって前記第１の母材に接近させ、
第２のウィービング工程において、前記溶接トーチを前記延出方向に向かって前記第２の母材に接近させ、
前記第１のウィービング工程における第１の揺動角（θ１）と、前記第２のウィービング工程における第２の揺動角（θ２）とが互いに異なるように前記溶接アームを制御する、請求項６または７に記載のアーク溶接装置。
【請求項９】
前記母材は、第１および第２の母材を含み、
前記ウィービング中心は、前記第１および第２の母材に隣接する第１および第２のウィービング中心（Ｏ１，Ｏ２）を含み、
前記制御部は、
前記溶接トーチを前記第１のウィービング中心（Ｏ１）に揺動させるとともに、前記溶接トーチを前記延出方向に向かって前記第１の母材に接近させ、
前記溶接トーチを前記第２のウィービング中心（Ｏ２）に揺動させるとともに、前記溶接トーチを前記延出方向に向かって第２の母材に接近させ、
前記第１のウィービング中心（Ｏ１）と前記第２のウィービング中心（Ｏ２）とを結ぶ直線と略平行な直線に沿って、前記溶接トーチをウィービングさせるように前記溶接アームを制御する、請求項６〜８のいずれか１項に記載のアーク溶接装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、アーク溶接方法およびアーク溶接装置に関し、とりわけアーク溶接ロボットを用いたアーク溶接方法およびアーク溶接装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従前より、複数の旋回軸の周りで旋回する複数のアームを備えたアーク溶接ロボットが知られており、なかでも６軸多関節アーク溶接ロボットが一般に利用されている。アーク溶接ロボットは、溶接ワイヤ（消耗電極）を保持する溶接トーチが取り付けられ、溶接される母材に対して溶接ワイヤを任意の位置および角度に移動／配置できるように構成されている。
【０００３】
例えば特許文献１には、６軸多関節アーク溶接ロボットを用いたアーク溶接方法であって、レ形開先内の溶接を行う際に、溶接欠陥の発生を抑制するとともにスパッタを低減させるアーク溶接方法が記載されている。
【０００４】
具体的には、特許文献１に記載のアーク溶接方法は、レ形開先内のウィービング中心位置に溶接トーチを所定の傾斜角で配置し、ウィービング中心位置における溶接トーチの傾斜角、ウィービング振り角、およびレ形開先の開先角が所定の条件を満たした状態で、溶接トーチを略円弧状にウィービングさせてアーク溶接を行うものである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００９−１４８１７１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、特許文献１に記載のアーク溶接方法において、特にＶ形開先内のウィービング中心位置に溶接トーチを配置し、溶接トーチの傾斜角、ウィービング振り角、および開先角が所定の条件を満たした状態で、溶接トーチを略円弧状にウィービングさせてアーク溶接を行うと、溶接トーチの略円弧状の移動軌跡に対応して、溶接面が凹状に形成されて（ウィービング中心付近の溶込み金属量（いわゆる肉盛り）が不足し）、溶接される一対の母材の表面を面一にすることが困難となり、十分な継手強度を担保できない場合があった。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明に係る第１の態様は、アーク溶接方法に関し、このアーク溶接方法は、溶接ワイヤを保持する溶接トーチを溶接開始位置に配置する工程と、前記溶接トーチをウィービング中心に揺動させるとともに、前記溶接ワイヤが前記ウィービング中心から遠ざかる延出方向に向かって、前記溶接トーチを前記母材に接近させるウィービング工程と、を備え、前記溶接線と直交する面において、前記溶接ワイヤを直線の軌跡に沿って移動させる。
【０００８】
本発明に係る第２の態様は、アーク溶接装置に関し、このアーク溶接装置は、溶接トーチを移動可能に支持する溶接アームと、前記溶接トーチの位置および角度を調整するように前記溶接アームを制御する制御部と、を備え、前記制御部は、前記溶接トーチを溶接開始位置に配置し、前記溶接トーチをウィービング中心に揺動させるとともに、前記溶接ワイヤが前記ウィービング中心から遠ざかる延出方向に向かって、前記溶接トーチを前記母材に接近させることにより、溶接線と直交する面において、前記溶接ワイヤを直線の軌跡に沿って移動させるように前記溶接アームを制御する。
【発明の効果】
【０００９】
本発明に係る態様によれば、溶接面が凹状に形成されることなく（中心の肉盛り不足を解消して）、十分な継手強度を担保するアーク溶接方法およびアーク溶接を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の実施形態に係るアーク溶接装置として具現化されたアーク溶接ロボットの斜視図である。
【図２】実施形態に係るアーク溶接装置を用いて、Ｖ形開先を溶接するときの溶接トーチの移動軌跡を示す断面図である。
【図３】Ｖ形開先の多層溶接において第２層目の溶接金属層を形成するときの溶接トーチの移動軌跡を示す断面図である。
【図４】より大きい開先角度を有するＶ形開先を溶接するときの溶接トーチの移動軌跡を示す断面図である。
【図５】端部が鉛直面に対し異なる傾斜角α，βで加工された母材を溶接するときの溶接トーチの移動軌跡を示す断面図である。
【図６】実施形態に係るアーク溶接装置を用いて、レ形開先を溶接するときの溶接トーチの移動軌跡を示す断面図である。
【図７】レ形開先の多層溶接において第２層目の溶接金属層を形成するときの溶接トーチの移動軌跡を示す断面図である。
【図８】（ａ）および（ｂ）は、従来技術に係るアーク溶接装置を用いて、Ｖ形開先を溶接するときの溶接トーチの移動軌跡を示す断面図であり、（ｃ）は、これらを用いて多層溶接したときの各溶接層の肉盛りを示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
［本発明をするに至った経緯］
図８（ａ）および図８（ｂ）は、従来技術に係るアーク溶接装置を用いて、Ｖ形開先の溶接を行う際に溶接トーチ１０が平行移動（ウィービング）するときの溶接トーチ１０の移動軌跡を、溶接線と直交する面から見た断面図であって、図中左右方向に溶接トーチ１０をウィービングさせたときのウィービング振幅Ａ，Ａ’を双方向矢印で示す。
【００１２】
図８（ａ）に示すように、溶接トーチ１０をウィービングさせたとき、溶接トーチ１０および／または溶接ワイヤＷが母材２０，３０と接触（干渉）しやすい。
そこで、溶接トーチ１０と母材２０，３０との接触を回避するために、図８（ｂ）に示すように、ウィービング振幅Ａ’を図８（ａ）の場合のウィービング振幅Ａより小さくして溶接を行うと（Ａ＞Ａ’）、母材２０，３０（および裏当て金４０）の溶込み深さが不足し、溶接欠陥Ｄが生じることがある。
【００１３】
また図８（ｃ）は、前掲特許文献１に記載のアーク溶接方法を用いてＶ形開先の溶接を行う際、溶接トーチ１０の移動軌跡を溶接線と直交する面から見た断面図であって、溶接層の肉盛りを示す。図８（ｃ）に示すように、溶接トーチ１０を単純に振り子状に揺動（ウィービング）させた場合、溶接トーチ１０がウィービング中心近くにあるとき、溶接トーチ１０と母材２０，３０との間の距離が大きくなるため（両者間の電場が距離の二乗に反比例して）、溶接アーク電流が小さくなる。すなわち図８（ｃ）に示すアーク溶接方法によれば、とりわけウィービング中心近くの母材２０，３０（および裏当て金４０）の溶込みが不足して、溶接面が凹状に形成され（中心の肉盛りが不足し）、十分な継手強度を担保できない場合がある。このような肉盛り不足は、Ｖ形開先の多層溶接（反復的に溶接）を行った場合でも解消されにくい。
【００１４】
［本発明の概要］
そこで上記課題を解決するために、本発明の態様に係る溶接方法は、溶接ワイヤを保持する溶接トーチを溶接開始位置に配置する工程と、溶接トーチをウィービング中心に揺動させるとともに、溶接ワイヤがウィービング中心から遠ざかる延出方向に向かって、溶接トーチを母材に接近させる（溶接トーチを延出方向に向かって押し込む）ウィービング工程と、を備え、これにより溶接線と直交する面において、溶接ワイヤを直線の軌跡に沿って移動させる。
【００１５】
本発明の別の態様に係る溶接装置は、溶接トーチを移動可能に支持する溶接アームと、溶接トーチの位置および角度を調整するように溶接アームを制御する制御部と、を備え、制御部は、溶接トーチを溶接開始位置に配置し、溶接トーチをウィービング中心に揺動させるとともに、溶接ワイヤがウィービング中心から遠ざかる延出方向に向かって、溶接トーチを母材に接近させることにより、溶接線と直交する面において、溶接ワイヤを直線の軌跡に沿って移動させるように溶接アームを制御する。
【００１６】
上記態様に係るアーク溶接方法およびアーク溶接によれば、溶接面が凹状に形成されることなく（中心の肉盛り不足を解消して）、十分な継手強度を担保することができる。
【００１７】
こうしたアーク溶接方法およびアーク溶接は、具体的には、溶接線と直交する面において、ウィービング中心から溶接ワイヤの先端までの距離Ｌが次式で表されるように溶接トーチを延出方向に向かって母材に接近させることにより実現される。
［数１］
Ｌ＝Ｌ０／cosθ
ここでＬ０は、溶接開始位置にある溶接トーチのウィービング中心から溶接ワイヤの先端までの距離とし、θは、溶接トーチが溶接開始位置にあるときの溶接ワイヤの延出方向と、溶接トーチが揺動しているときの溶接ワイヤの延出方向とがなす揺動角とする。
【００１８】
母材は、一般に、第１および第２の母材を含み、それぞれの端部が異なる傾斜角を有するように加工される。このとき、ウィービング工程は、溶接トーチをウィービング中心に第１の揺動角で揺動させるとともに、溶接トーチを延出方向に向かって第１の母材に接近させる（溶接トーチを延出方向に向かって押し込む）第１のウィービング工程と、溶接トーチをウィービング中心に第２の揺動角で揺動させるとともに、溶接トーチを延出方向に向かって第２の母材に接近させる（溶接トーチを延出方向に向かって押し込む）第２のウィービング工程とを有し、第１の揺動角と第２の揺動角とは互いに異なってもよい。
【００１９】
母材は、一般に、第１および第２の母材を含み、開先角度が大きい場合や、多層溶接時の２層目以降の溶接層を形成する場合、複合的な溶接方法が適用されることが好ましい。こうした複合的な溶接方法において、ウィービング中心は、第１および第２の母材に隣接する第１および第２のウィービング中心を含み、ウィービング工程は、溶接トーチを第１のウィービング中心に揺動させるとともに、溶接トーチを延出方向に向かって第１の母材に接近させる（溶接トーチを延出方向に向かって押し込む）第１のウィービング工程と、溶接トーチを第２のウィービング中心に揺動させるとともに、溶接トーチを延出方向に向かって第２の母材に接近させる（溶接トーチを延出方向に向かって押し込む）第２のウィービング工程と、第１のウィービング中心と第２のウィービング中心とを結ぶ直線と略平行な直線に沿って、溶接トーチ１０を移動させる第３のウィービング工程と、を有するものであってもよい。
【００２０】
なお、上記説明したウィービング工程は、溶接トーチおよび／または溶接ワイヤが母材と干渉することなく実行されることが好ましい。
【００２１】
ここで添付図面を参照して本発明に係るアーク溶接装置およびアーク溶接方法の実施形態について、より詳細に以下説明する。実施形態の説明において、理解を容易にするために方向を表す用語（例えば「鉛直」、「水平」および「左右」等）を適宜用いるが、これらの用語は図中の方向を説明するためのものであって、本発明を限定するものでない。なお各図面において、アーク溶接装置の溶接トーチの特徴を明確にするため、これらの寸法を相対的なものとして図示し、必ずしも実際のものと同一の縮尺比で表したものではない。また、各図面において同一の構成部品には同一の符号を用いて示す。
【００２２】
［アーク溶接ロボットの全体構成］
図１は、本発明の実施形態に係るアーク溶接装置として具現化されたアーク溶接ロボット１００の斜視図である。アーク溶接ロボット１００は、６軸多関節を有するアーク溶接ロボットであり、概略、基台部１１０、ベース１２０、第１アーム１３０、第２アーム１４０、リスト１５０（手首部）、トーチブラケット１６０、および溶接トーチ１０を備える。またアーク溶接ロボット１００は、これらの構成部品（総称して「溶接アーム」ともいう。）の位置および角度を制御する制御部と、制御部に接続され、諸元データをティーチングし、アーク溶接ロボット１００の動作状態を表示するヒューマンマシンインターフェイス（ともに図示せず）を備える。
【００２３】
基台部１１０は、床に固定され、ベース１２０は、鉛直方向に延びる旋回軸Ｊ１の周りを旋回可能に基台部１１０に取り付けられている。第１アーム１３０は、旋回軸Ｊ１と直交する略水平方向に延びる旋回軸Ｊ２の周りを揺動可能にベース１２０に固設され、第２アーム１４０は、旋回軸Ｊ２と平行な方向に延びる水平軸Ｊ３の周りを揺動可能に第１アーム１３０に固設されている。
【００２４】
リスト１５０は、第２アーム１４０の長手方向と平行な方向に延びる旋回軸Ｊ４の周りを旋回可能に第２アーム１４０に取り付けられ、トーチブラケット１６０は、旋回軸Ｊ４と直交する方向に延びる水平軸Ｊ５の周りを旋回可能に、かつ旋回軸Ｊ５と直交する方向に延びる旋回軸Ｊ６の周りを旋回可能にリスト１５０に固設されている。またトーチブラケット１６０の遠位端には、溶接トーチ１０が設けられ、溶接ワイヤＷ（消耗電極）が溶接トーチ１０内に挿通され、溶接トーチ１０の先端部から送給されるように構成されている。
【００２５】
このように構成されたアーク溶接ロボット１００の制御部は、まず溶接ワイヤＷを保持する溶接トーチ１０を溶接開始位置（始点ともいう）に配置し、溶接トーチ１０から延びる溶接ワイヤＷを任意の軌跡に沿って移動（変位）させるように溶接アーム１１０〜１６０を制御する。
【００２６】
なお本願では、ウィービング動作時、溶接トーチ１０を揺動させる際の中心位置を「ウィービング中心」といい、溶接ワイヤＷがウィービング中心から遠ざかるように延びる方向を溶接ワイヤＷの「延出方向」という。また本願では、制御部は、アーク溶接ロボット１００に一体に構成され、溶接アーム１１０〜１６０の位置および角度を調整して、溶接トーチ１０の位置および角度を制御することは通常のことであるので、「アーク溶接ロボット」と「制御部」の用語を置換可能に用い、例えば「〜するように溶接アームを制御する」の記載を省略する場合がある。
【００２７】
次に、図２〜図７を参照して、本実施形態に係るアーク溶接ロボットにより実現される溶接トーチ１０のウィービング動作１〜６について以下説明する。
【００２８】
［溶接トーチのウィービング動作１：Ｖ形開先］
図２は、Ｖ形開先に対して完全溶込み溶接（突き合わせ溶接）を行う際に溶接トーチ１０がウィービングするときの溶接トーチ１０の移動軌跡を、溶接線と直交する面から見た断面図である。このとき溶接線は、図中の紙面に対して垂直方向に延び、アーク溶接ロボット１００は、溶接トーチ１０を溶接線に沿って移動させながら、ウィービング中心に揺動させることにより一対の母材２０，３０（第１および第２の母材）を溶接するように構成されている。図示のように、完全溶込み溶接する際には、一対の母材２０，３０の下方には裏当て金４０を配置することが好ましい。ルート間隔およびルート面は、母材の材質、アーク電流、および溶接方法に応じて適宜選択すればよい。
【００２９】
一対の母材２０，３０の端部は、鉛直面に対して適当な傾斜角（開先角度）で切り取られ、通常、一対の母材２０，３０のそれぞれの傾斜角は同じとなるように加工される。図２に示す実施形態では、第１および第２の母材２０，３０の端部はともに、鉛直面に対し同じ傾斜角αで加工されているものとする。
【００３０】
アーク溶接ロボット１００の制御部は、タッチパネルまたはティーチペンダント等のヒューマンマシンインターフェイスを用いて、溶接を開始する溶接開始位置（始点）および溶接を終了する終点が設定（ティーチング）され、アーク溶接ロボット１００は、設定された溶接開始位置に、溶接ワイヤＷを保持する溶接トーチ１０を配置する。
【００３１】
本実施形態に係るアーク溶接ロボット１００は、図２に示すように、溶接トーチ１０をウィービング中心Ｏに揺動させながら、揺動に伴って溶接トーチ１０が母材２０，３０に近づくにつれて、溶接ワイヤＷの延出方向に向かって、溶接トーチ１０を押し込む（母材２０，３０に接近させる）ように構成されている。溶接トーチ１０をウィービング中心Ｏに第１の母材２０および第２の母材３０に向かって揺動させるときの揺動角θはそれぞれ異なってもよいが、図２に示す実施形態では、第１の母材２０および第２の母材３０が鉛直面に対して同じ傾斜角αを有することから、第１の母材２０および第２の母材３０に対する揺動角θも同じに設定されている。
【００３２】
すなわちアーク溶接ロボット１００は、溶接トーチ１０をウィービング中心Ｏに所定の揺動角θで略円弧状（実線）に揺動させるとともに、揺動角θに応じた押込距離δだけ、溶接トーチ１０を延出方向に向かって押し込む（母材２０，３０に接近させる）ように構成されている。
【００３３】
より具体的には、図２に示すように、溶接開始位置にある溶接トーチ１０のウィービング中心Ｏから溶接ワイヤＷの先端位置Ｔ０までの距離をＬ０としたとき、アーク溶接ロボット１００は、ウィービング中心Ｏから溶接ワイヤＷの先端位置Ｔ１，Ｔ２までの距離Ｌが次の［数１］で表されるように溶接トーチ１０を延出方向に向かって押し込む（母材に接近させる）ように構成されている。このときアーク溶接ロボット１００は、溶接ワイヤＷの先端位置を直線軌跡（破線）に沿って移動させることができる。
［数１］
Ｌ＝Ｌ０／cosθ
【００３４】
さらに換言すると、アーク溶接ロボット１００は、溶接トーチ１０を略円弧状に揺動させるとともに、溶接トーチ１０の延出方向への押込距離δ（矢印で示す）が次の［数２］で表されるように溶接トーチ１０のウィービングを制御するように構成されている。
［数２］
δ＝Ｌ０／cosθ−Ｌ０
【００３５】
このように本実施形態によれば、溶接ワイヤＷの先端位置を直線軌跡に沿って移動させることができるので、ウィービング中心Ｏの周りに単に円弧状に溶接トーチ１０を揺動（ウィービング）させる従来技術に比して、第１および第２の母材２０，３０の間の溶接面（図示せず）が凹状に形成されることなく、すなわち中心の肉盛り不足を解消して、十分な継手強度を担保することができる。
【００３６】
なお図２は、本発明の理解を容易にするために、母材２０，３０の厚み等と比較して、溶接トーチ１０は実際のものより短小に図示され、溶接ワイヤＷもより長く図示されている。また図２では、ウィービング中心Ｏは、溶接トーチ１０より上方に図示されているが、上記距離Ｌ０が比較的に短く、長尺の溶接トーチ１０上に位置する場合もあり得る。
【００３７】
溶接トーチ１０の寸法（径および長さ）が図示のものより大きく、溶接ワイヤＷが短いとき、溶接トーチ１０を単に円弧状に揺動させた場合、溶接トーチ１０が母材２０，３０と接触（干渉）し、設定された軌跡上を移動できなくなるため、母材２０，３０の溶込み深さが不足し、溶接欠陥が生じやすくなる。
【００３８】
とりわけ上記距離Ｌ０が短い場合または溶接ワイヤＷが短い場合、前掲特許文献１によれば、溶接トーチ１０が円弧状に大きく振れたときの溶接ワイヤＷと母材２０，３０との距離が実質的に大きくなり、十分な溶接アークが形成されないため、同様に溶込み深さが不足し、溶接欠陥が生じやすくなる。
【００３９】
しかしながら本実施形態では、上記距離Ｌ０が短い場合や溶接ワイヤＷが短い場合であっても、アーク溶接ロボット１００は、溶接ワイヤＷの先端位置を直線軌跡に沿って移動させるように溶接トーチ１０のウィービング位置を制御することができるので、溶接トーチ１０と母材２０，３０との間の接触（干渉）を容易に回避するとともに、十分な溶込み深さを確保して信頼性の高い継手溶接を実現することができる。
【００４０】
［溶接トーチのウィービング動作２：Ｖ形開先］
本実施形態に係る溶接方法および溶接装置は、複数の溶接金属層を重ねて形成する多層溶接に有利かつ有効に適用することができる。図２は第１層目の溶接金属層を形成するときの溶接トーチ１０の移動軌跡を示す断面図である一方、図３は、第２層目の溶接金属層を形成するときの溶接トーチ１０の移動軌跡を示す断面図である。第１層目の溶接金属層は、溶け込んだ母材２０，３０および溶接ワイヤＷが溶融池を構成して、重力の作用により平坦な溶接面（実線）を有する。
【００４１】
第２層目の溶接金属層を形成するとき、アーク溶接ロボット１００は、互いに離間する２つのウィービング中心Ｏ１，Ｏ２を設定し、これらのウィービング中心を第１層目の溶接金属層を形成するときのウィービング中心より上方に配置する。このとき、２つのウィービング中心Ｏ１，Ｏ２の間の距離を小さくして、揺動角θを図２の揺動角θより大きく設定してもよいし、図３に示すように、揺動角θを同一にしてウィービング中心Ｏ１，Ｏ２の間の距離を十分に大きく設定してもよい。
【００４２】
第２層目の溶接金属層の形成時、アーク溶接ロボット１００は、溶接トーチ１０がウィービング中心Ｏ１より図中左側に移行した（第１の母材２０に接近した）とき、溶接トーチ１０をウィービング中心Ｏ１に所定の揺動角θで略円弧状に揺動させるとともに、揺動角θに応じた押込距離δだけ、溶接トーチ１０を延出方向に向かって押し込む（母材に接近させる）。同様に、アーク溶接ロボット１００は、溶接トーチ１０がウィービング中心Ｏ２より図中右側に移行した（第２の母材３０に接近した）とき、溶接トーチ１０をウィービング中心Ｏ２に揺動角θで略円弧状に揺動させるとともに、溶接トーチ１０を延出方向に向かって押し込むように構成されている。
【００４３】
またアーク溶接ロボット１００は、溶接トーチ１０が２つのウィービング中心Ｏ１，Ｏ２の間にあるとき、溶接トーチ１０を略水平方向に移動させて、第２の溶接金属層を多層溶接するように構成されている。すなわち、図３に示す溶接トーチ１０の移動軌跡は、溶接トーチ１０を第１のウィービング中心Ｏ１に揺動させるとともに、延出方向に向かって押し込む第１のウィービング工程と、溶接トーチを第２のウィービング中心Ｏ２に揺動させるとともに、延出方向に向かって押し込む第２のウィービング工程と、２つのウィービング中心Ｏ１，Ｏ２の間では溶接トーチを略水平方向に移動させる第３のウィービング工程によって実現される。
これにより、本実施形態によれば、第１の溶接金属層と同様、第２の溶接金属層の溶接面が凹状に形成されることなく、十分な継手強度を確保することができる。
【００４４】
択一的には、第１層目の溶接金属層の溶接面が十分に平坦である場合、アーク溶接ロボット１００は、溶接線と直交する面において、溶接トーチ１０を揺動させることなく、単に略水平方向に移動させることにより、第２の溶接金属層を多層溶接するように構成してもよい。このように多層溶接で形成された溶接金属層は、余盛を形成せず、母材２０，３０の表面と面一となるように溶接加工することにより、信頼性の高い継手溶接を実現することができる。
【００４５】
［溶接トーチのウィービング動作３：Ｖ形開先］
図４は、図３と同様の断面図であって、図２のＶ形開先より大きい開先角度を有する開先を有する母材２０，３０に対して突き合わせ溶接を行う際の溶接トーチ１０の移動軌跡を示す。
【００４６】
アーク溶接ロボット１００は、同様に、２つのウィービング中心Ｏ１，Ｏ２を設定し、溶接トーチ１０が２つのウィービング中心Ｏ１，Ｏ２の間にある場合には、溶接トーチ１０を略水平方向に移動させ、溶接トーチ１０がウィービング中心Ｏ１より図中左側に移行した（第１の母材２０に接近した）場合、およびウィービング中心Ｏ２より図中右側に移行した（第２の母材３０に接近した）場合には、溶接トーチ１０をウィービング中心Ｏ１，Ｏ２の周りに揺動させながら、溶接トーチ１０を延出方向に向かって押し込むように構成されている。この溶接方法は、母材２０，３０の開先角度が大きい場合やルート間隔が大きい場合（図示せず）に有効に適用することができ、第１および第２の母材２０，３０の間の溶接面が凹状に形成されることなく、十分な継手強度を担保することができる。
【００４７】
なお図４に示す溶接方法は、同様に反復して行うことにより、効率的に多層溶接を行うことができ（図示せず）、信頼性の高い継手溶接を実現することができる。
【００４８】
［溶接トーチのウィービング動作４：Ｖ形開先］
図５は、図２と同様の断面図であって、母材２０，３０の端部が鉛直面に対し異なる傾斜角α，βで加工された第１および第２の母材２０，３０に対して突き合わせ溶接を行う際の溶接トーチ１０の移動軌跡を示す。アーク溶接ロボット１００は、第１および第２の母材２０，３０に対して異なる揺動角θ１，θ２で略円弧状に揺動させるとともに、揺動角θ１，θ２に応じた押込距離δ１，δ２だけ、溶接トーチ１０を延出方向に向かって押し込む（第１および第２の母材２０，３０に接近させる）ように構成されている。
【００４９】
図５において、同様に、溶接開始位置にある溶接トーチ１０のウィービング中心Ｏから溶接ワイヤＷの先端位置Ｔ０までの距離をＬ０としたとき、アーク溶接ロボット１００は、ウィービング中心Ｏから溶接ワイヤＷの先端位置Ｔ１，Ｔ２までの距離Ｌ１，Ｌ２が次の［数３］で表されるように溶接トーチ１０を延出方向に向かって押し込む（母材に接近させる）ように構成されている。このときアーク溶接ロボット１００は、溶接ワイヤＷの先端位置を直線軌跡（破線）に沿って移動させることができる。
［数３］
Ｌ１＝Ｌ０／cosθ１
Ｌ２＝Ｌ０／cosθ２
【００５０】
すなわちアーク溶接ロボット１００は、溶接トーチ１０を略円弧状に揺動させるとともに、第１および第２の母材２０，３０に対する溶接トーチ１０の延出方向への押込距離δ１，δ２が次の［数４］で表されるように溶接トーチ１０のウィービングを制御するように構成されている。
［数４］
δ１＝Ｌ０／cosθ１−Ｌ０
δ２＝Ｌ０／cosθ２−Ｌ０
【００５１】
このように、第１および第２の母材２０，３０の端部の傾斜角が異なる場合であっても、アーク溶接ロボット１００は、第１および第２の母材２０，３０に対して異なる揺動角θ１，θ２を設定し、揺動角θ１，θ２（または傾斜角α，β）に応じて溶接トーチ１０の延出方向への押込距離δ１，δ２を調整することにより、溶接ワイヤＷの先端位置を直線軌跡に沿って移動させることができる。
【００５２】
したがって本実施形態によれば、ウィービング中心Ｏに単に円弧状に溶接トーチ１０を揺動（ウィービング）させる従来技術に比して、第１および第２の母材２０，３０の間の溶接面（図示せず）が凹状に形成されることなく、中心の肉盛り不足を解消して、十分な継手強度を担保することができる。
【００５３】
なお詳細を図示しないが、図５に示す実施形態に係る溶接方法および溶接装置は、上記説明したウィービング動作と同様に、複数の溶接金属層を重ねて形成する多層溶接に有利かつ有効に適用することができる。
【００５４】
［溶接トーチのウィービング動作５：レ形開先］
図６は、レ形開先溶接を行う際に溶接トーチ１０がウィービングするときの溶接トーチ１０の移動軌跡を、溶接線と直交する面から見た断面図である。第１の母材２０が立板であり、第２の母材３０が下板であり、第２の母材３０の端部は鉛直面に対し傾斜角βで加工されている。すなわち図６のレ形開先の開先角度は傾斜角βと一致する。アーク溶接ロボット１００は、設定された溶接開始位置に、溶接ワイヤＷを保持する溶接トーチ１０を配置する。本願では、溶接開始位置にある溶接ワイヤＷの延出方向と鉛直方向とがなす角度γを、便宜上「トーチ傾き角」という。
【００５５】
アーク溶接ロボット１００は、トーチ傾き角γの溶接開始位置（始点）に溶接トーチ１０を配置する。またアーク溶接ロボット１００は、第１および第２の母材２０，３０（立板２０および下板３０）に対して異なる揺動角θ１，θ２で略円弧状に揺動させるとともに、揺動角θ１，θ２に応じた押込距離δ１，δ２だけ、溶接トーチ１０を延出方向に向かって押し込む（第１および第２の母材２０，３０に接近させる）ように構成されている。なお図６では、揺動角θ１，θ２は、異なるものとして図示したが、同一であってもよい。また揺動角θ１，θ２およびトーチ傾き角γは、レ形開先角度（第２の母材３０の傾斜角β）に応じて変化させてもよい。
【００５６】
すなわち図６に示す溶接トーチ１０の移動軌跡に関し、アーク溶接ロボット１００は、図５を用いて説明したように、溶接トーチ１０を揺動角θ１，θ２で略円弧状に揺動させるとともに、ウィービング中心Ｏから溶接ワイヤＷの先端位置Ｔ１，Ｔ２までの距離Ｌ１，Ｌ２が上記［数３］で表されるように溶接トーチ１０を延出方向に向かって押し込む（母材２０，３０に接近させる）ように構成されている。このときアーク溶接ロボット１００は、溶接ワイヤＷの先端位置を直線軌跡（破線）に沿って移動させることができる。
【００５７】
すなわちアーク溶接ロボット１００は、溶接トーチ１０を略円弧状に揺動させるとともに、第１および第２の母材２０，３０に対する溶接トーチ１０の延出方向への押込距離δ１，δ２が上記［数４］で表されるように溶接トーチ１０のウィービングを制御するように構成されている。
【００５８】
このように本実施形態によれば、レ形開先溶接においても同様に、第１および第２の母材２０，３０に対して異なる揺動角θ１，θ２を設定し、揺動角θ１，θ２に応じて溶接トーチ１０の延出方向への押込距離δ１，δ２を調整することにより、溶接ワイヤＷの先端位置を直線軌跡に沿って移動させることができる。
【００５９】
したがって本実施形態によれば、前掲特許文献１に記載のように、ウィービング中心Ｏに単に円弧状に溶接トーチ１０を揺動（ウィービング）させる従来技術とは異なり、溶け込んだ母材２０，３０および溶接ワイヤＷが溶融池を形成し、重力の作用により平坦な溶接面（実線）を構成するため、中心の肉盛り不足を解消して、十分な継手強度を担保することができる。
【００６０】
［溶接トーチのウィービング動作６：レ形開先］
本実施形態は、多層溶接に有利かつ有効に適用することができる。図７は、第２層目の溶接金属層を形成するときの溶接トーチ１０の移動軌跡を示す断面図である。
【００６１】
第２層目の溶接金属層を形成するとき、アーク溶接ロボット１００は、第１層目の溶接金属層を形成するときより上方に位置し、互いに離間する２つのウィービング中心Ｏ１，Ｏ２を設定する。このとき、２つのウィービング中心Ｏ１，Ｏ２の間の距離を小さくして、揺動角θ１，θ２を図６の揺動角θ１，θ２より大きく設定してもよいし、図７に示すように、揺動角θ１，θ２を変えずにウィービング中心Ｏ１，Ｏ２の間の距離を十分に大きく設定してもよい。
【００６２】
またアーク溶接ロボット１００は、第２層目の溶接金属層の形成時、溶接トーチ１０がウィービング中心Ｏ１より図中左側に移行した（第１の母材２０に接近した）とき、溶接トーチ１０をウィービング中心Ｏ１に所定の揺動角θ１で略円弧状に揺動させるとともに、揺動角θ１に応じた押込距離δ１だけ、溶接トーチ１０を延出方向に向かって押し込む（母材に接近させる）。同様に、アーク溶接ロボット１００は、溶接トーチ１０がウィービング中心Ｏ２より図中右側に移行した（第２の母材３０に接近した）とき、溶接トーチ１０をウィービング中心Ｏ２に揺動角θ２で略円弧状に揺動させるとともに、揺動角θ２に応じた押込距離δ２だけ、溶接トーチ１０を延出方向に向かって押し込むように構成されている。
【００６３】
またアーク溶接ロボット１００は、溶接トーチ１０が２つのウィービング中心Ｏ１，Ｏ２の間にあるとき、溶接トーチ１０を略水平方向に対してトーチ傾き角γで傾斜した直線（破線）に沿って移動させて、第２の溶接金属層を多層溶接するように構成されている。すなわち、図７に示す溶接トーチ１０の移動軌跡は、溶接トーチを第１のウィービング中心Ｏ１に揺動させるとともに、延出方向に向かって押込距離δ１だけ押し込む第１のウィービング工程と、溶接トーチを第２のウィービング中心Ｏ２に揺動させるとともに、延出方向に向かって押込距離δ２だけ押し込む第２のウィービング工程と、２つのウィービング中心Ｏ１，Ｏ２の間ではこれらのウィービング中心Ｏ１，Ｏ２を結ぶ直線と略平行な直線に沿って、移動させる第３のウィービング工程によって実現される。ここでウィービング中心Ｏ１，Ｏ２を結ぶ直線と平行な直線とは、図７に示すように、略水平方向に対してトーチ傾き角γで傾斜した直線である。これにより、第１の溶接金属層と同様、第２の溶接金属層の溶接面が凹状に形成されることなく、十分な継手強度を確保することができる。
【００６４】
なおアーク溶接ロボット１００は、さらに第３層目の溶接金属層を形成する場合、第２層目の溶接金属層を形成する際のトーチ傾き角γより小さいトーチ傾き角で同様の第１〜第３のウィービング工程を実施してもよい。こうして、多層溶接で形成された溶接金属層は、余盛を形成せず、母材２０，３０の表面と面一となるように溶接加工されるので、信頼性の高い継手溶接を実現することができる。
【００６５】
なお上記実施形態では、Ｖ形開先およびレ形開先について説明したが、本発明は、Ｙ形開先やＸ形開先、その他の開先に対しても同様に適用可能であり、開先の種類に制限されるものではない。
【産業上の利用可能性】
【００６６】
本発明は、アーク溶接方法およびアーク溶接装置に利用することができる。
【符号の説明】
【００６７】
１０…溶接トーチ、２０…第１の母材、３０…第２の母材、４０…裏当て金、
１００…アーク溶接ロボット、１１０…基台部、１２０…ベース、１３０…第１アーム、１４０…第２アーム、１５０…リスト（手首部）、１６０…トーチブラケット、
θ…揺動角、α，β…傾斜角、γ…トーチ傾き角、Ｗ…溶接ワイヤ（消耗電極）
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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