(57)【要約】【課題】初層溶接溶接が適正かを可能とする初層裏波溶接装置およびその方法を提供すること。【解決手段】  本発明の実施形態によれば、溶接部材を溶接する溶接実施部と、前記溶接部の位置を移動する駆動装置と、前記溶接実施部と、溶接部材の溶接面との間隔を制御し、前記溶接実施部の入力電流を制御する制御装置と、を備え、前記駆動装置は、前記制御装置により前記溶接部材が移動した際の変位量の平均値である平均変位量を測定する変位測定部を具備し、前記制御装置は、あらかじめ類似する溶接部材に対して溶接を行い、溶け落ちが生じる直前の前記溶接実施部と前記類似する溶接部材の溶接面との間隔の変位量に基づいて閾値変位量を算出し、前記平均変位量と前記閾値変位量とを比較して入力電流を制御する。【選択図】図１
2018027562.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
溶接部材を溶接する溶接実施部と、
前記溶接実施部の位置を移動する駆動装置と、
前記溶接実施部と前記溶接部材の溶接面との間隔を制御するよう前記駆動装置へ信号を送
信する制御装置と、
を備え、
前記制御装置は、前記溶接実施部の基準位置と溶接開始後の前記溶接実施部の位置との変
位量を算出し、類似する溶接部材に対して溶接した際の溶接実施部の基準位置と溶け落ち
が生じる直前の位置との差分である閾値変位量と前記変位量との大小を比較する演算処理
部と、前記演算処理部の結果に基づいて前記溶接実施部の入力電流を制御する溶接条件制
御部と、を具備する初層裏波溶接装置。
【請求項２】
前記溶接条件制御部は、前記溶接実施部と前記溶接面との間の溶接電圧および溶接電流
の少なくとも一方が変化した場合に、前記溶接条件に基づいて前記基準位置を変化させる
請求項１記載の初層裏波溶接装置。
【請求項３】
前記溶接条件制御部は、前記演算処理部の結果に基づいて前記変位量が大きくなる場合
および複数の前記変位量の変化率に基づいて算出した算出変位量が前記閾値変位量より大
きくなる場合の少なくとも一つ以上にあてはまる際に、前記入力電流を制御する請求項１
または２に記載の初層裏波溶接装置。
【請求項４】
溶接部材を溶接する溶接実施部と、
前記溶接実施部の位置を移動する駆動装置と、
前記溶接実施部と前記溶接部材の溶接面との間隔を制御するよう前記駆動装置へ信号を送
信する制御装置と、
を備えた初層裏波溶接装置の溶接方法において、
前記溶接実施部の基準位置と溶接開始後の前記溶接実施部の位置との変位量を算出し、
類似する溶接部材に対して溶接した際の溶接実施部の基準位置と溶け落ちが生じる直前の
位置との差分である閾値変位量と前記変位量との大小を比較し、
前記演算処理部の結果に基づいて前記溶接実施部の入力電流を制御する初層裏波溶接装置
の溶接方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、初層裏波溶接装置およびその方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、発電プラント等の現地工程の短縮を目的として、直管と曲管との溶接の一部が工
場で行われている。近年、人材不足等の問題から、工場での溶接は自動溶接の適用が推進
されている。
【０００３】
自動溶接は、積層に応じて溶接条件を変更して初層から溶接を施工する。特に、初層溶
接では裏波溶接を行う必要があるが、裏波溶接は溶接部を目視で確認して溶接条件を変更
することから溶接士の技量に大きく左右され、自動溶接による適正化のためには多くの課
題を抱えている。そこで、初層裏波溶接が適正かを判断する手法が求められている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特許第３０００１６４号
【特許文献２】特許第２９７７４３５号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明が解決しようとする課題は、初層裏波溶接が適正かを判断する初層裏波溶接装置
およびその方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記の課題を解決するために、本発明の実施形態によれば、溶接部材を溶接する溶接実
施部と、前記溶接部の位置を移動する駆動装置と、前記溶接実施部と、溶接部材の溶接面
との間隔を制御し、前記溶接実施部の入力電流を制御する制御装置と、を備え、前記駆動
装置は、前記制御装置により前記溶接部材が移動した際の変位量の平均値である平均変位
量を測定する変位測定部を具備し、前記制御装置は、あらかじめ類似する溶接部材に対し
て溶接を行い、溶け落ちが生じる直前の前記溶接実施部と前記類似する溶接部材の溶接面
との間隔の変位量に基づいて閾値変位量を算出し、前記平均変位量と前記閾値変位量とを
比較して入力電流を制御する。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】実施形態に係る初層裏波溶接装置の概要図である。
【図２】実施形態に係る溶接部材の溶接領域を拡大した断面図である。
【図３】実施形態に係る制御装置のブロック図である。
【図４】実施形態に係る入力電流のパルス波形と測定方法との関係を表す図である。
【図５】実施形態に係る入力電流制御方法を表すフローチャートである。
【図６】実施形態に係る溶接部材の溶接領域を拡大した断面図と閾値変位量との関係を表す図である。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
以下、一実施形態に係る初層裏波溶接の溶接装置および溶接方法について説明する。
【０００９】
図１は、実施形態に係る初層裏波溶接装置の概要図である。初層裏波溶接装置１０は、
溶接実施部２０と、駆動装置３０と、制御装置５０から構成される。
【００１０】
溶接実施部２０は、溶接トーチ２１と、電極２２と、溶接金属供給部２３から構成され
、溶接部材４０の表面を溶接可能とする方向に配置される。溶接実施部２０は、溶接部材
４０と電極２２間に電圧を印加してアーク放電を引き起こす。アークにより発生する熱を
利用して溶接部材４０と溶接金属供給部２３から供給される溶接金属を溶融し、開先４１
を溶接して接合する。
【００１１】
駆動装置３０は、ｚ軸変位測定装置３１から構成され、ｘ軸方向、ｙ軸方向、ｚ軸方向
に駆動できる。ｚ軸変位測定装置３１は、溶接実施部２０のｚ軸方向の変位を測定する。
本実施形態においては、溶接部材４０を溶接部材回転軸を中心に回転させ、溶接装置１０
がｙ軸方向に溶接を行う。なお、溶接部材４０を溶接部材回転軸を中心に回転させず、溶
接装置１０が回転してもよい。溶接部材４０は中空円筒部材だけでなく、板状部材や中空
多角形部材、曲管部材でもよい。ｚ軸変位測定装置３１は、開先平坦部に対して垂直な方
向を測定すればよい。
【００１２】
制御装置５０は、溶接部材４０と電極２２間に電圧や溶接を行う際の条件を制御するよ
う信号を送信する。
【００１３】
図２は、実施形態に係る溶接部材の溶接領域を拡大した断面図である。溶接部材４０の
開先４１は、開先平坦部４２を有する。電極２２と開先平坦部４２との間隔は、高さ方向
をｚ軸方向と設定し、電極２２先端のｚ軸方向の座標を基準高さｚ０ｎとする。制御装置
５０によって、印加電圧が一定となるよう制御することで、電極２２と開先平坦部４２と
の間隔が一定に保たれる。溶接金属の熱または重量によって開先平坦部４２が変形すると
、溶融池４３となる。図２では簡単のため、溶融池４３は曲線で描かれているが、実際は
溶融金属を供給するため、凹凸のある曲線になる。また、溶接部材の下端面は溶接実施後
も直線で描かれているが、実際は溶接金属の供給により曲線状になる。
【００１４】
電極２２と溶融池４３との間隔は、開先平坦部４２が変形した分だけ変化するため、制御
装置５０を介して印加電圧が一定となるよう電極２２の高さｚが制御される。なお、基準
高さｚ０ｎは、電極２２の先端に限定されず、溶接実施部２０の他の位置におけるｚ軸方
向座標を用いて設定してもよい。また、基準高さｚ０ｎは、開先平坦部に対して垂直な方
向を設定すればよい。
【００１５】
図３は、実施形態に係る制御装置のブロック図である。制御装置５０は、変位記憶部５
１と、溶接条件記憶部５２と、演算処理部５３と、溶接条件制御部５４から構成される。
変位記憶部５１は、ｚ軸変位測定装置３１の測定結果を記憶する。溶接条件記憶部５２は
、あらかじめ類似する溶接部材に対して行った、複数の溶接の溶接条件を記憶する。演算
処理部５３は、変位記憶部５１および溶接条件記憶部５２から受信した情報をもとに演算
処理を行う。溶接条件制御部５４は、溶接条件の制御を行う。溶接条件とは、電極２２に
印加する印加電圧や、溶接を行う際の入力電流、電極２２と、開先平坦部４２または溶融
池４３との間隔などの条件を表す。
【００１６】
次に、制御装置５０の制御方法を説明する。本実施形態において、溶接開始後に変位記
憶部５１と、溶接条件記憶部５２に記憶された溶接条件の結果とを演算処理部５３へ送信
する。演算処理部５３は、ｚ軸変位測定装置３１の測定結果をもとに演算処理または類似
する溶接部材の溶接条件との比較を行い、適切に溶接が行われているか判断する。溶接条
件制御部５４は、演算処理部５３での判断結果に基づいて溶接条件を制御する。なお、変
位記憶部５１の測定方向は、ｚ軸変位測定装置３１の測定方向に基づけばよいため、記憶
する変位量はｘ軸方向やｙ軸方向でもよく、回転座標系になることもある。
【００１７】
図４は、実施形態に係る入力電流のパルス波形と測定方法との関係を表す図である。電
流値がＨｉｇｈとＬｏｗの組み合わせを一周期とし、周期番号はｍ（ｍは自然数）と定義
する。一周期内を一定時間ごとに区切り、ピーク開始位置をｎ＝０として、測定位置ｎ（
ｎは０以上の整数）を定義する。本実施形態においては、周期を６００［ｍｓ］とし、一
周期内を１０［ｍｓ］ごとに区切った。なお、入力電流の最初のＨｉｇｈの開始時間ｔ＝
０は、溶接金属供給部２３からの溶接金属供給開始から２［ｓ］後とした。
【００１８】
図５は実施形態に係る入力電流制御方法を表すフローチャートであり、図６は実施形態
に係る溶接部材の溶接領域を拡大した断面図である。図６に示すように、あらかじめ類似
する溶接部材に対して溶接を行い、電極２２の基準高さｚ０ｎと溶け落ちが発生する直前
の高さｚ２ｎを測定する。溶け落ちが発生する直前の高さｚ２ｎは、溶け落ちが発生する
手前に測定した実際高さを使用する。なお、過去に類似する溶接部材の測定を行っている
場合は、あらかじめ溶接を行わなくてもよい。測定結果から、電極２２の閾値変位量Ｈ＝
ｚ０ｎ−ｚ２ｎを算出する。算出した閾値変位量Ｈを溶接条件記憶部５２にて記憶する。
【００１９】
溶接開始後、すべての周期番号ｍにおいて、測定位置ｎ＝０〜２９での電極２２の基準
高さｚ０ｎを決定する（ステップＳ１）。その後、溶接後の実際高さｚ１ｎを測定する（
ステップＳ２）。測定位置ｎ＝０〜２９としたが、測定位置の数は多くても少なくてもよ
い。測定結果から、電極２２の変位量Δｚｎ＝ｚ０ｎ−ｚ１ｎを算出する（ステップＳ３
）。なお、本実施形態において電極２２の基準高さｚ０ｎは、開先平坦部４２から５ｍｍ
上方の位置と定義する。
【００２０】
電極２２の基準高さｚ０ｎは、一周期番号ｍ内での溶接中に溶接条件が変化した場合や
、溶接部材４０の形状に凹凸がある場合などにより変化する。そこで、以下の方法によっ
て電極２２の基準高さｚ０ｎを補正する。
【００２１】
一周期番号ｍ内での溶接中に溶接条件が変化した場合、電極２２と溶融池４３との間隔
は制御電圧に応じて一定値に保たれるため、間隔を一定に保つよう高さが変化する要因と
は別に、溶接条件の変化に応じて実際高さｚ１ｎが変化する。実際高さｚ１ｎが変化した
後の基準高さｚ０ｎは、溶接条件記憶部５２にてあらかじめ記憶された溶接条件に基づい
て、電極２２と溶融池４３との間隔の変位量を補正する。
【００２２】
溶接部材４０の形状に凹凸がある場合にも、すでに基準高さｚ０ｎを測定しているため
、基準高さｚ０ｎに基づいて電極２２と溶融池４３との間隔の変位量を補正する。
【００２３】
ステップＳ３により得られた電極２２の変位量Δｚｎを用いて、一周期番号ｍにおける
測定位置ｎ＝２０〜２９での平均変位量Δｚａ１を算出する。条件１では、平均変位量Δ
ｚａ１と、閾値変位量Ｈとを比較する。また、異なる周期番号ｍ−５〜ｍでのそれぞれの
平均変位量Δｚａ２の変化率に基づいて、周期番号ｍ＋１での平均変位量Δｚａ３を予測
する。条件２では、Δｚａ３と、閾値変位量Ｈとを比較する（ステップＳ４）。条件１ま
たは条件２の少なくとも１つに当てはまる場合は、入力電流を１０Ａ下げるよう溶接制御
部５０ｄから信号を発信する。
【００２４】
条件１または条件２にあてはまらない場合は、基準電流と測定電流とを比較する。測定
電流は、溶接を行っている際の電流の測定値を表す。測定電流が基準電流よりも２０Ａ下
回る場合は、入力電流を１０Ａ上げるよう溶接条件制御部５４から信号を発信する（ステ
ップＳ５）。なお、入力電流の変化量を１０Ａとした理由およびステップＳ５にて基準電
流値より２０Ａ高い値を比較対象とした理由は、あらかじめ類似する溶接部材に対して測
定を行い、適切な条件としてこれらの値を決定したからである。これらの値は溶接条件に
基づいて適切な値を用いればよい。また、測定電流の測定方法については、たとえば制御
装置５０に測定電流測定記憶部を設けることが好ましい。
【００２５】
表１は、実施形態に係る初層裏波溶接方法と従来の初層裏波溶接方法との溶接試験の比
較を表す表である。表中の記号（大中小）は統一した値に対応しており、溶接方法による
違いはない。また、三角記号は、溶接後の非破壊検査では溶け落ちや溶け残りが検出され
なかったが、目視による検査では、溶け残りと思われる箇所が検出されたことを表す。実
施形態に係る初層裏波溶接方法では、溶け落ちや溶け残りが検出されなかった。一方、従
来の初層裏波溶接方法では、ピーク電流が実施形態に係る初層裏波溶接方法で用いた値よ
り低い条件であっても、溶け落ちや溶け残りが検出された。したがって、実施形態に係る
初層裏波溶接は、従来では溶け落ちや溶け残りが検出される溶接条件においても適切な溶
接を可能とする。なお、本実施形態において溶接電流は、あらかじめ類似する溶接部材に
対して測定を行い、適切な条件として決定した。
【表１】
2018027562.tif 000003
【００２６】
以上説明した一実施形態によれば、溶接実施部と、溶接部材の開先平坦部または溶融池
との間隔制御により初層裏波溶接が適正かを判断することが可能となる。
【００２７】
本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したも
のであり、発明の範囲を限定することは意図していない、これら新規な実施形態は、その
他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の趣旨を逸脱しない範囲で、種々の
省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や
要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる
。
【符号の説明】
【００２８】
１０．初層裏波溶接装置
２０．溶接実施部
２１．溶接トーチ
２２．電極
２３．溶接金属供給部
３０．駆動装置
３１．ｚ軸変位測定装置
４０．溶接部材
４１．開先
４２．開先平坦部
４３．溶融池
５０．制御装置
５１．変位記憶部
５２．溶接条件記憶部
５３．演算処理部
５４．溶接条件制御部
【図１】
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【図２】
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【図３】
2018027562.tif 000006
【図４】
2018027562.tif 000007
【図５】
2018027562.tif 000008
【図６】
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