(57)【要約】【課題】部材間に隙間が大きい場合や部材間の段差が大きい場合であっても、両部材を好適に溶接することができる溶接方法を提供する。【解決手段】第一の部材Ｐ１と第二の部材Ｐ２の端面同士を溶接する溶接方法であって、端面同士を互いに一定距離離間させて配置させる位置決め工程と、端面同士を溶接ワイヤＷにより溶接する溶接工程と、を備え、溶接工程では、溶接ワイヤを軸線Ｃ３方向の先端側に送り出す送り出し工程と、溶接ワイヤが第一の部材および第二の部材の少なくとも一方に接触した短絡位置と、溶接ワイヤが第一の部材および第二の部材から離間した離間位置と、の間を往復するように溶接ワイヤを移動させる距離調節移動工程と、短絡位置と離間位置とを結ぶ方向に交差する交差方向Ｚに溶接ワイヤを往復移動させる交差移動工程と、第一の部材および第二の部材と溶接ワイヤとの間に電圧を印加する給電工程と、をそれぞれ同時に行う。【選択図】図１
2011189360.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第一の部材の端面と第二の部材の端面とを溶接する溶接方法であって、
前記端面同士を互いに当接または一定距離離間させて配置させる位置決め工程と、
前記端面同士を溶接ワイヤにより溶接する溶接工程と、
を備え、
前記溶接工程では、
前記溶接ワイヤを前記溶接ワイヤの軸線方向の先端側に送り出す送り出し工程と、
前記溶接ワイヤが前記第一の部材および前記第二の部材の少なくとも一方に接触した短絡位置と、前記溶接ワイヤが前記第一の部材および前記第二の部材から離間した離間位置と、の間を往復するように前記溶接ワイヤを移動させる距離調節移動工程と、
前記端面同士が延在する延在方向の一方側から他方側に見たときに、前記短絡位置と前記離間位置とを結ぶ方向に交差する交差方向に前記溶接ワイヤを往復移動させる交差移動工程と、
前記第一の部材および前記第二の部材と前記溶接ワイヤとの間に電圧を印加する給電工程と、
をそれぞれ同時に行うことを特徴とする溶接方法。
【請求項２】
前記溶接工程では、
前記溶接ワイヤを前記延在方向に移動させる延在方向移動工程を、前記送り出し工程、前記距離調節移動工程、前記交差移動工程および前記給電工程と同時に行うことを特徴とする請求項１に記載の溶接方法。
【請求項３】
前記溶接ワイヤを前記交差方向に往復移動させる周波数は、５Ｈｚ以上５０Ｈｚ以下に設定されていることを特徴とする請求項１または２に記載の溶接方法。
【請求項４】
前記溶接ワイヤを前記距離調節方向に往復移動させる周波数は、前記溶接ワイヤを前記交差方向に往復移動させる周波数に対して２倍以上１０倍以下に設定されていることを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載の溶接方法。
【請求項５】
互いに当接または一定距離離間させて配置された第一の部材の端面と第二の部材の端面とを溶接する溶接装置であって、
溶接ワイヤの先端側を前記溶接ワイヤの軸線方向に移動可能に案内するとともに前記溶接ワイヤに電気的に接続された電極部と、
前記溶接ワイヤを前記溶接ワイヤの軸線方向の先端側に送り出す送出し部と、
前記溶接ワイヤが前記第一の部材および前記第二の部材の少なくとも一方に接触した短絡位置と、前記溶接ワイヤが前記第一の部材および前記第二の部材から離間した離間位置と、の間を往復するように前記溶接ワイヤを移動させる距離調節側移動部と、
前記端面同士が延在する延在方向の一方側から他方側に見たときに、前記短絡位置と前記離間位置とを結ぶ方向に交差する交差方向に前記電極部を往復移動させる交差側移動部と、
前記第一の部材および前記第二の部材と前記電極部との間に電圧を印加する給電部と、
を備えることを特徴とする溶接装置。
【請求項６】
前記送出し部が設けられる電極補助部と、
前記電極部と前記電極補助部とを接続し、前記電極部を前記交差方向に移動させたときに前記電極部と前記電極補助部との前記交差方向の相対移動を許容する弾性材料で形成された接続部材と、
をさらに備えることを特徴とする請求項５に記載の溶接装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、２つの部材を溶接する溶接方法および溶接装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、パイプラインの敷設現場では、外径が等しい鋼管（第一の部材、第二の部材）の端部(端面)同士を接続するために、円周溶接が行われている。円周溶接とは、接続される双方の鋼管の端部を開先加工した後で、開先加工された端部同士を突き合わせて隙間を無くした状態で両方の鋼管をインターナルクランプ等で固定し、互いに突き合わされた端部同士により形成される円周継ぎ手を鋼管の全周にわたり溶接する方法である。
円周溶接を効率的に行うために、円周溶接を溶接装置により自動的に行うことが検討されている。通常、溶接装置により円周溶接を行うときには、溶接欠陥となる溶け落ち（バーンスルー）を防止するために、鋼管の端部を突き合わせた部分における溶接を行っている側と反対側の表面に裏当金を当てている。
【０００３】
また、溶接作業で加える熱量を調節して裏当金を用いずに溶接する方法として、Ｃｏｌｄ  Ｍｅｔａｌ  Ｔｒａｎｓｆｅｒ溶接方法（以下、「ＣＭＴ溶接方法」と称する。）が知られている（たとえば、特許文献１参照）。このＣＭＴ溶接方法は、溶接ワイヤとワークピースとの間に所定の電圧を印加した状態で、溶接ワイヤをワークピースに接触するまでワークピースに向かって移動させる電気アーク段階と、溶接ワイヤがワークピースに接触して短絡した後で溶接ワイヤをワークピースから離れる方向に移動させる短絡段階と、を周期的に繰り返して行う溶接方法である。電気アーク段階と短絡段階とでは、溶接ワイヤはワークピースに向かったり、ワークピースから離れたりするように移動する。そして、電気アーク段階において溶接ワイヤとワークピースとの間に発生したアークで溶接ワイヤが加熱されたことにより生じた溶滴を、短絡段階においてワークピースに付着させ、この溶滴を冷却することで溶接を行う。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特表２００８−５４２０２７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１に示すＣＭＴ溶接方法で鋼管の端部同士を溶接するときには、端部間の隙間が小さい場合（たとえば、０．２ｍｍ程度以内）であって、かつ、端部間の板厚方向の段差が小さい場合（たとえば、０．５ｍｍ程度以内）には溶接できる。しかしながら、端部間の隙間または端部間の段差がこれより大きくなると、溶け落ちや溶け込み不良等の溶接欠陥が発生するという問題がある。
【０００６】
本発明は、このような問題点に鑑みてなされたものであって、部材間の隙間が大きい場合や部材間の段差が大きい場合であっても、裏当金を用いることなく両部材を好適に溶接することができる溶接方法および溶接装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題を解決するために、この発明は以下の手段を提案している。
本発明の溶接方法は、第一の部材の端面と第二の部材の端面とを溶接する溶接方法であって、前記端面同士を互いに当接または一定距離離間させて配置させる位置決め工程と、前記端面同士を溶接ワイヤにより溶接する溶接工程と、を備え、前記溶接工程では、前記溶接ワイヤを前記溶接ワイヤの軸線方向の先端側に送り出す送り出し工程と、前記溶接ワイヤが前記第一の部材および前記第二の部材の少なくとも一方に接触した短絡位置と、前記溶接ワイヤが前記第一の部材および前記第二の部材から離間した離間位置と、の間を往復するように前記溶接ワイヤを移動させる距離調節移動工程と、前記端面同士が延在する延在方向の一方側から他方側に見たときに、前記短絡位置と前記離間位置とを結ぶ方向に交差する交差方向に前記溶接ワイヤを往復移動させる交差移動工程と、前記第一の部材および前記第二の部材と前記溶接ワイヤとの間に電圧を印加する給電工程と、をそれぞれ同時に行うことを特徴としている。
【０００８】
また、本発明の溶接装置は、互いに当接または一定距離離間させて配置された第一の部材の端面と第二の部材の端面とを溶接する溶接装置であって、溶接ワイヤの先端側を前記溶接ワイヤの軸線方向に移動可能に案内するとともに前記溶接ワイヤに電気的に接続された電極部と、前記溶接ワイヤを前記溶接ワイヤの軸線方向の先端側に送り出す送出し部と、前記溶接ワイヤが前記第一の部材および前記第二の部材の少なくとも一方に接触した短絡位置と、前記溶接ワイヤが前記第一の部材および前記第二の部材から離間した離間位置と、の間を往復するように前記溶接ワイヤを移動させる距離調節側移動部と、前記端面同士が延在する延在方向の一方側から他方側に見たときに、前記短絡位置と前記離間位置とを結ぶ方向に交差する交差方向に前記電極部を往復移動させる交差側移動部と、前記第一の部材および前記第二の部材と前記電極部との間に電圧を印加する給電部と、を備えることを特徴としている。
【０００９】
この発明によれば、まず、第一の部材と第二の部材の端面同士を互いに当接または一定距離離間させて配置する。そして、第一の部材および第二の部材に対して電圧を印加された溶接ワイヤを、軸線方向の先端側に送り出すとともに、短絡位置と離間位置との間で往復移動させながら、延在方向の一方側から他方側に見たときに短絡位置と離間位置とを結ぶ方向に交差する交差方向に往復移動させる。
溶接ワイヤが離間位置に向かうときに、溶接ワイヤと第一の部材または第二の部材との間でアークが発生して溶接ワイヤが溶けて溶滴が生じ、溶接ワイヤが短絡位置に位置したときに溶接ワイヤに生じた溶滴が、両端面の間に付着することで端面同士が溶接される。
溶接ワイヤを交差方向に往復移動させながら溶接するので、交差方向に幅の広い溶接ワイヤで溶接したのと同等の条件となり、溶滴を両端面の間に交差方向に幅広く付着させることができる。したがって、たとえば、部材の両端面の間隔や部材間の段差が、従来のＣＭＴ溶接方法で溶接可能な寸法より大きい場合であっても、裏当金を用いることなく第一の部材と第二の部材の端面同士を好適に溶接することができる。
【００１０】
また、上記の溶接方法において、前記溶接工程では、前記溶接ワイヤを前記延在方向に移動させる延在方向移動工程を、前記送り出し工程、前記距離調節移動工程、前記交差移動工程および前記給電工程と同時に行うことがより好ましい。
この発明によれば、第一の部材と第二の部材の端面同士の溶接を、延在方向に連続して行うことができる。
【００１１】
また、上記の溶接方法において、前記溶接ワイヤを前記交差方向に往復移動させる周波数は、５Ｈｚ以上５０Ｈｚ以下に設定されていることがより好ましい。
この発明によれば、溶接ワイヤを交差方向に往復移動させる周波数を５Ｈｚ以上とすることで、両端面の間を溶接ワイヤの溶滴で充分に満たすことができる。そして、交差方向に往復移動させる周波数を５０Ｈｚ以下とすることで、溶接ワイヤを交差方向に往復移動させる駆動部が大きくなるのを抑えることができる。
【００１２】
また、上記の溶接方法において、前記溶接ワイヤを前記距離調節方向に往復移動させる周波数は、前記溶接ワイヤを前記交差方向に往復移動させる周波数に対して２倍以上１０倍以下に設定されていることがより好ましい。
この発明によれば、溶接ワイヤを距離調節方向に往復移動させる周波数を交差方向に往復移動させる周波数に対して２倍以上とすることで、溶けた溶滴を第一の部材の端面と第二の部材の端面の両方に付着させ、第一の部材と第二の部材とをより確実に溶接することができる。
そして、上記の比率を１０倍以下とすることで、溶接ワイヤが交差方向に１回往復する間に距離調節方向に往復移動する回数を減らして、溶接ワイヤによる延在方向の溶接速度を向上させることができる。
【００１３】
また、上記の溶接装置において、前記送出し部が設けられる電極補助部と、前記電極部と前記電極補助部とを接続し、前記電極部を前記交差方向に移動させたときに前記電極部と前記電極補助部との前記交差方向の相対移動を許容する弾性材料で形成された接続部材と、をさらに備えることがより好ましい。
この発明によれば、電極部と電極補助部とを接続部材で接続することで、交差側移動部により電極部を交差方向に往復移動させたときに、この交差方向に往復移動する幅を、電極部より電極補助部の方が小さくなるようにすることができる。
したがって、交差側移動部による電極部の往復移動をより容易に行うことができる。
【発明の効果】
【００１４】
本発明の溶接方法および溶接装置によれば、部材間に隙間が大きい場合や部材間の段差が大きい場合であっても、裏当金を用いることなく両部材を好適に溶接することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の第１実施形態の溶接装置の一部を破断した説明図である。
【図２】同溶接装置の溶接ワイヤの短絡位置と離間位置を示す説明図である。
【図３】同溶接装置による溶接方法を説明する平面図である。
【図４】同溶接装置による溶接方法を説明する要部断面図である。
【図５】同溶接装置による溶接方法を説明する要部断面図である。
【図６】同溶接装置による溶接方法を説明する要部断面図である。
【図７】同溶接装置による溶接方法を説明する要部断面図である。
【図８】同溶接装置による溶接方法を説明する平面図である。
【図９】本発明の第２実施形態の溶接装置の一部を破断した要部の説明図である。
【図１０】試験に用いた各鋼管の端面の形状を示す図である。
【図１１】第一の鋼管と第二の鋼管を配置する第一の仕様を説明する図である。
【図１２】第一の鋼管と第二の鋼管を配置する第二の仕様を説明する図である。
【図１３】第一の鋼管と第二の鋼管を配置する第三の仕様を説明する図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
（第１実施形態）
以下、本発明に係る溶接装置の第１実施形態を、図１から図８を参照しながら説明する。この溶接装置は、互いに当接または一定距離離間させて配置された第一の鋼管（第一の部材）の端面と第二の鋼管（第二の部材）の端面とを、溶接ワイヤを用いてアーク溶接の一種であるＭＩＧ（Ｍｅｔａｌ  Ｉｎｅｒｔ  Ｇａｓ  ｗｅｌｄｉｎｇ）溶接するものである。
図１に示すように、溶接装置１は、第一の鋼管Ｐ１の外周面上を周方向に移動可能な溶接ヘッド２と、溶接ヘッド２に接続された溶接トーチ３と、溶接ワイヤＷを往復移動させるワイヤ振動部（距離調節側移動部）４と、第一の鋼管Ｐ１および第二の鋼管Ｐ２と溶接トーチ３との間に電圧を印加する給電部５と、溶接トーチ３にシールドガスを供給するガスボンベ６と、第一の鋼管Ｐ１と第二の鋼管Ｐ２を固定するインターナルクランプ７と、溶接ヘッド２、溶接トーチ３、ワイヤ振動部４および給電部５を制御する制御部８と、を備えている。
【００１７】
第一の鋼管Ｐ１と第二の鋼管Ｐ２は、互いの外径および内径がほぼ等しくなるように形成されている。鋼管Ｐ１、Ｐ２は、第一の鋼管Ｐ１の中心軸線Ｃ１と第二の鋼管Ｐ２の中心軸線Ｃ２が一致するとともに、第一の鋼管Ｐ１の端面Ｐ１１と第二の鋼管Ｐ２の端面Ｐ２１とが一定距離離間して、互いに対向するように配置されている。なお、第一の鋼管Ｐ１の端面Ｐ１１と第二の鋼管Ｐ２の端面Ｐ２１とを離間させる一定距離とは、たとえば１ｍｍ以下であることが好ましい。
第一の鋼管Ｐ１と第二の鋼管Ｐ２は、上記のように互いの中心軸線Ｃ１、Ｃ２を一致させるとともに、互いの端面Ｐ１１、Ｐ２１を対向させた状態で、インターナルクランプ７により互いの相対位置を固定されている。なお、インターナルクランプ７における第一の鋼管Ｐ１と第二の鋼管Ｐ２を固定する部分は導体で形成されていて、第一の鋼管Ｐ１と第二の鋼管Ｐ２を電気的に接続している。
本実施形態では、上記のように配置された第一の鋼管Ｐ１と第二の鋼管Ｐ２を溶接装置１で溶接する方向は、端面Ｐ１１、Ｐ２１同士が延在する方向、すなわち第一の鋼管Ｐ１の周方向である延在方向Ｘとなる。
【００１８】
以下では、まず、溶接トーチ３およびワイヤ振動部４について説明する。
図１に示すように、溶接トーチ３は、溶接ワイヤＷの先端側を溶接ワイヤＷの軸線Ｃ３方向に移動可能に案内する管状の電極部１１と、電極部１１に取り付けられ、溶接ワイヤＷを軸線Ｃ３方向の先端側に送り出す送出し部１２が内部に設けられたトーチ本体（電極補助部）１３と、を有して構成されている。
電極部１１は、金属等の導電体で形成されていて、自身の内部を挿通する溶接ワイヤＷに電気的に接続されている。なお、電極部１１の軸線は、延在方向Ｘと交差するように配置されている。
トーチ本体１３には、電極部１１の径方向外側であって電極部１１と同軸上に配置された筒状の溶接用ガスノズル１４が取り付けられている。溶接用ガスノズル１４と電極部１１との間には一定の隙間が形成されている。
送出し部１２は、互いの外周面が隣り合うように配置された一対の送出しローラ１５と、一対の送出しローラ１５を回転させる不図示のワイヤ供給モータとを有している。送出しローラ１５同士の間には溶接ワイヤＷがそれぞれのローラ１５の外周面に接触した状態で狭持されていて、ワイヤ供給モータにより一対の送出しローラ１５を所定の軸線回りに回転させることで、溶接ワイヤＷを先端側に送り出すことができる。
【００１９】
送出し部１２が電極部１１に形成された貫通孔を通して溶接ワイヤＷを送り出す方向は、延在方向Ｘに交差する方向となっている。
溶接ワイヤＷの基端側は、溶接ワイヤ供給装置１８のドラム部１８ａの外周面に巻回されている。溶接ワイヤ供給装置１８から供給される溶接ワイヤＷの取出し口部分には一対の巻出しローラ１９が配置されていて、この一対の巻出しローラ１９の間に溶接ワイヤＷが狭持されている。ドラム部１８ａは、不図示の支持手段により、ドラム部１８ａの軸線回りに回転可能に支持されている。
【００２０】
ワイヤ振動部４は、送出し部１２と一対の巻出しローラ１９との間に配置され、溶接ワイヤＷを張った状態に保持している。ワイヤ振動部４は、ブーメラン状の回転部材２０と、回転部材２０を所定の軸線回りに回転させる回転部材駆動モータ２１とを有している。そして、回転部材駆動モータ２１が回転部材２０を回転させると、張った状態に保持された溶接ワイヤＷの側方から回転部材２０が溶接ワイヤＷを押したり、回転部材２０が溶接ワイヤＷを押すのを解除したりする。
【００２１】
これにより、図２に示すように、ワイヤ振動部４は、溶接ワイヤＷを軸線Ｃ３方向に往復移動させ、溶接ワイヤＷが第一の鋼管Ｐ１および第二の鋼管Ｐ２の少なくとも一方に接触した短絡位置Ｔ１と、溶接ワイヤＷが第一の部材Ｐ１および第二の部材Ｐ２のそれぞれから離間した離間位置Ｔ２と、の間を往復するように溶接ワイヤＷを移動させる。
なお、短絡位置Ｔ１と離間位置Ｔ２とを結ぶ方向が距離調節方向Ｙとなる。
【００２２】
溶接ヘッド２は、図１および図２に示すように、溶接トーチ３を延在方向Ｘの一方側から他方側に見たときに、距離調節方向Ｙに交差する交差方向Ｚに溶接トーチ３を往復移動させる高速揺動機構（交差側移動部）２４を有する溶接ヘッド本体２５と、溶接トーチ３を延在方向Ｘに移動させる搬送部２６と、を有して構成されている。
図１に示すように、高速揺動機構２４は、溶接トーチ３に接続された支持体２７と、支持体２７を交差方向Ｚに往復移動させる不図示のヘッド駆動モータを有する本体部２８とを有している。
高速揺動機構２４が、溶接ワイヤＷを交差方向Ｚに往復移動させる周波数は、５Ｈｚ以上５０Ｈｚ以下に設定されている。そして、ワイヤ振動部４が溶接ワイヤＷを距離調節方向Ｙに往復移動させる周波数は、高速揺動機構２４が溶接ワイヤＷを交差方向Ｚに往復移動させる周波数に対して２倍以上１０倍以下に設定されている。
【００２３】
搬送部２６は、第一の鋼管Ｐ１の外周面に取り付けられた円周ガイドレール２９と、円周ガイドレール２９上に配設された車輪部３０と、車輪部３０を回転させる不図示の車輪駆動モータとを有している。車輪部３０は溶接ヘッド本体２５に回転可能に支持され、車輪駆動モータは溶接ヘッド本体２５内に設けられている。
車輪駆動モータが車輪部３０を一定の方向に回転させ、溶接トーチ３が接続された溶接ヘッド２を円周ガイドレール２９上で移動させることで、溶接トーチ３を第一の鋼管Ｐ１の端面Ｐ１１と第二の鋼管Ｐ２の端面Ｐ２１との間に沿って移動させることができる。
【００２４】
図１に示すように、給電部５は、プラス側の端子５ａが電極部１１に電気的に接続され、マイナス側の端子が第一の鋼管Ｐ１に電気的に接続されている。給電部５は、電極部１１と第一の鋼管Ｐ１との間に一定の電圧を印加することができる。
ガスボンベ６内には二酸化炭素等のシールドガスが収容されていて、ガスボンベ６にはガスボンベ６から流れ出すシールドガスの流量を調節する流量調節バルブ６ａが設けられている。ガスボンベ６は、一定の柔軟性を有する配管３３によりトーチ本体１３に接続されている。流量調節バルブ６ａを開くと、トーチ本体１３を通して溶接用ガスノズル１４と電極部１１の隙間から溶接ワイヤＷの周りに流量を調節したシールドガスを流すことができ、流量調節バルブ６ａを閉じることで、溶接用ガスノズル１４と電極部１１の隙間から流れ出すシールドガスの流れを止めることができる。
【００２５】
制御部８は、溶接ヘッド本体２５のヘッド駆動モータ、搬送部２６の車輪駆動モータ、送出し部１２のワイヤ供給モータ、ワイヤ振動部４の回転部材駆動モータ２１および給電部５（以下、「ヘッド駆動モータ等」と称する。）と電気的に接続されている。制御部８には、使用者が指示内容を入力可能な不図示の入力手段が接続されている。
制御部８は、ヘッド駆動モータ等に所定の電力を供給するとともに、ヘッド駆動モータ等を制御することができる。
【００２６】
次に、以上のように構成された溶接装置１を用いて行われる本実施形態の溶接方法について説明する。溶接装置１による溶接方法は、鋼管Ｐ１、Ｐ２の位置決めを行う位置決め工程と、第一の鋼管Ｐ１と第二の鋼管Ｐ２を溶接ワイヤＷにより溶接する溶接工程とを備えている。ここでは、一例として、ワイヤ振動部４の周波数が、高速揺動機構２４の周波数に対して６倍に設定されている場合で説明する。
【００２７】
まず、使用者は、位置決め工程において、第一の鋼管Ｐ１の端面Ｐ１１と第二の鋼管Ｐ２の端面Ｐ２１とが、互いに一定距離離間するように配置する。このとき、第一の鋼管Ｐ１の中心軸線Ｃ１と第二の鋼管Ｐ２の中心軸線Ｃ２とが一致するように、鋼管Ｐ１、Ｐ２を配置する。そして、このような位置に配置された鋼管Ｐ１、Ｐ２の相対位置を、インターナルクランプ７により固定する。
以上により、位置決め工程を終了して溶接工程に移行する。
【００２８】
続いて、溶接工程において、ガスボンベ６の流量調節バルブ６ａを調節して溶接用ガスノズル１４と電極部１１の隙間から所定の流量のシールドガスを流す。使用者が入力手段から指示すると、制御部８は、以下で順に説明する給電工程、送り出し工程、延在方向移動工程、距離調節移動工程、交差移動工程をそれぞれ同時に行う。
【００２９】
給電工程では、制御部８は、給電部５により電極部１１と第一の鋼管Ｐ１との間に一定の電圧を印加させる。送り出し工程では、送出し部１２のワイヤ供給モータにより一対の送出しローラ１５を回転させることにより、溶接ワイヤＷを軸線Ｃ３方向の先端側に送り出す。延在方向移動工程では、搬送部２６の車輪駆動モータにより車輪部３０を一定の方向に回転させることにより、溶接ヘッド２を延在方向Ｘに移動させる。
距離調節移動工程では、ワイヤ振動部４の回転部材駆動モータ２１により回転部材２０を回転させることにより、溶接ワイヤＷを短絡位置Ｔ１と離間位置Ｔ２との間を往復するように移動させる。そして、交差移動工程では、高速揺動機構２４のヘッド駆動モータにより溶接トーチ３を交差方向Ｚに往復移動させる。
【００３０】
次に、これらの各工程のうち、距離調節移動工程および交差移動工程に重点をおいて説明する。この例では、ワイヤ振動部４の周波数が高速揺動機構２４の周波数に対して６倍に設定されているので、溶接ワイヤＷは交差方向Ｚに１回往復する間に距離調節方向Ｙに６回往復する。
【００３１】
図２および図３に示すように、溶接ワイヤＷは、短絡位置Ｔ１に配置され、先端が第二の部材Ｐ２の位置Ｓ１に当接している状態から一定の時間経過したときに、ワイヤ振動部４により距離調節方向Ｙに約１／２周期分往復移動して第一の鋼管Ｐ１および第二の鋼管Ｐ２のそれぞれから離間すると同時に、高速揺動機構２４により交差方向Ｚに約１／１２周期分往復移動して図４に示す離間位置Ｔ３に移動する。このとき、溶接ワイヤＷと第二の鋼管Ｐ２との間にアークＡが発生して溶接ワイヤＷおよび第二の鋼管Ｐ２が加熱され、溶接ワイヤＷが溶けて溶接ワイヤＷの先端に溶滴Ｗ１が生じる。
溶接ワイヤＷは、図４に示す離間位置Ｔ３から一定の時間経過したときに、図３および図５に示すように、ワイヤ振動部４により距離調節方向Ｙに約１／２周期分往復移動すると同時に、高速揺動機構２４により交差方向Ｚに約１／１２周期分往復移動して、第二の鋼管Ｐ２の位置Ｓ２に接触する短絡位置Ｔ４に移動する。このとき、溶滴Ｗ１が第二の鋼管Ｐ２の端面Ｐ２１に付着する。
【００３２】
同様に、溶接ワイヤＷが図５に示す離間位置Ｔ５から一定の時間経過して図６に示す離間位置Ｔ５に移動したときに、溶接ワイヤＷと第一の部材Ｐ１との間にアークＡが発生して溶接ワイヤＷの先端に溶滴Ｗ２が生じる。さらに、溶接ワイヤＷが、図６に示す離間位置Ｔ５から一定の時間経過して図７に示す第一の鋼管Ｐ１の位置Ｓ３に接触する短絡位置Ｔ６に移動したときに、溶滴Ｗ２が第一の鋼管Ｐ１の端面Ｐ１１に付着する。このときに、溶滴Ｗ１と溶滴Ｗ２が結合する。
【００３３】
このように、給電部５により電極部１１を通じて溶接ワイヤＷに電圧を印加した状態で、溶接ワイヤＷを、送出し部１２により軸線Ｃ３方向の先端側に送り出すとともに搬送部２６により延在方向Ｘに移動させながら、ワイヤ振動部４により距離調節方向Ｙに高速揺動機構２４により交差方向Ｚにそれぞれ往復移動させる。
すると、第一の鋼管Ｐ１の端面Ｐ１１と第二の部材Ｐ２の端面Ｐ２１とに溶滴が付着し、付着した溶滴が結合して冷えて固まることにより、第一の鋼管Ｐ１の端面Ｐ１１と第二の鋼管Ｐ２の端面Ｐ２１とが溶接される。
以上により、溶接工程が終了する。
【００３４】
以上説明したように、本実施形態の溶接装置１および溶接方法によれば、まず、第一の鋼管Ｐ１と第二の鋼管Ｐ２の端面Ｐ１１、Ｐ２１同士を互いに一定距離離間させて配置する。そして、第一の鋼管Ｐ１および第二の鋼管Ｐ２に対して電圧を印加された溶接ワイヤＷを、軸線Ｃ３方向の先端側に送り出すとともに、短絡位置と離間位置との間で距離調節方向Ｙに往復移動させながら交差方向Ｚに往復移動させる。
溶接ワイヤＷが離間位置に向かうときに、溶接ワイヤＷと第一の鋼管Ｐ１または第二の鋼管Ｐ２との間でアークＡが発生して溶接ワイヤＷが溶けて溶滴が生じ、溶接ワイヤＷが短絡位置に位置したときに溶接ワイヤＷに生じた溶滴が、端面Ｐ１１と端面Ｐ２１との間に付着することで端面Ｐ１１、Ｐ２１同士が溶接される。
溶接ワイヤＷを交差方向Ｚに往復移動させながら溶接するので、交差方向Ｚに幅の広い溶接ワイヤで溶接したのと同等の条件となり、溶滴を両端面Ｐ１１、Ｐ２１の間に交差方向Ｚに幅広く付着させることができる。したがって、たとえば、両端面Ｐ１１、Ｐ２１の間隔や、第一の鋼管Ｐ１と第二の鋼管Ｐ２との間の段差が、従来のＣＭＴ溶接方法で溶接可能な寸法より大きい場合であっても、裏当金を用いることなく、第一の鋼管Ｐ１と第二の鋼管Ｐ２の端面Ｐ１１、Ｐ２１同士を好適に溶接することができる。
【００３５】
また、溶接工程では、溶接ワイヤＷを延在方向Ｘに移動させる延在方向移動工程を、送り出し工程、距離調節移動工程、交差移動工程および給電工程と同時に行う。このため、第一の鋼管Ｐ１と第二の鋼管Ｐ２の端面Ｐ１１、Ｐ２１同士の溶接を、延在方向Ｘに連続して行うことができる。
【００３６】
溶接ワイヤＷを交差方向Ｚに往復移動させる周波数は、５Ｈｚ以上５０Ｈｚ以下に設定されている。溶接ワイヤＷを交差方向Ｚに往復移動させる周波数を５Ｈｚ以上とすることで、両端面１１、Ｐ２１の間を溶接ワイヤＷの溶滴で充分に満たすことができる。交差方向Ｚの周波数が５Ｈｚ未満の場合、溶接ワイヤＷを交差方向Ｚに往復移動させない場合と差がなくなり、両端面１１、Ｐ２１間の径方向の段差に対応するのが困難になる。
そして、溶接ワイヤＷを交差方向Ｚに往復移動させる周波数を５０Ｈｚ以下とすることで、高い周波数に対応させるために高速揺動機構２４が大型化するのを抑え、溶接装置１の製造コストを低減させることができる。
【００３７】
そして、溶接ワイヤＷを距離調節方向Ｙに往復移動させる周波数の、溶接ワイヤＷを交差方向Ｚに往復移動させる周波数に対する比率は、２倍以上１０倍以下に設定されている。
比率を２倍とすることで、図８に示すように、溶けた溶滴が第二の鋼管Ｐ２の端面Ｐ２１の位置Ｓ４と第一の鋼管Ｐ１の端面Ｐ１１の位置Ｓ５にそれぞれ付着する。したがって、この比率を２倍以上とすることで、溶けた溶滴を第一の鋼管Ｐ１の端面Ｐ１１と第二の鋼管Ｐ２の端面Ｐ２１の両方に付着させ、第一の鋼管Ｐ１と第二の鋼管Ｐ２とをより確実に溶接することができる。
そして、この比率を１０倍以下とすることで、溶接ワイヤＷが交差方向Ｚに１回往復する間に距離調節方向Ｙに往復移動する回数を減らして、溶接ワイヤＷによる延在方向Ｘの溶接速度を向上させることができる。
【００３８】
（第２実施形態）
次に、本発明の第２実施形態について説明するが、前記実施形態と同一の部位には同一の符号を付してその説明は省略し、異なる点についてのみ説明する。
図９に示すように、本実施形態の溶接装置４１は、前記第１実施形態の溶接装置１において、電極部１１とトーチ本体１３とを接続し、弾性材料で形成されたフレキシブル部材（接続部材）４２をさらに備えている。
フレキシブル部材４２は、たとえば、板厚の薄い金属を蛇腹状に折り曲げて形成したものである。フレキシブル部材４２は、高速揺動機構２４により電極部１１を交差方向Ｚに移動させたときに電極部１１とトーチ本体１３との交差方向Ｚの相対移動を許容するように、柔らかく形成されている。
【００３９】
この発明によれば、端面Ｐ１１、Ｐ２１間の隙間が大きい場合や第一の鋼管Ｐ１と第二の鋼管Ｐ２との間の段差が大きい場合であっても、裏当金を用いることなく両鋼管Ｐ１、Ｐ２を好適に溶接することができる。
さらに、電極部１１とトーチ本体１３とをフレキシブル部材４２で接続することで、高速揺動機構２４により電極部１１を交差方向Ｚに往復移動させたときに、この交差方向Ｚに往復移動する幅を、電極部１１よりトーチ本体１３の方が小さくなるようにすることができる。したがって、高速揺動機構２４による電極部１１の往復移動をより容易に行うことができる。
トーチ本体１３はワイヤ供給モータを有していて、ワイヤ供給モータの重量は、たとえば３ｋｇ程度ある。このため、トーチ本体１３を交差方向Ｚに高速で往復移動させようとすると、溶接ヘッド２が大型化してしまうことになる。
【００４０】
以上、本発明の第１実施形態および第２実施形態について図面を参照して詳述したが、具体的な構成はこの実施形態に限られるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲の構成の変更等も含まれる。
たとえば、上記第１実施形態および第２実施形態では、第一の部材および第二の部材を管状の第一の鋼管Ｐ１および第二の鋼管Ｐ２とした。しかし、第一の部材および第二の部材の形状は、管状に限定されず、たとえば、平坦な板状や湾曲した板状等であってもよい。
そして、上記第１実施形態および第２実施形態では、第一の鋼管Ｐ１の端面Ｐ１１と第二の鋼管Ｐ２の端面Ｐ２１とを互いに当接させた状態で溶接してもよい。
【００４１】
また、上記第１実施形態および第２実施形態では、溶接ワイヤＷで溶接する部分が延在方向Ｘに充分短い場合には、溶接工程における延在方向移動工程を行わなくてもよい。
【実施例】
【００４２】
端面Ｐ１１、Ｐ２１がともに図１０に示すように形成された鋼管Ｐ１、Ｐ２を用いて溶接装置１により溶接試験を行った。両端面Ｐ１１、Ｐ２１は、Ｊ開先形状に加工されていて、Ｒｏｏｔ  Ｆａｃｅが１．５ｍｍ、内面トリムが０．５ｍｍ、べべル角度が３°、そして開先極率半径が２．４ｍｍとなっている。
第一の鋼管Ｐ１の端面Ｐ１１と第二の鋼管Ｐ２の端面Ｐ２１との距離（以下、「Ｒｏｏｔ  Ｇａｐ」と称する。）、および、端面Ｐ１１と端面Ｐ２１との径方向の段差（以下、「目違い」と称する。）が、以下の３種類の仕様になるように第一の鋼管Ｐ１および第二の鋼管Ｐ２を配置して溶接試験を行った。
第一の仕様は、図１１に示す標準仕様であるＲｏｏｔ  Ｇａｐが０ｍｍ、目違いが０ｍｍの場合、第二の仕様は、図１２に示すＲｏｏｔ  Ｇａｐが０．５ｍｍ、目違いが０ｍｍの場合、そして、第三の仕様は、図１３に示すＲｏｏｔ  Ｇａｐが０ｍｍ、目違いが１．０ｍｍの場合である。
【００４３】
ガスボンベ６のシールドガスとしては純粋な二酸化炭素を用い、溶接ワイヤＷはＹＭ−５８Ａ（φ１．２ｍｍ、日鐵溶接工業株式会社製）を用いた。溶接ワイヤＷの交差方向Ｚの周波数を１０Ｈｚ、溶接ワイヤＷが交差方向Ｚに移動する最大の幅を１．６ｍｍ、送出し部１２による溶接ワイヤＷの供給速度を５〜６ｍ／ｍｉｎ、給電部５による設定電流を１７０〜２００Ａ、給電部５による設定電圧を１６〜１８Ｖ、延在方向Ｘの溶接速度を３０〜４０ｃｍ／ｍｉｎとした。
【００４４】
第一の仕様から第三の仕様において溶接試験を行った結果、いずれの仕様においても、第一の鋼管Ｐ１と第二の鋼管Ｐ２を好適に溶接できることが分かった。
【符号の説明】
【００４５】
１、４１  溶接装置
４    ワイヤ振動部（距離調節側移動部）
５    給電部
１１  電極部
１２  送出し部
１３  トーチ本体（電極補助部）
２４  高速揺動機構（交差側移動部）
４２  フレキシブル部材（接続部材）
Ｃ３  軸線
Ｐ１  第一の鋼管（第一の部材）
Ｐ２  第二の鋼管（第二の部材）
Ｐ１１、Ｐ２１  端面
Ｔ１、Ｔ４、Ｔ６  短絡位置
Ｔ２、Ｔ３、Ｔ５  離間位置
Ｗ    溶接ワイヤ
Ｘ    延在方向
Ｙ    距離調節方向
Ｚ    交差方向
【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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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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