(57)【要約】【課題】大型の管体の中心軸同士のズレを抑えながら、当該管体同士を効率よく繋ぎ合わせることが可能な多層溶接装置及び多層溶接方法を提供する。【解決手段】多層溶接装置１は、突合わせられた上側管体２の開先２ａと下側管体３の開先３ａとを、周方向に延びる一側溶接パスＰ１に沿って一側から溶接する一側溶接部３０と、２つの管体の中心軸２ｂ、３ｂに関する情報を計測するための中心軸計測部２０と、中心軸計測部２０の計測結果に基づいて、一側溶接部３０を制御する制御部４０と、を備える。制御部は、一側溶接パスを周方向に沿って等間隔に複数の溶接区間ｐ１１〜１８に分割し、２つの管体の中心軸に関する情報に基づいて、上側管体の中心軸が下側管体の中心軸に対して他側に最もずれた溶接区間ｐ１１から、順次選択的に他の溶接区間に移行して一側溶接部に溶接を行わせるようになっている。【選択図】図５
2015150618.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
突合わせられた上側管体の開先と下側管体の開先とを、周方向に延びる溶接パスに沿って溶接し環状の溶接ビードを複数層形成する多層溶接装置であって、
前記下側管体が載置される土台部と、
前記土台部に載置された前記下側管体の中心軸に関する情報、及び、前記下側管体に突合わされた前記上側管体の中心軸に関する情報を計測するための中心軸計測部と、
突合わせられた前記上側管体の開先と前記下側管体の開先とを、周方向に延びる一側溶接パスに沿って、前記上側管体及び前記下側管体の一側から溶接する一側溶接部と、
前記中心軸計測部の計測結果に基づいて、前記一側溶接部を制御する制御部と、を備え、
前記制御部は、前記一側溶接パスを周方向に沿って等間隔に複数の溶接区間に分割し、前記中心軸計測部によって計測された前記上側管体の中心軸に関する情報と前記下側管体の中心軸に関する情報とに基づいて、前記上側管体の中心軸が前記下側管体の中心軸に対して一側の反対側となる他側に最もずれた前記溶接区間から、順次選択的に他の溶接区間に移行して前記一側溶接部に溶接を行わせ、環状の溶接ビードを形成させるようになっている、多層溶接装置。
【請求項２】
前記制御部は、前記上側管体の中心軸が前記下側管体の中心軸に対して他側に最もずれた前記溶接区間に沿って前記一側溶接部に溶接を行わせた後に、続いて、当該他側に最もずれた溶接区間に対向する溶接区間に沿って前記一側溶接部に溶接を行わせるようになっている、請求項１に記載の多層溶接装置。
【請求項３】
前記制御部は、前記一側溶接部に前記一側溶接パスに沿って環状の溶接ビードを形成させた後に前記中心軸計測部によって計測された前記上側管体の中心軸に関する情報及び前記下側管体の中心軸に関する情報を読み込んで、次の一側溶接パスにおいて、前記上側管体の中心軸が前記下側管体の中心軸に対して他側に最もずれた前記溶接区間から、順次選択的に他の溶接区間に移行して前記一側溶接部に溶接を行わせ、更なる環状の溶接ビードを形成させるようになっている、請求項１または２に記載の多層溶接装置。
【請求項４】
突合わせられた上側管体の開先と下側管体の開先とを、周方向に延びる他側溶接パスに沿って、前記上側管体及び前記下側管体の他側から溶接する他側溶接部と、
前記一側溶接部によって形成された環状の溶接ビードの総厚みを計測する一側ビード厚計測部と、をさらに備え、
前記制御部は、前記一側ビード厚計測部の計測結果にも基づいて、前記一側溶接部及び前記他側溶接部を制御するようになっており、
前記制御部は、前記一側溶接部に環状の溶接ビードを繰返し形成させ、前記一側ビード厚計測部が計測した溶接ビードの総厚みが予め定められた第１厚みを越えると、前記他側溶接部に溶接を行わせるようになっている、請求項１乃至３のいずれか一項に記載の多層溶接装置。
【請求項５】
前記制御部は、
前記他側溶接パスを周方向に沿って等間隔に複数の溶接区間に分割し、前記中心軸計測部によって計測された前記上側管体の中心軸に関する情報と前記下側管体の中心軸に関する情報とに基づいて、前記上側管体の中心軸が前記下側管体の中心軸に対して一側に最もずれた前記溶接区間から、順次選択的に他の溶接区間に移行して前記他側溶接部に溶接を行わせ、環状の溶接ビードを形成させるようになっている、請求項４に記載の多層溶接装置。
【請求項６】
前記他側溶接部によって形成された環状の溶接ビードの総厚みを計測する他側ビード厚計測部をさらに備え、
前記制御部は、前記他側ビード厚計測部の計測結果にも基づいて、前記一側溶接部及び前記他側溶接部を制御するようになっており、
前記制御部は、前記他側溶接部に環状の溶接ビードを繰返し形成させ、前記他側ビード厚計測部が計測した環状の溶接ビードの総厚みが予め定められた第２厚みを越えると、  前記一側溶接部及び前記他側溶接部に環状の溶接ビードを二層ずつ交互に形成させるようになっている、請求項４または５に記載の多層溶接装置。
【請求項７】
突合わせられた上側管体の開先と下側管体の開先とを、周方向に延びる溶接パスに沿って溶接した環状の溶接ビードを複数層形成する多層溶接方法であって、
前記下側管体の中心軸に関する情報、及び、前記下側管体に突合わされた前記上側管体の中心軸に関する情報を取得する工程と、
突合わせられた前記上側管体の開先と前記下側管体の開先とを、周方向に延びる一側溶接パスに沿って、前記上側管体及び前記下側管体の一側から溶接する工程と、を備え、
前記一側から溶接する工程において、前記一側溶接パスを周方向に沿って等間隔に複数の溶接区間に分割し、取得された前記上側管体の中心軸に関する情報と前記下側管体の中心軸に関する情報とに基づいて、前記上側管体の中心軸が前記下側管体の中心軸に対して一側の反対側となる他側に最もずれた前記溶接区間から、順次選択的に他の溶接区間に移行して溶接を行い環状の溶接ビードを形成する、多層溶接方法。
【請求項８】
前記一側から溶接する工程において、前記上側管体の中心軸が前記下側管体の中心軸に対して他側に最もずれた前記溶接区間に沿って溶接を行った後に、続いて、当該他側に最もずれた溶接区間に対向する溶接区間に沿って溶接を行う、請求項７に記載の多層溶接方法。
【請求項９】
前記一側から溶接する工程は、前記一側溶接パスを周方向に沿って等間隔に複数の通常型溶接区間に分割し、取得された前記上側管体の中心軸に関する情報と前記下側管体の中心軸に関する情報とに基づいて、前記上側管体の中心軸が前記下側管体の中心軸に対して他側に最もずれた前記溶接区間から、順次選択的に他の溶接区間に移行して溶接を行い環状の溶接ビードを形成する第１工程と、
前記一側溶接パスを周方向に沿って等間隔に複数の回転型溶接区間に分割し、取得された前記上側管体の中心軸に関する情報と前記下側管体の中心軸に関する情報とに基づいて、前記上側管体の中心軸が前記下側管体の中心軸に対して他側に最もずれた前記溶接区間から、順次選択的に他の溶接区間に移行して溶接を行い環状の溶接ビードを形成する第２工程と、を含み、
前記第１工程における通常型溶接区間の各境界と、前記第２工程における回転型溶接区間の各境界とは、互いにずれており、
前記第１工程と前記第２工程とを交互に繰返し行う、請求項７または８に記載の多層溶接方法。
【請求項１０】
突合わせられた上側管体の開先と下側管体の開先とを、周方向に延びる他側溶接パスに沿って、前記上側管体及び前記下側管体の他側から溶接する工程をさらに備え、
前記一側から溶接する工程を繰返し行うことにより形成された環状の溶接ビードの総厚みが予め定められた第１厚みを越えたときに、前記他側から溶接する工程を開始する、請求項７乃至９のいずれか一項に記載の多層溶接方法。
【請求項１１】
前記他側から溶接する工程において、前記他側溶接パスを周方向に沿って等間隔に複数の溶接区間に分割し、取得された前記上側管体の中心軸に関する情報と前記下側管体の中心軸に関する情報とに基づいて、前記上側管体の中心軸が前記下側管体の中心軸に対して一側に最もずれた前記溶接区間から、順次選択的に他の溶接区間に移行して溶接を行い環状の溶接ビードを形成する、請求項１０に記載の多層溶接方法。
【請求項１２】
前記他側から溶接する工程は、前記他側溶接パスを周方向に沿って等間隔に複数の通常型溶接区間に分割し、取得された前記上側管体の中心軸に関する情報と前記下側管体の中心軸に関する情報とに基づいて、前記上側管体の中心軸が前記下側管体の中心軸に対して一側に最もずれた前記溶接区間から、順次選択的に他の溶接区間に移行して溶接を行い環状の溶接ビードを形成する第３工程と、
前記他側溶接パスを周方向に沿って等間隔に複数の回転型溶接区間に分割し、計測された前記上側管体の中心軸に関する情報と前記下側管体の中心軸に関する情報とに基づいて、前記上側管体の中心軸が前記下側管体の中心軸に対して一側に最もずれた前記溶接区間から、順次選択的に他の溶接区間に移行して溶接を行い環状の溶接ビードを形成する第４工程と、を含み、
前記第３工程における通常型溶接区間の各境界と、前記第４工程における回転型溶接区間の各境界とは、互いにずれており、
前記第３工程と前記第４工程とを交互に繰返し行う、請求項１０または１１に記載の多層溶接方法。
【請求項１３】
前記他側から溶接する工程を繰返し行うことにより形成された環状の溶接ビードの総厚みが予め定められた第２厚みを越えたときに、前記一側から溶接する工程と前記他側から溶接する工程とを交互に二回ずつ行う、請求項１０乃至１２のいずれか一項に記載の多層溶接方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、多層溶接装置及び多層溶接方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
大型の管体同士を繋ぎ合わせる方法として、上側管体の開先と下側管体の開先とを突合わせて、突合わせられた一対の開先を周方向に溶接する方法が知られている。とりわけ、原子力炉内に設置される大型の管体同士を繋ぎ合わせる場合には、互いの中心軸の位置ズレ精度を厳しく要求されることもある。従来では、大型の管体の中心軸同士のズレを抑えながら当該管体同士を繋ぎ合わせるために、２つの管体の開先を周方向に溶接して環状の溶接ビードを一層ずつ形成する度に、作業者が２つの管体の寸法を測定して２つの管体の位置を調整していた。しかしながら、２つの大型の管体の測定及び位置調整は容易ではなく、当該作業に多くの要員及び時間を必要とし効率的ではない。
【０００３】
そこで、大型の管体の中心軸を精度よく位置合わせするべく、各管体を拘束体を用いて位置決めする手法も知られている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平９−９９３６８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、大型の管体を位置決めして拘束するためには、大型かつ大重量な拘束体を用いる必要があり、コスト及び準備期間の観点から望ましくない。さらに、コスト及び準備時間が掛かるため拘束体を用いて事前に位置決め精度を検証することも困難である。
【０００６】
本発明は、このような点に鑑みてなされたものであり、大型の管体の中心軸同士のズレを抑えながら、当該管体同士を効率よく繋ぎ合わせることが可能な多層溶接装置及び多層溶接方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
実施の形態に係る多層溶接装置は、突合わせられた上側管体の開先と下側管体の開先とを、周方向に延びる溶接パスに沿って溶接した環状の溶接ビードを複数層形成する多層溶接装置である。多層溶接装置は、前記下側管体が載置される土台部と、前記土台部に載置された前記下側管体の中心軸に関する情報、及び、前記下側管体に突合わされた前記上側管体の中心軸に関する情報を計測するための中心軸計測部と、突合わせられた前記上側管体の開先と前記下側管体の開先とを、周方向に延びる一側溶接パスに沿って、前記上側管体及び前記下側管体の一側から溶接する一側溶接部と、前記中心軸計測部の計測結果に基づいて、前記一側溶接部を制御する制御部と、を備える。前記制御部は、前記一側溶接パスを周方向に沿って等間隔に複数の溶接区間に分割し、前記中心軸計測部によって計測された前記下側管体の中心軸に関する情報と前記上側管体の中心軸に関する情報とに基づいて、前記上側管体の中心軸が前記下側管体の中心軸に対して一側の反対側となる他側に最もずれた前記溶接区間から、順次選択的に他の溶接区間に移行して前記一側溶接部に溶接を行わせ、環状の溶接ビードを形成させるようになっている。
【０００８】
実施の形態に係る多層溶接方法は、突合わせられた上側管体の開先と下側管体の開先とを、周方向に延びる溶接パスに沿って溶接した環状の溶接ビードを複数層形成する多層溶接方法である。多層溶接方法は、前記下側管体の中心軸に関する情報、及び、前記下側管体に突合わされた前記上側管体の中心軸に関する情報を計測する工程と、突合わせられた前記上側管体の開先と前記下側管体の開先とを、周方向に延びる一側溶接パスに沿って、前記上側管体及び前記下側管体の一側から溶接する工程と、を備える。前記一側から溶接する工程において、前記一側溶接パスを周方向に沿って等間隔に複数の溶接区間に分割し、計測された前記下側管体の中心軸に関する情報と前記上側管体の中心軸に関する情報とに基づいて、前記上側管体の中心軸が前記下側管体の中心軸に対して一側の反対側となる他側に最もずれた前記溶接区間から、順次選択的に他の溶接区間に移行して溶接して環状の溶接ビードを形成する。
【発明の効果】
【０００９】
本発明の実施の形態の多層溶接装置によれば、制御部が、一側溶接パスを周方向に沿って等間隔に複数の溶接区間に分割し、上側管体の中心軸が下側管体の中心軸に対して他側に最もずれた溶接区間から、順次選択的に他の溶接区間に移行して一側溶接部に溶接を行わせるようになっている。このような形態によれば、上側管体の中心軸が下側管体の中心軸に対して他側に最もずれた溶接区間を、一側から溶接することで、上側管体の中心軸を下側管体の中心軸に対して一側に引き寄せることができる。このため、上側管体の中心軸と下側管体の中心軸とのズレが小さくなるように、当該管体同士を繋ぎ合わせることができる。また、各大型の管体の中心軸に関する情報を中心軸計測部によって計測することができるため、多くの要員及び時間を必要としない。また、大型の管体の中心軸を精度よく位置合わせするために、別個の拘束体等を準備する必要もないため、費用も準備期間も抑えることができる。したがって、本発明の実施の形態の多層溶接装置によれば、大型の管体の中心軸同士のズレを抑えながら、当該管体同士を効率よく繋ぎ合わせることができる。
【００１０】
本発明の実施の形態の多層溶接方法によれば、一側溶接パスを周方向に沿って等間隔に複数の溶接区間に分割し、上側管体の中心軸が下側管体の中心軸に対して他側に最もずれた溶接区間から、順次選択的に他の溶接区間に移行して溶接する。このような形態によれば、上側管体の中心軸が下側管体の中心軸に対して他側に最もずれた溶接区間を一側から溶接することで、上側管体の中心軸を下側管体の中心軸に対して一側に引き寄せることができる。このため、上側管体の中心軸と下側管体の中心軸とのズレが小さくなるように、当該管体同士を繋ぎ合わせることができる。また、大型の管体の中心軸同士を精度よく位置合わせするために、別個の拘束体等を準備する必要もないため、費用も準備期間も抑えることができる。したがって、本発明の実施の形態の多層溶接方法によれば、大型の管体の中心軸同士のズレを抑えながら、当該管体同士を効率よく繋ぎ合わせることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】一実施の形態による多層溶接装置の構成の一例を示す概略縦断面図。
【図２】図１に示す多層溶接装置において、２つの管体の中心軸を計測する方法を説明するための概略縦断面図。
【図３】図２に示す線III−IIIに沿った断面における多層溶接装置を示す概略横断面図。
【図４】図１に示す多層溶接装置の一側溶接部を拡大して示す概略正面図。
【図５】一側溶接パスを周方向に沿って等間隔に分割した複数の通常型溶接区間の一例を示す図。
【図６】一側溶接パスを周方向に沿って等間隔に分割した複数の回転型溶接区間の一例を示す図。
【図７】他側溶接パスを周方向に沿って等間隔に分割した複数の通常型溶接区間の一例を示す図。
【図８】他側溶接パスを周方向に沿って等間隔に分割した複数の回転型溶接区間の一例を示す図。
【図９】図１に示す多層溶接装置の制御部による制御の一例を示すフローチャート。
【図１０】中心軸計測部の一変形例を示す概略正面図。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、図１乃至図８を参照して、一実施の形態による多層溶接装置１について説明する。図１は、一実施の形態による多層溶接装置１の構成の一例を示す縦断面図である。本実施の形態の多層溶接装置１は、例えば原子力炉内に設置される大型の管体２、３同士を繋ぎ合わせることを意図されている。２つの管体２、３は、突き合わせられて繋ぎ合わせられるが、各管体２、３のうちのこの突合わせられた端部には、開先加工が施されている。開先とは、ＪＩＳ−Ｚ３００１に定義されているとおりであり、溶接する母材２、３間に設ける溝をいう。接合対象となる管体２、３として、例えば鋼製の管体が用いられる。
【００１３】
以下では、管体２、３の内面２ｃ、３ｃ側を一側とし、管体２、３の外面２ｄ、３ｄ側を他側として説明するが、当然に、管体２、３の内面２ｃ、３ｃ側を他側とし、管体２、３の外面２ｄ、３ｄ側を一側としてもよい。
【００１４】
図１に示すように、多層溶接装置１は、突合わせられた上側管体２の開先２ａと下側管体３の開先３ａとを、周方向に延びる溶接パスに沿って溶接し、環状の溶接ビードＷ１を複数層形成する装置である。多層溶接装置１は、下側管体３が載置される土台部１０と、土台部１０に載置された下側管体３の中心軸３ｂに関する情報、及び、上側管体２の中心軸２ｂに関する情報を計測するための中心軸計測部２０と、を備えている。
【００１５】
このうち、土台部１０は、水平面からなる接地面に載置されている。したがって、土台部１０に載置された下側管体３及び上側管体２は、各々の中心軸２ｂ、３ｂが鉛直方向と平行となるように配置されている。図１に示すように、土台部１０は、下側管体３が載置される４つのブロック１１を含んでいる。４つのブロック１１は、下側管体３の中心軸３ｂに対して４回対称に配置されている。言い換えると、４つのブロック１１は、周方向に沿って等しい間隔で配置されている。４つのブロック１１は、下側管体３を受ける面の高さの差が１ｍｍ以内となるように調整されている。
【００１６】
中心軸計測部２０は、上側管体２の中心軸２ｂを特定するために必要な情報、及び、下側管体３の中心軸３ｂを特定するために必要な情報を取得することができるものであれば特に限定されない。中心軸計測部２０は、接触式の計測装置であってもよいし、非接触式の計測装置であってもよい。本実施の形態の中心軸計測部２０は、非接触式の三次元測定機にて構成されている。具体的には、中心軸計測部２０は、３次元レーザ測定機からなる。この３次元レーザ測定機は、測定対象物に設置したターゲット２１にレーザ光を照射し、ターゲット２１から反射したレーザ光を計測することにより、ターゲット２１の３次元座標を計測するものである。以下、中心軸計測部２０が３次元レーザ測定機からなる例について図２及び図３を参照して詳細に説明していく。図２及び図３は、それぞれ、２つの管体２、３の中心軸２ｂ、３ｂを計測する方法を説明するための概略縦断面図及び概略横断面図である。
【００１７】
図２及び図３に示すように、中心軸計測部２０は、土台部１０が載置された接地面に載置され、下側管体３の内部に位置している。計測対象となるターゲット２１は、予め管体２、３に形成された孔や溝に、設置されている。本実施の形態では、上側管体２の中心軸２ｂを計測するために、上側管体２の上端近傍に４つのターゲット２１を配置している。下側管体３の中心軸３ｂを計測するために、下側管体３の下端近傍に４つのターゲット２１を配置している。また、２つの管体２、３を突合わせた位置付近に歪みや変形等による異常がないかを確認するために、２つの管体２、３を突合わせた位置付近、図示する例では下側管体３の開先（上端）付近に、４つのターゲット２１を配置している。
【００１８】
図３に示すように、上側管体２の上端近傍に配置された４つのターゲット２１は、水平面に平行な平面内に配置されている。４つのターゲット２１は、上側管体２の内面２ｃに沿って等しい間隔で並べられている。すなわち、４つのターゲット２１は、上側管体２の中心軸２ｂに対して４回対称となっている。このようなターゲット２１の配置によれば、互いに対向する２つのターゲット２１を結ぶ直線Ｌ１と、残りの２つのターゲット２１を結ぶ直線Ｌ２と、の交点を求めることにより、上側管体２の中心軸２ｂ上の点の位置を特定することができる。さらに、４つのターゲット２１が配置された平面を特定することにより、上側管体２の中心軸２ｂの延びる方向を特定することができる。したがって、このようなターゲット２１の配置によれば、上側管体２の中心軸２ｂを精度よく特定することができる。
【００１９】
同様に、下側管体３の下端近傍に配置された４つのターゲット２１は、水平面に平行な平面内に配置されている。４つのターゲット２１は、下側管体３の内面３ｃに沿って等しい間隔で並べられている。すなわち、４つのターゲット２１は、下側管体３の中心軸３ｂに対して４回対称となっている。このようなターゲット２１の配置によれば、上側管体２の中心軸２ｂを特定したやり方と同様にして、下側管体３の中心軸３ｂを精度よく特定することができる。
【００２０】
一方、下側管体３の開先付近に配置された４つのターゲット２１は、水平面に平行な平面内に配置されている。４つのターゲット２１は、下側管体３の内面３ｃに沿って等しい間隔で並べられている。すなわち、４つのターゲット２１は、下側管体３の中心軸３ｂに対して４回対称となっている。２つの管体２、３を突合わせた位置付近は、溶接による熱歪み等の影響を受け変形し易い。したがって、下側管体３の開先付近に配置された４つのターゲット２１を用いて特定される下側管体３の中心軸が、下側管体３の下端付近に配置された４つのターゲット２１を用いて特定される下側管体３の中心軸３ｂに対してどの程度ズレているか把握することで、２つの管体２、３を突合わせた位置付近において許容外の変形が発生していないか確認することができる。すなわち、下側管体３の開先付近の内面３ｃに４つのターゲット２１を配置することで、２つの管体２、３を突合わせた位置付近における変形が許容内であることを保証し、２つの管体２、３を精度よく繋ぎ合わせることに寄与する。
【００２１】
図１に戻って、多層溶接装置１は、突合わせられた上側管体２の開先２ａと下側管体３の開先３ａとを、周方向に延びる一側溶接パスＰ１（図５参照）に沿って、上側管体２及び下側管体３の一側から溶接する一側溶接部３０と、突合わせられた上側管体２の開先２ａと下側管体３の開先３ａとを、周方向に延びる他側溶接パスＰ２（図７参照）に沿って、上側管体２及び下側管体３の他側から溶接する他側溶接部５０と、を備えている。
【００２２】
本実施の形態では、一側溶接部３０は、管体２、３の内面２ｃ、３ｃ側から当該内面２ｃ、３ｃの周方向に沿って溶接を行い、他側溶接部５０は、管体２、３の外面２ｄ、３ｄ側から当該外面２ｄ、３ｄの周方向に沿って溶接を行う。一側溶接部３０及び他側溶接部５０は、それぞれ、溶接トーチ３１、５１を有している。一側溶接部３０及び他側溶接部５０として、突合わせ溶接に用いられるそれ自体既知の溶接機が用いられる。一例として、一側溶接部３０及び他側溶接部５０として、ＭＩＧ溶接機、ＭＡＧ溶接機あるいはＴＩＧ溶接機が挙げられる。なお、一側溶接パスＰ１とは、環状の溶接ビードＷ１を一層形成するために、一側溶接部３０の溶接トーチ３１の先端が通る経路をいい、他側溶接パスＰ２とは、環状の溶接ビードＷ２を一層形成するために、他側溶接部５０の溶接トーチ５１の先端が通る経路をいう。
【００２３】
図４に、一側溶接部３０を拡大して示す。図４に示すように、一側溶接部３０は、一側案内部８０によって支持され、当該一側案内部８０によって周方向に案内される。この一側案内部８０は、一側溶接部３０の溶接トーチ３１を管体２、３の開先２ａ、３ａに対して一定の距離に保ちつつ、周方向に延びる一側溶接パスＰ１に沿って一側溶接部３０を案内するためのものである。一側案内部８０は、上側管体２の内面２ｃに固定されている。一側案内部８０は、一側溶接部３０の溶接トーチ３１が２つの開先２ａ、３ａを突合わせた位置に対面するように、一側溶接部３０を支持している。とりわけ、一側溶接部３０の溶接トーチ３１が鉛直方向の可動域の中央に位置する際に２つの開先２ａ、３ａを突合わせた位置に対面するのがよい。本実施の形態の一側案内部８０は、ラック＆ピニオン方式で一側溶接部３０を周方向に案内するようになっている。具体的には、一側案内部８０は、上側管体２の内面２ｃに溶接にて固定された固定部材８１と、当該固定部材８１に支持され、上側管体２の内面２ｃに沿って周方向に延びるラック部材８２と、を含んでいる。一方、一側溶接部３０には、ラック部材８２と係合して当該ラック部材８２に沿って移動する不図示のピニオンが設けられている。一側溶接部３０に設けられたピニオンが、一側案内部８０のレール部材８２に沿って移動することにより、一側溶接部３０が一側溶接パスＰ１に沿って案内される。
【００２４】
同様に、他側溶接部５０は、他側案内部９０によって支持され、当該他側案内部９０によって周方向に案内される。この他側案内部９０は、他側溶接部５０の溶接トーチ５１を管体２、３の開先２ａ、３ａに対して一定の距離に保ちつつ、周方向に延びる他側溶接パスＰ２に沿って他側溶接部５０を案内するためのものである。他側案内部９０は、上側管体２の外面２ｄに固定されている。他側案内部９０は、他側溶接部５０の溶接トーチ５１が２つの開先２ａ、３ａを突合わせた位置に対面するように、他側溶接部５０を支持している。とりわけ、他側溶接部５０の溶接トーチ５１が鉛直方向の可動域の中央に位置する際に２つの開先２ａ、３ａを突合わせた位置に対面するのがよい。本実施の形態の他側案内部９０は、ラック＆ピニオン方式で他側溶接部５０を周方向に案内するようになっている。具体的には、他側案内部９０は、上側管体２の外面２ｄに溶接にて固定された固定部材９１と、当該固定部材９１に支持され、上側管体２の外面２ｄに沿って周方向に延びるラック部材９２と、を含んでいる。一方、他側溶接部５０には、ラック部材９２と係合して当該ラック部材９２に沿って移動する不図示のピニオンが設けられている。他側溶接部５０に設けられたピニオンが、他側案内部９０のレール部材９２に沿って移動することにより、他側溶接部５０が他側溶接パスＰ２に沿って案内される。
【００２５】
次に、一側溶接部３０の溶接トーチ３１が通る一側溶接パスＰ１について図５及び図６を参照して説明する。図５及び図６は、それぞれ、一側溶接パスＰ１を周方向に沿って等間隔に分割した複数の溶接区間ｐ１１〜１８の一例及び他の例を示す図である。図５及び図６に示すように、一側溶接パスＰ１は、周方向に沿って等間隔に複数の溶接区間ｐ１１〜１８に分割されている。本実施の形態では、一側溶接パスＰ１は、周方向に沿って等間隔に複数の通常型溶接区間ｐ１０１〜１０８に分割されるか、あるいは、周方向に沿って等間隔に複数の回転型溶接区間ｐ１１１〜１１８に分割される。図示する例では、通常型溶接区間ｐ１０１〜１０８は、８つの区間からなり、回転型溶接区間ｐ１１１〜１１８も、８つの区間からなる。通常型溶接区間ｐ１０１〜１０８の各境界と、回転型溶接区間ｐ１１１〜１１８の各境界とは、互いにずれている。具体的には、各回転型溶接区間ｐ１１１〜１１８は、対応する通常型溶接区間ｐ１０１〜１０８を、下側管体３の中心軸３ｂを中心として２２．５°回転させた形態に対応している。後述するように、制御部４０の制御に基づいて、一側溶接部３０は、順次選択的に溶接区間ｐ１１〜１８を移行して溶接を行っていくようになっている。
【００２６】
一方、他側溶接部５０の溶接トーチ５１が通る他側溶接パスＰ２も、図７及び図８に示すように、一側溶接部３０の溶接トーチ３１が通る一側溶接パスＰ１と略同様に構成されている。図７及び図８は、それぞれ、他側溶接パスＰ２を周方向に沿って等間隔に分割した複数の溶接区間ｐ２１〜２８の一例及び他の例を示す図である。他側溶接パスＰ２も、周方向に沿って等間隔に複数の溶接区間ｐ２１〜２８に分割されている。本実施の形態では、他側溶接パスＰ２は、周方向に沿って等間隔に複数の通常型溶接区間ｐ２０１〜２０８に分割されるか、あるいは、周方向に沿って等間隔に複数の回転型溶接区間ｐ２１１〜２１８に分割される。図示する例では、通常型溶接区間ｐ２０１〜２０８は、８つの区間からなり、回転型溶接区間ｐ２１１〜２１８も、８つの区間からなる。通常型溶接区間ｐ２０１〜２０８の各境界と、回転型溶接区間ｐ２１１〜２１８の各境界とは、互いにずれている。具体的には、各回転型溶接区間ｐ２１１〜２１８は、対応する通常型溶接区間ｐ２０１〜２０８を、下側管体３の中心軸３ｂを中心として２２．５°回転させた形態に対応している。後述するように、制御部４０の制御に基づいて、他側溶接部５０は、順次選択的に溶接区間ｐ２１〜２８を移行して溶接を行っていくようになっている。
【００２７】
さらに、本実施の形態の多層溶接装置１は、図１に示すように、一側溶接部３０によって形成された環状の溶接ビードＷ１の総厚みを計測する一側ビード厚計測部６０と、他側溶接部５０によって形成された環状の溶接ビードＷ２の総厚みを計測する他側ビード厚計測部７０と、を備えている。
【００２８】
一側ビード厚計測部６０及び他側ビード厚計測部７０は、対応する環状の溶接ビードＷ１、Ｗ２の総厚みを監視するために設けられている。さらに、一側ビード厚計測部６０及び他側ビード厚計測部７０は、一側溶接部３０と他側溶接部５０とを切り替えるタイミングを判断するための情報を取得するためにも設けられている。一側ビード厚計測部６０及び他側ビード厚計測部７０は、例えば非接触式の距離計であってもよい。本実施の形態の一側ビード厚計測部６０及び他側ビード厚計測部７０は、非接触式のレーザ距離計にて構成されている。非接触式のレーザ距離計からなる一側ビード厚計測部６０及び他側ビード厚計測部７０は、各々の投光面６１、７１からレーザ光を投射するようになっている。
【００２９】
本実施の形態では、４つの一側ビード厚計測部６０が、下側管体３内に配置されている。各一側ビード厚計測部６０の投光面６１は、管体２、３の開先２ａ、３ａの突合わせ位置に対面している。各一側ビード厚計測部６０は、周方向に移動する一側溶接部３０と干渉しないように、一側溶接部３０よりも下側管体３の中心軸３ｂ側に位置している。図示する例では、４つの一側ビード厚計測部６０は、下側管体３の内面３ｃに沿って等しい間隔で並べられている。すなわち、４つの一側ビード厚計測部６０は、下側管体３の中心軸３ｂに対して４回対称となっている。下側管体３の内面３ｃに沿って等しい間隔で並べられた複数の一側ビード厚計測部６０を配置することにより、環状の溶接ビードＷ１の総厚みを精度よく計測することができる。
【００３０】
一方、４つの他側ビード厚計測部７０が、下側管体３の外面３ｄ側に配置されている。各他側ビード厚計測部７０の投光面７１は、管体２、３の開先２ａ、３ａの突合わせ位置に対面している。各他側ビード厚計測部７０は、周方向に移動する他側溶接部５０と干渉しないように、他側溶接部５０よりも下側管体３の外面３ｄから離間した位置に配置されている。図示する例では、４つの他側ビード厚計測部７０は、下側管体３の外面３ｄに沿って等しい間隔で並べられている。すなわち、４つの他側ビード厚計測部７０は、下側管体３の中心軸３ｂに対して４回対称となっている。下側管体３の外面３ｄに沿って等しい間隔で並べられた複数の他側ビード厚計測部７０を配置することにより、環状の溶接ビードＷ２の総厚みを精度よく計測することができる。
【００３１】
さらに、図１に示すように、多層溶接装置１は、中心軸計測部２０、一側ビード厚計測部６０及び他側ビード厚計測部７０の計測結果に基づいて、一側溶接部３０及び他側溶接部５０を制御する制御部４０を備えている。制御部４０は、例えば、必要なソフトウェアをインストールしたパーソナルコンピュータにて構成される。
【００３２】
本実施の形態の制御部４０による制御について図９を参照して説明する。図９は、制御部４０による制御の一例を示すフローチャートである。図９に示すように、制御部４０は、中心軸計測部２０によって計測された上側管体２の中心軸２ｂに関する情報と下側管体３の中心軸３ｂに関する情報とを取得する（ＳＴＥＰ１）。続いて、この取得した情報から上側管体２の中心軸２ｂ及び下側管体３の中心軸３ｂを特定する。次に、特定された上側管体２の中心軸２ｂ及び下側管体３の中心軸３ｂに基づいて、順次選択的に溶接区間ｐ１１〜１８を移行して一側溶接部３０に溶接を行わせ、環状の溶接ビードＷ１を形成させる（ＳＴＥＰ２）。
【００３３】
ここで、制御部４０が一側溶接部３０に行わせる溶接の手順について図５を参照してさらに詳しく説明する。図５は、溶接区間ｐ１１〜１８に沿って順次溶接していく手順の一例を説明するための図である。先ず、制御部４０は、上側管体２の中心軸２ｂが下側管体３の中心軸３ｂに対して他側、すなわち外側に最もずれた溶接区間ｐ１１に沿って一側溶接部３０に溶接を行わせる（ＳＴＥＰ２−１）。これにより、上側管体２の中心軸２ｂを下側管体３の中心軸３ｂに対して一側、すなわち内側に引き寄せることができる。この結果、典型的には、上側管体２の中心軸２ｂが下側管体３の中心軸３ｂに対して一側にずれる。したがって、次に、他側に最もずれた溶接区間ｐ１１に対向する溶接区間ｐ１５に沿って一側溶接部３０に溶接を行わせる（ＳＴＥＰ２−２）。これにより、上側管体２の中心軸２ｂを下側管体３の中心軸３ｂに対して他側に引き戻すことができる。
【００３４】
次に、既に選択された２つの溶接区間ｐ１１、ｐ１５のいずれからも離間した溶接区間ｐ１７に沿って一側溶接部３０に溶接を行わせる（ＳＴＥＰ２−３）。これにより、上側管体２の中心軸２ｂが下側管体３の中心軸３ｂに対して溶接区間ｐ１７とは反対側に引き寄せられる。したがって、次に、直前に選択された溶接区間ｐ１７に対向する溶接区間ｐ１３に沿って一側溶接部３０に溶接を行わせる（ＳＴＥＰ２−４）。これにより、上側管体２の中心軸２ｂを下側管体３の中心軸３ｂに対して溶接区間ｐ１７側に引き戻すことができる。このように、偶数番目の溶接区間として、直前に選択された溶接区間に対向する溶接区間を選択する場合、当該直前に選択された溶接区間に対向する溶接区間側に引き寄せられた上側管体２の中心軸２ｂを、下側管体３の中心軸３ｂに対して直前に選択された溶接区間側に引き戻すことができる。
【００３５】
以下、同様な考えに基づいて、例えば溶接区間ｐ１８に沿って一側溶接部３０に溶接を行わせた後（ＳＴＥＰ２−５）、直前に選択された溶接区間ｐ１８に対向する溶接区間ｐ１４に沿って一側溶接部３０に溶接を行わせる（ＳＴＥＰ２−６）。その後、例えば溶接区間ｐ１６に沿って一側溶接部３０に溶接を行わせた後（ＳＴＥＰ２−７）、溶接区間ｐ１２に沿って一側溶接部３０に溶接を行わせる（ＳＴＥＰ２−８）。このように、順次選択的に溶接区間ｐ１１〜１８を移行して一側溶接部３０に溶接を行わせることにより、環状の溶接ビードＷ１が形成される（ＳＴＥＰ２）。
【００３６】
また、このような溶接の手順において、溶接欠陥の発生を抑制するためには、各溶接区間ｐ１１〜１８の始端位置及び終端位置は、任意の他の溶接区間ｐ１１〜１８の始端位置及び終端位置のいずれともずれているのがよい。そこで、本実施の形態では、制御部４０は、各溶接区間ｐ１１〜１８に沿って一側溶接部３０に溶接を行わせる際に、各溶接区間ｐ１１〜１８の終端位置を所定の長さだけ超えた位置まで溶接を行わせるようになっている。具体的には、制御部４０は、各溶接区間ｐ１１〜１８の終端位置を５０ｍｍだけ超えた位置まで溶接を行わせるようになっている。これにより、各溶接区間ｐ１１〜１８の始端位置及び終端位置が、任意の他の溶接区間ｐ１１〜１８の始端位置及び終端位置のいずれとも重なることを防止することができ、溶接欠陥の発生を抑制することができる。
【００３７】
続いて、図９に示すように、制御部４０は、一側ビード厚計測部６０によって計測された溶接ビードＷ１の総厚みが予め定められた第１厚みを越えるか判別する（ＳＴＥＰ３）。例えば、予め定められた第１厚みは、１０ｍｍに設定される。制御部４０は、溶接ビードＷ１の総厚みが予め定められた第１厚み以下の場合には、上述したＳＴＥＰ１〜３を繰返し行っていく。すなわち、制御部４０は、中心軸計測部２０によって計測された上側管体２の中心軸２ｂに関する情報と下側管体３の中心軸３ｂに関する情報とを再び取得する（ＳＴＥＰ１）。続いて、この取得した情報から上側管体２の中心軸２ｂ及び下側管体３の中心軸３ｂを特定する。次に、制御部４０は、特定された上側管体２の中心軸２ｂ及び下側管体３の中心軸３ｂに基づいて、順次選択的に溶接区間ｐ１１〜１８を移行して一側溶接部３０に溶接を行わせ、環状の溶接ビードＷ１を積み重ねさせていくようになっている（ＳＴＥＰ２）。続いて、制御部４０は、一側ビード厚計測部６０によって計測された溶接ビードＷ１の総厚みが予め定められた第１厚みを越えるか判別する（ＳＴＥＰ３）。
【００３８】
ここで、上述したように、一側溶接パスＰ１は、周方向に沿って等間隔に複数の通常型溶接区間ｐ１０１〜１０８に分割される、あるいは、周方向に沿って等間隔に複数の回転型溶接区間ｐ１１１〜１１８に分割される。本実施の形態では、第１層目の環状の溶接ビードＷ１を、通常型溶接区間ｐ１０１〜１０８を用いて形成させるようになっており、第２層目の環状の溶接ビードＷ１を、回転型溶接区間ｐ１１１〜１１８を用いて形成するようになっている。その後は、制御部４０は、通常型溶接区間ｐ１０１〜１０８を用いて環状の溶接ビードＷ１を形成させる制御と、回転型溶接区間ｐ１１１〜１１８を用いて環状の溶接ビードＷ１を形成させる制御と、を交互に繰返し行うようになっている。
【００３９】
一側溶接部３０に環状の溶接ビードＷ１を繰返し形成させていき、一側ビード厚計測部６０が計測した溶接ビードＷ１の総厚みが予め定められた第１厚みを越えると、制御部４０は、一側溶接部３０から他側溶接部５０に切り替えるようになっている。次に、制御部４０は、中心軸計測部２０によって計測された上側管体２の中心軸２ｂに関する情報と下側管体３の中心軸３ｂに関する情報とを取得する（ＳＴＥＰ４）。続いて、この取得した情報から上側管体２の中心軸２ｂ及び下側管体３の中心軸３ｂを特定する。次に、制御部４０は、特定された上側管体２の中心軸２ｂ及び下側管体３の中心軸３ｂに基づいて、順次選択的に溶接区間ｐ２１〜２８を移行して他側溶接部５０に溶接を行わせ、不図示の環状の溶接ビードＷ２を形成させる（ＳＴＥＰ５）。
【００４０】
ここで、制御部４０が他側溶接部５０に行わせる溶接の手順について図７を参照してさらに詳しく説明する。先ず、制御部４０は、上側管体２の中心軸２ｂが下側管体３の中心軸３ｂに対して一側、すなわち内側に最もずれた溶接区間ｐ２１に沿って他側溶接部５０に溶接を行わせる（ＳＴＥＰ５−１）。これにより、上側管体２の中心軸２ｂを下側管体３の中心軸３ｂに対して他側、すなわち外側に引き寄せることができる。この結果、典型的には、上側管体２の中心軸２ｂが下側管体３の中心軸３ｂに対して他側にずれる。したがって、次に、他側に最もずれた溶接区間ｐ２１に対向する溶接区間ｐ２５に沿って他側溶接部５０に溶接を行わせる（ＳＴＥＰ５−２）。これにより、上側管体２の中心軸２ｂを下側管体３の中心軸３ｂに対して一側に引き戻すことができる。
【００４１】
次に、既に選択された２つの溶接区間ｐ２１、ｐ２５のいずれからも離間した溶接区間ｐ２７に沿って他側溶接部５０に溶接を行わせる（ＳＴＥＰ５−３）。これにより、上側管体２の中心軸２ｂが下側管体３の中心軸３ｂに対して溶接区間ｐ２７とは反対側に引き寄せられる。したがって、次に、直前に選択された溶接区間ｐ２７に対向する溶接区間ｐ２３に沿って他側溶接部５０に溶接を行わせる（ＳＴＥＰ５−４）。これにより、上側管体２の中心軸２ｂを下側管体３の中心軸３ｂに対して溶接区間ｐ２７側に引き戻すことができる。このように、偶数番目の溶接区間として、直前に選択された溶接区間に対向する溶接区間を選択する場合、当該直前に選択された溶接区間に対向する溶接区間側に引き寄せられた上側管体２の中心軸２ｂを、下側管体３の中心軸３ｂに対して直前に選択された溶接区間側に引き戻すことができる。
【００４２】
以下、同様な理由により、例えば溶接区間ｐ２８に沿って他側溶接部５０に溶接を行わせた後（ＳＴＥＰ５−５）、直前に選択された溶接区間ｐ２８に対向する溶接区間ｐ２４に沿って他側溶接部５０に溶接を行わせる（ＳＴＥＰ５−６）。その後、例えば溶接区間ｐ２６に沿って他側溶接部５０に溶接を行わせた後（ＳＴＥＰ５−７）、溶接区間ｐ２２に沿って他側溶接部５０に溶接を行わせる（ＳＴＥＰ５−８）。このように、順次選択的に溶接区間ｐ２１〜２８を移行して他側溶接部５０に溶接を行わせることにより、環状の溶接ビードＷ２が形成される（ＳＴＥＰ５）。
【００４３】
また、このような溶接の手順において、溶接欠陥の発生を抑制するためには、各溶接区間ｐ２１〜２８の始端位置及び終端位置は、任意の他の溶接区間ｐ２１〜２８の始端位置及び終端位置のいずれともずれているのがよい。そこで、本実施の形態では、制御部４０は、各溶接区間ｐ２１〜２８に沿って他側溶接部５０に溶接を行わせる際に、各溶接区間ｐ２１〜２８の終端位置を所定の長さだけ超えた位置まで溶接を行わせるようになっている。具体的には、制御部４０は、各溶接区間ｐ２１〜２８の終端位置を５０ｍｍだけ超えた位置まで溶接を行わせるようになっている。これにより、各溶接区間ｐ２１〜２８の始端位置及び終端位置が、任意の他の溶接区間ｐ２１〜２８の始端位置及び終端位置のいずれとも重なることを防止することができ、溶接欠陥の発生を抑制することができる。
【００４４】
続いて、図９に示すように、制御部４０は、他側ビード厚計測部７０によって計測された溶接ビードＷ２の総厚みが予め定められた第２厚みを越えるか判別する（ＳＴＥＰ６）。例えば、予め定められた第２厚みは、１０ｍｍに設定される。制御部４０は、溶接ビードＷ２の総厚みが予め定められた第２厚み以下の場合には、上述したＳＴＥＰ４〜６を繰返し行っていく。
【００４５】
ここで、上述したように、他側溶接パスＰ２は、周方向に沿って等間隔に複数の通常型溶接区間ｐ２０１〜２０８に分割される、あるいは、周方向に沿って等間隔に複数の回転型溶接区間ｐ２１１〜２１８に分割される。本実施の形態では、第１層目の環状の溶接ビードＷ２を、通常型溶接区間ｐ２０１〜２０８を用いて形成させるようになっており、第２層目の環状の溶接ビードＷ２を、回転型溶接区間ｐ２１１〜２１８を用いて形成するようになっている。その後は、制御部４０は、通常型溶接区間ｐ２０１〜２０８を用いて環状の溶接ビードＷ２を形成させる制御と、回転型溶接区間ｐ２１１〜２１８を用いて環状の溶接ビードＷ２を形成させる制御と、を交互に繰返し行うようになっている。
【００４６】
他側溶接部５０に環状の溶接ビードＷ２を繰返し形成させていき、他側ビード厚計測部７０が計測した溶接ビードＷ２の総厚みが予め定められた第２厚みを越えると、制御部４０は、他側溶接部５０から一側溶接部３０に切り替えるようになっている。その後、制御部４０は、一側溶接部３０及び他側溶接部５０に環状の溶接ビードＷ１、Ｗ２を二層ずつ交互に形成させるようになっている。
【００４７】
具体的には、制御部４０は、中心軸計測部２０によって計測された上側管体２の中心軸２ｂに関する情報と下側管体３の中心軸３ｂに関する情報とを取得する（ＳＴＥＰ７）。続いて、この取得した情報から上側管体２の中心軸２ｂ及び下側管体３の中心軸３ｂを特定する。次に、制御部４０は、特定された上側管体２の中心軸２ｂ及び下側管体３の中心軸３ｂに基づいて、順次選択的に溶接区間ｐ１１〜１８を移行して一側溶接部３０に溶接を行わせ、環状の溶接ビードＷ１を形成する（ＳＴＥＰ８）。このとき、制御部４０は、通常型溶接区間ｐ１０１〜１０８を用いて環状の溶接ビードＷ１を形成させる制御と、回転型溶接区間ｐ１１１〜１１８を用いて環状の溶接ビードＷ１を形成させる制御と、が交互に行われるように制御する。続いて、制御部４０は、一側ビード厚計測部６０によって計測された溶接ビードＷ１の総厚みが予め定められた第３厚みを越えるか判別する（ＳＴＥＰ９）。なお、第３厚みには、例えば、製品として目標とする総厚みから仕上げ溶接の厚みを引いた値が選定され、第３厚みは、少なくとも第１厚みよりも大きい。
【００４８】
図９に示すように、一側溶接部３０に環状の溶接ビードＷ１を二層形成させた後、予め定められた第三厚み以下の場合には、制御部４０は、一側溶接部３０から他側溶接部５０に切り替えるようになっている。そして、制御部４０は、中心軸計測部２０によって計測された上側管体２の中心軸２ｂに関する情報と下側管体３の中心軸３ｂに関する情報とを取得する（ＳＴＥＰ１０）。続いて、この取得した情報から上側管体２の中心軸２ｂ及び下側管体３の中心軸３ｂを特定する。次に、制御部４０は、特定された上側管体２の中心軸２ｂ及び下側管体３の中心軸３ｂに基づいて、順次選択的に溶接区間ｐ２１〜２８を移行して他側溶接部５０に溶接を行わせ、環状の溶接ビードＷ２を形成する（ＳＴＥＰ１１）。このとき、制御部４０は、通常型溶接区間ｐ２０１〜２０８を用いて環状の溶接ビードＷ２を形成させる制御と、回転型溶接区間ｐ２１１〜２１８を用いて環状の溶接ビードＷ２を形成させる制御と、が交互に行われるように制御する。続いて、制御部４０は、他側ビード厚計測部７０によって計測された溶接ビードＷ２の総厚みが予め定められた第４厚みを越えるか判別する（ＳＴＥＰ１２）。なお、第４厚みには、例えば、製品として目標とする総厚みから仕上げ溶接の厚みを引いた値が選定され、第４厚みは、少なくとも第２厚みよりも大きい。
【００４９】
このように、一側溶接部３０及び他側溶接部５０に環状の溶接ビードＷ１、Ｗ２を二層ずつ交互に形成させていき、一側ビード厚計測部６０によって計測された溶接ビードＷ１の総厚みが予め定められた第３厚みを越えると、制御部４０は、一側溶接部３０に仕上げ溶接を行わせる（ＳＴＥＰ１３）。これによって、一側溶接部３０による溶接が完了する。また、他側ビード厚計測部７０によって計測された溶接ビードＷ２の総厚みが予め定められた第４厚みを越えると、制御部４０は、他側溶接部５０に仕上げ溶接を行わせる（ＳＴＥＰ１４）。これによって、他側溶接部５０による溶接も完了する。
【００５０】
次に、以上のような構成からなる本実施の形態の作用について説明する。
【００５１】
本実施の形態の多層溶接方法は、中心軸計測部２０によって、上側管体２の中心軸２ｂに関する情報、及び、下側管体３の中心軸３ｂに関する情報を取得する工程と（ＳＴＥＰ１）、突合わせられた上側管体２の開先２ａと下側管体３の開先３ａとを、周方向に延びる一側溶接パスＰ１に沿って一側から溶接する工程と、突合わせられた上側管体２の開先２ａと下側管体３の開先３ａとを、周方向に延びる他側溶接パスＰ２に沿って他側から溶接する工程と、を備える。
【００５２】
図５に示すように、一側から溶接する工程において、先ず、制御部４０によって、一側溶接パスＰ１を周方向に沿って等間隔に複数の溶接区間ｐ１１〜１８に分割される。続いて、制御部４０によって、取得された上側管体２の中心軸２ｂに関する情報と下側管体３の中心軸３ｂに関する情報とに基づいて、上側管体２の中心軸２ｂが下側管体３の中心軸３ｂに対して他側に最もずれた溶接区間ｐ１１から、順次選択的に他の溶接区間ｐ１２〜１８に移行して一側溶接部３０に溶接を行わせ環状の溶接ビードＷ１が形成される（ＳＴＥＰ２）。なお、一側溶接部３０に行わせる溶接の手順については、図５を参照して説明した手順の通りである。
【００５３】
その後、一側ビード厚計測部６０によって溶接ビードＷ１の総厚みが計測される。続いて、制御部４０によって、一側ビード厚計測部６０によって計測された溶接ビードＷ１の総厚みが予め定められた第１厚みを越えるか判別される（ＳＴＥＰ３）。計測された溶接ビードＷ１の総厚みが予め定められた第１厚み以下の場合には、制御部４０によって、上述したＳＴＥＰ１〜３が繰返し行われていく。
【００５４】
本実施の形態では、一側から溶接する工程は、一側溶接パスＰ１を周方向に沿って等間隔に複数の通常型溶接区間ｐ１０１〜１０８に分割し、取得された上側管体２の中心軸２ｂに関する情報と下側管体３の中心軸３ｂに関する情報とに基づいて、上側管体２の中心軸２ｂが下側管体３の中心軸３ｂに対して他側に最もずれた溶接区間ｐ１１から、順次選択的に他の溶接区間ｐ１２〜１８に移行して溶接して環状の溶接ビードを形成する第１工程と、一側溶接パスＰ１を周方向に沿って等間隔に複数の回転型溶接区間ｐ１１１〜１１８に分割し、取得された上側管体２の中心軸２ｂに関する情報と下側管体３の中心軸３ｂに関する情報とに基づいて、上側管体２の中心軸２ｂが下側管体３の中心軸３ｂに対して他側に最もずれた溶接区間ｐ１１から、順次選択的に他の溶接区間ｐ１２〜１８に移行して溶接して環状の溶接ビードＷ１を形成する第２工程と、を含んでいる。そして、第１工程における通常型溶接区間ｐ１０１〜１０８の各境界と、第２工程における回転型溶接区間ｐ１１１〜１１８の各境界とは、互いにずれている。上述したＳＴＥＰ１〜３が繰返し行われていく場合、第１工程と第２工程とが交互に繰返し行われるように制御される。
【００５５】
環状の溶接ビードＷ１を繰返し形成していき、一側溶接部３０が計測した溶接ビードＷ１の総厚みが予め定められた第１厚みを越えると、他側から溶接する工程を開始する。具体的には、先ず、中心軸計測部２０によって上側管体２の中心軸３ｂに関する情報と下側管体３の中心軸３ｂに関する情報とが取得される（ＳＴＥＰ４）。続いて、制御部４０によって、取得された上側管体２の中心軸２ｂ及び下側管体３の中心軸３ｂに基づいて、順次選択的に溶接区間ｐ２１〜２８を移行して他側溶接部５０に溶接を行わせ環状の溶接ビードＷ２が形成される（ＳＴＥＰ５）。なお、他側溶接部５０に行わせる溶接の手順については、図７を参照して説明した手順の通りである。
【００５６】
その後、他側ビード厚計測部７０によって溶接ビードＷ２の総厚みが計測される。続いて、制御部４０によって、他側ビード厚計測部７０によって計測された溶接ビードＷ２の総厚みが予め定められた第２厚みを越えるか判別される（ＳＴＥＰ６）。計測された溶接ビードＷ２の総厚みが予め定められた第２厚み以下の場合には、制御部４０によって、上述したＳＴＥＰ４〜６が繰返し行われていく。
【００５７】
本実施の形態では、他側から溶接する工程は、他側溶接パスＰ２を周方向に沿って等間隔に複数の通常型溶接区間ｐ２０１〜２０８に分割し、取得された上側管体２の中心軸２ｂに関する情報と下側管体３の中心軸３ｂに関する情報とに基づいて、上側管体２の中心軸２ｂが下側管体３の中心軸３ｂに対して一側に最もずれた溶接区間ｐ２１から、順次選択的に他の溶接区間ｐ２２〜２８に移行して溶接して環状の溶接ビードを形成する第３工程と、他側溶接パスＰ２を周方向に沿って等間隔に複数の回転型溶接区間ｐ２１１〜２１８に分割し、取得された上側管体２の中心軸２ｂに関する情報と下側管体３の中心軸３ｂに関する情報とに基づいて、上側管体２の中心軸２ｂが下側管体３の中心軸３ｂに対して一側に最もずれた溶接区間ｐ２１から、順次選択的に他の溶接区間ｐ２２〜２８に移行して溶接して環状の溶接ビードＷ２を形成する第４工程と、を含みんでいる。そして、第３工程における通常型溶接区間ｐ２０１〜２０８の各境界と、第４工程における回転型溶接区間ｐ２１１〜２１８の各境界とは、互いにずれている。上述したＳＴＥＰ４〜６が繰返し行われていく場合、第３工程と第４工程とが交互に繰返し行われるように制御される。
【００５８】
環状の溶接ビードＷ２を繰返し形成していき、他側ビード厚計測部７０が計測した溶接ビードＷ２の総厚みが予め定められた第２厚みを越えると、一側から溶接する工程に切替り、以降一側から溶接する工程と他側から溶接する工程とを交互に二回ずつ行っていく。
【００５９】
一側から溶接する工程と他側から溶接する工程とを交互に二回ずつ行っていき、一側ビード厚計測部６０によって計測された溶接ビードＷ１の総厚みが予め定められた第３厚みを越えると、一側から仕上げ溶接を行う（ＳＴＥＰ１３）。これによって、一側からの溶接が完了する。また、他側ビード厚計測部７０によって計測された溶接ビードＷ２の総厚みが予め定められた第４厚みを越えると、他側から仕上げ溶接を行う（ＳＴＥＰ１４）。これによって、他側からの溶接も完了する。
【００６０】
以上のように、本実施の形態の多層溶接装置１によれば、制御部４０が、一側溶接パスＰ１を周方向に沿って等間隔に複数の溶接区間ｐ１１〜１８に分割し、上側管体２の中心軸２ｂが下側管体３の中心軸３ｂに対して他側に最もずれた溶接区間ｐ１１から、順次選択的に他の溶接区間ｐ１２〜ｐ１８に移行して一側溶接部３０に溶接を行わせるようになっている。このような形態によれば、上側管体２の中心軸２ｂが下側管体３の中心軸３ｂに対して他側に最もずれた溶接区間ｐ１１を、一側溶接部３０によって一側から溶接することで、上側管体２の中心軸２ｂを下側管体３の中心軸３ｂに対して一側に引き寄せることができる。このため、上側管体２の中心軸２ｂと下側管体３の中心軸３ｂとのズレが小さくなるように、当該管体２、３同士を繋ぎ合わせることができる。また、各大型の管体２、３の中心軸２ｂ、３ｂに関する情報を中心軸計測部２０によって計測することができるため、多くの要員及び時間を必要としない。また、大型の管体２、３の中心軸２ｂ、３ｂを精度よく位置合わせするために、別個の拘束体等を準備する必要もないため、費用も準備期間も抑えることができる。したがって、本実施の形態の多層溶接装置１によれば、大型の管体２、３の中心軸２ｂ、３ｂ同士のズレを抑えながら、当該管体２、３同士を効率よく繋ぎ合わせることができる。
【００６１】
また、本実施の形態の多層溶接装置１によれば、制御部４０は、一側溶接部３０に環状の溶接ビードＷ１を繰返し形成させ、一側ビード厚計測部６０が計測した溶接ビードＷ１の総厚みが予め定められた第１厚みを越えると、他側溶接部５０に溶接を行わせるようになっている。このような形態によれば、一側に形成される溶接ビードＷ１の総厚みを管理することに加えて、一側溶接部３０から他側溶接部５０に、駆動対象を効率よく自動で切り替えることができる。
【００６２】
また、本実施の形態の多層溶接装置１によれば、制御部４０は、他側溶接パスＰ２を周方向に沿って等間隔に複数の溶接区間ｐ２１〜２８に分割し、中心軸計測部２０によって計測された上側管体２の中心軸２ｂに関する情報と下側管体３の中心軸３ｂに関する情報とに基づいて、上側管体２の中心軸２ｂが下側管体３の中心軸３ｂに対して一側に最もずれた溶接区間ｐ２１から、順次選択的に他の溶接区間ｐ２２〜２８に移行して他側溶接部５０に溶接を行わせ、環状の溶接ビードＷ２を形成させるようになっている。このような形態によれば、上側管体２の中心軸２ｂが下側管体３の中心軸３ｂに対して一側に最もずれた溶接区間ｐ２１を、他側溶接部５０によって他側から溶接することで、上側管体２の中心軸２ｂを下側管体３の中心軸３ｂに対して他側に引き寄せることができる。このため、上側管体２の中心軸２ｂと下側管体３の中心軸３ｂとのズレが小さくなるように、当該管体２、３同士を繋ぎ合わせることができる。
【００６３】
また、本実施の形態の多層溶接装置１によれば、制御部４０は、他側溶接部５０に環状の溶接ビードＷ２を繰返し形成させ、他側ビード厚計測部７０が計測した溶接ビードＷ２の総厚みが予め定められた第２厚みを越えると、一側溶接部３０及び他側溶接部５０に環状の溶接ビードＷ１、Ｗ２を二層ずつ交互に形成させるようになっている。このような形態によれば、他側に形成される溶接ビードＷ２の総厚みを管理することに加えて、一側溶接部３０による溶接と、他側溶接部５０による溶接と、をバランスよく行わせることができる。
【００６４】
本実施の形態の多層溶接方法によれば、一側溶接パスＰ１を周方向に沿って等間隔に複数の溶接区間ｐ１１〜１８に分割し、上側管体２の中心軸２ｂが下側管体３の中心軸３ｂに対して他側に最もずれた溶接区間ｐ１１から、順次選択的に他の溶接区間ｐ１１〜１８に移行して溶接する。このような形態によれば、上側管体２の中心軸２ｂが下側管体３の中心軸３ｂに対して他側に最もずれた溶接区間ｐ１１〜１８を一側から溶接することで、上側管体２の中心軸２ｂを下側管体３の中心軸３ｂに対して一側に引き寄せることができる。このため、上側管体２の中心軸２ｂと下側管体３の中心軸３ｂとのズレが小さくなるように、当該管体２、３同士を繋ぎ合わせることができる。また、大型の管体２、３の中心軸２ｂ、３ｂ同士を精度よく位置合わせするために、別個の拘束体等を準備する必要もないため、費用も準備期間も抑えることができる。したがって、本実施の形態の多層溶接方法によれば、大型の管体２、３の中心軸２ｂ、３ｂ同士のズレを抑えながら、当該管体２、３同士を効率よく繋ぎ合わせることができる。
【００６５】
また、本実施の形態の多層溶接方法によれば、第１工程における通常型溶接区間ｐ１０１〜１０８の各境界と、第２工程における回転型溶接区間ｐ１１１〜１１８の各境界とは、互いにずれている。このような形態によれば、第１工程における通常型溶接区間ｐ１０１〜１０８の各境界と、第２工程における回転型溶接区間ｐ１１１〜１１８の各境界とが、互いに重なり合うことを防止することができ、溶接欠陥の発生を効果的に抑制することができる。
【００６６】
また、本実施の形態の多層溶接方法によれば、一側から溶接する工程を繰返し行うことにより形成された溶接ビードＷ１の総厚みが予め定められた第１厚みを越えたときに、他側から溶接する工程を開始する。このような形態によれば、一側からの溶接と他側からの溶接とを効率よく切り替えることができる。
【００６７】
さらに、本実施の形態の多層溶接方法によれば、他側溶接パスＰ２を周方向に沿って等間隔に複数の溶接区間ｐ２１〜２８に分割し、上側管体２の中心軸２ｂが下側管体３の中心軸３ｂに対して一側に最もずれた溶接区間ｐ２１から、順次選択的に他の溶接区間ｐ２２〜２８に移行して溶接する。このような形態によれば、上側管体２の中心軸２ｂが下側管体３の中心軸３ｂに対して一側に最もずれた溶接区間ｐ２２〜２８を他側から溶接することで、上側管体２の中心軸２ｂを下側管体３の中心軸３ｂに対して他側に引き寄せることができる。このため、上側管体２の中心軸２ｂと下側管体３の中心軸３ｂとのズレが小さくなるように、当該管体２、３同士を繋ぎ合わせることができる。また、大型の管体２、３の中心軸２ｂ、３ｂ同士を精度よく位置合わせするために、別個の拘束体等を準備する必要もないため、費用も準備期間も抑えることができる。したがって、本実施の形態の多層溶接方法によれば、大型の管体２、３の中心軸２ｂ、３ｂ同士のズレを抑えながら、当該管体２、３同士を効率よく繋ぎ合わせることができる。
【００６８】
また、本実施の形態の多層溶接方法によれば、第３工程における通常型溶接区間ｐ２０１〜２０８の各境界と、第４工程における回転型溶接区間ｐ２１１〜２１８の各境界とは、互いにずれている。このような形態によれば、第３工程における通常型溶接区間ｐ２０１〜２０８の各境界と、第４工程における回転型溶接区間ｐ２１１〜２１８の各境界とが、互いに重なり合うことを防止することができ、溶接欠陥の発生を効果的に抑制することができる。
【００６９】
また、本実施の形態による多層溶接方法によれば、他側から溶接する工程を繰返し行うことにより形成された溶接ビードＷ２の総厚みが予め定められた第２厚みを越えたときに、一側から溶接する工程と他側から溶接する工程とを交互に二回ずつ行う。このような形態によれば、一側からの溶接と他側からの溶接とをバランスよく切り替えて行わせることができる。
【００７０】
≪変形例≫
なお、上述した実施の形態に対して様々な変更を加えることが可能である。以下、図面を参照しながら、変形の一例について説明する。以下の説明および以下の説明で用いる図面では、上述した実施の形態と同様に構成され得る部分について、上述の実施の形態における対応する部分に対して用いた符号と同一の符号を用いることとし、重複する説明を省略する。
【００７１】
上述した実施の形態では、図１に示すように、中心軸計測部２０が、下側管体３の内部に配置された３次元レーザ測定機からなる例を示したが、このような例に限定されない。図９に、中心軸計測部２０の他の例を示す。図９に示す例では、中心軸計測部２０は、非接触式の複数のレーザ計測器２２を有している。各レーザ計測器２２は、精度良く組立てられた架台２３に設置されている。
【００７２】
各レーザ計測器２２は、管体２、３上の測定対象となる位置との距離を計測ことができる。図９に示す例では、８つのレーザ計測器２２が、下側管体３の外面３ｄ下部の各位置との距離を計測すべく設けられており、８つのレーザ計測器２２が、上側管体２の外面２ｄ上部の各位置との距離を計測すべく設けられている。下側管体３の外面３ｄとの距離を計測すべく設けられた８つのレーザ計測器２２は、水平面に平行な平面内に配置され、下側管体３の外面３ｄから離間している。この８つのレーザ計測器２２は、下側管体３の外面３ｄを取り囲むように、周方向に沿って等しい間隔で並べられている。すなわち、８つのレーザ計測器２２は、下側管体３の中心軸３ｂに対して８回対称となっている。同様に、上側管体２の外面２ｄとの距離を計測すべく設けられた８つのレーザ計測器２２は、水平面に平行な平面内に配置され、上側管体２の外面２ｄから離間している。この８つのレーザ計測器２２は、上側管体２の外面２ｄを取り囲むように、周方向に沿って等しい間隔で並べられている。すなわち、８つのレーザ計測器２２は、上側管体２の中心軸２ｂに対して８回対称となっている。
【００７３】
中心軸計測部２０の各レーザ計測器２２によって計測された上側管体２の中心軸２ｂに関する情報、及び、下側管体３の中心軸３ｂに関する情報は、制御部４０に送られる。制御部４０は、計測された各レーザ計測器２２の上側管体２の中心軸２ｂに関する情報、及び、下側管体３の中心軸３ｂに関する情報に基づいて、上側管体２の中心軸２ｂが下側管体３の中心軸３ｂに対して他側に最もずれた溶接区間ｐ１１から、順次選択的に他の溶接区間ｐ１２〜１８に移行して一側溶接部３０に溶接を行わせるようになっている。具体的には、制御部４０は、各レーザ計測器２２によって計測された距離の値を対比して、上側管体２の中心軸２ｂが下側管体３の中心軸３ｂに対して他側に最もずれた溶接区間ｐ１１を特定する。そして、制御部４０は、この特定した溶接区間ｐ１１から、順次選択的に他の溶接区間ｐ１２〜１８に移行して一側溶接部３０に溶接を行わせるようになっている。制御部４０のその他の制御は、上述した実施の形態と略同様なため、ここではこれ以上詳細な説明を省略する。
【００７４】
図９に示す変形例によれば、比較的安価な複数のレーザ計測器２２を用いて中心軸計測部２０を実現することができるため、多層溶接装置１を安価に作製することができる。
【００７５】
なお、実施の形態は例示であり、各々の実施の形態を適宜組み合わせて実施することもでき、発明の範囲はそれに限定されない。
【符号の説明】
【００７６】
１…  多層溶接装置、  ２…  上側管体、  ２ａ…  開先、  ２ｂ…  中心軸、  ２ｃ…内面、  ２ｄ…  外面、  ３…  下側管体、  ３ａ…  開先、  ３ｂ…  中心軸、  ３ｃ…内面、  ３ｄ…  外面、  １０…  土台部、  ２０…  中心軸計測部、  ２１…  ターゲット、  ２２…  レーザ計測器、  ２３…  架台、  ３０…  一側溶接部、  ３１…  溶接トーチ、  ４０…  制御部、  ５０…  他側溶接部、  ５１…  溶接トーチ、  ６０…  一側ビード厚計測部、  ６１…  投光面、  ７０…  他側ビード厚計測部、  ７１…  投光面、  ８０…  一側案内部、  ８１…  固定部材、  ８２…  ラック部材、  ９０…  他側案内部、  ９１…  固定部材、  ９２…  ラック部材、  Ｐ１…    一側溶接パス、  ｐ１１〜１８…  溶接区間、  ｐ１０１〜１０８…           通常型溶接区間、  ｐ１１１〜１１８…  回転型溶接区間、  Ｐ２…  他側溶接パス、  ｐ２１〜２８…  溶接区間、  ｐ２０１〜２０８…           通常型溶接区間、  ｐ２１１〜２１８…  回転型溶接区間、  Ｗ１…  一側溶接ビード、  Ｗ２…  他側溶接ビード
【図１】
2015150618.tif 000003
【図２】
2015150618.tif 000004
【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】
2015150618.tif 000009
【図８】
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【図９】
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【図１０】
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