(57)【要約】【課題】施工後の溶接金属に発生する残留応力を軽減することができる溶接装置及び溶接方法を提供する。【解決手段】溶接の実施工をする溶接施工装置６と、溶接金属周辺部の温度を計測する温度計測手段２と、溶接金属周辺部を加熱する加熱装置７と、溶接施工装置６及び加熱装置７の作動制御を行う溶接制御装置５及び熱サイクル解析装置３とを備え、溶接制御装置５及び熱サイクル解析装置３は、施工後の一の溶接金属周辺部の計測温度が、一の溶接金属に熱的影響を及ぼす他の溶接金属をその時点で形成し始めれば他の溶接金属からの入熱により一の溶接金属の温度が逆変態終了温度以上になると想定される設定温度Ｔ１以上である場合、溶接施工装置６に他の溶接金属の形成開始を指示し、計測温度が設定温度に満たない場合、加熱装置７を作動させて一の溶接金属を加熱して計測温度以上にした上で溶接施工装置６に他の溶接金属の形成開始を指示する。【選択図】  図１
2008012541.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
溶接実施工を行う溶接トーチ、この溶接トーチを移動させる移動装置、この移動装置を駆動させる駆動装置、前記溶接トーチに消耗電極ワイヤを送給するワイヤ送給装置、及び、これら各装置を作動させる溶接電源を備えた溶接施工装置と、
溶接金属又はその周辺部の温度を計測する温度計測手段と、
溶接金属又はその周辺部を加熱する加熱装置と、
前記溶接施工装置及び前記加熱装置の作動制御を行う制御装置とを備え、
前記制御装置は、前記温度計測手段で計測された施工後の一の溶接金属又はその周辺部の計測温度が、前記一の溶接金属に熱的影響を及ぼす箇所に次に施工される他の溶接金属をその時点で形成し始めれば前記他の溶接金属からの入熱により前記一の溶接金属の温度が逆変態終了温度以上になると想定される設定温度以上である場合、前記溶接施工装置に指令信号を出力して前記他の溶接金属の形成手順に移行し、前記計測温度が前記設定温度に満たない場合、前記加熱装置を作動させて前記一の溶接金属を加熱し、その後前記計測温度が前記設定温度以上になったら前記溶接施工装置に指令信号を出力して前記他の溶接金属の形成手順に移行する手順を実行する
ことを特徴とする溶接装置。
【請求項２】
溶接実施工を行う溶接トーチ、この溶接トーチを移動させる移動装置、この移動装置を駆動させる駆動装置、前記溶接トーチに消耗電極ワイヤを送給するワイヤ送給装置、及び、これら各装置を作動させる溶接電源を備えた溶接施工装置と、
溶接金属の収縮に伴う継手の移動量を計測する移動量計測手段と、
溶接金属又はその周辺部を加熱する加熱装置と、
前記溶接施工装置及び前記加熱装置の作動制御を行う制御装置とを備え、
前記制御装置は、前記移動量計測装置で計測された施工後の継手の移動量が、一の溶接金属に熱的影響を及ぼす箇所に次に施工される他の溶接金属をその時点で形成し始めれば前記他の溶接金属からの入熱により前記一の溶接金属の温度が逆変態終了温度以上になると想定される移動量未満である場合、前記溶接施工装置に指令信号を出力して前記他の溶接金属の形成手順に移行し、前記計測移動量が前記設定移動量以上である場合、前記加熱装置を作動させて前記一の溶接金属を加熱し、その後前記計測移動量が前記設定移動量未満になったら前記溶接施工装置に指令信号を出力して前記他の溶接金属の形成手順に移行する手順を実行する
ことを特徴とする溶接装置。
【請求項３】
溶接実施工を行う溶接トーチ、この溶接トーチを移動させる移動装置、この移動装置を駆動させる駆動装置、前記溶接トーチに消耗電極ワイヤを送給するワイヤ送給装置、及び、これら各装置を作動させる溶接電源を備えた溶接施工装置と、
溶接金属の収縮に伴って発生する応力を計測する応力計測装置と、
溶接金属又はその周辺部を加熱する加熱装置と、
前記溶接施工装置及び前記加熱装置の作動制御を行う制御装置とを備え、
前記制御装置は、前記応力計測装置で計測された応力が、一の溶接金属に熱的影響を及ぼす箇所に次に施工される他の溶接金属をその時点で形成し始めれば前記他の溶接金属からの入熱により前記一の溶接金属の温度が逆変態終了温度以上になると想定される応力未満である場合、前記溶接施工装置に指令信号を出力して前記他の溶接金属の形成手順に移行し、前記計測応力が前記設定応力以上である場合、前記加熱装置を作動させて前記一の溶接金属を加熱し、その後前記計測応力が前記設定応力未満になったら前記溶接施工装置に指令信号を出力して前記他の溶接金属の形成手順に移行する手順を実行する
ことを特徴とする溶接装置。
【請求項４】
複数パスの溶接金属を形成する溶接方法において、
施工後の一の溶接金属又はその周辺部の温度又はそれに応じて変動する状態量が、前記一の溶接金属に熱的影響を及ぼす箇所に次に施工される他の溶接金属をその時点で形成し始めれば前記他の溶接金属からの入熱により前記一の溶接金属の温度が逆変態終了温度以上になると想定される必要条件を満たす場合、前記他の溶接金属の形成手順に移行し、
前記必要条件が満たされない場合、前記一の溶接金属を加熱して前記必要条件が満たされた後に、前記他の溶接金属の形成手順に移行する
ことを特徴とする溶接方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は消耗電極式の溶接装置及びそれを用いた溶接方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の溶接装置として、例えば特許文献１に記載されているもののように、初層と上盛層とで溶接条件を別個に設定したもの等もあり、溶接条件については従来から様々な検討がなされてきている。特許文献１の記載技術においては、初層の予熱温度又はパス間温度を１５０℃以下、上盛層のパス間温度を３５０℃以下に制限することで、溶接入熱量の制限がない高硬度多層肉盛溶接の実現を図っている。
【０００３】
【特許文献１】特開２０００−２３３２７６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、一部の特殊な組成の溶接金属を用いた場合を除き、一般的な溶接金属を用いて肉盛溶接をする場合、特許文献１の記載技術を含めた従来の溶接装置では、施工後、冷却に伴って溶接金属が収縮し始めると大気温度程度に達するまで溶接金属が収縮し続けるのが通常であり、母材に拘束された溶接金属には総収縮量に比例した引っ張り応力が残留することになる。溶接金属に発生した残留応力は、溶接構造物の変形や溶接金属の割れを生じさせる要因となるため、溶接部の信頼性の低下につながる。また、熱処理を施して残留応力を除去しなければならないような場合には労力も増大する。したがって、溶接金属の残留応力はでき得る限り軽減する必要がある。
【０００５】
本発明の目的は、施工後の溶接金属に発生する残留応力を軽減することができる溶接装置及び溶接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】
（１）上記目的を達成するために、本発明は、溶接実施工を行う溶接トーチ、この溶接トーチを移動させる移動装置、この移動装置を駆動させる駆動装置、前記溶接トーチに消耗電極ワイヤを送給するワイヤ送給装置、及び、これら各装置を作動させる溶接電源を備えた溶接施工装置と、溶接金属又はその周辺部の温度を計測する温度計測手段と、溶接金属又はその周辺部を加熱する加熱装置と、前記溶接施工装置及び前記加熱装置の作動制御を行う制御装置とを備え、前記制御装置は、前記温度計測手段で計測された施工後の一の溶接金属又はその周辺部の計測温度が、前記一の溶接金属に熱的影響を及ぼす箇所に次に施工される他の溶接金属をその時点で形成し始めれば前記他の溶接金属からの入熱により前記一の溶接金属の温度が逆変態終了温度以上になると想定される設定温度以上である場合、前記溶接施工装置に指令信号を出力して前記他の溶接金属の形成手順に移行し、前記計測温度が前記設定温度に満たない場合、前記加熱装置を作動させて前記一の溶接金属を加熱し、その後前記計測温度が前記設定温度以上になったら前記溶接施工装置に指令信号を出力して前記他の溶接金属の形成手順に移行する手順を実行することを特徴とする。
【０００７】
（２）上記目的を達成するために、本発明は、溶接実施工を行う溶接トーチ、この溶接トーチを移動させる移動装置、この移動装置を駆動させる駆動装置、前記溶接トーチに消耗電極ワイヤを送給するワイヤ送給装置、及び、これら各装置を作動させる溶接電源を備えた溶接施工装置と、溶接金属の収縮に伴う継手の移動量を計測する移動量計測装置と、溶接金属又はその周辺部を加熱する加熱装置と、前記溶接施工装置及び前記加熱装置の作動制御を行う制御装置とを備え、前記制御装置は、前記移動量計測装置で計測された施工後の継手の移動量が、一の溶接金属に熱的影響を及ぼす箇所に次に施工される他の溶接金属をその時点で形成し始めれば前記他の溶接金属からの入熱により前記一の溶接金属の温度が逆変態終了温度以上になると想定される移動量未満である場合、前記溶接施工装置に指令信号を出力して前記他の溶接金属の形成手順に移行し、前記計測移動量が前記設定移動量以上である場合、前記加熱装置を作動させて前記一の溶接金属を加熱し、その後前記計測移動量が前記設定移動量未満になったら前記溶接施工装置に指令信号を出力して前記他の溶接金属の形成手順に移行する手順を実行することを特徴とする。
【０００８】
（３）上記目的を達成するために、本発明は、溶接実施工を行う溶接トーチ、この溶接トーチを移動させる移動装置、この移動装置を駆動させる駆動装置、前記溶接トーチに消耗電極ワイヤを送給するワイヤ送給装置、及び、これら各装置を作動させる溶接電源を備えた溶接施工装置と、溶接金属の収縮に伴って発生する応力を計測する応力計測装置と、溶接金属又はその周辺部を加熱する加熱装置と、前記溶接施工装置及び前記加熱装置の作動制御を行う制御装置とを備え、前記制御装置は、前記応力計測装置で計測された応力が、一の溶接金属に熱的影響を及ぼす箇所に次に施工される他の溶接金属をその時点で形成し始めれば前記他の溶接金属からの入熱により前記一の溶接金属の温度が逆変態終了温度以上になると想定される応力未満である場合、前記溶接施工装置に指令信号を出力して前記他の溶接金属の形成手順に移行し、前記計測応力が前記設定応力以上である場合、前記加熱装置を作動させて前記一の溶接金属を加熱し、その後前記計測応力が前記設定応力未満になったら前記溶接施工装置に指令信号を出力して前記他の溶接金属の形成手順に移行する手順を実行することを特徴とする。
【０００９】
（４）上記目的を達成するために、本発明は、複数パスの溶接金属を形成する溶接方法において、施工後の一の溶接金属又はその周辺部の温度又はそれに応じて変動する状態量が、前記一の溶接金属に熱的影響を及ぼす箇所に次に施工される他の溶接金属をその時点で形成し始めれば前記他の溶接金属からの入熱により前記一の溶接金属の温度が逆変態終了温度以上になると想定される必要条件を満たす場合、前記他の溶接金属の形成手順に移行し、前記必要条件が満たされない場合、前記一の溶接金属を加熱して前記必要条件が満たされた後に、前記他の溶接金属の形成手順に移行することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、収縮時の溶接金属の変態膨張を最大限に生じさせることができるので、施工後の溶接金属に発生する残留応力を軽減することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下に図面を用いて本発明の実施の形態を説明する。
図１は本発明の第１の実施の形態に係る溶接装置の全体構成を表す概念図である。
図１に示したように、本実施の形態の溶接装置は、鋼材（母材）１ａ，１ｂから構成される継手１の溶接予定部に肉盛溶接する（溶接金属（ビード）１ｃを形成する）ものであり、溶接金属１ｃの温度を計測する温度計測手段２と、この温度計測手段２による計測温度を入力し溶接金属１ｃの熱サイクルを解析する熱サイクル解析装置３と、この熱サイクル解析装置３により解析された温度履歴データの格納及び溶接予定部の各パスの溶接の設定の溶接条件データを記憶する記憶装置４と、解析された温度履歴データに応じた溶接施工を可能にする溶接制御装置５と、この溶接制御装置５により制御されて溶接実施工を行う溶接施工装置６とを備えている。
【００１２】
溶接施工装置６は、溶接作業装置（溶接トーチ）６ａ、この溶接作業装置６ａを移動させる移動装置６ｂ、移動装置６ｂを駆動させるためのモータ等の駆動装置６ｃ、溶接作業装置６ａに消耗電極ワイヤを送給するワイヤ送給装置６ｄ、及び駆動装置６ｃやワイヤ送給装置６ｄの駆動用電力や消耗電極ワイヤに通電する溶接電力等を供給し各装置６ａ〜６ｄを作動させる溶接電源６ｅからなる。また本実施の形態では、継手１に形成された溶接金属１ｃを溶接金属１ｃの周辺部を加熱することで加熱して溶接金属１ｃの温度を調節する例えば電熱ヒータ等の加熱装置７が備えられている。加熱装置７は、例えばレーザを溶接金属１ｃに照射して溶接金属１ｃを直接的に加熱するような装置としても良い。
【００１３】
温度計測手段２は、溶接作業中の溶接金属１ｃの温度を測定することができる測定レンジがあれば特に方式等が制約されるものではないが、簡便な例として、熱電対を溶接予定部に沿って複数設け鋼材１ａ，１ｂの表面に貼り付ける（埋め込んでも良い）ことによって構成することができる。その他、非接触式のサーモグラフィ等を温度計測手段として利用することもできる。
【００１４】
熱電対を継手１の表面に貼り付ける場合、温度計測手段を取り付けるために継手１を事前に機械加工するような必要もなく、製品への適用も可能である。溶接予定箇所近傍に熱電対を設ける場合、厳密には溶接金属１ｃではなくその近傍の温度を計測することになるが、溶接時の鋼材への入熱は円形に分布するので、鋼材１ａ，１ｂの表面において測定目的である溶接金属１ｃの入熱量と同じ熱的影響下にある範囲内に位置するように熱電対を取り付ければ、溶接金属１ｃの温度計測値に近似することができる。また、図１では溶接予定箇所を挟んで鋼材１ａ，１ｂのそれぞれに所定間隔で３箇所ずつ、計６箇所の測定点（温度計測手段２の取り付け箇所）を図示しているが、測定位置及び個数は変更可能であり限定されない。
【００１５】
熱サイクル解析装置３は、温度計測手段２と接続されており、温度計測手段２により得られた温度データを受け取って、受け取ったデータを温度履歴データとしてデータ加工する。加工後の温度履歴データは記憶装置４に保管される。
【００１６】
記憶装置４は、熱サイクル解析装置３で加工された温度履歴データの他、各肉盛層の予め設定された溶接条件データを記億している。
【００１７】
溶接制御装置５は、記憶装置４に記憶された溶接条件データを読み込み、読み込んだ溶接条件データに従って溶接施工装置６を駆動させて溶接実施工を行う。この溶接条件データは事前検討により予め設定されもので、溶接金属を複数パス形成する場合、各パスの溶接条件を事前に検討してそれぞれの溶接条件が記憶装置４に格納される。また、特定の層の溶接条件を設定することにより、その特定の層の溶接条件を基に他の層の溶接条件が定まるようにすることも考えられる。
【００１８】
また、記憶装置４には、溶接中の溶接金属１ｃの温度を管理しながら溶接施工を行うプログラム（後述）が記憶されており、溶接制御装置５は、溶接作業時、そのプログラムを読み出し、読み出したプログラムと記憶装置４に格納された温度履歴データを基に溶接のタイミング制御を行う。この場合も各肉盛層の溶接条件は記憶装置４に記憶された溶接条件データに基づく。
【００１９】
図２は一般的な消耗電極ワイヤの温度とひずみ量（膨張量）の関係を表した図である。
図２において、消耗電極ワイヤが溶接電源からの供給電力によって加熱され、溶接作業装置６ａの移動に伴って溶接予定箇所に沿って溶接金属として形成される際、曲線Ａに沿って昇温とともに溶融しつつ膨張していき、温度が逆変態開始温度Ａｃ１（例えば７５０℃）に到達してから逆変態終了温度Ａｃ３（例えば９００℃＞Ａｃ１）までの間に体心立方格子から面心立方格子に結晶構造を変化させて一旦体積を減少させ、逆変態終了温度Ａｃ３を超える温度範囲でまた昇温に伴って膨張する。
【００２０】
ここで、逆変態とは、冷却時に金属が相変態を生じるための必要条件であり、図２の場合、加熱された消耗電極ワイヤの最高到達温度が逆変態終了温度Ａｃ３以上になれば、冷却時の収縮ひずみの発生機構が変化する。その結果、消耗電極ワイヤは曲線Ｂに沿って収縮し、その途中、常温近くで変態膨張を起こすようになる。
【００２１】
それに対し、消耗電極ワイヤの最高到達温度がＡｃ１〜Ａｃ３の場合、消耗電極ワイヤは、混合側に従い、曲線Ａ，Ｂに沿うことなく最高到達温度でのひずみ量から収縮していき、曲線Ｂの変態膨張が生じる温度範囲まで温度が低下したところで曲線Ｂに合流して収縮する。また、消耗電極ワイヤの最高到達温度が逆変態開始温度Ａｃ１に満たない場合、消耗電極ワイヤは曲線Ａに沿って最高到達温度でのひずみ量から収縮する。
【００２２】
つまり、消耗電極ワイヤの最高到達温度がＡｃ１〜Ａｃ３の場合、変態膨張は生じるものの最高到達温度が逆変態終了温度Ａｃ３以上の場合に比べて膨張量が少ない。消耗電極ワイヤの最高到達温度が逆変態開始温度Ａｃ１に満たない場合は変態膨張が生じない。
【００２３】
本発明は、消耗電極ワイヤの温度を逆変態終了温度Ａｃ３以上に到達させ、溶接金属が収縮する際に結晶構造が面心立方格子から体心立方格子に変化することによる変態膨張を最大限に生じさせることによって、母材に拘束された溶接金属に収縮に伴って発生する残留応力の相殺量を増加させ残留応力を減少させるものである。金属内に生じる総収縮量は、最高到達温度でのひずみ量と最終到達温度（例えば大気温度）でのひずみ量との差から変態膨張量を差し引いた値で表される。よって、一般的な消耗電極ワイヤを用いた場合であっても、このような溶接作業中の溶接金属の温度管理を行って冷却時の変態膨張を積極的に誘起させることにより、溶接金属の総収縮量を減少させることが可能となる。
【００２４】
また、ここで言う最高到達温度とは、ある溶接金属（一の溶接金属とする）について説明すると、一の溶接金属の形成時の最高到達温度を必ずしも意味せず、一の溶接金属に接触するように次の溶接金属（他の溶接金属とする）が形成されるとき、或いは一の溶接金属に接触しないまでも熱的影響を及ぼす程度の近傍位置に他の溶接金属が形成されるとき、他の溶接金属から入熱を受けることにより再加熱された際の一の溶接金属の温度を意味する場合もある。
【００２５】
つまり、一の溶接金属における最高到達温度は、一の溶接金属が形成される際の最高温度（最高到達温度αとする）、他の溶接金属からの入熱により再加熱された際に見込まれる一の溶接金属の最高温度（最高到達温度βとする）のうちの高い方である。
【００２６】
但し、最高到達温度αについては、一の溶接金属の形成時の温度の挙動を厳密に計測してその頂点温度を最高到達温度として割り出すものではなく、本実施の形態の溶接装置においては、一の溶接金属の形成時（他の溶接金属の形成へ移行して良いと判定するまで）に温度計測手段２によって計測された温度のうちでの最高温度を意味する。
【００２７】
このことに鑑みて、本実施の形態では、溶接金属の最高到達温度αが逆変態終了温度Ａｃ３以上であれば、その時点で冷却時の変態膨張の発生が確約されるので次の溶接金属の形成手順に移行する。最高到達温度αが逆変態終了温度Ａｃ３に満たない場合、次の溶接金属の形成による最高到達温度βが逆変態終了温度Ａｃ３を超え得るかどうかを判断し、そのまま直ぐに次の溶接金属の形成に移行すれば逆変態終了温度Ａｃ３以上の最高到達温度βが得られると判定されれば次の溶接金属の形成に手順を移す。しかし、直ぐに次の溶接金属の形成に移行しても逆変態終了温度Ａｃ３以上の最高到達温度βが得られないと判定された場合、溶接金属を加熱装置７により加熱した後、最高到達温度αが逆変態終了温度Ａｃ３以上になったか、或いは直ぐに次の溶接金属の形成手順に移行すれば逆変態終了温度Ａｃ３以上の最高到達温度βが得られると判断できたら、次の溶接金属の形成手順に移行する。
【００２８】
本実施の形態の場合、溶接金属の形成は溶接制御装置５が溶接施工装置６を制御することにより行われるが、次の溶接金属の形成に手順を移すタイミングについては熱サイクル解析装置３により判定される。ある溶接金属（一の溶接金属）を形成してから、それに熱的影響を及ぼす他の溶接金属の形成に手順を移す場合、熱サイクル解析装置３は、他の溶接金属の形成開始の可否判断のために、一の溶接金属の温度と設定値とを比較する。この設定値は記憶装置４に格納されている。
【００２９】
但し、溶接施工の制御手順の役割分担についてはこの限りではなく、熱サイクルを解析する機能（プログラム）を溶接制御装置５に持たせて温度計測手段２からの計測温度に基づいて溶接制御装置５が次の溶接金属の形成に移行するタイミングを判断するようにしても良いし、溶接施工装置６の動作制御の一部が他の制御装置（例えば熱サイクル解析装置３）によりなされるようにしても良い。
【００３０】
本実施の形態における熱サイクル解析装置３及び溶接制御装置５による制御手順では、他の溶接金属の形成に伴う一の溶接金属への入熱により一の溶接金属の最高到達温度βが逆変態終了温度Ａｃ３を超え得ると判断できる温度範囲Ｔ１〜Ｔ２を設定値とする。温度範囲Ｔ１〜Ｔ２は、経験的に知られた値、実験により得られた値、解析により得られた計算値のいずれでも良い。実験により温度範囲Ｔ１〜Ｔ２を求める場合、継手と同鋼種で継手の溶接部近傍と形状を模擬した試験体（予備の実物の継手でも良い）を用いて得られた温度履歴データ及び冷却速度データを基に算出すると高い信頼性を確保することができる。また、試験体寸法を十分に大きく設定することによって実構造物との冷却速度及び温度履歴データの誤差を減少させることができる。
【００３１】
なお、上記温度範囲の下限設定温度Ｔ１は、一の溶接金属の最高到達温度αが温度Ｔ１に満たないと判断された場合、その判断の時点で他の溶接金属の形成を開始しても、記憶装置４に記憶された溶接金属の冷却速度データと溶接条件に基づき他の溶接金属からの入熱だけでは一の溶接金属の最高到達温度βが逆変態終了温度Ａｃ３以上になり得ない（或いはなり難い）と判断される値である。言い換えれば、この下限設定温度Ｔ１は、次の溶接金属の形成手順に移行するにあたって、移行前に溶接金属部を加熱装置７によって加熱する必要があるかどうかを判断するためのしきい値である。つまり、本実施の形態では、計測温度が下限設定温度より大きいことが次パスの溶接金属からの入熱により逆変態終了温度Ａｃ３を超えるための必要条件であり、最高到達温度αが下限設定温度Ｔ１以下であれば加熱装置７の作動手順、下限設定温度Ｔ１より大きければ次の溶接金属の形成手順へ移行する。
【００３２】
また、一の溶接金属と次に形成される他の溶接金属との位置関係や両者の溶接条件等によって異なる。例えば、図２の例では逆変態開始温度Ａｃ１よりも下限設定温度Ｔ１が低く設定されているが、他の溶接金属が一の溶接金属と直接接触しないような場合には、直接接触している場合に比して他の溶接金属からの入熱量が小さいため下限設定温度Ｔ１を図２よりも高く設定しなければならないこともある。条件によっては、下限設定温度Ｔ１を逆変態開始温度Ａｃ１よりも高く逆変態終了温度Ａｃ３よりも僅かに低い程度の値に設定するべき場合も考えられる。逆に、他の溶接金属からの入熱量が著しく大きい場合には下限設定温度Ａｃ１をさらに下げても本発明が成立する場合がある。
【００３３】
一方、上記温度範囲の上限設定温度Ｔ２は、一の溶接金属の最高到達温度αが温度Ｔ２以上と判断された場合、記憶装置４に記憶された溶接金属の冷却速度データや溶接条件に基づき、その判断の時点で他の溶接金属の形成を開始すれば他の溶接金属からの入熱によって逆変態終了温度Ａｃ３以上の最高到達温度βが得られると判断される値であり、図２に示したように逆変態終了温度Ａｃ３以上の値であっても良い。下限設定温度Ｔ１が加熱装置７の作動の必要性の有無を判断するための設定値であったのに対し、この上限設定温度Ｔ２は下限設定温度Ｔ１と比較する必要性の有無を判断する設定値である。
【００３４】
Ｔ２≧Ａｃ３と設定した場合、一の溶接金属の最高到達温度αが上限設定温度Ｔ２以上と判断されたとき、既に最高到達温度αが逆変態終了温度Ａｃ３以上であるので、その判断の時点で、最高到達温度αを下限設定温度Ｔ１と比較することなく次の溶接金属の形成手順に移行する。最高到達温度αが上限設定温度Ｔ２に満たなければ、最高到達温度αを下限設定温度βと比較する手順に移行する。
【００３５】
また、次の溶接金属からの入熱量が大きい場合や溶接速度が速く次の溶接金属からの入熱を受けるまでの時間が短い場合（冷却量が少ない場合）等、必ずしも最高到達温度αが逆変態終了温度Ａｃ３以上でなくとも、ある値以上であればその後の最高到達温度βが逆変態終了温度β以上になることが確実な場合、その逆変態終了温度Ａｃ３より小さいある値を上限設定温度としても良い（つまりＴ１＜Ｔ２＜Ａｃ３としても良い場合がある）。
【００３６】
次に、上記の本実施の形態の溶接装置の動作及び作用を説明する。
図３は本発明の第１の実施の形態に係る溶接装置における溶接手順を表すフローチャート、図４は図３の溶接手順により形成される溶接金属の一例を表す断面図である。図４における符号は既出の図面に整合しており、特に必要のない場合は説明を省略する。
図３に示した溶接手順は、記憶装置４に格納されたプログラムに従って溶接制御装置５及び熱サイクル解析装置３により制御される。本例では図４に示したように３パスの突合せ溶接（多層肉盛溶接）の旋工への適用例を例示する。
【００３７】
溶接制御装置５は、まず溶接電源６ｃのスイッチが投入されたことを確認したら（手順Ｓ１０１）、駆動装置６ｃを作動させて溶接旋工装置６を起動させる（手順Ｓ１０２）。同時に、何パスの溶接金属が形成されているかを表すパラメータＫに０を入力し（手順Ｓ１０３）、パラメータＫ＝０を記憶装置４に格納する（手順Ｓ１０４）。
【００３８】
その後、溶接制御装置５は予め格納されている１層目の肉盛溶接の溶接条件を記憶装置４から読み出し（手順Ｓ１０５）、読み出した溶接条件を基に演算した指令信号を溶接施工装置６に出力して１層目の溶接金属１ｃａを形成する（手順Ｓ１０６）。
【００３９】
溶接条件は、溶接電流（Ａ）、溶接電圧（Ｖ）、溶接速度（ｍｍ／ｓｅｃ）、溶接予定箇所の座標データを含み、パラメータ毎にワークファイルとして個別に設定されている（１層目の溶接ではパラメータＫ＝１のワークファイルの溶接条件を読み出す）。溶接予定箇所の座標データは必ずしも溶接条件に含まれるものではなく、例えば継手形状或いは溶接金属形状をレーザ変位計等の接触式又は非接触式の測定装置を用いて検出し、その検出結果を基に移動装置６ｂの軌跡を制御するようにすることも考えられる。
【００４０】
溶接施工装置６は、溶接制御装置５からの指令信号が溶接電源６ｅに入力されると、駆動装置６ｃへの指令信号・ワイヤ送給装置６ｄへの指令信号・消耗電極ワイヤへの供給電力が制御溶接電源６ｅにより制御され、それによって駆動制御される。
【００４１】
以上の１パス目の溶接金属１ｃａが形成されたら、溶接制御装置５は、記憶装置４に格納されているパラメータＫに１を加算してＫ＝１とし（手順Ｓ１０７）、パラメータＫが設定の溶接層数Ｎ（ここでは３）になったかどうかを判定する（手順Ｓ１０８）。この判定が満たされた時点で図３の手順は終了するが、現段階では、パラメータＫは、形成終了した溶接金属は１層目のみであることを表すＫ＝１であるので手順Ｓ１０８の判定は満たされず、以降の手順が実行される。
【００４２】
次に熱サイクル解析装置３は、１層目の溶接終了直後から温度計測手段２により計測された１層目の溶接金属部の周辺の計測温度（後述）を入力し（手順Ｓ１０９）、温度計測手段２から随時入力される計測温度を温度履歴データとして加工して温度履歴データを記憶装置４に格納する（手順Ｓ１１０）。この温度履歴データは、パラメータＫに関連付けられ、パラメータ毎に（溶接層毎に）ワークファイルとして格納される。
【００４３】
また、熱サイクル解析装置３において、既存の溶接金属（この段階では１パス目の溶接金属１ｃａ）の現在の検出温度が、上限設定温度Ｔ２に達したかどうかを随時判定する（手順Ｓ１１１）。本例の場合、６つの温度計測手段２によって計測された温度データのうちの最小値が計測温度として採用され、この計測温度が事前に設定しておいた上限設定温度Ｔ２に達したかどうかを判定する。但し、温度計測手段２の中に正常に機能しないものが含まれる場合も起こり得るため、計測温度には、２番目に低い検出温度、全ての温度検出手段の検出温度の平均値、或いは全ての温度検出手段の検出値の最大値と最小値を除く値の平均値等を採用することも考えられる。
【００４４】
手順Ｓ１１１において、温度計測手段２による計測温度が上限設定温度Ｔ２以上になって手順Ｓ１１１の判定が満たされた場合、手順がＳ１０５に戻り、熱サイクル解析装置３は溶接制御装置５に信号を出力し、その信号を基に演算された指令信号が溶接制御装置５によって溶接施工装置６に出力されると、２層目の肉盛溶接が溶接施工装置６により開始される（手順Ｓ１０６）。
【００４５】
手順Ｓ１１１において、計測温度が上限設定温度Ｔ２に満たず手順Ｓ１１１の判定が満たされない場合、熱サイクル解析装置３は、現在の計測温度が下限設定温度Ｔ１よりも大きいかどうかを判定する（手順Ｓ１１２）。
【００４６】
手順Ｓ１１２において、計測温度が下限設定温度Ｔ１よりも大きく手順Ｓ１１２の判定が満たされた場合、手順がＳ１０５に戻り、熱サイクル解析装置３は溶接制御装置５に信号を出力し、その信号を基に演算された指令信号が溶接制御装置５によって溶接施工装置６に出力されると、２層目の肉盛溶接が溶接施工装置６により開始される（手順Ｓ１０６）。
【００４７】
手順Ｓ１１２において、例えば外的要因等によって溶接金属１ｃａの温度が上がらないとき等、計測温度が下限設定温度Ｔ１以下であって手順Ｓ１１２の判定が満たされない場合、熱サイクル解析装置３は、溶接制御装置５に信号を送って溶接制御装置５に加熱装置７を作動させ（手順Ｓ１１３）、手順Ｓ１１１に戻る。その結果、計測温度が上限設定温度Ｔ２以上になれば手順Ｓ１１１から手順Ｓ１０５に移行して２層目の肉盛溶接が開始され、計測温度が上限設定温度Ｔ２には満たないものの下限設定温度Ｔ１を上回っていれば、手順Ｓ１１２から手順Ｓ１０５に移行して２層目の肉盛溶接が開始される。
【００４８】
このようにして複数パスの肉盛溶接が繰り返されて２層目の溶接金属１ｃｂ、３層目の溶接金属１ｃｃが順次形成され（手順Ｓ１０６）、各層の溶接金属を形成し終えたらパラメータをＫ＝２、Ｋ＝３と１つずつ増加させていく（手順Ｓ１０７）。手順Ｓ１０６における各層の溶接金属の形成は、手順１０５で記憶装置４から読み出した各層の溶接条件に従って実施される。この説明では、設定の溶接層数をＮ＝３としているので、３層目の溶接金属の形成が終了して手順Ｓ１０７に移行するとＫ＝３（Ｋ＝Ｎ）となり、Ｋ＝３となった直後の手順Ｓ１０８の判定が満たされて図３の溶接施工手順が終了する。
【００４９】
なお、溶接終了後には溶接制御装置５によってパラメータがＫ＝０に戻され、溶接電源６ｅが停止する。また、温度計測手段２による温度計測は溶接施工中（手順Ｓ１０３〜Ｓ１０８）も行われるようにしても良いが、本実施の形態ではこの間ＯＦＦになる。
【００５０】
本発明によれば、次のような作用効果が得られる。
一般に、消耗電極ワイヤを用いて肉盛溶接を行う溶接装置では、一部の特殊な組成の溶接金属を用いた場合を除き一般的な溶接金属を用いる場合、施工後、冷却に伴って溶接金属が収縮し始めると大気温度程度に達するまで溶接金属が収縮し続けるケースが多く、母材に拘束された溶接金属には総収縮量に比例した引っ張り応力が残留することになる。
【００５１】
それに対し、本実施の形態では、前述したように一の溶接金属が冷却過程で変態膨張を最大限に生じさせるように、一の溶接金属の形成時の計測温度（最高到達温度α）又は続く他の溶接金属からの入熱により再加熱されたときに見込まれる計測温度（最高到達温度β）が逆変態終了温度Ａｃ３以上であることを確認した上で続く他の溶接金属の形成手順に移行するので、一の溶接金属の冷却過程で変態膨張を最大限に生じさせることができる。これにより、溶接金属の総収縮量を最小限に抑えることができるので、溶接金属に発生する残留応力を軽減することができる。
【００５２】
したがって、疲労強度を向上させることができ溶接構造物の変形や溶接金属の割れを抑制することができるので、溶接部の信頼性を向上させることができる。また、熱処理を施して残留応力を除去しなければならないようなケースも減少させることができる。
【００５３】
なお、図１では鋼材１ａ，１ｂが突合せ継手を構成している場合を例に挙げて説明したが、複数パスの溶接金属を形成する溶接であって複数パスの溶接金属が熱的影響を及ぼす位置関係にあるような溶接継手であれば、他の形状の溶接継手であっても本実施の形態は適用可能である。
【００５４】
図５は一例として第１の実施の形態の溶接装置を隅肉溶接継手に適用した例を表した図である。
図５の例では、鋼材（縦板）１ａを鋼材（横板）１ｂに対して垂直に立てて隅肉溶接継手１’を構成しており、垂直に立てた鋼材１ａの両側において鋼材１ｂとの接触部分に溶接金属１ｃ’，１ｃ”を形成して鋼材１ａ，１ｂを固定する。例えば建設機械のフロント部ではこのような隅肉溶接継手が多用される。また、温度計測手段２は、鋼材１ａの両側における鋼材１ｂ表面の溶接金属１ｃ’，１ｃ”の近傍位置に取り付けてある。その他の点については図１の例と同様である。
【００５５】
本適用例の場合、例えば溶接金属１ｃ’の形成後に溶接金属１ｃ”を形成するとき、溶接金属１ｃ’を図１〜図４で説明した第１の実施の形態における一の溶接金属、溶接金属１ｃ”を他の溶接金属に置換することで、第１の実施の形態と同様に溶接施工を実施することができ、同様の効果を得ることができる。
【００５６】
但し、第１の実施の形態のように１層目の溶接金属と次層の溶接金属が直接接触している場合に比べ、本適用例の場合は溶接金属１ｃ”から溶接金属１ｃ’への伝熱量が小さくなる傾向にある。したがって、そうした伝熱量や他の溶接条件や継手形状等に基づき、第１の実施の形態とは異なる下限設定温度Ｔ１や上限設定温度Ｔ２を事前に検討する必要がある。
【００５７】
図６は本発明の第２の実施の形態に係る溶接装置の全体構成を表す概念図である。図６における図１と同様の部分には図１と同符号を付して説明を省略する。
第１の実施の形態が溶接金属１ｃ又はその周辺部の温度を計測し温度履歴データを基に次パスの溶接施工への移行の可否を判断したのに対し、本実施の形態の溶接装置の場合、溶接金属１ｃの温度の挙動に対応して変動する状態量を計測しその状態量の履歴データを基に次パスの溶接施工への移行の可否を判断するものである。本実施の形態では、溶接金属１ｃの温度変化に対応して変動する状態量として、継手の移動量（本例では溶接金属１ｃの収縮に伴う鋼材１ｂの変位量を計測する）を利用する。
【００５８】
本実施の形態の溶接装置のハード構成は、第１の実施の形態における温度計測手段２と熱サイクル解析装置３を移動量測定装置８と移動量解析装置９に置換したものにほぼ等しい。本例の場合、継手１は一方側（鋼材１ａ）が治具１０に固定されており、自由端となる他端側（鋼材１ｂ）が溶接金属１ｃの温度変化に応じて移動する量を移動量測定装置８により測定する。また、第１の実施の形態と同様に加熱装置７は溶接金属１ｃを加熱するものであるが、継手の移動量をみて次パスの施工への移行の可否判断をする本実施の形態の場合、溶接金属１ｃを加熱して膨張させることにより継手の移動量（収縮量）を調節する役割を果たす。
【００５９】
本実施の形態では、溶接施工後の鋼材１ｂの移動量が第１の実施の形態の上限設定温度Ｔ２に対応する鋼材１ｂの絶対移動量（下限設定移動量とする）未満であるとき、溶接金属の現在温度が上限設定温度Ｔ２未満に低下していない、つまり上限設定温度Ｔ２以上であることになるので、その場合は次の溶接金属の形成手順に移行する。
【００６０】
また、溶接施工後の鋼材１ｂの移動量が下限設定移動量以上であるものの下限設定温度Ｔ１に対応する鋼材１ｂの絶対移動量（上限設定移動量とする）以下であるとき、溶接金属の現在温度が下限設定温度Ｔ１よりは高温であることになるので、その場合も次の溶接金属の形成手順に移行して良い。したがって、本実施の形態の場合は、計測移動量が上限移動量以下であることが次パスの溶接施工へ移行するための必要条件となる。
【００６１】
しかし、鋼材１ｂの移動量が上限設定移動量を超えているとき、溶接金属の現在温度が下限設定温度Ｔ１以下であることになるので、その場合は加熱装置７を作動させて溶接金属を加熱する。
【００６２】
図７及び図８は移動量測定装置８の構成を表す図６中の面ＡによるＡ断面図及び面ＢによるＢ断面図である。
図７及び図８に示すように、上記移動量測定装置２は、鋼材１ｂの端部を囲うようにコの字状に形成された本体８ａと、この本体８ａに設けた移動量測定ローラ８ｂ及び支持ローラ８ｃと、本体８ａに固定した距離センサ８ｄとを備えている。移動量測定ローラ８ｂと支持ローラ８ｃは、本体８ａに取り付けられた回転軸８ｅ，８ｆにより支持されている。
【００６３】
端部が本体８ａに差し込まれた鋼材１ｂは、下面を支持する支持ローラ８ｃ及び上面に当接する移動量測定ローラ８ｂに挟持される形となり、支持ローラ８ｃ及び移動量測定ローラ８ｂに転動して移動が拘束されないようになっている。移動量測定ローラ８ｂには、外周部に周方向に一定間隔で距離計測用のラインが設けられており、鋼材１ｂの移動に伴って移動量測定ローラ８ｂが回転する際にそのラインの通過数を距離センサ８ｄで読み取ることによって、鋼材１ｂの移動量を測定する構成になっている。その測定距離は移動量解析装置９に出力される。
【００６４】
移動量測定装置８は、このように鋼材１ｂに転動する移動量測定ローラ８ｂの回転角を計測して鋼材１ｂの移動量を計測する構成とすることもできるが、例えばＣＣＤカメラ等で鋼材１ｂの表面を撮影して目標点の移動量を計測する構成とすることもできる。いずれも場合も鋼材を機械加工するする必要がないので、製品への適用が可能である。
【００６５】
移動量解析装置９は、移動量測定装置８と接続されており、移動量測定装置８により得られた移動量データを受け取って、受け取ったデータを移動量履歴データとしてデータ加工する。加工後の移動量履歴データは記憶装置４に保管される。
【００６６】
記憶装置４は、移動量解析装置９で加工された移動量履歴データの他、第１の実施の形態と同様、各肉盛層の予め設定された溶接条件データを記億している。また、記憶装置４には、溶接中の溶接金属１ｃの温度変化に追従する継手の移動量を管理しながら溶接施工を行うプログラム（後述）が記憶されており、溶接制御装置５は、溶接作業時、そのプログラムを読み出し、読み出したプログラムと記憶装置４に格納された移動量履歴データを基に溶接のタイミング制御を行う。
【００６７】
図９及び図１０は治具１０の構成を表す図６中の面ＣによるＣ断面図及び面ＤによるＤ断面図である。
図９及び図１０に示すように、治具１０は、鋼材１ａの端部を囲うようにコの字状に形成された本体１０ａと、この本体１０ａに設けた鋼材把持用の爪１０ｂ，１０ｃと、爪１０ｂの爪１０ｃに対する距離を変化させ爪１０ｂ，１０ｃに挟持された鋼材１ａを強固に固定するための固定ネジ１０ｄとを備えている。本体１０ａの下側の部分は継手１を載置するテーブルの役割を果たし、その端部には移動量測定装置８の本体８ａの下側の部分が連結される。また、加熱装置７は、本体１０ａの継手１を載置するテーブル部分に設けられている。このような構成により、継手１の一端（鋼材１ａ）を確実に固定し、溶接金属１ｃの体積変化が鋼材１ｂの移動量に精度良く反映されるようにしている。
【００６８】
次に、上記の本実施の形態の溶接装置の動作及び作用を説明する。
図１１は本発明の第２の実施の形態に係る溶接装置における溶接手順を表すフローチャートである。
図１１に示した溶接手順は、記憶装置４に格納されたプログラムに従って溶接制御装置５及び移動量解析装置９により制御される。本例では第１の実施の形態と同様、図４に示したような３パスの突合せ溶接（多層肉盛溶接）の旋工への適用例を例示する。
【００６９】
溶接制御装置５は、まず溶接電源６ｃのスイッチが投入されたことを確認したら（手順Ｓ２０１）、駆動装置６ｃを作動させて溶接旋工装置６を起動させる（手順Ｓ２０２）。同時に、何パスの溶接金属が形成されているかを表すパラメータＫに０を入力し（手順Ｓ２０３）、パラメータＫ＝０を記憶装置４に格納する（手順Ｓ２０４）。
【００７０】
その後、溶接制御装置５は予め格納されている初層の肉盛溶接の溶接条件を記憶装置４から読み出し（手順Ｓ２０５）、読み出した溶接条件を基に演算した指令信号を溶接施工装置６に出力して１パス目の溶接金属を形成する（手順Ｓ２０６）。
【００７１】
１パス目の溶接金属が形成されたら、溶接制御装置５は、記憶装置４に格納されているパラメータＫに１を加算してＫ＝１とし（手順Ｓ２０７）、パラメータＫが設定の溶接層数Ｎ（ここでは３）になったかどうかを判定する（手順Ｓ２０８）。この判定が満たされた時点で図１１の手順は終了するが、現段階では、パラメータＫは、形成終了した溶接金属は１層目のみであることを表すＫ＝１であるので手順Ｓ２０８の判定は満たされず、以降の手順が実行される。
【００７２】
次に移動量解析装置９は、１層目の溶接終了直後から移動量測定装置８により計測された鋼材１ｂの移動量を入力し（手順Ｓ２０９）、移動量測定装置８から随時入力される移動量を移動量履歴データとして加工して移動量履歴データを記憶装置４に格納する（手順Ｓ２１０）。この移動量履歴データは、パラメータＫに関連付けられ、パラメータ毎に（溶接層毎に）ワークファイルとして格納される。
【００７３】
また、移動量解析装置９において、既存の溶接金属（この段階では１パス目の溶接金属）の施工直後から現在に至る計測移動量が、既述の上限設定温度Ｔ２に対応する絶対移動量（下限設定移動量）未満であるかどうかを判定する（手順Ｓ２１１）。
【００７４】
手順Ｓ２１１において、移動量測定装置８による計測移動量が下限設定移動量未満であって手順Ｓ２１１の判定が満たされた場合、手順がＳ２０５に戻り、移動量解析装置９は溶接制御装置５に信号を出力し、その信号を基に演算された指令信号が溶接制御装置５によって溶接施工装置６に出力されると、２層目の肉盛溶接が溶接施工装置６により開始される（手順Ｓ２０６）。
【００７５】
手順Ｓ２１１において、計測移動量が下限設定移動量以上であり手順Ｓ２１１の判定が満たされない場合、移動量解析装置９は、現在の計測移動量が既出の下限設定温度Ｔ１に対応する絶対移動量（上限設定移動量）以内であるかどうかを判定する（手順Ｓ２１２）。
【００７６】
手順Ｓ２１２において、計測移動量が上限設定移動量以内で手順Ｓ２１２の判定が満たされた場合、手順がＳ２０５に戻り、移動量解析装置９は溶接制御装置５に信号を出力し、その信号を基に演算された指令信号が溶接制御装置５によって溶接施工装置６に出力されると、２層目の肉盛溶接が溶接施工装置６により開始される（手順Ｓ２０６）。
【００７７】
手順Ｓ２１２において、既に計測移動量が上限設定移動量を超え手順Ｓ２１２の判定が満たされない場合、移動量解析装置９は、溶接制御装置５に信号を送って溶接制御装置５に加熱装置７を作動させ（手順Ｓ２１３）、手順Ｓ２１１に戻る。その結果、計測移動量が下限設定移動量未満になれば手順Ｓ２１１から手順Ｓ２０５に移行して２層目の肉盛溶接が開始され、計測移動量が下限設定移動量以上ではあるが上限設定移動量以内であれば、手順Ｓ２１２から手順Ｓ２０５に移行して２層目の肉盛溶接が開始される。
【００７８】
このようにして複数パスの肉盛溶接が繰り返されて２層目、３層目の上盛溶接金属が順次形成され（手順Ｓ２０６）、各層の溶接金属が形成されたらパラメータがＫ＝２、Ｋ＝３と１つずつ加算されていく（手順Ｓ２０７）。この説明では３層目の溶接金属の形成が終了してＫ＝３となると、直後の手順Ｓ２０８の判定が満たされて図１１の溶接施工手順が終了する。溶接終了後には溶接制御装置５によってパラメータがＫ＝０に戻され、溶接電源６ｅが停止する。また、移動量測定装置８による移動量計測は溶接施工中（手順Ｓ２０３〜Ｓ２０８）も行われるようにしても良いが、本実施の形態ではこの間ＯＦＦになる。
【００７９】
本実施の形態のように、溶接金属の温度を直接計測しなくても、それに応じて変化する母材（本例では鋼材１ｂ）の移動量を管理する構成としても、第１の実施の形態と同様の効果を得ることができる。
【００８０】
第１の実施の形態と同様、図６では鋼材１ａ，１ｂが突合せ継手を構成している場合を例に挙げて説明したが、複数パスの溶接金属を形成する溶接であって複数パスの溶接金属が熱的影響を及ぼす位置関係にあるような溶接継手であれば、他の形状の溶接継手であっても本実施の形態は適用可能である。
【００８１】
図１２は本発明の第３の実施の形態に係る溶接装置の全体構成を表す概念図である。図１２における図１と同様の部分には図１と同符号を付して説明を省略する。
第２の実施の形態と同様、本実施の形態は、溶接金属１ｃの温度の挙動に対応して変動する状態量を計測しその状態量の履歴データを基に次パスの溶接施工への移行の可否を判断するものである。本実施の形態では、溶接金属１ｃの温度変化に対応して変動する状態量として、溶接金属１ｃの収縮に伴って発生する応力を計測する。
【００８２】
本実施の形態の溶接装置のハード構成は、第１の実施の形態における温度計測手段２と熱サイクル解析装置３を応力測定装置１１と応力解析装置１２に置換したものにほぼ等しい。本例の場合、継手１は一方側（鋼材１ａ）が治具１３に、他方側（鋼材１ｂ）が応力測定装置１１に固定され、溶接予定箇所を挟んで両端が拘束されている。そして、鋼材１ｂを把持した応力測定装置１１により施工後の溶接金属１ｃの収縮に伴って生じる応力を測定する。また、第１の実施の形態と同様に加熱装置７は溶接金属１ｃを加熱するものであるが、継手の移動量をみて次パスの施工への移行の可否判断をする本実施の形態の場合、溶接金属１ｃを加熱して膨張させることにより応力（収縮量）を緩和する役割を果たす。
【００８３】
本実施の形態では、溶接施工後に溶接金属１ｃの収縮により発生する応力が、第１の実施の形態の上限設定温度Ｔ２のときの溶接金属１ｃの膨張量である場合に発生する応力（下限設定応力とする）未満であるとき、溶接金属の現在温度が上限設定温度Ｔ２未満に低下していない、つまり上限設定温度Ｔ２以上であることになるので、その場合は次の溶接金属の形成手順に移行する。
【００８４】
また、溶接施工後に発生する応力が、下限設定応力以上ではあるが下限設定温度Ｔ１のときの溶接金属１ｃの膨張量である場合に発生する応力（上限設定応力とする）以下であるとき、溶接金属の現在温度が下限設定温度Ｔ１よりは高温であることになるので、その場合も次の溶接金属の形成手順に移行して良い。本実施の形態では、計測応力が上限設定応力以下であることが次パスの溶接施工へ移行するための必要条件となる。
【００８５】
しかし、鋼材１ｂの応力が上限設定応力を超えているとき、溶接金属の現在温度が下限設定温度Ｔ１以下であることになるので、その場合は加熱装置７を作動させて溶接金属を加熱する。
【００８６】
図１３及び図１４は応力測定装置１１の構成を表す図１２中の面ＥによるＥ断面図及び面ＦによるＦ断面図である。
図１３及び図１４に示すように、応力測定装置１１は、鋼材１ｂの端部を囲うようにコの字状に形成された本体１１ａと、この本体１１ａに設けた鋼材把持用の爪１１ｂ，１１ｃと、爪１１ｂの爪１１ｃに対する距離を変化させ爪１１ｂ，１１ｃに挟持された鋼材１ａを強固に固定するための固定ネジ１１ｄと、本体１１ａに取り付けられた応力センサ１１ｅとを備えている。
【００８７】
図１５及び図１６は治具１３の構成を表す図１２中の面ＧによるＧ断面図及び面ＨによるＨ断面図である。
図１５及び図１６に示すように、治具１３は、鋼材１ａの端部を囲うようにコの字状に形成された本体１３ａと、この本体１３ａに設けた鋼材把持用の爪１３ｂ，１３ｃと、爪１３ｂの爪１３ｃに対する距離を変化させ爪１３ｂ，１３ｃに挟持された鋼材１ａを強固に固定するための固定ネジ１３ｄとを備えている。本体１３ａの下側の部分は継手１を載置するテーブルの役割を果たし、その端部には応力測定装置１１の本体１１ａの下側の部分が連結される。また、加熱装置７は、本体１３ａの継手１を載置するテーブル部分に設けられている。
【００８８】
このような構成により、本実施の形態では、溶接予定箇所を挟んだ継手１の両端を応力測定装置１１の爪１１ｂ，１１ｃと治具１３の爪１３ｂ，１３ｃにより確実に固定し、溶接金属１ｃの収縮に伴って発生する引っ張り力の反力を応力測定装置１１の爪１１ｂ，１１ｃで受け、それにより爪１１ｂ，１１ｃにかかる力（又は本体１１ａに生じるひずみ量等）を応力センサ１１ｅで検出する。
【００８９】
応力解析装置１２は、応力測定装置１１と接続されており、応力測定装置１１により得られた応力データを受け取って、受け取ったデータを応力履歴データとしてデータ加工する。加工後の応力履歴データは記憶装置４に保管される。
【００９０】
記憶装置４は、応力解析装置１２で加工された応力履歴データの他、第１の実施の形態と同様、各肉盛層の予め設定された溶接条件データを記億している。また、記憶装置４には、溶接中の溶接金属１ｃの温度変化に応じて生じる応力を管理しながら溶接施工を行うプログラム（後述）が記憶されており、溶接制御装置５は、溶接作業時、そのプログラムを読み出し、読み出したプログラムと記憶装置４に格納された応力履歴データを基に溶接のタイミング制御を行う。
【００９１】
次に、上記の本実施の形態の溶接装置の動作及び作用を説明する。
図１７は本発明の第３の実施の形態に係る溶接装置における溶接手順を表すフローチャートである。
図１７に示した溶接手順は、記憶装置４に格納されたプログラムに従って溶接制御装置５及び応力解析装置１２により制御される。本例では第１の実施の形態と同様、図４に示したような３パスの突合せ溶接（多層肉盛溶接）の旋工への適用例を例示する。
【００９２】
溶接制御装置５は、まず溶接電源６ｃのスイッチが投入されたことを確認したら（手順Ｓ３０１）、駆動装置６ｃを作動させて溶接旋工装置６を起動させる（手順Ｓ３０２）。同時に、何パスの溶接金属が形成されているかを表すパラメータＫに０を入力し（手順Ｓ３０３）、パラメータＫ＝０を記憶装置４に格納する（手順Ｓ３０４）。
【００９３】
その後、溶接制御装置５は予め格納されている初層の肉盛溶接の溶接条件を記憶装置４から読み出し（手順Ｓ３０５）、読み出した溶接条件を基に演算した指令信号を溶接施工装置６に出力して１パス目の溶接金属を形成する（手順Ｓ３０６）。
【００９４】
１パス目の溶接金属が形成されたら、溶接制御装置５は、記憶装置４に格納されているパラメータＫに１を加算してＫ＝１とし（手順Ｓ３０７）、パラメータＫが設定の溶接層数Ｎ（ここでは３）になったかどうかを判定する（手順Ｓ３０８）。この判定が満たされた時点で図１７の手順は終了するが、現段階では、パラメータＫは、形成終了した溶接金属は１層目のみであることを表すＫ＝１であるので手順Ｓ３０８の判定は満たされず、以降の手順が実行される。
【００９５】
次に応力解析装置１２は、１層目の溶接終了直後から応力測定装置１１により計測された応力を入力し（手順Ｓ３０９）、応力測定装置１１から随時入力される応力を応力履歴データとして加工して応力履歴データを記憶装置４に格納する（手順Ｓ３１０）。この応力履歴データは、パラメータＫに関連付けられ、パラメータ毎に（溶接層毎に）ワークファイルとして格納される。
【００９６】
また、応力解析装置１２において、既存の溶接金属（この段階では１パス目の溶接金属）の現在の計測応力が、既述の上限設定温度Ｔ２のときの溶接金属１ｃの膨張量で発生する応力（下限設定応力）未満であるかどうかを判定する（手順Ｓ３１１）。
【００９７】
手順Ｓ３１１において、応力測定装置１１による計測応力が下限設定応力未満であって手順Ｓ３１１の判定が満たされた場合、手順がＳ３０５に戻り、応力解析装置１２は溶接制御装置５に信号を出力し、その信号を基に演算された指令信号が溶接制御装置５によって溶接施工装置６に出力されると、２層目の肉盛溶接が溶接施工装置６により開始される（手順Ｓ３０６）。
【００９８】
手順Ｓ３１１において、計測応力が下限設定応力以上であり手順Ｓ３１１の判定が満たされない場合、応力解析装置１２は、現在の計測応力が既出の下限設定温度Ｔ１のときの溶接金属１ｃの膨張量で発生する応力（上限設定応力）以内であるかどうかを判定する（手順Ｓ３１２）。
【００９９】
手順Ｓ３１２において、計測応力が上限設定応力以内で手順Ｓ３１２の判定が満たされた場合、手順がＳ３０５に戻り、応力解析装置１２は溶接制御装置５に信号を出力し、その信号を基に演算された指令信号が溶接制御装置５によって溶接施工装置６に出力されると、２層目の肉盛溶接が溶接施工装置６により開始される（手順Ｓ３０６）。
【０１００】
手順Ｓ３１２において、既に計測応力が上限設定応力を超え手順Ｓ３１２の判定が満たされない場合、応力解析装置１２は、溶接制御装置５に信号を送って溶接制御装置５に加熱装置７を作動させ（手順Ｓ３１３）、手順Ｓ３１１に戻る。その結果、計測応力が下限設定応力未満になれば手順Ｓ３１１から手順Ｓ３０５に移行して２層目の肉盛溶接が開始され、計測応力が下限設定応力以上ではあるが上限設定応力以内であれば、手順Ｓ３１２から手順Ｓ３０５に移行して２層目の肉盛溶接が開始される。
【０１０１】
このようにして複数パスの肉盛溶接が繰り返されて２層目、３層目の上盛溶接金属が順次形成され（手順Ｓ３０６）、各層の溶接金属が形成されたらパラメータがＫ＝２、Ｋ＝３と１つずつ加算されていく（手順Ｓ３０７）。この説明では３層目の溶接金属の形成が終了してＫ＝３となると、直後の手順Ｓ３０８の判定が満たされて図１７の溶接施工手順が終了する。溶接終了後には溶接制御装置５によってパラメータがＫ＝０に戻され、溶接電源６ｅが停止する。また、応力測定装置１１による応力計測は溶接施工中（手順Ｓ３０３〜Ｓ３０８）も行われるようにしても良いが、本実施の形態ではこの間ＯＦＦになる。
【０１０２】
本実施の形態のように、溶接金属の温度に応じて変化する応力を管理する構成としても、第１の実施の形態と同様の効果を得ることができる。
【０１０３】
第１の実施の形態と同様、図１２では鋼材１ａ，１ｂが突合せ継手を構成している場合を例に挙げて説明したが、複数パスの溶接金属を形成する溶接であって複数パスの溶接金属が熱的影響を及ぼす位置関係にあるような溶接継手であれば、他の形状の溶接継手であっても本実施の形態は適用可能である。
【０１０４】
なお、第１の実施の形態において、下限設定温度Ｔ１に加えて上限設定温度Ｔ２を用いて次パスの溶接施工開始の可否判断をする場合を例に挙げて説明したが、少なくとも下限設定温度Ｔ１との比較があれば溶接金属が一旦は逆変態終了温度以上に加熱されるようにすることができる。同様に、第２の実施の形態の場合は下限設定移動量、第３の実施の形態の場合は下限設定応力との比較があれば、溶接金属が一旦は逆変態終了温度以上に加熱されるようにすることができる。
【０１０５】
また、各実施の形態において、最終パスの溶接金属については施工後の温度や状態量の管理がなされずに全施工手順が終了する場合を例に挙げて説明したが、最終パスの溶接金属についても温度やそれに起因する状態量変化の履歴をとり、手順Ｓ１１１又はＳ１１２・手順Ｓ２１１又はＳ２１２・手順Ｓ３１１又はＳ３１２の判定が満たされてから施工を終了するようにしても良い。この場合、最終パスの溶接金属については手順Ｓ１１１又はＳ１１２・手順Ｓ２１１又はＳ２１２・手順Ｓ３１１又はＳ３１２の判定が満たされないようであれば、加熱して手順Ｓ１１１又はＳ１１２・手順Ｓ２１１又はＳ２１２・手順Ｓ３１１又はＳ３１２の判定を満たした上で全施工手順を終了させる。
【図面の簡単な説明】
【０１０６】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係る溶接装置の全体構成を表す概念図である。
【図２】一般的な消耗電極ワイヤの温度とひずみ量（膨張量）の関係を表した図である。
【図３】本発明の第１の実施の形態に係る溶接装置における溶接手順を表すフローチャートである。
【図４】図３の溶接手順により形成される溶接金属の一例を表す断面図である。
【図５】第１の実施の形態の溶接装置を隅肉溶接継手に適用した例を表した図である。
【図６】本発明の第２の実施の形態に係る溶接装置の全体構成を表す概念図である。
【図７】本発明の第２の実施の形態に係る溶接装置に備えられた移動量測定装置の構成を表す図６中の面ＡによるＡ断面図である。
【図８】本発明の第２の実施の形態に係る溶接装置に備えられた移動量測定装置の構成を表す図６中の面ＢによるＢ断面図である。
【図９】本発明の第２の実施の形態に係る溶接装置に備えられた治具の構成を表す図６中の面ＣによるＣ断面図である。
【図１０】本発明の第２の実施の形態に係る溶接装置に備えられた治具の構成を表す図６中の面ＤによるＤ断面図である。
【図１１】本発明の第２の実施の形態に係る溶接装置における溶接手順を表すフローチャートである。
【図１２】本発明の第３の実施の形態に係る溶接装置の全体構成を表す概念図である。
【図１３】本発明の第３の実施の形態に係る溶接装置に備えられた応力測定装置の構成を表す図１２中の面ＥによるＥ断面図である。
【図１４】本発明の第３の実施の形態に係る溶接装置に備えられた応力測定装置の構成を表す図１２中の面ＦによるＦ断面図である。
【図１５】本発明の第３の実施の形態に係る溶接装置に備えられた治具の構成を表す図１２中の面ＧによるＧ断面図である。
【図１６】本発明の第３の実施の形態に係る溶接装置に備えられた治具の構成を表す図１２中の面ＨによるＨ断面図である。
【図１７】本発明の第３の実施の形態に係る溶接装置における溶接手順を表すフローチャートである。
【符号の説明】
【０１０７】
１        継手
１ａ，ｂ  鋼材
２        温度計測手段
３        熱サイクル解析装置
５        溶接制御装置
６        溶接施工装置
６ａ      溶接作業装置（溶接トーチ）
６ｂ      移動装置
６ｃ      駆動装置
６ｄ      ワイヤ送給装置
６ｅ      溶接電源
７        加熱装置
８        移動量計測装置
９        移動量解析装置
１１      応力計測装置
１２      応力解析装置
【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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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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