(57)【要約】【課題】開先部の中心位置に溶接トーチを揺動させる中心位置を精度良く合わせることができる溶接方法を提供する。【解決手段】第一母材Ｐ１０の端部と第二母Ｐ１０材の端部とを対向させて開先部Ｐ２０を構成し、開先部に第一母材の第一主面Ｐ１２から突出する裏波ビードＬ１１を有する第一層Ｌ１０が形成された第一母材と第二母材とを、第一母材の第二主面Ｐ１１側から積層溶接する溶接方法であって、第一母材の端部に沿う所定位置における、第一母材と第二母材とが対向する対向方向Ｘの裏波ビードの中心位置Ｌ１３を検出し、第一母材の端部に沿う方向Ｙにおいて、所定位置における溶接トーチ１５を対向方向に揺動させる中心位置Ｌ１５が、所定位置に対する裏波ビードの中心位置と対向方向で一致するように溶接トーチを移動させる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第一母材の端部と第二母材の端部とを対向させて開先部を構成し、前記開先部に前記第一母材の第一主面から突出する裏波ビードを有する第一層が形成された前記第一母材と前記第二母材とを、前記第一母材の第二主面側から積層溶接する溶接方法であって、
前記第一母材の端部に沿う所定位置における、前記第一母材と前記第二母材とが対向する対向方向の前記裏波ビードの中心位置を検出し、
前記第一母材の端部に沿う方向において、前記所定位置における溶接トーチを前記対向方向に揺動させる中心位置が、前記所定位置に対する前記裏波ビードの中心位置と前記対向方向で一致するように前記溶接トーチを移動させることを特徴とする溶接方法。
【請求項２】
前記裏波ビードの中心位置を検出するのに超音波を用いることを特徴とする請求項１に記載の溶接方法。
【請求項３】
前記裏波ビードの中心位置を検出するのにＸ線を用いることを特徴とする請求項１に記載の溶接方法。
【請求項４】
前記裏波ビードの中心位置を検出するのに、前記第一母材の前記第二主面に対する前記第一主面側から前記裏波ビードの可視光線による像を取得することを特徴とする請求項１に記載の溶接方法。
【請求項５】
請求項１に記載の溶接方法を用いて、前記第一母材と前記第二母材とを溶接して一体とした接合体を製造することを特徴とする接合体の製造方法。
【請求項６】
第一母材の端部と第二母材の端部とを対向させて開先部を構成し、前記開先部に前記第一母材の第一主面から突出する裏波ビードを有する第一層が形成された前記第一母材と前記第二母材とを、前記第一母材の第二主面側から積層溶接する溶接装置であって、
前記裏波ビードを測定し、前記第一母材の端部に沿う所定位置における、前記第一母材と前記第二母材とが対向する対向方向の前記裏波ビードの中心位置を検出する検出部と、
溶接トーチを前記対向方向に移動させる移動部と、
前記第一母材の端部に沿う方向において、前記所定位置における前記溶接トーチを前記対向方向に揺動させる中心位置が、前記所定位置に対する前記裏波ビードの中心位置と前記対向方向で一致するように前記移動部を駆動して前記溶接トーチを移動させる制御部と、
を備えること特徴とする溶接装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、溶接方法、接合体の製造方法、及び溶接装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、管材（母材）等の端部同士を対向させて突合せ、両管材の端部同士をアーク溶接等により裏波溶接することが行われている。
母材の厚さが厚い場合には、両母材の端部を対向して構成した開先部を積層溶接で充填している。積層溶接では、開先部を母材の外周面（第二主面）側に配置した溶接トーチで、母材の内周面（第一主面）側から何回かに分けて溶接する。各溶接で形成した層を開先部内で複数重ねることで、開先部が溶接金属で充填される。
積層溶接では、開先部や、開先部内に既に形成された層に自動的に倣って溶接を行い、溶接金属の層を重ねている。
【０００３】
開先部に自動的に倣う溶接方法としては、例えば特許文献１に記載された方法が知られている。この溶接方法では、超音波探触子を用い、それぞれのエッジを突合せた被溶接材（母材）の一方又は双方における適所から超音波を入射させる。エッジ突合せ部に向けて、超音波を入射し、エッジ突合せ部に向けて超音波表面波を伝搬せしめる。超音波入射時点と、エッジ突合せ部からの反射の受信時点との時間差を求め、該時間差に基づきエッジ突合せ部に対する溶接トーチの位置制御を行う。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開昭５６−２３３８４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
積層溶接で最後に形成する層（最終層）は、管材の外周面から突出するように形成される。最終層を形成する前に、最終層の直前に形成した層の外面をグラインダ等で削って磨き、平坦にする場合がある。これにより、直前に形成した層と最終層との溶接の馴染みが良くなり品質の向上につながる。最終層を形成するときには、開先部は溶接金属で充填されている。
特許文献１の溶接方法では、溶接金属で充填された開先部の上に最終層を形成する場合、超音波が開先部と溶接金属との境界で反射されず、元の開先部の位置の特定が困難となる。このため、溶接トーチの位置制御が難しくなる。
【０００６】
アーク溶接では、溶接トーチをウィービングさせて溶接電流や電圧を検出する、いわゆるアークセンサと呼ばれる倣い方法を用いても、開先部が充填されていると倣いずれによる顕著な信号が得られない。この場合、倣いずれの量を検出することができない。
また、開先部を充填した溶接金属の外面が管材の外周面と面一になるようにグラインダ等で平坦にされている場合には、溶接金属の外面が鏡のように磨かれているため、この外面の像を取得して画像処理しても開先部の位置を検出することは困難である。
【０００７】
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、最終層の溶接前に開先部が溶接金属で充填されたり溶接金属の外面が平坦にされたりした場合でも、元の開先部の中心位置に溶接トーチを揺動させる中心位置を精度良く合わせることができる溶接方法、溶接装置、及び、この溶接方法を用いた接合体の製造方法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】
【０００８】
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、第一母材の端部と第二母材の端部とを対向させて開先部を構成し、前記開先部に前記第一母材の第一主面から突出する裏波ビードを有する第一層が形成された前記第一母材と前記第二母材とを、前記第一母材の第二主面側から積層溶接する溶接方法であって、前記第一母材の端部に沿う所定位置における、前記第一母材と前記第二母材とが対向する対向方向の前記裏波ビードの中心位置を検出し、前記第一母材の端部に沿う方向において、前記所定位置における溶接トーチを前記対向方向に揺動させる中心位置が、前記所定位置に対する前記裏波ビードの中心位置と前記対向方向で一致するように前記溶接トーチを移動させることを特徴としている。
【０００９】
また、本発明の溶接装置は、第一母材の端部と第二母材の端部とを対向させて開先部を構成し、前記開先部に前記第一母材の第一主面から突出する裏波ビードを有する第一層が形成された前記第一母材と前記第二母材とを、前記第一母材の第二主面側から積層溶接する溶接装置であって、前記裏波ビードを測定し、前記第一母材の端部に沿う所定位置における、前記第一母材と前記第二母材とが対向する対向方向の前記裏波ビードの中心位置を検出する検出部と、溶接トーチを前記対向方向に移動させる移動部と、前記第一母材の端部に沿う方向において、前記所定位置における前記溶接トーチを前記対向方向に揺動させる中心位置が、前記所定位置に対する前記裏波ビードの中心位置と前記対向方向で一致するように前記移動部を駆動して前記溶接トーチを移動させる制御部と、を備えることを特徴としている。
これらの発明によれば、対向方向において裏波ビードの中心位置は開先部の中心位置にほぼ等しくなる。
【００１０】
また、上記の溶接方法において、前記裏波ビードの中心位置を検出するのに超音波を用いてもよい。
また、上記の溶接方法において、前記裏波ビードの中心位置を検出するのにＸ線を用いてもよい。
【００１１】
また、上記の溶接方法において、前記裏波ビードの中心位置を検出するのに、前記第一母材の前記第二主面に対する前記第一主面側から前記裏波ビードの可視光線による像を取得してもよい。
また、本発明の接合体の製造方法は、上記に記載の溶接方法を用いて、前記第一母材と前記第二母材とを溶接して一体とした接合体を製造することを特徴としている。
【発明の効果】
【００１２】
本発明において、請求項１に記載の溶接方法及び請求項６に記載の溶接装置によれば、溶接トーチを揺動させる中心位置を裏波ビードの中心位置に一致させることで、開先部の中心位置に溶接トーチを揺動させる中心位置を精度良く合わせることができる。
請求項２に記載の溶接方法によれば、第一母材の第一主面側に装置を配置することなく、裏波ビードの中心位置を検出することができる。
請求項３に記載の溶接方法によれば、母材等とＸ線発生源とを接触させるグリセリン等の媒体を用いることなく、裏波ビードの中心位置を検出することができる。
請求項５に記載の接合体の製造方法によれば、開先部の中心位置に溶接トーチを揺動させる中心位置を精度良く合わせて溶接した接合体を製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の第１実施形態の溶接装置の作用を説明する断面図である。
【図２】同溶接装置の全体構成の概要を示す図である。
【図３】管材に形成された第一層の底面図である。
【図４】本発明の第１実施形態における溶接方法を示すフローチャートである。
【図５】本発明の第３実施形態の溶接装置の作用を説明する断面図である。
【図６】本発明の第４実施形態の溶接装置の作用を説明する断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
（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４を参照しながら説明する。
図１に示すように、本実施形態の溶接装置１は、第一管材（第一母材）Ｐ１０の端部と第二管材（第二母材）Ｐ１５の端部とを対向させて開先部Ｐ２０を構成した第一管材Ｐ１０の端部と第二管材Ｐ１５の端部とを、第一管材Ｐ１０の外周面（第二主面）Ｐ１１側から加熱して積層溶接するものである。
第一管材Ｐ１０と第二管材Ｐ１５とは、例えば鋼管であり、互いの外径がほぼ等しくなるとともに、互いの内径がほぼ等しくなるように形成されている。管材Ｐ１０、Ｐ２０は、第一管材Ｐ１０の中心軸線Ｃ１と第二管材Ｐ１５の中心軸線Ｃ２とが一致するとともに、第一管材Ｐ１０の端部と第二管材Ｐ１０の端部とが一定距離離間して互いに対向するように配置されることで、開先部Ｐ２０を構成している。第一管材Ｐ１０の端部と第二管材Ｐ２０の端部とは、対向方向Ｘに対向している。
第一管材Ｐ１０と第二管材Ｐ１５とは、図示しないインターナルクランプによりより互いの相対位置を固定されている。
【００１５】
図１及び２に示すように、溶接装置１は、第一管材Ｐ１０の外周面Ｐ１１上を周方向に移動可能な溶接ヘッド１０と、溶接ヘッド１０に接続された溶接トーチ１５と、第一管材Ｐ１０及び第二管材Ｐ１５と溶接トーチ１５との間に電圧を印加する給電部２０と、溶接トーチ１５にシールドガスを供給するガスボンベ２５と、開先部Ｐ２０に形成された裏波層である第一層Ｌ１０を測定する一対の超音波探触子（検出部）３０と、溶接ヘッド１０、溶接トーチ１５、給電部２０、ガスボンベ２５、及び超音波探触子３０を制御する制御部３５とを備えている。
以下では、まず、溶接トーチ１５について説明する。
【００１６】
溶接トーチ１５は、溶接ワイヤＷの先端側を溶接ワイヤＷの軸線方向に移動可能に案内する管状の給電チップ１６と、溶接ワイヤＷを軸線方向の先端側に送り出す送出し部（不図示）が内部に設けられたトーチ本体１７と、を有している。
給電チップ１６は、金属等の導電体で管状に形成されている。給電チップ１６は、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。
トーチ本体１７には、給電チップ１６の径方向外側であって給電チップ１６と同軸上に配置された筒状の溶接用ガスノズル１８が取り付けられている。溶接用ガスノズル１８と給電チップ１６との間には一定の隙間が形成されている。
送出し部は、例えば一対のローラやモータで構成され、溶接ワイヤＷを挟持するローラをモータで駆動することで、溶接ワイヤＷを先端側に送り出すことができる。
溶接ワイヤＷの基端側は、図示しない溶接ワイヤ供給装置のドラム部に巻回されている。溶接ワイヤＷは、送出し部により溶接ワイヤＷが送り出されるのにしたがって、ドラム部から巻き出される。
【００１７】
溶接ヘッド１０は、溶接トーチ１５とともに溶接ワイヤＷを対向方向Ｘに往復移動させる移動機構（移動部）１１ａを有する溶接ヘッド本体１１と、溶接トーチ１５を第一管材Ｐ１０の周方向Ｙ（第一管材Ｐ１０の端部に沿う方向）に移動させる搬送部１２と、を有している。
移動機構１１ａは、溶接ヘッド本体１１に対して溶接トーチ１５を対向方向Ｘに移動させるトーチ駆動モータ（不図示）を備えている。
搬送部１２は、第一管材Ｐ１０の外周面Ｐ１１に取付けられたガイドレール１２ａと、ガイドレール１２ａ上に配設された車輪部１２ｂと、車輪部１２ｂを回転させる不図示の車輪駆動モータとを有している。ガイドレール１２ａは、第一管材Ｐ１０の端部に沿って第一管材Ｐ１０の周方向Ｙに延びるように取付けられる。
車輪部１２ｂは溶接ヘッド本体１１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１１内に設けられている。
【００１８】
車輪駆動モータが車輪部１２ｂを一定の方向に回転させると、溶接トーチ１５が接続された溶接ヘッド１０、及び一対の超音波探触子３０がガイドレール１２ａ上で移動する。これにより、溶接ヘッド１０、溶接トーチ１５、及び一対の超音波探触子３０が、第一管材Ｐ１０の端部に沿って周方向Ｙに移動する。
【００１９】
給電部２０は、プラス側の端子２１が給電チップ１６に電気的に接続され、マイナス側の端子２２が第一管材Ｐ１０に電気的に接続される。給電部２０は、給電チップ１６と第一管材Ｐ１０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２５内には、二酸化炭素等のシールドガスが収容されている。ガスボンベ２５にはガスボンベ２５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２６が設けられている。ガスボンベ２５は、一定の柔軟性を有する配管２７によりトーチ本体１７に接続されている。流量調節バルブ２６を開くと、トーチ本体１７を通して溶接用ガスノズル１８と給電チップ１６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る。流量調節バルブ２６を閉じることで、溶接用ガスノズル１８と給電チップ１６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。
【００２０】
一対の超音波探触子３０のそれぞれは公知の構成のものであり、超音波のビームＢ１を照射するとともに、反射されたビームＢ１の強度を検出することができる。なお、超音波は液体及び個体では良く伝わるが、気体では伝わりにくい性質を持っている。
超音波探触子３０は、例えばフェイズドアレイ方式により超音波のビームＢ１の入射角を変化させることができる。本実施形態では、一対の超音波探触子３０は、溶接トーチ１５に対して周方向Ｙに先行した（溶接ヘッド１０が周方向Ｙで移動する側の）位置で、溶接トーチ１５を対向方向Ｘに挟むように配置されている。各超音波探触子３０は、溶接ヘッド１０に不図示の支持部材により支持されている。一対の超音波探触子３０の一方は第一管材Ｐ１０の外周面Ｐ１１の近くに配置され、他方は第二管材Ｐ１５の外周面Ｐ１６の近くに配置されている。超音波探触子３０は、溶接ヘッド１０とともに第一管材Ｐ１０の端部に沿って溶接ヘッド１０に先行して周方向Ｙに移動する。
【００２１】
超音波探触子３０が測定する第一層Ｌ１０は、第一管材Ｐ１０の内周面（第一主面）Ｐ１２から突出する裏波ビードＬ１１を有する（図１中の拡大図参照）。
超音波探触子３０からビームＢ１として照射された超音波は、第一管材Ｐ１０の内周面Ｐ１２、第二管材Ｐ１５の内周面Ｐ１７、及び裏波ビードＬ１１の底面Ｌ１２で反射される。反射された超音波は、超音波探触子３０で検出される場合がある。
超音波探触子３０は、検出した超音波の強度が所定の閾値以上である場合に超音波が検出されたと判断し、超音波の強度が所定の閾値未満である場合に超音波が検出されないと判断する。
【００２２】
超音波探触子３０は、ビームＢ１の入射角に対して検出される超音波の強度が閾値以上の範囲を演算する。超音波探触子３０には、管材Ｐ１０、Ｐ１５の厚さ、溶接トーチ１５と超音波探触子３０との位置関係等が記憶されている。
ビームＢ１が第一管材Ｐ１０の内周面Ｐ１２及び第二管材Ｐ１５の内周面Ｐ１７で反射されると、反射された超音波（エコー）は超音波探触子３０で検出されない。一方でビームＢ１が裏波ビードＬ１１の底面Ｌ１２で反射されると、反射された超音波は超音波探触子３０で検出される。裏波ビードＬ１１で反射されて超音波探触子３０で検出される超音波の強度以下で、前述の閾値を設定する。
超音波探触子３０は、超音波が検出された向きの中心、管材Ｐ１０、Ｐ１５の厚さ、及び前述の距離等から、周方向Ｙの超音波探触子３０が配置された位置（所定位置）における、対向方向Ｘの裏波ビードＬ１１の中心位置Ｌ１３を検出する。
超音波探触子３０は、検出した裏波ビードＬ１１の中心位置Ｌ１３を制御部３５に送信する。
【００２３】
制御部３５は、図示はしないが演算素子、メモリー、及び制御プログラム等で構成されている。制御部３５には、溶接ヘッド１０、給電部２０、及び超音波探触子３０が接続されている。制御部３５は、それぞれの超音波探触子３０から送信された裏波ビードＬ１１の中心位置Ｌ１３を平均する等して、最終的な裏波ビードＬ１１の中心位置Ｌ１３を演算する。
制御部３５は、演算して求めた裏波ビードＬ１１の中心位置Ｌ１３に基づいてトーチ駆動モータを駆動し、溶接トーチ１５を対向方向Ｘに移動させる。
そして、後述するように、周方向Ｙで溶接トーチ１５が配置された位置において、溶接ワイヤＷを揺動させる中心位置Ｌ１５が、裏波ビードＬ１１の中心位置Ｌ１３と対向方向Ｘで一致するように移動機構１１ａを駆動して溶接ワイヤＷを移動させる。
すなわち、制御部３５は、周方向Ｙの各位置において、溶接トーチ１５を揺動させる中心位置Ｌ１５と裏波ビードＬ１１の中心位置Ｌ１３との距離Ｌ１６が０になるように溶接トーチ１５を移動させる。
【００２４】
次に、以上のように構成された溶接装置１を用いた本実施形態の溶接方法、及び接合体の製造方法について説明する。
本実施形態では、使用者は予め、公知の溶接装置を用いて後述する最終層Ｌ２０以外を形成しておく。具体的には、第一管材Ｐ１０の端部と第二管材Ｐ１５の端部とが対向するように配置し、開先部Ｐ２０を構成する。このとき、第一管材Ｐ１０の中心軸線Ｃ１と第二管材Ｐ１５の中心軸線Ｃ２とが一致するように、管材Ｐ１０、Ｐ１５を配置する。そして、このような位置に配置された管材Ｐ１０、Ｐ１５の相対位置を、インターナルクランプにより固定する。
【００２５】
公知の溶接装置を用いて、開先部Ｐ２０に第一管材Ｐ１０の内周面Ｐ１２から突出する帯状の裏波ビードＬ１１を有する図１及び３に示す第一層（溶接金属）Ｌ１０を形成する。開先部Ｐ２０の深さ等に応じて、第一層Ｌ１０と同様に図１に示す第一層Ｌ１０の内周面Ｐ１２に対する外周面Ｐ１１側に１又は複数の層（溶接金属）Ｌ１８を形成する。
管材Ｐ１０、Ｐ１５から、公知の溶接装置を取外す。
複数の層Ｌ１８のうち最も内周面Ｐ１２に対する外周面Ｐ１１側の層Ｌ１８ａの外面を、グラインダ等で削って磨く。図１中の拡大図に示すように、層Ｌ１８ａの外面Ｌ１８ｂを、管材Ｐ１０、Ｐ１５の外周面Ｐ１１、Ｐ１６と面一の平坦な面にする。
このとき、開先部Ｐ２０は、第一層Ｌ１０や層Ｌ１８の溶接金属で充填されている。
【００２６】
必要に応じて、第一管材Ｐ１０に本実施形態の溶接装置１のガイドレール１２ａを取付ける。ガイドレール１２ａ上に車輪部１２ｂを配設し、第一管材Ｐ１０の外周面Ｐ１１及び第二管材Ｐ１５の外周面Ｐ１６上にグリセリン等の媒体を介して超音波探触子３０を配置する。
溶接装置１の各構成は、第一管材Ｐ１０の外周面Ｐ１１側及び第二管材Ｐ１５の外周面Ｐ１６側にそれぞれ配置される。
ガスボンベ２５の流量調節バルブ２６を調節して溶接用ガスノズル１８と給電チップ１６の隙間から所定の流量のシールドガスを流す。
図４は本発明の第１実施形態における溶接方法を示すフローチャートである。
【００２７】
一対の超音波探触子３０は、周方向Ｙの超音波探触子３０が配置された位置（以下では、この位置を第一位置（所定位置）称する。）における対向方向Ｘの裏波ビードＬ１１の中心位置Ｌ１３（溶接中心位置）を検出する（図４に示すステップＳ１）。なお、対向方向Ｘにおいて裏波ビードＬ１１の中心位置Ｌ１３は開先部Ｐ２０の中心位置Ｐ２１にほぼ等しく（等しくも含む）なる。
各超音波探触子３０は、検出結果を制御部３５に送信する。制御部３５の演算素子は、送信された第一位置における対向方向Ｘの裏波ビードＬ１１の中心位置Ｌ１３をメモリーに記憶させる。
次に、搬送部１２の車輪駆動モータにより車輪部１２ｂを一定の方向に回転させることにより、溶接ヘッド１０、溶接トーチ１５、及び一対の超音波探触子３０を周方向Ｙに移動させる。このとき、溶接トーチ１５が周方向Ｙにおいて第一位置に配置され、超音波探触子３０が第一位置よりも周方向Ｙに先行した第二位置に配置されたとする。
【００２８】
制御部３５の演算素子は、メモリーに記憶された第一位置における対向方向Ｘの裏波ビードＬ１１の中心位置Ｌ１３を読み出す。第一位置において、溶接トーチ１５を対向方向Ｘに揺動させる中心位置Ｌ１５が、裏波ビードＬ１１の中心位置Ｌ１３と対向方向Ｘで一致するように移動機構１１ａを駆動して溶接トーチ１５を移動させる（ステップＳ３）。これにより、第一位置の層Ｌ１８ａの外面Ｌ１８ｂ上に、溶接トーチ１５をウィービングさせつつ最終層Ｌ２０を形成する。
具体的には、制御部３５は、給電部２０により第一管材Ｐ１０及び第二管材Ｐ１５と溶接トーチ１５との間に電圧を印加させる。送出し部により、溶接ワイヤＷを先端側に送り出す。搬送部１２の車輪駆動モータにより車輪部１２ｂを一定の方向に回転させることにより、溶接ヘッド１０、溶接トーチ１５、及び一対の超音波探触子３０を周方向Ｙに移動させる。移動機構１１ａにより溶接トーチ１５を対向方向Ｘに往復移動させる。
本実施形態では、超音波探触子３０は裏波ビードＬ１１の中心位置Ｌ１３を検出するのに超音波を用いている。
【００２９】
なお、ステップＳ３と同時に、第二位置における対向方向Ｘの裏波ビードＬ１１の中心位置Ｌ１３を検出するステップＳ１も行う。すなわち、最終層Ｌ２０を形成する際に、ステップＳ１及びステップＳ３を繰り返し行う。
以下では前述の様に、裏波ビードＬ１１の中心位置Ｌ１３を検出する位置を周方向Ｙの第三位置、第四位置、‥、と移動させつつ、各位置において裏波ビードＬ１１の中心位置Ｌ１３を検出する。そして、周方向Ｙの第二位置、第三位置、‥、において、溶接トーチ１５の中心位置Ｌ１５が、裏波ビードＬ１１の中心位置Ｌ１３一致するように溶接トーチ１５を移動させて、最終層Ｌ２０を形成する。
【００３０】
管材Ｐ１０、Ｐ１５の全周にわたり最終層Ｌ２０を形成したら、制御部３５は、車輪駆動モータ及び移動機構１１ａを停止させ、送出し部による溶接ワイヤＷの送り出しを停止させる。本実施形態の溶接方法を終了させる。使用者は、流量調節バルブ２６を閉じてシールドガスの流れを止める。
本溶接方法を用いた接合体の製造方法では、第一管材Ｐ１０と第二管材Ｐ１５とを溶接して一体とした接合体Ｐ２５が製造される。
【００３１】
以上説明したように、本実施形態の溶接装置１及び溶接方法によれば、最終層Ｌ２０を形成するときに、対向方向Ｘにおいて裏波ビードＬ１１の中心位置Ｌ１３は開先部Ｐ２０の中心位置Ｐ２１にほぼ等しくなる。溶接ワイヤＷを揺動させる中心位置Ｌ１５を裏波ビードＬ１１の中心位置Ｌ１３に一致させることで、開先部Ｐ２０が第一層Ｌ１０や層Ｌ１８で充填されたり層Ｌ１８ａの外面Ｌ１８ｂが平坦にされたりした場合でも、開先部Ｐ２０の中心位置Ｐ２１に溶接ワイヤＷを揺動させる中心位置Ｌ１５を精度良く合わせることができる。
最終層Ｌ２０以外を公知の溶接装置を用いて溶接し、最終層Ｌ２０のみを本実施形態の溶接装置１で溶接する場合には、従来のティーチングプレイバック倣い技術では対応できない。この場合においても、本実施形態の溶接装置１及び溶接方法は適用可能である。
【００３２】
裏波ビードＬ１１の中心位置Ｌ１３を検出するのに超音波を用いることで、第一管材Ｐ１０の内周面Ｐ１２側に装置を配置することなく、裏波ビードＬ１１の中心位置Ｌ１３を検出することができる。
また、本実施形態の接合体Ｐ２５の製造方法によれば、開先部Ｐ２０の中心位置Ｐ２１に溶接ワイヤＷを揺動させる中心位置Ｌ１５を精度良く合わせて溶接した接合体Ｐ２５を製造することができる。
【００３３】
なお、本実施形態では、溶接装置１が備える超音波探触子３０の数は一対に限られず、１つでもよいし、３つ以上でもよい。
【００３４】
（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。
本実施形態では、第１実施形態の溶接装置１を用いて、開先部Ｐ２０に第一層Ｌ１０から最終層Ｌ２０まで形成する場合について説明する。
なお、超音波探触子３０は、第一管材Ｐ１０の端面や二管材Ｐ１５の端面でビームＢ１が反射されることで、溶接金属で充填されていない開先部Ｐ２０の対向方向Ｘの中心位置Ｐ２１を検出することもできる。
管材Ｐ１０、Ｐ１５で開先部Ｐ２０を構成するまでの工程は、第１実施形態と同様なので説明を省略する。
【００３５】
前述のように、管材Ｐ１０、Ｐ１５に溶接装置１を取付ける。この状態では、開先部Ｐ２０は溶接金属で充填されていない。このため、超音波探触子３０で開先部Ｐ２０の対向方向Ｘの中心位置Ｐ２１を検出しながら、周方向Ｙにおいて、所定位置における溶接トーチ１５の中心位置Ｌ１５が、所定位置に対する開先部Ｐ２０の中心位置Ｐ２１と対向方向Ｘで一致するように溶接トーチ１５を移動させる。
開先部Ｐ２０の中心位置Ｐ２１に一致させる手順は、第１実施形態の裏波ビードＬ１１の中心位置Ｌ１３に一致させる手順と同様である。
開先部Ｐ２０に、裏波ビードＬ１１を有する第一層Ｌ１０が形成される。
【００３６】
溶接装置１で１又は複数の層Ｌ１８を形成したら、最も外周面Ｐ１１側の層Ｌ１８ａの外面を、グラインダ等で削って磨く。層Ｌ１８ａの外面Ｌ１８ｂを、管材Ｐ１０、Ｐ１５の外周面Ｐ１１、Ｐ１６と面一の平坦な面にする。
このとき、開先部Ｐ２０は、第一層Ｌ１０や層Ｌ１８の溶接金属で充填されている。
これ以降の手順は、第１実施形態と同一なので、説明を省略する。
【００３７】
以上説明したように、本溶接装置１は、開先部Ｐ２０に第一層Ｌ１０から最終層Ｌ２０まで形成することができる。
【００３８】
（第３実施形態）
次に、本発明の第３実施形態について図５を参照しながら説明するが、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５に示すように、本実施形態の溶接装置２は、第１実施形態の溶接装置１の一対の超音波探触子３０に代えて、Ｘ線Ｂ２を発生するＸ線発生器４１と、Ｘ線Ｂ２を検出するＸ線検出器４２とを有する検出部４０を備えている。
Ｘ線発生器４１は、対向方向Ｘ及び周方向Ｙの位置によらず均一な強度のＸ線Ｂ２を発生する。例えば、Ｘ線発生器４１は第一管材Ｐ１０の外周面Ｐ１１側及び第二管材Ｐ１５の外周面Ｐ１６側に、Ｘ線検出器４２は第一管材Ｐ１０の内周面Ｐ１２側及び第二管材Ｐ１５の内周面Ｐ１７側にそれぞれ配置される。
Ｘ線発生器４１から照射されたＸ線Ｂ２は、管材Ｐ１０、Ｐ１５、第一層Ｌ１０、及び層Ｌ１８の厚さ（以下、管材Ｐ１０等の厚さと称する）に応じて吸収される。したがって、管材Ｐ１０等の厚さが厚い部分に対応するＸ線検出器４２が検出する、Ｘ線Ｂ２の透過量は小さくなる。
Ｘ線発生器４１及びＸ線検出器４２は、制御部３５に接続されている。
【００３９】
このように構成された溶接装置２を用いた本実施形態の溶接方法について説明する。
初期溶接工程Ｓ３では、第一管材Ｐ１０の厚さ及び第二管材Ｐ１５の厚さに比べて、第一層Ｌ１０の厚さ、第一層Ｌ１０の厚さと層Ｌ１８の厚さとの和、がそれぞれ薄いことで、Ｘ線Ｂ２の透過量に差が生じ、開先部Ｐ２０の中心位置が検出される。
最終溶接工程Ｓ５で層Ｌ１８ａの外面をグラインダ等で削って磨いた状態では、第一管材Ｐ１０の厚さ及び第二管材Ｐ１５の厚さに比べて、第一層Ｌ１０から層Ｌ１８ａまでの厚さの和が、裏波ビードＬ１１の分厚くなる。
Ｘ線検出器４２は、Ｘ線Ｂ２の透過量が局所的に帯状に小さくなった位置を検出する。そして、その帯状部分の幅方向の中心の位置を演算することで、裏波ビードＬ１１の中心位置Ｌ１３を検出する。
Ｘ線検出器４２は、検出した裏波ビードＬ１１の中心位置Ｌ１３を制御部３５に送信する。
【００４０】
このように、本実施形態の溶接装置２及び溶接方法では、裏波ビードＬ１１の中心位置Ｌ１３を検出するのにＸ線Ｂ２を用いる。
溶接装置２では、管材Ｐ１０、Ｐ１５の所定位置における裏波ビードＬ１１の中心位置Ｌ１３をＸ線Ｂ２で検出した直後にこの所定位置を溶接する、いわゆるリアルタイムＸ線溶接を行っている。
【００４１】
以上説明したように、本実施形態の溶接装置２及び溶接方法によれば、開先部Ｐ２０が第一層Ｌ１０や層Ｌ１８で充填されたり層Ｌ１８ａの外面Ｌ１８ｂが平坦にされたりした場合でも、開先部Ｐ２０の中心位置Ｐ２１に溶接ワイヤＷを揺動させる中心位置Ｌ１５を精度良く合わせることができる。
裏波ビードＬ１１の中心位置Ｌ１３を検出するのにＸ線Ｂ２を用いることで、管材Ｐ１０、Ｐ１５等とＸ線発生器４１とを接触させるグリセリン等の媒体を用いることなく、裏波ビードＬ１１の中心位置Ｌ１３を検出することができる。
【００４２】
（第４実施形態）
次に、本発明の第４実施形態について図６を参照しながら説明するが、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６に示すように、本実施形態の溶接装置３は、第１実施形態の溶接装置１の一対の超音波探触子３０に代えて、図示しないＣＭＯＳ（Ｃｏｍｐｌｅｍｅｎｔａｒｙ  Ｍｅｔａｌ−Ｏｘｉｄｅ  Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）等の撮像素子を有する撮像部（検出部）４５を備えている。
撮像部４５は、第一管材Ｐ１０の外周面Ｐ１１に対する内周面Ｐ１２側から裏波ビードＬ１１の可視光線Ｂ３による像を取得する。撮像部４５は、制御部３５に接続されている。
【００４３】
このように構成された溶接装置３を用いた本実施形態の溶接方法について説明する。
初期溶接工程Ｓ３で、第一層Ｌ１０が形成されていないときには、撮像部４５は、公知の画像処理により前述の像から開先部Ｐ２０の形状を検出することで、開先部Ｐ２０の対向方向Ｘの中心位置を検出する。
初期溶接工程Ｓ３で第一層Ｌ１０が形成されたとき、及び最終溶接工程Ｓ５では、公知の画像処理により、像の中で他の部分よりも色彩や輪郭形状が異なる帯状の部分の位置を検出する。そして、その帯状部分の幅方向の中心の位置を演算することで、裏波ビードＬ１１の中心位置Ｌ１３を検出する。
【００４４】
以上説明したように、本実施形態の溶接装置３及び溶接方法によれば、開先部Ｐ２０の中心位置Ｐ２１に溶接ワイヤＷを揺動させる中心位置Ｌ１５を精度良く合わせることができる。
【００４５】
以上、本発明の第１実施形態から第４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、組み合わせ、削除等も含まれる。さらに、各実施形態で示した構成のそれぞれを適宜組み合わせて利用できることは、言うまでもない。
例えば、前記第１実施形態から第４実施形態では、第一母材が第一管材Ｐ１０であり第二母材が第二管材Ｐ１５であるとした。しかし、第一母材及び第二母材は、管材に限らず板材であってもよい。特に板材の厚さが厚く、板材を裏返し難い場合には、本実施形態の溶接方法及び溶接装置等を好適に用いることができる。
【符号の説明】
【００４６】
１、２、３  溶接装置
１１ａ  移動機構（移動部）
３０  超音波探触子（検出部）
３５  制御部
４０  検出部
４５  撮像部（検出部）
Ｂ２  Ｘ線
Ｂ３  可視光線
Ｌ１０  第一層
Ｌ１１  裏波ビード
Ｌ１３、Ｌ１５  中心位置
Ｐ１０  第一管材（第一母材）
Ｐ１１  外周面（第二主面）
Ｐ１２  内周面（第一主面）
Ｐ１５  第二管材（第二母材）
Ｐ２０  開先部
Ｐ２５  接合体
Ｗ    溶接ワイヤ
Ｘ    対向方向
【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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