(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
現地施工により厚板をレ型開先溶接により接続する横向き多積層自動溶接装置において、前記レ型開先の表側上端面を検知する上端面検知センサと前記レ型開先の表側下端面を検知する下端面検知センサと表側下母材表面を走行する走行ローラと表側上母材の表面を検知する上母材表面検知センサによりレ型開先条件を検出し、この検出条件を予め設定した溶接条件と比較して最適条件を自動的に選択する選択制御装置と、初層から板厚の１／２ないし２／３の厚みまでの溶接積層を２電極または単電極を前記選択装置により自動的に選択して溶接し、１／２ないし２／３以降の表層部までの溶接積層を２電極で前記選択制御装置により選択した溶接条件で溶接し、さらに仕上げ層を１電極で前記選択制御装置により選択した溶接条件で溶接を行う自動溶接機を備えたことを特徴とする横向き多積層自動溶接装置。
【請求項２】
現地施工により厚板をレ型開先溶接により接続する横向き多積層自動溶接方法において、前記レ型開先の表側上端面を検知する上端面検知センサと前記レ型開先の表側下端面を検知する下端面検知センサと表側下母材表面を走行する走行ローラと表側上母材の表面を検知する上母材表面検知センサによりレ型開先条件を検出し、この検出条件を予め設定した溶接条件と比較して最適条件を自動的に選択する選択制御装置により選択し、かつ、初層から板厚の１／２ないし２／３の厚みまでの溶接積層を２電極または単電極を前記選択装置により自動的に選択して溶接し、１／２ないし２／３以降の表層部までの溶接積層を２電極で前記選択制御装置により選択した溶接条件で溶接し、さらに仕上げ層を１電極で前記選択制御装置により選択した溶接条件で溶接することを特徴とする横向き多層自動溶接方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、高炉等における厚板の現地溶接において多数積層を必要とする横向き自動溶接に関する。
【０００２】
【従来の技術】
高炉等における厚板の溶接のように現地横向き溶接が多い現地据え付け、組立、溶接においては、据え付け精度が工場組立と比較して悪く、横向き自動溶接法を採用するに際しては、溶接部が変化しても開先形状および開先断面積に追従して能率よくかつ安定した品質を確保することが重要であるが、溶接部の変化に追従して作業者が手動で行うことは非常に困難であり、熟練を必要とするものである。
【０００３】
出願人はかかる問題を解決するために、複数のセンサによる開先奥部と開先表面の検知と開先線倣いによる算出データの記憶と溶接電流、溶接速度の自動制御によって変化する開先形状および断面積を自動的に積層溶接する熟練度を必要としない自動溶接方法を開発し、特願平０６−１４７０３６号として提案した。
【０００４】
この自動溶接方法は、主として両側開先いわゆるＫ型開先の開先断面積の大きい側に実施しており、小さい側のガウジング後の溶接は、全体的な効率を考慮して半自動溶接で行うことが多かった。
【０００５】
近年、工期短縮化を必要とする現地工事においては、据え付け、組立工法を変更して、厚板母材の内側に溶接施工前または同時に設備付属物を取り付けたり、溶接施工と同時に内装工事施工を行うこととなり、溶接のための開先設計の変更を余儀なくされていた。
【０００６】
また、製鉄所の高炉の炉体溶接、圧力容器またはこれに準ずる設備の溶接においては、開先最奥部の溶接品質保証が要求され、例えば、特開平１０−８１９０５号公報に開示されるように、開先内溶接の前準備作業として、裏当板の接触面を削りとり、開先最奥部を溶融し、裏波溶接ビートを形成する工法が採用されている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
現地施工において裏当板の削り取り作業は実質的にはアークガウジングによる手法であるが、限られた全溶接時間工程の中で、このアークガウジングおよびグラインダー手入れの作業時間は少なくなく、さらに初層から自動溶接によるビート形成を行う場合においては、深さおよび幅が変動する手動アークガウジングは品質上好ましくない。さらに厚板のレ型開先を溶接するに際しては、大きな開先断面積となるために溶接能率をあげなければならないと同時に、溶接開始初層から中間層までは欠陥が発生した場合の外側からの補修溶接の時間浪費および繁雑性を考慮すれば、溶接品質管理を重視しなければならない。
【０００８】
溶接能率を重視すると単電極による溶接ではなく、溶接ワイヤを大径化して溶接電流を大幅に多くするか、または、複数電極によって施工するか、いずれかの手段をとることとなるが、品質を重視して欠陥発生を防止するためには慎重な溶接条件を選択せねばならず、溶接ワイヤの大径化や複数電極化は不向きである。
【０００９】
そこで、本発明は、開先隙間誤差や肌違いが多く発生する現地溶接において裏波ビード成形を安定して行うことができるとともに、品質と能率を大幅に向上することができる横向き多層自動溶接を提供するものである。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明の横向き多積層自動溶接装置は、現地施工により厚板をレ型開先溶接により接続する横向き多積層自動溶接装置において、前記レ型開先の表側上端面を検知する上端面検知センサと前記レ型開先の表側下端面を検知する下端面検知センサと表側下母材表面を走行する走行ローラと表側上母材の表面を検知する上母材表面検知センサによりレ型開先条件を検出し、この検出条件を予め設定した溶接条件と比較して最適条件を自動的に選択する選択制御装置と、初層から板厚の１／２ないし２／３の厚みまでの溶接積層を２電極または単電極を前記選択装置により自動的に選択して溶接し、１／２ないし２／３以降の表層部までの溶接積層を２電極で前記選択制御装置により選択した溶接条件で溶接し、さらに仕上げ層を１電極で前記選択制御装置により選択した溶接条件で溶接を行う自動溶接機を備えたことを特徴とする。
【００１２】
また、本発明の横向き多層自動溶接方法は、現地施工により厚板をレ型開先溶接により接続する横向き多積層自動溶接方法において、前記レ型開先の表側上端面を検知する上端面検知センサと前記レ型開先の表側下端面を検知する下端面検知センサと表側下母材表面を走行する走行ローラと表側上母材の表面を検知する上母材表面検知センサによりレ型開先条件を検出し、この検出条件を予め設定した溶接条件と比較して最適条件を自動的に選択する選択制御装置により選択し、かつ、初層から板厚の１／２ないし２／３の厚みまでの溶接積層を２電極または単電極を前記選択装置により自動的選択して溶接し、１／２ないし２／３以降の表層部までの溶接積層を２電極で前記選択制御装置により選択した溶接条件で溶接し、さらに仕上げ層を１電極で前記選択制御装置により選択した溶接条件で溶接することを特徴とする。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下本発明の実施例を説明する。図１は裏当板およびバッキング材を説明する開先断面図、図２は開先形状の検知を説明する開先断面図、図３は開先隙間の誤差と溶接積層との関係を説明する溶接断面図、図４は肌違いを説明する溶接断面図、図５は実施例のモックアップ試験板の説明図、図６は実施例における溶接積層を説明する断面図である。
【００１４】
図５において、母材は板厚５０ｍｍのＳＭ４９０材を使用した。レ型開先形状は、開先角度４０度、開先隙間は４ｍｍである。裏当板は上下共に板厚１２ｍｍのＳＭ４９０材を使用した。裏当板には深さ５ｍｍ、長さ１５ｍｍの溝加工を予め設けた。この溝には予めテープバッキング材を装着し、母材の溶接部全線に溶接して固定した。さらに、モックアップ試験板は図６（ａ）、（ｂ）、（ｃ）に示すように（ａ）では上母材が３ｍｍ前面にでた肌違い、（ｂ）では開先隙間が７ｍｍあるようにし、さらに（ｃ）では下母材が３ｍｍ前面に出た肌違いがあるように制作した。
【００１５】
板厚５０ｍｍの約２／３の厚み分までの積層を実施した結果を表しているが、開先内の符号１および２のパスは単電極で施工し、３パス目以降は２電極または単電極により施工した。
【００１６】
２電極は開先に向かって先行電極と後行電極の配列とし、先行電極と後行電極との電極間距離を１００ｍｍとした。電極間距離は５０ｍｍ〜１５０ｍｍが適当であり、５０ｍｍ以下では先行電極の溶接ビード成形が後行電極の溶接アークにより乱されて、１５０ｍｍ以上では溶接倣い機構上好ましくない。
【００１７】
図６には示されていないが、約２／３の厚み以降は、表層部まですべて２電極により施工し、仕上げビードは単電極により所定よりやや低電流により溶接施工した。裏波ビードは図６（ａ）および（ｃ）では符号１パスのみにより余盛２ｍｍ〜３ｍｍのきれいな裏波が得られたが、（ｂ）では隙間が大きいため上下２層構造の裏波となったが、非破壊検査では合格となり効果を妨げることはなかった。
【００１８】
表１および表２に図６（ａ）、（ｂ）、（ｃ）の位置の符号１パス（単電極）と６、７パス（２電極）の溶接条件を示す。
【００１９】
【表１】
0004095233.tif 000002
【表２】
0004095233.tif 000003
まず、データーベースを作成する。
【００２０】
レ型開先の標準的開先形状を設定し、データーベースを作成する。図３（ａ）を基本のレ型開先として、開先隙間が図３（ｂ）、（ｃ）に示すように＋３ｍｍおよび＋６ｍｍ広い開先形状を想定し、さらに図４（ａ）、（ｂ）に示すように下母材表面を基準として上母材表面の肌違い、すなわち下母材より前面に出た開先形状（ａ）と後面に引っ込んだ形状（ｂ）を想定してそれぞれのずれを＋３ｍｍ、＋６ｍｍおよび−３ｍｍ、−６ｍｍに設定してそれぞれの形状での適正な溶接条件および積層パターンを実験により求め、設定し、溶接機の制御装置に入力しておく。
【００２１】
図２において開先上端部７を検知するセンサ８と開先下端部９を検知するセンサ１０と開先下表面を走行する走行ローラ１２により、溶接部全線に渡り連続的または断続的に開先形状を測定検知し、この検知したデータを溶接機の制御装置に入力する。そして予め実験にて想定したデータと比較してもっとも近い溶接条件を選択して、選択された溶接条件にて溶接を開始する。なお、溶接条件が瞬時（急激）に変化することは溶接品質上好ましくないので、予め設定された一定時間または一定距離の間、段階的に変化するように制御装置の回路に入力しており、溶接条件が急激に変化しても安定した積層ビードを形成できる。
【００２３】
図１では上母材１および下母材２に各々取り付けられる裏当板３および４の内側に予め開先加工を設け、この開先にテープバッキングなどの溶接用バッキング材５を装着する。自動溶接の初層溶接ビード６によって溶接することによりこのバッキング材５が反応して開先最奥部を溶融し、裏波ビードを形成させる。
【００２４】
以上、説明したように本発明では、厚板の横向きレ型開先を自動溶接するのに際して、品質的に不安定な条件となる溶接初層による裏波ビード成形が開先隙間誤差や肌違いが多く発生する現地溶接において安定して行うことが可能となった。さらに、レ型開先形状の現地溶接に鑑み、板厚の１／２または２／３の厚みまでを品質向上を最優先として積層し、１／２または２／３厚み以降表層部までの積層を２電極による施工で能率向上を計り、仕上げ層は単電極により施工して外観の美しさを確保するきわめて現実的なレ型開先の横向き自動溶接であり、品質と能率を大幅に向上することが可能となった。
【図面の簡単な説明】
【図１】裏当板およびバッキング材を説明する開先断面図
【図２】開先形状の検知を説明する開先断面図
【図３】開先隙間の誤差と溶接積層との関係を説明する溶接断面図
【図４】肌違いを説明する溶接断面図
【図５】実施例のモックアップ試験板の説明図
【図６】実施例における溶接積層を説明する断面図
【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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