JFE 技報 No. 34（2014 年 8 月）p. 92-97

JFE エンジニアリング 津製作所のロボット溶接技術の変遷と展望
Review of Robot Welding Technology in Tsu Works, JFE Engineering
尾座本大輔

OZAMOTO Daisuke

JFE エンジニアリング

鋼構造本部

津製作所

吉井孝次

YOSHII Koji

JFE エンジニアリング

鋼構造本部

津製作所

計画室
製造プロセス室高畑清治

TAKAHATA Kiyoharu

JFE エンジニアリング

鋼構造本部

津製作所

製造プロセス室要旨
JFE エンジニアリング

津製作所では，橋梁などの製作コストダウンおよび品質向上を目的に，適用対象・時流に応じた溶接ロボット設備を導入，および溶接プロセスを開発・適用してきた。本稿では，1990 年代初頭の溶接ロボット導入から現在までのロボット溶接技術に関する取組みを抜粋して概説する。

Abstract:
Welding process utilizing robot equipment has been developed and operated at Tsu Works, JFE Engineering for thepurpose of production cost reduction and quality improvement of bridges. This paper summarizes the steps taken forsuch robot welding technology to date from early 1990s.

1． はじめに新塗装工場の上流から下流までの近代化設備を相次いで導入した橋梁製作における溶接ロボットの本格的な適用は，1980

1-3）。この時の溶接ロボット導入が，津製作所における本格的な溶接ロボット適用のスタートである。

年代後半から急速に展開された。これは，1980 年代初頭か

表 1 に津製作所におけるロボット溶接技術の変遷を示す。

ら急速に普及しはじめた多関節溶接ロボットの出現と設計工場設備近代化計画以後，橋梁などの品質向上および脱技情報を生産情報へも利用・展開するシステムの開発による能化を目的に，対象・時流に応じた溶接ロボット設備を導ものである。JFE エンジニアリング 津製作所においても，入あるいは溶接プロセスを開発・適用してきた。本稿では，新しい工場の在り方を模索，より高品質かつ脱技能化を目津製作所における工場設備近代化から現在までのロボット

指し，1990 年代初頭に工場設備近代化中期計画を策定し，溶接技術に関する取組みを抜粋して概説する。

1991～1993 年度に，レーザ切断ライン，箱桁パネル製作ライン，鈑桁製作ライン，横リブ組立装置，糸面バリ取り装置，

表 1 津製作所におけるロボット溶接技術の変遷
Table 1

Robot welding technology transition in Tsu Works

1990s 1992 Box girder panel fabrication lines(Web panel welding robot system,
Flange panel welding robot system)
1994 I-girder panel welding robot system
Lateral rib fabrication line
2000s 2002 Steel segment welding robot system
Portable multi-layer welding robot Ishimatsu
2004 Web panel welding robot system (Renewal)

Panel fabrication approach
High speed rotating arc welding process
Teaching-less CAD/CAM system
Box fabrication approach
Use positioning units
Portable transverse coordinate type robot

Vertical, Lap, Groove
Groove welding adaptive control

Mobile gantry type welding robot

Wave-shape web panel
U-rib steel plate deck

2006 I-girder panel welding robot system (Renewal)
2007 Flange panel welding robot system (Renewal)
2010s 2013 I-girder panel welding robot system(Expansion)

Gouging-less welding process
Transverse coordinate type robot, 10 torchs U-rib 75% penetration
Welding wire auto changer
Simple CAM system

2014 年 4 月 4 日受付－ 92 －Copyright © 2014 JFE Steel Corporation. All Rights Reserved.

Fillet welding
Arc sensor

Flexible application
Expansion of adoption

JFE エンジニアリング

津製作所のロボット溶接技術の変遷と展望

2． 設備近代化による溶接ロボットの導入
鋼製橋梁には多くの形式があるが，その主構部材の多くは箱型または I 型である。その上下部材をフランジ，横部材をウェブと称しており，長方形の大板に短冊状のスティフナが取り付けられている。これらの工場製作に対し，組立方法・施工法を含め検討し，溶接ロボットを独自に開発・導入した。
当時，箱桁の製作は，ウェブ，フランジの両プレートにスティフナ類を仮付けし，箱型に組み立てた後一括溶接する工法が取られ，狭隘で複雑な箱桁内の溶接作業としていた。
溶接ロボットの導入に際しては，ウェブ，フランジともパネル状態でスティフナなどの水平すみ肉溶接を行なうパネル工法を採用した。鈑桁製作の場合には，フランジとウェブ

写真 2 鋼製セグメント溶接ロボットシステムを先行溶接し，後にスティフナを取り付ける分割組立工法

Photo 2 Steel segment welding robot systemであったが，ロボット化に際しては一括組立工法（対象継手はすみ肉溶接）を採用した。この方式により，工程数・トシステムであるウェブパネル溶接ロボットを示す。

装置占有面積を削減，逆ひずみ付加やひずみ取作業といっ

3． 鋼製セグメントのロボット溶接技術た付帯作業の軽減を図った。
また，通常橋梁製作に用いられるロボット溶接プロセスは，トーチを左右に揺動（ウィービング）するガスシールドアー

大都市道路網拡充の一環として，地下トンネルをシール

ク溶接によるすみ肉溶接が主流であるが，JFE エンジニアリド工法で構築する際，大きな断面力が作用する箇所に鋼製ング独自プロセスである高速回転アーク溶接法

4, 5）を採用すの大型セグメントが使用される。鋼製セグメントは，角型やることで高能率化・高精度化を図った。この際の対象溶接リング型のものがあるが，個々のセグメントは箱型形状で 1

継手は 1 パスのすみ肉溶接である。

面が開放されたものとなっている。鋼製セグメントの製作工

さらに，橋梁のように比較的大きく，同一形状が少ない部

事では，類似形状のブロックを大量に製作する必要がある

材のロボット溶接化においては，複数台の溶接ロボットに対ため，高品質かつ高能率で繰り返し生産が可能な専用の溶して，各ロボットのティーチング作業を省略できるシステム

接ロボットシステムの適用が有利である。溶接継手は升目（ティーチングレスロボットシステム）が不可欠である。設構造部の水平すみ肉溶接・立向すみ肉溶接のほかに，外板計情報を生産情報へ結びつける（部材形状データや溶接デー

部の重ねすみ肉溶接およびフレーム端部の開先溶接継手がタが利用できる）現図システム（NEW-BRISTLAN）をベー対象となる。溶接ロボットシステムは，品質保持が困難な溶

6）

スにティーチングレス CAD/CAM システムを開発した 。

接姿勢を避けるため，部材をポジショナによりハンドリング以上を融合し，箱桁パネルライン（ウェブ，フランジ），し多関節ロボットと連動させる方式を採用した。ロボット

鈑桁ラインを稼動させた。写真 1 に津製作所初の溶接ロボッ

データの生成は専用の CAD/CAM システムを用い，さらにロボットシミュレータを使用しセグメントの型式やサイズごとに狭隘部でのロボットの干渉チェックや溶接姿勢・動作パターンをコンピュータ上で事前に検討することでロボット溶7）

接適用範囲の最大化を図った。写真 2 に適用状況を示す 。

4． 溶接ロボット更新とロボット溶接技術
2000 数年頃には，1990 年代初頭に導入した溶接ロボット（ウェブライン，フランジライン，鈑桁ライン）が十数年経過し更新時期を迎えた。更新に際しては，より品質安定化が図れ，さらには適用範囲の拡大を図れるよう対象部材の特性に応じた溶接プロセスおよび装置機構を検討した。

4.1

写真 1 ウェブパネル溶接ロボット
Photo 1

Web panel welding robot system

ウェブライン

ウェブラインの更新に際して，溶接プロセスは，従来どお－ 93 －JFE 技報 No. 34（2014 年 8 月）

JFE エンジニアリング

津製作所のロボット溶接技術の変遷と展望

写真 3 ウェブパネル溶接ロボット（更新機）
Photo 3

写真 5 フランジパネル溶接ロボット（更新機）

Web panel welding robot system (Renewal)

Directionof welding（W. D.）

Leg length :9 mm

Photo 5

Flange panel welding robot system (Renewal)

U-Rib penetration≧75%×Plate thickness

Leg length :13 mm

写真 4 波形ウェブパネルの溶接ビード外観
Photo 4Wave-shape web welding bead appearance

写真 6 U リブの溶接ビード外観とマクロ断面り高速回転アーク溶接を採用し，高電流・深溶け込み施工，

Photo 6

高速回転アークセンサの高精度倣いの利点を踏襲した。ロ

U-Rib bead appearance and macro section

ボットは，従来型より動作範囲の拡大を目指し 1 台の自走門型ガントリーに 2 台の 6 軸多関節ロボットを天吊りする仕様とし，それぞれのロボットが独立して横行・昇降・走行が可

産能力拡大のため，溶接ヘッドを 6 台から 10 台に増加した。

能な自由度を持たせた。これらの特長により，平板構造物溶接プロセスは，継手長が長いことから，高速溶接，倣いのみならず立体構造物へ適用を拡大した。単純なウェブパ性能に優れる高速回転アークを従来同様に採用している。

ネルの水平すみ肉溶接から，鋼床版の水平すみ肉から立向

主な対象継手は，フランジに取り付いた縦リブあるいは鋼床すみ肉溶接への連続施工，波形ウェブ（3 次元ワーク）の連版 U リブの水平すみ肉溶接である。本システムでは，脚長続施工などへの適用が可能となった。写真 3 にロボットの11 mm までの 1 パスすみ肉溶接が可能である。また，鋼床適用状況を示し，写真 4 に波型ウェブへの適用結果の一例

版の U リブ施工においては，道路橋示方書により，疲労亀裂を防止するために溶け込み深さを U リブ板厚方向に対しを示す。

4.2て，板厚の 75％以上確保することが要求されている。これフランジラインに対しても，本システムの特長である高速回転アークによるフランジラインの更新では，故障リスクが小さいこと，よ高電流・深溶け込み施工および回転アークセンサによる高り多くのリブを同時に溶接できること，を考慮し装置構成を精度倣い性能（安定した狙い位置確保）により良好な結果検討した。フランジラインでは溶接対象パネルが比較的単を得ている。写真 5 に U リブへのロボット適用状況，写真

純な構造であるため継手へのアプローチ時にロボットの複6 に U リブ溶接ビードおよびマクロ断面の一例を示す。

雑な進入姿勢・動作を必要としないことから，多関節ロボッ
トではなく，4 軸直交座標型の溶接ヘッドを選定し，剛性が強く故障リスクの小さいシンプルな構造とした。さらに，生JFE 技報 No. 34（2014 年 8 月）

－ 94 －

4.3

鈑桁ライン

鈑桁ラインは，箱桁パネルライン（フランジ，ウェブ）に

JFE エンジニアリング

津製作所のロボット溶接技術の変遷と展望

T=29 mmThickness,T=19 mm

写真 7 ガウジングレス溶接マクロ断面
Photo 7

Gouging-less welding process macro section

写真 9 可搬式溶接ロボット
Photo 9Portable welding robot

5． 可搬式溶接ロボットの適用
大がかりな据置ライン型の溶接ロボットシステムだけでなく，対象によっては可搬式の溶接ロボットを適用している。
たとえば，橋脚の角継手は厚板の開先溶接となり，切断精度，組立精度，さらには溶接中の熱変形などによる継手の変動に対する溶接条件調整が必要となる難しい溶接である。こ写真 8 新鈑桁溶接ロボット
Photo 8のような溶接対象には，市販の可搬式多層盛専用溶接ロボッ

I-girder panel welding robot (New)ト8）を採用している。この溶接ロボットは，板厚・継手形式・姿勢ごとの溶接条件がプリセットされており，開始位置，終続いて，導入された主力設備である。前述のとおりロボット了位置（継手長によっては任意数の途中位置）での開先セ化に際しては一括組立工法を採用している。更新に際してンシング教示のみで，開先変動に対する溶接条件自動生成

は先のウェブロボットと同様な機構・機能により実施し，よ機能を有している。より効果的な運用を目指し，1 オペレーり汎用性を持たせている。

タ複数台の適用を実践している。写真 9 に可搬式溶接ロボッ

ロボット溶接の適用を従来のすみ肉溶接だけでなく，開トの設置状況を示す。

先溶接へも拡げているが，開先溶接時の裏はつり（ガウジング）作業を必要としないロボットによる溶接工法（ガウジ6． 溶接プロセスの改善

ングレス完全溶け込み溶接工法）を開発・適用した。溶接継手の開先精度管理が必須であるが，高速回転アーク溶接大脚長すみ肉，スラグ除去不要などの対応の容易さから，法の利点を活かした画期的な溶接技術である。写真 7 にガロボット溶接に使用するワイヤは，ソリッドワイヤが一般的

ウジングレス完全溶け込み溶接のマクロ断面の一例を示す。

であった。しかしながら，ビード外観安定化，スパッタ低減，また，鈑桁工事の増加にともなう製作能力増強のため，ブローホール低減，など更なる溶接品質安定化のためにフ2013 年には鈑桁溶接ロボットを増設した。このロボットは，ラックスコアードワイヤ（FCW）を使用することも増えて前述と同様の機構・機能に加え，よりフレキシブルな運用をきている。図 1 にフラックスコアードを使用したロボット溶目指し，ソリッドワイヤとフラックスコアードワイヤを自動接の溶接結果の一例を示すが，非常に良好な溶接結果が得で切り替えるワイヤオートチェンジャを搭載し，最新のデジられている。最近では，溶接ワイヤの進歩もあいまって，脚タル電源を採用している。さらに高速回転アーク溶接トーチ

長 8 mm までの大脚長 1 パスすみ肉溶接も可能になってきを小型化し，より狭隘部への進入を可能にした。写真 8 にており，対象に応じてソリッドワイヤとフラックスコアード縦置きした鈑桁パネル支点部の完全溶け込み開先溶接へのワイヤを使い分けるようにしている。

適用状況を示す。これら施策により，ロボット溶接適用率を大きく引き上げることを目指している。

また，従来ロボット溶接はすみ肉溶接が中心であることから，溶接ワイヤ径は一般的な 1.2 mmf を使用してきた。しかしながら，溶接ロボットの適用対象継手が，単なるすみ肉－ 95 －JFE 技報 No. 34（2014 年 8 月）

JFE エンジニアリング

Leg length : 8 mm

津製作所のロボット溶接技術の変遷と展望

Cornering bead (Start end)

図 1 FCW（Flux cored wire）による溶接結果の一例
Fig. 1

Example of bead appearance (FCW)

溶接だけでなく，部分溶け込み開先溶接や完全溶け込み開先溶接など，より溶け込み深さの安定性が求められる継手が増えてきていることから，溶接ロボットに使用する溶接ワ
写真 10 合成床版橋への適用状況

イヤ径を，1.4 mmf に変更している。これにより，より高電

Photo 10流の施工が安定して可能となるため安定した溶け込み（溶Composite deck slab bridge

接品質）が得られる。

7． 多品種化への対応
箱桁パネル（フランジ，ウェブ），鈑桁パネルのように定形部材のすみ肉溶接（一部，開先溶接）については，ティーチングレス CAD/CAM システムとリンクし，ロボット溶接化が定着してきている。しかしながら，近年では，たとえば，合成床版橋や防波壁パネルなど，比較的単純形状ではあるものの通常の橋梁パネルではない部材が増加している。このような部材に対し，通常のルーチンで溶接ロボットを動作させるためのデータを作成すると多大な時間と労力が必要となる。より迅速かつフレキシブルな運用を目指し，2 次元

写真 11 防波壁パネルへの適用状況の設計情報のみから，ロボットの NC プログラムを簡易に短Photo 11

時間で作成する手法を開発し，鈑桁溶接ロボットやウェブ

Steel sea wall

溶接ロボットを各種実工事に適用し，ロボットの稼働率を向上させ，品質安定化に寄与している。写真 10 に合成床版橋

Shipsへの溶接ロボット適用状況，写真 11 に防波壁パネルへの溶

Bridges

Robotization
Automatization

Buildings

接ロボット適用状況を示す。

Trans.vehicles
Pipelines

8． 今後の展望

Chem. mach.
Indust. mach.

橋梁製作における溶接ロボットの本格的な適用は，1980

Irons/Steels

年代後半から始まり 20 年以上が経過した。当時，溶接ロボッ

Average0%

ト は 年 々 適 用 を 拡 大 し， 大 規 模 な CIM（ComputerIntegrated Manufacturing）化が進展するものと予想（期待）

20%

40%

60%

80%

100%

図 2 MAG/MIG 溶接における溶接自動化率・ロボット化率されていたが，20 年経過した現在，溶接ロボットの適用率

9）Fig. 2 Ratios of automatization and robotization in MAG/MIG
9）weldingは大幅には向上していないのが現状である。図 2 に溶接材料の使用状況を調査した結果から推定した各産業の MAG/MIG 溶接における溶接自動化率・ロボット化率を示すが，れる。

橋梁分野における溶接自動化率は 20 数％程度，ロボット化

前述のとおり JFE エンジニアリング

津製作所では，平9）率はわずか 10％程度である 。これは，橋梁製作の部材特面パネルのすみ肉溶接（一部，開先溶接）については，ティー性（少量多品種，大型，比較的複雑，密閉構造，など）おチングレス CAD/CAM システムとリンクし，ロボット溶接よび検査の要求レベルが高いなどに起因していると考えら化が定着してきている。さらに，より汎用的にロボットを利JFE 技報 No. 34（2014 年 8 月）

－ 96 －JFE エンジニアリング

津製作所のロボット溶接技術の変遷と展望用する取組みや溶接プロセスの進歩により，徐々に定形外後も，適用対象に応じた最善な方策を模索・推進していきの部材や継手への適用が拡大してきているとともに，可搬たい。

式ロボットを適用するなど適材適所の使用も進めている。このような取組みにより，JFE エンジニアリング 津製作所に参考文献

おける溶接ロボット化率は，約 20％であり，かなり高いレベルにあるといえる。
今後は，平面パネル構造への適用から，箱桁の内面の溶接に代表されるようなより構造の複雑な立体構造物への適

1）藤村憲ほか．橋梁生産設備近代化（加工・組立ライン）．NKK 技報．
1992, no. 140, p. 56-63.
2）杉谷祐司ほか．橋梁パネルの CAD/CAM 溶接ロボットシステム．NKK
技報．1992, no. 141, p. 47-57.
3）秦詮ほか．橋梁生産設備近代化（第二報）．NKK 技報．1994, no. 147, p.
43-51.

用拡大が望まれる。そのためには，閉空間・狭隘部へ進入

4）野村博一ほか．高速回転アーク隅肉溶接法の開発．溶接学会論文集．

できるロボット機構や構成，センサ技術，ロボット動作プロ

5）杉谷祐司ほか．高速回転アーク溶接ロボットの開発．NKK 技報．1992,

グラム作成の簡素化技術などの開発が必要であるとともに，no. 141, p. 47-57.
6）高久達将ほか．橋梁設計生産一貫情報システム～生産システム～．
NKK 技報．1989, no. 127, p. 138-144.

ロボットがアプローチしやすい構造の設計や工作法の検討も重要な課題である。また，新しい溶接法（レーザ溶接，レー1986, vol. 4, no. 3, p. 18-23.

改革も今後取り組むべき課題であると考えられる。

7）勘定義弘ほか．MMST 鋼製セグメント溶接ロボットシステム．NKK
技報．2002, no. 178, p. 72-75.
8）岩本啓一ほか．溶接自動化のすすめ方 直行可搬型溶接ロボットによる自動化―工事量に柔軟に対応する「石松」溶接ロボットシリーズにつ9． おわりにいて―．溶接技術．2008, vol. 56, no. 12, p. 63-66.
9）溶 接 法 研 究 委 員 会．Visualization and Simulation Technologies for
Welding Processes．溶接法ガイドブック 7 英文版．2013.

ザ・アークハイブリッド溶接など）による画期的な施工法のJFE エンジニアリング

津製作所に 1990 年代初頭より現在まで橋梁などの製作コストダウンおよび品質向上を目的に適用してきたロボット溶接技術を抜粋して紹介した。これまで適用してきたロボット溶接技術により，導入計画時の予測効果を十分満足する成果が得られている。今後ますます，品質安定化，脱技能化への要求は高まるものと推測され，溶接ロボットへの期待はさらに高まるものと考えられる。今－ 97 －

尾座本大輔

吉井孝次

高畑清治

JFE 技報 No. 34（2014 年 8 月）
Copyright © 2014 JFE Steel Corporation. All Rights Reserved. 禁無断転載