シャー切断鋼板用突き合せ自動溶接装置
【課題】開先加工しないシャー切断エッジを直接突き合せた突き合せ部を、抜け落ちが生じるのを防止しつつ良好に溶接する。
【解決手段】突き合せ部１３に沿って走行自在な溶接台車２１に、突き合せ部にに検出エアを吹き付けてその背圧から突き合せ部の形状を検出する突合せ検出装置２２と、小さい入熱量で突き合せ部１３の表面ルート間隔を閉塞するように先行溶接する先行溶接装置２３と、先行アーク溶接装置２３の後方に配置されて大きい入熱量で突き合せ部の溶け込みを深くなるように後続溶接する後続溶接装置２４とを具備した。
【解決手段】突き合せ部１３に沿って走行自在な溶接台車２１に、突き合せ部にに検出エアを吹き付けてその背圧から突き合せ部の形状を検出する突合せ検出装置２２と、小さい入熱量で突き合せ部１３の表面ルート間隔を閉塞するように先行溶接する先行溶接装置２３と、先行アーク溶接装置２３の後方に配置されて大きい入熱量で突き合せ部の溶け込みを深くなるように後続溶接する後続溶接装置２４とを具備した。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、シャー切断された鋼板のエッジを、開先加工することなく突き合せ溶接する自動溶接装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
本出願人は、シャー切断された鋼板のエッジを開先加工することなく突き合せ溶接する溶接方法や溶接装置を、たとえば特願２００９−２７９５３号や特願２００９−２２５６６９で提案している。
【０００３】
加工された開先部を突き合せ溶接する一般的な技術は、たとえば特許文献１に、開先の変化に対応するために、溶接技術データに基づいて初層溶接された開先部を、非接触式形状計測センサで検出し、この開先部の検出データにより、補正条件演算手段を使用して溶接データ記憶手段の溶接データを補正し、溶接トーチ制御装置を操作して２層目以降の多層盛り溶接するものである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平９−１５５５４３
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、シャー切断エッジは、多様な断面形状を呈しており、シャー切断鋼板を開先加工しないで突き合せた場合、鋼板のエッジ表面同士が当接して開先空間が発生しない突き合せ部や、鋼板のエッジ底面同士が当接して開先空間が奥部まで伸びる突き合せ部、エッジが当接せずに隙間が貫通する突き合せ部などが不規則に生じる。鋼板を突き合せ溶接する場合、突合せ面に十分な溶け込み深さを得るために入熱量が大きいサブマージドアーク溶接が用いられている。しかしサブマージドアーク溶接は入熱量が大きいため、エッジが開放されていると、左右のエッジ端面に熱量が均等に伝わらず、片方あるいは両方のエッジ端部にのみ入熱されて溶融されてしまい、肉盛りされずに抜け落ちが生じるという問題があった。
【０００６】
本発明は、上記問題点を解決して、開先加工しないシャー切断エッジを直接突き合せて溶接した時に、抜け落ちが生じるのを防止しつつ良好に溶接することができるシャー切断鋼板用突き合せ自動溶接装置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】
【０００７】
請求項１記載の発明は、シャー切断された鋼板のエッジを突き合せて溶接する自動溶接装置であって、
溶接線に沿って走行自在な台車に、シャー切断エッジの突き合せ部を検出する突合せ検出装置と、当該突合せ検出装置の後方で突き合せ部を先行溶接する先行アーク溶接装置と、当該先行溶接機の所定距離後方に配置されて前記突き合せ部を後続溶接する後続アーク溶接装置と、前記突合せ検出装置により検出された検出信号に基づいて、先行アーク溶接装置および後続アーク溶接装置の溶接条件を制御する溶接条件制御装置とを具備し、
突合せ検出装置は、エアノズルから突き合せ部の上面に検出エアを吹き付け、検出エアの背圧を検出して当該突き合せ部の形状を検出するように構成され、
先行アーク溶接装置は、小さい入熱量で突き合せ部の間隙を閉塞するようにその表面を先行溶接するアーク溶接機であり、
後続アーク溶接装置は、先行アーク溶接装置より大きい入熱量で、突き合せ部の溶け込みを深くなるように少なくとも表面を後続溶接するサブマージドアーク溶接機であることを特徴とする。
【０００８】
請求項２記載の発明は、請求項１記載の構成において、
突合せ検出装置は、溶接線に平行な軸心周りに揺動されるエアノズルと、当該エアノズルの揺動角を検出する揺動角検出部と、前記エアノズルから噴射された検出エアの背圧を検出する背圧検出部と、当該背圧検出部と前記揺動角検出部の検出値から、突き合せ部のルート間隔、溶接狙い位置およびルート深さを求める突き合せ部形状判断部とを具備したことを特徴とする。
【０００９】
請求項３記載の発明は、請求項１記載の構成において、
突合せ検出装置は、突き合せ部の長さ方向に略直角な幅方向に互いに平行に配置されて検出エアをそれぞれ噴射する複数のエアノズルと、当該エアノズルから噴射された検出エアの背圧をそれぞれ検出する背圧検出部と、当該背圧検出部により検出された背圧検出値に基づき、各エアノズルから突き合せ部までの距離を求め、突き合せ部のルート位置と、溶接狙い位置、ルート深さを求める突合せ部形状判断部とを具備したことを特徴とする。
【００１０】
請求項４記載の発明は、請求項２または３のいずれかに記載の構成において、
溶接条件制御装置は、突合せ検出装置により突き合せ部のルート間隔が大きいと判断した時に、先行アーク溶接装置の入熱量が大きくなるように、溶接電流と溶接電圧と溶接速度と溶接速度とを制御し、突き合せ部のルート間隔が小さいと判断した時に、先行アーク溶接装置の入熱量が小さくなるように、溶接電流と溶接電圧と溶接速度とを制御し、さらに突合せ検出装置により突き合せ部のルート間隔が所定値以下の時に先行アーク溶接装置による溶接を停止するように構成されたことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１１】
請求項１記載の構成によれば、突き合せ検出装置により検出された突き合せ部の形状に対応して、先行アーク溶接装置により小さい入熱量で先行溶接して突き合せ部の隙間を閉塞させた後、後続アーク溶接装置により大きい入熱量で後続溶接して、大きい溶け込み深さの接合を行うので、開先加工しないシャー切断エッジを直接突き合せて溶接した場合でも、溶接熱による抜け落ちが生じるのを防止しつつ、十分な溶け込み深さで良好に接合することができる。また突き合せ検出装置は、検出エアを吹き付けてその背圧により形状を検出するので、簡易な構造で、低コストで提供することができ、また検出エアにより突き合せ部を溶接前に清掃することができて良好な溶接が可能となる。
【００１２】
請求項２記載の構成によれば、揺動されるエアノズルを使用して、その揺動角と検出エアの背圧から突き合せ部の形状を容易に検出することができ、突き合せ部の形状から、ルート間隔や溶接狙い位置、ルート深さを求めることで、適正位置にアークを発生させて、良好な接合が可能となる。
【００１３】
請求項３記載の構成によれば、複数本幅方向に並設された複数のエアノズルを使用し、エアノズルからそれぞれ噴出される検出エアの背圧から突き合せ部の形状を容易に検出することができ、突き合せ部のルート位置やルート間隔、ルート深さを求めることで、適正位置にアークを発生させて、良好な接合が可能となる。
【００１４】
請求項４記載の構成によれば、突き合せ検出装置により検出された突き合せ部のルート間隔やルート位置、ルート深さから、溶接ワイヤのアーク発生点を適正な位置に制御することができ、良好な溶接が可能となる。またルート間隔が小さいか、無い場合には、先行アーク溶接装置を停止して、後続アーク溶接装置でのみ溶接することで、抜け落ちのない良好な接合が可能となり、効率よく溶接作業を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明に係る突き合せ溶接装置の実施例を示し、全体構成を示す概略斜視図である。
【図２】シャー切断エッジの突き合せ部の断面形状を示す説明図である。
【図３】（ａ）〜（ｃ）はシャー切断エッジの突き合せ部を説明する断面図で、（ａ）は表面のルート間隔が形成され、かつ当接部を有する開先形状部を示し、（ｂ）は表面のルート間隔が形成され、かつ裏面まで貫通している連通形状部を示し、（ｃ）は端面全体が当接されて表面のルート間隔がほとんどない閉塞形状部を示す。
【図４】突き合せ検出装置を示す構成図である。
【図５】突き合せ検出装置の動作を説明する説明図である。
【図６】先行溶接装置および後続溶接装置を示すブロック図である。
【図７】溶接条件制御部の動作を示すフロー図である。
【図８】（ａ）〜（ｃ）は突き合せ溶接装置における溶接部を示す横断面図で、（ａ）は先行溶接部を示し、（ｂ）は後続溶接部を示し、（ｃ）は裏面溶接部を示す。
【図９】突き合せ検出装置の他の実施例を示す構成図である。
【発明を実施するための形態】
【実施例】
【００１６】
以下、本発明の実施例を図１〜図７に基づいて説明する。
（全体構造）
図１に示すように、作業定盤１４上にガイド材（図示せず）を介して、表面が上面となるように２枚の鋼板１１，１２を、そのシャー切断エッジを互いに突き合せて固定し、一方の鋼板１１上に溶接台車（台車）２１が配置され、この溶接台車２１は、走行駆動装置２７により回転駆動される走行車輪（図示せず）により、ガイド装置２６を介して突き合せ部１３の長さ方向（溶接線）に沿って走行される。この溶接台車２１の走行速度＝溶接速度は、走行制御装置２８により走行駆動装置２８を制御して行われる。
【００１７】
前記ガイド装置２６は、図示しないが、鋼板１１または１２上面に溶接線に平行にガイドレールを敷設し、溶接台車２１に設けられた倣いローラにより鋼板の突合せ部１３に沿って移動させるように構成されている。
【００１８】
前記溶接台車２１には、前部から後方に順に、図４に示すように、シャー切断エッジの突き合せ部１３を検出する突合せ検出装置２２と、当該突合せ検出装置２２の後方で突き合せ部１３に図８（ａ）に示す先行溶接部Ｗ１を形成する先行溶接装置（先行アーク溶接装置）２３と、当該先行溶接装置２３の所定距離後方に配置されて前記突き合せ部１３の先行溶接部Ｗ１を含んで、図８（ｂ）に示す後続溶接部Ｗ２を形成する後続溶接装置（後続アーク溶接装置）２４と、前記突合せ検出装置２２により検出された検出信号に基づいて、先行溶接装置２３および後続溶接装置２４の溶接条件を制御する溶接条件制御部２５が搭載されている。また鋼板１１，１２を反転して、前記後続溶接装置２４により突き合せ部１３に図８（ｃ）に示す裏面溶接部Ｗ３を形成する。
【００１９】
（突き合せ部）
図２に示すように、大型の圧延鋼板１１，１２は、そのミルエッジがシャー切断機により切断されて不規則なシャー切断エッジを呈している。ここで使用される鋼板１１，１２は、その厚みｔ＝６ｍｍ〜２０ｍｍである。そして表面を上面として２枚の鋼板１１，１２のシャー切断エッジを突き合せた場合、この突き合せ部１３の表面ルート幅（表面の開口部幅）：Ｇａ＝０〜１０ｍｍ、中間部ルート間隔（中間部の開口部幅）：Ｇｂ＝０〜１０ｍｍ、裏面ルート間隔（裏面の開口部幅）：Ｇｂ＝０〜１０ｍｍである。また表面垂れ量：σａ＝０〜−１０ｍｍ、裏面垂れ量：σｂ＝０〜５ｍｍである。ここで表面とは、切断時にシャー切断刃が最初に当たった面をいう。突き合せ部１３の基本的な断面形状は、図３（ａ）に示すように、表面ルート間隔Ｇａがたとえば１ｍｍ以上で、かつ中間ルート間隔Ｇｂおよび／または裏面ルート間隔Ｇｃが当接している一般的な開先形状部Ｒａと、図３（ｂ）に示すように、表面、中間、裏面ルート間隔Ｇａ，Ｇｂ，Ｇｃがそれぞれ１ｍｍ以上で貫通している連通形状部Ｒｂ、（ｃ）は表面のルート間隔Ｇａが１ｍｍ未満の閉塞形状部Ｒｃとがある。なお、表面ルート間隔Ｇａの１ｍｍ以上を開放、１ｍｍ未満を閉鎖状態としたが、この数値は、溶接の溶け落ちに関係する値であるため、溶接状態に応じて任意に設定できるものである。
【００２０】
（突合せ検出装置）
図４，図５に示すように、突合せ検出装置２２は、ノズル揺動装置３２により溶接線（溶接予定線ともいう）に平行な揺動軸心Ｏ周りに往復揺動して、突き合せ部１３を含む検出範囲Ｗに所定圧の検出エアを吹き付け幅方向に走査する１本のエアノズル３１と、当該エアノズル３１の揺動角θを検出する揺動角検出器３２ａと、エアノズル３１のエア供給管３３に接続された分岐管３４を介して検出エアの背圧を検出する背圧検出部３５と、この背圧検出部３５で検出された背圧と揺動角検出器３２で検出され揺動角θから突き合せ部１３の表面を求める突き合せ部形状判断部３６とを具備している。
【００２１】
検出エアは、コンプレッサ３７から送られた高圧エアがエアアキュムレータ３８に蓄圧され、定圧のエアが、エアアキュムレータ３８から定圧制御弁３９が介在されたエア供給管３３を介してエアノズル３１に安定して供給される。
【００２２】
背圧検出部３５では、背圧を検出して電気信号に変換し、突き合せ部形状判断部３６に出力する。
突き合せ部形状判断部３６では、検出エアの背圧が鋼板１１，１２の表面に当たる最大背圧Ｐｍａｘと、突き合せ部１３を吹き抜ける最小背圧Ｐｍｉｎとの間にあり、最大背圧Ｐｍａｘから急激に低下または最大背圧Ｐｍａｘまで急激に上昇する２つの位置を、表面ルート間隔Ｇａの両端と判断する。またこの表面ルート間隔Ｇａの中心を溶接狙い位置（溶接線）ＷＣとする。さらに最大背圧Ｐｍａｘと、最も低い背圧の検出値Ｐｍｉｎとの差に対して予め試験により求められたデータに基づいて、検出背圧をルート深さＤとして換算する。ところで、揺動角θが大きいと、エアノズル３１から突き合せ部１３の表面までの距離が長くなるとともに、衝突した時の検出エアの抵抗が小さく背圧が低くなる傾向にあるため、揺動角θに基づいて補正処理しているが、その補正値が形状に影響を与えないほど小さい場合には、背圧検出部３５で検出された背圧を補正せず、揺動角θを検出位置のみを示す指標として使用してもよい。
【００２３】
このように、突き合せ部形状判断部３６では、背圧により求められたエアノズル３１と突き合せ部１３表面までの距離と、エアノズル３１の揺動角θから突き合せ部１３の形状をプロファイルし、突き合せ部１３における表面ルート間隔Ｇａと溶接狙い位置（ルート位置）ＷＣとルート深さＤを求める。
【００２４】
（先行溶接装置）
図６に示すように、先行溶接装置２３には、小さい入熱量で突き合せ部１３の間隙を閉塞するように突き合せ部１３を溶接するシールドガスアーク溶接装置が採用されているが、小さい入熱量のノンシールドガスアーク溶接装置や被覆アーク溶接装置であっても差し支えない。
【００２５】
先行溶接装置２３は、溶接ワイヤ４０を出退自在に支持する溶接ヘッド４１に、溶接ワイヤ４０を溶接条件に対応して所定速度で送給するワイヤ送給装置４２と、溶接ヘッド４１に溶接用電力を供給する溶接電源４３と、溶接ヘッド４１を介してアークおよび溶融金属の周辺にシールドガスを供給するシールドガス供給装置４４とが設けられている。
【００２６】
溶接台車２１には、溶接ヘッド４１をＺ軸に沿う溶接線に対して直交するＸ軸方向（幅方向）にシフトして、溶接ワイヤ４０先端のアーク発火点を、溶接狙い位置（ルート位置）ＷＣに制御するＸ軸方向調整装置４５と、ルート深さＤに対応して、溶接ヘッド４１をＹ軸方向（昇降方向）に昇降して、溶接ワイヤ４０先端のアーク発火点とワークであるシャー切断エッジ）との距離を適正に調整して、アークを安定して形成するＹ軸方向調整装置４６とが設けられている。Ｘ軸方向調整装置４５とＹ軸方向調整装置４６は、溶接条件制御部２５から制御信号によりそれぞれ制御される。また、これらＸ軸方向調整装置４５とＹ軸方向調整装置４６には、たとえば調整用電動モータにより回転駆動される送りねじ軸と雌ねじ部材とを使用した直線駆動機構などが採用される。
【００２７】
（後続溶接装置）
後続溶接装置２４は、先行溶接装置より大きい入熱量で、突き合せ部１３の溶け込みを深くできるように、フラックス中で表面の後続溶接と裏面溶接とを行うサブマージドアーク溶接機である。
【００２８】
溶接ワイヤ５０を出退自在に支持する溶接ヘッド５１に、ワイヤ送給装置５２と、溶接ヘッド５１を介して溶接ワイヤ５０に溶接電力を供給する溶接電源５３と、溶接ヘッド５１の前方にフラックスを供給し、溶接ヘッド５１の後方でフラックスを回収するフラックス供給・回収装置５４とが設けられている。溶接台車には、溶接ヘッド４１をＸ軸方向にシフトするＸ軸方向調整装置５５と、溶接ヘッド４１をＹ軸方向にシフトするＹ軸方向調整装置５６とが設けられている。
【００２９】
先行溶接装置２３と後続溶接装置２４のＸ軸方向調整装置４５，５５とＹ軸方向調整装置４６，５６には、たとえば調整用電動モータにより回転駆動される送りねじ軸と雌ねじ部材を使用した直線駆動機構などが採用される。
【００３０】
（溶接条件制御部）
溶接条件制御部２５は、突き合せ部形状判断部３６から入力された突き合せ部１３における溶接狙い位置ＷＣと表面ルート間隔Ｇａとルート深さＤから、先行、後続溶接装置２３，２４のＸ軸方向調整装置４５，５５とＹ軸方向調整装置４６，５６にそれぞれ操作信号をして、溶接ワイヤ４０，５０の先端位置を制御するとともに、前記各データに基づいて溶接電流と溶接電圧と溶接速度と求め、予め先行溶接条件設定器４７と後続溶接条件設定器５７からそれぞれ入力された基本的な溶接データをそれぞれ補正して、溶接電源４３，５３に制御信号を出力し、また溶接速度に対応して走行制御装置２８に操作信号を出力し、溶接台車２１の走行速度、すなわち溶接速度を制御するように構成される。
【００３１】
すなわち、図７に示すように、突き合せ部形状判断部３６で突き合せ部１３の形状が検出され、表面ルート間隔Ｇａと溶接狙い位置ＷＣとルート深さＤの各データが溶接条件制御部２５に入力される（STEP.1）と、表面ルート間隔Ｇａが所定値（たとえば１ｍｍ）以上あるかどうかが判断され（STEP.2）、表面ルート間隔Ｇａが所定値以上ある場合には、先行溶接装置２３の溶接電圧、溶接電流、溶接速度が演算される（STEP.3）。次いで後続溶接装置２４の溶接電圧、溶接電流、溶接速度を演算する（STEP.4）。ここで、この溶接速度が先行溶接装置２３の溶接速度と同一になるように演算する。そしてたとえば先行溶接装置２３の溶接速度が後続溶接装置２４の溶接速度の範囲に属しない場合（STEP.5）には、再度演算を行い（STEP.3、4）、先行溶接装置２３と後続溶接装置２４の溶接速度とを同一として、これらのデータを先行溶接装置２３と後続溶接装置２４の溶接電源４３，５３と走行制御装置２８とに制御信号を出力する。またワイヤ送給装置４２，５２とＸ軸方向調整装置４５，５５とＹ軸方向調整装置４６，５６とに制御信号を出力する。
【００３２】
突合せ部形状判断部３６により突き合せ部１３の表面ルート間隔Ｇａが所定値（１ｍｍ）以上で、開先形状部Ｒａまたは連通形状部Ｒｂと判断された場合において、ルート間隔Ｇａが大きい１．５ｍｍ以上の時には、先行アーク溶接装置２３の入熱量が大きくなるように、溶接電流と溶接電圧と溶接速度と溶接速度とを制御し、突き合せ部１３のルート間隔Ｇａが小さい１．５ｍｍ未満の時には、先行アーク溶接装置２３の入熱量が小さくなるように、溶接電流と溶接電圧と溶接速度とを制御する。さらに、表面ルート間隔Ｇａが所定値（１ｍｍ）以下である閉鎖形状部Ｒｃの場合には、先行溶接装置２３を停止し（STEP.6）、後続溶接装置２４の溶接電圧、溶接電流、溶接速度のみを演算して（STEP.4）、後続溶接装置２４の溶接電源５３と走行制御装置２８に制御信号を出力する。またワイヤ送給装置４２，５２とＸ軸方向調整装置５５とＹ軸方向調整装置５６とに制御信号を出力する。
【００３３】
上記構成の溶接装置の溶接作業方法を説明する。
ｉ．作業定盤１４上にガイド材を介して、表面が上面となるように２枚の鋼板１１，１２を配置し、シャー切断エッジを突き合せて鋼板１１，１２を固定する。
【００３４】
ii．鋼板１１上に溶接台車２１をセッティングし、ガイド装置２６により溶接台車２１を突き合せ部１３に沿って走行させるとともに、突き合せ検出装置２２のエアノズル３１から検出エアを噴射させて揺動させ、背圧検出部３５で検出したエアノズル３１の背圧と、揺動角検出器３２ａにより検出されたエアノズル３１の揺動角θとにより、突き合せ部形状判断部３６で突き合せ部１３の形状をプロファイルし、表面ルート間隔Ｇａと溶接狙い位置ＷＣとルート深さＤとを求める。
【００３５】
iii．溶接条件制御部２５では、突き合せ部形状判断部３６からの信号と、先行溶接条件設定器４７および後続溶接条件設定器５７の入力値に基づいて、先行溶接装置２３と後続溶接装置２４の溶接電圧および溶接電流を制御するとともに、走行制御装置２８を操作して溶接台車２１の走行速度、すなわち溶接速度を制御する。さらに、溶接狙い位置ＷＣに対応して、Ｘ軸方向調整装置４５を操作し溶接ヘッド４１，５１の溶接ワイヤ４０，５０の位置を幅方向に調整すると同時に、ルート深さＤに対応して、Ｙ軸方向調整装置４６，５６を操作し溶接ヘッド４１，５１の溶接ワイヤ４０，５０の高さを調整する。またワイヤ送給装置４２，５２およびシールドガス供給装置４４ならびにフラックス供給・回収装置５４をそれぞれ操作する。
【００３６】
ｉv．突き合せ部形状判断部３６で、突き合せ部１３で隙間が極めて小さく、表面ルート間隔Ｇａが１ｍｍ以下の閉鎖形状部Ｒｃと判断された場合、先行溶接装置２３に停止指令を出力して、溶接を停止させる。
【００３７】
ｖ．鋼板１１，１２において、図８（ａ）に示す表面の先行溶接部Ｗ１と、図８（ｂ）に示す表面の後続溶接部Ｗ２が形成される（または後続溶接部Ｗ２のみ）。これが終了すると、鋼板１１，１２を反転して裏面溶接を行い、図８（ｃ）に示す裏面溶接部Ｗ３を形成する。この裏面溶接は、先の溶接装置の後続溶接装置２４のみを使用してもよいし、別の溶接台車に搭載された単独のサプマージドアーク溶接装置を使用してもよい。
【００３８】
ここで溶接条件を例示する。
１）鋼板１１，１２の板厚ｔ＝６ｍｍ以上、８ｍｍ以下の場合、先行溶接と後続溶接を単独で行う時、
先行溶接装置２３の溶接電流は２７０Ａ、溶接電圧は２９Ｖ、溶接速度は５０ｃｍ／ｍｉｎであり、それぞれ±１５％の範囲で調整する。またこの突き合せ部１３に対する溶け込み深さは、表面から３ｍｍ以内、肉盛りの高さは表面から２ｍｍ以下である。
【００３９】
後続溶接装置２３の溶接電流は５５０Ａ、溶接電圧は３２Ｖ、溶接速度は８０ｃｍ／ｍｉｎであり、それぞれ±１５％の範囲で調整する。また突き合せ部１３に対する肉盛りの高さは表面から２ｍｍ以下である。
【００４０】
同一の溶接台車２１で先行溶接と後続溶接を行う場合には、溶接速度を同一に設定する必要があるため、溶接電流と溶接電圧とを調整して、溶接速度を６５ｃｍ／ｍｉｎ±３０ｃｍ／ｍｉｎとする。
【００４１】
２）鋼板１１，１２の板厚ｔ＝８ｍｍを越え以上、１２ｍｍ以下の場合、先行溶接と後続溶接を単独で行う時、
先行溶接装置２３の溶接電流は２８０Ａ、溶接電圧は３２Ｖ、溶接速度は４５ｃｍ／ｍｉｎであり、それぞれ±１５％の範囲で調整する。またこの突き合せ部１３に対する溶け込み深さは、表面から４ｍｍ以内、肉盛りの高さは表面から２ｍｍ以下である。
【００４２】
後続溶接装置２４の溶接電流は６５０Ａ、溶接電圧は３５Ｖ、溶接速度は６５ｃｍ／ｍｉｎであり、それぞれ±１５％の範囲で調整する。また突き合せ部１３に対する肉盛りの高さは表面から３ｍｍ以下である。
【００４３】
同一の溶接台車２１で先行溶接と後続溶接を行う場合には、溶接速度を同一に設定する必要があるため、溶接電流と溶接電圧とを調整して、溶接速度を５５ｃｍ／ｍｉｎ±２５ｃｍ／ｍｉｎとする。
【００４４】
３）鋼板１１，１２の板厚ｔ＝１２ｍｍを越え、２０ｍｍ以下の場合、先行溶接と後続溶接を単独で行う時、
先行溶接装置２３の溶接電流は３３０Ａ、溶接電圧は３１Ｖ、溶接速度は４０ｃｍ／ｍｉｎであり、それぞれ±１５％の範囲で調整する。またこの突き合せ部１３に対する溶け込み深さは、表面から５ｍｍ以内、肉盛りの高さは表面から３ｍｍ以下である。
【００４５】
後続溶接装置２４の溶接電流は６５０Ａ、溶接電圧は３５Ｖ、溶接速度は４０ｃｍ／ｍｉｎであり、それぞれ±１５％の範囲で調整している。また突き合せ部１３に対する肉盛りの高さは表面から４ｍｍ以下である。
【００４６】
同一の溶接台車２１で先行溶接と後続溶接を行う場合には、溶接速度を同一に設定する必要があるため、溶接電流と溶接電圧とを調整して、溶接速度を４０ｃｍ／ｍｉｎ±６ｃｍ／ｍｉｎとする。
【００４７】
（実施例の効果）
上記実施例によれば、突き合せ検出装置２２により検出された突き合せ部１３の形状から求められたルート間隔Ｇａ、溶接狙い位置ＷＣ、ルート深さＤに対応して、先行溶接装置２３により小さい入熱量で先行溶接を行い、突き合せ部１３で表面の隙間（ルート間隔Ｇａ）を閉塞させた後、後続溶接装置２４により大きい入熱量で大きい溶け込み深さの後続溶接を行うので、開先加工しないで不規則なシャー切断エッジを直接突き合せて溶接した場合でも、溶接熱による抜け落ちが生じるのを防止しつつ、十分な溶け込み深さで良好に接合することができる。
【００４８】
また突き合せ検出装置２２に、検出エアを吹き付けてその背圧により突き合せ部の形状を検出するので、簡易な構造で、低コストで提供することができるとともに、検出エアにより突き合せ部１３を溶接前に清掃することができ、精度良く突き合せ部１３の形状を検出できるとともに、良好な溶接が可能となる。
【００４９】
さらに突き合せ検出装置２２では、幅方向に揺動されるエアノズル３１を使用して、その揺動角θと検出エアの背圧から突き合せ部１３の形状を容易に検出することができ、突き合せ部１３の形状から溶接ヘッド４１を適正位置に制御してアークを安定して発生させ、安定した溶接が可能となる。
【００５０】
また突き合せ検出装置２２により、突き合せ部１３のルート間隔Ｇａや溶接狙い位置ＷＣ、ルート深さＤから、溶接ワイヤ４０，５０先端のアーク発生点を適正な位置に配置することができて、高精度な溶接が可能となる。さらにルート間隔Ｇａが小さい場合には、先行溶接装置２３を停止し、後続溶接装置２４でのみ溶接することで、抜け落ちのない良好な接合が可能となり、効率よく溶接作業を行うことができる。
【００５１】
（突合せ検出装置の他の実施例）
図９は、突合せ検出装置の他の実施例で、同一部材には同一符号を付して説明を省略する。
【００５２】
この突合せ検出装置６１は、複数のエアノズル６２を突き合せ部１３の長さ方向（溶接線方向）に略直角な幅方向に検出エアをそれぞれ噴射する複数のエアノズル６２を互いに平行に配置し、マニホールド６５から均一な検出エアを各エアノズル６２にそれぞれ供給し、各エアノズル６２から噴射される検出エアの背圧をそれぞれ背圧検出部６３で検出し、突き合せ部形状判断部６４で各エアノズル６２と突き合せ部１３表面の距離を求めて突き合せ部１３の形状をプロファイルし、溶接狙い位置（ルート位置）ＷＣと表面ルート間隔Ｇａとルート深さＤとを判断している。
【００５３】
上記他の実施例によれは、突合せ検出装置６１に、複数本幅方向に並設された複数のエアノズル６２を使用して、それぞれのエアノズル６２の背圧から突き合せ部１３の形状をプロファイルし、突き合せ部１３のルート間隔Ｇａや溶接狙い位置、ルート深さＤを求めることで、溶接ワイヤ４０，５０先端のアーク発生点を適正な位置に制御でき、安定してアークを発生させて良好な溶接が可能となる。
【符号の説明】
【００５４】
Ｇａ 表面ルート間隔
ｔ 板厚
θ 揺動角
Ｗ 検出幅
Ｗ１ 先行溶接部
Ｗ２ 後続溶接部
Ｗ３ 裏面溶接部
ＷＣ 溶接狙い位置（ルート位置）
Ｒａ 開先形状部
Ｒｂ 連通形状部
Ｒｃ 閉塞形状部
１１，１２ 鋼板
１３ 突き合せ部
２１ 溶接台車
２２ 突き合せ検出装置
２３ 先行溶接装置（先行アーク溶接装置）
２４ 後続溶接装置（後続アーク溶接装置）
２５ 溶接条件制御部
２６ ガイド装置
２７ 走行駆動装置
２８ 走行制御装置
３１ エアノズル
３２ ノズル揺動装置
３２ａ 揺動角検出器
３５ 背圧検出部
３６ 突き合せ部形状判断部
４０ 溶接ワイヤ
４１ 溶接ヘッド
４２ ワイヤ送給装置
４３ 溶接電源
４４ シールドガス供給装置
４５ Ｘ軸方向調整装置
４６ Ｙ軸方向調整装置
４７ 先行溶接条件設定器
５０ 溶接ワイヤ
５１ 溶接ヘッド
５２ ワイヤ送給装置
５３ 溶接電源
５４ フラックス供給・回収装置
５５ Ｘ軸方向調整装置
５６ Ｙ軸方向調整装置
５７ 後続溶接条件設定器
６１ 突き合せ検出装置
６２ エアノズル
６３ 背圧検出部
６４ 突き合せ部形状判断部
【技術分野】
【０００１】
本発明は、シャー切断された鋼板のエッジを、開先加工することなく突き合せ溶接する自動溶接装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
本出願人は、シャー切断された鋼板のエッジを開先加工することなく突き合せ溶接する溶接方法や溶接装置を、たとえば特願２００９−２７９５３号や特願２００９−２２５６６９で提案している。
【０００３】
加工された開先部を突き合せ溶接する一般的な技術は、たとえば特許文献１に、開先の変化に対応するために、溶接技術データに基づいて初層溶接された開先部を、非接触式形状計測センサで検出し、この開先部の検出データにより、補正条件演算手段を使用して溶接データ記憶手段の溶接データを補正し、溶接トーチ制御装置を操作して２層目以降の多層盛り溶接するものである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平９−１５５５４３
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、シャー切断エッジは、多様な断面形状を呈しており、シャー切断鋼板を開先加工しないで突き合せた場合、鋼板のエッジ表面同士が当接して開先空間が発生しない突き合せ部や、鋼板のエッジ底面同士が当接して開先空間が奥部まで伸びる突き合せ部、エッジが当接せずに隙間が貫通する突き合せ部などが不規則に生じる。鋼板を突き合せ溶接する場合、突合せ面に十分な溶け込み深さを得るために入熱量が大きいサブマージドアーク溶接が用いられている。しかしサブマージドアーク溶接は入熱量が大きいため、エッジが開放されていると、左右のエッジ端面に熱量が均等に伝わらず、片方あるいは両方のエッジ端部にのみ入熱されて溶融されてしまい、肉盛りされずに抜け落ちが生じるという問題があった。
【０００６】
本発明は、上記問題点を解決して、開先加工しないシャー切断エッジを直接突き合せて溶接した時に、抜け落ちが生じるのを防止しつつ良好に溶接することができるシャー切断鋼板用突き合せ自動溶接装置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】
【０００７】
請求項１記載の発明は、シャー切断された鋼板のエッジを突き合せて溶接する自動溶接装置であって、
溶接線に沿って走行自在な台車に、シャー切断エッジの突き合せ部を検出する突合せ検出装置と、当該突合せ検出装置の後方で突き合せ部を先行溶接する先行アーク溶接装置と、当該先行溶接機の所定距離後方に配置されて前記突き合せ部を後続溶接する後続アーク溶接装置と、前記突合せ検出装置により検出された検出信号に基づいて、先行アーク溶接装置および後続アーク溶接装置の溶接条件を制御する溶接条件制御装置とを具備し、
突合せ検出装置は、エアノズルから突き合せ部の上面に検出エアを吹き付け、検出エアの背圧を検出して当該突き合せ部の形状を検出するように構成され、
先行アーク溶接装置は、小さい入熱量で突き合せ部の間隙を閉塞するようにその表面を先行溶接するアーク溶接機であり、
後続アーク溶接装置は、先行アーク溶接装置より大きい入熱量で、突き合せ部の溶け込みを深くなるように少なくとも表面を後続溶接するサブマージドアーク溶接機であることを特徴とする。
【０００８】
請求項２記載の発明は、請求項１記載の構成において、
突合せ検出装置は、溶接線に平行な軸心周りに揺動されるエアノズルと、当該エアノズルの揺動角を検出する揺動角検出部と、前記エアノズルから噴射された検出エアの背圧を検出する背圧検出部と、当該背圧検出部と前記揺動角検出部の検出値から、突き合せ部のルート間隔、溶接狙い位置およびルート深さを求める突き合せ部形状判断部とを具備したことを特徴とする。
【０００９】
請求項３記載の発明は、請求項１記載の構成において、
突合せ検出装置は、突き合せ部の長さ方向に略直角な幅方向に互いに平行に配置されて検出エアをそれぞれ噴射する複数のエアノズルと、当該エアノズルから噴射された検出エアの背圧をそれぞれ検出する背圧検出部と、当該背圧検出部により検出された背圧検出値に基づき、各エアノズルから突き合せ部までの距離を求め、突き合せ部のルート位置と、溶接狙い位置、ルート深さを求める突合せ部形状判断部とを具備したことを特徴とする。
【００１０】
請求項４記載の発明は、請求項２または３のいずれかに記載の構成において、
溶接条件制御装置は、突合せ検出装置により突き合せ部のルート間隔が大きいと判断した時に、先行アーク溶接装置の入熱量が大きくなるように、溶接電流と溶接電圧と溶接速度と溶接速度とを制御し、突き合せ部のルート間隔が小さいと判断した時に、先行アーク溶接装置の入熱量が小さくなるように、溶接電流と溶接電圧と溶接速度とを制御し、さらに突合せ検出装置により突き合せ部のルート間隔が所定値以下の時に先行アーク溶接装置による溶接を停止するように構成されたことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１１】
請求項１記載の構成によれば、突き合せ検出装置により検出された突き合せ部の形状に対応して、先行アーク溶接装置により小さい入熱量で先行溶接して突き合せ部の隙間を閉塞させた後、後続アーク溶接装置により大きい入熱量で後続溶接して、大きい溶け込み深さの接合を行うので、開先加工しないシャー切断エッジを直接突き合せて溶接した場合でも、溶接熱による抜け落ちが生じるのを防止しつつ、十分な溶け込み深さで良好に接合することができる。また突き合せ検出装置は、検出エアを吹き付けてその背圧により形状を検出するので、簡易な構造で、低コストで提供することができ、また検出エアにより突き合せ部を溶接前に清掃することができて良好な溶接が可能となる。
【００１２】
請求項２記載の構成によれば、揺動されるエアノズルを使用して、その揺動角と検出エアの背圧から突き合せ部の形状を容易に検出することができ、突き合せ部の形状から、ルート間隔や溶接狙い位置、ルート深さを求めることで、適正位置にアークを発生させて、良好な接合が可能となる。
【００１３】
請求項３記載の構成によれば、複数本幅方向に並設された複数のエアノズルを使用し、エアノズルからそれぞれ噴出される検出エアの背圧から突き合せ部の形状を容易に検出することができ、突き合せ部のルート位置やルート間隔、ルート深さを求めることで、適正位置にアークを発生させて、良好な接合が可能となる。
【００１４】
請求項４記載の構成によれば、突き合せ検出装置により検出された突き合せ部のルート間隔やルート位置、ルート深さから、溶接ワイヤのアーク発生点を適正な位置に制御することができ、良好な溶接が可能となる。またルート間隔が小さいか、無い場合には、先行アーク溶接装置を停止して、後続アーク溶接装置でのみ溶接することで、抜け落ちのない良好な接合が可能となり、効率よく溶接作業を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明に係る突き合せ溶接装置の実施例を示し、全体構成を示す概略斜視図である。
【図２】シャー切断エッジの突き合せ部の断面形状を示す説明図である。
【図３】（ａ）〜（ｃ）はシャー切断エッジの突き合せ部を説明する断面図で、（ａ）は表面のルート間隔が形成され、かつ当接部を有する開先形状部を示し、（ｂ）は表面のルート間隔が形成され、かつ裏面まで貫通している連通形状部を示し、（ｃ）は端面全体が当接されて表面のルート間隔がほとんどない閉塞形状部を示す。
【図４】突き合せ検出装置を示す構成図である。
【図５】突き合せ検出装置の動作を説明する説明図である。
【図６】先行溶接装置および後続溶接装置を示すブロック図である。
【図７】溶接条件制御部の動作を示すフロー図である。
【図８】（ａ）〜（ｃ）は突き合せ溶接装置における溶接部を示す横断面図で、（ａ）は先行溶接部を示し、（ｂ）は後続溶接部を示し、（ｃ）は裏面溶接部を示す。
【図９】突き合せ検出装置の他の実施例を示す構成図である。
【発明を実施するための形態】
【実施例】
【００１６】
以下、本発明の実施例を図１〜図７に基づいて説明する。
（全体構造）
図１に示すように、作業定盤１４上にガイド材（図示せず）を介して、表面が上面となるように２枚の鋼板１１，１２を、そのシャー切断エッジを互いに突き合せて固定し、一方の鋼板１１上に溶接台車（台車）２１が配置され、この溶接台車２１は、走行駆動装置２７により回転駆動される走行車輪（図示せず）により、ガイド装置２６を介して突き合せ部１３の長さ方向（溶接線）に沿って走行される。この溶接台車２１の走行速度＝溶接速度は、走行制御装置２８により走行駆動装置２８を制御して行われる。
【００１７】
前記ガイド装置２６は、図示しないが、鋼板１１または１２上面に溶接線に平行にガイドレールを敷設し、溶接台車２１に設けられた倣いローラにより鋼板の突合せ部１３に沿って移動させるように構成されている。
【００１８】
前記溶接台車２１には、前部から後方に順に、図４に示すように、シャー切断エッジの突き合せ部１３を検出する突合せ検出装置２２と、当該突合せ検出装置２２の後方で突き合せ部１３に図８（ａ）に示す先行溶接部Ｗ１を形成する先行溶接装置（先行アーク溶接装置）２３と、当該先行溶接装置２３の所定距離後方に配置されて前記突き合せ部１３の先行溶接部Ｗ１を含んで、図８（ｂ）に示す後続溶接部Ｗ２を形成する後続溶接装置（後続アーク溶接装置）２４と、前記突合せ検出装置２２により検出された検出信号に基づいて、先行溶接装置２３および後続溶接装置２４の溶接条件を制御する溶接条件制御部２５が搭載されている。また鋼板１１，１２を反転して、前記後続溶接装置２４により突き合せ部１３に図８（ｃ）に示す裏面溶接部Ｗ３を形成する。
【００１９】
（突き合せ部）
図２に示すように、大型の圧延鋼板１１，１２は、そのミルエッジがシャー切断機により切断されて不規則なシャー切断エッジを呈している。ここで使用される鋼板１１，１２は、その厚みｔ＝６ｍｍ〜２０ｍｍである。そして表面を上面として２枚の鋼板１１，１２のシャー切断エッジを突き合せた場合、この突き合せ部１３の表面ルート幅（表面の開口部幅）：Ｇａ＝０〜１０ｍｍ、中間部ルート間隔（中間部の開口部幅）：Ｇｂ＝０〜１０ｍｍ、裏面ルート間隔（裏面の開口部幅）：Ｇｂ＝０〜１０ｍｍである。また表面垂れ量：σａ＝０〜−１０ｍｍ、裏面垂れ量：σｂ＝０〜５ｍｍである。ここで表面とは、切断時にシャー切断刃が最初に当たった面をいう。突き合せ部１３の基本的な断面形状は、図３（ａ）に示すように、表面ルート間隔Ｇａがたとえば１ｍｍ以上で、かつ中間ルート間隔Ｇｂおよび／または裏面ルート間隔Ｇｃが当接している一般的な開先形状部Ｒａと、図３（ｂ）に示すように、表面、中間、裏面ルート間隔Ｇａ，Ｇｂ，Ｇｃがそれぞれ１ｍｍ以上で貫通している連通形状部Ｒｂ、（ｃ）は表面のルート間隔Ｇａが１ｍｍ未満の閉塞形状部Ｒｃとがある。なお、表面ルート間隔Ｇａの１ｍｍ以上を開放、１ｍｍ未満を閉鎖状態としたが、この数値は、溶接の溶け落ちに関係する値であるため、溶接状態に応じて任意に設定できるものである。
【００２０】
（突合せ検出装置）
図４，図５に示すように、突合せ検出装置２２は、ノズル揺動装置３２により溶接線（溶接予定線ともいう）に平行な揺動軸心Ｏ周りに往復揺動して、突き合せ部１３を含む検出範囲Ｗに所定圧の検出エアを吹き付け幅方向に走査する１本のエアノズル３１と、当該エアノズル３１の揺動角θを検出する揺動角検出器３２ａと、エアノズル３１のエア供給管３３に接続された分岐管３４を介して検出エアの背圧を検出する背圧検出部３５と、この背圧検出部３５で検出された背圧と揺動角検出器３２で検出され揺動角θから突き合せ部１３の表面を求める突き合せ部形状判断部３６とを具備している。
【００２１】
検出エアは、コンプレッサ３７から送られた高圧エアがエアアキュムレータ３８に蓄圧され、定圧のエアが、エアアキュムレータ３８から定圧制御弁３９が介在されたエア供給管３３を介してエアノズル３１に安定して供給される。
【００２２】
背圧検出部３５では、背圧を検出して電気信号に変換し、突き合せ部形状判断部３６に出力する。
突き合せ部形状判断部３６では、検出エアの背圧が鋼板１１，１２の表面に当たる最大背圧Ｐｍａｘと、突き合せ部１３を吹き抜ける最小背圧Ｐｍｉｎとの間にあり、最大背圧Ｐｍａｘから急激に低下または最大背圧Ｐｍａｘまで急激に上昇する２つの位置を、表面ルート間隔Ｇａの両端と判断する。またこの表面ルート間隔Ｇａの中心を溶接狙い位置（溶接線）ＷＣとする。さらに最大背圧Ｐｍａｘと、最も低い背圧の検出値Ｐｍｉｎとの差に対して予め試験により求められたデータに基づいて、検出背圧をルート深さＤとして換算する。ところで、揺動角θが大きいと、エアノズル３１から突き合せ部１３の表面までの距離が長くなるとともに、衝突した時の検出エアの抵抗が小さく背圧が低くなる傾向にあるため、揺動角θに基づいて補正処理しているが、その補正値が形状に影響を与えないほど小さい場合には、背圧検出部３５で検出された背圧を補正せず、揺動角θを検出位置のみを示す指標として使用してもよい。
【００２３】
このように、突き合せ部形状判断部３６では、背圧により求められたエアノズル３１と突き合せ部１３表面までの距離と、エアノズル３１の揺動角θから突き合せ部１３の形状をプロファイルし、突き合せ部１３における表面ルート間隔Ｇａと溶接狙い位置（ルート位置）ＷＣとルート深さＤを求める。
【００２４】
（先行溶接装置）
図６に示すように、先行溶接装置２３には、小さい入熱量で突き合せ部１３の間隙を閉塞するように突き合せ部１３を溶接するシールドガスアーク溶接装置が採用されているが、小さい入熱量のノンシールドガスアーク溶接装置や被覆アーク溶接装置であっても差し支えない。
【００２５】
先行溶接装置２３は、溶接ワイヤ４０を出退自在に支持する溶接ヘッド４１に、溶接ワイヤ４０を溶接条件に対応して所定速度で送給するワイヤ送給装置４２と、溶接ヘッド４１に溶接用電力を供給する溶接電源４３と、溶接ヘッド４１を介してアークおよび溶融金属の周辺にシールドガスを供給するシールドガス供給装置４４とが設けられている。
【００２６】
溶接台車２１には、溶接ヘッド４１をＺ軸に沿う溶接線に対して直交するＸ軸方向（幅方向）にシフトして、溶接ワイヤ４０先端のアーク発火点を、溶接狙い位置（ルート位置）ＷＣに制御するＸ軸方向調整装置４５と、ルート深さＤに対応して、溶接ヘッド４１をＹ軸方向（昇降方向）に昇降して、溶接ワイヤ４０先端のアーク発火点とワークであるシャー切断エッジ）との距離を適正に調整して、アークを安定して形成するＹ軸方向調整装置４６とが設けられている。Ｘ軸方向調整装置４５とＹ軸方向調整装置４６は、溶接条件制御部２５から制御信号によりそれぞれ制御される。また、これらＸ軸方向調整装置４５とＹ軸方向調整装置４６には、たとえば調整用電動モータにより回転駆動される送りねじ軸と雌ねじ部材とを使用した直線駆動機構などが採用される。
【００２７】
（後続溶接装置）
後続溶接装置２４は、先行溶接装置より大きい入熱量で、突き合せ部１３の溶け込みを深くできるように、フラックス中で表面の後続溶接と裏面溶接とを行うサブマージドアーク溶接機である。
【００２８】
溶接ワイヤ５０を出退自在に支持する溶接ヘッド５１に、ワイヤ送給装置５２と、溶接ヘッド５１を介して溶接ワイヤ５０に溶接電力を供給する溶接電源５３と、溶接ヘッド５１の前方にフラックスを供給し、溶接ヘッド５１の後方でフラックスを回収するフラックス供給・回収装置５４とが設けられている。溶接台車には、溶接ヘッド４１をＸ軸方向にシフトするＸ軸方向調整装置５５と、溶接ヘッド４１をＹ軸方向にシフトするＹ軸方向調整装置５６とが設けられている。
【００２９】
先行溶接装置２３と後続溶接装置２４のＸ軸方向調整装置４５，５５とＹ軸方向調整装置４６，５６には、たとえば調整用電動モータにより回転駆動される送りねじ軸と雌ねじ部材を使用した直線駆動機構などが採用される。
【００３０】
（溶接条件制御部）
溶接条件制御部２５は、突き合せ部形状判断部３６から入力された突き合せ部１３における溶接狙い位置ＷＣと表面ルート間隔Ｇａとルート深さＤから、先行、後続溶接装置２３，２４のＸ軸方向調整装置４５，５５とＹ軸方向調整装置４６，５６にそれぞれ操作信号をして、溶接ワイヤ４０，５０の先端位置を制御するとともに、前記各データに基づいて溶接電流と溶接電圧と溶接速度と求め、予め先行溶接条件設定器４７と後続溶接条件設定器５７からそれぞれ入力された基本的な溶接データをそれぞれ補正して、溶接電源４３，５３に制御信号を出力し、また溶接速度に対応して走行制御装置２８に操作信号を出力し、溶接台車２１の走行速度、すなわち溶接速度を制御するように構成される。
【００３１】
すなわち、図７に示すように、突き合せ部形状判断部３６で突き合せ部１３の形状が検出され、表面ルート間隔Ｇａと溶接狙い位置ＷＣとルート深さＤの各データが溶接条件制御部２５に入力される（STEP.1）と、表面ルート間隔Ｇａが所定値（たとえば１ｍｍ）以上あるかどうかが判断され（STEP.2）、表面ルート間隔Ｇａが所定値以上ある場合には、先行溶接装置２３の溶接電圧、溶接電流、溶接速度が演算される（STEP.3）。次いで後続溶接装置２４の溶接電圧、溶接電流、溶接速度を演算する（STEP.4）。ここで、この溶接速度が先行溶接装置２３の溶接速度と同一になるように演算する。そしてたとえば先行溶接装置２３の溶接速度が後続溶接装置２４の溶接速度の範囲に属しない場合（STEP.5）には、再度演算を行い（STEP.3、4）、先行溶接装置２３と後続溶接装置２４の溶接速度とを同一として、これらのデータを先行溶接装置２３と後続溶接装置２４の溶接電源４３，５３と走行制御装置２８とに制御信号を出力する。またワイヤ送給装置４２，５２とＸ軸方向調整装置４５，５５とＹ軸方向調整装置４６，５６とに制御信号を出力する。
【００３２】
突合せ部形状判断部３６により突き合せ部１３の表面ルート間隔Ｇａが所定値（１ｍｍ）以上で、開先形状部Ｒａまたは連通形状部Ｒｂと判断された場合において、ルート間隔Ｇａが大きい１．５ｍｍ以上の時には、先行アーク溶接装置２３の入熱量が大きくなるように、溶接電流と溶接電圧と溶接速度と溶接速度とを制御し、突き合せ部１３のルート間隔Ｇａが小さい１．５ｍｍ未満の時には、先行アーク溶接装置２３の入熱量が小さくなるように、溶接電流と溶接電圧と溶接速度とを制御する。さらに、表面ルート間隔Ｇａが所定値（１ｍｍ）以下である閉鎖形状部Ｒｃの場合には、先行溶接装置２３を停止し（STEP.6）、後続溶接装置２４の溶接電圧、溶接電流、溶接速度のみを演算して（STEP.4）、後続溶接装置２４の溶接電源５３と走行制御装置２８に制御信号を出力する。またワイヤ送給装置４２，５２とＸ軸方向調整装置５５とＹ軸方向調整装置５６とに制御信号を出力する。
【００３３】
上記構成の溶接装置の溶接作業方法を説明する。
ｉ．作業定盤１４上にガイド材を介して、表面が上面となるように２枚の鋼板１１，１２を配置し、シャー切断エッジを突き合せて鋼板１１，１２を固定する。
【００３４】
ii．鋼板１１上に溶接台車２１をセッティングし、ガイド装置２６により溶接台車２１を突き合せ部１３に沿って走行させるとともに、突き合せ検出装置２２のエアノズル３１から検出エアを噴射させて揺動させ、背圧検出部３５で検出したエアノズル３１の背圧と、揺動角検出器３２ａにより検出されたエアノズル３１の揺動角θとにより、突き合せ部形状判断部３６で突き合せ部１３の形状をプロファイルし、表面ルート間隔Ｇａと溶接狙い位置ＷＣとルート深さＤとを求める。
【００３５】
iii．溶接条件制御部２５では、突き合せ部形状判断部３６からの信号と、先行溶接条件設定器４７および後続溶接条件設定器５７の入力値に基づいて、先行溶接装置２３と後続溶接装置２４の溶接電圧および溶接電流を制御するとともに、走行制御装置２８を操作して溶接台車２１の走行速度、すなわち溶接速度を制御する。さらに、溶接狙い位置ＷＣに対応して、Ｘ軸方向調整装置４５を操作し溶接ヘッド４１，５１の溶接ワイヤ４０，５０の位置を幅方向に調整すると同時に、ルート深さＤに対応して、Ｙ軸方向調整装置４６，５６を操作し溶接ヘッド４１，５１の溶接ワイヤ４０，５０の高さを調整する。またワイヤ送給装置４２，５２およびシールドガス供給装置４４ならびにフラックス供給・回収装置５４をそれぞれ操作する。
【００３６】
ｉv．突き合せ部形状判断部３６で、突き合せ部１３で隙間が極めて小さく、表面ルート間隔Ｇａが１ｍｍ以下の閉鎖形状部Ｒｃと判断された場合、先行溶接装置２３に停止指令を出力して、溶接を停止させる。
【００３７】
ｖ．鋼板１１，１２において、図８（ａ）に示す表面の先行溶接部Ｗ１と、図８（ｂ）に示す表面の後続溶接部Ｗ２が形成される（または後続溶接部Ｗ２のみ）。これが終了すると、鋼板１１，１２を反転して裏面溶接を行い、図８（ｃ）に示す裏面溶接部Ｗ３を形成する。この裏面溶接は、先の溶接装置の後続溶接装置２４のみを使用してもよいし、別の溶接台車に搭載された単独のサプマージドアーク溶接装置を使用してもよい。
【００３８】
ここで溶接条件を例示する。
１）鋼板１１，１２の板厚ｔ＝６ｍｍ以上、８ｍｍ以下の場合、先行溶接と後続溶接を単独で行う時、
先行溶接装置２３の溶接電流は２７０Ａ、溶接電圧は２９Ｖ、溶接速度は５０ｃｍ／ｍｉｎであり、それぞれ±１５％の範囲で調整する。またこの突き合せ部１３に対する溶け込み深さは、表面から３ｍｍ以内、肉盛りの高さは表面から２ｍｍ以下である。
【００３９】
後続溶接装置２３の溶接電流は５５０Ａ、溶接電圧は３２Ｖ、溶接速度は８０ｃｍ／ｍｉｎであり、それぞれ±１５％の範囲で調整する。また突き合せ部１３に対する肉盛りの高さは表面から２ｍｍ以下である。
【００４０】
同一の溶接台車２１で先行溶接と後続溶接を行う場合には、溶接速度を同一に設定する必要があるため、溶接電流と溶接電圧とを調整して、溶接速度を６５ｃｍ／ｍｉｎ±３０ｃｍ／ｍｉｎとする。
【００４１】
２）鋼板１１，１２の板厚ｔ＝８ｍｍを越え以上、１２ｍｍ以下の場合、先行溶接と後続溶接を単独で行う時、
先行溶接装置２３の溶接電流は２８０Ａ、溶接電圧は３２Ｖ、溶接速度は４５ｃｍ／ｍｉｎであり、それぞれ±１５％の範囲で調整する。またこの突き合せ部１３に対する溶け込み深さは、表面から４ｍｍ以内、肉盛りの高さは表面から２ｍｍ以下である。
【００４２】
後続溶接装置２４の溶接電流は６５０Ａ、溶接電圧は３５Ｖ、溶接速度は６５ｃｍ／ｍｉｎであり、それぞれ±１５％の範囲で調整する。また突き合せ部１３に対する肉盛りの高さは表面から３ｍｍ以下である。
【００４３】
同一の溶接台車２１で先行溶接と後続溶接を行う場合には、溶接速度を同一に設定する必要があるため、溶接電流と溶接電圧とを調整して、溶接速度を５５ｃｍ／ｍｉｎ±２５ｃｍ／ｍｉｎとする。
【００４４】
３）鋼板１１，１２の板厚ｔ＝１２ｍｍを越え、２０ｍｍ以下の場合、先行溶接と後続溶接を単独で行う時、
先行溶接装置２３の溶接電流は３３０Ａ、溶接電圧は３１Ｖ、溶接速度は４０ｃｍ／ｍｉｎであり、それぞれ±１５％の範囲で調整する。またこの突き合せ部１３に対する溶け込み深さは、表面から５ｍｍ以内、肉盛りの高さは表面から３ｍｍ以下である。
【００４５】
後続溶接装置２４の溶接電流は６５０Ａ、溶接電圧は３５Ｖ、溶接速度は４０ｃｍ／ｍｉｎであり、それぞれ±１５％の範囲で調整している。また突き合せ部１３に対する肉盛りの高さは表面から４ｍｍ以下である。
【００４６】
同一の溶接台車２１で先行溶接と後続溶接を行う場合には、溶接速度を同一に設定する必要があるため、溶接電流と溶接電圧とを調整して、溶接速度を４０ｃｍ／ｍｉｎ±６ｃｍ／ｍｉｎとする。
【００４７】
（実施例の効果）
上記実施例によれば、突き合せ検出装置２２により検出された突き合せ部１３の形状から求められたルート間隔Ｇａ、溶接狙い位置ＷＣ、ルート深さＤに対応して、先行溶接装置２３により小さい入熱量で先行溶接を行い、突き合せ部１３で表面の隙間（ルート間隔Ｇａ）を閉塞させた後、後続溶接装置２４により大きい入熱量で大きい溶け込み深さの後続溶接を行うので、開先加工しないで不規則なシャー切断エッジを直接突き合せて溶接した場合でも、溶接熱による抜け落ちが生じるのを防止しつつ、十分な溶け込み深さで良好に接合することができる。
【００４８】
また突き合せ検出装置２２に、検出エアを吹き付けてその背圧により突き合せ部の形状を検出するので、簡易な構造で、低コストで提供することができるとともに、検出エアにより突き合せ部１３を溶接前に清掃することができ、精度良く突き合せ部１３の形状を検出できるとともに、良好な溶接が可能となる。
【００４９】
さらに突き合せ検出装置２２では、幅方向に揺動されるエアノズル３１を使用して、その揺動角θと検出エアの背圧から突き合せ部１３の形状を容易に検出することができ、突き合せ部１３の形状から溶接ヘッド４１を適正位置に制御してアークを安定して発生させ、安定した溶接が可能となる。
【００５０】
また突き合せ検出装置２２により、突き合せ部１３のルート間隔Ｇａや溶接狙い位置ＷＣ、ルート深さＤから、溶接ワイヤ４０，５０先端のアーク発生点を適正な位置に配置することができて、高精度な溶接が可能となる。さらにルート間隔Ｇａが小さい場合には、先行溶接装置２３を停止し、後続溶接装置２４でのみ溶接することで、抜け落ちのない良好な接合が可能となり、効率よく溶接作業を行うことができる。
【００５１】
（突合せ検出装置の他の実施例）
図９は、突合せ検出装置の他の実施例で、同一部材には同一符号を付して説明を省略する。
【００５２】
この突合せ検出装置６１は、複数のエアノズル６２を突き合せ部１３の長さ方向（溶接線方向）に略直角な幅方向に検出エアをそれぞれ噴射する複数のエアノズル６２を互いに平行に配置し、マニホールド６５から均一な検出エアを各エアノズル６２にそれぞれ供給し、各エアノズル６２から噴射される検出エアの背圧をそれぞれ背圧検出部６３で検出し、突き合せ部形状判断部６４で各エアノズル６２と突き合せ部１３表面の距離を求めて突き合せ部１３の形状をプロファイルし、溶接狙い位置（ルート位置）ＷＣと表面ルート間隔Ｇａとルート深さＤとを判断している。
【００５３】
上記他の実施例によれは、突合せ検出装置６１に、複数本幅方向に並設された複数のエアノズル６２を使用して、それぞれのエアノズル６２の背圧から突き合せ部１３の形状をプロファイルし、突き合せ部１３のルート間隔Ｇａや溶接狙い位置、ルート深さＤを求めることで、溶接ワイヤ４０，５０先端のアーク発生点を適正な位置に制御でき、安定してアークを発生させて良好な溶接が可能となる。
【符号の説明】
【００５４】
Ｇａ 表面ルート間隔
ｔ 板厚
θ 揺動角
Ｗ 検出幅
Ｗ１ 先行溶接部
Ｗ２ 後続溶接部
Ｗ３ 裏面溶接部
ＷＣ 溶接狙い位置（ルート位置）
Ｒａ 開先形状部
Ｒｂ 連通形状部
Ｒｃ 閉塞形状部
１１，１２ 鋼板
１３ 突き合せ部
２１ 溶接台車
２２ 突き合せ検出装置
２３ 先行溶接装置（先行アーク溶接装置）
２４ 後続溶接装置（後続アーク溶接装置）
２５ 溶接条件制御部
２６ ガイド装置
２７ 走行駆動装置
２８ 走行制御装置
３１ エアノズル
３２ ノズル揺動装置
３２ａ 揺動角検出器
３５ 背圧検出部
３６ 突き合せ部形状判断部
４０ 溶接ワイヤ
４１ 溶接ヘッド
４２ ワイヤ送給装置
４３ 溶接電源
４４ シールドガス供給装置
４５ Ｘ軸方向調整装置
４６ Ｙ軸方向調整装置
４７ 先行溶接条件設定器
５０ 溶接ワイヤ
５１ 溶接ヘッド
５２ ワイヤ送給装置
５３ 溶接電源
５４ フラックス供給・回収装置
５５ Ｘ軸方向調整装置
５６ Ｙ軸方向調整装置
５７ 後続溶接条件設定器
６１ 突き合せ検出装置
６２ エアノズル
６３ 背圧検出部
６４ 突き合せ部形状判断部
【特許請求の範囲】
【請求項１】
シャー切断された鋼板のエッジを突き合せて溶接する自動溶接装置であって、
溶接線に沿って走行自在な台車に、シャー切断エッジの突き合せ部を検出する突合せ検出装置と、当該突合せ検出装置の後方で突き合せ部を先行溶接する先行アーク溶接装置と、当該先行溶接機の所定距離後方に配置されて前記突き合せ部を後続溶接する後続アーク溶接装置と、前記突合せ検出装置により検出された検出信号に基づいて、先行アーク溶接装置および後続アーク溶接装置の溶接条件を制御する溶接条件制御装置とを具備し、
突合せ検出装置は、エアノズルから突き合せ部の上面に検出エアを吹き付け、検出エアの背圧を検出して当該突き合せ部の形状を検出するように構成され、
先行アーク溶接装置は、小さい入熱量で突き合せ部の間隙を閉塞するようにその表面を先行溶接するアーク溶接機であり、
後続アーク溶接装置は、先行アーク溶接装置より大きい入熱量で、突き合せ部の溶け込みを深くなるように少なくとも表面を後続溶接するサブマージドアーク溶接機である
ことを特徴とするシャー切断鋼板用突き合せ自動溶接装置。
【請求項２】
突合せ検出装置は、溶接線に平行な軸心周りに揺動されるエアノズルと、当該エアノズルの揺動角を検出する揺動角検出部と、前記エアノズルから噴射された検出エアの背圧を検出する背圧検出部と、当該背圧検出部と前記揺動角検出部の検出値から、突き合せ部のルート間隔、溶接狙い位置およびルート深さを求める突き合せ部形状判断部とを具備した
ことを特徴とする請求項１記載のシャー切断鋼板用突き合せ自動溶接装置。
【請求項３】
突合せ検出装置は、突き合せ部の長さ方向に略直角な幅方向に互いに平行に配置されて検出エアをそれぞれ噴射する複数のエアノズルと、当該エアノズルから噴射された検出エアの背圧をそれぞれ検出する背圧検出部と、当該背圧検出部により検出された背圧検出値に基づき、各エアノズルから突き合せ部までの距離を求め、突き合せ部のルート位置、溶接狙い位置およびルート深さを求める突合せ部形状判断部とを具備した
ことを特徴とする請求項１記載のシャー切断鋼板用突き合せ自動溶接装置。
【請求項４】
溶接条件制御装置は、突合せ検出装置により突き合せ部のルート間隔が大きいと判断した時に、先行アーク溶接装置の入熱量が大きくなるように、溶接電流と溶接電圧と溶接速度と溶接速度とを制御し、突き合せ部のルート間隔が小さいと判断した時に、先行アーク溶接装置の入熱量が小さくなるように、溶接電流と溶接電圧と溶接速度とを制御し、さらに突合せ検出装置により突き合せ部のルート間隔が所定値以下の時に先行アーク溶接装置による溶接を停止するように構成された
ことを特徴とする請求項２または３に記載のシャー切断鋼板用突き合せ自動溶接装置。
【請求項１】
シャー切断された鋼板のエッジを突き合せて溶接する自動溶接装置であって、
溶接線に沿って走行自在な台車に、シャー切断エッジの突き合せ部を検出する突合せ検出装置と、当該突合せ検出装置の後方で突き合せ部を先行溶接する先行アーク溶接装置と、当該先行溶接機の所定距離後方に配置されて前記突き合せ部を後続溶接する後続アーク溶接装置と、前記突合せ検出装置により検出された検出信号に基づいて、先行アーク溶接装置および後続アーク溶接装置の溶接条件を制御する溶接条件制御装置とを具備し、
突合せ検出装置は、エアノズルから突き合せ部の上面に検出エアを吹き付け、検出エアの背圧を検出して当該突き合せ部の形状を検出するように構成され、
先行アーク溶接装置は、小さい入熱量で突き合せ部の間隙を閉塞するようにその表面を先行溶接するアーク溶接機であり、
後続アーク溶接装置は、先行アーク溶接装置より大きい入熱量で、突き合せ部の溶け込みを深くなるように少なくとも表面を後続溶接するサブマージドアーク溶接機である
ことを特徴とするシャー切断鋼板用突き合せ自動溶接装置。
【請求項２】
突合せ検出装置は、溶接線に平行な軸心周りに揺動されるエアノズルと、当該エアノズルの揺動角を検出する揺動角検出部と、前記エアノズルから噴射された検出エアの背圧を検出する背圧検出部と、当該背圧検出部と前記揺動角検出部の検出値から、突き合せ部のルート間隔、溶接狙い位置およびルート深さを求める突き合せ部形状判断部とを具備した
ことを特徴とする請求項１記載のシャー切断鋼板用突き合せ自動溶接装置。
【請求項３】
突合せ検出装置は、突き合せ部の長さ方向に略直角な幅方向に互いに平行に配置されて検出エアをそれぞれ噴射する複数のエアノズルと、当該エアノズルから噴射された検出エアの背圧をそれぞれ検出する背圧検出部と、当該背圧検出部により検出された背圧検出値に基づき、各エアノズルから突き合せ部までの距離を求め、突き合せ部のルート位置、溶接狙い位置およびルート深さを求める突合せ部形状判断部とを具備した
ことを特徴とする請求項１記載のシャー切断鋼板用突き合せ自動溶接装置。
【請求項４】
溶接条件制御装置は、突合せ検出装置により突き合せ部のルート間隔が大きいと判断した時に、先行アーク溶接装置の入熱量が大きくなるように、溶接電流と溶接電圧と溶接速度と溶接速度とを制御し、突き合せ部のルート間隔が小さいと判断した時に、先行アーク溶接装置の入熱量が小さくなるように、溶接電流と溶接電圧と溶接速度とを制御し、さらに突合せ検出装置により突き合せ部のルート間隔が所定値以下の時に先行アーク溶接装置による溶接を停止するように構成された
ことを特徴とする請求項２または３に記載のシャー切断鋼板用突き合せ自動溶接装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【公開番号】特開２０１１−１６７７４１（Ｐ２０１１−１６７７４１Ａ）
【公開日】平成２３年９月１日（２０１１．９．１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−３５４９２（Ｐ２０１０−３５４９２）
【出願日】平成２２年２月２２日（２０１０．２．２２）
【出願人】（０００００５１１９）日立造船株式会社 (764)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年９月１日（２０１１．９．１）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年２月２２日（２０１０．２．２２）
【出願人】（０００００５１１９）日立造船株式会社 (764)
【Ｆターム（参考）】
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