固定管の円周溶接方法及び消耗電極式ガスシールドアーク自動溶接装置
【課題】ビードの繋ぎ部に発生しがちな溶接欠陥をほぼ完全に無くす。
【解決手段】２台の溶接ヘッド１１Ａ、１１Ｂにより３時の方向と９時の方向に振り分けて溶接を進め、６時の位置にてビードの繋ぎを行う下進振分溶接を行い、３時の位置側の先行溶接工程と９時の位置側の後続溶接工程とをこの順に所定の時間差をもって実行する。そして、先行側の溶接ヘッド１１Ａの先行トーチ９による溶接終端位置と後行トーチ１０による溶接終端位置を同じ位置に設定し、かつ後続側の溶接ヘッド１１Ｂの先行トーチ９による溶接終端位置と後行トーチ１０による溶接終端位置を同じ位置に設定して、後行トーチ１０の溶接終端部でクレーター処理を行い１周分の溶接を終了する。
【解決手段】２台の溶接ヘッド１１Ａ、１１Ｂにより３時の方向と９時の方向に振り分けて溶接を進め、６時の位置にてビードの繋ぎを行う下進振分溶接を行い、３時の位置側の先行溶接工程と９時の位置側の後続溶接工程とをこの順に所定の時間差をもって実行する。そして、先行側の溶接ヘッド１１Ａの先行トーチ９による溶接終端位置と後行トーチ１０による溶接終端位置を同じ位置に設定し、かつ後続側の溶接ヘッド１１Ｂの先行トーチ９による溶接終端位置と後行トーチ１０による溶接終端位置を同じ位置に設定して、後行トーチ１０の溶接終端部でクレーター処理を行い１周分の溶接を終了する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば石油や天然ガス等のパイプライン（水平固定管）の突合せ端を溶接する際に適用される固定管の円周溶接方法及び消耗電極式ガスシールドアーク自動溶接装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
パイプラインを敷設する際の鋼管（水平固定管）の端部同士の円周突合せ溶接において消耗電極式ガスシールドアーク溶接が使用される場合がある。この溶接では、２本の固定管の突合せ端の外周に沿って自動溶接装置を構成する環状の走行レールを装着し、この走行レールに沿って溶接ヘッドを移動させながら溶接を行っている。
【０００３】
溶接ヘッドは、走行レール上を移動する台車と、台車に搭載されたトーチを備えており、トーチに送給される溶接ワイヤがアーク放電に伴って発生する熱によって溶解することにより、固定管の突合せ端を溶接する。固定管には鋼管外面が広くなるように機械加工もしくはガス切断による加工が行われ、この加工面は一般的に開先と呼ばれる。この開先(壁)を十分に溶融させるためトーチを揺動(ウィービング)させる。当該自動溶接装置には、その他に、溶接ヘッドの台車の移動方向や移動速度、トーチのウィービング条件、溶接ワイヤのトーチへの送給速度等の制御を行うための制御装置（制御盤）や、トーチに溶接ワイヤを供給するワイヤフィーダー、アーク放電発生のための溶接電源、シールドガスを送るためのガスボンベおよびガス供給機構などが備わっている。
【０００４】
このような自動溶接装置を用いて固定管の突合せ端を円周溶接する場合、溶接ヘッドの１回の走行で得られる溶接ビードの厚みは、溶接欠陥発生防止の観点から、あまり厚くできないため、肉厚の厚い固定管同士を溶接する場合には、溶接ヘッドを同一部分に複数回円周方向に沿って移動させ溶接する多層盛り溶接を行っている。
【０００５】
多層盛り溶接を効率よく行うための有効な技術として、１つの溶接ヘッドに２つのトーチを搭載したデュアルトーチ式の溶接ヘッドを装備した自動溶接装置が特許文献１などにおいて知られている。この自動溶接装置は、１つの溶接ヘッドに円周に沿った溶接方向に一定の間隔を隔てて先行トーチと後行トーチを備えており、溶接ヘッドを溶接方向に所定の速度で移動させることにより、先行トーチでビードを形成しながら、該ビードの上に一定間隔離れた後行トーチによるビードを積層するようにし、単一トーチの溶接ヘッドによる場合に比べて２倍程度の能率で溶接することを可能にしている。
【０００６】
先行トーチと後行トーチの２つのトーチによる溶接では、電極同士の磁気干渉（アーク干渉）が生じるため、２トーチ同時にアークを出した状態でアーク状態が安定するような溶接条件にて溶接しなければならず、溶接条件の設定が難しいという面はあるものの、後行トーチは、先行トーチによって形成された溶接ビードの温度が下がる前に溶接することができるため、小電流で深い溶け込みを実現することができ、単トーチで溶接する場合と比較して溶接電流を下げた状態で溶接できるという利点がある。
【０００７】
ところで、特許文献１に記載された従来のデュアルトーチ式の溶接ヘッドを備えた自動溶接装置の場合、溶接ヘッドを固定管の円周に沿って一方向に移動させながら溶接するシーケンスになっているので、例えば、水平固定管の円周方向の位置をクロックポジションで表現し、最高点の位置を１２時の位置、最低点の位置を６時の位置、１２時と６時の中間点の一方側の位置を３時の位置、他方側の位置を９時の位置とした場合、３時の位置側を下側に向かう下進溶接とすると、９時の位置側は上側に向かう上進溶接となってしまう。つまり、一周するうちのいずれかの領域では上進溶接となるため、トータルの溶接速度を速くすることができないという課題がある。
【０００８】
そこで、その課題を解消できるものとして、デュアルヘッド・デュアルトーチ式の自動溶接装置が特許文献２などにおいて知られている。
図３はデュアルヘッド・デュアルトーチ式の自動溶接装置の一例の全体システムを示している。このシステムは、鋼管２１、２２、裏波形成用の銅裏当てを装備したクランプ２３、ガイドレール２４、それぞれ先行トーチと後行トーチ（符号省略）を搭載した２つの溶接ヘッド２５、溶接ヘッド制御盤２６、溶接ワイヤを溶接ヘッド２５に供給するワイヤフィーダー２７、溶接電源２８、シールドガス供給系２９から構成されている。鋼管２１、２２は裏波形成用の銅裏当てを装備したクランプ２３で固定される。鋼管２１、２２上に取り付けられたガイドレール２４上を溶接ヘッド２５は、所定速度で移動しながら溶接する。
【０００９】
このように２つの溶接ヘッド２５を装備した自動溶接装置では、溶接能率すなわち、溶接速度を向上させるため、通常は２つの溶接ヘッド２５を用いて下進振分溶接を実施している。すなわち、２台の溶接ヘッド２５によりそれぞれ、１２時の位置から３時の方向と１２時の位置から９時の方向とに振り分けて溶接を進め、６時の位置にてビードの繋ぎを行うという溶接シーケンスを実施している。その際、１２時の位置から３時の位置を経て６時の位置に先行側の溶接ヘッドを下向きに移動させて溶接を行う先行溶接工程と、１２時の位置から９時の位置を経て６時の位置に後続側の溶接ヘッドを下向きに移動させて溶接を行う後続溶接工程と、をこの順に所定の時間差をもって実行している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】特開２０１１−１１２４８号公報
【特許文献２】特開２０１１−２０１３０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
しかし、下進振分溶接を実施した場合、固定管の６時の位置で溶接ビードの繋ぎを行う必要があるため、ビードの繋ぎ部において溶接欠陥が発生しやすいという別の問題がある。
【００１２】
例えば、一般的に溶接終端部では、ビードの凹みやクレーター割れを防止するために、溶接ヘッドの台車を止めた状態でアークおよび溶接ワイヤ供給を数秒間保持する、いわゆる「クレーター処理」と呼ばれる処理を実施しているが、当該溶接ヘッドの場合、１つの溶接ヘッドに2つのトーチを搭載しているため、クレーター処理を入れるためには、先行側（３時側）の溶接ヘッドによる溶接時に先行トーチと後行トーチを同時に止める必要がある。先行トーチと後行トーチを同時に止めると、先行トーチと後行トーチの間（極間）の溶接ビードは、先行トーチのみで溶接された溶接ビードとなるため、その範囲は、後続側（９時側）の溶接ヘッドにより溶接することになる。その場合、後続側の溶接ヘッドによる溶接工程の進め方によって、次のような問題が出てくることが分かった。ここでは、２通りの進め方について検討した内容について述べる。
【００１３】
まず、第１の検討例の溶接方法を図４及び図５を用いて説明し、次に、第２の検討例の溶接方法を図６及び図７を用いて説明する。
これら図４〜図７において、１は鋼管（水平固定管）、１１Ａは先行側の溶接ヘッド、１１Ｂは後続側の溶接ヘッド、９及び１０は各溶接ヘッド１１Ａ、１１Ｂに装備された先行トーチ及び後行トーチである。また、２は先行側の溶接ヘッド１１Ａの先行トーチ９により形成された溶接ビード、３は先行側の溶接ヘッド１１Ａの後行トーチ１０により形成された溶接ビード、４は後続側の溶接ヘッド１１Ｂの先行トーチ９により形成された溶接ビード、５は後続側の溶接ヘッド１１Ｂの後行トーチ１０により形成された溶接ビード、６はクレーター処理が可能な溶接終端部（クレーター処理済みの溶接終端部とも言う）、７はクレーター処理が不可能な溶接終端部（クレーター未処理部ともいう）、８は先行側の溶接ヘッド１１Ａの先行トーチ９にのみ溶接された単層の溶接ビードで、後続側の溶接ヘッド１１Ｂのトーチ（先行トーチ９または後行トーチ１０のいずれか）によって溶融させる部分（便宜上、「単層のビード部分８」と呼ぶ）である。
【００１４】
図４は固定管の６時の位置での溶接ビードの繋ぎ方の第１の検討例を示す工程説明図、図５はその工程にて得られた６時の位置のビードの繋ぎ部の構造を示す図である。
【００１５】
この第１の検討例の溶接方法では、図４（ａ）に示すように、先行側（３時側）の溶接ヘッド１１Ａを矢印Ａの方向（時計回り）に移動して６時の位置で溶接を終了する際、先行トーチ９及び後行トーチ１０に同時にクレーター処理させて溶接を終了する。従って、先行トーチ９及び後行トーチ１０による溶接の終了点には、クレーター処理済みの溶接終端部６が形成される。次に図４（ｂ）に示すように、後続側（９時側）の溶接ヘッド１１Ｂを矢印Ｂの方向（反時計回り）に移動して６時の位置に到達させた際に、先行トーチ９は、先行側(3時側)の溶接ヘッドに搭載された先行トーチ9により形成された溶接ビード２の端部と数ミリ程度ラップさせ溶接を終了する。この時、後行トーチ１０の溶接は続行しており、先行トーチ９はクレーター処理なしで溶接を終了することになる。従って、先行トーチ９による溶接の終了点に残されるクレーター未処理部７には凹みが発生している可能性がある。次に図４（ｃ）に示すように、溶接を続行している後行トーチ１０の溶接終了段階で、後行トーチ１０によりクレーター処理を行う。
【００１６】
この場合、図４（ｃ）及び図５に示すように、符号８で示した単層のビード部分（先行側の溶接ヘッド１１Ａの先行トーチ９のみで溶接されたビード部分）は、後続側の溶接ヘッド１１Ｂの後行トーチ１０によってビードが重ね盛りされるが、この部分では温度の冷めたビード２の上に低入熱の溶接が行われることになるため、融合不良などの欠陥を発生する可能性が高くなる。
【００１７】
つまり、符号８で示す単層のビード部分では、トータルの積層高さを合わせるために、単トーチ（後続側の溶接ヘッド１１Ｂの後行トーチ１０）で溶接しなければならず、その際、後行トーチ１０の単独溶接であるために電流不足となり、また磁気干渉の影響が突然なくなるためにアークがやや不安定となり、その結果、溶接欠陥（融合不良）が発生する可能性が高くなる。
【００１８】
また、当該位置において、後行トーチ１０の単独アークになった直後に電流を上げる対策も考えられる。しかしながら、先行側の溶接ヘッド１１Ａの先行トーチ９で形成された温度が下がった単層のビード部分８を十分に溶け込ませるためには、大きく電流を上げる必要があり、電流を上げるためにワイヤ供給量を増やすと、それだけ高温割れを発生する可能性が高くなるという新たな問題が出てくる。
【００１９】
次に第２の検討例の溶接方法を説明する。
図６は固定管の６時の位置での溶接ビードの繋ぎ方の第２の検討例を示す工程説明図、図７はその工程にて得られた６時の位置のビードの繋ぎ部の構造を示す図である。
【００２０】
この第２の検討例の溶接方法では、図６（ａ）に示すように、先行側（３時側）の溶接ヘッド１１Ａを矢印Ａの方向（時計回り）に移動して６時の位置で溶接を終了する際、先行トーチ９及び後行トーチ１０に同時にクレーター処理させて溶接を終了する。従って、先行トーチ９及び後行トーチ１０による溶接の終了点には、クレーター処理済みの溶接終端部６が形成される。次に図６（ｂ）に示すように、後続側（９時側）の溶接ヘッド１１Ｂを矢印Ｂの方向（反時計回り）に移動して６時の位置に到達させた際に、先行トーチ９及び後行トーチ１０により同時にクレーター処理させながら溶接を終了する。このように、全ての溶接終端部にクレーター処理を入れることが可能であるため、終端部での凹み及びクレーター割れは発生しない。また、先行側の溶接ヘッド１１Ａの先行トーチ９のみにより形成された単層のビード部分８（ビード２と同じ層）には、高入熱である後続側の溶接ヘッド１１Ｂの先行トーチ９によりビード４を積層することになるため、それらビード２、４の境界部は十分に融合されることになる。
【００２１】
しかしながら、当該部分では、後続側の溶接ヘッド１１Ｂの先行トーチ９のビード４が単層のビード部分８の上に重ね盛りされる関係で、溶接部における開先断面深さ位置が急激に変化して、開先が急激に広がることになるため、後続側の溶接ヘッド１１Ｂの先行トーチ９のウィービング幅（振幅）が足りなくなり、開先壁とビードとの間に融合不良が発生するおそれが出てくる。
【００２２】
上述したように、いずれの検討例の溶接方法を実施した場合も、溶接欠陥（融合不良）の発生を完全に防止することが難しいという問題がある。
【００２３】
本発明は、上記事情を考慮し、ビードの繋ぎ部に発生しがちな溶接欠陥をほぼ完全に無くすことのできる固定管の円周溶接方法及び消耗電極式ガスシールドアーク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】
【００２４】
上記課題を解決するために、請求項１の発明の固定管の円周溶接方法は、水平固定管の突合せ端部に沿って円周方向に、該円周方向に互いに離間して配置された複数のトーチを備える溶接ヘッドを移動させることで、前記突合せ端部を前記複数のトーチによりアーク溶接する消耗電極式ガスシールドアーク自動溶接装置を用いた固定管の円周溶接方法において、前記水平固定管の円周方向の位置をクロックポジションで表現し、最高点の位置を１２時の位置、最低点の位置を６時の位置、１２時と６時の中間点の一方側の位置を３時の位置、他方側の位置を９時の位置とする場合、前記溶接ヘッドを１２時の位置から３時の方向と１２時の位置から９時の方向とに振り分けて溶接を進め、６時の位置にてビードの繋ぎを行う下進振分溶接を行うこととして、１２時の位置から３時または９時の位置を経て６時の位置に溶接ヘッドを下向きに移動させて溶接を行う先行溶接工程と、１２時の位置から９時または３時の位置を経て６時の位置に溶接ヘッドを下向きに移動させて溶接を行う後続溶接工程と、をこの順に所定の時間差をもって実行し、前記先行溶接工程における複数のトーチのそれぞれの溶接終端位置を同じ位置に設定して、かつ前記後続溶接工程における複数のトーチのそれぞれの溶接終端位置を同じ位置に設定して１周分の溶接を終了することを特徴とする。
前記溶接ヘッドは２台備えられ、そのうちの一つは先行溶接工程用として、また他の一つは後続溶接工程用として用いてもよい。
【００２５】
請求項３の発明の消耗電極式ガスシールドアーク自動溶接装置は、水平固定管の突合せ端部に沿って円周方向に配置された走行レール上を移動する台車と、該台車に円周に沿った溶接方向に互いに離間して配置された複数のトーチを有する溶接ヘッドを備え、前記溶接ヘッドの台車を走行レールに沿って円周方向に移動させながら、前記複数のトーチにより前記突合せ端部をアーク溶接する消耗電極式ガスシールドアーク自動溶接装置において、２台の前記溶接ヘッドを備えると共に、これら２台の溶接ヘッドの動作を制御する溶接制御手段を備えており、前記溶接制御手段が、前記水平固定管の円周方向の位置をクロックポジションで表現し、最高点の位置を１２時の位置、最低点の位置を６時の位置、１２時と６時の中間点の一方側の位置を３時の位置、他方側の位置を９時の位置とする場合に、前記２台の溶接ヘッドによりそれぞれ、１２時の位置から３時の方向と１２時の位置から９時の方向とに振り分けて溶接を進め、６時の位置にてビードの繋ぎを行う下進振分溶接を行うこととして、１２時の位置から３時または９時の位置を経て６時の位置に先行側の溶接ヘッドを下向きに移動させて溶接を行う先行溶接工程と、１２時の位置から９時または３時の位置を経て６時の位置に後続側の溶接ヘッドを下向きに移動させて溶接を行う後続溶接工程とをこの順番に所定の時間差をもって実行すると共に、前記先行溶接工程における複数のトーチのそれぞれの溶接終端位置を同じ位置に設定し、かつ前記後続溶接工程における複数のトーチのそれぞれの溶接終端位置を全て同じ位置に設定して１周分の溶接を終了する制御を行うことを特徴とする。
なお、請求項１，３で言う「同じ位置」とは、溶接対象物とトーチと互いに固定した状態で溶接したときに、溶融金属が広がる範囲を言い、具体的には溶接対象物のトーチ先端への対向部分を中心として前後１５ｍｍの範囲内にある領域を言う。
【発明の効果】
【００２６】
請求項１及び請求項３の発明によれば、溶接ヘッドに配置された各複数のトーチによる溶接終端位置を同じ位置とするので、同溶接ヘッドの最後段のトーチによるクレーター処理によってそれよりも先行するトーチによるクレーター未処理部分の溶接欠陥を溶かし込むことができ、凹みを埋めたりクレーター割れを再溶融することで除去することができる。このことは、下進振分溶接する２台の溶接ヘッドにおいて同様に言えるので、ビードの繋ぎ部の溶接欠陥をほぼ完全に解消することができる。
また、先行溶接工程における複数のトーチの溶接終端位置と後続溶接工程の複数のトーチの溶接終端位置とを同じ位置に設定するので、先行溶接工程の溶接ヘッドの先行するトーチのみにより溶接されたビードで、後続溶接工程の溶接ヘッドのトーチで溶融させる必要のある部分（上述した単層のビード部分（図５、図７において符号８で示す部分））が存在しなくなり、当該部分に後続溶接工程の溶接ヘッドのトーチでビードを積層することによる不具合を回避することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】本発明の実施形態の溶接方法の工程説明図で、（ａ）は先行側の溶接ヘッドの先行トーチによる溶接終了時点の状態を示す図、（ｂ）は先行側の溶接ヘッドの後行トーチによる溶接終了時点の状態を示す図、（ｃ）は後続側の溶接ヘッドの先行トーチによる溶接終了時点の状態を示す図、（ｄ）は後続側の溶接ヘッドの後行トーチによる溶接終了時点の状態を示す図である。
【図２】図１の全工程の実施により得られた６時の位置のビードの繋ぎ部の構造を示す図である。
【図３】デュアルヘッド・デュアルトーチ式の自動溶接装置の一例の全体システムを示す図である。
【図４】本発明に先立つ第１の検討例の溶接方法の工程説明図で、（ａ）は先行側の溶接ヘッドの先行トーチ及び後行トーチによる溶接終了時点の状態を示す図、（ｂ）は後続側の溶接ヘッドの先行トーチによる溶接終了時点の状態を示す図、（ｃ）は後続側の溶接ヘッドの後行トーチによる溶接終了時点の状態を示す図である。
【図５】図４の全工程により得られた６時の位置のビードの繋ぎ部の構造を示す図である。
【図６】本発明に先立つ第２の検討例の溶接方法の工程説明図で、（ａ）は先行側の溶接ヘッドの先行トーチ及び後行トーチによる溶接終了時点の状態を示す図、（ｂ）は後続側の溶接ヘッドの先行トーチ及び後行トーチによる溶接終了時点の状態を示す図である。
【図７】図６の全工程により得られた６時の位置のビードの繋ぎ部の構造を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２８】
以下、本発明の実施形態を図面を参照して説明する。
本実施形態の円筒管の円周溶接装置は消耗電極式ガスシールドアーク自動溶接装置であり、全体システムは図３とほぼ同様の構成を有している。すなわち、走行レールに沿って移動する２台の溶接ヘッドと、これら２台の溶接ヘッドの動作を制御する溶接制御装置、溶接ヘッドに溶接ワイヤを供給するワイヤフィーダーなどを備えている。各溶接ヘッドは、水平固定管の突合せ端部に沿って円周方向に配置された走行レール（ガイドレール）上を移動する台車と、該台車に円周に沿った溶接方向に離間して配設された先行トーチ及び後行トーチをそれぞれに有しており、それら構成部材は、溶接制御手段（溶接ヘッド制御盤）から発せられる制御指令により、溶接ヘッドの台車を走行レールに沿って円周方向に移動させながら、先行トーチ及び後行トーチにより前記突合せ端部を所定の溶接シーケンスに従ってアーク溶接するように動作する。
【００２９】
次にその溶接シーケンス（つまり溶接方法）について詳しく説明する。
図１は実施形態の溶接方法の工程説明図で、（ａ）は先行側の溶接ヘッドの先行トーチによる溶接終了時点の状態を示す図、（ｂ）は先行側の溶接ヘッドの後行トーチによる溶接終了時点の状態を示す図、（ｃ）は後続側の溶接ヘッドの先行トーチによる溶接終了時点の状態を示す図、（ｄ）は後続側の溶接ヘッドの後行トーチによる溶接終了時点の状態を示す図である。また、図２は図１の全工程の実施により得られた６時の位置のビードの繋ぎ部の構造を示す図である。
【００３０】
図１及び図２において、１は鋼管（水平固定管）、１１Ａは先行側の溶接ヘッド、１１Ｂは後続側の溶接ヘッド、９及び１０は各溶接ヘッド１１Ａ、１１Ｂに装備された先行トーチ及び後行トーチである。また、２は先行側の溶接ヘッド１１Ａの先行トーチ９により形成された溶接ビード、３は先行側の溶接ヘッド１１Ａの後行トーチ１０により形成された溶接ビード、４は後続側の溶接ヘッド１１Ｂの先行トーチ９により形成された溶接ビード、５は後続側の溶接ヘッド１１Ｂの後行トーチ１０により形成された溶接ビード、６はクレーター処理が可能な溶接終端部（クレーター処理済みの溶接終端部とも言う）、７はクレーター処理が不可能な溶接終端部（クレーター未処理部ともいう）である。
【００３１】
ここでは、鋼管（水平固定管）１の円周方向の位置をクロックポジションで表現し、最高点の位置を１２時の位置、最低点の位置を６時の位置、１２時と６時の中間点の一方側の位置を３時の位置、他方側の位置を９時の位置としている。そして、２台の溶接ヘッド１１Ａ、１１Ｂによりそれぞれ、１２時の位置から３時の方向と１２時の位置から９時の方向とに振り分けて溶接を進め、６時の位置にてビードの繋ぎを行う下進振分溶接を行うようにしている。また、１２時の位置から３時の位置を経て６時の位置に先行側の溶接ヘッドを下向きに移動させて溶接を行う先行溶接工程と、１２時の位置から９時の位置を経て６時の位置に後続側の溶接ヘッドを下向きに移動させて溶接を行う後続溶接工程と、をこの順に所定の時間差をもって実行する。
【００３２】
この実施形態の溶接方法では、図１（ａ）及び（ｂ）に示すように、先行側（３時側）の溶接ヘッド１１Ａを矢印Ａの方向（時計回り）に移動して６時の位置で先行溶接工程を終了する際、先行トーチ９による溶接終端位置と後行トーチ１０による溶接終端位置とを同じ位置に設定する。すなわち、先行トーチ９の溶接が目標とする溶接終端位置に達した時点で先行トーチ９のアークを切り、後行トーチ１０のみの溶接を続行して、先行トーチ９による溶接終端位置と後行トーチ１０による溶接終端位置とを同じ位置に設定する。この場合、先行トーチ９の溶接を終了したとき、後行トーチ１０は溶接中であるため、先行トーチ９はクレーター処理なしとなり、先行トーチ９のクレーター未処理部７に凹みやクレーター割れなどが発生する可能性があるが、後行トーチ１０の溶接終了時点でクレーター処理をすることにより、先行トーチ９のクレーター未処理部７に発生した凹みを埋めるもしくはクレーター割れを再溶融させ除去することができる。
【００３３】
また、次に後続側（９時側）の溶接ヘッド１１Ｂを矢印Ｂの方向（反時計回り）に移動して６時の位置で後続溶接工程を終了する際、先行トーチ９による溶接終端位置と後行トーチ１０による溶接終端位置とを、先行側の溶接ヘッド１１Ａの先行トーチ９及び後行トーチ１０の溶接終端位置と同じ位置に設定する。ここで述べる「同じ位置」とは、溶接対象物とトーチと互いに固定した状態で溶接したときに、溶融金属が広がる範囲を言い、具体的には溶接対象物のトーチ先端への対向部分を中心として半径１５ｍｍの範囲内にある領域を言う。後続側の溶接ヘッド１１Ｂの先行トーチ９による溶接点が、先行側の溶接ヘッド１１Ａの先行トーチ９の溶接終端位置に到達した時点で、先行トーチ９によるアークを切り、後行トーチ１０のみの溶接を続行して、後続側の溶接ヘッド１１Ｂの後行トーチ１０の溶接点が、先行側の溶接ヘッド１１Ａの後行トーチ１０の溶接終端位置に到達した時点で、クレーター処理を行いながら後行トーチ１０の溶接を終了する。これにより、１周分の溶接を終了することができる。
【００３４】
この場合も、後続側の溶接ヘッド１１Ｂの先行トーチ９の溶接を終了させたとき、後行トーチ１０は溶接中であるため、先行トーチ９はクレーター処理なしとなり、先行トーチ９のクレーター未処理部７に凹みやクレーター割れなどが発生する可能性があるが、後行トーチ１０の溶接終了時点でクレーター処理をすることにより、先行トーチ９のクレーター未処理部７に発生した凹みを埋めるもしくはクレーター割れを再溶融させ除去することができる。また、この方法では、先の第１及び第２の検討例で問題となった単層のビード部分８（図４〜図７参照）が存在しないため、良好な溶接ビードが得られる。
【００３５】
以上の説明のように、本実施形態の溶接シーケンス（溶接方法）を実施することにより、６時の位置のビードの繋ぎ部を溶接欠陥のない良好な状態に仕上げることができる。
【００３６】
以上、本発明の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等も含まれる。
例えば、前記実施形態では、溶接ヘッドを２台備えるデュアルヘッドを例に挙げて本発明を説明したが、これに限られることなく、溶接ヘッドを１台のみ備え、その溶接ヘッドを先行溶接工程用と後続溶接工程用の双方に用いるものにも本発明は適用可能である。
また、前記実施形態では、溶接ヘッドに先行トーチ９と後行トーチ１０との２つのトーチを備えているが、これに限られることなく、溶接ヘッドに、溶接対象である固定管の円周方向に互いに離間配置された３個以上のトーチを備えるものにも本発明は適用可能である。
【００３７】
また、前記実施形態では、１２時の位置から３時の位置を経て６時の位置に先行側の溶接ヘッドを下向きに移動させて溶接を行う溶接工程を先行溶接工程とし、１２時の位置から９時の位置を経て６時の位置に後続側の溶接ヘッドを下向きに移動させて溶接を行う溶接工程を後続溶接工程としているが、先行溶接工程と後続溶接工程を逆にしたもの、つまり、１２時の位置から９時の位置を経て６時の位置に先行側の溶接ヘッドを下向きに移動させて溶接を行う溶接工程を先行溶接工程とし、１２時の位置から３時の位置を経て６時の位置に後続側の溶接ヘッドを下向きに移動させて溶接を行う溶接工程を後続溶接工程としたものにも本発明は適用可能である。
【符号の説明】
【００３８】
１ 鋼管（水平固定管）
２ 先行側の溶接ヘッドの先行トーチにより形成された溶接ビード
３ 先行側の溶接ヘッドの後行トーチにより形成された溶接ビード
４ 後続側の溶接ヘッドの先行トーチにより形成された溶接ビード
５ 後続側の溶接ヘッドの後行トーチにより形成された溶接ビード
６ クレーター処理が可能な溶接終端部
７ クレーター処理が不可能な溶接終端部（クレーター未処理部）
９ 先行トーチ
１０ 後行トーチ
１１Ａ 先行側の溶接ヘッド
１１Ｂ 後続側の溶接ヘッド
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば石油や天然ガス等のパイプライン（水平固定管）の突合せ端を溶接する際に適用される固定管の円周溶接方法及び消耗電極式ガスシールドアーク自動溶接装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
パイプラインを敷設する際の鋼管（水平固定管）の端部同士の円周突合せ溶接において消耗電極式ガスシールドアーク溶接が使用される場合がある。この溶接では、２本の固定管の突合せ端の外周に沿って自動溶接装置を構成する環状の走行レールを装着し、この走行レールに沿って溶接ヘッドを移動させながら溶接を行っている。
【０００３】
溶接ヘッドは、走行レール上を移動する台車と、台車に搭載されたトーチを備えており、トーチに送給される溶接ワイヤがアーク放電に伴って発生する熱によって溶解することにより、固定管の突合せ端を溶接する。固定管には鋼管外面が広くなるように機械加工もしくはガス切断による加工が行われ、この加工面は一般的に開先と呼ばれる。この開先(壁)を十分に溶融させるためトーチを揺動(ウィービング)させる。当該自動溶接装置には、その他に、溶接ヘッドの台車の移動方向や移動速度、トーチのウィービング条件、溶接ワイヤのトーチへの送給速度等の制御を行うための制御装置（制御盤）や、トーチに溶接ワイヤを供給するワイヤフィーダー、アーク放電発生のための溶接電源、シールドガスを送るためのガスボンベおよびガス供給機構などが備わっている。
【０００４】
このような自動溶接装置を用いて固定管の突合せ端を円周溶接する場合、溶接ヘッドの１回の走行で得られる溶接ビードの厚みは、溶接欠陥発生防止の観点から、あまり厚くできないため、肉厚の厚い固定管同士を溶接する場合には、溶接ヘッドを同一部分に複数回円周方向に沿って移動させ溶接する多層盛り溶接を行っている。
【０００５】
多層盛り溶接を効率よく行うための有効な技術として、１つの溶接ヘッドに２つのトーチを搭載したデュアルトーチ式の溶接ヘッドを装備した自動溶接装置が特許文献１などにおいて知られている。この自動溶接装置は、１つの溶接ヘッドに円周に沿った溶接方向に一定の間隔を隔てて先行トーチと後行トーチを備えており、溶接ヘッドを溶接方向に所定の速度で移動させることにより、先行トーチでビードを形成しながら、該ビードの上に一定間隔離れた後行トーチによるビードを積層するようにし、単一トーチの溶接ヘッドによる場合に比べて２倍程度の能率で溶接することを可能にしている。
【０００６】
先行トーチと後行トーチの２つのトーチによる溶接では、電極同士の磁気干渉（アーク干渉）が生じるため、２トーチ同時にアークを出した状態でアーク状態が安定するような溶接条件にて溶接しなければならず、溶接条件の設定が難しいという面はあるものの、後行トーチは、先行トーチによって形成された溶接ビードの温度が下がる前に溶接することができるため、小電流で深い溶け込みを実現することができ、単トーチで溶接する場合と比較して溶接電流を下げた状態で溶接できるという利点がある。
【０００７】
ところで、特許文献１に記載された従来のデュアルトーチ式の溶接ヘッドを備えた自動溶接装置の場合、溶接ヘッドを固定管の円周に沿って一方向に移動させながら溶接するシーケンスになっているので、例えば、水平固定管の円周方向の位置をクロックポジションで表現し、最高点の位置を１２時の位置、最低点の位置を６時の位置、１２時と６時の中間点の一方側の位置を３時の位置、他方側の位置を９時の位置とした場合、３時の位置側を下側に向かう下進溶接とすると、９時の位置側は上側に向かう上進溶接となってしまう。つまり、一周するうちのいずれかの領域では上進溶接となるため、トータルの溶接速度を速くすることができないという課題がある。
【０００８】
そこで、その課題を解消できるものとして、デュアルヘッド・デュアルトーチ式の自動溶接装置が特許文献２などにおいて知られている。
図３はデュアルヘッド・デュアルトーチ式の自動溶接装置の一例の全体システムを示している。このシステムは、鋼管２１、２２、裏波形成用の銅裏当てを装備したクランプ２３、ガイドレール２４、それぞれ先行トーチと後行トーチ（符号省略）を搭載した２つの溶接ヘッド２５、溶接ヘッド制御盤２６、溶接ワイヤを溶接ヘッド２５に供給するワイヤフィーダー２７、溶接電源２８、シールドガス供給系２９から構成されている。鋼管２１、２２は裏波形成用の銅裏当てを装備したクランプ２３で固定される。鋼管２１、２２上に取り付けられたガイドレール２４上を溶接ヘッド２５は、所定速度で移動しながら溶接する。
【０００９】
このように２つの溶接ヘッド２５を装備した自動溶接装置では、溶接能率すなわち、溶接速度を向上させるため、通常は２つの溶接ヘッド２５を用いて下進振分溶接を実施している。すなわち、２台の溶接ヘッド２５によりそれぞれ、１２時の位置から３時の方向と１２時の位置から９時の方向とに振り分けて溶接を進め、６時の位置にてビードの繋ぎを行うという溶接シーケンスを実施している。その際、１２時の位置から３時の位置を経て６時の位置に先行側の溶接ヘッドを下向きに移動させて溶接を行う先行溶接工程と、１２時の位置から９時の位置を経て６時の位置に後続側の溶接ヘッドを下向きに移動させて溶接を行う後続溶接工程と、をこの順に所定の時間差をもって実行している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】特開２０１１−１１２４８号公報
【特許文献２】特開２０１１−２０１３０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
しかし、下進振分溶接を実施した場合、固定管の６時の位置で溶接ビードの繋ぎを行う必要があるため、ビードの繋ぎ部において溶接欠陥が発生しやすいという別の問題がある。
【００１２】
例えば、一般的に溶接終端部では、ビードの凹みやクレーター割れを防止するために、溶接ヘッドの台車を止めた状態でアークおよび溶接ワイヤ供給を数秒間保持する、いわゆる「クレーター処理」と呼ばれる処理を実施しているが、当該溶接ヘッドの場合、１つの溶接ヘッドに2つのトーチを搭載しているため、クレーター処理を入れるためには、先行側（３時側）の溶接ヘッドによる溶接時に先行トーチと後行トーチを同時に止める必要がある。先行トーチと後行トーチを同時に止めると、先行トーチと後行トーチの間（極間）の溶接ビードは、先行トーチのみで溶接された溶接ビードとなるため、その範囲は、後続側（９時側）の溶接ヘッドにより溶接することになる。その場合、後続側の溶接ヘッドによる溶接工程の進め方によって、次のような問題が出てくることが分かった。ここでは、２通りの進め方について検討した内容について述べる。
【００１３】
まず、第１の検討例の溶接方法を図４及び図５を用いて説明し、次に、第２の検討例の溶接方法を図６及び図７を用いて説明する。
これら図４〜図７において、１は鋼管（水平固定管）、１１Ａは先行側の溶接ヘッド、１１Ｂは後続側の溶接ヘッド、９及び１０は各溶接ヘッド１１Ａ、１１Ｂに装備された先行トーチ及び後行トーチである。また、２は先行側の溶接ヘッド１１Ａの先行トーチ９により形成された溶接ビード、３は先行側の溶接ヘッド１１Ａの後行トーチ１０により形成された溶接ビード、４は後続側の溶接ヘッド１１Ｂの先行トーチ９により形成された溶接ビード、５は後続側の溶接ヘッド１１Ｂの後行トーチ１０により形成された溶接ビード、６はクレーター処理が可能な溶接終端部（クレーター処理済みの溶接終端部とも言う）、７はクレーター処理が不可能な溶接終端部（クレーター未処理部ともいう）、８は先行側の溶接ヘッド１１Ａの先行トーチ９にのみ溶接された単層の溶接ビードで、後続側の溶接ヘッド１１Ｂのトーチ（先行トーチ９または後行トーチ１０のいずれか）によって溶融させる部分（便宜上、「単層のビード部分８」と呼ぶ）である。
【００１４】
図４は固定管の６時の位置での溶接ビードの繋ぎ方の第１の検討例を示す工程説明図、図５はその工程にて得られた６時の位置のビードの繋ぎ部の構造を示す図である。
【００１５】
この第１の検討例の溶接方法では、図４（ａ）に示すように、先行側（３時側）の溶接ヘッド１１Ａを矢印Ａの方向（時計回り）に移動して６時の位置で溶接を終了する際、先行トーチ９及び後行トーチ１０に同時にクレーター処理させて溶接を終了する。従って、先行トーチ９及び後行トーチ１０による溶接の終了点には、クレーター処理済みの溶接終端部６が形成される。次に図４（ｂ）に示すように、後続側（９時側）の溶接ヘッド１１Ｂを矢印Ｂの方向（反時計回り）に移動して６時の位置に到達させた際に、先行トーチ９は、先行側(3時側)の溶接ヘッドに搭載された先行トーチ9により形成された溶接ビード２の端部と数ミリ程度ラップさせ溶接を終了する。この時、後行トーチ１０の溶接は続行しており、先行トーチ９はクレーター処理なしで溶接を終了することになる。従って、先行トーチ９による溶接の終了点に残されるクレーター未処理部７には凹みが発生している可能性がある。次に図４（ｃ）に示すように、溶接を続行している後行トーチ１０の溶接終了段階で、後行トーチ１０によりクレーター処理を行う。
【００１６】
この場合、図４（ｃ）及び図５に示すように、符号８で示した単層のビード部分（先行側の溶接ヘッド１１Ａの先行トーチ９のみで溶接されたビード部分）は、後続側の溶接ヘッド１１Ｂの後行トーチ１０によってビードが重ね盛りされるが、この部分では温度の冷めたビード２の上に低入熱の溶接が行われることになるため、融合不良などの欠陥を発生する可能性が高くなる。
【００１７】
つまり、符号８で示す単層のビード部分では、トータルの積層高さを合わせるために、単トーチ（後続側の溶接ヘッド１１Ｂの後行トーチ１０）で溶接しなければならず、その際、後行トーチ１０の単独溶接であるために電流不足となり、また磁気干渉の影響が突然なくなるためにアークがやや不安定となり、その結果、溶接欠陥（融合不良）が発生する可能性が高くなる。
【００１８】
また、当該位置において、後行トーチ１０の単独アークになった直後に電流を上げる対策も考えられる。しかしながら、先行側の溶接ヘッド１１Ａの先行トーチ９で形成された温度が下がった単層のビード部分８を十分に溶け込ませるためには、大きく電流を上げる必要があり、電流を上げるためにワイヤ供給量を増やすと、それだけ高温割れを発生する可能性が高くなるという新たな問題が出てくる。
【００１９】
次に第２の検討例の溶接方法を説明する。
図６は固定管の６時の位置での溶接ビードの繋ぎ方の第２の検討例を示す工程説明図、図７はその工程にて得られた６時の位置のビードの繋ぎ部の構造を示す図である。
【００２０】
この第２の検討例の溶接方法では、図６（ａ）に示すように、先行側（３時側）の溶接ヘッド１１Ａを矢印Ａの方向（時計回り）に移動して６時の位置で溶接を終了する際、先行トーチ９及び後行トーチ１０に同時にクレーター処理させて溶接を終了する。従って、先行トーチ９及び後行トーチ１０による溶接の終了点には、クレーター処理済みの溶接終端部６が形成される。次に図６（ｂ）に示すように、後続側（９時側）の溶接ヘッド１１Ｂを矢印Ｂの方向（反時計回り）に移動して６時の位置に到達させた際に、先行トーチ９及び後行トーチ１０により同時にクレーター処理させながら溶接を終了する。このように、全ての溶接終端部にクレーター処理を入れることが可能であるため、終端部での凹み及びクレーター割れは発生しない。また、先行側の溶接ヘッド１１Ａの先行トーチ９のみにより形成された単層のビード部分８（ビード２と同じ層）には、高入熱である後続側の溶接ヘッド１１Ｂの先行トーチ９によりビード４を積層することになるため、それらビード２、４の境界部は十分に融合されることになる。
【００２１】
しかしながら、当該部分では、後続側の溶接ヘッド１１Ｂの先行トーチ９のビード４が単層のビード部分８の上に重ね盛りされる関係で、溶接部における開先断面深さ位置が急激に変化して、開先が急激に広がることになるため、後続側の溶接ヘッド１１Ｂの先行トーチ９のウィービング幅（振幅）が足りなくなり、開先壁とビードとの間に融合不良が発生するおそれが出てくる。
【００２２】
上述したように、いずれの検討例の溶接方法を実施した場合も、溶接欠陥（融合不良）の発生を完全に防止することが難しいという問題がある。
【００２３】
本発明は、上記事情を考慮し、ビードの繋ぎ部に発生しがちな溶接欠陥をほぼ完全に無くすことのできる固定管の円周溶接方法及び消耗電極式ガスシールドアーク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】
【００２４】
上記課題を解決するために、請求項１の発明の固定管の円周溶接方法は、水平固定管の突合せ端部に沿って円周方向に、該円周方向に互いに離間して配置された複数のトーチを備える溶接ヘッドを移動させることで、前記突合せ端部を前記複数のトーチによりアーク溶接する消耗電極式ガスシールドアーク自動溶接装置を用いた固定管の円周溶接方法において、前記水平固定管の円周方向の位置をクロックポジションで表現し、最高点の位置を１２時の位置、最低点の位置を６時の位置、１２時と６時の中間点の一方側の位置を３時の位置、他方側の位置を９時の位置とする場合、前記溶接ヘッドを１２時の位置から３時の方向と１２時の位置から９時の方向とに振り分けて溶接を進め、６時の位置にてビードの繋ぎを行う下進振分溶接を行うこととして、１２時の位置から３時または９時の位置を経て６時の位置に溶接ヘッドを下向きに移動させて溶接を行う先行溶接工程と、１２時の位置から９時または３時の位置を経て６時の位置に溶接ヘッドを下向きに移動させて溶接を行う後続溶接工程と、をこの順に所定の時間差をもって実行し、前記先行溶接工程における複数のトーチのそれぞれの溶接終端位置を同じ位置に設定して、かつ前記後続溶接工程における複数のトーチのそれぞれの溶接終端位置を同じ位置に設定して１周分の溶接を終了することを特徴とする。
前記溶接ヘッドは２台備えられ、そのうちの一つは先行溶接工程用として、また他の一つは後続溶接工程用として用いてもよい。
【００２５】
請求項３の発明の消耗電極式ガスシールドアーク自動溶接装置は、水平固定管の突合せ端部に沿って円周方向に配置された走行レール上を移動する台車と、該台車に円周に沿った溶接方向に互いに離間して配置された複数のトーチを有する溶接ヘッドを備え、前記溶接ヘッドの台車を走行レールに沿って円周方向に移動させながら、前記複数のトーチにより前記突合せ端部をアーク溶接する消耗電極式ガスシールドアーク自動溶接装置において、２台の前記溶接ヘッドを備えると共に、これら２台の溶接ヘッドの動作を制御する溶接制御手段を備えており、前記溶接制御手段が、前記水平固定管の円周方向の位置をクロックポジションで表現し、最高点の位置を１２時の位置、最低点の位置を６時の位置、１２時と６時の中間点の一方側の位置を３時の位置、他方側の位置を９時の位置とする場合に、前記２台の溶接ヘッドによりそれぞれ、１２時の位置から３時の方向と１２時の位置から９時の方向とに振り分けて溶接を進め、６時の位置にてビードの繋ぎを行う下進振分溶接を行うこととして、１２時の位置から３時または９時の位置を経て６時の位置に先行側の溶接ヘッドを下向きに移動させて溶接を行う先行溶接工程と、１２時の位置から９時または３時の位置を経て６時の位置に後続側の溶接ヘッドを下向きに移動させて溶接を行う後続溶接工程とをこの順番に所定の時間差をもって実行すると共に、前記先行溶接工程における複数のトーチのそれぞれの溶接終端位置を同じ位置に設定し、かつ前記後続溶接工程における複数のトーチのそれぞれの溶接終端位置を全て同じ位置に設定して１周分の溶接を終了する制御を行うことを特徴とする。
なお、請求項１，３で言う「同じ位置」とは、溶接対象物とトーチと互いに固定した状態で溶接したときに、溶融金属が広がる範囲を言い、具体的には溶接対象物のトーチ先端への対向部分を中心として前後１５ｍｍの範囲内にある領域を言う。
【発明の効果】
【００２６】
請求項１及び請求項３の発明によれば、溶接ヘッドに配置された各複数のトーチによる溶接終端位置を同じ位置とするので、同溶接ヘッドの最後段のトーチによるクレーター処理によってそれよりも先行するトーチによるクレーター未処理部分の溶接欠陥を溶かし込むことができ、凹みを埋めたりクレーター割れを再溶融することで除去することができる。このことは、下進振分溶接する２台の溶接ヘッドにおいて同様に言えるので、ビードの繋ぎ部の溶接欠陥をほぼ完全に解消することができる。
また、先行溶接工程における複数のトーチの溶接終端位置と後続溶接工程の複数のトーチの溶接終端位置とを同じ位置に設定するので、先行溶接工程の溶接ヘッドの先行するトーチのみにより溶接されたビードで、後続溶接工程の溶接ヘッドのトーチで溶融させる必要のある部分（上述した単層のビード部分（図５、図７において符号８で示す部分））が存在しなくなり、当該部分に後続溶接工程の溶接ヘッドのトーチでビードを積層することによる不具合を回避することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】本発明の実施形態の溶接方法の工程説明図で、（ａ）は先行側の溶接ヘッドの先行トーチによる溶接終了時点の状態を示す図、（ｂ）は先行側の溶接ヘッドの後行トーチによる溶接終了時点の状態を示す図、（ｃ）は後続側の溶接ヘッドの先行トーチによる溶接終了時点の状態を示す図、（ｄ）は後続側の溶接ヘッドの後行トーチによる溶接終了時点の状態を示す図である。
【図２】図１の全工程の実施により得られた６時の位置のビードの繋ぎ部の構造を示す図である。
【図３】デュアルヘッド・デュアルトーチ式の自動溶接装置の一例の全体システムを示す図である。
【図４】本発明に先立つ第１の検討例の溶接方法の工程説明図で、（ａ）は先行側の溶接ヘッドの先行トーチ及び後行トーチによる溶接終了時点の状態を示す図、（ｂ）は後続側の溶接ヘッドの先行トーチによる溶接終了時点の状態を示す図、（ｃ）は後続側の溶接ヘッドの後行トーチによる溶接終了時点の状態を示す図である。
【図５】図４の全工程により得られた６時の位置のビードの繋ぎ部の構造を示す図である。
【図６】本発明に先立つ第２の検討例の溶接方法の工程説明図で、（ａ）は先行側の溶接ヘッドの先行トーチ及び後行トーチによる溶接終了時点の状態を示す図、（ｂ）は後続側の溶接ヘッドの先行トーチ及び後行トーチによる溶接終了時点の状態を示す図である。
【図７】図６の全工程により得られた６時の位置のビードの繋ぎ部の構造を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２８】
以下、本発明の実施形態を図面を参照して説明する。
本実施形態の円筒管の円周溶接装置は消耗電極式ガスシールドアーク自動溶接装置であり、全体システムは図３とほぼ同様の構成を有している。すなわち、走行レールに沿って移動する２台の溶接ヘッドと、これら２台の溶接ヘッドの動作を制御する溶接制御装置、溶接ヘッドに溶接ワイヤを供給するワイヤフィーダーなどを備えている。各溶接ヘッドは、水平固定管の突合せ端部に沿って円周方向に配置された走行レール（ガイドレール）上を移動する台車と、該台車に円周に沿った溶接方向に離間して配設された先行トーチ及び後行トーチをそれぞれに有しており、それら構成部材は、溶接制御手段（溶接ヘッド制御盤）から発せられる制御指令により、溶接ヘッドの台車を走行レールに沿って円周方向に移動させながら、先行トーチ及び後行トーチにより前記突合せ端部を所定の溶接シーケンスに従ってアーク溶接するように動作する。
【００２９】
次にその溶接シーケンス（つまり溶接方法）について詳しく説明する。
図１は実施形態の溶接方法の工程説明図で、（ａ）は先行側の溶接ヘッドの先行トーチによる溶接終了時点の状態を示す図、（ｂ）は先行側の溶接ヘッドの後行トーチによる溶接終了時点の状態を示す図、（ｃ）は後続側の溶接ヘッドの先行トーチによる溶接終了時点の状態を示す図、（ｄ）は後続側の溶接ヘッドの後行トーチによる溶接終了時点の状態を示す図である。また、図２は図１の全工程の実施により得られた６時の位置のビードの繋ぎ部の構造を示す図である。
【００３０】
図１及び図２において、１は鋼管（水平固定管）、１１Ａは先行側の溶接ヘッド、１１Ｂは後続側の溶接ヘッド、９及び１０は各溶接ヘッド１１Ａ、１１Ｂに装備された先行トーチ及び後行トーチである。また、２は先行側の溶接ヘッド１１Ａの先行トーチ９により形成された溶接ビード、３は先行側の溶接ヘッド１１Ａの後行トーチ１０により形成された溶接ビード、４は後続側の溶接ヘッド１１Ｂの先行トーチ９により形成された溶接ビード、５は後続側の溶接ヘッド１１Ｂの後行トーチ１０により形成された溶接ビード、６はクレーター処理が可能な溶接終端部（クレーター処理済みの溶接終端部とも言う）、７はクレーター処理が不可能な溶接終端部（クレーター未処理部ともいう）である。
【００３１】
ここでは、鋼管（水平固定管）１の円周方向の位置をクロックポジションで表現し、最高点の位置を１２時の位置、最低点の位置を６時の位置、１２時と６時の中間点の一方側の位置を３時の位置、他方側の位置を９時の位置としている。そして、２台の溶接ヘッド１１Ａ、１１Ｂによりそれぞれ、１２時の位置から３時の方向と１２時の位置から９時の方向とに振り分けて溶接を進め、６時の位置にてビードの繋ぎを行う下進振分溶接を行うようにしている。また、１２時の位置から３時の位置を経て６時の位置に先行側の溶接ヘッドを下向きに移動させて溶接を行う先行溶接工程と、１２時の位置から９時の位置を経て６時の位置に後続側の溶接ヘッドを下向きに移動させて溶接を行う後続溶接工程と、をこの順に所定の時間差をもって実行する。
【００３２】
この実施形態の溶接方法では、図１（ａ）及び（ｂ）に示すように、先行側（３時側）の溶接ヘッド１１Ａを矢印Ａの方向（時計回り）に移動して６時の位置で先行溶接工程を終了する際、先行トーチ９による溶接終端位置と後行トーチ１０による溶接終端位置とを同じ位置に設定する。すなわち、先行トーチ９の溶接が目標とする溶接終端位置に達した時点で先行トーチ９のアークを切り、後行トーチ１０のみの溶接を続行して、先行トーチ９による溶接終端位置と後行トーチ１０による溶接終端位置とを同じ位置に設定する。この場合、先行トーチ９の溶接を終了したとき、後行トーチ１０は溶接中であるため、先行トーチ９はクレーター処理なしとなり、先行トーチ９のクレーター未処理部７に凹みやクレーター割れなどが発生する可能性があるが、後行トーチ１０の溶接終了時点でクレーター処理をすることにより、先行トーチ９のクレーター未処理部７に発生した凹みを埋めるもしくはクレーター割れを再溶融させ除去することができる。
【００３３】
また、次に後続側（９時側）の溶接ヘッド１１Ｂを矢印Ｂの方向（反時計回り）に移動して６時の位置で後続溶接工程を終了する際、先行トーチ９による溶接終端位置と後行トーチ１０による溶接終端位置とを、先行側の溶接ヘッド１１Ａの先行トーチ９及び後行トーチ１０の溶接終端位置と同じ位置に設定する。ここで述べる「同じ位置」とは、溶接対象物とトーチと互いに固定した状態で溶接したときに、溶融金属が広がる範囲を言い、具体的には溶接対象物のトーチ先端への対向部分を中心として半径１５ｍｍの範囲内にある領域を言う。後続側の溶接ヘッド１１Ｂの先行トーチ９による溶接点が、先行側の溶接ヘッド１１Ａの先行トーチ９の溶接終端位置に到達した時点で、先行トーチ９によるアークを切り、後行トーチ１０のみの溶接を続行して、後続側の溶接ヘッド１１Ｂの後行トーチ１０の溶接点が、先行側の溶接ヘッド１１Ａの後行トーチ１０の溶接終端位置に到達した時点で、クレーター処理を行いながら後行トーチ１０の溶接を終了する。これにより、１周分の溶接を終了することができる。
【００３４】
この場合も、後続側の溶接ヘッド１１Ｂの先行トーチ９の溶接を終了させたとき、後行トーチ１０は溶接中であるため、先行トーチ９はクレーター処理なしとなり、先行トーチ９のクレーター未処理部７に凹みやクレーター割れなどが発生する可能性があるが、後行トーチ１０の溶接終了時点でクレーター処理をすることにより、先行トーチ９のクレーター未処理部７に発生した凹みを埋めるもしくはクレーター割れを再溶融させ除去することができる。また、この方法では、先の第１及び第２の検討例で問題となった単層のビード部分８（図４〜図７参照）が存在しないため、良好な溶接ビードが得られる。
【００３５】
以上の説明のように、本実施形態の溶接シーケンス（溶接方法）を実施することにより、６時の位置のビードの繋ぎ部を溶接欠陥のない良好な状態に仕上げることができる。
【００３６】
以上、本発明の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等も含まれる。
例えば、前記実施形態では、溶接ヘッドを２台備えるデュアルヘッドを例に挙げて本発明を説明したが、これに限られることなく、溶接ヘッドを１台のみ備え、その溶接ヘッドを先行溶接工程用と後続溶接工程用の双方に用いるものにも本発明は適用可能である。
また、前記実施形態では、溶接ヘッドに先行トーチ９と後行トーチ１０との２つのトーチを備えているが、これに限られることなく、溶接ヘッドに、溶接対象である固定管の円周方向に互いに離間配置された３個以上のトーチを備えるものにも本発明は適用可能である。
【００３７】
また、前記実施形態では、１２時の位置から３時の位置を経て６時の位置に先行側の溶接ヘッドを下向きに移動させて溶接を行う溶接工程を先行溶接工程とし、１２時の位置から９時の位置を経て６時の位置に後続側の溶接ヘッドを下向きに移動させて溶接を行う溶接工程を後続溶接工程としているが、先行溶接工程と後続溶接工程を逆にしたもの、つまり、１２時の位置から９時の位置を経て６時の位置に先行側の溶接ヘッドを下向きに移動させて溶接を行う溶接工程を先行溶接工程とし、１２時の位置から３時の位置を経て６時の位置に後続側の溶接ヘッドを下向きに移動させて溶接を行う溶接工程を後続溶接工程としたものにも本発明は適用可能である。
【符号の説明】
【００３８】
１ 鋼管（水平固定管）
２ 先行側の溶接ヘッドの先行トーチにより形成された溶接ビード
３ 先行側の溶接ヘッドの後行トーチにより形成された溶接ビード
４ 後続側の溶接ヘッドの先行トーチにより形成された溶接ビード
５ 後続側の溶接ヘッドの後行トーチにより形成された溶接ビード
６ クレーター処理が可能な溶接終端部
７ クレーター処理が不可能な溶接終端部（クレーター未処理部）
９ 先行トーチ
１０ 後行トーチ
１１Ａ 先行側の溶接ヘッド
１１Ｂ 後続側の溶接ヘッド
【特許請求の範囲】
【請求項１】
水平固定管の突合せ端部に沿って円周方向に、該円周方向に互いに離間して配置された複数のトーチを備える溶接ヘッドを移動させることで、前記突合せ端部を前記複数のトーチによりアーク溶接する消耗電極式ガスシールドアーク自動溶接装置を用いた固定管の円周溶接方法において、
前記水平固定管の円周方向の位置をクロックポジションで表現し、最高点の位置を１２時の位置、最低点の位置を６時の位置、１２時と６時の中間点の一方側の位置を３時の位置、他方側の位置を９時の位置とする場合、
前記溶接ヘッドを１２時の位置から３時の方向と１２時の位置から９時の方向とに振り分けて溶接を進め、６時の位置にてビードの繋ぎを行う下進振分溶接を行うこととして、
１２時の位置から３時または９時の位置を経て６時の位置に溶接ヘッドを下向きに移動させて溶接を行う先行溶接工程と、１２時の位置から９時または３時の位置を経て６時の位置に溶接ヘッドを下向きに移動させて溶接を行う後続溶接工程と、をこの順に所定の時間差をもって実行し、
前記先行溶接工程における複数のトーチのそれぞれの溶接終端位置を同じ位置に設定し、かつ前記後続溶接工程における複数のトーチのそれぞれの溶接終端位置を同じ位置に設定して１周分の溶接を終了することを特徴とする固定管の円周溶接方法。
【請求項２】
前記溶接ヘッドは２台備えられ、そのうちの一つは先行溶接工程用として、また他の一つは後続溶接工程用として用いることを特徴とする請求項１の固定管の円周溶接方法。
【請求項３】
水平固定管の突合せ端部に沿って円周方向に配置された走行レール上を移動する台車と、該台車に円周に沿った溶接方向に互いに離間して配置された複数のトーチを有する溶接ヘッドを備え、前記溶接ヘッドの台車を走行レールに沿って円周方向に移動させながら、前記複数のトーチにより前記突合せ端部をアーク溶接する消耗電極式ガスシールドアーク自動溶接装置において、
２台の前記溶接ヘッドを備えると共に、これら２台の溶接ヘッドの動作を制御する溶接制御手段を備えており、
前記溶接制御手段が、
前記水平固定管の円周方向の位置をクロックポジションで表現し、最高点の位置を１２時の位置、最低点の位置を６時の位置、１２時と６時の中間点の一方側の位置を３時の位置、他方側の位置を９時の位置とする場合に、
前記２台の溶接ヘッドによりそれぞれ、１２時の位置から３時の方向と１２時の位置から９時の方向とに振り分けて溶接を進め、６時の位置にてビードの繋ぎを行う下進振分溶接を行うこととして、
１２時の位置から３時または９時の位置を経て６時の位置に先行側の溶接ヘッドを下向きに移動させて溶接を行う先行溶接工程と、１２時の位置から９時または３時の位置を経て６時の位置に後続側の溶接ヘッドを下向きに移動させて溶接を行う後続溶接工程とをこの順番に所定の時間差をもって実行すると共に、
前記先行溶接工程における複数のトーチのそれぞれの溶接終端位置を同じ位置に設定し、かつ前記後続溶接工程における複数のトーチのそれぞれの溶接終端位置を同じ位置に設定して１周分の溶接を終了する制御を行うことを特徴とする消耗電極式ガスシールドアーク自動溶接装置。
【請求項１】
水平固定管の突合せ端部に沿って円周方向に、該円周方向に互いに離間して配置された複数のトーチを備える溶接ヘッドを移動させることで、前記突合せ端部を前記複数のトーチによりアーク溶接する消耗電極式ガスシールドアーク自動溶接装置を用いた固定管の円周溶接方法において、
前記水平固定管の円周方向の位置をクロックポジションで表現し、最高点の位置を１２時の位置、最低点の位置を６時の位置、１２時と６時の中間点の一方側の位置を３時の位置、他方側の位置を９時の位置とする場合、
前記溶接ヘッドを１２時の位置から３時の方向と１２時の位置から９時の方向とに振り分けて溶接を進め、６時の位置にてビードの繋ぎを行う下進振分溶接を行うこととして、
１２時の位置から３時または９時の位置を経て６時の位置に溶接ヘッドを下向きに移動させて溶接を行う先行溶接工程と、１２時の位置から９時または３時の位置を経て６時の位置に溶接ヘッドを下向きに移動させて溶接を行う後続溶接工程と、をこの順に所定の時間差をもって実行し、
前記先行溶接工程における複数のトーチのそれぞれの溶接終端位置を同じ位置に設定し、かつ前記後続溶接工程における複数のトーチのそれぞれの溶接終端位置を同じ位置に設定して１周分の溶接を終了することを特徴とする固定管の円周溶接方法。
【請求項２】
前記溶接ヘッドは２台備えられ、そのうちの一つは先行溶接工程用として、また他の一つは後続溶接工程用として用いることを特徴とする請求項１の固定管の円周溶接方法。
【請求項３】
水平固定管の突合せ端部に沿って円周方向に配置された走行レール上を移動する台車と、該台車に円周に沿った溶接方向に互いに離間して配置された複数のトーチを有する溶接ヘッドを備え、前記溶接ヘッドの台車を走行レールに沿って円周方向に移動させながら、前記複数のトーチにより前記突合せ端部をアーク溶接する消耗電極式ガスシールドアーク自動溶接装置において、
２台の前記溶接ヘッドを備えると共に、これら２台の溶接ヘッドの動作を制御する溶接制御手段を備えており、
前記溶接制御手段が、
前記水平固定管の円周方向の位置をクロックポジションで表現し、最高点の位置を１２時の位置、最低点の位置を６時の位置、１２時と６時の中間点の一方側の位置を３時の位置、他方側の位置を９時の位置とする場合に、
前記２台の溶接ヘッドによりそれぞれ、１２時の位置から３時の方向と１２時の位置から９時の方向とに振り分けて溶接を進め、６時の位置にてビードの繋ぎを行う下進振分溶接を行うこととして、
１２時の位置から３時または９時の位置を経て６時の位置に先行側の溶接ヘッドを下向きに移動させて溶接を行う先行溶接工程と、１２時の位置から９時または３時の位置を経て６時の位置に後続側の溶接ヘッドを下向きに移動させて溶接を行う後続溶接工程とをこの順番に所定の時間差をもって実行すると共に、
前記先行溶接工程における複数のトーチのそれぞれの溶接終端位置を同じ位置に設定し、かつ前記後続溶接工程における複数のトーチのそれぞれの溶接終端位置を同じ位置に設定して１周分の溶接を終了する制御を行うことを特徴とする消耗電極式ガスシールドアーク自動溶接装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【公開番号】特開２０１３−８６１０９（Ｐ２０１３−８６１０９Ａ）
【公開日】平成２５年５月１３日（２０１３．５．１３）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−２２６８２２（Ｐ２０１１−２２６８２２）
【出願日】平成２３年１０月１４日（２０１１．１０．１４）
【出願人】（３０６０２２５１３）新日鉄住金エンジニアリング株式会社 (897)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年５月１３日（２０１３．５．１３）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年１０月１４日（２０１１．１０．１４）
【出願人】（３０６０２２５１３）新日鉄住金エンジニアリング株式会社 (897)
【Ｆターム（参考）】
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