特開 2021-109190 多層盛り溶接方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】特開2021-109190(P2021-109190A)

(43)【公開日】2021年8月2日

(54)【発明の名称】多層盛り溶接方法

(51)【国際特許分類】

   B23K 9/12 20060101AFI20210705BHJP

   B23K 9/095 20060101ALI20210705BHJP

【ＦＩ】

   B23K9/12 350D

   B23K9/095 501F

   B23K9/095 501G

【審査請求】未請求

【請求項の数】2

【出願形態】ＯＬ

【全頁数】6

(21)【出願番号】特願2020-1843(P2020-1843)

(22)【出願日】2020年1月9日

(71)【出願人】

【識別番号】000000262

【氏名又は名称】株式会社ダイヘン

(72)【発明者】

【氏名】森 大輔

(72)【発明者】

【氏名】中俣 利昭

(57)【要約】

【課題】開先内を溶接トーチをウィービングしながら埋もれアーク状態で溶接する多層盛り溶接方法において、溶接欠陥のない健全な溶接部を形成すること。
【解決手段】開先内を溶接トーチ４をウィービングしながら埋もれアーク状態で溶接する多層盛り溶接方法において、第２層以降の各層における溶接トーチ４をウィービングの中心位置Ｗｃで所定時間停止させる。溶接電圧を、溶接トーチ４を停止させたときは停止させていないときよりも小さい値に設定する。これにより、前層のビードに高温割れが発生していても、大きな入熱によって再溶融することができ、高温割れの発生を抑制することができ、健全な溶接部を形成することができる。
【選択図】図２

【特許請求の範囲】

【請求項1】

開先内を溶接トーチをウィービングしながら埋もれアーク状態で溶接する多層盛り溶接方法において、
第２層以降の各層における前記溶接トーチを前記ウィービングの中心位置で所定時間停止させる、
ことを特徴とする多層盛り溶接方法。

【請求項2】

溶接電圧を、前記溶接トーチを停止させたときは停止させていないときよりも小さい値に設定する、
ことを特徴とする請求項１に記載の多層盛り溶接方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、開先内を溶接トーチをウィービングしながら埋もれアーク状態で溶接する多層盛り溶接方法に関するものである。

【背景技術】

【0002】

開先を設けた厚板を多層盛り溶接する際に、溶接電流を３００Ａ以上とし、かつ、アーク状態を埋もれアーク状態にして溶接することで深い溶け込み及び高溶着溶接が可能となる（特許文献１参照）。この溶接方法を使用することによって、多層盛り溶接の層数を少なくすることができるので、溶接作業を効率化することができる。

【0003】

多層盛り溶接において、開先が広い場合には、溶接トーチをウィービングしながら溶接する。このときに、各層のウィービング条件を適正な条件に設定することで、良好な溶接品質を得ることができる（例えば、特許文献２参照）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特開２０１７−４２７７８号公報

【特許文献2】特開平８−１５０４７４号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

３００Ａ以上の大電流を通電して埋もれアーク状態で多層盛り溶接を行うと、母材の溶け込み部が深くなり、母材への入熱も大きくなる。このために、溶け込み中央部に高温割れが発生して溶接欠陥となる場合がある。

【0006】

そこで、本発明では、開先内を溶接トーチをウィービングしながら埋もれアーク状態で溶接する多層盛り溶接方法において、溶接欠陥のない健全な溶接部を形成することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0007】

上述した課題を解決するために、請求項１の発明は、
開先内を溶接トーチをウィービングしながら埋もれアーク状態で溶接する多層盛り溶接方法において、
第２層以降の各層における前記溶接トーチを前記ウィービングの中心位置で所定時間停止させる、
ことを特徴とする多層盛り溶接方法である。

【0008】

請求項２の発明は、
溶接電圧を、前記溶接トーチを停止させたときは停止させていないときよりも小さい値に設定する、
ことを特徴とする請求項１に記載の多層盛り溶接方法である。

【発明の効果】

【0009】

本発明によれば、 開先内を溶接トーチをウィービングしながら埋もれアーク状態で溶接する多層盛り溶接方法において、溶接欠陥のない健全な溶接部を形成することができる。

【図面の簡単な説明】

【0010】

【図1】本発明の実施の形態に係る多層盛り溶接方法を実施するための溶接装置のブロック図である。

【図2】本発明の実施の形態に係る多層盛り溶接方法によってレ形開先を溶接しているときの模式図である。

【発明を実施するための形態】

【0011】

以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。

【0012】

図１は、本発明の実施の形態に係る多層盛り溶接方法を実施するための溶接装置のブロック図である。以下、同図を参照して各ブロックについて説明する。

【0013】

溶接装置は、溶接電圧設定回路ＶＲ、溶接電流設定回路ＩＲ、溶接電源ＰＳ、送給機ＷＭ、溶接トーチ４、溶接ワイヤ１、母材２、ロボット本体ＲＭ及びロボット制御装置ＲＣを備えている。

【0014】

溶接電圧設定回路ＶＲは、ロボット制御装置ＲＣからの後述するウィービング中心位置停止信号Ｓwcを入力としてウィービング中心位置停止信号ＳwcがＨｉｇｈレベル（中心位置での停止状態）のときは予め定めた第１電圧値となり、ウィービング中心位置停止信号ＳwcがＬｏｗレベルのときは予め定めた第２電圧値となる溶接電圧設定信号Ｖｒを出力する。第１電圧値＜第２電圧値である。したがって、溶接電圧Ｖｗは、溶接トーチ４がウィービングの中心位置Ｗｃで停止しているときは停止していないときよりも小さい値となる。

【0015】

溶接電流設定回路ＩＲは、溶接電流Ｉｗを設定するための予め定めた溶接電流設定信号Ｉｒを出力する。

【0016】

溶接電源ＰＳは、上記の溶接電圧設定信号Ｖｒ及び上記の溶接電流設定信号Ｉｒを入力として、３相２００Ｖ等の商用交流電源（図示は省略）を入力としてインバータ制御等の出力制御を行い、溶接電圧Ｖｗ及び溶接電流Ｉｗを出力し、送給機ＷＭに送給制御信号Ｆｃを出力する。溶接電源ＰＳは定電圧制御されているので、溶接電圧Ｖｗは、溶接電圧設定信号Ｖｒの値に制御される。溶接電流設定信号Ｉｒは溶接電源ＰＳ内で送給速度設定信号に変換される。溶接電源ＰＳは、溶接ワイヤ１の送給速度が送給速度設定信号によって定まる値となるように、送給制御信号Ｆｃを出力する。

【0017】

送給機ＷＭは、送給モータを備えており、上記の送給制御信号Ｆｃを入力として、溶接ワイヤ１を溶接トーチ４内を通して母材２に送給する。溶接ワイヤ１は、溶接電流設定信号Ｉｒに対応した送給速度で送給される。

【0018】

溶接トーチ４は、溶接ワイヤ１を母材２に導くと共に、給電チップ（図示は省略）を介して溶接ワイヤ１に給電する。

【0019】

母材２には、開先が設けられている。溶接ワイヤ１と母材２との間には、埋もれアーク状態のアーク３が発生する。

【0020】

ロボット本体ＲＭは、溶接トーチ４を把持しており、ロボット制御装置ＲＣからの動作制御信号Ｒｃに従って動作制御される。

【0021】

ロボット制御装置ＲＣは、予め教示された作業プログラムに基づいてロボット本体ＲＭを動作させるための動作制御信号Ｒｃを出力し、ロボット本体ＲＭをウィービングの中心位置Ｗｃで所定時間停止させているときにＨｉｇｈレベルとなるウィービング中心位置停止信号Ｓwcを出力する。各層におけるウィービング条件は、動作プログラムによって設定される。ウィービング条件は、ウィービングの周期、振幅、両端位置、両端位置での停止時間、中心位置Ｗｃでの停止時間等を含んでいる。

【0022】

図２は、本発明の実施の形態に係る多層盛り溶接方法によってレ形開先を溶接しているときの模式図である。同図は、第２層目を溶接しているときである。以下、同図を参照して説明する。

【0023】

母材２は、軟鋼、機械構造用炭素鋼、機械構造用合金鋼等の鋼からなる鋼板である。母材２は、レ形開先となっており、同図の左側となる第１母材２１は垂直となり、右側の第２母材２２は斜めになっている。同図は、第２層目を溶接しているときである。第２層目において、第１母材２１の左壁面位置がＰ１であり、第２母材２２の右壁面位置がＰ２である。ウィービングの中心位置がＷｃであり、左端位置がＷ１であり、右端位置がＷ２である。ウィービングの左端位置Ｗ１は、左壁面位置Ｐ１よりも第１所定距離Ｌ１（mm）だけウィービングの中心位置Ｗｃに近い位置となっている。同様に、ウィービングの右端位置Ｗ２は、右壁面位置Ｐ２よりも第２所定距離Ｌ２（mm）だけウィービングの中心位置Ｗｃに近い位置となっている。同図は、レ形開先の例であるが、Ｙ形開先、Ｖ形開先等であっても良い。

【0024】

同図では、溶接トーチ４から送給される溶接ワイヤ１の位置がウィービングの中心位置Ｗｃにあるときである。溶接ワイヤ１の先端と母材２との間にはアーク３が発生している。アーク３は、埋もれアーク状態となっている。埋もれアーク状態とは、溶接ワイヤ１の先端がアーク力によって凹部となっている溶融領域の内部に入り込んだ状態である。したがって、アーク３も凹部の内部で発生している。安定した埋もれアーク状態を維持するためには、図１の溶接電流設定信号Ｉｒによって設定される溶接電流が少なくとも３００Ａ以上の大電流値であり、図１の溶接電圧設定信号Ｖｒによって設定される溶接電圧が埋もれアーク状態となる適正値に設定される必要がある。埋もれアーク状態で溶接すると、スパッタ発生の少ない、深い溶け込みの溶融部を形成することができる。

【0025】

図１の溶接電圧設定信号Ｖｒの第１電圧値及び第２電圧値を、高設定値と低設定値とを繰り返して振動させても良い。このようにすると、アーク長が振動することになり、埋もれアーク状態がより安定化する。振動周波数は、１０〜１０００Hzの範囲である。電圧振幅は、溶接電流の振幅が５０Ａ以上になるように設定される。

【0026】

各層の溶接において、ウィービング中心位置Ｗｃから溶接を開始し、数十周期のウィービングを繰り返してその層のビードを形成する。ウィービングは、上述したように、予め定めた左端位置Ｗ１と右端位置Ｗ２との間で行われ、その周期は０．５〜５．０秒程度である。また、ウィービングの両端において、溶接トーチ４を一時的に停止させる場合もある。停止時間は、０．２〜２．０秒程度である。

【0027】

本実施の形態によれば、第２層以降の各層における溶接トーチ４を、ウィービングの中心位置Ｗｃで所定時間停止させる。これにより、前層のビードに高温割れが発生していても、大きな入熱によって再溶融することができ、高温割れの発生を抑制することができる。この結果、溶接欠陥のない健全な溶接部を形成することができる。例えば、停止時間は０．２〜０．６秒程度である。

【0028】

さらに、本実施の形態によれば、溶接トーチ４をウィービングの中心位置Ｗｃで停止させたときの第１電圧値は、停止させていないときの第２電圧値よりも小さい値にすることが望ましい。このようにすると、ウィービングの中心位置Ｗｃの埋もれアークがより溶融領域の内部に入り込み、溶け込みが更に深くなる。この結果、再溶融の溶け込み深さが大きくなるため、深い高温割れが生じていても再溶融により割れを除去することが出来る。

【0029】

同図において、溶接条件の一例を以下に示す。第１及び第２母材２１、２２の板厚４０mm、第２母材２２の開先角度３５度、溶接電流５９０Ａ、第１電圧値４５Ｖ、第２電圧値５０Ｖ、ワイヤ突き出し長さ２０mm、所定距離Ｌ１、Ｌ２＝４．５mm、ウィービングの周期２秒、ウィービングの両端における溶接トーチ４の停止時間０．３秒、ウィービングの中心位置での停止時間０．４秒、第１層〜第６層まで積層。

【0030】

上述した実施の形態によれば、ウィービングの両端位置Ｗ１、Ｗ２が、その層における開先の両壁面位置Ｐ１、Ｐ２よりも所定距離Ｌ１、Ｌ２だけウィービングの中心位置Ｗｃに近い位置になるように設定することで、以下のような作用効果を奏するので、溶接欠陥のない健全な溶接部を形成することができる。
（１）ウィービングの両端位置Ｗ１、Ｗ２と両壁面位置Ｐ１、Ｐ２とが所定距離Ｌ１、Ｌ２だけ離れているので、母材の溶融部への入熱を小さくすることができる。このために、金属組織が粗大となる領域が小さくなるので、溶接部が脆くなることを抑制することができる。
（２）ウィービングの両端位置Ｗ１、Ｗ２と両壁面位置Ｐ１、Ｐ２とが所定距離Ｌ１、Ｌ２だけ離れているので、母材の壁面の溶融部が小さくなり、アンダーカットの発生を抑制することができる。

【0031】

さらに、上述した実施の形態において、上記の所定距離Ｌ１、Ｌ２を、溶接電流の値が大きくなるほど大きな値に設定することが望ましい。このようにすると、上記の（１）及び（２）の効果をより大きくするよことができる。

【0032】

さらに、上述した実施の形態において、上記の所定距離Ｌ１、Ｌ２を、少なくとも３mm以上に設定することが望ましい。このようにすることによって、上記の（１）及び（２）の効果をより大きくすることができる。

【符号の説明】

【0033】

１ 溶接ワイヤ
２ 母材
２１ 第１母材
２２ 第２母材
３ アーク
４ 溶接トーチ
Ｆｃ 送給制御信号
ＩＲ 溶接電流設定回路
Ｉｒ 溶接電流設定信号
Ｉｗ 溶接電流
Ｌ１、Ｌ２ 所定距離
Ｐ１ 左壁面位置
Ｐ２ 右壁面位置
ＰＳ 溶接電源
ＲＣ ロボット制御装置
Ｒｃ 動作制御信号
ＲＭ ロボット本体
Ｓwc ウィービング中心位置停止信号
ＶＲ 溶接電圧設定回路
Ｖｒ 溶接電圧設定信号
Ｖｗ 溶接電圧
Ｗ１ ウィービングの左端位置
Ｗ２ ウィービングの右端位置
Ｗｃ ウィービングの中心位置
ＷＭ 送給機

【図1】

【図2】