特許 5966107 自動溶接方法及び自動溶接装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B1)

(11)【特許番号】5966107

(24)【登録日】2016年7月8日

(45)【発行日】2016年8月10日

(54)【発明の名称】自動溶接方法及び自動溶接装置

(51)【国際特許分類】

   B23K 9/028 20060101AFI20160728BHJP

【ＦＩ】

   B23K9/028 C

   B23K9/028 D

【請求項の数】4

【全頁数】13

(21)【出願番号】特願2016-18218(P2016-18218)

(22)【出願日】2016年2月2日

【審査請求日】2016年2月15日

【早期審査対象出願】

(73)【特許権者】

【識別番号】306022513

【氏名又は名称】新日鉄住金エンジニアリング株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100064908

【弁理士】

【氏名又は名称】志賀 正武

(74)【代理人】

【識別番号】100175802

【弁理士】

【氏名又は名称】寺本 光生

(74)【代理人】

【識別番号】100106909

【弁理士】

【氏名又は名称】棚井 澄雄

(74)【代理人】

【識別番号】100188592

【弁理士】

【氏名又は名称】山口 洋

(72)【発明者】

【氏名】片山 翼

【審査官】 岩瀬 昌治

(56)【参考文献】

【文献】 特開２０１３−０８６１０９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００３−０５３５３５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０００−２６３２３４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平０９−２６２６６５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開昭５６−０６６３７６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開昭５４−１５５１４８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 米国特許出願公開第２０１５／０１６５５４０（ＵＳ，Ａ１）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｂ２３Ｋ ９／０２８

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

管材の端面同士を突合わせて構成した突合わせ部を溶接する自動溶接方法であって、
前記管材の軸線周りの一方側に先行ヘッドを移動させながら溶接する先行溶接工程と、
前記先行溶接工程の後で行う、前記管材の軸線周りの他方側に後行ヘッドを移動させながら溶接する後行溶接工程と、
を備え、
前記先行ヘッドは、先行前方トーチと、前記先行前方トーチの前記軸線周りの他方側に配置された先行後方トーチと、を有し、
前記後行ヘッドは、後行前方トーチと、前記後行前方トーチの前記軸線周りの一方側に配置された後行後方トーチと、を有し、
前記先行溶接工程における前記先行後方トーチの溶接開始位置は、前記先行前方トーチの溶接開始位置よりも前記軸線周りの一方側であり、
前記後行溶接工程における前記後行後方トーチの溶接開始位置は、前記後行前方トーチの溶接開始位置よりも前記軸線周りの他方側であることを特徴とする自動溶接方法。

【請求項2】

管材の端面同士を突合わせて構成した突合わせ部を溶接する自動溶接方法であって、
前記管材の軸線周りの一方側にヘッドを移動させながら溶接する先行溶接工程と、
前記先行溶接工程の後で行う、前記管材の軸線周りの他方側に前記ヘッドを移動させながら溶接する後行溶接工程と、
を備え、
前記ヘッドは、前方トーチと、前記前方トーチから離間して配置された後方トーチと、を有し、
前記先行溶接工程では、前記ヘッドの前記前方トーチよりも前記後方トーチを前記軸線周りの他方側に配置するとともに、前記後方トーチの溶接開始位置を前記前方トーチの溶接開始位置よりも前記軸線周りの一方側にし、
前記後行溶接工程では、前記ヘッドの前記前方トーチよりも前記後方トーチを前記軸線周りの一方側に配置するとともに、前記後方トーチの溶接開始位置を前記前方トーチの溶接開始位置よりも前記軸線周りの他方側にすることを特徴とする自動溶接方法。

【請求項3】

前記後行前方トーチの溶接開始位置は、前記先行後方トーチで形成されるとともに一部がはつり取られた先行後方ビードの前記軸線周りの他方側の端よりも前記軸線周りの一方側であり、
前記後行後方トーチの溶接開始位置は、前記先行前方トーチで形成されるとともに一部がはつり取られた先行前方ビードの前記軸線周りの他方側の端よりも前記軸線周りの一方側であることを特徴とする請求項１に記載の自動溶接方法。

【請求項4】

管材の端面同士を突合わせて構成した突合わせ部を溶接する自動溶接装置であって、
前記管材の軸線周りの一方側に移動しながら溶接する先行ヘッドと、
前記管材の軸線周りの他方側に移動しながら溶接する後行ヘッドと、
前記先行ヘッド及び前記後行ヘッドの動作を制御する制御部と、
を備え、
前記先行ヘッドは、先行前方トーチと、前記先行前方トーチの前記軸線周りの他方側に配置された先行後方トーチと、を有し、
前記後行ヘッドは、後行前方トーチと、前記後行前方トーチの前記軸線周りの一方側に配置された後行後方トーチと、を有し、
前記制御部は、
前記先行ヘッドの前記先行後方トーチの溶接開始位置を、前記先行前方トーチの溶接開始位置よりも前記軸線周りの一方側にし、
前記先行ヘッドに続いて溶接する前記後行ヘッドの前記後行後方トーチの溶接開始位置を、前記後行前方トーチの溶接開始位置よりも前記軸線周りの他方側にすることを特徴とする自動溶接装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、自動溶接方法及び自動溶接装置に関する。

【背景技術】

【0002】

パイプラインを敷設する際の固定管（管材）の端面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本の鋼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いる。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。固定管は、管材の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る。
この固定管の加工面は、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に、トーチを揺動（ウィービング）させる。

【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さは、溶接欠陥の発生防止の観点から、あまり厚くできない。このため、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固定管の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装置として、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等に開示されている。
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前方トーチと後方トーチを備えている。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、前方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方トーチによるビードを積層する。この自動溶接装置では、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】

前方トーチと後方トーチの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つのトーチが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ない。溶接条件の設定が難しいという面はあるものの、後方トーチは、前方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。このため、２つのトーチによる溶接では、小電流で深い溶け込みを実現することができ、単一の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。ここで、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。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等において知られている。
２つの溶接ヘッド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つの溶接ヘッドを用いて下進振分け溶接を実施している。すなわち、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する。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。これにより、６時のビード繋ぎ部の位置での溶接欠陥をほぼ完全に解消することができる。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0009】

【特許文献1】特許第５１６３６００号公報

【特許文献2】特開２０１３−８６１０９号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0010】

上記特許文献２では、６時の溶接欠陥を対象としているが、デュアルヘッド・デュアルトーチ式の下進振分け溶接においては、１２時の位置は溶接開始部分にあたるため、溶接不連続部として同様に溶接欠陥が発生しやすいことが知られている。
例えば、溶接開始部は母材が冷えているため、当該部分のビードは開先となじみにくく、融合不良やブローホールといった欠陥が発生しやすい。したがって通常は、当該部はグラインダーによってはつり取って（削り取って）以降の溶接を行う。

【0011】

しかしながら、デュアルトーチ式の自動溶接において前方トーチと後方トーチが同時にアークスタートするような場合、前方トーチの溶接開始部ははつり取られないまま後方トーチで重ねて溶接されるため、当該部に溶接欠陥が残るという問題が生じる。この溶接欠陥をはつり取る場合、前方トーチのビードと後方トーチのビードが重なった広範囲をはつり取る必要があるため、作業能率が低下してしまうという問題がある。
したがって、溶接開始部の溶接欠陥を防止するためには、全ての溶接開始部のビードを効率よくはつり取る方法を確立することが課題であるが、特許文献１及び特許文献２のいずれにおいても溶接開始方法に関する記載はなされていない。

【0012】

本発明は、このような問題点に鑑みてなされたものであって、溶接開始部のビードを効率よくはつり取ることができる自動溶接方法及び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】

【0013】

上記課題を解決するために、この発明は以下の手段を提案している。
本発明の自動溶接方法は、管材の端面同士を突合わせて構成した突合わせ部を溶接する自動溶接方法であって、前記管材の軸線周りの一方側に先行ヘッドを移動させながら溶接する先行溶接工程と、前記先行溶接工程の後で行う、前記管材の軸線周りの他方側に後行ヘッドを移動させながら溶接する後行溶接工程と、を備え、前記先行ヘッドは、先行前方トーチと、前記先行前方トーチの前記軸線周りの他方側に配置された先行後方トーチと、を有し、前記後行ヘッドは、後行前方トーチと、前記後行前方トーチの前記軸線周りの一方側に配置された後行後方トーチと、を有し、前記先行溶接工程における前記先行後方トーチの溶接開始位置は、前記先行前方トーチの溶接開始位置よりも前記軸線周りの一方側であり、前記後行溶接工程における前記後行後方トーチの溶接開始位置は、前記後行前方トーチの溶接開始位置よりも前記軸線周りの他方側であることを特徴としている。

【0014】

また、本発明の自動溶接装置は、管材の端面同士を突合わせて構成した突合わせ部を溶接する自動溶接装置であって、前記管材の軸線周りの一方側に移動しながら溶接する先行ヘッドと、前記管材の軸線周りの他方側に移動しながら溶接する後行ヘッドと、前記先行ヘッド及び前記後行ヘッドの動作を制御する制御部と、を備え、前記先行ヘッドは、先行前方トーチと、前記先行前方トーチの前記軸線周りの他方側に配置された先行後方トーチと、を有し、前記後行ヘッドは、後行前方トーチと、前記後行前方トーチの前記軸線周りの一方側に配置された後行後方トーチと、を有し、前記制御部は、前記先行ヘッドの前記先行後方トーチの溶接開始位置を、前記先行前方トーチの溶接開始位置よりも前記軸線周りの一方側にし、前記先行ヘッドに続いて溶接する前記後行ヘッドの前記後行後方トーチの溶接開始位置を、前記後行前方トーチの溶接開始位置よりも前記軸線周りの他方側にすることを特徴としている。

【0015】

この発明によれば、先行前方トーチで形成された先行前方ビードの軸線周りの一方側の端部が先行後方トーチで形成された先行後方ビードから露出する。同様に、後行前方トーチで形成された後行前方ビードの軸線周りの他方側の端部が後行後方トーチで形成された後行後方ビードから露出する。

【0016】

また、本発明の他の自動溶接方法は、管材の端面同士を突合わせて構成した突合わせ部を溶接する自動溶接方法であって、前記管材の軸線周りの一方側にヘッドを移動させながら溶接する先行溶接工程と、前記先行溶接工程の後で行う、前記管材の軸線周りの他方側に前記ヘッドを移動させながら溶接する後行溶接工程と、を備え、前記ヘッドは、前方トーチと、前記前方トーチから離間して配置された後方トーチと、を有し、前記先行溶接工程では、前記ヘッドの前記前方トーチよりも前記後方トーチを前記軸線周りの他方側に配置するとともに、前記後方トーチの溶接開始位置を前記前方トーチの溶接開始位置よりも前記軸線周りの一方側にし、前記後行溶接工程では、前記ヘッドの前記前方トーチよりも前記後方トーチを前記軸線周りの一方側に配置するとともに、前記後方トーチの溶接開始位置を前記前方トーチの溶接開始位置よりも前記軸線周りの他方側にすることを特徴としている。

【0017】

また、上記の自動溶接方法において、前記後行前方トーチの溶接開始位置は、前記先行後方トーチで形成されるとともに一部がはつり取られた先行後方ビードの前記軸線周りの他方側の端よりも前記軸線周りの一方側であり、前記後行後方トーチの溶接開始位置は、前記先行前方トーチで形成されるとともに一部がはつり取られた先行前方ビードの前記軸線周りの他方側の端よりも前記軸線周りの一方側であってもよい。

【発明の効果】

【0018】

本発明において、請求項１に記載の自動溶接方法及び請求項４に記載の自動溶接装置によれば、溶接開始部のビードである先行前方ビード、先行後方ビードの軸線周りの他方側の端部、及び後行前方ビード、後行後方ビードの軸線周りの一方側の端部を効率よくはつり取ることができる。
請求項２に記載の自動溶接方法によれば、先行ヘッド及び後行ヘッドを１台のヘッドで兼ねることができる。
請求項３に記載の自動溶接方法によれば、積層されたビード全体としての厚さが管材の周方向の位置により薄くなるのを抑制することができる。

【図面の簡単な説明】

【0019】

【図1】本発明の一実施形態の自動溶接装置の全体構成を示す図である。

【図2】同自動溶接装置で溶接する鋼管の突合わせ部の断面図である。

【図3】同自動溶接装置の先行ヘッドの側面図である。

【図4】同自動溶接装置の後行ヘッドの側面図である。

【図5】本発明の一実施形態における自動溶接方法を示すフローチャートである。

【図6】同自動溶接方法の先行溶接工程で先行前方ビードを形成する状態を説明する断面図である。

【図7】同先行溶接工程で先行後方ビードを形成する状態を説明する断面図である。

【図8】同自動溶接方法の先行はつり取り工程で先行前方ビードの端部及び先行後方ビードの端部をはつり取った状態を説明する断面図である。

【図9】同自動溶接方法の後行溶接工程で後行前方ビードを形成する状態を説明する断面図である。

【図10】同後行溶接工程で後行後方ビードを形成する状態を説明する断面図である。

【図11】同自動溶接方法の後行はつり取り工程で後行前方ビードの端部及び後行後方ビードの端部をはつり取った状態を説明する断面図である。

【発明を実施するための形態】

【0020】

以下、本発明に係る自動溶接装置の一実施形態を、図１から図１１を参照しながら説明する。
図１及び２に示すように、本実施形態の自動溶接装置１は、一対の鋼管（管材）Ｐ１の端面同士を突合わせて構成した突合わせ部Ｐ３を溶接する消耗電極式ガスシールドアーク自動溶接装置である。なお、図２では一対の鋼管Ｐ１及び後述するクランプ６のみを示している。
一対の鋼管Ｐ１は、銅裏当て６ａを有するクランプ６により、互いに同軸となるように固定されている。
本自動溶接装置１は、鋼管Ｐ１の外周面に取付けられたガイドレール１０と、ガイドレール１０上を移動する先行ヘッド１５、後行ヘッド２０と、溶接ワイヤＷ１（図３参照）をヘッド１５、２０に供給するワイヤフィーダ２５と、鋼管Ｐ１とヘッド１５、２０の後述するトーチ１７、１８、２２、２３との間に電圧を印加する溶接電源３０と、ヘッド１５、２０にシールドガスを供給するシールドガス供給系３５と、ヘッド１５、２０の動作を制御する制御部４０とを備えている。

【0021】

図３に示すように、先行ヘッド１５は、ヘッド本体１６に設けられた、図示しない搬送部、先行前方トーチ１７、及び先行後方トーチ１８を有している。
搬送部は、ガイドレール１０上に配置された車輪部や、車輪部を回転させる車輪駆動モータを有している。車輪駆動モータを駆動して車輪部を回転させることで、先行ヘッド１５は、ガイドレール１０上を鋼管Ｐ１の軸線Ｃ周りの一方側Ｄ１に移動しながら突合わせ部Ｐ３を溶接する。
先行後方トーチ１８は、先行前方トーチ１７の軸線Ｃ周りの他方側Ｄ２に配置されている。本実施形態では、トーチ１７、１８はヘッド本体１６に固定されている。トーチ１７、１８内には図示しない貫通孔が形成され、貫通孔を通して溶接ワイヤＷ１が先端側に送り出される。トーチ１７、１８は、溶接ワイヤＷ１に電気的に接続されている。

【0022】

後行ヘッド２０は、先行ヘッド１５と同様に構成されている。すなわち、図４に示すように、後行ヘッド２０は、ヘッド本体２１に設けられた、図示しない搬送部、後行前方トーチ２２、及び後行後方トーチ２３を有している。
搬送部は、ガイドレール１０上に配置された車輪部や、車輪部を回転させる車輪駆動モータを有している。車輪駆動モータを駆動して車輪部を回転させることで、後行ヘッド２０は、鋼管Ｐ１の軸線Ｃ周りの他方側Ｄ２に移動しながら突合わせ部Ｐ３を溶接する。
後行後方トーチ２３は、後行前方トーチ２２の軸線Ｃ周りの一方側Ｄ１に配置されている。本実施形態では、トーチ２２、２３はヘッド本体２１に固定されている。トーチ２２、２３内には図示しない貫通孔が形成され、貫通孔を通して溶接ワイヤＷ１が先端側に送り出される。トーチ２２、２３は、溶接ワイヤＷ１に電気的に接続されている。
このように、先行ヘッド１５の進行方向は軸線Ｃ周りの一方側Ｄ１であり、後行ヘッド２０の進行方向は軸線Ｃ周りの他方側Ｄ２である。

【0023】

ワイヤフィーダ２５は、図示しないドラム部に巻回されている溶接ワイヤＷをトーチ１７、１８、２２、２３の貫通孔内に送り出す。
溶接電源３０は、詳細には図示しないが、プラス側の端子が各トーチ１７、１８、２２、２３に電気的に接続され、マイナス側の端子が各鋼管Ｐ１に電気的に接続される。
シールドガス供給系３５では、ガスボンベ３６に配管３７が接続されている。この配管３７は適宜分岐されてヘッド１５、２０に接続されている。
ガスボンベ３６からシールドガスを供給すると、供給されたシールドガスは先行前方トーチ１７と溶接ワイヤＷとの間を流れる。このシールドガスは、先行後方トーチ１８と溶接ワイヤＷとの間、後行前方トーチ２２と溶接ワイヤＷとの間、及び後行後方トーチ２３と溶接ワイヤＷとの間にも流れる。

【0024】

制御部４０は、演算素子、メモリー、及び制御プログラム等で構成されている。制御部４０は、ヘッド１５、２０、ワイヤフィーダ２５、及び溶接電源３０に接続され、これらを制御する。

【0025】

次に、以上のように構成された自動溶接装置１を用いた本実施形態の自動溶接方法について説明する。図５は本発明の一実施形態における自動溶接方法を示すフローチャートである。本自動溶接方法は、一対の鋼管Ｐ１で突合わせ部Ｐ３を構成する位置決め接工程（図５におけるステップＳ１）と、先行ヘッド１５で突合わせ部Ｐ３を溶接して後述するビードＢ１０、Ｂ２０を形成する先行溶接工程（ステップＳ３）と、ビードＢ１０、Ｂ２０の端部をはつり取る先行はつり取り工程（ステップＳ５）と、後行ヘッド２０で突合わせ部Ｐ３を溶接して後述するビードＢ３０、Ｂ４０を形成する後行溶接工程（ステップＳ７）と、ビードＢ３０、Ｂ４０の端部をはつり取る後行はつり取り工程（ステップＳ９）とを備える。

【0026】

まず、位置決め接工程Ｓ１において、使用者は、一対の鋼管Ｐ１の一方の鋼管Ｐ１の端面と他方の鋼管Ｐ１の端面とが対向するように配置し、開先である突合わせ部Ｐ３を構成する。このとき、一方の鋼管Ｐ１の軸線Ｃと他方の鋼管Ｐ１の軸線Ｃとが一致するとともに、各鋼管Ｐ１の軸線Ｃが水平面にほぼ平行になるように一対の鋼管Ｐ１を配置する。鋼管Ｐ１は、例えば鉄鋼で形成され、その外径は数十ｍｍ〜数百ｍｍ程度である。
このような位置に配置された一対の鋼管Ｐ１の相対位置を、一対の鋼管Ｐ１の内周面側に銅裏当て６ａを配置しつつクランプ６により固定する。
鋼管Ｐ１の外周面にガイドレール１０を取付ける。

【0027】

次に、先行溶接工程Ｓ３において、ガイドレール１０上に先行ヘッド１５の車輪部を、先行後方トーチ１８が先行前方トーチ１７の軸線Ｃ周りの他方側Ｄ２に位置するように配置する。シールドガス供給系３５を操作して、先行ヘッド１５の先行前方トーチ１７と溶接ワイヤＷとの間、及び先行後方トーチ１８と溶接ワイヤＷとの間にシールドガスを流す。
制御部４０は、溶接電源３０によりトーチ１７、１８と一対の鋼管Ｐ１との間に一定の電圧を印加させる。車輪駆動モータを駆動して車輪部を回転させることで、先行ヘッド１５を鋼管Ｐ１の軸線Ｃ周りの一方側Ｄ１に一定の速度で移動させる。

【0028】

図３に示すように、鋼管Ｐ１の周方向において先行前方トーチ１７が溶接開始位置Ｑ１にきたときに先行前方トーチ１７から溶接ワイヤＷ１を送り出す。溶接開始位置Ｑ１は、鋼管Ｐ１の最高点の位置、すなわちクロックポジションで１２時の位置とすることが好ましい。溶接ワイヤＷ１の先端部に、アークＷ２が発生する。
溶接ワイヤＷ１を送り出しつつ突合わせ部Ｐ３を溶接して、図６に示すように、溶接開始位置Ｑ１から軸線Ｃ周りの一方側Ｄ１に、先行前方トーチ１７によるアーク溶接で先行前方ビードＢ１０を形成する。
アーク溶接が進行するにつれて鋼管Ｐ１の温度は上昇するが、先行前方ビードＢ１０を形成した始点である先行前方ビードＢ１０の軸線Ｃ周りの他方側Ｄ２の端部Ｂ１１を形成したときには、先行前方ビードＢ１０のアーク溶接を開始したばかりである。このため、母材である鋼管Ｐ１の温度が比較的上昇しにくく、先行前方ビードＢ１０の端部Ｂ１１に溶接欠陥が生じやすい。

【0029】

先行前方ビードＢ１０を形成しながら、鋼管Ｐ１の周方向において先行後方トーチ１８が溶接開始位置Ｑ１よりも軸線Ｃ周りの一方側Ｄ１の溶接開始位置Ｑ２にきたときに先行後方トーチ１８から溶接ワイヤＷ１を送り出す。すなわち、制御部４０は、先行ヘッド１５の先行後方トーチ１８の溶接開始位置Ｑ２を、先行前方トーチ１７の溶接開始位置Ｑ１よりも軸線Ｃ周りの一方側Ｄ１にする。言い換えれば、先行後方トーチ１８の溶接開始位置Ｑ２を先行前方トーチ１７の溶接開始位置Ｑ１よりも先行ヘッド１５の進行方向側（一方側Ｄ１）にする。
鋼管Ｐ１の内周面に沿った溶接開始位置Ｑ１と溶接開始位置Ｑ２との距離は、１０〜２０ｍｍであることが好ましい。

【0030】

これにより、図７に示すように、先行前方ビードＢ１０上であって溶接開始位置Ｑ２から軸線Ｃ周りの一方側Ｄ１に、先行後方トーチ１８によるアーク溶接で先行後方ビードＢ２０を形成する。
前述のように溶接開始位置Ｑ１と溶接開始位置Ｑ２とをずらすことで、先行前方ビードＢ１０の軸線Ｃ周りの他方側Ｄ２の端部Ｂ１１が先行後方ビードＢ２０から露出する。
先行後方ビードＢ２０を形成した始点である先行前方ビードＢ１０の軸線Ｃ周りの他方側Ｄ２の端部Ｂ２１を形成したときには、先行後方ビードＢ２０のアーク溶接を開始したばかりである。このため、母材である鋼管Ｐ１の温度が比較的上昇しにくく、先行後方ビードＢ２０の端部Ｂ２１に溶接欠陥が生じやすい。
なお、ビードＢ１０、ビードＢ２０は、鋼管Ｐ１の最低点の位置、すなわちクロックポジションで６時の位置まで形成する。

【0031】

ビードＢ１０、ビードＢ２０を形成したら、ワイヤフィーダ２５によりトーチ１７、１８から溶接ワイヤＷ１を送り出すのを止める。溶接電源３０によりトーチ１７、１８と一対の鋼管Ｐ１との間に一定の電圧を印加するのを止める。シールドガス供給系３５を操作して、先行ヘッド１５のトーチ１７、１８にシールドガスを流すのを止める。
ガイドレール１０から先行ヘッド１５を取り外す。

【0032】

次に、先行はつり取り工程Ｓ５において、図８に示すように、先行前方ビードＢ１０の端部Ｂ１１及び先行後方ビードＢ２０の端部Ｂ２１をグラインダー等ではつり取る。端部Ｂ１１及び端部Ｂ２１の周方向の長さは、例えば１０〜２０ｍｍである。
端部Ｂ１１及び端部Ｂ２１が周方向に連続するように並ぶことで、端部Ｂ１１及び端部Ｂ２１を効率的にはつり取ることができる。
この結果、先行前方ビードＢ１０の軸線Ｃ周りの他方側Ｄ２の端Ｂ１２が、先行前方ビードＢ１０のうち最も軸線Ｃ周りの他方側Ｄ２の部分になる。同様に、先行後方ビードＢ２０の軸線Ｃ周りの他方側Ｄ２の端Ｂ２２が、先行後方ビードＢ２０のうち最も軸線Ｃ周りの他方側Ｄ２の部分になる。

【0033】

次に、後行溶接工程Ｓ７において、ガイドレール１０上に後行ヘッド２０の車輪部を、図４に示すように、後行後方トーチ２３が後行前方トーチ２２の軸線Ｃ周りの一方側Ｄ１に位置するように配置する。このとき、使用者は、先行後方ビードＢ２０の端Ｂ２２よりも後行前方トーチ２２が軸線Ｃ周りの一方側Ｄ１に配置されるように、鋼管Ｐ１に対する後行ヘッド２０の位置を調節する。このときの後行前方トーチ２２の鋼管Ｐ１の周方向の位置が、後行前方トーチ２２の溶接開始位置Ｑ３となる。すなわち、後行前方トーチ２２の溶接開始位置Ｑ３を、先行後方ビードＢ２０の端Ｂ２２よりも軸線Ｃ周りの一方側Ｄ１にする。
シールドガス供給系３５を操作して、後行ヘッド２０の後行前方トーチ２２と溶接ワイヤＷとの間、及び後行後方トーチ２３と溶接ワイヤＷとの間にシールドガスを流す。
制御部４０は、溶接電源３０によりトーチ２２、２３と一対の鋼管Ｐ１との間に一定の電圧を印加する。車輪駆動モータを駆動して車輪部を回転させることで、後行ヘッド２０を鋼管Ｐ１の軸線Ｃ周りの他方側Ｄ２に一定の速度で移動させる。

【0034】

後行前方トーチ２２から溶接ワイヤＷ１を送り出しつつ突合わせ部Ｐ３を溶接して、図９に示すように、溶接開始位置Ｑ３から軸線Ｃ周りの他方側Ｄ２に、後行前方トーチ２２によるアーク溶接で後行前方ビードＢ３０を形成する。後行前方トーチ２２の溶接開始位置Ｑ３と先行後方ビードＢ２０の端Ｂ２２との位置を調節したことで、先行後方ビードＢ２０と後行前方ビードＢ３０とが鋼管Ｐ１の周方向に重なる。
後行前方ビードＢ３０を形成しながら、鋼管Ｐ１の周方向において後行後方トーチ２３が溶接開始位置Ｑ３よりも軸線Ｃ周りの他方側Ｄ２の溶接開始位置Ｑ４にきたときに後行後方トーチ２３から溶接ワイヤＷ１を送り出す。すなわち、制御部４０は、先行ヘッド１５に続いて溶接する後行ヘッド２０の後行後方トーチ２３の溶接開始位置Ｑ４を、後行前方トーチ２２の溶接開始位置Ｑ３よりも軸線Ｃ周りの他方側Ｄ２にする。言い換えれば、後行後方トーチ２３の溶接開始位置Ｑ４を後行前方トーチ２２の溶接開始位置Ｑ３よりも後行ヘッド２０の進行方向側（他方側Ｄ２）にする。

【0035】

鋼管Ｐ１の内周面に沿った溶接開始位置Ｑ３と溶接開始位置Ｑ４との距離は、１０〜２０ｍｍであることが好ましい。このときさらに、後行後方トーチ２３の溶接開始位置Ｑ４を先行前方ビードＢ１０の端Ｂ１２よりも軸線Ｃ周りの一方側Ｄ１にする。

【0036】

これにより、図１０に示すように、後行前方ビードＢ３０上であって溶接開始位置Ｑ４から軸線Ｃ周りの他方側Ｄ２に、後行後方トーチ２３によるアーク溶接で後行後方ビードＢ４０を形成する。
前述のように溶接開始位置Ｑ３と溶接開始位置Ｑ４とをずらすことで、後行前方ビードＢ３０の軸線Ｃ周りの一方側Ｄ１の端部Ｂ３１が後行後方ビードＢ４０から露出する。後行後方トーチ２３の溶接開始位置Ｑ４と先行前方ビードＢ１０の端Ｂ１２との位置を調節したことで、先行前方ビードＢ１０と後行後方ビードＢ４０とが周方向に重なる。
なお、ビードＢ３０、ビードＢ４０は、クロックポジションで６時の位置であって、ビードＢ１０、ビードＢ２０に重なる位置まで形成する。

【0037】

ビードＢ３０、ビードＢ４０を形成したら、ワイヤフィーダ２５によりトーチ２２、２３から溶接ワイヤＷ１を送り出すのを止める。溶接電源３０によりトーチ２２、２３と一対の鋼管Ｐ１との間に一定の電圧を印加するのを止める。シールドガス供給系３５を操作して、後行ヘッド２０のトーチ２２、２３にシールドガスを流すのを止める。
ガイドレール１０から後行ヘッド２０を取り外す。

【0038】

次に、後行はつり取り工程Ｓ９において、図１１に示すように、後行前方ビードＢ３０の端部Ｂ３１及び後行後方ビードＢ４０の端部Ｂ４１をグラインダー等ではつり取る。これらの端部Ｂ３１、Ｂ４１も前述のように溶接欠陥が生じやすいからである。
これにより、ビードＢ１０、Ｂ２０、Ｂ３０、Ｂ４０（以下、ビードＢ１０等と称する）の全体としての厚さを、鋼管Ｐ１の周方向の位置によらずほぼ等しくする。

【0039】

以上の先行溶接工程Ｓ３から後行はつり取り工程Ｓ９により、鋼管Ｐ１の全周にわたり２層分のビードが、先行ヘッド１５及び後行ヘッド２０の振分け溶接により形成される。先行溶接工程Ｓ３から後行はつり取り工程Ｓ９までを必要な回数繰り返し、一対の鋼管Ｐ１を溶接する。

【0040】

以上説明したように、本実施形態の自動溶接装置１及び自動溶接方法によれば、先行前方ビードＢ１０の端部Ｂ１１が先行後方ビードＢ２０から露出するとともに、後行前方ビードＢ３０の端部Ｂ３１が後行後方ビードＢ４０から露出する。ビードＢ１０等の溶接開始部の端部が露出するので、これらの端部を効率よくはつり取ることができる。
これにより、ビードＢ１０等の溶接開始部に溶接キズが発生するのを低減させることができる。

【0041】

後行前方トーチ２２の溶接開始位置Ｑ３を、先行後方ビードＢ２０の端Ｂ２２よりも軸線Ｃ周りの一方側Ｄ１にすることで、先行後方ビードＢ２０と後行前方ビードＢ３０とが鋼管Ｐ１の径方向に重なる。後行後方トーチ２３の溶接開始位置Ｑ４を先行前方ビードＢ１０の端Ｂ１２よりも軸線Ｃ周りの一方側Ｄ１にすることで、先行前方ビードＢ１０と後行後方ビードＢ４０とが径方向に重なる。したがって、ビードＢ１０等の全体としての厚さが周方向の位置により薄くなるのを抑制することができる。
先行後方ビードＢ２０と後行前方ビードＢ３０とが径方向に重なることで、ビードＢ２０、３０の余盛不足を解消できる。
先行前方ビードＢ１０と後行後方ビードＢ４０とが径方向に重なることで、後行後方ビードＢ４０のみで溶接される部分を無くし、余盛不足を解消できる。

【0042】

以上、本発明の一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、組み合わせ、削除等も含まれる。
例えば、前記実施形態では、ビードＢ１０等が比較的厚いこと等によりビードＢ１０等の全体としての厚さが周方向の位置により変化しても問題が無い場合が考えられる。この場合には、後行前方トーチ２２の溶接開始位置Ｑ３は先行後方ビードＢ２０の端Ｂ２２よりも軸線Ｃ周りの他方側Ｄ２であってもよいし、後行後方トーチ２３の溶接開始位置Ｑ４は先行前方ビードＢ１０の端Ｂ１２よりも軸線Ｃ周りの他方側Ｄ２であってもよい。

【0043】

先行ヘッド１５及び後行ヘッド２０を１台のヘッドで兼用して、本自動溶接方法を行ってもよい。
この場合、ヘッドは、前方トーチと、前方トーチから離間して配置された後方トーチとを有する。１台のヘッドを先行溶接工程Ｓ３では軸線Ｃ周りの一方側Ｄ１に移動させ、後行溶接工程Ｓ７では軸線Ｃ周りの他方側Ｄ２に移動させる。先行溶接工程Ｓ３では、ヘッドの前方トーチよりも後方トーチを軸線Ｃ周りの他方側Ｄ２に配置するとともに、後方トーチの溶接開始位置を前方トーチの溶接開始位置よりも軸線周りの一方側にする。後行溶接工程Ｓ７では、ヘッドの前方トーチよりも後方トーチを軸線Ｃ周りの一方側に配置するとともに、後方トーチの溶接開始位置を前方トーチの溶接開始位置よりも軸線周りの他方側Ｄ２にする。
このような自動溶接方法でも、本実施形態の自動溶接方法と同様の効果を奏することができる。

【0044】

ヘッド１５、２０はそれぞれ２つのトーチを有するとしたが、ヘッド１５、２０が３つ以上のトーチを有するとしてもよい。

【符号の説明】

【0045】

１ 自動溶接装置
１５ 先行ヘッド
１７ 先行前方トーチ
１８ 先行後方トーチ
２０ 後行ヘッド
２２ 後行前方トーチ
２３ 後行後方トーチ
４０ 制御部
Ｂ１０ 先行前方ビード
Ｂ２０ 先行後方ビード
Ｃ 軸線
Ｄ１ 一方側
Ｄ２ 他方側
Ｐ１ 鋼管（管材）
Ｐ３ 突合わせ部
Ｑ１、Ｑ２、Ｑ３、Ｑ４ 溶接開始位置
Ｓ３ 先行溶接工程
Ｓ７ 後行溶接工程

【要約】

【課題】溶接開始部のビードを効率よくはつり取ることができる自動溶接方法を提供する。
【解決手段】管材Ｐ１の端面同士を突合わせて構成した突合わせ部Ｐ３を溶接する自動溶接方法であって、管材の軸線Ｃ周りの一方側Ｄ１に先行ヘッドを移動させながら溶接する先行溶接工程と、先行溶接工程の後で行う、管材の軸線周りの他方側Ｄ２に後行ヘッド２０を移動させながら溶接する後行溶接工程とを備え、先行ヘッドは、先行前方トーチと、先行前方トーチの軸線周りの他方側に配置された先行後方トーチと、を有し、後行ヘッドは、後行前方トーチ２２と、後行前方トーチの軸線周りの一方側に配置された後行後方トーチ２３と、を有し、先行後方トーチの溶接開始位置は、先行前方トーチの溶接開始位置よりも軸線周りの一方側であり、後行後方トーチの溶接開始位置Ｑ４は、後行前方トーチの溶接開始位置Ｑ３よりも軸線周りの他方側である。
【選択図】図１０

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】