(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】P2024049698
(43)【公開日】2024-04-10
(54)【発明の名称】溶接方法および溶接装置
(51)【国際特許分類】
B23K 9/12 20060101AFI20240403BHJP
【ＦＩ】
B23K9/12 350B
B23K9/12 350D
【審査請求】未請求
【請求項の数】3
【出願形態】ＯＬ
(21)【出願番号】P 2022156089
(22)【出願日】2022-09-29
(71)【出願人】
【識別番号】000002299
【氏名又は名称】清水建設株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】100149548
【弁理士】
【氏名又は名称】松沼 泰史
(74)【代理人】
【識別番号】100161506
【弁理士】
【氏名又は名称】川渕 健一
(74)【代理人】
【識別番号】100161207
【弁理士】
【氏名又は名称】西澤 和純
(72)【発明者】
【氏名】行實 宗一郎
(72)【発明者】
【氏名】眞田 拓郎
(57)【要約】
【課題】斜材同士を自動溶接できる溶接方法および溶接装置を提供する。
【解決手段】斜め方向に延びて深さ方向が水平方向になる開先４に、ワイヤ５１（溶接材料）を溶融する溶接トーチ６を移動手段でウィービングさせながら、溶融したワイヤ５１で斜め方向および鉛直方向に延びる金属層を形成して、金属層を深さ方向に積層する積層工程を有し、ウィービングは、金属層毎に、第１斜材２（第１部材）の端面に沿った上側に向かう方向に進む第１動作と、第１動作に続いて、第１斜材２の端面から第２斜材３（第２部材）の端面まで水平方向に進む第２動作と、第２動作に続いて、第２斜材３の端面に沿った上側に向かう方向に進む第３動作と、第３動作に続いて、第２斜材３の端面から第１斜材２の端面まで漸次下側に向かって進む第４動作と、をこの順に繰り返し行い、第１動作における溶接トーチ６の姿勢と、第３動作における溶接トーチの姿勢６と、を切り替える。
【選択図】図５
【解決手段】斜め方向に延びて深さ方向が水平方向になる開先４に、ワイヤ５１（溶接材料）を溶融する溶接トーチ６を移動手段でウィービングさせながら、溶融したワイヤ５１で斜め方向および鉛直方向に延びる金属層を形成して、金属層を深さ方向に積層する積層工程を有し、ウィービングは、金属層毎に、第１斜材２（第１部材）の端面に沿った上側に向かう方向に進む第１動作と、第１動作に続いて、第１斜材２の端面から第２斜材３（第２部材）の端面まで水平方向に進む第２動作と、第２動作に続いて、第２斜材３の端面に沿った上側に向かう方向に進む第３動作と、第３動作に続いて、第２斜材３の端面から第１斜材２の端面まで漸次下側に向かって進む第４動作と、をこの順に繰り返し行い、第１動作における溶接トーチ６の姿勢と、第３動作における溶接トーチの姿勢６と、を切り替える。
【選択図】図５
【特許請求の範囲】
【請求項1】
互いに溶接される第１部材の端面と第２部材の端面との間に形成され、水平面に交差する斜め方向に延びて深さ方向が水平方向になる開先に、溶接材料を溶融する溶接トーチを移動手段でウィービングさせながら、溶融した前記溶接材料で前記斜め方向および鉛直方向に延びる金属層を形成して、前記金属層を前記深さ方向に積層する積層工程を有し、
前記ウィービングは、前記金属層毎に、
前記第１部材の端面に沿った上側に向かう方向に進む第１動作と、
前記第１動作に続いて、前記第１部材の端面から前記第２部材の端面まで水平方向に進む第２動作と、
前記第２動作に続いて、前記第２部材の端面に沿った上側に向かう方向に進む第３動作と、
前記第３動作に続いて、前記第２部材の端面から前記第１部材の端面まで漸次下側に向かって進む第４動作と、をこの順に繰り返し行い、
前記第１動作における前記溶接トーチの姿勢と、前記第３動作における前記溶接トーチの姿勢と、を切り替える溶接方法。
前記ウィービングは、前記金属層毎に、
前記第１部材の端面に沿った上側に向かう方向に進む第１動作と、
前記第１動作に続いて、前記第１部材の端面から前記第２部材の端面まで水平方向に進む第２動作と、
前記第２動作に続いて、前記第２部材の端面に沿った上側に向かう方向に進む第３動作と、
前記第３動作に続いて、前記第２部材の端面から前記第１部材の端面まで漸次下側に向かって進む第４動作と、をこの順に繰り返し行い、
前記第１動作における前記溶接トーチの姿勢と、前記第３動作における前記溶接トーチの姿勢と、を切り替える溶接方法。
【請求項2】
形成する前記金属層毎の上下方向の幅寸法を算定する金属層上下幅算定工程と、
前記金属層上下幅算定工程において算定された前記金属層の上下方向の幅寸法に応じて前記ウィービングの経路を決定するウィービング経路決定工程と、を有し、
前記積層工程では、前記ウィービング経路決定工程で決定された前記ウィービングの経路に沿ったウィービングを行う請求項１に記載の溶接方法。
前記金属層上下幅算定工程において算定された前記金属層の上下方向の幅寸法に応じて前記ウィービングの経路を決定するウィービング経路決定工程と、を有し、
前記積層工程では、前記ウィービング経路決定工程で決定された前記ウィービングの経路に沿ったウィービングを行う請求項１に記載の溶接方法。
【請求項3】
溶接材料を溶融する溶接トーチと、
前記溶接トーチを移動させる移動手段と、
前記移動手段を制御する移動制御部と、
前記溶接トーチの姿勢を制御する姿勢制御部と、を有し、
前記移動制御部は、
互いに溶接される第１部材の端面と第２部材の端面との間に形成され、水平面に交差する斜め方向に延びて深さ方向が水平方向になる開先に、前記溶接トーチをウィービングさせながら、溶融した前記溶接材料で前記斜め方向および鉛直方向に延びる金属層を形成して、前記金属層を前記深さ方向に積層するように制御し、
前記ウィービングは、前記金属層毎に、
前記第１部材の端面に沿った上側に向かう方向に進む第１動作と、
前記第１動作に続いて、前記第１部材の端面から前記第２部材の端面まで水平方向に進む第２動作と、
前記第２動作に続いて、前記第２部材の端面に沿った上側に向かう方向に進む第３動作と、
前記第３動作に続いて、前記第２部材の端面から前記第１部材の端面まで漸次下側に向かって進む第４動作と、がこの順に繰り返し行われ、
前記姿勢制御部は、
前記第１動作における前記溶接トーチの姿勢および前記第３動作における前記溶接トーチの姿勢を制御する溶接装置。
前記溶接トーチを移動させる移動手段と、
前記移動手段を制御する移動制御部と、
前記溶接トーチの姿勢を制御する姿勢制御部と、を有し、
前記移動制御部は、
互いに溶接される第１部材の端面と第２部材の端面との間に形成され、水平面に交差する斜め方向に延びて深さ方向が水平方向になる開先に、前記溶接トーチをウィービングさせながら、溶融した前記溶接材料で前記斜め方向および鉛直方向に延びる金属層を形成して、前記金属層を前記深さ方向に積層するように制御し、
前記ウィービングは、前記金属層毎に、
前記第１部材の端面に沿った上側に向かう方向に進む第１動作と、
前記第１動作に続いて、前記第１部材の端面から前記第２部材の端面まで水平方向に進む第２動作と、
前記第２動作に続いて、前記第２部材の端面に沿った上側に向かう方向に進む第３動作と、
前記第３動作に続いて、前記第２部材の端面から前記第１部材の端面まで漸次下側に向かって進む第４動作と、がこの順に繰り返し行われ、
前記姿勢制御部は、
前記第１動作における前記溶接トーチの姿勢および前記第３動作における前記溶接トーチの姿勢を制御する溶接装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、溶接方法および溶接装置に関する。
【背景技術】
【0002】
従来、自動溶接を行う溶接ロボットは、下向き溶接や横向き溶接を自動で行う装置であり、柱や梁の溶接が対象である（例えば、特許文献１、２参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0003】
【特許文献1】特開２０１９－１３０５５７号公報
【特許文献2】特開２０２１－７９４４４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
斜材同士を斜め方向に延びる開先を設けて溶接する際に横向き溶接とすると、重力の影響によってビードの形状が安定しないという問題がある。これにより、自動溶接を行う場合の、ビードの形状やビードを積層する方向の制御が困難である。このため、斜材同士の溶接に自動溶接を採用することが困難である。
【0005】
本発明は、斜材同士を自動溶接できる溶接方法および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】
【0006】
上記目的を達成するため、本発明に係る溶接方法は、互いに溶接される第１部材の端面と第２部材の端面との間に形成され、水平面に交差する斜め方向に延びて深さ方向が水平方向になる開先に、溶接材料を溶融する溶接トーチを移動手段でウィービングさせながら、溶融した前記溶接材料で前記斜め方向および鉛直方向に延びる金属層を形成して、前記金属層を前記深さ方向に積層する積層工程を有し、前記ウィービングは、前記金属層毎に、前記第１部材の端面に沿った上側に向かう方向に進む第１動作と、前記第１動作に続いて、前記第１部材の端面から前記第２部材の端面まで水平方向に進む第２動作と、前記第２動作に続いて、前記第２部材の端面に沿った上側に向かう方向に進む第３動作と、前記第３動作に続いて、前記第２部材の端面から前記第１部材の端面まで漸次下側に向かって進む第４動作と、をこの順に繰り返し行い、前記第１動作における前記溶接トーチの姿勢と、前記第３動作における前記溶接トーチの姿勢と、を切り替える。
【0007】
上記目的を達成するため、本発明に係る溶接装置は、溶接材料を溶融する溶接トーチと、前記溶接トーチを移動させる移動手段と、前記移動手段を制御する移動制御部と、前記溶接トーチの姿勢を制御する姿勢制御部と、を有し、前記移動制御部は、互いに溶接される第１部材の端面と第２部材の端面との間に形成され、水平面に交差する斜め方向に延びて深さ方向が水平方向になる開先に、前記溶接トーチをウィービングさせながら、溶融した前記溶接材料で前記斜め方向および鉛直方向に延びる金属層を形成し、前記金属層を前記深さ方向に積層するように制御し、前記ウィービングは、前記金属層毎に、前記第１部材の端面に沿った上側に向かう方向に進む第１動作と、前記第１動作に続いて、前記第１部材の端面から前記第２部材の端面まで水平方向に進む第２動作と、前記第２動作に続いて、前記第２部材の端面に沿った上側に向かう方向に進む第３動作と、前記第３動作に続いて、前記第２部材の端面から前記第１部材の端面まで漸次下側に向かって進む第４動作と、がこの順に繰り返し行われ、前記姿勢制御部は、前記第１動作における前記溶接トーチの姿勢および前記第３動作における前記溶接トーチの姿勢を制御する。
【0008】
本発明では、溶接トーチの姿勢を切り替えつつ溶接トーチをウィービングさせながら金属層を形成することにより、開先が延びる方向に沿って高さのある鉛直方向に延びる金属層を安定した状態に形成できる。これにより、金属層（ビード）の形状が安定するため、金属層の形状や金属層を積層する方向の制御が可能となる。このため、開先が斜め方向に延びる斜材同士を自動溶接できる。
【0009】
また、本発明に係る溶接方法では、形成する前記金属層毎の上下方向の幅寸法を算定する金属層上下幅算定工程と、前記金属層上下幅算定工程において算定された前記金属層の上下方向の幅寸法に応じて前記ウィービングの経路を決定するウィービング経路決定工程と、を有し、前記積層工程では、前記ウィービング経路決定工程で決定された前記ウィービングの経路に沿ったウィービングを行うようにしてもよい。
【0010】
形成される金属層の上下方向の幅寸法に応じたウィービングの経路を決定できるため、金属層の形状をより安定させることができ、開先が斜め方向に延びる斜材同士を自動溶接できる。
【発明の効果】
【0011】
本発明によれば、斜材同士を自動溶接できる。
【図面の簡単な説明】
【0012】
【図1】溶接された第１斜材および第２斜材を厚さ方向形見た図である。
【図3】本実施形態による溶接方法の金属層の積層状態を示す図である。
【図4】従来の溶接方法の金属層の積層状態を示す図である。
【図5】第１動作を行う溶接トーチの姿勢を示す図である。
【図6】第３動作を行う溶接トーチの姿勢を示す図である。
【図7】ウィービングを示す図である。
【図8】金属層上下幅算定工程を説明する図である。
【図9】溶接角度θの溶接トーチと第２端面との干渉の有無を検討する図である。
【図10】溶接角度０°の溶接トーチを示す図である。
【発明を実施するための形態】
【0013】
以下、本発明の実施形態による溶接方法および溶接装置について、図１－図１０に基づいて説明する。
本実施形態による溶接方法は、図１および図２に示すようなブレースなどの２つの斜材２，３同士を自動溶接する方法である。２つの斜材２，３は、それぞれの端面２１，３１同士が溶接される。互いに溶接される２つの斜材２，３の端面２１，３１の間には、溝状の開先４が設けられ、溶接材料で形成された金属層５が積層される。開先４は、水平面に交差する斜め方向に延び、水平方向に開口している。開先４が延びる方向を第１斜め方向と表記する。第１斜め方向のうち、上に向かう側を上側、下に向かう側を下側と表記する。
本実施形態による溶接方法は、図１および図２に示すようなブレースなどの２つの斜材２，３同士を自動溶接する方法である。２つの斜材２，３は、それぞれの端面２１，３１同士が溶接される。互いに溶接される２つの斜材２，３の端面２１，３１の間には、溝状の開先４が設けられ、溶接材料で形成された金属層５が積層される。開先４は、水平面に交差する斜め方向に延び、水平方向に開口している。開先４が延びる方向を第１斜め方向と表記する。第１斜め方向のうち、上に向かう側を上側、下に向かう側を下側と表記する。
【0014】
２つの斜材２，３は、それぞれ長尺の板状の部材である。２つの斜材２，３は、板面が鉛直面となり、第１斜め方向に直交する第２斜め方向に延びる向きに配置されている。２つの斜材２，３それぞれの板面が向く方向、すなわち２つの斜材２，３それぞれの厚さ方向は、開先４が開口する方向と同じ方向である。
２つの斜材２，３のうちの第１斜め方向の下側に配置される斜材を第１斜材２（第１部材）と表記し、上側に配置される斜材を第２斜材３（第２部材）と表記する。第１斜材２の第２斜材３と溶接される端面を第１端面２１と表記する。第２斜材３の第１斜材２と溶接される端面を第２端面３１と表記する。
２つの斜材２，３のうちの第１斜め方向の下側に配置される斜材を第１斜材２（第１部材）と表記し、上側に配置される斜材を第２斜材３（第２部材）と表記する。第１斜材２の第２斜材３と溶接される端面を第１端面２１と表記する。第２斜材３の第１斜材２と溶接される端面を第２端面３１と表記する。
【0015】
第１端面２１は、第１斜材２の板面に直交する面である。第１端面２１は、第１斜め方向に延びている。第２端面３１は、第２斜材３の板面に対して斜めに交差する面である。第２端面３１は、第２斜材３の厚さ方向の一方側の縁部よりも他方側の縁部が第２斜材３の第２斜め方向の中央側に配置される。第２端面は、第１斜め方向に延びている。
開先４は、第１斜材２および第２斜材３の厚さ方向の一方側から他方側に向かって高さ寸法（溝幅寸法）が広がっている。開先４は、第１斜材２および第２斜材３の厚さ方向の他方側に開口している。本実施形態では、開先４の厚さ方向の一方側には、開先４を厚さ方向一方側から覆う裏板４１が設けられている。裏板４１は、第１斜材２および第２斜材３に接合されている。
開先４は、第１斜材２および第２斜材３の厚さ方向の一方側から他方側に向かって高さ寸法（溝幅寸法）が広がっている。開先４は、第１斜材２および第２斜材３の厚さ方向の他方側に開口している。本実施形態では、開先４の厚さ方向の一方側には、開先４を厚さ方向一方側から覆う裏板４１が設けられている。裏板４１は、第１斜材２および第２斜材３に接合されている。
【0016】
図３に示すように、開先４には、厚さ方向の一方側から他方側、すなわち開先４の奥側から開口側に向かって溶接材料で形成された金属層５が積層される。金属層５は、その面が略厚さ方向を向き、略鉛直面となる層である。なお、従来の溶接方法では、図４に示すように、厚さ方向の一方側から他方側に向かって漸次上側に向かう方向に金属層が積層されている。従来の溶接方法では、ビードの形状が不安定であり、重力の影響によって、層の厚さにバラつきが生じている。このため、従来の溶接方法では、自動溶接が困難である。
【0017】
図５および図６に示すように、本実施形態による溶接方法で用いる溶接装置１は、溶接トーチ６と、溶接トーチ６を移動させる移動手段と、移動手段を制御する移動制御部と、溶接トーチ６の姿勢を制御する姿勢制御部と、を有する。溶接装置１は、自動溶接が可能である。図５では、第１端面２１に沿って溶接を行う溶接トーチ６を示している。図６では、第２端面３１に沿って溶接を行う溶接トーチ６を示している。
【0018】
溶接トーチ６は、先端でアーク放電を行い、供給されたワイヤ５１を溶融する。ワイヤ５１は、ノズル６１の中央から軸線方向に直線状に吐出される。本実施形態の溶接トーチ６のノズル６１の先端部分６１１の形状は、基端側から先端側に向かって先細りとなる円錐台状である。ノズル６１の基端部分６１２の形状は、円柱状である。先端部分６１１と基端部分６１２との境界の角部をノズル角部６１３と表記する。
移動手段は、垂直多関節型ロボットなどである。移動手段は、溶接トーチ６の移動および姿勢の変更を可能である。移動手段は、溶接トーチ６をウィービングさせることが可能である。
移動手段は、垂直多関節型ロボットなどである。移動手段は、溶接トーチ６の移動および姿勢の変更を可能である。移動手段は、溶接トーチ６をウィービングさせることが可能である。
【0019】
上記の溶接装置１を用いた本実施形態の溶接方法について説明する。
本実施形態の溶接方法では、溶接トーチ６をウィービングさせながら第１斜め方向の下側から上側に向かって移動させることによって金属層５を形成し、金属層５を開先４の深さ方向に積層する（積層工程）。ウィービングの経路７を図７に示す。このように金属層５を形成することにより、鉛直方向および第１斜め方向に延びて面が略鉛直面となる金属層５を形成することができる。
本実施形態の溶接方法では、溶接トーチ６をウィービングさせながら第１斜め方向の下側から上側に向かって移動させることによって金属層５を形成し、金属層５を開先４の深さ方向に積層する（積層工程）。ウィービングの経路７を図７に示す。このように金属層５を形成することにより、鉛直方向および第１斜め方向に延びて面が略鉛直面となる金属層５を形成することができる。
【0020】
ウィービングは、以下の第１動作、第２動作、第３動作および第４動作を、この順に開先４の第１斜め方向の下側から上側に向かって繰り返して行う。ウィービングは、金属層５毎に行うため、開先４の深さ方向の移動は行わない。図７では、第１動作の経路を符号「７１」で示し、第２動作の経路を符号「７２」で示し、第３動作の経路を符号「７３」で示し、第４動作の経路を符号「７４」で示す。
第１動作は、第１端面２１に沿って、第１斜め方向の上側に向かって所定距離を進む動作である。第１動作で進む第１斜め方向に沿った距離を第１距離ｄｘ１と表記する。第２動作は、第１端面２１における第１動作の終了位置から第２端面３１まで水平方向に進む動作である。第２動作は、第２端面３１に達すると終了する。第３動作は、第２動作の終了位置から第２端面３１に沿って、第１斜め方向の上側に向かって所定距離を進む動作である。第４動作は、第３動作の終了位置から第１端面まで漸次下側に向かう斜め方向に進む動作である。第４動作は、第１端面２１に達すると終了する。第４動作の終了位置は、その前に行われた第１動作の最終位置よりも上側になる。第１動作の最終位置と第４動作の終了位置との第１斜め方向に沿った距離を第２距離ｄｘ２と表記する。
第１動作、第２動作、第３動作および第４動作を繰り返し、１層の金属層５が形成されたら、その金属層５の厚さ方向の他方側に同様にして金属層５を形成する。
第１動作は、第１端面２１に沿って、第１斜め方向の上側に向かって所定距離を進む動作である。第１動作で進む第１斜め方向に沿った距離を第１距離ｄｘ１と表記する。第２動作は、第１端面２１における第１動作の終了位置から第２端面３１まで水平方向に進む動作である。第２動作は、第２端面３１に達すると終了する。第３動作は、第２動作の終了位置から第２端面３１に沿って、第１斜め方向の上側に向かって所定距離を進む動作である。第４動作は、第３動作の終了位置から第１端面まで漸次下側に向かう斜め方向に進む動作である。第４動作は、第１端面２１に達すると終了する。第４動作の終了位置は、その前に行われた第１動作の最終位置よりも上側になる。第１動作の最終位置と第４動作の終了位置との第１斜め方向に沿った距離を第２距離ｄｘ２と表記する。
第１動作、第２動作、第３動作および第４動作を繰り返し、１層の金属層５が形成されたら、その金属層５の厚さ方向の他方側に同様にして金属層５を形成する。
【0021】
上述しているように、開先４は、厚さ方向の一方側から他方側に向かって高さ寸法（溝幅寸法）が広がっている。このため、金属層５毎に、その高さ寸法が異なり、ウィービングの幅（高さ）も異なる。本実施形態の溶接方法では、形成する金属層５毎の上下方向の幅寸法を算定する金属層上下幅算定工程と、金属層上下幅算定工程によって金属層５の上下方向の幅寸法に応じてウィービングの経路７を決定するウィービング経路決定工程と、を行い、ウィービング経路決定工程で決定されたウィービングの経路７に沿ったウィービングを行う。
溶接装置１には、形成する金属層５毎の上下方向の幅寸法を算定する手段と、この手段によって算定された金属層５の上下方向の幅寸法に応じてウィービングの経路７を決定する手段と、が設けられている。
溶接装置１には、形成する金属層５毎の上下方向の幅寸法を算定する手段と、この手段によって算定された金属層５の上下方向の幅寸法に応じてウィービングの経路７を決定する手段と、が設けられている。
【0022】
金属層上下幅算定工程によって算定された金属層５の上下方向の幅寸法は、金属層５毎のウィービングの幅に相当する。金属層上下幅算定工程では、図８を参照し、以下の式（１）よって金属層５のウィービングの幅を算定する。
【0023】
【数1】
【0024】
ｇａｐ：開先４の厚さ方向の一方側の端部の高さ寸法（ｍｍ）
ａｎｇｌｅ：第２端面３１を厚さ方向に直交する水平方向から見た際の傾斜角度（°）、開先角度
ｌ０：第１斜材２および第２斜材３の厚さ寸法
ｌｎ：最後に積層された金属層５の厚さ方向の他方側の面から第１斜材２および第２斜材３の厚さ方向の他方側の端面までの距離（ｍｍ）、残り量
ｈｅｉｇｈｔｎ：最後に積層された金属層５の第１端面２１から第２端面３１までの高さ寸法
ｌｎ、ｈｅｉｇｈｔｎの「ｎ」は、既に積層されている金属層５の数、すなわち、パス数である。
ａｎｇｌｅ：第２端面３１を厚さ方向に直交する水平方向から見た際の傾斜角度（°）、開先角度
ｌ０：第１斜材２および第２斜材３の厚さ寸法
ｌｎ：最後に積層された金属層５の厚さ方向の他方側の面から第１斜材２および第２斜材３の厚さ方向の他方側の端面までの距離（ｍｍ）、残り量
ｈｅｉｇｈｔｎ：最後に積層された金属層５の第１端面２１から第２端面３１までの高さ寸法
ｌｎ、ｈｅｉｇｈｔｎの「ｎ」は、既に積層されている金属層５の数、すなわち、パス数である。
【0025】
ウィービング経路決定工程では、上述した第１動作で進む第１斜め方向に沿った第１距離ｄｘ１および第１動作の最終位置と第４動作の終了位置との第１斜め方向に沿った第２距離ｄｘ２を算定することでウィービング経路を決定する。
ウィービング経路決定工程では、第１距離ｄｘ１および第２距離ｄｘ２を以下の式（２）から（５）を満たすように設定する。
ウィービング経路決定工程では、第１距離ｄｘ１および第２距離ｄｘ２を以下の式（２）から（５）を満たすように設定する。
【0026】
【数2】
【0027】
ウィービング経路決定工程においては、図７に示すように、第１動作の開始位置をＰ１と示し、第２動作の開始位置（第１動作の終了位置）をＰ２と示し、第３動作の開始位置（第２動作の終了位置）をＰ３と示し、第４動作の開始位置（第３動作の終了位置）をＰ４と示し、第４動作の終了位置（次の第１動作の開始位置）をＰ５と示す。座標のｘ方向は、第１斜め方向であり、ｙ方向は第２斜め方向である。第１距離ｄｘ１は、Ｐ１とＰ２とを結ぶ距離、第２距離ｄｘ２は、Ｐ２とＰ５とを結ぶ距離である。
上記の式（３）、（４）におけるｈは、最後に積層された金属層５の第１端面２１から第２端面３１までのｙ方向（第２斜め方向）の寸法である。
上記の式（３）、（４）におけるｈは、最後に積層された金属層５の第１端面２１から第２端面３１までのｙ方向（第２斜め方向）の寸法である。
【0028】
姿勢制御部は、溶接トーチ６の姿勢を以下のように制御する。
姿勢制御部は、第１動作の第１端面に沿った溶接を行う際の溶接トーチ６の姿勢を、溶接されるワイヤ５１の先端が、第１端面２１に到達するとともに、溶接トーチ６のノズル６１の先端部分の側面６２が第２端面３１と接触する姿勢になるように制御する。
姿勢制御部は、第３動作の第２端面３１に沿った溶接を行う際の溶接トーチ６の姿勢を、溶接されるワイヤ５１の先端が、第２端面３１に到達するとともに、溶接トーチ６のノズル６１の先端部分の側面６２が第２端面３１と接触する姿勢になるように制御する。
姿勢制御部は、第１動作の第１端面に沿った溶接を行う際の溶接トーチ６の姿勢を、溶接されるワイヤ５１の先端が、第１端面２１に到達するとともに、溶接トーチ６のノズル６１の先端部分の側面６２が第２端面３１と接触する姿勢になるように制御する。
姿勢制御部は、第３動作の第２端面３１に沿った溶接を行う際の溶接トーチ６の姿勢を、溶接されるワイヤ５１の先端が、第２端面３１に到達するとともに、溶接トーチ６のノズル６１の先端部分の側面６２が第２端面３１と接触する姿勢になるように制御する。
【0029】
【0030】
検討では、図９に示すような溶接トーチ６の角度が０°の場合における、溶接トーチ６におけるワイヤ５１の先端位置をＰ００、ノズル６１の先端位置をＰ０１、ノズル６１のノズル角部６１３の位置をＰ０２と示す。Ｐ００、Ｐ０１、Ｐ０２の座標は、以下の式（６）、（７）、（８）に表される。座標のｘ方向は、開先４の深さ方向であり、ｙ方向は、高さ方向である。
ワイヤ５１の先端位置Ｐ００からノズル６１の先端位置Ｐ０１までの距離をｌ１、ノズル６１の先端位置Ｐ０１からノズル６１のノズル角部６１３の位置Ｐ０２までの距離をｌ２と示す。ノズル６１の先端位置Ｐ０１の径をｄ１、ノズル６１のノズル角部６１３の位置Ｐ０２の径をｄ２と示す。
ワイヤ５１の先端位置Ｐ００からノズル６１の先端位置Ｐ０１までの距離をｌ１、ノズル６１の先端位置Ｐ０１からノズル６１のノズル角部６１３の位置Ｐ０２までの距離をｌ２と示す。ノズル６１の先端位置Ｐ０１の径をｄ１、ノズル６１のノズル角部６１３の位置Ｐ０２の径をｄ２と示す。
【0031】
【数3】
【0032】
図１０に示すような溶接トーチ６の角度がθの場合における、ノズル６１の先端位置をＰ１、ノズル６１のノズル角部６１３の位置をＰ２と示す。Ｐ１、Ｐ２の座標は、以下のように表わされる。
【0033】
【数4】
【0034】
このＰ１、Ｐ２を結ぶ直線ｆ１および第２端面３１の面に沿った直線ｆ２は、以下の式（９）、（１０）のように表される。ここでは、第２端面３１の傾斜角度をαとする。開先４の厚さ方向の一方側の端部の高さ寸法をｇａｐとする。
【0035】
【数5】
【0036】
直線ｆ１と直線ｆ２とが平行および交点が開先４の外の場合は、溶接トーチ６と開先４とが干渉しない。
【0037】
本実施形態による溶接方法および溶接装置１では、溶接トーチ６の姿勢を切り替えつつ溶接トーチ６をウィービングさせながら金属層５を形成することにより、開先４が延びる方向に沿って高さのある鉛直方向に延びる金属層５を安定した状態に形成できる。これにより、金属層５（ビード）の形状が安定するため、金属層５の形状や金属層５を積層する方向の制御が可能となる。このため、開先４が斜め方向に延びる斜材同士を自動溶接できる。
【0038】
また、本実施形態による溶接方法では、形成する金属層５毎の上下方向の幅寸法を算定する金属層上下幅算定工程と、金属層上下幅算定工程によって算定された金属層５の上下方向の幅寸法に応じてウィービングの経路７を決定するウィービング経路決定工程と、を有し、積層工程では、ウィービング経路決定工程で決定されたウィービングの経路に沿ったウィービングを行う。
これにより、形成される金属層５の上下方向の幅寸法に応じたウィービングの経路７を決定できるため、金属層５の形状をより安定させることができ、開先が斜め方向に延びる斜材同士を自動溶接できる。
これにより、形成される金属層５の上下方向の幅寸法に応じたウィービングの経路７を決定できるため、金属層５の形状をより安定させることができ、開先が斜め方向に延びる斜材同士を自動溶接できる。
【0039】
以上、本発明による溶接方法および溶接装置の実施形態について説明したが、本発明は上記の実施形態に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。
例えば、姿勢制御部は、第１動作の第１端面２１に沿った溶接を行う際の溶接トーチ６の姿勢と第３動作の第２端面３１に沿った溶接を行う際の溶接トーチ６の姿勢を上記以外の姿勢に制御してもよい。
例えば、姿勢制御部は、第１動作の第１端面２１に沿った溶接を行う際の溶接トーチ６の姿勢と第３動作の第２端面３１に沿った溶接を行う際の溶接トーチ６の姿勢を上記以外の姿勢に制御してもよい。
【0040】
２０１５年９月の国連サミットにおいて採択された１７の国際目標として「持続可能な開発目標（Ｓｕｓｔａｉｎａｂｌｅ ＤｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔＧｏａｌｓ：ＳＤＧｓ）」がある。
本実施形態に係る溶接方法および溶接装置は、このＳＤＧｓの１７の目標のうち、例えば「９．産業と技術革新の基板をつくろう」の目標などの達成に貢献し得る。
本実施形態に係る溶接方法および溶接装置は、このＳＤＧｓの１７の目標のうち、例えば「９．産業と技術革新の基板をつくろう」の目標などの達成に貢献し得る。
【符号の説明】
【0041】
１ 溶接装置
２ 第１斜材（第１部材）
３ 第２斜材（第２部材）
４ 開先
５ 金属層
６ 溶接トーチ
７ ウィービングの経路
２１，３１ 端面
５１ ワイヤ
２ 第１斜材（第１部材）
３ 第２斜材（第２部材）
４ 開先
５ 金属層
６ 溶接トーチ
７ ウィービングの経路
２１，３１ 端面
５１ ワイヤ
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】