JP2002239723A - 溶接方法、この方法に用いる溶接装置、その方法により製作される溶接継手および溶接構造物 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 開先側の片側からの溶接で、開先と反対側の
突合わせ面部に隅肉溶接形状の溶接ビードをも、安定的
に形成することができる溶接方法および装置を提供す
る。 【解決手段】 第１の母材１と第２の母材２とを突合せ
溶接する溶接方法において、前記第２の母材２の平坦面
２ａに、予め端部に形成したルートフェイス１ａ及び片
側開先面１ｂを形成した第１の部材１の前記ルートフェ
イス１ａを当接させ、前記第１の母材１と第２の母材２
との当接により形成される開先溶接部に、溶接ワイヤ６
を臨ませ、前記溶接ワイヤ６のアークにより、前記第１
の母材１と第２の母材２との当接部を溶融させ、この溶
融物を溶接側とは反対側に押し出して裏ビードを形成す
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、片側開先部を有す
る部材の溶接方法、その溶接方法に用いる溶接装置及び
その方法により得られる溶接継手及び溶接構造物に関す
るものである。

【０００２】

【従来の技術】建築物の鉄骨構造、橋梁、産業機械、建
設機械等のあらゆる溶接構造物においては、溶接継手と
してＴ字形継手を採用する場合が多い。このＴ字形継手
は、一般的に一方の部材の面に、他方の部材の片側開先
を突合せて、これらの部材をＴ字形に配置し、前述した
一方の部材の面と他方の部材の片側開先によって形成さ
れる開先空間にビードを形成し、これらの部材を接合す
るものもであり、この種の公知例として、特開平８−３
３２５６７号公報及び特開平６−２３５４４号公報に記
載された溶接方法がある。

【０００３】前者の従来技術は、開先ルート部の溶け落
ちを防止するために、２つの部材によって形成される開
先の裏側に予めビードを設けるものである。また、後者
の従来技術は、溶接金属の突き抜け、未溶着部残留を防
止するために、２つの部材によって形成される開先の背
後に、それぞれ予めビードを設けるものである。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】前述した従来技術は、
片側開先を有する一方の部材と片側開先が突合される他
方の部材との接合部での開先ルート部の溶け落ちを防止
するために、前記接合部における反溶接側に、予め裏ビ
ードとなるビードを設けるものである。

【０００５】しかしながら、溶接継手構造及び溶接構造
の形状によっては、前述した従来技術に記載されたよう
な、開先部の裏側に、予め裏ビードとなるビードを設け
ることがビードの位置精度やルートギャップの維持な
ど、実際の溶接施工上難しい場合がある。

【０００６】本願発明は、その発明者等が、上述の作業
上の制約に基づき、開先部の裏側に、予め裏ビードとな
るビードを設けることなく、開先部の裏側に裏ビードを
形成し得ないかという課題について、鋭意研究を続けた
結果に基づいてなされたものであり、開先の裏側に予め
裏ビードとなるビードを設けることなく、開先側からの
アーク溶接によって、開先側と反対側の突合わせ部に隅
肉溶接形状の溶接ビードを安定的に形成することができ
る溶接方法およびこの溶接方法に用いる溶接装置および
その溶接方法により得られる溶接継手および溶接構造物
を提供することを目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明の目的を達成する
ために、請求項１記載の発明は、第１の母材と第２の母
材とを突合せ溶接する溶接方法において、前記第２の母
材の平坦面に、予め端部に形成したルートフェイス及び
片側開先面を形成した第１の母材の前記ルートフェイス
を当接させ、前記第１の母材と第２の母材との当接によ
り形成される開先溶接部に、溶接ワイヤを臨ませ、前記
溶接ワイヤのアークにより、前記第１の母材と第２の母
材との当接部を溶融させ、この溶融物を溶接側とは反対
側に押し出して裏ビードを形成することを特徴とする溶
接方法にある。

【０００８】請求項１の発明によれば、開先が設けられ
た第１の母材と平坦面を有する第２の母材との間にある
熱容量の差および溶接ワイヤの溶融によって、開先部の
溶接と共に開先側と反対側の突合わせ部に隅肉溶接形状
のビードを安定的に溶着することができる。すなわち熱
容量の大きな第２の母材側により多くのアークが発生す
るようにすると共に熱容量の小さな開先側は突抜けない
程度に溶融させ溶接ワイヤの溶融によって開先部を埋め
ながら開先と反対側に溶融物を押し出すようにして隅肉
溶接形状のビードをも形成することができる。また、裏
ビード、バッキング材等の付設作業が不要になるので、
その作業性を向上させることができるとともに、製作費
が安価になる。

【０００９】請求項２記載の発明は、第１の母材と第２
の母材とを突合せ溶接する溶接方法において、溶接ワイ
ヤからのアークの中心が前記第１の母材に形成した開先
と前記第２の母材の平坦面とが接する接触位置またはそ
の手前近傍に位置する狙い位置で接し、前記アークの方
向が前記第２の母材の平坦面に対し所定の傾斜角度でも
って前記狙い位置を横切る方向に傾けて照射して、前記
第１の母材と第２の母材との当接部を溶融させ、この溶
融物を前記第１の母材の開先側と反対側の面と前記第２
の母材の平坦面との間に隅肉溶接形状の溶接ビードとし
て形成することを特徴とする溶接方法にある。

【００１０】請求項２の発明によれば、溶接部への電圧
・電流供給の安定が高まるので、隅肉溶接形状のビード
のさらなる安定形成が可能である。

【００１１】請求項３記載の発明は、前記アークを前記
開先溶接部内で前記所定の傾斜角度に維持しながら所定
の振り幅でウィービングさせることを特徴とする請求項
１または請求項２記載の溶接方法にある。

【００１２】請求項３の発明によれば、溶接ワイヤのウ
ィービング動作によっても安定的に溶接することができ
る。

【００１３】請求項４記載の発明は、前記アークを前記
開先溶接部内で前記所定の傾斜角度をウィービングの中
心位置としこの中心位置を中心として円弧状に所定の振
り角度でウィービングさせることを特徴とする請求項１
または請求項２記載の溶接方法。

【００１４】請求項４の発明によれば、請求項３の発明
と同様に安定的に溶接することができる。

【００１５】請求項５記載の発明は、前記アーク溶接の
電流が直流であることを特徴とする請求項１乃至請求項
４のいずれかに記載の溶接方法にある。

【００１６】請求項６記載の発明は、前記アーク溶接の
電流が直流電流とパルス電流を重畳させた電流であるこ
とを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれかに記載
の溶接方法にある。

【００１７】請求項７記載の発明は、前記アーク溶接の
電流が正弦波電流であることを特徴とする請求項１乃至
請求項４のいずれかに記載の溶接方法にある。

【００１８】上述した請求項６乃至請求項７の発明によ
れば、アークの指向性が向上し、何等かの理由で溶接ワ
イヤの狙い位置が若干ずれた場合にもアークの乱れが少
なく、開先と反対側に押し出す溶融物の量が安定するの
で、隅肉溶接形状のビードの形成及び安定した溶接が可
能である。

【００１９】請求項８記載の発明は、第１の母材と第２
の母材とを突合せ溶接したＴ字形溶接継手において、前
記第２の母材の平坦面と、予め端部に形成され、前記平
坦面に当接するルートフェイス及び片側開先面を形成し
た第１の母材との当接部を、前記開先に臨ませた溶接ワ
イヤのアークにより、溶融させ、この溶融物を溶接側と
は反対側に押し出して裏ビードを形成し接合したことを
特徴とするＴ字形溶接継手にある。

【００２０】請求項９記載の発明は、第１の母材と第２
の母材とを突合せ溶接した平板の突合せ溶接継手におい
て、前記第２の母材の端面と、予め端部に形成され、前
記端面に当接するルートフェイス及び片側開先面を形成
した第１の母材との当接部を、前記開先に臨ませた溶接
ワイヤのアークにより、溶融させ、この溶融物を溶接側
とは反対側に押し出して裏ビードを形成し接合したこと
を特徴とする平板の突合せ溶接継手にある。

【００２１】請求項１０記載の発明は、複数の板材を突
合せ溶接して形成される箱形構造物において、前記一方
の母材の平坦面と、予め端部に形成され、前記平坦面に
当接するルートフェイス及び片側開先面を形成した他方
の母材との当接部を、前記開先に臨ませた溶接ワイヤの
アークにより、溶融させ、この溶融物を溶接側とは反対
側に押し出して裏ビードを形成し接合したことを特徴と
する箱形構造物にある。

【００２２】上述した請求項８乃至請求項１０の発明に
よれば、製作費が安価で、製作時間を短縮できる溶接継
手及び箱形構造物を提供することができる。

【００２３】請求項１１記載の発明は、第１の母材と第
２の母材とを突合せ溶接する溶接装置において、前記第
１の母材と第２の母材との当接した溶接部に形成された
開先内に導入される溶接ワイヤと、前記溶接ワイヤの位
置を制御する制御装置（ロボット本体）と、溶接部に溶
接電力を供給する溶接電源と、前記溶接電源から溶接部
に供給される電圧値が予め設定した第１の設定値を超え
たときに前記溶接ワイヤの狙い位置を前記第２の母材の
平坦面側に近づけるように移動させ、また、実際の電流
値が予め設定した電流設定値を超えたとき又は実際の電
圧値が予め設定した第２の設定値を下回ったときに、前
記溶接ワイヤの狙い位置を前記第１の母材の開先側に近
づけるように移動させる指令を前記制御装置に出力する
制御手段を備えたことを特徴とするアーク溶接装置にあ
る。

【００２４】請求項１１の発明によれば、片側開先溶接
部を片側からアーク溶接するとき、アークの中心が第２
の母材に対し所定の傾斜角度で正確に位置制御され、開
先側と反対側の突合わせ部に隅肉溶接形状の溶接ビード
をも安定的に形成することができる。

【００２５】請求項１２記載の発明は、第１の母材と第
２の母材とを突合せ溶接する溶接装置において、前記第
１の母材と第２の母材との当接した溶接部に形成された
開先内に導入される溶接ワイヤと、前記溶接ワイヤの位
置を制御する制御装置（ロボット本体）と、溶接部に溶
接電力を供給する溶接電源と、前記溶接電源から溶接部
に供給される実際の電圧値が予め設定した第１の設定値
を超えたときに前記溶接ワイヤの狙い位置を前記第2の
母材の平坦面側に近づけるように移動させ、また、実際
の電流値が予め設定した電流設定値を超えたとき又は実
際の電圧値が予め設定した第２の設定値を下回ったとき
に、前記溶接ワイヤの狙い位置を前記第１の母材の開先
側に近づけるように移動させる指令を前記制御装置に出
力するとともに、予め入力した平均電流、平均電圧と実
電流値、実電圧値とをそれぞれ比較し、前記予め設定さ
れた設定値になるように電流制御信号及び電圧制御信号
を、前記電源装置に出力する制御手段を備えたことを特
徴とするアーク溶接装置にある。

【００２６】請求項１２の発明によれば、片側開先溶接
部を片側からアーク溶接するとき、アークの中心が第２
の母材に対し所定の傾斜角度で正確に位置制御され、ま
た平均電圧と平均電流も設定値になるように制御するか
ら、開先側と反対側の突合わせ部に隅肉溶接形状の溶接
ビードをも安定的に形成することができる。

【００２７】請求項１３記載の発明は、第１の母材と第
２の母材とを突合せ溶接する溶接装置において、溶接ワ
イヤと、それを保持する溶接トーチと、該溶接トーチに
前記溶接ワイヤを送給する送給手段と、前記溶接ワイヤ
を直交する３軸方向に位置制御する位置制御部を備えた
制御装置（ロボット本体）と、溶接部に溶接電力を供給
する溶接電源と、溶接の平均電圧を設定する平均電圧設
定器と、平均電流を設定する平均電流設定器と、突合わ
せ面の片側に開先を有する第１の母材とこの第１の母材
に突合わされその突合わせ面が平坦面である第２の母材
とで形成される開先溶接部に前記溶接ワイヤを向け前記
第１の母材の開先側と反対側の面と前記第２の母材の平
坦面との間に隅肉溶接形状の溶接ビードを形成するため
に、実際の溶接電圧を検出する電圧検出器と、溶接電流
を検出する電流検出器とを設け、前記電圧検出器で検出
された実電圧値と電流検出器で検出された実電流値が入
力され前記実電圧値が予め設定された第１の電圧設定値
を超えたとき前記溶接ワイヤの狙い位置を前記第２の母
材の平坦面側に近づけるように移動させ前記電流検出器
で検出された実電流値が予め設定された電流設定値を超
えたとき又は電圧検出器で検出された実電圧値が予め設
定された第２の電圧設定値を下回ったとき前記ワイヤの
狙い位置を前記第1の母材の開先側に近づけるように移
動させる指令を前記位置制御部に出力するとともに、前
記実電圧値を電圧制御器に出力し前記実電流値を電流制
御器に出力する電力診断部と、前記電流制御器は前記平
均電流設定器から入力された平均電流と前記電力診断部
から入力された実電流値を比較し前記予め設定された設
定値になるように電流制御信号を出力制御器に出力し、
前記電圧制御器は前記平均電圧設定器から入力された平
均電圧と前記電力診断部から入力された実電圧値とを比
較し前記予め設定された設定値になるように電圧制御信
号を出力制御器に出力し、これらの電圧及び電流制御信
号が入力され前記電源装置に電源の出力を制御する電源
制御信号を出力する出力制御器とを、備えることを特徴
とするアーク溶接装置にある。

【００２８】請求項１３の発明によれば、請求項１２記
載の発明と同様に、片側開先溶接部を片側からアーク溶
接するとき、アークの中心が第２の母材に対し所定の傾
斜角度で正確に位置制御され、また平均電圧と平均電流
も設定値になるように制御するから、開先側と反対側の
突合わせ部に隅肉溶接形状の溶接ビードをも安定的に形
成することができる。

【００２９】請求項１４記載の発明は、パルス電圧のピ
ーク電圧を設定するピーク電圧設定器と、ベース電圧を
設定するベース電圧設定器と、パルス幅を設定するパル
ス時間設定器と、これらピーク電圧設定器とベース電圧
設定器とパルス時間設定器からの各設定値を入力するパ
ルス波形制御器とをさらに有し、前記電力診断部は前記
電圧検出器と前記電流検出器から検出される実電圧値と
実電流値に基づいてその実ピーク電圧値と実ベース電圧
値と実パルス幅を求め前記パルス波形制御器に出力する
手段を含み、前記パルス波形制御器は前記ピーク電圧設
定器・ベース電圧設定器・パルス時間設定器のそれぞれ
から予め入力されたピーク電圧設定値とベース電圧設定
値とパルス時間設定値と前記電力診断部から入力された
実ピーク電圧値と実ベース電圧値と実パルス時間値とを
それぞれ比較し波形制御信号を前記出力制御部に出力
し、前記出力制御器は前記パルス波形制御器から入力さ
れた前記波形制御信号と前記電圧制御器から入力された
電圧制御信号と前記電流制御器から入力された電流制御
信号に基づいて前記電源装置に電源の出力を制御する電
源制御信号を出力する手段を含むことを、特徴とする請
求項１３に記載のアーク溶接装置にある。

【００３０】請求項１４の発明によれば、アーク溶接電
流にパルス電流が用いられるために、アークはより指向
性が高くなりアークの狙い位置およびアークの所定の傾
斜角度がより正確に保たれ、開先部の溶け落ちあるいは
未溶着部が残る等の不具合がなくなることは勿論、開先
と反対側の突合わせ部に隅肉溶接形状の溶接ビードをよ
り安定的に溶着することができる。

【００３１】請求項１５記載の発明は、溶接電流を正弦
波電流とする正弦波電流形成手段をさらに設け、前記電
力診断部は前記電圧検出器と前記電流検出器から検出さ
れる実電圧値と実電流値に基づいてその実電流波形を求
め前記正弦波電流形成手段に出力する手段を含み、前記
正弦波電流形成手段に予め設定された設定正弦波形と前
記電力診断部から入力された実正弦波形とを比較し波形
制御信号を前記出力制御部に出力し、前記出力制御器は
前記正弦波電流形成手段から入力された前記波形制御信
号と前記電圧制御器から入力された電圧制御信号と前記
電流制御器から入力された電流制御信号に基づいて前記
電源装置に電源の出力を制御する電源制御信号を出力す
る手段を含むことを、特徴とする請求項１３に記載のア
ーク溶接装置にある。

【００３２】請求項１５の発明によれば、請求項１４記
載の発明と同様に指向性のよい電流の作用によって、開
先部の溶け落ちあるいは未溶着部が残る等の不具合がな
くなることは勿論、開先と反対側の突合わせ部に隅肉溶
接形状の溶接ビードをより安定的に溶着することができ
る。

【００３３】

【発明の実施の形態】以下、本発明の一実施の形態を、
図１乃至１５を用いて説明する。

【００３４】図１乃至図５は、本発明の溶接方法の一実
施の形態を説明するためのもので、図１は、本発明の溶
接方法を適用した片側開先突合わせによるＴ字形継手の
断面図、図２は、本発明の溶接方法により溶接されたＴ
字形継手の斜視図、図３乃至図５は、本発明の溶接方法
による溶接ビードの形成過程を説明するためのＴ字形継
手の断面図である。

【００３５】図１において、１は第1の母材で、この第
１の母材はその突合わせ端部にルートフェイス１ａを有
するようにレ型開先形成面１ｂが設けられている。２は
第２の母材で、この第２の母材は第１の母材１のルート
フェイス１ａと接触する平坦面２ａを有しており、第１
の母材１とによりＴ字形継手を形成する。５は溶接トー
チ、６は溶接トーチ５に保持された不図示の送給手段に
よって送給される溶接ワイヤである。

【００３６】この図１において、Ｒｆはルートフェイス
１ａの厚さ方向の寸法、Ｐ１は第１の母材１の開先１ｂ
の端部と第２の母材２の平坦面２ａとの接する接触位
置、Ｐ２はアーク中心の狙い位置、ｄは接触位置Ｐ１か
らアーク中心の狙い位置Ｐ２までの距離を示す。

【００３７】θは開先角度、δはアーク（溶接ワイヤ）
の中心と第２の母材２の平坦面２ａとの所定の傾斜角
度、Ａはアークの中心線を示す。

【００３８】次に、本発明の溶接方法を、母材が鋼材で
あるＴ字形継手に適用した場合の一例を具体的に説明す
る。ルートフェイス１ａの寸法Ｒｆは１ｍｍ、ルートギ
ャップは０ｍｍ（ルートフェイスが接触状態）、開先角
度θは４５度とし、溶接装置によりＣＯ２アーク溶接を
行った。溶接条件は、平均電流３１０Ａ、平均電圧３３
Ｖ、移動速度３５〜４０ｃｍ／ｍｉｎである。

【００３９】以上の条件の下で、ワイヤ（アーク中心）
の狙い位置Ｐ２を接触位置Ｐ１から０〜３ｍｍ、第２の
母材２はほぼ水平に置いてその平坦面２ａとワイヤ６の
なす所定の傾斜角度δを１５〜３５度としたとき、第１
の母材１の開先と反対側１ｃと第２の母材２の平坦面２
ａとの突合わせ部に２〜８ｍｍの隅肉溶接形状のビード
を安定的に溶着することができた。

【００４０】その溶接結果を図２に示す。この図２にお
いて、Ｂ４は母材１の開先と反対側の面１ｃと母材２の
平坦面２ａとの間に溶着された隅肉溶接形状の溶接ビー
ド、Ｂ５は母材２の平坦面２ａを溶融しながら最凝固し
たビード、Ｂ６は溶接ワイヤ６自身の溶融とが加わって
前記溶接ビードＢ４を形成した後の開先側のビードであ
る。

【００４１】なお、上記の具体的な数値は、母材の板
厚、突合わせ部の形状等種々の条件が考慮されて決定さ
れる。

【００４２】ここで、上述した本発明の溶接方法による
Ｔ字形継手の溶接ビードの形成過程を図３乃至図５を用
いて説明する。図３は、溶接開始前のワイヤ設定状態を
示すもので、ワイヤ６の狙い位置Ｐ２を、開先１ｂの端
部と平坦面２ａの接触位置Ｐ１に対し溶接方向側に少し
離れた位置に設定し、ワイヤ６の方向を熱容量の大きい
母材２の平坦面２ａに対し所定の傾斜角度δ傾斜させて
開先部に対向させた状態を示す。

【００４３】図４は、図３に示したように開先部に対す
るワイヤ６の位置関係を設定した後に溶接を始めた状態
を示し、ワイヤ６は平坦面２ａ側に向いているため、熱
容量の小さな開先１ｂの端部より平坦面２ａ側により多
く入熱するので、両母材をバランス良く溶融しながらま
たワイヤ６自身の溶融も加わって溶融プールが形成され
る。その結果、熱容量の小さな開先１ｂを有する母材１
側は溶融域が母材１の裏側１ｃに達する。

【００４４】図５は、さらに溶接が進んだときの状態を
示すもので、溶融プールがアーク力や溶融プール内の対
流などにより、反溶接側、即ち第１の母材１の裏側に押
し出され、さらに表面張力などの働きにより開先内から
母材裏側まで一体となった溶融プールが形成され、それ
らが再凝固して図２に示したようなビードＢ４，Ｂ５、
Ｂ６即ちＴ継手の初層部が形成される。

【００４５】なお、上記の溶接状態は、開先部の初層の
溶接であり、開先の大きさにもよるが開先部におけるそ
の他残りの部分の溶接は従来同様に行うことができるの
で、その説明は省略する。

【００４６】ここで、さらに本発明の溶接方法の具体的
な一例を記載する。溶接はＣＯ２アーク溶接、ルートフ
ェイス１ｍｍ、ルートギャップ０ｍｍ、開先角度４５
度、平均電流３１０Ａ、平均電圧３３Ｖ、溶接速度３５
ｃｍ／ｍｉｎ、ワイヤ狙い位置Ｐ２は接触点Ｐ１から２
ｍｍの位置、傾斜角度δは２５度の条件で、片側開先Ｔ
字形継手を開先側から溶接した結果、開先溶接部に未溶
着部が残ることなく開先側と反対側の突合わせ部に、縦
方向（母材１側）の脚長７ｍｍ、横方向（母材２側）の
脚長５ｍｍの隅肉溶接形状のビードをも溶着することが
できた。

【００４７】以上のように、本発明の溶接方法の実施の
形態によれば、開先が設けられた第１の母材と平坦面を
有する第２の母材との間にある熱容量の差および溶接ワ
イヤの溶融によって、開先部の溶接と共に開先側と反対
側の突合わせ部に隅肉溶接形状のビードを安定的に溶着
することができる。すなわち、熱容量の大きな第２の母
材側により多くのアークが発生する（アークの熱が伝わ
る）ようにすると共に、熱容量の小さな開先側は突抜け
ない程度に開先の裏側まで全体的に溶融させ、さらに溶
接ワイヤの溶融によって開先部を埋めながら開先と反対
側に溶融物を押し出すようにして隅肉溶接形状のビード
をも形成することができる。その他の開先部にさらに溶
接部分がある場合には、これまでと同様の方法で溶接す
れば、所望のＴ字形継手を形成することがでる。

【００４８】したがって、本発明の溶接方法によれば、
箱型の溶接構造物の内側にも、突合わせ継手部の外側の
片側に開先を設け、開先側からアーク溶接するだけで、
開先と反対側の内部に隅肉溶接形状の溶接ビードを溶着
することができるので、強度を維持した継手を製作する
ことができるとともに、裏ビードを得るためのビード付
設作業が不要となり、溶接作業の効率を著しく向上させ
ることができる。

【００４９】さらに、開先と反対側から溶接が出来ない
ような継手部を持ちそのために溶接母材の板厚を厚くせ
ざるを得なかった構造物においても、片側からの溶接だ
けで開先溶接部に未溶着部が残らずに反対側にも隅肉溶
接形状の溶接ができるので、構造物の強度を下げること
なく、母材の板厚の低減を図ることができる。

【００５０】次に、本発明の溶接方法により板厚の異な
る２つの板材を突合わせ溶接する一例を図６及び図７を
用いて説明する。図６及び図７は、板厚の違った板材の
厚さ部分同士を突合わせ溶接する溶接部の断面図を示
し、図６は両板材の片側面を同一面にして突合せた場合
の例を示すものであり、図７は両板材の片側面を平行に
しかつ両板材のうち薄い方の板材を厚い方の板材の板厚
の中央近くに配置して突合せた場合の例を示したもので
ある。

【００５１】図６において、１’は第１の母材としての
板材、２’は板材１’より板厚の厚い第２の母材として
の板材、１’ａは母材１’のルートフェイス、１’ｂは
母材１’の突合わせ部の片側に設けられた開先、１’ｃ
は母材１'の開先１’ｂと反対側の面、２’ａは母材
２’の平坦面を示す。

【００５２】この図６に示す突合わせ溶接継手において
も、溶接トーチ５およびワイヤ６の狙い位置や開先との
関係等を、前述した図１に示すように条件設定すれば、
開先側からの片側溶接であっても、継手部にＢ４’の溶
接ビードを溶着することができ、継手を形成することが
できる。

【００５３】図７についても、上述した図６に示す例と
同様であり、溶接継手としての開先側の最終的な溶接ビ
ード形状が変わるだけであるので、その説明は省略する
が、この場合も開先側の片側から溶接するだけで、板材
の厚さ方向の中心線が一致して力の伝達がバランス良く
伝わる継手として形成することができる。

【００５４】次に、本発明の溶接方法によって溶接可能
な開先形状の変形例を、図８及び図９を用いて説明す
る。図８及び図９は、Ｔ字形継手の突合わせ部の他の例
を示す断面図である。図８は第１の母材１にＪ型の開先
１ｂ１を設けた例であり、図９は複数の直線で開先１ｂ
２を形成した例である。これらの場合、いずれも所望の
ルートフェイスを設けてあり、この他のレ型開先以外の
開先形状でも、前述のレ型開先の場合と同様に片側から
の溶接で開先側と反対側に隅肉溶接形状の溶接ビードを
形成することができる。

【００５５】次に、本発明の溶接方法を構成するところ
の溶接ワイヤをウィービング（揺動）させる方法の例
を、それぞれ図１０及び図１１を用いて説明する。

【００５６】図１０は本発明の溶接方法を構成するウィ
ービング（揺動）方法の一例を示すもので、この図１０
において前図に付した符号と同一の符号は同一部分であ
るので、その説明は省略する。この例においては、溶接
トーチ５に保持され不図示の送給手段により送給される
溶接ワイヤ６は、狙い位置Ｐ２に向いて母材２の平坦面
２ａとの傾斜角度δに保持されている。

【００５７】ウィービングは、溶接ワイヤ６がその傾斜
角度δを保ちながら矢印５０の方向に所定の振幅で揺動
するように溶接トーチ５を駆動制御する。この揺動の振
幅・周波数は母材１の板厚や開先の大きさ等により決定
される。

【００５８】このように、溶接ワイヤ６をウィービング
させることによっても、アークの方向は、絶えず所定の
傾斜角度δを持って熱容量の大きな母材２の平坦面２ａ
側に多く向いたまま揺動されるため、溶融プールが押し
出されるような作用によって開先の裏側にビードＢ４を
溶着させることができ、開先角度が大きめなものでも、
効率よく溶接することができる。

【００５９】また、図１０の矢印６０で示すように、溶
接ワイヤ６をその軸線方向にウィービングさせることも
できる。この場合もアーク力等により、溶融プールを開
先部の裏側に押し出すような作用によって開先の裏側に
ビードＢ４を溶着させることができる。

【００６０】図１１は本発明の溶接方法を構成するウィ
ービング（揺動）方法の他の例を示すもので、この図１
１において前図に付した符号と同一の符号は同一部分で
あるので、その説明は省略する。この例は所定の傾斜角
度δを中心線として、溶接ワイヤ６の先端が円弧状にα
度振れるように溶接トーチ５を駆動制御するものであ
る。

【００６１】次に、本発明の溶接方法によって製作され
る溶接構造物の一例を、図１２乃至図１５を用いて説明
する。

【００６２】図１２は、本発明の溶接方法によって製作
される溶接構造物を備える油圧ショベルを示すもので、
この図１２において、７０は走行体、７１は走行体７０
上に旋回可能に設けた旋回体、７２は旋回体７１を旋回
させるための旋回装置で、この旋回装置７２は走行体７
０に対し旋回体７１を３６０度旋回させることができ
る。走行体７０は走行用トラックフレームと、これに設
けた駆動輪と遊動輪とそれらに巻きかけられた履帯等を
備え、油圧ショベルを走行させることができる。

【００６３】旋回体７１は不図示の旋回フレームを有
し、エンジンや油圧ポンプなどの各種油圧機器および運
転室７３等が備えられている。旋回フレームには運転者
が運転室７３に備えられた操作装置を操作することによ
って走行体７０や後述の作業装置８０などを駆動するこ
とができる。

【００６４】作業装置８０は旋回体７１に俯仰動可能に
設けたブーム７４とこのブーム７４を駆動するブームシ
リンダ７５と、ブーム７４に回動可能に取り付けられた
アーム７６と、このアーム７６を駆動するアームシリン
ダ７７と、アーム７６に取り付けられたバケット７８
と、このバケット７８を駆動するバケットシリンダ７９
などから概略構成されている。

【００６５】上記の油圧ショベルを構成する前記トラッ
クフレームや旋回フレームさらにブーム７４、アーム７
６等の構成体は、Ｔ字形継手を始めとする溶接継手を組
み合わせて構成した溶接構造物として製作されており、
その断面形状が略箱型である場合が多いため、その裏側
に裏ビード、裏当材等の付設を行うことが難しいが、本
発明においては、この点を解決することができる。

【００６６】そこで、本発明による溶接構造物の例を図
１３及び図１４を用いて説明する。図１３は、図１２に
示すXIII−XIII矢視からブーム７４の断面をみたもの
で、この図１３において、ブーム７４は、上板７４ａ
、左右の側板７４ｂ、７４ｂ及び下板７４ｃとで構成
されており、ルートフェイスを残し外側に開先を設けた
側板７４ｂを、平坦面を有する下板７４ｃに突合わせ、
前述した図１に示す本発明の溶接方法を用いて開先側か
ら溶接作業を行うだけで、側板７４ｂと下板７４ｃの開
先部に溶接７４ｇを形成することができると共に、側板
７４ｂの内側と下板７４ｃとの間に隅肉溶接形状の溶接
ビードＢ７４をも溶着させることができる。

【００６７】このようにバッキング材や溶け落ち突抜け
等の防止用ビードを設ける必要がなく、さらに側板に内
側を溶接するための作業者進入用の穴などを設ける必要
もなく、構造物の外側からだけの溶接作業によって構造
物の内側まで溶接された箱型溶接構造物を製作すること
ができる。

【００６８】なお、上板７４ａと側板７４ｂとの溶接に
も、本発明を適用できることは明らかでありその説明は
省略するが、側板７４ｂと７４ｂとの間に溶接トーチ等
が入り十分なスペースが確保できる場合には、従来と同
じように、上板７４ａに外側に開先を設けた側板７４ｂ
を突合わせて、外側から開先隅肉溶接を行い、開先と反
対側の内側から隅肉溶接を行ってもよい。

【００６９】図１４は図１２のXIV−XIV矢視からアーム
７６の断面をみたもので、この図１４において、アーム
７６は、箱型構造物を構成するプレス等で形成したコ字
状部材７６ａと、他の一辺を構成する板状部材７６ｃと
で構成され、ルートフェイスを残し外側に開先を設けた
部材７６ａを、平坦面を有する下板７６ｃに突合わせ、
前述した図１に示す本発明の溶接方法を用いて開先側か
ら溶接をするだけで、部材７６ａの突合わせ部と下板７
６ｃの開先部に溶接７６ｇを形成することができると共
に、部材７６ａの突合わせ部の内側と下板７６ｃとの間
に隅肉溶接形状の溶接ビードＢ７６をも溶着させること
ができる。

【００７０】このように図１４に示すような溶接構造物
においても、バッキング材や溶け落ち突抜け等の防止用
ビードを設ける必要がなく、さらに側板に内側を溶接す
るための作業者進入用の穴などを設ける必要もなく、外
側からだけの溶接で内側まで溶接された、箱型溶接構造
物が作成できる。

【００７１】次に、本発明による溶接継手の例を図１５
を用いて説明する。

【００７２】図１５は図１２の符号XVで示すブーム７４
の上板同士の突合わせ部を拡大して示すもので、この突
合わせ部を構成する板厚の異なる平板同士の突合わせ継
手は、ブーム７４の上板となる板厚の厚い部材７４ａ’
と、同じく板厚の薄い部材７４ａ”とからなり、両部材
は図で下面が同一面となるようにその端部が突合わされ
ており、部材７４ａ”には開先７４ｋが設けられてい
る。またこの例では板圧の厚い部材７４ａ’は強度的に
極端な変化が起こらないようにするために、板厚の薄い
部材７４ａ”との突合わせ部に向かって例えばＴ１とＴ
２で示す間に傾斜面が設けられている。

【００７３】この図１５に示す溶接継手は、図６で説明
した本発明すなわち、部材７４ａ’の突合わせ部の平坦
面に対し所定の傾斜角度でアークを発生させるように開
先７４ｋ側から溶接することによって、部材７４ａ’の
突合わせ端面と部材７４ａ”の図で上面との間に隅肉状
のビードＢ７４’をも形成することがができる。

【００７４】次に、本発明のアーク溶接装置の一実施の
形態を、図１６乃至図２０を用いて説明する。なおこれ
らの図において、前述した符号と同符号のものは同一部
分または相当する部分であるので、その説明を省略す
る。

【００７５】図１６は、本発明によるアーク溶接装置の
一実施の形態の構成を示すもので、この図１６におい
て、１は第１の母材で、その突合せ側端部にはレ型開先
が形成されている。２は第２の母材で突合わせ部に平坦
面を有する。

【００７６】３は旋回動が可能なロボット本体、３Ａは
ロボット本体３に設けた平行リンク部、３Ｂは平行リン
ク部３Ａに設けたロボットアーム、４はロボット制御装
置で、このロボット制御装置４は指令信号を出力してロ
ボットアーム３Ｂを図に示す少なくとも互いに直交する
Ｘ、Ｙ、Ｚの３軸方向に駆動制御する。

【００７７】ロボット制御装置４は、種々の制御設定値
等を入力・記憶するための入力部４Ａと、ロボットアー
ム３Ｂの位置・姿勢制御のための位置制御部４Ｂと、溶
接速度を制御するための速度制御部４Ｃ等とから構成さ
れている。

【００７８】５はロボットアーム３Ｂの先端に設けた溶
接トーチ、６は溶接トーチ５に保持された溶接ワイヤ、
８は溶接ワイヤ６をトーチ５を介して送給するための送
給装置である。７Ａおよび７Ｂは溶接電力を供給するた
めのケーブルで、その一方はロボットに備えられた送給
装置８側で溶接ワイヤ６に、他方は溶接母材１または２
に接続されている。

【００７９】９は溶接電源で、この溶接電源９はケーブ
ル７Ａおよび７Ｂにより溶接ワイヤ６と母材１または２
に接続される。１０は電圧検出器で、この電圧検出器１
０は溶接電源９から溶接ワイヤ６に供給される溶接電流
の電圧を検出する。１１は電流検出器で、この電流検出
器１１は溶接電源９から溶接ワイヤ６に供給される溶接
電流を検出する。

【００８０】１２は平均電圧設定器で、この平均電圧設
定器１２は溶接ワイヤ６に供給すべき平均電圧値を設定
する。１３は電圧制御器で、この電圧制御器１３は平均
電圧設定器１２に設定された平均電圧と電圧検出器１０
で検出された電圧が後述の電力診断部２３を介して入力
された実平均電圧値とを比較して、電圧制御信号を出力
する。

【００８１】１４は平均電流設定器で、この平均電流設
定器１４は溶接ワイヤ６に供給すべき平均電流値を設定
する。１５は電流制御器で、この電流制御器１５は平均
電圧設定器１４に設定された平均電流と電流検出器１１
で検出された電流が後述の電力診断部２３を介して入力
された実平均電流値とを比較して、電流制御信号を出力
する。

【００８２】２２は出力制御器で、この出力制御器２２
は電圧制御器１３からの電圧制御信号と電流制御器１５
からの電流制御信号が入力され、それらの制御信号に基
づいて、溶接電源９から供給されるべき電力を制御する
ための制御信号を出力する。

【００８３】２３は電力診断装置で、この電力診断装置
２３は入力部２３Ａと、比較部２３Ｂと、出力部２３Ｃ
とから構成されている。入力部２３Ａは、平均電圧設定
器１２で設定される平均電圧より高い電圧の第１の電圧
設定値と平均電圧設定器１２で設定される平均電圧より
低い電圧の第２の電圧設定値や、平均電流設定器１４で
設定される平均電流より高い電流の電流設定値を設定す
る。

【００８４】比較部２３Ｂは、電圧検出器１０から入力
される実電圧値と前記第１および第２の電圧設定値とを
比較し、後述の位置制御信号をロボット制御装置４に出
力するとともに、電流検出器１１から入力される実電流
値と前記電流設定値とを比較し、位置制御信号をロボッ
ト制御装置４に出力する機能を備えている。

【００８５】出力部２３Ｃは、電圧検出器１０や電流検
出器１１から検出された実電圧値および実電流値をそれ
ぞれ電圧制御器１３および電流制御器１５に出力する機
能を有する。

【００８６】そして本発明のアーク溶接装置は、上記各
制御装置やロボット等のこれら全体を制御するコンピュ
ータ等により構成されている。

【００８７】次に、上述した本発明のアーク溶接装置の
一実施の形態の動作を説明する。

【００８８】図１６において、溶接トーチ５はロボット
アーム３Ｂに取り付けられており、溶接ワイヤ６は溶接
トーチ５に保持されながら溶接トーチ５の先端より所定
の長さ突き出ており、ワイヤ送給装置８によって送られ
るようになっている。そこで、図１に示したように、溶
接ワイヤ６は開先が形成された母材１と平坦面を有する
母材２との突合わせ部で形成される開先溶接部の開先側
に所定の傾斜角度δ傾けられて、かつ所定の狙い位置に
向けて対向される。これはロボット制御装置４の入力部
４Ａおよび位置制御部４Ｂによって行われる。また、移
動経路や溶接速度は入力部４Ａから速度制御部４Ｃに与
えられ、それに基づいて図面上垂直方向に移動させられ
る。

【００８９】また、電力診断装置２３の入力部２３Ａか
らは、予め第１および第２の電圧設定値と電流設定値が
入力され、比較部２３Ｂに記憶される。

【００９０】このように設定した状態で、初層のアーク
溶接を開始する。溶接が始まると、電圧検出器１０およ
び電流検出器１１はそれぞれケーブル７Ａの実電圧値お
よび実電流値を検出する。溶接中にロボットの振動や母
材の位置ずれなどで溶接ワイヤ６が例えば母材１の開先
側に寄りすぎると、熱容量の小さい開先の端部が溶け落
ちてしまい溶接ビードを置くことができなくなる。端部
が溶け落ちるとアークが母材の裏に抜けてしまい、実電
圧値が高くなる。すると、電力診断装置２３の比較部２
３Ｂでは予め入力された第１および第２の電圧設定値と
実電圧値とが比較され、実電圧値が第１の電圧設定値を
超えると、溶接ワイヤ６を第２の母材２側に移動するよ
うに位置制御信号をロボット３の位置制御部４Ｂに出力
し、溶接ワイヤ６は母材１の開先側から第２の母材２側
近づくように移動修正される。

【００９１】これとは反対に、溶接ワイヤ６と母材との
相対的位置関係が設定位置に対し母材２側に寄ってしま
った場合、開先側への入熱が少なくなり溶接ビードが裏
側に押し出されなくなり、手前側にビードが溜まってく
る。すると、溶接ワイヤ６の突き出し長さが短くなるの
で、実電圧値は下がり実電流値は高くなる現象が起こ
る。

【００９２】したがって、比較部２３Ｂは予め入力され
ている電圧設定値と実電圧値を比較し、実電圧値が第２
の電圧設定値を下回ったとき、溶接ワイヤ６を開先側に
移動するように位置制御信号を位置制御部４Ｂに指令
し、溶接ワイヤ６は開先側に移動修正させられる。

【００９３】あるいは、電流検出器１１によって実電流
値が検出されているので、比較器２３Ｂは予め入力され
ている電流設定値と実電流値を比較し、実電流値が電流
設定値を超えた場合、溶接ワイヤ６を開先側に移動する
ように位置制御信号を位置制御部４Ｂに指令し、溶接ワ
イヤ６は開先側に移動修正させるようにしてもよい。

【００９４】一方、電力診断装置２３の出力部２３Ｃ
は、電圧検出器１０および電流検出器１１から検出され
た実電圧値および実電流値を、それぞれ電圧制御器１３
および電流制御器１５に出力する。

【００９５】電圧制御器１３では、予め設定されている
平均電圧値と実電圧値を比較し、実電圧値が平均電圧に
なるように電圧制御指令信号を出力制御部２２に出力す
る。また、電流制御器１５は、予め設定されている平均
電流値と実電流値を比較し、実電流値が平均電流になる
ように電流制御指令信号を出力制御部２２に出力する。

【００９６】出力制御部２２は、入力された電圧制御指
令信号と電流制御指令信号に基づいて、溶接電源９から
供給する電圧と電流を調整する制御信号を溶接電源９に
出力し、供給電力が設定値になるように調整される。

【００９７】このように、溶接ワイヤ６と母材との位置
関係を設定値に移動修正しながら、また平均電圧と平均
電流も設定値になるように修正しながら溶接されるの
で、開先側からの溶接だけで、開先側と反対側の突合わ
せ部に隅肉溶接形状の溶接ビードを溶着しながら、しか
も突合わせ部に未溶着部のない安定した溶接を行うこと
ができる。

【００９８】次に、本発明の溶接装置によって溶接ワイ
ヤ６をウィービングしながら溶接する例を説明する。ウ
ィービングは、図１０で説明したように、溶接トーチ５
および溶接ワイヤ６の姿勢を所定の傾斜角度δ傾けた状
態で、矢印５０または矢印６０で示す例のように所定の
振り幅で揺動させるか、あるいは図１１で説明したよう
に、溶接ワイヤ６を傾斜角度δを中心にして円弧状に首
振り揺動させることが可能であるが、このウィービング
動作は、ロボット３の入力部４Ａからの予め入力された
入力信号に基づいて位置制御部４Ｂが制御され、この位
置制御部４Ｂからの制御信号がロボットに伝えられて、
所定のウィービングを行うことができる。

【００９９】ここで、ウィービングの制御方法を図１７
及び図１８を用いて説明する。

【０１００】図１７は前述した平行移動形式のウィービ
ング動作を説明する説明図であり、図１８はウィービン
グ位置と溶接ワイヤ６に発生する溶接電圧との関係を示
す特性図で、この特性図は図１７に示すように、溶接ト
ーチ５および溶接ワイヤ６を母材２の平坦面２ａに所定
の傾斜角度δ傾け、狙い位置Ｐ２に向けたときをウィー
ビングの振り幅の中心Ｌ０とし、母材１の開先側にＬ１
位置まで母材２側にＬ２位置まで振った場合の、ウィー
ビング位置（時間）とワイヤ６に発生する溶接電圧との
関係を示す。

【０１０１】ここでは説明を簡単にするため、所定の傾
斜角度δは母材１のレ型開先角度の１／２とした。図１
８における実線で示す特性線は、図１７に示したウィー
ビングの中心が狙い位置Ｐ２に向かう位置とした場合を
示し、点線で示す特性線は、溶接ワイヤ６の傾斜角度は
前記レ型開先角度の１／２のままδとし、溶接ワイヤ６
の狙い位置を開先端部が母材２の平坦面２ａに接する接
触位置Ｐ１とした位置をウィービングの中心線（Ｌ０’
とする、不図示以下同様）とし、開先側に（Ｌ１’）母
材２側に（Ｌ２’）振った（Ｌ１’＝Ｌ２’）場合のウ
ィービング位置（時間）と溶接ワイヤ６に発生する溶接
電圧との関係を示す。

【０１０２】まず、図１７に示すように狙い位置をＰ１
としてウィービングした場合を説明する。ウィービング
の中心線（Ｌ０’）が接触位置Ｐ１点に向いていると
き、溶接ワイヤ６の先端から母材までの距離が相対的に
一番長いため、溶接電圧は図１８の点線で示すように高
くなる。その後、仮に開先側に振っていくと、溶接ワイ
ヤ６の先端と母材との距離が次第に近づくため、電圧は
図１８の点線に示すように徐々に下がっていき、開先側
に最も近づいたＬ１’位置で最低となる。次に、母材２
側に戻りだすと、再度電圧は図１８の点線に示すように
徐々に上がりながら振りの中心線位置Ｌｏ’で再び最高
電圧となり、母材２側に最も近づいた位置Ｌ２’で電圧
は最低となり、これが繰返される。

【０１０３】次に、図１７に示すように溶接ワイヤ６の
狙い位置をＰ２とし傾斜角度をδとした位置をウィービ
ングの中心線Ｌ０とし開先側に位置Ｌ１まで母材２側に
位置Ｌ２まで振ったときのウィービング動作を説明す
る。

【０１０４】この場合、図１８に示す中心線Ｌ０位置で
は、電圧は溶接ワイヤ６の先端と母材との距離は最大で
ないので、その距離に相当する電圧値を示し、その後開
先側への移動に伴い電圧値は図１８の実線で示すように
徐々に大きくなり、溶接ワイヤ６が接触点Ｐ１に向かっ
たとき最大電圧となる。そして位置Ｌ１まではだんだん
電圧が下がり、その後、母材２側に移動されると、再度
接触位置Ｐ１で最大電圧値になり、今度は母材２側にだ
んだん近づくため、位置Ｌ２で最低電圧となり、これが
繰返される。

【０１０５】これらの溶接ワイヤの位置と電圧値との関
係は、開先形状と狙い位置と傾斜角度等の設定条件に応
じて、実験または計算にて求めることができる。それら
の値は、予め電力診断装置２３の入力部２３Ａから比較
部２３Ｂに設定される。

【０１０６】ここで、上記のウィービングのための溶接
トーチ５の位置制御は、前記ロボット制御装置４の入力
部４Ａから位置制御部４Ｂに予め設定される。また、溶
接電圧は前述の電圧検出器１０によって検出され、この
検出値に基づく実電圧値や実平均電圧値が比較部２３Ｂ
で求められる。比較部２３Ｂは、実電圧値と設定された
平均電圧値との比較により、実際の狙い位置が正しいか
どうかを判断し、ずれが生じているときは、ロボット制
御装置４の位置制御部４Ｂに位置制御信号を出力し、狙
い位置が設定値になるように制御される。

【０１０７】また、電圧検出器１０の検出値に基づいて
電力診断装置２３の比較部２３Ｂによって実平均電圧値
Ｖ０が求められ、その値は出力部２３Ｃを介して電圧制
御部１３に出力され、前述のように実電圧値が予め設定
された平均電圧値になるように出力制御部２２に指令信
号を出力し、電圧が調整される。

【０１０８】図１９は本発明の溶接装置の他の実施の形
態を示すもので、この図において、図１６と同符号のも
のは同一部分である。この実施の形態は、溶接電流にパ
ルス状の電流を重畳させるように構成したもので、図１
９において、１６はパルス電流のピーク電圧を設定する
ピーク電圧設定器、１７はパルス電流のベース電圧を設
定するベース電圧設定器、１８はパルス電流のパルス幅
を設定するパルス時間設定器である。１９はパルス波形
制御器で、このパルス波形制御器１９はピーク電圧設定
器１６とベース電圧設定器１７およびパルス時間設定器
１８に接続され、それらから入力されるピーク電圧、ベ
ース電圧およびパルス時間とに基づいて、所望の基本と
なるパルス波形を生成する。

【０１０９】２２’は出力制御器で、この出力制御器２
２’は前記電圧制御器１３と電流制御器１５およびパル
ス波形制御器１９から入力される制御信号に基づいて溶
接電源９から出力される溶接電力を制御する。

【０１１０】２３’は電力診断装置で、この電力診断装
置２３’は入力部２３Ａ’と、比較部２３Ｂ’と、出力
部２３Ｃ’等とから構成されている。入力部２３Ａ’
は、平均電圧設定器１２で設定される平均電圧より高い
電圧の第１の電圧設定値と平均電圧設定器１２で設定さ
れる平均電圧電圧より低い電圧の第２の電圧設定値およ
び平均電流設定器１４で設定される平均電流より高い電
流の電流設定値を設定する。

【０１１１】比較部２３Ｂ’は、電圧検出器１０から入
力される実電圧値と前記第１および第２の電圧設定値と
を比較し、後述の位置制御信号をロボット制御装置４に
出力するとともに、電流検出器１１から入力される実電
流値と前記電流設定値とを比較し、位置制御信号をロボ
ット制御装置４に出力する機能を備えている。

【０１１２】また、比較部２３Ｂ’には、電圧検出器１
０と電流検出器１１から検出されたそれぞれの検出値に
基づいて、実平均電圧値と実平均電流値に加えパルス電
流の実ピーク電流値（または電圧値）と実ベース電流
（または電圧）値およびパルスの実時間（幅）を求める
機能が備えられている。

【０１１３】出力部２３Ｃ’からは、実平均電圧値と実
平均電流値はそれぞれ電圧制御器１３と電流制御器１５
に出力され、実ピーク電流値と実ベース電流値およびパ
ルス幅の実時間はパルス波形制御器１９に出力されるよ
うに構成されている。

【０１１４】そして本発明のアーク溶接装置は、上記各
制御装置やロボット等のこれら全体を制御するコンピュ
ータ等により構成されている。

【０１１５】次に、上述した本発明の溶接装置の他の実
施の形態の動作を説明する。

【０１１６】図１９において、ピーク電圧設定器１６と
ベース電圧設定器１７およびパルス時間設定器１８から
それぞれの設定値が入力されると、パルス波形制御器１
９でパルス波形が生成される。その波形制御信号は出力
制御部２２’に出力される。出力制御部２２’は電圧制
御器１３からの平均電圧制御信号と電流制御器１５から
の平均電流制御信号とパルス波形制御器１９からのパル
ス波形制御信号とに基づいて、所望の波形の電力が電源
装置９から供給されるように、電源装置９を制御する。

【０１１７】ここで、パルス波形の設定は、溶接に用い
る電源装置９の特性に応じて、電流・電圧のどちらかま
たは両方により設定する。

【０１１８】次に、前述した電源装置９によって生成さ
れるパルス波形の一例を図２０を用いて説明する。図２
０は電源装置９によって生成されるパルス電流の波形図
で、この図の横軸は時間を、縦軸は電流を示す。

【０１１９】図２０において、Ａｐはピーク電流、Ａｂ
はベース電流、Ｔｐはパルスの幅、即ちパルス時間を示
す。Ａａは平均電流値を示し、この平均電流値Ａａは前
記平均電流設定器１４で設定されるものであり、これら
の設定値Ａｐ，Ａｂ，ＴｐおよびＡａに基づいて、パル
スのベース電流の幅すなわち時間Ｔｂが前記出力制御器
２２によって求められ、直流電流にパルス波形が重畳さ
れた波形が出力制御信号として電源装置９に与えられ
る。

【０１２０】パルス電流波形の例を図２０を用い具体的
な数値で説明する。図２０中の実線で示す波形において
は、ピーク電流Ａｐは４００Ａ、ベース電流Ａｂは２０
０Ａおよびパルス幅Ｔｐは例えば１／５０ｓｅｃとして
与えられ、さらに平均電流設定器１４から与えられる平
均電流値Ａａ＝３００Ａに基づいて、ベース電流の幅Ｔ
ｂを求めたもの（この場合Ｔｂ＝Ｔｐ＝１／５０ｓｅ
ｃ）として示したものである。このように直流電流にパ
ルス状の電流を重畳して得られたパルス電流を溶接電流
として使用すると、アークの指向性が直流のみの電流に
比べ高まり、本発明のワイヤの狙い位置に、より正確に
アークを発生させることができ、より安定した片側開先
のアーク溶接が可能になる。

【０１２１】図２０において、二点鎖線で示す波形は、
実線で示す波形に対し、ピーク電流をさらに１００Ａ上
げＡｐ’（＝５００Ａ）、パルス幅を実線の場合の１／
２にしたもので、平均電流Ａａおよびベース電流Ａｂを
実線と同じくそれぞれ３００Ａおよび２００Ａのままと
したときのパルス波形を示したものである。この場合、
ベース電流Ａｂ（２００Ａ）と平均電流Ａａ（３００
Ａ）は実線で示す波形と同じとしたから、パルスの周期
が実線で示す波形では（Ｔｐ＋Ｔｂ）に対し、二点鎖線
で示す波形の場合の周期は（（Ｔｐ×１／２）＋Ｔ
ｂ））と短くなる。このことをデューティで表すと、実
線で示す波形の場合、Ｔｐ／（Ｔｐ＋Ｔｂ）＝（１／５
０）／（１／５０＋１／５０）＝１／２に対し、二点鎖
線で示す波形の場合は、Ｔｐ’／（Ｔｐ’＋Ｔｂ’）＝
（１／５０×１／２）／（（１／５０×１／２）＋１／
５０）＝１／３となる。

【０１２２】図２０において、破線で示す波形は、実線
で示す波形に対し、ピーク電流Ａｐとベース電流Ａｂお
よび平均電流Ａａを実線と同じくそれぞれ４００Ａ、２
００Ａおよび３００Ａのままとし、パルス幅Ｔｐ”を実
線で示す波形の場合の１／２にしたときのパルス波形を
示したものである。この場合、ベース電流幅Ｔｂ”はＴ
ｐ”と等しくなり、デューティは実線で示す波形の場合
と同じ１／２である。

【０１２３】このように図２０において、パルス波形に
ついていくつかの例を提示したが、パルス波形のデュー
ティを小さくした方が、アークの指向性は向上する。

【０１２４】しかしながら、溶接の平均電流、パルスの
ピーク電流およびベース電流等は、種々の溶接条件等が
関係し、溶接アークの溶滴移行やアークの安定性等か
ら、本発明における平均電流は、３００Ａ前後、ベース
電流は３００Ａ未満（マイナスも含む）、ピーク電流は
３５０〜５００Ａ程度のところが、実用的な数値であ
る。

【０１２５】このように、前述の図１６で説明したアー
ク溶接装置に加え、溶接電流にパルス電流を使用し、そ
のパルス電流をも予め設定した設定値になるように制御
することによって、アークの指向性が高まり、アークの
狙い位置をより正確に捕らえることができ、開先側から
の溶接だけで、開先側と反対側の突合わせ部に隅肉溶接
形状の溶接ビードを溶着しながら、しかも突合わせ部に
未溶着部のない安定した溶接を行うことができる。

【０１２６】さらに、図示は省略するが、図１９に示す
実施の形態におけるピーク電圧設定器１６、ベース電圧
設定器１７、パルス時間設定器１８およびパルス波形制
御器１９を、正弦波電流設定器に置き換えることも可能
である。この場合、溶接電流に正弦波電流を用いること
ができるので、上述の実施の形態と同様にアークの指向
性を向上させることができる。その結果、前述した実施
の形態と同様な溶接が可能である。

【０１２７】以上説明したように、本発明によれば、レ
形、Ｊ形など一方傾斜開先が形成された継手での片側溶
接において、従来では裏当材や接合に寄与しないビード
を伴わなければ不可能であった裏波ビード生成を、裏当
材などを一切用いることなく出来るようになる。これに
より、内部溶接作業に多大な時間を要していた箱型構造
物の製作コストを大幅に低減出来るし、トーチ進入が困
難で内部溶接が不可能であった構造物では開先両側に脚
長が着くことにより、大幅な強度向上あるいは逆に母材
の板厚等を不必要に厚くすることなく強度を維持するこ
とができる等多大な効果を奏する。

【０１２８】また、突合わせ継手において、開先側と反
対の裏側からも溶接を行っていたような溶接構造であっ
ても、本発明によれば片側から溶接するだけでよいの
で、効率よく溶接工数の低減が図れる。

【０１２９】また、さらに溶接構造物の設計の多様化な
らびに効率化等多大な効果を奏する。

【０１３０】

【発明の効果】以上に述べた如く、本発明の溶接方法に
よれば、、開先が設けられた第１の母材と平坦面を有す
る第２の母材との間にある熱容量の差および溶接ワイヤ
の溶融によって、開先部の溶接と共に開先側と反対側の
突合わせ部に隅肉溶接形状のビードを安定的に溶着する
ことができる。すなわち熱容量の大きな第２の母材側に
より多くのアークが発生するようにすると共に熱容量の
小さな開先側は溶け落ちない程度に溶融させ溶接ワイヤ
の溶融によって開先部を埋めながら開先と反対側に溶融
物を押し出すようにして隅肉溶接形状のビードをも形成
することができる。その結果、裏ビード付設のための作
業が不要になり、その作業性を著しく向上させることが
できる。

【０１３１】また、本発明の溶接継手及び溶接構造物に
よれば、製作費が安価で製作時間も短縮できるので、こ
れらを組込む製品の生産性を向上させることができる。

【０１３２】さらに、本発明の溶接装置によれば、ワイ
ヤの狙い位置を精度良く制御できるため、母材の外側の
少なくとも一個所に前記片側開先部を設けて外側からだ
けの溶接でもって、反対側に隅肉形状の溶接ビードをも
溶着されるように製作された溶接継手及び閉断面構造物
等を提供することができるので、その生産性を著しく向
上させることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の溶接方法によるＴ字形継手の溶接方法
を説明する溶接部の断面図である。

【図２】本発明の溶接方法により溶接されたＴ字形継手
を示す斜視図である。

【図３】本発明の溶接方法による溶接ビードの形成初期
過程を説明するための説明図である。

【図４】本発明の溶接方法による溶接ビードの形成中期
過程を説明するための説明図である。

【図５】本発明の溶接方法による溶接ビードの形成終期
過程を説明するための説明図である。

【図６】本発明の溶接方法による板厚の異なる板材の突
合わせ溶接方法の一実施の形態を説明する溶接部の断面
図である。

【図７】本発明の溶接方法による板厚の異なる板材の突
合わせ溶接方法の他の実施の形態を説明する溶接部の断
面図である。

【図８】本発明の溶接方法によって溶接可能な開先形状
の一変形例を示すＴ字形継手の突合わせ部の断面図であ
る。

【図９】本発明の溶接方法によって溶接可能な開先形状
の他の変形例を示すＴ字形継手の突合わせ部の断面図で
ある。

【図１０】本発明の溶接方法に用いられるウィービング
方法の一例を説明するための説明図である。

【図１１】本発明の溶接方法に用いられるウィービング
方法の他の例を説明するための説明図である。

【図１２】本発明の溶接方法により製作された溶接構造
物を備えた油圧ショベルの正面図である。

【図１３】図１２に示す油圧ショベルのブームをXIII−
XIII矢視から見た拡大断面図である。

【図１４】図１２に示す油圧ショベルのアームをXIV−X
IV矢視から見た拡大断面図である。

【図１５】図１２中の符号XVで示す油圧ショベルのブー
ムの板厚の異なる平板同士の突合わせ継手部を拡大して
示す断面図である。

【図１６】本発明のアーク溶接装置の一実施の形態を示
す構成図である。

【図１７】本発明の溶接装置の一実施の形態に用いられ
るウィービング動作の一例を示す説明図である。

【図１８】本発明の溶接装置の一実施の形態におけるウ
ィービング位置と溶接ワイヤに発生する溶接電圧との関
係を示す特性図である。

【図１９】本発明のアーク溶接装置の他の実施の形態を
示す構成図である。

【図２０】図１９に示す本発明のアーク溶接装置の他の
実施の形態に用いるパルス電流の波形図である。

【符号の説明】

１，１’ 第１の母材 １ａ，１’ａ ルートフェイス １ｂ，１’ｂ，１ｂ１、１ｂ２ 開先 １ｃ，１’ｃ 母材１の開先と反対
側の面 ２，２’ 第２の母材 ２ａ，２’ａ 母材２の平坦面 ３ ロボット本体 ４ ロボット制御装置 ５ 溶接トーチ ６ 溶接ワイヤ ７Ａ，７Ｂ ケーブル ８ ワイヤ送給装置 ９ 溶接電源 １０ 電圧検出装置 １１ 電流検出装置 １２ 平均電圧設定器 １３ 電圧制御器 １４ 平均電流設定器 １５ 電流制御器 １６ ピーク電圧設定器 １７ ベース電圧設定器 １８ パルス時間設定器 １９ パルス波形制御器 ２２ 出力制御部 ２３ 電力診断部 ７４ ブーム ７６ アーム

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｂ２３Ｋ 9/173 Ｂ２３Ｋ 9/173 Ｃ (72)発明者 三柳 直毅 茨城県土浦市神立町650番地 日立建機株 式会社土浦工場内 (72)発明者 山本 光 茨城県土浦市神立町650番地 日立建機株 式会社土浦工場内 (72)発明者 桜井 茂行 茨城県土浦市神立町650番地 日立建機株 式会社土浦工場内 (72)発明者 平川 学 茨城県土浦市神立町650番地 日立建機株 式会社土浦工場内 Ｆターム(参考） 4E001 AA03 BB06 DA01 DA05 DE04 DF04 4E081 AA15 BA40 CA07 DA10 DA12 DA18 DA62 DA81 EA24 FA14 YB01 YR10 YX03 YY02

Claims (15)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 第１の母材と第２の母材とを突合せ溶接
   する溶接方法において、前記第２の母材の平坦面に、予
   め端部に形成したルートフェイス及び片側開先面を形成
   した第１の母材の前記ルートフェイスを当接させ、前記
   第１の母材と第２の母材との当接により形成される開先
   溶接部に、溶接ワイヤを臨ませ、前記溶接ワイヤのアー
   クにより、前記第１の母材と第２の母材との当接部を溶
   融させ、この溶融物を溶接側とは反対側に押し出して裏
   ビードを形成することを特徴とする溶接方法。
2. 【請求項２】 第１の母材と第２の母材とを突合せ溶接
   する溶接方法において、溶接ワイヤからのアークの中心
   が前記第１の母材に形成した開先と前記第２の母材の平
   坦面とが接する接触位置またはその手前近傍に位置する
   狙い位置で接し、前記アークの方向が前記第２の母材の
   平坦面に対し所定の傾斜角度でもって前記狙い位置を横
   切る方向に傾けて照射して、前記第１の母材と第２の母
   材との当接部を溶融させ、この溶融物を前記第１の母材
   の開先側と反対側の面と前記第２の母材の平坦面との間
   に隅肉溶接形状の溶接ビードとして形成することを特徴
   とする溶接方法。
3. 【請求項３】 前記アークを前記開先溶接部内で前記所
   定の傾斜角度に維持しながら所定の振り幅でウィービン
   グさせることを特徴とする請求項１または請求項２記載
   の溶接方法。
4. 【請求項４】 前記アークを前記開先溶接部内で前記所
   定の傾斜角度をウィービングの中心位置としこの中心位
   置を中心として円弧状に所定の振り角度でウィービング
   させることを特徴とする請求項１または請求項２記載の
   溶接方法。
5. 【請求項５】 前記アーク溶接の電流が直流であること
   を特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれかに記載の
   溶接方法。
6. 【請求項６】 前記アーク溶接の電流が直流電流とパル
   ス電流を重畳させた電流であることを特徴とする請求項
   １乃至請求項４のいずれかに記載の溶接方法。
7. 【請求項７】 前記アーク溶接の電流が正弦波電流であ
   ることを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれかに
   記載の溶接方法。
8. 【請求項８】 第１の母材と第２の母材とを突合せ溶接
   したＴ字形溶接継手において、前記第２の母材の平坦面
   と、予め端部に形成され、前記平坦面に当接するルート
   フェイス及び片側開先面を形成した第１の母材との当接
   部を、前記開先に臨ませた溶接ワイヤのアークにより、
   溶融させ、この溶融物を溶接側とは反対側に押し出して
   裏ビードを形成し接合したことを特徴とするＴ字形溶接
   継手。
9. 【請求項９】第１の母材と第２の母材とを突合せ溶接し
   た平板の突合せ溶接継手において、前記第２の母材の端
   面と、予め端部に形成され、前記端面に当接するルート
   フェイス及び片側開先面を形成した第１の母材との当接
   部を、前記開先に臨ませた溶接ワイヤのアークにより、
   溶融させ、この溶融物を溶接側とは反対側に押し出して
   裏ビードを形成し接合したことを特徴とする平板の突合
   せ溶接継手。
10. 【請求項１０】 複数の板材を突合せ溶接して形成され
    る箱形構造物において、前記一方の母材の平坦面と、予
    め端部に形成され、前記平坦面に当接するルートフェイ
    ス及び片側開先面を形成した他方の母材との当接部を、
    前記開先に臨ませた溶接ワイヤのアークにより、溶融さ
    せ、この溶融物を溶接側とは反対側に押し出して裏ビー
    ドを形成し接合したことを特徴とする箱形構造物。
11. 【請求項１１】 第１の母材と第２の母材とを突合せ溶
    接する溶接装置において、前記第１の母材と第２の母材
    との当接した溶接部に形成された開先内に導入される溶
    接ワイヤと、前記溶接ワイヤの位置を制御する制御装置
    （ロボット本体）と、溶接部に溶接電力を供給する溶接
    電源と、前記溶接電源から溶接部に供給される実際の電
    圧値が予め設定した第１の設定値を超えたときに前記溶
    接ワイヤの狙い位置を前記第２の母材の平坦面側に近づ
    けるように移動させ、また、実際の電流値が予め設定し
    た電流設定値を超えたとき又は実際の電圧値が予め設定
    した第２の設定値を下回ったときに、前記溶接ワイヤの
    狙い位置を前記第１の母材の開先側に近づけるように移
    動させる指令を前記制御装置に出力する制御手段を備え
    たことを特徴とするアーク溶接装置。
12. 【請求項１２】 第１の母材と第２の母材とを突合せ溶
    接する溶接装置において、前記第１の母材と第２の母材
    との当接した溶接部に形成された開先内に導入される溶
    接ワイヤと、前記溶接ワイヤの位置を制御する制御装置
    （ロボット本体）と、溶接部に溶接電力を供給する溶接
    電源と、前記溶接電源から溶接部に供給される実際の電
    圧値が予め設定した第１の設定値を超えたときに前記溶
    接ワイヤの狙い位置を前記第2の母材の平坦面側に近づ
    けるように移動させ、また、実際の電流値が予め設定し
    た電流設定値を超えたとき又は実際の電圧値が予め設定
    した第2の設定値を下回ったときに、前記溶接ワイヤの
    狙い位置を前記第１の母材の開先側に近づけるように移
    動させる指令を前記制御装置に出力するとともに、予め
    入力した平均電流、平均電圧と実電流値、実電圧値とを
    それぞれ比較し、前記予め設定された設定値になるよう
    に電流制御信号及び電圧制御信号を、前記電源装置に出
    力する制御手段を備えたことを特徴とするアーク溶接装
    置。
13. 【請求項１３】 第１の母材と第２の母材とを突合せ溶
    接する溶接装置において、溶接ワイヤと、それを保持す
    る溶接トーチと、該溶接トーチに前記溶接ワイヤを送給
    する送給手段と、前記溶接ワイヤを直交する３軸方向に
    位置制御する位置制御部を備えた制御装置（ロボット本
    体）と、溶接部に溶接電力を供給する溶接電源と、溶接
    の平均電圧を設定する平均電圧設定器と、平均電流を設
    定する平均電流設定器と、突合わせ面の片側に開先を有
    する第１の母材とこの第１の母材に突合わされその突合
    わせ面が平坦面である第２の母材とで形成される開先溶
    接部に前記溶接ワイヤを向け前記第１の母材の開先側と
    反対側の面と前記第２の母材の平坦面との間に隅肉溶接
    形状の溶接ビードを形成するために、実際の溶接電圧を
    検出する電圧検出器と、溶接電流を検出する電流検出器
    とを設け、前記電圧検出器で検出された実電圧値と電流
    検出器で検出された実電流値が入力され前記実電圧値が
    予め設定された第１の電圧設定値を超えたとき前記溶接
    ワイヤの狙い位置を前記第２の母材の平坦面側に近づけ
    るように移動させ前記電流検出器で検出された実電流値
    が予め設定された電流設定値を超えたとき又は電圧検出
    器で検出された実電圧値が予め設定された第２の電圧設
    定値を下回ったとき前記ワイヤの狙い位置を前記第１の
    母材の開先側に近づけるように移動させる指令を前記位
    置制御部に出力するとともに、前記実電圧値を電圧制御
    器に出力し前記実電流値を電流制御器に出力する電力診
    断部と、前記電流制御器は前記平均電流設定器から入力
    された平均電流と前記電力診断部から入力された実電流
    値を比較し前記予め設定された設定値になるように電流
    制御信号を出力制御器に出力し、前記電圧制御器は前記
    平均電圧設定器から入力された平均電圧と前記電力診断
    部から入力された実電圧値とを比較し前記予め設定され
    た設定値になるように電圧制御信号を出力制御器に出力
    し、これらの電圧及び電流制御信号が入力され前記電源
    装置に電源の出力を制御する電源制御信号を出力する出
    力制御器とを、備えることを特徴とするアーク溶接装
    置。
14. 【請求項１４】 パルス電圧のピーク電圧を設定するピ
    ーク電圧設定器と、ベース電圧を設定するベース電圧設
    定器と、パルス幅を設定するパルス時間設定器と、これ
    らピーク電圧設定器とベース電圧設定器とパルス時間設
    定器からの各設定値を入力するパルス波形制御器とをさ
    らに有し、前記電力診断部は前記電圧検出器と前記電流
    検出器から検出される実電圧値と実電流値に基づいてそ
    の実ピーク電圧値と実ベース電圧値と実パルス幅を求め
    前記パルス波形制御器に出力する手段を含み、前記パル
    ス波形制御器は前記ピーク電圧設定器・ベース電圧設定
    器・パルス時間設定器のそれぞれから予め入力されたピ
    ーク電圧設定値とベース電圧設定値とパルス時間設定値
    と前記電力診断部から入力された実ピーク電圧値と実ベ
    ース電圧値と実パルス時間値とをそれぞれ比較し波形制
    御信号を前記出力制御部に出力し、前記出力制御器は前
    記パルス波形制御器から入力された前記波形制御信号と
    前記電圧制御器から入力された電圧制御信号と前記電流
    制御器から入力された電流制御信号に基づいて前記電源
    装置に電源の出力を制御する電源制御信号を出力する手
    段を含むことを、特徴とする請求項１３に記載のアーク
    溶接装置。
15. 【請求項１５】 溶接電流を正弦波電流とする正弦波電
    流形成手段をさらに設け、前記電力診断部は前記電圧検
    出器と前記電流検出器から検出される実電圧値と実電流
    値に基づいてその実電流波形を求め前記正弦波電流形成
    手段に出力する手段を含み、前記正弦波電流形成手段に
    予め設定された設定正弦波形と前記電力診断部から入力
    された実正弦波形とを比較し波形制御信号を前記出力制
    御部に出力し、前記出力制御器は前記正弦波電流形成手
    段から入力された前記波形制御信号と前記電圧制御器か
    ら入力された電圧制御信号と前記電流制御器から入力さ
    れた電流制御信号に基づいて前記電源装置に電源の出力
    を制御する電源制御信号を出力する手段を含むことを、
    特徴とする請求項１３に記載のアーク溶接装置。