JP2023148811A - 鋼管柱の溶接方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】上部鋼管柱と下部鋼管柱との安定した品質の溶接をより簡単に行うことができる鋼管柱の溶接方法を提供する。【解決手段】第1溶接区間Paでは、一方の建て入れ治具3が対向する位置から、トーチ92の移動方向Dの後方側に向かってトーチ92を傾斜させる。この状態で、トーチ92を移動するに従って、鋼管柱1の表面の法線方向に対してトーチ92の後退角度αを減少させながら溶接を行う。第2溶接区間Pbでは、第1溶接区間Paの終端におけるトーチ92の傾斜角度(後退角度)αを維持し、トーチ92の移動方向Dの後方側に向かってトーチ92を傾斜させながら溶接を行う。第3溶接区間Pcでは、第2溶接区間Pbの終端におけるトーチ92の傾斜角度(後退角度)βから、トーチ92の移動方向に前方側に向かってトーチ92の傾斜を変化させる。【選択図】図6
Description
本発明は、上部鋼管柱と下部鋼管柱を溶接する鋼管柱の溶接方法に関する。
この種の技術として、たとえば、特許文献1には、上部鋼管柱と下部鋼管柱との開先に、溶融した溶接材料を供給しながら、上部鋼管柱と下部鋼管柱を溶接する鋼管柱の溶接方法が提案されている。
具体的には、エレクションピースを建て入れ治具で連結して仮固定された上部鋼管柱と下部鋼管柱とを、溶接用ロボットにより、複数層で初期溶接を行い、建て入れ治具を取り除いた後、溶接用ロボットにより、残りの層数の溶接を行っている。
しかしながら、鋼管柱の周方向に沿って、上部鋼管柱と下部鋼管柱との溶接を、溶接用ロボットで行う際に、溶接用ロボットに取付けられたトーチの方向によっては、安定したビードが形成されないことがあり、溶接した部分の品質が、望ましいものとは言えないことがある。
本発明は、このような点を鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、上部鋼管柱と下部鋼管柱との安定した品質の溶接を行うことができる鋼管柱の溶接方法を提供することにある。
前記課題を鑑みて、本発明に係る鋼管柱の溶接方法は、エレクションピースを建て入れ治具で連結して仮固定された上部鋼管柱と下部鋼管柱との開先に、溶接用ロボットに取付けられたトーチの先端から、溶融した溶接材料を供給しながら前記トーチを前記開先に沿って移動させ、前記上部鋼管柱と前記下部鋼管柱とを溶接する鋼管柱の溶接方法であって、前記溶接方法は、前記鋼管柱の周方向に沿って仮固定された建て入れ治具間において、前記上部鋼管柱と前記下部鋼管柱との溶接を、前記溶接用ロボットで行う際に、一方の建て入れ治具から他方の建て入れ治具までの間の治具間溶接区間は、前記一方の建て入れ治具が対向する位置から、前記トーチの移動方向の後方側に向かって前記トーチを傾斜させた状態で、前記トーチを移動するに従って、前記鋼管柱の表面の法線方向に対して前記トーチの傾斜角度を減少させながら溶接を行う第1溶接区間と、前記第1溶接区間に連続し、前記第1溶接区間の終端における前記トーチの傾斜角度を維持し、前記トーチの移動方向の後方側に向かって前記トーチを傾斜させながら溶接を行う第2溶接区間と、前記第2溶接区間に連続し、前記第2溶接区間の終端における前記トーチの傾斜角度から、前記トーチの移動方向に前方側に向かって前記トーチの傾斜を変化させつつ、前記鋼管柱の表面の法線方向に対して前記傾斜角度をさらに増加させながら、前記他方の建て入れ治具が対向する位置まで溶接を行う第3溶接区間と、を有することを特徴とする。
本発明によれば、エレクションピースを建て入れ治具で連結して仮固定された上部鋼管柱と下部鋼管柱との開先に、溶接用ロボットに取付けられたトーチの先端から、溶融した溶接材料を供給しながら、トーチを前記開先に沿って移動させ、上部鋼管柱と前記下部鋼管柱とを溶接することができる。
ここで、鋼管柱の周方向に間隔を空けて、複数の建て入れ治具が設けられており、本実施形態では、溶接方法は、鋼管柱の周方向に沿って仮固定された建て入れ治具間において、上部鋼管柱と下部鋼管柱との溶接を溶接用ロボットで行う際に、以下の溶接を行う。具体的には、一方の建て入れ治具から他方の建て入れ治具までの間の治具間溶接区間は、第1~第3溶接区間を有する。
第1溶接区間では、一方の建て入れ治具が対向する位置から、トーチの移動方向の後方側に向かって前記トーチを傾斜させた状態で、前記トーチを移動するに従って、鋼管柱の表面の法線方向に対して前記トーチの傾斜角度(後退角度)を減少させながら溶接を行う。これにより、一方の建て入れ治具にトーチが接触することを回避しつつ、一方の建て入れ治具と対向する位置にある開先に、溶融した溶接材料を安定して供給することができ、後述する第2区間における姿勢まで、トーチの傾斜角度を変更することができる。
ここで、トーチの初期の後退角度は、一方の建て入れ治具と対向する位置にある開先に、溶融した溶接材料を安定して供給することができるのであれば、特に、その角度は限定されない。たとえば、トーチが第2溶接区間に到達するまでの間に(第1溶接区間の終点において)、傾斜角度が、5°~25°の範囲にあることが好ましい。
さらに、第2溶接区間は、第1溶接区間と連続しており、この区間では、第1溶接区間の終端におけるトーチの傾斜角度(後退角度)を維持し、トーチの移動方向の後方側に向かってトーチを、一定の後退角度で傾斜させながら溶接を行うことができる。第2溶接区間でも、開先に対して、溶融した溶接材料を供給し安定した溶接を行うことができる。ここで、第2の溶接区間でも、トーチを5°~25°の後退角度で傾斜させることが好ましい。
このように、第1および第2溶接区間では、トーチの移動方向の後方に向くように、トーチを傾斜させながら溶接を行う(すなわち後退法で溶接を行う)。このような後退法では、溶融した溶接材料が、アークを先行せず、溶融した溶接材料が、トーチの移動方向の後方に押し上げられるため、開先内において、溶融した溶接材料が溶け込み易く、安定した溶接をより確実に行うことができる。
さらに、第3溶接区間は、前記第2溶接区間に連続している。この区間では、第2溶接区間の終端におけるトーチの傾斜角度から、トーチの移動方向に前方側に向かってトーチの傾斜を変化させつつ、鋼管柱の表面の法線方向に対して傾斜角度をさらに増加させながら、他方の建て入れ治具の対向する位置まで溶接を行うことができるので、他方の建て入れ治具にトーチが接触することを回避することができる。
ここで、好ましい態様としては、前記鋼管柱は、角形の鋼管柱であって、前記建て入れ治具は平面部に設置されており、前記第2溶接区間は、前記鋼管柱の前記平面部との間を繋ぐR角部を含む。
この態様によれば、R角部は、表面が湾曲しているため、溶融した溶接材料により、安定したビードを形成し難いところ、トーチの移動方向の後方側に向かってトーチを、一定の後退角度で傾斜させながら溶接を行うので、このようなR角部における開先に対して、溶融した溶接材料を安定して供給しながら溶接を行うことができる。
ここで、好ましい態様としては、前記第1溶接区間において、前記トーチの移動量に合わせて、線形的に前記トーチの傾斜角度を減少させ、前記第3溶接区間において、前記トーチの移動量に合わせて、線形的に前記トーチの傾斜角度を増加させる。
この態様によれば、第1溶接区間において、トーチの移動量に合わせて、線形的にトーチの傾斜角度を減少させながら溶接を行うので、傾斜角度を減少させても、安定した溶接部分(ビード)を形成することができる。同様に、第3溶接区間において、トーチの移動量に合わせて、線形的にトーチの傾斜角度を増加させながら溶接を行うので、傾斜角度を増加させても、安定した溶接部分(ビード)を形成することができる。
ここで、上述した溶接用ロボットは、溶接機のトーチ先端の位置を適切な位置に移動させることができるものであれば、たとえば、レール上を走行する溶接用ロボットや、旋回のみを行う溶接用ロボットであってもよく、溶接用ロボットの形態は、特に限定されるものではない。より好ましい態様としては、前記溶接用ロボットは、多関節ロボットであり、前記溶接の前に、前記下部鋼管柱を挟むように、前記下部鋼管柱に一対のレールを取付けるレール取付工程を含み、前記溶接において、前記多関節ロボットを前記レールに沿って走行させながら、前記上部鋼管柱と前記下部鋼管柱との溶接を行うものであり、前記鋼管柱の全周にわたって、前記治具間溶接区間における溶接を複数回行った後、前記建て入れ治具を前記鋼管柱から撤去し、各多関節ロボットにより溶接する溶接区間のうち、溶接開始の区間と溶接終了の区間を少なくとも除く区間において、前記トーチの移動方向の後方側に向かって、前記トーチを傾斜させながら溶接を行う。
この態様によれば、建て入れ治具を鋼管柱から撤去した後も、各多関節ロボットにより溶接する溶接区間のうち、溶接開始の区間と溶接終了の区間を少なくとも除く区間において、トーチの移動方向の後方側に向かって、トーチを傾斜させながら安定した溶接を行うことができる。
本発明によれば、上部鋼管柱と下部鋼管柱との安定した品質の溶接をより簡単に行うことができる。
以下、本発明の実施形態に係る鋼管柱の溶接方法について、図面を参照しながら説明する。
図1は、本発明の実施形態に係る鋼管柱1の溶接方法を説明するためのフロー図である。以下に、本実施形態における溶接方法として、図1に示す仮固定工程S1から第2溶接工程S6までの各工程について、詳細に説明する。
1.仮固定工程S1について、
実施形態では、まず、仮固定工程S1を行う。図2に示すように、仮固定工程S1において、上部鋼管柱10と下部鋼管柱20とを建て入れ治具3で仮固定した後、上部鋼管柱10の傾きを調整する。
実施形態では、まず、仮固定工程S1を行う。図2に示すように、仮固定工程S1において、上部鋼管柱10と下部鋼管柱20とを建て入れ治具3で仮固定した後、上部鋼管柱10の傾きを調整する。
ここで、上部鋼管柱10と下部鋼管柱20とは、4つの平面部と4つの湾曲部によって形成された多角形鋼管からなり、上部鋼管柱10および下部鋼管柱20のそれぞれの4つの平面部10a、20aには、エレクションピース11、21が取付けられている。平面部10a、10a(20a、20a)同士の間には、表面が所定の曲率半径で湾曲した4つのR角部10b(20b)が形成されている。なお、上部鋼管柱10と下部鋼管柱20とは、図2および図3等に示す四角形の角形鋼管柱に限定されるものではなく、たとえば、四角形以外の多角形の角形鋼管柱(具体的には四面以上の多角形鋼管)であってもよく、四面ボックス柱など多面ボックス柱であってもよく、円筒状の鋼管柱であってもよい。
上部鋼管柱10の下端縁面13は、外側に向いて傾斜したテーパ面であり、下部鋼管柱20の上端縁面23は、下部鋼管柱20の長手方向に対して直交するように形成された平坦面である。これにより、下部鋼管柱20の上端縁面23に対向するように、上部鋼管柱10の下端縁面13を配置すると、上部鋼管柱10と下部鋼管柱20との間に、上部鋼管柱10と下部鋼管柱20の周方向に沿った開先30を形成することができる。
さらに、本実施形態では、下部鋼管柱20の内壁面には、図5(a)に示すように、裏当金31が周方向に沿って取付けられている。裏当金31は、下部鋼管柱20の上端縁面23から鉛直方向(下部鋼管柱20の長手方向)に突出しており、下部鋼管柱20に上部鋼管柱10を配置する際に、裏当金31の突出した部分が、上部鋼管柱10に内挿される。
このような裏当金31により、後述するように、上部鋼管柱10の傾きを調整した際に、上部鋼管柱10と下部鋼管柱20との間隙を、裏当金31で覆うことができるので、溶接時に、溶融した溶接材料が、鋼管柱1の内部に入り込むことを防止することができる。なお、本実施形態では、裏当金31を、下部鋼管柱20の内壁面に取付けたが、たとえば、上部鋼管柱10の下端縁面13から突出するように、裏当金を上部鋼管柱10の内壁面に取付けてもよい。
仮固定工程S1では、まず、下部鋼管柱20に上部鋼管柱10を配置するとともに、裏当金31の突出した部分を、上部鋼管柱10に内挿する。建て入れ治具3の上側の端部を、ボルト等を用いてエレクションピース11に締結し、その下側の端部を、ボルト等を用いてエレクションピース21に締結する。これにより、上部鋼管柱10と下部鋼管柱20とのエレクションピース11、21同士を建て入れ治具3で連結し、上部鋼管柱10と下部鋼管柱20とを仮固定することができる。
次に、下部鋼管柱20の上側に配置された上部鋼管柱10の傾きを調節する。これにより、上部鋼管柱10と下部鋼管柱20との鉛直度を調整し、上部鋼管柱10と下部鋼管柱20を合わせることができる。
ここでは、建て入れ治具3の構造の詳細な説明を省略するが、各建て入れ治具3は、上下に配置された2つのエレクションピース11、21同士の間の距離を調節可能に構成されている。これにより、図2に示すように、上下に配置された上部鋼管柱10と下部鋼管柱20との隙間を調節することが可能であるとともに、上側に配置された上部鋼管柱10の傾きを調節することができる。後述する溶接工程7の後またはその途中で、除去工程S8において、建て入れ治具3はエレクションピース11、21から取り外され、上部鋼管柱10および下部鋼管柱20から、エレクションピース11、21は切断される。
2.レール取付工程S2について
図1に示すレール取付工程S2を行う。この工程では、下部鋼管柱20を挟むように、下部鋼管柱20に一対のレール73、73を、取付ける。本実施形態では、下部鋼管柱20の4つの平面部のうち、反対側に位置する2つの平面部のそれぞれには、一対の支持片78、78が溶接されている。本実施形態では、まず、下部鋼管柱20に、第1支持部材71で挟むように、支持片78、78に、第1支持部材71を固定する。本実施形態では、第1支持部材71は、H形鋼などの長尺状の部材であり、後述する多関節ロボット(ロボットアーム)80が、走行するレール73と直交する方向に延在している。
図1に示すレール取付工程S2を行う。この工程では、下部鋼管柱20を挟むように、下部鋼管柱20に一対のレール73、73を、取付ける。本実施形態では、下部鋼管柱20の4つの平面部のうち、反対側に位置する2つの平面部のそれぞれには、一対の支持片78、78が溶接されている。本実施形態では、まず、下部鋼管柱20に、第1支持部材71で挟むように、支持片78、78に、第1支持部材71を固定する。本実施形態では、第1支持部材71は、H形鋼などの長尺状の部材であり、後述する多関節ロボット(ロボットアーム)80が、走行するレール73と直交する方向に延在している。
次に、下部鋼管柱20を挟むように、一対の第2支持部材72を一対の第1支持部材71に跨って固定する。第2支持部材72は、長尺状の部材であり、第2支持部材72には、長手方向に沿ってレール73が取付けられているので、下部鋼管柱20を挟むように、下部鋼管柱20に一対のレール73、73を、取付けることができる。なお、本実施形態では、第1支持部材71と第2支持部材72とを用いて、下部鋼管柱20にレール73を取付けたが、たとえば、剛性が確保することができるのであれば、下部鋼管柱20に、レール73を取付けてもよい。
本実施形態では、レール73は、リニアガイドレールであり、レール73には、台車(スライダ)74が取付けられている。台車74は、図示しないモータにより、レール73に沿って走行自在となっている。なお、本実施形態では、台車74の走行制御、後述する多関節ロボット80の駆動制御、多関節ロボット80の先端に取付けられたトーチ92による溶接条件に応じた溶接等は、制御装置(図示せず)により行われるが、たとえば、これらの作業の少なくとも一部を作業者により行ってもよい。
3.ロボット設置工程S3について
次に、図1に示すロボット設置工程S3を行う。この工程では、多関節ロボット80を、台車74に設置する。本実施形態で用いる多関節ロボット80は、6軸で回動するロボットであり、溶接機に接続された溶接用ロボットである。
次に、図1に示すロボット設置工程S3を行う。この工程では、多関節ロボット80を、台車74に設置する。本実施形態で用いる多関節ロボット80は、6軸で回動するロボットであり、溶接機に接続された溶接用ロボットである。
多関節ロボット80は、溶接機(図示せず)に接続された溶接用ロボットであり、多関節ロボット80は、台車74に取付けられる基台82と、基台82に載置され、基台82に対して旋回する旋回台83と、を備えている。旋回台83には、ロアアーム84が枢動自在に取付けられている。ロアアーム84の先端には、関節部85が枢動自在に取付けられている。関節部85には、アッパアーム86が、長手方向を軸心として回動自在に取付けられている。
さらに、アッパアーム86の先端には、エンドエフェクタとなる溶接機のトーチ92を支持する支持アーム87が取付けられている。支持アーム87は、アッパアーム86に対して、トーチ92には、溶接ワイヤを送給するケーブル91が接続されており、ケーブル91の基端は溶接ワイヤを送給する送給装置(図示せず)に接続されている。
4.第1溶接工程S4について
次に、図1に示す第1溶接工程S4を行う。この工程では、上部鋼管柱10と下部鋼管柱20との溶接を、多関節ロボット80で行う。本実施形態では、図4に示すように、対向するレール73、73の間の空間を境界線で仕切った領域A、Bにおいて、それぞれの多関節ロボット(溶接用ロボット)80が溶接を行うように、設定されている。この設定された領域A、B内において、各多関節ロボット80で溶接する際には、トーチ92を開先30の溶接ラインに沿って移動させながら、トーチ92の先端から開先30に溶接材料を供給する。具体的には、周方向に沿って周回する開先30(の溶接ライン)を、4つの治具間溶接区間1L、1R、…に分割する。本実施形態では、エレクションピース11、21を挟んだ4つの区間で開先30の溶接ラインを分割している。
次に、図1に示す第1溶接工程S4を行う。この工程では、上部鋼管柱10と下部鋼管柱20との溶接を、多関節ロボット80で行う。本実施形態では、図4に示すように、対向するレール73、73の間の空間を境界線で仕切った領域A、Bにおいて、それぞれの多関節ロボット(溶接用ロボット)80が溶接を行うように、設定されている。この設定された領域A、B内において、各多関節ロボット80で溶接する際には、トーチ92を開先30の溶接ラインに沿って移動させながら、トーチ92の先端から開先30に溶接材料を供給する。具体的には、周方向に沿って周回する開先30(の溶接ライン)を、4つの治具間溶接区間1L、1R、…に分割する。本実施形態では、エレクションピース11、21を挟んだ4つの区間で開先30の溶接ラインを分割している。
図4に示す治具間溶接区間1L、1R、…ごとに溶接する場合には、治具間溶接区間1L、1R、…の境界にあるエレクションピース11、21を、多関節ロボット80が通過する際に、一旦溶接が中断され、溶接条件が変更されるため、よりスムーズに溶接をすることができる。なお、この溶接の中断時に、トーチ92等の清掃を自動で行うこともできる。
ここで、トーチ92を開先30の溶接ラインに沿って複数回移動させながら、溶接材料を供給し、多層肉盛り部となる溶接部分(ビード)36を形成してもよい。この際には、トーチ92の先端部に位置する溶接点の位置とトーチ92の方向は、移動ごとに異なるため、このような溶接を行う際には、多関節ロボットにより溶接を行うことが適している。また、各治具間溶接区間1L、1R、…において、トーチ92を移動させて、溶接材料を肉盛る回数は同じであることが好ましい。これにより、溶接部(ビード)に段差が形成されることを抑えることができる。
本実施形態では、一対の多関節ロボット80、80のトーチ92の先端を、鋼管柱1の中心軸を挟んで対向させながら、上部鋼管柱10と下部鋼管柱20との溶接を行う。これにより、上部鋼管柱10および下部鋼管柱20への溶接時の熱を、鋼管柱1の中心軸を挟んで対称に入熱することができる。この結果、鋼管柱1の中心軸の歪み等を抑えることができる。
なお、実施形態では、溶接工程S7における多関節ロボット80の制御は、多関節ロボット80の制御装置(図示せず)により行われ、溶接条件、ロボットの動作などは、予めプログラムに記憶され、作業者により分割した治具間溶接区間1L、1R、…が制御装置に入力される。これにより、溶接工程S7における一連の作業を自動で行うことができる。
ここで、第1溶接工程S4および後述する第2溶接工程S6では、図5(a)に示すように、開先30の斜め上方から、トーチ92により、溶融した溶接材料を供給する。また、図5(b)に示すように、トーチ92の移動方向Dの後方側に向かってトーチ92を傾斜させながら、後退法で溶接を行う(後退角度αで溶接を行う)。必要に応じて、図5(c)に示すように、トーチ92の移動方向Dの前方側に向かってトーチ92を傾斜させながら、前進法で溶接を行う(前進角度βで溶接を行う)。
本実施形態では、鋼管柱1の周方向に沿って仮固定された建て入れ治具3、3間において、上部鋼管柱10と下部鋼管柱20との溶接を、多関節ロボット80で行う際に、一方の建て入れ治具3から他方の建て入れ治具3までの間の各治具間溶接区間1R、1L、2R、2Lを、以下に示す、第1~第3溶接区間Pa~Pcに区分して、溶接を行う。
図4、図6、および図7に示すように、第1溶接区間Paでは、一方の建て入れ治具3が対向する位置から、トーチ92の移動方向Dの後方側に向かってトーチ92を傾斜させる。この状態で、トーチ92を移動するに従って、鋼管柱1の表面の法線方向に対してトーチの傾斜角度(後退角度)αを減少させながら溶接を行う。ここで、第1溶接区間Paの始点では、トーチ92が一方の建て入れ治具3に機械的に干渉せずに安定した品質の溶接が行えればよく、第1溶接区間Paの始点におけるトーチ92の傾斜角度(後退角度)は、30°~45°の範囲であり、第1溶接区間Paの終点における傾斜角度(後退角度)は、5°~25°の範囲にあることが好ましく、これらの範囲内において、第1溶接区間Paの始点から終点までの間において、後退角度を減少させながら溶接を行う。たとえば、第1溶接区間Paでは、トーチ92の傾斜角度(後退角度)αを45°~10°に変化させる。
これにより、一方の建て入れ治具3と対向する位置にある開先30に、後退角度αで溶融した溶接材料を安定して溶接することができる。さらに、一方の建て入れ治具3がトーチ92に接触することを回避しながら、後述する第2溶接区間Pbにおける姿勢まで、トーチ92の傾斜角度を変更することができる。
第2溶接区間Pbは、第1溶接区間Paに連続している。第2溶接区間Pbでは、第1溶接区間Paの終端におけるトーチ92の傾斜角度(後退角度)αを維持し、トーチ92の移動方向Dの後方側に向かってトーチ92を傾斜させながら溶接を行う。第2溶接区間Pbは、鋼管柱1の平面部10a(20a)との間を繋ぐR角部10b(20b)を含む。なお、R角部10b(20b)の表面の法線方向とは、水平方向に沿った鋼管柱1の断面において、R角部10b(20b)の表面と直交する方向である。ここで、第2溶接区間Pbの後退角度は、5°~25°の範囲にあることが好ましく、たとえば、10°である。これにより、第2溶接区間Pbでも、一定の後退角度βで、開先30に対して、溶融した溶接材料を供給し、安定した溶接を行うことができる。
このように、第1および第2溶接区間Pa、Pbでは、トーチ92の移動方向の後方に向くように、トーチ92を傾斜させながら溶接を行う(すなわち後退法で溶接を行う)。このような後退法では、溶融した溶接材料が、アークを先行せず、溶融した溶接材料が、トーチ92の移動方向Dの後方に押し上げられるため、開先30内において、溶融した溶接材料が溶け込み易く、安定した溶接をより確実に行うことができる。
鋼管柱1のR角部10b(20b)は、表面が湾曲しているため、溶融した溶接材料により、安定したビード36を形成し難いところ、トーチ92の移動方向Dの後方側に向かってトーチ92を、一定の後退角度αで傾斜させながら溶接を行うことができる。これにより、鋼管柱1のR角部10b(20b)における開先30に対して、溶融した溶接材料を安定して供給ながら溶接を行うことができる。
さらに、第3溶接区間Pcは、第2溶接区間Pbに連続している。第3溶接区間Pcでは、第2溶接区間Pbの終端におけるトーチ92の傾斜角度(後退角度)βから、トーチ92の移動方向に前方側に向かってトーチ92の傾斜を変化させる。具体的には、鋼管柱1の表面の法線方向に対して傾斜角度(前進角度)βをさらに増加させながら、他方の建て入れ治具3が対向する位置まで溶接を行う。ここで、第3溶接区間Pcの始点の角度は、第2溶接区間Pcの終点の角度を維持し、第3溶接区間Pcの終点の角度は、トーチ92が他方の建て入れ治具3に機械的に干渉せずに安定した品質の溶接が行えればよい。たとえば、第3溶接区間Pcの始点におけるトーチ92の傾斜角度(後退角度)αは、5°~25°の範囲であり、第3溶接区間Pcの終点における傾斜角度(前進角度)βは、30°~45°の範囲にあることが好ましく、これらの範囲内において、第3溶接区間Pcの始点から終点までの間において、トーチ92の後退角度を前進角度に変化させ、続けて前進角度を増加させながら溶接を行う。
これにより、鋼管柱1の表面の法線方向に対して傾斜角度(前進角度)βをさらに増加させながら、他方の建て入れ治具3の対向する位置まで溶接を行うことができるので、他方の建て入れ治具3にトーチ92が接触することを回避することができる。
なお、本実施形態では、多関節ロボット80により、治具間溶接区間1Rの溶接を行った後、多関節ロボット80の姿勢を入れ替えて、治具間溶接区間1Lを引き続き行う。治具間溶接区間1Rでも、第1溶接区間Pa~Pcを設定し、溶接を行う。これを1パス目の溶接として、2パス目は、治具間溶接区間1Lにおいて、境界部分の建て入れ治具3から順に、第1溶接区間Pa~Pcを設定し、溶接を行い、続けて、治具間溶接区間1Rにおいて、レール73と対向する建て入れ治具3から順に、第1溶接区間Pa~Pcを設定し、溶接を行う。これらの区間を往復するように、複数回溶接を繰り返す。したがって、前のパスにおいて、前進法で溶接を行った第3溶接区間Pcは、その後のパスにおいて、後退法で溶接を行う第1溶接区間Paとなるため、安定した溶接を実現することができる。
5.撤去工程S5について
撤去工程S5では、鋼管柱の全周にわたって、前記溶接区間における溶接を複数回行った後、建て入れ治具3を鋼管柱1から撤去する。この際に、鋼管柱1からエレクションピース11、21を切断してもよい。
撤去工程S5では、鋼管柱の全周にわたって、前記溶接区間における溶接を複数回行った後、建て入れ治具3を鋼管柱1から撤去する。この際に、鋼管柱1からエレクションピース11、21を切断してもよい。
6.第2溶接工程S6について
撤去工程S5後に、第2溶接工程S6を行う。ここでは、各多関節ロボット80により溶接する溶接区間1T、2Tのうち、溶接開始の区間と溶接終了の区間を少なくとも除く区間において、トーチ92の移動方向の後方側に向かって、トーチ92を傾斜させながら溶接を行う。
撤去工程S5後に、第2溶接工程S6を行う。ここでは、各多関節ロボット80により溶接する溶接区間1T、2Tのうち、溶接開始の区間と溶接終了の区間を少なくとも除く区間において、トーチ92の移動方向の後方側に向かって、トーチ92を傾斜させながら溶接を行う。
この工程では、図8に示すように、溶接区間1T、2Tにおいて、第1溶接工程S4と同じように、第1~第3溶接区間Pa~Pcにおいて、上部鋼管柱10と下部鋼管柱20との溶接を行う。この工程では、溶接区間1T、2Tのそれぞれにおいて、トーチ92を往復させながら、設定した第1~第3溶接区間Pa~Pcで溶接を行う。図8の例では、往路の溶接を示しており、復路の溶接の場合には、これらの区間を逆に設定する。なお、本実施形態では、第1~第3溶接区間Pa~Pcを設定して溶接を行ったが、溶接区間1T、2Tをすべて、一定の後退角度αで溶接してもよい。
この工程では、建て入れ治具3を鋼管柱1から撤去した後も、各多関節ロボット80により溶接する溶接区間1T、2Tのうち、溶接開始の区間(たとえば第1溶接区間Pa)と溶接終了の区間(たとえば第3溶接区間Pc)を少なくとも除く区間(たとえば第2溶接区間Pb)において、トーチ92の移動方向Dの後方側に向かって、トーチ92を傾斜させながら安定した溶接を行うことができる。また、レール73と対向する位置に配置された建て入れ治具3を撤去した位置は、後退法および前進法による溶接部分が形成されているが、建て入れ治具3を撤去した後、この位置において一定の後退角度αで複数回溶接を行うことができる。
図9は、変形例に係る鋼管柱1の溶接方法を説明するための模式的斜視図である。
この変形例では、溶接工程において、上部鋼管柱10および下部鋼管柱20を1組として、水平方向に沿って、一方向に配列された複数組(図10では2組)の上部鋼管柱10および下部鋼管柱20の溶接を行う。
この変形例では、溶接工程において、上部鋼管柱10および下部鋼管柱20を1組として、水平方向に沿って、一方向に配列された複数組(図10では2組)の上部鋼管柱10および下部鋼管柱20の溶接を行う。
レール取付工程S2において、図9に示すように、2組の上部鋼管柱10および下部鋼管柱20に対して、各下部鋼管柱20を挟み込むように、下部鋼管柱20に一対のレール73を、取付ける。第1および第2溶接工程S4、S6において、各多関節ロボット80をレール73に沿って走行させながら、各組における上部鋼管柱10と下部鋼管柱20との溶接を順次連続して行う。
この変形例では、レール73に沿って、一対の多関節ロボット80、80を走行させながら、隣接する各組の上部鋼管柱10と下部鋼管柱20との溶接を連続して順次行うことができる。これにより、従来のごとく、各組ごとに上部鋼管柱10または下部鋼管柱20の周りを周回するように、ロボットを走行させるためのレールを取付けるような作業を行わなくてもよく、複数の鋼管柱1の溶接を順次連続して行うことができる。
さらに、レール取付工程S2において、図10に示すように、同じフロアに配置される複数組の上部鋼管柱10および下部鋼管柱20に対して、各下部鋼管柱20を挟み込むように、ストレート部分73aとカーブ部分73bを組み合わせた一対のレール73A、73Bを、下部鋼管柱20に、取付けてもよい。次に、第1および第2溶接工程S4、S6において、各多関節ロボット80をレール73A、73Bに沿って走行させながら、各組における上部鋼管柱10と下部鋼管柱20との溶接を順次行う。ここで、各レール73A(73B)に複数台の多関節ロボット80を配置し、複数台の多関節ロボット80で、溶接を行ってもよい。
以上、本発明の一実施形態について詳述したが、本発明は、前記の実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の精神を逸脱しない範囲で、種々の設計変更を行うことができるものである。
1:鋼管柱、3:建て入れ治具、10:上部鋼管柱、11:エレクションピース、20:下部鋼管柱、21:エレクションピース、30:開先、80:溶接用ロボット(多関節ロボット)、92:トーチ、1L、1R、2R、2L:治具間溶接区間、Pa:第1溶接区間、Pb:第2溶接区間、Pc:第3溶接区間
Claims (4)
- エレクションピースを建て入れ治具で連結して仮固定された上部鋼管柱と下部鋼管柱との開先に、溶接用ロボットに取付けられたトーチの先端から、溶融した溶接材料を供給しながら前記トーチを前記開先に沿って移動させ、前記上部鋼管柱と前記下部鋼管柱とを溶接する鋼管柱の溶接方法であって、
前記溶接方法は、前記鋼管柱の周方向に沿って仮固定された建て入れ治具間において、前記上部鋼管柱と前記下部鋼管柱との溶接を、前記溶接用ロボットで行う際に、
一方の建て入れ治具から他方の建て入れ治具までの間の治具間溶接区間は、
前記一方の建て入れ治具が対向する位置から、前記トーチの移動方向の後方側に向かって前記トーチを傾斜させた状態で、前記トーチを移動するに従って、前記鋼管柱の表面の法線方向に対して前記トーチの傾斜角度を減少させながら溶接を行う第1溶接区間と、
前記第1溶接区間に連続し、前記第1溶接区間の終端における前記トーチの傾斜角度を維持し、前記トーチの移動方向の後方側に向かって前記トーチを傾斜させながら溶接を行う第2溶接区間と、
前記第2溶接区間に連続し、前記第2溶接区間の終端における前記トーチの傾斜角度から、前記トーチの移動方向に前方側に向かって前記トーチの傾斜を変化させつつ、前記鋼管柱の表面の法線方向に対して前記傾斜角度をさらに増加させながら、前記他方の建て入れ治具が対向する位置まで溶接を行う第3溶接区間と、
を有することを特徴とする鋼管柱の溶接方法。 - 前記鋼管柱は、角形の鋼管柱であって、前記建て入れ治具は平面部に設置されており、前記第2溶接区間は、前記鋼管柱の前記平面部との間を繋ぐR角部を含むことを特徴とする請求項1に記載の鋼管柱の溶接方法。
- 前記第1溶接区間において、前記トーチの移動量に合わせて、線形的に前記トーチの傾斜角度を減少させ、
前記第3溶接区間において、前記トーチの移動量に合わせて、線形的に前記トーチの傾斜角度を増加させることを特徴とする請求項1または2に記載の鋼管柱の溶接方法。 - 前記溶接用ロボットは、多関節ロボットであり、
前記溶接の前に、前記下部鋼管柱を挟むように、前記下部鋼管柱に一対のレールを取付けるレール取付工程を含み、
前記溶接において、前記多関節ロボットを前記レールに沿って走行させながら、前記上部鋼管柱と前記下部鋼管柱との溶接を行うものであり、
前記鋼管柱の全周にわたって、前記治具間溶接区間における溶接を複数回行った後、
前記建て入れ治具を前記鋼管柱から撤去し、
各多関節ロボットにより溶接する溶接区間のうち、溶接開始の区間と溶接終了の区間を少なくとも除く区間において、前記トーチの移動方向の後方側に向かって、前記トーチを傾斜させながら溶接を行うことを特徴とする請求項1~3のいずれか一項に記載の鋼管柱の溶接方法。
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JP2022057051A JP2023148811A (ja) | 2022-03-30 | 2022-03-30 | 鋼管柱の溶接方法 |
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