(57)【要約】      （修正有）【課題】溶接部を撮像するボアスコープを採用し、鮮明な画像を撮像可能にした狭開先用溶接装置を提供する。【解決手段】溶接トーチ10の先端から突出する電極11と母材又は溶接ビードとの間にアークを発生させて母材に形成された狭開先を溶接する溶接手段と、溶接部に添加ワイヤ41を供給するワイヤトーチ50と、溶接部W近傍に不活性ガスを流して溶接部を外気から遮蔽するガスシールド手段20と、溶接部Wを監視する為の画像を撮像する撮像手段30とを備えた狭開先用溶接装置1において、前記撮像手段30は、狭開先内に部分的に挿入されるボアスコープ33であって、溶接トーチ10とワイヤトーチ50との間に配設されたボアスコープ33を備え、ボアスコープ33とワイヤトーチ50を取り付けた共通の取付け部材4と、この取付け部材4を支持するベース部材3に取付け部材4を狭開先の長さ方向へ位置調節可能に固定する可変固定機構とを設けた。【選択図】図２
2014124671.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
溶接トーチの先端から突出する電極と母材又は溶接ビードとの間にアークを発生させて母材に形成された狭開先を溶接する溶接手段と、溶接部に添加ワイヤを供給するワイヤトーチと、溶接部近傍に不活性ガスを流して溶接部を外気から遮蔽するガスシールド手段と、溶接部を監視する為の画像を撮像する撮像手段とを備えた狭開先用溶接装置において、
前記撮像手段は、狭開先内に部分的に挿入されるボアスコープであって、前記溶接トーチとワイヤトーチとの間に配設されたボアスコープを備え、
前記ボアスコープとワイヤトーチを取り付けた共通の取付け部材と、
前記取付け部材を支持するベース部材に取付け部材を狭開先の長さ方向へ位置調節可能に固定する可変固定機構とを設けたことを特徴とする狭開先用溶接装置。
【請求項２】
前記ガスシールド手段は、狭開先内において前記電極に対する前進側と追従側の両側に配置された１対のシールドガスノズルを備え、
前記ボアスコープによる撮像視界を広げるため、前記前進側のシールドガスノズルの下端面を追従側のシールドガスノズルの下端面よりも高い位置に設定したことを特徴とする請求項１に記載の狭開先用溶接装置。
【請求項３】
前記ボアスコープは前記取付け部材に上下方向へ位置調節可能に取り付けられていることを特徴とする請求項２に記載の狭開先用溶接装置。
【請求項４】
前記ワイヤトーチは前記取付け部材に上下方向へ位置調節可能に取り付けられていることを特徴とする請求項３に記載の狭開先用溶接装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、厚板状の金属部材に形成された狭開先を溶接する狭開先用溶接装置に関し、特に接部監視用のボアスコープを採用したものに関する。
【背景技術】
【０００２】
種々の圧力容器、高温高圧の流体を流すボイラー用配管、ＬＮＧ船の球形タンク等には、アルミニウム、ステンレス鋼、高合金鋼、構造用鋼等の何れかの材料からなる厚板状の金属部材を溶接することで製作される。この種の溶接接合部の残留応力を抑え、母材に対する溶接時の入熱量を抑え、製品品質低下防止の為に溶接歪みや熱影響部を低減し、溶接コストの低減を図るため、開先幅が５〜１２ｍｍの狭開先によるアーク溶接が適用される場合が多い。
【０００３】
ステンレス鋼や高合金鋼からなる母材の場合には、非消耗電極式の狭開先ＴＩＧ溶接が適用される場合が多く、低合金鋼や普通鋼からなる母材の場合には、消耗電極式の狭開先ＧＭＡ溶接が適用される場合が多い。
【０００４】
狭開先以外の開先を形成した母材を自動溶接機で溶接する場合、通常、ビデオカメラにより溶接部を撮像し、必要に応じてその画像をテレビで視ながら溶接状況を確認したり、種々の溶接条件（電流・電圧、トーチ側電極の位置・振り幅、電極に対するワイヤ先端の位置、ワイヤの振り幅）を適切に調整する技術も実用化されている。
【０００５】
しかし、板厚の大きな母材を狭開先溶接で溶接する場合には、ビデオカメラを狭開先の外部に配置して撮像することになるため、溶接部までの距離が大きくなり、撮像条件が悪化するため、実用に供し得る画像を撮像することが難しい。その上、ビデオカメラの位置が溶接トーチの前方に大きく離隔した位置になるため、狭開先の終端側に障害物が突出しているような場合には、ビデオカメラが障害物に衝突して破損してしまう虞がある。
【０００６】
特許文献１に記載の狭開先用溶接装置は、溶接対象の狭開先に沿って移動可能な移動台車に装備される溶接装置であり、この狭開先用溶接装置は、移動台車に支持された取付板、この取付板に装備された溶接トーチ、ワイヤを供給するワイヤトーチ、ビデオカメラ及びロッド形スコープ、狭開先内に不活性ガスのシールドを形成する為の遮蔽箱などを備えている。
【０００７】
前記ロッド形スコープは、狭開先内に挿入されて溶接部の画像をビデオカメラに供給するものであり、２重の鞘体の内部に収容した屈折率分布型ロッドレンズと、下端部に設けたプリズムと、２重の鞘体間に形成した冷却ガス通路とを有する。
この狭開先用溶接装置において、溶接トーチの溶接進行方向前側近傍位置にワイヤトーチが装備され、このワイヤトーチの前側近傍位置にロッド形スコープが装備されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２００３−２２０４６９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
以上のように、特許文献１の狭開先用溶接装置においては、溶接トーチの前側に配置したワイヤトーチよりも前側にロッド形スコープを配置するため、溶接部からロッド形スコープの下端までの距離が大きくなるため、溶接部を撮像した鮮明な画像を得るのが難しいという問題がある。
【００１０】
しかも、ロッド形スコープは、２重の鞘体の内部に収容した屈折率分布型ロッドレンズを装備しているため、ロッド形スコープの外径が大きくなる虞があり、ロッド形スコープの外径を小さくしようとすると、ロッドレンズの径が細くなって画質が低下する。
【００１１】
本発明の目的は、狭開先溶接の溶接部を撮像する簡単な構造のボアスコープを採用し、その配置に工夫を凝らすことで、鮮明な画像を撮像可能にした狭開先用溶接装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
請求項１の狭開先用溶接装置は、溶接トーチの先端から突出するトーチ側電極と母材又は溶接ビードとの間にアークを発生させて母材に形成された狭開先を溶接する溶接手段と、溶接部に添加ワイヤを供給するワイヤトーチと、溶接部近傍に不活性ガスを流して溶接部を外気から遮蔽するガスシールド手段と、溶接部を監視する為の画像を撮像する撮像手段とを備えた狭開先用溶接装置において、前記撮像手段は、狭開先内に部分的に挿入されるボアスコープであって、前記溶接トーチとワイヤトーチとの間に配設されたボアスコープを備え、前記ボアスコープとワイヤトーチを取り付けた共通の取付け部材と、前記取付け部材を支持するベース部材に取付け部材を狭開先の長さ方向へ位置調節可能に固定する可変固定機構とを設けたことを特徴とする。
【００１３】
請求項２の狭開先用溶接装置は、請求項１の発明において、前記ガスシールド手段は、狭開先内において前記トーチ側電極に対する前進側と追従側の両側に配置された１対のシールドガスノズルを備え、前記ボアスコープによる撮像視界を広げるため、前記前進側のシールドガスノズルの下端面を追従側のシールドガスノズルの下端面よりも高い位置に設定したことを特徴としている。
【００１４】
請求項３の狭開先用溶接装置は、請求項２の発明において、前記ボアスコープは前記取付け部材に上下方向へ位置調節可能に取り付けられていることを特徴としている。
【００１５】
請求項４の狭開先用溶接装置は、請求項３の発明において、前記ワイヤトーチは前記取付け部材に上下方向へ位置調節可能に取り付けられていることを特徴としている。
【発明の効果】
【００１６】
請求項１の発明によれば、前記撮像手段は、狭開先内に部分的に挿入されるボアスコープを備え、このボアスコープは前記溶接トーチとワイヤトーチとの間に配設されているため、溶接部からボアスコープの下端部までの距離を小さくすることができるため、溶接部を撮像した画像の鮮明度を高めることができる。しかも、ボアスコープは、狭開先の幅の許す範囲で極力径の大きいものを採用することができるため、溶接部を撮像した画像の画素数を多くして画質を高めることができる。
【００１７】
また、前記ボアスコープとワイヤトーチを取り付けた共通の取付け部材と、前記取付け部材を支持するベース部材に取付け部材を狭開先の長さ方向へ位置調節可能に固定する可変固定機構とを設けたため、狭開先の深さや幅、母材の材質などの溶接条件に応じてベース部材に対する取付け部材の位置を調節することで、溶接トーチに対するボアスコープとワイヤトーチの位置を調節することができ、溶接品質を確保することができる。
【００１８】
請求項２の発明によれば、前記ガスシールド手段は、狭開先内において前記トーチ側電極に対する前進側と追従側の両側に配置された１対のシールドガスノズルを備え、前記ボアスコープによる撮像視界を広げるため、前進側のシールドガスノズルの下端面を追従側のシールドガスノズルの下端面よりも高い位置に設定したため、前進側のシールドガスノズルの下端部がボアスコープの撮像視界に入りにくくなるため、撮像手段で撮像する画像が見易くなる。
【００１９】
請求項３の発明によれば、前記ボアスコープは前記取付け部材に上下方向へ位置調節可能に取り付けられているため、ボアスコープの高さ位置を必要に応じて簡単に調節することができる。
請求項４の発明によれば、前記ワイヤトーチは前記取付け部材に上下方向へ位置調節可能に取り付けられているため、ワイヤトーチの高さ位置を必要に応じて簡単に調節することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明の実施例の狭開先用溶接装置で溶接している状態を示す斜視図である。
【図２】前記狭開先用溶接装置の斜視図である。
【図３】前記狭開先用溶接装置の側面図である。
【図４】前記狭開先用溶接装置の平面図である。
【図５】取付け部材と可変固定機構等の分解斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
以下、本発明を実施するための形態について、実施例に基づいて説明する。
【実施例】
【００２２】
本実施例に係る狭開先用溶接装置１について、図１〜図５に基づいて説明する。
図１に示すように、この狭開先用溶接装置１（以下、溶接装置という）は、母材Ｍ１，Ｍ２の間に形成された狭開先Ｇを自動的にＴＩＧ溶接する溶接装置である。
この溶接装置１は、狭開先Ｇに沿って配置されたレール上を自走可能な移動台車（図示省略）に装備されている。尚、本実施例の狭開先Ｇの幅は例えば８〜１２ｍｍであり、母材Ｍ１，Ｍ２の厚さは２００〜３００ｍｍである。
【００２３】
この溶接装置１を取り付けるベース部材３は移動台車側のフレーム２に固定されており、フレーム２は移動台車に装備された昇降機構を介して高さ位置を調節可能に構成され、狭開先Ｇ内の溶接ビードの積層数が増すのに応じて溶接部Ｗの位置が高くなるため、フレーム２の高さ位置（溶接装置１の高さ位置）が上方へ少しずつ調節される。尚、「溶接部Ｗ」は溶接実行中のアーク発生部位を意味し、溶接進行方向を基準として前方を前進側、後方を追従側とし、前進側に向って左右方向を左右方向とする。
【００２４】
図１〜図４に示すように、この溶接装置１は、溶接トーチ１０と、溶接部Ｗを外気から遮蔽するガスシールド手段２０と、溶接部Ｗを監視する為の画像を撮像する撮像手段３０と、ワイヤリール４０と、このワイヤリール４０から供給される溶接用ワイヤ４１を案内して溶接部Ｗへ供給するワイヤトーチ５０とを備えている。なお、ワイヤーリール４０は、ベース部材３ではなく、図示しない移動台車に設けてもよい。
【００２５】
前記撮像手段３０は、ビデオカメラ３１と、狭開先Ｇ内に一部が挿入されるボアスコープ３２であって溶接トーチ１０とワイヤトーチ５０との間に配設されたボアスコープ３２を備えている。さらに、溶接装置１には、ボアスコープ３３とワイヤトーチ５０を取り付けた共通の取付け部材４が設けられ、この取付け部材４を取り付けるベース部材３に、取付け部材４を狭開先の長さ方向へ位置調節可能に固定する可変固定機構６０も設けられている。
【００２６】
前記溶接トーチ１０は、その中心部にタングステン電極１１を有し、前記ガスシールド手段２０は、狭開先Ｇ内においてタングステン電極１１に対する前進側と追従側の両側に配置された１対のシールドガスノズル２１，２２を備えている。
溶接トーチ１１は、ベース部材３に固定解除可能に固定されたボックス状の機構収容部１２に取り付けて支持されている。
【００２７】
溶接トーチ１０は、円筒部１３と、２次シールドボックス１４と、薄形角柱部１５と、薄形角柱部１５の先端付近にボルト等で取り付けられたタングステン電極１１を有する。タングステン電極１１の下端部分は鉛直線に対して前進方向へ約３０度屈曲しており、機構収容部１２内に装備した回動部によりタングステン電極１１の先端部を狭開先Ｇの幅に応じた振り幅で揺動可能に構成されている。タングステン電極１１は、電力ケーブル１１ａを介して溶接電源ユニット（図示略）の負極端子に接続され、母材Ｍ１，Ｍ２が溶接電源ユニットの正極端子に接続され、溶接時には、タングステン電極１１と母材Ｍ１，Ｍ２又は溶接ビード間にアーク放電が形成され、ワイヤトーチ５０から供給されるワイヤ４１を溶融させて狭開先Ｇ内に溶接ビードを積層していく。
【００２８】
前記２次シールドボックス１４にはアルゴンガスを供給するガス供給管１６が接続され、その形状は、円柱状に限らず、角柱状であってもよい。２次シールドボックス１４に供給されるアルゴンガスは薄形角柱部１５内を通って１対のシールドガスノズル２１，２２へ供給され、これらシールドガスノズル２１，２２の下端から流出して溶接部Ｗを外気からガスシールドする。薄形角柱部１５は、狭開先Ｇ内へ挿入される関係上、狭開先Ｇの幅方向の幅が小さい偏平形状に形成され、この薄形角柱部１５の下端部に連なる１対のシールドガスノズル２１，２２が形成されている。尚、シールドガスノズル２１，２２の水平断面形状は偏平な矩形である。
【００２９】
追従側のシールドガスノズル２１の前側面は鉛直向きで且つ後側面は下方程前方へ移行するように傾斜し、このシールドガスノズル２１の下端面は前方程高くなる傾斜状に形成され、その下端にガス噴出口が形成されている。前進側のシールドガスノズル２２の後側面は鉛直向きで且つ前側面は下方程後方へ移行するように傾斜し、このシールドガスノズル２２の下端面は水平に形成され、その下端にガス噴出口が形成されている。
ボアスコープ３３による撮像視界を広げるため、前進側のシールドガスノズル２２の下端面は、追従側のシールドガスノズル２１の下端面よりも高い位置に設定されている。
【００３０】
前記撮像手段３０において、ボアスコープ３３の上端側にはビデオカメラ３１が配置され、ビデオカメラ３１の下側のケース３２内には２倍拡大レンズと遮光ガラス板が格納されており、遮光ガラス板は遮光位置と非遮光位置とに切換え可能に構成されている。
ボアスコープ３３は例えば、斜視型の例えば８ｍｍ径のストレートのボアスコープ（工業用内視鏡）であり、ボアスコープ３３の上端近傍部が押え具３４を介して取付け部材４に上下位置調節可能に固定されている。ボアスコープ３３は、タングステン電極１１の先端近傍の溶接部Ｗを撮像した画像をビデオカメラ３１に供給する。
【００３１】
ワイヤトーチ５０は、ワイヤリール４０から供給されるワイヤ４１（添加ワイヤ）を案内して溶接部Ｗに供給するものである。ワイヤトーチ５０の上端部分を支持する機構収容部５５が取付け部材４に固定されている。このワイヤトーチ５０は金属製のチューブ等で構成されている。このワイヤトーチ５０は、上から順に、第１チューブ５１と、給電部５２と、第２チューブ５３と、細い第３チューブ５４とを有する。第２チューブ５３はストレートのチューブであり、第３チューブ５４の上部は湾曲し、第３チューブ５４の先端側部分は水平面に対して約３０度の角度で溶接部Ｗへ接近している。第２チューブ５３も狭開先Ｇ内へ挿入される関係上、第２チューブ５３も小径に形成されている。
【００３２】
第２チューブ５３は給電部５２と第１チューブ５１を介して機構収容部５５に連結され、上下方向位置及び左右方向位置を調節可能である。第２チューブ５３の下端部から第３チューブ５４が溶接部Ｗの方へ延び、ワイヤリール４０から送給されるワイヤ４１は第１チューブ５１、給電部５２、第２，第３チューブ５３，５４内を通って第３チューブ５４の先端から僅かに突出して溶接部Ｗへ供給される。尚、溶接電源ユニット、溶接トーチ１０を振る揺動用モータ、ビデオカメラ３１、ワイヤトーチ５０を振る揺動用モータ、ワイヤ４１を送る送りモータ等は制御ユニット（図示略）により駆動制御される。
【００３３】
次に、ボアスコープ３３とワイヤトーチ５０を支持する取付け部材４と可変固定機構６０について図５に基づいて説明する。尚、図５は、ベース部材３と取付け部材４と可変固定機構６０などを左側斜め上後方から視た分解斜視図である。
取付け部材４は、ベース部材３と直交方向向きに配設される矩形状の板部材であり、この取付け部材４の後面にボアスコープ３３が押え具３４を介して固定され、取付け部材４の前面にワイヤトーチ５０が機構収容部５５を介して固定される。
【００３４】
前記可変固定機構６０は、ベース部材３に取付け部材４を狭開先Ｇの長さ方向へ位置調節可能に固定する機構であり、次のように構成されている。
この取付け部材４の左端面には複数（例えば５つ）のボルト穴６１が縦１列に形成されており、ベース部材３には複数のボルト穴６１に対応する複数のボルト穴６２が５列前後方向に小間隔おきに形成されている。
【００３５】
取付け部材４は、ベース部材３の右側面に、前記５列のボルト穴６２のうちの何れかの列の複数のボルト穴６２と複数のボルト穴６１に５本のボルト６３を螺合することで固定される。それ故、取付け部材４の位置を狭開先Ｇの長さ方向へ５段階に切換えることができる。
【００３６】
押え具３４は、ボアスコープ３３を嵌める縦向きの凹溝３４ａと、例えば４つのビス穴３４ｂを有し、前記凹溝３４ａにボアスコープ３３を嵌めて４本のビス３５で押え具３４を取付け部材４に固定することでボアスコープ３３を取付け部材４に固定してある。ボアスコープ３３の高さ方向位置を調節する場合には、４本のビス３５を緩めてボアスコープ３３の高さ方向位置を調節してから４本のビス３５を締結する。
【００３７】
取付け部材４の前面には機構収容部５５が例えば４本のボルト５６で固定される。ワイヤトーチ５０は機構収容部５５によって高さ位置調節自在に支持されている。尚、この溶接装置１には、母材Ｍ１，Ｍ２の上面側において溶接トーチ１０とボアスコープ３３とワイヤトーチ５０を囲繞して２次シールド用シールドガスを狭開先Ｇ内へ供給する２次シールド用筒状体（図示略）も設けられる。
【００３８】
以上説明した狭開先用溶接装置１の作用、効果について説明する。
撮像手段３０にビデオカメラ３１とボアスコープ３３を採用し、このボアスコープ３３を溶接トーチ１０とワイヤトーチ５０の間に配置したため、溶接部Ｗからボアスコープ３３の下端部までの距離を小さくすることができるため、溶接部Ｗを撮像した画像の鮮明度を高めることができる。そして、ボアスコープ３３は、狭開先Ｇの幅の許す範囲で極力径の大きいものを採用することができるため、溶接部Ｗを撮像した画像の画素数を多くして画質を高めることができる。
【００３９】
前記ボアスコープ３３とワイヤトーチ５０を取り付けた共通の取付け部材４と、取付け部材４を支持するベース部材３に取付け部材４を狭開先Ｇの長さ方向へ位置調節可能に固定する可変固定機構６０とを設けたため、狭開先Ｇの深さや幅、母材Ｍ１，Ｍ２の材質などの溶接条件に応じてベース部材３に対する取付け部材４の位置（狭開先Ｇの長さ方向の位置）を調節することで、溶接トーチ１０に対するボアスコープ３３とワイヤトーチ５０の位置を調節することができ、溶接品質を確保することができる。
【００４０】
前記ガスシールド手段２０において、ボアスコープ３３による撮像視界を広げるため、前進側のシールドガスノズル２２の下端面を追従側のシールドガスノズル２１の下端面よりも高い位置に設定したため、前進側のシールドガスノズル２２の下端部がボアスコープ３３の撮像視界に入りにくくなるため、撮像手段３０で撮像する画像が見易くなる。
【００４１】
前記ボアスコープ３３は取付け部材４に上下方向へ位置調節可能に取り付けられているため、ボアスコープ３３の高さ位置を必要に応じて簡単に調節することができる。
前記ワイヤトーチは前記取付け部材に上下方向へ位置調節可能に取り付けられているため、ワイヤトーチの高さ位置を必要に応じて簡単に調節することができる。
【００４２】
ガスシールド手段２０の１対のシールドガスノズル２１，２２が下方ほど細くなるノズル形状に形成され、これらシールドガスノズル２１，２２が溶接部Ｗの近傍位置においてタングステン電極１１の前後両側に近接しているため、溶接部Ｗをガスシールドするシールド性能に優れる。
【００４３】
前記可変固定機構６０に代えて、押え具３４と機構収容部５５を固定した取付け部材４をベース部材３の右側面に沿って狭開先Ｇの長さ方向へスライド移動自在に案内するスライド機構と、スライド機構を介して狭開先Ｇの長さ方向に位置調節した取付け部材４をベース部材３に固定解除可能に固定する固定手段とを設けてもよい。
その他、当業者ならば、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々の変更を付加して実施することができることは勿論である。
【産業上の利用可能性】
【００４４】
本発明に係る狭開先用溶接装置は、厚さの大きな金属部材と金属部材の溶接接合に適用することができる。
【符号の説明】
【００４５】
Ｍ１，Ｍ２  母材
Ｗ          溶接部
Ｇ          狭開先
１       狭開先用溶接装置
３       ベース部材
４       取付け部材
１０    溶接トーチ
２０     ガスシールド手段
２１，２２    シールドガスノズル
３０      撮像手段
３３      ボアスコープ
３４      押え具
４１      添加ワイヤ
５０      ワイヤトーチ
６０      可変固定機構
【図１】
2014124671.tif 000003
【図２】
2014124671.tif 000004
【図３】
2014124671.tif 000005
【図４】
2014124671.tif 000006
【図５】
2014124671.tif 000007