(57)【要約】【課題】溶接作業と表面仕上げ作業を自動で連続的に行うことで、溶接欠陥の発生を抑制するとともに作業時間の短縮化を図ることができる自動溶接装置及び自動溶接方法を提供する。【解決手段】連結プレート１４と、連結プレート１４を少なくとも１軸方向に駆動する可動ヘッド１と、被溶接物１１に摺接し、連結プレート１４を弾性支持する支持車輪１５と、を備えて構成し、連結プレート１４には、その先端部から後端部に向かって、溶接トーチ３と、溶接部に不活性ガスを噴出する第１ガス噴出装置４と、不活性ガスを噴出する第２ガス噴出装置５と、溶接スラグ除去を行うスラグ破砕装置６と、溶接部の研磨を行う研磨装置７と、スラグ回収装置１０とを配設している。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
連結プレートと、前記連結プレートを少なくとも１軸方向に駆動する可動ヘッドと、被溶接物に摺接し、前記連結プレートを弾性支持する支持車輪と、を備え、
前記連結プレートは、その先端部から後端部に向かって、溶接トーチと、溶接部に不活性ガスを噴出する第１ガス噴出装置と、前記溶接部近傍に不活性ガスを噴出する第２ガス噴出装置と、溶接スラグの破砕を行うスラグ破砕装置と、溶接部の研磨を行う研磨装置と、スラグ回収装置とが配設されていることを特徴とする自動溶接装置。
【請求項２】
前記研磨装置が、前記被溶接物側に弾性付勢された構成であることを特徴とする請求項１に記載の自動溶接装置。
【請求項３】
円筒型の前記被溶接物を載置し、当該被溶接物を前記連結プレートの先端部側から後端部側の方向に回転駆動する少なくとも一対の電動ローラを備えたことを特徴とする請求項１または２に記載の自動溶接装置。
【請求項４】
前記可動ヘッドが装着され、当該可動ヘッドを少なくとも１軸方向に移動させるマニピュレータを更に備えたことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の自動溶接装置。
【請求項５】
前記第１ガス噴出装置及び第２ガス噴出装置の噴出口に、それぞれ網状部材を配設したことを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の自動溶接装置。
【請求項６】
前記研磨装置の後方にスラグ検知装置を配設したことを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載の自動溶接装置。
【請求項７】
請求項１乃至６のいずれか１項に記載の自動溶接装置を用いた自動溶接方法であって、
被溶接物を連続的に移動させながら、第１ガス噴出装置から噴射した不活性ガスの雰囲気下で溶接トーチにより溶接部に対する溶接が行われるステップと、
第２ガス噴出装置により前記溶接部近傍に不活性ガスが噴射されるステップと、
スラグ破砕装置により前記溶接部のスラグが破砕されるステップと、
研磨装置により前記溶接部の研磨が行われるステップと、
スラグ回収装置によりスラグの回収が行われるステップと、を含んでいることを特徴とする自動溶接方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、自動溶接装置及び自動溶接方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
原子力発電所などの施設で用いられる処理水タンクなどの圧力容器の周溶接継手（即ち、周方向に沿っての溶接が行われる継ぎ目）を溶接する溶接作業には、高効率のＭＡＧ自動溶接が用いられている。従来の自動溶接装置では一つの層の溶接作業が完了する都度、次の層の溶接作業を行う前に溶接作業を一旦停止して、研磨装置などのツールを使用して溶接部からスラグを除去したり、溶接焼けの除去を行ったりして溶接部の表面仕上げ作業を行っている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平９−２１６０９５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
従来の自動溶接装置では、一つの層の溶接作業が終了する毎に溶接作業を停止して、スラグ除去等の表面仕上げ作業を行い、表面仕上げ作業後に次層の溶接作業を開始している。このため、一つの層の溶接作業において溶接の終端部に生じる窪み（クレータ）によって、溶接欠陥の発生リスクが増大するといった問題や、溶接作業時間及び表面仕上げ作業時間が増大するといった問題があった。
【０００５】
本発明に係る実施形態は、上述した問題を解決するためになされたもので、溶接作業と表面仕上げ作業を自動で連続的に行うことで、溶接欠陥の発生を抑制するとともに作業時間の短縮化を図ることができる自動溶接装置及び自動溶接方法の提供を目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上述の目的を達成するために、本発明の実施形態に係る自動溶接装置は、連結プレートと、前記連結プレートを少なくとも１軸方向に駆動する可動ヘッドと、被溶接物に摺接し、前記連結プレートを弾性支持する支持車輪と、を備え、前記連結プレートは、その先端部から後端部に向かって、溶接トーチと、溶接部に不活性ガスを噴出する第１ガス噴出装置と、前記溶接部近傍に不活性ガスを噴出する第２ガス噴出装置と、溶接スラグの破砕を行うスラグ破砕装置と、溶接部の研磨を行う研磨装置と、スラグ回収装置とが配設されていることを特徴とする。
【０００７】
また、本発明の実施形態に係る自動溶接方法は、本発明の実施形態に係る自動溶接装置を用いた自動溶接方法であって、被溶接物を連続的に移動させながら、第１ガス噴出装置から噴射した不活性ガスの雰囲気下で溶接トーチにより溶接部に対して溶接が行われるステップと、第２ガス噴出装置により前記溶接部近傍に不活性ガスが噴射されるステップと、スラグ破砕装置により前記溶接部のスラグが破砕されるステップと、研磨装置により前記溶接部の研磨が行われるステップと、スラグ回収装置によりスラグの回収が行われるステップと、を含んでいることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００８】
本発明の実施形態に係る自動溶接装置及び自動溶接方法によれば、溶接作業と表面仕上げ作業を自動で連続的に行うことで、溶接欠陥の発生を抑制するとともに作業時間の短縮化を図ることができる
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】自動溶接装置のヘッド部の配置構成図である。（実施形態）
【図２】自動溶接装置の全体構成図である。（実施形態）
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、本発明の実施形態に係わる自動溶接装置及び自動溶接方法について、図１及び図２を参照して説明する。なお、以下の説明では、被溶接物として円筒状の容器を周溶接する例について説明する。
【００１１】
［実施形態］
図１、図２を用いて、以下に本発明の実施形態について説明する。
（ヘッド部の構成）
図１は、自動溶接装置２０（図２参照）のヘッド部２１における配置構成図であり、図２は、自動溶接装置２０と被溶接物１１の配置構成図である。
【００１２】
図１に示すように、ヘッド部２１には、駆動杆１６を装着した可動ヘッド１と、駆動杆１６に固着された連結プレート１４と、連結プレート１４を弾性的に支持する支持車輪１５が設けられている。
【００１３】
可動ヘッド１は、連結プレート１４をＸＹＺ方向の３軸方向に駆動する可動装置、アーク電圧調整装置（ARC VOLTAGE CONTROL（以下、「ＡＶＣ」と略記する））や距離計測（接触式や画像解析による非接触式）装置などを備え、制御ケーブル２を介して図示せぬ制御装置に接続している。制御ケーブル２は、制御装置と可動ヘッド１との間で送受信される信号を伝達する。
【００１４】
制御装置は、溶接トーチ３の先端部と溶接部との距離が一定になるように、ＡＶＣや距離計測装置などからの入力信号に基づいて、連結プレート１４を駆動させるための制御信号を可動ヘッド１の可動装置に出力する。可動装置は、この制御信号に基づいて、連結プレート１４の駆動制御（例えばウィービング（Weaving）等）を行う。
【００１５】
連結プレート１４の駆動方向は、３軸方向への駆動に限定されるものではなく、少なくとも１軸方向への駆動が可能な構成であってもよい。また、可動装置による連結プレート１４の駆動機能として、駆動杆１６の軸心回りに連結プレート１４を回転駆動させる機能や、連結プレート１４を揺動させる機能を備えさせておくこともできる。このように構成することにより、可動装置は連結プレート１４を多軸方向に制御できる。
【００１６】
連結プレート１４の溶接部側には、その先端部から後端部に向かって、溶接トーチ３と、溶接部に不活性ガスを噴出する第１ガス噴出装置４と、溶接部近傍に不活性ガスを噴出する第２ガス噴出装置５と、溶接スラグの破砕を行うスラグ破砕装置６と、溶接部の研磨を行う研磨装置７と、スラグ検知装置１２と、スラグ回収装置１０とが配設されている。
【００１７】
溶接トーチ３は、コンジェットチューブ１７が接続されており、コンジェットチューブ１７内を通って溶接ワイヤ１９が自動供給される。ソリッドワイヤやフラックス入りワイヤ等を溶接ワイヤ１９として用いることができる。
【００１８】
連結プレート１４は、被溶接物１１の外周形状に応じた曲面形状に構成されており、被溶接物１１の外周形状に応じて曲率の異なる形状のものに対応して交換可能とすることで、様々な外周径形状を有する被溶接物１１に対して適用することができる。また、自動溶接装置２０は、被溶接物１１の外周面に対する溶接作業用としての使用に限定されるものではなく、連結プレート１４の形状を変えることにより被溶接物１１の内周面や平板状の被溶接物にも使用できる。
【００１９】
第１ガス噴出装置４は、不活性ガスを供給するガスチューブ８ａが接続されており、不活性ガスの排出口には、網状部材１８ａが設けられている。網状部材１８ａは、金属メッシュ、パンチメタル等の多数の孔が形成された部材が用いられている。網状部材１８ａによって、溶接部に対して不活性ガスを均一に噴出させることができ、溶接部において酸素が低減された状態での肉盛溶接が行われる。  
なお、ガスチューブ８ａの代わりにコンジェットチューブ１７を介して不活性ガスを供給することもできる。
【００２０】
第２ガス噴出装置５は、不活性ガスを供給するガスチューブ８ｂが接続されており、不活性ガスの排出口には、網状部材１８ｂが設けられている。網状部材１８ｂの構成は、網状部材１８ａと同様の構成になっている。網状部材１８ｂによって、溶接部近傍に対して不活性ガスを均一に噴射させることができる。
【００２１】
第２ガス噴出装置５は、不活性ガスを溶接部近傍に供給することによって溶接部近傍を冷却するとともに、不活性ガスの雰囲気下に維持することで、溶接作業に伴い生じる溶接部近傍の被溶接物１１の母材表面における溶接焼けを低減させる。
第２ガス噴出装置５の周方向に沿った長さ寸法は、被溶接物１１の形状、材質、溶接温度等に基づいて、適宜変更可能である。
【００２２】
スラグ破砕装置６は、先端部にニードル６ａが設けられており、ニードル６ａは、スラグ破砕装置６に接続したエアーチューブ９ａによって往復駆動され、溶接部に生じたスラグに衝撃を与えることで、スラグを破砕する。
【００２３】
研磨装置７は、エアーチューブ９ｂが接続されており、エアーがエアーチューブ９ｂを通って供給されることで、研磨装置７に設けた回転砥石７ａを所望の加工圧で溶接部に接触させるとともに、回転砥石７ａを回転駆動させる。研磨装置７は、スラグ破砕装置６で除去しきれない溶接ビード端部などのスラグを除去して仕上げ加工を行う。なお、回転砥石７ａの駆動源として、電動モータを用いることもできる。
【００２４】
スラグ検知装置１２は、スラグの破砕状況や研磨状況を検出する従来から公知のＣＣＤカメラやレーザ検知装置が用いられている。なお、スラグ検知装置１２を、後述するスラグ回収装置１０の後方側に配設しておくこともできる。
【００２５】
スラグ回収装置１０は、スラグ破砕装置６や研磨装置７で破砕したり、研磨したスラグ片やスラグの粉末等を吸引して清掃するものであり、溶接部側には、吸引ホースに接続した吸引口１０ａが配設されている。
【００２６】
支持車輪１５は、ピストン部１５ａを備えた支持軸１５ｃと、支持軸１５ｃの先端部に回転自在に支持した車輪１５ｂを備えている。ピストン部１５ａは、車輪１５ｂを被溶接物１１側に向かって弾性付勢させており、車輪１５ｂ及びピストン部１５ａによって、スラグ破砕装置６、研磨装置７の動作時に生じる振動を抑制する。
【００２７】
（自動溶接装置の全体構成）
図２を用いて自動溶接装置２０の構成について説明する。自動溶接装置２０は、例えばアンカーボルトなどで地面や床の上に固定した基台２９ａ上に、被溶接物１１を回転自在に載置する少なくとも一対の電動ローラ１３を備えている。また、例えばアンカーボルトなどで地面や床の上に固定した基台２９ｂには、第２ブーム２８が立設されており、第２ブーム２８は、第１ブーム２７を少なくとも１方向に移動可能に支持している。
【００２８】
第１ブーム２７の先端部側には、可動ヘッド１が装着されており、第１ブーム２７の基端部側は、スライダー２５によって左右方向に摺動可能に支持されている。スライダー２５は、第２ブーム２８の上端部側に形成した案内レール２６に沿って、上下方向に摺動可能に支持されている。第１ブーム２７を摺動させるスライダー２５の構成、スライダー２５を案内レール２６に沿って摺動させる構成は、摺動機構として従来から周知の構成を採用することができる。
【００２９】
スライダー２５によって片持ち支持された第１ブーム２７の水平バランスを得るため、第１ブーム２７の基端部側には、カウンターウェイトを搭載しておくことができる（図示せず）。  
【００３０】
図２に示すように、被溶接物１１は、一対の電動ローラ１３と連結プレート１４に設けた支持車輪１５との間に挟持された状態で支持される。そして、電動ローラ１３の駆動によって被溶接物１１が回動する際には、被溶接物１１は４方向から挟持された状態になっているので、その回動自体にブレが生じることがなく、しかも滑らかに回動する。
【００３１】
（作用）
図１、図２を用いて、被溶接物１１の溶接箇所に溶接を行い、溶接時に生じたスラグを除去するそれぞれのステップについて説明を行う。  
【００３２】
最初に、図２に示すように、一対の電動ローラ１３上に被溶接物１１を載置する。次に、マニピュレータ２２を制御して、ヘッド部２１の支持車輪１５に支持された車輪１５ｂを被溶接物１１に当接させる。そして、コンジェットチューブ１７から溶接ワイヤ１９を自動供給させるとともに、制御装置により可動ヘッド１を制御することで溶接トーチ３を溶接開始位置に制御して、溶接作業を開始する。
【００３３】
同時に、ガスチューブ８ａ、８ｂから不活性ガスを供給して、第１ガス噴出装置４及び第２ガス噴出装置５から、不活性ガスを溶接部及び溶接部近傍に対して均一に噴射させる。溶接作業の開始に伴って、制御装置は、ＡＶＣや距離計測装置などに基づいて溶接トーチ３の先端部の位置を制御しながら、溶接部に対する溶接作業が連続的に行われていくように、連結プレート１４の位置制御を行う。
【００３４】
また、溶接部における溶接ビードの高さ位置の変化に応じて、溶接トーチ３の高さ位置が制御され、連結プレート１４の高さ位置が制御される。このとき、連結プレート１４に装着されているスラグ破砕装置６と研磨装置７の高さ位置も追従して移動する。
【００３５】
溶接部の溶接箇所は、第１ガス噴出装置４から噴出された不活性ガスによって、大気が遮断された雰囲気下で溶接トーチ３によって溶接が行われていく。そして、電動ローラ１３によって被溶接物１１が図の時計回り方向に回転すると、溶接トーチ３には新たな溶接箇所が進んで来ることになる。同時に、溶接作業が行われた溶接部は溶接トーチ３から離れていく。溶接作業が行われた溶接部及び溶接部近傍は、第２ガス噴出装置５からの不活性ガスの雰囲気下で移動することになる。
【００３６】
溶接時に加熱された溶接部近傍は、第２ガス噴出装置５からの不活性ガスによって、大気に触れることなく冷却されていくことになり、溶接焼けの発生を防止できる。しかも、溶接部の溶接ビードは、第２ガス噴出装置５から噴出された不活性ガスによって冷却されることになり、溶接部がスラグ破砕装置６の位置に来たときには、溶接ビードの表面に生じているスラグは、ニードル６ａによって破砕され易い温度にまで低下している。
【００３７】
溶接ビードの表面のスラグは、スラグ破砕装置６のニードル６ａが往復動することにより、破砕されることになる。
被溶接物１１が更に回動して、溶接部が研磨装置７の処理位置まで来ると、研磨装置７の回転砥石７ａによって溶接ビードの表面が研磨され、溶接ビードの表面に残存していたスラグは研磨によって除去されることになる。
【００３８】
このように、スラグ破砕装置６と研磨装置７の二段階に亘ってスラグの除去を行っているので、溶接ビードの表面からスラグを十分に除去することが可能である。一方、スラグ破砕装置６と研磨装置７のスラグ除去装置を通過しても、スラグが残存している場合があり、スラグ検知装置１２により、残存するスラグの有無を検出する。
【００３９】
スラグ検知装置１２におけるＣＣＤカメラによる画像処理やレーザによる溶接部の検査によって、残存するスラグが発見された場合には、スラグ破砕装置６や研磨装置７によるスラグ除去作業を繰り返す。なお、人手によってスラグ除去作業を行ってもよい。
【００４０】
その後、被溶接物１１が更に回動することにより、スラグ破砕装置６や研磨装置７によって除去されたスラグ片やスラグの粉末等は、スラグ回収装置１０によって回収される。
【００４１】
（効果）
本発明の実施形態に係る自動溶接装置２０では、上述したように、溶接作業、スラグ除去及びスラグ回収等の一連の表面仕上げ作業が連続して順次行われるので、肉盛り溶接を何層にも亘って連続的に行える。そして、溶接層毎に溶接装置を停止させることなく、最終層までの自動溶接が可能になる。しかも、連続的に自動溶接とスラグ除去を行うので、途中に継ぎ目となる溶接の終端部に生じる窪み（クレータ）がない連続的な円周溶接が可能になり、溶接品質の向上、溶接作業及び表面仕上げ作業の作業時間が短縮できる。
【００４２】
また、溶接部近傍に生じる溶接焼けについても、第１ガス噴出装置４や第２ガス噴出装置５から溶接部近傍に対して不活性ガスを均一に噴射しているので、溶接焼けの発生を低減させることができ、最終表面の仕上げにかかる作業時間を低減することが可能となる。
【００４３】
上述した説明では、被溶接物１１が円筒形状に形成されたものについて説明を行ったが、平板状、曲面形状の他の形状を有する被溶接物に対して、本実施形態に係る自動溶接装置２０を用いることもできる。また、上述した実施形態では、被溶接物１１を回転駆動する構成について説明を行ったが、自動溶接装置２０を被溶接物１１に対して移動させる構成にしておくこともできる。更に、本発明の実施形態に係る自動溶接装置２０は、多層溶接について説明を行ったが、肉盛り溶接が１層の場合にも適用することができる。
【００４４】
以上、本発明に係る実施形態を説明したが、この実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。この新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、組み合わせ、置き換え、変更を行うことができる。また、この実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。
【符号の説明】
【００４５】
１…可動ヘッド、３…溶接トーチ、４…第１ガス噴出装置、５…第２ガス噴出装置、６…スラグ破砕装置、７…研磨装置、１０…スラグ回収装置、１１…被溶接物、１２…スラグ検知装置、１３…電動ローラ、１４…連結プレート、１５…支持車輪、１６…駆動杆、１８ａ、１８ｂ…網状部材、１９…溶接ワイヤ、２０…自動溶接装置、２１…ヘッド部、２２…マニピュレータ、２７…第１ブーム、２８…第２ブーム
【図１】
2018065141.tif 000003
【図２】
2018065141.tif 000004