(57)【要約】【課題】生産効率の向上を実現し、高張力鋼板の突合せ溶接にも適用可能としたうえで、溶接金属に酸化やブローホールなどの欠陥を生じさせることなく立向姿勢での突き合わせアーク溶接を行い得る立向姿勢溶接装置を提供する。【解決手段】立向姿勢にある一対の厚板鋼板Ｗ，Ｗの端面Ｗａ，Ｗａ間に形成されるＩ形開先Ｗｂ内に溶接ワイヤ２を送出する溶接トーチ３と、Ｉ形開先Ｗｂに沿って溶接トーチ３を移動させる台車５，スライドユニット６と、これらにより溶接トーチ３を上下動させると共にワイヤ送出量を制御することで、溶接トーチ３から送出される溶接ワイヤ２の先端部分２ａをＩ形開先Ｗｂ内で往復動させて、溶接金属２Ａを順次積層させる制御手段２０と、Ｉ形開先Ｗｂの外側からＩ形開先Ｗｂ内にシールドガスを供給するノズル８と、溶接トーチ３に装着されて溶接トーチ３から積層した溶接金属２ＡまでのＩ形開先Ｗｂを覆うガス受け１０を備えた。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
溶接ワイヤを送出する溶接トーチを備え、この溶接トーチの径よりも狭い幅のＩ形開先を形成する一対の鋼板の互いに対向する端面同士を突き合わせアーク溶接する立向姿勢溶接装置であって、
上下方向の前記Ｉ形開先に沿って前記溶接トーチを移動させる昇降手段と、
前記昇降手段により溶接トーチを上下動させると共に該溶接トーチからのワイヤ送出量を制御することで、前記溶接トーチから送出される溶接ワイヤの先端を前記Ｉ形開先内で前記鋼板の板厚方向に往復動させて、前記Ｉ形開先内で溶接金属を順次積層させる制御手段と、
前記Ｉ形開先の外側から該Ｉ形開先内にシールドガスを供給するガス供給部と、
前記溶接トーチに装着されて少なくとも該溶接トーチから積層した溶接金属までのＩ形開先を覆うガス受けを備えている
ことを特徴とする立向姿勢溶接装置。
【請求項２】
前記ガス受けは、前記溶接トーチの上方におけるＩ形開先を覆うカバー部を具備している請求項１に記載の立向姿勢溶接装置。
【請求項３】
前記ガス受けは、前記Ｉ形開先に置かれる溶接ビードを収容するビード収容部を具備している請求項１又は２に記載の立向姿勢溶接装置。
【請求項４】
前記ガス受けのビード収容部に、前記Ｉ形開先を形成する一対の鋼板に跨って接触する耐熱布を設けた請求項３に記載の立向姿勢溶接装置。
【請求項５】
前記耐熱布は、前記ビード収容部の端部から下方に延出して設けてある請求項４に記載の立向姿勢溶接装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、一対の鋼板の互いに対向してＩ形開先を形成する端面同士を立向姿勢で突き合わせアーク溶接するのに用いられる立向姿勢溶接装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、上記したような一対の鋼板の立向姿勢での突き合わせアーク溶接は、造船や橋梁等の分野において一般的に採用されている。
近年、このような造船や橋梁等の構造物に使用される鋼板は、構造物の大型化に伴って厚板化の傾向にあるが、厚板鋼板同士の立向姿勢での突き合わせアーク溶接において、端面間のＩ形開先の幅を一般に狭開先と呼ばれている程度の幅（溶接トーチを挿入し得る幅）にすると、溶接金属が多量に使用されることとなって生産効率がよくないうえ、大入熱を嫌う高張力鋼板を厚板鋼板として使用することができない。
【０００３】
これらの欠点を解消するべくなされた溶接技術としては、例えば、特許文献１に開示されている立向姿勢溶接方法がある。
この立向姿勢溶接方法では、互いに立向姿勢とした一対の厚板鋼板の端面間に形成されるＩ形開先の幅を溶接トーチの径よりも狭く設定したうえで、この狭いＩ形開先内に対して、溶接トーチから送出される溶接ワイヤのみを斜め上方から挿入し、溶接トーチを厚板鋼板に沿って上下方向に揺動させることで、溶接ワイヤの先端を板厚方向に往復動させて、Ｉ形開先内に溶接金属を積層するようにしている。
この際、溶接金属に酸化やブローホールなどの欠陥が発生するのを阻止するべく、溶接トーチと一体に設けたノズルからＩ形開先内に向けてシールドガスを噴射するようにしている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平2007-69231号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上記した立向姿勢溶接方法では、一対の厚板鋼板の端面間に形成されるＩ形開先の幅を溶接トーチの径よりも狭く設定しているので、溶接金属の使用量が格段に減って生産効率が向上すると共に、高張力鋼板の突合せアーク溶接にも適用することができる。
ところが、上記した立向姿勢溶接方法では、Ｉ形開先の幅を狭くしてある都合上、Ｉ形開先内に対するシールドガスの供給量が否応なく制限されるので、一旦Ｉ形開先内に入れたシールドガスの漏れを如何にして防いでシールドに必要なガス量を維持するかが従来の課題となっていた。
【０００６】
本発明は、上記した従来の課題に着目してなされたもので、生産効率の向上を実現することができるのは勿論のこと、高張力鋼板の突合せ溶接にも適用可能としたうえで、溶接金属に酸化やブローホールなどの欠陥を生じさせることなく立向姿勢での突き合わせアーク溶接を行うことができる立向姿勢溶接装置を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の請求項１に係る発明は、溶接ワイヤを送出する溶接トーチを備え、この溶接トーチの径よりも狭い幅のＩ形開先を形成する一対の鋼板、例えば、板厚２０ｍｍ以上の厚板鋼板の互いに対向する端面同士を突き合わせアーク溶接する立向姿勢溶接装置であって、上下方向の前記Ｉ形開先に沿って前記溶接トーチを移動させる昇降手段と、前記昇降手段により溶接トーチを上下動させると共に該溶接トーチからのワイヤ送出量を制御することで、前記溶接トーチから送出される溶接ワイヤの先端を前記Ｉ形開先内で前記鋼板の板厚方向に往復動させて、前記Ｉ形開先内で溶接金属を順次積層させる制御手段と、前記Ｉ形開先の外側から該Ｉ形開先内にシールドガスを供給するガス供給部と、前記溶接トーチに装着されて少なくとも該溶接トーチから積層した溶接金属までのＩ形開先を覆うガス受けを備えている構成としたことを特徴としており、この構成の立向姿勢溶接装置を前述した従来の課題を解決するための手段としている。
【０００８】
この場合、ガス受けには、熱を逃がし易く且つ加工がし易い銅製の物を用いることが望ましく、溶接トーチに対しては、ねじやベルトなどの固定部材を用いて装着することができる。
また、シールドガスとしては、ＣＯ２ガスを用いることができるほか、ＡｒガスやＣＯ２とＡｒの混合ガスを用いることができる。
【０００９】
このような構成の立向姿勢溶接装置では、溶接トーチに、この溶接トーチから積層した溶接金属までのＩ形開先を覆うガス受けを装着しているので、溶接トーチ及び積層した溶接金属の間から漏出するシールドガスの量を少なく抑え得ることとなり、したがって、Ｉ形開先内においてシールドに必要なガス量を維持し得ることとなる。
【００１０】
本発明の請求項２に係る立向姿勢溶接装置において、前記ガス受けは、前記溶接トーチの上方におけるＩ形開先を覆うカバー部を具備している構成としており、この構成を採用すると、Ｉ形開先からスパッタなどの異物が飛散するのを阻止し得ることとなる。
【００１１】
本発明の請求項３に係る立向姿勢溶接装置において、前記ガス受けは、前記Ｉ形開先に置かれる溶接ビードを収容するビード収容部を具備している構成としており、この場合には、ガス受けと一対の鋼板との間に隙間が生じにくくなる分だけ、Ｉ形開先内に入ったシールドガスの漏出量がより少なく抑えられることとなる。
【００１２】
本発明の請求項４に係る立向姿勢溶接装置は、前記ガス受けのビード収容部に、前記Ｉ形開先を形成する一対の鋼板に跨って接触する耐熱布を設けた構成としている。
この場合、耐熱布には、アラミド繊維や、ポリイミド繊維や、ポリフェニレンサルファイド繊維や、ガラス繊維やPEEK（ポリエーテルエーテルケトン）繊維などの耐熱性に優れた繊維から成るものを用いることができる。
【００１３】
このような構成の立向姿勢溶接装置において、耐熱布をビード収容部の裏側に貼り付けるようになせば、一対の鋼板間に板厚方向の凹凸があったとしても、これが原因でガス受けと一対の鋼板との間に生じる隙間を耐熱布が吸収することとなり、その結果、Ｉ形開先内からのシールドガスの漏出量をより一層少なく抑え得ることとなる。
【００１４】
本発明の請求項５に係る立向姿勢溶接装置において、前記耐熱布は、前記ビード収容部の端部から下方に延出して設けてある構成としており、この場合には、耐熱布をビード収容部の裏側に貼り付ける場合と同じく、Ｉ形開先内からのシールドガスの漏出量をより一層少なく抑え得ることとなる。
【００１５】
この際、例えば、耐熱布の下端縁に切れ込みを形成するようになせば、耐熱布の下端縁側が溶接ビードに倣って、耐熱布と溶接ビードとの間に隙間が生じにくくなることから、Ｉ形開先内からのシールドガスの漏出量をより一層少なく抑え得ることとなる。
また、前記耐熱布の前記一対の鋼板とは反対側を向く表面側に薄鋼板などの補強体を設けるようになせば、ビード収容部の端部から下方に延出する耐熱布が適度な剛性を有することとなって、捲くれ上がったり折れたりすることを阻止し得ることとなり、この場合も、補強体の下端縁に切れ込みを形成することが望ましい。
【発明の効果】
【００１６】
本発明の請求項１に係る立向姿勢溶接装置では、上記した構成としているので、生産効率の向上を実現することができるのは言うまでもなく、高張力鋼板の突合せ溶接にも適用することができ、加えて、溶接金属に酸化やブローホールなどの欠陥を生じさせることなく立向姿勢での突き合わせアーク溶接を行うことが可能であるという非常に優れた効果がもたらされる。  
【００１７】
本発明の請求項２に係る立向姿勢溶接装置では、上記した構成としたから、Ｉ形開先からスパッタなどの異物が飛散するのを防ぐことができる。
【００１８】
本発明の請求項３に係る立向姿勢溶接装置では、上記した構成としているので、ガス受けと一対の鋼板との間に隙間が生じにくくなって、Ｉ形開先内に入ったシールドガスの漏出量をより少なく抑えることが可能であり、本発明の請求項４及び５に係る立向姿勢溶接装置では、上記した構成としているので、一対の鋼板間にある板厚方向の凹凸が原因の隙間を吸収することができ、その結果、Ｉ形開先内からのシールドガスの漏出量をより一層少なく抑えることが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明の一実施例に係る立向姿勢溶接装置の溶接動作状況における側面説明図である。
【図２】図１に示した立向姿勢溶接装置の平面説明図である。
【図３】図１における立向姿勢溶接装置の溶接トーチの一部を破断して示した拡大斜視説明図である。
【図４】図１における立向姿勢溶接装置の溶接動作状況を簡略的に示す全体斜視説明図である。
【図５】図１における立向姿勢溶接装置のガス受けを示す拡大斜視説明図である。
【図６】他の実施例による立向姿勢溶接装置のガス受けを示す拡大斜視説明図（ａ），（ｂ），（ｄ）及び他の構成例によるガス受けの耐熱布を示す部分拡大斜視説明図（ｃ）である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下、本発明を図面に基づいて説明する。
図１〜図５は本発明に係る立向姿勢溶接装置の一実施例を示している。
【００２１】
図１及び図２に示すように、この立向姿勢溶接装置１は、互いに立向姿勢とした一対の鋼板Ｗ，Ｗの端面Ｗａ，Ｗａ同士を突き合わせアーク溶接する装置であり、図外のワイヤ送給装置から送給される溶接ワイヤ２のみを一対の鋼板Ｗ，Ｗの端面Ｗａ，Ｗａ間に形成されるＩ形開先Ｗｂに送出する径寸法φ２０ｍｍの溶接トーチ３を備えている。
【００２２】
この場合、鋼板Ｗは、造船用や橋梁用等の大形構造物に採用される鋼板であり、板厚２０ｍｍ以上の厚板鋼板である。
また、一対の厚板鋼板Ｗ，Ｗの端面Ｗａ，Ｗａ間に形成されるＩ形開先Ｗｂの開先ギャップＧは、溶接時の入熱を低く抑えるべくできるだけ狭く設定することが好ましく、ここでは、溶接ワイヤ２のみをＩ形開先Ｗｂに挿入すればよいので、溶接ワイヤ２の径寸法、例えば、φ１．６ｍｍに対して若干広めの幅寸法８ｍｍに設定している。
【００２３】
上記溶接トーチ３は、厚板鋼板Ｗ，Ｗに沿って上下方向に設置したレール４上を、例えば、ラック＆ピニオン方式で走行する台車（昇降手段）５に配置してある。
この実施例において、溶接トーチ３は、送出する溶接ワイヤ２をＩ形開先Ｗｂに斜め上方から挿入するべく、板厚方向（水平方向）に対して所定の角度θをもって配置してあり、台車５に対しては、この台車５とともに昇降手段を構成するスライドユニット６を介して上下方向（図１矢印方向）に揺動可能に取り付けてある。
上記溶接トーチ３には、図３に示すように、Ｉ形開先Ｗｂ内に向けてシールドガスを噴射するノズル８が一体に設けてある。
【００２４】
また、この立向姿勢溶接装置１は、制御手段２０を備えている。この制御手段２０は、図４にも示すように、台車５を上方向に移動させながら溶接トーチ３をスライドユニット６により上下方向に揺動させると共に、溶接トーチ３からのワイヤ送出量を制御することで、溶接トーチ３から斜め下方に向けて送出される溶接ワイヤ２の先端をＩ形開先Ｗｂ内で板厚方向に往復動させて、溶接金属２Ａを順次積層させるようになっている。
つまり、溶接トーチ３を板厚方向に一切移動させることなく、狭く設定した開先ギャップＧのＩ形開先Ｗｂ内に溶接ワイヤ２のみを挿入して溶接作業を行うことができるようになっている。
【００２５】
さらに、この立向姿勢溶接装置１は、溶接トーチ３に装着されてこの溶接トーチ３とともに移動するガス受け１０を備えている。
このガス受け１０は銅よりなり、図５にも示すように、溶接トーチ３及び積層した溶接金属２ＡまでのＩ形開先Ｗｂを覆う板状の受け本体１１と、この受け本体１１に一体で形成された連結筒１２と、同じく受け本体１１に一体で形成されて溶接トーチ３の上方におけるＩ形開先Ｗｂを覆うカバー部１３を具備しており、連結筒１２に溶接トーチ３を挿入してねじ９によって固定することで、溶接トーチ３に装着されるようになっている。
【００２６】
この場合、受け本体１１には、連結筒１２の付け根から下方に延びるビード収容部１４が形成されており、溶接時において、Ｉ形開先Ｗｂ上に置かれる溶接ビードＢを収容するようになっている。
【００２７】
図１及び図２における符号７は、Ｉ形開先Ｗｂのワイヤ挿入側と反対側に位置する耐熱性部材から成る裏当て板であり、Ｉ形開先Ｗｂの裏側開口を塞いで溶接金属２Ａが流出するのを防止している。ここで、Ｉ形開先Ｗｂの下端の開口については、通常は他の厚板鋼板Ｗ又は溶接金属２Ａで塞がれている。
【００２８】
このような構成を成す立向姿勢溶接装置１では、まず、端面Ｗａ，Ｗａ間に極狭い開先ギャップＧのＩ形開先Ｗｂが形成されるように一対の厚板鋼板Ｗ，Ｗを立向姿勢に設置すると共に、立向姿勢溶接装置１及び裏当て板７を所定部位に配置し、溶接トーチ３を板厚方向（水平方向）に対して所定の角度θに設定するのに続いて、この溶接トーチ３から突き出した溶接ワイヤ２の先端部分２ａを斜め上方からＩ形開先Ｗｂ内に挿入する。
【００２９】
次いで、予め溶接ワイヤ２の径寸法や長さに応じて設定した電流値及び電圧値に基づいて通電制御を開始すると、すなわち、溶接ワイヤ２の先端部分２ａから厚板鋼板Ｗ，Ｗの端面Ｗａ，Ｗａ間に向けてアーク放電を行ってアーク溶接を開始すると、溶接ワイヤ２及び一対の厚板鋼板Ｗ，Ｗの各端面Ｗａ，Ｗａの溶融が始まって、Ｉ形開先Ｗｂ内において溶接金属２Ａの生成が開始される。
【００３０】
このようにしてアーク溶接を開始した段階で、図１及び図２に示すように、台車５を上方向に移動させながら溶接トーチ３をスライドユニット６により上下方向に揺動させると共に、制御手段２０によって溶接トーチ３からのワイヤ送出量を制御することで、溶接トーチ３から斜め下方に向けて送出される溶接ワイヤ２の先端部分２ａをＩ形開先Ｗｂ内で板厚方向に往復動させて、溶接金属２Ａを順次積層させる。
この間、溶接トーチ３に一体で設けたノズル８から、溶接金属２Ａを保護するためのシールドガスがＩ形開先Ｗｂ内に向けて噴射される。
【００３１】
ここで、溶接金属２Ａの使用量を減らしたり溶接時の入熱を低く抑えたりするべく、Ｉ形開先Ｗｂの開先ギャップＧを狭くしてある都合上、Ｉ形開先Ｗｂ内に対するシールドガスの供給量は否応なく制限されているが、溶接トーチ３に装着されたガス受け１０がこの溶接トーチ３とともに移動して、積層した溶接金属２Ａから溶接トーチ３の上方までの範囲のＩ形開先Ｗｂを覆うことから、一旦Ｉ形開先Ｗｂ内に入ったシールドガスの漏出量が少なく抑えられることとなって、シールドに必要なガス量が維持されることとなる。
すなわち、溶接金属２Ａに酸化やブローホールなどの欠陥を生じさせることなく立向姿勢での突き合わせアーク溶接を行い得ることとなる。
【００３２】
また、この実施例では、溶接トーチ３の上方におけるＩ形開先Ｗｂを覆うカバー部１３を受け本体１１に一体で設けているので、スパッタなどの異物がＩ形開先Ｗｂから飛散するのを阻止し得ることとなる。
さらに、この実施例では、ガス受け１０の受け本体１１に形成したビード収容部１４が、Ｉ形開先Ｗｂ上に置かれる溶接ビードＢを収容するようになっているので、受け本体１１と一対の厚板鋼板Ｗ，Ｗとの間に隙間が生じにくくなり、その結果、Ｉ形開先Ｗｂ内に入ったシールドガスの漏出量がより少なく抑えられることとなる。
【００３３】
上記したように、この実施例では、ガス受け１０の受け本体１１にビード収容部１４を形成することで、Ｉ形開先Ｗｂ内からのシールドガスの漏出量を少なく抑えるようにしているが、他の実施例として、図５に仮想線で示すように、Ｉ形開先Ｗｂを形成する一対の厚板鋼板Ｗ，Ｗに跨って接触する耐熱布１５をビード収容部１４の裏側に貼り付けるようになせば、一対の厚板鋼板Ｗ，Ｗ間に板厚方向の凹凸があったとしても、受け本体１１と一対の厚板鋼板Ｗ，Ｗとの間に生じる隙間を耐熱布１５が吸収することとなって、Ｉ形開先Ｗｂ内からのシールドガスの漏出量をより一層少なく抑え得ることとなる。
【００３４】
また、他の実施例として、図６（ａ）に示すように、ビード収容部１４の端部から下方に延出するようにして耐熱布１５を取り付ける構成としてもよく、この構成を採用した場合も、耐熱布１５をビード収容部１４の裏側に貼り付けた場合と同様に、Ｉ形開先Ｗｂ内からのシールドガスの漏出量をより一層少なく抑え得ることとなる。
この際、耐熱布１５は、受け本体１１に対してねじ１６を用いて取り付けたり、図６（ｂ）に示すように、押さえ板１７及び受け本体１１で挟み込むようにして取り付けたりすることができる。
【００３５】
このように、耐熱布１５をビード収容部１４の端部から下方に延出するようにして取り付ける場合、耐熱布１５の下端縁に切れ込み１５ａを形成するようになせば、耐熱布１５の下端縁側が溶接ビードＢに倣って、耐熱布１５と溶接ビードＢとの間に隙間が生じにくくなり、したがって、Ｉ形開先Ｗｂ内からのシールドガスの漏出量をより一層少なく抑え得ることとなる。
【００３６】
上記切れ込み１５ａの数や形成する箇所については特に限定しないが、耐熱布１５の下端縁の一箇所に切れ込み１５ａを配置する場合には、例えば、図６（ａ），（ｂ）に示すように、溶接ビードＢの稜線に沿う部分に長めの切れ込み１５ａを形成することが望ましく、一方、耐熱布１５の下端縁の複数箇所に切れ込み１５ａを配置する場合には、例えば、図６（ｃ）に示すように、溶接ビードＢの両側に短めの切れ込み１５ａを対称的に形成することが望ましい。
【００３７】
さらに、他の実施例として、耐熱布１５をビード収容部１４の端部から下方に延出するようにして取り付ける場合において、図６（ｄ）に示すように、耐熱布１５の一対の厚板鋼板Ｗ，Ｗとは反対側を向く表面側に薄鋼板（補強体）１８を重ねて取り付けた構成としてもよく、この構成を採用すると、ビード収容部１４の端部から下方に延出する耐熱布１５が適度な剛性を有することとなって、捲くれ上がったり折れたりすることを阻止し得ることとなる。
【００３８】
そして、この場合において、薄鋼板１８の下端縁に切れ込み１８ａを形成するようになせば、薄鋼板１８とともに耐熱布１５の下端縁側が溶接ビードＢに倣って、耐熱布１５と溶接ビードＢとの間に隙間が生じにくくなるので、Ｉ形開先Ｗｂ内からのシールドガスの漏出量をより一層少なく抑え得ることとなる。
【００３９】
上記した実施例では、本発明に係る立向姿勢溶接装置を互いに立向姿勢とした一対の板厚２０ｍｍ以上の厚板鋼板Ｗ，Ｗの端面Ｗａ，Ｗａ同士を突き合わせアーク溶接するのに用いた場合を示したが、板厚２０ｍｍ以下の鋼板同士の突き合わせアーク溶接にも当然採用することができる。
本発明に係る立向姿勢溶接装置の構成は、上記した実施例の構成に限定されるものではない。
【符号の説明】
【００４０】
１  立向姿勢溶接装置
２  溶接ワイヤ
２ａ  溶接ワイヤの先端
２Ａ  溶接金属
３  溶接トーチ
５  台車（昇降手段）
６  スライドユニット（昇降手段）
８  ノズル（ガス供給部）
１０  ガス受け
１１  受け本体
１３  カバー部
１４  ビード収容部
１５  耐熱布
１５ａ  切れ込み
１８  薄鋼板（補強体）
２０  制御手段
Ｂ  溶接ビード
Ｇ  開先ギャップ（Ｉ形開先の幅）
Ｗ  厚板鋼板（鋼板）
Ｗａ  厚板鋼板の端面（鋼板の端面）
Ｗｂ  Ｉ形開先
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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