(57)【要約】 【課題】  溶接時に安定したアークが得られて溶接欠陥がなく、高品質な溶接部が高能率に得られる多電極片面サブマージアーク溶接装置を提供。【解決手段】  被溶接鋼板の溶接方向に分布する裏当部材と、その側方の複数の電磁石と、これらの電磁石を支持するフレームと、溶接トーチと、溶接電源と、を配置した多電極片面サブマージアーク溶接装置において、電磁石Ｃ１１等の近傍にアースケーブルを接続した銅板Ａ１１等を設けてエアーシリンダ38Ａ１１等で支持し、銅板をエアーシリンダで鋼板裏面に押圧して圧接させることで、溶接のアース電流を、銅板に取り付けられたアースケーブルを介して溶接電源に戻す。【選択図】  図７
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
被溶接鋼板の溶接方向に分布する裏当部材と、該裏当部材の側方に長手方向に複数配置され裏当部材上の被溶接鋼板を磁気的に吸着して拘束する複数の電磁石と、該複数の電磁石を支持するフレームと、前記被溶接鋼板の溶接方向に移動する溶接トーチと、該溶接トーチから送給される溶接ワイヤに溶接電流を給電して前記被溶接鋼板との間にアークを発生させる溶接電源と、を配置した多電極片面サブマージアーク溶接装置において、
アースケーブルを接続した複数の銅板の各々を前記複数の電磁石の各々の近傍に設けて複数のエアーシリンダの各々で支持し、前記複数の銅板各々を前記複数のエアーシリンダの各々で被溶接鋼板裏面に押圧して圧接させることで、溶接時のアース電流を、前記複数の銅板に接続したアースケーブルを介して溶接電源に戻すようにしたことを特徴とする多電極片面サブマージアーク溶接装置。
【請求項２】
前記複数の電磁石の各々を複数の台部材の各々を介して前記フレームで支持し、前記複数のエアーシリンダの各々を各台部材で支持した、請求項１に記載の多電極片面サブマージアーク溶接装置。
【請求項３】
前記複数の銅板の各々を、弾力性がある連結具を介して各エアーシリンダで支持した、請求項１に記載の多電極片面サブマージアーク溶接装置。
【請求項４】
前記複数の電磁石の各々を複数の台部材の各々を介して前記フレームで支持し、前記複数のエアーシリンダの各々を各台部材で支持し、前記複数の銅板の各々を、弾力性がある連結具を介して各エアーシリンダで支持した、請求項１に記載の多電極片面サブマージアーク溶接装置。
【請求項５】
前記複数の銅板に接続したアースケーブルは前記フレームに接続し、溶接時のアース電流は前記フレームを介して溶接電源に戻す、請求項１乃至４のいずれか一つに記載の多電極片面サブマージアーク溶接装置。
【請求項６】
前記裏当部材の側方の列毎に前記複数の銅板間をアースケーブルで接続した、請求項1に記載の多電極片面サブマージアーク溶接装置。
【請求項７】
前記溶接電源と前記複数の銅板との間に集合アース銅板を設置し、該集合アース銅板に、溶接開始側の前記銅板を、アースケーブルで接続した、請求項６に記載の多電極片面サブマージアーク溶接装置。
【請求項８】
前記複数の電磁石の各々を複数の台部材の各々を介して前記フレームで支持し、前記複数のエアーシリンダの各々を各台部材で支持した、請求項６又は７に記載の多電極片面サブマージアーク溶接装置。
【請求項９】
前記複数の銅板の各々を、弾力性がある連結具を介して各エアーシリンダで支持した請求項６又は７に記載の多電極片面サブマージアーク溶接装置。
【請求項１０】
前記複数の電磁石の各々を複数の台部材の各々を介して前記フレームで支持し、前記複数のエアーシリンダの各々を各台部材で支持し、前記複数の銅板の各々を、弾力性がある連結具を介して各エアーシリンダで支持した請求項６又は７に記載の多電極片面サブマージアーク溶接装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、多電極片面サブマージアーク溶接装置に関し、特に、溶接時のアークが安定して溶接欠陥のない、高品質な溶接部が高能率に得られる多電極片面サブマージアーク溶接装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
造船分野では、厚鋼板の高能率溶接方法として、片面サブマージアーク溶接方法が広く適用されている。片面サブマージアーク溶接は、一対の被溶接鋼板同士を突合せ、該突合せ部の下部に裏当材を配置して溶融金属の溶落ちを防ぎつつ、被溶接鋼板の長手方向すなわち突合せ線が延びる方向に走行する溶接機を用い、被溶接鋼板の突合せ部を長手方向に片面方向から溶接する。他の溶接方法と比較して1パスで溶接ができ高効率な溶接が可能であるが、大入熱の溶接であるのでアーク状態が不安定になると溶接欠陥が発生しやすいため、溶接時のアークを安定させることが非常に重要となる。特許文献３に記載の多電極片面サブマージアーク溶接装置は、溶接方向Ｙに直交するＸ方向に自走できる門形台車上で溶接方向Ｙに自走する溶接台車で、溶接方向Ｙに並べた３組の溶接トーチを吊下げ支持し、Ｙ方向に延びるフレームで支持されＹ方向に分布する裏当材上の厚鋼板突合せ線を、３組の溶接トーチで同時に溶接し、かつ溶接台車をＹ方向に走行駆動する。
【０００３】
サブマージアーク溶接でアークを発生させるには、溶接機の溶接トーチから送給される溶接ワイヤと被溶接鋼板との間に溶接電流を流して、被溶接鋼板から溶接電流のアース電流を集電する必要があり、被溶接鋼板をアース接続するアースケーブルが必要であるが、アースケーブルの接続状態が不良であるとアーク状態も不安定になり溶接欠陥が生じやすくなるので、サブマージアーク溶接ではアースケーブルの接続方法が特に重要とされている。
【０００４】
片面サブマージアーク溶接でのアースケーブルの接続方法には、被溶接鋼板に直接アースケーブルを万力等で接続する方法があるが、被溶接鋼板を交換する都度アースケーブルを取り付けたり、取り外したりするので作業が煩雑となる。また、アースの集電端子を油圧シリンダ等で被溶接鋼板短部に接触させる方法もある。しかし、被溶接鋼板の長さは長短まちまちで、溶接のスタート部が一定とならない場合があり、溶接時に適用できない場合があった。
【０００５】
一方、特許文献１や特許文献２には、被溶接鋼板を拘束する裏当部材の側面に配置した複数の電磁石に溶接電源のアース端子を接続し、被溶接鋼板から溶接電流が電磁石を介して溶接電源に戻るようにすることで、安定したアーク状態が得られる技術が開示されている。これらの方法ではアース端子が接続された複数の電磁石が被溶接鋼板に磁気的に吸着するので、アースケーブルを万力等で被溶接鋼板に固定する方法に比べると溶接電流の通電が確実に行われ、安定したアークが得られる。また、被溶接鋼板の長さに左右されずにアース端子を確実に被溶接鋼板に電気接続することができる。
【０００６】
しかし、片面サブマージアーク溶接は大入熱での溶接であるため、溶接中の熱影響により被溶接鋼板が変形することがあり、この場合には被溶接鋼板と電磁石との密着性が悪くなり、溶接電流の通電が不十分となりアークが不安定となる。また、電磁石は長期に亘って使用していると磁力が低下して一部の電磁石の鋼板吸引が不安定になって被溶接鋼板のアース位置が変化してアークが不安定となり溶接欠陥が生じやすくなるといった問題があった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開2006−305612号公報
【特許文献２】特開2012−000665号公報
【特許文献３】特許第5241074号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明は、多電極サブマージアーク溶接時に安定したアークが得られて溶接欠陥がなく、高品質な溶接部が高能率に得られる多電極片面サブマージアーク溶接装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明は、被溶接鋼板の溶接方向に分布する裏当部材と、該裏当部材の側方に長手方向に複数配置され裏当部材上の被溶接鋼板を磁気的に吸着して拘束する複数の電磁石と、該複数の電磁石を支持するフレームと、前記被溶接鋼板の溶接方向に移動する溶接トーチと、該溶接トーチから送給される溶接ワイヤに溶接電流を給電して前記被溶接鋼板との間にアークを発生させる溶接電源と、を配置した多電極片面サブマージアーク溶接装置において、
アースケーブルを接続した複数の銅板の各々を前記複数の電磁石の各々の近傍に設けて複数のエアーシリンダの各々で支持し、前記複数の銅板各々を前記複数のエアーシリンダの各々で被溶接鋼板裏面に押圧して圧接させることで、溶接時のアース電流を、前記複数の銅板に接続したアースケーブルを介して溶接電源に戻すようにしたことを特徴とする。
さらに、前記複数の電磁石の各々を複数の台部材の各々を介して前記フレームで支持し、前記複数のエアーシリンダの各々を各台部材で支持した、ことを特徴とする。
さらに、前記複数の銅板の各々を、弾力性がある連結具を介して各エアーシリンダで支持した、ことを特徴とする。
さらに、前記複数の銅板に接続したアースケーブルは前記フレームに接続し、溶接時のアース電流は前記フレームを介して溶接電源に戻す、ことを特徴とする。
さらに、前記裏当部材の側方の列毎に前記複数の銅板間をアースケーブルで接続した、ことを特徴とする。
さらに、前記溶接電源と前記複数の銅板との間に集合アース銅板を設置し、該集合アース銅板に、溶接開始側の前記銅板を、アースケーブルで接続した、ことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
本発明の多電極片面サブマージアーク溶接装置によれば、アース電流が、エアーシリンダが支持する複数の銅板に流れそしてそれに取り付けられたアースケーブルを介して溶接電源に戻る。エアーシリンダの押圧により銅板が弾力性を持って銅板に密着し、被溶接鋼板と銅板の機械的かつ電気的な接続が確実かつ安定であるので、多電極サブマージアーク溶接時のアークが安定して溶接欠陥が生じない。したがって、高品質な溶接部が高能率に得られる。
電磁石の各々を複数の台部材の各々を介してフレームで支持し、各エアーシリンダを各台部材で支持することにより、すなわち電磁石とエアーシリンダとをユニット化することにより、電磁石をフレームに装着するときに自動的にエアーシリンダもフレームに装着される。各電磁石と各銅板との位置関係が正確に定まるので、被溶接鋼板のアース接続が確実かつ安定である。また、前記複数の銅板の各々を、弾力性がある連結具を介して各エアーシリンダで支持することにより、被溶接鋼板が溶接中の熱影響により変形した場合においても、被溶接鋼板と銅板との密着が損なわれることがない。さらに、銅板に加わる振動や衝撃をエアーシリンダが吸収するのに加えて、銅板に加わる高周波数の振動を連結具が吸収するので、被溶接鋼板のアース接続がより確実かつ安定である。
【００１１】
本発明の他の目的および特徴は、図面を参照した以下の実施例の説明により明らかになろう。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の第１実施例の概要を示す平面図。
【図２】図１に示す電磁石Ｃ１１および銅板Ａ１１の拡大図であり、２Ａは平面図、２Ｂは一部を破断して示す左側面図。
【図３】図２に示す銅板Ａ１１の拡大横断面図。
【図４】図２に示す弾力性がある連結具４３の拡大縦断面図。
【図５】図１に示すテーブル１にある銅板Ａ１１，Ａ１２，Ａ１３，・・・を支持するエアーシリンダ38Ａ１１，38Ａ１２，38Ａ１３，・・・および38Ｂ１１，38Ｂ１２，38Ｂ１３，・・・にエアーを給，排するエアー給排系統を示すブロック図。
【図６】本発明の第２実施例の、銅板Ａ１１の拡大横断面図。
【図７】本発明の第２実施例の、銅板群をアース接続するアース接続系統を示すブロック図。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
−第１実施例−
図１は、鋼板（被溶接鋼板）を支持するための３組のテーブル１〜３を示している。中央のテーブル１のＹ方向（溶接方向）に延びるフレーム１１，１２は床面に対して固定であるが、両側のテーブル２および３のＹ方向に延びるフレーム２１，２２および３１，３２は、Ｙ方向に直交するＸ方向に可動である。固定テーブル１のフレーム１１，１２の間には、フラックス裏当装置１３がある。可動テーブル２，３のそれぞれにも、同様なフラックス裏当装置２３，３３があり、それぞれ可動フレームで支持されている。複数の鋼板が相互に仮付けされたパネルが、中央の突合せ線をフラックス裏当装置１３の中央に合わせてテーブル１〜３上に搬送される。中央の突合せ線の両側にさらに突合せ線があるときには、これらの突合せ線の下方にフラックス裏当装置２３，３３が位置するように、可動テーブル２，３がＸ方向に駆動される。
【００１４】
特許文献３に記載の多電極片面サブマージアーク溶接装置と同様に、テーブル１〜３の上方をＸ方向に走行する門型台車（図示略）があり、図示は省略したが、該門型台車上に溶接方向Ｙに自走する溶接台車があって、該溶接台車で溶接方向Ｙに並べた３組の溶接トーチが吊下げられ、フレーム１１，１２で支持されＹ方向に分布するフラックス裏当装置１３上の厚鋼板突合せ線を、３組の溶接トーチが同時に溶接し、かつ溶接台車がＹ方向に走行する。
【００１５】
固定テーブル１のフレーム１１で、鋼板吸引用の電磁石Ｃ１１，Ｃ１２，Ｃ１３，・・・および鋼板アース用の銅板Ａ１１，Ａ１２，Ａ１３・・・が支持され、フレーム１２で鋼板吸引用の電磁石Ｃ２Ｄ１１，Ｃ２Ｄ１２，Ｃ２Ｄ１３，・・・および鋼板アース用の銅板Ｂ１１，Ｂ１２，Ｂ１３・・・が支持されている。可動テーブル２および３のフレーム２１，２２および３１，３２でも、同様に鋼板吸引用の電磁石およびアース用の銅板が、同様に支持されている。
【００１６】
図２には、図１上の電磁石Ｃ１１とアース用の銅板Ａ１１を拡大して示す。図２上の２Ａは平面図、２Ｂは左側面図である。基板３４、基脚３５および磁石支持板３６は３者一体であって台部材を構成している。この台部材の磁石支持板３６に電磁石Ｃ１１が固定され、かつ、シリンダ支持板３７が固定されている。シリンダ支持板３７にはエアーシリンダ３８（図５では38Ａ１１）のピストンロッドが固定されている。図２に加えて図３を参照すると、エアーシリンダ３８のシリンダに銅板支持板３９が固定されシリンダで下支持されている。この銅板支持板３９が弾力性がある連結具４０〜４３を支持し、これらの弾力性がある連結具４０〜４３がアース用の銅板Ａ１１を支持している。弾力性がある連結具４３を拡大して示す図４を参照すると、鍔（フランジ）付の絶縁体スリーブ４４，４５が銅板支持板３９のガイド穴に圧入され、絶縁体スリーブ４４，４５の内穴をねじ棒４６が貫通している。絶縁体スリーブ４４，４５に対してねじ棒４６は自由に上下動できる。ねじ棒４６は、弾力性がある合成樹脂，合成ゴムなどの弾力部材でなるクッション４７を貫通してアース用の銅板Ａ１１に開けられた雌ねじ穴にねじ込まれ、該雌ねじ穴内で、銅板Ａ１１に溶接（固定）されている。ねじ棒４６には締付けナット４８が螺合しており、このナット４８の締付け，緩めによって、クッション４７の伸縮を調整できる。ナット４８に対してロックナット４９を締付けて圧接させることにより、ナット４８の緩みが防止される。図２に示す他の弾力性がある連結具４０〜４２の構造も４３と同じである。
【００１７】
再度図３を参照する。銅板Ａ１１には、アースケーブル６０の一端に装着した接続端子６７がボルト６８で締付け固定されている。アースケーブル６０の他端は、同様な接続構造でフレーム１１に電気接続されている。図示しない溶接電源のアースケーブルも、同様な接続構造でフレーム１１に電気接続されている。なお、エアーシリンダ３８の下部にはリミットスイッチ５０が設けてあり、エアーシリンダ３８が下降するとリミットスイッチ５０が作動して、テーブル１〜３上を鋼板の搬送が可能であることを表示する。
【００１８】
図１に示すテーブル１にあるアース用の銅板Ａ１１，Ａ１２，Ａ１３，・・・およびＢ１１，Ｂ１２，Ｂ１３，・・・を支持するエアーシリンダ38Ａ１１，38Ａ１２，38Ａ１３，・・・および38Ｂ１１，38Ｂ１２，38Ｂ１３，・・・に対して作動エアーを給，排するエアー給排系統を、図５に示す。これらのエアーシリンダの、ピストンで仕切られた上下２室の一方はエアーホース８１に、他方はエアーホース８２に接続している。エアーホース８１，８２は電磁切換弁８３に接続しており、電磁切換弁８３の入力ポートには、エアーホース８４から高圧エアーが供給される。電磁切換弁８３のプランジャ弁を図５に示す左位置に駆動すると、高圧エアーがエアーホース８２を通して各エアーシリンダの上室に供給され、下室はエアーホース８１および電磁切換弁８３を通して、大気圧に連通の排気弁に排気される。この状態ではアース用の銅板はフラックス裏当装置１３上の、複数鋼板が相互に仮付けされた溶接対象パネルの下方に退避する。電磁切換弁８３のプランジャ弁を左位置から右位置に駆動すると、高圧エアーがエアーホース８１を通して各エアーシリンダの下室に供給され、上室はエアーホース８２および電磁切換弁８３を通して、大気圧に連通の排気弁に排気される。この状態ではアース用の銅板はフラックス裏当装置１３上の溶接対象パネルの下面に当接する。
【００１９】
−第２実施例−
第２実施例の主要部は、第１実施例の主要部と同様であるが、アース用の銅板のアース接続態様が、第１実施例とは異なる。第２実施例では、図６に示すように、２本のアースケーブル６１，６６の一端部が接続端子６７およびボルト６８で銅板Ａ１１に接続されている。銅板Ａ１１は、固定テーブル１において溶接開始側の銅板である。図１に示す銅板Ｂ１１，Ａ２１，Ｂ２１，Ａ３１およびＢ３１も、溶接開始側の銅板である。２本のアースケーブルを１個の銅板に接続する第２実施例では、図７に示すように、フラックス裏当装置の側方の列毎に複数の銅板間をアースケーブルで接続している。図７に示す例では、各列の奇数番の銅板同士をアースケーブル６１〜６５で接続し、偶数番の銅板同士をアースケーブル５１〜５５で接続している。アースケーブル６１〜６５は、溶接開始側の銅板Ａ１１に接続したアースケーブル６６で、アースケーブル５１〜５５は、溶接開始側の銅板Ａ１２に接続したアースケーブル５６で、集合アース銅板５７に接続した。フレーム１２上の複数の銅板も、フレーム１１上の銅板のアース接続と同様にアースケーブルを介して集合アース銅板に接続している。集合アース銅板５７には、溶接電源７０のアースケーブル６９が接続されている。可動テーブル２，３上の銅板群のアース接続も、固定テーブル１のものと同様であって、各集合アース銅板に接続されている。
【符号の説明】
【００２０】
１〜３：テーブル
１１，１２，２１，２２，３１，３２：フレーム
１３，２３，３３：フラックス裏当装置
Ａ１１，Ａ１２，Ａ１３，・・・：銅板
Ａ２１，Ａ２２，Ａ２３，・・・：銅板
Ａ３１，Ａ３２，Ａ３３，・・・：銅板
Ｂ１１，Ｂ１２，Ｂ１３，・・・：銅板
Ｂ２１，Ｂ２２，Ｂ２３，・・・：銅板
Ｂ３１，Ｂ３２，Ｂ３３，・・・：銅板
Ｃ１１，Ｃ１２，Ｃ１３，・・・：電磁石
Ｃ２１，Ｃ２２，Ｃ２３，・・・：電磁石
Ｃ３１，Ｃ３２，Ｃ３３，・・・：電磁石
Ｄ１１，Ｄ１２，Ｄ１３，・・・：電磁石 
Ｄ２１，Ｄ２２，Ｄ２３，・・・：電磁石 
Ｄ３１，Ｄ３２，Ｄ３３，・・・：電磁石 
３４：基板
３５：基脚
３６：磁石支持板
３７：シリンダ支持板
３８：エアーシリンダ
３８Ａ１１，３８Ａ１２，３８Ａ１３，・・・：エアーシリンダ
３８Ｂ１１，３８Ｂ１２，３８Ｂ１３，・・・：エアーシリンダ
３９：銅板支持板
４０，４１，４２，４３：弾力性がある連結具
Ｘ１３：ローラ
４４，４５：絶縁体スリーブ
４６：ねじ棒
４７：クッション
４８：締付けナット
４９：ロックナット
５０：リミットスイッチ
５１，５２，５３，・・・：銅板アースケーブル
５７：集合アース銅板
６０，６１，６２，６３，・・・：銅板アースケーブル
６６：銅板アースケーブル
６７：接続端子
６８：ボルト
６９：電源アース接続ケーブル
７０：溶接電源
８１，８２：エアーホース
８３：電磁切換弁
８４：エアーホース
【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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【図７】
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