(57)【要約】【課題】被溶接板の板厚が異なること等によって開先形状が変化する場合に、充填材の散布量を任意に調節することができ、薄板から厚板までの種々の形状の開先に充填材を散布することができる開先内の充填材散布装置を提供する。【解決手段】充填材を散布する開口２１ａが扁平形状の散布ノズル２１を、支持部２２がその開口２１ａに垂直の軸の回りに回転可能に支持する。そして、開先４の大きさに合わせて、散布ノズル２１の開口２１ａの向きを、その扁平の長手方向が、溶接線方向から開先幅方向までの範囲になるように調節する。即ち、開先形状が小さい場合は扁平の長手方向を溶接線方向にし、開先形状が大きい場合は扁平の長手方向を開先幅方向にし、その中間の場合は、扁平の長手方向を溶接線に対して９０°未満の角度で傾斜した方向とする。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
被溶接材の開先内に充填材を散布する開先内の充填材散布装置において、充填材を散布する開口が扁平形状の散布ノズルと、この散布ノズルをその開口に垂直の軸の回りに回転可能に支持すると共に溶接機本体に設置された支持部と、前記散布ノズルに充填材を供給する充填材供給部とを有することを特徴とする開先内の充填材散布装置。
【請求項２】
前記支持部を、溶接機本体に対し、上下方向及び開先幅方向に移動可能に支持する散布ノズル調整器を有することを特徴とする請求項１に記載の開先内の充填材散布装置。
【請求項３】
前記散布ノズルと前記散布ノズル調整器は、溶接機本体における溶接トーチを上下方向及び開先幅方向に移動可能に支持する倣いスライダに設置されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の開先内の充填材散布装置。
【請求項４】
前記散布ノズルは、非磁性材料により製造されていることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の開先内の充填材散布装置。
【請求項５】
前記充填材供給部は、溶接機本体に設置され充填材を貯留するタンクと、このタンクと前記散布ノズルとを接続する供給管と、前記タンクから前記散布ノズルへの充填材の供給をオンオフする開閉弁とを有することを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の開先内の充填材散布装置。
【請求項６】
前記タンク、供給管、開閉弁及び散布ノズルは、非磁性材料により製造されていることを特徴とする請求項５に記載の開先内の充填材散布装置。
【請求項７】
前記開閉弁の開閉動作を、溶接シーケンスと連動させたことを特徴とする請求項５に記載の開先内の充填材散布装置。
【請求項８】
前記開閉弁の開閉動作と溶接シーケンスとの連動と、この連動を解除して手動による前記開閉弁の開閉動作とを、切り替えることを特徴とする請求項７に記載の開先内の充填材散布装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、１対の被溶接板を自動溶接する際に、その開先に開先形状の変化を吸収するための充填材を散布する開先内の充填材散布装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
自動溶接技術においては、端面に開先を形成して、１対の被溶接鋼板を突き合わせ、開先が延びる方向を溶接線として、溶接機を溶接線に沿って移動させることにより、溶接機のトーチから送給された溶接ワイヤと被溶接鋼板との間にアークを生起して、開先内を自動溶接する。
【０００３】
この自動溶接において、長い溶接線を自動溶接する場合、溶接開先のギャップの変動及びルート部の長さの変動が溶接結果に大きな影響を与える。ギャップが大きくなれば、開先の断面積が大きくなるため、溶接金属量が不足する結果となる。また、場合によっては、ギャップが大きくなると、開先への溶け込み量が大きくなって溶落の危険が増す。
【０００４】
一方、開先ルート部の長さが変化すると、それに応じて、全体の開先断面積が増減するため、開先ギャップの変化による結果と同じようなことが起きる。開先ルート部の長さが小さくなりすぎると、開先への溶け込み量が多くなって溶落の危険が出てくる。
【０００５】
これらの溶接金属量の不足、溶落の危険、溶接ビードの形状変化を回避するためには、溶接条件を開先状態に応じて調整することが一つの方法であるが、これは溶接技術の熟練を要する作業である。
【０００６】
そこで、開先内に充填材を散布することにより、開先の断面形状の変化を吸収することが行われている（特許文献１）。即ち、充填材の散布は、開先状態に応じた溶接条件の調整を不要にするために行われる。開先断面積が大きなところ、即ち、開先ギャップが大きい箇所と、ルート長さが小さな開先部に充填材を散布することにより、開先断面積が一定になったのと同等の効果を得ることができる。溶接線方向における開先状態の変動に応じて、充填材の散布量を加減することは煩雑な作業となるため、通常、鋼板表面から一定深さになるように、溶接線全線に充填材を散布することが行われている。
【０００７】
この開先内への充填材の散布は、手作業で行われるのが一般的である。溶接する前に開先内に充填材を鋼板表面から一定深さになるように均一に散布する。しかしながら、このときの作業姿勢は、鋼板上にしゃがんだり、膝をついたりするため、長い溶接線では作業員にとって苦痛である。
【０００８】
そこで、散布作業を自動化した技術が特許文献２に開示されている。
【０００９】
【特許文献１】特許第３４７９２００号
【特許文献２】特開平１０−２２５７６９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
しかしながら、この特許文献２に開示された溶加材（充填材）散布装置では、その散布口の大きさが一定であるため、被溶接鋼板の板厚が厚くて大きな開先の場合には、散布口が相対的に小さすぎて、開先断面に対して充分な量の充填材を供給できず、被溶接鋼板の板厚が薄くて小さな開先の場合には、散布口が相対的に大きすぎて、開先内に入らず、小さな開先には適合しないという問題点がある。このため、被溶接鋼板の板厚に応じて散布口を交換して使用する必要があり、煩雑である。
【００１１】
本発明はかかる問題点に鑑みてなされたものであって、被溶接鋼板の板厚が異なること等によって開先形状が変化する場合に、充填材の散布量を任意に調節することができ、薄板から厚板までの種々の形状の開先に充填材を散布することができる開先内の充填材散布装置を提供することを目的する。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明に係る開先内の充填材散布装置は、被溶接材の開先内に充填材を散布する開先内の充填材散布装置において、充填材を散布する開口が扁平形状の散布ノズルと、この散布ノズルをその開口に垂直の軸の回りに回転可能に支持すると共に溶接機本体に設置された支持部と、前記散布ノズルに充填材を供給する充填材供給部とを有することを特徴とする。
【００１３】
この開先内の充填材散布装置において、前記支持部を、溶接機本体に対し、上下方向及び開先幅方向に移動可能に支持する散布ノズル調整器を有することが好ましい。また、前記散布ノズルと前記散布ノズル調整器は、溶接機本体における溶接トーチを上下方向及び開先幅方向に移動可能に支持する倣いスライダに設置することが好ましい。
【００１４】
そして、前記散布ノズルは、非磁性材料により製造されていることが好ましい。
【００１５】
一方、前記充填材供給部は、溶接機本体に設置され充填材を貯留するタンクと、このタンクと前記散布ノズルとを接続する供給管と、前記タンクから前記散布ノズルへの充填材の供給をオンオフする開閉弁とを有するように構成することができる。この場合に、前記タンク、供給管、開閉弁及び散布ノズルは、非磁性材料により製造されていることが好ましい。
【００１６】
また、前記開閉弁の開閉動作を、溶接シーケンスと連動させることにより、充填材の散布開始及び散布停止を自動化することができる。
【００１７】
この開閉弁の開閉動作及び溶接シーケンスの連動と、この連動を解除して手動による前記開閉弁の開閉動作とを、切り替えることができることが好ましい。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、散布ノズルの充填材散布用の開口を扁平形状とし、この散布ノズルを開口に垂直の軸の回りに回転可能としたから、被溶接材が薄板で開先形状が小さい場合には、散布ノズル開口の扁平長手方向を溶接線方向とすることにより、開先幅方向は、扁平短手方向となるので、散布ノズルの先端開口を開先内に挿入して開先内に位置させることができる。逆に、被溶接材が厚板で開先形状が大きい場合には、散布ノズル開口の扁平長手方向を開先幅方向とすることにより、開先幅方向の必要な領域に散布ノズルの開口を対面させることができる。よって、本発明によれば、開先形状の大小によらず、１個の散布ノズルを使用して、この散布ノズルの先端開口を開先内に位置させて開先内に充分な量の充填材を均一に散布することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
以下、本発明の実施形態について、添付の図面を参照して具体的に説明する。図１（ａ）は、本発明の実施形態に係る開先内の充填材散布装置を示す側面図、図１（ｂ）は同じくその正面図、図６はこの充填材散布装置が装着された溶接機１０の全体を示す模式図である。
【００２０】
溶接機本体１０は、溶接機走行ビーム上を走行できる溶接機走行台車から懸架されており、溶接線３に沿って移動することができる。この溶接機本体１０には、第１電極１１、第２電極１２，及び第３電極１３が設置されており、各電極１１，１２，１３は、トーチ１１ａ乃至１３ａと、このトーチ１１ａ乃至１３ａから送給される溶接ワイヤにより構成されている。そして、第１電極１１の溶接方向の直前の位置には表フラックス供給ノズル１４が設けられており、第３電極１３の直前の位置にも同様の表フラックス供給ノズル１５が設置されている。
【００２１】
また、溶接機本体１０には、開先内に侵入して、開先内を転動する倣いローラ１８が設置されており、この倣いローラ１８が開先内を転動して、溶接機本体１０の位置を開先により形成される溶接線３に沿って移動できるようにすることにより、後続の第１乃至第３電極１１〜１３がその先端を開先内に確実に位置させることができるようになっている。
【００２２】
そして、図１（ｂ）に示すように、溶接方向の最前端の位置には、磁気センサである終端検知器１６が設置されており、溶接方向に溶接機本体１０が移動しているときに、先ず、この終端検知器１６がエンドタブを通過し去ったときに、磁気的反応がなくなることから、溶接終端を検知する。そして、この終端検知器１６が溶接終端を検知したときに、図６に示すように、終端検知器１６を支持しているアーム１７を上方に回動させることにより、終端検知器１６を上方に退避させると共に、倣いローラ１８を有する倣い検知器１８ａを上方に移動させて退避させ、更に、第１乃至第３電極１１〜１３によるアーク生起を溶接終端部の溶接条件に変更し、その後、アークを停止する。なお、終端検知器１６が上方に回動して退避するのは、溶接機本体１０の退避位置のスペースを可及的に小さくするためであり、倣いローラ１８を上方に退避させるのは、開先内に転動している倣いローラ１８がエンドタブの直前の鋼板１間の開先内に形成されているシーリングビード（図示せず）を回避するためである。
【００２３】
そして、本実施形態においては、溶接機本体１０の第１電極１１よりも溶接方向の前方の位置に、充填材散布装置２０が設置されている。この充填材散布装置２０は、図１（ａ）、（ｂ）に示すように、その先端が開先内に侵入するように配置された散布ノズル２１と、この散布ノズル２１を支持する支持部２２と、この支持部２２を上下方向及び開先幅方向に移動可能に支持する散布ノズル調整器２３と、充填材を貯留したタンク２６と、このタンク２６の供給端と散布ノズル２１とを接続する供給管２４とから構成されている。タンク２６は溶接機本体１０の上部に設置されており、その中に貯留される充填材は、鉄粉を含む粉体又は粒状体であり、溶接時に溶融して、開先内を埋める溶接金属の一部となる。
【００２４】
調整器２３は倣い検知器１８ａを支持する支持部１９に固定されており、散布ノズル２１を支持する支持部２２が調整器２３に取り付けられている。図２はこの調整器２３の部分を示す平面図であり、支持部１９に対し、開先幅方向の調整ネジ２３ａと、上下方向の調整ネジ２３ｂとを具備しており、調整器２３に取り付けられた散布ノズル２１の支持部２２を、上下方向及び開先幅方向に手動により調整することができる。このように、この調整器２３は、支持部２２を上下方向及び開先幅方向に若干移動可能に支持しており、これにより、散布ノズル２１の位置を調整して、散布ノズル２１が開先内に確実に位置するようになっている。また、調整器２３は倣いローラ１８を支持する支持部１９に固定されているから、溶接終端部で、倣いローラ１８が上方に退避したときには、散布ノズル２１も上方に退避するようになっている。これにより、散布ノズル２１は溶接終端部でシーリングビードを乗り越えることができる。
【００２５】
而して、本実施形態においては、図３乃至図５に示すように、散布ノズル２１はその支持部２２に散布ノズル２１の開口に垂直の方向を回転軸として回転可能に支持されている。なお、各図において、（ａ）は正面断面図、（ｂ）は鋼板１の表面と同一レベルの面でみたときの平面図である。図３が鋼板１が最も薄くて、開先４が最も小さい場合、図４は鋼板１の厚さが中間で、開先４の大きさも中間の場合、図５は鋼板１が最も厚くて、開先４の大きさが最も大きい場合である。散布ノズル２１は、その上端は横断面が円形で、上部は円筒状をなしている。一方、散布ノズル２１の下端の開口は、扁平状をなし、上部の円筒状の部分から、下端開口の扁平形状まで、連続的に断面形状が変化している。そして、散布ノズル２１は支持部２２に対して開口２１ａに垂直の方向を回転軸として回転可能に支持されている。
【００２６】
次に、上述の如く構成された開先内の充填材散布装置の動作について説明する。本実施形態においては、鋼板の板厚、即ち、開先４の大きさに応じて、散布ノズル２１の開口２１ａの向き及び開先内の散布高さを変更する
【００２７】
先ず、開先幅が小さい場合には、図３に示すように、扁平形状の長手方向を溶接線方向にし、扁平形状の短手方向を開先幅方向にすることにより散布ノズル２１の先端開口２１ａが開先４内に侵入し、最小散布幅で充填材を開先内に散布することができる。なお、この扁平形状の短手方向の長さは、例えば、３ｍｍである。この散布ノズル２１の開口２１ａと開先４の側面との間には、１ｍｍ程度のクリアランスが存在して接触しないように、散布ノズル２１の先端開口２１ａを開先４内に位置させる（開口２１ａの開先４内の高さを調節する）。
【００２８】
一方、図５に示すように、鋼板板厚が例えば４０ｍｍ程度の厚板の場合、散布ノズル２１を、その扁平形状の長手方向が開先幅方向になり、短手方向が溶接線方向になるように、図３の場合に比して、９０°回転させる。そして、調整器２３の上下位置を調整することにより、図３の場合に比して散布ノズル２１を上昇させて散布深さを増し、同様に、散布ノズル２１の開口２１ａと開先４の斜面との間のクリアランスが１ｍｍ程度になるまで接近させる。
【００２９】
更に、図４に示すように、鋼板１の板厚が図３及び図５の中間の場合には、散布ノズル２１の向きを、その扁平形状の長手方向が溶接線又は開先幅方向に対して、９０°未満の角度で傾斜するように、支持部２２に対して回転させる。そして、調整器２３を調整して、開口２１ａの高さを、開口２１ａと開先４の斜面との間隔が１ｍｍ程度になるように設定する。このとき、開口２１ａと開先４の斜面とのクリアランスを１ｍｍ程度確保するために、散布ノズル２１の開口２１ａの回転位置及び開口２１ａの開先内高さの双方を調整することができる。この場合は、充填材５の開先４内高さ位置が、所定の散布深さになるように、開口２１ａの回転位置及び／又は開口２１ａの開先内高さを調整する。
【００３０】
上述の如く、鋼板１の板厚（開先形状の大小）に応じて、散布ノズル２１の先端（下端）開口２１ａの向きを調整して、開口２１ａを開先４内に挿入し、開閉弁２５を開にしてタンク２６から充填材５を供給管２４を介して散布ノズル２１に供給する。そして、溶接機本体１０を移動させて溶接を開始する。
【００３１】
そうすると、散布ノズル２１の開口２１ａは開先４内を溶接線に沿って移動し、充填材５を開先４内に散布する。このとき、散布ノズル２１の開口２１ａは、開先幅方向の全域に面しているため、開先幅方向に均一に充填材５を散布できる。また、この充填材５の散布高さは、開先４内の開口２１ａの高さ位置により決まり、溶接作業中に散布ノズル２１の高さを変更しないとすれば、この充填材５の高さ位置は、開先形状が溶接途中で変化しても、常に一定である。これにより、開先形状が一定に整えられ、溶接条件が一定のままで、溶落がなく、安定して、適切な溶接ビード形状を形成することができる。
【００３２】
なお、散布ノズル２１と、タンク２６、供給管２４、開閉弁２５は非磁性材料で製造することが好ましい。溶接電流が交流である場合、溶接電流により電極１１〜１３の回りには磁界が発生する。この磁界の影響により電極１１〜１３の周囲の磁性体は磁化する。
【００３３】
一方、充填材５は主に鉄粉を多く含んだ磁性体である。このため、タンク２６、供給管２４、開閉弁２５、開口２１ａ（散布口）などが磁化することにより、充填材５の流動性が阻害され、散布が不十分になる事態が発生する。このため、散布ノズル２１と、タンク２６、供給管２４、開閉弁２５は非磁性体にすることが好ましい。
【００３４】
本実施形態においては、この開閉弁２５の開閉動作を、第１乃至第３電極１１〜１３によるアークの生起及び停止、トーチ３ａ乃至５ａからの溶接ワイヤの送給の制御等の溶接シーケンスと連動させることにより、充填材の散布開始及び停止を溶接作業と連動させて自動化することができる。
【００３５】
この場合に、開閉弁２５による開閉動作（充填材の散布）と溶接シーケンスとの連動を解除可能にして、開閉動作の連動と手動による開閉弁２５の開閉動作とを、切り替えるようにすることもできる。
【００３６】
なお、開閉弁２５の開閉動作の一例は以下のとおりである。
【００３７】
倣い検知器１８ａを溶接線３にセットし、溶接ワイヤ位置を開先線に合わせ、表フラックスの開閉弁と同時に充填材の開閉弁２５を開く。溶接開始ボタンで溶接が開始し、溶接機本体１０が走行を始める。
【００３８】
溶接終点の手前で表フラックスの散布の開閉弁を閉じ、充填材の開閉弁２５を閉じる。各開閉弁を閉じるタイミングは、供給管の長さに応じて設定される。弁を閉じた後、弁から散布口までの供給管内に存在するフラックスや充填材は溶接進行に伴い散布されるので、その散布量に応じて弁を閉じるタイミングがシーケンス上決定される。
【００３９】
この溶接終了後の動作については、先ず、終端検知器１６が鋼板１の端部（またはタブ板端部）を検出し、終端検知器１６を退避させる。次に、表フラックス散布開閉弁を閉じ、充填材の散布開閉弁２５を閉じる。倣い検知器１８ａを停止し、倣いローラ１８を上昇させる。その後、各電極１１乃至１３の溶接条件を溶接終端の条件に移行させる。そして、タブ板上で第１電極１１と第２電極１２の溶接を停止する。更に、第３電極１３がタブ板上の位置にきたら溶接を停止する。そして、フラックス回収ノズル４１が上記停止位置にきたら回収を停止する。そして、溶接機１０が鋼板１上の位置から外れたときに、溶接機の走行を停止する。
【００４０】
なお、本発明は、片面溶接に限らず、両面溶接にも適用することができる。両面溶接は、片側を溶接した後、溶接鋼板を裏返して、他方の片面を溶接する方法である。最初に溶接する側は、片面溶接の場合と同様に溶け込み量をコントロールしないと、抜け落ちを発生させる虞がある。
【産業上の利用可能性】
【００４１】
本発明によれば、自動溶接において、充填材の開先内散布により、溶接途中の開先形状の変化に対して、溶接条件の変更なしに、安定して適切な溶接ビード形状を形成することができると共に、被溶接材の厚さ等による開先形状の大小によらず、散布ノズルの回転により、開先内に均一に充填材を散布することができるので、充填材の均一散布の自動化に寄与する。
【図面の簡単な説明】
【００４２】
【図１】（ａ）は本発明の実施形態に係る開先内の充填材散布装置を示す側面図、（ｂ）は同じくその正面図である。
【図２】調整器２３を拡大して示す平面図である。
【図３】（ａ）は散布ノズルと開先形状との関係を示す正面断面図、（ｂ）はその鋼板表面レベルの平面図である。
【図４】（ａ）は散布ノズルと開先形状との関係を示す正面断面図、（ｂ）はその鋼板表面レベルの平面図である。
【図５】（ａ）は散布ノズルと開先形状との関係を示す正面断面図、（ｂ）はその鋼板表面レベルの平面図である。
【図６】本発明の実施形態の充填材散布装置が装着される溶接機を示す模式図である。
【符号の説明】
【００４３】
１：鋼板（被溶接板）
３：溶接線
４：開先
５：充填材
１０：溶接機本体
１１〜１３：電極
３ａ〜５ａ：トーチ
１４，１５：表フラックス供給ノズル
１６：終端検知器
１８：倣いローラ
１８ａ：倣い検知器
２０：充填材散布装置
２１：散布ノズル
２１ａ：開口
１９，２２：支持部
２３：調整器
２３ａ，２３ｂ：調整ねじ
２５：開閉弁
２６：タンク
【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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