【手続補正書】
【提出日】平成16年1月26日(2004.1.26)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【発明の名称】片面溶接装置
【特許請求の範囲】
【請求項１】保持台上に被溶接鋼板の側端同士を突き合わせ、この突き合わせ溶接線を片面から溶接する片面溶接装置において、
前記溶接線の下方に位置して昇降自在にされ、前記被溶接鋼板に平行する平行面を有する裏当装置と、
前記溶接線を挟むように配設された昇降自在な第１クランプ部材及び第２クランプ部材と、
第１クランプ部材又は第２クランプ部材の一方の上に配置され、溶接線に沿って走行自在な溶接装置とを備え、
前記第１クランプ部材及び第２クランプ部材は、
前記被溶接鋼板に前記溶接線近傍に当接され、上昇される前記裏当装置の平行面と相対する間で該被溶接鋼板を押圧する薄板モードと、
前記被溶接鋼板に前記裏当装置の平行面から外れた外側に装置され、上昇される前記裏当装置の平行面とで該被溶接鋼板を押圧する厚板モードとに切換可能に構成されていることを特徴とする片面溶接装置。
【請求項２】請求項１において、前記第１クランプ部材及び第２クランプ部材に、前記被溶接鋼板を検知するセンサ手段と、
前記被溶接鋼板に、前記第１クランプ部材及び第２クランプ部材が当接した状態で下降を停止させる制御装置とが設けられた片面溶接装置。
【請求項３】請求項１において、前記薄板モードは、前記第１クランプ部材および第２クランプ部材の下端部に、先端の押さえ部が相対するようにＬ字状クランプ部材が取り付けられたものである片面溶接装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、突き合わされた一対の被溶接鋼板を片面溶接するものに係わり、特に、厚板の被溶接鋼板のみらなず、薄板の被溶接鋼板の片面溶接も兼用して行うことのできる片面溶接装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の片面溶接装置としては、特公昭５１−７１３６号公報に記載されたものが提案されている。この種の片面溶接装置は、主として船舶等に用いられる厚板の被溶接鋼板同士を片面溶接するためのものである。
【０００３】
そして、従来の片面溶接装置による片面溶接は、被溶接鋼板保持台車上に仮付された厚板の被溶接鋼板を位置決めし、これら被溶接鋼板上にクランプする一対の押え部材（ビーム）を装着する。そして、上記保持台車に搭載された裏当装置により厚板の被溶接鋼板の裏面から押し上げて、上記各押え部材とで厚板の被溶接鋼板を充分にクランプした後に、一方の押え部材上に搭載された溶接ユニットを上記溶接線に沿って走行させつつ、この溶接ヘッドにより厚板の被溶接鋼板を片面溶接するものである。
【０００４】
上記のように、厚板の被溶接鋼板を上方よりクランプするのは、この厚板の被溶接鋼板が大入熱の溶接により熱膨張で上下に膨らむことを抑制するためと、裏当装置の押し上げ力により被溶接鋼板が持ち上らないようにするためである。裏当装置は厚板の被溶接鋼板の緩やかな曲がりに沿うような可撓性の裏当銅板を有し、上記熱膨張により被溶接鋼が上方に膨らんでも密着を良くするため、被溶接鋼板の裏面を上方に押し上げるエアホースに大きなストロークを採って、この裏面よりも上方に押し上げて持続する構造としている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、従来の片面溶接装置で、厚板の被溶接鋼板同士を片面溶接する際には、上記裏当装置により厚板の変形を適正に抑制することができたが、薄板の被溶接鋼板同士を片面溶接すると、以下の問題が生じた。
すなわち、裏当装置のストロークが上記のように大きいため、薄板の被溶接鋼板を各押え部材でクランプした後に、裏当装置をストロークさせて被溶接鋼板を押し上げると、薄板の被溶接鋼板は溶接線を境にして上方にヘ字状に反り返る変形を生じてしまう。これにより、片面溶接される溶接線と裏当材との間に隙間ができて、溶接の失敗を招き、薄板の被溶接鋼板に対する溶接を行うことができなくなる。
【０００６】
この場合において、薄板の被溶接鋼板の各押え部材（ビーム）によるクランプを、できるだけ溶接線に近いところで押さえて、被溶接鋼板の上方側のヘ字状の反り返る変形を抑えることも考えられるが、各押え部材の重量が薄板の被溶接鋼板にかかってしまい、逆に下方側のヘ字状の変形を誘発することになる。
【０００７】
本発明の片面溶接装置は、この問題を解決するためになされたもので、厚板の被溶接鋼板のみらなず、薄板の被溶接鋼板の片面溶接も兼用して行うことのできるようにしたものである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記問題を解決するため、本発明の片面溶接装置は、
請求項１の片面溶接装置では、保持台上に被溶接鋼板の側端同士を突き合わせ、この突き合わせ溶接線を片面から溶接する片面溶接装置において、
前記溶接線の下方に位置して昇降自在にされ、前記被溶接鋼板に平行する平行面を有する裏当装置と、前記溶接線を挟むように配設された昇降自在な第１クランプ部材及び第２クランプ部材と、第１クランプ部材又は第２クランプ部材の一方の上に配置され、溶接線に沿って走行自在な溶接装置とを備え、
前記第１クランプ部材及び第２クランプ部材は、前記被溶接鋼板に前記溶接線近傍で当接され、上昇される前記裏当装置の平行面と相対する間で該被溶接鋼板を押圧する薄板モードと、前記被溶接鋼板に前記裏当装置の平行面から外れた外側で装置され、上昇される前記裏当装置の平行面とで該被溶接鋼板を押圧する厚板モードとに切換可能に構成されているものである。
これにより、薄板の被溶接鋼板をクランプするに際して、第１及び第２クランプ部材を被溶接鋼板の溶接線近傍で当接させた状態で、裏当装置の平行面を上昇させて、この平行面と各クランプ部材とが相対する間で薄板の被溶接鋼板をクランプすることができる。また、厚板の被溶接鋼板をクランプするに際して、各クランプ部材を裏当装置の平行面の外側で厚板の被溶接鋼板に装置した状態で、裏当装置を上昇させて、この平行面と各クランプ部材とで厚板の被溶接鋼板をクランプすることができる。
【０００９】
請求項２の片面溶接装置では、請求項１記載のものに、前記第１クランプ部材及び第２クランプ部材に、前記被溶接鋼板を検知するセンサ手段と、前記被溶接鋼板に、前記第１クランプ部材及び第２クランプ部材が当接した状態で下降を停止させる制御装置とが設けられたものである。
これにより、各クランプ部材は、センサ手段が被溶接鋼板を検知することで、制御装置により自動的に、被溶接鋼板に当接する状態で停止される。
【００１０】
請求項３の片面溶接装置では、請求項１記載の前記薄板モードを、前記第１クランプ部材および第２クランプ部材の下端部に、先端の押さえ部が相対するようにＬ字状クランプ部材が取り付けられたものとした片面溶接装置である。これにより、薄板の被溶接鋼板が反り返る変形を阻止できる。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態における片面溶接装置について、図１乃至図３を参照して説明する。
【００１２】
本実施形態における片面溶接装置は、図１および図２に示すように、片面溶接する被溶接鋼板１，１の厚さ（薄板と厚板の別）に応じて、第１及び第１クランプビーム４ａ，４ｂと、裏当装置３とで、被溶接鋼板１，１に反り返り変形を発生させることなくクランプすることにより、同一の片面溶接装置で厚板の被溶接鋼板１，１のみならず、薄板の被溶接鋼板１，１の片面溶接を兼用できるようにしたものである。
【００１３】
図１および図２において、１，１は相対向する薄板又は厚板の被溶接鋼板であって、側端同士が突き合わされて溶接線１５を形成している。２は被溶接鋼板１，１を保持する被溶接鋼保持車（以下、単に保持車２という。）であり、裏当装置３と移送ローラ群１３及びこれらを装着して走行する保持台車１４とから構成されている。裏当装置３は、下部配置のシリンダ３Ｃにより所定ストロークだけ昇降され更にエアホースにより被溶接鋼板１，１の裏面に押圧される厚肉の裏当銅板３ａを備え、裏当銅板３ａは被溶接鋼板１，１に平行し、溶接線１５を中心に、これと直交する方向に同寸法を有する所定幅ｈの範囲で被溶接鋼板１，１を、各クランプビーム４ａ，４ｂ側に押圧する平行面３ｂを有している。また、裏当銅板３ａの平行面３ｂは、溶接線１５の延在方向に延びて、エアホースによりこの延在方向に可撓性を有して被溶接鋼板１，１を押圧できるようになっている。尚、裏当銅板３ａの平行面３ｂの所定幅ｈは、薄板の被溶接鋼板１，１を溶接する際に、薄板をクランプし薄板の被溶接鋼板１，１に密着するのに十分な幅にされている。
【００１４】
被溶接鋼板１，１をクランプする別体の第１及び第２クランプビーム４ａ，４ｂは、被溶接鋼板１，１上の各々に装置されている。各クランプビーム４ａ，４ｂは、図３に示すように、被溶接鋼板１，１の溶接線１５に平行して延びており、この溶接線１５の延在する方向に亘って被溶接鋼板１，１を裏当銅板３Ａとでクランプできるようにされている。そして、各クランプビーム４ａ，４ｂは、図３に示すように、その延在する方向の両端側に立設された一対のビームガイド３０により昇降自在に支持されている。各ビームガイド３０には各クランプビーム４ａ，４ｂを昇降させるための一対の昇降シリンダ３１，３２が設けられ、各昇降シリンダ３１，３２は、制御装置３５の指令に基づいて各油圧回路３６から給排される油圧により昇降される。
【００１５】
５は第１クランプビーム４ａの下段部４ａ１上で溶接線１５と直交する方向に水平移動できるようにしたレール台車で、その上面に溶接線１５に沿つたレールが搭載されており、第１クランプビーム４ａと溶接線１５とがずれている場合に、該レールを溶接線１５と平行に合わせるようになっている。６は複数の溶接ヘッドを備えた溶接ユニットであり、レール台車５に配置されたレール上を単独走行する走行台車に搭載されている。７は溶接用フラックス散布回収器８を搭載した走行台車（以下、フラックス台車という。）で、溶接ユニット６と同一レール上を、溶接ユニット６の走行速度と同一速度で走行するようになっている。また、溶接ユニット６は、溶接ワイヤ１２の送給装置と共にレール台車５に搭載されている。１０はワイヤリール１１を搭載した走行台車（以下、リール台車という。）で、第１クランプビーム４ａ上段４ａ２の走行レール１６を、溶接ユニット６と同一速度で走行するようになっている。
【００１６】
また、第１及び第２クランプビーム４ａ，４ｂは、被溶接鋼板１，１の厚さに応じて、裏当銅板３ａとで該被溶接鋼板１，１をクランプする薄板モード２０、又は厚板モード２５との相互に切換自在にされている。
薄板モード１０は、図１に示すように、第１クランプビーム４ａの下端にＬ字状クランプ部材２１を取付け、第２クランプビーム４ｂの下端にＬ字状クランプ部材２２を取付け、両クランプ部材２１，２２を裏当板３ａの左右対象に配置して構成される。また、厚板モード２５は、図２に示すように、第１クランプビーム４ａの下端にクランプ部材２３を取付け、第２クランプビーム４ｂの下端にクランプ部材２４を取付け、両クランプ部材２３，２４を裏当板３ａの外側で左右対象に配置して構成される。尚、１９は第１クランプビーム４ａのクランプ部材２３に対して溶接線１５と離れた位置に設けられた第２クランプ部材であって、保持車２の移送ローラ群１３と共同で一方側の被溶接鋼板１を押圧するものである。
【００１７】
そして、図１のＬ字状クランプ部材２１，２２を、図２のクランプ部材２３，２４に交換することで、薄板モード２０から厚板モード２５に切換可能になっている。
【００１８】
更に、各クランプビーム４ａ，４ｂの薄板モード２０の詳細な説明をする。図１に示すように、一対のＬ字状クランプ部材２１，２２は、先端が押え板２１ｂ，２２ｂとなった押え板２１ａ，２２ａを有している。押え部２１ｂ，２２ｂは、被溶接鋼板１，１に平行にして溶接線１５側に延びており、裏当銅板３ａにより被溶接鋼板１，１を押圧する所定幅ｈ内で相対して、該被溶接鋼板１，１の表面に当接可能となっている。また、各押え部２１ｂ，２２ｂ同士は、溶接線１５を中心に、これと直交する方向に同寸法を有する所定幅ｈ１（但し、幅ｈ１＜上記幅ｈ）の位置で、裏当板３ａと共同で薄板の被溶接鋼板１，１を上記反り返る変形を阻止しつつクランプする。
そして、各Ｌ字状クランプ部材２１，２２は、溶接線１５の延在方向に延びており、この溶接線１５の延在方向に亘って被溶接鋼板１，１をクランプ可能にされ、溶接線１５に亘って起こりうる被溶接鋼板１，１の上記反り返る変形を阻止するようになっている。
【００１９】
また、各クランプビーム４ａ，４ｂには、図３に示すように、各Ｌ字状クランプ部材２１，２２の被溶接鋼板１，１に対する状態を検知する複数の検知センサ３７，３８が設けられている。各検知センサ３７，３８は、各クランプビーム４ａ，４ｂの延在方向する両端側で、被溶接鋼板１，１に対向するように配置されおり、昇降されるＬ字状クランプ部材２１，２２の各押え部２１ｂ，２２ｂの被溶接鋼板１，１に対する近接、又は離間状態（距離）を検知して、検知信号として上記制御装置３５に出力するものである。尚、検知センサ３７，３８としては、リミットスイッチ、接触センサおよびレーザ偏位センサ等が用いられる。
【００２０】
これにより、制御装置３５は、各検知センサ３７，３８から出力される検知信号に基づいて、薄板モード２０における各Ｌ字状クランプ部材２１，２２の押え部２１ｂ，２２ｂの被溶接鋼板１，１に対する近接、又は離間状態（距離）を監視して、上記各油圧回路３６から各昇降シリンダ３１，３２（図３に示す）に給排される油圧を制御することで、特に、薄板モード２０のＬ字状クランプ部材２１，２２の押え部２１ｂ，２２ｂを、薄板の被溶接鋼板１，１に当接させるようにしている。
【００２１】
次に、各クランプビーム４ａ，４ｂの厚板モード２５の詳細を説明する。図２に示すように、各クランプ部材２３，２４は、溶接線１５に直交する方向で裏当銅板３ａの平行面３ｂから外れた外側に位置し、移送ローラ群１３のうちのローラ１３ａ，１３ｂおよび裏当銅板３ａとで厚板の被溶接鋼板１，１をクランプする。また、各クランプ部材２３，２４は、溶接線１５の延在方向に延びており、この溶接線１５の延在方向に亘って被溶接鋼板１，１をクランプするようになっている。
【００２２】
本実施形態における片面溶接装置は、以上のように構成されるが、次に、この片面溶接装置を用いて薄板の被溶接鋼板１，１を溶接する手順と、厚板の被溶接鋼板１，１を溶接する手順について説明する。
【００２３】
先ず、薄板の被溶接鋼板１，１を行う場合には、図１に示すように、各クランプビーム４ａ，４ｂの下端にＬ字状クランプ部材２１，２２を取付けて薄板モード２０にする。
【００２４】
薄板モード２０にした後に、薄板の被溶接鋼板１，１を保持台車２の移送ローラ群３上に載置し、薄板の被溶接鋼板１，１の側端を突き合わせて溶接線１５を形成すると共に、各油圧回路３６から昇降シリンダ３１，３２に油圧を給排して、各クランプビーム４ａ，４ｂを被溶接鋼板１，１側に下降させる。この間、制御装置３５は各検知センサ３７，３８の検知信号に基づいて、Ｌ字状クランプ部材２１，２２の押え部２１ｂ，２２ｂと薄板の被溶接鋼板１，１との近接状態（距離）を監視する。
【００２５】
そして、Ｌ字状クランプ部材２１，２２の押え部２１ｂ，２２ｂが薄板の被溶接鋼板１，１に当接する状態（距離）を各検知センサ３７，３８で検知すると、制御装置３５は昇降シリンダ３１，３２への給排を停止する。これにより、各クランプビーム４ａ，４ｂの下降が停止され、Ｌ字状クランプ部材２１，２２の押え部２１ｂ，２２ｂが裏当銅板３ａの平行面３ｂに相対する状態で、溶接線１５の延在方向に亘って薄板の各被溶接鋼板１，１に当接される。
【００２６】
次いで、Ｌ字状クランプ部材２１，２２を薄板の各被溶接鋼板１，１に当接させた状態で、裏当板３ａを被溶接鋼板１，１側に油圧にて上昇させた後、エアホースで、この平行面３ｂを薄板の被溶接鋼板１，１の裏面から当接させることにより、薄板の被溶接鋼板１，１を押し上げる。このとき、薄板の被溶接鋼板１，１は、裏当銅板３ａの平行面３ｂとこれに相対するＬ字状クランプ部材２１，２２の押え部２１ｂ，２２ｂとの間でクランプされるので、この裏当銅板３ａのストロークにより各クランプビーム４ａ，４ｂ側に押し上げられても、押え部２１ｂ，２２ｂにより上記へ字状に反り返る変形が規制される。
このように、薄板の被溶接鋼板１，１を、相対するＬ字状クランプ部材２１，２２の押え部２１ｂ，２２ｂと裏当銅板３ａの平行面３ｂとでクランプすると、上記へ字状の反り返る変形を最小限に規制して、薄板の被溶接鋼板１，１同士を略平行状態で保持できるので、裏当銅板３ａとの間に隙間が発生することなく、薄板の被溶接鋼板１，１の溶接の実現が可能となる。
【００２７】
上記のように薄板の被溶接鋼板１，１を充分にクランプした後に、ワイヤリール１１から溶接ユニット６の溶接ヘッドに溶接ワイヤ１２を送給して溶接の準備を行い、これと同時にフラックス散布回収器８から溶接線１５に向けてフラックスを散布する。次いで、溶接ユニット６をレール台車５に搭載されたレールに沿って走行させて溶接を開始する。この溶接開始と同時に、ワイヤリール１１から溶接用ワイヤ１２を溶接ヘッドに連続送給するが、リール台車１０とフラッス台車７は溶接ユニット６と同一速度で走行させる。
【００２８】
以上の如くして溶接を開始し、継続して行う間に溶接ユニット６等が溶接線１５の終端に達すれば、それら全てのものを停止した後、各クランプビーム４ａ，４ｂを昇降シリンダ３１，３２で上昇させて薄板の被溶接鋼板１，１から離間させ、溶接終了した薄板の被溶接鋼板１，１を保持車２上で搬送して溶接作業を完了させる。
このＬ字状クランプ部材２１，２２を使用したまま、厚板溶接を行うと、大電流溶接が必要となるため、溶接されたビードの巾が大きくなり、押え部２１ｂ，２２ｂの近傍までビードが接近し、クランプ部材２１，２２が溶接熱で変形したり、接触してしまう危険があり、厚板溶接には使用できない。
【００２９】
従って、厚板の被溶接鋼板１，１を片面溶接するには、上昇された各クランプビーム４ａ，４ｂからＬ字状クランプ部材２１，２２を取り外して、図２に示すように、クランプ部材２３，２４を取付けることで、薄板モード２０から厚板モード２５に切換える。
【００３０】
厚板モード２５に切換えた後に、仮付けされた厚板の被溶接鋼板１，１を保持車２の移送ローラ群３上に載置して位置決めし、各油圧回路３６から昇降シリンダ３１，３２に油圧を給排して、各クランプビーム４ａ，４ｂを被溶接鋼板１，１側に下降させる。そして、各クランプビーム４ａ，４ｂのクランプ部材２３，２４が厚板の被溶接鋼板１，１に搭載されると、昇降シリンダ３１，３２への給排を停止する。
【００３１】
次いで、クランプ部材２３，２４を厚板の被溶接鋼板１，１に搭載した状態で、裏当銅板３ａを被溶接鋼板１，１側に上昇させた後、エアホースでこの平行面３ｂを厚板の被溶接鋼板１，１の裏面に向けて上昇させて、厚板の被溶接鋼板１，１を押し上げる。このとき、被溶接鋼板１，１は、裏当銅板３ａの平行面３ｂと、裏当銅板３ａから外れる外側に搭載されるクランプ部材２３，２４とでクランプされるので、この裏当銅板３ａのストロークにより各クランプビーム４ａ，４ｂ側に押し上げられても、厚板の被溶接鋼板１，１の剛性により上記へ字状に反り返る変形もなく、裏当銅板３ａの平行面３ｂが上記溶接線１５の延在方向に亘って密着する。
【００３２】
このように、厚板の被溶接鋼板１，１を、溶接線１５に直交する方向で裏当銅板３ａから外れた外側に位置するクランプ部材２３，２４と、裏当銅板３ａの平行面３ｂおよび上記ローラ１３ａ，１３ｂとでクランプしても、厚板の被溶接鋼板１，１の剛性により上記へ字状の反り返る変形を起こすことなく、厚板の被溶接鋼板１，１同士を略平行状態で保持できる。そして、厚板の被溶接鋼板１，１を充分にクランプした後に、薄板の被溶接鋼板１，１の溶接と同様にして、溶接線１５の終端まで溶接する。
【００３３】
尚、本実施形態における片面溶接装置では、薄板モード２０と厚板モード２５との切換えは、各クランプビーム４ａ，４ｂにＬ字状クランプ部材２１，２２又はクランプ部材２３，２４を取付け、取外しすることで行うものを示したが、これに限定されるものでなく、Ｌ字状クランプ部材２１，２２から複数のシリンダ等によりクランプ部材２３，２４を進退させて、薄板モード２０と厚板モード２５との切換えを自動的に行うようにしてもよい。
【００３４】
【発明の効果】
このように本発明の片面溶接装置によれば、
請求項１の片面溶接装置では、薄板モードにより薄板の被溶接鋼板を、裏当材の平行面に相対する各クランプ部材との間でクランプすると、この裏当板３Ａによる薄板の被溶接鋼板への押圧力を、相対する各クランプ部材により規制して、被溶接鋼板のへ字状に反り返る変形を最小限にして、薄板の被溶接鋼板に対する溶接を実現することができる。また、厚板モードにより厚板の被溶接鋼板を、裏当材の平面と各クランプ部材との間でクランプすることで、従来の如く、厚板の被溶接鋼板に対する溶接を行うことができる。このように、薄板モードと厚板モードの相互に切換えることで、同一の片面溶接装置を用いて、厚板の被溶接鋼板のみならず、薄板の被溶接鋼板の片面溶接を行うことができる。
【００３５】
請求項２の片面溶接装置では、請求項１記載の効果に加えて、各クランプ部材は、センサ手段が被溶接鋼板を検知することで、制御装置により自動的に被溶接鋼板に当接する状態で停止されるので、各クランプ部材を被溶接鋼板に当接させるための煩わしい作業を必要としない。
【００３６】
請求項３の片面溶接装置では、請求項１の効果に加えて、薄板の被溶接鋼板を、第１クランプ部材および第２クランプ部材の下端部に先端の押さえ部が相対するようにＬ字状クランプ部材でクランプするようにしたので、へ字状の反り返り変形を最小限に規制して、薄板の被溶接鋼板同士を略平行状態に保持できるので、裏当銅板との間に隙間が発生することなく、薄板の被溶接鋼板の溶接が出来る。
【図面の簡単な説明】
【図１】片面溶接装置を示すもので、主として薄板を挟み込むための薄板押圧部の構成を説明するための側面図である。
【図２】片面溶接装置を示すもので、主として厚板を挟み込むための厚板押圧部の構成を説明ための側面図である。
【図３】片面溶接装置を示すもので、主として各ビームを昇降させる昇降シリンダ、検出器および制御装置の関係を説明するための斜視図である。
【符号の説明】
１  被溶接鋼板
２  保持車（保持台）
３  裏当装置
３ａ  平行面
４ａ  第１クランプビーム
４ｂ  第２クランプビーム
６  溶接ユニット
１５  溶接線
２１，２２  Ｌ字状クランプ部材
２３，２４  クランプ部材
３５  制御装置
３７，３８  検知センサ