(57)【要約】  【課題】  狭隘部でも効率的に溶接を行うことができ、溶接位置の変化やずれにも容易に対処でき、溶接品質の安定化が可能な自動溶接機および自動溶接方法を提供する。  【解決手段】  鋼矢板１，１’で囲まれる狭隘空間に自動溶接機３を挿入し、自動溶接機３の支持体４を被溶接材である溝形鋼２をガイドとして上下方向に移動させる。支持体４には、溶接ヘッド５、スペーサー７等を設けてあり、スペーサー７によって反対側の鋼矢板１’に反力をとり、溝形鋼２に係合させた支持体４を溝形鋼２のフランジ先端が溶接位置９にくるように押し付け、立向き自動溶接を行う。  【選択図】    図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
溶接機構を備えた支持体と、該支持体を被溶接材をガイドとして溶接線に沿って移動させる移動手段と、前記支持体を溶接位置に向けて押圧する押圧手段とを有することを特徴とする自動溶接機。
【請求項２】
前記支持体が溶接位置に向けて押圧された際に、被溶接材の一方を他方の被溶接材に押圧するものであることを特徴とする請求項１記載の自動溶接機。
【請求項３】
前記押圧手段が、前記支持体の移動空間内において前記溶接位置と反対側に反力をとるためのスペーサーであることを特徴とする請求項１または２記載の自動溶接機。
【請求項４】
前記支持体と前記押圧手段とはヒンジを介して回動可能に連結されていることを特徴とする請求項１、２または３記載の自動溶接機。
【請求項５】
前記押圧手段を、前記溶接位置と異なる方向に押し付ける押圧手段加圧機構を有することを特徴とする請求項１〜４の何れかに記載の自動溶接機。
【請求項６】
前記支持体の前記被溶接材の側に磁石が設けられていることを特徴とする請求項１〜５の何れかに記載の自動溶接機。
【請求項７】
請求項１〜６の何れかの自動溶接機の支持体を、押圧手段により溶接位置に向けて押圧しつつ、互いに溶接される被溶接材の少なくとも一方をガイドとして溶接線に沿って移動させ、前記支持体に設けた溶接機構により被溶接材どうしの溶接を行う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】
本発明は、鋼製構造物等の溶接対象物に対し、鋼材を溶接するための自動溶接機および自動溶接方法に関するものであり、特に狭隘な空間での自動溶接に適する。
【背景技術】
【０００２】
鋼管内などの狭隘部の溶接は、従来、長く伸ばした片持ち式の腕の先端部に溶接トーチを取り付けてその腕を移動させて溶接を行っていた。溶接の狙い位置はＣＣＤカメラなどで作業者が溶接トーチ位置を観察しながら修正していた。このような方法では下向き溶接のみが可能である。
【０００３】
また、狭隘部内にガイドレールを挿入して磁石等で固定し、そのガイドレール上を溶接ヘッドが走行して溶接する方法があるが、溶接線とガイドレールを平行にセットすることが非常に困難であった。また、溶接線が長い場合や溶接姿勢が下向き以外の場合には実用化が困難であるとされていた。
【０００４】
この他、特許文献１には、被溶接材への溶接台車用レールを取付けることなく溶接可能な立向自動溶接装置として、十字継手結合部のように垂直に結合している鋼製被溶接材の一方の面上を転動するガイド車輪と、他方の鋼製被溶接材の面上を転動する走行車輪と、この他方の鋼製被溶接材側に吸引させる磁石とを備え、鋼製被溶接材に沿って上昇しながら溶接するようにした装置が記載されている。
【特許文献１】特開平０８−１７４２２１号公報
【特許文献２】特開平０６−１４２９２９号公報
【特許文献３】特開平０８−２６７２４０号公報
【特許文献４】特開平０９−０１０９３１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上述した特許文献１記載の発明の場合も、使用できる条件は被溶接部材どうしの配置が垂直な場合に限られ、狭隘な箇所は溶接残しを作り、オペレーターが溶接することとしている。また、溶接倣いが外れた場合には溶接を停止せざるを得ず、溶接線がほぼ完全に直線でなければ使用できないという問題がある。
【０００６】
本発明は、これらの従来技術における課題の解決を図ったものであり、狭隘部でも効率的に溶接を行うことができ、溶接位置の変化やずれにも容易に対処でき、溶接品質の安定化が可能な自動溶接機および自動溶接方法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】
本願の請求項１に係る自動溶接機は、溶接機構を備えた支持体と、該支持体を被溶接材をガイドとして溶接線に沿って移動させる移動手段と、前記支持体を溶接位置に向けて押圧する押圧手段とを有することを特徴とするものである。
【０００８】
ここでいう溶接機構は、溶接トーチやワイヤー送給装置等を備えたいわゆる溶接ヘッドに相当するものであり、被溶接材をガイドとして利用することにより溶接線に対する溶接狙い位置が安定し、その結果、溶接品質の安定化を確保することができる。
【０００９】
支持体と被溶接材との関係については、被溶接材の断面形状等に応じて、被溶接材を両側から挟み込む形態の他、支持体と被溶接材の一部が嵌合しあう形態等、種々の態様があり得るが、必要に応じ支持体と被溶接材との当接位置にローラーを設けるなどして支持体の移動がスムーズとなるようにする。
【００１０】
支持体の移動方法としては、例えば支持体をホイスト等で吊り、ワイヤーの送り出し、巻き上げによって昇降させる方法等を用いることができるが、その他、支持体に設けた駆動機構により昇降させるものなどでもよい。また、支持体を安定して移動できるような構成であれば、支持体の移動方向すなわち溶接線の方向は必ずしも鉛直方向でなくとも良い。
【００１１】
自動溶接で重要なことは、正しい溶接条件でしかも溶接狙い位置を正確に保つことであるが、本発明では支持体が被溶接材をガイドとして移動するため、支持体と溶接狙い位置の関係が常に安定しており、押圧手段により被溶接材を支持体とともに溶接対象物の所定位置に押圧して溶接を行うことで、正確な溶接狙い位置を確保することができる。
【００１２】
例えば、鋼矢板を土中に打設した後にその継手部自体を溶接したり、継手部に止水用の鋼材を溶接する場合等、安定して自動溶接することができれば工数を削減することができるが、鋼矢板の打設状況により、打設後の鋼矢板継手部は必ずしも通常の溶接部のように直線状とは限らない。本発明によれば、そのような普通の溶接環境に比べて誤差の大きな条件においても、誤差を吸収し安定した自動溶接が可能である。
【００１３】
溶接位置の確認は、必要に応じ、支持体に取り付けたＣＣＤカメラ等によって行うことができる。
【００１４】
請求項２は、請求項１に係る自動溶接機において、前記支持体が溶接位置に向けて押圧された際に、被溶接材の一方を他方の被溶接材に押圧するものである場合を限定したものである。
【００１５】
すなわち、支持体と一方の被溶接材を同時に押圧するものであり、別途、その被溶接材を仮止めする必要がなく、溶接位置の調整における自由度も大きい。
【００１６】
請求項３は、請求項１または２に係る自動溶接機において、前記押圧手段が、前記支持体の移動空間内において前記溶接位置と反対側に反力をとるためのスペーサーである場合を限定したものである。
【００１７】
本発明は、特に、狭隘な空間部を進むように自動溶接機を動かす場合、例えば２列の鋼矢板に挟まれた閉鎖空間内などの狭隘部で溶接を行なう場合等に適し、その場合、支持体の移動空間内における溶接位置と反対側の壁面等にスペーサーの先端部を押し付けるなどして反力をとり、支持体および被溶接材を所定の溶接位置に押圧することができる。
【００１８】
スペーサーの形態は特に限定されないが、例えばバネ、油圧シリンダーなどの伸縮機構を備えたものが好ましく、さらに先端に支持体の移動がスムーズとなるようにローラーを設けたもの等を用いることもできる。
【００１９】
また、支持体の移動空間が隅角部等の折曲り部を有する場合、スペーサーの先端部が折曲り部に入り込むようにすることで、支持体をより安定的に押圧支持することができる。
【００２０】
なお、請求項３における支持体の移動空間は、必ずしも閉鎖空間である必要はなく、反力がとれる部分があれば一部が開放された空間でもよい。
【００２１】
請求項４は、請求項１、２または３に係る自動溶接機において、前記支持体と前記押圧手段とがヒンジを介して回動可能に連結されている場合を限定したものである。
【００２２】
前述のように、土中に打設された溶接対象物にねじれが生じている場合等、支持体の移動空間にねじれが生じている場合において、支持体とスペーサーを回動可能に連結しておくことで、溶接対象物や移動空間のねじれに対しても容易に対処させることができる。
【００２３】
特に、スペーサーに伸縮機能を有するものを用いた場合、伸縮機能とヒンジ部での回動により、打設によるすべての方向の誤差を吸収することができる。
【００２４】
請求項５は、請求項１〜４の何れかに記載の自動溶接機において、前記押圧手段を、前記溶接位置と異なる方向に押し付ける押圧手段加圧機構を有する場合を限定したものである。
【００２５】
この押圧手段加圧機構としては、油圧機構等の他、溶接位置と異なる方向に流体を噴出させるものなどがある。
【００２６】
より具体的には、例えば、溶接する側とほぼ対抗する方向に、エアーを噴出するエアーコンプレッサー等を設け、その圧によってスペーサーを溶接位置の反対方向に押し出し、その反力で支持体および被溶接材を溶接位置に押圧するようなものが挙げられ、支持体の移動空間においてスペーサーの機能しない部分が生じたときの調整等にも有効である。
【００２７】
請求項６は、請求項１〜５の何れかに記載の自動溶接機において、前記支持体の前記被溶接材の側に磁石が設けられている場合を限定したものである。
【００２８】
ガイドとなる被溶接材を支持体が単に両側から挟み込んでいるだけの場合など、安定性が十分でない場合には、磁石による吸引力を利用するなどして密着させ、これらの位置関係の安定化、さらには安定した溶接狙い位置の確保を図ることができる。
【００２９】
本発明の自動溶接方法は、請求項１〜６の何れかの自動溶接機の支持体を、押圧手段により溶接位置に向けて押圧しつつ、互いに溶接される被溶接材の少なくとも一方をガイドとして溶接線に沿って移動させ、前記支持体に設けた溶接機構により被溶接材どうしの溶接を行うことを特徴とするものである。
【００３０】
本発明では、被溶接材をガイドとして被溶接材を支持体ごと押圧するため、ガイドレールの設置といった手間が省ける他、溶接線に対する溶接ヘッドの狙い位置が安定し、安定した溶接品質を確保することができる。
【発明の効果】
【００３１】
本発明の自動溶接機および自動溶接方法によれば、被溶接材をガイドとして利用し、さらに被溶接材を支持体ごと押圧する手段を設けたことにより溶接線に対する溶接ヘッドの狙い位置が安定し、その結果、安定した溶接品質を確保することができる。
【００３２】
また、従来、溶接ヘッド走行用ガイドレールを挿入して溶接する場合には、溶接線とガイドレールを平行にセットすることが必要であり、狭隘部内への適用が困難であったのに対し、本発明ではこのような問題が解決され、狭隘部内での溶接においては、特にその効果が大きい。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３３】
図１は、鋼矢板１どうしを継手１ａを介して連結してなる二列の鋼矢板壁に挟まれた狭隘空間内において、本発明の自動溶接機３により、鋼矢板１どうしの継手部１ａに止水用の溝形鋼２を溶接する場合の一実施形態を示したものである。
【００３４】
本実施形態において、自動溶接機３は、被溶接材である溝形鋼２をガイドとして上下方向に摺動可能とした支持体４に、溶接機構としての溶接トーチ５ａなどを有する溶接ヘッド５を設けたものであり、自動溶接機３の移動空間に合わせて水平方向に伸縮可能なスペーサー７が設けられている。このスペーサー７によって溶接する側と反対側の鋼矢板１’に反力をとることで、溝形鋼２に当接させた支持体４を溝形鋼２のフランジ先端が溶接位置９にくるように押し付けることができる。
【００３５】
この例で支持体４は、ガイドとなる溝形鋼２に対し、その溝形鋼２を挟み込む形で設置され、溝形鋼２との当接位置には摺動がスムーズとなるようにローラー６が取り付けられている。
【００３６】
支持体４の上部には吊り部１０が設けられており、この吊り部１０にホイストなどの牽引装置のワイヤー（図示省略）を取り付け、ワイヤーの送り出し・巻き上げにより、溝形鋼２をガイドとして昇降する構造となっている。
【００３７】
狭隘部に挿入された溶接ヘッド５を含む自動溶接装置３を狭隘部の外に置かれた牽引装置により移動する構成とすることで、装置を小型化するとともに種々の溶接姿勢に対応させることができる。特に、立向き上進溶接では狭隘部上方に牽引装置を配置することにより牽引速度が溶接速度となり安定した立向き溶接が可能である。また、必要に応じ、溶接ヘッド５にオシレーターを取り付ければより安定した溶接を行うことができる。
【００３８】
また、本実施形態においては、支持体４に磁石１１が取り付けられており、溝形鋼２に対する摺動を阻害しない程度の吸引力によって溝形鋼２に吸着し、支持体４が溝形鋼２から容易に外れないようにしている。
【００３９】
スペーサー７は、本発明の自動溶接機３が昇降する際に、自動溶接機３および被溶接材である溝形鋼２を狭隘空間内の正しい位置に保持するとともに、上述のように支持体４を介して溝形鋼２を溶接位置９に押圧する機能を有するものである。この例では、支持体４とスペーサー７との間に油圧シリンダー８を組み込み、水平方向に伸縮可能としている。
【００４０】
また、この例でスペーサー７部分は、支持体４に対しヒンジ７ａを介して水平面内で回動自在に連結してあるため、打設された鋼矢板１，１’などのねじれに伴う狭隘空間のゆがみにも容易に対処できるようになっている。
【００４１】
スペーサー７の先端には、必要に応じ、ローラー７ｂを取り付け、狭隘空間内の隅角部等の折曲り部に当てることで、自動溶接機３の移動と位置決めがスムーズになる。
【００４２】
狭隘部の自動溶接における溶接狙い位置に関しては、溶接ヘッド５にＣＣＤカメラ１２等を搭載することにより溶接中の状況を確認することができる。
【００４３】
なお、地盤が柔らかく鋼矢板の貫入が容易な場合には、溝形鋼２は一方の鋼矢板１に溶接しておいても良い。また、２枚の鋼矢板１を連結した後に溝形鋼２を取り付ける場合には、本発明の自動溶接機３を上から下に移動させながら適当な間隔で仮止め溶接を行い、全長に渡って溶接可能な環境であることを確認した後、この自動溶接機３を下方から上方に引き上げながら全長溶接するようにすると良い。
【００４４】
図２は、鋼矢板１どうしを継手１ａを介して連結してなる二列の鋼矢板壁に挟まれた狭隘空間内において、本発明の自動溶接機３により、鋼矢板１どうしの継手部１ａを溶接する場合の一実施形態を示したものである。自動溶接機３の基本的な構成は、図１の実施形態の場合と同様であり、共通する部分については説明を省略する。
【００４５】
この例では、溶接を行う継手部１ａ側にも先端にローラー１３ａを有するスペーサー１３を設け、鋼矢板１の折曲り部にローラー１３ａが位置するように押圧し、この折曲り部をガイドとして、自動溶接機３のスムーズな移動と位置決めを可能としている。
【００４６】
なお、このスペーサー１３を取り外し可能なものとすれば、種々のスペーサーを用意することにより空間の形状に合わせて好適な対応が可能となる。
【００４７】
また、この例では、支持体４に取り付けられている磁石１１が継手部１ａに吸着しているが、磁石１１は溶接対象物である被溶接材の寸法等によって交換するかあるいは支持体４に対し、位置調整が可能な構造とする。
【００４８】
図３は、本発明の他の実施形態として、溶接対象物２１によって形成される狭隘空間内に補強リブ状の帯鋼板２２を溶接する場合の基本構成を概念的に示したものである。
【００４９】
帯鋼板２２を両側から挟み込むようにローラー２６ａを備えた支持体２４を係合させ、油圧シリンダー２７ａを備えたスペーサー２７により、帯鋼板２２の一端を溶接位置２９に押し付けた状態で、溶接ヘッド２５に取り付けた溶接トーチなどの溶接機構（図示省略）により溶接を行う。
【００５０】
支持体２４には磁石２８が内蔵されており、被溶接材である帯鋼板２２の他端を吸引して係合関係を維持しつつ、帯鋼板２２をガイドとして、帯鋼板の長手方向に移動しながら自動溶接を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００５１】
【図１】二列の鋼矢板壁に挟まれた狭隘空間内において、本発明の自動溶接機により、鋼矢板どうしの継手部に止水用の溝形鋼を溶接する場合の一実施形態を示したもので、(a) は自動溶接機の側面図、(b) は背面図、(c) は(a) のＡ−Ａ線断面図である。
【図２】二列の鋼矢板壁に挟まれた狭隘空間内において、本発明の自動溶接機により、鋼矢板どうしの継手部を溶接する場合の一実施形態を示したもので、(a) は自動溶接機の側面図、(b) は背面図、(c) は(a) のＢ−Ｂ線断面図である。
【図３】溶接対象物によって形成される狭隘空間内に補強リブ状の帯鋼板を溶接する場合の一実施形態を概念的に示した水平断面図である。
【符号の説明】
【００５２】
１…鋼矢板（溶接対象物）、２…溝形鋼（被溶接材）、３…自動溶接機、４…支持体、５…溶接ヘッド、５ａ…溶接トーチ、６…ローラー、７…スペーサー、７ａ…ヒンジ、７ｂ…ローラー、８…油圧シリンダー、９…溶接位置、１０…吊り部、１１…磁石、１２…ＣＣＤカメラ、１３…スペーサー、１３ａ…ローラー、１４…溶接位置、
２１…溶接対象物、２２…帯鋼板、２３…自動溶接機、２４…支持体、２５…溶接ヘッド、２６…係合部、２６ａ…ローラー、２７…スペーサー、２７ａ…油圧シリンダ、２８…磁石、２９…溶接位置
【図１】
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【図２】
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【図３】
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