(57)【要約】【課題】電極の交換作業を容易に行うことができ、かつ電極交換後の調整作業を省略できる管端シール溶接装置および電極交換方法を提供する。【解決手段】管６に挿入される心金２１と、その心金２１の周りに旋回自在に設けられたトーチ２２と、そのトーチ２２に着脱自在に取り付けられた電極２４とを備えた管端シール溶接装置１の電極交換方法において、トーチ移動手段２６と、トーチ位置検出手段２７と、トーチ位置記憶手段とを設け、上記電極２４の交換前に上記トーチ位置記憶手段にてトーチ２２の原点位置を記憶し、その後、上記トーチ移動手段２６にて上記トーチ２２を上記心金２１に対して離間させ、その離間した状態で上記電極２４を交換し、交換後、上記トーチ移動手段２６にて上記トーチ２２を、上記心金２１に近接させて、上記トーチ位置記憶手段に記憶された上記原点位置に復帰させるものである。【選択図】図２
2007253161.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
管板に嵌め込まれた管に挿入される心金と、その心金の周りに旋回自在に設けられたトーチと、そのトーチに着脱自在に取り付けられ管端溶接するための電極とを備えた管端シール溶接装置の電極交換方法において、
上記トーチを、上記心金に対して近接、離間させるためのトーチ移動手段と、上記心金に対する上記トーチの位置を検出するためのトーチ位置検出手段と、そのトーチ位置検出手段で検出された上記トーチの位置を記憶するためのトーチ位置記憶手段とを設け、
上記電極の交換前に上記トーチ位置記憶手段にて上記トーチの原点位置を記憶し、その後、上記トーチ移動手段にて上記トーチを上記心金に対して離間させ、その離間した状態で上記電極を交換し、交換後、上記トーチ移動手段にて上記トーチを、上記心金に対して近接させて、上記トーチ位置記憶手段に記憶された上記原点位置に復帰させることを特徴とする管端シール溶接装置の電極交換方法。
【請求項２】
管板に嵌め込まれた管に挿入される心金と、その心金の周りに旋回自在に設けられたトーチと、そのトーチに着脱自在に取り付けられ管端溶接するための電極とを備えた管端シール溶接装置において、
上記トーチを、上記心金に対して近接、離間させるためのトーチ移動手段と、上記心金に対する上記トーチの位置を検出するためのトーチ位置検出手段と、上記電極の交換前に上記トーチ位置検出手段で検出された上記トーチの原点位置を記憶するためのトーチ位置記憶手段と、上記電極の交換後に上記トーチ位置記憶手段に記憶された上記原点位置に、上記トーチを復帰させるべく、上記トーチ位置検出手段の検出値を基に、上記トーチ移動手段を制御するトーチ復帰手段とを備えたことを特徴とする管端シール溶接装置。
【請求項３】
上記トーチ移動手段を作動させるための移動スイッチと、上記トーチ位置記憶手段を作動させるための記憶スイッチと、上記トーチ復帰手段を作動させるための復帰スイッチとを有する操作手段を備えた請求項２記載の管端シール溶接装置。
【請求項４】
上記トーチ位置検出手段は、上記トーチの移動経路に沿って延出する抵抗体と、その抵抗体と摺動可能に上記トーチに取り付けられた摺動片とを有するスライド型ポテンションで構成される請求項２または３記載の管端シール溶接装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、圧力容器や熱交換器などの製作に用いられる管端シール溶接装置に係り、トーチの電極の交換前後で、電極位置を記憶・再現できるものに関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、圧力容器や熱交換器として、対向配置された管板間に多数の管を配置し、それら管と管板とを溶接にて接合したものが知られている。
【０００３】
従来、そのような管と管板との溶接を行うための管端シール溶接装置が、特許文献１や特許文献２などで提案されている。
【０００４】
例えば、図４に示すように、管端シール溶接装置８０は、管板８１に嵌め込まれた管８２に挿入される心金８３と、その心金８３の周りに旋回自在に設けられたトーチ８４と、そのトーチ８４に着脱自在に取り付けられ管端溶接するための電極８５とを備える。
【０００５】
熱交換器の管端溶接では、例えば、ＴＩＧ溶接が行われ、電極８５としてタングステン電極８５が用いられる。
【０００６】
そのタングステン電極８５は、溶接作業により劣化、消耗してしまうので、溶接作業の進捗に応じて、タングステン電極８５の交換作業が不可欠となる。
【０００７】
そのタングステン電極８５の交換を行うべく、管端シール溶接装置８０には、トーチ８４を保持すると共に、管８２の径方向に移動可能なスライダー８６と、そのスライダー８６に形成されたねじ穴８６１と螺合するねじ棒８７と、そのねじ棒８７を回転するための回転ツマミ８８とが設けられ、回転ツマミ８８を回転させることでトーチ８４が、心金８３に対して離間、近接（図４では、上下方向に移動）するようになっている。
【０００８】
タングステン電極８５の交換は、まず、作業者（溶接士）が手動にて回転ツマミ８８を回しトーチ８４を心金８３から離間させて、タングステン電極８５をトーチ８４から引き抜くためのスペースを確保する。次に、タングステン電極８５の交換を行い、電極交換後は、回転ツマミ８８を逆方向に回してトーチ８４を元の位置（原点位置）付近に合わせる。この電極位置の原点位置への復帰作業は、作業者の感覚に頼り、目視確認により行われる。
【０００９】
【特許文献１】特開２００１−１５０１３２号公報
【特許文献２】特開２００３−８８９５６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、このようにタングステン電極８５の位置合わせを手動で行ったのでは、交換毎に電極先端の狙い位置に狂いが生じてしまう。その結果、交換後の溶接作業再開時には、必ず溶接士が位置調整作業を行い、溶接が安定するまで操作を行う必要がある。
【００１１】
このように、上述した管端シール溶接装置８０では、タングステン電極８５の交換後、溶接作業を人が監視、調整する必要があり、溶接作業を放置化する上で妨げとなっている。
【００１２】
そこで、本発明の目的は、上記課題を解決し、電極の交換作業を容易に行うことができ、かつ電極交換後の調整作業を省略できる管端シール溶接装置および電極交換方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
上記目的を達成するために本発明は、管板に嵌め込まれた管に挿入される心金と、その心金の周りに旋回自在に設けられたトーチと、そのトーチに着脱自在に取り付けられ管端溶接するための電極とを備えた管端シール溶接装置の電極交換方法において、上記トーチを、上記心金に対して近接、離間させるためのトーチ移動手段と、上記心金に対する上記トーチの位置を検出するためのトーチ位置検出手段と、そのトーチ位置検出手段で検出された上記トーチの位置を記憶するためのトーチ位置記憶手段とを設け、上記電極の交換前に上記トーチ位置記憶手段にて上記トーチの原点位置を記憶し、その後、上記トーチ移動手段にて上記トーチを上記心金に対して離間させ、その離間した状態で上記電極を交換し、交換後、上記トーチ移動手段にて上記トーチを、上記心金に対して近接させて、上記トーチ位置記憶手段に記憶された上記原点位置に復帰させるものである。
【００１４】
上記目的を達成するために本発明は、管板に嵌め込まれた管に挿入される心金と、その心金の周りに旋回自在に設けられたトーチと、そのトーチに着脱自在に取り付けられ管端溶接するための電極とを備えた管端シール溶接装置において、上記トーチを、上記心金に対して近接、離間させるためのトーチ移動手段と、上記心金に対する上記トーチの位置を検出するためのトーチ位置検出手段と、上記電極の交換前に上記トーチ位置検出手段で検出された上記トーチの原点位置を記憶するためのトーチ位置記憶手段と、上記電極の交換後に上記トーチ位置記憶手段に記憶された上記原点位置に、上記トーチを復帰させるべく、上記トーチ位置検出手段の検出値を基に、上記トーチ移動手段を制御するトーチ復帰手段とを備えたものである。
【００１５】
上記トーチ移動手段を作動させるための移動スイッチと、上記トーチ位置記憶手段を作動させるための記憶スイッチと、上記トーチ復帰手段を作動させるための復帰スイッチとを有する操作手段を備えたものでもよい。
【００１６】
好ましくは、上記トーチ位置検出手段は、上記トーチの移動経路に沿って延出する抵抗体と、その抵抗体と摺動可能に上記トーチに取り付けられた摺動片とを有するスライド型ポテンションで構成されるものである。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、電極の交換作業を容易に行うことができ、かつ電極交換後のトーチ位置の調整作業を省略できるという優れた効果を発揮するものである。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下、本発明の好適な一実施形態を添付図面に基づいて詳述する。
【００１９】
本実施形態の管端シール溶接装置は、例えば、圧力容器や熱交換器などを製作する際に、管板に嵌め込まれた管の端部をＴＩＧ溶接にてシール溶接するために用いられる。
【００２０】
図１から図３に基づき本実施形態の管端シール溶接装置を説明する。
【００２１】
図１に示すように、管端シール溶接装置１は、溶接ヘッド２と、その溶接ヘッド２に電気を供給すると共に管端シール溶接装置１を制御するための制御電源装置３と、溶接ヘッド２を移動、位置決めするための多軸スライダー付きのロボット４（図１では、腕部のみを示す）とを備える。また、溶接ヘッド２には、図示しない冷却水供給装置およびイナートガス供給装置が接続される。
【００２２】
図２に示すように、溶接ヘッド２は、管板５に嵌め込まれた管６に挿入される心金２１と、その心金２１の周りに旋回自在に設けられたトーチ２２と、そのトーチ２２を心金２１周りに旋回駆動するためのトーチ駆動手段２３（図１参照）と、そのトーチ２２に着脱自在に取り付けられ管端溶接するためのタングステン電極（以下、電極という）２４と、トーチ２２にワイヤ（溶接棒）を供給するワイヤ供給装置２５とを備える。
【００２３】
この管端シール溶接装置１では、制御電源装置３から電極２４に電気を供給して、電極２４と溶接部Ｗとの間にアークを発生させつつ、その電極２４を保持するトーチ２２を心金２１が挿入された管６の周りに、トーチ駆動手段２３により旋回させることで、管端溶接を行う。
【００２４】
さらに、本実施形態の管端シール溶接装置１は、その管端溶接により消耗したタングステン電極２４の交換作業を行うための交換機構を有する。
【００２５】
具体的には、図２に示すように、本実施形態の管端シール溶接装置１は、上記トーチ２２を、上記心金２１に対して近接、離間させるためのトーチ移動手段２６と、上記心金２１に対する上記トーチ２２の位置を検出するためのトーチ位置検出手段２７と、上記電極２４の交換前に上記トーチ位置検出手段２７で検出された上記トーチ２２の原点位置を記憶するためのトーチ位置記憶手段と、上記電極２４の交換後に上記トーチ位置記憶手段に記憶された上記原点位置に、上記トーチ２２を復帰させるべく、上記トーチ位置検出手段２７の検出値を基に、上記トーチ移動手段２６を制御するトーチ復帰手段とを備える。詳しくは後述するが、本実施形態では制御電源装置３が、トーチ位置記憶手段とトーチ復帰手段とをなす。
【００２６】
トーチ移動手段２６は、トーチ２２が固定されたスライダー２６１と、そのスライダー２６１を、トーチ２２の旋回方向と直交する方向（心金２１が挿入される管６の径方向、図２および図３において上下方向）（以下、内外方向という）に案内するためのリニアガイド２６２と、そのリニアガイド２６２に沿って延出しスライダー２６１に形成されたねじ穴２６３と螺合するねじ棒２６４と、そのねじ棒２６４に継手（図例では、マイタギヤ）２６５を介して連結されたモータ（図例では、ＤＣモータ）２６６とを備える。
【００２７】
トーチ位置検出手段２７は、スライド型ポテンション（直線ポテンショメータ、可変抵抗）で構成される。そのスライド型ポテンション２７は、上記トーチ２２の移動経路（具体的には、リニアガイド２６２）に沿って、内外方向に延出する抵抗体２７１と、その抵抗体２７１と摺動可能に上記トーチ２２に取り付けられた摺動片２７２と有する。
【００２８】
トーチ２２の内外方向の位置は、後述する制御電源装置３の位置読取回路３２により、摺動片２７２および上記抵抗体２７１間の抵抗値として検出される。
【００２９】
図１に戻り、制御電源装置３は、トーチ２２を内外方向に移動すべく、モータ２６６の回転方向および回転角度を制御する指令制御回路３１と、スライド型ポテンション２７の抵抗値からトーチ２２の内外方向の位置を読み取るための位置読取回路３２と、その位置読取回路３２で読み取られたトーチ２２の位置を記憶するための上記トーチ位置記憶手段をなす記憶回路３３とを有する。
【００３０】
それら指令制御回路３１、位置読取回路３２および記憶回路３３は、トーチ２２の位置信号を送受信すべく、相互に接続される。
【００３１】
また、指令制御回路３１内には、トーチ２２位置の記憶・再現を行うためのプログラムが格納される。
【００３２】
溶接ヘッド２には、制御電源装置３からの電圧、トーチ２２の位置信号およびモータ２６６の制御信号を、トーチ移動手段２６のモータ２６６およびスライド型ポテンション２７に伝達するためのスリップリング（ロータリーコネクタ）２９が設けられる。このスリップリング２９を介して、指令制御回路３１がモータ２６６に接続されると共に、位置読取回路３２がスライド型ポテンション２７に接続される。
【００３３】
管端シール溶接装置１には、管端シール溶接装置１を操作するための操作手段をなすリモコンボックス７が設けられる。
【００３４】
そのリモコンボックス７は、上記トーチ移動手段２６を作動させるための移動スイッチ７１（図例では、インチングスイッチ）と、上記トーチ位置記憶手段（制御電源装置３）を作動させるための記憶スイッチ７２と、上記トーチ復帰手段（制御電源装置３）を作動させるための復帰スイッチ７３とを有する。
【００３５】
次に、本実施形態の管端シール溶接装置１の電極交換方法を説明する。
【００３６】
本実施形態の管端シール溶接装置１の電極交換方法は、上記トーチ移動手段２６と、上記トーチ位置検出手段２７と、上記トーチ位置記憶手段とを設け、上記電極２４の交換前に上記トーチ位置記憶手段にてトーチ２２の原点位置を記憶し、その後、上記トーチ移動手段２６にて上記トーチ２２を上記心金２１に対して離間させ、その離間した状態で上記電極２４を交換し、交換後、上記トーチ移動手段２６にて上記トーチ２２を、上記心金２１に対して近接させて、上記トーチ位置記憶手段に記憶された上記原点位置に復帰させるものである。
【００３７】
より具体的には、管端溶接中に、例えば、溶接した管が所定の本数に達したときに、管端溶接を一時的に中断し、溶接士などの作業者がリモコンボックス７を操作して、電極２４の交換作業を行う。なお、交換前の電極２４の位置（より具体的には、電極２４の先端と溶接部Ｗとの距離Ｌ、図２参照）は、予め溶接士などが調整して決定する。
【００３８】
まず、作業者は、リモコンボックス７の記憶スイッチ７２を操作して、制御電源装置３の記憶回路３３に原点位置を記憶させる。これにより、電極２４の先端が溶接部Ｗに対して所定の距離Ｌを隔てて位置するときのトーチ２２の位置（原点位置）が記憶される（図２参照）。
【００３９】
次に、作業者は、リモコンボックス７の移動スイッチ７１を操作して、トーチ２２を内外方向外側（図２および図３において上方向）に移動して心金２１から離間させる。これにより、トーチ２２の先端部と心金２１との間に、電極２４を引き抜くためのスペースが形成される（図３参照）。
【００４０】
次に、作業者は、電極２４をトーチ２２の先端部側から引き抜いて取り外し、新しい電極２４をトーチ２２に取り付ける。新しい電極２４の取付は、トーチ先端部からの電極２４の突き出し長さが交換前と同じ長さとなるよう、治具などを用いて行う。
【００４１】
次に、作業者は、リモコンボックス７の復帰スイッチ７３を操作して、トーチ２２を元の原点位置に復帰させる（図２参照）。
【００４２】
具体的には、制御電源装置３の指令制御回路３１が、上述したプログラムを実行して、位置読取回路３２から入力されるトーチ２２の現在位置が記憶回路３３に記憶された原点位置となるように、トーチ移動手段２６のモータ２６６を駆動制御する。これにより、トーチ２２が心金２１に対して離間した位置（図３参照）から、原点位置（図２参照）まで内外方向内側に心金２１に近接するよう移動する。
【００４３】
以上により、トーチ２２が原点位置に復帰する。このとき、電極２４の先端（狙い位置）が溶接部Ｗに対して所定の距離Ｌを隔てて位置するので、電極交換後は、溶接士による狙い位置調整作業を行なう必要がなく、管端溶接が再開される。
【００４４】
このように、本実施形態では、予め定められた電極位置の記憶と再現を電極交換作業の前後で行うことで、電極２４の交換作業を容易に行うことができ、かつ電極交換後の調整作業を省略できる。
【００４５】
つまり、図４に示すように、従来のねじ棒と回転ツマミによる手動トーチ駆動方式を、図２に示すように、モータによる電動駆動方式に置き換えることで、トーチを、スライド型ポテンション２７により検出される位置情報と連動して駆動させることができ、原点位置までの復帰を自動化することができる。
【００４６】
また、トーチ位置を検出するためのスライド型ポテンション２７を、電動式のスライダー２６１と併設することで、トーチ位置の検出・記憶を電気的に行うことが可能となる。
【００４７】
これにより、トーチ位置の自動位置決めすることができ、電極交換作業前後の位置再現繰り返し精度を、高めることができる。例えば、図例のように、スライド型ポテンション２７とＤＣモータ２６６とを用いる場合には、±０．１ｍｍの精度を得ることができる。これにより、電極交換作業後の溶接品質を確保することで、溶接品質の安定が期待できる。
【００４８】
その他に、本実施形態の電極交換機構を、多軸スライダー付きロボット４（図１では、多軸スライダーに保持される溶接ヘッド腕部のみを示す）などと併用することで自動管端溶接装置を構成し、管端シール溶接装置１の放置運転を安定して実現することができる。
【００４９】
なお、本発明は、上述の実施形態に限定されず、様々な変形例や応用例が考えられるものである。
【００５０】
例えば、トーチ移動手段やトーチ位置検出手段は、上述の実施形態に限定されず、様々なものが考えられる。
【図面の簡単な説明】
【００５１】
【図１】図１は、本発明に係る一実施形態による管端シール溶接装置を示す。
【図２】図２は、図１のＩＩ部拡大詳細図である。
【図３】図３は、図２において、トーチを心金から離間させた状態を示す。
【図４】図４は、従来の管端シール溶接装置を示す。
【符号の説明】
【００５２】
１  管端シール溶接装置
３  制御電源装置（トーチ位置記憶手段、トーチ復帰手段）
５  管板
６  管
２１  心金
２２  トーチ
２４  電極
２６  トーチ移動手段
２７  トーチ位置検出手段
【図１】
2007253161.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
2007253161.tif 000006