(57)【要約】【課題】ワークに溶接を施すに際して該ワークに予熱を与える時の熱効率及び作業効率の良い溶接用予熱装置及び溶接用予熱方法を提供する。【解決手段】ワークＷに溶接を施す際に該ワークＷに予熱を与えるために用いられる溶接用予熱装置１において、前記ワークＷを保持するとともに該ワークＷの向きを変更させることが可能なポジショナ１０と、前記ワークＷを取り囲むように略筒状に形成され、前記ポジショナ１０と連動して動作する保温筒２０と、前記保温筒２０の内側に前記ワークＷを加熱可能に配置されたヒータ３１、３２とが備えられている。【選択図】図２
2012055930.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ワークに溶接を施す際に該ワークに予熱を与えるために用いられる溶接用予熱装置であって、
前記ワークを保持するとともに該ワークの向きを変更させることが可能なポジショナと、
前記ワークを取り囲むように略筒状に形成され、前記ポジショナと連動して動作する保温筒と、
前記保温筒の内側に前記ワークを加熱可能に配置され、前記ポジショナと連動して動作するヒータと
を備えることを特徴とする溶接用予熱装置。
【請求項２】
前記保温筒は前記ポジショナに支持されていることを特徴とする請求項１に記載の溶接用予熱装置。
【請求項３】
前記ヒータは、前記保温筒に取り付けられ前記ワークを側方から加熱可能な側方ヒータと、前記ポジショナに取り付けられ前記ワークを下方から加熱可能な下方ヒータとを含むことを特徴とする請求項１または２に記載の溶接用予熱装置。
【請求項４】
前記ヒータは、略平型の加熱面を有するバーナであることを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の溶接用予熱装置。
【請求項５】
前記保温筒は該保温筒の軸方向に移動可能とされていることを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載の溶接用予熱装置。
【請求項６】
前記ヒータは、前記ワークに対して接離自在とされていることを特徴とする請求項１から５のいずれかに記載の溶接用予熱装置。
【請求項７】
前記ヒータは、前記保温筒の内側に可動なアームにより取り付けられていることを特徴とする請求項６に記載の溶接用予熱装置。
【請求項８】
前記保温筒は、それぞれが前記ワークを取り囲むように略筒状に形成された複数の保温筒構成体を含んで構成され、
該複数の保温筒構成体は互いに接離自在に前記保温筒の軸方向に並べられることにより、前記保温筒の全長が前記ワークの大きさに応じて可変とされていることを特徴とする請求項１から７のいずれかに記載の溶接用予熱装置。
【請求項９】
前記複数の保温筒構成体の各々に前記ヒータが取り付けられていることを特徴とする請求項８に記載の溶接用予熱装置。
【請求項１０】
前記複数の保温筒構成体の間はベローズで覆われていることを特徴とする請求項８または９に記載の溶接用予熱装置。
【請求項１１】
前記複数の保温筒構成体のうちの一の保温筒構成体が他の保温筒構成体に可動に差し込まれていることを特徴とする請求項８または９に記載の溶接用予熱装置。
【請求項１２】
前記ヒータは前記保温筒の軸方向に複数個並べて配置され、各ヒータの運転が個別に制御可能とされていることを特徴とする請求項１から１１のいずれかに記載の溶接用予熱装置。
【請求項１３】
前記ヒータは前記保温筒の周方向に複数個並べて配置され、各ヒータの運転が個別に制御可能とされていることを特徴とする請求項１から１２のいずれかに記載の溶接用予熱装置。
【請求項１４】
前記ヒータが、前記ワークに溶接が施された後の熱処理のための加熱を実行可能に構成されていることを特徴とする請求項１から１３のいずれかに記載の溶接用予熱装置。
【請求項１５】
ワークに溶接を施す際に該ワークに予熱を与えるために用いられる溶接用予熱方法であって、
前記ワークを保持するとともに該ワークの向きを変更させることが可能なポジショナによって前記ワークを保持するとともに該ワークの向きを変更し、
前記ワークを取り囲むように略筒状に形成され、前記ポジショナと連動して動作する保温筒によって前記ワークを保温し、
前記保温筒の内側に前記ワークを加熱可能に配置され、前記ポジショナと連動して動作するヒータによって前記ワークに予熱を与えることを特徴とする溶接用予熱方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ワークに溶接を施す際にこのワークに予熱を与えるために用いられる溶接用予熱装置及び溶接用予熱方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
図１１に示すように、原子炉用や化学工業用の圧力容器５０は、容器本体５１が継手溶接部５２で接合されて構築されている。また、高温・高圧の内容物に耐え、内容物による腐食を防止するため、容器本体５１の内面には、ステンレス等の耐食性合金が肉盛溶接によって接合されることによって、面状の肉盛溶接部５３が形成されている。この肉盛溶接部５３を形成するために種々の溶接法が用いられるが、溶接能率等の観点から、帯状電極を用いるエレクトロスラグ溶接法が優れている。
【０００３】
このエレクトロスラグ溶接法では、溶接姿勢が下向きに限定される。このため、図１２に示すように、圧力容器５０の鏡板等、略半球面状のワークＷの内面に肉盛溶接を施す際には、所定の回転軸Ｚ周りに回転可能、かつ、この回転軸Ｚの傾斜角度を変更可能に構成されたポジショナ１１０に、略半球面状のワークＷの中心軸とポジショナの回転軸Ｚとが一致するようにして、ワークＷを固定する。そして、ポジショナ１１０を回転軸Ｚ周りに回転させながらワークＷの内面に肉盛溶接を施すことによって、ワークの中心軸周りに環状の肉盛溶接部５４を形成する。そして、ポジショナ１１０が一周するごとにポジショナ１１０の回転軸Ｚの傾斜角度を僅かに変更して、再びポジショナ１１０を回転軸Ｚ周りに回転させながらワークＷの内面に環状の肉盛溶接部５４を同心円状に形成することを繰り返していくことによって、環状の肉盛溶接部５４の幅が拡大していく結果、半球面状のワークＷの内面に面状の肉盛溶接部５３が形成される（特許文献１参照）。
【０００４】
ここで、上記継手溶接部５２や肉盛溶接部５３の割れ等を防止するため、溶接作業中には、図１２に示すように、ワークＷを外面等からバーナ１３１等で加熱し、ワークＷに予熱を与えておく必要がある。例えば、ワークＷが原子炉用圧力容器の鏡板の場合には、溶接作業中に２００℃程度の予熱を与えて保持する必要がある（特許文献２、３参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特公昭５８−３７０６１号公報
【特許文献２】実開昭６０−１０１５５６号公報
【特許文献３】特公昭６０−４３２３０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ここで、上記のようにポジショナ１１０が一周する度に、ポジショナ１１０の回転軸Ｚの傾斜角度を変更するとともに、予熱用のバーナ１３１等の位置も変更する必要がある。このため、肉盛溶接部５３の形成に際しては、多くの段取り換え工数が必要であった。
また、バーナ１３１のガス炎は上向きに上がるため、図１２に示すように、ワークＷの上側にバーナ１３１が位置するとワークを効率的に熱することができず、エネルギーコストが余計にかかっていた。
【０００７】
さらに、従来は、図１２に示すように、ワークＷの外周は開放されていたため、保温性が悪く、放熱量が大きくて、ワークＷをバーナ１３１で加熱する際の熱効率が悪かった。
また、ワークＷが原子力用圧力容器の鏡板である場合等には、溶接後熱処理（３００℃から７００℃程度）を施す必要がある。溶接時の予熱付与用のバーナ１３１を利用してこの溶接後熱処理を実施できれば作業効率が良いが、保温性が悪いポジショナ１１０上のバーナ１３１加熱では、この溶接後熱処理を実施するのは困難なため、溶接後は熱処理炉への移動、炉加熱が必要であり、工数と熱処理費用がかかっていた。
【０００８】
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであって、ワークに溶接を施すに際して該ワークに予熱を与える時の熱効率及び作業効率の良い溶接用予熱装置及び溶接用予熱方法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】
上記課題を解決するために、本発明は以下の手段を採用する。
本発明の第一の態様に係る溶接用予熱装置は、ワークに溶接を施す際に該ワークに予熱を与えるために用いられる溶接用予熱装置であって、前記ワークを保持するとともに該ワークの向きを変更させることが可能なポジショナと、前記ワークを取り囲むように略筒状に形成され、前記ポジショナと連動して動作する保温筒と、前記保温筒の内側に前記ワークを加熱可能に配置され、前記ポジショナと連動して動作するヒータとを備えている。
【００１０】
本発明の第一の態様に係る溶接用予熱装置によれば、ヒータによって予熱を与えられたワークは、保温筒により放熱を抑制され保温されるので、ワークに予熱を与える時の熱効率が良い。また、ワークに溶接を施している最中にポジショナを動作させてワークの向きを変更しても、保温筒及びヒータがポジショナと連動して動作するので、ポジショナの動作と別途保温筒及びヒータの位置を調整する必要がない。したがって、ワークに溶接を施す際の作業効率が良い。
【００１１】
本発明の第一の態様に係る溶接用予熱装置においては、前記保温筒は前記ポジショナに支持されていることが好ましい。
【００１２】
この構成によれば、保温筒はポジショナに支持されているため、保温筒をポジショナと連動して動作させる構造が簡単に実現できる。
【００１３】
本発明の第一の態様に係る溶接用予熱装置においては、前記ヒータは、前記保温筒に取り付けられ前記ワークを側方から加熱可能な側方ヒータと、前記ポジショナに取り付けられ前記ワークを下方から加熱可能な下方ヒータとを含むことが好ましい。
【００１４】
この構成によれば、ワークを側方ヒータにより側方から加熱するとともに下方ヒータにより下方から加熱することができる。したがって、ワークのあらゆる部位に対して予熱を与えつつ溶接を施すことができる。
【００１５】
本発明の第一の態様に係る溶接用予熱装置においては、前記ヒータは、略平型の加熱面を有するバーナであることが好ましい。
【００１６】
上記構成によれば、ヒータは略平型の加熱面を有するバーナであるので、これをワークの表面に沿うように配置して加熱することで、ワークに予熱を与える際の熱効率が良く、省エネルギー効果が得られる。
【００１７】
本発明の第一の態様に係る溶接用予熱装置においては、前記保温筒は該保温筒の軸方向に移動可能とされていることが好ましい。
【００１８】
上記構成によれば、予熱付与の対象となるワークが比較的長い形状を有していても、ワークを取り囲む保温筒を軸方向に移動し、ワークのあらゆる部位に対して予熱を与えつつ溶接を施すことができる。
【００１９】
本発明の第一の態様に係る溶接用予熱装置においては、前記ヒータは、前記ワークに対して接離自在とされていることが好ましい。
【００２０】
上記構成によれば、予熱付与の対象となるワークの径が様々であっても、各ワークの径に応じてヒータをワークの表面に沿うように移動させ、ワークに効率的に予熱を与えることができる。
【００２１】
上記の溶接用予熱装置においては、前記ヒータは、前記保温筒の内側に可動なアームにより取り付けられていることが好ましい。
【００２２】
この構成によれば、ヒータは、保温筒の内側に可動なアームにより取り付けられているため、ヒータをワークに対して接離自在とする構造が簡単に実現できる。
【００２３】
本発明の第一の態様に係る溶接用予熱装置においては、前記保温筒は、それぞれが前記ワークを取り囲むように略筒状に形成された複数の保温筒構成体を含んで構成され、該複数の保温筒構成体は互いに接離自在に前記保温筒の軸方向に並べられることにより、前記保温筒の全長が前記ワークの大きさに応じて可変とされていることが好ましい。
【００２４】
この構成によれば、予熱付与の対象となるワークが比較的長い形状を有していても、ワークを取り囲む保温筒の全長がワークの大きさに応じて可変とされているので、ワークのあらゆる部位に対して予熱を与えかつ放熱を抑制して保温しつつ溶接を施すことができる。
【００２５】
上記溶接用予熱装置においては、前記複数の保温筒構成体の各々に前記ヒータが取り付けられていることが好ましい。
【００２６】
この構成によれば、ワークの長さに合わせてヒータで加熱する範囲を変更できる。
【００２７】
上記溶接用予熱装置においては、前記複数の保温筒構成体の間はベローズで覆われていることが好ましい。
【００２８】
この構成によれば、ワークの大きさに応じて保温筒の全長を変化させるべく、前記複数の保温筒構成体の間隔を広げても、これら複数の保温筒構成体の間がベローズで覆われているので、保温筒によりワークを保温する際の保温性が損なわれることがない。
【００２９】
上記溶接用予熱装置においては、前記複数の保温筒構成体のうちの一の保温筒構成体が他の保温筒構成体に可動に差し込まれていることが好ましい。
【００３０】
この構成によれば、ワークの大きさに応じて保温筒の全長を変化させるべく、前記一の保温筒構成体を他の保温筒構成体に対して移動させても、これら一の保温筒構成体と他の保温筒構成体との間に隙間がほとんど生じないので、保温筒によりワークを保温する際の保温性が損なわれることがない。
【００３１】
本発明の第一の態様に係る溶接用予熱装置においては、前記ヒータは前記保温筒の軸方向に複数個並べて配置され、各ヒータの運転が個別に制御可能とされていることが好ましい。
【００３２】
保温筒によってワークが保温されることにより、ワークの中でも上側の部位は下側の部位に比べて温度が上がりやすくなっているが、この構成によれば、加熱の必要性が少なくなっている部位のヒータの運転を抑制したり停止したりすることによって、ワークに予熱を与える際に省エネルギー効果が得られる。
【００３３】
本発明の第一の態様に係る溶接用予熱装置においては、前記ヒータは前記保温筒の周方向に複数個並べて配置され、各ヒータの運転が個別に制御可能とされていることが好ましい。
【００３４】
保温筒によってワークが保温されることにより、ワークの中でも上側の部位は下側の部位に比べて温度が上がりやすくなっているが、この構成によれば、加熱の必要性が少なくなっている部位のヒータの運転を抑制したり停止したりすることによって、ワークに予熱を与える際に省エネルギー効果が得られる。
【００３５】
本発明の第一の態様に係る溶接用予熱装置においては、前記ヒータが、前記ワークに溶接が施された後の熱処理のための加熱を実行可能に構成されていることが好ましい。
【００３６】
この構成によれば、ヒータによって予熱を与えつつ溶接が施されたワークが、ポジショナによって保持したまま、ワークに対して溶接後の熱処理を施すことができる。したがって、ワークに溶接を施した後に、ワークを熱処理炉等に移動して熱処理を施す場合に比べて、段取り換え工数が低減され、ワーク加工の作業効率が向上する。
【００３７】
本発明の第二の態様に係る溶接用予熱方法は、ワークに溶接を施す際に該ワークに予熱を与えるために用いられる溶接用予熱方法であって、前記ワークを保持するとともに該ワークの向きを変更させることが可能なポジショナによって前記ワークを保持するとともに該ワークの向きを変更し、前記ワークを取り囲むように略筒状に形成され、前記ポジショナと連動して動作する保温筒によって前記ワークを保温し、前記保温筒の内側に前記ワークを加熱可能に配置され、前記ポジショナと連動して動作するヒータによって前記ワークに予熱を与えるものである。
【００３８】
本発明の第二の態様に係る溶接用予熱方法によれば、本発明の第一の態様に係る溶接用予熱装置によって得られる効果と同様の効果が得られる。
【発明の効果】
【００３９】
本発明の溶接用予熱装置及び溶接用予熱方法によれば、ヒータによって予熱を与えられたワークは、保温筒により放熱を抑制され保温されるので、ワークに予熱を与える時の熱効率が良い。また、ワークに溶接を施している最中にポジショナを動作させてワークの向きを変更しても、保温筒及びヒータがポジショナと連動して動作するので、ポジショナの動作と別途保温筒及びヒータの位置を調整する必要がない。したがって、ワークに溶接を施す際の作業効率が良い。
【図面の簡単な説明】
【００４０】
【図１】本発明の第一実施形態に係る溶接用予熱装置を模式的に示す図であって、（ａ）は平面図、（ｂ）は縦断面図である。
【図２】図１に示した溶接用予熱装置にワークが設置された状況を模式的に示す図であって、（ａ）は平面図、（ｂ）は縦断面図である。
【図３】図１に示した溶接用予熱装置において、ポジショナが傾斜した状況を模式的に示す図であって、（ａ）は上面図、（ｂ）は側面図である。
【図４】本発明の第一実施形態に係る溶接用予熱装置を詳細に示す平面図である。
【図５】本発明の第一実施形態に係る溶接用予熱装置を詳細に示す縦断面図である。
【図６】本発明の第一実施形態に係る溶接用予熱装置の構成を示すブロック図である。
【図７】本発明の第二実施形態に係る溶接用予熱装置を模式的に示す側面図である。
【図８】本発明の第三実施形態に係る溶接用予熱装置を模式的に示す側面図である。
【図９】本発明の第四実施形態に係る溶接用予熱装置を模式的に示す側面図である。
【図１０】本発明の第五実施形態に係る溶接用予熱装置を模式的に示す側面図である。
【図１１】本発明の溶接用予熱装置によって予熱が与えられるワークの一例である原子炉用圧力容器の構造を示す断面図である。
【図１２】従来の溶接用予熱装置を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００４１】
以下に、本発明に係る溶接用予熱装置及び溶接用予熱方法の実施形態について、図面を参照して説明する。
【００４２】
［第一実施形態］
図１から図３に、本発明の第一実施形態に係る溶接用予熱装置１を模式的に示す。また、図４及び図５に、本実施形態の溶接用予熱装置１の詳細な構造を示す。
本実施形態の溶接用予熱装置１は、ワークＷに溶接、特に肉盛溶接を施す際にワークＷに予熱を与えるために用いられるものであって、ワークＷを保持するとともにワークＷの向きを変更させるポジショナ１０と、保温筒２０と、ワークＷを加熱する側方ヒータ３１及び下方ヒータ３２とを備えている。
【００４３】
図１から図５に示すように、ポジショナ１０は、架台１４を介してワークＷが上に載置される略円盤状の回転台１１と、回転台１１をその回転軸周りに回転自在に支持する傾斜部１２と、傾斜部１２を水平な所定の軸周りに回動可能に支持することによって傾斜部１２を傾斜させる支持部１３とを含んで構成されている。これにより、ポジショナ１０は、ワークＷを保持するとともにワークＷの向きを変更させることが可能となっている。
【００４４】
保温筒２０は、断熱材によって略筒状に形成されている。保温筒２０の径は、ポジショナ１０の回転台１１の径と略同じ寸法になっている。保温筒２０は、回転台１１の上に載置されるワークＷを横から取り囲むことが可能となるように回転台１１の上方に配置され、ポジショナ１０の傾斜部１２に固定された昇降レール１５に、傾斜部１２に対して昇降可能となるように保温筒昇降機構１６を介して取り付けられている。これにより、保温筒２０は、ポジショナ１０の傾斜部１２と連動して動作するとともに、傾斜部１２に対して昇降移動可能となっている。
【００４５】
保温筒２０には、ワークＷを側方から加熱可能となるように側方ヒータ（ヒータ）３１が取り付けられている。側方ヒータ３１は、略平型の加熱面を有するバーナである。
図４に示すように、側方ヒータ３１は、可動なアーム３３を介して、保温筒２０の内面に取り付けられている。具体的には、アーム３３の一端が保温筒２０の内面に回動可能に取り付けられて、アーム３３が保温筒２０の径方向に旋回動作可能となっており、このアーム３３の他端に側方ヒータ３１が取り付けられている。そして、アーム３３を旋回動作させることにより、側方ヒータ３１を、ポジショナ１０の回転台１１に載置されたワークＷの表面に近づけたり、ワークＷの表面から遠ざけたりすることが可能となっている。
【００４６】
図１（ｂ）に示すように、保温筒２０の軸方向には２個の側方ヒータ３１が上下に並べて配置されている。そして、図１（ａ）及び図４に示すように、これら２個の側方ヒータ３１が、保温筒２０の内周の８箇所にそれぞれ配置されている。つまり、保温筒２０の内面には合計１６個の側方ヒータ３１が取り付けられている。各側方ヒータ３１の運転は独立して制御可能とされている。具体的には、保温筒２０の内面には、各側方ヒータ３１に対応するようにして、放射温度計３６が取り付けられている。そして、この放射温度計３６によって測定されたワークＷの各部位の温度に応じて、各側方ヒータ３１の運転が制御されるようになっている。
【００４７】
また、ポジショナ１０には、ワークＷを下方から加熱可能となるように４個の下方ヒータ（ヒータ）３２が取り付けられている。下方ヒータ３２は、側方ヒータ３１と同様に、略平型の加熱面を有するバーナである。
図１（ｂ）及び図５に示すように、下方ヒータ３２は、可動なアーム３４を介して、ポジショナ１０の傾斜部１２に固定されたヒータ支持軸３５に取り付けられている。具体的には、アーム３４の一端はヒータ支持軸３５に回動可能に取り付けられて、アーム３４がポジショナ１０の回転台１１及び傾斜部１２に対して垂直な方向に旋回動作可能となっており、このアーム３４の他端に下方ヒータ３２が取り付けられている。そして、アーム３４を旋回動作させることにより、下方ヒータ３２を、ポジショナ１０の回転台１１に載置されたワークＷの表面に近づけたり、ワークＷの表面から遠ざけたりすることが可能となっている。
【００４８】
ヒータ支持軸３５は、ポジショナ１０の回転台１１の中央に設けられた貫通孔１１ａから回転台１１の上方に突出するようにして、傾斜部１２に固定されている。したがって、回転台１１をその回転軸周りに回転させることによって回転台１１の上に載置されたワークＷが傾斜部１２に対して回動しても、ヒータ支持軸３５及びこのヒータ支持軸３５に支持された下方ヒータ３２は傾斜部１２に対して静止した状態が保たれるようになっている。
【００４９】
また、側方ヒータ３１及び下方ヒータ３２は、ワークＷに溶接が施された後にワークＷに対して溶接後熱処理を施すために必要となる出力を有している。
【００５０】
以上説明した溶接用予熱装置１を利用して、略半球面状のワークＷの内面に帯状電極を用いたエレクトロスラグ溶接により肉盛溶接を施す場合を例に挙げつつ、溶接用予熱装置１の動作及び溶接用予熱装置１を用いた溶接用予熱方法について、図１から図６を参照して説明する。略半球面状のワークＷの例としては、図９に示す原子炉用や化学工業用の圧力容器５０の鏡板が挙げられる。
【００５１】
図６は、本実施形態の溶接用予熱装置１の構成を示すブロック図である。溶接用予熱装置１は、図６に示す制御盤４０を介して操作者により操作される。制御盤４０は、温度制御盤４１と駆動制御盤４２を含んでいる。温度制御盤４１は、側方ヒータ３１、下方ヒータ３２及び放射温度計３６の各々と接続されている。駆動制御盤４２は、ポジショナ１０、保温筒昇降機構１６及びアーム３３、３４の各々と接続されている。
【００５２】
まず、図２に示すように、ワークＷを架台１４を介してポジショナ１０の回転台１１の上に設置し、ワークＷの中心軸がポジショナ１０の回転台１１の回転軸と合うようにワークＷの位置を調整する。次に、操作者は、駆動制御盤４２を操作して、保温筒２０をポジショナ１０の傾斜部１２に対して昇降させる保温筒昇降機構１６を駆動し、保温筒２０の位置をワークＷの寸法に合うように調整する。さらに、操作者は、駆動制御盤４２を操作して、側方ヒータ３１及び下方ヒータ３２を支持するアーム３３、３４を駆動し、側方ヒータ３１および下方ヒータ３２の位置をワークＷの寸法に合うように調整する。
【００５３】
さらに、操作者は、駆動制御盤４２を操作して、ポジショナ１０の回転台１１を傾斜部１２に対して回転駆動させることによって、回転台１１の上に載置されたワークＷを回動させる。また、操作者は、温度制御盤４１に、ワークＷに対して肉盛溶接を施す際に必要な予熱温度を入力する。これに応じて、側方バーナ３１及び下方バーナ３２の運転が開始される。側方バーナ３１及び下方バーナ３２の出力は、温度制御盤４１に入力された予熱温度の設定値に従って自動調整されるようになっている。具体的には、放射温度計３６によって計測されたワークＷの各部位の温度に応じて、側方バーナ３１及び下方バーナ３２の各々の出力が調整される。
【００５４】
放射温度計３６によって計測されたワークＷの各部位の温度が予熱温度の設定値まで上昇し、この予熱温度が安定的に保持されていることが確認されたら、操作者は、駆動制御盤４２を操作して、ポジショナ１０の回転台１１を傾斜部１２に対して回転駆動させつつ、ワークＷの内周面の最下部に対して肉盛溶接を開始する。エレクトロスラグ溶接では、溶接姿勢が下向きに限定されるためである。ポジショナ１０の回転台１１の上に載置されたワークＷが傾斜部１２に対して一周すると、ワークＷの中心軸周りに環状の肉盛溶接部が形成される。
【００５５】
さらに、操作者は、駆動制御盤４２を操作して、ポジショナ１０の回転台１１及び傾斜部１２の傾斜角度を僅かに変更することにより、ワークＷの中心軸の傾斜角度を変更する。そして再び、ポジショナ１０の回転台１１を傾斜部１２に対して回転駆動させて、傾斜した中心軸周りにワークＷを回動させながらワークＷの内周面の最下部に対して肉盛溶接を施す。このように、ポジショナ１０の回転台１１の上に載置されたワークＷが一周回転する毎にポジショナ１０の傾斜部１１の回転軸の傾斜角度を僅かに変更し、傾斜した中心軸周りにワークＷを回動させながらワークＷの内面に環状の肉盛溶接部を同心円状に形成することを繰り返していく。この結果、環状の肉盛溶接部の幅が拡大していき、半球面状のワークＷの内面に面状の肉盛溶接部が形成される。
【００５６】
この一連の操作により、ワークＷの中心軸の傾斜角度が徐々に大きくなっていくが、この傾斜角度がある程度まで大きくなったときには、傾斜上方側に位置する側方バーナ３１の出力を傾斜下方側下方に位置する側方バーナ３１の出力に比べて小さく設定する。この設定は温度制御盤４１によって自動的に行われてもよいし、操作者が温度制御盤４１を操作することにより手動で行っても良い。
【００５７】
半球面状のワークＷの内面に面状の肉盛溶接部の形成が完了したら、操作者は温度制御盤４１を操作して、側方ヒータ３１及び下方ヒータ３２の出力を上げ、肉盛溶接が施されたワークＷに対して溶接後熱処理を行う。あるいは、ワークＷをポジショナ１０の回転台１１から降ろして溶接用予熱装置１とは別に用意された熱処理炉（図示せず）へ移動したのち、溶接後熱処理を行うことも可能である。
【００５８】
［第二実施形態］
図７に、本発明の第二実施形態に係る溶接用予熱装置１Ａを模式的に示す。
本実施形態の溶接用予熱装置１Ａは、第一実施形態の溶接用予熱装置１と略同様に構成されているが、以下の点において異なる構成を有している。
【００５９】
第一実施形態の溶接用予熱装置においては、図１（ｂ）に示すように、保温筒２０の軸方向に２個の側方ヒータ３１が上下に並べて配置されているが、これに対して本実施形態の溶接用予熱装置１Ａにおいては、図７に示すように、保温筒２０Ａの軸方向には１個の側方ヒータ３１のみが配置されている。そして、この側方ヒータ３１が、保温筒２０Ａの内周の８箇所にそれぞれ配置されている。
【００６０】
［第三実施形態］
図８に、本発明の第三実施形態に係る溶接用予熱装置１Ｂを模式的に示す。
本実施形態の溶接用予熱装置１Ｂは、第一実施形態の溶接用予熱装置１と略同様に構成されているが、以下の点において異なる構成を有している。
【００６１】
本実施形態の溶接用予熱装置１Ｂにおいては、図８に示すように、保温筒２０Ｂは、それぞれワークＷを取り囲むように略筒状に形成された２つの保温筒構成体２１、２２を含んで構成されている。保温筒構成体２１、２２は、保温筒２０Ｂの軸方向に並べられている。保温筒構成体２１、２２は、ポジショナ１０の傾斜部１２に固定された昇降レール１５に、それぞれ独立して昇降可能となるように保温筒昇降機構１６を介して取り付けられている。これにより、保温筒構成体２１、２２は互いに接離自在とされて、これにより、ワークＷの大きさに応じて保温筒２０Ｂの全長を変更することが可能とされている。
【００６２】
本実施形態の溶接用予熱装置１Ｂにおいては、図８に示すように、保温筒構成体２１、２２の各々に側方ヒータ３１が取り付けられている。具体的には、下側の保温筒構成体２１には、その軸方向に１個の側方ヒータ３１が配置され、この側方ヒータ３１が、保温筒構成体２１の内周の８箇所にそれぞれ配置されている。また、上側の保温筒構成体２２には、その軸方向に２個の側方ヒータ３１が上下２段に並べて配置され、上段側の側方ヒータ３１は、保温筒構成体２２の内周の８箇所にそれぞれ配置され、下段側の側方ヒータ３１は、保温筒構成体２２の内周の４箇所にそれぞれ配置されている。
【００６３】
［第四実施形態］
図９に、本発明の第四実施形態に係る溶接用予熱装置１Ｃを模式的に示す。
本実施形態の溶接用予熱装置１Ｃは、第一実施形態の溶接用予熱装置１と略同様に構成されているが、以下の点において異なる構成を有している。
【００６４】
本実施形態の溶接用予熱装置１Ｃにおいては、図９に示すように、保温筒２０Ｃは、それぞれワークＷを取り囲むように略筒状に形成された３つの保温筒構成体２３、２４、２５を含んで構成されている。保温筒構成体２３、２４、２５は、保温筒２０Ｃの軸方向に並べられている。保温筒構成体２３、２４、２５は、ポジショナ１０の傾斜部１２に固定された昇降レール１５に、それぞれ独立して昇降可能となるように保温筒昇降機構１６を介して取り付けられている。これにより、保温筒構成体２３、２４、２５は互いに接離自在とされて、これにより、ワークＷの大きさに応じて保温筒２０Ｃの全長を変更することが可能とされている。
【００６５】
本実施形態の溶接用予熱装置１Ｃにおいては、図９に示すように、保温筒構成体２３、２４、２５の各々に側方ヒータ３１が取り付けられている。また、保温筒構成体２３、２４、２５の間はベローズ２８で覆われることにより、保温筒構成体２３、２４、２５の間隔が大きくなったときにも、保温筒２０ＣによるワークＷの保温性能が損なわれにくいようになっている。
【００６６】
また、第一実施形態の溶接用予熱装置においては、４個の下方ヒータ３２がポジショナ１０に取り付けられているが、これに対して本実施形態の溶接用予熱装置１Ｃにおいては、５個の下方ヒータ３２がポジショナ１０に取り付けられている。
【００６７】
［第五実施形態］
図１０に、本発明の第五実施形態に係る溶接用予熱装置１Ｄを模式的に示す。
本実施形態の溶接用予熱装置１Ｄは、第一実施形態の溶接用予熱装置１と略同様に構成されているが、以下の点において異なる構成を有している。
【００６８】
本実施形態の溶接用予熱装置１Ｄにおいては、図１０に示すように、保温筒２０Ｄは、それぞれワークＷを取り囲むように略筒状に形成された２つの保温筒構成体２６、２７を含んで構成されている。保温筒構成体２６、２７は、保温筒２０Ｄの軸方向に並べられ、一方の保温筒構成体２７が他方の保温筒構成体２６に可動に差し込まれている。保温筒構成体２６、２７は、ポジショナ１０の傾斜部１２に固定された昇降レール１５に、それぞれ独立して昇降可能となるように保温筒昇降機構１６を介して取り付けられている。これにより、ワークＷの大きさに応じて保温筒２０Ｄの全長を変更することが可能とされている。
また、本実施形態の溶接用予熱装置１Ｄにおいても、保温筒構成体２６、２７の各々に側方ヒータ３１が取り付けられている。
【００６９】
また、第一実施形態の溶接用予熱装置においては、４個の下方ヒータ３２がポジショナ１０に取り付けられているが、これに対して本実施形態の溶接用予熱装置１Ｄにおいては、第四実施形態の溶接用予熱装置１Ｃと同様に、５個の下方ヒータ３２がポジショナ１０に取り付けられている。
【００７０】
以上の通り、第一実施形態から第五実施形態の溶接用予熱装置１、１Ａ、１Ｂ、１Ｃ、１Ｄ及びこれらを用いた溶接用予熱方法によれば、側方ヒータ３１及び下方ヒータ３２によって予熱を与えられたワークＷは、保温筒２０、２０Ａ、２０Ｂ、２０Ｃ、２０Ｄにより放熱を抑制され保温されるので、ワークＷに予熱を与える時の熱効率が良い。また、ワークＷに溶接を施している最中にポジショナ１０を動作させてワークＷの向きを変更しても、保温筒２０、２０Ａ、２０Ｂ、２０Ｃ、２０Ｄ及び側方ヒータ３１、下方ヒータ３２がポジショナ１０と連動して動作するので、ポジショナ１０の動作と別途保温筒２０、２０Ａ、２０Ｂ、２０Ｃ、２０Ｄ及び側方ヒータ３１、下方ヒータ３２の位置を調整する必要がない。したがって、ワークＷに溶接を施す際の作業効率が良い。
【００７１】
また、保温筒２０、２０Ａ、２０Ｂ、２０Ｃ、２０Ｄはポジショナ１０に支持されているため、保温筒２０、２０Ａ、２０Ｂ、２０Ｃ、２０Ｄをポジショナ１０と連動して動作させる構造が簡単に実現できる。
【００７２】
また、ワークＷを側方ヒータ３１により側方から加熱するとともに下方ヒータ３２により下方から加熱することができる。したがって、ワークＷのあらゆる部位に対して予熱を与えつつ溶接を施すことができる。
【００７３】
また、側方ヒータ３１及び下方ヒータ３２は略平型の加熱面を有するバーナであるので、これをワークＷの表面に沿うように配置して加熱することで、ワークＷに予熱を与える際の熱効率が良く、省エネルギー効果が得られる。
【００７４】
また、保温筒２０、２０Ａ、２０Ｂ、２０Ｃ、２０Ｄは保温筒２０、２０Ａ、２０Ｂ、２０Ｃ、２０Ｄの軸方向に移動可能とされているので、予熱付与の対象となるワークＷが比較的長い形状を有していても、ワークＷを取り囲む保温筒２０、２０Ａ、２０Ｂ、２０Ｃ、２０Ｄを軸方向に移動し、ワークＷのあらゆる部位に対して予熱を与えつつ溶接を施すことができる。
【００７５】
また、側方ヒータ３１及び下方ヒータ３２は、ワークＷに対して接離自在とされているので、予熱付与の対象となるワークＷの径が様々であっても、各ワークＷの径に応じてヒータ３１、３２をワークＷの表面に沿うように移動させ、ワークＷに効率的に予熱を与えることができる。
【００７６】
また、側方ヒータ３１は、保温筒２０、２０Ａ、２０Ｂ、２０Ｃ、２０Ｄの内側に可動なアーム３３により取り付けられているため、ヒータ３１、３２をワークＷに対して接離自在とする構造が簡単に実現できる。
【００７７】
また、保温筒２０、２０Ａ、２０Ｂ、２０Ｃ、２０ＤによってワークＷが保温されることにより、ワークＷの中でも上側の部位は下側の部位に比べて温度が上がりやすくなっているが、第一実施形態から第五実施形態の溶接用予熱装置１、１Ａ、１Ｂ、１Ｃ、１Ｄによれば、加熱の必要性が少なくなっている部位のヒータ３１、３２の運転を抑制したり停止したりすることによって、ワークＷに予熱を与える際に省エネルギー効果が得られる。
【００７８】
また、ヒータ３１、３２によって予熱を与えつつ溶接が施されたワークＷを、ポジショナ１０によって保持したまま、ワークＷに対して溶接後の熱処理を施すことができる。したがって、ワークＷに溶接を施した後に、ワークＷを熱処理炉等に移動して熱処理を施す場合に比べて、段取り換え工数が低減され、ワークＷ加工の作業効率が向上する。
【００７９】
また、第三実施形態、第四実施形態及び第五実施形態の溶接用予熱装置１Ｂ、１Ｃ、１Ｄによれば、予熱付与の対象となるワークＷが比較的長い形状を有していても、ワークＷを取り囲む保温筒２０Ｂ、２０Ｃ、２０Ｄの全長がワークＷの大きさに応じて可変とされているので、ワークＷのあらゆる部位に対して予熱を与えかつ放熱を抑制して保温しつつ溶接を施すことができる。
【００８０】
また、複数の保温筒構成体２１〜２７の各々に側方ヒータ３１が取り付けられているので、ワークＷの長さに合わせて側方ヒータ３１で加熱する範囲を変更できる。
【００８１】
また、第四実施形態の溶接用予熱装置１Ｃによれば、ワークＷの大きさに応じて保温筒２０Ｃの全長を変化させるべく、保温筒構成体２３、２４、２５の間隔を広げても、これら複数の保温筒構成体２３、２４、２５の間がベローズ２８で覆われているので、保温筒２０ＣによりワークＷを保温する際の保温性が損なわれることがない。
【００８２】
また、第五実施形態の溶接用予熱装置１Ｄによれば、ワークＷの大きさに応じて保温筒２０Ｄの全長を変化させるべく、一方の保温筒構成体２７を他方の保温筒構成体２６に対して移動させても、これら一方の保温筒構成体２７と他方の保温筒構成体２６との間に隙間がほとんど生じないので、保温筒２０ＤによりワークＷを保温する際の保温性が損なわれることがない。
【００８３】
以上、本発明の実施形態について図面を参照して詳述してきたが、具体的な構成はこの実施形態に限られるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲の設計変更等も含まれる。例えば、上記各実施形態の溶接用予熱装置１、１Ａ、１Ｂ、１Ｃ、１Ｄにおいては、保温筒２０、２０Ａ、２０Ｂ、２０Ｃ、２０Ｄは、ポジショナ１０に支持される構造となっている。しかし、保温筒がポジショナと連動して動くようになっている限り、保温筒がポジショナに支持されていない構造であっても良い。また、上記各実施形態においては、溶接用予熱装置１、１Ａ、１Ｂ、１Ｃ、１ＤはワークＷに肉盛溶接を施す際に用いられているが、本発明の溶接用予熱装置及び溶接用予熱方法は継手溶接を施す際にワークに予熱を与えるためにも同様に用いることができる。
【符号の説明】
【００８４】
１、１Ａ、１Ｂ、１Ｃ、１Ｄ  溶接用予熱装置
１０  ポジショナ
２０、２０Ａ、２０Ｂ、２０Ｃ、２０Ｄ  保温筒
２１〜２７  保温筒構成体
２８  ベローズ
３１  側方ヒータ（ヒータ）
３２  下方ヒータ（ヒータ）
３３  アーム
Ｗ  ワーク
【図１】
2012055930.tif 000003
【図２】
2012055930.tif 000004
【図３】
2012055930.tif 000005
【図４】
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【図５】
2012055930.tif 000007
【図６】
2012055930.tif 000008
【図７】
2012055930.tif 000009
【図８】
2012055930.tif 000010
【図９】
2012055930.tif 000011
【図１０】
2012055930.tif 000012
【図１１】
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【図１２】
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