(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
モータの回転によって回転する溶接トーチにより管と管板をシール溶接するシール溶接装置において、
前記溶接トーチを支持する支持アームにおける切り欠き部に前記溶接トーチを貫通させ、前記管と前記管板の端部を内側から外側に向けて溶接可能としたことを特徴とするシール溶接装置。
【請求項２】
前記溶接トーチを前記支持アームに対して前後方向及び上下方向に調整する方向調整手段を備えたことを特徴とする請求項１に記載のシール溶接装置。
【請求項３】
前記溶接トーチの傾斜角度を調整する角度調整手段を備えたことを特徴とする請求項１または２に記載のシール溶接装置。
【請求項４】
前記支持アームを合金鋼で構成したことを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載のシール溶接装置。
【請求項５】
前記支持アームの先端に取り付けられる位置決め用当金を銅合金で構成したことを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載のシール溶接装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば熱交換器を構成する複数本の液体流通管の管端周縁を、該流通管を支持する管板に円周溶接するために用いられるシール溶接装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
例えば原子力発電所、火力発電所等に設備される熱交換器としては、液体を流通させる複数本の液体流通管（以下、管と称す）を、管支持体（以下、管板と称す）に設けられた複数個の貫通孔にそれぞれ挿入し、その管端を管板の貫通孔の周囲部にシール溶接して各管を支持固定する構成のものがある。また、上記複数本の管の管端を管板の各貫通孔の周囲部に溶接する手段として、管端自動シール溶接装置が使用されている。
【０００３】
図６は、従来の管端自動シール溶接装置の概略構造を示す側面図、図７はその詳細図である。図６において、溶接ヘッド本体１は、その下部にハンドグリップ部１０１を有し、この溶接ヘッド本体１の内部には図示しないモータによって回転する回転体２がベアリングを介して回転自在に支持されている。この回転体２は、溶接ヘッド本体１の一方の端面から外方へ軸方向に延出させたパイプ状のもので、その軸線上に溶接トーチ６が取り付くトーチ位置決め調整器３を備えている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
この管端自動シール溶接装置による溶接方法は、タングステン電極を用いたＴＩＧ溶接法である。通常、管と管板の溶接継手の形状には様々な開先形状があり、管１３が管板１２から突き出した形状、あるいは管１３が管板１２から凹んだ形状などがある。
【０００５】
前者の管１３が管板１２から突き出した形状の場合、図６、図７に示すように従来から市販されている溶接ヘッドのトーチの形式で、良好なシール溶接を行なうことが可能である。これは図７に示すように、溶接ヘッド先端部にあるガイド棒支持ロッド１５に取り付けられたガイド棒１６を管穴に差込み、管の外周に沿ってシール溶接を行なうものである。
【０００６】
図８は、従来の溶接前の状態を示した断面図、図９は溶接後の状態を示した断面図である。後者の管１３が管板１２から凹んだ形状の場合、図８に示すように溶接トーチ７が管１３の外側から内側を向いている構造のため、溶接中にアークの発生方向として開先内をねらうことができない。この溶接部をシール溶接する場合、図８に示すように溶接トーチ７先端にあるタングステン電極８の先端部を管板１２の管穴端部に合わせて行なう。
【０００７】
ところが、タングステン電極８の向きが管１３の中心軸方向すなわち外側から内側を向いている構造であることから、管１３とタングステン電極８とのクリアランス調整（アーク長調整）がしづらく、適正な溶接の施工が難しい状態である。
【０００８】
この状態で溶接を行なうと、図９に示すように溶接部１７が管１３側を多く溶かすような溶け込み形状に形成され、良好なシール溶接ができない。また、溶接前のトーチの位置決め芯出し作業において、溶接開先面を目視で確認しづらく、溶接中のアークの発生状況の確認や溶接ビートの確認ができない状況になる。
【０００９】
本発明の目的は、溶接部の位置決めを目視で容易に行なえ、位置決め精度の向上を図るとともに、良好なシール溶接を行なえるシール溶接装置を提供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決し目的を達成するために、本発明のシール溶接装置は以下の如く構成されている。
【００１１】
（１）本発明のシール溶接装置は、モータの回転によって回転する溶接トーチにより管と管板をシール溶接するシール溶接装置において、前記溶接トーチを支持する支持アームにおける切り欠き部に前記溶接トーチを貫通させ、前記管と前記管板の端部を内側から外側に向けて溶接可能とした。
【００１２】
（２）本発明のシール溶接装置は上記（１）に記載の装置であり、かつ前記溶接トーチを前記支持アームに対して前後方向及び上下方向に調整する方向調整手段を備えた。
【００１３】
（３）本発明のシール溶接装置は上記（１）または（２）に記載の装置であり、かつ前記溶接トーチの傾斜角度を調整する角度調整手段を備えた。
【００１４】
（４）本発明のシール溶接装置は上記（１）乃至（３）のいずれかに記載の装置であり、かつ前記支持アームを合金鋼で構成した。
【００１６】
（５）本発明のシール溶接装置は上記（１）乃至（４）のいずれかに記載の装置であり、かつ前記支持アームの先端に取り付けられる位置決め用当金を銅合金で構成した。
【００１７】
上記手段を講じた結果、それぞれ以下のような作用を奏する。
【００１８】
（１）本発明のシール溶接装置によれば、溶接トーチを管に対して内側から外側へ向けたことにより、溶接部のねらい位置を目視で容易に合わせ易くなり、位置決め精度が向上する。また、この状態で溶接を行なうことにより良好なシール溶接が行なえ、溶接部の品質が向上する。
【００１９】
（２）本発明のシール溶接装置によれば、溶接トーチの管に対する位置決めの微調整を容易に行なうことができる。
【００２０】
（３）本発明のシール溶接装置によれば、溶接トーチの管に対する傾斜角度の微調整を容易に行なうことができる。
【００２１】
（４）本発明のシール溶接装置によれば、支持アームの切り欠き部による強度不足を補うことができる。
【００２２】
（５）本発明のシール溶接装置によれば、管と管板の材質が異種金属である継手の場合に、それらの材質に合わせて溶け込み形状及び溶け込み深さを決め、溶接部を生成することができる。
【００２３】
（６）本発明のシール溶接装置によれば、位置決め用当金のアーク熱による溶け落ちを防止できる。
【００２４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。
【００２５】
（第１の実施の形態）
図１は、本発明の第１の実施の形態に係る管端自動シール溶接装置の概略構造を示す側面図、図２はその詳細図である。図１，図２において、図６，図７と同一な部分には同符号を付してある。
【００２６】
図１，図２において、溶接ヘッド本体１は、その下部にハンドグリップ部１０１を有し、この溶接ヘッド本体１の内部には図示しないモータによって回転する回転体２がベアリングを介して回転自在に支持されている。この回転体２は、溶接ヘッド本体１の一方の端面から外方へ軸方向に延出させたパイプ状のもので、その軸線上にトーチ位置決め調整器３を有している。
【００２７】
トーチ位置決め調整器３には、溶接トーチ６を支持する絶縁材を兼ねたトーチ支持台５が取り付けられている。溶接トーチ６の先端部には、セラミックカップ７が装着され、溶接トーチ６内部に備えられたタングステン電極８の先端部がセラミックカップ７の先端から突出している。このタングステン電極８の先端部からアークが発生する。
【００２８】
トーチ位置決め調整器３には、溶接トーチ６をラック＆ピニオン機構により上下方向に位置決め調整するための上下調整ノブ３ａと、トーチ支持台５全体をラック＆ピニオン機構により前後方向に位置決め調整するための前後調整ノブ３ｂが設けられている。また、回転体２には、管板１２の管穴１２１に対する溶接ヘッドの位置決めを行なう支持アーム４が設けられ、支持アーム４の先端には支持ロッド４ａが設けられている。
【００２９】
さらに、支持ロッド４ａの周囲には当金１０が設けられ、支持ロッド４ａの先端には止めナット１１が設けられている。なお図２に示すように、管１３は管板１２から凹んだ形状をなしている。
【００３０】
以下、溶接を行なうための操作手順について説明する。溶接を行なう場合、溶接ヘッドの先端に取り付いている支持ロッド４ａ、当金１０、及び止めナット１１を管穴１２１に挿入する。溶接ヘッドの管長手方向の大まかな位置調整は、溶接ヘッド本体１から支持された前方位置決め具１ａを管板１２に押し当て位置決めを行なう。
【００３１】
次に、トーチ位置決め調整器３の上下調整ノブ３ａを回転させ、溶接する管１３の外径に合うように溶接トーチ６を上下方向に位置決めすることで、溶接トーチ６の回転半径方向の位置を調整する。また、タングステン電極８を管１３の開先部のコーナ部に向けるために、前後調整ノブ３ｂを回転させ、トーチ支持台５全体を前後方向に位置決め調整する。
【００３２】
この場合、管端から溶接トーチ６の先端部まで、約２〜３ｍｍのクリアランス（アーク長）をとるようにする。なお、タングステン電極８の位置決めは、図２に示すように精度良く、かつ微細に調整できるようになっている。
【００３３】
管穴１２１の芯出しを行なう支持ロッド４ａと当金１０は、前述したように支持アーム４に取り付けられている。当金１０には、材質として溶接時のアーク熱で溶け落ちないように銅合金を用い、表面にはクロームメッキを施している。この当金１０は支持ロッド４ａに差し込まれており、支持ロッド４ａが回転中に当金１０内で空回転し、当金１０が管１３の内面で回らない構造をなしている。
【００３４】
また、溶接トーチ６が管１３の内側から外側を向くため、支持アーム４は、その内部を溶接トーチ６が貫通するようくり抜かれた形状をなしており、この切り欠き部による強度不足を補うため材質に合金鋼を用いている。
【００３５】
溶接トーチ６は、溶接ヘッド１内に内蔵されたモータにより回転軸２が回転することで、トーチ位置決め調整器３及びトーチ支持台５を介して回転する。この回転とともにタングステン電極８の先端部からアークが発生することで、管１３の外周に沿って管１３と管板１２のシール溶接が行なわれる。
【００３６】
図３は、本実施の形態に係る溶接前の状態を示した断面図、図４は溶接後の状態を示した断面図である。図３，図４において図１，図２と同一な部分には同符号を付してある。
【００３７】
図３に示すように、外側向きの溶接トーチ６のタングステン電極８を管１３の凹み型開先部にセットした場合、溶接を行なう前記開先部に対するタングステン電極８の向きがほぼ直角をなすことがわかる。さらに図４に示すように、前記開先部の溶接部１４では、管１３と管板１２がほぼ同じ溶け込み形状で溶接されているのがわかる。
【００３８】
この外向きトーチによる溶接方法は、開先ルート部を完全に溶融させることが可能となる方法であり、かつ品質的に優れた方法でもある。また、炭素鋼と低合金鋼、炭素鋼と高合金鋼、等の異種金属同士の溶接の場合、含有成分の違いで溶接時に母材の融合する希釈率が異なり、結果として溶け込み形状が変化してしまうことになる。
【００３９】
これらを改善する対策として、トーチの向きを外側にし開先面を直角方向にすることで、溶接時の溶け込み形状を均等にし、さらに開先部ルート面を完全に溶融させることが可能となる。
【００４０】
また溶接トーチ６は、トーチ位置決め調整器３により上下・前後方向を微調整できる構造をなしている。これにより、図４にも示したように開先ルート部を完全に溶かすことができ、溶け残りなどの融合不良、欠陥、及びブローホール等の溶接欠陥を防止できる。
【００４１】
以上のように本第１の実施の形態の特徴は、溶接トーチ６の向きが溶接部の中心軸に対して外側を向いていることにある。このように溶接トーチ６を中心軸に対して外側に向かせるために、支持アーム４の中心軸芯を大きくくり抜き、溶接トーチ６をその間に通している。
【００４２】
（第２の実施の形態）
図５は、本発明の第２の実施の形態に係る管端自動シール溶接装置の概略構造を示す上面図である。図５において、図１，図２と同一な部分には同符号を付してある。
【００４３】
図５は支持アーム４を真上方向から示しており、支持アーム４の中心軸芯は大きくくり抜かれている。溶接時にフィラーワイヤー（溶加ワイヤー）を添加させて用いる場合、このフィラーワイヤーはワイヤーノズル９を通して送給される。このフィラーワイヤーのねらい位置をタングステン電極８の位置に合わせるために、ワイヤーノズル９に設けられた前後調整ノブ９ａを回転させ、ワイヤーノズル９を位置決め調整する。
【００４４】
なお通常、溶接はその進行方向が時計回り方向すなわち右回転で行なわれるが、外側向きの溶接の場合は溶接の進行方向に対して前方にフィラーワイヤーを添加する必要があるため、半時計回り方向すなわち左回転で行なわれる。
【００４５】
本第２の実施の形態によれば、外側向きの溶接ヘッドを使用することにより、ねらい位置を的確に合わせることができ、良好なシール溶接が可能となる。
【００４６】
以上のように、従来の溶接ヘッドでは、溶接トーチの開先部の位置決め芯出し作業及び溶接中の監視、適正な溶接部品質の確保が困難であったが、これを解決する方法として、本実施の形態では溶接トーチの向きを従来の内側向きから外側向きに変更した。また、この変更を実施するには、通常の溶接ヘッドでは対応できないため、特殊な支持アームを有する溶接ヘッドを構成した。
【００４７】
特に支持アームの形状は、従来の形状とは異なり、タングステン電極を備えた溶接トーチにより、シール溶接を管の内側方向から外側方向に向けて行なえるようになった。また、溶接トーチを管の内側から外側に向けたことにより、溶接部のねらい位置を目視で容易に合わせ易くなり、位置決め精度が向上し、溶接部の品質が大幅に向上する。さらに、管と管板の材質が異種金属の継手の場合、溶け込み形状及び溶け込み深さを制御することが可能になる。
【００４８】
なお、本発明は上記各実施の形態のみに限定されず、要旨を変更しない範囲で適時変形して実施できる。
【００４９】
【発明の効果】
本発明によれば、溶接部の位置決めを目視で容易に行なえ、位置決め精度の向上を図るとともに、良好なシール溶接を行なえるシール溶接装置を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係る管端自動シール溶接装置の概略構造を示す側面図。
【図２】本発明の第１の実施の形態に係る管端自動シール溶接装置の概略構造を示す詳細図。
【図３】本実施の形態に係る溶接前の状態を示した断面図。
【図４】本実施の形態に係る溶接後の状態を示した断面図。
【図５】本発明の第２の実施の形態に係る管端自動シール溶接装置の概略構造を示す上面図。
【図６】従来例に係る管端自動シール溶接装置の概略構造を示す側面図。
【図７】従来例に係る管端自動シール溶接装置の概略構造を示す詳細図。
【図８】従来例に係る溶接前の状態を示した断面図。
【図９】従来例に係る溶接後の状態を示した断面図。
【符号の説明】
１…溶接ヘッド本体
１０１…ハンドグリップ部
１ａ…前方位置決め具
２…回転体
３…トーチ位置決め調整器
３ａ…上下調整ノブ
３ｂ…前後調整ノブ
４…支持アーム
４ａ…支持ロッド
５…トーチ支持台
６…溶接トーチ
７…セラミックカップ
８…タングステン電極
９…ワイヤーノズル
９ａ…ワイヤーノズル前後調整ノブ
１０…当金
１１…止めナット
１２…管板
１２１…管穴
１３…管
１４…溶接部
１５…ガイド棒支持ロッド
１６…ガイド棒
１７…溶接部
【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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【図７】
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【図８】
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【図９】
0003940519.tif 000010