(57)【要約】【課題】大脚長で構造物を溶接するための溶接方法を提供する。【解決手段】本発明に係る溶接方法は、溶接対象を溶接線１０の進行方向に対して上り勾配となるように傾斜角αを与える、傾斜角設定ステップと、溶接トーチ２０を溶接線１０の進行方向に対して傾斜させて、溶接トーチ２０の先端部が後方となるような後退角θを有するように保持する、後退角設定ステップと、傾斜角αおよび後退角θを保持して溶接を行う、溶接ステップと、を含んでいる。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
溶接対象を溶接線の進行方向に対して上り勾配となるように傾斜角を与える、傾斜角設定ステップと、
溶接トーチを前記溶接線の進行方向に対して傾斜させて、前記溶接トーチの先端部が後方となるような後退角を有するように保持する、後退角設定ステップと、
前記傾斜角および前記後退角を保持して溶接を行う、溶接ステップと、
を含んでいることを特徴とする溶接方法。
【請求項２】
前記溶接を行う際に、前記溶接トーチを前記溶接線の進行方向に対して異なった方向にオシレートさせながら溶接を行うことを特徴とする請求項１に記載の溶接方法。
【請求項３】
前記溶接を行う際に、前記溶接トーチを前記溶接線の進行方向に沿って略Ｖ字の軌跡を描くようにオシレートさせながら溶接を行うことを特徴とする請求項２に記載の溶接方法。
【請求項４】
前記溶接が下向き隅肉溶接となるように、前記溶接対象が保持されることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の溶接方法。
【請求項５】
保持台駆動機構を備えた溶接対象保持台と、
溶接トーチと、
保持腕部駆動機構を備えた溶接トーチ保持腕部と、
制御部と、
を備えた溶接システムであって、
前記制御部は、前記溶接対象保持台を傾斜させて溶接対象に傾斜角を与えるように前記保持台駆動機構を制御し、前記溶接トーチ保持腕部を駆動して前記溶接トーチに後退角を与えるように前記保持腕部駆動機構を制御し、且つ請求項１〜４のいずれか一項に記載の溶接方法によって溶接を実行することを特徴とする溶接システム。
【請求項６】
前記制御部は、前記溶接対象の図面データに基づいて前記溶接対象の傾斜角および前記溶接トーチの後退角を決定し、且つ前記保持台駆動機構および前記保持腕部駆動機構を制御することを特徴とする請求項５に記載の溶接システム。
【請求項７】
前記溶接システムは形状測定装置をさらに備えており、
前記制御部は、前記形状測定装置が測定した前記溶接対象の形状データに基づいて前記溶接対象の傾斜角および前記溶接トーチの後退角を決定し、且つ前記保持台駆動機構および前記保持腕部駆動機構を制御することを特徴とする請求項５または６に記載の溶接システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は構造物の溶接方法、特に、圧縮機インペラの製造に関連した溶接方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
遠心圧縮機に使用される圧縮機インペラは、円盤状のディスクおよび当該ディスクに接合された複数のブレードを備えている。各ブレードは、一般的にはＭＩＧ溶接等のアーク溶接を利用してディスクに接合されている。圧縮機インペラは、圧縮機の運転中に高速回転するため、ディスクとブレードとの確実な溶接が必要とされている。また、近年の圧縮機の高出力化等の要求により、圧縮機インペラは大型化する傾向にあり、これに伴って、大型化されたディスクとブレードとを確実に溶接する技術が必要とされている。
【０００３】
自動的に隅肉溶接を行う装置は、例えば特許文献１に開示されている。この装置は、ツインタンデム配置の溶接トーチを備え、これらの溶接トーチを利用して長尺材の往復角まき溶接を行う。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００１−２５８６４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、現在の溶接トーチでは、１回のパスで溶接可能な脚長は約８ｍｍである。その一方で、圧縮機インペラの大型化に伴って、溶接部も大きくする場合には、２０ｍｍ〜３０ｍｍの大脚長の溶接を行いたいとの要望がある。しかしながら、現状の溶接トーチでは１回のパスで大脚長の溶接を確実に行うことは難しい。
【０００６】
本発明の目的は、前述の必要性に応じて、特に大型化されたディスクとブレードとを確実に溶接するための方法、すなわち大脚長の溶接を確実に行うための方法を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記の課題を解決するために、本発明は、溶接対象を溶接線の進行方向に対して上り勾配となるように傾斜角を与える、傾斜角設定ステップと、溶接トーチを溶接線の進行方向に対して傾斜させて、溶接トーチの先端部が後方となるような後退角を有するように保持する、後退角設定ステップと、傾斜角および後退角を保持して溶接を行う、溶接ステップと、を含んでいる溶接方法を提供する。
【０００８】
この方法により、溶融金属が溶接の進行方向においてアークよりも先行することを防止ことができる。
【０００９】
本発明に係る溶接方法においては、溶接を行う際に、溶接トーチを溶接線の進行方向に対して異なった方向にオシレートさせながら溶接を行ってもよい。
【００１０】
本発明に係る溶接方法においては、溶接を行う際に、溶接トーチを溶接線の進行方向に沿って略Ｖ字の軌跡を描くようにオシレートさせながら溶接を行ってもよい。
【００１１】
本発明に係る溶接方法においては、溶接が下向き隅肉溶接となるように、溶接対象が保持されてもよい。
【００１２】
この方法により、大脚長の溶接を１回のパスあるいは少数パスで行うことができる。
【００１３】
本発明は、保持台駆動機構を備えた溶接対象保持台と、溶接トーチと、保持腕部駆動機構を備えた溶接トーチ保持腕部と、制御部と、を備えた溶接システムであって、制御部は、溶接対象保持台を傾斜させて溶接対象に傾斜角を与えるように保持台駆動機構を制御し、溶接トーチ保持腕部を駆動して溶接トーチに後退角を与えるように保持腕部駆動機構を制御し、且つ前述のいずれかの溶接方法によって溶接を実行する溶接システムを提供する。
【００１４】
このシステムにより、本発明による溶接方法を自動的に実行することができる。
【００１５】
本発明に係る溶接システムにおいては、制御部は、溶接対象の図面データに基づいて溶接対象の傾斜角および前記溶接トーチの後退角を決定し、且つ保持台駆動機構および保持腕部駆動機構を制御してもよい。
【００１６】
このシステムにより、溶接対象の傾斜角および溶接トーチの後退角を常に適切に維持することができる。
【００１７】
本発明に係る溶接システムは、形状測定装置をさらに備えており、制御部は、形状測定装置が測定した溶接対象の形状データに基づいて溶接対象の傾斜角および溶接トーチの後退角を決定し、且つ保持台駆動機構および保持腕部駆動機構を制御してもよい。
【００１８】
このシステムにより、溶接対象の製品誤差に起因した溶接対象の傾斜角および溶接トーチの後退角の誤差を補正することができる。
【発明の効果】
【００１９】
本発明に係る溶接方法により、溶接部の品質が安定した溶接を行うことができ、且つ大脚長の溶接を１回のパスで行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明に係る溶接方法を利用して製造される圧縮機インペラの概略を示した斜視図である。
【図２】本発明の第１実施形態に係る溶接方法を示した、溶接線に沿った断面図である。
【図３】溶接部を上面から見た場合の、本発明の第２実施形態に係る溶接方法の、溶接トーチの軌跡の一例を概略的に示した図である。
【図４】溶接部を上面から見た場合の、本発明の第２実施形態に係る溶接方法の、溶接トーチの軌跡の異なった例を概略的に示した図である。
【図５】本発明の第２実施形態に係る溶接方法を利用して複数回のパスによる溶接を行った場合の、溶接線に直交した面における溶接部の断面を概略的に示した図であり、（ａ）は脚長８ｍｍ、（ｂ）は脚長２０ｍｍ、（ｃ）は脚長３０ｍｍの溶接部を示している。
【図６】ディスクとブレードとの間の角度の変化、およびそれに伴った溶接開先の幅の変化を示した図であり、（ａ）は角度が６０°、（ｂ）は角度が９０°、（ｃ）は角度が１２０°の場合を示している。
【図７】溶接線に直交した面における溶接部の断面を概略的に示した図であり、（ａ）は脚長８ｍｍ、（ｂ）は脚長２０ｍｍ、（ｃ）は脚長３０ｍｍの溶接部を示している。
【図８】従来技術を利用して複数回のパスによる溶接を行った場合の、溶接線に直交した面における溶接部の断面を概略的に示した図であり、（ａ）は脚長８ｍｍ、（ｂ）は脚長２０ｍｍ、（ｃ）は脚長３０ｍｍの溶接部を示している。
【図９】本発明による溶接方法のフローを示した図である。
【図１０】本発明による溶接システムの概略を示した図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
以下、本発明の実施形態について、図を参照して詳細に説明する。図１は、本発明に係る溶接方法を利用して製造される、圧縮機インペラ１００の概略を示した部分断面図である。圧縮機インペラ１００は、ディスク１１０、ブレード１２０、およびカバー１３０を備えている。
【００２２】
ディスク１１０は、一側から他側に向かって連続的に漸次拡径した湾曲面を備えた略円盤状に形成されている。この湾曲面上には、複数のブレード１２０が互いに等間隔に離間されて設けられている。本実施形態においては、ディスク１１０およびブレード１２０はそれぞれ別部品として形成され、その後に一体に接合されている。
【００２３】
ブレード１２０は溶接によってディスク１１０に接合されている。本実施形態においては、ディスク１１０とブレード１２０との溶接には、ＭＩＧ溶接を利用しているが、他の溶接方法を利用することも可能である。また、本実施形態においては、溶接は１つのみの溶接トーチ（電極）によって行われているが、２つの溶接トーチ（電極）、もしくは３つ以上の溶接トーチ（電極）を使用することも可能である。
【００２４】
本発明の第１実施形態においては、図９のフローに従って溶接が行われる。図２は、本発明の第１実施形態に係る溶接方法により溶接を行っている際の、溶接線１０に沿った溶接部の断面を示した図である。図２において、溶接トーチ２０の下側にはディスク１１０が配置されており、溶接トーチ２０の紙面前後方向の奥側にはブレード１２０が配置されている。溶接トーチ２０は、溶接線１０に沿って図２の矢印の向きに溶接速度ｖで移動し、ディスク１１０とブレード１２０との間の溶接を行う。
【００２５】
傾斜角設定ステップ３００においては、ディスク１１０は、溶接線１０と水平面との間に傾斜角αを形成するように、傾斜して配置される。傾斜角αは、溶接トーチ２０の進行方向、すなわち溶接線１０の進行方向において溶接線１０が上り勾配となるように決定される。ディスク１１０は、下向き隅肉溶接となるように、溶接トーチ２０の下方に配置されている。
【００２６】
後退角設定ステップ４００においては、溶接トーチ２０の先端部が後方となるような後退角θを形成するように溶接トーチ２０を配置する。本実施形態では、溶接トーチ２０は、溶接線１０に直交した軸から溶接トーチの進行方向に向かって後退角θを形成するように、傾斜して配置される。好適には、溶接線１０は溶接トーチ２０よりも常に低い位置になるように配置される。
【００２７】
本実施形態においては、傾斜角αは１〜２０°、後退角θは３０〜５０°、溶接速度ｖは３〜２０ｃｍ／ｍｉｎ、および電流値は２００〜４００Ａとして溶接を行っている。これらの数値は溶接対象の寸法、材質、および周囲温度等によって任意に設定され得る。
【００２８】
溶接ステップ５００において、溶接トーチを溶接部の母材に接近させると、溶接トーチ先端から突出したワイヤ２２と母材であるディスク１１０およびブレード１２０との間にアーク２５が発生する。このアーク２５によって、ワイヤおよび母材が溶融され、溶融プールを形成する。
【００２９】
大脚長の溶接を１回のパスで行う場合、溶融池サイズが大きく溶融金属の量が多くなるため、溶接の進行方向において溶融金属が重力の影響によってアーク２５よりも先行し、溶接部が不安定となり得る。
【００３０】
しかしながら、溶接線１０は水平面に対して傾斜角αだけ傾斜されているので、液状の溶融プールは重力の影響によって下向きに、すなわち溶接トーチ２０の移動する向きとは逆向きに流れようとする。これによって、溶融プールがアーク２５よりも先行することを防止している。
【００３１】
また、アーク発生部分にはワイヤ側から母材側に向かってアーク力が発生する。本実施形態においては、溶接トーチ２０は後退角θを有するように配置されているので、ワイヤ２２は溶接トーチ２０の移動する向きに対して後側に位置している。したがって、アーク力はワイヤ２２から母材に向かって溶接トーチ２０の移動する向きに対して後向きに発生する。このことも、溶融プールがアークよりも先行することを防止している。
【００３２】
次に、本発明の第２実施形態について説明する。第２実施形態において第１実施形態と異なっている点は、溶接ステップ５００を行う際に溶接トーチ２０が移動する方向、すなわち溶接線の進行方向とは異なった方向に溶接トーチ２０をオシレートさせながら溶接を行うことである。
【００３３】
図３および図４は、溶接部を上面から見た場合の、溶接トーチ２０の軌跡を模式的に示した図である。図３は、溶接線１０に対して溶接トーチ２０を略直交した方向にオシレートさせた場合の、溶接トーチ２０の軌跡を示した図である。図４は、溶接線１０に沿って溶接トーチ２０を略Ｖ字を描くようにオシレートさせた場合の、溶接トーチ２０の軌跡を示した図である。
【００３４】
本実施形態においては、オシレートの条件は、１０〜６０回／ｍｉｎとして溶接を行っている。この数値は、溶接対象の寸法、材質、および周囲温度等によって任意に設定され得る。
【００３５】
図５は、本発明の第２実施形態に係る溶接方法によって溶接を行った場合の、溶接線に直交した面における溶接部の断面を概略的に示した図である。図において、溶接ビード３０の右側にディスク１１０が配置され、溶接ビード３０の左側にブレード１２０が配置されている。
【００３６】
溶接トーチ２０をオシレートさせることなく１回のパスで溶接可能なビード幅は、１０〜１２ｍｍ程度である。したがって、図７に示したように、脚長が長くなるにしたがって、母材が溶接アークから過度に離れた部分が生じ（例えば図７（ｂ）および（ｃ）のハッチング部分。）、この部分の母材の温度が十分に上昇しない場合がある。これにより、融合不良を起こし得る。
【００３７】
また、ディスク１１０には湾曲面が形成されており、この湾曲面上に、ディスクの湾曲面とは異なった湾曲面を備えたブレード１２０が溶接により接合される。したがって、ディスク１１０とブレード１２０との間に形成される角度は溶接線１０に沿って連続的に変化し、これに伴って溶接開先の幅も溶接線に沿って連続的に変化する（図６参照）。また、所定の間隔で離間された隣のブレード１２０が存在すること等により、狭い空間において溶接作業を行う必要がある。したがって、複数回のパスで溶接を行うことは容易ではない。
【００３８】
さらに、複数パスで溶接を行った場合、溶接線１０に直交した面における溶接部の断面は、図８に示したように、溶接ビードが鱗状に積層された状態となる。この場合、ビード間において溶接欠陥が生じやすい。それに加えて、ディスク１１０とブレード１２０との間の幅が溶接線１０に沿って連続的に変化しているので、１回のパスの始点および終点の位置を決定することが困難である。
【００３９】
しかしながら、本発明の方法によれば、１回のパスで溶接可能なビード幅を大きくすることができる。したがって、複数回のパスでビードの層を積層した場合よりも、溶接部の欠陥を減少させることができる。
【００４０】
次に、本発明に係る第３実施形態について説明する。図１０において概略的に示された第３実施形態は、本発明に係る溶接方法を実施するための溶接システムである。この溶接システムは、溶接対象を保持するための溶接対象保持台２００と、溶接トーチ２０と、溶接トーチ２０を保持するための溶接トーチ保持腕部２２０と、制御部２４０と、を備えている。図１０においては、溶接対象は圧縮機インペラ１００として示されている。
【００４１】
溶接対象保持台２００は、溶接対象に傾斜角を与えるための保持台駆動機構２０５を備えている。溶接トーチ保持腕部２２０は、溶接トーチ２０に後退角を与えるための保持腕部駆動機構２２５を備えており、保持腕部駆動機構２２５には例えば６軸ロボットアームが使用され得る。
【００４２】
制御部２４０は、保持台駆動機構２０５および保持腕部駆動機構２２５の動作を制御して、傾斜角設定ステップ３００および後退角設定ステップ４００を実行している。この制御は、例えば溶接対象の図面データに基づいて実行され得る。さらに、制御部２４０は、溶接速度、および電流値等の溶接条件も制御して、溶接ステップ５００を実行している。
【００４３】
本発明に係る溶接システムは、溶接対象の形状を測定するための形状測定装置２６０をさらに備えることが可能である。この形状測定装置２６０は、例えば溶接対象の寸法を測定し、この形状データに基づいて、制御部２４０が傾斜角および後退角を制御することが可能である。または寸法データによって図面データを補正した補正後のデータに基づいて、制御部２４０が傾斜角および後退角を制御することが可能である。
【００４４】
本明細書においては、本発明に係る溶接方法を圧縮機インペラの製造に利用することについて詳細に説明したが、他の構造物の溶接について本発明に係る溶接方法を利用することも可能である。
【符号の説明】
【００４５】
１０  ・・・溶接線
２０  ・・・溶接トーチ
２５  ・・・アーク
３０  ・・・溶接ビード
１００  ・・・圧縮機インペラ
１１０  ・・・ディスク
１２０  ・・・ブレード
１３０  ・・・カバー
２００  ・・・溶接対象保持台
２０５  ・・・保持台駆動機構
２２０  ・・・溶接トーチ保持腕部
２２５  ・・・保持腕部駆動機構
２４０  ・・・制御部
２６０  ・・・形状測定装置
３００  ・・・傾斜角設定ステップ
４００  ・・・後退角設定ステップ
５００  ・・・溶接ステップ
α  ・・・傾斜角
θ  ・・・後退角
【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】
2016059959.tif 000010
【図９】
2016059959.tif 000011
【図１０】
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