(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
配管が挿入された差込継手の開口部の周縁を溶接する溶接トーチの駆動部と、
前記差込継手を取り付けた取付治具を上面に固定する基板と、
前記基板に対向して互いに剛に構成され、前記溶接トーチの駆動部を支持する支持フレームと、
前記配管を把持する把持部が固定され前記支持フレームの上面に対向して変位可能に設けられる変位板と、
予め定められた差込ギャップに対応する変位量を前記変位板に付与するギャップ付与部と、を備える自動溶接装置。
【請求項２】
請求項１に記載の自動溶接装置において、
前記駆動部は、
前記支持フレームの下面に設けられ、前記把持部に把持された前記配管の中心軸周りに回転する回転部材と、
前記回転部材に基端が固定され、前記溶接トーチを支持しつつその位置及び姿勢を調整する調整部材と、を有する自動溶接装置。
【請求項３】
請求項１又は請求項２に記載の自動溶接装置において、
前記ギャップ付与部は、
前記支持フレームに設けられる台座と、
前記台座に設けられた支点を中心に回動する手動レバーと、
前記手動レバーの設定角度に応じて前記変位板の一部に切り替わり当接し互いに前記支点からの距離が相違する第１当接面及び第２当接面と、を有する自動溶接装置。
【請求項４】
請求項３に記載の自動溶接装置において、
前記第２当接面は、厚みが異なるものに取り換え可能なギャップ調整板により形成されている自動溶接装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、差込継手に配管等を溶接する自動溶接装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、差込継手の溶接は、差込ギャップがない状態で溶接すると、溶接熱により配管が膨張して溶接部に応力がかかり、欠陥発生の原因となる。このため溶接を実施するに当り、差込継手の内周段差部と配管の先端との間に、差込ギャップを確保する必要がある。
【０００３】
そのため溶接の手順として、まず配管を差込継手の開口に挿入し、配管の先端を差込継手の内周段差部に当接させた状態でケガキ線を入れる。そして、このケガキ線を目安に配管を1〜３ｍｍ引き上げてから仮付溶接をし、差込ギャップを測定してから本溶接を開始する。または、専用治具等により同様に差込ギャップを確保し、仮付溶接を行ってから本溶接を行っている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１１−１４８０１７号公報
【特許文献２】特開２０１０−０６９５９５号公報
【特許文献３】特開２００３−０１９５５７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、溶接部に溶接歪みが存在すると、製品品質が著しく低下し、信頼性が低下するため好ましくない。また小口径の差込継手を手溶接する場合は、溶接歪みを溶接後に取り除くことが困難である。このため、そのような溶接歪みを発生させないように、溶接開始位置や溶接時の溶融状態を確認しながら作業するといった、高度な溶接技術が要求される。
【０００６】
また、差込継手を自動溶接する従来の技術は、差込ギャップおよび溶接歪みを目標値通りに設定することが困難で、目標値が適正範囲を外れると溶接部に欠陥が発生する場合があった。
また差込ギャップを調整し、仮付溶接をしてから本溶接することで、溶接歪みの発生を回避して製品品質を確保できるが、手間と時間がかかりコスト高になることは避けられない。
【０００７】
本発明の実施形態はこのような事情を考慮してなされたもので、差込ギャップ設定のための特別な作業及び仮付溶接の作業を省略して作業の簡略化を図りつつ、溶接歪みの発生を回避して高品質が確保される自動溶接装置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】
【０００８】
実施形態に係る自動溶接装置において、配管が挿入された差込継手の開口部の周縁を溶接する溶接トーチの駆動部と、前記差込継手を取り付けた取付治具を上面に固定する基板と、前記基板に対向して互いに剛に構成され前記溶接トーチの駆動部を支持する支持フレームと、前記配管を把持する把持部が固定され前記支持フレームの上面に対向して変位可能に設けられる変位板と、予め定められた差込ギャップに対応する変位量を前記変位板に付与するギャップ付与部と、を備える。
【発明の効果】
【０００９】
本発明の実施形態により、差込ギャップ設定のための特別な作業及び仮付溶接の作業を省略して作業の簡略化を図りつつ、溶接歪みの発生を回避して高品質が確保される自動溶接装置が提供される。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】（Ａ）本発明の実施形態に係る自動溶接装置に配管及び差込継手をセットした状態を示す側面透視図、（Ｂ）同 正面透視図、（Ｃ）同 上面透視図。
【図２】（Ａ）本発明の実施形態に係る自動溶接装置から配管及び差込継手を外した状態を示す側面透視図、（Ｂ）同 正面透視図、（Ｃ）同 上面透視図。
【図３】（Ａ）（Ｂ）ギャップ付与部の正面図、（Ｃ）（Ｄ）配管及び差込継手に設定される差込ギャップの説明図。
【図４】実施形態に係る自動溶接装置の電気系配線図。
【図５】（Ａ）（Ｂ）（Ｃ）実施形態に係る自動溶接装置を用いた配管及び差込継手の溶接工程の説明図。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、本発明の実施形態を添付図面に基づいて説明する。図１（Ａ）は本発明の実施形態に係る自動溶接装置１０に配管１１及び差込継手１２をセットした状態を示す側面透視図である。図１（Ｂ）はその正面透視図である。図１（Ｃ）はその上面透視図である。図２（Ａ）は本発明の実施形態に係る自動溶接装置１０から配管及び差込継手を外した状態を示す側面透視図である。図２（Ｂ）はその正面透視図である。図２（Ｃ）はその上面透視図である。
【００１２】
図１（Ａ）（Ｂ）（Ｃ）に示すように自動溶接装置１０は、配管１１が挿入された差込継手１２の開口部の周縁を溶接する溶接トーチ２１（２１ａ，２１ｂ）の駆動部２０と、差込継手１２を取り付けた取付治具３０を上面に固定する基板１５と、この基板１５に対向して互いに剛に構成され溶接トーチ２１の駆動部２０を支持する支持フレーム１６と、配管１１を把持する把持部４０が固定され支持フレーム１６の上面に対向して変位可能に設けられる変位板１７と、予め定められた差込ギャップＧ（図５参照）に対応する変位量ｘを変位板１７に付与するギャップ付与部５０と、を備えている。また、長尺の配管１１を溶接する時は、別途固定補助を用いる。
【００１３】
図２（Ａ）（Ｂ）に示すように取付治具３０は、継手内面から差込継手１２を固定するチャック３１と、このチャック３１を固定する固定部３２と、差込継手１２を下部から支持する支持部３５と、これら固定部３２及び支持部３５を基板１５に対し結合する結合部３６と、により構成されている。この取付治具３０は、溶接される差込継手１２の上部開口部の周縁を水平に維持するとともにその高さを一定に保つものである。
【００１４】
なお、基板１５と結合部３６との結合は、ネジ結合でよいが、差込継手１２の上部開口部の中心と配管１１の中心とが一致するよう位置調整が可能な、通し穴加工等による構造を持たせている。また取付治具３０は、基板１５から容易に着脱できる機構、例えば１箇所のロック操作で着脱が可能なカムロック機構等を採用するのが望ましい。
【００１５】
チャック３１は、差込継手１２の開口部からその内周面に摺接しつつ差し込まれ、カムシャフト操作等により外径が広がり、差込継手１２を内面から固定する。差込継手１２の内周面は加工精度が高いため、立て続けに溶接作業を繰り返しても、取付治具３０に固定される差込継手１２の上部開口部の周縁を、高い再現性で水平に維持するとともにその高さを一定に保つことができる。なお取付治具３０として、差込継手１２を内周面で固定するものを例示したが、外周面の加工精度が高いものを使用する場合は、外径をチャックする機構を持つものでもよい。
【００１６】
支持フレーム１６と基板１５とで形成される内部空間には、溶接トーチ２１、その駆動部２０及び溶接ワイヤの供給部（図示略）が配置されている。そして支持フレーム１６の上側には、把持部４０、これを変位させる変位板１７及びこの変位を案内するロッド４５が配置されている。また支持フレーム１６には、配管１１を把持部４０にセッティングする際に、この配管１１との干渉を回避するための切欠１８が設けられている。
【００１７】
変位板１７は、支持フレーム１６の上面に立設されるロッド４５が挿通するガイド４６が設けられている。また変位板１７には、配管１１を把持する把持部４０が固定されている。この変位板１７には、配管１１を把持部４０にセッティングする際に、この配管１１との干渉を回避するための切欠４７が設けられている。そして、ガイド４６にロッド４５が挿通して変位板１７が上下方向に変位することにより、把持部４０及びこれに把持される配管１１が支持フレーム１６に対し上下方向に変位する。
【００１８】
把持部４０は、配管１１を挟持する一対の挟持片４１（４１ａ，４１ｂ）と、挟持片４１を変位板１７に接続するとともにこれらを開／閉動作させて配管１１の脱着を切り替える接続部４２と、から構成されている。なお、挟持片４１ａ，４１ｂの各々が互いに対向する面には、配管１１の外周に外接する二面が形成されている。挟持片４１ａ，４１ｂが閉動作すると、挟持片４１ａ，４１ｂの内側に形成された四面が配管１１に外接する。
【００１９】
これにより、配管１１は、繰り返し着脱されても、高い再現性で中心軸を一致させて把持部４０に把持される。なお、挟持片４１ａ，４１ｂの各々は、把持される配管１１の中心軸に対し、左右対称に変位して開閉する場合もあるし、一方が固定で他方のみが変位して開閉する場合もある。なお、本実施形態で、把持部４０に把持される配管１１は、一般的な中空の円筒管に限定されるものでなく、矩形やその他限定のない断面形状を持つものが含まれ、また内部が中空でなく充填されているものも含まれる。
【００２０】
駆動部２０は、支持フレーム１６の下面に設けられ、把持部４０に把持された配管１１の中心軸周りに回転する回転部材２２と、この回転部材２２に基端が固定され溶接トーチ２１を支持しつつその位置及び姿勢を調整する調整部材２５と、を有している。
【００２１】
図２（Ｂ）（Ｃ）に示すように回転部材２２は、その外周を取り囲むように配置されている複数（図示は６個）のローラ２６により、支持フレーム１６の下面から支持されている。このローラ２６は、支持フレーム１６の下面に基端が固定される軸体と、この軸体の先端に回転自在に設けられる回転体とから構成される。そして回転部材２２の外周に沿って刻設された溝に複数のローラ２６の回転体の周端が係合することにより、回転部材２２は支持フレーム１６の下面に回転自在に支持されている。
【００２２】
さらに回転部材２２の外周にはギア歯（図示略）が設けられており、減速器２７を介して、モータ２８の回転駆動力が伝達される。このモータ２８を駆動制御することで、回転部材２２に固定された溶接トーチ２１の回転位置及び回転速度が制御される。回転部材２２の下面には、回転軸を挟んで二つの調整部材２５及び溶接トーチ２１が設けられている。そして、回転部材２２を半周回転させることで、配管１１及び差込継手１２の全周を溶接することができる。
【００２３】
調整部材２５は、溶接トーチ２１の上下方向の位置及び姿勢を調整することでトーチ先端の高さ方向及び回転半径方向の位置を任意に設定する。なお、溶接トーチ２１の上下方向の位置及び姿勢は、作業員が手作業で調整した後、溶接作業中はそのまま固定状態である場合の他に、溶接作業のステージにあわせて自動調整される場合もある。
【００２４】
また回転部材２２は、その内側に配管１１を配置し易いように、一部に切り欠きを持つＣ字形状を例示している。しかし回転部材２２は、このような形状に限定されず、複数の分割体で構成されて各々に、複数の溶接トーチ２１の各々が設けられる場合もある。
【００２５】
図３（Ａ）（Ｂ）はギャップ付与部５０の正面図である。図３（Ｃ）（Ｄ）は配管１１及び差込継手１２に設定される差込ギャップＧの説明図である。このようにギャップ付与部５０は、支持フレーム１６に設けられる台座５５と、この台座５５に設けられた支点５６を中心に回動する手動レバー５７と、この手動レバー５７の設定角度に応じて変位板１７の一部に切り替わり当接し互いに支点からの距離が相違する第１当接面５１及び第２当接面５２と、を有している。
【００２６】
そして第２当接面５２は、異なる厚みのものに取り換え可能なギャップ調整板５８により形成することができる。所定の厚みを持つギャップ調整板５８を手動レバー５７に装着することで、差込ギャップＧの大きさを任意に調節することができる。また、調節する差込ギャップＧの寸法に対応させた異なる厚みの複数のギャップ調整板５８を予め準備しておくことができる。
【００２７】
なお実施形態ではギャップ付与部５０は、手動レバー５７をマニュアル動作させる場合を示したが、これに限定されることはない。ギャップ付与部５０は、電力や圧力で自動駆動するものを採用することができ、また予め定められた差込ギャップＧに対応する変位量ｘを、変位板１７に付与することができるものであれば適宜採用することができる。
【００２８】
図４は実施形態に係る自動溶接装置１０の電気系配線図である。このように自動溶接装置１０には、溶接トーチ２１ａ，２１ｂ（図１）の各々に溶接電流を出力する溶接電源４８ａ，４８ｂと、回転部材２２の駆動モータ２８を制御する制御部４９と、により構成されている。
【００２９】
対角１８０度に設置された２つの溶接トーチ２１ａ，２１ｂにおいてタッチスタートを採用し、アークスタートを同時にし、かつ、アーク発生直後のアーク状態を同じにする。そして、２つの溶接トーチ２１ａ，２１ｂが共に溶接電圧０Ｖを検出してから同時にトーチを引き上げる。但し、タングステン先端からの距離を同じに設定して、同時にアーク発生できれば、一般的な高周波スタートや高電圧スタートでもよい。
【００３０】
そして、溶接電流・溶接電圧・溶接速度を制御して、溶接による入熱を同じにする。さらに印加する溶接ワイヤ量を制御する。２つの溶接トーチ２１ａ，２１ｂにおいて、同じ抵抗値となるケーブルを接続することで、２つの溶接トーチ２１ａ，２１ｂの溶接状態を同じにすることができる。溶接電源に接続するパワーケーブル４４ａ，４４ｂとアースケーブル４３は、２つの溶接トーチ２１ａ，２１ｂでそれぞれ溶接電源４８ａ，４８ｂと接続し、アースケーブル４３は配管保持機構（図示略）の１箇所に接続して２本に分配することで抵抗値を同じにすることができる。
【００３１】
またタングステンの突出長さも同じにすることが望ましい。さらに、溶接中のアーク長を２つの溶接トーチ２１ａ，２１ｂで同じにするためにアーク電圧により溶接トーチ２１ａ，２１ｂを上下させる制御をすることで、アーク長を同じに維持させている。但し、強制的にタングステン先端からの距離を同じにしてもよい。
【００３２】
さらに、印加する溶接ワイヤ量を同じにするためにワイヤ送給速度を制御する。これにより溶融池の監視によるフィードバック制御などの複雑な制御を行わなくても、容易にアーク状態を同じにすることができ、配管１１と差込継手１２の溶接熱による歪みを抑制することができる。
【００３３】
図５（Ａ）（Ｂ）（Ｃ）を参照して実施形態に係る自動溶接装置１０を用いた配管１１及び差込継手１２の溶接工程を説明する。まず、取付治具３０を差込継手１２に取り付けた状態で、基板１５の上面に置く。この状態では、まだ取付治具３０を基板１５には固定しない。次に、配管１１の先端を差込継手１２の上部開口に挿入し、この先端を差込継手１２の内周段差部に当接させる。
【００３４】
変位板１７がボトム位置になっていることをギャップ付与部５０の設定から確認し、把持部４０に配管１１の側周面の一部を把持させて固定する。この状態で、差込継手１２を取り付けた取付治具３０を基板１５に固定する。以上で図５（Ａ）の状態となる。
【００３５】
次に図５（Ｂ）に示すように、ギャップ付与部５０の設定を行い、変位板１７に変位量ｘを付与する。すると、配管１１も上方に変位量ｘだけ変位して、差込継手１２の先端と取付治具３０の内周段差部との間に差込ギャップＧが形成される。続いて、駆動部２０を動作させ、溶接トーチ２１ａ，２１ｂの各々を半周回転させ、配管１１と差込継手１２の開口部とを全周溶接する。
【００３６】
このように、本実施形態においては、特に配管１１の周面にケガキ線を入れる必要もなく、所望する寸法の差込ギャップＧを高精度で再現性よく形成できる。このため、差込ギャップＧを形成した後、仮付溶接をすることなく、いきなり本溶接を開始することができる。また、溶接を自動化することで、溶接開始位置及び溶接速度を調整することができ、溶接時の溶融地を適切に制御し、配管１１と差込継手１２の歪みが少ない高品質の溶接を実現できる。さらに初層溶接、積層溶接、仕上げ溶接にも対応できる。また要求されれば、仮付け溶接も実施できる。
【００３７】
以上述べた少なくともひとつの実施形態の自動溶接装置によれば、配管１１の把持部４０に変位を付与する機構を持つことにより、差込ギャップ設定のための特別な作業及び仮付溶接の作業を省略して作業の簡略化を図りつつ、溶接歪みの発生を回避して高品質が確保される。
【００３８】
本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更、組み合わせを行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると同様に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれるものである。
【符号の説明】
【００３９】
１０…自動溶接装置、１１…配管、１２…差込継手、１５…基板、１６…支持フレーム、１７…変位板、１８…切欠、２０…駆動部、２１（２１ａ，２１ｂ）…溶接トーチ、２２…回転部材、２５…調整部材、２６…ローラ、２８…モータ、２７…減速器、３０…取付治具、３１…チャック、３２…固定部、３５…支持部、３６…結合部、４０…把持部、４１（４１ａ，４１ｂ）…挟持片、４２…接続部、４３…アースケーブル、４４（４４ａ，４４ｂ）…パワーケーブル、４５…ロッド、４６…ガイド、４７…切欠、４８（４８ａ，４８ｂ）…溶接電源、４９…制御部、５０…ギャップ付与部、５１…第１当接面、５２…第２当接面、５５…台座、５６…支点、５７…手動レバー、５８…ギャップ調整板。
【要約】
【課題】差込ギャップ設定のための特別な作業及び仮付溶接の作業を省略して作業の簡略化を図りつつ、溶接歪みの発生を回避して高品質が確保される自動溶接機を提供する。
【解決手段】自動溶接装置１０は、配管１１が挿入された差込継手１２の開口部の周縁を溶接する溶接トーチ２１（２１ａ，２１ｂ）の駆動部２０と、差込継手１２を取り付けた取付治具３０を上面に固定する基板１５と、この基板１５に対向して互いに剛に構成され溶接トーチ２１の駆動部２０を支持する支持フレーム１６と、配管１１を把持する把持部４０が固定され支持フレーム１６の上面に対向して変位可能に設けられる変位板１７と、予め定められた差込ギャップに対応する変位量を変位板１７に付与するギャップ付与部５０と、を備えている。
【選択図】図１【図１】
0006839750.tif 000002
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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