(57)【要約】  底部パネルＷ，Ｗ間の突き合わせ部における酸化被膜の除去及び脱脂を行う前処理を行った後、使用する溶接トーチ６の径Ｄを突き合わせ部におけるＶ開先Ｗｖの幅に基づいて決定すると共に突き合わせ部に供給するシールドガスＧの露点温度を−４５℃dp以下に設定して、溶接トーチ６と底部パネルＷとの距離Ｚ及びシールドガスＧの流量をあらかじめ算出した所定の値にそれぞれ保ちつつ溶接トーチ６に溶接ワイヤ８を供給して上向き溶接を行う。溶接欠陥を生じさせることなくアルミ合金に対する上向き突き合わせ溶接を行うことができ、アルミ合金に対する上向き突き合わせ溶接の自動化をも実現し得る。
2020054311.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
水平に支持されたアルミ合金製の被溶接材同士を突き合わせて接合する上向き突き合わせ溶接方法において、
前記被溶接材間の突き合わせ部における酸化被膜の除去及び脱脂を行う前処理を行った後、使用する溶接トーチの径を前記突き合わせ部における下面側の下向き開先の幅に基づいて決定すると共に前記突き合わせ部に供給するシールドガスの露点温度を−４５℃dp以下に設定して、前記溶接トーチと前記被溶接材との距離及び前記シールドガスの流量をあらかじめ算出した所定の値にそれぞれ保ちつつ前記溶接トーチに溶接ワイヤを供給して上向き溶接を行う上向き突き合わせ溶接方法。
【請求項２】
前記溶接トーチを通して前記突き合わせ部に供給される前記溶接ワイヤの湿度を所定の値に保ちつつ上向き溶接を行う請求項１に記載の上向き突き合わせ溶接方法。
【請求項３】
上向き突き合わせ溶接環境の湿度を所定の値に保ちつつ上向き溶接を行う請求項１又は２に記載の上向き突き合わせ溶接方法。
【請求項４】
水平に支持されたアルミ合金製の被溶接材同士を突き合わせて接合する上向き突き合わせ溶接台車において、
前記被溶接材間の突き合わせ部における下面側に形成された下向き開先に沿って走行する台車本体と、
前記台車本体に搭載されて溶接ワイヤが供給される溶接トーチと、
前記溶接トーチを上向き状態で上下方向に移動可能に支持するトーチ支持部と、
前記溶接トーチと前記被溶接材との距離を検出する間隔感知手段と、
前記下向き開先にシールドガスを供給するガス供給系と、
前記下向き開先に供給される前記シールドガスの流量を検出するガス流量検出手段と、
前記台車本体に搭載された制御部を備え、
前記溶接トーチの径は前記被溶接材間の突き合わせ部における下面側の下向き開先の幅に基づいて決定されると共に、前記シールドガスの露点温度は−４５℃dp以下に設定され、
前記制御部は、前記間隔感知手段で検出される前記溶接トーチと前記被溶接材との距離及び前記ガス流量検出手段で検出される前記シールドガスの流量をあらかじめ算出した所定の値に保つべく、前記トーチ支持部及びガス供給系を制御する上向き突き合わせ溶接台車。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、大型構造物、例えば、タンカーに搭載される自立角型タンク（Self-supporting, Prismatic-shape IMO type B（自立角型IMOタイプBタンク））を製造する際に用いられる上向き突き合わせ溶接方法及び上向き突き合わせ溶接台車に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
上記した自立角型タンクとしては、船体の形状に合わせて製造されるアルミ合金製のタンクがあり、このような自立角型タンクは、個々に製造される多数のブロックから構成されている。これらの多数のブロックの製造は、その大半がアルミ合金製の大型パネル（例えば１６ｍ角の大型パネル；被溶接材）同士のＭＩＧ溶接による突き合わせ接合から開始される。【０００３】
そして、最終的にはブロック同士のＭＩＧ溶接による突き合わせ接合が行われるが、  この最終の段階において、ブロックの内側での溶接、特に底部に対する溶接は、ブロック底部に多数存在する骨材を避けながらの実施になるので、ブロックの内側に溶接台車を配置して稼働させること、すなわち、自動化することが難しい。【０００４】
したがって、例えば、ブロック同士の突き合わせ接合時における溶接の自動化を進めるためには、ブロックの外側（下側）に溶接台車を配置したうえでの上向き突き合わせ溶接が必要となる。【０００５】
従来において、上記したような上向き溶接の自動化を図った溶接装置としては、例えば、特許文献１に記載された自動上向き溶接装置があり、この自動上向き溶接装置では、上向き溶接機を搭載してブロック下方の路面を走行する台車を開先検出手段で検出した開先に沿って走行させつつ上向き溶接を行うようになっている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００１−１７９４４８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ここで、アルミ合金に対する上向き溶接は、溶接対象がアルミ合金であるが故に溶け落ちやブローホール等の溶接欠陥が生じやすい。
したがって、上記した従来の自動上向き溶接装置によって、例えば、上述したアルミ合金製のブロック同士の接合を行う場合には、上記溶接欠陥が生じるのを回避するために厳しい溶接条件が求められることから、アルミ合金に対する上向き溶接は避けているのが現実であり、この問題を解決することが従来の課題となっていた。【０００８】
本開示は、上記した従来の課題に着目してなされたもので、例えば、溶接欠陥を生じさせることなくアルミ合金に対する上向き突き合わせ溶接を行うことができ、アルミ合金に対する上向き突き合わせ溶接の自動化をも実現することが可能である上向き突き合わせ溶接方法及び上向き突き合わせ溶接台車を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本開示の第１の態様は、水平に支持されたアルミ合金製の被溶接材同士を突き合わせて接合する上向き突き合わせ溶接方法において、前記被溶接材間の突き合わせ部における酸化被膜の除去及び脱脂を行う前処理を行った後、使用する溶接トーチの径を前記突き合わせ部における下面側の下向き開先の幅に基づいて決定すると共に前記突き合わせ部に供給するシールドガスの露点温度を−４５℃dp以下に設定して、前記溶接トーチと前記被溶接材との距離及び前記シールドガスの流量をあらかじめ算出した所定の値にそれぞれ保ちつつ前記溶接トーチに溶接ワイヤを供給して上向き溶接を行う構成としている。【００１０】
本開示の第１の態様に係る上向き突き合わせ溶接方法において、前処理としてアルミ合金製の被溶接材間の突き合わせ部における酸化被膜の除去及び脱脂を行ったり、溶接トーチの径及びシールドガスの露点温度を各々の所定値に管理したりしたうえで、溶接トーチと被溶接材との距離及びシールドガスの流量を各々の所定値に保ちつつ溶接を行うので、アルミ合金製の被溶接材に対して上向き突き合わせ溶接を行う場合に、ブローホール等の欠陥が生じるのを少なく抑え得ることとなる。【００１１】
なお、本開示に係る突き合わせ溶接方法では、溶接ワイヤの供給に際して、溶接個所を映し出すモニタシステムを用いることが望ましい。
【発明の効果】
【００１２】
本開示に係る上向き突き合わせ溶接方法において、例えば、溶接欠陥を生じさせることなくアルミ合金に対する上向き突き合わせ溶接を行うことができ、アルミ合金に対する上向き突き合わせ溶接の自動化をも実現することが可能であるという非常に優れた効果がもたらされる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本開示の一実施例に係る上向き突き合わせ溶接台車により接合される被溶接材を示す斜視説明図である。
【図２Ａ】本開示の一実施例に係る上向き突き合わせ溶接台車の側面説明図である。
【図２Ｂ】本開示の一実施例に係る上向き突き合わせ溶接台車の正面説明図である。
【図３】図２Ａ，図２Ｂの上向き突き合わせ溶接台車における施工中の状況を示す被溶接材間の下向き開先での拡大説明図である。
【図４】図２Ａ，図２Ｂの上向き突き合わせ溶接台車を用いて上向き突き合わせ溶接を行った際の被溶接材間の下向き開先における肉盛状況を示す拡大断面説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、本開示を図面に基づいて説明する。
図１は、本開示の一実施例に係る上向き突き合わせ溶接台車により接合されるアルミ合金製のブロックにおける底部パネル（被溶接材）を示しており、図２Ａ，図２Ｂ，図３は、本開示の一実施例に係る上向き突き合わせ溶接台車を示している。
【００１５】
図１に示すように、水平に並べて冶具J上に載置されたアルミ合金製の底部パネルＷ，Ｗ（被溶接材）間の突き合わせ部において、上面側（図示上側）にはギャップＷｇが形成され、下面側（図示下側）にはＶ開先Ｗｖ（下向き開先）が形成されている。そして、底部パネルＷ，Ｗ間の突き合わせ部の両端には、図示はしないがＶ開先Ｗｖに連続する溝を有するタブ板が装着されている。
【００１６】
上記アルミ合金製のブロックの底部パネルＷ，Ｗ間に形成されたＶ開先Ｗｖに対して溶接を行う図２Ａ，図２Ｂに示す上向き突き合わせ溶接台車１は、４個の走行車輪２を有する台車本体３と、この台車本体３に搭載された駆動力伝達機構４と、Ｖ開先Ｗｖに沿って設置したガイドレール５を備えている。この上向き突き合わせ溶接台車１は、駆動力伝達機構４からの動力を台車本体３の前側（図２Ａ左側）の走行車輪２に伝えることでＶ開先Ｗｖに沿って倣い走行する。
【００１７】
また、この上向き突き合わせ溶接台車１は、台車本体３の前端部において側面方向（図２Ｂ右方向）に張り出して配置されたトーチ支持部７と、このトーチ支持部７と同じく台車本体３の後端部において側面方向に張り出して配置されたリール９と、フィーダ１０を備えている。トーチ支持部７は溶接トーチ６を上向きに支持し、リール９は溶接ワイヤ８を巻き付け状態で保持し、フィーダ１０はリール９から溶接ワイヤ８を引き出して溶接トーチ６に送る。
【００１８】
トーチ支持部７は、台車本体３上に垂直に設置した昇降ガイド７ａと、この昇降ガイド７ａに沿って昇降可能なスライドブロック７ｂと、このスライドブロック７ｂに配置された台車本体３の走行方向と直交する方向（図２Ｂ左右方向）のレール７ｃと、レール７ｃ上を往復移動可能なトーチホルダ７ｄを具備している。スライドブロック７ｂは昇降用モータ７eからの動力で昇降し、トーチホルダ７ｄはトーチ支持部７に取り付けられた図示しないウィービン用モータの動力で移動する。
【００１９】
さらに、この上向き突き合わせ溶接台車１は、トーチ支持部７のスライドブロック７ｂに支持された間隔感知手段としての超音波センサ１１を備えていると共に、台車本体３に搭載された制御部１２を備えている。
【００２０】
超音波センサ１１は溶接トーチ６とともに底部パネルＷに対して接近離間するようになっており、図３にも示すように、超音波センサ１１が底部パネルＷに対する距離ｚを検出した時点で、底部パネルＷ及び溶接トーチ６の上下方向の間隔が距離Zとなるように設定されている。なお、図３における符号Ａはアークである。
【００２１】
制御部１２では、図示しないウィービン用モータの動作を制御する。加えて、超音波センサ１１で検出する底部パネルＷと溶接トーチ６との間の距離Zを一定に保持するように、トーチ支持部７の昇降用モータ７eの動作を制御するようになっている。
【００２２】
この場合、溶接トーチ６には、Ｖ開先Ｗｖ内に向けてシールドガスＧを噴射するノズル１３が一体に設けられている。ガス供給系１２ａからノズル１３を介してＶ開先Ｗｖに供給される図外のガス供給源からのシールドガスＧの流量は、ガス圧力センサ１２ｂで検出するガス圧に応じて制御部１２により制御されるようになっている。
【００２３】
つまり、制御部１２では、底部パネルＷ，Ｗ間に形成されたＶ開先Ｗｖに対して溶接を行う際に、溶接トーチ６と底部パネルＷとの距離Z及びシールドガスＧの流量をあらかじめ算出した所定の値に保つように、トーチ支持部７及びガス供給系１２ａを制御するようになっている。
【００２４】
ここで、アルミ合金に対する上向き突き合わせ溶接において発生し易い溶接欠陥、とくにブローホールの発生を防ぐうえで、溶接トーチ６の径Ｄは、Ｖ開先Ｗｖの幅に基づいて決定され、このＶ開先Ｗｖに供給されるシールドガスＧによるシールド範囲を確保し得る径に決定される。
【００２５】
また、上記と同じくブローホールの発生を防ぐうえで、ブローホール発生の原因となる水素の量を低く抑えるべく、シールドガスＧに含まれる水分量が低くなるようにシールドガスＧの露点温度を−４５℃dp以下、望ましくは−５０℃dp以下とする。
【００２６】
そして、超音波センサ１１で検出する底部パネルＷと溶接トーチ６との間の距離Zは、底部パネルＷの厚みと、Ｖ開先Ｗｖに供給されるシールドガスＧの流量と、溶接トーチ６の径Ｄに基づいて設定され、おおよそ１０〜１５ｍｍに設定される。
【００２７】
そこで、上記上向き突き合わせ溶接台車１を用いて、冶具J上に載置されたアルミ合金製の底部パネルＷ，Ｗ同士を突き合わせ接合する要領を説明する。
【００２８】
まず、冶具J上に載置されたアルミ合金製の底部パネルＷ，Ｗ同士を複数個所で溶接により仮付けすると共に、底部パネルＷ，Ｗ間の突き合わせ部の両端に図示しないタブ板を装着する。
【００２９】
この後、底部パネルＷ，Ｗ間のＶ開先Ｗｖに対して上向き突き合わせ溶接台車１によって上向き突き合わせ溶接を実施する。
【００３０】
この上向き突き合わせ溶接の実施に先立って、底部パネルＷ，ＷにおけるＶ開先Ｗｖを含む突き合わせ部に対して、前処理としてのアセトンによる脱脂作業及び酸化被膜除去作業（バフ掛け等）を行う。
【００３１】
これに続いて、Ｖ開先Ｗｖの幅に基づいて設定した径Ｄの溶接トーチ６を上向き突き合わせ溶接台車１のトーチ支持部７にセットすると共に、シールドガスＧの露点温度を所定の値（例えば、−４５℃dp以下、望ましくは−５０℃dp以下）に設定する。
【００３２】
この際、上向き突き合わせ溶接におけるブローホール対策として、溶接金属である溶接ワイヤ８の湿度（溶接ワイヤ８を巻き付け状態で保持するリール９の湿度）の管理や、溶接環境の湿度の管理も同時に行う。
【００３３】
そして、上記前処理及び溶接条件等の設定終了後、上向き突き合わせ溶接台車１による上向き溶接を開始する。この上向き突き合わせ溶接は、上向き突き合わせ溶接台車１の制御部１２により、溶接トーチ６と底部パネルＷとの距離Ｚ及びシールドガスＧの流量がいずれもあらかじめ算出した所定の値に保たれた状態で行われる。
【００３４】
この上向き突き合わせ溶接において、図４に示すように、最初のパスではＶ開先Ｗｖの上面側に裏波ビードＢを形成するための裏波溶接を行う。これに続く中間のパスでは、Ｖ開先Ｗｖに肉Ｂ２を盛るための肉盛り溶接を行う。最後のパスではＶ開先Ｗｖに外観を整えるための肉Ｂ３を盛る溶接を行うものとしている。
【００３５】
この際、冶具J上に載置されたアルミ合金製の底部パネルＷ，Ｗの下方が狭隘な環境である場合には、溶接個所を映し出すモニタシステムを用いて溶接ワイヤ８の供給を遠隔操作することが望ましい。
【００３６】
本実施例に係る上向き突き合わせ溶接台車１を用いた上向き突き合わせ溶接方法において、上記したように、前処理としてアルミ合金製の底部パネルＷ，Ｗ間の突き合わせ部における酸化被膜の除去及び脱脂を行ったり、溶接トーチ６の径Ｄ及びシールドガスＧの露点温度を各々の所定値に管理したりしたうえで、溶接トーチ６と底部パネルＷとの距離Ｚ及びシールドガスＧの流量を各々の所定値に保ちつつ溶接を行うので、アルミ合金製の底部パネルＷにブローホール等の欠陥が生じるのを少なく抑え得ることとなる。
【００３７】
また、本実施例に係る上向き突き合わせ溶接台車１を用いた上向き突き合わせ溶接方法では、溶接金属である溶接ワイヤ８（溶接ワイヤ８を巻き付け状態で保持するリール９）の湿度を所定の値に保ったり、溶接環境の湿度を所定の値に保ったりしているので、アルミ合金製の底部パネルＷにブローホール等の欠陥が生じるのをより一層少なく抑え得ることとなる。
【００３８】
したがって、従来成し得なかったアルミ合金に対する上向き突き合わせ溶接の自動化をも実現し得ることとなる。
【００３９】
なお、上記した実施例では、本開示に係る上向き突き合わせ溶接方法及び上向き突き合わせ溶接台車により、アルミ合金製のブロックにおける底部パネルＷ，Ｗ同士を接合する場合を例に挙げて説明したが、パネル同士の突き合わせ接合に限定しない。
【００４０】
また、上記した実施例では、下向き開先がＶ開先Ｗｖである場合を例に挙げて説明したが、この下向き開先はＵ開先であってもよい。
【００４１】
本開示に係る上向き突き合わせ溶接方法及び上向き突き合わせ溶接台車の構成は、上記した実施例の構成に限定されるものではなく、他の構成として、例えば、間隔感知手段としてレーザセンサを採用してもよい。
【００４２】
本開示の第１の態様は、水平に支持されたアルミ合金製の被溶接材同士を突き合わせて接合する上向き突き合わせ溶接方法において、前記被溶接材間の突き合わせ部における酸化被膜の除去及び脱脂を行う前処理を行った後、使用する溶接トーチの径を前記突き合わせ部における下面側の下向き開先の幅に基づいて決定すると共に前記突き合わせ部に供給するシールドガスの露点温度を−４５℃dp以下に設定して、前記溶接トーチと前記被溶接材との距離及び前記シールドガスの流量をあらかじめ算出した所定の値にそれぞれ保ちつつ前記溶接トーチに溶接ワイヤを供給して上向き溶接を行う構成としている。
【００４３】
本開示の第１の態様に係る上向き突き合わせ溶接方法において、前処理としてアルミ合金製の被溶接材間の突き合わせ部における酸化被膜の除去及び脱脂を行ったり、溶接トーチの径及びシールドガスの露点温度を各々の所定値に管理したりしたうえで、溶接トーチと被溶接材との距離及びシールドガスの流量を各々の所定値に保ちつつ溶接を行うので、アルミ合金製の被溶接材に対して上向き突き合わせ溶接を行う場合に、ブローホール等の欠陥が生じるのを少なく抑え得ることとなる。
【００４４】
本開示の第２の態様は、前記溶接トーチを通して前記突き合わせ部に供給される前記溶接ワイヤの湿度を所定の値（アルミ合金の溶接に差し差し障りのない湿度）に保ちつつ上向き溶接を行う構成としており、本開示の第３の態様は、上向き突き合わせ溶接環境の湿度を所定の値（アルミ合金の溶接に差し差し障りのない湿度）に保ちつつ上向き溶接を行う構成としている。
【００４５】
本開示の第２，３の態様に係る上向き突き合わせ溶接方法では、溶接金属である溶接ワイヤ（溶接ワイヤの束）の湿度を所定の値に保ったり、溶接環境の湿度を所定の値に保ったりしているので、アルミ合金製の被溶接材に対して上向き溶接を行う場合に、ブローホール等の欠陥が生じるのをより一層少なく抑え得ることとなる。
【００４６】
一方、本開示の第４の態様は、水平に支持されたアルミ合金製の被溶接材同士を突き合わせて接合する上向き突き合わせ溶接台車において、前記被溶接材間の突き合わせ部における下面側に形成された下向き開先に沿って走行する台車本体と、前記台車本体に搭載されて溶接ワイヤが供給される溶接トーチと、前記溶接トーチを上向き状態で上下方向に移動可能に支持するトーチ支持部と、前記溶接トーチと前記被溶接材との距離を検出する間隔感知手段と、前記下向き開先にシールドガスを供給するガス供給系と、前記下向き開先に供給される前記シールドガスの流量を検出するガス流量検出手段と、前記台車本体に搭載された制御部を備え、前記溶接トーチの径は前記被溶接材間の突き合わせ部における下面側の下向き開先の幅に基づいて決定されると共に、前記シールドガスの露点温度は−４５℃dp以下に設定され、前記制御部は、前記間隔感知手段で検出される前記溶接トーチと前記被溶接材との距離及び前記ガス流量検出手段で検出される前記シールドガスの流量をあらかじめ算出した所定の値に保つべく、前記トーチ支持部及びガス供給系を制御する構成としている。
【００４７】
本開示の第４の態様に係る上向き突き合わせ溶接台車において、前処理としてアルミ合金製の被溶接材間の突き合わせ部における酸化被膜の除去及び脱脂を行ったり、溶接トーチの径及びシールドガスの露点温度を各々の所定値に管理したりして上向き突き合わせ溶接を行うと、溶接トーチと被溶接材との距離及びシールドガスの流量を各々の所定値に保つように、制御部がトーチ支持部及びガス供給系を制御するので、ブローホール等の欠陥が生じるのを少なく抑え得ることとなる。
【符号の説明】
【００４８】
１      上向き突き合わせ溶接台車
３      台車本体
６      溶接トーチ
７      トーチ支持部
８      溶接ワイヤ
１１    間隔感知手段（超音波センサ）
１２    制御部
１２ａ  ガス供給系
１２ｂ  ガス圧力センサ（ガス流量検出手段）
Ｄ      溶接トーチの径
Ｗ      アルミ合金製の底部パネル（被溶接材）
Ｗｖ    Ｖ開先（下向き開先）
Ｚ      溶接トーチと底部パネルの距離
【図１】
2020054311.tif 000003
【図２Ａ】
2020054311.tif 000004
【図２Ｂ】
2020054311.tif 000005
【図３】
2020054311.tif 000006
【図４】
2020054311.tif 000007
【国際調査報告】
2020054311.tif 000008
2020054311.tif 000009
2020054311.tif 000010
2020054311.tif 000011