(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
溶接装置本体、ＮＣ制御装置、ＴＩＧ用、ＭＩＧ用シールドガスユニットを備えた複式アーク溶接装置において、溶接装置本体には、複数のＴＩＧ、ＭＩＧトーチおよび該トーチを開先内に移動させる溶接トーチ位置調整機構を設けるとともに複数の電極ワイヤおよび溶加ワイヤを自動的に供給するための複数のワイヤリール、ワイヤ送給・切替機構および溶加ワイヤノズル、溶加ワイヤノズル位置調整機構を設け、さらに、ＮＣ制御装置には主制御装置、溶接条件入力装置およびワイヤ交換制御装置を設けたことを特徴とする自動複式アーク溶接装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、多機能型自動アーク溶接装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、プラント等の運転環境の高温化、構造物の高度化に伴い高合金鋼溶接、異材溶接、クラッド鋼の溶接が増えつつある。しかし従来法では、高合金鋼の溶接施工に際し、継手の高品質化では非溶極式のTIG溶接、高能率化のためには溶極式のMIG溶接が使い分けられてる。このため多層溶接において、両者の溶接法の特徴を選択すれば性能向上が望めるが、現状では一方の性能のみに限定されている。さらに、クラッド鋼の溶接では、TIG単独、又は従来のTIG及びMIG溶接法を組み合わせて使用するものがある（例えば、特開平５−８０４１号公報参照。）が、性能的には従来法と同等と考えられる。また従来の複式アーク溶接法（例えば、特開平１−２４９２７０号公報参照。）では、TIGの能率向上型である磁気制御TIG溶接法（特開昭６０−２０６５８１号公報参照、以下TIG-2Y/Gと記す。）、MIGの性能向上型溶加ワイヤ式磁気制御MIG法（特開昭６２−１２４０７７号公報参照、以下MIG-1Y/Gと記す。）を組み込んである。この手法により溶接時間が短縮できるが、クラッド鋼の各層毎に最適な溶接法及び溶接ワイヤの切替を手動で行っていたため、溶接準備に多くの時間を要していた。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、炭素鋼、高合金鋼の同種材料、異種材料及びクラッド鋼の溶接において、高品質かつ能率的に自動溶接を実現することを目的とする。
特に本発明では、同種材はもとより、難溶接であるクラッド鋼においても全自動溶接化により、品質と能率向上を同時に実現することを目的とする。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
本発明の自動複式アーク溶接装置は、溶接装置本体、ＮＣ制御装置、ＴＩＧ用、ＭＩＧ用シールドガスユニットを備えた複式アーク溶接装置において、溶接装置本体には、複数のＴＩＧ、ＭＩＧトーチおよび該トーチを開先内に移動させる溶接トーチ位置調整機構を設けるとともに複数の電極ワイヤおよび溶加ワイヤを自動的に供給するための複数のワイヤリール、ワイヤ送給・切替機構および溶加ワイヤノズル、溶加ワイヤノズル位置調整機構を設け、さらに、ＮＣ制御装置には主制御装置、溶接条件入力装置およびワイヤ交換制御装置を設けたことを特徴とする。
【０００５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明による実施の形態を図面に基づき説明する。
以下、本発明の実施の形態を図１から図５に基づいて説明する。
図１は溶接装置本体１２の側面図であり、図２は同正面図である。
架台１の上部には、ワイヤリール２が、例えば、片側に５個２組の１０個づつ、計２０個配置されている。すなわち、図１の左側のワイヤリールは、溶加ワイヤを供給するためのものであり、溶加ワイヤリール2a-1〜2a-5および2c-1〜2c-5それぞれに種類の異なる溶加ワイヤが巻装 されており、また、図１の右側のワイヤリールは、電極ワイヤを供給するためのものであり、電極ワイヤリール2b-1〜2b-5および2d-1〜2d-5それぞれに種類の異なる電極ワイヤが巻装されている。さらに、ワイヤリール2a、2b、2c、2dにそれぞれ対応してワイヤを繰り出すためのワイヤ送給・切替機構３が計４個（3a,3c,3b,3d参照)、配置されている。
また架台１の中央部には、溶接トーチ４、アーク磁気制御用電磁プローブ５、溶加ワイヤノズル６、トーチ及びワイヤノズル位置調整機構７、母材拘束治具８および母材拘束治具移動機構１９が配置してある。
架台１の下部には、TIG溶接電源９、MIG溶接電源１０、溶接トーチ４および母材拘束治具８を溶接熱から冷却する水冷循環器１１を配置している。
上記した部材１〜１１でもって、溶接装置本体１２が構成される。
【０００６】
溶接トーチ４は、TIG２本、MIG２本の計４本から成り、TIGトーチ4-1は、通常のTIG溶接用のタングステン電極で先端が円錐状をしており、アークの集中性がよく、溶加ワイヤリール2a-1〜2a-5の溶加ワイヤを用いて初層裏波溶接等を行うのに使用される。
TIGトーチ4-2は、TIG-2Y/G溶接に用いるものであり、アークの磁気制御に適した扁平溝付きの電極先端形状をしており、磁気によりアークを楕円形に広げ、溶加ワイヤリール2a〜2a-5、2c〜2c-5の溶加ワイヤを平行に２本送給し、溶込みの浅い扁平なビード形状を得るのに適している。
MIG溶接トーチ4-3は、電極ワイヤに電極ワイヤリール2b-1〜2b-5のソリッドワイヤを用い、通常のMIG溶接を行う。また、MIGアーク中に溶加ワイヤリール2a-1〜2a-5からの溶加ワイヤを供給し、アークの磁気制御を負荷するとMIG-1Y/G溶接となる。
MIG溶接トーチ4-4は、電極ワイヤとして電極ワイヤリール2d-1〜2d-5のフラックス入りワイヤを用い、アークの安定とビード外観を重視するMIG(MAG)溶接を行う。また、MIG(MAG)アーク中に溶加ワイヤリール2a-1〜2a-5の溶加ワイヤを供給し、アークの磁気制御を負荷するとMIG-1Y/G溶接となる。
また、溶加ワイヤノズル６は、２本備えられている。
【０００７】
図３は、自動複式アーク溶接装置の全体構成を示した図であり、該自動複式アーク溶接装置は、溶接装置本体１２、NC制御装置１３、TIG用、MIG用シールドガスユニット１５、ヒュームコレクター１６、アークモニター１７および計測装置１８から成る。NC制御装置１３は、主制御装置１４、ワイヤ交換制御装置14-1、磁気制御装置14-2、電源切替装置14-3、電源制御装置14-4、溶接条件入力装置14-5で構成される。溶接装置本体１２は、施工条件を溶接条件入力装置14-5より溶接施工条件を入力すると、主制御装置14から各装置が制御され自動溶接を行う。溶接作業中は、ヒュームコレクター1６により作業者の健康を保護する。
【０００８】
溶接を行うに当たっては、まず、溶接条件入力装置14-5に図４に示すような要領で溶接条件を入力する。その手順は、以下のとおりである。
（１）溶接法を選択する。
（２）溶接母材を選択する。
（３）クラッド材の合わせ材および母材それぞれの材質、鋼種、厚さ、溶接長さを入力する。
（４）裏波ビードか、裏当て金かを選択する。
開先形状が決まる。
【０００９】
溶接条件が入力されると、あらかじめ適正条件を主制御装置14で計算され自動的に溶接される。
例えば、図５のステンレスクラッド鋼を溶接する場合の装置の動作は、次のとおりである。
（１）初層の溶接
母材部炭素綱の溶接は、裏波溶接が容易なTIG溶接（通常電極形状）が選択され、TIGトーチ4-1がトーチ位置調整機構7-1により開先内に横移動する。次に、溶加ワイヤリール2a-1の軟鋼溶加ワイヤ(YGT50)、１本が選択され、ワイヤ先端部がワイヤ送給・切替機構3aに挿入される。旧ワイヤは切断され、新ワイヤによって溶加ワイヤノズル6先端から押し出され廃棄される。TIGトーチ4-1および溶加ワイヤノズル6の位置決め後、計算された溶接条件に従って母材拘束治具８がその移動機構１９により走行し初層TIG溶接を行う。
（２）母材中間層の溶接
能率的なMIG-1Y/G溶接が選択され、MIGトーチ4-3は溶接トーチ位置調整機構7-1により開先内に横移動する。MIG電極ワイヤとしては電極ワイヤリール2b-1の軟鋼電極ワイヤ(YGW17)が選択され、ワイヤ送給・切替機構3bに送られる。また同時に溶融させる溶加ワイヤ１本は、溶加ワイヤリール2a-1が選択され溶加ワイヤノズル位置調整機構7-2により所定の位置に固定されMIG-1Y/G溶接する。
【００１０】
（３）クラッド境界部の溶接
溶接法は溶込みの少ないTIG-2Y/G溶接が選択され、TIGトーチ（扁平Ｗ形状電極）4-2が選択され溶接トーチ調整器7-1により横移動する。TIG-2Y/Gでは溶加ワイヤは２本平行に送給する。その種類は割れを防ぐためにY309Lが選択され、TIG用溶加ワイヤリール2a-3、2c-3が選択され、ワイヤ送給・切換機構3a、3cより、中間層の溶加ワイヤリール2a-2のワイヤが切断された後、電極ワイヤリール2b-3のY309ワイヤと電極ワイヤリール2c-3のワイヤの２本がセットされ、溶加ワイヤノズル位置調整機構7-2により開先内に固定された後にTIG-2Y/G溶接する。
（４）クラッド部の溶接
溶接法はTIG-2Y/Gとし、溶接ワイヤはクラッド鋼と同成分のワイヤ(Y308)2a-4と2c-4が選択され、ワイヤ送給機構3-a、3-bに挿入され、前に使用したY309ワイヤはワイヤ送給・切換機構3-a、3-bにより切断処理後、挿入されたY308のワイヤに押し出され廃棄される。トーチ4-2と溶加ワイヤノズル6（２本）を所定の位置にセット後にTIG-2Y/G溶接し、クラッド鋼の自動複式アーク溶接が完了する。
なお、ワイヤは、ステンレスクラッド等の母材種類に合わせて、適応できるように用意しておく。
【００１１】
（５）ワイヤ送給・切換機構３の動作
ワイヤリール２は、TIG用2a-1〜2a-5、MIG用2b-1〜2b-5、TIG用2c-1〜2c-5、MIG用2d-1〜2d-5の計４種類あり、それぞれが５個のワイヤリールを備えている。そして、ワイヤリール５個・１組に対してワイヤ送給・切換機構３が１個が配置されるものであり、TIG用３a、MIG用３b、TIG用３c、MIG用３dの計４種類が配置されている。それぞれのワイヤリール５個に種類の異なるワイヤをセットし、主制御装置から送られてくる指令により１本を選択し送給する。動作は、溶加ワイヤノズル６内の使用済みワイヤをワイヤ送給・切換機構３内で切断後、使用するワイヤがワイヤ送給・切換機構３のワイヤノズル口より送給され、旧ワイヤを押しだし廃棄する。新ワイヤはワイヤノズル先端の所定の長さで停止しワイヤの準備が終了する。
【００１２】
【発明の効果】
本発明によれば、炭素鋼、低合金鋼、高合金等の溶接において、同種材はもとより、特に溶接に深い知識と技量が必要とされる異材溶接、クラッド材溶接において、高度な技術を有する熟練者並の複式溶接が自動的に、かつアークタイム、溶接パス数の減少等により能率的に、また、溶接外観、継手強度、高温特性の向上の面でも高品質な溶接を達成することができる。
特に、複数種類の電極ワイヤおよび溶加ワイヤを必要とする複式溶接の溶接工程において自動的に所望の電極ワイヤおよび溶加ワイヤを供給することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態に係る溶接装置本体の側面図である。
【図２】本発明の実施の形態に係る溶接装置本体の正面図である。
【図３】本発明の実施の形態に係る自動複式アーク溶接装置の全体構成を示した図である。
【図４】溶接条件を入力する手順の例を示した図である。
【図５】ステンレスクラッド鋼を溶接する場合の説明図である。
【符号の説明】
１  架台
２  ワイヤリール
３  ワイヤ送給・切替機構
４  溶接トーチ
５  アーク磁気制御用電磁プローブ
６  溶加ワイヤノズル
７  トーチ及びワイヤノズル位置調整機構
８  母材拘束治具
９  TIG溶接電源
１０  MIG溶接電源
１１  水冷循環器
１２  溶接装置本体
１３  NC制御装置
１４  主制御装置
１５  TIG用、MIG用シールドガスユニット
１６  ヒュームコレクター
１７  アークモニター
１８  計測装置
１９  母材拘束治具移動機構
【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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