(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
それぞれの端面において付き合わされる２本のパイプを円周付き合わせ溶接するパイプ円周自動溶接装置であって；
溶接トーチを搭載した溶接ヘッドと、
この溶接ヘッドが走行するパイプの外周に巻き回されたガイドレールと、を備え、
該ガイドレールの外面には凹部内で横方向に掘り込まれたアリ溝状のガイド溝が形成されており、このガイド溝内に溶接ヘッドのガイドローラが係合配置され、
上記ガイドレールの反トーチ側の辺に沿ってラックが敷設されており、上記溶接ヘッドの円周駆動機構が、溶接ヘッドの反トーチ側に、パイプ外面に沿って突出するように設けられており、
上記溶接トーチをパイプの径方向に駆動するモータ、及び、上記溶接トーチをパイプの長手方向に駆動するモータも、上記溶接ヘッドの反トーチ側にパイプ外面に沿って突出するように設けられていることを特徴とするパイプ円周自動溶接装置。
【請求項２】
溶接ワイヤを巻回するスプールが、その回転軸をパイプ径方向に向けて設けられていることを特徴とする請求項１記載のパイプ円周自動溶接装置。
【請求項３】
それぞれの端面において付き合わされる２本のパイプを円周付き合わせ溶接するパイプ円周自動溶接装置であって；
溶接トーチを搭載した溶接ヘッドと、
この溶接ヘッドが走行するパイプの外周に巻き回されたガイドレールと、を備え、
上記溶接トーチが、供給される溶接ワイヤを屈曲させて溶接ノズルの軸芯に沿う方向に曲げるワイヤ屈曲部と、このワイヤ屈曲部を出たワイヤを真直に矯正するストレートナーと、このストレートナーを出たワイヤを引っ張って溶接ノズルに送るプルローラと、を具備し、上記ワイヤ屈曲部が、多数のガイドローラにより構成されていることを特徴とするパイプ円周自動溶接装置。
【請求項４】
上記溶接トーチが、供給される溶接ワイヤを屈曲させて溶接ノズルの軸芯に沿う方向に曲げるワイヤ屈曲部と、このワイヤ屈曲部を出たワイヤを真直に矯正するストレートナーと、このストレートナーを出たワイヤを引っ張って溶接ノズルに送るプルローラと、を具備し、
上記ワイヤ屈曲部が、多数のガイドローラにより構成されていることを特徴とする請求項１又は２記載のパイプ円周自動溶接装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ガスや石油のパイプライン敷設工事等においてパイプを付き合わせ溶接するためのパイプ円周自動溶接装置に関する。特には、溶接ヘッドの高さを低くすることができ、溶接作業に必要なスペース（トンネルの径等）を小さくできるよう改良を加えたパイプ円周自動溶接装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
この種の溶接装置としては特開平９−２５３８８７号のものが公知である。同号の溶接装置は、パイプの外周面に固定したガイドレールを両側部からクランプローラで挟持する方式となっている。また、溶接ワイヤを巻回するスプールが回転軸をパイプ長手方向に向けて設置されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
上記特開平９−２５３８８７号の溶接装置は上記構成のため、溶接ヘッドの高さが高くなりがちである。
ところで、トンネル中に敷設される都市ガス等のパイプライン用の溶接装置の場合、溶接ヘッドの高さを極力低くすることが求められる。パイプ敷設のために掘削すべきトンネルの径が、パイプの径に溶接ヘッドの高さの２倍を加えた値によって規定されるが、工事費を安くするためには、トンネルの径をできるだけ小さくする必要があるからである。
しかしながら、このような要請に十分に応えられる溶接装置は今まで存在していなかった。
【０００４】
本発明は、このような課題に対応するためになされたもので、溶接ヘッドの高さを低くすることができ、溶接作業に必要なスペースを小さくできるよう改良を加えたパイプ円周自動溶接装置を提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、本発明のパイプ円周自動溶接装置は、それぞれの端面において付き合わされる２本のパイプを円周付き合わせ溶接するパイプ円周自動溶接装置であって；溶接トーチを搭載した溶接ヘッドと、この溶接ヘッドが走行するパイプの外周に巻き回されたガイドレールと、を備え、該ガイドレールの外面には凹部内で横方向に掘り込まれたアリ溝状のガイド溝が形成されており、このガイド溝内に溶接ヘッドのガイドローラが係合配置され、上記ガイドレールの反トーチ側の辺に沿ってラックが敷設されており、上記溶接ヘッドの円周駆動機構が、溶接ヘッドの反トーチ側に、パイプ外面に沿って突出するように設けられており、上記溶接トーチをパイプの径方向に駆動するモータ、及び、上記溶接トーチをパイプの長手方向に駆動するモータも、上記溶接ヘッドの反トーチ側にパイプ外面に沿って突出するように設けられていることを特徴とする。
このような構造により、ガイドレール及びガイドローラ回りの構造をシンプルなものとすることができ溶接ヘッドの高さを低くできる。
本発明の他のパイプ円周自動溶接装置は、それぞれの端面において付き合わされる２本のパイプを円周付き合わせ溶接するパイプ円周自動溶接装置であって；溶接トーチを搭載した溶接ヘッドと、この溶接ヘッドが走行するパイプの外周に巻き回されたガイドレールと、を備え、上記溶接トーチが、供給される溶接ワイヤを屈曲させて溶接ノズルの軸芯に沿う方向に曲げるワイヤ屈曲部と、このワイヤ屈曲部を出たワイヤを真直に矯正するストレートナーと、このストレートナーを出たワイヤを引っ張って溶接ノズルに送るプルローラと、を具備し、上記ワイヤ屈曲部が、多数のガイドローラにより構成されていることを特徴とする。
【０００６】
【発明の実施の形態】
本発明のパイプ円周自動溶接装置においては、上記ガイドレールの反トーチ側の辺に沿ってラックが敷設されており、上記溶接ヘッドの円周駆動機構が、溶接ヘッドの反トーチ側に、パイプ外面に沿って突出するように設けられていることが好ましい。また、溶接トーチをパイプの径方向に駆動するモータ、及び、溶接トーチをパイプの長手方向に駆動するモータも、溶接ヘッドの反トーチ側に、パイプ外面に沿って突出するように設けられていることが好ましい。このように、主要な駆動機構を、溶接ヘッドの反トーチ側にパイプ外面に沿って配置することによって、溶接ヘッドの高さを低くおさえることができる。
【０００７】
また、本発明のパイプ円周自動溶接装置においては、溶接ワイヤを巻回するスプールが、その回転軸をパイプ径方向に向けて設けられていることが好ましい。いわばスプールを寝かせて溶接ヘッドに搭載することにより、溶接ヘッドの高さを低くおさえることができる。
【０００８】
以下、図面を参照しつつ説明する。
図１は、本発明の１実施例に係るパイプ円周自動溶接装置の構成を示す一部断面側面図である。
図２は、本発明の１実施例に係るパイプ円周自動溶接装置の構成を示す一部断面平面図である。
図３は、本発明の１実施例に係るパイプ円周自動溶接装置の構成を示す一部断面正面図である。
【０００９】
この溶接装置１は、溶接開先６において付き合わせられた２本のパイプ３、５を円周付き合わせ溶接する装置である。パイプ３は既にパイプラインの末端に敷設されている既設パイプであり、パイプ５はその先につなぐ継ぎパイプである。既設パイプ３の外周にはガイドレール９が巻かれており、その上を溶接ヘッド７がパイプ円周方向（Ｘ方向ともいう）に走行しながら、溶接トーチ１１から溶接ワイヤ３１を繰り出して開先６を全周溶接する。
【００１０】
溶接トーチ１１は、パイプ径方向（Ｚ方向ともいう）に昇降自在なトーチアーム１７に支持されている。トーチアーム１７は、ワイヤ送給モータ１９を介して昇降ベース２１に接続されている。ワイヤ送給モータ１９は、後述するプルローラ７９（図３）を駆動して溶接ワイヤをトーチ１１から送り出すものである。昇降ベース２１は、パイプ長手方向（Ｙ方向ともいう）に移動自在な移動ベース５１の側面に沿って昇降する。符号２３は、昇降ベース２１に固定されている溶接トーチ昇降用のラックである。このラック２３にはピニオン２５が噛み合っており、ピニオン２５が回転するとラック２３が昇降する。ピニオン２５は、シャフト２７を介してトーチ昇降モータ２９（減速機付き）によって回転駆動される。
【００１１】
一方、昇降ベース２１やトーチ昇降モータ２９は、移動ベース５１に搭載されており、パイプ長手方向（Ｙ方向）に移動可能である。移動ベース５１は、ボールスクリュー５３によりＹ方向に直線駆動される。ボールスクリュー５３は、減速機５５を介してトーチ移動モータ５７によって回転駆動される。
【００１２】
移動ベース５１は、図１に示す移動プレート６７上に搭載されている。移動プレート６７は、１対のＺ方向に延びるヨーク６５及び軸６３を介して、ガイドローラ６１に支持されている。軸６３は、ヨークに固定されており、軸先端にはベアリングを転用したガイドローラ６１の内輪が固定されている。このガイドローラ６１の外輪は、ガイドレール９の長手方向に沿って延びるアリ溝９ｂ中に嵌合している。したがって、移動プレート６７は、ガイドレール９の長手方向（パイプ円周方向、Ｘ方向ともいう）に移動可能なように案内されている。
【００１３】
ガイドレール９は、全体として半割りのリングベルト状のものであり（図３参照）、その外周に上記アリ溝９ｂが形成されている。アリ溝９ｂは、Ｙ方向に掘り込むように一対形成されている。このアリ溝９ｂは、ガイドレール９の全長にわたって延びている。図１のガイドレール９断面においてＺ方向に貫通する孔９ａは、ガイドレール９と既設パイプ３をネジで締め付け固定するためのものである。半割りのガイドレール９同士の接続は、図３に示すレール連結ネジ１０により行う。ネジ１０は、レール９の半割り面に形成されたフランジ状の部分を締め合わせる。
【００１４】
ガイドレール９のＹ方向半トーチ側端部には、円弧状のヘッド走行ラック９ｃが全周にわたって切られている。このラック９ｃには、Ｘ方向走行ピニオン４１が噛み合っている。このピニオン４１は、シャフト４３、減速機４５を介してヘッド走行モータ４７によって駆動される。
【００１５】
図２及び図３に示すように、溶接ワイヤ３１を巻回するスプール３３は、そのス転軸３５をパイプ径方向に向けて、溶接ヘッド７上に搭載されている。つまりスプール３３はパイプ３の外周面に添うように寝かせて配置されている。これは、溶接ヘッド７の高さを低くするためである。スプール３３から溶接トーチ１１へは、コンジットケーブル１３を介して溶接ワイヤ３１が供給される。また、溶接トーチ１１へは、溶接電源ケーブル１５により電力が供給される。なお、図２の下部に示されているガス電磁弁９１は、シールドガス開閉用であり、コネクター９３は、各軸モータ等の制御信号接続のためのものである。
【００１６】
次に、溶接トーチ１１の構造について図３を参照しつつ説明する。
この実施例の溶接ヘッドの溶接トーチ１１は、供給される溶接ワイヤを屈曲させて溶接ノズル１２の軸芯に沿う方向に曲げるワイヤ屈曲部７１と、このワイヤ屈曲部を出たワイヤを真直に矯正するストレートナー７７と、このストレートナーを出たワイヤを引っ張って溶接ノズル１２に送るプルローラ７９を具備する。そして、ワイヤ屈曲部７１が、多数のガイドローラ７３、７５により構成されている。
【００１７】
具体的には、ワイヤ屈曲部７１は、ワイヤ屈曲の経路の外側に沿って配置された８個の外ガイドローラ７３と、同経路の内側に沿って配置された７個の内ガイドローラ７５により構成されている。各ローラ１５、１７は、図示されてはいないが、絶縁材であるベークライト製のフレームに回転自在に支持されている。
【００１８】
矯正ローラ７７は、最も出側のガイドローラ７３の直下で、押えローラ８１及びプルローラ７９の直上に設けられている。この矯正ローラ７７の右側外周面は、ワイヤ３１を右側に押すようにやや突出しており、ワイヤ屈曲部７１で付けられたワイヤの曲りグセを反対方向に曲げて矯正する。
矯正ローラ７７の突出量は、図示せぬ調整機構によって調整可能である。
【００１９】
プルローラ７９は、押えローラ８１と対向して、矯正ローラ７７の直下に置かれている。押えローラ８１はワイヤ３１をプルローラ７９に押し付け、プルローラ７９は回転駆動されて、ワイヤ３１をワイヤ屈曲部７１から引き出すとともに、後述する溶接ノズル１２に押し込む役割を果す。なお、このプルローラ７９の材質はＳＫ３（表面焼入れ）である。
押えローラ８１の押し付け圧力は、図示せぬ調整機構によって調整可能である。
【００２０】
この実施例の溶接トーチは、ワイヤ屈曲部７１をローラ列で構成し、溶接ワイヤの曲げアールが小さくても（この例ではＲ＝３０mm、ワイヤ線径１mm）、摩擦抵抗が小さい。また、ワイヤ屈曲部７１の出側でプルローラ７９でワイヤを引張り駆動するのでワイヤ送りがスムーズで、溶接池へのワイヤの送給が安定する。さらに、送給ローラ及び矯正ローラ以降にワイヤ屈曲部が無いため、ワイヤの直進性を向上することができた。
【００２１】
溶接ノズル１２の左右にシールドガスを供給する２個のノズル８３が配置されている。このシールドガス供給方式は、管表面での溶接部においてシールド性が不充分という欠点があるが、一方、狭い開先にも対応できるという利点がある。
なお、位置を検出するためのエンコーダとしては、従来は絶対値エンコーダが使用されていたが、本実施例の溶接装置では、シリアルエンコーダを使用している。シリアルエンコーダは、パラレルなビット信号として検出された位置信号を、シリアルな信号に変換して受信器に送り、受信器側でこれをパラレルな位置信号に変換して位置を検出するものである。よって、シリアルエンコーダを使用することにより、信号線が１組（２本）で済み、大幅に配線を節約することができる。
【００２２】
【発明の効果】
以上の説明から明らかなように、本発明によれば、溶接ヘッドの高さを低くすることができ、溶接作業に必要なスペースを小さくできるパイプ円周自動溶接装置を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の１実施例に係るパイプ円周自動溶接装置の構成を示す一部断面側面図である。
【図２】本発明の１実施例に係るパイプ円周自動溶接装置の構成を示す一部断面平面図である。
【図３】本発明の１実施例に係るパイプ円周自動溶接装置の構成を示す一部断面正面図である。
【符号の説明】
１  パイプ円周自動溶接装置        ３  既設パイプ
５  継ぎパイプ                    ６  溶接開先
７  溶接ヘッド                    ９  ガイドレール
９ａ  孔                          ９ｂ  アリ溝
９ｃ  ヘッド走行ラック          １０  レール連結ネジ
１１  溶接トーチ                  １２  ノズル
１３  コンジットケーブル          １５  溶接電源ケーブル
１７  トーチアーム                １９  ワイヤ送給モータ
２１  昇降ベース                  ２３  トーチ昇降ラック
２５  トーチ昇降ピニオン          ２７  シャフト
２９  トーチ昇降モータ            ３１  溶接ワイヤ
３３  スプール                    ３５  スプール軸
４１  走行ピニオン                ４３  シャフト
４５  減速機                      ４７  ヘッド走行モータ
５１  移動ベース                  ５３  ボールスクリュー
５５  減速機                      ５７  トーチ移動モータ
６１  ガイドローラ                ６３  軸
６５  ヨーク                      ６７  移動プレート
７１  ワイヤ屈曲部                ７３  外ガイドローラ
７５  内ガイドローラ              ７７  矯正ローラ
７９  プルローラ                  ８１  押えローラ
８３  ガスノズル                  ９１  ガス電磁弁
９３  コネクター
【図１】
0003853056.tif 000002
【図２】
0003853056.tif 000003
【図３】
0003853056.tif 000004