JP2013013921A - 自動溶接システムおよび自動溶接方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】予め、開先形状等に係る情報等に基づいて、各層毎のトーチ基準位置や基準供給電力等を演算する。溶接対象ワーク1を回転テーブル11に載置する。回転テーブル11を一回転させ、位置検出センサ18により距離R0(θ)を検出し、距離R1(θ),距離R2(θ)を演算する。位置検出終了後、溶接トーチ21,31を配置する。回転テーブル11を回転させ、R1,R2に基づいた径方向位置制御および溶接ビード断面均一維持制御をおこないながら溶接する。回転テーブル11が一回転すると、1層目の溶接が完了し、2層目の溶接を開始する。このように複数層の溶接を繰り返して開先深さまで埋まることにより、第1溶接位置において内輪2と静翼リング3とを接合し、同時に、第2溶接位置において静翼リング3と外輪4とを接合する。
【選択図】図1
Description
図1は本実施形態の自動溶接システムの平面図であり、図2は本実施形態の自動溶接システムの側面図(一部、断面図を含む)である。本実施形態の自動溶接システムは、溶接対象ワーク1(接合前の内輪2、静翼リング3、外輪4が内包状態で配置されたもの)を載置した状態で回転する回転テーブル11と、略クロス状に配置される2本のアーム51,52と回動軸となるコラム53を有するベース装置50と、内輪2と静翼リング3とを溶接する溶接トーチ21と、静翼リング3と外輪4とを溶接する溶接トーチ31と、溶接トーチ21に溶接ワイヤを送給するワイヤ送給装置22と、溶接トーチ31に溶接ワイヤを送給するワイヤ送給装置32と、コイル状の溶接ワイヤが設置されワイヤ送給装置22に溶接ワイヤを供給する溶接ワイヤ供給装置23と、コイル状の溶接ワイヤが設置されワイヤ送給装置32に溶接ワイヤを供給する溶接ワイヤ供給装置33と、溶接トーチ21を回転テーブル11の径方向に移動する溶接トーチシフト装置24と、溶接トーチ31を回転テーブル11の径方向に移動する溶接トーチシフト装置34と、溶接トーチ21を上下に移動する溶接トーチ駆動装置25と、溶接トーチ31を上下に移動する溶接トーチ駆動装置35と、溶接トーチ21を介してワイヤに電力を付加する溶接電源装置26と、溶接トーチ31を介してワイヤに電力を付加する溶接電源装置36と、溶接対象ワークに予熱を与える電気炉17と、回転テーブル11の回転角度ごとに外輪4に設けられた検出基準位置を検出する位置検出センサ18と、入力端末19と、これらの装置を制御する制御装置40とを備える。
自動溶接システムの基本動作について説明する。図3は、内輪2と静翼リング3との溶接箇所(第1溶接位置)である開先形状および静翼リング3と外輪4との溶接箇所(第2溶接位置)である開先形状を示す断面図である。この開先形状は、ルートギャップ、開先角度、開先深さにより設計段階で決められている。
図4は、制御装置40の機能ブロック図である。制御装置40は、演算処理機能41と記憶部42と駆動系制御機能43と電源制御機能44とを有する。
自動溶接システムの特徴的な動作について説明する。
自動溶接システムの位置検出に係る効果について説明する。
上述のように本実施形態の自動溶接システムは、芯出し不要に係る構成を特徴としている。しかし、回転テーブル11の中心と溶接対象ワーク1の中心とが一致しない場合、下記のような新たな課題が生じる。
第1溶接位置において
WS1×WA1=BW1×BH1×2π×R1×n(m3/min)
第2溶接位置において
WS2×WA2=BW2×BH2×2π×R2×n(m3/min)
第1溶接位置の関係式を変形すると、ビード断面積は以下のように表される。
BW1×BH1=(WS1×WA1/2πn)×(1/R1)(m2)
すなわち、WS1,WA1,nが一定の条件の下では、ビード断面積はR1に反比例する。一方、R1(θ)は図7のように、回転角度θに依り変動する。従って、R1が長くなるとビード断面積は小さくなり、R1が短くなるとビード断面積は大きくなる。
制御装置40は更に特徴的構成として、溶接ビード断面均一維持制御機能45を有している(図4参照)。溶接ビード断面均一維持制御機能45について詳しく説明する。
WS1×/n=(2π×BW1×BH1/WA1)×R1(m)
すなわち、WS1×/nがR1に比例する場合、溶接ビード断面均一となる。
上述のように本実施形態の自動溶接システムは、複数同時溶接に係る構成を特徴としている。しかし、内側にある第1溶接位置における溶接長は、外側にある第2溶接位置における溶接長に比べて、短くなる。仮に、ワイヤ送給速度WS1,WS2が同一、ワイヤの断面積をWA1,WA2が同一の条件の下では、第1溶接位置では第2溶接位置に比べて肉盛過剰となり、第2溶接位置では第1溶接位置に比べて肉盛不足となる。従って、内外間において肉盛量を調整する必要がある。
制御装置40は更に特徴的構成として、内外調整機能46を有している(図4参照)。内外調整機能46について詳しく説明する。
本発明は、本実施形態に限定されず、種々の変形が可能である。いくつかの変形例を説明する。
2 内輪、
3 静翼リング
4 外輪
11 回転テーブル
12 回転数検出センサ
17 電気炉
18 位置検出センサ
19 入力端末
21 溶接トーチ
22 ワイヤ送給装置
23 溶接ワイヤ供給装置
24 溶接トーチシフト装置
25 溶接トーチ駆動装置
26 溶接電源装置
31 溶接トーチ
32 ワイヤ送給装置
33 溶接ワイヤ供給装置
34 溶接トーチシフト装置
35 溶接トーチ駆動装置
36 溶接電源装置
40 制御装置
41 演算処理機能
42 記憶部
43 駆動系制御機能
44 電源制御機能
45 溶接ビード断面均一維持制御機能
46 内外調整機能
50 ベース装置
51 アーム(溶接)
52 アーム(位置検出)
53 コラム
54 レール
55 アーム(位置検出)
Claims (7)
- 内包関係にある2つ以上の円筒状部材同士を周方向に溶接する自動溶接システムにおいて、
前記円筒状部材を載置した状態で回転する回転テーブルと、
前記回転テーブルが回転することにより、円筒状部材同士を周方向に溶接する溶接トーチを含む溶接装置と、
前記溶接トーチに溶接ワイヤを送給するワイヤ送給装置と、
前記溶接トーチを前記回転テーブルの径方向に移動する溶接トーチシフト装置と、
前記回転テーブルの回転角度ごとに前記円筒状部材の検出基準位置を検出する位置検出センサと、
前記位置検出センサによる検出基準位置に基づき、前記溶接トーチが適切な溶接位置にくるように、前記溶接トーチシフト装置を制御する溶接トーチシフト制御機能部を有する制御装置と
を備えることを特徴とする自動溶接システム。 - 請求項1の自動溶接システムにおいて、
前記制御装置は、
前記回転テーブルの全回転角度で、1パスにおける溶接ビード断面が均一になるように、前記溶接位置と前記回転テーブルの中心との距離に基づき、前記回転テーブルの回転数と前記ワイヤ送給装置のワイヤ送給速度の少なくてもいずれかを制御する溶接ビード断面均一維持制御機能部
を有することを特徴とする自動溶接システム。 - 請求項2の自動溶接システムにおいて、
前記溶接ビード断面均一維持制御機能部は、
前記ワイヤ送給装置のワイヤ送給速度/前記回転テーブルの回転数が、前記溶接位置と回転テーブル中心との距離に比例するように、前記回転テーブルの回転数および前記ワイヤ送給装置のワイヤ送給速度を制御する
ことを特徴とする自動溶接システム。 - 請求項2の自動溶接システムにおいて、
前記溶接ビード断面均一維持制御機能部は、
前記ワイヤ送給装置のワイヤ送給速度を一定に制御し、
前記溶接位置と回転テーブル中心との距離に反比例するように、前記回転テーブルの回転数を制御する
ことを特徴とする自動溶接システム。 - 請求項2の自動溶接システムにおいて、
前記溶接ビード断面均一維持制御機能部は、
前記回転テーブルの回転数を一定に制御し、
前記溶接位置と回転テーブル中心との距離に比例するように、前記ワイヤ送給装置のワイヤ送給速度を制御する
ことを特徴とする自動溶接システム。 - 請求項1の自動溶接システムにおいて、
前記溶接装置は、第1溶接位置および第2溶接位置を含む径方向の複数の溶接位置を同時溶接できるように、第1溶接位置を溶接する第1溶接トーチと、この第1溶接トーチの外側に配置され第2溶接位置を溶接する第2溶接トーチを含み、
前記制御装置は、
前記第1溶接位置および第2溶接位置においてそれぞれ所望の溶接ビード断面となるように、前記第1溶接トーチおよび第2溶接トーチに送給するワイヤのワイヤ径を選定する内外調整機能部
を有することを特徴とする自動溶接システム。 - 内包関係にある2つ以上の円筒状部材同士を周方向に溶接する自動溶接方法において、
前記円筒状部材を回転テーブルに載置する載置ステップと、
前記回転テーブルの回転角度ごとに前記円筒状部材の検出基準位置を検出する位置検出ステップと、
この検出基準位置に基づき、溶接トーチが適切な溶接位置にくるように、前記溶接トーチを前記回転テーブルの径方向に移動する溶接トーチシフトステップと、
前記回転テーブルの全回転角度で、溶接ビード断面が均一になるように、前記溶接位置と前記回転テーブルの中心との距離に基づき、前記回転テーブルの回転数と前記溶接トーチに送給する溶接ワイヤのワイヤ送給速度の少なくてもいずれかを制御する溶接ビード断面均一制御ステップと、
前記溶接トーチが適切な溶接位置にあり、溶接ビード断面が均一になる状態で、前記回転テーブルが回転することにより、円筒状部材同士を周方向に溶接する溶接ステップと
を備えることを特徴とする自動溶接方法。
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