JP2017144456A - 橋梁板桁用垂直スチフナ溶接装置及びそれを用いた溶接方法 - Google Patents

Abstract

【課題】ウエブ材とフランジ材からなる橋梁板桁の補強に用いられる垂直スチフナをウエブ材の溶接に用いる、自動走行を取り入れた橋梁板桁用垂直スチフナ溶接装置及びそれを用いた溶接方法を提供する。【解決手段】橋梁板桁用垂直スチフナ溶接装置１０は、ウエブ材１０１と第１フランジ材１０２と第２フランジ材１０３を有する橋梁板桁１００に補強のために設けられる垂直スチフナ１０４をウエブ材１０１に水平すみ肉溶接するための装置であって、第１フランジ材１０２の端面上を移動可能な主フレーム２０と、第２フランジ材１０３の端面上を移動可能な副フレーム３０と、第１フランジ材１０２と第２フランジ材１０３とに水平懸架される走行レール４０と、走行レール４０に吊り下げられ走行レール４０長手方向に自動走行可能で上下方向に移動可能な下端部に一対の溶接トーチ５１が設けられた溶接ヘッド５０とを有している。【選択図】図１

Description

本発明は、ウエブ材とフランジ材からなる橋梁板桁の補強に用いられる垂直スチフナをウエブ材に溶接するための装置及びその溶接方法に関する。

従来から、ウエブ材とフランジ材からなる橋梁板桁や、その補強に用いられる垂直スチフナの溶接作業では、作業者による部材の仮付溶接ののち自走式半自動溶接装置によって本溶接されることが多かった。

自走式半自動溶接装置は特許文献１や特許文献２のように、車輪を有した走行台車に溶接トーチとガイド部材と距離センサーが設けられ、ガイド部材と距離センサーを用いて溶接トーチと溶接線を一定に保ち溶接を行う装置が発明されている。これによって少ないセンサー数で装置を構成でき、複雑で大型な制御装置が不要となる水平すみ肉溶接に特化した装置が多数市販化されている。

また、特許文献２のように、従来の自走式半自動溶接装置では走行台車の走行方向の車体幅の部分が未溶接となってしまう問題を克服した装置も存在する。

また逆に、特許文献３のように、門型のキャリッジと多関節溶接トーチを有していて多種のセンサーによって装置をＸＹＺ軸走行及び溶接トーチを制御し、多様な溶接方法や複雑な溶接線形状の溶接を可能とする自動溶接装置も存在する。

特許第２５４０２５９号公報 特許第５１９１７７８号公報 特開平５−２８５６４７号公報

特許文献１及び特許文献２では、走行台車がウエブ材上を走行するため、走行幅の専有面積が広く走行幅以下の幅で垂直スチフナ等が設けられていると使用することができず溶接箇所が大きく制限される場合がある。

また、特許文献３では、多関節溶接トーチと多種のセンサーによって制御するため装置が大きくなり、そのため製造コストやランニングコスト、設置スペースの確保の問題が生じる。

本発明の課題は、ウエブ材とフランジ材からなる橋梁板桁の補強に用いられる垂直スチフナをウエブ材に溶接する際に、溶接品質の向上や溶接ビード美観の向上、段取りを含む作業時間の短縮、作業員の負担軽減、熟練工以外でも簡便に溶接作業に従事できる利便性、総体コストの削減を達成しうる自動走行を取り入れた橋梁板桁用垂直スチフナ溶接装置及びそれを用いた溶接方法を提供することにある。

本発明は、上述した課題を解決するためになされたものであり、請求項１に記載の橋梁板桁用垂直スチフナ溶接装置は、ウエブ材の対向する辺の各側面に第１のフランジ材及び第２のフランジ材が取り付けられる橋梁板桁の前記ウエブ材に設けられる補強のための垂直スチフナの両縁を同時に水平すみ肉溶接するための装置であって、前記ウエブ材が水平に載置され前記各フランジ材が垂直に取り付けられた状態において、前記第１のフランジ材の端面上を移動可能な主フレームと、前記第２のフランジ材の端面上を移動可能な副フレームと、前記主フレーム及び前記副フレームによって水平懸架される走行レールと、前記走行レールに吊り下げられ該走行レール長手方向に自動走行可能で上下方向に移動可能な下端部に一対の溶接トーチが設けられた溶接ヘッドと、を有することを特徴としている。

また、請求項２の発明は、前記走行レールは、前記主フレームとの係合がピンを中心に水平回転可能に係合され、前記副フレームとの係合が該副フレームに設けられた長穴で移動可能に係合されて該走行レールが水平方向の角度調節可能に懸架されることを特徴とする請求項１に記載の橋梁板桁用垂直スチフナ溶接装置である。

また、請求項３の発明は、前記主フレーム及び前記副フレームの下端にフレーム高さ調節可能なローラー機構が設けられることを特徴とする請求項１又は２に記載の橋梁板桁用垂直スチフナ溶接装置である。

また、請求項４の発明は、前記ローラー機構が前記主フレーム及び／又は前記副フレームの高さ調節可能であることを特徴とする請求項３に記載の橋梁板桁用垂直スチフナ溶接装置である。

また、請求項５の発明は、請求項１から４のいずれか１項に記載の橋梁板桁用垂直スチフナ溶接装置は、前記主フレーム及び前記副フレームが前記走行レールが前記垂直スチフナ上となるように移動し、前記走行レールが前記垂直スチフナのすみ肉溶接方向と平行となるように調節され、前記溶接ヘッドが下降し、一対の溶接トーチが前記垂直スチフナを挟んで各縁に対してそれぞれ所定の間隔となるように調節され、前記溶接ヘッドが走行レールを自動走行しながら前記垂直スチフナの両縁を前記一対の溶接トーチによって同時に水平すみ肉溶接することを特徴とする橋梁板桁用垂直スチフナ溶接装置の溶接方法である。

本発明の橋梁板桁用垂直スチフナ溶接装置によれば、主フレームと副フレームとがフランジ材上を前後に移動可能となっていて、従来の門型の装置のように専用の走行レーンを設備する必要が無いので省スペース化に貢献でき、また、従来は橋梁板桁を特定の場所に設置しなければ装置を作動させることができないが、本発明では装置を簡単に移動して橋梁板桁上に設置できるので作業スペース確保が非常に柔軟に行うことができ狭いスペースや設置状況にとらわれること無く溶接装置の設置稼働を行える利点がある。

また、溶接ヘッドには従来のような大型の走行装置は設けられておらず、上部より吊り下げられているので走行スペースが省スペース化でき、例えば垂直スチフナ同士の間隔が狭い場合でも問題なく溶接を行うことができ、溶接は自動走行で行われるので溶接スピードや溶接線までの距離が手作業に比べて格段に精度よく行われるため溶接品質の向上や溶接ビード美観が向上することができる。さらに、装置のセッティングさえ完了すれば溶接が自動に精度よく行われるため熟練工以外の作業者でも簡単に作業に従事することができ、作業効率を向上することができる。

また、請求項２の発明は、走行レールは、主フレームとの係合がピンを中心に水平回転可能に係合され、副フレームとの係合が副フレームに設けられた長穴で移動可能に係合されて走行レールが水平方向の角度調節可能に懸架されることを特徴としているので、垂直スチフナがフランジ材に対して直角に配置されない場合でも、走行レールがピンと長穴の構成によって所定の角度水平回転でき、垂直スチフナと走行レールを平行に配置することができる。

また、請求項３及び請求項４の発明は、主フレーム及び副フレームの底部にローラー機構が設けられ、フレーム高さ調節可能にも設けられることを特徴としているので、橋梁板桁用垂直スチフナ溶接装置を手動であっても容易に移動できるだけでなく、例えばフランジ材の高さが異なる場合であっても主フレーム及び／又は副フレームの高さ調節を行うことによって走行レールを水平状態に保って懸架することができる。

また、請求項５の発明は、請求項１から４のいずれか１項に記載の橋梁板桁用垂直スチフナ溶接装置は、前記主フレーム及び前記副フレームを前記走行レールが前記垂直スチフナ直上近傍となるように移動し、前記走行レールを前記溶接ヘッドの走行方向と前記垂直スチフナのすみ肉溶接方向とが平行となるように調節し、前記溶接ヘッドが下降し、一対の溶接トーチが前記垂直スチフナを挟んで各縁に対してそれぞれ所定の間隔となるように調節され、前記溶接ヘッドが走行レールを自動走行しながら前記垂直スチフナの両縁を前記一対の溶接トーチによって同時に水平すみ肉溶接することを特徴とする橋梁板桁用垂直スチフナ溶接装置の溶接方法なので、走行レールを走行する溶接ヘッドを垂直スチフナ直上に平行に調節して装置を設置し、溶接ヘッドを溶接線まで下降調節すれば最小限の制御によって最適な自動溶接を行うことができ、装置のコストや作業効率の向上、熟練工以外の作業者でも簡単に作業に従事することができる。

本発明に係る橋梁板桁用垂直スチフナ溶接装置の実施形態を示し、（ａ）は正面図、（ｂ）は平面図、（ｃ）は底面図、（ｄ）は右側面図、（ｅ）は左側面図である。 本発明に係る橋梁板桁用垂直スチフナ溶接装置の溶接ヘッド走行状態を示し、（ａ）は終端到達時の２方向からの斜視図、（ｂ）は走行中の斜視図、（ｃ）は始端待機時の２方向からの斜視図及び側面図を示す。

以下、図面を参照して、本発明の実施の形態の一例について説明する。図１は本発明に係る橋梁板桁用垂直スチフナ溶接装置の実施形態を橋梁板桁１００との位置関係とともに示した図、図２は橋梁板桁用垂直スチフナ溶接装置の溶接ヘッド走行状態を示した図である。
橋梁板桁用垂直スチフナ溶接装置１０は、ウエブ材１０１が水平に載置され第１フランジ材１０２と第２フランジ材１０３がウエブ材１０１の対向する各側面に垂直に取り付けられた橋梁板桁１００に補強のために設けられる垂直スチフナ１０４をウエブ材１０１に水平すみ肉溶接するための装置であって、第１フランジ材１０２の端面上を移動可能な主フレーム２０と、第２フランジ材１０３の端面上を移動可能な副フレーム３０と、第１フランジ材１０２と第２フランジ材１０３とに水平懸架される走行レール４０と、走行レール４０に吊り下げられ走行レール４０長手方向に自動走行可能で上下方向に移動可能な下端部に一対の溶接トーチ５１が設けられた溶接ヘッド５０とを有している。

主フレーム２０は、図１（ｂ）のように平面視逆コの字形状となっていて、第１フランジ材１０２端面上を移動するために走行ローラー２１が主フレーム２０底部に本実施例では２組設けられており、主フレーム２０が簡便に移動できるようになっている。また、溶接ヘッド５０の自動走行や溶接ヘッドの溶接制御等を行うための制御盤２２が壁面に設けられている。本発明では自動溶接に用いられるセンサー等を極力減らした構成となっているため制御盤の大きさを小さくすることができ、主フレーム２０に制御盤２２を取り付けて橋梁板桁１００特に第１フランジ材１０２に載せても支障が出ることがない。

副フレーム３０は、図１（ｂ）のように平面視コの字形状となっていて、第２フランジ材１０３端面上を移動するために走行ローラー３１が副フレーム３０底部に本実施例では２組設けられており、副フレーム３０が簡便に移動できるようになっている。また、副フレーム３０と各走行ローラー３１との間に高さ調節部３２を設けて副フレーム３０の高さを調節できるように構成されている。これによって、例えば第２フランジ材１０３の高さが低い場合であっても高さ調節部３２によって副フレーム３０の高さ調節を行うことによって走行レール４０を水平状態に保って懸架することができる。なお、本実施例では副フレーム３０側にのみ高さ調節部３２を設けているが、主フレーム２０側にも設けて両側で調節することも可能である。

走行レール４０は、溶接ヘッド５０を自動走行させるための機能を有しており、始端を主フレーム２０に終端を副フレーム３０によって水平懸架され基本的にはフランジ材に対して平面視直角に配置されている。走行レール４０は本実施例では角パイプ上に直動軸受レールとギヤラックが設けられていて、この部分で溶接ヘッド５０を吊り下げて溶接ヘッド５０に設けられるモーターで自動走行を可能にする。

また、走行レール４０の始端となる主フレーム２０側はピン結合部４２を中心に水平回転可能に係合されていて、終端となる副フレーム３０側には副フレーム３０に設けられた長穴で構成された長穴結合部４３によって微調節可能に係合されており、走行レール４０が水平方向の角度調節可能に懸架できるので、垂直スチフナ１０４がフランジ材に対して直角に配置されない場合でも、走行レール４０がピン結合部４２と長穴結合部４３の構成によって所定の角度水平回転でき、垂直スチフナ１０４と走行レール４０を平行に配置することができる。

また、ケーブルベヤ走行レール４１が主フレーム２０と副フレーム３０とによって水平懸架されるように設けられており、制御盤２２と溶接ヘッド５０に連結された電源線や信号線などのケーブル類をケーブルベヤ走行レール４１に設けられたケーブルベヤによって走行及び保護することができる。

溶接ヘッド５０は走行レール４０上の自動走行と、ヘッド下端近傍に設けられた一対の溶接トーチ５１を昇降移動するための機構を併せ持っている。
走行レール４０上を自動走行するための機構としては、走行用ギヤドモーターの出力軸に備えたピニオンと走行レール４０に設けられたギヤラックによって直線運動に変換して走行可能としている。モーター出力軸系はモーター減速機構とカップリングと中間軸とピニオンによって構成されている。また、溶接ヘッド５０に直線軸受を２組設けてて、走行レール４０上の直動軸受レール上を走行する。なお溶接ヘッド５０走行方向側の両端部にはそれぞれマイクロスイッチが設けられていて走行レール４０端部に達した際に走行を停止させて衝突を防止する。

溶接ヘッド５０の昇降移動するための機構は、ガイドロッド２本付き電動シリンダにて上下作動してシリンダ先端に一対の半自動溶接用溶接トーチ５１を装備し、各トーチには水平方向と鉛直方向の手動調節用ねじテーブルが設けられている。

橋梁板桁用垂直スチフナ溶接装置１０の溶接方法は、第１に、ウエブ材１０１が水平に載置され第１フランジ材１０２と第２フランジ材１０３がウエブ材１０１の対向する各側面に垂直に取り付けられた橋梁板桁１００の各フランジ材端面上に主フレーム２０と副フレーム３０の各底部に設けられたローラーが乗るように載置する。
第２に、橋梁板桁用垂直スチフナ溶接装置１０を走行レール４０に吊り下げられた溶接ヘッド５０がウエブ材１０１に仮付溶接された垂直スチフナ１０４の直上近傍となるように手動により移動する。
第３に、走行レール４０と垂直スチフナ１０４とが平行となるようにピン結合部４２と長穴結合部４３による水平角度調節機構を利用しながら調節して固定する。また、主フレーム２０と副フレーム３０も各フランジ材に固定する。
第４に、溶接ヘッド５０を走行レール４０の主フレーム２０側を始端として待機させ、溶接ヘッド５０の溶接トーチ５１を垂直スチフナ１０４を２本のトーチが挟み込むようにすみ肉溶接線近傍まで下降させ、２本の溶接トーチ５１の各トーチ先端が溶接線に対して最適な位置・角度となるように手動調節用ねじテーブルによってトーチを調節する。
第５に、溶接ヘッド５０を走行レール４０の主フレーム２０側を始端として所定の速度で自動走行しながら垂直スチフナ１０４の両縁のすみ肉溶接を開始する。走行レール４０の副フレーム３０側の端部を終端として走行・溶接を停止すると垂直スチフナ１０４の両縁の水平すみ肉溶接が完了する。
溶接が完了したら溶接トーチ５１を上昇させて溶接ヘッド５０を走行レール４０始端に移動させ、次の垂直スチフナ１０４まで橋梁板桁用垂直スチフナ溶接装置１０を移動させ上述の第２の作業へと移る。

本発明の橋梁板桁用垂直スチフナ溶接装置１０はウエブ材１０１が水平に載置され第１フランジ材１０２と第２フランジ材１０３がウエブ材１０１の対向する各側面に垂直に取り付けられた橋梁板桁１００の水平すみ肉溶接だけでなく、同様な形状で橋梁板桁用垂直スチフナ溶接装置１０を載置可能な建材であれば、垂直スチフナに限らず水平すみ肉溶接が可能である。

１０ 橋梁板桁用垂直スチフナ溶接装置
２０ 主フレーム
２１ 走行ローラー
２２ 制御盤
３０ 副フレーム
３１ 走行ローラー
３２ 高さ調節部
４０ 走行レール
４１ ケーブルベヤ走行レール
４２ ピン結合部
４３ 長穴結合部
５０ 溶接ヘッド
５１ 溶接トーチ
１００ 橋梁板桁
１０１ ウエブ材
１０２ 第１フランジ材
１０３ 第２フランジ材
１０４ 垂直スチフナ

Claims (5)

1. ウエブ材の対向する辺の各側面に第１のフランジ材及び第２のフランジ材が取り付けられる橋梁板桁の前記ウエブ材に設けられる補強のための垂直スチフナの両縁を同時に水平すみ肉溶接するための装置であって、
   前記ウエブ材が水平に載置され前記各フランジ材が垂直に取り付けられた状態において、
   前記第１のフランジ材の端面上を移動可能な主フレームと、
   前記第２のフランジ材の端面上を移動可能な副フレームと、
   前記主フレーム及び前記副フレームによって水平懸架される走行レールと、
   前記走行レールに吊り下げられ該走行レール長手方向に自動走行可能で上下方向に移動可能な下端部に一対の溶接トーチが設けられた溶接ヘッドと、
   を有することを特徴とする橋梁板桁用垂直スチフナ溶接装置。
2. 前記走行レールは、前記主フレームとの係合がピンを中心に水平回転可能に係合され、前記副フレームとの係合が該副フレームに設けられた長穴で移動可能に係合されて該走行レールが水平方向の角度調節可能に懸架されることを特徴とする請求項１に記載の橋梁板桁用垂直スチフナ溶接装置。
3. 前記主フレーム及び前記副フレームの底部にフレーム高さ調節可能なローラー機構が設けられることを特徴とする請求項１又は２に記載の橋梁板桁用垂直スチフナ溶接装置。
4. 前記ローラー機構が前記主フレーム及び／又は前記副フレームの高さ調節可能であることを特徴とする請求項３に記載の橋梁板桁用垂直スチフナ溶接装置。
5. 請求項１から４のいずれか１項に記載の橋梁板桁用垂直スチフナ溶接装置は、
   前記主フレーム及び前記副フレームを前記走行レールが前記垂直スチフナ直上近傍となるように移動し、
   前記走行レールを前記溶接ヘッドの走行方向と前記垂直スチフナのすみ肉溶接方向とが平行となるように調節し、
   前記溶接ヘッドが下降し、一対の溶接トーチが前記垂直スチフナを挟んで各縁に対してそれぞれ所定の間隔となるように調節され、
   前記溶接ヘッドが走行レールを自動走行しながら前記垂直スチフナの両縁を前記一対の溶接トーチによって同時に水平すみ肉溶接すること、
   を特徴とする橋梁板桁用垂直スチフナ溶接装置の溶接方法。

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