JP3118546B2 - 溶接・切断用補助装置 - Google Patents

溶接・切断用補助装置

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JP3118546B2
JP3118546B2 JP09316226A JP31622697A JP3118546B2 JP 3118546 B2 JP3118546 B2 JP 3118546B2 JP 09316226 A JP09316226 A JP 09316226A JP 31622697 A JP31622697 A JP 31622697A JP 3118546 B2 JP3118546 B2 JP 3118546B2
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】この発明は、トーチを用いて
ワークの溶接、切断、ガウジング等を用う際に好適に用
いられる溶接・切断用補助装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】溶接、ガウジングを含む切断等を行う場
合、溶接を例にとり説明すると、作業は通常は作業者が
溶接トーチを手で持って、ワーク表面に設定された作業
線(開先等)に沿って移動させながら行う。このときに
重要な点は、溶接トーチを一定の速度で移動させるこ
と、及び溶接トーチの先端と溶接位置との位置関係を適
正に保つことである。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】溶接トーチをワークに
対して適正な位置関係を維持しながら定速で移動させる
ことは、かなり難しい作業である。また溶接トーチはか
なりの重量があり、これを一定の高さで支えるのは大変
な作業であり、特に長時間連続して作業を行うと、手が
疲れるなどして震えが生じ、溶接トーチをワークに対し
て適正な位置関係で保持することができず、溶接の品質
を低下させることにもなる。
【0004】そこで、溶接作業を完全に自動化した自動
溶接装置が提案されているが、開発にはコストがかか
り、また大型で重量も重く、取扱いに不便である。ま
た、設置時の条件設定ミスや、作業時に誤動作が発生し
た場合は、品質の高い溶接を行えないという欠点があ
る。
【0005】この発明は上記従来の欠点を解決するため
になされたものであって、その目的は、作業者が行う作
業の一部を作業者に代わって実行することによって、作
業者の負担を軽減すると共に、溶接作業等の品質を向上
することができる溶接・切断用補助装置を提供すること
である。
【0006】
【課題を解決するための手段】そこで請求項1の溶接・
切断用補助装置は、ワーク表面に設定された溶接・切断
すべき作業線と平行に配置されるレールと、上記レール
に沿って移動可能に配置されるテーブルと、上記テーブ
ルを上記レールに沿って定速で移動させる移動手段と、
上記テーブルに装着されて溶接・切断用トーチを支持す
る支持手段とを備え、上記支持手段は、上記ワーク表面
に平行でかつ上記移動方向に垂直な第1の回転軸線回り
及び上記第1の回転軸線に垂直な第2の回転軸線回りに
それぞれ回動可能であると共に、作業者がトーチ先端の
位置を調整しながら作業可能に上記トーチを支持するも
のであって、さらに上記移動手段は、同一形状の複数個
の凹部が一定の間隔で内周面に形成されている無端状部
材と、上記レールの長手方向両端部にそれぞれ装着され
て上記無端状部材が外周面に巻き回されると共に、上記
外周面には上記凹部に嵌入される複数個の凸部が形成さ
れている一対のプーリと、上記一対のプーリのいずれか
一方を回転駆動させるモータと、上記テーブルに装着さ
れて上記無端状部材の挟持状態と挟持状態の解除とが可
能であると共に、上記無端状部材の内周面が当接する面
には上記凹部に嵌入される複数の凸部が形成されている
一対の挟持部材とを備えることを特徴としている。
【0007】上記請求項1の溶接・切断用補助装置で
は、支持手段によって支持された溶接・切断用トーチ
は、テーブルの移動に伴って定速度で作業線と平行に移
動する。従って、作業者は、トーチを上記第1及び第2
回転軸線回りに回動させてトーチの先端が作業線(正確
には作業位置)に対して最適な位置となるように調整す
るだけで、溶接等の作業を容易に行うことができる。即
ち、トーチの定速移動と重量支持は補助装置が行うた
め、作業者はトーチの先端とワーク上の作業位置との位
置関係の調整のみに集中すればよく、作業者の負担が軽
減されると共に、溶接等の作業の品質を向上させること
ができる。しかも上記溶接・切断用補助装置では、無端
状部材は一対のプーリに巻回されており、モータによっ
てプーリを回転させることによって定速で移動する。こ
のとき、無端状部材は、その内周面の凹部にプーリの外
周面の凸部が嵌入した状態で移動するため、プーリの外
周面との間で滑りが生ずることはなく、確実に定速で移
動できる。また、テーブルは、挟持部材で無端状部材を
挟持することによって、無端状部材の移動に追従して定
速で移動する。このとき、テーブルは、挟持部材に形成
された凸部に無端状部材の凹部が嵌入した状態で移動す
るため、無端状部材との間で滑りが生ずることはなく、
確実に定速で移動できる。このように簡単な構造で確実
にテーブルを移動させることができる。一方、無端状部
材の挟持を解放すると、テーブルは無端状部材とは独立
して移動可能になる。これによって、作業者自身の手で
テーブルを所望の位置へ直ちに移動させることができ
る。例えば、積層溶接を行う場合、1つの溶接層の溶接
が完了すると、再び始端までテーブルを戻す必要がある
が、このような場合にテーブル戻し時間を短縮でき、作
業時間の短縮が可能となる。尚、テーブルの移動を全て
モータを駆動して行うようにした場合、溶接作業等を行
うときのトーチの移動速度は数十cm/min程度であ
るため、テーブル戻しに時間がかかってしまう。また、
テーブル戻し速度を上げるためには高速回転可能なモー
タが必要であり、高価かつ大型のモータを用いることに
なり、好ましくない。
【0008】また請求項2の溶接・切断用補助装置は、
上記支持手段による上記溶接・切断用トーチの支持位置
は、位置調整可能であることを特徴としている。
【0009】上記請求項2の溶接・切断用補助装置で
は、溶接等の作業の進行に伴って、ワーク表面とトーチ
との距離を適宜調整することができる。例えば、積層溶
接を行う場合は、溶接位置は段階的に開先の底部から表
面側に移動するが、かかる場合でも段階的にトーチをワ
ーク表面から離れる方向に調整していけば、トーチとワ
ーク表面(溶接位置)との距離を常に一定に保つことが
でき、品質の高い溶接を行うことができる。
【0010】
【0011】
【0012】
【0013】
【0014】
【発明の実施の形態】次にこの発明の溶接・切断用補助
装置の具体的な実施の形態について、図面を参照しつつ
詳細に説明する。図1は、本発明の一実施の形態である
溶接・切断用補助装置(以下「補助装置」という)1
を、その移動方向2の前方側から見た斜視図であり、図
2は補助装置1を移動方向2の後方側から見た斜視図で
ある。尚、以下の説明では、溶接作業に用いる場合を説
明する。
【0015】補助装置1は、概略的に、レール3と、テ
ーブル4と、タイミングベルト5を含む移動手段6と、
溶接トーチ7を支持する支持手段8とを備えて構成され
る。レール3は、後述するON/OFF式マグネット3
1(図5参照)によってワーク9の表面に着脱可能に配
置され、詳しくはその長手方向がワーク9の表面に設定
された溶接すべき作業線33(図5参照)に平行に配置
される。本実施の形態では、作業線33は水平方向に延
びて設定されているものとする。テーブル4は、レール
3に沿って移動可能に配置されるが、溶接時には移動手
段6によって移動方向(図1及び図2の紙面上で右方
向)2に定速で移動する。
【0016】支持手段8は、テーブル4に装着されて溶
接トーチ7を所定の軸線回りに回動可能に支持する。構
造を詳しく説明すると、テーブル4の表面には、L字型
のアングルで実現される基板10が、その長辺部分10
aの表面がワーク9の表面と平行に、かつ長辺部分10
aの長手方向がレール3の長手方向と直交するように、
ボルト等を用いて固定される。さらに詳しくは、長辺部
分10aは、短辺部分10bを有する一方端部側がテー
ブル4の表面に固定され、他方端部側はテーブル4の外
方に突出して配置される。従って、基板10の短辺部分
10bは、テーブル4の表面に対して垂直方向に延びて
立設し、その表面はレール3の長手方向とほぼ平行にな
る。この短辺部分10bに近接して、タイミングベルト
5がテーブル4の表面に接触可能に配置される。基板1
0の長辺部分10aには、その表面に対して垂直方向に
延びて立設される第1支持板11が溶接等によって固定
される。第1支持板11は、略長方形状の平板で実現さ
れ、その長手方向がテーブル4の移動方向2と直交し、
かつその表面がワーク9の表面に直交して配置される。
【0017】第1支持板11の一端部(テーブル4から
遠い方の端部)には、第1位置調整機構12が取付けら
れている。第1位置調整機構12は、つまみ12aをま
わすことによって、第2位置調整機構13を含む構成全
体を、ワーク9の表面の法線方向に沿って移動させる。
また、第2位置調整機構13は、つまみ13aをまわす
ことによって、第2支持板14を含む構成全体を、ワー
ク9の表面に平行であって移動方向2に直交する方向に
移動させる。従って、レール3をワーク9に配置した
後、第1及び第2位置調整機構12、13を調整して、
溶接トーチ7を大まかに位置調整することができる。そ
して、第2支持板14は、第1支持板11に平行に配置
され、その一端部(テーブル4から遠い方の端部)に
は、回動支持部15が装着されている。
【0018】回動支持部15は、取付部材16と、第1
支持軸17と、第2支持軸18と、一対の挟持部材19
a、19bとを備えて構成される。取付部材16は、第
2支持板14に固定されて第1支持軸17を第1の回転
軸線20回りに回動可能に支持する。第1の回転軸線2
0は、ワーク9の表面に平行であって、レール3の長手
方向(移動方向2)に対して垂直方向に設定される。第
1支持軸17の一端には、第2支持軸18が第2の回転
軸線21回りに回動可能に支持されている。第2の回転
軸線21は、第1の回転軸線20と直交する方向に設定
される。第2支持軸18の先端には、一対の挟持部材1
9a、19bが取付けられている。挟持部材19a、1
9bは、溶接トーチ7のノズル付近を挟持し、蝶ナット
20を締めると互いに近接して溶接トーチ7を固定し、
蝶ナット20を緩めると互いに離反して溶接トーチ7を
位置調整可能にする。第2支持軸18は、挟持部材19
aの外側表面に取付けられており、挟持部材19a、1
9bが近接又は離反する方向は、第2の回転軸線21と
平行になるように設定されている。
【0019】ここで、回動支持部15による溶接トーチ
7の動きについて説明する。図3は、溶接トーチ7を図
1及び図2に示す位置から動かした状態を示す斜視図で
あり、図4は溶接トーチ7の動きを説明するための概略
図である。第1支持軸17は、第1の回転軸線20回り
に回動可能に支持されており、第2支持軸18と挟持部
材19a、19bと溶接トーチ7とを一体的に、矢印2
3で示す方向(ワーク9に近付く方向)又は矢印24で
示す方向(ワーク9から離れる方向)に回動させる。こ
れによって、溶接トーチ7に前進角又は後退角を持たせ
ることができる。
【0020】また、第2支持軸18は、第2の回転軸線
21回りに回動可能に支持されており、挟持部材19
a、19bと溶接トーチ7とを一体的に、矢印25で示
す方向(溶接トーチ7の先端がレール3に近付く方向)
又は矢印26で示す方向(溶接トーチ7の先端がレール
3から離れる方向)に回動させる。これによって、溶接
トーチ7の先端を溶接部の開先内でその幅方向に位置調
整することができる。
【0021】さらに、挟持部材19a、19bは、溶接
トーチ7を、第2の回転軸線21に直交する方向に位置
調整可能に支持する。即ち、溶接トーチ7の先端部(ノ
ズル)の支持位置をノズルの軸線方向(矢印27又は2
8で示す方向)に沿って変更することができる。これに
よって、溶接作業の進行に伴って溶接トーチ7とワーク
9との距離を調整することができる。このように回動支
持部15は、上述のように第1及び第2の回転軸線2
0、21の2軸回りに回動自在な、いわゆるフリーな状
態で溶接トーチ7を支持する
【0022】図5は、補助装置1の移動手段6の構成を
示す正面図である。レール3は、ON/OFF式マグネ
ット31、31によって、作業線33とほぼ平行にワー
ク9の表面に着脱可能に配置される。従って、配置後の
位置調整や、次の作業区間への移動が容易である。
【0023】レール3の長手方向の一方端部には取付部
材34が固定されており、この取付部材34にはプーリ
35とこのプーリ35を回転駆動するモータ37とが取
り付けられている。モータ37の回転速度は、図示しな
い操作部によって作業者が調整できるように構成されて
いる。一方、長手方向の他方端部には取付部材38が固
定されており、この取付部材38にはプーリ36が取り
付けられている。プーリ35、36の各回転軸線は、テ
ーブル4の移動方向2に直交し、かつワーク9の表面に
ほぼ平行となるように設定されている。
【0024】これら一対のプーリ35、36に、タイミ
ングベルト5が巻回されている。タイミングベルト5の
内周面には、同一形状の複数個の凹部39が一定の間隔
で形成されており、プーリ35、36の外周面には上記
凹部39が嵌入される複数個の凸部(図示せず)がそれ
ぞれ形成されている。従って、タイミングベルト5の凹
部39とプーリ35、36の凸部とが嵌合することによ
って、タイミングベルト5とプーリ35、36との間で
滑りが生ずることはなく、確実に定速でタイミングベル
ト5を移動させることができる。
【0025】次に、テーブル4の移動機構について説明
する。図6は、テーブル4の正面図であり、図7はテー
ブル4の上面図であり、図8はテーブル4の断面図であ
る。
【0026】テーブル4の表面には、タイミングベルト
5が係合する係合部41が形成されている。係合部41
は、タイミングベルト5の内周面に形成された凹部39
に嵌合される複数個の凸部40を有する。係合部41
は、基板10の短辺部分10bに近接した位置に形成さ
れており、図7及び図8に示すように、L字型の押圧部
材42の取付部42bを、短辺部分10bにボルト43
を用いて固定すれば、押圧部材42の押圧部42aがタ
イミングベルト5を係合部41に向けて押圧し、これに
よってタイミングベルト5は係合部41と押圧部材42
とによって挟持される。このとき、係合部41の凸部4
0がタイミングベルト5の凹部39に嵌合した状態で、
タイミングベルト5とテーブル4を固定する。これによ
って、テーブル4とタイミングベルト5との間に滑りが
生ずることはなく、確実に定速でテーブル4を移動方向
2に移動させることができる。テーブル4の移動速度
は、モータ37の回転速度を調整することによって変更
することができる。
【0027】また、押圧部材42を取外せばタイミング
ベルト5の挟持状態は解除されるので、テーブル4をタ
イミングベルト5の動きとは独立して、レール3に沿っ
て移動させることができる。尚、テーブル4の裏面側で
タイミングベルト5を挟持又は解放するように構成して
もよい。
【0028】一方、テーブル4の裏面側には、4個のV
字ローラ44が、各列2個ずつ上下2列に配置されてい
る。レール3は、詳しくは図8に示すように本体部45
と案内部46、46とで構成される。案内部46は、幅
方向の一方端部にV字型の凸部46aを有する細長い板
状部材であり、凸部46aが互いに反対方向を向くよう
に配置されて、本体部45にボルト47で固定される。
V字ローラ44のV字溝44aと案内部46の凸部46
aとを係合させることによって、テーブル4はレール3
の長手方向に沿って移動可能に配置される。
【0029】また、レール3は、基台48に取付けられ
ており、この基台48には、適当な位置にON/OFF
式マグネット31が装着されている。ON/OFF式マ
グネット31は、ON/OFFスイッチ32を操作する
ことによって磁力が発生/消去し、これによってレール
3は金属製のワーク9の表面に着脱可能に配置される。
【0030】以上のように本実施の形態によれば、溶接
・切断補助装置1をワーク9の表面の適当な位置に配置
した後、作業者は回動支持部15並びに第1及び第2位
置調整機構12、13を操作して溶接トーチ7のねらい
位置を調整する。調整後は、溶接トーチ7はフリーな状
態であるので、作業者が自分で溶接トーチ7を持ち(但
し、トーチ重量は補助装置1が支持している)、運棒し
ながら溶接することが可能となる。
【0031】通常、手溶接の場合、作業者が目で溶融池
の状態を確認しながら溶接速度、ねらい位置などを調整
するため、目視情報に基づいて柔軟な溶接施工を行うこ
とができる。そこで、本発明の補助装置1では、手溶接
の特性である柔軟な溶接施工を実現できるように構成し
ている。即ち、上述のように作業者が自分で運棒(ねら
い位置調整)できるようにしたことで、溶融池の状態を
常に監視しながら時には後退角や前進角をつけて溶接す
ることができ、また溶接トーチ7の速度調整を合わせて
行えば十分に入熱を与えることができ、これによって健
全な溶接品質を確保することが可能となる
【0032】また、溶接トーチ7はレール3に沿って定
速で移動するので、作業者は溶接トーチ7の先端とワー
ク9の作業位置との位置関係(姿勢)の調整のみに集中
すればよく、負担が軽減されるので、長時間の作業を行
っても疲労が少なく、疲労による手の震えの影響も抑制
できる。さらに、高所での作業を足場の上で行う場合で
も足場の揺れの溶接トーチ7への影響を抑制できる。
【0033】また、1回の作業区間はレール3の長さに
相当するが、溶接トーチ7の定速移動及び重量支持は補
助装置1が行うため、1回の作業区間を長くしても品質
の低下の少ない溶接を行うことができ、また継ぎ目の少
ない高品質の溶接を行うことができる。さらに、直線的
に溶接トーチ7を移動できるので、溶接ビードの形状が
美しく、美観を向上することができる。
【0034】さらに、初心者が溶接作業を行う場合に使
用すれば、初心者は溶接トーチ7の姿勢の調整のみに集
中すればよいので、溶接の品質を向上させることが可能
となる。また、初心者の練習用、教育用に用いることも
有効である。
【0035】また、タイミングベルト5を利用した比較
的簡単な構造でテーブル4を確実に定速で移動させるこ
とができ、低コストで実現できる。テーブル4はタイミ
ングベルト5とは独立して移動させることができるの
で、作業者が手で所望の位置に移動させることができ、
取扱いの利便性が向上すると共に、作業時間の短縮が可
能となる。また、モータ37は比較的低速でかつ一方向
のみ回転可能なものを用いることができるので、安価で
実現できると共に、小型・軽量化を図ることができる。
【0036】さらに、ON/OFF式マグネット31を
利用してレール3をワーク9に配置したので、レール3
の位置調整並びに取付け及び取外し作業が容易になり、
作業者の手間を省くことができ、作業時間を短縮でき
る。
【0037】尚、本実施の形態では溶接作業に用いる場
合を説明したが、切断(ガウジングを含む)に用いるこ
ともできる。また、横向溶接、立向溶接に限らず、上向
溶接や下向溶接に使用できることはもちろんであり、溶
接トーチ7の移動方向も水平方向に限らず、垂直方向や
斜め方向に設定することもできる。
【0038】
【発明の効果】以上のように請求項1の溶接・切断用補
助装置によれば、補助装置をワークの表面の適当な位置
に配置した後、作業者は自分でトーチを持ち(但し、ト
ーチ重量は補助装置が支持している)、運棒しながら溶
接等の作業を行うことができる。従って、溶接を行う場
合は、手溶接の特性である柔軟な溶接施工を実現できる
ので、健全な溶接品質を確保することが可能となる。
【0039】また、作業者はトーチの先端とワーク上の
作業位置との位置関係の調整のみに集中すればよく、負
担が軽減されるので、長時間の作業を行っても疲労が少
なく、疲労による手の震えの影響も抑制できる。さら
に、高所での作業を足場の上で行う場合でも、足場の揺
れのトーチへの影響を抑制できる。
【0040】また、1回の作業区間はレールの長さに相
当するが、トーチの定速移動及び重量支持は補助装置が
行うため、1回の作業区間を長くしても品質の低下の少
ない溶接等を行うことができ、また継ぎ目の少ない高品
質の溶接を行うことができる。さらに直線的にトーチを
移動できるので、溶接を行った際のビードの形状が美し
く、美観を向上することができる。
【0041】さらに、溶接作業等の経験の少ない初心者
が作業を行う場合に使用すれば、初心者はトーチの姿勢
の調整のみに集中すればよいので、溶接等の品質の向上
を図ることができる。また、初心者の練習用、教育用に
用いることも有効である。
【0042】さらに上記溶接・切断用補助装置によれ
ば、比較的簡単な構造の移動手段でテーブルを確実に定
速で移動させることができる。また、移動手段とは独立
してテーブルを移動させることができるので、作業者自
身の手で所望の位置に移動させることができ、取扱いの
利便性が向上すると共に、作業時間の短縮が可能とな
る。
【0043】また請求項2の溶接・切断用補助装置によ
れば、溶接等の作業の進行に伴ってワーク表面とトーチ
との距離を適宜調整することができるので、品質の高い
溶接等を行うことができる。
【0044】
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施の形態である補助装置の斜視図
である。
【図2】本発明の一実施の形態である補助装置の斜視図
である。
【図3】本発明の一実施の形態である補助装置の斜視図
である。
【図4】上記補助装置におけるトーチの動きを示す概略
図である。
【図5】上記補助装置の移動手段を示す正面図である。
【図6】上記補助装置を構成するテーブルの正面図であ
る。
【図7】上記テーブルの移動機構を示す上面図である。
【図8】上記テーブルの移動機構を示す断面図である。
【符号の説明】
1 溶接・切断用補助装置 2 移動方向 3 レール 4 テーブル 5 タイミングベルト 6 移動手段 7 溶接トーチ 8 支持手段 9 ワーク 15 回動支持部 16 取付部材 17 第1支持軸 18 第2支持軸 19a 挟持部材 19b 挟持部材 20 第1の回転軸線 21 第2の回転軸線 31 ON/OFF式マグネット 32 ON/OFFスイッチ 33 作業線 35 プーリ 36 プーリ 37 モータ 39 凹部 40 凸部 41 係合部 42 押圧部材 44 V字ローラ
フロントページの続き (56)参考文献 特開 平5−318181(JP,A) 特開 平7−178552(JP,A) 特開 平8−57781(JP,A) 特開 平8−155646(JP,A) 特開 昭51−14153(JP,A) 実開 昭60−108494(JP,U) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) B23K 37/02 B23K 9/12 B23K 9/127

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 ワーク表面に設定された溶接・切断すべ
    き作業線と平行に配置されるレールと、上記レールに沿
    って移動可能に配置されるテーブルと、上記テーブルを
    上記レールに沿って定速で移動させる移動手段と、上記
    テーブルに装着されて溶接・切断用トーチを支持する支
    持手段とを備え、上記支持手段は、上記ワーク表面に平
    行でかつ上記移動方向に垂直な第1の回転軸線回り及び
    上記第1の回転軸線に垂直な第2の回転軸線回りにそれ
    ぞれ回動可能であると共に、作業者がトーチ先端の位置
    を調整しながら作業可能に上記トーチを支持するもので
    あって、さらに上記移動手段は、同一形状の複数個の凹
    部が一定の間隔で内周面に形成されている無端状部材
    と、上記レールの長手方向両端部にそれぞれ装着されて
    上記無端状部材が外周面に巻き回されると共に、上記外
    周面には上記凹部に嵌入される複数個の凸部が形成され
    ている一対のプーリと、上記一対のプーリのいずれか一
    方を回転駆動させるモータと、上記テーブルに装着され
    て上記無端状部材の挟持状態と挟持状態の解除とが可能
    であると共に、上記無端状部材の内周面が当接する面に
    は上記凹部に嵌入される複数の凸部が形成されている一
    対の挟持部材とを備えることを特徴とする溶接・切断用
    補助装置。
  2. 【請求項2】 上記支持手段による上記溶接・切断用ト
    ーチの支持位置は、位置調整可能であることを特徴とす
    る請求項1の溶接・切断用補助装置。
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