JP6052858B2

JP6052858B2 - 溶接装置

Info

Publication number: JP6052858B2
Application number: JP2012203880A
Authority: JP
Inventors: 臣吾米本; 崇功上月; 千秋伊藤; 行雄池澤
Original assignee: Kawasaki Jukogyo KK
Current assignee: Kawasaki Motors Ltd
Priority date: 2012-09-18
Filing date: 2012-09-18
Publication date: 2016-12-27
Anticipated expiration: 2032-09-18
Also published as: JP2014057976A

Description

本発明は、チューブの突合せ溶接を行う溶接装置に関する。

従来より、チューブの突合せ溶接を自動的に行う溶接装置が知られている。例えば、特許文献１には、図４（ａ）および（ｂ）に示すような、横向きに置かれたチューブ１５０に対して全姿勢溶接が可能な溶接装置１００が開示されている。

この溶接装置１００は、アークの長さを調整するために、溶接トーチ１３０がチューブ１５０の径方向に移動できるように構成されている。具体的に、溶接装置１００は、チューブ１５０の中心軸回りに回転する回転部材として、回転用リング１１０と上下用リング１２０の２つの円弧状のリングを有している。回転用リング１１０と上下用リング１２０は、相互に独立した回転が可能となっている。

回転用リング１１０には、溶接トーチ１３０がトーチ台１４０を介して揺動可能に取り付けられている。一方、上下用リング１２０には、周方向に対して傾斜する溝１２５が設けられており、この溝１２５に、トーチ台１４０に固定されたシャフト１４５が挿入されている。そして、上下用リング１２０が回転用リング１１０に対して相対的に回転することにより、シャフト１４５が溝１２５でガイドされて、溶接トーチ１３０がチューブ１５０に近づいたりチューブ１５０から遠ざかったりする。

特開２００１−２２５１６５号公報

しかしながら、図４に示すような溶接トーチ１００では、チューブ１５０の中心軸回りに回転する回転部材に、溶接トーチをチューブ１５０の径方向に移動させる機構が組み込まれているために、回転部材に大きな幅が必要になる。このため、チューブ１５０が狭いピッチで配列された例えばボイラパネルなどの装置を製造する場合には、溶接トーチ１００を使用することができない。

そこで、本発明は、溶接トーチをチューブの径方向に移動でき、かつ、チューブの中心軸回りに回転する回転部材の幅を小さくすることができる溶接装置を提供することを目的とする。

前記課題を解決するために、本発明の溶接装置は、チューブの突合せ溶接を行う溶接装置であって、溶接トーチが取り付けられた、外歯を有する円弧状の回転部材と、前記回転部材と噛み合って前記回転部材を前記チューブの中心軸回りに回転させるギア列と、前記回転部材および前記ギア列を支持するテーブルと、前記テーブルを前記チューブの中心軸と直交する第一方向に移動させる第一移動機構と、前記第一移動機構を前記チューブの中心軸および前記第一方向と直交する第二方向に移動させる第二移動機構と、を備える。

上記の構成によれば、第一移動機構および第二移動機構が回転部材を支持するテーブルを動かすことにより、溶接トーチをチューブの径方向に移動させることができる。このため、回転部材に溶接トーチを移動させる機構を設ける必要がなく、回転部材の幅を小さくすることができる。

上記の溶接装置は、前記第二移動機構を前記チューブの中心軸に沿って移動させる第三移動機構と、前記第三移動機構を前記チューブに固定するクランプ機構と、をさらに備えてもよい。この構成によれば、溶接トーチをチューブの軸方向に往復させながら周方向に進行させる、いわゆるウィービング動作を実現できるだけでなく、溶接トーチの先端がチューブの中心軸を通る平面上で楕円を描くように溶接トーチを操作することもできる。

前記溶接トーチは、前記チューブにおける溶接部位との間にアークを発生させる電極を有し、上記の溶接装置は、前記電極と前記溶接部位との間の距離を測定する測定手段と、前記測定手段によって測定された距離が前記溶接部位に応じて予め定めらえた値となるように、前記第一駆動機構および前記第二駆動機構を制御する制御手段と、をさらに備えてもよい。この構成によれば、高品質な溶接を行うことができる。

本発明によれば、溶接トーチをチューブの径方向に移動でき、かつ、チューブの中心軸回りに回転する回転部材の幅を小さくすることができる。

本発明の一実施形態に係る溶接装置の正面図である。図１に示す溶接装置を側方から見たときの概略構成図である。図１に示す溶接装置における回転部材の近傍部分を拡大した正面図である。（ａ）は従来の溶接装置の要部の正面図、（ｂ）は同要部の側面図である。

以下、図面を参照して、本発明の実施形態を説明する。

図１および図２に、本発明の一実施形態に係る溶接装置１を示す。この溶接装置１は、チューブ１０の当該チューブ１０と同一直線上に並ぶチューブ１０’に対する突合せ溶接を自動的に行うものである。本実施形態では、チューブ１０が横向きに置かれており、溶接装置１はチューブ１０に上方から乗せられる。

以下では、説明の便宜のために、チューブ１０の軸方向（中心軸ＣＡが延びる方向）をＸ方向、Ｘ方向と直交する上下方向（本発明の第一方向に相当）をＹ方向、Ｘ方向およびＹ方向と直交する水平方向（本発明の第二方向に相当）をＺ方向という。また、Ｘ方向のうちの後述するテーブル４から見て溶接トーチ２１側を前方、その反対側を後方という。ただし、本発明の第一方向および第二方向は、逆（すなわち、第一方向が水平方向、第二方向が上下方向）であってもよいし、双方が斜めであってもよい。また、チューブ１０は、必ずしも横向きに置かれている必要はなく、縦向きや斜め向きに置かれていてもよい。

溶接装置１は、溶接トーチ２１と、溶接トーチ２１が取り付けられた回転部材２３と、回転部材２３を回転可能に支持するテーブル４とを備えている。また、溶接装置１は、テーブル４を三次元的に移動させる３つの移動機構である第一移動機構５、第二移動機構６および第三移動機構７と、第三移動機構７をチューブ１０に固定するクランプ機構８を備えている。

溶接トーチ２１は、Ｘ方向に平行な板状の形状に形成されている。溶接トーチ２１の下面には、チューブ１０における溶接部位との間にアークを発生させる電極２２が設けられている。ここで、溶接部位とは、例えばチューブ１０とチューブ１０’の接合部に開先が取られていて何層も溶接層を形成する場合には、一層目では開先の底部であり、二層目以降では、前回の層のことである。

本実施形態の溶接装置１はＴＩＧ（Tungsten Inert Gas）溶接を行うものであり、電極２２は非消耗電極となっている。そして、溶接トーチ１には、図３に示すように、電極２２と溶接部位との間に溶接ワイヤ２５を供給するワイヤ供給装置の先端２６が図略のブラケットにより固定される。

電極２２には、給電手段９１よりケーブル９３を通じて電圧が印加される。給電手段９１には、電極２２に印加される電圧を測定する電圧計９２が設けられている。電極２２に印加される電圧は、電極２２と溶接部位との間の距離に応じて変化する。すなわち、電圧計９２は、電極２２と溶接部位との間の距離を間接的に測定するものであり、本発明の測定手段に相当する。

図１および図２に戻って、回転部材２３には、チューブ１０が嵌まり込み可能なＵ字状の切り欠きが形成されており、回転部材２３が円弧状をなしている。また、回転部材２３の外周面には、外歯が形成されている。

回転部材２３を回転可能に支持するテーブル４は、Ｘ方向と直交する板状をなしている。このテーブル４には、回転部材２３の切り欠きと同程度の幅で下向きに開口する開口４ａが形成されている。

テーブル４には、回転部材２３と噛み合って回転部材２３をチューブ１０の中心軸ＣＡ回りに回転させるギア列３も支持されている。また、テーブル４の後面には、ギア列３のギアの１つである駆動ギア３０を回転させる旋回モータ４５が取り付けられている。なお、図２では、図面を簡略化するためにギア列３および旋回モータ４５の作図を省略している。

ギア列３は、駆動ギア３０と、駆動ギア３０と噛み合う第一従動ギア３１と、第一従動ギア３１と噛み合う一対の第二従動ギア３２と、各第二従動ギア３２および回転部材２３と噛み合う一対の第三従動ギア３３とを含む。このような構成により、回転部材２３の切り欠きが一方の第三従動ギア３３に差し掛かったとしても、他方の第三従動ギア３３により回転部材２３に回転力が伝えられる。

第一移動機構５は、テーブル４をＹ方向に移動させるものである。具体的に、第一移動機構５は、ベース５１と、ガイドレール５２によりベース５１に対してＹ方向に摺動自在に支持されたスライドブロック５４と、スライドブロック５４と螺合するネジ軸５３と、ネジ軸５３を回転させる第一モータ５５とを含む。そして、テーブル４は、取付座４１を介してスライドブロック５４に固定されている。

第二移動機構６は、第一移動機構５をＺ方向に移動させるものである。具体的に、第二移動機構６は、ベース６１と、ガイドレール６２によりベース６１に対してＺ方向に摺動自在に支持されたスライドブロック６４と、スライドブロック６４と螺合するネジ軸６３と、ネジ軸６３を回転させる第二モータ６５とを含む。そして、第一移動機構５のベース５１は、取付座５６を介してスライドブロック６４に固定されている。

第三移動機構７は、第二移動機構６をＸ方向に移動させるものである。具体的に、第三移動機構７は、ベース７１と、ガイドレール７２によりベース７１に対してＸ方向に摺動自在に支持されたスライドブロック７４と、スライドブロック７４と螺合するネジ軸７３と、ネジ軸７３を回転させる第三モータ７５とを含む。そして、第二移動機構６のベース６１は、取付座６６を介してスライドブロック７４に固定されている。また、上述したクランプ機構８は、取付座７６を介してベース７１に固定されている。

上述した旋回モータ４５および第一〜第三モータ５５，６５，７５は、制御装置９（図１参照）により制御される。特に、制御装置９は、第一モータ５５および第二モータ６５を、電圧計９２によって間接的に測定された溶接部位から電極２２までの距離が当該溶接部位に応じて予め定められた値となるように制御する。予め定められた値は、例えば、溶接部位の位置や深さなどに拘らずに一定であってもよいし、溶接部位の位置や深さなどに応じて異なっていてもよい。

以上説明したように、本実施形態の溶接装置１では、第一移動機構５および第二移動機構６が回転部材２３を支持するテーブル４を動かすことにより、溶接トーチ２１をチューブ１０の径方向に移動させることができる。このため、回転部材２３に溶接トーチ２１を移動させる機構を設ける必要がなく、回転部材２３の幅を小さくすることができる。その結果、例えば図３に示すようにチューブ１０が狭いピッチで配列され、隣り合うチューブ１０の間隔Ｌが狭い場合でも、溶接装置１を用いて突合せ溶接を自動的に行うことができる。

また、本実施形態では、溶接装置１が第三移動機構７およびクランプ機構８を備えているので、溶接トーチ２１をチューブ１０の軸方向に往復させながら周方向に進行させる、いわゆるウィービング動作を実現できるだけでなく、溶接トーチ２１の先端である電極２２がチューブ１０の中心軸ＣＡを通る平面上で楕円を描くように溶接トーチ２１を操作することもできる。

また、本実施形態では、溶接部位から電極２２までの距離が溶接部位に応じて予め定められた値となるように第一モータ５５および第二モータ６５が制御されるため、高品質な溶接を行うことができる。

（変形例）
本発明は上述した実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の変形が可能である。

例えば、本発明は、ＭＩＧ（Metal Inert Gas）溶接またはＭＡＧ（Metal Active Gas）溶接を行う溶接装置にも適用可能である。この場合には、溶接ワイヤが電極として機能し、その溶接ワイヤに流れる電流が電極と溶接部位との間の距離に応じて変化するため、本発明の測定手段として電流計を用いることができる。

あるいは、本発明の測定手段としては、溶接トーチの電極と溶接部位との間の距離を直接的に測定する距離センサを用いることも可能である。

また、前記実施形態では、全ての移動機構５，６，７における直動システムがネジ軸を用いたものであったが、各移動機構５，６，７における直動システムは、例えばラックおよびピニオンを用いたものであってもよい。

１溶接装置
１０チューブ
２１溶接トーチ
２２電極
２３回転部材
３ギア列
４テーブル
５第一移動機構
６第二移動機構
７第三移動機構
８クランプ機構
９制御手段
９２電圧計（測定手段）

Claims

チューブの突合せ溶接を行う溶接装置であって、
溶接トーチが取り付けられた、外歯を有する円弧状の回転部材と、
前記回転部材と噛み合って前記回転部材を前記チューブの中心軸回りに回転させるギア列と、
前記回転部材および前記ギア列を支持するテーブルと、
前記テーブルを前記チューブの中心軸と直交する第一方向に移動させる第一移動機構と、
前記第一移動機構を前記チューブの中心軸および前記第一方向と直交する第二方向に移動させる第二移動機構と、
前記第二移動機構を前記チューブの中心軸に沿って移動させる第三移動機構と、を備え、
前記第三移動機構、前記第二移動機構および前記第一移動機構は、前記チューブの径方向において内側から外側に向かってこの順に並んでいる、溶接装置。
前記第三移動機構を前記チューブに固定するクランプ機構をさらに備える、請求項１に記載の溶接装置。
前記溶接トーチは、前記チューブにおける溶接部位との間にアークを発生させる電極を有し、
前記電極と前記溶接部位との間の距離を測定する測定手段と、
前記測定手段によって測定された距離が前記溶接部位に応じて予め定めらえた値となるように、前記第一移動機構および前記第二移動機構を制御する制御手段と、をさらに備える、請求項１または２に記載の溶接装置。