JP7510900B2 - Welding equipment and welding method - Google Patents
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Description
本発明は、被溶接物を溶接する溶接装置及び当該溶接装置を用いた溶接方法に関する。 The present invention relates to a welding device for welding workpieces and a welding method using the welding device.
従来、例えば造船、鉄骨、造管、橋梁、車両等の大型構造物における鋼板の溶接では、サブマージアーク溶接が用いられている(特許文献1)。サブマージアーク溶接では、上面にフラックスを散布した裏当部材を、溶接対象の鋼板間の板継ぎ開先部の下面に当てて裏当て支持し、開先には必要に応じて溶加材(例えばカットワイヤ及びフラックス)を散布して、複数の電極で片面からアーク溶接を行う。 Submerged arc welding has traditionally been used to weld steel plates in large structures such as shipbuilding, steel frames, pipe manufacturing, bridges, and vehicles (Patent Document 1). In submerged arc welding, a backing member with flux sprayed on its upper surface is supported by placing it against the underside of the plate joint groove between the steel plates to be welded, and filler material (e.g., cut wire and flux) is sprayed into the groove as necessary, and arc welding is performed from one side using multiple electrodes.
サブマージアーク溶接は、例えば10mm~40mmの比較的に厚い鋼板を大入熱で溶接するには適しており、高効率な溶接が実現できる。しかしながら、例えば6mm~9mmの比較的に薄い鋼板の溶接にサブマージアーク溶接を適用すると、ビード過大等の溶接外観不良や溶接熱による鋼板歪み(曲がり)が発生し、溶接後の鋼板の熱変形量が大きくなるため、構造物の寸法精度が低下すると共に、構造物の寿命が低下するおそれがある。 Submerged arc welding is suitable for welding relatively thick steel plates, for example 10 mm to 40 mm, with a large heat input, and can achieve highly efficient welding. However, when submerged arc welding is applied to welding relatively thin steel plates, for example 6 mm to 9 mm, poor welding appearance such as excessively large beads and distortion (bending) of the steel plate due to welding heat can occur, and the amount of thermal deformation of the steel plate after welding increases, which can reduce the dimensional accuracy of the structure and reduce the lifespan of the structure.
そこで、特許文献2では、薄鋼板の溶接にガスシールドアーク溶接を適用し、厚鋼板のサブマージアーク溶接と、薄鋼板のガスシールドアーク溶接とを、選択的に実施することが提案されている。すなわち、特許文献2に開示された溶接装置は、サブマージアーク溶接トーチとガスシールドアーク溶接トーチを備えている。
Therefore,
また、特許文献3では、薄鋼板の溶接にプラズマ溶接を適用し、特に突合せ溶接にプラズマ溶接を適用する場合には、プラズマキーホール溶接を用いることが開示されている。プラズマ溶接は、プラズマ溶接トーチ内に電極を有し、アルゴンと水素を混合した混合ガスを加熱してプラズマガス状態にした中にプラズマアークを発生させ、そのプラズマアークをノズル先端の穴を通過させることでプラズマアークを狭窄して熱源の集中性を高めた溶接方法である。そして、プラズマキーホール溶接では、付き合わせた鋼板間にプラズマアークを貫通させながら鋼板同士を接合する。このプラズマキーホール溶接では、ガスシールドアーク溶接に比べて熱源の集中性が高いため、溶接熱による鋼板歪みをさらに抑制することができる。
上述のように、薄鋼板の溶接にはプラズマ溶接を適用するのが好ましい。しかしながら、従来、厚鋼板のサブマージアーク溶接と、薄鋼板のプラズマ溶接とは、それぞれ別の溶接装置で行われていたため効率が悪く、また設備費用も高価なものとなっていた。したがって、厚鋼板溶接と薄鋼板溶接には改善の余地があった。 As mentioned above, it is preferable to apply plasma welding to welding thin steel plates. However, conventionally, submerged arc welding of thick steel plates and plasma welding of thin steel plates have been performed using separate welding equipment, which has resulted in poor efficiency and high equipment costs. Therefore, there is room for improvement in both thick and thin steel plate welding.
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、厚鋼板溶接と薄鋼板溶接を効率よく、且つ安価に実現することを目的とする。 The present invention was made in consideration of the above circumstances, and aims to realize thick steel plate welding and thin steel plate welding efficiently and inexpensively.
上記課題を解決する本発明は、被溶接物を溶接する溶接装置において、前記被溶接物の溶接線に沿って走行する溶接台車と、前記溶接台車に設けられ、前記溶接線に沿ってサブマージアーク溶接を行うサブマージアーク溶接トーチと、前記溶接線に沿って非消耗電極式アーク溶接を行う非消耗電極溶接トーチと、前記サブマージアーク溶接を行う際、フラックスを散布した裏当材を上昇させ、前記被溶接物の溶接部位の裏面に当該裏当材を押し当てる裏当支持装置と、前記非消耗電極式アーク溶接を行う際、前記裏当支持装置によって前記裏当材を下降させた状態で、前記被溶接物の溶接部位の裏面に不活性ガスを供給するバックシールドガス供給装置と、を備えることを特徴としている。
The present invention, which solves the above-mentioned problems, is characterized in that it provides a welding apparatus for welding workpieces, comprising: a welding carriage that travels along a weld line of the workpieces; a submerged arc welding torch that is mounted on the welding carriage and performs submerged arc welding along the weld line; a non-consumable electrode welding torch that is mounted on the welding carriage and performs non-consumable electrode arc welding along the weld line; a backing support device that raises a backing material onto which flux has been sprayed and presses the backing material against a back surface of a weld portion of the workpieces when performing the submerged arc welding; and a back shield gas supply device that supplies an inert gas to the back surface of the weld portion of the workpieces with the backing material lowered by the backing support device when performing the non-consumable electrode arc welding.
前記溶接装置において、前記非消耗電極溶接トーチは、プラズマ溶接を行う溶接トーチであってもよい。また、前記非消耗電極溶接トーチは、ティグ溶接を行う溶接トーチであってもよい。 In the welding device, the non-consumable electrode welding torch may be a welding torch that performs plasma welding. Also, the non-consumable electrode welding torch may be a welding torch that performs TIG welding.
前記溶接装置において、前記非消耗電極溶接トーチは、前記被溶接物の表面を前記溶接線に沿って走行する他の溶接台車に設けられていてもよい。また、前記非消耗電極溶接トーチは、前記溶接台車に設けられていてもよい。 In the welding device, the non-consumable electrode welding torch may be provided on another welding carriage that travels along the weld line on the surface of the workpiece. The non-consumable electrode welding torch may also be provided on the welding carriage.
別の観点による本発明は、溶接装置を用いて被溶接物を溶接する溶接方法であって、前記溶接装置は、前記被溶接物の溶接線に沿って走行する溶接台車と、前記溶接台車に設けられ、前記溶接線に沿ってサブマージアーク溶接を行うサブマージアーク溶接トーチと、前記溶接線に沿って非消耗電極式アーク溶接を行う非消耗電極溶接トーチと、を備え、少なくとも前記サブマージアーク溶接又は前記非消耗電極式アーク溶接を行って、前記被溶接物を溶接し、前記サブマージアーク溶接を行う際、裏当支持装置によってフラックスを散布した裏当材を上昇させ、前記被溶接物の溶接部位の裏面に当該裏当材を押し当て、前記非消耗電極式アーク溶接を行う際、前記裏当支持装置によって前記裏当材を下降させた状態で、バックシールドガス供給装置から前記被溶接物の溶接部位の裏面に不活性ガスを供給することを特徴としている。
According to another aspect, the present invention provides a welding method for welding workpieces using a welding apparatus, the welding apparatus comprising: a welding carriage that travels along a weld line of the workpieces; a submerged arc welding torch that is mounted on the welding carriage and that performs submerged arc welding along the weld line; and a non-consumable electrode welding torch that performs non-consumable electrode arc welding along the weld line, the welding workpieces being welded by performing at least the submerged arc welding or the non-consumable electrode arc welding, the backing material having flux sprayed thereon is raised by a backing support device when performing the submerged arc welding and the backing material is pressed against a back surface of a weld portion of the workpieces, and the backing material is lowered by the backing support device when performing the non-consumable electrode arc welding, and an inert gas is supplied to the back surface of the weld portion of the workpieces from a back shield gas supply device .
前記溶接方法において、前記溶接線に沿って前記サブマージアーク溶接トーチを移動させて前記サブマージアーク溶接を行い、その後、前記非消耗電極溶接トーチを用いて前記非消耗電極式アーク溶接を行い、前記被溶接物のドレッシングを行ってもよい。
In the welding method , the submerged arc welding may be performed by moving the submerged arc welding torch along the weld line, and then the non-consumable electrode arc welding may be performed using the non-consumable electrode welding torch, and the workpiece may be dressed.
前記溶接方法において、前記非消耗電極式アーク溶接は、プラズマ溶接であってもよい。また、前記非消耗電極式アーク溶接は、ティグ溶接であってもよい。 In the welding method, the non-consumable electrode arc welding may be plasma welding. Also, the non-consumable electrode arc welding may be TIG welding.
本発明によれば、1つの溶接装置を用いて、サブマージアーク溶接トーチを用いた厚鋼板のサブマージアーク溶接と、非消耗電極式アーク溶接を用いた薄鋼板の非消耗電極式アーク溶接とを、選択的に実施することができる。このため、これら厚鋼板溶接と薄鋼板溶接を効率よく行うことができ、また経済的にも安価に溶接を実現することができる。しかも、板厚に応じて適切な溶接を施すことができるので、溶接熱による鋼板歪みを抑え、溶接欠陥を効率的に抑制して、高疲労強度の溶接部位を作製することができる。 According to the present invention, a single welding device can be used to selectively perform submerged arc welding of thick steel plates using a submerged arc welding torch, and non-consumable electrode arc welding of thin steel plates using non-consumable electrode arc welding. This allows thick steel plate welding and thin steel plate welding to be performed efficiently, and also allows welding to be achieved economically at low cost. Moreover, since appropriate welding can be performed according to the plate thickness, steel plate distortion due to welding heat can be suppressed, welding defects can be efficiently suppressed, and a welded portion with high fatigue strength can be produced.
以下、本発明の一実施形態について、図面を参照しながら説明する。なお、本明細書及び図面において、実質的に同一の機能構成を有する要素においては、同一の符号を付することにより重複説明を省略する。 One embodiment of the present invention will be described below with reference to the drawings. In this specification and the drawings, elements having substantially the same functional configuration are designated by the same reference numerals to avoid redundant description.
<溶接装置1の構成>
先ず、本実施形態にかかる溶接装置(溶接設備)の構成について説明する。図1は、本実施形態にかかる溶接装置1の構成の概略を示す側面図である。なお、以下においては、位置関係を明確にするために、互いに直交するX軸方向、Y軸方向及びZ軸方向を規定し、X軸方向及びY軸方向を水平方向とし、Z軸正方向を鉛直上向き方向とする。
<Configuration of
First, the configuration of the welding device (welding equipment) according to this embodiment will be described. Fig. 1 is a side view showing an outline of the configuration of the
図1に示すように溶接装置1では、複数の鋼板を仮付け溶接により連接した大板、すなわち鋼板H(本発明における被溶接物)を溶接する。具体的に溶接装置1は、鋼板Hに対し、同一の溶接線に沿って、すなわち同一直線又は同一曲線上に沿って、サブマージアーク溶接とプラズマ溶接を選択的に実施し、或いはサブマージアーク溶接とプラズマ溶接を連続的に実施する。なお、本実施形態では、サブマージアーク溶接として、多電極を用いた片面サブマージアーク溶接を行う。また、プラズマ溶接として、プラズマキーホール溶接を行う。
As shown in FIG. 1, the
溶接装置1において、鋼板Hは、図示しない搬送ローラによって、図1に示す高さでX軸方向に搬送される。また、溶接装置1が設けられる床面(ピット底面)には、X軸方向に延伸する一対のレール2、2が敷設されている。レール2には門型台車3が取り付けられ、門型台車3はレール2上をX軸方向に走行することができる。なお、門型台車3は固定式でもよい。
In the
門型台車3においてY軸方向に延伸する梁3aには、Y軸方向(鋼板Hの溶接線が延伸する方向)に走行する第1の溶接台車10(本発明における溶接台車)が設けられている。第1の溶接台車10には、溶接ヘッド基台11が支持されている。溶接ヘッド基台11は、サブマージアーク溶接装置を備えている。溶接ヘッド基台11は、第1の溶接台車10と共にY軸方向に移動して、鋼板HのX軸方向に分布する、仮付け溶接で連接した2つの鋼板H、H間の板継ぎ溶接部をサブマージアーク溶接する。なお、第1の溶接台車10と溶接ヘッド基台11の詳細な構成は後述する。
A first welding carriage 10 (welding carriage in the present invention) that travels in the Y-axis direction (the direction in which the weld line of the steel plate H extends) is provided on the
溶接装置1が設けられる床面には、一対のレール2、2の内側においてY軸方向に数十mに渡って、X軸方向に延伸する複数のレール4が敷設されている。レール4には第1の裏当台車12が取り付けられ、第1の裏当台車12はレール4上をX軸方向に走行することができる。第1の裏当台車12はサブマージアーク溶接を行う際に用いられ、当該第1の裏当台車12には、Y軸方向に延伸する裏当銅板13(本発明における裏当材)を支持する裏当支持装置14が設けられている。裏当支持装置14は、第1の裏当台車12においてY軸方向に複数並べて設けられている。なお、第1の裏当台車12の詳細な構成は後述する。
On the floor surface on which the
鋼板Hの下方であって第1の裏当台車12の上方には、サブマージアーク溶接を行う際に裏当銅板13にフラックスを散布し、またサブマージアーク溶接を行った後に裏当銅板13上に残存するフラックスを回収して除去するためのフラックス散布・回収台車15が設けられている。フラックス散布・回収台車15は、裏当銅板13上をY軸方向に走行することができる。
Below the steel plate H and above the
鋼板Hの上面には、Y軸方向に走行する第2の溶接台車20(本発明における他の溶接台車)が設けられている。第2の溶接台車20は、プラズマ溶接装置を備えている。第2の溶接台車20はY軸正方向に移動して、鋼板HのX軸方向に延伸し、仮付け溶接で連接した2つの鋼板H、H間の板継ぎ溶接部をプラズマ溶接する。なお、第2の溶接台車20の詳細な構成は後述する。
A second welding carriage 20 (another welding carriage in the present invention) traveling in the Y-axis direction is provided on the upper surface of the steel plate H. The
鋼板Hの下方であって第1の裏当台車12の上方、すなわちフラックス散布・回収台車15と同じ高さ位置には、第2の裏当台車21が設けられている。第2の裏当台車21は、プラズマ溶接用のバックシールドガス供給装置を備えている。
A
以上のように溶接装置1では、第1の溶接台車10、溶接ヘッド基台11、第1の裏当台車12及びフラックス散布・回収台車15を用いて、鋼板Hのサブマージアーク溶接を行うことができる。また溶接装置1では、第2の溶接台車20及び第2の裏当台車21を用いて、鋼板Hのプラズマ溶接を行うことができる。
As described above, the
<第1の溶接台車10と溶接ヘッド基台11の構成>
次に、上述した第1の溶接台車10と溶接ヘッド基台11の構成について説明する。図2は、第1の溶接台車10と溶接ヘッド基台11の構成の概略を示す側面図である。図3は、第1の溶接台車10の構成の概略を示す側面図である。図4は、溶接ヘッド基台11の構成の概略を示す側面図である。
<Configuration of
Next, the configuration of the above-mentioned
図2及び図3に示すように第1の溶接台車10の下部には、垂直フレーム30が鉛直下方に延伸して設けられている。垂直フレーム30には、昇降フレーム31がZ軸方向に昇降自在に支持され、昇降フレーム31は、昇降駆動モータを含む昇降駆動機構32によってZ軸方向に昇降移動する。昇降フレーム31には、溶接ヘッド基台11がX軸方向に移動自在に吊り下げ支持され、溶接ヘッド基台11は、昇降フレーム31上に設けられ、水平駆動モータを含む水平駆動機構33によってX軸方向、すなわち鋼板Hの溶接部位における開先を横切る方向(開先の幅方向)に移動する。
As shown in Figures 2 and 3, a
第1の溶接台車10には、溶接ヘッド基台11の後述するフラックス散布ノズル60、63にフラックスを供給するためのフラックスホッパー40が設けられている。また、第1の溶接台車10には、溶接ヘッド基台11の後述するサブマージアーク溶接トーチ61、62、64に溶接ワイヤを供給する3台のワイヤコイル41が設けられている。
The
図4に示すように溶接ヘッド基台11の下部には、吊り脚50が設けられている。吊り脚50の一端部には、開先のX軸方向(幅方向)及びZ軸方向(深さ方向)の位置ずれを検出する開先位置センサ51が支持されている。吊り脚50の他端部には、開先検知器の倣いローラ52、及び当該倣いローラ52を支持し倣いローラ52を開先の幅中心とするようにX軸方向及びZ軸方向に位置調整(設定)する手動調整機構53が支持されている。サブマージアーク溶接を行う際には、開先位置センサ51或いは開先検知器の倣いローラ52からの、開先のX軸方向及びZ軸方向の位置ずれ信号に基づいて、図示しない制御装置が、開先に対して溶接ヘッド基台11が予め設定された所定の高さ位置及びX軸方向位置になるように、昇降駆動機構32の昇降駆動モータ及び水平駆動機構33の水平駆動モータを駆動する。
As shown in FIG. 4, a hanging
溶接ヘッド基台11の溶接時移動方向(Y軸方向)で倣いローラ52の後方には、カットワイヤ散布装置の図示しないカットワイヤ散布ノズルが設けられている。カットワイヤ散布ノズルには、溶接ヘッド基台11に設けられた図示しないカットワイヤホッパに収納したカットワイヤが供給される。
A cut wire spray nozzle (not shown) of the cut wire spray device is provided behind the tracing
溶接ヘッド基台11の溶接時移動方向(Y軸方向)でカットワイヤ散布ノズルの後方には第1のフラックス散布ノズル60が設けられ、さらにその後方には第1のサブマージアーク溶接トーチ61が設けられている。第1のフラックス散布ノズル60は、第1のサブマージアーク溶接トーチ61の基幹に支持されている。第1のサブマージアーク溶接トーチ61の基幹は、溶接ヘッド基台11に支持されている。第1のフラックス散布ノズル60には、図2及び図3に示す第1の溶接台車10上のフラックスホッパー40からフラックスが供給される。第1のサブマージアーク溶接トーチ61には、図2及び図3に示す第1の溶接台車10上の3台のうちの一のワイヤコイル41から溶接ワイヤが供給される。
A first
溶接ヘッド基台11の溶接時移動方向(Y軸方向)で第1のサブマージアーク溶接トーチ61の後方には、第2のサブマージアーク溶接トーチ62が設けられている。第2のサブマージアーク溶接トーチ62の基幹は、溶接ヘッド基台11に支持されている。第2のサブマージアーク溶接トーチ62には、図2及び図3に示す第1の溶接台車10上の3台のうちの一のワイヤコイル41から溶接ワイヤが供給される。
A second submerged
溶接ヘッド基台11の溶接時移動方向(Y軸方向)で第2のサブマージアーク溶接トーチ62の後方には第2のフラックス散布ノズル63が設けられ、さらにその後方には第3のサブマージアーク溶接トーチ64が設けられている。第2のフラックス散布ノズル63は、第3のサブマージアーク溶接トーチ64の基幹に支持されている。第3のサブマージアーク溶接トーチ64の基幹は、溶接ヘッド基台11に支持されている。第2のフラックス散布ノズル63には、図2及び図3に示す第1の溶接台車10上のフラックスホッパー40からフラックスが供給される。第3のサブマージアーク溶接トーチ64には、図2及び図3に示す第1の溶接台車10上の3台のうちの一のワイヤコイル41から溶接ワイヤが供給される。
A second
なお、本実施形態の溶接ヘッド基台11には、3つのサブマージアーク溶接トーチ61、62、64が設けられていたが、サブマージアーク溶接トーチの数はこれに限定されない。
In this embodiment, the
溶接ヘッド基台11の溶接時移動方向(Y軸方向)で第3のサブマージアーク溶接トーチ64の後方には、フラックス回収器(吸引ノズル)65が設けられている。フラックス回収器65の基幹は、溶接ヘッド基台11に支持されている。フラックス回収器65は、溶接後の開先周りに残留するフラックスを吸引して、図2及び図3に示すフラックスホッパー40に戻す。
A flux collector (suction nozzle) 65 is provided behind the third submerged
<第1の裏当台車12の構成>
次に、上述した第1の裏当台車12の構成について説明する。図5は、第1の裏当台車12を含む第1の裏当装置の構成の概略を示す側面図である。
<Configuration of the
Next, a description will be given of the configuration of the above-mentioned
図5に示すように第1の裏当台車12には、一対の垂直ブロック70、71がそれぞれX軸正方向側とX軸負方向側に設けられている。垂直ブロック70、71の上面それぞれには、鋼板Hを搬送ローラ72、73が設けられている。また、垂直ブロック70、71の上面それぞれには、鋼板拘束用マグネット74と、鋼板Hの板継部の高さ調節のための下支え固定ローラ75が設けられている。鋼板Hの板継部は裏当銅板13の真上に位置し、板継部よりX軸方向側の鋼板Hは下支え固定ローラ75で下支えられる。
As shown in FIG. 5, a pair of
第1の裏当台車12には、上述したようにY軸方向に延伸する裏当銅板13を支持する複数の裏当支持装置14が設けられている。裏当銅板13と裏当支持装置14は、垂直ブロック70、71の間に設けられている。
The
裏当支持装置14は、裏当銅板13を支持する裏当銅板台車80を備えている。裏当銅板台車80は、昇降フレーム90に支持され、X軸方向に移動自在に構成されている。裏当銅板台車80には、裏当銅板13を支持する銅板支持台81と、銅板支持台81をZ軸方向に昇降させるエアホース82とが設けられている。エアホース82は、例えば消防用の送水用ホースを転用したものであり、当該エアホース82に圧縮エアが送給されて、エアホース82が楕円形になるように膨らむことで銅板支持台81が上昇する。
The
昇降フレーム90は、垂直ブロック70、71の間においてZ軸方向に昇降自在に構成されている。昇降フレーム90は、X軸正方向に突出するアーム91とX軸負方向に突出するアーム92を備えている。アーム91、92はそれぞれ、昇降ユニット93、94に支持されている。これら昇降ユニット93、94により、昇降フレーム90(裏当銅板13)が上昇する。昇降ユニット93、94はそれぞれ、第1の裏当台車12に支持されている。
The lifting
昇降フレーム90が昇降する空間の下方には、チェーンコンベア100に第1の裏当台車12で支持されて設けられている。チェーンコンベア100のエンドレスチェーン101、102は、図1に示すスプロケットホイール103に噛み合って張架されており、フラックスおよびスラグなどの紛体搬送用の複数の掻き脚をチェーンの両側(X軸方向)に突き出したものである。上側のエンドレスチェーン101の掻き脚は、Y軸方向に延びる溝板104に摺接している。溝板104上のフラックス及びスラグは、Y軸方向に搬送されて、図1に示すX軸方向に延伸するベルトコンベア105に落下し、当該ベルトコンベア105によってX軸方向に搬出される。
Below the space in which the
<サブマージアーク溶接方法>
次に、鋼板Hのサブマージアーク溶接方法について説明する。図6は、鋼板Hをサブマージアーク溶接する様子を示す説明図である。
<Submerged arc welding method>
Next, a description will be given of a method for submerged arc welding the steel plate H. Fig. 6 is an explanatory diagram showing a state in which the steel plate H is submerged arc welded.
先ず、図6(a)に示すように、フラックス散布・回収台車15が裏当銅板13上をY軸方向に走行し、当該フラックス散布・回収台車15によって裏当銅板13上に裏フラックスFrを散布する。裏フラックスFrの厚みは、例えば約6mmである。この際、裏当銅板13は、図5の実線で示すように下降し、退避位置に配置される。
First, as shown in FIG. 6(a), the flux spraying/
次に、裏当銅板13は、図5の二点鎖線に示すように上昇し、溶接位置に配置される。溶接位置は、例えば裏当銅板13の上面が鋼板Hの下面から約20mm下の位置である。続いて、図6(b)に示すようにエアホース82に圧縮エアが送給され、エアホース82が楕円形になるように膨らむことで銅板支持台81が上昇し、裏当銅板13が上駆動する。そして、裏当銅板13上に散布された裏フラックスFrが鋼板Hの下面に圧接する。
Next, the backing
この状態で、溶接ヘッド基台11のサブマージアーク溶接装置がY軸方向に走行しながら、鋼板Hの溶接線に沿って板継部を溶接する。溶接中には、鋼板Hの開先(溶接部位)にカットワイヤ散布ノズルからカットワイヤCwが送給され、さらにカットワイヤCw上に、例えば第1のフラックス散布ノズル60から表フラックスFfが散布される。そして、例えば第1のサブマージアーク溶接トーチ61からの溶接ワイヤEwのアークによって、カットワイヤCwが溶ける。こうして、鋼板Hが溶接される。
In this state, the submerged arc welding device of the
鋼板HのY軸方向の全長の溶接が終了すると、裏当銅板13は、図5の実線で示すように下降し、退避位置に配置される。この際、裏当銅板13上に残留する裏フラックスFr及びスラグは、フラックス散布・回収台車15で除去され、チェーンコンベア100により搬送されベルトコンベア105に落下し、当該ベルトコンベア105によってX軸方向に搬出される。
When welding of the entire length of the steel plate H in the Y-axis direction is completed, the backing
<第2の溶接台車20の構成>
次に、上述した第2の溶接台車20の構成について説明する。図7及び図8はそれぞれ、第2の溶接台車20の構成の概略を示す側面図である。
<Configuration of
Next, a description will be given of the configuration of the above-mentioned
図7及び図8に示すように第2の溶接台車20には、昇降駆動モータを含む昇降駆動機構110が設けられている。昇降駆動機構110にはアーム111が支持され、アーム111は昇降駆動機構110によってZ軸方向に昇降移動する。また、昇降駆動機構110は、図示しない水平移動機構に設けられ、昇降駆動機構110及びアーム111は、水平移動機構によってX軸方向に移動する。
As shown in Figures 7 and 8, the
アーム111には、支持部材112を介して、プラズマ溶接トーチ120(本発明における非消耗電極溶接トーチ)、ワイヤヘッド121、及びカメラ保護筒123が設けられている。プラズマ溶接トーチ120の下部には、ワイヤヘッド121からワイヤ突き出しパイプ122を通して溶接ワイヤが供給される。なお、本実施形態の第2の溶接台車20には、1つのプラズマ溶接トーチ120が設けられていたが、プラズマ溶接トーチの数はこれに限定されず、複数設けられていてもよい。
A plasma welding torch 120 (non-consumable electrode welding torch in the present invention), a
カメラ保護筒123の内部には、鋼板Hの溶接直前の溶接線を撮影する撮影素子を持つカメラ124が設けられている。プラズマ溶接を行う際には、撮影素子を持つカメラ124からの溶接線の撮影画像信号に基づいて、図示しない制御装置が、溶接線のX軸方向位置と溶接線の開先幅を算出する。制御装置では、算出された溶接線のX軸方向位置に基づいて、当該溶接線のX軸方向位置が予め定められた所定の基準位置になるように、昇降駆動機構110が取りつけられた水平駆動機構の水平駆動モータを駆動する。また制御装置では、算出された溶接線の開先幅に基づいて、当該開先を溶接するに適した溶接条件(例えば溶接電流値、ワイヤ供給速度、パイロットガス送給量及び溶接台車速度等)の設定を行う。
Inside the
<第2の裏当台車21の構成>
第2の裏当台車21には、公知の裏当台車を組み合わせて用いることができる。例えば、特開2017-77575号公報に記載された裏当台車と、特開2006-297459号公報に記載に記載された裏当て支持装置とを組み合わせて、バックシールドガス供給装置を備えた第2の裏当台車21を構成してもよい。
<Configuration of the
A known backing cart may be combined for use as the
<プラズマ溶接方法>
次に、鋼板Hのプラズマ溶接方法、具体的にはプラズマキーホール溶接について説明する。
<Plasma welding method>
Next, a method for plasma welding the steel plate H, specifically, plasma keyhole welding, will be described.
プラズマ溶接を行う前には、第1の裏当台車12の裏当銅板13は、図5の実線で示したように下降し、退避位置に配置されている。
Before plasma welding, the backing
この状態で、第2の溶接台車20がY軸方向に走行しながら、鋼板Hの溶接線に沿って板継部を溶接する。具体的には、鋼板Hの開先に対してプラズマ溶接トーチ120からのプラズマアークをあてる。そうすると、鋼板Hを貫通してキーホールが形成される。このキーホールは溶接が進行するにつれて後方に移動し、さらに溶融金属も後方に移動、凝固して、溶接ビードが連続的に形成される。こうして、鋼板Hの板継部が溶接される。
In this state, the
鋼板Hの開先にプラズマアークをあてる際、第2の裏当台車21のバックシールドガス供給装置から供給されたバックシールドガスは、ガス吹き出し孔からガス吸い込み空間に吹き出され、鋼板Hの下面をアルゴンガス雰囲気にガスシールドする。これにより、裏ビードの酸化を抑え、ビード形状不良を抑制することができる。
When a plasma arc is applied to the groove of the steel sheet H, the back shield gas supplied from the back shield gas supply device of the
<溶接装置1の動作>
次に、以上のように構成された溶接装置1の動作について説明する。本実施形態では、以下の3つの動作パターンについて説明する。なお、3つの動作パターンにおいて、サブマージアーク溶接とプラズマ溶接はそれぞれ、上述した説明した方法で行われる。
<Operation of
Next, the operation of the
[第1の動作パターン]
第1の動作パターンは、サブマージアーク溶接又はプラズマ溶接(プラズマキーホール溶接)のいずれかを行うパターンである。例えば10mm~40mmの厚鋼板Hを溶接する際には、サブマージアーク溶接を行う。一方、例えば6mm~9mmの薄鋼板Hを溶接する際には、プラズマ溶接を行う。
[First Operation Pattern]
The first operation pattern is a pattern in which either submerged arc welding or plasma welding (plasma keyhole welding) is performed. For example, when welding a thick steel plate H having a thickness of 10 mm to 40 mm, submerged arc welding is performed. On the other hand, when welding a thin steel plate H having a thickness of 6 mm to 9 mm, plasma welding is performed.
このように1つの溶接装置1を用いて、サブマージアーク溶接と、プラズマ溶接とを、選択的に実施することができる。このため、これら厚鋼板溶接と薄鋼板溶接を効率よく行うことができ、また経済的にも安価に溶接を実現することができる。しかも、板厚に応じて適切な溶接を施すことができるので、溶接熱による鋼板歪みを抑え、溶接欠陥を効率的に抑制して、高疲労強度の溶接部位を作製することができる。
In this way, submerged arc welding and plasma welding can be selectively performed using a
[第2の動作パターン]
第2の動作パターンは、プラズマ溶接を行った後、サブマージアーク溶接を行うパターンである。例えば鋼板Hの開先において初層をプラズマ溶接した後、当該初層の上からサブマージアーク溶接を行う。かかる場合、プラズマ溶接を行うことで溶接初期における入熱を抑制することができ、溶接の自由度が大きくなる。その後、サブマージアーク溶接を行うことで、溶接を効率よく行うことができる。また、開先の初層をプラズマ溶接することで、サブマージアーク溶接で発生しやすい裏ビードの溶け込み不良を抑制することもできる。さらに、開先の初層をプラズマ溶接することで、溶接幅を制御しやすく、溶接線に沿って同じ幅で溶接することも可能となる。
[Second Operation Pattern]
The second operation pattern is a pattern in which submerged arc welding is performed after plasma welding. For example, after plasma welding the first layer in the groove of the steel plate H, submerged arc welding is performed from above the first layer. In such a case, by performing plasma welding, heat input at the beginning of welding can be suppressed, and the degree of freedom of welding is increased. By performing submerged arc welding after that, welding can be performed efficiently. In addition, by plasma welding the first layer of the groove, it is also possible to suppress poor penetration of the back bead, which is likely to occur in submerged arc welding. Furthermore, by plasma welding the first layer of the groove, it is easy to control the weld width, and it is also possible to weld with the same width along the weld line.
[第3の動作パターン]
第3の動作パターンは、サブマージアーク溶接を行った後、プラズマ溶接を行うパターンである。例えばサブマージアーク溶接を行うと溶接ビードが形成されるが、この溶接ビードの両端部の溶接止端に対してプラズマ溶接を行って、当該溶接止端を再溶融させてドレッシングを行う。このプラズマ溶接のドレッシングによって、溶接止端の曲率が大きくなり、当該溶接止端における応力集中を抑制することができるので、高疲労強度の溶接部位を作製することができる。しかも、1つの溶接装置1を用いて、溶接とドレッシングを連続して行うことができ、効率が良い。
[Third Operation Pattern]
The third operation pattern is a pattern in which submerged arc welding is performed and then plasma welding is performed. For example, when submerged arc welding is performed, a weld bead is formed, and plasma welding is performed on the weld toes at both ends of the weld bead to remelt and dress the weld toes. This plasma welding dressing increases the curvature of the weld toes, making it possible to suppress stress concentration at the weld toes and thus produce welded portions with high fatigue strength. Moreover, welding and dressing can be performed continuously using a
<溶接装置1の他の実施形態>
以上の実施形態の第2の溶接台車20にはプラズマ溶接トーチ120が設けられていたが、プラズマ溶接トーチ120に代えて、ティグ溶接を行うティグ溶接トーチが設けられていてもよい。かかる場合、上述した第2の裏当台車21と同じ構成の裏当台車が用いられる。
<Other embodiments of the
In the above embodiment, the
このようにプラズマ溶接に代えてティグ溶接を行う場合でも、上記実施形態と同様の効果を享受することができる。特に近年、大電流を用いたティグ溶接が行われる場合があり、かかる場合、ティグ溶接でもプラズマ溶接と同等の効果を享受できる。換言すれば、上記効果を得るためには、溶接装置1において、サブマージアーク溶接に加えて、プラズマ溶接、ティグ溶接等の非消耗電極式アーク溶接が行われればよい。
Even when TIG welding is performed instead of plasma welding in this way, the same effects as in the above embodiment can be obtained. In particular, in recent years, TIG welding using a large current is sometimes performed, and in such cases, the same effects as plasma welding can be obtained with TIG welding. In other words, to obtain the above effects, the
<溶接装置1の他の実施形態>
以上の実施形態の溶接装置1では、プラズマ溶接トーチ120は第2の溶接台車20に設けられていたが、図9に示すように溶接ヘッド基台11にプラズマ溶接トーチ130が設けられていてもよい。
<Other embodiments of the
In the
プラズマ溶接トーチ130は、溶接ヘッド基台11の溶接時移動方向(Y軸方向)で、開先位置センサ51の後方であって、さらにカットワイヤ散布装置の図示しないカットワイヤ散布ノズルの後方に設けられる。プラズマ溶接トーチ130は、保持具131に着脱自在に装着される。保持具131は吊り脚132の下端に支持され、吊り脚132の上端は溶接ヘッド基台11に支持されている。なお、本実施形態では、第2の溶接台車20は省略できる。
The
例えばサブマージアーク溶接を行う際には、プラズマ溶接トーチ130は保持具131から外され、プラズマ溶接を行う際に、プラズマ溶接トーチ130は保持具131に装着されてもよい。そして、かかる場合においても、溶接装置1を用いて、上述した第1~第3の動作パターンを実施することができる。しかも、第2の溶接台車20を省略できるので、装置構成をより簡略化することができる。
For example, when performing submerged arc welding, the
なお、プラズマ溶接トーチ130の位置は図9の例に限定されない。例えば図10に示すように、プラズマ溶接トーチ130はフラックス回収器65の後方に設けられていてもよい。
The position of the
また、本実施形態においても溶接ヘッド基台11には、プラズマ溶接トーチ130に代えて、ティグ溶接トーチが設けられていてもよい。
In addition, in this embodiment, the
以上、本発明の実施形態の一例について説明したが、本発明はかかる例に限定されない。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された技術的思想の範疇内において、各種の変更例または修正例に想到しうることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。 Although one embodiment of the present invention has been described above, the present invention is not limited to such an example. It is clear that a person skilled in the art can come up with various modified or revised examples within the scope of the technical ideas described in the claims, and it is understood that these also naturally fall within the technical scope of the present invention.
本発明は、被溶接物を溶接する溶接装置及び溶接方法に利用することができる。 The present invention can be used in a welding device and a welding method for welding workpieces.
1 溶接装置
2 レール
3 門型台車
3a (門型台車3の)梁
4 レール
10 第1の溶接台車
11 溶接ヘッド基台
12 第1の裏当台車
13 裏当銅板
14 裏当支持装置
15 フラックス散布・回収台車
20 第2の溶接台車
21 第2の裏当台車
30 垂直フレーム
31 昇降フレーム
32 昇降駆動機構
33 水平駆動機構
40 フラックスホッパー
41 ワイヤコイル
50 吊り脚
51 開先位置センサ
52 倣いローラ
53 手動調整機構
60 第1のフラックス散布ノズル
61 第1のサブマージアーク溶接トーチ
62 第2のサブマージアーク溶接トーチ
63 第2のフラックス散布ノズル
64 第3のサブマージアーク溶接トーチ
65 フラックス回収器
70、71 垂直ブロック
72、73 搬送ローラ
74 鋼板拘束用マグネット
75 下支え固定ローラ
80 裏当銅板台車
81 銅板支持台
82 エアホース
90 昇降フレーム
91、92 アーム
93、94 昇降ユニット
100 チェーンコンベア
101、102 エンドレスチェーン
103 スプロケットホイール
104 溝板
105 ベルトコンベア
110 昇降駆動機構
111 アーム
112 支持部材
120 プラズマ溶接トーチ
121 ワイヤヘッド
122 ワイヤ突き出しパイプ
123 カメラ保護筒
124 撮影素子を持つカメラ
130 プラズマ溶接トーチ
131 保持具
132 吊り脚
Cw カットワイヤ
Ew 溶接ワイヤ
Ff 表フラックス
Fr 裏フラックス
H 鋼板
1
Claims (9)
前記被溶接物の溶接線に沿って走行する溶接台車と、
前記溶接台車に設けられ、前記溶接線に沿ってサブマージアーク溶接を行うサブマージアーク溶接トーチと、
前記溶接線に沿って非消耗電極式アーク溶接を行う非消耗電極溶接トーチと、
前記サブマージアーク溶接を行う際、フラックスを散布した裏当材を上昇させ、前記被溶接物の溶接部位の裏面に当該裏当材を押し当てる裏当支持装置と、
前記非消耗電極式アーク溶接を行う際、前記裏当支持装置によって前記裏当材を下降させた状態で、前記被溶接物の溶接部位の裏面に不活性ガスを供給するバックシールドガス供給装置と、を備える、溶接装置。 In a welding device for welding workpieces,
A welding carriage that travels along a weld line of the workpiece;
a submerged arc welding torch provided on the welding carriage and performing submerged arc welding along the weld line;
a non-consumable electrode welding torch for performing non-consumable electrode arc welding along the weld line ;
a backing support device that, when performing the submerged arc welding, raises a backing material to which flux has been sprayed and presses the backing material against a back surface of a welding portion of the workpiece;
a back shield gas supply device that supplies an inert gas to a back surface of a welding portion of the workpiece while the backing material is lowered by the backing support device when performing the non-consumable electrode arc welding .
前記溶接装置は、
前記被溶接物の溶接線に沿って走行する溶接台車と、
前記溶接台車に設けられ、前記溶接線に沿ってサブマージアーク溶接を行うサブマージアーク溶接トーチと、
前記溶接線に沿って非消耗電極式アーク溶接を行う非消耗電極溶接トーチと、を備え、
少なくとも前記サブマージアーク溶接又は前記非消耗電極式アーク溶接を行って、前記被溶接物を溶接し、
前記サブマージアーク溶接を行う際、裏当支持装置によってフラックスを散布した裏当材を上昇させ、前記被溶接物の溶接部位の裏面に当該裏当材を押し当て、
前記非消耗電極式アーク溶接を行う際、前記裏当支持装置によって前記裏当材を下降させた状態で、バックシールドガス供給装置から前記被溶接物の溶接部位の裏面に不活性ガスを供給する、溶接方法。 A welding method for welding workpieces using a welding device, comprising the steps of:
The welding device includes:
A welding carriage that travels along a weld line of the workpiece;
a submerged arc welding torch provided on the welding carriage and performing submerged arc welding along the weld line;
a non-consumable electrode welding torch for performing non-consumable electrode arc welding along the weld line,
Welding the workpiece by performing at least the submerged arc welding or the non-consumable electrode arc welding;
When performing the submerged arc welding, a backing material on which flux has been sprayed is raised by a backing support device, and the backing material is pressed against the back surface of the welded portion of the workpiece;
a back shield gas supply device for supplying an inert gas to a back surface of a welded portion of the workpieces while the backing material is lowered by the backing support device when performing the non-consumable electrode arc welding .
その後、前記非消耗電極溶接トーチを用いて前記非消耗電極式アーク溶接を行い、前記被溶接物のドレッシングを行う、請求項6に記載の溶接方法。 The submerged arc welding torch is moved along the weld line to perform the submerged arc welding;
7. The welding method according to claim 6 , further comprising the steps of: performing the non-consumable electrode arc welding using the non-consumable electrode welding torch; and dressing the workpiece.
The welding method according to claim 6 or 7 , wherein the non-consumable electrode arc welding is TIG welding.
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