CN105934302A - 焊接装置以及焊接系统 - Google Patents

Abstract

进行管之间的对接焊接的焊接装置（1）具备台（4）。安装有焊炬（21）的圆弧状的旋转构件（23）和使该旋转构件（23）绕管的中心轴旋转的齿轮系（3）被台（4）支持。此外，焊接装置（1）具备使台（4）在与管的中心轴正交的第一方向上移动的第一移动机构（5）和使第一移动机构（5）在与管的中心轴以及第一方向正交的第二方向上移动的第二移动机构（6）。

Description

焊接装置以及焊接系统

技术领域

本发明涉及进行管之间的对接焊接的焊接装置以及包括该焊接装置的焊接系统。

背景技术

以往，已知有自动地进行管之间的对接焊接的焊接装置。例如，专利文献1公开了如图6A和图6B所示的能够对横向放置的管150进行全位置焊接的焊接装置100。

该焊接装置100为了调节电弧（arc）的长度，形成为焊炬（welding torch）130能够在管150的径向移动的结构。具体地，焊接装置100具有旋转用环110和上下用环120这两个圆弧状的环作为绕管150的中心轴旋转的旋转构件。旋转用环110和上下用环120能够相互独立地旋转。

焊炬130通过焊炬台140可摇动地安装于旋转用环110上。另一方面，上下用环120上设置有相对于周向倾斜的槽125，该槽125中插入有固定于焊炬台140的轴145。而且，通过使上下用环120相对于旋转用环110相对地旋转，从而轴145被槽125引导，焊炬130靠近管150或远离管150。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2001-225165号公报。

发明内容

发明要解决的问题

然而，图6A和图6B所示的焊炬100中，绕管150的中心轴旋转的旋转构件（旋转用环110和上下用环120）中装入有使焊炬100在管150的径向移动的机构，因此旋转构件需要较大的宽度。因此，在制造管150以狭窄的间距排列的、例如锅炉板（boiler panel）等装置的情况下，无法使用焊炬100。

因此，本发明的目的在于提供使焊炬能够在管的径向移动、且能够减小绕管的中心轴旋转的旋转构件的宽度的焊接装置。又，本发明的目的还在于提供包括该焊接装置的焊接系统。

解决问题的手段

为了解决上述问题，本发明的焊接装置是进行管之间的对接焊接的焊接装置，具备：安装有焊炬且具有外齿的圆弧状的旋转构件；与所述旋转构件啮合且使所述旋转构件绕所述管的中心轴旋转的齿轮系；支持所述旋转构件以及所述齿轮系的台；使所述台在与所述管的中心轴正交的第一方向上移动的第一移动机构；和使所述第一移动机构在与所述管的中心轴以及所述第一方向正交的第二方向上移动的第二移动机构。

根据上述结构，第一移动机构以及第二移动机构使支持旋转构件的台移动，以此可以使焊炬在管的径向上移动。因此，旋转构件上无需设置使焊炬移动的机构，能够减小旋转构件的宽度。

也可以是，上述焊接装置还具备：使所述第二移动机构沿着所述管的中心轴移动的第三移动机构；和将所述第三移动机构固定于所述管的夹持机构。根据该结构，不仅可以实现焊炬在管的轴向上往复且在周向上行进的所谓的横摆（weaving）动作，还可以以使焊炬的梢端在通过管的中心轴的平面上描画椭圆的形式操作焊炬。

也可以是，所述焊炬具有在与所述管的焊接部位之间产生电弧的电极，所述焊接装置还具备：测定所述电极和所述焊接部位之间的距离的测定单元；和以使由所述测定单元测定的距离为预定的值的形式控制所述第一驱动机构以及所述第二驱动机构的控制单元。根据该结构，可以进行高品质的焊接。

又，本发明提供焊接系统，其是用于从一个侧面进行第一管和弯曲的第二管的在水平面上的对接焊接的焊接系统，具备：以在所述第二管的上方覆盖该第二管的形式固定于所述第二管的支持板；和以载置于所述支持板上的状态固定于所述支持板的上述焊接装置。

在进行管之间的对接焊接的情况下一方的管弯曲时，在该管上如何固定焊接装置成为问题。例如，在焊接装置具有夹持管的夹持机构的情况下，该夹持机构无法夹持管的弯曲部分。相对于此，如上述结构那样，在弯曲的第二管的上方配置有支持板时，无论第二管的形状如何，都可以将焊接装置固定于自由的位置。借助于此，可以将焊接装置设置于相对于管的焊接部位最适合的位置。

又，本发明提供焊接系统，其是用于从另一侧面进行从母管突出的第一管和第二管的在水平面上的对接焊接的焊接系统，具备：以在所述第二管的上方覆盖该第二管的形式固定于所述第二管的支持板；以载置于所述支持板上的状态固定于所述支持板的上述焊接装置；和以在所述焊炬的两侧从该焊接装置突出的形式安装于所述焊接装置、且梢端与所述母管抵接的一对径向定位构件。

在从母管突出的第一管上接合第二管的情况下，希望利用母管将焊接装置迅速地设置于适当的位置。对此，如上述结构那样，在焊接装置上安装有一对径向定位构件时，通过使径向定位构件的梢端与母管抵接，可以在母管的径向将焊接装置定位。而且，焊接装置载置于支持板上，因此，可以在使焊接装置在支持板上滑动的同时进行焊接装置的定位。借助于此，可以将焊接装置迅速地设置于适当的位置。

也可以是，所述母管在铅垂方向上延伸，所述第一管在铅垂方向上排列多个，上述焊接系统还具备周向定位构件，所述周向定位构件安装于所述焊接装置，且与所述第一管中位于比与所述第二管接合的第一管靠近上方的第一管接合。根据该结构，在母管的周向上也可以将焊接装置定位。借助于此，可以将焊接装置更迅速地设置于合适的位置。

也可以是，例如，所述周向定位构件包括锥销（taper pin），所述锥销形成为相对于所述焊接装置可进退的结构，且梢端能够嵌入于所述第一管的内部。

所述第二管也可以弯曲。根据该结构，在弯曲的第二管的上方配置有支持板，因此，无论第二管的形状如何，都可以将焊接装置固定于自由的位置。

发明效果

根据本发明，可以使焊炬在管的径向移动，且可以减小绕管的中心轴旋转的旋转构件的宽度。

附图说明

图1是根据本发明一实施形态的焊接装置的主视图；

图2是从侧方观察图1所示的焊接装置时的概略结构图；

图3是将图1所示的焊接装置的旋转构件的附近部分放大的主视图；

图4是包括图1所示的焊接装置的焊接系统的俯视图；

图5中的图5A以及图5B分别是将图4所示的焊接系统的一部分放大的俯视图以及侧视图；

图6中的图6A是现有的焊接装置的要部的主视图，图6B是该要部的侧视图。

具体实施方式

以下，参照附图，说明本发明的实施形态。

（焊接装置）

图1以及图2示出根据本发明一实施形态的焊接装置1。该焊接装置1是自动地进行管10之间的对接焊接的装置。本实施形态中，管10横向放置，焊接装置1从上方放置于一方的管10上。

以下，为了便于说明，将管10的轴向（中心轴CA延伸的方向）称为X方向，将与X方向正交的上下方向（相当于本发明的第一方向）称为Y方向，将与X方向以及Y方向正交的水平方向（相当于本发明的第二方向）称为Z方向。又，X方向中，从后述的台4观察时，将焊炬21侧称为前方，将其相反侧称为后方。但是，本发明的第一方向以及第二方向也可以是相反的（即，第一方向为水平方向，第二方向为上下方向），双方也可以是倾斜的。又，管10无需一定横向放置，也可以纵向或斜向放置。

焊接装置1具备：焊炬21、安装有焊炬21的旋转构件23、和可旋转地支持旋转构件23的台4。又，焊接装置1具备：作为使台4三维地移动的三个移动机构的第一移动机构5、第二移动机构6以及第三移动机构7；和将第三移动机构7固定于管10的夹持机构8。

焊炬21形成为与X方向平行的板状的形状。焊炬21的下表面上设置有在与管10的焊接部位之间产生电弧的电极22。在此，所谓焊接部位，例如在管10之间的接合部设有坡口且每层均形成焊接层的情况下，在第一层为坡口的底部，在第二层以后为上一层。

本实施形态的焊接装置1是进行钨极惰性气体（TIG，Tungsten Inert Gas）焊接的装置，电极22为不熔化电极。而且，焊炬1上，如图3所示，借由未图示的支架固定有向电极22和焊接部位之间供给焊丝25的焊丝供给装置的梢端26。

由供电单元91通过电缆93以及焊炬21向电极22施加电压。供电单元91上设置有测定施加于电极22的电压的电压计92。施加于电极22的电压根据电极22和焊接部位之间的距离而变化。即，电压计92是间接地测定电极22和焊接部位之间的距离的构件，相当于本发明的测定单元。

回到图1和图2，旋转构件23上形成有管10可嵌入的U字状切口，旋转构件23形成圆弧状。又，旋转构件23的外周面上形成有外齿。

可旋转地支持旋转构件23的台4形成与X方向正交的板状。该台4上形成有以与旋转构件23的切口相同程度的宽度向下开口的开口4a。

台4上还支持有与旋转构件23啮合且使旋转构件23绕管10的中心轴CA旋转的齿轮系3。又，在台4的后表面安装有使作为齿轮系3的齿轮之一的驱动齿轮30旋转的旋转马达45。另外，在图2中，为了将图简化而省略了齿轮系3以及旋转马达45的作图。

齿轮系3包括：驱动齿轮30、与驱动齿轮30啮合的第一从动齿轮31、与第一从动齿轮31啮合的一对第二从动齿轮32、和与各第二从动齿轮32以及旋转构件23啮合的一对第三从动齿轮33。根据这样的结构，即使旋转构件23的切口靠近一方的第三从动齿轮33，也可以借由另一方的第三从动齿轮33向旋转构件23传递旋转力。

第一移动机构5是使台4在Y方向移动的构件。具体而言，第一移动机构5包括：基部51、借由导轨52在Y方向滑动自如地支持于基部51的滑块54、与滑块54螺纹结合的螺杆轴53、和使螺杆轴53旋转的第一马达55。而且，台4通过安装座41固定于滑块54。

第二移动机构6是使第一移动机构5在Z方向移动的构件。具体而言，第二移动机构6包括：基部61、借由导轨62在Z方向滑动自如地支持于基部61的滑块64、与滑块64螺纹结合的螺杆轴63、和使螺杆轴63旋转的第二马达65。而且，第一移动机构5的基部51通过安装座56固定于滑块64。

第三移动机构7是使第二移动机构6在X方向移动的构件。具体而言，第三移动机构7包括：基部71、借由导轨72在X方向滑动自如地支持于基部71的滑块74、与滑块74螺纹结合的螺杆轴73、和使螺杆轴73旋转的第三马达75。而且，第二移动机构6的基部61通过安装座66固定于滑块74。

第三移动机构7安装于与X方向平行的基板76。基板76上还安装有上述夹持机构8。夹持机构8形成为借由对图略的把手（knob）的操作将管10夹持的结构。借由该夹持，将基板76维持为例如水平。此外，基板76上安装有三个移动机构5～7以及容纳了台4的大部分以及齿轮系3的壳体11。

上述旋转马达45以及第一～第三马达55、65、75由控制装置9（参照图1）控制。特别地，控制装置9以使由电压计92间接地测定的从焊接部位至电极22的距离为预定的值的形式，控制第一马达55以及第二马达65。预定的值例如可以是不论焊接部位的位置、深度等而为一定，也可以是根据焊接部位的位置、深度等而不同。

如以上说明的那样，本实施形态的焊接装置1中，第一移动机构5以及第二移动机构6使支持旋转构件23的台4移动，从而能够使焊炬21在管10的径向移动。因此，无需在旋转构件23上设置使焊炬21移动的机构，可以减小旋转构件23的宽度。其结果是，即使是例如如图3所示管10以狭窄的间距排列而相邻的管10的间隔L较狭窄的情况，也可以使用焊接装置1自动地进行对接焊接。

又，本实施形态中，焊接装置1具备第三移动机构7以及夹持机构8，因此，不仅可以实现焊炬21在管10的轴向上往复且在周向上行进的所谓的横摆动作，还可以以使作为焊炬21的梢端的电极22在通过管10的中心轴CA的平面上描画椭圆的形式操作焊炬21。

又，本实施形态中，以使从焊接部位至电极22的距离为根据焊接部位而预定的值的形式，控制第一马达55以及第二马达65，因此能够进行高品质的焊接。

（焊接装置的变形例）

本发明不限于上述实施形态，在不脱离本发明的主旨的范围内可以进行各种变形。

例如，本发明也可以适用于进行金属惰性气体（MIG，Metal Inert Gas）焊接或金属活性气体（MAG，Metal Active Gas）焊接的焊接装置。在该情况下，焊丝发挥作为电极的功能，在该焊丝中流通的电流根据电极和焊接部位之间的距离而变化，因此作为本发明的测定单元可以使用电流计。

或者，作为本发明的测定单元，也可以使用直接地测定焊炬的电极和焊接部位之间的距离的距离传感器。

又，上述实施形态中，在所有的移动机构5、6、7中采用使用了螺杆轴的直动系统，但是各移动机构5、6、7中，也可以采用使用了例如齿条（rack）以及小齿轮（pinion）的直动系统。

（焊接系统）

接着，参照图4以及图5A和图5B说明包括上述焊接装置1的焊接系统15。该焊接系统15是用于第一管13和第二管14的在水平面上的对接焊接的系统。在此，“在水平面上的对接焊接”是指不仅包括第一管13以及第二管14的中心轴与水平方向平行的情况，而且还包括第一管13以及第二管14的中心轴相对于水平方向稍微（例如，以10度以下的角度）倾斜的情况的概念。

本实施形态中，多个第一管13从在铅垂方向延伸的母管12以放射状突出。即，第一管13是短管。第一管13设置于母管12的外周面的大致一半的区域。又，第一管13也在铅垂方向上排列。另一方面，与第一管13接合的第二管14在水平面上弯曲。在图例中，特定的高度位置上的所有（在图例中为6根）第二管14以与第一管13一致的形式配置。

焊接系统15包括：在第二管14的上方覆盖第二板14的支持板16和载置于该支持板16上的焊接装置1。本实施形态中，支持板16以横跨所有的第二支持板16的形式形成为在母管12的周向上延伸的圆弧状。支持板16固定于至少一个第二管14上。焊接装置1以载置于支持板16上的状态固定于支持板16。

此外，在本实施形态中，如图5A以及图5B所示，焊接装置1上安装有一对径向定位构件17和周向定位构件18。一对径向定位构件17在焊炬21的两侧从焊接装置1突出。

具体而言，一对径向定位构件17是在与台4（参照图1、2）正交的方向（即，焊炬21的突出方向）延伸的棒状的构件，固定于焊接装置1的壳体11的两侧面。但是，径向定位构件17也可以固定于基板76（参照图1、2）。各径向定位构件17的梢端稍微向内侧弯折，该梢端与母管12抵接。

周向定位构件18与第一管13中位于比与第二管14接合的第一管13靠近上方的第一管13接合。更详细而言，周向定位构件18包括：锥销18a；以及一端与装置主体1连接、另一端支持锥销的L字状的臂18b。

锥销18a形成为相对于焊接装置1可进退的结构。即，臂18b以使锥销18a在焊炬21的突出方向可滑动的形式支持锥销18a。又，锥销18a具有从比第一管13的内径小的直径向比第一管13的内径大的直径扩大的锥部。因此，锥销18a的梢端可以嵌入于第一管13的内部。

在焊接装置1具有夹持管的夹持机构8（参照图1、2）情况下，该夹持机构8无法夹持第二管14的弯曲部分。相对于此，本实施形态的焊接系统15中，在弯曲的第二管14的上方配置有支持板16，因此不论第二管14的形状如何，都可以将焊接装置1固定于自由的位置。借助于此，可以将焊接装置1设置于相对于管的焊接部位最适合的位置。

又，本实施形态的焊接系统15中，焊接装置1上安装有一对径向定位构件17，因此，通过使径向定位构件17的梢端与母管12抵接，可以在母管12的径向将焊接装置1定位。而且，焊接装置1载置于支持板16上，因此可以在使焊接装置1在支持板16上滑动的同时进行焊接装置1的定位。借助于此，可以将焊接装置1迅速地设置于适当的位置。

此外，本实施形态的焊接系统15中，在焊接装置1上安装有周向定位构件18，因此，在母管12的周向上也可以将焊接装置1定位。借助于此，可以将焊接装置1更迅速地设置于适当的位置。

（焊接系统的变形例）

也可以是仅一根第一管13从母管12向水平方向突出。在该情况下，母管12无需一定在铅垂方向延伸，也可以在斜向或水平方向延伸。又，第一管13无需一定是从母管12突出的短管，也可以是横向放置的单管。

第一管13为一根的情况下，焊接系统15的支持板16也可以配置于一根第二管14上。在该情况下，支持板16例如可以是正方形或长方形等，也可以是圆形或椭圆形等。

又，焊接系统15具有径向定位构件17的情况（无论是否有周向定位构件18）下，第二管14无需一定弯曲，也可以是直的。此外，第二管14弯曲的情况下，焊接系统15也可以不具有径向定位构件17以及周向定位构件18而仅具有支持板16。

符号说明

1　　 焊接装置；

10　　 管；

12　　 母管；

13　　 第一管；

14　　 第二管；

15　　 焊接系统；

16　　 支持板；

17　　 径向定位构件；

18　　 周向定位构件；

18a　　锥销；

21　　 焊炬；

22　　 电极；

23　　 旋转构件；

3　　 齿轮系；

4　　 台；

5　　 第一移动机构；

6　　 第二移动机构；

7　　 第三移动机构；

8　　 夹持机构；

9　　 控制单元；

92　　 电压计（测定单元）。

Claims (8)

1.一种焊接装置，是进行管之间的对接焊接的焊接装置，具备：

安装有焊炬且具有外齿的圆弧状的旋转构件；

与所述旋转构件啮合且使所述旋转构件绕所述管的中心轴旋转的齿轮系；

支持所述旋转构件以及所述齿轮系的台；

使所述台在与所述管的中心轴正交的第一方向上移动的第一移动机构；和

使所述第一移动机构在与所述管的中心轴以及所述第一方向正交的第二方向上移动的第二移动机构。

2.根据权利要求1所述的焊接装置，其特征在于，还具备：

使所述第二移动机构沿着所述管的中心轴移动的第三移动机构；和

将所述第三移动机构固定于所述管的夹持机构。

3.根据权利要求1或2所述的焊接装置，其特征在于，

所述焊炬具有在与所述管的焊接部位之间产生电弧的电极，

所述焊接装置还具备：

测定所述电极和所述焊接部位之间的距离的测定单元；和

以使由所述测定单元测定的距离为预定的值的形式控制所述第一驱动机构以及所述第二驱动机构的控制单元。

4.一种焊接系统，是用于第一管和弯曲的第二管的在水平面上的对接焊接的焊接系统，具备：

以在所述第二管的上方覆盖该第二管的形式固定于所述第二管的支持板；和

以载置于所述支持板上的状态固定于所述支持板的权利要求1～3中任一项所述的上述焊接装置。

5.一种焊接系统，是用于从母管突出的第一管和第二管的在水平面上的对接焊接的焊接系统，具备：

以在所述第二管的上方覆盖该第二管的形式固定于所述第二管的支持板；

以载置于所述支持板上的状态固定于所述支持板的权利要求1～3中任一项所述的焊接装置；和

以在所述焊炬的两侧从该焊接装置突出的形式安装于所述焊接装置、且梢端与所述母管抵接的一对径向定位构件。

6.根据权利要求5所述的焊接系统，其特征在于，

所述母管在铅垂方向上延伸，所述第一管在铅垂方向上排列多个，

还具备周向定位构件，所述周向定位构件安装于所述焊接装置，且与所述第一管中位于比与所述第二管接合的第一管靠近上方的第一管接合。

7.根据权利要求6所述的焊接系统，其特征在于，所述周向定位构件包括锥销，所述锥销形成为相对于所述焊接装置可进退的结构，且梢端能够嵌入于所述第一管的内部。

8.根据权利要求5～7中任一项所述的焊接系统，其特征在于，所述第二管弯曲。