JP2001225165A - チューブ突き合わせ溶接用全姿勢溶接ヘッド - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 ボイラパネルのチューブ突き合わせ溶接部等
の間隙が狭隘な溶接部の１周の自動溶接を可能とするこ
と。 【解決手段】 溶接トーチ１１、トーチ回転用リング
１、トーチ上下用リング２、ワイヤ送給機構２０、溶接
ヘッドボディ３、クランプ機構１９、を備えた溶接ヘッ
ドであって、クランプ機構を用いて溶接ヘッドを被溶接
チューブ２１に把持し、トーチ回転用リングとトーチ上
下用リングは同心円上に配置され、両リングの回転軸は
被溶接チューブの中心軸と一致させ、溶接トーチはトー
チ台１４を介してトーチ回転用リングによって回転する
とともにトーチ上下用リングによって被溶接チューブに
対して接離方向に移動すること。トーチ台に取り付けら
れたシャフト１６がトーチ上下用リングに設けられた溝
１５に嵌挿され、トーチ回転用リングとトーチ上下用リ
ングの回転数差によって溶接トーチを被溶接チューブに
対して接離方向に移動させること。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、固定チューブの突
き合わせ溶接に係わり、特に隣接するチューブと被溶接
部材との間隙が狭い溶接に適用し、１周の全姿勢溶接を
行うのに好適な全姿勢自動溶接ヘッドに関する。

【０００２】

【従来の技術】溶接電源、溶接ヘッド、制御装置、冷却
水ポンプからなる全姿勢自動溶接ヘッドで、特に自動Ｔ
ＩＧ溶接ヘッドでは、溶接ヘッドを固定チューブへクラ
ンプし、トーチをチューブ外周に沿ってワイヤを溶接部
に挿入しながら回転させ、同時にトーチを上下移動させ
ることでアーク長を調整しながら溶接を行う。このため
溶接ヘッドにはトーチ位置調整機構が必要となる。

【０００３】ボイラパネル等のように平面上に多数列を
有する固定チューブの突き合わせ溶接で、隣接するチュ
ーブ間の間隔が１７ｍｍであるような非常に狭隘な被溶
接部に従来の溶接ヘッドを適用しようとしても、図４に
示すように（従来の差込型溶接ヘッドを図示したも
の）、回転用リング２５に取り付けられたトーチ上下動
作用モータ２６と平行に取り付けられた送りネジ２８を
回転させ、スライドブロック２９を移動させることによ
りトーチ３０の上下移動（チューブ２１に対しての接離
方向の移動）を行う機構のため、トーチ上下機構部３１
の寸法が隣接チューブ間隙よりも大きくなり間隙を通過
することができない。

【０００４】従来技術である図５に示す円筒半割り型の
溶接ヘッドでは、トーチ３０を回転させるために溶接ヘ
ッド本体が回転する機構になっている。このため隣接チ
ューブ間隙より直径の大きな回転用モータ３２、ワイヤ
送給用モータ３３、上下用モータ３４がすべて回転して
しまうため間隙を通過することができず適用することが
できない。

【０００５】このような理由でボイラパネル等のように
間隙が非常に狭隘な被溶接部に１周の全姿勢自動溶接ヘ
ッドを適用することができず、従来技術としてはボイラ
パネル片側から半周の自動溶接を行う装置（実公平３−
３５４８８号公報）を適用するか、または手溶接で作業
を行っていた。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】前述の半周自動溶接装
置では１箇所の溶接を行うのに溶接装置の脱着が最低４
回必要であり、また溶接ヘッドの移動も必要である。一
方、手溶接においては被溶接部の品質は作業者の技量に
左右されるほか、作業性も悪いためブローホールや融合
不良などの溶接欠陥が発生しやすい等の問題がある。さ
らに手溶接での溶接作業は１箇所の被溶接部をボイラパ
ネル両面から２人で作業することから非常に工数がかか
った。このような理由により１周の全姿勢自動溶接装置
が要求されていた。

【０００７】しかしながら、全姿勢自動溶接ヘッドには
アーク長調整と多層溶接に対応するためのトーチ上下機
構が必要となるが、狭隘な間隙を通過することができる
コンパクトなトーチとトーチ上下機構は開発されていな
かった。

【０００８】本発明は、上記従来の課題を解決するため
になされたもので、ボイラパネル等の被溶接物の間隙が
狭隘なもので１周の全姿勢溶接が可能な小型の自動溶接
装置を提供し、従来手溶接で施工されていた被溶接部に
自動溶接を適用することで、製品の品質向上と品質安定
化、合わせて溶接作業工数の低減をはかることを目的と
する。

【０００９】

【課題を解決するための手段】前記課題を解決するため
に、本発明は次のような構成を採用する。

【００１０】溶接トーチ、トーチ回転用リング、トーチ
上下用リング、フィラワイヤ送給機構、溶接ヘッドボデ
ィ、クランプ機構、を備えた溶接ヘッドであって、前記
クランプ機構を用いて前記溶接ヘッドを被溶接チューブ
に把持し、前記トーチ回転用リングと前記トーチ上下用
リングは同心円上に配置されるとともに、前記双方のリ
ングの回転軸は被溶接チューブの中心軸と一致させ、前
記溶接トーチは、トーチ台を介して前記トーチ回転用リ
ングによって回転するとともに、前記トーチ上下用リン
グによって被溶接チューブに対して接離方向に移動する
チューブ突き合わせ溶接用全姿勢溶接ヘッド。

【００１１】また、前記チューブ突き合わせ溶接用全姿
勢溶接ヘッドにおいて、前記溶接ヘッドボディには、前
記トーチ回転用リングを回転駆動する回転用モータ、前
記トーチ上下用リングを回転駆動する上下用モータ、前
記クランプ機構、ワイヤを送給する送給モータ、を取り
付け、前記トーチ回転用リング及び前記トーチ上下用リ
ングは、前記回転用モータ及び前記上下用モータを回転
駆動源としてそれぞれの回転伝達手段を介して任意の回
転数で回転するチューブ突き合わせ溶接用全姿勢溶接ヘ
ッド。

【００１２】また、前記チューブ突き合わせ溶接用全姿
勢溶接ヘッドにおいて、前記トーチ台にシャフトが取り
付けられるとともに前記シャフトが前記トーチ上下用リ
ングに設けられた溝に嵌挿され、前記トーチ回転用リン
グと前記トーチ上下用リングの回転数差によって前記溶
接トーチを被溶接チューブに対して接離方向に移動させ
るチューブ突き合わせ溶接用全姿勢溶接ヘッド。

【００１３】

【発明の実施の形態】本発明の実施形態に係る全姿勢自
動溶接ヘッドについて、図１、図２及び図３を用いて以
下説明する。図１は本発明の実施形態に係る１周の全姿
勢溶接が可能な自動溶接ヘッドの構造を示す図であり、
図２は前記溶接ヘッドのトーチとトーチ上下機構を示す
正面図及び側面図であり、図３は前記溶接ヘッドの外観
と各モータエンコーダの配置とクランプ機構を示す図で
ある。

【００１４】ここで、１はトーチ回転用リング、２はト
ーチ上下用リング、３は溶接ヘッドボディ、４はシャフ
ト、５はトーチ上下用モータ、６はトーチ回転用モー
タ、７，８はギヤ、９はトーチ回転位置検出エンコー
ダ、１０はトーチ上下用リング回転位置検出用エンコー
ダ、１１はトーチ、１２は非消耗電極、１３は止めネ
ジ、１４はトーチ台、１５は溝、１６はシャフト、１７
は吐出口、１９はクランプ機構、２０はワイヤ送給機
構、２１はチューブ、２２はハンドノブ、２３はブロッ
ク、２４はネジ、をそれぞれ表す。

【００１５】本実施形態における溶接ヘッドは、図３に
示すように、被溶接チューブ２１（チューブと略す）へ
溶接ヘッドを固定できる構造となっており、溶接ヘッド
は溶接ヘッドボディ３（ボディと略す）、溶接トーチ１
１（トーチと略す）、溶接ヘッドクランプ機構１９（ク
ランプ機構と略す）、トーチ回転用リング１（回転用リ
ングと略す）、トーチ上下用リング２（上下用リングと
略す）、フィラワイヤ（ワイヤと略す）送給機構２０、
回転用エンコーダ９、上下用エンコーダ１０、から構成
されている。

【００１６】そして、回転用リング１、上下用リング２
は同心円上に配置され、２つのリングの回転軸はチュー
ブ２１の中心軸と一致するようになっている。

【００１７】溶接ヘッドのチューブ２１へのクランプ
は、溶接ヘッド側面に取り付けられたハンドノブ２２に
よりネジ２４を回転させブロック２３をチューブ２１に
押しつけることにより行う。

【００１８】図１に示すように、ボディ３には、回転用
モータ６、上下用モータ５にギヤ８ａ，８ｂを介して回
転用エンコーダ９、上下用エンコーダ１０が取り付けら
れている。回転用リング１と上下用リング２は同一シャ
フトに平行に取り付けられたギヤ７ａ，７ｂによりモー
タ５，６の駆動力を伝達する構造となっている。

【００１９】ギヤ７ａと７ｂはそれぞれ独立した回転が
可能な構造となっており、ギヤ７ａは上下用モータ５に
直結されており上下用リング２を駆動できる構造となっ
ている。ギヤ７ｂは回転用モータ６に直結されており、
回転用リング１を駆動できると構造となっている。ギヤ
７ａにはギヤ８ａを介して上下用エンコーダ１０が、ギ
ヤ７ｂにはギヤ８ｂを介して回転用エンコーダ９が取り
付けられており、回転用リング１、上下用リング２は精
密な回転位置制御が可能な構造となっている。

【００２０】このように、ボディにはクランプ機構、ト
ーチ回転用モータ、トーチ上下用モータ、回転用エンコ
ーダ、上下用エンコーダ、ワイヤ送給用モータ、ワイヤ
リールが取り付けられており、回転用モータ、上下用モ
ータとボディに取り付けられているシャフトには２個の
平歯車（ギヤと呼ぶ）が取り付けられ、一方のギヤは回
転用モータにより回転させることができる。もう一方の
ギヤは上下用モータにより回転させることができる構造
となっている図２に示すように、トーチ１１の形状は小
型の円弧形状となっており、本溶接装置はＴＩＧ溶接を
適用しているため、トーチ１１には非消耗電極１２の固
定位置周辺にシールドガス吐出口１７を設けている。こ
の吐出口１７に金網等のガスレンズ１８を取り付けるこ
とでアーク周辺に均一にシールドガスを吐出することが
でき、安定したアークが形成可能な構造となっている。

【００２１】また、トーチ１１の肉厚を薄くするため非
消耗電極１２はトーチ１１側面から止めネジ１３で固定
する構造となっており、アークの輻射熱でトーチ１１が
変形または融解するのを防止するため冷却水を循環させ
ている。

【００２２】図２に示すように、トーチ１１がトーチ台
１４及び他の回転伝達手段を介して回転用リング１に連
結されていることにより、トーチ１１は回転用リング１
の回転によってチューブ２１の溶接箇所の周りを回転し
て溶接箇所にアークを発生させる。

【００２３】トーチ１１の上下移動は、トーチ１１に取
り付けられた円弧形状のトーチ台１４にシャフト１６を
取り付け、上下用リング２に設けられた円弧形状の溝１
５に挿入する。

【００２４】回転用リング１と上下用リング２が同回転
数で回転しているときには上下用リングの溝１５に対し
てのシャフト１６の位置は変わらないためトーチ１１の
上下位置は変化しない。

【００２５】しかし、回転用リング１の回転数より上下
用リング２の回転数が小さくなれば、シャフト１６は傾
斜させて加工してある溝１５内で図に対して右側に移動
する。このためトーチ１１はトーチ台１４の取り付け位
置を中心としてチューブ２１から離反する方向に移動す
ることになる。

【００２６】反対に回転用リング１の回転数より上下用
リング１２の回転数が大きくなれば、シャフト１６は溝
１５内で図に対して左側に移動する。このためトーチ１
１はトーチ台１４の取り付け位置を中心としてチューブ
２１に接近する方向に移動することになる。

【００２７】本実施形態では、溶接速度で回転している
同回転数の回転用リング１、上下用リング２において、
回転用リング１の回転数は変化させず、上下用リング２
の回転速度を増減させることでトーチ１１を上下させて
いる。

【００２８】本実施形態はＴＩＧ溶接を採用している
が、ＧＭＡ溶接など他の溶接方法の自動溶接ヘッドにお
いても同様の構造で小型化を図ることが可能である。

【００２９】以上説明したように、本発明の実施形態
は、次のような構成例、並びに機能乃至作用を奏するも
のを含むものである。

【００３０】クランプ機構を用いて溶接ヘッドを被溶接
物に把持し、トーチを回転させながら１周の全姿勢溶接
を行う自動溶接ヘッドにおいて、図１に示すように溶接
ヘッドの構造をコの字形状とし、回転用リング１、上下
用リング２の馬蹄型リングを被溶接チューブの中心軸を
中心として同心円上に配置して２個のリングはそれぞれ
独立した回転が可能な構造とする。

【００３１】上下用リング２、回転用リング１はボディ
３に取り付けられた３個のシャフト４ａ，４ｂ，４ｃと
上下用モータ５、回転用モータ６に取り付けられた２個
のギヤ７ａ，７ｂが別々に回転することができる構造と
することで、ギヤ７ａ，７ｂを介してモータ５，６で別
々に駆動させることができる構造となっている。

【００３２】また図２に示すようにトーチ１１を円弧形
状として非消耗電極１２は止めネジ１３で固定する。ト
ーチ１１はトーチ台１４端部に取り付け、トーチ台１４
はトーチ１１取り付け側の反対側端部を中心に円弧状に
移動可能な構造とする。

【００３３】上下用リング２端面には円弧形状の溝１５
を傾斜させて加工し、この溝１５にはトーチ台１４に取
り付けられたシャフト１６が挿入され、回転用リング１
と上下用リング２に回転数差が生じると、トーチ台１４
の取り付け軸を中心としてトーチ１１が円弧運動をする
構造とする。

【００３４】本発明によれば、回転用モータ、ワイヤ送
給用モータ、上下用モータをすべてボディに固定するこ
とができ、トーチ回転部、トーチ位置調整部を間隙が約
１７ｍｍである被溶接部においても、隣接するチューブ
と干渉することなく回転させることができ、ボイラパネ
ルのチューブ突き合わせ溶接部等、間隙が狭隘な溶接部
の１周の自動溶接が可能となることで、不良率の低減に
よる品質向上と作業者の技量による品質のばらつきが解
消されるほか、溶接作業工数の低減をはかることができ
る。

【００３５】

【発明の効果】本発明によれば、間隙が狭隘な被溶接部
に適用可能な自動溶接ヘッドを製作することができるの
で、従来工法と比較して溶接作業工数を約半分に低減さ
せることができるほか、溶接部の品質安定化と品質向上
の効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施形態に係る１周の全姿勢溶接が可
能な自動溶接ヘッドの構造を示す図である。

【図２】本実施形態の溶接ヘッドのトーチとトーチ上下
機構を示す正面図及び側面図である。

【図３】本実施形態の溶接ヘッドの外観と各モータエン
コーダの配置及びクランプ機構を示す図である。

【図４】従来の差込型溶接ヘッドの正面図及びトーチ上
下機構を示す概略図である。

【図５】円筒半割り型溶接ヘッドの側面図と正面図を示
す概略図である。

【符号の説明】

１ 回転用リング ２ 上下用リング ３ ボディ ４ シャフト ５ 上下用モータ ６ 回転用モータ ７，８ ギヤ ９ 回転用エンコーダ １０ 上下用エンコーダ １１ トーチ １２ 非消耗電極 １３ 止めネジ １４ トーチ台 １５ 溝 １６ シャフト １７ 吐出口 １９ クランプ機構 ２０ ワイヤ送給機構 ２１ チューブ ２２ ハンドノブ ２３ ブロック ２４ ネジ

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 溶接トーチ、トーチ回転用リング、トー
   チ上下用リング、フィラワイヤ送給機構、溶接ヘッドボ
   ディ、クランプ機構、を備えた溶接ヘッドであって、 前記クランプ機構を用いて前記溶接ヘッドを被溶接チュ
   ーブに把持し、 前記トーチ回転用リングと前記トーチ上下用リングは同
   心円上に配置されるとともに、前記双方のリングの回転
   軸は被溶接チューブの中心軸と一致させ、 前記溶接トーチは、トーチ台を介して前記トーチ回転用
   リングによって回転するとともに、前記トーチ上下用リ
   ングによって被溶接チューブに対して接離方向に移動す
   ることを特徴とするチューブ突き合わせ溶接用全姿勢溶
   接ヘッド。
2. 【請求項２】 請求項１に記載のチューブ突き合わせ溶
   接用全姿勢溶接ヘッドにおいて、 前記溶接ヘッドボディには、前記トーチ回転用リングを
   回転駆動する回転用モータ、前記トーチ上下用リングを
   回転駆動する上下用モータ、前記クランプ機構、ワイヤ
   を送給する送給モータ、を取り付け、 前記トーチ回転用リング及び前記トーチ上下用リング
   は、前記回転用モータ及び前記上下用モータを回転駆動
   源としてそれぞれの回転伝達手段を介して任意の回転数
   で回転することを特徴とするチューブ突き合わせ溶接用
   全姿勢溶接ヘッド。
3. 【請求項３】 請求項１又は２に記載のチューブ突き合
   わせ溶接用全姿勢溶接ヘッドにおいて、 前記トーチ台にシャフトが取り付けられるとともに前記
   シャフトが前記トーチ上下用リングに設けられた溝に嵌
   挿され、前記トーチ回転用リングと前記トーチ上下用リ
   ングの回転数差によって前記溶接トーチを被溶接チュー
   ブに対して接離方向に移動させることを特徴とするチュ
   ーブ突き合わせ溶接用全姿勢溶接ヘッド。