JP2007021566A - 水平型自動溶接装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 ワークの両端をマンドレルの軸心方向へずれることなく、マンドレルのバックバー上で正確に突き合せることができるようにした水平型自動溶接装置の提供。
【解決手段】 フレーム本体１に支持された水平姿勢のマンドレル２に金属板材製のワークを支持させ、ワークＷの両端を突き合せた状態でクランプ機構６によりマンドレル２の上面側に設けたバックバー３上へ押圧固定し、その突合せ部を溶接装置７により突合せ溶接するようにした水平型自動溶接装置７に於いて、マンドレル２に、ワークの両端がマンドレル２の軸心方向へずれることなく、バックバー３上で突き合されるようにワークＷの両側端の位置決めを行うワーク両側端位置決め機構５を設ける。
【選択図】 図１

Description

本発明は、主に円筒状、テーパ状又は角筒状に曲げ加工されたステンレスや鉄、電気亜鉛メッキ鋼板等の金属板材から成るワークを水平姿勢のマンドレルで支持し、ワークの両端をマンドレルの上面側に設けたバックバー上で突合せ溶接してドラムや丸パイプ、テーパ管、角パイプ等の各種製品を作製する水平型自動溶接装置の改良に係り、特に、ワークの両端をマンドレルの軸心方向へずれることなく、マンドレルのバックバー上で正確に突き合せることができるようにした水平型自動溶接装置に関するものである。

従来、この種の水平型自動溶接装置としては、例えば本件出願人が先に開発した金属薄板材の自動溶接装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。

即ち、前記自動溶接装置は、図示していないが、フレーム本体に片持ち状態で支持され、円筒状、テーパ状又は角筒状に曲げ加工されたワークを支持する水平姿勢の長尺状のマンドレルと、マンドレルの上面側に着脱自在に取り付けた長尺状のバックバーと、マンドレルに設けられ、ワークの両端がバックバー上で突合されるようにワークの端面の位置決めを行うセンター位置決め機構と、マンドレルの上方位置に配設され、ワークの両端を突き合せた状態でバックバー上へ押圧固定するクランプ機構と、マンドレルの上方位置に配設され、ワークの突合せ部を突合せ溶接するＴＩＧ溶接装置とから構成されており、マンドレルに支持されたワークの両端をクランプ機構によりバックバー上で突き合せ固定し、この突合せ部をＴＩＧ溶接装置により突合せ溶接して接合するようにしたものである。

この自動溶接装置は、ワークの両端を突き合せた状態でマンドレルのバックバー上に押圧固定するときに、ワークの一方の端面をセンサー位置決め機構により位置決めしてからワークの一方の端面にワークの他方の端面を突合せるようにしているため、ワークの突合せ部がマンドレルの軸心と平行になり、ワークの突合せ溶接を正確に行えることになる。

しかし、前記自動溶接装置に於いては、ワークの両端を突き合せるときに、ワークの両側端がマンドレルの軸心方向へずれてワークの両側端が不揃いになることがあり、この状態で突合せ溶接した場合には、ワーク（製品）の品質が著しく低下することになる。又、ワークの両端を突合せるときには、ワークの両側端がマンドレルの軸心方向へずれないように、作業員が手作業により揃えるようにしているため、熟練と時間を要すると云う問題もあった。

ところで、金属薄板材製のワークの突合せ溶接に於いては、溶接開始時にアークが不安定になり易く、ワークの接合部の始端部に溶け落ちが発生したり、或いはタングステン電極棒の消耗が激しくなる等の問題が発生している。又、溶接終了時にも、出力制御が不安定になり、ワークの接合部の終端部にも溶け落ちが発生し易いと云う問題がある。

この問題を解決するため、金属薄板材製のワークの突合せ溶接に於いては、ワークの突合せ部の両端にタブ材を夫々配設し、一方のタブ材に溶接用トーチを臨ませてこのタブ材とタングステン電極棒との間にアークを発生させ、この初期アークが安定した状態になってから溶接用トーチをワークの突合せ部に沿って移動させた後、他方のタブ材の上で通電を停止することが行われている。このようにすれば、ワークの突合せ部を安定したアーク状態で突合せ溶接することができ、溶け落ち等の欠陥のない突合せ溶接を行えることになる。

従って、上述した従来の自動溶接装置に於いても、マンドレルのバックバーの両端部近傍位置にバックバーの上面よりも上方へ突出するタブ材を夫々設け、一方のタブ材とタングステン電極棒との間で初期アークを発生させ、他方のタブ材の上で通電を停止することが行われている。
この自動溶接装置（マンドレルにタブ材を設けた自動溶接装置）に於いては、ワークの端部側端をバックバーの上面よりも上方へ突出するタブ材に押し当てることによって、ワークの両端がマンドレルの軸心方向へずれるのを防止することができる。

しかし、前記自動溶接装置に於いては、ワークの両端を突き合せた状態でクランプ機構によりマンドレルのバックバー上へ押圧固定するときに、クランプ機構がワークの突合せ部近傍位置とタブ材とを同時にマンドレル側へ押圧固定するようにしているため、マンドレルに設けるタブ材の高さをワークの厚みと同じに設定しなければならない。その結果、ワークが極めて薄板の場合には、タブ材の高さも可なり低くなるため、ワークの端部側端をタブ材に押し当て難くなり、ワークをセットし難いと云う問題が発生している。
又、タブ材をバックバーの片方にしか配設していない場合には、ワークの両端を突合せるときに、ワークの両側端がマンドレルの軸心方向へずれてワークの両側端が不揃いになる虞もあった。
特開２００３−２０５３６９号公報

本発明は、このような問題点に鑑みて為されたものであり、その目的は、ワークの両端をマンドレルの軸心方向へずれることなく、マンドレルのバックバー上で正確に突き合せることができるようにした水平型自動溶接装置を提供することにある。

上記目的を達成するために、本発明の請求項１の発明は、フレーム本体に支持された水平姿勢のマンドレルに金属板材製のワークを支持させ、ワークの両端を突き合せた状態でクランプ機構によりマンドレルの上面側に設けたバックバー上へ押圧固定し、その突合せ部を溶接装置により突合せ溶接するようにした水平型自動溶接装置に於いて、前記マンドレルに、ワークの両端がマンドレルの軸心方向へずれることなく、バックバー上で突き合されるようにワークの両側端の位置決めを行うワーク両側端位置決め機構を設けたことに特徴がある。

本発明の請求項２の発明は、ワーク両側端位置決め機構が、バックバーの一方の端部近傍位置でマンドレルの上面側に上下動自在に配設され、バックバー上のワークの上面よりも上方へ突出してワークの一方の側端が当接するストッパータブと、バックバーの他方の端部近傍位置でマンドレルの上面側に上下動自在且つマンドレルの軸心方向へ移動自在に配設され、バックバー上のワークの上面よりも上方へ突出してワークの他方の側端が当接するスライドタブと、ストッパータブ及びスライドタブをバックバー上のワークの上面よりも上方へ突出すべくフ附勢する弾性体と、スライドタブをストッパータブ側へ附勢する弾性体とを備えており、ワークの端部をクランプ機構によりバックバー上へ押圧固定したときに、ストッパータブ及びスライドタブがクランプ機構によりマンドレル内に押し込まれ、ストッパータブ及びスライドタブの上面がワークの上面と面一になるようにしたことに特徴がある。

本発明の請求項１の水平型自動溶接装置は、マンドレルにワークの端部両側端の位置決めを行うワーク両側端位置決め機構を設けているため、ワークの両端をマンドレルの軸心方向へずれることなく、常に正確にバックバー上で突き合せることができる。その結果、ワンプの突合せ溶接を良好且つ確実に行えると共に、突合せ溶接されたワーク自身の品質の向上を図れる。又、作業員がワークの端部両側端を揃えるのに熟練を不要とし、ワークの両端の突き合せを短時間で行え、大幅なスピードアップを図れる。

本発明の請求項２の水平型自動溶接装置は、マンドレルのバックバーの両端部近傍位置にバックバー上のワークの上面よりも上方へ突出するストッパータブ及びスライドタブを上下動自在に配設し、ワークの端部をクランプ機構によりバックバー上へ押圧固定したときに、ストッパータブ及びスライドタブがクランプ機構によりマンドレル内に押し込まれ、ストッパータブ及びスライドタブの上面がワークの上面と面一になるようにしているため、従来の自動溶接装置のようにタブ材の高さをワークの厚みと同じにする必要もなく、ストッパータブ及びスライドタブの高さをワークの厚みよりも可なり高くすることができる。その結果、薄肉のワークであっても、その側端をスライドタブやストッパータブに押し当て易くなり、ワークのセットを極めて行い易くなる。
又、この自動溶接装置は、スライドタブをマンドレルの軸心方向へ移動自在に配設し、このスライドタブを弾性体によりストッパータブ側へ附勢しているため、ストッパータブとスライドタブとの間にワークの端部をセットしたときに、ワークの端部がストッパータブ及びスライドタブにより挾持された格好になり、ワークの両側端の位置決めをより一層確実に行える。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。
図１及び図２は本発明の実施の形態に係る水平型自動溶接装置を示し、当該水平型自動溶接装置は、円筒状、テーパ状又は角筒状に曲げ加工されたステンレスや鉄、電気亜鉛メッキ鋼板、亜鉛メッキ鋼板等の金属板材から成るワークＷの両端を突合せ溶接により接合してドラムや丸パイプ、テーパ管、角パイプ等の各種製品を作製するものであり、ワークＷの両端を幅方向にずれることなく、正確に突合せ溶接できるようにしたものである。

即ち、前記水平型自動溶接装置は、図１及び図２に示す如く、ボックス状のフレーム本体１と、フレーム本体１に片持ち状態で支持され、ワークＷを支持する水平姿勢の長尺状のマンドレル２と、マンドレル２の上面側に着脱自在に設けた長尺状のバックバー３と、マンドレル２に設けられ、ワークＷの両端がバックバー３上で突き合されるようにワークＷの端面の位置決めを行うセンター位置決め機構４と、マンドレル２に設けられ、ワークＷの両端がマンドレル２の軸心方向へずれることなく、バックバー３上で突き合されるようにワークＷの両側端の位置決めを行うワーク両側端位置決め機構５と、マンドレル２の上方位置に配設され、ワークＷの両端を突き合せ状態でバックバー３上に押圧固定するエアークランプ方式のクランプ機構６と、マンドレル２の上方位置に配設され、ワークＷの突合せ部を突合せ溶接するＴＩＧ溶接装置７とから構成されており、マンドレル２に支持されたワークＷの両端をセンター位置決め機構４及びワーク両側端位置決め機構５により位置決めして突き合せると共に、その突合せ部をクランプ機構６によりバックバー３上に押圧固定し、この状態でワークＷの突合せ部をＴＩＧ溶接装置７により突合せ溶接するようにしたものである。

前記フレーム本体１は、図１及び図２に示す如く、上部に前方へ水平姿勢で突出する長尺状の上部フレーム１ａを有すると共に、下部に前方へ水平姿勢で突出して床面へ設置されるベース１ｂを備えており、フレーム本体１の内部には、溶接用電源装置、アルゴンガス等の溶接用ガスボンベ、コンプレッサー等の圧縮空気源（何れも図示省略）等が夫々収容されている。
又、上部フレーム１ａの上面には、先端部に溶接条件や電極位置等を設定する操作盤８
を取り付けた旋回アーム９が旋回自在に配設されていると共に、上部フレーム１ａの先端部側面には、クランプ機構６のエアースイッチ１０が設けられている。
更に、ベース１ｂのフレーム本体１から前方へ突出する部分には、大きい直径のワークＷの両端を突合せ溶接する際にワークＷの下面側を支持する支持ローラ等から成る支持装置（図示省略）が高さ調整自在に配設されている。

前記マンドレル２は、図１、図２及び図９に示す如く、アルミ合金等の金属材により断面形状が略長方形状の角柱状に形成されたマンドレル本体２′と、マンドレル本体２′の基端部に取り付けた保持軸２″とから成り、保持軸２″をフレーム本体１に取り付けたマンドレルガイド１１に挿着することによって、フレーム本体１に片持ち状態で且つ水平姿勢で支持されている。
前記マンドレル本体２′の上面には、長尺状のバックバー３が着脱自在に嵌め込まれるバックバー取付け溝２ａと、バックバー取付け溝２ａの両端に位置してワーク両側端位置決め機構５を構成するストッパータブ１９及びスライドタブ２０等が夫々上下動自在に嵌め込まれるタブ収納溝２ｂとが連通する状態でマンドレル２の長手方向に沿って一直線状に形成されている。
又、マンドレル本体２′のバックバー取付け溝２ａの底面には、アルゴンガス等のシールドガスが流れる細幅のガス溝２ｃがマンドレル２の長手方向に沿って形成されていると共に、センター位置決め機構４のセンタープレート１７を支持するピストン１８ｂ付きの支持台１８ａが上下動自在に嵌め込まれる凹部２ｄが一定間隔毎に形成されている。
更に、マンドレル本体２′の両側面には、バックバー取付け溝２ａに嵌め込んだバックバー３をマンドレル２側へ固定するためのボルト１２が挿通されるボルト穴２ｅがマンドレル２の長手方向に一定間隔毎に形成されていると共に、マンドレル２の一方の側面には、アルゴンガス等のシールドガスを供給するためのガス供給口２ｆが各凹部２ｄに夫々連通するように一定間隔毎に形成されている。

そして、マンドレル本体２′の先端部には、図１及び図２に示す如く、上部フレーム１ａの先端部に設けたマンドレル受け１３に抜き差し自在に挿入される支持軸１４が取り付けられている。
前記マンドレル受け１３は、ロータリーアクチュエータ１５により水平位置から鉛直位置に亘って９０度正逆回転するように構成されており、マンドレル受け１３を水平位置から鉛直位置に回動させ、マンドレル受け１３に形成した支持穴にマンドレル本体２′の先端部に設けた支持軸１４を挿入することによって、マンドレル本体２′の先端部を支持することができるようになっている。
又、マンドレル本体２′の先端部上面には、マンドレル２にワークＷを容易に挿着できるように上面を下り傾斜面に形成した硬質ナイロン製の入口ガイド１６がボルト１２により取り付けられている。

前記バックバー３は、図４、図７及び図１０に示す如く、銅材により断面形状が長方形の長尺な角柱状に形成されており、マンドレル本体２′のバックバー取付け溝２ａに着脱自在に嵌め込まれている。このバックバー３は、ワークＷの端面同士を突合せ溶接する際に余分な熱を吸収してビードの溶け落ちや穴あき、ワークＷの熱歪等を防止すると共に、ワークＷの突合せ部の裏面側にシールドガスを流して溶接部の酸化を防止するものである。
具体的には、バックバー３は、長手方向に沿って左右に二分割されており、分割された左右のバックバー３′，３′間にセンタープレート１７が遊嵌状態で挿入され且つアルゴンガス等のシールドガスが流れるスリット状の溝３ａが形成されるようになっている。
又、分割された左右のバックバー３′，３′には、マンドレル本体２′のボルト穴２ｅに合致する雌ネジ穴３ｂが長手方向に沿って一定間隔毎に形成されている。

而して、バックバー３は、図４及び図７に示す如く、分割された左右のバックバー３′，３′を対向させた状態でマンドレル本体２′のバックバー取付け溝２ａに夫々嵌め込み、左右のバックバー３′，３′を複数本のボルト１２でマンドレル２側へ締め付け固定することによって、マンドレル２にその軸心方向に沿う姿勢で取り付けられる。このとき、左右のバックバー３′，３′間には、スリット状の溝３ａが形成される。
尚、左右のバックバー３′，３′の厚みは、バックバー３をマンドレル本体２′のバックバー取付け溝２ａに取り付けたときに、左右のバックバー３′，３′間に幅が１ｍｍのスリット状の溝３ａが形成されるように設定されている。又、左右のバックバー３′，３′の高さは、バックバー３をマンドレル本体２′のバックバー取付け溝２ａに取り付けたときに、バックバー３の平面状の上面がマンドレル本体２′の上面より１ｍｍ上方へ突出するように設定されている。

前記センター位置決め機構４は、ワークＷの両端がバックバー３のスリット状の溝３ａ上で突合されるようにワークＷの端面の位置決めを行うものであり、図６、図７及び図１０に示す如く、バックバー３のスリット状の溝３ａ内に上下動自在に挿入された薄鋼板製の長尺状のセンタープレート１７と、マンドレル２に設けられ、センタープレート１７を上下動させるピストン構造の駆動部１８とから構成されている。

即ち、センタープレート１７は、バックバー３のスリット状の溝３ａに遊嵌状態で上下動自在に挿入されており、その上端部がバックバー３の上面から上方へ突出可能になっていると共に、バックバー３の上面から突出した上端部の側面にワークＷの端面が当接するようになっている。このセンタープレート１７は、その厚みが０．５ｍｍに設定されている。そのため、センタープレート１７をバックバー３の溝３ａに挿入したときには、センタープレート１７の側面とバックバー３′との間にアルゴンガス等のシールドガスが流れるスリット状の間隙が形成されることになる。

一方、駆動部１８は、マンドレル２の各凹部２ｄに上下方向へ移動自在に嵌め込まれ、センタープレート１７がボルト１２により支持固定される複数の支持台１８ａと、各支持台１８ａの下面に設けられ、マンドレル２の凹部２ｄの底面に形成したピストン穴２ｇにＯリング１８ｃを介して上下方向へ摺動自在に挿入されたピストン１８ｂと、バックバー３と支持台１８ａとの間に介設され、支持台１８ａ及びピストン１８ｂを下方へ附勢してセンタープレート１７の上端部をバックバー３の溝３ｃ内に位置させる復帰用の圧縮スプリング１８ｄとから構成されており、圧縮空気供給源からの圧縮空気をマンドレル２に形成したエアー供給口２ｈからピストン穴２ｇへ供給すると、ピストン１８ｂ、支持台１８ａ及びセンタープレート１７が圧縮スプリング１８ｄの弾性力に抗して上昇し、センタープレート１７の上端部がバックバー３の上面から上方へ突出し、又、圧縮空気の供給を停止すると、圧縮スプリング１８ｄの弾性力により支持台１８ａ、ピストン１８ｂ及びセンタープレート１７が下降し、センタープレート１７の上端部がバックバー３のスリット状の溝３ａ内に収納されるようになっている。

前記ワーク両側端位置決め機構５は、マンドレル２のバックバー３の両端部近傍位置に設けられており、ワークＷの両端がマンドレル２の軸心方向へずれることなく、バックバー３のスリット状の溝３ａ上で突合されるようにワークＷの両側端の位置決めを行うものである。

即ち、ワーク両側端位置決め機構５は、図３乃至図６に示す如く、バックバー３の一方の端部近傍位置でマンドレル２の上面側に上下動自在に配設され、ワークＷの一方の側端が当接するストッパータブ１９と、バックバー３の他方の端部近傍位置でマンドレル２の上面側に上下動自在且つマンドレル２の軸心方向へ移動自在に配設され、ワークＷの他方の側端が当接するスライドタブ２０と、ストッパータブ１９及びスライドタブ２０をバックバー３上のワークＷの上面よりも上方へ突出すべく附勢する弾性体２１と、スライドタブ２０をストッパータブ１９側へ附勢する弾性体２２とを備えており、ワークＷの端部をクランプ機構６によりバックバー３上へ押圧固定したときに、ストッパータブ１９及びスライドタブ２０がクランプ機構６により弾性体２１の附勢力に抗してマンドレル２内に押し込まれ、ストッパータブ１９及びスライドタブ２０の上面がワークＷの上面と面一になるように構成されている。

具体的には、ワーク両側端位置決め機構５は、図６に示す如く、マンドレル本体２′の先端部側及び基端部側のタブ収納溝２ｂに夫々上下方向へ摺動自在に嵌合されたアルミ合金製の先端側ブロック材２３及び基端側ブロック材２４と、両ブロック材２３，２４の底面に鉛直姿勢で取り付けられ、各タブ収納溝２ｂの底面に形成した貫通穴２ｉにブシュ２５を介して上下方向へ摺動自在に挿通支持されて両ブロック材２３，２４がタブ収納溝２ｂから抜けるのを阻止すると共に、両ブロック材２３，２４の上限位置を規制する軸状のストッパー部材２６と、先端側ブロック材２３の上面に形成した切欠部２３ａにボルト１２により固定され、ワークＷの両端部の一方の側端が当接する銅材製の厚肉板状のストッパータブ１９と、基端側ブロック材２４の上面に形成した切欠部２４ａにガイドレール２７を介してマンドレル２の軸心方向へ移動自在に支持され、ワークＷの両端部の他方の側端が当接する銅材製の厚肉板状のスライドタブ２０と、両ブロック材２３，２４とタブ収納溝２ｂの底面との間に介設され、両ブロック材２３，２４を上方へ附勢してストッパータブ１９及びスライドタブ２０をバックバー３上のワークＷの上面よりも上方へ突出させる圧縮スプリングから成る弾性体２１と、基端側ブロック材２４とスライドタブ２０との間に介設され、スライドタブ２０をマンドレル２の先端部側に設けたストッパータブ１９側へ附勢する圧縮スプリングから成る弾性体２２とを備えており、ストッパータブ１９とスライドタブ２０との間でワークＷの両端部を両側方から挾持すると共に、ワークＷの端部をクランプ機構６によりバックバー３上へ押圧固定したときに、ストッパータブ１９、スライドタブ２０及び両ブロック材２３，２４がクランプ機構６により弾性体２１の附勢力に抗してマンドレル２のタブ収納溝２ｂ内に押し込まれ、ストッパータブ１９及びスライドタブ２０の上面がワークＷの上面と面一になるように構成されている。
尚、ストッパータブ１９及びスライドタブ２０の上方への突出量は、バックバー３の上面から上方へ５ｍｍ程度突出するように設定されている。又、スライドタブ２０のマンドレル２の軸心方向への移動量は、５ｍｍ程度に設定されている。

前記クランプ機構６は、マンドレル２に支持されたワークＷの両端を突き合せた状態でバックバー３上へ押圧固定するものであり、図８に示す如く、フレーム本体１の上部フレーム１ａにヒンジ２８を介して上下方向へ揺動自在に支持され、マンドレル２の上方位置に対向状に配置された左右の支持板２９と、両支持板２９の先端部に取り付けられ、マンドレル２に支持されたワークＷの両端部上面とストッパータブ１９及びスライドタブ２０の上面に夫々当接する銅材製の左右のクランプ３０と、上部フレーム１ａと左右の支持板２９との間に介設され、圧縮空気の供給により膨張して左右の支持板２９及び左右のクランプ３０を下方へ押し下げるエアーチューブ３１と、左右の支持板２９及び左右のクランプ３０を夫々上方へ附勢する引張りスプリング３２と、左右の支持板２９及び左右のクランプ３０を水平移動させて左右のクランプ３０間の間隙を調整する調整ネジ３３等から構成されている。
尚、左右のクランプ３０の長さは、マンドレル２に支持されたワークＷの端部を幅方向全域に亘ってバックバー３上へ押圧固定することができると共に、ストッパータブ１９及びスライドタブ２０を両ブロック材２３，２４と一緒にタブ収納溝２ｂに押し込めるように設定されている。このクランプ３０は、主にアークの拡がりを遮断してワークＷの突合せ部にアークエネルギーを集中的に与えるためのものである。

而して、このクランプ機構６によれば、圧縮空気源からエアーチューブ３１に圧縮空気を供給してエアーチューブ３１を膨張させると、左右の支持板２９及び左右のクランプ３０が引張りスプリング３２の弾性力に抗して下方へ揺動し、左右のクランプ３０がマンドレル２に支持されたワークＷの両端部に当接してワークＷの両端部をバックバー３上に押圧固定すると共に、左右のクランプ３０がストッパータブ１９、スライドタブ２０及び両ブロック材２３，２４を弾性体２１の弾性力に抗してマンドレル２のタブ収納溝２ｂ内へ押し込み、ストッパータブ１９及びスライドタブ２０の上面をワークＷの上面と面一になるようにする。又、圧縮空気の供給を停止すると、左右の支持板２９及び左右のクランプ３０が引張りスプリング３２の弾性力により上方へ揺動し、ワークＷの押圧状態が解除されると共に、ストッパータブ１９、スライドタブ２０及び両ブロック材２３，２４が弾性体２１の弾性力により上昇して元の位置に復帰する。

前記ＴＩＧ溶接装置７は、図１に示す如く、上部フレーム１ａの上面にガイドレール３４を介してマンドレル２の長手方向へ往復移動自在に配設された走行台３５と、走行台３５に昇降自在に支持され、先端部からアルゴンガス等のシールドガスを流すと共に、タングステン電極棒を挿着した溶接用トーチ３６と、溶接用トーチ３６を昇降動させるサーボモータ等から成るトーチ上下動駆動装置（図示省略）と、溶接状況（タングステン電極棒の消耗やアークの状態等）やワークＷの端部の突き合せ状況を確認する監視カメラ（図示省略）と、溶接開始前に於けるタングステン電極棒とワークＷの間隙設定を容易にし、溶接中に於けるタングステン電極棒とワークＷの接触事故を直ちに検知する電極接触検知装置（図示省略）と、走行台３５をマンドレル２の長手方向へ往復走行させるモータ及びボールネジ機構から成る駆動装置（図示省略）等から構成されており、ワークＷの突合せ部を溶接する際に溶接用トーチ３６の先端が自動的に高さ調整され且つ走行台３５及びこれに支持された溶接用トーチ３６が所定の速度でワークＷの突合せ部に沿って直線移動するようになっている。

次に、上述した水平型自動溶接装置を用いて円筒状、テーパ状又は各筒状に曲げ加工されたワークＷの端面同士を突合せ溶接する場合について説明する。

尚、ワークＷには、厚みが０．２ｍｍ〜１．２ｍｍ程度のステンレス、鉄、電気亜鉛メッキ鋼板、亜鉛メッキ鋼板等の金属板材から成る円筒状、テーパ状又は各筒状に曲げ加工されたワークＷが使用されている。又、溶接電流、アーク長、シールドガスの供給量、溶接用トーチ３６の走行速度、タングステン電極棒の先端形状等の溶接条件は、ワークＷの材質、板厚、幅等に応じて最適の条件下に設定されていることは勿論である。

先ず、マンドレル２の先端部をマンドレル受け１３により支持して長尺状のマンドレル２の撓みを防止すると共に、マンドレル２に設けたセンター位置決め機構４のセンタープレート１７を駆動部１８により上昇させてセンタープレート１７の上端部をバックバー３の上面から上方へ突出させた後（図１１参照）、曲げ加工されたワークＷの開口部を手で広げてマンドレル２に挿着する。
尚、この例では、マンドレル２の先端部をマンドレル受け１３で支持してからマンドレル２にワークＷを挿着するようにしたが、ワークＷをマンドレル２の先端部からマンドレル２に挿着し、その後マンドレル２の先端部をマンドレル受け１３で支持するようにしても良い。

ワークＷをマンドレル２に挿着したら、ワークＷの一方の端部をストッパータブ１９とスライドタブ２０との間に位置させてバックバー３の上面に当接させると共に、バックバー３の上面に当接させたワークＷの端部の端面（先端）をセンタープレート１７の上端部側面に当接させる。
即ち、ワークＷの一方の端部の側端をスライドタブ２０の端面に押し当て、スライドタブ２０をワークＷにより弾性体２２の附勢力に抗してマンドレル２の基端部側へスライド移動させてワークＷの一方の端部をストッパータブ１９とスライドタブ２０との間に位置させ、この状態でワークＷの一方の端部をバックバー３の上面に当接させると共に、バックバー３の上面に当接させたワークＷの端部の端面（先端）をセンタープレート１７の上端部側面に当接させた後、スライドタブ２０を移動させるのを停止する（図１２参照）。そうすると、スライドタブ２０が弾性体２２の弾性力によりストッパータブ１９側へ移動し、ワークＷの一方の端部がバックバー３上面に当接し且つその端面（先端）がセンタープレート１７の上端部側面に当接する状態でストッパータブ１９とスライドタブ２０との間で挾持されることになる（図１３参照）。
このとき、スライドタブ２０及びストッパータブ１９は、バックバー３の上面から上方へ高く突出し、バックバー３上にセットされたワークＷの上面よりも上方へ突出しているため、薄肉のワークＷであっても、ワークＷのバックバー３上へのセットを極めて行い易い。

ワークＷの一方の端部をマンドレル２のバックバー３上にセットしたら、クランプ機構６の一方のクランプ３０（センタープレート１７の側面に当接しているワークＷの端部の上方に位置するクランプ３０）を下降させ、当該クランプ３０によりワークＷの一方の端部をバックバー３上に押圧固定する（図１４及び図１５参照）。このとき、クランプ３０は、ストッパータブ１９、スライドタブ２０及び両ブロック材２３，２４を弾性体２１の弾性力に抗してタブ収納溝２ｂ内に押し込み、ストッパータブ１９の上面とスライドタブ２０の上面をワークＷの上面と面一にする。

ワークＷの一方の端部をクランプ機構６によりバックバー３上に押圧固定したら、センター位置決め機構４の駆動部１８に供給されている圧縮空気の供給を停止し、復帰用の圧縮スプリング１８ｄの弾性力により支持台１８ａ及びセンタープレート１７を下降させ、センタープレート１７の上端部をバックバー３の溝３ａ内に収納する（図１４及び図１５参照）。このとき、センタープレート１７は、鉛直姿勢で真っ直ぐに下降するため、センタープレート１７の側面に当接しているワークＷの一端部が下降するセンタープレート１７に引っ掛かると云うことがない。その結果、ワークＷの厚みが薄い場合やワークＷの材質が軟らかい材質の金属材で形成されている場合であっても、ワークＷの端部の変形を防止することができる。

その後、ワークＷの他方の端部の端面を目視によって先にバックバー３上に押圧固定しているワークＷの一方の端部の端面に突き合せ、クランプ機構６の他方のクランプ３０を下降させて当該クランプ３０によりワークＷの他方の端部をバックバー３上に押圧固定する（図１６及び図１７参照）。このとき、ワークＷの一方の端部が予めワーク両側端位置決め機構５のストッパータブ１９及びスライドタブ２０によりマンドレル２の軸心方向の位置が位置決めされているため、ワークＷの他方の端部を先にバックバー３に押圧固定しているワークＷの端部にマンドレル２の軸心方向へずれることなく、常に正確に突き合せることができる。

そして、ワークＷの両端がバックバー３上で突き合せ固定されたら、ガス供給口２ｆからバックバー３のスリット状の溝３ａにアルゴンガス等のシールドガスを供給しつつ、ＴＩＧ溶接装置７によりワークＷの突合せ部を突合せ溶接する（図１７参照）。
即ち、溶接用トーチ３６が下降してタングステン電極棒の先端をスライドタブ２０の表面近傍位置に位置させ、タングステン電極棒の先端とスライドタブ２０との間にアークを発生させ、このアークが安定した状態になってから走行台３５が駆動装置により前進して溶接用トーチ３６をワークＷの突合せ部に沿って所定の速度で走行させた後、溶接用トーチ３６がストッパータブ１９の上へ来た時点で通電を停止してアークをストップする。このように、スライドタブ２０を溶接始点、ストッパータブ１９を溶接終点とすれば、ワークＷの突合せ部を安定したアーク状態で溶接し、溶け落ち等の欠陥のない突合せ溶接を行える。

ワークＷの突合せ溶接が終了すると、バックバー３へのシールドガスの供給を停止すると共に、ＴＩＧ溶接装置７の溶接用トーチ３６が元の位置へ復帰する。その後、クランプ機構６によるワークＷの押圧固定状態を解除し、マンドレル受け１３を鉛直位置から水平位置へ回動させてマンドレル２の先端部を開放し、ワークＷをマンドレル２から引き抜く。このようにして、円筒状、テーパ状又は各筒状に曲げ加工されたワークＷからドラム、丸パイプ、テーパ管又は角パイプが作製されることになる。

上述した水平型自動溶接装置は、マンドレル２にワークＷの端部両側端の位置決めを行うワーク両側端位置決め機構５を設けているため、ワークＷの両端をマンドレル２の軸心方向へずれることなく、常に正確にバックバー３上で突き合せることができる。その結果、ワークＷの突合せ溶接を良好且つ確実に行えると共に、突合せ溶接されたワークＷ自身の品質の向上を図れ、然も、作業員がワークＷの端部両側端を揃えるのに熟練を不要とし、ワークＷの両端の突き合せを短時間で行え、大幅なスピードアップを図れる。
又、この水平型自動溶接装置は、マンドレル２のバックバー３の両端部近傍位置にバックバー３上のワークＷの上面よりも上方へ突出するストッパータブ１９及びスライドタブ２０を上下動自在に配設し、ワークＷの両端を突き合せた状態でクランプ機構６によりバックバー３上へ押圧固定したときに、ストッパータブ１９及びスライドタブ２０がクランプ機構６によりマンドレル２内に押し込まれ、ストッパータブ１９及びスライドタブ２０の上面がワークＷの上面と面一になるようにしているため、従来の自動溶接装置のようにタブ材の高さをワークＷの厚みと同じにする必要もなく、ストッパータブ１９及びスライドタブ２０の高さをワークＷの厚みよりも可なり高くすることができる。その結果、薄肉のワークＷであっても、その側端をスライドタブ２０やストッパータブ１９に押し当て易くなり、ワークＷのセットを極めて行い易くなる。
更に、この自動溶接装置７は、スライドタブ２０をマンドレル２の軸心方向へ移動自在に配設し、このスライドタブ２０を弾性体２２によりストッパータブ１９側へ附勢しているため、ストッパータブ１９とスライドタブ２０との間にワークＷの端部をセットしたときに、ワークＷの端部がストッパータブ１９及びスライドタブ２０により挾持された格好になり、ワークＷの両側端の位置決めをより一層確実に行える。

尚、上記の実施の形態に於いては、マンドレル２を角柱状に形成するようにしたが、他の実施の形態に於いては、マンドレル２を円柱状に形成するようにしても良い。

上記の実施の形態に於いては、バックバー３の上面を平面状に形成するようにしたが、他の実施の形態に於いては、バックバー３の上面を円弧状に形成するようにしても良い。

上記の実施の形態に於いては、バックバー３を長手方向に沿って左右に二分割し、分割した左右のバックバー３′，３′間にスリット状の溝３ａを形成するようにしたが、他の実施の形態に於いては、バックバー３を左右に二分割せずに一体的に形成し、バックバー３の中心線上に長手方向に沿うスリット状の溝３ａを形成し、この溝３ａにセンタープレート１７を遊嵌状態で上下動自在に挿入すると共に、アルゴンガス等のシールドガスを供給するようにしても良い。

上記の実施の形態に於いては、マンドレル２の先端部側にストッパータブ１９を、又、マンドレル２の基端部側にスライドタブ２０を夫々設ける構成としたが、他の実施の形態に於いては、マンドレル２の基端部側にストッパータブ１９を設け、マンドレル２の先端部側にスライドタブ２０を設けるようにしても良い。

上記の実施の形態に於いては、円筒状、テーパ状又は角筒状に曲げ加工したワークＷの突合せ溶接を行うようにしたが、他の実施の形態に於いては、平板状のワークＷの突合せ溶接を行うようにしても良い。

本発明の実施の形態に係る水平型自動溶接装置の側面図である。 水平型自動溶接装置の正面図である。 バックバー及びワーク両側端位置決め機構を設けたマンドレルの一部省略側面図である。 バックバー及びワーク両側端位置決め機構を設けたマンドレルの一部省略平面図である。 センター位置決め機構及びワーク両側端位置決め機構を設けたマンドレルの一部省略平面図である。 バックバー、センター位置決め機構及びワーク両側端位置決め機構を設けたマンドレルの一部省略縦断側面図である。 バックバー及びセンター位置決め機構を設けたマンドレルの拡大縦断正面図である。 クランプ機構の縦断正面図である。 マンドレルを示し、（Ａ）はマンドレルの一部切欠側面図、（Ｂ）はマンドレルの平面図である。 バックバー、センター位置決め機構及びワーク両側端位置決め機構の分解斜視図である。 マンドレル内のセンタープレートが上昇した状態の一部省略縦断側面図である。 ワークの一方の端部をマンドレルのバックバー上にセットする状態の一部省略拡大平面図である。 ワークの一方の端部をマンドレルのバックバー上にセットした状態の一部省略拡大平面図である。 ワークの一方の端部を位置決めしてクランプした状態の拡大縦断正面図である。 ワークの一方の端部を位置決めしてクランプした状態の縦断側面図である。 ワークの両端部を位置決めしてクランプした状態の一部省略拡大平面図である。 ワークの両端部をクランプして溶接している状態の拡大縦断正面図である。

符号の説明

１はフレーム本体、２はマンドレル、３はバックバー、５はワーク両側端位置決め機構、６はクランプ機構、７は溶接装置、１９はストッパータブ、２０はスライドタブ、Ｗはワーク。

Claims (2)

1. フレーム本体（１）に支持された水平姿勢のマンドレル（２）に金属板材製のワーク（Ｗ）を支持させ、ワーク（Ｗ）の両端を突き合せた状態でクランプ機構（６）によりマンドレル（２）の上面側に設けたバックバー（３）上へ押圧固定し、その突合せ部を溶接装置（６）により突合せ溶接するようにした水平型自動溶接装置に於いて、前記マンドレル（２）に、ワーク（Ｗ）の両端がマンドレル（２）の軸心方向へずれることなく、バックバー（３）上で突き合されるようにワーク（Ｗ）の両側端の位置決めを行うワーク両側端位置決め機構（５）を設けたことを特徴とする水平型自動溶接装置。
2. ワーク両側端位置決め機構（５）は、バックバー（３）の一方の端部近傍位置でマンドレル（２）の上面側に上下動自在に配設され、バックバー（３）上のワーク（Ｗ）の上面よりも上方へ突出してワーク（Ｗ）の一方の側端が当接するストッパータブ（１９）と、バックバー（３）の他方の端部近傍位置でマンドレル（２）の上面側に上下動自在且つマンドレル（２）の軸心方向へ移動自在に配設され、バックバー（３）上のワーク（Ｗ）の上面よりも上方へ突出してワーク（Ｗ）の他方の側端が当接するスライドタブ（２０）と、ストッパータブ（１９）及びスライドタブ（２０）をバックバー（３）上のワーク（Ｗ）の上面よりも上方へ突出すべくフ附勢する弾性体（２１）と、スライドタブ（２０）をストッパータブ（１９）側へ附勢する弾性体（２２）とを備えており、ワーク（Ｗ）の端部をクランプ機構（６）によりバックバー（３）上へ押圧固定したときに、ストッパータブ（１９）及びスライドタブ（２０）がクランプ機構（６）によりマンドレル（２）内に押し込まれ、ストッパータブ（１９）及びスライドタブ（２０）の上面がワーク（Ｗ）の上面と面一になるようにしたことを特徴とする請求項１に記載の水平型自動溶接装置。

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