JP2007534496A

JP2007534496A - Ｃｏ２ドライアイスを用いた溶接バーナーの洗浄方法及び装置

Info

Publication number: JP2007534496A
Application number: JP2007508725A
Authority: JP
Inventors: デアオーエ，ユルゲンフォン
Original assignee: デアオーエ，ユルゲンフォン
Priority date: 2004-04-24
Filing date: 2005-04-22
Publication date: 2007-11-29
Also published as: DE112005001612A5; CA2563974A1; WO2005102584A1; US20080236633A1; EP1784275A1

Abstract

本発明は、冷たい媒体、好ましくはＣＯ２ドライアイスを用いて、例えば自動溶接ライン、溶接ロボット及び単品製造における溶接バーナー（１０）を洗浄する方法及び装置に関し、この際、圧力下にある液体ＣＯ２を放圧することにより生じるＣＯ２スノーを直接、わずかに圧縮して、バーナー（１０）に合わせた洗浄管（８）を用いて、均一に、又は間欠的に、接触管（１２）及びガスノズル（１３）の洗浄すべき面に進める。
【選択図】図１

Description

本発明は、自動溶接ライン、溶接ロボット及び単品製造において、溶接バーナーを洗浄するための方法及び装置に関する。

溶接バーナーを洗浄するために、様々な方法が知られている。機械による洗浄をベースとする方法がある。その場合、１つ又は複数のワイヤーブラシ、様々なフライス工具又は成形フライス盤（Formfraeser）が使用される。

この場合、これらの工具では、ガスノズルの外側領域と接触管の一部しか洗浄することができないことが欠点である。バーナー内部の飛沫物（Spritzer）及び排ガス沈着物及び吹き込まれた分離剤は、完全には除去されない。円錐形ガスノズルの場合には、これらの技術を用いても、ガスノズルの内部を洗浄することはできない。バーナーの輪形構造は、工具の回転運動が必要であることによって、もう１つの欠点と判明した。それというのも、これは、接合部又は点領域でのバーナー形態との適合を妨げるためである。バーナーの形態を変えると、洗浄装置を変更することが必要になる。

もう１つの欠点は、バーナーの当初は光沢のある、大抵はニッケルメッキされた表面が、機械的処理により削られて、粗くなることにある。このように粗くなることによって、バーナーは急速に著しく汚染される。

磁石を用いる洗浄も知られている。ここでは、バーナーを特殊な浴に浸漬し、付着している飛沫物を磁石を用いて分離する。この洗浄技術は、鉄金属にしか適していない。アルミニウム、特殊鋼又はブロンズ用の溶接バーナーを洗浄するためには、この方法は適していない。

特許文献１には、異なる温度を有する金属で生じる熱ストレス（Thermospannung）を利用して、溶接バーナーをＣＯ_２空気混合物を用いて洗浄する洗浄技術が記載されている。特許文献１の技術の欠点は、ＣＯ_２ペレットが、洗浄されるべき面に直接衝突する場合しか有効ではないので、接触管が完全には洗浄され得ないことである。回転噴出ノズルは、洗浄効率を上げることができるが、ガス入口穿孔までは有効ではない。さらに、洗浄課題に合わせてペレットを配量し、圧縮空気と混合することは、欠点である。長期間停止すると、凝縮物が生じ、したがって、配量ユニットが結合凍結することは、さらなる欠点であることが判明している。特許文献２には、飛沫物の付着を妨げるという技術が記載されている。このためには、溶接プロセスの前に、分離剤を冷たいバーナーに噴霧する。

国際公開第０２／４９７９４号特開平７−３１４１４２号公報

本発明の課題は、単線式バーナー又は複線式バーナーであるかに関わらず、溶接バーナーを無接触洗浄するための洗浄方法及び洗浄装置を提供することである。

請求項１〜３の記載により、この問題は、洗浄されるべき面に均一に又は間欠的に吹き付けられ、強制誘導により洗浄されるべき面へと誘導される噴射剤、好ましくはＣＯ_２スノーを用いるが、その際、特殊な洗浄ヘッドを接触管の軸上に直線的に移動させて、例えば自動処理ロボットライン内の溶接バーナーを洗浄する方法によって解決される。

請求項４〜７の記載により、接触管と洗浄トップとの共通の軸上を、溶接バーナーに対して直線的にか、又は一定の角度でスライドすることができ、さらに、接触管の外径及びガスノズルの内径に対応している洗浄管から成る、方法を実施するための装置が存在する。

接触管及びガスノズルの外側表面を洗浄するためには、直立管容器又はタンク中にＣＯ_２の液相を保持するために必要な約５，０００ｋＰａ（約５０バール）の圧力をそのまま利用する。圧力下にある液体ＣＯ_２を１つ又は複数のノズルを介して、洗浄管の底部から（この際、流入角度は様々であってもよい）均一に又は１回又は複数回の短い間隔で洗浄管に吹き込む。液体ＣＯ_２の放圧で生じたＣＯ_２スノーを直ちに、洗浄管への強制誘導により同時にわずかに圧縮しながら、洗浄のために、即ち、付着している溶接飛沫物を過冷却するために利用する。この圧縮は、放圧の際の容量増大及び洗浄管の内径による膨張範囲制限により達成される。ＣＯ_２スノーの圧縮が、洗浄管の詰まりをもたらさないように、洗浄管の内径とノズル断面とを一定の比に保持すべきである。室温下で直立管容器を使用する場合には、１：１３の比が有利であることが判明している。溶接飛沫物に対する接触管とガスノズルとの大きな質量差異（Massenunterschiede）は、飛沫物の急速な冷却と、それに伴う収縮により、飛沫物の剥離をもたらす。液体ＣＯ_２を放圧する際に洗浄管中で圧力を平衡させるために、洗浄管は、側面穿孔を備えていてもよい。溶接バーナーの洗浄を、少なくとも２段階で行う。第１段階では、洗浄管を備える適切な洗浄ヘッドは、ガスノズルの外径に応じた距離でガスノズル前に位置する。この距離で、ガスノズルのガス出口開口部の洗浄を、ＣＯ_２スノーの短時間負荷により行う。引き続き、溶接バーナーを、接触管に関しては洗浄管内へと、ガスノズルに関しては洗浄管の上方へと移動させる。さらなるＣＯ_２インパルス及び洗浄位置により限定される強制誘導を用いて、接触管の外部領域及びガスノズルの内部領域を洗浄する。

冷噴射技術を使用することにより、特に、ＣＯ_２スノー及びバーナーに適した洗浄管を使用することにより、接触することなく、バーナーを閉塞させ、溶接ミスの原因となりうる付加的な圧力プロセス（Spannvorgang）なしに、バーナーの洗浄を実施することができることに、本発明の利点はある。ＣＯ_２スノーにより、不純物の限られた冷却及び剥離が主に、その際に生じる熱ストレスによって生じ、相転移によって生じ、洗浄管による強制誘導により助長されるＣＯ_２スノー−空気流が、剥離した不純物を外部へと吹き出す。

本発明のもう１つの利点は、ＣＯ_２スノー又は冷噴射技術を使用することにより、溶接バーナーへの直接的な接触が生じないので、溶接バーナーの表面が痛んだり、削られたりしないことである。

さらに、無接触洗浄により、バーナーの形態を対応する溶接課題にかなり良好に適合させることができるので、ノッチ、コーナー又は狭い領域での溶接が簡単になったり、可能になり得ることは、有利である。

本発明のさらなる形態は、溶接バーナーが固定されている場合に、洗浄装置をキャリッジ上に取り付けて、このキャリッジにより、個々の洗浄位置への運搬を可能にすることにある。

本発明による解決を続行する際には、液体ＣＯ_２を洗浄管の壁内部に、ガスノズルの直前まで供給し、放圧したら直ちに、ガスノズルの前面に吹き付ける。

本発明による解決をさらに続行する際には、洗浄を、２種の別々の洗浄管を用いて実施する。多線式バーナー又はタンデム式バーナーの場合、ガスノズルは、１つ又は複数の接触管を包含する。洗浄の第１のステップでは、液体ＣＯ_２を小さいノズルの輪状縁部から直接、様々な噴射角度で、ガスノズルの前面に進める。輪状縁部は、ガスノズルの輪郭に合わせておく。第２のステップでは、１つ又は複数の接触管を洗浄するが、この際、洗浄管が、洗浄されるべき接触管の上方に均一に移動するように、バーナーをロボットにより移動させる。

本発明による解決をさらに進めた実施の形態は、後方からのバーナーの洗浄及び吹き出しである。このために、洗浄管を接触管のすぐ上方へ移動させ、圧力下の液体ＣＯ_２を洗浄管の壁内で前方へと供給する。放圧により、ＣＯ_２スノーはガスノズルの上にも接触管の上にも進む。洗浄管内の穿孔により、ＣＯ_２スノーの噴出が可能になり、動圧が抑制される。バーナー洗浄のこれらの変形形態は、上述したように、２段階でも実施することができる。第１段階では、ガスノズル出口開口部の洗浄を行い、第２段階では、バーナーの内部領域の洗浄を行う。

材料、添加材料及び溶接パラメーターが、溶接飛沫物の形態及びサイズに影響を与えることは当然である。これらは、洗浄装置を所定の作業条件に適合させることを必要とする。これらの適合は、洗浄管が区分される実施の形態にある。

様々な本発明による実施の形態を組み合わせることにより、洗浄の変形形態を溶接プロセスに直接適合させることによる無接触洗浄のさらなる利点が生じる。

本発明を次で、４つの実施例により詳述する。

（実施例１）
ＣＯ_２液体タンク１から、液体ＣＯ_２を、圧力管２を介してバルブ３に供給する。バルブ３の前には、液体ＣＯ_２の状態を制御するための計測装置４が存在する。バルブ３は、洗浄ヘッド５に直結している。洗浄ヘッド５は、ハウジング７のナット６により保持されている。洗浄管８は、ユニオンナット９によりポジショニングされている。洗浄のために、溶接バーナー１０を、作業位置から出発位置１１へと移動させて、接触管１２及びガスノズル１３が洗浄管８と共に、中心線１４上に位置するように並べる。並べた後に、溶接バーナー１０を出発位置１１から第１の洗浄位置１８まで移動させる。計測装置４から、信号１５により、ＣＯ_２液が存在することが確認されたら、ロボットにより、バルブ３を開放する信号１６が与えられる。液体ＣＯ_２がノズル開口部１７を通って洗浄管８へと流れ、同時にわずかに圧縮されながら放圧してＣＯ_２スノーになり、これは、ＣＯ_２液体タンク１中での圧力により、ガスノズル１３の出口開口部へと吹き込まれる。必要な圧力平衡は、平衡開口部２０により達成される。ガスノズル１３の出口開口部が洗浄されたら、溶接バーナー１０を第１の洗浄位置１８から第２の洗浄位置１９へと移動させる。すると、接触管１２は、洗浄管８の中へ移動し、ガスノズル１３は洗浄管８の上方に移動する。位置１９に達したら、信号１６により、バルブ３が開放され、新たにＣＯ_２スノーが洗浄管８に吹き込まれる。入り込んだ接触管１２により、ＣＯ_２スノーは強制的に、接触管１２及びガスノズル１３の内面に供給される。洗浄が成功したら、溶接バーナー１０を出発位置１１へと、さらにそこから作業位置へと戻す。

（実施例２）
ＣＯ_２液体タンク１から、液体ＣＯ_２を、圧力管２を介してバルブ３に供給する。バルブ３の前には、液体ＣＯ_２の状態を制御するための計測装置４が存在する。バルブ３は、洗浄ヘッド５に直結している。洗浄ヘッド５は、ナット６によりハウジング内に保持されている。洗浄管８は、ユニオンナット９によりポジショニングされている。洗浄のために、タンデムバーナー２１を、作業位置から出発位置２２へと移動させて、タンデムバーナー２１の中心線２３が洗浄管８の中心線と一致するように並べる。この位置から、タンデムバーナー２１を角度２４だけ傾斜させて、接触管２５が洗浄管８と一緒に中心線１４上に位置するようにする。並べた後に、傾斜したタンデムバーナー２１を出発位置２２から第１の洗浄位置２６まで移動させる。計測装置４から、信号１５により、ＣＯ_２液が存在することが確認されたら、ロボットにより、バルブ３を開放する信号１６が与えられる。液体ＣＯ_２がノズル開口部１７を通って洗浄管８へと流れ、同時にわずかに圧縮されながら放圧してＣＯ_２スノーになり、これは、容器１中での圧力により、ガスノズル２７の出口開口部へと吹き込まれる。必要な圧力平衡は、平衡開口部２０により達成される。ガスノズル２７の一部の出口開口部が洗浄されたら、タンデムバーナー２１を第１の洗浄位置２６から第２の洗浄位置２８へと移動させる。すると、接触管２５は、洗浄管８の中へ移動し、ガスノズル２７は洗浄管８の上方に移動する。洗浄位置２８に達したら、信号１６により、バルブ３が開放され、新たにＣＯ_２スノーが洗浄管８に吹き込まれる。洗浄管８に入り込んだ接触管２５により、ＣＯ_２スノーは強制的に、接触管２５及びガスノズル２７の内面に供給される。洗浄が成功したら、タンデムバーナー２１を出発位置２２へと戻す。タンデムバーナー２１をこの位置で、角度２４だけ出発位置へと傾斜させ、さらに、同じ角度２４だけ、反対側に傾斜させて、接触管２９と洗浄管８とが同じ中心線１４上に位置するようにする。接触管２５と同様の方法で、洗浄を行う。第２の洗浄管も洗浄したら、タンデムバーナーを出発位置２２へ戻し、角度２４だけ出発位置へと傾斜を戻し、そこから、作業位置へ移動させる。

（実施例３）
実施例１中の洗浄ヘッド５の上に、内部穿孔を備える洗浄管３０を載せ、拡張されたユニオンナット３４により所定の位置に配置する。溶接バーナー１０を洗浄プログラムに応じて、ガスノズル１３のガス出口開口部を洗浄するために第１の位置１８へと移動させて、液体ＣＯ_２をガスノズル１３の直前で、ＣＯ_２スノーを生じさせながら、内部穿孔を備える洗浄管３０の内部穿孔３１からガス出口開口部へと吹き出すか、又は、直ちに、第２の洗浄位置１９へと移動させて、そこで、内部穿孔を備える洗浄管３０の壁の材料及び厚さに依存する熱容量に影響を受けるＣＯ_２スノーの強制誘導により、接触管１２とガスノズル１３の内部壁とを同時に洗浄する。動圧を回避し、熱ストレスにより剥離した溶接飛沫物を輸送するために、内部穿孔を備える洗浄管３０には、複数の排気穿孔３２が設けられている。ガスノズルの剥離飛沫物を内部穿孔を備える洗浄管３０から除去するために、拡張されたユニオンナット３４には、空気出口開口部３３が備えられている。

（実施例４）
実施例１中の洗浄ヘッド５の上に、区分されている洗浄管３５を載せ、適合するユニオンナット３６によりその位置で固定する。溶接バーナー１０を洗浄プログラムに応じて、ガスノズル１３のガス出口開口部を洗浄するために位置１８へと移動させるか、又は、区分された領域３７と共に、接触管１２の上方へと移動させる。ノズル輪状縁部が位置１９に、さらにノズル輪状縁部３９が位置１８に位置するまで、溶接バーナー１０を接触管１２の上方に移動させる。様々なバルブを操作することにより、ノズル輪状縁部３８及び３９は有効になる。バルブを交互又は同時に制御（ansteuerung）することにより、洗浄を行う。開放穿孔４０は、動圧を抑制し、空気穿孔４１は、区分されている洗浄管３５から残滓を除去する。

単線式バーナー用の洗浄装置の構造の図である。複線式バーナー（タンデム式バーナー）用の洗浄装置の構造の図である。液体ＣＯ_２を適切に供給するための内部穿孔を備える交換可能な洗浄管の図である。区分されている洗浄管の図である。

符号の説明

１ＣＯ_２液体タンク
２圧力管
３バルブ
４計測装置
５洗浄ヘッド
６ナット
７ハウジング
８洗浄管
９ユニオンナット
１０溶接バーナー
１１出発位置
１２接触管
１３ガスノズル
１４中心線
１５信号（ＣＯ_２液体）
１６信号（バルブ）
１７ノズル開口部
１８第１の洗浄位置（単線式バーナー）
１９第２の洗浄位置（単線式バーナー）
２０平衡穿孔
２１タンデムバーナー
２２出発位置
２３中心線
２４角度
２５第１の接触管
２６第１の洗浄位置（タンデムバーナー）
２７ガスノズル
２８第２の洗浄位置（タンデムバーナー）
２９第２の接触管
３０内部穿孔を備える洗浄管
３１内部穿孔
３２排気穿孔
３３空気出口開口部
３４拡張されたユニオンナット
３５区分されている洗浄管
３６適合するユニオンナット
３７区分された領域
３８ノズル輪状縁部
３９ノズル輪状縁部
４０開放穿孔
４１空気穿孔

Claims

噴射剤を用いた溶接バーナーの洗浄方法であって、
前記バーナーに適した交換可能な洗浄管（８）の底部に位置している１つ又は複数の噴射ノズル（１７）を用いて、タンク（１）中で圧力下にある液体ＣＯ_２を、前記洗浄管（８）に均一に吹き込み、
前記洗浄管（８）の内径に沿っておよび後から流入するＣＯ_２によってＣＯ_２を濃縮し、前記洗浄管（８）の熱容量により一部を気体状態に変えて、ＣＯ_２を膨張させることによって、ＣＯ_２スノーを生じさせ、
前記液体ＣＯ_２の圧力および気体ＣＯ_２の体積増加により、前記ＣＯ_２スノーを、洗浄されるべきバーナー（１０）の特定領域に強制誘導し、
前記バーナー（１０）は、複数の洗浄位置（１８、１９）に動くことにより前記強制誘導を進め、
前記強制誘導により生じ平衡開口部（２０）に支持される流れによって、剥離した汚染物が前記バーナー領域から除去される、
ことを特徴とする噴射剤を用いた溶接バーナーの洗浄方法。
前記液体ＣＯ_２は、前記洗浄管（８）に一定の間隔で吹き込まれることを特徴とする、請求項１に記載の噴射剤を用いた溶接バーナーの洗浄方法。
前記噴射ノズル（１７）の流出面積の合計を、前記洗浄管（８）の内面に対して一定の比とすることにより、効果的な濃縮を得ることを特徴とする、請求項１または２に記載の噴射剤を用いた溶接バーナーの洗浄方法。
ＣＯ_２スノーなどの噴射剤を用いた溶接バーナーの洗浄方法を実行する装置であって、
洗浄管は、前記液体ＣＯ_２を吹き込むための１つ又は複数の噴射ノズル（１７）を底部に有する前記溶接バーナーと長さ、直径、形態が一致し、それにより、該噴射ノズル（１７）の断面の合計は、形態及びサイズにおいて、洗浄管（８）に対して一定の比に調節されており、
長さ、直径、形態が前記バーナー（１０、２１）に適している前記洗浄管（８）は、接触管（１２、２５、２９）と同一の中心線（１４）上に並んだ後に、該バーナー（１０、２１）を収容するように配置され、
この際、該バーナー（１０、２１）を動かすことにより、前記接触管（１２、２５、２９）は、前記洗浄管（８）内へ移動し、ガスノズル（１３、２７）は該洗浄管（８）の上方へ移動することを特徴とする、
ＣＯ_２スノーなどの噴射剤を用いた溶接バーナーの洗浄方法を実行する装置。
前記溶接バーナー（１０、２１）は固定され、前記装置は、洗浄位置（１８、１９、２６、２８）に移動可能であり、
前記装置を同軸で移動可能なキャリッジを設置することにより、前記洗浄管（８）を前記溶接バーナー（１０、２１）に通るようにすることを特徴とする請求項４に記載の、ＣＯ_２スノーなどの噴射剤を用いた溶接バーナーの洗浄方法を実行する装置。
ＣＯ_２スノーなどの噴射剤を用いた溶接バーナーの洗浄方法を実行する装置であって、
前記内部穿孔の輪状縁部（３１）から圧力下に流出する液体ＣＯ_２が、ＣＯ_２スノーを生じさせながら直接、ガスノズル（１３、２７）の正面に進むように、
続いて、前記溶接バーナー（１０）が内側から、ＣＯ_２スノーを同時に生じさせながら液体ＣＯ_２が新たに短時間流入することによって洗浄されるまで、１つ又は複数の接触管（１２、２５、２９）が、前記内部穿孔を備える洗浄管（３０）内へと移動するように、
長さ、直径、形態が前記バーナー（１０、２１）に一致する内部穿孔を備える洗浄管（３０）を、該溶接バーナー（１０、２１）に対して配置可能とし、
その際、前記ＣＯ_２スノーは、該接触管（１２、２５、２９）及び前記ガスノズル（１３、２７）の内面を同時に洗浄し、排気穿孔（３２）により動圧を防止し、ＣＯ_２スノーとガスの混合物と剥離汚染物質との流出を可能にすることを特徴とする、
ＣＯ_２スノーなどの噴射剤を用いた溶接バーナーの洗浄方法を実行する装置。
ＣＯ_２スノーなどの噴射剤を用いた溶接バーナーの洗浄方法を実行する装置であって、
長さ、直径、形態が前記バーナー（１０、２１）と一致する、段差のある洗浄管（３５）について、前記溶接バーナー（１０）に対する最初の位置を、
ノズル輪状縁部（３８）から流出しＣＯ_２スノーを生じさせる液体ＣＯ_２が、ガスノズル（１３、２７）の出口開口部へと進むように配置するか、
あるいは、段差のある領域（３７）が位置（１８、１９）の間の差に対応する、前記段差のある洗浄管（３５）を、ノズル輪状縁部（３８）が位置（１９）に、ノズル輪状縁部（３９）が位置（１８）に位置するように、１つ又は複数の接触管（１２、２５、２９）の上方に移動させ、前記バーナー（１０、２１）の対応する領域を同時に、又は一定の間隔で洗浄可能とするように配置し、
その際、排気穿孔（３３）は、動圧を防止し、空気穿孔（４１）は段差のある洗浄管（３５）の洗浄を可能にすることを特徴とする、
ＣＯ_２スノーなどの噴射剤を用いた溶接バーナーの洗浄方法を実行する装置。