JP2008254024A - 円周溶接用内治具装置及びこれを用いた円周溶接方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 円周溶接する際に、余分な熱を吸収して溶接による溶接部の熱歪を抑制すると共に、ビードの溶け落ちや穴あきを防止し、又、シールドガスを流して溶接部の酸化を防止する。
【解決手段】 円筒状の胴体Ｗａと皿状の蓋体Ｗｂ又は同一径の二つの筒体同士を突き合せてその突合せ部を外方から円周溶接する際に、胴体Ｗａと蓋体Ｗｂ又は筒体の突合せ部を内方から保持する円周溶接用内治具装置１であって、前記円周溶接用内治具装置１は、胴体Ｗａと蓋体Ｗｂ又は筒体同士の突合せ部の内方に挿入される円盤状のベース１２と、ベース１２の外周縁部に配置され、胴体Ｗａと蓋体Ｗｂ又は筒体同士の突合せ部の内周面に面接触状態で圧接し得ると共に、胴体Ｗａと蓋体Ｗｂ又は筒体同士の突合せ部の内周面側にシールドガスを流す縮拡径自在な環状の裏当て治具１３と、ベース１２と裏当て治具１３との間に設けられ、裏当て治具１３を縮拡径させる駆動部１４とを備える。
【選択図】 図１８

Description

本発明は、主にステンレス板や鋼板等から成る円筒状の胴体と皿状の蓋体（鏡板）とを突き合せてその突合せ部を外方から円周方向に溶接して大型のドラム缶や大型の円筒状のタンク等を作製する際、或いは同一径の二つの筒体同士を突き合せてその突合せ部を外方から円周方向に溶接する際に、前記胴体と蓋体（鏡板）の端部同士又は二つの筒体の端部同士を突き合せた状態で内方から保持する円周溶接用内治具装置およびこれを用いた円周溶接方法に係り、特に、胴体と蓋体又は筒体同士を突き合せて円周溶接する際に、余分な熱を吸収して溶接による熱歪を抑制すると共に、ビードの溶け落ちや穴あきを防止し、又、胴体と蓋体又は筒体同士の突合せ部の内周面側にシールドガスを流して溶接部の酸化を防止するようにした円周溶接用内治具装置及びこれを用いた円周溶接方法に関するものである。

一般に、ステンレス板や鋼板等から成る大型のドラム缶や大型の円筒状のタンク等は、円筒状の胴体と皿状の蓋体とをクランプ装置等により外側から保持して突き合せ、その突合せ部を内方から手溶接又は自動溶接機により突合せ溶接することにより作製されている。胴体と蓋体の突合せ部を内方から溶接するのは、胴体と蓋体との突合せ部を確実に溶接するためである。

しかし、大型のドラム缶や大型の筒状のタンク等を内方から溶接する際には、作業員がドラム缶内やタンク内に入って溶接作業をしたり、或いはドラム缶内やタンク内で自動溶接機の組み立てや操作等を行わなければならず、作業性や操作性等に劣ると云う問題があった。
又、ドラム缶やタンク等を作製する際には、胴体と蓋体とを突合せ溶接しているため、胴体や蓋体の寸法精度や加工精度を高めなければならないうえ、精度の高いクランプ装置が必要であり、設備費が高く付くと云う問題があった。

一方、円周溶接の技術分野に於いては、円筒状のタンク等を外方から溶接して作業性や操作性等を高めるようにした周溶接装置が開発され、特開平８−２２４６９３号公報（特許文献１）として公開されている。

即ち、前記周溶接装置は、図示していないが、エアタンクの胴部をその中心軸回りに回転自在に保持する開閉自在なクランプ台と、エアタンクの鏡板を吸着してエアタンクの胴部の端部開口部に押し付け、鏡板と胴部とをその中心軸回りに回転駆動する鏡板取付機構と、胴部の端部開口部を挾持して胴部の端部開口部の形状を保持する開閉自在な環状の形状保持部材と、胴部の端部開口部と鏡板との突合せ部を外方から周溶接する溶接トーチ等から構成されており、エアタンクの胴部をクランプ台に回転自在に保持させた後、胴部の端部開口部を形状保持部材で挾持して胴部の端部開口部の歪を直すと共に、胴部の端部開口部に鏡板取付機構により吸着したエアタンクの鏡板を押し付け、この状態で胴部と鏡板を鏡板取付機構により回転させながら、胴部と鏡板の突合せ部を溶接トーチにより外方から円周溶接するようにしたものである。

然し乍ら、このような構成の周溶接装置を用いてタンクやドラム缶等の溶接を行うと、作業性や操作性等は良くなるものの、加熱中の膨張及び冷却中の収縮によって溶接後に収縮や変形を生じ、製品の仕上り精度を著しく低下させると云う問題があった。即ち、ドラム缶や円筒状のタンクを外方から円周溶接すると、溶接部に比較的大きな「くびれ」が生じることになる。その結果、製品の仕上り精度を著しく低下させ、商品価値を著しく損なうと云う問題があった。特に、前記周溶接装置に於いては、エアタンクの胴部をクランプ装置や形状保持部材により外側から保持するようにしているため、溶接時の熱収縮によって前記「くびれ」がより一層顕著に現れることになる。
特開平８−２２４６９３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、胴体と蓋体又は筒体同士を突き合せて円周方向に溶接する際に、余分な熱を吸収して溶接による熱歪を大幅に抑制すると共に、ビードの溶け落ちや穴あきを防止し、又、胴体と蓋体又は筒体同士の突合せ部の内周面側にシールドガスを流して溶接部の酸化を防止できるようにした円周溶接用内治具装置及びこれを用いた円周溶接方法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、円筒状の胴体と皿状の蓋体又は同一径の二つの筒体同士を突き合せてその突合せ部を外方から円周方向に溶接する際に、前記胴体と蓋体の突合せ部又は二つの筒体の突合せ部を内方から保持する円周溶接用内治具装置であって、前記円周溶接用内治具装置は、胴体と蓋体の突合せ部の内方又は筒体同士の突合せ部の内方に挿入される円盤状のベースと、ベースの外周縁部に配置され、胴体と蓋体の突合せ部の内周面又は筒体同士の突合せ部の内周面に面接触状態で圧接し得ると共に、胴体と蓋体の突合せ部の内周面側又は筒体同士の突合せ部の内周面側にシールドガスを流す複数の円弧形状の裏当て治具片から成る縮拡径自在な環状の裏当て治具と、ベースと裏当て治具との間に設けられ、裏当て治具を縮拡径させる駆動部とを備えており、胴体と蓋体の突合せ部又は筒体同士の突合せ部を円周溶接する際に、裏当て治具を駆動部により拡径させて胴体と蓋体の突合せ部の内周面又は筒体同士の突合せ部の内周面に面接触状態で圧接させるようにしたことに特徴がある。

本発明の請求項２の発明は、裏当て治具が、ベースの外周縁部に円周方向に等間隔毎に配置された複数の円弧形状の裏当て治具片から構成されており、各裏当て治具片は、円弧形状の本体と、本体の円弧状外周面に本体の厚み方向に一定の隙間の空けて設けられ、胴体と蓋体の突合せ部の内周面側又は筒体同士の突合せ部の内周面側へシールドガスを流すガス溝を形成すると共に、前記突合せ部近傍の内周面に面接触する銅材により形成された二枚の円弧状のバックバーとから成り、前記二枚のバックバーを本体に交換可能に取り付けたことに特徴がある。

本発明の請求項３の発明は、駆動部が、ベースと裏当て治具との間に介設され、裏当て治具を構成する各裏当て治具片をベースの中心方向へ附勢して裏当て治具を縮径させる複数のスプリングと、ベースに放射状に取り付けられ、各裏当て治具片に形成したベースの径方向に沿うピストン穴に摺動自在に挿入されて前記ピストン穴に作動流体を供給し得る複数のピストンとから成り、各ピストンを通して各裏当て治具片のピストン穴に作動流体を供給することによって、各裏当て治具片を環状に押し拡げて裏当て治具を拡径させ、当該裏当て治具を胴体と蓋体の突合せ部の内周面又は筒体同士の突合せ部の内周面に面接触状態で圧接させるようにしたことに特徴がある。

本発明の請求項４の発明は、駆動部が、ベースと裏当て治具との間に介設され、裏当て治具を構成する各裏当て治具片をベースの中心方向へ附勢して裏当て治具を縮径させる複数のスプリングと、ベースと各裏当て治具片との間に環状に配設され、作動流体の供給により膨張するチューブとから成り、環状のチューブに作動流体を供給してチューブを膨張させることによって、各裏当て治具片を環状に押し拡げて裏当て治具を拡径させ、当該裏当て治具を胴体と蓋体の突合せ部の内周面又は筒体同士の突合せ部の内周面に面接触状態で圧接させるようにしたことに特徴がある。

本発明の請求項５の発明は、円筒状の胴体と皿状の蓋体又は同一径の二つの筒体同士を突き合せてその突合せ部を外方から円周方向に溶接する際に、前記突合せ部の内方に請求項１、請求項２、請求項３又は請求項４に記載の円周溶接用内治具装置をセットした後、当該円周溶接用内治具装置の環状の裏当て治具を駆動部により拡径させてその外周面を胴体と蓋体の突合せ部の内周面又は筒体同士の突合せ部の内周面に圧接させ、胴体と蓋体の突合せ部又は筒体同士の突合せ部を円周溶接用内治具により内方から保持した状態で胴体と蓋体又は筒体同士を円周溶接用内治具装置と一緒に回転させながら、胴体と蓋体の突合せ部の内周面側又は筒体同士の突合せ部の内周面側にシールドガスを流しつつ、胴体と蓋体の突合せ部又は筒体同士の突合せ部を溶接装置により外方から円周方向に溶接するようにしたことに特徴がある。

本発明の円周溶接用内治具装置は、ドラム缶等の胴体と蓋体の突合せ部の内方又は同一内径の二つの筒体同士の突合せ部の内方に挿入される円盤状のベースと、ベースの外周縁部に配置され、胴体と蓋体の突合せ部の内周面又は筒体同士の突合せ部の内周面に面接触状態で圧接し得ると共に、胴体と蓋体の突合せ部の内周面側又は筒体同士の突合せ部の内周面側にシールドガスを流す縮拡径自在な環状の裏当て治具と、ベースと裏当て治具との間に設けられ、裏当て治具を縮拡径させる駆動部とから成り、胴体と蓋体の突合せ部又は筒体同士の突合せ部を外方から円周溶接する際に、環状の裏当て治具を駆動部により拡径させて胴体と蓋体の突合せ部の内周面又は筒体同士の突合せ部の内周面に面接触状態で圧接させるようにしているため、円周溶接するときに裏当て治具により溶接部が冷却され、溶接部の熱歪が大幅に抑制されると共に、ビードの溶け落ちや穴あきが防止されることになる。

又、本発明の円周溶接用内治具装置は、胴体と蓋体の溶接時又は筒体同士の溶接時に胴体と蓋体の突合せ部又は筒体同士の突合せ部を内方から保持するようにしているため、溶接部の熱歪による収縮をより確実に抑制することができると共に、胴体と蓋体又は筒体同士は正確に突き合された状態で確実に保持され、円周溶接する際に位置ずれを起こすことなく接合されることになる。

更に、本発明の円周溶接用内治具装置は、環状の裏当て治具が胴体と蓋体の突合せ部の内周面側又は筒体同士の突合せ部の内周面側へシールドガスを流すガス溝を備えているため、溶接部の酸化を防止することができる。

そのうえ、本発明の円周溶接用内治具装置は、環状の裏当て治具を構成する円弧状の複数の裏当て治具片が、円弧形状の本体と、本体の円弧状外周面に設けた銅材により形成された二枚の円弧状のバックバーとから成り、前記二枚のバックバーを本体に交換可能に取り付ける構成としているため、長期間の使用によりバックバーのエッジ部分に溶融や腐食が発生してエッジ部分の形状が変化して最適な突合せ溶接が困難になった場合、バックバーのみを新しいバックバーに交換するだけで良い。その結果、裏当て治具全体を交換したりする必要もなく、コストの低減を図れる。又、裏当て治具のバークバーのみを熱伝導率の高い銅材により形成しているため、材料費が高くつくと云うこともない。

加えて、本発明の円周溶接用内治具装置は、環状の裏当て治具をピストン構造の駆動部やチューブ構造の駆動部により拡径させているため、裏当て治具を胴体と蓋体の突合せ部の内周面又は筒体同士の突合せ部の内周面に面接触状態で確実且つ良好に圧接させることができ、胴体と蓋体の突合せ部又は筒体同士の突合せ部を正確且つ確実に保持することができる。又、環状の裏当て治具を駆動部により縮拡径させているため、裏当て治具の縮拡径を自動で行うことができ、至極便利である。

本発明の円周溶接用内治具装置を用いた円周溶接方法は、胴体と蓋体の突合せ部の内方又は二つの筒体の突合せ部の内方に円周溶接用内治具装置をセットした後、当該円周溶接用内治具装置の環状の裏当て治具を駆動部により拡径させてその外周面を胴体と蓋体の突合せ部の内周面又は筒体同士の突合せ部の内周面に圧接させ、胴体と蓋体の突合せ部又は筒体同士の突合せ部を円周溶接用内治具により内方から保持した状態で胴体と蓋体又は筒体同士を円周溶接用内治具装置と一緒に回転させながら、胴体と蓋体の突合せ部の内周面側又は筒体同士の突合せ部の内周面側にシールドガスを流しつつ、胴体と蓋体の突合せ部又は筒体同士の突合せ部を溶接装置により外方から円周方向に溶接するようにしているため、裏当て治具により溶接部の余分な熱が吸収させて溶接部が冷却され、溶接部の熱歪が大幅に抑制されると共に、ビードの溶け落ちや穴あきが防止されることになる。又、胴体と蓋体又は筒体同士の突合せ部の内周面側にシールドガスを流しているため、溶接部の酸化を防止することができる。

図１は本発明の実施の形態に係る円周溶接用内治具装置１を用いた円周溶接装置の概略正面図を示し、当該円周溶接装置は、円筒状の胴体Ｗａと皿状の蓋体Ｗｂとを突き合せてその突合せ部を外方から円周方向に溶接してドラム缶や円筒状の容器を作製するものであり、基台２上に設けた左回転台３と、左回転台３に鉛直回転自在に支持された円盤状の左回転テーブル４と、左回転テーブル４の前面（図１に示す左回転テーブル４の右側面）に取り付けられ、真空吸着により皿状の蓋体Ｗｂを鉛直姿勢で吸着保持する環状の蓋保持治具５と、基台２上に左回転台３と対向状に設けられ、左回転台３に対して進退移動自在な右回転台６と、左回転台３と右回転台６との間の基台２上に昇降自在且つ左回転台３に対して進退移動自在に設けた作業テーブル７と、作業テーブル７上に設けられ、円筒状の胴体Ｗａを水平姿勢で支持する開閉自在な材料受け８と、右回転台６に鉛直回転自在に支持され、材料受け８に支持された胴体Ｗａの一端に当接自在な右回転テーブル９と、右回転台６及び右回転テーブル９の中心部に回転自在且つ摺動自在に挿通支持され、左回転台３に対して進退移動自在な筒状の支持筒１０と、支持筒１０の先端部（図１に示す支持筒１０の左側端部）に取り付けられ、端部同士が突き合された胴体Ｗａと蓋体Ｗｂの突合せ部を内方から保持する円周溶接用内治具装置１と、胴体Ｗａと蓋体Ｗｂの上方位置に配設され、胴体Ｗａと蓋体Ｗｂの突合せ部を外方から円周溶接する昇降自在な溶接用トーチ１１を備えたＴＩＧ溶接装置（溶接用トーチ１１のみ図示）等から構成されている。

本発明の実施の形態に係る円周溶接用内治具装置１は、円筒状の胴体Ｗａと皿状の蓋体Ｗｂを突き合せてその突合せ部を外方から円周方向に溶接する際に、前記胴体Ｗａと蓋体Ｗｂの突合せ部を内方から保持するものである。
即ち、円周溶接用内治具装置１は、図２乃至図６に示す如く、支持筒１０の先端部に固定され、胴体Ｗａと蓋体Ｗｂの突合せ部の内方に挿入される円盤状のベース１２と、ベース１２の外周縁部に配置され、胴体Ｗａと蓋体Ｗｂの突合せ部の内周面に面接触状態で圧接し得ると共に、胴体Ｗａと蓋体Ｗｂの突合せ部の内周面側にアルゴンガス等のシールドガスを流す縮拡径自在な環状の裏当て治具１３と、ベース１２と裏当て治具１３との間に設けられ、裏当て治具１３を縮拡径させる駆動部１４とを備えており、胴体Ｗａと蓋体Ｗｂの突合せ部を外方から円周溶接する際に、環状の裏当て治具１３を駆動部１４により真円状に拡径させて胴体Ｗａと蓋体Ｗｂの突合せ部の内周面に面接触状態で圧接させ、胴体Ｗａと蓋体Ｗｂの突合せ部を内方から保持するようにしたものである。

具体的には、前記ベース１２は、図７及び図８に示す如く、厚肉の円盤状に形成された小径部１２ａ及び小径部１２ａの一側面に連設されて小径部１２ａよりも大径に形成された円板状の大径部１２ｂから成るアルミ合金製のベースプレート１２Ａと、ベースプレート１２Ａの小径部１２ａの他側面にボルト１５により固定され、ベースプレート１２Ａの大径部１２ｂと同じ直径の円板状に形成されたアルミ合金製の外板１２Ｂとから構成されており、ベースプレート１２Ａの大径部１２ｂの外周縁部と外板の外周縁部との間には、環状の裏当て治具１３が収納される環状の収納空間が形成されている。
又、ベースプレート１２Ａの小径部１２ａには、小径部１２ａの中心部から小径部１２ａの外周面へ向って放射状の圧縮エアー供給通路１２ｃが形成されている。この実施の形態では、圧縮エアー供給通路１２ｃは、小径部１２ａの中心から小径部１２ａの外周面へ向って六方向に分かれており、圧縮エアー供給通路１２ｃの入口（小径部１２ａの中心に形成した開口）に接続した圧縮エアー供給ホース２２を介して圧縮エアー供給源（図示省略）に接続されている。
更に、ベースプレート１２Ａの大径部１２ｂの外周縁部には、アルゴンガス等のシールドガスのガス供給口１２ｄが等角度毎に形成されている。この実施の形態では、ガス供給口１２ｄは、ベースプレート１２Ａの大径部１２ｂの外周縁部に六つ形成されており、シールドガス供給ホース１６を介してシールドガス供給源（図示省略）に接続されている。

前記裏当て治具１３は、図３及び図４に示す如く、ベース１２の環状の収容空間に円周方向へ等間隔毎に配置された円弧形状の複数の裏当て治具片１３′により構成されており、胴体Ｗａと蓋体Ｗｂを溶接する際に、溶接部を冷却して溶接部の熱歪を抑制すると共に、ビードの溶け落ちや穴あきを防止し、又、胴体Ｗａと蓋体Ｗｂの突合せ部の内周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。
各裏当て治具片１３′は、図９及び図１０に示す如く、円弧形状に形成された厚肉板状のアルミ合金製の本体１３Ａと、本体１３Ａの円弧状外周面に本体１３Ａの厚み方向に一定の隙間を空けて設けられ、胴体Ｗａと蓋体Ｗｂの突合せ部の内周面側へシールドガスを流すガス溝１３ａを形成すると共に、胴体Ｗａと蓋体Ｗｂの突合せ部近傍の内周面に面接触する二枚の円弧状のバックバー１３Ｂとから成る。
又、本体１３Ａの中央部分には、ベース１２の径方向に沿う先端が閉塞されたピストン穴１３ｂと、ベースプレート１２Ａに形成したガス供給口１２ｄに連通してガス溝１３ａにアルゴンガス等のシールドガスを供給するガス通路１３ｃとが夫々形成されている。
更に、二枚のバックバー１３Ｂは、熱伝導性に優れた銅材（無酸素銅）により細幅板状の円弧状に形成されており、本体１３Ａに円弧状外周面に複数本の皿ビス１９により着脱自在に取り付けられ、長期間の使用によりバックバー１３Ｂのエッジ部分に溶融や腐食が発生した場合に交換できるようになっている。

そして、裏当て治具１３は、上述した複数の裏当て治具片１３′をベース１２の環状の収納空間内に円周方向へ等間隔毎に配置することによって環状に構成されており、ベース１２に対して摺動自在になっていると共に、後述する駆動部１４により縮拡径自在となっている。この実施の形態では、裏当て治具１３は、六つの裏当て治具片１３′から成り、各裏当て治具片１３′のピストン穴１３ｂが六方向に分かれた圧縮エアー供給通路１２ｃの出口（小径部１２ａの外周面に形成した開口）に夫々対向する状態でベース１２の収納空間内に配置されている。

前記駆動部１４は、図３、図４及び図６に示す如く、ベース１２と裏当て治具１３の各裏当て治具片１３′との間に介設され、各裏当て治具片１３′をベース１２の中心方向へ附勢して環状の裏当て治具１３を縮径させる複数のスプリング１７と、ベース１２の小径部１２ａの外周面に放射状に取り付けられ、各裏当て治具片１３′の本体１３Ａに形成したベース１２の径方向に沿うピストン穴１３ｂに摺動自在に挿入されて前記ピストン穴１３ｂに作動流体である圧縮エアーを供給し得る複数のピストン１８とから成る。
又、スプリング１７は、各裏当て治具片１３′がベース１２の中心方向へスムースに移動できるように各裏当て治具片１３′の両側位置に配設されており、各裏当て治具片１３′の本体１３Ａの両端部に螺着したボルト（又はピン）とベースプレート１２Ａの大径部１２ｂに螺着したボルト（又はピン）とに係止されている。
更に、ピストン１８は、その軸心位置にベース１２の圧縮エアー供給通路１２ｃと裏当て治具片１３′のピストン穴１３ｂとを連通させる貫通状のエアー通過穴１８ａが形成されており、ベース１２の小径部１２ａの外周面に形成された圧縮エアー供給通路１２ｃの出口に螺着されている。

従って、前記駆動部１４によれば、圧縮エアー供給源から圧縮エアーを圧縮エアー供給ホース２２、圧縮エアー供給通路１２ｃ及びエアー通過穴１８ａを通して裏当て治具片１３′のピストン穴１３ｂへ供給すると、各裏当て治具片１３′がベース１２の外方へ移動して環状の裏当て治具１３が真円状に拡径することになり（図３参照）、又、圧縮エアーの供給を停止すると、スプリング１７の弾性力により各裏当て治具片１３′がベース１２の中心方向へ移動して環状の裏当て治具１３が縮径することになる（図６参照）。

このようにして構成された円周溶接用内治具装置１は、ベースプレート１２Ａの大径部１２ｂの外側面中心部に形成した凹部１２ｅを支持筒１０の先端部へ嵌め込み、ベース１２を支持筒１０の先端部へボルト１５止めすることによって、支持筒１０の先端部に鉛直姿勢で固定支持されている（図４参照）。

図１１乃至図１３は本発明の他の実施の形態に係る円周溶接用内治具装置１を示し、当該円周溶接用内治具装置１は、支持筒１０の先端部に固定され、胴体Ｗａと蓋体Ｗｂの突合せ部の内方に挿入される円盤状のベース１２と、ベース１２の外周縁部に配置され、胴体Ｗａと蓋体Ｗｂの突合せ部の内周面に面接触状態で圧接し得ると共に、胴体Ｗａと蓋体Ｗｂの突合せ部の内周面側にアルゴンガス等のシールドガスを流す縮拡径自在な環状の裏当て治具１３と、ベース１２と裏当て治具１３との間に設けられ、裏当て治具１３を縮拡径させる駆動部１４とを備えており、胴体Ｗａと蓋体Ｗｂの突合せ部を外方から円周溶接する際に、環状の裏当て治具１３を駆動部１４により真円状に拡径させて胴体Ｗａと蓋体Ｗｂの突合せ部の内周面に面接触状態で圧接させ、胴体Ｗａと蓋体Ｗｂの突合せ部を内方から保持するようにしたものである。

具体的には、前記ベース１２は、図１３及び図１４に示す如く、厚肉の円盤状に形成されたアルミ合金製の芯金１２Ｃと、芯金１２Ｃの一側面に複数本のボルト１５により固定され、芯金１２Ｃよりも大径の円板状に形成されたアルミ合金製の内板１２Ｄと、芯金１２Ｃの他側面に配置されて複数本の連結ボルト２０により内板１２Ｄに連結固定され、内板１２Ｄと同じ直径の大きさの環状に形成されたアルミ合金製の外板１２Ｅとから構成されており、内板１２Ｄの外周縁部と外板１２Ｅの外周縁部との間には、環状の裏当て治具１３が収納される環状の収納空間が形成されている。
又、芯金１２Ｃの外周面には、作動流体である圧縮エアーの供給により膨張する環状のチューブ２１を収納保持する環状の収納溝１２ｆが形成されていると共に、芯金１２Ｃの一部分には、チューブ２１の両端部を収納するための矩形状の切欠１２gが形成されている（図１５参照）。
更に、内板１２Ｄの外周縁部には、アルゴンガス等のシールドガスのガス供給口１２ｄが等角度毎に形成されている。この実施の形態では、ガス供給口１２ｄは、内板１２Ｄの外周縁部に八つ形成されており、シールドガス供給ホース１６を介してシールドガス供給源（図示省略）に接続されている。
尚、連結ボルト２０は、ベース１２の外周縁部に等角度毎に配置されており、後述する裏当て治具１３の各裏当て治具片１３′に挿通されて各裏当て治具片１３′をベース１２の径方向へ往復移動自在に案内する役目もする。この実施の形態では、連結ボルト２０は、ベース１２の外周縁部に等角度で八本配置されている。

前記裏当て治具１３は、図１２及び図１３に示す如く、ベース１２の環状の収納空間に円周方向へ等間隔毎に配置された円弧形状の複数の裏当て治具片１３′により構成されており、胴体Ｗａと蓋体Ｗｂを溶接する際に、溶接部を冷却して溶接部の熱歪を抑制すると共に、ビードの溶け落ちや穴あきを防止し、又、胴体Ｗａと蓋体Ｗｂの突合せ部の内周面側にアルゴンガス等の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。
各裏当て治具片１３′は、図１６及び図１７に示す如く、円弧形状に形成された厚肉板状のアルミ合金製の本体１３Ａと、本体１３Ａの円弧状外周面に本体１３Ａの厚み方向に一定の隙間の空けて設けられ、胴体Ｗａと蓋体Ｗｂの突合せ部の内周面側へシールドガスを流すガス溝１３ａを形成すると共に、胴体Ｗａと蓋体Ｗｂの突合せ部近傍の内周面に面接触する二枚の円弧状のバックバー１３Ｂとから成る。
又、本体１３Ａの中央部分には、ベース１２の径方向に延びて連結ボルト２０が挿通される長穴１３ｄと、内板１２Ｄに形成したガス供給口１２ｄに連通してガス溝１３ａにアルゴンガス等のシールドガスを供給するガス通路１３ｃとが夫々形成されている。
更に、二枚のバックバー１３Ｂは、熱伝導性に優れた銅材（無酸素銅）により細幅板状の円弧状に形成されており、本体１３Ａに円弧状外周面に複数本の皿ビス１９により着脱自在に取り付けられ、長期間の使用によりバックバー１３Ｂのエッジ部分に溶融や腐食が発生した場合に交換できるようになっている。

そして、裏当て治具１３は、上述した複数の裏当て治具片１３′をベース１２の環状の収納空間内に円周方向へ等間隔毎に配置することによって環状に構成されており、ベース１２に対して摺動自在になっていると共に、後述する駆動部１４により縮拡径自在となっている。この実施の形態では、裏当て治具１３は、八つの裏当て治具片１３′から成り、各裏当て治具片１３′の長孔１３ｄに連結ボルト２０が夫々挿通された状態でベース１２の収納空間内に配置されている。

前記駆動部１４は、図１２及び図１３に示す如く、ベース１２と裏当て治具１３の各裏当て治具片１３′との間に介設され、各裏当て治具片１３′をベース１２の中心方向へ附勢して環状の裏当て治具１３を縮径させる複数のスプリング１７と、ベース１２の芯金１２Ｃと各裏当て治具片１３′との間に環状に配設され、作動流体である圧縮エアーの供給により膨張する環状のチューブ２１とから成る。
又、スプリング１７は、各裏当て治具片１３′がベース１２の中心方向へスムースに移動できるように各裏当て治具片１３′の両側位置に配設されており、各裏当て治具片１３′の本体１３Ａの両端部に螺着したボルト（又はピン）とベースプレートＡの大径部１２ｂに螺着したボルト（又はピン）とに係止されている。
更に、チューブ２１は、ベース１２の芯金１２Ｃの収納溝１２ｅに環状に巻き回されており、チューブ２１の両端部に接続した圧縮エアー供給ホース２２を介して圧縮エアー供給源（図示省略）に接続されている。

従って、前記駆動部１４によれば、圧縮エアー供給源から圧縮エアーを圧縮エアー供給ホース２２によりチューブ２１へ供給してチューブ２１を膨張させると、各裏当て治具片１３′が連結ボルト２０に案内されながらベース１２の外方へ移動して環状の裏当て治具１３が真円状に拡径することになり（図１２参照）、又、圧縮エアーの供給を停止すると、スプリング１７の弾性力により各裏当て治具片１３′がベース１２の中心方向へ移動して環状の裏当て治具１３が縮径することになる。

このようにして構成された円周溶接用治具装置１は、ベース１２（芯金１２Ｃ）の外側面中心部に形成した凹部１２ｅを支持筒１０の先端部へ嵌め込み、ベース１２を支持筒１０の先端部へボルト１５止めすることによって、支持筒１０の先端部に鉛直姿勢で固定支持されている。

尚、前記円周溶接用内治具装置１には、直径の異なる数種類のドラム缶を作製することができるように数種類の大きさの円周溶接用内治具装置１が用意されている。

次に、上述した円周溶接用内治具装置１を用いた円周溶接装置によりステンレス製の円筒状の胴体Ｗａと同じくステンレス製の皿状の蓋体Ｗｂを円周溶接してドラム缶を作製する場合について説明する。
尚、胴体Ｗａ及び蓋体Ｗｂには、厚みが０．８ｍｍ〜１．５ｍｍ程度のステンレスや鋼板等が使用されている。又、溶接電流、アーク長さ、胴体Ｗａ及び蓋体Ｗｂの回転速度、シールドガスの供給量、タングステン電極棒の先端形状等の溶接条件は、胴体Ｗａ及び蓋体Ｗｂの材質、板厚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、蓋体Ｗｂを蓋保持治具５に真空吸着により保持させると共に、胴体Ｗａを材料受け８にセットして保持させた後、作業テーブル７を上昇させて材料受け８に保持された胴体Ｗａを蓋体Ｗｂに対向させる。

次に、支持筒１０を前進させてその先端部に取り付けた円周溶接用内治具装置１の一部を蓋体Ｗｂの内方へ位置させると共に、胴体Ｗａを手動により蓋体Ｗｂ側へスライドさせて胴体Ｗａの端部を蓋体Ｗｂの端部に近接させる。

引き続き、円周溶接用内治具装置１の環状の裏当て治具１３を駆動部１４により真円状に拡径させて胴体Ｗａと蓋体Ｗｂの突合せ部の内周面近傍へ面接触状態で圧接させ、この状態で右回転台６を前進させて右回転テーブル９により胴体Ｗａを蓋体Ｗｂ側へ押圧し、胴体Ｗａの端部を蓋体Ｗｂの端部に密着させる。
このとき、胴体Ｗａと蓋体Ｗｂの突合せ部を内方から保持するようにしているため、胴体Ｗａと蓋体Ｗｂは正確に突き合された状態で確実に保持される。

その後、材料受け８が胴体Ｗａを開放して作業テーブル７が下降し、この状態で溶接装置と左回転テーブル４及び右回転テーブル９が作動して胴体Ｗａと蓋体Ｗｂの突合せ部が外方から円周方向に溶接される。
即ち、ＴＩＧ溶接装置の溶接用トーチ１１が下降してアークを発生させると共に、胴体Ｗａと蓋体Ｗｂの突合せ部の内周面側に環状の裏当て治具１３によりシールドガスを供給しつつ、左回転テーブル４及び右回転テーブル９により胴体Ｗａと蓋体Ｗｂが一定の速度で同期的に同じ方向へ回転する。これによって、胴体Ｗａと蓋体Ｗｂの突合せ部が外方から円周溶接される（図１８及び図１９参照）。
このとき、裏当て治具１３を駆動部１４により真円状に拡径させて胴体Ｗａと蓋体Ｗｂの突合せ部の内周面に面接触状態で圧接させているため、円周溶接するときに裏当て治具１３により溶接部が冷却され、溶接部の熱歪が大幅に抑制されると共に、ビードの溶け落ちや穴あきが防止されることになる。然も、胴体Ｗａと蓋体Ｗｂの突合せ部を内方から保持するようにしているため、溶接部の熱歪による収縮をより確実に抑制することができる。更に、裏当て治具１３から胴体Ｗａと蓋体Ｗｂの突合せ部の内周面側へシールドガスを流しているため、溶接部の酸化を防止することができる。

そして、胴体Ｗａと蓋体Ｗｂの円周溶接が終了すれば、左回転テーブル４及び右回転テーブル９の回転が停止されると共に、アーク及びシールドガスがストップされてＴＩＧ溶接装置の溶接用トーチ１１が元の位置へ復帰する。

その後、作業テーブル７が上昇して材料受け８に胴体Ｗａ及び蓋体Ｗｂが保持された後、環状の裏当て治具１３が縮径すると共に、円周溶接用内治具装置１及び右回転台６が後退して円周溶接用内治具装置１を胴体Ｗａ及び蓋体Ｗｂ内から引き抜く。

最後に、蓋体Ｗｂを蓋保持治具５から手作業により引き抜き、作業テーブル７を下降させて材料受け８を開放して材料受け８から胴体Ｗａ及び蓋体Ｗｂを取り出す。

そして、円周溶接する胴体Ｗａと蓋体Ｗｂの直径が変わった場合には、蓋保持治具５と円周溶接用内治具装置１を胴体Ｗａと蓋体Ｗｂの直径に対応する大きさのものに取り替える。これにより、大きさの異なるドラム缶を作製することができる。

尚、上記の実施の形態に於いては、円筒状の胴体Ｗａと皿状の蓋体Ｗｂを突き合せてその突合せ部を円周溶接用内治具装置１により内方から保持し、この状態で胴体Ｗａと蓋体Ｗｂの突合せ部を外方から円周溶接するようにしたが、他の実施の形態に於いては、同一径の二つの筒体同士を突き合せてその突合せ部を円周溶接用内治具装置１により内方から保持し、この状態で二つの筒体の突合せ部を外方から円周方向に溶接するようにしても良い。

本発明の実施の形態に係る円周溶接用内治具装置を用いた円周溶接装置の概略正面図である。 本発明の実施の形態に係る円周溶接用内治具装置を示し、裏当て治具が拡径した状態の円周溶接用内治具装置の正面図である。 ベースの外板を外した円周溶接用内治具装置を示し、裏当て治具が拡径した状態の円周溶接用内治具装置の側面図である。 裏当て治具が拡径した状態の円周溶接用内治具装置の縦断面図である。 裏当て治具が縮径した状態の円周溶接用内治具装置の正面図である。 ベースの外板を外した円周溶接用内治具装置を示し、裏当て治具が縮径した状態の円周溶接用内治具装置の側面図である。 ベースの正面図である。 ベースのベースプレートを示し、（Ａ）はベースプレートの側面図、（Ｂ）はベースプレートの縦断面図である。 裏当て治具の側面図である。 裏当て治具の裏当て治具片を示し、（Ａ）は裏当て治具片の平面図、（Ｂ）は裏当て治具片の正面図、（Ｃ）は裏当て治具片の縦断面図である。 本発明の他の実施の形態に係る円周溶接用内治具装置を示し、裏当て治具が拡径した状態の円周溶接用内治具装置の正面図である。 ベースの外板を外した円周溶接用内治具装置を示し、裏当て治具が拡径した状態の円周溶接用内治具装置の側面図である。 裏当て治具が拡径した状態の円周溶接用内治具装置の縦断面図である。 ベースの正面図である。 ベースの芯金を示し、（Ａ）は芯金の側面図、（Ｂ）は芯金の縦断面図である。 裏当て治具の側面図である。 裏当て治具の裏当て治具片を示し、（Ａ）は裏当て治具片の平面図、（Ｂ）は裏当て治具片の正面図、（Ｃ）は裏当て治具片の縦断面図である。 図２に示す円周溶接用内治具装置を用いて胴体と蓋体を円周溶接する状態の縦断面図である。 図１１に示す円周溶接用内治具装置を用いて胴体と蓋体を円周溶接する状態の縦断面図である。

符号の説明

１は円周溶接用内治具装置、１２はベース、１３は裏当て治具、１３′は裏当て治具片、１３Ａは本体、１３Ｂはバックバー、１３ａはガス溝、１３ｂはピストン穴、１４は駆動部、１７はスプリング、１８はピストン、２１はチューブ、Ｗａは胴体、Ｗｂ蓋体。

Claims (5)

1. 円筒状の胴体（Ｗａ）と皿状の蓋体（Ｗｂ）又は同一径の二つの筒体同士を突き合せてその突合せ部を外方から円周方向に溶接する際に、前記胴体（Ｗａ）と蓋体（Ｗｂ）の突合せ部又は二つの筒体の突合せ部を内方から保持する円周溶接用内治具装置（１）であって、前記円周溶接用内治具装置（１）は、胴体（Ｗａ）と蓋体（Ｗｂ）の突合せ部の内方又は筒体同士の突合せ部の内方に挿入される円盤状のベース（１２）と、ベース（１２）の外周縁部に配置され、胴体（Ｗａ）と蓋体（Ｗｂ）の突合せ部の内周面又は筒体同士の突合せ部の内周面に面接触状態で圧接し得ると共に、胴体（Ｗａ）と蓋体（Ｗｂ）の突合せ部の内周面側又は筒体同士の突合せ部の内周面側にシールドガスを流す複数の円弧形状の裏当て治具片（１３′）から成る縮拡径自在な環状の裏当て治具（１３）と、ベース（１２）と裏当て治具（１３）との間に設けられ、裏当て治具（１３）を縮拡径させる駆動部（１４）とを備えており、胴体（Ｗａ）と蓋体（Ｗｂ）の突合せ部又は筒体同士の突合せ部を円周溶接する際に、裏当て治具（１３）を駆動部により拡径させて胴体（Ｗａ）と蓋体（Ｗｂ）の突合せ部の内周面又は筒体同士の突合せ部の内周面に面接触状態で圧接させるようにしたことを特徴とする円周溶接用内治具装置。
2. 裏当て治具（１３）は、ベース（１２）の外周縁部に円周方向に等間隔毎に配置された複数の円弧形状の裏当て治具片（１３′）から構成されており、各裏当て治具片（１３′）は、円弧形状の本体（１３Ａ）と、本体（１３Ａ）の円弧状外周面に本体（１３Ａ）の厚み方向に一定の隙間を空けて設けられ、胴体（Ｗａ）と蓋体（Ｗｂ）の突合せ部の内周面側又は筒体同士の突合せ部の内周面側へシールドガスを流すガス溝（１３ａ）を形成すると共に、前記突合せ部近傍の内周面に面接触する銅材により形成された二枚の円弧状のバックバー（１３Ｂ）とから成り、前記二枚のバックバー（１３Ｂ）を本体（１３Ａ）に交換可能に取り付けたことを特徴とする請求項１に記載の円周溶接用内治具装置。
3. 駆動部（１４）は、ベース（１２）と裏当て治具との間に介設され、裏当て治具（１３）を構成する各裏当て治具片（１３′）をベース（１２）の中心方向へ附勢して裏当て治具（１３）を縮径させる複数のスプリング（１７）と、ベース（１２）に放射状に取り付けられ、各裏当て治具片（１３′）に形成したベース（１２）の径方向に沿うピストン穴（１３ｂ）に摺動自在に挿入されて前記ピストン穴（１３ｂ）に作動流体を供給し得る複数のピストン（１８）とから成り、各ピストン（１８）を通して各裏当て治具片（１３′）のピストン穴（１３ｂ）に作動流体を供給することによって、各裏当て治具片（１３′）を環状に押し拡げて裏当て治具（１３）を拡径させ、当該裏当て治具（１３）を胴体（Ｗａ）と蓋体（Ｗｂ）の突合せ部の内周面又は筒体同士の突合せ部の内周面に面接触状態で圧接させるようにしたことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の円周溶接用内治具装置。
4. 駆動部（１４）は、ベース（１２）と裏当て治具（１３）との間に介設され、裏当て治具（１３）を構成する各裏当て治具片（１３′）をベース（１２）の中心方向へ附勢して裏当て治具（１３）を縮径させる複数のスプリング（１７）と、ベース（１２）と各裏当て治具片（１３′）との間に環状に配設され、作動流体の供給により膨張するチューブ（２１）とから成り、環状のチューブ（２１）に作動流体を供給してチューブ（２１）を膨張させることによって、各裏当て治具片（１３′）を環状に押し拡げて裏当て治具（１３）を拡径させ、当該裏当て治具（１３）を胴体（Ｗａ）と蓋体（Ｗｂ）の突合せ部の内周面又は筒体同士の突合せ部の内周面に面接触状態で圧接させるようにしたことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の円周溶接用内治具装置。
5. 円筒状の胴体（Ｗａ）と皿状の蓋体（Ｗｂ）又は同一径の二つの筒体同士を突き合せてその突合せ部を外方から円周方向に溶接する際に、前記突合せ部の内方に請求項１、請求項２、請求項３又は請求項４に記載の円周溶接用内治具装置（１）をセットした後、当該円周溶接用内治具装置（１）の環状の裏当て治具（１３）を駆動部（１４）により拡径させてその外周面を胴体（Ｗａ）と蓋体（Ｗｂ）の突合せ部の内周面又は筒体同士の突合せ部の内周面に圧接させ、胴体（Ｗａ）と蓋体（Ｗｂ）の突合せ部又は筒体同士の突合せ部を円周溶接用内治具（１）により内方から保持した状態で胴体（Ｗａ）と蓋体（Ｗｂ）又は筒体同士を円周溶接用内治具装置（１）と一緒に回転させながら、胴体（Ｗａ）と蓋体（Ｗｂ）の突合せ部の内周面側又は筒体同士の突合せ部の内周面側にシールドガスを流しつつ、胴体（Ｗａ）と蓋体（Ｗｂ）の突合せ部又は筒体同士の突合せ部を溶接装置により外方から円周方向に溶接するようにしたことを特徴とする円周溶接用内治具装置を用いた円周溶接方法。

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