JP2011073043A

JP2011073043A - 立向姿勢溶接装置

Info

Publication number: JP2011073043A
Application number: JP2009227110A
Authority: JP
Inventors: Takaaki Matsuoka; 孝昭松岡; Hiroto Yamaoka; 弘人山岡; Yuta Uchida; 雄太内田; Yasuaki Morikiyo; 泰晶森清
Original assignee: IHI Corp
Current assignee: IHI Corp
Priority date: 2009-09-30
Filing date: 2009-09-30
Publication date: 2011-04-14

Abstract

【課題】Ｉ形開先内における溶接アークの詳細な観察を行うことが可能な立向姿勢溶接装置を提供する。
【解決手段】立向姿勢にある一対の厚板鋼板Ｗ，Ｗの端面Ｗａ，Ｗａ間に形成されるＩ形開先内に溶接ワイヤ２を送出する溶接トーチ３と、Ｉ形開先Ｗｂに沿って溶接トーチ３を移動させる台車５，スライドユニット６と、これらにより溶接トーチ３を上下動させると共にワイヤ送出量を制御することで、溶接トーチ３から送出される溶接ワイヤ２の先端部分２ａをＩ形開先Ｗｂ内で往復動させて、溶接金属２Ａを順次積層させる制御手段２０と、Ｉ形開先Ｗｂ内において台車５とともに移動するミラー１０と、台車５とともに移動してミラー１０を介してＩ形開先Ｗｂ内の溶接ワイヤ２の先端部分２ａを撮影するＣＣＤカメラ１１と、ＣＣＤカメラ１１で撮影した溶接ワイヤ２の先端部分２ａを再生可能に映し出すモニタ１２を備えた。
【選択図】図１

Description

本発明は、一対の厚板鋼板の互いに対向してＩ形開先を形成する端面同士を立向姿勢で突き合わせアーク溶接するのに用いられる立向姿勢溶接装置に関するものである。

従来、上記したような一対の厚板鋼板の立向姿勢での突き合わせアーク溶接は、造船や橋梁等の分野において一般的に採用されている。
近年、このような造船や橋梁等の構造物に使用される鋼板は、構造物の大型化に伴って厚板化の傾向にあるが、このように鋼板が厚板化すると、これまで採用されていた入熱が大きいエレクトロガスアーク溶接（例えば、非特許文献１参照）では、厚板鋼板として大入熱用の特殊なものを使用しないと、溶接部分の強度を十分に確保することができず、その結果、特殊な厚板鋼板を用いる分だけコスト増を招いてしまう。

これに代わる溶接技術としては、例えば、特許文献１に開示されている立向姿勢溶接方法がある。
この立向姿勢溶接方法では、互いに立向姿勢とした一対の厚板鋼板の端面間に形成されるＩ形開先内に対して、溶接トーチから送出される溶接ワイヤのみを斜め上方から挿入し、溶接トーチを厚板鋼板に沿って上下方向に揺動させることで、溶接ワイヤの先端を板厚方向に往復動させて、Ｉ形開先内に溶接金属を積層するようにしている。
この際、Ｉ形開先内における溶接アークの状況は、溶接作業者が遮光面を用いて離れた位置から実際に見て観察するようにしている。

特開2007-69231号公報

特許庁「技術分野別特許マップ」：機械３アーク溶接技術１．３．６エレクトロガスアーク溶接法

ここで、溶接部分におけるアークの状況を観察することは、溶接品質の安定化を図るための緻密な管理を行ううえで、極めて重要である。
上記した立向姿勢溶接方法では、溶接部分におけるアークの状況をある程度詳細に観察することはできるものの、細部まで観察することができるとは言い難く、特に、Ｉ形開先が狭開先である場合には、細部の観察が困難であるという問題を有しており、加えて、観察データを残すことができないという問題があり、これらの問題を解決することが従来の課題となっていた。

本発明は、上記した従来の課題に着目してなされたもので、Ｉ形開先が狭開先である場合であったとしても、溶接部分におけるアークの状況を細部まで観察することが可能であるうえ、溶接箇所から離れた場所における監視（遠隔操作）も可能であり、さらに、それらの観察記録を残すこともでき、したがって、溶接品質の安定化を図るために必要な緻密な品質管理を行うことが可能である立向姿勢溶接装置を提供することを目的としている。

本発明に係る発明は、互いに立向姿勢で配置された一対の厚板鋼板の互いに対向してＩ形開先を形成する端面同士を突き合わせアーク溶接する立向姿勢溶接装置であって、送給される溶接ワイヤを前記Ｉ形開先内に送出する溶接トーチと、上下方向の前記Ｉ形開先に沿って走行する台車及びこの台車上で前記溶接トーチを上下方向に移動させるスライドユニットを具備した昇降手段と、前記昇降手段により溶接トーチを上下動させると共に該溶接トーチからのワイヤ送出量を制御することで、前記溶接トーチから送出される溶接ワイヤの先端を前記Ｉ形開先内で前記厚板鋼板の板厚方向に往復動させて、前記Ｉ形開先内で溶接金属を順次積層させる制御手段と、前記Ｉ形開先内に挿入されて前記台車とともに移動するミラーと、前記台車とともに移動して前記ミラーを介して前記Ｉ形開先内に位置する溶接ワイヤの先端部分を撮影する撮影手段と、前記撮影手段で撮影した前記溶接ワイヤの先端部分を再生可能に映し出すモニタを備えている構成としたことを特徴としており、この構成の立向姿勢溶接装置を前述した従来の課題を解決するための手段としている。

本発明に係る立向姿勢溶接装置では、上記した構成としているので、台車とともに移動するミラーを介してＩ形開先内に位置する溶接ワイヤの先端部分を撮影手段で撮影し、この撮影した溶接ワイヤの先端部分をモニタに映し出せば、溶接作業を行いながらＩ形開先内におけるアークの状況をリアルタイムで細部まで観察し得ることとなり、加えて、撮影手段で撮影した映像を再生可能としてあるので、観察映像を記録として残し得ることとなる。
したがって、溶接品質の安定化を実現するうえで必要である緻密な品質管理を行うことが可能になるという非常に優れた効果がもたらされる。

本発明の一実施例に係る立向姿勢溶接装置の溶接トーチ上昇位置における溶接動作状況を示す側面説明図である。図１に示した立向姿勢溶接装置の平面説明図である。図１に示した立向姿勢溶接装置の溶接トーチ下降位置における溶接動作状況を示す側面説明図である。図１に示した立向姿勢溶接装置の溶接のセッティング状況における側面説明図である。

以下、本発明を図面に基づいて説明する。
図１〜図４は本発明に係る立向姿勢溶接装置の一実施例を示している。

図１及び図２に示すように、この立向姿勢溶接装置１は、互いに立向姿勢とした一対の厚板鋼板Ｗ，Ｗの端面Ｗａ，Ｗａ同士を突き合わせアーク溶接する装置であり、図外のワイヤ送給装置から送給される溶接ワイヤ２のみを一対の厚板鋼板Ｗ，Ｗの端面Ｗａ，Ｗａ間に形成されるＩ形開先Ｗｂに送出する溶接トーチ３を備えている。

この場合、厚板鋼板Ｗは、造船用や橋梁用等の大形構造物に採用される鋼板であり、板厚２０ｍｍ以上の鋼板である。
また、一対の厚板鋼板Ｗ，Ｗの端面Ｗａ，Ｗａ間に形成されるＩ形開先Ｗｂの開先ギャップＧは、溶接ワイヤ２のみが挿入されるので、ここでは、溶接ワイヤ２の径寸法（例えば、φ１．２〜φ１．６ｍｍ）に対して若干広めの幅寸法（６〜１２ｍｍ）に設定している。

上記溶接トーチ３は、厚板鋼板Ｗ，Ｗに沿って上下方向に設置したレール４上を、例えば、ラック＆ピニオン方式で走行する台車（昇降手段）５に配置してある。
この実施例において、溶接トーチ３は、送出する溶接ワイヤ２をＩ形開先Ｗｂに斜め上方から挿入するべく、板厚方向（水平方向）に対して所定の角度θをもって配置してあり、台車５に対しては、図３にも示すように、この台車５とともに昇降手段を構成するスライドユニット６を介して上下方向（図１及び図３矢印方向）に揺動可能に取り付けてある。図１では溶接トーチ３の上昇位置における動作状況を示し、図３では溶接トーチ３の下降位置における動作状況を示している。

また、この立向姿勢溶接装置１は、制御手段２０を備えている。この制御手段２０は、溶接トーチ３をスライドユニット６により上下方向に揺動させると共に、溶接トーチ３からのワイヤ送出量を制御することで、溶接トーチ３から斜め下方に向けて送出される溶接ワイヤ２の先端をＩ形開先Ｗｂ内で板厚方向に往復動させて、溶接金属２Ａを順次積層させるようになっている。この際、制御手段２０は、台車５を小刻みに上昇させる、すなわち、溶接金属２Ａが一層積層される毎にその厚み分だけ台車５を上方向に移動させるようになっている。

つまり、溶接トーチ３を板厚方向に一切移動させることなく、狭い開先ギャップＧのＩ形開先Ｗｂ内に溶接ワイヤ２のみを挿入して溶接作業を行うことができるようになっていて、これにより、溶接トーチ３を特に細身に設定する必要がなくなる。

さらに、この立向姿勢溶接装置１は、Ｉ形開先Ｗｂ内に挿入されて台車５とともに移動するミラー１０と、このミラー１０と同じく台車５とともに移動してミラー１０を介してＩ形開先Ｗｂ内に位置する溶接ワイヤ２の先端部分２ａを撮影するＣＣＤカメラ（撮影手段）１１と、このＣＣＤカメラ１１で撮影した溶接ワイヤ２の先端部分２ａを再生可能に映し出すモニタ１２を備えており、ミラー１０及びＣＣＤカメラ１１は、いずれも台車５に配置してある。

上記台車５には、Ｉ形開先Ｗｂのワイヤ挿入側に位置する耐熱性部材（例えば、セラミック）から成る当て板７Ａが配置してあり、この当て板７Ａには溶接部分にシールドガス（炭酸ガス、ＭＡＧガス等）を供給するシールドガス通路７ａが形成されている。ガス源（図示せず）からガスホース８を介して供給されるシールドガスＧａは、このシールドガス通路７ａを通してＩ形開先Ｗｂ内の溶接部分に向けて供給されて、溶接部分の酸化などを防ぐ役割を果たすと共に、溶接で生じるヒュームを吹き飛ばして視界を確保する役割も果たす。

なお、ここでは、当て板７Ａに形成したシールドガス通路７ａを介して溶接部分にシールドガスを供給するようにしているが、Ｉ形開先Ｗｂの開先ギャップＧが溶接トーチ３の径寸法よりも広い場合は、溶接トーチ３にシールドガス通路を設けて、従来同様に溶接トーチ３からシールドガスを供給するようにしてもよい。

図１〜図４における符号７Ｂは、Ｉ形開先Ｗｂのワイヤ挿入側と反対側に位置する耐熱性部材（例えば、セラミック）から成る裏当て板であり、Ｉ形開先Ｗｂの裏側開口を塞いで溶接金属２Ａが流出するのを防止している。ここで、Ｉ形開先Ｗｂの下端の開口については、図４に示すように、通常は他の厚板鋼板Ｗ又は溶接金属２Ａで塞がれている。
また、図１〜図４における符号９は、視界カバーであり、ＣＣＤカメラ１１にスパッタなどの異物が付着するのを防いでいる。

このような構成を成す立向姿勢溶接装置１では、まず、端面Ｗａ，Ｗａ間に開先ギャップＧのＩ形開先Ｗｂが形成されるように一対の厚板鋼板Ｗ，Ｗを立向姿勢に設置すると共に、立向姿勢溶接装置１及び裏当て板７Ｂを所定部位に配置し、図４に示すように、溶接トーチ３を板厚方向（水平方向）に対して所定の角度θに設定するのに続いて、この溶接トーチ３から突き出した溶接ワイヤ２の先端部分２ａを斜め上方からＩ形開先Ｗｂ内に挿入する。

このとき、溶接ワイヤ２とともにミラー１０もＩ形開先Ｗｂ内に挿入して、このミラー１０を介してＩ形開先Ｗｂ内に位置する溶接ワイヤ２の先端部分２ａをＣＣＤカメラ１１で撮影し、この撮影した溶接ワイヤ２の先端部分２ａをモニタ１２に映し出すようになせば、狭隘なＩ形開先Ｗｂ内における溶接ワイヤ２の状況を詳細に把握し得るので、セッティング作業を効率よく簡単に行い得ることとなる。

次いで、予め溶接ワイヤ２の径寸法や溶接ワイヤ２の長さに応じて設定した電流値及び電圧値に基づいて通電制御を開始すると、すなわち、溶接ワイヤ２の先端部分２ａから厚板鋼板Ｗ，Ｗの端面Ｗａ，Ｗａ間に向けてアーク放電を行ってアーク溶接を開始すると、溶接ワイヤ２及び一対の厚板鋼板Ｗ，Ｗの各端面Ｗａ，Ｗａの溶融が始まって、Ｉ形開先Ｗｂ内において溶接金属２Ａの生成が開始される。

このようにしてアーク溶接を開始した段階で、図１〜図３に示すように、溶接トーチ３をスライドユニット６により上下方向に揺動させると共に、制御手段２０によって溶接トーチ３からのワイヤ送出量を制御することで、溶接トーチ３から斜め下方に向けて送出される溶接ワイヤ２の先端部分２ａをＩ形開先Ｗｂ内で板厚方向に往復動させて、溶接金属２Ａを順次積層させる。そして、この溶接金属２Ａを一層積層する毎にその厚み分だけ台車５を上方向に移動させる。

この間、台車５とともに移動するミラー１０を介してＩ形開先Ｗｂ内に位置する溶接ワイヤ２の先端部分２ａをミラー１０と同じく台車５とともに移動するＣＣＤカメラ１１で撮影し、この撮影した溶接ワイヤ２の先端部分２ａをモニタ１２に映し出すようになせば、溶接作業を行いながら狭隘なＩ形開先Ｗｂ内におけるアークの状況をリアルタイムで細部まで観察し得ることとなる。

加えて、モニタ１２では、ＣＣＤカメラ１１で撮影した映像を再生可能としているので、観察映像を記録として残し得ることとなる。
このように、この実施例における立向姿勢溶接装置１では、溶接作業を行いながらＩ形開先Ｗｂ内におけるアークの状況を細部まで観察し得るので、溶接品質の安定化を実現するうえで必須である緻密な品質管理を行い得ることとなる。

上記した実施例では、Ｉ形開先Ｗｂ内に挿入されるミラー１０及びこのミラー１０を介して溶接ワイヤ２の先端部分２ａを撮影するＣＣＤカメラ１１が、いずれも台車５に固定してある場合を説明したが、様々な板厚の厚板鋼板Ｗの立向姿勢溶接や仕様の異なる溶接に対応するべく、ミラー１０及びＣＣＤカメラ１１のうちの少なくともいずれか一方を可動とすることも可能である。

ミラー１０を可動とする場合には、例えば、図１に仮想線で示すように、台車５に設けたミラー支持体５ａに対して、板厚方向に位置調整可能としたヒンジ１０ａを介してミラー１０を回動可能に取り付ける構成を採用することができ、一方、ＣＣＤカメラ１１を可動とする場合には、例えば、台車５に対して、ＣＣＤカメラ１１を板厚方向に位置調整可能で且つ回動可能に取り付ける構成を採用することができる。

この際、上記したミラー１０に代えてハーフミラーを採用してもよく、このようにハーフミラーを採用するように成すと、立向姿勢にある一対の厚板鋼板Ｗ，Ｗに対する立向姿勢溶接装置１の位置関係を変えずに（セッティングの状態を変えずに）、Ｉ形開先Ｗｂ内の状況を上方から視認することができるので、例えば、ＣＣＤカメラ１１やモニタ１２にトラブルが生じた場合などには、溶接作業を続けながら応急的にＩ形開先Ｗｂ内におけるアークの状況を観察し得ることとなる。

本発明に係る立向姿勢溶接装置の構成は、上記した実施例の構成に限定されるものではない。

１立向姿勢溶接装置
２溶接ワイヤ
２ａ溶接ワイヤの先端部分
２Ａ溶接金属
３溶接トーチ
５台車（昇降手段）
６スライドユニット（昇降手段）
１０ミラー
１１ＣＣＤカメラ（撮像手段）
１２モニタ
２０制御手段
Ｗ厚板鋼板
Ｗａ厚板鋼板の端面
ＷｂＩ形開先

Claims

互いに立向姿勢で配置された一対の厚板鋼板の互いに対向してＩ形開先を形成する端面同士を突き合わせアーク溶接する立向姿勢溶接装置であって、
送給される溶接ワイヤを前記Ｉ形開先内に送出する溶接トーチと、
上下方向の前記Ｉ形開先に沿って走行する台車及びこの台車上で前記溶接トーチを上下方向に移動させるスライドユニットを具備した昇降手段と、
前記昇降手段により溶接トーチを上下動させると共に該溶接トーチからのワイヤ送出量を制御することで、前記溶接トーチから送出される溶接ワイヤの先端を前記Ｉ形開先内で前記厚板鋼板の板厚方向に往復動させて、前記Ｉ形開先内で溶接金属を順次積層させる制御手段と、
前記Ｉ形開先内に挿入されて前記台車とともに移動するミラーと、
前記台車とともに移動して前記ミラーを介して前記Ｉ形開先内に位置する溶接ワイヤの先端部分を撮影する撮影手段と、
前記撮影手段で撮影した前記溶接ワイヤの先端部分を再生可能に映し出すモニタを備えている
ことを特徴とする立向姿勢溶接装置。