JP2012000665A - 片面アーク溶接装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】片面アーク溶接装置100は、溶接方向に延びる裏当部材21,22と、裏当部材21,22の側部にて裏当部材21,22の長手方向に配列され裏当部材21,22上に位置した被溶接鋼板1,2を磁気的に吸着する磁気吸着部材27〜29と、被溶接鋼板1,2の溶接線3に沿って移動し溶接ワイヤ5を送出する溶接トーチ4と、溶接ワイヤ5に電流を給電して溶接ワイヤ5と被溶接鋼板1,2との間にアークを生成するための溶接電源6と、を有する。溶接電源6は、溶接線3の溶接始端側に設置すると共に、各磁気吸着部材27〜29と溶接電源6の電源アース端子6bとを接続し、アース電流が、複数の磁気吸着部材27〜29と、溶接線3の溶接始端側から溶接終端側まで配置された架台フレーム101の溶接始端側と、を経由して溶接電源6に戻る。
【選択図】図4
Description
第2の集電方法は、被溶接鋼板を支持する支持装置に、溶接電源のアースケーブルを接続する方法である。
第3の集電方法は、被溶接鋼板の支持装置にアース集電装置を複数設置する方法である。そのアース集電装置は、被溶接鋼板をローラで搬送するのに対処させるために、集電接触子を、油圧シリンダ等で被溶接鋼板に向けて進退移動させることによって、被溶接鋼板に接触させる装置である。
その他、片面溶接装置に使用されるものではないが、被溶接鋼板に電源アース端子を接続してアースする方法が知られている(例えば、特許文献1参照)。
先ず、第1の集電方法では、アース電流の集電位置を溶接始端側にするか、溶接終端側にするか、又は、中間位置にするかによって、アークの状態が変化する。このため、アース電流の集電位置により溶接アーク状態が不安定になるという問題点がある。この現象は、一般的に「磁気吹き」といわれ、溶接電流が直流である場合に、特に、著しく現れる。このため、良好な溶接ビードを得ることができないという問題点がある。
又、パネルを交換するときに、アースケーブルの取り外しを忘れた場合には、アースケーブルが切断してしまうという不慮の事故が発生することもある。更に、パネルの被溶接鋼板の大きさが変わる場合には、アースケーブルの取付位置も変わるため、重いアースケーブルをその都度新しい取付位置まで運ぶ必要があり、作業性が悪いという問題点がある。
鋼板支持装置は、複数のローラ、又は、支持台等の支持部材で被溶接鋼板を受けて、アース電流が、被溶接鋼板から支持部材を通って溶接電源に戻るようになっている。しかし、被溶接鋼板は、その表面に錆や汚れや塵埃等があることがあるため、全ての支持点が、常に、鋼板支持装置に密着又は接触しているわけではない。又、被溶接鋼板の曲がり及び支持部材の支持高さも不均一になっているため、接触点が不安定である。このため、アース電流は、いつも同じ状態に流れるとは限らず、アークが不安定であるという問題点がある。
又、接触点が移動することによって、アース電流の良好な集電状態が崩れ、磁気吹きが発生することがある。特に、被溶接鋼板が薄くて、単位面積あたりの質量が軽い場合には、被溶接鋼板が動き易いので、前記した全ての問題点が起きる可能性がある。
更に、ローラで被溶接鋼板を支持する場合は、ローラ内の軸受ベアリングにアース電流が流れるため、ベアリングを損傷させるという問題点がある。ベアリングにかかる荷重が大きい場合には、電流の通過抵抗が小さいが、荷重が小さい場合は、通過抵抗が大きくなり、損傷を促進させるという問題点がある。
アース集電装置は、アースケーブルを溶接線の溶接終端(エンド)側に設けるいわゆる前アースが、磁気吹きの抑制に好ましいといわれていた。このアース集電装置は、被溶接鋼板における溶接が進行する先の溶接終端部分にアース集電接触子を接触させる方法である。
その片面溶接装置は、溶接方向に延びる裏当部材と、この裏当部材の側部にて裏当部材の長手方向に複数配列され、裏当部材上に位置した被溶接鋼板を磁力で吸着して拘束する複数の磁気吸着部材と、被溶接鋼板の溶接線に沿って移動して溶接ワイヤを送出する溶接トーチと、溶接ワイヤに給電して溶接ワイヤと被溶接鋼板との間にアークを生成させる溶接電源と、を備えて、各磁気吸着部材と溶接電源の電源アース端子とを接続することにより、アース電流が、複数の磁気吸着部材を介して溶接電源に戻るようにさせている。
この場合、裏面ビード形状が乱れたときには、溶接施工上の異常が生じたものと判断され、その都度の現場対応として溶接条件を調節すること等により対処していた。その溶接条件の調節作業は、片面アーク溶接装置を停止して作業が行われる。このため、裏面ビード形状の乱れの原因の究明に時間がかかった場合には、片面アーク溶接装置が何ヶ月も立ち上がらない状態になることもあり、検査コストや製作コストがアップすると共に、製品の納期等にも過大な影響を与えることもあった。
このため、前記した諸問題を究明して改善し、溶接欠陥が発生しない片面アーク溶接装置の開発が要望されていた。
請求項1の発明は、裏当部材の側部に配列された複数の磁気吸着部材を、被溶接鋼板の固定に使用することができると共に、被溶接鋼板からアース電流を導通し溶接電源に戻すための電流経路としても兼用することができる。この磁気吸着部材は、裏当部材の長手方向に複数配列し、溶接電源は溶接始端側に設置し、前記各磁気吸着部材と当該溶接電源の電源アース端子とを導通することにより、溶接電流が常に進行方向に対して後アースとなり、安定したアークが得られる。その結果、アーク変動による溶接欠陥が発生しない高品質の溶接を行うことができる。
なお、実施形態の説明において、長手方向は被溶接鋼板1,2の溶接線3に平行な方向、幅方向は溶接線3に直交する方向とする。
図1に示すように、片面アーク溶接装置100は、フラックスFを用いて被溶接鋼板1,2同士を溶接線3に沿って溶接機40を移動させながら片面溶接するサブマージアーク溶接装置である。図2に示すように、片面アーク溶接装置100は、それぞれ後記する溶接機40と、溶接電源6(6A,6B,6C)と、架台フレーム101と、被溶接材搬送装置23と、磁気吸着部材27,28,29と、裏当装置20と、昇降装置(図示省略)と、フラックス回収搬送装置16(図1参照)と、回収散布装置19(図1参照)と、を備えている。
図1に示すように、被溶接鋼板1,2は、船舶等で用いられる大きな面積を有する鋼板等であり、例えば、1辺が10〜30mの長さの平板材からなる。この被溶接鋼板1,2は、溶接機40により大きな被溶接鋼板1,2の溶接線3を溶接して繋ぎ合わせて形成される。被溶接鋼板1,2の側端部は、相互に突き合わされて、突き合わせ端部に溶接線3が形成されている。溶接開先部Mは、仮付け溶接され、溶接線3に沿って複数の仮付け部が点在している。パネルは、溶接線3がフラックス裏当部材21の上に位置に搬送されて配置されている。そして、この溶接線3の上には、溶接機40が配置され、溶接機40が溶接機ビーム102上を溶接線3に沿って走行するようになっている。
図1に示すように、溶接機40は、裏当装置20の上方に配置され、溶接線3の表側(上側)から被溶接鋼板1,2を溶接するアーク溶接機である。図2に示すように、溶接機40は、裏当装置20のフラックス裏当部材21(図1参照)、又は、銅板裏当部材22(図1参照)の長手方向に沿って延設される溶接機ビーム102を走行させる溶接機走行台車41(図2参照)と、溶接機走行台車41に移動可能に取り付けられた調整治具(図示省略)と、調整治具に取り付けられた溶接トーチ4(4A,4B,4C)と、を備えている。
そして、溶接機40には、例えば、3つの溶接トーチ4(4A〜4C)が下方に向けて延在し、各溶接トーチ4(4A〜4C)の先端が溶接線3の直上に位置するように配置される。複数の溶接トーチ4(4A〜4C)からは、各溶接ワイヤ5が溶接開先部Mに向けて送出される。各溶接ワイヤ5と被溶接鋼板1,2との間には、それぞれの溶接電源6(6A〜6C)から電圧が印加されることにより、アークが生成されてアーク溶接が行われる。
図5に示すように、各溶接電源6(6A〜6C)は、各溶接トーチ4(4A〜4C)の溶接ワイヤ5にそれぞれ大電流を給電して溶接ワイヤ5と被溶接鋼板1,2との間にアークを生成させるための電源であり、例えば、3つからなる。各溶接電源6(6A〜6C)は、出力端子6aと、電源アース端子6bと、を備えている。各溶接電源6(6A〜6C)は、溶接線3の溶接始端側に設置されると共に、各磁気吸着部材27,28,29と各溶接電源6(6A〜6C)は、電源アース端子6bとに導通している。各溶接電源6(6A〜6C)から溶接トーチ44A〜4C)、被溶接鋼板1,2を介してアースされるアース電流は、磁気吸着部材27〜29と、溶接線3の溶接始端側から溶接終端側まで配置された架台フレーム101(アース部材)の溶接始端側とを介して全溶接電流が集電されて各溶接電源6(6A〜6C)に配分されて戻るようにアース電流の電流回路が構成されている。
複数の溶接ワイヤ5毎に対応して設置した複数の溶接電源6(6A〜6C)から各溶接ワイヤ5への電源ケーブル8,8,8は、個々の溶接電源6(6A〜6C)毎に、その一端が、出力端子6aに接続され、他端が、溶接機40の溶接ワイヤ5に接続されている。
アースケーブル7は、大電流が供給可能な3本の電導線からなり、一端側が、溶接線3の溶接始端側に設置された電源アース接続端子101aに接続され、他端側が、3つに分岐されて各溶接電源6(6A〜6C)の電源アース端子6bにそれぞれ接続されている。
架台フレーム101は、片面アーク溶接装置100の略全体の骨組みを形成する骨格フレームであり、溶接機ビーム102と、ビーム走行ガイド103と、土台フレーム140と、を備えて幅方向に移動可能に構成されている。架台フレーム101は、導電性の金属製フレームからなり、アース電流の電流経路の一部を形成している。架台フレーム101の溶接始端側には、アースケーブル7を接続するための電源アース接続端子101aが設置されている。
図2に示すように、土台フレーム140は、上方が開放された状態に鋼製の角材を枠組みして、断面視して凹状を呈するように形成されたフレームであり、その内側に支持した裏当装置20の長手方向に沿って延設されている。土台フレーム140は、長手方向に沿って並設された2本の主梁140aと、主梁140a,140aの間に直角に連結された連結梁140bと、連結梁140bに垂直に立設された連結梁140cと、主梁140a,140aの上方で、それぞれ平行に設置された補助梁140dと、補助梁140dから裏当装置20の反対側に向かって張出した片持梁140eと、を備えている。又、土台フレーム140は、連結梁140bの下方に台車部108が設置され、裏当装置20の長手方向に所定の間隔をあけて並設された複数のレール107の上を台車部108が移動することによって、裏当装置20の幅方向に移動する。
被溶接材搬送装置23は、土台フレーム140の補助梁140dの上部に配置され、裏当装置20の上方で被溶接鋼板1,2を水平移動させる装置である。被溶接材搬送装置23は、パネル移動ローラ24,24と、このパネル移動ローラ24,24を回転駆動させるモータ26,26等を備えて構成されている。又、被溶接材搬送装置23による被溶接鋼板1,2の搬送を補助するために、土台フレーム140の上部(片持梁140e)には、補助ローラ装置30(図3参照)が配置されている。
図1に示すように、裏当装置20は、前記被溶接鋼板1,2同士を突き合わせた溶接線3の裏面にフラックスFを押し当てる装置であり、裏当装置走行台車17に載設された支持構造体の上に溶接方向に延設されている。裏当装置20は、フラックス裏当部材21と銅板裏当部材22とが並行に設けられた二列の裏当部材と、この二つの裏当部材をそれぞれ上昇及び下降させる昇降装置としてのエアホース15と、を備えている。フラックス裏当部材21と銅板裏当部材22とは、溶接方法により、いずれかが選択的に使用される。
なお、図1は、フラックス裏当部材21を使用して溶接するときの状態を示す要部縦断面図である。これらの裏当装置20の上には、被溶接鋼板1,2を仮付けしたパネルが搬送されて来て配置される。
そして、これらのフラックス裏当部材21と銅板裏当部材22との間には、複数の磁気吸着部材29が長手方向に1列に配置されている。フラックス裏当部材21及び銅板裏当部材22の幅方向の左右外側には、被溶接材搬送装置23,23及び磁気吸着部材27,28が配置されている。
図3に示すように、磁気吸着部材27,28,29(磁気吸着装置)は、裏当装置20の上方に配置されたパネルを下側から磁力で吸引して、被溶接鋼板1,2が浮き上がらないように固定する装置であり、略円柱形状に形成された電磁マグネットからなる。磁気吸着部材27〜29は、溶接装置走行台車14(図1参照)の上端に設置された支持部18にそれぞれ載設されると共に、裏当装置20に沿って長手方向に予め設定された間隔で、それぞれが1列に長手方向に多数配置されている。磁気吸着部材27〜29は、通電することによりその上方に配置されたパネル、即ち、被溶接鋼板1,2を磁力で吸着し、被溶接鋼板1,2を拘束するようになっている。磁気吸着部材27〜29は、その全てが各溶接電源6(6A〜6C)の電源アース端子6b(図示省略)に導通するように設けられている。
図3に示すように、補助ローラ装置30は、複数のローラ31が裏当装置20の長手方向(パネル搬送方向)に沿って配置されている。各ローラ31は、その回転軸が、フラックス裏当部材21及び銅板裏当部材22の長手方向に直交するように配置されて、モータ32によって回転駆動されると、パネルを裏当装置20の長手方向に移動させる。
図1に示すように、溶接装置走行台車14は、フラックス裏当部材21、銅板裏当部材22,磁気吸着部材29及び被溶接材搬送装置23,23を搭載して幅方向へ移動させるための台車である。
裏当装置走行台車17は、フラックス裏当部材21、磁気吸着部材29及び銅板裏当部材22を搭載して移動させるための台車であり、溶接装置走行台車14上を裏当装置20の長手方向に直交する方向に走行可能となっている。このため、フラックス裏当部材21、磁気吸着部材29及び銅板裏当部材22は、裏当装置走行台車17が移動することにより、幅方向の位置を微調整することができるようになっている。
次に、図1〜図5を参照して片面アーク溶接装置100の動作について説明する。
図1に示すように、パネルが裏当装置20上に搬送されて来ると、被溶接鋼板1,2間の溶接線3の位置が、フラックス裏当部材21、又は、銅板裏当部材22の直上に位置決めされる。必要に応じて、溶接装置走行台車14を移動させて位置調整し、さらに、裏当装置走行台車17を移動させて位置を正確に微調整をする。
そして、溶接機40を溶接線3に沿って走行させ、各溶接ワイヤ5を溶接線3に沿って移動させると、各溶接ワイヤ5及び被溶接鋼板1,2の溶融及び溶接金属の凝固が溶接方向に連続的になされ、片面アーク溶接が行われる。
このように、溶接線3に沿って多数の磁気吸着部材27〜29が溶接線3の両側に配置されているので、アーク点から被溶接鋼板1,2に入るアース電流は、大きな偏りなく、常に、磁気吸着部材27〜29等を流れて各溶接電源6(6A〜6C)に戻る。
このため、本発明は、片面アーク溶接において、特に先行する第1電極が、直流電流を使用し、フラックス裏当部材21を裏当部材として使用したときに、特に、有益である。
以上、本発明に係る実施形態について説明したが、本発明は、前記した実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において適宜変更は可能である。なお、既に説明した構成は同じ符号を付してその説明を省略する。
前記実施形態では、図5に示すように、各溶接電源6(6A〜6C)を溶接始端側に設置させると共に、各磁気吸着部材27〜29と、各溶接電源6(6A〜6C)の電源アース端子6bとを接続することによって、アース電流が、磁気吸着部材27〜29を経由して溶接始端側に集電され、各電流アース端子6bを介して各溶接電源6(6A〜6C)に戻るように電流回路が形成されているが、これに限定されるものではない。
このため、アース電流の流れの経路が安定化されて、溶接の際に、溶接線3の全体に亘って均一化されたアークが生成され、溶接ビードの形状も安定化されて、溶接欠陥の発生を防止することができる。
3 溶接線
4,4A,4B,4C 溶接トーチ
5 溶接ワイヤ
6,6A,6B,6C 溶接電源
6b 電源アース端子
7,7A,7B アースケーブル
11 ケーブル
12 接続端子
13 基台
14,17 台車
15 エアホース
16 回収部材
20 裏当装置
21 フラックス裏当部材(裏当部材)
22 銅板裏当部材(裏当部材)
27,28,29 磁気吸着部材
40 溶接機
100 片面アーク溶接装置
101 架台フレーム(アース部材)
101a,101b 電源アース接続端子
140 土台フレーム
Claims (4)
- 溶接方向に延びる裏当部材と、当該裏当部材の側部にて当該裏当部材の長手方向に複数配列され前記裏当部材上に位置した被溶接鋼板を磁気的に吸着して拘束する複数の磁気吸着部材と、前記被溶接鋼板の溶接線に沿って移動し溶接ワイヤを送出する溶接トーチと、前記溶接ワイヤに電流を給電して前記溶接ワイヤと前記被溶接鋼板との間にアークを生成するための溶接電源と、を有する片面アーク溶接装置であって、
前記溶接電源は、前記溶接線の溶接始端側に設置されると共に、前記各磁気吸着部材と当該溶接電源の電源アース端子とを導通させたことにより、
アース電流が、前記複数の磁気吸着部材と、
前記溶接線の溶接始端側から溶接終端側まで配置されたアース部材の溶接始端側と、
前記アース部材の溶接始端側と前記電源アース端子とに接続されたアースケーブルと、
を経由して当該溶接電源に戻るようにしたことを特徴とする片面アーク溶接装置。 - 前記複数の磁気吸着部材は、前記裏当部材の幅方向の両側に、当該裏当部材の長手方向に複数配列されると共に、全ての前記磁気吸着部材が前記電源アース端子に導通されていることを特徴とする請求項1に記載の片面アーク溶接装置。
- 前記アース部材は、少なくとも前記磁気吸着部材、あるいは、溶接機を支持する架台フレームからなることを特徴とする請求項1に記載の片面アーク溶接装置。
- 溶接方向に延びる裏当部材と、前記裏当部材の側部にて当該裏当部材の長手方向に複数配列され当該裏当部材上に位置した被溶接鋼板を磁気的に吸着して拘束する複数の磁気吸着部材と、前記被溶接鋼板の溶接線に沿って移動し溶接ワイヤを送出する溶接トーチと、前記溶接ワイヤに電流を給電して前記溶接ワイヤと前記被溶接鋼板との間にアークを生成するための溶接電源と、を有する片面アーク溶接装置であって、
前記溶接電源は、前記溶接線の溶接終端側に設置されると共に、前記各磁気吸着部材と当該溶接電源の電源アース端子とを導通させたことにより、
アース電流が、前記複数の磁気吸着部材と、
前記溶接線の溶接始端側に設置され前記複数の磁気吸着部材に導通した電源アース接続端子と、
前記溶接線の溶接始端側から溶接終端側に配置されると共に、前記電源アース接続端子と前記電源アース端子とに接続されたアースケーブルと、
を経由して当該溶接電源に戻るようにしたことを特徴とする片面アーク溶接装置。
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