JP2012016710A - 鋼床版の溶接装置 - Google Patents

Abstract

【課題】鋼床版のデッキプレートと閉断面リブの当接箇所を閉空間の内側から溶接可能な溶接装置を提供する。
【解決手段】溶接装置１は、全体が閉空間ｓを長手方向に通り抜け可能な寸法を有する。
溶接装置は、台車１０、２０と、デッキプレートと閉断面リブとの当接箇所に対向可能な溶接トーチ３０と、溶接トーチ３０に溶接ワイヤｗを供給可能なワイヤ送給機４０と、溶接トーチ３０にガスおよび電力を供給可能なケーブル５０と、を備える。台車１０、２０を走行させながら溶接トーチ３０により閉空間ｓの内側から溶接作業をおこなう。
【選択図】図３

Description

この発明は、鋼床版のデッキプレートと閉断面リブとの当接箇所を閉断面リブの内面側から溶接可能な溶接装置に関する。

橋梁に用いられる床版として、鋼製のフラットなデッキプレートの下面に、同じく鋼製の縦リブや横リブを溶接して補強した鋼床版が知られている。
このような鋼床版は、コンクリートの打設が不要なことや軽量であること等の理由から鉄筋コンクリート床版等に比べて現場施工が簡便であり、汎用されている。

ここで鋼床版に用いられる縦リブとして、いわゆる閉断面リブが知られている。閉断面リブは、ボトムパネルとその両側から立ち上がるサイドパネルを有し、その長手方向に垂直な断面が下に凸の曲線形状をなしている。この閉断面リブをデッキプレートの下面に接近させるとそのサイドパネルの先端部（上端部）が当接するようになっている。
こうしてサイドパネルがデッキプレートに当接することで、閉断面リブの内部には長手方向に連続する閉空間が形成されることになる。典型的な閉断面リブとして、特許文献１に記載されているような断面がＵ字型をなすＵリブが挙げられる。

ところで一般的な閉断面リブは、その閉空間の縦横寸法(高さおよび幅寸法)が数十ｃｍ程度であって、内部に人間が入り込めない大きさとなっている。
そのため、デッキプレートへ溶接する際には、閉空間の内側から人間が直接作業をおこなうことが不可能である。
このことから従来は、閉断面リブのサイドパネルとデッキプレートの下面との当接箇所の外面側からのみ、つまり閉空間の外側のみから溶接をおこなっていた。

ここでデッキプレートの上面はアスファルト等により舗装され、その上を車両が通行するため、車両の輪荷重によりデッキプレートに局部変形が生じる。
この局部変形にともなって、構造的に弱いデッキプレートと閉断面リブとの溶接箇所に応力が集中することになる。

とくに従来は上記のように閉断面リブの外面側のみから溶接を行っていたため、溶接範囲が狭く（溶接面積が小さく）、応力集中の度合いが著しいものとなっている。そのため、当該溶接箇所に疲労亀裂が発生しやすく、特に大型車の交通量が多い橋梁では鋼床版の供用開始から十数年程度で、溶接箇所を起点として亀裂がデッキプレートにまで達する例が多数見受けられている。

デッキプレートと閉断面リブのサイドパネルとの当接箇所を、従来のような閉空間の外側からだけ溶接するのではなく、閉空間の内側からも溶接することができれば、溶接範囲が広がって応力が分散される。そのため、上記のような疲労亀裂の問題を抑制または解消することができる。

特開２００７−３３２５８８号公報

そこでこの発明の解決すべき課題は、鋼床版のデッキプレートと閉断面リブの当接箇所を閉空間の内側から溶接可能な溶接装置を提供することである。

上記した課題を解決するため、発明にかかる鋼床版の溶接装置を、その全体が閉断面リブ内の閉空間を長手方向に通り抜け可能な寸法を有するものとし、前記閉空間を走行可能な台車と、前記台車に搭載されて台車の前記閉空間の走行時に前記デッキプレートと前記閉断面リブのサイドパネルとの当接箇所に対向可能なアーク溶接用の溶接トーチと、前記台車に搭載されて前記溶接トーチに溶接ワイヤを供給可能なワイヤ送給機と、前記溶接トーチに接続されてシールドガスおよび溶接用の電力を供給可能なケーブルと、を備える構成としたのである。

この溶接装置をその台車により鋼床版の閉断面リブ内の閉空間を長手方向に沿って走行させながら、その溶接トーチにワイヤ送給機とケーブルから溶接ワイヤ、シールドガス、電力を供給して、デッキプレートと閉断面リブのサイドパネルとの当接箇所をアーク溶接する。このようにして、当接箇所を閉空間の内側から溶接することができる。

発明にかかる溶接装置を以上のように構成したので、鋼床版のデッキプレートと閉断面リブのサイドパネルとの当接箇所を閉空間の内側から溶接することが可能となった。

溶接装置で鋼床版を溶接している状態を示す斜視図 閉空間内での溶接装置の側面図 閉空間内での溶接装置の平面図 溶接装置の駆動台車側の拡大斜視図 溶接ワイヤ送給機の縦断面図

以下、図面を参照しつつこの発明の実施形態について説明する。
実施形態にかかる鋼床版の溶接装置１は、図１のように、鋼床版６０のデッキプレート６１とＵリブ６２のサイドパネルとの当接箇所を閉空間ｓの内側から溶接するのに用いられる。
図２および３のように、溶接装置１は、台車１０、２０と、溶接トーチ３０と、溶接ワイヤ送給機４０と、ケーブル５０と、を備える。

図示のように、台車は、前側の駆動台車１０と後側の被牽引台車２０とからなり、駆動台車１０と被牽引台車２０とは連結部２５により連結されている。
駆動台車１０は、平面視矩形の台車本体１１の底面に４輪の車輪１２を有する。この車輪１２が台車本体１１に搭載されたモータやギヤを含む電動部１３により駆動回転することで、駆動台車１０は自走できるようになっており、かつその走行速度を調節可能となっている。
被牽引台車２０は、平面視矩形の台車本体２１の底面に４輪の車輪２２を有する。被牽引台車２０は、その車輪２２がフリー回転するようになっており、チェーンや鋼棒などの細長い連結部材からなる連結部２５を介して、駆動台車１０に牽引されるようになっている。

駆動台車１０の台車本体１１の一側面には前後に並列するガイドローラ１４が設けられている。各ガイドローラ１４はフリー回転するようになっており、前側のガイドローラ１４より後側のガイドローラ１４のほうが、台車本体１１の側面からの突出量が大きくなっている。なお、ガイドローラ１４の突出量は後側が前側より突出した状態を維持しつつ、大きさを調節できるようにしてもよい。

また、被牽引台車２０の台車本体２１の両側面には前後に並列する横ずれ防止ローラ２３がそれぞれ設けられている。各横ずれ防止ローラ２３はフリー回転するようになっており、その台車本体２１の側面からの突出量はほぼ等しくなっている。なお、横ずれ防止ローラ２３の突出量は前後左右のローラで等しい状態を維持しつつ、大きさを調節できるようにしてもよい。

駆動台車１０および被牽引台車２０は、それぞれ台車本体１１、２１の内部に電磁石からなる磁石部１５、２４が付属しており、その励磁状態で鋼床版に底面側が吸着可能になっている。
なお、ここで駆動台車１０の走行性能を高めるためには、その車輪１２をゴム車輪とし４輪駆動とするのが好ましい。
さらに、駆動台車１０には溶接トーチ３０が搭載され、被牽引台車２０には溶接ワイヤの送給機４０が搭載されている。

図４のように、アーク溶接用の溶接トーチ３０はノズル３１を含む公知の機構を有する。溶接トーチ３０は、トーチホルダ１６によりそのノズル３１の先端部が駆動台車１０の正面からみて斜め下を向くように、駆動台車１０の台車本体１１の上に取り付けられている。
またトーチホルダ１６は、送り機構１７により、駆動台車１０の上下左右方向にスライド可能となっている。送り機構１７は、ねじ軸の回転により上下方向に送り可能な上下動ブロックと、ねじ軸の回転により左右方向（幅方向）に送り可能な左右動ブロックを有する公知の機構を有している。これにより溶接トーチ３０の向きを微調整できるようになっている。

この溶接トーチ３０には、図示省略のコネクタを介して集束ケーブル５０が着脱可能に接続されている。集束ケーブル５０内には、ガスホースや電気ケーブルなどの各種ケーブル類が集束されており、これを介してシールドガスやアーク放電のための電力が、図示省略のガスボンベや電源から供給されるようになっている。
図１のように、集束ケーブル５０は、公知の機構を有する巻き取り機５１が付属し、そのリールに巻回されている。この巻き取り機５１のリールはフリー回転の状態と駆動回転の状態を切り替えられるようになっている。
なお、シールドガスの種類は特に限定されず、炭酸ガス、不活性ガス（アルゴン）などが例示できる。

図２および図３のように、ワイヤ送給機４０は、送給機本体４１と溶接ワイヤが巻回されたスプール４２とからなる公知の機構を有して、溶接トーチ３０に溶接ワイヤｗを供給するようになっている。
溶接トーチ３０に送られた溶接ワイヤｗには、溶接トーチ３０のノズル３１内に設けられた図示省略のコンタクトチップに接触することで電力が供給されるようになっている。これにより、溶接対象物（デッキプレートやＵリブ）との間にアーク放電が生じて溶接ワイヤｗおよび溶接対象物が熱で溶融してアーク溶接がなされる。同時に溶接トーチ３０のノズル３１内に設けられた図示省略の噴射孔からシールドガスが噴射され、アークが大気から保護されるようになっている。

アーク溶接の形式は特に限定されず、ＭＡＧ（Metal Active Gas）溶接、ＴＩＧ（Tungsten Inert Gas）溶接、プラズマアーク溶接が例示できる。また溶接の種類も限定されず、すみ肉溶接であっても溶込み溶接であってもよい。

ここでワイヤ送給機４０は、その送給機本体４１が被牽引台車２０の前側に、そのスプール４２が被牽引台車２０の後側にそれぞれネジ止め等の公知の手段により固定されている。
図５のように、送給機本体４１は、ケーシング内の上下にピンチロール４１ａが回転可能に支持されている。スプール４２からの溶接ワイヤは、これらのロール４１ａに挟み込まれ、ケーシング前部に開口する受口４１ｂを通じて前方に送り出されるようになっている。

なお上側のピンチロール４１ａは、ハンドル４１ｃの揺動操作により上下に微少動するようになっており、溶接ワイヤｗを上下のピンチロール４１ａで挟み込む力を調節できるようになっている。
また、ケーシング内のピンチロール４１ａより後側の上下には、矯正ロール４１ｄが回転可能に支持されている。スプール４２に巻回されてくせの付いた溶接ワイヤｗは、これらのロール４１ｄ間を通すことでほぼ真っ直ぐに矯正されるようになっている。なお下側の矯正ロール４１ｄは、図示のように揺動アームに支持されており、下方の調節ねじ４１ｅを上下に送ることで高さ調節可能になっている。

ここで駆動台車１０の車輪１２の回転駆動および停止、駆動台車１０の磁石部１５の励磁および消磁、溶接トーチ３０への溶接ワイヤｗ、シールドガス、電力の供給および供給停止等は、図示省略の公知の機構を有する制御ボックスにより遠隔操作できるようになっている。

また溶接装置全体１の寸法は、図１から図３に示すように、鋼床版６０のＵリブ６２内に形成される閉空間ｓを通り抜け可能なものとなっている。具体的には、Ｕリブ６２は通常その幅が３０ｃｍ程度、その高さが２２ｃｍ程度であるため、溶接装置１の幅および高さはこれよりも小さいものとなっている。

実施形態の溶接装置１の構成は以上のようであり、次にこの溶接装置１を用いて鋼床版６０のデッキプレート６１とＵリブ６２のサイドパネル６２ｂとの当接箇所を閉空間ｓの内側から溶接する方法について説明する。

まず、図１のように、デッキプレート６１を鋼床版６０の設置状態とは天地が逆になるように、すなわち下面が上に上面が下になるようにして作業床に載置する。その上に同じく鋼床版６０の設置状態とは天地が逆になった状態（ボトムパネル６２ａが上になった状態）でＵリブ６２を載せてそのサイドパネル６２ｂをデッキプレート６１に当接させる。

Ｕリブ６２のサイドパネル６２ｂとデッキプレート６１の当接箇所は、Ｕリブ６２の外面側から溶接する。この溶接作業は、人間がＵリブ６２の長手方向に沿って移動しながら溶接ガンを直接操作する等、公知の方法により行われる。

溶接装置１をＵリブ６２の閉空間ｓの開放された端面から内部へと、部分的に入り込ませる。このとき溶接装置１のトーチ３０は、駆動台車１０の送り機構１７を操作して、片側のサイドパネル６２ｂとデッキプレート６１との当接箇所にノズル３１が対向するように上下左右に位置調整しておくものとする。
そして、駆動台車１０の車輪１２を回転駆動させて、溶接装置１を閉空間ｓ内部の長手方向に沿って進行させる。
外側溶接と内側溶接の溶接順序は特には限定されるものではなく、外側溶接と内側溶接を同時に溶接してもよい。

このとき、集束ケーブル５０の巻き取り機５１はそのリールをフリー回転に切り替えておいて、Ｕリブ６２の外において、図１のように閉空間ｓの開放された端面に正対するように設置する。
このようにすると、溶接装置１の進行にしたがって集束ケーブル５０が閉空間ｓに引き込まれる際に、集束ケーブル５０がＵリブ等に干渉することが防止されまた摩擦が低減されるため、スムーズな引き込みが可能となる。

図２および図３に示すように、閉空間ｓ内に溶接装置１を進行させつつ、その被牽引台車２０に搭載された溶接トーチ３０に電力、シールドガス、溶接ワイヤｗを供給して、デッキプレート６１と片側のサイドパネル６２ｂとの当接箇所の溶接作業を連続的におこなっていく。

このとき図３のように、被牽引台車２０は、その両側面から等量突出する横ずれ防止ローラ２３が、両サイドパネル６２ｂにそれぞれ当接する。これにより、被牽引台車２０は、閉空間ｓ内で横ずれすることなく真っ直ぐにスムーズに進行するようになっている。

また駆動台車１０は、前後で両側面からの突出量が異なるガイドローラ１４が片側サイドパネル６２ｂに当接することで、台車本体１１の前側が後ろ側よりもサイドパネル６２ｂに近づいた状態となり、台車本体１１が閉空間ｓの長手方向に対して角度αをもって傾斜している。このため駆動台車１０は、その全体が片側のサイドパネル６２ｂに常に押し付けられながら閉空間ｓ内を進行することになる。
したがって、駆動台車１０に搭載された溶接トーチ３０は、サイドパネル６２ｂとデッキプレート６１との当接箇所に対向する位置からずれ動くことがなく、正確に当該当接箇所を溶接することができる。
駆動台車１０と被牽引台車２０は分離されているが、両台車を一体化した溶接装置を用いてもよい。

溶接装置１が閉空間ｓを通り抜けると、溶接トーチ３０から集束ケーブル５０を取り外し、台車１０、２０を反転させる。これとともに、巻き取り機５１のリールを駆動回転状態に切り替えて集束ケーブル５０を自動で速やかに巻き取る。そして、巻き取り機５１を最初の設置位置とは逆の閉空間ｓの開放された端面に正対する位置に移動させる。
巻き取り機５１のリールをフリー回転状態に切り替えて、再びケーブル５０を溶接トーチ３０に接続する。この状態で、溶接装置１を先ほどとは逆向きに閉空間ｓ内を進行させ、デッキプレート６１と残った側のサイドパネル６２ｂとの当接箇所の溶接作業を先ほどと同様におこなう。

溶接装置１による溶接作業が終了すると、閉空間内にＣＣＤカメラ、ファイバースコープ等により構成される外観検査装置を通して、溶接箇所の状態を観察し、欠陥を検出する。欠陥が検出された場合は、再度溶接装置１を用いて当該箇所の溶接作業をおこなう。

以上の実施形態では、鋼床版の閉断面リブとしてＵリブを例示して溶接装置による溶接を説明したが、この溶接装置はＵリブ以外の閉断面リブとデッキプレートとを内側から溶接するのにも用いられることは無論である。

また以上の実施形態では、鋼床版６０を新たに製造する場合の閉空間内からの溶接を例示したが、従来の鋼床版、すなわちデッキプレート６１とＵリブ６２の当接箇所の外側のみが溶接された既設の鋼床版にこの方法を適用して改修してもよい。
その改修作業においては、鋼床版が設置された状態で溶接をおこなう必要があるため、実施形態とは天地が逆の状態となるが、溶接装置１は各台車１０、２０の下面に磁石部１５、２４を有してデッキプレート６１の下面にさかさまに吸着しながら走行できるため、溶接作業に支障は生じない。

さらに以上の実施形態では、溶接装置１に搭載される溶接トーチ３０が１つ（１電極）の場合を例示したが、溶接トーチ３０を２つ（２電極）にしてもよい。
そして、各溶接トーチ３０のノズル３１が閉空間内においてデッキプレート６１と両サイドパネル６２ｂの当接箇所にそれぞれ向くようにし、両側の当接箇所を同時に溶接できるようにしてもよい。このようにすると、溶接作業時間の短縮化が図られる。
この溶接装置１は、鋼床版６０の内部溶接に主として用いられるものであるが、鋼床版６０と同様に内部に閉空間を有する構造体全般の内部溶接に用いることができるのは無論である。このような構造体の具体例としては、鋼板にＵリブなどの補剛材を溶接することで補強されたいわゆる補剛板が挙げられる。

１ 実施形態の溶接装置
１０ 駆動台車
１１ 台車本体
１２ 車輪
１３ 電動部
１４ ガイドローラ
１５ 磁石部
１６ トーチホルダ
１７ 送り機構
２０ 被牽引台車
２１ 台車本体
２２ 車輪
２３ 横ずれ防止ローラ
２４ 磁石部
２５ 連結部
３０ 溶接トーチ
３１ ノズル
４０ ワイヤ送給機
４１ 送給機本体
４１ａ ピンチロール
４１ｂ 受口
４１ｃ ハンドル
４１ｄ 矯正ロール
４１ｅ 調節ねじ
４２ スプール
５０ 集束ケーブル
５１ 巻き取り機
６０ 鋼床版
６１ デッキプレート
６２ Ｕリブ
６２ａ ボトムパネル
６２ｂ サイドパネル
ｗ 溶接ワイヤ
ｓ 閉空間
α 傾斜角度

Claims (6)

1. 鋼製のデッキプレートと、
   鋼製のボトムパネルおよび両サイドパネルからなって前記デッキプレートの下面に前記両サイドパネルが当接することでその内部に長手方向に連続する閉空間が形成される閉断面リブと、を備える鋼床版について、
   前記デッキプレートと前記閉断面リブの両サイドパネルとの当接箇所に前記閉空間の内側からの溶接をおこなうための溶接装置であって、
   その全体が前記閉空間を長手方向に通り抜け可能な寸法を有し、
   前記閉空間を走行可能な台車と、
   前記台車に搭載されて台車の前記閉空間の走行時に前記デッキプレートと前記閉断面リブのサイドパネルとの当接箇所に対向可能なアーク溶接用の溶接トーチと、
   前記台車に搭載されて前記溶接トーチに溶接ワイヤを供給可能なワイヤ送給機と、
   前記溶接トーチに接続されてシールドガスおよび溶接用の電力を供給可能なケーブルと、を備える鋼床版の溶接装置。
2. 前記台車は、前記閉空間内のデッキプレート下面にその底面側を吸着可能な磁石部を有する請求項１に記載の鋼床版の溶接装置。
3. 前記溶接装置と前記ケーブルとは、着脱自在である請求項１または２に記載の鋼床版の溶接装置。
4. 前記台車は、
   前記溶接トーチを搭載する前側の駆動台車と、
   前記ワイヤ送給機を搭載する後側の被牽引台車と、
   前記駆動台車と被牽引台車とを連結する連結部と、からなり、
   前記駆動台車が自走することで前記被牽引台車が牽引される請求項１から３のいずれかに記載の鋼床版の溶接装置。
5. 前記駆動台車は、その一側面に台車全体が前記閉空間の長手方向に対して幅方向に前傾した状態で前記閉断面リブの片側サイドパネルに倣う前後のガイドローラを有する請求項4に記載の鋼床版の溶接装置。
6. 前記被牽引台車は、その両側面に前記閉空間内で前記閉断面リブの両サイドパネルにそれぞれ倣う横ずれ防止ローラを有する請求項４または５に記載の鋼床版の溶接装置。

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