JP2012110943A

JP2012110943A - 肉盛溶接装置及び方法

Info

Publication number: JP2012110943A
Application number: JP2010262988A
Authority: JP
Inventors: Masakazu Matsui; 正数松井; Noriyuki Sakakibara; 紀幸榊原; Yuzo Imagawa; 雄三今川; Shintaro Matsumoto; 真太郎松本; Masaaki Honda; 政彰本田; Takashi Yoneda; 隆治米田
Original assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Current assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Priority date: 2010-11-25
Filing date: 2010-11-25
Publication date: 2012-06-14

Abstract

【課題】肉盛溶接装置及び方法において、溶接作業性を向上させると共に低コスト化を可能とする。
【解決手段】溶接トーチ１１と、溶接トーチ１１を鋼管１２２の並列方向に沿って移動可能とする第１移動装置１２と、溶接トーチ１１を鋼管１２２の長手方向に沿って移動可能とする第２移動装置１３と、溶接トーチ１１を鋼管１２２の並列方向に移動することで複数の鋼管１２２及びフィン１２３に対して連続して肉盛溶接を行うと共に予め設定された所定の位置で鋼管１２２の長手方向に移動することで肉盛溶接位置をずらすように第１移動装置１２及び第２移動装置１３を制御する制御装置１５とを設ける。
【選択図】図１

Description

本発明は、石炭焚きボイラや産業用ボイラなどの火炉壁を構成する鋼管の肉盛溶接装置及びその方法に関するものである。

石炭焚きボイラは、その火炉壁が複数の鋼管とフィンを溶接により結合したパネルにより構成されている。これらの鋼管やフィンは、炭素鋼や低合金鋼が用いられているが、近年、発電効率向上による温度上昇、粗悪燃料の適用拡大等により、燃焼時に発生する硫黄分や高温酸化等による腐食が発生している。これら燃焼時に発生する硫黄分や高温酸化等による腐食を防止するため、ボイラによっては、火炉壁の炉内側に耐食性に優れたステンレス鋼やインコネル系の溶接材料で肉盛溶接を行った肉盛パネルが適用されている。

このような鋼管の肉盛溶接方法及び肉盛溶接装置としては、例えば、下記特許文献１に記載されたものがある。この特許文献１に記載されたものは、略円弧状のレールに沿って溶接トーチを移動することで、火炉壁の鋼管を周方向に肉盛溶接し、溶接トーチと鋼管との間隔は一定寸法を保ったまま、溶接トーチを鋼管の外周面に沿って移動させ、これにより肉盛厚さを鋼管の周方向で均一化し、全体的に肉盛厚さを薄くして肉盛材料の使用量を抑えてコストを低減するものである。

特開２００７−２１００１２号公報

ところが、上述した従来の鋼管の肉盛溶接方法及び肉盛溶接装置にあっては、溶接トーチと鋼管の周方向に移動させると共に周方向の端部で折り返すことで、１本の鋼管に対してその表面を連続して肉盛溶接を行うようにしている。

１本の鋼管の表面に肉盛溶接を行う場合、溶接トーチを移動するときに、何回も折り返しながら移動する必要がある。すると、溶接トーチの折り返し部で、溶接速度が０となり、鋼管に対する肉盛溶接部高さ（余盛高さ）、つまり、溶着量が大きくなってしまう。すると、肉盛溶接の表面に多数の段差が形成されてしまい、均一な余盛高さ、即ち、均一な耐腐食性を確保することが困難となる。また、炭素鋼や低合金鋼からなる鋼管の肉盛には、耐食性に優れたステンレス鋼やインコネル系の溶接材料を用いているが、特に、インコネル系の溶接材料の場合、非常に高価であるため、必要以上の溶接材料を使用することで、材料コストが増加してしまうという問題がある。

本発明は上述した課題を解決するものであり、溶接作業性を向上させると共に低コスト化を可能とする肉盛溶接装置及び方法を提供することを目的とする。

上記の目的を達成するための本発明の肉盛溶接装置は、鋼管とフィンが交互に接合されて鉛直に設置される火炉壁に対して肉盛溶接を行う肉盛溶接装置において、溶接トーチと、該溶接トーチを前記鋼管の並列方向に沿って移動可能とする第１移動装置と、前記溶接トーチを前記鋼管の長手方向に沿って移動可能とする第２移動装置と、前記溶接トーチを前記鋼管の並列方向に移動することで複数の前記鋼管及び前記フィンに対して連続して肉盛溶接を行うと共に予め設定された所定の位置で前記鋼管の長手方向に移動することで肉盛溶接位置をずらすように前記第１移動装置及び前記第２移動装置を制御する制御装置と、を備えることを特徴とするものである。

従って、複数の鋼管及びフィンに対して連続して肉盛溶接を行うことで、溶接作業の作業性を向上することができると共に、溶接トーチの反転回数を減少させることで、無駄な溶接材料の消費を抑制して低コスト化を可能とすることができる。

本発明の肉盛溶接装置では、前記制御装置は、前記第１移動装置を制御して複数の前記鋼管及び前記フィンに対して連続して肉盛溶接を行った後、前記第２移動装置を制御して前記溶接トーチを上方に移動することで肉盛溶接位置をずらすことを特徴としている。

従って、複数の鋼管及びフィンに対して肉盛溶接ビードを上方に重ねることとなり、均一な肉盛溶接部を形成することができる。

本発明の肉盛溶接装置では、前記溶接トーチを前記火炉壁に対して接近離反可能とする第３移動装置を設け、前記制御装置は、前記溶接トーチと前記火炉壁の溶接面との距離が一定となるように第３移動装置を制御することを特徴としている。

従って、溶接トーチを火炉壁の溶接面と一定の距離を維持して肉盛溶接を行うことで、安定して均一な肉盛溶接部を形成することができる。

本発明の肉盛溶接装置では、前記制御装置は、前記溶接トーチの送り速度が一定となるように前記第１移動装置を制御すると共に、前記フィンへの肉盛溶接時に前記溶接トーチに付与する溶接電流またはアーク電圧を、前記鋼管への肉盛溶接時に前記溶接トーチに付与する溶接電流またはアーク電圧より増加させることを特徴としている。

従って、火炉壁における凹部となるフィンへの肉盛溶接時に、溶接トーチに付与する溶接電流またはアーク電圧を増加させることで、フィンに対しても安定した肉盛溶接を行うことができ、融合不良を抑制して高い溶接品質を確保することができる。

本発明の肉盛溶接装置では、前記制御装置は、前記溶接トーチに付与する溶接電流及びアーク電圧を一定とすると共に、前記フィンへの肉盛溶接時の前記溶接トーチの送り速度が、前記鋼管への肉盛溶接時の前記溶接トーチの送り速度より低くなるように、前記第１移動装置を制御することを特徴としている。

従って、火炉壁における凹部となるフィンへの肉盛溶接時に、溶接トーチの送り速度を低下させることで、フィンに対しても安定した肉盛溶接を行うことができ、融合不良を抑制して高い溶接品質を確保することができる。

本発明の肉盛溶接装置では、前記制御装置は、前記溶接トーチに付与する溶接電流及びアーク電圧を一定とすると共に、前記鋼管の湾曲部への肉盛溶接時の前記溶接トーチの送り速度が、前記鋼管の中央部及び前記フィンへの肉盛溶接時の前記溶接トーチの送り速度より低くなるように、前記第１移動装置を制御することを特徴としている。

従って、溶接トーチに直交しない鋼管の湾曲部への肉盛溶接時に、溶接トーチの送り速度を低下させることで、鋼管の湾曲部に対しても安定した肉盛溶接を行うことができ、融合不良を抑制して高い溶接品質を確保することができる。

また、本発明の肉盛溶接方法は、鋼管とフィンが交互に接合されて鉛直に設置される火炉壁に対して肉盛溶接を行う肉盛溶接方法において、前記溶接トーチを前記鋼管の並列方向に予め設定された所定の溶接距離だけ移動することで、複数の前記鋼管及び前記フィンに対して連続して肉盛溶接を行った後、前記溶接トーチを前記鋼管の長手方向に予め設定された所定の送り距離だけ移動することで、肉盛溶接位置をずらす、ことを特徴とするものである。

本発明の肉盛溶接方法では、前記溶接トーチを前記鋼管の並列方向の一方側に向けて移動することで、複数の前記鋼管及び前記フィンに対して連続して肉盛溶接を行った後、前記溶接トーチを前記鋼管の並列方向の他方側に向けて移動することで、形成された溶接ビードの上方側に位置する複数の前記鋼管及び前記フィンに対して連続して肉盛溶接を行うことを特徴としている。

本発明の肉盛溶接装置及び方法によれば、溶接トーチを鋼管の並列方向に向けて移動することで、複数の鋼管及びフィンに対して連続して肉盛溶接を行うので、溶接作業性を向上させると共に、低コスト化を可能とすることができる。

図１は、本発明の実施例１に係る肉盛溶接装置を表す概略図である。図２は、実施例１の肉盛溶接方法を表す概略図である。図３は、実施例１の肉盛溶接方法を表す鋼管の断面図である。図４は、ボイラの火炉壁における補修領域を表す正面図である。図５は、火炉壁の補修方法を表す概略図である。図６は、本発明の実施例２に係る肉盛溶接装置による肉盛溶接方法を表す概略図である。図７は、溶接トーチによるフィンの肉盛溶接方法を表す概略図である。図８は、本発明の実施例３に係る肉盛溶接装置による肉盛溶接方法を表す概略図である。図９は、本発明の実施例４に係る肉盛溶接装置による肉盛溶接方法を表す概略図である。図１０は、溶接速度を説明するための説明図である。

以下に添付図面を参照して、本発明に係る肉盛溶接装置及び方法の好適な実施例を詳細に説明する。なお、この実施例により本発明が限定されるものではなく、また、実施例が複数ある場合には、各実施例を組み合わせて構成するものも含むものである。

図１は、本発明の実施例１に係る肉盛溶接装置を表す概略図、図２は、実施例１の肉盛溶接方法を表す概略図、図３は、実施例１の肉盛溶接方法を表す鋼管の断面図、図４は、ボイラの火炉壁における補修領域を表す正面図、図５は、火炉壁の補修方法を表す概略図である。

例えば、石炭焚きボイラは、石炭を粉砕した微粉炭を微粉燃料として用い、この微粉炭を燃焼バーナにより燃焼させ、この燃焼により発生した熱を回収することが可能な微粉炭焚きボイラである。この石炭焚きボイラは、火炉と燃焼装置とを有している。火炉は、四角筒の中空形状をなして鉛直方向に沿って設置され、この火炉を構成する火炉壁の下部に燃焼装置としての複数の燃焼バーナが設けられている。

即ち、このボイラにおいて、図４に示すように、火炉壁１０１は、複数の鋼管１０２と複数のフィン１０３が水平方向に交互に溶接により接合され、所定の箇所に鉛直に設置されるものである。この火炉壁１０１は、鋼管１０２やフィン１０３が炭素鋼や低合金鋼により製作されているものであることから、炉内側表面に、燃焼時に発生する硫黄分や高温酸化等による腐食を防止するための肉盛溶接部が形成されている。

しかし、ボイラの長期間にわたる使用で、火炉壁１０１に一部に腐食などが発生したときには、この腐食が発生した領域の火炉壁１１１を補修する必要がある。この場合、例えば、図５に示すように、ボイラの火炉壁１０１から補修する領域の火炉壁１１１を切り取ることで開口１１２を形成し、この開口１１２に新しい火炉壁１２１を接合して補修することとなる。

ここで、新しい火炉壁１２１は、補修する火炉壁１１１と同様に、複数の鋼管１２２と複数のフィン１２３が交互に溶接により接合されたものであり、工場にて予め中央部に肉盛溶接部１２４が形成されている。ただし、新しい火炉壁１２１は、火炉壁１０１の開口１１２に当て嵌め、両者を溶接により接合する必要があることから、事前に外周部に肉盛溶接を行うことができない。そこで、本実施例の肉盛溶接装置は、新しい火炉壁１２１がボイラの火炉壁１０１の開口１１２に溶接により接合された後、肉盛溶接が施されていない領域、例えば、ボイラの火炉壁１０１と新しい火炉壁１２１との溶接部１２５を有する領域Ａに対して肉盛溶接を行うものである。

実施例１の肉盛溶接装置は、図１に示すように、溶接トーチ１１と、この溶接トーチ１１を鋼管１２２（１０２）の並列方向に沿って移動可能とする第１移動装置１２と、溶接トーチ１１を鋼管１２２の長手方向に沿って移動可能とする第２移動装置１３と、溶接トーチ１１を火炉壁１２１（１０１）に対して接近離反可能とする第３移動装置１４と、溶接トーチ１１と第１移動装置１２と第２移動装置１３と第３移動装置１４を制御する制御装置１５とを有している。

そして、制御装置１５は、溶接トーチ１１を鋼管１２２の並列方向に移動することで複数の鋼管１２２及びフィン１２３（１０３）に対して連続して肉盛溶接を行うと共に予め設定された所定の位置で鋼管１２２の長手方向に移動することで肉盛溶接位置をずらすように第１移動装置１２及び第２移動装置１３を制御する。この場合、制御装置１５は、第１移動装置１２を制御して複数の鋼管１２２及びフィン１２３に対して連続して肉盛溶接を行った後、第２移動装置１３を制御して溶接トーチ１１を上方に移動するようにしている。

また、制御装置１５は、溶接トーチ１１と火炉壁１２１の溶接面との距離が一定となるように第３移動装置１４を制御する。

そして、実施例１の肉盛溶接装置を用いた肉盛溶接方法では、溶接トーチ１１を鋼管１２２の並列方向に予め設定された所定の溶接距離だけ移動することで、複数の鋼管１２２及びフィン１２３に対して連続して肉盛溶接を行った後、溶接トーチ１１を鋼管１２２の長手方向に予め設定された所定の送り距離だけ移動することで、肉盛溶接位置をずらすようにしている。即ち、溶接トーチ１１を鋼管１２２の並列方向の一方側に向けて移動することで、複数の鋼管１２２及びフィン１２３に対して連続して肉盛溶接を行った後、溶接トーチ１１を鋼管１２２の並列方向の他方側に向けて移動することで、形成された溶接ビードＢの上方側に位置する複数の鋼管１２２及びフィン１２３に対して連続して肉盛溶接を行うようにしている。

実施例１の肉盛溶接装置について、詳細に説明すると、第１移動装置１２において、鋼管１２２の並列方向に沿って第１ガイドレール２１が配置されており、この第１ガイドレール２１に沿って第１移動体２２が移動自在に支持されており、第１駆動装置２３により移動可能となっている。第２移動装置１３にて、鋼管１２２の長手方向に沿って第２ガイドレール２４が配置されており、この第２ガイドレール２４に沿って第２移動体２５が移動自在に支持されており、第２駆動装置２６により移動可能となっている。そして、第２移動体２５に第１ガイドレール２１の端部が支持されている。この場合、第２ガイドレール２４を左右に設けてもよい。

第３移動装置１４にて、第１移動体２２に第３駆動装置２７により溶接トーチ１１が火炉壁１２１に対して接近離反可能に支持されている。

従って、第１駆動装置２３により溶接トーチ１１を鋼管１２２の並列方向である水平方向に移動することができ、第２駆動装置２６により溶接トーチ１１を鋼管１２２の長手方向である鉛直方向に沿って移動することができ、第３駆動装置２７により溶接トーチ１１を火炉壁１２１に接近離反することができる。

ここで、実施例１の肉盛溶接装置を用いた肉盛溶接作業について説明する。図１乃至図３に示すように、制御装置１５は、各駆動装置２３，２６，２７を駆動制御することで、溶接トーチ１１を火炉壁１２１における肉盛溶接領域の最下端部で、且つ、水平方向の一方側に位置させると共に、火炉壁１２１の表面に対して所定の接近位置に停止させる。

この状態から、制御装置１５は、まず、溶接トーチ１１を作動させると共に、第１、第３駆動装置２３，２７を駆動制御することで、溶接トーチ１１の先端部からアークを発生させた状態で、この溶接トーチ１１を火炉壁１２１の表面に対して一定距離を維持しながら、鋼管１２２の並列方向における一方側に移動する。この場合、溶接トーチ１１は、一定速度で、所定の溶接方向を向いたまま移動する。すると、火炉壁１２１の表面に鋼管１２２の並列方向に沿った溶接ビード（肉盛溶接部）Ｂが形成される。

そして、溶接トーチ１１が所定の溶接位置まで移動したら、制御装置１５は、次に、第２駆動装置２６を駆動制御することで、溶接トーチ１１を鋼管１２２の長手方向における上方に所定の送り距離だけ移動する。この送り距離は、溶接ビードＢの幅（図２及び図３では高さ）の約半分の距離とすることが望ましい。制御装置１５は、続いて、第１、第３駆動装置２３，２７を駆動制御することで、溶接トーチ１１の先端部からアークを発生させた状態で、この溶接トーチ１１を火炉壁１２１の表面に対して一定距離を維持しながら、鋼管１２２の並列方向における他方、つまり、前述とは逆方向に移動する。すると、前回に形成した溶接ビードＢの上側に一部が重なるように火炉壁１２１の表面に鋼管１２２の並列方向に沿った溶接ビード（肉盛溶接部）Ｂが形成される。

制御装置１５は、この処理を繰り返し行うことで、所定の領域に渡って溶接ビードＢが多数配列した肉盛溶接部が形成されることとなる。

このように実施例１の肉盛溶接装置にあっては、溶接トーチ１１と、溶接トーチ１１を鋼管１２２の並列方向に沿って移動可能とする第１移動装置１２と、溶接トーチ１１を鋼管１２２の長手方向に沿って移動可能とする第２移動装置１３と、溶接トーチ１１を鋼管１２２の並列方向に移動することで複数の鋼管１２２及びフィン１２３に対して連続して肉盛溶接を行うと共に予め設定された所定の位置で鋼管１２２の長手方向に移動することで肉盛溶接位置をずらすように第１移動装置１２及び第２移動装置１３を制御する制御装置１５とを設けている。

従って、複数の鋼管１２２及びフィン１２３に対して連続して肉盛溶接を行うことで、溶接作業の作業性を向上することができると共に、溶接トーチ１１を溶接端部で切り返す反転回数を減少させることで、無駄な溶接材料の消費を抑制して低コスト化を可能とすることができる。

また、実施例１の肉盛溶接装置では、制御装置１５は、第１移動装置１２を制御して複数の鋼管１２２及びフィン１２３に対して連続して肉盛溶接を行った後、第２移動装置１３を制御して溶接トーチ１１を上方に移動することで肉盛溶接位置を上側にずらすようにしている。従って、複数の鋼管１２２及びフィン１２３に対して肉盛溶接ビードを上方に重ねることとなり、溶接部の外観品質を向上させることができると共に、均一な肉盛溶接部を形成することができる。

また、実施例１の肉盛溶接装置では、溶接トーチ１１を火炉壁１２１に対して接近離反可能とする第３移動装置１４を設け、制御装置１５は、溶接トーチ１１と火炉壁１２１の溶接面との距離が一定となるように第３移動装置１４を制御している。従って、溶接トーチ１１を火炉壁１２１の溶接面と一定の距離を維持して肉盛溶接を行うことで、安定して均一な余盛高さの肉盛溶接部を形成することができる。

また、実施例１の肉盛溶接方法にあっては、溶接トーチ１１を鋼管１２２の並列方向に予め設定された所定の溶接距離だけ移動することで、複数の鋼管１２２及びフィン１２３に対して連続して肉盛溶接を行った後、溶接トーチ１１を鋼管１２２の長手方向に予め設定された所定の送り距離だけ移動することで、肉盛溶接位置をずらすようにしている。

従って、複数の鋼管１２２及びフィン１２３に対して連続して肉盛溶接を行うことで、溶接作業の作業性を向上することができると共に、溶接トーチ１１の反転回数を減少させることで、無駄な溶接材料の消費を抑制して低コスト化を可能とすることができる。

また、実施例１の肉盛溶接方法では、溶接トーチ１１を鋼管１２２の並列方向の一方側に向けて移動することで、複数の鋼管１２２及びフィン１２３に対して連続して肉盛溶接を行った後、溶接トーチ１１を鋼管１２２の並列方向の他方側に向けて移動することで、形成された溶接ビードの上方側に位置する複数の鋼管１２２及びフィン１２３に対して連続して肉盛溶接を行うようにしている。従って、複数の鋼管１２２及びフィン１２３に対して肉盛溶接ビードを上方に重ねることとなり、均一な余盛高さの肉盛溶接部を形成することができる。

図６は、本発明の実施例２に係る肉盛溶接装置による肉盛溶接方法を表す概略図、図７は、溶接トーチによるフィンの肉盛溶接方法を表す概略図である。なお、本実施例の肉盛溶接装置の基本的な構成は、上述した実施例１とほぼ同様の構成であり、図１を用いて説明すると共に、上述した実施例と同様の機能を有する部材には、同一の符号を付して詳細な説明は省略する。

実施例２の肉盛溶接装置は、上述した実施例１と同様な構成をなし、図１に示すように、溶接トーチ１１は、鋼管１２２の並列方向に沿って移動可能であり、鋼管１２２の長手方向に沿って移動可能であり、火炉壁１２１に対して接近離反可能に支持されており、制御装置１５は、溶接トーチ１１と第１移動装置１２と第２移動装置１３と第３移動装置１４を制御可能となっている。

ところで、図７に示すように、鋼管１２２とフィン１２３は、隅肉溶接により接合されており、両者の間には隅肉溶接部１２６が形成されている。そのため、フィン１２３の表面は鋼管１２２の間、実際には、隅肉溶接部１２６の間で最も奥まった位置となっている。そのため、フィン１２３の溶接時に融合不良が発生するおそれがある。

そこで、実施例２の肉盛溶接装置では、図１及び図６に示すように、制御装置１５は、溶接トーチ１１の送り速度が一定となるように第１移動装置１２を制御すると共に、フィン１２３への肉盛溶接時に溶接トーチ１１に付与する溶接電流（または、アーク電圧）を、鋼管１２２への肉盛溶接時に溶接トーチ１１に付与する溶接電流（または、アーク電圧）より増加させるようにしている。

具体的に説明すると、制御装置１５は、溶接トーチ１１を作動させると共に、第１、第３駆動装置２３，２７を駆動制御することで、溶接トーチ１１の先端部からアークを発生させた状態で、この溶接トーチ１１を火炉壁１２１の表面に対して一定距離を維持しながら、鋼管１２２の並列方向における一方側に移動する。このとき、溶接トーチ１１の移動位置、つまり、溶接トーチ１１による溶接位置に応じて溶接電流を変化させる。

即ち、溶接トーチ１１が鋼管１２２の中央へ肉盛溶接しているときに、溶接トーチ１１に付与する溶接電流を０．８とするとき、溶接トーチ１１がフィン１２３へ肉盛溶接しているときに、溶接トーチ１１に付与する溶接電流を１．０とする。この場合、０．８と１．０は、相対比である。また、溶接トーチ１１が鋼管１２２の中央からフィン１２３へ移動するとき、溶接トーチ１１に付与する溶接電流を早期に増加させる。一方、溶接トーチ１１がフィン１２３から鋼管１２２の中央へ移動するとき、溶接トーチ１１に付与する溶接電流を徐々に減少させる。

すると、火炉壁１２１の表面に鋼管１２２の並列方向に沿って溶接ビード（肉盛溶接部）Ｂが形成されるが、溶接トーチ１１がフィン１２３を肉盛溶接するときの溶接電流を増加させることで、フィン１２３における溶接ビードＢの融合不良が抑制され、適正な肉盛溶接部が形成される。

このように実施例２の肉盛溶接装置にあっては、制御装置１５は、溶接トーチ１１の送り速度が一定となるように第１移動装置１２を制御すると共に、フィン１２３への肉盛溶接時に溶接トーチ１１に付与する溶接電流を、鋼管１２２への肉盛溶接時に溶接トーチ１１に付与する溶接電流より増加させている。

従って、火炉壁１２１における凹部となるフィン１２３への肉盛溶接時に、溶接トーチ１１に付与する溶接電流を増加させることで、このフィン１２３に対して十分なアーク長を確保して安定した肉盛溶接を行うことを可能とし、融合不良を抑制して高い溶接品質を確保することができる。

図８は、本発明の実施例３に係る肉盛溶接装置による肉盛溶接方法を表す概略図である。なお、本実施例の肉盛溶接装置の基本的な構成は、上述した実施例１とほぼ同様の構成であり、図１を用いて説明すると共に、上述した実施例と同様の機能を有する部材には、同一の符号を付して詳細な説明は省略する。

実施例３の肉盛溶接装置は、上述した実施例１と同様な構成をなし、図１に示すように、溶接トーチ１１は、鋼管１２２の並列方向に沿って移動可能であり、鋼管１２２の長手方向に沿って移動可能であり、火炉壁１２１に対して接近離反可能に支持されており、制御装置１５は、溶接トーチ１１と第１移動装置１２と第２移動装置１３と第３移動装置１４を制御可能となっている。

そして、実施例３の肉盛溶接装置では、図１及び図８に示すように、制御装置１５は、溶接トーチ１１に付与する溶接電流及びアーク電圧を一定とすると共に、フィン１２３への肉盛溶接時の溶接トーチ１１の送り速度が、鋼管１２２へ肉盛溶接時の溶接トーチ１１の送り速度より低くなるように、第１移動装置１２を制御するようにしている。

具体的に説明すると、制御装置１５は、溶接トーチ１１を作動させると共に、第１、第３駆動装置２３，２７を駆動制御することで、溶接トーチ１１の先端部からアークを発生させた状態で、この溶接トーチ１１を火炉壁１２１の表面に対して一定距離を維持しながら、鋼管１２２の並列方向における一方側に移動する。このとき、溶接トーチ１１の移動位置、つまり、溶接トーチ１１による溶接位置に応じて溶接速度を変化させる。

即ち、溶接トーチ１１が鋼管１２２の中央へ肉盛溶接しているときに、溶接トーチ１１の移動速度を１．０とするとき、溶接トーチ１１がフィン１２３への肉盛溶接しているときに、溶接トーチ１１の移動速度を０．８とする。この場合、０．８と１．０は、相対比である。また、溶接トーチ１１が鋼管１２２の中央とフィン１２３との間で移動するとき、溶接トーチ１１の移動速度を滑らかに増減変化させる。

すると、火炉壁１２１の表面に鋼管１２２の並列方向に沿って溶接ビード（肉盛溶接部）Ｂが形成されるが、溶接トーチ１１がフィン１２３を肉盛溶接するときの溶接速度を低下させることで、フィン１２３における溶接ビードＢの融合不良が抑制され、適正な肉盛溶接部が形成される。

このように実施例３の肉盛溶接装置にあっては、制御装置１５は、溶接トーチ１１に付与する溶接電流を一定とすると共に、フィン１２３への肉盛溶接時の溶接トーチ１１の送り速度が、鋼管１２２への肉盛溶接時の溶接トーチ１１の送り速度より低くなるように第１移動装置１２を制御するようにしている。

従って、火炉壁１２１における凹部となるフィン１２３への肉盛溶接時に、溶接トーチ１１の移動速度を低下させることで、このフィン１２３に対してアークによる十分な溶融熱を確保して安定した肉盛溶接を行うことを可能とし、融合不良を抑制して高い溶接品質を確保することができる。

図９は、本発明の実施例４に係る肉盛溶接装置による肉盛溶接方法を表す概略図、図１０は、溶接速度を説明するための説明図である。なお、本実施例の肉盛溶接装置の基本的な構成は、上述した実施例１とほぼ同様の構成であり、図１を用いて説明すると共に、上述した実施例と同様の機能を有する部材には、同一の符号を付して詳細な説明は省略する。

実施例４の肉盛溶接装置は、上述した実施例１と同様な構成をなし、図１に示すように、溶接トーチ１１は、鋼管１２２の並列方向に沿って移動可能であり、鋼管１２２の長手方向に沿って移動可能であり、火炉壁１２１に対して接近離反可能に支持されており、制御装置１５は、溶接トーチ１１と第１移動装置１２と第２移動装置１３と第３移動装置１４を制御可能となっている。

ところで、本実施例の肉盛溶接装置は、火炉壁１２１に対して溶接トーチ１１の向きを変えずに移動することから、鋼管１２２の中央部やフィン１２３への肉盛溶接時の熱量と、鋼管１２２の湾曲部への肉盛溶接時の熱量が相違してしまう。なお、図１０に示すように、鋼管１２２の中央部とは、鋼管１２２の外周が溶接トーチ１１側に最も突出した位置Ｐ_１であり、溶接トーチ１１の水平移動方向に平行な鋼管１２２の中心Ｏを通る中心線Ｌ_１に対して、直交する中心線Ｌ_２と交差する鋼管１２２の外周位置Ｐ_１である。また、鋼管１２２の湾曲部とは、溶接トーチ１１の水平移動方向に平行な鋼管１２２の中心Ｏを通る中心線Ｌ_１と交差する鋼管１２２の外周位置をＰ_２，Ｐ_３とすると、鋼管１２２の外周位置Ｐ_１から外周位置をＰ_２までの間、また、鋼管１２２の外周位置Ｐ_３から外周位置Ｐ_１までの間である。

ここで、溶接トーチ１１の移動速度をＶ_０とすると、鋼管１２２の中央部、つまり、外周位置Ｐ_１での溶接トーチ１１の移動速度はＶ_０となる。一方、鋼管１２２の湾曲部、つまり、鋼管１２２の外周位置Ｐ_１から外周位置Ｐ_２の間の外周位置Ｐ_４では、溶接トーチ１１の移動速度Ｖ_１が必要となる。この場合、Ｖ_１＝Ｖ_０ＣＯＳθであることから、Ｖ_１＜Ｖ_０となるため、鋼管１２２の湾曲部への溶接時に融合不良が発生するおそれがある。

そこで、実施例４の肉盛溶接装置では、図１及び図９に示すように、制御装置１５は、溶接トーチ１１に付与する溶接電流及びアーク電圧を一定とすると共に、鋼管１２２の湾曲部への肉盛溶接時の溶接トーチ１１の送り速度が、鋼管１２２の中央部及びフィン１２３への肉盛溶接時の溶接トーチ１１の送り速度より低くなるように第１移動装置１２を制御するようにしている。

即ち、溶接トーチ１１が鋼管１２２の中央やフィン１２３へ肉盛溶接しているときに、溶接トーチ１１の移動速度を１．０とするとき、溶接トーチ１１が鋼管１２２の湾曲部へ肉盛溶接しているときに、溶接トーチ１１の移動速度を０．７（ＣＯＳθ）とする。この場合、０．７と１．０は、相対比である。また、溶接トーチ１１が鋼管１２２の中央からフィン１２３へ移動するとき、溶接トーチ１１の移動速度は、溶接トーチ１１の位置、つまり、角度θに応じて増減させる。

すると、火炉壁１２１の表面に鋼管１２２の並列方向に沿って溶接ビード（肉盛溶接部）Ｂが形成されるが、溶接トーチ１１が鋼管１２２の湾曲部を肉盛溶接するときの溶接速度を低下させることで、鋼管１２２の湾曲部における溶接ビードＢの融合不良が抑制され、適正な肉盛溶接部が形成される。

このように実施例４の肉盛溶接装置にあっては、制御装置１５は、溶接トーチ１１に付与する溶接電流を一定とすると共に、鋼管１２２の湾曲部への肉盛溶接時の溶接トーチ１１の送り速度が、鋼管１２２の中央部及びフィン１２３への肉盛溶接時の溶接トーチ１１の送り速度より低くなるように第１移動装置１２を制御するようにしている。

従って、火炉壁１２１における湾曲部となる鋼管１２２の湾曲部への肉盛溶接時に、溶接トーチ１１の送り速度を低下させることで、この鋼管１２２の湾曲部に対して十分な溶接入熱を確保して安定した肉盛溶接を行うことを可能とし、融合不良を抑制して高い溶接品質を確保することができる。

なお、本発明の肉盛溶接装置は、上述した各実施例で説明した第１移動装置１２、第２移動装置１３、第３移動装置１４の構成に限定されるものではなく、溶接トーチ１１をそれぞれの方向に移動可能であれば、電動モータ、油圧シリンダ、ボールねじ、ラックとピニオンなど従来の技術を組み合わせて構成してもよい。

本発明に係る肉盛溶接装置及び方法は、溶接トーチを鋼管の並列方向に向けて移動することで、複数の鋼管及びフィンに対して連続して肉盛溶接を行うことで、溶接作業性を向上させると共に低コスト化を可能とするものであり、いずれの肉盛溶接作業にも適用することができる。

１１溶接トーチ
１２第１移動装置
１３第２移動装置
１４第３移動装置
１５制御装置

Claims

鋼管とフィンが交互に接合されて鉛直に設置される火炉壁に対して肉盛溶接を行う肉盛溶接装置において、
溶接トーチと、
該溶接トーチを前記鋼管の並列方向に沿って移動可能とする第１移動装置と、
前記溶接トーチを前記鋼管の長手方向に沿って移動可能とする第２移動装置と、
前記溶接トーチを前記鋼管の並列方向に移動することで複数の前記鋼管及び前記フィンに対して連続して肉盛溶接を行うと共に予め設定された所定の位置で前記鋼管の長手方向に移動することで肉盛溶接位置をずらすように前記第１移動装置及び前記第２移動装置を制御する制御装置と、
を備えることを特徴とする肉盛溶接装置。
前記制御装置は、前記第１移動装置を制御して複数の前記鋼管及び前記フィンに対して連続して肉盛溶接を行った後、前記第２移動装置を制御して前記溶接トーチを上方に移動することで肉盛溶接位置をずらすことを特徴とする請求項１に記載の肉盛溶接装置。
前記溶接トーチを前記火炉壁に対して接近離反可能とする第３移動装置を設け、前記制御装置は、前記溶接トーチと前記火炉壁の溶接面との距離が一定となるように第３移動装置を制御することを特徴とする請求項１または２に記載の肉盛溶接装置。
前記制御装置は、前記溶接トーチの送り速度が一定となるように前記第１移動装置を制御すると共に、前記フィンへの肉盛溶接時に前記溶接トーチに付与する溶接電流またはアーク電圧を、前記鋼管への肉盛溶接時に前記溶接トーチに付与する溶接電流またはアーク電圧より増加させることを特徴とする請求項３に記載の肉盛溶接装置。
前記制御装置は、前記溶接トーチに付与する溶接電流及びアーク電圧を一定とすると共に、前記フィンへの肉盛溶接時の前記溶接トーチの送り速度が、前記鋼管への肉盛溶接時の前記溶接トーチの送り速度より低くなるように、前記第１移動装置を制御することを特徴とする請求項３に記載の肉盛溶接装置。
前記制御装置は、前記溶接トーチに付与する溶接電流及びアーク電圧を一定とすると共に、前記鋼管の湾曲部への肉盛溶接時の前記溶接トーチの送り速度が、前記鋼管の中央部及び前記フィンへの肉盛溶接時の前記溶接トーチの送り速度より低くなるように、前記第１移動装置を制御することを特徴とする請求項３に記載の肉盛溶接装置。
鋼管とフィンが交互に接合されて鉛直に設置される火炉壁に対して肉盛溶接を行う肉盛溶接方法において、
前記溶接トーチを前記鋼管の並列方向に予め設定された所定の溶接距離だけ移動することで、複数の前記鋼管及び前記フィンに対して連続して肉盛溶接を行った後、前記溶接トーチを前記鋼管の長手方向に予め設定された所定の送り距離だけ移動することで、肉盛溶接位置をずらす、
ことを特徴とする肉盛溶接方法。
前記溶接トーチを前記鋼管の並列方向の一方側に向けて移動することで、複数の前記鋼管及び前記フィンに対して連続して肉盛溶接を行った後、前記溶接トーチを前記鋼管の並列方向の他方側に向けて移動することで、形成された溶接ビードの上方側に位置する複数の前記鋼管及び前記フィンに対して連続して肉盛溶接を行うことを特徴とする請求項７に記載の肉盛溶接方法。