JP2015182083A - 金型表面への肉盛溶接方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】金型1は、例えば熱間鍛造用の金型である。金型1の一方の面は、加工対象と接触する面であり、肉盛溶接対象部3となる。肉盛溶接対象部3は、金型1の中心軸5の周りに回転対称な形状である。また、肉盛溶接対象部3は、金型1の径方向断面の少なくとも一部に曲線部を含んだ形状である。所定の位置に溶接トーチ11を配置させた後、保持台7を回転させながら溶接を行う。この際、周方向の溶接を行う間は、溶接トーチ11の中心軸5からの距離が一定に保たれる。また、保持台7の回転速度は、中心軸5から溶接トーチ11までの距離に応じて設定される。
【選択図】図2
Description
図2(a)は、金型1を保持台7に保持した状態の、肉盛溶接装置の一例を示す模式図である。本実施形態には、図2に示されるような肉盛溶接装置(以下、単に装置という場合がある)を用いることができ、図2に示すように、保持台7は、金型1の中心軸5を回転軸にして回転することができる(図中矢印B)。
なお、溶接トーチ11の位置決めには、必ずしもロボット9を用いる必要は無く、他の保持手段で位置決めしてもよい。
なお、金型1と溶接トーチ11とは、両者間において相対的に回転が行なわれればよく、金型1と溶接トーチ11のいずれを動作してもよい。例えば、ロボット9により、溶接トーチ11を中心軸5の周囲に回転してもよい。
また、制御部には、図示を省略した教示画面を接続していて、教示画面上の表示に従って、ロボット9と保持台7を動作させることができる。
また、制御部には、金型1の形状データ(例えばCADデータ)を記憶することができ、金型1について、肉盛溶接前の初期形状データ、及び、肉盛溶接後の最終形状データなどを、CADデータとして、記憶することができる。なお、後で説明するように、これらCADデータは、肉盛溶接部の断面二次形状と参照するので、予め、金型1の径方向断面の二次元データにして、記憶することが好ましい。
まず、制御部に接続した教示画面上の表示に従って、溶接トーチ11を、金型1の所定の位置に移動する。そして、本実施形態では、溶接トーチ11に、粉体プラズマ溶接用のトーチを用い、金型1の肉盛溶接対象部3に対して、溶接トーチ11を、略垂直に配置する。なお、本実施形態では、粉体プラズマ溶接用のトーチ以外にも、溶接ワイヤを溶融する溶接トーチなどを用いることもできる。
また、溶接トーチ11を、金型1の所定の位置に移動するにあたり、後で説明する形状センサにより、金型1の表面形状を検出してもよく、これにより、制御部内に記憶した金型1の初期形状データと参照して、溶接トーチ11を所定の位置に正確に配置するようにしてもよい。
なお、保持台7の回転速度は、制御部により、中心軸5から溶接トーチ11までの距離に応じて設定できるようにし、溶接位置における肉盛溶接対象部3の周速度が、周回に依らず一定になるようにする。
図5は、形状センサ15により、肉盛溶接部13の形状を検出する状態を示す図である。図に示すように、制御部が保持台7を回転しつつ、形状センサ15が肉盛溶接部13の形状を連続して測定し、測定した形状データを基に、制御部が、周方向における肉盛溶接部13の径方向形状の平均値を算出する。
ここで言う「平均値」とは、肉盛溶接部13の径方向の断面形状を周方向に連続して取得した形状データを平均化した平均形状である。そして、算出した平均値を基に、制御部に記憶した金型1の初期断面形状を参照し、金型1表面に形成した肉盛溶接部13の、平均断面二次形状(肉盛溶接部形状)を算出する。
図6(b)に示すように、溶接トーチ11を、教示画面の表示のように、肉盛溶接部端部17に対向配置し、溶接トーチ11の中心線が、前述した肉盛溶接部13の平均値の端部、すなわち、肉盛溶接部端部17の位置に対向するように溶接トーチ11を位置決めする。
金型形状1a(肉盛溶接対象部形状3a)は、予め制御部に記憶したCADデータを表示したものである。そして、肉盛溶接部形状13aは、前述した肉盛溶接部13の周方向における平均値により算出したものであり、金型形状1aとの位置関係を合せて表示したものである。そして、溶接トーチ位置11aは、教示画面上の表示に従って移動することができ、金型形状1a及び肉盛溶接部形状13aに対する二次元上の位置関係を設定することで、制御部が溶接トーチ11を移動して、溶接トーチ11、肉盛溶接部13、金型1を教示画面上の表示と同じ位置関係に位置決めすることができる。
なお、本実施形態では、金型1に対する溶接トーチ11の周速を一定にしているので、肉盛溶接基準形状13bの大きさは、溶接の周回に依らず一定の大きさにして参考にすることができる。
また、図6(a)に示すように、肉盛溶接対象部形状3aに対する溶接トーチ位置11aの位置を正確に教示するために、溶接トーチ位置11aの径方向(図3のX方向)と、肉盛溶接対象部形状3aからの距離(図3のY方向)に目盛を表示することもできる。
なお、本実施形態では、肉盛溶接部13の形成は、径方向の内周側端部または外周側端部から順に行ってもよく、径方向中央から内周側および外周側のそれぞれに順に形成することもできる。そして、肉盛溶接部13は、必要に応じて複数段にして形成することもできる。
最終肉盛溶接部形状19に対し、現状での肉盛溶接部形状13aの薄い部分には、さらに上段に肉盛溶接を重ねることができる。そして、金型1の表面に肉盛溶接部13をn段形成した後、最終肉盛溶接部形状19と比較して、肉盛溶接部形状13aの厚みが薄い部分には、n段目の肉盛溶接部13上に、n+1段目の肉盛溶接を繰り返して行うことができる。
1a………金型形状
3………肉盛溶接対象部
3a………肉盛溶接対象部形状
5………中心軸
7………保持台
9………ロボット
11………溶接トーチ
11a………溶接トーチ位置
13………肉盛溶接部
13a………肉盛溶接部形状
13b………肉盛溶接基準形状
15………形状センサ
17………肉盛溶接部端部
19………最終肉盛溶接部形状
Claims (7)
- 金型表面に肉盛溶接部を形成する肉盛溶接方法であって、
金型の肉盛溶接対象部が中心軸周りに回転対称で、かつ、径方向断面の少なくとも一部に曲線部を含んだ形状であり、
前記金型を保持台に固定し、前記肉盛溶接対象部に溶接トーチを配置する工程aと、
前記溶接トーチを前記中心軸から一定の距離に位置決めし、前記溶接トーチと前記金型とを前記中心軸周りに相対的に回転させ、前記肉盛溶接対象部に一回転分の肉盛溶接部を形成する工程bと、
前記工程bに続き、前記肉盛溶接対象部と前記肉盛溶接部の表面形状を形状センサで測定し、次いで、前記形状センサを前記中心軸周りに相対的に回転させ、前記肉盛溶接対象部と前記肉盛溶接部の一回転分の二次元形状を測定する工程cと、
前記二次元形状の平均値に基づき、次に前記肉盛溶接部を形成する際の、前記溶接トーチの配置を決定する工程dと、
を具備し、
前記工程bから前記工程dを繰り返して、前記肉盛溶接部を前記肉盛溶接対象部に連続して形成することを特徴とする金型表面への肉盛溶接方法。 - 前記工程bにおいて、前記肉盛溶接対象部に対する前記溶接トーチの周速を、前記溶接トーチと前記中心軸との距離に基づき調整することを特徴とする請求項1記載の金型表面への肉盛溶接方法。
- 前記工程dにおいて、前記溶接トーチを、既に形成されている前記肉盛溶接部の端部に対向配置することを特徴とする請求項1又は2記載の金型表面への肉盛溶接方法。
- 前記工程dにおいて、前記二次元形状の平均値から、前記肉盛溶接対象部と既に形成された前記肉盛溶接部との接触角度を算出し、前記溶接トーチと前記肉盛溶接対象部とのなす角度を、前記接触角度に応じて傾けることを特徴とする請求項1乃至3のいずれかに記載の金型表面への肉盛溶接方法。
- 前記肉盛溶接部を、粉体プラズマ溶接で形成し、
前記工程dにおいて、前記溶接トーチと前記肉盛溶接対象部とのなす角度を、前記溶接トーチを鉛直下向きに配置した後、前記保持台を傾けて調整することを特徴とする請求項1乃至4のいずれかに記載の金型表面への肉盛溶接方法。 - 前記肉盛溶接対象部の径方向断面に直線部が含まれるとき、該直線部上への前記溶接トーチの配置を、前記工程c、前記工程dによる前記溶接トーチの配置に換え、予め定めた間隔にて前記溶接トーチを配置しつつ前記工程bを繰り返す工程を含むことを特徴とする請求項1乃至5のいずれかに記載の金型表面への肉盛溶接方法。
- 請求項1乃至6のいずれかに記載の金型への肉盛溶接方法により、前記金型表面に前記肉盛溶接部をn段形成し、必要な最終肉盛形状と比較して、肉盛溶接形状の厚みが薄い部分には、n段目の肉盛溶接部上に、n+1段目の肉盛溶接を繰り返すことを特徴とする金型表面への肉盛溶接方法。
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