JP2017500207A - 電気アーク溶接機 - Google Patents

Abstract

電気アーク溶接機用の溶接アームは、支持アーム（２０）と、回転溶接ヘッド（１９）と、を有する。回転溶接ヘッドの本体は、フィラーワイヤ（６２）用のシース（２６）を収容するための長手方向ボア（４９）と、電気コネクタ（５４）と、ガス注入口と、回転軸またはベアリング（４８）と、フィラーワイヤ用ガイドシースにより溶接ヘッドの外側まで持ち上げられるフィラーワイヤ（６２）を通過させるため、本体のボアよりも小さい面の内部セクションを含むボアを備えた導電性接触先端と、接触先端の側面排出口から溶接ヘッドの先端までガスの流れを案内するノズル（２７）と、を有する。内部セクションは、フィラーワイヤと接触先端との間の電気接触を形成する。【選択図】図４

Description

本発明は、溶接機の分野に関する。特に、本発明は、溶接ロボット用の溶接トーチに関し、低温流体貯蔵／輸送容器用の密封膜の組立品に関連して使用する。

−１６３℃の液体天然ガス（ＬＮＧ）のような低温流体用の貯蔵容器は、密封膜の形成を必要とする。このような密封膜は、規則的なパターンで並んで配置された金属板で作られている。容器の気密性を保証するために、並んで配置された金属板の重ね合わせた縁部の間に密接な接合部を作る必要がある。現在、これに関して一般的に用いられている金属板は、ＬＮＧとの接触により生じる収縮／膨張の力を吸収するための起伏を有する。溶接は、金属板の重合縁部の間の重なり線に沿って、それらの起伏により形成される凸部の位置で行われることが必要である。

特許文献１や２には、重ね合わせた金属板の縁部の共通外形（shared profile）に沿って溶接トーチを動かす自動装置が記載されている。このようなトーチは、溶接用発電機に接続されており、アンビリカルシース（umbilical sheath）を介して溶接を行うためのもの（例えば、電気と共に、冷却流体など）を供給する。溶接を行うために、トーチの溶接端部が、重なり線に合わせて位置づけられる。その後、トーチは、重なり線に沿って動かされ、金属板の間の溶接を行う。

特許文献３には、壁や天井に取り付けられる溶接ロボットが記載されている。その溶接ロボットには、溶接トーチが設けられている。溶接トーチは、溶接ロボットの手首関節の一方の端部に位置するトーチ支持部に取り付けられている。

特許文献４には、手動溶接トーチが記載されている。その手動溶接トーチは、トーチ操作用ハンドルの位置から離れて溶接ワイヤを供給するモータの位置付けを有する。接触先端は、フィラーワイヤの溶融を可能にし、接触先端の出口は、溶接トーチの出口を形成するセラミックノズルの穴の反対側に位置づけられる。

フランス国特許第２７０１４１５号 フランス国特許第２９８７５７１号 欧州特許出願第１６３２３０４号 米国特許出願第２８０８４９８号

一実施形態によれば、本発明は、電気アーク溶接機用の溶接アームを提供する。本発明の溶接アームは、支持アームと、前記支持アームに回転するように取り付けられる溶接ヘッドと、前記溶接ヘッドの回転用アクチュエータと、で構成される。前記溶接ヘッドが、本体を有する。前記本体が、フィラーワイヤを案内するためのシースを収容する長手方向ボアと、電源ケーブルを収容する電気コネクタと、前記電気コネクタと接触先端との間に延び、前記電気コネクタから前記接触先端まで電流を流すことが可能な電流伝導経路と、前記本体の長手方向ボアに連通し、活性または不活性保護ガス用の供給パイプを収容するガス注入口と、前記本体のボアの長手方向と平行ではなく、前記溶接ヘッドを前記支持アームに回転可能に取り付ける回転軸またはベアリングと、を有する。導電性材料で作られた前記接触先端が、前記本体の前記長手方向ボアの延長部分に設けられる長手方向ボアと、前記本体に固定される第１長手方向端部と、前記溶接ヘッドの出口を形成する第２長手方向端部と、前記接触先端のボアを前記接触先端の側面に接続する外側ガス排出口と、を有する。前記接触先端の前記ボアは、前記本体の前記長手方向ボアと反対側に設けられる接続部と、前記接触先端の前記第２長手方向端部の領域に設けられる出口部と、を含む。
前記ボアの前記出口部が、フィラーワイヤ用ガイドシースにより持ち上げられるフィラーワイヤを前記溶接ヘッドの外側まで通過させるために、前記ボアの前記接続部よりも小さい面の内部セクションを備える。前記内部セクションは、前記フィラーワイヤと前記接触先端との間で電気接触を形成する。前記溶接ヘッドは、前記接触先端の前記外側ガス排出口から前記接触先端の前記第２長手方向端部までガスの流れを案内するために、前記接触先端の周りに固定される管状ノズルを備える。

実施形態によれば、そのような溶接アームは、以下の特徴を１つ以上有することができる。

一実施形態によれば、トーチヘッドの回転軸と垂直な平面における溶接ヘッドの寸法が、９０ｍｍ未満である。

一実施形態によれば、回転軸またはベアリングが、３０°〜６０°の間で本体の穴の長手方向と角度をなす。

一実施形態によれば、ノズルが、傾斜側面を有する。

一実施形態によれば、ノズルが、接触先端の第２長手方向端部の一部外周に突出するデフレクタ（deflector）を有する。

一実施形態によれば、デフレクタは、穴あき側面を有する。

一実施形態によれば、デフレクタは、湾曲した内部通路を有する。

一実施形態によれば、接触先端の接続部が、絶縁カラー（insulating collar）で取り囲まれ、ノズルが、その絶縁カラーに取り付けられる。

一実施形態によれば、溶接アームは、溶接ヘッドの支持アームに固定され、金属フィラーワイヤをガイドシースまで引き出すフィラーワイヤの前進用アクチュエータと、前記溶接ヘッドの電気コネクタに接続される第１端部、および、電力供給源に接続される電気コネクタを備えた第２端部、を有する電気ケーブルと、前記溶接ヘッドのガス注入口に接続される第１端部、および、ガス供給源に接続されるガスコネクタを備えた第２端部、を有するガスパイプと、前進モータに接続される第１端部、および、溶接ヘッドの本体の長手方向ボアに係合する第２端部、を有するフィラーワイヤ用ガイドシースと、をさらに有する。

一実施形態によれば、本発明は、アーク溶接機を提供する。アーク溶接機は、本体を有する。その本体は、電力供給源と、活性または不活性ガス供給源と、金属フィラーワイヤの供給源と、上述に記載の溶接アームと、を有する。電力供給源は、支持アームのコネクタに接続される。活性または不活性ガス供給源は、支持アームのガスコネクタに接続される。フィラーワイヤの供給源は、金属フィラーワイヤの通路用ボアに接続される。

一実施形態によれば、溶接ヘッドは、支持アームの冷却流体用供給パイプの一方と、支持アームの冷却流体用戻りパイプの一方と、に接続される冷却回路を有する。前記支持アームは、冷却流体の供給源および冷却流体の戻りに接続される。

一実施形態によれば、本発明は、上述したように、溶接アームの用途を含む。

溶接アームは、金属板の一面に突出する起伏を有する波状の金属板の位置決めで用いられる。

溶接アームは、金属板に垂直でかつ金属板の縁部に平行な平面への投影において、金属板と垂直に溶接ヘッドの接触先端のボアの位置決めで用いられる。フィラーワイヤは、接触先端の外側に突出する一端部を有し、金属板と接触して保持される。

溶接アームは、１つの起伏の長手方向折り畳み軸の方向に沿って溶接ヘッドの移動で用いられる。また、溶接アームは、波状の金属板に垂直な方向に沿って溶接ヘッドの移動に用いられる。このため、金属板と直交する方向に沿って、溶接ヘッドの回転軸と金属板との間の距離が一定に保たれる。

また、溶接アームは、溶接ヘッドに金属フィラーワイヤ、電気、不活性ガス、および、冷却流体、を供給するために用いられる。溶接ヘッドの移動は、溶接ヘッドの回転を含む。このため、接触先端のボア軸が、溶接ヘッドの移動コースにおいて、金属板と垂直に保たれる。

本発明の一つの発想は、溶接トーチと反対側の金属板の一面に突出する内側波部を有する波状金属板間のアーク溶接を簡単でかつ迅速に可能にすることである。また、本発明の他の発想は、溶接トーチと向かい合う金属板の一面に突出する外側波部を有する波状金属板間のアーク溶接を簡単でかつ迅速に可能にすることである。

本発明の一態様は、溶接中、材料の突出を制限する発想から始まっている。

本発明の一態様は、重なり線に沿って溶接し、その一方で、金属板に垂直で且つ重なり線に平行な平面への投影において、この同一平面に重なり線の溶接側面に垂直に方向付けられたトーチの溶接端部を保つことである。

本発明の一態様は、トーチと反対側の金属板の面に突出する内側波部の溶接中にこの方向を保持するアイデアから始まっている。

本発明の一態様は、内側または外側波部や金属膜の平面部の損傷を防ぐために、トーチの回転中にアンビリカルシースの移動を制限するアイデアから始まっている。

本発明の一態様は、小さな空間要件共に軽量なトーチを有するアイデアから始まっている。

以下の本発明の実施形態の記載によって、本発明はより一層理解されやすく、また、本発明の他の目的、詳細、特徴および利点はより一層明確に理解される。本発明の実施形態の記載は、添付の図面を参照して説明を意図してなされたものであり、本発明の範囲を限定するものではない。

重複縁部および内側起伏を有する波状の２つの金属板の概略斜視図である。 金属板の縁部に対して垂直である図１の平面ＹＺに係る金属板の重複縁部の断面図を示す。 金属板と垂直で、且つ、トーチヘッドの異なる向きの複数の位置に応じて、図１の重なり線に平行な平面への投影における運搬機に取り付けられる連結式トーチの概略側面図である。 金属板と垂直で、且つ、トーチヘッドの異なる向きの複数の位置に応じて、図１の重なり線に平行な平面への投影における運搬機に取り付けられる連結式トーチの概略側面図である。 金属板と垂直で、且つ、トーチヘッドの異なる向きの複数の位置に応じて、図１の重なり線に平行な平面への投影における運搬機に取り付けられる連結式トーチの概略側面図である。 金属板と垂直で、且つ、トーチヘッドの異なる向きの複数の位置に応じて、図１の重なり線に平行な平面への投影における運搬機に取り付けられる連結式トーチの概略側面図である。 図３のトーチヘッドの概略断面図である。 図４における接触先端およびトーチヘッド用支持部の概略斜視図である。 図４におけるトーチヘッドのノズルの概略斜視図である。 トーチの方向付けを案内するパンダグラフの機能を概略的に示す。 トーチの方向付けを案内するパンダグラフの機能を概略的に示す。 トーチの方向付けを案内するパンダグラフの機能を概略的に示す。 トーチの方向付けを案内するパンダグラフの機能を概略的に示す。 トーチの方向付けを案内するパンダグラフの機能を概略的に示す。 接触先端が２つ部品で構成された接触先端の１つ変形例を示す。

図１は、重合縁部２と内側起伏３を有する波状の２つの金属板１の概略斜視図である。

低温流体の輸送および貯蔵の分野において、例えば、−１６３℃の液体天然ガス（ＬＮＧ）の容器は、密接な膜を形成するために、互いに並べて配置される複数の金属板１で作られている。

ＬＮＧの輸送に関わる熱応力に対してその膜の耐性を保証するために、金属板１は、起伏３を有する。金属板１は、互いに直交する方向に設けられる２系統の起伏を有する。第１起伏３Ａは、縦軸Ｘと平行に設けられている。第２起伏３Ｂは、金属板の横軸Ｙと平行に設けられている。これらの起伏３は、容器の使用で異なるフェーズ中、特に、ＬＮＧの積み込み中で金属の熱収縮や熱膨張を吸収することを目的としている。このため、各金属板１は、金属板１の平面である平面ＸＹにおいて、規則的なパターンで平面４を有する。平面４は、金属板の平面ＸＹと垂直なＺ軸に平行な方向に突出する起伏３で囲まれている。

容器の気密性を確保するために、金属板１の縁部２は、重ね合わせられて、その後密接な方法で溶接される。縁部２は、第１起伏３Ａの起伏と平行に、すなわち、Ｘ軸と平行に設けられている。金属板１の縁部２の重ね合わせは、密接な溶接が行われる重なり線６を形成する。

図２は、金属板１の縁部と垂直な平面ＹＺにおいて金属板１の重合縁部２の断面図を示す。金属板１間の溶接を行うために、溶接トーチ７は、重なり線６に沿って位置づけられる。このトーチ７は、図２で概略的に示され、以下に詳細に記載されているように、重なり線６に沿って共に金属板１を溶接するための溶接端部８を有する。トーチ７は、Ｚ軸に対して傾斜する角度９で配向されている。例えば、トーチ７は、Ｚ軸に対して３０°〜６０°の間の角度で傾斜し、有利には、４５°で傾斜する。この角度９は、溶接端部８の先端１０を金属板１の重なりで形成される隅１１に最も近くに位置づけることを可能にする。

図３Ａ〜図３Ｄは、金属板に垂直で且つトーチ７の図１の重なり線に平行な平面への投影の概略側面図である。トーチ７は、運搬機１３に回転可能に取り付けられて、連結されている。図３Ａ〜図３Ｄには、トーチヘッド１９の異なる向きを有する複数の位置が示されている。

重なり線６に平行で且つ金属板１と垂直な平面ＸＺへの投影では、第２起伏３Ｂが、金属板１の縁部２で複数の内側波部１２を形成する。容器の気密性を確保するために、内側波部１２の領域を含め、２つの金属板１の間で溶接を行うことが必要である。

金属板１間の溶接を行うために、自動溶接機が設置されている。この自動溶接機は、金属板１の上にガイドレール１５を支持する支持部（図示せず）を含む。運搬機１３は、この自動溶接機のガイドレール１５に取り付けられる。運搬機１３は、ガイドレール１５に沿って前進方向１４の気道に従って動く。ガイドレール１５は、重なり線６の上で金属板１に対して固定するように、配置されている。

運搬機１３は、そのアクチュエータが移動中にピニオンを駆動することができるフレーム１６を含む。ピニオンは、ガイドレール１５と一体化されたラックとかみ合う。このため、アクチュエータは、回転でピニオンを駆動する際、ラックと協働するピニオンは、前進方向１４に運搬機１３の移動をもたらす。

溶接アーム１７は、運搬機１３のフレーム１６に対してＺ軸に沿ってスライド可能に取り付けられている。つまり、溶接アーム１７は、金属板１において前進方向１４と垂直にスライドする。溶接アーム１７の直進運動の制御は、適切な手段、例えば、フレーム１６と重なり線６の間の距離を測定する距離検出器や、スプリングで金属板１に当接するために保持される機械装置などを用いて行うことができる。

トーチ７は、運搬機１３と反対側の溶接アーム１７の一端部２に設けられている。トーチ７は、トーチ本体１８と、トーチヘッド１９と、を有する。トーチ本体１８は、溶接アーム１７に固定されるように取り付けられる。トーチ本体１８は、ヘッド支持部２０を有する。ヘッド支持部２０は、金属板１の方向にＺ軸に沿って長手方向に設けられている。トーチヘッド１９は、トーチ本体１８と反対側のヘッド支持部の一端２１でヘッド支持部２０に取り付けられている。トーチヘッド１９は、溶接先端１０を含む溶接端部８を形成する。また、トーチヘッド１９は、Ｙ軸に平行な回転軸４８（図４に示す）の周りで回転するヘッド支持部２０に取り付けられている。このため、溶接アーム１７は、運搬機１３に対してＺ軸に沿って平行移動できるように取り付けられている。また、トーチヘッド１９は、運搬機１３に対して平行移動且つ回転移動することができるように取り付けられている。

トーチヘッド１９の回転および平行移動は、制御装置で制御される。運搬機１３の制御装置は、本体３２に配置される検出手段に接続される。検出手段は、重なり線６の形状（profile）を測定する。制御装置は、制御信号をアクチュエータに送り、重なり線６の位置に応じて、トーチヘッド１９の位置を変更する。これら制御信号に基づき、アクチュエータは、金属板１に対してトーチヘッド１９を方向付けて、位置づける。特に、アクチュエータは、Ｚ軸に沿って重なり線６の変化に合わせて溶接アームを動かす。その一方で、アクチュエータは、溶接アーム１７に対して回転可能にトーチヘッド１９を動かす。このようなアクチュエータは、例えば、電気モータや機械的アクチュエータである。したがって、パンダグラフ２５タイプの位置検出手段の場合、図７Ａ〜図７Ｅに示されているように、パンダグラフ２５の起動、すなわち、溶接アーム１７に対してパンダグラフの移動は、順番にトーチヘッド１９の移動の起動を取り込む。

トーチ７の支持を確実にするために、トーチ本体１８は、アンビリカルシース（umbilical sheath）２２に接続される。このアンビリカルシース２２は、トーチ７から反対側の端部で溶接発電機（図示せず）に接続されている。アンビリカルシース２２は、活性または不活性の保護ガスの供給用の導管と、電源ケーブルと、冷却流体の供給用導管と、流体を冷却用の戻り導管と、金属フィラーワイヤ用の導管と、を含む。トーチ本体１８は、アンビリカルシース２２が接続される接続ハーネス２３を含む。アンビリカルシース２２は、有利には、軽くて小さな空間要件を保証するために、例えば、ゴム、ポリウレタン、シリコンなどの可撓性ポリマーで作られている。滑らかなゴムで作られたアンビリカルシース２２の小さな空間要件は、同様に、小さな空間要件を有する接続ハーネス２３の製造を可能にする。

トーチ本体１８は、電動ワイヤリトラクター滑車（motorized wire retractor pulley）２４（図３に破線で概略的に示す）を有する。この電動ワイヤリトラクター滑車２４は、アンビリカルシース２２からの金属フィラーワイヤの動きを制御することを目的としている。また、トーチ本体１８は、制御パネル（図示せず）を有する。この制御パネルは、ユーザインタフェースとして機能し、電動ワイヤリトラクター滑車２４を制御することが可能である。電動ワイヤリトラクター滑車２４は、有利には、小さな空間要件と共に光トーチ本体１８の製造が可能なプラスチックケースで保護されていることが好ましい。

トーチヘッド１９には、可撓性ワイヤガイドシース２６を通って金属フィラーワイヤが提供される。ワイヤガイドシース２６は、トーチ本体１８のコネクタ２７をトーチヘッド１９に結合する。また、ガイドワイヤシース２６は、そのねじれを可能にする十分な可撓性を有する。このため、トーチヘッド１９の方向付けに関係なく、ワイヤガイドシース２６は、トーチヘッド１９の本体３２の長手方向ボア４９の延長部分で、トーチヘッド１９に接続される（図４を参照）。

トーチヘッド１９には、電気ケーブル２８により電流が供給される。この電気ケーブル２８は、絶縁シース２０（図４を参照）に取り囲まれた銅編組２９（図４を参照）を有する。電気ケーブル２８は、有利には、トーチヘッド１９の回転を妨げることなくそのねじれを可能にする可撓性を有する。電気ケーブル２８は、トーチ本体１８のコネクタ３１をトーチヘッド１９の本体３２（図４を参照）に結合する。トーチヘッド１９には、同様に、ガス供給パイプ３３を介して不活性ガスが供給される。ガス供給パイプ３３は、トーチ本体１８のコネクタをトーチヘッド１９のボア３４（図４を参照）に結合する。最終的に、冷却流体供給パイプ３５および冷却流体戻りパイプ３６は、トーチヘッド１９の冷却回路３７（図４を参照）をトーチ本体１８に結合する。

有利には、ガス供給パイプ３３、冷却流体供給パイプ３５、冷却流体戻りパイプ３６は、曲げやすい可撓性のパイプである。しかしながら、図示されていない変形例において、ガス供給パイプ３３、冷却流体供給パイプ３５、および／または冷却流体戻りパイプ３６は、硬質パイプの形で実現することも可能である。硬質ガス供給パイプ３３、冷却流体供給パイプ３５、および／または冷却流体戻りパイプ３６において、それらのパイプ３３、３５、３６とトーチヘッド１９との接続は、例えば、接合部を回転させることにより行われる。

内側波部または外側波部の密接な溶接を作るために、溶接先端１０は、平面ＸＺへの投影において、重なり線６と垂直に方向づけられることが必要である。

溶接が重なり線６の平面部３８の領域で行われる場合、トーチヘッド１９は、トーチ本体１８のヘッド支持部２０の延長部分に方向付けされる。すなわち、トーチヘッド１９の溶接端部８の先端１０が、トーチヘッド１９の回転軸４８（図４を参照）と同じＺ軸に位置づけられる。

図３Ａに示されているように、平面部３８Ａの溶接を行った後に、溶接端部８の先端１０が内側波部１２に到達する場合、トーチヘッド１９は、平面ＸＺへの投影で内側波部１２に含まれる重なり線６と垂直な溶接端部８の向きを保つために、順に駆動される。内側波部１２は、第１下降部３９と、第２上昇部４０と、で構成される。内側波部１２の下降部３９は、溶接中に平面部３８Ａと結合するフィレット（fillet）４１から内側波部１２のベース４２まで生じる。内側波部１２の上昇部４０は、内側波部のベース４２から、溶接される平面部３８Ｂと結合する第２フィレット４３まで生じる。一般的には、重なり線６は、第１フィレット４１とベース４２との間で運搬機１３から離れるように動き、その後、ベース４２と第２フィレット４３との間で運搬機１３に近付くように動く。

溶接端部８の先端１０の適切な方向付けを維持するために、先端１０が第１フィレット４１の反対側に到達したとき、トーチヘッド１９のアクチュエータが、トーチ本体１８に対してトーチヘッド１９の回転を命令する。また、溶接アーム１７は、Ｚ軸に沿って金属板１に向かって平行移動する。この平行移動の目的は、溶接端部８の先端１０と重なり線６との間の接触を維持するためである。溶接先端１０が、重なり線６を通過することができるように、溶接を行う。そして、重なり線が、内側波部１２でガイドレール１５に平行に延びていないので、運搬機の速度は、溶接端部１０が重なり線６の全体を通過することができるように合わせられる。通常、溶接を行う一方で、先端１０が重なり線６を通過することができるように、運搬機１３は、重なり線６がガイドレール１５と平行ではないときに減速する。

トーチヘッド１９の回転方向は、内側波部１２において重なり線６の傾きに依存する。通常、トーチヘッド１９の回転は、平面ＸＺへの投影において重なり線６の各湾曲ポイントで方向を変える。内側波部１２の下降部３９の溶接中、トーチヘッド１９は、最初に第１回転方向４４に回転する。第１回転方向４４においてトーチヘッド１９の回転は、溶接平面部３８に対してトーチヘッド１９の位置に相当するヘッド支持部２０の延長部分における位置から離れるようにトーチヘッド１９を動かす。次に、図３Ｂに示される第１湾曲ポイント４５の領域では、トーチヘッド１９の回転が、方向を変えて、第２回転方向４６に沿って生じる。第２回転方向４６におけるトーチヘッド１９の回転は、内側波部１２の下降部３９の第１湾曲ポイント４５から第２湾曲ポイント４７まで生じる。第２湾曲ポイント４７は、内側波部１２の上昇部４０の湾曲ポイントに相当する。第２回転方向４４におけるトーチヘッド１９の回転中、トーチヘッド１９は、図３Ｂに示されている第１最端回転位置から、図３Ｃに示されている第２最端回転位置まで動く。第２回転方向４４に回転中、トーチヘッド１９は、ヘッド支持部２０の延長部分における位置を通って、内側波部１２のベース４２の領域でＺ軸に沿って動く。第２湾曲ポイント４７の領域において、トーチヘッド１９は、回転の方向を再び変え、第１回転方向４４にその回転を再開する。第１回転方向４４における回転は、溶接される平面部３８Ｂの溶接の開始に相当するヘッド支持部２０の延長部分において、図３Ｃに示されている最端回転位置からトーチヘッド１９の位置まで生じる。

溶接アーム１７の移動は、内側波部１２における溶接端部８の先端１０の位置に依存する。通常、溶接アーム１７は、内側波部１２の下降部３９では、金属板１に向かってＺ軸に沿って動く。その後、溶接アーム１７が、Ｚ軸に沿って移動し、内側波部１２の上昇部４０では、金属板１から離れて動く。

図４は、図３のトーチヘッドの略断面図である。

ヘッド本体３２は、黄銅のような導電性金属からなる。ヘッド本体３２は、Ｙ軸（図１を参照）に平行な方向に突出する回転軸４８を有する。回転軸４８は、溶接アーム１７に対してトーチヘッド１９の回転を確実に行うために、ヘッド支持部２０と協働する。

ヘッド本体３２は、長手方向ボア４９を含む。このボア４９は、ワイヤガイドシース２６を収容するためのものである。このため、長手方向ボア４９は、ワイヤガイドシース２６の外径よりも大きく、かつ、その外径に近い内径を有する。

ヘッド本体３２は、活性または不活性保護ガス用の供給パイプ３３に接続されるボア３４を含む。また、ヘッド本体３２は、冷却回路３７と、接続突起５１と、を含む。冷却回路は、ヘッド本体３２を介して循環する通路５２の形である。冷却流体供給パイプ３５は、接続突起５１に接続される。通路５２は、冷却流体供給パイプ３５で囲まれた接続突起５１の側面５３で冷却流体供給パイプ３５につながっている。冷却流体戻りパイプ３６は、通路５２の第２端部５０に接続される。接続突起５１は、電気ケーブル２８用のコネクタを形成するシート５４を含む。電気ケーブル２８は、冷却流体供給パイプ３５に収容され、冷却流体は、電気ケーブル２８のシース３０の周りで、冷却流体供給パイプ３５内で循環する。この実施形態において、有利には、トーチヘッド１９の本体３２における電気の到着領域で冷却流体を冷却回路３７に供給することが可能である。冷却流体の到着と電流の到着との一致は、電流が流れるトーチ本体３２の一部に、通路５２で循環することによりまだ加熱されていない冷却流体を供給することを確実にする。

また、トーチヘッド１９は、導電性材料で作られた接触先端５５を含む。この接触先端５５は、トーチヘッド１９の溶接端部８を形成する。接触先端５５は、接続パッド５６を有する。この接続パッド５６は、補助的形状のヘッド本体３２のシート５７で固定された形状に取り付けられる。電気ケーブル２８は、電流をヘッド本体３２に供給する。ヘッド本体３２および接触先端５５は、導電性の材料で作られているので、電気ケーブル２８を通じてヘッド本体３２への電流供給は、ヘッド本体３２と接触先端５５との間の電流経路を作る。この電流経路は、図４の矢印で概略的に示されている。冷却回路３７は、電流の通過の影響下で加熱されるヘッド本体３２を冷やすことを目的としている。

接触先端５５は、２つのセクションにおいて中心ボア５８を有する。この中心ボア５８は、ヘッド本体３２の長手方向ボア４９と同軸である。中心ボア５８の第１セクション５９は、ヘッド本体３２の長手方向ボア４９の延長部分に延びている。また、中心ボア５８の第１セクション５９は、ヘッド本体３２の長手方向ボア４９の直径と同一の直径を有する。ワイヤガイドシース２６は、ヘッド本体３２の長手方向ボア４９を横断して、中心ボア５９に収容される。ヘッド本体３２の反対側で、中心ボア５８の第２セクション６１に隣接する第１セクション５９の一端６０は、中心ボア５８の内径の収縮を形成する。ワイヤガイドシース２６は、中心ボアの一端６０に当接するために、収容される。中心ボア５８の第２セクション６１は、トーチ７を供給するフィラーワイヤ６２の直径に近い、大きな直径を有する。一般的に、フィラーワイヤは、アンビリカルシース２２を介してトーチ本体１８まで持ち上げられる。ペイアウトモータ（pay-out motor）２４は、フィラーワイヤ６２から空っぽのワイヤシース２６までの引き出しを確実にする。ワイヤガイドシース２６は、フィラーワイヤをトーチヘッド１９まで案内する。また、ワイヤガイドシース２６は、ヘッド本体３２の長手方向ボア４９、および、接触先端５５の中心ボア５８の第１セクション５９に収容されるので、フィラーワイヤ６２は、接触先端５５の中心ボア５８の第２セクション６１に直接引き出される。中心ボア５８の第２セクション６１に引き出されたフィラーワイヤ６２は、溶接先端１０の領域で中心ボア５８の第２セクション６１の外側に突出する。

図８に示される一実施形態では、接触先端５５は、２つの部品で構成される。

接触先端５５の第１部品７５は、パッド５６と、中心ボア５８の第１セクション５９の主要部７６と、以下に詳細に記載される外側開口部（lateral orifices）６５と、で構成される。主要部７６は、パッド５６と反対側の端部７７を有する。端部７７は、ねじ山７８を有する広がり部を形成する。

接触先端５５の第２部品７９は、中心ボア５８の第２セクション６１と同様に、中心ボア５８の第１セクションの端部６０を構成する。接触先端５５の第２部品７９の外面８０は、接触先端５５の第１部品７５のねじ山７８に補完するねじ山８１を含む。２つの部品の実施形態は、有利には、第１部品７８を交換することなく、第２部品７９を交換することができる。

フィラーワイヤ６２は、電流の作用下でそれを通過して、溶融を受ける可溶材料の金属ワイヤである。フィラーワイヤ６２の溶融は、溶接を行う際にそれが正確に配置されることを可能にする。電流が長手方向ボア４９と中心ボア５８の第１セクション５９を通過中、フィラーワイヤ６２は、ワイヤガイドシース２６に取り囲まれている。このため、電流経路６３から絶縁される。フィラーワイヤが中心ボア５８の第２セクション６１に引き出された場合、フィラーワイヤ６２は、中心ボア５８の第２セクション６１の内壁に接触して配置される。中心ボア５８の第２セクション６１でフィラーワイヤ６２の引き出し中、中心ボア５８の第２セクション６１とフィラーワイヤ６２との間の接触は、フィラーワイヤ６２への電流経路からくる電流の通過を可能にする。電流の作用で、フィラーワイヤ６２は、溶接先端１０の領域で溶融を受け、このため重なり線６の領域で、それを正しい位置に置くことが可能である。

ヘッド本体３２のボア３４は、ヘッド本体３２でヘッド本体３２のシート５７に流れ込む通路を形成し、その通路には、接触先端５５のパッド５６が収容される。このため、ガス供給パイプ３３からくる活性または不活性保護ガス６４は、ヘッド本体３２を通ってシート５７まで循環する。接触先端５５のパッド５６は、シート５７の底部と共に十分な部屋を有するために、ヘッド本体３２のシート５７に収容され、ボア３４から接触先端５５の中心ボア５８の第１セクション５９まで活性または不活性保護ガス６４の循環が可能となる。このため、活性または不活性保護ガス６４は、ワイヤガイドシース２６の周りで中心ボア５８の第１セクション５９で循環することができる。接触先端５５は、外側開口部６５を有する。外側開口部６５の一方は、中心ボア５８の第１セクション５９につながっており、また、外側開口部６５の他方は、接触先端５５のノズル６６の外部側面につながっている。このため、中心ボア５８の第１セクション５９内で循環する活性または不活性保護ガス６４は、接触先端５５から排出される。

接触先端５５から排出された活性または不活性保護ガス６４を溶接先端１０に向かって案内するために、接触先端は、ガイドノズル２７に囲まれている。このガイドノズルは、図６でさらに詳細に示されているように、溶接中、金属の腐食を防ぐために、溶接先端１０に向かって活性または不活性保護ガス６４を案内する。この活性または不活性保護ガス６４は、例えば、アルゴンおよび／またはヘリウムである。

図５は、図４のトーチヘッドからの接触先端およびその支持部の概略斜視図である。

図６は、図４のトーチヘッドのノズル２７の概略斜視図である。ノズル２７は、外側開口部６５から溶接先端１０まで活性または不活性保護ガス６４の流れの混乱や、一体型設計ではないノズルを構成する構成要素の接合部の領域においてベンチュリ効果による吸気の吸引を防ぐために、一体型設計である。

ノズル２７の側面は、面取りフォーム６８を有する。この面取りフォームは、トーチヘッド１９の回転中、内側波部１２のベース４２との干渉を防止する。また、ノズル２７の側面は、例えば、ノズル２７において左右対称側面である。

ノズルは、重なり線６の上方に突出するデフレクタ６９を含む。このデフレクタ６９は、ノズル２７の周りの一部で延びている。ノズル２７の穴あき側面６７、例えば、デフレクタ６９を含まない側面が、活性または不活性ガス６４の排出を可能にする。好ましくは、デフレクタ６９が、内側波部１２のベース４２でトーチヘッド１９の回転中に金属板１に対して当接しないように十分に薄くすべきである。その一方で、デフレクタ６９は、飛び散り（spatter）を受け止めて、活性または不活性保護ガス６４を導くために、十分広くすべきである。好ましくは、その流れを乱すことなく、活性または不活性保護ガス６４を溶接上に方向を変えるために、デフレクタ６９が、大きな湾曲形状でできるだけ長くすることが望ましい。

ノズル６６が導電性材料で作られ、電流経路６３がノズル６６を横断する場合には、絶縁カラー（insulating collar）７０（図４を参照）が、ノズル６６と接触先端５５との間に取り付けられる。

有利には、トーチヘッド１９は、ヘッド本体３２の長手方向ボアの縦方向に沿って測定される９０ｍｍ未満の長さを有する。特に、トーチヘッドが、９０ｍｍ未満の平面ＸＺへの投影において、ヘッド本体３２の長手方向ボアの縦方向に沿って測定される長さを有することが好ましい。理想的には、平面ＸＺへの投影においてヘッド本体３２の長手方向ボア４９の長さに沿って測定される長さが、８０ｍｍであることが望ましい。

上述したような溶接アームは、非常に小さなスペースを占有し、金属板１に垂直で且つ重なり線６と平行な平面への投影において、重なり線６と垂直な溶接端部の位置決めを可能にする。トーチ本体は、内側波部のフィレットには当接しない。

また、溶接アームは、溶接先端１０の位置決め回転を行うための主要な力を必要としない光トーチを有する。

アンビリカルコード２２は、軽量であり、トーチ本体１８に接続される。トーチヘッド１９の回転中、アンビリカルコード２２は、膜などに衝突しやすい回転により急な移動を生じることなく位置を保持する。

本発明に記載の装置は、選択的腐食とサイトを開始する割れ目があるので、好ましくない膜における飛び散りの蓄積を溶接中に防ぐ。

有利には、溶接端部８の位置決めや方向付けのための機械的案内装置との関連で、例えば、パンダグラフの形で、トーチ本体１８が、そのパンダグラフに直接取り付けられる。通常、そのような実施形態において、トーチの方向付けに加えて、パンダグラフは、同様に、トーチ７を支持するのに役立つ。

図７Ａ〜７Ｅは、溶接トーチの向きを案内するパンダグラフの機能を概略的に示す。図７Ａ〜７Ｅにおけるパンダグラフ２５および様々な構成要素は、パンダグラフ２５の一般的な機能を説明するための例示として提供される。このため、図７Ａ〜７Ｅに示される様々な構成要素の寸法や比率は、理解しやすい図となるように変更されており、実際の寸法や比率は、装置の適切な機能に適応する。

パンダグラフ２５タイプの位置決定手段の場合には、トーチ７の向きをパンダグラフ２４に直接連結することができる。パンダグラフは、３つの支柱７２で溶接アーム１７に結合される主ロッド７１を有する。各支柱７２は、Ｙ軸に平行な軸に沿って順番に、溶接アーム１７の一方およびパンダグラフの主ロッド７１の一方に、取り付けられる。トーチヘッド１９の回転軸４８は、パンダグラフ２５の下側支柱７４の回転軸７３と同軸であり、その回転軸７３と順に一体化している。下側支柱７４の回転軸は、溶接アーム１７の重なり線６に最も近い支柱７２の回転軸に対応する。このため、パンダグラフ２５の起動、すなわち、溶接アーム１７に関連するパンダグラフの移動は、順にトーチヘッド１９の移動の起動を引き込む。

本発明は、特定の実施形態との関連において説明したが、本発明がかかる特定の実施形態に限定されるものではないことは明らかであり、また、本発明の範囲を逸脱しないかぎり、記載された態様に対応する技術的等価物およびそれらの組み合せもまた含まれることは明らかである。

ゆえに、支持アーム１７は、同様に、Ｙ軸に沿って平行移動するように、および／またはＺ軸周りで移動するように、取り付けられる。このような支持アーム１７の補助的な移動が、例えば金属板１のカットアウトによる欠陥で生じる重なり線のバラツキを補正することが可能となる。

同様に、トーチヘッドの回転軸は、図１の平面ＸＺへの投影において、重なり線６に垂直な溶接端部８の位置決めを可能にする任意の方向へ沿うことができる。しかしながら、溶接ヘッドの回転軸が、Ｙ軸と平行ではない場合には、先端１０と重なり線６との間の接触を維持するために、溶接ヘッドの回転中、先端１０と重なり線を通る平面ＸＺとの間の分離を補うことが必要となる。この補いは、例えば、溶接アーム１７のＹ軸に沿って平行移動を自由にすることで行われる。

また、金属板１に存在する起伏は、第１波部か第２波部に属しているかどうかに応じて、異なる寸法を有する。このため、第１波部が、第２波部よりも大きな寸法を有することができ、また、逆に、第２波部が、第２波部よりも大きな寸法を有することもできる。

装置は、内側波部、すなわち、トーチが位置づけられる面と反対側の面に突出する波部、を有する金属板との溶接に関連して記載されている。しかしながら、ここで記載された装置は、外側に突出される金属板、すなわち、溶接機と向かい合う面に突出する波部を有する金属板、との間の溶接を行うために使用され得ることは明らかである。

動詞の使用は、「含む」または「含む」または「を含む」及びその共役の形態は、請求項に記載されたもの以外の要素又はステップの存在を排除するものではない。また、ステップの要素における不定冠詞「ａ」の使用は、特に特定しない限り、そのような要素又はステップの複数の存在を排除するものではない。

特許請求の範囲において、括弧内の任意の参照符号は、請求項を限定するものとして解釈すべきではない。

Claims (13)

1. 支持アーム（２０）と、前記支持アームに回転するように取り付けられる溶接ヘッド（１９）と、前記溶接ヘッドの回転用アクチュエータと、で構成される電気アーク溶接機用の溶接アーム（１７）であって、
   前記溶接ヘッドが、本体（３２）を有し、
   前記本体（３２）が、
   フィラーワイヤ（６２）を案内するためのシース（２６）を収容する長手方向ボア（４９）と、
   電源ケーブル（２８）を収容する電気コネクタ（５４）と、
   前記電気コネクタと接触先端（５５）との間に延び、前記電気コネクタから前記接触先端まで電流を流すことが可能な電流伝導経路と、
   前記本体の長手方向ボアに連通し、活性または不活性保護ガス用の供給パイプ（３３）を収容するガス注入口と、
   前記本体のボアの長手方向と平行ではなく、前記溶接ヘッドを前記支持アームに回転可能に取り付ける回転軸またはベアリング（４８）と、を有し、
   導電性材料で作られた前記接触先端が、
   前記本体の前記長手方向ボアの延長部分に設けられる長手方向ボア（５８）と、
   前記本体に固定される第１長手方向端部（５６）と、
   前記溶接ヘッドの出口（１０）を形成する第２長手方向端部（８）と、
   前記接触先端のボアを前記接触先端の側面（６６）に接続する外側ガス排出口（６５）と、を有し、
   前記接触先端の前記ボア（５８）は、前記本体の前記長手方向ボアと反対側に設けられる接続部（５９）と、前記接触先端の前記第２長手方向端部の領域に設けられる出口部（６１）と、を含み、
   前記ボアの前記出口部が、フィラーワイヤ用ガイドシースにより持ち上げられるフィラーワイヤ（６２）を前記溶接ヘッドの外側まで通過させるために、前記ボアの前記接続部よりも小さい面の内部セクションを備え、
   前記内部セクションは、前記フィラーワイヤと前記接触先端との間で電気接触を形成し、
   前記溶接ヘッドは、前記接触先端の前記外側ガス排出口から前記接触先端の前記第２長手方向端部までガスの流れを案内するために、前記接触先端の周りに固定される管状ノズル（２７）を備え、
   前記溶接アームが、
   前記溶接ヘッドの支持アームに固定され、金属フィラーワイヤをガイドシースまで引き出すフィラーワイヤの前進用アクチュエータ（２４）と、
   前記溶接ヘッドの電気コネクタに接続される第１端部、および、電力供給源に接続される電気コネクタを備えた第２端部、を有する電気ケーブル（２８）と、
   前記溶接ヘッドのガス注入口に接続される第１端部、および、ガス供給源に接続されるガスコネクタを備えた第２端部、を有するガスパイプ（３３）と、をさらに有し、
   前記フィラーワイヤ用ガイドシース（２６）は、前進モータに接続される第１端部、および、前記溶接ヘッドの前記本体の前記長手方向ボアと係合する第２端部、を備えている
   ことを特徴とする電気アーク溶接機用の溶接アーム。
2. 前記本体の回転軸またはベアリングが、前記接触先端と反対側の前記本体の端部の領域において、前記本体の穴の縦軸と交差する
   ことを特徴とする請求項１に記載の電気アーク溶接機用の溶接アーム。
3. 前記本体のボアおよび前記トーチヘッドの回転軸と垂直な平面への投影における前記接触先端のボアの長手方向と平行な方向において、前記溶接ヘッドの寸法が、９０ｍｍ未満である
   ことを特徴とする請求項１又は２に記載の電気アーク溶接機用の溶接アーム。
4. 前記回転軸またはベアリングが、３０°〜６０°の間で、前記本体のボアの長手方向と角度をなす
   ことを特徴とする請求項１〜３の何れか一項に記載の電気アーク溶接機用の溶接アーム。
5. 前記ノズルが、２つの傾斜側面（６８）を有する
   ことを特徴とする請求項１〜４の何れか一項に記載の電気アーク溶接機用の溶接アーム。
6. 前記ノズルが、前記接触先端の前記第２長手方向端部の外周の一部に突出するデフレクタ（６９）を有する
   ことを特徴とする請求項１〜５の何れか一項に記載の電気アーク溶接機用の溶接アーム。
7. 前記デフレクタが、穴あき側面（６７）を有する
   ことを特徴とする請求項１〜６の何れか一項に記載の電気アーク溶接機用の溶接アーム。
8. 前記デフレクタが、湾曲した内部通路を有する
   ことを特徴とする請求項１〜７の何れか一項に記載の電気アーク溶接機用の溶接アーム。
9. 前記接触先端の接続セクションが、絶縁カラー（７０）で囲まれ、
   前記ノズルが、前記絶縁カラーに取り付けられる
   ことを特徴とする請求項１〜８の何れか一項に記載の電気アーク溶接機用の溶接アーム。
10. アーク溶接機であって、
    ガイドレール（１５）を支持する支持部と、
    前記ガイドレールに取り付けられ、前記ガイドレール（１５）に沿って前進の軌道（１４）に沿って移動可能な運搬機と、
    前記運搬機（１３）の前進方向（１４）と垂直な軸（Ｚ）に沿って、前記運搬機（１３）のフレーム（１６）にスライド可能に取り付けられる請求項１〜９の何れか一項に記載の溶接アームと、を有し、
    前記運搬機は、アクチュエータで前記ガイドレール（１５）と一体化されたラックとかみ合うピニオンを駆動することが可能なフレーム（１６）で構成されている
    ことを特徴とするアーク溶接機。
11. 前記アーク溶接機は、本体をさらに有し、
    前記本体は、電力供給源と、不活性ガス供給源と、金属フィラーワイヤの供給源と、を備え、
    前記電力供給源が、前記支持アームのコネクタに接続され、
    前記不活性ガス供給源が、前記支持アームのガスコネクタに接続され、
    前記フィラーワイヤの供給源が、前記金属フィラーワイヤの通路用ボアに接続される
    ことを特徴とする請求項１０に記載のアーク溶接機。
12. 前記溶接ヘッドが、前記支持アームの冷却流体用供給パイプ（３５）の一方と、前記支持アームの冷却流体用戻りパイプ（３６）の一方と、に接続される冷却回路（３７）を有し、
    前記支持アームが、冷却流体の供給源および冷却流体の戻りに接続される
    ことを特徴とする請求項１０または１１に記載のアーク溶接機。
13. 請求項１〜９の何れか一項に記載の溶接アームの使用であって、
    溶接ヘッドと向かい合う一面に突出する起伏（３、１２）を有する波状の金属板（１）の位置決めと、
    前記金属板と垂直で且つ前記金属板の縁部と平行な平面の投影において、前記金属板と垂直な前記溶接ヘッドの接触先端のボア、および、前記接触先端の外側に突出する一端を有し、前記金属板に接触して保持されるフィラーワイヤの位置決めと、
    前記金属板と垂直な方向に沿って前記溶接ヘッドの回転軸と前記金属板との間の距離を一定に保つために、１つの起伏の長手方向折り畳み軸と垂直な方向に沿う前記溶接ヘッドの移動、および、前記波状の金属板と垂直な方向に沿う前記溶接ヘッドの移動と、
    前記溶接ヘッドに、金属フィラーワイヤ、電気、不活性ガス、および、冷却流体の供給と、を含み、
    前記溶接ヘッドの移動が、前記接触先端の前記ボアの軸が、前記溶接ヘッドの移動のコースにおいて前記金属板と垂直に保つために、前記溶接ヘッドの回転を含む
    ことを特徴とする溶接アームの使用。

Images