JP2559003B2 - すみ肉溶接装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は溶接トーチを自動的に溶
接線に沿って案内してすみ肉溶接を行う装置に係る。

【０００２】

【従来の技術】従来、最も普遍性があり普及している自
動すみ肉溶接装置は、溶接線に平行に敷設された案内レ
ール上を走行する溶接台車上に溶接トーチなどの溶接工
具を搭載し、溶接芯線や不活性シールド・ガス、フラッ
クスなどを自動的に供給する方式である。この溶接装置
に係る自動化は溶接技術および装置の技術として独自に
発達し、専用化された量産型装置の発達を促して来た
が、一般の構造物の中間組立や最終組立の溶接、例えば
建築構造の柱の最終組立工程における仕口と柱幹部（シ
ャフト）とのすみ肉溶接のように、溶接線の長さはせい
ぜい１メートル以内の短い飛び飛びの溶接に対して、レ
ールと重い溶接芯線やフラックス、不活性シールド・ガ
スなどの溶材を供給するラインを伴った溶接装置を、度
々溶接線に沿わせて正しく設置することはわずらはし
く、自動化が望まれながら、現状では手作業に頼るか、
半自動化に甘んじざるを得なかった。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】本発明は従来のすみ肉
溶接装置の以上の問題点にかんがみ、装置の移動が容易
であり、溶接部に簡単、迅速、正確に装置を設置するこ
とができ、溶接の自動化を図ることができ、さらに、溶
接開先の不揃いに対処することのできるすみ肉溶接装置
を提供することを課題とする。

【０００４】

【課題を解決するための手段】本発明のすみ肉溶接装置
は、上記の課題を解決するため、互いに交叉する２平面
を決定し、該２平面の交線の近傍には存在しない２組の
部材を一体化して枠構造を形成し、該枠構造には上記２
平面の交線と平行に溶接台車案内レールが設けられ、該
案内レールには、これに沿って走行可能に上記２平面の
交線に溶接点がくるように溶接トーチを支持した溶接台
車が載置され、被溶接物のすみ肉溶接継手を構成する直
交する２平面部材の夫々に上記の直交２平面を決定する
２組の部材の夫々を当接させて溶接台車を被溶接物に対
して位置決めすることを特徴とする。

【０００５】

【作用】本発明のすみ肉溶接装置は上記の如く構成され
ているので、すみ肉溶接継手を構成する被溶接物の水平
部材と竪向部材の表面に、本発明の装置の交叉する２平
面を決定する部材を当接させることにより、本装置の枠
構造は簡単に、しかも正確に位置決めされ、枠構造に設
けられた溶接台車案内レールは被溶接物の溶接線に平行
に配置され、溶接台車に担持された溶接トーチの溶接点
は自動的に溶接線に沿って移動可能となる。

【０００６】交叉する２平面を決定する部材としては、
その一方は２本、他方は少くとも１本の互いに平行な丸
棒状部材又は円管状部材とすれば、側板に取付ける場合
の回転位置を考慮する必要がなく、又、被溶接物の水平
部材と竪向部材とが完全に所定の角度で交っていない場
合でも、いずれか一方を１本の丸棒状又は円管状部材に
当接させることにより位置決めできる利点がある。

【０００７】位置決めされた溶接装置の枠構造を被溶接
部材に固定する手段としては引掛金具又は磁力装置が有
効に使用できる。

【０００８】

【実施例】以下、図面により本発明の実施例を詳細に説
明する。

【０００９】図１は本発明の溶接装置の実施例を示す図
で、（Ａ）は全体構成を示す斜視図、（Ｂ）はその外枠
となるフレームの詳細を示す斜視図である。図において
１、２はすみ肉溶接部を構成する部材で、１は竪向部
材、２は水平部材を示す。３は２つの部材１、２の接合
部で下向レ型開先の例を示す。溶接トーチ１５の移動を
定義するため、移動の空間座標を、部材１および２の表
面の交線をｘ軸、部材２上のｘ軸に直交する座標軸をｙ
軸、部材１上のｘ軸に直交する座標軸をｚ軸とし、Ｐ点
を座標の原点とする。

【００１０】４は本発明の装置の外枠を構成するフレー
ムで、その詳細を（Ｂ）図に示す。図において４ａ１、
４ａ２、４ｂ１、４ｂ２は互いに平行する丸棒状フレー
ムで、夫々両端をフレーム側板４ｃに固定され、互いの
平行関係が保たれ、フレーム４ａ１と４ａ２との共通外
接面４ａは、フレーム４ｂ１と４ｂ２との共通外接面４
ｂと直交又は直交に近い関係を保っている。平面４ａと
平面４ｂの交線４ａｂは、フレーム４ａ１、４ａ２、４
ｂ１、４ｂ２と平行になる。

【００１１】両側のフレーム側板４ｃ間には、溶接トー
チ１５を担持する溶接台車８の案内レール６が、上記の
丸棒状フレームによって決定される２つの平面４ａ，４
ｂの交線と平行に設けられている。レール６は、長手方
向に直角な面内での傾きを任意に変えることができて、
固定具によりその位置に固定できるように、丸棒状フレ
ーム４ｂ１の両端部に蝶番式に取付けられ位置調整可能
な取付金具７を介してフレーム４に取付けられている
（図３参照）。

【００１２】図３に示すように、溶接台車８の台板８’
の案内レール６を挟んで両側には夫々２個の車輪９が軸
支され、案内レール６の両側縁に延設された案内溝に転
動自在に係合している。溶接台車の台板８’には可変速
電動機１１により減速機１２を介して駆動されるピニオ
ン１３が台板裏面に設けられ、レール６の表面にその長
手方向に取付けられたラック１４と噛合っている。した
がって、可変速電動機１１によりピニオン１３を任意の
速度で駆動することにより、台車８は所望の速度で、不
本意に移動することなく、ｘ軸方向に移動させることが
できる。

【００１３】図３において、符号１７〜１９は、ウィー
ビングのため、溶接トーチ１５をｙ軸方向に移動させる
ための装置である。溶接トーチ１５を保持するトーチホ
ルダ１６は可変速電動機１７により減速機１８を介して
駆動される、回転運動を直線往復運動に変える駆動機構
１９によりｙ軸方向に移動され、この機構と前述のｘ軸
方向の駆動機構とを併用することにより、溶接トーチの
溶接点の移動経路を任意に変えてウィービング溶接を実
施することが可能となる。又、直線ビードの多層盛りも
ｘ、ｙ軸の単純な位置決め制御により実施することがで
きる。

【００１４】図１及び図３において、２０は溶接トーチ
および溶接台車などに対する溶材供給ライン、２１は制
御配線を示す。これ等は柔軟性に欠け、且つ重量も大き
いので、装置の持ち運びや、溶接中の溶接台車や溶接ト
ーチの運動の抵抗になるが、これらの抵抗は吊り上げて
摩擦力を除くことにより大いに軽減しうる。

【００１５】この実施例では、互いに直交する２平面４
ａ，４ｂを決定する部材を丸棒状フレームで形成してい
るが、丸棒状フレームの代わりに円形パイプを使用する
ことも可能であり、さらに面構造としてもよく、またそ
の混用も機能上の差はない。面構造に対し、それぞれ２
本の丸棒状又はパイプ状フレームで平面決定構造を構成
する利点は、竪向部材１と水平部材２の角度が正確に直
角でない場合でも、フレーム４の正確な位置は幾何学的
に４本のフレームの内の３本のフレームの２部材への接
触で条件を満足させることができる点にある。又、本実
施例で溶接装置を部材１と２の溶接線に対して位置決め
する治具の役割をもつフレーム４ａ１、４ａ２、４ｂ
１、４ｂ２は丸棒構造としているが、これは平面との接
触が線接触となり、幾何学的な位置関係を厳密に決める
ことができるからである。フレーム側板４ｃの形状は特
に本発明のフレーム４の治具の役割りを左右するもので
はない。

【００１６】本実施例の装置を使用して溶接するに当っ
ては、平行なフレーム４ｂ１、４ｂ２を水平部材２の上
におき、平行なフレーム４ａ１、４ａ２の何れかを竪向
部材１に接せしめれば、部材１、２の交線（接合線）３
は４ａ１、４ａ２、４ｂ１、４ｂ２の何れも幾何学的に
平行になり、フレーム上に、４ａ１………４ｂ２の４ケ
のフレームの何れにも平行に設けた溶接台車の案内レー
ル６は、２ケの平面１、２の交線、即ち接合線３に平行
になって、溶接トーチを接合線３に沿って案内すること
ができる。

【００１７】上述の如く、水平部材２及び竪向部材１に
各フレームを当接させて位置決めされた溶接装置枠構造
４は、固定具５により、水平部材２及び竪向部材１に固
定される。図示の実施例では、固定具５として引掛け金
具が使用されている。引掛金具は構造が簡単で安価であ
る。固定金具としては磁気吸着により固定する磁力装置
を使用することも可能である。磁力装置は高価ではある
が電源のオン・オフの簡単な制御で確実に固定すること
ができる。

【００１８】図１は下向レ型開先すみ肉溶接に本発明の
装置を適用した例について述べたが、図２は装置の姿勢
を９０°回転させることにより、本発明の装置がそのま
ま水平レ型すみ肉溶接にも適用できることを示す。説明
は図１に対する説明と重複するので省略する。尚、開先
を伴わないすみ肉溶接に対してもそのまま本発明の装置
は適用できることは云う迄もない。

【００１９】図４は溶接開先の形状模型の一例を示す。
実際の開先は組立精度、加工精度により図面通りになる
ことは少なく、溶接の開始点から最終点まで、断面はほ
ぼ等差級数的に変化する。

【００２０】溶着金属２２の量と形は Ｌ：溶接長 Ｔ：板厚 ａ：溶接開始点の開先底面の幅ｃ ：溶接開始点の開先表面の幅ｂ ：溶接最終点の開先底面の幅 ｄ：溶接最終点の開先表面の幅 で定義されるが、この内Ｌ、Ｔはおおむね図面寸法を信
用でき、ａ、ｂ、ｃ、ｄの寸法の内３個の実測値から溶
着の形を定義することができる。

【００２１】図５は一例として図４に示す溶着金属２２
を溶接芯線の径、溶接電流、溶接速度などの条件で得ら
れる溶接ビードの集積と考えた図で、ビード断面はビー
ド幅ｗ、ビード厚ｔで定義される。図５において、２３
ｊはｊ層目の溶着金属を示し、２３ｊｉは始点からｉ番
目の単位溶接ビードを示す。Ａ→Ｂ→Ｃ→Ｄ→Ｅは単位
溶接ビードの間のビードの経路の変向点で、その経路
は、前記Ｌ、Ｔ、ａ、ｂ、ｃ、ｄ、ｗ、ｔ、ｉ、ｊによ
って表現され、その内ｗ、ｔは溶接条件により、ｉ、ｊ
は溶接位置に対して変化する変数である。

【００２２】２３ｊｉにおいてｙ_ji＝ａ＋（ｊ−0.5）
ｔ（ｃ−ａ）Ｔ~¹＋（２ｉ−１）Ｗ（ｂ−ａ）Ｌ~¹ に
なり、溶接経路の変向点Ａ_ji，Ｂ_ji，Ｃ_ji，Ｄ_ji，Ｅ_ji
の座標は、 Ａ_ji｛（２ｉ−１．５）ｗ ，０．５ｗ ，ｊ・
ｔ｝ Ｂ_ji｛（２ｉ−１．５）ｗ ，ｙ_ji−０．５ｗ ，ｊ・
ｔ｝ Ｃ_ji｛（２ｉ−０．５）ｗ ，ｙ_ji−０．５ｗ ，ｊ・
ｔ｝ Ｄ_ji｛（２ｉ−０．５）ｗ ，０．５ｗ ，ｊ・
ｔ｝ Ｅ_ji｛（２ｉ＋０．５）ｗ ，０．５ｗ ，ｊ・
ｔ｝ で示される。これに基づいて電動機１１、１７を制御す
る方法は既に多数公知のものがあり、データとしては先
に図４、図５で示した媒介変数を入力して自動化を図る
ことも可能である。

【００２３】本発明のすみ肉溶接装置は、上記の如く小
型軽量で被溶接物のすみ肉溶接部に簡単に正確に位置決
めして装着することができるので、例えば建築構造の柱
と仕口の取合のように、平均的に１本の柱に６ケ所の開
先付すみ肉溶接のあるような場合の溶接に多数台の装置
を適用して同時並行的に使用するのに適している。その
場合、本発明の装置による溶接は自動化されているの
で、１人の作業者により多数台の装置を同時に管理する
ことが可能であり、省人化及び溶接作業時間の短縮が期
待できる。

【００２４】図６に本発明によるすみ肉溶接装置２５を
複数台使用して建築用鉄骨構造の柱のシャフト２６と複
数の仕口２７との接合部のすみ肉溶接を同時に施工する
場合の例を示す。本実施例では、複数のすみ肉溶接装置
をホイストを介して吊下げるレールは天吊り型とした
が、地上走行台車に立設した支柱で支持することも可能
である。

【００２５】

【発明の効果】以上の如く本発明の溶接装置によれば、
レ型開先を含む下向きすみ肉溶接や水平すみ肉溶接に対
して、装置の設置を簡単に行うことができる。又、それ
故に同時多点溶接に適用するのに適しており、自動化に
よって１人の作業者が多数台の装置を同時並行的に管理
しうるので、省人効果と溶接時間の短縮、ひいては溶接
治具や空間の節約なども期待できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】（Ａ）は本発明のすみ肉溶接装置の実施例の構
成を、これによって溶接される下向きレ型すみ肉溶接継
手を形成する直交する２部材に位置決めした状態ととも
に示す斜視図であり、（Ｂ）はその枠構造を示す斜視図
である。

【図２】上記実施例のすみ肉溶接装置を水平レ型すみ肉
溶接継手に適用した状態を示す斜視図である。

【図３】上記実施例の溶接台車移動方向に直角方向の断
面図である。

【図４】レ型溶接開先模型の一例を示す斜視図である。

【図５】本発明のすみ肉溶接装置によるウィービング時
の溶接トーチの溶接点の移動経路を説明する説明図であ
る。

【図６】本発明のすみ肉溶接装置による同時多点溶接の
一例を示す斜視図である。

【符号の説明】

１ 竪向部材 ２ 水平部材 ３ すみ肉溶接接合部 ４、４ａ、４ｂ、４ｃ フレーム ５ 固定具 ６ レール ７ レール取付金具 ８ 溶接台車 ８’ 溶接台車の台板 ９ 車輪 １０ 車輪取付脚 １１、１７ 可変速電動機 １２、１８ 減速機 １３ ピニオン １４ ラック １５ 溶接トーチ １６ トーチホルダー １９ ウィービングの駆動機構 ２０ 溶材供給ライン ２１ 制御配線 ２２ 溶着金属 Ｌ 溶接長 Ｔ 板厚 ａ 溶接開始点の開先底面の幅 ｂ 溶接終了点の開先底面の幅 ｃ 溶接開始点の開先表面の幅 ｄ 溶接終了点の開先表面の幅 ｗ ビード幅 ｔ ビード厚 ２３ｊ ｊ層目の溶着金属 ２３ｊｉ ｊ層目ｉ番目の溶着金属 Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄ、Ｅ 溶接経路の変更点 ２５ すみ肉溶接装置 ２６ 鉄骨のシャフト ２７ 仕口

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 互いに交叉する２平面を決定し、該２平
   面の交線の近傍には存在しない２組の部材を一体化して
   枠構造を形成し、該枠構造には上記２平面の交線と平行
   に溶接台車案内レールが設けられ、該案内レールには、
   これに沿って走行可能に上記２平面の交線に溶接点がく
   るように溶接トーチを支持した溶接台車が載置され、被
   溶接物のすみ肉溶接継手を構成する直交する２平面部材
   の夫々に上記の直交２平面を決定する２組の部材の夫々
   を当接させて溶接台車を被溶接物に対して位置決めする
   ことを特徴とするすみ肉溶接装置。