JP3348677B2 - 自動溶接装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、橋梁や造船等の大
形・長尺部材の水平隅肉溶接を自動的に行う自動溶接装
置に関する。

【０００２】

【従来の技術】例えば、造船用の大形パネルに多数のス
ティフナやロンジ材のような長尺部材を取り付けるため
の自動溶接装置は、特公平５−１６９４１号公報や特許
第２７０２２５５号公報にて知られている。前者では、
複数の溶接用小型キャリッジ群と、溶接用小型キャリッ
ジ群のケーブル・ホース類の収納部、溶接用小型キャリ
ッジ群の搭載部を持った前後進可能な大型台車から構成
され、大型台車には溶接用小型キャリッジ群の位置を検
出し、それらを一定距離の範囲内に入れながら溶接用小
型キャリッジ群の走行に追従して大型台車を走行させる
走行自動制御装置を設けた多電極溶接装置を提案してい
る。また、溶接用小型キャリッジ群の検出は大型台車に
架設された２本の平行なワイヤと、これらのワイヤの間
に位置するように各キャリッジに立設した接触針により
行うこととしている。一方、後者では、ロンジ材の位置
決め機構と加圧機構を備えた溶接装置を提案しており、
走行可能な門型架台に複数の独立に横行可能なキャリッ
ジを吊り下げ、各キャリッジにはロンジ材の位置決め機
構および加圧機構として、ロンジ材のウェブを加圧挾持
する回転体を有する固定脚体と可動脚体を垂下し、また
ロンジ材の上面を加圧する押さえローラを設け、さらに
ロンジ材の両側を同時に隅肉溶接する溶接トーチを備え
た構成となっている。

【０００３】ここで、上記従来技術の問題点をあげれば
次のとおりである。 Ａ．特公平５−１６９４１号公報の技術における問題点 （１）ロンジ材間の隙間に１台分しか溶接用小型キャリ
ッジを設置することができないので、ロンジ材の両側同
時溶接を行う場合には、１本おきにロンジ材を溶接しな
ければならず、溶接工数が多くなる。また、この問題は
ロンジ材の本数が多くなるほど増大する。さらに、溶接
熱歪みが隣接の未溶接のロンジ材に与える影響（ロンジ
材が傾いたりする）も無視できなくなる。 （２）同時隅肉溶接の場合、ロンジ材の両側に配置され
るそれぞれの溶接用小型キャリッジの溶接（走行）速度
を精密に合わせないと溶接不良が発生しやすい（磁気吹
きによるアークの不安定または干渉が発生し、良好なビ
ード形状が得られない）。 （３）シングルトーチ溶接であるため、大脚長高速溶接
に対応できない。 Ｂ．特許第２７０２２５５号公報の技術における問題点 （１）ロンジ材は仮付け溶接等でパネルに固定されてい
ないため、溶接開始前はロンジ材の曲がりや不揃いが発
生した状態にある。このような状態のロンジ材を位置決
め機構や加圧機構により強制的に矯正するとしても、複
数のキャリッジを門型架台に吊り下げる方式では、キャ
リッジ等の剛性を非常に大きくしなければならず、実際
問題としては実現性に乏しい。 （２）また逆に、ロンジ材を湾曲した状態に取り付ける
ことや門型架台の進行方向に対して斜めにロンジ材を取
り付けることができない。 （３）キャリッジと門型架台が分離されていないので、
一定の溶接速度を確保するためには門型架台の走行速度
の安定性が必要となり、そのために費用が膨大になる。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、上記のよう
な問題点を解決するためになされたもので、大形パネル
に多数のスティフナやロンジ材のような長尺部材を取り
付けるための隅肉溶接を、簡便な機構で経済的に、かつ
能率よく高精度に実施できる自動溶接装置を提供するこ
とを目的とする。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明に係る自動溶接装
置は、被溶接部材をまたいで高速走行と停止もしくは低
速走行を断続的に繰り返しながら走行する門型の走行ガ
ントリと、前記走行ガントリにそれぞれ独立に横行およ
び上下動可能に設けられた複数のジブクレーンと、前記
ジブクレーンの旋回ブームにそれぞれ回転自在な軸を有
するトロリーを介して吊り下げられ、溶接時、前記被溶
接部材の水平部材上に載って前記旋回ブームに沿って走
行する複数の小型走行台車と、前記旋回ブームの前後に
それぞれ配置されたスイッチ手段と、 前記スイッチ手段
の信号により前記走行ガントリの高速走行と停止もしく
は低速走行を制御する走行制御手段と、前記小型走行台
車を前記被溶接部材の垂直部材に沿って粗倣いさせるロ
ーラ手段と、前記小型走行台車に前記垂直部材の両側を
同時に隅肉溶接するようにタンデムツイン配置され、少
なくとも先行溶接トーチが溶接線自動倣い手段を有する
溶接トーチ群とを備えたことを特徴とするものである。

【０００６】また、本発明の自動溶接装置は、以下の特
徴を有する。前記走行ガントリには、溶接施工に必要な
溶接電源装置、溶接制御装置等の主要機器類が全て搭載
されている。前記走行ガントリの走行制御手段は、前記
ジブクレーンの旋回ブームの前後にそれぞれスイッチ手
段を配置し、前記小型走行台車のいずれかが前方の前記
スイッチ手段に接触もしくは近接したときにはその信号
に基づき、前記走行ガントリを前記小型走行台車より高
速に走行させ、前記小型走行台車のいずれかが後方の前
記スイッチ手段に接触もしくは近接したときにはその信
号に基づき、前記走行ガントリを停止もしくは前記小型
走行台車より低速に走行させる構成である。前記溶接ト
ーチ群のうち、先行溶接トーチは回転トーチ、後行溶接
トーチは自動トーチとする。

【０００７】小型走行台車は、自走式の門型の小回りの
利く簡易な構成であるため、被溶接部材の垂直部材に対
し１対１で対応するので、その台数を削減でき、設備費
の大幅な軽減を図ることができる。また、小型走行台車
に粗倣い機能を有するローラ手段と、タンデムツイン配
置された溶接トーチ分とを備え、少なくとも先行溶接ト
ーチが溶接線自動倣い機能を有するものであるため、大
脚長高速溶接の両側同時隅肉溶接を高精度のもとに実施
することができる。さらに、小型走行台車とジブクレー
ンの旋回ブームとは回転自在な軸を有するトロリーによ
り結合されているので、垂直部材の曲がりや走行ガント
リの走行方向と垂直部材の平行度が不良などのような場
合であっても、その垂直部材に沿って正確に追従させる
ことができるため、フレキシビリティーに富む溶接が可
能である。

【０００８】

【発明の実施の形態】図１は本発明の自動溶接装置の概
要を示す正面図、図２は側面図、図３は平面図である。
被溶接部材１は、大形パネルのような水平部材２と、ス
ティフナやロンジ材のような長尺の複数の垂直部材３と
からなり、各垂直部材３は予め所定の部材間隔で水平部
材２上に垂直に仮付け溶接されている。このような被溶
接部材１が定盤１００上に載置されている。このとき、
垂直部材３の長手方向の溶接線４ａ、４ｂが本溶接装置
１０の走行ガントリ１１の走行方向Ｘとほぼ平行になる
ようにセットされる。

【０００９】本溶接装置１０は、大別して、門型の走行
ガントリ１１と、複数のジブクレーン１２と、複数の小
型走行台車１３とからなっている。走行ガントリ１１
は、被溶接部材１をまたいで門型に構成され、溶接線４
ａ、４ｂとほぼ平行な方向Ｘに延びるレール１４上を前
後進するようになっており、溶接施工に必要な溶接電源
装置１５、ワイヤパック１６、溶接制御装置１７、図示
しない冷却水循環装置、ケーブル・ホース類等の主要機
器類は全て走行ガントリ１１上に搭載されている。走行
ガントリ１１の動力源およびシールドガス源等について
はケーブルベア等により外部から供給されている。ま
た、走行制御装置１８により走行ガントリ１１の走行を
後述するごとく制御している。

【００１０】ジブクレーン１２は、少なくとも垂直部材
３の本数（ここでは、ロンジ材４本）に対応する個数が
走行ガントリ１１に設けられ、走行ガントリ１１の走行
方向Ｘと直交する方向Ｙにそれぞれ独立に横行可能で、
かつ上下方向Ｚにも独立に昇降可能に構成されている。

【００１１】ジブクレーン１２の横行機構は、ここでは
手動で走行ガントリ１１の横桁１９にスライド可能に設
けられており、図４、図５に示すようにジブクレーン１
２の支柱２０の基部ブラケット２１に複数のローラ２２
を設け、これらのローラ２２を介して走行ガントリ１１
の横桁１９を抱持する構成となっている。２３は横桁１
９の前後に設けたレールで、ローラ２２はレール２３を
上下、前後から挾持しつつ転動する。なお、ジブクレー
ン１２の横行機構を電動モータ等を用いて自動に構成す
ることももちろん可能である。しかし、ジブクレーン１
２は後述するごとく垂直部材３の部材間隔に合わせて大
体の位置に設定すればよいので、設備費の安い手動の横
行機構で十分である。

【００１２】ジブクレーン１２の上下動機構は、旋回ブ
ーム２４を例えば電動チェーンブロック２５を用いて昇
降させるようにしている。この上下機構は、電動チェー
ンブロック２５をジブクレーン１２の支柱２０の上部に
吊り下げ、チェーン２６の一端を旋回ブーム２４の基部
ブラケット２７に連結し、基部ブラケット２７とこれに
設けた複数のローラ２８で支柱２０に設けたレール２９
を摺動自在に抱持する構成となっている。３０は旋回ブ
ーム２４の補強棒である。

【００１３】また、旋回ブーム２４は、水平面内で左右
に振れるようにその基端がピン３１により基部ブラケッ
ト２７に連結されている。なお、旋回ブーム２４の振れ
角度θは上記の補強棒３０や図示しない側面ストッパに
より一定の角度（約８゜程度）に制限されている。

【００１４】小型走行台車１３は、それぞれ自走式とな
っており、車輪３２を有し、かつ垂直部材３に挿入でき
るように門型に構成され、ジブクレーン１２の旋回ブー
ム２４にトロリー３３を介して吊り下げられる。また、
トロリー３３と小型走行台車１３とは回転自在な軸３４
により連結されている。旋回ブーム２４の前後にはそれ
ぞれリミットスイッチ３５ａ、３５ｂとストッパ３６
ａ、３６ｂが設けられ、この範囲内で小型走行台車１３
は移動できるようになっている。なお、リミットスイッ
チに代えて近接スイッチ、センサー、その他のスイッチ
手段でもよい。

【００１５】小型走行台車１３には、図６、図７に示す
ように、垂直部材３を粗倣いするローラ手段として、両
側のシリンダ３７ａ、３７ｂにそれぞれ連結された１対
の押さえローラ３８ａ、３８ｂが設けられており、これ
らの押さえローラ３８ａ、３８ｂで垂直部材３のウェブ
面を挾持するようになっている。

【００１６】さらに、小型走行台車１３には、垂直部材
３の両側を同時に隅肉溶接するようにタンデムツイン配
置された溶接トーチ群を備えている。このうち、先行溶
接トーチ３９ａ、３９ｂは、周知の高速回転アーク溶接
を行う回転トーチとなっており、そのアークセンサによ
り溶接線自動倣いを行わせるために、回転トーチ３９
ａ、３９ｂをそれぞれ垂直部材３に垂直な方向とトーチ
軸方向に修正移動させる２軸の修正軸（周知であるため
図示せず）を備えている。後行溶接トーチ４０ａ、４０
ｂは、通常の非回転の自動トーチで、図示しない位置調
整機構が上記回転トーチ３９ａ、３９ｂの修正軸と同調
移動するように設けられており、後行溶接トーチ４０
ａ、４０ｂと回転トーチ３９ａ、３９ｂの位置関係を常
に適正に保持している。

【００１７】このように、少なくとも先行溶接トーチ３
９ａ、３９ｂが溶接線４ａ、４ｂを精密に倣う機能を有
すれば何も回転トーチに限られるものではないが、先行
溶接に回転トーチ、後行溶接に自動トーチを用いること
により、特願平１０−１６８４８７号に記載したように
溶接ビードにブローホールなどの気孔を発生させること
なくビード形状の良好な大脚長高速溶接を行うことがで
きる。

【００１８】また、小型走行台車１３の上部フレーム４
１にはこれらの溶接トーチにそれぞれ溶接ワイヤ４２を
送給するためのワイヤ送給装置４３やシールドガス調整
弁（図示せず）、ガスホース・ケーブル類等が設置され
ている。

【００１９】以上のように構成された本溶接装置の動作
について説明する。まず、走行ガントリ１１を溶接方向
の所定のスタート位置にセットし、各ジブクレーン１２
をそれぞれその横行機構により手動で走行ガントリ１１
の横桁１９に沿ってスライドさせ、概ね垂直部材３に小
型走行台車１３を挿入できる位置まで移動させる。つい
で、上下動機構の電動チェーンブロック２５により旋回
ブーム２４とともに小型走行台車１３を下降させ、垂直
部材３をまたぐように溶接方向に移動させ、水平部材２
上に載置する。次に、小型走行台車１３の粗倣い機能を
有する押さえローラ３８ａ、３８ｂをそれぞれシリンダ
３７ａ、３７ｂにより前進させて垂直部材３を左右から
挾持させ、左右両側に配置した溶接トーチ群３９ａと３
９ｂ、および４０ａと４０ｂのほぼ中央に垂直部材３が
位置するようにセットする。しかるのち、垂直部材３の
溶接開始位置よりアークを発生させ、隅肉溶接を開始す
ると同時に小型走行台車１３は一定速度で走行を開始す
る。この時、走行ガントリ１１は走行制御装置１８によ
り停止状態にある。走行制御装置１８は、小型走行台車
１３がある程度走行し、旋回ブーム２４先端のリミット
スイッチ３５ａを小型走行台車１３のドグ（図示せず）
でたたくと、そのリミットスイッチ３５ａのＯＮ信号に
基づき、走行ガントリ１１を小型走行台車１３より高速
で走行を開始させる。この走行ガントリ１１と小型走行
台車１３の速度差に伴い、次に旋回ブーム２４後端のリ
ミットスイッチ３５ｂを小型走行台車１３のドグがたた
くことになる。後端のリミットスイッチ３５ｂをたたく
と、そのＯＮ信号に基づき、走行ガントリ１１は走行を
停止する（あるいはその走行速度を低速に切り替え、小
型走行台車１３より低速で走行させてもよい）。

【００２０】このように、走行ガントリ１１は走行と停
止を断続的に繰り返しながら、小型走行台車１３による
一定の溶接速度を確保している。したがって、小回りの
利く簡易な走行台車１３により垂直部材３の全数に対し
て両側同時隅肉溶接を行うことができ、かつ大脚長高速
溶接を実施することができる。そして、大型大重量の走
行ガントリ１１は溶接施工に必要な主要機器類を携行す
るだけの役目であるため、溶接に必要な高精度な走行速
度の安定性が不要となり、設備費の大幅な削減が可能で
ある。さらに、小型走行台車１３は軸３４を中心に回転
自在となっており、かつ旋回ブーム２４も基端のピン３
１を中心に左右に一定の振れ角度θで回動可能になって
いるため、垂直部材３の曲がりや垂直部材３と走行ガン
トリ１１の走行方向との平行度の不良等があっても、あ
るいは積極的に垂直部材３を湾曲状態、もしくは走行方
向と非平行な状態に取り付ける場合であっても、押さえ
ローラ３８ａ、３８ｂによる粗倣い機能と先行溶接トー
チ３９ａ、３９ｂによる溶接線自動倣い機能により、そ
のような状態の垂直部材３に沿って正確に溶接すること
ができる。すなわち、小型走行台車１３は垂直部材の曲
がり等に対しフレキシビリティーに富む構成となってい
る。また、溶接完了後は小型走行台車１３をジブクレー
ン１２によりつり上げ、走行ガントリ１１とともに被溶
接部材１より後退させればよいので、被溶接部材１の搬
入・搬出、小型走行台車１３の搬入・搬出が容易であ
る。

【００２１】

【発明の効果】以上の説明から明らかなように、本発明
の自動溶接装置によれば、被溶接部材をまたいで高速走
行と停止もしくは低速走行を断続的に繰り返しながら走
行する門型の走行ガントリにそれぞれ独立に横行および
上下動可能に複数のジブクレーンを設け、各ジブクレー
ンの旋回ブームにそれぞれ回転自在な軸を有するトロリ
ーを介して小型走行台車を吊り下げ、該小型走行台車を
自走式の門型に構成し、また、旋回ブームの前後にそれ
ぞれ配置されたスイッチ手段と、スイッチ手段の信号に
より前記走行ガントリの走行と停止を制御する走行制御
手段と、小型走行台車を垂直部材に沿って粗倣いさせる
ローラ手段と、小型走行台車にタンデムツイン配置さ
れ、少なくとも先行溶接トーチが溶接線自動倣い手段を
有する溶接トーチ群とを備えたものであるから、大形長
大な被溶接部材の複数の隅肉溶接を、経済的高能率に、
かつ高精度に行うことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の自動溶接装置の概略正面図である。

【図２】図１の側面図である。

【図３】図１の平面図である。

【図４】ジブクレーンの横行機構を示す平面図である。

【図５】図４の断面図である。

【図６】小型走行台車の正面図である。

【図７】図６の断面平面図である。

【符号の説明】

１ 被溶接部材 ２ 水平部材 ３ 垂直部材 ４ａ、４ｂ 溶接線 １０ 自動溶接装置 １１ 走行ガントリ １２ ジブクレーン １３ 小型走行台車 １８ 走行制御装置 ２０ 支柱 ２４ 旋回ブーム ２５ 電動チェーンブロック ３３ トロリー ３４ 軸 ３５ａ、３５ｂ リミットスイッチ ３８ａ、３８ｂ 押さえローラ ３９ａ、３９ｂ 先行溶接トーチ（回転トーチ） ４０ａ、４０ｂ 後行溶接トーチ（自動トーチ）

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭50−87941（ＪＰ，Ａ) 特開 平８−39242（ＪＰ，Ａ) 特開 平８−99173（ＪＰ，Ａ) 特開 平３−234367（ＪＰ，Ａ) 特開 平７−40042（ＪＰ，Ａ) 実開 平７−21265（ＪＰ，Ｕ) 実開 昭64−42778（ＪＰ，Ｕ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) B23K 9/12

Claims (4)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 被溶接部材をまたいで高速走行と停止も
   しくは低速走行を断続的に繰り返しながら走行する門型
   の走行ガントリと、 前記走行ガントリにそれぞれ独立に横行および上下動可
   能に設けられた複数のジブクレーンと、 前記ジブクレーンの旋回ブームにそれぞれ回転自在な軸
   を有するトロリーを介して吊り下げられ、溶接時、前記
   被溶接部材の水平部材上に載って前記旋回ブームに沿っ
   て走行する複数の小型走行台車と、前記旋回ブームの前後にそれぞれ配置されたスイッチ手
   段と、 前記スイッチ手段の信号により前記走行ガントリの高速
   走行と停止もしくは低速走行を制御する走行制御手段
   と、 前記小型走行台車を前記被溶接部材の垂直部材に沿って
   粗倣いさせるローラ手段と、 前記小型走行台車に前記垂直部材の両側を同時に隅肉溶
   接するようにタンデムツイン配置され、少なくとも先行
   溶接トーチが溶接線自動倣い手段を有する溶接トーチ群
   と、 を備えたことを特徴とする自動溶接装置。
2. 【請求項２】 前記走行ガントリは、溶接施工に必要な
   溶接電源装置、溶接制御装置等の主要機器類を全て搭載
   してなることを特徴とする請求項１記載の自動溶接装
   置。
3. 【請求項３】 前記走行ガントリの走行制御手段は、前
   記ジブクレーンの旋回ブームの前後にそれぞれスイッチ
   手段を配置し、前記小型走行台車のいずれかが前方の前
   記スイッチ手段に接触もしくは近接したときにはその信
   号に基づき、前記走行ガントリを前記小型走行台車より
   高速に走行させ、前記小型走行台車のいずれかが後方の
   前記スイッチ手段に接触もしくは近接したときにはその
   信号に基づき、前記走行ガントリを停止もしくは前記小
   型走行台車より低速に走行させる構成であることを特徴
   とする請求項１または請求項２記載の自動溶接装置。
4. 【請求項４】 前記溶接トーチ群のうち、先行溶接トー
   チは回転トーチ、後行溶接トーチは自動トーチとしたこ
   とを特徴とする請求項１記載の自動溶接装置。