JP3604113B2 - ア−ク溶接装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ア−ク溶接装置に関し、特に、これに限定する意図ではないが、比較的に広い開先を比較的に大電流ア−クで溶接するア−ク溶接装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
例えば、造船における船体の建造，橋梁の製造，大型タンクの建造あるいは他の鉄鋼構造物の製造又は建造において、突き合わせられた２枚の鋼板間の開先の溶接を行なう場合、溶接を行いながら溶接線（開先又は隅の延びる方向）に沿って溶接台車を走行させ、台車に搭載した溶接ト−チで溶接線を自動溶接する。溶加材の溶込みを均一化するため、溶加材を細径鋼ワイヤを微細に切断した粒状のカットワイヤ又は鉄粉として、これを溶接に先立って開先内に散布することが行なわれている（例えば特公昭５０−７５４３号公報）。
【０００３】
溶接対象鋼板が厚いため、開先横断面が大きいので、溶接ト−チを開先の延びる方向と直交する方向に揺動することが行なわれ、また溶接作業能率を高くするため、２個以上の溶接ト−チを台車に搭載して、台車の１回の走行で２層の溶接をすることもある。この種の溶接装置を、本出願人等は、すでに開発し実用している（例えば特願平８−６４７０５号および特願平８−２９８４３９号）。
【０００４】
２個以上の溶接ト−チを台車に搭載して、台車の１回の走行で２層以上の溶接を行なう場合でも、溶接対象鋼板が厚いため各ト−チの溶接ア−ク電流が大電流であり、これにともなって先行溶接ト−チのア−クが磁気吹き現像によって溶接進行方向と逆方向に振れることを繰返す。したがって、先行溶接ト−チによる、溶接ビ−ド表面の凹凸が大きく波打つ，スパッタの発生が多い，裏波の幅が広い／狭いとランダムに変化する，などの問題がある。
【０００５】
溶接ア−クの不安定の原因究明と対策に関して、特開昭５６−１１１８５号公報，特開昭５７−２８６７７号公報，特開昭５９−１０７７７２号公報および特開平８−１５５６４３号公報に開示がある。特開昭５６−１１１８５号公報は、磁化され易い９％ニッケル鋼母材の片側に高ニッケル系の溶接部材を溶接した後、他側をＴＩＧ溶接する場合に関するものであり、この場合、最初の溶接時に由来する大きな残留磁気によりア−クブロ−が発生しＴＩＧ溶接は困難である。そこで消磁ＴＩＧト−チを溶接ＴＩＧト−チに先行させて溶接する開先部分を加熱し、残留磁気を減少させた後にＴＩＧ溶接を行なうとしている。
【０００６】
特開昭５７−２８６７７号公報は、開先の両側の母材が互いに逆極性に磁化されて開先を横切る方向に磁場が現われ、これにより溶接ア−クが開先が延びる方向に偏向されるのが、ア−ク不安定の原因であるとしている。そこで、溶接ト−チの周りに電気コイルを巻き、これに直流又は交流電流を通じてア−クに対し垂直磁場をかけて開先内の磁気を軽減又は打消すというア−ク安定化法を提示している。
【０００７】
特開昭５９−１０７７７２号公報は、ア−ク溶接する鋼材の端面開先部に磁気検出器を配置して開先内の磁界の方向と強さを検出し、それを打消す方向に、鋼材端面に装着した電磁石で鋼材に磁界を印加する溶接ア−ク磁気吹き防止法を提示している。
【０００８】
特開平８−１５５６４３号公報は、母材ア−ス用の接触子を走行台車に備え、ト−チと共に接触子を動かすことにより、溶接部直近で母材ア−スを確保する磁気吹き防止型溶接装置を提示している。
【０００９】
また本発明者は特願平９−５５０３８号にて、開先を跨ぐ薄磁性体板の重ねブロックを溶接進行方向前方の溶接対象材に当て、このブロックをト−チキャリッジに連結して、ト−チキャリッジの走行にてこのブロックも溶接進行方向に走行するようにした磁気吹き抑制の溶接装置を提示した。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
前記特開昭５６−１１１８５号公報に提示された方法は、残留磁気の多い高ニッケル系材料の減磁に限定される。前記特開昭５７−２８６７７号公報に提示されたア−ク安定化法では、ト−チの周りに大きな電気コイルを装備するため、ト−チが重くト−チの取扱いが難かしくなる，この電気コイルおよびこれに給電する電源が必要なため、装備が高コストになる，ト−チおよび電気コイルに付着したスパッタの除去作業が増えかつ作業性が低い，などの問題が考えられる。
【００１１】
前記特開昭５９−１０７７７２号公報に提示された溶接ア−ク磁気吹き防止法では、母材の端部でしか効果が出ない，電磁石およびその電源ならびに磁気検出器の検出信号を処理し電磁石の通電を制御するコントロ−ラを装備するので、装備が高コストになりその取扱いも難かしく母材がある現場に溶接装置を搬入する現場作業は実質上不可，などの問題が考えられる。
【００１２】
前記特開平８−１５５６４３号公報に提示の磁気吹き防止型溶接装置では、太い母材ア−スケ−ブルを走行台車で引きまわすので、母材ア−スケ−ブルの取扱いが大変である，母材に流れる電流に原因する磁気吹きが軽減しても、ト−チ前後の磁気不平衡による磁気吹きには効果が低い，太い母材ア−スケ−ブルの走行台車による引きずりは無理であるので低電流小肉盛の溶接に制限されてしまう，などが考えられる。
【００１３】
本発明者が特願平９−５５０３８号にて提示した、開先を跨ぐ薄磁性体板の重ねブロックは、機械的に溶接対象材に接触し、溶接対象材との間に磁気吸引力が働くので、それを溶接進行方向に走行させるために大きな駆動力が必要であり、ト−チキャリッジの走行負荷を大きくする。特に、開先縁部が荒れているときには走行負荷が動揺し過大になる。
【００１４】
本発明は、溶接ト−チのア−クの振れを抑制しア−ク位置を安定化することを第１の目的とし、溶接ビ−ド表面の凹凸の大きな波打ち，スパッタおよび裏波の幅変動を抑制することを第２の目的とし、そのために付加する磁性体部材によるト−チキャリッジの走行負荷の上昇を回避することを第３の目的とする。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
本発明者は、上述の、２個以上の溶接ト−チを台車に搭載して、台車の１回の走行で２層以上の溶接を行なう厚鋼板の溶接において、先行ト−チの溶接ア−クが不安定となる原因を検討した。まず、２個の溶接ト−チを用いる場合、上述の問題点は先行ト−チの溶接に関して現われ、後行ト−チの溶接では上述の問題点は実質上現われなかった。これに着目して、先行ト−チと後行ト−チでの溶接環境の相違を見ると、先行ト−チではト−チ移動方向（溶接方向）の前方が開先で後方が溶接ビ−ドであるのに対して、後行ト−チでは前方および後方共に溶接ビ−ドであって前方の溶接ビ−ド（先行ト−チにより形成されたもの）も後行ト−チの前方直近でキュリ−点以下の温度（磁性体）である。
【００１６】
したがって、先行ト−チに関しては、ア−ク電流によって磁場が形成されて図３に２点鎖線で示すように、磁束が溶接対象鋼板Ｗ１，Ｗ２に流れるが、前方が開先、後方直近が非磁性体（キュリ−点以上の溶接ビ−ド）かつ後方の遠距離が磁性体（キュリ−点未満の溶接ビ−ド）であるので、先行ト−チの溶接ワイヤｗｒの後方には磁束が遠距離に行き、これにより溶接ワイヤｗｒの後方直近では磁束密度（磁場）が粗い（弱い）が、溶接ワイヤｗｒの前方では、前方が開先（空隙）であるので磁束が遠距離に行かずに溶接ワイヤｗｒの前方直近で磁束密度（磁場）が密である（強い）と考えられる。なお、開先内には、溶加材としてカットワイヤを散布する場合があるが、カットワイヤによる磁束のバイパス効果は低く、この場合でも、同様と考えられる。上述のように、先行ト−チの溶接ワイヤｗｒの前方で磁束密度が高く後方で磁束密度が低いと、前方の磁束により溶接ア−クには、フレミングの左手の法則に従がう力Ｐが加わり、これにより溶接ア−クが図４に示すように、ト−チ進行方向と逆方向に振られる。
（１）そこで本発明のア−ク溶接装置は、
ｘ方向に延びｙ方向に空間(α)を置いて相対向する２つの溶接対象鋼板(W1,W2)を、溶接するア−ク溶接ト−チ(Tr)；および、
該ア−ク溶接ト−チ(Tr)を貫通する電極を流れる電流が発生する磁気を吸収するために該ア−ク溶接ト−チに装着した、該ア−ク溶接トーチの電極(Wr)を間に置いてｘ方向に対向しそれぞれの下端が前記空間 ( α ) に対向する一対の磁性体脚 (202,203) を持つ吸磁部材(200)；
を備えるものとした。
【００１７】
なお、理解を容易にするためにカッコ内には、図面に示し後述する実施例の対応要素の記号を、参考までに付記した。
【００１８】
このア−ク溶接装置によれば、吸磁部材(200)が、溶接ワイヤ(Wr)に流れるア−ク電流によって生ずるト−チ(Tr)の下方の磁束（磁場）を吸引する。従ってト−チ(Tr)直下の磁束（磁場）が減少して（弱くなって）、これによって溶接ア−ク(Ar)をト−チ(Tr)後方に振ろうとする電磁力が弱くなり、溶接ビ−ド表面の波打ち凹凸が低く、スパッタの発生が激減し、幅変動が小さい裏波が得られる。
【００１９】
【発明の実施の形態】
（２）前記吸磁部材 (200) は、前記アーク溶接トーチ (Tr) の下端が貫通する中空筒ブロック (201) および該ブロックと連続した前記一対の磁性体脚 (202,203) でなる。
【００２０】
（３）更に、前記中空筒ブロック (201) の外側面から中空筒内に貫通した雌ネジ穴 (204r) 、および、該雌ねじ穴にねじ込まれて先端が前記アーク溶接トーチ (Tr) を押える止めネジ (204S) を備える。これによれば、磁性体脚 (202,203) の溶損あるいは多量のスパッタの 被着のときには、吸磁部材 (200) を簡単に交換することができる。
【００２１】
本発明の他の目的および特徴は、図面を参照した以下の実施例の説明より明らかになろう。
【００２２】
【実施例】
図１に本発明の１実施例を示す。図１に示すア−ク溶接装置１は、先行溶接ト−チ（ア−ク溶接ト−チ）Ｔｒおよび後行溶接ト−チＴｔの２つ、すなわち２電極でＣＯ_２ガスシ−ルド片面溶接を行うものであり、開先（空間）αを、それが延びる方向ｘに溶接する。
【００２３】
水平に並ベられた鋼板（溶接対象鋼板）であるワ−クＷ１，Ｗ２は、対向する端面を互いに突き合わせられ、両鋼板（以下ワ−クと呼ぶ場合もある）の間に開先αが形成されている。溶接装置１の台車１１は、本実施例においてワークＷ１上に乗っており、開先αに沿ってｘ方向に移動する。５０は溶融金属の溶け落ち防止用のスタ−トタブである。台車（ト−チキャリッジ）１１は、支持フレーム１２を介して制御盤２０を下支持している。支持フレーム１２はさらに、支持部材１３を介して、台車進行方向ｘと直角なｙ方向に延びる支持アーム１３ａの基部を支持しており、支持アーム１３ａの先端は、支持フレーム１２より開先αに向って直角に突出している。
【００２４】
支持アーム１３ａの先端は、台車進行方向ｘと平行に延びるスライド棒１４に固着されている。つまり台車１１が、前述の１２，１３，１３ａを介して、その進行方向と平行にスライド棒１４を支持する。スライド棒１４は、上下機構１５ｒをｘ方向にスライド自在に支持している。上下機構１５ｒは、図に表れない止めネジの締めつけによりスライド棒１４に固定されている。
【００２５】
上下機構１５ｒは、図示しない内部の昇降機構を介して先行トーチ揺動機構１６ｒを支持している。作業者が上下機構１５ｒの昇降機構に連結された摘子を正回転あるいは逆回転させると、先行トーチ揺動機構１６ｒが摘子の回転に伴い、上方向ｚあるいは下方向ｚに移動する。先行トーチ揺動機構１６ｒは先行トーチ支持アーム１７ｒを介して先行トーチＴｒを支持する。制御盤２０内の揺動コントロ−ラが、指示盤３０からの揺幅信号および揺動速度信号に応じた振動幅および揺動回数／分で先行ト−チＴｒを揺動駆動するように、先行トーチ揺動機構１６ｒの電気モ−タの駆動を制御する。これにより先行トーチＴｒが、台車進行方向ｘ（開先αの延びる方向）と直角な方向ｙに揺動（往復動）する。
【００２６】
スライド棒１４は、その上下機構１５ｒよりも台車進行方向に向い、後ろ（後行側とする）となる位置で、上下機構１５ｔをｘ方向にスライド自在に支持している。上下機構１５ｔは、図に表れない止めネジの締めつけによりスライド棒１４に固定されている。
【００２７】
上下機構１５ｔは、図示しない内部の昇降機構を介して後行トーチ揺動機構１６ｔを支持している。作業者が上下機構１５ｔの昇降機構に連結された摘子を正回転あるいは逆回転させると、後行トーチ揺動機構１６ｔが摘子の回転に伴い、上方向ｚあるいは下方向ｚに移動する。後行トーチ揺動機構１６ｔは後行トーチ支持アーム１７ｔを介して後行トーチＴｔを支持する。制御盤２０内の揺動コントロ−ラが、指示盤３０からの揺幅信号および揺動速度信号に応じた振動幅および揺動回数／分で後行ト−チＴtを揺動駆動するように、後行トーチ揺動機構１６tの電気モ−タの駆動を制御する。これにより後行トーチＴtが、台車進行方向ｘと直角な方向ｙに揺動する。
【００２８】
支持フレーム１２の後行側の側面には、後行トーチＴｔ用のワイヤリール１８ｔが装備されており、後行トーチＴｔ用の溶接ワイヤｗｔが巻き回されている。溶接ワイヤｗｔは、支持フレーム１２の後行側に装備されているワイヤ供給モータ１９ｔが駆動されると、後行トーチＴｔに供給される。そして、支持フレーム１２の台車進行方向ｘで前（先行側とする）の側面には、先行トーチＴｒ用のワイヤリール１８ｒが装備されており、先行トーチＴｒ用の溶接ワイヤｗｒが巻き回されている。溶接ワイヤｗｒは、支持フレーム１２の先行側に装備されているワイヤ供給モータ（図示せず）が駆動されると、先行トーチＴｒに供給される。先行ト−チＴｒのノズルには、吸磁部材２００が固着されている。
【００２９】
図２の（ａ）に、先行ト−チＴｒのノズルに装着した吸磁部材２００を拡大して示す。吸磁部材２００は、磁性体の中空筒ブロック２０１と１対の磁性体脚２０２，２０３とを一体連続にしたものである。図２の（ｂ）に、吸磁部材２００の断面（図２の（ｃ）のｂ−ｂ線断面）を示し、図２の（ｃ）に吸磁部材２００の背面（図２の（ｂ）のＣ−Ｃ線より見た図）を示す。吸磁部材２００は、軟鋼材パイプを切削加工して、中空筒の下端に１対の磁性体脚２０２，２０３を形成したものである。純鉄，珪素鋼またはアモルファス金属等の磁性材料を使用してもよい。
【００３０】
吸磁部材２００の中空筒ブロック２０１には、筒壁を貫通する雌ネジ穴２０４ｒが開けられており、これに止めネジ２０４ｓをねじ込んで、その先端でト−チＴｒのノズルを押えることにより、吸磁部材２００をト−チＴｒに装着している。
【００３１】
この装着のとき、磁性体脚２０２，２０３が開先αの延びる方向に並びかつそれらの下端が開先αの上方もしくは開先α内に進入する高さとなるように、吸磁部材２００の姿勢および位置を調整する。
【００３２】
磁性体脚２０２，２０３の下端には、ｘ方向に広幅の爪があり、これらにト−チ下端の磁束が集中し、ア−クに作用する磁界が弱くなる。磁性体脚２０２，２０３は、スパッタの被着を少くするため、筒中心側のワイヤ対向面を小さくするように角度θ１のクサビ形とし（図２の（ｃ））、爪も角度θ２のクサビ形とした（図２の（ｂ））。この実施例では、角度θ１は３５度、角度θ２は４５度である。
【００３３】
この吸磁部材２００は、ト−チＴｒと共にｚ方向に昇降するので、ア−ク溶接時に磁性体脚２０２，２０３の下端の爪が開先α内に進入するようにト−チに対する取付け高さを調整しておくことにより、それらに溶接ア−ク近くの磁束が集中して、溶接ア−クに作用する磁界が弱くなり、溶接ビ−ド表面の波打ち凹凸が低く、スパッタの発生が激減し、幅変動が小さい裏波が得られる。
【００３４】
この吸磁部材２００は、構造が簡単であり、また、ト−チＴｒに対し止めネジ２０４ｓで固定されているので、磁性体脚２０２，２０３の溶損あるいは多量のスパッタの被着の時には簡単に交換することが出来る。
【００３５】
なお、本発明の溶接装置は、すみ肉溶接および重ねすみ肉溶接にも適用できる。また、非消耗式電極の溶接トーチにも適用できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の１実施例の外観を示す斜視図である。
【図２】図１に示す吸磁部材２００を拡大して示し、（ａ）は斜視図、（ｂ）は縦断面図、（ｃ）は底面図である。
【図３】従来例のア−ク溶接時の、ワ−クＷ１，Ｗ２の推定磁束分布を模式的に示す平面図である。
【図４】図３に示すワ−クＷ１，Ｗ２の側面図であり、一部は縦断面を示す。
【符号の説明】
１：溶接装置
１１：台車
１２：支持フレーム
１３：支持部材
１３ａ：支持アーム
１４：スライド棒
１５ｒ：上下機構
１５ｔ：上下機構
１６ｒ：先行トーチ揺動機構
１６ｔ：後行トーチ揺動機構
１７ｒ：先行トーチ支持アーム
１７ｔ：後行トーチ支持アーム
１８ｒ：ワイヤリール
１８ｔ：ワイヤリール
１９ｔ：ワイヤ供給モータ
２０：制御盤
２０ａ：信号受側コネクタ
２１：操作ボ−ド
３０：溶接条件指定盤
５０：スタ−トタブ
２００：吸磁部材
２０１：中空筒ブロック
２０２，２０３：磁性体脚
２０４ｒ：雌ネジ穴
２０４Ｓ：止めネジ
ｃｗ：カットワイヤ
Ｍ：台車駆動モータ
Ｐｐｒ，Ｐｐｔ：溶接電源
Ｔｒ：先行溶接トーチ
Ｔｔ：後行溶接トーチ
Ｗ１，Ｗ２：ワ−ク（溶接対象鋼板）
Ｗｂ：溶接ビ−ド
Ｗr：溶接ワイヤ
α：開先

Claims (3)

1. ｘ方向に延びｙ方向に空間を置いて相対向する２つの溶接対象鋼板を、溶接するア−ク溶接ト−チ；および、
   該ア−ク溶接ト−チを貫通する電極を流れる電流が発生する磁気を吸収するために該ア−ク溶接ト−チに装着した、該アーク溶接トーチの電極を間に置いてｘ方向に対向しそれぞれの下端が前記空間に対向する一対の磁性体脚を持つ吸磁部材；
   を備えるアーク溶接装置。
2. 前記吸磁部材は、前記アーク溶接トーチの下端が貫通する中空筒ブロックおよび該ブロックと連続した前記一対の磁性体脚でなる、請求項１に記載のアーク溶接装置。
3. 更に、前記中空筒ブロックの外側面から中空筒内に貫通した雌ネジ穴、および、該雌ねじ穴にねじ込まれて先端が前記アーク溶接トーチを押える止めネジを備える、請求項２に記載のアーク溶接装置。

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