JP3751346B2

JP3751346B2 - 溶接装置

Info

Publication number: JP3751346B2
Application number: JP31674595A
Authority: JP
Inventors: 正典望月; 修二野原; 淳藤井
Original assignee: ISEL Co Ltd
Current assignee: ISEL Co Ltd
Priority date: 1995-12-05
Filing date: 1995-12-05
Publication date: 2006-03-01
Anticipated expiration: 2015-12-05
Also published as: JPH09155590A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、アルゴン溶接、プラズマ溶接その他の溶接方法及び溶接装置、特に、矩形の板材を円筒状に曲成したワークの前記板材の対向端縁相互を溶接する方法及び装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
この種溶接方法として、既に、図１、図２に示す装置が採用されている。このものは、矩形の板材を円筒状に曲成したワーク(W) を支持芯(1) によって支持するようにしたものであり、前記支持芯(1) はフレームから片持ち状態に突出する。前記支持芯(1) の頂面の帯状部はワーク(W) の支持部(11)となり、この支持部(11)には中央に凹溝(14)が形成されている。前記支持部(11)の上方には、押え板(13)(13)が設けられている。これら押え板(13)(13)は前記支持部(11)に対してリンク機構(R) により接離可能に支持され、駆動部(K) によって前記接離作動される構成である。
【０００３】
この従来の装置による溶接では、駆動部(K) (K) の運転により前記押え板(13)(13)を前記支持芯(1) から上方に離反させた状態とし、この押え板(13)(13)と支持芯(1) との間にワーク(W) を構成する板材が挿入されるようにするとワーク(W) が支持芯(1) によって支持されたものとなる。このとき、前記ワーク(W) を構成する板材の対向端縁部が支持部(11)と一致させ、前記板材の前記対向端縁相互の対接部(L) が前記凹溝(14)の上方に位置する。
【０００４】
この状態で前記対接部(L) の両側を押え板(13)(13)によって支持部(11)側に押しつけると、前記対向端縁部相互が密着した状態に保持される。この状態で、前対接部(L) に添って溶接装置のトーチ(T) を走行させる。このとき、支持芯(1) には冷却水路(12)があって、この冷却水路(12)内に供給する冷水により被溶接部となる前記対向端縁部が水冷され、溶接の熱による熱応力が低く押えられる。これにより、ワーク(W) の前記対接部(L) 及びその近傍が正確に溶接される。
【０００５】
ところが、ワーク(W) の材質及び溶接の種類によっては、前記溶接の際に、前記対接部(L) 内の未だ溶接されていない部分が、図２のように、前記溶接に伴う熱応力によって口が開くことがある。前記対接部(L) の近傍はワーク(W) の断面の半径方向においてのみ支持部(11)と押え板(13)によって挟圧されるだけであるから前記対接部(L) の前記口開きに対しては、前記挟圧による摩擦力のみであり、この摩擦力だけでは前記口開きに対して十分な抵抗力とはならないからである。従って、溶接の進行に伴って、未溶接部の前記口開きが大きくなり正確な溶接ができない不都合が生じる。特に、ワーク(W) が長い場合に、この傾向が顕著なものとなる。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は上記の点に鑑みてなされたものであり、溶接による熱応力が大きい場合でも、ワーク(W)を構成する板材の対向端縁部相互が離反しないようにして上記溶接不良を防止することを課題とする。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
前記課題を解決するために講じた請求項１の発明の解決手段は、
『矩形の板材を円筒状に曲成したワーク(W)を内側から支持する支持芯(1)と、前記支持芯(1)に於ける前記ワーク(W)との接触部となる支持部(11)と、前記支持部(11)に対して前記ワーク(W)を構成する板材の対向端縁部を外側から加圧する押え板(13)(13)と、前記支持部(11)を中心にしてその両側に位置するクランプ体(20)を具備し且往復移動可能な第１、第２クランプ(2a)(2b)と、前記クランプ体(20)(20)が前記ワーク(W)をその断面外側から挟持したクランプ位置と前記クランプ体(20)(20)が前記ワーク(W)を開放したアンクランプ位置との間で前記第１、第２クランプ(2a)(2b)を往復移動させる往復駆動手段とからなり、前記ワーク(W)を挟持する前記クランプ体(20)(20)の対向内面はワーク (W) の外周曲面に一致してワーク(W)の外周面に密着する曲面部(201)とし、前記押え板(13)は前記クランプ体(20)に於ける前記支持部(11)との対向部に連設された溶接装置』である。
上記解決手段はつぎのように作用する。
溶接が進行するに従って、ワーク (W) の被溶接部には熱応力が発生して前記対向端縁相互の対接部 (L) が開く傾向となる。上記した口開き傾向となる作用力が生じる。しかしながら、これに対して前記対向端縁相互は対向方向に圧接されているから、この圧接力によって前記作用力による口開きが阻止される。
つまり、板材の対向端縁部相互が開く方向に対してその逆方向の圧接力がワーク(W)の外周面に添うように設けられたクランプ体(20)(20)のよって確実に阻止される。
【００１４】
また、このものでは、クランプ体(20)に押え板(13)が一体的に連設されているから、クランプ体(20)(20)を駆動する往復駆動手段によって押え板(13)(13)をも同時に前記ワーク(W)の板材の対向端縁部に圧接する状態に駆動できる。
請求項３の発明の課題解決手段は、『矩形の板材を円筒状に曲成したワーク (W) を内側から支持する支持芯 (1) と、前記支持芯 (1) に於ける前記ワーク (W) との接触部となる支持部 (11) と、前記支持部 (11) に対して前記ワーク (W) を構成する板材の対向端縁部を外側から加圧する押え板 (13)(13) と、前記押え板 (13) を加圧状態と非加圧状態の間で往復移動させる縦加圧手段と、前記支持部 (11) を中心にしてその両側に位置するクランプ体 (20) を具備し往復移動可能な第１、第２クランプ (2a)(2b) と、前記第１、第２クランプ (2a)(2b) を、これらのクランプ体 (20)(20) が前記ワーク (W) を外側から保持したクランプ位置と前記クランプ体 (20)(20) を開放したアンクランプ位置との間で往復駆動する往復駆動手段とからなり、
支持芯 (1) の支持部 (11) の中央部に長手方向に沿って凹溝 (14) を形成し、前記凹溝 (14) に対して接離自在の楔状断面の位置決め爪 (31) を前記支持芯 (1) と平行に設け、この位置決め爪の下部断面が二等辺三角形に形成されて前記ワークの対向端縁の両側からの押付力によってこの位置決め爪が持上げられて脱出してワークの対向端縁相互が密着した状態となるように、前記位置決め爪 (31) の断面先端部を前記凹溝 (14) に挿入した位置と前記支持部 (11) との対面部から離れた脱出位置との間で移動可能とした溶接装置』である。
このものでは、支持芯 (1) によってワーク (W) を支持した状態で縦加圧手段を加圧状態に作動させると、ワーク (W) の板材の対向端縁部は、支持芯 (1) の支持部 (11) と前記押え板 (13)(13) とによってワーク (W) の半径方向において強圧されている。この状態で往復駆動手段を作動させて第１、第２クランプ (2a)(2b) をクランプ位置に移動すると、クランプ体 (20)(20) はワーク (W) を外側から保持することとなる。この保持位置は前記支持部 (11) を中心にしてその両側に位置する。そして、前記状態で溶接作業が実行される。この溶接の際の熱応力に伴う前記板材の前記対向端縁相互の開きはクランプ体 (20)(20) による外側からの保持力によって阻止される。
そして、支持芯(1)の支持部(11)の中央部に長手方向に沿って凹溝(14)を形成し、前記凹溝(14)に対して接離自在の楔状断面の位置決め爪(31)を前記支持芯(1)と平行に設け、この位置決め爪の下部断面が二等辺三角形に形成されて前記ワークの対向端縁の両側からの押付力によってこの位置決め爪が持上げられて脱出してワークの対向端縁相互が密着した状態となるように、前記位置決め爪(31)の断面先端部を前記凹溝(14)に挿入した位置と前記支持部(11)との対面部から離れた脱出位置との間で移動可能としたので、前記位置決め爪(31)が前記ワーク(W)を前記支持芯(1)に外嵌させるとき、前記位置決め爪(31)が前記対接部(L)内に侵入する態様となるから、この外嵌状態では、前記凹溝(14)と前記対接部(L)とが正確に一致したものとなる。
【００１５】
【発明の効果】
請求項１の発明は、溶接の際に、ワーク(W)を構成する板材の対向端縁部相互の口開きが防止できるから、種々の条件で正確な溶接ができる。
【００１６】
請求項３の発明によれば、ワーク(W)を装着した状態にて、前記凹溝(14)と前記ワーク(W)の前記対接部(L)とが正確に一致したものとなるから、前記ワーク(W)の位置決めが容易である。
【００１７】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態を図３〜図７に基づいて説明する。
支持芯(1) は、図３に示すように、フレーム(F) の一側に直立する主体部(F₁)の側壁により片持ち状態に支持されている。この支持芯(1) はワーク(W) の内径よりも小さく前記ワーク(W) よりも長い円柱としてあり、その両側には、図４に示すように、上端に前記支持芯(1) とほぼ同じ長さのクランプ体(20)を具備させた第１、第２クランプ(2a)(2b)が配備されている。そして、前記クランプ体(20)(20)は、前記支持芯(1) を挟んで対向する。
【００１８】
前記第１、第２クランプ(2a)(2b)のぞれぞれはフレーム(F) に設けた一対の縦板(A) (A) に収容される一対の腕(21)(21)と後述のクランク機構とからなる複数（図３では５組）の揺動機構部によってクランプ体(20)を支持した構成であり、前記クランプ体(20)は前記縦板(A) (A) の上方に配置されている。前記腕(21)の下端部の内側はフレーム(F) によって定位置に支持された支点軸(25)によって揺動自在に支持されている。
【００１９】
前記クランプ体(20)は、その断面略コ字状の棒状体であり、前記腕(21)の上端部に取り外し可能に取付けられており、相互に対向する一対のクランプ体(20)(20)の対向面は略半円形断面の曲面部(201) となっている。この曲面部(201) はワーク(W) の外周面の曲面に一致している。（図４、図５参照）
また、前記クランプ体(20)の上端には、内向きに突出するような嘴状の断面のクロム銅製の押え板(13)が連設され、この押え板(13)の先端部は略半円形の前記(201) の上端に連続する。そして、この押え板(13)及び前記クランプ体(20)はワーク(W) の長手方向全域にわたって延びている。
【００２０】
上記支持芯(1) の断面の上部で前記ワーク(W) を支持する支持部(11)は銅（クロム銅）によって構成された水冷棒(15)の上面にあり、この支持部(11)の中央に縦溝凹溝(14)が形成されている。また、前記水冷棒(15)には冷却水路(12)が形成されている。
クランプ機構前記第１、第２クランプ(2a)(2b)を揺動させる為に、この例では、前記前記縦板(A) (A) にて支持されている原動軸(22)によって駆動され且前記縦板(A) (A) 間に収容されたクランク機構が採用される。前記原動軸(22)は駆動源(221) によって駆動される。前記クランク機構は、図４に示すように、腕(21)(21)に設けた支持ピン(24)(24)と前記原動軸(22)(22)に設けた偏心軸(26a)(26b)とクランクロッド(23)によって連結した構成であり、第１クランプ(2a)側のクランクロッド(23)と対偶する偏心軸(26a) の原動軸(22)に対する偏心方向と第２クランプ(2b)のクランクロッド(23)と対偶する偏心軸(26b) の原動軸(22)に対する偏心方向とは反対方向に設定され、前記偏心方向は、水平方向に設定されている。
【００２１】
従って、前記駆動源(221) を往復駆動して原動軸(22)を１８０度往復回転することにより前記偏心軸(26a)(26b)が１８０度往復回転することとなり、これにより、前記偏心軸の偏心度合いに応じて第１、第２クランプ(2a)(2b)が往復揺動される。図４のように、クランプ体(20)(20)が対向接近した状態がワーク(W) をその両側から挟圧したクランプ状態である。そして、この状態から前記偏心軸(26a)(26b)を回転駆動すると図５のように、ワーク(W) を開放したアンクランプ状態となる。
【００２２】
溶接装置及び位置決め機構
前記支持芯(1) の上方には、溶接装置が装備される。これは、図３のように、溶接用のトーチ(T) とこれの走行装置(S) とからなる。
また、前記支持芯(1) の上方にはワーク(W) を構成する板材の対向端縁部を前記凹溝(14)の上方に位置決めする為の位置決め装置が設けられている。
【００２３】
この装置は、図３、図４のように、支持芯(1) 上方側方で前記支持芯(1) の長手方向に平行に設けた位置決め爪(31)と、前記位置決め爪(31)を前後の複数箇所で支持する支持杆(32)(32)と、この支持杆(32)(32)を前記支持芯(1) に対して直角方向に進退駆動する進退機構(30)と、フレーム(F) に設け且前記進退機構(30)を揺動自在に支持する軸受台(35)と、前記軸受台(35)の後方部とフレーム(F) との間に介装したエアーシリンダ(34)とからなる。
【００２４】
前記位置決め爪(31)はその断面の下半部の断面形状は二等辺三角形であり、その頂角は１０度〜２５度に設定されている。そして、支持杆(32)(32)が最進出された状態では、前記位置決め爪(31)は前記凹溝(14)の上方に位置して前記エアーシリンダ(34)によって前記位置決め爪(31)が降下されたときには、図６のように、前記凹溝(14)に前記位置決め爪(31)の下端縁が侵入する構成である。このようにエアーシリンダ(34)によって位置決め爪(31)が最も押し下げられた状態の押し下げ力は予め所定の値に設定されており、それ以上の上昇力が作用すると前記押し下げ力に抗して、図４及び図７のように、持ち上げれることとなる。このため、前記エアーシリンダ(34)による推力が予め所定の値に設定されている。
【００２５】
溶接の実際
上記装置を用いて溶接するには、先ず、第１、第２クランプ(2a)(2b)の各部を上記したように作動させることによって、図５のように、クランプ体(20)(20)が開放した状態とする。そして、進退機構(30)によって支持杆(32)(32)を最進出させて位置決め爪(31)を支持芯(1) の上方に位置させると共に、エアーシリンダ(34)を作動させて位置決め爪(31)の下端部を凹溝(14)内に侵入させる。
【００２６】
この状態で支持芯(1) にワーク(W) 外嵌させる。この時、図６のように、前記ワーク(W) を構成する板材の対向端縁間に前記位置決め爪(31)が侵入する態様で外嵌されるから、前記板材の前記対向端縁、つまり、対接部(L) が凹溝(14)と一致することとなる。
この状態で、駆動源(221) を作動させて第１、第２クランプ(2a)(2b)をクランプ状態とする。これにより、図４のように、前記ワーク(W) がクランプ体(20)(20)の曲面部(201) (201) に密着する態様で挟圧保持される。
【００２７】
このとき、前記対向端縁が前記位置決め爪(31)を両側から押しつける。この位置決め爪(31)の下部の断面は頂角が鋭角に設定された二等辺三角形となっているから、前記押付力によって位置決め爪(31)が図４、図７のように持ち上げられて脱出し、前記対向端縁相互が密着した状態となる。
この後、進退機構(30)によって支持杆(32)(32)が後退され前記位置決め爪(31)が支持芯(1) の上方域から脱出した状態となる。
【００２８】
この後、溶接装置のトーチ(T) が走行装置(S) によって、支持芯(1) の上方の所定の高さでワーク(W) を構成する板材の対接部(L) に沿って走行され、溶接動作が実行される。このとき、前記クランプ体(20)(20)によって前記対向端縁部が押付けられた状態に維持され、しかも、押え板(13)(13)によって前記対向端縁部が支持部(11)に押しつけられている。
【００２９】
従って、溶接の際に生じる熱応力によっても、前記対向端縁相互が密着した状態に維持されて溶接作業が進行する。溶接不良が生じる心配がなく溶接精度が向上する。
又、上記実施の形態では、『支持芯(1) の支持部(11)の中央部に長手方向に沿って凹溝(14)を形成し、前記凹溝(14)に対して接離自在の楔状断面の位置決め爪(31)を設け、前記位置決め爪(31)の断面先端部を前記凹溝(14)に挿入した状態とこれから脱出して前記支持部(11)との対面部から離れた位置に移動可能とした』構成を採用するから、支持芯(1) にワーク(W) を外嵌させた時に支持芯(1) に対するワーク(W) の姿勢が一定に定まり、溶接装置のトーチ(T) に対して対接部(L) が正確に対向するものとなる。溶接精度が向上する。
【００３０】
なお、アルゴン溶接や、電気溶接その他の形式の溶接に本発明は利用できる。第１、第２クランプは、揺動動作する方式以外に、水平方向に往復駆動する形式であってもよい。
クランプ体(20)(20)によるワーク(W) の挟圧方向は、水平方向でなくてもよい。クランプ状態にて対接部(L) に対向方向の加圧力が作用する限り、他の方向から挟圧する構成であってもよい。
【００３１】
上記実施の形態では『クランプ体(20)の対向内面に設けられる曲面部(201) の断面の半径はワーク(W) の半径に一致させ、前記クランプ体(20)を腕(21)の上端部に取り外し可能に取付けた構成』を採用している。従って、前記クランプ体(20)を、前記曲面部(201) の断面半径が異なるクランプ体(20)に取り替えることが可能となり、これにより、直径の異なるワーク(W) の溶接にも利用できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】従来例の説明図
【図２】前記従来例の平面図
【図３】本発明の溶接装置の実施の形態の側面図
【図４】前記溶接装置の要部断面図で、第１、第２クランプ(2a)(2b)がクランプ位置にある状態を示す。
【図５】第１、第２クランプ(2a)(2b)がアンクランプ位置にある状態の前記溶接装置の要部断面図
【図６】第１、第２クランプ(2a)(2b)が前記アンクランプ位置にある状態のワーク(W) と位置決め爪(31)との関係詳細図
【図７】第１、第２クランプ(2a)(2b)がアンクランプ位置にある状態のワーク(W) の詳細図
【符号の説明】
(W) ・・・ワーク
(1) ・・・支持芯
(11)・・・支持部
(13)・・・押え板
(20)・・・クランプ体
(2a)(2b)・第１、第２クランプ
尚、各図中同一符号は同一又は相当部分を示す。

Claims

矩形の板材を円筒状に曲成したワーク(W)を内側から支持する支持芯(1)と、前記支持芯(1)に於ける前記ワーク(W)との接触部となる支持部(11)と、前記支持部(11)に対して前記ワーク(W)を構成する板材の対向端縁部を外側から加圧する押え板(13)(13)と、前記支持部(11)を中心にしてその両側に位置するクランプ体(20)を具備し且往復移動可能な第１、第２クランプ(2a)(2b)と、前記クランプ体(20)(20)が前記ワーク(W)をその断面外側から挟持したクランプ位置と前記クランプ体(20)(20)が前記ワーク(W)を開放したアンクランプ位置との間で前記第１、第２クランプ(2a)(2b)を往復移動させる往復駆動手段とからなり、
前記ワーク(W)を挟持する前記クランプ体(20)(20)の対向内面はワーク (W) の外周曲面に一致してワーク(W)の外周面に密着する曲面部(201)とし、前記押え板(13)は前記クランプ体(20)に於ける前記支持部(11)との対向部に連設された溶接装置。
前記クランプ位置における前記クランプ体(20)(20)の前記曲面部(201)(201)によって構成される円形断面の空所の直径を前記板材の対向端縁相互が密着したワーク(W)の外径に略一致させた請求項１に記載の溶接装置。
矩形の板材を円筒状に曲成したワーク (W) を内側から支持する支持芯 (1) と、前記支持芯 (1) に於ける前記ワーク (W) との接触部となる支持部 (11) と、前記支持部 (11) に対して前記ワーク (W) を構成する板材の対向端縁部を外側から加圧する押え板 (13)(13) と、前記押え板 (13) を加圧状態と非加圧状態の間で往復移動させる縦加圧手段と、前記支持部 (11) を中心にしてその両側に位置するクランプ体 (20) を具備し往復移動可能な第１、第２クランプ (2a)(2b) と、前記第１、第２クランプ (2a)(2b) を、これらのクランプ体 (20)(20) が前記ワーク (W) を外側から保持したクランプ位置と前記クランプ体 (20)(20) を開放したアンクランプ位置との間で往復駆動する往復駆動手段とからなり、
支持芯(1)の支持部(11)の中央部に長手方向に沿って凹溝(14)を形成し、前記凹溝(14)に対して接離自在の楔状断面の位置決め爪(31)を前記支持芯(1)と平行に設け、この位置決め爪の下部断面が二等辺三角形に形成されて前記ワークの対向端縁の両側からの押付力によってこの位置決め爪が持上げられて脱出してワークの対向端縁相互が密着した状態となるように、前記位置決め爪(31)の断面先端部を前記凹溝(14)に挿入した位置と前記支持部(11)との対面部から離れた脱出位置との間で移動可能とした溶接装置。