JP3770720B2

JP3770720B2 - 溶接トーチ

Info

Publication number: JP3770720B2
Application number: JP36376297A
Authority: JP
Inventors: 雄一萬來; 生男壬生; 謙一前田
Original assignee: Tokyo Gas Co Ltd
Current assignee: Tokyo Gas Co Ltd
Priority date: 1997-12-17
Filing date: 1997-12-17
Publication date: 2006-04-26
Anticipated expiration: 2017-12-17
Also published as: JPH11179548A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、パイプ円周自動溶接装置等の溶接ヘッドにおける溶接トーチに関する。特には、溶接ヘッドの高さを低くすることができかつ溶接ワイヤの送りがスムーズな溶接トーチに関する。
【０００２】
【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】
溶接ワイヤをコンジットケーブルを介して自動的に溶接トーチに送る機構を有する溶接ヘッドにおいては、ワイヤリールから溶接トーチまでのワイヤ送り方式に２つの方式がある。１つはプッシュ方式であり、他の１つはプル方式である。プッシュ方式では、リールからほぐしたワイヤを矯正した後、コンジットケーブルの手前でプッシュローラによりワイヤをコンジットケーブルに押し込む。プル方式では、コンジットケーブル出側の溶接トーチにプルローラを付設して、コンジットケーブル内のワイヤを引っ張る。
【０００３】
プッシュ方式は、トーチの構造が簡単で小型軽量とできるが、ワイヤがコンジットケーブル中で座屈しやすいためワイヤの送りにスムーズさが欠けやすい。プル方式は、その逆に、トーチの構造が複雑で重くなりやすいが、ワイヤがコンジットケーブル中で座屈しないのでワイヤ送りがスムーズになるとともにアークへのワイヤ供給も安定する。
【０００４】
ところでワイヤ供給のスムーズさが損なわれることにより、アークの不安定や溶融池の乱れ等が引き起こされ、様々な溶接不良につながることが指摘されている（溶接学会誌、第４１巻、第９号、１０５５〜）。したがって、安定的に高品質の溶接を行うにはワイヤ送給機構のさらなる改良が求められている。
特に、コンジットケーブルのアール部におけるワイヤとケーブルとの摩擦が大きく、アールを小さくしようとするとこの摩擦は急に顕著となる。
【０００５】
ところで、トンネル中に敷設される都市ガス等のパイプライン用のパイプ円周自動溶接装置の場合、溶接ヘッドの高さを極力低くすることが求められる。パイプ敷設のために掘削すべきトンネルの径が、パイプの径に溶接ヘッドの高さの２倍を加えた値によって規定されるが、工事費を安くするためには、トンネルの径をできるだけ小さくする必要があるからである。
【０００６】
溶接ヘッドの高さを低くしようとすると、溶接トーチへの入口部におけるワイヤ屈曲部のアールを小さくする必要がある。溶接トーチは基本的にパイプの外周面に対して直角であるが、このトーチの真上にワイヤ供給リールを配置すると溶接ヘッドの高さが著しく高くなるのでそのようにはできない。したがって、どこか別の所に置いたリールから導いてきたワイヤを、パイプ外周面に直角に立っている溶接ヘッドに屈曲させながら供給してやる必要がある。このワイヤ屈曲部のアールにトーチの長さを足した寸法が直接的に溶接ヘッドの高さを規定する寸法となる。そこで、ワイヤ屈曲部におけるコンジットケーブルのアールをできるだけ小さくしようとするのであるが、そうすると前述のようにコンジットケーブル内におけるワイヤの摩擦が著しく大きくなって、ワイヤ送りのスムーズさを阻害する要因となる。
このように、溶接ヘッドの高さ低減とワイヤ送りのスムーズさを増進することは互いに矛盾する要因をはらむテーマなのである。
【０００７】
本発明は、このような問題点に鑑みてなされたもので、溶接ヘッドの高さを低くすることができかつ溶接ワイヤの送りがスムーズな溶接トーチを提供することを目的とする。特に、パイプラインの敷設のために必要なスペースを小さくすることができ、パイプライン敷設工事費用を低減するのに貢献できるパイプ円周自動溶接装置を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、本発明の第１態様のパイプ円周自動溶接装置は、供給される溶接ワイヤを屈曲させて溶接チップの軸芯に沿う方向に曲げるワイヤ屈曲部と、このワイヤ屈曲部を出たワイヤを真直に矯正するストレートナーと、このストレートナーを出たワイヤを引っ張って溶接チップに送るプルローラと、を具備し、上記ワイヤ屈曲部が、多数のガイドローラにより構成されていることを特徴とする。
【０００９】
また、本発明の第２態様のパイプ円周自動溶接装置は、供給される溶接ワイヤを屈曲させて溶接チップの軸芯に沿う方向に曲げる多数ガイドローラにより構成されたワイヤ屈曲部と、このワイヤ屈曲部の出側寄りに配置された、このストレートナーを出たワイヤを引っ張って溶接チップに送るプルローラと、このワイヤ屈曲部を出たワイヤを真直に矯正するストレートナーと、を具備することを特徴とする。
【００１０】
すなわち、本発明のパイプ円周自動溶接装置ではワイヤ屈曲部を多数のガイドローラにより構成したので、摩擦が転がり摩擦となって摩擦力を格段に小さくすることができる。また、プル方式としたので、コンジットケーブル中やワイヤ屈曲部での溶接ワイヤの座屈を防止できスムーズなワイヤ送りを実現できる。その結果、ワイヤ屈曲部のアールを小さくして溶接ヘッドの高さを低く抑えながら、スムーズなワイヤ送りによる高い溶接品質を確保できる。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照しつつ説明する。
図１は、本発明の第１態様の１実施例に係る溶接トーチの一部断面正面図である。
図２は、図１の溶接トーチの一部断面側面図である。
図３は、図１の溶接トーチのガイドローラの詳細断面図である。
図４は、図１の溶接トーチのプルローラの詳細断面図である。
この溶接トーチ１においては、右上のコンジットケーブル３から供給された溶接ワイヤ２は、ワイヤ屈曲部１３で下向きに屈曲され、矯正ローラ１９、プルローラ２５を通って、溶接チップ３７から下に突き出される。
【００１２】
ワイヤ屈曲部１３は、ワイヤ屈曲の経路の外側に沿って配置された８個の外ガイドローラ１５−１〜８と、同経路の内側に沿って配置された７個の内ガイドローラ１７−１〜７により構成されている。各ローラ１５、１７は、図２や図３に示すように、溶接トーチ１の絶縁材であるベークライト製の上部フレーム６１に回転自在に支持されている。
【００１３】
より詳細には、図３に示すように、ベークライトフレーム６１に横方向に平行に２本のボルト６５、６７が植設されている。ボルト６５の外周には、フレーム６１側から順にスペーサ６９、ベアリング７２（内輪）、スペーサ７３が外挿されており、ボルト頭７５とナット６２の間に挟まれている。一方、ボルト６７の外周には、フレーム６１側から順にスペーサ７１、ベアリング１７（内輪）が外挿されており、ボルト頭７７とナット６４の間に挟まれている。なお、ナット６２、６４の端面は、ベークライト製のキャップ６３で隠されている。ベークライトフレーム６１は各ローラを絶縁する。また、キャップ６３は、ボルト及びナットの絶縁のためのものである。
【００１４】
外ガイドローラ１５は、材質ＳＫ３（表面焼入れ）であり、ベアリング７２の外輪に固定されており自由に回転できる。内ガイドローラ１７はベアリングの外輪をそのまま使用しており、同じく自由に回転できる。外ガイドローラ１５の外周には、ワイヤ２を中央にガイドするためのグルーブ１５ａが形成されている。なお、一番入側の外ガイドローラ１５−１のみはグルーブのないローラである。
【００１５】
矯正ローラ１９は、最も出側のガイドローラ１５−８の直下で、押えローラ２２及びプルローラ２５の直上に設けられている。この矯正ローラ１９の右側外周面は、ワイヤ２を右側に押すようにやや突出しており、ワイヤ屈曲部１３で付けられたワイヤの曲りグセを反対方向に曲げて矯正する。矯正ローラ１９は、図４に示す押えローラ２２と同様の構造により、矯正ローラヨーク２１ｄに回転自在に支持されている。
【００１６】
矯正ローラ１９の突出量は、矯正ローラ調整機構２１によって調整可能である。すなわち矯正ローラヨーク２１ｄは、ブロック２１ｂに連結されている。このブロック２１ｂは、調整ボルト２１ａとバネ２１ｃに左右から挟まれており、ボルト２１ａのフレーム２０に対する締め込み量を変えることにより、ブロック２１ｂを、ヨーク２１ｄを介してローラ１９の左右位置を調整できる。
【００１７】
プルローラ２５は、押えローラ２２と対向して、矯正ローラ１９の直下に置かれている。押えローラ２２はワイヤ２をプルローラ２５に押し付け、プルローラ２５は回転駆動されて、ワイヤ２をワイヤ屈曲部１３から引き出すとともに、後述する溶接チップ３７に押し込む役割を果す。なお、このプルローラ２５の材質はＳＫ３（表面焼入れ）である。
【００１８】
まず押えローラ２２の具体的構造を説明する。
図４の下部に示すように、押えローラ２２はベアリングを利用して構成されており、ベアリングの外輪がワイヤ２を押さえるローラの役割を果す。ベアリングの内輪には、ベークライト製の絶縁カラー９５が嵌合しており、溶接電圧の印加されているワイヤ２とトーチのフレーム４８との間を絶縁している。絶縁カラー９５は、軸９３を介して二又状のヨーク２３ｄに支持されている。
【００１９】
押えローラ２２の押し付け圧力は、図１に示す押えローラ調整機構２３によって調整可能である。すなわち、押えローラヨーク２３ｄはブロック２３ｃに連結されており、同ブロック２３ｃはバネ２３ｂによって右方向（プルローラ２５方向）に付勢されている。さらに、バネ２３ｂは、調整ボルト２３ａによって、その左端がピン２３ｅの頭を介して押されている。ここで、ピン２３ｅはブロック２３ｃに案内されている。したがって、ボルト２３ａをフレーム２０に締め込むと、ピン２３ｅの頭が右に進んでバネ２３ｂを押し、バネ２３ｂは縮んで、ブロック２３ｃ、ヨーク２３ｄを介しての押えローラ２２への押圧力が増加する。
【００２０】
次にプルローラ２５の詳細構造について説明する。
図４に示すように、プルローラ２５は、外周にワイヤ案内用のグルーブ２５ａを有するリング状のものである。このプルローラ２５の内周及び左右端面は、ベークライト製の絶縁カラー８３及び８７に囲まれている。絶縁カラー８７は、穴開き円板状であり、シャフト４３の外周に嵌め込まれており、プルローラ２５の右端面に、スプリングピン８５でセットされている。このセットにスプリングピン８５を使用しているのは、絶縁カラー８３、８７とプルローラ２５の廻り止めのためである。
【００２１】
絶縁カラー８３は、つば付きスリーブ状であり、プルローラ２５の内面と左端面に当接している。絶縁カラー８３の内面は、シャフト４３の外周に嵌合しており、左端面はスペーサ８１を介してベアリング４５の内輪で位置決めされている。絶縁カラー８３とシャフト４３との間はスプリングピン８９、９１でセットされている。このセットにスプリングピンを使用しているのは上述のスプリングピン８５の場合と同じ理由による。
【００２２】
次に、プルローラの駆動機構について説明する。
図２に示すように、プルローラ２５のシャフト４３は、左方向に延びて、２つのベアリング４５によって保持され、左端においてギア４７と連結されている。このギア４７は、下方のギア４９と噛み合っている。ギア４９はさらにもう一本のシャフト５１と連結されている。このシャフト５１は、左方に延びるトーチアーム５３内を通ってプルローラ駆動サーボモータ（図示されず）まで延びている。したがって、プルローラ２５は任意の回転数で回転駆動される。なお、ギア４９と４７は同じ歯数であり、減速のためのものではなく、シャフトの位置をオフセットさせるためのものである。シャフト４３の右端に接続されている符号４１は、ワイヤ初期設定及びギア調整用の手動回転ノブである。
【００２３】
プルローラ２５を出たワイヤ２は、ロート口部２６からシールドガスノズル３５内に入り、同ノズル内下端の溶接チップ３７を通って下方に突き出され、パイプ５の開先６内に供給される。ノズル３５とチップ３７の間にはシールドガス通路３６が形成されており、図１に示すように、シールドガス供給部３３から図中の矢印の経路で、突き出されたワイヤ２の周囲にシールドガスが供給される。図中符号２８は、シールドガスノズル３５を支えるフレームである。また符号３１は、ワイヤ２に溶接電流を供給する給電部である。
【００２４】
図１〜４に示す第１実施例の特徴は、以下である。
▲１▼ ワイヤ屈曲部１３をローラ列で構成し、溶接ワイヤの曲げアールが小さくても（この例ではＲ＝３０mm、ワイヤ線径１mm）、摩擦抵抗が小さい。
▲２▼ ワイヤ屈曲部１３の出側でプルローラ２５でワイヤを引張り駆動するのでワイヤ送りがスムーズで、溶接池へのワイヤの送給が安定する。
【００２５】
▲３▼ 矯正ローラの突き出し量を可変として、ワイヤ径等が変化した場合もワイヤの直進性を保証できるようにした。
▲４▼ ワイヤのチップからの突き出し長さを３０mmとしても、トーチの全高が２０８mmと従来よりも相当低くなっている。
▲５▼ 送給ローラ及び矯正ローラ以降にワイヤ屈曲部が無いため、ワイヤの直進性が向上した。
【００２６】
図５は、本発明の第２態様の１実施例に係る溶接トーチの一部断面正面図である。
図６は、図５の溶接トーチのガイドローラの詳細を示す側面断面図である。
図中において、図１〜４の符号に１００を足した符号の部位は、以下に特記するものを除いて、図１〜４の溶接トーチと同様の部位である。
【００２７】
この実施例の溶接トーチの特長は以下である。
（１）プルローラ１２５及び押えローラ１２２がワイヤ屈曲部１１３内に設けられている。
すなわち、プルローラ１２５は、ワイヤ屈曲部１１３の内ガイドローラ１１７と並んで設けられている。プルローラ１２５の入側には３個の内ガイドローラ１１７−１、２、３が、出側には１個の内ガイドローラ１１７−４が配置されている。同様に、押えローラ１２２は、外ガイドローラ１１３と並んで設けられている。押えローラ１２２の入側には５個の外ガイドローラ１１５−１〜５が、出側には２個の外ガイドローラ１１５−６、７が配置されている。なお、各ガイドローラ及び押えローラの径は約８mmであり、プルローラの径は約２０mmである。このように構成することにより、トーチ１０１の高さを、ワイヤ突き出し３０mmでも１３６mmと、図１の実施例よりも一層低く抑えている。しかし、プルローラ１２５の出側に、３個のガイドローラと、矯正ローラ１１９、その出側の最終ガイドローラ１２０−１、２が存在するため、ワイヤ送りにプッシュ方式の色彩が出て、ワイヤ送給速度の変動が少し大きくなるおそれがある。
【００２８】
（２）各ガイドローラ１１５、１１７は、内外ともにグルーブ１１５ａ、１１７ａが付いている。
【００２９】
（３）溶接チップ１３７の左右にシールドガスを供給する２個のノズル１３３−１、２が配置されている。
図１の実施例のような溶接チップ外周をシールドガスノズルが囲んでワイヤの全周にシールドガスが供給される方式と比較して、本実施例のような方式は、管表面での溶接部においてシールド性が不充分という欠点があるが、一方、狭い開先にも対応できるという利点がある。
【００３０】
（４）給電ケーブル１３０が上方から急角度に給電部１３１に向かっている。これは、シールドガスノズルと干渉を避けるためである。なお、図中符号１３２は給電のための給電ターミナルであり、１３４は給電及び溶接ワイヤのガイドのためのチップボディアダプターであり、１３６は溶接ワイヤのガイドのために円錐状に加工したものである。
【００３１】
（５）絶縁の構成が図１の実施例と異なる。ワイヤ屈曲部１１３の入側では絶縁ブロック１１２により、ワイヤ屈曲部出側では絶縁板１２８により、ワイヤ屈曲部１１３のフレーム１１４が絶縁される。各ガイドローラ１１５、１１７は、図６に示すように、セットボルト１６５、１６７とベアリング内輪との間に嵌め込まれた絶縁カラー１６９、１７１によって、ワイヤ屈曲部フレーム１１４と絶縁されている。これは、ワイヤ屈曲部１１３がプルローラ１２５を含んでいて強度を必要とするため、図１の実施例のようなベークライト製とはできず鋼製とせざるをえなかったためである。
【００３２】
（６）押えローラ１２２にワイヤ送給速度検出用のパルスジェネレータ（ＰＧ）が設置されている。このため、ワイヤ送り量やノンアーク時の溶接チップからのワイヤ突き出し量を正確に検出することができる。
【００３３】
以上説明した実施例については以下のような変形や追加構成を加えることができる。
（１）ガイドローラ位置をクロソイド曲線上に配置して極力摩擦抵抗を小さくすることもできる。
（２）溶接ワイヤ径、材質によりローラ径、ローラ位置を調整できる。
（３）溶接ワイヤを最初に送り出すためのガイドを設けることもできる。
【００３４】
【発明の効果】
以上の説明から明らかなように、本発明のパイプ円周自動溶接装置ではワイヤ屈曲部を多数のガイドローラにより構成したので、摩擦が転がり摩擦となって摩擦力を格段に小さくすることができる。また、プル方式としたので、コンジットケーブル中やワイヤ屈曲部での溶接ワイヤの座屈を防止できスムーズなワイヤ送りを実現できる。したがって、ワイヤ屈曲部のアールを小さくして溶接ヘッドの高さを低く抑えながら、かつスムーズなワイヤ送りによる高い溶接品質を確保できる。その結果、パイプラインの敷設のために必要なスペースを小さくすることができ、パイプライン敷設工事費用を低減するのに貢献できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１態様の１実施例に係る溶接トーチの一部断面正面図である。
【図２】図１の溶接トーチの一部断面側面図である。
【図３】図１の溶接トーチのガイドローラの詳細断面図である。
【図４】図１の溶接トーチのプルローラの詳細断面図である。
【図５】本発明の第２態様の１実施例に係る溶接トーチの一部断面正面図である。
【図６】図５の溶接トーチのガイドローラの詳細を示す側面断面図である。
【符号の説明】
１溶接トーチ２溶接ワイヤ
３コンジットケーブル５パイプ
６溶接開先１１フレキジョイント
１３ワイヤ屈曲部１５外ガイドローラ
１７内ガイドローラ１９矯正ローラ
２０フレーム２１矯正ローラ調整機構
２２押えローラ２３押えローラ調整機構
２５プルローラ２６ロート口部
２７フレーム２８フレーム
３１給電部３３シールドガス供給部
３５シールドガスノズル３６シールドガス通路
３７溶接チップ４１
４３シャフト４５ベアリング
４７、４９歯車４８フレーム
５１シャフト５３トーチアーム
６１フレーム６２、６４ナット
６３キャップ６５、６７ボルト
６９、７１、７３スペーサ７２ベアリング
７５、７７ボルト頭８１スペーサ
８３、８７、９５絶縁カラー８５、８９、９１スプリングピン
９３軸
１１２絶縁ブロック１１４フレーム
１２８絶縁板１６５、１６７セットボルト
１６９、１７１絶縁カラー

Claims

供給される溶接ワイヤを屈曲させて溶接チップの軸芯に沿う方向に曲げるワイヤ屈曲部と、
このワイヤ屈曲部を出たワイヤを真直に矯正するストレートナーと、
このストレートナーを出たワイヤを引っ張って溶接チップに送るプルローラと、を具備し、
上記ワイヤ屈曲部が、多数のガイドローラにより構成されていることを特徴とする溶接トーチ。
上記ガイドローラが、ワイヤ屈曲経路の内側に沿って配置された内ガイドローラ及び外側に沿って配置された外ガイドローラの組み合わせからなることを特徴とする請求項１記載の溶接トーチ。
上記外ガイドローラ外周にワイヤ案内用のグルーブが形成されていることを特徴とする請求項２記載の溶接トーチ。
供給される溶接ワイヤを屈曲させて溶接チップの軸芯に沿う方向に曲げる多数ガイドローラにより構成されたワイヤ屈曲部と、
このワイヤ屈曲部の出側寄りに配置された、このストレートナーを出たワイヤを引っ張って溶接チップに送るプルローラと、
このワイヤ屈曲部を出たワイヤを真直に矯正するストレートナーと、
を具備することを特徴とする溶接トーチ。
上記ガイドローラが、ワイヤ屈曲経路の内側に沿って配置された内ガイドローラ及び外側に沿って配置された外ガイドローラの組み合わせからなることを特徴とする請求項４記載の溶接トーチ。
上記外ガイドローラ及び内ガイドローラの外周にワイヤ案内用のグルーブが形成されていることを特徴とする請求項５記載の溶接トーチ。