JP4771900B2 - Welding equipment for the production of welded steel pipes - Google Patents
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Description
この発明は、主として小径溶接鋼管を製造する際の突合せ部の溶接に際して、シールドガスのシールド機能に悪影響を及ぼさずに、溶接ヒュームを効果的に吸引可能にした溶接鋼管製造用の溶接装置に関する。 The present invention relates to a welding apparatus for manufacturing a welded steel pipe that can effectively suck welding fume without adversely affecting the shielding function of shielding gas during welding of a butt portion when manufacturing a small-diameter welded steel pipe.
例えば角形の溶接鋼管を製造する方法の一つとして、図14に示すように、2つの溝形鋼1を互いに向き合わせて端縁を突き合わせ、その突合せ部をMIG溶接やMAG溶接等で溶接接合するいわゆる2丁合わせ溶接方法がある。
この2丁合わせ溶接方法には、外面及び内面の両側から溶接する内外面溶接方式(図15(イ))と、突合せ部を外面からのみ溶接する外面溶接方式(図15(ロ)、(ハ))とがある。また、外面溶接方式には裏当て金を用いる方式(図15(ロ))と、用いない裏波溶接方式(図15(ハ))とがある。図15は図14のa部の拡大図である。
両面から溶接する内外面溶接では開先をX開先とするが、一方向から溶接する外面溶接では開先をV開先またはY開先とするので、外面溶接は内外面溶接に比べて開先が大(開先の断面積が大)となり、溶接金属量が増え、溶接コストが高くなる。また、裏当て金等のバッキング材を用いる場合は、さらに溶接コストが高くなる。
For example, as one method of manufacturing a square welded steel pipe, as shown in FIG. 14, two
This two-match welding method includes an inner / outer surface welding method (FIG. 15 (A)) for welding from both sides of the outer surface and inner surface, and an outer surface welding method (FIG. 15 (B), (H) for welding the butt portion only from the outer surface. )). In addition, the outer surface welding method includes a method using a backing metal (FIG. 15B) and a back wave welding method not used (FIG. 15C). FIG. 15 is an enlarged view of part a in FIG.
In the inner and outer surface welding that welds from both sides, the groove is the X groove, but in the outer surface welding that welds from one direction, the groove is the V groove or Y groove, so the outer surface welding is more open than the inner and outer surface welding. The tip becomes large (the cross-sectional area of the groove is large), the amount of weld metal increases, and the welding cost increases. Further, when a backing material such as a backing metal is used, the welding cost is further increased.
上記のように溶接コストの観点からは内外面溶接方式が好ましいが、内外面溶接方式において内面溶接を行う際、管内に溶接トーチを挿入する必要があるため、製造しようとする鋼管が外径約200〜300mmの小径管で例えば数メートル以上の長尺品の場合、狭い管内に溶接トーチを挿入して内面溶接することが困難となる。 As described above, the inner / outer surface welding method is preferable from the viewpoint of welding costs, but when performing inner surface welding in the inner / outer surface welding method, it is necessary to insert a welding torch into the tube, so that the steel pipe to be manufactured has an outer diameter of about In the case of a 200-300 mm small-diameter tube having a long length of, for example, several meters or more, it becomes difficult to insert a welding torch into the narrow tube and perform internal welding.
溶接トーチから吹き出されるシールドガスは吹出口近傍では層流であるが、吹出口から離れると乱流になり空気を巻き込みやすくなる。したがって、図11のように溶接トーチ3の角度(トーチ角度θ)を小さくすると、溶接投影面Sが図示のような輪郭となるため、シールドガス吹出口から離れたb部等において乱流になってシールド不良が生じ易くなり、シールド不良による空気の巻き込み、溶け込み不足等の溶接欠陥が発生しやすくなるので、一般に、溶接性が良好なトーチ角度90°前後で溶接を行う。すなわち、図7(ロ)に示すように溶接トーチ3をトーチ角度θ=90°に湾曲させて下向きにすることになるが、溶接用ワイヤ4の送給性を考慮すると、溶接トーチの曲率半径Rをある程度大きくする必要があり、このため一定以上の高さHのスペースが必要となる。
The shield gas blown out from the welding torch is a laminar flow in the vicinity of the blowout port, but becomes turbulent when it is away from the blowout port, and air is easily trapped. Therefore, when the angle of the welding torch 3 (torch angle θ) is reduced as shown in FIG. 11, the welding projection plane S has a contour as shown in the figure, and therefore turbulent flow occurs at a portion b away from the shield gas outlet. As a result, it is easy to cause a shield defect, and welding defects such as air entrainment and insufficient penetration due to the shield defect are likely to occur. Therefore, welding is generally performed at a torch angle of about 90 ° with good weldability. That is, as shown in FIG. 7 (b), the
ところで、溶接時に発生する溶接ヒュームは溶接機器に付着し、溶接機器の信頼性を劣化させる恐れがある。また、作業環境上、ヒューム除去は重要な間題である。また、溶接部に供給されるシールドガスがヒューム吸引により乱されてシールド機能が損なわれると、ブローホール等の溶接欠陥が生じる可能性が高まるので、その点も考慮する必要がある。
このため、溶接ヒュームを適切に吸引する方法が、鋼管の内面溶接の場合ではないが、種々提案されている。
単純な方法として、溶接部の上方にフードを配置して溶接ヒュームを吸引するものがある。
また、溶接線に沿って溶接トーチの両側で溶接トーチと平行にヒューム吸引パイプを設けたものがある(特許文献1の図1)。
また、溶接トーチを二重管構造とし外管側にヒューム吸引口を設けた吸引ノズル付き溶接トーチを用いるものがある(特許文献2の図1、図3)。
また、複数のヒューム吸引口を壁面にあけたダクトを溶接線に沿って配置するものがある(特許文献3の図4)。
これらの各ヒューム吸引方法はいずれも、ヒューム吸引口を概ね溶接部に向けて設けた構造である。
For this reason, various methods have been proposed for appropriately sucking the welding fume, although it is not the case of inner surface welding of a steel pipe.
As a simple method, there is a method in which a welding hood is sucked by arranging a hood above the welded portion.
Moreover, there exists what provided the fume suction pipe in parallel with the welding torch on both sides of the welding torch along the welding line (FIG. 1 of patent document 1).
Also, there is a type using a welding torch with a suction nozzle having a double tube structure and a fume suction port on the outer tube side (FIGS. 1 and 3 of Patent Document 2).
Moreover, there exists what arrange | positions the duct which opened the several fume suction opening in the wall surface along a weld line (FIG. 4 of patent document 3).
Each of these fume suction methods has a structure in which a fume suction port is provided generally toward the weld.
上記の通り、特に小径管の場合、狭い管内に溶接トーチを挿入して内面溶接することが困難であるが、溶接ヒューム吸引を考慮した場合、さらに困難となる。
すなわち、前記の通り、トーチ角度θを小さくした場合、シールドガス吹出口から離れた部分が生じてシールドガスが乱流になりシールド不良が生じ易くなるという問題があり、また、小径管の場合、ヒューム吸引により管内の風速が影響を受け易いので、シールドガスが管内の気流で乱され易いという問題がある。
このような事情があるので、特に小径管の場合には、開放空間や大径管においてヒューム吸引を行なう場合と比べ細心の注意が必要であり、ヒューム吸引性能とシールド機能とを両立させることが難しいものとなる。
As described above, particularly in the case of a small-diameter pipe, it is difficult to insert a welding torch into a narrow pipe and perform internal welding, but it becomes more difficult when welding fume suction is considered.
That is, as described above, when the torch angle θ is reduced, there is a problem that a part away from the shield gas outlet is generated and the shield gas becomes turbulent and a shield failure is likely to occur. Since the wind speed in the pipe is easily affected by fume suction, there is a problem that the shield gas is easily disturbed by the airflow in the pipe.
Because of these circumstances, especially in the case of small-diameter pipes, it is necessary to be more careful than when fume suction is performed in an open space or a large-diameter pipe. It will be difficult.
上記従来の各ヒューム吸引方法は、吸引ノズル付き溶接トーチを用いる特許文献3を除き、サイズ的に狭い管内での溶接に適用するのは困難である。
特許文献3は小型化が可能であるが、充分なヒューム吸引性能を確保できるとは言い難く、吸い込めなかった溶接ヒュームは、管内に充満し、溶接機器に悪影響を及ぼす。
また、従来のいずれの方法も、ヒューム吸引口を概ね溶接部に向けた直接吸引構造であり、シールドガスの流れを乱し易く、特に狭い管内での溶接の場合には乱れが顕著に生じやすいので、ヒューム吸引性能とシールド機能とを両立させることが容易であるとは言い難い。
Each of the conventional fume suction methods described above is difficult to apply to welding in a narrow pipe except for
Although
In addition, any of the conventional methods has a direct suction structure in which the fume suction port is generally directed to the welded portion, and the flow of the shielding gas is likely to be disturbed. In particular, in the case of welding in a narrow pipe, the disturbance is likely to occur significantly. Therefore, it is difficult to say that it is easy to achieve both the fume suction performance and the shielding function.
本発明は、上記事情に鑑みてなされたもので、MIG溶接あるいはMAG溶接等の溶接方式による、主として小径溶接鋼管を製造する際の突合せ部の溶接に際して、シールドガスのシールド機能に悪影響を及ぼさずに、溶接ヒュームを効果的に吸引可能な溶接鋼管製造用の溶接装置を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above circumstances, and does not adversely affect the shielding function of shielding gas when welding a butt portion mainly when manufacturing a small-diameter welded steel pipe by a welding method such as MIG welding or MAG welding. Another object of the present invention is to provide a welding apparatus for manufacturing a welded steel pipe capable of effectively sucking welding fumes.
上記課題を解決する本発明は、溶接鋼管を製造する際に、溶接トーチの先端の開口から放出されるシールドガス中で、同じく溶接トーチの先端の開口から連続的に繰り出される溶接用ワイヤと溶接対象の母材との間にアークを発生させて溶接を行う溶接方式により、かつ、溶接時に発生する溶接ヒュームを吸引しつつ、端縁どうしが突き合わされて管状をなす管状材の前記突合せ部の内面溶接を行う溶接鋼管製造用の溶接装置であって、
溶接ヒュームを吸引するヒューム吸引口を、溶接部から立ち上がり管内天井面に突き当たって左右内面側壁に沿って降りてくる溶接ヒュームを吸引するように、溶接トーチの左右両側に概ね上向きに設けたことを特徴とする。
The present invention that solves the above-mentioned problems provides a welding wire and a welding wire that are continuously drawn out from the opening at the tip of the welding torch in the shield gas released from the opening at the tip of the welding torch when manufacturing a welded steel pipe. The welding method of welding by generating an arc with the target base material, and sucking the welding fume generated during welding, the ends of the butted portions of the tubular material forming a tubular shape are abutted A welding apparatus for manufacturing welded steel pipes for internal welding,
A fume suction port for sucking the welding fume is provided approximately upward on the left and right sides of the welding torch so as to suck the welding fume that hits the ceiling inside the riser from the weld and descends along the left and right inner side walls. Features.
請求項2は、請求項1の溶接鋼管製造用の溶接装置において、ヒューム吸引口を溶接トーチの左右両側に対称的に設けるとともに、ヒューム吸引口の形状を概ね溶接鋼管長さ方向に細長い四角形にしたことを特徴とする。 According to a second aspect of the present invention, in the welding apparatus for manufacturing a welded steel pipe according to the first aspect, the fume suction ports are provided symmetrically on both the left and right sides of the welding torch, and the shape of the fume suction port is substantially a rectangular shape elongated in the length direction of the weld steel pipe. It is characterized by that.
請求項3は、請求項1又は2の溶接鋼管製造用の溶接装置におけるヒューム吸引口の向きが、左右内面側壁側に傾斜した上向きであることを特徴とする。 According to a third aspect of the present invention, the direction of the fume suction port in the welding apparatus for manufacturing a welded steel pipe according to the first or second aspect is an upward direction inclined toward the left and right inner side walls.
請求項4は、請求項1又は2の溶接鋼管製造用の溶接装置におけるヒューム吸引口の向きが、左右内面側壁側に傾斜しかつ前方側が低くなるように傾斜した上向きであることを特徴とする。 According to a fourth aspect of the present invention, the direction of the fume suction port in the welding apparatus for manufacturing a welded steel pipe according to the first or second aspect is an upward direction inclined such that it is inclined to the left and right inner side walls and the front side is lowered. .
請求項5は、請求項1〜4の溶接鋼管製造用の溶接装置において、ヒューム吸引口を形成する開口部材の外形が、溶接ヒュームを整流するようなフィン状をなしていることを特徴とする。 According to a fifth aspect of the present invention, in the welding apparatus for manufacturing a welded steel pipe according to any one of the first to fourth aspects, the outer shape of the opening member forming the fume suction port has a fin shape that rectifies the welding fume. .
請求項6は、請求項1〜5の溶接鋼管製造用の溶接装置において、管状材の後端側から挿入されて前記管状材内を管長さ方向前後に移動可能にされたブームの前端部に前記溶接トーチを取り付けるとともに、この溶接トーチのトーチ角度を90°より小さくしたことを特徴とする。 According to a sixth aspect of the present invention, there is provided a welding apparatus for manufacturing a welded steel pipe according to any one of the first to fifth aspects, wherein the boom is inserted from the rear end side of the tubular material and moved forward and backward in the tube length direction within the tubular material. The welding torch is attached, and the torch angle of the welding torch is made smaller than 90 °.
本発明の溶接鋼管製造用の溶接装置において、概ね上向きのヒューム吸引口は、溶接部から立ち上がり管内天井面に突き当たって左右内面側壁に沿って降りてくる溶接ヒュームを吸引する。このようにヒューム吸引口が概ね上向きなので、溶接トーチから下向きに放出されたシールドガスの流れがヒューム吸引により乱されることはない。したがって、シールド機能を損なうことなく、溶接ヒュームを適切に吸引することができ、良好な溶接が得られる。 In the welding apparatus for producing a welded steel pipe according to the present invention, the generally upward fume suction port sucks the welding fume that hits the rising pipe inner ceiling surface from the welded portion and descends along the left and right inner side walls. Thus, since the fume suction port is generally upward, the flow of the shield gas discharged downward from the welding torch is not disturbed by the fume suction. Therefore, welding fume can be sucked appropriately without impairing the shielding function, and good welding can be obtained.
請求項2のように、ヒューム吸引口を左右両側に対称的に設けるとともヒューム吸引口の形状を概ね溶接鋼管長さ方向に細長い四角形にした構成は、管内面側壁に沿う開口を充分長く確保できるとともに、吸引力が溶接部近傍に集中しないので、左右内面側壁に沿って下降してくる溶接ヒュームを効率よく吸引する作用と、シールドガスを乱さないこととを両立させるために有効である。
The configuration in which the fume suction port is provided symmetrically on both right and left sides as in
請求項3のように、ヒューム吸引口の向きを、左右内面側壁側に傾斜した上向きにすると、左右内面側壁に沿って下る溶接ヒュームの流れを受け入れ易い向きとなるので、溶接ヒュームを効率よく吸引可能となる。
If the direction of the fume suction port is upwardly inclined toward the left and right inner side walls as in
請求項4のようにヒューム吸引口の向きを、前方側が低くなるように傾斜した上向きとすると、溶接トーチを後退させながら溶接を行う後退法を採用する場合に、前方に残る溶接ヒュームを吸引するために適切であり、溶接ヒュームを効率的に吸引可能となる。
If the direction of the fume suction port is an upward direction inclined so that the front side is lowered as in
請求項5のようにヒューム吸引口を形成する開口部材をフィン状にすることで、溶接部から立ち上がる溶接ヒュームの流れをヒューム吸引口に向かうように制御することができ、ヒューム吸引性能を向上させることができる。
By making the opening member forming the fume suction port into a fin shape as in
請求項6のように溶接トーチを傾斜させると、高さ寸法が小さくなるので、小径管用として適切である。そして、溶接トーチを傾斜させた場合(トーチ角度θを小さくした場合)、シールドガス吹出口から離れた部分が生じ、その部分がヒューム吸引によりさらに乱され易くなりシールド不良となり易いので、溶接トーチを傾斜させた構造の場合に、ヒューム吸引口を概ね上向きにして、シールドガスを極力乱さないようにした効果が特に活かされる。
If the welding torch is tilted as in
以下、本発明の溶接鋼管製造用の溶接装置の実施例を図1〜図15を参照して説明する。 Hereinafter, an embodiment of a welding apparatus for manufacturing a welded steel pipe according to the present invention will be described with reference to FIGS.
本発明は、主として小径溶接鋼管を製造する際に、端縁どうしが突き合わされて管状をなす管状材の前記突合せ部の内面溶接を、溶接時に発生する溶接ヒュームを吸引しつつ行う溶接鋼管製造用の溶接装置である。
また、本発明は溶接方法として、溶接トーチの先端の開口から放出されるシールドガス中で、同じく溶接トーチの先端の開口から連続的に繰り出される溶接用ワイヤと溶接対象の母材との間にアークを発生させて溶接を行う溶接方式を採用する。すなわち、シールドガスとしてアルゴン等の不活性ガスを用いるMIG溶接(Metal electrode inert gas welding)、あるいは、炭酸ガス若しくは炭酸ガスとアルゴンガスとの混合ガスを用いるMAG溶接(Metal active gas welding)等を採用する。
The present invention is mainly used for manufacturing a welded steel pipe, in which, when manufacturing a small-diameter welded steel pipe, inner surface welding of the butt portion of a tubular material in which end edges are butted together forms a tubular shape while sucking welding fumes generated during welding. Welding equipment.
Further, the present invention provides a welding method between a welding wire and a base material to be welded, which are continuously drawn out from the opening at the tip of the welding torch, in the shielding gas released from the opening at the tip of the welding torch. A welding method is employed in which welding is performed by generating an arc. In other words, MIG welding (Metal electrode inert gas welding) using an inert gas such as argon as a shielding gas, or MAG welding (Metal active gas welding) using carbon dioxide or a mixed gas of carbon dioxide and argon is used. To do.
実施例では、前述の図14に示したように、2つの溝形鋼1を向かい合わせて端縁どうしを突き合わせて管状にした管状材2の前記突合せ部を溶接して角形鋼管を製造するものである。なお、2つの溝形鋼1を向かい合わせて端縁どうしを突き合わせて管状にしただけの溶接前の状態のもの、あるいは、未だ全長の溶接を終了していない状態のものを管状材と呼んでいる(但し、説明の便宜上、そのようなものも場合により鋼管と呼ぶ)。
以下に述べる実施例は、溶接鋼管を製造するに際して図15(イ)で説明した内外面溶接方式を採用するものであり、かつ、その内外面溶接における内面溶接作業に適用するものである。また、以下の説明は、向かい合わせて端縁どうしを突き合わせて管状にした2つの溝形鋼1を何らかの手段で拘束して下面側の突合せ部の内面溶接を行う場合、あるいは、一方の突合せ部の溶接を済ませた後に他方の突合せ部の内面溶接を行う場合のものである。
In the embodiment, as shown in FIG. 14 described above, a rectangular steel pipe is manufactured by welding the butt portion of the
The embodiment described below employs the inner / outer surface welding method described with reference to FIG. 15 (a) when manufacturing a welded steel pipe, and is applied to inner surface welding work in the inner / outer surface welding. In the following explanation, two
図1は実施例の溶接鋼管製造用の溶接装置(以下、場合により単に溶接装置という)10の全体構成を説明する側面図であり、(イ)は溶接作業準備状態、(ロ)は溶接作業開始時点の状態、(ハ)は溶接作業進行中の状態を示す。 FIG. 1 is a side view illustrating an overall configuration of a welding apparatus (hereinafter, simply referred to as a welding apparatus in some cases) 10 for producing a welded steel pipe of an embodiment, where (a) is a welding work preparation state, and (b) is a welding work. The state at the start, (c) indicates the state in which the welding operation is in progress.
図2は図1(イ)の要部の拡大図、図3は図1(ハ)の要部拡大図、図4は図3の平面図、図5は図3のA−A矢視図である。
これらの図において、13は例えばMAG溶接用の溶接トーチである。溶接トーチ13は、中心部に溶接用ワイヤ4を挿通させるとともに、先端からシールドガスを吹き出す構造となっている。この溶接トーチ13は、ブーム駆動装置17によって管状材2内に出し入れ可能な長尺のブーム18の前端部に取り付けられ、ブーム18に沿って後端部の装置本体部21に伸びる溶接トーチチューブ20に接続されている。溶接トーチチューブ20は溶接用ワイヤ4及びシールドガスを溶接トーチ13に送る通路となる。前記装置本体部21は、溶接電源や、コイル状に巻いた溶接用ワイヤ4を供給するワイヤ供給装置や、シールドガスを供給するガスボンベや、ヒューム排出部等を備えている。
2 is an enlarged view of the main part of FIG. 1 (a), FIG. 3 is an enlarged view of the main part of FIG. 1 (c), FIG. 4 is a plan view of FIG. 3, and FIG. It is.
In these drawings, 13 is a welding torch for MAG welding, for example. The
ブーム18の先端部にはブームヘッド22が連結されており、溶接トーチ13は直接にはこのブームヘッド22に取り付けられている。
ブームヘッド22は、ブーム18の先端部に可動機構23を介して連結されている。可動機構23は、ブームヘッド22が上面から見て左右方向に首振り回動するのを許容する水平角度可動部24と、ブームヘッド22がブーム18に対して鉛直方向上下に移動するのを許容する鉛直可動部25と、ブームヘッド22がブーム18に対して水平方向左右に移動するのを許容する水平可動部26とからなっている。
ブームヘッド22の下面中央の前後2箇所に、突合せ部の開先(V開先)2aに嵌入して転動する倣い輪28を備えている。この倣い輪28は、ブームヘッド22の移動の際に、開先に嵌入してブームヘッド22の位置決めを行い、ブームヘッド22に取り付けられた溶接トーチ13の先端を正しく開先2aに沿わせる作用をする。
可動機構23の詳細構造は省略するが、ブームヘッド22が後退移動する際に、ブームヘッド22の管長さ方向移動以外の動きを拘束しないもの、すなわち、倣い輪28が開先に沿って転動するのに追従して動くことを許容するものであればよい。例えば、水平角度可動部24として垂直な回転軸を介して連結する構造、鉛直可動部25として鉛直方向の蟻と蟻ミゾと組み合わせによる水平スライド構造、水平可動部26として水平方向の蟻と蟻ミゾとの組み合わせによる鉛直スライド構造等を採用でき、その他種々の構造が可能である。
また、ブーム18は、管状材2の内面底部及びこれに連続する外部テーブル30を転動してブーム18を支持するブーム支持輪29を備えている。
A
The
At two positions in the front and rear of the center of the lower surface of the
Although the detailed structure of the
In addition, the
本発明では、ブームヘッド22の前端部に、溶接時に発生する溶接ヒュームを吸引するヒューム吸引口31aを備えた開口部材31が取り付けられ、この開口部材31に接続されたヒューム排出チューブ32がブームヘッド22及びブーム18を通って装置本体部21側まで挿通されている。詳細は後述する。
In this invention, the opening
この実施例では、溶接トーチ13を開先2aに沿って後退させながら溶接を行う後退法で溶接する。すなわち、図1〜図4等に示されるように、溶接トーチ13を支持するブーム18が溶接ビード5の上方に位置せず、溶接トーチ13が溶接ビード5から離れていく方向に移動しつつ溶接する。
In this embodiment, the
仮に図6(ロ)のような前進法を採用した場合、溶接機器が溶接ビードの輻射熱を受けるので、輻射熱からの保護構造を厳重にする必要があり、溶接機器が大型化する。
しかし、図6(イ)にも示したこの後退法を採用することにより、溶接機器(溶接トーチ13や、ブーム18に沿って配される各部分)が溶接ビードの輻射熱を受けることが少なくなり、したがって、輻射熱からの保護構造を簡素化でき、溶接機器の小型化が可能となる。
また、開先位置の倣い装置として、前述のように、単に倣い輪28を開先に嵌入させるという簡単な構造を採用することができるので、倣い装置の簡素化が可能となる。
If the forward method as shown in FIG. 6 (b) is adopted, the welding equipment receives the radiant heat of the welding bead, so that the protection structure from the radiant heat needs to be strict, and the welding equipment becomes large.
However, by adopting the retreat method shown in FIG. 6 (a), the welding equipment (the
Further, as described above, as the copying apparatus for the groove position, a simple structure in which the
また、実施例では、溶接トーチ13のトーチ角度θを図3等にも示すように、直角でなく50〜70°に設定している。また、実施例の溶接トーチ13は、曲率半径Rが例えば70mm程度であり、また、冷却水を送り込んでトーチの冷却を行う方式の水冷トーチである。なお、溶接トーチ13には冷却水パイプが接続されているが、図示を省略した。
なお、トーチ角度50〜70°という範囲は、詳細は省くがトーチ角度θを種々変化させて良好な溶接が可能な条件を実験的に種々探索した結果得られたものである。
In the embodiment, the torch angle θ of the
Note that the range of the torch angle of 50 to 70 ° is obtained as a result of various experiential searches for conditions that allow good welding by changing the torch angle θ in various ways, although details are omitted.
前記ヒューム吸引口31aを形成する開口部材31の詳細を説明すると、図3〜図5等に示すように、この開口部材31は、溶接トーチ13の両側で左右対称に設けられており、それらはいずれもヒューム吸引口31aが概ね上向きをなしている。
実施例のヒューム吸引口31aは、概ね管状材2の長さ方向に細長い四角形であり、また、上端が左右側壁内面側に寄るように傾斜している。
また、ヒューム吸引口31aを形成する開口部材31の外形は、溶接ヒュームを整流するようなフィン状をなしている。ここでフィン状とは、開口部材31の外形が扁平(したがって、内部空間の幅がヒューム吸引口31aの幅と概ね同じ)であることを指す。但し、必ずしも平坦であるものに限らず、場合によっては、溶接ヒュームの流れの制御のために曲面とすることも考えられる。開口部材31のヒューム排出チューブ32に接続される部分31bは四角形筒、円筒、楕円筒、長円筒など任意である。
The opening
The
Further, the outer shape of the opening
上記の溶接装置10により、管状材2の内面溶接を行う場合、ブーム駆動装置17を駆動してブーム18を前進させて、図1(ロ)のように溶接トーチ13を管状材2の前端まで移動させる。なお、ブーム18を駆動する手段は任意であり、ブーム18の後端の装置本体部21を台車上に設置してその台車を駆動する構造としてもよい。
なお、図1において、35は溶接開始位置において良好な溶接が行われるための補助板である。
ブーム18とともに溶接トーチ13を図1(ロ)の位置から矢印のように後退させながら先端から溶接用ワイヤ4を開先に繰り出すとともにシールドガスを放出して、シールドガス中で溶接を行う。
When the inner surface of the
In FIG. 1,
While the
上記の溶接装置10により管状材2の突合せ部の内面溶接を行った溶接実験について説明する。
製造しようとする鋼管は19mm(板厚)×200mm(辺長)×200mm(辺長)の角形鋼管である。使用した溝形鋼1は鋼板をプレス成形したものである。溶接方式はシールドガスとして炭酸ガスを用いたMAG溶接である。開先条件はY開先、開先深さ6mmである。溶接用ワイヤは径φ1.2mmで、ソリッドワイヤとフラックス入りワイヤの両方で実験した。
溶接速度40〜80cm/min.に対して、トーチ角度θを45〜90°の範囲で種々変えて、良好な溶接が可能なトーチ角度θを探索する溶接実験の結果を図9に示す。図9(イ)は溶接用ワイヤ4としてソリッドワイヤφ1.2mmを用いた場合、図9(ロ)はフラックス入りワイヤφ1.2mmを用いた場合である。
同図に示すように、溶接速度50〜60cm/min.の範囲では、ソリッドワイヤではトーチ角度が約50°以上、フラックス入りワイヤは約60°以上で良好な溶接が得られた。フラックス入りワイヤの場合、溶接速度70cm/min.でも良好な溶接が得られた。 この実験結果より、トーチ角度θが50°までなら良好な溶接を得ることが可能であるが、例えば60±10°の範囲が好適である。
なお、良好な溶接が可能な溶接速度は溶接用ワイヤの径とも関係があり、両者の関係を適切に選択するとよい。
A welding experiment in which the inner surface of the butt portion of the
The steel pipe to be manufactured is a square steel pipe of 19 mm (plate thickness) × 200 mm (side length) × 200 mm (side length). The grooved
FIG. 9 shows the results of a welding experiment in which the torch angle θ is varied in the range of 45 to 90 ° with respect to the welding speed of 40 to 80 cm / min. 9A shows a case where a solid wire φ1.2 mm is used as the
As shown in the figure, in the range of welding speeds of 50 to 60 cm / min., Good welding was obtained with a torch angle of about 50 ° or more for a solid wire and about 60 ° or more for a flux-cored wire. In the case of the flux-cored wire, good welding was obtained even at a welding speed of 70 cm / min. From this experimental result, it is possible to obtain good welding if the torch angle θ is up to 50 °, but a range of 60 ± 10 ° is preferable, for example.
The welding speed at which good welding is possible is also related to the diameter of the welding wire, and the relationship between the two may be selected appropriately.
本発明は管内での溶接なので、ヒューム吸引を行わない場合、溶接ヒュームは図12(イ)に示すように、溶接部(溶接ビード5部分)から立ち上がり、左右側壁内面に沿って降りてくる流れとなる。
ここで図12(ロ)に示すように、溶接部の上方にフード6を設けるなどのようにヒューム吸引口を溶接部に直接向ける直接吸引方式で溶接ヒューム(実線で示す)の吸引を行う場合、充分なヒューム吸引効果を得るために吸引風速を大きくすると、シールドガス(破線で示す)も容易に吸引されてしまい、シールドガスのシールド機能が損なわれる。
しかし、本発明の溶接装置では、図8(イ)、(ロ)、(ハ)に示すように、溶接部から立ち上がった溶接ヒュームは、管内天井面に突き当たって左右内面側壁に沿って降りてくる際にヒューム吸引口31aから適切に吸引されるとともに、溶接トーチ13から下向きに放出されたシールドガスは、上向きのヒューム吸引口31aによる吸引からの直接的な影響を受けず、シールドガスの流れが乱されることはない。
大気を遮断して溶接部を保護しているシールドガスが溶接位置で乱流になると大気を巻き込み、ブローホールなどの溶接不良が発生する恐れがあるため、シールドガスの風速は、溶接部で層流になる範囲の2m/s以下とする必要があり、健全な溶接をするには溶接部近傍での風速が1m/s以下とするのが望ましい。上記のような溶接ヒュームを上向きのヒューム吸引口31aから吸引するようにすれば、溶接ヒュームの充分な吸引を確保しつつ、シールドガスの溶接部での風速を1m/s以下にすることが可能となり、溶接ヒューム吸引性能とシールド機能とを共に確保することができる。
Since the present invention is welding in a pipe, when fume suction is not performed, the welding fume rises from the welded portion (the
Here, as shown in FIG. 12B, when welding fume (shown by a solid line) is sucked by a direct suction method in which the fume suction port is directed directly to the welded portion, such as by providing a
However, in the welding apparatus of the present invention, as shown in FIGS. 8 (a), (b), and (c), the welding fume rising from the welded portion hits the ceiling surface in the pipe and descends along the left and right inner sidewalls. When coming, the shield gas appropriately sucked from the
If the shielding gas that blocks the atmosphere and protects the welded part becomes turbulent at the welding position, the atmosphere may be trapped and welding defects such as blowholes may occur. It is necessary to set the flow range to 2 m / s or less, and it is desirable that the wind speed in the vicinity of the welded portion is 1 m / s or less in order to perform sound welding. If the welding fume as described above is sucked from the upward-facing
シールド機能を確認するために行った窒素量分析試験の試験結果を図10に示す。風でシールドガスが飛ばされると窒素量が増すので、溶接部近傍の気体の窒素量を測定する窒素量分析試験により、シールドガスが溶接部を覆っているか否かすなわちシールド機能を測定することができる。
この溶接実験の条件では風速と窒素量との関係が図10の曲線のようになった。風速1.5m/sではブローホールが多発したが、風速1.0m/sでは良好な溶接が得られた。
この風速は上記の通り、シールドガスが乱流にならずに層流状態を維持することができる風速である。
管内での溶接の場合にヒューム吸引を行うことで管内に外部から空気が流入するが、充分なヒューム吸引のために吸引風量を大とした場合、管内に流入する空気の量と管の断面積との関係で、小径管の場合、管内への流入速度は大となる。しかし、上向きのヒューム吸引口31aからのヒューム吸引によって、溶接部での風速を1m/s以下にすることが可能となる。
FIG. 10 shows the test results of the nitrogen amount analysis test performed to confirm the shield function. Since the amount of nitrogen increases when the shield gas is blown by the wind, it is possible to measure whether the shield gas covers the welded part by measuring the amount of nitrogen in the gas near the welded part, that is, the shielding function. it can.
Under the conditions of this welding experiment, the relationship between the wind speed and the amount of nitrogen was as shown by the curve in FIG. Blow holes frequently occurred at a wind speed of 1.5 m / s, but good welding was obtained at a wind speed of 1.0 m / s.
As described above, this wind speed is a wind speed capable of maintaining a laminar flow state without the shield gas becoming turbulent.
In the case of welding in a pipe, air flows into the pipe from the outside by performing fume suction, but if the suction air volume is increased for sufficient fume suction, the amount of air flowing into the pipe and the cross-sectional area of the pipe Therefore, in the case of a small-diameter pipe, the inflow speed into the pipe becomes large. However, it is possible to reduce the wind speed at the welded portion to 1 m / s or less by fume suction from the upward
図13にヒューム吸引口を形成する開口部材の他の実施例を示す。この開口部材41は、前記実施例と同様に、溶接鋼管長さ方向に細長い四角形のヒューム吸引口41aが左右両側に対称的に設けられ、かつ、ヒューム吸引口41aの向きが左右内面側壁側に傾斜した上向きであるが、この開口部材41のヒューム吸引口41aはさらに、前方側が低くなるように傾斜している。開口部材41のヒューム排出チューブ32に接続される部分41bは四角形筒、円筒、楕円筒、長円筒など任意である。
このようにヒューム吸引口41aの向きを、前方側が低くなるように傾斜した上向きとすると、溶接トーチを後退させながら溶接を行う後退法を採用する場合に、前方に残る溶接ヒュームを吸引するために適切であり、溶接ヒュームを効率的に吸引可能である。
また、開口部材41は、前記実施例と同様に、その外形が扁平であり溶接ヒュームを整流するようなフィン状をなしている。
図示例の開口部材41の形状は、ヒューム排出チューブ32に接続される部分41bに向かって狭く(図13(イ)参照)なる形状である。この場合、開口部材41の下部が上部(ヒューム吸引口41aの部分)より広くなる断面形状としてもよい。
FIG. 13 shows another embodiment of an opening member for forming a fume suction port. In this opening
As described above, when the direction of the
The opening
The shape of the opening
上述の実施例は、角形の溶接鋼管を製造する鋼材として、プレス成形による溝形鋼を用いているが、熱間圧延の溝形鋼を用いることも当然可能である。
また、角形鋼管でなく丸鋼管を製造する場合にも本発明を適用できる。この場合は、1枚の鋼板を円形断面に湾曲成形して、その端縁の突合せ部を本発明の溶接鋼管製造用の溶接装置により内面溶接する。
In the above-described embodiment, as the steel material for manufacturing the square welded steel pipe, the grooved steel by press forming is used, but it is naturally possible to use the hot rolled grooved steel.
Further, the present invention can be applied to a case where a round steel pipe is manufactured instead of a square steel pipe. In this case, one steel plate is curved and formed into a circular cross section, and the butted portion of the edge is internally welded by the welding apparatus for manufacturing a welded steel pipe of the present invention.
溶接方式として、シールドガスとして炭酸ガスとアルゴンガスの混合ガスを用いるMAG溶接に限らず、アルゴン等の不活性ガスを用いるMIG溶接を採用してもよい。要するに、溶接トーチの先端の開口から放出されるシールドガス中で、同じく溶接トーチの先端の開口から連続的に繰り出される溶接用ワイヤと溶接対象の母材との間にアークを発生させて溶接を行う溶接方式により、かつ、溶接時に発生する溶接ヒュームを吸引しつつ溶接を行う溶接方法であればよい。 The welding method is not limited to MAG welding using a mixed gas of carbon dioxide and argon as the shielding gas, but MIG welding using an inert gas such as argon may be employed. In short, in the shield gas released from the opening at the tip of the welding torch, welding is performed by generating an arc between the welding wire that is continuously drawn out from the opening at the tip of the welding torch and the base material to be welded. Any welding method may be used as long as the welding method is performed and welding is performed while suctioning the welding fume generated during welding.
1 溝形鋼
2 管状材(鋼管の溶接前の状態のもの)
2a 開先
4 溶接用ワイヤ
5 溶接ビード
10 溶接鋼管製造用の溶接装置(溶接装置)
13 溶接トーチ
17 ブーム駆動装置
18 ブーム
20 溶接トーチチューブ
21 装置本体部
22 ブームヘッド
23 可動機構
24 水平角度可動部
25 鉛直可動部
26 水平可動部
28 倣い輪
29 支持輪
30 外部テーブル
31、41 開口部材
31a、41a ヒューム吸引口
32 ヒューム排出チューブ
1
DESCRIPTION OF
Claims (6)
溶接ヒュームを吸引するヒューム吸引口を、溶接部から立ち上がり管内天井面に突き当たって左右内面側壁に沿って降りてくる溶接ヒュームを吸引するように、溶接トーチの左右両側に概ね上向きに設けたことを特徴とする溶接鋼管製造用の溶接装置。 When producing a welded steel pipe, an arc is formed between the welding wire and the base material to be welded that are continuously drawn out from the opening at the tip of the welding torch in the shield gas released from the opening at the tip of the welding torch. For welding welded steel pipes that weld the inner surface of the abutting portion of the tubular material in which the end edges are abutted to each other while sucking the welding fume generated at the time of welding. A welding device,
A fume suction port for sucking the welding fume is provided approximately upward on the left and right sides of the welding torch so as to suck the welding fume that hits the ceiling inside the riser from the weld and descends along the left and right inner side walls. A welding apparatus for manufacturing welded steel pipes.
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