JP4866273B2 - 鋼管用アーク溶接装置 - Google Patents

Description

本発明は、中空の鋼管をはじめ中実の鋼棒等（以下、「鋼管」と総称する）を対象とするアーク溶接装置であり、とくに鋼管の先端部分に対して他の金属部材を溶接する際に好適に用いられるアーク溶接装置に関する。

断面円形をなす鋼管を母材として長手方向に複数本を連結したり、これら鋼管の先端に他の金属部材を溶接するには、鋼管の外周面に亘って周回するように均質な溶接ビードを形成する必要があることから、従来より鋼管を回転させながら溶接作業を行う装置や方法が提案されている。

例えば、特許文献１に係る管溶接装置及び管溶接方法では、仮溶接された鋼管の外周面に転接される車輪を有する台車上に鋼管を載置する一方、台車に支持された駆動装置と鋼管間に無端状の条体を巻き掛けることにより、トーチを位置固定しつつも駆動装置によって鋼管を回転させながら、鋼管の横断面方向全周に亘る溶接作業を行うことが提案されている。

ところが、前記溶接装置では、溶接作業を終えた鋼管を新しい未加工の鋼管に交換するごとに無端状の条体を巻き掛け直す必要があり、溶接作業工程が煩雑になる欠点がある。そこで、台側の車輪を駆動ロールとし、該駆動ロール上に鋼管を載置することにより軸周りに鋼管を回転させながら、位置固定したトーチを当接して鋼管の横断面方向全周に亘る溶接作業を行う方法も提案されている（特許文献２）。こうした方法であれば鋼管を載せ換えるだけで次なる溶接作業に移行できる利点がある。

特開平５−１７７３８９号公報 特開平７−２４１６８３号公報

いずれにしても、鋼管とその載置台を相対的に回転させながら鋼管の全周に亘るアーク溶接作業を行う場合には、均質な溶接ビードを形成するために、確実なアースを実現するとともに駆動装置への通電を防止すること、そして鋼管の回転ムラをなくして安定的に回転させることが重要な課題となる。

ところが、載置台上で回転する鋼管に対してアース器具を逐一固着・離脱させることは作業効率を低下させるので非現実的であるし、鋼管に常時接触しているはずの載置台を介してアースを行うことも意外と容易ではなかった。とりわけ、例えば鋼管が長尺な棒状をした小径管体である場合、製造上あるいは輸送・保管上の理由から鋼管が僅かに屈曲してしまうことも少なくないところ、鋼管の軸芯が偏心していると、鋼管とその載置台の接触ムラが生じる結果、アースにもムラが生じやすかった。また、鋼管表面に施された保護膜や、後発的な錆・汚れ等の存在によってもアースにムラが生じやすかった。

また、軸芯が偏心してしまった鋼管は、鋼管自体の回転にムラが生じやすくなるし、屈曲の程度によっては溶接作業中に鋼管の一端側が跳ね上がるなどの危険もあった。

したがって、本発明は、アーク溶接により均質な溶接ビードが形成された高品質な鋼管を効率よく大量生産するために、確実なアースを実現するとともに駆動装置への通電を防止することができ、そして鋼管の回転ムラをなくして安定的に回転させることができる鋼管用アーク溶接装置の提供を主たる課題とするものである。

前記所期の課題解決を図るため、本発明に係る鋼管用アーク溶接装置は、アース線を備えた金属製基台上に水平かつ並行に配置された２本の金属製駆動ローラと、前記金属製駆動ローラの非溶接作業側端部に接続された駆動装置とから構成され、各金属製駆動ローラは、溶接作業側端部及び非溶接作業側端部それぞれに金属製フランジを設け、かつ、少なくとも前記溶接作業側端部に複数枚の金属製フランジを離隔して設けており、各金属製駆動ローラそれぞれに掛け回した金属チェーンの端部を常に基台に接触させた。

長尺な鋼管を支持回転させるために同じく長尺な金属製駆動ローラを用いつつも、溶接母材となる鋼管を金属製駆動ローラ上に直接支持回転させるのではなく、金属製駆動ローラの溶接作業側端部及び非溶接作業側端部それぞれに設けた金属製フランジに支持させることにより、金属製駆動ローラと鋼管の接点を線接触させた。金属製駆動ローラの非溶接作業側端部に駆動装置を接続したり、少なくとも溶接作業側端部に複数枚の金属製フランジを離隔して設けたのは、鋼管への通電を溶接作業側端部に集中させる一方で、駆動装置に対する電流の影響をできるだけ少なくするためである。

なお、金属製駆動ローラの回転軸を基台上に軸着することで、溶接母材となる鋼管から金属製駆動ローラ、そして基台を経てアース線へと通電することになるが、より確実なアースを実現するためには、金属製駆動ローラに対して重量のある金属チェーンを掛け回しながら、前記金属チェーン端部が常に基台に接触させるとよい。重機の駆動伝達に用いられるような重量のある金属チェーンは、回転する金属製駆動ローラに掛け回されたまま、その表面で摺動するので通電部材としては好適であるし、摩耗した際の交換も容易である。

ここで、駆動装置は、鋼管の回転速度を抑制する一方で回転トルクを確保するために、減速機付きのモータを用いるのが望ましいのであるが、モータに対する溶接電流の影響を遮断するべく、減速機はオイル式とすることができる。

また、少なくとも１本の金属製駆動ローラにおける非溶接作業側端部に設けた金属製フランジを、金属製ベアリング付フランジとしたことで、軸芯が偏心した鋼管を溶接母材とする場合においては、２本の金属製駆動ローラ間（正確には、金属製駆動ローラに設けた金属製フランジ間）において回転する鋼管の回転ムラを金属製ベアリング付フランジで吸収させることができる。

本発明に係る鋼管用アーク溶接装置では、溶接母材となる鋼管の両端付近にあたる、金属製駆動ローラの溶接作業側端部及び非溶接作業側端部それぞれに金属製フランジを設け、前記金属製フランジにより線接触にて鋼管を支持させる一方、溶接作業側端部に比較してより多くの金属製フランジを接触させて通電位置を溶接作業側端部に偏重させるようにしたので、とくに溶接作業側端部において確実なアースを実現することができる。そして、常に良好なアースを実現できる結果、例えば鉄製鋼管の先端に45Cのような炭素鋼材を溶着することも問題なく行うことできる。

また、駆動装置における減速機をオイル式とすることで、モータに対する溶接電流の影響を完全に遮断することができ、溶接装置としての耐久性を高めることができる。

前述のように、本発明に係る鋼管用アーク溶接装置では、溶接母材となる鋼管を金属製駆動ローラに突設された金属製フランジにより線接触支持させることで、２本の金属製駆動ローラの谷間で回転する鋼管の回転ムラをある程度吸収できるのであるが、場合によって少なくとも１本の金属製駆動ローラの非溶接作業側端部に設けられる金属製フランジを、金属製ベアリング付フランジとすることで、屈曲するように軸芯が偏心した鋼管であっても安定的に回転させることができるようになったのである。

以下、本発明につき、図面にもとづいて詳細に説明する。図１は、本発明に係る鋼管用アーク溶接装置の一例を示した概略平面図である。図示されるように、本発明に係る鋼管用アーク溶接装置は、地中へのアース線（図示されていない）を備えている金属製基台１上において、２本の金属製駆動ローラ２ａ,２ｂを水平かつ並行に配置した構成をしている。作図上の都合で金属製駆動ローラ２ａ,２ｂと基台１は中間省略されているが、溶接母材となる鋼管の長さに対応した長さで構成される。

各金属製駆動ローラ２ａ,２ｂは、各々の両端から外方に向けて延設された細径の駆動軸21ａ,21ｂ部分において、それぞれピロー型の軸受け６ａ,６ｂを用いて基台１上に軸着されており、それらの溶接作業側端部及び非溶接作業側端部それぞれに金属製フランジが設けられている。本例の鋼管用アーク溶接装置は、溶接作業側（図１においては左側）端部に各々計５枚の金属製フランジ51ａ,51ｂが等間隔に離隔して設けられているが、溶接時の通電量を溶接作業側端部に集中できるのであれば、これら金属製フランジ51ａ,51ｂを設ける枚数は任意であるし、各金属製フランジ51ａ,51ｂ同士の間隔も任意に設定することができる。そして、これら金属製フランジ51ａ,51ｂの外径を考慮して、２本の金属製駆動ローラ２ａ,２ｂの配置間隔が設定されることとなる。

なお、金属製駆動ローラ２ａ,２ｂは、中空で太径な鋼管を用い、前記鋼管内に両端から駆動軸21ａ,21ｂを内挿する際、各駆動軸に対して鋼管内径に適合する外径を備えたドーナツ状の金属製リングを複数枚離隔して外嵌しておくことで、駆動軸21ａ,21ｂの芯出しと安定化が図られる。

一方、金属製駆動ローラ２ａ,２ｂの非溶接作業側（図１においては右側）端部には、各々１枚ずつの金属製フランジ52ａ,52ｂが突設されている。そして、少なくとも金属製フランジ52ａ,52ｂの一方には、金属製ベアリング付フランジが用いられることになる。

鋼管用アーク溶接装置の非溶接作業側端部においては、駆動軸21ａ,21ｂに設けられたスプロケット７とローラチェーン８を介して、２本の駆動軸21ａ,21ｂ間、そして手前側の駆動軸21bと駆動装置Ｍとが連結されている。本例の駆動装置Ｍは、電動式のモータ４と、減速機３とから構成されており、モータ４の出力軸に設けられたプーリー41と、減速機３の入力軸に設けられたプーリー31とがＶベルト９によって接続され、減速機３の出力軸に設けられたスプロケット７が、手前側に位置している金属製駆動ローラ２ｂの駆動軸21bに設けられた駆動軸21bとローラチェーン８によって連結されている。なお本例では、モータ４として200V仕様で1700〜1720rpm、出力0.2KWのものを用い、減速機３としてオイル式の減速比1:30のものを用いている。

また、鋼管用アーク溶接装置の溶接作業側端部においても、駆動軸21ａ,21ｂに設けられたスプロケット７とローラチェーン８を介して、２本の駆動軸21ａ,21ｂ間が連結されている。したがって、モータ４の出力軸を始端とする駆動力は、プーリー41からＶベルト９を介して減速機３の入力軸に設けられたプーリー31へ伝達された後、出力軸のスプロケット７からローラチェーン８を介して手前側の金属製駆動ローラ２ｂへ、そして手前側の金属製駆動ローラ２ｂから奥側の金属製駆動ローラ２ａへと伝達されるわけである。

ところで、本例の鋼管用アーク溶接装置は、計５本の金属チェーン10を各金属製駆動ローラ２ａ,２ｂに掛け回している。これら金属チェーン10は、重量のあるものを各金属製駆動ローラ２ａ,２ｂに単に掛け回しただけで、前記金属製駆動ローラ２ａ,２ｂに固定されるものではなく、各金属製駆動ローラ２ａ,２ｂが回転すると、その表面で摺動するので、端部が常に基台に接触している結果、効果的なアースが図られるのである。

図２は、前記鋼管用アーク溶接装置において、溶接母材となる鋼管を金属製駆動ローラ上に載置した状態を示す概略縦断面図である。前述したように、モータ４の駆動力によって手前側の金属製駆動ローラ２ｂと奥側の金属製駆動ローラ２ａが連動して反時計回りに回転すると、各金属製駆動ローラ２ａ,２ｂに突設された金属製フランジ51ａ,51ｂ上に載置された溶接母材となる鋼管Ｗも反時計回りに回転することになる。このとき、金属チェーン10は、両端を基台１に接触させたまま金属製駆動ローラ２ｂ上において摺動するので、鋼管Ｗに通電してアーク溶接による溶接作業を施すと、金属製フランジ51ｂから金属製駆動ローラ２ｂ、そして金属チェーン10から基台１を経てアース線へと通電することになる。

本発明に係る鋼管用アーク溶接装置の一例を示した概略平面図である。 図１の鋼管用アーク溶接装置において、溶接母材となる鋼管を金属製駆動ローラ上に載置した状態を示す概略縦断面図である。

１ 基台
２ａ,２ｂ 金属製駆動ローラ
３ 減速機
４ モータ
６ａ,６ｂ 軸受け
７ スプロケット
８ ローラチェーン
９ Ｖベルト
10 金属チェーン
21a,21b 駆動軸
31,41 プーリー
51a,51b 金属製フランジ（溶接作業側端部）
52a,52b 金属製フランジ（非溶接作業側端部）
Ｍ 駆動装置
Ｗ 鋼管

Claims (2)

1. アース線を備えた金属製基台上に水平かつ並行に配置された２本の金属製駆動ローラと、前記金属製駆動ローラの非溶接作業側端部に接続された駆動装置とから構成され、各金属製駆動ローラは、溶接作業側端部及び非溶接作業側端部それぞれに金属製フランジを設け、かつ、少なくとも前記溶接作業側端部に複数枚の金属製フランジを離隔して設けており、各金属製駆動ローラそれぞれに掛け回した金属チェーンの端部を常に基台に接触させたことを特徴とする鋼管用アーク溶接装置。
2. 少なくとも１本の金属製駆動ローラの非溶接作業側端部に突設される金属製フランジを金属製ベアリング付フランジとしたことを特徴とする請求項１記載の鋼管用アーク溶接装置。

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