JP5010343B2 - ペールパック溶接用ワイヤの引き出し方法 - Google Patents

Description

本発明は、ペールパック溶接用ワイヤの引き出し方法に係り、特にビード蛇行が生じることなく高精度な溶接ビードが得られるとともに、ペールパック内の溶接用ワイヤがもつれたり、からみが生じないペールパック溶接用ワイヤの引き出し方法に関する。

近年、溶接構造物の建造において溶接の効率化、自動化および省力化を目的として、溶接ロボットが急速に普及している。この場合の溶接用ワイヤは、例えば１００〜４００ｋｇをペール容器に収納したペールパック溶接用ワイヤが、その良好な溶接作業性および高能率であることから急激に使用量が増加している。また、このような溶接ロボットなどの自動化された使用環境で使用されるペールパック溶接用ワイヤに対する性能の要求は、溶接部へのターゲット性、すなわちワイヤの狙い位置が安定で高精度の溶接が維持でき、さらに溶接部へのワイヤ狙いの初期設定の位置が常に精度良く連続して再現できることが必須となっている。

ペールパック溶接用ワイヤを引き出したとき、コイルばねを引き伸ばした場合と同様な捩れがワイヤに発生する。このため取り出し時に発生する捩じれとは反対方向に、ワイヤ１巻き当たり３６０°の捩れをワイヤ装填時に与えている。これによりワイヤ引き出し時にこの捩れが戻されてワイヤの直進性が得られるようにしている。

しかし、ワイヤの機械的性質や装填前のワイヤの曲がりなどによって装填されたワイヤは塑性変形を受け、ワイヤそのものに内在する弾性的な捩り角度は２２０〜３００°程度になる。このようなペールパック溶接用ワイヤを引き出すと、コンジットチューブ内でワイヤが中心軸周りに回転、かつ、うねりながら、すなわち螺旋状に回転しながら送給され、溶接トーチから出るワイヤ先端部は、回転とともにうねりながら溶接部へ送られる。したがって、溶接部へのワイヤの狙いが不安定で、溶接ビードが溶接線から外れて精度良く溶接できない場合があった。

図３は、前記ペールパック溶接用ワイヤのターゲット性試験の結果を示す。試験方法は、図１に示すように溶接トーチ６先端の給電チップ７から１５０ｍｍ垂直方向に離してターゲット面８を配置し、インチング操作で溶接用ワイヤを送給し、ワイヤ先端がターゲット面８に当たる位置を測定する。ワイヤを給電チップ７の所で切断し再度ターゲット面に当たるまで送給することを繰り返して、１５０ｍｍごとに連続的に測定する。たとえば図３に示すように溶接トーチから出るワイヤ先端部は、ワイヤの中心軸周りの回転とうねりによってΔＸ、ΔＹの距離だけ移動する。なお、図中Ｓは、ターゲット面の中心を示す。

従来、ターゲット性を改善する方法として、例えば特開昭６２−２８９３７１号公報（特許文献１）に開示されているように、ペールパックからコンジットチューブを経て引き出された溶接用ワイヤをワイヤ送給装置手前でローラに巻き付ける技術がある。これは溶接用ワイヤに発生する捩れをローラで遮断してワイヤの中心軸周りの回転とうねりのない溶接用ワイヤを溶接トーチに供給するものである。

また、特開平９−２７７０４７号公報（特許文献２）には、ペールパックからコンジットチューブを経て引き出された溶接用ワイヤをワイヤ送給装置手前でワイヤ送給路に沿って交互に配置された３〜５個の矯正ローラで直線状に矯正する矯正ローラ組と、この矯正ローラ組から送られた溶接用ワイヤをローラに巻き付けて、一定の曲率を付与させた溶接用ワイヤを溶接トーチに供給する技術が示されている。

これら特許文献１および特許文献２に記載の技術においては、常に一定方向に巻き癖が付いた状態で溶接用ワイヤを溶接トーチに送給するようにしたものであるから、矯正ローラおよび巻付けローラによってワイヤの中心軸周りの回転は止められる。これによってＹ方向へのうねりがなくなりワイヤ先端の振れは小さくなるが、図４に示すようにＸ方向へのうねりが残ってワイヤ先端の振れは完全には改善されずΔＸが大きい。したがって、溶接線がＹ方向の場合、溶接ビードが溶接線から著しく逸れるという問題があった。

さらに、矯正ローラおよび巻付けローラによってワイヤの中心軸周りの回転は止められるが、ローラに至るまでに回転した捩れはコンジットチューブ内に蓄積されてペールパック側に捩れが開放され、ペールパック内の溶接用ワイヤが装填時の捩り方向とは逆にキンクしてペールパック内のループ径が小さくなって空洞部への落ち込みからみやもつれが生じるという問題があった。
特開昭６２−２８９３７１号公報 特開平９−２７７０４７号公報

本発明は、ペールパックから引き出された溶接用ワイヤを、ビード蛇行が生じることなく高精度な溶接ビードが得られるように送給できるとともに、ペールパック内の溶接用ワイヤのもつれやからみが生じないペールパック溶接用ワイヤの引き出し方法を提供することを目的とする。

本発明の要旨は、ペールパック溶接用ワイヤにより溶接を行なうさいのワイヤ引き出し方法において、ローラの軸方向が相互に９０度異なる位置に２組が連接されてペールパック引き出し口の上部に設けられた３点ローラにより、溶接用ワイヤを直径３００〜１５００ｍｍの円形に塑性変形させながら引き出すと共に、溶接ワイヤの前記塑性変形による屈曲方向を、前記３点ローラに接続されたコンジットチューブの最初の屈曲方向に合致させることを特徴とするペールパック溶接用ワイヤの引き出し方法である。

本発明のペールパック溶接用ワイヤの引き出し方法によれば、ペールパックから引き出された溶接用ワイヤをビード蛇行が生じることなく高精度な溶接ビードが得られるように溶接部へ送給できる。また、溶接部へのワイヤ狙いの初期設定においても精度が良好で、溶接時に溶接トーチ位置を溶接線に合わせるように動かす必要はなくなるなど、手直し工数が低減し溶接部の品質が高められる。さらに、ペールパック内の溶接用ワイヤがもつれやからみが生じることがないので高能率な溶接が可能となる。

本発明のペールパック溶接用ワイヤの引き出し方法の例を図１に示す。ペール容器１に捩りを与えて収納された溶接用ワイヤ２は、ペール容器１からワイヤ送給装置３によって引き出されるが、途中のペールパック引き出し口の上部に２組の３点ローラ４、５が設けられている。これら２組の３点ローラはローラの軸方向が相互に９０度異なる位置に溶接用ワイヤ引き出し路に沿って連接されている。溶接用ワイヤ２は３点ローラ４、５で円形に塑性変形されてワイヤの中心軸周りの回転およびうねりが止まり、コンジットチューブ９、ワイヤ送給装置３およびコンジットチューブ１０を経て溶接トーチ６に送られて溶接に供される。

図２は３点ローラの例を示す図で、（ａ）、（ｂ）は９０°異なる方向から見た図である。ペール容器１から引き出された溶接用ワイヤ２は３点ローラ４に送られ、まず３点ローラ４の回転自在な固定ローラ４１、４３間に配置した調整ローラ４２を調整ねじ４４の調整で溶接用ワイヤを円形に予備変形させる。３点ローラ４のみではワイヤの中心軸周りの回転は完全には止められず、３点ローラ４による塑性変形量にもよるがワイヤの中心軸周りに９０〜３６０°回転する。

したがって溶接用ワイヤ引き出し路に沿って３点ローラ４に対して軸方向を略９０°変えた３点ローラ５を連接させる。これにより回転自在な固定ローラ５１、５３間に配置した調整ローラ５２を調整ねじ５４で調整して溶接用ワイヤを円形に塑性変形させ、ワイヤの中心軸周りの回転を完全に止める。さらに、溶接用ワイヤ装填時に受けた溶接用ワイヤの複雑な曲がりを３点ローラ４、５で一定方向に円形に塑性変形するので、溶接用ワイヤ２の長手方向のうねりもなくなる。

本発明においては上記のように３点ローラ４、５をペールパック引き出し口の上部に設けたので、コンジットチューブにはワイヤの中心軸周りの捩れが３点ローラで除去されたワイヤが通ることになる。したがってワイヤはコンジットチューブ内を円滑に通過できるとともに、コンジットチューブ内に蓄積された捩れがペールパック側に開放されてペールパック内の溶接用ワイヤが装填時の捩り方向とは逆にキンクする現象が起きない。さらに、３点ローラ４、５での円形付与方向は、コンジットチューブ９の最初の屈曲Ａ方向に合致させるように調整することによって、コンジットチューブ９、１０内でのワイヤ送給抵抗を低くすることができる。

３点ローラ４、５から送られた溶接用ワイヤ２は、コンジットチューブ９、１０が上下方向のみの屈曲であるとすると、コンジットチューブ９の屈曲Ａから屈曲Ｂに到達するとワイヤ中心軸が１８０°回転し、ワイヤ送給装置３を経てコンジットチューブ１０の屈曲Ｃで屈曲Ｂでの回転による応力で逆方向に１８０°ワイヤ中心軸が回転して溶接トーチ６に送られる。したがって、コンジットチューブ９、１０内で一方向に回転しないので給電チップ７から出た溶接用ワイヤ２は、図５にターゲット性試験結果を示すようにΔＸおよびΔＹともに小さくターゲット性が良好となる。

なお３点ローラを２組設けず、１組の３点ローラのみで溶接用ワイヤ２を円形に塑性変形させた場合は、前述のようにワイヤ中心軸周りの回転が完全には止められず略９０°回転するので、ターゲット性試験でΔＸ、ΔＹがともに大きくなる。

また、コンジットチューブ９、１０の屈曲が上下方向について詳述したが、上下方向と左右方向が混在する場合においても、上下方向から左右後行に屈曲した場合は屈曲に合わせてワイヤ中心軸が９０°回転するのみで、給電チップ７から出る溶接用ワイヤ２のターゲット性は良好である。

３点ローラ４、５で溶接用ワイヤ２を円形に塑性変形するときの塑性変形量は直径３００〜１５００ｍｍとする。円形の塑性変形量が直径３００ｍｍ未満であると、コンジットチューブ９、１０内での送給抵抗が大きくなってワイヤ送給性が不良となる。一方、円形の塑性変形量が直径１５００ｍｍを超えると、３点ローラ４、５でワイヤの中心軸周りの回転とうねりを阻止できず、給電チップ７から出た溶接用ワイヤ２は、図３に示すようにΔＸおよびΔＹが大きくなってターゲット性が不良となる。

なお、本発明における溶接用ワイヤ２への円形の塑性変形量の調整は、図２（ａ）、（ｂ）に示す固定ローラ４１、４３、５１、５３および調整ローラ４２、５２のローラ溝の直径の選択、固定ローラ４１、４３間および固定ローラ５１、５３間の距離の選択、さらに調整ローラ４２、５２の押し込み量の調整により行う。

以下、実施例により本発明の効果をさらに詳細に説明する。
ワイヤ径１．２ｍｍの溶接用ソリッドワイヤ（ＪＩＳ Ｚ３３１２ ＹＧＷ１１）を２５０ｋｇペール容器に装填（ワイヤ１巻き当りの捩り角度：２８０°）して試験に供した。試験は図１に示す溶接用ワイヤの引き出し装置を用いて、図２に示すように２組が連接されてペールパック引き出し口の上部に設けられた３点ローラにより、表１に示すように円形の塑性変形量を種々変えてターゲット性、ワイヤ送給性およびペールパック内でのからみやもつれの有無について調査した。

なお、３点ローラは、固定ローラ４１、４３、５１、５３および調整ローラ４２、５２ともにローラ溝の直径１２mｍで固定ローラ間距離は軸心間で２１mmのものを用いた。また、調整ローラ４２、５２の押し込み量は２〜６mmとした。また、円形への塑性変形量の測定は、３点ローラを通過したワイヤを３点ローラ出口で取り出しその直径を測定した。

ターゲット性の調査は、図１に示すように給電チップ７先端から垂直方向に１５０mm離してターゲット面８を配置した。そしてインチング操作で溶接用ワイヤ２を送給し、溶接用ワイヤ２の先端がターゲット面８に当たったら給電チップ７のところで溶接用ワイヤ２を切断して再度送給することを連続的に繰り返して、１５０ｍｍごとに１５０回ターゲット面８に当たった位置を測定した。図３〜図５に示すようにＸ方向およびＹ方向ともにその最大距離ΔＸおよびΔＹを調べた。なお、実際の溶接においては、ワイヤ突き出し長さが２０〜２５ｍｍであるので前記給電チップ７から１５０ｍｍの位置でのΔＸおよびΔＹが２０ｍｍ以下であれば、ビード蛇行は発生しない。

ワイヤ送給性およびペールパック内でのからみやもつれの有無は、図１に示す溶接装置を用いて、表２に示す溶接条件で３０分間溶接して調べた。ワイヤ送給性の調査はワイヤ送給装置３の送給モータの電機子電流を測定したが、電機子電流が３Ａを超えるとアーク長が変化してアークが不安定となる。それらの結果も表１にまとめて示す。

表１において、試験Ｎｏ．１〜４が本発明例、試験Ｎｏ．５〜８は比較例である。
本発明例である試験Ｎｏ．１〜４は、ペールパック引き出し口の上部で溶接用ワイヤを２組の３点ローラで円形に塑性変形し、かつ円形の塑性変形量が適正であるのでΔＸおよびΔＹが小さくターゲット性が良好で、電機子電流が低くワイヤ送給性も良好でペールパック内の溶接用ワイヤのからみやもつれが生じず極めて満足な結果であった。

比較例中試験Ｎｏ．５は、溶接用ワイヤを３点ローラで円形に塑性変形することなく引き出したのでΔＸおよびΔＹが大きくターゲット性が不良であった。
試験Ｎｏ．６は、２組の３点ローラのうち下側の１組は調整ローラを緩めた状態にして上側の１組の３点ローラだけ働かせたものであって、溶接用ワイヤの塑性変形量が少ないのでΔＸおよびΔＹが大きくターゲット性が不良であった。

試験試験Ｎｏ．７は、溶接用ワイヤの３点ローラによる塑性変形量が多いので電機子電流が高くワイヤ送給性が不良であった。
試験Ｎｏ．８は、ペールパック引き出し口の上部で３点ローラを使用することなく、ワイヤ送給装置の手前で溝付きローラによって塑性変形したのでΔＸが大きくターゲット性が不良であった。また溶接開始から２５分後に溝付きローラに至るまでに回転した捩れがコンジットチューブ内に蓄積されてペールパック側に捩れが開放され、ペールパック内のループ径が小さくなって空洞部に落ち込み、もつれも生じた。

本発明のペールパック溶接用ワイヤの引き出し方法の例を示す図である。 ３点ローラの例を示す図で、（ａ）、（ｂ）は９０°異なる方向から見た図 ターゲット性試験の結果を示す図である。 ターゲット性試験の結果を示す図である。 ターゲット性試験の結果を示す図である。

符号の説明

１ ペール容器
２ 溶接用ワイヤ
３ ワイヤ送給装置
４、５ ３点ローラ
９、１０ コンジットチューブ
６ 溶接トーチ
７ 給電チップ
８ ターゲット面
４１、４３、５１、５３ 固定ローラ
４２、５２ 調整ローラ
４４、５４ 調整ねじ

Claims (1)

1. ペールパック溶接用ワイヤにより溶接を行なうさいのワイヤ引き出し方法において、ローラの軸方向が相互に９０度異なる位置に２組が連接されてペールパック引き出し口の上部に設けられた３点ローラにより、溶接用ワイヤを直径３００〜１５００ｍｍの円形に塑性変形させながら引き出すと共に、溶接ワイヤの前記塑性変形による屈曲方向を、前記３点ローラに接続されたコンジットチューブの最初の屈曲方向に合致させることを特徴とするペールパック溶接用ワイヤの引き出し方法。

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