JP5043625B2

JP5043625B2 - パイプの溶接方法

Info

Publication number: JP5043625B2
Application number: JP2007321520A
Authority: JP
Inventors: 彰久村田
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2007-12-13
Filing date: 2007-12-13
Publication date: 2012-10-10
Anticipated expiration: 2027-12-13
Also published as: JP2009142840A

Description

本発明は、ステンレス板や鋼板等の金属板を円筒状に曲げ加工して成るワークの円周方向の両端を突合せ溶接してパイプを作製するようにしたパイプの溶接方法に係り、特に、円筒状に曲げ加工した金属板製のワークを突合せ溶接する際に溶接不良を無くすと共に、真円度の高いパイプを作製することができるようにしたパイプの溶接方法に関するものである。

一般に、金属製のパイプを溶接により作製する場合、素材となるステンレス板等の金属板をロール成形機等により曲げ加工して円筒状のワークを形成し、当該ワークの円周方向の両端をＴＩＧ溶接等により突合せ溶接している。

従来、円筒状に曲げ加工したワークからパイプを作製する装置としては、円筒状のワークをマンドレルの外周面にセットしてマンドレル上でワークの円周方向の両端を突合せ固定し、この状態でワークの突合せ部をＴＩＧ溶接等により突合せ溶接するようにした水平型の自動溶接装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。

即ち、前記水平型の自動溶接装置は、図示していないが、フレーム本体に支持され、円筒状に曲げ加工したワークを支持する水平姿勢の長尺状のマンドレルと、マンドレルの上面側に設けた長尺状のバックバーと、マンドレルに設けられ、ワークの円周方向の両端がバックバー上で突合されるようにワークの端面の位置決めを行うセンター位置決め機構と、マンドレルの上方位置に配設され、ワークの円周方向の両端を突合せた状態でバックバー上へ押圧固定するクランプ機構と、マンドレルの上方位置に配設され、ワークの突合せ部を突合せ溶接するＴＩＧ溶接装置とから構成されており、マンドレルにセットしたワークの両端をセンター位置決め機構により位置決めすると共に、位置決めされたワークの両端をクランプ機構によりバックバー上で突合せ固定し、この突合せ部をＴＩＧ溶接装置により突合せ溶接して接合するようにしたものである。

ところで、ステンレス板等の金属板を円筒状に曲げ加工する方法としては、弾性ロール（ウレタンロール）と硬質ロール（スチールロール）とを圧接する状態で回転自在に設けたロール成形機（例えば、井上産業株式会社製のツインロール成形機）を用い、当該ロール成形機の両ロール間に金属板を挿入通過させることによって、金属板を円筒状に曲げ加工するようにした方法が知られている。

ところが、弾性ロール（ウレタンロール）を用いて曲げ加工により作製した円筒状のワークＷは、図２１に示す如く、円周方向の両端の中央部分のみが密着し、両端部分に隙間Ｇが生じることになる。これは、ワークＷの長手方向の中央部に比べて両端部のスプリングバックが大きいために生じる現象と思われる。特に、小径で細長い円筒状のワークＷを作製する場合に、前記問題がより一層顕著に現われる。

従って、両端部に隙間Ｇが生じたワークＷを上述した水平型の自動溶接装置を用いて突合せ溶接した場合、例えば、仮付け溶接を行わずにワークＷの突合せ部を直接本溶接Ｗ１すると、図２２に示す如く、ワークＷの両端部が完全に突合されていないためにワークＷの両端部に穴あき不良が５０％〜７０％の確立で発生することになり、歩留まりが極めて悪いと云う問題があった。尚、図２２に於いて、ＴはワークＷの長手方向の両端に密着状態で配設したタブである。

又、図２３に示す如く、ワークＷの両端部を予め仮付け溶接Ｗ２してワークＷの両端部の隙間Ｇを少なくし、この状態でワークＷの突合せ部を本溶接Ｗ１すると、溶接の不良率は３％近くまで減少するが、溶接不良を完全に無くすことは困難であった。
何故なら、弾性ロール（ウレタンロール）を用いた金属板の曲げ加工に於いては、金属板の巻き始めの端部と巻き終わりの端部に、曲面に成形し切れなかった直線部が生じ、ワークＷの円周方向の両端を密着させることが困難であるからである。この直線部はワークＷの板厚の３〜５倍程度生じ、特に、小径のワークＷに於いては、無視できない寸法である。

そのため、円周方向の両端部が直線部に形成されたワークＷの両端を突合せ溶接する際、図２４に示す如く、ワークＷの突合せ部にＶ字状の隙間Ｇが生じ、これが穴あき等の溶接不良の原因となっている。
仮に、ワークＷの両端の突合せ溶接をうまく行えたとしても、ワークＷの円周方向の両端が完全に密着した状態で突合せ溶接されていないため、出来上がったパイプＰが図２５に示すように「おむすび」形状となり、極めて真円度の悪いパイプが作製されることになる。
又、ワークＷの円周方向の両端を作業員が手作業により突合せているため、ワークＷの突合せ度合いにもバラツキが生じ、これも溶接不良の要因になっているものと思われる。
特開２００３−２０５３６９号公報

本発明は、このような問題点に鑑みて為されたものであり、その目的は、円筒状に曲げ加工した金属板製のワークを突合せ溶接する際に、ワークの円周方向の両端を密着状態で突合せることができ、穴あき等の溶接不良の無い真円度の高いパイプを作製することができるようにしたパイプの溶接方法を提供することにある。

上記目的を達成するために、本発明の請求項１の発明は、円筒状に曲げ加工した金属板製のワークを水平姿勢のマンドレルに挿着し、ワークの円周方向の一端をマンドレルの上面側に設けた長尺状のバックバーのスリット状の溝内に上下動自在に挿入されてバックバーの上面から上方へ突出したセンタープレートに押し当て、この状態でワークの円周方向の一端部をクランプによりバックバー上へ軽く押圧し、次に、センタープレートを下降させると共に、ワークの円周方向の他端部をクランプによりバックバー上へ軽く押圧し、引き続き、マンドレルの基端部上面及び先端部上面に夫々配設したタブ材の何れか一方のタブ材を他方のタブ材側へ移動させ、両タブ材でワークを長手方向両側から加圧状態で挾持してワークの長手方向両端の軸心方向のズレを修正すると共に、ワークの長手方向両端にタブ材を夫々密着させ、その後、ワークのセンタープレートに当接させた方の一端部をクランプによりバックバー上へ強く押圧固定してバックバー上へ強く押圧されているワークの円周方向の一端部端面を基準面とし、この状態でワークの下端部を押し上げてワークの形状を円筒形状から楕円形状に変化させると共に、ワークの両側面を両側方から加圧してクランプによりバックバー上へ軽く押圧されているワークの円周方向の他端部をクランプによりバックバー上へ強く押圧されているワークの円周方向の一端部側へ移動させてワークの円周方向の両端をバックバーのスリット状の溝上で隙間無く密着状態で突合せた後、ワークの円周方向の他端部をクランプによりバックバー上へ強く押圧固定し、最後に、一方のタブ材から他方のタブ材へ向ってワークの突合せ部を溶接装置により突合せ溶接するようにしたことに特徴がある。

本発明の請求項２の発明は、二つのタブ材によりワークを長手方向両側から挾持する際に、一方のタブ材をマンドレルへ固定状態にすると共に、他方のタブ材をタブ押しシリンダにより固定側のタブ材側へ移動させ、ワークを長手方向両側から加圧状態で挾持するようにしたことに特徴がある。

本発明の請求項３の発明は、ワークの両側面を両側方から加圧する際に、ワークの長手方向の両端部両側面を加圧用シリンダにより両側方から加圧するようにしたことに特徴がある。

本発明の請求項１に記載のパイプの溶接方法は、マンドレルに挿着したワークの円周方向の一端をマンドレルに設けたセンタープレートに押し当ててこの状態でワークの一端部をクランプによりマンドレルに設けたバックバー上へ軽く押圧し、次に、センタープレートを下降させてワークの円周方向の他端部をクランプによりバックバー上へ軽く押圧し、引き続き、マンドレルの基端部上面及び先端部上面に夫々配設したタブ材の何れか一方のタブ材を他方のタブ材側へ移動させ、両タブ材でワークを長手方向両側から加圧状態で挾持してワークの長手方向両端の軸心方向のズレを修正すると共に、ワークの長手方向両端にタブ材を夫々密着させ、その後、ワークのセンタープレートに当接させた方の一端部をクランプによりバックバー上へ強く押圧固定し、この状態でワークの下端部を押し上げると共に、ワークの両側面を両側方から加圧してワークの円周方向の両端を隙間無く密着状態で突合せた後、ワークの円周方向の他端部をクランプによりバックバー上へ強く押圧固定し、最後に、一方のタブ材から他方のタブ材へ向ってワークの突合せ部を溶接装置により突合せ溶接するようにしているため、ワークの円周方向の両端が軸心方向へズレたり、或いは、ワークの突合せ部に隙間が生じると云うことがなく、ワークの円周方向の両端を完全に密着する状態で正確に突合せることができると共に、この状態でワークの突合せ部を突合せ溶接することができる。その結果、本発明の請求項１に記載のパイプの溶接方法を用いれば、穴あき等の溶接不良を生じることがなく、真円度の高いパイプを作製することができる。
又、本発明の請求項１に記載のパイプの溶接方法は、ワークの長手方向の両端に密着させた一方のタブ材から他方のタブ材へ向ってワークの突合せ部を突合せ溶接するようにしているため、ワークの突合せ部の両端に溶け落ち等の溶接欠陥を生じることがない。

本発明の請求項２に記載のパイプの溶接方法は、一方のタブ材をマンドレルに固定状態にすると共に、他方のタブ材をタブ押しシリンダにより固定側のタブ材側へ移動させ、タブ押しシリンダを用いて両タブ材によりワークを長手方向両側から加圧状態で挾持するようにしているため、ワークの長手方向両端の軸心方向のズレをより一層確実且つ良好に修正することができる。

本発明の請求項３に記載のパイプの溶接方法は、ワークの長手方向の両端部両側面を加圧用シリンダにより両側方から加圧するようにしているため、ワークの長手方向両端部に生じている隙間を確実に無くすことができ、ワークの円周方向の両端を隙間無く密着状態で確実且つ良好に突合せることができる。その結果、ワークの突合せ溶接時に発生する穴あき等の溶接不良を確実に防止することができる。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。
図１及び図２は本発明のパイプの溶接方法に用いるパイプの水平自動溶接装置を示し、当該パイプの水平自動溶接装置は、ステンレス板や鋼板等の金属板を円筒状に曲げ加工して成るワークＷの円周方向の両端を突合せ溶接してパイプを作製するものであり、円筒状に曲げ加工したワークＷを突合せ溶接する際に、ワークＷの円周方向の両端を軸心方向へズレルことなく密着状態で正確に突合せることができ、穴あき等の溶接不良の無い真円度の高いパイプを作製することができるものである。

即ち、前記パイプの水平自動溶接装置は、ボックス状のフレーム本体１と、フレーム本体１に片持ち状態で支持され、ワークＷを支持する水平姿勢のマンドレル２と、マンドレル２の上面側に設けたバックバー３と、マンドレル２に設けられ、ワークＷの両端がバックバー３上で突合されるようにワークＷの端面の位置決めを行うセンター位置決め機構４と、マンドレル２に設けられ、ワークＷを長手方向両側から挾持してワークＷの長手方向両端の軸心方向のズレを修正する二つのタブ材１８を備えたズレ修整機構５と、マンドレル２の上方位置に配設され、ワークＷの円周方向の両端部をバックバー３上へクランプするクランプ機構６と、マンドレル２の下方側周囲に配設され、ワークＷの下端部を押し上げると共に、ワークＷの両側面を両側方から加圧してワークＷの円周方向の両端を隙間無く密着状態で突合せるワーク突合せ機構７と、マンドレル２の上方位置に配設され、ワークＷの突合せ部を突合せ溶接する溶接装置８（この例では、ＴＩＧ溶接装置）とから構成されている。

具体的には、前記フレーム本体１は、図１及び図２に示す如く、上部に前方へ水平姿勢で突出する長尺状の上部フレーム１ａを有すると共に、下部に上部フレーム１ａと同じ方向へ水平姿勢で突出して床面へ設置されるベース１ｂを備えており、フレーム本体１の内部には、溶接用電源装置、アルゴンガス等の溶接用ガスボンベ、コンプレッサ（何れも図示省略）等が夫々収容されている。
又、上部フレーム１ａの上面には、先端部に溶接装置８の溶接条件や電極位置等を設定する操作盤９を取り付けた旋回アーム１０が旋回自在に配設されている。
更に、ベース１ｂのマンドレル２の下方に位置する部分には、配電盤・スイッチボックス１１が配設されている。

前記マンドレル２は、図２及び図３に示す如く、アルミ合金等の金属材により断面形状が略長方形状の角柱状に形成された本体部２Ａと、本体部２Ａの先端にボルトにより取り付けられ、上部フレーム１ａの先端部に設けたマンドレル受け１２に抜き差し自在に挿入される受け軸２ａを有する受け部２Ｂと、本体部２Ａの基端に連設された断面形状が円形の保持部２Ｃとから成り、保持部２Ｃをフレーム本体１に設けたマンドレルガイド１３に挿着することによって、フレーム本体１に片持ち状態で且つ水平姿勢で支持されている。
又、マンドレル２の本体部２Ａの上面には、長尺状のバックバー３とズレ修整機構５の固定側のタブ材１８が着脱自在に嵌め込まれる取付け溝２ｂがマンドレル２の長手方向に沿って形成されている。この取付け溝２ｂの底面には、アルゴンガス等のシールドガスが流れる細幅のガス溝２ｃがマンドレル２の長手方向に沿って形成されていると共に、センター位置決め機構４の駆動部１７が設けられる凹部２ｄが複数個所形成されている。
更に、マンドレル２の本体部２Ａには、ガス溝２ｃへアルゴンガス等のシールドガスを供給するためのガス供給口（図示省略）と、凹部２ｄの底面に形成したピストン穴２ｅへ作動流体として圧縮空気を供給する圧縮空気供給口２ｈとが夫々形成されている。

そして、マンドレル２は、ワークＷの突合せ作業時や溶接作業時等には先端側の受け部２Ｂがマンドレル受け１２により支持されており、マンドレルガイド１３及びマンドレル受け１２により両持ち状態となっている。
尚、マンドレル受け１２は、ロータリーアクチュエータ１４により水平位置から鉛直位置に亘って揺動するように構成されており、マンドレル受け１２を水平位置から鉛直位置へ回動させ、マンドレル受け１２に形成した支持穴にマンドレル２の受け軸２ａを挿入することによって、マンドレル２の先端部を支持することができるようになっている。

前記バックバー３は、図４乃至図６に示す如く、銅材により断面形状が長方形の長尺な各柱状に形成した左右のバックバー３′，３′から成り、左右のバックバー３′，３′を対向させた状態で且つ左右のバックバー３′，３′の間にスリット状の溝３ａが形成されるようにマンドレル２の取付け溝２ｂに着脱自在に嵌め込まれている。
又、マンドレル２の取付け溝２ｂに嵌め込まれたバックバー３は、左右のバックバー３′，３′を複数本のボルト１５でマンドレル２側へ締め付け固定することによって、マンドレル２にその軸心方向へ沿う姿勢で取り付けられる。
このバックバー３は、ワークＷの円周方向の両端を突合せ溶接する際に余分な熱を吸収してビードの溶け落ちや穴あき、ワークＷの熱ひずみ等を防止すると共に、ワークＷの突合せ部の裏面側にシールドガスを流して溶接部の酸化を防止するものである。
又、左右のバックバー３′，３′間に形成されたスリット状の溝３ａは、センター位置決め機構４のセンタープレート１６を遊嵌状態で挿入すると共に、アルゴンガス等のシールドガスを流すためのものである。
尚、バックバー３をマンドレル２に取り付けたときには、左右のバックバー３′，３′間に幅が０．７ｍｍのスリット状の溝３ａが形成され、又、左右のバックバー３′，３′の上面がマンドレル２の本体部２Ａの上面から上方へ３ｍｍ程度突出するようになっている。

前記センター位置決め機構４は、ワークＷの円周方向の両端がバックバー３のスリット状の溝３ａ上で突合されるようにワークＷの円周方向の端面の位置決めを行うものであり、図４乃至図６に示す如く、バックバー３のスリット状の溝３ａ内に上下動自在に挿入された薄鋼板製の長尺状のセンタープレート１６と、マンドレル２の本体部２Ａに形成した凹部２ｄに設けられ、センタープレート１６を上下動させるピストン構造の駆動部１７とから構成されている。

即ち、センタープレート１６は、図５及び図６に示す如く、バックバー３のスリット状の溝３ａに遊嵌状態で上下動自在に挿入されており、その上端部がバックバー３の上面から上方へ突出可能になっていると共に、バックバー３の上面から突出した上端部の側面にワークＷの円周方向の端面が当接するようになっている。このセンタープレート１６の厚みは、バックバー３のスリット状の溝３ａの幅よりも薄くなるように設定されている。その結果、センタープレート１６をバックバー３のスリット状の溝３ａに挿入したときには、センタープレート１６の側面とバックバー３との間にアルゴンガス等のシールドガスが流れるスリット状の間隙が形成されることになる。

一方、駆動部１７は、図５及び図６に示す如く、本体部２Ａの各凹部２ｄに上下動自在に嵌め込まれ、センタープレート１６が起立姿勢でボルトにより支持固定された支持盤１７ａと、支持盤１７ａの下面側に設けられ、凹部２ｄの底面に形成したピストン穴２ｅにＯリング１７ｂを介して上下方向へ摺動自在に挿入されたピストン１７ｃと、左右のバックバー３′，３′と支持盤１７ａとの間に夫々介設され、支持盤１７ａ及びピストン１７ｃを下方へ附勢してセンタープレート１６の上端部をバックバー３のスリット状の溝３ａ内へ位置させる復帰用の圧縮スプリング１７ｄとから構成されており、コンプレッサ（図示省略）からの圧縮空気を圧縮空気供給口２ｈからピストン穴２ｅへ供給すると、ピストン１７ｃ、支持盤１７ａ及びセンタープレート１６が圧縮スプリング１７ｄの弾性力に抗して上昇し、センタープレート１６の上端部がバックバー３の上面から上方へ突出し、又、圧縮空気の供給を停止すると、圧縮スプリング１７ｄの弾性力により支持盤１７ａ、ピストン１７ｃ及びセンタープレート１６が下降し、センタープレート１６の上端部がバックバー３のスリット状の溝３ａ内へ収納されるようになっている。

前記ズレ修整機構５は、ワークＷを長手方向両側から加圧状態で挾持してワークＷの長手方向両端の軸心方向のズレを修正すると共に、ワークＷの円周方向の両端を突合せ溶接する際にワークＷの長手方向両端部の溶け落ちを防止する機能を有するものである。

即ち、ズレ修整機構５は、図４、図７乃至図９に示す如く、マンドレル２の本体部２Ａの基端側で且つ取付け溝２ｂに挿入固定され、ワークＷの長手方向の一端に当接するブロック状（又は板状）の固定側のタブ材１８と、マンドレル２の受け部２Ｂ上面に形成した溝２ｆ内に摺動自在に挿入され、マンドレル２の軸心方向へ往復移動自在なブロック材１９と、ブロック材１９の上面にビスにより固定され、ワークＷの長手方向の他端に当接する板状の可動側のタブ材１８と、マンドレル２の受け部２Ｂに内蔵され、可動側のタブ材１８を固定側のタブ材１８側へ移動させるタブ押しシリンダ２０とから構成されている。
又、タブ押しシリンダ２０は、マンドレル２の受け部２Ｂに形成したピストン穴２ｇにＯリング２０ａを介して摺動自在に挿入され、マンドレル２の軸心方向へ往復移動するピストン２０ｂと、ピストン２０ｂに連設され、可動側のタブ材１８を固定したブロック材１９が連結固定されるロッド２０ｃと、ロッド２０ｃと本体部２Ａ先端との間に介設され、ピストン２０ｂ及びロッド２０ｃをマンドレル２の先端方向へ押圧附勢する圧縮スプリング２０ｄとから成り、コンプレッサからの圧縮空気を受け部２Ｂに形成した圧縮空気供給口２ｉからピストン２０ｂの前面側へ供給すると、ピストン２０ｂ及びロッド２０ｃが圧縮スプリング２０ｄの弾性力に抗してマンドレル２の基端方向へ移動すると共に、これに伴って可動側のタブ材１８がブロック材１９を介して固定側のタブ材１８側へ移動し、又、圧縮空気の供給を停止すると、圧縮スプリング２０ｄの弾性力によりピストン２０ｂ及びロッド２０ｃがマンドレル２の先端方向へ復帰し、これに伴って可動側のタブ材１８も元の位置へ復帰するように構成されている。

而して、このズレ修整機構５によれば、マンドレル２にワークＷを挿着してワークＷの円周方向の両端をバックバー３上に位置させた後、タブ押しシリンダ２０に圧縮空気を供給して作動させると、ピストン２０ｂ、ロッド２０ｃ、ブロック材１９及び可動側のタブ材１８がマンドレル２の基端方向へ移動し、固定側のタブ材１８と可動側のタブ材１８とによりワークＷを長手方向両側から加圧状態で挾持してワークＷの長手方向両端の軸心方向のズレを修正すると共に、両タブ材１８がワークＷの長手方向両端に密着し、又、圧縮空気の供給を停止すると、ピストン２０ｂ、ロッド２０ｃ、ブロック材１９及び可動側のタブ材１８が圧縮スプリング２０ｄの弾性力によりマンドレル２の先端方向へ移動して、ワークＷの長手方向に於ける加圧状態が解除されるようになっている。

前記クランプ機構６は、ワークＷの円周方向の両端部をバックバー３上へ動ける程度に軽く押圧すると共に、ワークＷの円周方向の両端を完全に突合せた状態でバックバー３上へ強く押圧固定するものであり、図１０に示す如く、マンドレル２の上方位置に対向状に配置され、上部フレーム１ａにヒンジ２１を介して上下方向へ揺動自在に支持された左右の支持板２２と、両支持板２２の先端部に取り付けられ、マンドレル２に支持されたワークＷの両端部上面に当接する銅材製の左右のクランプ２３と、上部フレーム１ａと左右の支持板２２との間に夫々介設され、圧縮空気の供給により膨張して左右の支持板２２及び左右のクランプ２３を下方へ押し下げるエアーチューブ２４と、上部フレーム１ａと左右の支持板２２との間に夫々介設され、左右の支持板２２及び左右のクランプ２３を上方へ附勢する引張りスプリング２５と、左右の支持板２２及び左右のクランプ２３を水平移動させて左右のクランプ２３間の間隙を調整する調整ネジ２６等から構成されている。

而して、このクランプ機構６によれば、コンプレッサからエアーチューブ２４に圧縮空気を供給し、エアーチューブ２４を少しだけ膨張させると、左右の支持板２２及び左右のクランプ２３が引張りスプリング２５の弾性力に抗して下方へ揺動し、左右のクランプ２３がマンドレル２に支持されたワークＷの両端部に軽く当接してワークＷの両端部をバックバー３上へ動ける程度に軽く押圧し、又、エアーチューブ２４を大きく膨張させると、同じく左右の支持板２２及び左右のクランプ２３が引張りスプリング２５の弾性力に抗して下方へ揺動し、左右のクランプ２３がマンドレル２に支持されたワークＷの両端部に強く当接してワークＷの両端部をバックバー３上へ強く押圧固定し、更に、圧縮空気の供給を停止すると、左右の支持板２２及び左右のクランプ２３が引張りスプリング２５の弾性力により上方へ揺動し、ワークＷの押圧状態が解除されるようになっている。

前記ワーク突合せ機構７は、マンドレル２に支持されたワークＷの下端部を押し上げると共に、ワークＷの両側面を両側方から加圧してワークＷの円周方向の両端を隙間無く密着状態で突合せるものであり、図１１乃至図１４に示す如く、マンドレル２の下方位置に配設した昇降テーブル２７と、配電盤・スイッチボックス１１の上面に配設され、昇降テーブル２７を昇降自在に支持する昇降支持機構２８と、昇降テーブル２７の上面に設けられ、昇降テーブル２７の上昇時にマンドレル２に支持されたワークＷの下端部を押し上げるワーク受けローラ２９と、昇降テーブル２７の上面にマンドレル２を挟んで対向状に設けられ、マンドレル２に支持されたワークＷの両側面を両側方から加圧する左右の四つの加圧機構３０とから構成されている。

即ち、昇降テーブル２７は、厚肉の金属板により長方形状に形成されており、マンドレル２の下方位置で且つ配電盤・スイッチボックス１１上に昇降支持機構２８を介して昇降自在に支持されている。
この昇降テーブル２７には、図１１及び図１２に示す如く、昇降支持機構２８のガイド軸２８ｇが摺動自在に挿入される穴２７ａと、昇降テーブル２７の昇降時に昇降支持機構２８の駆動モータ２８ｄとの干渉を回避するための開口２７ｂと、加圧機構３０をマンドレル２の長手方向に沿って移動調整自在に取り付けるためのマンドレル２に沿う左右の凸状のガイド溝２７ｃとが夫々形成されている。
又、昇降テーブルの外周縁部には、昇降支持機構２８を覆う安全カバー３１が垂下状態で取り付けられている。

又、昇降支持機構２８は、図１１乃至図１４に示す如く、配電盤・スイッチボックス１１の上面に設けた基板２８ａに軸受２８ｂを介して鉛直姿勢で正逆回転自在に支持された四本のネジ軸２８ｃと、昇降テーブル２７の下面に取り付けられ、四本のネジ軸２８ｃが夫々螺挿される四つのブロックナット２８ｄと、基板２８ａ上に配設した駆動モータ２８ｅと、ネジ軸２８ｃと駆動モータ２８ｅとの間に介設され、駆動モータ２８ｅの回転力を四本のネジ軸２８ｃに伝達して四本のネジ軸２８ｃを同期的に同じ方向へ正逆回転させるベルト伝動機構２８ｆと、基板２８ａの四隅に立設され、上端部が昇降テーブル２７の穴２７ａに摺動自在に挿入された四本のガイド軸２８ｇとから成り、駆動モータ２８ｅ及びベルト伝動機構により四本のネジ軸２８ｃを同期的に同じ方向へ正逆回転させると、廻り止めされた四つのブロックナット２８ｄが各ネジ軸２８ｃに沿って上下方向へ往復移動し、昇降テーブル２７を昇降させるようになっている。

更に、ワーク受けローラ２９は、図１１乃至図１４に示す如く、昇降テーブル２７の上面に配設した支持枠２９ａに水平姿勢で取り付けられ、マンドレル２の長手方向に沿う長尺板状の支持板２８ｂと、支持板２９ｂ上に一定間隔毎に配設した複数のボール受け２９ｃと、各ボール受け２９ｃに回転自在に保持されたボール２９ｄとから成り、昇降テーブル２７を上昇させて複数のボール２９ｄをマンドレル２に支持されたワークＷの下端部に押し当てることによって、ワークＷの下端部を押し上げることができるようになっている。

そして、左右の四つの加圧機構３０は、図１１乃至図１４に示す如く、昇降テーブル２７上に設けた支持台３０ａと、支持台３０ａにマンドレル２と直交する水平姿勢で取り付けた加圧用シリンダ３０ｂと、加圧用シリンダ３０ｂのロッドに設けられ、加圧用シリンダ３０ｂの伸長時にマンドレル２に支持されたワークＷの側面に当接してワークＷの側面を加圧する加圧部材３０ｃとから夫々構成されており、昇降テーブル２７にマンドレル２を挟んで二つずつ配設され、マンドレル２に支持されたワークＷの長手方向の両端部両側面を両側方から加圧できるように構成されている。
又、各加圧機構３０は、その支持台３０ａが昇降テーブル２７に形成した凸状のガイド溝２７ｃにボルト及びナットから成る緊締具３０ｄにより固定されており、緊締具３０ｄを弛めることによって、支持台３０ａが昇降テーブル２７のガイド溝２７ｃに沿って移動可能となり、又、緊締具３０ｄを締め付けることによって、支持台３０ａを昇降テーブル２７に固定できるようになっている。即ち、各加圧機構３０は、マンドレル２の長手方向へ移動調整自在となっており、マンドレル２に支持されたワークＷの長さに関係なく、各加圧機構３０を移動調整することによって、ワークＷの長手方向の両端部両側面を両側方から加圧することができるようになっている。

尚、図１１に於いて、３０ｅは加圧部材３０ｃを廻り止めして案内するガイド棒、３０ｆはガイド棒３０ｅに設けたストッパーである。

前記溶接装置８（ＴＩＧ溶接装置）は、図２に示す如く、上部フレーム１ａの上面にガイドレール３２を介してマンドレル２の長手方向へ往復移動自在に配設した走行台３３と、走行台３３に昇降自在に支持され、先端部からアルゴンガス等のシールドガスを流すと共に、タングステン電極棒を挿着した溶接用トーチ３４と、溶接用トーチ３４を昇降動させるサーボモータ等から成るトーチ上下駆動装置（図示省略）と、溶接開始前に於けるタングステン電極棒とワークＷの接触事故を直ちに検知する電極接触検知装置（図示省略）と、走行台３３をマンドレル２の長手方向へ往復走行させるモータ及びボールネジ機構から成る駆動装置（図示省略）等から構成されており、ワークＷの突合せ部を突合せ溶接する際に溶接用トーチ３４の先端が自動的に高さ調整され且つ走行台３３及びこれに支持された溶接用トーチ３４が所定の速度でワークＷの突合せ部に沿って直線移動するようになっている。

次に、上述したパイプの水平自動溶接装置を用いて円筒状に曲げ加工したワークＷの円周方向の両端を突合せ溶接する場合について説明する。

先ず、円筒状に曲げ加工したワークＷを片持ち状態のマンドレル２の先端からマンドレル２の本体部２Ａに挿着し、固定側のタブ材１８と可動側のタブ材１８との間に位置させた後、マンドレル２の受け部２Ｂをマンドレル受け１２により支持して長尺状のマンドレル２の撓みを防止する。

次に、マンドレル２に設けたセンター位置決め機構４のセンタープレート１６を駆動部１７により上昇させてセンタープレート１６の上端部をバックバー３の上面から上方へ突出させ、マンドレル２に挿着したワークＷの円周方向の一端をセンタープレート１６の上端部側面に当接させると共に、ワークＷの長手方向の一端を固定側のタブ材１８に当接させ、この状態でクランプ機構６の一方のクランプ２３（センタープレート１６に当接しているワークＷの一端部上方に位置するクランプ２３）を下降させ、当該クランプ２３によりワークＷの円周方向の一端部をバックバー３上へ軽く押圧する（図１５及び図１６参照）。この実施の形態では、ワークＷの一端部を一方のクランプ２３により約０．１５ＭＰａの圧力でバックバー３上へ軽く押圧している。

ワークＷの円周方向の一端部を一方のクランプ２３によりバックバー３上へ軽く押圧したら、センター位置決め機構４の駆動部１７に供給されている圧縮空気の供給を停止する。そうすると、復帰用の圧縮スプリング１７ｄの弾性力によりセンタープレート１６が下降し、センタープレート１６の上端部がバックバー３のスリット状の溝３ａ内に収納される。

センタープレート１６が下降したら、クランプ機構６の他方のクランプ２３を下降させ、ワークＷの円周方向の他端部を他方のクランプ２３によりバックバー３上へ軽く押圧する（図１７参照）。この実施の形態に於いては、ワークＷの他端部を他方のクランプ２３により約０．１５ＭＰａの圧力でバックバー３上へ軽く押圧している。

ワークＷの円周方向の両端部がクランプ機構６の左右のクランプ２３によりバックバー３上へ軽く押圧されたら、ズレ修整機構５を作動させて可動側のタブ材１８をタブ押しシリンダ２０により固定側のタブ材１８側へ移動させる。これによって、ワークＷが長手方向両側から前記両タブ材１８により加圧状態で挾持される（図１８参照）。このとき、ワークＷの円周方向の両端部が左右のクランプ２３によりバックバー３上へ軽く押圧されているため、ワークＷの両端が軸心方向へズレている場合には、ワークＷの円周方向の両端部がバックバー３と左右のクランプ２３との間で軸心方向へ動くことになる。その結果、ワークＷの長手方向両端の軸心方向のズレが強制的に修正されると共に、ワークＷの長手方向両端にタブ材１８が夫々密着状態で当接することになる。

その後、ワークＷのセンタープレート１６に当接していた方の一端部をクランプ機構６の一方のクランプ２３によりバックバー３上へ強く押圧固定する。これにより、ワークＷの円周方向の一端部は、バックバー３上で動かないように固定されることになり、ワークＷの一端部先端が基準面としての機能を果たすことになる。この実施の形態では、ワークＷの一端部を一方のクランプ２３により約０．３ＭＰａの圧力でバックバー３上へ強く押圧固定している。

引き続き、昇降テーブル２７を昇降支持機構２８により上昇させてマンドレル２に支持されているワークＷの下端部をワーク受けローラ２９により押し上げると共に、左右の加圧機構３０の加圧部材３０ｃを加圧用シリンダ３０ｂにより前進させてワークＷの長手方向の両端部両側面を両側方から加圧し、ワークＷの円周方向の両端を突合せる（図１９参照）。
即ち、ワークＷの下端部がワーク受けローラ２９により押し上げられると、ワークＷの形状が円筒形状から楕円形状に変化し、ワークＷの円周方向の両端部が一直線状に配置されてワークＷの両端を密着させ易くなる。又、ワークＷの長手方向の両端部両側面が左右の加圧機構３０の加圧部材３０ｃにより両側方から加圧されると、クランプ機構６の他方のクランプ２３により軽くバックバー３上へ押圧されているワークＷの円周方向の他端部が、一方のクランプ２３により強くバックバー３上へ押圧固定されているワークＷの円周方向の一端部側へ移動し、ワークＷの円周方向の両端が密着状態で突合される。このとき、バックバー３上へ強く押圧固定されているワークＷの一端部端面が移動しないで基準面となり、この基準面にワークＷの他端部端面が突合されるため、ワークＷの円周方向の両端はバックバー３のスリット状の溝３ａ上で正確且つ確実に突合されることになる。

ワークＷの円周方向の両端が密着状態で突合されたら、クランプ機構６の他方のクランプ２３により軽くバックバー３上へ押圧されているワークＷの円周方向の他端部を他方のクランプ２３によりバックバー３上へ強く押圧固定する。この実施の形態では、ワークＷの他端部を他方のクランプ２３により約０．３ＭＰａの圧力でバックバー３上へ強く押圧固定している。

そして、ワークＷの円周方向の両端がバックバー３のスリット状の溝３ａ上で突合せ固定されたら、マンドレル２のガス供給口（図示省略）からバックバー３のスリット状の溝３ａ内にアルゴンガス等のシールドガスを供給しつつ、溶接装置８によりワークＷの突合せ部を突合せ溶接する（図２０参照）。
即ち、溶接用トーチ３４が下降してタングステン電極棒の先端を固定側のタブ材１８の表面に臨ませ、この状態でタングステン電極棒と固定側のタブ材１８との間にアークを発させ、このアークが安定した状態になってから走行台３３が駆動装置（図示省略）により前進して溶接用トーチ３４をワークＷの突合せ部に沿って所定の速度で走行させ、ワークＷの突合せ部を順次突合せ溶接した後、溶接用トーチ３４が可動側のタブ材１８の上へ来た時点で通電を停止してアークをストップする。このように、固定側のタブ材１８を溶接の開始点、可動側のタブ材１８を溶接の終了点とすれば、ワークＷの突合せ部を安定したアーク状態で突合せ溶接することができるうえ、ワークＷの溶接開始部及び溶接終了部に溶け落ち等の溶接欠陥の無い突合せ溶接を行えることになる。

ワークＷの突合せ溶接が終了すると、バックバー３へのシールドガスの供給を停止すると共に、溶接装置８の溶接用トーチ３４が元の位置に復帰する。その後、左右の加圧機構３０の加圧部材３０ｃが後退すると共に、昇降テーブル２７が下降する。又、クランプ機構６によるワークＷの押圧状態が解除されると共に、マンドレル受け１２が鉛直位置から水平位置へ回動してマンドレル２の先端を開放する。これにより、突合せ溶接されたワークＷ（パイプ）をマンドレル２から引き抜くことができる。

このように、パイプの水平自動溶接装置８を用いて円筒状に曲げ加工したワークＷを突合せ溶接すると、ワークＷの円周方向の両端を軸心方向へズレルことなく完全に密着する状態で正確に突合せることができると共に、この状態でワークＷの突合せ部を突合せ溶接することができる。その結果、穴あき等の溶接不良を生じることがなく、真円度の高いパイプを作製することができる。

本発明のパイプの溶接方法に用いるパイプの水平自動溶接装置の一部切欠正面図である。同じくパイプの水平自動溶接装置の一部切欠側面図である。水平自動溶接装置のマンドレルを示し、（Ａ）はマンドレルの側面図、（Ｂ）はマンドレルの平面図である。バックバー、センター位置決め機構及びズレ修正機構を設けたマンドレルを示し、（Ａ）はマンドレルの側面図、（Ｂ）はマンドレルの平面図である。バックバー及びセンター位置決め機構を設けたマンドレルの要部を示し、（Ａ）はマンドレルの要部の側面図、（Ｂ）はマンドレルの要部の平面図である。バックバー及びセンター位置決め機構を設けたマンドレルの拡大縦断正面図である。ズレ修正機構を設けたマンドレルの先端部の平面図である。ズレ修正機構を設けたマンドレルの先端部を示し、（Ａ）はズレ修正機構の非作動時の縦断側面図、（Ｂ）ズレ修正機構の作動時の縦断側面図である。ズレ修正機構を設けたマンドレルの縦断正面図である。クランプ機構の縦断正面図である。ワーク突合せ機構の正面図である。ワーク突合せ機構の平面図である。ワーク突合せ機構の一部切欠側面図である。ワーク突合せ機構の縦断正面図である。ワークの円周方向の一端部を位置決めしてクランプによりバックバー上へ軽くクランプした状態の縦断正面図である。図１５の一部省略平面図である。ワークの円周方向の両端部を左右のクランプによりバックバー上へ軽くクランプした状態の縦断正面図である。ワークの軸心方向のズレを修正した状態の一部省略平面図である。ワークの円周方向の両端をワーク突合せ機構により突合せた状態の一部省略縦断正面図である。ワークの突合せ部を溶接している状態の一部省略縦断正面図である。曲げ加工により形成したワークの平面図である。突合せ溶接したワークの平面図である。仮付け溶接したワークの平面図である。ワークの突合せ部の拡大正面図である。突合せ溶接により作製したパイプの正面図である。

符号の説明

１はフレーム本体、２はマンドレル、３はバックバー、４はセンター位置決め機構、５はズレ修整機構、６はクランプ機構、７はワーク突合せ機構、８は溶接装置、１６はセンタープレート、１８はタブ材、２０はタブ押しシリンダ、２７は昇降テーブル、２８は昇降支持機構、２９はワーク受けローラ、３０は加圧機構、３０ｂは加圧用シリンダ、３０ｃは加圧部材、Ｗはワーク。

Claims

円筒状に曲げ加工した金属板製のワーク（Ｗ）を水平姿勢のマンドレル（２）に挿着し、ワーク（Ｗ）の円周方向の一端をマンドレル（２）の上面側に設けた長尺状のバックバー（３）のスリット状の溝（３ａ）内に上下動自在に挿入されてバックバー（３）の上面から上方へ突出したセンタープレート（１６）に押し当て、この状態でワーク（Ｗ）の円周方向の一端部をクランプ（２３）によりバックバー（３）上へ軽く押圧し、次に、センタープレート（１６）を下降させると共に、ワーク（Ｗ）の円周方向の他端部をクランプ（２３）によりバックバー（３）上へ軽く押圧し、引き続き、マンドレル（２）の基端部上面及び先端部上面に夫々配設したタブ材（１８）の何れか一方のタブ材（１８）を他方のタブ材（１８）側へ移動させ、両タブ材（１８）でワーク（Ｗ）を長手方向両側から加圧状態で挾持してワーク（Ｗ）の長手方向両端の軸心方向のズレを修正すると共に、ワーク（Ｗ）の長手方向両端にタブ材（１８）を夫々密着させ、その後、ワーク（Ｗ）のセンタープレート（１６）に当接させた方の一端部をクランプ（２３）によりバックバー（３）上へ強く押圧固定してバックバー（３）上へ強く押圧されているワーク（Ｗ）の円周方向の一端部端面を基準面とし、この状態でワーク（Ｗ）の下端部を押し上げてワーク（Ｗ）の形状を円筒形状から楕円形状に変化させると共に、ワーク（Ｗ）の両側面を両側方から加圧してクランプ（２３）によりバックバー（３）上へ軽く押圧されているワーク（Ｗ）の円周方向の他端部をクランプ（２３）によりバックバー（３）上へ強く押圧されているワーク（Ｗ）の円周方向の一端部側へ移動させてワーク（Ｗ）の円周方向の両端をバックバー（３）のスリット状の溝（３ａ）上で隙間無く密着状態で突合せた後、ワーク（Ｗ）の円周方向の他端部をクランプ（２３）によりバックバー（３）上へ強く押圧固定し、最後に、一方のタブ材（１８）から他方のタブ材（１８）へ向ってワーク（Ｗ）の突合せ部を溶接装置により突合せ溶接するようにしたことを特徴とするパイプの溶接方法。
二つのタブ材（１８）によりワーク（Ｗ）を長手方向両側から挾持する際に、一方のタブ材（１８）をマンドレル（２）へ固定状態にすると共に、他方のタブ材（１８）をタブ押しシリンダ（２０）により固定側のタブ材（１８）側へ移動させ、ワーク（Ｗ）を長手方向両側から加圧状態で挾持するようにしたことを特徴とする請求項１に記載のパイプの溶接方法。
ワーク（Ｗ）の両側面を両側方から加圧する際に、ワーク（Ｗ）の長手方向の両端部両側面を加圧用シリンダ（３０ｂ）により両側方から加圧するようにしたことを特徴とする請求項１に記載のパイプの溶接方法。