JP5163601B2 - Method and apparatus for circumferential welding of fixed pipe - Google Patents
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Description
本発明は、固定管の円周溶接方法及び装置に係り、特に消耗電極式ガスシールドアーク自動溶接機を用いて端部どうしが互いに当接もしくは近接するように突き合せ配置されたパイプライン固定管の円周溶接方法及び装置に関する。 BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method and an apparatus for circumferential welding of a fixed pipe, and more particularly, a pipeline fixed pipe which is arranged so as to abut each other so that the ends abut against each other using a consumable electrode type gas shielded arc automatic welding machine. The present invention relates to a circumferential welding method and apparatus.
従来から、パイプラインでは複数の管をその長さ方向端部どうしを互いに当接または近接して突き合せ、自動溶接機を用いてその端部どうしを円周溶接する施工方法が採用されている。消耗電極式ガスシールドアーク自動溶接機を用いて固定管の突合せ端部を溶接する状況を図１に模式的に示す。 Conventionally, pipelines have employed a construction method in which a plurality of pipes are brought into contact with each other in the lengthwise direction or in close proximity to each other and circumferentially welded using an automatic welding machine. . FIG. 1 schematically shows a situation in which a butt end portion of a fixed pipe is welded using a consumable electrode type gas shielded arc automatic welding machine.
２本の固定管１０、１０は、その端部どうしが互いに突き合された状態に配置される。その突合せ端部の外周に沿って自動溶接装置１を構成する環状の走行レール１１が装着され、この走行レール１１上を溶接ヘッド１２が走行（移動）する。 The two fixed pipes 10 and 10 are arranged in a state in which their end portions are butted against each other. An annular traveling rail 11 constituting the automatic welding apparatus 1 is mounted along the outer periphery of the butt end, and the welding head 12 travels (moves) on the traveling rail 11.
この溶接ヘッド１２には走行レール上を移動する台車にトーチ１３が搭載されており、このトーチ１３に、リール１４に巻回された溶接用金属ワイヤ１６が供給され、この溶接用金属ワイヤ１６がアーク放電時に発生する熱により溶解し溶接が行われる。その際に、このトーチ１３は、上下左右に移動するように構成されており、所定の速度、幅で円周方向に対して揺動するウィービングも行われる。 The welding head 12 has a torch 13 mounted on a carriage that moves on a running rail. The welding metal wire 16 wound around a reel 14 is supplied to the torch 13, and the welding metal wire 16 is connected to the welding head 12. It is melted and welded by the heat generated during arc discharge. At this time, the torch 13 is configured to move up, down, left, and right, and weaving that swings in the circumferential direction at a predetermined speed and width is also performed.
この自動溶接装置１には、溶接ヘッド１２の台車移動方向や移動速度、トーチ１３のウィービング条件、溶接用金属ワイヤ１６のトーチ１３への送給速度等を制御するための制御盤（制御装置）２０が備えられており、制御ケーブル２３を介して溶接ヘッド１２と接続されている。また、この自動溶接装置１には、アーク放電発生のための溶接電源ユニット２１が備えられており、電源ケーブル２２を介して溶接ヘッド１２と接続されている。さらに、この自動溶接装置１には、ガスボンベ２４が備えられおり、シールドガスがガスホース２７を介して溶接ヘッド１２に供給される。 The automatic welding apparatus 1 includes a control panel (control device) for controlling the moving direction and moving speed of the welding head 12, the weaving conditions of the torch 13, the feeding speed of the welding metal wire 16 to the torch 13, and the like. 20 is provided and connected to the welding head 12 via a control cable 23. In addition, the automatic welding apparatus 1 is provided with a welding power source unit 21 for generating arc discharge, and is connected to the welding head 12 via a power cable 22. Further, the automatic welding apparatus 1 is provided with a gas cylinder 24, and a shielding gas is supplied to the welding head 12 through a gas hose 27.
このような自動溶接装置１を用いて、固定管１０、１０の突合せ端部どうしが円周溶接されるが、溶接ヘッド１２の１回の走行で得られる溶接厚みは薄い。そのため、肉厚の厚い管どうしを溶接する場合には、溶接ヘッド１２を同一部分に複数回円周方向に沿って移動させる、多層盛り溶接を行う必要がある。 Although the butt ends of the fixed pipes 10 and 10 are circumferentially welded using such an automatic welding apparatus 1, the weld thickness obtained by one run of the welding head 12 is thin. Therefore, when welding thick pipes, it is necessary to perform multi-layer welding in which the welding head 12 is moved to the same portion a plurality of times along the circumferential direction.
また、このような円周溶接を行う場合、固定管の突合せ端部では、図２（Ａ）に溶接部近傍の管全体の横断面を、同図（Ｂ）にその一部の縦断面（Ｂ−Ｂ断面）を拡大して示すように、周方向の内周面に複数の銅板からなる裏当材１５をそれぞれインナークランプ１７のバッキングヘッド１７Ａで、全周に亘って押さえつける裏当てをすることにより、特に一層目の溶接時に溶けた金属Ｍが漏出することを防止している。 Further, when performing such circumferential welding, at the butt end portion of the fixed pipe, FIG. 2A shows a cross section of the entire pipe near the welded portion, and FIG. As shown in an enlarged view of (BB cross section), a backing material 15 made of a plurality of copper plates is pressed on the inner circumferential surface in the circumferential direction by the backing head 17A of the inner clamp 17 over the entire circumference. This prevents the molten metal M from leaking particularly during the first-layer welding.
ところで、前記のような多層盛り溶接を効率よく行うために有効な技術として、特許文献１には、円周方向に沿った溶接方向に一定の間隔を隔てた先行トーチＡと後行トーチＢを備えたデュアルトーチ式の溶接ヘッドを用い、該溶接ヘッドを溶接方向に所定の移動速度（溶接速度）で移動させることにより、図３に積層イメージを示すように、先行トーチＡでビードを形成しながら、該ビードの上に一定間隔離れた後行トーチＢによるビードが積層されるようにして、６層を（１Ａ＋１Ｂ）（２Ａ＋２Ｂ）（３Ａ＋３Ｂ）の３周の走行で積層できるようにし、単一トーチの溶接ヘッドによる場合に比べて２倍の速度で溶接することができるようにしたものが開示されている。 By the way, as an effective technique for efficiently performing multi-layer welding as described above, Patent Document 1 discloses a leading torch A and a trailing torch B that are spaced apart in the welding direction along the circumferential direction. By using the dual torch type welding head provided and moving the welding head at a predetermined moving speed (welding speed) in the welding direction, a bead is formed with the preceding torch A as shown in a stacked image in FIG. On the other hand, the beads by the trailing torch B spaced apart from each other by a certain distance are stacked on the bead so that the six layers can be stacked by traveling three rounds of (1A + 1B) (2A + 2B) (3A + 3B) There is disclosed a technique capable of welding at a speed twice as high as that in the case of using a torch welding head.
前記従来のデュアルトーチ式の溶接ヘッドを備えた溶接機では、先行トーチと後行トーチが溶接方向（円周方向）に一定間隔を隔てて同じ溶接ヘッドの台車に搭載されているため、該溶接ヘッド（台車）を円周方向に所定の速度で移動させながら溶接する場合には、両トーチは常に同一の溶接速度で移動することになるため、両トーチともそれぞれ溶接電流やワイヤ送給速度等の他の溶接条件が安定していれば、所定の厚さからなる高精度な多層溶接が容易に実現できる。 In the welding machine having the conventional dual torch type welding head, the leading torch and the trailing torch are mounted on the carriage of the same welding head at regular intervals in the welding direction (circumferential direction). When welding while moving the head (cart) at a predetermined speed in the circumferential direction, both torches always move at the same welding speed, so both the torch have welding current, wire feed speed, etc. If other welding conditions are stable, highly accurate multi-layer welding having a predetermined thickness can be easily realized.
しかしながら、前述した固定管の突合せ端部の内周面に全周に亘って裏当てした複数の裏当材に、それぞれ隣接する裏当材との間に隙間が存在すると、その隙間位置ではビード高さ（溶着高さ）が低くなることから、それまでの標準高さを確保するためには、その位置での溶接金属の必要量が変化する（この場合は増大する）ことになるため、溶接制御の上からは外乱となる。 However, if there are gaps between the backing materials adjacent to the inner circumferential surface of the abutting end portion of the fixed tube, and the adjacent backing materials, the bead is located at the gap position. Since the height (welding height) is low, the required amount of weld metal at that position will change (in this case, increase) in order to secure the standard height up to that point, From the viewpoint of welding control, it becomes a disturbance.
図４（Ａ）には、溶接後に裏当材を外した固定管の内周面の一部を斜め方向から撮影した写真を、同図（Ｂ）にはその中の裏当材の隙間があった位置（矩形ａの内側）のビードを拡大した写真を示す。後者にｂで示す裏当材の隙間があった位置では図面からは判り難いが、ビードが裏側に凸状態になっていることから、これに対応する表側のビードは凹状態になっており、これが円周溶接の制御の上では外乱となる。 Fig. 4 (A) shows a photograph of a part of the inner peripheral surface of the fixed tube from which the backing material has been removed after welding taken from an oblique direction, and Fig. 4 (B) shows a gap in the backing material in the photograph. The photograph which expanded the bead of the position (inside rectangle a) was shown. Although it is difficult to understand from the drawing at the position where the gap of the backing material indicated by b in the latter, since the bead is in a convex state on the back side, the corresponding bead on the front side is in a concave state, This is a disturbance in the control of circumferential welding.
そのため、固定管の円周溶接を前記デュアルトーチ式の溶接ヘッドで実施する際に、先行トーチが裏当材の隙間等の外乱位置で、ビード高さが均一になるように部分的に溶接速度を変化させるときは、後行トーチも同じ台車に搭載されていることから同期して溶接速度が変化することになるため、対応する位置の溶接部に対する後行トーチによる単位溶接長さ当りの溶着量が変化し、ビード高さが不均一になるという問題がある。 Therefore, when the circumferential welding of the fixed pipe is performed with the dual torch type welding head, the welding speed is partially increased so that the bead height is uniform at the disturbance position such as the gap of the backing material. Since the welding speed changes synchronously because the succeeding torch is also mounted on the same carriage, the welding per unit weld length by the succeeding torch on the weld at the corresponding position. There is a problem that the amount changes and the bead height becomes non-uniform.
本発明は、前記従来の問題点を解消すべくなされたもので、裏当材の隙間等の外乱位置で台車の移動速度を変更して先行トーチの溶接速度を変化させる場合でも、後行トーチによる溶着高さを常に速度変更前の標準状態（高さ）を保つように制御することを課題とする。 The present invention has been made to solve the above-mentioned conventional problems, and even when the welding speed of the preceding torch is changed by changing the moving speed of the carriage at a disturbance position such as a gap in the backing material, It is an object of the present invention to control the welding height by the method so as to always maintain the standard state (height) before the speed change.
本発明は、固定管の円周溶接方法において、固定管の突合せ端部に沿って円周方向に配置された走行レール上を移動する台車と、該台車に円周に沿った溶接方向に離間して配設され、前記突合せ端部に対して進退動可能な先行トーチ及び後行トーチと、各トーチの先端から溶接用ワイヤをそれぞれ任意の送給速度で前記突合せ端部へ送給するワイヤ送給機構とを備えた溶接ヘッドにより、前記台車を走行レールに沿って円周方向に移動させながら、後行トーチによる単位溶接長さ当りの溶着量が一定になるように、所定の溶接速度で前記突合せ端部をアーク溶接する際、外乱位置で、前記台車の移動速度の変更分を相殺するように前記後行トーチを固定管の円周方向にスライドさせることにより、前記課題を解決したものである。 The present invention relates to a circumferential welding method for a fixed pipe, wherein the carriage moves on a traveling rail disposed in a circumferential direction along the butt end portion of the fixed pipe, and is separated from the carriage in the welding direction along the circumference. A leading torch and a trailing torch that can be moved forward and backward with respect to the butt end, and a wire that feeds a welding wire from the tip of each torch to the butt end at an arbitrary feeding speed. by welding head with a feed mechanism, while moving circumferentially along the carriage on the running rail, as deposition rate per unit weld length by the trailing torch becomes constant, predetermined welding speed In the arc welding of the butt end portion, the problem is solved by sliding the trailing torch in the circumferential direction of the fixed pipe so as to cancel the change in the moving speed of the carriage at the disturbance position . Is.
本方法発明においては、前記後行トーチを固定管の円周方向にスライドさせる円周方向スライド機構を前記台車に設け、外乱位置で前記台車の円周方向の移動速度を変更して前記先行トーチの溶接速度を変化させる場合、前記円周方向スライド機構により前記後行トーチを、前記台車に対して速度変更分を相殺する相対速度でスライドさせ、該後行トーチを変更前と同一の溶接速度に維持するようにしてもよい。 In the method invention, a circumferential slide mechanism that slides the trailing torch in the circumferential direction of the fixed tube is provided in the carriage, and the moving speed in the circumferential direction of the carriage is changed at a disturbance position to change the preceding torch. When the welding speed is changed, the trailing torch is slid at a relative speed that cancels the speed change with respect to the carriage by the circumferential slide mechanism, and the trailing torch is the same welding speed as before the change. You may make it maintain to.
本発明は、固定管の突合せ端部に沿って円周方向に配置された走行レール上を移動する台車と、該台車に円周に沿った溶接方向に離間して配設され、前記突合せ端部に対して進退動可能な先行トーチ及び後行トーチと、各トーチの先端から溶接用ワイヤをそれぞれ任意の送給速度で前記突合せ端部へ送給するワイヤ送給機構とを備えた溶接ヘッドにより、前記台車を走行レールに沿って円周方向に移動させながら、後行トーチによる単位溶接長さ当りの溶着量が一定になるように、所定の溶接速度で前記突合せ端部をアーク溶接する固定管の円周溶接装置であって、前記後行トーチを固定管の円周方向にスライドさせる円周方向スライド機構が前記台車に設けられ、外乱位置で前記台車の円周方向の移動速度を変更して前記先行トーチの溶接速度を変化させる場合、前記円周方向スライド機構により前記後行トーチを、前記台車に対して速度変更分を相殺する相対速度でスライドさせ、該後行トーチを変更前と同一の溶接速度に維持する制御手段を備えたことにより、同様に前記課題を解決したものである。 The present invention relates to a carriage that moves on a traveling rail disposed in a circumferential direction along a butt end portion of a fixed pipe, and spaced apart in the welding direction along the circumference of the trolley. Welding head comprising a leading torch and a trailing torch capable of moving forward and backward with respect to a portion, and a wire feeding mechanism for feeding a welding wire from the tip of each torch to the butt end at an arbitrary feeding speed. Thus, the butt end portion is arc welded at a predetermined welding speed so that the welding amount per unit welding length by the subsequent torch becomes constant while moving the carriage in the circumferential direction along the traveling rail. A fixed pipe circumferential welding device, wherein the carriage is provided with a circumferential slide mechanism that slides the trailing torch in the circumferential direction of the fixed pipe, and the movement speed of the carriage in the circumferential direction is increased at a disturbance position. Change the welding of the preceding torch When changing the degree, the trailing torch is slid at a relative speed that cancels the speed change with respect to the carriage by the circumferential slide mechanism, and the trailing torch is maintained at the same welding speed as before the change. The above-described problem is solved in the same manner by providing the control means .
本装置発明においては、又、前記円周方向スライド機構が、前記走行レールと実質同一の曲率で形成された円弧形状のスライドバーと、該スライドバーの内周側端部を円周方向に案内する複数のガイドローラと、前記スライドバーの外周側端部に当接し、該スライドバーを円周方向に駆動する駆動ローラと、該駆動ローラを回転させる駆動モータと、を備えるようにしてもよい。 In the present invention, the circumferential slide mechanism also guides an arcuate slide bar formed with substantially the same curvature as the traveling rail and an inner peripheral side end of the slide bar in the circumferential direction. A plurality of guide rollers, a driving roller that is in contact with an outer peripheral end of the slide bar and drives the slide bar in a circumferential direction, and a drive motor that rotates the drive roller. .
本発明によれば、固定管を円周溶接する際、裏当材の隙間等の外乱位置で先行トーチによる溶接速度を変更したとしても、後行トーチを円周方向にスライドさせることにより溶接速度を一定に制御できるようにしたので、後行トーチにより常に一定のビード高さに溶接することが可能となる。 According to the present invention, when the fixing pipe is circumferentially welded, even if the welding speed by the leading torch is changed at a disturbance position such as a gap of the backing material, the welding speed is obtained by sliding the trailing torch in the circumferential direction. Can be controlled to be constant, so that it is possible to always weld to a constant bead height by the trailing torch.
以下、図面を参照して本発明の実施形態を詳細に説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
本実施形態の固定管の円周溶接方法には、図５に全体の構成を示す自動溶接装置１が適用される。 The automatic welding apparatus 1 whose whole structure is shown in FIG. 5 is applied to the circumferential welding method of the fixed pipe of this embodiment.
この自動溶接装置１は、鋼管１０を円周溶接する溶接ヘッド１２に先行トーチ１３Ａと後行トーチ１３Ｂを備えていると共に、対応する先行用、後行用溶接電源ユニット２１Ａ、２１Ｂを備えている以外は、前記図１に示したものと基本的に同一である。 The automatic welding apparatus 1 includes a leading torch 13A and a trailing torch 13B on a welding head 12 that circumferentially welds the steel pipe 10, and also includes corresponding leading and trailing welding power supply units 21A and 21B. Except for this, it is basically the same as that shown in FIG.
図６には、環状の走行レール１１上を走行する台車１２Ａをベースとする溶接ヘッド１２を模式的に示す。この溶接ヘッド１２の台車１２Ａには、矢印で示す溶接方向の台車前方の溶接部（ビード）や外乱位置等をモニタするカメラ１８と、前方と後方にそれぞれ先行トーチ１３Ａ、後行トーチ１３Ｂへ溶接用金属ワイヤ１６を供給する前リール１４Ａ、後リール１４Ｂが、それぞれ配設されている。 FIG. 6 schematically shows a welding head 12 based on a carriage 12 </ b> A that travels on an annular traveling rail 11. The welding head 12 has a carriage 12A welded to the front torch 13A and the trailing torch 13B, respectively, on the front and rear of the camera 18 for monitoring the welding portion (bead) in the welding direction indicated by the arrow and the disturbance position. A front reel 14A and a rear reel 14B for supplying the metal wire 16 are provided.
また、先行トーチ１３Ａ、後行トーチ１３Ｂは、いずれも図７に先端部分を拡大して示すように、内部を挿通した溶接用金属ワイヤ１６を先端から供給可能であると共に、トーチ自体を溶接方向（円周方向）に直交するパイプ厚方向（図中上下方向）に溶接金属ワイヤ１６の送給とは独立に進退動可能に前記台車に搭載されている。 Further, as shown in FIG. 7, the leading torch 13A and the trailing torch 13B are capable of supplying the welding metal wire 16 inserted through the inside from the tip, and the torch itself in the welding direction. It is mounted on the carriage so as to be able to move forward and backward independently of the feeding of the weld metal wire 16 in the pipe thickness direction (vertical direction in the figure) perpendicular to the (circumferential direction).
図８（Ａ）、（Ｂ）には、溶接ヘッドの平面図と正面図を、図９には、溶接台車を移動する走行軸機構を、図１０には、溶接ヘッドの要部背面を、それぞれ示す。 8A and 8B are a plan view and a front view of the welding head, FIG. 9 is a traveling shaft mechanism for moving the welding carriage, FIG. 10 is a main part rear surface of the welding head, Each is shown.
この溶接ヘッド１２には、先行トーチ１３Ａ、後行トーチ１３Ｂに、リール１４Ａ、１４Ｂからそれぞれ溶接用ワイヤ１６を送給するための送給軸機構（図中、Ｖｆ軸１、Ｖｆ軸２）が設けられている。又、各トーチ１３Ａ、１３Ｂをパイプ厚方向にそれぞれ進退動させる２つのＹ軸スライドブロック（Ｙ軸機構、図中Ｙ軸１、Ｙ軸２）と、パイプ軸方向にそれぞれ揺動する２つのＸ軸スライドブロック（Ｘ軸機構、図中Ｘ軸１、Ｘ軸２）とが設けられている。 The welding head 12 has a feed shaft mechanism (Vf axis 1 and Vf axis 2 in the figure) for feeding the welding wire 16 from the reels 14A and 14B to the leading torch 13A and the trailing torch 13B, respectively. Is provided. In addition, two Y-axis slide blocks (Y-axis mechanism, Y-axis 1 and Y-axis 2 in the figure) for moving each torch 13A, 13B forward and backward in the pipe thickness direction, and two X-axis swinging in the pipe axis direction, respectively. An axis slide block (X axis mechanism, X axis 1 and X axis 2 in the figure) is provided.
ワイヤ送給用のＶｆ軸は、図１１（Ａ）に正面図、同図（Ｂ）にＡ−Ａ方向要部側面図を示すように、送給ローラ３０をＶｆモータ３１で回転させることにより、リール１４から引き出された溶接用ワイヤ１６を線癖矯正ローラ３２を通してトーチ１３に正確に送給できるようになっている。 The Vf axis for wire feeding is obtained by rotating the feeding roller 30 with a Vf motor 31 as shown in FIG. 11 (A) as a front view and as shown in FIG. The welding wire 16 drawn from the reel 14 can be accurately fed to the torch 13 through the wire wrinkle correction roller 32.
Ｘ軸（１、２）は、図１２に概略を示すように、Ｘ軸モータ３３によりプーリベルトを介してプーリ３５を回転させ、該プーリ３５に固定されているボールねじ３６を回転させることにより、ボールナット３７に固定されているトーチ１３が、矢印で示すＸ方向に揺動（進退動）可能になっている。 As shown schematically in FIG. 12, the X-axis (1, 2) is rotated by rotating a pulley 35 via a pulley belt by an X-axis motor 33 and rotating a ball screw 36 fixed to the pulley 35. The torch 13 fixed to the ball nut 37 can swing (advance and retreat) in the X direction indicated by the arrow.
Ｙ軸（１、２）は、設置方向、即ち進退動させる方向が異なるだけで、基本的な構成はＸ軸（１、２）と同一である。 The Y-axis (1, 2) has the same basic configuration as the X-axis (1, 2) except that the installation direction, that is, the direction in which it moves forward and backward is different.
前記図９（Ａ）に下から見た状態を、同図（Ｂ）に走行方向から見た状態を模式的に示したように、溶接台車走行軸機構（図中、Ｚ軸）は、以上の各軸機構を搭載した台車１２Ａを、一体的に前記走行レール１１上を、Ｚ軸モータ１９によりギア１９Ａ、１９Ｂを介して駆動軸２５Ａに支持された駆動車輪２５を回転させることにより、任意速度で移動させることが可能となっている。なお、この台車１２Ａでは、走行レール１１に直交する方向に揺動するアーム２８Ａに支持された固定用車輪２８を該レールの下側に当接させ、締込ねじを締めることにより、該レール１１に沿って安定して移動できるようにしてある。又、図中、符号１６Ａはワイヤガイドである。 As shown schematically in FIG. 9 (A) from the bottom and in FIG. 9 (B) from the direction of travel, the welding cart travel shaft mechanism (Z-axis in the figure) is as described above. By rotating the drive wheel 25 supported on the drive shaft 25A by the Z-axis motor 19 via the gears 19A and 19B on the traveling rail 11 as a unit, the carriage 12A equipped with each of the shaft mechanisms can be arbitrarily set. It can be moved at speed. In this carriage 12A, a fixing wheel 28 supported by an arm 28A that swings in a direction orthogonal to the traveling rail 11 is brought into contact with the lower side of the rail, and a tightening screw is tightened, whereby the rail 11 It can be moved stably along. In the figure, reference numeral 16A denotes a wire guide.
本実施形態では、又、前記台車１２Ａに対して、前記後行トーチ１３Ｂを固定管の円周方向に移動させて相対速度を変更するためのβ軸スライドブロック（円周方向スライド機構）が備えられている。 In the present embodiment, a β-axis slide block (circumferential slide mechanism) is provided for changing the relative speed by moving the trailing torch 13B in the circumferential direction of the fixed pipe with respect to the carriage 12A. It has been.
図１３（Ａ）には、円周方向スライド機構（以下、β軸機構ともいう）の正面図、同図（Ｂ）には、そのＢ−Ｂ断面図を示す。 FIG. 13A is a front view of a circumferential slide mechanism (hereinafter also referred to as a β-axis mechanism), and FIG.
このβ軸機構は、β軸を構成するスライドバー４０を備えており、このスライドバー４０はパイプ１０の管周の曲率、即ち走行レール１１の曲率と実質同一の曲率で形成された円弧形状の板部材からなり、その内周側と外周側（図中、上下方向）の端部はそれぞれ横断面が略三角形状に形成されている。 This β-axis mechanism includes a slide bar 40 constituting the β-axis, and this slide bar 40 has an arc shape formed with a curvature of the pipe 10, that is, a curvature substantially the same as the curvature of the traveling rail 11. It consists of a plate member, and the cross section is formed in the substantially triangular shape at the edge part of the inner peripheral side and the outer peripheral side (up-down direction in the figure), respectively.
このスライドバー４０の下方には、少なくとも２つのガイドローラ４１が円周方向に沿って配設されており、該スライドバー４０の下端部を、対応する凹部形状を有するこれらガイドローラ４１により下方から支持すると共に、円周方向の所定範囲に亘って案内移動可能になっている。 Below the slide bar 40, at least two guide rollers 41 are disposed along the circumferential direction, and the lower end of the slide bar 40 is lowered from below by the guide rollers 41 having a corresponding concave shape. While being supported, it can be guided and moved over a predetermined range in the circumferential direction.
又、このスライドバー４０の上端部に当接する位置には、前記ガイドローラ４１と同形状の駆動ローラ４２が、駆動ギア４３と同軸に支持された状態で配設されている。 Further, a drive roller 42 having the same shape as the guide roller 41 is disposed at a position in contact with the upper end portion of the slide bar 40 while being supported coaxially with the drive gear 43.
この駆動ギア４３は、その上方に配設されたβ軸モータ（駆動モータ）４４に、その回転軸に固定された第１ベベルギア４５と、これに噛合する第２ベベルギア４６と同軸の平歯車４７を介して連結されている。 The drive gear 43 includes a β-axis motor (drive motor) 44 disposed thereabove, a first bevel gear 45 fixed to the rotation shaft, and a spur gear 47 coaxial with the second bevel gear 46 meshing therewith. It is connected through.
以上説明したβ軸機構は、図１３に示したスライドバー４０に固定された治具プレート４８を介してＸ軸機構が固定され、これを介して後行トーチ１３Ｂを支持するＹ軸機構が固定されており、この治具プレート４８と反対側等の干渉しない位置が台車１２Ａの本体に、例えば図示しない部材を介して固定される。 In the β-axis mechanism described above, the X-axis mechanism is fixed via the jig plate 48 fixed to the slide bar 40 shown in FIG. 13, and the Y-axis mechanism that supports the trailing torch 13B is fixed via this. The position that does not interfere with the jig plate 48 is fixed to the main body of the carriage 12A via a member (not shown), for example.
即ち、このβ軸機構では、β軸モータ４４を正転又は逆転されることにより、前記スライドバー４０を介して後行トーチ１３Ｂを、台車１２Ａに対して任意の相対速度で移動させることが可能となっている。 That is, in this β-axis mechanism, it is possible to move the trailing torch 13B at an arbitrary relative speed with respect to the carriage 12A via the slide bar 40 by rotating the β-axis motor 44 forward or backward. It has become.
図１４には、以上の各軸機構の位置関係と制御方向のイメージを示す。 FIG. 14 shows an image of the positional relationship and control direction of each of the above shaft mechanisms.
従って、本実施形態に用いられる自動溶接装置１では、図１４に制御系の構成を概念的に示すように、溶接ヘッド１２を溶接方向に移動させる台車走行速度を制御するＺ軸機構と、先行トーチ１３Ａ、後行トーチ１３Ｂを介して供給する金属ワイヤ１６のワイヤ供給速度をそれぞれ制御するＶｆ軸１、Ｖｆ軸２と、各トーチ１３Ａ、１３Ｂを溶接方向に対して横方向に揺動させるウィービング時の揺動幅、揺動速度、開先線倣いをそれぞれ制御するＸ軸１、Ｘ軸２と、各トーチ１３Ａ、１３Ｂの図７中上下位置をそれぞれ制御するＹ軸１、Ｙ軸２とからなる合計７軸の駆動機構を、前記制御装置（制御手段）２０により制御している。また、図示されているように、Ｚ軸とＸ軸１、Ｘ軸２とは、それぞれ前記リモコンボックス（制御手段）２６によって微調整可能になっている。 Therefore, in the automatic welding apparatus 1 used in the present embodiment, as conceptually shown in FIG. 14 as the configuration of the control system, the Z-axis mechanism that controls the carriage traveling speed for moving the welding head 12 in the welding direction, Weaving for swinging the torches 13A and 13B laterally with respect to the welding direction, and the Vf shaft 1 and Vf shaft 2 for controlling the wire feeding speed of the metal wire 16 fed through the torch 13A and the trailing torch 13B, respectively. X-axis 1 and X-axis 2 for controlling the swing width, swing speed and groove line scanning, respectively, and Y-axis 1 and Y-axis 2 for controlling the vertical positions of each torch 13A and 13B in FIG. The control mechanism (control means) 20 controls a total of seven shaft drive mechanisms. As shown in the figure, the Z axis, the X axis 1 and the X axis 2 can be finely adjusted by the remote control box (control means) 26, respectively.
又、本実施形態では、前記リモコンボックス２６によりＺ軸機構の速度微調整が行われると、その速度変化ΔＶが前記制御装置２０に伝達されるため、該制御装置２０から前記β軸機構（円周スライド機構）に、その変化分を相殺する−ΔＶの速度変更指令が出力される。 Further, in this embodiment, when the speed of the Z-axis mechanism is finely adjusted by the remote control box 26, the speed change ΔV is transmitted to the control device 20, so that the control device 20 transmits the β-axis mechanism (circle). A speed change command of −ΔV that cancels the change is output to the circumferential slide mechanism.
以上、詳述した自動溶接装置１を用いて行う本実施形態の制御原理について説明する。溶接速度、即ち溶接ヘッド１２（台車１２Ａ）のＺ軸による移動速度は、前記図３にイメージを示した各層毎の溶接位置に応じて、前記制御装置２０にプリセットデータとして入力され、溶接時にはその数値がＺ軸機構に出力される。このプリセットデータとしては、裏当材の隙間等の外乱位置や、その位置での速度変化量等も含まれる。 The control principle of this embodiment performed using the automatic welding apparatus 1 described in detail above will be described. The welding speed, that is, the moving speed of the welding head 12 (cart 12A) by the Z-axis is input as preset data to the control device 20 according to the welding position of each layer shown in FIG. Numerical values are output to the Z-axis mechanism. The preset data includes a disturbance position such as a gap in the backing material, a speed change amount at the position, and the like.
円周溶接を前記デュアルトーチ式の溶接ヘッドで実施する際、前記カメラ１８により先行トーチ１３Ａが裏当材の隙間等の外乱位置に到達したことが観察されたため、該外乱位置で、ビード高さが均一になるように部分的に溶接速度を変化させたときには、後行トーチ１３Ｂも同期して溶接速度が変化することになるため、後行トーチ１３Ｂの対応する溶接部への溶着量が変化し、ビード高さが不均一になるという問題がある。 When carrying out circumferential welding with the dual torch type welding head, it was observed by the camera 18 that the leading torch 13A had reached a disturbance position such as a gap in the backing material. When the welding speed is partially changed so as to be uniform, the welding speed of the succeeding torch 13B also changes synchronously, so that the amount of welding of the succeeding torch 13B to the corresponding welded portion changes. However, there is a problem that the bead height becomes uneven.
通常の溶接位置に対する溶接では、金属ワイヤ１６の供給が、次式（１）で与えられるワイヤ送給速度Ｖｆで行われる。 In welding at a normal welding position, the metal wire 16 is supplied at a wire feed speed Vf given by the following equation (1).
Ｖｆ＝ＡＩ＋ＢＬＩ2 ・・・（１）
（Ｉ：溶接電流 Ｌ：ワイヤ突出し長さ Ａ，Ｂ：定数）
Vf = AI + BLI 2 (1)
(I: welding current L: wire protrusion length A, B: constant)
このワイヤ送給に際しては、前記溶接電源ユニット２１Ａ、２１Ｂの端子に設けられている電流計で溶接電流を常にモニタリングし、電流値が一定になるように前記図７に示したようにトーチ１３の位置をＹ軸機構により制御し、ワイヤ突出し長さＬが一定になるように制御する。なお、図７に示したｌａばアーク長さである。 When this wire is fed, the welding current is constantly monitored by an ammeter provided at the terminals of the welding power supply units 21A and 21B, and the torch 13 has a constant current value so that the current value becomes constant as shown in FIG. The position is controlled by the Y-axis mechanism, and the wire protruding length L is controlled to be constant. In addition, if it is shown in FIG. 7, it is an arc length.
前記デュアルトーチ式の溶接ヘッド１２で溶接する場合、先行トーチ１３Ａによる通常位置での溶接速度をＶｚ0とすると、後行トーチ１３Ｂは同一台車に一定距離隔てて搭載されているため、同一の溶接速度Ｖｚ0である。 When welding with the dual torch type welding head 12, assuming that the welding speed at the normal position by the preceding torch 13A is Vz 0 , the succeeding torch 13B is mounted on the same carriage at a certain distance, so that the same welding is performed. The speed is Vz 0 .
前記カメラ１８により先行トーチ１３Ａが裏当材１５の隙間等の外乱位置に到達したことがモニタされたため、前記リモコンボックス２６のダイヤルを使って手動により溶接速度をΔＶｚ（＋も−もある）だけ微調整したとすると、その時点での先行トーチ１３Ａ及び後行トーチ１３Ｂの溶接速度は共にＶｚ0＋ΔＶｚとなる。なお、溶接速度の微調整は自動制御で行うこともできる。 Since it was monitored by the camera 18 that the leading torch 13A reached a disturbance position such as a gap in the backing material 15, the welding speed was manually set to ΔVz (plus or minus) using the dial of the remote control box 26. If fine adjustment is made, the welding speeds of the preceding torch 13A and the succeeding torch 13B at that time are both Vz 0 + ΔVz. Note that fine adjustment of the welding speed can also be performed by automatic control.
このように変化させることにより、先行トーチ１３Ａでは所望の溶接高さが確保されるが、後行トーチ１３Ｂによる溶接位置では溶接高さが乱れることになる。 By changing in this way, a desired welding height is secured in the preceding torch 13A, but the welding height is disturbed at the welding position by the succeeding torch 13B.
後行トーチ１３Ｂの溶着高さ（ビード高さ）を一定にするためには、後行トーチ１３Ｂのワイヤ送給速度Ｖｆを変更前の標準値がＶｆ0であったとすると、Ｖｆ0×（Ｖｚ0＋ΔＶｚ）にすればよいが、ワイヤ送給速度を変化させると溶接現象に最も影響が大きい溶接電流も変化することになる。 In order to make the welding height (bead height) of the trailing torch 13B constant, if the standard value before changing the wire feeding speed Vf of the trailing torch 13B is Vf 0 , Vf 0 × (Vz 0 + ΔVz), but if the wire feed speed is changed, the welding current having the greatest influence on the welding phenomenon also changes.
そこで、本実施形態では、先行トーチ１３Ａの溶接速度をＶｚ0からＶｚ（＝Ｖｚ0＋ΔＶｚ）に変更する際、前記β軸機構により後行トーチ１３Ｂを台車１２Ａに対して−ΔＶの相対速度で移動させ、先行トーチ１３Ａの溶接速度を変更した後も、後行トーチ１３Ｂでは変更前の溶接速度Ｖｚ0に維持することにより、単位溶接長さ当りの溶着量も一定となるように維持する制御を行う。 Therefore, in this embodiment, when the welding speed of the leading torch 13A is changed from Vz 0 to Vz (= Vz 0 + ΔVz), the β-axis mechanism causes the trailing torch 13B to move at a relative speed of −ΔV with respect to the carriage 12A. Even after moving and changing the welding speed of the preceding torch 13A, the succeeding torch 13B maintains the welding speed Vz 0 before the change so that the welding amount per unit weld length is maintained constant. I do.
即ち、後行トーチ１３Ｂの速度制御の考え方は、先行トーチ１３Ａが外乱位置で速度が乱れたとしても、後行トーチ１３Ｂにおいては一定速度を保つようにすることである。従って、先行トーチ１３Ａの速度が、Ｖ＋ΔＶ（変化量ΔＶ）となったら、後行トーチ１３Ｂの速度も、Ｖ＋ΔＶになるので、後行トーチ１３Ｂの速度が一定速度を保つためには、Ｖ＋ΔＶ−ΔＶとなる。即ち、外乱位置での速度の変化量ΔＶが、ガイドローラ４１の上を逆方向に動くスライドバー４０の速度（−ΔＶ）である。 That is, the concept of speed control of the trailing torch 13B is to maintain a constant speed in the trailing torch 13B even if the speed of the leading torch 13A is disturbed at the disturbance position. Accordingly, when the speed of the preceding torch 13A becomes V + ΔV (change amount ΔV), the speed of the succeeding torch 13B also becomes V + ΔV. It becomes. That is, the speed change amount ΔV at the disturbance position is the speed (−ΔV) of the slide bar 40 moving in the reverse direction on the guide roller 41.
β軸機構により、以上のようにスライドバー４０をスライドさせて後行トーチ１３Ｂの相対速度を相殺するためのスライドバー４０のスライド範囲としては、基準位置に対して±４ｃｍとすることができる。通常の溶接速度で円周溶接する場合、例えば裏当材１５の隙間が１ｍｍであったとすると、スライドバー４０、即ち後行トーチ１３Ｂのスライド範囲としては１ｃｍ位で対応できる。 With the β-axis mechanism, the slide range of the slide bar 40 for canceling the relative speed of the trailing torch 13B by sliding the slide bar 40 as described above can be ± 4 cm with respect to the reference position. In the case of circumferential welding at a normal welding speed, for example, if the gap of the backing material 15 is 1 mm, the slide range of the slide bar 40, that is, the succeeding torch 13B, can be handled with about 1 cm.
以上のように先行トーチ１３Ａの溶接速度変更後も、後行トーチ１３Ｂについては溶接速度一定に制御することにより、先行トーチ１３Ａが裏当材の隙間等の外乱により変化した溶接速度の影響を、後行トーチ１３Ｂの溶着高さに影響を及ぼすことなく均一な溶接ビードを形成することが可能となる。 As described above, even after the welding speed of the leading torch 13A is changed, by controlling the trailing torch 13B at a constant welding speed, the influence of the welding speed that the leading torch 13A has changed due to a disturbance such as a gap in the backing material, A uniform weld bead can be formed without affecting the welding height of the trailing torch 13B.
なお、外乱位置としては、裏当材（銅板）の隙間に限られるものではなく、例えば１層目以降のビードの高さの変動部等がある。 The disturbance position is not limited to the gap between the backing material (copper plate), and includes, for example, a fluctuation portion of the height of the first and subsequent layers.
１…自動溶接装置
１０…固定管
１１…走行レール
１２…溶接ヘッド
１３、１３Ａ、１３Ｂ…トーチ
１４、１４Ａ、１４Ｂ…リール
１５…裏当材
１６…溶接用金属ワイヤ
１７…インナークランパ
１８…カメラ
２０…制御装置（制御盤）
２１、２１Ａ、２１Ｂ…溶接電源ユニット
２２…電源ケーブル
２３…制御ケーブル
２４…ガスボンベ
２６…リモコンボックス
２７…ガスホース
４０…スライドバー
４１…ガイドローラ
４２…駆動ローラ
４４…β軸モータ
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Automatic welding apparatus 10 ... Fixed pipe 11 ... Traveling rail 12 ... Welding head 13, 13A, 13B ... Torch 14, 14A, 14B ... Reel 15 ... Backing material 16 ... Metal wire for welding 17 ... Inner clamper 18 ... Camera 20 ... Control device (control panel)
21, 21A, 21B ... Welding power unit 22 ... Power cable 23 ... Control cable 24 ... Gas cylinder 26 ... Remote control box 27 ... Gas hose 40 ... Slide bar 41 ... Guide roller 42 ... Drive roller 44 ... β-axis motor
Claims (4)
外乱位置で、前記台車の移動速度の変更分を相殺するように前記後行トーチを固定管の円周方向にスライドさせることを特徴とする固定管の円周溶接方法。 A carriage that moves on a traveling rail disposed in a circumferential direction along the abutting end of the fixed tube, and a carriage that is spaced apart in the welding direction along the circumference of the carriage, with respect to the abutting end The carriage is provided with a welding head comprising a leading torch and a trailing torch that can move forward and backward, and a wire feeding mechanism that feeds a welding wire from the tip of each torch to the butt end at an arbitrary feeding speed. When arc welding the butt end at a predetermined welding speed so that the amount of welding per unit weld length by the subsequent torch is constant while moving in the circumferential direction along the traveling rail,
A circumferential welding method for a fixed pipe , wherein the trailing torch is slid in the circumferential direction of the fixed pipe so as to cancel the change in the moving speed of the carriage at a disturbance position .
外乱位置で前記台車の円周方向の移動速度を変更して前記先行トーチの溶接速度を変化させる場合、前記円周方向スライド機構により前記後行トーチを、前記台車に対して速度変更分を相殺する相対速度でスライドさせ、該後行トーチを変更前と同一の溶接速度に維持することを特徴とする請求項１に記載の固定管の円周溶接方法。 The carriage is provided with a circumferential slide mechanism for sliding the trailing torch in the circumferential direction of the fixed tube,
When changing the welding speed of the preceding torch by changing the moving speed of the carriage in the circumferential direction at the disturbance position, the trailing torch is offset by the circumferential slide mechanism with respect to the carriage. The circumferential welding method for a fixed pipe according to claim 1, wherein the following torch is maintained at the same welding speed as before the change by sliding at a relative speed.
前記後行トーチを固定管の円周方向にスライドさせる円周方向スライド機構が前記台車に設けられ、
外乱位置で前記台車の円周方向の移動速度を変更して前記先行トーチの溶接速度を変化させる場合、前記円周方向スライド機構により前記後行トーチを、前記台車に対して速度変更分を相殺する相対速度でスライドさせ、該後行トーチを変更前と同一の溶接速度に維持する制御手段を備えたことを特徴とする固定管の円周溶接装置。 A carriage that moves on a traveling rail disposed in a circumferential direction along the abutting end of the fixed tube, and a carriage that is spaced apart in the welding direction along the circumference of the carriage, with respect to the abutting end The carriage is provided with a welding head comprising a leading torch and a trailing torch that can move forward and backward, and a wire feeding mechanism that feeds a welding wire from the tip of each torch to the butt end at an arbitrary feeding speed. Of the fixed pipe that arc-welds the butt end at a predetermined welding speed so that the amount of welding per unit welding length by the trailing torch is constant while moving in the circumferential direction along the traveling rail. A circumferential welding device,
A circumferential slide mechanism that slides the trailing torch in the circumferential direction of the fixed tube is provided in the carriage,
When changing the welding speed of the preceding torch by changing the moving speed of the carriage in the circumferential direction at the disturbance position, the trailing torch is offset by the circumferential slide mechanism with respect to the carriage. A fixed pipe circumferential welding apparatus comprising control means for sliding at a relative speed to maintain the subsequent torch at the same welding speed as before the change .
前記走行レールと実質同一の曲率で形成された円弧形状のスライドバーと、
該スライドバーの内周側端部を円周方向に案内する複数のガイドローラと、
前記スライドバーの外周側端部に当接し、該スライドバーを円周方向に駆動する駆動ローラと、
該駆動ローラを回転させる駆動モータと、を備えていることを特徴とする請求項３に記載の固定管の円周溶接装置。 The circumferential slide mechanism is
An arc-shaped slide bar formed with substantially the same curvature as the traveling rail;
A plurality of guide rollers for guiding the inner peripheral side end of the slide bar in the circumferential direction;
A driving roller that contacts the outer peripheral side end of the slide bar and drives the slide bar in the circumferential direction;
The circumferential welding apparatus for a fixed pipe according to claim 3 , further comprising: a drive motor that rotates the drive roller.
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