JP5590912B2 - シャー切断鋼板用突き合せ自動溶接装置 - Google Patents
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Description
溶接線に沿って走行自在な台車に、シャー切断エッジの突き合せ部を検出する突合せ検出装置と、当該突合せ検出装置の後方で突き合せ部を先行溶接する先行アーク溶接装置と、当該先行溶接機の所定距離後方に配置されて前記突き合せ部を後続溶接する後続アーク溶接装置と、前記突合せ検出装置により検出された検出信号に基づいて、先行アーク溶接装置および後続アーク溶接装置の溶接条件を制御する溶接条件制御装置とを具備し、
突合せ検出装置は、エアノズルから突き合せ部の上面に検出エアを吹き付け、検出エアの背圧を検出して当該突き合せ部の形状を検出するように構成され、
先行アーク溶接装置は、小さい入熱量で突き合せ部の間隙を閉塞するようにその表面を先行溶接するアーク溶接機であり、
後続アーク溶接装置は、先行アーク溶接装置より大きい入熱量で、突き合せ部の溶け込みが深くなるように少なくとも表面を後続溶接するサブマージドアーク溶接機であり、
溶接条件制御装置は、突合せ検出装置により突き合せ部のルート間隔が大きいと判断した時に、先行アーク溶接装置の入熱量が大きくなるように、溶接電流と溶接電圧と溶接速度を制御し、突合せ検出装置により突き合せ部のルート間隔が小さいと判断した時に、先行アーク溶接装置の入熱量が小さくなるように、溶接電流と溶接電圧と溶接速度を制御し、さらに突合せ検出装置により突き合せ部のルート間隔が所定値以下の時に先行アーク溶接装置による溶接を停止するように構成されたことを特徴とする。
突合せ検出装置は、溶接線に平行な軸心周りに揺動されるエアノズルと、当該エアノズルの揺動角を検出する揺動角検出部と、前記エアノズルから噴射された検出エアの背圧を検出する背圧検出部と、当該背圧検出部と前記揺動角検出部の検出値から、突き合せ部のルート間隔、溶接狙い位置およびルート深さを求める突き合せ部形状判断部とを具備したことを特徴とする。
突合せ検出装置は、突き合せ部の長さ方向に略直角な幅方向に互いに平行に配置されて検出エアをそれぞれ噴射する複数のエアノズルと、当該エアノズルから噴射された検出エアの背圧をそれぞれ検出する背圧検出部と、当該背圧検出部により検出された背圧検出値に基づき、各エアノズルから突き合せ部までの距離を求め、突き合せ部のルート位置と、溶接狙い位置、ルート深さを求める突合せ部形状判断部とを具備したことを特徴とする。
さらに、突き合せ検出装置により検出された突き合せ部のルート間隔やルート位置、ルート深さから、溶接ワイヤのアーク発生点を適正な位置に制御することができ、良好な溶接が可能となる。またルート間隔が小さいか、無い場合には、先行アーク溶接装置を停止して、後続アーク溶接装置でのみ溶接することで、抜け落ちのない良好な接合が可能となり、効率よく溶接作業を行うことができる。
(全体構造)
図1に示すように、作業定盤14上にガイド材(図示せず)を介して、表面が上面となるように2枚の鋼板11,12を、そのシャー切断エッジを互いに突き合せて固定し、一方の鋼板11上に溶接台車(台車)21が配置され、この溶接台車21は、走行駆動装置27により回転駆動される走行車輪(図示せず)により、ガイド装置26を介して突き合せ部13の長さ方向(溶接線)に沿って走行される。この溶接台車21の走行速度=溶接速度は、走行制御装置28により走行駆動装置28を制御して行われる。
図2に示すように、大型の圧延鋼板11,12は、そのミルエッジがシャー切断機により切断されて不規則なシャー切断エッジを呈している。ここで使用される鋼板11,12は、その厚みt=6mm〜20mmである。そして表面を上面として2枚の鋼板11,12のシャー切断エッジを突き合せた場合、この突き合せ部13の表面ルート幅(表面の開口部幅):Ga=0〜10mm、中間部ルート間隔(中間部の開口部幅):Gb=0〜10mm、裏面ルート間隔(裏面の開口部幅):Gb=0〜10mmである。また表面垂れ量:σa=0〜−10mm、裏面垂れ量:σb=0〜5mmである。ここで表面とは、切断時にシャー切断刃が最初に当たった面をいう。突き合せ部13の基本的な断面形状は、図3(a)に示すように、表面ルート間隔Gaがたとえば1mm以上で、かつ中間ルート間隔Gbおよび/または裏面ルート間隔Gcが当接している一般的な開先形状部Raと、図3(b)に示すように、表面、中間、裏面ルート間隔Ga,Gb,Gcがそれぞれ1mm以上で貫通している連通形状部Rb、(c)は表面のルート間隔Gaが1mm未満の閉塞形状部Rcとがある。なお、表面ルート間隔Gaの1mm以上を開放、1mm未満を閉鎖状態としたが、この数値は、溶接の溶け落ちに関係する値であるため、溶接状態に応じて任意に設定できるものである。
図4,図5に示すように、突合せ検出装置22は、ノズル揺動装置32により溶接線(溶接予定線ともいう)に平行な揺動軸心O周りに往復揺動して、突き合せ部13を含む検出範囲Wに所定圧の検出エアを吹き付け幅方向に走査する1本のエアノズル31と、当該エアノズル31の揺動角θを検出する揺動角検出器32aと、エアノズル31のエア供給管33に接続された分岐管34を介して検出エアの背圧を検出する背圧検出部35と、この背圧検出部35で検出された背圧と揺動角検出器32で検出され揺動角θから突き合せ部13の表面を求める突き合せ部形状判断部36とを具備している。
突き合せ部形状判断部36では、検出エアの背圧が鋼板11,12の表面に当たる最大背圧Pmaxと、突き合せ部13を吹き抜ける最小背圧Pminとの間にあり、最大背圧Pmaxから急激に低下または最大背圧Pmaxまで急激に上昇する2つの位置を、表面ルート間隔Gaの両端と判断する。またこの表面ルート間隔Gaの中心を溶接狙い位置(溶接線)WCとする。さらに最大背圧Pmaxと、最も低い背圧の検出値Pminとの差に対して予め試験により求められたデータに基づいて、検出背圧をルート深さDとして換算する。ところで、揺動角θが大きいと、エアノズル31から突き合せ部13の表面までの距離が長くなるとともに、衝突した時の検出エアの抵抗が小さく背圧が低くなる傾向にあるため、揺動角θに基づいて補正処理しているが、その補正値が形状に影響を与えないほど小さい場合には、背圧検出部35で検出された背圧を補正せず、揺動角θを検出位置のみを示す指標として使用してもよい。
図6に示すように、先行溶接装置23には、小さい入熱量で突き合せ部13の間隙を閉塞するように突き合せ部13を溶接するシールドガスアーク溶接装置が採用されているが、小さい入熱量のノンシールドガスアーク溶接装置や被覆アーク溶接装置であっても差し支えない。
後続溶接装置24は、先行溶接装置より大きい入熱量で、突き合せ部13の溶け込みを深くできるように、フラックス中で表面の後続溶接と裏面溶接とを行うサブマージドアーク溶接機である。
溶接条件制御部25は、突き合せ部形状判断部36から入力された突き合せ部13における溶接狙い位置WCと表面ルート間隔Gaとルート深さDから、先行、後続溶接装置23,24のX軸方向調整装置45,55とY軸方向調整装置46,56にそれぞれ操作信号をして、溶接ワイヤ40,50の先端位置を制御するとともに、前記各データに基づいて溶接電流と溶接電圧と溶接速度と求め、予め先行溶接条件設定器47と後続溶接条件設定器57からそれぞれ入力された基本的な溶接データをそれぞれ補正して、溶接電源43,53に制御信号を出力し、また溶接速度に対応して走行制御装置28に操作信号を出力し、溶接台車21の走行速度、すなわち溶接速度を制御するように構成される。
i.作業定盤14上にガイド材を介して、表面が上面となるように2枚の鋼板11,12を配置し、シャー切断エッジを突き合せて鋼板11,12を固定する。
1)鋼板11,12の板厚t=6mm以上、8mm以下の場合、先行溶接と後続溶接を単独で行う時、
先行溶接装置23の溶接電流は270A、溶接電圧は29V、溶接速度は50cm/minであり、それぞれ±15%の範囲で調整する。またこの突き合せ部13に対する溶け込み深さは、表面から3mm以内、肉盛りの高さは表面から2mm以下である。
先行溶接装置23の溶接電流は280A、溶接電圧は32V、溶接速度は45cm/minであり、それぞれ±15%の範囲で調整する。またこの突き合せ部13に対する溶け込み深さは、表面から4mm以内、肉盛りの高さは表面から2mm以下である。
先行溶接装置23の溶接電流は330A、溶接電圧は31V、溶接速度は40cm/minであり、それぞれ±15%の範囲で調整する。またこの突き合せ部13に対する溶け込み深さは、表面から5mm以内、肉盛りの高さは表面から3mm以下である。
上記実施例によれば、突き合せ検出装置22により検出された突き合せ部13の形状から求められたルート間隔Ga、溶接狙い位置WC、ルート深さDに対応して、先行溶接装置23により小さい入熱量で先行溶接を行い、突き合せ部13で表面の隙間(ルート間隔Ga)を閉塞させた後、後続溶接装置24により大きい入熱量で大きい溶け込み深さの後続溶接を行うので、開先加工しないで不規則なシャー切断エッジを直接突き合せて溶接した場合でも、溶接熱による抜け落ちが生じるのを防止しつつ、十分な溶け込み深さで良好に接合することができる。
図9は、突合せ検出装置の他の実施例で、同一部材には同一符号を付して説明を省略する。
t 板厚
θ 揺動角
W 検出幅
W1 先行溶接部
W2 後続溶接部
W3 裏面溶接部
WC 溶接狙い位置(ルート位置)
Ra 開先形状部
Rb 連通形状部
Rc 閉塞形状部
11,12 鋼板
13 突き合せ部
21 溶接台車
22 突き合せ検出装置
23 先行溶接装置(先行アーク溶接装置)
24 後続溶接装置(後続アーク溶接装置)
25 溶接条件制御部
26 ガイド装置
27 走行駆動装置
28 走行制御装置
31 エアノズル
32 ノズル揺動装置
32a 揺動角検出器
35 背圧検出部
36 突き合せ部形状判断部
40 溶接ワイヤ
41 溶接ヘッド
42 ワイヤ送給装置
43 溶接電源
44 シールドガス供給装置
45 X軸方向調整装置
46 Y軸方向調整装置
47 先行溶接条件設定器
50 溶接ワイヤ
51 溶接ヘッド
52 ワイヤ送給装置
53 溶接電源
54 フラックス供給・回収装置
55 X軸方向調整装置
56 Y軸方向調整装置
57 後続溶接条件設定器
61 突き合せ検出装置
62 エアノズル
63 背圧検出部
64 突き合せ部形状判断部
Claims (3)
- シャー切断された鋼板のエッジを突き合せて溶接する自動溶接装置であって、
溶接線に沿って走行自在な台車に、シャー切断エッジの突き合せ部を検出する突合せ検出装置と、当該突合せ検出装置の後方で突き合せ部を先行溶接する先行アーク溶接装置と、当該先行溶接機の所定距離後方に配置されて前記突き合せ部を後続溶接する後続アーク溶接装置と、前記突合せ検出装置により検出された検出信号に基づいて、先行アーク溶接装置および後続アーク溶接装置の溶接条件を制御する溶接条件制御装置とを具備し、
突合せ検出装置は、エアノズルから突き合せ部の上面に検出エアを吹き付け、検出エアの背圧を検出して当該突き合せ部の形状を検出するように構成され、
先行アーク溶接装置は、小さい入熱量で突き合せ部の間隙を閉塞するようにその表面を先行溶接するアーク溶接機であり、
後続アーク溶接装置は、先行アーク溶接装置より大きい入熱量で、突き合せ部の溶け込みが深くなるように少なくとも表面を後続溶接するサブマージドアーク溶接機であり、
溶接条件制御装置は、突合せ検出装置により突き合せ部のルート間隔が大きいと判断した時に、先行アーク溶接装置の入熱量が大きくなるように、溶接電流と溶接電圧と溶接速度を制御し、突合せ検出装置により突き合せ部のルート間隔が小さいと判断した時に、先行アーク溶接装置の入熱量が小さくなるように、溶接電流と溶接電圧と溶接速度を制御し、さらに突合せ検出装置により突き合せ部のルート間隔が所定値以下の時に先行アーク溶接装置による溶接を停止するように構成された
ことを特徴とするシャー切断鋼板用突き合せ自動溶接装置。 - 突合せ検出装置は、溶接線に平行な軸心周りに揺動されるエアノズルと、当該エアノズルの揺動角を検出する揺動角検出部と、前記エアノズルから噴射された検出エアの背圧を検出する背圧検出部と、当該背圧検出部と前記揺動角検出部の検出値から、突き合せ部のルート間隔、溶接狙い位置およびルート深さを求める突き合せ部形状判断部とを具備した
ことを特徴とする請求項1記載のシャー切断鋼板用突き合せ自動溶接装置。 - 突合せ検出装置は、突き合せ部の長さ方向に略直角な幅方向に互いに平行に配置されて検出エアをそれぞれ噴射する複数のエアノズルと、当該エアノズルから噴射された検出エアの背圧をそれぞれ検出する背圧検出部と、当該背圧検出部により検出された背圧検出値に基づき、各エアノズルから突き合せ部までの距離を求め、突き合せ部のルート位置、溶接狙い位置およびルート深さを求める突合せ部形状判断部とを具備した
ことを特徴とする請求項1記載のシャー切断鋼板用突き合せ自動溶接装置。
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