JP6202258B2 - 狭開先用溶接装置 - Google Patents

Description

本発明は、一対の厚板鋼板間の上方で開口する狭開先に肉盛溶接を行うのに用いられる狭開先用溶接装置に関するものである。

従来、上記したような狭開先用溶接装置としては、例えば、特許文献１に開示されている狭開先用溶接装置がある。
この狭開先用溶接装置は、造船や橋梁等の分野において一般的に採用されている溶接装置であり、一対の厚板鋼板間の上方に向けて開口する狭開先に挿入される溶接トーチはボックス形状を成している。

このボックス形状を成す溶接トーチは、その中央に溶接ワイヤが上下方向に挿通するようになっており、この溶接ワイヤの溶接方向の前後両側に一対のガス通路が配置されている。

この狭開先用溶接装置の溶接トーチでは、狭開先内において、一対のガス通路を通して溶接ワイヤの溶接方向の前後両側にシールドガスを供給することで、すなわち、溶接部に直接シールドガスを供給することで、十分なシールド性を確保するようにしている。

特開2010-234409号公報

上記したボックス形状の溶接トーチを有する狭開先用溶接装置では、溶接トーチに一対のガス通路を配置する都合上、溶接トーチの構造が複雑なものとなり、メンテナンスや製作コストの点に難があるという問題を有していた。

また、上記した狭開先用溶接装置では、溶接トーチに一対のガス通路を配置する分だけ溶接トーチの溶接方向に沿う幅寸法が大きくなってしまい、溶接中の溶融池の監視が困難であるという問題があり、これらの問題を解決することが従来の課題となっていた。

本発明は、上記した従来の課題に着目してなされたもので、メンテナンス性の向上及び製作コストの低減を実現したうえで、良好なシールド性を確保することができ、加えて、溶接中の溶融池の監視に必要な明瞭な視界をも確保することが可能である狭開先用溶接装置を提供することを目的としている。

本発明の請求項１に係る発明は、一対の厚板鋼板（板厚２０ｍｍ以上の鋼板）間の上方に向けて開口する狭開先に沿って移動しつつ該狭開先に溶接ワイヤを送給して溶接ビードを形成する狭開先用溶接装置において、前記狭開先に昇降可能に挿入されて鉛直方向に対して前記溶接ワイヤを傾斜させつつ溶接方向の後方に向けて該溶接ワイヤを送給する溶接トーチと、前記狭開先に昇降可能に挿入されて、鉛直方向に対して傾斜する前記溶接ワイヤの先端部の直上からシールドガスを供給するシールドガスノズルと、前記シールドガスノズル内に配置されて、シールドガスを整流する板状の焼結金属から成る整流板を備えている構成としたことを特徴としており、この構成の狭開先用溶接装置を前述した従来の課題を解決するための手段としている。
また、本発明の請求項２に係る狭開先用溶接装置において、前記溶接トーチは、前記シールドガスノズルの溶接方向進行側に位置して前記溶接ワイヤを傾斜させつつ溶接方向の後方に向けて送給する構成としている。

この場合、シールドガスとしては、ＣＯ₂ガスを用いることができるほか、ＡｒガスやＣＯ₂とＡｒの混合ガスを用いることができる。

本発明の請求項１に係る狭開先用溶接装置において、溶接トーチは、溶接ワイヤを鉛直方向に対して傾斜させつつ溶接方向の後方に向けて（溶接ワイヤに後退角を付けて）溶接ワイヤを送出するようにしているので、溶けた溶接金属（溶接ビード）がアーク力で溶接方向後方に押圧されて、いわゆる狭開先内における溶融池の先行による溶接欠陥の発生が回避されることとなる。
つまり、低速度、例えば、１０ｃｍ／ｍｉｎ以下の溶接速度での施工を行い得ることとなり、１パスでの積層高さが高い肉盛溶接を行い得ることとなる。

また、溶接中において、溶接トーチを駆動して後退角の付いた溶接ワイヤの先端部を鉛直軸回りにオシレートさせれば、一対の厚板鋼板の各端面をダイレクトに狙うことができ、したがって、低入熱でも十分な溶け込み量が得られることとなって、適正条件の範囲が広い（溶接条件の自由度が広い）溶接施工を安定して行い得ることとなる。

このように、本発明の請求項１に係る狭開先用溶接装置では、一対の厚板鋼板の各端面をダイレクトに狙うことができるうえ、溶けた溶接金属をアーク力で溶接方向後方に押圧するようにしているので、狭開先内の連続肉盛溶接を行い得ることとなり、その結果、初層の溶接時において、例えば、セラミックスから成る裏当てを用いたとしても、良好な裏波を形成し得ることとなる。したがって、作業効率の向上を実現し得ることとなる。

さらに、本発明の請求項１に係る狭開先用溶接装置では、溶接ワイヤに後退角を付けるようにしているので、溶接時において溶接ワイヤの先端部（溶融地）が溶接トーチの直下から外れることとなる、すなわち、狭開先内において溶融地の直上で且つ近傍にシールドガスノズルの先端部を位置させ得ることとなる。

つまり、このシールドガスノズルから溶融地に向けてダイレクトにシールドガスを噴射することで、良好なシールド性が確保されることとなり、その結果、溶接金属に酸化やブローホールなどの欠陥を生じさせることなくアーク溶接を行い得ることとなる。

この際、溶接トーチとシールドガスノズルとは別体を成しているので、溶接トーチ及びシールドガスノズルの各々の構造が簡素化され、メンテナンスが容易になると共に製作コストの低減が図られることとなる。

加えて、上記したように、溶接時における溶接ワイヤの先端部（溶融地）の視界がクリアになり、溶融池の監視を容易に行い得ることとなる。

本発明の請求項３に係る狭開先用溶接装置は、上方に向けて開口する前記狭開先を形成する前記一対の厚板鋼板間に跨って配置されて、前記シールドガスノズルの昇降を案内しつつ自らも前記狭開先内にシールドガスを供給するガイドノズルを備えている構成としている。

この狭開先用溶接装置では、溶接中に狭開先において溶接金属が順次積層されて嵩が増すのに応じてシールドガスノズルが上昇した場合でも、狭開先内における溶接ワイヤの先端部のほぼ真上を覆うようにして、ガイドノズルからシールドガスを吹き付け得ることとなる。

本発明に係る狭開先用溶接装置では、メンテナンス性の向上及び製作コストの低減を実現したうえで、良好なシールド性を確保することが可能であるうえ、溶接中の溶融池の監視に必要な明瞭な視界をも確保することができるという非常に優れた効果がもたらされる。

本発明の一実施例に係る狭開先用溶接装置の溶接動作時における側面説明図（ａ）溶接方向後方からの背面説明図（ｂ）及び溶接トーチ部分の拡大平面説明図（ｃ）である。 図１に示した狭開先用溶接装置の溶接動作時における溶接トーチの先端部付近の拡大説明図である。

以下、本発明を図面に基づいて説明する。
図１及び図２は本発明に係る狭開先用溶接装置の一実施例を示している。

図１（ａ），（ｂ）に示すように、この狭開先用溶接装置１は、一対の厚板鋼板（造船や橋梁等の大形構造物に採用される鋼板）Ｗ，Ｗの端面Ｗａ，Ｗａ間に形成される開先幅が２０ｍｍ以下の狭開先Ｗｂに肉盛溶接を行うマグ溶接装置であり、上方に向けて開口する狭開先Ｗｂに挿入されて図外のワイヤ送給装置から送給される溶接ワイヤ２を給電チップ３ａを介して狭開先Ｗｂ内で送出する溶接トーチ３を備えている。

この溶接トーチ３は、狭開先Ｗｂに沿って設置したレール４上を、例えば、ラック＆ピニオン方式で移動する本体フレーム５に鉛直方向の支持軸６を介して昇降可能に支持されている。

この実施例において、溶接トーチ３は、本体フレーム５側から鉛直方向に沿って送給される溶接ワイヤ２の先端部２ａを溶接方向の後方（図示右方）に向けて傾斜させつつ、すなわち、溶接ワイヤ２の先端部２ａに後退角を付けつつ、溶接ワイヤ２を送出する湾曲部３ｂを有しており、この後退角の付いた溶接ワイヤ２の先端部２ａと、厚板鋼板Ｗとの間にアークＡを生じさせるようになっている。

つまり、図２にも示すように、溶接ワイヤ２の先端部２ａに後退角θ（望ましくはθ＝４５°〜７０°）を付けることで、溶けた溶接金属（溶接ビード）ＢをアークＡの力（アーク力）で溶接方向後方に押して、溶接金属Ｂが溶接方向進行側に流れようとする現象（狭開先内における溶融池の先行）を防ぐようにしている。

また、この狭開先用溶接装置１は、回動ユニット７（図１（ａ）にのみ示す）を備えている。この回動ユニット７は、本体フレーム５上に配置されて支持軸６を介して溶接トーチ３を回動させて、後退角の付いた溶接ワイヤ２の先端部２ａを鉛直軸回りにオシレートさせるようになっている。

この実施例において、図１（ｃ）に示すように、後退角の付いた溶接ワイヤ２の先端部２ａのオシレート角αを適宜角度、例えば、４０°程度に設定することで、一対の厚板鋼板Ｗ，Ｗの各端面Ｗａ，Ｗａをダイレクトに狙うことができるようになっている。

さらに、この狭開先用溶接装置１は、インナシールドガスホース１０を介して供給されるシールドガスＧを狭開先Ｗｂ内に導くインナシールドガスノズル１１及びアウタシールドガスホース１２を介して供給されるシールドガスＧを狭開先Ｗｂの開口付近に導くアウタシールドガスノズル（ガイドノズル）１３を備えている。

インナシールドガスノズル１１は、狭開先Ｗｂの開先幅に合わせて形成された厚みの薄いダクト状を成していて、ノズル先端部１１ａを狭開先Ｗｂに挿入した状態において、このノズル先端部１１ａが後退角の付いた溶接ワイヤ２の先端部２ａのほぼ真上（直上）に位置するようにしてホルダ８を介して本体フレーム５に昇降可能に装着されている。

このインナシールドガスノズル１１では、インナシールドガスホース１０を介して供給されるシールドガスＧを焼結金属から成る整流板１７で整流すると共に、整流されたシールドガスＧにノズル先端部１１ａに至るまでに直進性を与えつつ、後退角の付いた溶接ワイヤ２の先端部２ａに直接吹き付けることで先端部２ａ周りの空気を遮断するようになっている。

一方、アウタシールドガスノズル１３はボックス形状を成していて、一対の厚板鋼板間Ｗ，Ｗ間に跨って配置されている。このアウタシールドガスノズル１３は、インナシールドガスノズル１１に対して上下方向にスライド可能となっており、溶接中に溶接金属Ｂが順次積層されて嵩が増すのに応じてインナシールドガスノズル１１が上昇した場合でも、狭開先Ｗｂ内における溶接ワイヤ２の先端部２ａのほぼ真上を覆って、インナシールドガスノズル１１の上昇を案内しつつ自らもシールドガスＧを吹き付けることができるようになっている。

図１における符号１５は、狭開先Ｗｂの溶接ワイヤ２の挿入側と反対側開口に位置するセラミックスから成る裏当てであり、狭開先Ｗｂの裏側開口を塞いで溶接金属Ｂが流出するのを防止している。また、図１における符号１６は、冷却水循環ホースである。

このような構成を成す狭開先用溶接装置１では、まず、端面Ｗａ，Ｗａ間に形成されている狭開先Ｗｂに対して、狭開先用溶接装置１及び裏当て１５を所定部位に配置するのに続いて、溶接トーチ３及びインナシールドガスノズル１１を狭開先Ｗｂ内に挿入すると共に、アウタシールドガスノズル１３を狭開先Ｗｂ上にセットする。

次いで、予め溶接ワイヤ２の径寸法等に応じて設定した電流値及び電圧値に基づいて通電制御を開始すると、溶接ワイヤ２及び一対の厚板鋼板Ｗ，Ｗの各端面Ｗａ，Ｗａの溶融が始まって、狭開先Ｗｂ内において溶接金属（溶接ビード）Ｂの生成が開始される。

このようにしてアーク溶接を開始した段階で、予め設定した速度（所定の溶接速度）で本体フレーム５をレール４に沿って移動させつつ溶接トーチ３からのワイヤ送出量を制御して、狭開先Ｗｂ内に溶接金属Ｂを順次積層させる。

このとき、溶接トーチ３では、その湾曲部３ｂによって溶接ワイヤ２の先端部２ａに後退角を付けつつ溶接ワイヤ２を送出するようにしているので、溶けた溶接金属（溶接ビード）Ｂがアーク力で溶接方向後方に押圧されて、いわゆる狭開先Ｗｂ内における溶融池の先行による溶接欠陥の発生が回避されることとなる。
つまり、溶接速度が１０ｃｍ／ｍｉｎ以下での低速度溶接施工が可能となり、１層の積層高さが最大で１０ｍｍ程度の肉盛溶接が可能となる。

また、溶接中において、回動ユニット７が、支持軸６を介して溶接トーチ３を回動させて、後退角の付いた溶接ワイヤ２の先端部２ａを鉛直軸回りにオシレートさせるので、例えば、開先幅が２０ｍｍ以下の狭開先Ｗｂ内では、オシレート角αが４０°のオシレートで一対の厚板鋼板Ｗ，Ｗの各端面Ｗａ，Ｗａをダイレクトに狙うことができ、したがって、低入熱でも十分な溶け込み量が得られることとなって、適正条件の範囲が広い（溶接条件の自由度が広い）溶接施工を安定して行い得ることとなる。

そして、このように、一対の厚板鋼板Ｗ，Ｗの各端面Ｗａ，Ｗａをダイレクトに狙うことができるのに加えて、溶けた溶接金属（溶接ビード）Ｂをアーク力で溶接方向後方に押圧するようにしているので、開先幅が２０ｍｍ程度の狭開先Ｗｂ内の連続肉盛溶接が可能であり、その結果、初層の溶接時において、上記したように、セラミックスから成る裏当て１５を用いたとしても、良好な裏波を形成し得ることとなる。

上記溶接中において、狭開先Ｗｂに挿入したインナシールドガスノズル１１のノズル先端部１１ａが後退角の付いた溶接ワイヤ２の先端部２ａのほぼ真上に位置していて、溶融地に向けてダイレクトなシールドガスＧの噴射が成されるので、良好なシールド性が確保されることとなり、その結果、溶接金属Ｂに酸化やブローホールなどの欠陥を生じさせることなくアーク溶接を行い得ることとなる。

加えて、アウタシールドガスノズル１３が溶接金属Ｂの積層数の多少にかかわらず、常に狭開先Ｗｂ内における溶接ワイヤ２の先端部２ａのほぼ真上を覆うようにしているので、初層から最終の余盛層に至るまで、十分且つ確実なシールドが成されることとなる。

そして、この実施例に係る狭開先用溶接装置１では、溶接トーチ３とインナシールドガスノズル１１とは互いに別体を成しているので、溶接トーチ３及びインナシールドガスノズル１１の各々の構造が簡素化され、メンテナンスが容易になると共に製作コストの低減が図られることとなる。

上記したように、溶接時における溶接ワイヤ２の先端部２ａ（溶融地）の視界がクリアになるので、例えば、溶接トーチ３の溶接方向の進行側に小型カメラを設ければ、アークＡの監視を容易に行い得ることとなり、狙い位置等のリアルタイムの調整を行い得ることとなる。

本発明に係る狭開先用溶接装置の構成は、上記した実施例の構成に限定されるものではない。

１ 狭開先用溶接装置
２ 溶接ワイヤ
２ａ 溶接ワイヤの先端部
３ 溶接トーチ
１１ インナシールドガスノズル
１１ａ ノズル先端部
１３ アウタシールドガスノズル（ガイドノズル）
１７ 整流板
Ａ アーク
Ｂ 溶接金属（溶接ビード）
Ｇ シールドガス
Ｗ 厚板鋼板
Ｗｂ 狭開先
θ 後退角

Claims (3)

1. 一対の厚板鋼板間の上方に向けて開口する狭開先に沿って移動しつつ該狭開先に溶接ワイヤを送給して溶接ビードを形成する狭開先用溶接装置において、
   前記狭開先に昇降可能に挿入されて鉛直方向に対して前記溶接ワイヤを傾斜させつつ溶接方向の後方に向けて該溶接ワイヤを送給する溶接トーチと、
   前記狭開先に昇降可能に挿入されて、鉛直方向に対して傾斜する前記溶接ワイヤの先端部の直上からシールドガスを供給するシールドガスノズルと、
   前記シールドガスノズル内に配置されて、シールドガスを整流する板状の焼結金属から成る整流板を備えている
   ことを特徴とする狭開先用溶接装置。
2. 前記溶接トーチは、前記シールドガスノズルの溶接方向進行側に位置して前記溶接ワイヤを傾斜させつつ溶接方向の後方に向けて送給する請求項１に記載の狭開先用溶接装置。
3. 上方に向けて開口する前記狭開先を形成する前記一対の厚板鋼板間に跨って配置されて、前記シールドガスノズルの昇降を案内しつつ自らも前記狭開先内にシールドガスを供給するガイドノズルを備えている請求項１又は２に記載の狭開先用溶接装置。

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