JP6876223B2

JP6876223B2 - 溶接台車

Info

Publication number: JP6876223B2
Application number: JP2016251639A
Authority: JP
Inventors: 芳弘井上
Original assignee: KOKUHO Co Ltd
Current assignee: KOKUHO Co Ltd
Priority date: 2016-12-26
Filing date: 2016-12-26
Publication date: 2021-05-26
Anticipated expiration: 2036-12-26
Also published as: JP2018103216A

Description

本発明は、溶接トーチを搭載して溶接ラインに沿って走行する溶接台車に関するものである。

従来、上記したような溶接台車としては、例えば特許文献１に記載されたものがある。

この溶接台車は、前後端に４個の走行車輪を配置した台車本体と、この台車本体の前後端間に配置されたトーチ支持部を備えている。溶接トーチは、トーチ支持部により傾斜した状態で支持され、溶接トーチは、その先端が台車本体の側面がわで且つ斜め下方に向くようにして支持される。このトーチ支持部には、溶接トーチの先端を台車本体の走行方向に振りつつ溶接ラインに接近させるトーチ駆動機構が設けられている。

この溶接台車では、例えば、入隅における隅肉溶接を行うに際して、台車本体が壁に行く手を遮られた段階で、トーチ支持部のトーチ駆動機構によって溶接トーチの先端を台車本体の前方に振らせれば、隅の部分まで焚き残しなく溶接することができる。

この間、トーチ支持部のトーチ駆動機構により溶接トーチが溶接ラインに向けて移動しているので、前方に振られた溶接トーチの先端が溶接ラインに接近することとなり、確実にガスシールドが施されて溶接品質が維持される。

特開2009-248128号公報

上記した従来の溶接台車において、例えば、入隅における隅肉溶接を行うに際して、溶接品質を維持しつつ隅の部分まで焚き残しなく溶接を行うことができるものの、例えば、治具上に置かれた鋼管同士を接合する際の内周面突合せ溶接の場合には、内周面に沿って走行する溶接台車の走行姿勢の違いによって走行速度が変化するため、溶接速度が不安定になって良好な溶接品質が維持できない可能性がある。

また、開先に肉を盛る多層肉盛溶接の場合には、開先の幅の広い開口側において溶接トーチの幅方向の位置を変えてビードを形成する必要があるが、アークを吹き付ける方向は変わらないため、ビード間に大きな段差や空洞ができる虞があるという問題を有しており、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、例えば、内周面突合せ溶接により鋼管同士を接合する場合には、隅の部分まで焚き残しなく溶接を行うことができるのは勿論のこと、溶接品質を維持乃至向上させることができ、多層肉盛溶接によって開先に肉を盛る場合には、ビード間に大きな段差や空洞のない良好な肉盛形状を得ることが可能である溶接台車を提供することを目的としている。

本発明の第１の態様は、溶接トーチを搭載して溶接ラインに沿って走行する台車本体と、前記台車本体に配置されて前記溶接トーチを支持するトーチ支持部と、前記トーチ支持部に支持される前記溶接トーチの角度を変更するトーチ角度可変機構と、前記トーチ支持部に支持される前記溶接トーチにウィービング動作を行わせるウィービング機構と、前記トーチ角度可変機構及び前記ウィービング機構の各動作を制御する制御部を備え、前記制御部は、前記溶接トーチの角度を前記台車本体の走行方向に沿う面内で変更可能に前記トーチ角度可変機構をセットした状態において、前記台車本体の走行速度の変化に対応して前記溶接トーチの先端を前記台車本体に対して移動させて溶接速度を所望の速度とするべく前記トーチ角度可変機構を動作させ、前記溶接トーチの角度を前記台車本体の走行方向と直交する方向に沿う面内で変更可能に前記トーチ角度可変機構をセットした状態において、前記溶接トーチの先端を前記溶接ラインに向けたまま該溶接トーチの角度を変えるべく前記トーチ角度可変機構及び前記ウィービング機構を動作させる構成としている。

本発明の第２の態様は、前記溶接トーチの角度を前記台車本体の走行方向（Ｙ軸方向）に沿う面内で変更するべく前記トーチ角度可変機構を前記台車本体側にセットするＹ軸用取付け具と、前記溶接トーチの角度を前記台車本体の走行方向と直交する方向（Ｘ軸方向）に沿う面内で変更するべく前記トーチ角度可変機構を前記台車本体側にセットするＸ軸用取付け具とを備え、前記Ｘ軸用取付け具及びＹ軸用取付け具は選択的に用いられる構成とする。

本発明の第３の態様において、前記トーチ角度可変機構は、前記台車本体に支持されたケースと、このケースに取り付けられた振りモータと、一端部が前記ケース上に位置して他端部に前記溶接トーチが装着されたトーチ装着バーと、前記ケース内において前記振りモータの回転出力により往復円弧運動を行う移動ピンと、前記ケース内に配置された固定ピンと、前記トーチ装着バーの一端部に形成されて前記移動ピンと嵌合する作動孔と、前記トーチ装着バーの一端部における前記作動孔よりも他端部寄りに形成されて前記固定ピンと嵌合する長孔を具備している構成とする。

本発明の第４の態様において、前記ウィービング機構は、前記台車本体に固定されたウィービングモータと、前記台車本体の走行方向と直交する方向に沿って該台車本体上に配置されたウィービングレールと、前記ウィービングモータの回転出力により前記トーチ角度可変機構の前記トーチ装着バーと一体で前記ウィービングレール上を往復移動するスライドブロックを具備している構成とする。

本発明に係る溶接台車では、例えば、内周面突合せ溶接により鋼管同士を接合するに際して、台車本体が溶接終端部に到達した段階で、トーチ角度可変機構によって溶接トーチの角度を変更して先端を台車本体の進行方向に振らせれば、隅の部分までいわゆる焚き残しなく溶接を行い得ることとなる。

また、内周面突合せ溶接中に台車本体の走行速度に変化が生じたとしても、これに対応して、制御部からの指令によりトーチ角度可変機構が作動して、走行速度の変化を打ち消す方向に溶接トーチの先端を台車本体の走行方向に沿って振らせるので、溶接速度がほぼ一定に維持されることとなり、溶接品質が維持されることとなる。

一方、多層肉盛溶接によって開先の幅の広い開口側に肉を盛る場合には、溶接トーチの幅方向の位置を変えてビードを形成する必要があるが、制御部からの指令によりトーチ角度可変機構及びウィービング機構が作動して、溶接トーチの先端を開先に向けたまま溶接トーチの角度を変えるので、形成するビードの位置に応じてアークを吹き付ける方向を変更し得ることとなり、その結果、大きな段差や空洞のない良好な肉盛形状が得られることとなる。

本発明に係る溶接台車において、例えば、内周面突合せ溶接により鋼管同士を接合する場合には、隅の部分まで焚き残しなく溶接を行うことができるのは言うまでもなく、溶接品質の維持乃至向上を実現でき、一方、多層肉盛溶接によって開先に肉を盛る場合には、大きな段差や空洞のない良好な肉盛形状を得ることが可能であるという非常に優れた効果がもたらされる。

本発明の一実施形態に係る溶接台車の突合せ溶接時における正面説明図（ａ）及び溶接トーチの動作説明図（ｂ）である。図１に示した溶接台車におけるトーチ角度可変機構の拡大説明図である。図１に示した溶接台車の内周面突合せ溶接時における動作説明図である。図１に示した溶接台車の肉盛溶接時における正面説明図である。図１の溶接台車による肉盛溶接要領を示す開先における断面説明図である。

以下、本発明を図面に基づいて説明する。
図１〜図５は、本発明の一実施形態による溶接台車を示しており、この実施形態では、本発明に係る溶接台車を突合せ溶接に用いる場合及び肉盛溶接に用いる場合の双方を例に挙げて説明する。

図１（ａ）に示すように、この溶接台車１は、４個の走行車輪２を有する台車本体３と、この台車本体３に搭載された減速機付きモータ４と、減速機付きモータ４から供給される駆動力を４個の走行車輪２に伝達する図示しない駆動力伝達機構と、台車本体３の前後端間に配置されたトーチ支持部６と、台車本体３の前後端に配置されたリミットスイッチ７と、被溶接物Ｗの走行面Ａにおいて溶接ラインＷＬに沿って設置したガイドレール８を備えており、台車本体３内にマグネット９を内蔵することで、ガイドレール８に走行車輪２を係合させた台車本体３を走行面Ａに張り付けるようにしている。

トーチ支持部６は、台車本体３の走行方向と直交する方向（図１（ａ）左右方向）に沿って台車本体３上に配置されたレール１１と、レール１１上を往復移動可能なスライドブロック１２と、トーチ角度可変機構２０を有している。

トーチ角度可変機構２０は、ユニットケース２２と、このユニットケース２２に取り付けられた振りモータ２３と、図２にも示すように、一端部２４ａがユニットケース２２上に位置して他端部２４ｂにはトーチホルダ１５を介して溶接トーチＴが装着されたトーチ装着バー２４と、ユニットケース２２内において振りモータ２３の回転出力によって往復円弧運動を行う移動ピン２５と、ユニットケース２２内に配置された固定ピン２６と、トーチ装着バー２４の一端部２４ａに形成されて移動ピン２５と嵌合する作動孔２７と、トーチ装着バー２４の一端部２４ａにおける作動孔２７よりも他端部２４ｂ寄りに形成されて固定ピン２６と嵌合する長孔２８とを有している。

この溶接台車１を突合せ溶接に用いる場合には、Ｙ軸用取付け具としてのベースプレート１３をスライドブロック１２に対して上下方向に移動可能に配置し、このベースプレート１３に対してトーチ角度可変機構２０のユニットケース２２を台車本体３の前後方向に沿うねじ２１を介して回動可能に取り付けることで、溶接トーチＴの先端Ｔａを台車本体３の一方の側面がわ（図１（ａ）左側）で且つ下方に向けた状態で溶接トーチＴを支持する。

このトーチ角度可変機構２０では、突合せ溶接時において、振りモータ２３の回転出力による移動ピン２５及び作動孔２７の往復円弧運動に伴う長孔２８内における固定ピン２６の相対移動を許容することで、トーチ装着バー２４とともにこのトーチ装着バー２４に装着される溶接トーチＴを固定ピン２６周りに振り動作させ、これと同時に、溶接トーチＴの先端Ｔａを前後方向に沿う溶接ラインＷＬに対して接近離間させることができるようになっている。

なお、移動ピン２５及び作動孔２７の往復円弧運動によるトーチ装着バー２４の振り動作は、ユニットケース２２内に配置された一対のリミットスイッチ２９，２９に対してトーチ装着バー２４に形成された切欠き２４ｃ、２４ｃが接触することで切り替わるようになっている。

この場合、溶接台車１のトーチ角度可変機構２０の動作は、制御部１０により制御されるようになっている。この制御部１０は、上述のように、溶接トーチＴの角度を台車本体３の走行方向に沿う面内で変更可能にトーチ角度可変機構２０をセットした状態において、すなわち、突合せ溶接時において、台車本体３の走行速度の変化に対応して溶接トーチＴの先端Ｔａを台車本体３に対して移動させて溶接速度を所望の速度とするべくトーチ角度可変機構２０を動作させるように制御する。

具体的には、図３に示すように、例えば、治具上に寝かせた状態で載置した鋼管Ｗａ同士を内周面突合せ溶接により接合する場合において、台車本体３が鋼管Ｗａの内周面最下部を溶接する段階（図３右側に位置する段階）では、台車本体３がほぼ一定した速度で走行するので、トーチ角度可変機構２０を動作させずに、台車本体３に対して溶接トーチＴの先端Ｔａを真下に向けたまま、図１（ｂ）に実線で示す状態で溶接を行う。

また、鋼管Ｗａの内周面最下部を溶接した台車本体３が鋼管Ｗａの内周面を登り始めた段階（図３中央に位置する段階）では、勢いをつけるために台車本体３の走行速度が上昇するので、トーチ角度可変機構２０を動作させて、溶接トーチＴの先端Ｔａを台車本体３に対して後方（図３右方）に移動させ、図１（ｂ）に二点鎖線で示す状態で内周面最下部溶接時とほぼ同様の溶接速度で溶接を行う。

そして、台車本体３が鋼管Ｗａの内周面を登り詰めて溶接終端部に到達した段階（図３左側に位置する段階）では、台車本体３のリミットスイッチ７が作動して停止するので、トーチ角度可変機構２０を動作させて、溶接トーチＴの角度を変更して先端Ｔａを台車本体３の進行方向に振り、図１（ｂ）に一点鎖線で示す状態で焚き残しが生じないように隅の部分まで溶接を行う。

この実施形態の溶接台車１は、トーチ支持部６に支持される溶接トーチＴにウィービング動作を行わせるウィービング機構３０を備えており、この実施形態において、ウィービング機構３０は、台車本体３に固定されたウィービングモータ３１と、台車本体３の走行方向と直交する方向（図１（ａ）左右方向）に沿って台車本体３上に配置された上述したレール１１と、このレール１１上を往復移動可能な同じく上述したスライドブロック１２を具備している。

一方、この溶接台車１を肉盛溶接に用いる場合には、図４に示すように、台車本体３の走行方向と直交する方向（図４左右方向）に沿う梁部材４１及びベースプレート４３をＸ軸用取付け具として使用し、梁部材４１はスライドブロック１２に対して上下方向に移動可能に配置される。

ベースプレート４３は梁部材４１に支持されており、減速機構４４を介して伝えられるＸ軸用モータ４５の出力により梁部材４１の長手方向に沿って移動するものとなっている。そして、台車本体３における一方の側面がわ（図４左側）の適宜位置において、台車本体３の走行方向と直交する方向に沿う面内で溶接トーチＴの角度を変更できるように、トーチ角度可変機構２０のユニットケース２２をベースプレート４３に固定することで、溶接トーチＴを支持する。
なお、Ｘ軸用モータ４５に、ウィービング機構３０のウィービングモータ３１の機能を持たせてもよい。

この場合、制御部１０は、上述のように、台車本体３の走行方向と直交する方向に沿う面内で溶接トーチＴの角度を変更可能にトーチ角度可変機構２０がセットされた状態において、すなわち、肉盛溶接時において、Ｘ軸用モータ４５（或いはウィービング機構３０）を作動させてトーチ角度可変機構２０の全体を台車本体３の走行方向と直交する方向に移動させつつ、溶接トーチＴの先端Ｔａを被溶接物Ｗｂ，Ｗｂ間の開先（溶接ライン）ＷＫに向けたまま溶接トーチＴの角度のみが変わるようにトーチ角度可変機構２０の動作を制御する。

具体的には、図５に示すように、多層肉盛溶接によって開先ＷＬに肉を盛る場合において、開先ＷＬの幅が狭い底側に肉を盛る段階では、ビードＢ１〜ビードＢ３を重ねて形成しても段差が生じないので、Ｘ軸用モータ４５及びトーチ角度可変機構２０を動作させずに、台車本体３に対して溶接トーチＴの先端Ｔａを真下に向けたまま（図４に実線で示す状態で）溶接を行う。

一方、開先ＷＬの幅が広い開口側に肉を盛る段階では、ビードＢ４〜ビードＢ７を開先幅方向に互いに位置をずらして形成する必要があるので、これらのビードＢ４〜ビードＢ７を形成する間、制御部１０からの指令によりＸ軸用モータ４５（或いはウィービング機構３０）及びトーチ角度可変機構２０を作動させて、溶接トーチＴの先端Ｔａを開先ＷＫに向けたまま溶接トーチＴの角度θ（開先中心ＣＬに対する溶接トーチＴの角度）を変更し、アークを吹き付ける方向（図５の各矢印方向）を適宜選択しつつ（図４に一点鎖線及び二点鎖線で示す状態で）溶接を行う。

本実施形態による溶接台車１では、上記した内周面突合せ溶接時のように、溶接中に台車本体３の走行速度に変化が生じたとしても、これに対応して、制御部１０からの指令によりトーチ角度可変機構２０が作動して、走行速度の変化を打ち消す方向に溶接トーチＴの先端Ｔａを台車本体３の走行方向に沿って振らせるので、溶接速度がほぼ一定に維持されることとなり、溶接品質が維持されることとなる。

また、本実施形態による溶接台車１では、上記した開先ＷＫに対する多層肉盛溶接時の幅が広い開口側に肉を盛る段階のように、位置を変えてビードＢ４〜ビードＢ７を形成する必要がある場合において、制御部１０からの指令によりＸ軸用モータ４５（或いはウィービング機構３０）及びトーチ角度可変機構２０が作動して、ビードを形成したい位置に対してアークを吹き付け得ることとなり、その結果、大きな段差や空洞のない良好な肉盛形状が得られることとなる。

さらに、本実施形態による溶接台車１では、突合せ溶接時に使用するベースプレート１３（Ｙ軸用取付け具）と、多層肉盛溶接時に使用する梁部材４１及びベースプレート４３（Ｘ軸用取付け具）とを選択的に用いるようにしているので、突合せ溶接用及び多層肉盛溶接用の各溶接台車を個別に用意する必要がなく、その分だけ、溶接コストの低減が図られることとなる。

さらにまた、本実施形態による溶接台車１では、上記したように、溶接トーチＴの先端Ｔａを振るトーチ角度可変機構２０及びウィービング機構３０をいずれもコンパクトに纏めているので、溶接トーチＴの先端Ｔａを振る段階において、構造を複雑化させることなく、溶接トーチＴの先端Ｔａを溶接ラインＷＬや開先ＷＫに接近させ得ることとなり、加えて、同じく構造を複雑化させることなく、溶接トーチＴの先端Ｔａにウィービング動作を行わせ得ることとなる。

本発明に係る溶接台車の構成は、上記した実施形態の構成に限定されるものではない。

１溶接台車
３台車本体
６トーチ支持部
１０制御部
１１レール（ウィービングレール；ウィービング機構）
１２スライドブロック（ウィービング機構）
１３ベースプレート（Ｙ軸用取付け具）
２０トーチ角度可変機構
２２ユニットケース
２３振りモータ
２４トーチ装着バー
２４ａトーチ装着バーの一端部
２４ｂトーチ装着バーの他端部
２５移動ピン
２６固定ピン
２７作動孔
２８長孔
３０ウィービング機構
３１ウィービングモータ
４１梁部材（Ｘ軸用取付け具）
４３ベースプレート（Ｘ軸用取付け具）
Ｔ溶接トーチ
Ｔａ溶接トーチの先端
ＷＫ開先（溶接ライン）
ＷＬ溶接ライン
θ 溶接トーチの角度（開先中心に対する溶接トーチの角度）

Claims

溶接トーチを搭載して溶接ラインに沿って走行する台車本体と、
前記台車本体に配置されて前記溶接トーチを支持するトーチ支持部と、
前記トーチ支持部に支持される前記溶接トーチの角度を変更するトーチ角度可変機構と、
前記トーチ支持部に支持される前記溶接トーチにウィービング動作を行わせるウィービング機構と、
前記トーチ角度可変機構及び前記ウィービング機構の各動作を制御する制御部を備え、
前記制御部は、前記溶接トーチの角度を前記台車本体の走行方向に沿う面内で変更可能に前記トーチ角度可変機構をセットした状態において、前記台車本体の走行速度の変化に対応して前記溶接トーチの先端を前記台車本体に対して移動させて溶接速度を所望の速度とするべく前記トーチ角度可変機構を動作させ、前記溶接トーチの角度を前記台車本体の走行方向と直交する方向に沿う面内で変更可能に前記トーチ角度可変機構をセットした状態において、前記溶接トーチの先端を前記溶接ラインに向けたまま該溶接トーチの角度を変えるべく前記トーチ角度可変機構及び前記ウィービング機構を動作させる溶接台車。
前記溶接トーチの角度を前記台車本体の走行方向に沿う面内で変更するべく前記トーチ角度可変機構を前記台車本体側にセットするＹ軸用取付け具と、前記溶接トーチの角度を前記台車本体の走行方向と直交する方向に沿う面内で変更するべく前記トーチ角度可変機構を前記台車本体側にセットするＸ軸用取付け具とを備え、前記Ｘ軸用取付け具及びＹ軸用取付け具は選択的に用いられる請求項１に記載の溶接台車。
前記トーチ角度可変機構は、前記台車本体に支持されたケースと、このケースに取り付けられた振りモータと、一端部が前記ケース上に位置して他端部に前記溶接トーチが装着されたトーチ装着バーと、前記ケース内において前記振りモータの回転出力により往復円弧運動を行う移動ピンと、前記ケース内に配置された固定ピンと、前記トーチ装着バーの一端部に形成されて前記移動ピンと嵌合する作動孔と、前記トーチ装着バーの一端部における前記作動孔よりも他端部寄りに形成されて前記固定ピンと嵌合する長孔を具備している請求項１又は２に記載の溶接台車。
前記ウィービング機構は、前記台車本体に固定されたウィービングモータと、前記台車本体の走行方向と直交する方向に沿って該台車本体上に配置されたウィービングレールと、前記ウィービングモータの回転出力により前記トーチ角度可変機構の前記トーチ装着バーと一体で前記ウィービングレール上を往復移動するスライドブロックを具備している請求項３に記載の溶接台車。