JP7481672B2

JP7481672B2 - 管材の円周溶接装置

Info

Publication number: JP7481672B2
Application number: JP2020096079A
Authority: JP
Inventors: 和行小林; 文夫松坂
Original assignee: IHI Corp
Current assignee: IHI Corp
Priority date: 2020-06-02
Filing date: 2020-06-02
Publication date: 2024-05-13
Anticipated expiration: 2040-06-02
Also published as: JP2021186839A

Description

本開示は、例えば、ボイラの管寄せに管材であるスタブ管を溶接により接合するのに用いる管材の円周溶接装置に関するものである。なお、管材には、中実の棒材も含むものとする。

上記したような管材の円周溶接装置の溶接には、ＴＩＧ溶接やプラズマ溶接、或いはＭＡＧ溶接が用いられ、例えば、ＴＩＧ溶接の場合には、溶接トーチに、給電ケーブル，冷却水ホース，ガスホース及びフィラーワイヤの４本のケーブル・ホース類がそれぞれ接続される。

従来において、このような管材の円周溶接装置によって、例えば、ボイラの管寄せに管材であるスタブ管を接合する場合には、管材の円周方向に沿って進む溶接トーチに牽引されて、給電ケーブル，冷却水ホース，ガスホース及びフィラーワイヤの４本のケーブル・ホース類がスタブ管に巻き付くことになる。

また、従来にあっては、この４本のケーブル・ホース類がスタブ管に巻き付くのを見越して、例えば、特許文献１に記載されているように、あらかじめスタブ管に対して溶接トーチの進行方向とは反対方向に４本のケーブル・ホース類を巻き付けてから行う円周溶接の手法も存在する。

特開昭５８－１６３５９２号公報

ところが、従来の円周溶接装置では、給電ケーブル，冷却水ホース，ガスホース及びフィラーワイヤといった４本のケーブル・ホース類が溶接トーチに牽引されて、溶接後にスタブ管に巻き付く場合、及び、溶接前にあらかじめスタブ管に対して溶接トーチの進行方向とは反対方向に４本のケーブル・ホース類を巻き付ける場合のいずれの場合も、スタブ管の周りに４本のケーブル・ホース類を巻き付ける空間が必要である。

したがって、上記のように、ボイラの管寄せにスタブ管を接合する際に、隣接するスタブ管との間隔が狭い場合には、４本のケーブル・ホース類の中で最も太い給電ケーブルを細いものに替えない限り、従来の円周溶接装置を適用することはできない。しかし、給電ケーブルの細径化は通電可能な電流値を抑制することになり、溶接能力を低下せることになる。つまり、溶接能力を維持したままでは、適用できるボイラの管寄せ（溶接対象）が限られてしまうという問題がある。

また、隣のスタブ管との間隔が狭いスタブ管の接合に適用することができたとしても、スタブ管に巻き付く、或いは、スタブ管に巻き付かせた４本のケーブル・ホース類によって、溶接トーチ後方からの溶融池や電極や狙い位置等の溶接状況を確認することができないので、溶接の中断を伴う確認作業が必要であるという問題を有している。

さらに、上記と同じく隣のスタブ管との間隔が狭いスタブ管の接合に適用することができたとしても、溶接前にあらかじめスタブ管に対して溶接トーチの進行方向とは反対方向に４本のケーブル・ホース類を巻き付ける場合には、溶接が進むにつれてスタブ管に巻き付けた４本のケーブル・ホース類が撓んでしまい、溶接トーチに負荷がかかって溶接品質に影響を及ぼし兼ねないという問題があった。

この際、溶接トーチの位置及び送り速度に同期させてケーブル・ホース類の引き込み・押し出しを行う制御機構を設けることで、ケーブル・ホース類の撓みを解消することができるが、この複雑な同期制御を必要とする制御機構を設ける分だけ、装置コストが上昇してしまうという問題があり、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。

本開示は、上記したような従来の課題を解決するためになされたもので、例えば、ボイラの管寄せに管材であるスタブ管を接合する場合において、装置コストの上昇を低く抑えたうえで、適用可能な溶接対象の拡大を実現することができる共に、溶接中断を伴う確認作業が必要でなくなる分だけ作業性の向上をも実現でき、加えて、溶接品質を維持ないし向上させることが可能な管材の円周溶接装置を提供することを目的としている。

本開示の第１の態様は、管材の被溶接部を円周溶接する円周溶接装置であって、前記管材の前記被溶接部に向いた状態で前記管材周りに旋回する溶接トーチと、前記溶接トーチに電源を供給する電源ケーブル，前記溶接トーチに冷却水を供給する冷却水ホース及び前記溶接トーチに接続されて前記管材の前記溶被接部にシールドガスを供給するガスホースを含むケーブル結束群を備え、前記ケーブル結束群の前記溶接トーチに接続する部分が該溶接トーチとともに旋回するトーチ供回り部として形成され、前記ケーブル結束群の前記トーチ供回り部に連続する部分が前記溶接トーチの旋回領域から外れた領域に至る推移部として形成され、前記ケーブル結束群の前記推移部は、前記管材の軸方向に沿って配置されて前記トーチ供回り部とともに旋回し、該推移部における前記溶接トーチの旋回領域から外れた領域に続く部分は、前記溶接トーチが旋回を開始する溶接開始点に位置する状態で前記管材における周面のうちの一方側半周にわたって巻き付き、前記溶接トーチが前記管材の周りを一周して前記溶接開始点に到達した状態で前記管材における周面のうちの他方側半周にわたって巻き付くものとしている構成としている。

本開示の第２の態様において、前記ケーブル結束群には、前記溶接トーチが向く前記管材の前記被溶接部に送給されるフィラーワイヤが含まれている構成としている。

本開示に係る管材の円周溶接装置によれば、例えば、ボイラの管寄せに管材であるスタブ管を接合する場合において、装置コストの上昇を低く抑えつつ、適用可能な溶接対象の拡大を実現し得ると共に、作業性を向上させることができ、加えて、溶接品質を維持ないし向上させ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。

本開示の一実施形態に係る管材の円周溶接装置の側面説明図である。図１に示した管材の円周溶接装置の正面説明図（ａ）及び管材にケーブル結束群が巻き付いた状態の従来例を示す図２（ａ）相当位置における部分正面説明図（ｂ）である。図１に示した管材の円周溶接装置の斜視説明図である。図である。図３に示した管材の円周溶接装置におけるケーブル結束群の推移部の部分拡大斜視説明図である。図１に示した管材の円周溶接装置におけるヘッド駆動機構の部分拡大斜視説明である。図１における管材の円周溶接装置の動作を模式的に示す動作説明図（ａ）～（ｃ）である。

以下、本開示の実施形態を図面に基づいて説明する。
図１～図６は、本開示の一実施形態に係る管材の円周溶接装置を示している。この実施形態では、本開示の管材の円周溶接装置が、ボイラの管寄せに管材であるスタブ管を溶接により接合する溶接装置である場合を示している。

図１及び図２（ａ）に示すように、この管材の円周溶接装置１は、管寄せＷ１にスタブ管Ｗ２を円周溶接によって接合する溶接装置であって、制御部を内蔵した溶接装置本体２と、この溶接装置本体２に連結されたヘッド支持部３と、このヘッド支持部３に支持された溶接ヘッド部４と、溶接装置本体２をスタブ管Ｗ２に固定する把持部５を備えている。

溶接装置本体２は、図示しない供給源から供給される電気、冷却水及びシールドガスをそれぞれ設定量に制御して、取り出し口２１，２２，２３から電源ケーブルＣ１，冷却水ホースＣ２，ガスホースＣ３を介して溶接ヘッド部４側に供給するようになっている。また、この溶接装置本体２には、フィラーワイヤＦＷを溶接ヘッド部４側のチップホルダＣＨに送給する図示しないワイヤ送給装置が付設されている。

ヘッド支持部３は板状を成すものであり、その基端３１が溶接装置本体２に接続されている。このヘッド支持部３は、図３にも示すように、把持部５によってスタブ管Ｗ２に溶接装置本体２を固定した状態においてスタブ管Ｗ２と余裕を持って嵌合する管篏合孔３２を中央部分に有しており、先端には管篏合孔３２に連続する管挿入口３３が形成されている。

溶接ヘッド部４は、板状のヘッド支持部３に対して図示下側に重ねて配置されるディスク４１を有している。このディスク４１もヘッド支持部３と同様に、把持部５によってスタブ管Ｗ２に溶接装置本体２を固定した状態においてスタブ管Ｗ２と余裕を持って嵌合する管篏合孔４２を中央部分に有していると共に、この管篏合孔４２に連続する管挿入口４３を有している。

溶接ヘッド部４のディスク４１は、溶接トーチＴを角度調整可能に吊り下げ保持していると共に、上記したチップホルダＣＨを吊り下げ保持しており、この溶接トーチＴに電源ケーブルＣ１，冷却水ホースＣ２及びガスホースＣ３を介して電気、冷却水及びシールドガスがそれぞれ供給され、チップホルダＣＨにフィラーワイヤＦＷが送給されるようになっている。

この場合、電源ケーブルＣ１，冷却水ホースＣ２及びガスホースＣ３は、互いに結束されてケーブル結束群Ｃとして形成されており、このケーブル結束群Ｃの溶接トーチＴに接続する部分は、後述する如く旋回する溶接トーチＴとともにスタブ管Ｗ２の周囲である旋回領域ＴＺを旋回するトーチ供回り部ＣＡとして形成されている。

また、ケーブル結束群Ｃのトーチ供回り部ＣＡに連続する部分は、溶接トーチＴの旋回領域ＴＺから外れたヘッド支持部３の上面領域ＴＯに至る推移部ＣＢとして形成されている。この推移部ＣＢは、スタブ管Ｗ２の軸方向に沿って配置されており、溶接トーチＴの旋回領域ＴＺからは、図４にも示すように、ヘッド支持部３及びディスク４１の各管篏合孔３２，４２を通してヘッド支持部３の上面領域ＴＯに至るようになっている。

さらに、ケーブル結束群Ｃのヘッド支持部３の上面から溶接装置本体２に至る部分は、ばね性のあるカバーＣｃで被覆されている。

この実施形態において、溶接ヘッド部４のディスク４１の図示上面には、図５にも示すように、ヘッド駆動機構６を構成する外歯６１を有する円弧状ギア６２が管篏合孔４２の縁に固定され、一方、ヘッド支持部３の管篏合孔３２の周囲には、ディスク４１上の円弧状ギア６２と相互に移動可能に嵌合する円弧状溝３４が形成されていると共に、ヘッド駆動機構６を構成する図外のモータにより駆動されるピニオンが内蔵されている。

つまり、ヘッド支持部３内の図示しないスラスト軸受けで溶接ヘッド部４のディスク４１を支えたうえで、ヘッド支持部３のピニオンを溶接ヘッド部４のディスク４１の円弧状ギア６２に噛合わせることによって、溶接ヘッド部４のディスク４１をモータの出力によりヘッド支持部３の管篏合孔３２に沿って回転させることができるようにしている。

すなわち、溶接ヘッド部４のディスク４１に吊り下げ保持された溶接トーチＴ及びチップホルダＣＨを図外のモータの出力によりスタブ管Ｗ２を中心にして旋回させることができるようにしている。

把持部５は、２つの半割リング５１，５２を具備しており、これらの半割リング５１，５２でスタブ管Ｗ２を挟み込んで両端同士をねじにより連結することによって、スタブ管Ｗ２を把持するものとなっている。

この把持部５は、一方（図３手前）の半割リング５２上に固定された連結ブロック５３を有しており、この連結ブロック５３の半割リング５２から突出する先端は、溶接装置本体２の上面に配置された本体ブロック２４に連結されている。

この実施形態に係る管材の円周溶接装置１において、管寄せＷ１にスタブ管Ｗ２を円周溶接によって接合するに際しては、まず、管寄せＷ１のスタブ管取り付け位置にスタブ管Ｗ２の開先が形成された端部を仮付けする。

次いで、把持部５の２つの半割リング５１，５２でスタブ管Ｗ２を挟み込んで両端同士をねじにより連結することで、把持部５によりスタブ管Ｗ２を把持する。

この際、スタブ管Ｗ２の周りを旋回する溶接トーチＴ及びチップホルダＣＨの旋回中心とスタブ管Ｗ２との図１左右方向の芯合わせを行うと共に、スタブ管Ｗ２の周りを旋回する溶接トーチＴ及びチップホルダＣＨの旋回中心とスタブ管Ｗ２との図１奥行き方向の芯合わせを行う。

そして、溶接ヘッド部４の溶接トーチＴの角度調整を行った後、図示しないスイッチをオン操作して円周溶接を開始する。

このスイッチのオン操作により、図６（ａ）に部分的に示すように、ディスク４１に吊り下げ保持された溶接トーチＴがスタブ管Ｗ２の周りを半時計周りに旋回し、この溶接トーチＴに接続するケーブル結束群Ｃのトーチ供回り部ＣＡがスタブ管Ｗ２の周囲である旋回領域ＴＺを溶接トーチＴとともに移動する。

このとき、ケーブル結束群Ｃのトーチ供回り部ＣＡに連続する推移部ＣＢは、スタブ管Ｗ２の軸方向に沿うようにして旋回領域ＴＺからディスク４１（ヘッド支持部３）の上面領域ＴＯに至る状態で配置されているので、この推移部ＣＢもトーチ供回り部ＣＡとともに移動する。

溶接トーチＴが旋回を続けると、トーチ供回り部ＣＡ及び推移部ＣＢも溶接トーチＴとともに移動を継続するので、図６（ｂ）に示すように、ディスク４１の上面領域ＴＯにおいてケーブル結束群Ｃのスタブ管Ｗ２の周面図示右側に巻き付いていた部分が撓んで、溶接トーチＴの旋回領域ＴＺにあるトーチ供回り部ＣＡ及び推移部ＣＢにはいずれも撓みが生じない。

そして、溶接トーチＴがさらに旋回を続けて周半ばを過ぎると、ディスク４１の上面領域ＴＯにおいて生じたケーブル結束群Ｃの撓みが徐々に解消され、溶接トーチＴがスタブ管Ｗ２の周りを１周して溶接開始点に到達して円周溶接が終了すると、図６（ｃ）に示すように、ケーブル結束群Ｃの撓んだ部分がスタブ管Ｗ２の周面図示左側に巻き付くこととなる。

このように、本実施形態に係る管材の円周溶接装置１では、スタブ管Ｗ２の周り全周にわたってケーブル結束群Ｃを巻き付ける必要がないので（スタブ管Ｗ２の周りにケーブル結束群Ｃが巻き付いた状態を図２（ｂ）に示す）、図２（ａ）に仮想線で示すように、隣のスタブ管Ｗ２との間隔が狭い場合であったとしても、溶接能力を落とすことなく適用可能であり、適用できるボイラの管寄せ（溶接対象）の拡大を実現することができる。

加えて、スタブ管Ｗ２の周り全周にわたってケーブル結束群Ｃを巻き付ける必要がない分だけ余裕空間が生じることから、溶接状況を確認するための小型カメラの設置が可能となる。

また、本実施形態に係る管材の円周溶接装置１では、溶接トーチＴに接続するケーブル結束群Ｃのトーチ供回り部ＣＡ及びこれに連続する推移部ＣＢが溶接トーチＴとともに移動するので、溶接トーチＴの後方から溶融池Ｂや電極や狙い位置等の溶接状況を確認することができ、従来必要であった溶接中断を伴う確認作業が不要になる分だけ、溶接作業性の向上も実現することができる。

さらに、本実施形態に係る管材の円周溶接装置１では、溶接トーチＴをスタブ管Ｗ２の周りに旋回させても、溶接トーチＴの旋回領域ＴＺにあるトーチ供回り部ＣＡ及び推移部ＣＢにはいずれも撓みが生じないことから、溶接トーチＴに負荷がかかってその適正角度が変化するようなことが回避されることとなり、その結果、溶接品質を確保することができる。

さらにまた、本実施形態に係る管材の円周溶接装置１では、円周溶接中において、ケーブル結束群Ｃのディスク４１の上面領域ＴＯに位置する部分が撓むので、特別にこの撓みを解消するような制御機構を設ける必要がなく、したがって、装置コストの上昇を抑えることができる。

さらにまた、本実施形態に係る管材の円周溶接装置１では、ケーブル結束群Ｃの溶接トーチＴの旋回領域ＴＺから外れたヘッド支持部３の上面領域ＴＯに至る推移部ＣＢをスタブ管Ｗ２の軸方向に沿って配置しているので、ケーブル結束群Ｃの配置作業を簡素化することができる。

上記した実施形態に係る管材の円周溶接装置１では、電源ケーブルＣ１，冷却水ホースＣ２及びガスホースＣ３を結束してケーブル結束群Ｃとして形成した構成としているが、フィラーワイヤＦＷを電源ケーブルＣ１，冷却水ホースＣ２及びガスホースＣ３とともにケーブル結束群Ｃに含めるようにしてもよい。

本開示に係る管材の円周溶接装置の構成は、上記した実施形態に限られるものではなく、開示の趣旨を逸脱しない範囲で種々変形可能であり、本開示に係る管材の円周溶接装置が適用される管材の円周溶接は、上述したスタブ管等の中空管材の円周溶接だけでなく、中実管材の円周溶接にも適用可能である。

１管材の円周溶接装置
Ｃケーブル結束群
ＣＡトーチ供回り部
ＣＢ推移部
Ｃ１電源ケーブル
Ｃ２冷却水ホース
Ｃ３ガスホース
Ｔ溶接トーチ
ＴＯ上面領域
ＴＺ旋回領域
Ｗ２スタブ管（管材）
Ｗｄ被溶接部

Claims

管材の被溶接部を円周溶接する円周溶接装置であって、
前記管材の前記被溶接部に向いた状態で前記管材周りに旋回する溶接トーチと、
前記溶接トーチに電源を供給する電源ケーブル，前記溶接トーチに冷却水を供給する冷却水ホース及び前記溶接トーチに接続されて前記管材の前記溶被接部にシールドガスを供給するガスホースを含むケーブル結束群を備え、
前記ケーブル結束群の前記溶接トーチに接続する部分が該溶接トーチとともに旋回するトーチ供回り部として形成され、
前記ケーブル結束群の前記トーチ供回り部に連続する部分が前記溶接トーチの旋回領域から外れた領域に至る推移部として形成され、
前記ケーブル結束群の前記推移部は、前記管材の軸方向に沿って配置されて前記トーチ供回り部とともに旋回し、該推移部における前記溶接トーチの旋回領域から外れた領域に続く部分は、前記溶接トーチが旋回を開始する溶接開始点に位置する状態で前記管材における周面のうちの一方側半周にわたって巻き付き、前記溶接トーチが前記管材の周りを一周して前記溶接開始点に到達した状態で前記管材における周面のうちの他方側半周にわたって巻き付くものとしている円周溶接装置。
前記ケーブル結束群には、前記溶接トーチが向く前記管材の前記被溶接部に送給されるフィラーワイヤが含まれている請求項１に記載の管材の円周溶接装置。