JPH0452175B2

JPH0452175B2 -

Info

Publication number: JPH0452175B2
Application number: JP60034722A
Authority: JP
Inventors: Shune Itsuteruiren; Uruban Sutorando; Iuno Yanson; Kaaruueriku Kunipusutoremu
Original assignee: ESAB AB
Current assignee: ESAB AB
Priority date: 1984-02-24
Filing date: 1985-02-25
Publication date: 1992-08-21
Also published as: SE8401018D0; SE441249B; US4629853A; EP0155249A1; SE8401018L; EP0155249B1; DE3570615D1; JPS60210360A

Description

【発明の詳細な説明】［産業上の利用分野］本発明は枝管を形成するパイプ間の接続部を溶
接する装置に係わるもので、特に枝管となる第１
パイプの端面と主管である第２パイプの側面との
突き合わせ部分をパイプの内側から溶接する装置
に関する。この場合、第１パイプの断面は第２パ
イプの断面より小さく、また少なくとも第１パイ
プは直管である。

［従来の技術］上記第１パイプ内に導入され且つ適当な駆動機
構によりこのパイプの軸方向に沿つて移動可能な
ノズルホルダを備えた溶接装置は公知である。ノ
ズルホルダは、第１パイプを通して第２パイプ内
に挿入する先端部に、第１パイプの軸より傘開し
て鋭角をなすように鈎状に取付けた非消耗型棒状
電極を含むガスノズルを備えており、またこのノ
ズルホルダは第１パイプの取付けるフレームに設
けた支持ホルダと結合していて、パイプとの角度
は動かすことができない。支持ホルダはフレーム
に設けた回転機構によつてノズルホルダと共に第
１パイプの軸の回りを回転可能である。

例えば米国特許第4104499号においては、第１
パイプの軸の回りを回転可能な電極が開示され、
この電極は円形軌道を辿る先端部を有する。パイ
プの製造公差によつてしばしばパイプの正確な円
筒形状からの寸法的な偏差を生じ、この偏差のた
めにアークの長さが変化し、溶接の質に悪い影響
を及ぼしていた。枝管の溶接にあたり、電極はま
た第１パイプの軸に沿つて、溶接継目を形成する
２本のパイプ内の交差線を辿つて移動しなければ
ならない。上述の公報では、軸方向移動をカム制
御機構により達成する手段を提案しているが、パ
イプの幾何学的形状に関して非常に高いパイプの
寸法精度が要求される。パイプの寸法の好ましく
ない変化を補償する為、カム制御は取り扱う枝管
の第１パイプに従つて操作を変更することができ
る。加工物の寸法のいかなる変化にも追随して包
括的に変更ができるようにした制御機構は、結局
申し分のない製品を作ることを難しくするだけで
ある。更に、使用するカムの設計が複雑になるほ
どカム制御システムは高価になり、これは更にパ
イプの実寸法に合つた多数の変形カムが入手でき
るようにしなければならないことになる。

枝となる第１パイプの内側溶接が終つた後は溶
接箇所にはいかなる仕上げ作業をも必要としない
ことが特に望ましい。仕上げ作業は小さな溶接パ
イプでは特に面倒な作業で、この小さな溶接箇所
では手を入れることが非常に難しく且つ溶接層の
視認検査の実行もままならないことが多い。

［発明が解決しようとする課題］本発明の目的は溶接装置を提供することを目的
とし、この装置が種々の寸法で且つ異なる幾何的
形状の枝管の溶接に容易に用いることができ、殊
に円筒形状から僅かに偏倚した程度の形状のパイ
プであれば、簡単に使用できる装置を提供するこ
とにある。

［課題を解決するための手段］本発明に係わる溶接装置は、少なくとも第１パ
イプは直管であり、この第１パイプの断面形状が
第２パイプより小さい場合に使用可能であつて、
第１パイプの端面と第２パイプの側面との突き合
わせ部分即ち縁部継目をパイプの内側から溶接し
て第１パイプを第２パイプの枝管として形成する
溶接装置に関する。この溶接装置は、第１パイプ
を通して内部に挿入するノズルホルダを備え、こ
のノズルホルダを第１パイプの軸方向に沿つて移
動する移動機構に確実に固定する一方、このノズ
ルホルダの先端部には第２パイプ内部へ挿入する
非消耗型棒状電極とガスノズルを備えている。更
にこの溶接装置の棒状電極は先端を前記縁部継目
に向け第１パイプの軸と鋭角を形成して鈎状にノ
ズルホルダに取付けられ、またこのノズルホルダ
は第１パイプに装着固定されているフレームに設
けた回動ホルダと前記移動機構を介して連結され
て、フレームに設けた回動手段によりこの回動ホ
ルダが移動機構と共にノズルホルダを伴つて一緒
に第１パイプの軸の周りを回動するように構成し
てある。そこでノズルホルダに前記棒状電極との
位置関係を確実に保つて、第１パイプの内壁に圧
接しながら棒状電極と一体に第１パイプの内壁に
倣つて周回移動する接触子を配設すると共に、前
記棒状電極の先端と第１パイプの突き合わせ端面
である縁部継目との間隔に対応する第１の信号と
所望の間隔に対して設定した第２の信号とを比較
するコンパレータを設けてこれら２つの信号間の
差に対応する偏差信号を発生させ、移動機構によ
りこの偏差信号が減少する方向に棒状電極の先端
を第１パイプの軸方向に移動させるように構成し
た。

［作用］本発明に係る溶接装置は、棒状電極と一体の接
触子が第１パイプの壁部に対して弾性付勢されて
圧接し、第１パイプの内壁に倣つて棒状電極が半
径方向に移動するように作動する。信号コンパレ
ータが提供され、第１パイプに連結した棒状電極
の先端部と縁部継目との間の実際の軸方向ギヤツ
プに対応する第１信号と、適正溶接のための軸方
向ギヤツプを表わす第２信号とを比較する。信号
コンパレータは、第１及び第２の信号間の差に対
応する偏差信号を発生するように作動し、棒状電
極が上記第１信号と第２信号間の差が減少するよ
うな方向へ修正軸方向移動を行なうように駆動機
構に作用する。

上記接触子と電極を結合したことにより、電極
はパイプの内壁上を移動する接触子の軌道に倣つ
て対応する移動軌道を追従する。このようにし
て、電極とパイプ内壁即ち溶接位置との間の２つ
の座標成分より成るギヤツプのうちの第１の成分
が決定される。電極と溶接点との間のギヤツプの
第２の成分は、電極の軸方向移動を制御する駆動
機構により調整される。適正溶接に必要なギヤツ
プの軸方向成分に対応する第２信号は実際のギヤ
ツプに対応する第１信号と比較され、この間の偏
差信号が、適正な軸方向のギヤツプ成分に到達す
る迄電極の軸方向の修正移動を制御する。このよ
うに上述の２つの座標成分の合成で適正溶接の真
のギヤツプを得る。

本発明の望ましい実施例によれば、上記第１信
号は実際のアーク電圧に対応する信号であり、上
記信号コンパレータは第１信号と適正溶接に必要
なアーク電圧に対応する第２信号とを比較する。

本発明の望ましい実施例によれば、接触子と支
持ホルダとの間に引張りばねを張設して接触子を
第１パイプの内壁に圧接する方向に付勢する。特
に望ましいのは電極の軸と交差する第１パイプ内
壁の母線上で接触子が接触するようにすることで
ある。第１パイプは直管であるから、接触子と母
線が確実な接触を保つ限り電極と母線との間での
第１座標成分に関するギヤツプの確保はパイプが
正しい円形から偏倚していても問題にならなくな
る。この第１座標成分としてのギヤツプの維持は
電極が第１パイプの軸方向成分制御のために移動
してもその影響を受けることがない。

本発明の好適な実施例によれば、電極先端部と
第１パイプの軸との間の第１の半径方向距離は、
第１パイプの軸から接触子と接触している母線ま
での距離の第２の半径方向距離と同一、若しくは
これよりも第１パイプの壁厚を超えない程度に保
たれる。もし第１の半径方向距離が小さいと、加
工物上のアークのベースが、第１パイプの内壁上
を枝パイプの開口の方向に向けて制御不能の定ま
らない態様であちこち移動を始めるというような
危険性がある。また第１半径方向距離が大きい
と、溶接の中味が両パイプの一方に不完全な溶込
みを生じて溶接不良になる危険性がある。一方、
もし電極先端部でこの第１半径方向距離が上記の
限界内の値にあれば、通常行われている溶接の仕
上げ作業が必要でなくなることも見出された。

以上の本発明の作用並びに効果は、添付の図面
に示した望ましい実施例に関連する以下の記述か
ら明らかとなろう。

［実施例］第１図に示すように、本発明に係るパイプ溶接
装置はハンドル２を含むＵ字形フレームを有し、
このフレームは、主管としての第２パイプ４に熔
接される枝管としての第１パイプ３の上にこのフ
レームを開口部から嵌入して装置する。Ｃ字形回
動ホルダ５はフレーム１に回転自在に支持されて
いる。回動ホルダ５がその休止位置にある時、フ
レーム１の開口と回動ホルダ５の開口とは互いに
揃つている。第１図図示の回動ホルダ５は上記休
止位置に対して僅かに回転している。回動ホルダ
５はフレーム１内に配備されたギヤ駆動機構（図
示せず）を介して、ハンドル２に内蔵されたモー
タで駆動され回転する。上記ギヤ駆動機構と相互
に作用する回動ホルダ５のギヤリング６部分を第
２図に示す。フレーム１はまた、２つのクランプ
ジヨー７，８からなるクランプ機構を含む。クラ
ンプジヨー７，８はこの機構に接続されたレバー
９により第１パイプ３を挟んで緊締し、フレーム
１が第１パイプ３にしつかりと取付けられるよう
にする。この種のクランプ機構は例えば英国特許
第1416853号に開示されている。

第２図に示すように、回転可能な回動ホルダ５
の上のスライダ１１は、スリーブ１２に内蔵され
接続端子１３により外部と接続を保つ駆動モータ
で駆動されるボールねじ使用の親ねじ１０に支持
されて上下に移動する。親ねじはボールねじ部分
を塵埃から保護するために伸縮自在のたけのこば
ね状のダストカバー１４より覆われているので図
示されない。

スライダ１１はボールねじ使用の親ねじ１０の
軸を中心として回動可能であり、その一端に管状
ノズルホルダ１６を支持するアーム１５を備えて
いて、上記ノズルホルダ１６を親ねじ１０の軸及
び枝管の第１パイプ３の軸と平行に支持してい
る。ノズルホルダ１６は銅管製でその後端にはニ
ツプル１７が装着されており、これが電気導線を
含むガス管１８に接続される。ガス管１８は不活
性ガスを含む槽１９に接続され、電気導線は溶接
電源２０に接続される。これらの配線はここでは
模式的に図示してある。

ノズルホルダ１６はその前端２１で僅かに曲つ
ている。曲つた前端２１は、非消耗型棒状電極２
４付きのガスノズル２３を保持する支持体２２に
固定され、この電極２４の先端は、第１パイプ３
及び第２パイプ４により形成される縁部継目２５
に向けて配置される。ノズルホルダ１６の真直ぐ
な部分には接触子２７としての第１パイプ３の軸
と平行な回転軸２８で小ホイールを回転自在に軸
支している支持体２６が固定され、枝管の第１パ
イプ３の中へ挿入される。

支持体２６は絶縁スリーブ２９によりノズルホ
ルダ１６から絶縁されている。引張りばね３０は
アーム１５に設けたアタツチメント３１と回動ホ
ルダ５に設けたアタツチメント３２との間に張架
される。引張りばね３０は、ノズルホルダ１６を
装着したアーム１５をボールねじ使用の親ねじ１
０の軸の回りに（第１図で示す）時計方向に回動
させるように作用するので、接触子２７の小ホイ
ールは付勢されて第１パイプ３の内壁に押し付け
られる。接触子２７の小ホイール及び電極２４
は、支持体２６、ノズルホルダ１６、支持体２２
及びガスノズル２３を介して互いに強固に結合さ
れている。電極２４は、接触子２７の小ホイール
の接触点になつている枝管の第１パイプ３の内壁
の母線と電極の軸が交差するように方向付けされ
てガスノズル２３に装着される。従つて、電極２
４の軸、接触子２７の小ホイールの軸２８及びノ
ズルホルダ１６の軸は同一平面内に位置する。電
極２４と枝管の第１パイプ３若しくはその第２パ
イプ４内への仮想延長部分との間に生じる半径方
向ギヤツプはこのような位置関係によつて決定さ
れるので、第１パイプ３が主に製造公差によつて
断面形状が幾分楕円形に変形していても差支えな
いようになる。

第３図に模式的に示すように、電極３７の先端
部３６が置かれる半径方向ギヤツプは高品質の溶
接が達成できるように配置するのが望ましい。こ
こで図示するのは異なる枝パイプ３３であり、そ
の軸は主パイプ３４に対して鋭角をなす。枝パイ
プ３３の軸３５は鎖線で示す。ここで模式的に示
す電極３７の先端部３６は軸３５から半径ｒの距
離に配置され、その関係はR₂≧ｒ≧R₁となつて
いる。ここでR₁は軸３５と枝パイプ３３の内壁
３８との間の半径方向距離であり、R₂は軸３５
と枝パイプ３３の外壁３９との間の半径方向距離
である。この寸法関係は電極３７の先端部３６が
常に主パイプ３４内の空間内に位置すると仮定し
たことに基づく。電極３７と軸３５との間で示さ
れる枝パイプ３３の開き角度は鋭角であつて60°
未満とすることが望ましい。或る場合にはそれは
0°の角度が望ましいがそれは電極の軸がノズルホ
ルダ１６の軸と平行となることである。電極３７
の先端部３６と、枝パイプ３３及び主パイプ３４
で形成される縁部継目４０との間での枝パイプ３
３における軸方向ギヤツプ、即ち溶接点について
は、以下に述べる第１図及び第２図図示のパイプ
溶接装置と同様である。

第１図及び第２図に示すように溶接電源２０
は、一部がノズルホルダ１６を介して電極２４に
接続され、一部が戻り導線４１を介して第２パイ
プ４の溶接点近傍に接続される。電極２４と第２
パイプ４との間に実際に印加される電圧はコンパ
レータ４２内にフイードバツクされ、この中で上
記実際の電圧とポテンシヨメータ４３で調整され
た設定電圧とが比較される。設定電圧は電極２４
と縁部継目２５との間の距離で決まる。実際の測
定電圧とポテンシヨメータによる設定電圧との間
の偏差電圧に対応する偏差信号Ｅがボールねじ使
用の親ねじ１０を駆動するモータとターミナル１
３で電気接続している電源４４に伝達される。溶
接電源２０は上記偏差信号Ｅが出力している限り
接続状態にあり、モータはボールねじ使用の親ね
じ１０を駆動してスライダ１１を親ねじ１０に沿
つて移動させ、ノズルホルダ１６を介して電極２
４と溶接点との間の軸方向ギヤツプを、上記偏差
信号Ｅが減少する方向に変化させる。電極と溶接
点との間で半径方向に固定されているギヤツプと
合わせて、この軸方向ギヤツプがポテンシヨメー
タ４３の設定値に対応する値となる迄行われ変位
は総合的なものとなる。

溶接作業で縁部継目２５を完成していくに当
り、その根元部分４５は周囲の空気による酸化か
ら保護されなければならない。

特に薄肉パイプの場合は、溶込みが縁部継目の
根元部分からなり遠くにまで及び、ここで素材が
周囲の大気にさらされるので、これが溶接の質を
落とす原因となつていた。然し望ましい実施例に
よれば、第１パイプの上に嵌装して縁部継目の根
元部分を覆うように配置されるスリーブ形防護カ
バーが提供されており、この場合、カバーは外形
を第２パイプの外壁に合わせて形成し、両パイプ
が突き合わされる根元部分には、不活性ガスの供
給源に接続可能な円形チヤンバを形成する。

そこで枝管の第１パイプ３に好適に適合するス
リーブ形保護カバー４６を嵌装し、複数の押しね
じ４７で固定する。主管の第２パイプ４に接する
保護カバー４６の底面４８は第２パイプ４の円筒
面に適合するように形成してここに密着させる。
保護カバー４６は根元部分４５に面する部分を僅
かにテーパとし、第１パイプ３及び第２パイプ４
と共に根元部分４５を覆う円形チヤンバ４９を形
成する。この円形チヤンバ４９内には、配管５０
を介して不活性ガス槽１９から不活性ガスを供給
し、この不活性ガスにより根元部分４５が空気に
触れるのを防止する。

枝管の第１パイプ３と主管の第２パイプ４を仮
付けの点溶接で接合してから枝管側の第１パイプ
３にパイプ溶接装置を装着する。パイプ溶接装置
を準備して縁部継目２５を溶接する位置に装着す
る以前に、不活性ガスの保護カバー４６を第１パ
イプ３上に嵌着してボルト４７で固定する。次に
パイプ溶接装置のノズルホルダ１６を親ねじ１０
を軸に第１パイプ３の中心に向けて少しだけ回
し、この装置のガスノズル２３を第１パイプ３に
ぶつけないように保持して第１パイプ３内に挿入
する。一旦ノズルホルダ１６が第１パイプ３内に
導かれ、電極２４と縁部継目２５との間の軸方向
ギヤツプが正しい値をとるのに充分な程度の距離
までくると、パイプ溶接装置をクランプジヨー
７，８で第１パイプ３上に固定し、保持していた
ノズルホルダ１６を自由にする。接触子２７の小
ホイールはばね３０に付勢され第１パイプ３の内
壁に圧接し、これにより電極２４のギヤツプの半
径方向成分が決定される。アークが電極２４とパ
イプとの間で形成されると同時に電極ギヤツプの
軸方向成分は上述の態様で調整される。第１パイ
プ３内で電極を第１パイプ３の内壁に沿つて一巡
させる運転はハンドル２に内蔵された図示しない
モータで駆動される回動ホルダ５の回動により行
なわれる。

不活性ガスの保護カバー４６を、パイプ溶接装
置のフレーム１をそこに確実に固定できる長さで
使用することは本発明の範囲内である。この種の
保護カバー４６を用いても、大きな第２パイプ４
から上方に延びる第１パイプ３を溶接する場合に
は、溶接装置を第１パイプ３に固定するのに先立
つて、不活性ガスの保護カバー４６を第１パイプ
３に固定する必要がなくなることもある。なぜな
ら、保護カバー４６の重量と第１パイプ３に固定
されるパイプ溶接装置の重量で、大きな第２パイ
プ４の外周壁に適合させた保護カバー４６の底面
４８が第２パイプ４の外壁に密着するからであ
る。既に述べたようにカバー４６の内径はまた第
１パイプ３の外径によく適合しているから、第１
パイプ３とフレーム１の位置関係が溶接作業中に
ずれることはない。

電極ギヤツプの軸方向成分を調整可能とし、設
定したプログラムで縁部継目２５に沿つて回転す
る電極２４の回転の角度位置により溶接パラメー
タを変化させていくこともまた本発明の範囲内で
ある。溶接条件は縁部継目の形の変化により大き
く変るからこの溶接作業のプログラム制御は、
90°からかなり離れた角度で結合する２本のパイ
プの縁部継目溶接の場合に特に有利である。第３
図図示のパイプ縁部継目においてはパイプは60°
の角度で結合している。パイプの両壁部が鈍角を
なす溶接点５１での縁部継目溶接は、直径を挾ん
で対向するパイプの両壁部が鈍角をなす溶接点５
２とは別の溶接作業パラメータが必要となる。つ
まり溶接点５２に対する電極３７′は破線で示す
ように溶接点５１での電極３７の角度位置とは異
なつた角度位置で適用されることになる。そこで
電極３７の第１パイプ３３内における回転に伴う
溶接点５１，５２等の縁部継目の形状に従つて、
溶接作業パラメータの変化は漸進的に行なわれ
る。

本発明の思想及び特許請求の範囲から外れるこ
となく種々の改造や変更が可能であるから、本発
明は以上に記載した詳細な説明に限定されるもの
ではない。

［発明の効果］以上説明した通り、本発明に係わるパイプの内
側を溶接する装置は、上記の構成であるので、取
扱いは簡単で、枝管の形状が真円から外れていて
も容易に適正な溶接ができ、しかも溶接は高品質
であつて仕上げ作業を必要としないから、手が入
らないような仕上げの困難な箇所や、溶接層の視
認が困難な箇所にも安定して使用できる。

【図面の簡単な説明】

第１図はパイプ溶接装置を示す平面図、第２図
は第１図中の矢標Ｉの方向から見たパイプ溶接装
置を示す側面図、第３図は溶接される２本のパイ
プに関連した溶接棒状電極の位置を示す模式図で
ある。１……フレーム、３……第１パイプ、４……第
２パイプ、５……回動ホルダ、１６……ノズルホ
ルダ、２０……溶接電源、２３……ガスノズル、
２４……電極、２５……縁部継目、２７……接触
子、２８……回転軸、３０……引張りばね（弾性
部材）、４２……コンパレータ、４３……ポテン
シヨメータ、４４……駆動電源、５０……配管。

Claims

【特許請求の範囲】１少なくとも第１パイプ３は直管であり、この
第１パイプ３の断面形状が第２パイプ４より小さ
い場合において、第１パイプ３の端面と第２パイ
プ４の側面との突き合わせ部分２５をパイプの内
側から溶接して第１パイプ３を第２パイプ４の枝
管として形成する溶接装置が、第１パイプ３を通
して内部に挿入するノズルホルダ１６を備え、こ
のノズルホルダ１６を第１パイプ３の軸方向に沿
つて移動する移動機構１５に確実に固定する一
方、このノズルホルダ１６の先端部には第２パイ
プ内部へ挿入する非消耗型棒状電極２４とガスノ
ズル２３を備え、更にこの棒状電極２４は先端を
前記突き合わせ部分に向け第１パイプ３の軸と鋭
角を形成して鈎状にノズルホルダ１６に取付けら
れ、またこのノズルホルダ１６は第１パイプ３に
装着固定されているフレーム１に設けた回動ホル
ダ５と前記移動機構１５を介して連結されて、フ
レーム１に設けた回動手段によりこの回動ホルダ
５が移動機構１５と共にノズルホルダ１６を伴つ
て一緒に第１パイプ３の軸の周りを回動するよう
に構成した溶接装置であつて、前記ノズルホルダ
１６に棒状電極２４との位置関係を確実に保つ
て、第１パイプ３の内壁に圧接しながら棒状電極
２４と一体に第１パイプ３の内壁に倣つて周回移
動する接触子２７を配設すると共に、前記棒状電
極の先端と第１パイプ３の突き合わせ端面との間
隔に対応する第１の信号と所望の間隔に対して設
定した第２の信号とを比較するコンパレータ４２
を設けてこれら２つの信号間の差に対応する偏差
信号を発生させ、移動機構１５によりこの偏差信
号が減少する方向に棒状電極２４の先端を第１パ
イプ３の軸方向に移動させるように構成したこと
を特徴とするパイプの内側溶接をする装置。２前記第１の信号が実際のアーク電圧に対応す
る信号であり、前記コンパレータ４２が前記棒状
電極２４と第１パイプ３もしくは第２パイプ４と
の間に接続され、前記第１の信号と所望の間隔に
対して設定したアーク電圧に対応する第２信号と
の比較を行うことを特徴とする特許請求の範囲第
１項に記載のパイプの内側溶接をする装置。３前記接触子２７を前記第１パイプ３の内壁に
向けて付勢する弾性部材３０をこの接触子２７と
前記回動ホルダ５との間に設けたことを特徴とす
る特許請求の範囲第１項または第２項に記載のパ
イプの内側溶接をする装置。４前記接触子２７が前記棒状電極２４の軸が交
差する前記第１パイプ内壁の母線上で前記第１パ
イプ内壁と接触することを特徴とする特許請求の
範囲第１項乃至第３項のいずれかに記載のパイプ
の内側溶接をする装置。５前記接触子２７は小ホイールから成り、その
回転軸２８が前記第１パイプ３の軸と平行である
ことを特徴とする特許請求の範囲第４項に記載の
パイプの内側溶接をする装置。６前記棒状電極２４先端における前記第１パイ
プ３の軸線からの半径は、第１パイプ３の軸線か
ら接触子２７の第１パイプ３内壁との接点までの
半径に等しいか、これより大きくとも第１パイプ
３の肉厚を超えない範囲にあることを特徴とする
特許請求の範囲第４項または第５項に記載のパイ
プの内側溶接をする装置。