JPH067935A - Welding device - Google Patents

Welding device

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Publication number
JPH067935A
JPH067935A JP12766992A JP12766992A JPH067935A JP H067935 A JPH067935 A JP H067935A JP 12766992 A JP12766992 A JP 12766992A JP 12766992 A JP12766992 A JP 12766992A JP H067935 A JPH067935 A JP H067935A
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JP
Japan
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welding
welding torch
torch
tube
boundary
Prior art date
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Pending
Application number
JP12766992A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Koji Hara
孝司 原
Yuji Yamaguchi
裕治 山口
Shinji Yamazaki
信二 山崎
Masayuki Ishikawa
正幸 石川
Norio Kitamura
紀夫 北村
Akio Makago
昭夫 真籠
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Hitachi Ltd
Original Assignee
Hitachi Ltd
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Publication date
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Publication of JPH067935A publication Critical patent/JPH067935A/en
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  • Butt Welding And Welding Of Specific Article (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【目的】 伝熱管2が管板1内に引き込まれている場合
でも、作業工数をかけることなく、機械的性質や耐食性
の優れた溶接を行うことができることである。 【構成】 溶接トーチ5と、溶接トーチ5がその溶接ア
ークの向きを変更できるよう取付けられ、溶接トーチ5
を管板1に対して相対的に移動させると共に、溶接アー
クが環状の境界部23に沿って移動して行くよう溶接ト
ーチ5を回転させる溶接トーチ移動機構50と、管板1
を撮像するカメラ15と、カメラ15の画像から管穴2
4の位置を求める画像処理装置34と、境界部23まで
の距離を測定するレーザ測長器7と、画像処理装置34
により得られた管穴の位置および測長器7により得られ
た境界部23までの距離に基づいて、マニピュレータ2
2による溶接トーチ5の移動量に対する補正量を溶接ト
ーチ移動機構に出力する溶接トーチ位置制御装置33
と、を備えている。
(57) [Summary] [Purpose] Even when the heat transfer tube 2 is drawn into the tube sheet 1, it is possible to perform welding having excellent mechanical properties and corrosion resistance without spending man-hours. [Structure] The welding torch 5 and the welding torch 5 are attached so that the direction of the welding arc can be changed.
The torch moving mechanism 50 that moves the welding torch 5 so that the welding arc moves along the annular boundary portion 23 while moving the welding plate 1 relative to the tube sheet 1;
The camera 15 that captures the image of the
4, the laser processing device 7 for measuring the distance to the boundary 23, and the image processing device 34.
Based on the position of the tube hole obtained by the above and the distance to the boundary portion 23 obtained by the length measuring device 7,
Welding torch position control device 33 that outputs a correction amount to the moving amount of the welding torch 5 by 2 to the welding torch moving mechanism.
And are equipped with.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、管板の管穴に差し込ま
れた管を該管板に溶接する溶接装置に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a welding device for welding a pipe inserted in a tube hole of a tube sheet to the tube sheet.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来、熱交換器における伝熱管と管板と
の溶接をおこなる溶接装置としては、例えば、特開昭4
9−35250号公報に記載されているものがある。こ
の溶接装置は、ティグ溶接を行う溶接トーチと、管穴に
差し込まれるガイドロッドと、ガイドロッドをX,Y,
Z方向(X方向は鉛直方向、Y方向は管板に平行でかつ
水平方向、Z方向は管板に垂直方向)に移動させるマニ
ピュレータとを備えているものである。この溶接トーチ
は、ガイドロッドに回転可能に取付けられている。ま
た、ガイドロッドは、マニピュレータに対してX,Y方
向に僅かに移動できるよう、弾性体等を介してマニピュ
レータに設けられている。
2. Description of the Related Art Conventionally, as a welding device for welding a heat transfer tube and a tube plate in a heat exchanger, for example, Japanese Patent Laid-Open Publication No. Sho.
Some are described in Japanese Patent Publication No. 9-35250. This welding device includes a welding torch for performing TIG welding, a guide rod to be inserted into a pipe hole, and a guide rod for X, Y, and
It is provided with a manipulator for moving in the Z direction (the X direction is the vertical direction, the Y direction is parallel to the tube sheet and is horizontal, and the Z direction is the vertical direction to the tube sheet). The welding torch is rotatably attached to the guide rod. Further, the guide rod is provided on the manipulator via an elastic body or the like so that it can be slightly moved in the X and Y directions with respect to the manipulator.

【0003】伝熱管と管板との溶接の際には、マニピュ
レータを駆動して、ガイドロッドを目的の伝熱管に差し
込む。このとき、マニピュレータの機構のみでは、管穴
の加工位置誤差、マニピュレータ自体の位置決め誤差等
で、ガイドロッドを目的の伝熱管に確実に導くことがで
きないので、ガイドロッドをマニピュレータに対して
X,Y方向に僅かに移動させて、位置補正する。ガイド
ロッドが伝熱管に差し込まれると、溶接トーチをガイド
ロッド回りに回転させて、溶接アークを伝熱管の外側か
ら中心軸方向に向け、ティグ溶接を実行する。
When welding the heat transfer tube and the tube plate, the manipulator is driven to insert the guide rod into the target heat transfer tube. At this time, the guide rod cannot be reliably guided to the target heat transfer tube due to a machining position error of the pipe hole, a positioning error of the manipulator itself, and the like only with the mechanism of the manipulator. Correct the position by moving it slightly in the direction. When the guide rod is inserted into the heat transfer tube, the welding torch is rotated around the guide rod, the welding arc is directed from the outside of the heat transfer tube toward the central axis direction, and TIG welding is performed.

【0004】ところで、伝熱管の先端部が管板表面から
突出している場合には、このような溶接が直ちに可能で
あるが、伝熱管の先端部が管板内に引き込まれている場
合には、管穴にガイドロッドを差し込んだ状態で溶接を
行うため、管と管板との境界部を直接溶接することがで
きない。そこで、このような場合には、伝熱管の先端部
が管板表面側に現われるまで、管穴を面取りした後、溶
接を実行するか、または、溶接電流を高く設定すると共
に溶接速度を遅くして、伝熱管の先端部回りの管板を溶
かしつつ伝熱管と管板とを溶接しなければならない。
By the way, when the tip of the heat transfer tube is projected from the surface of the tube sheet, such welding can be performed immediately, but when the tip of the heat transfer tube is pulled into the tube sheet, Since welding is performed with the guide rod inserted in the pipe hole, the boundary between the pipe and the pipe sheet cannot be directly welded. Therefore, in such a case, chamfer the tube hole and then perform welding or set the welding current high and slow the welding speed until the tip of the heat transfer tube appears on the tube sheet surface side. The heat transfer tube and the tube plate must be welded while melting the tube plate around the tip of the heat transfer tube.

【0005】なお、従来の溶接装置として、ガイドロッ
ドを有するものとしては、特開昭52−22544号公
報や、特開昭59−223178号公報に記載されてい
るものがある。
As a conventional welding device having a guide rod, there are those described in JP-A-52-22544 and JP-A-59-223178.

【0006】[0006]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うな従来技術では、ガイドロッドを用いているため、溶
接トーチを目的の溶接位置に正確に導くことが可能であ
るものの、伝熱管が管板内に引き込まれている場合に
は、前述したように、管板部を十分に溶融させるため、
高溶接電流、低溶接速度での高入熱溶接を行う必要があ
り、伝熱管や管板の機械的性質が劣化し易くなるという
問題点がある。特に、耐食性の要求されるオ−ステナイ
ト系、またはフェライト系ステンレス製等の伝熱管と管
板との溶接では、高入熱での溶接による溶接熱影響部の
結晶粒の粗大化、組織の鋭敏化等が生じ、溶接部の耐食
性の劣化が生じ易くなってしまう。
However, in such a conventional technique, since the guide rod is used, it is possible to accurately guide the welding torch to the intended welding position, but the heat transfer tube is not inside the tube sheet. If it is pulled in, as described above, in order to sufficiently melt the tube sheet portion,
It is necessary to perform high heat input welding at a high welding current and a low welding speed, and there is a problem that the mechanical properties of the heat transfer tube and the tube sheet are likely to deteriorate. In particular, when welding austenitic or ferritic stainless steel heat transfer tubes and tube sheets, which require corrosion resistance, coarsening of crystal grains in the heat-affected zone and sharpness of the structure due to welding with high heat input. As a result, deterioration of corrosion resistance of the welded portion is likely to occur.

【0007】また、低入熱の溶接を行うために、伝熱管
の引込み量に応じた管穴の面取りを行い、伝熱管と管板
との境界を直接溶融する方法では、この管穴毎の面取り
加工が甚だ面倒で、非常に工数が嵩んでしまうという問
題がある。なお、この方法では、管穴ピッチが狭い場合
や管引き込み量が大きい場合には、十分な面取りができ
ず、結局、高入熱溶接を実行してしまうことになる。
Further, in order to perform welding with a low heat input, in the method of chamfering the tube hole according to the drawn amount of the heat transfer tube and directly melting the boundary between the heat transfer tube and the tube plate, There is a problem that the chamfering process is very troublesome and the man-hours are very large. In this method, when the pipe hole pitch is narrow or the pipe pull-in amount is large, sufficient chamfering cannot be performed, and eventually high heat input welding is executed.

【0008】本発明は、このような従来の問題点に着目
してなされたもので、伝熱管が管板内に引き込まれてい
る場合でも、作業工数をかけることなく、溶接トーチを
目的の溶接位置に正確に導くことができ、かつ機械的性
質や耐食性の優れた溶接を行うことができる溶接装置を
提供することを目的とする。
The present invention has been made by paying attention to such a conventional problem, and even when the heat transfer tube is pulled into the tube sheet, welding for the purpose of a welding torch can be performed without spending man-hours. An object of the present invention is to provide a welding device that can be accurately guided to a position and can perform welding with excellent mechanical properties and corrosion resistance.

【0009】[0009]

【課題を解決するための手段】前記目的を達成するため
の溶接装置は、管板の複数の管穴にそれぞれ差し込まれ
た複数の管を該管板に溶接する溶接装置において、前記
管と前記管板との環状の境界部を溶接する溶接トーチ
と、前記溶接トーチが前記境界部に対するその溶接アー
クの向きを変更できるよう取付けられ、該溶接トーチを
前記管板に対して相対的に移動させると共に、該溶接ト
ーチの溶接アークが環状の前記境界部に沿って移動して
行くよう該溶接トーチを回転させる溶接トーチ移動手段
と、前記管板を撮像する撮像手段と、前記撮像手段によ
り得られた画像から、前記管板上の前記管穴の位置を求
める画像処理手段と、前記境界部までの距離を測定する
測長手段と、予め得られている複数の前記管穴の位置デ
ータに基づいて、前記溶接トーチが複数の該管穴近傍に
順次導かれるよう、前記溶接トーチ移動手段の駆動量を
制御すると共に、前記画像処理手段により得られた前記
管穴の位置および前記測長手段により得られた前記境界
部までの距離に基づいて、前記溶接トーチの溶接アーク
が該境界部に向き、かつ該溶接トーチの先端から該境界
部までの距離が所定の距離になるよう、前記駆動量に対
する補正量を前記溶接トーチ移動手段に出力する溶接ト
ーチ位置制御装置と、を備えていることを特徴とするも
のである。
A welding device for achieving the above object is a welding device for welding a plurality of pipes respectively inserted into a plurality of pipe holes of a pipe sheet to the pipe sheet, wherein A welding torch for welding an annular boundary with the tube sheet, the welding torch being mounted so as to be able to change the direction of its welding arc with respect to the boundary, and moving the welding torch relative to the tube sheet. Together with the welding torch moving means for rotating the welding torch so that the welding arc of the welding torch moves along the annular boundary portion, the image pickup means for picking up the image of the tube sheet, and the image pickup means Image processing means for obtaining the position of the tube hole on the tube sheet from the image obtained, length measuring means for measuring the distance to the boundary portion, and based on the position data of the plurality of tube holes obtained in advance. Before The welding torch moving means was controlled so that the welding torch was sequentially guided to the vicinity of the plurality of tube holes, and the position of the tube hole obtained by the image processing means and the length measuring means were obtained. A correction amount for the driving amount so that the welding arc of the welding torch faces the boundary portion based on the distance to the boundary portion and the distance from the tip of the welding torch to the boundary portion becomes a predetermined distance. And a welding torch position control device for outputting the welding torch moving means to the welding torch moving means.

【0010】[0010]

【作用】ここでは、管の先端部が管板内に引き込まれて
いるものを溶接する場合の動作について説明する。ま
ず、複数の管のうち、いずれかの管を直ちに溶接できる
よう、溶接トーチを初期設定する。この溶接トーチの初
期設定では、溶接トーチの位置のみならず、溶接トーチ
の先端が回転中心軸に対して外方向を向き、かつ溶接ト
ーチの先端と環状の境界部との距離がこの溶接に適切な
距離になるよう、溶接トーチの向きも設定する。
OPERATION Here, the operation of welding a pipe whose tip is drawn into the tube sheet will be described. First, the welding torch is initialized so that any one of the plurality of tubes can be welded immediately. In the initial setting of this welding torch, not only the position of the welding torch but also the tip of the welding torch faces outward with respect to the rotation center axis, and the distance between the tip of the welding torch and the annular boundary is suitable for this welding. Set the orientation of the welding torch so that the distance is large.

【0011】続いて、溶接トーチ移動手段により、溶接
トーチを回転させつつ、管と管板との環状の境界部を溶
接する。この際、少なくとも、次に溶接する部分を撮像
手段で撮像し、次に溶接する管穴の管板上の位置を求め
ると共に、そこの管と管板との境界部までの距離を測長
手段により実測する。最初の境界部を溶接すると、予め
得られている複数の管穴の位置データ、例えば、管穴加
工の際に用いた管穴加工用NCデータに基づいて、溶接
トーチを溶接トーチ移動手段により移動させる。ところ
で、このような管穴加工用NCデータのみを用いて溶接
トーチを移動させた場合には、管穴加工時の加工位置誤
差や移動機構自体の位置決め誤差により、溶接トーチを
正確に境界部に導くことができない。そこで、撮像手段
により得られた管穴の位置および測長手段により得られ
た境界部までの距離に基づき、溶接トーチの溶接アーク
が境界部に向き、かつ溶接トーチの先端が境界部まで所
定の距離離れるよう、溶接トーチを補正移動させる。
Subsequently, the welding torch moving means rotates the welding torch and welds the annular boundary portion between the pipe and the tube sheet. At this time, at least the portion to be welded next is imaged by the imaging means, the position of the tube hole to be welded next is determined on the tube sheet, and the distance to the boundary between the tube and the tube sheet is measured by the length measuring means. Measured by. When the first boundary portion is welded, the welding torch is moved by the welding torch moving means on the basis of the position data of a plurality of pipe holes obtained in advance, for example, the NC data for pipe hole processing used at the time of pipe hole processing. Let By the way, when the welding torch is moved only by using such NC data for pipe hole machining, the welding torch is accurately positioned at the boundary portion due to a machining position error during pipe hole machining and a positioning error of the moving mechanism itself. I can't lead. Therefore, based on the position of the pipe hole obtained by the image pickup means and the distance to the boundary portion obtained by the length measuring means, the welding arc of the welding torch faces the boundary portion and the tip of the welding torch reaches the boundary portion at a predetermined distance. Correctly move the welding torch so that it is farther away.

【0012】そして、溶接トーチを回転させて、境界部
を溶接して行く。この際にも、次に溶接する部分の撮像
および測長を行い、これにより得たデータをさらに次に
溶接する際の溶接トーチの補正移動に用いる。以上の動
作を繰り返して実行し、複数の管を順次管板に溶接す
る。
Then, the welding torch is rotated to weld the boundary portion. Also at this time, the image of the portion to be welded next is measured and the length is measured, and the data obtained by this is used for the correction movement of the welding torch in the next welding. The above operation is repeatedly performed to sequentially weld a plurality of tubes to the tube sheet.

【0013】このように、本発明では、撮像手段等を用
いて溶接部分の位置等を実際に測定して、溶接トーチの
位置を補正しているので、溶接トーチを溶接部分である
境界部に正確に導くことができる。さらに、溶接トーチ
を溶接部分に正確に導くことができることに起因して、
従来技術のようにガイドロッド等を用いる必要がなくな
るため、溶接アークを管の中心軸側から外方向に向ける
ことができ、管の先端部が管板内に引き込まれていて
も、管板に面取りを施すことなく、直接境界部分を溶接
することができる。
As described above, according to the present invention, the position of the welding torch is corrected by actually measuring the position of the welding portion by using the image pickup means and the like, so that the welding torch is located at the boundary portion which is the welding portion. Can be guided accurately. Furthermore, due to the fact that the welding torch can be accurately guided to the welding part,
Since it is not necessary to use a guide rod etc. as in the prior art, the welding arc can be directed outward from the central axis side of the pipe, and even if the tip of the pipe is pulled into the pipe sheet, It is possible to directly weld the boundary portion without chamfering.

【0014】[0014]

【実施例】以下、本発明に係る管と管板とを溶接する溶
接装置の一実施例について図面を用いて説明する。本実
施例の溶接装置は、図1に示すように、熱交換器60の
外径φ15〜23mmの伝熱管2と管板1との境界部23
をティグ溶接するものである。この伝熱管2は、管板1
の表面から伝熱管肉厚に応じて1.2〜3.0mm程度引き
込まれており、境界部23は管穴24内に存在してい
る。
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS An embodiment of a welding device for welding a pipe and a tube sheet according to the present invention will be described below with reference to the drawings. As shown in FIG. 1, the welding apparatus of the present embodiment has a boundary portion 23 between the heat transfer tube 2 having an outer diameter of 15 to 23 mm and the tube sheet 1 of the heat exchanger 60.
TIG welding. This heat transfer tube 2 is a tube plate 1
Is drawn in from the surface of the tube 1 to about 1.2 to 3.0 mm according to the wall thickness of the heat transfer tube, and the boundary portion 23 exists in the tube hole 24.

【0015】本溶接装置は、図1、図2および図3に示
すように、伝熱管2と管板1との境界部23をティグ溶
接する溶接トーチ5と、溶接トーチ5を移動させる溶接
トーチ移動機構50と、溶接トーチ移動機構50を制御
するトーチ位置制御装置33と、溶接用ワイヤー13を
溶接トーチ5のタングステン電極3近傍に送給する溶接
用ワイヤー送給装置52と、ティグ溶接用の電力を供給
する溶接電源装置31と、溶接電源装置31を制御する
溶接制御装置30と、シールガスとしてのアルゴンガス
を供給するガスボンベ(図示されていない)と、小型カ
メラ15と、カメラ15で撮像した画像に特定の処理を
施す画像処理装置34と、境界部23までの距離等を測
定するレーザ測長器7と、レーザ測長器7による測定タ
イミングを制御すると共に測長データを一時的に記憶す
るレーザ測長制御装置37と、溶接トーチ移動機構50
を3方向(X方向、Y方向、Z方向)に移動させる3軸
マニピュレータ22と、3軸マニピュレータ22を制御
するNC制御装置32と、を有して構成されている。
As shown in FIGS. 1, 2 and 3, the present welding apparatus includes a welding torch 5 for TIG welding a boundary portion 23 between the heat transfer tube 2 and the tube sheet 1, and a welding torch for moving the welding torch 5. A moving mechanism 50, a torch position control device 33 for controlling the welding torch moving mechanism 50, a welding wire feeding device 52 for feeding the welding wire 13 to the vicinity of the tungsten electrode 3 of the welding torch 5, and a TIG welding device. A welding power source 31 for supplying electric power, a welding controller 30 for controlling the welding power source 31, a gas cylinder (not shown) for supplying argon gas as a seal gas, a small camera 15, and an image captured by the camera 15. The image processing device 34 that performs a specific process on the captured image, the laser length measuring device 7 that measures the distance to the boundary portion 23, and the measurement timing by the laser length measuring device 7 are controlled. A laser length controller 37 for temporarily storing the measurement data with the welding torch moving mechanism 50
It is configured to have a triaxial manipulator 22 for moving the triaxial manipulator 22 in three directions (X direction, Y direction, Z direction) and an NC control device 32 for controlling the triaxial manipulator 22.

【0016】溶接トーチ移動機構50は、図1に示すよ
うに、溶接トーチ5を回転させる減速機付きトーチ回転
用スッテピングモータ16と、これを支持する回転用モ
ータケース25と、トーチ回転用モータ16の軸に取付
けられているトーチ回転シャフト8と、溶接トーチ5を
Z方向に移動させるトーチZ方向移動用サーボモータ1
1と、溶接トーチ5を保持するトーチ保持体6と、Z方
向移動用モータ11の軸に取付けられトーチ保持体6の
一端側に形成されているネジ10に係合するギア9と、
回転用モータケース25を回転シャフト8や溶接トーチ
5等と共に鉛直方向(X方向)に移動させるX方向スラ
イドユニット19およびX方向移動用サーボモータ18
aと、X方向スライドユニット20を水平方向(Y方
向)に移動させるYスライドユニット20およびY方向
移動用サーボモータ18bと、を有している。
As shown in FIG. 1, the welding torch moving mechanism 50 includes a torch rotating stepping motor 16 with a speed reducer for rotating the welding torch 5, a rotating motor case 25 supporting the stepping motor 16, and a torch rotating motor. Torch rotating shaft 8 attached to the shaft of 16 and torch Z-direction moving servomotor 1 for moving the welding torch 5 in the Z direction
1, a torch holder 6 that holds the welding torch 5, a gear 9 that is attached to the shaft of the Z-direction moving motor 11, and that engages with a screw 10 formed at one end of the torch holder 6.
An X-direction slide unit 19 for moving the rotation motor case 25 in the vertical direction (X direction) together with the rotation shaft 8, the welding torch 5, etc., and an X-direction movement servo motor 18.
a, a Y slide unit 20 that moves the X direction slide unit 20 in the horizontal direction (Y direction), and a Y direction movement servomotor 18b.

【0017】トーチ回転シャフト8は、回転用モータケ
ース25に設けられているラジアル軸受17に、回転可
能に支持されている。トーチ保持体6は、その一端側が
回転シャフト8内に設けられ、回転しながらZ方向に移
動可能にベアリング29に支持されている。したがっ
て、トーチ保持体6および溶接トーチ5は、回転シャフ
ト8に固設されているZ方向移動用モータ11が駆動す
ることにより、ギア9およびギア9が回転して、回転し
ながらZ方向に移動することになる。
The torch rotation shaft 8 is rotatably supported by a radial bearing 17 provided in a rotation motor case 25. One end of the torch holder 6 is provided inside the rotary shaft 8 and is supported by a bearing 29 so as to be movable in the Z direction while rotating. Therefore, the torch holder 6 and the welding torch 5 are driven by the Z-direction moving motor 11 fixed to the rotary shaft 8 to rotate the gear 9 and the gear 9, and move in the Z direction while rotating. Will be done.

【0018】Z方向移動用サーボモータ11、X方向移
動用サーボモータ18aおよびY方向移動用サーボモー
タ18bは、溶接トーチ5を、それぞれ、X方向、Y方
向、Z方向に関して、0.1mm以下の精度で位置決めで
きるものを用いている。なお、Z方向移動用サーボモー
タ11の電力ケーブルとレーザ測長器7の制御信号ケー
ブルとには、両者が同軸になっている同軸ケーブル26
を用いてる。回転用モータケース25には、この同軸ケ
ーブル26を巻き取るケーブル巻き取り装置27が設け
られている。
The Z-direction moving servo motor 11, the X-direction moving servo motor 18a, and the Y-direction moving servo motor 18b have the welding torch 5 of 0.1 mm or less in the X-direction, the Y-direction, and the Z-direction, respectively. The one that can be positioned with accuracy is used. The power cable of the Z-direction moving servo motor 11 and the control signal cable of the laser length measuring device 7 are coaxial with each other.
Is using. The rotating motor case 25 is provided with a cable winding device 27 that winds the coaxial cable 26.

【0019】トーチ保持体6は、溶接トーチ5のタング
ステン電極3がトーチ回転シャフト8の回転中心軸に対
して斜め外方向を向くよう、溶接トーチ5をその前後2
ヵ所で支持している。この2ヵ所の支持部分の一方には
長孔(図示されていない)が形成され、一方の支持部分
を中心として、溶接トーチ5が揺動可能になっている。
すなわち、溶接トーチ5は、トーチ回転シャフト8の回
転中心軸に対する角度を一定の範囲内で変えられるよう
になっている。
The torch holder 6 includes a welding torch 5 in front of and behind the welding torch 5 so that the tungsten electrode 3 of the welding torch 5 is directed obliquely outward with respect to the central axis of rotation of the torch rotation shaft 8.
We support in some places. A long hole (not shown) is formed in one of the two supporting portions, and the welding torch 5 can swing about the one supporting portion.
That is, the welding torch 5 can change the angle with respect to the rotation center axis of the torch rotation shaft 8 within a certain range.

【0020】溶接トーチ5と溶接電源装置31とは、溶
接電源装置31から溶接トーチ5へアルゴンガスおよび
溶接用電力を供給できるよう、ガスホースと電力ケーブ
ルとが同軸になっている同軸メインケーブル28により
接続されている。この同軸メインケーブル28は、トー
チ回転シャフト8内に形成されているケーブル挿通孔
(図示されていない)を通り、溶接トーチ5に接続され
ている。なお、アルゴンガスは、ガスボンベから溶接電
源装置31に送られ、そこでガス供給調整が行われる。
The welding torch 5 and the welding power source device 31 are connected by a coaxial main cable 28 in which a gas hose and a power cable are coaxial so that argon gas and welding power can be supplied from the welding power source device 31 to the welding torch 5. It is connected. The coaxial main cable 28 is connected to the welding torch 5 through a cable insertion hole (not shown) formed in the torch rotation shaft 8. The argon gas is sent from the gas cylinder to the welding power supply device 31, and the gas supply is adjusted there.

【0021】溶接用ワイヤー送給装置52は、溶接用ワ
イヤー13が巻き付けられているワイヤーリール14
と、ここからタングステン電極3の近傍まで溶接用ワイ
ヤー13を送給する溶接用ワイヤー送給機12と、溶接
用ワイヤー送給機12とタングステン電極近傍までの間
の溶接用ワイヤー13をガイドするワイヤー送給ガイド
4とで、構成されている。ワイヤーリール14およびワ
イヤー送給機12は、トーチ回転シャフト8に固設され
ている。
The welding wire feeding device 52 includes a wire reel 14 around which the welding wire 13 is wound.
And a welding wire feeder 12 that feeds the welding wire 13 from here to the vicinity of the tungsten electrode 3, and a wire that guides the welding wire 13 between the welding wire feeder 12 and the vicinity of the tungsten electrode. It is composed of the feeding guide 4. The wire reel 14 and the wire feeder 12 are fixed to the torch rotation shaft 8.

【0022】レーザ測長器7は、境界部23までの距離
を検出するため、回転用シャフト8の先端部分に取付け
られている。このレーザ測長器7は、その測定方向を変
えられるよう回転シャフト8に取付けられている。溶接
トーチ移動機構50は、固定治具21を介して、3軸マ
ニピュレータ22に設けられている。また、カメラ15
は、その撮像方向を変えられるよう固定治具21に取付
けられている。
The laser length measuring device 7 is attached to the tip portion of the rotating shaft 8 in order to detect the distance to the boundary portion 23. The laser length measuring device 7 is attached to the rotating shaft 8 so that the measuring direction can be changed. The welding torch moving mechanism 50 is provided on the triaxial manipulator 22 via the fixing jig 21. Also, the camera 15
Is attached to the fixing jig 21 so that its imaging direction can be changed.

【0023】次に、本実施例の溶接装置の動作について
図4に示すフローチャートに従って説明する。まず、各
機器の原点調整および各種データの初期設定を行う(ス
テップ1)。ステップ1においては、最初に、管板1と
溶接装置とが対向するように、熱交換器60をターニン
グロール61上に置き、管板1の水平および垂直のレベ
ルを±10mm/2000mm以下程度に調整する。
Next, the operation of the welding apparatus of this embodiment will be described with reference to the flow chart shown in FIG. First, the origin of each device is adjusted and various data are initialized (step 1). In step 1, first, the heat exchanger 60 is placed on the turning roll 61 so that the tube sheet 1 and the welding device face each other, and the horizontal and vertical levels of the tube sheet 1 are adjusted to about ± 10 mm / 2000 mm or less. adjust.

【0024】3軸マニピュレータ22の原点合わせを行
う。3軸マニピュレータ22を制御するNC制御装置3
2のNC制御用座標データには、管板1への管穴加工用
のNC座標データを流用する。この原点合わせでは、タ
ングステン電極3が伝熱管2の中心軸に対し、30°〜
70°程度の角度になるよう、溶接トーチ5の向きを調
整した後、3軸マニピュレータ22を駆動して、最初に
溶接する伝熱管2と管板1との境界部23に溶接トーチ
5を移動させると、その境界部23からタングステン電
極3の先端までの距離が0.5〜1.5mm程度になり、か
つ管板1の管穴内面からタングステン電極3の先端まで
の距離が0.5mm以下になるよう手動にて調整する。
The origin of the three-axis manipulator 22 is adjusted. NC controller 3 for controlling the three-axis manipulator 22
The NC coordinate data for machining the pipe hole in the tube sheet 1 is used as the NC control coordinate data for No. 2. In this origin alignment, the tungsten electrode 3 is 30 ° to the central axis of the heat transfer tube 2.
After adjusting the orientation of the welding torch 5 so that the angle becomes about 70 °, the triaxial manipulator 22 is driven to move the welding torch 5 to the boundary portion 23 between the heat transfer tube 2 and the tube sheet 1 to be welded first. Then, the distance from the boundary portion 23 to the tip of the tungsten electrode 3 is about 0.5 to 1.5 mm, and the distance from the inner surface of the tube hole of the tube sheet 1 to the tip of the tungsten electrode 3 is 0.5 mm or less. Adjust manually so that

【0025】3軸マニピュレータ22の原点合わせが終
了すると、最初に溶接する境界部23に対するタングス
テン電極3の前述した位置を2番目に溶接する境界部2
3に対するタングステン電極3の原点とする。具体的に
は、レーザー測長器7と管板1までの距離を基準とし、
レーザー測長制御装置37およびトーチ位置制御装置3
3の原点調整を行る。また、図8に示すように、最初の
溶接部分の管板表面36aからレーザ測長器7までの距
離Lp1および管端面35aからレーザ測長器7までの
距離Lt1をノギス等で実測し、これを初期データとし
てレーザー測長制御装置37およびトーチ位置制御装置
33に設定する。さらに、レーザー測長の測長待時間お
よび測長時間もレーザー測長制御装置37に初期設定す
る。
When the origin adjustment of the triaxial manipulator 22 is completed, the above-mentioned position of the tungsten electrode 3 with respect to the boundary portion 23 to be welded first is the boundary portion 2 to be welded second.
3 is the origin of the tungsten electrode 3. Specifically, based on the distance between the laser length measuring device 7 and the tube sheet 1,
Laser length measurement controller 37 and torch position controller 3
Perform 3 origin adjustment. In addition, as shown in FIG. 8, the distance Lp 1 from the tube plate surface 36a of the first welded portion to the laser length measuring device 7 and the distance Lt 1 from the pipe end face 35a to the laser length measuring device 7 are measured with a caliper or the like. This is set in the laser length measurement control device 37 and the torch position control device 33 as initial data. Further, the length measurement waiting time and the length measurement time of the laser length measurement are also initialized in the laser length measurement control device 37.

【0026】カメラ15の次溶接位置への焦点調整を手
動で行う。このカメラ15は、3軸マニピュレータ22
に設けられている固定治具21に取付けてあるため、3
軸マニピュレータ22による溶接トーチ5の管列方向へ
の移動に伴い、常に、次溶接位置を向いた状態を維持す
る。
The focus of the camera 15 to the next welding position is manually adjusted. This camera 15 is a three-axis manipulator 22.
Since it is attached to the fixing jig 21 provided in
With the movement of the welding torch 5 in the pipe row direction by the shaft manipulator 22, the state of always facing the next welding position is maintained.

【0027】次に、原点調整用テンプレートにて工業用
カメラ15の画像データの画像処理装置34上での原点
調整、およびトーチ位置制御装置33の原点調整を行
う。原点調整用テンプレートには、図5に示すように、
公称の管穴径と同じ径の2つの基準穴41b,43b
が、相互の中心点41a,43a間の距離が公称ピッチ
Pとなるよう描かれている。この原点調整用プレートを
管板1に張付ける(最初に溶接する部分の管穴と一方の
基準穴41bとを一致させる)。カメラ15は、その撮
像方向が管板1をやや斜めの方向から撮像するよう調整
されているため、例えば、実際の管穴ピッチと画像デー
タから得られる管穴ピッチとは異なってしまう。そこ
で、管板1に張付けた原点調整用テンプレートを撮像し
て、その画像データから得られる管穴ピッチPを公称ピ
ッチとして把握できるよう、画像処理装置34やトーチ
位置制御装置33を調整する。なお、この画像データか
ら得られる2つの基準円41b,43bの中心点41
a,43aの座標値および管穴ピッチPは、画像処理装
置34に初期設定される。溶接電流、溶接速度、溶接ワ
イヤー送給量等の溶接条件を溶接制御装置30に入力す
る。
Next, the origin adjustment template is used to adjust the origin of the image data of the industrial camera 15 on the image processor 34 and the origin of the torch position controller 33. In the origin adjustment template, as shown in FIG.
Two reference holes 41b and 43b with the same diameter as the nominal tube hole diameter
Is drawn such that the distance between the center points 41a and 43a is the nominal pitch P. The plate for adjusting the origin is attached to the tube sheet 1 (the tube hole at the first welding portion and one reference hole 41b are aligned). Since the imaging direction of the camera 15 is adjusted so as to image the tube sheet 1 from a slightly oblique direction, for example, the actual tube hole pitch and the tube hole pitch obtained from the image data are different. Therefore, the image processing device 34 and the torch position control device 33 are adjusted so that the origin adjustment template attached to the tube sheet 1 is imaged and the tube hole pitch P obtained from the image data can be grasped as the nominal pitch. The center point 41 of the two reference circles 41b and 43b obtained from this image data
The coordinate values of a and 43a and the tube hole pitch P are initialized in the image processing device 34. Welding conditions such as welding current, welding speed, and welding wire feed amount are input to the welding control device 30.

【0028】ステップ2では、溶接開始のスタートボタ
ンを押し、最初の境界部23の溶接を開始させる。する
と、溶接制御装置30から、溶接電源31に対して溶接
トーチ5へアルゴンおよび溶接電流を供給する指令、お
よびワイヤー送給機12に対してワイヤー送給指令が発
進されると共に、減速機付きトーチ回転用スッテピング
モータ16に対して溶接トーチ5の回転開始の時期およ
び回転速度に関する制御用パルス信号が発進される。こ
れにより、回転用モータ16は駆動し始め、溶接トーチ
5は、回転シャフト8の回転中心軸を中心として回転
し、伝熱管2と管板1との境界部23のティグ溶接を開
始する。この際、タングステン電極3はトーチ回転シャ
フト8の回転中心軸に対して斜め外方向を向いているの
で、伝熱管2の管中心側から境界部23を直接溶接する
ことができ、管板1を不必要に溶かすことはない。
In step 2, the welding start button is pressed to start the welding of the first boundary portion 23. Then, the welding control device 30 issues a command to the welding power source 31 to supply argon and welding current to the welding torch 5, and a wire feeding command to the wire feeder 12, and also a torch with a speed reducer. A control pulse signal relating to the timing and the rotation speed of the welding torch 5 starting to rotate is issued to the rotating stepping motor 16. As a result, the rotation motor 16 starts to drive, the welding torch 5 rotates about the rotation center axis of the rotation shaft 8, and TIG welding of the boundary portion 23 between the heat transfer tube 2 and the tube sheet 1 is started. At this time, since the tungsten electrode 3 faces obliquely outward with respect to the rotation center axis of the torch rotation shaft 8, the boundary portion 23 can be directly welded from the tube center side of the heat transfer tube 2, and the tube sheet 1 can be attached. It does not melt unnecessarily.

【0029】ステップ3では、ステップ2の開始と並行
して、溶接制御装置30からレーザ測長制御装置37に
対して測長制御指令が送信され、レーザ測長制御装置3
7は、初期設定した測長待時間経過後にレーザー測長器
7に対して測長開始指令を出力する。レーザー測長器7
は溶接トーチ5と共に回転し、図7に示すように、レー
ザ測長器7が発進するレーザビームは管板1上に円軌道
40を形成する。なお、同図中、38は溶接トーチ5の
溶接アークの軌道を示している。レーザ測長器7が回転
すると、レーザビームは次に溶接する伝熱管39を横切
ることになる。レーザ測長器7は、レーザー測長制御装
置37が初期設定した測長時間経過後に測長停止指令を
出力するまで、測長を行い、測長データをレーザ測長制
御装置37に送信する。レーザ測長制御装置37は、
0.1秒毎程度の頻度で測長データを内部メモリに一旦
記憶し、記憶したデータのうち、図8に示すように、L
1±1.5mmのデータのみを抽出し、これらを平均し
て、この平均値を2番目の溶接部分の管板表面36bか
らレーザ測長器7までの距離Lp2とする。さらに、記
憶したデータのうち、Lt1±1.5mmのデータのみを
抽出し、これらを平均して、この平均値を2番目の溶接
部分の管端面35bからレーザ測長器7までの距離Lt
2とする。レーザ測長制御装置37は、初期設定値であ
る距離Lp1,Lt2を内部メモリから消去する一方で、
求めた距離Lp2,Lt2を内部メモリに記憶すると共
に、トーチ位置制御装置33ヘ送信する。
In step 3, in parallel with the start of step 2, the welding control device 30 transmits a length measurement control command to the laser length measurement control device 37, and the laser length measurement control device 3
7 outputs a length measurement start command to the laser length measuring device 7 after the preset length measurement waiting time has elapsed. Laser length measuring device 7
Rotates with the welding torch 5, and the laser beam emitted by the laser length-measuring device 7 forms a circular orbit 40 on the tube sheet 1 as shown in FIG. In the figure, 38 indicates the trajectory of the welding arc of the welding torch 5. When the laser length measuring device 7 rotates, the laser beam crosses the heat transfer tube 39 to be welded next. The laser length measurement device 7 performs length measurement until the laser length measurement controller 37 outputs a length measurement stop command after the initial setting of the length measurement time, and transmits the length measurement data to the laser length measurement control device 37. The laser measurement controller 37
The length measurement data is temporarily stored in the internal memory at a frequency of about every 0.1 seconds, and among the stored data, as shown in FIG.
Only the data of p 1 ± 1.5 mm is extracted, these are averaged, and this average value is set as the distance Lp 2 from the tube plate surface 36b of the second welded portion to the laser length measuring device 7. Further, of the stored data, only the data of Lt 1 ± 1.5 mm is extracted, these are averaged, and this average value is used as the distance Lt from the pipe end surface 35 b of the second welded portion to the laser length measuring device 7.
Set to 2 . The laser length measurement controller 37 erases the distances Lp 1 and Lt 2 which are initial setting values from the internal memory, while
The calculated distances Lp 2 and Lt 2 are stored in the internal memory and are transmitted to the torch position control device 33.

【0030】トーチ位置制御装置33は、初期設定され
ている距離Lp1と距離Lp2との差Dp1を求めると共
に、初期設定されている距離Lt1と距離Lt2との差D
1を求め、これらの値Dp1,Dt1を2番目の溶接部
分を溶接する際における溶接トーチ5のZ方向の位置補
正量とする。ところで、測長器自体は、レーザを用いる
ものでなくてもよいが、高熱、高電磁波領域近傍におい
て、距離測定を実施することになるので、光学式の測長
器が好ましい。
The torch position control device 33 obtains the difference Dp 1 between the distance Lp 1 and the distance Lp 2 which are initially set, and the difference Dp between the distance Lt 1 and the distance Lt 2 which is initially set.
t 1 is obtained, and these values Dp 1 and Dt 1 are used as the position correction amounts in the Z direction of the welding torch 5 when welding the second welded portion. By the way, although the length measuring device itself does not need to use a laser, an optical length measuring device is preferable because distance measurement is performed in the vicinity of a high heat and high electromagnetic wave region.

【0031】ステップ4では、ステップ2の開始と並行
して、溶接制御装置30から溶接開始情報がトーチ位置
制御装置33に送信される。これを受信したトーチ位置
制御装置33は、画像処理装置34に対して撮像指令を
出力し、カメラ15は、2番目に溶接する部分を中心と
して、撮像を開始し、画像データを画像処理装置34に
出力する。ところで、図6に示すように、管板表面44
aは反射光により白く、管内部44bは黒く、管端面4
4cは灰色に撮像される。そこで、画像処理装置34
は、画像データをデジタル変換して、白い部分を示すデ
ータ群と黒い部分を示すデータ群とに2値化する。さら
に、画像処理装置34は、黒い部分を示すデータ群の座
標値から黒色部分の中心座標を求める。この中心座標
は、図5に示すように、2番目に溶接する部分の中心位
置42aの座標であるから、初期設定された基準円43
bの中心位置43aの座標値とを比較し、両者のX方向
に関する値の差DxおよびY方向に関する値の差Dyを
求め、これらの値Dx,DyをそれぞれX方向およびY
方向に関する溶接トーチ5の位置補正量とし、内部メモ
リ内に一時的に記憶しておく。
In step 4, welding start information is transmitted from the welding control device 30 to the torch position control device 33 in parallel with the start of step 2. Upon receiving this, the torch position control device 33 outputs an imaging command to the image processing device 34, the camera 15 starts imaging centering on the second welding portion, and the image data is processed by the image processing device 34. Output to. By the way, as shown in FIG.
a is white due to the reflected light, the inside 44b of the tube is black, and the tube end surface 4
4c is imaged in gray. Therefore, the image processing device 34
Converts the image data into digital data and binarizes it into a data group showing a white portion and a data group showing a black portion. Further, the image processing device 34 obtains the center coordinates of the black portion from the coordinate values of the data group indicating the black portion. As shown in FIG. 5, the center coordinates are the coordinates of the center position 42a of the second welding portion, and thus the reference circle 43 that is initially set is set.
By comparing the coordinate value of the center position 43a of b with the coordinate value Dx of the two in the X direction and the difference Dy of the value in the Y direction, these values Dx and Dy are respectively calculated in the X direction and the Y direction.
The position correction amount of the welding torch 5 with respect to the direction is temporarily stored in the internal memory.

【0032】ステップ5では、初期設定した溶接終了位
置まで、溶接トーチ5が回転した時点で、溶接制御装置
30が、溶接電源31に対し、アルゴンガスおよび溶接
電流の供給終了指令を出力すると共に、減速機付きトー
チ回転用スッテピングモータ16に回転終了指令を出力
し、最初の溶接位置における溶接を終了させる。
In step 5, when the welding torch 5 is rotated to the welding end position that has been initialized, the welding control device 30 outputs a supply end command of argon gas and welding current to the welding power source 31, and A rotation end command is output to the stepping motor 16 for rotating the torch with a speed reducer to end welding at the first welding position.

【0033】ステップ7では、溶接制御装置30からの
溶接終了情報を受けたNC制御装置32が管穴加工用の
NC座標データのうち2番目に溶接する部分の座標デー
タを3軸マニピュレータ22に出力する。3軸マニピュ
レータ22は駆動して、溶接トーチ5を2番目の溶接位
置に移動させる。この移動過程において、溶接トーチ5
が管板1から所定距離離れた時点で、溶接制御装置30
が回転用モータ16に対し、反転指令を出力する。回転
用モータ16が駆動し、トーチ回転シャフト8が反転し
ている際には、ケーブル巻き取り装置27が駆動する。
これは、トーチ回転シャフト8の回転と共に、Z方向移
動用モータ11およびレーザ測長器7も回転するため、
これらに電力や制御信号を送る同軸ケーブル26が、反
転時に弛み、巻き込まれるのを防止するためである。
In step 7, the NC control device 32, which has received the welding completion information from the welding control device 30, outputs the coordinate data of the second welding portion of the NC coordinate data for pipe hole machining to the three-axis manipulator 22. To do. The three-axis manipulator 22 is driven to move the welding torch 5 to the second welding position. During this moving process, the welding torch 5
Is separated from the tube sheet 1 by a predetermined distance, the welding control device 30
Outputs a reversal command to the rotation motor 16. When the rotation motor 16 is driven and the torch rotation shaft 8 is reversed, the cable winding device 27 is driven.
This is because the Z-direction moving motor 11 and the laser length measuring device 7 rotate together with the rotation of the torch rotating shaft 8.
This is to prevent the coaxial cable 26 that sends electric power or a control signal to these from being loosened and caught when it is reversed.

【0034】ステップ7において、溶接トーチ5をほぼ
次溶接位置に移動させると、ステップ8では、ステップ
3で求めた溶接トーチ5のZ方向の位置補正量Dt1
基づき、溶接トーチ5のタングステン電極3のZ方向の
位置を補正する。このZ方向の位置補正量Dt1はZ方
向移動用モータ11の回転量に換算されて、Z方向移動
用モータ11に出力される。Z方向移動用モータ11が
駆動すると、ギヤ9が回転し、トーチ保持体6が回転し
つつZ方向に移動して、溶接トーチ5はZ方向に補正移
動する。この移動の結果、タングステン電極3の先端か
ら伝熱管2と管板1との境界部23までのZ方向の距離
が0.5〜1.5mmとなる。
In step 7, when the welding torch 5 is moved to the next welding position, in step 8, the tungsten electrode of the welding torch 5 is based on the position correction amount Dt 1 of the welding torch 5 in the Z direction obtained in step 3. Correct the position of 3 in the Z direction. The position correction amount Dt 1 in the Z direction is converted into the rotation amount of the Z direction moving motor 11 and output to the Z direction moving motor 11. When the Z-direction moving motor 11 is driven, the gear 9 rotates, the torch holder 6 moves in the Z direction while rotating, and the welding torch 5 moves for correction in the Z direction. As a result of this movement, the distance in the Z direction from the tip of the tungsten electrode 3 to the boundary portion 23 between the heat transfer tube 2 and the tube sheet 1 becomes 0.5 to 1.5 mm.

【0035】ステップ9では、ステップ4で求めた溶接
トーチ5のX方向およびY方向の位置補正量Dx,Dy
に基づき、溶接トーチ5のタングステン電極3のX方向
およびY方向Z方向の位置を補正する。このX方向およ
びY方向の位置補正量Dx,Dyは、それぞれX方向移
動用モータ18aの回転量およびY方向移動用モータ1
8bの回転量に換算されて、X方向移動用モータ18
a、Y方向移動用モータ18bに出力される。X方向移
動用モータ18aおよびY方向移動用モータ18bが駆
動すると、X方向スライドユニット19およびY方向ス
ライドユニット20が移動して、溶接トーチ5はX方向
およびY方向に僅かに補正移動する。この移動の結果、
伝熱管2の中心軸と回転シャフト8の回転中心軸とが一
致する。なお、この一致により、XY平面内のあらゆる
方向において、伝熱管2のタングステン電極3の先端か
ら境界部23までのXY平面内での距離は0.5mm以下
になる。
In step 9, the X-direction and Y-direction position correction amounts Dx and Dy of the welding torch 5 obtained in step 4 are obtained.
Based on, the position of the tungsten electrode 3 of the welding torch 5 in the X direction and the Y direction and the Z direction is corrected. The position correction amounts Dx and Dy in the X and Y directions are the rotation amount of the X direction moving motor 18a and the Y direction moving motor 1, respectively.
Converted to a rotation amount of 8b, the X-direction moving motor 18
It is output to the a and Y direction moving motor 18b. When the X-direction moving motor 18a and the Y-direction moving motor 18b are driven, the X-direction slide unit 19 and the Y-direction slide unit 20 move, and the welding torch 5 moves slightly in the X-direction and the Y-direction. As a result of this move,
The central axis of the heat transfer tube 2 and the central axis of rotation of the rotary shaft 8 coincide with each other. By this matching, the distance in the XY plane from the tip of the tungsten electrode 3 of the heat transfer tube 2 to the boundary portion 23 becomes 0.5 mm or less in all directions in the XY plane.

【0036】2番目に溶接する部分に対する溶接トーチ
5の位置補正が終了すると、再び、ステップ2からステ
ップ9までの処理を繰り返して実行し、順次、伝熱管2
と管板1とを溶接して行く。この過程において、N番目
に溶接する部分に対する溶接トーチ5の位置補正量は、
(N−1)番目に溶接する部分の位置に関するデータを
基準にして算出する。また、溶接トーチ5の位置補正量
は、溶接終了後(ステップ5)、ステップ7においてマ
ニピュレータ22が駆動している間に、0となり、改め
て、次に溶接する部分に対する溶接トーチ5の位置補正
がなされる。すなわち、各溶接部分の溶接が終了するた
びに、溶接トーチ移動機構50は原点復帰し、その後、
次に溶接する部分に対する溶接トーチ5の位置補正が実
行される。最終的にすべての溶接部分の溶接が終了(ス
テップ6)した時点で、溶接トーチ移動機構50やマニ
ピュレータ22等が原点に復帰(ステップ10)して終
了する。
When the position correction of the welding torch 5 with respect to the second welded portion is completed, the processing from step 2 to step 9 is repeated again, and the heat transfer tube 2 is sequentially
And the tube sheet 1 are welded together. In this process, the position correction amount of the welding torch 5 with respect to the Nth welded portion is
It is calculated based on the data regarding the position of the (N-1) th welded portion. Further, the position correction amount of the welding torch 5 becomes 0 after the welding is completed (step 5) and while the manipulator 22 is being driven in step 7, and the position correction of the welding torch 5 with respect to the portion to be welded next is performed again. Done. That is, the welding torch moving mechanism 50 returns to the original position each time welding of each welded portion is completed, and thereafter,
The position of the welding torch 5 is corrected with respect to the portion to be welded next. Finally, when the welding of all the welded parts is completed (step 6), the welding torch moving mechanism 50, the manipulator 22 and the like are returned to the origin (step 10) and the process is completed.

【0037】以上のように、本実施例では、単に管穴加
工用のNCデータのみならず、実際に測定した溶接位置
(X,Y,Z方向)に基づき、このNCデータを補正し
ているので、非常に正確にタングステン電極3を目的の
位置に導くことができる。このため、溶接部の信頼性を
向上させることができると共に、タングステン電極3と
管2および管板1との干渉を防ぐことができ、管2と管
板1との連続自動溶接作業を行うことができる。
As described above, in this embodiment, this NC data is corrected based not only on the NC data for pipe hole machining but also on the actually measured welding position (X, Y, Z directions). Therefore, the tungsten electrode 3 can be guided to the target position very accurately. Therefore, it is possible to improve the reliability of the welded portion, prevent the interference between the tungsten electrode 3 and the tube 2 and the tube sheet 1, and perform the continuous automatic welding operation of the tube 2 and the tube sheet 1. You can

【0038】さらに、従来技術のように管穴24にガイ
ドロッドを差し込まずとも、タングステン電極3を目的
の位置に正確に導くことができることに起因して、ガイ
ドロッドが存在していた部分に、溶接トーチ5を配し、
溶接アークを伝熱管2の中心側から外方向に向けること
ができるので、管板1を面取りしなくても、境界部分を
直接溶接することができる。したがって、図9に示すよ
うに、本実施例の溶接装置(同図中、実線で示す)によ
れば、従来の溶接装置(同図中、二点破線で示す)より
も遥かに低入熱で、溶け込み不良のない高品質の溶接部
を得ることができる。このため、溶接部の機械的性質の
劣化や耐食性の劣化を非常に小さく抑えることができ
る。なお、手動ティグ溶接(同図中、一点破線で示す)
よりも、低入熱で溶接が可能なのは、溶接トーチの位置
決めが正確で溶接アークを的確に目的の位置に導くこと
ができ、効率良く溶接できるからである。また、溶接ト
ーチ移動機構50の原点復帰をマニピュレータ22の駆
動中に実施すると共に、ある伝熱管の溶接中に次溶接部
分の位置等の測定を実行しているので、非常に効率良く
複数の伝熱管を連続溶接することができ、全体の溶接時
間を短くすることができる。
Further, since the tungsten electrode 3 can be accurately guided to a target position without inserting the guide rod into the tube hole 24 as in the prior art, the portion where the guide rod existed, Place the welding torch 5,
Since the welding arc can be directed outward from the center side of the heat transfer tube 2, the boundary portion can be directly welded without chamfering the tube sheet 1. Therefore, as shown in FIG. 9, the welding apparatus of the present embodiment (shown by the solid line in the figure) has a much lower heat input than the conventional welding apparatus (shown by the two-dot broken line in the figure). As a result, it is possible to obtain a high-quality welded part with no defective penetration. For this reason, deterioration of mechanical properties and deterioration of corrosion resistance of the welded portion can be suppressed to a very small level. In addition, manual TIG welding (indicated by the dashed line in the figure)
The reason why welding is possible with lower heat input is that the positioning of the welding torch is accurate, the welding arc can be accurately guided to the target position, and efficient welding is possible. Further, the origin of the welding torch moving mechanism 50 is returned while the manipulator 22 is being driven, and the position of the next welded portion is measured during welding of a certain heat transfer tube. The heat pipe can be continuously welded, and the overall welding time can be shortened.

【0039】なお、本実施例の溶接装置に動作説明にお
いて、伝熱管2が管板1内に引き込まれているものに対
してのみ説明したが、本溶接装置は、トーチ保持体6に
対する溶接トーチ5の角度を変えることにより、伝熱管
2が管板1表面から突出していものに対しても適用する
ことができることは言うまでもない。また、本実施例で
は、ある伝熱管の溶接中に、次溶接部分のみの位置等を
測定しているが、いくつかの溶接部分の位置等をまとめ
て測定するようにしてもよい。
In the description of the operation of the welding apparatus of the present embodiment, only the heat transfer tube 2 drawn into the tube sheet 1 has been described, but the present welding apparatus uses the welding torch for the torch holder 6. It goes without saying that by changing the angle of 5, the heat transfer tube 2 can also be applied to a tube protruding from the surface of the tube sheet 1. Further, in the present embodiment, the position and the like of only the next welded portion are measured during welding of a certain heat transfer tube, but the positions and the like of several welded portions may be collectively measured.

【0040】[0040]

【発明の効果】本発明によれば、撮像手段等を用いて溶
接部分の位置等を実際に測定して、溶接トーチの位置を
補正しているので、溶接トーチを溶接部分である境界部
に正確に導くことができる。また、溶接アークを管の中
心軸側から外方向に向けることができ、管の先端部が管
板内に引き込まれていても、管板に面取りを施すことな
く、直接境界部分を溶接することができるので、作業工
数をかけることなく、機械的性質や耐食性の優れた溶接
を行うことができる
According to the present invention, the position of the welding torch is actually measured by using the image pickup means or the like to correct the position of the welding torch. Can be guided accurately. In addition, the welding arc can be directed outward from the central axis of the pipe, and even if the tip of the pipe is pulled into the tube sheet, it is possible to weld the boundary portion directly without chamfering the tube sheet. Therefore, welding with excellent mechanical properties and corrosion resistance can be performed without spending man-hours.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】本発明に係る一実施例の溶接装置の要部断面図
である。
FIG. 1 is a sectional view of an essential part of a welding device according to an embodiment of the present invention.

【図2】本発明に係る一実施例の溶接装置の全体正面図
である。
FIG. 2 is an overall front view of a welding apparatus according to an embodiment of the present invention.

【図3】本発明に係る一実施例の溶接装置の構成を示す
ブロック図である。
FIG. 3 is a block diagram showing a configuration of a welding apparatus according to an embodiment of the present invention.

【図4】本発明に係る一実施例の溶接装置の動作順序を
示すフローチャートである。
FIG. 4 is a flowchart showing an operation sequence of the welding apparatus according to the embodiment of the present invention.

【図5】本発明に係る一実施例の管穴中心位置の補正量
を説明するための説明図である。
FIG. 5 is an explanatory diagram for explaining a correction amount of a tube hole center position according to an embodiment of the present invention.

【図6】本発明に係る一実施例のカメラにより撮像され
た管板の画像を示す説明図である。
FIG. 6 is an explanatory diagram showing an image of a tube sheet taken by a camera of one embodiment according to the present invention.

【図7】本発明に係る一実施例のレーザ測長器のレーザ
ビームの軌跡を示す説明図である。
FIG. 7 is an explanatory diagram showing a locus of a laser beam of a laser length measuring machine according to an embodiment of the present invention.

【図8】本発明に係る一実施例のレーザ測長器と管板等
との位置関係を示す説明図である。
FIG. 8 is an explanatory diagram showing a positional relationship between a laser length measuring device and a tube sheet according to an embodiment of the present invention.

【図9】伝熱管肉厚と溶接方法毎の入熱量との関係を示
すグラフである。
FIG. 9 is a graph showing the relationship between the wall thickness of the heat transfer tube and the heat input amount for each welding method.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1…管板、2…管、3…タングステン電極、5…ティグ
溶接トーチ、6…トーチ保持体、7…レーザ測長器、8
…トーチ回転シャフト、11…トーチZ方向移動用サー
ボモータ、12…溶接ワイヤー送給機、13…溶接ワイ
ヤー、14…溶接ワイヤリール、15…小型カメラ、1
6…減速機付きトーチ回転用ステッピングプモータ、1
8a…X方向移動用サーボモータ、18b…Y方向移動
用サーボモータ、19…X方向スライドユニット、20
…Y方向スライドユニット、21…固定治具、22…3
軸マニピュレータ、23…境界部、24…管穴、25…
トーチ回転用モーターケース、26…同軸ケーブル、2
7…ケーブル巻き取り装置28…同軸メインケーブル、
30…溶接制御装置、31…溶接電源、32…NC制御
装置、33…溶接トーチ位置制御装置、34…画像処理
装置、50…トーチ移動機構、52…溶接用ワイヤー送
給装置、60…熱交換器。
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Tube plate, 2 ... Tube, 3 ... Tungsten electrode, 5 ... TIG welding torch, 6 ... Torch holder, 7 ... Laser length measuring machine, 8
... torch rotary shaft, 11 ... torch Z-direction movement servomotor, 12 ... welding wire feeder, 13 ... welding wire, 14 ... welding wire reel, 15 ... small camera, 1
6 ... Stepping motor for torch rotation with reduction gear, 1
8a ... X-direction moving servo motor, 18b ... Y-direction moving servo motor, 19 ... X-direction slide unit, 20
... Y direction slide unit, 21 ... Fixing jig, 22 ... 3
Axis manipulator, 23 ... Boundary part, 24 ... Tube hole, 25 ...
Torch rotation motor case, 26 ... coaxial cable, 2
7 ... Cable winding device 28 ... Coaxial main cable,
30 ... Welding control device, 31 ... Welding power supply, 32 ... NC control device, 33 ... Welding torch position control device, 34 ... Image processing device, 50 ... Torch moving mechanism, 52 ... Welding wire feeding device, 60 ... Heat exchange vessel.

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 石川 正幸 茨城県日立市幸町三丁目1番1号 株式会 社日立製作所日立工場内 (72)発明者 北村 紀夫 茨城県日立市幸町三丁目1番1号 株式会 社日立製作所日立工場内 (72)発明者 真籠 昭夫 茨城県日立市幸町三丁目1番1号 株式会 社日立製作所日立工場内 ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (72) Masayuki Ishikawa 3-1-1, Saiwaicho, Hitachi-shi, Ibaraki Hitachi Ltd. Hitachi factory (72) Inventor Norio Kitamura 3-chome, Saiwaicho, Hitachi-shi, Ibaraki No. 1 Inside Hitachi Works, Hitachi Works (72) Inventor Akio Manago 3-1-1, Saiwaicho, Hitachi City, Ibaraki Hitachi Works Hitachi Works, Hitachi Works

Claims (4)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】管板の複数の管穴にそれぞれ差し込まれた
複数の管を該管板に溶接する溶接装置において、 前記管と前記管板との環状の境界部を溶接する溶接トー
チと、 前記溶接トーチが前記境界部に対するその溶接アークの
向きを変更できるよう取付けられ、該溶接トーチを前記
管板に対して相対的に移動させると共に、該溶接トーチ
の溶接アークが環状の前記境界部に沿って移動して行く
よう該溶接トーチを回転させる溶接トーチ移動手段と、 前記管板を撮像する撮像手段と、 前記撮像手段により得られた画像から、前記管板上の前
記管穴の位置を求める画像処理手段と、 前記境界部までの距離を測定する測長手段と、 予め得られている複数の前記管穴の位置データに基づい
て、前記溶接トーチが複数の該管穴近傍に順次導かれる
よう、前記溶接トーチ移動手段の駆動量を制御すると共
に、前記画像処理手段により得られた前記管穴の位置お
よび前記測長手段により得られた前記境界部までの距離
に基づいて、前記溶接トーチの溶接アークが該境界部に
向き、かつ該溶接トーチの先端から該境界部までの距離
が所定の距離になるよう、前記駆動量に対する補正量を
前記溶接トーチ移動手段に出力する溶接トーチ位置制御
装置と、 を備えていることを特徴とする溶接装置。
1. A welding device for welding a plurality of pipes respectively inserted into a plurality of pipe holes of a pipe sheet to the pipe sheet, a welding torch for welding an annular boundary portion between the pipe and the pipe sheet, The welding torch is mounted such that it can redirect the welding arc with respect to the boundary to move the welding torch relative to the tube sheet, and the welding arc of the welding torch to the annular boundary. Welding torch moving means for rotating the welding torch so as to move along, imaging means for imaging the tube sheet, and the position of the tube hole on the tube sheet from the image obtained by the imaging means. The image processing means to be obtained, the length measuring means for measuring the distance to the boundary portion, and the welding torch is sequentially guided to the vicinity of the plurality of pipe holes based on the position data of the plurality of pipe holes obtained in advance. To be taken Welding of the welding torch based on the position of the tube hole obtained by the image processing means and the distance to the boundary obtained by the length measuring means while controlling the driving amount of the welding torch moving means. A welding torch position control device that outputs a correction amount to the welding torch moving means to the welding torch moving means so that the arc is directed to the boundary portion and the distance from the tip of the welding torch to the boundary portion becomes a predetermined distance. A welding device comprising:
【請求項2】前記溶接トーチ移動手段は、 前記予め得られている複数の前記管穴の位置データに基
づいて、前記溶接トーチを複数の該管穴近傍に順次導く
溶接トーチ粗移動機構と、 前記溶接トーチが前記境界部に対するその溶接アークの
向きを変更できるよう取付けられ、前記補正量に基づい
て、該溶接トーチの溶接アークが該境界部に向き、かつ
該溶接トーチの先端が該境界部まで前記所定の距離離れ
るよう、該溶接トーチを補正移動させると共に、該溶接
トーチの溶接アークが前記境界部に沿って移動して行く
よう該溶接トーチを回転させる溶接トーチ補正移動機構
と、 を有していることを特徴とする請求項1記載の溶接装
置。
2. The welding torch moving means includes a coarse welding torch moving mechanism for sequentially guiding the welding torch to the vicinity of the plurality of pipe holes based on the position data of the plurality of pipe holes obtained in advance. The welding torch is mounted so as to change the direction of its welding arc with respect to the boundary, the welding arc of the welding torch is directed to the boundary based on the correction amount, and the tip of the welding torch is located at the boundary. A welding torch correction moving mechanism for correcting and moving the welding torch so that the welding torch is separated by the predetermined distance, and rotating the welding torch so that the welding arc of the welding torch moves along the boundary portion. The welding device according to claim 1, wherein the welding device is a welding device.
【請求項3】前記測長手段は、光学式の測長器で、その
測定方向を変えられると共に前記溶接トーチの回転に伴
って回転するよう、前記溶接トーチ移動手段に取付けら
れていることを特徴とする請求項1または2記載の溶接
装置。
3. The length measuring means is an optical length measuring device, and is attached to the welding torch moving means so as to change its measuring direction and rotate with the rotation of the welding torch. The welding device according to claim 1 or 2, which is characterized.
【請求項4】前記溶接トーチが回転している間に、前記
撮像手段が次に溶接する前記境界部を撮像し、前記測長
手段が次に溶接する該境界部まので距離を測定できるよ
う、該撮像手段および該測長手段が前記溶接トーチ移動
手段に取付けられていることを特徴とする請求項1また
は2記載の溶接装置。
4. While the welding torch is rotating, the imaging means images the boundary portion to be welded next, and the length measuring means can measure the distance to the boundary portion to be welded next. 3. The welding apparatus according to claim 1, wherein the image pickup means and the length measuring means are attached to the welding torch moving means.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN107150183A (en) * 2017-05-19 2017-09-12 机械科学研究院哈尔滨焊接研究所 Full-automatic tube-tube plate welding device and the detection for the device and welding method
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