JPH07116837A - エルボ管の内面肉盛溶接方法および同装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 制御の確実性を高め、かつ、構成を簡略化す
る。 【構成】 エルボ管を軸方向に複数に分割し、この分割
された各エルボピースＰの両側に端管１０，１０を取付
けてワークＷとなし、このワークＷを、ワーク中心線Ｌ
が鉛直線に沿う竪線となり、かつ水平断面が各軸方向位
置で均一な楕円となる竪置き姿勢でワーク受け台１１上
に竪置き支持した状態で、ワーク内面に対向させた溶接
トーチ９をワークＷに対して竪方向に移動させながら竪
軸Ｘまわりに回転させることにより、端管１０とエルボ
ピースＰとに跨って内面肉盛溶接を行うようにしたエル
ボ管の内面肉盛溶接方法および装置。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は圧力容器の配管等に使用
されるエルボ管の内面に耐食性材料等を肉盛溶接するた
めのエルボ管の内面肉盛溶接方法および同装置に関する
ものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、エルボ管に対する内面肉盛溶接
は、普通の自動溶接機では溶接トーチが届かない部位が
生じる等の障害があるところから、一般には手溶接で行
われており、溶接作業の能率が非常に悪いものとなって
いた。

【０００３】一方、この点の改善策として、エルボ管を
軸方向に複数に分割し、この分割された各エルボピース
に個別に自動溶接機による内面肉盛溶接を施した後、こ
れらを溶接で接合する分割溶接方式が提案された。

【０００４】この公知の分割溶接方式は、特公昭６０−
１０８３２号公報に示されているように、エルボピース
を、軸方向中央部でエルボピース中心線と接する接線の
まわりに自転可能で、かつ、中心線に沿って移動可能に
支持し、エルボピースの内面に対向させた溶接トーチ
を、エルボピースの自転運動によって円周方向に移動さ
せて一周の肉盛溶接を行い、この操作を各軸方向位置で
繰り返すものである。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】ここで、エルボ管にあ
っては、内周側と外周側とで円弧の長さ（以下、弧長と
いう）が異なるため、この弧長差によって肉盛層の幅、
厚さに差が生じないように何らかの対策を講じる必要が
ある。

【０００６】この対策として、上記従来方式では、溶接
トーチを、エルボピースの自転運動に伴って、弧長の大
小に比例するウイビング幅（内周側で小さく、外周側で
大きく）で移動させるという面倒で複雑な制御を行って
いる。

【０００７】このため、制御の確実性が低く、どうして
も肉盛層の厚み、幅が不均一となり易いとともに、ウイ
ビング幅を可変とするためのトーチ支持構造および駆動
構造が複雑となるという問題があった。

【０００８】そこで本発明は、制御が容易で制御の確実
性が高く、かつ、構成が簡単ですむエルボ管の内面肉盛
溶接方法および同装置を提供するものである。

【０００９】

【課題を解決するための手段】請求項１の発明（方法）
は、エルボ管を軸方向に複数に分割し、この分割された
各エルボピースに内面肉盛溶接を行うエルボ管の内面肉
盛方法において、上記エルボピースの両側に端管を取付
けてワークとなし、このワークを、ワーク中心線とほぼ
直角方向の断面が各軸方向位置で均一な楕円となる竪置
きまたは横置き姿勢で支持した状態で、ワーク内面に対
向させた溶接トーチをワークに対してワーク軸方向に相
対移動、およびワーク中心線まわりに相対回転させるこ
とにより、端管とエルボピースとに跨って内面肉盛溶接
を行い、溶接後、エルボピースから端管を取外すもので
ある。

【００１０】請求項２の発明（装置）は、請求項１記載
のエルボ管の内面肉盛溶接方法に使用されるエルボ管の
内面肉盛溶接装置であって、ワークを竪置きまたは横置
き姿勢で支持するワーク支持手段と、ワークの内面に対
向して配置されたティグ溶接機の溶接トーチをワークに
対してワーク中心線まわりに相対回転させる回転手段
と、溶接トーチをワークに対してワーク軸方向に相対移
動させるトーチ移動手段と、溶接トーチがワーク軸方向
に相対移動しながらワーク中心線まわりに相対回転する
ように上記回転手段およびトーチ移動手段を制御する制
御手段とを具備してなるものである。

【００１１】請求項３の発明は、請求項２の構成におい
て、溶接トーチの相対回転軸心をワーク中心の変位に追
従してワーク中心線とほぼ直角方向に進退移動させる倣
い手段として、ワーク中心線と平行な倣い面をもった倣
いゲージと、溶接トーチのワーク軸方向の相対移動に伴
って上記倣いゲージにおける倣い面のワーク中心線とほ
ぼ直角な方向の変位を検出する倣い検出手段と、この倣
い検出手段からの信号に基づいて溶接トーチをワーク中
心線とほぼ直角方向に進退移動させるトーチ進退機構と
が設けられたものである。

【００１２】

【作用】上記構成によると、端管によってワークのワー
ク中心線とほぼ直角方向の断面が各軸方向位置で等しく
なり、内面肉盛溶接を各軸方向位置で同じ条件で行うこ
とができる。

【００１３】すなわち、従来のように自動溶接時に、内
周側と外周側でウイビング幅を変える（溶接条件を変え
る）という複雑な制御が不要となり、溶接トーチのワー
ク中心線まわりの相対回転運動と軸方向の相対移動のみ
によって肉盛層の幅、厚みを均一にすることができる。

【００１４】また、請求項２の構成によると、溶接トー
チがスパイラル状に移動するため、エルボピース全域に
亘る連続溶接が可能となる。

【００１５】さらに、ワークの各位置での断面である楕
円の長径と短径の寸法差は、ティグ溶接機に装備された
ＡＶＣ（アーク・ボルテージ・コントロール装置＝アー
ク長制御装置）によるトーチ追随作用によって吸収する
ことができる。

【００１６】一方、請求項３の構成によると、倣い手段
により、ワーク中心の変位に対してトーチの相対回転軸
心を追従させることができるため、とくにワーク中心の
変位量が大きい条件下において溶接の均一性がより確実
に保たれる。

【００１７】

【実施例】本発明の実施例を図によって説明する。

【００１８】この実施例では、９０°エルボ管を３０°
の角度で３分割し、この分割されたエルボピースＰに内
面肉盛溶接を行う場合を例にとっている。

【００１９】図１，２において、１は図示しない油圧シ
リンダを駆動源として伸縮しうるブーム、２はこのブー
ム１の先端に取付けられた取付フレームで、この取付フ
レーム２にコントローラ（制御手段）３が設けられてい
る。

【００２０】また、取付フレーム２には、竪方向のねじ
軸４と、このねじ軸４に螺合する昇降ヘッド５とが設け
られ、ねじ軸４が図示しないモータ（油圧モータまたは
電動機、以下でいうモータについて同じ）で回転駆動さ
れることにより、昇降ヘッド５が垂直に昇降移動するよ
うになっている。

【００２１】この昇降ヘッド５には、トーチパイプ６
が、図示しないモータによって回転駆動される回転ヘッ
ド７、およびティグ溶接機におけるＡＶＣのスライド機
構８を介して垂下され、このトーチパイプ６の下端に溶
接トーチ９が設けられている。

【００２２】こうして、溶接トーチ９が、（イ）回転ヘ
ッド７の回転動作により、トーチパイプ軸心（以下、竪
軸という）Ｘまわりに回転可能で、（ロ）昇降ヘッド５
の昇降動作により、竪軸Ｘに沿って昇降移動（軸方向移
動）可能（ハ）ブーム１の伸縮動作によって水平方向に
進退移動可能に支持され、これら回転、昇降、進退移動
の各動作が、コントローラ３によって制御されるように
なっている。

【００２３】なお、トーチパイプ６には、シールドガス
配管、水配管および溶加材が溶接トーチ９に向けて通さ
れているが、これは周知につき図示省略している。

【００２４】エルボピースＰには、内面肉盛溶接に際し
て、両側に短い直管状の端管１０，１０が仮溶接により
取付けられてワークＷとなり、このワークＷがワーク受
け台１１上に竪置き支持される。

【００２５】このワーク受け台１１のワーク支持面１１
ａは、エルボピースＰの分割角度（３０°）の半分の１
５°に傾斜して形成され、このワーク支持面１１ａ上に
ワークＷを支持した状態で、ワーク中心線Ｌが、鉛直線
に沿う竪線となる。

【００２６】この状態で、図３に示すように、エルボピ
ースＰの外周側円弧の両端を通る両側水平線Ａ，Ｂ間の
ワーク部分（図３中、斜線を付して示すようにエルボピ
ースＰと両側端管１０，１０の一部とに跨る部分。以
下、溶接領域という）Ｗ１で、水平断面が各軸方向位置
で均一な楕円（図４に示す）となる。

【００２７】従って、この溶接領域Ｗ１について、従来
のように内外周の弧長差に応じてウイビング幅を変える
複雑なトーチ制御を行う必要がなくなり、溶接トーチ９
の竪軸Ｘまわりの回転と昇降移動のみによって全周均等
な内面肉盛溶接を行うことができる。

【００２８】なお、上記溶接領域Ｗ１における断面（楕
円）の長径寸法と短径寸法の差αはＡＶＣのアーク長制
御作用によって吸収される。

【００２９】一方、図１，５に示すように、昇降ヘッド
５に倣いアーム１２が垂下され、この倣いアーム１２に
倣い検出手段としてのリミットスイッチ１３が取付けら
れている。

【００３０】このリミットスイッチ１３は、ワーク中心
線Ｌと平行な倣い面１４ａを有する倣いゲージ１４に接
触しながら昇降ヘッド５（溶接トーチ９）とともに昇降
移動し、倣い面１４ａの水平方向の変位に応じオン・オ
フ切換わり作動して、そのオン・オフ信号をコントロー
ラ３に送る。

【００３１】コントローラ３は、図６に示すように、昇
降ヘッド５の昇降動作（昇降用モータ１５）を制御する
昇降制御部１６と、回転ヘッド７の回転動作（回転用モ
ータ１７）を制御する回転制御部１８と、倣い制御部１
９とから成り、この倣い制御部１９が、上記リミットス
イッチ信号に基づいてブーム１の伸縮動作（ブーム伸縮
シリンダ２０）を伸縮制御する。

【００３２】これにより、溶接トーチ９の昇降移動に伴
うワーク中心の変位に追随して竪軸Ｘが図左右方向に移
動し、竪軸Ｘがワーク溶接領域Ｗ１の各軸方向位置にお
いてワーク中心上に保持される。

【００３３】図６中、２１はたとえば溶接作業の開始時
に作業員によって押し操作されるスタートスイッチ、２
２はたとえば昇降ヘッド５の位置によって溶接完了を検
出する停止スイッチで、このスタートスイッチ２０およ
び停止スイッチ２１からの信号に基づいて昇降用および
回転用両モータ１５，１７が駆動および駆動停止する。

【００３４】次に、この溶接装置による内面肉盛溶接作
用を説明する。

【００３５】ワークＷをワーク受け台１１上にセットし
た後、トーチパイプ６をワークＷ内に上方から挿入し、
溶接トーチ９を溶接領域Ｗ１の始点部分（下端部）の内
面に対向させる。

【００３６】この状態で溶接作業を開始し、コントロー
ラ３により、昇降ヘッド５を上昇させながら回転ヘッド
７を回転させることにより、溶接トーチ９を下から上に
スパイラル状に移動させる。

【００３７】これにより、図３仮想線で示すようにワー
ク溶接領域Ｗ１の内面にスパイラル状の肉盛層が連続し
て形成される。

【００３８】この溶接後、ワークＷをワーク受け台１１
から外し、両側端管１０，１０をエルボピースＰから取
外す。

【００３９】この作業を各エルボピースごとに行い、最
後に図７に示すように各ピースＰ…を互いの端面で溶接
接合することにより、内面肉盛溶接が施されたエルボ管
が構成される。

【００４０】他の実施例 （１）上記実施例では溶接トーチ９をスパイラル状に移
動させて連続溶接を行うようにしたが、溶接トーチ９を
水平に回転させて一周完了ごとに一ピッチずつ移動させ
るようにしてもよい。

【００４１】（２）エルボピースＰの分割角度が小さい
場合（３０°以下）等、ワーク中心の変位量が小さい条
件下では、倣い手段を用いずに、ＡＶＣのアーク長制御
作用によって、ワーク中心線Ｌと溶接トーチ回転軸心Ｘ
のずれを吸収するようにしてもよい。

【００４２】（３）上記実施例ではワークＷを固定し、
溶接トーチ９を昇降および回転させるようにしたが、逆
に溶接トーチ９を固定し、ワークＷを昇降および回転さ
せるようにしてもよい。あるいは、ワークＷを昇降、溶
接トーチ９を回転させ、もしくはワークＷを回転、溶接
トーチ９を昇降させてもよい。

【００４３】（４）上記実施例ではワークＷを竪置き支
持する構成をとったが、ワークＷをワーク中心線Ｌが水
平線に沿う横線となる横置き姿勢で支持し、溶接トーチ
９をワークＷに対して水平方向に相対移動および相対回
転させるようにしてもよい。

【００４４】

【発明の効果】上記のように本発明によるときは、エル
ボピースの両側に端管を取付けてワークとなし、エルボ
ピースと端管とに跨る溶接溶接領域で内面肉盛溶接を行
うようにしたから、ワークの断面が各軸方向位置で等し
くなり、内面肉盛溶接を各軸方向位置で同じ条件で行う
ことができる。

【００４５】すなわち、従来のように自動溶接時に、内
周側と外周側でウイビング幅を変えるという複雑な制御
が不要となり、溶接トーチのワーク中心線まわりの相対
回転運動と軸方向相対移動のみによって肉盛層の幅、厚
みを均一にすることができる。

【００４６】このため、制御が容易で制御の確実性が高
くなり、肉盛層を均一に保つことができるとともに、ト
ーチ支持構造および駆動構造が簡単となる。

【００４７】また、請求項２の発明によると、溶接トー
チがスパイラル状に移動するため、エルボピース全域に
亘る連続溶接が可能となり、溶接作業の能率を高めるこ
とができる。

【００４８】さらに、ワークの各位置での断面である楕
円の長径と短径の寸法差を、ティグ溶接機に装備された
ＡＶＣによるトーチ追随作用によって吸収することがで
きるため、溶接の均一性をより一層確実に保持すること
ができる。

【００４９】一方、請求項３の発明によると、倣い手段
により、ワーク中心の変位に対してトーチの相対回転軸
心を追従させることができるため、とくにワーク中心線
のうねりが大きい条件下でも溶接の均一性を確実に保つ
ことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例にかかる溶接装置の全体構成を
示す概略正面図である。

【図２】図１におけるワークと溶接トーチ部分の一部拡
大図である。

【図３】同装置によって内面肉盛溶接を施されるワーク
の拡大正面図である。

【図４】図３のIV-IV線断面図である。

【図５】図１における倣いゲージ部分の拡大図である。

【図６】同装置における制御系のブロック構成図であ
る。

【図７】エルボピースを組み合わせてエルボ管を構成し
た状態の断面図である。

【符号の説明】

Ｐ エルボピース ３ コントローラ（制御手段） ４ 昇降手段を構成するねじ軸 ５ 同昇降ヘッド ７ 回転ヘッド（トーチ回転手段） ８ ＡＶＣのスライド機構 ６ トーチパイプ ９ 溶接トーチ １０，１０ 端管 Ｗ ワーク １１ ワーク受け台 １２ 倣い手段を構成する倣いアーム １３ 倣い検出手段としてのリミットスイッチ １４ 倣いゲージ １４ａ 倣い面 １ トーチ進退機構としてのブーム

フロントページの続き (72)発明者 豊 雄司 兵庫県高砂市荒井町新浜２丁目３番１号 株式会社神戸製鋼所高砂製作所内 (72)発明者 長谷 幸雄 神戸市西区岩岡町野中1050 (72)発明者 串田 義輝 兵庫県明石市大久保町大窪151−１ 丁田 宿舍７−210

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 エルボ管を軸方向に複数に分割し、この
   分割された各エルボピースに内面肉盛溶接を行うエルボ
   管の内面肉盛方法において、上記エルボピースの両側に
   端管を取付けてワークとなし、このワークを、ワーク中
   心線とほぼ直角方向の断面が各軸方向位置で均一な楕円
   となる竪置きまたは横置き姿勢で支持した状態で、ワー
   ク内面に対向させた溶接トーチをワークに対してワーク
   軸方向に相対移動、およびワーク中心線まわりに相対回
   転させることにより、端管とエルボピースとに跨って内
   面肉盛溶接を行い、溶接後、エルボピースから端管を取
   外すことを特徴とするエルボ管の内面肉盛溶接方法。
2. 【請求項２】 請求項１記載のエルボ管の内面肉盛溶接
   方法に使用されるエルボ管の内面肉盛溶接装置であっ
   て、ワークを竪置きまたは横置き姿勢で支持するワーク
   支持手段と、ワークの内面に対向して配置されたティグ
   溶接機の溶接トーチをワークに対してワーク中心線まわ
   りに相対回転させる回転手段と、溶接トーチをワークに
   対してワーク軸方向に相対移動させるトーチ移動手段
   と、溶接トーチがワーク軸方向に相対移動しながらワー
   ク中心線まわりに相対回転するように上記回転手段およ
   びトーチ移動手段を制御する制御手段とを具備してなる
   ことを特徴とするエルボ管の内面肉盛溶接装置。
3. 【請求項３】 請求項２記載のエルボ管の内面肉盛溶接
   装置において、溶接トーチの相対回転軸心をワーク中心
   の変位に追従してワーク中心線とほぼ直角方向に進退移
   動させる倣い手段として、ワーク中心線と平行な倣い面
   をもった倣いゲージと、溶接トーチのワーク軸方向の相
   対移動に伴って上記倣いゲージにおける倣い面のワーク
   中心線とほぼ直角な方向の変位を検出する倣い検出手段
   と、この倣い検出手段からの信号に基づいて溶接トーチ
   をワーク中心線とほぼ直角方向に進退移動させるトーチ
   進退機構とが設けられたことを特徴とするエルボ管の内
   面肉盛溶接装置。