JPH07284949A

JPH07284949A - 配管内面の自動溶接装置

Info

Publication number: JPH07284949A
Application number: JP9920994A
Authority: JP
Inventors: Hiroyuki Iwamoto; 博之岩本; Kenji Hirai; 健治平位
Original assignee: Chiyoda Corp; Chiyoda Chemical Engineering and Construction Co Ltd
Current assignee: Chiyoda Corp; Chiyoda Chemical Engineering and Construction Co Ltd
Priority date: 1994-04-13
Filing date: 1994-04-13
Publication date: 1995-10-31

Abstract

(57)【要約】【目的】配管内側から自動的に周継ぎ手溶接を行うこ
とのできる自動溶接装置であって、運搬、設置及び操作
を含め取扱の容易な自動溶接装置を提供する。【構成】配管内面の自動溶接装置１０は、溶接ロボッ
ト１２と、ロボットを走行させるロボット走路１４と、
ロボット走路を支持する支持体１６と、支持体を挟持す
る自立体５８Ａ、Ｂとを備えている。ロボットは、外部
からの遠隔操作によって、配管内面に対面しつつロボッ
ト走路装置の走路に沿って走行し、配管内側から自動的
に周継ぎ手溶接をＴＩＧ溶接又はプラズマ溶接にて行う
装置であって、溶接トーチを備えた溶接ヘッド１８と走
行体２０とから構成されている。走行体は、一方の面に
溶接ヘッドを有し、溶接ヘッドと対向する面に車輪２２
と係合機構２４とを有する。更に、走行体は、その横方
向位置を制御するガイド手段４０と、電力を導入するブ
ラシ状接触片４４と、不活性ガス導入手段５０とを備え
ている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、配管の内面から自動的
に周継ぎ手溶接を施すことのできる自動溶接装置に関す
るものである。尚、本明細書で、配管とはパイプに加え
てエルボ、ティー或いは異径継ぎ手を含む配管材料を意
味する。

【０００２】

【従来の技術】従来から、配管、特に大径ステンレス鋼
製配管の周継ぎ手溶接接合は、溶接品質及び溶接効率の
理由から、ＴＩＧ自動溶接により行われることが多い
が、一般には配管の外側から溶接が施工されている。従
来、配管の外側から溶接を施しているのは、配管の内側
から溶接を行う適当な手段が無いことに因る。即ち、配
管の内側から手溶接により周継ぎ手溶接を行うのは、作
業できる空間が限られているため、物理的にも技術的に
も難しく、また手溶接に代えて機械的かつ自動的に溶接
施工を行おうとしても、実用的な自動溶接装置が見当た
らなかったからである。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】ところで、配管の周継
ぎ手溶接を外側からのみ行う手法では、基準に合った開
先を配管の接合端部間に形成し、注意深く溶接を行った
としても、良好な品質の溶接結果を常に得ると言う訳に
は行かず、しばしば溶接部に融合不良、溶着量不足等の
溶接欠陥あるいは配管の溶接裏面の凹凸が発生した。そ
のため溶接の手直し、更には溶接のやり直しを行うこと
も多く、その結果、配管の溶接施工の生産性の向上が難
しかった。このように、溶接欠陥を補修する溶接の手直
し、或いは全面的な溶接のやり直しは、溶接工事の作業
能率を著しく低下させ、工事のスケジュールにも支障を
来すおそれがあり、また溶接費用の増大を招いていた。
かかる溶接欠陥の問題は、溶接量の多い肉厚の配管の周
継ぎ手溶接において特に著しかったので、近年益々増大
した肉厚配管工事の支障となっていた。

【０００４】以上の問題に鑑み、本発明の目的は、配管
内側から自動的に周継ぎ手溶接を行うことのできる自動
溶接装置であって、運搬、設置及び操作を含め取扱の容
易な自動溶接装置を提供することである。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明者は、上記配管内
面の自動溶接装置を実現するに当たり、自走式溶接ロボ
ットと自立式配管インターナル・クランプ装置とを組み
合わせることに着眼し、種々工夫の末、本発明を発明す
るに至った。

【０００６】上記目的を達成するために、本発明に係る
配管内面の自動溶接装置は、ＴＩＧ溶接又はプラズマ溶
接のいずれかを施す自走式溶接ロボットと、該溶接ロボ
ットを配管内面の周継ぎ手溶接部の全周にわたり対面し
て走行させるための自立式ロボット走路装置とを備え、
ロボット走路装置は、配管内面の周継ぎ手溶接部を挟ん
でその両側で配管内面をその全周にわたり押圧するよう
にした２個の対向する押圧部と、配管内面の全周にわた
り対面するように押圧部の間に配置された円筒面状のロ
ボット走路と、押圧部を駆動してパイプ内面を押圧する
駆動装置とを有して、押圧部により配管内面を対向した
方向に押圧することにより自立し、かつロボット走路上
に自走式溶接ロボットを走行させるようにしたことを特
徴としている。

【０００７】本発明の望ましい実施態様では、溶接ロボ
ットに電力及び不活性ガスを供給し、制御信号を入出力
するために、電力用環状端子と、制御信号用環状端子
と、不活性ガス供給口とが、押圧部のロボット走路側の
側壁面の全周にわたり設けられ、自走式溶接ロボットに
は、環状端子に接触するブラシ状接触片と、押圧部の側
壁面に対して摺動しつつ不活性ガス供給口から不活性ガ
スを導入する導入手段とが設けられ、更にロボット走路
には、溶接ロボットを係合しながら走行させるようにし
た係合機構が設けられていることを特徴としている。

【０００８】本発明で使用するロボット走路装置は、溶
接ロボットとの間に係合手段を備え、それにより、溶接
ロボットが下向きに走行していても、溶接ロボットが落
下しないように確保している。係合手段は、常用の手段
であって、例えば溶接ロボットとロボット走路装置の走
路とを嵌め合い手段により係合させるようにする。

【０００９】また、本発明の更に望ましい実施態様で
は、押圧部とロボット走路とにより区画された領域と外
部の不活性ガス源とを接続して該領域に不活性ガスを供
給する導管を設け、押圧部とロボット走路と配管内面と
により形成された環状空間を不活性ガス雰囲気に維持で
きるようにしたことを特徴としている。

【００１０】

【作用】請求項１の発明では、自走式溶接ロボットと自
立式ロボット走路装置とを備えることにより、溶接ロボ
ットがロボット走路装置の円筒面に沿って走行しつつ配
管内側から周継ぎ手溶接を行うことができる。請求項３
の発明では、押圧部と走路と配管内面とで形成した環状
空間に不活性ガスを供給する導管を接続したことによ
り、配管内側から周継ぎ手溶接を行うに当たり、環状空
間に不活性ガスを導入して、溶接部付近の空間を不活性
ガス雰囲気にすることができる。

【００１１】

【実施例】以下、添付図面を参照し、実施例に基づいて
本発明をより詳細に説明する。図１（ａ）は本発明に係
る配管内面の自動溶接装置の要部の構成を示す説明図、
図１（ｂ）は自動溶接装置の走路の支持体の正面図、図
２はロボット走路と溶接ロボットとの係合機構の説明
図、及び図３は不活性ガスの導入機構の説明図である。
配管内面の自動溶接装置（以下、簡単に自動溶接装置と
略称する）１０は、溶接ロボット１２と、溶接ロボット
１２を走行させる断面″コ″字状のロボット走路（以
下、走路と略称する）１４と、走路１４を支持する支持
体１６と、支持体１６を挟持して自立する１対の自立体
５８Ａ、Ｂとを備えている。走路１４と、支持体１６
と、１対の自立体５８Ａ、Ｂとが自立式ロボット走路装
置を構成している。図１（ａ）及び図４（ｂ）に示す自
動溶接装置１０は、配管Ａと配管Ｂとの周継ぎ手溶接部
Ｃの内面Ｄに溶接施工を施すように配管Ａと配管Ｂとの
周継ぎ手溶接部Ｃ近傍に既に配置されていて、押圧シュ
ウ６０で配管Ａ、Ｂの内面を押圧して自動溶接装置１０
が配管内に自立した状態で図示されている。

【００１２】溶接ロボット（以下、簡単にロボットと略
称する）１２は、ＴＩＧ溶接を自動的に施す溶接ロボッ
トであって、ＴＩＧ溶接を行うトーチを備えたＴＩＧ溶
接ヘッド１８と走行体２０とから構成されていて、外部
からの遠隔操作によって、配管内面に対面しつつ走路１
４に沿って走行し、配管内側から自動的に周継ぎ手溶接
をＴＩＧ溶接にて施工する装置である。本実施例で使用
したロボット１２は、既知の小型溶接ロボットを本発明
用に改変したものである。走行体２０は、その一方の面
にはＴＩＧ溶接ヘッド１８を有し、ＴＩＧ溶接ヘッド１
８と対向する面には前後左右にそれぞれ設けられた計４
個の車輪２２と係合機構２４とを有する。４個の車輪２
２は、前輪が駆動輪として、後輪が被駆動輪として機能
し、駆動輪を駆動する電気モータは、走行体２０内に内
蔵されている。

【００１３】係合機構２４は、走路１４と走行体２０と
を係合して、走行体２０が下向きになった時、即ちＴＩ
Ｇ溶接ヘッド１８が下向きになった時、走行体２０が走
路１４から落下しないようにする機構である。係合装置
２４としては、種々の常用機構を適用することができる
が、本実施例では、図２に示すような機構を使用してい
る。図２の係合機構２４は、走路１４に沿ってその全周
に設けられた環状溝２６と、その環状溝２６に係合する
ように走行体２０に設けられた係合部２８とから構成さ
れている。

【００１４】環状溝２６は、入口で狭く内部で広い断面
形状の溝であって、走路１４の全周にわたり周方向に設
けてある。一方、係合部２８は、走行体２０の底面（Ｔ
ＩＧ溶接ヘッド１８とは反対側の面）に設けてあって、
環状溝２６に嵌まり溝壁に沿って摺動或いは転動するボ
ール３０と、ボール３０を引っ張りバネ３２を介して走
行体２０に連結している入れ子式（望遠鏡式）連結部３
４とから形成されている。以上の構成により、ロボット
１２は、下向きの位置でも走路１４から離隔して配管内
面に落下するようなことはない。また、係合機構２４を
ロボット１２の走行駆動用又は溶接用電力の外部からの
導入手段或いは制御信号の外部からの入力経路とするこ
ともできる。

【００１５】また、ロボット１２は、その所定位置を走
路１４の両側壁３６、３８に対して維持するようにした
ガイド手段４０をそれぞれ走行体２０の両側に備えてい
る。ガイド手段４０は、常用のガイド機構であって、先
端にキャスタを備え、コイルバネまたはダッシュポット
等の緩衝手段を介してキャスタと走行体２０とを連結し
ている。走行用電力及び溶接用電力の入力経路、更には
制御信号の入出力経路として、環状端子４２が走路１４
の側壁３６に連続して環状に設けられており、そこに電
線（図示せず）を介して外部電源が接続されている。一
方、走行体２０にはブラシ状接触片４４が設けてある。
接触片４４が常時環状端子４２に接触しているので、ロ
ボット１２は走行中必要な走行用電力及び溶接用電力を
自由に導入し、また制御信号を入出力させることができ
る。

【００１６】ロボット１２が走行中走路１４の側壁３８
を介してＴＩＧ溶接用の不活性ガスを導入できるよう
に、側壁３８には、その全周にわたり不活性ガス導入の
ための環状ダクト４６が埋設されている。側壁３８の壁
面には、図３（ｂ）に示すように、環状ダクト４６に連
通し、かつそれぞれ開閉弁（図示せず）を有する開口４
８が、ほぼ等間隔に離隔して設けてある。

【００１７】一方、走行体２０には不活性ガス取り入れ
のためのポート５０が設けてある。ポート５０は、図３
（ａ）に示すように、複数の開口４８をカバーできる長
孔ポート部５２を側壁３８との接触面に備え、ロボット
１２の走行中常時少なくとも１個の開口４８と長孔ポー
ト部５２とが対面することにより、その開口４８と長孔
ポート部５２を通してＴＩＧ溶接に必要な不活性ガスを
取り込むことができるようになっている。その際、開口
４８の開閉弁（図示せず）は、ポート５０の長孔ポート
部５２に対面した時には開き、対面していない時には閉
じるような機構を設けておく。

【００１８】ＴＩＧ溶接ヘッド１８は、配管内面に対し
て自在に進退できるような機構（図示せず）が設けてあ
り、配管内面に向かって前進する場合には走行体２０か
ら伸び出し、後退する場合には走行体２０内に入り込む
ようになっている。

【００１９】走路１４は、以上説明した各装備を備え、
配管Ａと配管Ｂとの周継ぎ手溶接部Ｃの内面Ｄに対面す
るように、円形に形成されている。次に、走路１４の支
持について説明する。図４（ａ）は走路１４を支持する
支持体１６を挟持する自立機構の正面図、図４（ｂ）は
図４（ａ）に示す自立機構の側面図であって、それぞれ
管内に装着した状態で示されている。走路１４は支持体
１６により支持されていて、一方、支持体１６は、図４
（ｂ）に示すように、後述する自立機構により挟持され
ている。支持体１６は、図１（ｂ）に示すように、中央
部のボス部５４と、ボス部５４から等角度で放射状に延
びる８本のアーム５６とから構成されている。支持体１
６を挟持する自立機構は、一対の自立体５８Ａ、Ｂから
構成され、自立体５８Ａ、Ｂは、それぞれ押圧部６２
と、押圧部６２を配管Ａ、Ｂの内面に向け前進させて押
圧し、又は内面から押圧部６２を後退させて押圧を解除
する進退機構６４とから構成されている。

【００２０】押圧部６２は、複数の押圧シュウ６０の組
合体であって、例えば内径９００mmの配管の自動溶接装
置の場合、図４（ａ）に示すように８個の押圧シュウ６
０が、配管Ａ、Ｂの内周に沿って直列に配置されてい
て、対向した２個の押圧シュウ６０で対を構成してい
る。押圧シュウ６０の各々は、管Ａ、Ｂの内面にほぼ合
致するような輪郭の接触面を備えていて、内面にそれぞ
れ接触している。更に、自立体５８Ａ、Ｂは、図４
（ｂ）に示すように、各々の押圧シュウ６０の間に走路
１４を摺動自在に挟持している。

【００２１】押圧シュウ６０が、進退機構６４により半
径方向に前進して拡開したときは、押圧部６２の周長は
長くなり、また逆に縮退したときには周長は短くなる。
拡開、縮退時に生じる周方向寸法の変化を吸収し、かつ
動作中に隣同士が円滑に組み合わさるようにするため
に、押圧シュウ６０Ａ、Ｂ、Ｃの各々は、図５に示すよ
うに入れ子形式に形成されている。図５（ａ）は入れ子
形式の端部を備えた押圧シュウ６０の組合せを示し、図
５（ｂ）は押圧シュウ６０の端部６３ａの矢視Ｉ−Ｉの
断面を示し、図５（ｃ）は端部１２ａが入れ子式に挿入
される端部６３ｂの矢視II−IIの断面を示す。

【００２２】図４に示すように、進退機構６４は、押圧
部６２を管Ａ、Ｂの内面に向け前進させて内面を押圧さ
せ、また内面から後退させて押圧解除させるために設け
てある。進退機構６４は、中心から放射状に伸びて各対
の押圧シュウ６０のに結合されたシャフト６６と、シャ
フト６６のそれぞれに設けられ、シャフト６６を半径方
向外方に伸長させ、または半径方向内方に収縮させる油
圧シリンダー６８とを備えている。油圧シリンダー６８
は、装置１６の中央部に設けられた円筒形支持部材７０
の周りに放射状に取り付けてある。支持部材７０は、図
４（ｂ）に示すように、走路１４の支持体１６のボス部
５４を嵌合させるような凹部７１をその中央に備えてい
る。尚、油圧シリンダー６８に代えて、空気圧シリンダ
ー或いは電気モータを使用することもできる。

【００２３】以上の進退機構６４の構成により、シャフ
ト６６が伸長するように油圧シリンダー６８を動作させ
ると、押圧シュウ６０が配管Ａ、Ｂの内面を押圧するこ
とにより、自立体５８は自立し、シャフト６６が収縮す
るように油圧シリンダー６８を動作させると、押圧シュ
ウ６０が配管Ａ、Ｂの内面から後退して、自立体５８
は、配管Ａ、Ｂから自由になる。その凹部７１に走路１
４の支持体１６のボス部５４を嵌合させて支持体１６の
両側に自立体５８Ａ、Ｂを、図４（ｂ）に示すように、
自立させると、走路１４は、支持体１６により配管内に
固定される。逆に、支持体１６を配管内から取り外すと
きには、押圧シュウ６０を配管内面から後退させて押圧
を解除し、自立体５８、次いで支持体１６を自由にす
る。

【００２４】配管内側から周継ぎ手溶接を行うときに、
溶接部付近を不活性ガス雰囲気に維持し、溶接に対する
外気の影響を遮断する必要のある場合がある。かかる場
合のための不活性ガス供給手段が、自動溶接装置１０に
設けてある。本実施例では、不活性ガス供給手段とし
て、図１に示すように、導管７４が、押圧シュウ６０と
走路１４とにより区画された領域７２と外部の不活性ガ
ス源とを接続するように設けてある。これにより、領域
７２に不活性ガスを供給して、押圧シュウ６０と配管
Ａ、Ｂと走路１４とで構成されるほぼ密閉された環状空
間７２を不活性ガス雰囲気に維持できる。

【００２５】本実施例では、自動溶接装置１０に必要な
制御装置（図示せず）を設け、ロボット１２及びロボッ
ト走路装置１６の動作を外部から制御できるようにして
いる。尚、上述の支持体１６及び自立体５８は、一つの
例であって、これに限らない。

【００２６】次に、図１及び図４を参照しながら本自動
溶接装置１０の使用方法を簡単に説明する。先ず、図４
（ｂ）に示すように、支持体１６を配置し、その両側に
自立体５８Ａ、Ｂを据えて、接合する配管Ａ、Ｂの接合
部に自動溶接装置１０を設置する。この際、常用の装置
を使用して配管Ａ、Ｂを所定位置に位置決めして突き合
わせ、その状態に保持する。次いで、自立体５８Ａ、Ｂ
の進退機構６４を作動してシャフト６６を伸長し、押圧
シュウ６０の４組の対を配管Ａ、Ｂの端部内面に接触さ
せることにより、支持体１６を介して走路１４を配管内
に固定する。続いて、ロボット１２を起動して溶接施工
を行う。溶接施工後、推進機構６４を駆動して押圧シュ
ウ６０の押圧動作を解除すれば、自立体５８及び支持体
１６を自由にすることができる。

【００２７】

【発明の効果】本発明によれば、自走式ＴＩＧ溶接又は
プラズマ溶接ロボットと、自立式ロボット走路装置とを
備えることにより、ＴＩＧ溶接ロボットがロボット走路
装置の円筒面に沿って走行しつつ配管内側から周継ぎ手
溶接を行うことができる。駆動装置を介して押圧部に押
圧動作をさせることにより、容易にロボット走路装置を
自立させ、逆に押圧解除動作をさせることによりロボッ
ト走路装置を自由にして配管内から撤去することができ
る。よって、本自動溶接装置は、運搬、設置が容易であ
り、また溶接ロボットが自走式であり、ロボット走路装
置が自立式であるから操作が容易である。本自動溶接装
置を使用することにより、溶接作業の手直し、やり直し
を最小限にすることができるので、配管の自動溶接工事
の作業能率を向上させることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】図１（ａ）は本発明に係る配管内面の自動溶接
装置の要部の説明図で、要部の横断面を示し、図１
（ｂ）は走路の支持体の正面図である。

【図２】図１の溶接ロボットに設けられた係合機構の説
明図である。

【図３】図３（ａ）及び（ｂ）は、それぞれ不活性ガス
の取り入れ手段の説明図である。

【図４】図４（ａ）は自立体の正面図、図４（ｂ）は図
４（ａ）に示す自立体を使用してロボット走路を配管内
に設置した様子を示す断面図である。

【図５】図５（ａ）、（ｂ）及び（ｃ）は押圧シュウの
構成を示す説明図である。

【符号の説明】

１０本発明に係るの自動溶接装置の実施例１２溶接ロボット１４ロボット走路１６ロボット走路装置１８溶接ヘッド２０走行体２２車輪２４係合機構２６環状溝２８係合部３０ボール３２引っ張りバネ３４入れ子式（望遠鏡式）連結部３６、３８側壁４０ガイド４２環状端子４４接触片４６環状ダクト４８開口５０ポート５２長孔ポート部５４ボス部５６アーム５８自立体６０押圧シュウ６２押圧部６４進退機構６６シャフト６８油圧シリンダー７０支持部材７２環状空間７４導管

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】ＴＩＧ溶接又はプラズマ溶接のいずれか
を施す自走式溶接ロボットと、該溶接ロボットを配管内
面の周継ぎ手溶接部の全周にわたり対面して走行させる
ための自立式ロボット走路装置とを備え、ロボット走路装置は、配管内面の周継ぎ手溶接部を挟ん
でその両側で配管内面をその全周にわたり押圧するよう
にした２個の対向する押圧部と、配管内面の全周にわた
り対面するように押圧部の間に配置された円筒面状のロ
ボット走路と、押圧部を駆動してパイプ内面を押圧する
駆動装置とを有して、押圧部により配管内面を対向した
方向に押圧することにより自立し、かつロボット走路上
に自走式溶接ロボットを走行させるようにしたことを特
徴とする配管内面の自動溶接装置。
【請求項２】前記溶接ロボットに電力及び不活性ガス
を供給し、制御信号を入出力するために、電力用環状端
子と、制御信号用環状端子と、不活性ガス供給口とが、
前記押圧部のロボット走路側の側壁面の全周にわたり設
けられ、前記自走式溶接ロボットには、前記環状端子に接触する
ブラシ状接触片と、前記押圧部の側壁面に対して摺動し
つつ前記不活性ガス供給口から不活性ガスを導入する導
入手段とが設けられ、更に前記ロボット走路面には、溶
接ロボットを係合しながら走行させるようにした係合機
構が設けられていることを特徴とする請求項１に記載の
配管内面の自動溶接装置。
【請求項３】前記押圧部と前記ロボット走路とにより
区画された領域と外部の不活性ガス源とを接続して該領
域に不活性ガスを供給する導管を設け、押圧部とロボッ
ト走路と配管内面とにより形成された環状空間を不活性
ガス雰囲気に維持できるようにしたことを特徴とする請
求項１又は２に記載の配管内面の自動溶接装置。