JPH08252680A - 溶込み不良をなくした造管装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 溶接位置の振れが原因で発生する溶込み不足
を解消し、健全な溶接部をもつ溶接管を製造する。 【構成】 被溶接材１の表面に垂直に配置された回転可
能な支持軸２１と平行に配置されたトラッキング軸２３
に、トラッキング軸２３を中心として回転可能なアーム
２５を取り付ける。アーム２５の下側に、被溶接材１の
突合せ間隙に挿入されるガイドローラ２６が設けられ、
アーム２５の先端に溶接ノズル２８が装着されている。
溶接ノズル２８は、常にトラッキング軸２３とガイドロ
ーラ２６を結ぶ線上に位置する。 【効果】 溶接位置１０の振れに応じてガイドローラ２
６を介してアーム２５が揺動し、溶接ノズル２８の中心
軸を溶接位置１０に指向させる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、筒状に成形した金属帯
材の板幅方向両端部を溶接して溶接管を製造する際、溶
接位置の狙いズレに起因した溶込み不良を解消した造管
装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】金属帯材から溶接管を製造する造管ライ
ンでは、金属帯材を成形ロールスタンドに通板し、幅方
向両端部が所定の狭間隙をもった筒状、すなわちオープ
ンパイプの状態に徐々に成形する。そして、板幅方向両
端部が突き合わされる位置の前後に配置した溶接ノズル
から、アーク，レーザビーム等の熱源を投射し、突合せ
部を溶接することにより溶接管を製造している。このよ
うな溶接造管法では、溶接位置又はその近傍にレーザビ
ーム等の熱源を照射させることが必要である。溶接位置
と照射位置との間にズレがあると、溶接部に溶込み不良
が発生し易く、健全な溶接部をもった溶接管が得られな
い。照射位置を溶接位置又はその近傍に維持するため
に、光学的な倣い装置や機械的な倣い装置が従来から使
用されている。たとえば、特開平３−８１０７９号公報
に紹介されている光学的倣い装置では、扇状光の照射源
を溶接線の両側に配置し、扇状光の反射光を画像処理し
て溶接線を検出し、この検出結果に基づきレーザヘッド
を速やかに補正している。

【０００３】機械的な倣い装置としては、たとえば特開
平１−１１８３９２号公報に紹介されているように走査
ローラ，針，摺動羽根等を使用して溶接線を検出するも
のが知られている。この倣い装置を組み込んだ溶接装置
は、図１に示すように構成される。被溶接材である金属
帯材は、成形ロール（図示せず）で筒状のオープンパイ
プ１に成形され、溶接装置に送り込まれる。オープンパ
イプ１は、間隙２を維持しながら矢印方向に送られる。
溶接装置としては、回転軸３に溶接ヘッド４をとりつけ
たものが使用される。溶接ヘッド４は、溶接ノズル５を
下面に備え、アーム部材６を介してガイドローラ７を取
り付けている。ガイドローラ７は、オープンパイプ１の
間隙２に一部が挿入された状態で回転する。これによ
り、間隙２に溶接ヘッド４が追従し、板幅方向両端部が
突き合わされた溶接線５に溶接ノズル５を指向させる。
そして、溶接ノズル５から出射したレーザビーム９で溶
接位置１０を照射し、継ぎ目１１を形成する。

【０００４】また、図２に示すように、オープンパイプ
１の間隙２に挟み込まれるディスク状ガイドローラ７を
装着した誘導部１２を備えた倣い装置も使用されてい
る。誘導部１２は、旋回軸１３を介して支持部１４に設
けられており、支持部１４の反対側で溶接ノズル１５が
誘導部１２に一体化されている。溶接ノズル１５は、オ
ープンパイプ１の間隙２に沿って移動するガイドローラ
７に追従し、プラズマアーク１６を溶接位置１０に指向
させる。光学的又は機械的な倣い装置の何れであって
も、溶接しようとするオープンパイプ１の形状に応じ、
溶接ノズル５，１５を正しく溶接点に指向させる必要が
ある。溶接部位置近傍は、振れがない場合には図３
（ａ）に示すような位置関係にあり、オープンパイプ１
の中心線１７上に溶接位置１０が位置する。他方、振れ
がある場合、図３（ｂ）に示すようにオープンパイプ１
の両エッジがフィンパスロールのフィン部３２に接する
２点を結ぶ直線を二等分する点と溶接位置１０を結ぶ線
１８と中心線１７との間にズレが生じ、溶接位置１０が
図３（ｂ）では右側にぶれる。溶接位置１０の左右の振
れは、オープンパイプ１の両エッジ部がフィンパスロー
ルのフィン部３２に接する２点を結ぶ直線を二等分する
点を支点としながら起きる。また、前記の二等分する点
と溶接位置１０を結ぶ線１８は、オープンパイプ１の幅
方向両端部が交わる角度を常に二等分する。

【０００５】光学的な倣い方式では、オープンパイプ１
の間隙２の振れを検出する時間，溶接位置決定のための
信号処理時間，ビーム照射位置補正のための溶接ノズル
移動時間等が必要である。そのため、溶接速度が変動す
るたびに、溶接ノズルを移動させるタイミングを変更す
る必要が生じる。また、間隙の振れを検出するセンサー
は、一般に板エッジの形状を変更するたびに調整が必要
である。これに対し、機械的な倣い装置では、溶接速度
の変化に対応して溶接ノズル５，１５が溶接位置１０に
移動する速度も変化するため、溶接速度の変化に応じて
装置設定を変更する必要がない。しかも、光学的倣い装
置に比較して装置構成が単純であり、操作性にも優れて
いる。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】図１の機械的な倣い装
置では、回転軸３，溶接ノズル４及びガイドローラ７が
常に一直線上に並ぶ。そのため、図４（ａ）に示すよう
に溶接位置１０がオープンパイプ１の中心線１７上又は
その近傍にある場合、レーザビーム９は、ガイドローラ
７と共に溶接位置１０の左右の振れに追従する。この場
合には、溶接造管が可能である。しかし、溶接位置１０
の左右の振れが大きく、溶接位置１０がオープンパイプ
１の中心線１７から大きく外れた場合、図３（ｂ）に示
すように溶接位置１０及び間隙２が移動する。そのた
め、レーザビーム９の照射位置は、図４（ｂ）に示すよ
うに溶接位置１０から大きく離れ、結果として溶接部に
溶込み不良を発生させ、欠陥のある溶接管となる。

【０００７】また、旋回軸１３を備えた図２の機械的倣
い装置では、溶接ノズル１５とガイドローラ７とを結ぶ
直線は、常にオープンパイプ１の中心線１７と平行であ
る。そのため、図５（ａ）に示すように溶接位置１０が
オープンパイプ１の中心線１７上又はその近傍にある場
合、プラズマアーク１６は、ガイドローラ７と共に溶接
位置１０の左右の振れに追従し、溶接造管を可能にす
る。しかし、溶接位置１０の左右の振れが大きく、溶接
位置１０がオープンパイプ１の中心線１７から大きく外
れた場合、図３（ｂ）に示すように溶接位置１０及び間
隙２が移動する。その結果、図５（ｂ）に示すようにプ
ラズマアーク１６の照射位置が溶接位置１０から大きく
外れ、結果として溶接部に溶込み不良を発生させ、欠陥
のある溶接管となる。本発明は、このような問題を解消
すべく案出されたものであり、溶接位置の振れに応じて
揺動するアームに溶接ノズルを装着することにより、従
来の機械的の溶接位置を倣う方式に比較して溶接位置の
振れが原因で発生する溶込み不足を解消し、健全な溶接
部をもつ溶接管を製造することを目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明の造管装置は、そ
の目的を達成するため、被溶接材の表面に対し垂直に配
置した回転可能な溶接ノズルを備えた溶接ヘッドの支持
軸と、前記被溶接材の両エッジがフィンパスロールのフ
ィン部に接する２点を結ぶ直線を二等分する点の直上に
前記支持軸と平行に配置したトラッキング軸と、該トラ
ッキング軸を中心として揺動可能に前記トラッキング軸
に取り付けられたアームと、該アームの下側に設けら
れ、前記被溶接材の突合せ間隙に挿入されたガイドロー
ラと、前記アームの先端に前記溶接ノズルを装備し、前
記溶接ノズル先端、前記トラッキング軸及び前記ガイド
ローラが常に一直線上にあることを特徴とする。本発明
に従った倣い機構を備えた造管装置は、たとえば図６に
示すように、オープンパイプ１の表面に直交する軸を中
心に回転可能な支持軸２１で溶接ヘッド２２を支持して
いる。また、オープンパイプ１の両エッジがフィンパス
ロールのフィン部３２に接する２点を結ぶ直線を二等分
する点の直上に前記支持軸と平行に配置したトラッキン
グ軸２３を設置している。アーム２５は、トラッキング
軸２３を中心として回転可能になっている。また、アー
ム２５の先端に溶接ノズル２８を装着している。

【０００９】アーム２５の下側にディスク状のガイドロ
ーラ２６が設けられており、ガイドローラ２６がオープ
ンパイプ１の間隙２に嵌め込まれる。アーム２５の先端
には挿通孔２７が形成されており、溶接ヘッド２２の溶
接ノズル２８が挿通孔２７に差し込まれる。挿通孔２７
は、アーム２５が揺動したときに溶接ノズル２８の移動
を円滑にするため、図７に示すように長円状又は楕円状
に形成されている。或いは、挿通孔２７に替え、溶接ノ
ズル２８の先端部を収容するＵ字状のへこみをアーム２
５の先端に形成しても良い。レーザビーム２９は、溶接
ノズル２８の中心軸から溶接位置１０に照射される。ま
た、レーザビーム２９の照射によって溶接位置１０の近
傍に発生したプラズマを吹き飛ばすため、溶接ノズル２
８の先端近傍にサイドノズル３１が設けられている。

【００１０】

【作用】この構成によるとき、トラッキング軸２３，ガ
イドローラ２６及びレーザビーム２９の照射位置が常に
一直線上に並ぶ。溶接位置１０が図３（ｂ）に示すよう
に左右に触れた場合でも、フィンパスロール２４のフィ
ン部３２に接する２点を結ぶ直線を二等分する点と溶接
位置１０を結ぶ直線は、オープンパイプ１の幅方向両端
部が交わる角度をほの二等分する。そして、オープンパ
イプ１の間隙２に嵌め込んだガイドローラ２６，トラッ
キング軸２３及び溶接ノズル２８の先端より出るレーザ
ビーム２９の照射位置を結ぶ直線の直下に前記の二等分
線があるため、常に溶接一１０とレーザビーム２９の照
射位置が一致する。すなわち、溶接位置１０に振れがな
い場合、図７に示すようにトラッキング軸２３，ガイド
ローラ２６及びレーザビーム２９の照射位置が常に一直
線上に並び、溶接ノズル２８の中心軸が溶接位置１０に
正しく指向する。溶接位置１０に振れがある場合、振れ
の程度に応じてガイドローラ２６が左右に移動するた
め、アーム２５は、トラッキング軸２３を中心として揺
動する。その結果、アーム２５の先端にある溶接ノズル
２８の中心軸は、図８に示すように溶接位置１０を正し
く指向する。このようにして溶接ノズル２８の位置が自
動的に調整されるため、溶接ノズル２８の中心軸から出
るレーザビーム２９等の熱源が溶接位置１０に高精度で
照射され、溶接位置１０の振れに起因した溶込み不良が
解消される。

【００１１】

【実施例】図６に示した設備構成において、アーム２５
の先端に形成した直線部長さ１０ｍｍ及び円弧部半径２
０ｍｍの挿通孔２７に、外径４０ｍｍの溶接ノズル２８
を差し込んだ溶接ヘッド２２を使用した。径２５ｍｍの
ガイドローラ２６を、トラッキング軸２３から９０ｍｍ
離れた位置に設けた。パイプ表面から溶接ノズル２８の
先端までの距離を１５ｍｍに設定し、トラッキング軸２
３の中心軸から溶接ノズル２８の中心軸までの距離を１
８０ｍｍに設定した。また、フィンパスロール２４のフ
ィン部３２の底幅を１０ｍｍとした。この設計では、フ
ィンパスロール２４の中心軸から出側２０ｍｍの位置が
溶接位置１０の振れの支点になるため、この位置にトラ
ッキング軸２３を配置した。この造管装置を用いて、焦
点位置をパイプ表面に設定したレーザビーム２９をレー
ザ出力５ｋＷで照射し、造管速度１２ｍ／分で板厚０．
５ｍｍのＳＵＳ４３０ステンレス鋼板から外径５０．８
ｍｍのレーザ溶接管を製造した。溶接位置１０は、二個
のスクイズロール中心軸を結ぶ線とシーム部が交わる点
の前後２ｍｍ以内のシーム部にとった。また、センター
ガス及びサイドガスとして、共に流量２０リットル／分
でＡｒを供給した。

【００１２】溶接中、溶接位置１０の振れに対する各装
置の追従状況を調査するため、通板されている金属帯材
を左右に振らし、溶接位置１０に振れを付与した。そし
て、溶接位置１０の振れ幅を、オープンパイプ１の中心
線１７から溶接位置１０までの距離として測定した。ま
た、得られた溶接管の溶接部をＸ線透過試験によって評
価した。なお、比較のため、図１に示した従来の造管装
置を使用して同様な溶接条件下で溶接管を製造した。調
査結果を示す表１にみられるように、従来の造管装置で
は、振れ幅が０．３ｍｍまでは溶込み不良がなく、適正
な溶接造管が可能であった。しかし、振れ幅が０．３ｍ
ｍを超えると、溶接部に溶込み不良が発生した。溶込み
不良の発生原因は、レーザビーム９の照射位置が溶接位
置１０から大きく離れ、オープンパイプ１のエッジ部全
面を溶融できなかったことにある。これに対し、本発明
に従った造管装置では、振れ幅が３ｍｍに達しても溶接
部に溶込み不良がなく、適正な溶接造管が可能であっ
た。すなわち、溶接位置１０の振れに対しレーザビーム
２９が正確に追従し、溶接位置１０の大きな触れに対応
できたことが判る。

【００１３】

【表１】

【００１４】実施例２：図６に示した設備構成におい
て、溶接ノズル２８からプラズマアークがでるようにし
た。そして、フィンパスロール２４の中心軸から出側１
５ｍｍの位置にトラッキング軸２３を配置し、オープン
パイプ１の表面から１ｍｍの高さに溶接ノズル２８の先
端を維持した。その他の条件は、実施例１と同様に設定
した。この造管装置を用いて、溶接電流２０Ａ及び造管
速度１ｍ／分の条件下でマイクロプラズマ溶接により、
板厚０．６ｍｍのＳＵＳ３０４ステンレス鋼板から外径
３８．１ｍｍの溶接管を製造した。溶接位置１０は、二
個のスクイズロール中心軸を結ぶ線とシーム部が交わる
点の前後２ｍｍ以内のシーム部にとった。また、溶接部
に流量１０リットル／分でＡｒを供給した。溶接中、溶
接位置１０の振れに対する各装置の追従状況を調査する
ため、通板されている金属帯材を左右に振らし、溶接位
置１０に振れを付与した。そして、溶接位置１０の振れ
幅を、オープンパイプ１の中心線１７から溶接位置１０
までの距離として測定した。また、得られた溶接管の溶
接部をＸ線透過試験によって評価した。なお、比較のた
め、図２に示した従来の造管装置を使用して同様な溶接
条件下で溶接管を製造した。

【００１５】調査結果を示す表２にみられるように、従
来の造管装置では、振れ幅が１ｍｍまでは溶込み不良が
なく、適正な溶接造管が可能であった。しかし、振れ幅
が１ｍｍを超えると、溶接部に溶込み不良が発生した。
溶込み不良の発生原因は、プラズマアーク１６の照射位
置が溶接位置１０から大きく離れ、オープンパイプ１の
エッジ部全面を溶融できなかったことにある。これに対
し、本発明に従った造管装置では、振れ幅が３ｍｍに達
しても溶接部に溶込み不良がなく、適正な溶接造管が可
能であった。すなわち、溶接位置１０の振れに対しレー
ザビーム２９が正確に追従し、溶接位置１０の大きな触
れに対応できたことが判る。

【００１６】

【表２】

【００１７】

【発明の効果】以上に説明したように、本発明の造管装
置においては、トラッキング軸に揺動可能に設けられた
アームに溶接ノズルを装着し、ガイドロールによって案
内されるアームのトラッキング軸を支点とする揺動によ
って溶接ノズルの中心軸を溶接位置に精度良く指向させ
ている。そのため、従来の機械的倣い装置に比較してレ
ーザビーム，プラズマアーク等の熱源が照射される位置
と溶接位置とのズレに起因する溶込み不良が解消され、
健全な溶接部をもつ溶接管が製造される。また、従来の
光学的倣い装置に比較して設備構成が単純であり、操作
性に優れ、装置自体も安価になる。このようにして、本
発明の造管装置によるとき、多鋼種，多サイズの溶接管
を製造することが可能になる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 従来の機械的倣い機構を備えたレーザ造管装
置

【図２】 従来の機械的倣い機構を備えたプラズマ造管
装置

【図３】 溶接位置に振れがない場合（ａ）及び振れが
ある場合（ｂ）におけるオープンパイプの中心線と溶接
位置との位置関係

【図４】 従来の機械的倣い機構を備えたレーザ造管装
置において溶接位置が振れていない場合（ａ）及び振れ
ている場合（ｂ）の溶接位置に対するレーザビーム照射
位置の一致性又はズレを説明する図

【図５】 従来の機械的倣い機構を備えたプラズマ造管
装置において溶接位置が振れていない場合（ａ）及び振
れている場合（ｂ）の溶接位置に対するレーザビーム照
射位置の一致性又はズレを説明する図

【図６】 本発明に従った倣い機構を備えた造管装置

【図７】 本発明に従った倣い機構において溶接位置が
振れていない場合の溶接位置に対するレーザビーム照射
位置の一致性を説明する図

【図８】 本発明に従った倣い機構において溶接位置が
振れている場合の溶接位置に対するレーザビーム照射位
置の一致性を説明する図

【符号の説明】

１：オープンパイプ（被溶接材） ２：板幅方向両端
部間の隙間 １７：オープンパイプの中心線 ２１：支持軸 ２２：溶接ヘッド ２３：トラッキ
ング軸 ２４：フィンパスロール ２５：アーム
２６：ガイドローラ ２７：挿通孔 ２８：溶接
ノズル ２９：レーザビーム ３１：サイドノズル
３２：フィン部 ３３：継ぎ目

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 被溶接材の表面に対し垂直に配置した回
   転可能な溶接ノズルを備えた溶接ヘッドの支持軸と、前
   記被溶接材の両エッジがフィンパスロールのフィン部に
   接する２点を結ぶ直線を二等分する点の直上に前記支持
   軸と平行に配置したトラッキング軸と、該トラッキング
   軸を中心として揺動可能に前記トラッキング軸に取り付
   けられたアームと、該アームの下側に設けられ、前記被
   溶接材の突合せ間隙に挿入されたガイドローラと、前記
   アームの先端に前記溶接ノズルを装備し、前記溶接ノズ
   ル先端、前記トラッキング軸及び前記ガイドローラが常
   に一直線上にある造管装置。