JPH09141436A

JPH09141436A - 自動溶接設備および溶接方法

Info

Publication number: JPH09141436A
Application number: JP29722995A
Authority: JP
Inventors: Takao Otsuka; 隆夫大塚; Morihiko Osawa; 守彦大澤; Kenji Maehara; 健治前原; Masahiro Koyama; 正洋小山; Hitoshi Ihara; 等伊原; Teruo Tsuji; 輝夫辻; Shunzo Murakami; 俊三村上
Original assignee: Hitachi Zosen Corp
Current assignee: Hitachi Zosen Corp
Priority date: 1995-11-16
Filing date: 1995-11-16
Publication date: 1997-06-03

Abstract

(57)【要約】【課題】自動溶接装置７４では、これをノズル７２の
フランジ面７５に設置するものであるため、溶接作業が
終了するたびに自動溶接装置７４をフランジ面７５から
取外し、次のノズル７２溶接場所まで移動させて設置し
直すといった作業が必要であるため、作業能率が悪い。【解決手段】被溶接物１内をその軸心５に沿って移動
自在なブーム１２と、このブーム１２の端部に設けられ
て溶接トーチ２０を有した溶接装置４とから構成され、
この溶接装置４が、溶接トーチ２０を被溶接物１と溶接
物３との溶接線２１に沿って移動させるための移動装置
２２を備え、ブーム１２は被溶接物１の外部に設けた摺
動案内体１１に支持した。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、例えば、熱交換器
や厚肉圧力容器などに取付けられるノズルを本体に溶接
するための溶接設備および溶接方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】一般に、熱交換器や厚肉圧力容器などで
は、これら本体の側部に開口部を形成し、この開口部に
は、例えば流体供給用として用いるノズルを溶接してい
る。

【０００３】そして従来、ノズルを本体に溶接するに
は、作業者が手作業で行う場合と、図４に示すように、
本体７０の開口部外周７１とノズル７２の溶接部外面７
３に開先を設け、自動溶接装置７４をノズル７２のフラ
ンジ面７５に設置して自動的に行う場合がある。

【０００４】そして、自動溶接装置７４を用いて溶接す
る場合は、一個のノズル７２に対し溶接作業が終了する
と、クレーンなどの揚重設備（図示せず）で自動溶接装
置７４を次のノズル７２溶接場所まで移動させて、その
ノズル７２のフランジ面７５に設置し直し、本体７０と
ノズル７２とを溶接するといった作業を繰り返すことに
よって行う。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】上記従来の技術におい
て、作業者が手作業でノズル７２を溶接する場合、本体
７０の径が大きくなると、高所での作業となるため危険
である。

【０００６】また自動溶接装置７４を用いて行う場合
は、自動溶接装置７４をノズル７２のフランジ面７５に
設置するものであるため、溶接作業が終了するたびに自
動溶接装置７４をフランジ面７５から取外し、次のノズ
ル７２溶接場所まで移動させて設置し直すといった作業
が必要であるため、作業能率が悪いという課題がある。

【０００７】そこで本発明は、上記課題を解決し得る自
動溶接設備および溶接方法の提供を目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明における課題を解
決するための手段は、被溶接物内をその軸心に沿って移
動自在な移動部材と、この移動部材の端部に設けられて
溶接トーチを有した溶接装置とから構成され、この溶接
装置が、溶接トーチを被溶接物と溶接物との溶接線に沿
って移動させるための移動装置を備え、移動部材は被溶
接物の外部に設けた支持装置に支持され、移動装置は、
溶接トーチを鉛直軸回りに溶接線に沿って回転させるた
めの回転軸と、溶接トーチを回転軸に沿って溶接線に対
して昇降させるための昇降部材と、溶接トーチを水平方
向に移動させるための水平移動部材とから構成されたも
のである。

【０００９】そして溶接トーチを支持した移動部材を、
溶接トーチが筒状の被溶接物に形成した開口部まで到達
するよう被溶接物の軸心に沿って挿入し、溶接トーチを
被溶接物とその開口部に設置した溶接物との溶接線に沿
って移動させることにより、被溶接物に溶接物を溶接す
るもので、筒状の被溶接物の周方向に離間して形成した
複数の開口部を有する場合は、回動装置により被溶接物
をその軸心回りに回転させて所定の開口部を被溶接物の
下位に位置させ、溶接トーチを支持した移動部材を、溶
接トーチが所定の開口部まで到達するよう被溶接物の軸
心に沿って挿入し、溶接トーチを被溶接物とその開口部
に設置した溶接物との溶接線に沿って移動させて溶接
し、続いて、別の開口部が下位に位置するよう被溶接物
をその軸心回りに回転させ、溶接物と別の開口部に設置
した溶接物との溶接線に沿って溶接トーチを移動させて
溶接するといった動作を順次繰り返すことにより、被溶
接物に溶接物を溶接する。

【００１０】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を、図
面に基づいて説明する。本発明の実施の形態に係る溶接
設備は、図１〜図３に示すように、筒状の被溶接物（例
えば熱交換器や厚肉圧力容器）１に形成した円形の開口
部２に対し、溶接物（例えば流体供給に用いられるもの
で、以下「ノズル」と称す）３を被溶接物１の内側から
溶接するためのものである。

【００１１】そして本発明の実施の形態に係る溶接設備
は、後述の溶接装置４を被溶接物１内でその水平軸心５
に沿って水平方向に移動させるためのマニプレータ６を
有し、このマニプレータ６は、基部７の所定位置（例え
ば、被溶接物１の外方で被溶接物１の製造ライン途上）
に設置された基台８と、この基台８に立設した脚１０の
上部に配置された箱状の摺動案内体（支持装置の一例）
１１と、この摺動案内体１１に摺動自在に内嵌する移動
部材（以下「ブーム」と称す）１２とから構成されてい
る。

【００１２】図２に示すように、前記摺動案内体１１内
の先端下隅部には、ブーム１２の底面に形成したラック
１４に噛合して回転するピニオン１６が軸受けを介して
内装支持され、摺動案内体１１の他の三箇所の隅部で摺
動案内体１１の幅方向に、ブーム１２を上面および下面
で案内支持するローラ１３が軸受けを介して支持され、
また摺動案内体１１の側部にはピニオン１６の支軸１６
ａを駆動するための駆動モータ１７が設置され、支軸１
６ａの一側と駆動モータ１７の駆動軸とは図示しないク
ラッチを介して連結され、摺動案内体１１には、駆動モ
ータ１７の駆動軸とピニオン１６の支軸１６ａとを連結
離反させるためのクラッチレバー１８が設けられ、また
支軸１６ａの他側には、ピニオン１６を手動で回転させ
るためのハンドル１５が取付けられている。

【００１３】この構成によれば、駆動モータ１７を駆動
することにより自動的にブーム１２を被溶接物１内でそ
の水平軸心５に沿って水平方向に移動させることがで
き、またハンドル１５を回転させることにより手動でブ
ーム１２を移動させることができる。

【００１４】そしてこのブーム１２の先端部に、溶接装
置４の溶接トーチ２０が、これを被溶接物１と溶接物３
との円形の溶接線２１に沿って移動させるための移動装
置２２を介して取付けられている。

【００１５】この移動装置２２は、ブーム１２の先端上
部を切欠いて形成した凹部の設置面１２ａに，取付け部
材２３を介して取付けた縦軸部材２４と、この縦軸部材
２４にその上下端部を挟持する挟持片２５を介して縦軸
部材２４の軸心回りに旋回自在に支持された上部昇降支
持体２６と、この上部昇降支持体２６に、その側面に上
下方向に形成した上部昇降レール２７を介してラックピ
ニオン機構などにより昇降可能に支持された上部昇降体
２８と、この上部昇降体２８の先端部に軸受け部材３０
を介して鉛直軸心３１ａ回りに回転自在に支持された回
転軸３１と、この回転軸３１をその鉛直軸心３１ａ回り
に回転させるための回転装置３２と、回転軸３１の下部
に、その鉛直軸心３１ａに直交する水平方向に配置され
た取付け部材３３を介して取付けられた水平動支持部材
３４と、この水平動支持部材３４の先端面に鉛直方向に
取付けられた下部昇降支持体３５と、この下部昇降支持
体３５に、その側面に形成した下部昇降レール３６を介
して昇降自在に取付けられた下部昇降体３７とから構成
され、この下部昇降体３７に、ウィービング装置３８を
介して前記溶接装置４が支持されている。

【００１６】そしてこの溶接装置４は、溶接トーチ２０
と、回転軸３１の途中に取付けられて溶接トーチ２０の
先端部にフィラーワイヤ４０を供給するためのワイヤ供
給装置４１とから構成されている。

【００１７】前記上部昇降支持体２６は、図示しない旋
回装置によって、縦軸部材２４の鉛直軸心２４ａ回りに
旋回自在に構成されている。前記回転装置３２は、上部
昇降体２８の上面に設置された回転駆動モータ４２と、
この回転駆動モータ４２の駆動を回転軸３１の上端部に
嵌合したギヤ４３に伝達するための伝達機構４４とから
構成されている。

【００１８】前記水平動支持部材３４の端面には、水平
移動用モータ４５が設置され、この水平移動用モータ４
５の駆動軸には水平動支持部材３４に内装した水平ボー
ルねじ４９が連結され、この水平ボールねじ４９に前記
下部昇降支持体３５が取付けられ、水平動支持部材３４
の下方には、下部昇降支持体３５の被案内片４６が摺動
自在に嵌合して下部昇降支持体３５の水平方向への移動
を案内する水平案内杆４７が配置されている。

【００１９】また、この下部昇降支持体３５の上面には
昇降用モータ４８が設置され、この昇降用モータ４８の
駆動軸には下部昇降支持体３５に内装した鉛直ボールね
じ５０が連結され、この鉛直ボールねじ５０に前記下部
昇降体３７が取付けられ、下部昇降支持体３５の側方に
は、下部昇降体３７の被案内片５１が摺動自在に嵌合し
て下部昇降体３７を上下方向に案内する昇降案内杆５２
が配置されている。

【００２０】さらに、前記回転軸３１の下端部には、溶
接トーチ２０の回転中心の心出しを行うためのセンター
治具５３が、回転軸３１に同心に取付けられている。上
記移動装置２２の構成によれば、センター治具５３が、
溶接物３に仮止めしたノズルセンターリング６５の中心
孔６６のほぼ上方に一致するまで、ブーム１２を被溶接
物１内でその水平軸心５に沿って移動させるとともに、
旋回装置を駆動して回転軸３１を縦軸部材２４の鉛直軸
心２４ａ回りに旋回することによりセンター治具５３を
ノズルセンターリング６５の中心孔６６に一致させて溶
接線２１の中心を決定する。

【００２１】そして、ラックピニオン機構を駆動して上
部昇降体２８を昇降させることにより溶接トーチ２０の
概略高さ位置を決定し、水平移動用モータ４５を駆動す
ることにより溶接トーチ２０を水平方向に移動させて溶
接線２１の径方向の位置決めをし、昇降用モータ４８を
駆動することにより溶接トーチ２０の高さ位置を正確に
調節し、溶接トーチ２０の先端部を、溶接線２１に位置
合わせする。

【００２２】次に、回転駆動モータ４２を駆動すること
により、溶接トーチ２０が回転軸３１回りに回転し、溶
接トーチ２０の先端部は、被溶接物１と溶接物３との溶
接線２１に沿って円上を移動する。

【００２３】ところで、本発明の実施の形態における溶
接設備は、図３に示すように、被溶接物１をその周面下
部で、水平軸心５回りに回転自在に支持するためのター
ニングローラ装置５４を備えている。

【００２４】そして図示したように、このターニングロ
ーラ装置５４は、基部７の所定位置に設置される支持台
５５と、この支持台５５の両端部に軸受け５６を介して
回転自在に支持されたボールねじ５７と、このボールね
じ５７の一端側に設けられてボールねじ５７を駆動する
ための駆動モータ５８と、この駆動モータ５８の駆動軸
とボールねじ５７とを連結するための伝達歯車機構５９
と、ボールねじ５７に螺合した一対のナット部材６０の
それぞれに取付けられた回転用モータ６１と、各ナット
部材６０に取付けられた支持台５５に支軸を介して鉛直
面内で回転自在に支持されるとともに、被溶接物１をそ
の下部両側で支持する一対の支持ローラ６２とから構成
されている。

【００２５】なお、回転用モータ６１の駆動軸と支持ロ
ーラ６２の支軸とは、図示しない伝達手段によって連結
され、また、ボールねじ５７の他端には、ボールねじ５
７を手動で回転させるためのハンドル６３が取付けられ
ている。

【００２６】そして上記の構成を有したターニングロー
ラ装置５４は、被溶接物１の長さ方向に所定距離だけ離
間して複数組設けられ、被溶接物１をその長さ方向で支
持するものである。

【００２７】このように構成した各ターニングローラ装
置５４において、回転用モータ６１を駆動すると、その
回転力が支持ローラ６２に伝達され、支持ローラ６２に
支持した被溶接物１を、その水平軸心５回りに回転させ
ることができる。

【００２８】また駆動モータ５８を駆動することによ
り、ナット部材６０がボールねじ５７に沿って水平方向
に移動し、これに伴って支持ローラ６２が水平方向に接
近離間するので、支持ローラ６２どうしの離間幅を変更
して、被溶接物１の径に対応して支持することができ
る。

【００２９】次に、上記溶接設備を用いて、被溶接物１
の開口部２に溶接物３を、被溶接物１の内側から溶接す
る方法を説明すると、まず、複数（例えば３個）の被溶
接物１どうしを水平軸心５方向に突き合わせて接合する
とともに、被溶接物１をターニングローラ装置５４の支
持ローラ６２で支持し、また被溶接物１の開口部２に溶
接物３を仮り止めする。

【００３０】続いて、上記のようにブーム１２を移動さ
せて、センター治具５３を、ノズルセンターリング６５
の中心孔６６に一致させる。そして、溶接トーチ２０の
先端が、溶接線２１上に合致するよう上記のように移動
装置２２を駆動し、また溶接装置４を駆動して溶接トー
チ２０を回転軸３１回りに回転させ、溶接線２１を被溶
接物１の内側から溶接する。

【００３１】そして、開口部２に対し、被溶接物１の水
平軸心５方向に別の開口部（図示せず）があり、この開
口部に対して溶接物３を溶接する場合は、移動装置２２
を駆動して溶接トーチ２０の先端部を溶接線２１（開口
部２）から離反させ、駆動モータ１７を駆動することに
より、ブーム１２を被溶接物１内でその水平軸心５に沿
って移動させて、その後、再び溶接トーチ２０の先端部
を溶接線に合致させ、上記と同様にして溶接線を被溶接
物１の内側から溶接する。

【００３２】ところで、図のように、被溶接物１の周方
向に離間して開口部２を形成した被溶接物１において、
一方の開口部２に対して溶接物３の溶接が終了すると、
移動装置２２を駆動して溶接トーチ２０の先端部を溶接
線２１から離反させ、各ターニングローラ装置５４の回
転用モータ６１を駆動して、被溶接物１をその水平軸心
５回りに１８０°回転し、別の開口部２Ａを下位に位置
させる。そして再び上記と同様にして心出しを行い、移
動装置２２を駆動して溶接トーチ２０の先端部を溶接線
２１に接近させ、溶接装置４を駆動して溶接線２１を被
溶接物１の内側から溶接する。

【００３３】なお、溶接線２１に沿って溶接トーチ２０
を移動して溶接する際に、溶接電流値、溶接電圧値、溶
接速度、フィラーワイヤ４０の供給速度などの溶接条件
は、必要に応じて、溶接トーチ２０が所定角度（例えば
４５°）移動するごとに設定し直すようにしてもよい。

【００３４】このように本発明の実施の形態によれば、
筒状の被溶接物１の水平軸心５に沿って移動自在なブー
ム１２を設け、このブーム１２に、移動装置２２によっ
て被溶接物１と溶接物３との溶接線２１に沿って移動自
在に溶接トーチ２０を設け、溶接線２１を被溶接物１の
内側から自動的に溶接するようにしたので、作業者が被
溶接物１上で溶接物３を溶接するといった作業が必要な
く、従って、径の大きな被溶接物１であっても溶接作業
を安全に行い得、またブーム１２を被溶接物１の水平軸
心５に沿って順次移動させて溶接を行うので、従来のよ
うに、溶接作業が終了するたびに自動溶接装置をノズル
のフランジ面から取外し、次のノズル溶接場所まで移動
させて設置し直すといった作業が不要であり、作業能率
の向上を図り得る。

【００３５】さらに、被溶接物１をその周面下部で水平
軸心５回りに回転支持するためのターニングローラ装置
５４を設けたので、被溶接物１の周方向に離間して別の
開口部２Ａを有する場合でも、回転用モータ６１を駆動
して支持ローラ６２を回転することにより、別の開口部
２Ａを下位に位置させることができ、従って、常に開口
部２，２Ａを下位に位置させた状態で溶接が行え、監視
が楽である。

【００３６】

【発明の効果】以上の説明から明らかな通り、本発明
は、筒状の被溶接物内をその軸心に沿って移動自在な移
動部材に、移動装置を介して溶接トーチを設け、移動部
材を被溶接物内の軸心に沿って移動させて、溶接トーチ
を、移動装置の駆動によって被溶接物と溶接物との溶接
線に沿って移動させ、被溶接物内の内側から溶接するよ
うにしたので、作業者が被溶接物上で溶接物を溶接する
といった作業が必要なく、従って、径の大きな被溶接物
であっても溶接作業を安全に行い得、また所定の開口部
に対して溶接物を溶接した後は、移動部材を被溶接物の
軸心に沿って移動させることにより溶接トーチを移動さ
せて、次の開口部に対して溶接物を溶接するので、従来
のように、溶接作業が終了するたびに溶接装置を溶接物
から取外し、次の溶接場所まで移動させて溶接物に設置
し直すといった作業が不要であり、従って、作業能率の
向上を図り得る。

【００３７】さらに、被溶接物を支持してその軸心回り
に回動させるための回動装置を備えたので、被溶接物の
周方向に離間した複数の開口部を有する場合でも、回動
装置を駆動して被溶接物をその軸心回りに回動させるこ
とにより、開口部を常に下位に位置させて下向きで溶接
ができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態を示す自動溶接設備の全体
正面図である。

【図２】同じくマニプレータの側面図である。

【図３】同じくターニングローラ装置の側面図である。

【図４】従来の溶接装置の取付け状態を示す斜視図であ
る。

【符号の説明】

１被溶接物２開口部３溶接物４溶接装置５水平軸心６マニプレータ１１摺動案内体１２ブーム２０溶接トーチ２１溶接線２２移動装置２４縦軸部材２６上部昇降支持体２８上部昇降体３１回転軸３４水平動支持部材３５下部昇降支持体３７下部昇降体４１ワイヤ供給装置４４伝達機構４９水平ボールねじ５０鉛直ボールねじ５３センター治具５４ターニングローラ装置５７ボールねじ６１回転用モータ６２支持ローラ

フロントページの続き (72)発明者小山正洋大阪府大阪市此花区西九条５丁目３番28号日立造船株式会社内 (72)発明者伊原等大阪府大阪市此花区西九条５丁目３番28号日立造船株式会社内 (72)発明者辻輝夫大阪府大阪市此花区西九条５丁目３番28号日立造船株式会社内 (72)発明者村上俊三大阪府大阪市此花区西九条５丁目３番28号日立造船株式会社内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】筒状の被溶接物に形成した開口部に溶接
物を溶接するための自動溶接設備であって、被溶接物内
をその軸心に沿って移動自在な移動部材と、この移動部
材の端部に設けられて溶接トーチを有した溶接装置とか
ら構成され、この溶接装置が、溶接トーチを被溶接物と
溶接物との溶接線に沿って移動させるための移動装置を
備えたことを特徴とする自動溶接設備。
【請求項２】移動部材は被溶接物の外部に設けた支持
装置に支持され、移動装置は、溶接トーチを鉛直軸回り
に溶接線に沿って回転させるための回転軸と、溶接トー
チを回転軸に沿って溶接線に対して昇降させるための昇
降部材と、溶接トーチを水平方向に移動させるための水
平移動部材とから構成されたことを特徴とする請求項１
記載の自動溶接設備。
【請求項３】被溶接物を支持して被溶接物をその軸心
回りに回動させるための回動装置を備えたことを特徴と
する請求項１または２記載の自動溶接設備。
【請求項４】溶接トーチを支持した移動部材を、溶接
トーチが筒状の被溶接物に形成した開口部まで到達する
よう被溶接物の軸心に沿って挿入し、溶接トーチを被溶
接物とその開口部に設置した溶接物との溶接線に沿って
移動させることにより、被溶接物に溶接物を溶接するこ
とを特徴とする溶接方法。
【請求項５】筒状の被溶接物の周方向に離間して形成
した複数の開口部に、順次溶接物を溶接する溶接方法で
あって、被溶接物をその軸心回りに回転させて所定の開
口部を被溶接物の下位に位置させ、溶接トーチを支持し
た移動部材を、溶接トーチが所定の開口部まで到達する
よう被溶接物の軸心に沿って挿入し、溶接トーチを被溶
接物とその開口部に設置した溶接物との溶接線に沿って
移動させて溶接し、続いて、別の開口部が下位に位置す
るよう被溶接物をその軸心回りに回転させ、溶接物と別
の開口部に設置した溶接物との溶接線に沿って溶接トー
チを移動させて溶接するといった動作を順次繰り返すこ
とにより、被溶接物に溶接物を溶接することを特徴とす
る溶接方法。