JPH09216057A - 管の変形防止溶接装置および方法 - Google Patents

管の変形防止溶接装置および方法

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JPH09216057A
JPH09216057A JP4806396A JP4806396A JPH09216057A JP H09216057 A JPH09216057 A JP H09216057A JP 4806396 A JP4806396 A JP 4806396A JP 4806396 A JP4806396 A JP 4806396A JP H09216057 A JPH09216057 A JP H09216057A
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JP
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pipe
welding
deformation
welded
displacement
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JP4806396A
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English (en)
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Akira Sato
彰 佐藤
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IHI Corp
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IHI Corp
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 小口径管の突合せ溶接を変形を防止しながら
自動的にできる管の変形防止溶接装置および方法を提供
すること。 【解決手段】 固定支持された管1に固定台12をクラ
ンプ機構11で同心状にクランプし、この固定台12に
支持されて管1の周囲に回転可能な回転台13に取付け
た溶接トーチ20で突合せ溶接の開先部3の周囲を一層
ずつ自動溶接し、各層の溶接後に回転台13に取付けた
変位・位置検出器19,22で被溶接管2の変形量およ
び位置を検出する。これら検出信号に基づき制御器24
で最大変位点の反対位置から次層の溶接または加熱を開
始して、角変形を相殺し、変形を防止した小口径管の自
動溶接を行うようにしている。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】この発明は、管の変形防止溶
接装置および方法に関し、小口径管の多層突合わせ溶接
を自動的に行う場合の開先部での角変形を防止できるよ
うにしたものである。
【0002】
【従来の技術】原子力発電や燃料再処理、ボイラ等の各
種プラントでは、小口径(50A以下)の配管が多数使
用されており、これらの管同志を突合わせて溶接しなが
ら配管することが行われている。
【0003】このような小口径管同志の突合せ溶接のた
め自動溶接装置が開発されており、固定支持されている
管に自動溶接装置を装着し、管の周りに回転する回転台
に取付けた溶接トーチで、被溶接管表面と溶接トーチ先
端との距離を一定とし、アーク長を一定に保持しながら
溶接することができるようにし、小口径管の肉厚に応じ
て多層溶接を行うようにしている。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】ところが、小口径管を
突き合わせて多層溶接を行うと、開先部から曲がる角変
形が生じ易く、配管の真直度を確保することが難しい。
【0005】このため、自動溶接後に変形を修正するた
めの作業が必要となるという問題がある。
【0006】この発明はかかる従来技術の問題点に鑑み
てなされたもので、小口径管の突合せ溶接を変形を防止
しながら自動的にできるようにした管の変形防止溶接装
置および方法を提供しようとするものである。
【0007】
【課題を解決するための手段】上記従来技術が有する課
題を解決するため、この発明の管の変形防止溶接装置
は、固定支持された管に同心状に配置されてクランプさ
れるクランプ機構を備えた固定台と、この固定台に支持
され前記管の周囲に回転可能な回転台と、この回転台に
取付けられ前記管に突合せて溶接される被溶接管の開先
部の周囲に回転される溶接トーチと、前記回転台に取付
けられ固定された前記管に対する前記被溶接管の変形量
および位置を検出する変位・位置検出器と、これら変位
・位置検出器からの検出信号に基づき次層の溶接または
加熱の開始点を最大変位点の反対位置に設定する制御器
とからなることを特徴とするものである。
【0008】また、この発明の管の変形防止溶接方法
は、固定支持された管に変形を防止して被溶接管を突合
せ溶接するに際し、一層の溶接後に固定された前記管に
対する前記被溶接管の変形量および位置を検出し、この
変位量の最大点の反対側から次層の溶接または加熱を開
始するようにしたことを特徴とするものである。
【0009】この管の変形防止溶接装置によれば、固定
支持された管に固定台をクランプ機構で同心状にクラン
プし、この固定台に支持され前記管の周囲に回転可能な
回転台に取付けた溶接トーチで突合せ溶接の開先部の周
囲を一層ずつ自動溶接し、各層の溶接後に回転台に取付
けた変位・位置検出器で固定された管に対する被溶接管
の変形量および位置を検出し、これら変位・位置検出器
からの検出信号に基づき制御器で最大変位点の反対位置
から次層の溶接または加熱を開始するようにしており、
角変形を相殺するように溶接開始点を設定したり、加熱
開始点を設定するようにし、変形を防止した自動溶接を
できるようにしている。
【0010】また、この管の変形防止溶接方法によれ
ば、固定支持された管に変形を防止して被溶接管を突合
せ溶接する場合に、一層の溶接後に固定された前記管に
対する前記被溶接管の変形量および位置を検出し、この
変位量の最大点の反対側から次層の溶接または加熱を開
始するようにしており、実際の変形量とその位置を検出
して次の溶接又は加熱の開始点を定めて溶接でき、変形
を防止した自動溶接できるようになる。
【0011】
【発明の実施の形態】以下、この発明の実施の形態を図
面に基づき詳細に説明する。図1および図2はこの発明
の管の変形防止溶接装置の一実施の形態にかかる全体構
成図および縦断面図である。
【0012】この管の変形防止溶接装置10は、既に配
管されて固定支持されたり、仮設の架台などに固定支持
された管1に上下からクランプするクランプ機構11を
介して同心状に固定される固定台12を備えている。こ
の固定台12は、管1への取付け・取外しを容易とする
ため環状の一側部に管の外径より大きい幅の切欠部が形
成された略U字状に形成されている。
【0013】そして、この固定台12に設けられるクラ
ンプ機構11は、略U字状の切欠部の下側の固定台12
に固定されて管1の下側に当られる下クランプ部材11
aと、この下クランプ機構11aと対向して管1の上側
に当られる上クランプ部材11bとで構成され、上クラ
ンプ部材11bが略U字状の切欠部の上側の固定台12
にねじ機構11cで移動して締付けることができるよう
に取付けてある。
【0014】したがって、クランプ機構11の上下クラ
ンプ部材11a,11bの間隔を開いた状態として固定
台12の略U字状の切欠部内に管1が位置するように固
定台12を装着したのち、上クランプ部材11bを締付
けることで固定台12を管1に同心状に固定することが
できる。
【0015】この固定台12には、固定台12とほぼ同
一形状の略U字状の切欠部を備えた回転台13が管1の
周囲に回転可能に取付けられており、回転台13に環状
の内歯歯車14が取付けられ、この内歯歯車14と噛み
合うピニオン15が固定台12に円周等間隔に4箇所程
度取付けられるとともに、これらピニオン15の内歯歯
車14を挾む外側に支持ローラ16が配置されて固定台
12に取付けてある。
【0016】そして、4個のピニオン15のうちの1つ
に歯車機構17を介してモータ18が連結され、回転駆
動できるようにしてあり、これにより、固定台12に対
して回転台13を管1の周りに回転することができ、回
転台13の回転位置をモータ18に取付けた位置検出器
を構成するエンコーダ19で検出できるようにしてあ
る。
【0017】この回転台13には、管1に突き合わせて
溶接される被溶接管2との開先部3と対向して溶接トー
チ20が配置され、ラック・ピニオンで構成されたスラ
イド機構21で開先部3に対して接近離反できるように
してあり、図示しないスライド用モータで駆動されるよ
うになっている。
【0018】また、この回転台13の溶接トーチ20と
管1,2を挾んで対向するよう変位検出器を構成する接
触式の距離センサ22が取付けてあり、その接触子22
aが半径方向に摺動可能とされるとともに、ばね22b
で突き出し方向に付勢され、その移動量を電気的に検出
するようになっている。
【0019】そして、この管の変形防止溶接装置10に
は、自動溶接のための溶接装置23が備えられて複合ケ
ーブルで接続されるとともに、変形防止のための制御器
24も備えられ、制御器24に位置検出器を構成するエ
ンコーダ19の検出信号及び変位検出器を構成する距離
センサ22の検出信号が入力されるようになっている。
この制御器24では、これらの検出信号から管1に対す
る被溶接管2の角変形の最大変位量とその位置を演算
し、最大変位の反対側の点を溶接開始点とする制御信号
を出力する。
【0020】次に、このように構成した管の変形防止溶
接装置10の動作とともに、管の変形防止溶接方法につ
いて、図3に示すフローチャートを参照しながら説明す
る。
【0021】まず、管の変形防止溶接装置10を管1に
装着するため、クランプ機構11を開いた状態にして管
1に固定台12を装着し、ねじ機構11cで締め付けて
固定台12を固定し、管1に被溶接管2を突き合わせて
配置した後、溶接トーチ20が被溶接管2との開先部3
に位置するようにする。
【0022】1) こうして準備が完了した後、制御器2
4を起動して自動溶接開始の信号を入力する。
【0023】2) そして、溶接トーチ20へのワイヤの
供給やシールドガスの供給などの準備とともに、制御器
24に溶接パス数および許容変位量を設定する。
【0024】この溶接パス数は、管1および被溶接管2
の肉厚等によって決定され、例えば2パスと設定され、
許容変位量は、変位検出器となる距離センサ22の開先
部3からの距離によって異なるが、例えば開先部3から
の距離を100mmとした場合に±1mmに設定する。
【0025】3) 次に、現状の管1に対する被溶接管2
の変位を計測するため、溶接トーチ20を動作させずに
回転台13を回転させて距離センサ22による変位の計
測と同時にエンコーダ19による位置の検出を行い、最
大変位点を求める。
【0026】4) この後、この最大変位点の反対側の点
を溶接開始点とするため、制御器24から回転台13を
駆動するモータ18に制御信号を出力し、溶接トーチ2
0を最大変位点の反対側の溶接開始点に移動する。
【0027】5) こうして溶接開始点が決められた後、
溶接装置23によりアーク長を一定に制御しながら第1
パスの自動溶接が行われる。
【0028】6) 第1パスの自動溶接が完了した後、溶
接トーチ20の動作が停止され、溶接後の変形量の計測
が回転台13をモータ18で回転しながら距離センサ2
2を被溶接管2に接触させて行い、変形量とともにその
検出位置をエンコーダ19で計測し、制御器24に入力
された検出値から最大変位点が求められる。
【0029】7) 制御器24では、予め設定されたパス
数との比較から次のパスの溶接を行う必要があるか否か
を判断し、次のパスの溶接を行うNOの場合には、上記
4)の第2パスの溶接を開始するため、溶接トーチ20
を最大変位点の反対側の溶接開始点に移動した後、第2
パスの自動溶接が行われる。
【0030】なお、ここでは、溶接パス数を2とした
が、設定パス数が多い場合には、各パスの溶接後、変位
量を計測し、最大変位点の反対側に溶接トーチ20を移
動することを繰り返して設定パス数まで自動溶接を行
う。
【0031】一方、設定した第2パスの溶接が終わり、
溶接後の変形量が計測されると、制御器24で、次のパ
スの溶接の必要がないYESの場合であると判断され
る。
【0032】8) すると、制御器24では、最終パスの
溶接後の変形量が許容値の範囲か否かが判断される。
【0033】9) 最終パスの溶接後の変形量が許容値の
範囲内であるYSEの場合には溶接が終了する。
【0034】10) 一方、最終パスの溶接後の変形量が
許容値の範囲外である場合には、変形を修正するための
加熱を行う必要があり、最大変位点の反対側に溶接トー
チ20を移動する。
【0035】11) この後、溶接トーチ20にワイヤを
送給せず、アークによる加熱のみを行う。
【0036】なお、このアークによる加熱は、各パスの
溶接と異なり、半周程度にする。
【0037】この加熱終了後、変形量の計測を行い、変
形量が許容値の範囲内であることを確認し、溶接を終了
するが、未だ、変形が許容値を越えている場合には、変
形修正の加熱を繰り返す。
【0038】このように各溶接パスの溶接終了後、被溶
接管2の角変位量を計測し、最大変位点の反対側から次
のパスの溶接を行うようにしているので、溶接によって
生じる角変形を次のパスの溶接入熱で相殺することがで
き、溶接変形を防止しながら自動溶接ができる。
【0039】したがって、小口径管の溶接による角変形
が防止でき、品質が向上するとともに、変形修正などの
作業が不要となり、省力化を図ることができる。
【0040】なお、上記実施の形態では、変位・位置検
出器をエンコーダと接触式の距離センサで構成したが、
これらに限らず、他の位置検出器や被接触式の距離セン
サで構成することも可能であり、変位量とその位置とが
検出できるものであればよい。
【0041】
【発明の効果】以上、実施の形態とともに具体的に説明
したようにこの発明の管の変形防止溶接装置によれば、
固定支持された管に固定台をクランプ機構で同心状にク
ランプし、この固定台に支持され前記管の周囲に回転可
能な回転台に取付けた溶接トーチで突合せ溶接の開先部
の周囲を一層ずつ自動溶接し、各層の溶接後に回転台に
取付けた変位・位置検出器で固定された管に対する被溶
接管の変形量および位置を検出し、これら変位・位置検
出器からの検出信号に基づき制御器で最大変位点の反対
位置から次層の溶接または加熱を開始するようにしたの
で、溶接による変形を次のパスの溶接の入熱で相殺する
ことができ、溶接開始点または加熱開始点を自動設定す
ることで、変形を防止した自動溶接ができる。
【0042】また、この発明の管の変形防止溶接方法に
よれば、固定支持された管に変形を防止して被溶接管を
突合せ溶接する場合に、一層の溶接後に固定された前記
管に対する前記被溶接管の変形量および位置を検出し、
この変位量の最大点の反対側から次層の溶接または加熱
を開始するようにしたので、実際の変形量とその位置を
検出して次の溶接又は加熱の開始点を定めて溶接又は加
熱ができ、変形を防止した自動溶接を行うことができ
る。
【0043】したがって、いずれの発明によっても小口
径管の溶接による角変形が防止でき、品質が向上すると
ともに、変形修正などの作業が不要となり、省力化を図
ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】この発明の管の変形防止溶接装置の一実施の形
態にかかる全体構成図である。
【図2】この発明の管の変形防止溶接装置の一実施の形
態かかる縦断面図である。
【図3】この発明の管の変形防止溶接方法の一実施の形
態にかかる工程のフローチャートである。
【符号の説明】
1 管(固定支持側) 2 被溶接管 3 開先部 10 管の変形防止溶接装置 11 クランプ機構 12 固定台 13 回転台 18 モータ(回転駆動用) 19 エンコータ(変位・位置検出器) 20 溶接トーチ 22 距離センサ(変位・位置検出器) 23 溶接装置 24 制御器

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 固定支持された管に同心状に配置されて
    クランプされるクランプ機構を備えた固定台と、この固
    定台に支持され前記管の周囲に回転可能な回転台と、こ
    の回転台に取付けられ前記管に突合せて溶接される被溶
    接管の開先部の周囲に回転される溶接トーチと、前記回
    転台に取付けられ固定された前記管に対する前記被溶接
    管の変形量および位置を検出する変位・位置検出器と、
    これら変位・位置検出器からの検出信号に基づき次層の
    溶接または加熱の開始点を最大変位点の反対位置に設定
    する制御器とからなることを特徴とする管の変形防止溶
    接装置。
  2. 【請求項2】 固定支持された管に変形を防止して被溶
    接管を突合せ溶接するに際し、一層の溶接後に固定され
    た前記管に対する前記被溶接管の変形量および位置を検
    出し、この変位量の最大点の反対側から次層の溶接また
    は加熱を開始するようにしたことを特徴とする管の変形
    防止溶接方法。
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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
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