JPH11320181A - 配管補修溶接装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 スペースの無い林立した配管群の中央域に位
置する配管の補修であっても、容易に補修溶接作業がで
きる配管補修溶接装置を提供すること。 【解決手段】 本発明は、床面上を林立する大型の配管
群の欠陥部を補修溶接する配管補修溶接装置において、
床面の管群間に敷設したレール上を走行可能な台車と、
管に対向する面に切り欠き部を有する、管中心に向かっ
て進退可能な旋回軸と、該旋回軸上に設けられたターン
テーブルと、前記ターンテーブル上の、管中心に向かっ
て進退可能とする前後軸及びインサート把持具を有する
インサート供給機構と、ターンテーブル上の溶接トーチ
機構とを備えてなることを特徴とし、より好ましくは、
前記溶接トーチ機構はインサート供給機構を挟んで左右
一対備えたことを特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、大型配管の外周面
の補修溶接に適用する配管捕集溶接装置に係り、特に船
舶構造や各種産業プラントのように床面上を林立する大
型の配管群を順次溶接する配管補修溶接装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、配管外周面を補修するために、配
管外周面の欠陥部を削り取った後に、配管の一部となる
インサート材を入れて補修する補修装置は公知である
が、単管の外周面補修に用いる装置が多く、船舶構造や
各種産業プラントにおいて床面上を林立する大型の配管
群のように配管の狭隘な場所に配管間隔に装入セットし
て、なおかつ、対象配管の補修に対処できる補修溶接装
置は無かった。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかし、図６〜図９で
示すような林立して設置された配管群の中央部分に位置
する配管を補修溶接することは、配管間のスペース上作
業者が中央部分まで入ることは困難で、配管外部からの
作業も作業箇所が遠く対象外の配管が障害となるため、
人手作業による溶接作業はできない。

【０００４】また、従来の配管の外周面を溶接する自動
溶接装置も、狭隘で作業が遠い場所ゆえにアクセス不可
能であった。また、機能としてもインサート材を挿入装
着する機構まで設けたものが無いため、欠陥部を削り取
った後にインサート材を位置決めし、対象部に装着し、
自らインサート材を溶接できる物はなかった。さらに、
インサート材を仮付けしたとしても一箇所ずつの仮付け
では、仮付け後の溶接歪から、欠陥部を削り取った後の
開先部とのギャップが広がり、修正を施さなければ、溶
け落ち、溶融不良等が発生しその後の健全な溶接は不可
能となる。この様な理由から、林立して設置された配管
にインサート材を入れて補修する自動溶接装置は無かっ
たのが実情である。

【０００５】本発明はかかる従来技術の課題を解決する
もので、スペースの無い林立した配管群の中央域に位置
する配管の補修であっても、容易に補修溶接作業ができ
る配管補修溶接装置を提供することを目的としたもので
ある。即ち本発明は、スペースの無い林立した配管群の
中央部分の配管であっても、遠隔で容易に配管の欠陥部
を削り取った後に、配管の一部となるインサート材を入
れて補修する補修溶接作業ができる溶接装置を提供する
ことを目的とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】かかる技術的課題を解決
するために、請求項１記載の発明は、床面上を林立する
大型の配管群の欠陥部を補修溶接する配管補修溶接装置
において、床面の管群間に敷設したレール上を走行可能
な台車と、管に対向する面に切り欠き部を有する、管中
心に向かって進退可能な旋回軸と、該旋回軸上に設けら
れたターンテーブルと、前記ターンテーブル上の、管中
心に向かって進退可能とする前後軸及びインサート把持
具を有するインサート供給機構と、ターンテーブル上の
溶接トーチ機構とを備えてなることを特徴とし、より好
ましくは請求項２に記載のように、前記溶接トーチ機構
はインサート供給機構を挟んで左右一対備えたことを特
徴とする。又前記ターンテーブル上に搭載されたインサ
ート材の仮固定と本溶接を行なう溶接トーチ機構も、配
管に対し複数方向に移動可能な移動機構を介して前記タ
ーンテーブル上に搭載されるのがよい。

【０００７】これにより本発明によれば、前記台車の移
動により旋回軸を配管に隣接配置する工程と、該旋回軸
を配管側に接近させて、旋回軸が、配管周囲を同心状に
旋回可能な位置に移動操作せしめる工程と、次に前記イ
ンサート材供給機構に含まれる前後軸等の移動操作によ
りインサート材を配管の補修対象位置に対峙させる工程
と、前記ターンテーブルの回動及び溶接トーチ機構側の
移動操作により前記溶接トーチ部を所定方向に移動させ
て前記インサート材の仮固定と本溶接を行なう工程とを
具えることにより、本発明の作用が円滑に達成し得る。

【０００８】そして本発明によれば、インサート供給機
構と溶接トーチ機構を夫々移動機構を介してターンテー
ブル上に搭載したために、全体寸法をコンパクトにして
狭隘な配管間を通過できるとともに、林立する配管間の
床面にレールを設置し、ここへ走行台車を搭載すること
で、林立した配管群の中央域に溶接装置を搬送すること
が出来る。

【０００９】又本発明の好ましい実施例によれば、前記
旋回軸とターンテーブルに、配管が側部より侵入可能な
Ｕ字状開口部を設けるとともに、該Ｕ字状開口部内に嵌
入された配管と旋回軸間を位置決めする位置決め手段を
設け、前記旋回軸を介してターンテーブルを配管周囲に
同心状に周回可能に構成するのがよい。

【００１０】又本発明は、前記台車上に、シフトシリン
ダとリニアガイド等からなる移動手段を介して旋回軸を
取り付け、その形状をＵ字状開口部とすることで、レー
ル側から旋回軸とともにターテーブルを配管側にシフト
し、Ｕ字状開口部内に軸心を一致させて挿入することに
より、インサート材供給機構と溶接トーチ機構を搭載し
たターンテーブルが旋回軸を介して配管周囲を周回する
ことが出来、林立した配管群の間の狭隘な場所に有る補
修対象部にアクセスし、インサート材の装着及びインサ
ート材の溶接が出来る。

【００１１】又、前記旋回軸は、３６０度以上旋回可能
であるのがよく、更に、該旋回軸は位置決め手段（Ｕ字
状開口部の両サイドに設けた一対のクランプシリンダと
クランパ等）が設けられているために、旋回軸の旋回と
配管との間の位置決めにより軸振れがなく円滑な溶接が
可能となる。特に旋回軸のＵ字状開口部切り欠きの両サ
イドに一対のクランプシリンダを設けることで、前記ア
クセス後、溶接部本体を搭載したターンテーブルを配管
へ確実に固定できる。

【００１２】尚、請求項２に記載のように、前記溶接ト
ーチ機構は、ターンテーブル１６上でインサート供給機
構を挟んで左右対称に２箇所設けることによりインサー
ト材の仮固定が容易になるとともに、インサート材を２
箇所同時に溶接し溶接歪を抑えて溶接可能とすることが
出来る。

【００１３】又、本発明は、前記移動機構に溶接状況を
監視する監視カメラ、例えば開閉式フィルタ付きのＣＣ
Ｄカメラを備えることにより、溶接に追従して前記監視
カメラが移動するために、溶接状況を精度よく監視でき
る。

【００１４】更に本発明は、前記溶接トーチにケーブル
を介して接続される溶接電源及び前記溶接装置を遠隔操
作する監視モニタ付き制御盤とを配管林立区域外に配設
するのがよい。これにより配管林立区域外よりの遠隔操
作が可能となる。

【００１５】

【発明の実施の形態】以下、本発明を図に示した実施例
を用いて詳細に説明する。但し、この実施例に記載され
る構成部品の寸法、形状、その相対配置などは特に特定
的な記載がない限り、この発明の範囲をそれのみに限定
する趣旨ではなく単なる説明例にすぎない。

【００１６】本実施形態は林立した大型配管群の補修溶
接システムを示し、先ず図１により全体構成を概説する
と、１ａは床面１上より直立した配管であって上側が太
径に、下側が細径に、そしてその間のテーパ部に配管の
補修溶接対象部１ｂが形成されている。この配管１ａは
図６〜図９に示すように規則正しいピッチで桝目状に配
置され、この配管１ａ群の間隔は非常に狭い。

【００１７】この配管１ａ間の床面１にガイドレール６
を設置し溶接装置２を搭載することで、林立した配管群
の中央部分に溶接装置２をアクセスさせることが出来
る。そして配管１ａの補修溶接対象部１ｂを補修溶接す
る溶接装置２は、制御盤３から溶接トーチ機構１７側と
インサート供給機構側夫々に制御ケーブル８ａ，８ｂ
と、モニタ４からモニタケーブル９が、さらに、溶接ト
ーチ機構１７側には溶接電源５からパワーケーブル１０
がそれぞれ接続されている。

【００１８】また、溶接電源５にはシールドガス７が、
配管１ａにはアースケーブル１１が溶接電源５から個々
に接続されている。尚、本実施例においてはインサート
供給機構を挟んでその両側に溶接トーチ機構１７、１７
を左右一対配設しているために、溶接電源等をこれに対
応して複数設けている。かかる構成によれば、林立した
大型配管群の外部よりモニタ４によりインサート状況や
溶接状況を把握しながら制御盤３の操作により遠隔操作
が可能となる。

【００１９】次に本溶接装置の詳細機構を説明すると、
図２に示すように、溶接装置２は、まずガイドレール６
に沿って走行する走行台車１２があり、この走行台車１
２には走行時のガイドローラ２５ａと横振れ防止のガイ
ドローラ（不図示）が個々に４個ずつ備えられ容易にガ
イドレール６に沿って走行が可能となっている。なお、
走行台車１２の走行はポール等で押し引きする手動駆動
で行なっても又電気モ−タを利用した自動走行若しくは
制御盤３よりの遠隔走行のいずれでもよい。

【００２０】又、台車１２の長手方向両端には、夫々シ
フトリンダ１５が搭載され、これにリニアガイド１４を
介してその中央位置に設けた旋回軸１３が回動可能に支
持されている。旋回軸１３は旋回モ−タ２８の駆動制御
により３６０°以上旋回可能なＵ字状開口部１３ａ（図
３、図５、図９参照）を有する。

【００２１】そして図４、図７、図９に示すようにＵ字
状開口部１３ａを有する旋回軸１３は、シフトシリンダ
１５とリニアガイド１４を介して、前記Ｕ字状開口部１
３ａ内に配管１ａが侵入する方向、言換えれば走行台車
１２移動方向と直交する方向に旋回軸１３を移動可能に
構成している。

【００２２】又旋回軸１３のＵ字状開口部１３ａの開口
端両サイドには先端にクランパ３７を具えた一対のクラ
ンプシリンダ３６（図４、図５参照）を設け、該クラン
プシリンダ３６により前記Ｕ字状開口部１３ａに配管１
ａを侵入させた旋回軸１３を任意の回転位置で配管１ａ
をクランプ固定可能に構成する。

【００２３】又図５に示すように台車１２の配管１ａへ
の相対的位置検出は台車１２に取り付けた、リミットセ
ンサ４０によって行なう。従ってリミットセンサ４０よ
りの検知信号により配管１ａに対する台車１２の相対位
置を所定位置に位置決めした後、シフトリンダ１５を駆
動させ、リニアガイド１４を介して旋回軸１３を配管１
ａ側に移動させ、該旋回軸１３のＵ字状開口部１３ａの
中心位置内に配管１ａが嵌り込むよう構成されている。

【００２４】更に図５において、旋回軸１３のＵ字状開
口部１３ａの両サイドには、一対のクランプシリンダ３
６と、クランパ３７が備えられ、配管１ａに旋回軸１３
及びターンテーブル１６のＵ字状開口部１３ａ、１６ａ
を嵌入させた後、このクランプシリンダ３６を作動させ
クランパ３７で、配管１ａを抱き込むような状態で、溶
接装置２全体を配管１ａにしっかりと固定する。スライ
ド後の位置はリミットセンサ３９で確認できる。

【００２５】旋回軸１３は図５に詳細に示すように、そ
の中央部に旋回リング３５が設けられており、該旋回リ
ング３５はフレーム２７の中央部に回動自在に配設され
ており、Ｕ字状開口部１３ａと一致させて円形の一部を
切り欠いたＵ字状開口形状をしているとともに、外周面
にギヤが歯合され、駆動ギヤ３４を介して旋回モ−タ２
８よりの回転力を受けて回動可能に構成されている。

【００２６】又、旋回軸１３の旋回モ−タ２８は、駆動
力をウォームギヤ４５、ウォームホイール３０を介し
て、同軸上に設けられたアイドルギヤ＆タイミングホイ
ール３１からタイミングベルト３２へと駆動力を伝え、
タイミングベルト３２はテンションホイール３３で弛み
を調整され、９０度ピッチで配置された３個の駆動ギヤ
３４を介して旋回リング３５を左右に周回させることが
できる。即ち駆動ギヤ３４には前述の旋回リング３５が
噛み合わせられているため、この旋回リング３５は旋回
モータ２８により自由に左右に回転することができる。
また、旋回リング３５にはエンコーダ３８も接続してお
り、このデータから円周上の位置制御や確認を行なう。

【００２７】前記旋回軸１３上面には図２に示すように
Ｕ字状開口部１６ａ（図８参照）を有するターンテーブ
ル１６が設けられており、該ターンテーブル１６上に、
配管外周面の欠陥部を削り取る為の削成機２９を搭載し
たインサート供給機構と、左右一対の溶接トーチ機構を
搭載している。インサート供給機構は配管１ａの間を通
ることができるよう、その高さと幅を抑えてデザインし
ている。また、溶接トーチ機構は配管１ａに干渉しない
よう配管１ａを中心に左右に揺動可能な円弧軸２１を介
して搭載されている。

【００２８】インサート供給機構は、ターンテーブル１
６上で管中心に向かってスライドするインサート前後軸
２４は上に設けた上下軸２５と傾斜軸２３、傾斜軸２３
の先端でインサート材２２を把持しているインサートチ
ャック２６、インサートチャック２６上に搭載した削成
機２９で構成される。

【００２９】インサート前後軸２４は、図４に示すよう
に、駆動モータから減速機を介してラック＆ピニオン
（いずれも不図示）で管中心に向かってターンテーブル
１６上で前後に作動する。これは図６、８に示すように
溶接装置２のセット時にはターンテーブル１６内に入れ
て配管１ａを通過し、溶接装置アクセス時には図７，９
で示すようにターンテーブル１６から管外周方向に旋回
軸１３のシフト分だけ同期しながら後退して迫り出す機
構でインサート材２２が配管１ａに干渉しないよう工夫
している。

【００３０】インサート上下軸２５は駆動モータから減
速機を介してねじ式スライドで上下に作動する。インサ
ート傾斜軸２３は駆動モータから減速機を介してウォー
ムホイールで扇状に作動する。インサートチャック２６
はエアーシリンダ式に成っており、このシリンダに、左
右にスライドする爪が備えられインサート材２２の把持
と開放が自由に可能となっている。

【００３１】これらの軸を遠隔操作することで、前後、
上下、更に、角度を調整しインサート材２２を配管１ａ
の欠陥部を削り取った配管１ａの補修溶接対象部１ｂに
挿入装着が可能となる。又削成機２９はインサートチャ
ック２６に搭載されているために、インサート材２２と
同様に前後、上下、更に、角度を調整して配管外周面の
欠陥部を精度よく削り取ることが出来る。

【００３２】インサート供給機構を挟んで、その両側に
左右一対備えられた溶接トーチ機構は、それぞれ、配管
１ａを中心にターンテーブル１６の回転とは別に左右に
揺動可能な円弧軸２１を介して、上下軸１８と、前後軸
１９を備えている。そして上下軸１８と前後軸１９は、
その共駆動モータから減速機を介してねじ式スライドで
作動する。前後軸１９は溶接時のアーク電圧のフィード
バック制御によるＡＶＣ機能も有している。この前後軸
１９には溶接トーチ１７とこのトーチ先端を監視できる
ようにトーチ下部に開閉式フィルタ付きのＣＣＤカメラ
２０を備えている。

【００３３】この溶接トーチ機構夫々に設けた２台のＣ
ＣＤカメラ２０は、インサート供給機構とは別個に互い
に独立して左右に揺動可能であるので、削成機２９の正
確な削成位置とインサート材２２の補修溶接対象部１ｂ
への正確な位置決めと溶接時の溶接トーチ１７の位置決
め、さらに、溶接状況の監視などに用いる。また、イン
サート材２２の溶接時は、左右一対に備えられた溶接ト
ーチ１７で２箇所同時に仮付けを行なえるようにし、溶
接歪からインサート材２２が配管補修溶接対象部１ｂよ
り浮き上がることの無いように、後の溶接に支障のない
よう配慮している。

【００３４】インサート供給機構、及び左右の溶接トー
チ機構ともターンテーブル１６上に備えているので、配
管１ａに旋回軸１３をアクセス後は円周３６０°のどの
位置の対象部でも対応ができる。

【００３５】次に、本実施形態の作用を説明する。先
ず、多数の配管１ａが林立した床面１の配管１ａ間にガ
イドレール６を設置し、ここへ溶接装置２を搭載した走
行台車１２により、林立した配管１ａ群の補修用配管位
置に溶接装置２を容易に移動出来る。

【００３６】次に台車１２上に設けたシフトシリンダ１
５とリニアガイド１４及び旋回軸１３を介してターンテ
ーブル１６を台車１２短手方向、言換えればレール側か
ら配管１ａ方向にシフトし、Ｕ字状開口部１３ａ、１６
ａ軸心と配管１ａ中心を一致させた状態で、クランプシ
リンダ３６を作動させクランパ３７で、配管１ａを抱き
込むような状態で、ターンテーブル１６上の溶接装置２
全体を配管１ａにしっかりと固定しながらターンテーブ
ル１６の回転により配管外周面の補修位置にインサート
供給機構を対面させた後、インサート上下軸２５、イン
サート傾斜軸２３及びインサート前後軸２４を介して削
成機２９を配管外周面の欠陥部に対面させて、該配管外
周面を補修するために、配管外周面の欠陥部を削り取っ
た後に、配管の一部となるインサート材２２を前記削成
部に入れ、該インサート材２２を、左右一対に備えられ
た溶接トーチ１７で２箇所同時に仮付けを行ない、溶接
歪からインサート材２２が配管の補修溶接対象部１ｂよ
り浮き上がることの無いように、又、後の溶接に支障の
ないよう配慮している。

【００３７】次にターンテーブル１６の回転により溶接
トーチ１７、１７を配管外周面の補修位置に対面させた
後、前後軸１９、上下軸１８及び傾斜軸（不図示）を介
して本溶接を行なう。この際配管１ａの補修溶接対象部
１ｂが下向きテーパ部に形成されている場合でもそのテ
ーパ部に倣って傾斜軸を傾動させることにより、管径の
テーパ部に配管補修溶接対象部１ｂを有していても溶接
トーチ１７等をその対象位置に対峙させることが可能と
なる。

【００３８】又本実施例は開閉式フィルタ付きのＣＣＤ
カメラ２０を備えることで、正確な位置決めと補修溶接
中の監視が可能になり良好な溶接が可能となる。又上記
のインサート供給機構やトーチ溶接機構等の溶接装置２
を遠隔操作するためのモニタ４付き制御盤３、溶接電源
５、シールドガス７等を配管１ａ林立区域外に設けるこ
とにより、外部から制御盤３のモニタ４で溶接状況を監
視しながら、制御盤３を遠隔操作することで補修溶接が
できる。

【００３９】本溶接装置２の配設状況を再度図６〜図９
に基づいて説明する。図８は図６の平面図で桝目状に配
管１ａ群が散在配列されている状態を示す。同図に示す
ように、前記桝目状の配管群の配管１ａ間に列方向若し
くは行方向にガイドレール６を敷設し、その上に走行台
車１２を搭載して、台車１２を配管１ａの補修位置と対
面する位置まで移動させて台車１２を位置決めする。そ
してシフトリンダ１５を駆動させ、リニアガイド１４を
介して旋回軸１３を配管１ａ側に移動させ、該旋回軸１
３のＵ字状開口部１３ａの中心位置内に配管１ａが嵌り
込む。

【００４０】かかる状況は図７及び図９に示されてお
り、溶接装置２を配管１ａへアクセスした状況を示して
いる。配管１ａへの位置決めは前記したように図５に示
すように、台車１２に取り付けた、リミットセンサ４０
によって行なう。走行はポール等で押し引きする手動駆
動で行なう。台車１２の両端には、シフトシリンダ１５
が２個搭載され、これにリニアガイド１４を介して旋回
軸１３が保持されている。

【００４１】以上のような機構にすることで、溶接装置
２を林立して設置された配管群の中央部分に位置する配
管１ａの補修溶接対象部１ｂに狭隘部を通過してアクセ
スさせ、外部からモニタ４で補修溶接状況を監視しなが
ら制御盤３を遠隔操作することで、従来実施されていな
かった配管群の中央部分に位置する配管の溶接が可能と
なり、工数低減と、配管の信頼性向上を望める。

【００４２】

【発明の効果】以上記載のごとく本発明によれば、従来
実施されていなかった床面等に林立する配管群の中央域
に位置する配管の補修溶接が容易に行なうことが出来、
工数低減と、配管の信頼性向上を望める。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の実施形態に係る自動補修溶接装置と
配管との関係を示す全体構成図である。

【図２】 図１に示された自動補修溶接装置の正面図で
ある。

【図３】 図２の自動補修溶接装置の平面図である。

【図４】 図２の自動補修溶接装置の側面図である。

【図５】 図２の断面Ｉ−Ｉにおける平面図である。

【図６】 図２の自動補修溶接装置の配管群間セット状
況側面図である。

【図７】 図２の自動補修溶接装置の配管群間の補修溶
接部にアクセスしている状況を示す側面図である。

【図８】 図６の平面図である。

【図９】 図７の平面図である。

【符号の説明】

１ａ 配管 １ｂ 補修溶接対象部 ２ 溶接装置 ３ 制御盤 ４ モニタ ５ 溶接電源 ６ ガイドレール ８ａ，８ｂ 制御ケーブル １２ 台車 １３ 旋回軸 １４ リニアガイド １５ シフトシリンダ １６ ターンテーブル １７ 溶接トーチ １８ 上下軸 １９ 前後軸 ２０ ＣＣＤカメラ ２２ インサート材 ２３ インサート傾斜軸 ２４ インサート前後軸 ２５ インサート上下軸 ２６ インサートチャック ３５ 旋回リング ３６ クランプシリンダ ３７ クランパ ３９，４０ リミットセンサ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 衣笠 利行 兵庫県高砂市荒井町新浜２丁目１番１号 三菱重工業株式会社高砂研究所内 (72)発明者 長田 忠己 神戸市兵庫区和田崎町一丁目１番１号 三 菱重工業株式会社神戸造船所内 (72)発明者 中島 紳 神戸市兵庫区和田崎町一丁目１番１号 三 菱重工業株式会社神戸造船所内

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 床面上を林立する大型の配管群の欠陥部
   を補修溶接する配管補修溶接装置において、 床面の管群間に敷設したレール上を走行可能な台車と、 管に対向する面に切り欠き部を有する、管中心に向かっ
   て進退可能な旋回軸と、 該旋回軸上に設けられたターンテーブルと、 前記ターンテーブル上の、管中心に向かって進退可能と
   する前後軸及びインサート把持具を有するインサート供
   給機構と、ターンテーブル上の溶接トーチ機構とを備え
   てなることを特徴とする配管補修溶接装置。
2. 【請求項２】 溶接トーチ機構はインサート供給機構を
   挟んで左右一対備えた請求項１記載の配管補修溶接装
   置。