JPH1190631A - スタブ管自動溶接方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 開先の高さの差の変化に対応して、最適高さ
位置になるように溶接トーチを自動的に昇降させて、ワ
イヤ電極の突出長さを常に一定に保持してスタブ管を母
材に溶接する。 【解決手段】 溶接トーチ１９の一回転を複数に分割し
て各回転分割位置Ｘ₁…Ｘ₁₆を制御装置に記憶し、各回
転分割位置Ｘ₁…Ｘ₁₆において昇降モータ２６を駆動し
てトーチ１９が最適高さ位置になるように調整し、その
時の各回転分割位置Ｘ₁…Ｘ₁₆におけるトーチ１９の最
適高さ位置を制御装置に記憶し、続いてトーチ１９が記
憶された最適高さ位置になるように調整して一回転させ
て溶接を行い、溶接したビードに対して上記操作を繰返
すことにより１つのスタブ管２の溶接を終了し、他のス
タブ管２の溶接時に、制御装置に記憶したビード毎の各
回転分割位置Ｘ₁…Ｘ₁₆におけるトーチ１９の高さが最
適位置になるよう自動溶接する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、管寄等の母材に複
数配置されるスタブ管を能率的に溶接するためのスタブ
管自動溶接方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】例えばボイラなどには、ボイラから発生
した蒸気を集めるための管寄が備えられているが、この
ような管寄にスタブ管を溶接する作業は、以下のような
スタブ管溶接機を用いて行っている。

【０００３】即ち、図６中、１はスタブ管２を管寄であ
る母材３に対して隅肉溶接するためのスタブ管溶接機で
あり、該スタブ管溶接機１は、クランプ部４，５及び支
持アーム６を備えた支持体７によりスタブ管２に位置決
めして固定されるようになっている。

【０００４】前記スタブ管溶接機１は、図６〜図８に示
すように、スタブ管２を半径方向から外嵌・包囲可能な
切欠部８ａを備えた馬蹄型ガイド８と、軸受９を介して
馬蹄型ガイド８に回転自在に支持され、スタブ管２を外
嵌・包囲可能な切欠部１０ａを備え、外周に歯１４’を
有する切欠付リングギア１０と、公転モータ１１と、該
公転モータ１１により中間歯車１１’を介して回転する
駆動シーブ１２と、駆動シーブ１２と従動シーブ１３と
の間に掛けられて前記切欠付リングギア１０の外周の歯
１４’に噛合する歯１４’を有したタイミングベルト１
４と、切欠付リングギア１０の下側に固定されて一緒に
回転し且つ切欠付リングギア１０の切欠部１０ａと同一
位置に切欠部１５ａ’を有したトーチ取付部材１５ａ
と、該トーチ取付部材１５ａに取付ボルト１５ｂにより
傾斜して固定され、且つ前記切欠付リングギア１０の切
欠部１０ａと同一位置に切欠部１５ｃ’を有した固定部
材１５ｃと、固定部材１５ｃに固定したトーチ支持ブロ
ック１６と、トーチ支持ブロック１６に対してほぼ垂直
に取付けられた溶接トーチ１９とを備えている。

【０００５】尚、２０は母材３の軸方向に所要の間隔を
有して多数のスタブ管２を溶接固定するために、母材３
に予め設けられている開口２１に形成された開先、２２
はワイヤ電極、２３はガスノズルである。

【０００６】そして、母材３に形成された開先２０にス
タブ管２を溶接する場合は、先ず切欠付リングギア１０
の切欠部１０ａの位相を、馬蹄型ガイド８の切欠部８ａ
の位相に合わせた状態（図４を参照）として、前記切欠
部８ａ，１０ａがスタブ管２に外嵌されるようにアクセ
スし、図６をＶＩＩＩ−ＶＩＩＩ方向から見た図８に示
すように、馬蹄型ガイド８の軸心（切欠付リングギア１
０の回転中心）とスタブ管２とが略同芯となるように、
図６の支持体７によってスタブ管溶接機１をスタブ管２
に固定する。

【０００７】更に、図７、図８に示すように、公転モー
タ１１を駆動することにより、中間歯車１１’、駆動シ
ーブ１２を介してタイミングベルト１４を駆動し、これ
によりタイミングベルト１４に歯１４’を介して噛合し
ている切欠付リングギア１０を回転させ、更に切欠付リ
ングギア１０に、トーチ取付部材１５ａと固定部材１５
ｃとトーチ支持ブロック１６を介して支持されている溶
接トーチ１９を、スタブ管２の外周に沿って回転させ
る。この時、スタブ管２の軸心と馬蹄型ガイド８の軸心
とがずれている場合の軸心ずれの修正と、スタブ管２に
対して馬蹄型ガイド８が傾斜している場合の傾きの修正
を行い、且つ溶接トーチ１９の先端から突出するワイヤ
電極２２の突出長さ（溶接トーチ１９先端とアーク発生
点までのワイヤ電極２２の長さ）が最適になるように溶
接トーチ１９の高さ位置を調整する。

【０００８】上記調整が終了すると、再び公転モータ１
１を駆動して溶接トーチ１９をスタブ管２の外周に沿っ
て回転させながら、ワイヤ電極２２と開先２０との間に
アークを飛ばすことにより、開先２０を溶接する。

【０００９】尚、溶接トーチ１９を連続的に周回させる
と、図示しないワイヤやケーブル類がスタブ管２に巻付
くので、１周ごとに溶接トーチ１９を反転させることに
より、巻付きを防止させるようにしている。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、スタブ
管２を溶接するために母材３に形成される開先２０は、
図７及び図９に示すように、母材３の軸方向では深く、
円周方向では浅い形状の鞍型となっており、このために
開先２０の縁の高さにＡのような大きな差が生じてい
る。

【００１１】従って、溶接初層は開先２０の底面が平坦
となっていることにより、平板を溶接する場合と同様に
安定した溶接を行うことができるが、第２層、第３層と
積層を重ねると、前記鞍型の開先２０による高さの差Ａ
により、ビードの広がりが変化してビードの外観形状が
微妙に変化し、このために溶接トーチ１９から突出して
いるワイヤ電極２２の突出長さ、即ち溶接トーチ１９先
端とアーク発生点までの間の突出長さを一定に保持でき
なくなってしまう。

【００１２】このように、従来においては、開先２０の
高さの差Ａの変化に対して溶接トーチ１９の高さ位置を
対応して調節することができないために、ビードを積層
する毎にスタブ管溶接機１の高さ位置をセッティングし
直す必要があり、溶接の作業能率が低下してしまうとい
う問題を有していた。

【００１３】また、開先２０の高さの差Ａの変化に対し
て、溶接トーチ１９の高さ位置を対応させることができ
ないために、溶接ビートの外観形状が悪化する問題があ
り、更に、上記ワイヤ電極２２の突出長さを均一に維持
できないために、溶接欠陥を生じる可能性があり、更
に、バンバック（溶接トーチ１９先端のチップとワイヤ
電極２２の焼き付き）等によって溶接トーチ１９の消耗
が著しくなるといった問題を有していた。

【００１４】本発明は、上述の実情に鑑みてなしたもの
で、開先の高さの差の変化に対応して、ワイヤ電極が最
適高さ位置になるように溶接トーチを自動的に昇降させ
て、常に一定のアーク長でスタブ管を母材に溶接できる
ようにしたスタブ管自動溶接方法を提供することを目的
とするものである。

【００１５】

【課題を解決するための手段】本発明は、溶接機保持装
置に、昇降モータにより昇降可能に支持され且つ母材に
配置されたスタブ管に対して半径方向から嵌合し得る馬
蹄型ガイドを設け、該馬蹄型ガイドに、公転モータによ
りスタブ管の外周に沿って回転しスタブ管の周方向の隅
肉溶接を行うようにした溶接トーチを設けたスタブ管溶
接機を用いてスタブ管を溶接する方法であって、前記溶
接トーチの一回転を複数の回転角に分割してその各回転
分割位置を制御装置に記憶し、各回転分割位置において
昇降モータを駆動することにより溶接トーチ先端から突
出するワイヤ電極の突出長さが最適長さになるように溶
接トーチの高さ位置を調整してその時の各回転分割位置
における溶接トーチの最適高さ位置を制御装置に記憶
し、続いて記憶した最適高さ位置になるように溶接トー
チを昇降させながら溶接トーチを一回転させて溶接を行
い、該溶接によって形成されたビードに対して、再び各
回転分割位置において溶接トーチの高さが最適高さ位置
になるように調整してその時の各回転分割位置における
溶接トーチの最適高さ位置を制御装置に記憶する操作を
繰返すことにより１つのスタブ管の溶接を終了し、他の
スタブ管の溶接時に、前記制御装置に記憶したビード毎
の各回転分割位置における溶接トーチの最適高さ位置に
なるように溶接トーチの高さ位置を調節しつつ自動的に
溶接することを特徴とするスタブ管自動溶接方法、に係
るものである。

【００１６】本発明では、前層のビートの高さに合わせ
て、各回転分割位置における溶接トーチの最適高さ位置
を制御装置に記憶させた後、溶接トーチを記憶させた最
適高さ位置になるように昇降モータを自動的に駆動させ
て溶接するという操作を各層において実施し、このよう
にして１本のスタブ管を溶接した際に得たデータを用い
ることにより、以後の他のスタブ管の溶接は総て自動的
に行うことができ、よってスタブ管の溶接作業の能率を
大幅に向上させることができる。

【００１７】また、溶接トーチと母材間の間隔が常時最
適に保持されることにより、ワイヤ電極の突出長さ及び
アーク長が安定し、よってビードの外観形状が良好に保
たれるようになると共に、溶接欠陥の発生を抑えること
ができ、更にバンバック等によって溶接トーチが著しく
消耗するような問題も防止することができる。

【００１８】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を、図
示例と共に説明する。

【００１９】図１〜図４は本発明を実施する形態の一例
を示したもので、図２〜図４中２４は、図６に示した支
持体７、或いは図示しないロボット等に支持された溶接
機保持装置であり、該溶接機保持装置２４にスタブ管溶
接機２５が昇降可能に装備されている。

【００２０】スタブ管溶接機２５は、前記馬蹄型ガイド
８上に公転モータ１１を備えており、図８と同様に中間
歯車１１’及び駆動シーブ１２を介して切欠付リングギ
ア１０を回転させて、溶接トーチ１９の回転（公転）を
行えるようになっている。

【００２１】更に、前記馬蹄型ガイド８上には、昇降モ
ータ２６が備えてあると共に、鉛直に設けられたネジ軸
２８の下端２８ａが、支持ブロック２８ｂにより回転が
自在で且つ軸方向の移動が拘束されて取付けられてい
る。更に、前記昇降モータ２６によって駆動される駆動
歯車２７ａと、該駆動歯車２７ａに噛合する中間歯車２
７ｂと、前記ネジ軸２８の下端に備えて前記中間歯車２
７ｂに噛合する従動歯車２７ｃとを備えて、前記昇降モ
ータ２６によって前記ネジ軸２８の回転を駆動できるよ
うになっている。

【００２２】上記回転軸２８は、前記溶接機保持装置２
４にボルト３０’等により固定されたナット３０に螺合
するようになっており、従って前記昇降モータ２６を駆
動してネジ軸２８を回転すると、ナット３０に対してネ
ジ軸２８が昇降することにより、馬蹄型ガイド８及びそ
の下部に支持されている溶接トーチ１９等のスタブ管溶
接機２５が、前記溶接機保持装置２４に対して昇降する
ようになっている。

【００２３】一方、図１、図２に示すように、公転モー
タ１１の回転軸１１”にスリット板３１を設け、該スリ
ット板３１に近接してスリット板３１のスリットを光学
的に検出することにより公転モータ１１の駆動による溶
接トーチ１９の回転位置を検出するようにした回転位置
センサ３２を設け、該回転位置センサ３２の検出信号３
３を制御装置３４に入力している。上記回転位置センサ
３２は、光学的な方法以外にも、電磁気等を利用した方
法、或いはポテンショメータによる回転角度を電気的に
検出する方法等を用いることができる。

【００２４】また、前記昇降モータ２６の回転軸２６’
に、前記回転位置センサ３２と同様の構成を有してスタ
ブ管溶接機２５の昇降高さ位置を検出する高さ位置セン
サ３５を設け、該高さ位置センサ３５の検出信号３６を
前記制御装置３４に入力する。

【００２５】一方、図１、図４に示すように、スタブ管
２に対してスタブ管溶接機２５をアクセスする方向（母
材３の軸心と直角の方法）の手前側を回転原点Ｘ₀とし
て、この回転原点Ｘ₀を検出するようにしたリミットス
イッチ等の回転原点検出センサ３７を設けて、該回転原
点検出センサ３７からの検出信号３８を前記制御装置３
４に入力し、また、図１、図４に示すように、前記溶接
機保持装置２４に対してスタブ管溶接機２５を上昇させ
た所要の高さ位置に設定した高さ原点Ｙを検出するよう
にしたリミットスイッチ等の高さ原点検出センサ３９を
設けて、該高さ原点検出センサ３９からの検出信号４０
を前記制御装置３４に入力する。

【００２６】また、前記制御装置３４に入力されている
回転位置センサ３２からの検出信号３３により、溶接ト
ーチ１９の一回転を複数に分割する。この時、図４に示
すように、前記回転原点Ｘ₀を挟むようにして溶接トー
チ１９の一回転を１６分割し、その各回転分割位置Ｘ₁
…Ｘ₁₆を前記制御装置３４に記憶するようにしている。

【００２７】また、前記制御装置３４には、高さ位置セ
ンサ３５からの検出信号３６により、前記高さ原点Ｙか
らの溶接トーチ１９の高さ位置を記憶するようにしてい
る。

【００２８】図中４１，４２は、前記公転モータ１１及
び昇降モータ２６を手操作で駆動する手動釦、４３は記
憶を指示する時に押す記憶指示釦、４４はスタブ管２に
対する溶接トーチ１９の現在の回転位置、或いは高さ位
置等を表示できるようにした表示部、４５は制御装置３
４から前記公転モータ１１及び昇降モータ２６、並びに
溶接トーチ１９に駆動指令４６，４７，４８を出力し
て、溶接作業を自動で行わせるオン・オフスイッチ、４
９は、図５に示す溶接トーチ１９の高さ位置を切替える
際の切替方式（Ａ）（Ｂ）（Ｃ）を選択するようにした
選択釦、図２中５０は溶接トーチ１９を回転させて首振
りを行わせる首振りモータである。

【００２９】次に、上記実施の形態によりスタブ管２を
母材３に溶接する作業を説明する。

【００３０】スタブ管２の溶接に当たって、先ず図４に
示すようにスタブ管溶接機２５の馬蹄型ガイド８のＵ字
状の切欠部８ａに、切欠付リングギア１０の切欠部１０
ａの位置を合わせ、且つ馬蹄型ガイド８の切欠部８ａの
前方にスタブ管２が位置するようにして、ロボット等に
支持された溶接機保持装置２４により、スタブ管溶接機
２５をスタブ管２に嵌合させるようにアクセスし、切欠
付リングギア１０の軸心とスタブ管２の軸心とが一致し
た状態となるようにする。

【００３１】続いて、スタブ管溶接機２５を図３の高さ
原点Ｙから下方に移動させるように昇降モータ２６を手
動釦４２により移動させて、溶接トーチ１９と母材３の
開先２０底部との間隔が所定の間隔になるように溶接ト
ーチ１９の最適高さ位置を決め、この時の高さ位置セン
サ３５からの検出信号３６による最適高さ位置を記憶指
示釦４３を押すことにより記憶させる。上記溶接トーチ
１９の最適高さ位置は、溶接トーチ１９先端から突出す
るワイヤ電極２２の突出長さが最適になるように決定さ
れる。

【００３２】この状態でオン・オフスイッチ４５をオン
にして、溶接トーチ１９に駆動指令４８を出力して溶接
トーチ１９による溶接を開始させると同時に、公転モー
タ１１に駆動指令４６を出力して公転モータ１１を駆動
させ、溶接トーチ１９をスタブ管２に沿って一回転させ
ることにより初層のビードを溶接する。

【００３３】次に、上記初層の溶接によって形成された
ビードに対して、溶接トーチ１９を一回転させ、この時
ビードと溶接トーチ１９との間隔が変化しない場合に
は、前記と同様の操作により２層目の溶接を行う。

【００３４】続いて、上記と同様にして２層目の溶接に
よって形成されたビードに対して、溶接トーチ１９を一
回転させてビードと溶接トーチ１９との間隔を調べる。

【００３５】この時、鞍型を有している開先２０の高さ
の差Ａの変化によりビードの高さに変化が生じた場合に
は、先ず回転分割位置Ｘ₁において手動釦４２により昇
降モータ２６を作動させて溶接トーチ１９の高さが最適
高さ位置になるように調節し、続いて記憶指示釦４３を
押すことにより、回転分割位置Ｘ₁における溶接トーチ
１９の最適高さ位置を制御装置３４に記憶し、続いて上
記と同様の操作を繰返して回転分割位置Ｘ₂…Ｘ₁₆の各
々における溶接トーチ１９の最適高さ位置を制御装置３
４に記憶させる。

【００３６】続いて、オン・オフスイッチ４５をオンに
すると、溶接トーチ１９は記憶された最適高さ位置にな
るように自動的に高さ調整されながら、一回転して３層
目を溶接する。

【００３７】この時、前記回転分割位置Ｘ₁…Ｘ₁₆にお
いて、溶接トーチ１９の高さ位置が変化することになる
が、この変化を切替える方法としては、図５（Ａ）に示
すようにステップ的に切替える方式と、（Ｂ）に示すよ
うに前記（Ａ）のステップの中間位置で半分の高さにな
るように切替える方式と、（Ｃ）に示すようにスロープ
を形成させるようにした方式等とすることができ、これ
らの切替方式は、図１の制御装置３４の選択釦４９で選
択できるようにしている。

【００３８】次層についても、前層の溶接によって形成
されたビートの高さに合わせて、各回転分割位置Ｘ₁…
Ｘ₁₆における溶接トーチ１９の最適高さ位置を制御装置
３４に記憶させた後、オン・オフスイッチ４５をオンと
することにより、溶接トーチ１９は記憶された最適高さ
位置になるように自動的に高さ調整されて次層を溶接す
る。

【００３９】このようにして、１本のスタブ管２の溶接
が終了すると、該スタブ管２の溶接時における、ビード
の各層における回転分割位置Ｘ₁…Ｘ₁₆での溶接トーチ
１９の最適高さ位置が記憶されているので、同じ条件で
多数配設されるスタブ管２の２本目からは、前記制御装
置３４に記憶されたデータにより総て自動で溶接するこ
とができるようになる。

【００４０】又、前記したように、ビードの各層におけ
る回転分割位置Ｘ₁…Ｘ₁₆での溶接トーチ１９の最適高
さ位置が記憶されているので、各層における溶接の開始
位置を任意に変えても、常に最適高さ位置を維持した状
態で溶接を行うことができる。

【００４１】よって、上記実施の形態によれば、前層の
ビートの高さに合わせて、各回転分割位置Ｘ₁…Ｘ₁₆に
おける溶接トーチ１９の最適高さ位置を制御装置３４に
記憶させた後、溶接トーチ１９を記憶させた最適高さ位
置になるように昇降モータ２６を自動的に駆動させて溶
接するという操作を各層において実施し、このようにし
て１本のスタブ管２を溶接した際のデータを用いること
により、以後の他のスタブ管２の溶接は総て自動的に行
うことができ、よってスタブ管２の溶接作業の能率を大
幅に向上させることができる。

【００４２】また、溶接トーチ１９と母材３間の間隔が
常時最適に保持されることにより、ワイヤ電極２２の突
出長さが常に安定し、よってビードの外観形状が良好に
保たれるようになると共に、溶接欠陥の発生を抑えるこ
とができ、更にバンバック等によって溶接トーチ１９が
著しく消耗するような問題も防止することができる。

【００４３】尚、前記形態例においては、溶接トーチの
一回転を１６分割する場合について例示したが、分割数
は任意に変更できること、その他本発明の要旨を逸脱し
ない範囲内において種々変更し得ること、等は勿論であ
る。

【００４４】

【発明の効果】本発明によれば、前層のビートの高さに
合わせて、各回転分割位置における溶接トーチの最適高
さ位置を制御装置に記憶させた後、溶接トーチを記憶さ
せた最適高さ位置になるように昇降モータを自動的に駆
動させて溶接するという操作を各層において実施し、こ
のようにして１本のスタブ管を溶接した際に得たデータ
を用いることにより、以後の他のスタブ管の溶接は総て
自動的に行うことができ、よってスタブ管の溶接作業の
能率を大幅に向上させることができる。

【００４５】また、溶接トーチと母材間の間隔が常時最
適に保持されることにより、ワイヤ電極の突出長さが安
定し、よってビードの外観形状が良好に保たれるように
なると共に、溶接欠陥の発生を抑えることができ、更に
バンバック等によって溶接トーチが著しく消耗するよう
な問題も防止することができるという優れた効果を奏し
得る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明を実施する形態の一例を示すブロック図
である。

【図２】本発明を実施する形態の一例を示す図３のＩＩ
−ＩＩ方向から見た背面図である。

【図３】図２をＩＩＩ−ＩＩＩ方向から見た側断面図で
ある。

【図４】図３をＩＶ−ＩＶ方向から見た平面図である。

【図５】（Ａ）（Ｂ）（Ｃ）は溶接トーチの高さ位置を
変化させる時の切替の方法の例を示す線図である。

【図６】従来のスタブ管溶接機をスタブ管に取付けた状
態を示す側面図である。

【図７】図６のスタブ管溶接機の馬蹄型ガイド以下の部
分を切断して示した拡大側断面図である。

【図８】図６をＶＩＩＩ−ＶＩＩＩ方向から見た拡大平
面図である。

【図９】母材を軸と直角方向に切断して開先の形状を示
した断面図である。

【符号の説明】

２ スタブ管 ３ 母材 ８ 馬蹄型ガイド １１ 公転モータ １９ 溶接トーチ ２２ ワイヤ電極 ２４ 溶接機保持装置 ２５ スタブ管溶接機 ２６ 昇降モータ ３４ 制御装置 Ｘ₁…Ｘ₁₆ 回転分割位置

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 椎名 育男 兵庫県相生市相生5292番地 石川島播磨重 工業株式会社相生工場内

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 溶接機保持装置に、昇降モータにより昇
   降可能に支持され且つ母材に配置されたスタブ管に対し
   て半径方向から嵌合し得る馬蹄型ガイドを設け、該馬蹄
   型ガイドに、公転モータによりスタブ管の外周に沿って
   回転しスタブ管の周方向の隅肉溶接を行うようにした溶
   接トーチを設けたスタブ管溶接機を用いてスタブ管を溶
   接する方法であって、前記溶接トーチの一回転を複数の
   回転角に分割してその各回転分割位置を制御装置に記憶
   し、各回転分割位置において昇降モータを駆動すること
   により溶接トーチ先端から突出するワイヤ電極の突出長
   さが最適長さになるように溶接トーチの高さ位置を調整
   してその時の各回転分割位置における溶接トーチの最適
   高さ位置を制御装置に記憶し、続いて記憶した最適高さ
   位置になるように溶接トーチを昇降させながら溶接トー
   チを一回転させて溶接を行い、該溶接によって形成され
   たビードに対して、再び各回転分割位置において溶接ト
   ーチの高さが最適高さ位置になるように調整してその時
   の各回転分割位置における溶接トーチの最適高さ位置を
   制御装置に記憶する操作を繰返すことにより１つのスタ
   ブ管の溶接を終了し、他のスタブ管の溶接時に、前記制
   御装置に記憶したビード毎の各回転分割位置における溶
   接トーチの最適高さ位置になるように溶接トーチの高さ
   位置を調節しつつ自動的に溶接することを特徴とするス
   タブ管自動溶接方法。