JPWO2016103306A1

JPWO2016103306A1 - 肉盛溶接装置

Info

Publication number: JPWO2016103306A1
Application number: JP2016565606A
Authority: JP
Inventors: 千秋伊藤; 政彦赤松; 臣吾米本; 崇功上月
Original assignee: Kawasaki Jukogyo KK
Current assignee: Kawasaki Motors Ltd
Priority date: 2014-12-26
Filing date: 2014-12-26
Publication date: 2017-11-02
Anticipated expiration: 2034-12-26
Also published as: JP6576364B2; US10646946B2; CN107000093A; CN107000093B; KR20170097172A; KR102001171B1; WO2016103306A1; US20170355033A1

Abstract

肉盛溶接装置は、円管の外周面に肉盛溶接を行う肉盛溶接装置であって、円管（１０１）を軸回りに回転させる回転駆動部（１０）と、円管（１０１）の軸方向に沿って進行しながら、回転する前記円管（１０１）の外周面に肉盛溶接を行う溶接ユニット（２０）と、を備え、溶接ユニット（２０）は、円管の外周面との間にアークを発生させる溶接トーチ（２３）と、溶接材料（１０３）を溶接箇所に供給する溶接材料供給部（２５）と、を有し、溶接トーチ（２３）は、その先端が円管（１０１）の頂部から円管（１０１）の回転方向とは逆の逆回転方向へ所定角度進んだ角度位置に位置するように配置されているとともに、円管（１０１）の軸方向からみて、円管（１０１）の中心軸及び溶接トーチ（２３）の先端を通る基準線（Ｐ）に対して円管（１０１）の回転方向側に所定角度傾斜させることで、溶融池（１０４）を一層広がりやすくなる。

Description

本発明は、肉盛溶接装置に関する。

下記の特許文献１には、直線状の円管を回転させながら、その外周面に肉盛溶接を行う肉盛溶接装置が開示されている。例えば、円管の外周面に耐食性の高い材料を肉盛溶接すれば、外周面の耐食性を向上させることができる。

米国特許第６７８１０８３号明細書

円管の外周面に肉盛溶接を行うと螺旋状のビードが形成され、隣接するビードの間には谷間が生じる。この谷間の底からビードの頂部までの距離（以下、「谷間深さ」と称する）が大きいと、曲げ加工により谷間から亀裂が発生して円管が破損するおそれがある。

本発明は、以上のような事情に鑑みてなされたものであり、ビードの谷間深さを小さく抑えると共に、良好な肉盛品質が確保できる肉盛溶接が可能な肉盛溶接装置を提供することを目的としている。

本発明の一態様に係る肉盛溶接装置は、円管の外周面に肉盛溶接を行う肉盛溶接装置であって、前記円管を軸回りに回転させる回転駆動部と、前記円管の軸方向に沿って進行しながら、回転する前記円管の外周面に肉盛溶接を行う溶接ユニットと、を備え、前記溶接ユニットは、前記円管の外周面との間にアークを発生させる溶接トーチと、溶接材料を溶接箇所に供給する溶接材料供給部と、を有し、前記溶接トーチは、その先端が前記円管の頂部から前記円管の回転方向とは逆の逆回転方向へ所定角度進んだ角度位置に位置するように配置されているとともに、前記円管の軸方向からみて、前記円管の中心軸及び前記溶接トーチの先端を通る基準線に対して前記円管の回転方向側に所定角度傾斜している。

かかる構成によれば、溶融池（円管の母材及び溶接材料が溶融してできた溶融金属のたまり）が円管の頂部よりも逆回転方向側に位置するため、溶融池は重力によって円管の周方向に広がろうとする。これにより、円管の外周面に形成されるビードはなだらかとなり、谷間深さが小さくなる。また、溶接材料の供給先である溶融池が大きくなると作業の安定性も向上する。さらに、溶接トーチは、基準線に対して円管の回転方向側に傾斜しているため、重力によって溶融池が広がる方向側に多くのアークを発生させることができ、溶融池の広がりを補助することができる。

上記の肉盛溶接装置において、前記溶接材料供給部は、前記円管の軸方向からみて、前記溶接トーチに対して前記円管の回転方向側に所定角度傾斜した供給方向に沿って前記溶接材料を供給するよう構成されていてもよい。かかる構成によれば、溶融池が溶接トーチよりも先行し、アーク熱の影響が直接母材に及びにくいため、低希釈が得られる。

上記の肉盛溶接装置において、前記溶接トーチは、前記円管の中心軸に垂直な基準面に対して前記溶接ユニットの後退方向に所定角度傾斜していてもよい。かかる構成によれば、溶融池は溶接トーチよりも軸方向後方に広がるためビードの谷間深さを小さく抑えることが可能となる。

上記の肉盛溶接装置において、前記溶接トーチは、前記円管の中心軸に垂直な基準面に対して前記溶接ユニットの進行方向側に所定角度傾斜していてもよい。かかる構成によれば、溶接トーチから発生されるアークは円管の軸方向に延びるため、溶融池は円管の軸方向に広がって形成されやすい。これにより、ビードがなだらかになって谷間深さを小さくすることができる。

上記の肉盛溶接装置によれば、ビードの谷間深さを小さく抑えることができると共に、良好な肉盛品質が確保できる。

図１は、肉盛溶接装置の概略構成図である。図２は、図１のII−II矢視断面の概略図である。

以下、本発明の実施形態について図を参照しながら説明する。以下では、全ての図面を通じて同一又は相当する要素には同じ符号を付して、重複する説明は省略する。

＜肉盛溶接装置の概略＞
はじめに、肉盛溶接装置１００の概略を説明する。肉盛溶接装置１００は、直線状の円管１０１の外周面に肉盛溶接を行う装置である。本実施形態では、円管１０１の材料（母材）が鉄である場合を想定しているが、円管１０１の材料はこれに限定されない。

図１及び図２に示すように、肉盛溶接装置１００は、回転駆動部１０と、溶接ユニット２０とを備えている。さらに、溶接ユニット２０は、走行部２１と、倣い部２２と、溶接トーチ２３と、ＡＶＣ（Arc Voltage Control）ユニット２４と、溶接材料供給部２５と、を有している。以下、これらの構成要素について順に説明する。

回転駆動部１０は、円管１０１の一端部分を保持し、保持した円管１０１を軸回り（図２では時計回り）に回転させる部分であって、肉盛溶接装置１００の土台部１１に固定されている。なお、施工条件によって異なるが、回転駆動部１０は、肉盛溶接を行う際には円管１０１を例えば５ｒｐｍ程度で回転させる。

走行部２１は、溶接ユニット２０全体を円管１０１の軸方向（以下、単に「軸方向」と称する）に沿って進行させる部分である。図１では、肉盛溶接を行う際に走行部２１は紙面右側に向かって進行する。肉盛溶接装置１００の土台部１１には、軸方向に沿って延びるレール１２が設けられており、走行部２１はこのレール１２に沿って進行する。

倣い部２２は、弾性部２６を介して走行部２１に変位可能に支持されており、また、ローラ２７を介して円管１０１の外周面に接している。そのため、倣い部２２は、円管１０１が肉盛溶接の熱によって歪んだ場合も、その歪みに対応しながら円管１０１に倣って軸方向へ移動することができる。

溶接トーチ２３は、先端に取り付けられたタングステン電極２８と円管１０１の外周面との間にアーク１０２を発生させるＴＩＧ溶接用のトーチである。尚、溶接トーチ２３はプラズマアーク溶接用のトーチであってもよい。アーク１０２により形成される溶融池１０４は、タングステン電極２８の周辺から噴射されるアルゴンガス若しくはアルゴンガスにその他のガスを混合させたシールドガスによりシールドされている。

ＡＶＣユニット２４は、溶接トーチ２３が取り付けられたトーチブラケット３１と、図示略のボールねじと駆動用モータを有し、トーチブラケット３１を直線駆動する駆動機構３２と、駆動機構の動作を制御する図示略の制御装置を備えている。制御装置は、肉盛溶接時における溶接トーチ２３−円管１０１間の電圧（溶接電圧）を検出し、検出した溶接電圧に基づいてタングステン電極２８の先端と円管１０１との距離を一定に保つように駆動機構３２の駆動用モータの動作を制御する。

溶接材料供給部２５は溶接材料１０３を溶接箇所に供給する部分である。尚、本実施形態では、溶接材料１０３はワイヤ状に形成されているが、溶接材料１０３は粉末状であってもよい。また、溶接材料供給部２５は、溶接材料１０３が素早く溶融するように溶接材料１０３をあらかじめ加熱する加熱部３０を有している。本実施形態では、溶接材料１０３として高い耐食性を有する「Alloy625」を使用する場合を想定しているが、溶接材料１０３はこれに限定されない。

肉盛溶接装置１００の概略は以上のとおりである。肉盛溶接装置１００では、回転駆動部１０によって円管１０１を回転させながら、溶接ユニット２０を軸方向に進行させつつ肉盛溶接を行うことで、円管１０１の外表面に螺旋状のビード１０５が形成される。

＜溶接トーチの位置＞
次に、溶接トーチ２３の位置について説明する。図２に示すように、溶接トーチ２３は、その先端Ｅが円管１０１の頂部Ｔから円管１０１の回転方向とは逆の逆回転方向（図２では反時計回り方向）に所定角度α進んだ角度位置に位置するように配置されている。

溶接トーチ２３をこのように配置することで、溶融池１０４が円管１０１の頂部Ｔよりも逆回転方向側に形成されるため、溶融池１０４は重力によって下方に広がろうとする。その結果、溶接ビード１０５がなだらかになって谷間深さが小さくなる。また、溶接材料１０３の供給先である溶融池１０４が広がることで溶接材料１０３の供給作業を安定して行うことができる。さらに、溶融池１０４には重力によって常に同じ方向の力が作用して形状が安定することから、この点も溶接部材１０３の供給作業を安定して行ううえで好ましい。

＜溶接トーチの傾斜角度（１）＞
次に、溶接トーチ２３の傾斜角度について説明する。図２に示すように、溶接トーチ２３は、円管１０１の軸方向からみて、円管１０１の中心軸Ｃ及び溶接トーチ２３の先端Ｅを通る基準線Ｌに対して円管１０１の回転方向（図２では時計回り方向）側に所定角度β傾斜している。このように溶接トーチ２３を傾斜させると、溶融池１０４が一層広がりやすくなる。その結果、一層谷間深さを小さくすることができ、作業の安定性も向上する。

＜溶接材料の供給角度＞
次に、溶接材料１０３の供給角度について説明する。図２に示すように、溶接材料供給部２５は、円管１０１の軸方向からみて、溶接トーチ２３に対して円管１０１の回転方向側に所定角度γ傾斜した供給方向に沿って溶接材料１０３を供給するように構成されている。このように構成することで、回転方向側から高速で供給される溶接材料１０３が溶融される際に溶接材料１０３はアーク熱エネルギーの一部を吸収するため、低希釈、高い施工安定性が得られる。

＜溶接トーチの傾斜角度（２）＞
次に、円管１０１の軸方向における溶接トーチ２３の傾斜角度について説明する。図１に示すように、溶接トーチ２３は、円管１０１の中心軸Ｃに垂直な基準面Ｐに対して溶接ユニット２０の後退方向側に所定角度δ傾斜している。このように溶接トーチ２３を傾斜させると、溶融池１０３が溶接トーチ２３よりも先行し、アーク熱の影響が直接母材に及びにくいため、低希釈が得られる。尚、溶接トーチ２３は、円管１０１の中心軸Ｃに垂直な基準面Ｐに対して溶接ユニット２０の先行方向側に傾斜していてもよい。この場合、溶融池１０４は溶接トーチ２３よりも軸方向後方に広がるためビード１０５の谷間深さを小さく抑えることが可能となる。

１０回転駆動部
２０溶接ユニット
２３溶接トーチ
２５溶接材料供給部
１００肉盛溶接装置
１０１円管
１０２アーク
１０３溶接材料
Ｐ基準面
Ｌ基準線

Claims

円管の外周面に肉盛溶接を行う肉盛溶接装置であって、
前記円管を軸回りに回転させる回転駆動部と、
前記円管の軸方向に沿って進行しながら、回転する前記円管の外周面に肉盛溶接を行う溶接ユニットと、を備え、
前記溶接ユニットは、
前記円管の外周面との間にアークを発生させる溶接トーチと、
溶接材料を溶接箇所に供給する溶接材料供給部と、を有し、
前記溶接トーチは、その先端が前記円管の頂部から前記円管の回転方向とは逆の逆回転方向へ所定角度進んだ角度位置に位置するように配置されているとともに、前記円管の軸方向からみて、前記円管の中心軸及び前記溶接トーチの先端を通る基準線に対して前記円管の回転方向側に所定角度傾斜している、肉盛溶接装置。
前記溶接材料供給部は、前記円管の軸方向からみて、前記溶接トーチに対して前記円管の回転方向側に所定角度傾斜した方向に沿って前記溶接材料を供給するよう構成されている、請求項１に記載の肉盛溶接装置。
前記溶接トーチは、前記円管の中心軸に垂直な基準面に対して前記溶接ユニットの後退方向側に所定角度傾斜している、請求項１又は２に記載の肉盛溶接装置。
前記溶接トーチは、前記円管の中心軸に垂直な基準面に対して前記溶接ユニットの進行方向側に所定角度傾斜している、請求項１又は２に記載の肉盛溶接装置。