WO2016189728A1 - 周溶接装置 - Google Patents

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WO2016189728A1
WO2016189728A1 PCT/JP2015/065397 JP2015065397W WO2016189728A1 WO 2016189728 A1 WO2016189728 A1 WO 2016189728A1 JP 2015065397 W JP2015065397 W JP 2015065397W WO 2016189728 A1 WO2016189728 A1 WO 2016189728A1
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WO
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welding
circumferential
welded
rotating body
ccd camera
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PCT/JP2015/065397
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English (en)
French (fr)
Inventor
要輔 佐々木
光良 中谷
幸広 柴田
伸一 倉本
啓二 福村
Original Assignee
日立造船株式会社
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Filing date
Publication date
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K9/00—Arc welding or cutting
    • B23K9/12—Automatic feeding or moving of electrodes or work for spot or seam welding or cutting
    • B23K9/127—Means for tracking lines during arc welding or cutting
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K26/00—Working by laser beam, e.g. welding, cutting or boring
    • B23K26/20—Bonding
    • B23K26/21—Bonding by welding
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K37/00—Auxiliary devices or processes, not specially adapted to a procedure covered by only one of the preceding main groups
    • B23K37/02—Carriages for supporting the welding or cutting element
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28D—HEAT-EXCHANGE APPARATUS, NOT PROVIDED FOR IN ANOTHER SUBCLASS, IN WHICH THE HEAT-EXCHANGE MEDIA DO NOT COME INTO DIRECT CONTACT
    • F28D1/00—Heat-exchange apparatus having stationary conduit assemblies for one heat-exchange medium only, the media being in contact with different sides of the conduit wall, in which the other heat-exchange medium is a large body of fluid, e.g. domestic or motor car radiators
    • F28D1/02—Heat-exchange apparatus having stationary conduit assemblies for one heat-exchange medium only, the media being in contact with different sides of the conduit wall, in which the other heat-exchange medium is a large body of fluid, e.g. domestic or motor car radiators with heat-exchange conduits immersed in the body of fluid
    • F28D1/04—Heat-exchange apparatus having stationary conduit assemblies for one heat-exchange medium only, the media being in contact with different sides of the conduit wall, in which the other heat-exchange medium is a large body of fluid, e.g. domestic or motor car radiators with heat-exchange conduits immersed in the body of fluid with tubular conduits
    • F28D1/047—Heat-exchange apparatus having stationary conduit assemblies for one heat-exchange medium only, the media being in contact with different sides of the conduit wall, in which the other heat-exchange medium is a large body of fluid, e.g. domestic or motor car radiators with heat-exchange conduits immersed in the body of fluid with tubular conduits the conduits being bent, e.g. in a serpentine or zig-zag

Definitions

  • the present invention relates to a circumferential welding apparatus for welding a pipe in a circumferential direction.
  • a heat exchanger and a reactor in various plants have a single bellows tube 1 formed by connecting a large number of straight tubes 2 arranged in parallel in a U-shaped tube 3, so-called coils. 1 is provided.
  • the connection between the large number of straight pipes 2 and the U-shaped pipes 3 is by circumferential welding.
  • a welding apparatus for manufacturing such a tube 1 As a welding apparatus for manufacturing such a tube 1, a laser irradiator that performs welding while moving the pipe in the circumferential direction, and a CCD camera that photographs the welding by the laser irradiator accompanying the laser irradiator, (For example, refer patent document 1). For this reason, in the said welding apparatus, the said welding can be appropriately monitored with a CCD camera, welding the pipe to the circumferential direction.
  • the welding apparatus described in Patent Document 1 is installed in a factory and is assumed to be used in the factory.
  • a portion of the welding apparatus photographed by the CCD camera is irradiated with stable light by factory illumination.
  • photographed with a CCD camera becomes favorable, the welding in a factory can be monitored appropriately.
  • the part photographed by the CCD camera is flickering of lighting if indoors, or by clouds that block sunlight if it is outdoor. Stable light may not be irradiated.
  • Stable light may not be irradiated.
  • the tube is in the reaction vessel, there is not enough lighting equipment in the reaction vessel, and since the adjacent tubes are close to each other, a stable light is irradiated to the portion photographed by the CCD camera. Not. In such a case, since the image taken by the CCD camera is not good in the above welding apparatus, it is not possible to properly monitor the welding at the installation site or the like.
  • an object of the present invention is to provide a circumferential welding apparatus capable of appropriately monitoring the welding while performing circumferential welding on a pipe even outside a factory.
  • a circumferential welding apparatus is a circumferential welding apparatus that welds a pipe in a circumferential direction, A rotating body that rotates about the axis of the tube; A welding torch fixed to the rotating body; A welding wire supplied to the part to be welded; A camera for photographing the portion to be welded accompanying the welding torch; And an illumination for irradiating a portion to be welded with the welding torch.
  • a circumferential welding device is the circumferential welding device according to the first invention, wherein a light shielding filter disposed between the welded portion and the camera,
  • the light shielding filter includes a control unit that turns on when the welding is performed and turns off when the welding is not performed.
  • a circumferential welding apparatus is the circumferential welding apparatus according to the first or second aspect, wherein the circumferential welding apparatus is more than an angle formed between a direction in which the welding wire or welding torch is supplied and a direction in which the camera takes a picture. The angle formed between the direction of irradiation with the illumination and the direction of shooting with the camera is small.
  • a circumferential welding apparatus is the circumferential welding apparatus according to the first or second invention, wherein the circumferential welding apparatus is fixed to the pipe and rotates the rotating body around the axis of the pipe.
  • the fixing portion has a holding mechanism that holds the tube by operating the grip bar.
  • a circumferential welding apparatus is the circumferential welding apparatus according to the fourth aspect of the present invention, operating means for operating the rotating body, A group of cables connected to the rotating body and the operating means and wound around the pipe in the reverse direction of the rotation of the rotating body; And a support body that reduces the burden on the fixed portion from the cable group by suspending the cable group.
  • the welding torch is accompanied by illumination, a certain amount of light is irradiated to the portion to be welded, so the image taken by the camera accompanying the welding torch becomes good, As a result, the welding can be appropriately monitored while welding the pipe in the circumferential direction even outside the factory.
  • FIG. 1 It is a schematic perspective view which shows the circumference welding apparatus which concerns on embodiment of this invention, and its target object. It is a perspective view which shows the state which the half cylinder in the welding head of the same circumference welding apparatus opened. It is a perspective view which shows the state which the same half cylinder closed. It is a perspective view which shows the main structures of the welding mechanism in the welding head. It is an arrangement figure showing the main composition of the welding mechanism. It is a whole side view which shows the state before welding with the same circumference welding apparatus. It is a whole side view which shows the state after welding with the same circumference welding apparatus.
  • this object is a single bellows tube 1, a so-called coil 1, formed by connecting a large number of straight tubes 2 arranged in parallel in a U-shaped tube 3.
  • the coil 1 is poor in workability because the distance between the straight pipes 2 is small and is higher than the operator's head.
  • the workability of the coil 1 is further deteriorated.
  • the circumferential welding apparatus 10 is a welding head 11 that is attached to a pipe 1 and welds in a circumferential direction, and a support body 71 that suspends a cable group 61 (details will be described later) of the welding head 11. It consists of.
  • the welding head 11 includes a fixing portion 12 that can be fixed to the tube 1, a rotating portion 13 that can rotate around the axis of the tube 1 to which the fixing portion 12 is fixed, and the rotating portion.
  • 13 grip bars 15 arranged in parallel to the rotating shaft.
  • the fixed portion 12 and the rotating portion 13 are longitudinally halved cylindrical bodies, in other words, two opposing halved cylindrical bodies 17.
  • the two arcuate end surfaces 19 of the two half-cylindrical bodies 17 are openable and closable by hinge-connecting the opposite arc end surfaces 18.
  • the two grip bars 15 are attachable and detachable, and are attached to the two half-cylinders 17 respectively. For this reason, as shown in FIGS. 2 and 3, the two grip bars 15 are separated / approached from each other in a state of being attached to the half cylinder 17 so that the two half cylinders 17 ( The other arc end surface 19 of the fixed portion 12 and the rotating portion 13) is opened and closed.
  • the fixing portion 12 has a holding mechanism 22 that is positioned on the inner peripheral side of the two halved cylindrical bodies 17 and that can hold the tube 1. As shown in FIG.
  • the holding mechanism 22 acts on a holding body 23 that can come into contact with the tube 1, a leaf spring (not shown) that presses the holding body 23 against the tube 1, and a pressure applied to the tube 1 of the holding body 23 by the leaf spring / And a holding cam 24 to be released.
  • the rotating portion 13 is rotatable with respect to the locking mechanism 32 that locks after closing the other arc end surface 19 in the half cylinder 17 and the fixing portion 12.
  • the rotating body 36 includes a driving motor 39 that rotates the rotating body 36 with respect to the fixed portion 12, and a welding mechanism 41 that is fixed to the rotating body 36 and performs welding in the circumferential direction.
  • the locking mechanism 32 receives the dead bolt 33 provided on one of the two halved cylinders 17, the receiving seat 34 provided on the other of the two halved cylinders 17, and the dead bolt 33. And a locking cam 35 that engages / releases the seat 34.
  • the rotating body 36 includes a cylindrical shell 37 positioned on the outer peripheral side of the two halved cylindrical bodies 17, an arc member 38 that is fixed to the cylindrical shell 37 and in which the main configuration of the welding mechanism 41 is disposed, A fine adjustment mechanism (not shown) for finely adjusting the position of the arc member 38 with respect to the fixed portion 12.
  • the two detachable grip bars 15 can be attached to the cylindrical shell 37, and are connected to the locking grip bar 55 that can be connected to the locking cam 35 and the holding cam 24. And holding grip bar 54 to be obtained. Therefore, the locking grip bar 55 causes the locking mechanism 32 to lock the half cylindrical body 17 by rotation thereof, and the holding grip bar 54 rotates to the holding mechanism 22 by rotation thereof. The tube 1 is held.
  • the welding mechanism 41 includes a welding torch 42 (for example, a Tig torch) that is a welding gun for the welding and a wire 4 to the portion 4 to be welded.
  • These configurations 42 to 47 are all arranged on the arc member 38 as described above.
  • the welding torch 42, the wire tip 43, the welding wire 44, the LED light 45, the CCD camera 46, and the light shielding filter 47 are associated with each other even if the rotating unit 13 rotates around the axis O of the tube 1. It is.
  • the welding mechanism 41 includes configurations 48 and 49 for supplying the welding wire 44 to the wire tip 43 as shown in FIGS. 1 to 3 as other than the main configurations 42 to 47. These 48 and 49 supply the welding wire 44 from the supply reel 48 to the wire tip 43 by rotating the supply reel 48 around which the welding wire 44 is wound around the wire tip 43.
  • the feed motor 49 is accommodated in a casing having a shape in which the cable group 61 can be hung.
  • These 48 and 49 are provided on the cylindrical shell 37 at positions where they do not interfere with the two grip bars 15.
  • the main structures 42 to 47 of the welding mechanism 41 that is, the welding torch 42, the wire tip 43, the welding wire 44, the LED light 45, the CCD camera 46, and the light shielding filter 47 are all described above.
  • the wire chip 43, the welding wire 44, the LED light 45, and the CCD camera 46 are arranged on the front side where the arc member 38 (which constitutes the rotating body 13) rotates rather than the welding torch 42.
  • a light shielding filter 47 is disposed.
  • the direction taken by the CCD camera 46 is parallel to the outer surface of the tube 1 in order to properly monitor the welding.
  • the welding wire 44 is at an acute angle ⁇ (on the CCD camera 46 side) with respect to the outer surface of the tube 1 in order to be clearly photographed by the CCD camera 46.
  • the LED light 45 appropriately irradiates the welding wire 44 and also becomes a forward light of the CCD camera 46 so that the acute angle ⁇ (the CCD is smaller than the welding wire 44 with respect to the outer surface of the tube 1. Camera 46 side).
  • the angle ⁇ between the direction in which the welding wire 44 is supplied and the direction in which the image is taken by the CCD camera 46 is preferably about 30 ° (about ⁇ 10 °), for example. At this angle, the supply of the welding wire 44 becomes appropriate, and the welding wire 44 does not hinder the photographing with the CCD camera 46.
  • the angle ⁇ formed between the direction of irradiation with the LED light 45 and the direction of shooting with the CCD camera 46 is preferably, for example, around 22 ° (about ⁇ 10 °). If it is this angle, while the said LED light 45 becomes appropriate follow light of the CCD camera 46, irradiation to the part 4 to be welded and the welding wire 44 becomes appropriate.
  • the circumferential welding apparatus 10 includes a control unit 14 that turns on the light shielding filter 47 when the welding is performed and turns off the light shielding filter 47 when the welding is not performed.
  • the control unit 14 suppresses the light amount to the CCD camera 46 by the light shielding filter 47 when the light amount to the CCD camera 46 becomes excessive, that is, when arc light is generated by welding.
  • the control unit 14 prevents the light amount to the CCD camera 46 from being suppressed by the light-shielding filter 47 when the light amount to the CCD camera 46 is not excessive, that is, when arc light is not generated by welding. is there.
  • the circumferential welding device 10 includes a monitor 68 that displays an image captured by the CCD camera 46, and an operation unit 69 that operates the control unit 14 and other equipment of the welding head 11. Also equipped.
  • the welding mechanism 41 cools the welding torch 42 and the welded portion with cooling water (which may be a coolant) to the welding torch 42 and the welded portion.
  • cooling water which may be a coolant
  • a water-cooled hose 62 (which may be a liquid-cooled hose) is provided.
  • the welding mechanism 41 also includes a refrigerant supply unit 63 that is connected to the water cooling hose 62 and can supply cooling water, as shown in FIGS.
  • the refrigerant supply unit 63 constitutes operation means 63, 68 and 69 together with the monitor 68 and the operation unit 69.
  • the water-cooled hose 62 constitutes the cable group 61 described above together with electric wires and the like necessary for operating the rotating body 13 (connecting the rotating body 13 and the monitor 68 or the operation unit 69). That is, one end of the cable group 61 is connected to the operating means 63, 68, and 69 which are components that do not rotate, and the other end is connected to the rotating rotating unit 13. For this reason, the cable group 61 is wound around the tube 1 in advance in the reverse direction of the rotation, as shown in FIG. In other words, the cable group 61 is unwound from the wound state as shown in FIG. 7 as the circumferential welding of the tube 1 proceeds, that is, as the rotation of the rotating portion 13 proceeds. .
  • the support 71 is provided with a column 72 higher than the position of the welding head 11 attached to the pipe 1, and is provided on the column 72 and is rotatable with respect to the vertical axis.
  • the support 71 reduces the burden of the weight of the cable group 61 on the fixing portion 12 fixed to the pipe 1 by suspending the heavy cable group 61.
  • the play in the horizontal direction at the position where the cable group 61 is suspended is ensured by the directing tool 73, and the play in the vertical direction is secured at the position where the cable group 61 is suspended by the balancer 74. Horizontal and vertical play at the position where the group 61 is suspended is ensured. For this reason, even if an unexpected force acts on the cable group 61, the support 71 reduces the load of the force on the fixing portion 12 fixed to the tube 1.
  • the operator holds the two grip bars 15 in the circumferential welding apparatus 10 and separates the two grip bars 15 to separate the other half of the two halved cylindrical bodies 17. Is opened. Then, after moving the welding head 11 to a position where the welding head 11 is attached to the pipe 1, the operator closes the other arc end surface 19 by bringing the two grip bars 15 closer as shown in FIG. Thereafter, the operator rotates the locking grip bar 55 to lock the half cylinder 17 in the locking mechanism 32, and then rotates the holding grip bar 54 to rotate the tube 1 in the holding mechanism 22. Then, the two grip bars 15 are removed from the half cylinder 17. On the other hand, as shown in FIG. 6, the operator winds the cable group 61 around the pipe 1 in advance in the reverse direction of the rotation of the rotating unit 13. Since the cable group 61 is suspended from the support 71, the burden on the fixed portion 12 fixed to the tube 1 is reduced.
  • the operator moves the tips of the welding torch 42 and the welding wire 44 to the groove, which is the portion 4 to which the pipe 1 is welded, by operating the fine adjustment mechanism while looking at the monitor 68. Since a certain amount of light is irradiated to the welded portion 4 by the LED light 45 and the light shielding filter 47 is turned off by the control unit 14, the amount of light to the CCD camera 46 becomes appropriate. For this reason, even before the welding, the image displayed on the monitor 68 is good.
  • a welding voltage is applied to the welding torch 42 and the tube 1, the welding wire 44 is supplied from the wire tip 43, and the rotating portion 13 is further rotated to start the circumferential welding on the tube 1.
  • the main components 42 to 47 of the welding mechanism 41 are arranged on the arc member 38 of the rotating portion 13, an LED light 45, a CCD camera 46, a light shielding filter 47, and the like accompany the welding torch 42.
  • a certain amount of light is irradiated to the welded portion 4 by the LED light 45, and the light blocking filter 47 is turned on by the control unit 14, so the amount of light to the CCD camera 46 is increased. Is appropriate. For this reason, even when the welding is performed, the image displayed on the monitor 68 is good.
  • the welded portion 4 (the portion where the weld bead of the necessary layer is formed) is irradiated with a certain amount of light by the LED light 45 and the light blocking filter 47 is turned off by the control unit 14. Therefore, the amount of light to the CCD camera 46 becomes appropriate. For this reason, even after the welding is performed, the image displayed on the monitor 68 is good.
  • the LED light 45 is accompanied by the welding torch 42, so that a certain amount of light is irradiated to the portion 4 to be welded.
  • the image photographed by the camera 46 is improved, and as a result, the welding can be appropriately monitored while welding the pipe 1 in the circumferential direction even outside the factory.
  • the pipe 1 is welded in the circumferential direction even outside the factory. The welding can be appropriately monitored.
  • the image photographed by the CCD camera 46 is good even before and after welding, and as a result, other than the factory.
  • the welding can be appropriately monitored while welding the pipe 1 in the circumferential direction.
  • the welding wire 44 is clearly photographed by the CCD camera 46, and the LED light 45 is also appropriately applied to the welding wire 44.
  • the CCD camera 46 has a follow-up light, so that the image taken by the CCD camera 46 is improved. As a result, the welding can be appropriately monitored while welding the pipe 1 in the circumferential direction even outside the factory. it can.
  • the fixing portion 12 is fixed to the tube 1, the positional relationship between the portion 4 to be welded, the CCD camera 46 and the LED light 45 is stabilized, so that an image taken by the CCD camera 46 is good. As a result, the welding can be appropriately monitored while welding the pipe 1 in the circumferential direction even outside the factory.
  • the welding head 11 can be easily attached to the pipe 1, and the factory The welding can be appropriately monitored while welding the pipe 1 in the circumferential direction even in a place where the workability is not good.
  • the support 71 that suspends the cable group 61 such as the water cooling hose 62 reduces the burden from the cable group 61 on the fixed portion 12 fixed to the tube 1, so the portion 4 to be welded and the CCD camera 46.
  • the image captured by the CCD camera 46 is improved, and as a result, the welding is appropriately monitored while welding the pipe 1 in the circumferential direction even outside the factory. be able to.
  • the main configuration of the welding mechanism 41 is the positional relationship as described with reference to FIG. 5, that is, on the front side where the arc member 38 (which constitutes the rotating body 13) rotates rather than the welding torch 42. Since the CCD camera 46 and the light shielding filter 47 are disposed, the welded portion 4 is photographed from the welding destination side, and as a result, the position of the welding wire 44 is adjusted according to the welding state. be able to.
  • the CCD camera 46 has not been described in detail in the above-described embodiment, a prism that changes the shooting direction may be provided. Since this prism increases the degree of freedom in designing the arrangement of the CCD camera 46, the size of the welding head 11 is reduced, leading to improved workability. As a result, the pipe 1 is welded in the circumferential direction even outside the factory. The welding can be appropriately monitored.
  • the support body 71 is described in addition to the welding head 11 as the configuration of the circumferential welding apparatus 10.
  • the support body 71 is not essential and only the welding head 11 may be used.
  • the LED light 45 and the CCD camera 46 have been described as examples of the illumination and camera.
  • the present invention is not limited to these, and other illuminations and cameras may be used.
  • the cooling water and the water cooling hose 62 have been described.
  • the present invention is not limited to these, and other refrigerants and liquid cooling hoses may be used.
  • the refrigerant is not limited to the one that cools the welding torch 42 and the welded portion, and any refrigerant that cools at least the welding torch 42 may be used.
  • the coil 1 has been described as an object to be welded. However, this is only an example, and a tube may be used.
  • the LED light 45, the CCD camera 46, and the light shielding filter 47 are disposed on the front side where the arc member 38 (which constitutes the rotating body 13) rotates with respect to the welding torch 42.
  • the arc member 38 which constitutes the rotating body 13
  • it may be arranged on the rotating original side.
  • the LED light 45, the CCD camera 46, and the light-shielding filter 47 are each shown as one in FIG. 4 and FIG.

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Abstract

管（１）に周方向の溶接をする周溶接装置（１０）である。この周溶接装置（１０）は、管（１）の軸心（Ｏ）周りに回転する回転体（３６）と、この回転体（３６）の円弧部材（３８）に固定された溶接トーチ（４２）と、溶接がされる部分（４）に供給される溶接ワイヤ（４３）と、溶接トーチ（４２）に随伴して溶接がされる部分（４）を撮影するＣＣＤカメラ（４６）とを備える。さらに、周溶接装置（１０）は、溶接トーチ（４２）に随伴して溶接がされる部分（４）を照射するＬＥＤライト（４５）を備える。

Description

周溶接装置
　本発明は、管に周方向の溶接をするための周溶接装置に関するものである。
　各種プラントにおける熱交換器や反応器などは、図１に示すように、鉛直で平行に配置された多数の直管２をＵ字管３で接続してなる１本の蛇腹管１、所謂コイル１を備える。上記多数の直管２とＵ字管３との接続は、周方向の溶接によるものである。
　このような管１を製造するための溶接装置として、管に周方向の移動しながら溶接をするレーザ照射器と、このレーザ照射器に随伴して当該レーザ照射器による溶接を撮影するＣＣＤカメラとを備える装置が開示されている（例えば、特許文献１参照）。このため、上記溶接装置では、管に周方向の溶接をしながら当該溶接をＣＣＤカメラで適切に監視することができる。
日本国特許第３７３５２０２号公報
　ところで、上記特許文献１に記載の溶接装置は、工場に設置されて、工場での使用を前提にしている。一般的に工場では、施工環境が極めて安定しているので、上記溶接装置でのＣＣＤカメラに撮影されている部分に工場の照明により安定した光が照射される。このため、上記溶接装置では、ＣＣＤカメラに撮影される画像が良好になるので、工場での溶接を適切に監視することができる。
　しかしながら、上記溶接装置を管の据付現地など施工環境が安定しない場所で使用する場合、ＣＣＤカメラに撮影される部分には、屋内であれば照明のちらつき、屋外であれば日光を遮る雲などにより、安定した光が照射されないこともある。特に、管が反応容器内にある場合、反応容器内には十分な照明設備がなく、さらに、上記管は隣接するもの同士が近接するので、ＣＣＤカメラに撮影される部分に安定した光が照射されない。このような場合、上記溶接装置では、ＣＣＤカメラに撮影される画像が良好にならないので、据付現地などでの溶接を適切に監視することができない。
　そこで、本発明は、工場以外でも管に周方向の溶接をしながら当該溶接を適切に監視することができる周溶接装置を提供することを目的とする。
　上記課題を解決するため、第１の発明に係る周溶接装置は、管に周方向の溶接をする周溶接装置であって、
　上記管の軸心周りに回転する回転体と、
　上記回転体に固定された溶接トーチと、
　上記溶接がされる部分に供給される溶接ワイヤと、
　上記溶接トーチに随伴して上記溶接がされる部分を撮影するカメラと、
　上記溶接トーチに随伴して上記溶接がされる部分を照射する照明とを備えるものである。
　また、第２の発明に係る周溶接装置は、第１の発明に係る周溶接装置において、上記溶接がされている部分と上記カメラとの間に配置される遮光フィルタと、
　上記遮光フィルタを、上記溶接がされている時にＯＮにし、上記溶接がされていない時にＯＦＦにする制御部とを備えるものである。
　さらに、第３の発明に係る周溶接装置は、第１または第２の発明に係る周溶接装置において、上記溶接ワイヤまたは溶接トーチを供給する方向と上記カメラで撮影する方向とのなす角度よりも、上記照明で照射する方向と上記カメラで撮影する方向とのなす角度が小さいものである。
　加えて、第４の発明に係る周溶接装置は、第１または第２の発明に係る周溶接装置において、上記管に対して固定されるとともに上記回転体を当該管の軸心周りに回転させる固定部と、
　作業者に把持されるグリップバーとを備え、
　上記固定部が、上記グリップバーの操作により上記管を保持する保持機構を有するものである。
　また、第５の発明に係る周溶接装置は、第４の発明に係る周溶接装置において、上記回転体を操作する操作手段と、
　上記回転体と操作手段とを接続するとともに上記回転体の回転の逆方向に上記管に巻き付かせたケーブル群と、
　上記ケーブル群を吊ることにより上記固定部に対する当該ケーブル群からの負担を軽減する支持体とを備えるものである。
　上記周溶接装置によると、上記溶接トーチに照明が随伴することにより、溶接がされる部分に一定の光量が照射されるので、上記溶接トーチに随伴するカメラに撮影される画像が良好になり、結果として、工場以外でも管に周方向の溶接をしながら当該溶接を適切に監視することができる。
本発明の実施の形態に係る周溶接装置およびその対象物を示す概略斜視図である。 同周溶接装置の溶接ヘッドにおける半割円筒体が開いた状態を示す斜視図である。 同半割円筒体が閉じた状態を示す斜視図である。 同溶接ヘッドにおける溶接機構の主要な構成を示す斜視図である。 同溶接機構の主要な構成を示す配置図である。 同周溶接装置により溶接がされる前の状態を示す全体側面図である。 同周溶接装置により溶接がされた後の状態を示す全体側面図である。
　以下、本発明の実施の形態に係る周溶接装置について図面に基づき説明する。
　まず、この周溶接装置による溶接の対象物について簡単に説明する。
　この対象物は、図１に示すように、鉛直で平行に配置された多数の直管２をＵ字管３で接続してなる１本の蛇腹管１、所謂コイル１である。一般にコイル１は、上記直管２同士の間隔が小さく、且つ作業者の頭よりも高い位置にあるので、施工性が悪い。特に、据付現地では、施工環境が安定しないので、コイル１の施工性がさらに悪くなる。
　次に、このような管１に周方向の溶接をするための装置である上記周溶接装置１０について図１～図７に基づき説明する。
　この周溶接装置１０は、図１に示すように、管１に取り付けられて周方向の溶接をする溶接ヘッド１１と、この溶接ヘッド１１のケーブル群６１（詳しくは後述する）を吊る支持体７１とから構成される。
　この溶接ヘッド１１は、図１に示すように、管１に固定され得る固定部１２と、この固定部１２が固定された管１の軸心周りに回転し得る回転部１３と、この回転部１３の回転する軸に対して平行に配置された２本のグリップバー１５とを備える。上記固定部１２および回転部１３は、図１～図３に示すように、縦に半割された円筒体であり、言い換えれば、２つの相対する半割円筒体１７からなる。これら２つの半割円筒体１７は、相対する一方の円弧端面１８がヒンジ接続されることで、相対する他方の円弧端面１９が開閉自在にされる。上記２本のグリップバー１５は、取り付けおよび取り外しが可能な着脱式であり、上記２つの半割円筒体１７のそれぞれに取り付けられる。このため、上記２本のグリップバー１５は、図２および図３に示すように、半割円筒体１７に取り付けられた状態で互いに離間／接近することにより、上記２つの半割円筒体１７（固定部１２および回転部１３）の他方の円弧端面１９を開閉させるものである。
　上記固定部１２は、図２および図３に示すように、上記２つの半割円筒体１７の内周側に位置して、管１を保持し得る保持機構２２を有する。この保持機構２２は、管１に接し得る保持体２３と、この保持体２３を管１に押圧する板ばね（図示省略）と、この板ばねによる保持体２３の管１への押圧を作用／解除させる保持用カム２４とを具備する。
　上記回転部１３は、図２および図３に示すように、上記半割円筒体１７における他方の円弧端面１９を閉にした後に施錠する施錠機構３２と、上記固定部１２に対して回転自在の回転体３６と、この回転体３６を固定部１２に対して回転させる駆動モータ３９と、上記回転体３６に固定されて上記周方向の溶接をする溶接機構４１とを有する。上記施錠機構３２は、上記２つの半割円筒体１７の一方に設けられたデッドボルト３３と、上記２つの半割円筒体１７の他方に設けられた受座３４と、上記デッドボルト３３を受座３４に係合／解除させる施錠用カム３５とを具備する。上記回転体３６は、上記２つの半割円筒体１７の外周側に位置する円筒殻３７と、この円筒殻３７に固定されて上記溶接機構４１の主要な構成が配置される円弧部材３８と、上記固定部１２に対する円弧部材３８の位置を微調整する微調整機構（図示省略）とを具備する。
　上記着脱式の２本のグリップバー１５は、いずれも上記円筒殻３７に取り付けられ得るものであり、上記施錠用カム３５に接続され得る施錠用グリップバー５５と、上記保持用カム２４に接続され得る保持用グリップバー５４とからなる。このため、上記施錠用グリップバー５５は、その回転により、上記施錠機構３２に上記半割円筒体１７を施錠させるものであり、上記保持用グリップバー５４は、その回転により、上記保持機構２２に管１を保持させるものである。
　以下、本発明の要旨である溶接機構４１について図１～図５に基づき説明する。
　この溶接機構４１は、その主要な構成として、図４および図５に示すように、上記溶接のための溶接ガンである溶接トーチ４２（例えばＴｉｇトーチ）と、上記溶接がされる部分４にワイヤチップ４３から供給される溶接ワイヤ４４と、上記溶接がされる部分４を一定の光量で照射するＬＥＤライト４５（照明の一例である）と、上記溶接がされる部分４を撮影するＣＣＤカメラ４６（カメラの一例である）と、このＣＣＤカメラ４６への光量を調整する遮光フィルタ４７とを具備する。これらの構成４２～４７は、上述の通り、いずれも円弧部材３８に配置される。このため、上記溶接トーチ４２、ワイヤチップ４３、溶接ワイヤ４４、ＬＥＤライト４５、ＣＣＤカメラ４６および遮光フィルタ４７は、回転部１３が管１の軸心Ｏ周りに回転しても、互いに随伴するものである。また、上記溶接機構４１は、上記主要な構成４２～４７以外のものとして、図１～図３に示すように、溶接ワイヤ４４をワイヤチップ４３に供給する構成４８，４９を具備する。これら４８，４９は、ワイヤチップ４３への溶接ワイヤ４４が巻かれた送給リール４８、および、この送給リール４８を回転させることにより当該送給リール４８からワイヤチップ４３に溶接ワイヤ４４を供給する送給モータ４９である。この送給モータ４９は、ケーブル群６１を掛け得る形状のケーシングに収容される。これら４８，４９は、いずれも上記２本のグリップバー１５と干渉しない位置で円筒殻３７に設けられる。
　上記溶接機構４１の主要な構成４２～４７、つまり円弧部材３８に配置される構成４２～４７の位置関係について図５に基づき説明する。なお、上記溶接がされる部分４には開先（例えばＵ形）を通常形成するが、以下では理解を容易にするために、開先を省略して説明する。
　上記溶接機構４１の主要な構成４２～４７、つまり、上記溶接トーチ４２、ワイヤチップ４３、溶接ワイヤ４４、ＬＥＤライト４５、ＣＣＤカメラ４６および遮光フィルタ４７は、図５に示すように、いずれも上記溶接がされる部分４に向けられる。これらの構成４２～４７において、上記溶接トーチ４２よりも、上記円弧部材３８（回転体１３を構成する）が回転する先側に、上記ワイヤチップ４３、溶接ワイヤ４４、ＬＥＤライト４５、ＣＣＤカメラ４６および遮光フィルタ４７が配置される。これらの構成４２～４７を個別に説明すると、以下の通りである。上記溶接トーチ４２は、溶接ビードの形状を適切にするために、管１の外表面に対して垂直にされる。上記ＣＣＤカメラ４６で撮影する方向は、上記溶接を適切に監視するために、管１の外表面に対して平行にされる。上記溶接ワイヤ４４は、上記ＣＣＤカメラ４６で明瞭に撮影されるために、管１の外表面に対して鋭角α（上記ＣＣＤカメラ４６側）にされる。上記ＬＥＤライト４５は、上記溶接ワイヤ４４にも適切に照射するとともに上記ＣＣＤカメラ４６の順光となるように、管１の外表面に対して上記溶接ワイヤ４４よりもさらに小さい鋭角β（上記ＣＣＤカメラ４６側）にされる。
　上記溶接ワイヤ４４を供給する方向とＣＣＤカメラ４６で撮影する方向とのなす角度αは、例えば３０°前後（±１０°程度）が好ましい。この角度だと、溶接ワイヤ４４の供給が適切になるとともに、溶接ワイヤ４４がＣＣＤカメラ４６での撮影を妨げない。ＬＥＤライト４５で照射する方向とＣＣＤカメラ４６で撮影する方向とのなす角度βは、例えば２２°前後（±１０°程度）が好ましい。この角度だと、上記ＬＥＤライト４５がＣＣＤカメラ４６の適切な順光になるとともに、上記溶接がされる部分４および溶接ワイヤ４４への照射が適切になる。
　ところで、上記周溶接装置１０は、図５に示すように、上記溶接がされている時に遮光フィルタ４７をＯＮにし、上記溶接がされていない時に遮光フィルタ４７をＯＦＦにする制御部１４を備える。この制御部１４は、ＣＣＤカメラ４６への光量が過大になる時に、つまり溶接によるアーク光が発生している時に、ＣＣＤカメラ４６への光量を遮光フィルタ４７により抑えるものである。また、この制御部１４は、ＣＣＤカメラ４６への光量が過大にならない時に、つまり溶接によるアーク光が発生していない時に、ＣＣＤカメラ４６への光量を遮光フィルタ４７により抑えないようにするものである。なお、図１のみに示すが、上記周溶接装置１０は、上記ＣＣＤカメラ４６で撮影されている画像を映し出すモニタ６８と、上記制御部１４およびその他溶接ヘッド１１の機器などを操作する操作部６９も備える。
　上記溶接機構４１は、図５に示すように、上記溶接トーチ４２および溶接がされた部分を冷却するために、冷却水（冷媒であればよい）を上記溶接トーチ４２および溶接がされた部分に導く水冷ホース６２（液冷ホースであればよい）を具備する。勿論、上記溶接機構４１は、図１，図６および図７に示すように、上記水冷ホース６２に接続されて冷却水を供給し得る冷媒供給部６３も具備する。この冷媒供給部６３は、上記モニタ６８および操作部６９とともに、操作手段６３，６８，６９を構成する。また、上記水冷ホース６２は、上記回転体１３の操作に必要な電線など（回転体１３とモニタ６８または操作部６９とを接続する）とともに、上述したケーブル群６１を構成する。すなわち、このケーブル群６１は、回転しない構成部材である操作手段６３，６８，６９に一端が接続されるとともに、回転する回転部１３に他端が接続される。このため、上記ケーブル群６１は、上記回転により他の物を巻き込まないために、図６に示すように、上記回転の逆方向に予め管１に巻き付けられる。言い換えれば、上記ケーブル群６１は、管１に周方向の溶接が進むにつれて、すなわち、回転部１３の回転が進むにつれて、図７に示すように、巻き付けられた状態から解かれていくものである。
　上記支持体７１は、図６および図７に示すように、管１に取り付けられた溶接ヘッド１１の位置よりも高い支柱７２と、この支柱７２の上部に設けられて鉛直軸に対して回転自在の指向具７３と、この指向具７３に設けられたバランサー７４と、このバランサー７４で上記ケーブル群６１を吊るための吊り具７５とを有する。この支持体７１は、重量のある上記ケーブル群６１を吊ることにより、管１に固定された固定部１２に対するケーブル群６１の重量の負担を軽減させるものである。また、上記指向具７３により、ケーブル群６１を吊る位置における水平方向の遊びが確保され、上記バランサー７４により、ケーブル群６１を吊る位置における鉛直方向の遊びが確保され、上記吊り具７５により、ケーブル群６１を吊る位置における水平方向および鉛直方向の遊びが確保される。このため、上記支持体７１は、上記ケーブル群６１に想定外の力が作用しても、管１に固定された固定部１２に対する当該力の負担を軽減させるものでもある。
　以下、上記周溶接装置１０を使用する方法について説明する。
　まず、図１に示すように、作業者は、周溶接装置１０における２本のグリップバー１５を把持し、これら２本のグリップバー１５を離間させることにより、２つの半割円筒体１７の他方の円弧端面１９を開く。そして、作業者は、溶接ヘッド１１を管１に取り付ける位置まで移動させた後に、図３に示すように、２本のグリップバー１５を接近させることにより、上記他方の円弧端面１９を閉じる。その後、作業者は、施錠用グリップバー５５を回転させることにより、施錠機構３２に半割円筒体１７を施錠させてから、保持用グリップバー５４を回転させることにより、保持機構２２に管１を保持させ、その後に２本のグリップバー１５を半割円筒体１７から取り外す。一方で、図６に示すように、作業者は、ケーブル群６１を回転部１３の回転の逆方向に予め管１に巻き付けておく。なお、ケーブル群６１は上記支持体７１に吊られているので、管１に固定された固定部１２に対する負担が軽減される。
　次に、作業者は、モニタ６８を見つつ微調整機構の操作により、管１の溶接がされる部分４である開先に、溶接トーチ４２および溶接ワイヤ４４の先端を移動させる。この溶接がされる部分４にＬＥＤライト４５で一定の光量が照射されるとともに、制御部１４により遮光フィルタ４７がＯＦＦにされているので、ＣＣＤカメラ４６への光量が適切になる。このため、上記溶接がされる前であっても、モニタ６８に映し出される画像は良好になる。
　そして、溶接トーチ４２および管１に溶接のための電圧が付加され、ワイヤチップ４３から溶接ワイヤ４４が供給され、さらに回転部１３が回転することで、管１に周方向の溶接が開始される。回転部１３の円弧部材３８には溶接機構４１の主要な構成４２～４７が配置されているので、上記溶接トーチ４２にＬＥＤライト４５、ＣＣＤカメラ４６および遮光フィルタ４７などが随伴する。この溶接がされている時には、溶接がされている部分４に一定の光量がＬＥＤライト４５で照射されるとともに、制御部１４により遮光フィルタ４７がＯＮにされているので、ＣＣＤカメラ４６への光量が適切になる。このため、上記溶接がされている時であっても、モニタ６８に映し出される画像は良好になる。
　そして、開先に必要な層の溶接ビードが形成されると、つまり回転部１３が必要な回数だけ管１の周囲を回転すると、上記溶接が終了される。ここで、上記ケーブル群６１が上記回転の逆方向に予め管１に巻き付けてられているので、図６および図７に示すように、回転部１３の上記回転が進むにつれて、ケーブル群６１が他の物を巻き込むことなく巻き付けられた状態から解かれていく。
　上記溶接が終了した後には、溶接がされた部分４（必要な層の溶接ビードが形成された部分）に一定の光量がＬＥＤライト４５で照射されるとともに、制御部１４により遮光フィルタ４７がＯＦＦにされているので、ＣＣＤカメラ４６への光量が適切になる。このため、上記溶接がされた後であっても、モニタ６８に映し出される画像は良好になる。
　このように、上記周溶接装置１０によると、上記溶接トーチ４２にＬＥＤライト４５が随伴することにより、溶接がされる部分４に一定の光量が照射されるので、上記溶接トーチ４２に随伴するＣＣＤカメラ４６に撮影される画像が良好になり、結果として、工場以外でも管１に周方向の溶接をしながら当該溶接を適切に監視することができる。
　また、上記遮光フィルタ４７により、上記ＣＣＤカメラ４６への光量が調整されるので、ＣＣＤカメラ４６に撮影される画像が良好になり、結果として、工場以外でも管１に周方向の溶接をしながら当該溶接を適切に監視することができる。
　さらに、制御部１４により遮光フィルタ４７のＯＮ／ＯＦＦが制御されるので、溶接がされる前後およびされている時においても、ＣＣＤカメラ４６に撮影される画像が良好になり、結果として、工場以外でも管１に周方向の溶接をしながら当該溶接を適切に監視することができる。
　加えて、溶接機構４１の主要な構成が図５で説明したような位置関係であるから、溶接ワイヤ４４がＣＣＤカメラ４６で明瞭に撮影され、且つＬＥＤライト４５が溶接ワイヤ４４にも適切に照射するとともにＣＣＤカメラ４６の順光となり、このためＣＣＤカメラ４６に撮影される画像が良好になり、結果として、工場以外でも管１に周方向の溶接をしながら当該溶接を適切に監視することができる。
　また、固定部１２が管１に対して固定されるので、溶接がされる部分４とＣＣＤカメラ４６およびＬＥＤライト４５との位置関係が安定し、このためＣＣＤカメラ４６に撮影される画像が良好になり、結果として、工場以外でも管１に周方向の溶接をしながら当該溶接を適切に監視することができる。
　さらに、２本のグリップバー１５が２つの半割円筒体１７にそれぞれ設けられるとともに、それぞれの回転により上記施錠および保持がされるので、管１への溶接ヘッド１１の取り付けが容易になり、工場以外の施工性が悪い場所でも管１に周方向の溶接をしながら当該溶接を適切に監視することができる。
　加えて、水冷ホース６２などのケーブル群６１を吊る支持体７１により、管１に固定された固定部１２に対するケーブル群６１からの負担が軽減されるので、溶接がされる部分４とＣＣＤカメラ４６およびＬＥＤライト４５との位置関係が安定し、このためＣＣＤカメラ４６に撮影される画像が良好になり、結果として、工場以外でも管１に周方向の溶接をしながら当該溶接を適切に監視することができる。
　また、溶接機構４１の主要な構成が図５で説明したような位置関係であるから、すなわち、上記溶接トーチ４２よりも、上記円弧部材３８（回転体１３を構成する）が回転する先側に、ＣＣＤカメラ４６および遮光フィルタ４７が配置されるので、溶接がされている部分４を当該溶接の進行先側から撮影され、結果として、当該溶接の状態に応じて溶接ワイヤ４４の位置を調整することができる。
　ところで、上記実施の形態では、ＣＣＤカメラ４６について詳しく説明しなかったが、撮影する方向を転じるプリズムが設けられてもよい。このプリズムにより、ＣＣＤカメラ４６の配置について設計の自由度が増すので、溶接ヘッド１１が小型化することで施工性の向上につながり、結果として、工場以外でも管１に周方向の溶接をしながら当該溶接を適切に監視することができる。
　また、上記実施の形態では、上記周溶接装置１０の構成として、溶接ヘッド１１の他に支持体７１について説明したが、支持体７１は必須ではなく、溶接ヘッド１１だけでもよい。
　さらに、上記実施の形態では、照明およびカメラの一例として、ＬＥＤライト４５およびＣＣＤカメラ４６について説明したが、これらに限定されるものではなく、他の照明およびカメラであってもよい。
　加えて、上記実施の形態では、冷却水および水冷ホース６２について説明したが、これらに限定されるものではなく、他の冷媒および液冷ホースであってもよい。なお、この冷媒は、溶接トーチ４２および溶接がされた部分まで冷却するものに限られず、少なくとも溶接トーチ４２を冷却するものであればよい。
　また、上記実施の形態では、溶接の対象物としてコイル１について説明したが、これは一例に過ぎず、管であればよい。
　さらに、上記実施の形態では、上記溶接トーチ４２よりも、上記円弧部材３８（回転体１３を構成する）が回転する先側に、上記ＬＥＤライト４５、ＣＣＤカメラ４６および遮光フィルタ４７が配置されるとして説明したが、回転する元側に配置されてもよい。これにより、ＣＣＤカメラ４６の撮影を溶接ワイヤ４４が遮らないので、ＣＣＤカメラ４６に撮影される画像が良好になり、結果として、工場以外でも管１に周方向の溶接をしながら当該溶接を適切に監視することができる。
　加えて、上記実施の形態では、ＬＥＤライト４５、ＣＣＤカメラ４６および遮光フィルタ４７がそれぞれ１つとして図４および図５に示したが、複数であってもよい。

Claims (5)

  1. 　管に周方向の溶接をする周溶接装置であって、
    　上記管の軸心周りに回転する回転体と、
    　上記回転体に固定された溶接トーチと、
    　上記溶接がされる部分に供給される溶接ワイヤと、
    　上記溶接トーチに随伴して上記溶接がされる部分を撮影するカメラと、
    　上記溶接トーチに随伴して上記溶接がされる部分を照射する照明とを備えることを特徴とする周溶接装置。
  2. 　上記溶接がされている部分と上記カメラとの間に配置される遮光フィルタと、
    　上記遮光フィルタを、上記溶接がされている時にＯＮにし、上記溶接がされていない時にＯＦＦにする制御部とを備えることを特徴とする請求項１に記載の周溶接装置。
  3. 　上記溶接ワイヤまたは溶接トーチを供給する方向と上記カメラで撮影する方向とのなす角度よりも、上記照明で照射する方向と上記カメラで撮影する方向とのなす角度が小さいことを特徴とする請求項１または２に記載の周溶接装置。
  4. 　上記管に対して固定されるとともに上記回転体を当該管の軸心周りに回転させる固定部と、
    　作業者に把持されるグリップバーとを備え、
    　上記固定部が、上記グリップバーの操作により上記管を保持する保持機構を有することを特徴とする請求項１または２に記載の周溶接装置。
  5. 　上記回転体を操作する操作手段と、
    　上記回転体と操作手段とを接続するとともに上記回転体の回転の逆方向に上記管に巻き付かせたケーブル群と、
    　上記ケーブル群を吊ることにより上記固定部に対する当該ケーブル群からの負担を軽減する支持体とを備えることを特徴とする請求項４に記載の周溶接装置。
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