JPS5820704B2 - 略半球体の連続肉盛自動溶接方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は略半球体の連続肉盛自動溶接方法に関するもの
である。

従来、加熱器、反応器、圧力流体保有容器等には、たと
えば半球体、ボール型等、球体の一部形状を有する球体
溶接構造物が圧力容器の全体としてまたはその一部とし
て使用されている。

そして、球体溶接構造物の内面には耐触性あるいは耐熱
性の合金による肉盛溶接が行なわれることが多いが、従
来、この内面肉盛溶接は、球体の球心を中心として半球
体の被溶接物を回転しながら常に下向きに手動で溶接を
行なう方法が用いられている。

この方法におハては、内面肉盛溶接は被溶接物が１回転
するごとに溶接作業を一旦終了させて停止したのち、被
溶接物を所定の角度傾斜させてっぎの同心円上に溶接作
業を行なうようになっている。

しかし、上記溶接作業では被溶接物が１回転するごとに
一旦停止させてつぎの同心円上に移動するようになって
いるため、同Ｂ円上における溶接の始端部と終端部との
間に溶接残し部分ができたりする。

この場合にはこの部分の手直し溶接作業が必要となる。

また、溶接の終端部を始端部にラップさせると、そのラ
ップ部分の手直し作業に時間がかかるという欠点を有し
ていた。

本発明は上記従来の欠点に鑑みてなされたもので、半球
体の開口面を回転テーブルの上面とほぼ平行になるよう
にして固着するとともに、溶接ヘッドを半球体の球心を
通る垂直軸線上に設定して回転テーブルを回転しながら
溶接を行ない、溶接が同心円上をほぼ１回転して所定位
置までくるとこれを検知部で検知し、検知部からの信号
により回転テーブルを半球体の球心を含む軸を回転中心
として所定の傾斜速度で、かつ所定変位傾斜角度に回転
させる間に溶接をつぎの同心円上までラセン状に変位さ
せるようにして、従来のごとく回転テーブルの１回転ご
とに溶接を停止する必要がなく連続して溶接を行なうこ
とができるようにした略半球体の連続肉盛自動溶接方法
を提供しようとするものである。

つぎに、本発明を一実施例である図面にしたがって説明
する。

第１図から第５図において、１は略半球体の連続肉盛自
動溶接装置で、本１装置１は主としてポジショナ−２、
マニプレータ２３、溶接装置３５、および、制御装置４
８とから構成されている。

上記ポジショナ−２は、回転テーブル３、アクスル４、
セクタギヤ５、アーム６およびフレームＴとから構成さ
れている。

上記回転テーブル３は第４図に示すように、はぼ正六角
形状をなし、その上面の対角位置には３個の受台８と、
上部に突出部１０を有する６個のクランプ用治具９とが
設けられており、また、その下面の中心部には歯車１１
と、中央に被溶接物を予熱するだめのバーナー挿入孔を
有するキングピン（いずれも図示せず）とが固着されて
おり、キングピンを介してアクスル４に回転可能に支承
されている。

上記アクスル４は、箱形状をなし、その両端には、上記
セクタギヤ５とアーム６とが固着されており、セクタギ
ヤ５とアーム６との上端外側には、軸１３がそれぞれ固
着されており、上記フレーム７の上面に設けられた支持
台７ａの上端で回転可能に軸支されている。

アクスル４の側部にはモータ１４と、これと連結され上
部に歯車１６を有する減速機１５とが設けられており、
歯車１６は上記回転テーブル３の下面に固着された歯車
１１と噛合している、 上記フレーム７ば、枠組されたほぼ四辺形状をなし、そ
の上面にはモータ１７と、これと連結され歯車１９を有
する減速機１８とが設けられており、歯車１９は上記セ
クタギヤ５と噛合している。

そして、フレーム１の適宜な位置には、作業用踊場２０
とタラップ２１が設けられており、また上記支持台７ａ
の上方には赤色警報灯２２が設けられている。

上記マニプレータ２３は主として定置台２４゜コラム２
５、クロスヘッド３０およ上ブーム３２とから構成され
ている。

定置台２４は、床面に固着され内部にはモータ（図示せ
ず）が設けられており、上面には上記コラム２５が回転
可能に支持されている。

コラム２５は、鋼板製ボックス形状の２本の柱からなり
、上部には踊場２６が設けられており、踊場２６の上部
にはモータ２７と赤色警報灯２８とが設けられ、下部に
は昇降梯子２９が設けられている。

また、上部および下部の適宜位置にはリミットスイッチ
（図示せず）が設けられている。

クロスヘッド３０は、鋼板製ボックス形状をなし、ガイ
ドローラ３１ａによりコラム２５０２本の柱間を上下動
可能に装着されている。

そしてチェーン２７ａを介してモータ２７に連結されて
おり、上記モータ２７の駆動によりガイドローラ３１ａ
を介してコラム２５に沿って上下動するとともに、コラ
ム２５の上、下部に設けたリミットスイッチにより上下
動の終端位置を制限されている。

まだ、クロスヘッド３０の内部にはブーム３２が水平方
向へガイドローラ３１ｂで移動可能に支持されている。

上記ブーム３２は、鋼板製ボックス形状をなし、その先
端部には作業者が搭乗できる作業台３３が設けられてお
り、作業台３３の下部には支持金具３４を介して溶接装
置３５が設けられている。

このブーム３２は、上記クロスヘッド３０に設けられた
図示しないモータの１駆ｔ）ｆｆよりガイドローラ３１
ｂで案内され、かつ、図示しないリミットスイッチで一
定範囲内で水平方向へ移動可能となっている。

上記溶接装置３５は主として溶接ヘッド３６、フープリ
ール（図示せず）、フラックス散布機３７、フラックス
回収機３８および溶接電源３９とから構成されている。

溶接ヘッド３６の上部には、フラックスを収納するホッ
パ４１とその供給口を開閉するシリンダ４２とを有する
フラックス散布機３７が設けられている。

まだ、溶接ヘッド３６に電極のフープを供給するフープ
リールは上記ポジショナ−２の適宜な場所に設けられた
架台（図示せず）に固着されている。

上記フラックス回収機３８は、内部にクイ／１ター（図
示せず）を有し、下部にダンパー４４を備えた回収機本
体４３とブロワ−４５とから構成されており、これらは
ホース４６を介して接続されるとともに、回収機本体４
３が上記ブーム３２内を貫通したホース４７を介して溶
接ヘッド３６と接続している。

上記制御装置４８：、地上で操作可能な主操作盤４９と
、ボータプル操作可能なポジショナ−操作盤５０とマニ
プレータ操作盤５１、および、制御盤とから構成されて
いる。

ポジショナ−操作盤５０とマニプレータ操作盤５１とは
上記マニプレータ２３のブーム３２先端部に設けられた
作業台３３に設けられており、切替えることによって上
記各操作盤、４９，５０．５１が単独に操作することが
できるようになっている。

主操作盤４９は自立鋼板製のテスタ形、防塵形になって
おり、主操作盤４９には、操作電源用キースイッチ、３
ケ所操作切換用スイッチとその表示と、ポジショナ−関
係盤面として各電動機電流計、回転テーブル３の傾斜角
度および回転数の表示、ポジショナ−の回転および傾斜
の表示と、マニプレータ操作盤面としてブーム３２の水
平方向の移動（早送り）昇降、旋回用各折ボタンと、溶
接関係盤面、および、制御盤として各電動機制御装置、
溶接条件指示記録装置等の必要な計器類が設けられてい
る。

まだ、ポジショナ−操作盤５０およびマニプレータ操作
盤５１にも上記同様、必要な計器類等がそれぞれ設けら
れている。

つぎに、上記構成からなる略半球体の連続肉盛自動溶接
装置１の操作を説明する。

まず、半球体の被溶接物５２をポジショナ−２の回転テ
ープＡ３上面に設けられた３個の受台８上に被溶接物５
２０球心を含む開口面５２ａが回転テープＡ３と平行に
なるように載置したのち回転テーブル３上面に設けた６
個のクランプ用冶具９上部の突出部１０を面５２ａに係
止して固着する。

そして、フレーム７に設けたモータ１７を起動し、歯車
１９とセクタギヤ５との噛合により軸１３を支点として
回転し、回転テープＡ３が水平方向に対して９０°度に
なるように傾斜させる。

ついで、マニプレータ２３の定置台２４内に設けたモー
タを起動してコラム２５を回転するとともに、コラム２
５の上部に設けたモータ２７を駆動してクロスヘッド３
０を上昇まだは下降させてブーム３２の軸線を被溶接物
５２の球心方向と一致させる。

同時に所定の高さに位置させたのち、クロスヘッド３０
に設けだモータを起動してブーム３２を水平方向に移動
し、図中の実線で示す位置から点線で示す位置まで前進
させて、溶接装置３５の溶接ヘッド３６が被溶接物５２
の球心を含む垂直線上に位置するように設定する。

そして、溶接装置３５の溶接ヘッド３６に所要の帯状電
極（フープ）を、また、フラックス散布機３７にフラッ
クスをそれぞれ供給することによって溶接準備が完了す
る。

つぎに、本装置１による溶接制御法について説明する。

第６図はこの溶接制御システムを図示しだもので、指令
溶接速度（Ｓ）、被溶接物の内径［Ｆ］）、帯状電極の
巾住）、変位移行ビード長（Ｇ）と、第７図に示すポジ
ショナ−の傾斜角検出装置で検出された回転テーブル３
の垂線Ｐに対する傾斜角（のをインプットし、これを計
算機５３によって所定の演算を行ない、その結果を回転
テーブル３の回転用電動機ガバナー５４および同傾斜用
ガバナー５７にアウトプットして回転テーブルの回転速
度および傾斜速度を制御することにより、所定の溶接制
御を行なうようにしているので、以下にこの内容につい
て詳細に説明する。

まず、連続した肉盛ビードを形成するには、全体が非同
心円の渦巻状のビードを形成する方法と、大部分が同心
円で一部分に内外同心円に移行する変位部のあるビード
を形成する方法の２通りが考えられるが、前者は溶接制
御が極めて複雑となり、それだけ装置が大型化しかつ高
価になることから実用的ではない。

一方後者には、第８図Ａに示すように内外同心円への変
位部の移行長さＧを一定にする方法と同図Ｂに示すよう
に変位移行部の角度αを一定にする方法が考えられるが
、Ｂの場合には変位部の角度βが内側にいくほど小さく
なるので、第８図Ｃに示すように、一定の帯状電極巾Ｔ
によって形成される肉盛ビード１００，１００’のビー
ド巾ｌ 、 ｌ’は、内側はど狭くなる傾向を示す。

したがって、もしビード１００，１００’の各溶接速度
ｖ、ｖ’が等しければ、両ビード１００゜１００１の単
位時間当りの肉盛量は同一であるから、ビード１００′
の方がビード１００よりも肉厚ビードとなる。

これを防止するだめには、角度βの変化によって、溶接
速度を制御せねばならずきわめて複雑な制御が必要とな
る。

ところが第８図Ａに示した方法であれば、変位移行部の
角度βは一定であるから、この部分の速度は一定でよい
ことになる。

したがって溶接が外側同心円から内側同心円への起点Ｘ
に達すると、リミットスイッチ（図示せず）で検知しテ
ーブル傾斜用電動機ガバナー５７に指令を与え回転テー
ブル３はＲ＝−πＤ ・−で演算された傾斜速度Ｒで傾斜を開始するとと４に
、その時の回転テープＡ３の傾斜角度θと、傾動中の角
度θ′とから変位傾斜角度△θ＝θ′−θを求め、この
値を一致回転５９に送信する。

一致回転５９では、与えられた溶接条件に基づいて演算
された△θ＝ −Ｘ ３６０ と比較し、両者が一πＤ 致するとその信号を、比較器５６に送り、テーブル傾斜
用ガバナー５７にモーター７の停止命令を出す。

このようにして外側同心円から内側同心円へと変位する
が、との渡位置は変位移行ビード長さＧを一定とするこ
とにより△θによって正確かつ簡単に管理されることに
なる。

この状態を示しだものが第９図であり、内外同心円ビー
ド間は、球心Ｏに対し△θ変化している。

つぎに同心内部の溶接制御について説明すると第１図か
ら明らかなように、溶接が外側から内側へと進行するに
つれて、前述の通り回転テーブル３を傾斜させる結果、
溶接部の直径ｄもθとともに変化することになるが溶接
速度は一定でなければならないから、溶接部における周
速度が一定となるように回転テーブル３０回転数γを制
御する必要がある。

ところで、溶接ねらい位置が第１０図Ａのごとく、被溶
接物５２の最下点Ｑをねらうように設定されると、スラ
グが先行してスラグの巻き込みなどの溶接欠陥を生じ易
くなるので、同図Ｂのように被溶接物５２０回転方向に
対して最下点Ｑよりも後方位置に点ねらって溶接するこ
とが必要となり、通常このに点は、Ｋ点の接線の水平線
に対する角度が１°前後となる点が選定される。

このように、球心を通る線から変位させて電極を配置し
て溶接を行ない、溶接速度は実際のアーク点の周速度が
一定となるように制御されると第１１図に示すような問
題が生じる。

すなわち、帯状電極の中心線とのずれをｌとしたとき、
このずれｌは外側同心円ビードｂ１に対しても内側同心
円ビードｂ２に対しても一定であり、帯状電極巾Ｔも一
定であるから、ビードｂ１．ｂ２のビード巾’Ｗ１ ｅ
ｗ２はＷｌ ＞ｗ２となる。

したがって、両ビードの溶接速度が等しければ、その他
の溶接条件も一定であるから、溶着金属量は同一となり
、内側ビードｂ２の肉感厚さは、外側ビードｂ１のそれ
よりも大となる。

肉盛溶接においては、肉盛厚さを均一に保つことは、肉
盛金属の成分の均一性を保持する観点からも欠くべから
ざる要件であるので、溶接速度を実際の溶接点の速度が
一定となるように制御することはできないことになる。

そこで、本発明ではつぎのごとき特殊な制御方法を採用
している。

すなわち第１２図において、Ｂ図はＡ図のＢ−Ｂ断面図
であり、実際の溶接点はに点であるが、球心０を通る垂
線Ｐと被溶接物５２との交点Ｊが溶接点であると仮想し
、この５点における被溶接物５２の接線速度が一定とな
るように被溶接物５２の回転数γを制御する。

被溶接物５２の回転軸からに点、５点に致る距離ｍ １
ｍ ｍ ２はｍ２＜ｍｌであるためい５点の周速度２
πｍ２γを一定とすると、Ｋ点における実際の溶接速度
は内側に行くほど芋くなる。

これに対し、ビード巾は内側に行くほど狭くなＷで、溶
接速度の増加分と、ビード巾の減少分とが相殺し、内外
同心円肉盛ビードの肉盛厚さはほぼ一定となり、均一な
溶接を行なうことができるのである。

たとえば、被溶接物の直径Ｄ＝ ３８００ｍｍ、帯状電
極巾Ｔ ＝ ５０ ｍｖｔ、最終内径２００ ｍｒｎ、
最終傾斜角θｍａｘ＝８７°、に点をＱ点より１°昇り
勾配の点という条件で溶接を行なった場合、最内同心円
ビードのビード巾ｂ１ｎｖｔは、最外同心円ビードのビ
ード巾ｂｍａｘに比して約５．４２％程度狭くなるが、
溶接速度は逆に約５．３７ ％程度速くなっているので
、互いに相殺され、ビード高さはほぼ一定となっている
。

以上説明した通り、本発明においては、指令溶接速度Ｓ
、被溶接物内径Ｄ、帯状電極巾Ｔ、内外同心円ビード間
の変位移行ビード長Ｇを定数として計算機５３にインプ
ットし、ポジショナ−２に設けられた傾斜角検出機構で
測定された傾斜角θを常時検出してこれも上記計算機５
３にインプットし、溶接ヘッドは、被溶接物最下点から
その回転方向の若干後方に位置させ、同心内部の肉盛溶
接は、上記インプットテータに基づいてγ＝Ｓ／πＤｃ
ｏｓθで計算された回転数γで回転テーブル３を回転さ
せるべく、テーブル回転用ガバナー５４に指令を出し、
外側同心円から内側同心円に移行する部分では、その位
置をポジショナ−２に設けられたリミットスイッチで検
知し、この信号によって、Ｔ Ｒ＝−・−で計算された傾斜速度Ｒで回転チーπＤＧ プル３を傾動させるべく、テーブル傾斜用電動機ガバナ
ー５７に指令を出し、かつ傾梨中も、傾斜角θ′を検出
して、テーブル回転速度γをγ＝ＳΔのｃｏｓθ′で計
算してその回転数を刻々制御するとともに、傾動前の傾
斜角θとの差△θ＝θ′−θを計算し、この差が上記イ
ツプットテータに基づいて計算された△θ＝ −Ｘ３６
０と一致するか否かをπＤ 比較器５６で判断し、両者が一致すると、テーブル傾斜
用電動機ガバナー５７に、停止命令を出す。

このようにして、変位移動距離一定で外側から内側への
移行を完了し、その完了した時の傾斜角度θ′を用いて
γ＝Ｓ／πＩ）ｃｏｓθ′で計算された速度で回転テー
フ゛ル３を回転させて内側同心円部の肉盛溶接を行なう
。

上記作動を繰返すことによって略半球体の被溶接物５２
の内面に外側同心円から内側同心円の方向へ設定された
溶接速度で連続肉盛溶接を行なうことができる。

なお、第６図において、回転テーブル３の実際の回転は
テーブル検知手段５５で検出され、検出された実際の回
転数γ′の信号が上記テーブル回転用電動機ガバナー５
４に送られると同時に計算機５３に入力され、上記信号
によりテーブル回転用電動機ガバナー５４が作動して回
転テーブル３の回転数をフィードバック制御する。

一方上記入力により計算機５３ば、上記回転テーブル３
の実際の回転数γ′による溶接装置３５の実際の溶接速
度Ｓ／＝γ′πＤＣＯ３θ′を計算してこれを表示する
。

また、回転テーブル３の実際の傾斜速度も検知手段５８
で検知され、その検出信号が上記テーブル傾斜用電動機
ガバナー５７にフィードバックされ、回転テーブル３を
設定された速度Ｒで傾斜させるようになっている。

以上の説明から明らかなように本発明は、回転並びに傾
動自在な回転テープＡを有するポジショナ−に、該回転
テーブルの回転中心線および傾動中心線が球心を通るよ
うに略半球体を保持させ、マニプレータに位置調整自在
に保持された溶接ヘッドから送給される帯状電極のアー
ク点が、上記回転テープＡに保持された略半球体の最下
点からその回転方向若干後方に位置するように下記ヘッ
ドを配置し、ポジショナ−動作制御用計算機に、指令溶
接速度（Ｓ）、略半球体の内径［Ｆ］）、帯状電極の巾
（Ｔχ 変位移行ビード長（Ｇ）ｋよびポジショナ−に
設けた傾斜角検出機構からの回転テーブルの傾斜角（θ
）をインプットし、計算機により計算される回転テーブ
ル回転数（γ）γ＝Ｓ／πＤｃｏｓθと、回転テーブル
傾斜速度（Ｒ）Ｒ＝ＳＴ／πＤＧと、移行時変位角（へ
）の△θ＝３６０Ｔ／πＤとをアウトプットさせ、これ
らによって上記ポジショナ−の動作を制御しつつ溶接す
るようにしたため、略半球体の内面に所定の溶接速度で
一定肉盛厚さの肉盛溶接を行なうことができ、また、内
外同心円ビード間の変位移行ビードＧを一定とし、ポジ
ショナ−に設けた傾斜角検出機構で回転テープＡの傾斜
角θを常時検出してこれを計算機にインプットし、計算
機による計算値によって、回転テーブルの回転数（１）
、傾斜速度（２）、および移行時変位角（へ）０斤制御
させるようにしたため、従来のごとく回転テーブルの１
回転ごとに溶接作業を停止することがなく、外側同心円
から内側同氾朽までほぼらせん状に、かつ自動的に連続
して肉盛溶接を行なうことができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明にがかる略半球体の連続肉盛自動浴接装
置の正面図、第２図は第１図の■−■線断面図、第３図
から第５図は第１図におけるポジショナ−を示す図面、
第３図は側面図、第４図は平面図、第５図は正面図、第
６図は制御方法のブロック図、第７図は略半球体（被溶
接物）と回転テーブルとの傾斜状態および回転テーブル
の回転状態を示す断面図、第８図Ａ、Ｂは略半球体内面
における肉盛溶接の外側同心円から内側同心円への移行
部を示す平面図、同図Ｃは移行部の拡大図、第９図は回
転テーブルの変位傾斜角度△θと変位傾斜速度Ｒとを示
す断面図、第１０図は溶接ヘッドの位置を示す概略図、
第１１図は溶接ヘッドの位置の内外肉盛ビードのピード
巾との関係を示す説明図、第１２図は溶接位置と速度制
御位置との関係を示す説明図である。 １・・・略半球体の連続肉盛自動溶接装置、２・・・ポ
ジショナ−１３・・・回転テーブル、２３・・・マニプ
レ−タ、３５・・・溶接装置、３６・・・溶接ヘッド、
４８・・・制御装置、５２・・・被溶接物（略半球体）
、５３・・・計算機、５４・・・回転用電動機ガバナー
、５５・・・テープＡ検知手段、５７・・・テーブル傾
斜用電動機ガバナー、５８・・・検知手段、０・・・球
心、θ・・・最下点、Ｋ・・・後方位置、Ｘ・・・起点
。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 略半球体の内面に、同心円肉盛ビードと内外同心円
   肉盛ビードを連続する変位部移行ピードとからなる肉盛
   ビードを連続肉盛自動溶接する方法であって、回転並び
   に傾動自在な回転テーブルを有するポジショナ−に該回
   転テーブルの回転中心線および傾動中心線が球心を通る
   ように略半球体を保持させマニプレータに位置調整自在
   に保持された溶接ヘッドから送給される帯状電極のアー
   ク点が、上記回転テーブルに保持された略半球体の最下
   点からその回転方向若干後方に位置するように上記−ラ
   ドを配置し、ボジショ丈−動作制御用計算機に、指令溶
   接速度吃）、略半球体の内径［Ｆ］）、帯状電極の巾（
   Ｔ）変位移行ビード長（Ｇ影よびポジショナ−に設けた
   傾斜角検出機構からの回転テーブルの傾斜角（！９）を
   インプットし、γ＝Ｓ／πＤｃｏｓθと計算される回転
   テーブル回転数（γ）と、Ｒ＝ｓＴ／πＤＧで計算され
   る回転テーブル傾斜速度（Ｒ）、△θ＝３６０’ｌ’／
   πＤで計算される移行時変位角（△θ）とをアウトプッ
   トし、これによってポジショナ−の動作を制御しつつ溶
   接することを特徴とする略半球体の連続肉盛自動溶接方
   法。