JPS6330175A - 狭開先サブマ−ジア−ク溶接機自動倣い装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、厚肉鋼板および厚肉鋳鋼などＵ形開先を設け
、サブマージ溶接により多層溶接を行う場合における狭
開先サブマージアーク溶接機自動倣い装置に関するもの
である。

（従来の技術） 近年溶接構造物の大型化に伴い、溶接継手部の高性能化
および省エネルギー化が盛んに行われてきた。なかでも
狭開先溶接法は、溶接工数、溶接材料、溶接歪などの低
減に宥和であるため開発が進められ、狭開先サブマージ
アーク溶接法（以下ＮＧ−３ＡＷという）および狭開先
ＭＩＧ法などが実用化されている。

厚肉鋼板および厚肉鋳鋼などＵ形開先を設け、ＮＧ−３
ＡＷにより多層溶接を行う場合における開先角度は第９
図に示すように２°〜４°と狭い角度が用いられている
。

ＮＧ−３ＡＷで自動倣いシステムに用いられる開先倣い
センサーとしては、接触式と非接触式があり、接触式に
はスプリングで機械的におしつけるガイドローラ方式、
変位を電気接点などで検出しても電気量に変換するスタ
イラス方式があり、機構は簡便であるが、倣い精度に限
界があり、非接触式には電磁方式、テレビによる画像処
理方式などがあるが、電磁方式はアークの近接が不可で
あり、テレビによる方法はリアルタイム検出が可能であ
るが極めてコスト高となり、接触式センサーが一般的に
使用されているが、まだ開発途上の段階にある。

従来ある倣い装置は浅い開発を対象とした左右倣い装置
が主で、例えば板厚６０ｍｍ位の圧力容器などの開先を
施工する場合、溶接トーチ高さの調整を一周毎に約３〜
５ｍｎ＋溶接ビード高さに合わせて手動で行い、左右倣
いについては、倣いローラからなる検知器を組合わせる
簡単な倣い方法で手動で調整するものであった。上下倣
い検知器は左右倣い検知器を兼用するもので、厚肉開先
の開先底部を倣うまでに至っていない。

従って、狭開先溶接での開先倣い制御は、溶接作業者の
伎關に負わされていた。

（発明が解決しようとする問題点） 肉厚３００ｍｍ　、外径２０００ｍｍ程度の板厚肉円筒
形状にＮＧ−３ＡＷを行う場合、低温割れ防止の目的か
ら１００〜１５０℃の予熱温度を必要とするため、開先
精度維持のためノズル近傍での機器操作が必要となるが
、高温予熱が溶接作業者の集中力の持続を阻害する。

芯線の芯ずれによる溶接欠陥が発生し、溶接欠陥が生ず
ると狭開先のための局部補修不可のため開先の再加工が
必要となり、開先再加工費が高く、開先倣い精度が、溶
接品質、溶接作業性、溶接コストにおよぼす影響は大き
く、特に品質の安定のため溶接作業者が多く必要となる
。

左右倣い検知器は従来から接触式センサー、非接触式セ
ンサーなど種々の倣い手段が試行されたが、深い開先溶
接の場合、倣い位置と溶接アーク位置のずれが生じ、実
用化されていない。またフラックスを用いないＭＩＧ溶
接などの可視アークの場合、テレビカメラを使用して画
像処理する方法なども見受けられるが、制御するまでに
至っていない。さらに上下倣い検知器は左右倣い検知器
で兼用する例はあるが、厚肉開先の開先底部を倣うまで
には至っておらず、溶接トーチの左右倣い。

上下倣いを同時に装着した狭開先ＮＧ−３ＡＷ機の自動
倣い装置が品質の安定、溶接作業性の向上。

溶接コストの低減のため要望されていたが、開先倣い制
御による開先倣い精度に問題があり、試行錯誤の状態で
、一般に普及されるまでに至っていない。

（問題点を解決するための手段） 本発明は、従来技術の有する倣い装置における未解決の
問題点を除去・改善することのできる装置を提供するこ
とを目的とするものであり、特許請求の範囲記載の方法
を提供することによって前記目的を達成することができ
る。すなわち、厚肉鋼板および厚肉鋳鋼などＵ形開先を
設け、サブマージ溶接により多層溶接を行う狭開先サブ
マージアーク溶接機自動倣い装置であって；母材に設け
られたＵ字開先の側面を倣う駆動可能な左右倣い検知器
およびＵ字開先の底部を倣う駆動可能な上下倣い検知器
と； 前記左右倣い検知器と上下倣い検知器により検知された
変位による信号を受ける制御盤と；信号を受けた前記制
？ＩＩＩ盤よりの制御により、前記左右倣い検知器と上
下倣い検知器を、変位に追従させる左右倣い駆動モータ
、上下倣い駆動モータおよび同時に制御盤の制御により
；溶接トーチ左右駆動モータと溶接トーチ上下駆動モー
タを駆動させ、トーチを所定の位置に制御する溶接トー
チ左右駆動手段および溶接トーチ上下駆動手段と； 前記左右倣い検知器、上下倣い検知器および溶接トーチ
を搭載する溶接ヘッドに固着するビームに設けられたテ
レビカメラおよび照明と、テレビカメラにより前記開先
底部を溶接する溶接トーチをモニターするモニターテレ
ビと；前記モニターテレビを監視しながら、前記左右倣
い駆動モータ、上下倣い駆動モータおよび溶接トーチ左
右駆動モータ、溶接トーチ上下駆動モータをそれぞれ手
動にて駆動させる操作盤と； 前記溶接ヘッドと、溶接ヘッドを架構し、溶接へ・ノド
を円滑に駆動して溶接トーチの上下倣いが円滑に駆動で
きるカウンターウェイトを設け、溶接ヘッドを上下に駆
動させる溶接トーチ上下駆動モータと溶接トーチ駆動手
段を含む溶接機架構とを搭載して、溶接機架構を左右に
駆動させる溶接トーチ左右駆動モータと溶接トーチ左右
駆動手段を含む固定盤と； を有する狭開先サブマージアーク溶接機自動倣い装置に
関するものである。

次に本発明の詳細な説明する。

本発明装置は間接接触型左右、上下センサーモニターテ
レビを有する肉厚３００ｍｍまでの円筒溶接が可能な開
先倣い自動制御によるＮＧ−５ＡＷ機の自動倣い装置で
ある。

本発明の自動倣い装置の実施態様例の全体概略図を示す
斜視図である第１図を参照して本発明を説明する。

本発明の装置は、第１図に示すように母材１１に設けら
れたＵ字開先２７の側面を倣う駆動可能な左右倣い検知
器４と、Ｕ字開先２７の底部を倣う駆動可能な上下倣い
検知器２１と、前記左右倣い検知器４と、上下倣い検知
器２１により検知された変位による信号を受ける第２図
に示す制御盤２０と、信号を受けた制御盤２０よりの制
御により前記左右倣い検知器４と上下倣い検知器２１を
変位に追従させる左右倣い駆動モータ５．上下倣い駆動
モータ２２および同時に、制御盤２０の制御により、溶
接トーチ左右駆動モータ１４と溶接トーチ上下駆動モー
タ１５を駆動させ、溶接トーチ６を所定の位置に制御す
る溶接トーチ左右駆動手段２５．溶接トーチ上下駆動手
段２３と、前記左右倣い検知器４．上下倣い検知器２１
および溶接トーチ６を搭載する溶接ヘッド１７に固着さ
れた片持ビーム１に設けられたテレビカメラ２および照
明３と第３図に示すようにテレビカメラにより開先２７
の底部を溶接する溶接トーチ６から突出したワイヤ８が
フラックスノズル７から供給されたフラックス１３にか
ぶらない程度の裸部をモニターする適切な倍率でその倍
率と同じ倍率のスケール９を水平、垂直２方向に印字し
た第２図。

第４図および第５図に示すモニターテレビ１９と。

前記モニターテレビ１９を監視しながら、前記左右倣い
駆動モータ５．上下倣い駆動モータ２２および溶接トー
チ左右倣い駆動モータ１４．溶接トーチ上下倣い駆動モ
ータ１５をそれぞれ手動にて駆動させる第２図に示す操
作盤１０と、前記溶接ヘッド１７と、溶接ヘッド１７を
架構し、溶接へ・ノド１７を円滑に駆動して溶接トーチ
６の上下倣いが円滑に駆動できるカウンターウェイト２
４を設け、溶接ヘッド１７を上下に駆動させる溶接トー
チ上下倣い駆動モータ１５と溶接トーチ上下駆動手段２
３を含む溶接機架構１６とを搭載して、溶接機架構１６
を左右に駆動させる溶接トーチ左右駆動モータ１４と溶
接トーチ左右駆動手段２５を含む固定盤とを有する装置
である。

前記左右倣い検知器は、第６図に示すようにＵ字開先２
７上部側面に配設されるピン１２を有するセンサーアー
ム１８の先端に設けられた倣いローラ２８と１．前記ピ
ン１２を中心に倣いローラ２８の反対側にストライカ−
２９を設け、倣いローラ２８の動きをセンサーアーム１
８によって、ピン１２を介して回転変位に変えられ、ス
トライカ−２９が移動して、接触式センサー３０から信
号を前記第２図の制御盤に送り、制御盤２０の制御によ
り左右倣い駆動モータ５を駆動し、同時に制御盤２０の
制御により、溶接トーチ左右駆動モータ１４を駆動して
溶接トーチ６を所定の位置に制御させる接触式センサー
３０を有し、倣いローラ２８の接触度合を調整するバネ
３１および左右方向のオーバーラン防止用のリミットス
トライカ−３２，リミットスイッチ３３を有する構造と
なっている。

前記上下倣い検知器は、第７図に示すようにＵ字間先２
７底部に配設されるピン１２を有するセンサーアーム１
８の先端に設けられた倣いローラ２８と、前記ピン１２
を中心に倣いローラ２８の反対側にストライカ−２９を
設け、倣いローラ２８の動きは、センサーアーム１８に
よってピン１２を介して回転変位に変えられ、ストライ
カ−２９が移動して接触式センサー３０から信号を前記
第２図の制御盤２０に送り制御盤２０の制御により、上
下倣い駆動モータ２２を駆動し同時に制御盤の制御によ
り、溶接トーチ上下駆動モータ１５を駆動して溶接トー
チ６を所定の位置に制御させる接触式センサー３０を有
し倣いローラ２８の接触度合を調整するバ皐３１および
上下方向のオーバーラン防止用のリミットストライカ−
３２，リミソトスイ・ノチ３３ををする構造となってい
る。

本発明の自動倣い装置の実施態様例の上下倣い検知器２
１の上下方向有効ストロークは３００ｍｍ。

左右倣い検知器４の左右方向有効ストロークは３０ｍｍ
、　７容接トーチ倣い左右駆動手段２５の有効ストロー
クは３５０ｍｍ、同様に）８接トーチ上下駆動手段２３
の有効ストロークは４００ｍｍとした。

第２図は本発明の装置の系統図である。左右倣い検知器
４と上下倣い検知器２１で検知したそれぞれ左右、上下
の変位は制御盤２０内に入り、それによって左右倣い駆
動モータ５と上下倣い駆動モータ２２を動かし、同時に
溶接トーチ左右駆動モータ１４と溶接トーチ上下駆動モ
ータ１５にも人力され、左右倣い検知器４および上下倣
い検知器２１で検知した倣い面との変位が補正され、溶
接トーチが正しい位置に制御される。

第３図はテレビカメラ２と開先内の位置関係を示す断面
図である。溶接作業者は、溶接トーチ６から突出したワ
イヤ８がフラックスノズル７から供給されたフラックス
１３にかぶらムい程度の第３図に示す記号ｍが約５ｍｍ
の裸部分をモニターする。

第４図は１層１パスの場合で、溶接トーチ６はＵ形開先
の中央にある状態を示す。

第５図は１層２バスの場合で、１パス目の溶接トーチ６
の位置がＵ形開先左側面から右側に、図に示す記号ｎが
４〜６ｍｍの位置にずれている状態を示す。同じように
溶接トーチ６は２バスにおいてＵ形開先右側面から左側
にずれた位置に置かれる。この場合自動溶接中は溶接ト
ーチ倣い用駆動装置によって溶接トーチ６は自動的に倣
われるが、操作盤１０による手動に切替えて、遠隔操作
により溶接トーチ６を所定の位置に駆動させる。

本発明の装置を用いると左右、上下倣い検知器の接触セ
ンサーは間接接触型であるため接触センサーが溶接熱に
影響されず、倣いローラ、センサーアームの形状を小さ
くすることによりＵ形開先底部の溶接ビード直上を倣い
、倣い精度を向上させ、肉厚３００ｍｍまでのＮＧ−３
ＡＷが、溶接開始から終りまでモニターテレビを目視監
視しながら高温予熱の影響がなく溶接開始から終りまで
遠隔操作が可能で、■パス１層溶接時、作業者は一人で
も可能であり、高温作業までの長時間溶接作業による作
業者の肉体的、精神的負担を減少させ溶接作業性の大幅
な向上が可能となり、予熱管理。

施工管理が十分に行われ、品質の安定、溶接コストの低
減が可能となった。

次に本発明を実施例について説明する。

（実施例） 供試材はタワリンク材として使用される５ＦＶＱ２Ｂ材
の化学成分１機械的性質、熱処理条件を第１表に、被溶
接物および狭開先継手形状を第８図［ａｌ、　（ｂ）に
示す。狭開先継手形状を第８図（ｂｌに示すように倣い
ローラ２８の接触位置になるようにすることにより、狭
開先２７の上部をサブマージアーク溶接する際、倣いロ
ーラ２８がフラックス１３に影響されず、また倣いロー
ラ２８と溶接トーチ６がテレビカメラ２で揚る場合型な
り合って、溶接トーチ６が見えな（なることを防止でき
、狭開先上端まで自動溶接ができる。

溶接材料は通常７０ｋｇ／ｍの２を使用する所であるが
、在庫の関係で６０ｋｇ／ｍｍ”級ＫＢ−１２０ＸＫＷ
−１００８を使用した。溶接金属の化学成分５機械的性
質を第２表に示す。

溶接はワイヤ径φ４．大型コイル７５ｋｇ巻と２５ｋｇ
巻を使用し、２人の溶接作業者で溶接した。溶接条件を
第３表に示す。

前記被溶接物をターニングローラ上に置き、回転させな
がら、ＮＧ−３ＡＷを施した。溶接作業者、溶接オペレ
ーターは常にフロア上のモニターテレビの前にあり、も
う−人の作業者はフラックスの供給、スラグ研り、スラ
グの清掃、２バス１層時の移行タイミングの指示を行っ
た。溶接はアーク中断その他の問題もなく円滑に終了し
、欠陥は全く認められず溶込みも均一であった。

（発明の効果） 本発明によるＮＧ　　ＳＡＷ溶接機自動倣装置は、左右
、上下倣い検知器の接触式センサーは、間接接触型であ
るため、接触式センサー力り容接熱に影響されず、倣い
ローラ、センサーアームの形状を小さくすることにより
Ｕ形開先底部の溶接ビード直上を倣い、倣い精度を向上
させ、肉厚３００ｍｍまでのＮＧ−３ＡＷが、溶接開始
から終りまでモニターテレビを目視監視しながら高温予
熱の影響がなく、溶接開始から終りまで遠隔作業が可能
で、高温作業での長時間溶接作業による作業者の肉体的
、精神的負担を減少させ、溶接作業性の大幅な向上が可
能となり、予熱管理、施工管理が十分に行われ、品質の
安定、溶接コストの低減が可能となり、その効果は極め
て大きい。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明のＮＧ−３ＡＷ溶接機自動倣い装置の実
施態様例の全体概略図を示す斜視図。 第２図は本発明の装置の系統図。 第３図は、テレビカメラと開先内の位置関係を示す断面
図。 第４図は１層１バス溶接時のモニター画面を示す図。 第５図は１層２パス溶接時のモニター画面を示す図。 第６図は本発明の左右倣い装置全体概略図。 第７図は本発明の上下倣い装置全体概略図。 第８図（ａ）、　（ｂｌはそれぞれ実施例に用いた被溶
接物体および狭開先継手形状を示す縦断面図。 第９図はＮＧ−３ＡＷにより多層溶接を行う場合の狭開
先被溶接物体の縦断面図を示す図である。 ｌ・・・ビーム、　　２・・・カメラ、　　３・・・照
明。 ４・・・左右倣い検知器、　　５・・・左右倣い駆動モ
ータ。 ６・・・ワイヤ、　　９・・・スケール、１０・・・操
作盤。 １１・・・母材、　　１２−・・ピン、１３・・・フラ
ックス１１４・・・溶接トーチ左右駆動モータ。 １５・・・溶接トーチ上下駆動モータ。 １６・・・溶接機架構、１７・・・溶接ヘッド。 １８・・・センサーアーム、１９・・・モニターテレビ
。 ２０・・・制？１１１盤、２１・・・上下倣い検知器１
２２・・・上下倣い駆動モータ、２３・・・溶接トーチ
上下駆動手段１２４・・・カウンターウェイト２５・・
・溶接トーチ左右駆動手段、２６・・・固定盤。 ２７・・・Ｕ形開先、２８・・・倣いローラ。 ２９・・・ストライカ−９３０・・・接触式センサー。 ３１・・・バネ、３２・・・リミットストライカ−１３
３・・・リミットスイッチ。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、厚肉鋼板および厚肉鋳鋼などＵ形開先を設け、サブ
   マージ溶接により多層溶接を行う狭開先サブマージアー
   ク溶接機自動倣い装置であって： 母材に設けられたＵ字開先の側面を倣う駆動可能な左右
   倣い検知器およびＵ字開先の底部を倣う駆動可能な上下
   倣い検知器と； 前記左右倣い検知器と上下倣い検知器により検知され変
   位による信号を受ける制御盤と； 信号を受けた前記制御盤よりの制御により、前記左右倣
   い検知器と上下倣い検知器を、変位に追従させる左右倣
   い駆動モータ、上下倣い駆動モータおよび同時に制御盤
   の制御により、溶接トーチ左右駆動モータと溶接トーチ
   上下駆動モータを駆動させ、トーチを所定の位置に制御
   する溶接トーチ左右駆動手段および溶接トーチ上下駆動
   手段と； 前記左右倣い検知器、上下倣い検知器および溶接トーチ
   を搭載する溶接ヘッドに固着するビームに設けられたテ
   レビカメラおよび照明と、テレビカメラにより前記開先
   底部を溶接する溶接トーチをモニターするモニターテレ
   ビと； 前記モニターテレビを監視しながら、前記左右倣い駆動
   モータ、上下倣い駆動モータおよび溶接トーチ左右駆動
   モータ、溶接トーチ上下駆動モータをそれぞれ手動にて
   駆動させる操作盤と； 前記溶接ヘッドと、溶接ヘッドを架構し、溶接ヘッドを
   円滑に駆動して溶接トーチの上下倣いが円滑に駆動でき
   るカウンターウェイトを設け、溶接ヘッドを上下に駆動
   させる溶接トーチ上下駆動モータと溶接トーチ駆動手段
   を含む溶接機架構とを搭載して、溶接機架構を左右に駆
   動させる溶接トーチ左右駆動モータと溶接トーチ左右駆
   動手段を含む固定盤と； を有する狭開先サブマージアーク溶接機自動倣い装置。 ２、前記左右倣い検知器は、Ｕ字開先側面に配設される
   ピンを有するセンサーアームの先端に設けられた倣いロ
   ーラと；前記ピンを中心に倣いローラの反対側に設けら
   れたストライカーと； 倣いローラの動きをセンサーアームによってピンを介し
   て回転変位に変えてストライカーを移動させて、接触式
   センサーからの信号を制御盤に送る接触式センサーと；
   倣いローラの接触度合を調整するバネおよび左右方向の
   オーバーラン防止用のリミットストライカー、リミット
   スイッチと；を有する特許請求の範囲第１項記載の装置
   。 ３、前記上下倣い検知器は、Ｕ字開先底部に配設される
   ピンを有するセンサーアームの先端に設けられた倣いロ
   ーラと；前記ピンを中心に倣いローラの反対側に設けら
   れたストライカーと；倣いローラの動きをセンサーアー
   ムによってピンを介して回転変位に変えストライカーを
   移動させて、接触式センサーから信号を制御盤に送る接
   触式センサーと；倣いローラの接触度合を調整するバネ
   および左右方向のオーバーラン防止用のリミットストラ
   イカー、リミットスイッチと；を有する特許請求の範囲
   第１項記載の装置。