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発明の名称 TIG溶接装置
発行国 日本国特許庁(JP)
公報種別 公開特許公報(A)
公開番号 特開平10−249530
公開日 平成10年(1998)9月22日
出願番号 特願平9−58761
出願日 平成9年(1997)3月13日
代理人 【弁理士】
【氏名又は名称】北村 修 (外1名)
発明者 原 裕司 / 末澤 伸也 / 木村 充志
要約 目的


構成
特許請求の範囲
【請求項1】 溶接電極と溶加棒送給部とを溶接機本体に設けてあるTIG溶接装置であって、前記溶接電極を、母材に対して高さ調節自在となるよう電極高さ調節手段を介して前記溶接機本体に取り付けると共に、前記溶加棒送給部を、前記溶接電極とは独立に母材に対して高さ調節自在となるよう溶加棒高さ調節手段を介して前記溶接機本体に取り付け、前記電極高さ調節手段と前記溶加棒高さ調節手段とを独立に動作させる制御手段を有するTIG溶接装置。
【請求項2】 母材に対する溶接電極の位置を検出するためのレーザセンサを前記溶接機本体に備えてある請求項1に記載のTIG溶接装置。
【請求項3】 パイプどうしの周方向突合せ溶接を、横置きした前記パイプの周囲に設けたガイド手段に沿って前記溶接機本体を走行させて行う際に、溶接姿勢の変化に対応して予め前記制御手段に設定した情報に基づいて前記電極高さ調節手段の位置と前記溶加棒高さ調節手段の位置とを独立に調節し、同一溶接姿勢で溶接している際に、前記溶加棒高さ調節手段によって溶加棒の高さを自動調節することができる請求項1または請求項2に記載のTIG溶接装置。
発明の詳細な説明
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、溶接電極と溶加棒送給部とを溶接機本体に設けてあるTIG溶接装置に関する。
【0002】
【従来の技術】従来、この種のTIG溶接装置にあっては、溶接機本体に設けた溶加棒送給装置と溶接電極との位置関係が固定されていた。例えば、上記従来のTIG溶接装置を用いてパイプどうしの多層盛り溶接を行う場合には、パイプに取付けたガイドレールに沿って溶接本体を自動走行させて行う。そして、夫々の溶接パスに応じて溶接電流・電圧を適宜変更させる際には、溶接電極の先端部と母材との間に生じているアークの長さを適切に調節すべく溶接機本体の高さを調節して行っていた。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】しかし、上記従来のTIG溶接装置では、溶接電極の高さが変動すると溶接機本体に設けた溶加棒送給装置の位置も従動するから、溶接位置に対する溶加棒の送給位置を適切に調節することができなかった。通常、溶加棒は、アーク発生点であって、且つ、溶融池の近傍に供給する必要がある。つまり、アークによって溶融した金属が円滑に溶融池に移行するように溶加棒の供給位置を設定するのである。しかし、溶加棒は溶接電極の側方から供給するから、溶接電極の高さが変動すると溶加棒の供給高さが変動する。例えば、溶接電流等を増大させた際に適切なアークを形成すべく溶接電極を母材から離間させると、溶加棒は母材から離れた位置で溶融されることとなって溶融した金属が母材側に円滑に移行できず、多量のスパッタが発生する。逆に、溶接電流等を低下させる際に溶接電極を母材に近付けると、溶加棒はアークの内部に達する前に母材と接触し、所謂スティッキングを生じる結果、溶加棒の溶融が円滑に行えなくなる。
【0004】本発明の目的は、このような従来技術の欠点を解消し、溶接条件を変更した場合等に溶加棒の供給位置を適切に維持し得るTIG溶接装置を提供することにある。
【0005】
【課題を解決するための手段】この目的を達成するための本発明の特徴構成を、図1に示した例を参考に説明する。
(構成1)本発明のTIG溶接装置は、請求項1に記載したごとく、溶接電極3を、母材6に対して高さ調節自在となるよう電極高さ調節手段9を介して溶接機本体2に取り付けると共に、溶加棒送給部4を、前記溶接電極3とは独立に母材6に対して高さ調節自在となるよう溶加棒高さ調節手段14を介して前記溶接機本体2に取り付け、前記電極高さ調節手段9と前記溶加棒高さ調節手段14とを独立に動作させる制御手段8を有する点に特徴を有する。
(作用・効果)本構成のごとく、溶接電極の高さと溶加棒の供給位置とを独立に調節できる構成とすることで、予め設定した溶接条件に従って溶接電極の位置を変化させた場合や、溶接途中において母材に対する溶接機本体の位置がずれた場合などにおいても、溶接電極の位置を自動的に変更できると共に、溶加棒を溶接アークに対して最適な位置に供給することができるため、溶接欠陥の発生を防止して健全な溶接部を得ることができる。
【0006】(構成2)本発明のTIG溶接装置は、請求項2に記載したごとく、母材6に対する溶接電極3の位置を検出するためのレーザセンサ5を前記溶接機本体2に備えて構成することができる。
(作用・効果)溶接電極の位置を検出するためのレーザセンサを溶接機本体に設けることで溶接電極と母材との位置関係、即ち、母材に対する溶接電極の高さや溶接開先に対して横方向への溶接電極の位置ずれを認識することができる。よって、当該位置情報に基づいて前記制御手段が溶接電極を最適な位置に設定することで、安定的な溶接作業を実施させることができ、健全な溶接部を得ることができる。
【0007】(構成3)本発明のTIG溶接装置は、請求項3に記載したごとく、パイプPどうしの周方向突合せ溶接を、横置きした前記パイプPの周囲に設けたガイド手段15に沿って前記溶接機本体2を走行させて行う際に、溶接姿勢の変化に対応して予め前記制御手段8に設定した情報に基づいて前記電極高さ調節手段9の位置と前記溶加棒高さ調節手段14の位置とを独立に調節し、同一溶接姿勢で溶接している際に、前記溶加棒高さ調節手段14によって溶加棒13の高さを自動調節できるように構成することができる。
(作用・効果)パイプどうしを溶接する場合には、溶接姿勢が常に変化するから溶接条件を一層の溶接中に変化させる必要があるうえに、溶接位置が正しいかどうかを常に視認することは困難である。しかし、本構成であれば、溶接作業が困難であるパイプどうしの周方向突合せ溶接を容易にかつ確実に行うことができ、TIG溶接の適用範囲を拡大することができる。
【0008】尚、上記課題を解決するための手段の説明中、図面を参照し、図面との対照を便利にするために符号を記すが、当該記入により本発明が添付図面の構成に限定されるものではない。
【0009】
【発明の実施の形態】以下に本発明の実施例を図面に基づいて説明する。
【0010】(概要)本発明のTIG溶接装置1は、図1に示すごとく、溶接機本体2に溶接電極3、および、溶加棒送給部4、レーザセンサ5を備えて構成する。当該TIG溶接装置1により、例えば、母材6どうしの多層盛り突合せ溶接を行う。当該TIG溶接装置1は、溶接電極3と溶加棒送給部4とが母材6に対して独立に位置調節可能であり、溶接途中で溶接電流・電圧等の溶接条件を変化させた場合、或いは、溶接開先7の作製誤差等によって溶接機本体2と母材6との位置関係が変動した場合に、溶接電極3および溶加棒送給部4の位置を適切に調節することができる。これら溶接電極3および溶加棒送給部4の位置調節は、前記溶接機本体2に略一体的に設けたレーザセンサ5と、当該レーザセンサ5で認識した結果等を処理する制御手段8とで行う。
【0011】(溶接電極)図1に示すごとく、溶接電極3は電極高さ調節手段9を介して溶接機本体2に取り付けてある。当該電極高さ調節手段9は、例えば、通常のスクリュー機構やラック・ピニオン機構などで構成する。これにより、前記溶接電極3は、母材6に対して溶接電極3の軸芯方向に沿って近接離間自在となる。溶接電極3は、例えばタングステン製の非消耗電極とし、原則として母材6に対して垂直な角度で保持する。溶接電極3の先端部から溶接開先7の底部までの距離すなわち電極高さ10は5〜10mmの範囲に設定する。溶接電流・電圧が高い場合には、電極高さ10を増大させ、溶接電流・電圧が低い場合には、電極高さ10を減少させる。また、溶接電極3は溶接進行方向Xに対して略直角方向に揺動自在である。揺動幅は、例えば1〜2mmであり、揺動回数はおよそ300回/分である。これにより、例えば溶接ビードの幅を多少広げることができ、特に溶接開先7の両側で融合不良などの溶接欠陥が発生するのを防止することができる。また、アーク11の幅よりも多少広い溶接開先7を溶接する場合であっても、一パスで溶接を行うことができ、溶接効率を向上させることができる。本発明のTIG溶接装置1では、例えば、多層盛り溶接する際の各層における溶接電極3の電極高さ10を、各層の溶接電流・電圧などの条件に併せて制御手段8に予め入力しておき、溶接の進行に伴って自動的に調節させることができる。図2に示すごとく、当該溶接電極3の周囲には、シールドガス供給口12を設ける。シールドガスGは、溶接に際してアーク11に外気が混入して溶接欠陥が発生するのを防止する。シールドガスGとしては、例えば、不活性ガスであるアルゴンガスやヘリウムガスを用いる。
【0012】(溶加棒送給部)図1に示すごとく、溶接開先7の内部に溶融金属を肉盛りする場合に、溶加棒13を溶接電極3の側方からアーク11の内部に供給する。溶加棒13を供給する溶加棒送給部4は、溶加棒高さ調節手段14を介して母材6に対して高さ調節自在に溶接機本体2に取り付けてある。また、溶加棒送給部4は、溶加棒高さ調節手段14に対して首振り揺動可能であり、溶加棒の送給方向を微調節可能に構成する。高さ調節の方向は、前記溶接電極3の移動方向と略平行であり、溶加棒送給部4は前記溶接電極3とは独立に動作する。例えば、前述のごとく多層盛り溶接の各層において溶接電極3の高さが自動変更された場合には、後述するレーザセンサ5によって認識した当該変更後の電極高さ10或いは母材6と溶接機本体2との距離に基づいて溶加棒送給部4の位置調節を行う。また、溶加棒送給部4の位置調節は、予め設定された溶接条件の変動に従動させる場合のほか、溶接機本体2のガイド手段15が誤差を有する状態で母材6に取付けられている場合に、その走行中に生じる溶接機本体2の位置ずれを吸収することも可能である。溶加棒13は、例えば、コイル状に巻取梱包したものを溶接機本体2に併設し、送給モータMにより送給する。当該送給モータMは、溶接電流・電圧等と連動し、溶接電流・電圧等が高く溶接入熱が高い場合には溶加棒13の送給速度を高め、溶接入熱が低い場合には溶加棒13の送給速度を低くする。本構成であれば、溶接条件を変化させるべく前記電極高さ10を変更した場合等においても、溶加棒13をアーク11の内部であって溶融池16の近傍位置に供給することができる。
【0013】(レーザセンサ)前記電極高さ10および前記溶加棒送給部4の位置調節は、前記溶接機本体2と略一体的に設けたレーザセンサ5および制御手段8を用いて行う。当該レーザセンサ5は、例えば前記溶加棒13に対して溶接進行方向Xの前方に位置させ、照射部17からレーザビーム18を溶接開先7に照射し、その反射ビームを受光部19で検出することにより前記溶接機本体2と溶接開先7との位置関係を認識する。認識の方式としては、例えば、レーザビーム18の往復時間を測定することにより、当該レーザセンサ5と溶接開先7との距離を認識するものであってもよいし、レーザビーム18を溶接進行方向Xに対して略直角方向に拡がる状態に照射し、レーザビーム18の照射部17とは溶接進行方向Xにおいて異なる位置に設けたカメラ19a等によってレーザビーム18の反射状態を画像処理することで溶接開先7の位置或いは溶接開先7の形状を認識するものであってもよい。この結果と、前記レーザセンサ5と前記溶接機本体2との位置関係に係る位置関係情報とに基づいて、前記溶加棒送給部4の位置を認識することができ、溶加棒13を、アーク11の内部であって溶融池16の近傍位置である最適位置に供給することができる。以上のごとく、前記レーザセンサ5は、前記溶加棒送給部4の位置を調節する機能を有するのみならず溶接開先7の倣い機能をも有する。電極高さ10と溶加棒送給部4の位置との設定に際しては、何れを優先的に設定する方式であってもよい。ただし、健全な溶接部を得るためには、アーク11の状態が健全であることが必要不可欠であるため、電極高さ10の調節を優先するのがよい。尚、レーザセンサ5と前記溶加棒送給部4との間には遮蔽手段20を設ける。当該遮蔽手段20により、レーザビーム18を照射する母材6の表面にアーク11の光が直接照射されることがなくなって、当該母材6の表面で反射するレーザビーム18を確実に検出することができる。また、遮蔽手段20があれば、溶接部で発生するスパッタ等がレーザ照射部17等に付着するのを防止できるから、レーザセンサ5の機能が損なわれることもない。
【0014】(溶接実施例)図3には、本発明のTIG溶接装置1を用いて鋼製のパイプPどうしの多層盛り突合せ溶接を行う場合の溶接例を示す。パイプPの突合せ部の周囲に溶接機本体2を走行させるための円環状のガイド手段15を取付け、溶接機本体2を頂上部分から下方に向かって走行させながら溶接を行う。溶接は、パイプPの半周分毎に左右に分けて個々に下向き溶接してもよいし、頂上部分から開始した溶接を一周分連続して行ってもよい。溶接に際しては、溶接電流・電圧、電極高さ10、溶加棒送給位置、溶接速度、溶接電極3の揺動幅・揺動回数等の溶接条件を、各溶接層毎におよび円周部の各位置における代表的な溶接姿勢毎に対応させて予め設定しておく。溶加棒送給部4の位置も予め設定するが、前記溶接条件、溶接姿勢に応じて電極高さ10とは独立して設定する。つまり、溶加棒送給部4の位置は、アーク11の大小あるいは溶融池16の大小によって予測される溶加棒13の溶融状態等を考慮して設定しておく。パイプPの半周分を溶接する場合、溶接姿勢は、パイプPの頂上位置近傍では下向き姿勢であり、真横位置近傍では立向き姿勢に変化し、次いで下部位置近傍では上向き溶接になる。このため、例えばパイプPの半周分をこれら三つの領域に分割しておき、溶融池の溶融金属が流れ落ちないように溶接機本体2が各領域に浸入した時点で溶接条件を順次変化させる。つまり、溶接位置がパイプPの下方側に進むに応じて溶接電流・電圧を下げて溶接入熱を少なくし、溶接電極3を母材6の側に近接させてアーク11を縮小させると共に、溶加棒13の供給位置も溶融池16の側に近接させるのである。一方、溶接条件を変化させない場合においても、前記パイプPの曲率と前記ガイド手段15の曲率とが異なる場合、或いは、前記パイプPの曲率そのものが一定でない場合等には、溶接開先7に対する前記溶接機本体2の位置が変化することとなるが、前記溶接電極3および前記溶加棒13の位置等を所定の設定条件に基づいて適宜調節する。
【0015】以上のごとく、本発明のTIG溶接装置1を用いることで、予め設定した溶接条件に従って溶接電極3の位置を変化させた場合や、溶接途中において母材6に対する溶接機本体2の位置がずれた場合などにおいても、溶接電極3の位置を自動的に変更すると共に、当該溶接電極3とは独立して溶加棒送給部4の位置を調節することができ、この結果、溶接欠陥の発生を防止して健全な溶接部を得ることができる。




 

 


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