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発明の名称 突き合わせ溶接方法およびその溶接装置
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2001−9572(P2001−9572A)
公開日 平成13年1月16日(2001.1.16)
出願番号 特願平11−185866
出願日 平成11年6月30日(1999.6.30)
代理人 【識別番号】100057874
【弁理士】
【氏名又は名称】曾我 道照 (外6名)
【テーマコード(参考)】
4E067
4E068
4E081
【Fターム(参考)】
4E067 AA02 BB00 BM00 DA13 DA17 EC01 
4E068 BA00 BE00 BE03 DA14 DB01
4E081 AA02 AA19 BA34 BA39 BA40 BA44 CA01 CA19 DA05 DA11 DA27 EA48 FA08
発明者 安達 茂 / 武田 明通 / 沖野 芳祐 / 児玉 清二 / 山下 竜一
要約 目的


構成
特許請求の範囲
【請求項1】 板状の先行被溶接材の後端部と板状の後行被溶接材の先端部との突き合わせ部に沿って溶接トーチを走行させて該突き合わせ部を溶接する方法において、上記先行被溶接材の後端部と上記後行被溶接材の先端部とを板厚方向に重ね合わせ、ついで両被溶接材の重ね合わせ部を板厚方向に加圧して上記先行被溶接材の後端部と上記後行被溶接材の先端部とを密接な状態に突き合わせた後、上記突き合わせ部の溶接をすることを特徴とする突き合わせ溶接方法。
【請求項2】 上記溶接トーチの走行に同期して、上記溶接トーチの走行方向の前方に位置する上記重ね合わせ部の部位を板厚方向に加圧して上記先行被溶接材の後端部と上記後行被溶接材の先端部とを密接な状態に突き合わせるようにし、上記先行被溶接材の後端部と上記後行被溶接材の先端部とを突き合わせつつ溶接するようにしたことを特徴とする請求項1記載の突き合わせ溶接方法。
【請求項3】 板状の先行被溶接材の後端部と板状の後行被溶接材の先端部との突き合わせ部に沿って溶接トーチを走行させて該突き合わせ部を溶接する突き合わせ溶接装置において、上記先行被溶接材の後端部と上記後行被溶接材の先端部とを板厚方向に重ね合わせる重ね合わせ手段と、両被溶接材の重ね合わせ部を板厚方向に加圧して上記先行被溶接材の後端部と上記後行被溶接材の先端部とを密接な状態に突き合わせる加圧手段とを備えていることを特徴とする突き合わせ溶接装置。
【請求項4】 上記加圧手段が上記溶接トーチの走行方向の前方に配置され、かつ、上記溶接トーチの走行に同期して移動可能に構成されていることを特徴とする請求項3記載の突き合わせ溶接装置。
発明の詳細な説明
【0001】
【発明の属する技術分野】この発明は、先行するストリップと後行のストリップとのそれぞれの端部を切断した後、両ストリップの端部同士をレーザビーム溶接あるいはアーク溶接する突き合わせ溶接方法および溶接装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】図9および図10はそれぞれ例えば特開平7−132387号公報に記載された従来のレーザビーム溶接装置の構成を示す斜視図である。図9および図10において、1はコモンベース、2および3はコモンベース1上に前後に所定間隔をおいて設けられている前部クランプ装置および後部クランプ装置、4は前部クランプ装置2と後部クランプ装置3との間を左右方向から進退可能に設けられているシャー装置、5はシャー装置4と同様に前部クランプ装置2と後部クランプ装置3との間を左右方向から進退可能に設けられているバックバー装置、6は後部クランプ装置3の上部に取り付けられている上部ベッド、7は上部ベッド6上を左右方向に移動可能に取り付けられている溶接キャリッジ装置、8は溶接キャリッジ装置7に前後方向に移動可能に取り付けられている溶接キャリッジ装置、9は溶接キャリッジ装置8に鉛直方向に移動可能に取り付けられている溶接トーチとしての加工ヘッド、10はレーザ発振器11で発生したレーザビームを加工ヘッド9に伝送する伝送管、12は図示されていない先行被溶接材としての先行ストリップ、13は後行被溶接材としての後行ストリップであり、矢印Aは先行および後行ストリップ12、13の走行方向を示している。ここでは、先行および後行ストリップ12、13の走行方向Aを前後方向とし、先行および後行ストリップ12、13の主面において走行方向Aと直交する方向を左右方向とし、先行および後行ストリップ12、13の主面に垂直な方向を鉛直方向としている。
【0003】図11は図9および図10に示された従来のレーザビーム溶接装置における光学系を示し、14はレーザビーム16の光路を変更するためのミラー、15は加工ヘッド9の内部に取り付けられている集光レンズ(あるいは集光ミラー)である。
【0004】つぎに、このように構成された従来のレーザビーム溶接装置の動作について説明する。鉄鋼プロセスラインにおいては、ストリップが酸洗い、メッキ、熱処理等の連続処理をなされている場合には、ストリップは図9の矢印Aで示す方向に走行している。そして、ストリップが送られて終端までくると、この先行ストリップ12は、図12に示されるように、その終端部がシャー装置4の刃幅4a内に導かれて停止する。この状態になると、後行ストリップ13がその先端部をシャー装置4の刃幅4a内に位置するように送り込まれて停止する。そして、図9および図12に示されるように、バックバー装置5が後退し、シャー装置4が前進して前部クランプ装置2と後部クランプ装置3との間に位置する。ついで、両ストリップ12、13がそれぞれクランプ装置2、3に保持され、その後シャー装置4の上部シャー刃が下降して両ストリップ12、13の相対する端部を切断する。引き続いて、図10および図13に示されるように、シャー装置4が後退し、バックバー装置5が前進して前部クランプ装置2と後部クランプ装置3との間に位置する。その後、前部クランプ装置2を後部クランプ装置3側にシャー装置4の刃幅4a分だけ移動させて、先行ストリップ12の切断面と後行ストリップ13の切断面とを突き合わせる。ついで、溶接キャリッジ装置8を前後方向に移動させて、即ち加工ヘッド9をストリップ12、13の切断面と直交する方向に移動させて、加工ヘッド9を突き合わされた両ストリップ12、13の接合部上に位置させるとともに、レーザビームの焦点が所定の高さになるように加工ヘッド9を鉛直方向に移動させて、セットする。
【0005】このようにして溶接準備が整った後、伝送管10を介して、図11に示されるように、レーザ発振器11で発生されたレーザビーム16をミラー14により方向を変え、かつ、集光レンズ15により両ストリップ12、13の接合部に集光させて溶接を開始するとともに、溶接キャリッジ装置7を左右方向に移動させて、即ち加工ヘッド9をストリップ12、13の幅方向に移動させて、両ストリップ12、13を連続して溶接する。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】従来の突き合わせ溶接装置では以上のように突き合わせ溶接を行っているが、シャー装置4で切断した両ストリップ12、13の切断面の形状は、図14の(a)に示されるように、完全な直線となっておらず、前部クランプ装置2を後部クランプ装置3側にシャー装置4の刃幅4a分だけ移動させて、先行ストリップ12の切断面と後行ストリップ13の切断面とを突き合わせた時に、両ストリップ12、13の接合部は、図14の(b)に示されるように、両端のギャップGが狭く、中央のギャップGが広くなっている。そのため、一般的には、特開昭61−176490号公報に記載されているように、ギャップGがある程度小さければフィラワイヤを挿入して溶接が行われる。しかし、ギャップGに変化があるため、最大ギャップ部即ち中央部付近のギャップ量Gに対して、溶接部仕上がり厚みをストリップ厚み以上に確保できる程度のフィラワイヤ挿入量が必要となり、フィラワイヤ挿入量が多くなってしまう。そこで、フィラワイヤ挿入量に対応して必要入熱が多く要求されるので、出力一定(最大出力)の場合、溶接速度が下がってしまうという問題があった。さらに、ギャップGが大きくなると、融け落ちが発生してしまい、溶接ができなくなるという問題があった。このため、板幅全域において均一な溶接を行うには、特公平4−51272号公報に記載されているように、ストリップを切断後に研磨装置により切断面の研磨を行うか、ストリップの機械剛性を大きくする等して切断線の直線性および送り精度を向上してギャップGを非常に小さなものにしなければならない。この場合、研磨装置を加える必要や、機械剛性を高めるため装置が大型化するという問題があった。さらに、特開平7−132387号公報に記載されているように、溶接方向の加工ヘッドより先行位置で突き合わせ部を板厚方向に加圧する加圧手段を備えたレーザビーム溶接装置があるが、板厚に対してギャップGがある程度小さければ有効であるが、ギャップGが大きい場合にはギャップを確実に均一にできず、あるいはギャップを無くすことはできない。
【0007】この発明は、上記のような課題を解決するためになされたもので、装置の大型化をもたらすことなく、溶接速度を高速にでき、かつ、高品質で確実な突き合わせ溶接ができる突き合わせ溶接方法および溶接装置を得ることを目的とする。
【0008】
【課題を解決するための手段】この発明に係る突き合わせ溶接方法は、板状の先行被溶接材の後端部と板状の後行被溶接材の先端部との突き合わせ部に沿って溶接トーチを走行させて該突き合わせ部を溶接する方法において、上記先行被溶接材の後端部と上記後行被溶接材の先端部とを板厚方向に重ね合わせ、ついで両被溶接材の重ね合わせ部を板厚方向に加圧して上記先行被溶接材の後端部と上記後行被溶接材の先端部とを密接な状態に突き合わせた後、上記突き合わせ部の溶接をするものである。
【0009】また、上記溶接トーチの走行に同期して、上記溶接トーチの走行方向の前方に位置する上記重ね合わせ部の部位を板厚方向に加圧して上記先行被溶接材の後端部と上記後行被溶接材の先端部とを密接な状態に突き合わせるようにし、上記先行被溶接材の後端部と上記後行被溶接材の先端部とを突き合わせつつ溶接するようにしたものである。
【0010】また、この発明に係る突き合わせ溶接装置は、板状の先行被溶接材の後端部と板状の後行被溶接材の先端部との突き合わせ部に沿って溶接トーチを走行させて該突き合わせ部を溶接する突き合わせ溶接装置において、上記先行被溶接材の後端部と上記後行被溶接材の先端部とを板厚方向に重ね合わせる重ね合わせ手段と、両被溶接材の重ね合わせ部を板厚方向に加圧して上記先行被溶接材の後端部と上記後行被溶接材の先端部とを密接な状態に突き合わせる加圧手段とを備えているものである。
【0011】また、上記加圧手段が上記溶接トーチの走行方向の前方に配置され、かつ、上記溶接トーチの走行に同期して移動可能に構成されているものである。
【0012】
【発明の実施の形態】以下、この発明の実施の形態を図について説明する。
実施の形態1.図1はこの発明の実施の形態1に係るレーザビーム溶接装置の構成を模式的に示す断面図、図2はこの発明の実施の形態1に係るレーザビーム溶接装置を前部クランプ装置側から見た状態を模式的に示す側面図、図3はこの発明の実施の形態1に係るレーザビーム溶接装置の動作を説明する図である。図4はこの発明の実施の形態1に係るレーザビーム溶接装置における被溶接材の重ね合わせ動作を説明する図であり、図4の(a)は重ね合わせ前の状態を、図4の(b)は重ね合わせ状態を示している。図5はこの発明の実施の形態1に係るレーザビーム溶接装置における被溶接材の突き合わせ動作を説明する図であり、図5の(a)は重ね合わせ状態を、図5の(b)は突き合わせ状態を示している。なお、各図において図9乃至図13に示した従来のレーザビーム溶接装置と同一または相当部分には同一符号を付し、その説明を省略する。
【0013】図1および図2において、17は前部クランプ装置2の下部に配設された楔状の一対のギブ、18はギブ17を作動させて前部クランプ装置2を昇降させるアクチュエータであり、前部クランプ装置2、ギブ17およびアクチュエータ18が先行ストリップ12と後行ストリップ13とを重ね合わせる重ね合わせ手段を構成している。19は加圧ローラ、20は加圧ローラ19を先行ストリップ12と後行ストリップ13との重ね合わせ部に押圧するアクチュエータであり、このアクチュエータ20は溶接キャリッジ装置8に加工ヘッド9に対して溶接方向の前方に位置するように溶接キャリッジ装置8に取り付けられている。そして、バックバー装置5、加圧ローラ19およびアクチュエータ20が先行ストリップ12と後行ストリップ13との重ね合わせ部を板厚方向に加圧する加圧手段を構成している。
【0014】つぎに、このように構成されたレーザビーム溶接装置の動作について説明する。まず、従来のレーザビーム溶接装置と同様に、ストリップが送られて終端までくると、この先行ストリップ12は、その終端部がシャー装置4の刃幅4a内に導かれて停止する。この状態になると、後行ストリップ13がその先端部をシャー装置4の刃幅4a内に位置するように送り込まれて停止する。そして、バックバー装置5が後退し、シャー装置4が前進して前部クランプ装置2と後部クランプ装置3との間に位置する。ついで、両ストリップ12、13がそれぞれクランプ装置2、3に保持され、その後シャー装置4の上部シャー刃が下降して両ストリップ12、13の相対する端部を切断する。引き続いて、シャー装置4が後退し、バックバー装置5が前進して前部クランプ装置2と後部クランプ装置3との間に位置する。ここまでは、アクチュエータ18によりギブ17を作動させて、即ち一対の楔状のギブ17をずらして前部クランプ装置2を下降させて、前部クランプ装置2が後部クランプ装置3と同じ高さ位置に保持されている。
【0015】そして、アクチュエータ18によりギブ17を作動させて、即ち下方のギブ17を図2に示されるように押し入れて前部クランプ装置2を上昇させて、前部クランプ装置2が後部クランプ装置3より高い位置に保持される。この前部クランプ装置2は後部クランプ装置3に対してストリップ12の厚み分高く保持されている。その後、前部クランプ装置2を後部クランプ装置3側にシャー装置4の刃幅4aと重ね設定値(ストリップの板厚の1/2程度)との和分だけ移動させる。これにより、図1および図4の(b)に示されるように、先行ストリップ12の切断端部と後行ストリップ13の切断端部とが重ね合わされる。ついで、溶接キャリッジ装置8を前後方向に移動させて、加工ヘッド9をストリップ12、13の切断面と直交する方向(ストリップの長さ方向)に移動させて、加工ヘッド9を両ストリップ12、13の重ね合わせ部上に位置させるとともに、レーザビームの焦点が所定の高さになるように加工ヘッド9を鉛直方向に移動させる。また、アクチュエータ20は溶接キャリッジ装置8に加工ヘッド9に対して溶接方向の前方に位置するように溶接キャリッジ装置8に取り付けられているので、この加工ヘッド9の前後方向の位置調整工程により、アクチュエータ20に取り付けられている加圧ローラ19も両ストリップ12、13の重ね合わせ部上に位置する。さらに、溶接キャリッジ装置7を左右方向に移動させて、加圧ローラ19および加工ヘッド9を両ストリップ12、13の重ね合わせ部の溶接方向の始端側外方に位置させる。ついで、加圧ローラ19が両ストリップ12、13の重ね合わせ部に対して所定の押圧力で押し付けるられるように、アクチュエータ20が加圧ローラ19を所定の位置まで下降させる。
【0016】このようにして溶接準備が整った後、溶接キャリッジ装置7を左右方向に移動させて、加圧ローラ19を溶接方向に移動させる。そして、加圧ローラ19は、両ストリップ12、13の重ね合わせ部の溶接方向の始端に到達すると、図3に示されるように該重ね合わせ部に乗り上げ、該重ね合わせ部上を溶接方向に走行移動する。この時、該重ね合わせ部はバックバー装置5のバックバー上に配置しているので、加圧ローラ19により板厚方向に加圧される。これにより、重ね合わされた両ストリップ12、13の端部は、図5の(a)、(b)に示されるように、変形して密接な状態に突き合わされる。引き続いて、加工ヘッド9が両ストリップ12、13の突き合わせ部の溶接方向の始端に到達すると、レーザビームがレーザ発振器11から発生されて溶接が開始される。レーザ発振器11で発生されたレーザビーム16は、集光レンズ15により両ストリップ12、13の突き合わせ部に集光され、該突き合わせ部が加熱溶融されて溶接される。そして、溶接キャリッジ装置7がさらに左右方向に移動されて、即ち加工ヘッド9および加圧ローラ19がストリップ12、13の幅方向(溶接方向)に移動されて、両ストリップ12、13が連続して溶接される。
【0017】このように、この実施の形態1では、両ストリップ12、13の重ね合わせ部を加圧ローラ19により板厚方向に加圧して両ストリップ12、13の切断端部を変形させて密接な状態に突き合わせた後、該突き合わせ部を溶接している。そこで、突き合わせ部が密接な状態となっており、ギャップGもなくなり、溶接時の融け落ちがなく、板幅全域において均一な高品質な溶接を行うことができる。また、突き合わせ部にフィラワイヤを挿入する必要もなく、ストリップ12、13の切断面を切削したりする必要もなく、さらには機械剛性を大きくする必要もないので、溶接速度を高速にすることができ、研削装置が不要となり装置の高コスト化が抑えられ、さらには装置の大型化を抑えることができる。
【0018】なお、上記実施の形態1では、突き合わせ溶接装置としてレーザビーム溶接装置を用いて説明しているが、本発明は、アーク溶接装置に適用しても、同様の効果が得られることはいうまでもないことである。この場合、アーク溶接装置においては、加工ヘッド9がアーク溶接トーチに、伝送管10がケーブルに、レーザ発振器11がアーク溶接機電源に、それぞれ置き換わるのみであり、構成および動作はレーザビーム溶接装置と同様である。また、上記実施の形態1では、直線刃を用いたギロチン式シャー装置4を用いて説明しているが、本発明は、回転円形刃を用いたロータリー式シャー装置を用いても同様の効果を奏する。また、上記実施の形態1では、前部クランプ装置2を後部クランプ装置3に対してストリップ12の厚み分高い位置に保持した状態を維持して、重ね合わせ部を加圧ローラ19で加圧して両ストリップ12、13を突き合わせるものとして説明しているが、両ストリップ12、13を重ね合わせた後、前部クランプ装置2を後部クランプ装置3と同じ高さ位置に戻して、重ね合わせ部を加圧ローラ19で加圧して両ストリップ12、13を突き合わせるようにしても、同様の効果を奏する。
【0019】また、上記実施の形態1では、前部クランプ装置2の下部にギブ17を配し、アクチュエータ18によりギブ17を作動させて前部クランプ装置2を昇降させるものとして説明しているが、前部クランプ装置2をアクチュエータで直接昇降させてもよく、回転軸を設けて前部クランプ装置2を傾動させるようにしてもよい。後者の実施例では、図6および図7に示されるように、前部クランプ装置2の前方下端部がコモンベース1に水平な回転軸21周りに回動可能に連結され、アクチュエータ18が前部クランク装置2の後方下端部を昇降させるようにコモンベース1上に配設されている。これにより、ストリップ12、13が切断された後、アクチュエータ18により前部クランプ装置2の後方下端部を上方に押圧して前部クランプ装置2を回転軸21周りに回動させ、即ち前部クランプ装置2を傾動させ、ついで前部クランプ2を後方(後部クランプ装置3側)に所定量移動させて、両ストリップ12、13の切断端部を重ね合わせることになる。また、上記実施の形態1では、前部クランプ装置2を昇降させるように説明しているが、後部クランプ装置3を昇降させるようにしてもよい。また、上記実施の形態1では、ストリップ12、13の重ね合わせ部を加圧ローラ19とバックバー装置5との間で加圧して密接な突き合わせ状態を形成するものとして説明しているが、図8に示されるように該重ね合わせ部の上下に加圧ローラ19、22を配し、上下の加圧ローラ19、22で該重ね合わせ部を加圧して密接な突き合わせ状態を形成するようにしてもよい。この場合、バックバー装置5aは円盤状の形状となり、加圧ローラ22とバックバー装置5aとは加圧ローラ19および加工ヘッド9と同期して溶接方向に走行するように構成されている。また、上記実施の形態1では、重ね合わせ部を加圧して密接な突き合わせ状態を形成しつつ溶接するものとして説明しているが、重ね合わせ部を加圧して重ね合わせ部の全体を密接な突き合わせ状態に形成した後、溶接するようにしても、同様の効果を奏する。
【0020】
【発明の効果】この発明は、以上のように構成されているので、以下に記載されるような効果を奏する。
【0021】この発明によれば、板状の先行被溶接材の後端部と板状の後行被溶接材の先端部との突き合わせ部に沿って溶接トーチを走行させて該突き合わせ部を溶接する方法において、上記先行被溶接材の後端部と上記後行被溶接材の先端部とを板厚方向に重ね合わせ、ついで両被溶接材の重ね合わせ部を板厚方向に加圧して上記先行被溶接材の後端部と上記後行被溶接材の先端部とを密接な状態に突き合わせた後、上記突き合わせ部の溶接をするので、溶接速度を高速にでき、かつ、高品質で確実な突き合わせ溶接ができる突き合わせ溶接方法が得られる。
【0022】また、上記溶接トーチの走行に同期して、上記溶接トーチの走行方向の前方に位置する上記重ね合わせ部の部位を板厚方向に加圧して上記先行被溶接材の後端部と上記後行被溶接材の先端部とを密接な状態に突き合わせるようにし、上記先行被溶接材の後端部と上記後行被溶接材の先端部とを突き合わせつつ溶接するようにしたので、溶接時間の短縮化が図られる。
【0023】また、板状の先行被溶接材の後端部と板状の後行被溶接材の先端部との突き合わせ部に沿って溶接トーチを走行させて該突き合わせ部を溶接する突き合わせ溶接装置において、上記先行被溶接材の後端部と上記後行被溶接材の先端部とを板厚方向に重ね合わせる重ね合わせ手段と、両被溶接材の重ね合わせ部を板厚方向に加圧して上記先行被溶接材の後端部と上記後行被溶接材の先端部とを密接な状態に突き合わせる加圧手段とを備えているので、装置の大型化をもたらすことなく、溶接速度を高速にでき、かつ、高品質で確実な突き合わせ溶接ができる突き合わせ溶接装置が得られる。
【0024】また、上記加圧手段が上記溶接トーチの走行方向の前方に配置され、かつ、上記溶接トーチの走行に同期して移動可能に構成されているので、先行被溶接材の後端部と後行被溶接材の先端部とを突き合わせつつ溶接でき、溶接時間の短縮化が図られる。




 

 


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