説明

サブマージアーク溶接方法およびサブマージアーク溶接装置

【課題】サブマージアーク溶接の作業効率を向上することができるサブマージアーク溶接装置。
【解決手段】このサブマージアーク溶接装置は、コラムに支持されて被溶接材の溶接線に沿って前後に移動する第1のブームと、前記第1のブームの一端に設けられた第2のブームと、前記第2のブームに配置され、前記溶接線をサブマージアーク溶接する溶接部と、前記第2のブームに配置され、前記溶接後に残存するフラックスを回収するフラックス回収部と、前記第1のブームに配置され、前記溶接によって形成されたスラグを破砕する破砕部と、前記第1のブームに配置され、前記破砕されたスラグを回収するスラグ回収部と、を具備する。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、たとえば船舶、橋梁、原子力機器などの大型建造物の構築時の自動溶接に用いられるサブマージアーク溶接方法およびサブマージアーク溶接装置に関する。
【背景技術】
【0002】
サブマージアーク溶接装置は、大型建造物の被溶接材の溶接線に沿って、粉状のフラックスを撒き、このフラックスの中で大電流によるアークを発生させて溶接を施すものである。この溶接では、溶接終了後に再利用可能な残存フラックスと廃棄処分されるガラス状のスラグが発生する。このため、この溶接方法では、溶接終了後にフラックスとスラグを別々に回収する作業が必要となる。この回収作業は煩雑であり、従来では作業者が手作業で行っていたため、回収に多大な労力と時間がかかっていた。
【0003】
そこで、被溶接材を移動させて溶接点より下流側で、スラグに切り込み溝をあける切り込み加工を行い、次にこのスラグを冷却後に剥離、回収する方法が提案されている(例えば特許文献1参照)。
また、溶接線に沿って走行する台車に、溶接機と、フラックス回収手段と、スラグ剥離手段と、スラグ収集手段とを備え付けた方法も提案されている(例えば特許文献2参照)。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0004】
【特許文献1】特開平2−95599公報
【特許文献2】特開平11−226737公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
しかしながら、上記した特許文献1記載の技術では、単層の溶接でスラグ幅が一定である場合は自動溶接が可能であるが、溶接を重ねて繰り返す多層溶接の場合は被溶接材を前後に移動させることが必要となり、装置構成が大型化し、設置スペースが大規模となるとともに、作業効率が低下するという問題がある。
また、スラグは固形化しても一定時間は軟らかい飴状の状態にある。このため、特許文献2では、溶接機とスラグ剥離手段との距離を、このスラグが固まる時間に相当する距離だけ長く設けなければならない。このため装置が大型化し、設置スペースが大規模となるとともに、作業効率が低下するという問題がある。さらに、台車が走行するためのレールの敷設に時間を要する上、多層溶接の場合は台車を移動させて溶接機を溶接開始位置まで戻す動作を繰り返す必要があり、作業効率が低下するという問題もあった。
【0006】
本発明はこのような課題を解決するためになされたもので、サブマージアーク溶接の作業効率を向上することのできるサブマージアーク溶接方法およびサブマージアーク溶接装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0007】
上記の課題を解決するために本発明のサブマージアーク溶接方法は、コラムに支持されて被溶接材の溶接線に沿って前後に移動する第1のブームが、第2のブームに配置された溶接部をこの溶接線の溶接開始位置に搬送するステップと、前記溶接部による前記溶接線のサブマージアーク溶接と、前記第2のブームに配置されたフラックス回収部によるフラックスの回収とを開始するステップと、前記第1のブームが、前記溶接線の溶接終了位置に前記溶接部と前記フラックス回収部を搬送するステップと、前記溶接部による前記溶接線のサブマージアーク溶接と前記フラックス回収部によるフラックスの回収とを終了するステップと、前記第1のブームが、この第1のブームに配置された破砕部を前記溶接終了位置に搬送するステップと、前記破砕部による前記溶接によって形成されたスラグの破砕および前記第1のブームに配置されたスラグ回収部による前記破砕されたスラグの回収を開始するステップと、前記第1のブームが、前記溶接開始位置に前記破砕部と前記スラグ回収部を搬送するステップと、前記破砕部による前記スラグの破砕と前記スラグ回収部による前記破砕されたスラグの回収とを終了するステップと、を含むことを特徴とする。
【0008】
本発明のサブマージアーク溶接装置は、コラムに支持されて被溶接材の溶接線に沿って前後に移動する第1のブームと、前記第1のブームの一端に設けられた第2のブームと、前記第2のブームに配置され、前記溶接線をサブマージアーク溶接する溶接部と、前記第2のブームに配置され、前記溶接後に残存するフラックスを回収するフラックス回収部と、前記第1のブームに配置され、前記溶接によって形成されたスラグを破砕する破砕部と、前記第1のブームに配置され、前記破砕されたスラグを回収するスラグ回収部と、を具備することを特徴とする。
【発明の効果】
【0009】
本発明によれば、サブマージアーク溶接の作業効率を向上することができる。
【図面の簡単な説明】
【0010】
【図1】本発明の一実施形態のサブマージアーク溶接装置の構成を示す図である。
【図2】図1に示したサブマージアーク溶接装置の一部を拡大した部分拡大図である。
【図3】図1に示したスライダの上面を示す上面図である。
【図4】溶接時の被溶接材の断面を示す断面図である。
【図5】溶接状態を示す被溶接材の上面を示す上面図である。
【図6】溶接状態を示す被溶接材の正面を示す正面図である。
【図7】サブマージアーク溶接の動作を説明するためのフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【0011】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら説明する。図1は本発明の一実施形態のサブマージアーク溶接装置1の構成を示す図である。図2は、図1に示したサブマージアーク溶接装置1の一部を拡大した部分拡大図である。なお、この実施形態のサブマージアーク溶接装置1は、多層溶接を行う場合に用いるものである。
【0012】
図1に示すように、このサブマージアーク溶接装置1は、台座10に垂設されたコラム11、このコラム11に垂直に支持される第1のブーム12、この第1のブーム12の長手方向の一端に設けられた第2のブーム13を備える。
【0013】
第1のブーム12は、モータm1の駆動によって、上下方向および後述する被溶接材41の溶接線に沿って前後方向(紙面に垂直方向)に移動する。図2に示すように、この第1のブーム12には、スライダ20,21、スラグ破砕装置22、ホース23、電磁弁24、スラグ回収ノズル25、かきとり器26、係合材27、モータm2,m3が配置される。
【0014】
図3は、図1に示したスライダ20の上面を示す上面図である。スライダ20には、第2のブーム13の一端が取り付けられている。このスライダ20は、第1のブーム12に設けられた溝28に係合し、モータm2の駆動によって、上下方向および第1のブーム12の長手方向と直交する方向(紙面に垂直方向)(以下、「左右方向」という)に移動する。このスライダ20の移動に伴って、第2のブーム13も上下方向および左右方向に移動される。つまり、このモータm2およびスライダ20は、第2のブーム13の位置を上下方向および左右方向に微調整する微調整用移動部としての機能を有する。
【0015】
図1および図2に示すように、スライダ21には、スラグ破砕装置22、係合材27が取り付けられている。このスライダ21は、第1のブーム12を貫通する孔(図示せず)に係合し、モータm3の駆動によって、上下方向に移動する。このスライダ21の移動に伴って、スラグ破砕装置22および係合材27も上下方向に移動される。つまり、このモータm3およびスライダ21は、スラグ破砕装置22、かきとり器26の位置を上下に微調整する微調整用移動部としての機能を有する。
【0016】
スラグ破砕装置22は、たとえば図示しないハンマー部材とエアシリンダとを備えるジェットタガネで構成される。このジェットタガネのホース23は、第1のブーム12上に取り付けられた電磁弁24を通してエア供給源(図示せず)に接続されている。電磁弁24は、エアシリンダにエア供給源からのエアを供給している。エアシリンダは、供給されたエアの空気圧によって、ハンマー部材を上下方向に振動させて、溶接線に形成されたスラグを打ち砕く。このスラグ破砕装置22は、前記第1のブームに配置され、前記溶接によって形成されたスラグを破砕する破砕部として機能する。
【0017】
係合材27には、スラグ回収ノズル25が取り付けられ、このスラグ回収ノズル25の下端部には、かきとり器26が取り付けられている。スラグ回収ノズル25およびかきとり器26は、スラグ破砕装置22と連動して上下方向に移動する。かきとり器26は、スラグ破砕装置22が破砕したスラグを溶接線中央へと収集する。スラグ回収ノズル25は、図示しないスラグ回収機に接続されており、このかきとり器26によって収集されたスラグを吸引および回収する。回収されたスラグは、図示しない収納部に収集される。このスラグ回収ノズル25およびかきとり器26は、前記第1のブームに配置され、前記破砕されたスラグを回収するスラグ回収部として機能する。
【0018】
第2のブーム13は、スライダ20に取り付けられる。この第2のブーム13には、フラックスホッパ14、トーチ15、フラックス回収ノズル16が配置される。また、この第2のブーム13には、トーチ15とフラックス回収ノズル16間にカメラ17、ライン発生器18が配置される。上述した第1のブーム12と第2のブーム13を加えた長さは、たとえば被溶接材41の溶接距離より若干長く設定される。
【0019】
図4は溶接時の被溶接材の断面を示す断面図、図5は溶接状態を示す被溶接材の上面を示す上面図、図6は溶接状態を示す被溶接材の正面を示す正面図である。
フラックスホッパ14は、サブマージアーク溶接前に被溶接材41の溶接線L1に沿って粉状のフラックス40を散布するフラックス供給部として機能する。
【0020】
トーチ15は、散布されたフラックス40の中で、トーチ15先端と被溶接材41との間にアークを発生させて、溶接線L1,L2をサブマージアーク溶接する。このトーチ15は、前記第2のブームに配置され、前記溶接線をサブマージアーク溶接する溶接部として機能する。このサブマージアーク溶接によって、V字形状の開先44には溶接ビード45および飴状のスラグ42が形成される。この飴状のスラグ42は、時間の経過とともに固形状のスラグ43と変化する。
【0021】
フラックス回収ノズル16は、溶接時に使用されず溶接線L1上に残存したフラックス40を回収する。回収されたフラックス40は、図示しない収納部に収集される。このフラックス回収ノズル16は、前記第2のブームに配置され、前記溶接後に残存するフラックスを回収するフラックス回収部として機能する。
【0022】
カメラ17は、たとえばCCD(Charge Coupled Device)カメラからなり、トーチ15とフラックス回収ノズル16間に配置される。このカメラ17は、フラックス回収ノズル16の先端、溶接線L1,L2の溶接位置およびライン状の光46を撮像する。このカメラ17は、前記第2のブームに配置され、前記溶接部による前記溶接線の溶接位置およびこの溶接部を撮像する撮像部として機能する。
【0023】
ライン発生器18は、開先44および溶接ビード45の表面に、1本の直線からなるライン状の光46を照射する。このライン発生器18は、たとえば従来から使用されているレーザ発生装置を利用して、たとえばコリメートされたレーザ光を、スリットを介して被溶接材41に照射することで、ライン状の光46を生成するライン発生器である。このライン発生器18は、前記第2のブームに配置され、撮像部の撮像範囲内の前記被溶接材にライン状の光を照射する光照射部として機能する。
【0024】
次に、サブマージアーク溶接装置1の制御系について図1の図を用いて説明する。
このサブマージアーク溶接装置1の制御系は、操作盤29、自動制御装置30、モータ制御部31,36,38、フラックス制御部32、溶接制御部33、ライン制御部34、カメラ制御部35、回収制御部37、電磁弁制御部39を備える。
【0025】
操作盤29は、たとえば情報の入力が可能なタッチパネルを備え、溶接距離や溶接開始位置の情報を入力する入力部としての機能を有する。
自動制御装置30は、各制御部31〜39を、溶接手順を示すシーケンスに基づいて、制御するシーケンス制御部としての機能を有する。
【0026】
モータ制御部31,36,38は、自動制御装置30のシーケンス制御に基づいて、各モータm1〜m3を駆動制御して、第1のブーム12の上下方向並びに前後方向の移動、スライダ20の上下方向並びに左右方向の移動およびスライダ21の上下方向の移動を行う。
フラックス制御部32は、自動制御装置30のシーケンス制御に基づいて、フラックスホッパ14から被溶接材41の表面にフラックス40を散布させる。また、フラックス制御部32は、自動制御装置30のシーケンス制御に基づいて、フラックス回収ノズル16によるフラックスの回収を行わせる機能も有する。
【0027】
溶接制御部33は、自動制御装置30のシーケンス制御に基づいて、トーチ15の先端と被溶接材41間にアークを発生させる。また、溶接制御部33は、自動制御装置30のシーケンス制御に基づいて、アークの長さが一定になるようにトーチ15の調整を行う機能も有する。
【0028】
ライン制御部34は、自動制御装置30のシーケンス制御に基づいて、ライン発生器18からライン状の光46を被溶接材41に照射させる。
カメラ制御部35は、自動制御装置30のシーケンス制御に基づいて、ライン発生器18から照射されたライン状の光46および残存するスラグ43をカメラ17で撮像させる。
【0029】
自動制御装置30は、この撮像された画像を画像処理してライン状の光46を検出し、このライン状の光46の輝度の差に基づいて開先形状を算出する。そして自動制御装置30は、この算出した開先形状から次層の溶接ビード47を形成するためのサブマージアーク溶接を開始するのに最適な高さおよび開先44に対する左右方向を算出して溶接線L2を求める。自動制御装置30は、この求めた溶接線L2に基づいて、モータ制御部36を制御してスライダ20を移動させて、トーチ15がこの溶接線L2の溶接開始位置に到るように微調整する。
【0030】
回収制御部37は、自動制御装置30のシーケンス制御に基づいて、かきとり器26によるスラグの収集およびスラグ回収ノズル25による収集されたスラグの吸引・回収を行わせる。
電磁弁制御部39は、自動制御装置30のシーケンス制御に基づいて、電磁弁24によるエアシリンダへのエア供給を行わせる。
【0031】
自動制御装置30は、カメラ17によって撮像された画像を画像処理して、輝度の差に基づいてスラグ43の残存状態を検出し、このスラグ43の残存状態からスラグの再回収の有無を判断する。そして、スラグ43の残存が検出された場合には、モータ制御部31,38および電磁弁制御部39を制御して、第1のブーム12の上下前後の移動、スライダ21の上下の移動および電磁弁のエア供給を行わせ、スラグ43の回収動作を繰り返す。スラグ43の回収工程では、スラグ破砕装置22が溶接終了位置に行くまで第1のブーム12を前進させた後、後退しながらスラグの破砕および回収動作を行う。自動制御装置30は、このスラグの再回収の時にも、スラグ43の残存状態を検出し、残存が認められる場合は、再度スラグを回収させる。
【0032】
(サブマージアーク溶接装置の動作)
以下、図7を参照してこのサブマージアーク溶接装置1の溶接動作を説明する。図7は、サブマージアーク溶接装置1の動作を説明するためのフローチャートである。
【0033】
このサブマージアーク溶接装置1では、電源をオンにすると自動制御装置30が操作盤29からの情報入力に基づいて初期設定を行う(ステップS101)。ここでは、溶接距離および溶接開始位置の設定の他に、たとえば最終層nの設定や最初の層の溶接を示す情報を設定してもよい。
【0034】
次に自動制御装置30は、溶接のシーケンスに基づいて各制御部に指示を与えて、サブマージアーク溶接を開始させる(ステップS102)。ここでは、トーチ15の位置座標を予め設定した零地点に到るように、第1のブーム12を前方(第2のブーム13がコラム11に近づく方向)に移動させ、その零地点から溶接開始位置の座標に移動させる。トーチ15が溶接開始位置に移動したら、トーチ15の高さを調整してトーチ15の先端と被溶接材41間にアークを発生させ、第1のブーム12を溶接線L1に沿って前方に移動させて、設定された溶接距離までサブマージアーク溶接を行う。この溶接と同時に、使用されずに残存したフラックス40の回収を行う。
【0035】
このサブマージアーク溶接が、設定された溶接開始位置から溶接距離まで到ると、先行溶接の終了と判断し(ステップS103)、後行溶接を行った設定秒後にアークを消弧して、この後行溶接を終了する(ステップS104)。
【0036】
次に、第1のブーム12を後退させる(ステップS105)。ここでは、第2のブーム13の先端をコラム11から遠ざけるように第1のブーム12を後方に移動させる。そして、スラグ破砕装置22が溶接開始位置に到ると、第2のブーム13を移動させてトーチ15の高さを上げ(ステップS106)、次にスラグ43の除去動作を開始して、第1のブームを前方に移動させる(ステップS107)。
【0037】
このスラグ43の除去が、設定された溶接開始位置に到ると、スラグ43の除去動作を停止する(ステップS108)。次に、この除去動作中にカメラ17で撮像した画像からスラグ43が除去できたか否か判断する(ステップS109)。
【0038】
ここで、スラグ43が除去できなかった場合は、第1のブーム12を後方に移動させ(ステップS110)、ステップS107に戻ってスラグ43の除去動作を開始する。また、スラグ43が除去できた場合は、次にスラグ43の除去が終了した層が最終層nか否か判断する(ステップS111)。
【0039】
ここで、スラグ43の除去が終了した層が最終層nでない場合は、nに1を加算して(ステップS112)、ステップS102に戻って溶接を開始する。また、スラグ43の除去が終了した層が最終層nの場合は、サブマージアーク溶接装置1を停止して(ステップS113)、上記動作を終了する。
【0040】
このようにこの実施形態のサブマージアーク溶接装置によれば、ブームに、溶接部、フラックス回収部、破砕部およびスラグ回収部を配置し、自動的にこのブームを前後に往復移動させる際にサブマージアーク溶接およびスラグの回収を行うので、人手を介さず、かつ短い時間で多層の溶接作業を行うことができる。この結果、サブマージアーク溶接の作業効率を向上および省エネルギー化が図られる。
【0041】
また、この実施形態のサブマージアーク溶接装置は、ブームの最適位置に配置されるので、装置の小型化および設置スペースの小規模化が図られる。
【0042】
なお、本発明に係るサブマージアーク溶接装置は、たとえば台座10に車輪を設けて左右方向に移動させることも可能である。この場合には、スライダ20の代えて左右方向のトーチ15の微調整が可能となる。
【0043】
なお、本願発明は、上記実施形態のみに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形してもよい。また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素を適宜組み合わせることにより、種々の発明を構成できる。例えば実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。さらに、異なる実施形態にわたる構成要素を適宜組み合わせてもよい。
【符号の説明】
【0044】
1…サブマージアーク溶接装置、10…台座、11…コラム、12…第1のブーム、13…第2のブーム、14…フラックスホッパ、15…トーチ、16…フラックス回収ノズル、17…カメラ、18…ライン発生器、20,21…スライダ、22…スラグ破砕装置、23…ホース、24…電磁弁、25…スラグ回収ノズル、26…かきとり器、27…係合材、28…溝、29…操作盤、30…自動制御装置、31,36,38…モータ制御部、32…フラックス制御部、33…溶接制御部、34…ライン制御部、35…カメラ制御部、37…回収制御部、39…電磁弁制御部、40…フラックス、41…被溶接材、42,43…スラグ、44…開先、45,47…溶接ビード、46…光、L1,L2…溶接線、m1〜m3…モータ。

【特許請求の範囲】
【請求項1】
コラムに支持されて被溶接材の溶接線に沿って前後に移動する第1のブームが、第2のブームに配置された溶接部をこの溶接線の溶接開始位置に搬送するステップと、
前記溶接部による前記溶接線のサブマージアーク溶接と、前記第2のブームに配置されたフラックス回収部によるフラックスの回収とを開始するステップと、
前記第1のブームが、前記溶接線の溶接終了位置に前記溶接部と前記フラックス回収部を搬送するステップと、
前記溶接部による前記溶接線のサブマージアーク溶接と前記フラックス回収部によるフラックスの回収とを終了するステップと、
前記第1のブームが、この第1のブームに配置された破砕部を前記溶接終了位置に搬送するステップと、
前記破砕部による前記溶接によって形成されたスラグの破砕および前記第1のブームに配置されたスラグ回収部による前記破砕されたスラグの回収を開始するステップと、
前記第1のブームが、前記溶接開始位置に前記破砕部と前記スラグ回収部を搬送するステップと、
前記破砕部による前記スラグの破砕と前記スラグ回収部による前記破砕されたスラグの回収とを終了するステップと、
を含むことを特徴とするサブマージアーク溶接方法。
【請求項2】
前記第2のブームに配置される撮像部が、前記溶接部による前記溶接線の溶接位置およびこの溶接部を撮像するステップと、
前記第2のブームに配置される光照射部が、前記撮像部の撮像範囲内の前記被溶接材にライン状の光を照射するステップと、
前記照射された光を用いて撮像された画像に基づいて、次の溶接開始位置を検出するステップと、
をさらに含むことを特徴とする請求項1記載のサブマージアーク溶接方法。
【請求項3】
前記第1のブームに配置される移動部が、前記検出された次の溶接開始位置に前記第2のブームを移動させるステップを
さらに含むことを特徴とする請求項2記載のサブマージアーク溶接方法。
【請求項4】
前記検出された画像に基づいて、前記スラグの残存を検知するステップと、
前記スラグの残存の検知に基づいて、前記破砕部によるこのスラグの破砕および前記スラグ回収部によるこの破砕されたスラグの回収を指示するステップと、
前記指示に基づいて、前記破砕部による前記残存するスラグの破砕および前記スラグ回収部による前記破砕されたスラグの回収が繰り返されるステップと、
をさらに含むことを特徴とする請求項3記載のサブマージアーク溶接方法。
【請求項5】
コラムに支持されて被溶接材の溶接線に沿って前後に移動する第1のブームと、
前記第1のブームの一端に設けられた第2のブームと、
前記第2のブームに配置され、前記溶接線をサブマージアーク溶接する溶接部と、
前記第2のブームに配置され、前記溶接後に残存するフラックスを回収するフラックス回収部と、
前記第1のブームに配置され、前記溶接によって形成されたスラグを破砕する破砕部と、
前記第1のブームに配置され、前記破砕されたスラグを回収するスラグ回収部と、
を具備することを特徴とするサブマージアーク溶接装置。
【請求項6】
前記第2のブームに配置され、前記溶接部による前記溶接線の溶接位置およびこの溶接部を撮像する撮像部と、
前記第2のブームに配置され、撮像部の撮像範囲内の前記被溶接材にライン状の光を照射する光照射部と、
前記照射された光を用いて撮像された画像に基づいて、次の溶接開始位置を検出する位置検出部と、
をさらに具備することを特徴とする請求項5記載のサブマージアーク溶接装置。
【請求項7】
前記第1のブームに配置され、前記検出された次の溶接開始位置に前記第2のブームを移動させる移動部を、
さらに具備することを特徴とする請求項6記載のサブマージアーク溶接装置。
【請求項8】
前記検出された画像に基づいて、前記スラグの残存を検知するスラグ検知部と、
前記スラグの残存の検知に基づいて、前記破砕部によるこのスラグの破砕および前記スラグ回収部によるこの破砕されたスラグの回収を指示する指示部と、
をさらに具備し、
前記指示に基づいて、前記破砕部による前記残存するスラグの破砕および前記スラグ回収部による前記破砕されたスラグの回収が繰り返される
ことを特徴とする請求項7記載のサブマージアーク溶接装置。
【請求項9】
前記スラグ回収部は、前記破砕部の配置位置より前記第1のブームの一端に近く配置される
ことを特徴とする請求項5〜8のいずれか1つに記載のサブマージアーク溶接装置。

【図1】
image rotate

【図2】
image rotate

【図3】
image rotate

【図4】
image rotate

【図5】
image rotate

【図6】
image rotate

【図7】
image rotate


【公開番号】特開2010−240725(P2010−240725A)
【公開日】平成22年10月28日(2010.10.28)
【国際特許分類】
【出願番号】特願2009−94971(P2009−94971)
【出願日】平成21年4月9日(2009.4.9)
【出願人】(000003078)株式会社東芝 (54,554)
【Fターム(参考)】