円筒体と波形放熱板との溶接方法及び装置
【課題】円筒体と波形放熱板との突き合わせ部の溶接を、円筒体と放熱板の山部との突き合わせ部で溶接金属の余盛量を不足させることなく良好に行うことができる溶接方法を提供する。
【解決手段】円筒体２Ａ，２Ｂと波形放熱板１の山部ｍとの突き合わせ部を増入熱区間αとして、この増入熱区間を溶接する際に溶接トーチ６Ａ，６Ｂを被溶接物４の回転方向に変位させることにより溶接トーチと被溶接物との間の相対移動速度を遅くして増入熱区間αでの溶接金属の余盛量を確保し、上記増入熱区間以外の区間を減熱区間βとして、この減熱区間では、溶接トーチを被溶接物の回転方向と逆方向に変位させることにより溶接トーチと被溶接物との間の相対移動速度を速くして、溶接入熱が過多になるのを防ぎ、波形放熱板の山部と円筒体との突き合わせ部の溶接を良好に行わせる。
【解決手段】円筒体２Ａ，２Ｂと波形放熱板１の山部ｍとの突き合わせ部を増入熱区間αとして、この増入熱区間を溶接する際に溶接トーチ６Ａ，６Ｂを被溶接物４の回転方向に変位させることにより溶接トーチと被溶接物との間の相対移動速度を遅くして増入熱区間αでの溶接金属の余盛量を確保し、上記増入熱区間以外の区間を減熱区間βとして、この減熱区間では、溶接トーチを被溶接物の回転方向と逆方向に変位させることにより溶接トーチと被溶接物との間の相対移動速度を速くして、溶接入熱が過多になるのを防ぎ、波形放熱板の山部と円筒体との突き合わせ部の溶接を良好に行わせる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、変圧器等の電気機器のタンクを構成するために円筒体の外周に波形放熱板を溶接する溶接方法及びこの溶接方法を実施するために用いる溶接装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
変圧器等の電気機器を収容するタンクとして、例えば特許文献１に示されているように、中心軸線を一致させた状態で配置された一対の円筒体と、該一対の円筒体の隣り合う端部に巻き付けられた状態で両円筒体に溶接された波形放熱板とにより胴部を構成して、波形放熱板の各山部の内側に冷却媒体通路を形成するようにした波形タンクが用いられている。
【０００３】
この種のタンクを製造する際には、山部と谷部とが交互に並ぶように帯状鋼板を波付け成形して波形放熱板を製造する工程と、中心軸線を一致させて水平方向に並べて配置された一対の円筒体の互いに対向する端部外周に波形放熱板を巻き付けて、一対の円筒体とこれらの外周に巻き付けられた波形放熱板とにより被溶接物を構成する工程と、この被溶接物の各円筒体と波形放熱板との突き合わせ部に形成された円周継手部を溶接する工程とを行う。
【０００４】
この種の溶接を行う溶接装置は、少なくとも、被溶接物を円筒体の部分で保持する被溶接物回転装置と、溶接トーチとを備えていて、被溶接物回転装置に円筒体を保持させた状態で該円筒体に波形放熱板を巻き付けて被溶接物を構成する工程を行った後、被溶接物の一対の円筒体と波形放熱板との各突き合わせ部に形成された円周継手部を溶接トーチにより溶接する。
【０００５】
一対の円筒体に波形放熱板を溶接する際には、各円筒体と波形放熱板との円周継手部に溶接トーチを指向させて、円筒体と波形放熱板とを中心軸線の回りに回転させながら継手部を円周溶接する。この場合、円筒体と波形放熱板とを回転させながら溶接を行うと、継手部には円周方向に沿って一様な溶接ビードが形成される。
【０００６】
しかしながら、円周継手部に形成される溶接ビードが一様であると、円周継手部の各部のうち、波形放熱板の山部の直下及びその両側の裾部と円筒体との突き合わせ部（以下単に円筒体と放熱板の山部との突き合わせ部という。）では溶融金属の余盛が不足する傾向になり、その箇所で気密漏れ及び液密漏れが生じるおそれがある。波形放熱板の山部と円筒体との突き合わせ部で溶融金属の余盛が不足する状態が生じないようにするために、被溶接物の周速度を低下させたり、溶接電流を増加させたりして溶接入熱を増大させることが考えられるが、これらの方法により溶接入熱を増大させると、円筒体と放熱板の谷部との突き合わせ部で溶接入熱が過多になって金属の溶け落ちが発生し、溶接不良が発生するおそれがある。そのため、円筒体と波形放熱板の山部との突き合わせ部及び円筒体と放熱板の谷部との突き合わせ部との双方で満足がいく溶接金属の余盛量を得ることが難しかった。
【０００７】
上記のような問題を解決するために、特許文献２や特許文献３に示されているように、溶接継手部の形状や溶接状態を検出するセンサを設けて、検出された継手部の形状や溶接状態に応じて溶接速度や溶接電流を制御する方法を採用することが行われている。例えば、波形放熱板の山部を検出するセンサを設けて、センサが山部を検出する毎に被溶接物の周速度を低下させることにより、円筒体と放熱板の山部との継手部で溶接金属の余盛量を増大させる方法が行われている。また溶接金属の余盛量を確保するために、溶接トーチにウィービング動作を行わせる方向も知られている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】実開平４−４４１１７号公報
【特許文献２】特開平９−９９３６８号公報
【特許文献３】特開平１０−２１６９４０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
円筒体と波形放熱板の山部との溶接部で余盛が不足するのを防ぐために、波形放熱板の山部を検出するセンサを設けて、センサが山部を検出する毎に被溶接物の周速度を低下させることにより、円筒体と放熱板の山部との継手部で溶接金属の余盛量を増大させる方法をとった場合、被溶接物の慣性により、溶接箇所の周速を高い応答速度で変化させることができないため、溶接金属の余盛量を増やしたい箇所に適切に溶接ビードを形成することが難しいという問題があった。
【００１０】
左右に配置された一対の円筒体に跨って波形放熱板を溶接する場合、各円筒体と放熱板との円周継手部の溶接を別々に行うと、後から溶接を行う円周継手部が、先に行われた溶接による熱歪みの影響を受けやすいため、左右の円筒体と波形放熱板との継手部の溶接は同時に行うことが望ましい。この場合、左右の継手部側で波形放熱板の山部が検出されるタイミングが一致している必要があるが、実際には、波形放熱板の成形時に生じるねじれ等の影響により、左右の継手部で山部が検出されるタイミングがずれることがある。左右の継手部で山部が検出されるタイミングがずれる場合には、左右の継手部のそれぞれに対して溶接速度を調節しないと、円筒体と放熱板の各山部との突き合わせ部で溶接金属の余盛量を十分に増やすことができない。ところが、被溶接物の周速度を制御することにより溶接速度を制御する方法によった場合には、左右の被溶接部の溶接速度を個別に調整することができないため、円筒体と波形放熱板の各山部との突き合わせ部で溶接金属の余盛量が不足する状態が生じるのを防ぐことができず、気密漏れ及び液密漏れを起こす箇所が生じるおそれをなくすことができなかった。
【００１１】
円筒体と波形放熱板の山部との突き合わせ部で溶接金属の余盛量を確保するために、溶接トーチをウィービングさせる方法をとった場合には、円筒体と波形放熱板の山部との突き合わせ部の溶接を行う際にのみトーチをウィービングさせるようにするために、ティーチングプレイバック方式の溶接ロボットをはじめとする高価な機器を必要とするため、タンクの製造コストが高くなるのを避けられない。円周継手部の全周に亘って溶接トーチのウィービングを行わせた場合には、円筒体と放熱板の谷部との溶接部で入熱が過多になって金属の溶け落ちが生じるだけでなく、溶接ワイヤやシールドガスの消費量が多くなって、製造コストが高くなるという問題が生じる。
【００１２】
円筒体と波形放熱板の山部との突き合わせ部で溶接金属の余盛量を確保するための制御を行うに際しては、波形放熱板の山部を高精度で検出するセンサを設ける必要がある。被溶接物の山部を高精度で検出するためには、センサとして、レーザセンサ等の光学式の非接触式センサを用いることが好ましい。溶接トーチと被溶接物との間にアークが発生していない状態では、レーザセンサ等の光学式のセンサを用いることにより被溶接物の各山部を高精度で検出することができる。しかしながら、溶接中は、強烈なアーク光の影響を受けるため、光学式のセンサによって被溶接物の各山部を精確に検出することは困難である。
【００１３】
本発明の目的は、円筒体と波形放熱板の谷部との突き合わせ部で溶接入熱が過多になる状態を生じさせることなく、円筒体と波形放熱板の各山部との突き合わせ部で十分な溶接金属の余盛量を確保することができるようにした円筒体と波形放熱板との溶接方法及びこの溶接方法を実施するために用いる溶接装置を提供することにある。
【００１４】
本発明の他の目的は、軸線方向に並べて配置された一対の円筒体と、両円筒体に跨って配置されて両円筒体に巻き付けられた波形放熱板とを溶接する場合に、両円筒体と波形放熱板との溶接を同時に行って、しかも各円筒体と波形放熱板の谷部との突き合わせ部で溶接入熱が過多になる状態を生じさせることなく、各円筒体と波形放熱板の各山部との突き合わせ部で十分な溶接金属の余盛量を確保することができるようにした円筒体と波形放熱板との溶接方法及びこの溶接方法を実施するために用いる溶接装置を提供することにある。
【００１５】
本発明の更に他の目的は、被溶接物の山部を検出するセンサとしてレーザセンサ等の光学式センサを用いても、円筒体と波形放熱板の谷部との突き合わせ部で溶接入熱が過多になる状態を生じさせることなく、円筒体と波形放熱板の各山部との突き合わせ部で十分な溶接金属の余盛量を確保するための制御を行うことができる円筒体と波形放熱板との溶接方法及びこの溶接方法を実施するために用いる溶接装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
本願においては、上記の目的を達成するため、少なくとも以下に示す第１ないし第１０の発明が開示される。
第１の発明
本願に開示された第１の発明は、山部と谷部とが交互に並ぶように波付け成形された波形放熱板を円筒体の端部外周に巻き付けて構成した被溶接物を円筒体の中心軸線の回りに回転させ、円筒体と波形放熱板との突き合わせ部に形成された円周継手部に沿う溶接線に倣うように制御される溶接トーチにより、円周継手部を溶接する円筒体と波形放熱板との溶接方法に適用される。
【００１７】
本発明においては、溶接トーチを、溶接線に倣う動作を行いつつ被溶接物の回転方向と同じ方向である第１の方向と、被溶接物の回転方向とは反対の方向である第２の方向とに変位させ得るようにしておき、円周継手部の各部のうち波形放熱板の各山部と円筒体との突き合わせ部を含む区間であって溶接金属の余盛量を他の区間よりも厚くする必要がある一定の区間及び該一定の区間を除く他の区間をそれぞれ増入熱区間及び減入熱区間として設定する。本発明においてはまた、溶接トーチが各増入熱区間の溶接を開始するタイミングで各増入熱区間に存在する波形放熱板の山部を検出するように配置されたセンサと、被溶接物の回転角を検出する回転検出手段とを設けておく。
【００１８】
本発明に係わる溶接方法では、溶接トーチが被溶接物の溶接開始点に指向した状態にあるときの被溶接物の回転角度位置を被溶接物の溶接開始時位置として、溶接開始前に（溶接アークが発生していない状態で）、被溶接物を溶接開始時位置から溶接時の回転方向と同方向に回転させて、センサが最初に被溶接物の山部を検出した時に回転検出手段が検出している被溶接物の溶接開始時位置からの回転角を先頭山部検出時回転角として記憶する山部検出過程を行い、溶接を開始するまでの間に被溶接物の回転角度位置を溶接開始時の位置に戻す。そして、山部検出過程で検出された先頭山部検出時回転角と、既知である被溶接物の山部間のピッチとを用いて、溶接トーチが各増入熱区間の溶接を開始するタイミングで回転検出手段が検出すべき被溶接物の溶接開始時位置からの回転角を溶接時検出目標回転角として演算により求める。この溶接時検出目標回転角の演算は、溶接開始前に行ってもよく、溶接を行う過程で逐次行ってもよい。
溶接の過程では、回転検出手段により検出される被溶接物の溶接開始時位置からの回転角が演算された溶接時検出目標回転角に一致するタイミングを基にして増入熱区間と減入熱区間とを検出する。増入熱区間を溶接する際には、溶接トーチを第１の方向に第１の設定速度で変位させることにより溶接トーチの被溶接物に対する相対移動速度を被溶接物の周速度よりも遅くし、減入熱区間を溶接する際には、溶接トーチを第２の方向に第２の設定速度で変位させることにより、溶接トーチの被溶接物に対する相対移動速度を被溶接物の周速度よりも速くする。
【００１９】
上記の溶接方法によると、溶接トーチを往復変位させる制御を行うだけで、波形放熱板の各山部と円筒体との突き合わせ部で溶接入熱を増大させて溶接金属の余盛量を増大させることができ、また波形放熱板の各谷部と円筒体との突き合わせ部では溶接入力を減少させて溶接入熱が過多になるのを防ぐことができるため、波形放熱板の山部と円筒体との溶接部で気密漏れが生じたり、波形放熱板の谷部と円筒体との突き合わせ部で金属の溶け落ちが生じて溶接不良が生じるのを防ぐことができる。
【００２０】
円筒体に巻き付ける前の波形放熱板は、図１１（Ａ）に示すように長方形状の輪郭形状を有するのが正常であるが、実際には、波付け加工の際に生じる歪みによって、図１１（Ｂ）に示すように、波形放熱板の輪郭が扇形に近い形に変形することがある。このように波形放熱板の輪郭形状が変形している場合でも、その山部間のピッチは一定であると見なすことができるため、山部間のピッチを既知として、上記のように、山部検出過程で検出された先頭山部検出時回転角と被溶接物の山部間のピッチとを用いて、溶接トーチが各増入熱区間の溶接を開始するタイミングで回転検出手段が検出すべき溶接時検出目標回転角を演算しても支障を来さない。
【００２１】
また上記のように構成すると、山部検出過程では、溶接開始時位置から最初に山部が検出される位置までの被溶接物の回転角を先頭山部検出時回転角として検出すればよいため、山部検出過程を短時間で行うことができる。溶接を行う際には、センサを用いることなく、演算された溶接時検出目標回転角を検出することにより、各増入熱区間の溶接を開始するタイミングを検出するため、センサとして、アーク光の影響を受けるレーザセンサ等の光学式の近接センサを用いることができる。また山部検出過程で２番目以降の山部を検出する必要がなく、溶接中も山部を検出する必要がないため、センサとしては、山部に直接接触して検出動作を行うリミットスイッチを用いることもできる。
【００２２】
第２の発明
第２の発明は第１の発明に適用されるもので、本発明においては、溶接の過程で、回転検出手段により検出される被溶接物の溶接開始時位置からの回転角が演算された各溶接時検出目標回転角に一致するタイミングを各増入熱区間の溶接を開始するタイミングとし、各増入熱区間の溶接を開始した後前記被溶接物の回転角が設定値に達した時のタイミングを各増入熱区間に続く減入熱区間の溶接を開始するタイミングとする。
【００２３】
上記のように構成すると、増入熱区間を回転検手段により検出される回転角から検出することができるため、増入区間及び減入熱区間を精確に検出して、各増入熱区間及び減入熱区間の溶接を的確に行わせることができる。
【００２４】
第３の発明
第３の発明は、第１の発明に適用されるもので、本発明においては、溶接の過程で、回転検出手段により検出される被溶接物の溶接開始時位置からの回転角が前記山部検出過程で検出された各溶接時検出目標回転角に一致するタイミングを各増入熱区間の溶接を開始するタイミングとし、各増入熱区間の溶接を開始した後設定された時間が経過した時のタイミングを各増入熱区間に続く減入熱区間の溶接を開始するタイミングとする。
【００２５】
被溶接物の回転速度を一定に制御しておけば、増入熱区間の長さを時間により精確に管理することができるため、上記のように、各増入熱区間の溶接を開始した後設定された時間が経過した時のタイミングを減入熱区間を開始するタイミングとしても支障を来さない。
【００２６】
第４の発明
第４の発明は、第１の発明に適用される。通常被溶接物は、円筒体を２つ有して該２つの円筒体が中心軸線を一致させた状態で並べて配置され、波形放熱板は、２つの円筒体に跨がって配置されて両円筒体の隣り合う端部の外周に巻き付けられる。この場合、波形放熱板と一方の円筒体との突き合わせ部及び前記波形放熱板と他方の円筒体との突き合わせ部にそれぞれ円周継手部が形成される。
【００２７】
このような被溶接物を溶接する場合には、各円周継手部に対して溶接トーチとセンサとを設け、山部検出過程を、波形放熱板と一方の円筒体との突き合わせ部側と波形放熱板と他方の円筒体との突き合わせ部側との双方で同時に行う。溶接を行う過程では、波形放熱板と一方の円筒体との突き合わせ部側及び波形放熱板と他方の円筒体との突き合わせ部側についてそれぞれ求められた溶接時検出目標回転角を用いてそれぞれの増入熱区間と減入熱区間とを検出して、両継手部の溶接を同時に行う。
【００２８】
上記の方法によれば、第１の円筒体と波形放熱板との突き合わせ部及び第２の円筒体と波形放熱板との突き合わせ部にそれぞれ形成された第１及び第２の円周継手部を同時に溶接することができるため、各円周継手部を溶接した際に生じる熱歪みが他の円周継手部に悪影響を及ぼすおそれをなくして良好な溶接結果を得ることができる。
【００２９】
第５の発明
第５の発明は、山部と谷部とが交互に並ぶように波付け成形された波形放熱板を円筒体の端部外周に巻き付けて構成した被溶接物を保持して該被溶接物を円筒体の中心軸線の回りに一定の速度で回転させる被溶接物回転装置と、溶接トーチと、円筒体と波形放熱板との突き合わせ部に形成された円周継手部に沿う溶接線を検知して溶接トーチを該溶接線に倣わせる倣い装置とを備えて、被溶接物を回転させながら溶接トーチにより円周継手部を溶接する円筒体と波形放熱板との溶接装置を対象とする。
【００３０】
本発明に係わる溶接装置においては、下記の要素が設けられる。
（ａ）溶接トーチを保持して、溶接線の接線方向に沿って被溶接物の回転方向の前方側に向う方向である前進方向と被溶接物の回転方向の後方側に向う方向である後退方向とにスライド変位するスライダ。
（ｂ）スライダを前進方向及び後退方向に駆動するスライダ駆動機構。
（ｃ）円周継手部の各部のうち波形放熱板の各山部と円筒体との突き合わせ部を含む区間であって溶接金属の余盛量を他の区間よりも厚くする必要がある一定の区間及び該一定の区間を除く他の区間をそれぞれ増入熱区間及び減入熱区間として、溶接トーチが増入熱区間の溶接を開始するタイミングで該増入熱区間に存在する波形放熱板の山部を検出するセンサ。
（ｄ）被溶接物の回転角を検出する回転検出手段。
（ｅ）溶接トーチが被溶接物の溶接開始点に指向した状態にあるときの被溶接物の回転角度位置を被溶接物の溶接開始時位置として、溶接が開始される前の状態で、被溶接物を溶接開始時位置から溶接時の回転方向と同方向に回転させて、センサが最初に被溶接物の山部を検出した時に回転検出手段が検出している被溶接物の溶接開始時位置からの回転角を先頭山部検出時回転角として記憶する山部検出過程を行う山部検出手段。
（ｆ）山部検出手段が検出した先頭山部検出時回転角と被溶接物の山部間のピッチとを用いて、溶接トーチが各増入熱区間の溶接を開始するタイミングで回転検出手段が検出すべき被溶接物の溶接開始時位置からの回転角を溶接時検出目標回転角として演算する溶接時検出目標回転角演算手段。
（ｇ）回転検出手段により検出される被溶接物の溶接開始時位置からの回転角が演算された溶接時検出目標回転角に一致するタイミングを基にして各増入熱区間と減入熱区間とを検出して、溶接トーチが増入熱区間を溶接する際には、溶接トーチを第１の方向に第１の設定速度で変位させることにより溶接トーチの被溶接物に対する相対移動速度を被溶接物の周速度よりも遅くし、溶接トーチが減入熱区間を溶接する際には、溶接トーチを第２の方向に第２の設定速度で変位させることにより、溶接トーチの被溶接物に対する相対移動速度を被溶接物の周速度よりも速くするようにスライダ駆動機構を制御するスライダ駆動制御装置。
【００３１】
第６の発明
第６の発明は、第５の発明に適用されるもので、本発明においては、被溶接物が円筒体を２つ有して該２つの円筒体が中心軸線を一致させた状態で並べて配置され、波形放熱板は、２つの円筒体に跨がって配置されて両円筒体の隣り合う端部の外周に巻き付けられている。本発明においては、波形放熱板と一方の円筒体との突き合わせ部及び波形放熱板と他方の円筒体との突き合わせ部のそれぞれに円周継手部が形成されて、各円周継手部に対して溶接トーチとセンサとが設けられ、山部検出手段は、波形放熱板と一方の円筒体との突き合わせ部側と波形放熱板と他方の円筒体との突き合わせ部側との双方で同時に山部検出過程を行うように構成される。溶接時検出目標回転角演算手段は、山部検出手段が各突き合わせ部側で検出した先頭山部検出時回転角を用いて、各突き合わせ部を溶接する溶接トーチが各増入熱区間の溶接を開始するタイミングで前記回転検出手段が検出しているべき被溶接物の溶接開始時位置からの回転角を各突き合わせ部の溶接時検出目標回転角として演算するように構成され、スライダ駆動制御装置は、波形放熱板と一方の円筒体との突き合わせ部を溶接する溶接トーチを保持したスライダを駆動するスライダ駆動機構及び波形放熱板と他方の円筒体との突き合わせ部を溶接する溶接トーチを保持したスライダを駆動するスライダ駆動機構を、溶接時検出目標回転角演算手段によりそれぞれの突き合わせ部に対して演算された溶接時検出目標回転角を用いて制御するように構成される。
【００３２】
第７の発明
第７の発明は、第５または第６の発明に適用されるもので、本発明においては、スライダ駆動制御装置が、回転検出手段により検出される被溶接物の溶接開始時位置からの回転角が演算された各溶接時検出目標回転角に一致するタイミングを各増入熱区間の溶接を開始するタイミングとし、各増入熱区間の溶接を開始した後被溶接物の回転角が設定値に達した時のタイミングを各増入熱区間に続く減入熱区間の溶接を開始するタイミングとするように構成される。
【００３３】
第８の発明
第８の発明も第５または第６の発明に適用されるもので、本発明においては、スライダ駆動制御装置が、回転検出手段により検出される被溶接物の溶接開始時位置からの回転角が山部検出過程で検出された各溶接時検出目標回転角に一致するタイミングを各増入熱区間の溶接を開始するタイミングとし、各増入熱区間の溶接を開始した後設定された時間が経過した時のタイミングを各増入熱区間に続く減入熱区間の溶接を開始するタイミングとするように構成される。
【００３４】
第９の発明
第９の発明は、第５ないし第８の発明のいずれかに適用されるもので、本発明においては、センサが、被溶接物に向けて照射したレーザビームを用いて山部を検出するレーザセンサからなっている。本発明においては、アークが発生していない状態で被溶接物の山部を検出するため、センサとして高精度のレーザセンサーを用いることができる。
【００３５】
第１０の発明
第１０の発明は、第５ないし第８の発明のいずれかに適用されるもので、本発明においては、センサが、被溶接物の山部に接触することにより検出動作を行うリミットスイッチからなっている。本発明では、山部検出過程で２番目以降の山部を検出する必要がなく、また溶接中も山部を検出する必要がないため、センサとしては、山部に直接接触して検出動作を行う安価なリミットスイッチを用いることができる。
【００３６】
上記の各発明において、第１の設定速度と第２の設定速度とは等しく設定されていてもよく、異なる値に設定されていてもよい。
【発明の効果】
【００３７】
本発明によれば、溶接トーチを往復変位させる制御を行うだけで、波形放熱板の各山部と円筒体との突き合わせ部では溶接入熱を増大させて溶接金属の余盛量を増大させることができ、また波形放熱板の各谷部と円筒体との突き合わせ部では溶接入力を減少させて溶接入熱が過多になるのを防ぐことができるため、溶接装置の構成を複雑にすることなく、波形放熱板の山部と円筒体との溶接部で気密漏れが生じたり、波形放熱板の谷部と円筒体との突き合わせ部で金属の溶け落ちが生じて溶接不良が生じるのを防ぐことができる。
【００３８】
本発明においてはまた、波形放熱板の山部を利用して、各増入熱区間を検出することができるため、増入熱区間で溶接トーチの被溶接物に対する相対移動速度を被溶接物の周速度よりも遅くし、減入熱区間で溶接トーチの被溶接物に対する相対移動速度を被溶接物の周速度よりも速くする制御を容易に行うことができる。
【００３９】
また本発明によれば、溶接を行う際に、センサを用いることなく、演算された溶接時検出目標回転角を検出することにより、各増入熱区間の溶接を開始するタイミングを検出するため、センサとして、アーク光の影響を受けるレーザセンサ等の光学式の近接センサを用いることができる。
【００４０】
第４の発明または第６の発明によれば、被溶接物が中心軸線が一致した２つの円筒体を有して、両円筒体の隣り合う端部に波形放熱板が巻き付けられている場合に、波形放熱板と一方の円筒体との突き合わせ部及び波形放熱板と他方の円筒体との突き合わせ部を同時に溶接することができるため、各突き合わせ部を溶接した際に生じる熱歪みが他の突き合わせ部に悪影響を及ぼすおそれをなくして良好な溶接結果を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００４１】
【図１】本発明に係わる溶接装置により溶接される被溶接物を製造する方法を説明する説明図である。
【図２】（Ａ）及び（Ｂ）はそれぞれ、本発明に係わる溶接装置により溶接される被溶接物の側面図及び正面図である。
【図３】（Ａ）及び（Ｂ）はそれぞれ、本発明の一実施形態において、溶接開始前にセンサにより山部を検出して、溶接時に増入熱区間の溶接を開始するタイミングを検出するために用いるデータを取得する際の被溶接物と溶接トーチ及びセンサとの位置関係を示した側面図及び正面図である。
【図４】（Ａ）及び（Ｂ）はそれぞれ、本発明の一実施形態において、センサを被溶接物の山部を検出する際の位置から上方に退避させ、溶接トーチを溶接時の位置から上方に退避させた状態を示した側面図及び正面図である。
【図５】本発明の一実施形態において、リミットスイッチからなるセンサが山部を検出している状態を示した側面図である。
【図６】（Ａ）は本発明の一実施形態で溶接トーチを支持するために用いる可動フレームの側面図、（Ｂ）は同可動フレームの正面図である。
【図７】（Ａ）は本発明の一実施形態で溶接トーチを支持するために用いるスライダの上面図、（Ｂ）は同スライダの正面図である。
【図８】同スライダに溶接トーチを支持した状態を示した側面図である。
【図９】（Ａ）は本発明の一実施形態において、増入熱区間の溶接が開始される際のセンサと被溶接物との位置関係を示した側面図、（Ｂ）は増入熱区間を溶接する際のスライダの動作を説明するための正面図である。
【図１０】（Ａ）は減入熱区間の溶接が開始される際のセンサと被溶接物との位置関係を示した側面図、（Ｂ）は減入熱区間を溶接する際のスライダの動作を説明するための正面図である。
【図１１】（Ａ）は正常な波形放熱板の正面図である。（Ｂ）は加工時に歪みを生じた波形放熱板の一例を歪みを誇張して示した正面図である。
【図１２】（Ａ）ないし（Ｄ）は本発明の実施形態において、溶接開始前に行う山部検出過程を説明するための説明図である。
【図１３】本発明に係わる溶接方法における増入熱区間及び減入熱区間と被溶接物の山部との関係と、溶接トーチの動作とを説明するための説明図である。
【図１４】被溶接物の増入熱区間で溶接トーチを被溶接物の回転方向に変位させ、減入熱区間で溶接トーチを被溶接物の回転方向と反対方向に変位させて溶接を行う溶接装置の構成例を示したブロック図である。
【図１５】本発明に係わる溶接装置の一実施形態の構成例を示したブロック図である。
【図１６】本発明の実施形態において、山部検出手段を構成するためにマイクロプロセッサに実行させる処理のアルゴリズムを示したフローチャートである。
【図１７】本発明の実施形態において、山部検出手段を構成するためにマイクロプロセッサに実行させる他の処理のアルゴリズムを示したフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００４２】
以下図面を参照して本発明の実施形態を詳細に説明する。
図１は、変圧器を収容する波形タンクを構成する波形放熱板１と円筒体（円筒フレーム）２Ａ，２Ｂとを示している。波形放熱板１は、山部ｍと平坦な谷部ｖとが交互に並ぶように帯状の鋼板を波付け成形することにより製作される。波形タンクを製造する際には、図２に示すように、外径が等しい第１及び第２の円筒体２Ａ及び２Ｂを、それぞれの中心軸線Ｏ−Ｏを一致させて水平方向に並べた状態で、溶接装置に設けられた図示しない被溶接物回転装置に保持させる。そして、波形放熱板１を第１及び第２の円筒体２Ａ及び２Ｂの間に跨って配置して、被溶接物回転装置により第１及び第２の円筒体を回転させながら、図１に示すように、波形放熱板１を両円筒体２Ａ及び２Ｂの隣り合う端部の外周に供給して、波形放熱板１を円筒体２Ａ及び２Ｂの隣り合う端部の外周に巻き付けることにより、図２に示したような被溶接物４を構成する工程を行う。
【００４３】
被溶接物回転装置は、水平方向に伸びる主軸と、被溶接物４の第１及び第２の円筒部２Ａ及び２Ｂをそれぞれ主軸に対して同軸的に支持する第１及び第２の支持機構と、モータを駆動源として主軸を第１及び第２の支持機構とともに回転させる回転駆動装置とを備えた公知のものである。
【００４４】
上記のようにして被溶接物４を構成した後、この被溶接物の第１の円筒体２Ａと波形放熱板１との突き合わせ部に形成された第１の円周継手部５Ａと、第２の円筒体２Ｂと波形放熱板１との突き合わせ部に形成された第２の円周継手部５Ｂとを円周溶接する。タンクに装柱金具を取り付けるため、波形放熱板１の一部には山部ｍが欠損している領域（山部欠損領域）γが設けられている。
【００４５】
被溶接物４の第１の円周継手部５Ａ及び第２の円周継手部５Ｂを円周溶接する際には、図３に示すように、第１及び第２の円周継手部５Ａ及び５Ｂに対してそれぞれ設けられた第１及び第２の溶接トーチ６Ａ及び６Ｂを円周継手部５Ａ及び５Ｂに指向させて、被溶接物４を中心軸線Ｏ−Ｏの回りに回転させながら、第１の円周継手部５Ａ及び第２の円周継手部５Ｂを同時に溶接する。
【００４６】
第１及び第２の溶接トーチ６Ａ及び６Ｂは、後述するように、被溶接物の中心軸線と直交する平面上で、被溶接物の接線方向（水平方向）と径方向（鉛直方向）との双方に変位し得るように設けられたステージ部に取り付けられたスライダに支持されている。溶接トーチ６Ａ及び６Ｂは、後述する溶接トーチ移動機構により、被溶接物の中心軸線と直交する平面に沿って、被溶接物回転装置に保持された被溶接物の円周継手部の溶接を行う際の位置である溶接位置（図３Ｂに示した位置）と、この溶接位置から上方に離れた位置に設定された退避位置との間を変位させられるようになっている。第１及び第２の溶接トーチ６Ａ及び６Ｂは、図３（Ｂ）に示す溶接位置にあるときに、それぞれの先端６ａ及び６ｂが被溶接物４の第１の円周継手部５Ａ及び第２の円周継手部５Ｂに指向させられた状態で配置される。
【００４７】
図６（Ａ），（Ｂ）は、各溶接トーチを支持するステージ部７の構成を概略的に示している。図示のステージ部７は、水平板部７ａと、垂直板部７ｂとによりＬ字形に形成されていて、水平方向に伸びるガイドレールを備えた第１のガイド部材８により、水平方向（Ｙ方向）にスライド自在に支持されている。第１のガイド部材８は、図示しない固定フレームに支持された第２のガイド部材９０により鉛直方向（Ｚ方向）にスライド自在に支持されている。従って、ステージ部７は、水平方向及び鉛直方向の双方にスライドし得るように支持されている。
【００４８】
図７に示されているように、ステージ部７の水平板部７ａの上にスライダ支持テーブル９が支持され、支持テーブル９にガイド部材１０を介してスライダ１１がスライド自在に支持されている。スライダ１１は、Ｙ方向及びＺ方向の双方に対して直角なＸ方向にスライドし得るように支持され、このスライダ１１に支持部材１２（図８参照）を介して溶接トーチ６Ａまたは６Ｂが支持されている。
【００４９】
ステージ部７及びスライダ１１は、Ｙ方向を被溶接物４の軸線方向に向け、Ｚ方向を鉛直方向（被溶接物４の径方向）に向け、Ｘ方向を被溶接物４の接線方向に向けた状態で配置され、溶接トーチ６Ａ，６Ｂは、それぞれの先端が円周継手部５Ａ，５Ｂの溶接線に指向し得るようにして、スライダ１１に支持されている。従って、溶接トーチ６Ａ，６Ｂは、それぞれの先端が円周継手部５Ａ，５Ｂに沿う溶接線に指向し得るようにして、被溶接物４の接線方向、軸線方向及び径方向にそれぞれ往復変位し得るように支持されている。
【００５０】
図示してないが、Ｙ方向駆動モータ及びＺ方向駆動モータと、これらのモータの回転をＹ方向及びＺ方向の直線変位に変換してステージ部７に伝達するＹ方向変位伝達機構及びＺ方向変位伝達機構とが設けられ、Ｙ方向駆動モータ及びＺ方向駆動モータを回転させることにより、溶接トーチ６Ａ，６ＢをＹ方向及びＺ方向に変位させることができるようになっている。また溶接トーチ６Ａ，６Ｂの先端の溶接線からのずれを検知するトーチ位置検知装置が設けられ、この検知装置により検知されたトーチの先端の溶接線からのずれを零にするようにＹ方向駆動モータ及びＺ方向駆動モータを制御する倣い制御装置が設けられている。この倣い制御装置と、Ｙ方向駆動モータ及びＺ方向駆動モータと、ステージ部７を支持する機構とにより、溶接トーチ倣い装置が構成されている。
【００５１】
本実施形態ではまた、Ｘ方向駆動モータと、このモータの回転をＸ方向の直線変位に変換してスライダ１１に伝達するＸ方向変位伝達機構とが設けられ、Ｘ方向駆動モータを一方向及び他方向に回転させることにより、スライダ１１を、被溶接物４の接線方向に沿って、被溶接物の回転方向の前方側に向う方向である前進方向と被溶接物の回転方向の後方側に向う方向である後退方向とにスライド変位させることができるようになっている。
【００５２】
従って、各溶接トーチは、溶接トーチ倣い装置により、その先端が常に溶接線に指向するように倣い制御される状態を保って、スライダ駆動機構により、被溶接物の接線方向に沿って、被溶接物の回転方向と同じ方向である第１の方向と、被溶接物の回転方向と反対の方向である第２の方向とに変位させられる。スライダ１１の後退方向の限界位置及び前進方向の限界位置は、ストッパにより機械的に規制されており、スライダ１１の後退方向の限界位置が当該スライダの原点となっている。スライダ１１は、この原点から前進方向への変位を開始し、その後、後退方向に変位させられて原点に戻される。
【００５３】
本実施形態では、スライダ１１を支持する機構（図５参照）と、上記Ｘ方向駆動モータと、Ｘ方向変位伝達機構とにより、溶接トーチを搭載したスライダ１１を前進方向及び後退方向に駆動するスライダ駆動機構が構成されている。Ｘ方向駆動モータとしては、その回転軸が微小角度回転する毎にパルスを発生するエンコーダを内蔵したサーボモータが用いられ、エンコーダが発生するパルス数が設定値に達したときにモータの駆動を停止させる制御を行うことにより、スライダの前進方向及び後退方向への変位量を自在に制御し得るようになっている。また第２のガイド部材９にスライド自在に支持された第１のガイド部材８をＺ方向駆動モータにより鉛直方向に駆動する機構により、溶接トーチを、被溶接物回転装置に保持された被溶接物４の円周継手部の溶接を行う際の位置である溶接位置と、この溶接位置から離れた位置に設定された退避位置とに変位させる溶接トーチ移動機構が構成されている。
【００５４】
本実施形態では、溶接トーチ６Ａ及び６Ｂをそれぞれに対して設定された退避位置に位置させたときに、被溶接物回転装置と溶接トーチ６Ａ及び６Ｂの間に、被溶接物回転装置に保持させた円筒体２Ａ及び２Ｂの外周に波形放熱板１を巻き付けて溶接の対象とする被溶接物４を構成する作業を許容するためのスペースが形成されるように、溶接トーチ６Ａ及び６Ｂのそれぞれの退避位置が設定されている。
【００５５】
上記ステージ部７及びスライダ１１を含む溶接トーチの支持機構は、第１の溶接トーチ６Ａ及び第２の溶接トーチ６Ｂのそれぞれに対して個別に設けられている。第１の溶接トーチ６Ａに対して設けられたスライダ１１及び第２の溶接トーチ６Ｂに対して設けられたスライダ１１をそれぞれ第１のスライダ及び第２のスライダと呼び、第１及び第２のスライダのそれぞれを前進方向と後退方向とに駆動するスライダ駆動機構を第１及び第２のスライダ駆動機構と呼ぶ。また第１及び第２の溶接トーチ６Ａ及び６Ｂをそれぞれ、被溶接物回転装置に保持された被溶接物４の第１及び第２の円周継手部５Ａ及び５Ｂの溶接を行う際の位置である溶接位置と、この溶接位置から離れた位置に設定された退避位置とに変位させる溶接トーチ移動機構をそれぞれ第１及び第２の溶接トーチ移動機構と呼ぶ。以下の説明では、第１及び第２のスライダをそれぞれ符号１１Ａ及び１１Ｂで示す。
【００５６】
本発明においては、第１の円周継手部５Ａの各部のうち、波形放熱板１の各山部ｍと第１の円筒体２Ａとの突き合わせ部を含む区間であって、溶接金属の余盛量を他の区間よりも厚くする必要がある一定の区間及び該一定の区間を除く他の区間をそれぞれ第１の円周継手部５Ａの増入熱区間（溶接入熱を増大させる区間）及び減入熱区間（溶接入熱を増入熱区間よりも減少させる区間）とする。
【００５７】
同様に、第２の円周継手部５Ｂの各部のうち、波形放熱板１の各山部ｍと円筒体２Ｂとの突き合わせ部を含む区間であって、溶接金属の余盛量を他の区間よりも厚くする必要がある一定の区間及び該一定の区間を除く他の区間をそれぞれ第２の円周継手部５Ｂの増入熱区間及び減入熱区間とする。波形放熱板の山部及び谷部と増入熱区間α及び減入熱区間βとの関係の一例を図１３に示した。
【００５８】
後述するように、本発明においては、増入熱区間で溶接トーチを被溶接物の回転方向と同方向に変位させることにより、溶接トーチの被溶接物に対する相対速度を遅くし、減入熱区間では、溶接トーチを被溶接物の回転方向と反対の方向に変位させることにより、溶接トーチの被溶接物に対する相対速度を速くする。これにより、増入熱区間では溶接金属の余盛量を増大させて余盛量が不足するのを防ぎ、減入熱区間では増入熱区間よりも溶接金属の余盛量を減少させて、溶接金属の溶け落ちが生じるのを防止する。
【００５９】
上記の溶接方法を実施するためには、溶接の過程で少なくとも増入熱区間の溶接を開始するタイミングを検出する必要がある。被溶接物の回転速度は一定であるため、増入熱区間の溶接を終了するタイミングは、溶接トーチを被溶接物の回転方向と同方向に変位させて溶接を行う時間を計測することにより検出することができる。また増入熱区間の溶接を開始した時点から、増入熱区間に相当する被溶接物の回転角を計測することによっても、増入熱区間の溶接を終了するタイミングを検出することができる。増入熱区間の溶接を終了するタイミングは減入熱区間の溶接を開始するタイミングである。
【００６０】
増入熱区間の溶接を開始するタイミングは、溶接トーチが各増入熱区間の溶接を開始するタイミングで各増入熱区間に存在する波形放熱板の山部を検出するように設けたセンサにより検出することができる。このようなセンサを用いて増入熱区間の溶接を開始するタイミングを検出して、増入熱区間及び減入熱区間の溶接を行う溶接装置の構成例を図１４に示した。
【００６１】
図１４に示された溶接装置においては、被溶接物１の第１及び第２の円周継手部に対してそれぞれ第１の溶接トーチ６Ａ及び第２の溶接トーチ６Ｂが設けられ、これらの溶接トーチが第１のスライダ１１Ａ及び第２のスライダ１１Ｂに搭載されている。また第１及び第２のスライダ１１Ａ及び１１Ｂのそれぞれを前進方向と後退方向とに駆動する第１及び第２のスライダ駆動機構２２Ａ及び２２Ｂが設けられ、第１の円周継手部５Ａ側及び第２の円周継手部５Ｂ側にそれぞれ第１のセンサ２１Ａ及び第２のセンサ２１Ｂが設けられている。
【００６２】
第１のセンサ２１Ａは、第１の溶接トーチ６Ａが第１の円周継手部５Ａの増入熱区間の溶接を開始するタイミングで溶接すべき増入熱区間に存在する波形放熱板１の山部ｍを検出するように設けられ、第２のセンサ２１Ｂは、第２の溶接トーチ６Ｂが第２の円周継手部５Ｂの増入熱区間の溶接を開始するタイミングで該増入熱区間に存在する波形放熱板１の山部ｍを検出するように設けられている。第１及び第２のセンサ２１Ａ及び第２のセンサ２１Ｂは、対応する溶接トーチ６Ａ及び６Ｂが増入熱区間の始点に達した際にその増入熱区間に存在する山部ｍを検出するように位置決めされて、溶接装置のフレーム（図示せず。）等に取り付けられている。第１及び第２のセンサ２１Ａ及び２１Ｂの出力は、第１のスライダ駆動機構２２Ａ及び第２の駆動機構２２Ｂをそれぞれ制御する第１のスライダ駆動制御装置２３Ａ及び第２のスライダ駆動制御装置２３Ｂに与えられている。
【００６３】
図１４に示された溶接装置を用いて被溶接物４の波形放熱板１を第１の円筒体２Ａ及び第２の円筒体２Ｂの外周に溶接する際には、被溶接物４を回転させながら、第１及び第２の溶接トーチ６Ａ及び６Ｂにより、第１の円周継手部５Ａ及び第２の円周継手部５Ｂを同時に溶接する。この場合、波形放熱板１の山部ｍと円筒体２Ａ及び２Ｂとの突き合わせ部で十分な溶接金属の余盛量が得られるように溶接速度を設定すると、波形放熱板の谷部ｖと円筒体２Ａ及び２Ｂとの突き合わせ部で入熱が過多になり、最悪の場合には、金属の溶け落ちが生じて溶接不良が生じる。また波形放熱板１の谷部ｖと円筒体２Ａ及び２Ｂとの突き合わせ部で入熱が過多になることがないように溶接速度を設定すると、波形放熱板１の山部ｍと円筒体２Ａ及び２Ｂとの突き合わせ部で十分な溶接金属の余盛量を得ることができなくなり、この突き合わせ部で溶接欠陥が生じて気密漏れ及び液密漏れが生じるおそれがある。
【００６４】
上記のような問題が生じるのを防ぐため、図１４に示された溶接装置では、前述のように増入熱区間α及び減入熱区間βを設定して、第１及び第２の円周継手部５Ａ及び５Ｂのそれぞれの増入熱区間αを溶接する際に、第１及び第２の溶接トーチ６Ａ及び６Ｂをそれぞれ第１の方向（被溶接物の回転方向）に変位させることにより、第１及び第２の溶接トーチの被溶接物に対する相対移動速度を被溶接物の周速度よりも遅くし、第１及び第２の円周継手部５Ａ及び５Ｂのそれぞれの減入熱区間βを溶接する際には、第１及び第２の溶接トーチ６Ａ及び６Ｂをそれぞれ第２の方向（被溶接物の回転方向と反対の方向）に変位させることにより、第１及び第２の溶接トーチ６Ａ及び６Ｂの被溶接物４に対する相対移動速度を被溶接物４の周速度よりも速くする。
【００６５】
このような制御を行わせると、増入熱区間では、溶接速度を遅くして溶接入熱を増やすことができるため、溶接金属の余盛量を増大させることができる。また減入熱区間では、溶接速度を速くして溶接入熱が過多になるのを防ぐことができるため、金属の溶け落ちが生じるのを防ぐことができる。
【００６６】
図１４に示した溶接装置では、溶接の過程で、第１及び第２のセンサ２１Ａ及び２１Ｂにより、被溶接物４の山部を検出することにより増入熱区間の溶接を開始するタイミングを検出している。しかしながら、第１及び第２のセンサ２１Ａ及び２１Ｂはそれぞれ、第１及び第２の溶接トーチ６Ａ及び６Ｂの近傍で被溶接物４の山部を検出するため、これらのセンサとしてレーザセンサのような光学的な非接触式センサを用いると、センサが溶接中に発生する強烈なアーク光の影響を受けて誤動作し、溶接欠陥が生じるおそれがある。
【００６７】
このような問題が生じるのを防ぐため、本実施形態においては、第１及び第２のセンサ２１Ａ及び２１Ｂによる山部の検出を溶接前に行って、被溶接物が溶接開始時位置から最初の山部が検出される位置まで回転する間の回転角を先頭山部検出時回転角として記憶させておき、溶接中は、センサを用いることなく、この回転角に基づいて各山部を検出して、各増入熱区間の溶接を開始するタイミングを検出する。
【００６８】
本実施形態の溶接方法においては、被溶接物４の回転角を検出する回転検出手段を設けておき、溶接開始前に、被溶接物４を溶接開始時位置から溶接時の回転方向と同方向に回転させて、センサ２１Ａ及び２１Ｂが被溶接物の最初の山部（先頭の山部）を検出した時に回転検出手段が検出している被溶接物の溶接開始時位置からの回転角を先頭山部検出時回転角として記憶する山部検出過程を行う。先頭山部検出時回転角を記憶した後、溶接を開始するまでの間に被溶接物４の回転角度位置を溶接開始時の位置に戻す。
【００６９】
本実施形態の溶接方法ではまた、山部検出過程で検出された先頭山部検出時回転角と、被溶接物の山部間のピッチとを用いて、溶接トーチ６Ａ及び６Ｂが各増入熱区間αの溶接を開始するタイミングで回転検出手段が検出すべき被溶接物の溶接開始時位置からの回転角を溶接時検出目標回転角として演算により求める。この演算は溶接を開始する前に行ってもよく、溶接を行う過程で逐次行うようにしてもよい。
【００７０】
溶接の過程では、回転検出手段により検出される被溶接物４の溶接開始時位置からの回転角が、演算された溶接時検出目標回転角に一致するタイミングを基にして増入熱区間αと減入熱区間βとを検出する。増入熱区間αを溶接する際には、溶接トーチ６Ａ及び６Ｂを被溶接物の回転方向と同じ方向である第１の方向に第１の設定速度で変位させることにより、溶接トーチ６Ａ及び６Ｂのそれぞれの被溶接物に対する相対移動速度を被溶接物の周速度よりも遅くし、減入熱区間βを溶接する際には、溶接トーチ６Ａ及び６Ｂを、被溶接物の回転方向と反対の方向である第２の方向に第２の設定速度で変位させることにより、溶接トーチ６Ａ及び６Ｂの被溶接物に対する相対移動速度を被溶接物の周速度よりも速くする。
【００７１】
上記の溶接方法を実施する溶接装置の構成例を図１５に示した。図１５において、２５はサーボモータ、２６はサーボモータ２４の回転を被溶接物４に伝達して被溶接物４を支持する溶接装置の主軸を回転させる回転駆動装置、２７はサーボモータ２５に設けられたエンコーダである。エンコーダ２７は、サーボモータ２５が微少角度回転する毎にパルスを発生する。
【００７２】
２８はエンコーダ２７の出力を入力としてモータ２５を制御する回転制御装置である。回転制御装置２８は、エンコーダ２７が発生するパルスからモータ２６の回転速度と回転角度位置とを検出して、被溶接物４の回転速度を指示された設定速度に保ち、被溶接物４を指示された方向に回転させて、指示された位置で停止させるようにモータ２７を制御する。本実施形態では、サーボモータ２６と、回転駆動装置２５と、エンコーダ２７と、回転制御装置２８とにより、被溶接物回転装置２９が構成されている。
【００７３】
第１のセンサ２１Ａ及び第２のセンサ２１Ｂは、図１４に示した装置で用いたものと同様のもので、山部検出位置にあるときに、第１の溶接トーチ６Ａ及び第２の溶接トーチ６Ｂがそれぞれ第１及び第２の円周接手部５Ａ及び５Ｂの各増入熱区間αの溶接を開始するタイミングで、各増入熱区間に存在する波形放熱板の山部ｍを検出するようにそれぞれの配設位置が定められている。第１のセンサ２１Ａ及び第２のセンサ２１Ｂは、図示しない支持機構に支持されて、図３に示すように被溶接物４に近い位置に設定された山部検出位置と、図４に示すように被溶接物から離れた位置に設定された退避位置とに変位させられる。
【００７４】
回転検出手段３０は、エンコーダ２７が発生するパルスを計数することにより、被溶接物４の回転角θを検出する手段であり、被溶接物の回転角をパルス数の形で検出する。本実施形態では、被溶接物の回転角θをパルス数で表わす。回転検出手段３０は、被溶接物４が溶接方向に回転する際に、エンコーダ２７からパルスが入力される毎にパルスの計数値を１ずつインクリメントし、被溶接物４が溶接方向と逆方向に回転する際に、エンコーダ２７からパルスが入力される毎にパルスの計数値を１ずつデクリメントする。従って、被溶接物４が溶接開始時位置にあるときに回転検出手段３０をリセットして被溶接物を溶接方向に回転させると、回転検出手段３０が計数するパルスの計数値が被溶接物の回転角の増大に伴って増加していく。被溶接物４の回転方向を反転させて溶接方向と逆方向に回転させると、回転検出手段３０が計数するパルスの計数値が減少していき、被溶接物を溶接開始時位置に戻すと、回転検出手段３０が計数するパルスの計数値が零に戻る。
【００７５】
３１Ａ及び３１Ｂはそれぞれ第１及び第２の山部検出手段で、これらの検出手段はそれぞれ溶接開始前に、溶接開始時位置（溶接トーチが被溶接物の溶接開始点に指向した状態にあるときの被溶接物の回転角度位置）に停止している被溶接物４を、溶接時の回転方向と同方向に回転させて、第１及び第２のセンサ２１Ａ及び２１Ｂが最初に被溶接物４の山部を検出した時に回転検出手段３０が検出している被溶接物４の溶接開始時位置からの回転角を、先頭山部検出時回転角として記憶する山部検出過程を行う。
【００７６】
３２Ａ及び３２Ｂはそれぞれ第１及び第２の溶接時検出目標回転角演算手段である。第１及び第２の溶接時検出目標回転角演算手段３２Ａ及び３２Ｂはそれぞれ、溶接開始前または溶接の過程で、山部検出過程で検出された先頭山部検出時回転角と被溶接物の山部間のピッチとを用いて、溶接トーチが各増入熱区間の溶接を開始するタイミングで回転検出手段が検出すべき被溶接物の溶接開始時位置からの回転角を溶接時検出目標回転角として演算により求める。
【００７７】
本実施形態で用いる第１及び第２のスライダ駆動制御装置２３Ａ及び２３Ｂは、溶接を行う過程で、回転検出手段３０により検出される被溶接物の溶接開始時位置からの回転角が演算された溶接時検出目標回転角に一致するタイミングを基にして各増入熱区間と減入熱区間とを検出して、溶接トーチが増入熱区間を溶接する際に溶接トーチを第１の方向に第１の設定速度で変位させることにより溶接トーチの被溶接物に対する相対移動速度を被溶接物の周速度よりも遅くし、溶接トーチが減入熱区間を溶接する際には、溶接トーチを第２の方向に第２の設定速度で変位させることにより、溶接トーチの被溶接物に対する相対移動速度を被溶接物の周速度よりも速くするようにスライダ駆動機構２２Ｂを制御する。
【００７８】
スライダ駆動制御装置２２Ａ及び２２Ｂは、回転検出手段３０により検出される被溶接物４の溶接開始時位置からの回転角が演算された各溶接時検出目標回転角に一致するタイミングを各増入熱区間の溶接を開始するタイミングとし、各増入熱区間の溶接を開始した後被溶接物の回転角が設定値に達した時のタイミングを各増入熱区間に続く減入熱区間の溶接を開始するタイミングとするように構成することができる。
【００７９】
溶接中被溶接物の回転速度は一定に保たれているため、増入熱区間の溶接を時間により管理することもできる。すなわち、スライダ駆動制御装置２２Ａ及び２２Ｂは、回転検出手段３０により検出される被溶接物４の溶接開始時位置からの回転角が山部検出過程で検出された各溶接時検出目標回転角に一致するタイミングを各増入熱区間の溶接を開始するタイミングとし、各増入熱区間の溶接を開始した後設定された時間が経過した時のタイミングを各増入熱区間に続く減入熱区間の溶接を開始するタイミングとするように構成することもできる。
【００８０】
図１５に示した溶接装置では、溶接を開始する前に、第１及び第２の山部検出手段３１Ａ及び３１Ｂにより山部検出過程を行う。この山部検出過程では、先ず図１２（Ａ）に示すように、溶接トーチ６Ａ及び６Ｂが被溶接物４の第１及び第２の円周接手部５Ａ及び５Ｂの溶接開始点Ｓに指向する状態で被溶接物４を停止させ、回転検出手段３０の検出出力を零にリセットする。このときの被溶接物４の回転角度位置を、被溶接物の溶接開始時位置とする。本実施形態では、波形放熱板１の山部が設けられていない区間の中央部を溶接開始点Ｓとしている。この溶接開始点は、円筒体２Ａ及び２Ｂ（図２参照）に巻き付けられた波形放熱板１の両端の突き合わせ部であり、既に溶接により接合されている。
【００８１】
次いで、被溶接物４を溶接開始時位置から溶接時の回転方向と同方向（図１２に示した例では時計方向）に回転させ、図１２（Ｂ）に示したように、センサ２１Ａ，２１Ｂが最初の山部（先頭山部）ｍ１を検出した時に回転検出手段３０が検出している溶接開始時位置からの回転角θ1（実際にはパルス数で表わす。）を、先頭山部検出時回転角としてメモリに記憶する。センサ２１Ａ，２１Ｂが最初の山部ｍ１を検出したところで被溶接物４を停止させ、次いで被溶接物４を溶接時の回転方向とは逆方向に回転させて、図１２（Ｃ）に示すように、被溶接物４の回転角度位置を溶接開始時位置に戻す。このとき回転検出手段３０が検出している回転角度（溶接開始時位置からの回転角）は零になっている。
【００８２】
第１及び第２の溶接時検出目標回転角演算手段３２Ａ及び３２Ｂは、上記のようにして求めた先頭山部検出回転角θ1と、既知の値である波形放熱板１の山部ｍ1，ｍ2，…相互間のピッチ（山部の基部側で測った山部の中心部間の間隔）Δθとを用いて、溶接トーチが各増入熱区間の溶接を開始するタイミングで回転検出手段３０が検出すべき被溶接物の溶接開始時位置からの回転角を溶接時検出目標回転角として演算する。山部間のピッチΔθは、円筒体に波形放熱板を巻き付けて仮溶接することにより被溶接物４を構成した段階で、第１及び第２の円周継手部５Ａ及び５Ｂのそれぞれの側で測定しておく。波形放熱板を円筒体に巻き付けて被溶接物を構成する作業を行うと、巻き付けられた波形放熱板の隣り合う山部の先端部間の距離には多少のバラツキが生じるが、山部の基部相互間の間隔は変化しない。波形放熱板を製作する工程においては、山部のピッチを一定に管理しつつ波付け加工と波部の溶接とを行うため、波形放熱板の長手方向に沿って並んでいる一連の山部相互間のピッチは波形放熱板の長手方向のいずれの箇所で測っても一定である。従って、被溶接物を構成した状態での山部間のピッチは、被溶接物の周方向のいずれの箇所で測ってもほぼ一定である。図１１（Ｂ）に示すように、波形放熱板が扇形に歪んでいる場合には、被溶接物の第１の円周継手部５Ａ側と第２の円周継手部５Ｂ側とで山部相互間のピッチに無視できない差が生じるおそれがあるため、山部間のピッチΔθは、被溶接物を構成した段階で第１の円周継手部側及び第２の円周継手部側のそれぞれで測定しておくことが好ましい。
【００８３】
本実施形態において、溶接開始後、最初に現れる増入熱区間の溶接を開始するタイミングで回転検出手段３０が検出すべき溶接時検出目標回転角（被溶接物の溶接開始時位置からの回転角）は、回転検出手段３０が山部検出過程で検出した先頭山部検出時回転角θ1そのものである。
【００８４】
溶接開始後２番目に現れる増入熱区間の溶接を開始するタイミングで回転検出手段３０が検出すべき溶接時検出目標回転角θ2は、先頭山部検出時回転角θ1に山部ｍ相互間のピッチΔθを加算することにより求められ、溶接開始後３番目に現れる増入熱区間の溶接を開始するタイミングで回転検出手段３０が検出すべき溶接時検出目標回転角θ3は、θ2に山部間のピッチΔθを加算することにより求められる。以下同様にして、４番目以降に現れる増入熱区間の溶接を開始するタイミングで回転検出手段３０が検出すべき溶接時検出目標回転角を演算することができる。
【００８５】
各増入熱区間の溶接を開始するタイミングで回転検出手段３０が検出すべき溶接時検出目標回転角の具体的な演算例を下記に示す。
以下に示す例では、波形放熱板が28個の山部を有するものとし、波形放熱板の山部間のピッチを50mmとする。また被溶接物４の円筒部の外径を490mmとする。被溶接物が１回転する間にエンコーダ２７が発生するパルス数を100000とし、サーボ制御により、0.0036°刻みで回転角度の位置決めを行うことができるものとする。
【００８６】
ここで、第１の円周接手部５Ａ側（図２Ｂの左側）で検出された先頭山部検出時回転角を示すパルス数をＬＰとすると、第１の円周接手部５Ａ側の１番目ないし２８番目の増入熱区間の溶接を開始する際に検出すべき溶接時検出目標回転角θ1ないしθ28をそれぞれ表すパルス数Ｐ1ないしＰ28は、下記の式により演算される。
Ｐ1＝ＬＰ
Ｐ2＝ＬＰ＋［(100000*50*1)/（490*π)]
Ｐ3＝ＬＰ＋［(100000*50*2)/（490*π)]
・・・・・・
Ｐ28＝ＬＰ＋［(100000*50*27)/（490*π)]
【００８７】
また第２の円周接手部５Ｂ側（図２Ｂの右側）で検出された先頭山部検出時回転角θ1を示すパルス数をＲＰとすると、第２の円周接手部５Ｂ側の１番目ないし２８番目の増入熱区間の溶接を開始する際に検出すべき溶接時検出目標回転角θ1ないしθ28をそれぞれ表すパルス数Ｐ1′ないしＰ28′は、下記の式により演算される。
Ｐ1′＝ＲＰ
Ｐ2′＝ＲＰ＋［(100000*50*1)/（490*π)]
Ｐ3′＝ＲＰ＋［(100000*50*2)/（490*π)]
・・・・・・
Ｐ28′＝ＲＰ＋［(100000*50*27)/（490*π)]
【００８８】
上記のように山部検出過程を行って先頭山部検出時回転角θ1を検出し、これと山部間のピッチΔθとから、各増入熱区間の溶接を開始する位置で回転検出手段が検出すべき被溶接物の溶接開始時位置からの回転角を溶接時検出目標回転角として演算した後、被溶接物を溶接開始時位置から一方向（図１２の例では時計方向）に一定の回転速度で回転させながら、溶接トーチ６Ａ，６Ｂと円周継手部５Ａ，５Ｂとの間でそれぞれアークを発生させて、円周継手部５Ａ，５Ｂの溶接を行う。溶接を行う際にはセンサ２１Ａ及び２１Ｂを用いないため、これらのセンサは山部検出位置から離れた退避位置に退避させておく。
【００８９】
溶接の過程では、回転検出手段３０が検出している溶接開始時位置からの被溶接物の回転角が各溶接時検出目標回転角に一致したことから各増入熱区間αの始点を検出し、Ｘ方向駆動モータを一方向に回転させてスライダを前進方向に変位させることにより、溶接トーチを溶接方向と同じ方向である第１の方向に第１の設定速度で変位させる。溶接トーチの第１の方向への変位を開始した後、その変位量が設定値に達したときに、Ｘ方向駆動モータの回転方向を反転させてスライダの移動方向を反転させ、溶接トーチの第１の方向への変位を終了させるとともに、第２の方向への第２の設定速度での変位を開始させる。
【００９０】
即ち、図９（Ａ）に示すように、回転検出手段３０が各溶接時検出目標回転角度を検出したとき（溶接トーチ６Ａ，６Ｂがそれぞれ円周継手部５Ａ，５Ｂの各増入熱区間αの始点に達したとき）に図９（Ｂ）に示すようにスライダ１１Ａ，１１Ｂを被溶接物の周速度Ｖ1よりは低い第１の設定速度で前進方向（Ｘ1方向）に移動させる。このときスライダは被溶接物の接線方向に移動するが、溶接トーチは倣い制御装置により溶接線に倣うように制御されるため、溶接トーチは円周継手部の周方向に沿って第１の方向（被溶接物の回転方向）に変位する。従って、増入熱区間を溶接する際には、溶接トーチの被溶接物に対する相対移動速度が、被溶接物の周速度Ｖ1から溶接トーチの第１の方向への移動速度Ｖaを差し引いた速度Ｖ1−Ｖaまで低下して、溶接入熱が増加させられ、溶接金属の余盛量が増大させられる。
【００９１】
またスライダが前進方向への変位を開始した後、その変位量が設定値に達したときに、Ｘ方向駆動モータの回転方向を反転させて、図１０（Ｂ）に示したように、スライダ１１Ａ，１１Ｂを後退方向（Ｘ2方向）に第２の設定速度で移動させ、溶接トーチ６Ａ及び６Ｂを第２の方向（被溶接物の回転方向と反対の方向）に移動させる。スライダ１１Ａ，１１Ｂが後退方向の限界位置（原点）に達したときに両スライダを停止させる。
【００９２】
スライダ１１Ａ，１１ｂが後退方向に変位しているときの溶接トーチの被溶接物４に対する相対移動速度は、被溶接物の周速度Ｖ1と溶接トーチの第２の方向への移動速度Ｖbとの和の速度（Ｖ1＋Ｖb）まで速められる。従って、減入熱区間（増入熱区間以外の区間）βを溶接する際の溶接速度が上昇させられて溶接入熱が過多になるのが防止され、金属の溶け落ちが生じるのが防止される。
【００９３】
本実施形態では、スライダ１１Ａ，１１Ｂを後退方向に変位させる際に、必ず後退方向の限界位置（原点）まで変位させるように、第２の設定速度を設定して、スライダ１１Ａ，１１Ｂを必ず原点に戻すようにしている。
【００９４】
図１３は、本実施形態における溶接トーチの前進動作及び後退動作と溶接速度との関係の一例を示したものである。同図（Ａ）は波形放熱板の山部及び谷部と増入熱区間α及び減入熱区間βとの関係の一例を示しており、同図（Ｂ）はスライダの前進動作及び後退動作を示している。図１３（Ｂ）において、Δｘは、スライダのストロークを示している。また図１３（Ｃ）は、スライダの変位に伴う溶接速度の変化を示している。この例では、増入熱区間αの溶接が開始される直前のタイミング（次の山部が検出されるタイミング）でスライダが原点に戻るように、スライダを後退させる際の移動速度（第２の設定速度）が調整されている。
【００９５】
なおスライダを原点に戻すタイミングは必ずしも図１３に示した例に限定されるものではなく、増入熱区間αの開始位置が検出されるタイミング（山部ｍが検出されるタイミング）よりも前のタイミングでスライダを始点に戻すようにしてもよい。このようにした場合には、減入熱区間βの終期に溶接速度が被溶接物の周速度まで上昇するが、減入熱区間全体を見ると溶接速度の平均値は減少するので、減入熱区間における溶接入熱を低減させるという目的は達成することができる。
【００９６】
本実施形態では、波形放熱板１が山部欠損領域γを有している。山部欠損領域では、センサにより山部が検出されないため、その殆どの区間でスライダが停止した状態に保持され、溶接速度は被溶接物の周速度となる。この区間で溶接速度を被溶接物の周速度とした場合に、溶接入熱が過多になる場合には、山部欠損領域が検出されたときに被溶接物の回転速度を速める制御を行うか、または溶接電流を低減する制御を行うようにすればよい。波形放熱板に設けられる山部の数は既知の値であるため、山部欠損領域γの検出は、山部が検出される回数をカウントすることにより行うことができる。
【００９７】
図１６及び図１７を参照すると、第１の山部検出手段３１Ａ及び第２の山部検出手段３１Ｂと、第１及び第２の溶接時検出目標回転角演算手段３２Ａ及び３２ｂとをそれぞれ構成するためにマイクロプロセッサに実行させる処理のアルゴリズムの一例を示すフローチャートが示されている。
【００９８】
図１６は第１の山部検出手段３１Ａと第１及び第２の溶接時検出目標回転角演算手段３２Ａ及び３２ｂとを構成するためにマイクロプロセッサに実行させる処理のアルゴリズムの一例を示したもので、このアルゴリズムによる場合には、先ずステップＳ１０１で回転検出手段３０が検出している回転角を零にリセットし、次いでステップＳ１０２で被溶接物を溶接方向に一定の速度で回転させる。ステップＳ１０３で第１のセンサ２１Ａが山部を検出するのを待ち、山部が検出されたときにステップＳ１０４に進んで、回転検出手段３０が検出している回転角を読み込んで、先頭山部検出時回転角として記憶させる。次いでステップＳ１０５で、第２のセンサ２１Ｂが山部の検出と先頭山部検出時回転角の記憶とを完了して山部検出完了信号を発生しているか否かを確認する。ステップＳ１０５で第２のセンサが山部検出完了信号を発生していることが確認されたときに、ステップＳ１０６に進んでモータ２７の回転方向を反転させて被溶接物を溶接時と反対の方向に回転させる。ステップＳ１０７で回転検出手段３０が検出している回転角（溶接開始時位置から溶接方向への回転角）が０になったか否かを判定し、回転検出手段３０が検出している回転角が０になったと判定されたとき（被溶接物の回転角度位置が溶接開始時位置に復帰したとき）に被溶接物の回転を停止させる。次いでステップＳ１０９で第１及び第２の円周継手部５Ａ及び５Ｂに関して、溶接時検出目標回転角を演算してこの処理を終了する。図１６のステップＳ１０１ないしＳ１０８により、第１の山部検出手段３０Ａが構成され、ステップＳ１０９により、第１及び第２の溶接時検出目標回転角演算手段３２Ａ及び３２Ｂが構成される。
【００９９】
また図１７に示した処理は、第２の山部検出手段３１Ｂの要部を構成するためのもので、この処理においては、ステップＳ２０１で第２のセンサ２１Ｂが最初の山部を検出するのを待つ。第２のセンサ２１Ｂが最初の山部を検出したと判定されたときにステップＳ２０２で回転検出手段３０が検出している被溶接物の溶接開始時位置からの回転角を読み込んで、第２の先頭山部検出時回転角としてメモリに記憶させる。次いでステップＳ２０３で山部検出完了信号を第１の山部検出手段３１Ａに与えてこの処理を終了する。
【０１００】
上記の実施形態では、被溶接物の回転角から波形放熱板１の山部ｍが検出された後、スライダの前進方向への変位量が設定値に達したときにスライダの変位の方向を反転させて、スライダを後退方向に変位させるようにスライダを制御することにより、増入熱区間を溶接する間だけ溶接トーチを第１の方向に変位させるようにしたが、被溶接物の回転速度は一定であり、また増入熱区間の長さも一定であるため、波形放熱板の山部が検出された時点で時間の計測を開始させて、計測された時間が設定値に達するまでの間だけスライダを前進方向に変位させるようにしても、増入熱区間を溶接する間だけ溶接トーチを第１の方向に変位させるようにすることができる。
【０１０１】
即ち、図１５に示した第１のスライダ駆動制御装置２３Ａは、被溶接物の回転角から山部ｍが検出されたときに設定時間Ｔｓが経過するまでの間第１のスライダ１１Ａを第１の設定速度で前進方向に変位させることにより第１の円周継手部５Ａの増入熱区間αを溶接する際の第１の溶接トーチ６Ａの被溶接物に対する相対移動速度を被溶接物の周速度よりも遅くし、山部が検出された後、設定時間Ｔｓが経過したときに第１のスライダ１１Ａの移動方向を反転させて第１のスライダ１１Ａを第２の設定速度で後退方向に変位させることにより、第１の円周継手部５Ａの減入熱区間を溶接する際の第１の溶接トーチ６Ａの被溶接物に対する相対移動速度を被溶接物の周速度よりも速くするように第１のスライダ駆動機構２２Ａを制御する構成としてもよい。
【０１０２】
同様に、第２のスライダ駆動制御装置２３Ｂは、山部ｍが検出されたときに設定時間Ｔｓが経過するまでの間第２のスライダ１１Ｂを第１の設定速度で前進方向に変位させることにより第２の円周継手部の増入熱区間を溶接する際の第２の溶接トーチの被溶接物に対する相対移動速度を被溶接物の周速度よりも遅くし、設定時間Ｔｓが経過したときに第２のスライダ１１Ｂの移動方向を反転させて第２のスライダを第２の設定速度で後退方向に変位させることにより、第２の円周継手部５Ｂの減入熱区間βを溶接する際の第２の溶接トーチ６Ｂの被溶接物に対する相対移動速度を被溶接物の周速度よりも速くするように第２のスライダ駆動機構を制御する構成としてもよい。
【０１０３】
上記に実施形態では、波形放熱板と一方の円筒体との突き合わせ部側（第１の円周継手部５Ａ側）及び波形放熱板と他方の円筒体との突き合わせ部側（第２の円周継手部５Ｂ側）の双方で個別に山部検出過程を行って、第１及び第２の円周継手部側のそれぞれについて各増入熱区間の溶接を開始するタイミングを検出するための溶接時検出目標回転角を求め、これらの溶接時検出目標回転角を用いて、第１及び第２の円周継手部側で個別に増入熱区間の検出を行わせることにより、第１の円周継手部及び第２の円周継手部の溶接を同時に行わせるようにしている。
【０１０４】
このように構成しておくと、図１１（Ｂ）に示すように、波形放熱板が歪んでいて、第１の円周継手部側と第２の円周継手部側とで山部の位置がずれている場合でも、各増入熱区間を正確に検出して第１の円周継手部及び第２の円周継手部のそれぞれの溶接を的確に行わせることができる。
【０１０５】
山部間のピッチは、第１の円周継手部側及び第２の円周継手部側のそれぞれで測っておくので、図１１（Ｂ）に示すように、波形放熱板が歪んでいる場合でも、先頭山部検出時回転角と、山部間のピッチとを用いて各溶接時検出目標回転角を演算する方法をとって何等差し支えがない。
【０１０６】
上記の実施形態では、溶接を開始する前にすべての溶接時検出目標回転角を演算しておくようにしたが、溶接を行う過程で、逐次溶接時検出目標回転角を演算するようにしてもよい。例えば、各増入熱区間の溶接を開始するタイミングを検出した直後に、次の増入熱区間の溶接を開始するタイミングを検出するために用いる溶接時検出目標回転角を演算するようにしてもよい。
【０１０７】
上記の各実施形態では、中心軸線を共有した状態で配置された第１及び第２の円筒体２Ａ及び２Ｂに跨って波形放熱板を溶接する場合を例にとったが、単一の円筒体の端部に波形放熱板を巻き付けて溶接する場合にも本発明を適用することができる。
【０１０８】
上記の実施形態において、スライダを前進方向に移動させる際の移動速度（第１の設定速度）及びスライダを後退方向に移動させる際の移動速度（第２の設定速度）は異なっていてもよく、等しくてもよい。
【０１０９】
上記の実施形態では、第１及び第２のセンサとしてレーザセンサのような光学式の非接触式センサを用いるとしたが、センサは被溶接物を溶接開始時位置から溶接方向に回転させた後最初に検出される山部のみを検出すればよいため、図５に示されているように、山部ｍに接触することにより検出動作を行う安価なリミットスイッチを第１及び第２のセンサ２１Ａ及び２１Ｂとして用いることもできる。
【符号の説明】
【０１１０】
１ 波形放熱板
２ 円筒体
４ 被溶接物
５Ａ 第１の円周継手部
５Ｂ 第２の円周継手部
６Ａ 第１の溶接トーチ
６Ｂ 第２の溶接トーチ
７ ステージ部
１１ スライダ
１１Ａ 第１のスライダ
１１Ｂ 第２のスライダ
２１Ａ 第１のセンサ
２１Ｂ 第２のセンサ
２２Ａ 第１のスライダ駆動機構
２２Ｂ 第２のスライダ駆動機構
２３Ａ 第１のスライダ駆動制御装置
２３Ｂ 第２のスライダ駆動制御装置
２５ 回転駆動装置
２６ サーボモータ
２７ エンコーダ
２８ 回転制御装置
２９ 被溶接物回転装置
３１Ａ 第１の山部検出手段
３１Ｂ 第２の山部検出手段
３２Ａ 第１の溶接時検出目標回転角演算手段
３２Ｂ 第２の溶接時検出目標回転角演算手段
【技術分野】
【０００１】
本発明は、変圧器等の電気機器のタンクを構成するために円筒体の外周に波形放熱板を溶接する溶接方法及びこの溶接方法を実施するために用いる溶接装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
変圧器等の電気機器を収容するタンクとして、例えば特許文献１に示されているように、中心軸線を一致させた状態で配置された一対の円筒体と、該一対の円筒体の隣り合う端部に巻き付けられた状態で両円筒体に溶接された波形放熱板とにより胴部を構成して、波形放熱板の各山部の内側に冷却媒体通路を形成するようにした波形タンクが用いられている。
【０００３】
この種のタンクを製造する際には、山部と谷部とが交互に並ぶように帯状鋼板を波付け成形して波形放熱板を製造する工程と、中心軸線を一致させて水平方向に並べて配置された一対の円筒体の互いに対向する端部外周に波形放熱板を巻き付けて、一対の円筒体とこれらの外周に巻き付けられた波形放熱板とにより被溶接物を構成する工程と、この被溶接物の各円筒体と波形放熱板との突き合わせ部に形成された円周継手部を溶接する工程とを行う。
【０００４】
この種の溶接を行う溶接装置は、少なくとも、被溶接物を円筒体の部分で保持する被溶接物回転装置と、溶接トーチとを備えていて、被溶接物回転装置に円筒体を保持させた状態で該円筒体に波形放熱板を巻き付けて被溶接物を構成する工程を行った後、被溶接物の一対の円筒体と波形放熱板との各突き合わせ部に形成された円周継手部を溶接トーチにより溶接する。
【０００５】
一対の円筒体に波形放熱板を溶接する際には、各円筒体と波形放熱板との円周継手部に溶接トーチを指向させて、円筒体と波形放熱板とを中心軸線の回りに回転させながら継手部を円周溶接する。この場合、円筒体と波形放熱板とを回転させながら溶接を行うと、継手部には円周方向に沿って一様な溶接ビードが形成される。
【０００６】
しかしながら、円周継手部に形成される溶接ビードが一様であると、円周継手部の各部のうち、波形放熱板の山部の直下及びその両側の裾部と円筒体との突き合わせ部（以下単に円筒体と放熱板の山部との突き合わせ部という。）では溶融金属の余盛が不足する傾向になり、その箇所で気密漏れ及び液密漏れが生じるおそれがある。波形放熱板の山部と円筒体との突き合わせ部で溶融金属の余盛が不足する状態が生じないようにするために、被溶接物の周速度を低下させたり、溶接電流を増加させたりして溶接入熱を増大させることが考えられるが、これらの方法により溶接入熱を増大させると、円筒体と放熱板の谷部との突き合わせ部で溶接入熱が過多になって金属の溶け落ちが発生し、溶接不良が発生するおそれがある。そのため、円筒体と波形放熱板の山部との突き合わせ部及び円筒体と放熱板の谷部との突き合わせ部との双方で満足がいく溶接金属の余盛量を得ることが難しかった。
【０００７】
上記のような問題を解決するために、特許文献２や特許文献３に示されているように、溶接継手部の形状や溶接状態を検出するセンサを設けて、検出された継手部の形状や溶接状態に応じて溶接速度や溶接電流を制御する方法を採用することが行われている。例えば、波形放熱板の山部を検出するセンサを設けて、センサが山部を検出する毎に被溶接物の周速度を低下させることにより、円筒体と放熱板の山部との継手部で溶接金属の余盛量を増大させる方法が行われている。また溶接金属の余盛量を確保するために、溶接トーチにウィービング動作を行わせる方向も知られている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】実開平４−４４１１７号公報
【特許文献２】特開平９−９９３６８号公報
【特許文献３】特開平１０−２１６９４０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
円筒体と波形放熱板の山部との溶接部で余盛が不足するのを防ぐために、波形放熱板の山部を検出するセンサを設けて、センサが山部を検出する毎に被溶接物の周速度を低下させることにより、円筒体と放熱板の山部との継手部で溶接金属の余盛量を増大させる方法をとった場合、被溶接物の慣性により、溶接箇所の周速を高い応答速度で変化させることができないため、溶接金属の余盛量を増やしたい箇所に適切に溶接ビードを形成することが難しいという問題があった。
【００１０】
左右に配置された一対の円筒体に跨って波形放熱板を溶接する場合、各円筒体と放熱板との円周継手部の溶接を別々に行うと、後から溶接を行う円周継手部が、先に行われた溶接による熱歪みの影響を受けやすいため、左右の円筒体と波形放熱板との継手部の溶接は同時に行うことが望ましい。この場合、左右の継手部側で波形放熱板の山部が検出されるタイミングが一致している必要があるが、実際には、波形放熱板の成形時に生じるねじれ等の影響により、左右の継手部で山部が検出されるタイミングがずれることがある。左右の継手部で山部が検出されるタイミングがずれる場合には、左右の継手部のそれぞれに対して溶接速度を調節しないと、円筒体と放熱板の各山部との突き合わせ部で溶接金属の余盛量を十分に増やすことができない。ところが、被溶接物の周速度を制御することにより溶接速度を制御する方法によった場合には、左右の被溶接部の溶接速度を個別に調整することができないため、円筒体と波形放熱板の各山部との突き合わせ部で溶接金属の余盛量が不足する状態が生じるのを防ぐことができず、気密漏れ及び液密漏れを起こす箇所が生じるおそれをなくすことができなかった。
【００１１】
円筒体と波形放熱板の山部との突き合わせ部で溶接金属の余盛量を確保するために、溶接トーチをウィービングさせる方法をとった場合には、円筒体と波形放熱板の山部との突き合わせ部の溶接を行う際にのみトーチをウィービングさせるようにするために、ティーチングプレイバック方式の溶接ロボットをはじめとする高価な機器を必要とするため、タンクの製造コストが高くなるのを避けられない。円周継手部の全周に亘って溶接トーチのウィービングを行わせた場合には、円筒体と放熱板の谷部との溶接部で入熱が過多になって金属の溶け落ちが生じるだけでなく、溶接ワイヤやシールドガスの消費量が多くなって、製造コストが高くなるという問題が生じる。
【００１２】
円筒体と波形放熱板の山部との突き合わせ部で溶接金属の余盛量を確保するための制御を行うに際しては、波形放熱板の山部を高精度で検出するセンサを設ける必要がある。被溶接物の山部を高精度で検出するためには、センサとして、レーザセンサ等の光学式の非接触式センサを用いることが好ましい。溶接トーチと被溶接物との間にアークが発生していない状態では、レーザセンサ等の光学式のセンサを用いることにより被溶接物の各山部を高精度で検出することができる。しかしながら、溶接中は、強烈なアーク光の影響を受けるため、光学式のセンサによって被溶接物の各山部を精確に検出することは困難である。
【００１３】
本発明の目的は、円筒体と波形放熱板の谷部との突き合わせ部で溶接入熱が過多になる状態を生じさせることなく、円筒体と波形放熱板の各山部との突き合わせ部で十分な溶接金属の余盛量を確保することができるようにした円筒体と波形放熱板との溶接方法及びこの溶接方法を実施するために用いる溶接装置を提供することにある。
【００１４】
本発明の他の目的は、軸線方向に並べて配置された一対の円筒体と、両円筒体に跨って配置されて両円筒体に巻き付けられた波形放熱板とを溶接する場合に、両円筒体と波形放熱板との溶接を同時に行って、しかも各円筒体と波形放熱板の谷部との突き合わせ部で溶接入熱が過多になる状態を生じさせることなく、各円筒体と波形放熱板の各山部との突き合わせ部で十分な溶接金属の余盛量を確保することができるようにした円筒体と波形放熱板との溶接方法及びこの溶接方法を実施するために用いる溶接装置を提供することにある。
【００１５】
本発明の更に他の目的は、被溶接物の山部を検出するセンサとしてレーザセンサ等の光学式センサを用いても、円筒体と波形放熱板の谷部との突き合わせ部で溶接入熱が過多になる状態を生じさせることなく、円筒体と波形放熱板の各山部との突き合わせ部で十分な溶接金属の余盛量を確保するための制御を行うことができる円筒体と波形放熱板との溶接方法及びこの溶接方法を実施するために用いる溶接装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
本願においては、上記の目的を達成するため、少なくとも以下に示す第１ないし第１０の発明が開示される。
第１の発明
本願に開示された第１の発明は、山部と谷部とが交互に並ぶように波付け成形された波形放熱板を円筒体の端部外周に巻き付けて構成した被溶接物を円筒体の中心軸線の回りに回転させ、円筒体と波形放熱板との突き合わせ部に形成された円周継手部に沿う溶接線に倣うように制御される溶接トーチにより、円周継手部を溶接する円筒体と波形放熱板との溶接方法に適用される。
【００１７】
本発明においては、溶接トーチを、溶接線に倣う動作を行いつつ被溶接物の回転方向と同じ方向である第１の方向と、被溶接物の回転方向とは反対の方向である第２の方向とに変位させ得るようにしておき、円周継手部の各部のうち波形放熱板の各山部と円筒体との突き合わせ部を含む区間であって溶接金属の余盛量を他の区間よりも厚くする必要がある一定の区間及び該一定の区間を除く他の区間をそれぞれ増入熱区間及び減入熱区間として設定する。本発明においてはまた、溶接トーチが各増入熱区間の溶接を開始するタイミングで各増入熱区間に存在する波形放熱板の山部を検出するように配置されたセンサと、被溶接物の回転角を検出する回転検出手段とを設けておく。
【００１８】
本発明に係わる溶接方法では、溶接トーチが被溶接物の溶接開始点に指向した状態にあるときの被溶接物の回転角度位置を被溶接物の溶接開始時位置として、溶接開始前に（溶接アークが発生していない状態で）、被溶接物を溶接開始時位置から溶接時の回転方向と同方向に回転させて、センサが最初に被溶接物の山部を検出した時に回転検出手段が検出している被溶接物の溶接開始時位置からの回転角を先頭山部検出時回転角として記憶する山部検出過程を行い、溶接を開始するまでの間に被溶接物の回転角度位置を溶接開始時の位置に戻す。そして、山部検出過程で検出された先頭山部検出時回転角と、既知である被溶接物の山部間のピッチとを用いて、溶接トーチが各増入熱区間の溶接を開始するタイミングで回転検出手段が検出すべき被溶接物の溶接開始時位置からの回転角を溶接時検出目標回転角として演算により求める。この溶接時検出目標回転角の演算は、溶接開始前に行ってもよく、溶接を行う過程で逐次行ってもよい。
溶接の過程では、回転検出手段により検出される被溶接物の溶接開始時位置からの回転角が演算された溶接時検出目標回転角に一致するタイミングを基にして増入熱区間と減入熱区間とを検出する。増入熱区間を溶接する際には、溶接トーチを第１の方向に第１の設定速度で変位させることにより溶接トーチの被溶接物に対する相対移動速度を被溶接物の周速度よりも遅くし、減入熱区間を溶接する際には、溶接トーチを第２の方向に第２の設定速度で変位させることにより、溶接トーチの被溶接物に対する相対移動速度を被溶接物の周速度よりも速くする。
【００１９】
上記の溶接方法によると、溶接トーチを往復変位させる制御を行うだけで、波形放熱板の各山部と円筒体との突き合わせ部で溶接入熱を増大させて溶接金属の余盛量を増大させることができ、また波形放熱板の各谷部と円筒体との突き合わせ部では溶接入力を減少させて溶接入熱が過多になるのを防ぐことができるため、波形放熱板の山部と円筒体との溶接部で気密漏れが生じたり、波形放熱板の谷部と円筒体との突き合わせ部で金属の溶け落ちが生じて溶接不良が生じるのを防ぐことができる。
【００２０】
円筒体に巻き付ける前の波形放熱板は、図１１（Ａ）に示すように長方形状の輪郭形状を有するのが正常であるが、実際には、波付け加工の際に生じる歪みによって、図１１（Ｂ）に示すように、波形放熱板の輪郭が扇形に近い形に変形することがある。このように波形放熱板の輪郭形状が変形している場合でも、その山部間のピッチは一定であると見なすことができるため、山部間のピッチを既知として、上記のように、山部検出過程で検出された先頭山部検出時回転角と被溶接物の山部間のピッチとを用いて、溶接トーチが各増入熱区間の溶接を開始するタイミングで回転検出手段が検出すべき溶接時検出目標回転角を演算しても支障を来さない。
【００２１】
また上記のように構成すると、山部検出過程では、溶接開始時位置から最初に山部が検出される位置までの被溶接物の回転角を先頭山部検出時回転角として検出すればよいため、山部検出過程を短時間で行うことができる。溶接を行う際には、センサを用いることなく、演算された溶接時検出目標回転角を検出することにより、各増入熱区間の溶接を開始するタイミングを検出するため、センサとして、アーク光の影響を受けるレーザセンサ等の光学式の近接センサを用いることができる。また山部検出過程で２番目以降の山部を検出する必要がなく、溶接中も山部を検出する必要がないため、センサとしては、山部に直接接触して検出動作を行うリミットスイッチを用いることもできる。
【００２２】
第２の発明
第２の発明は第１の発明に適用されるもので、本発明においては、溶接の過程で、回転検出手段により検出される被溶接物の溶接開始時位置からの回転角が演算された各溶接時検出目標回転角に一致するタイミングを各増入熱区間の溶接を開始するタイミングとし、各増入熱区間の溶接を開始した後前記被溶接物の回転角が設定値に達した時のタイミングを各増入熱区間に続く減入熱区間の溶接を開始するタイミングとする。
【００２３】
上記のように構成すると、増入熱区間を回転検手段により検出される回転角から検出することができるため、増入区間及び減入熱区間を精確に検出して、各増入熱区間及び減入熱区間の溶接を的確に行わせることができる。
【００２４】
第３の発明
第３の発明は、第１の発明に適用されるもので、本発明においては、溶接の過程で、回転検出手段により検出される被溶接物の溶接開始時位置からの回転角が前記山部検出過程で検出された各溶接時検出目標回転角に一致するタイミングを各増入熱区間の溶接を開始するタイミングとし、各増入熱区間の溶接を開始した後設定された時間が経過した時のタイミングを各増入熱区間に続く減入熱区間の溶接を開始するタイミングとする。
【００２５】
被溶接物の回転速度を一定に制御しておけば、増入熱区間の長さを時間により精確に管理することができるため、上記のように、各増入熱区間の溶接を開始した後設定された時間が経過した時のタイミングを減入熱区間を開始するタイミングとしても支障を来さない。
【００２６】
第４の発明
第４の発明は、第１の発明に適用される。通常被溶接物は、円筒体を２つ有して該２つの円筒体が中心軸線を一致させた状態で並べて配置され、波形放熱板は、２つの円筒体に跨がって配置されて両円筒体の隣り合う端部の外周に巻き付けられる。この場合、波形放熱板と一方の円筒体との突き合わせ部及び前記波形放熱板と他方の円筒体との突き合わせ部にそれぞれ円周継手部が形成される。
【００２７】
このような被溶接物を溶接する場合には、各円周継手部に対して溶接トーチとセンサとを設け、山部検出過程を、波形放熱板と一方の円筒体との突き合わせ部側と波形放熱板と他方の円筒体との突き合わせ部側との双方で同時に行う。溶接を行う過程では、波形放熱板と一方の円筒体との突き合わせ部側及び波形放熱板と他方の円筒体との突き合わせ部側についてそれぞれ求められた溶接時検出目標回転角を用いてそれぞれの増入熱区間と減入熱区間とを検出して、両継手部の溶接を同時に行う。
【００２８】
上記の方法によれば、第１の円筒体と波形放熱板との突き合わせ部及び第２の円筒体と波形放熱板との突き合わせ部にそれぞれ形成された第１及び第２の円周継手部を同時に溶接することができるため、各円周継手部を溶接した際に生じる熱歪みが他の円周継手部に悪影響を及ぼすおそれをなくして良好な溶接結果を得ることができる。
【００２９】
第５の発明
第５の発明は、山部と谷部とが交互に並ぶように波付け成形された波形放熱板を円筒体の端部外周に巻き付けて構成した被溶接物を保持して該被溶接物を円筒体の中心軸線の回りに一定の速度で回転させる被溶接物回転装置と、溶接トーチと、円筒体と波形放熱板との突き合わせ部に形成された円周継手部に沿う溶接線を検知して溶接トーチを該溶接線に倣わせる倣い装置とを備えて、被溶接物を回転させながら溶接トーチにより円周継手部を溶接する円筒体と波形放熱板との溶接装置を対象とする。
【００３０】
本発明に係わる溶接装置においては、下記の要素が設けられる。
（ａ）溶接トーチを保持して、溶接線の接線方向に沿って被溶接物の回転方向の前方側に向う方向である前進方向と被溶接物の回転方向の後方側に向う方向である後退方向とにスライド変位するスライダ。
（ｂ）スライダを前進方向及び後退方向に駆動するスライダ駆動機構。
（ｃ）円周継手部の各部のうち波形放熱板の各山部と円筒体との突き合わせ部を含む区間であって溶接金属の余盛量を他の区間よりも厚くする必要がある一定の区間及び該一定の区間を除く他の区間をそれぞれ増入熱区間及び減入熱区間として、溶接トーチが増入熱区間の溶接を開始するタイミングで該増入熱区間に存在する波形放熱板の山部を検出するセンサ。
（ｄ）被溶接物の回転角を検出する回転検出手段。
（ｅ）溶接トーチが被溶接物の溶接開始点に指向した状態にあるときの被溶接物の回転角度位置を被溶接物の溶接開始時位置として、溶接が開始される前の状態で、被溶接物を溶接開始時位置から溶接時の回転方向と同方向に回転させて、センサが最初に被溶接物の山部を検出した時に回転検出手段が検出している被溶接物の溶接開始時位置からの回転角を先頭山部検出時回転角として記憶する山部検出過程を行う山部検出手段。
（ｆ）山部検出手段が検出した先頭山部検出時回転角と被溶接物の山部間のピッチとを用いて、溶接トーチが各増入熱区間の溶接を開始するタイミングで回転検出手段が検出すべき被溶接物の溶接開始時位置からの回転角を溶接時検出目標回転角として演算する溶接時検出目標回転角演算手段。
（ｇ）回転検出手段により検出される被溶接物の溶接開始時位置からの回転角が演算された溶接時検出目標回転角に一致するタイミングを基にして各増入熱区間と減入熱区間とを検出して、溶接トーチが増入熱区間を溶接する際には、溶接トーチを第１の方向に第１の設定速度で変位させることにより溶接トーチの被溶接物に対する相対移動速度を被溶接物の周速度よりも遅くし、溶接トーチが減入熱区間を溶接する際には、溶接トーチを第２の方向に第２の設定速度で変位させることにより、溶接トーチの被溶接物に対する相対移動速度を被溶接物の周速度よりも速くするようにスライダ駆動機構を制御するスライダ駆動制御装置。
【００３１】
第６の発明
第６の発明は、第５の発明に適用されるもので、本発明においては、被溶接物が円筒体を２つ有して該２つの円筒体が中心軸線を一致させた状態で並べて配置され、波形放熱板は、２つの円筒体に跨がって配置されて両円筒体の隣り合う端部の外周に巻き付けられている。本発明においては、波形放熱板と一方の円筒体との突き合わせ部及び波形放熱板と他方の円筒体との突き合わせ部のそれぞれに円周継手部が形成されて、各円周継手部に対して溶接トーチとセンサとが設けられ、山部検出手段は、波形放熱板と一方の円筒体との突き合わせ部側と波形放熱板と他方の円筒体との突き合わせ部側との双方で同時に山部検出過程を行うように構成される。溶接時検出目標回転角演算手段は、山部検出手段が各突き合わせ部側で検出した先頭山部検出時回転角を用いて、各突き合わせ部を溶接する溶接トーチが各増入熱区間の溶接を開始するタイミングで前記回転検出手段が検出しているべき被溶接物の溶接開始時位置からの回転角を各突き合わせ部の溶接時検出目標回転角として演算するように構成され、スライダ駆動制御装置は、波形放熱板と一方の円筒体との突き合わせ部を溶接する溶接トーチを保持したスライダを駆動するスライダ駆動機構及び波形放熱板と他方の円筒体との突き合わせ部を溶接する溶接トーチを保持したスライダを駆動するスライダ駆動機構を、溶接時検出目標回転角演算手段によりそれぞれの突き合わせ部に対して演算された溶接時検出目標回転角を用いて制御するように構成される。
【００３２】
第７の発明
第７の発明は、第５または第６の発明に適用されるもので、本発明においては、スライダ駆動制御装置が、回転検出手段により検出される被溶接物の溶接開始時位置からの回転角が演算された各溶接時検出目標回転角に一致するタイミングを各増入熱区間の溶接を開始するタイミングとし、各増入熱区間の溶接を開始した後被溶接物の回転角が設定値に達した時のタイミングを各増入熱区間に続く減入熱区間の溶接を開始するタイミングとするように構成される。
【００３３】
第８の発明
第８の発明も第５または第６の発明に適用されるもので、本発明においては、スライダ駆動制御装置が、回転検出手段により検出される被溶接物の溶接開始時位置からの回転角が山部検出過程で検出された各溶接時検出目標回転角に一致するタイミングを各増入熱区間の溶接を開始するタイミングとし、各増入熱区間の溶接を開始した後設定された時間が経過した時のタイミングを各増入熱区間に続く減入熱区間の溶接を開始するタイミングとするように構成される。
【００３４】
第９の発明
第９の発明は、第５ないし第８の発明のいずれかに適用されるもので、本発明においては、センサが、被溶接物に向けて照射したレーザビームを用いて山部を検出するレーザセンサからなっている。本発明においては、アークが発生していない状態で被溶接物の山部を検出するため、センサとして高精度のレーザセンサーを用いることができる。
【００３５】
第１０の発明
第１０の発明は、第５ないし第８の発明のいずれかに適用されるもので、本発明においては、センサが、被溶接物の山部に接触することにより検出動作を行うリミットスイッチからなっている。本発明では、山部検出過程で２番目以降の山部を検出する必要がなく、また溶接中も山部を検出する必要がないため、センサとしては、山部に直接接触して検出動作を行う安価なリミットスイッチを用いることができる。
【００３６】
上記の各発明において、第１の設定速度と第２の設定速度とは等しく設定されていてもよく、異なる値に設定されていてもよい。
【発明の効果】
【００３７】
本発明によれば、溶接トーチを往復変位させる制御を行うだけで、波形放熱板の各山部と円筒体との突き合わせ部では溶接入熱を増大させて溶接金属の余盛量を増大させることができ、また波形放熱板の各谷部と円筒体との突き合わせ部では溶接入力を減少させて溶接入熱が過多になるのを防ぐことができるため、溶接装置の構成を複雑にすることなく、波形放熱板の山部と円筒体との溶接部で気密漏れが生じたり、波形放熱板の谷部と円筒体との突き合わせ部で金属の溶け落ちが生じて溶接不良が生じるのを防ぐことができる。
【００３８】
本発明においてはまた、波形放熱板の山部を利用して、各増入熱区間を検出することができるため、増入熱区間で溶接トーチの被溶接物に対する相対移動速度を被溶接物の周速度よりも遅くし、減入熱区間で溶接トーチの被溶接物に対する相対移動速度を被溶接物の周速度よりも速くする制御を容易に行うことができる。
【００３９】
また本発明によれば、溶接を行う際に、センサを用いることなく、演算された溶接時検出目標回転角を検出することにより、各増入熱区間の溶接を開始するタイミングを検出するため、センサとして、アーク光の影響を受けるレーザセンサ等の光学式の近接センサを用いることができる。
【００４０】
第４の発明または第６の発明によれば、被溶接物が中心軸線が一致した２つの円筒体を有して、両円筒体の隣り合う端部に波形放熱板が巻き付けられている場合に、波形放熱板と一方の円筒体との突き合わせ部及び波形放熱板と他方の円筒体との突き合わせ部を同時に溶接することができるため、各突き合わせ部を溶接した際に生じる熱歪みが他の突き合わせ部に悪影響を及ぼすおそれをなくして良好な溶接結果を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００４１】
【図１】本発明に係わる溶接装置により溶接される被溶接物を製造する方法を説明する説明図である。
【図２】（Ａ）及び（Ｂ）はそれぞれ、本発明に係わる溶接装置により溶接される被溶接物の側面図及び正面図である。
【図３】（Ａ）及び（Ｂ）はそれぞれ、本発明の一実施形態において、溶接開始前にセンサにより山部を検出して、溶接時に増入熱区間の溶接を開始するタイミングを検出するために用いるデータを取得する際の被溶接物と溶接トーチ及びセンサとの位置関係を示した側面図及び正面図である。
【図４】（Ａ）及び（Ｂ）はそれぞれ、本発明の一実施形態において、センサを被溶接物の山部を検出する際の位置から上方に退避させ、溶接トーチを溶接時の位置から上方に退避させた状態を示した側面図及び正面図である。
【図５】本発明の一実施形態において、リミットスイッチからなるセンサが山部を検出している状態を示した側面図である。
【図６】（Ａ）は本発明の一実施形態で溶接トーチを支持するために用いる可動フレームの側面図、（Ｂ）は同可動フレームの正面図である。
【図７】（Ａ）は本発明の一実施形態で溶接トーチを支持するために用いるスライダの上面図、（Ｂ）は同スライダの正面図である。
【図８】同スライダに溶接トーチを支持した状態を示した側面図である。
【図９】（Ａ）は本発明の一実施形態において、増入熱区間の溶接が開始される際のセンサと被溶接物との位置関係を示した側面図、（Ｂ）は増入熱区間を溶接する際のスライダの動作を説明するための正面図である。
【図１０】（Ａ）は減入熱区間の溶接が開始される際のセンサと被溶接物との位置関係を示した側面図、（Ｂ）は減入熱区間を溶接する際のスライダの動作を説明するための正面図である。
【図１１】（Ａ）は正常な波形放熱板の正面図である。（Ｂ）は加工時に歪みを生じた波形放熱板の一例を歪みを誇張して示した正面図である。
【図１２】（Ａ）ないし（Ｄ）は本発明の実施形態において、溶接開始前に行う山部検出過程を説明するための説明図である。
【図１３】本発明に係わる溶接方法における増入熱区間及び減入熱区間と被溶接物の山部との関係と、溶接トーチの動作とを説明するための説明図である。
【図１４】被溶接物の増入熱区間で溶接トーチを被溶接物の回転方向に変位させ、減入熱区間で溶接トーチを被溶接物の回転方向と反対方向に変位させて溶接を行う溶接装置の構成例を示したブロック図である。
【図１５】本発明に係わる溶接装置の一実施形態の構成例を示したブロック図である。
【図１６】本発明の実施形態において、山部検出手段を構成するためにマイクロプロセッサに実行させる処理のアルゴリズムを示したフローチャートである。
【図１７】本発明の実施形態において、山部検出手段を構成するためにマイクロプロセッサに実行させる他の処理のアルゴリズムを示したフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００４２】
以下図面を参照して本発明の実施形態を詳細に説明する。
図１は、変圧器を収容する波形タンクを構成する波形放熱板１と円筒体（円筒フレーム）２Ａ，２Ｂとを示している。波形放熱板１は、山部ｍと平坦な谷部ｖとが交互に並ぶように帯状の鋼板を波付け成形することにより製作される。波形タンクを製造する際には、図２に示すように、外径が等しい第１及び第２の円筒体２Ａ及び２Ｂを、それぞれの中心軸線Ｏ−Ｏを一致させて水平方向に並べた状態で、溶接装置に設けられた図示しない被溶接物回転装置に保持させる。そして、波形放熱板１を第１及び第２の円筒体２Ａ及び２Ｂの間に跨って配置して、被溶接物回転装置により第１及び第２の円筒体を回転させながら、図１に示すように、波形放熱板１を両円筒体２Ａ及び２Ｂの隣り合う端部の外周に供給して、波形放熱板１を円筒体２Ａ及び２Ｂの隣り合う端部の外周に巻き付けることにより、図２に示したような被溶接物４を構成する工程を行う。
【００４３】
被溶接物回転装置は、水平方向に伸びる主軸と、被溶接物４の第１及び第２の円筒部２Ａ及び２Ｂをそれぞれ主軸に対して同軸的に支持する第１及び第２の支持機構と、モータを駆動源として主軸を第１及び第２の支持機構とともに回転させる回転駆動装置とを備えた公知のものである。
【００４４】
上記のようにして被溶接物４を構成した後、この被溶接物の第１の円筒体２Ａと波形放熱板１との突き合わせ部に形成された第１の円周継手部５Ａと、第２の円筒体２Ｂと波形放熱板１との突き合わせ部に形成された第２の円周継手部５Ｂとを円周溶接する。タンクに装柱金具を取り付けるため、波形放熱板１の一部には山部ｍが欠損している領域（山部欠損領域）γが設けられている。
【００４５】
被溶接物４の第１の円周継手部５Ａ及び第２の円周継手部５Ｂを円周溶接する際には、図３に示すように、第１及び第２の円周継手部５Ａ及び５Ｂに対してそれぞれ設けられた第１及び第２の溶接トーチ６Ａ及び６Ｂを円周継手部５Ａ及び５Ｂに指向させて、被溶接物４を中心軸線Ｏ−Ｏの回りに回転させながら、第１の円周継手部５Ａ及び第２の円周継手部５Ｂを同時に溶接する。
【００４６】
第１及び第２の溶接トーチ６Ａ及び６Ｂは、後述するように、被溶接物の中心軸線と直交する平面上で、被溶接物の接線方向（水平方向）と径方向（鉛直方向）との双方に変位し得るように設けられたステージ部に取り付けられたスライダに支持されている。溶接トーチ６Ａ及び６Ｂは、後述する溶接トーチ移動機構により、被溶接物の中心軸線と直交する平面に沿って、被溶接物回転装置に保持された被溶接物の円周継手部の溶接を行う際の位置である溶接位置（図３Ｂに示した位置）と、この溶接位置から上方に離れた位置に設定された退避位置との間を変位させられるようになっている。第１及び第２の溶接トーチ６Ａ及び６Ｂは、図３（Ｂ）に示す溶接位置にあるときに、それぞれの先端６ａ及び６ｂが被溶接物４の第１の円周継手部５Ａ及び第２の円周継手部５Ｂに指向させられた状態で配置される。
【００４７】
図６（Ａ），（Ｂ）は、各溶接トーチを支持するステージ部７の構成を概略的に示している。図示のステージ部７は、水平板部７ａと、垂直板部７ｂとによりＬ字形に形成されていて、水平方向に伸びるガイドレールを備えた第１のガイド部材８により、水平方向（Ｙ方向）にスライド自在に支持されている。第１のガイド部材８は、図示しない固定フレームに支持された第２のガイド部材９０により鉛直方向（Ｚ方向）にスライド自在に支持されている。従って、ステージ部７は、水平方向及び鉛直方向の双方にスライドし得るように支持されている。
【００４８】
図７に示されているように、ステージ部７の水平板部７ａの上にスライダ支持テーブル９が支持され、支持テーブル９にガイド部材１０を介してスライダ１１がスライド自在に支持されている。スライダ１１は、Ｙ方向及びＺ方向の双方に対して直角なＸ方向にスライドし得るように支持され、このスライダ１１に支持部材１２（図８参照）を介して溶接トーチ６Ａまたは６Ｂが支持されている。
【００４９】
ステージ部７及びスライダ１１は、Ｙ方向を被溶接物４の軸線方向に向け、Ｚ方向を鉛直方向（被溶接物４の径方向）に向け、Ｘ方向を被溶接物４の接線方向に向けた状態で配置され、溶接トーチ６Ａ，６Ｂは、それぞれの先端が円周継手部５Ａ，５Ｂの溶接線に指向し得るようにして、スライダ１１に支持されている。従って、溶接トーチ６Ａ，６Ｂは、それぞれの先端が円周継手部５Ａ，５Ｂに沿う溶接線に指向し得るようにして、被溶接物４の接線方向、軸線方向及び径方向にそれぞれ往復変位し得るように支持されている。
【００５０】
図示してないが、Ｙ方向駆動モータ及びＺ方向駆動モータと、これらのモータの回転をＹ方向及びＺ方向の直線変位に変換してステージ部７に伝達するＹ方向変位伝達機構及びＺ方向変位伝達機構とが設けられ、Ｙ方向駆動モータ及びＺ方向駆動モータを回転させることにより、溶接トーチ６Ａ，６ＢをＹ方向及びＺ方向に変位させることができるようになっている。また溶接トーチ６Ａ，６Ｂの先端の溶接線からのずれを検知するトーチ位置検知装置が設けられ、この検知装置により検知されたトーチの先端の溶接線からのずれを零にするようにＹ方向駆動モータ及びＺ方向駆動モータを制御する倣い制御装置が設けられている。この倣い制御装置と、Ｙ方向駆動モータ及びＺ方向駆動モータと、ステージ部７を支持する機構とにより、溶接トーチ倣い装置が構成されている。
【００５１】
本実施形態ではまた、Ｘ方向駆動モータと、このモータの回転をＸ方向の直線変位に変換してスライダ１１に伝達するＸ方向変位伝達機構とが設けられ、Ｘ方向駆動モータを一方向及び他方向に回転させることにより、スライダ１１を、被溶接物４の接線方向に沿って、被溶接物の回転方向の前方側に向う方向である前進方向と被溶接物の回転方向の後方側に向う方向である後退方向とにスライド変位させることができるようになっている。
【００５２】
従って、各溶接トーチは、溶接トーチ倣い装置により、その先端が常に溶接線に指向するように倣い制御される状態を保って、スライダ駆動機構により、被溶接物の接線方向に沿って、被溶接物の回転方向と同じ方向である第１の方向と、被溶接物の回転方向と反対の方向である第２の方向とに変位させられる。スライダ１１の後退方向の限界位置及び前進方向の限界位置は、ストッパにより機械的に規制されており、スライダ１１の後退方向の限界位置が当該スライダの原点となっている。スライダ１１は、この原点から前進方向への変位を開始し、その後、後退方向に変位させられて原点に戻される。
【００５３】
本実施形態では、スライダ１１を支持する機構（図５参照）と、上記Ｘ方向駆動モータと、Ｘ方向変位伝達機構とにより、溶接トーチを搭載したスライダ１１を前進方向及び後退方向に駆動するスライダ駆動機構が構成されている。Ｘ方向駆動モータとしては、その回転軸が微小角度回転する毎にパルスを発生するエンコーダを内蔵したサーボモータが用いられ、エンコーダが発生するパルス数が設定値に達したときにモータの駆動を停止させる制御を行うことにより、スライダの前進方向及び後退方向への変位量を自在に制御し得るようになっている。また第２のガイド部材９にスライド自在に支持された第１のガイド部材８をＺ方向駆動モータにより鉛直方向に駆動する機構により、溶接トーチを、被溶接物回転装置に保持された被溶接物４の円周継手部の溶接を行う際の位置である溶接位置と、この溶接位置から離れた位置に設定された退避位置とに変位させる溶接トーチ移動機構が構成されている。
【００５４】
本実施形態では、溶接トーチ６Ａ及び６Ｂをそれぞれに対して設定された退避位置に位置させたときに、被溶接物回転装置と溶接トーチ６Ａ及び６Ｂの間に、被溶接物回転装置に保持させた円筒体２Ａ及び２Ｂの外周に波形放熱板１を巻き付けて溶接の対象とする被溶接物４を構成する作業を許容するためのスペースが形成されるように、溶接トーチ６Ａ及び６Ｂのそれぞれの退避位置が設定されている。
【００５５】
上記ステージ部７及びスライダ１１を含む溶接トーチの支持機構は、第１の溶接トーチ６Ａ及び第２の溶接トーチ６Ｂのそれぞれに対して個別に設けられている。第１の溶接トーチ６Ａに対して設けられたスライダ１１及び第２の溶接トーチ６Ｂに対して設けられたスライダ１１をそれぞれ第１のスライダ及び第２のスライダと呼び、第１及び第２のスライダのそれぞれを前進方向と後退方向とに駆動するスライダ駆動機構を第１及び第２のスライダ駆動機構と呼ぶ。また第１及び第２の溶接トーチ６Ａ及び６Ｂをそれぞれ、被溶接物回転装置に保持された被溶接物４の第１及び第２の円周継手部５Ａ及び５Ｂの溶接を行う際の位置である溶接位置と、この溶接位置から離れた位置に設定された退避位置とに変位させる溶接トーチ移動機構をそれぞれ第１及び第２の溶接トーチ移動機構と呼ぶ。以下の説明では、第１及び第２のスライダをそれぞれ符号１１Ａ及び１１Ｂで示す。
【００５６】
本発明においては、第１の円周継手部５Ａの各部のうち、波形放熱板１の各山部ｍと第１の円筒体２Ａとの突き合わせ部を含む区間であって、溶接金属の余盛量を他の区間よりも厚くする必要がある一定の区間及び該一定の区間を除く他の区間をそれぞれ第１の円周継手部５Ａの増入熱区間（溶接入熱を増大させる区間）及び減入熱区間（溶接入熱を増入熱区間よりも減少させる区間）とする。
【００５７】
同様に、第２の円周継手部５Ｂの各部のうち、波形放熱板１の各山部ｍと円筒体２Ｂとの突き合わせ部を含む区間であって、溶接金属の余盛量を他の区間よりも厚くする必要がある一定の区間及び該一定の区間を除く他の区間をそれぞれ第２の円周継手部５Ｂの増入熱区間及び減入熱区間とする。波形放熱板の山部及び谷部と増入熱区間α及び減入熱区間βとの関係の一例を図１３に示した。
【００５８】
後述するように、本発明においては、増入熱区間で溶接トーチを被溶接物の回転方向と同方向に変位させることにより、溶接トーチの被溶接物に対する相対速度を遅くし、減入熱区間では、溶接トーチを被溶接物の回転方向と反対の方向に変位させることにより、溶接トーチの被溶接物に対する相対速度を速くする。これにより、増入熱区間では溶接金属の余盛量を増大させて余盛量が不足するのを防ぎ、減入熱区間では増入熱区間よりも溶接金属の余盛量を減少させて、溶接金属の溶け落ちが生じるのを防止する。
【００５９】
上記の溶接方法を実施するためには、溶接の過程で少なくとも増入熱区間の溶接を開始するタイミングを検出する必要がある。被溶接物の回転速度は一定であるため、増入熱区間の溶接を終了するタイミングは、溶接トーチを被溶接物の回転方向と同方向に変位させて溶接を行う時間を計測することにより検出することができる。また増入熱区間の溶接を開始した時点から、増入熱区間に相当する被溶接物の回転角を計測することによっても、増入熱区間の溶接を終了するタイミングを検出することができる。増入熱区間の溶接を終了するタイミングは減入熱区間の溶接を開始するタイミングである。
【００６０】
増入熱区間の溶接を開始するタイミングは、溶接トーチが各増入熱区間の溶接を開始するタイミングで各増入熱区間に存在する波形放熱板の山部を検出するように設けたセンサにより検出することができる。このようなセンサを用いて増入熱区間の溶接を開始するタイミングを検出して、増入熱区間及び減入熱区間の溶接を行う溶接装置の構成例を図１４に示した。
【００６１】
図１４に示された溶接装置においては、被溶接物１の第１及び第２の円周継手部に対してそれぞれ第１の溶接トーチ６Ａ及び第２の溶接トーチ６Ｂが設けられ、これらの溶接トーチが第１のスライダ１１Ａ及び第２のスライダ１１Ｂに搭載されている。また第１及び第２のスライダ１１Ａ及び１１Ｂのそれぞれを前進方向と後退方向とに駆動する第１及び第２のスライダ駆動機構２２Ａ及び２２Ｂが設けられ、第１の円周継手部５Ａ側及び第２の円周継手部５Ｂ側にそれぞれ第１のセンサ２１Ａ及び第２のセンサ２１Ｂが設けられている。
【００６２】
第１のセンサ２１Ａは、第１の溶接トーチ６Ａが第１の円周継手部５Ａの増入熱区間の溶接を開始するタイミングで溶接すべき増入熱区間に存在する波形放熱板１の山部ｍを検出するように設けられ、第２のセンサ２１Ｂは、第２の溶接トーチ６Ｂが第２の円周継手部５Ｂの増入熱区間の溶接を開始するタイミングで該増入熱区間に存在する波形放熱板１の山部ｍを検出するように設けられている。第１及び第２のセンサ２１Ａ及び第２のセンサ２１Ｂは、対応する溶接トーチ６Ａ及び６Ｂが増入熱区間の始点に達した際にその増入熱区間に存在する山部ｍを検出するように位置決めされて、溶接装置のフレーム（図示せず。）等に取り付けられている。第１及び第２のセンサ２１Ａ及び２１Ｂの出力は、第１のスライダ駆動機構２２Ａ及び第２の駆動機構２２Ｂをそれぞれ制御する第１のスライダ駆動制御装置２３Ａ及び第２のスライダ駆動制御装置２３Ｂに与えられている。
【００６３】
図１４に示された溶接装置を用いて被溶接物４の波形放熱板１を第１の円筒体２Ａ及び第２の円筒体２Ｂの外周に溶接する際には、被溶接物４を回転させながら、第１及び第２の溶接トーチ６Ａ及び６Ｂにより、第１の円周継手部５Ａ及び第２の円周継手部５Ｂを同時に溶接する。この場合、波形放熱板１の山部ｍと円筒体２Ａ及び２Ｂとの突き合わせ部で十分な溶接金属の余盛量が得られるように溶接速度を設定すると、波形放熱板の谷部ｖと円筒体２Ａ及び２Ｂとの突き合わせ部で入熱が過多になり、最悪の場合には、金属の溶け落ちが生じて溶接不良が生じる。また波形放熱板１の谷部ｖと円筒体２Ａ及び２Ｂとの突き合わせ部で入熱が過多になることがないように溶接速度を設定すると、波形放熱板１の山部ｍと円筒体２Ａ及び２Ｂとの突き合わせ部で十分な溶接金属の余盛量を得ることができなくなり、この突き合わせ部で溶接欠陥が生じて気密漏れ及び液密漏れが生じるおそれがある。
【００６４】
上記のような問題が生じるのを防ぐため、図１４に示された溶接装置では、前述のように増入熱区間α及び減入熱区間βを設定して、第１及び第２の円周継手部５Ａ及び５Ｂのそれぞれの増入熱区間αを溶接する際に、第１及び第２の溶接トーチ６Ａ及び６Ｂをそれぞれ第１の方向（被溶接物の回転方向）に変位させることにより、第１及び第２の溶接トーチの被溶接物に対する相対移動速度を被溶接物の周速度よりも遅くし、第１及び第２の円周継手部５Ａ及び５Ｂのそれぞれの減入熱区間βを溶接する際には、第１及び第２の溶接トーチ６Ａ及び６Ｂをそれぞれ第２の方向（被溶接物の回転方向と反対の方向）に変位させることにより、第１及び第２の溶接トーチ６Ａ及び６Ｂの被溶接物４に対する相対移動速度を被溶接物４の周速度よりも速くする。
【００６５】
このような制御を行わせると、増入熱区間では、溶接速度を遅くして溶接入熱を増やすことができるため、溶接金属の余盛量を増大させることができる。また減入熱区間では、溶接速度を速くして溶接入熱が過多になるのを防ぐことができるため、金属の溶け落ちが生じるのを防ぐことができる。
【００６６】
図１４に示した溶接装置では、溶接の過程で、第１及び第２のセンサ２１Ａ及び２１Ｂにより、被溶接物４の山部を検出することにより増入熱区間の溶接を開始するタイミングを検出している。しかしながら、第１及び第２のセンサ２１Ａ及び２１Ｂはそれぞれ、第１及び第２の溶接トーチ６Ａ及び６Ｂの近傍で被溶接物４の山部を検出するため、これらのセンサとしてレーザセンサのような光学的な非接触式センサを用いると、センサが溶接中に発生する強烈なアーク光の影響を受けて誤動作し、溶接欠陥が生じるおそれがある。
【００６７】
このような問題が生じるのを防ぐため、本実施形態においては、第１及び第２のセンサ２１Ａ及び２１Ｂによる山部の検出を溶接前に行って、被溶接物が溶接開始時位置から最初の山部が検出される位置まで回転する間の回転角を先頭山部検出時回転角として記憶させておき、溶接中は、センサを用いることなく、この回転角に基づいて各山部を検出して、各増入熱区間の溶接を開始するタイミングを検出する。
【００６８】
本実施形態の溶接方法においては、被溶接物４の回転角を検出する回転検出手段を設けておき、溶接開始前に、被溶接物４を溶接開始時位置から溶接時の回転方向と同方向に回転させて、センサ２１Ａ及び２１Ｂが被溶接物の最初の山部（先頭の山部）を検出した時に回転検出手段が検出している被溶接物の溶接開始時位置からの回転角を先頭山部検出時回転角として記憶する山部検出過程を行う。先頭山部検出時回転角を記憶した後、溶接を開始するまでの間に被溶接物４の回転角度位置を溶接開始時の位置に戻す。
【００６９】
本実施形態の溶接方法ではまた、山部検出過程で検出された先頭山部検出時回転角と、被溶接物の山部間のピッチとを用いて、溶接トーチ６Ａ及び６Ｂが各増入熱区間αの溶接を開始するタイミングで回転検出手段が検出すべき被溶接物の溶接開始時位置からの回転角を溶接時検出目標回転角として演算により求める。この演算は溶接を開始する前に行ってもよく、溶接を行う過程で逐次行うようにしてもよい。
【００７０】
溶接の過程では、回転検出手段により検出される被溶接物４の溶接開始時位置からの回転角が、演算された溶接時検出目標回転角に一致するタイミングを基にして増入熱区間αと減入熱区間βとを検出する。増入熱区間αを溶接する際には、溶接トーチ６Ａ及び６Ｂを被溶接物の回転方向と同じ方向である第１の方向に第１の設定速度で変位させることにより、溶接トーチ６Ａ及び６Ｂのそれぞれの被溶接物に対する相対移動速度を被溶接物の周速度よりも遅くし、減入熱区間βを溶接する際には、溶接トーチ６Ａ及び６Ｂを、被溶接物の回転方向と反対の方向である第２の方向に第２の設定速度で変位させることにより、溶接トーチ６Ａ及び６Ｂの被溶接物に対する相対移動速度を被溶接物の周速度よりも速くする。
【００７１】
上記の溶接方法を実施する溶接装置の構成例を図１５に示した。図１５において、２５はサーボモータ、２６はサーボモータ２４の回転を被溶接物４に伝達して被溶接物４を支持する溶接装置の主軸を回転させる回転駆動装置、２７はサーボモータ２５に設けられたエンコーダである。エンコーダ２７は、サーボモータ２５が微少角度回転する毎にパルスを発生する。
【００７２】
２８はエンコーダ２７の出力を入力としてモータ２５を制御する回転制御装置である。回転制御装置２８は、エンコーダ２７が発生するパルスからモータ２６の回転速度と回転角度位置とを検出して、被溶接物４の回転速度を指示された設定速度に保ち、被溶接物４を指示された方向に回転させて、指示された位置で停止させるようにモータ２７を制御する。本実施形態では、サーボモータ２６と、回転駆動装置２５と、エンコーダ２７と、回転制御装置２８とにより、被溶接物回転装置２９が構成されている。
【００７３】
第１のセンサ２１Ａ及び第２のセンサ２１Ｂは、図１４に示した装置で用いたものと同様のもので、山部検出位置にあるときに、第１の溶接トーチ６Ａ及び第２の溶接トーチ６Ｂがそれぞれ第１及び第２の円周接手部５Ａ及び５Ｂの各増入熱区間αの溶接を開始するタイミングで、各増入熱区間に存在する波形放熱板の山部ｍを検出するようにそれぞれの配設位置が定められている。第１のセンサ２１Ａ及び第２のセンサ２１Ｂは、図示しない支持機構に支持されて、図３に示すように被溶接物４に近い位置に設定された山部検出位置と、図４に示すように被溶接物から離れた位置に設定された退避位置とに変位させられる。
【００７４】
回転検出手段３０は、エンコーダ２７が発生するパルスを計数することにより、被溶接物４の回転角θを検出する手段であり、被溶接物の回転角をパルス数の形で検出する。本実施形態では、被溶接物の回転角θをパルス数で表わす。回転検出手段３０は、被溶接物４が溶接方向に回転する際に、エンコーダ２７からパルスが入力される毎にパルスの計数値を１ずつインクリメントし、被溶接物４が溶接方向と逆方向に回転する際に、エンコーダ２７からパルスが入力される毎にパルスの計数値を１ずつデクリメントする。従って、被溶接物４が溶接開始時位置にあるときに回転検出手段３０をリセットして被溶接物を溶接方向に回転させると、回転検出手段３０が計数するパルスの計数値が被溶接物の回転角の増大に伴って増加していく。被溶接物４の回転方向を反転させて溶接方向と逆方向に回転させると、回転検出手段３０が計数するパルスの計数値が減少していき、被溶接物を溶接開始時位置に戻すと、回転検出手段３０が計数するパルスの計数値が零に戻る。
【００７５】
３１Ａ及び３１Ｂはそれぞれ第１及び第２の山部検出手段で、これらの検出手段はそれぞれ溶接開始前に、溶接開始時位置（溶接トーチが被溶接物の溶接開始点に指向した状態にあるときの被溶接物の回転角度位置）に停止している被溶接物４を、溶接時の回転方向と同方向に回転させて、第１及び第２のセンサ２１Ａ及び２１Ｂが最初に被溶接物４の山部を検出した時に回転検出手段３０が検出している被溶接物４の溶接開始時位置からの回転角を、先頭山部検出時回転角として記憶する山部検出過程を行う。
【００７６】
３２Ａ及び３２Ｂはそれぞれ第１及び第２の溶接時検出目標回転角演算手段である。第１及び第２の溶接時検出目標回転角演算手段３２Ａ及び３２Ｂはそれぞれ、溶接開始前または溶接の過程で、山部検出過程で検出された先頭山部検出時回転角と被溶接物の山部間のピッチとを用いて、溶接トーチが各増入熱区間の溶接を開始するタイミングで回転検出手段が検出すべき被溶接物の溶接開始時位置からの回転角を溶接時検出目標回転角として演算により求める。
【００７７】
本実施形態で用いる第１及び第２のスライダ駆動制御装置２３Ａ及び２３Ｂは、溶接を行う過程で、回転検出手段３０により検出される被溶接物の溶接開始時位置からの回転角が演算された溶接時検出目標回転角に一致するタイミングを基にして各増入熱区間と減入熱区間とを検出して、溶接トーチが増入熱区間を溶接する際に溶接トーチを第１の方向に第１の設定速度で変位させることにより溶接トーチの被溶接物に対する相対移動速度を被溶接物の周速度よりも遅くし、溶接トーチが減入熱区間を溶接する際には、溶接トーチを第２の方向に第２の設定速度で変位させることにより、溶接トーチの被溶接物に対する相対移動速度を被溶接物の周速度よりも速くするようにスライダ駆動機構２２Ｂを制御する。
【００７８】
スライダ駆動制御装置２２Ａ及び２２Ｂは、回転検出手段３０により検出される被溶接物４の溶接開始時位置からの回転角が演算された各溶接時検出目標回転角に一致するタイミングを各増入熱区間の溶接を開始するタイミングとし、各増入熱区間の溶接を開始した後被溶接物の回転角が設定値に達した時のタイミングを各増入熱区間に続く減入熱区間の溶接を開始するタイミングとするように構成することができる。
【００７９】
溶接中被溶接物の回転速度は一定に保たれているため、増入熱区間の溶接を時間により管理することもできる。すなわち、スライダ駆動制御装置２２Ａ及び２２Ｂは、回転検出手段３０により検出される被溶接物４の溶接開始時位置からの回転角が山部検出過程で検出された各溶接時検出目標回転角に一致するタイミングを各増入熱区間の溶接を開始するタイミングとし、各増入熱区間の溶接を開始した後設定された時間が経過した時のタイミングを各増入熱区間に続く減入熱区間の溶接を開始するタイミングとするように構成することもできる。
【００８０】
図１５に示した溶接装置では、溶接を開始する前に、第１及び第２の山部検出手段３１Ａ及び３１Ｂにより山部検出過程を行う。この山部検出過程では、先ず図１２（Ａ）に示すように、溶接トーチ６Ａ及び６Ｂが被溶接物４の第１及び第２の円周接手部５Ａ及び５Ｂの溶接開始点Ｓに指向する状態で被溶接物４を停止させ、回転検出手段３０の検出出力を零にリセットする。このときの被溶接物４の回転角度位置を、被溶接物の溶接開始時位置とする。本実施形態では、波形放熱板１の山部が設けられていない区間の中央部を溶接開始点Ｓとしている。この溶接開始点は、円筒体２Ａ及び２Ｂ（図２参照）に巻き付けられた波形放熱板１の両端の突き合わせ部であり、既に溶接により接合されている。
【００８１】
次いで、被溶接物４を溶接開始時位置から溶接時の回転方向と同方向（図１２に示した例では時計方向）に回転させ、図１２（Ｂ）に示したように、センサ２１Ａ，２１Ｂが最初の山部（先頭山部）ｍ１を検出した時に回転検出手段３０が検出している溶接開始時位置からの回転角θ1（実際にはパルス数で表わす。）を、先頭山部検出時回転角としてメモリに記憶する。センサ２１Ａ，２１Ｂが最初の山部ｍ１を検出したところで被溶接物４を停止させ、次いで被溶接物４を溶接時の回転方向とは逆方向に回転させて、図１２（Ｃ）に示すように、被溶接物４の回転角度位置を溶接開始時位置に戻す。このとき回転検出手段３０が検出している回転角度（溶接開始時位置からの回転角）は零になっている。
【００８２】
第１及び第２の溶接時検出目標回転角演算手段３２Ａ及び３２Ｂは、上記のようにして求めた先頭山部検出回転角θ1と、既知の値である波形放熱板１の山部ｍ1，ｍ2，…相互間のピッチ（山部の基部側で測った山部の中心部間の間隔）Δθとを用いて、溶接トーチが各増入熱区間の溶接を開始するタイミングで回転検出手段３０が検出すべき被溶接物の溶接開始時位置からの回転角を溶接時検出目標回転角として演算する。山部間のピッチΔθは、円筒体に波形放熱板を巻き付けて仮溶接することにより被溶接物４を構成した段階で、第１及び第２の円周継手部５Ａ及び５Ｂのそれぞれの側で測定しておく。波形放熱板を円筒体に巻き付けて被溶接物を構成する作業を行うと、巻き付けられた波形放熱板の隣り合う山部の先端部間の距離には多少のバラツキが生じるが、山部の基部相互間の間隔は変化しない。波形放熱板を製作する工程においては、山部のピッチを一定に管理しつつ波付け加工と波部の溶接とを行うため、波形放熱板の長手方向に沿って並んでいる一連の山部相互間のピッチは波形放熱板の長手方向のいずれの箇所で測っても一定である。従って、被溶接物を構成した状態での山部間のピッチは、被溶接物の周方向のいずれの箇所で測ってもほぼ一定である。図１１（Ｂ）に示すように、波形放熱板が扇形に歪んでいる場合には、被溶接物の第１の円周継手部５Ａ側と第２の円周継手部５Ｂ側とで山部相互間のピッチに無視できない差が生じるおそれがあるため、山部間のピッチΔθは、被溶接物を構成した段階で第１の円周継手部側及び第２の円周継手部側のそれぞれで測定しておくことが好ましい。
【００８３】
本実施形態において、溶接開始後、最初に現れる増入熱区間の溶接を開始するタイミングで回転検出手段３０が検出すべき溶接時検出目標回転角（被溶接物の溶接開始時位置からの回転角）は、回転検出手段３０が山部検出過程で検出した先頭山部検出時回転角θ1そのものである。
【００８４】
溶接開始後２番目に現れる増入熱区間の溶接を開始するタイミングで回転検出手段３０が検出すべき溶接時検出目標回転角θ2は、先頭山部検出時回転角θ1に山部ｍ相互間のピッチΔθを加算することにより求められ、溶接開始後３番目に現れる増入熱区間の溶接を開始するタイミングで回転検出手段３０が検出すべき溶接時検出目標回転角θ3は、θ2に山部間のピッチΔθを加算することにより求められる。以下同様にして、４番目以降に現れる増入熱区間の溶接を開始するタイミングで回転検出手段３０が検出すべき溶接時検出目標回転角を演算することができる。
【００８５】
各増入熱区間の溶接を開始するタイミングで回転検出手段３０が検出すべき溶接時検出目標回転角の具体的な演算例を下記に示す。
以下に示す例では、波形放熱板が28個の山部を有するものとし、波形放熱板の山部間のピッチを50mmとする。また被溶接物４の円筒部の外径を490mmとする。被溶接物が１回転する間にエンコーダ２７が発生するパルス数を100000とし、サーボ制御により、0.0036°刻みで回転角度の位置決めを行うことができるものとする。
【００８６】
ここで、第１の円周接手部５Ａ側（図２Ｂの左側）で検出された先頭山部検出時回転角を示すパルス数をＬＰとすると、第１の円周接手部５Ａ側の１番目ないし２８番目の増入熱区間の溶接を開始する際に検出すべき溶接時検出目標回転角θ1ないしθ28をそれぞれ表すパルス数Ｐ1ないしＰ28は、下記の式により演算される。
Ｐ1＝ＬＰ
Ｐ2＝ＬＰ＋［(100000*50*1)/（490*π)]
Ｐ3＝ＬＰ＋［(100000*50*2)/（490*π)]
・・・・・・
Ｐ28＝ＬＰ＋［(100000*50*27)/（490*π)]
【００８７】
また第２の円周接手部５Ｂ側（図２Ｂの右側）で検出された先頭山部検出時回転角θ1を示すパルス数をＲＰとすると、第２の円周接手部５Ｂ側の１番目ないし２８番目の増入熱区間の溶接を開始する際に検出すべき溶接時検出目標回転角θ1ないしθ28をそれぞれ表すパルス数Ｐ1′ないしＰ28′は、下記の式により演算される。
Ｐ1′＝ＲＰ
Ｐ2′＝ＲＰ＋［(100000*50*1)/（490*π)]
Ｐ3′＝ＲＰ＋［(100000*50*2)/（490*π)]
・・・・・・
Ｐ28′＝ＲＰ＋［(100000*50*27)/（490*π)]
【００８８】
上記のように山部検出過程を行って先頭山部検出時回転角θ1を検出し、これと山部間のピッチΔθとから、各増入熱区間の溶接を開始する位置で回転検出手段が検出すべき被溶接物の溶接開始時位置からの回転角を溶接時検出目標回転角として演算した後、被溶接物を溶接開始時位置から一方向（図１２の例では時計方向）に一定の回転速度で回転させながら、溶接トーチ６Ａ，６Ｂと円周継手部５Ａ，５Ｂとの間でそれぞれアークを発生させて、円周継手部５Ａ，５Ｂの溶接を行う。溶接を行う際にはセンサ２１Ａ及び２１Ｂを用いないため、これらのセンサは山部検出位置から離れた退避位置に退避させておく。
【００８９】
溶接の過程では、回転検出手段３０が検出している溶接開始時位置からの被溶接物の回転角が各溶接時検出目標回転角に一致したことから各増入熱区間αの始点を検出し、Ｘ方向駆動モータを一方向に回転させてスライダを前進方向に変位させることにより、溶接トーチを溶接方向と同じ方向である第１の方向に第１の設定速度で変位させる。溶接トーチの第１の方向への変位を開始した後、その変位量が設定値に達したときに、Ｘ方向駆動モータの回転方向を反転させてスライダの移動方向を反転させ、溶接トーチの第１の方向への変位を終了させるとともに、第２の方向への第２の設定速度での変位を開始させる。
【００９０】
即ち、図９（Ａ）に示すように、回転検出手段３０が各溶接時検出目標回転角度を検出したとき（溶接トーチ６Ａ，６Ｂがそれぞれ円周継手部５Ａ，５Ｂの各増入熱区間αの始点に達したとき）に図９（Ｂ）に示すようにスライダ１１Ａ，１１Ｂを被溶接物の周速度Ｖ1よりは低い第１の設定速度で前進方向（Ｘ1方向）に移動させる。このときスライダは被溶接物の接線方向に移動するが、溶接トーチは倣い制御装置により溶接線に倣うように制御されるため、溶接トーチは円周継手部の周方向に沿って第１の方向（被溶接物の回転方向）に変位する。従って、増入熱区間を溶接する際には、溶接トーチの被溶接物に対する相対移動速度が、被溶接物の周速度Ｖ1から溶接トーチの第１の方向への移動速度Ｖaを差し引いた速度Ｖ1−Ｖaまで低下して、溶接入熱が増加させられ、溶接金属の余盛量が増大させられる。
【００９１】
またスライダが前進方向への変位を開始した後、その変位量が設定値に達したときに、Ｘ方向駆動モータの回転方向を反転させて、図１０（Ｂ）に示したように、スライダ１１Ａ，１１Ｂを後退方向（Ｘ2方向）に第２の設定速度で移動させ、溶接トーチ６Ａ及び６Ｂを第２の方向（被溶接物の回転方向と反対の方向）に移動させる。スライダ１１Ａ，１１Ｂが後退方向の限界位置（原点）に達したときに両スライダを停止させる。
【００９２】
スライダ１１Ａ，１１ｂが後退方向に変位しているときの溶接トーチの被溶接物４に対する相対移動速度は、被溶接物の周速度Ｖ1と溶接トーチの第２の方向への移動速度Ｖbとの和の速度（Ｖ1＋Ｖb）まで速められる。従って、減入熱区間（増入熱区間以外の区間）βを溶接する際の溶接速度が上昇させられて溶接入熱が過多になるのが防止され、金属の溶け落ちが生じるのが防止される。
【００９３】
本実施形態では、スライダ１１Ａ，１１Ｂを後退方向に変位させる際に、必ず後退方向の限界位置（原点）まで変位させるように、第２の設定速度を設定して、スライダ１１Ａ，１１Ｂを必ず原点に戻すようにしている。
【００９４】
図１３は、本実施形態における溶接トーチの前進動作及び後退動作と溶接速度との関係の一例を示したものである。同図（Ａ）は波形放熱板の山部及び谷部と増入熱区間α及び減入熱区間βとの関係の一例を示しており、同図（Ｂ）はスライダの前進動作及び後退動作を示している。図１３（Ｂ）において、Δｘは、スライダのストロークを示している。また図１３（Ｃ）は、スライダの変位に伴う溶接速度の変化を示している。この例では、増入熱区間αの溶接が開始される直前のタイミング（次の山部が検出されるタイミング）でスライダが原点に戻るように、スライダを後退させる際の移動速度（第２の設定速度）が調整されている。
【００９５】
なおスライダを原点に戻すタイミングは必ずしも図１３に示した例に限定されるものではなく、増入熱区間αの開始位置が検出されるタイミング（山部ｍが検出されるタイミング）よりも前のタイミングでスライダを始点に戻すようにしてもよい。このようにした場合には、減入熱区間βの終期に溶接速度が被溶接物の周速度まで上昇するが、減入熱区間全体を見ると溶接速度の平均値は減少するので、減入熱区間における溶接入熱を低減させるという目的は達成することができる。
【００９６】
本実施形態では、波形放熱板１が山部欠損領域γを有している。山部欠損領域では、センサにより山部が検出されないため、その殆どの区間でスライダが停止した状態に保持され、溶接速度は被溶接物の周速度となる。この区間で溶接速度を被溶接物の周速度とした場合に、溶接入熱が過多になる場合には、山部欠損領域が検出されたときに被溶接物の回転速度を速める制御を行うか、または溶接電流を低減する制御を行うようにすればよい。波形放熱板に設けられる山部の数は既知の値であるため、山部欠損領域γの検出は、山部が検出される回数をカウントすることにより行うことができる。
【００９７】
図１６及び図１７を参照すると、第１の山部検出手段３１Ａ及び第２の山部検出手段３１Ｂと、第１及び第２の溶接時検出目標回転角演算手段３２Ａ及び３２ｂとをそれぞれ構成するためにマイクロプロセッサに実行させる処理のアルゴリズムの一例を示すフローチャートが示されている。
【００９８】
図１６は第１の山部検出手段３１Ａと第１及び第２の溶接時検出目標回転角演算手段３２Ａ及び３２ｂとを構成するためにマイクロプロセッサに実行させる処理のアルゴリズムの一例を示したもので、このアルゴリズムによる場合には、先ずステップＳ１０１で回転検出手段３０が検出している回転角を零にリセットし、次いでステップＳ１０２で被溶接物を溶接方向に一定の速度で回転させる。ステップＳ１０３で第１のセンサ２１Ａが山部を検出するのを待ち、山部が検出されたときにステップＳ１０４に進んで、回転検出手段３０が検出している回転角を読み込んで、先頭山部検出時回転角として記憶させる。次いでステップＳ１０５で、第２のセンサ２１Ｂが山部の検出と先頭山部検出時回転角の記憶とを完了して山部検出完了信号を発生しているか否かを確認する。ステップＳ１０５で第２のセンサが山部検出完了信号を発生していることが確認されたときに、ステップＳ１０６に進んでモータ２７の回転方向を反転させて被溶接物を溶接時と反対の方向に回転させる。ステップＳ１０７で回転検出手段３０が検出している回転角（溶接開始時位置から溶接方向への回転角）が０になったか否かを判定し、回転検出手段３０が検出している回転角が０になったと判定されたとき（被溶接物の回転角度位置が溶接開始時位置に復帰したとき）に被溶接物の回転を停止させる。次いでステップＳ１０９で第１及び第２の円周継手部５Ａ及び５Ｂに関して、溶接時検出目標回転角を演算してこの処理を終了する。図１６のステップＳ１０１ないしＳ１０８により、第１の山部検出手段３０Ａが構成され、ステップＳ１０９により、第１及び第２の溶接時検出目標回転角演算手段３２Ａ及び３２Ｂが構成される。
【００９９】
また図１７に示した処理は、第２の山部検出手段３１Ｂの要部を構成するためのもので、この処理においては、ステップＳ２０１で第２のセンサ２１Ｂが最初の山部を検出するのを待つ。第２のセンサ２１Ｂが最初の山部を検出したと判定されたときにステップＳ２０２で回転検出手段３０が検出している被溶接物の溶接開始時位置からの回転角を読み込んで、第２の先頭山部検出時回転角としてメモリに記憶させる。次いでステップＳ２０３で山部検出完了信号を第１の山部検出手段３１Ａに与えてこの処理を終了する。
【０１００】
上記の実施形態では、被溶接物の回転角から波形放熱板１の山部ｍが検出された後、スライダの前進方向への変位量が設定値に達したときにスライダの変位の方向を反転させて、スライダを後退方向に変位させるようにスライダを制御することにより、増入熱区間を溶接する間だけ溶接トーチを第１の方向に変位させるようにしたが、被溶接物の回転速度は一定であり、また増入熱区間の長さも一定であるため、波形放熱板の山部が検出された時点で時間の計測を開始させて、計測された時間が設定値に達するまでの間だけスライダを前進方向に変位させるようにしても、増入熱区間を溶接する間だけ溶接トーチを第１の方向に変位させるようにすることができる。
【０１０１】
即ち、図１５に示した第１のスライダ駆動制御装置２３Ａは、被溶接物の回転角から山部ｍが検出されたときに設定時間Ｔｓが経過するまでの間第１のスライダ１１Ａを第１の設定速度で前進方向に変位させることにより第１の円周継手部５Ａの増入熱区間αを溶接する際の第１の溶接トーチ６Ａの被溶接物に対する相対移動速度を被溶接物の周速度よりも遅くし、山部が検出された後、設定時間Ｔｓが経過したときに第１のスライダ１１Ａの移動方向を反転させて第１のスライダ１１Ａを第２の設定速度で後退方向に変位させることにより、第１の円周継手部５Ａの減入熱区間を溶接する際の第１の溶接トーチ６Ａの被溶接物に対する相対移動速度を被溶接物の周速度よりも速くするように第１のスライダ駆動機構２２Ａを制御する構成としてもよい。
【０１０２】
同様に、第２のスライダ駆動制御装置２３Ｂは、山部ｍが検出されたときに設定時間Ｔｓが経過するまでの間第２のスライダ１１Ｂを第１の設定速度で前進方向に変位させることにより第２の円周継手部の増入熱区間を溶接する際の第２の溶接トーチの被溶接物に対する相対移動速度を被溶接物の周速度よりも遅くし、設定時間Ｔｓが経過したときに第２のスライダ１１Ｂの移動方向を反転させて第２のスライダを第２の設定速度で後退方向に変位させることにより、第２の円周継手部５Ｂの減入熱区間βを溶接する際の第２の溶接トーチ６Ｂの被溶接物に対する相対移動速度を被溶接物の周速度よりも速くするように第２のスライダ駆動機構を制御する構成としてもよい。
【０１０３】
上記に実施形態では、波形放熱板と一方の円筒体との突き合わせ部側（第１の円周継手部５Ａ側）及び波形放熱板と他方の円筒体との突き合わせ部側（第２の円周継手部５Ｂ側）の双方で個別に山部検出過程を行って、第１及び第２の円周継手部側のそれぞれについて各増入熱区間の溶接を開始するタイミングを検出するための溶接時検出目標回転角を求め、これらの溶接時検出目標回転角を用いて、第１及び第２の円周継手部側で個別に増入熱区間の検出を行わせることにより、第１の円周継手部及び第２の円周継手部の溶接を同時に行わせるようにしている。
【０１０４】
このように構成しておくと、図１１（Ｂ）に示すように、波形放熱板が歪んでいて、第１の円周継手部側と第２の円周継手部側とで山部の位置がずれている場合でも、各増入熱区間を正確に検出して第１の円周継手部及び第２の円周継手部のそれぞれの溶接を的確に行わせることができる。
【０１０５】
山部間のピッチは、第１の円周継手部側及び第２の円周継手部側のそれぞれで測っておくので、図１１（Ｂ）に示すように、波形放熱板が歪んでいる場合でも、先頭山部検出時回転角と、山部間のピッチとを用いて各溶接時検出目標回転角を演算する方法をとって何等差し支えがない。
【０１０６】
上記の実施形態では、溶接を開始する前にすべての溶接時検出目標回転角を演算しておくようにしたが、溶接を行う過程で、逐次溶接時検出目標回転角を演算するようにしてもよい。例えば、各増入熱区間の溶接を開始するタイミングを検出した直後に、次の増入熱区間の溶接を開始するタイミングを検出するために用いる溶接時検出目標回転角を演算するようにしてもよい。
【０１０７】
上記の各実施形態では、中心軸線を共有した状態で配置された第１及び第２の円筒体２Ａ及び２Ｂに跨って波形放熱板を溶接する場合を例にとったが、単一の円筒体の端部に波形放熱板を巻き付けて溶接する場合にも本発明を適用することができる。
【０１０８】
上記の実施形態において、スライダを前進方向に移動させる際の移動速度（第１の設定速度）及びスライダを後退方向に移動させる際の移動速度（第２の設定速度）は異なっていてもよく、等しくてもよい。
【０１０９】
上記の実施形態では、第１及び第２のセンサとしてレーザセンサのような光学式の非接触式センサを用いるとしたが、センサは被溶接物を溶接開始時位置から溶接方向に回転させた後最初に検出される山部のみを検出すればよいため、図５に示されているように、山部ｍに接触することにより検出動作を行う安価なリミットスイッチを第１及び第２のセンサ２１Ａ及び２１Ｂとして用いることもできる。
【符号の説明】
【０１１０】
１ 波形放熱板
２ 円筒体
４ 被溶接物
５Ａ 第１の円周継手部
５Ｂ 第２の円周継手部
６Ａ 第１の溶接トーチ
６Ｂ 第２の溶接トーチ
７ ステージ部
１１ スライダ
１１Ａ 第１のスライダ
１１Ｂ 第２のスライダ
２１Ａ 第１のセンサ
２１Ｂ 第２のセンサ
２２Ａ 第１のスライダ駆動機構
２２Ｂ 第２のスライダ駆動機構
２３Ａ 第１のスライダ駆動制御装置
２３Ｂ 第２のスライダ駆動制御装置
２５ 回転駆動装置
２６ サーボモータ
２７ エンコーダ
２８ 回転制御装置
２９ 被溶接物回転装置
３１Ａ 第１の山部検出手段
３１Ｂ 第２の山部検出手段
３２Ａ 第１の溶接時検出目標回転角演算手段
３２Ｂ 第２の溶接時検出目標回転角演算手段
【特許請求の範囲】
【請求項１】
山部と谷部とが交互に並ぶように波付け成形された波形放熱板を円筒体の端部外周に巻き付けて構成した被溶接物を前記円筒体の中心軸線の回りに回転させ、前記円筒体と波形放熱板との突き合わせ部に形成された円周継手部に沿う溶接線に倣うように制御される溶接トーチにより、前記円周継手部を溶接する円筒体と波形放熱板との溶接方法であって、
前記溶接トーチは、前記溶接線に倣う動作を行いつつ前記溶接線に沿って前記被溶接物の溶接時の回転方向と同じ方向である第１の方向と、前記被溶接物の溶接時の回転方向とは反対の方向である第２の方向とに変位し得るように設けておき、
前記円周継手部の各部のうち前記波形放熱板の各山部と前記円筒体との突き合わせ部を含む区間であって溶接金属の余盛量を他の区間よりも厚くする必要がある一定の区間及び該一定の区間を除く他の区間をそれぞれ増入熱区間及び減入熱区間として設定しておき、
前記溶接トーチが各増入熱区間の溶接を開始するタイミングで各増入熱区間に存在する波形放熱板の山部を検出するように配置されたセンサと、前記被溶接物の回転角を検出する回転検出手段とを設けておき、
溶接トーチが被溶接物の溶接開始点に指向した状態にあるときの被溶接物の回転角度位置を被溶接物の溶接開始時位置として、溶接開始前に、前記被溶接物を溶接開始時位置から溶接時の回転方向と同方向に回転させて、前記センサが最初に前記被溶接物の山部を検出した時に前記回転検出手段が検出している被溶接物の溶接開始時位置からの回転角を先頭山部検出時回転角として記憶する山部検出過程を行い、
溶接を開始するまでの間に前記被溶接物の回転角度位置を溶接開始時の位置に戻し、
溶接開始前または溶接の過程で、前記山部検出過程で検出された先頭山部検出時回転角と前記被溶接物の山部間のピッチとを用いて、前記溶接トーチが各増入熱区間の溶接を開始するタイミングで前記回転検出手段が検出すべき被溶接物の溶接開始時位置からの回転角を溶接時検出目標回転角として演算により求め、
溶接の過程では、前記回転検出手段により検出される被溶接物の溶接開始時位置からの回転角が演算された溶接時検出目標回転角に一致するタイミングを基にして増入熱区間と減入熱区間とを検出し、
前記増入熱区間を溶接する際には、前記溶接トーチを前記第１の方向に第１の設定速度で変位させることにより前記溶接トーチの前記被溶接物に対する相対移動速度を前記被溶接物の周速度よりも遅くし、前記減入熱区間を溶接する際には、前記溶接トーチを前記第２の方向に第２の設定速度で変位させることにより、前記溶接トーチの前記被溶接物に対する相対移動速度を前記被溶接物の周速度よりも速くすること、
を特徴とする円筒体と波形放熱板との溶接方法。
【請求項２】
前記溶接の過程では、前記回転検出手段により検出される被溶接物の溶接開始時位置からの回転角が演算された各溶接時検出目標回転角に一致するタイミングを各増入熱区間の溶接を開始するタイミングとし、各増入熱区間の溶接を開始した後前記被溶接物の回転角が設定値に達した時のタイミングを各増入熱区間に続く減入熱区間の溶接を開始するタイミングとする請求項１に記載の円筒体と波形放熱板との溶接方法。
【請求項３】
前記溶接の過程では、前記回転検出手段により検出される被溶接物の溶接開始時位置からの回転角が前記山部検出過程で検出された各溶接時検出目標回転角に一致するタイミングを各増入熱区間の溶接を開始するタイミングとし、各増入熱区間の溶接を開始した後設定された時間が経過した時のタイミングを各増入熱区間に続く減入熱区間の溶接を開始するタイミングとする請求項１に記載の円筒体と波形放熱板との溶接方法。
【請求項４】
前記被溶接物は、前記円筒体を２つ有して該２つの円筒体が中心軸線を一致させた状態で並べて配置され、
前記波形放熱板は、前記２つの円筒体に跨がって配置されて両円筒体の隣り合う端部の外周に巻き付けられ、
前記波形放熱板と一方の円筒体との突き合わせ部及び前記波形放熱板と他方の円筒体との突き合わせ部にそれぞれ前記円周継手部が形成されて、各円周継手部に対して前記溶接トーチとセンサとが設けられ、
前記山部検出過程は、前記波形放熱板と一方の円筒体との突き合わせ部側と前記波形放熱板と他方の円筒体との突き合わせ部側との双方で同時に行い、
溶接を行う過程では、波形放熱板と一方の円筒体との突き合わせ部側及び波形放熱板と他方の円筒体との突き合わせ部側についてそれぞれ求められた溶接時検出目標回転角を用いてそれぞれの増入熱区間と減入熱区間とを検出して両継手部の溶接を同時に行うこと、
を特徴とする請求項１に記載の円筒体と波形放熱板との溶接方法。
【請求項５】
山部と谷部とが交互に並ぶように波付け成形された波形放熱板を円筒体の端部外周に巻き付けて構成した被溶接物を保持して該被溶接物を前記円筒体の中心軸線の回りに一定の速度で回転させる被溶接物回転装置と、溶接トーチと、前記円筒体と波形放熱板との突き合わせ部に形成された円周継手部に沿う溶接線を検知して前記溶接トーチを該溶接線に倣わせる倣い装置とを備えて、前記被溶接物を回転させながら前記溶接トーチにより前記円周継手部を溶接する円筒体と波形放熱板との溶接装置であって、
前記溶接トーチを保持して、前記溶接線の接線方向に沿って前記被溶接物の回転方向の前方側に向う方向である前進方向と前記被溶接物の回転方向の後方側に向う方向である後退方向とにスライド変位するスライダと、
前記スライダを前記前進方向及び後退方向に駆動するスライダ駆動機構と、
前記円周継手部の各部のうち前記波形放熱板の各山部と前記円筒体との突き合わせ部を含む区間であって溶接金属の余盛量を他の区間よりも厚くする必要がある一定の区間及び該一定の区間を除く他の区間をそれぞれ増入熱区間及び減入熱区間として、前記溶接トーチが前記増入熱区間の溶接を開始するタイミングで該増入熱区間に存在する前記波形放熱板の山部を検出するセンサと、
前記被溶接物の回転角を検出する回転検出手段と、
溶接トーチが被溶接物の溶接開始点に指向した状態にあるときの被溶接物の回転角度位置を被溶接物の溶接開始時位置として、溶接が開始される前の状態で、前記被溶接物を溶接開始時位置から溶接時の回転方向と同方向に回転させて、前記センサが最初に前記被溶接物の山部を検出した時に前記回転検出手段が検出している被溶接物の溶接開始時位置からの回転角を先頭山部検出時回転角として記憶する山部検出過程を行う山部検出手段と、
前記山部検出手段が検出した先頭山部検出時回転角と前記被溶接物の山部間のピッチとを用いて、前記溶接トーチが各増入熱区間の溶接を開始するタイミングで前記回転検出手段が検出すべき被溶接物の溶接開始時位置からの回転角を溶接時検出目標回転角として演算する溶接時検出目標回転角演算手段と、
前記回転検出手段により検出される被溶接物の溶接開始時位置からの回転角が演算された溶接時検出目標回転角に一致するタイミングを基にして各増入熱区間と減入熱区間とを検出して、前記溶接トーチが増入熱区間を溶接する際には、前記溶接トーチを前記第１の方向に第１の設定速度で変位させることにより前記溶接トーチの前記被溶接物に対する相対移動速度を前記被溶接物の周速度よりも遅くし、前記溶接トーチが減入熱区間を溶接する際には、前記溶接トーチを前記第２の方向に第２の設定速度で変位させることにより、前記溶接トーチの前記被溶接物に対する相対移動速度を前記被溶接物の周速度よりも速くするように前記スライダ駆動機構を制御するスライダ駆動制御装置と、
を具備したことを特徴とする円筒体と波形放熱板との溶接装置。
【請求項６】
前記被溶接物は、前記円筒体を２つ有して該２つの円筒体が中心軸線を一致させた状態で並べて配置され、
前記波形放熱板は、前記２つの円筒体に跨がって配置されて両円筒体の隣り合う端部の外周に巻き付けられ、
前記波形放熱板と一方の円筒体との突き合わせ部及び前記波形放熱板と他方の円筒体との突き合わせ部のそれぞれに前記円周継手部が形成されて、各円周継手部に対して前記溶接トーチとセンサとが設けられ、
前記山部検出手段は、前記波形放熱板と一方の円筒体との突き合わせ部側と前記波形放熱板と他方の円筒体との突き合わせ部側との双方で同時に山部検出過程を行うように構成され、
前記溶接時検出目標回転角演算手段は、前記山部検出手段が各突き合わせ部側で検出した先頭山部検出時回転角を用いて、各突き合わせ部を溶接する溶接トーチが各増入熱区間の溶接を開始するタイミングで前記回転検出手段が検出しているべき被溶接物の溶接開始時位置からの回転角を各突き合わせ部の溶接時検出目標回転角として演算するように構成され、
前記スライダ駆動制御装置は、前記波形放熱板と一方の円筒体との突き合わせ部を溶接する溶接トーチを保持したスライダを駆動するスライダ駆動機構及び前記波形放熱板と他方の円筒体との突き合わせ部を溶接する溶接トーチを保持したスライダを駆動するスライダ駆動機構を、前記溶接時検出目標回転角演算手段によりそれぞれの突き合わせ部に対して演算された溶接時検出目標回転角を用いて制御するように構成されていること、
を特徴とする請求項５に記載の円筒体と波形放熱板との溶接装置。
【請求項７】
前記スライダ駆動制御装置は、前記回転検出手段により検出される被溶接物の溶接開始時位置からの回転角が演算された各溶接時検出目標回転角に一致するタイミングを各増入熱区間の溶接を開始するタイミングとし、各増入熱区間の溶接を開始した後前記被溶接物の回転角が設定値に達した時のタイミングを各増入熱区間に続く減入熱区間の溶接を開始するタイミングとするように構成されている請求項５または６に記載の円筒体と波形放熱板との溶接装置。
【請求項８】
前記スライダ駆動制御装置は、前記回転検出手段により検出される被溶接物の溶接開始時位置からの回転角が前記山部検出過程で検出された各溶接時検出目標回転角に一致するタイミングを各増入熱区間の溶接を開始するタイミングとし、各増入熱区間の溶接を開始した後設定された時間が経過した時のタイミングを各増入熱区間に続く減入熱区間の溶接を開始するタイミングとするように構成されている請求項５または６に記載の円筒体と波形放熱板との溶接装置。
【請求項９】
前記センサは、被溶接物に向けて照射したレーザビームを用いて山部を検出するレーザセンサからなっている請求項５ないし８のいずれかに記載の円筒体と波形放熱板との溶接装置。
【請求項１０】
前記センサは、被溶接物の山部に接触することにより検出動作を行うリミットスイッチからなっている請求項５ないし８に記載の円筒体と波形放熱板との溶接装置。
【請求項１】
山部と谷部とが交互に並ぶように波付け成形された波形放熱板を円筒体の端部外周に巻き付けて構成した被溶接物を前記円筒体の中心軸線の回りに回転させ、前記円筒体と波形放熱板との突き合わせ部に形成された円周継手部に沿う溶接線に倣うように制御される溶接トーチにより、前記円周継手部を溶接する円筒体と波形放熱板との溶接方法であって、
前記溶接トーチは、前記溶接線に倣う動作を行いつつ前記溶接線に沿って前記被溶接物の溶接時の回転方向と同じ方向である第１の方向と、前記被溶接物の溶接時の回転方向とは反対の方向である第２の方向とに変位し得るように設けておき、
前記円周継手部の各部のうち前記波形放熱板の各山部と前記円筒体との突き合わせ部を含む区間であって溶接金属の余盛量を他の区間よりも厚くする必要がある一定の区間及び該一定の区間を除く他の区間をそれぞれ増入熱区間及び減入熱区間として設定しておき、
前記溶接トーチが各増入熱区間の溶接を開始するタイミングで各増入熱区間に存在する波形放熱板の山部を検出するように配置されたセンサと、前記被溶接物の回転角を検出する回転検出手段とを設けておき、
溶接トーチが被溶接物の溶接開始点に指向した状態にあるときの被溶接物の回転角度位置を被溶接物の溶接開始時位置として、溶接開始前に、前記被溶接物を溶接開始時位置から溶接時の回転方向と同方向に回転させて、前記センサが最初に前記被溶接物の山部を検出した時に前記回転検出手段が検出している被溶接物の溶接開始時位置からの回転角を先頭山部検出時回転角として記憶する山部検出過程を行い、
溶接を開始するまでの間に前記被溶接物の回転角度位置を溶接開始時の位置に戻し、
溶接開始前または溶接の過程で、前記山部検出過程で検出された先頭山部検出時回転角と前記被溶接物の山部間のピッチとを用いて、前記溶接トーチが各増入熱区間の溶接を開始するタイミングで前記回転検出手段が検出すべき被溶接物の溶接開始時位置からの回転角を溶接時検出目標回転角として演算により求め、
溶接の過程では、前記回転検出手段により検出される被溶接物の溶接開始時位置からの回転角が演算された溶接時検出目標回転角に一致するタイミングを基にして増入熱区間と減入熱区間とを検出し、
前記増入熱区間を溶接する際には、前記溶接トーチを前記第１の方向に第１の設定速度で変位させることにより前記溶接トーチの前記被溶接物に対する相対移動速度を前記被溶接物の周速度よりも遅くし、前記減入熱区間を溶接する際には、前記溶接トーチを前記第２の方向に第２の設定速度で変位させることにより、前記溶接トーチの前記被溶接物に対する相対移動速度を前記被溶接物の周速度よりも速くすること、
を特徴とする円筒体と波形放熱板との溶接方法。
【請求項２】
前記溶接の過程では、前記回転検出手段により検出される被溶接物の溶接開始時位置からの回転角が演算された各溶接時検出目標回転角に一致するタイミングを各増入熱区間の溶接を開始するタイミングとし、各増入熱区間の溶接を開始した後前記被溶接物の回転角が設定値に達した時のタイミングを各増入熱区間に続く減入熱区間の溶接を開始するタイミングとする請求項１に記載の円筒体と波形放熱板との溶接方法。
【請求項３】
前記溶接の過程では、前記回転検出手段により検出される被溶接物の溶接開始時位置からの回転角が前記山部検出過程で検出された各溶接時検出目標回転角に一致するタイミングを各増入熱区間の溶接を開始するタイミングとし、各増入熱区間の溶接を開始した後設定された時間が経過した時のタイミングを各増入熱区間に続く減入熱区間の溶接を開始するタイミングとする請求項１に記載の円筒体と波形放熱板との溶接方法。
【請求項４】
前記被溶接物は、前記円筒体を２つ有して該２つの円筒体が中心軸線を一致させた状態で並べて配置され、
前記波形放熱板は、前記２つの円筒体に跨がって配置されて両円筒体の隣り合う端部の外周に巻き付けられ、
前記波形放熱板と一方の円筒体との突き合わせ部及び前記波形放熱板と他方の円筒体との突き合わせ部にそれぞれ前記円周継手部が形成されて、各円周継手部に対して前記溶接トーチとセンサとが設けられ、
前記山部検出過程は、前記波形放熱板と一方の円筒体との突き合わせ部側と前記波形放熱板と他方の円筒体との突き合わせ部側との双方で同時に行い、
溶接を行う過程では、波形放熱板と一方の円筒体との突き合わせ部側及び波形放熱板と他方の円筒体との突き合わせ部側についてそれぞれ求められた溶接時検出目標回転角を用いてそれぞれの増入熱区間と減入熱区間とを検出して両継手部の溶接を同時に行うこと、
を特徴とする請求項１に記載の円筒体と波形放熱板との溶接方法。
【請求項５】
山部と谷部とが交互に並ぶように波付け成形された波形放熱板を円筒体の端部外周に巻き付けて構成した被溶接物を保持して該被溶接物を前記円筒体の中心軸線の回りに一定の速度で回転させる被溶接物回転装置と、溶接トーチと、前記円筒体と波形放熱板との突き合わせ部に形成された円周継手部に沿う溶接線を検知して前記溶接トーチを該溶接線に倣わせる倣い装置とを備えて、前記被溶接物を回転させながら前記溶接トーチにより前記円周継手部を溶接する円筒体と波形放熱板との溶接装置であって、
前記溶接トーチを保持して、前記溶接線の接線方向に沿って前記被溶接物の回転方向の前方側に向う方向である前進方向と前記被溶接物の回転方向の後方側に向う方向である後退方向とにスライド変位するスライダと、
前記スライダを前記前進方向及び後退方向に駆動するスライダ駆動機構と、
前記円周継手部の各部のうち前記波形放熱板の各山部と前記円筒体との突き合わせ部を含む区間であって溶接金属の余盛量を他の区間よりも厚くする必要がある一定の区間及び該一定の区間を除く他の区間をそれぞれ増入熱区間及び減入熱区間として、前記溶接トーチが前記増入熱区間の溶接を開始するタイミングで該増入熱区間に存在する前記波形放熱板の山部を検出するセンサと、
前記被溶接物の回転角を検出する回転検出手段と、
溶接トーチが被溶接物の溶接開始点に指向した状態にあるときの被溶接物の回転角度位置を被溶接物の溶接開始時位置として、溶接が開始される前の状態で、前記被溶接物を溶接開始時位置から溶接時の回転方向と同方向に回転させて、前記センサが最初に前記被溶接物の山部を検出した時に前記回転検出手段が検出している被溶接物の溶接開始時位置からの回転角を先頭山部検出時回転角として記憶する山部検出過程を行う山部検出手段と、
前記山部検出手段が検出した先頭山部検出時回転角と前記被溶接物の山部間のピッチとを用いて、前記溶接トーチが各増入熱区間の溶接を開始するタイミングで前記回転検出手段が検出すべき被溶接物の溶接開始時位置からの回転角を溶接時検出目標回転角として演算する溶接時検出目標回転角演算手段と、
前記回転検出手段により検出される被溶接物の溶接開始時位置からの回転角が演算された溶接時検出目標回転角に一致するタイミングを基にして各増入熱区間と減入熱区間とを検出して、前記溶接トーチが増入熱区間を溶接する際には、前記溶接トーチを前記第１の方向に第１の設定速度で変位させることにより前記溶接トーチの前記被溶接物に対する相対移動速度を前記被溶接物の周速度よりも遅くし、前記溶接トーチが減入熱区間を溶接する際には、前記溶接トーチを前記第２の方向に第２の設定速度で変位させることにより、前記溶接トーチの前記被溶接物に対する相対移動速度を前記被溶接物の周速度よりも速くするように前記スライダ駆動機構を制御するスライダ駆動制御装置と、
を具備したことを特徴とする円筒体と波形放熱板との溶接装置。
【請求項６】
前記被溶接物は、前記円筒体を２つ有して該２つの円筒体が中心軸線を一致させた状態で並べて配置され、
前記波形放熱板は、前記２つの円筒体に跨がって配置されて両円筒体の隣り合う端部の外周に巻き付けられ、
前記波形放熱板と一方の円筒体との突き合わせ部及び前記波形放熱板と他方の円筒体との突き合わせ部のそれぞれに前記円周継手部が形成されて、各円周継手部に対して前記溶接トーチとセンサとが設けられ、
前記山部検出手段は、前記波形放熱板と一方の円筒体との突き合わせ部側と前記波形放熱板と他方の円筒体との突き合わせ部側との双方で同時に山部検出過程を行うように構成され、
前記溶接時検出目標回転角演算手段は、前記山部検出手段が各突き合わせ部側で検出した先頭山部検出時回転角を用いて、各突き合わせ部を溶接する溶接トーチが各増入熱区間の溶接を開始するタイミングで前記回転検出手段が検出しているべき被溶接物の溶接開始時位置からの回転角を各突き合わせ部の溶接時検出目標回転角として演算するように構成され、
前記スライダ駆動制御装置は、前記波形放熱板と一方の円筒体との突き合わせ部を溶接する溶接トーチを保持したスライダを駆動するスライダ駆動機構及び前記波形放熱板と他方の円筒体との突き合わせ部を溶接する溶接トーチを保持したスライダを駆動するスライダ駆動機構を、前記溶接時検出目標回転角演算手段によりそれぞれの突き合わせ部に対して演算された溶接時検出目標回転角を用いて制御するように構成されていること、
を特徴とする請求項５に記載の円筒体と波形放熱板との溶接装置。
【請求項７】
前記スライダ駆動制御装置は、前記回転検出手段により検出される被溶接物の溶接開始時位置からの回転角が演算された各溶接時検出目標回転角に一致するタイミングを各増入熱区間の溶接を開始するタイミングとし、各増入熱区間の溶接を開始した後前記被溶接物の回転角が設定値に達した時のタイミングを各増入熱区間に続く減入熱区間の溶接を開始するタイミングとするように構成されている請求項５または６に記載の円筒体と波形放熱板との溶接装置。
【請求項８】
前記スライダ駆動制御装置は、前記回転検出手段により検出される被溶接物の溶接開始時位置からの回転角が前記山部検出過程で検出された各溶接時検出目標回転角に一致するタイミングを各増入熱区間の溶接を開始するタイミングとし、各増入熱区間の溶接を開始した後設定された時間が経過した時のタイミングを各増入熱区間に続く減入熱区間の溶接を開始するタイミングとするように構成されている請求項５または６に記載の円筒体と波形放熱板との溶接装置。
【請求項９】
前記センサは、被溶接物に向けて照射したレーザビームを用いて山部を検出するレーザセンサからなっている請求項５ないし８のいずれかに記載の円筒体と波形放熱板との溶接装置。
【請求項１０】
前記センサは、被溶接物の山部に接触することにより検出動作を行うリミットスイッチからなっている請求項５ないし８に記載の円筒体と波形放熱板との溶接装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【公開番号】特開２０１１−９２９９８（Ｐ２０１１−９２９９８Ａ）
【公開日】平成２３年５月１２日（２０１１．５．１２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−２１８７６５（Ｐ２０１０−２１８７６５）
【出願日】平成２２年９月２９日（２０１０．９．２９）
【出願人】（００００００２６２）株式会社ダイヘン (990)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年５月１２日（２０１１．５．１２）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年９月２９日（２０１０．９．２９）
【出願人】（００００００２６２）株式会社ダイヘン (990)
【Ｆターム（参考）】
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