溶接装置

【課題】本発明の目的は、被溶接材の溶接個所に溶接施工直後に冷却水を給水して冷却する冷却機構を小型かつ軽量化できる溶接装置を提供することにある。
【解決手段】冷却機構7は溶接トーチ1で溶接された被溶接材3の溶接個所6に冷却水を給水する。冷却機構7は、被溶接材3の溶接面と所定のギャップ20を保持して被溶接材3の溶接個所6を蓋するように移動する底面開口の冷却フード9の上板に霧状冷却水を拡散して噴霧する噴霧ノズル8を取付けて被溶接材3の溶接個所6を霧状冷却水38で冷却し、冷却フード9に形成した冷却水回収口21から冷却後の冷却水を吸引回収する。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、ステンレス鋼などの溶接個所に溶接施工直後に冷却水を給水して急冷する冷却機構を備えた溶接装置に関する。
【背景技術】
【0002】
金属の被溶接材の溶接部表面には、溶接金属の収縮と周囲の部材の拘束によって、一般に高い引張残留応力が存在する。また、ステンレス鋼やニッケル基合金では、溶接熱などによって結晶粒界にクロム炭化物が析出しやすくなる。このような被溶接材を厳しい腐食環境下で使用すると応力腐食割れが発生し、溶接構造物としての機能を果たせなくなる可能性が高まる。
【0003】
このような引張残留応力を改善するために、被溶接材の溶接個所に溶接施工直後に冷却水を給水して短時間に効率良く冷却して、熱ひずみや残留応力の発生をなくすることが知られている。このことは、例えば特許文献1に記載されている。
【0004】
特許文献1は電動台車により溶接トーチと連動して移動し、溶接トーチで溶接された被溶接材の溶接個所に冷却水を給水するようにしている。冷却機構は噴射ノズルに冷却水を溜める水溜め室を形成し、水溜め室の下部に多数の穴が穿設されている穴あき板を配置して溶接個所に冷却水を給水している。また、噴射ノズルの外周囲に吸引ノズルを配置して溶接個所を冷却した後の冷却水を回収している。
【0005】
【特許文献1】特開2003−311481号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【0006】
従来技術は噴射ノズルに冷却水を溜める水溜め室を形成し、水溜め室の下部に配置した穴あき板から冷却水をシャワー状に噴出させて溶接個所を冷却している。噴射ノズルに水溜め室を形成しているので噴射ノズルが大型になり、噴射ノズル内に溜まった冷却水により噴射ノズル全体の重量が大になるという問題点を有する。冷却機構が大型かつ重量大になると、電動台車を大型にせざるを得なくなる。
【0007】
本発明の目的は、被溶接材の溶接個所に溶接施工直後に冷却水を給水して冷却する冷却機構を小型かつ軽量化でき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】
【0008】
本発明の特徴とするところは、溶接トーチで溶接された被溶接材の溶接個所に冷却水を給水する冷却機構は、被溶接材の溶接面と所定のギャップを保持して被溶接材の溶接個所を蓋するように移動する底面開口の冷却フードの上板に霧状冷却水を拡散して噴霧する噴霧ノズルを取付けて被溶接材の溶接個所を霧状冷却水で冷却し、冷却フードに形成した冷却水回収口から冷却後の冷却水を吸引回収するようにしたことにある。
【発明の効果】
【0009】
本発明は底面開口の冷却フードの上板に取り付けた噴霧ノズルが噴霧する霧状冷却水によって被溶接材の溶接個所を冷却するようにしている。冷却機構は簡単な構成の冷却フードに霧状冷却水を拡散噴霧する噴霧ノズルを取り付けて構成されるので小型、軽量化することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【0010】
被溶接材を溶接する溶接トーチは電動台車により移動される。冷却機構は電動台車により溶接トーチと連動して移動し、溶接トーチで溶接された被溶接材の溶接個所に冷却水を給水する。冷却機構を構成する底面開口箱型状の冷却フードは、被溶接材の溶接個所を蓋するように移動し、冷却水回収口が設けられている。冷却フードには冷却フードを被溶接材の溶接面と所定のギャップを保持して移動させる車輪が設けられている。冷却フードの上板には複数個のノズル取付け孔が穿設されている。噴霧ノズルは冷却フードに穿設されているノズル取付け孔に着脱自在に挿着され、被溶接材の溶接個所に霧状冷却水を拡散して噴霧する。噴霧ノズルを取り付けないノズル取付け孔は閉止板により閉止される。冷却水回収手段は冷却フードの冷却水回収口から溶接個所を冷却した冷却水を吸引回収する。
【実施例1】
【0011】
図1〜6に本発明の一実施例を示し、平板の突合せ継手を溶接する例を示している。図1は本発明の要部構成図、図2は図1のA部拡大図、図3は本発明の全体構成図、図4は本発明による冷却フードの底面観の斜視図、図5は本発明に用いる噴射ノズルの一例構成図、図6は本発明による冷却機構の説明図である。
【0012】
図1〜5において、溶接トーチ1は先端に電極2が設けられており被溶接材3の間でアークを発生させる。また、ワイヤホルダー4から溶接ワイヤ5を供給されTIG溶接が行なわれる。被溶接材3は溶接個所としての溶接金属6が形成される。
【0013】
冷却機構7は底面開口箱型状の冷却フード9の上板に噴霧ノズル8が取付けられている。噴霧ノズル8は円筒形状である。冷却フード9の上板には複数個のノズル取付け孔14が穿設されている。図1〜5の実施例では図4に示すように5個の円形のノズル取付け孔14を穿設して、1個のノズル取付け孔14に噴霧ノズル8を1個だけ取付けた例を示している。
【0014】
噴霧ノズル8はボルト15によりノズル取付け孔14に取付けられる。なお、噴霧ノズル8はボルト15を用いることなく、ノズル取付け孔14に挿着し着脱自在に取付けることもできる。また、噴霧ノズル8を取付けるノズル取付け孔14を選択することにより溶接個所6に任意に対応できる。
【0015】
噴霧ノズル8を設置しないノズル取付け孔14は、図2に示すように着脱可能な閉止板16で閉止されている。冷却フード9の内部は後述するように大気圧より負圧になるため、閉止板16は冷却フード9に吸着される。したがって、機械的に強固に固定することなく、図2のようにバネ特性を有するS字型ツメ17で保持するようにして軽量化と着脱を容易にしている。
【0016】
噴霧ノズル8は、一端に噴射口10を有し、他端には継手11を介して冷却水供給ホース12が接続されている。また、噴霧ノズル8の筒内部には中子13が嵌挿されている。中子13には図5に示すように2条のスパイラル溝39が形成されている。
【0017】
冷却フード9は箱型構造で、下面を開口したことによって形成される吸引口18を被溶接材3に対向して配置し、冷却フード9の側板に取付けた車輪19により被溶接材3の溶接面と所定のギャップ20を保持して配置されている。つまり、冷却フード9の底面開口端面は車輪19により被溶接材3の溶接面と所定のギャップ20を保持して移動する。冷却フード9の移動方向後側の側板には冷却水回収口21を設けてある。
【0018】
溶接トーチ1はトーチ支持治具22によりトーチ位置調整器23を介して移動台車としての電動台車24に連結される。電動台車24は被溶接材3の溶接線方向に沿って敷設されたガイドレール25上を走行し、溶接作業が行われる。冷却機構7は冷却機構支持治具26によって電動台車24に連結され、溶接トーチ1と一定の間隔を保ち連動して移動する。
【0019】
溶接機27には図3に示すように不活性ガスタンク28とトーチ水冷循環装置29が接続され、トーチケーブル30により溶接に必要な電源、冷却水及び不活性ガスが溶接トーチ1に供給される。溶接トーチ1と冷却機構7は電動台車24で連動して移動するが、溶接トーチ1は、溶接作業時に被溶接材3に対する高さおよび溶接位置を適正に保つために、トーチ位置調整機23からトーチ支持治具22を介して随時調整される。そのため、冷却機構7は電動台車24に冷却機構支持治具26により直接連結し、トーチ位置調整器23の動きの影響を受けないようにしている。
【0020】
一方、ワイヤ供給装置31からはワイヤホルダー4を通って溶接ワイヤ5が供給され、被溶接材3と電極2の間に発生するアークによって溶接金属6が形成される。
【0021】
水槽32に溜められた冷却水33は、ポンプ34によって圧力を持って吐出され、冷却水供給ホース12から冷却機構7の噴霧ノズル8に供給される。噴霧ノズル8は液状冷却水を拡散する霧状冷却水に変化させ被溶接材3の溶接個所6に噴霧する。噴霧ノズル8から噴射された霧状冷却水は、一部は蒸発、一部は再度液化する。
【0022】
冷却フード9の冷却水回収口21は冷却水回収ホース35を介して吸引機36に接続されている。吸引機36が作動すると、冷却フード9の内部が負圧になり、溶接個所6を冷却した後の冷却水33が水槽32に回収される。なお、吸引機36は負圧によって空気と水の混合物を吸引する装置であり、また、冷却水33の供給はポンプ34を用いないで水道水を直接供給するようにすることもできる。
【0023】
次に、この実施形態による溶接作業を図5、図6を参照して説明する。図6は冷却機構7における冷却水の移動経路を示したものである。
【0024】
図5、図6において、矢印付き太実線は冷却水33の移動経路、矢印付き太破線は冷却フード9の内部が負圧になることによって吸い込まれる吸引空気37の移動経路、矢印付破細線は噴霧状冷却水38を示す。
【0025】
冷却水供給ホース12から供給された冷却水33は冷却機構7の噴霧ノズル8に供給される。噴霧ノズル8は中子13のスパイラル溝39の作用によって液状冷却水33を霧状冷却水38にして噴射口10から拡散して噴射する。霧状冷却水38は被溶接材3上に噴射され、溶接トーチ1で溶接した直後の溶接金属(溶接個所)6に接触し溶接金属6及びその周囲を冷却する。
【0026】
噴霧ノズル8から噴射された噴霧冷却水38は、一部は蒸発し、一部は蒸発しきれずに被溶接材3の上面に残留するか、或いは周辺に流出する。冷却水33が周囲に流出すると、周囲の作業環境を悪化させるばかりでなく、溶接トーチ1の電極2と被溶接材3の間に流れこみ溶接不能となることもある。
【0027】
冷却フード9の冷却水回収口21に冷却水回収引ホース35を介して接続されている吸引機36は冷却フード9の内側を負圧にする。被溶接材3の上面(溶接面)に残留した冷却水33は、冷却フード9の下面を開口した吸引口18の外周から吸引空気37と共に吸引される。
【0028】
冷却フード9の内側に吸引された冷却水33は冷却フード9の内壁を伝わり、冷却水回収口21、冷却水回収ホース35、吸引機36を経由して水槽32に流入し貯留される。このとき、被溶接材3の上面と冷却フード9の底面開口端(吸引口18)とのギャップ20が適切に保持されない場合、冷却水33の一部が冷却フード9の内側に吸引されずに周辺に流出することになる。本発明では、冷却フード9に設けた車輪19により、ギャップ20を適正に保つようにしている。
【0029】
このようにして被溶接材の溶接個所を冷却するのであるが、底面開口の冷却フードの上板に取り付けた噴霧ノズルが噴霧する霧状冷却水によって被溶接材の溶接個所を冷却するようにしている。冷却機構は簡単な構成の冷却フードに霧状冷却水を拡散噴霧する噴霧ノズルを取り付けて構成されるので小型、軽量化することができる。
【0030】
また、上述の実施例は冷却機構を小型、軽量化できるので、冷却機構専用のガイドレールと電動台車を設ける必要がなく溶接トーチの電動台車を併用することが可能になる。
【実施例2】
【0031】
図7に本発明の第2の実施例を示す。図7は平板の被溶接材3を溶接する例を示している。第2の実施例は5個のノズル取付け孔14のうち溶接トーチ1に近い2個のノズル取付け孔14にそれぞれ噴霧ノズル8を挿着したものである。冷却水供給ホース12は2個の噴霧ノズル8に冷却水33を供給するためにブランチ40を設けている。
【0032】
実施例2は電極2に可能な限り近い位置の溶接金属6とその周辺に対し、2個の噴霧ノズル8によって噴霧冷却水38を集中的に噴射することが可能となる。また、噴霧ノズル8の挿着位置を移動することにより集中的に冷却したい部位に対し容易に対応できる。
【実施例3】
【0033】
図8に本発明の第3の実施例を示す。図8は被溶接配管41と直交配管42を溶接する例を示している。第3の実施例は噴霧ノズル8を冷却フード9の直交配管42側に設けたものである。
【0034】
実施例3は溶接開先43が直交配管42に近い場合に噴霧冷却水38を溶接金属6上に集中的に噴射することが可能となる。また、噴霧ノズル8の挿着位置を移動することにより集中的に冷却したい部位に対し容易に対応できる。
【実施例4】
【0035】
図9に本発明の第4の実施例を示す。図9は全姿勢配管溶接に本発明を適用した例を示している。配管溶接には、溶接トーチ1を固定し被溶接配管を回転させる下向き溶接と称される溶接方法と、被溶接配管を固定して溶接トーチを溶接方向に移行させる全姿勢溶接と称される溶接方法がある。
【0036】
全姿勢溶接においては、一般に、被溶接配管41の外周全周にガイドレール25を取付け、電動台車24を360度回転走行させている。この場合、溶接トーチ1は電動台車24からトーチ支持治具22で片持ち梁式に支持されている。
【0037】
溶接トーチ1が被溶接配管41の下部、特に下頂点側に位置したときは、溶接トーチ1は溶接トーチ1とその付属部品の自重、あるいは電動台車24とガイドレール25などの各固定部に存在するガタによって垂れ下がる。そのため、被溶接配管41と電極2の先端との適正間隙を保持できなくなり、適正アークの発生が阻害され溶接不良となる。このことを防止するために、トーチ位置調整器23により、溶接トーチ1の高さ或いは左右の位置を随時調整している。
【0038】
冷却機構7をトーチ位置調整器23に固定し追従させると、溶接トーチ1の位置調整に伴って冷却機構7の設定高さが変化し、冷却フード9における吸引口18の開口端と被溶接配管41との間のギャップ20が変化し、冷却水33が周囲に漏洩する原因となる。さらに、冷却機構7の自重が重いと、溶接用の電動台車24にかかる走行及び位置設定の負荷が大きくなり、そのため冷却機構7のための専用のガイドレールや走行装置などが必要となる。
【0039】
また、冷却機構7が被溶接配管41の下頂点に位置したときは、冷却水33は垂直に吹き上げ、被溶接配管41の表面及び溶接金属6に当たって跳ね返され、吸引フード9内に落下し回収される。そのため、冷却水33は被冷却部に対して点でしか当たらず、冷却されない領域が残ることになる。
【0040】
本発明は冷却機構7を簡単な構成で小型、軽量化している。冷却機構7の重量は、上記の特許文献1に記載されている冷却機構付溶接装置に比し、約10分の程度まで軽量化できる。また、噴霧ノズル8と吸引フード9は常に冷却水33或いは吸引空気37に接触しているため100℃以上の高温になることがないのでアルミニウムあるいはプラスチックで構成可能であり、より一層、軽量化かつ量産化できる。
【0041】
冷却機構7は軽量化により専用のガイドレールや走行装置を必要とせず、電動台車24から冷却機構支持治具26を介して被溶接配管41の冷却位置に設置することが可能となる。なお、前記したように、冷却機構7は電動台車24に直接接続することによって、溶接トーチ1の上下左右の動きに連動することなく、設定位置を保持することができ、周囲への冷却水の漏洩のない安定した冷却機能を発揮することができる。
【0042】
さらに、本発明による噴霧ノズル8の適用によって、被溶接配管41の下頂点においては、噴霧冷却水38が吸引フード9内の全領域を濡らすことにより冷却能力は確保される。なお、図9のように曲率を持った配管の溶接には、吸引フード9の開口端面(吸引口18)を被溶接配管41の径に合わせた曲率で形成することにより、冷却水33の周囲の漏洩を防止することが容易となる。
【実施例5】
【0043】
図10に本発明の第5の実施例を示す。図10は被溶接配管41の溶接開先43に対して本発明を適用した例を示す。
【0044】
第5の実施例は吸引フード9の吸引口18の周囲に、ギャップ補間体45を支持枠46により設けたものである。被溶接配管41は配管径の曲率を有すると共に、溶接開先43は溶接配管41の表面から凹部をもって構成される。これら被溶接配管41と冷却機構7の吸引口18との間に生じる3次元のギャップ変化に追従させるため、ギャップ補間体45は可撓性で、かつ、元の形状に戻る弾性体が用いられる。ギャップ補間体45は金属製のスプリング、或いは金属製の撚り線、金属製の薄板が好ましい。
【実施例6】
【0045】
図11に本発明の第6の実施例を示す。図11は噴霧ノズル8の他の設置例を示す。
【0046】
第6の実施例は、中子13と噴霧ノズル8は軸あるいは円筒構造であるため単独部品として製作し、別途製作した分配器47に必要な間隔を持って設置する。分配器47はボルト15により吸引フード9に固定する。冷却水供給ホース12から供給された冷却水33は、分配器47により複数の噴霧ノズル8に供給され噴霧冷却水38となって被溶接物3あるいは溶接直後の溶接金属6を冷却する。
【0047】
第6の実施例によれば、円筒構造の噴霧ノズル8が単品で製作できるため、軽量であるプラスチック材料の採用が可能であり、また、分配器47により冷却水供給ホース12の引き回しが簡素化される利点がある。
【0048】
以上の第1から第6までの実施例は、溶接方法としてTIG溶接を対象としたが、MIG溶接、MAG溶接、さらには被覆アーク溶接であっても、本発明の方法を用いることにより、溶接直後の急冷が可能となり、冷却水の冷却機構外への漏洩、品質の低下は発生しない。また、溶接部表面には圧縮残留応力を発生させることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【0049】
【図1】本発明の第1実施例における要部構成図である。
【図2】図1のA部拡大図である。
【図3】本発明の第1実施例の全体構成図である。
【図4】本発明の第1実施例における冷却フードの底面観の斜視図である。
【図5】本発明の第1実施例における噴射ノズルの一例構成図である。
【図6】本発明の第1の実施例における冷却機構の説明図である。
【図7】本発明の第2実施例を示す要部構成図である。
【図8】本発明の第3実施例を示す要部構成図である。
【図9】本発明の第4実施例を示す要部構成図である。
【図10】本発明の第5実施例を示す要部構成図である。
【図11】本発明の第6実施例を示す要部構成図である。
【符号の説明】
【0050】
1…溶接トーチ、2…電極、3…被溶接材、4…ワイヤホルダー、5…溶接ワイヤ、6…溶接金属、7…冷却機構、8…噴霧ノズル、9…冷却フード、10…噴射口、11…継ぎ手、12…冷却水供給ホース、13…中子、14…ノズル取付け孔、15…ボルト、16…閉止板、17…ツメ、18…吸引口、19…車輪、20…ギャップ、21…冷却水回収口、22…トーチ支持治具、23…トーチ位置調整器、24…電動台車、25…ガイドレール、26…冷却機構支持治具、27…溶接機、28…不活性ガスタンク、29…トーチ水冷循環装置、30…トーチケーブル、31…ワイヤ供給装置、32…水槽、33…冷却水、34…ポンプ、35…冷却水回収ホース、36…吸引機、37…吸引空気、38…噴霧冷却水、39…スパイラル溝、40…ブランチ、41…被溶接配管、42…直交配管、43…溶接開先、44…溶接方向、45…ギャップ補間体、46…支持枠、47…分配器。

【特許請求の範囲】
【請求項1】
被溶接材を溶接する溶接トーチを移動させる移動台車と、前記移動台車により前記溶接トーチと連動して移動し、前記溶接トーチで溶接された前記被溶接材の溶接個所に冷却水を給水する冷却機構とを備えた溶接装置において、前記冷却機構は、前記被溶接材の溶接面と所定のギャップを保持して前記被溶接材の溶接個所を蓋するように移動し、冷却水回収口が設けられている底面開口の冷却フードと、前記冷却フードの上板に取付けられ、前記被溶接材の溶接個所に霧状冷却水を拡散して噴霧する噴霧ノズルと、前記冷却フードの冷却水回収口から前記被溶接材の溶接個所を冷却した冷却水を吸引回収する冷却水回収手段とを具備することを特徴とする溶接装置。
【請求項2】
被溶接材を溶接する溶接トーチを移動させる電動台車と、前記電動台車により前記溶接トーチと連動して移動し、前記溶接トーチで溶接された前記被溶接材の溶接個所に冷却水を給水する冷却機構とを備えた溶接装置において、前記冷却機構は、前記被溶接材の溶接個所を蓋するように移動し、冷却水回収口が設けられている底面開口箱型状の冷却フードと、前記冷却フードを前記被溶接材の溶接面と所定のギャップを保持して移動させる前記冷却フードに設けられた車輪と、前記冷却フードの上板に穿設されているノズル取付け孔と、前記冷却フードのノズル取付け孔に着脱自在に挿着され、前記被溶接材の溶接個所に霧状冷却水を拡散して噴霧する噴霧ノズルと、前記冷却フードの冷却水回収口から前記被溶接材の溶接個所を冷却した冷却水を吸引回収する冷却水回収手段とを具備することを特徴とする溶接装置。
【請求項3】
請求項1、2のいずれか1項において、前記冷却フードは複数個のノズル取付け孔が穿設されており、前記噴霧ノズルを取り付けない前記ノズル取付け孔を閉止板により閉止されていることを特徴とする溶接装置。
【請求項4】
請求項1〜3のいずれか1項において、前記被溶接材が管材の場合、前記冷却フードの底面開口端面は前記被溶接管材の曲率と同じに形成され、溶接面とのギャップが所定値に保持するように構成されていることを特徴とする溶接装置。

【図1】
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【図2】
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【図3】
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【図4】
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【図5】
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【図6】
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【図7】
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【図8】
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【図9】
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【図10】
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【図11】
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【公開番号】特開2007−245166(P2007−245166A)
【公開日】平成19年9月27日(2007.9.27)
【国際特許分類】
【出願番号】特願2006−68503(P2006−68503)
【出願日】平成18年3月14日(2006.3.14)
【出願人】(390023928)日立エンジニアリング株式会社 (134)