鉄骨仕口溶接装置

【発明の詳細な説明】
〔産業上の利用分野〕
本発明は、鉄骨構造物用のボックス柱，十字柱,H形柱などに、Ｈ形梁，ボックス梁などを溶接する装置に関する。
〔従来の技術〕
鉄骨柱に鉄骨梁を溶接する態様には、柱貫通と柱貫通の２態様がある。いずれにしても柱と梁が交わる隅を溶接するが、従来はこの種の溶接は、■半自動溶接機を用いる手溶接，■被溶接物上に搭載した小型の直交型ロボットによる、開先内の横向又は下向自動溶接、あるいは、走行台車に搭載した多関節ロボットによる溶接、等のいずれかで行なわれている。
〔発明が解決しようとする課題〕
いずれも多層内盛溶接であるので、上記■では作業者の負担が大きくしかも作業者の労働効率が低い。上記■および■はロボット溶接であるので、作業者の負担が軽減し労働効率が高くなるが、不規側な開先変化やギャップ変化に対しての適応性が低く、溶接品質に問題を生じ易い。
本発明は、作業者の負担を低減しその労働効率を向上し、しかも開先変化やギャップ変化による溶接品質の低下を回避することを目的とする。
〔課題を解決するための手段〕
本発明の鉄骨仕口溶接装置は、鉄骨（BX）を跨ぐ門型架台（３〜５）；該鉄骨（BX）の長手軸方向y,上下方向ｚおよびこれらの方向に直交する方向ｘに移動自在に、門型架台（３〜５）に支持され、ｘおよびｙ方向の少くとも２個のキャリッジ（39₂₁,39₂₂）；エレクトロスラグ溶接電極（13₂₁,13₂₂）および該電極の先端位置決め機構を含み、それぞれが前記キャリッジ（39₂₁,39₂₂）のそれぞれに搭載された少くとも２組のエレクトロスラグ溶接装置（12₂₁,12₂₂）；前記鉄骨（BX）とそれに溶接される鉄骨材（BR3）の間の隅を包囲するための当金（35₂₁,35₂₂）を支持するための少くとも２個の当金支持手段（33）；および、それぞれが該当金支持手段（33）を、ｘ方向およびｙ方向と交鎖する方向に進退自在に支持する少なくとも２組の進縮機構（20₂₁,20₂₂）；を備える。
なお、カッコ内の記号は、図面に示し後述する実施例の対応要素を示す。
〔作用〕
本発明の鉄骨仕口溶接装置は、鉄骨（BX）とそれに溶接される鉄骨材（BR3）の間の隅を包囲するための当金（35₂₁,35₂₂）を支持するための少くとも２個の当該支持手段（33）を備え、しかもこれらの当該支持手段（33）を、ｘ方向おびｙ方向と交鎖する方向に進退自体に支持する少くとも２組の進縮機構（20₂₁,20₂₂）を備えるので、作業者は、鉄骨（BX）に対する鉄骨材（BR3）の２箇所の、それぞれが上下方向ｚに延びる隅のそれぞれに、当金支持手段（33）で支持した当金を、自身は当金荷重を支えることなく、隅に沿って上下方向ｚに延びた形で容易に位置決めすることができ、作業者の労力は少く当金は正確に位置決めされる。
しかして本発明の鉄骨仕口溶接装置では、エレクトロスラグ溶接電極（13₂₁,13₂₂）および該電極の先端位置決め機構を含む少くとも２組のエレクトロスラグ溶接装置（12₂₁,12₂₂）がそれぞれキャリッジ（39₂₁,39₂₂）に搭載され、これらのキャリッジ（39₂₁,39₂₂）のそれぞれが、鉄骨（BX）の長手軸方向y,上下方向ｚおよびこれらの方向に直交する方向ｘに移動自在に、門型架台（３〜５）に支持され、ｘおよびｙ方向の少くとも一方の方向に沿って配置されているので、これらのキャリッジを介して、エレクトロスラグ溶接電極（13₂₁,13₂₂）のそれぞれを、上述のように当金を当てた、鉄骨（BX）に対する鉄骨材（BR3）の２箇所の、それぞれが上下方向ｚに延びる隅の真上に、格別な腕力を要せずして容易かつ正確に位置決めすることができる。
このように位置決めをすると、エレクトロスラグ溶接装置のそれぞれの電極を、それらの先端位置決め機構で、当金で囲った隅空間に垂下してエレクトロスラグ溶接を行なうことができる。この溶接において溶接金属の漏れが当金で防止されるので、不規則な開先変化やギャップ変化がある所でも、十分な品質の溶接が得られる。同時に少くとも２隅の溶接を進行しうるので、溶接作業効率が高い。本発明の、後述の実施例では、４組のエレクトロスラグ溶接装置等を備えるので、鉄骨（BX）に対する１つの鉄骨材（BR3）の２箇所の隅と、鉄骨（BX）に関して鉄骨材（BR3）と実質上対称位置にあるもう１つの鉄骨材（BR1）の２箇所の隅、の計４箇所の隅を同時に溶接することができ、溶接作業効率が非常に高い。
本発明の多の目的および特徴は、図面を参照した以下の実施例の説明より明らかになろう。
〔実施例〕
第1a図に本発明の一実施例の側面を示し、第1b図に正面を示す。これらの図面を同時に参照されたい。ある水平方向ｙと平行に２本のレール支台1₁,1₂が、床FLに固定されている。支台1₁,1₂上にはレール2₁,2₂が固着されており、レール2₁,2₂上にそれぞれ２個の車輪が乗っている。レール2₁上の２個の車輪はｙ方向に延びる下梁3₁に軸受を介して支持されており、１個の車輪が減速機を介して電動機で回転駆動される。レール2₂の２個の車輪はｙ方向に延びる下梁3₂に軸受を介して支持されており、１個の車輪が減速機を介して電動機で回転駆動される。
下梁3₁には、２本の脚柱4₁₁,4₁₂が立てられており、下梁3₂には、２本の脚柱4₂₁,44₂₂が立てられている。これら合計４本の脚柱4₁₁,4₁₂,4₂₁,4₂₂で、口型の桁５が支えられている。これらの下梁3₁,3₂、脚柱4₁₁,4₁₂,4₂₁,4₂₂、および口型の桁５により門型架台100が構成されている。
下梁3₁,3₂の上述の２個の電動機の同期した正，逆回転付勢により、門型架台100がｙ方向で、正，逆方向に移動する。すなわち、ｙ方向に自走で往復移動しうる。
口型の桁５には、ｙ方向に延びる２本のレール6₁,6₂が互いに平行に固着されており、水平であってｙ方向と直交するｘ方向に平行に延びるｙ方向走行梁7₁,7₂がレール6₁,6₂の下に位置する。ｙ方向走行梁7₁の両端には電動機構に結合されレール6₁,6₂に結合した車輪があり、ｙ方向走行梁7₂の両端には電動機構に結合されレール6₁,6₂に結合した車輪がある。ｙ方向走行梁7₁,7₂は、これらの電動機構により、それぞれ独立にｙ方向に駆動しうる。
ｙ方向走行梁7₁には、上下ｚ方向ガイドパイプ9₁₁,9₁₂の上端が固着されており、ｙ方向走行梁7₂には、ｚ方向ガイドパイプ9₂₁,9₂₂の上端が固着されている。それぞれがｙ方向走行梁7₁および7₂のそれぞれに平行な溶接機支持梁10₁および10₂が、それぞれガイドパイプ9₁₁,9₁₂および9₂₁,9₂₂に、上下ｚ方向に移動自在に装着されている。溶接機支持梁10₁はｙ方向走行梁7₁に吊り下げられた電動ホイスト11₁に吊り下げられており、溶接機支持梁10₂はｙ方向走行梁7₂に吊り下げられた電動ホイスト11₂に吊り下げられている。溶接機支持梁10₁は電動ホイスト11₁で上下ｚ方向に動かすことができ、溶接機支持梁10₂は電動ホイスト11₂で上下ｚ方向に動かすことができる。
溶接機支持梁10₁には、２個のキャリッジ39₁₁,39₁₂が梁10₁の延びるｘ方向に移動自在に結合されており、キャリッジのそれぞれにエレクトロスラグ溶接機12₁₁,12₁₂のそれぞれが装着されている。キャリッジ39₁₁,39₁₂にはそれぞれ、ｘ方向の移動を拘止する図示しないロック機構が備わっている。同様に、溶接機支持梁10₂には、２個のキャリッジ39₂₁,39₂₂が梁10₂の延びるｘ方向に移動自在に結合されており、キャリッジのそれぞれにエレクトロスラグ溶接機12₂₁,12₂₂のそれぞれが装着されている。キャリッジ39₂₁,39₂₂にはそれぞれ、ｘ方向の移動を拘止する図示しないロック機構が備わっている。作業者は、これらのロック機構のロックを解除して溶接機をｘ方向に動かし、そしてロック機構をロックして溶接機を支持梁10₁,10₂に固定することができる。
キャリッジ39₁₁に装備されているエレクトロスラグ溶接機12₁₁は、電極ワイヤが通されるノズル13₁₁,ノズル13₁₁を支持しかつｚ方向に駆動するノズル自動駆動機構，この機構をｚ方向に位置調整自在で支持するｚ方向手動微調整機構およびこの機構をｘ方向に位置調整自在で支持するｘ方向微調整機構を備える。
ノズル13₁₁には、電極ワイヤおよび溶接電力が供給される。他のキャリッジ39₁₂,39₂₁,39₂₂に装着されている溶接機12₁₂,12₂₁,12₂₂も、12₁₁と全く同じ機構のものである。
ロ型の桁５に張られた天板上には、溶接機12₁₁,12₁₂,12₂₁,12₂₂に溶接ワイヤを供給するワイヤ引出し装置14₁₁,14₁₂,14₂₁,14₂₂,溶接電力を与える溶接電源装置15₁₁,15₁₂,15₂₁,15₂₂等々が搭載されている。
脚柱4₁₁,4₁₂,4₂₁,4₂₂のそれぞれには、圧着装置20₁₁,20₁₂,20₂₁,20₂₂が装着されている。
第2a図に、脚柱4₂₂に装着されている圧着装置20₂₂の拡大側面を示し、第2b図に拡大平面を示す。ｚ位置調整機構21のｚ方向ガイドケースは脚柱4₂₂に固く固着されているものである。このガイドケースの内部の中心位置にねじ棒（図示せず）が立っており、外部に突出したその上端にｚ位置調整つまみ21aが固着されている。作業者はこのつまみ21aでねじ棒を回転させることができる。ガイドケースより水平方向に突出したアーム22の右端はガイドケースの内部にありガイドケースでｚ方向に昇降自在に案内されていると共に、上述のねじ棒に螺合しているので、つまみ21aを時計方向に廻わすとアーム22が上昇し、反時計方向に廻わすと下降する。
アーム22には、回動機構23で回動腕26がｚ軸を中心に水平回動するように支えられている。すなわち、アーム22の左端部にはｚ方向に延びる軸体24があり、アーム22でｚ方向を支えられた回動腕26の右端が軸体24に回動自在に結合されている。回動機構23にはロック機構が備わっており、ロックねじ25を締め付け回転駆動することにより回動腕26がロックされ、緩めると回動可となる。
回動腕26には、当金支持梁27が進退自在に挿入されており、この進退はロックねじ28を締め付け回動駆動することによりロックされる。
当金支持梁27の先端にはジャッキ36が固着されており、このジャッキ36上にスタートタブ（下当金）37₂₂が載置される。
当金支持梁27の中途には、更に進退機構29が装着されており、この進退機構29で縦当金（銅当金）支持機構32のガイドケース31の下底が、当金支持梁27の延びる方向（ｘ成分とｙ成分の合成ベルクトルの方向:x,yに交鎖する方向）に進退自在に支持されている。機構29の調整つまみ30を時計方向に回転させると機構32のガイドケース31がジャッキ36に近づく方向に進出し、反時計方向に回転させると機構21に近づく方向に退避する。
縦当金支持機構31は、前述のｚ位置調整機構21と同様な機構であり、つまみ34を時計方向に廻わすとアーム33が上昇し、反時計方向に廻わすと下降する。アーム33の右端にはｚ方向に延びる、ｚ方向で挿脱可能なｚ軸体があり、縦当金（銅当金）35₂₂に固着された当金支持リングが、ｚ方向をアーム33で支えられかつｚ軸体を中心に回転可能である。ｚ軸体をアーム33の左端穴より引き抜くことにより、装着すべき縦当金35₂₂を交換できる。
脚柱4₁₁,4₁₂,4₂₁に装着されている圧着装置20₁₁,20₁₂,20₂₁の構造も、圧着装置20₂₂の構造と同じである。
門型架台100が乗ったレール1₁,1₂の間には、第3a図に示すように、ｙ方向に相当の距離を置いて２つのターンローラ装置110,120が配置されている。第3b図には、ターンローラ装置120の正面を示す。ターンローラ装置120は、大径の筒状リングをローラで下支持したものである。筒状リングには、溶接対象の鉄骨柱BXを支えるための４個のねじ棒が十文字に配されており、各ねじ棒は筒状リングに装着されたナット（図示せず）に螺合されており、図示しないハンドルを時計方向に廻すことによりねじ棒は筒状リングの中心に向かう方向に移動（突出）し、反時計方向に廻わすことにより中心より離れる方向に移動（退避）する。各ねじ棒の先端（自由端）には、シュー（図示せず）が装着されており、第3a図および第3b図には、これらのシューおよびねじ棒を介して筒状リングで溶接対象の鉄骨柱BXを支持した状態を示す。筒状リングを下支持するローラは、減速機を介して電気モータの回転軸に結合されており、電気モータを回転付勢することにより筒状リングが回転しそれに支持された鉄骨柱BXが、その長手軸（ｙ方向）を中心に回転する。筒状リングを下支持するローラを支持する基台は電動駆動車輪を介して、ｙ方向に延びる２本のレール上に乗っており、ｙ方向に自走しうる。ターンローラ装置110の構造も、ターンローラ装置120の構造と同じである。
次に、上述の設備の使用態様を説明する。まず、ターンローラ装置110,120はそれぞれプラットホーム（第3a図）の外側（ｙ方向）に置かれ、しかも門型架台100もプラットホームの外側に置かれている。３個所（第３図でBXの右端に近い位置，中間位置および左端に近い位置）のそれぞれに４個の鉄骨梁部品BR1〜BR4を十字方向に仮溶接し固着した鉄骨柱BXが、クレーン（図示せず）で、第3a図に示す位置のあたりに運ばれる。鉄骨柱BXをそこで静止させて、ターンローラ装置110および120がプラットホームに駆動されて、第3a図および第3b図に示すように、鉄骨柱BXを支持する。ターンローラ装置110および120は、それらの筒上リングの中心に鉄骨柱BXの中心軸（ｙ方向）が合致するように調整される。
次に、門型架台100をプラットホームに駆動して、鉄骨柱BXのｙ方向３箇所の溶接を行なう。
以下第3a図に示すように、門型架台100を鉄骨柱BXのｙ方向中間位置に置いて、４個の鉄骨梁部品BR1〜BR4を溶接する態様を説明する。
門型架台100を鉄骨梁部品BR1〜BR4の位置に定めると、該架台100の移動のため退避させていた圧着装置20₂₂の回動腕26を回動させ、当金支持梁27を延ばしてジャッキ36上のスタートタブ37₂₂を鉄骨柱BXと鉄骨梁部品BR3の間の隅の真下に位置決めする（第4c図）。次につまみ21aで回動腕26を上げてスタートタブ37₂₂を鉄骨柱BXに近づけ、そしてジャッキ36でスタートタブ37₂₂を鉄骨梁部品BR3の下面に圧接させる（第4a図）。次につまみ34でアーム33のｚ方向位置を調整し、つまみ30を廻してガイドケース31を押し出して、銅当金35₂₂を第4a図および第4c図に示すように、鉄骨柱BXおよび鉄骨梁部品BR3の側面に押し付ける。以上と同様に、他の圧着装置20₁₁,20₁₂,20₂₁も操作して、鉄骨柱BXと鉄骨柱部品BR3およびBR1との、Ｚ方向に延びる４隅に対して、スタートタブおよび銅当金を位置決めする。
次に、ホイスト11₁,11₂で上方に退避している溶接機支持梁10₁,10₂を、ノズル13₁₁,13₁₂,13₂₁,13₂₂の下端が鉄骨柱BXの上面のやや上方に位置する程度に下げる（Ｚ位置調整）。そして、ｙ方向走行梁7₁,7₂を、ノズル13₁₁,13₁₂,13₂₁,13₂₂の下端が鉄骨柱BXの側面近くの上方に位置するまで駆動（ｙ位置調整）し、キャリッジ39₁₁,39₁₂,39₂₁,39₂₂を、ノズル13₁₁,13₁₂,13₂₁,13₂₂が鉄骨梁部品BR3およびBR1の側面近くの上方に位置するまで駆動（ｘ位置調整）する。必要に応じて更に上述の、z,y,x位置調整を行なって、ノズル13₁₁,13₁₂,13₂₁,13₂₂の下端を、鉄骨柱BXと鉄骨梁部品BR3およびBR1との、Ｚ方向に延びる４隅の真上に位置決めする。
以上のようにノズル13₁₁,13₁₂,13₂₁,13₂₂の下端の位置決めを終了すると、エレクトロスラグ溶接機のノズル13₁₁,13₁₂,13₂₁,13₂₂を通っている電極ワイヤを引き下げて、鉄骨柱BXと鉄骨梁部品BR3およびBR1との、銅当金35₁₁,35₁₂,35₂₁,35₂₂で囲まれたＺ方向に延びる４隅の空間に挿入して下端をスタートタブ37₁₁,37₁₂,37₂₁,37₂₂に当てる。そしてノズル13₁₁,13₁₂,13₂₁,13₂₂を所定位置まで降ろして溶接を開始する。
鉄骨柱BXと鉄骨柱部BR3およびBR1とのＺ方向に延びる４隅のエレクトロスラグ溶接を終えると、圧着装置20₁₁,20₁₂,20₂₁,20₂₂およびエレクトロスラグ溶接機12₁₁,12₁₂,12₂₁,12₂₂を退避位置に移す。そしてターンローラ110,120で鉄骨柱BXを長手軸（ｙ）を中心に90度回転させる。そして上述と同様にして圧着装置20₁₁,20₁₂,20₂₁,20₂₂を操作してスタートタブおよび銅当金を再セットし、かつエレクトロスラグ溶接機を再セットして、鉄骨柱BXと鉄骨梁部品BR4およびBR2とのＺ方向に延びる４隅のエレクトロスラグ溶接を行なう。これを終了すると、圧着装置20₁₁,20₁₂,20₂₁,20₂₂およびエレクトロスラグ溶接機12₁₁,12₁₂,12₂₁,12₂₂を退避位置に移す。
以上により、鉄骨柱BXの１箇所の、４個の鉄骨梁部品BR1〜BR4の溶接を終えたことになる。次いで門型架台100を次の溶接箇所に駆動し、そして同様に溶接を行なう。
このようにして全箇所の溶接を終了し圧着装置20₁₁,20₁₂,20₂₁,20₂₂およびエレクトロスラグ溶接機12₁₁,12₁₂,12₂₁,12₂₂を退避位置に移すと、門型架台100をプラットホーム（第3a図）の外に駆動する。そして鉄骨柱BXをクレーンで吊り下げ、そしてターンローラ110,120を鉄骨柱BXから外してプラットホームの外に駆動し、鉄骨柱BXをプラットホームの外に搬出する。そして、次の溶接すべき鉄骨柱をクレーンでプラットホームに配置し、上述の作業を開始する。
この実施例では、４台のエレクトロスラグ溶接機で同時に４隅の溶接が行なわれるので、溶接加工能率がきわめて高い。溶接がエレクトロスラグ溶接であるので、不規則な開先変化やギャップ変化があっても十分な品質の溶接が得られる。スタートタブや銅当金は大型高重量であっても、実質上それを支える労力がいらないので、作業者の負担がきわめて軽く作業者の労働効率がきわめて高くなる。また鉄骨柱BXの位置決めや回転などに作業者の労力がいらないので、鉄骨柱BXの溶接加工能率が格段に向上する。
なお、上述の実施例では４台のエレクトロスラグ溶接機を備えているが、２台でもかなり高い能率で溶接加工をしうる。この場合には、１つの鉄骨梁部品BRiの溶接を終了する度に、鉄骨柱BXを90度回転させて、１箇所（４個の骨梁部品）の溶接につき、３回（270度）鉄骨柱BXを回転させればよい。ターンローラ110,120で鉄骨柱BXを支持するので、このような回転作業はきわめて容易である。
〔発明の効果〕
以上の通り本発明によれば、品質が高い高能率の鉄骨仕口溶接が実現する。作業者の負担、特に力仕事、が大幅に軽減し作業者の労働効率が大幅に向上する。
【図面の簡単な説明】
第1a図は、本発明の一実施例の側面図であり、第1b図は、該実施例の側面図である。
第2a図は、該実施例の装備されている圧着装置20₂₂の拡大側面図であり、第2b図は拡大平面図である。
第3a図は、第1a図および第1b図に示す門架台100と、鉄骨柱BXを支持するターンローラ装置110,120を示す側面図、第3b図は正面図である。
第4a図は、第1b図に示す圧着装置20₂₁と鉄骨柱BXおよびそれに溶接される鉄骨梁部品BR3との相対位置関係を示す側面図である。
第4b図は、溶接加工対象の鉄骨柱BXおよびそれに溶接される鉄骨梁部品BR1〜BR4との相対位置関係を示す正面図である。
第4c図は、溶接加工対象の鉄骨柱BXおよびそれに溶接される鉄骨梁部品BR1〜BR3と、第1b図に示す圧着装置20₂₁との相対関係を示す平面図である。
1₁,1₂:レール支台、2₁,2₂:レール
3₁,3₂:下梁、4₁₁〜4₂₂:脚柱
5:ロ型の桁、6₁,6₂:レール
7₁,7₂:y方向走行梁、8₁₁〜8₂₂:パイプ支持台
9₁₁〜9:ガイドパイプ、10₁,10₂:溶接機支持梁
11₁,11₂:電動ホイスト
12₁₁〜12₂₂:エレクトロスラグ溶接機（エレクトロスラグ溶接装置）
13₁₁〜13₂₂:ノズル、14₁₁〜14₂₂:ワイヤ引出装置
15₁₁〜15₂₂:溶接電源装置
16₁₁〜16₂₂:降下ストッパ脚
20₁₁〜20₂₂:圧着装置（伸縮機構）
21:z位置調整機構、21a:つまみ
22:アーム、23:回動機構
24:軸体、25:ロックねじ
26:回動腕、27:当金支持梁
28:ロックねじ、29:進退機構
30:調整つまみ、31:ガイドケース
32:縦当金支持機構、33:アーム（当金支持手段）
34:つまみ、35₁₁〜35₂₂:縦当金（当金）
36:ジャッキ、37₁₁〜37₂₂:スタートタブ
38₁₁〜38₂₂:裏当金
39₁₁〜39₂₂:キャリッジ（キャリッジ）
100:門型架台（門型架台）、110,120:ターンローラ装置
FL:床、BX:鉄骨柱（鉄骨）
BR1〜BR4:鉄骨梁部品（鉄骨材）

【特許請求の範囲】
【請求項１】鉄骨を跨ぐ門型架台；
該鉄骨の長手軸方向y,上下方向ｚおよびこれらの方向に直交する方向ｘに移動自在に、前記門型架台に支持され、ｘおよびｙ方向の少くとも一方の方向に沿って配置された少くとも２個のキャリッジ；
エレクトロスラグ溶接電極および該電極の先端位置決め機構を含み、それぞれが前記キャリッジのそれぞれに搭載された少くとも２組のエレクトロスラグ溶接装置；
前記鉄骨とそれに溶接される鉄骨材の間の隅を包囲するための当金を支持するための少くとも２個の当金支持手段；および、それぞれが該当金支持手段を、ｘ方向およびｙ方向と交鎖する方向に進退自在に支持する少くとも２組の進縮機構；
を備える鉄骨仕口溶接装置。

【第２ａ図】