JP2001321944A

JP2001321944A - 曲管溶接装置

Info

Publication number: JP2001321944A
Application number: JP2000139028A
Authority: JP
Inventors: Fumio Hasegawa; 文雄長谷川; Akira Mineta; 明峯田; Satoshi Takagi; 佐登志高木
Original assignee: Ishikawajima Harima Heavy Industries Co Ltd
Current assignee: IHI Corp
Priority date: 2000-05-11
Filing date: 2000-05-11
Publication date: 2001-11-20

Abstract

(57)【要約】【課題】内面の溶接時に曲管を分割する必要をなく
す。【解決手段】水平位置より垂直位置まで傾動可能に支
持装置２に支持させたテーブル架台４上に、回転用モー
タにより回転駆動されるターンテーブル９を取り付けて
２軸傾動ポジショナ１を形成する。ターンテーブル９上
に、ガイドレール１５を同心状に設置し、溶接台車１７
を取り付ける。溶接台車１７は、走行用モータ２０によ
りガイドレール１５上を走行するキャリッジ９と、キャ
リッジ９に基端部を接続した湾曲ブーム２４と、湾曲ブ
ーム２４の先端に首振り可能に取り付けた溶接トーチ２
６とを備える。回転用モータと走行用モータ２０を制御
する制御器を設ける。回転用モータと走行用モータ２０
を制御して駆動させることにより、ターンテーブル９の
回転と溶接台車１７の走行とを対向する方向に同期して
行わせ、溶接トーチ２６を同一姿勢のままターンテーブ
ル９上に設けた曲管固定支持台２９上の曲管３４に挿入
して、溶接を行わせる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は曲管内面に常に下向
き姿勢で自動的に溶接するために用いる曲管溶接装置に
関するものである。

【０００２】

【従来の技術】たとえば、石油精製用リアクターに取り
付ける曲管は、炭素鋼や低合金鋼で製作した曲管の内面
の全面に、ステンレスの溶接（ステンレスオーバーレ
イ）を施工してあり、従来、この種曲管内面の溶接は、
予め曲管を複数のセグメントに分割し、該各セグメント
毎に手溶接又は簡易自動溶接機により溶接を行った後、
セグメントを連結して曲管を組み立て、しかる後、継手
部の内面の溶接を行うようにしている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】ところが、上記従来の
曲管内面の溶接方法では、曲管を分割しているため継手
が増加して製作コストが嵩むと共に、継手の増加により
曲管自体の寸法精度が悪くなるという問題があり、更
に、溶接を手溶接又は半自動溶接で行うため、肉盛した
オーバーレイ金属の成分が不安定になるという問題があ
る。

【０００４】そこで、本発明は、曲管を分割することな
く、常に下向き姿勢で曲管の内面に自動的に溶接するこ
とができる曲管溶接装置を提供しようとするものであ
る。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明は、上記課題を解
決するために、テーブル架台上に回転自在に取り付けて
回転用モータにより回転駆動可能としたターンテーブル
と、上記テーブル架台と一体にターンテーブルを水平位
置から垂直位置まで傾動可能に支持する支持装置とから
なる２軸傾動ポジショナの上記ターンテーブル上面に、
該ターンテーブルの回転中心と同心状にガイドレールを
設置すると共に曲管をターンテーブルの回転中心から同
一半径となるように支持する曲管固定支持台を設置し
て、ガイドレールに溶接台車を走行可能に取り付け、且
つ該溶接台車の湾曲ブームの先端部に、溶接トーチをタ
ーンテーブルの径方向に首振り可能に且つ任意の首振り
角度位置で固定できるように取り付け、更に、上記ター
ンテーブルの回転用モータと溶接台車の走行用モータを
制御するための制御器を備えてなり、ターンテーブルの
回転駆動と溶接台車の走行駆動とを反対方向に同期させ
て行うことにより、溶接トーチを、下向き姿勢のまま曲
管内面を長手方向に溶接できるようにした構成とする。

【０００６】溶接トーチを下向きに配置した状態で、タ
ーンテーブルを回転させると共に、溶接台車を該ターン
テーブルの回転方向とは反対の方向にガイドレールに沿
い走行させると、溶接トーチは、同一姿勢を保ち、常に
下向き状態で、曲管内に長手方向に沿って挿入されるよ
うになり、曲管内面に長手方向に沿って溶接を行うこと
ができるようになる。

【０００７】又、制御器を、ターンテーブルの回転と溶
接台車の走行とを対向する方向に同期させて行う際にお
けるターンテーブルの回転角度が、溶接すべき曲管の全
長のなす角度よりわずかに小さい角度となったときに、
回転用モータ及び走行用モータを自動的に停止させるこ
とができるようにした構成とすることにより、溶接台車
のオーバーランを防止することができる。

【０００８】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図面
を参照して説明する。

【０００９】図１乃至図３は本発明の曲管溶接装置の実
施の一形態を示すもので、上端部に前後方向に平行に延
びる２本の支持アーム３を備えた支持装置２を所要位置
に設置し、該支持装置２の両支持アーム３間に配置した
テーブル架台４を、両支持アーム３の一端部に軸５とと
もに上下方向に傾動（回転）自在に支持させると共に、
上記両支持アーム３の他端部の間に、図示しないブレー
キを備えた正逆転可能な傾動用モータ６を設置して、該
傾動用モータ６の出力軸に取り付けたピニオン７と、上
記テーブル架台４の一側面に配置して軸５に固定した略
半円形状のギア８とを噛合させ、更に、上記テーブル架
台４に、ターンテーブル９の中心部下面に突設した回転
軸１０を軸受１１を介して回転自在に取り付けると共
に、該回転軸１０の外周部に設けたリングギア１２と、
テーブル架台４の所要位置に設置したサーボモータの如
き回転用モータ１３の出力軸に取り付けたピニオン１４
とを噛合させて、回転用モータ１３の駆動によりピニオ
ン１４及びリングギア１２、軸１０を介してターンテー
ブル９を回転させるようにした構成として、上記傾動用
モータ６の駆動でピニオン７を介しギア８を回動させる
ことにより、テーブル架台４と一体にターンテーブル９
を水平位置から垂直位置まで傾動させるようにすると共
に、任意の傾動角度で保持できるようにしてなる２軸傾
動ポジショナ１を構成する。

【００１０】上記２軸傾動ポジショナ１のターンテーブ
ル９上には、該ターンテーブル９の回転中心と同心状と
なるようガイドレール１５を、支持脚１６を介してター
ンテーブル９の上面と所要間隔を隔てて設置し、該ガイ
ドレール１５に、溶接台車１７を周方向に走行可能に取
り付ける。

【００１１】上記溶接台車１７について詳述すると、ガ
イドレール１５の外周側に配した矩形板状のキャリッジ
１８の四隅部内周側に、上下方向に対峙するよう車輪１
９を設けて、該各車輪１９によりガイドレール１５を上
下方向から挟むようにすることにより、キャリッジ１８
をガイドレール１５に取り付け、該各車輪１９を転動さ
せることによりキャリッジ１８がガイドレール１５に沿
って移動できるようにしてある。又、上記キャリッジ１
８の外周側面には、サーボモータの如き走行用モータ２
０が設置してあり、該走行用モータ２０の出力軸をキャ
リッジ１８を貫通させて内周側に突出させて、該突出端
部にピニオン２１を取り付け、該ピニオン２１を上記ガ
イドレール１５の外周側に全周に亘って設けたラック２
２に噛合させ、走行用モータ２０の駆動によりピニオン
２１をラック２２上にて回転駆動させることにより、キ
ャリッジ１８をガイドレール１５に沿い走行できるよう
にする。

【００１２】更に、上記キャリッジ１８には、上下方向
に延びるアーム部材２３の下端部を連結して、該アーム
部材２３の上端部に、溶接すべき曲管３４の管軸と同一
の曲率半径で周方向に所要角度延びるように配設されて
いる湾曲ブーム２４の基端部を、上記アーム部材２３の
長手方向に位置調整可能な位置調整ステージ２５を介し
て取り付け、該湾曲ブーム２４の先端部に、溶接トーチ
２６を、ターンテーブル９の径方向に首振りできるよう
に連結すると共に、該連結部に図示しない位置固定用の
クランプを設けて、該クランプを、首振り位置固定用レ
バー２７を介して操作することにより、溶接トーチ２６
を任意の首振り角度位置で固定できるようにしてある。
なお、２８は、上記溶接トーチ２６の基端側に設けたト
ーチ上下調整電動マウントである。

【００１３】上記２軸傾動ポジショナ１のターンテーブ
ル９上面には、周方向に約９０度延びる扇型のテーブル
３０をターンテーブル９の回転中心より同一半径の円弧
となるようガイドレール１５を跨ぐように設置し、該曲
管固定支持台２９のテーブル３０上に曲管３４の両端部
を固定するための曲管固定治具３２をボルト３１にて着
脱自在に取り付けてなる曲管固定支持台２９を設けて、
該曲管固定支持台２９の各曲管固定治具３２にて曲管３
４の両端部を固定することにより、曲管３４をターンテ
ーブル９の中心と同心状に配置して固定することができ
るようにしてある。

【００１４】更に又、上記ターンテーブル９の回転用モ
ータ１３と溶接台車１７の走行用モータ２０を制御する
ための制御器３３を備えて、該制御器３３により上記回
転用モータ１３と走行用モータ２０とを制御することに
よりターンテーブル９の回転と、溶接台車１７の走行と
を対向する方向（反対方向）に同期させて行うことによ
り、溶接トーチ２６を、変位させることなく曲管固定支
持台２９上の曲管３４内に挿入して溶接することができ
るようにする。

【００１５】曲管３４の外径側の内面に溶接を行う場合
は、先ず、曲管固定支持台２９のテーブル３０上に、た
とえば、９０度湾曲する曲管３４を曲管固定治具３２を
用いて固定した後、図４に示す如く、２軸傾動ポジショ
ナ１のターンテーブル９を、傾動用モータ６の駆動によ
り垂直状態に配置し、次に、ターンテーブル９を回転用
モータ１３により回転させて、曲管固定支持台２９に固
定された曲管３４の一端側、すなわち、溶接台車１７側
の一端部が最下部に位置するようにし、次いで、走行用
モータ２０により溶接台車１７をガイドレール１５に沿
い走行させて、湾曲ブーム２４の先端部の溶接トーチ２
６が、上記曲管３４の一端部内側の溶接開始位置に配置
されるようにし、更に、首振り位置固定用レバー２７を
操作して、溶接線が下向きとなるように溶接トーチ２６
を下向きに固定した状態とする。

【００１６】この状態において、溶接トーチ２６による
曲管３４内面の溶接を開始すると共に、制御器３３によ
り同期させて、ターンテーブル９を回転させ溶接台車１
７を走行させる。ターンテーブル９の回転で曲管３４は
溶接台車１７側（図上時計方向）に所要速度で移動させ
られ、同時に溶接台車１７は、ターンテーブル９の回転
方向と対向する方向（図上反時計方向）に走行させる
と、ガイドレール１５に沿う溶接台車１７の走行は、タ
ーンテーブル９の回転により相殺され、これにより、図
４に二点鎖線で示す如く、溶接台車１７は図４の姿勢を
保持できて変位させることなく溶接トーチ２６が常に下
向き姿勢のまま、曲管３４内に長手方向に沿って挿入さ
れ、図５（イ）に示す如く、曲管３４の外径側端部の内
面に長手方向に沿ってオーバーレイ金属の溶着ビード３
５が形成される（図中Oはターンテーブル９の回転中心
を示す）。この際、予め、制御器３３に、回転用モータ
１３によるターンテーブル９の回転角度が、曲管３４の
全長がなす角度よりわずかに小さい角度、たとえば、９
０度の曲管３４に対してターンテーブル９の回転角度が
８５度になった場合に、回転用モータ１３と走行用モー
タ２０とをそれぞれ停止させるように指令を与えておく
ことにより、溶接トーチ２６による溶接のオーバーラン
を防ぐことができるようになる。

【００１７】上記のようにして曲管３４内の一端から他
端までの溶接が行われると、次に、回転用モータ１３
と、走行用モータ２０とをそれぞれ逆転させて、曲管３
４と溶接台車１７との相対位置を、図４に実線で示した
如き初期状態と同様にした後、２軸傾動ポジショナ１の
傾動用モータ６を駆動してターンテーブル９を図６に示
す如く所要角度傾動させ、このターンテーブル９の傾動
により溶接トーチ２６の角度が変更されるので、首振り
位置固定用レバー２７を操作して溶接トーチ２６を再び
下向き配置とさせ、その後、上記と同様に、制御器３３
により回転用モータ１３と走行用モータ２０を制御し
て、溶接速度が一定となるようにターンテーブル９の回
転速度と溶接台車１７の走行速度を制御し、互に対向す
る方向に同期させて行うことにより、溶接トーチ２６を
変位させることなく曲管３４の長手方向に挿入して、曲
管３４の内面に常時下向きで溶接を行い、図５（ロ）に
示す如く、上記溶着ビード３５と隣接し且つ溶着する溶
着ビード３５を形成させる。

【００１８】次いで、上記と同様にして、２軸傾動ポジ
ショナ１のターンテーブル９を所要角度ずつ水平位置ま
で順次傾動させ、各傾動位置毎に、曲管３４の内面に、
長手方向に沿って溶接を行わせて溶着ビード３５を形成
させることにより、図５（ハ）に示す如く、曲管３４の
外径側からターンテーブル９側の径方向中間部までの周
方向の四半分の内面に溶接が行われるようになる。

【００１９】その後、図７に示す如く、回転用モータ１
３のみを駆動してターンテーブル９と溶接台車１７とを
一体に１８０度反転させた後、傾動用モータ６によりタ
ーンテーブル９を、所要角度起き上がるように傾動さ
せ、該傾動に対応して、首振り位置固定用レバー２７を
操作して溶接トーチ２６を下向きに配置させた後、上記
と同様に制御器３３により回転用モータ１３と走行用モ
ータ２０とをそれぞれ制御させて、ターンテーブル９の
時計方向への回転と、溶接台車１７の反時計方向への走
行とを同期させて行わせることで、溶接トーチ２６を変
位させることなく常に下向きで曲管３４の長手方向に挿
入し、図５（ニ）に示す如く、既設の溶着ビード３５に
溶着する溶着ビード３５を形成させ、その後、同様にタ
ーンテーブル９を所要角度ずつ垂直位置まで順次起きあ
がるように傾動させながら、各傾動位置毎に、曲管３４
の内面に、長手方向に沿って溶接を行わせて溶着ビード
３５を形成させることにより、図５（ホ）に示す如く、
曲管３４のターンテーブル９側となる外径側から内径側
までの半周部分の内面に溶接が行われるようになる。

【００２０】次いで、曲管固定支持台２９に固定されて
いる曲管３４を、ボルト３１を外して曲管固定治具３２
より一旦取り外し、取り外した曲管３４の表裏を反転さ
せて再び曲管固定支持台２９に取り付け、しかる後、上
記と同様の手順により曲管３４のターンテーブル９側と
なる半周部分の内面に対して、長手方向に延びる溶着ビ
ード３５を所要角度ずつずらして順次形成させて溶接を
行うことにより、図５（ヘ）に示す如く、曲管３４の内
面の全面に溶着ビード３５が形成されて溶接が行われる
ようになる。

【００２１】上記において、曲管３５の内径側と、外径
側とでは、ターンテーブル９の回転中心からの距離が異
なることから、ターンテーブル９の回転による曲管３４
の移動時の周速が異なってくるので、内径側の内面溶接
の時と外径側の内面溶接の時でも溶接部分における周方
向の移動速度が一定となり、溶接を一定速度で行うこと
ができるように、制御器３３により回転用モータ１３及
び走行用モータ２０を共に制御するようにしてある。こ
の場合、上記制御器３３による制御は、ターンテーブル
９の回転中心から溶接トーチ２６により溶接を行う位置
までの距離と、溶接速度とを制御器３３にデータとして
入力して演算させるようにすればよい。

【００２２】このように、曲管３４の内面に長手方向に
沿って溶着ビード３５を形成させて溶接を行うことがで
きることから、曲管３４を従来の如く分割する必要をな
くすことができ、又、溶接姿勢を常に下向きとすること
ができることから、溶接品質の安定化を図ることがで
き、更に、曲管３４の長手方向の溶接を自動化すること
ができて、狭隘な曲管内部を連続的に一定の溶接速度で
溶接することができて、オーバーレイ金属の成分を一定
に保つことができ、且つ溶接士の介在を要する溶接作業
の作業量を軽減することができることから、コストダウ
ンを図ることができる。

【００２３】なお、本発明は上記実施の形態のみに限定
されるものではなく、上記においては、ターンテーブル
９を垂直位置に配置して曲管３４の外径側の端部から溶
接作業を開始するものとして示したが、曲管３４の内径
側から溶接を開始したり、又、ターンテーブル９を水平
位置に配置した状態から溶接作業を開始するようにして
もよいこと、その他、本発明の要旨を逸脱しない範囲内
において種々変更を加え得ることは勿論である。

【００２４】

【発明の効果】以上述べた如く、本発明の曲管溶接装置
によれば、テーブル架台上に回転自在に取り付けて回転
用モータにより回転駆動可能としたターンテーブルと、
上記テーブル架台と一体にターンテーブルを水平位置か
ら垂直位置まで傾動可能に支持する支持装置とからなる
２軸傾動ポジショナの上記ターンテーブル上面に、該タ
ーンテーブルの回転中心と同心状にガイドレールを設置
すると共に曲管をターンテーブルの回転中心から同一半
径となるように支持する曲管固定支持台を設置して、ガ
イドレールに溶接台車を走行可能に取り付け、且つ該溶
接台車の湾曲ブームの先端部に、溶接トーチをターンテ
ーブルの径方向に首振り可能に且つ任意の首振り角度位
置で固定できるように取り付け、更に、上記ターンテー
ブルの回転用モータと溶接台車の走行用モータを制御す
るための制御器を備えてなり、ターンテーブルの回転駆
動と溶接台車の走行駆動とを反対方向に同期させて行う
ことにより、溶接トーチを、下向き姿勢のまま曲管内面
を長手方向に溶接できるようにした構成としてあるの
で、溶接トーチを下向きに配置した状態で、ターンテー
ブルを溶接台車の方向へ回転させると共に、溶接台車を
該ターンテーブルの回転方向と対向する方向に走行させ
ることで、溶接トーチを同一姿勢を保ちながら常に下向
き状態で、曲管内に長手方向に挿入し、溶接することが
できることから、曲管内面の溶接に際して従来の如く曲
管を分割する必要をなくすことができ、又、溶接姿勢を
常に下向きとすることから、溶接品質の安定化を図るこ
とができ、更に、曲管の内径側の内面溶接時と、外径側
の内面溶接時とでターンテーブルの回転速度及び溶接台
車の走行速度を制御器により調整することにより、狭隘
な曲管内部を連続的に一定の溶接速度で溶接することが
できて、オーバーレイ金属の成分を一定に保つことがで
き、更に又、溶接士の介在を要する溶接作業の作業量を
軽減することができることから、コストダウンを図るこ
とができるという優れた効果を発揮し、又、制御器を、
ターンテーブルの回転と溶接台車の走行とを対向する方
向に同期させて行う際におけるターンテーブルの回転角
度が、溶接すべき曲管の全長のなす角度よりわずかに小
さい角度となったときに、回転用モータ及び走行用モー
タを自動的に停止させることができるようにした構成と
することにより、溶接台車のオーバーランを防止するこ
とができるという効果を発揮する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の曲管溶接装置の実施の一形態を示す概
略平面図である。

【図２】図１に示した装置の一部切断概略正面図であ
る。

【図３】図１に示した装置の一部切断概略側面図であ
る。

【図４】図１に示した装置により曲管の外径側内面の溶
接を行うときの状態を示す概略正面図である。

【図５】図１に示した装置による溶接の各工程を示すも
ので、（イ）（ロ）（ハ）（ニ）（ホ）（ヘ）はそれぞ
れ異なる工程時における曲管の断面を示す図である。

【図６】図１に示した装置による溶接時の一工程時にお
ける状態を示す概略側面図である。

【図７】図１に示した装置による溶接時の別の工程時に
おける状態を示す概略正面図である。

【符号の説明】

１２軸傾動ポジショナ２支持装置４テーブル架台９ターンテーブル１３回転用モータ１７溶接台車１８キャリッジ２０走行用モータ２４湾曲ブーム２６溶接トーチ２９曲管固定支持台３３制御器３４曲管

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号ＦＩテーマコート゛(参考）Ｂ２３Ｋ 37/047 ５０１Ｂ２３Ｋ 37/047 ５０１Ｄ // Ｂ２３Ｋ 101:06 101:06

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】テーブル架台上に回転自在に取り付けて
回転用モータにより回転駆動可能としたターンテーブル
と、上記テーブル架台と一体にターンテーブルを水平位
置から垂直位置まで傾動可能に支持する支持装置とから
なる２軸傾動ポジショナの上記ターンテーブル上面に、
該ターンテーブルの回転中心と同心状にガイドレールを
設置すると共に曲管をターンテーブルの回転中心から同
一半径となるように支持する曲管固定支持台を設置し
て、ガイドレールに溶接台車を走行可能に取り付け、且
つ該溶接台車の湾曲ブームの先端部に、溶接トーチをタ
ーンテーブルの径方向に首振り可能に且つ任意の首振り
角度位置で固定できるように取り付け、更に、上記ター
ンテーブルの回転用モータと溶接台車の走行用モータを
制御するための制御器を備えてなり、ターンテーブルの
回転駆動と溶接台車の走行駆動とを反対方向に同期させ
て行うことにより、溶接トーチを、下向き姿勢のまま曲
管内面を長手方向に溶接できるようにした構成を有する
ことを特徴とする曲管溶接装置。
【請求項２】制御器を、ターンテーブルの回転と溶接
台車の走行とを対向する方向に同期させて行う際におけ
るターンテーブルの回転角度が、溶接すべき曲管の全長
のなす角度よりわずかに小さい角度となったときに、回
転用モータ及び走行用モータを自動的に停止させること
ができるようにした請求項１記載の曲管溶接装置。