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JP2005161385A - Underwater welding equipment and underwater welding method - Google Patents

Underwater welding equipment and underwater welding method Download PDF

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JP2005161385A
JP2005161385A JP2003406901A JP2003406901A JP2005161385A JP 2005161385 A JP2005161385 A JP 2005161385A JP 2003406901 A JP2003406901 A JP 2003406901A JP 2003406901 A JP2003406901 A JP 2003406901A JP 2005161385 A JP2005161385 A JP 2005161385A
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JP
Japan
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welding
underwater
gap
spindle
underwater welding
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Pending
Application number
JP2003406901A
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Japanese (ja)
Inventor
Masaki Tamura
村 雅 貴 田
Yoshinobu Makino
野 吉 延 牧
Yoshimi Tanaka
中 義 美 田
Tetsuo Yamamoto
本 哲 夫 山
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Toshiba Corp
Original Assignee
Toshiba Corp
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Filing date
Publication date
Application filed by Toshiba Corp filed Critical Toshiba Corp
Priority to JP2003406901A priority Critical patent/JP2005161385A/en
Publication of JP2005161385A publication Critical patent/JP2005161385A/en
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an underwater welding equipment capable of measuring the shape of a groove underwater, and applicable to a narrow part. <P>SOLUTION: The underwater welding equipment which is provided with a welding head having a welding wire feed system and an optical system to focus laser beams, and connected to a laser beam oscillator and a shield gas supply source to weld a part 23 to be welded of a structure underwater comprises a spindle 12 which is abutted on the part 23 to be welded and displaced according to the surface shape of the part 23, a position measurement instrument 14 to measure the displacement of the spindle 12, and a link to transmit the displacement of the spindle 12 to the position measurement instrument 14, and further comprises a gap sensing mechanism 18 to measure the gap between a tip of the welding head and the part 23 to be welded. <P>COPYRIGHT: (C)2005,JPO&NCIPI

Description

本発明は、水中溶接装置および水中溶接方法に係り、とくに水中構造物などに亀裂が発生したとき、亀裂を除去した開先部にレーザ光を照射して開先肉盛溶接を行う水中溶接装置および水中溶接方法に関する。   The present invention relates to an underwater welding apparatus and an underwater welding method, and in particular, an underwater welding apparatus that performs groove overlay welding by irradiating a laser beam to a groove portion from which a crack has been removed when a crack occurs in an underwater structure or the like. And an underwater welding method.

たとえば原子炉の炉内水中構造物などの部材に亀裂が発生した場合は、その部材全体を交換するか、あるいは亀裂発生部材に補強金具を設置して補修することが行われている。   For example, when a crack occurs in a member such as an in-core structure of a nuclear reactor, the entire member is replaced or repaired by installing a reinforcing metal fitting on the crack-generating member.

他方、グラインダや放電加工などによって亀裂を完全除去した後の開先部に肉盛溶接(以下、開先肉盛溶接と称す)を行う方法もある。この開先肉盛溶接を実施するに当っては、溶接ヘッド先端と開先部の間のギャップを一定にして溶接を行う必要があるため、遠隔操作で溶接を行うことを考えると、ギャップを計測することが不可欠である。また、原子炉の炉内水中構造物は複雑に入り組んで構成されていることが多いため、狭隘な環境に対応させることも必要である。   On the other hand, there is also a method of performing build-up welding (hereinafter referred to as groove build-up welding) on the groove portion after the crack is completely removed by a grinder, electric discharge machining, or the like. When performing this welding, it is necessary to perform welding with a constant gap between the tip of the welding head and the groove, so considering remote welding, the gap should be reduced. It is essential to measure. In addition, the reactor underwater structure of the nuclear reactor is often configured in a complicated manner, so it is necessary to cope with a narrow environment.

このような加工を行う第1の例として、特許文献1に示した水中溶接を行う水中加工装置が知られており、図8は、その構成を示す断面図である。   As a first example of performing such processing, an underwater processing apparatus for performing underwater welding shown in Patent Document 1 is known, and FIG. 8 is a cross-sectional view showing the configuration thereof.

図8に示すように、水中環境下にある被溶接材40を溶接する場合、レーザ発振器1は大気中に設置され、溶接ヘッド本体3が水中に設置される。溶接ヘッド3の内部および溶接部23の近傍は、水7と接触しないようにシールドガス22で局部的に水7が排除されている。また、加工状態をモニタリングするため、CCDカメラ(光学的監視装置)41が設けられている。   As shown in FIG. 8, when welding a workpiece 40 in an underwater environment, the laser oscillator 1 is installed in the atmosphere, and the welding head body 3 is installed in the water. The inside of the welding head 3 and the vicinity of the welded portion 23 are locally excluded from the water 7 by the shielding gas 22 so as not to contact the water 7. In addition, a CCD camera (optical monitoring device) 41 is provided to monitor the processing state.

被溶接材40が平坦な面を持つ場合には、このような構造の溶接ヘッド3でも水中溶接が可能である。ただし、溶接ヘッド先端と開先部との間のギャップを計測することなしに開先肉盛溶接を行うことは困難である。   When the material to be welded 40 has a flat surface, the welding head 3 having such a structure can be welded underwater. However, it is difficult to perform groove overlay welding without measuring the gap between the tip of the welding head and the groove.

また、第2の例として、特許文献2に示す水中溶接装置が知られており、図9は、その構成を示す断面図である。   As a second example, an underwater welding apparatus shown in Patent Document 2 is known, and FIG. 9 is a cross-sectional view showing the configuration thereof.

図9に示すように、水中の壁面に吸着しながら移動する水中移動台車に溶接ヘッド3を取りつけ、CCDカメラ41で壁面(被溶接材40)の溶接部位あるいは装置全体の移動方向をモニタリングする。そのデータを基に3次元位置決め機構43によりX軸、Y軸、Z軸の3軸を制御し、溶接ヘッド3を位置決めする。ギャップセンシング方法は不明であるが、位置決めはCCDカメラを利用したシステムで行うため、第1の例と同様の問題がある。   As shown in FIG. 9, the welding head 3 is attached to an underwater moving carriage that moves while adsorbing to an underwater wall surface, and a CCD camera 41 monitors the moving portion of the wall surface (material 40 to be welded) or the entire apparatus. Based on the data, the three-dimensional positioning mechanism 43 controls the three axes of the X axis, the Y axis, and the Z axis to position the welding head 3. Although the gap sensing method is unknown, since positioning is performed by a system using a CCD camera, there is a problem similar to the first example.

また、第3の例として、特許文献3に示す水中溶接ノズルが知られており、図10は、その構成を示す断面図である。   As a third example, an underwater welding nozzle shown in Patent Document 3 is known, and FIG. 10 is a cross-sectional view showing the configuration thereof.

図10に示すように、溶接部23の近傍をシールド壁(シールドカバー19)で覆い、その中にシールドガス22を満たした上で、シールド壁の外周にスカート状にカーテン水44を噴出しながら、水中溶接を行う。また、溶接ヘッド上部に設けたCCDカメラ41により溶接状態を観察できるようにした。この例では、ギャップセンシング方法は提案していない。   As shown in FIG. 10, the vicinity of the welded portion 23 is covered with a shield wall (shield cover 19), filled with the shield gas 22, and the curtain water 44 is ejected in a skirt shape on the outer periphery of the shield wall. Perform underwater welding. Further, the welding state can be observed by the CCD camera 41 provided on the upper part of the welding head. In this example, no gap sensing method is proposed.

水中溶接装置に関する上記の従来技術では、開先部のギャップセンシングは提案されていない。一方、開先部のギャップセンシング方法として、気中溶接では以下の提案がある。   In the above-described prior art relating to the underwater welding apparatus, gap sensing of the groove portion has not been proposed. On the other hand, as a gap sensing method for a groove portion, there are the following proposals in air welding.

その第1の例として、特許文献4に示す溶接自動倣い制御装置が知られており、図11は、その溶接自動倣い制御装置を備えた自動溶接装置の概略構成図である。   As a first example, an automatic welding copying control apparatus shown in Patent Document 4 is known, and FIG. 11 is a schematic configuration diagram of an automatic welding apparatus provided with the welding automatic copying control apparatus.

図11は、スリット投光器45を利用した変位計の代表例として示す。スリット状の光を溶接線46付近に照射し、この反射光をカメラ41で捉え、画像処理装置47により光の曲がり具合を解析することにより、溶接線46付近の形状(ここでは隅肉継手)を計測する。亀裂除去後の開先部でも同様にその形状を計測することができると考えられる。しかし、水中では光が揺らぐため、開先形状の計測が正確にできないという問題がある。   FIG. 11 shows a typical example of a displacement meter using the slit projector 45. A slit-shaped light is irradiated near the welding line 46, the reflected light is captured by the camera 41, and the shape of the vicinity of the welding line 46 (here, fillet joint) is analyzed by analyzing the bending state of the light by the image processing device 47. Measure. It is considered that the shape of the groove portion after the crack removal can be measured in the same manner. However, since the light fluctuates in water, there is a problem that the groove shape cannot be measured accurately.

また、第2の例として、特許文献5に示す溶接装置が知られており、図12は、その説明図である。   As a second example, a welding apparatus shown in Patent Document 5 is known, and FIG. 12 is an explanatory diagram thereof.

図12に示すように、この装置は、自動溶接において溶接位置を補正するためのもので、溶接トーチ48を溶接位置に移動した後、エアシリンダ50によりセンサーの触針49を突き出した状態で、触針49をX方向に移動し、溶接線46に接触させ、X方向の溶接位置を検出する。溶接位置を検出した後は、センサーの触針49をエアシリンダ50により後退させる。この場合、電気信号を扱う触針48の漏電が懸念されるため水中では使用することができない点が問題である。   As shown in FIG. 12, this apparatus is for correcting the welding position in automatic welding, and after moving the welding torch 48 to the welding position, the sensor stylus 49 is projected by the air cylinder 50. The stylus 49 is moved in the X direction and brought into contact with the welding line 46 to detect the welding position in the X direction. After detecting the welding position, the stylus 49 of the sensor is retracted by the air cylinder 50. In this case, there is a problem in that it cannot be used underwater because there is a concern about leakage of the stylus 48 that handles electrical signals.

また、第3の例として、特許文献6に示す溶接開先形状計測方法が知られており、図13は、溶接開先形状計測方法の概略断面図である。   As a third example, a welding groove shape measuring method shown in Patent Document 6 is known, and FIG. 13 is a schematic cross-sectional view of the welding groove shape measuring method.

図13に示すように、開先内の開先断面横方向(Y方向)にタッチセンサ48を移動させながら、所定のピッチ毎にタッチセンサ51を下ろして開先側壁11にタッチさせ、そのときタッチセンサ51の上下方向移動量を計測して開先形状を求めることができる。水中において開先形状を求める点では問題がないが、タッチセンサ51のサイズを考えると、溶接ヘッドの高さが大きくなる欠点がある。
特許第3006370号 特開平11-216586号公報 特開2003-88959号公報 特開2003-48070号公報 特開平10-29063号公報 特開平10-193107号公報
As shown in FIG. 13, while moving the touch sensor 48 in the lateral direction (Y direction) of the groove section in the groove, the touch sensor 51 is lowered at every predetermined pitch to touch the groove side wall 11. The groove shape can be obtained by measuring the amount of vertical movement of the touch sensor 51. There is no problem in obtaining the groove shape in water, but considering the size of the touch sensor 51, there is a drawback that the height of the welding head is increased.
Japanese Patent No. 3006370 Japanese Patent Laid-Open No. 11-216586 Japanese Patent Laid-Open No. 2003-88959 JP 2003-48070 A Japanese Patent Laid-Open No. 10-29063 JP-A-10-193107

上述の水中溶接装置においては、開先形状計測が課題である。また、開先形状計測においては、レーザ変位計やセンサーの触針の適用が水中では困難である。そして、タッチセンサをそのまま用いると、溶接ヘッドの高さが大きくなり、例えば原子炉の炉内水中構造物のような狭隘部で使用できない点が課題である。   In the above-described underwater welding apparatus, groove shape measurement is a problem. Also, in groove shape measurement, it is difficult to apply a laser displacement meter or a sensor stylus underwater. And if a touch sensor is used as it is, the height of a welding head will become large, for example, the point which cannot be used in a narrow part like the in-core underwater structure of a nuclear reactor is a subject.

本発明は上述の点を考慮してなされたもので、水中において開先形状が計測でき、かつ狭隘部に対応できる水中溶接装置およびその方法を提供することを目的とする。   The present invention has been made in consideration of the above-described points, and an object thereof is to provide an underwater welding apparatus capable of measuring a groove shape in water and corresponding to a narrow portion and a method thereof.

本発明は上記目的達成のため、
溶接ワイヤの供給源および供給系ならびにレーザ光を集光する光学系を有する溶接ヘッドを備え、レーザ発振器およびシールドガス供給源に接続されて水中において構造物の被溶接部を補修する水中溶接装置において、前記被溶接部に当接して該被溶接部の形状に応じて変位するスピンドル、与えられた機械的変位量を測定する位置計測器および前記スピンドルの変位を前記位置計測器に伝達するリンクを有し、前記溶接ヘッドの先端と前記被溶接部との間のギャップを計測するギャップセンシング機構をそなえたことを特徴とする水中溶接装置、および
溶接ワイヤの供給源および供給系ならびにレーザ光を集光する光学系を有する溶接ヘッドを備え、レーザ発振器およびシールドガス供給源に接続されて水中において構造物の被溶接部を補修する水中溶接方法において、ギャップセンシング機構を用いて、前記溶接ヘッドの先端と前記被溶接部との間のギャップを計測することを特徴とする水中溶接方法、
を提供するものである。
In order to achieve the above object, the present invention
In an underwater welding apparatus having a welding wire supply source and supply system and a welding head having an optical system for condensing laser light, and connected to a laser oscillator and a shield gas supply source to repair a welded portion of a structure in water A spindle that comes into contact with the welded portion and is displaced according to the shape of the welded portion, a position measuring device that measures a given amount of mechanical displacement, and a link that transmits the displacement of the spindle to the position measuring device. And an underwater welding apparatus, comprising a gap sensing mechanism for measuring a gap between a tip of the welding head and the welded part, a welding wire supply source and supply system, and a laser beam. It has a welding head with an optical system that emits light and is connected to a laser oscillator and a shield gas supply source to compensate the welded part of the structure in water. An underwater welding method for repairing, wherein a gap sensing mechanism is used to measure a gap between the tip of the welding head and the welded part,
Is to provide.

本発明は上述のようなギャップセンシング機構を用いてギャップ測定を行い、これに基づき水中溶接を行うようにしたため、正確に計測された溶接ヘッドと被溶接部との間のギャップを基に、狭隘部でも良好に溶接を行うことができる。   In the present invention, since gap measurement is performed using the gap sensing mechanism as described above and underwater welding is performed based on the gap measurement, the narrow gap is narrowed based on the accurately measured gap between the welding head and the welded portion. It is possible to weld well even at the part.

以下、本発明の実施例について、図1ないし図7を参照して説明する。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to FIGS.

なお、以下の各実施例では本発明を原子炉圧力容器内での水中溶接作業に適用した場合を示す。また以下の各実施例において共通する構成要素には同一符号を付し重複する説明を省略する。   In each of the following examples, the present invention is applied to underwater welding work in a reactor pressure vessel. In addition, the same reference numerals are given to common components in each of the following embodiments, and redundant description will be omitted.

図1は、本発明の第1の実施例を示す説明図である。図1に示すように、レーザ発振器1およびシールドガス供給源2が原子炉の外部に設置されている。そして、溶接ヘッド3は、レーザ発振器1およびシールドガス供給源2に接続された光伝送用の光ファイバ4、シールドガス供給用のチューブ5および信号伝送用の制御ケーブル6の各先端部に結合された状態で原子炉圧力容器の炉水7に没入され、炉内構造物27に対向する所定の位置まで吊り下げられる。   FIG. 1 is an explanatory view showing a first embodiment of the present invention. As shown in FIG. 1, a laser oscillator 1 and a shield gas supply source 2 are installed outside the reactor. The welding head 3 is coupled to each end of an optical fiber 4 for light transmission, a tube 5 for shielding gas supply, and a control cable 6 for signal transmission connected to the laser oscillator 1 and the shield gas supply source 2. In this state, it is immersed in the reactor water 7 of the reactor pressure vessel and suspended to a predetermined position facing the reactor internal structure 27.

この溶接ヘッド3は、溶接ワイヤ21を巻いたリールを入れる溶接ワイヤケース9と、溶接ワイヤ21を供給駆動するモータ26を内蔵した溶接ワイヤ供給機構10と、溶接ヘッド先端部29とを有する。   The welding head 3 includes a welding wire case 9 for inserting a reel around which the welding wire 21 is wound, a welding wire supply mechanism 10 including a motor 26 for supplying and driving the welding wire 21, and a welding head tip portion 29.

図2は、溶接ヘッド先端部29を示す説明図である。図2に示すように、溶接ヘッド先端部29には、屈曲性および適度の耐水圧剛性がある材料により構成され、被溶接部(図示せず)の周囲を囲い込み水からシールドするためのシールドカバー19、ギャップセンシング機構18、光学系8が収納されたノーズ部24が設けられている。   FIG. 2 is an explanatory diagram showing the welding head tip portion 29. As shown in FIG. 2, the welding head front end portion 29 is made of a material having flexibility and appropriate water pressure rigidity, and surrounds a portion to be welded (not shown) to shield it from water. 19, the nose part 24 in which the gap sensing mechanism 18 and the optical system 8 are accommodated is provided.

ギャップセンシング機構18は、被溶接部に当接してこの被溶接部の表面形状に応じて変位するスピンドル12、スピンドル12の変位を他の部材に伝達するリンク13、リンク13を介して与えられたスピンドル12の変位量に応じた値を出力する位置計測器14、スピンドル12を支持する軸受16およびリンク13を支持する支点17を有する。   The gap sensing mechanism 18 is provided via the spindle 12 that contacts the welded portion and is displaced according to the surface shape of the welded portion, the link 13 that transmits the displacement of the spindle 12 to other members, and the link 13. The position measuring device 14 outputs a value corresponding to the amount of displacement of the spindle 12, the bearing 16 that supports the spindle 12, and the fulcrum 17 that supports the link 13.

位置計測器14としては、ポテンショメータ、差動変圧器、マイクロメータまたはリニアエンコーダを用いることができる。これらは耐水性およびコンパクト性で選択することが可能である。   As the position measuring instrument 14, a potentiometer, a differential transformer, a micrometer, or a linear encoder can be used. These can be selected in terms of water resistance and compactness.

また、スピンドル12の形状は、円柱、または先端に半球もしくは球体がついた円柱、または先端に半球もしくは球体が付いた円錐などから適当なものを用いる。先端の半球もしくは球体の半径が小さいほど細かい凹凸を計測することが可能である。ただし、あまりにその半径が小さいと、計測対象の凹凸に引っ掛かり、場合によっては突き刺さる虞もある。溶接のギャップ裕度から、その半径は例えば0.2〜5mm程度がよい。   As the shape of the spindle 12, an appropriate one is used, such as a cylinder, a cylinder with a hemisphere or a sphere at the tip, or a cone with a hemisphere or a sphere at the tip. The smaller the radius of the tip hemisphere or sphere, the smaller the unevenness can be measured. However, if the radius is too small, there is a risk of being caught by the unevenness of the measurement target and possibly being stuck. From the welding gap tolerance, the radius is preferably about 0.2 to 5 mm, for example.

このように構成された第1の実施例において、表面に開口部がある亀裂を除去した開先部11に対して肉盛溶接するためには、まず原子炉の外部に設置されたレーザ発振器1およびシールドガス供給源2と接続する溶接ヘッド3を炉内構造物27の予定位置に吊り下げた状態で、水中溶接を開始する。   In the first embodiment configured as described above, in order to perform overlay welding on the groove portion 11 from which the crack having the opening portion on the surface is removed, first, the laser oscillator 1 installed outside the nuclear reactor. Underwater welding is started in a state where the welding head 3 connected to the shield gas supply source 2 is suspended from a predetermined position of the in-furnace structure 27.

図3は、溶接中の溶接ヘッド3の先端を示す断面図である。まず、レーザ発振器1から出力されるレーザ光が、光ファイバ4を通して溶接ヘッド3に伝送されると、このレーザ光20は光学系8により集光され、溶接部23に照射される。   FIG. 3 is a cross-sectional view showing the tip of the welding head 3 during welding. First, when the laser light output from the laser oscillator 1 is transmitted to the welding head 3 through the optical fiber 4, the laser light 20 is collected by the optical system 8 and irradiated onto the welding portion 23.

また、溶接ワイヤケース9に内蔵されている溶接ワイヤ21が、溶接ワイヤ供給機構10により溶接部23に供給される。さらに、シールドガス供給源2からのシールドガス22が、チューブ5を通してレーザ光20と同じ孔から溶接部23に供給される。このようにして、溶接部23に対してレーザ光20を照射しながら、シールドガスを吹き付け、かつ溶接ワイヤ21を供給しながら溶接を行う。   Further, the welding wire 21 built in the welding wire case 9 is supplied to the welding portion 23 by the welding wire supply mechanism 10. Further, the shield gas 22 from the shield gas supply source 2 is supplied to the welded portion 23 from the same hole as the laser beam 20 through the tube 5. In this way, welding is performed while spraying the shielding gas and supplying the welding wire 21 while irradiating the welded portion 23 with the laser beam 20.

下記表1は、溶接条件の一例を示している。レーザ出力は0.8〜4.0kW、溶接速度は0.1〜2m/min、溶接ワイヤのワイヤ径はφ0.6〜1.2mm、ワイヤ速度は0.1〜2m/min、シールドガス流量は20〜80 l/minの条件で、水中で溶接が可能である。

Figure 2005161385
Table 1 below shows an example of welding conditions. Laser output is 0.8-4.0kW, welding speed is 0.1-2m / min, wire diameter of welding wire is 0.6-1.2mm, wire speed is 0.1-2m / min, shield gas flow rate is 20-80 l / min Under certain conditions, welding is possible in water.
Figure 2005161385

溶接作業時に、溶接方向の前方に設けたスピンドル12を、開先部11に接触させた状態で、溶接方向に溶接ヘッド3全体を移動しながら、開先部11の形状に倣って動くスピンドル12の上下方向の移動量、いわゆるギャップ28をリンク13により左右の動きに変換し、位置計測器14による計測値としてギャップ28を求める。   A spindle 12 that moves following the shape of the groove portion 11 while moving the entire welding head 3 in the welding direction with the spindle 12 provided in front of the welding direction in contact with the groove portion 11 during the welding operation. The so-called gap 28 is converted into a left and right movement by the link 13, and the gap 28 is obtained as a measurement value by the position measuring device 14.

このギャップ28のデータを基にして、溶接ヘッド先端部29と開先部11とのギャップ28が一定になるように、スピンドル12と溶接部23との間隔を考慮したいわゆる遅れ倣いを行いながら溶接を実施する。なお、ギャップ28のデータを基にした遅れ倣いを含む、各構成要素の動作制御は、図示しない中央制御装置により管理される。   Based on the data of the gap 28, welding is performed while performing so-called delayed copying in consideration of the distance between the spindle 12 and the welded portion 23 so that the gap 28 between the welding head tip portion 29 and the groove portion 11 is constant. To implement. It should be noted that the operation control of each component including the delay copying based on the data of the gap 28 is managed by a central control device (not shown).

図4は、第2層目溶接中における溶接ヘッド3の先端の模式図である。図4に示すように、第1層目とほぼ同じで、被溶接部23に対してレーザ光20を照射しながら、シールドガスを吹き付け、かつ溶接ワイヤ21を供給しながら溶接を行う。   FIG. 4 is a schematic view of the tip of the welding head 3 during the second layer welding. As shown in FIG. 4, the welding is performed while blowing the shield gas and supplying the welding wire 21 while irradiating the laser beam 20 to the welded portion 23 in substantially the same manner as the first layer.

このとき、溶接方向の前方に設けたスピンドル12により開先部11の形状を計測し、その計測データを基にして、溶接ヘッド先端部29と第1層目の溶接層上部29とのギャップ28が一定になるように遅れ倣いを実施する。積層された被溶接部23の高さが周辺の母材の高さとほぼ同じになった時点で、開先肉盛溶接施工は完了する。   At this time, the shape of the groove portion 11 is measured by the spindle 12 provided in front of the welding direction, and the gap 28 between the welding head tip portion 29 and the first weld layer upper portion 29 is based on the measurement data. The delay copying is performed so that becomes constant. When the height of the stacked welded portions 23 becomes substantially the same as the height of the surrounding base material, the groove overlay welding is completed.

この第1の実施例によれば、開先形状を計測しながら遅れ倣いにより溶接ヘッド先端部29と開先部、またはすでに積層された被溶接部の上部とのギャップを計測しながら溶接できるので、水中において開先肉盛溶接が可能である。   According to this first embodiment, welding can be performed while measuring the gap shape and measuring the gap between the welding head tip 29 and the groove portion or the upper portion of the already welded portion by delayed copying. Groove welding is possible in water.

第2の実施例では、第1の実施例の構造に加え、スピンドルを引き上げるための駆動装置がついており、かつ第1ステップとしてギャップ計測を、第2ステップとして溶接と分けて開先肉盛溶接を実施する。   In the second embodiment, in addition to the structure of the first embodiment, there is a drive device for pulling up the spindle, and the gap measurement is divided as the first step, and the groove overlay welding is separated from the welding as the second step. To implement.

図5は、第2の実施例における第1ステップのギャップ計測中における溶接ヘッド先端部29の断面図である。   FIG. 5 is a cross-sectional view of the welding head tip 29 during the gap measurement of the first step in the second embodiment.

まず、レーザ発振器1を駆動しない状態で、スピンドル12を開先部11に接触させながら溶接方向に溶接ヘッド3全体を移動する。開先部11の形状に合わせて動くスピンドル12の上下方向の移動量、いわゆるギャップ28をリンク13により左右の動きに変換し、位置計測器14による計測値としてギャップ28を求める。このギャップのデータを基にして、開先部11のギャップ28の分布を溶接前に求める。   First, the entire welding head 3 is moved in the welding direction while bringing the spindle 12 into contact with the groove portion 11 without driving the laser oscillator 1. The amount of movement in the vertical direction of the spindle 12 that moves in accordance with the shape of the groove portion 11, that is, a so-called gap 28 is converted into a left and right movement by the link 13, and the gap 28 is obtained as a measurement value by the position measuring instrument 14. Based on the gap data, the distribution of the gap 28 in the groove 11 is obtained before welding.

図6は、第2ステップである溶接中の溶接ヘッド先端部の断面図である。ギャップ28の計測が終了したら、駆動装置15によりスピンドル12を引き上げる。   FIG. 6 is a cross-sectional view of the tip of the welding head during welding, which is the second step. When the measurement of the gap 28 is completed, the spindle 12 is pulled up by the driving device 15.

駆動装置15としては、エアシリンダ、ラックピニオンとモータの組み合わせ、またはリニアガイドとモータの組み合わせなどを用いることが可能である。この中で、駆動装置15の小型化にあたっては、エアシリンダが特に有利である。同図では、位置計測器14と駆動装置15とは同軸的に直列に配置されているが、別々の軸構造にするなどして並列に配置してもよい。   As the driving device 15, an air cylinder, a combination of a rack and pinion and a motor, a combination of a linear guide and a motor, or the like can be used. Among these, an air cylinder is particularly advantageous for downsizing the driving device 15. In the figure, the position measuring device 14 and the driving device 15 are coaxially arranged in series, but they may be arranged in parallel, for example, by using different shaft structures.

次に、被溶接部23に対してレーザ光20を照射しながら、シールドガスを吹き付け、かつ溶接ワイヤ21を供給しながら溶接を行う。このとき、スピンドル12の動きにより予め求めたギャップ分布を基に、溶接ヘッド先端部29と開先部11とのギャップ28が一定になるように制御しながら溶接を実施する。   Next, welding is performed while spraying a shield gas and supplying the welding wire 21 while irradiating the welded portion 23 with the laser beam 20. At this time, welding is performed while controlling the gap 28 between the welding head tip portion 29 and the groove portion 11 to be constant based on the gap distribution obtained in advance by the movement of the spindle 12.

第2層目以降の溶接も上記の手順と同じく、ギャップ計測と溶接を繰り返しながら、積層された被溶接部23の高さが周辺の母材の高さとほぼ同じになるまで、開先肉盛溶接施工を繰り返す。   As with the above procedure, the second and subsequent layers of welding are repeatedly subjected to gap measurement and welding until the height of the stacked welded parts 23 is substantially the same as the height of the surrounding base material. Repeat welding.

この第2の実施例によれば、予め開先形状を計測し、ギャップ分布を求め、さらに、溶接ヘッド先端部29と溶接開先11またはすでに積層された被溶接部23の上面とのギャップを計測しながら溶接ができる。したがって、水中において開先肉盛溶接が可能である。   According to the second embodiment, the groove shape is measured in advance, the gap distribution is obtained, and the gap between the welding head tip 29 and the upper surface of the weld groove 11 or the already welded portion 23 is further determined. Welding is possible while measuring. Therefore, groove overlay welding is possible in water.

第3の実施例は、第2の実施例と同じく、スピンドルを引き上げるための駆動装置15が設けられており、ギャップ計測と溶接を同時に行うものである。   As in the second embodiment, the third embodiment is provided with a drive device 15 for pulling up the spindle, and performs gap measurement and welding simultaneously.

図7は、溶接中の溶接ヘッド先端部29を示す断面図である。被溶接部23に対してレーザ光20を照射すると同時に、シールドガスを吹き付け、かつ溶接ワイヤ21を供給しながら溶接を行う。   FIG. 7 is a cross-sectional view showing the welding head tip 29 during welding. At the same time as the laser beam 20 is irradiated to the welded portion 23, welding is performed while spraying a shielding gas and supplying the welding wire 21.

また、溶接方向の前方に設けたスピンドル12を開先部11に接触させた状態で溶接方向に溶接ヘッド3全体を移動しながら、開先部11の形状に合わせて動くスピンドル12の上下方向の移動量、いわゆるギャップ28をリンク13により左右の動きに変換し、位置計測器14による計測値としてギャップ28を求める。   In addition, while moving the entire welding head 3 in the welding direction while the spindle 12 provided in front of the welding direction is in contact with the groove portion 11, the spindle 12 moves in the vertical direction according to the shape of the groove portion 11. The amount of movement, so-called gap 28, is converted into left and right movement by the link 13, and the gap 28 is obtained as a measurement value by the position measuring device 14.

このギャップのデータを基にして、溶接ヘッド3の先端と開先11とのギャップ28が一定になるように、遅れ倣いを行いながら溶接を実施する。そして、積層された被溶接部23の高さが周辺の母材の高さとほぼ同じになるまで、開先肉盛溶接施工を繰り返す。   Based on the gap data, welding is performed while performing delayed copying so that the gap 28 between the tip of the welding head 3 and the groove 11 is constant. The groove build-up welding operation is repeated until the height of the stacked welded portions 23 becomes substantially the same as the height of the surrounding base material.

この第3の実施例によれば、開先11の形状を計測しながら遅れ倣いにより溶接ヘッド3の先端と溶接開先11または既に積層された被溶接部23の上部とのギャップを制御しながら溶接できるので、水中において開先肉盛溶接が可能である。   According to the third embodiment, while measuring the shape of the groove 11, the gap between the tip of the welding head 3 and the upper portion of the weld groove 11 or the welded portion 23 that has already been laminated is controlled by delayed tracing. Since welding is possible, groove overlay welding is possible in water.

本発明に係る水中溶接装置の第1の実施例を示す斜視図。The perspective view which shows the 1st Example of the underwater welding apparatus which concerns on this invention. 図1における装置の溶接ヘッド先端を示す斜視図。The perspective view which shows the welding head front-end | tip of the apparatus in FIG. 図1、図2の装置における溶接中の溶接ヘッド先端を示す断面図。Sectional drawing which shows the welding head front-end | tip during welding in the apparatus of FIG. 1, FIG. 図1、図2の装置における第2層目溶接中の溶接ヘッド先端を示す断面図。Sectional drawing which shows the welding head front-end | tip in the 2nd layer welding in the apparatus of FIG. 1, FIG. 本発明に係る水中溶接装置の第2の実施例におけるギャップ計測中の溶接ヘッド先端を示す断面図。Sectional drawing which shows the welding head front-end | tip in the gap measurement in the 2nd Example of the underwater welding apparatus which concerns on this invention. 第2の実施例における溶接中の溶接ヘッド先端を示す断面図。Sectional drawing which shows the welding head front end in welding in 2nd Example. 本発明に係る水中溶接装置の第3の実施例における溶接中の溶接ヘッド先端を示す断面図。Sectional drawing which shows the welding head front end in welding in the 3rd Example of the underwater welding apparatus which concerns on this invention. 従来の水中加工装置の構成例を示す断面図。Sectional drawing which shows the structural example of the conventional underwater processing apparatus. 従来の水中溶接装置の構成例を示す断面図。Sectional drawing which shows the structural example of the conventional underwater welding apparatus. 従来の水中溶接ノズルの構成例を示す断面図。Sectional drawing which shows the structural example of the conventional underwater welding nozzle. 従来の溶接自動倣い制御装置を備えた自動溶接装置を示す概略構成図。The schematic block diagram which shows the automatic welding apparatus provided with the conventional welding automatic copying control apparatus. 従来の溶接装置を示す説明図。Explanatory drawing which shows the conventional welding apparatus. 従来の溶接開先形状計測方法を示す概略断面図。The schematic sectional drawing which shows the conventional welding groove shape measuring method.

符号の説明Explanation of symbols

1 レーザ発振器、2 シールドガス供給源、3 溶接ヘッド、4 光ファイバ、
11 開先部、18 ギャップセンシング機構、20 レーザ光
1 laser oscillator, 2 shield gas supply source, 3 welding head, 4 optical fiber,
11 groove portion, 18 gap sensing mechanism, 20 laser beam

Claims (5)

溶接ワイヤの供給系ならびにレーザ光を集光する光学系を有する溶接ヘッドを備え、レーザ発振器およびシールドガス供給源に接続されて水中において構造物の被溶接部を溶接する水中溶接装置において、
前記被溶接部に当接して該被溶接部の表面形状に応じて変位するスピンドルと、前記スピンドルの変位量を測定する位置計測器と、前記スピンドルの変位量を前記位置計測器に伝達するリンクとを有し、前記溶接ヘッドと前記被溶接部との間のギャップを計測するギャップセンシング機構をそなえたことを特徴とする水中溶接装置。
In an underwater welding apparatus comprising a welding head having a welding wire supply system and an optical system for condensing laser light, and connected to a laser oscillator and a shield gas supply source to weld a welded portion of a structure in water.
A spindle that comes into contact with the welded portion and is displaced according to the surface shape of the welded portion, a position measuring device that measures the displacement amount of the spindle, and a link that transmits the displacement amount of the spindle to the position measuring device And a gap sensing mechanism for measuring a gap between the welding head and the welded portion.
請求項1記載の水中溶接装置において、
前記ギャップセンシング機構は、前記スピンドルを引き上げるための駆動装置をさらに有することを特徴とする水中溶接装置。
The underwater welding apparatus according to claim 1,
The underwater welding apparatus, wherein the gap sensing mechanism further includes a driving device for pulling up the spindle.
請求項1または2記載の水中溶接装置において、
前記ギャップセンシング機構と、屈曲性のある部材により構成され、前記被溶接部を囲い込むシールドカバーとをそなえたことを特徴とする水中溶接装置。
The underwater welding apparatus according to claim 1 or 2,
An underwater welding apparatus comprising the gap sensing mechanism and a shield cover configured by a flexible member and enclosing the welded portion.
溶接ワイヤの供給系ならびにレーザ光を集光する光学系を有する溶接ヘッドを備え、レーザ発振器およびシールドガス供給源に接続されて水中において構造物の被溶接部を溶接する水中溶接方法において、
前記溶接ヘッドと前記被溶接部との間のギャップを計測することを特徴とする水中溶接方法。
In an underwater welding method comprising a welding head having a welding wire supply system and an optical system for condensing laser light, and connected to a laser oscillator and a shield gas supply source to weld a welded portion of a structure in water,
An underwater welding method, wherein a gap between the welding head and the welded part is measured.
請求項4記載の水中溶接方法において、
前記被溶接部の周囲にシールドガスを充満させるようにしたことを特徴とする水中溶接方法。
The underwater welding method according to claim 4,
An underwater welding method characterized in that a shield gas is filled around the welded portion.
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